Lichtverteilung und Spektralfilterung – die Linse formt das Licht

Was der optische Verteilungstyp in der Praxis bedeutet

Eine Straßenleuchte sendet Licht nicht gleichmäßig in alle Richtungen. Die Verteilung – das Muster, in dem Licht auf die Straßenoberfläche und die Umgebung projiziert wird – ist in die Linsengeometrie integriert. Alle Beleuchtungsberechnungen (DIALux, Relux) werden anhand einer bestimmten Verteilung berechnet. Die Angabe des falschen Verteilungstyps führt zu einem falschen Ergebnis, unabhängig davon, wie genau die Berechnung ansonsten ist.

IES (Illuminating Engineering Society) klassifiziert die seitliche Verteilung von Straßenleuchten in fünf Typen: LEDiL – Leitfaden zur Lichtverteilung

EN 13201 verwendet die Klassen M, C und P als Leistungsanforderungen für komplette Beleuchtungsanlagen. Es handelt sich nicht um optische Verteilungstypen. Bei der Beschaffung kann ein IES-Typ die Leuchtenverteilung beschreiben, während eine M-, C- oder P-Klasse die Projektanforderung angibt.

Wenn Masthöhe und Mastabstand festgelegt sind, ist es die Wahl der Linse, die bestimmt, ob die Anforderungen an die mittlere Leuchtdichte (L_m) und Gleichmäßigkeit (U₀, U_L) erfüllt werden können. Der falsche Verteilungstyp – zum Beispiel Typ IV auf einer schmalen Straße – verschwendet seitliches Licht und kann dazu führen, dass die Gleichmäßigkeitsanforderungen in der Fahrbahnmitte nicht erfüllt werden. Siehe Modell und Realität – was DIALux nicht berechnet.

Drei Linsentechnologien – was sie mit dem Licht machen

Über die geometrische Verteilung hinaus beeinflusst die Linse heute zunehmend auch die spektrale Zusammensetzung des Lichts. Grundsätzlich gibt es drei unterschiedliche Ansätze:

1. Klare Optik (Referenz)

Klare Optik lenkt das Licht ohne absichtliche Blaulichtfilterung. Die Lichtausbeute und eventuelle kleine Farbverschiebungen hängen vom Material, der Geometrie und der LED ab. Vergleichen Sie dieselbe LED und die gleiche Verteilung, wenn Sie klare Optiken als Referenz verwenden.

2. Absorptionsfilter (bernsteinfarbene Linse)

LEDiL gibt an, dass AMBER etwa 99 % des LED-Lichts im Bereich von 380–500 nm reduziert. Veröffentlichte CCT-Beispiele verwenden AMBER-2X2 mit Osram Duris S8, beispielsweise 3 000 K Eingang und ca. 2 200 K Ausgang. Dies sind Komponentenbeispiele, keine VALDUR-Messungen. LEDiL AMBER

AMBER reduziert blaues Licht und den gesamten photopischen Lichtstrom. Der relative Lichtstrom der Komponente bezieht sich auf dieselbe LED ohne Linse. Es handelt sich nicht automatisch um den gleichen prozentualen Verlust im Vergleich zu einer klaren Linse. Die Leuchte erfordert Photometrie für die ausgewählte Kombination aus LED, Linse und Betriebsstrom.

Absorptionsfilter eignen sich für Umgebungen, in denen die Blaulichtreduzierung hohe Priorität hat und eine geringere Effizienz akzeptabel ist – zum Beispiel Wohngebiete, Parks und Lebensräume, in denen die ökologische Lichtverschmutzung ein Hauptanliegen darstellt. (Ob die tatsächlichen ökologischen Auswirkungen von blauem Licht in Feldinstallationen quantifiziert werden – siehe Offene Fragen, Frage 4.)

3. Spektrale Umverteilungslinse

SPECTRE formt das Spektrum um und reduziert laut LEDiL den Blauanteil um ca. 99 %. Der Hersteller bezeichnet die Technologie als proprietär. Öffentliche Produktinformationen belegen keine bestimmte Leuchtstoffbeschichtung oder genaue Materialkonstruktion. LEDiL SPECTRE

Die von LEDiL veröffentlichten SPECTRE-Y-2X2-T2-Beispiele verwenden Luxeon 5050 Square und zeigen einen photopischen Lichtstrom nahe dem Niveau der LED ohne Optik. Der Hersteller gibt an, dass die Leistung von der LED, dem Spektrum und der Verteilung abhängt. Hierbei handelt es sich nicht um eine 100 % radiometrische Übertragung oder einen gemessenen VALDUR-Wert.

Linsentechnologien im Vergleich

In der Tabelle werden Komponentenbeispiele von der Gesamtleistung der Leuchte unterschieden. Identifizieren Sie beim Vergleich der Werte die LED, den Betriebsstrom und die Linsengeometrie. LEDiL AMBER · LEDiL SPECTRE

Was die Wahl der Linse für EN 13201-Berechnungen bedeutet

Berechnungsauswirkungen von Brillenglaswechseln:

• AMBER: Bei der Berechnung den gefilterten Lichtstrom und die korrekte Verteilung verwenden.
• SPECTRE: Das Komponentenbeispiel ersetzt nicht die Photometrie der gesamten Leuchte.
• Ein Linsenwechsel verändert auch das Verteilungsprofil, wenn sich die Linsengeometrie ändert. Eine geänderte Zuordnung, etwa von Typ III zu Typ II, muss anhand der richtigen IES/LDT-Datei neu bewertet werden.

Verwenden Sie die IES/LDT-Datei der vollständigen Leuchte für die richtige Linse, die richtige LED-Quelle und den richtigen Betriebsstrom. Ein Komponentenprozentsatz kann keine durchschnittliche Leuchtdichte, Gleichmäßigkeit oder Blendung ermitteln. Berechnen Sie die Installation nach dem Linsenwechsel neu. Keine Linsenfamilie garantiert automatisch die Klassenkonformität.

Blaulichtreduzierung und S/P-Verhältnis – ein echter Kompromiss

Ein hohes S/P-Verhältnis (skotopisch/photopisch) bedeutet, dass die Quelle relativ mehr zum stäbchenbasierten Sehen und damit zur peripheren Erkennung unter mesopischen Bedingungen beiträgt. Blaues Licht ist ein wichtiger Bestandteil dessen, was ein hohes S/P erzeugt. Ein Absorptionsfilter oder eine spektrale Umverteilungslinse, die blaues Licht entfernt, senkt daher das S/P-Verhältnis.

Das führt zu einem Kompromiss:

• Höhere S/P können einige periphere Sehaufgaben bei mesopischer Anpassung verbessern. CCT allein kann S/P nicht bestimmen, und das Ergebnis ist kein allgemeiner Maßstab für die Verkehrssicherheit. CIE TN 005:2016
• Ein geringer Blaugehalt kann ein Teil der Umweltanforderungen eines Standorts sein. Bewerten Sie auch Lichtstärke, Richtung, Betriebsstunden und betroffene Arten. Eine warme Farbe oder ein niedriges S/P-Verhältnis garantieren keine besondere ökologische oder gesundheitliche Wirkung. DarkSky / IES

Keine der beiden Lösungen ist grundsätzlich die richtige – die Wahl hängt vom Einsatzort ab. Siehe Mesopische Photometrie und Nachtsicht für den Hintergrund und Was wissen wir nicht? Frage 1 für die aktuelle Forschungsposition zum CCT-Optimum.

Fünf Fragen zur Auswahl einer Linse

1. Welche Beleuchtungsklasse (M, C oder P) gilt für die Verkehrsfläche und welche IES/LDT-Verteilung ist erforderlich, um diese in der Projektgeometrie zu erfüllen?
2. Falls eine spektrale Filterung erforderlich ist, welches Spektrum, welcher Lichtstrom und welche Farbwiedergabe sind für die gewählte Kombination dokumentiert?
3. Verwendet die Berechnung die richtige IES/LDT-Datei – d. h. die Datei, die sich tatsächlich auf dieses Linse bezieht, nicht die eindeutige Referenz?
4. Wurden die Transmissionsdaten durch unabhängige akkreditierte Messungen bestätigt oder basiert der Vergleich ausschließlich auf dem Datenblatt des Herstellers?
5. Wie wirkt sich die Wahl der Linse auf das S/P-Verhältnis aus und ist das für die mesopischen Leistungsanforderungen der Installation relevant?

Quellen

1. LEDiL – Produktkatalog 2019, Straßen- und Flächenstrahlführung
2. LEDiL – Erstellen Sie biologisch nachhaltige Beleuchtung mit LEDiL AMBER-Linsen
3. LEDiL — SPECTRE: Eliminieren Sie blaues Licht, mit einer Effizienz, die Sie nicht glauben werden
4. LEDiL — SPECTRE
5. CIE TN 005:2016 – Spezifizierung der Produktleistung für mesopische Anwendungen
6. DarkSky / IES – Fünf Prinzipien für verantwortungsvolle Außenbeleuchtung