Artikel: Pannlampor / Pannlampor 2010 / Ljusskola

Ljusskola

√Ąnda sedan den nya generationen pannlampors omtvistade int√•g i orienteringsv√§rlden har det r√•tt ett √∂ppet krig mellan pannlampstillverkarna om vilken lampa som √§r starkast. Tillverkarna skyltar stolt med sina allt h√∂gre lumental och skryter stolt att deras lampa √§r v√§rst. Men vad √§r lumen egentligen? √Ąr den lampa med h√∂gst lumen b√§st? Vi ska f√∂rs√∂ka f√∂rklara vad ljus √§r, hur det m√§ts samt ber√§tta hur de olika tillverkarna m√§ter ljuset p√• sina lampor.


Vad är ljus?
Ljus defineras i fysiken som den elektromagnetiska strålning som kan uppfattas av det mänskliga ögat. Elektromagnetisk strålning är bl.a. det som får dina popcorn att poppa i micron och det du rattar in på radion. Den elektromagnetiska strålningen som kan uppfattas av ögat ligger inom ett snävt intervall och begränsas av dess våglängd (svängningar). En ytterligare faktor som spelar roll i det uppfattade ljuset är ögats känslighet för olika våglängder, se bild 1. Där grönt ljus är det ljus ögat är mest känsligt för, detta väger ljusmätare in i sin beräkning av ljusstyrkan. Det är detta som skiljer när man mäter strålning och ljus. Man utgår altså från ögats känslighet när man mäter ljus.


imgbox

Bild 1. √Ėgats k√§nslighet vid olika v√•gl√§ngder. Vid 550nm √§r √∂gats k√§nslighet h√∂gst. √Ėgats f√∂rm√•ga att uppfatta ljus ligger mellan 400 och 700 nm. Den effektiva ljusstyrkan anger hur starkt en v√•gl√§ngd uppfattas, k√§nsligast √§r √∂gat vid 550 nm.



Några viktiga enheter
Candela är den internationella standardenheten, SI, för ljusstyrka. Historiskt härstammar en candela av ljusstyrkan från ett stearinljus, därav namnet. Idag är candela definerat av en bestämd mängd strålning per steradian. En steradian är SI-enheten för rymdvinkeln, se bild 2. Från candela härleds lumen och lux.
Lumen är enheten för ljusflöde. Lumen är ljusflödet från en isotropisk ljuskälla, se bild 3, som bestrålar en rymdvinkel, 1 steradian. Lumen fås alltså genom att multiplicera candela med rymdvinkeln. Lumenvärdet är konstant oberoende av vinkeln på ljuskäglan.
Lux är enheten för illuminans, belysning. Skillnaden mot candela är att lux är ljusflöde per m2, dvs lumen/m2. Lux beror däremot på avstånd från ljuskällan och ljuskäglans vinkel.



imgbox

Bild 2. Rymdvinkel.  Den blå konen avgränsar rymdvinkeln (en steradian).



imgbox

Bild 3. Isotropiskt och riktat ljus. Den isotropiska ljuskällan till vänster avger ljus i alla riktningar från en teoretisk oändligt liten punkt. I praktiken benämnar man ljuset från en ljuskälla isotropiskt om ljuskällan är en relativt liten sfär, exempelvis ljuset från en stjärna. Till höger avger ljuskällan, i vårt fall en pannlampa, ljuset i en viss riktning.


Hur funkar det i praktiken?
Kan man inte bara utgå från effekten för att jämföra hur stark en lampa är? Verkligheten är lite mer komplicerad än så. För det första försvinner effekt (egentligen omvandlas den till, för oss, onödig värme) när dioden omvandlar den elektriska energin från batteriet till ljus. Därefter ska ljuset studsa mot en reflektor eller passera en lins vilket också kan påverka ljusstyrkan. Därigenom uppstår problemet med att enkelt räkna ut ljusstyrkan med matematik. Det man istället gör är helt enkelt att mäta ljuset direkt med en ljusmätare. Då ljuset från pannlampor inte är isotropiskt utan riktat (se bild 3) får man använda sig av speciella mätinstrument och matematiska formler för att integrera mätvärdena för att tillslut få fram ljusflödet, lumen.


Att mäta ljusflöde
De mätinstrument som man mäter lumen med är antingen en integrerande sfär (se bild 4) eller en goniofotometer. En integrerande sfär eller en Ulbricht-sfär är en ihålig sfär med en matt reflekterande inneryta. I denna finns en port för ljuskällan samt en utgång för en detektor. En goniofotometer funkar på så sätt att ljusdetektorn eller ljuskällan är monterad på en arm som kan röra sig runt i ett imaginärt sfäriskt plan. Den integrerande sfären är det enklaste och vanligaste mätinstrumentet men är dock inte lika exakt som en goniofotometer.


imgbox

Bild 4. Integrerande sfär. Ljuskällan, i vårt fall en pannlampa, riktas in i sfären genom en port. Ljusflödet avläses sedan på en ansluten dator. Grafik: Gigahertz-Optik GmbH.



Tillverkarnas mätmetoder

Mila, LumaLED och LEDX har utgått från LED-leverantörens siffror och sedan uppskattet eller räknat ut hur starkt de borde lysa i deras lampor. Man får ut en teoretisk siffra och man har bortsett från faktorer som linser, värmepåverkan, ljus som strålar åt sidan, faktorer som mer eller mindre påverkar det faktiska ljusflödet. Vad som även spelar roll är vilka siffror tillverkarna använt från LED-leverantören. Till varje diod brukar nämligen olika värden anges beroende på ström och olika förhållanden. Maxvärdet som LED-leverantören uppger behöver inte alls vara det som dioden senare i en pannlampa genererar. Dock kan man med rätt siffror komma ganska nära verkligheten.

Lupine har en egen integrerande sfär som de mäter ljusflödet hos sina lampor i. Det ljusflöde som uppfattas av mätinstrumentet är det som lampan avger och också det som vi har nytta av i skogen, då mätinstrumentet inte registrerar ljus som strålar frammåt och inte åt sidan. Dessutom undkommer man flera av ovan nämnda felkällor.

Kontentan av det hela är att man inte alltid kan avgöra vilken lampa som är starkast bara genom att kolla på de olika lumentalen som tillverkarna uppger. Vi har genom att ta kort på ljuset försökt att visa de olika lampornas ljusstyrka så att du på ett enkelt och rättframt sätt kan se skillnad mellan dem.


Källor/Ytterligare läsning:
http://www.optics.arizona.edu/Palmer/rpfaq/rpfaq.pdf (hämtat 2010-09-10)
Yoshizawa, T., (2009), Handbook of optical metrology: principles and applications.

Informationssida från Lampspecialisten om vad lumen är

Text och grafik: Alexander Moberg

2010-10-10




© Testzone 2010