Ulbrichtkugeln zur Lumenmessung von Lichtquellen

Kugeln integrieren kann bequem Lumenmessung und Teststrahlungsleistung von Lichtquellen, sodass es zum Testen verschiedener Beleuchtungsprodukte verwendet werden kann.

Was ist eine Integrationskugel?
Eine Ulbrichtkugel, auch Photosphäre genannt, ist eine Hohlkugel mit einer stark reflektierenden Innenfläche, die als effizientes Lichtsammelgerät verwendet wird, um das gestreute oder emittierte Licht von Proben zu sammeln, die sich innerhalb oder in der Nähe eines Fensters befinden. Die Innenwände der Ulbrichtkugel sind mit einem weißen diffusen Material beschichtet, d. h. einem Material mit einem diffusen Reflexionskoeffizienten nahe 1. Materialien wie Magnesiumoxid oder Bariumsulfat werden normalerweise nach gleichmäßigem Mischen mit einem Gummi auf die Innenfläche gesprüht Klebstoff.

Das Grundprinzip der Ulbrichtkugel besteht darin, dass Licht durch die Probenöffnung gesammelt und nach mehreren Reflexionen gleichmäßig innerhalb der Ulbrichtkugel gestreut wird. Wenn die Ulbrichtkugel zur Messung des Lichtflusses verwendet wird, können die Messergebnisse zuverlässiger sein, und die Ulbrichtkugel kann die Messfehler reduzieren und beseitigen, die durch Unterschiede in der Lichtform, dem Divergenzwinkel und der Empfindlichkeit an verschiedenen Positionen auf dem Detektor verursacht werden.

Kugeln werden in der Photometrie häufig verwendet, und in den meisten Anwendungen werden diese gängigen optischen Komponenten in Verbindung mit anderen photonischen Geräten wie Photometern und Radiometern verwendet. In Forschungslaboren können Ulbrichtkugeln zur Messung der Transmission oder Reflexion von Materialien eingesetzt werden. Kugeln werden auch häufig zur Kalibrierung und Messung von Licht in elektronischen Bildgebungsgeräten verwendet.

Methode zur Messung des Reflexionsgrads von Ulbrichtkugeln:
Die Probe wird in der 0-Grad-Öffnung gehalten und der einfallende Strahl wird verwendet, um den Reflexionsgrad durch die 180-Grad-Öffnung zu bestimmen. Die Kugel integriert die gesamte reflektierte Strahlung räumlich und wird mit einem Pralldetektor gemessen. Die reflektierte Spiegelstrahlung kann mit dem Probenhalter gereinigt werden, der durch vertikalen Einfall die einfallende Spiegelstrahlung reflektiert.

Der „spiegelnde plus diffuse“ Reflexionsgrad kann mit dem 8-Inzidenz-Probenhalter gemessen werden. Durch Messung beider und Bildung ihres Verhältnisses kann der Reflexionsgrad einer bekannten Standardprobe berechnet werden. Um Fehler aufgrund der Reflexionseigenschaften der Probe zu vermeiden, sollten Probe und Standard das gleiche Reflexionsvermögen aufweisen. Um eine solche potenzielle Messfehlerquelle zu eliminieren, kann ein Zweistrahlsystem eingesetzt werden. Der Detektor ist an einem 90-Grad-Anschluss montiert.

Messung des Gesamtflusses:
Der gesamte optische Fluss, der von einer Lichtquelle (z. B. einer Lampe) erzeugt wird, wird gemessen, indem die Lichtquelle im Inneren des optischen Elements platziert wird, wo das Licht oft mehrmals von den Kugelwänden reflektiert wird, bis es vom Fotodetektor erfasst wird. Dieses Konzept der Leuchtdichte wird in der Industrie häufig zum Vergleich der Lumenleistung einer Lichtquelle zur Qualitätskontrolle bei der Herstellung verwendet. Zu den weiteren Grundelementen, die für diese Konfiguration erforderlich sind, gehören Detektoren und Diffusoren mit Beobachtungs- und Sichtreaktion.

Messung des Transmissionsverhältnisses von Ulbrichtkugeln:
Das Licht, das auf die Probe trifft und die Probe durchdringt, wird als Transmissionsgrad bezeichnet. Wenn die Probe eine geringe Streuung aufweist (z. B. eine saubere verdünnte Lösung), wird fast das gesamte nicht absorbierte Licht durchgelassen. Neben der Reflexionsmessung ist die Messung der Transmission ein weiterer wichtiger Faktor, der bei der Verwendung der Ulbrichtkugel berücksichtigt werden muss.

Messung des spektralen Strahlungsflusses:
Um den von der Lichtquelle erzeugten spektralen Strahlungsfluss zu messen, wird eine Ulbrichtkugel mit einem Spektroradiometer verwendet. Diese Konfiguration ist dieselbe wie die zur Messung des Gesamtflusses, jedoch wird anstelle von Fotodetektoren ein Spektroradiometer verwendet. Darüber hinaus eignet sich dieser Aufbau zur Messung kolorimetrischer Indizes, korrelierter Farbtemperaturen und Farbkoordinaten.

Testen des Bildsensors:
Der sphärische Anschluss ermöglicht die Verwendung des optischen Elements als gleichmäßiger Lichtquellendiffusor, wobei eine gleichmäßige Bestrahlungsstärke, die von einer diffusen Quelle ausgeht, zum Testen von Bildgebungssystemen wie CCD-Kameras oder Array-Detektoren verwendet werden kann. Dieser Anwendungsaufbau wird durch die Platzierung von Lampen im Inneren der Kugel realisiert. Die Auswahl der Lampen richtet sich nach der benötigten Bestrahlungsstärke. Für diese Konfiguration sind keine Detektoren erforderlich.

Laserleistungsmessung:
Kugeln werden häufig für Laserleistungsmessungen im Labor und in der Industrie verwendet, wo diese optischen Elemente zum Testen von Industrielasern mit hoher und niedriger Leistung geeignet sind. Bei Laserleistungsmessungen hilft die korrekte Verwendung einer Abschirmung, eine direkte Sicht auf den Laser-Hotspot zu verhindern. Aufgrund der räumlichen Integration ist eine Ulbrichtkugel eine geeignete Wahl zum Testen von Laserdioden und anderen Geräten mit asymmetrischen und divergenten Eigenschaften. Darüber hinaus trägt die hochreflektierende Beschichtung der Kugel dazu bei, das Oberflächenmaterial vor extrem hohen Temperaturen zu schützen.

Testen von Festkörperbeleuchtungsprodukten:
Leistungsmerkmale von LED-Lampen und anderen Festkörperbeleuchtungsprodukten werden durch Testen und Bewerten der Lichtausbeute und des von der Lichtquelle erzeugten Gesamtlichtstroms ermittelt. Mithilfe einer Ulbrichtkugel können genaue Messungen der Farbraumdaten und des Gesamtflusses erhalten werden. Diese optischen Elemente ermöglichen zwar präzise Messungen der genannten Parameter, messen jedoch keine räumlichen Verteilungen des Strahls. Um die Leistungsmerkmale dieser Lichtquellen zu messen, werden üblicherweise Kugeln in Kombination mit einem Goniophotometer verwendet. Gonio-Photometer können räumliche Verteilungen genau messen.

Die gesamte Lichtstromprüfung Eine Ulbrichtkugel besteht aus mindestens zwei Teilen – einem Teil für eine Probe und dem anderen für einen Detektor. Der Detektor ist auf den Strahlungsfluss kalibriert, prüft aber grundsätzlich die Beleuchtungsstärke auf der Innenfläche der Kugel. Bei der Verwendung einer Ulbrichtkugel zur Messung des LED-Lichtstroms müssen die Gehäusegröße und der LED-Typ berücksichtigt werden.

Die Ulbrichtkugel muss die folgenden Anforderungen erfüllen, um sicherzustellen, dass alle gekrümmten Oberflächen die gleiche Beleuchtungsstärke haben (der Beleuchtungsstärkewert im getesteten Bereich entspricht dem der gesamten Kugel):
das Verhältnis des Kugeldurchmessers zum Durchmesser der Detektorschnittstelle sollte maximal 1:3 betragen;

Ignorieren Sie die Selbstabsorption des Lichts von der Probenschnittstelle oder des Hilfslichts. die Innenbeschichtung hat einen hohen Reflexions- und diffusen Reflexionskoeffizienten (BaSO4);

gemäß den Anforderungen von CIE 127:2007 und IES LM-79 für andere Lichtstrom-Prüfbedingungen.

Gemäß der Norm gibt es drei verschiedene Konfigurationen der Ulbrichtkugel-Prüfung:
2π-Konfiguration: Probe wird auf der Innenfläche der Ulbrichtkugel platziert – wird für LEDs ohne Umkehrlicht verwendet. Wird häufig für einzelne LEDs und LED-Arrays verwendet.

4π-Konfiguration: Probe wird über eine Schnittstelle in der Mitte der Kugel platziert – häufig für Festkörperlichtquellen verwendet; Zusatzlampen sind erforderlich, um die Lichtabsorption durch die Probe und den Anschluss zu kompensieren.

Testkonfiguration für Teillichtstrom: Die Probe wird in einem bestimmten Abstand von der Probenschnittstelle platziert – ein Raumwinkel wird durch eine genaue Öffnung vor der Schnittstelle definiert.

LPCE-2 Das LED-Testsystem mit Ulbrichtkugel-Spektroradiometer dient zur Lichtmessung einzelner LEDs und LED-Beleuchtungsprodukte. Die Qualität von LEDs sollte durch Überprüfung ihrer photometrischen, farbmetrischen und elektrischen Parameter getestet werden. Entsprechend CIE 177, CIE84,  CIE-13.3, IES LM-79-19, Optik-Engineering-49-3-033602, DELEGIERTE VERORDNUNG (EU) 2019/2015 DER KOMMISSION, IESNA LM-63-2, IES-LM-80 und ANSI-C78.377Es wird empfohlen, zum Testen von SSL-Produkten ein Array-Spektroradiometer mit Ulbrichtkugel zu verwenden. Der LPCE-2 System wird angewendet mit LMS-9000C Hochpräzises CCD-Spektroradiometer oder LMS-9500C CCD-Spektroradiometer in wissenschaftlicher Qualität und eine geformte Ulbrichtkugel mit Haltersockel. Diese Kugel ist runder und das Testergebnis ist genauer als die herkömmliche Ulbrichtkugel.

Hochpräzises Spektroradiometer mit integriertem Kugelsystem LPCE-2(LMS-9000)

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