Moderne LED-Beleuchtungssysteme geben auf Verpackungen nicht mehr nur Leistungs- und Helligkeitswerte an. Endnutzer benötigen Informationen zum tatsächlichen Lichtverhalten, d. h. zur Breite des Lichtkegels, zur Gleichmäßigkeit der Ausleuchtung und zu den Stromstärken, bei denen die Lichtstärke konstant bleibt. Diese Werte werden im Labor mit einem speziellen Gerät, dem sogenannten LED-Messgerät, ermittelt. GoniophotometerDas Gerät misst die Lichtstärke in einer Reihe von Winkelpositionen des Messgeräts. Im Gegensatz zu statischen Ulbricht-Kugeln erfasst ein rotierendes System das Richtungsprofil der Lichtstärke und ermittelt die vollständige Winkelverteilung.
Optiken, Reflektoren, Diffusoren, Linsen und asymmetrische Strahlformungsgeometrien gehören zu den gängigen optischen Komponenten von LED-Leuchten. Aufgrund der anwendungsspezifischen Beleuchtungskonzepte moderner Systeme – Straßenbeleuchtung, Bühnenbeleuchtung, Fassadenbeleuchtung, Beleuchtung von Industriearbeitsplätzen – liefert ein Richtstrahlmesssystem aussagekräftige Leistungsdaten, die über die reine Leuchtdichteangabe hinausgehen.

Warum Richtungsmessung notwendig ist

Die Lichtverteilung ist entscheidend für die erfolgreiche Funktion einer LED-Leuchte im praktischen Einsatz. Erzeugt eine Lampe einen hohen Lichtstrom, konzentriert diesen aber größtenteils in einem kleinen Kegel, streut das Licht stark in andere Richtungen. Ein Beispiel hierfür ist die Straßenbeleuchtung, die angrenzende Bereiche ausleuchten sollte, um dunkle Zonen zwischen den Leuchten zu vermeiden. Die Beleuchtung der Arbeitsbereiche innerhalb der Räumlichkeiten sollte gleichmäßig sein. Eine einseitige Messung dieser Eigenschaften liefert jedoch kein vollständiges Bild des Lichtverhaltens.
In einem Goniophotometer wird die Leuchte in viele Winkelpositionen gedreht und die Intensität der Strahlungsabgabe in jeder Winkelposition gemessen. Die resultierenden Informationen sind eine Intensitätsverteilungskurve. Photometrische Streuung, Strahldivergenz und zonenbasierte Effizienz werden untersucht durch LISUN durch Verwendung dieser Kurve.

Kernfunktionsmechanismus eines LED-Goniophotometers

Ein goniophotometrisches System misst das vom Untersuchungsobjekt emittierte Licht unter verschiedenen Winkeln mittels mechanischer Rotation. Im Allgemeinen lassen sich zwei Arten von Systemen unterscheiden: Systeme mit drehbarem Spiegel und Systeme mit beweglichem Detektor. Bei einem System mit drehbarer Vorrichtung dreht sich das LED-Produkt.
Unabhängig von der gewählten Konfiguration erfasst das Gerät die Lichtstärke in einem festgelegten Winkelbereich. Der Detektor ist so eingestellt, dass er proportional zur tatsächlichen sichtbaren Energie und nicht zur Blendwahrnehmung ist. Nach der Messung werden die Daten mithilfe einer Software interpoliert, um ein kontinuierliches Diagramm zu erstellen. Dieses Diagramm ermöglicht die Umrechnung von richtungsabhängigen Intensitätsdaten in Gesamtlichtstromwerte.

Mathematische Rekonstruktion des Gesamtflusses

Zur Bestimmung des Gesamtlichtstroms werden Richtungswerte anstelle der tatsächlichen Werte verwendet. Dabei werden die Lichtstärken innerhalb des Messbereichs berücksichtigt. Ändert sich die Lichtstärke nicht mit dem Winkel, lässt sich der Gesamtlichtstrom berechnen. Die meisten Leuchten weisen jedoch zwischen Zentrum und Rand erhebliche Unterschiede auf. Ein einzelner Bereich kann die dreifache Energiemenge eines anderen erzeugen.
Lokale Intensitätsänderungen des Goniophotometers werden erfasst und als Teil der zusammengesetzten Lichtströme bewertet. Dieser rekonstruierte Lichtstrom ist insbesondere anwendbar auf Leuchten mit Reflektorformelementen, LED-COB-Module mit sekundärer Kollimationsoptik und teilkundenspezifische Beleuchtungsmodule für den Einzelhandel.

Strahlwinkelbestimmung und Winkelstreuung

Der Abstrahlwinkel der Lichtstärke ist der Punkt, an dem die Lichtstärke um die Hälfte abnimmt. Viele LED-Hersteller geben für ihre Leuchten einen Abstrahlwinkel von 30°, 60° oder 120° an. Dieser Winkel lässt sich nicht visuell bestimmen und muss bei leicht veränderlichen Winkeln sehr genau gemessen werden.
Die Intensität nimmt entlang der Mittelachse langsam ab. Das Goniophotometer ermittelt die Punkte, an denen die Intensität weniger als 50 % des Spitzenwertes beträgt. Beispiele hierfür sind Straßenbeleuchtungen, bei denen die Winkel entlang der Fahrbahnlängsachse im Vergleich zur Breite tendenziell steiler sind.

Integration mit Messwerten des Beleuchtungsmessers

Sobald die Winkelprofildaten erstellt sind, verfügen die Ingenieure über ein kalibriertes Beleuchtungsmessgerät, mit dem sie die Werte auf den Oberflächen überprüfen. Dies belegt nicht nur die abgegebene Leistung, sondern auch die erzielte Beleuchtungsstärke. Die Goniophotometrie erklärt das Emissionsverhalten, und die Oberflächenmessung bestätigt die Nutzung.
Lichtmesser liefern Lux-Werte für reale Montageabstände. Eine solche Korrelation hat die Effizienz des Systems nach optischen Verlusten durch Montagehöhe, Linsenstreuung, Luftstreuung und Oberflächenreflexion aufgezeigt.

Warum die Gleichmäßigkeit des Strahls in der realen Anwendung wichtig ist

Die Flächenbeleuchtung wirkt diskontinuierlich, wenn die Lichtintensität durch abrupte Winkeländerungen stark variiert. In industriellen Umgebungen ist eine gleichmäßige Anordnung erforderlich, um Schattenbildung in den Montagebereichen zu vermeiden. Weiche Übergänge sind auch für Architekturbeleuchtungsplaner attraktiver, da sie optische Brüche verhindern.
Ein Goniophotometer liefert standardisierte photometrische Dateien im IES- oder LDT-Format. Diese Dateien definieren die räumliche Lichtverteilung mathematisch und werden von Software visualisiert, um die Lichtplanung bereits vor der Installation zu simulieren. Installateure installieren die Leuchten virtuell, analysieren deren Ausleuchtung und legen die Abstände zwischen den Leuchten fest.

Wartung von Kalibrierungs- und Referenznormalen

Die Kalibrierung gewährleistet präzise Messungen. Sensoren können mit der Zeit durch Alterung der Fotodioden sowie durch Hitzeeinwirkung und Staub an Genauigkeit verlieren. Auch nach der Kalibrierung können Messungen an unbekannten Leuchten durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass ein gültiger Basiswert erreicht wurde.
Die Kalibrierung berücksichtigt Streulicht in der Messkammer. Ein fachgerecht konzipierter goniophotometrischer Raum schließt externe Lichtquellen aus, sodass die Sensormessungen ausschließlich die tatsächliche Leistung der Leuchten widerspiegeln.

Relevanz für die Energieeffizienzzertifizierung

Die Energiepolitik konzentriert sich auf die Lichtausbeute (Lumen pro Watt) und nicht auf die Wattzahl. Eine hocheffiziente Leuchte mit abgewinkelter Lichtverteilung kann technisch effizient sein, aber Bereiche nur schwach ausleuchten. Der tatsächliche Nutzungsgrad wird durch die photometrische Lichtverteilung ermittelt.
Die Energieeffizienz wird durch Richtlinien in den Richtungswerten bestätigt. Sollten goniphotometrische Messungen einen zu hohen Lichtverlust am Rand des Lichtkegels aufzeigen, müssen die Produktangaben angepasst werden. Einige Zertifikate fordern üblicherweise einen photometrischen Nachweis der gleichmäßigen Lichtverteilung in festgelegten Montagehöhen.

LED-Qualitätsbewertung und Fertigungsabläufe

Die Ergebnisse der Goniophotometrie wurden im Rahmen der Qualitätskategorisierung zur Entwicklung von Leuchten herangezogen. Die Verteilungskurven verschiedener Chargen werden zwischen den Herstellern verglichen, um die Stabilität innerhalb der Produktionsläufe zu gewährleisten. Selbst kleinste Winkelbewegungen der LED-Linsenposition oder des Reflektordesigns beeinflussen die Winkelstreuung.
Gekaufte optische Module mit ähnlicher Leistung werden in Sortiersysteme eingeordnet, die mit gesammelten Daten gespeist werden. Winkelstreumodule mit gleicher elektrischer Effektivität werden nach Zielanwendungen sortiert.

Beleuchtungsleistung in der Ferne

Das Verhalten des Lichtstrahls ändert sich mit der Entfernung. Eine Lampe mit einer Lichtstärke von 2000 Lumen erzeugt auf kurze Distanz einen kleinen, fokussierten Lichtkegel, der jedoch auf große Entfernungen schwach ist. Leuchten mit engem Lichtkegel hingegen liefern auch über größere Entfernungen nutzbares Licht, obwohl es in der Nähe weniger hell erscheint.
Die Umrechnung wird mithilfe des Beleuchtungsstärkemessers nachgewiesen. Da das Goniophotometer die Winkelform bestimmt, wird die praktische Anwendbarkeit durch Lux-Messungen ermittelt. Beide Ergebnissätze werden von Ingenieuren bei der Spezifikation von kommerziellen Leuchten korreliert.

Fazit

Ein modernes Goniophotometer Die photometrische Prüfung dient der Messung des Lichtstroms und der Abstrahlwinkelverteilung durch die schrittweise Messung der gerichteten Lichtintensitäten. Sie erstellt mathematisch vollständige Beleuchtungsprofile und ermöglicht eine gute Vorhersage des Geräteverhaltens in realen Anwendungen. Die photometrische Prüfung ist vollständig und umfasst eine Rotationsmessung, die vollständige Messung der Oberflächenbeleuchtung mittels eines Beleuchtungsstärkemessers sowie eine vollständige Kalibrierung.
Das Werkzeug ist nach wie vor unverzichtbar für die Entwicklung von LED-Leuchten, die Planung von Straßen und Gebäuden, die Architekturmodellierung, die Prüfung der Energieeffizienz und die Zertifizierung von Produkten. Die korrekte Winkelcharakteristik garantiert den Planern die Kenntnis sowohl der abgegebenen Leistung als auch der nutzbaren Beleuchtungsstärke und ermöglicht so den erfolgreichen Einsatz in realen Beleuchtungssystemen.

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