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Licht Messen - Messtechnik

Messzellen



Die Beleuchtungsstärke (US: Illumination) ist das Maß für die Helligkeit auf eine Fläche auftreffendes Licht. Dieses wird mit dem Luxmeter gemessen.

Lux = Lumen pro Quadratmeter

Die Helligkeit einer planen Messfläche ist proportional dem Kosinus des Einfallwinkels der Lichtquelle. Die Bewertung des Empfängers muss also auch proportional dem Kosinus des Lichteinfallswinkels sein.

Die Tabelle zeigt den Kosinusfehler des T-10. 5*

Ein strahlender Körper (Planckscher Strahler) ist ein Idealobjekt, das die gesamte Energie absorbiert und die Farbe von rot über gelb bis weiss ändert, wenn seine Temperatur zunimmt. Die absolute Temperatur T (K) des schwarzen Körpers wird als Farbtemperatur bezeichnet.



Wie in der Grafik links gezeigt wird, ist die Abweichung der relativen spektralen Empfindlichkeit im Vergleich zur Hellempfindlichkeitskurve der CIE innerhalb 8%. /5*

Goniophtometer

Die Lichtverteilung wird über ein Goniophtometer gemessen. Mit Hilfe eines Lichtstromintegrators lassen sich auch der Gesammte Lichtstrom des Scheinwerfers errechnen.


Hier eine Variation mit Spiegel (Hinter den Personen) für größere Leuchten. Der Messensor ist zum Teil rechts am Bild zu erkennen. Die Rechner und Steuereinheit ist links als 19" Schrank aufgebaut. Die Leuchte (Leuchtstofflampe) kann gedreht und geneigt werden. So sind alle räumlichen Ausbreitungen zu quantitativ erfassen.



Auswertung im Polardiagramm


Quelle: LMT, Katalog 1998



LEDs weisen einen sehr engen Spekralbereich auf. Deshalb sind photometrischen Daten von LED-Scheinwerfern oftmals ohne konkrete Angaben. Das Messen mit einem üblichen Luxmeter, um die Lichtleistung des LED-Scheinwerfers zu beurteilen, ergibt leider abweichende Werte. Denn ein Luxmeter arbeitet mit einer Photozelle, die mit einem optischen Filter ausgestattet ist, der die spektrale Empfindlichkeit des Auges berücksichtigt (V lampta-Kurve), so wie in der Tontechnik z. B. die A-Bewertung. Die Photozelle misst alle eintreffenden Spektralteile und integriert diese zu  einem Ergebnis. Historisch ist der Filter für die V lampta-Kurve auf Planck’sche Strahler mit 2850 K, also der Normlichtart A, festgelegt. Dieser strahlt hauptsächlich im Infrarotbereich und fällt zur blauen Farbe hin extrem ab. Die Genauigkeit der Bewertungsfilter bei den Flanken ist deshalb bei Kontinuumstrahlern nicht so entscheidend, da dort die Lichtstärke sowieso gering ist und damit der Messfehler ebenfalls klein ausfällt.

Aber eine LED emittiert nur auf sehr schmalbandigem Spektrum mit Peakwellenlängen von nur einigen 10 Nanometern Breite. Insbesondere bei den blauen und weißen LEDs kommt es so aufgrund der schlechten Flanken der Filter zu großen Abweichungen. Die Folge ist eine Messungenauigkeit beim Blau von bis zu 100%. Um die Lichtleistung exakt zu messen, benötigt man einen Spektrumanalyser, der jedes schmale

Emissionsband aufsummiert und das Ergebnis bewertet.

Ein Chromameter, wie z. B. Minolta CL-200, arbeitet auch mit drei Messfiltern und weist damit ebenfalls Ungenauigkeiten bei der exakten Wertebestimmung auf. Die vorhin genannte Peakwellenlänge ist aber nichtzu verwechseln mit der dominanten Wellenlänge. Als
dominante Wellenlänge bezeichnet man die Frequenz,

die der Farbe entspricht, die wir als die resultierende erkennen. Dies muss nicht die Wellenlänge sein, die bei einem Radiospektograph den höchsten Ausschlag erzeugt, da der Farbeindruck durch andere

vorhandene Wellenlängen verschoben wird.


Auch unter den Luxmetern gab es schon Applikationen die eine Umrechnung mit Hilfe mehrer Meßpunkte zur Erlangung des Lumenwertes eingesetzt werden konnten. Damit kann die Effektivität eines Scheinwerfers beschrieben werden. Bei gleichem Leuchtmitteln ist der mit der höheren Lumenanzahl, der jenige mit dem besseren Wirkungsgrad. Die Qualität einer homogenen Ausleuchtung ist damit nicht beschrieben.

Eine Konfiguration zur Messung von

ANSI Lumen, dem gängigen Vergleichswert für Videoprojektoren. Man erkennt dabei deutlich das hier die äußersten Ränder nicht in die Messung mit einfließen.

Cromameter

Neben der Messung der Beleuchtungsstärke ermöglicht ein Chromameter noch die Messung der Normfarbwerte, der Farbmasszahlen, der Farbabweichung und der ähnlichsten Farbtemperatur.

Farbmasszahlen (xy)

Die Normfarbwerte XYZ und die zugehörigen Yxy Farborte bilden die Grundlage für das vorliegende numerische Farbmess-System. Durch Definition der Farbmassfunktionen eines Normalbeobachters schuf die Commission Interna-tionale de L’Eclairage (CIE), eine internationale Organisation, die sich mit der Helligkeit und der Farbe von Licht beschäftigt, 1931 die Grundlage für die Colimetrie.

Die xy Farbtafel wird manchmal verwendet, um die Farbe einer Lichtquelle anzugeben. Die ähnlichste Farbtemperatur wird verwendet, um die allgemeine Vorstellung der Farbtemperatur auf die Farben anzuwenden, die nah am, aber nicht genau auf dem Planck’schen Strahler liegen.

Mit Hilfe von PC-Anbindung


ist es auch möglich mehrere Projektoren automatisch die Farbunterschiede (hervorgerufen durch Toleranzen und Leuchtmittelalterung) für z.B. Überblendungen oder Überlappungen, anzupassen.


Anpassen auf den gemeinsam verfügbaren Farbraum.

Leuchtdichte-messgeräte

Die Leuchtdichte L (Candela / m²) hat für unsere Betrachtung zur Scheinwerferklassifiezierung eine geringe Rolle. Die Leuchtdichte ist ein Maß für den Helligkeitseindruck, der von einer selbstleuchtenden oder beleuchteten Fläche hervorgerufen wird. Im US Raum wird dabei von Luminance oder Brightness gesprochen.


An diesem Beispiel wird der Sensor (Kamera) auf den 5° Tubus eines ETC Source Four ausgerichtet. Man erkennt im Zentrum eine leichte Abbildung der typischen Wendelaufbauform des HPL Leuchtmittels. Weiterhin wird deutlich das die Fasettenform des Spiegel optimal ausgerichtet ist. Die höchste Leuchtdichte wird erwartungsgemäß aus den mittleren Segment addiert.


Richtet man den Sensor dagegen auf eine vom Scheinwerfer bestrahlte Fläche, so erhält man die für die Beleuchtungstechnik benötigte Lichtverteilung. In der nebenstehenden Isographenform ist eine Homogenität des Lichtfeldes umfassend wiedergegeben. Eine Lichtverteilungskurve stellt dagegen eine Querschnitt durch die Horizontale Achse dar.


Wie oben bereits beschrieben wurde, ist die Beleuchtungsstärke bei extremenm Linienstrahlern nicht mit Breitbandigen Luxmetern zu erfassen. Dazu benötigt man eine Spektroradiometer das alle Wellenlängen dedektiert und anschließend die Filterfunktion berechnet. Natürlich dient ein Radiospektrometer auch zur beurteilung von Farbzusammensetzungen u.s.w.

MESSPRINZIP

Das in den Lichtwellenleiter im Innern eintretende Licht wird kontinuierlich reflektiert, so dass es gemischt und praktisch gleichmässig wird. Es gelangt dann durch die Kollimatorlinse zum Beugungsgitter. Nachdem es vom Gitter aufgesplittet worden ist, wird das Licht von der Kondensorlinse

Der Lichtstrom Lumen (US: Luminous flux) ist die von einer Lichtquelle in allen Richtungen insgesamt ausgestrahlte Lichtleistung. Ein einzelner Teil des Lichtstrom ist ausgehend mit einer Richtung vom emittierenden Körper der definierten Punktquelle. Damit kann die Effektivität eines Beleuchtungskärper beschrieben werden. Je mehr Lumen pro Watt Leistungszufuhr zu Verfügung stehen, um so mehr Licht steht zur Verfügung. Die Qualität einer homogenen Ausleuchtung ist damit nicht beschrieben.


Prinzip: Das Leuchtmittel strahlt in einen Raum, das die Lichtstrahlen diffus reflektiert. Eine direkte Strahlung auf den Meßkopf wird unterbunden. Je nach Meßkopf können unterschiedliche Aussagen getroffen werden.



Auswertung einer Messung,

hier mit Farbbeurteilung

Quelle: LMT, Katalog 1998



Quelle: Niethammer, Katalog 1990



Quelle: Minolta, Anzeige


Quelle: Minolta, Anzeige


Würde man mit einem Breitbandigen Sensor die Strahlung messen, so würden übermäßig auch die für die Beleuchtung "unbedeutende" Infrarotstrahlung gemessen. Deshalb wird ein Filter eingesetzt, der ähnlich dem "A-Filter" bekannt aus der Tontechnik, nur die für das Auge gewichtete Stahlungslängen zum Sensor vordringen läßt.

Idealerweise sollte die spektrale Empfindlichkeit des Meßgerätes mit der Helligkeits-empfindung des menschlichen Auges übereinstimmen V (l).


Die zweidimensionale (x, y) Farbtafel wird vom Yxy Farbort genommen, in dem Y die Helligkeit ist (und der Farbmasszahl Y entspricht) und x und y die Farbmasskoordinaten sind, die aus den Farbmasszahlen XYZ berechnet werden. Die Abbildung zeigt die x, y Normfarbtafel der CIE für diesen Farbort.


entsprechend der Wellenlänge fokussiert. Am Brennpunkt befindet sich der Polychromator. Die spektrale Strahlungsstärke sowie die Farb-masszahlen werden vom integrierten Rechner berechnet.





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Luxmeter

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