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Homogener Strahler für radiometrische und photometrische Anwendungen

03.02.2010

Eine Vielzahl von Anwendungen in Forschung und Industrie erfordern eine gleichförmige Ausleuchtung. Eine weit verbreitete praktische Realisierung ist die Verwendung einer Ulbrichtkugel, um das oft gewünschte lambertsche Abstrahlverhalten zu erhalten. Kommerziell erhältliche Systeme haben normalerweise jedoch nur Homogenitäten des Strahlungsfeldes im Bereich von 98 %. Das an der PTB entwickelte Kugelstrahlersystem hat erheblich verbesserte Parameter und erreicht eine Homogenität des emittierten Strahlprofils von 99,8 %. Ein solches Strahlersystem ist für eine Vielzahl von verschiedenen Anwendungen nutzbar, wie z.B. für die Bestimmung der Modulationstransferfunktion) für bildgebende Systeme oder als Hintergrundbeleuchtung für die Digitalisierung von photographischen Filmen.

In der AG „Reflektometrie“ wird eine Lichtquelle mit ebendiesen Eigenschaften, insbesondere einem lambertschen Strahlprofil, für die Messung des Strahldichtefaktors im Bereich der Gonioreflektometrie benötigt. Der verwendete homogene Kugelstrahler besteht aus einer mittelgroßen Ulbrichtkugel mit einem inneren Durchmesser von Ø = 150 mm und ist mit einer internen 400 W Quarz-Halogenlampe bestückt. Die innere Beschichtung der Kugel wird aus reinem Bariumsulfat hergestellt. Zur Steigerung der Homogenität des Strahlers wird als Besonderheit eine zusätzliche Reflektorplatte in das Zentrum der Kugel eingebaut, von deren exakter Ausbildung und Justierung die Leistungsfähigkeit des Gesamtsystems entscheidend abhängt.

Für die Messung der Homogenität der emittierten Strahldichte des Kugelstrahlersystems wurde ein Abbildungssystem mit einer 1:1-Abbildungsoptik aufgebaut. Mittels einer eingebauten Feldblende mit einem Aperturdurchmesser von 2 mm resultiert dies in eine Auflösung von 2 mm im Bereich der Öffnungsapertur des Strahlers. Als Detektor wurde eine ungefilterte hochpräzise Siliziumphotodiode verwendet. Die Messungen wurden in einem Gitter mit 50 mm Kantenlänge in x- und y-Richtung über die Apertur des Kugelstrahlers durchgeführt (25 x 25 = 625 Messwerte). Das Strahlprofil wurde dabei zeilenweise abgescannt. Eine statistische Analyse der Messdaten zeigt, dass bei optimalen Justageparametern die emittierte Strahldichte über die gesamte Aperturfläche nur um ca. 0,2 % variiert [1].

 

Bild des Homogenitätsmessplatzes mit dem Kugelstrahler montiert an einer xyθ-Verschiebeeinheit

 

Literatur:

 [1]       K.-O. Hauer, A. Höpe, High-Grade Uniform Light Source for Radiometric and Photometric Applications, MAPAN - Journal of the Metrology Society of India, Vol. 24, No. 3, p. 175-182 (2009)