Logo der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt

Synchrone Bestimmung des Streulichtstromanteils vom Gesamtlichtstrom am Roboter-Goniophotometer

27.10.2010

Die Realisierung der Lichtstromeinheit Lumen (lm) erfolgt in der PTB fundamental aus der SI-Basiseinheit Candela (cd) durch ein Roboter-Goniophotometersystem. Es besteht aus zwei 7-Gelenk-Einarmrobotern, ausgerüstet mit spezieller Empfängermesstechnik. Ein weiterer 7-Gelenk-Einarmroboter dient der Positionierung der Lichtquelle in der vorgeschriebenen Betriebslage. Im einfachsten Anwendungsfall besteht die Empfängermesstechnik aus zwei Photometern. Während der Messung werden die beiden Photometer auf einer gedachten Kugeloberfläche simultan um die Lichtquelle herumgeführt. Während der Messung sind die Photometer stets zur im Gerätezentrum befindlichen Lichtquelle ausgerichtet.

Die zu untersuchende Lichtquelle beleuchtet entsprechend ihrer räumlichen Lichtstärkeverteilung u.a. auch die schwarz beschichteten Wände. Der Reflexionsgrad des Goniophotometer-Messraums beträgt im sichtbaren Spektralbereich etwa 3% und kann auch als Leuchtdichte ausgedrückt werden. Diese sog. Streu-Leuchtdichte erhöht die auf den Photometern durch die Lichtquelle direkt erzeugte Beleuchtungsstärke und wird durch Streulichttuben minimiert, die das Gesichtsfeld einschränken. Die dennoch verbleibende streulichtinduzierte Beleuchtungsstärke kann jetzt über eine besondere Messeinrichtung ermittelt werden. Mittels eines rückwärts gerichteten kleinen zusätzlichen Streulichtphotometers kann synchron zur eigentlichen Lichtstrombestimmung die zusätzlich streulichtinduzierte Beleuchtungsstärke für diese Hemisphäre ermittelt werden. Abbildung 1 zeigt links das Photometer und rechts das kleinere Streulichtphotometer. Es ist um 5° gegen die Photometerachse geneigt, da sonst der Schattenwurf des Photometers die Streu-Leuchtdichte unterbewertet erscheinen lassen würde. Jedes Streulichtphotometer verfügt über austauschbare Gesichtsfeldblenden zur Anpassung an das jeweils vorliegende Niveau der Streu-Leuchtdichte, da natürlich nicht beliebig kleine Photoströme gemessen werden können. Im Fall sehr kleiner Streu-Leuchtdichten muss dann eine geringere Ortsauflösung mit entsprechend größerem Gesichtfeld der Streu-Leuchtdichteverteilung zu Gunsten eines gerade noch messbaren Photostroms akzeptiert werden. Abbildung 2 zeigt die sehr strukturierte Streu-Leuchtdichteverteilung einer FEL 1000 W Lampe im Goniophotometer-Messraum. Die Kenntnis der Streu-Leuchtdichteverteilung ermöglicht die Bestimmung des Streulichtstromanteils vom Gesamtlichtstrom und kann dann als effektive Korrektur angewendet werden. Typischerweise liegen diese relativen Anteile im Bereich 0,05% bis 0,10% des Gesamtlichtstroms. Weiterführende Informationen können [1] entnommen werden.

 

Abb. 1: Photometer (links) mit rückwärtsgerichteten und geneigtem Streulichtphotometer (rechts)

 

Abb. 2: Streu-Leuchtdichteverteilung im Goniophotometer-Messraum, Lichtquelle FEL 1000 W

 


Literatur:

[1]        G. Bizjak, M. Lindemann, A. Sperling, G. Sauter: ”Determination of Stray Light at the PTB Goniophotometer Facility”, MAPAN – Journal of Metrology Society of India, Vol. 24, No. 3, 2009; pp. 163-173