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Die Erfindung betrifft ein Goniophotometer mit einem Lichtemissionsmessgerät, das auf eine zu vermessende Leuchte weist und die aus Richtung der Leuchte kommende Lichtstärke misst, wobei eine Relativstellung zwischen Leuchte und Lichtemissionsmessgerät veränderbar ist.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Vermessung einer Leuchte, indem ein Lichtemissionsmessgerät um die Leuchte bewegt wird und in verschiedenen Raumwinkeln Lichtemissionsmesswerte gemessen werden, die in einem Datenspeicher für jeden gemessenen Raumwinkel abgelegt werden.
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Goniophotometer sind im Stand der Technik natürlich hinlänglich bekannt. Goniophotometer werden in der Lichttechnik benutzt, um Lichtverteilungskurven von Leuchten dreidimensional zu vermessen. Dabei wird üblicherweise eine Leuchte in einem Goniophotometer befestigt und ein Messkopf, der die Lichtemission in einem vorgegebenen Abstand zur Leuchte misst, wird in dem Abstand um die Leuchte entlang von Längen- und Breitengraden verfahren, so dass Messwerte in jedem vorgegebenen Raumwinkel gemessen werden können und somit eine dreidimensionale Lichtverteilungskurve ermittelbar ist.
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Als nachteilig hat sich erwiesen, dass bei den bekannten Goniophotometern lediglich die Lichtemission, die in einen Raumwinkel abstrahlt, gemessen wird. Damit wird das Licht, das in dem vorgegebenen Abstand von der Leuchte auf eine Oberfläche trifft, jedoch nur unzureichend charakterisiert. Insbesondere ist es für die Beleuchtung von Arbeitsplätzen wichtig, ob es sich bei dem Lichteinfall um direktes Licht, also sehr hartes Licht, oder um diffuses Licht, also sehr weiches Licht, handelt. Diese Unterschiede können mit herkömmlichen Goniophotometern nur unzureichend erfasst werden. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die bekannten Goniophotometer weiterzuentwickeln und ein genaueres Bild vom Abstrahlverhalten einer Leuchte zu erhalten.
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Die Aufgabe wird hinsichtlich der Vorrichtung mit einem eingangs genannten Goniophotometer mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Das erfindungsgemäße Goniophotometer macht von der Idee Gebrauch, ein Lichtemissionsmessgerät mit einem Lichthärtemessgerät, wie es beispielsweise aus der
EP 3 611 483 bekannt ist, zu kombinieren.
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Ein Lichtemissionsmessgerät weist auf eine zu vermessende Leuchte und misst die aus Richtung der Leuchte kommende Lichtemission. Unter Lichtemission wird hier insbesondere die Lichtemission oder die Lichtdichte verstanden, die Auflistung ist nicht abschließend. Das Lichtemissionsmessgerät kann insbesondere als Beleuchtungsstärkemessgerät, das die Beleuchtungsstärke, oder als Lichtdichtemessgerät, das die Lichtdichte misst, ausgebildet sein.
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Dabei sind eine Relativstellung zwischen Leuchte und Lichtemissionsmessgerät veränderbar. Das erfindungsgemäße Goniophotometer weist zusätzlich ein Lichthärtemessgerät auf, das ebenfalls auf die Leuchte weist, und eine Relativstellung zwischen Lichthärtemessgerät und Leuchte ist ebenfalls veränderbar. Das erfindungsgemäße Goniophotometer weist auch einen Datenspeicher auf, der mit dem Lichtemissionsmessgerät und dem Lichthärtemessgerät datenleitend in Verbindung steht, und in dem Datenspeicher sind zu verschiedenen Stellungen des Lichtemissionsmessgerätes und des Lichthärtemessgerätes zumindest jeweils ein, vorzugsweise jeweils genau ein Lichtemissionsmesswert und ein Lichthärtemesswert abgelegt. Vorteilhafterweise wird durch das erfindungsgemäße Goniophotometer die Leuchte sowohl hinsichtlich ihrer Lichtemission als auch ihrer Lichthärte vermessbar und durch die zusätzlich gewonnenen Informationen zielgenauer einsetzbar.
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Vorzugsweise sind das Lichtemissionsmessgerät und das Lichthärtemessgerät gemeinsam in ihrer Relativstellung gegenüber der Leuchte veränderbar. Dabei kann die Relativstellung des Lichthärtemessgerätes zum Lichtemissionsmessgerät vorzugsweise unveränderlich sein. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform können beide Messgeräte zusammen an einem Messkopf montiert sein. Ein einzelner Messkopf ist leichter steuerbar.
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Das Lichtemissionsmessgerät und das Lichthärtemessgerät sind vorzugweise gemeinsam an einem Messkopf montiert und relativ zueinander vorzugsweise nicht beweglich. In einer Variante der Erfindung ist die Leuchte ortsfest im Raum angeordnet, und der Messkopf wird gegenüber der Leuchte im Raum beweglich verschwenkt, und in der anderen Variante ist der Messkopf ortsfest im Raum, und die Leuchte wird um ihre drei Achsen gedreht, so dass bei beiden Varianten vorzugsweise alle Raumwinkel der Leuchte vom Messkopf vermessen werden können. Beide Bewegungen sind äquivalent.
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Vorzugsweise werden das Lichtemissionsmessgerät und das Lichthärtemessgerät in einem festen Abstand, vorzugsweise von einem Meter, um die Leuchte geführt bzw. positioniert, und in vorgegebenen Raumwinkeln sind Lichtemissionsmesswerte und Lichthärtemesswerte messbar. Günstigerweise entspricht die Größe eines Raumwinkels in etwa der Größe der Sensorflächen des Lichtemissionsmessgerätes und/oder des Lichthärtemessgerätes, so dass durch aufeinanderfolgendes Messen die gesamte Sphäre in dem vorgegebenen Abstand um die Leuchte herum messbar ist.
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Es sind aber auch andere Abstände denkbar. Vorzugsweise wir der Abstand so groß gewählt, dass die Leuchte als punktförmig angesehen werden kann. Üblicherweise wird eine Leuchte als punktförmig angesehen, wenn der Abstand des Messkopfes wenigstens ein 10-faches eines Leuchtendurchmessers beträgt.
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Das erfindungsgemäße Goniophotometer umfasst das Lichthärtemessgerät. Zur Erklärung der Funktionsweise des Lichthärtemessgerätes wird als neue physikalische Größe eine Lichthärte eingeführt. Bei der Lichthärte handelt es sich um eine eindimensionale Größe, die das Verhältnis des direkten Lichtes zum diffusen Licht ausdrückt. Diffuses Licht wird als weich bezeichnet und gerichtetes Licht als hart. Das Licht wird vom Menschen auch so empfunden. Grundsätzlich ist das Licht umso härter, je gerichteter das Licht ist.
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Das Lichthärtemessgerät weist vorzugsweise einen Schattengeber auf, der je nach Umgebungslicht unterschiedlich große Kern- und Halbschatten erzeugt. Er umfasst eine Lichtmesseinrichtung mit einer Sensorfläche, auf der die Kern- und Halbschatten des Schattengebers erzeugt werden. Der Schattengeber ist beweglich gegenüber der Sensorfläche angeordnet. Es ist vorzugsweise auch eine Auswerteeinrichtung vorgesehen, die datenleitend mit dem Datenspeicher verbunden ist, in dem eine Lichthärteskala abgelegt ist, und die aus Messgrößen der Sensorfläche eine Größe ermittelt und der Größe eine Lichthärte innerhalb der Lichthärteskala zuordnet.
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Günstigerweise ist der Schattengeber über der Sensorfläche drehbar angeordnet. Bei dem Schattengeber kann es sich beispielsweise um einen schmalen und dünnen Balken handeln, der über die gesamte Ausdehnung die gleiche Breite und Dicke aufweist. Der Balken ist günstigerweise lichtundurchlässig und kann mit seiner flachen Seite parallel zur Sensorfläche angeordnet und ihr gegenüber drehbar gelagert sein. Dazu kann günstigerweise ein vorzugsweise rohrförmiges Gehäuse mit einem offenen Ende für Umgebungslichteinfall vorgesehen sein und ein Boden, an dem die Sensorfläche angeordnet ist. Der Boden kann kreisförmig ausgebildet sein und durch die Sensorfläche gebildet werden. An dem offenen Ende kann eine Dreheinrichtung vorgesehen sein, an der der Schattengeber befestigt ist. Beispielsweise kann der Schattengeber hierbei mit Hilfe von zwei Nuten an einem offenen Rand des rohrförmigen Gehäuses drehbar gelagert sein. Es sind natürlich auch andere Befestigungsmöglichkeiten denkbar.
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Günstigerweise weist die Sensorfläche des Lichthärtemessgerätes eine Vielzahl über die Sensorfläche verteilter Einzelsensoren auf, die jeweils eine Lichtemission messen, wobei Lichtemissionsmesswerte der Sensoren der Auswerteeinrichtung zuführbar sind, die einen Lichtemissionsverlauf entlang der Sensorfläche ermittelt.
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Die Sensorfläche weist günstigerweise eine Vielzahl von Sensoren auf. Es können hunderte, tausende oder zehntausende von punktförmigen Sensoren vorgesehen sein, die sich über die gesamte Sensorfläche verteilen. Dadurch ist es möglich, einen Lichtemissionsverlauf entlang der Sensorfläche zu detektieren und der Auswertung zugrunde zu legen.
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Vorzugsweise ist die Sensorfläche als herkömmliche CCD Sensorfläche ausgebildet, die aus einer Vielzahl von Einzelmesspunkten besteht. Bei einem CCD Sensor handelt es sich um ein lichtempfindliches, elekronisches Bauelement mit einer Vielzahl vorzugsweise gleichgroßer Fotoelemente, wobei der vom Fotoelement erzeugte elektrische Strom ein Maß für die Beleuchtungsstärke des auf das Fotoelement fallenden Lichtes ist. Die Beleuchtungsstärke ist ein Maß für die Anzahl der pro Zeiteinheit auf die Fläche auftreffenden Photonen und damit ein Maß für die Anzahl von Elektronen, die vom Valenzband des Fotoelementes in das Leitungsband gehoben werden und den elektrischen Strom bilden.
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Mit der Lichtmesseinrichtung steht eine Auswerteeinrichtung datenleitend, vorzugsweise elektrisch leitend, in Verbindung. Die Auswerteeinrichtung ist datenleitend mit einem Datenspeicher verbunden, in dem eine Lichthärteskala abgelegt ist. Die Lichthärteskala ist vorzugsweise eindimensional ausgebildet. Günstigerweise reicht die Lichthärteskala von einem minimalen Grenzwert, vorzugsweise kontinuierlich, zu einem maximalen Grenzwert. Zwischen dem minimalen und dem maximalen Grenzwert sind die Lichthärtewerte angeordnet. Aus Größen des Halbschattens wird ein Wert einer Lichthärte bestimmt. Es können auch Größen des Kernschattens hinzugezogen werden, um die Lichthärte zu bestimmen. Unter einer Größe wird hier aber nicht nur die Fläche verstanden, die der Kernschatten bzw. der Halbschatten umfasst, sondern es werden insbesondere und vorzugsweise auch Flankensteigungen des Halbschattens oder auch andere aus den Messgrößen abgeleitete Größen zur Auswertung verwendet.
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Vorzugsweise wird eine Flankensteigung des Halbschattens aus den Messwerten bestimmt, und die Flankensteigung wird einer Lichthärte zugeordnet. Die Sensorfläche misst vorzugsweise die Beleuchtungsstärke, die einen Lichtstrom pro Fläche misst. Die Einheit der Beleuchtungsstärke ist Lux. Es kann aber auch eine Lichtstärke gemessen werden. Die Einheit der Lichtstärke oder Lichtintensität ist Candela. Vorzugsweise wird einem ausschließlich diffusen Umgebungslicht eine Lichthärte von - 100 zugeordnet, einem ausschließlich gerichteten Licht eine Lichthärte von + 100. Die Zahlenangaben sind jedoch willkürlich. Man könnte auch andere Ober- und Untergrenzwerte wählen. Alle anderen Ober- und Untergrenzwerte sind hier auch mitoffenbart.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Goniophotometers sind das Lichtemissionsmessgerät und das Lichthärtemessgerät in einem festen Abstand in einer Vielzahl von Raumwinkeln um die Leuchte führbar sind, und in vorgebbaren Winkelabständen sind Lichtemissionsmesswerte und Lichthärtemesswerte messbar, und in der Auswerteeinrichtung ist aus den Lichtemissionssmesswerten und Lichthärtemesswerten eine erweiterte Lichtverteilungskurve ermittelbar.
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Unter der erweiterten Lichtverteilungskurve wird eine Kurve verstanden, die den vermessenen Raumwinkeln jeweils eine Lichtemission und eine Lichthärte zuordnet. Die einzelnen Messpaare aus Lichtemission und Lichthärte werden interpoliert und bilden eine Hülle um die vermessene Leuchte mit variierender Wandbreite.
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Die Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.
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Das Verfahren eignet sich zur Durchführung auf einem oder jedem der oben beschriebenen Goniophotometer, umgekehrt eignet sich jedes der oben beschriebenen Goniophotometer zur Durchführung eines der erfindungsgemäßen Verfahren.
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Erfindungsgemäß werden ein Lichtemissionsmessgerät und ein Lichthärtemessgerät um die Leuchte bewegt. In verschiedenen Raumwinkeln werden Lichtemissionsmesswerte und Lichthärtemesswerte gemessen, und in einem Datenspeicher werden für jeden gemessenen Raumwinkel Messwertepaare aus Lichtemission und Lichthärte abgelegt, und daraus wird eine erweiterte Lichtverteilungskurve ermittelt.
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Die Beschreibung zur Vorrichtung wird auch hinsichtlich des Verfahrens vollumfänglich übernommen. Auch hinsichtlich des Verfahrens besteht der Vorteil der Erfindung darin, dass die erweiterte Lichtverteilungskurve der Leuchte ermittelt wird, die über die herkömmliche dreidimensionale Lichtemissionsverteilung auch Aussagen über die Verteilung der Lichthärte in den einzelnen Raumwinkeln macht.
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Günstigerweise wird der Schattengeber des Lichthärtemessgerätes in jedem gemessenen Raumwinkel in eine Vielzahl von Stellwinkeln gegenüber einer Sensorfläche des Lichthärtemessgerätes gedreht. Für jeden Stellwinkel wird eine Flankensteigung einer Flanke des auf der Sensorfläche gemessenen Lichtemissionsverlaufs ermittelt, und für jeden Raumwinkel wird die kleinste Flankensteigung ermittelt, und die kleinste Steigung wird einer Lichthärte zugeordnet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren macht zum einen von der Idee Gebrauch, die Lichtemission in herkömmlicher Weise durch ein Lichtemissionsmessgerät in vielen Raumwinkeln, vorzugsweise jedem Raumwinkel, zu messen und zusätzlich gleichzeitig die Lichthärte mittels eines Lichthärtemessgerätes zu messen. Zur Bestimmung der Lichthärte des in einen Raumwinkel abgestrahlten Lichtes bedarf es jedoch einer Vielzahl von einzelnen Messungen für jeden einzelnen Raumwinkel. Vorzugsweise wird dazu der Schattengeber in eine Vielzahl unterschiedlicher Stellwinkel gegenüber der Sensorfläche gedreht, und eine Flankensteigung des Halbschattens wird für jeden der Stellwinkel bestimmt. Es wird dann die Flankensteigung gewählt, die am kleinsten ist, bzw. es könnte auch diejenige gewählt werden, die am größten ist, und diese Flankensteigung wird dann über eine im Datenspeicher abgelegte Zuordnung von Flankensteigung zu Härtegrad einem Härtegrad zugeordnet. Dazu ist günstigerweise in einem Datenspeicher eine Lichthärteskala abgelegt, durch die den Flankensteigungen bestimmte Lichthärtewerte vorab zugeordnet werden.
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Erfindungsgemäß ist aus den Messwertepaaren, die jedem Raumwinkel zugeordnet werden, eine erweiterte Lichtverteilungskurve der Leuchte ermittelbar. Die erweiterte Lichtverteilungskurve kann für verschiedene Aufgaben in der Lichttechnik genutzt werden. So kann für die optimale Ausleuchtung von Arbeitsplätzen nicht nur die bisher verwendete Lichtemission, insbesondere die Beleuchtungsstärke, bestimmt werden, sondern auch zusätzlich die Lichthärte, so dass der Arbeitsplatz bei gleicher Beleuchtungsstärke deutlich weniger mit gerichtetem Licht, also weniger grell und hart ausgeleuchtet wird, sondern weicher ausgeleuchtet wird.
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Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels in zehn Figuren beschrieben. Dabei zeigen:
- 1 eine prinzipielle Darstellung des erfindungsgemäßen Goniophotometers,
- 2 eine perspektivische Ansicht eines Lichthärtemessgerätes,
- 3 eine schematische Ansicht eines Schattengebers des Lichthärtemessgerätes bei ausschließlich direktem Licht,
- 4 einen Schatten des Schattengebers bei direktem und diffusem Licht,
- 5 einen Schatten eines Schattengebers bei ausschließlich diffusem Licht,
- 6 eine Zuordnung von Lichthärtegraden zu verschiedenen Mischungen von diffusem und gerichtetem Licht,
- 7a eine Messlinie entlang der Sensorfläche,
- 7b eine Helligkeitsortskurve entlang der Messlinie in 7a bei diffusem Licht,
- 7c eine Helligkeitsortskurve entlang der Messlinie in 7a bei gerichtetem Licht,
- 8 eine prinzipielle Lichtverteilungskurve unter Berücksichtigung der Beleuchtungsstärke und Lichthärte.
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1 zeigt die prinzipielle Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Goniophotometers. Das Goniophotometer dient zur Vermessung einer Leuchte 1, die zentral im Goniophotometer angeordnet ist. Die Leuchte 1 ist auf einer Halterung 2 montiert, und an der Halterung 2 ist ein Arm 3, der horizontal und vertikal der Halterung 2 gegenüber verschwenkbar ist, mit einem Ende angelenkt. An einem anderen Ende des Armes 3 sind ein Beleuchtungsstärkemessgerät 4 und ein Lichthärtemessgerät 6 befestigt. Das Lichthärtemessgerät 6 ist an einem Gehäuse des Beleuchtungsstärkemessgerätes 4 angeordnet, so dass das Beleuchtungsstärkemessgerät 4 und das Lichthärtemessgerät 6 relativ zueinander positionsstabil sind.
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Der Arm 3 weist eine Länge von etwa einem Meter auf. Es aber auch andere Längen, sowohl kürzere als auch längere, möglich. Herkömmliche Goniophotometer sind üblicherweise auf einen Abstand von einem Meter zwischen dem Beleuchtungsstärkemessgerät 4 und der Leuchte 1 kalibriert. Diese Länge wird für die ordnungsgemäße Anordnung vorzugsweise übernommen.
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Ein Messkopf des Goniophotometers mit dem Beleuchtungsmessgerät 4 und dem Lichthärtemessgerät 6 wird in einem Abstand von einem Meter sphärisch um die Leuchte 1 herum verfahren. Dabei sind sowohl das Beleuchtungsstärkemessgerät 4 als auch das Lichthärtemessgerät 6 ständig auf die Leuchte 1 ausgerichtet und messen vorzugsweise gleichzeitig sowohl die Beleuchtungsstärke als auch die Lichthärte an dem jeweiligen Ort eines Messkopfes in dem vorgegebenen Abstand von vorzugsweise einem Meter zur Leuchte 1. Die Sphäre mit einem Radius von einem Meter wird in Raumwinkel unterteilt, die untereinander in etwa gleichgroß sind, und in jedem Raumwinkel Ω wird jeweils eine Messung der Beleuchtungsstärke bzw. der Lichthärte vorgenommen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Bestimmung der Lichthärte wiederum in eine Vielzahl von Einzelmessungen zerfällt.
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Jedem Raumwinkel Ω wird damit ein Messwertepaar aus Beleuchtungsstärkemesswert und Lichthärtemesswert zugeordnet und in einem nicht eingezeichneten Datenspeicher abgelegt. Aus den einzelnen Messwerten kann numerisch in üblichen Verfahren eine erweiterte Lichtverteilungskurve LVK berechnet werden, die in einem zweidimensionalen Schnitt beispielhaft in 8 dargestellt ist. Der Abstand der Leuchte 1 zur inneren Seite der erweiterten Lichtverteilungskurve LVK ist ein Maß für die Beleuchtungsstärke, während eine Breite B der erweiterten Lichtverteilungskurve LVK ein Maß für die Lichthärte in dem jeweiligen Raumwinkel Ω ist.
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Der in 1 dargestellte Messkopf weist zum einen ein herkömmliches Beleuchtungsstärkemessgerät 4, wie es in Goniophotometern verwendet wird, auf. Das Beleuchtungsstärkemessgerät 4 ist auf die Leuchte 1 ausgerichtet, so dass eine Sensorfläche des Beleuchtungsmessgerätes 4 tangential zur Schwenkbewegung des Armes 3 des Goniophotometers angeordnet ist.
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Erfindungswesentlich bei dem hier vorliegenden Goniophotometer ist das zusätzlich neben dem Beleuchtungsstärkemessgerät 4 angeordnete Lichthärtemessgerät 6. Das Lichthärtemessgerät 6 ist als separates Bauteil in den 2, 3, 4 und 5 in seiner Funktionsweise dargestellt, und die Auswertung der Messergebnisse ist in den 6, 7a, 7b und 7c angegeben.
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Das Lichthärtemessgerät 6 umfasst einen Schattengeber 7. Der Schattengeber ist in Form eines schmalen und dünnen Balkens ausgebildet, der lichtundurchlässig ist. Der Balken weist über seine Länge eine gleichbleibende Breite und Dicke auf. Der Schattengeber 7 dient dazu, einen Schatten auf eine Sensorfläche 8 zu werfen. Die Sensorfläche 8 ist als CCD Chip ausgebildet. Die Sensorfläche 8 ist beispielsweise kreisrund ausgeformt. Entlang des umlaufenden Randes des CCD Chips ist ein rohrförmiges Gehäuse 9 dargestellt, das am bodenseitigen Ende fest mit dem CCD Chip verbunden ist und an dessen gegenüberliegendem offenem Ende der Schattengeber 7 drehbar relativ zum rohrförmigen Gehäuse 9 und der Sensorfläche 8 angeordnet ist, so dass der Schattengeber 7 an dem umlaufenden, rohrförmigen Gehäuse 9 nach rechts und links drehbar gelagert ist. Das rohrförmige Gehäuse 9 ist ebenfalls lichtundurchlässig.
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In den 3 bis 5 ist die schematische Funktionsweise des Schattengebers 7 und der Sensorfläche 8 dargestellt. Bei direktem Lichteinfall gemäß 3 erzeugt der Schattengeber auf dem CCD Chip nur einen Kernschatten 11. Der Kernschatten 11 weist scharfe Außengrenzen auf. Die Kontur des Kernschattens 11 entspricht der des Schattengebers 7. Der Kernschatten 11 ist sehr dunkel. Die den Kernschatten 11 umgebende Sensorfläche 8 ist durch das auf die Sensorfläche 8 auftreffende gerichtete Licht weiter hell ausgeleuchtet. Das gerichtete Licht wird von dem Schattengeber 7 im Bereich des Schattengebers 7 aufgefangen und hinterlässt auf der Sensorfläche 8 den Kernschatten 11. Der Abstand des Schattengebers 7 von der Sensorfläche 8 beträgt hier etwa 0,5 cm. Es sind natürlich auch andere Abmessungen denkbar. Insbesondere weist der Schattengeber 7 eine Länge von etwa 10 cm und eine Breite von etwa 5 cm auf. Es sind auch hier alle anderen Längen im Prinzip denkbar.
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4 zeigt den Schatten des Schattengebers 7 bei einer Mischung aus direktem und diffusem Licht in der Umgebung, d. h. am offenen Ende des rohrförmigen Gehäuses 9 fallen diffuses und direktes Licht gleichzeitig auf den Schattengeber 7, was zur Folge hat, dass auf der lichtabgewandten Seite auf der Sensorfläche 8 der schmale Kernschatten 11 und ein breiter Halbschatten 12 entstehen. Im Kernschatten 11 fällt sehr wenig Licht bis gar kein Licht auf die Sensorfläche 8. Im Halbschatten 12 fällt wenig Licht auf die Sensorfläche 8. Außerhalb des Schattens 11, 12 ist die Sensorfläche 8 überhaupt nicht abgeschattet. Eine Gesamtfläche aus dem Kernschatten 11 und dem Halbschatten 12 ist größer als eine parallel zur Sensorfläche 8 angeordnete Querschnittsfläche des Schattengebers 7.
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In der 5 ist die Schattenbildung des Schattengebers 7 bei ausschließlich diffusem Licht dargestellt. Wenn diffuses Licht als das Umgebungslicht verwendet wird, bildet sich auf der Sensorfläche 8 auf der dem diffusen Licht abgewandten Seite des Schattengebers 7 ausschließlich der Halbschatten 12 aus, der eine Fläche aufweist, die größer ist als eine Querschnittsfläche des Schattengebers 7.
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Grundsätzlich wird unter hartem Licht direktes Licht verstanden und unter weichem Licht diffuses Licht. Sehr hartes Licht besteht daher ausschließlich aus direktem Licht, während sehr weiches Licht ausschließlich aus diffusem Licht besteht. Direktes Licht wird vom Menschen auch als hart empfunden, während diffuses Licht vom Menschen als weich empfunden wird.
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Die Sensorfläche 8 besteht aus einem CCD Chip, das heißt aus einer großen Anzahl lichtempfindlicher Halbleiterbauteile. Die pro Fläche erzeugte Menge an Ladungsträgern ist von einer Beleuchtungsstärke E, die in Lux gemessen wird, abhängig und proportional zu ihr.
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Zur Eichung des Messgerätes wird daher die Beleuchtungsstärke gemessen, wenn überhaupt kein Schatten vorhanden ist. Dieses kann in Bereichen der Sensorfläche 8 ohne Abschattung geschehen, oder es kann vorgesehen sein, dass der Schattengeber 7 lösbar an dem Lichthärtemessgerät 6 befestigt ist und zunächst zur Eichung des Lichthärtemessgerätes 6 abgenommen wird. Es wird dann die Beleuchtungsstärke des Umgebungslichtes gemessen.
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Unter dem Kernschatten wird eine Abschattung verstanden, bei der die pro Zeiteinheit erzeugte Menge an Ladungsträgern, also die Stromstärke, unterhalb eines ersten tiefen Schwellenwertes liegt. Wenn die Beleuchtungsstärke des gemessenen Lichtes unterhalb eines zweiten Schwellenwertes und oberhalb des ersten Schwellenwertes liegt, wobei der zweite Schwellenwert höher als der erste Schwellenwert ist, liegt der Halbschatten 12 vor.
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Von dem Halbschatten 12 wird üblicherweise gesprochen, wenn die Beleuchtungsstärke des detektierten Lichtes zwischen 10 % bis 80 % der Beleuchtungsstärke des Umgebungslichtes liegt. Von dem Kernschatten 11 wird gesprochen, wenn die Beleuchtungsstärke des detektierten Lichtes weniger als zehn Prozent der Beleuchtungsstärke des Umgebungslichtes beträgt. Die genannten Schwellenwerte können aber auch anders gewählt werden.
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Bei Beleuchtungsstärken von mehr als 80 % des Umgebungslichtes liegt keine Abschattung vor.
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Grundsätzlich zerfällt das Umgebungslicht in einen direkten Lichtanteil und einen diffusen Lichtanteil. Eine Zuordnung gemäß 6 zeigt, dass bei einem ausschließlich diffusen Lichtanteil dem Licht insgesamt der Härtegrad - 100 zugeordnet wird, und bei einem ausschließlich gerichteten Lichtanteil wird dem Licht der Härtegrad + 100 zugeordnet. Wenn die Intensitäten des gerichteten Lichtanteils und des diffusen Lichtanteils gleich sind, hat das Licht einen Härtegrad von null. Die dazwischenliegenden Werte werden stetig interpoliert.
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An den CCD Chip, also die Sensorfläche 8, ist eine nicht dargestellte Auswerteeinheit angeschlossen, der die oben genannten Schwellenwerte einprogrammiert sind.
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Es gibt verschiedene Arten, den Härtegrad des Lichtes zu bestimmen.
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Zum einen kann die Auswerteeinheit aus den auf die Sensorfläche fallenden Schatten sowohl die Fläche des Halbschattens 12 als auch die Fläche des Kernschattens 11 bestimmen. Das Größenverhältnis der Fläche des Kernschattens 11 zur Fläche des Halbschattens 12 ist ein Maß für das Verhältnis von direktem Licht zu diffusem Licht. Die Verhältnisse der Lichtanteile werden dem Härtegrad des Lichtes linear zugeordnet.
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Ein anderes und üblicherweise verwendetes Auswerteverfahren ist in den 7a bis 7c dargestellt. 7a zeigt das Lichthärtemessgerät 6 in einer Draufsicht mit einer eingezeichneten Messlinie 13. Die Messlinie 13 ist in diesem Ausführungsbeispiel in einer Längsrichtung L mittig am Schattengeber 7 angeordnet und rechtwinkelig zur Längsrichtung L des Schattengebers 7 angeordnet. Die Messlinie 13 dreht sich vorzugsweise mit dem Schattengeber 7 mit. Sie könnte aber auch an anderen Positionen angeordnet sein. Der Schattengeber 7 ist im Uhrzeigersinn und/oder entgegen dem Uhrzeigersinn gegenüber dem Gehäuse 9 drehbar, und die Messlinie 13 dreht sich relativ winkelfest zum Schattengeber 7 mit.
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Auf der Sensorfläche 8 wird die Helligkeit entlang der Messlinie 13 bestimmt. In den 7b und 7c sind die gemessenen Helligkeitswerte in Abhängigkeit von der Position entlang der Messlinie 13 dargestellt. In der 7b sind die Messwerte für diffuses Licht und in der Graphik der 7c für gerichtetes Licht dargestellt. Es ist zu erkennen, dass bei diffusem Licht ein sehr breiter Halbschatten mit einer flacheren Flankensteigung α ausgebildet wird, während die Flankensteigung α des Halbschattens 12 bei gerichtetem Licht deutlich steiler ist. Das Licht, das der Messung der 7b zugrunde liegt, weist natürlich auch noch einen gerichteten Lichtanteil auf. Die Flankensteigung α kann auf verschiedene, hier nicht näher dargestellte Weisen bestimmt werden. Beispielsweise könnte die Flankensteigung α, wie in den 7b und 7c gezeigt, durch eine Tangente in der Mitte der Messkurve hinsichtlich des maximalen und minimalen Helligkeitswertes bestimmt werden. Dazu wird die Messkurve vorzugsweise vorab geglättet. Es ist auch denkbar, dass die Flankensteigung α durch eine Linie zwischen zwei Punkten, die in etwa einen gleichen Abstand von der Mitte der Kurve im Abschnitt des Halbschattens aufweisen, bestimmt wird oder durch andere Verfahren.
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Durch ein in den 7a, 7b, 7c dargestelltes Verfahren lässt sich einem bestimmten Lichteinfall ein Zahlenwert in Form der Flankensteigung α zuordnen. Messkurven in den 7b und 7c sind sowohl entlang der Ortsachse als auch der Helligkeitsachse auf eins normiert. Unter Helligkeit wird die Beleuchtungsstärke verstanden.
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Das Problem ist, dass die Flankensteigung α in Abhängigkeit von der Stellung des Schattengebers 7 relativ zur Leuchte 1 abhängig sein kann. Daher wird bei jeder Stellung des Lichthärtemessgerätes 6 relativ zur Leuchte 1 in einem vorgegebenen Raumwinkel Ω das Gehäuse 9 des Lichthärtemessgerätes 6 festgehalten und der Schattengeber 7 in 180 Ein-Grad-Schritten gedreht, und bei jedem Schritt wird eine Messkurve gemäß 7b oder 7c aufgenommen. Es sind auch andere Schrittgrößen, etwa 2 oder 3 Grad oder nicht äquidistante Schritte, denkbar. Es wird dann der Auswertung eine dieser 180 Messkurven zugrunde gelegt, nämlich diejenige, in der die Flankensteigung α am steilsten ist. Es ist auch denkbar, ein anderes Auswerteverfahren zugrunde zu legen, um eine Flankensteigung α zu ermitteln. Die Flankensteigung α liegt zwischen 0° für vollständig diffuses Licht und 90° für vollständig gerichtetes Licht. Vorab wird einer Flankensteigung α ein Wert der Lichthärteskala gemäß 6 zugeordnet. Die Lichthärteskala kann beispielsweise derart bestimmt werden, dass dem Wert 0° die Lichthärte 0 zugeordnet wird und dem Wert 90° die Lichthärte 100 zugeordnet wird und die Werte zwischen 0 und 100 stetig auf die Werte zwischen 0° und 90° abgebildet werden. Es sind natürlich auch andere Zuordnungen denkbar.
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8 zeigt die erweiterte Lichtverteilungskurve LVK der Leuchte 1, wobei der Abstand zwischen der Leuchte 1 und dem Innenrand der Lichtverteilungskurve LKV die mittels des Beleuchtungsstärkemessgerätes 4 gemessene Beleuchtungsstärke darstellt und die Breite B der erweiterten Lichtverteilungskurve LVK die mittels des obigen Verfahrens ermittelte Lichthärte darstellt. Die Maße sind dabei entlang eines Radius r ausgehend von der Leuchte 1 aufgetragen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Leuchte
- 2
- Halterung
- 3
- Arm
- 4
- Beleuchtungsstärkemessgerät
- 5
- -
- 6
- Lichthärtemessgerät
- 7
- Schattengeber
- 8
- Sensorfläche
- 9
- rohrförmiges Gehäuse
- 10
- -
- 11
- Kernschatten
- 12
- Halbschatten
- 13
- Messlinie
- r
- Radius
- B
- Breite
- E
- Beleuchtungsstärke
- L
- Längsrichtung
- LVK
- Lichtverteilungskurve
- α
- Flankensteigung
- Ω
- Raumwinkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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