DE112011102599T5

DE112011102599T5 - Ulbrichtkugel-Photometer und Messverfahren damit

Info

Publication number: DE112011102599T5
Application number: DE112011102599T
Authority: DE
Inventors: Seongchong Park; Dong Hoon Lee; Seung Nam Park
Original assignee: Korea Research Institute of Standards and Science KRISS
Current assignee: Korea Research Institute of Standards and Science KRISS
Priority date: 2010-08-02
Filing date: 2011-07-18
Publication date: 2013-05-29
Also published as: US8749774B2; KR20120012629A; AU2011286553B2; WO2012018182A2; CN102959370A; US20130099102A1; WO2012018182A3; AU2011286553A1; CN102959370B; JP5917513B2; KR101144653B1; JP2013532839A

Abstract

Es werden ein Ulbrichtkugel-Photometer und ein Messverfahren mit diesem bereitgestellt. Das Ulbrichtkugel-Photometer umfasst mehrere Photodetektoren, eine Ulbrichtkugel mit Durchgangslöchern, die korrespondierend zu den Photodetektoren ausgebildet sind, Blenden, die in der Ulbrichtkugel so vor den Photodetektoren angeordnet sind, dass sie zu den Photodetektoren beabstandet sind, ein Photometer, das bei einem Durchgangsloch angeordnet ist, und eine Einstelleinheit, die Ausgangssignale der Photodetektoren so einstellt, dass sie das gleiche Ausgangssignal bei einem von einer punktartigen Standardlichtquelle, die in einem Mittenbereich der Ulbrichtkugel angeordnet ist, ausgesendeten Licht haben.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ulbrichtkugel-Photometer zum Messen eines Gesamtlichtstroms (Einheit: Im), der eine der optischen Eigenschaften von Lichtaussendevorrichtungen ist. Die vorliegende Erfindung ist insbesondere auf ein Ulbrichtkugel-Photometer gerichtet, die dazu geeignet ist, einen Korrekturprozess eines Fehlers wegzulassen, der durch einen Unterschied in der räumlichen Verteilung der abgegebenen Lichtstärke zwischen einer zu messenden Lichtquelle und einer Standardlichtquelle verursacht ist, indem mit Hilfe eines Photometers oder mehrerer Photometer während eine Messung durch Vergleich der Standardlichtquelle und der darin zu messenden Lichtquelle eine räumliche Mittelung durchgeführt wird.
Stand der Technik
Der Gesamtlichtstrom einer Lichtquelle bedeutet die Summe der Lichtströme (Einheit: Im), die die Lichtquelle in alle Richtungen aussendet. Die Lichtausbeute (Einheit: Im/W) einer Lichtquelle ist als ein Verhältnis des Gesamtlichtstroms (Einheit: Im), der eine Lichtabgabe quantifiziert, zu einer zugeführten elektrischen Leistung (Einheit: W) bestimmt. Daher ist eine exakte Messung des Gesamtlichtstroms zur Beurteilung oder Bewertung der Leistungsfähigkeit von Beleuchtungsanlagen äußerst wichtig.
Bisher wird der Gesamtlichtstrom mit Hilfe eines Goniophotometers gemessen. Eine räumliche Verteilung eines abgegebenen Lichtstroms wird bei jedem Winkel gemessen. Der Gesamtlichtstrom kann dann durch mathematische Integration der gemessenen Winkelverteilung des abgegebenen Lichtstroms gewonnen werden.
Als ein weiteres Verfahren kann der Gesamtlichtstrom gewonnen werden, indem eine Standardlichtquelle, deren Gesamtlichtstrom schon bekannt ist, und eine zu messende Lichtquelle mit Hilfe eines Ulbrichtkugel-Photometers verglichen werden. Im Prinzip liefert ein Ulbrichtkugel-Photometer ein Ausgangssignal, das zu einem in einer Ulbrichtkugel eingeschlossenen Lichtstrom proportional ist. Eine Standardlichtquelle, deren Gesamtlichtstrom bekannt ist, und eine zu messende werden nacheinander in dem einzuschaltenden Ulbrichtkugel-Photometer angeordnet. Aus der Proportionalitätsbeziehung werden Ausgangssignale der Standardlichtquelle und der zu messenden Lichtquelle gemessen und miteinander verglichen, um einen Gesamtlichtstrom zu messen. Ein Ulbrichtkugel-Photometer ist hinsichtlich seinem einfacheren instrumentellen Aufbau und seiner kürzeren Messzeit gegenüber einem Goniophotometer vorteilhaft. Wenn eine Standardlichtquelle und eine zu messende Lichtquelle von gleichem Typ sind, kann das Ulbrichtkugel-Photometer leicht den Gesamtlichtstrom mit hoher Genauigkeit durch einfachen Vergleich und einfache Messung gewinnen. Aufgrund dieser Vorteile findet das Ulbrichtkugel-Photometer in der Praxis eine breite Anwendung.
Jedoch muss, wenn eine Standardlichtquelle und eine zu messende Lichtquelle in Form, abgegebener Spektralverteilung und abgegebener räumlicher Verteilung verschieden sind, das Ulbrichtkugel-Photometer einem Korrekturverfahren unterzogen werden, um eine exakte Messung zu erreichen. Das Korrekturverfahren kann eine Selbstabsorptions-Fehlanpassungskorrektur, eine spektrale Fehlanpassungskorrektur und eine räumliche Fehlanpassungskorrektur enthalten. Während die Absorptionskorrektur und die spektrale Fehlanpassungskorrektur ohne Schwierigkeit durchgeführt werden können, ist die räumliche Fehlanpassungskorrektur relative kompliziert, da es notwendig ist, nicht nur eine Leuchtdichteverteilung bei jedem Winkel einer zu messenden Lichtquelle, sondern auch eine räumliche Antwortverteilungsfunktion (SRDF) des Ulbrichtkugel-Photometers zu messen. Es ist insbesondere äußerst schwierig, die SRDF des Ulbrichtkugel-Photometers zu messen. Daher ist es sehr schwierig, einen Gesamtlichtstrom einer gerichteten Lichtquelle mit einer großen räumlichen Fehlanpassung exakt zu messen.
Eine exakte Korrektur der räumlichen Fehlanpassung ist erforderlich, um ein komplizierteres Verfahren als ein Verfahren zum Messen eines absoluten Gesamtlichtstroms mit Hilfe eines Goniophotometers durchzuführen. Aus diesem Grund wird in einer Ulbrichtkugel-Vorrichtung zur industriellen Verwendung, dessen Zweck es nicht ist, einen primären Standard wie den des nationalen metrologischen Instituts zu halten, ein räumlicher Antwortfehler allgemein minimiert, indem als zu messende Lichtquelle eine Standardlichtquelle verwendet wird, die die gleiche räumliche Verteilung der abgegebenen Lichtstärke besitzt. Jedoch senden die meisten Gesamtlichtstrom-Standardlampen Licht in Form einer Punktlichtquelle aus. Zudem muss, wenn eine zu messende Lichtquelle geändert wird, ein weiterer geeigneter Lampenstandard für jede zu messende Lichtquelle bereitgestellt werden.
Offenbarung der Erfindung
Technisches Problem
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein Ulbrichtkugel-Photometer bereit, das dazu geeignet ist, einen durch eine räumliche Fehlanpassung, die auftritt, wenn ein Gesamtlichtstrom einer in verschiedenen Richtungen aussendenden Lichtquelle gemessen wird, erzeugten Fehler zu beseitigen. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ferner ein Messverfahren eines Ulbrichtkugel-Photometers bereit, das geeignet ist, einen durch räumliche Fehlanpassung, die auftritt, wenn ein Gesamtlichtstrom einer in verschiedenen Richtungen aussendenden Lichtquelle gemessen wird, erzeugten Fehler zu beseitigen.
Lösung des Problems
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Ulbrichtkugel-Photometer mehrere Photodetektoren; eine Ulbrichtkugel mit Durchgangslöchern, die korrespondierend zu den Photodetektoren ausgebildet sind; Blenden, die in der Ulbrichtkugel in einem Abstand zu den Photodetektoren vor den Photodetektoren angeordnet sind; ein Photometer, das bei einem Durchgangsloch angeordnet ist; und eine Einstelleinheit, die Ausgangssignale der Photodetektoren so einstellt, dass sie bei einem von einer punktartigen Standardlichtquelle, die in einem mittleren Bereich in der Ulbrichtkugel angeordnet ist, ausgesendeten Licht das gleiche Ausgangssignal haben.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Messverfahren einen Anpassungsschritt umfassen, in dem Blenden vor Durchgangslöchern in einer Ulbrichtkugel, die die Durchgangslöcher umfasst, angeordnet werden und eine punktartige Standardlichtquelle in der Mitte der Ulbrichtkugel angeordnet und eingeschaltet wird, um Ausgangsleistungen von Photodetektoren anzugleichen, die korrespondierend zu den Durchgangslöchern angeordnet sind, und einen Messschritt umfassen, in dem Ausgangsleistungen von Photodetektoren und eine Ausgangsleistung eines Photometers in einer zu messenden Lichtquelle und der Standardlichtquelle gemessen werden.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß einem oben beschriebenen Ulbrichtkugel-Photometer wird eine räumliche Antwort einer Ulbrichtkugel durch mehrere Photodetektoren, die symmetrisch auf einer Oberfläche der Ulbrichtkugel angeordnet sind, angeglichen. Darüber hinaus werden Verstärkungen der auf der Oberfläche der Ulbrichtkugel angeordneten Photodetektoren so eingestellt, dass sie das gleiche Ausgangssignal liefern, wenn eine punktartige Standardlichtquelle eingeschaltet ist. Eine räumliche Fehlanpassungskorrektur erfolgt durch die Verwendung von mehreren kostengünstigen Photodetektoren. Somit wird ein räumlicher Fehlanpassungsfehler wirksam beseitigt, obwohl eine typische Standardlichtquelle vom Typ einer Punktlichtquelle verwendet wird, selbst wenn eine Lichtquelle mit gerichtetem Licht verwendet wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein Ulbrichtkugel-Photometer gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine Einstellungseinheit in 1.
3 zeigt eine Verstärkungseinstellung von Photodetektoren und einem Photometer, die in ein Ulbrichtkugel-Photometer gemäß der vorliegenden Erfindung befestigt sind.
4A bis 4D zeigen ein Messverfahren eines Ulbrichtkugel-Photometers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5A und 5B zeigen eine Selbstabsorptions-Fehlanpassungskorrektur eines Ulbrichtkugel-Photometers gemäß der vorliegenden Erfindung.
Art und Weise der Erfindung
Es besteht ein Bedarf an einem Ulbrichtkugel-Photometer, das dazu geeignet ist, einen Gesamtlichtstrom einer gerichteten Lichtquelle zu messen, das sich funktionell nicht von einem herkömmlichen Ulbrichtkugel-Photometer unterscheidet, das eine Standardlichtquelle verwendet. Das Ulbrichtkugel-Photometer muss einen Fehler beseitigen, der durch eine räumliche Fehlanpassung einer Standardlichtquelle und einer zu messenden Lichtquelle verursacht ist.
Ein Ulbrichtkugel-Photometer gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung führt eine Hauptmessung mit Hilfe eines teuren Photometers durch, während es eine Korrektur einer räumlichen Fehlanpassung mit Hilfe von kostengünstigen Photodetektoren durchführt. Darüber hinaus kann das Ulbrichtkugel-Photometer eine Korrektur einer Selbstabsorptionsfehlanpassung mit Hilfe eines Hilfslichtquelle und eines Photometers und eine Korrektur einer spektralen Fehlanpassung mit Hilfe eines Spektralradiometers durchführen. Ohne ein separates Durchgangsloch auszubilden, bei dem ein Photometer oder ein Spektralradiometer befestigt ist, wird ein Photometer oder ein Spektralradiometer an einem Durchgangsloch mit einem Photodetektor befestigt, nachdem der Photodetektor von dem Durchgangsloch mit dem Photodetektor entfernt wurde. Somit kann das Ulbrichtkugel-Photometer gemäß der vorliegenden Erfindung einen Gesamtlichtstrom mit Hilfe von mehreren Photodetektoren und einem Photometer exakt messen.
Die vorliegende Erfindung ist nachfolgend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben, in denen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt sind. Jedoch kann die vorliegende Erfindung in vielen unterschiedlichen Formen verwirklicht sein und sollte nicht als auf die hier dargelegten Ausführungsformen beschränkt verstanden werden. Vielmehr sind diese Ausführungsformen so präsentiert, dass diese Offenbarung gründlich und vollständig ist und der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung dem Fachmann vollständig übermittelt wird. In den Zeichnungen sind Elemente aus Gründen der Klarheit vergrößert. Gleiche Nummern beziehen sich durchwegs auf gleiche Elemente.
Wie es in den 1 und 2 gezeigt ist, umfasst das Ulbrichtkugel-Photometer mehrere Photodetektoren 112a~112f (von denen 112e und 112f in 1 nicht gezeigt sind), eine Ulbrichtkugel 102 mit Durchgangslöchern 122a~122f (von denen 122e und 122f in 1 nicht gezeigt sind), die jeweils korrespondierend zu den Photodetektoren 112a~112f ausgebildet sind, Blenden 124, die in der Ulbrichtkugel-Photometer 102 so angeordnet sind, dass sie vor den Photodetektoren 112a~112f und zu den Photodetektoren 112a~112f beabstandet angeordnet sind, ein Photometer 114, das bei dem Durchgangsloch 122a angeordnet ist, und eine Einstelleinheit 150, die Ausgangssignalverstärkungen der Photodetektoren 112a~112f so einstellt, dass sie das gleiche Ausgangssignal bei einem von einer Standardlichtquelle 140 vom Typ einer Punktlichtquelle, die in einem mittleren Bereich innerhalb der Ulbrichtkugel 102 angeordnet ist, ausgesendeten Licht haben. Die Einstelleinheit 150 kann auch eine Ausgangssignalverstärkung des Photometers 114 einstellen.
Die Ulbrichtkugel 102 kann einen Durchmesser besitzen, der von einigen zehn Zentimetern bis einigen Metern reicht. Der Reflexionsgrad R einer inneren Umfangsoberfläche der Ulbrichtkugel 102 kann 90% oder höher sein. Die innere Umfangsoberfläche der Ulbrichtkugel 102 kann im Wesentlichen kugelförmig sein. Die innere Umfangsoberfläche der Ulbrichtkugel 102 kann mehrere entfernbare Teile umfassen. Die innere Umfangsoberfläche der Ulbrichtkugel 102 kann diffus reflektierend sein.
Die Durchgangslöcher 122a~122f können symmetrisch bezüglich der Mitte der Ulbrichtkugel 102 in einer Oberfläche der Ulbrichtkugel 102 angeordnet sein. Ist die Mitte der Ulbrichtkugel 102 der Ursprung einer Koordinate und ein Radius der Ulbrichtkugel 102 mit L bezeichnet, so können die Durchgangslöcher 122a~122f in einem kartesischen Koordinatensystem bei (L, 0, 0), (–L, 0, 0), (0, L, 0), (0, –L, 0), (0, 0, L) und (0, 0, –L) angeordnet sein. Die Durchgangslöcher 122e und 122f, die Blenden und die Photodetektoren 112e und 112f, die auf der y-Achse angeordnet sind, sind in 1 nicht gezeigt. Die Durchgangslöcher können Paare von Durchgangslöchern bilden, die jeweils bezüglich der Ulbrichtkugel 102 symmetrisch angeordnet sind.
Optische Diffusoren 126 können in die Durchgangslöcher 122a~122f eingeführt oder zu diesen beabstandet sein. Ein Licht innerhalb der Ulbrichtkugel 102 kann über die optischen Diffusoren 126 durch die Durchgangslöcher 122a~122f diffus übertragen werden. Jeder der optischen Diffusoren 126 kann aus einem Milch- oder Trübglas, Mattglas, Teflon oder technisches Glas hergestellt sein.
Die Blende 124 kann in der Ulbrichtkugel 102 so angeordnet sein, dass sie zu den Photodetektoren 112a~112f beabstandet ist. Wenn die Mitte der Ulbrichtkugel 102 der Ursprung eines Kreises und ein Radius der Ulbrichtkugel 102 mit L bezeichnet ist, kann die Blende 124 an sechs Positionen in der Nähe von (L – d, 0, 0), (–L + d, 0, 0), (0, L – d, 0), (0, –L + d, 0), (0, 0, L – d) und (0, 0, –L + d) in dem kartesischen Koordinatensystem angeordnet sein. Die Mittenachse der Blende 124 kann mit derjenigen des Durchgangslochs und des Photodetektors übereinstimmen.
Die Blenden 124 können verhindern, dass von der zu messenden Lichtquelle (146) oder der Standardlichtquelle 140 ausgesendetes Licht direkt auf die Photodetektoren 112a~112f trifft. Die Blende 124 kann eine kreisförmige Platte oder eine polygonale oder mehreckige Platte sein. Der Reflexionsgrad der Blende 124 kann 90 Prozent oder höher sein. Ein Durchmesser der Blende 124 kann größer als derjenige des Photodetektors 126, derjenige des Durchgangslochs 122a oder derjenige der Standardlichtquelle 140 sein.
Die Photodetektoren 112a~112f sind um die Durchgangslöcher 122a~122f angeordnet. Insbesondere können die Photodetektoren 112a~112f auf der Rückseite der Durchgangslöcher 122a~122f angeordnet sein. Jeder der Photodetektoren 112a~112f kann aus einem auf Silizium (Si) basierenden Material oder einem auf Indium-Gallium-Arsenid (InGaAs) basierenden Material hergestellt sein. Abstände zwischen den Photodetektoren 112a~112f und den Durchgangslöchern 122a~122f können eingestellt werden, wodurch es möglich sein kann, dass die Verstärkung eines Ausgangssignals des Photodetektors eingestellt werden kann. Der Photodetektor 112a und das Photometer 114 liefern ein Ausgangssignal, zu dem die Strahlungsintensität proportional ist, und zwar auf der Grundlage des Prinzips, dass ein elektrisches Signal erzeugt wird, wenn Photonen den Photodetektor 112a und das Photometer 114 erreichen. Das Photometer 114 kann ein optisches Filter umfassen, um zu erreichen, dass es die von der Internationalen Beleuchtungskommission (CIE) eingeführte spektrale Empfindlichkeit der CIE 1924 V(λ)-Funktion hat, die der spektralen Empfindlichkeit des menschlichen Auges entspricht. Das Photometer 114 kann an einem neuen Durchgangsloch (nicht gezeigt) angeordnet sein, das um das erste Durchgangsloch 122a oder auf der Rückseite des ersten Durchgangslochs 122a ausgebildet ist.
Wenn die Standardlichtquelle 140 vom Typ einer Punktlichtquelle in einem Mittenbereich der Ulbrichtkugel 102 angeordnet und eingeschaltet ist, kann die Einstelleineinheit 150 ein Mittel sein, um Ausgangssignale der Photodetektoren 112a~112f so einzustellen, dass sie übereinstimmen. Zum Beispiel kann die Einstelleinheit 150 Vorverstärker 152 umfassen, die ausgelegt sind, um Ausgangssignale der Photometer 112a~112f zu verstärken. Die Vorverstärker 152 können Verstärkungen G1~G6 einstellen, um Signale gleicher Intensität auszugeben, wenn die Standardlichtquelle 140 vom Typ einer Punktlichtquelle eingeschaltet ist.
Eine zu messende Lichtquelle (146) kann eine gerichtete Lichtquelle sein. Zum Beispiel kann die zu messende Lichtquelle eine Glühlampe, eine Leuchtstofflampe, eine Leuchtdiode (LED), eine Flüssigkristallanzeige (LCD), eine organische Leuchtdiode (organische EL) oder dergleichen sein. Die zu messende Lichtquelle kann eine gerichtete Lichtquelle sein, die eine Reflexionsschale oder eine Linse verwendet. Es kann erforderlich sein, eine Korrektur einer räumlichen Fehlanpassung der gerichteten Standardlichtquelle durchzuführen.
Bei einer gerichteten Lichtquelle verändert sich ein Antwortsignal eines Ulbrichtkugel-Photometers mit der Ausrichtung der zu messenden Lichtquelle. Somit verändert sich ein Messwert mit der Ausrichtung der zu messenden Lichtquelle. In dem Ulbrichtkugel-Photometer sind das Photometer oder die Photodetektoren an mehreren Positionen angeordnet, um den Effekt zu erhalten, dass die Summe von Ausgangssignalen der Photodetektoren eine räumliche Antwortverteilungsfunktion mittelt. Daher kann die Korrektur der räumlichen Fehlanpassung durchgeführt werden.
Die Einstelleinheit 150 kann Ausgangssignale der Photodetektoren so einstellen, dass sie bei einem von der Standardlichtquelle vom Typ einer Punktlichtquelle, die in dem Mittenbereich der Ulbrichtkugel angeordnet ist, ausgesendeten Licht das gleiche Ausgangssignal haben. Die Einstelleinheit 150 kann Ausgangssignale der Photodetektoren und des Photometers messen und die Ausgangssignale in digitale Signale umwandeln, um dann die digitalen Signale mit Hilfe einer Hardware oder Software einzustellen. Das Einstellmittel mittels Hardware kann zum Beispiel Vorverstärker verwenden, die dazu geeignet sind, eine Verstärkung einzustellen.
Die Einstelleinheit 150 kann Vorverstärker 152 umfassen, die so konfiguriert sind, dass sie Ausgangssignale der Photodetektoren 112a~112f und ein Ausgangssignal des Photometers 114 verstärken. Die Photodetektoren 112a~112f sind an jeweiligen Durchgangslöchern der Ulbrichtkugel 102 befestigt. Die Standardlichtquelle 140 vom Typ einer Punktlichtquelle ist in der Mitte der Ulbrichtkugel 102 befestigt und eingeschaltet. Dann werden Verstärkungen der Vorverstärker 152 so eingestellt, dass Ausgangssignale y1~y6 der Photodetektoren 112a~112f gleich sind.
Schalter 160 können zwischen den Vorverstärkern 152 und einer Summationseinheit 162 angeordnet sein. Die Schalter 160 können die Vorverstärkern 152 wahlweise mit der Summationseinheit 162 verbinden. Die Schalter 160 können die Vorverstärker 152 gleichzeitig oder nacheinander elektrisch mit der Summationseinheit 162 verbinden. Die Vorverstärker 152 können analog oder digital sein.
Die Summationseinheit 162 empfängt Ausgangssignale von den Vorverstärkern 152 und summiert die empfangenen Signale bevor sie die empfangenen Signale ausgibt. Die Summationseinheit 162 kann analoge Signale oder digitale Signale summieren.
Ein Ausgangssignal der Summationseinheit 162 kann zu einem Kontroller 164 gegeben werden. Der Kontroller 164 kann ein analoges Signal in ein digitales Signal umwandeln und Daten speichern. Der Kontroller 164 kann den Vorverstärker 152, den Schalter 160, einen ersten Wagen 132 und einen zweiten Wagen 134 steuern. Der Kontroller 164 kann Operationen durchführen, die zur Korrektur einer Selbstabsorptionsfehlanpassung und einer Korrektur einer spektralen Fehlanpassung erforderlich sind. Ferner kann der Kontroller 164 Ausgangssignale des Photometers 114 und der Photodetektoren 112a~112f verarbeiten, um so einen Gesamtlichtstrom der zu messenden Lichtquelle zu berechnen.
Wie es in 3 gezeigt ist, werden die Photodetektoren 112a~112f eingestellt, bevor der Gesamtlichtstrom der zu messenden Lichtquelle gemessen wird. Insbesondere werden die Photodetektoren 112a~112f um die Durchgangslöcher 122a~122f angeordnet. Anschließend wird die Standardlichtquelle 140 vom Typ einer Punktlichtquelle in dem Mittenbereich der Ulbrichtkugel 102 befestigt und eingeschaltet. In diesem Fall wird die Einstelleinheit 150 so eingestellt, dass die Ausgangssignale y1~y6 der Photodetektoren 112a~112f gleich sind. Zum Beispiel werden Verstärkungen G1~G6 der Vorverstärker 152 eingestellt.
Die Ausgangssignale der Photodetektoren 112a~112f und das Ausgangssignal des Photometers 114 werden bei der zu messenden Lichtquelle und der Standardlichtquelle 140 gemessen.
Wie es in 4A gezeigt ist, ist ein erster Photodetektor 112a bei einem ersten Durchgangsloch 112a befestigt. Eine zu messende Lichtquelle ist in einem Mittenbereich einer Ulbrichtkugel 102 befestigt, und die zu messende Lichtquelle ist eingeschaltet. Ausgangssignale Y_T1~Y_T6 von Photodetektoren werden gemessen, während die zu messende Lichtquelle eingeschaltet ist.
Wie es in 4B gezeigt ist, ist ein Photometer 114 um das erste Durchgangsloch 122a angeordnet. Ein Ausgangssignal y*_T des Photometers 114 wird gemessen, während die zu messende Lichtquelle eingeschaltet ist.
Wie es in 4C gezeigt ist, ist das Photometer 114 bei dem ersten Durchgangsloch 122a entfernt, und der erste Photodetektor 112a ist bei dem ersten Durchgangsloch 122a befestigt. Anschließend wird eine Standardlichtquelle 140 in der Mitte der Ulbrichtkugel 102 befestigt und eingeschaltet. Danach werden bei eingeschalteter Standardlichtquelle 140 Ausgangssignale y_R1~y_R6 der Photodetektoren 112a~112f gemessen.
Wie es in 4D gezeigt ist, ist das Photometer 114 um das erste Durchgangsloch 122a befestigt. Ein Ausgangssignal y*_R des Photometers 114 wird bei eingeschalteter Standardlichtquelle 140 gemessen.
Ein Gesamtlichtstrom ϕ_T der zu messenden Lichtquelle kann wie folgt gegeben sein: MathFigur 1 [Math. 1]
wobei ϕ_T einen Gesamtlichtstromwert der Standardlichtquelle bedeutet, ccf einen Korrekturfaktor der spektralen Fehlanpassung bedeutet, und acf einen Korrekturfaktor der Selbstabsorptionsfehlanpassung bedeutet. Wenn die Korrektur der spektralen Fehlanpassung nicht durchgeführt wird, gilt ccf = 1.
Gemäß einer modifizierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist wenigstens ein weiterer Photometer um die Durchgangslöcher angeordnet. Das Photometer kann angrenzend an einen oder benachbart zu einem vorbestimmten Photodetektor angeordnet sein.
Ein Spektralradiometer 116 kann um das erste Durchgangsloch 122a angeordnet sein. Alternativ kann das Spektralradiometer 116 bei einem neuen Durchgangsloch (nicht gezeigt) angeordnet sein, das benachbart zu dem ersten Durchgangsloch 122a ausgebildet ist. Das Spektralradiometer 116 kann bei dem ersten Durchgangsloch 122a angeordnet werden, nachdem das Photometer 114 oder der erste Photodetektor 112a entfernt wurde, das zuvor dort befestigt war. Das Spektralradiometer 116 kann eine Spektralverteilung S_R(λ) der Standardlichtquelle messen, wenn die Standardlichtquelle in der Mitte der Ulbrichtkugel 102 angeordnet ist. Zudem kann das Spektralradiometer 116 eine Spektralverteilung S_T(λ) einer zu messenden Lichtquelle messen, wenn die zu messende Lichtquelle in der Mitte der Ulbrichtkugel 102 angeordnet ist.
Der Korrekturfaktor (ccf) der spektralen Fehlanpassung kann wie folgt gegeben sein: MathFigur 2 [Math.2]
wobei γ(λ) einen spektralen Durchfluss der Ulbrichtkugel 102 bedeutet, R(λ) eine spektrale Empfindlichkeit des Photometers 114 bedeutet, und V(λ) die spektrale Lichtausbeutefunktion V(λ) gemäß CIE 1924, festgelegt durch die Internationale Beleuchtungskommission (CIE), bedeutet.
Ein erster Wagen 132 kann ein einachsiger Wagen sein. Ein erster Photodetektor 112a, ein Photometer 114 und ein Spektralradiometer 116 können auf dem ersten Wagen 132 befestigt sein. Jeder von dem ersten Photodetektor 112a, dem Photometer 114 oder dem Spektralradiometer 116 ist bezüglich des ersten Durchgangslochs 122a ausgerichtet.
Eine Hilfslichtquelle 142 kann um ein drittes Durchgangsloch 122c der Ulbrichtkugel 102 angeordnet sein. Die Hilfslichtquelle 142 kann an einer Position angeordnet sein, von der der dritte Photodetektor 112c entfernt worden ist. Die Hilfslichtquelle 132 kann wenigstens eine aus der Gruppe, die aus einer Wolfram-Halogen-Lampe, einer Deuterium-Bogenlampe, einer Globarlampe, einem Helium-Neon-Laser, einer Laserdiode und eine Weißlicht-Leuchtdiode (LED) besteht, umfassen. Der Korrekturfaktor der Selbstabsorptionsfehlanpassung kann mit Hilfe der Hilfslichtquelle 142 gemessen werden.
Wie es in 5A gezeigt ist, ist die Hilfslichtquelle 142 um das dritte Durchgangsloch 122c angeordnet und eingeschaltet. Das Photometer 114 ist wiederum bei dem ersten Durchgangsloch 122c angeordnet. Anschließend wird ein Ausgangssignal y*_RA des Photometers 114 gemessen, während die Standardlichtquelle 140 in dem Mittenbereich der Ulbrichtkugel 102 angeordnet und nicht eingeschaltet ist.
Wie es in 5B gezeigt ist, ist die Lichtquelle 140 entfernt. Anschließend wird ein Ausgangssignal y*_TA des Photometers 114 gemessen, während die zu messende Lichtquelle (146) in dem Mittenbereich der Ulbrichtkugel 102 angeordnet und nicht eingeschaltet ist.
Der Korrekturfaktor (acf) der Selbstabsorption kann wie folgt gegeben sein: MathFigur 3 [Math.3]
Die Hilfslichtquelle 142 und der dritte Photodetektor 112c können auf dem zweiten Wagen 134 befestigt sein. Der zweite Wagen 134 kann ein einachsiger Wagen sein. Der zweite Wagen 134 kann die Hilfslichtquelle 142 oder den dritten Photodetektor 112c mit dem dritten Durchgangsloch 122c ausrichten.
Ein Ulbrichtkugel-Photometer gemäß einer modifizierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Ulbrichtkugel 102 mit mehreren Durchgangslöchern 122a~122f, mehreren Photodetektoren 112a~112f, die um die Durchgangslöchern 122a~122f angeordnet sind, Blenden 124, die in der Ulbrichtkugel 102 so angeordnet sind, dass sie zu den Photodetektoren 112a~112f beabstandet sind, und ein Photometer 114, das um ein vorbestimmtes Durchgangsloch 122a angeordnet ist. Das Photometer 114 wird an einer Position angeordnet, von der der vorbestimmte Photodetektor 112a entfernt worden ist. Das Ulbrichtkugel-Photometer umfasst ferner eine Einstelleinheit 150, die Ausgangssignale von den Photodetektoren 112a~112f so einstellt, dass sie bei einem von der Standardlichtquelle 140 vom Typ einer Punktlichtquelle, die in dem Mittenbereich in der Ulbrichtkugel 102 angeordnet ist, ausgesendeten Licht das gleiche Ausgangssignal haben.
Die Einstelleinheit 150 umfasst Vorverstärker 152, die so ausgelegt sind, dass sie Ausgangssignale des Photometers 114 und der Photodetektoren 112a~112f verstärken. Verstärkungen der Vorverstärker 152 werden so eingestellt, dass die Photodetektoren 112a~112f Signale der gleichen Intensität ausgeben, wenn die Standardlichtquelle 140 vom Typ einer Punktlichtquelle eingeschaltet ist.
Der vorbestimmte Photodetektor 112a, das Photometer 114 und ein Spektralradiometer 116 sind auf einem ersten Wagen 132 befestigt. Der erste Wagen 132 richtet das Photometer 114, den Photodetektor 112a oder das Spektralradiometer 116 mit dem Durchgangsloch 122a aus.
Der vorbestimmte Photodetektor 112c und eine Hilfslichtquelle sind auf dem zweiten Wagen 134 befestigt. Der zweite Wagen 134 richtet den Photodetektor 112c oder die Hilfslichtquelle 142 mit dem vorbestimmten Durchgangsloch 122c aus.
Ein Ulbrichtkugel-Photometer gemäß einer weiteren Modifikation der vorliegenden Erfindung umfasst eine Ulbrichtkugel 102 mit mehreren Durchgangslöchern 122a~122f, mehrere Photometer (nicht gezeigt), die um die Durchgangslöchern 122a~122f angeordnet sind, Blenden 124, die in der Ulbrichtkugel 102 so angeordnet sind, dass sie zu den Photodetektoren 112a~112f beabstandet sind, und optische Diffusoren, die bei den Durchgangslöchern 122a~122f angeordnet sind. Das Ulbrichtkugel-Photometer umfasst ferner eine Einstelleinheit 150, die Ausgangssignale der Photometer so einstellt, dass sie bei einem von der Standardlichtquelle 140 vom Typ einer punktförmigen Lichtquelle, die in dem Mittenbereich in der Ulbrichtkugel 102 angeordnet ist, ausgesendeten Licht das gleiche Ausgangssignal haben. Das heißt, die in 1 beschriebenen Photodetektoren sind durch die Photometer ersetzt.
Nachfolgend ist ein Messverfahren eines Ulbrichtkugel-Photometers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben.
Wie es in den 4A bis 4D gezeigt ist, umfasst das Messverfahren einen Anpassschritt, in dem Blenden vor Durchgangslöchern in einer Ulbrichtkugel mit Durchgangslöchern angeordnet werden und eine punktartige Lichtquelle in der Mitte der Ulbrichtkugel angeordnet und eingeschaltet wird, um Ausgangssignale von Photodetektoren, die korrespondierend zu den Durchgangslöchern angeordnet sind, anzugleichen, und einen Messschritt, in dem Ausgangssignale von Photodetektoren und ein Ausgangssignal eines Photometers in einer zu messenden Lichtquelle und einer Standardlichtquelle gemessen werden.
Ausgangssignale der korrespondierend zu den Durchgangslöchern angeordneten Photodetektoren können angeglichen werden. Zum Beispiel werden Blenden vor Durchgangslöchern in einer Ulbrichtkugel mit den Durchgangslöchern angeordnet. Photodetektoren werden korrespondierend zu den Durchgangslöchern angeordnet, und eine Standardlampe wird in der Mitte der Ulbrichtkugel angeordnet und eingeschaltet, um Ausgangssignale der Photodetektoren zu messen. Anschließend werden die Ausgangssignale der Photodetektoren so eingestellt, dass sie gleich sind.
Die Ausgangssignale der Photodetektoren und das Ausgangssignal des Photometers werden in der zu messenden Lichtquelle und der Standardlichtquelle gemessen. Zum Beispiel wird eine zu messende Lichtquelle in einem Mittenbereich der Ulbrichtkugel befestigt und eingeschaltet. Die Ausgangssignale der Photodetektoren werden gemessen, während die zu messende Lichtquelle eingeschaltet ist. Ein Photometer wird um ein vorbestimmtes Durchgangsloch befestigt und ein Ausgangssignal des Photometers wird gemessen, während die zu messende Lichtquelle eingeschaltet ist. Eine Standardlichtquelle wird in der Mitte der Ulbrichtkugel angeordnet und eingeschaltet. Ausgangssignale der Photodetektoren werden gemessen, während die Standardlichtquelle eingeschaltet ist. Das Photometer wird um ein vorbestimmtes Durchgangsloch befestigt und ein Ausgangssignal des Photometers wird gemessen, während die Standardlichtquelle eingeschaltet ist. Ein Gesamtlichtstrom der zu messenden Lichtquelle wird mit Hilfe von Gleichung 1 berechnet.
Die Korrektur der Selbstabsorptionsfehlanpassung kann wie folgt durchgeführt werden. Eine Hilfslichtquelle wird in der Ulbrichtkugel oder um ein vorbestimmtes Durchgangsloch angeordnet und eingeschaltet. Das Photometer wird um ein weiteres Durchgangsloch angeordnet. Während die Hilfslichtquelle eingeschaltet ist, wird eine Standardlampe in dem Mittenbereich der Ulbrichtkugel angeordnet und ausgeschaltet, um ein Ausgangssignal y*_RA des Photometers zu messen. Während die Hilfslichtquelle eingeschaltet ist, wird eine zu messende Lichtquelle in dem Mittenbereich der Ulbrichtkugel angeordnet und ausgeschaltet, um ein Ausgangssignal y*_TA des Photometers zu messen. Ein Korrekturfaktor der Selbstabsorptionsfehlanpassung wird mit Hilfe von Gleichung 3 berechnet.
Die Korrektur der spektralen Fehlanpassung kann wie folgt durchgeführt werden. Die Standardlichtquelle wird in dem Mittenbereich der Ulbrichtkugel angeordnet und eingeschaltet, um ein Ausgangssignal des Spektralradiometers zu messen. Die zu messende Lichtquelle wird in dem Mittenbereich der Ulbrichtkugel angeordnet und eingeschaltet, um ein Ausgangssignal des Spektralradiometers zu messen. Ein Korrekturfaktor der spektralen Fehlanpassung wird mit Hilfe von Gleichung 2 berechnet.
Gemäß einem oben beschriebenen Ulbrichtkugel-Photometer wird eine räumliche Antwort einer Ulbrichtkugel durch mehrere Photodetektoren, die symmetrisch auf einer Oberfläche der Ulbrichtkugel angeordnet sind, angeglichen. Zudem werden Verstärkungen der Photodetektoren, die auf der Oberfläche der Ulbrichtkugel angeordnet sind, so eingestellt, dass sie das gleiche Ausgangssignal liefern, wenn eine punktartige Standardlichtquelle eingeschaltet ist. Somit wird ein räumlicher Fehlanpassungsfehler selbst dann, wenn eine gerichtete Lichtquelle gemessen wird, wirksam beseitigt, obwohl eine Standardlichtquelle vom Typ einer punktförmigen Lichtquelle verwendet wird.
Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, dargestellt in den beigefügten Zeichnungen, beschrieben worden ist, ist sie nicht hierauf beschränkt. Dem Fachmann wird klar sein, dass verschiedene Ersetzungen, Modifikationen und Änderungen gemacht werden können, ohne vom Schutzbereich und Geist der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Claims

Ulbrichtkugel-Photometer mit: mehreren Photodetektoren; einer Ulbrichtkugel mit Durchgangslöchern, die korrespondierend zu den Photodetektoren angeordnet sind; Blenden, die in der Ulbrichtkugel vor den Photodetektoren und in einem Abstand zu den Photodetektoren, angeordnet sind; einem Photometer, das bei einem Durchgangsloch angeordnet ist; und einer Einstelleinheit, die Ausgangssignale der Photodetektoren so einstellt, dass sie bei einem von einer punktartigen Standardlichtquelle, die in einem Mittenbereich der Ulbrichtkugel angeordnet ist, ausgesendeten Licht das gleiche Ausgangssignal haben.
Ulbrichtkugel-Photometer nach Anspruch 1, wobei das Photometer befestigt wird, nachdem der Photodetektor entfernt worden ist, oder benachbart zu einem vorbestimmten Photodetektor angeordnet ist.
Ulbrichtkugel-Photometer nach Anspruch 1, wobei die Einstelleinheit Vorverstärker umfasst, die so ausgelegt sind, dass sie Ausgangssignale der Photodetektoren und des Photometers verstärken, und wobei Verstärkungen der Vorverstärker so eingestellt werden, dass die Vorverstärker Signale der gleichen Intensität ausgeben, während die Standardlichtquelle vom Typ einer Punktequelle eingeschaltet ist.
Ulbrichtkugel-Photometer nach Anspruch 3, ferner umfassend: eine Summationseinheit, die so ausgelegt ist, dass sie die Ausgangssignale der Vorverstärker summiert und ausgibt; und eine Schalteinheit, die so ausgelegt ist, dass sie Ausgangssignale der Vorverstärker selektiv zu einem Eingang der Summationseinheit liefert.
Ulbrichtkugel-Photometer nach Anspruch 1, wobei die Einstelleinheit ein Bewegungsmittel zum Einstellen von Positionen der Photodetektoren zur Regelung eines Eingangssignals umfasst.
Ulbrichtkugel-Photometer nach Anspruch 1, ferner umfassend: optische Diffusoren, die bei den Durchgangslöchern angeordnet sind.
Ulbrichtkugel-Photometer nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Hilfslichtquelle, die um das Durchgangsloch angeordnet oder an einer Position, von der der vorbestimmte Photodetektor entfernt worden ist, befestigt ist.
Ulbrichtkugel-Photometer nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Hilfslichtquelle, die in der Ulbrichtkugel befestigt ist; und eine Hilfsblende, die um die Hilfslichtquelle angeordnet ist, wobei die Hilfsblende verhindert, dass ein von der Hilfslichtquelle ausgesendetes Licht die Photodetektoren direkt bestrahlt.
Ulbrichtkugel-Photometer nach Anspruch 1, ferner umfassend: ein Spektralradiometer, das um das Durchgangsloch angeordnet oder an einer Position, von der ein vorbestimmter Photodetektor entfernt worden ist, befestigt ist.
Ulbrichtkugel-Photometer mit: einer Ulbrichtkugel mit mehreren Durchgangslöchern; mehreren Photodetektoren, die um die Durchgangslöcher angeordnet sind; Blenden, die in der Ulbrichtkugel in einem Abstand von den Photodetektoren angeordnet sind; einem Photometer, das um ein vorbestimmtes Durchgangsloch angeordnet ist, wobei das Photometer an einer Position angeordnet ist, von der ein vorbestimmter Photodetektor entfernt worden ist; und einer Einstelleinheit, die Ausgangssignale der Photodetektoren so einstellt, dass sie bei einem von einer punktartigen Standardlichtquelle, die in einem Mittenbereich der Ulbrichtkugel angeordnet ist, ausgesendeten Licht das gleiche Ausgangssignal liefern.
Ulbrichtkugel-Photometer nach Anspruch 10, wobei die Einstelleinheit Vorverstärker umfasst, die so ausgelegt sind, dass sie Ausgangssignale des Photometers und der Photodetektoren ausgeben, und wobei Verstärkungen der Vorverstärker so eingestellt werden, dass die Photodetektoren Signale der gleichen Intensität ausgeben, wenn die Standardlichtquelle vom Typ einer Punktlichtquelle eingeschaltet ist.
Ulbrichtkugel-Photometer nach Anspruch 10, ferner umfassend: ein Spektralradiometer; und einen ersten Wagen, auf dem der vorbestimmte Photodetektor, das Photometer und das Spektralradiometer befestigt sind, wobei der erste Wagen das Photometer, den Photodetektor oder das Spektralradiometer zu einem Durchgangsloch ausrichtet.
Ulbrichtkugel-Photometer nach Anspruch 10, ferner umfassend: eine Hilfslichtquelle; und einen zweiten Wagen, auf dem der vorbestimmte Photodetektor und die Hilfslichtquelle befestigt sind, wobei der zweite Wagen den Photodetektor oder die Hilfslichtquelle zu dem Durchgangsloch ausrichtet.
Ulbrichtkugel-Photometer umfassend: eine Ulbrichtkugel mit mehreren Durchgangslöchern; mehrere Photometer, die um die Durchgangslöcher angeordnet sind; Blenden, die beabstandet zu den Photometern in der Ulbrichtkugel angeordnet sind; optische Diffusoren, die bei dem Durchgangsloch angeordnet sind; und eine Einstelleinheit, die Ausgangssignale der Photometer so einstellt, dass sie bei einem von einer punktartigen Standardlichtquelle, die in einem Mittenbereich in der Ulbrichtkugel angeordnet ist, ausgesendeten Licht das gleiche Ausgangssignal haben.
Messverfahren eines Ulbrichtkugel-Photometers, mit: einem Anpassschritt, in dem Blenden vor Durchgangslöchern in einer Ulbrichtkugel mit den Durchgangslöchern angeordnet werden und eine punktartige Standardlichtquelle in der Mitte der Ulbrichtkugel angeordnet und eingeschaltet wird, um Ausgangssignale von zu den Durchgangslöchern korrespondierend angeordneten Photodetektoren anzugleichen; und einem Messschritt, in dem Ausgangssignale von Photodetektoren und ein Ausgangssignal eines Photometers einer zu messenden Lichtquelle und der Standardlichtquelle gemessen werden.
Messverfahren nach Anspruch 15, wobei der Anpassschritt umfasst: Anordnen von Blenden vor Durchgangslöchern in der Ulbrichtkugel mit den Durchgangslöchern; und Anordnen von Photodetektoren korrespondierend zu den Durchgangslöchern, und Anordnen einer punktartigen Standardlichtquelle in der Mitte der Ulbrichtkugel und Einschalten der Standardlichtquelle, um Ausgangssignale der Photodetektoren zu messen und die Ausgangssignale der Photodetektoren so einzustellen, dass sie gleich sind.
Messverfahren nach Anspruch 15, wobei der Messschritt umfasst: Befestigen einer zu messenden Lichtquelle in einem Mittenbereich der Ulbrichtkugel und Einschalten der zu messenden Lichtquelle; Messen von Ausgangssignalen der Photodetektoren, während die zu messende Lichtquelle eingeschaltet ist; Befestigen eines Photometers um ein vorbestimmtes Durchgangsloch und Messen eines Ausgangssignals des Photometers, während die zu messende Lichtquelle eingeschaltet ist; Befestigen einer Standardlichtquelle in der Mitte der Ulbrichtkugel und Einschalten der Standardlichtquelle; Messen von Ausgangssignalen der Photodetektoren, während die Standardlichtquelle eingeschaltet ist; und Befestigen des Photometers um ein vorbestimmtes Durchgangsloch und Messen eines Ausgangssignals des Photometers, während die Standardlichtquelle eingeschaltet ist.
Messverfahren nach Anspruch 15, ferner umfassend: einen Schritt zur Korrektur einer Selbstabsorptionsfehlanpassung, wobei der Schritt zur Korrektur einer Selbstabsorptionsfehlanpassung umfasst: Befestigen einer Hilfslichtquelle in der Ulbrichtkugel oder um ein vorbestimmtes Durchgangsloch und Einschalten der Hilfslichtquelle; Befestigen eines Photometers um ein weiteres Durchgangsloch; Befestigen einer Standardlampe in einem Mittenbereich der Ulbrichtkugel und Messen eines Ausgangssignals (y*_RA) des Photometers, während die Hilfslichtquelle eingeschaltet ist und die Standardlichtquelle nicht eingeschaltet ist; und Befestigen einer zu messenden Lichtquelle in dem Mittenbereich der Ulbrichtkugel und Messen eines Ausgangssignals (y*_TA) des Photometers, während die Hilfslichtquelle eingeschaltet ist und die zu messende Lichtquelle nicht eingeschaltet ist.
Messverfahren nach Anspruch 15, ferner umfassend: einen Schritt zur Korrektur einer spektralen Fehlanpassung; wobei der Schritt zur Korrektur einer spektralen Fehlanpassung umfasst: Befestigen der Standardlichtquelle in einem Mittenbereich der Ulbrichtkugel und Einschalten der Standardlichtquelle, um ein Ausgangssignal des Spektralradiometers zu messen; und Befestigen der zu messenden Lichtquelle in dem Mittenbereich der Ulbrichtkugel und Einschalten der zu messenden Lichtquelle, um ein Ausgangssignal des Spektralradiometers zu messen.