Goniophotometer RiGO801-LED
MESSUNG VON STRAHLENDATEN EINER LED MIT DEM GONIOPHOTOMETER RIGO801-LED
Application Note - Messung von Strahlendaten einer LED mit dem Goniophotometer RiGO801-LED
Diese Seite bietet eine kompakte Zusammenfassung der Application Note zur Messung von Strahlendaten mit dem Goniophotometer RiGO801-LED anhand einer weißen LED. Sie erläutert detailliert die Einrichtung und Durchführung der Messung und gibt abschließend einen Überblick über die Messergebnisse.
Alle RiGO801 Goniophotometer nutzen das Nahfeldmessprinzip, bei dem eine um die Lichtquelle bewegte LMK 6-5 Leuchtdichtemesskamera (ILMD, siehe [2]) die räumliche Leuchtdichteverteilung erfasst. Diese wird anschließend in Strahlendaten und die Lichtstärkeverteilung (Lvk) umgewandelt (siehe [3], [4], [5], [6], [7]).
Strahlendaten, auch häufig als ray data oder ray file bezeichnet, bestehen aus Vektoren mit zugeordneten Lichtstromanteilen. Eine ausreichend hohe Anzahl von Strahlen bildet die Abstrahlcharakteristik einer Lichtquelle präzise ab. Sie werden häufig für die realitätsnahe Simulation optischer Komponenten eingesetzt.
Montage der LED auf der Messfassung
Die LED wird auf der Messfassung des Goniophotometers montiert. Die Fassung enthält einen Kühlkörper (75 mm x 75 mm) mit Gewinderasterplatte, einen Lüfter und eine Nivelliereinheit. Der Kühlkörper gewährleistet konstante thermische Bedingungen, wobei der Lüfter bei Bedarf aktiviert wird.
Die LED sollte auf einer Leiterplatte mit Befestigungsbohrungen montiert sein. Für die Ausrichtung und Messung im Goniometer müssen die Blickrichtungen frei bleiben, was bedeutet, dass keine abschattenden Elemente vorhanden sein dürfen. In dieser Note wird eine LED auf einer Star-Platine verwendet, die sich leicht verschrauben lässt.
Die Anschlussdrähte werden zum Klemmenblock geführt. Für einen stabilen Betrieb der LED empfiehlt sich die Verwendung von Konstantstrom. Der Strom kann von den Nennparametern der LED abweichen, sollte jedoch einen stabilen Betrieb gewährleisten.
Die Messfassung wird auf der Teleskopachse montiert, und Höhe sowie Verdrehung werden grob vorjustiert.
LED auf Messfassung
Ausrichten der LED im Goniometerkoordinatensystem
Die Theta- und Phi-Achsen des Goniophotometers definieren ein Kugelkoordinatensystem, das mit einem kartesischen Koordinatensystem verknüpft ist. Die Strahlendaten werden in diesem Koordinatensystem ausgegeben, weshalb die genaue Lage der LED dokumentiert und nachvollziehbar ausgerichtet werden sollte. Über die Funktion Messung - Messobjekt ausrichten kann die LED präzise positioniert werden. Ein Dialog zeigt das Kamerabild mit Koordinatensystem sowie Optionen zur Steuerung der Goniometerachsen. Die Kamera wird auf Blickrichtungen der kartesischen Achsen positioniert, um Bilder für die Ausrichtung und Nivellierung aufzunehmen.
Kamerabilder mit Koordinatensystem zur Ausrichtung
Die horizontale Ausrichtung erfolgt über die X/Y-Stelleinheit der Teleskopachse. Höhe und Verdrehung werden durch das Verstellen des Teleskoprohrs angepasst. Die Nivellierung erfolgt über die integrierte Nivelliereinheit der Messfassung.
Wichtige Hinweise zur Positionierung:
- Das Zentrum des Lichtaustrittsbereichs sollte aufgrund der begrenzten Tiefenschärfe des Objektivs möglichst mittig liegen.
- Verdrehung und Nivellierung der LED sollten anhand klar erkennbarer Kanten oder Konturen erfolgen.
- Die verwendeten Ausrichtungsmerkmale sollten mit Datenblattzeichnungen oder CAD-Daten übereinstimmen, um die Lage des Koordinatenzentrums eindeutig zu bestimmen.
Messung einrichten
Das Messprogramm leitet anschließend schrittweise durch verschiedene Dialoge, in denen die Einstellungen und Angaben zur Messung vorgenommen werden.
Winkelbereichs und der Winkelauflösungen
Der Winkelbereich sollte den relevanten Abstrahlbereich abdecken. Üblicherweise umfasst dies ±90°, jedoch strahlen viele LEDs, wie hier, in einen größeren Bereich. Jenseits von 90° treten höhere Leuchtdichten auf, die, obwohl sie sekundäre Abstrahlungen darstellen, entscheidend für die Messung einer realitätsnahen Abstrahlcharakteristik sind. Hier wurde ±100° gewählt, da darüber hinaus Abschattungen durch die Leiterplatte oder Messfassung auftreten. Eine erhöhte Montageposition wäre sinnvoll gewesen, wurde jedoch in dieser Testmessung nicht berücksichtigt.
Die Winkelauflösungen der Goniometerachsen betragen typischerweise 0.5° oder 0.75°, was eine präzise Abtastung ermöglicht. Die Messdauer bleibt dank on-the-fly-Messung mit 1,5 bis 2 Stunden vergleichsweise kurz.
Kameraeinstellungen
Die Kameraeinstellungen umfassen Integrationszeit, ND-Filter und, bei Filterradkameras, die Filterradposition (hier V(λ)-Filter). Die Integrationszeit wird an der Position maximaler Leuchtdichte per Maximumscan eingestellt. Für einen optimalen Dynamikbereich sollte die Aussteuerung etwa 90 % betragen, was hier mit 10 ms erreicht wurde.
Monitoring der Stabilisierungsphase
Festlegen der Startprozedur
Die Lichtquelle muss vor Messbeginn stabil sein. Zwei Startoptionen stehen zur Verfügung:
- Verzögerungszeit: Festes Intervall vor Messstart.
- Automatische Stabilisierungsüberwachung: Nach CIE S 025 [8] oder IES LM-79-19 [9] wird die Beleuchtungsstärke überwacht und die Messung startet automatisch, sobald die Stabilitätsschwelle (empfohlen: 0,2 % für LEDs) erreicht ist.
Lvk 3D Ansicht
Messergebnisse
Die Messergebnisse werden in zwei Dateien bereitgestellt:
- TTL-Datei: ASCII INI-Format mit Lichtstärkeverteilung sowie Messangaben und -parametern. Exportformate: IES LM-63 [10], EULUMDAT, ASCII. Details finden sich im Mess- und Softwarehandbuch.
- TTR-Datei: Enthält Strahlendaten, Zusatzdaten und die TTL-Inhalte. Die Weiterverarbeitung erfolgt mit dem kostenlosen TechnoTeam Programm Konverter801, der Strahlendaten in Formate wie IES TM-25 [11], ASAP, Speos, LightTools, LucidShape, Zemax und TracePro ausgibt.
Für die Strahlengenerierung sind spezifische Einstellungen erforderlich, die in der TTR-Datei gespeichert werden können, um externe Nutzung ohne Zusatzkenntnisse zu ermöglichen. Details dazu werden in einer separaten Application Note erläutert.
Download
Referenzen
| [1] | IEC 60809:2021, „Lamps and light sources for road vehicles - Dimensional, electrical and luminous requirements,“ IEC, 2021. |
| [2] | CIE 070-1987, „The Measurement of Absolute Luminous Intensity Distributions,“ CIE, 1987. |
| [3] | R. Poschmann, M. Riemann und F. Schmidt, „Verfahren und Anordnung zur Messung der Lichtstärkeverteilung von Leuchten und Lampen“. DE Patent 41 10 574, 30 March 1991. |
| [4] | M. Riemann und F. P. R. Schmidt, „Zur Bestimmung der Lichtstärkeverteilung von Leuchten innerhalb der fotometrischen Grenzentfernung mittels eines bildauflösenden Goniofotometers,“ LICHT, Nr. 7-8, pp. 592 - 596, 1993. |
| [5] | I. Ashdown, „Near-Field Photometric Method and Apparatus“. USA Patent 5,253,036, 12 October 1993. |
| [6] | I. Ashdown, "Near-field photometry: a new approach," J. Illuminating Engineering, vol. 22, pp. 163-180, 1993. |
| [7] |
Resolution (RE5), „Consolidated Resolution on the Common Specification of Light Source Categories (RE5).,“ ECE - United Nations. |
