Fénytechnikai kisokos

Összfényáram meghatározása goniofotométerrel

Fényforrások legfontosabb jellemzője azok összfényárama, azaz a teljes térbe kisugárzott fényáramok összege. Ezt a mennyiséget a fényerősség Ω = 4π térszögben történő integrálásával kaphatjuk meg:

Goniofotométeres mérés esetén a kalibrálandó fényforrás különböző irányokba kibocsájtott fényerősségeinek meghatározásáról van szó. A különböző irányokból történő fényerősségmérést teszik lehetővé a goniofotométerek, ezek különböző típusait a következő fejezetben tárgyaljuk. A goniofotométer forgathatja a fényforrást, mozgathatja az érzékelőjét, vagy akár tükör segítségével vetítheti az adott irányból érkező fényerősséget az érzékelőre. Az érzékelő egység valójában egy megvilágításmérőnek tekinthető, mely értékből a távolságtörvény segítségével származtatható a fényerősség.

Goniofotométer típusok IESNA LM75-01 szerint

Az IESNA LM75-01-es szabvány a goniofotométeres mérési elrendezéseket három (A, B és C-típusú) kategóriába csoportosítja. Két mérési elrendezés esetében (A- és B-típusú) a vizsgálandó fényforrás forgatásával vételezik a mintákat a fotométer rendszerrel. A C-típusú goniofotométerek esetében a vizsgálandó fényforrás pozíciója a Föld gravitációs teréhez képest nem változik a mérés során és a mintavételező fotométer rendszer járja körbe a fényforrást.

A típusú B típusú

C típusú

 A típusú  B típusú  C típusú

A fotométer-gömbös mérés elve

Fényforrások legfontosabb jellemzője a fényáram, helyesebben az „összfényáram”, azaz a teljes térbe kisugárzott fényáram, amely a fényerősségnek az Ω= 4π térszögben történő integrálja:

A fotométer-gömbös méréshez belül diffúz fehér festékkel kifestett gömböt használunk. A fényforrást a gömb középpontjába (ha a fényforrás csak 2π térszögben emittál, úgy a gömbfal síkjába) helyezzük. Bizonyítható, hogy a gömbfal szórt (nem közvetlen) megvilágítása arányos a fényforrás fentiekben definiált összfényáramával:

ahol Eind a gömbfal megvilágítása, ρ a gömbfal reflexiós együtthatója, A a gömbfal felülete. Bár ezen elv alapján megvilágítás mérés segítségével is lehetne összfényáramot mérni, a gyakorlatban a fotométer-gömbös mérést összehasonlításra használjuk, és használati összfényáram etalonhoz hasonlítva határozzuk meg a mérendő fényforrás összfényáramát.
Mivel a használati etalon és a kalibrálandó fényforrás eltérő méretű és reflexiós tulajdonságú lehet, a gyakorlatban a fényforrás önabszorpcióját is figyelembe kell venni. Ennek megfelelően az összfényáram mérés gyakorlati megvalósítása:

4π térszögben sugárzó fényforrás esetén (pl. általános használatra szolgáló izzólámpa) pl. az ábra szerint történhet:

4pi térszögbe sugárzó fényforrás mérése fotométer-gömbbel

Az összfényáram meghatározásához 4 fotoáram mérést kell végezni az F ablakon:

YN: mért fotoáram az L helyen a bekapcsolt használati etalonlámpa és kikapcsolt H segédlámpa,
Y: mért fotoáram az L helyen a bekapcsolt kalibrálandó lámpa és kikapcsolt H segédlámpa,
YH: mért fotoáram az L helyen a kikapcsolt kalibrálandó lámpa és bekapcsolt H segédlámpa,
YHN: mért fotoáram az L helyen a kikapcsolt használati etalonlámpa és bekapcsolt H segédlámpa.

A használati etalonlámpa ΦN összfényáramának ismeretében a kalibrálandó lámpa összfényárama:

A legtöbb LED és LED modul olyan felépítésű, hogy csak a féltérbe tud sugározni, a másik félteret a LED szerelvények, hűtőbordák stb. eltakarják. Ilyen esetben célszerű a fényforrást a gömbfal síkjában elhelyezni:

A gömbfal síkjában elhelyezett fényforrás fotométer-gömbös mérése

A fényáram mérést erősen befolyásolja a gömbfal festett belső felületének szelektivitása és a detektor színképi illesztésének hibája, ha a használati etalon fényforrás (pl. izzólámpa) és a kalibrálandó fényforrás, pl. LED színképi teljesítmény eloszlása eltér. Ehhez ismerni kell a használati etalon Sλ(E) és a kalibrálandó fényforrás Sλ(X) relatív színképi teljesítmény eloszlását, a detektor relatív színképi érzékenységét (s(λ)rel), és a gömbfal színképi reflexiós együtthatóját (ρ(λ)):

ahol

Alapfogalmak

Fényáram

A Φe sugárzott teljesítményből, a sugárzásnak a CIE fénymérő észlelőre gyakorolt hatása alapján származtatott mennyiség. Fotopos látásra:

 ahol

 a sugárzott teljesítmény spektrális eloszlása

 a spektrális fényhatásfok

Egysége: lm

Térszög

Olyan térrész, amelyet (az egy pontból) a csúcspontból kilépő, és a csúcspontot nem érintő zárt görbe összes pontján átmenő sugarak határolnak

Egysége: sr

Szteradián

A térszög SI egysége: a szteradián a gömbsugár négyzetével egyenlő területű gömbfelülethez tartozó középponti térszög

Fényerősség

A fényforrást elhagyó és az adott irányt tartalmazó dΩ elemi térszögben terjedő dΦv, fényáram és az elemi térszög hányadosa:

 Egysége:

Fényerősségeloszlás

A fényforrás, vagy világítótest fényerősségeloszlását jellemző adathalmaz, általában egy táblázat melyben az adatok polárkoordinátákkal azonosíthatóak

Optikai középpont (fényforrásé, világítótesté)

A tér azon viszonyítási pontja, melyhez képest a fotometriai méréseket és számításokat végezzük

Fotometriai távolságtörvény

Segítségével meghatározható a fényerősség az alábbi összefüggés szerint:

ahol

  • Iv fényerősség az érvényességi terület irányban
  • Ev érvényességi terület megvilágítása
  • r fényforrás és érvényességi terület távolsága
  • ε2 beesési szög, érvényességi terület normálisához viszonyítva
  • Ω0 1 sr (egységnyi térszög)

Az összefüggés csak olyan r távolságokra igaz, melyek meghaladják a fotometriai határtávolság értékét

Kandela

A fényerősség SI egysége:  a kandela annak az 540•1012 hertz frekvenciájú monokromatikus sugárzást kibocsájtó fényforrásnak a fényerőssége adott irányban, amelynek sugárerőssége ebben az irányban 1/683 watt per szteradián

Megvilágítás

A felület egy adott pontját tartalmazó felületelemre beeső dΦe fényáram és a felületelem dA területének hányadosa:

Egyenértékű definíció:

Az Lv∙cos⁡ Θ∙dΩ kifejezésnek az adott pontból látható féltérre vonatkozó integrálja, ahol

Lv a felület adott pontjában különböző irányokból a dΩ az elemi térszögbe beeső elemi sugárnyalábok fénysűrűsége és

Θ a sugárnyalábok bármelyike és a felület normálisa közötti szög az adott pontban

 

 Egysége:

Spektrális fényhatásfok, láthatósági függvény

A λm hullámhosszon sugárzott teljesítmény osztva a λ hullámhosszon sugárzott teljesítménnyel úgy, hogy meghatározott fotometriai feltételek között mindkettő egyforma fényészlelést hoz létre, és a λm hullámhosszt úgy választják, hogy az arány legnagyobb értéke 1 legyen

Sugárzás fényhasznosítása

A Φv fényáram és az annak megfelelő Φe sugárzott teljesítmény hányadosa:

Egysége:

Fotopos (világosban) látás

A legalább néhány kandela per négyzetméter fénysűrűségre adaptált normális szem látása

CIE fénymérő észlelő

Ideális észlelő az, akinek a láthatósági függvénye megegyezik fotopos látásra a V(λ) vagy szkotopos látásra a V' (λ) függvénnyel és eleget tesz a fényáram definíciójában feltételezett összegzési törvénynek

Használati etalon

Másodlagos fényerősség vagy fényáram normál lámpa, amelynek fotometriai adatai visszavezethetők az országos etalon adataira

Fényforrás, világítótest

A jelen összeállítás számára a lámpa, lámpatest, LED modul gyűjtőfogalma

Referencia etalon

Fényerősség vagy fényáram etalon lámpa, amely a vizsgáló/kalibráló laboratóriumban a legmagasabb rendű etalont képviseli, és amelynek fotometriai adatai visszavezethetők az országos etalon adataira. A referencia etalont származtatják le az országos etalonról, szekunder laboratóriumi etalon csoportot képeznek (min. 3 példány), melyekkel a használati etalonok kalibrálása történik.

Fényelem

Olyan fényelektromos érzékelő, amelyben az elnyelt optikai sugárzás hatására villamos feszültség keletkezik

Illesztő szűrő

Fényelem színképi érzékenységét a CIE fénymérő észlelőhöz igazító színszűrőcsomag

Koszinusz előtét

Optikai elem, mely a fényérzékelő irányérzékenységét a koszinusz görbe szerinti szögérzékenységhez igazítja

Színhőmérséklet

Olyan Planck-sugárzónak a hőmérséklete, amely sugárzásának ugyanaz a színessége, mint a kiválasztott színingeré.

Egysége: Kelvin, K

Korrelált színhőmérséklet

Annak a Planck-sugárzónak a hőmérséklete, amelynek színészlelete a legjobban hasonlít a kiválasztott ugyanolyan világosságú színinger színészleletéhez, meghatározott megfigyelési feltételek mellett.

Egysége: K

Domináns hullámhossz

Annak a monokromatikus színingernek a hullámhossza, amely adott arányban additívan keverve egy meghatározott akromatikus színingerrel a kiválasztott színingernek felel meg.

CIE sugárzáseloszlások

A CIE által relatív spektrális teljesítmény eloszlásokkal jellemzett A, B, C, D65 és az egyéb D sugárzáseloszlások.

CIE fényforrások

A CIE által előírt mesterséges sugárforrások, a CIE A, B és C sugárzáseloszlások megközelítő megvalósítására.

Fotométergömb, Ulbricht-gömb, integráló gömb

Olyan gömb, amelynek belső felülete szórtan, gyakorlatilag nem szelektíven visszaverő.

EndFAQ

EndFAQ