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Photometric data for the development of lighting components

The availability of accurate photometric data is crucial for the development of lighting technology components. Especially in the course of the displacement of the classical lamps by solid-state lighting (SSL) technologies and the resulting increased range of lighting applications, the requirements for these measurement data have increased. Here, optical simulation programs based on ray tracing algorithms (Computer-Aided Lighting – CAL) open up new development processes. State-of-the-art is the use of ray files measured by camera-based near-field goniophotometers. Some of those systems also offer measurements of the luminous intensity distribution, luminous flux and goniospectrometric data in conformity with IES LM-79-08, EN 13032-4 and CIE S 025, and can thus also take over the classical measurement tasks of far-field goniophotometers. This paper illustrates applications of the data measured with near-field goniophotometers and luminance measuring cameras in the field of simulation, glare evaluation and luminaire characterization.

Authors

  • Knut Bredemeier

Zukunftssicher und korrekt Messen

Solid State Lighting (SSL)-Leuchten (LED, OLED, PLED) stellen höhere Anforderungen an die photometrische Messtechnik. Kamerabasierte Goniophotometer (Nahfeldgoniophotometer) bieten hier wesentliche Vorteile gegenüber klassischen mit Einzelsensoren messenden Systemen (Fernfeldgoniophotometer) und sind auch für zukünftige erweiterte Messaufgaben gerüstet. Der folgende Beitrag erläutert beispielhaft erweiterte Möglichkeiten zur realitätskonformeren UGR-Blendungsbewertung und für Simulationen von Beleuchtungssituationen. Weiterhin wird die Thematik der für Fernfeldgoniophotometer relevanten photometrischen Grenzentfernung beleuchtet.

Authors

  • Knut Bredemeier
  • Udo Krüger
  • Franz Schmidt

Determination of tailored filter sets to create rayfiles including spatial and angular resolved spectral information

Optics Express 23(23):29543 · November 2015
To simulate and optimize optical designs regarding perceived color and homogeneity in commercial ray tracing software, realistic light source models are needed. Spectral rayfiles provide angular and spatial varying spectral information. We propose a spectral reconstruction method with a minimum of time consuming goniophotometric near field measurements with optical filters for the purpose of creating spectral rayfiles. Our discussion focuses on the selection of the ideal optical filter combination for any arbitrary spectrum out of a given filter set by considering measurement uncert-ainties with Monte Carlo simulations. We minimize the simulation time by a preselection of all filter combinations, which bases on factorial design.

Authors

  • Ingo Rotscholl
  • Klaus E. Trampert
  • Udo Krüger
  • Cornelius Neumann

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Comparison of luminous intensity distributions

Lighting Research and Technology, November 4, 2015 | 62-83
Luminous intensity distributions enable an evaluation of the spatial radiation characteristic of a light source. This radiation characteristic is determined by the structural properties of the light source, its operating parameters and the properties of the measuring system. This paper describes some possible methods and rules for comparing luminous intensity distributions. The focus is on the development of calculation rules for quantifying the differences between two luminous intensity distributions. The difference measures developed allow the user to establish an objective comparison between luminous intensity distributions, this comparison being completely independent of the measuring system, the properties of the luminous intensity distributions and the users themselves. Further, the dependence of the properties of luminous intensity distributions resulting from measurement practice, such as adjustment uncertainties, regions that cannot be covered or measured, deviations of the total luminous flux, data noise and resolution differences, are discussed, and appropriate pre-processing and correction steps proposed. In addition, various visualisations of the differences between two luminous intensity distributions are demonstrated and the functionality of the difference measures developed is documented.

Authors

  • Frank Gassmann
  • Udo Krüger
  • Tony Bergen
  • Franz Schmidt

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Analysis of errors associated with photometric distance in goniophotometry

Proceedings of the 28th Session of the CIE, Manchester; Vol. 1
In lighting calculations and simulations, the emission of a light source is conventionally modelled using the far-field intensity, also termed luminous intensity distribution (LID). Previous studies have indicated that the traditional limiting photometric distance, to reach far-field conditions, is not always easy to determine. The limiting photometric distance, also called the photometric limiting distance of a light source is the shortest distance between the reference plane of a light source and the effective reference plane of a photometer, for a given acceptable error considering the photometric inverse square laws (ISO/CIE 19476:2014, 2014). This distance is dependent on the size of the light source, the luminous intensity distribution (beam angle), the spatial luminance distribution and the predetermined acceptable measurement error. In this paper the problems are analysed in detail for a disk-shaped light source, a linear light strip and a worst case scenario using two small (point) sources separated by a certain distance. The limiting photometric distance is investigated using different measures of error - not only for the main illumination direction but also at different angles of emission.

Authors

  • Valéry Ann Jacobs
  • Peter Blattner
  • Yoshi Ohno
  • Udo Krüger
  • Peter Hanselaer
  • Patrick Rombauts
  • Franz Schmidt

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A virtual experiment for near-field goniophotometric measurements

Near-field goniometric measurements are employed to determine the photometric characteristics of lightsources, i.e. the spatial and angular distribution of the emitted light.To this end a complex measurement system consisting of a goniometer and a CCD-based imaging photometer is employed. In order to gain insight into the measurement system and to enable a characterization of the whole measurement setup we propose to apply a computermodel to conduct virtual experiments. Within the computer model the current state of all parts of the virtual experiment can be easily controlled. There liability of the computer model is demonstrated by a comparison to actual measurement results. As an example for the application of the virtual experiment we present ananalysis of the impact of axial malpositions of the goniometer and camera.

Authors

  • F. Schmähling
  • G. Wübbeler
  • M. Lopez
  • F. Gaßmann
  • U. Krüger
  • A. Sperling
  • F. Schmidt
  • C. Elster

Entwicklung eines Verfahrens zum Vergleich von Lichtstärkeverteilungskörpern

Abschlussarbeit zum Weiterbildungsstudium Lichtanwendung, Technische Universität Ilmenau, Fakultät für Maschinenbau, Fachgebiet Lichttechnik, 31.01.2013
Thema der Arbeit ist die Entwicklung und Implementierung eines Verfahrens zum Vergleich von Lichtstärkeverteilungskörpern. Hauptbestandteil des Verfahrens zum Lvk-Vergleich ist die Entwicklung von Berechnungsvorschriften zur Quantifizierung der Unterschiede zweier Lichtstärkeverteilungskörper. Die entwickelten Differenzmaße ermöglichen einen objektiven, vom Anwender, von den Lvk-generierenden Messsystemen und von den Parametern der Lvks unabhängigen Vergleich. Aus der Messpraxis resultierende Eigenschaften von Lvks wie Justageunsicherheiten, nicht messbare Lvk-Bereiche, Abweichungen der Gesamtlichtströme, Datenrauschen und Auflösungsunterschiede werden algorithmisch berücksichtigt. Zusätzlich werden verschiedene Varianten zur Visualisierung der Unterschiede zweier Lichtstärkeverteilungskörper vorgeschlagen.

Authors

  • F. Gaßmann

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Spectral mismatch correction factor estimation for white LED spectra based on the photometer's f1' value

CIE x038:2013 Proceedings of the CIE Centenary Conference “Towards a New Century of Light”, Paris, 2013.
The spectral matching of photometers is important for photometric measurements. However, there is no general estimation for the spectral mismatch correction factor [1] for the measurement of white LEDs known in the literature until now. The authors will give a general estimation of the range of possible spectral mismatch correction factors for white LED measurements as a function of the quality of the spectral mismatch of the photometer. For this purpose, a database of 120 different photometers with the general V(lambda) match quality index f1’ values in the range of 0.6% up to 9.0% and 300 white LED spectra (phosphor type as well as RGB type LEDs based on measurements as well as simulations) was used to calculate the spectral mismatch correction factors. From all data a general observation is derived that the minimum and maximum spectral mismatch correction can be estimated based on the f1’ value of the photometers.

Authors

  • U. Krüger
  • P. Blattner

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Bewertung von Nahfeldgoniophotometern

Licht 2012 : 20. Gemeinschaftstagung, 11. bis 14. September 2012, Technische Universität Berlin ; Tagungsband. - Berlin : LiTG. - 2012 | S. 188-195
Messverfahren mit klassischen Goniophotometern behandeln die leuchtenden 3D-Oberflächen von Lichtquellen wie Punktlichtquellen d.h. sie geben die Wirkung der Lichtausstrahlung nur für große Abstände als Lichtstärkeverteilungskörper an /4/. Ein Nahfeldgoniophotometer ist ein Goniophotometer mit dem Messungen im Nahfeld der Lichtquelle ausgeführt werden und dessen Photometerkopf durch eine Leuchtdichtemesskamera ersetzt wurde /7/. Damit wird die Wirkung der Ausstrahlungscharakteristik für einzelne Elemente der realen oder einer virtuellen Oberfläche der Lichtquelle als Verteilung von Leuchtdichten erfasst und als Strahlenfeld gemessen.

Authors

  • K. Bredemeier
  • F. Gaßmann
  • U. Krüger
  • F. Schmidt

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LED near-field goniophotometer at PTB

In this paper, we present the near-field goniophotometer setup recently installed at PTB for the photometric characterization of solid-state light sources, e.g. LEDs, under near-field conditions. Moreover, as a validation of the near-field goniophotometric measurements, the luminous intensity distribution of two LEDs determined by near-field measurements is also presented and compared with those carried out separately under far-field conditions using a photometer.

Authors

  • M. Lopez
  • K. Bredemeier
  • N. Rohrbeck
  • C. Véron
  • F. Schmidt
  • A. Sperling

Comparison of techniques for measuring luminous intensity distribution overall and across segments

TechnoTeam Bildverarbeitung GmbH, August 2010
This paper is a survey of currently available techniques for measuring the luminous intensity distribution. It focusses on the question of which measuring method is suitable for which device under test. It shows corresponding methods, e. g. if several technical methods can be used for the same object or if different objects can be measured with the same method. Furthermore it shows cases where distinctions must be made. The features and differences between the technical measuring methods were treated in association with there advantages and disadvantages for particular objects.

Authors

  • Ch. Schwanengel

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Bildauflösende Leuchtdichtemesstechnik und Nahfeldgoniophotometer in der Normung im DIN und in der CIE

Licht 2010 Wien: Vorträge der 19. Gemeinschaftstagung vom 17. bis 20. Oktober 2010

Authors

  • F. Schmidt
  • U. Krüger
  • W. Steudtner

The impact of cooling on CCD-based camera systems in the field of image luminance measuring devices

From general statements made about the cooling of the CCD sensor within image luminance measuring devices (ILMD), one tends to conclude that cooling has an important effect on the luminance measurement results. However, this general statement is not valid. Based on a detailed model for the properties and the operation of ILMDs, we present results of the measurements for parameters of cooled and non-cooled systems. The influence of the two different parameter sets on the results of luminance measurements is illustrated for variations in the signal level and the temperature conditions. In summary, it can be said that only for very special applications does the cooling of the CCD have a significant influence on the measurement uncertainty associated with the luminance measurement results. Normally, one can compensate for the little drawbacks of non-cooled systems by selecting the most appropriate measuring algorithms.

Authors

  • U. Krüger
  • F. Schmidt

Development of luminous objects with measured ray data

The setting up of physical ray models is an extremely sophisticated process, with those models being able to reflect reality in an only finitely exact way. The measured ray data describe the light source with corresponding accuracy. The data thus found can be exported into the data formats of all common simulation tools. Furthermore, they improve the simulation of any luminous sources and speed up the development process.

Authors

  • K. Bredemeier
  • R. Poschmann
  • F. Schmidt

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Bestimmung ausgewählter Parameter und Kennwerte von digitalen Kamerasystemen

Photonik, 2/2006 (Auszug aus FRAMOS Forum, 2.-3.06.2005, München, 2005) | S. 66-69
Messbare Parameter und Kennwerte bilden die Grundlage für jede Beurteilung der Systemeigenschaften digitaler Kameras. Besonders wichtig ist dabei eine anschauliche Darstellung der relevanten Messwerte. Im folgenden Beitrag werden Methoden vorgestellt, die es ermöglichen, solche Messergebnisse "auf einen Blick" einzuschätzen. Außerdem werden verschiedene Methoden zur Bestimmung der relativen spektralen Empfindlichkeit von CCD-Sensoren erläutert.

Authors

  • U. Krüger

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Nahfeldgoniophotometer – Systeme zur Messung der Lichtverteilungen an Leuchten, Lampen und LED

Licht 2006, 11.09.2006, Bern, 2006
Für die Entwicklung und Bewertung von Leuchten ist die Messung der Lichtstärkeverteilungscharakteristik (LVK) wesentlich. Moderne Reflektorsysteme von Leuchten oder Scheinwerfern und die Simulation von LED Baugruppen erfordern oftmals die reale Ausstrahlungscharakteristik der Leuchtmittel, die entweder durch komplexe Simulationen oder durch Messungen ermittelt werden. Vielfache Anwendung finden gemessene Strahlendaten (4D Leuchtdichtedaten), die üblicherweise von den Lampen- bzw. LED – Herstellern zur Verfügung gestellt werden oder auf einem geeigneten Meßsystem gemessen werden können.

Authors

  • K. Bredemeier
  • R. Poschmann
  • F. Schmidt

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Comparison of Methods for Indicating the Measurement Uncertainty of Integral Parameters on the basis of spectral Data by Means of the Measurement Unvertainty of the f1' Value

2nd Expert Symposium on Measurement Uncertainty, June 2006, Braunschweig, 2006
In their paper, the authors compare the calculation of the measurement uncer-tainty of the f1' value, with calculations made using two different approaches. The f1' value was used as an example for the integral parameter on the basis of spectral data. By means of the V(λ) function, this parameter, which has remained very popular in the quality assessment of measuring devices used in photometry, is determined using a non-linear evaluation function.

Authors

  • U. Krüger
  • G. Sauter

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Spatially Resolved Luminance and Color Measuring Technology in the Automobile Sector - Illustrated by Means of the Symbol and Lamp Measurement

ISAL 2005 Symposium; Darmstadt University of Technology | pp.1010-1017
The spatially resolved determination of light- and radiation-physical quantities is being applied in many fields of the automobile industry (development and production control). In our paper presented at the PAL2003 we dealt with the fundamentals of the spatially resolved luminance and color measurement technology. Our followup paper presents some applications for which the functionality of both hard- and software has been designed to suit directly the requirements of the automobile industry. First, we will explain methods for symbol measurement in the field of the interior night design and the functional design of automotive and plane cockpits. In the second part, we will deal with the measurement of arc and filament lamps.

Authors

  • U. Krüger
  • R. Poschmann
  • F. Schmidt

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Spatially Resolved Luminance Measuring Methods Compared with Illuminance Measurements of Automotive Headlamps

ISAL 2005 Symposium; Darmstadt University of Technology | pp.1018-1029
The lecture gives an overview of applications of image-processing luminance measuring procedures for light distribution measurements of headlamps. Within some fields of photometry measuring technology, these procedures have already become accepted as alternatives to photogoniometers. However, up to now application to headlamp measuring technology has not been possible, because typical high contrast ratios present with headlamp low beam distributions cause large errors due to scattered light. In the context of extensive research, possibilities have been created and basic conditions have been defined which primarily aim at reducing scattered light and so would allow the application in case of light distribution measurement of headlamps.

Authors

  • Ch. Schwanengel
  • U. Krüger
  • F. Schmidt
  • J. Rodenkirchen

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Ray Data of LEDs and Arc Lamps

ISAL 2005 Symposium; Darmstadt University of Technology | pp.1030-1037
The ray data measured by means of modern near-field goniophotometers open up new ways in the development of optical systems. For numerous applications, synthetic models of radiation characteristics are insufficient for realistic optical simulations. The near-field goniophotometers type RiGO801 developed by the TechnoTeam company measure the real 4D- luminance distribution of measuring objects and provide ray data for various simulation programs.

Authors

  • K. Bredemeier
  • F. Schmidt
  • W. Jordanov

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Messunsicherheit bei der Angabe des f1'-Kennwertes

Lux junior 2005, 23. bis 25.9.05 Dörnfeld (bei Ilmenau)
Der f1’-Kennwert (DIN 5032 T6 bzw. CIE Pub. 69) ist einer der gefragtesten Kennwerte bei der Bewertung der spektralen Anpassung von Photometern, obwohl die Angabe dieses kennwertes in der Praxis nur sehr bedingt Aussagen über die zuerwartenden Messabweichungen auf Grund der spektralen Anpassung erlaubt. Die Berechnung des Kennwertes aus Integralverhältnissen ist zwar einfach, die Abschätzung der beigeordneten Messunsicherheit ist jedoch schwierig und von vielen verschiedenen Beiträgen abhängig [1]. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Bestimmung der spektralen Empfindlichkeit eines Gesamtsystems nur rechnerisch aus den Messergebnissen verschiedener Teilkomponenten erfolgen kann. Im Folgenden wird auf der Basis zweier Ansätze aus [2]und [3] und unter Verwendung von Messunsicherheiten beigeordnet den Komponenten eines optischen Systems die Messunsicherheit des zugehörenden f1’-Kennwertes bestimmt. Dabei werden nur die Messunsicherheiten der spektralen Messgrößen berücksichtigt. Messunsicherheitsbeiträge im Zusammenhang mit der Wahl der Abtastintervalle, der verwendeten spektralen Bandbreite bei den Messungen und der Bestimmung der Wellenlänge selbst werden nicht behandelt, da sie ausführlich in [4] erläutert wurden.

Authors

  • U. Krüger

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Bildauflösende Licht- und Farbmesstechnik

11. OTTI-Symposium, Kloster Banz, 2005
Die ortsaufgelöste Bestimmung lichttechnischer Größen ist eine wichtige messtechnische Aufgabe. In zahlreichen Applikationen, u.a. Bewertung von Arbeitsplatz-, Straßen- und Tunnelbeleuchtung, Licht am und im Auto, Bewertung von Lampen und Leuchten, gehört die ortsaufgelöste Bestimmung der Leuchtdichte zum Stand der Technik. Die ortsaufgelöste Farbmessung wird notwendig bei der Einschätzung von Lichtverteilungen, z.B. Farbsäume in der Ausstrahlcharakteristik von Scheinwerfern (Auto, Bühne, Film), bei der Bewertung von Signallichtern oder der Farbwiedergabe an Fassaden, um nur einige Messaufgaben zu nennen.

Authors

  • F. Schmidt

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10 Jahre Nahfeldgoniophotometer – Grenzen und Möglichkeiten

Tagung LICHT 2004 Dortmund
Im Jahre 1991 wurde von Prof. Riemann die Idee entwickelt, mit bildauflösender Leuchtdichtemesstechnik Lichtstärkeverteilungen im Nahfeld zu messen. Gegenüber der Fernfeldmessung ergeben sich einige ganz wesentliche Vorteile. Für die Fernfeldmessung mit Drehspiegelgoniophotometern oder Goniometern mit langem Arm sind beträchtlich große Räume erforderlich. Die Nahfeldgoniophotometer RiGO erfordern einen Raum, der es gestattet eine Messkamera um das Messobjekt herum zuführen. Es sind also Raumgrößen L*B*H von etwa jeweils dem Zweifachen der Messobjektgrößen erforderlich. Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist, dass das Messobjekt bei der Messung in Ruhelage verbleiben kann. Seit 1994 sind die Messsysteme im Einsatz. Bisher wurden mehr als 20 Systeme realisiert, für die Vermessung von LED bis zur Vermessung von großen Leuchten mit Abmessungen von 2000 mm oder auch für die Vermessung von Light-pipe.

Authors

  • R. Nolte
  • K. Bredemeier
  • R. Poschmann
  • F. Schmidt

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Moderne Möglichkeiten zur Messung und Bewertung von Beleuchtungsparametern

Herbstkonferenz 2002 der GfA e.V., Technische Universität Ilmenau, 26.-27. September 2002
Die bildauflösende Leuchtdichtemesstechnik vereinigt die Erfassung photometrischer Größen mit den Algorithmen der Bildverarbeitung zur Gewinnung geometrischer Daten. Sie realisiert eine neue Leuchtdichteanalytik, die die komplexe Erfassung und Bewertung z.B. von Leuchtdichteverteilungen an Displays in eleganter Weise lösen kann. Für Reflektorberechnungen werden komplexe Strahlenmodelle der Leuchtmittel, für Planungen im Nahfeld an die Geometrie des Raumes angepasste Planungsdaten (Nahfeld-LVK) zur Verfügung gestellt. Die Messung von Blendsituationen und die Berechnung von UGR-Werten wird damit überhaupt erst ermöglicht [2].

Authors

  • D. Gall
  • U. Krüger
  • F. Schmidt
  • S. Wolf

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Die Erfassung lichttechnischer Größen mit bildauflösender Leuchtdichtemessung (Leuchtdichte-Analysator)

44. Intern. Wiss. Kolloq. d. TU Ilmenau, 1999

Authors

  • I. Fischbach

Einsatz der CCD-Technik für bildauflösende Lichtmeßtechnik

Lux-Junior, 2. Internationales Forum für den lichttechnischen Nachwuchs, Dörnfeld, 1995

Authors

  • F. Schmidt

Entwicklungstendenzen für die optische 3-D-Meßtechnik

40. Intern. Wiss. Kolloq. d. TU Ilmenau, 18.-21.9.95, Tgb. | S. 714 - 719

Authors

  • I. Fischbach
  • F. Schmidt

Bildauflösende Lichtmeßtechnik

Vortragsreihe des VDI Jena, FSU Jena 26.10.1995

Authors

  • F. Schmidt

Zur Leistungsfähigkeit der Messung von Lichtstärkeverteilungskurven mittels bildauflösender Fotometrie

LICHT 7-8/1995 | S.: 640 - 643

Authors

  • I. Fischbach
  • F. Schmidt
  • M. Riemann

Photometrische bildauflösende Meßtechnik

Vision-Jahrbuch 1994 | S. 46 - 48

Authors

  • F. Schmidt

Zur Bestimmung der Lichtstärkeverteilung von Leuchten innerhalb der fotometrischen Grenzentfernung mittels eines bildauflösenden Goniofotometers

LICHT 1993, H. 7-8 | S. 592 - 596

Authors

  • M. Riemann
  • F. Schmidt
  • R. Poschmann