Comment organiser un laboratoire photométrique

17 juin 2020
Comment organiser un laboratoire photométrique

La luminance est la quantité la plus importante dans la conception d'éclairage et la mesure la plus importante dans l’éclairage routier et l’éclairage architectural. C'est aussi la mesure qui est probablement la plus facile à comprendre et à comprendre par l'utilisateur, car elle détermine la « luminosité » des objets et surfaces observés. Le 21e siècle, révolutionné par les sources LED largement disponibles et de moins en moins chères à acheter et à entretenir, a contribué à une énorme augmentation du nombre de tous les investissements d'éclairage - en utilisant des diodes luminescentes.

La LED est une source de haute intensité, qui se caractérise également par une efficacité lumineuse élevée. Malheureusement, un effet secondaire spécifique de la construction LED est la luminance élevée et l'effet gênant de l'éblouissement. L'évaluation de l'éblouissement dépend de la valeur de luminance par rapport au niveau de luminance de fond.

Les concepteurs et les entreprises d'éclairage utilisent souvent des logiciels de conception et les fonctions de visualisation disponibles pour les installations d'éclairage, où la luminance joue un rôle clé. Cependant, il existe un grand écart entre les hypothèses du concepteur et la conception et la mise en œuvre réelle du système d'éclairage.

Au fur et à mesure que les possibilités technologiques de construction de luminaires à LED et de contrôle de l'éclairage augmentent, le besoin d'une vérification plus fiable de la qualité de l'éclairage au stade de l'achèvement des travaux de construction augmente. Le client final ou le donneur d'ordre demande de plus en plus souvent un rapport d'audit d'éclairage et une déclaration de conformité de l'installation à la conception et à la commande.

 

Fig. 1. Logiciel pour les solutions ILMD.

Tradition vs modernité

Les luminancemètres traditionnels utilisant un système optique à lentille unique et une photodiode correctement ajustée ainsi que les luminomètres à spot, ont permis un ciblage précis et une mise au point précise sur un petit point. Ils sont rapides et fiables, mais présentent deux inconvénients majeurs en raison de leurs caractéristiques techniques. Premièrement, ils ont généralement un angle de vision très étroit, c'est-à-dire qu'à partir d'une distance donnée, nous pouvons mesurer une zone (point) avec des dimensions relativement petites, ce qui dans le cas des mesures de distribution de luminance oblige l'utilisateur à effectuer plusieurs mesures et à calculer la distribution de luminance d’une zone donnée manuellement. Deuxièmement, la classe d'adaptation d'une photodiode avec un filtre V (lambda) peut provoquer des erreurs de mesure en fonction du type de distribution spectrale de puissance de la source lumineuse ou de la température de couleur. Ces compteurs étaient parfaits pour les mesures de sources lumineuses à large bande, c'est-à-dire des sources lumineuses avec une large gamme de rayonnement. D'un autre côté, dans le cas de certaines sources LED blanches, en particulier les systèmes RVB, les erreurs peuvent aller jusqu'à 20% même pour un bon compteur de classe.

 

Les nouvelles solutions disponibles sur le marché, utilisant la technologie de capteur CMOS ou CCD, couramment utilisées dans les appareils photo numériques, offrent des possibilités beaucoup plus grandes d'utiliser cette technologie à la fois pour mesurer et tester la luminance des surfaces éclairées, ainsi que des éléments rétroéclairés et des luminaires et sources de lumière. Avec l'utilisation d'un système de mesure type caméra de luminance, appelé dispositif de mesure de luminance d'imagerie(ILMD), il est possible d'effectuer des mesures et de comparer les valeurs de luminance sur la base de ce que l'on appelle l'analyse d'image.

 

Fig. 2. Répartition de la luminance à l'intérieur avec des luminaires LED

Ces compteurs sont équipés d'un capteur haute résolution et d'un système optique composé d'une lentille et d'un filtre V (lambda) ajustant la sensibilité du capteur à la sensibilité de l'œil humain. De cette façon, l'image enregistrée par le capteur est soumise à une analyse informatique, et le niveau de luminance (luminosité) enregistré correspond à l'impression reçue par l'œil humain, c'est-à-dire qu'il s'agit du niveau de valeur de luminance absolue. Contrairement à une caméra ordinaire, où le niveau de luminosité en différents points de l'image est une valeur relative, dans le cas d'un luminancemètre d'imagerie, nous avons une image montrant la distribution de la luminance, et sur sa base, nous pouvons analyser, comparer et mesurer le niveau, l'uniformité, les changements de valeurs, etc., pour chaque point individuellement ou pour une zone donnée de l'image.

En savoir plus sur la caméra de luminance (ILMD) de GL Optic ICI

 

Grâce à cette technologie, avec l'utilisation d'un capteur d'image 2D sur plusieurs millions de pixels, nous pouvons enregistrer l'image entière d'une surface donnée, un composant d'éclairage ou tout l'intérieur d'un bâtiment. Les images enregistrées peuvent être analysées en détail avec le logiciel fourni. Avec les outils d'analyse d'image, il est possible de marquer rapidement les zones ou les points d'intérêt et d'évaluer facilement, à la fois visuellement et métrologiquement, les connexions entre les différentes zones de mesure. Un logiciel dédié à de tels systèmes permet une présentation supplémentaire des niveaux de luminance en pseudo-couleurs, isocandela, graphiques 3D, sous forme d'histogrammes, pour créer des rapports et contient de nombreuses autres fonctions utiles.

 

Lorsqu'il est nécessaire de déterminer l'uniformité de la distribution de la luminance sur toute la scène, un spotmètre traditionnel semble être une solution inconfortable. Des mesures point par point devraient être effectuées, ce qui prendrait beaucoup de temps et ne serait pas appliqué dans la pratique. De même, la mesure de petits objets comme des LED d'indication ou des icônes rétro-éclairées ne peut pas être effectuée avec un tel luminomètre car l'angle de mesure est constant et généralement pas assez petit.

Fig. 3. Exemple d'affichage et de commandes (industrie automobile).

 

Les mesures effectuées avec le compteur ILMD par rapport à un compteur spot permettent de capturer une image entière de la scène. Toutes les informations de luminance dans le cadre peuvent être stockées dans une seule image, donc cette méthode prend beaucoup moins de temps. La répétabilité est également un avantage important par rapport à une mesure point par point de la luminance, car l'image mesurée peut être enregistrée et réévaluée à une date ultérieure.

 

L'utilisation de filtres V (lambda) dans les appareils de mesure peut entraîner des problèmes de précision des lectures pour différents types de sources de lumière ou de température de couleur. Pour surmonter ce problème, une correction de décalage peut être appliquée en combinant un système ILMD avec un spectroradiomètre. Cette configuration augmente la précision de la mesure de luminance et permet en outre une analyse colorimétrique, par ex. de la température de couleur, de l'indice de rendu des couleurs et d'autres fonctions de mesure des couleurs. Dans les systèmes avancés, cela fait partie d'un instrument de mesure intégré. Il est également possible d'utiliser une procédure de mesure en deux étapes à cet effet, où nous mesurons d'abord la luminance avec un compteur ILMD, puis avec un spectroradiomètre, nous mesurons la distribution spectrale de l'éclairage. Ainsi, avec ce logiciel, il est possible de combiner les données de mesure et de présenter des rapports cohérents, y compris à la fois la luminance et l'évaluation des couleurs.

Fig. 4. Schéma du luminomètre

Technologie avancée

De plus, des compteurs très avancés technologiquement sont déjà disponibles sur le marché. Certains permettent de mesurer la distribution de luminance avec une seule trame dans le champ de vision, et le nombre de spots collectés est équivalent à 1 000 000 ou plus mesuré de manière synchrone avec un mètre traditionnel.

 

Les compteurs d'imagerie se caractérisent par une très grande précision. Ils sont généralement équipés d'une correction de système optique de classe A élevée (DIN 5032-7) pour la fonction V (λ). Il peut s'agir de mesures à très haute résolution grâce aux capteurs CMOS ou CCD, qui peuvent avoir jusqu'à 8 millions de pixels. Une large gamme de valeurs mesurées permet une mesure précise des objets avec de grandes variations de luminance. La gamme dynamique des imageurs peut être de 0,001 cd / m2 à 200 kcd / m2, en utilisant des filtres de densité neutre appropriés ou des techniques d'images à plage dynamique élevée. Les modèles les plus avancés utilisent également la technologie de refroidissement spéciale du système de mesure pour une stabilité et une répétabilité supérieure.

 

Une excellente qualité d'image est obtenue avec un objectif de haute qualité. Certains systèmes de mesure permettent de changer l'objectif, cependant, il est recommandé d'en acheter un auprès du fabricant pour s'assurer qu'il est inclus dans la procédure d'étalonnage.

 

L'utilisation de compteurs d'imagerie est très large car ils sont utilisés pour mesurer la luminance de produits LED largement interprétés : des lampes individuelles, puces, modules, luminaires, lampes de voiture, écrans LED, aux affichages, divers panneaux lumineux, indicateurs, signalisation, etc. à la mesure de toutes sortes d’installations : en éclairage routier, en architecture, etc.

 

Fig. 5. Exemple d'un luminaire avec une source de lumière LED

 

À l'intérieur et à l'extérieur

La mesure de la luminance peut être utile lors de l'acceptation des installations d'éclairage, à l'intérieur, où l'image de luminance peut être utilisée pour évaluer l'uniformité de l'éclairage, et à l'extérieur, où nous pouvons mesurer la distribution de luminance, par ex. sur la façade d'un immeuble, vérifier si les niveaux et la répartition de la luminance sont en adéquation avec le design ou les attentes de l'investisseur. Il est particulièrement utile d'utiliser un ILMD pour les mesures d'éclairage routier, où les niveaux de luminance des fragments de route éclairés sont décrits en détail dans la norme EN 13201-2: 2016-03.

 

Sources lumineuses et luminaires

Grâce à cette technologie, les fabricants de luminaires et les entreprises d'installation peuvent vérifier rapidement et de manière fiable la qualité de leurs produits. Le photomètre haute résolution peut mesurer à la fois la luminance d'une seule diode et la distribution de luminance de grandes zones de faible luminance.

 

Écrans, écrans et icônes

Les industries de l'automobile et de l'électronique utilisent largement les panneaux lumineux, les commandes, les interrupteurs et les écrans entiers pour fournir aux utilisateurs un accès pratique aux informations et aux options de contrôle. La plupart des appareils électroménagers sont également équipés d'écrans et de lumières aujourd'hui. Tous ces éléments lumineux peuvent être facilement mesurés et vérifiés pour les niveaux de qualité et de luminance.

 

Les appareils de mesure de luminance type caméra sont de plus en plus utilisés et également moins chers donnent l'espoir que des mesures fiables des produits et des installations lumineuses améliorent la qualité de l'éclairage tout en réduisant la consommation d'énergie. En termes qualitatifs, nous devons fournir de la lumière là où cela est nécessaire, autant que nécessaire et chaque fois que cela est nécessaire.

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