6.3 Selbstabsorptionskorrektur mittels einer Ulbrichtkugel

Die Selbstabsorptionskorrektur wird bei Messungen mit Ulbrichtkugeln genutzt, um die Messung an das zu messende Objekt (DUT = device under test) anzupassen, bzw. um dessen Einfluss während der Messung zu berücksichtigen. Das Messobjekt verschließt die Öffnung der Ulbrichtkugel zu einem gewissen Anteil, dabei entsteht eine Rückreflexion in die Kugel und somit auch ein Zusatzsignal in dieser. Dieses wird auf das Signal des DUT aufsummiert und verfälscht den Messwert sowohl bei spektralen als auch integralen Messungen. Dieser Effekt kann mit Hilfe des sogenannten Selbstabsorptions-Korrekturverfahrens kompensiert werden. Für die Korrektur ist eine Hilfslampe/Auxiliary Lamp nötig. Dies zeigt, dass für eine präzise messende Ulbrichtkugel schnell eine kundenspezifische Lösung nötig ist, speziell wenn noch applikationsspezifische Eingangsöffnungen nötig sind. Hier kann ein modulerer Ulbrichtkugelbaukasten mit kundenspezifischen Lösungen hilfreich sein.

Eine Ulbrichtkugel wird im Regelfall auf die Geometrie der „offenen Kugel” bzw. der „leeren Kugel” kalibriert. Eine offene Kugel führt dazu, dass das Licht des DUT oder der integrierten Hilfslampe durch Mehrfachreflexion aus der Ulbrichtkugel austreten kann (vgl. Abb. 1). 

Abb. 1: Offene Kugel, Licht kann austreten

Bei der Anwendung ist jedoch entweder die Messöffnung ganz oder teilweise mit dem DUT verschlossen oder das DUT sitzt in der Kugel. Es wird in beiden Fällen von einer „vollen Kugel” gesprochen (Abb. 2). Ein Teil des Lichtes, welcher bei der offenen Kugel austreten würde, wird nun an dem DUT in die Kugel zurückreflektiert und das Signal erhöht. Befindet sich das DUT in der Kugel, wird ein Teil des Lichtes von dem Gehäuse des DUT absorbiert und trägt nicht mehr zur Mehrfachreflexion bei, somit wird das Signal reduziert. Die Größe des induzierten Fehlers von Rückreflexion bzw. der Absorption auf das Signal hängt von der Beschaffenheit des DUT und der Halterung ab. Ist beispielsweise das außerhalb der Kugel angebrachte DUT eher groß im Verhältnis zur Kugelöffnung und hoch reflektierend, so wird der induzierte Fehler größer sein als bei einem kleinen absorbierenden DUT. Befindet sich das DUT hingegen in der Kugel und ist hoch reflektierend, so ist der induzierte Fehler geringer, als bei einem stark absorbierenden DUT.

Abb. 2: Geschlossene Kugel, ein Teil des Lichtes wird rückreflektiert

Die dadurch entstehende Messwertabweichung kann mit Hilfe einer Selbstabsorptionskorrektur (Abb. 3) kompensiert werden. Bei dieser werden das Signal der leeren (offenen) Kugel sowie das Signal mit DUT an bzw. in der (vollen) Kugel gemessen. Aus den unterschiedlichen gemessenen Intensitäten wird ein Korrekturfaktor ermittelt, welcher das Verhältnis der beiden Messungen darstellt. Diese Kompensation wird für einen möglichen integralen Detektor oder für das spektral messende Array durchgeführt. Da die Korrekturfaktoren von der Geometrie sowie der spektralen Reflexion des DUT abhängig sind, können die ermittelten Korrekturfaktoren für alle Lichtquellen des gleichen Bautyps verwendet werden (sofern sich die Messgeometrie nicht geändert hat), so etwa für LEDs des gleichen Typs.

Abb. 3: Messung einer LED (DUT) mit und ohne Korrektur des DUT

Siehe auch Standardprodukte mit direkt integriertem Selbstabsorptionskorrekturverfahren wie das BTS156-LED sowie unsere Ulbrichtkugelauswahl.