Wozu dient eine Ulbricht-Kugel bei Tests mit Rotlichttherapie?

Letzte Aktualisierung: 4. November 2026

In einer Fabrik für Rotlichttherapiegeräte hilft eine Ulbricht-Kugel dabei, die von einer LED oder einem Gerät abgegebene optische Leistung und deren Verteilung über die Wellenlängen zu messen. Um herauszufinden, wie viel Licht einen Benutzer in 15 cm Entfernung von einem Panel erreicht, führt das Labor eine separate Bestrahlungsstärkemessung in diesem Abstand durch. Beide Messungen sind Bestandteil eines optischen Testprogramms, da sie unterschiedliche Aspekte desselben Geräts beschreiben.

Funktionsweise einer Ulbricht-Kugel

Schnittzeichnung der Innenbeschichtung der Ulbrichtkugel, der Anschlüsse und des Detektors

Eine Ulbricht-Kugel ist ein Hohlraum, der mit einer hochreflektierenden, diffusen Beschichtung ausgekleidet ist, die häufig aus PTFE oder Bariumsulfat besteht. Licht wird von den Wänden wiederholt reflektiert. Eine Blende schirmt den Detektor vor direktem Licht ab, sodass dieser das im Inneren der Kugel befindliche, gemischte Licht misst. Nach der Kalibrierung kann das System dieses Signal mit der Menge des gesammelten Lichts in Beziehung setzen. Ein Spektroradiometer ergänzt die Messung um Wellenlängeninformationen. [1, 2]

Die Montageanordnung bestimmt, was die Kugel erfasst. Bei einer 4π-Anordnung mit einer in der Kugel montierten Quelle kann die Messung die Emission in alle Richtungen erfassen. Bei einer 2π-Anordnung mit einer nach vorne emittierenden LED oder einem Modul an einem geeigneten Anschluss deckt die Messung die vordere Halbkugel ab. Bei einem großen Panel muss das Labor überprüfen, ob Anschluss und Montageanordnung die gewünschte Lichtausbeute erfassen. Erfasst die Anordnung nur ein Modul oder einen Teil des Panels, muss im Bericht genau angegeben werden, was gemessen wurde. [1, 2]

Das Gerät und seine Halterung absorbieren einen Teil des im Inneren der Kugel reflektierten Lichts. Labore können diesen Effekt, die sogenannte Selbstabsorption, mithilfe einer Hilfslampe messen und gegebenenfalls korrigieren. Die Messunsicherheit wird durch die Größe der Öffnung, den Zustand der Beschichtung, das Ansprechverhalten des Detektors und die Übereinstimmung zwischen Kalibrierungs- und Testgeometrie beeinflusst. Eine große Kugel kann die Montage eines Panels erleichtern, die Validierung des Versuchsaufbaus ist jedoch dennoch erforderlich. [2, 3, 19]

Was die Kugel misst und was einen separaten Test erfordert

Kommentierter Prüfbericht zur Ulbricht-Kugel mit Angabe von Flussdichte, spektraler Leistungsdichtekurve, Wellenlänge des Bestrahlungsmaximums und Bestrahlungsstärke in Abhängigkeit vom Abstand

Ein kugelgekoppeltes Spektroradiometer kann zeigen, ob ein Gerät Absorptionsmaxima nahe 660 nm und 850 nm aufweist. Sind die Kanäle separat ansteuerbar, sollten sie sowohl einzeln als auch im kombinierten Modus aufgezeichnet werden. Dies erleichtert die Überprüfung der Wellenlänge des Absorptionsmaximums und den Vergleich der Kanalausgabe verschiedener Chargen. Gibt ein Datenblatt ein Verhältnis wie z. B. 1:1 an, sollte ermittelt werden, was gezählt oder gemessen wurde. Selbst bei gleicher Anzahl von Rot- und Nahinfrarot-Emittern kann die optische Leistung in den beiden Spektralbändern unterschiedlich sein. Auch die Peak-Höhe und die integrierte Bandleistung können variieren.

Bei Weißlichtprodukten kann das gemessene Spektrum gegebenenfalls auch zur Berechnung der Farbart, der korrelierten Farbtemperatur und der Farbwiedergabeparameter verwendet werden. Bei Rot- und Nahinfrarot-Panels sind das Spektrum und die Strahlungsleistung pro Spektralband in der Regel aussagekräftiger. [1, 2, 5, 6]

Messung der Bestrahlungsstärke in der Entfernung, in der die Personen das Panel nutzen.

Split-Diagramm mit der gleichen LED-Platte, gemessen in zwei Abständen mit unterschiedlichen Bestrahlungsstärken.

Der Mittelwert gibt an, wie viel Licht einen bestimmten Punkt erreicht. Um die Gleichmäßigkeit der Ausleuchtung einer Fläche zu ermitteln, verwenden Sie eine feste Messebene und erfassen Sie die Messwerte in einem Raster. Notieren Sie Mittelwert, Durchschnitt, Minimum und Maximum über die definierte Fläche, zusammen mit dem Rasterabstand und der verwendeten Formel zur Berechnung der Gleichmäßigkeit. Eine große Leuchtstoffröhre kann denselben Mittelwert wie eine Kompaktleuchte erzielen, dabei aber eine deutlich größere Fläche ausleuchten.

Bei einer Nahbereichsmessung an einer Leuchtstoffröhre notieren Sie den Ausgangspunkt der Messung, die Ausrichtung des Detektors zur Leuchtstoffröhre, die eingeschalteten Kanäle, die Ausgangseinstellung und die Aufwärmzeit des Geräts. Sechs Zoll entsprechen 15,24 cm. Selbst bei nahezu gleichen Abständen können die Messwerte aufgrund des Ansprechverhaltens des Detektors, der Messposition oder des Betriebsmodus abweichen. Eine große LED-Anordnung verhält sich im Nahbereich anders als eine Punktlichtquelle. Messen Sie daher die Entfernung für jeden zu veröffentlichenden Messwert. [4, 12]

Beispielsweise gibt die Produktseite des REDDOT EST-T1 einen Solarmeter-Wert von 34 mW/cm² in 15 cm Entfernung an. Auf einer anderen REDDOT-Verkaufsseite werden hingegen 35 mW/cm² in 35 cm Entfernung genannt. Diese Zahlen verdeutlichen, warum die Quelle der Angaben und der Testaufbau entscheidend sind. Wenn Sie verschiedene Modelle für eine Bestellung vergleichen, fordern Sie den Bericht für die exakte Konfiguration an und verwenden Sie dieselbe Detektormethode, denselben Betriebsmodus und dasselbe Probenahmeverfahren. [13, 14]

Wo die Kugelprüfung in die werksseitige Qualitätskontrolle passt

Labortechniker an einer großen Ulbricht-Kugel-Anlage mit Rotlichttherapie-Panel am Eingangstor

Bei der Wareneingangsprüfung können eine kalibrierte Kugel und ein Spektroradiometer helfen, LED-Muster auf Unterschiede in Wellenlänge und Lichtausbeute zwischen verschiedenen Chargen zu überprüfen. In der Entwicklung kann dieselbe Anordnung eine LED-Platine vor und nach dem Austausch einer Linse oder eines Diffusors vergleichen, vorausgesetzt, die Ansteuereinstellungen, die Temperatur und die Abstrahlgeometrie bleiben im Labor konstant. Auf einem fertigen Panel zeigt eine separate Bestrahlungsstärkekarte, wie sich diese Designänderung auf die Ausleuchtung im Nutzungsabstand auswirkt.

Für routinemäßige Wiederholungsprüfungen dokumentieren Sie die Proben- oder Chargen-ID, den Geräte- und Kalibrierungsstatus, die Montagegeometrie, die Aufwärmzeit und die Kanaleinstellungen. Vergleichen Sie die unter gleichen Bedingungen ermittelten Ergebnisse. Falls ein Bericht eine Toleranz für Flussdichte oder Bestrahlungsstärke angibt, fragen Sie nach, wie das Labor mit Messunsicherheiten umgeht, wenn ein Ergebnis nahe an der Akzeptanzgrenze liegt. ISO 13485 regelt Qualitätsmanagementsysteme für Medizinprodukte. ISO/IEC 17025 regelt die Laborkompetenz. Wenn Sie externe Prüfungen in Auftrag geben, prüfen Sie, ob der Akkreditierungsumfang des Labors die von Ihnen benötigte spezifische Messung abdeckt. [7, 8, 12]

ANSI/IES LM-79-24 und CIE S 025/E:2015 beschreiben optische und verwandte Messungen für Festkörperbeleuchtungsprodukte in ihren jeweiligen Anwendungsbereichen. Sie dienen als nützliche Referenzen zum Verständnis der Messung und Dokumentation der Lichtleistung. Für ein Therapiepanel sind die für das jeweilige Modell und dessen Verwendungszweck geltenden optischen und Sicherheitsprüfungen anzugeben. Die zugehörigen Dokumente sind separat aufzubewahren. Ein ETL-Eintrag identifiziert das Modell und die anwendbaren Normen im Verzeichnis von Intertek. Sofern eine CE-Kennzeichnung erforderlich ist, ermittelt der Hersteller die geltenden EU-Anforderungen, erstellt die technische Dokumentation und stellt die EU-Konformitätserklärung aus. [5, 6, 10, 11]

Optische Leistung und photobiologische Sicherheit

Dokument zur photobiologischen Sicherheit neben der SPD-Ausgangskurve der Ulbricht-Kugel, die die Gefahrenklassifizierung des Eingangs anzeigt

IEC 62471 regelt die photobiologische Sicherheitsbewertung von Lampen und Lampensystemen innerhalb ihres Anwendungsbereichs. Die relevanten Expositionsmessungen können je nach Gefährdung und Prüfgeometrie die spektrale Bestrahlungsstärke oder die spektrale Strahldichte umfassen. Ein Kugelspektrum kann Emissionsbänder identifizieren und die Bewertungsplanung unterstützen. Die Expositionsbewertung verwendet der Gefährdung geeignete Messungen, wobei gegebenenfalls Bedingungen wie Betrachtungsabstand, scheinbare Quellengröße oder Expositionsdauer spezifiziert werden. [9]

Für nicht-laserbasierte Geräte, die für therapeutische, diagnostische, Überwachungs-, kosmetische oder ästhetische Zwecke bestimmt sind, kann die Norm IEC 60601-2-57 hinsichtlich grundlegender Sicherheit und wesentlicher Leistungsmerkmale gelten. Fordern Sie den Bericht an, der die bestimmungsgemäße Verwendung, das genaue Modell und die Betriebsarten des Geräts beschreibt. Die Gesamtleistung in Watt aus einem Kugeltest beschreibt die optische Leistung des Geräts. Expositionsmessungen beschreiben, wie viel Strahlung unter den bewerteten Bedingungen das Auge oder die Haut erreicht. [9, 15]

Was Käufer von einem Lieferanten fordern sollten

Vergleich der technischen Datenblätter mit verifizierten und nicht verifizierten Bestrahlungsstärkewerten für Rotlichttherapiegeräte

1. Ein Spektrum für das genaue Modell und die Kanaleinstellungen ist erforderlich. Bitte fragen Sie nach den tatsächlichen Peak-Wellenlängen, dem Messbereich und ob das Spektrum die Gesamtleistung oder einen Messwert an einer bestimmten Position darstellt.
2. Ein Flussmessbericht ist erforderlich, wenn die optische Gesamtleistung Teil der Spezifikation ist. Prüfen Sie die Montagegeometrie, den gemessenen Bereich des Geräts, die Systemkalibrierung und ob das Ergebnis in optischen Watt angegeben ist.
3. Eine Bestrahlungsstärkekarte für den vorgesehenen Anwendungsabstand. Überprüfen Sie den Bezugsabstand, den Detektortyp und die Wellenlängenempfindlichkeit, die abgedeckte Fläche, das Messraster sowie die Messwerte für Mitte und Mittelwert.
4. Modellspezifische Sicherheits- und Konformitätsdokumente. Vergleichen Sie Modell und Hardware-Revision mit dem Geltungsbereich jedes Berichts oder jeder Auflistung. Falls eine Laborakkreditierung angegeben wird, prüfen Sie, ob diese die Messung abdeckt.
5. Für einen direkten Vergleich müssen einheitliche Bedingungen gewährleistet sein. Verwenden Sie bei allen Geräten denselben Abstand, Betriebsmodus und dieselbe Messmethode. Eine Messung mit einem Handgerät ist nur als Stichprobe zu betrachten, es sei denn, der Detektor ist für die Wellenlängen kalibriert und die Messanordnung entspricht den Angaben im Bericht.

FAQ

Welchen Zweck hat eine Ulbricht-Kugel?

Es sammelt Licht innerhalb einer definierten Geometrie und mischt es durch diffuse Reflexionen. Ein kalibrierter Detektor kann anschließend den gesammelten Lichtstrom messen. Durch die Kopplung der Kugel an ein Spektroradiometer kann das Labor die Wellenlängenverteilung dieses Lichtstroms bestimmen.

Was kostet eine Ulbricht-Kugel?

Ein Kostenvoranschlag hängt vom Kugeldurchmesser, der Anschlusskonfiguration, dem Wellenlängenbereich und davon ab, ob im Paket ein Spektroradiometer, eine Referenzquelle, Kalibrierungsmaterialien und Befestigungsmaterial enthalten sind. Geben Sie beim Vergleich von Angeboten die Abmessungen Ihrer größten Probe sowie die zu messenden Wellenlängenbereiche und Ausgangspegel an.

Wozu werden Ulbricht-Kugeln sonst noch verwendet?

Labore nutzen sie zur Charakterisierung von LEDs, Lampen und Modulen. Eine Kugel kann auch die Reflexion oder Transmission eines Materials messen, wenn sie so konfiguriert ist, dass sie Streulicht von einer Probe auffängt. Die Vorrichtungen und die Kalibrierung hängen von der jeweiligen Messung ab. [1, 16]

Wie wird eine Ulbricht-Kugel kalibriert?

Das Labor misst eine rückführbare Referenz in der relevanten Konfiguration und verwendet diese, um die Systemantwort zu ermitteln. Für die absolute spektrale Ausgabe muss die Kalibrierung die erforderlichen Wellenlängen abdecken. Überprüfen Sie die Geometrien der Referenz und des Tests und beurteilen Sie die Selbstabsorption, wenn die Quelle oder die Vorrichtung geändert wird. Überprüfen Sie den Aufbau erneut, wenn die Beschichtung, der Detektor oder die optische Kopplung geändert werden, und befolgen Sie den dokumentierten Kalibrierplan des Labors. [2, 3]

Referenzen

1. CIE. Messung von LEDs (CIE 127:2007) Die
2. NIST. Kalibrier- und Transferstandards für den gesamten spektralen Strahlungsfluss Die
3. NIST. Detektorbasierte Photometrie mit Ulbricht-Kugel Die
4. NIST. Spektrale Bestrahlungsstärkekalibrierungen (Sonderveröffentlichung 250-89) Die
5. Illuminating Engineering Society. Optische und elektrische Messungen von Festkörperbeleuchtungsprodukten (ANSI/IES LM-79-24) Die
6. CIE. Prüfverfahren für LED-Lampen, LED-Leuchten und LED-Module (CIE S 025/E:2015) Die
7. ISO und IEC. Allgemeine Anforderungen an die Kompetenz von Prüf- und Kalibrierlaboratorien (ISO/IEC 17025:2017) Die
8. ISO. Qualitätsmanagementsysteme für Medizinprodukte (ISO 13485:2016) Die
9. IEC. Photobiologische Sicherheit von Lampen und Lampensystemen (IEC 62471:2006) Die
10. Intertek. ETL-gelistetes Markenverzeichnis Die
11. Europäische Kommission. CE-Kennzeichnungspflichten für Hersteller Die
12. REDDOT LED. Hardwareprüfung und optische Nachprüfung Die
13. REDDOT LED. Spezifikationen des EST-T1 Desktop-Rotlichttherapiepanels Die
14. REDDOT LED. LED-Therapiegeräte und T1-Spezifikationen Die
15. IEC. Sicherheit und wesentliche Leistungsmerkmale von Geräten mit nicht-laserbetriebenen Lichtquellen (IEC 60601-2-57:2023) Die
16. NIST. Referenz-Ulbrechtkugel für spektrale Reflexion Die
17. CIE. Messung des Lichtstroms (CIE 084:1989) Die
18. REDDOT LED. Über REDDOT LED Die
19. NIST. Verbesserte photometrische Standards und Kalibrierverfahren am NIST Die

Verwandte Leitfäden

Verwandte Anleitungen zur Anwendung der Ulbricht-Kugel und zur Rotlichttherapie-Testung

• Wie man die Bestrahlungsstärke bei Rotlichttherapie misst – von der Detektorauswahl bis zur Kalibrierung
• Wie Hersteller die Wellenlängengenauigkeit von Lichttherapieprodukten überprüfen
• Einheiten, Formeln und Prüfmethoden für die Lichtbestrahlungsstärke