เครื่องวัดความสว่าง

เครื่องวัดความสว่าง

การวัดค่าความสว่างสามารถทำได้ด้วยการวัดค่าความสว่างแสงที่เห็นได้ ความสว่างเป็นปริมาณที่มีทิศทางและเพราะฉะนั้น เราต้องระบุมุมการรับของเครื่องมือ พื้นที่ที่วัดและรูปร่างการวัดต่อแหล่งแสง เพื่อให้สามารถสื่อสารค่าความสว่างได้อย่างมีประสิทธิภาพ เหล่านี้เป็นปัจจัยที่สำคัญเนื่องจากแหล่งแสงส่วนใหญ่ไม่ใช่แหล่งแสงลัมเบิร์ตเทียน (lambertian sources) และอาจจะไม่สม่ำเสมอในความสว่างทั้งแหล่งแสง

เนื่องจากการวัดเป็นเป้าหมายที่แหล่งแสง การวัดเช่นนี้สามารถทำได้โดยใช้ระบบเลนส์ออปติก ทั้งมุมมองเชิงมุมและมุมที่สะท้อนโดยเลนส์ตามเป้าหมายควรจะถูกจำกัดเพื่อหลีกเลี่ยงการเก็บแสงจากส่วนของหน้าจอที่มีมุมที่แตกต่างกันเล็กน้อย

การวัดความสว่างเป็นสิ่งสำคัญสำหรับผลิตภัณฑ์ เช่น ไฟจราจร ทีวี และไฟหางรถยนต์

เครื่องวัดความสว่าง

ค่าแสงสว่างเป็นการวัดของพลังงานที่เห็นได้ที่ตกมาบนพื้นผิวของวัตถุ การวัดค่าแสงสว่างอาจมีความผิดพลาดจากแสงที่ไม่ได้ตรง ตามคำจำกัดความ แสงที่ปรากฏที่ระดับการวัดควรสัมพันธ์กับคอสซายน์ของมุมที่แสงเข้ามา อย่างไรก็ตาม ด้วยการรวมพลังงานทั้งหมดของเซ็นเซอร์เข้าไปในหัวตรวจหรือเครื่องวัดความสว่างเอง มักจะไม่เก็บแสงได้อย่างถูกต้องตามกฎคอสซายน์

คุณสมบัติการแก้ค่าคอสซายน์ถูกเพิ่มเข้าไปในเครื่องวัดความสว่าง โดยใช้ไดฟิวเซอร์คอสซายน์ที่ถูกวางบนเซ็นเซอร์และฟิลเตอร์ สำคัญที่จะระบุว่าระบบที่แตกต่างกันจะสร้างการตอบสนองคอสซายน์ที่แตกต่างกัน ซึ่งส่งผลให้เกิดความผิดพลาดคอสซายน์ที่แตกต่างกันที่มุมการเข้ารับแสงที่แตกต่างกัน เป็นเรื่องสำคัญที่จะเข้าใจการตอบสนองคอสซายน์ของระบบเมื่อเปรียบเทียบการวัดความสว่างจากเครื่องวัดความสว่างที่แตกต่างกัน โดยเฉพาะเมื่อเกี่ยวข้องกับการวัดแสงที่ไม่ได้ตรง

เครื่องวัดฟลักซ์ส่องสว่าง

การวัดฟลักซ์ส่องสว่างคือการกำหนดพลังงานทั้งหมดที่มองเห็นได้ซึ่งปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิดแสง พื้นทีทรงกลมรวมมักจะใช้เพื่อรวมพลังงานทั้งหมดที่ปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิดไปยังหัวเครื่องตรวจจับ

พื้นที่ทรงกลมที่รวมกันจะต้องมีขนาดใหญ่พอที่จะรวมแหล่งกำเนิดแสงที่กำลังวัดได้ และตามกฎทั่วไป ยิ่งทรงกลมมีพื้นที่ขนาดใหญ่เท่าใด ข้อผิดพลาดในการวัดฟลักซ์การส่องสว่างสำหรับแหล่งกำเนิดแสงต่างๆ ก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น ตามตัวอย่างคร่าวๆ การปรับเทียบหลอดไฟแบบท่อขนาด 1.5 ม. ในทรงกลมเส้นผ่านศูนย์กลาง 2.5 ม. เทียบกับมาตรฐานหลอดไส้ขนาดเล็กจะทำให้เกิดข้อผิดพลาดครึ่งหนึ่งซึ่งจะเป็นผลมาจากการปรับเทียบหลอดไฟแบบเดียวกันในทรงกลมขนาด 2 ม. การสอบเทียบทรงกลมที่ผสานรวมดังกล่าวสามารถดำเนินการได้โดยใช้มาตรฐานหลอดไฟถ่ายโอนซึ่งสามารถตรวจสอบย้อนกลับไปยังมาตรฐานระดับชาติที่เป็นที่ยอมรับ ทรงกลมที่ผสานรวมคุณภาพดีซึ่งกำหนดประสิทธิภาพของการตกแต่งภายในที่เป็นทรงกลมในอุดมคติและเคลือบอย่างสม่ำเสมอนั้นต้องใช้เงินลงทุนจำนวนมาก และโดยปกติจะต้องปรับแต่งให้เหมาะกับการใช้งานการวัดแสง ดังนั้น มิเตอร์ฟลักซ์ส่องสว่างสำหรับใช้งานทั่วไปจึงมีจำกัดมาก

เครื่องวัดความเข้มของการส่องสว่าง

ความเข้มของการส่องสว่างแสดงถึงฟลักซ์ที่ไหลออกจากแหล่งกำเนิดในทิศทางที่กำหนดต่อมุมทึบ และใช้ในการหาปริมาณกำลังของแหล่งกำเนิดแสง ตามคำจำกัดความที่บอกเป็นนัย การวัดความเข้มของการส่องสว่างเกี่ยวข้องกับความซับซ้อนทางเรขาคณิตหลายประการ เช่น ทิศทางการวัดและปริมาณของมุมตัน แหล่งกำเนิดแสงไม่ค่อยมีเนื้อเดียวกันในเชิงพื้นที่ ทำให้เกิดคำถามว่าควรใช้มุมทึบในทิศทางใดและเท่าใดในการวัด

ดังนั้น เพื่อวัดความเข้มของการส่องสว่างของแหล่งกำเนิดแสงอย่างมีความหมาย ต้องใช้ฟิกซ์เจอร์ที่ตกลงกันไว้ซึ่งกำหนดมุมทึบที่ล้อมรอบไปด้วยการวัด และกำหนดทิศทางของแหล่งกำเนิดแสงซ้ำๆ ในทิศทางที่กำหนด กล่าวอีกนัยหนึ่ง จะต้องกำหนดค่ามาตรดังกล่าวสำหรับรูปทรงของแหล่งกำเนิดที่ทดสอบ

โดยพื้นฐานแล้ว ไม่มีเครื่องวัดความสว่างสว่างที่พร้อมใช้งานในตลาด และการเปรียบเทียบข้อมูลที่วัดได้จากเครื่องวัดความสว่างสว่างสองเครื่องที่แตกต่างกันจะไม่มีประโยชน์ เว้นแต่เงื่อนไขการวัดของพวกเขาเหมือนกัน

หมายเหตุ: มุมทึบสามารถคำนวณได้จากพื้นที่ของเครื่องตรวจจับที่ทราบและระยะการวัด อุปกรณ์ตรวจจับใช้ในการวัดการอ่านฟลักซ์ในหน่วยลูเมน

เครื่องวัดสีแบบฟิลเตอร์สามตัว

เครื่องมือที่ออกแบบมาสำหรับการวัดแสงสี ซึ่งใช้ฟิลเตอร์สามตัวที่มีความไวสเปกตรัมตรงกับฟังก์ชันการจับคู่สีไตรสติมูลัสของ CIE เรียกว่าคัลเลอริมิเตอร์สามฟิลเตอร์ นอกจากการวัดสีแล้ว มิเตอร์เหล่านี้มักจะรวมการวัดโฟโตเมตริกพื้นฐาน 1 ใน 4 แบบด้วย กล่าวคือ การวัดความสว่าง ความส่องสว่าง ความเข้มของการส่องสว่าง หรือการวัดฟลักซ์การส่องสว่าง

เครื่องมือเหล่านี้ใช้เครื่องตรวจจับซึ่งประกอบด้วยโฟโตไดโอดคุณภาพสูงพร้อมตัวกรองที่เชื่อมต่อแบบอนุกรม แสงที่ตกกระทบจะถูกแปลงโดยเครื่องตรวจจับให้เป็นสัญญาณที่ให้ค่าไตรสติมูลัส XYZ มาตรฐานโดยตรง

อย่างไรก็ตาม การจับคู่กันกับเส้นโค้งไตรสติมูลัสมาตรฐานของ CIE สามารถทำได้ด้วยความแม่นยำและมีข้อจำกัด การเบี่ยงเบนจะเกิดขึ้นในเส้นโค้ง CIE ที่กำหนดและในเส้นโค้งความไวของเครื่องมือวัด ความแตกต่างเหล่านี้ไม่มีนัยสำคัญตราบใดที่แสงที่จะวัดแสดงพลังงานที่ต่อเนื่องตลอดสเปกตรัมที่มองเห็นได้ทั้งหมด อย่างไรก็ตาม ข้อผิดพลาดอาจมีนัยสำคัญหากขอบชันหรือเส้นสเปกตรัมเกิดขึ้นในสเปกตรัม ดังนั้น คัลเลอริมิเตอร์แบบสามฟิลเตอร์จึงไม่เหมาะกับการวัดแหล่งกำเนิดแสงที่มีเส้นสเปกตรัม เช่น หลอดดิสชาร์จ (ดูรูปที่ 3.2.3.5a) หรือที่มีการกระจายพลังงานสเปกตรัมแคบ เช่น LEDS (ดูรูปที่ 3.2) 3.5ข)

สเปกโตรเรดิโอมิเตอร์

เครื่องสเปกโตรเรดิโอมิเตอร์เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการวัดการกระจายพลังงานสเปกตรัมของแหล่งกำเนิดแสง ซึ่งไม่เพียงแต่กำหนดปริมาณรังสีเมตริกและโฟโตเมตริกเท่านั้น แต่ยังรวมถึงปริมาณการวัดสีของแสงด้วย เครื่องมือเหล่านี้จะบันทึกสเปกตรัมการแผ่รังสีของแหล่งกำเนิดแสงและคำนวณพารามิเตอร์ที่ต้องการ เช่น สีและความส่องสว่าง การกระจายของแสงมักจะทำได้สำเร็จในเครื่องสเปกโตรเรดิโอมิเตอร์โดยใช้ปริซึมหรือตะแกรงการเลี้ยวเบน

เส้นโค้ง CIE V* และเส้นโค้งการจับคู่สี CIE ที่แน่นอนจะถูกจัดเก็บไว้ในซอฟต์แวร์ และใช้ในการประมวลผลข้อมูลจากการกระจายพลังงานสเปกตรัมที่วัดได้ของแหล่งกำเนิดแสงภายใต้การทดสอบ ดังนั้นจึงหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดในการวัดที่เกี่ยวข้องกับโฟโตมิเตอร์และคัลเลอริมิเตอร์ตัวกรองในสเปกโตรเรดิโอมิเตอร์ อย่างไรก็ตาม ความไวที่เพียงพอ ความเป็นเส้นตรงสูง แสงเล็ดลอดต่ำ ข้อผิดพลาดโพลาไรซ์ต่ำ และความละเอียดสเปกตรัมแบนด์พาส 5 นาโนเมตรหรือน้อยกว่า เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการได้รับความแม่นยำที่ดี

เครื่องแผ่รังสีที่ไม่ใช่ความร้อน เช่น หลอดดิสชาร์จ (ซึ่งสามารถระบุลักษณะได้จากการกระจายพลังงานสเปกตรัมที่ไม่ต่อเนื่อง) และตัวปล่อยคลื่นความถี่แคบสามารถวัดได้อย่างแม่นยำโดยวิธีสเปกตรัมเท่านั้น

เมื่อเปรียบเทียบกับคัลเลอริมิเตอร์แบบสามฟิลเตอร์ สเปกโตรเรดิโอมิเตอร์มีข้อจำกัดในแง่ของความเร็วในการวัด ราคา และความสามารถในการพกพา