Radiometriai, fotometriai és színmérési műszerek és mérések

Vizuális fotometer

Objektív műszerek

színképi illesztésbemenő optika

besugárzás & megvilágítás sugár- & fénysűrűség képernyő mérés feltapadó optikával képalkotó rendszerek

spektrométerek letapogató rendszer teljes színkép egy menetben való felvétele

Színképi illesztés

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

400 500 600 700

hullámhossz, nm

rel.

érz

ék

en

ysé

g

szûrõzött det.

V(l)

Si-fényelem

szűrőzött Si-fényelem

Transmission

()in out ( )

Anyagok optikai tulajdonságai

Fogalmak:

- Áteresztés, transzmisszió

- Visszaverés, reflexió

- Szórás, diffúzió

Lehetnek:

- szabályos

- szórt

- vegyes

Visszaverési (reflexiós) tényező

A visszavert és a beeső sugárzott teljesítmény (fényáram) aránya: r

Lehet: Szabályos Szórt Irányított visszaverési tényező

(reflectance factor): Adott térszögbe visszavert/azonos térszögbe a tökéletesen visszaverő diffúzor által visszavert fényáram.

Transmission

()in out ( )

Fényáteresztés

Fogalom: áteresztésMennyiség: áteresztési tényező = ()out / ()in

Belső áteresztési tényező = külső átereszt.tényező – visszaverési tényezőÁteresztési denzitás: D=-lg

Áteresztési tényező, transzmissziós tényező

= ()out / ()in

(transmittance): Belső áteresztési tényező (Internal

transmittance) = külső áteresztési tényező (External transmittance) – Reflexiós tényező (Reflectance)

Denzitás (Optical Density): D(t)=-lgt

Hasonlóan visszaverésre is: D(r)=-lgr

Lambert-Bouguer-Beer törvény

D() = lg [1/()]

Lambert-Bouguer-Beer law:() = exp[-()cl]

where: : spectral absorption coefficient

c : concentration

l : thickness of layer

Optikai szűrő áteresztésének változása a vastagsággal

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

400 500 600 700

1 mm

2 mm

4 mm

8 mm

16 mm

( ) ( ) / 00l l

Illesztési jóság mérőszáma

%100

dV

dV*s

nm780

nm380

nm780

nm380rel

'1

f

relnm780

nm380rel

nm780

nm380rel

d

dV*

s

sS

Ss

f1’=

=1,5 ...3 %

Detektor illesztése a színinger-megfeleltető függvényekhez

Teli szűrőzés:szubtrak-tív színinger-keverés

Parciál szűrőzés: részben additív, részben szubtraktív illesztés

Megvilágítás & besugárzás mérő mérőfeje

o p á l ü v e g á r n y é k o l ó g y û r û

f é n y e l e m

s z í n s z û r õ k ö t e g

Megvilágítás & besugárzás mérő műszer elvi felépítése

A / D á t a l a k í t ó

k i j e l z õe r õ s í t õ

m é r é s h a t á r v á l t á s

m é r õ f e j

Sugár- & fénysűrűségmérő

l á t ó t é r h a t á r o l ó b l e n d e

f o t o e l e k t r o n s o k s z o r o z ó

e r õ s í t õ

k i j e l z õ

l á t ó s z ö g

V ( ) s z û r õ

b e m e n õ o p t i k a

n a g y f e s z ü l t s é g

Sugár- & fénysűrűségmérő bemenő optikája

látószög méretek:

0,1°--- 2°

Képi információ felvétele

video-jel:

NTSC, PAL, SECAM, HDTV TV szabványok

fénysűrűség + szín jel

analóg és digitális rendszerek

gamma-korrekció

Színkép-bontó eszközök

interferenciás szűrő

ü v e g l e m e z

df

f

a b

t

Féminterferenciás szűrő

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

450 460 470 480 490 500 510 520 530 540 550

hullámhossz, nm

tran

szm

issz

ió, %

0°

10°

merőlegesés ferdebeesésiszögesetén eltérőáteresztésigörbe!

Interferenciaszűrő-ékes monokromátor

elvi felépítése

i n t e r f e r e n c i a s z û r õ é km o z g a t á s i i r á n y a

b e l é p õ r é s

i n t e r f e r e n c i á sr é t e g

é k e s

f o t o d e t e k t o r

Optikai rács

a )

d

b )

s i n

d

d s i n

erősítés: d (sin+sin) = m, m a rendszám

Optikai rács

különböző rendek egymásra-rakódása:merőleges beesés eseténmásodrendű színkép 500 nmés harmadrendű színkép 333 nmazonos irányba térül el!

blaze-szögholografikus rácsok

Rácsos monokromátor

k i l é p õ r é s

o p t i k a i r á c s

a n a l i z á t o r t ü k ö r

k o l l i m á t o r t ü k ö r

b e l é p õ r é s

magasabb rendű színképek vágása prizmás elő-monokromátor-ral vagy vágó-szűrővel

CCD érzékelős spektrométerb e l é p õ r é s

C C D é r z é k e l õ

r á c s

Rácsos monokromáter felbontása

szögdiszperzió, függ a rács rácsállandójától, szokásos a látható színképtartományra készített rácsok esetén: 300 – 600 vonal/mm

felbontóképesség:(/) = mN ahol N a színkép kialakításában résztvevő rácsvonalak száma

sík- és gömb-felületű rácsoksávszélesség, szórt fény

Prizmás monokromátor elve

b e l é p õ r é s p r i z m a

k o l l i m á t o r l e n c s e

k i l é p õ r é s

a n a l i z á t o r l e n c s e

Fényforrás mérő geometria

Integrating sphere

Entrance slit

GratingSpectroradiometer

Order sorting filter wheel

Integrating sphere

Entrance slit

GratingSpectroradiometer

lens

Order sorting filter wheel

Radiance-mode spectroradiometer

Reflecting Diffuser

Fiber-optic input

Transmitting diffuser

Fényerősség mérés

Fotométerpad

Fényerőség mérés 2

Fényerősség mérés

Fényáram mérés

180

0

360

0

2

)(

sin),(

ddErEdAA

Fényáram mérés fotométer -gömbbel, elmélet Gömbfal reflexió: r Ha X fénysűrűsége L Y megvilágítása:

dEY=LdAcos2Q/d 2 mivel d=2r cosQ

dEY=LdA/4r 2

Y megvilágítása X-ről Q független: A teljes gömbfal bármely eleme azonos megvilágítást hoz létre Y-ban.

F fényáramú lámpa a falat megvilágítva rF reflektált fényáramot kelt.

A rF fényáram ismét reflektálódik: r2F

A teljes reflektáls fényáram Frefl=rF(1+r+r2+…)

refl 1

4 1E

refl 1

és így

Fotométergömbös mérés Mivel gömbben van idegen

anyag, gömbfalon ablakok stb., kalibráló normál-lámpával (N) dolgozunk:

1E A

NN

E

E

A mérendő és Normál-lámpa esetén a gömbben lévő testek önabszorpciója különböző, ezért segéd-lámpával (aux.lamp) is csinálunk mérést:

ANN

N AE

EE

E

ahol EA a segédlámpával mért érték, amikor a vizsgálandó lámpa van a gömbben, de az nem ég,

EAN segédlámpával mért érték, amikor a Normál-lámpa van a gömbben, de az nem ég.

Fényforrás teljes fényáramának/színképének mérése

Spectroradiometer

test ( )

Detector port (cosine-corrected)

Test lamp

Total spectral radiant flux standard lamp

Auxiliary lamp

Fényáram mérés goniométerrel

A fényáram és fényerősség kapcsolata:ahol W=4p

A gömbpalást gyűrű területe:

( )

dI

A gömbpalást gyűrűbe kisugárzott fényáram:

d 2π sinr r

2

1

1 2d = 2πsin d 2π cos cosn n n nI I I

ahol In az adott zónába sugárzott átlagos fényerősség;

A zónákat 0° és 180° között kell felvenni.

A fényáram-mérés zónái

Szokás 10°-os zóna szélességekkel számolni, az átlagos fényerősségeket a zónák közepén meghatározva,

és felösszegezve

A teljes fényáram:

ahol I1 az 5°-nél mért átlagos fényerősség, …, I18 a175°-nál mért átlagos fényerősség, és

18

1n n

n

I Z

1 2π cos0 cos10 , ... ,Z

18 2π cos170°- cos180°Z

Fényáram mérés megvilágítás alapján

ahol E a megvilágításr a gömb sugara,e a polár szög az azimuth szög

180 360

2

( ) 0 0

d , sin d dA

E A r E

3 tengelyes fényárammérő goniométer

Fényeloszlás mérés

Lámpatestek fényerősségének szögfüggése

Mérési geometriák:

A-alfa geometria B-beta geometria

C-gamma mérési geometria

a

Goniométer felépítések

Lámpatest forgatók

A vagy B síkokban való mérés

Goniométer felépítések

C síkokban való méréshez készült lámpatest forgató

Goniométer felépítések

Tükrös goniométer, tükör a tengelyben

Goniométer felépítések

Tükrös goniométer, lámpatest a tengelyben

Fényeloszlás mérés

Fénysűrűségmérő kamera

Fénysűrűségmérő kamera képek

Közvilágítási mérés kamerával

Autófényszóró fényeloszlása

A fényeloszlás és színesség kiértékelése