Increasing the Measurement Accuracy of Wide-aperture Photometer Based on Digital Camera

Abstract

Для зменшення витрат і часу тестування освітлювальних характеристик світлодіодних джерел запропоновано і запатентовано конструкцію фотометру на основі волоконно-оптичного фокона для вимірювання просторового розподілу випромінювання без обертання. У роботі представлені результати досліджень спектральних характеристик цифрових камер з ПЗС-матрицями, включеними в такий широкоапертурний фотометр, як матриця фотоприймача. Спектральні характеристики матричних фотоприймачів досліджувалися відповідно до процедури стандартизації CIE (ISO/СIE 19476: 2014). Відхилення отриманих спектральних характеристик від стандартної функції відносної спектральної світлової ефективності монохроматичного випромінювання для фотопічного зору V(λ) визначило похибку вимірювання фотометричного тіла світлових пристроїв. Встановлено, що вимірювання спектральних характеристик матриць цифрових камер тільки на "зеленому каналі" недостатньо, оскільки невідповідність між результатом вимірювання та функцією відносного спектрального світлового ефекту монохроматичного випромінювання для фотопічного зору знаходиться в діапазоні від 6 % до 22.5 %. Виходячи з діапазону колірних температур джерел видимого випромінювання, які в основному використовуються для освітлення, оцінка похибки запропонованого фотометра була виконана для тринадцяти світлодіодних джерел з типовими спектральними характеристиками, які найбільш повно охоплюють спектр джерел світла на ринку з точки зору діапазону корельованих колірних температур ТС: 2700-8400 K. Для забезпечення заданої точності фотометрів шляхом корекції характеристики спектральної чутливості Srel(λ) цифрової камери використовують оптичний фільтр корекції з відповідними характеристиками. Як оптичний фільтр пропонується використовувати комбінацію трьох кольорових оптичних фільтрів ЗС 8, СЗС 24 і ЖЗС 18. Характеристики спектральної передачі оптичного фільтра визначаються комбінованим використанням цих трьох сортів скла, товщиною кожного вибирається окремо. Показано, що з використанням розробленого коригувального фільтра, який представляє собою комбінацію 3 типів скла, можна зменшити похибку спектральних вимірювань до 5 %.

To reduce the cost and time of testing the lighting characteristics of LED sources, a photometer design based on a fiber-optic focon has been proposed and patented for measuring the spatial distribution of radiation without rotation. The results of studies of the spectral characteristics of the digital cameras with ССD-matrices included in this wide-aperture photometer as a photodetector matrix have been presented in the paper. The spectral characteristics of the matrix photodetectors have been investigated in accordance with the procedure of CIE standardization (ISO/СIE 19476:2014). The deviation of the obtained spectral characteristics from the standard function of the relative spectral luminous efficiency of monochromatic radiation for photopic vision V(λ) has determined the measurement error of the photometric body of light devices. It was established that measurement of the spectral characteristics of digital camera matrices only on the "green channel" is not sufficient, since the mismatch between the measurement result and the function of relative spectral luminous efficiency of monochromatic radiation for photopic vision is in the range from 6 % to 22.5 %. Based on the range of color temperatures of the sources of visible radiation, which are mainly used for illumination, the error estimate of the proposed photometer was performed for thirteen LED light sources with typical spectral characteristics that most fully cover the spectrum of light sources on the market in terms of the range of correlated color temperatures ТС: 2700-8400 K. To ensure the specified accuracy of photometers by correcting the spectral responsivity characteristic Srel(λ) of digital camera, a correction optical filter with the corresponding characteristics is used. As an optical filter, it is proposed to use a combination of three-color optical filters ZS 8, SZS 24 and ZhZS 18. The spectral transmission characteristics of the optical filter are determined by the combined use of these three glass grades, the thickness of each is selected separately. It is shown that with the use of the developed correction filter, which is a combination of 3 types of glass, it is possible to reduce the error of spectral measurements to 5 %.