Monokromátorok, tömbdetektorok, hullámhosszskála, sávszélesség, stray light, linearitás és integrációs idő részletes metrológiai elemzése.
Spektroradiométer-architektúrák
A pásztázó monokromátoros rendszer keskeny hullámhossztartományt választ ki, majd detektorral méri annak teljesítményét. Előnye a nagy dinamikatartomány és a stray light jobb kontrollja, hátránya a hosszabb mérési idő. A tömbdetektoros rendszer egy rács segítségével egyszerre képezi le a spektrumot CCD- vagy CMOS-detektorra; gyors, de érzékenyebb lehet áthallásra, telítődésre és hőmérsékleti driftre.
Hullámhosszskála és spektrális sávszélesség
A hullámhosszhiba eltolja a spektrális csúcsokat és torzíthatja a származtatott színjellemzőket. A spektrális sávszélesség a keskeny vonalak alakját és amplitúdóját módosítja. A kalibráció során ezért nem elég néhány emissziós vonal pozícióját vizsgálni: a vonalalakot, felbontást és interpolációt is értékelni kell.
Szórt fény és dinamikatartomány
A stray light olyan jel, amely nem a névleges hullámhosszcsatornából származik. Erős látható sugárzás mellett például mesterséges UV-jel jelenhet meg. A hiba különösen keskenysávú LED-eknél, lézereknél, UV-forrásoknál és nagy dinamikájú spektrumoknál kritikus.
A stray light vizsgálatához vágószűrők, lézerforrások vagy validált matematikai korrekciók használhatók. A korrekció érvényességi tartományát és bizonytalanságát külön igazolni kell.
Detektorlinearitás és integrációs idő
A tömbdetektor válasza nem feltétlenül lineáris a teljes digitális tartományban. Rövid integrációs időnél offset és időzítési hiba, hosszú integrációs időnél sötétáram, telítődés és hőmérsékleti drift dominálhat. Az automatikus expozíció kényelmes, de elfedheti a különböző tartományok közötti eltéréseket.
A linearitást több intenzitásszinten, lehetőleg additív vagy referencia-arányos módszerrel kell vizsgálni. A mért korrekció csak az adott integrációsidő-, gain- és detektorhőmérséklet-tartományban használható.
Sötétjel, zaj és ismételhetőség
A sötétjel nem egyszerű konstans. Függhet az integrációs időtől, a detektor hőmérsékletétől, az előző expozíciótól és a kiolvasási módtól. Gyenge jelek mérésénél a sötétkorrekció bizonytalansága a teljes eredményt meghatározhatja.
A jel–zaj viszony javítható átlagolással, de az átlagolás nem korrigálja a driftet vagy a szisztematikus stray lightot. A mérési ciklust ezért a forrás stabilitásához és a detektor időbeli viselkedéséhez kell igazítani.
Radiometriai érzékenység kalibrálása
A radiometriai kalibráció ismert spektrális besugárzást vagy sugársűrűséget biztosító referenciaforrással történik. A geometriai csatolás, a bemeneti optika, a diffúzor vagy optikai szál és a referenciaforrás egyenletessége egyaránt befolyásolja a kalibrálási tényezőt.
Rendszerkalibráció esetén a korrekció az adott műszer–optika–szál–tartozék konfigurációhoz tartozik. Egy komponens cseréje új validálást vagy újrakalibrálást igényelhet.
Származtatott mennyiségek
A spektrumból számított fényáram, CCT, Duv, kromaticitás, CRI vagy TM-30 érték bizonytalansága a teljes spektrális kovarianciától függ. Különösen meredek vagy keskeny spektrumoknál a hullámhosszhiba és a sávszélesség erősen korrelált hatást okozhat.
Ezért a „spektrum ±x%” specifikációból nem lehet automatikusan megbízható CCT- vagy színkoordináta-bizonytalanságot képezni. A származtatott measurandra külön érzékenységi elemzés szükséges.
Valódi laborhelyzet és auditori nézőpont
Egy tömbdetektoros spektroradiométer látszólag stabil fehér LED-en, miközben egy keskenysávú kék LED csúcshullámhossza hónapok alatt eltolódik. A jelenséget a szélessávú kontrollforrás nem mutatja ki kellő érzékenységgel. A megoldás többféle kontroll: emissziós vonal a hullámhosszskálához, vágószűrő a stray lighthoz, több intenzitásszint a linearitáshoz és stabil fehér forrás a teljes rendszerhez.