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Was ist der Unterschied zwischen einem Kolorimeter und einem Spektrometer?

von Sam Nada | 2021/11/18

Einführung

Was ist der Unterschied zwischen einem Kolorimeter und einem Spektrometer? Beide Geräte erfassen Licht, um seine Eigenschaften für viele verschiedene Anwendungen zu analysieren. Es gibt jedoch einige wesentliche Unterschiede, die sie voneinander unterscheiden. In diesem Artikel werden wir die Unterschiede durch Gegenüberstellung erklären:

  • strukturiertes Design
  • Funktionalität
  • Anwendungen
  • Richtigkeit
  • Vorteile und Nachteile

 

Lichtquellenkolorimeter

„Lichtquellen“ Kolorimeter, Spektrometer

Wie bereits erwähnt, werden Kolorimeter und Spektrometer in vielen Anwendungen und Branchen eingesetzt. Dies bedeutet, dass es verschiedene Arten und Klassifizierungen dieser Instrumente gibt

In diesem Artikel konzentrieren wir uns auf Lichtquellenkolorimeter und Spektrometer, die Instrumente sind, die das Licht von „Lichtern“ (zB LEDs, Leuchtstofflampen, Glühbirnen) messen.

UPRtek MK350N Premium-Spektrometer

Konstruktionsunterschiede.

Wie bereits erwähnt, erfassen und analysieren Kolorimeter Lichteigenschaften, aber in erster Linie zur Identifizierung der Farbeigenschaften des Lichts.

Die meisten Kolorimeter Verwenden Sie ein 3-Farben-RGB-Filtersystem. Das heißt, er empfängt das Licht einer Lichtquelle, trennt die blauen, roten, grünen Wellenlängen mittels Filterplatten. Es analysiert dann die Intensitäten der 3 Wellenlängen und verwendet die Daten, um sie einem Punkt auf einer Farbkarte zuzuordnen (zB CIE 1931 Color Chromaticity Diagram).

Kolorimeter mit RGB-Filtern, um blaue, rote und grüne Wellenlängen zu trennen, bevor die Farbe des Lichts auf eine Farbkarte abgebildet wird

Warum verwenden wir also Rot, Blau und Grün? Durch das Mischen der Anteile dieser 3 Farben können Sie ein „weißes Licht“ oder etwas Ähnliches ableiten. Zusätzlich und zufälligerweise sind die 3 Farben ähnlich in der Art und Weise, wie wir Menschen Licht und Farbe verarbeiten. Das bedeutet, dass wir visuelle Photorezeptorzellen haben, die als Stäbchen bezeichnet werden und in ähnlicher Weise Rot, Blau und Grün getrennt empfangen. Diese Farben werden dann in unserem Gehirn zu einem Farbbild verarbeitet – wir nennen es ein Tristimulus-System, und wir nennen diese Instrumente Tristimulus-Kolorimeter.

Ebenfalls verwandt ist eine ganze Reihe von Algorithmen (entwickelt von CIE), die es Kolorimetern und Spektrometern ermöglichen, die Dinge so zu sehen, wie wir Menschen es tun – es wird CIE-Farbabstimmung genannt.

 

Unsere Augen enthalten Zapfen, die rote, blaue und grüne Farben getrennt verarbeiten. Dies wird als Tristimulus-System bezeichnet. (Notizstäbe sind meistens für Nachtsicht gedacht).

Spektrometer keine Filterung verwenden. Stattdessen verwenden sie ein Beugungsgitter, das das Licht in viele präzise Wellenlängen zerteilt – dazu gehören auch Rot, Grün, Blau, aber viele andere Farben dazwischen. Diese Abstufung oder feinere Differenzierung von Farben hat wichtige Auswirkungen auf die Genauigkeit der Abbildung auf eine CIE-Farbabbildung. Dadurch kann das Spektrometer auch viele andere wichtige Lichtfarbenfunktionen ausführen, die ein Kolorimeter nicht ausführen kann.

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MK350S Genauigkeit und Präzision

Spektrometer mit Beugungsgitter, um viele Wellenlängen zu trennen und auf eine Farbkarte abzubilden

Portabilität und Geschwindigkeit

Kolorimeter sind meist tragbare oder tragbare Geräte, die Licht sehr schnell erfassen und analysieren. Im Gegensatz dazu haben spezialisierte Instrumente, die Spektraldaten erzeugen, den Ruf, sperrig zu sein und sind normalerweise an externe Monitore und Laptops angeschlossen. Außerdem hatten sie notorisch langsame Aufnahmezeiten. Heutzutage gibt es jedoch Handheld-Spektrometer (UPRtek), auch mit schnellen Aufnahmezeiten.

Preis

Das Kolorimeter ist im Vergleich zu einem Spektrometer ein relativ einfaches Gerät mit weniger Funktionalität. Und so ist es verständlicherweise weniger teuer.

Das Spektrometer ist ein anspruchsvolleres Gerät mit Präzisionsoptik, das zu einer höheren Genauigkeit, mehr Funktionalität und damit verständlicherweise auch teurer ist.

Die integrierende Kugel ist sperrig und langsam

Bis vor kurzem waren herkömmliche Lichtmessgeräte sperrig, langsam und mussten an Computer angeschlossen werden.

Wer verwendet Kolorimeter und wer verwendet Spektrometer?

Kolorimeter werden zur Produktinspektion verwendet, um LED-Muster miteinander zu vergleichen oder um Muster mit einer bekannten Test-LED zu vergleichen. Mit anderen Worten, wenn Sie sich nur um das Abgleichen, den Vergleich von Mustern und weniger um die genaue Farbgenauigkeit kümmern, können Kolorimeter eine praktische Lösung sein.

Spektrometer werden für eine genauere und genauere Lichtbewertung verwendet.

  • Sie werden in der LED-Forschung und -Entwicklung sowie in der LED-Herstellung verwendet, um die Farbtreue zu messen und zu verbessern, und werden auch verwendet, um LED-Produkte auf Produktkonsistenz zu kalibrieren. Spektrometer wie die UPRtek-Produkte verfügen über fortschrittliche SDK (Systems Development Kits), die es Herstellern ermöglichen, die Daten mit ihrer eigenen QC-Software und -Hardware zu integrieren.
  • Spektrometer werden auch im LED-Handel verwendet, wo Käufer und Verkäufer an hohen Massentransaktionen beteiligt sind und zertifizierbare und genaue Messungen verwenden müssen, um gegen die Spezifikationen zu validieren.
  • Sie werden auch an akademischen Universitäten für viele Arten von Forschungen verwendet, die eine konsistente, präzise Lichtmessung erfordern (Landwirtschaft, Meeresbiologie, Weltraumforschung).
  • Lichtdirektoren im Kino werden Spektrometer verwenden, um die Beleuchtung für die Kameras sorgfältig einzurichten, die das Licht mit echter Farbtreue einfangen müssen, um es auf den großen Bildschirmen genau wiederzugeben.

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LED-Lampe A leuchtet

Funktionsunterschiede

Ein Spektrometer kann fast alles, was ein Kolorimeter kann. Davon abgesehen haben wir einige der bemerkenswerten Funktionen aufgelistet, die Kolorimeter NICHT können.

Kolorimeter können nicht:

  • Spektraldiagramm (SPD) erzeugen, ein sehr nützliches Werkzeug, um die gesamte Lichtfarbverteilung zu beobachten und schnell ein unregelmäßiges Lichtfarbverhalten zu beurteilen.
  • Messen Sie Ihr Licht für CRI oder andere Rendering-Indizes (TM-30-15, TLCI, CQS, SSI), da es nur 3 Grundwellenlängenfarben (RGB) erhält. (siehe „Was ist CRI – Farbwiedergabeindex“).
  • Metamerie beurteilen, da sie wiederum keinen Zugriff auf die vollständigen spektralen Farbinformationen hat, die durch die Spectrum (SPD)- oder CRI R1-R14-Werte repräsentiert werden.
  • Bewerten Sie normalerweise die Beleuchtungsprobleme in Bezug auf Flimmern, Blaulichtgefahr und menschzentrierte Beleuchtung.
  • Kolorimeter sind durch ihre Konstruktion begrenzt. Umgekehrt können Spektrometer mit spektralen Fähigkeiten zur Integration und Anpassung an viele Situationen verwendet werden. Dies zeigt sich bei UPRtek-Produkten, die SDKs verwenden, um LED-Hersteller bei der Fehlerbehebung zu unterstützen, die QC zu verbessern und sogar ihre Produkte zu kalibrieren. Darüber hinaus werden Firmware-Updates und neue Produktversionen ständig verwendet, um neue Funktionen und Industriestandards (zB PAR-Meter-Fähigkeiten, HEV-Bewertung) hinzuzufügen.

Sowohl Spektrometer als auch Kolorimeter erfassen und analysieren Lichteigenschaften. Aber das Spektrometer öffnet die Tür für viel mehr Funktionalität und ein breites Anwendungsspektrum.

Kolorimeter können kein SPD erzeugen (Spectral Power Distribution-Diagramm)

Kolorimeter können keine Rendering-Indizes und viele andere wichtige Beleuchtungskennzahlen messen.

Genauigkeit

Wenn Sie das Licht eines Kolorimeters und eines Spektrometers messen, werden Sie möglicherweise feststellen, dass sie auf zwei verschiedenen Punkten auf einem CIE-Chromatizitätsdiagramm landen. In einem solchen Fall wird dem Spektrometer zweifellos mehr Glauben geschenkt. Darüber hinaus ist bereits gut dokumentiert, dass Spektrometer genauer sind als Kolorimeter. Darüber hinaus unterstützt die große Beleuchtungsorganisation CIE (Commission Internationale de l’Eclairage) nur Spektrometer für die Lichtherstellung und -forschung.

CV600 Farbwiedergabe-Metriken

Spektrometer und Kolorimeter passen nicht immer zusammen.

Genauigkeit des Kolorimeters

Ein Kolorimeter und sein 3-Farben-Filtersystem haben inhärente Einschränkungen. Kurz gesagt, es ist für Filterdetektoren nicht einfach, eine CIE-Farbanpassung durchzuführen. Tatsächlich nehmen Sie ein Licht und trennen drei Farbwellenlängen (Breitband) mit separaten Filtern. Darüber hinaus sind die 3 Filter normalerweise Stücke, die aus einem einzigen Mehrfarbenfilter geschnitten werden. Dieser Mehrfarbenfilter wird normalerweise vor dem Zerschneiden beschichtet. Aber der Anstrich ist nicht immer gleichmäßig über die Fläche verteilt und kann noch mehr Unstimmigkeiten in den einzelnen Teilen verursachen.

Schließlich müssen Sie die Daten aus den 3 Farben nehmen und wieder zusammensetzen, um einen Punkt auf einer Farbkarte zu erreichen.

„Das Filtern der Detektorantwort auf die CIE-Farbanpassungsfunktionen ist schwierig“ – Korrigieren von Tristimulus-Colorimetrie-Fehlern

 

 

CV600 Farbwiedergabe-Metriken

CIE-Farbabstimmungsalgorithmen

Spektrometergenauigkeit

Ein Spektrometer verwendet keine Filterung. Dadurch entfällt die separate Verarbeitung von Farben. Es schneidet die vielen vorhandenen Wellenlängen auf, um einem vollständigen Spektrum zu ähneln, das sich gut in die CIE-Farbabstimmungsalgorithmen einfügt. Kurz gesagt, es ist ein einfaches und sauberes System.

Für eine quantitativere Betrachtung der Unterschiede verwendet die Industrie eine f1′-Metrik, um die Genauigkeitsunterschiede zu messen. f1′ ist die prozentuale Nichtübereinstimmung mit den CIE-Funktionen.

Spektrometer: f1′< 1%

Kolorimeter: f1′< 4-5%

Spektrometer sind von Natur aus genauer und für viele Branchen von größter Bedeutung. Aus Rücksicht auf Kolorimeter haben sie sich jedoch im Laufe der Jahre mit besserer Technologie (Vier-Farben-Matrix, bessere Präzisionsfilter und verbesserte CCD-Technologie) weiterentwickelt. Alles in allem ist die Genauigkeit für Inspektionszwecke eigentlich recht gut. Die Einfachheit und der niedrige Preis beweisen, dass es für viele Menschen immer noch eine umsichtige und praktische Wahl ist.

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CV600 Farbwiedergabe-Metriken

Spektrometer erhalten viele Wellenlängen von Farben, die gut in die spektralen CIE-Farbabstimmungsalgorithmen passen.

Was ist also der Unterschied zwischen einem Kolorimeter und einem Spektrometer?

Sowohl Lichtquellenkolorimeter als auch Spektrometer erfassen Licht und messen die Lichteigenschaften.

Kolorimeter sind:

  • einfache Lichtmessgeräte mit weniger Funktionalität.
  • tragbar und schnell zu erfassen.
  • weniger genau als Spektrometer.
  • viel billiger als Spektrometer.
  • wird hauptsächlich für die Inspektion von Lichtproben verwendet und kann eine praktische Wahl für viele sein, die nur die Grundlagen benötigen.

Spektrometer:

  • sind mit raffinierterer Optik gestaltet.
  • mehr Funktionalität haben.
  • sind an weitere Branchen und Anwendungen anpassbar.
  • leicht auf neue Standards (z. B. HEV-Bewertung) aufgerüstet werden.
  • sind genauer
  • sind teurer
  • kann in der LED-Herstellung, im LED-Handel, in der wissenschaftlichen Beleuchtungsforschung, im Beleuchtungsdesign verwendet und von der CIE unterstützt werden

Kolorimeter sind wichtige Geräte für die Industrie. Aber Spektrometer sind auch tragbar, schnell und relativ praktisch geworden (im Vergleich zu teuren traditionellen Spektralinstrumenten). Dies bedeutet, dass Hersteller, Käufer und Verkäufer nun alle die Möglichkeit haben, auf dieselbe Präzisionstechnologie zuzugreifen, um die LED-Herstellung und den LED-Handel mit voller Integrität und Vertrauen durchzuführen.

Sehen Sie sich unsere vollständige Liste an UPRtek Spektrometer

CV600 Farbwiedergabe-Metriken

MK350D Kompakt-Spektrometer

CV600 Farbwiedergabe-Metriken

CV600 Kino-Spektralmessgerät

Handbuch-Serie

Das Flicker-Handbuch

Ein umfassender Blick auf Flicker, warum wir ihn haben, welche Probleme er verursacht, wie Sie ihn messen können und was Sie tun können, um ihn zu vermeiden.

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Über UPRtek

United Power Forschung und Technologie

UPRtek (gegründet 2010) ist ein Hersteller von tragbaren, hochpräzisen Lichtmessgeräten; Handspektrometer, PAR-Meter, Spektroradiometer, Lichtkalibrierungslösungen.

Der Hauptsitz von UPRtek, die Forschung und Entwicklung sowie die Fertigung befinden sich in Taiwan, mit weltweiter Vertretung durch unsere zertifizierten Global Reseller.

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Ankündigungen

UPRTEK AUF DER 30. INTERNATIONALEN KONFERENZ ZUR ARABIDOPSIS-FORSCHUNG (ICAR 2019)

UPRteks Partner in China, Quelighting Optoelectronics Co., Ltd, und der Hersteller von Pflanzenwachstumskammern, Ningbo Jiangnan Instrument Factory, werden an der 30. Internationalen Konferenz zur Arabidopsis-Forschung (ICAR ) teilnehmen, die vom 16. bis 21. Juni an der Huazhong Agricultural University in Wuhan City, Provinz Hubei, China, stattfindet.

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