光譜儀與光源的距離

by | Dec 15, 2023 | blogs, Product Operations | 0 comments

介紹

我們的光譜儀使用者詢問:在測量光線時,是否應該考慮儀器和光源之間的距離? 這問題要取決於你正在測量什麼。 距離會造成的影響,主要分以下兩種情況。

  • 測量色溫
  • 測量光強
MK350N Premium 產品照片

圖 1

測量色溫CCT

如果您在測量光的顏色或色溫(CCT),光譜儀與光源之間的距離並不是十分重要。 無論您在1公尺或3公尺處進行測量,色溫(CCT)的數據理當一致,不會有太大差異。

然而,光譜儀距離光源越遠,周圍窗戶的自然光或甚至來自附近表面(例如牆壁或天花板)反射的光線就越有可能影響測量的準確性。

如果您因科學實驗、學術研究或工業測試需精確測量光的色彩,建議在一個內部有光線吸收效果的房間進行測量,例如房間的牆壁要塗黑。

另一個需要考慮的因素是,大多數測量設備都會有一些非常小的誤差範圍,同樣地,UPRtek的手持式光譜儀也有其誤差範圍,您可以在我們的網站支援中心下載的產品規格中找到這些資訊。

太靠近光源進行測量的時候需特別注意。

如果您在非常近的距離進行測量,而光源的強度非常高,這樣可能會得到「過度曝光」下的錯誤數據。 當出現這樣的情況時,您需要將測量距離拉遠,直到不會過曝為止。

CIE1931
CIE1931

圖 2:距離遠近不影響測量色溫的數據。

測量光強:照度(LUX)或 PPFD

當您測量光照強度時,無論單位是一般照明用的 LUX 還是植物生長燈用的PPFD,您測量的都是光線照射在表面上的光量或光子的數量。 在這些情況下,距離是至關重要的。

這是因為光會散射。 也就是說光線與表面的距離越遠,光就會越發散射,使得光線更不集中。 如圖5所示,光的散射遵循著可預測的模式。

圖5說明了光量會隨著距離呈比例式減少,更具體地說,是隨著距離的平方呈比例式減少。

  • 從距離桌面表面1公尺的光源測得的光照強度為100勒克斯(Lux)
  • 在2公尺的距離,根據圖5所示的距離平方關係,即2的平方為4。 將光照強度100勒克斯除以4,得到的光照強度為25勒克斯。
  • 在3公尺的距離下,根據距離的平方關係,即3的平方為9。 將光照強度100勒克斯除以9,得到的光照強度約為11.11勒克斯。
圖 5:光線會因距離拉遠而散射且較不集中。
圖3:在測量照度(LUX)時,距離很重要。
圖4:在測量PPFD和PFD時,距離很重要。

深入一點的科學探究

如前所述,如果您在測量光量跟光強,光譜儀和光源之間的距離是很重要的;但如果您是要測量光的顏色,距離就不那麼重要了。

要理解其中的原因,您必須先了解光具有與眾不同的特性,即:光同時具有粒子及波的型態。 當您測量的單位是勒克斯(Lux)時,表示您在測量光的粒子,即光子,而這些光子從光源散射開來,隨著距離增加,光子變得不那麼集中。

當在色度圖上測量光的顏色時,您測量的是每個光子的波長;不論您與光源的距離遠近,色溫都不會因距離而改變。

給「多普勒」愛好者的注意事項:以上所述內容,我們皆假設測量儀器和光源都是靜止不動的。

圖6:光的強度是用粒子的概念來計算
圖7:光的顏色是以波長(nm)來測量的

光譜儀和距離的經驗法則

但其他參數呢? 您可以使用的一般準則是:

  • 如果是測量光的顏色或波長,距離就不重要。
  • 如果是測量光的量或強度,距離就很重要。
藍紅混合的植物生長燈

圖8:您在測量光的顏色還是強度?

但有些參數可能不那麼好用準則來分辨。

光譜

光譜存在著強度的元素 – 圖表的左側涉及強度 – 然而,在圖表的左側並沒有實際數值。 這是因為在大多數的情況下,當您觀察一個光譜時,您是以目視方式評估光譜的形狀,比較各種顏色的相對強度,而非絕對強度值。 因此,從光譜儀到光源的距離不是主要的變因,因為光譜的形狀不會因距離改變。

 

圖9:植物細胞核控制著細胞分裂的所有功能。

CIE XYZ

當您測量CIE XYZ座標時,隨著距離的改變,XYZ值會出現劇烈的變化。 您可能會因此誤以為距離很重要,但實際上並非如此。

XYZ色度值用於測量光的顏色,儘管從不同距離測量會導致XYZ值的變化,但XYZ值的比值保持不變,表示這是相同的光。

 

圖10:左邊畫面是從光源很近處所測量的數據,右邊螢幕則是從較遠的距離測量的數據。 請注意 XYZ 值的變化,但距離仍然不重要,因為比例是相同的。

CRI – R值

如果您查看顯色指數(CRI)的R1-R15值,可能會以為它們是在呈現顏色的強度。 但這些值並不是強度,這些數值代表的是測試光源反射在物體上的顏色與陽光反射之間的色彩差異。

 

圖11:CRI(顯色指數)中的R值並不如一般認知的那樣代表強度。

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圖12:MK350N Premium

那麼,應該從多遠的距離進行測量呢?

參照前述的通則:

  • 距離不影響測量色溫的結果。
  • 距離會影響測量光強的結果。

儘管如此,您仍應該仔細審查該指標,並了解它代表的內涵,以確保真正的準確性。

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什麼是光譜儀、分光光度計、分光輝度計/ 輻射計?

光譜儀、分光光度計、分光輝度計/ 輻射計是三種常見的光譜測量設備, 然而,這些名稱經常被互換使用並因而導致誤解。因此,我們覺得有必要在這篇文章中討論這些設備及其名稱之間的區別,協助讀者們釐清觀念。

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