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Radiometry, Spectroradiometry & Photometry
Colorimentry Concepts

Radiometers & Photometers
Luminance Meters & Colorimeters
Summary & Reference

Medidores de Luminancia y Colorímetros

Medidores de Luminancia

La salida de energía visible de una fuente de luz puede ser determinada con una medición de luminancia. La luminancia es una cantidad direccional y, por consiguiente, debemos especificar el ángulo de aceptación del instrumento, el área medida y la geometría de medición con respecto a la fuente, para poder comunicar las mediciones de luminancia en forma efectiva. Estos factores son importantes dado que la mayoría de las fuentes de iluminación no son fuentes lambertianas perfectas (la luminancia es la misma en todas las direcciones) y puede no haber uniformidad en luminancia de las fuentes de luz.

Dado que la medición tiene por objetivo la fuente, dicha medición debe realizarse usando un sistema de lentes ópticos. Tanto el campo de visión angular como el ángulo subtendido por el lente del objetivo deben estar limitados para evitar recolectar luz de partes de la fuente en ángulos levemente diferentes.


Técnica de medición de luminancia empleando lentes

La medición de luminancia es importante para productos como ser semáforos, televisiones y faros de automóviles.

Medidor de Iluminancia
La iluminancia es una medición de energía visible sobre la superficie de un objeto. Las mediciones de luminancia son particularmente susceptibles a errores causados por luz “fuera del eje”. Por definición, la luz en el plano de medición debe ser proporcional al coseno del ángulo con el que incide la luz. Sin embargo, dado a la total integración del sensor dentro del cabezal de detección, o del medidor de iluminancia en sí mismo, muchos medidores de iluminancia no recolectan naturalmente en forma correcta la luz según la ley del coseno.

La función de corrección del coseno se incluye en el medidor de iluminancia por medio de un “difusor de coseno” que se coloca sobre el sensor y el filtro. Es importante aclarar que diferentes sistemas proporcionarán diferentes respuestas de coseno, resultando en errores de coseno diferentes a diferentes ángulos de incidencia, debido a la naturaleza del sistema de geometría. Es por ello que es importante entender la respuesta de sistema de coseno al comparar mediciones de iluminancia entre diferentes medidores de iluminancia, especialmente cuando la medición de luz “fuera de eje” es una preocupación.


Ejemplo de la respuesta coseno de una iluminancia

Medidor de Flujo Luminoso
La medición de flujo luminoso se utiliza para determinar el total de energía visible emitido por una fuente de luz. A menudo se usa una esfera integradora para unir toda la energía luminosa emitida por la fuente hacia el cabezal detector.


Medidor de Flujo Luminoso

La esfera integradora tiene que ser lo suficientemente grande para abarcar la fuente de luz que es medida, y como regla general, cuanto más grande es la esfera, menores son los errores al medir el flujo luminoso para diferentes fuentes de luz. Como ejemplo, calibrar una lámpara tubular de 1.5m en una esfera de diámetro de 2.5m frente a un pequeño estándar incandescente, producirá la mitad de error que se hubiese producido al calibrar la misma lámpara en una esfera de 2m. La calibración de dicha esfera integradora puede llevarse a cabo mediante lámparas de transferencia estándares trazables que pueden seguir las normas nacionales reconocidas. Una esfera integradora de buena calidad que postula el rendimiento de un interior idealmente esférico y uniformemente recubierto, requiere una gran inversión y por lo general tienen que ser personalizados para la aplicación de medición de luz. Por lo tanto, la existencia de un medidor de flujo luminoso genérico es muy limitada.

Medidor de Intensidad Luminosa
La intensidad luminosa representa el flujo proveniente de una fuente luminosa en una dirección determinada por el ángulo sólido y es usada para cuantificar la energía de una fuente de luz. Como lo implica la definición, la medición de intensidad luminosa envuelve varias complejidades geométricas, tales como la dirección de medición y la cantidad de ángulo sólido. Las fuentes de luz son espacialmente homogéneas en raras ocasiones, lo que lleva a plantearse sobre qué dirección y la cantidad de ángulo sólido que debe utilizarse para llevar a cabo la medición.

Por ello, para medir correctamente la intensidad luminosa de una fuente de luz, se debe usar un dispositivo convenido que defina el ángulo sólido abarcado por la medición y que oriente la fuente de luz repetidamente en una dirección específica. En otras palabras, estos medidores deben ser configurados según la geometría de la fuente de luz estudiada. Básicamente, no existen medidores de intensidad luminosa estandarizados y la comparación de los datos medidos por dos medidores de intensidad luminosa diferentes carece de sentido, a menos que sus geometrías de medición sean idénticas.


Ejemplo de medidor de intensidad luminosa

Nota: El ángulo sólido puede ser calculado si se conoce el área del detector y de la distancia de medición. El detector se utiliza para medir la lectura del flujo en el lumen.

Colorímetro de Tres Filtros (Triestímulo)

Los instrumentos diseñados para la medición del color de la luz, que utilizan tres filtros cuya sensibilidad espectral está igualada a las funciones de igualación de color triestimulo CIE, son conocidos como colorímetros de tres filtros. Además de la medición de cromaticidad, estos medidores normalmente poseen uno de las cuatro mediciones fotométricas, por ejemplo, medición de luminancia, iluminancia, intensidad luminosa o flujo luminoso.

Estos instrumentos utilizan detectores que comprenden fotodiodos de alta calidad con los tres filtros conectados en serie. La luz incidente es convertida por el detector en señales que producen directamente los valores triestímulo estándar XYZ.

Sin embargo, la igualación con las curvas triestímulo estándar CIE puede alcanzarse sólo con gran precisión. Existe desviación entre las curvas definidas por la CIE y las curvas de sensibilidad del instrumento de medición. Estas diferencias son despreciables siempre y cuando la luz a medir presente una salida de energía continua sobre todo el espectro visible. Sin embargo, el error puede ser significativo si aparecen bandas o líneas espectrales muy marcadas en el espectro visible. Por lo tanto, los colorímetros de tres filtros no suelen ser adecuados para medir fuentes de luz con líneas espectrales, por ejemplo, lámparas de descarga (Ver Fig.3.2.3.5 a) o con angosta distribución de energía espectral, como LEDS (ver Fig. 3.2.3.5 b).



Distribución de energía espectral con líneas espectrales

Distribución de energía espectral de un emisor de banda angosta

Espectrorradiómetro

Los espectrorradiómetros son los instrumentos ideales para medir la distribución de energía espectral de la fuente de luz, pues no sólo determina las cantidades radiométricas y fotométricas, sino también los valores colorimétricos de la luz. Estos instrumentos registran el espectro de radiación de la fuente de luz y calculan el parámetro deseado, como ser cromaticidad y luminancia. La dispersión de luz se logra generalmente en los espectrorradiómetros por prismas o redes de difracción.

Los datos exactos de las curvas CIE V* y las curvas de igualación del color CIE son almacenados en el software y se utilizan para obtener los valores de medición de la distribución de energía espectral medida de la fuente de luz testeada. Por consiguiente, el error de medición asociado con fotómetros y colorímetros con filtro se evita con los espectrorradiómetros. Sin embargo, para obtener una buena precisión es fundamental una adecuada sensibilidad, alta linealidad, baja desviación de luz, bajo error de polarización y una resolución espectral de paso de banda de 5nm o menor.

Las fuentes radiantes no térmicas, como lámparas de descarga (que pueden ser caracterizadas por su distribución de energía espectral no continua), y emisores de banda angosta, sólo pueden ser medidas con precisión por medio del procedimiento espectral.

Cuando se lo compara a los colorímetros con tres filtros, los espectrorradiómetros tienen sus limitaciones en términos de velocidad en las mediciones, precio y portabilidad.


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