Fotometria: Mikä se on?

Valomittaus on tieteenala, joka käsittelee valon mittaamista sen ihmisen silmälle havaittavasta kirkkaudesta. Se eroaa radiometriasta, joka mittailee säteen energiaa (mukaan lukien valoa) absoluuttisena tehona. Valomittaus ottaa huomioon vain sellaiset aallonpituudet (valo), jotka voivat stimuloida ihmisen silmää.

Ihmisen silmä voi havaita säteilyä, jonka aallonpituus on 370 nm ja 780 nm välillä. Tämä aallonpituuden alue kutsutaan näkyväksi spektriksi tai yksinkertaisesti valoksi. Säteily, jolla on lyhyempi aallonpituus kuin valolla, kutsutaan ultraviolettisäteilyksi, ja säteily, jolla on pidempi aallonpituus kuin valolla, kutsutaan infrapunasäteilyksi. Valomittaus ei sisällä ultraviolettia tai infrapunaa.

Valomittaus perustuu silmän reaktioon valoon aallonpituuden funktiona. Silmä ei ole yhtä herkkä kaikille valon aallonpituudelle. Se on herkkä vihreälle valolle ja vähemmän herkkä punaiselle ja violetilla valolle. Silmä sopeutuu myös eri kirkkaustasoihin. Sillä on kaksi näkötilaa: päivänvalon näkö ja yövalon näkö.

Päivänvalon näkö on silmän reaktio korkeilla kirkkaustasoilla, kuten päivisin tai tekovalossa. Päivänvalon näkö pystyy erottamaan värejä ja yksityiskohtia. Yövalon näkö on silmän reaktio alhaisilla kirkkaustasoilla, kuten yöllä tai tähdenväljessä. Yövalon näkö ei pysty erottamaan värejä eikä sillä ole korkeaa resoluutiota. Näiden välissä on myös siirtymävyöhyke, jota kutsutaan mesopiseksi näköksi.

Valomittaus käyttää standardoituja malleja silmän reaktiosta valoon eri aallonpituudilla ja kirkkaustasoisissa olosuhteissa. Nämä mallit kutsutaan luminositeettifunktioiksi. Niitä käytetään painotamaan säteen tehon jokaisessa aallonpituudessa tekijällä, joka edustaa sitä, kuinka herkkä silmä on kyseisellä aallonpituudella. Yleisimmin käytetty luminositeettifunktio on päivänvalon herkkyysfunktio, joka mallintaa silmän reaktiota päivänvalon olosuhteissa. Muut luminositeettifunktiot ovat yövalon herkkyysfunktio ja mesopinen herkkyysfunktio.

Valomittausilla on monia sovelluksia eri tieteen, tekniikan ja taiteen aloilla. Sitä käytetään valonlähteiden, materiaalien ja objektien kirkkauden, värien ja laadun mittaamiseen ja luonnehtimiseen. Sitä käytetään myös valon vaikutusten tutkimiseen ihmisen terveyteen, käyttäytymiseen ja havaintoihin.

Tässä artikkelissa tutkimme valomittauksen tyyppejä, periaatteita, sovelluksia ja toimintaperiaatteita yksityiskohtaisemmin. Keskustelemme myös joistakin valomittauksen mittausten instrumenteista ja yksiköistä.

Mitä on fibervalomittaus?

Fibervalomittaus on teknii, jota käytetään neurotieteissä elävien eläinten neuronien aktiviteetin tallentamiseen. Sitä käytetään optisten suorien avulla tarjoamaan herättävä valo neureihin, jotka ilmaisevat fluoresventtien indikaattoreiden, ja kerätä niistä emitoidun fluoresvenssin.

Fluoresventit indikaattorit ovat molekyylejä, jotka muuttavat fluorescenttisiä ominaisuuksia vastauksena tiettyjen biologisten parametrien, kuten kalsiumipitoisuuden, jännitteen, neurotransmittoreiden, jne. muutoksiin. Genetiikalla koodattujen fluoresventtien indikaattoreiden (GEFIs), kuten GCaMPien, avulla on mahdollista kohdentaa tietyt neuronityypit tai aivoalueet optiseen tallennukseen.

Fibervalomittaus mahdollistaa suuria neuroniryhmien keskimääräisen aktiviteetin seurannan ajan mittaan. Sitä voidaan käyttää neuronien aktiviteetin yhteyden luomiseen käyttäytymiseen tai stimuliin vapaina liikkuvissa eläimissä. Fibervalomittaus on yksinkertaisempi, kustannustehokkaampi, kuljetettavampi ja skaalautuvampi kuin muut optiset tallennustechniikat, kuten kahdenvaiheinen mikroskopio tai kalsiumin kuvailu.

Kuitenkin fibervalomittaus myös rajoitteita, kuten alhainen tilaresoluutio, signaalin saastuminen taustafluoresvenssistä tai liikkumisartefakteista, sekä mahdollinen kudosvaurio tai -infektiot suoran implantoinnin vuoksi.

Mitä on liekin valomittaus?

Liekin valomittaus on teknii, jota käytetään kemian analyysiin määrittämään tiettyjen metallioniiden pitoisuutta näytteessä. Sita myös tunneta nimellä liekin emissiospektroskopia tai liekin atomisen emissiospektroskopia.

Liekin valomittaus perustuu siihen periaatteeseen, että jotkut metallioniit emittoivat karakteristisia valon aallonpituutta, kun ne lämmittävät liekissä. Emitoidun valon intensiteetti on verrannollinen metallioniiden pitoisuuteen näytteessä.

Liekin valomittaus käytetään pääasiassa alkali-metalleihin (ryhmä 1) ja alkalimaanmetalleihin (ryhmä 2), kuten natriumille, kaliumille, kalsiumille, litiumille, jne. Nämä metallit ovat matala ionisaatioenergioiden ja niitä voidaan helposti herättää termisen energian avulla liekissä.

Liekin valomittauksen suorittamiseksi näyte, joka sisältää metallioniit, asetetaan liekkiin (yleensä ilma-aseteini-liekkiin). Liekki vapauttaa ja atomoi näytteen sen osatekijöihin. Jotkut näistä atomeista herätetään korkeampaan energiatasoon absorboimalla termistä energiaa liekistä. Nämä herätetyt atomit palautuvat lopulta alkuperäiseen energiatilaansa emittoimalla valoa, jolla on tiettyjä aallonpituutta, jotka vastaavat niiden energiasiirtoja.

Emitoidun valon kerätään sitten lensisysteemin avulla ja ohjataan monokromatorin (laite, joka valitsee kapean aallonpituuden asteen) läpi. Monokromator sallii vain halutun metallioniin kiinnostuksen kohteena olevan aallonpituuden saavuttaa detektoriin (yleensä fotomultiplikatorivi tai fotodiode). Detektori muuttaa valosignaalin sähköiseksi signaaliksi, jota voidaan mitata mittarilla tai nauhoittelulaite.

Metallioniiden pitoisuus näytteessä voidaan laskea vertaamalla emitoidun valon intensiteettiä standardikäyrään, joka on saatu tunnetuista samaa metallioniidia sisältävistä pitoisuuksista.

Mikä on heijastusvalomittaus?

Heijastus valomittaus on teknii, jota käytetään mittaamaan pintan tai objektin väriä tai heijastuksen ominaisuuksia. Se perustuu siihen periaatteeseen, että erilaiset pinnat heijastavat eri määrän ja aallonpituuden valoa riippuen niiden fyysisistä ja kemiallisista ominaisuuksista.

Heijastusvalomittaus käyttää valolähdettä (yleensä valkoista valoa) valaistamaan pintaa tai objektia tietystä kulmasta. Heijastunut valo pinnalta tai objektista mitataan sitten detektorilla (yleensä spektrofotometrilla tai värimittarilla) toisesta kulmasta.

Detektori analysoi heijastuneen valon spektrin tai intensiteetin eri aallonpituudessa ja vertaa sitä viitetason (yleensä valkoisen pinnan) kanssa. Pinnan tai objektin väri tai heijastuksen ominaisuudet voidaan ilmaista eri parametreilla, kuten sävy (dominantti aallonpituus), kirkkaus (luminanssi), värikordinaatit (x,y,z), värikoodi (CIE Lab*), jne.

Heijastusvalomittaus voidaan käyttää eri tarkoituksiin, kuten laatukontrolliin, värimääritykseen, värien tunnistamiseen, värien kommunikoimiseen, jne. Sitä voidaan soveltaa eri materiaaleihin ja objekteihin, kuten maaleihin, tekstiileihin, muovisiin, metalliin ja keramiikkiin.

Mitä ovat valomittauksen määrät ja yksiköt?

Valomittauksen määrät johdetaan radiometristen määrien avulla soveltamalla luminositeettifunktiota painotusfaktorina. Luminositeettifunktio edustaa ihmisen silmän suhteellista reaktiota eri valon aallonpituuteen. Yleisimmin käytetty luminositeettifunktio on päivänvalon herkkyysfunktio, joka mallintaa silmän reaktiota kirkkaissa olosuhteissa. Muita luminositeettifunktioita ovat yövalon herkkyysfunktio, joka mallintaa silmän reaktiota pimeissä olosuhteissa, ja mesopinen herkkyysfunktio, joka mallintaa silmän reaktiota välillisiä olosuhteissa.

Mitkä ovat valomittauksen instrumentit ja menetelmät?

Valomittauksen instrumentit ovat laitteita, jotka mittaavat valomittauksen määriä eri menetelmillä ja periaatteilla. Joitakin yleisiä valomittauksen instrumentteja ja menetelmiä ovat:

• Valomittaimet: Valomittaimet ovat laitteita, jotka mittaavat valolähteiden tai objektien suhteellista kirkkautta vertaamalla niitä viitetason kanssa. Valomittaimia voidaan luokitella eri tyypp