Kompaktes (USB?) Spektrometer gesucht

[hugojun]

Hallo
@Hubert ,,Entgegen dem Hinweis von Jürgen ist die Sonne hinter der Erdatmosphäre keine ausreichend gute Annäherung an einen schwarzen Strahler."
Stimmt, der Vergleich war schlecht.
,,Du bist sehr stark fixiert auf das Thema Farbtemperatur u.ä." Du kannst kein Spektrum einer 4000K Leuchte aufnehmen, und mit der Kurve einer 3000K leuchte kalibrieren, sonst sind wir mit Peters Vorschlag:" wenn diese(s) Spektrometer aber nur qualitativ zu verwenden ist, kann ich es mir eigentlich gleich ganz sparen.
Dann reicht auch ein Blick durch ein Handspektroskop   "  besser bedient, weil es noch nicht einmal Qualitativ stimmt.
Hier (im Forum) wird oft vom Wunsch zur LED-Beleuchtung geredet, aber objektiv kann keiner so richtig sagen,
warum jemand welche Beleuchtungsart vorzieht.
,,Ich will mehr Licht" sagt der Eine, der Andre sagt" ich möchte keinen Blaustich", dann kaufen sie sich ein Spektrometer und
wundern sich, warum beim Blaustich der blaue Peak so gering ausfällt.  So gesehen würde ich
schon gerne auf den Unterschied hinweisen.

LG
Jürgen

[Lupus]

Hallo Jürgen,

Du kannst kein Spektrum einer 4000K Leuchte aufnehmen, und mit der Kurve einer 3000K leuchte kalibrieren, sonst sind wir mit Peters Vorschlag:" wenn diese(s) Spektrometer aber nur qualitativ zu verwenden ist, kann ich es mir eigentlich gleich ganz sparen.

warum denn das? Es geht um die Kalibrierung eines Messgerätes. Das ist ein absoluter Vorgang und hat mit der Farbtemperatur der zu messenden Lichtquelle nichts zu tun. Kalibrieren heißt in dem Fall dass ich eine bekannte Normlichtquelle verwende und das Spektrometer so "justiere" (vollkommen egal ob durch Software, Anpassung eines Sensors o.ä.), dass auch das Ergebnis in der Ausgabe des Spektrometers diese Normlichtquelle im Intensitätsverlauf wiedergibt. Und dann kann ich jede Lichtquelle vermessen, egal welche "Farbtemperatur" sie hat. In der Praxis will man i.Allg. ja keine Farbtemperatur vermessen sondern beliebige Spektren, z.B. auch komplexe Linienspektren in ihrem Verlauf. Als Normlichtquelle ist jede Lichtquelle mit reproduzierbarem Emissionsverlauf geeignet, die den gesamten Spektralbereich abdeckt (oder alternativ einzelne, spektral engbandige Normquellen wenn die Sensorkennlinie sehr gut bekannt und stetig ist). Das kann auch eine (nur) 3000K thermische Quelle sein, selbst wenn sie im blauen Bereich geringere Emissionen aufweist. Diese Quellen sind sogar Messnormal der PTB (Physikalisch-Technischen Bundesanstalt) für photometrische Kalibrierung. Etwas kenne ich mich da schon aus, ich hatte in den Forschungslaboren mindestens 1-2 Spektrometer je Raum, weitere in Schränken nach Bedarf......

Hubert

[Stuessi]

Hallo,

das Spektrum meiner sehr hellen LED BA20D H6-6000-6500K  habe ich sowohl durch Abfotografieren mit meiner Sony A7 und  Auswerten des Bildes bei festem Reflexionsgitter als auch mit einer einzelnen Photozelle bei drehendem Reflexionsgitter bestimmt.



Berücksichtige ich zusätzlich die Empfindlichkeitskurve der im OPT101 eingebauten Fotozelle,



dann sieht das Spektrum so aus:




Vile Grüße,
Rolf

[Lupus]

Hallo Rolf,

ein sehr schöner Vergleich. Solche Standard-Fotozellen kann man sehr gut in Spektrometern, speziell im visuellen Bereich, verwenden, da sie dort eine nahezu lineare Kalibrierkurve aufweisen. Darum wundert mich dass man selbst für billige Spektrometer RGB-Kamerasensoren verwendet. Vermutlich will man den Nutzer mit dem farbigen Spektrum am Bildschirm beeindrucken. Das könnte man aber auch synthetisch erzeugen.   

Hubert

[hugojun]

Hallo Hubert ,
,,Kalibrieren heißt in dem Fall dass ich eine bekannte Normlichtquelle verwende und das Spektrometer so "justiere" (vollkommen egal ob durch Software, Anpassung eines Sensors o.ä.),
dass auch das Ergebnis in der Ausgabe des Spektrometers diese Normlichtquelle im Intensitätsverlauf wiedergibt. Und dann kann ich jede Lichtquelle vermessen, egal welche
"Farbtemperatur"
sie hat."

Wir sind ja (fast)gleicher Meinung:

Hallo Manfred ,

ja , man muss aber vorher die Chip-Korrektur-Daten laden.

Die könnte man ermitteln , wenn man einen echten Standard-Strahler hat,
die mit dem individuellen  Spektrometer aufgenommen wurde.

LG
Jürgen

Nur, von  all dem ist an Dirks Spektrometer nichts bekannt und auch nicht von der Lichtquelle.

LG
Jürgen

[martin_hu]

Hallo Spektrometer interessierte

Ich möchte nur ein paar Dinge klarstellen, die nicht für alle Leser sichtbar sind.
Ein Spektrometer ist ein Messinstrument das zusammen mit der Kamera eine Wellenlängen abhängige Intensität misst. Eigentlich ist es egal wie falsch der Spektrometer misst, denn jeder Spektrometer misst falsch, das heisst hat eine Filterwirkung zusammen mit der Kamera. Neudeutsch Instrumental response. Der einzige Unterschied neben der Auflösung eines günstigen oder eines Profigeräts ist die Messstabilität, aber bei beiden muss die Differenz zwischen dem eintretenden Licht und dem gemessenen Licht korrigiert werden. Einen guten Text leider in Englisch gibts hier: http://www.astrosurf.com/buil/instrument_response_us/
Für die Messung einer Lichtquelle kommt man um eine Referenzlichtquelle mit einer Fluxreferenzkurve nicht herum
Wie zB. Hier: https://www.newport.com/p/6319
Um die Wellenlänge zu Kallibrieren benötigt man auch eine Referenzlichtquelle eine einfache Lösung findet man hier beschrieben: https://www.ursusmajor.ch/downloads/sques-relco-sc480-eichlinien-5.0.pdf
Einfache Spektrografen sind aber schon Hochwertige Instrumente und können bei einfacheren Anwendungen bei sorgfältiger Kallibrierung Messergebnisse im Bereich von plus minus 10% erreichen. Einwirkungen auf die Messgenauigkeit haben Stabilität des Gehäuses, Temperaturschwankungen, Luftdruck, aber auch die Messstabilität der Kamera sowie die Sorgfalt bei der Kalibrierung. Je genauer und stabiler die Referenzlichtquelle zusammen mit der Aktualität der Referenzkurve ist, desto näher kommt man an brauchbare Messergebnisse, ich verwende dafür diese Lichtquelle: https://shop.spectrecology.com/product/hl-2000-ll-ocean-optics-fiber-optic-tungsten-halogen-source/
Es gibt natürlich Spektrografen die eine interne Kallibrierung besitzen, das ist aber eher die Ausnahme und die Prozedur ist genau die gleiche.
Gruss Martin

[Lupus]

Hallo,

Nur, von  all dem ist an Dirks Spektrometer nichts bekannt und auch nicht von der Lichtquelle.

Es muss nichts bekannt sein wenn man mittels Software eine Kalibrierkurve eingeben kann, die den Messwert über den ganzen Messbereich korrigiert. Ich kenne das Spektrum der Kalibrierkurve (siehe mein Beitrag über das Spektrum der Halogenlampe) mit zumindest für diese Gerätequalität in vollkommen ausreichender Genauigkeit.

Für die Messung einer Lichtquelle kommt man um eine Referenzlichtquelle mit einer Fluxreferenzkurve nicht herum
Wie zB. Hier: https://www.newport.com/p/6319

Das ist eine gewöhnliche Halogenlampe.

Für Interessierte hier ein Beitrag über Kalibrierlichtquellen im professionellen Bereich der PTB:
https://oar.ptb.de/files/download/56d6a9d6ab9f3f76468b45eb

Hubert

[hugojun]

Hallo Martin ,

Hallo Spektrometer interessierte
,,,,
Für die Messung einer Lichtquelle kommt man um eine Referenzlichtquelle mit einer Fluxreferenzkurve nicht herum
....
Gruss Martin

Hallo Dirk,
...
@Rolf
Transmission und Reflektion sind möglich , aber keine Selbst-Strahler wie Fluoreszenz Anwendungen  , Lichtfarbe -Temperatur-Bestimmung
an LED oder anderen Leuchtmitteln .
LG
Jürgen

LG
Jürgen

[Holger Adelmann]

Wow - 127 (!) Antworten, na da habe ich ja was losgetreten mit meinem Post 

[Holger Adelmann]

.... und 4203 mal gelesen, wahnsinn 

[Kurt Wirz]

Hallo

Weissabgleich für die RGB-Fotografie macht man mit einem Graukarton.
Die RGB-Werte sollten dann jeweils gleich sein, z.B. 150, 150, 150 oder 200, 200, 200 und dergleichen, also ein Grauwert
Löcher im Spektrum der Lichtquelle lassen sich so nicht ermitteln und nicht kompensieren.
Für Fotografie ist ein ausgeglichenes Spektrum optimal, z.B. also keine Dreibandenlampen und auch keine kaltweissen LED.
Zur Beurteilung der Lichtquelle sind Lichtspektren von Lichtquellen für den Fotografen insoweit interessant, denn sie zeigen, ob das Spektrum ausgeglichen ist.

Als Fotograf eiche ich das Spektrometer mit Laserlicht.
Laserpointer, rot(650nm), grün (532nm) und blauviolett (405nm), besitzen eine einigermassen klar erkennbare Wellenlänge und sind kostengünstig.

Kurt

[Masterdark]

Guten Morgen zusammen,

mit den vielen hier geposteten Infos habe ich mich nochmals an eine Kalibrierung, oder nennen wir es besser Anpassung, der Intensität gemacht.

Als Referenzlichtquelle habe ich, wie von Hubert angeraten, eine 12V/100W Halogenlampe genommen. Um beim Spektrometer im möglichen Belichtungszeitraum
zu bleiben ohne die einzelnen R/G/B Kanäle in die Sättigung zu bringen und um die Glasfaser nicht zu weit von der Lampe entfernen zu müssen, wurde
die Halogenlampe bei genau 6V betrieben.

Um die Farbtemperatur in etwa bestimmen zu können, habe ich mit der bei 6V betriebenen Lampe, eine Graukarte angeleuchtet und mit einer
Kamera bei verschiedenen Farbtemperaturen diese abfotografiert. Bei 2800K waren die R/G/B Kanäle des Bildes recht gut deckungsgleich.

Für eine Farbtemperatur von 2800K habe ich mit folgender Formel, danke an Hubert, meine "Referenz-Strahlungsdichte" berechnet.

Spektralen Strahlungsdichte = 10^18 / (Lambda^5 * e^(1.44*10^7/(T*Lambda)))
(T = Strahlertemperatur in Kelvin, Wellenlänge Lambda in nm)


Um sicher zu gehen, dass das Zeiss Lampenhaus, in welchem sich die Halogenlampe befand, keine Filterwirkung aufweist, wurde das Spektrum
der Lampe im und außerhalb des Gehäuses aufgenommen. Der Vergleich beider Spektren zeigt, dass die im Lampenhaus verbauten Gläser ab
ca. 600nm eine leichte und ab ca. 720nm eine erhebliche Dämpfung bewirken. Ab etwa 760nm wird quasi alles geblockt. Die Folgenden Messung
an der Halogenlampe wurden somit ohne Gehäuse gemacht. Bei der Spektrenmessung außerhalb des Gehäuses zeigt sich auch, dass das Spektrometer
im IR-Bereich gar nicht so "blind" ist.

Anschließend habe ich mit Hilfe von Excel die Korrekturfaktoren anhand meiner o.g. Referenzkurve berechnet.

Die folgende Spektrenmessung der Halogenlampe mit den Korrekturfaktoren entspricht sehr gut der berechneten Referenzkurve.

Zum Vergleich wurden dann noch die Spektren zweier LED's aufgenommen. Auch diese sehen recht "glaubwürdig" aus.

Ich denke mit dieser "Anpassung" ist das Messergebnis für ein Spektrometer der 200 Euroklasse ganz ok.


Grüße,
Dirk

[mhaardt]

Lupus: Viele Sensoren bekommt man nicht ohne Bayermaske, weil es erheblich weniger Anwendungen gibt, die das brauchen.  Wie ich schon schrieb, ist der Farbfilter ein Nachteil, weil er Licht und damit SNR kostet, kann aber ein Vorteil sein, weil man damit die sich überlappenden Beugungsordnungen teilweise trennen könnte und so den Messbereich erweitert.  Ob das gemacht wird, weiss ich nicht.

Wenn man RGB-Werte und Kurven von Helligkeitssensoren vergleicht, muss man immer beachten, ob die Intensität in Elektronen oder in Lichtenergie pro Fläche gemessen wird.  Licht ist bei 400 nm doppelt so energiereich wie bei 800 nm, darum hat man bei gleicher Energie bei 400 nm nur die Hälfte an Photonen.  Bei Kamerasensoren wird gerne die Quanteneffizienz angegeben, d.h. Elektronen, und bei Helligkeitssensoren gerne µW/cm^2 oder ein ähnliches Maß.  Generell lohnt es sich, die Achsen von Diagrammen immer mit Einheiten zu beschriften, und nicht wie bei der Software nur "Intensität" dran zu schreiben.

Michael

[Stuessi]

.... die Halogenlampe bei genau 6V betrieben.

Um die Farbtemperatur in etwa bestimmen zu können, habe ich mit der bei 6V betriebenen Lampe, eine Graukarte angeleuchtet und mit einer
Kamera bei verschiedenen Farbtemperaturen diese abfotografiert. Bei 2800K waren die R/G/B Kanäle des Bildes recht gut deckungsgleich.

...

Hallo Dirk,

2800K scheint mit zu viel. Dies ist wahrscheinlich die untere Grenze der Farbtemperaturmessung der Kamera?!
Bei halber Betriebsspannung entnehme ich aus dieser Quelle
https://www.landypedia.de/index.php/Datei:800px-Helldiagram.jpg
den Wert 3/4 vom Maximalwert. 
Laut https://de.wikipedia.org/wiki/Farbtemperatur beträgt die Farbtemperatur einer 100W Glühlampe 2800 K.
Ich würde die Helligkeit durch Veränderung des Abstands bei richtiger Betriebsspannung verändern.

Gruß,
Rolf

[Masterdark]

.... die Halogenlampe bei genau 6V betrieben.

Um die Farbtemperatur in etwa bestimmen zu können, habe ich mit der bei 6V betriebenen Lampe, eine Graukarte angeleuchtet und mit einer
Kamera bei verschiedenen Farbtemperaturen diese abfotografiert. Bei 2800K waren die R/G/B Kanäle des Bildes recht gut deckungsgleich.

...

Hallo Dirk,

2800K scheint mit zu viel. Dies ist wahrscheinlich die untere Grenze der Farbtemperaturmessung der Kamera?!

Hallo Rolf,

die Kamera geht bis auf 2500K runter.
Wie schon gesagt, waren die RGB Kanäle bei 2800K deckungsgleich.


Grüße,
Dirk