Fotometr jest to urządzenie do pomiaru światła, czyli widzialnego promieniowania. Luksomierze i mierniki luminacji są najczęściej spotykanymi fotometrami i są łatwo dostępne, gotowe do użycia, kompletne instrumenty. Mierniki strumienia świetlnego i światłości nie są popularne i rozpowszechnione, ponieważ zwykle wymagają bardziej złożonego zestawu lub stanowiska pomiarowego indywidualnie dostosowanego do potrzeb konkretnego zastosowania.
Różnica między radiometrem i fotometrem polega na tym, że radiometr powinien mieć jednakową czułość w szerokim zakresie długości fali, natomiast charakterystyka czułości spektralnej fotometru powinna odpowiadać krzywej skuteczności oświetlenia dla widzenia dziennego CIE, czyli krzywej fotopowej V(λ)
Sensor w fotometrze jest to element o kluczowym znaczeniu, jest to stopień zgodności jego czułości spektralnej z krzywą CIE V(λ) decyduje o dokładności pomiaru. Sensory oparte na selenie lub siarczku kadmu zwykle stosowane są bez dodatkowych filtrów optycznych, ponieważ charakterystyki czułości spektralnej tych materiałów zbliżone są do krzywej V(λ). Jednakże, odchylenia od krzywej pozostają na tyle duże, że takie sensory w praktyce nie nadają się do dokładnych pomiarów fotometrycznych i stosowane są raczej w automatycznych układach detekcji światła. Większość współczesnych fotometrów używa sensorów krzemowych z filtrem optycznym o tak dobranym widmie transmisji, aby czułość spektralna układu sensor-filtr była dobrze dopasowana do krzywej V(λ).
W odpowiedzi na potrzebę miarodajnej i międzynarodowo akceptowalnej metody określania jakości sensorów fotometrycznych CIE wprowadziła wartość f1. Jest to maksymalne procentowe odchylenie czułości spektralnej sensora od idealnej charakterystyki V(λ).
Metoda kalibracji
Oprócz wartości f1, o przydatności fotometru w określonym zastosowaniu decyduje metoda kalibracji, na przykład fotometr o względnie dużej wartości F1 może osiągać dobrą dokładność jeśli widmo mierzonego światła jest podobne do widma wzorcowej lampy użytej do kalibracji instrumentu. Istnieją dwie podstawowe metody kalibracji fotometrów. Najczęściej stosowane są wzorcowe lampy certyfikowane z zachowaniem zgodności z narodowymi instytutami i urzędami miar. Kalibracja polega na wyregulowaniu fotometru w taki sposób aby jego wskazania były zgodne z certyfikowanymi wartościami fotometrycznymi lampy wzorcowej. Druga metoda kalibracji polega na użyciu wzorcowych detektorów z wbudowanymi sensorami idealnie dopasowanymi do charakterystyki CIE V(λ). W tym przypadku potrzebna jest lampa o stabilnej emisji światła ale jej charakterystyka fotometryczna nie musi być certyfikowana ani dokładnie znana. W układzie pomiarowym w określonym miejscu najpierw umieszcza się wzorcowy detektor i mierzy się światło, a następnie detektor wzorcowy zastępuje się fotometrem i reguluje się jego wskazania do osiągnięcia zgodności. Detektory wzorcowe mogą także być certyfikowane i porównywalne z wzorcami narodowymi.
Współczynnik korekcji barwy
Na skraju widzialnego zakresu długości fali występują zwykle największe odchylenia charakterystyki układu sensor-filtr od krzywej V(λ) dlatego temperatura barwowa lampy stosowanej przy kalibracji fotometru ma duże znaczenie. Większość fotometrów kalibrowania jest lampą wolframową, co zapewnia ogólnie dobrą dokładność pomiaru lamp żarowych, halogenowych i światła dziennego. Jednakże, tak kalibrowane fotometry nie nadają się do dokładnych pomiarów świateł monochromatycznych i wąskopasmowych, na przykład niebieskich lub białych diod LED. Błąd pomiarowy będzie także znaczący dla lamp wyładowczych o widmie zawierającym wąskie pliki. Współczesne fotometry posiadają funkcję wprowadzania współczynnika korekcji barw CCF, kompensującego błąd spowodowany różnicami charakterystyki sensora V(λ). Wartość współczynnika może zostać obliczona jeśli dokładnie znane jest widmo światła i rzeczywista czułość spektralna fotometru. Alternatywną i prostsze metodą jest zmierzenie źródła światła określonego typu za pomocą dokładnego urządzenia odniesienia i dobranie wartości współczynnika korekcji barwy tak, aby uzyskać zgodność wskazań fotometru. CCF można też używać jako funkcję kalibracji użytkownika wewnętrznej zgodności z własnymi wzorcami.
Większość użytkowników fotometrów nie zdaje sobie sprawy z ważności znaczenia dostosowania sposobu kalibracji do danego zastosowania. Z czego można się domyślić, że powszechnym źródłem błędów pomiarowym jest niewłaściwe użytkowanie instrumentów pomiarowych, przez złe zrozumienie charakterystyki źródła światła i wymagań dla urządzenia pomiarowego. Najczęstszym błędem jest użycie luksomierza (lx=lm/m2) do wyznaczania strumienia świetlnego w lumenach oraz użycie miernika luminacji (cd/m2) do wyznaczania światłości w kandelach. Istnieją osobne narzędzia do pomiaru czterech głównych wielkości fotometrycznych: luminacji, natężenia oświetlenia, strumienia świetlnego i światłości.
Miernik luminacji wyznacza intensywność promieniowania widzialnego przypadającego na jednostkę powierzchni źródła światła. Luminacja zależy od kierunku względem powierzchni źródła, dlatego dla precyzyjnej specyfikacji pomiaru należy znać kąt widzenia receptora, wielkość powierzchni i geometrię układu. Jest to ważne ponieważ większość źródeł światła nie jest źródłami lambertowskimi, czyli ich luminacja zależy od kierunku.
Pomiar luminacji jest szczególnie ważny dla takich produktów jak drogowe sygnalizatory świetlne, oraz tylne światła samochodów.
Miarą intensywności promieniowania widzialnego padającego na jednostkę powierzchni obiektu jest natężenie oświetlenia. Pomiar natężenia jest szczególnie narażony na błędy wynikające z sumowania przez receptor światła dochodzącego z wielu źródeł położonych w zakresie 900 względem normalniej do płaszczyzny receptora. Definicja mówi że, odpowiedź sensora powinna być proporcjonalna do kosinusa kąta, pod którym światło pada na powierzchnię pomiarową. Jednakże z powodu konstrukcji narzędzia, wiele luksomierzy nie spełnia w wystarczającym stopniu reguły kosinusa. Tak zwana korekcja kosinusowa realizowana jest w luksomierzach za pomocą dyfuzora umieszczonego przed sensorem i filtrem optycznym, kształtującego kątową charakterystykę czułości receptora. Różne formy dyfuzora i układy optyczne posiadają nieco odmienne charakterystyki kątowe o różnym stopniu zgodności z regułą kosinusa. Pomiar natężenia jest stosowany w badaniach BHP, ponieważ pozwala ocenić czy pomieszczenia lub stanowiska pracy są wystarczająco oświetlone.
Jasność PWM
Diody LED w kolorze białym składają się z diody LED emitującej krótkofalowe światło niebieskie oraz z nałożonej warstwy luminoforu, który pod wpływem światła niebieskiego emituje światło żółte o szerokim paśmie. Natężenie prądu zasilającego diodę może mieć znaczący wpływ na najbliższą temperaturę barwową emitowanego światła, przy niskim prądzie odcień może być żółtawy a przy wysokim niebieskawy. Takie odbieganie w kolorze jest widzialne dla ludzkiego oka, dlatego analogowa metoda regulacji jasności przez regulację prądu uważana jest za nieprzydatną.
Metoda regulacji współczynnika wypełnienia, zwana PWM, nie powoduje zmiany odcienia i dlatego jest powszechnie stosowana do regulacji jasności lam LED. Dioda jest zasilana prądem zmiennym o przebiegu prostokątnym i o stałej częstotliwości. Zamiast natężenia prądu, regulowany jest stosunek czasu świecenia do okresu przebiegu, czyli współczynnik wypełnienia. Częstotliwość prądu jest na tyle wysoka, że dla ludzkiego oka miganie diody jest niedostrzegalne. Metoda PWM jest dla projektantów oświetlenia wręcz nieocenionym narzędziem przyciemniania lamp LED z zachowaniem stałej temperatury barwowej.
