כמה מדעני מדידה נדרשים כדי לכייל נורת LED? עבור חוקרים במכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה (NIST) בארצות הברית, המספר הזה הוא חצי ממה שהיה לפני כמה שבועות. ביוני, NIST החלה לספק שירותי כיול מהירים יותר, מדויקים יותר וחוסכים בעבודה להערכת הבהירות של נורות LED ומוצרי תאורה מוצקים אחרים. לקוחות שירות זה כוללים יצרני נורות LED ומעבדות כיול אחרות. לדוגמה, מנורה מכוילת יכולה להבטיח שנורת ה-LED המקבילה ל-60 וואט במנורת השולחן שווה באמת ל-60 וואט, או להבטיח שלטייס במטוס הקרב תהיה תאורת מסלול מתאימה.

יצרני LED צריכים להבטיח שהאורות שהם מייצרים יהיו באמת בהירים כפי שהם מתוכננים. כדי להשיג זאת, כייל את המנורות הללו באמצעות פוטומטר, שהוא כלי שיכול למדוד בהירות בכל אורכי הגל תוך התחשבות ברגישות הטבעית של העין האנושית לצבעים שונים. במשך עשרות שנים, המעבדה הפוטומטרית של NIST עונה על דרישות התעשייה על ידי מתן שירותי בהירות LED וכיול פוטומטרי. שירות זה כולל מדידת בהירות ה-LED של הלקוח ונורות מוצק אחרות, וכן כיול הפוטומטר של הלקוח עצמו. עד כה, מעבדת NIST מדידה את בהירות הנורה עם אי ודאות נמוכה יחסית, עם שגיאה בין 0.5% ל-1.0%, אשר דומה לשירותי כיול מיינסטרים.
כעת, הודות לשיפוץ המעבדה, צוות NIST שילש את אי הוודאות הללו ל-0.2% או פחות. הישג זה הופך את שירות כיול בהירות ה-LED החדש והפוטומטר לאחד הטובים בעולם. מדענים גם קיצרו משמעותית את זמן הכיול. במערכות ישנות, ביצוע כיול ללקוחות היה לוקח כמעט יום שלם. חוקר NIST, קמרון מילר, קבע שרוב העבודה משמשת להגדרת כל מדידה, החלפת מקורות אור או גלאים, בדיקה ידנית של המרחק בין השניים, ולאחר מכן להגדיר מחדש את הציוד למדידה הבאה.
אבל כעת, המעבדה מורכבת משני שולחנות ציוד אוטומטיים, האחד עבור מקור האור והשני עבור הגלאי. השולחן נע על מערכת המסילה וממקם את הגלאי במרחק של 0 עד 5 מטרים מהאור. ניתן לשלוט על המרחק בטווח של 50 חלקים למיליון של מטר אחד (מיקרומטר), שזה בערך מחצית מרוחב שיער אדם. זונג ומילר יכולים לתכנת טבלאות כך שינועו זה ביחס לזה ללא צורך בהתערבות אנושית מתמשכת. פעם זה לקח יום, אבל עכשיו זה יכול להסתיים בתוך כמה שעות. כבר לא צריך להחליף שום ציוד, הכל כאן וניתן להשתמש בו בכל עת, מה שנותן לחוקרים הרבה חופש לעשות הרבה דברים במקביל כי זה אוטומטי לחלוטין.
אתה יכול לחזור למשרד לעשות עבודה אחרת בזמן שהוא פועל. חוקרי NIST צופים כי בסיס הלקוחות יתרחב ככל שהמעבדה הוסיפה מספר תכונות נוספות. לדוגמה, המכשיר החדש יכול לכייל מצלמות היפרספקטרליות, שמודדות הרבה יותר אורך גל אור מאשר מצלמות טיפוסיות שבדרך כלל לוכדות רק שלושה עד ארבעה צבעים. מהדמיה רפואית ועד לניתוח תמונות לוויין של כדור הארץ, מצלמות היפרספקטרליות הופכות פופולריות יותר ויותר. המידע שמספק מצלמות היפר-ספקטרליות מבוססות-חלל על מזג האוויר והצמחייה של כדור הארץ מאפשר למדענים לחזות רעב ושיטפונות, ויכול לסייע לקהילות בתכנון חירום ואסונות. המעבדה החדשה יכולה גם להקל ויעיל על החוקרים לכייל תצוגות סמארטפונים, כמו גם תצוגות טלוויזיה ומחשבים.

מרחק נכון
כדי לכייל את הפוטומטר של הלקוח, מדענים ב-NIST משתמשים במקורות אור בפס רחב כדי להאיר גלאים, שהם בעצם אור לבן עם אורכי גל מרובים (צבעים), והבהירות שלו ברורה מאוד מכיוון שהמדידות מתבצעות באמצעות מדי פוטו סטנדרטיים של NIST. בניגוד ללייזרים, סוג זה של אור לבן אינו קוהרנטי, מה שאומר שכל האור באורכי גל שונים אינו מסונכרן זה עם זה. בתרחיש אידיאלי, למדידה המדויקת ביותר, החוקרים ישתמשו בלייזרים ניתנים לכוונון כדי ליצור אור עם אורכי גל הניתנים לשליטה, כך שרק אורך גל אחד של אור מוקרן על הגלאי בכל פעם. השימוש בלייזרים ניתנים לכיוון מגדיל את יחס האות לרעש של המדידה.
עם זאת, בעבר, לא ניתן היה להשתמש בלייזרים הניתנים לכוונון כדי לכייל פוטומטרים מכיוון שלייזרים באורך גל בודד הפריעו לעצמם באופן שהוסיף כמויות שונות של רעש לאות בהתבסס על אורך הגל בשימוש. כחלק משיפור המעבדה, Zong יצרה עיצוב פוטומטר מותאם המפחית את הרעש הזה לרמה זניחה. זה מאפשר להשתמש בלייזרים ניתנים לכוונון בפעם הראשונה כדי לכייל פוטומטרים עם אי ודאויות קטנות. היתרון הנוסף של העיצוב החדש הוא בכך שהוא מקל על ניקוי ציוד התאורה, שכן הצמצם המעולה מוגן כעת מאחורי חלון הזכוכית האטום. מדידת עוצמה דורשת ידע מדויק עד כמה הגלאי נמצא ממקור האור.
עד עכשיו, כמו רוב מעבדות הפוטומטריה האחרות, למעבדת NIST אין עדיין שיטה מדויקת למדידת מרחק זה. הסיבה לכך היא בין השאר שהפתח של הגלאי, שדרכו נאסף האור, עדין מכדי לגעת בו על ידי מכשיר המדידה. פתרון נפוץ הוא שחוקרים מודדים תחילה את עוצמת ההארה של מקור האור ומאירים משטח עם שטח מסוים. לאחר מכן, השתמש במידע זה כדי לקבוע את המרחקים הללו באמצעות חוק הריבוע ההפוך, המתאר כיצד עוצמת מקור האור יורדת באופן אקספוננציאלי עם הגדלת המרחק. מדידה דו-שלבית זו אינה קלה ליישום ומכניסה אי ודאות נוספת. עם המערכת החדשה, הצוות יכול כעת לנטוש את שיטת הריבוע ההפוכה ולקבוע ישירות את המרחק.
שיטה זו משתמשת במצלמה מבוססת מיקרוסקופ, כאשר מיקרוסקופ יושב על במת מקור האור ומתמקד בסמני המיקום על במת הגלאי. המיקרוסקופ השני ממוקם על שולחן העבודה של הגלאי ומתמקד בסמני המיקום על ספסל העבודה של מקור האור. קבע את המרחק על ידי התאמת הצמצם של הגלאי ומיקום מקור האור למוקד המיקרוסקופים שלהם. מיקרוסקופים רגישים מאוד לחוסר מיקוד, ויכולים לזהות אפילו במרחק של כמה מיקרומטרים. מדידת המרחק החדשה גם מאפשרת לחוקרים למדוד את "העוצמה האמיתית" של נוריות LED, שהוא מספר נפרד המצביע על כך שכמות האור הנפלטת מנורות LED אינה תלויה במרחק.
בנוסף לתכונות החדשות הללו, מדעני NIST הוסיפו גם כמה מכשירים, כמו מכשיר הנקרא גוניומטר שיכול לסובב נורות LED כדי למדוד כמה אור נפלט בזוויות שונות. בחודשים הקרובים, מילר וזונג מקווים להשתמש בספקטרופוטומטר עבור שירות חדש: מדידת תפוקת האולטרה סגול (UV) של נוריות LED. השימושים הפוטנציאליים של LED להפקת קרניים אולטרה סגולות כוללים הקרנת מזון להארכת חיי המדף שלו, כמו גם חיטוי מים וציוד רפואי. באופן מסורתי, הקרנה מסחרית משתמשת באור האולטרה סגול הנפלט מנורות אדי כספית.