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技術(shù)文(wén)章
更(gēng)新(xīn)時(shí)間:2025-05-20
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在(zài)前(qián)兩個專題中我(wǒ)們講述了光(guāng)色(sè)測量原(yuán)理(lǐ),顯(xiǎn)示技(jì)術(shù)的(dí)發展(zhǎn)歷史(shǐ)和(hé)未(wèi)來發(fā)展,這(zhè)次我(wǒ)們再來簡(jiǎn)單(dān)討論一下傳(chuán)統顯(xiǎn)示技術的光(guāng)色(sè)測(cè)量手段。
引(yǐn)言(yán)
在(zài)“光色(sè)測量(liáng)原理”一文(wén)中,我(wǒ)們知(zhī)道基於各種顯(xiǎn)示技(jì)術(shù)所(suǒ)開(kāi)發的(dí)顯示器件的重(zhòng)要作用(yòng)就是對“周(zhōu)圍信(xìn)息”的重(zhòng)現。既然是信(xìn)息的重現(xiàn),那(nà)麼(mó)就會涉及(jí)到重現(xiàn)信(xìn)息(xī)與源(yuán)信(xìn)息的吻合程度(dù)的測量和(hé)評價(jià)。評(píng)價(jià)的主(zhǔ)體是(shì)人眼(yǎn)(標準觀察者),以人眼的視(shì)覺(jué)感受(shòu)為評(píng)價基(jī)準。然而對於顯示器件(jiàn)製(zhì)造商而言,需(xū)要將人眼(yǎn)的主(zhǔ)觀(guān)評(píng)價標(biāo)準(zhǔn)轉換為用(yòng)儀(yí)器設(shè)備測量的客(kè)觀(guān)標準(zhǔn),以便滿足大(dà)規模(mó)生產的需求(qiú)。
另外一(yī)方麵(miàn),由於(yú)顯(xiǎn)示技術的(dí)不斷更新(xīn)和人們對顯(xiǎn)示質量要(yào)求(qiú)的不斷(duàn)提(tí)高(gāo),提出(chū)的評(píng)價指標也越來(lái)越多,相應(yīng)的(dí)測(cè)量方法也(yě)不斷(duàn)增加(jiā),對(duì)應的測量手段(duàn)(設(shè)備)的(dí)要求(qiú)也越來(lái)越(yuè)多。在眾(zhòng)多(duō)的評(píng)價指標(biāo)中(zhōng),我們最(zuì)關心的(dí)指標有亮(liàng)度相關指標,色(sè)度(dù)相關指標(biāo),視角,分辨率,響應(yīng)時(shí)間。
亮(liàng)度相(xiāng)關(guān)指(zhǐ)標包(bāo)括(kuò):亮度,亮度均匀(yún)性(xìng)。亮(liàng)度是指畫麵的(dí)明亮(liàng)程(chéng)度,而(ér)亮度均匀性(xìng)是(shì)指(zhǐ)顯(xiǎn)示(shì)屏上可(kě)尋址範(fàn)圍內所(suǒ)有像素的亮(liàng)度一致(zhì)的程(chéng)度。
色(sè)度(dù)相(xiāng)關指(zhǐ)標包(bāo)括(kuò):色(sè)度,色度均(jūn)匀(yún)性。色度(dù)(chromaticity)是一個(gè)用(yòng)來評價色質刺激的指(zhǐ)標,其(qí)值由(yóu)色度(dù)坐標或主波長(cháng)(或補色(sè)波長(cháng))和純度確定(dìng)。色度(dù)不僅包括(kuò)色調(hue),還(huán)包(bāo)括飽和(hé)度(saturation)。
灰階:顯(xiǎn)示(shì)屏的(dí)畫麵是由多個像(xiàng)素點組成(chéng),每(měi)個(gè)像素(sù)點(diǎn)所(suǒ)能(néng)呈現的從黑到白的過(guò)渡等級數(shù)量(liáng)就是灰(huī)階。色階是(shì)一(yī)個(gè)與(yǔ)灰階(jiē)相關(guān)的指(zhǐ)標(biāo)。
視(shì)角:是(shì)指人眼(yǎn)可(kě)以(yǐ)清(qīng)晰(xī)分辨(biàn)顯示(shì)屏(píng)顯(xiǎn)示的(dí)畫麵所顯(xiǎn)示信息的(dí)觀(guān)察角(jiǎo)度。
分(fēn)辨(biàn)率:顯示屏的分辨率(shuài)本來(lái)應(yīng)該(gāi)是(shì)“人眼(yǎn)”所能分(fēn)辨(biàn)顯示(shì)屏上所顯示(shì)信息(xī)的能力。但是(shì)由於這個(gè)指標(biāo)過於復雜,所(suǒ)以(yǐ)通常(cháng)僅(jǐn)指顯示屏的物理(lǐ)分辨(biàn)率(shuài),即組成屏幕有效(xiào)顯示區域(yù)的(dí)像素(sù)點(diǎn)數。
響應時間:是指(zhǐ)一個顯示屏從(cóng)接收輸(shū)入控(kòng)製訊號(hào)到(dào)輸出(chū)畫(huà)麵之(zhī)間所花(huā)費的時間。
上(shàng)述(shù)這些指(zhǐ)標有大量(liáng)測量方法,這方麵(miàn)可(kě)以參考(kǎo)《信(xìn)息(xī)顯(xiǎn)示測(cè)量(liáng)標準(zhǔn)》以(yǐ)及(jí)國內(nèi)外(wài)相(xiāng)關的國家標準(zhǔn)和(hé)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),我們在這裏就不(bù)再贅(zhuì)述(shù)了。這裏我(wǒ)們(mén)主要(yào)討論(lùn)測量亮(liàng)度和(hé)色度所(suǒ)用(yòng)到的測量(liáng)設(shè)備(bèi)的原理。
根據測量麵積(jī)的大小對測量設(shè)備進行(háng)分類可以(yǐ)分為點(diǎn)測量設備和(hé)麵測量(liáng)設備;根(gēn)據(jù)測量原理(lǐ)的不(bù)同,可以將測(cè)量(liáng)設(shè)備分(fēn)為:①分光輻(fú)射度計(jì)(Spectroradiometer);②濾(lǜ)光(guāng)片式亮度計。
基本概念和原(yuán)理
亮(liàng)度色度計(jì)是(shì)用於(yú)測量(liáng)光源發(fā)射出的(dí)380~780nm的能量(liáng)。因(yīn)為(wéi)儀(yí)器(qì)是瞄準光(guāng)源測量亮(liàng)度,所以必須要(yào)明(míng)確(què)測(cè)量(liáng)視場(cháng)角(jiǎo)和(hé)孔徑角(jiǎo)。
圖(tú)1 與測量相(xiāng)關的變量
首(shǒu)先,能(néng)對(duì)LMD測(cè)量(liáng)產生貢獻的,來自每(měi)個像素的所有(yǒu)光綫(xiàn)必(bì)須落(là)在一(yī)個頂角(jiǎo)不(bù)大於2°的圓錐內(nèi),即聚(jù)焦(jiāo)於(yú)無窮遠(yuǎn)的視(shì)場(cháng)角必須(xū)不大於2°;
其(qí)次,來(lái)自(zì)測(cè)量(liáng)像素(sù)中(zhōng)心的(dí)所(suǒ)有光綫(xiàn)與觀(guān)察方(fāng)向(xiàng)的(dí)夾角必(bì)須不(bù)大於2°,即顯示(shì)屏中心(xīn)對(duì)LMD鏡頭(tóu)的張角(jiǎo)(孔徑角)也(yě)必須(xū)不大(dà)於(yú)2°。
朗伯光(guāng)源(yuán)
對於光(guāng)源而(ér)言,人們往往希(xī)望其是朗(lǎng)伯(bó)輻射(shè)體(tǐ),然而實際上,幾乎所有的光源(yuán)都不是朗(lǎng)伯輻(fú)射(shè)體(tǐ)(Lambert radiator)。為(wéi)了避(bì)免(miǎn)測量到(dào)微(wēi)小(xiǎo)角度偏差而測(cè)量到不希望(wàng)的光綫,同時(shí)也(yě)為了方(fāng)便對測量結果進行溝(gōu)通和交(jiāo)流,所(suǒ)以才需要明確(què)測量時的視場角,孔徑角(jiǎo)和探測器與光源的(dí)相對位置等變(biàn)量的數值(zhí)。
圖2 光(guāng)源亮(liàng)度定義
光度學(xué)的(dí)亮度(dù)定義如(rú)圖(tú)2所(suǒ)示,對應朗(lǎng)伯光型的光源(yuán)在(zài)θ角方向(xiàng)亮度為(wéi):
(1)
式(shì)中(zhōng),Lθ為θ方向上測量(liáng)的亮度值,單(dān)位cd/m2。可(kě)見,任(rèn)意方(fāng)向的Lθ=I0/ds為(wéi)一定值,故人眼(yǎn)在(zài)任(rèn)意方向觀看朗伯光(guāng)源時,所(suǒ)感知的亮(liàng)度(dù)是(shì)相同的,即所(suǒ)謂朗伯(bó)光源是各(gè)向同性光(guāng)源(yuán)。
亮(liàng)度(dù)測量(liáng)原理
圖3 亮度(dù)計(jì)的(dí)結(jié)構(gòu)原理
根(gēn)據圖1,利用(yòng)光度學和幾(jī)何光學(xué)的原理可以推(tuī)出:
(2)
式中(zhōng)E為成(chéng)像麵上(shàng)的照度(dù);L為(wéi)發(fā)光(guāng)麵(miàn)上(shàng)的亮度(dù);τ為(wéi)光(guāng)學(xué)係統(tǒng)的透過率(shuài);f為透鏡(jìng)焦距(jù);l為透(tòu)鏡(jìng)與(yǔ)發(fā)光麵(miàn)的距離(lí)(稱為測(cè)量距離(lí));fm為係(xì)統的相對孔(kǒng)徑,且有fm=f/D,其中D為孔(kǒng)徑(jìng)直徑。
當係(xì)統的(dí)設(shè)計能使f/l小到可忽略不計時(在某(mǒu)誤差範圍內),發(fā)光(guāng)體(tǐ)的亮度(dù)L與成(chéng)像麵(miàn)照度E呈綫(xiàn)性關(guān)係(這也(yě)是上(shàng)麵張(zhāng)角(jiǎo)不大於(yú)2°的來源)。
色(sè)度(dù)測(cè)量原理
光(guāng)源(yuán)的色度(dù)用色(sè)品坐標(biāo)x,y表(biǎo)示,與(yǔ)光(guāng)源的(dí)相對光(guāng)譜功(gōng)率分(fēn)布有(yǒu)關(guān)。
圖4 CIE 1931色(sè)匹配(pèi)函數
光源(yuán)的三(sān)刺激值可(kě)用(yòng)公(gōng)式(shì)(3)(4)(5)表(biǎo)示:
(3)
(4)
(5)
P(λ)是(shì)光源的(dí)校正(zhèng)後的光譜數據(相對(duì)功率分布函(hán)數(shù)),
(6)
CIE 1976 u’,v’色品(pǐn)坐標:
(7)
在(zài)《光色測(cè)量原(yuán)理》一文中,我(wǒ)們(mén)詳(xiáng)細介(jiè)紹(shào)了“光度學(xué)”和“色(sè)度學”的基本概念(niàn),以及色坐標的計(jì)算方法(fǎ)(假設(shè):任何顏(yán)色都(dū)可由(yóu)三基色(sè)適(shì)當混合匹(pǐ)配獲得,三基色一(yī)般(bān)為紅(hóng),綠(lǜ),藍(lán)三種顏(yán)色。一(yī)旦三基色的單位(wèi)被(bèi)定(dìng)量,那麼匹配(pèi)一(yī)種特(tè)定顏色(sè)所需的三(sān)基(jī)色(sè)量(liáng)的(dí)倍率就(jiù)稱(chēng)為(wéi)光(guāng)的三刺激(jī)值(zhí))。
測(cè)量(liáng)亮(liàng)度,色度(dù)的基礎(chǔ)是要獲得被測(cè)量光(guāng)源(yuán)的光(guāng)譜(pǔ)圖。下(xià)麵(miàn)我(wǒ)們簡單(dān)介紹(shào)一下2種(zhǒng)用於獲(huò)得光譜(pǔ)數據(jù)的設(shè)備的基(jī)本(běn)原理,分光(guāng)輻射(shè)度(dù)計(jì)和濾(lǜ)光片式亮度計。
分(fēn)光(guāng)輻(fú)射(shè)度計(jì)(Spectroradiometer)
分(fēn)光輻(fú)射度計(jì)的功(gōng)能是(shì)對光源進行光譜分析(不同波(bō)長的(dí)光能(néng)量(liáng)分布圖(tú)),即每一(yī)個(gè)波長位置光強(qiáng)。它(tā)與光譜儀的(dí)原(yuán)理(lǐ)相(xiāng)同(tóng),也是基於(yú)空間色散原理(lǐ)。
圖(tú)5 分(fēn)光輻射(shè)度(dù)計(jì)的(dí)基(jī)本結(jié)構(gòu)
分(fēn)光輻射度計不(bù)僅(jǐn)能(néng)測量輻射(shè)度值或(huò)光度(dù)值,還可以測量色(sè)度(dù)值。這(zhè)種(zhǒng)儀器測(cè)量(liáng)光源的(dí)輻射光譜(pǔ),並(bìng)計(jì)算得到所(suǒ)需(xū)的參數(shù),例如色(sè)度或亮(liàng)度。
分光輻(fú)射(shè)度計(jì)係統(tǒng)的基(jī)本(běn)組(zǔ)件(jiàn)如下:
(1) 前端光(guāng)學元(yuán)件(Input optics):用(yòng)於(yú)收(shōu)集來(lái)自光(guāng)源(yuán)的電(diàn)磁輻(fú)射;
(2) 單色(sè)器(qì)(Monochromator):為了對光(guāng)源(yuán)進行光(guāng)譜(pǔ)分析(xī),需(xū)要(yào)用(yòng)每(měi)個波(bō)長(cháng)的(dí)單(dān)色光(guāng)來(lái)創建(jiàn)光源的光譜響應。單(dān)色器(qì)用於對(duì)光(guāng)源(yuán)進行波長(cháng)采(cǎi)樣(yàng),並(bìng)產(chǎn)生單色信(xìn)號。它本質(zhì)上是一(yī)個可變濾光片,從被(bèi)測(cè)光的整個(gè)光(guāng)譜(pǔ)中選擇(zé)性(xìng)地分離(lí)和(hé)傳(chuán)輸(shū)特定波長(cháng)或波段(duàn),並濾(lǜ)除落在該(gāi)區(qū)域之外的任(rèn)何光;
(3)探(tàn)測(cè)器(qì)(Detectors);
(4)控製和(hé)記(jì)錄(lù)係統(tǒng)(Control and logging system)。
輸(shū)入(rù)光學元(yuán)件(Input optics)
前端(duān)光(guāng)學元件(front-end optics)包(bāo)括透(tòu)鏡,漫(màn)射器(qì)和(hé)濾(lǜ)光(guāng)片,它(tā)們對(duì)首*進入係統的光(guāng)進行修改(gǎi)。對(duì)於(yú)輻射亮度的(dí)測量,需(xū)要(yào)具有(yǒu)窄(zhǎi)視(shì)場(cháng)的光(guāng)學元件。對於總(zǒng)光(guāng)通量(liáng)的測(cè)量,需要(yào)一(yī)個(gè)積分(fēn)球(qiú)。對於輻照度的測量,需要(yào)餘(yú)弦校正光(guāng)學(xué)元(yuán)件(jiàn)。這(zhè)些(xiē)元(yuán)件所(suǒ)使(shǐ)用的材(cái)料決定(dìng)了能(néng)夠測量的(dí)光(guāng)類型。例如,為了測(cè)量(liáng)紫(zǐ)外光,通(tōng)常使用石(shí)英而不(bù)是玻璃(lí)透鏡(jìng),光(guāng)纖,特(tè)氟(fú)龍(lóng)漫(màn)射器(Teflon diffusers)和(hé)硫(liú)酸鋇塗層(céng)積(jī)分(fēn)球(qiú)來(lái)確保(bǎo)準(zhǔn)確的紫外測量。
單(dān)色器(Monochromator)
單色器(qì)是(shì)分(fēn)光輻射(shè)亮(liàng)度的(dí)核心(xīn)器件,其基(jī)本結(jié)構如(rú)圖(tú)6所示。
圖(tú)6 分(fēn)單色(sè)器的基本結構
A為入(rù)射(shè)光,B為光學狹縫,C為準(zhǔn)直柱麵反射(shè)鏡(jìng),D為可(kě)轉動衍(yǎn)射(shè)光(guāng)柵,
E為匯聚(jù)鏡,F為(wéi)出(chū)射(shè)光學(xué)狹(xiá)縫,G為(wéi)出射光,H為匯(huì)聚(jù)鏡,I為探測(cè)器。
一個(gè)典(diǎn)型(xíng)的單色器由入射(shè)狹(xiá)縫,出射(shè)狹縫,準直(zhí)鏡和(hé)聚焦(jiāo)光學元(yuán)件,以及波長色散元件(如衍射光柵(zhà)或棱(léng)鏡(jìng))組成。現代單(dān)色器(qì)是用衍射(shè)光(guāng)柵(zhà)製造的,而衍(yǎn)射(shè)光柵幾乎隻(zhī)用於(yú)光(guāng)譜輻(fú)射(shè)測(cè)量(liáng)。衍(yǎn)射光柵因其多功能性,低衰減(jiǎn),寬(kuān)波長範圍(wéi),較低(dī)的成本(běn)和更(gēng)恒定的(dí)色散(sàn)而(ér)更受歡(huān)迎。根(gēn)據應(yīng)用,可(kě)以使(shǐ)用(yòng)單光(guāng)柵(zhà)或雙(shuāng)光柵,由(yóu)於光柵之間額外的色(sè)散和(hé)阻(zǔ)隔,雙光(guāng)柵通常能(néng)夠提供更高的(dí)精度。
入(rù)射狹縫決(jué)定了(liǎo)進入(rù)單色(sè)器的光的(dí)多少(shǎo)。狹縫(féng)越小(xiǎo),分辨率(shuài)越(yuè)高(gāo),但(dàn)整體靈(líng)敏度(dù)越(yuè)低。衍射(shè)級(jí)次過濾(lǜ)器用(yòng)於減少光柵(zhà)衍射的高(gāo)級(jí)衍射(shè)光(guāng)。準直器將(jiāng)光綫(xiàn)準(zhǔn)直(zhí)到光柵(zhà)或(huò)棱(léng)鏡。無(wú)論(lùn)是使(shǐ)用(yòng)光柵分光,還是用棱(léng)鏡分(fēn)光(guāng),儀(yí)器(qì)測得的(dí)光(guāng)源數據(jù)都是(shì)一(yī)致的。光(guāng)柵或棱(léng)鏡(jìng)用於(yú)入射(shè)光(guāng)的色(sè)散。匯聚(jù)光(guāng)學(xué)元件將光(guāng)綫(xiàn)匯聚(jù)到(dào)探(tàn)測器(光(guāng)電(diàn)倍(bèi)增管,CMOS傳(chuán)感(gǎn)器或(huò)CCD陣列(liè))上。控製和(hé)日誌(zhì)係(xì)統(tǒng)用(yòng)於定(dìng)義和存儲數據(jù)。
探(tàn)測器(Detector)
探測器類型取決於(yú)所測(cè)量的(dí)光(guāng)的(dí)波長,所(suǒ)需的動(dòng)態(tài)範圍和靈(líng)敏度。常規的分光輻射(shè)度計(jì)的(dí)探(tàn)測器可(kě)分為三(sān)種類(lèi)型:光發(fā)射(shè)探測(cè)器(例(lì)如(rú),光(guāng)電(diàn)倍(bèi)增(zēng)管),半(bàn)導(dǎo)體(tǐ)器(qì)件(jiàn)(例如(rú),矽)或熱探測(cè)器(例如,熱(rè)電(diàn)堆(duī))。
給定探測(cè)器的光譜(pǔ)響應由(yóu)其核心材料(liào)決定。例如(rú),光(guāng)電倍增管中的光(guāng)電陰(yīn)極麵(miàn)可以由某些(xiē)元素製造,避開對(duì)日光的響應——主要是對紫外光(guāng)敏感,而(ér)對可見光或紅(hóng)外光無響應。CCD(電(diàn)荷耦合(hé)器件(jiàn))和CMOS傳(chuán)感器通(tōng)常(cháng)是(shì)由(yóu)數(shù)千(qiān)或(huò)數百萬(wàn)個(gè)單(dān)獨的(dí)探(tàn)測(cè)器(qì)元件(jiàn)(也(yě)稱為像(xiàng)素)組(zǔ)成(chéng)的(dí)一(yī)維(綫(xiàn)性(xìng))或(huò)二維(wéi)(麵(miàn))陣列。它們包括一個(gè)基於(yú)矽或(huò) InGaAs 的多通道陣列(liè)探測(cè)器,能(néng)夠(gòu)測量(liáng)紫(zǐ)外光(guāng),可(kě)見光(guāng)和(hé)近紅外光。CMOS(互(hù)補金屬氧化物(wù)半導體)傳感器(qì)與 CCD 的不同之處在(zài)於,它們為(wéi)每個光電二極管(guǎn)添(tiān)加了一個(gè)放大器(qì)。這(zhè)被稱(chēng)為(wéi)有源(yuán)像素傳感器(qì),因(yīn)為放(fàng)大器是(shì)像素(sù)的一部分。晶體(tǐ)管(guǎn)開(kāi)關(guān)在(zài)讀出(chū)時將(jiāng)每(měi)個(gè)光電(diàn)二極管與像(xiàng)素內的放大器連接(jiē)。
控(kòng)製(zhì)和記(jì)錄係(xì)統(tǒng)(Control and logging system)
日誌記(jì)錄(lù)係統(tǒng)通常是(shì)一(yī)台個(gè)人(rén)計(jì)算機。在初始(shǐ)信(xìn)號處(chǔ)理中,通常(cháng)需要(yào)對(duì)信號進(jìn)行放(fàng)大和轉(zhuǎn)換(huàn),以(yǐ)便與控(kòng)製係(xì)統一(yī)起使用。應(yīng)優化單色器(qì),探(tàn)測(cè)器輸(shū)出和(hé)計算機之(zhī)間的(dí)通信,以確保(bǎo)使用所(suǒ)需的(dí)指標和(hé)功能達到要求。光(guāng)譜輻射測量係統(tǒng)附帶的(dí)市售(shòu)軟件通常(cháng)帶(dài)有有(yǒu)用(yòng)的參考(kǎo)函數(shù),用(yòng)於進(jìn)一(yī)步計(jì)算測量(liáng),例如(rú),CIE顏(yán)色匹(pǐ)配函數(shù)和V(λ)曲綫。
CIE V(λ)曲(qū)綫和CIE顏色(sè)匹配函數是以(yǐ)數據(jù)形式(shì)存儲(chǔ)在儀器中,並(bìng)用(yòng)來處理(lǐ)從(cóng)待測光(guāng)源處(chǔ)測(cè)量(liáng)到(dào)的(dí)光譜能量(liáng)分(fēn)布數(shù)據。因此,相(xiāng)比於(yú)光度計和(hé)三(sān)刺激(jī)測色(sè)計,分光輻(fú)射度計不(bù)存在由(yóu)於(yú)傳感器敏感度匹配(pèi)不好而(ér)引(yǐn)起的(dí)測(cè)量誤(wù)差。
校(xiào)正(zhèng)
分光輻(fú)射(shè)度(dù)計在出廠時,會(huì)用(yòng)相應的校(xiào)準係(xì)數校準(zhǔn)光(guāng)譜數(shù)據,校正係數包(bāo)括波長(cháng)精確(què)度(dù)修(xiū)正,光譜分(fēn)布(bù)修正和(hé)光度(dù)修正(zhèng)。波長校準(zhǔn)采用的是(shì)具(jù)有特征(zhēng)光(guāng)譜(pǔ)的氦燈光源(yuán),綫光源提供(gōng)了已(yǐ)知的光譜發射譜綫(xiàn)通過光(guāng)柵分光後投射到多探測器(qì)上再通過(guò)軟件(jiàn)顯示;用於(yú)波長校(xiào)準的氦(hài)譜綫(xiàn)包(bāo)括(kuò)388.6nm,447.1 nm,471.3 nm,587.6 nm,667.8 nm,706.5 nm和728.13 nm;
接(jiē)下(xià)來,可(kě)用(yòng)光(guāng)譜校準(zhǔn)係(xì)數校準這些數據(jù);這(zhè)些校準係數確(què)保被測目(mù)標光(guāng)譜能量分布(bù)(SPD)和(hé)由(yóu)此計算出的(dí)數(shù)據比如CIE色度值經過(guò)了正確(què)的溯源。最(zuì)後(hòu),校準(zhǔn)係數(光度係(xì)數(shù))確保(bǎo)光度測試(shì)結果的(dí)準確性,如亮(liàng)度(dù)或照度。
濾光(guāng)片式亮度(dù)計
濾光片式彩色(sè)亮度(dù)計的色(sè)度測量功能的實現,是通(tōng)過用合適的濾光片(piàn)模(mó)擬人眼對(duì)光(guāng)的響(xiǎng)應,從而使加濾(lǜ)光(guāng)片以後的圖(tú)像(xiàng)傳(chuán)感(gǎn)器的(dí)相(xiāng)對光譜響應度(dù)與(yǔ)CIE 1931標準色(sè)度觀(guān)察者(zhě)色匹(pǐ)配函(hán)數相(xiāng)接(jiē)近。其(qí)測色原(yuán)理如(rú)下(xià):
如(rú)果濾(lǜ)光(guāng)片(piàn)與圖(tú)像傳感器(qì)組(zǔ)合後(hòu),它們的(dí)光(guāng)譜響應(yīng)為(wéi)
(8)
式(shì)中,kx,kz為色(sè)校準係數;R,G,B是(shì)儀(yí)器(qì)相應各探測器(qì)的輸出值。
圖7是具有旋轉濾(lǜ)光片(piàn)輪的高級(jí)濾(lǜ)光(guāng)片式色度計的(dí)詳細圖(tú)示。在濾(lǜ)光(guāng)片(piàn)輪(lún)的每(měi)個(gè)位置(zhì)包(bāo)含(hán)一個紅(hóng)色,綠(lǜ)色(sè)或藍色的色(sè)度濾光(guāng)片(piàn)。通(tōng)過每個濾(lǜ)光(guāng)片進(jìn)行(háng)順序測(cè)量以(yǐ)獲得CIE三刺激值(zhí)X,Y和(hé)Z。該口徑(jìng)的(dí)色(sè)度計配有手(shǒu)動匹配的CCIE濾(lǜ)光(guāng)片(piàn)。即便如此(cǐ),濾光片式亮(liàng)度(dù)計也(yě)沒有(yǒu)光譜式亮(liàng)度計(jì)的精度高(gāo)。
圖(tú)7 濾光(guāng)片(piàn)式亮(liàng)度(dù)計(jì)的結構
濾(lǜ)光(guāng)片式亮度(dù)計由以(yǐ)下(xià)幾(jī)部(bù)分組成(chéng):
(1)光(guāng)收(shōu)集(jí)器(qì)件(jiàn):根(gēn)據(jù)應用不(bù)同,可以是(shì)一(yī)個鏡頭,接(jiē)觸(chù)式探(tàn)頭(tóu)或者是積(jī)分球。
(2)三色(sè)濾光片:紅(兩片X/red和(hé)X /blue),綠(Y),藍(lán)(Z)濾(lǜ)光片,通常的結構為(wéi)層(céng)壓(多(duō)層(céng))或(huò)薄膜(mó)沉(chén)積。
(3)圖像(xiàng)傳感器:一種將光信號(hào)轉換為(wéi)電信號的光敏感(gǎn)裝(zhuāng)置(zhì)。色(sè)度計可以(yǐ)包(bāo)含(hán)三(sān)個(gè)或(huò)更(gēng)多的(dí)探測(cè)器(qì)。探測器通常(cháng)是(shì)PMT(光電(diàn)倍增(zēng)管的(dí))或矽(guī)光電(diàn)二(èr)極(jí)管(guǎn)。濾光片(piàn)和(hé)圖像傳感(gǎn)器(qì)共同的作用,使(shǐ)其(qí)對光(guāng)譜的響應(yīng)與(yǔ)CIE三(sān)刺激(jī)值函(hán)數(shù)相(xiāng)匹(pǐ)配。圖8示意性(xìng)說明(míng)通過(guò)修改圖(tú)像傳感(gǎn)器(qì)的(dí)光譜(pǔ)響應(yīng)曲(qū)綫(xiàn)(通(tōng)過調整(zhěng)濾光(guāng)片相應波(bō)長的光透(tòu)過(guò)率(shuài)實(shí)現(xiàn)),使(shǐ)圖(tú)像傳感(gǎn)器對(duì)入(rù)射光(guāng)的響(xiǎng)應(yīng)曲(qū)綫與(yǔ)CIE色(sè)度(dù)測量(liáng)所需(xū)的(dí)三(sān)色激勵函數(shù)曲綫(xiàn)匹(pǐ)配(pèi)。
圖8 典(diǎn)型的矽光電(diàn)二(èr)極管(guǎn)響應曲綫
(4)控(kòng)製和(hé)記錄係統:作(zuò)用與(yǔ)3.4節的描述相同。用圖(tú)像傳感器輸出的幾組灰(huī)度值(zhí)計(jì)算(suàn)出屏(píng)幕(mù)各(gè)點(diǎn)的亮度(dù)和色(sè)坐標。
(5)校(xiào)正(zhèng):濾(lǜ)光(guāng)片式亮度計在出廠前也會(huì)經(jīng)過(guò)一(yī)些(xiē)列(liè)校(xiào)正,以確保(bǎo)所測量的亮度和(hé)色度指(zhǐ)標與(yǔ)真值(zhí)的誤差在(zài)可(kě)接受範圍內。
結語
通(tōng)過對2種(zhǒng)用(yòng)於(yú)獲得光譜數(shù)據的設備(bèi)的(dí)基本原理介紹(shào),給(gěi)出(chū)了(liǎo)傳(chuán)統顯示(shì)技術(shù)的光色測量(liáng)手(shǒu)段。兩(liǎng)種測量設(shè)備各有(yǒu)優(yōu)缺(quē)點(diǎn)。光譜(pǔ)式(shì)亮度計測(cè)量精(jīng)度高(gāo),可以提供(gōng)光(guāng)譜功(gōng)率分(fēn)布,但是速度(dù)相(xiāng)對緩慢(màn),適合LCD\ OLED\ Mini-LED\ Micro-LED\ 矽基OLED研(yán)發等領(lǐng)域(yù);濾片式(shì)亮度(dù)計(jì)測量(liáng)速(sù)度快,但是(shì)精度差(濾光(guāng)片匹(pǐ)配(pèi)誤(wù)差所(suǒ)導致的(dí)不(bù)準(zhǔn)確性(xìng)),適合(hé)背(bèi)光模(mó)組,產綫上(shàng)Flicker以及響(xiǎng)應時間測(cè)試。
參(cān)考文(wén)獻(xiàn)
張(zhāng)雪靜.兩(liǎng)種不同(tóng)類(lèi)型(xíng)的濾光片式彩色亮度(dù)計(jì)性(xìng)能比較,[J],2013,28(1):147-148.
苗丹.基(jī)於(yú)成像光譜儀的顯示屏(píng)亮(liàng)色(sè)度(dù)參(cān)數測(cè)量係統(tǒng)定標與(yǔ)軟件(jiàn)設(shè)計.[碩士學位(wèi)論文(wén)].武漢.華中(zhōng)科技(jì)大學(xué).2022.
人物(wù)介紹(shào)
高彬 ,在(zài)某(mǒu) 企(qǐ)業工作了(liǎo)8年(nián),長(cháng)期(qī)從事加固顯(xiǎn)示(shì)方麵的研(yán)究(jiū),參(cān)與(yǔ)了十(shí)多個(gè)型號的加固顯示(shì)屏的研發。同(tóng)時(shí),在機(jī)載(zǎi)加固顯示的光(guāng)電測(cè)量(liáng)方(fāng)麵也(yě)有著豐(fēng)富(fù)的(dí)經驗(yàn)。翻(fān)譯並出版了《OLED顯示概(gài)論》和《信息(xī)顯示測(cè)量》兩(liǎng)本書籍(jí)。
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