濾光片式及光譜式輻射度計(jì)顏色測(cè)量大比拼
為確保當(dāng)今的自發(fā)射技術(shù)進(jìn)行精確表征，無論是信息顯示，LED照明，數(shù)字投影儀等是否超過性能規(guī)范，都需要通過精確測(cè)量。
有幾種測(cè)量技術(shù)可用于器件表征，廣泛的儀器類型分為濾光片式和光譜式輻射計(jì)兩種，包括光度計(jì)，色度計(jì)和分光輻射度計(jì)，哪一種儀器會(huì)*好呢？
一、濾光片式色度計(jì)
濾光片色度計(jì)由以下幾部分組成：
1.光收集器件
根據(jù)應(yīng)用不同，可以是一個(gè)鏡頭，接觸式探頭或者是積分球。
2.探測(cè)器
一種將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的光敏感裝置。色度計(jì)可以包含三個(gè)或更多的探測(cè)器。探測(cè)器通常是PMT（光電倍增管的）或硅光電二極管。
3.三色濾光片
紅（兩片X/red和X /blue），綠（Y） 藍(lán)（Z）濾光片和探測(cè)器用于CIE 顏色匹配函數(shù)，和人眼錐細(xì)胞的彩色視覺系統(tǒng)是相匹配的。這些功能也被CIE標(biāo)準(zhǔn)觀察者所驗(yàn)證。
圖1是具有旋轉(zhuǎn)濾光片輪的高級(jí)濾光片式色度計(jì)的詳細(xì)圖示。在濾光片輪的每個(gè)位置包含一個(gè)紅色、綠色或藍(lán)色的色度濾光片。通過每個(gè)濾光片進(jìn)行順序測(cè)量以獲得CIE三刺激值X，Y和Z。該口徑的色度計(jì)配有手動(dòng)匹配的CCIE濾光片。即便如此，濾光片式亮度計(jì)也沒有光譜式亮度計(jì)的精度高。
圖1
CIE推薦用以下公式來確定任何給定顏色的紅色（X），綠色（Y）和藍(lán)色（Z）的三刺激值：
圖2-CIE XYZ顏色匹配函數(shù)
其中R（λ）是光譜輻射功率，X（λ），Y（λ），Z（λ）是CIE色彩匹配函數(shù)，Δ（λ）是以納米為單位的數(shù)據(jù)增量。
濾光片色度計(jì)使用濾光片的*終目的是通過修改檢測(cè)器光譜響應(yīng)度以獲得色彩匹配函數(shù)。濾光片通常的結(jié)構(gòu)為層壓（多層）或薄膜沉積。
圖3是典型的硅光電二極管響應(yīng)曲線，說明需要多少變化來修改檢測(cè)器的原始光譜響應(yīng)度以產(chǎn)生可以進(jìn)行CIE色度測(cè)量所需的三色激勵(lì)函數(shù)。
圖3-硅光電二極管響應(yīng)率
濾光片色度計(jì)優(yōu)點(diǎn)
濾光片色度計(jì)的主要優(yōu)點(diǎn)是速度快，特別是在具有多個(gè)檢測(cè)器的模型時(shí)優(yōu)勢(shì)明顯。對(duì)于這種儀器，每個(gè)檢測(cè)器具有其自己的CIE濾光片，并且并行進(jìn)行測(cè)量。其他色度計(jì)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是具有單個(gè)檢測(cè)器，并通過每個(gè)過濾光片執(zhí)行順序測(cè)量。
濾光片色度計(jì)缺點(diǎn)
由于濾光片匹配誤差導(dǎo)致的不準(zhǔn)確性，造成儀器對(duì)目標(biāo)響應(yīng)函數(shù)的響應(yīng)度的差異，尤其是對(duì)于需要用來校準(zhǔn)不同光譜標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備是濾光片色度計(jì)*主要的缺點(diǎn)。
二、光譜輻射度計(jì)
代替濾光片收集顏色數(shù)據(jù)，光譜輻射計(jì)將輸入信號(hào)分解成每波長(zhǎng)的光譜，非常像棱鏡將陽(yáng)光轉(zhuǎn)換成彩虹，然后多個(gè)探測(cè)器測(cè)量衍射光譜中的每種顏色。 該“原始數(shù)據(jù)”變換成光譜輻射度值，例如w / sr / m2。根據(jù)校正后的光譜值，進(jìn)行CIE顏色計(jì)算。
圖4 – 光譜輻射計(jì)結(jié)構(gòu)圖
光譜式亮度計(jì)的優(yōu)點(diǎn)
由于光譜亮度計(jì)測(cè)試完全不依賴濾光片的精度，并且測(cè)試原理優(yōu)于濾光片式亮度計(jì)。所以無論光源功率如何分布，光譜式亮度計(jì)測(cè)量結(jié)果都會(huì)更精確。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是光譜輻射計(jì)可以提供光源的光譜功率分布，濾光片亮度計(jì)是做不到的。
圖5是由一個(gè)白色LED通過中性濾光片被顯示為一個(gè)半對(duì)數(shù)圖的幾個(gè)測(cè)量值。觀察到隨著濾波片密度的增加，光譜特征也會(huì)發(fā)生變化。
圖5白光LED的光譜輻射亮度
三、Photo Research解決方案
Photo Research公司已經(jīng)提供了30多年的光譜解決方案，并且是第一個(gè)引入自掃描多元素檢測(cè)系統(tǒng)的公司。我們的優(yōu)質(zhì)系統(tǒng)，PR-7系列，具有穩(wěn)定的熱電冷卻探測(cè)器，多達(dá)八個(gè)測(cè)量孔徑和自動(dòng)同步功能，確保無論顯示器的頻率特性如何都可以保持精度。PR-740是靈敏度更高的，令人難以置信的閾值靈敏度為0.000015 cd / m2 ，可以測(cè)量一個(gè)被命令為0,0,0的OLED顯示屏！我們的PR-7系列的*新成員，PR-788具有500,000,000：1的令人難以置信的動(dòng)態(tài)范圍，使其成為任何商用顯示產(chǎn)品的光譜對(duì)比度測(cè)試的解決方案。PR-6系列具有電池供電，便攜性，占地面積小和手持操作等特點(diǎn)。PR-680具有雙檢測(cè)器 --二極管陣列和光電倍增管（PMT），可以使用同一臺(tái)儀器進(jìn)行高精度的基于光譜的光譜和時(shí)間（上升時(shí)間，閃爍）測(cè)量。所有PR-7系列解決方案都具有自動(dòng)改變帶寬的功能。分光輻射計(jì)的帶寬由出口狹縫的尺寸和衍射元件（光柵）的分辨率控制，光譜帶寬在峰值的全寬半高（FWHM）處測(cè)量.圖6是使用具有可變帶寬特征的HeNe激光器（632.8nm）的PR-740的測(cè)量結(jié)果。注意，盡管4nm和8nm測(cè)量的峰較低，但每條曲線下的面積相等。
圖6 - 可變帶寬輸出
結(jié)論
選擇色度測(cè)量?jī)x器時(shí)，重要的是不僅考慮色度測(cè)量?jī)x器的價(jià)格，而且還要考慮儀器的精度。也許購(gòu)買濾光片亮度計(jì)可以以盡可能少的費(fèi)用得出您需要的結(jié)果，降低測(cè)試成本似乎是您的財(cái)政責(zé)任。*后，當(dāng)您的客戶拒絕您的產(chǎn)品，低成本解決方案的成本卻會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于頂端頻譜解決方案，因?yàn)榈蛢r(jià)解決方案會(huì)“欺騙”您。
有關(guān)Photo Research提供更多的光譜輻射計(jì)解決方案的信息，請(qǐng)?jiān)L問我們的網(wǎng)站m.cfhdsl.com或致電010-62634840
有幾種測(cè)量技術(shù)可用于器件表征，廣泛的儀器類型分為濾光片式和光譜式輻射計(jì)兩種，包括光度計(jì)，色度計(jì)和分光輻射度計(jì)，哪一種儀器會(huì)*好呢？
一、濾光片式色度計(jì)
濾光片色度計(jì)由以下幾部分組成：
1.光收集器件
根據(jù)應(yīng)用不同，可以是一個(gè)鏡頭，接觸式探頭或者是積分球。
2.探測(cè)器
一種將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的光敏感裝置。色度計(jì)可以包含三個(gè)或更多的探測(cè)器。探測(cè)器通常是PMT（光電倍增管的）或硅光電二極管。
3.三色濾光片
紅（兩片X/red和X /blue），綠（Y） 藍(lán)（Z）濾光片和探測(cè)器用于CIE 顏色匹配函數(shù)，和人眼錐細(xì)胞的彩色視覺系統(tǒng)是相匹配的。這些功能也被CIE標(biāo)準(zhǔn)觀察者所驗(yàn)證。
圖1是具有旋轉(zhuǎn)濾光片輪的高級(jí)濾光片式色度計(jì)的詳細(xì)圖示。在濾光片輪的每個(gè)位置包含一個(gè)紅色、綠色或藍(lán)色的色度濾光片。通過每個(gè)濾光片進(jìn)行順序測(cè)量以獲得CIE三刺激值X，Y和Z。該口徑的色度計(jì)配有手動(dòng)匹配的CCIE濾光片。即便如此，濾光片式亮度計(jì)也沒有光譜式亮度計(jì)的精度高。
圖1
CIE推薦用以下公式來確定任何給定顏色的紅色（X），綠色（Y）和藍(lán)色（Z）的三刺激值：
圖2-CIE XYZ顏色匹配函數(shù)
其中R（λ）是光譜輻射功率，X（λ），Y（λ），Z（λ）是CIE色彩匹配函數(shù)，Δ（λ）是以納米為單位的數(shù)據(jù)增量。
濾光片色度計(jì)使用濾光片的*終目的是通過修改檢測(cè)器光譜響應(yīng)度以獲得色彩匹配函數(shù)。濾光片通常的結(jié)構(gòu)為層壓（多層）或薄膜沉積。
圖3是典型的硅光電二極管響應(yīng)曲線，說明需要多少變化來修改檢測(cè)器的原始光譜響應(yīng)度以產(chǎn)生可以進(jìn)行CIE色度測(cè)量所需的三色激勵(lì)函數(shù)。
圖3-硅光電二極管響應(yīng)率
濾光片色度計(jì)優(yōu)點(diǎn)
濾光片色度計(jì)的主要優(yōu)點(diǎn)是速度快，特別是在具有多個(gè)檢測(cè)器的模型時(shí)優(yōu)勢(shì)明顯。對(duì)于這種儀器，每個(gè)檢測(cè)器具有其自己的CIE濾光片，并且并行進(jìn)行測(cè)量。其他色度計(jì)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是具有單個(gè)檢測(cè)器，并通過每個(gè)過濾光片執(zhí)行順序測(cè)量。
濾光片色度計(jì)缺點(diǎn)
由于濾光片匹配誤差導(dǎo)致的不準(zhǔn)確性，造成儀器對(duì)目標(biāo)響應(yīng)函數(shù)的響應(yīng)度的差異，尤其是對(duì)于需要用來校準(zhǔn)不同光譜標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備是濾光片色度計(jì)*主要的缺點(diǎn)。
二、光譜輻射度計(jì)
代替濾光片收集顏色數(shù)據(jù)，光譜輻射計(jì)將輸入信號(hào)分解成每波長(zhǎng)的光譜，非常像棱鏡將陽(yáng)光轉(zhuǎn)換成彩虹，然后多個(gè)探測(cè)器測(cè)量衍射光譜中的每種顏色。 該“原始數(shù)據(jù)”變換成光譜輻射度值，例如w / sr / m2。根據(jù)校正后的光譜值，進(jìn)行CIE顏色計(jì)算。
圖4 – 光譜輻射計(jì)結(jié)構(gòu)圖
光譜式亮度計(jì)的優(yōu)點(diǎn)
由于光譜亮度計(jì)測(cè)試完全不依賴濾光片的精度，并且測(cè)試原理優(yōu)于濾光片式亮度計(jì)。所以無論光源功率如何分布，光譜式亮度計(jì)測(cè)量結(jié)果都會(huì)更精確。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是光譜輻射計(jì)可以提供光源的光譜功率分布，濾光片亮度計(jì)是做不到的。
圖5是由一個(gè)白色LED通過中性濾光片被顯示為一個(gè)半對(duì)數(shù)圖的幾個(gè)測(cè)量值。觀察到隨著濾波片密度的增加，光譜特征也會(huì)發(fā)生變化。
圖5白光LED的光譜輻射亮度
三、Photo Research解決方案
Photo Research公司已經(jīng)提供了30多年的光譜解決方案，并且是第一個(gè)引入自掃描多元素檢測(cè)系統(tǒng)的公司。我們的優(yōu)質(zhì)系統(tǒng)，PR-7系列，具有穩(wěn)定的熱電冷卻探測(cè)器，多達(dá)八個(gè)測(cè)量孔徑和自動(dòng)同步功能，確保無論顯示器的頻率特性如何都可以保持精度。PR-740是靈敏度更高的，令人難以置信的閾值靈敏度為0.000015 cd / m2 ，可以測(cè)量一個(gè)被命令為0,0,0的OLED顯示屏！我們的PR-7系列的*新成員，PR-788具有500,000,000：1的令人難以置信的動(dòng)態(tài)范圍，使其成為任何商用顯示產(chǎn)品的光譜對(duì)比度測(cè)試的解決方案。PR-6系列具有電池供電，便攜性，占地面積小和手持操作等特點(diǎn)。PR-680具有雙檢測(cè)器 --二極管陣列和光電倍增管（PMT），可以使用同一臺(tái)儀器進(jìn)行高精度的基于光譜的光譜和時(shí)間（上升時(shí)間，閃爍）測(cè)量。所有PR-7系列解決方案都具有自動(dòng)改變帶寬的功能。分光輻射計(jì)的帶寬由出口狹縫的尺寸和衍射元件（光柵）的分辨率控制，光譜帶寬在峰值的全寬半高（FWHM）處測(cè)量.圖6是使用具有可變帶寬特征的HeNe激光器（632.8nm）的PR-740的測(cè)量結(jié)果。注意，盡管4nm和8nm測(cè)量的峰較低，但每條曲線下的面積相等。
圖6 - 可變帶寬輸出
結(jié)論
選擇色度測(cè)量?jī)x器時(shí)，重要的是不僅考慮色度測(cè)量?jī)x器的價(jià)格，而且還要考慮儀器的精度。也許購(gòu)買濾光片亮度計(jì)可以以盡可能少的費(fèi)用得出您需要的結(jié)果，降低測(cè)試成本似乎是您的財(cái)政責(zé)任。*后，當(dāng)您的客戶拒絕您的產(chǎn)品，低成本解決方案的成本卻會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于頂端頻譜解決方案，因?yàn)榈蛢r(jià)解決方案會(huì)“欺騙”您。
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