Photo Research系列光譜光度輻射度計(jì)技術(shù)原理介紹

簡介

美國Photo Researc公司成立于1941年，現(xiàn)地點(diǎn)位于紐約州羅徹斯特的North Syracuse（北錫拉丘茲），是一家專門致力于光度、色度、輻射度測量儀器研究、生產(chǎn)的世界著名公司；同時(shí)，PR也是全球第一家生產(chǎn)光譜式亮度計(jì)的廠家，在全球擁有13個(gè)自己獨(dú)立的光學(xué)校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室，溯源NIST（美國國家計(jì)量局）標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)；Aunion昊量光電作為Photo Research公司在國內(nèi)的一級(jí)代理商，總部位于上海，在西安、成都分別建立辦事處，為國內(nèi)客戶提供快捷的本地校準(zhǔn)及維修服務(wù)。

一、理論介紹

PR-6系列和PR-7系列是真正意義上的的光譜輻射度計(jì)；通過物鏡或者其他光學(xué)配件有效收集光學(xué)輻射信號(hào)(光信號(hào))。光信號(hào)通過反射鏡上的孔徑光闌(洞)到達(dá)衍射光柵(參見圖2)。光柵把光按波長展開，就像棱鏡把白色的光轉(zhuǎn)換成彩虹一樣。一個(gè)寬帶光，例如太陽光是由很多不同波長的光組成的。當(dāng)衍射光柵暴露在這種類型的光下，它將從多角度反射光線產(chǎn)生了一個(gè)分散的光譜就像一道彩虹。類似地，如果光柵接觸了一種單一光源，比如一束激光，那么只有激光的特定波長的光會(huì)被反射。

圖1 PR-788光譜測量范圍

對于PR-655、PR-670和PR-788測量波長范圍是380納米(nm)(紫色)到780nm(深紅色)-即電磁波的可見光譜段 (參見圖1)。

衍射光譜到達(dá)CCD探測器；PR-655探測器是128位的線性探測器，PR-670探測器是256位的線性探測器，PR-788探測器是512位的線性探測器；每個(gè)探測器單元均代表不同的顏色。

測量時(shí)，輻射光通過自適應(yīng)靈敏度算法在某個(gè)特定的時(shí)間內(nèi)被取樣測量，自動(dòng)適配感應(yīng)器自動(dòng)會(huì)根據(jù)光信號(hào)的強(qiáng)弱確定合適曝光時(shí)間。光測量后，探測器用同樣積分時(shí)間再次測量探測器的暗電流，然后從每個(gè)探測器單元的光測量結(jié)果中減去暗電流的光信號(hào)貢獻(xiàn)值。

圖2 簡化方框圖

圖3 PR系列亮度計(jì)光路圖

儀器出廠時(shí)已通過相應(yīng)的校準(zhǔn)系數(shù)校準(zhǔn)光譜數(shù)據(jù)，校正系數(shù)包括波長精確度修正、光譜分布修正和光度修正。波長校準(zhǔn)采用的是具有特征光譜的氦燈光源，線光源提供了已知的光譜發(fā)射譜線通過光柵分光后投射到多探測器上再通過軟件顯示；用于波長校準(zhǔn)的氦譜線包括388.6nm，447.1 nm，471.3 nm，587.6 nm，667.8 nm，706.5 nm和728.13 nm；接下來，可用光譜校準(zhǔn)系數(shù)校準(zhǔn)這些數(shù)據(jù)；這些校準(zhǔn)系數(shù)確保被測目標(biāo)光譜能量分布(SPD)和由此計(jì)算出的數(shù)據(jù)比如CIE色度值經(jīng)過了正確的溯源。最后，校準(zhǔn)系數(shù)(光度系數(shù))確保光度測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，如亮度或照度。

重要參數(shù)計(jì)算公式

校正后的光譜數(shù)據(jù)用來計(jì)算光度和色度值包括亮度，CIE 1931 x，y和1976 u’, v’的色坐標(biāo)、相關(guān)色溫（CCT）和主波長。以下是一些基本的光度色度參數(shù)計(jì)算公式：

圖4 CIE 1931 三刺激值函數(shù)

CIE XYZ三刺激值和光度：

X,Y,和Z是CIE的三刺激值。X表示紅色，Y是綠色，Z是藍(lán)色。

Y還可表示光度值-在使用標(biāo)準(zhǔn)的MS-75鏡頭時(shí)，Y給出的是cd /m2-國際亮度單位。footlamberts(英制亮度單位)可以用cd / m2值乘0.2919 得到fc 單位數(shù)值。

683是可將流明轉(zhuǎn)換成瓦的一個(gè)常數(shù)。對于亮場環(huán)境(白天)，555nm處683流明等同于1瓦的功率。

S(l) = 校正的光譜數(shù)據(jù), 是CIE三刺激值函數(shù)曲線，D(l)是光譜增量 ，對于PR-655的增量是4nm，PR-670的增量是2nm，PR-788的增量是1nm。

得出這三個(gè)三刺激值表達(dá)后，有用的色度值比如CIE 1931 x,y和1976 u,v”可以通過下面的公式計(jì)算：

CIE 1931 x, y：

CIE 1976 u’, v’：

光譜式亮度計(jì)：速度相對緩慢但是精度高，適合LCD\OLED\Mini-LED\Micro-LED\硅基OLED研發(fā)等領(lǐng)域。

濾片式亮度計(jì)：速度快，但是精度差，適合背光模組，產(chǎn)線上Flicker以及響應(yīng)時(shí)間測試。

二、Spectroradiometer 分光輻射度計(jì)

SpectraScan?分光輻射度計(jì)是測量輻射度的高端專業(yè)儀器. 具有專利的Pritchard觀景器。它們易于使用，高準(zhǔn)確性和可靠性，使這一系列產(chǎn)品最廣泛應(yīng)用于光的量測。

PR-655 :多功能,極高性價(jià)比,配件豐富

PR-670 :自動(dòng)多光闌和自動(dòng)快門,微區(qū)測量

PR-680(L) :集光譜式與濾光片式一體,一機(jī)多用

PR-740/745: 制冷型線陣探測器,超低亮度與超短時(shí)間內(nèi)（最短200ms）測量,同類產(chǎn)品中最敏感。PR-745光譜范圍擴(kuò)展到380-1080nm。

PR-788寬動(dòng)態(tài)范圍的分光亮度計(jì)：是基于超靈敏PR74X系列光譜測試系統(tǒng)而研制的，當(dāng)前應(yīng)用于R&D、QC、QA以及工廠生產(chǎn)。

具有業(yè)界領(lǐng)先的1000000：1的動(dòng)態(tài)范圍 ，它提供了在不必增加外部衰減或改變幾何光學(xué)（例如測量場地尺寸）的情況下，即可從黑到全白測試設(shè)備輸出的解決方案，這是在市場上可得到的最高速度。

特別地，針對OLED屏幕測試 PR-788滿足暗態(tài)和超高靈敏度的需求！

較寬的動(dòng)態(tài)范圍：

測試顯示/背光不需要添加外部過濾或者改變光闌；

可變的光譜帶寬：

光譜分辨率能夠滿足LCD甚至激光投影儀的顯示技術(shù)；

極暗態(tài)下亮度測試：

0.000,034-6,850,000 cd/㎡

高速循環(huán)時(shí)間：

測試/校準(zhǔn)顯示產(chǎn)品的總時(shí)間急劇減少；

USB、RS232，藍(lán)牙接口：

易于集成到自動(dòng)測試環(huán)境（ATE）

PR-730/740/735/745技術(shù)規(guī)格：

PR-788 技術(shù)規(guī)格：

光闌&對應(yīng)光斑尺寸：

PR-788亮度范圍：

三、應(yīng)用

光譜式亮度計(jì)在面板顯示和照明行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。重要可以測量亮度，色度，亮度均勻性，色度均勻性，Gamma值以及某些光學(xué)材料的透過率和反射率等應(yīng)用。還可以作為標(biāo)準(zhǔn)，來校正機(jī)差，以及校正成像亮度計(jì)參數(shù)。不僅是科研，也是工廠中亮度，色度測量解決方案的首選。

審核編輯 黃昊宇