成像式色度亮度计原理

成像式色度亮度计原理随着彩色显示器应用范围日渐拓宽及其产品质量评估体系逐步完善，对显示器的色度和亮度进行精确测量体现出前所未有的重要性。以硅光电二极管（或光电倍增管）作为探测器的小视场滤光片式彩色亮度计因其低成本，在显示器生产线上广泛用于色度和亮度测量。在我国液晶显示器件测量标准中，此种彩色亮度计符合测量要求，是目前显示器测量的常用装置。然而由于此种彩色亮度计的视场小，导致其在显示器件亮度和色度均匀性测量中速度慢，不能满足生产线上的需要，同时由于用户对测量可视化的需求，出现了一种以电荷耦合元件（Charge-Coupled-Device,CCD）作为探测器的影像式彩色亮度计。影像式彩色亮度计虽与国家标准中规定的标准装置完全不同，测量方法也有很大区别，却已得到广泛应用。本文就WestboroPhotonics公司最新的WP640/690成像式色度亮度计在屏幕测试中的应用作研究。首先介绍亮度与色度的测试原理。图一亮度测试原理：根据图１，利用光度学和几何光学的原理可以推出：式中E为成像面上的照度；L为发光面上的亮度；τ为光学系统的透过率；f为透镜焦距；l为透镜与发光面的距离（称为测量距离）；fm为系统的相对孔径，且有fm＝f／D，其中D为孔径直径。当系统的设计能使f／l小到可忽略不计时（在某误差范围内），发光体的亮度L与成像面照度E呈线性关系。色度测量原理：光源的色度用色品坐标x，y表示，与光源的相对光谱功率分布有关。如果一个光源的相对功率分布函数用P（λ）来表示，x（λ）、y（λ）、z（λ）代表CIE1931标准光谱三刺激值，如图２所示，则此光源的三刺激值可用如下公式来表示：滤光片式彩色亮度计的色度测量功能的实现，是通过使用合适的滤光片模拟人眼对光的响应，从而使加滤光片以后的探测器的相对光谱响应度与图2所示的CIE1931标准色度观察者色匹配函数相接近。注意图2，由于x（λ）在蓝光波段也有响应，因此可以把x（λ）拆分成两块滤光片，即，原来只需三片滤光片的设计变成四片滤光片设计，实现更精确的色度测试。图3是WestboroPhotonicsWP640/690成像式色度亮度计的四色滤波设计示意图，Xred与Xblue图分别测试X响应曲线红光波段与蓝光波段的响应。实现色度测试精度的提升。色度测试精度与可重复性均可达到0.003（CIE1931标准光源A）WP640与WP690均使用帕帖尔冷却CCD，能使测试的噪音与温漂降到最低。在低于0.01cd/m亮度的弱信号都可以可靠地进行分析。