滤光片式及光谱式辐射度计颜色测量巅峰对决

为确保当今的自发射技术进行精确表征，无论是信息显示，LED照明，数字投影仪等是否超过性能规范，都需要通过精确测量。

    有几种测量技术可用于器件表征，最广泛的仪器类型分为滤光片式和光谱式辐射计两种，包括光度计，色度计和分光辐射度计，哪一种仪器会最好呢？

滤光片式色度计

   滤光片色度计由以下几部分组成：

光收集器件

   根据应用不同，可以是一个镜头，接触式探头或者是积分球。

探测器

    一种将光信号转换为电信号的光敏感装置。色度计可以包含三个或更多的探测器。探测器通常是PMT（光电倍增管的）或硅光电二极管。

三色滤光片

    红（两片X/red和X /blue），绿（Y） 蓝（Z）滤光片和探测器用于CIE 颜色匹配函数，和人眼锥细胞的彩色视觉系统是相匹配的。这些功能也被CIE标准观察者所验证。

    图1是具有旋转滤光片轮的高级滤光片式色度计的详细图示。在滤光片轮的每个位置包含一个红色、绿色或蓝色的色度滤光片。通过每个滤光片进行顺序测量以获得CIE三刺激值X，Y和Z。该口径的色度计配有手动匹配的CCIE滤光片。即便如此，滤光片式亮度计也没有光谱式亮度计的精度高。

    CIE推荐用以下公式来确定任何给定颜色的红色（X），绿色（Y）和蓝色（Z）的三刺激值：

图2-CIE XYZ颜色匹配函数

    其中R（λ）是光谱辐射功率，X（λ），Y（λ），Z（λ）是CIE色彩匹配函数，Δ（λ）是以纳米为单位的数据增量。

    滤光片色度计使用滤光片的最终目的是通过修改检测器光谱响应度以获得色彩匹配函数。滤光片通常的结构为层压（多层）或薄膜沉积。

图3是典型的硅光电二极管响应曲线，说明需要多少变化来修改检测器的原始光谱响应度以产生可以进行CIE色度测量所需的三色激励函数。

图3-硅光电二极管响应率

滤光片色度计优点

滤光片色度计的主要优点是速度快，特别是在具有多个检测器的模型时优势明显。对于这种仪器，每个检测器具有其自己的CIE滤光片，并且并行进行测量。其他色度计设计的特点是具有单个检测器，并通过每个过滤光片执行顺序测量。

滤光片色度计缺点

    由于滤光片匹配误差导致的不准确性，造成仪器对目标响应函数的响应度的差异，尤其是对于需要用来校准不同光谱标准的设备是滤光片色度计最主要的缺点。

光谱辐射度计

代替滤光片收集颜色数据，光谱辐射计将输入信号分解成每波长的光谱，非常像棱镜将阳光转换成彩虹，然后多个探测器测量衍射光谱中的每种颜色。 该“原始数据”变换成光谱辐射度值，例如w / sr / m2。根据校正后的光谱值，进行CIE颜色计算。

                     图4 – 光谱辐射计结构图

光谱式亮度计的优点

由于光谱亮度计测试完全不依赖滤光片的精度，并且测试原理优于滤光片式亮度计。所以无论光源功率如何分布，光谱式亮度计测量结果都会更精确。另一个优点是光谱辐射计可以提供光源的光谱功率分布，滤光片亮度计是做不到的。

图5是由一个白色LED通过中性滤光片被显示为一个半对数图的几个测量值。观察到随着滤波片密度的增加，光谱特征也会发生变化。

Photo Research解决方案 

 Photo Research公司已经提供了30多年的光谱解决方案，并且是第一个引入自扫描多元素检测系统的公司。我们的顶级系统，PR-7系列，具有稳定的热电冷却探测器，多达八个测量孔径和自动同步功能，确保无论显示器的频率特性如何都可以保持精度。PR-740是灵敏度最高的，令人难以置信的阈值灵敏度为0.000015 cd / m2 ，可以测量一个被命令为0,0,0的OLED显示屏！我们的PR-7系列的最新成员，PR-788具有500,000,000：1的令人难以置信的动态范围，使其成为任何商用显示产品的光谱对比度测试的首选解决方案。PR-6系列具有电池供电，便携性，占地面积小和手持操作等特点。PR-680具有双检测器 --二极管阵列和光电倍增管（PMT），可以使用同一台仪器进行高精度的基于光谱的光谱和时间（上升时间，闪烁）测量。所有PR-7系列解决方案都具有自动改变带宽的功能。分光辐射计的带宽由出口狭缝的尺寸和衍射元件（光栅）的分辨率控制，光谱带宽在峰值的全宽半高（FWHM）处测量.图6是使用具有可变带宽特征的HeNe激光器（632.8nm）的PR-740的测量结果。注意，尽管4nm和8nm测量的峰较低，但每条曲线下的面积相等。

                    图6 - 可变带宽输出

结论

选择色度测量仪器时，重要的是不仅考虑色度测量仪器的价格，而且还要考虑仪器的精度。也许购买滤光片亮度计可以以尽可能少的费用得出您需要的结果，降低测试成本似乎是您的财政责任。最后，当您的客户拒绝您的产品，低成本解决方案的成本却会远远高于顶端频谱解决方案，因为低价解决方案会“欺骗”您。