Новые возможности измерения световых характеристик оптического излучения. 1

Новые возможности измерения
световых характеристик оптического
излучения.
В.Н. Кузьмин, д.т.н., профессор, ООО «НТП «ТКА»
г. Санкт – Петербург
2013
1
2
3
4
Спект.чувст-ть ФП, отн.ед.
1
0,5
0
400
450
500
550
600
650
700
Длина волны, нм
750
Полихроматор
Исследуемый
объект
Плоскость
диафрагмы
Осветитель
Денситометр ТКА - КМ
5
Используемые цветовые пространства
Координаты цвета :
X = К  () x() d,
Y = К  () y()d, (1)
Z = К  () z() d.
Координаты цветности :
x = X / (X + Y + Z),
y = Y / (X + Y + Z).
(2)
u’=4x/(-2x+12y+3)
v’=9y(-2x+12y+3)
2,5
х31
1,5
х64
1
y31
y64
0,5
z31
z64
Длина волны, нм
78
0
74
0
70
0
66
0
62
0
58
0
54
0
50
0
46
0
-0,5
42
0
0
38
0
Отн. ед.
2
6
Схема ФПУ
фотоэлектрического
колориметра ТКА «ИЦТ» и
удельные координаты МКО
31.
1.Косинусная насадка.
2. Корпус ФПУ.
3. Фотодиоды с
корригирующими
фильтрами.
1
2
3
Оптическая схема
спектроколориметра
«ТКА – ВД»
1. Входное устройство.
2. Диспергирующий элемент.
3. Диодная линейка.
7
Сравнительные характеристики колориметров
Интегрального типа
Спектрального типа
Преимущества
Преимущества
Временная стабильность.
Механическая прочность.
Корректное измерение любых источников
излучения, в том числе и линейчатых.
Большой динамический диапазон
измеряемых величин (8 порядков).
Недостатки
Сложность коррекции фотоприемников к
заданному виду.
Метамеризм.
Пространственная зависимость измерений.
Информативность и наглядность.
Возможность представления результатов
в любой выбранной цветовой системе.
Отсутствие метамеризма.
Возможность вычисления любых
эффективных и энергетических величин.
Недостатки
Динамический диапазон измерений 4-5
порядков.
Влияние рассеянного излучения на
точность измерений.
Имеются проблемы при измерении
линейчатых спектров.
8
Важным аспектом пленочного и цифрового кинопоказа, ТВ вещания
является возможность оценки качества изображения.
В настоящее время, согласно ГОСТ 17813, ОСТ 19-155-2000, ОСТ 19238-01, РТМ 19-77-94, ISO 2910:2007, ISO 26428-1:2008, ISO 26431-1:2008, а
также ISO/DIS 26431-2 изображение, проецируемое на экран кинотеатра,
должно соответствовать ряду обязательных технических требований. К
этим показателям качества относятся:
- яркость экрана в его центральной части;
- отношение наименьшей яркости экрана в боковых точках к величине
яркости в центре экрана (равномерность яркости по экрану);
- минимальное значение яркости в краевых точках экрана;
- разность значений яркости в краевых точках
Для правильной настройки изображения дисплеев и киноэкранов, в
том числе и при цифровой проекции, необходимо иметь прибор, способный
кроме яркости, измерять координаты цвета и цветности в точно заданных
точках экрана малой площади.
9
1
0
Оптическая схема CHROMA METERS CS – 100
L1 – защитный фильтр объектива; L2 – линза объектива; L3, L4 – линзы окуляра;
М – зеркало; S1, S2 – диафрагмы; Р – поворачивающая призма;
G – фокусировочный экран; C – прерыватель; F1, F2, F3 – корригирующие фильтры;
FB –волоконно-оптический кабель; D1, D2, D3 – кремниевые фотодиоды
11
Оптическая схема Спектрорадиометра CS-2000
1 – объектив; 2 – диафрагма;
3 – световод; 4 – коллиматор;
5 – затвор; 6 – дифракционная
решётка; 7 –конденсор; 8 – сенсор
Спектрорадиометр CS-2000
12
1
2
3
4
5
6
7
8
Оптическая схема спектроколориметра – яркомера.
1 – измеряемый объект, 2 – объектив, 3 – входная щель, 4 – коллиматор,
5 – прозрачная дифракционная решетка, 6 – объектив, 7 – фотодиодная линейка, 8 устройство визуализации (видеокамера или глаз наблюдателя) .
7
4,5,6
2
3
8
13
Участок
светящейся
поверхности
дисплея, наблюдаемой с помощью
прибора при убранной входной щели.
Размер
элементарного
измеряемого
объекта равен 50 мкм.
14
Спектральный состав излучения газоразрядного источника,
измеренный с помощью прибора
15
Процесс исследования спектрального состава источника
16
Спектры излучения ртутной лампы высокого давления и белого светодиода
на фоне фоточувствительных элементов фотодиодной линейки
17
Относительная спектральная чувствительность элемента фотодиодной
линейки при различных значениях ширины аппаратной функции а1, а2, а3.
18
Если известен «сигнал» Pλi(λ) снимаемый с каждого элемента и спектральное
распределение падающего потока, т. е. Фλi(λ), то легко получить спектральную
чувствительность Sλi каждого элемента. Для этого, например, можно использовать
излучение стандартной лампы с известным табулированным значением спектральной
плотности потока излучения.
Зная реальную чувствительность каждого элемента линейки, можно получить
необходимые поправочные коэффициенты для этого элемента, чтобы привести
спектральную чувствительность прибора к виду относительной световой эффективности
глаза V(λ) или к идеальному «П-образному» виду, или любой другой кривой спектральной
эффективности, для вычисления спектрозональной освещенности (облученности) входной
щели.
Поправочный коэффициент для относительной световой эффективности глаза V(λ)
можно получить из выражения при Sλi(λ) = V(λ):
P

)

i(
S

)

k
,

i(

i таб
Ф

)

i (
где kλi – поправочный коэффициент, учитывающий усиление сигнала для i-го элемента
линейки, вырабатываемый микропроцессором; Фтабλi – спектральная плотность потока
излучения стандартного источника.
Поправочный коэффициент для «П-образного» вида можно получить при Sλi(λ) = 1.
Аналогичные операции производятся для других спектральных кривых.
19
Приведение спектральной
чувствительности
фотодиодной линейки к
виду относительной
световой эффективности
глаза V(λ)
Приведение спектральной
чувствительности
фотодиодной линейки к
П – образному виду
20
Погрешности коррекции полихроматора можно определить по формуле
 SV() Фa() d  S()Ф i() d
f1(Z)= ---------------------------------------- - 1 x 100%,
SV() Фi() d  S()Ф a() d
где: S()-относительная спектральная чувствительность исследуемого фотоприемника; SV()относительная спектральная чувствительность эталонного фотоприемника; Ф a()-относительное
спектральное распределение источника “А”, при котором производится градуировка; Ф i()-относительная
спектральная характеристика табулированных источников.
Погрешность нелинейности определяется по формуле:
1
 100%
2
где τ - коэффициент пропускания ослабителя
 н.  1 
Погрешность градуировки определяется по формуле:
Ei  Eосн.
 100 %
Eосн.
где Еi – показание прибора; Еосн. – заданная освещенность
 гр. 
Суммарная погрешность канала измерения
выражением:
2
 1,1 2гр .  2
н .  кор р
освещенности
прибора
определяется
где Θгр. – погрешность градуировки (не более ±5%); Θн. – погрешность нелинейности (не более ±3%);
Θкорр – погрешность, обусловленная пространственной характеристикой фотометрической головки
прибора.
21
Рассеянное излучение
Элементы,
измеряющие
только
рассеянное
излучение
Измеряемое излучение
Элементы, участвующие в измерении полезного
сигнала
Пояснение к расположению элементов фоточувствительной
линейки для учета рассеянного излучения
Измерение характеристик пикселей дисплея
23
.
Возможности
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Доступность спектральных приборов.
Сброс данных в компьютер.
Миниатюризация и интеликтуализациия фотометрических головок.
Безпрводная связь с компьютером.
Визуализация измеряемого объекта.
Изменение концепции построения фотометрических приборов.
24
25