Photo Research系列光谱光度辐射度计技术原理介绍

简介

美国Photo Researc公司成立于1941年，现地点位于纽约州罗彻斯特的North Syracuse（北锡拉丘兹），是一家专门致力于光度、色度、辐射度测量仪器研究、生产的世界著名公司；同时，PR也是全球第一家生产光谱式亮度计的厂家，在全球拥有13个自己独立的光学校准实验室，溯源NIST（美国国家计量局）标定标准；Aunion昊量光电作为Photo Research公司在国内的一级代理商，总部位于上海，在西安、成都分别建立办事处，为国内客户提供快捷的本地校准及维修服务。

一、理论介绍

PR-6系列和PR-7系列是真正意义上的的光谱辐射度计；通过物镜或者其他光学配件有效收集光学辐射信号(光信号)。光信号通过反射镜上的孔径光阑(洞)到达衍射光栅(参见图2)。光栅把光按波长展开，就像棱镜把白色的光转换成彩虹一样。一个宽带光，例如太阳光是由很多不同波长的光组成的。当衍射光栅暴露在这种类型的光下，它将从多角度反射光线产生了一个分散的光谱就像一道彩虹。类似地，如果光栅接触了一种单一光源，比如一束激光，那么只有激光的特定波长的光会被反射。

图1 PR-788光谱测量范围

对于PR-655、PR-670和PR-788测量波长范围是380纳米(nm)(紫色)到780nm(深红色)-即电磁波的可见光谱段 (参见图1)。

衍射光谱到达CCD探测器；PR-655探测器是128位的线性探测器，PR-670探测器是256位的线性探测器，PR-788探测器是512位的线性探测器；每个探测器单元均代表不同的颜色。

测量时，辐射光通过自适应灵敏度算法在某个特定的时间内被取样测量，自动适配感应器自动会根据光信号的强弱确定合适曝光时间。光测量后，探测器用同样积分时间再次测量探测器的暗电流，然后从每个探测器单元的光测量结果中减去暗电流的光信号贡献值。

图2 简化方框图

图3 PR系列亮度计光路图

仪器出厂时已通过相应的校准系数校准光谱数据，校正系数包括波长精确度修正、光谱分布修正和光度修正。波长校准采用的是具有特征光谱的氦灯光源，线光源提供了已知的光谱发射谱线通过光栅分光后投射到多探测器上再通过软件显示；用于波长校准的氦谱线包括388.6nm，447.1 nm，471.3 nm，587.6 nm，667.8 nm，706.5 nm和728.13 nm；接下来，可用光谱校准系数校准这些数据；这些校准系数确保被测目标光谱能量分布(SPD)和由此计算出的数据比如CIE色度值经过了正确的溯源。最后，校准系数(光度系数)确保光度测试结果的准确性，如亮度或照度。

重要参数计算公式

校正后的光谱数据用来计算光度和色度值包括亮度，CIE 1931 x，y和1976 u’, v’的色坐标、相关色温（CCT）和主波长。以下是一些基本的光度色度参数计算公式：

图4 CIE 1931 三刺激值函数

CIE XYZ三刺激值和光度：

X,Y,和Z是CIE的三刺激值。X表示红色，Y是绿色，Z是蓝色。

Y还可表示光度值-在使用标准的MS-75镜头时，Y给出的是cd /m²-国际亮度单位。footlamberts(英制亮度单位)可以用cd / m²值乘0.2919 得到fc 单位数值。

683是可将流明转换成瓦的一个常数。对于亮场环境(白天)，555nm处683流明等同于1瓦的功率。

S(l) = 校正的光谱数据, 是CIE三刺激值函数曲线，D(l)是光谱增量 ，对于PR-655的增量是4nm，PR-670的增量是2nm，PR-788的增量是1nm。

得出这三个三刺激值表达后，有用的色度值比如CIE 1931 x,y和1976 u,v”可以通过下面的公式计算：

CIE 1931 x, y：

CIE 1976 u’, v’：

光谱式亮度计：速度相对缓慢但是精度高，适合LCD\OLED\Mini-LED\Micro-LED\硅基OLED研发等领域。

滤片式亮度计：速度快，但是精度差，适合背光模组，产线上Flicker以及响应时间测试。

二、Spectroradiometer 分光辐射度计

SpectraScan®分光辐射度计是测量辐射度的高端专业仪器. 具有专利的Pritchard观景器。它们易于使用，高准确性和可靠性，使这一系列产品最广泛应用于光的量测。

PR-655 :多功能,极高性价比,配件丰富

PR-670 :自动多光阑和自动快门,微区测量

PR-680(L) :集光谱式与滤光片式一体,一机多用

PR-740/745: 制冷型线阵探测器,超低亮度与超短时间内（最短200ms）测量,同类产品中最敏感。PR-745光谱范围扩展到380-1080nm。

PR-788宽动态范围的分光亮度计：是基于超灵敏PR74X系列光谱测试系统而研制的，当前应用于R&D、QC、QA以及工厂生产。

具有业界领先的1000000：1的动态范围 ，它提供了在不必增加外部衰减或改变几何光学（例如测量场地尺寸）的情况下，即可从黑到全白测试设备输出的解决方案，这是在市场上可得到的最高速度。

特别地，针对OLED屏幕测试 PR-788满足暗态和超高灵敏度的需求！

较宽的动态范围：

测试显示/背光不需要添加外部过滤或者改变光阑；

可变的光谱带宽：

光谱分辨率能够满足LCD甚至激光投影仪的显示技术；

极暗态下亮度测试：

0.000,034-6,850,000 cd/㎡

高速循环时间：

测试/校准显示产品的总时间急剧减少；

USB、RS232，蓝牙接口：

易于集成到自动测试环境（ATE）

PR-730/740/735/745技术规格：

PR-788 技术规格：

光阑&对应光斑尺寸：

PR-788亮度范围：

三、应用

光谱式亮度计在面板显示和照明行业有着广泛的应用。重要可以测量亮度，色度，亮度均匀性，色度均匀性，Gamma值以及某些光学材料的透过率和反射率等应用。还可以作为标准，来校正机差，以及校正成像亮度计参数。不仅是科研，也是工厂中亮度，色度测量解决方案的首选。

审核编辑 黄昊宇