分光輻射度計(jì)是一種功能強(qiáng)大的工具，能夠在單個(gè)點(diǎn)位置測(cè)量光源或發(fā)光顯示器的亮度（照度）和顏色（色度）。成像色度計(jì)同樣是功能強(qiáng)大的工具，可基于圖像測(cè)量光度和色度，以獲取空間背景信息。每種光學(xué)測(cè)量設(shè)備（LMD）以不同的方式測(cè)量色彩，并采集有關(guān)被測(cè)設(shè)備（DUT）視覺(jué)特性的不同數(shù)據(jù)子集。為確保在所有階段（從實(shí)驗(yàn)室到最終裝配）對(duì)照明和顯示器產(chǎn)品進(jìn)行完整的性能和質(zhì)量評(píng)估，開(kāi)發(fā)人員和制造商們通常需要一組完整的數(shù)據(jù)，包含光譜特性和色度特性在內(nèi)。

在開(kāi)發(fā)和制造過(guò)程中，制造商們需要對(duì)產(chǎn)品和設(shè)備進(jìn)行亮度和色度測(cè)量的示例。

許多檢測(cè)應(yīng)用同時(shí)需要分光輻射度計(jì)和成像色度計(jì)來(lái)進(jìn)行設(shè)備質(zhì)量評(píng)估。這通常要求制造商們同時(shí)采購(gòu)這兩種系統(tǒng)。但由于一次只能使用一種光學(xué)測(cè)量設(shè)備（LMD）進(jìn)行測(cè)量，因此需要建立多個(gè)工作站點(diǎn)或流程——這種方法不僅效率低下，而且成本昂貴。此外，系統(tǒng)之間的任何手動(dòng)設(shè)置和數(shù)據(jù)傳輸都可能導(dǎo)致較長(zhǎng)的停機(jī)時(shí)間，或者在檢測(cè)過(guò)程的任何階段引入錯(cuò)誤。

通過(guò)將兩種測(cè)量設(shè)備集成到單個(gè)系統(tǒng)中，可以向開(kāi)發(fā)人員和制造商們提供更強(qiáng)大、更多功能、更精確、更高效的檢測(cè)解決方案。為了幫助大家深入了解這兩種類型的光學(xué)檢測(cè)設(shè)備（LMD），包括它們分別如何表征亮度和色度、它們的互補(bǔ)功能以及光譜數(shù)據(jù)和色度數(shù)據(jù)對(duì)于設(shè)備性能評(píng)估的重要性，我們將首先探討光度。

光譜與色譜

電磁光譜對(duì)太陽(yáng)輻射出的所有光能進(jìn)行了表征——實(shí)際上，涵蓋宇宙中的所有光能，包括人眼可見(jiàn)的光能和人眼不可見(jiàn)的光能。表征光線的一種方法是通過(guò)其波長(zhǎng)。光波由稱為光子的亞原子粒子組成，它們以不同的頻率振蕩。頻率越大，波長(zhǎng)則越短。

整個(gè)光譜范圍的一端為超高能量的伽馬射線（短波長(zhǎng)），另一端為低能量的微波和無(wú)線電波（長(zhǎng)波長(zhǎng)）。光譜中間非常小的波段為人眼可以感知的可見(jiàn)光范圍?？梢?jiàn)光的波長(zhǎng)范圍為大約380納米（nm）至700納米，該范圍的低端為紫外線（UV），高端為紅外線（IR）。

完整電磁波譜，從高能、高頻、短波伽馬射線到低能、低頻、長(zhǎng)波無(wú)線電波?？梢?jiàn)光譜——人眼可以感知的波長(zhǎng)范圍——只是電磁光譜的一小部分，范圍從大約380納米到700納米。

輻射測(cè)量學(xué)、光譜測(cè)量學(xué)和光譜輻射測(cè)量學(xué)

輻射測(cè)量學(xué)是一門涉及測(cè)量所有光線波長(zhǎng)的學(xué)科，包括超出人眼視覺(jué)范圍的波長(zhǎng)。輻射計(jì)是用于表征給定波長(zhǎng)范圍的能量值的儀器，例如：UV紫外光或IR紅外光），通常價(jià)格低廉，便于攜帶，并且可以快速測(cè)量光源的總功率或輻射通量（以瓦特為單位）。

雖然光譜儀也用于測(cè)量波長(zhǎng)范圍，但其通常專門用于測(cè)量光的成分，方法是使用內(nèi)部光學(xué)衍射光柵、棱鏡或?yàn)V光片將光分離為其組成波長(zhǎng)。雖然光譜儀異常精確，但并非完整的系統(tǒng)。相反，它們需要與其他光學(xué)元件搭配使用，以輸出相關(guān)的測(cè)量值。

將光譜儀與輻射計(jì)搭配使用，則成為分光輻射計(jì)，其利用光譜儀的高精度來(lái)測(cè)量光源的各種特性，包括輻射度值、亮度值和色度值。分光輻射計(jì)可用于單獨(dú)采集光譜值，也可用作參照儀器，以提供極其準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，用于校準(zhǔn)其他測(cè)量?jī)x器，比如成像儀。

所有這三種光學(xué)檢測(cè)設(shè)備（LMD）的一個(gè)共同缺點(diǎn)在于，它們只能測(cè)量一個(gè)較小的區(qū)域或“點(diǎn)”——有時(shí)被統(tǒng)稱為“點(diǎn)式設(shè)備”，這意味著他們無(wú)法同時(shí)測(cè)量完整的顯示面板或光源的完整分布。相反，必須單獨(dú)進(jìn)行多次測(cè)量，以采集所有相關(guān)的光輸出。

成像亮度計(jì)和色度計(jì)

亮度測(cè)量學(xué)是從人眼感知的角度測(cè)量光波長(zhǎng)的學(xué)科；色度測(cè)量學(xué)則基于人眼對(duì)色彩的感知方式將相同的原理應(yīng)用于測(cè)量波長(zhǎng)。與上述點(diǎn)式測(cè)量設(shè)備相比，成像亮度計(jì)和色度計(jì)是通過(guò)單個(gè)圖像一次性采集和測(cè)量整個(gè)區(qū)域的儀器，然后可以同時(shí)對(duì)多個(gè)參數(shù)進(jìn)行分析。

成像亮度計(jì)可同時(shí)測(cè)量亮度值和空間分辨率；色度計(jì)也可以測(cè)量這些特性，同時(shí)還可測(cè)量色度。這些光學(xué)檢測(cè)設(shè)備（LMD）系統(tǒng)支持更先進(jìn)復(fù)雜的圖像處理技術(shù)，比如顯示器Mura分析和缺陷檢測(cè)，這些技術(shù)依賴于能夠?qū)φ麄€(gè)被測(cè)設(shè)備（DUT）上的測(cè)量值進(jìn)行比較，以評(píng)估均勻性。

光譜和色度測(cè)量

光譜測(cè)量與亮度/色度測(cè)量之間存在關(guān)鍵區(qū)別。由光譜輻射計(jì)測(cè)量的光譜數(shù)據(jù)主要采集以下絕對(duì)值：光源每個(gè)波長(zhǎng)的原始能量。相比之下，亮度/色度測(cè)量是從人眼感知的角度對(duì)光源進(jìn)行表征，此數(shù)據(jù)主要采集標(biāo)準(zhǔn)人眼感知到的每個(gè)波長(zhǎng)的能量值。

光譜數(shù)據(jù)可用于創(chuàng)建光譜功率分布（SPD）：光源的能量和波長(zhǎng)特性的圖形表示，如下圖所示。y軸通常在0 -1的范圍內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化，表示每個(gè)波長(zhǎng)的相對(duì)功率，而非絕對(duì)單位測(cè)量值。

三個(gè)示例光源的光譜功率分布：全日光下的太陽(yáng)、標(biāo)準(zhǔn)白熾燈泡和標(biāo)準(zhǔn)熒光燈泡。波長(zhǎng)顯示在x軸上，相對(duì)強(qiáng)度（功率）顯示在y軸上。（圖片來(lái)源：Luminus Devices, Inc.)

色度測(cè)量數(shù)據(jù)可用于表示人眼視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)光源的光譜功率分布（SPD）的響應(yīng)，人眼將其感知為單種“色彩”。實(shí)際上，我們看到的色彩是基于人眼中的結(jié)構(gòu)（視錐細(xì)胞）如何響應(yīng)三種原色——大致為紅色、綠色和藍(lán)色，如下圖所示。如需了解有關(guān)光譜功率分布（SPD）和人眼視覺(jué)反應(yīng)的詳細(xì)說(shuō)明，請(qǐng)觀看Photonics Spectra舉行的以下網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)：“色度測(cè)量法：亮度和色度測(cè)量科學(xué)之入門知識(shí)”。

人眼具有三種視錐細(xì)胞（S、M和L），每種視錐細(xì)胞的敏感波長(zhǎng)范圍大致對(duì)應(yīng)于紅光、綠光和藍(lán)光。人眼三種視錐細(xì)胞的合并響應(yīng)使我們能夠在每種波長(zhǎng)的給定功率下感知光譜功率分布（SPD）的“色彩”。

光譜功率分布（SPD）和光譜數(shù)據(jù)在科學(xué)、工程學(xué)、工業(yè)和商業(yè)領(lǐng)域中具有眾多用途。舉例來(lái)說(shuō)，LED制造商和照明設(shè)計(jì)師通常會(huì)參考光譜功率分布（SPD）數(shù)據(jù)，以幫助創(chuàng)建最適合人類活動(dòng)需求和舒適度的照明方案（以人為本的照明)）。色度測(cè)量數(shù)據(jù)在制成品評(píng)估方面特別有用，比如印刷材料、油漆表面、光源以及供人類觀看和使用的發(fā)光顯示器。在這些使用案例中，絕對(duì)色彩規(guī)格并沒(méi)有顧客對(duì)該色彩的視覺(jué)感知重要。

通過(guò)標(biāo)定確保準(zhǔn)確性

只有在確保準(zhǔn)確性的情況下，亮度和色度數(shù)據(jù)才有用。任何測(cè)量設(shè)備或任何一件計(jì)量設(shè)備都必須根據(jù)已知標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行標(biāo)定，以確保其提供的測(cè)量結(jié)果始終準(zhǔn)確無(wú)誤。舉例來(lái)說(shuō)，瑞淀的測(cè)量系統(tǒng)出廠時(shí)已經(jīng)過(guò)標(biāo)定，并在安裝時(shí)再次標(biāo)定，此外，我們還建議客戶每年重新標(biāo)定一次，以確保持續(xù)提供最佳性能。

而且，有些應(yīng)用需要更頻繁的標(biāo)定，比如，在需要測(cè)試不同類型或顏色的被測(cè)設(shè)備（DUT）的情況下。使用成像色度計(jì)時(shí)，需要光譜儀或分光輻射度計(jì)提供的絕對(duì)測(cè)量值，用于重置色度計(jì)對(duì)于每個(gè)新場(chǎng)景的響應(yīng)。在這些情況下，拔出光譜輻射計(jì)設(shè)備頻繁進(jìn)行手動(dòng)標(biāo)定，可能非常費(fèi)力且耗時(shí)。

配備集成光譜儀的成像色度計(jì)可以快速提供自動(dòng)化標(biāo)定，從而消除了這些問(wèn)題。設(shè)備制造商們可以高效、準(zhǔn)確地測(cè)量他們所需的完整數(shù)據(jù)集。

一體化解決方案：成像色度計(jì) + 光譜儀

瑞淀的新型一體化解決方案ProMetric? I-SC 款可滿足這一需求，該解決方案將高分辨率ProMetric I 成像色度計(jì)（用于快速視覺(jué)檢測(cè)）與高端光譜儀（用于實(shí)時(shí)色度標(biāo)定和光譜數(shù)據(jù)測(cè)量）搭配使用。這一創(chuàng)新設(shè)計(jì)基于瑞淀光學(xué)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的專利技術(shù)（美國(guó)專利號(hào)：8482652）。

通過(guò)使用所連接的成像色度計(jì)采集的測(cè)量圖像，ProMetric I-SC系統(tǒng)可以在被測(cè)設(shè)備（DUT）的中心點(diǎn)測(cè)量光譜數(shù)據(jù)，同時(shí)量化和比較整個(gè)圖像上的空間亮度值（cd/m2）和色度值（CIE x,y和u'v'），以對(duì)被測(cè)設(shè)備進(jìn)行評(píng)估。這兩種系統(tǒng)使用單個(gè)軟件平臺(tái)（瑞淀的TrueTest?軟件）進(jìn)行控制，而且該軟件還為數(shù)據(jù)可視化和輸出提供統(tǒng)一的界面。

ProMetric I-SC系統(tǒng)與TrueTest?軟件搭配使用，可以在不同的測(cè)試環(huán)境下，隨著時(shí)間的推移，同時(shí)采集不同被測(cè)設(shè)備的光譜數(shù)據(jù)及準(zhǔn)確且可重復(fù)的色度測(cè)量值。設(shè)備制造商們可以：

• 使用單套解決方案同時(shí)采集光譜和空間測(cè)量數(shù)據(jù)

• 保持連續(xù)運(yùn)行，包括完全自動(dòng)化的數(shù)據(jù)采集和系統(tǒng)標(biāo)定

• 采集和存儲(chǔ)可重復(fù)且與CIE函數(shù)匹配的測(cè)量值

• 使用Smart Calibration?工具從多個(gè)傳感器分辨率選項(xiàng)和鏡頭選項(xiàng)中進(jìn)行選擇，以實(shí)現(xiàn)廣泛的距離和光圈設(shè)置

瑞淀的ProMetric? I-SC系統(tǒng)將ProMetric成像色度計(jì)與高端光譜輻射計(jì)一體化。

憑借全新的ProMetric I-SC系統(tǒng)，瑞淀可通過(guò)單套解決方案提供兩種系統(tǒng)的獨(dú)特功能優(yōu)點(diǎn)，從而消除了用戶購(gòu)買多套系統(tǒng)或單獨(dú)學(xué)習(xí)不同平臺(tái)的負(fù)擔(dān)。此外，直接集成還可以在無(wú)需人工干預(yù)的情況下啟用系統(tǒng)功能。用戶可以在光源上完全相同的點(diǎn)位置測(cè)量光譜數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)，監(jiān)控輸出，并直接應(yīng)用色度校準(zhǔn)，無(wú)需移動(dòng)設(shè)備。

通過(guò)將不同系統(tǒng)的獨(dú)特功能整合在ProMetric I-SC解決方案中，還可以從整體上最大限度地提高該解決方案的功能。用戶可以基于測(cè)量圖像的背景信息，將光譜儀光譜測(cè)量點(diǎn)的精確位置定義為圖像中的一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行查看（單獨(dú)使用光譜儀和成像系統(tǒng)時(shí)不可能做到）。同樣地，由于光譜儀使用成像色度計(jì)的光學(xué)元件，其可以從成像儀采集的相對(duì)于被測(cè)設(shè)備（DUT）的確切位置和角度采集光譜數(shù)據(jù)。

從產(chǎn)品設(shè)計(jì)的絕對(duì)準(zhǔn)確性，到生產(chǎn)線上質(zhì)量控制的最佳效率，ProMetric I-SC解決方案專為解決端到端計(jì)量應(yīng)用而設(shè)計(jì)。

來(lái)源:瑞淀光學(xué)