CN105571822A - 一种二维色彩分析仪校准装置及校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种二维色彩分析仪校准装置，包括：主积分球球体及出光口、级联辅助积分球、积分球内壁涂层、挡光板、大功率标准光源、滤色片组合、可调孔径光阑、光纤光谱仪；其中，采用级联辅助积分球的方式，为主积分球提供入射光；在主积分球与级联辅助积分球之间设置一组滤色片，提供不同颜色均匀面光源的输出；可调孔径光阑对入射到主积分球的光通量进行大范围的控制；在主积分球球体出光口与可调孔径光阑之间设置挡光板，所有出射光均经过至少一次反射后出射；在主积分球侧壁设置监测窗口，通过光度探头及光纤光谱仪对光源输出亮度水平、光谱分布进行测量，为校准提供参考值。本发明具有结构简洁，功能完整，操作方便的优点。

Description

一种二维色彩分析仪校准装置及校准方法

技术领域

本发明涉及测试技术领域，特别涉及一种二维色彩分析仪校准装置，还涉及一种二维色彩分析仪校准方法。

背景技术

目前，新型发光器件如LED/OLED等已被广泛用于路灯照明、平板显示器件(FPD)、车载显示、机载显示器和机舱照明等领域，相关的制造企业正在着重于新技术的应用以满足市场应用的需要。例如，显示技术从传统的CRT，发展到LCD、PDP以及OLED，这要求不管是在研发还是生产阶段，仪器系统要能进行有效率的测试，为更高的产量和精度提供保障。而二维色彩分析仪的结构特点和性能使其在新型显示器测试技术领域发挥着日益重要的作用。

目前二维色彩分析仪已经广泛应用于显示器制造企业、汽车制造企业以及通信产品制造企业，为这些企业制造的产品提供面光源的均匀性，车内仪表指示的亮度色度测试，照明环境以及手机屏幕的色彩和亮度分析测试。国内一些仪器厂商也开发了相应的仪器设备，各计量院和质检所也逐步开始受理相关仪器校准工作，但是对二维色彩分析仪的校准国内尚没有达成一致。

不同于传统瞄点式成像亮度计，二维彩色分析仪是利用光学镜头将被测发光体的图像经过滤光片组成像在面阵CCD上，从而实现单次扫描即可得到被测发光体表面不同位置的亮度值和色度值，是一种高效率的亮度色度测量仪器。

目前国内针对二维色彩分析仪的校准方法大多数仍然依据《JJG211-2005亮度计检定规程》，具体方法是利用标定光强值的标准灯，在光学导轨移动漫反射板，从而得到漫反射板在不同位置时的亮度参考值，实现色彩分析仪亮度测量值的校准，具体方法如图1所示。色度校准方法是利用一系列透射式标准色板配合光强标准灯，在经过标定的特定参考点对仪器的色度测量值进行校准，该方案原理如图2所示。传统成像亮度计的测量点与仪器视场关系如图3所示。

现有技术方案针对的是传统瞄点式成像亮度计，在测量时需要通过仪器的目镜瞄准标准白板(或透射式标准色板)，而且仪器给出的输出值是针对目镜中所瞄准的测量点的测量结果。

依据现有检定规程所开展的针对二维色彩分析仪的校准技术有如下不足：

(1)、二维色彩分析仪的亮度、色度均匀性是重要的特征参数，现有校准技术无法针对上述参数开展高效率的校准工作，一种可以想到的实现方法是通过多测移动仪器与标准白板的相对位置，实现在仪器视场内足够多的位置得到标准白板所提供的测量结果，显然这种移动本身就会对均匀性的测量结果造成影响，并且是低效率、耗时间的；

(2)、现有在进行不同亮度值的校准时，需要通过调节光强标准灯与标准漫反射白板之间的距离，这种距离的调节和测量对校准人员的操作水平有一定要求，且相对来说比较耗费时间；

(3)、传统的调节狭缝改变积分球输出口亮度，由于调节时不能精确测量狭缝的实时宽度，而且亮度示值也会受到照度探头线性影响，从而影响到整个动态范围内积分球输出口亮度的准确性和复现性。

发明内容

本发明提出了一种二维色彩分析仪校准装置及校准方法，针对上述缺点，本发明创新性的使用大孔径高均匀性面光源、积分球输出亮度调节系统以及光谱辐射亮度实时监测系统，对二维色彩分析仪开展针对性的校准工作，能够更加适宜的满足二维色彩分析仪的校准需求，解决现有技术对仪器校准时适应性不强、效率低以及耗费时间等问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种二维色彩分析仪校准装置，包括：主积分球球体及出光口、级联辅助积分球、积分球内壁涂层、挡光板、大功率标准光源、滤色片组合、可调孔径光阑、光纤光谱仪；其中，

采用级联辅助积分球的方式，为主积分球提供入射光；

在主积分球与级联辅助积分球之间设置一组滤色片，提供不同颜色均匀面光源的输出；

可调孔径光阑对入射到主积分球的光通量进行大范围的控制；

在主积分球球体出光口与可调孔径光阑之间设置挡光板，所有出射光均经过至少一次反射后出射；

在主积分球侧壁设置监测窗口，通过光度探头及光纤光谱仪对光源输出亮度水平、光谱分布进行测量，为校准提供参考值。

可选地，所述积分球球体的直径不小于1000mm。

可选地，所述出光口直径设置在100mm以上，出光口直径不高于主积分球直径的1/3。

可选地，所述积分球内壁涂层使用具有高反射率的漫反射材料。

可选地，所述大功率标准光源采用大功率的卤钨灯，为积分球提供入射光。

可选地，所述大功率标准光源不低于300W，并调节光源色温在2856K输出。

可选地，所述可调孔径光阑由螺旋测微器结构组成。

本发明还提出了一种二维色彩分析仪校准方法，基于上述的校准装置进行校准，在对二维色彩分析仪进行校准时，调整好仪器镜头的焦距，使主积分球出光口发光面覆盖仪器的全部视场，仪器视场内观察到的图像全部在积分球出光口发光面上；

通过在发光面上选取合适的测量点，并利用公式得到仪器的亮度均匀性；

在对仪器亮度参数测量线性度进行校准时，通过改变辅助积分球的通光光阑孔径实现对输入到积分球内的光通量的精确控制，从而实现主积分球的输出亮度的大范围调节。

本发明的有益效果是：

(1)本发明具有大动态范围的亮度输出，能够对二维彩色分析仪的亮度测量线性进行校准；

(2)本发明能够实现单次测量即可对二维色彩分析仪的亮度、色度均匀性进行校准；

(3)本发明具有结构简洁，功能完整，操作方便的优点，与现有技术相比减少了需要对被校准仪器与校准装置移动相对位置的操作，能够降低由人员操作对校准结果造成不利影响，保证了二维色彩分析仪校准结果的量值准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为色彩分析仪的亮度校准方法原理图；

图2为色彩分析仪的色度校准方法原理图；

图3为传统成像亮度计的测量点与仪器视场关系示意图；

图4为本发明大孔径积分球光源示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

针对目前国内在二维色彩分析仪的亮度、色度均匀性校准需求，本发明提出了一种二维色彩分析仪校准装置，该装置采用大口径均匀面光源和大动态亮度可调积分球光源实现对二维色彩分析仪亮度均匀性、颜色均匀性以及连亮度线性等参数的准确校准，通过大口径均匀面光源实现对二维色彩分析仪的亮度均匀性和色度均匀性的校准，通过大动态精密可调亮度积分球光源实现对二维色彩分析仪的亮度线性进行校准。

如图4所示，本发明所采用的技术方案主要是通过大孔径积分球光源来实现的，该光源主要包括如下结构部件：主积分球球体及出光口、高反射率内壁涂层、挡光板、级联辅助积分球、大功率标准光源、滤色片组合、可调孔径光阑、光纤光谱仪、稳定直流电源、风冷系统及散热片等。

下面结合附图对本发明校准装置的各个部件进行详细说明。

主积分球球体：为了保证光源在积分球内壁多次反射，达到理想的均匀光效果，同时考虑到对二维色彩分析仪校准所要保证的出光面大小及均匀性，积分球球体的直径应不小于1000mm。

出光口：此部分是对二维色彩分析仪进行校准的最终输出部分，为了能够实现对仪器视场的全空间覆盖，出光口直径设置在100mm以上，同时为了保证出光口发光面具有优于1％的非均匀性，出光口直径应不高于主积分球直径的1/3。

高反射率内壁涂层：为了保证积分球出光效率，防止光源的出射光经多次反射后强度减弱，需要使用具有高反射率的漫反射材料作为积分球内壁涂层。

挡光板：为防止出光口出射的光线均是经由积分球内壁反射过后均匀处理的光，需要在出光口与可调孔径光阑之间设置挡光板，实现所有出射光均经过至少一次反射后出射。

级联辅助积分球：传统的积分球设计均是将光源置于积分球内壁上或紧贴内壁，由于本发明中积分球尺寸相对较大，故采用级联辅助积分球的方式，为主积分球提供入射光，保证了更加理想的均匀光效果。

大功率标准光源：本发明采用大功率的卤钨灯为积分球提供入射光，为了保证经过积分球匀光作用后，出射光仍具有较大的辐射能量，光源功率应不低于300W，并调节光源色温在2856K输出，使光谱分布符合仪器校准需求。

滤色片组合：为了实现对二维色彩分析仪色度参数校准，在主积分球与辅助积分球之间设置一组滤色片，能提供不同颜色均匀面光源的输出，实现对仪器色度均匀性等参数的校准；

可调孔径光阑：为了实现对二维色彩分析仪亮度线性的校准，本发明中设置了可调孔径光阑，能够实现对入射到主积分球的光通量进行大范围的控制，实现了装置亮度校准范围的高动态范围要求。

光纤光谱仪：为了实现对积分球输出亮度的实时监测，需要在主积分球侧壁设置监测窗口，通过光度探头及光纤光谱仪实现对光源输出亮度水平、光谱分布的测量，为仪器校准提供参考值。

稳定直流电源：本发明是为二维色彩分析仪提供校准，标准光源本身应具有优异的稳定性输出，稳定直流电源能够为标准光源提供稳定的供电电流保证输出的稳定性。

风冷系统及散热片：由于标准光源功率设置较大且卤钨灯的热效应明显，因此应设置相应的散热系统。

在对二维色彩分析仪进行校准时，调整好仪器镜头的焦距，使积分球出光口发光面覆盖仪器的全部视场，即仪器视场内观察到的图像全部在积分球出光口发光面上。通过在发光面上选取合适的测量点，并利用公式可以得到仪器的亮度均匀性。

在对仪器亮度参数测量线性度进行校准时，通过改变辅助积分球的通光光阑孔径实现对输入到积分球内的光通量的精确控制，从而实现主积分球的输出亮度的大范围调节，实现控制功能的可调孔径光阑是由螺旋测微器结构组成。

本发明通过积分球级联及均匀分布技术产生口径超过100mm、非均匀性优于1％的均匀发光面，可以保证对二维色彩分析仪全视场范围内的亮度、色度均匀性进行校准；而且，通过制冷型探测器精确测量积分球的亮度并反馈控制光源的供电电源确保亮度调节过程中的稳定性，并通过制冷型光谱仪监测积分球光源的光谱曲线，通过测出的光谱辐亮度值精确计算出该光源输出的色度值。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种二维色彩分析仪校准装置，其特征在于，包括：主积分球球体及出光口、级联辅助积分球、积分球内壁涂层、挡光板、大功率标准光源、滤色片组合、可调孔径光阑、光纤光谱仪；其中，

采用级联辅助积分球的方式，为主积分球提供入射光；

在主积分球与级联辅助积分球之间设置滤色片组合，提供不同颜色均匀面光源的输出；

可调孔径光阑对入射到主积分球的光通量进行大范围的控制；

在主积分球球体出光口与可调孔径光阑之间设置挡光板，所有出射光均经过至少一次反射后出射；

在主积分球侧壁设置监测窗口，通过光度探头及光纤光谱仪对光源输出亮度水平、光谱分布进行测量，为校准提供参考值。

2.如权利要求1所述的二维色彩分析仪校准装置，其特征在于，所述积分球球体的直径不小于1000mm。

3.如权利要求1所述的二维色彩分析仪校准装置，其特征在于，所述出光口直径设置在100mm以上，出光口直径不高于主积分球直径的1/3。

4.如权利要求1所述的二维色彩分析仪校准装置，其特征在于，所述积分球内壁涂层使用具有高反射率的漫反射材料。

5.如权利要求1所述的二维色彩分析仪校准装置，其特征在于，所述大功率标准光源采用大功率的卤钨灯，为积分球提供入射光。

6.如权利要求5所述的二维色彩分析仪校准装置，其特征在于，所述大功率标准光源不低于300W，并调节光源色温在2856K输出。

7.如权利要求1所述的二维色彩分析仪校准装置，其特征在于，所述可调孔径光阑由螺旋测微器结构组成。

8.一种二维色彩分析仪校准方法，基于权利要求1至7任一项所述的校准装置进行校准，其特征在于，

在对二维色彩分析仪进行校准时，调整好仪器镜头的焦距，使主积分球出光口发光面覆盖仪器的全部视场，仪器视场内观察到的图像全部在积分球出光口发光面上；

通过在发光面上选取合适的测量点，并利用公式得到仪器的亮度均匀性；

在对仪器亮度参数测量线性度进行校准时，通过改变辅助积分球的通光光阑孔径实现对输入到积分球内的光通量的精确控制，从而实现主积分球的输出亮度的大范围调节。