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