光谱分布对比色度参数的影响：从光谱测量开始

2023-06-15 历史故事版权反馈

【摘要】：6.1.6.3 由光谱分布确定的比色度在知道了辐射的光谱分布后，就可以得到色度参数。

6.1.6.1 光谱分布

对于任意辐射度值或能量值X_e，它的光谱分布为X_e对λ的微分：

光谱分布是用光谱辐射计测量的。这种仪器的核心是一个单色器，它输出的辐射对任何波长而言，带宽都非常窄。对于LED，建议的（见下文）带宽不超过5mm（半功率带宽）。光谱辐射计的正确使用方法可参考CIE 63文档[CIE84b]。应用式（6-1）往回求出全局光度（或亮度）值。这不仅要像平常一样知道光谱分布的相对值，还需知道绝对值。

6.1.6.2 与光谱分布有关的量

基本的LED是单色的，它们的光谱仅呈现出一个钟形的光谱带。主要参数有：

1）峰值波长。当仅测量相对光谱分布时，该参数通常归一化至最大值，此时峰值波长为1。

2）FWHM（半最大值全宽度）Δλ_0.5：光谱带大于半最大值的带宽。这种光谱带通常很窄（为30～50nm）。

对于不同封装的多个LED（尤其是白光LED），它们的光谱带沿着λ轴移动。而对于利用荧光发光原理的白光LED，一个或几个窄带构成了它完整的连续光谱。

6.1.6.3 由光谱分布确定的比色度

在知道了辐射的光谱分布（相对值即可）后，就可以得到色度参数。常用表示法主要考虑的均为双色度坐标（例如x-y、u-v或u′-v′），或单色LED的主波长和纯度。白光LED有这样一种特性：在色三角内的黑体曲线附近，使用单一的“相关色温”参数就足够了。对于这些概念和计算方法，请参考CIE15文档[CIE 04]。

光源的色度参数并未透露出光源照射物体使物体显现出颜色的方式。对于白色光源来说，获知这一信息十分重要。与之有关的参数为显色指数（Color Rendering Index，CRI）。常规测量方法估计出色彩样品参考图表的彩色失真，此时样品相继被被测光源和参考光源照射，参考光源一般为CIE光源A（见CIE13文档[CIE 95]）。近期研究对白光LED显色指数的合理性提出质疑，使CIE建议开展旨在提出附加指数的研究工作，新的指数不应取代原有的指数，而是完善这个指数所包含的信息（见CIE 177[CIE 07b]）。第7章更详细地讨论了比色度的相关问题。

6.1.6.4 LED光谱测量

LED辐射的光谱分布可用光度辐射计测出，方法有4种：①辐照度法、②总通量法、③部分通量法和④辐射法。应用辐照度法时，辐射光谱是在特定方向上确定的；而总通量法是在所有方向或部分角度扇区内求辐射光谱平均值。单色LED（一个窄峰）通常在所有方向都呈现出良好的色度均匀性，这时采用辐照度法较为合适。相反，白光LED通常具有不规则的色彩空间分布，当测量平均颜色时，应采用通量法。辐射法可确定某一尺寸的LED发射表面辐射（即亮度）的光谱分布特性。

6.1.6.4.1 辐照度法

被测LED放置在光度辐射计开口的一定距离外。应注意让光度辐射计接收均匀的辐照度，实现方法是插入小积分球或扩散滤波器。扩散滤波器可工作在传输状态或反射状态，与光纤结合后可将光从滤波器的输出端传导至光度辐射计的入口。或者可使用辐射法，用合适的光学元件直接瞄准滤波器。这些设备还可和参考灯（通常为光谱分布已知的石英卤素钨灯）配合，用于仪器的校准。至于被测LED的测量，每盏灯应放置在同一位置，因为只有这样仪器才以相同的方式被照射，与光源各自的尺寸无关。

6.1.6.4.2 通量法

测量总光通量的光谱时，设备的几何形状为球体，与测量总光通量时（见图6-6）一样；不同之处是光度辐射计取代了勒克斯计。整个设备由光谱特性已知的参考通量灯（与前文一样的钨灯）校准。

光度辐射计应具有的光谱特性

光度辐射计输出光束的非零带宽和采样波长间隔影响着光谱测量的精确性。理想情况下，带宽和采样间隔应尽可能小，但代价是敏感性的降低和测量时间的增加。对于发射光谱带很窄的单色LED而言，这一问题尤为尖锐。非零单色器带宽的影响是扩大了所测的LED光谱，因而改变了计算出的色度参数。例如，10nm（FWHM，三角形）的带宽会导致红光或蓝光LED的u′-v′色度参数出现0.003的误差，误差与带宽的二次方成正比。带宽的最高建议值为5mm，它可以使误差减小4倍。采样间隔对色度参数的影响不如带宽那么大，但测量单色LED发射的峰值波长时，采样间隔的大小就非常重要。建议使用的最大采样间隔为2.5nm。

光谱分布对比色度参数的影响：从光谱测量开始

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