系统之光学特性量测及评价
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系統之光學特性量測及評價
報告者 : 許志祿 (Hsu Chih-Lu) ) 指導者 : 王思克 (Ken Wang) ) 日期 : 2000/08/17
投影機光學量測的目的
目的 判別投影機投出光的亮度(其實是光通量)、投影距離、
:
解析度、均勻度與顏色等等光學資料，為定量的分析依據。 可以根據這些量測結果，用來判斷一臺投影機光學品質的好壞。
常見的光學量測項目與相關背景知識(二 常見的光學量測項目與相關背景知識 二)
•與亮度相關的物理量 11.光度學(Photometry)與輻射度學(Radiometry) →光度學是研究可見光區(380～780 nm)內電磁輻射能(Radiant Energy)的計量科學。 →輻射度學研究輻射能測量，以及能量在光學系統中傳輸 流動相關問題的學問。其討論範圍遍及整個輻射光譜區域。 →輻射度學與光度學是相對應的，只要用輻射通量P代替光通量ψ ，就可以得到輻射度學中相應的各物理量和基本規律。
資料投影機(Data Projector)使用參數之定義與光學量測的方法 資料投影機 使用參數之定義與光學量測的方法 常見的光學量測項目與相關背景知識(三): •與亮度相關的物理量或元件 20.美國國家標準學會流明(American National Standards Institute Lumens，簡稱ANSI Lumens或ANSI lms) 21.對比(Contrast或是Contrast Ratio) 22.量測對比(Contrast或是Contrast Ratio) 23.均勻度(Uniformity) 24.灰階(Gray Level) 25.超高壓金屬汞燈泡中的弧形管 (Arc of Ultra-High Pressure Metal-Hg Lamp) 26.積分桿 (Integrating Rod或是Integrator，或是Light Pipe)
資料投影機(Data Projector)使用參數之定義與光學量測的方法 資料投影機 使用參數之定義與光學量測的方法 常見的光學量測項目與相關背景知識(二): •與亮度相關的物理量 11.光度學(Photometry)與輻射度學(Radiometry) 12.光能(Luminous Energy)Q 13.光能密度(Luminous Density) q 14.發光強度(Luminous Intensity 14. (Luminous Intensity或稱為光度) I:( ) I:(適用於點光源) ) 15.光通量(Luminous Flux或是Luminous Power，或稱為光束)ψ 16.光亮度(Luminance或譯為輝度)L 17.亮度(Brightness或譯為明度) 18.光照度(Illuminance或是Illumination)E 19.光出射度(Luminous Emittance或Luminous Exitance，或稱為 光束發散度)M
常見的光學量測項目與相關背景知識(二 常見的光學量測項目與相關背景知識 二)
16.光亮度(Luminance或譯為輝度)L(二) →對Lambert面來說，光亮度L(cd / m2)是常數 dIn dIθ θ dS 圖4 Lambert面的發光強度 軌跡圖 圖5 能看到一樣的Lambert面
常見的光學量測項目與相關背景知識(二 常見的光學量測項目與相關背景知識 二) 17.亮度(Brightness或譯為明度) → 代表明暗程度，是觀察者對於物理量光亮度(Luminance)的 生理反應。亮度無法用儀器量測而得，只有光亮度與光通量可 用儀器量測得到。(輝度計量測光亮度；照度計量測照度，再乘 以面積，即是光通量)(lm= m2 ×Lux)
常見的光學量測項目與相關背景知識(二 常見的光學量測項目與相關背景知識 二) 14.發光強度(Luminous Intensity或稱為光度) I:(適用於點光源) A(Source) dω 圖1 dψ →一個點光源要向各個方向輻射光通量，假設dψ是通過某一 方向上立體角元dω界內的光通量，則dψ / dω叫做光源在這 一方向的發光強度I，即I＝ dψ / dω 。當立體角單位是球面度 (Steradian，縮寫sr)，光通量單位是lm時，發光強度的單位是 燭光( lm / sr，Candela，縮寫cd)。
常見的光學量測項目與相關背景知識(三 常見的光學量測項目與相關背景知識 三)
資料投影機(Data Projector)使用參數之定義與光學量測的方法 資料投影機 使用參數之定義與光學量測的方法 常見的光學量測項目與相關背景知識(四): •與光學量度相關的組織 27.國際照明委員會(Commission International de I’Eclairage 簡稱CIE) •與顏色相關的物理量 28.色度學(Colorimetry) 29. CIE1931標準色度系統(CIE1931 Chromaticity Values) 30.顏色座標(Color Coordinate簡稱色座標) 31.色溫(Color Temperature) TC 32.橫向色差(Lateral Color Error)
常見的光學量測項目與相關背景知識(二 常見的光學量測項目與相關背景知識 二) 16.光亮度(Luminance或譯為輝度)L(一) θ dω dψ dS (Source)
圖3
→從某一面元發出的光，沿著給定的方向，在每一單位面積dS → dS 每一單位立體角dω內發射的光通量dψ，稱之為光亮度L， d 2φ L＝ 。當光通量單位是流明，面積單位是米2，立體角 dω dS cosθ 單位是球面度sr(Steradian)時，光亮度單位是尼都(lm / (m2 × sr) ，nit，簡稱nt)。
常見的光學量測項目與相關背景知識(一) 常見的光學量測項目與相關背景知識
6.扭曲失真(Distortion或稱為畸變)
A C B D F E
Horizontal Distortion≡(A－C)/C (up) and (B－C)C (down) Vertical Distortion≡(D＋E－2F)/2F
常見的光學量測項目與相關背景知識(二 常見的光學量測項目與相關背景知識 二) 18.光照度(Illuminance或是Illumination)E
dS 圖1 → 當物體表面被照明時，若照射到單位面積dS上的光通量是dψ ，則稱投射到單位面積面元上的光通量為光照度，即E＝dψ/dS。 當光通量單位是流明，面積單位是米2時，光照度單位是勒克斯 (lm / m2，lx或lux)。
常見的光學量測項目與相關背景知識(二 常見的光學量測項目與相關背景知識 二) 12.光能(Luminous Energy)Q →光能為光通量的時間性積分，其單位為流明×秒 (lm×s＝talbot 或稱為泰伯)以及流明×時( lm×h)，光源用作計算 總壽命(Total Lifetime)中發出光的總量或照明經濟等。 13.光能密度(Luminous Density) q →光能密度q＝ Q / V，代表光源發出的光束(光通量)ψ通過空間 體積V時，其總光能為Q，於所有傳播體積V內的光能密度。其 單位為泰伯/米3(talbot / m2)。
常見的光學量測項目與相關背景知識(一) 常見的光學量測項目與相關背景知識 7.彗差(Coma) →彗差會隨著透鏡形狀和孔徑光闌的位置而改變
Biblioteka Baidu
COMAT=H‘AB-H’P
常見的光學量測項目與相關背景知識(一) 常見的光學量測項目與相關背景知識 8.解析度(Resolution又稱為分辨率) →相鄰兩點像素(pixels或稱為畫素)能清楚成像，清晰分辨的程度。 兩點成像愈清晰代表解析度愈好。 9.螢幕解析度(Screen Resolution) →螢幕解析度代表投影機(或所有的家電顯示產品，如電腦、電視 、數位相機、示波器等等)螢幕畫面上，螢幕單位點(pixels，即映 像點、或稱為像素、畫素)的數目多寡。單位點數目愈多代表螢幕 解析度愈好。一般我們所說的解析度即是指螢幕解析度而言。
常見的光學量測項目與相關背景知識(一) 常見的光學量測項目與相關背景知識 •與距離相關的物理量 •Wall Mounted Screen 1.投影距離(Projection Distance) 2.螢幕尺寸(Screen Size) 3.投影比例(Throw Ratio) 4.定焦鏡頭(Fixed Lens)與變焦鏡頭(Zoom Lens) 5.最小投影清晰成像距離(Shortest focal distance)與 最大投影清晰成像距離(Longest focal distance) •Bocelli •2.706 meters (lens to screen) Horizontally •Test Table
內容
•常見的光學量測項目與相關背景知識介紹 •常見的光學品質項目 •DLP Projector常見的光學現象與問題 •結論
資料投影機(Data Projector)使用參數之定義與光學量測的方法 資料投影機 使用參數之定義與光學量測的方法 常見的光學量測項目與相關背景知識(一): •與距離相關的物理量 1.投影距離(Projection Distance) 2.螢幕尺寸(Screen Size) 3.投影比例(Throw Ratio) 4.定焦鏡頭(Fixed Lens)與變焦鏡頭(Zoom Lens) 5.最小投影清晰成像距離(Shortest focal distance)與 最大投影清晰成像距離(Longest focal distance) 6.扭曲失真(Distortion或稱為畸變) 7.彗差(Coma) 8.解析度(Resolution又稱為分辨率) 9.螢幕解析度(Screen Resolution) 10.鏡頭解析度(Resolution of Projection Lens)
常見的光學量測項目與相關背景知識(二 常見的光學量測項目與相關背景知識 二) 19.光出射度(Luminous Emittance或Luminous Exitance，或稱為 光束發散度)M dS 圖1 →單位面積的面元發出的總光通量為面光源的光出射度M。對於 面光源，考慮它的小面元dS (圖1)，若dS沿各方向(實際上是面的 一側)發出的總光通量為dψ，則M＝ dψ/dS(lm / m2 )。它的單位 是勒克斯(lx或lux)，與光照度E的單位一樣。它的單位也有使用 弧度勒克斯(radlux，簡寫成rlx)，1rlx＝1lm/m2。
常見的光學量測項目與相關背景知識(二 常見的光學量測項目與相關背景知識 二) 15.光通量(Luminous Flux或是Luminous Power，或稱為光束)ψ →描述可見光產生視覺響應強弱的能力之物理量。光通量代表 可見光在一段時間內，通過空間中給定點的能量大小。當輻射 通量為dPλ，vλ為波長在λ時的視見函數，波長在λ附近的輻 射所相當的光通量為dψ＝683 vλ dPλ，式中常數683與光度學 單位的規定有關。光通量的單位是流明(lumen，簡寫為lm)，通 常使用美國國家標準學會流明(American National Standards Institute Lumens，簡稱ANSI Lumens或ANSI lms)， 簡稱為ANSI Lumens。 圖2 dω dψ P
常見的光學量測項目與相關背景知識(一) 常見的光學量測項目與相關背景知識 10.鏡頭解析度(Resolution of Projection Lens) → Resolution (for a 16×12 block resolution screen)
VGA 640×480 SVGA 800×600 XGA 1024×768 SXGA 1280×1024 UXGA 1600×1200 OR 1600×1280 HDTV 1920×1080
報告者 : 許志祿 (Hsu Chih-Lu) ) 指導者 : 王思克 (Ken Wang) ) 日期 : 2000/08/17
投影機光學量測的目的
目的 判別投影機投出光的亮度(其實是光通量)、投影距離、
:
解析度、均勻度與顏色等等光學資料，為定量的分析依據。 可以根據這些量測結果，用來判斷一臺投影機光學品質的好壞。
常見的光學量測項目與相關背景知識(二 常見的光學量測項目與相關背景知識 二)
•與亮度相關的物理量 11.光度學(Photometry)與輻射度學(Radiometry) →光度學是研究可見光區(380～780 nm)內電磁輻射能(Radiant Energy)的計量科學。 →輻射度學研究輻射能測量，以及能量在光學系統中傳輸 流動相關問題的學問。其討論範圍遍及整個輻射光譜區域。 →輻射度學與光度學是相對應的，只要用輻射通量P代替光通量ψ ，就可以得到輻射度學中相應的各物理量和基本規律。
資料投影機(Data Projector)使用參數之定義與光學量測的方法 資料投影機 使用參數之定義與光學量測的方法 常見的光學量測項目與相關背景知識(三): •與亮度相關的物理量或元件 20.美國國家標準學會流明(American National Standards Institute Lumens，簡稱ANSI Lumens或ANSI lms) 21.對比(Contrast或是Contrast Ratio) 22.量測對比(Contrast或是Contrast Ratio) 23.均勻度(Uniformity) 24.灰階(Gray Level) 25.超高壓金屬汞燈泡中的弧形管 (Arc of Ultra-High Pressure Metal-Hg Lamp) 26.積分桿 (Integrating Rod或是Integrator，或是Light Pipe)
資料投影機(Data Projector)使用參數之定義與光學量測的方法 資料投影機 使用參數之定義與光學量測的方法 常見的光學量測項目與相關背景知識(二): •與亮度相關的物理量 11.光度學(Photometry)與輻射度學(Radiometry) 12.光能(Luminous Energy)Q 13.光能密度(Luminous Density) q 14.發光強度(Luminous Intensity 14. (Luminous Intensity或稱為光度) I:( ) I:(適用於點光源) ) 15.光通量(Luminous Flux或是Luminous Power，或稱為光束)ψ 16.光亮度(Luminance或譯為輝度)L 17.亮度(Brightness或譯為明度) 18.光照度(Illuminance或是Illumination)E 19.光出射度(Luminous Emittance或Luminous Exitance，或稱為 光束發散度)M
常見的光學量測項目與相關背景知識(二 常見的光學量測項目與相關背景知識 二)
16.光亮度(Luminance或譯為輝度)L(二) →對Lambert面來說，光亮度L(cd / m2)是常數 dIn dIθ θ dS 圖4 Lambert面的發光強度 軌跡圖 圖5 能看到一樣的Lambert面
常見的光學量測項目與相關背景知識(二 常見的光學量測項目與相關背景知識 二) 17.亮度(Brightness或譯為明度) → 代表明暗程度，是觀察者對於物理量光亮度(Luminance)的 生理反應。亮度無法用儀器量測而得，只有光亮度與光通量可 用儀器量測得到。(輝度計量測光亮度；照度計量測照度，再乘 以面積，即是光通量)(lm= m2 ×Lux)
常見的光學量測項目與相關背景知識(二 常見的光學量測項目與相關背景知識 二) 14.發光強度(Luminous Intensity或稱為光度) I:(適用於點光源) A(Source) dω 圖1 dψ →一個點光源要向各個方向輻射光通量，假設dψ是通過某一 方向上立體角元dω界內的光通量，則dψ / dω叫做光源在這 一方向的發光強度I，即I＝ dψ / dω 。當立體角單位是球面度 (Steradian，縮寫sr)，光通量單位是lm時，發光強度的單位是 燭光( lm / sr，Candela，縮寫cd)。
常見的光學量測項目與相關背景知識(三 常見的光學量測項目與相關背景知識 三)
資料投影機(Data Projector)使用參數之定義與光學量測的方法 資料投影機 使用參數之定義與光學量測的方法 常見的光學量測項目與相關背景知識(四): •與光學量度相關的組織 27.國際照明委員會(Commission International de I’Eclairage 簡稱CIE) •與顏色相關的物理量 28.色度學(Colorimetry) 29. CIE1931標準色度系統(CIE1931 Chromaticity Values) 30.顏色座標(Color Coordinate簡稱色座標) 31.色溫(Color Temperature) TC 32.橫向色差(Lateral Color Error)
常見的光學量測項目與相關背景知識(二 常見的光學量測項目與相關背景知識 二) 16.光亮度(Luminance或譯為輝度)L(一) θ dω dψ dS (Source)
圖3
→從某一面元發出的光，沿著給定的方向，在每一單位面積dS → dS 每一單位立體角dω內發射的光通量dψ，稱之為光亮度L， d 2φ L＝ 。當光通量單位是流明，面積單位是米2，立體角 dω dS cosθ 單位是球面度sr(Steradian)時，光亮度單位是尼都(lm / (m2 × sr) ，nit，簡稱nt)。
常見的光學量測項目與相關背景知識(一) 常見的光學量測項目與相關背景知識
6.扭曲失真(Distortion或稱為畸變)
A C B D F E
Horizontal Distortion≡(A－C)/C (up) and (B－C)C (down) Vertical Distortion≡(D＋E－2F)/2F
常見的光學量測項目與相關背景知識(二 常見的光學量測項目與相關背景知識 二) 18.光照度(Illuminance或是Illumination)E
dS 圖1 → 當物體表面被照明時，若照射到單位面積dS上的光通量是dψ ，則稱投射到單位面積面元上的光通量為光照度，即E＝dψ/dS。 當光通量單位是流明，面積單位是米2時，光照度單位是勒克斯 (lm / m2，lx或lux)。
常見的光學量測項目與相關背景知識(二 常見的光學量測項目與相關背景知識 二) 12.光能(Luminous Energy)Q →光能為光通量的時間性積分，其單位為流明×秒 (lm×s＝talbot 或稱為泰伯)以及流明×時( lm×h)，光源用作計算 總壽命(Total Lifetime)中發出光的總量或照明經濟等。 13.光能密度(Luminous Density) q →光能密度q＝ Q / V，代表光源發出的光束(光通量)ψ通過空間 體積V時，其總光能為Q，於所有傳播體積V內的光能密度。其 單位為泰伯/米3(talbot / m2)。
常見的光學量測項目與相關背景知識(一) 常見的光學量測項目與相關背景知識 7.彗差(Coma) →彗差會隨著透鏡形狀和孔徑光闌的位置而改變
Biblioteka Baidu
COMAT=H‘AB-H’P
常見的光學量測項目與相關背景知識(一) 常見的光學量測項目與相關背景知識 8.解析度(Resolution又稱為分辨率) →相鄰兩點像素(pixels或稱為畫素)能清楚成像，清晰分辨的程度。 兩點成像愈清晰代表解析度愈好。 9.螢幕解析度(Screen Resolution) →螢幕解析度代表投影機(或所有的家電顯示產品，如電腦、電視 、數位相機、示波器等等)螢幕畫面上，螢幕單位點(pixels，即映 像點、或稱為像素、畫素)的數目多寡。單位點數目愈多代表螢幕 解析度愈好。一般我們所說的解析度即是指螢幕解析度而言。
常見的光學量測項目與相關背景知識(一) 常見的光學量測項目與相關背景知識 •與距離相關的物理量 •Wall Mounted Screen 1.投影距離(Projection Distance) 2.螢幕尺寸(Screen Size) 3.投影比例(Throw Ratio) 4.定焦鏡頭(Fixed Lens)與變焦鏡頭(Zoom Lens) 5.最小投影清晰成像距離(Shortest focal distance)與 最大投影清晰成像距離(Longest focal distance) •Bocelli •2.706 meters (lens to screen) Horizontally •Test Table
內容
•常見的光學量測項目與相關背景知識介紹 •常見的光學品質項目 •DLP Projector常見的光學現象與問題 •結論
資料投影機(Data Projector)使用參數之定義與光學量測的方法 資料投影機 使用參數之定義與光學量測的方法 常見的光學量測項目與相關背景知識(一): •與距離相關的物理量 1.投影距離(Projection Distance) 2.螢幕尺寸(Screen Size) 3.投影比例(Throw Ratio) 4.定焦鏡頭(Fixed Lens)與變焦鏡頭(Zoom Lens) 5.最小投影清晰成像距離(Shortest focal distance)與 最大投影清晰成像距離(Longest focal distance) 6.扭曲失真(Distortion或稱為畸變) 7.彗差(Coma) 8.解析度(Resolution又稱為分辨率) 9.螢幕解析度(Screen Resolution) 10.鏡頭解析度(Resolution of Projection Lens)
常見的光學量測項目與相關背景知識(二 常見的光學量測項目與相關背景知識 二) 19.光出射度(Luminous Emittance或Luminous Exitance，或稱為 光束發散度)M dS 圖1 →單位面積的面元發出的總光通量為面光源的光出射度M。對於 面光源，考慮它的小面元dS (圖1)，若dS沿各方向(實際上是面的 一側)發出的總光通量為dψ，則M＝ dψ/dS(lm / m2 )。它的單位 是勒克斯(lx或lux)，與光照度E的單位一樣。它的單位也有使用 弧度勒克斯(radlux，簡寫成rlx)，1rlx＝1lm/m2。
常見的光學量測項目與相關背景知識(二 常見的光學量測項目與相關背景知識 二) 15.光通量(Luminous Flux或是Luminous Power，或稱為光束)ψ →描述可見光產生視覺響應強弱的能力之物理量。光通量代表 可見光在一段時間內，通過空間中給定點的能量大小。當輻射 通量為dPλ，vλ為波長在λ時的視見函數，波長在λ附近的輻 射所相當的光通量為dψ＝683 vλ dPλ，式中常數683與光度學 單位的規定有關。光通量的單位是流明(lumen，簡寫為lm)，通 常使用美國國家標準學會流明(American National Standards Institute Lumens，簡稱ANSI Lumens或ANSI lms)， 簡稱為ANSI Lumens。 圖2 dω dψ P
常見的光學量測項目與相關背景知識(一) 常見的光學量測項目與相關背景知識 10.鏡頭解析度(Resolution of Projection Lens) → Resolution (for a 16×12 block resolution screen)
VGA 640×480 SVGA 800×600 XGA 1024×768 SXGA 1280×1024 UXGA 1600×1200 OR 1600×1280 HDTV 1920×1080