【国家标准】 激光显示器件 第5-2部分：散斑对比度光学测量方法

ICS31.120
CCS L 53
中华人民共和国国家标准
GB/T43590.502—2024/IEC62906-5-2:2016激光显示器件
第5-2部分：散斑对比度光学测量方法Laser display devices-
Part 5-2: Optical measuring methods of speckle contrast(IEC62906-5-2:2016,IDT)
2024-03-15发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会
2024-07-01实施
GB/T43590.502—2024/IEC62906-5-22016目
规范性引用文件
术语和定义、缩略语
术语和定义
缩略语
标准测量条件
标准测量环境条件
测量坐标系
暗室条件
测量设备的标准条件
屏幕条件
5散斑对比度的测量方法
静态图像的散斑对比度测量
5.2LMD的校准和判别.
附录A（资料性）
LD的光谱特性.·
单纵模LD的光谱特性
A.2多纵模LD的光谱特性
附录B（资料性）
成像传感器像素尺寸的建议
附录C（资料性）散斑对比度基本公式和可测变量的影响C.1基本公主
观察距离和光阑半径的影响
附录D（资料性）
参考文献
可能的误差及其来源
GB/T43590.502—2024/IEC62906-5-2:2016前言
本文件按照GB/T1.1一2020《标准化工作导则起草。
第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定本文件是GB/T43590《激光显示器件》的第5-2部分。GB/T43590已经发布了以下部分：第1-2部分：术语及文字符号；
一第5-1部分：激光前投影显示光学性能测试方法；第5-2部分：散斑对比度光学测量方法；—第5-3部分：激光投影显示（屏）图像质量测试方法；第5-4部分：彩色散斑的光学测试方法本文件等同采用IEC62906-5-2：2016《激光显示器件第5-2部分：散斑对比度光学测量方法》。本文件做了下列最小限度的编辑性改动：4.6.2中增加了注3。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中华人民共和国工业和信息化部提出本文件由全国电子显示器件标准化技术委员会（SAC/TC547)归口。本文件起草单位：海信视像科技股份有限公司、青岛海信激光显示股份有限公司、中国电子技术标准化研究院、杭州三泰检测技术有限公司、东南大学、浙江优盛康科技有限公司。本文件主要起草人：刘卫东、乔明胜、刘显荣、田有良、赵英、牟希、李俊凯、李晓华、颜珂1
GB/T43590.502—2024/IEC62906-5-2：2016引言
新型显示产业是国民经济和社会发展的战略性、基础性和先导性产业。激光显示器件是新型显示技术的核心部件。为了满足我国激光显示器件产品的生产制造、检验及进出口贸易需求制定激光显示器件系列标准。GB/T43590拟由以下部分构成：第1-2部分：术语及文字符号。目的在于确立激光显示器件及相关组件所优选的术语、定义和符号。
一第5-1部分：激光前投影显示光学性能测试方法。目的在于确立激光光源或者包含激光光源的混合光源的前投影机显示光学性能的测试方法。第5-2部分：散斑对比度光学测量方法。目的在于确立激光光源以及包含激光光源的混合光源的激光显示器件单色散斑对比度的测量方法。一第5-3部分：激光投影显示（屏)图像质量测试方法。目的在于确立激光投影机和屏幕组合的全画幅激光投影显示（屏）图像质量的测试方法一第5-4部分：彩色散斑的光学测试方法。目的在于确立激光显示器件彩色散斑的光学测试方法。
一第5-6部分：投影屏幕光学性能测试方法。目的在于确立基于光度学特性的激光投影显示屏幕光学性能的测试方法。
一第5-7部分：激光扫描显示在散斑影响下的图像质量测试方法。目的在于确立受散斑噪声影响时无可见荧光屏幕上的激光扫描显示图像质量的测试方法。一第5-11部分：光源模组光学测试方法。目的在于确立激光显示器件光源模组的光学性能测试方法。
一第5-12部分：光机模组测试方法。目的在于确立激光显示光机模组的性能测试方法。第5-16部分：激光显示用波长转换元件测试方法。目的在于确立激光显示用波长转换元件的性能测试方法。
第5-18部分：栅格式光纤扫描激光显示光学测试方法。目的在于确立光纤扫描器件在采用栅格式扫描时，针对激光束扫描成像时的光学测试方法。I
1范围
GB/T43590.502—2024/IEC62906-5-2:2016激光显示器件
第5-2部分：散斑对比度光学测量方法本文件规定了激光显示器件单色散斑对比度的标准测量条件和测量方法。本文件适用于全部为激光光源以及包含激光光源（一个或多个）和自发辐射光源（例如发光二极管）的混合型光源的激光显示器件。注：单色散斑对比度测量不包含图像质量的内容，2规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T43590.102—2023激光显示器件第1-2部分：术语及文字符号（IEC62906-1-2：2015，IDT)
IEC60825-1激光产品的安全第1部分：设备分类、要求（Safetyoflaserproducts一Part1：Equipment classification and requirements)注：GB7247.1一2012激光产品的安全第1部分：设备分类、要求（IEC60825-1：2007，IDT3术语和定义、缩略语
3.1术语和定义
GB/T43590.102一2023界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1.1
完全散射散斑fullydeveloped speckle;FDS当散斑对比度等于1时的散斑（Cs=1）。［来源：古德曼：2006[5]］
3.2缩略语
下列缩略语适用于本文件。
DN：数字信号（DigitalNumber）DUT：被测器件（DeviceUnderTest）LD：激光二极管（LaserDiode）LDD：激光显示器件（LaserDisplayDevice）LMD：光测量器件（LightMeasuringDevice）MTF：调制传递函数（ModulationTransferFunction）NA：数值孔径（NumericalAperture）PPUT：被测投影平面（ProjectionPlaneUnderTest）PSF：点扩散函数（PointSpreadFunction）1
GB/T43590.502—2024/IEC62906-5-2:2016SNR：信噪比(Signal to Noise Ratio)4标准测量条件
4.1通则
LDD的特点是采用相干光源或部分相干光源。散斑主要由光源的相干性产生。因此，需要专门为散斑设计的测试方法和设备。
在实现LDD的光学测量时，测试的环境、设备和方法应符合IEC60825-1中对于人体安全的规定。4.2标准测量环境条件
与散斑相关的光学测量应在如下的标准环境条件下进行：温度：25℃±3℃；
相对湿度：25%～85%；
大气压强：86kPa～106kPa。
当测量环境条件不同时，应在报告中加以说明。4.3测量坐标系
投影方向是LDD发出的光束到PPUT的方向。投影方向由两个角度来定义，倾斜角度θ（与PPUT的表面法线方向相关）和旋转角度Φ（也叫作方位角），如图1a）所示。方位角是逆时针方向测量的，与钟指针的方向有如下关系：Φ=0°是三点钟方向（右侧），Φ=90°是十二点钟方向（上侧），Φ=180°是九点钟方向（左侧），Φ=270°是六点钟方向（下侧）。观察方向是沿着观察者观测DUT（包括PPUT）上的观测点的方向。在测量过程中，LMD通过从观察方向上将LMD对准DUT上的观测点来模拟观察者。观察方向由两个角度来定义：倾斜角度0（与DUT的表面法线方向相关）和旋转角度Φ（也叫作方位角），角度如图1b)所示。方位角是逆时针方向测量的，它与钟指针的方向有如下关系：Φ三0°是三点钟方向（右侧），Φ三90°是十二点钟方向（上侧），Φ=180°是九点钟方向（左侧），Φ=270°是六点钟方向（下侧）。Z
a）前投影的PPUT
标引序号说明：
1——DUT或 LDD;
2———LMD或人眼。
b）前投影的PPUT或背投影的DUT（LDD）图1投影方向和观看方向坐标系统2
4.4暗室条件
GB/T43590.502—2024/IEC62906-5-2:2016LDD宜在环境光可控制的条件下进行测量。除LDD自身发出的光之外，应减少不必要的背景光，尤其是暗室中照射到显示器上的环境光。由环境光产生的暗室亮度，即从DUT反射的测量亮度应小于显示器最低黑场亮度的1/20。如果不能满足这个条件，应将背景光的亮度减掉并在试验报告中记录。建议减去成像器件的每个像素的背景。此外，如果LMD的灵敏度不足以测量最低亮度，LMD的最低量值应记录在报告中。
除另有规定外，标准的环境光条件应是暗室环境。4.5测量设备的标准条件
4.5.1通则
所有的测量都应由具有辐射度和电学测量经验的技术人员来完成，因此本文件不再提供详细的光学和物理方面的操作方法。此外，必需确保所有的仪器都经过适当的校准，记录校准数据并保证测量的可溯源性，
除另有规定外，假定所有测量都是终端用户在使用最终成品的正常操作条件下进行的测量设备的标准条件如下所述，与这些条件的任何偏差均应在报告中注明应在LDD、光源和测量设备稳定后开始测量。在某些应用条件下，如果无法在暗室条件下完成测量的，照明、测试的布局和光源的光谱分布应记录在报告中。
4.5.2LDD的调节
LDD应调节到其出厂默认模式下进行测量。LDD也可在其他模式下进行测量（例如，明亮模式或影院模式）。
4.5.3测量设备的条件
LDD产生的散斑对比度应使用4.2中所规定的标准测量条件进行测量。散斑对比度测量设备应记录下列参数：LDD操作模式；
投影屏幕到LDD的距离（不包含背投）；b）
投影平面到LMD的距离；
如4.3给出的投影方向；
如4.3给出的观察方向；
非出厂默认模式下的光的偏振条件；g)
LDD的中心波长；
非默认单色模式下的LDD的光谱；h）
LMD的光学系统参数：
1）成像镜头的F数；
2）光阑直径；
LMD中滤光片的光谱特性（如果用到滤光片）；3）
）二维成像器件的规格：
1）像素尺寸；
2）比特深度；
GB/T43590.502—2024/IEC62906-5-2:20163）
光谱灵敏度；
动态范围；
输人信号转换到数位的线性度；5）
曝光时间。
因不论单纵模还是多纵模的ID的光谱线宽都远窄于发光二极管（参见附录A）因此各基色的散斑都应根据光谱进行测量。窄光谱的测量需要很高的分辨率，所用到光谱仪或者光谱分析仪器应满足下列条件：
所用的光谱仪，或者光谱分析仪应至少覆盖如下波长范围：380nm～780nm，并且偏振灵敏度小于2%；
应确保LMD具有足够的灵敏度和动态范围去完成所需的测试；所有测量设备的相对不确定度和重复性应按照设备供应商推荐的校准方案进行维护；DUT应在其默认的图像刷新频率下工作。4.6屏幕条件
4.6.1通则
在散斑测量中，屏幕是LDD的重要部件。如果DUT包含作为产品组件之一的屏幕，则应使用屏幕进行测量。
4.6.2报告
下列与屏幕增益相关的规格应记录在报告中：视角特性；
峰值增益；
半增益视角。
注1：这些参数的定义和测量方法见信息显示设备测量标准（ICDM)2012版附录B17[7]。屏幕宜固定，否则测量结果会受到影响，特别是对于曝光时间长的测试设备。注2：由于目前没有其他合适屏幕增益测量的标准，因此本文件引用ICDM文件[7作为参考。但是未来会引用更合适的标准。
注3：屏幕增益测量参见IEC62906-5-6。5
散斑对比度的测量方法
静态图像的散斑对比度测量
5.1.1目的
该方法的目的是确定LDD的散斑对比度。该方法主要用于测量激光显示器件在屏幕上的散斑对比度。
测量条件
测量设备组成如下：
驱动电源；
驱动信号设备；
成像器件；
成像透镜和光阑；
前投影屏幕。
GB/T43590.502—2024/IEC62906-5-2:2016LMD包含成像镜头、光阑和成像器件各一个，LMD宜基于人眼视觉MTF和PSF进行设计[6。成像器件L如CCD（电荷耦合器件图像传感器）或CMOS（互补金属氧化物半导体图像传感器）对于去掉暗电流噪声的输入光信号应具有线性响应。成像器件应具备足够的能力来避免测试中散粒噪声的影响。信噪比应大于10并且暗电流噪声小于e-0.1。成像器件还应具有足够的分辨率来分辨出由光阑产生的最小主观散斑颗粒（参见附录B）。此外，在测量散斑时，宜仔细选择测量变量（参见附录C）。注：成像传感器的噪声[8]的第3章：光子传输噪声源。成像传感器的特性参见附录D。5.1.3测量前投影的单色散斑对比度测量应按以下步骤。
将DUT放置于屏幕前方。投影的距离宜设置为产品标称的设计值。a)
将LMD放置在如图2所示的位置。测量距离宜与预期的观看距离相同。b）
测量距离很大程度上取决于DUT。例如，对于全高清投影机，推荐使用的测量距离应是图像高度的3倍。对于影院投影机，推荐使用5m的测量距离。成像器件应放置于屏幕的共轭焦平面上。
DUT的投影图像在空间上是均匀的（通常是红、绿、蓝基色）。当DUT是多基色系统时，所有的基色散斑都宜测量。图像的尺寸应大于LMD的视场。如有必要，放置一片滤光片来滤掉不必要的光学噪声信号。滤光片宜对主要的投影图像的基d）
色光具有高透过率。对于不同基色的散斑测量，推荐使用相对应的滤光片。e）
调节LMD的焦距，使投影画面在LMD上清晰成像推荐将DUT和LMD成一定的角度，以避免屏幕的镜面反射反射到LMD上。将LMD调焦f）
到屏幕上。
拍摄图像，应确定曝光时间以避免成像器件信号饱和。用公式(1)计算散斑对比度Cs。
式中：
。散斑图样强度的标准偏差；
一散斑图样的平均强度
标引序号说明：
DUT或LDD：
NADUT-Seen
PPUT（屏幕）；
镜面反射；
5——NAsereer-tis
光阑；
成像透镜；
NA Iris Image ;
2前投影的单色散斑对比度测量布局示例成像器件；
滤色片（可选）。
·（1）
GB/T43590.502—2024/IEC62906-5-2：2016注1：置于DUT前面的滤色片有带通特性，仅通过产生散斑的激光的非常窄的“单色”带宽（参见附录A）。当存在其他光源影响散斑对比度时选择使用滤色片（见GB/T43590.102一2023中3.3.5）。测量过程中忽略了其他光源的串扰。
注2：对于特定目镜的应用，如左右眼偏振特性不同或波长波段不同的3D眼镜，在LMD前面设置与目镜相同光学特性的光学元件。
5.1.4测量背投影的单色散斑对比度将屏幕看作是背投影机的一个部件，测量步骤如下。a）
将DUT和LMD如图3放置。测量距离宜与预期的观看距离相同。DUT的投影图像在空间上是均匀的（通常是红、绿、蓝基色）。投影图像的尺寸应大于LMDb）
的视场。
如有必要，放置一片滤光片来滤掉不必要的光学噪声信号。滤光片宜对主要的投影图像的基c）
色光具有高透过率。对于不同基色的散斑测量，推荐使用相对应的滤光片。调节LMD的焦距，使得投影图像在LMD上清晰成像。d)
拍摄图像，应确定曝光时间以避免成像器件信号饱和。计算散斑对比度Cs，方法同5.1.3h）。4
标引序号说明：
DUT或LDD；
2—-NA sere-lis:
光阑；
4——滤色片（可选）；
5.2LMD的校准和判别
5.2.1通则
成像透镜：
NA Iris-Image
成像器件；
-LMD。
：背投影的单色散斑对比度测量布局示例图3
为实现散斑对比度的精确和重复测量，LMD的校准和判别是非常重要的。应定期对LMD进行校准和判别。免费标准bzxz.net
全部的校准应采用前投影而不是背投影来完成校准装置包含如下部分：
稳定工作在单模状态下的连续、窄带、线偏振的相干光源，如频谱宽度小于20MHz的稳频a)
He-Ne激光器，可用于高散斑对比度的校准；b）
起偏器；
非相干光源，例如，白炽灯，用于测量低散斑对比度；d）
投影镜头：
标准漫反射屏幕，应具备近似朗伯散射特性。e)
GB/T43590.502—2024/IEC62906-5-2:2016注：反射面的表面纹理可能会发生变化并影响绝对散斑对比度值。比较结果时，指定单个反射率标准样品作为参考。
5.2.2最高散斑对比度的校准程序和判别可测量的Cs最大值是由5.2.1所定义的近似完全相干光源产生，将其应用于最高Cs的校准，Cs最大值与完全散射散斑（FDS,Cs=1，见3.1)接近。校准程序如下：a)
如图4放置LMD；
将相干光源放置于图4中“光源”的位置；投射光束应进行准直，并且投射面积应完全覆盖测量区域；d)
设置一个屏幕，放置DUT和LMD成一定的角度来避免镜面反射的影响；e)
在成像镜头前面放置一个起偏器；将起偏器的偏振平面调整到与相干光源的偏振方向一致；调节LMD的焦距，使投影画面在LMD上清晰成像；拍摄图像，应确定曝光时间以避免成像器件信号饱和；计算散斑对比度Cs，方法同5.1.3h）；将计算的散斑对比度记录在报告中。标引序号说明：
1-光源；
投影镜头；
3———PPUT(屏幕）；
4—镜面反射；
起偏器（仅用于最大散斑对比度）；5——
6——光阑；
成像透镜；
8--成像器件；
9——LMD.
图4最高散斑对比度校准及测量布局示例可测量的最大散斑对比度应大于0.97，否则应校准LMD，使得散斑对比度大于0.97。5.2.3
最低散斑对比度的校准程序和判别从非相干光源（如白炽灯或均匀照明的白光LED)获得的可测量的最低的散斑对比度值，应用于最低散斑对比度的校准，作为散斑对比度最接近○的完全不相干情况。校准程序如下：将LMD放置于图4所示的位置（没有起偏器）；a
将非相干光源放置于图4中“光源”的位置；b）
投射光束应进行准直，并且投射面积应完全覆盖测量区域；c
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