在顯示技術研發、照明工程及光學計量領域，精確測量光源的亮度、色度與光譜特性是產品質量控制與科學研究的基礎環節。隨著OLED、micro-LED等新型顯示技術的快速發展，以及照明產品對色彩準確性的嚴苛要求，傳統測量設備在極低亮度或高偏振特性光源面前常常力不從心。日本大塚電子（OTSUKA Electronics）推出的HS-1000高靈敏度光譜輻射計，以其8個數量級的寬動態范圍、低于1%的偏振誤差和CIE標準全兼容的測量能力，成為光學測量領域的性產品。

一、產品定位與技術原理

HS-1000是大塚電子光譜輻射計系列的核心型號，專為高精度、高靈敏度光學測量而設計。產品定位為“從極低亮度到超高亮度均可精確測量的光譜輻射亮度計”，適用于顯示器件評估、照明光源檢測及作為各類光學儀器的標準參考設備。

核心技術原理

HS-1000的核心工作原理基于分光光度法，通過精密的光學系統與信號處理技術，實現遠超傳統光譜儀的性能指標：

1. 分光系統：采用衍射光柵（Diffraction Grating）作為核心分光元件，將入射的復合光按波長精確分解成光譜。相比傳統棱鏡分光，衍射光柵具有更均勻的色散特性，為高精度測量奠定基礎

2. 光電檢測：配備熱電冷卻線性陣列傳感器（Thermoelectrically Cooled Linear Array Sensor）。冷卻技術能顯著降低傳感器本身的暗電流噪聲，這對于測量微弱光信號至關重要，是實現0.005 cd/m2超低亮度檢測能力的關鍵

3. 雜散光抑制：采用大塚電子的技術，通過二維檢測表面設計，從譜光照射區域的信號強度中減去非照射區域的信號強度，有效消除設備內部產生的漫射光及傳感器表面的反射和衍射雜散光，獲得更純凈的光譜信號

二、核心硬件配置

1. 分光系統與檢測器

HS-1000采用分光方式進行顏色測量，核心配置如下：

2. 測量光學系統

HS-1000配備多種測量角度，適應不同尺寸樣品的測量需求：

測量距離：從物鏡前端起240 mm至無限遠，滿足從近距離微觀測量到遠距離大屏幕評估的多樣化需求。

3. 獨特的光學設計

HS-1000采用特殊光學系統，能夠將偏振誤差控制在1%以下。這一特性使其在測量LCD等具有明顯偏振特性的顯示器件時，依然能夠保持高的測量精度，解決了顯示設備測量中的一大技術難題。

4. 物理規格

三、技術參數一覽

四、核心功能與測量項目

1. 基礎測量項目

HS-1000能夠輸出豐富的光學參數，滿足不同應用場景的測量需求：

輻射與光度參數：

• 輻射率（W/sr/m2）

• 亮度（cd/m2）

• 三刺激值XYZ

色度參數：

• 色度坐標xy（符合CIE 1931標準）

• 色度坐標U‘V’（符合CIE 1976標準）

• 相關色溫（CCT）

• 偏差（Duv）

光譜分析功能：

• 光譜數據的算術運算（四則運算）

• 光譜數據的功能處理

2. 高級測量功能

色域測量（選配）：

• NTSC色域比率自動測量

• 配合信號發生器實現顯示設備色域自動評估

響應速度測量（HS-1000RT選配）：

• 動態畫面反應時間（MPRT）測量

• 可根據響應速度測量結果模擬視頻響應

高級色度標準支持：

• CIECAM02標準輸出：支持人眼可視顏色外觀模型，輸出明度（J）、亮度（Q）、飽和度（s）、色度（C）、色彩（M）等參數

• CIE 200:2011標準輸出：考慮人眼中視視覺（浦肯野現象），輸出等效亮度值，更準確反映暗視覺條件下的視覺感知

3. 頻率照明光源穩定測量

HS-1000具備針對頻率照明光源的高精度穩定測量功能。用戶輸入照明頻率后，儀器自動將曝光時間設置為照明周期的整數倍，有效消除因頻率波動導致的測量誤差，確保熒光燈、LED驅動電源等脈動光源測量的準確性和重復性。

4. 軟件功能

HS-1000配備功能*的測量軟件，提供兩種操作模式：

• 簡易模式：一鍵式測量，自動調光、暗測量、計算結果顯示，適合常規操作

• 進階模式：可任意改變測量條件，滿足專業研究人員的深度分析需求

軟件支持測量值、光譜波長、解析圖表、色度坐標等單一視窗顯示，評估結果一目了然。

五、核心技術優勢

1. 超高靈敏度與寬動態范圍

HS-1000能夠檢測到0.005 cd/m2的超低亮度信號，同時支持高達400,000 cd/m2的高亮度測量，動態范圍跨度達8個數量級。

這一性能源自其獨特的光學設計和高靈敏度熱電冷卻傳感器。在實際應用中，這意味著：

• 可在不更換測量角度的前提下，完成從暗室環境到高亮顯示的連續測量

• 在2°測量角時，亮度范圍覆蓋0.005～4,000 cd/m2，無需頻繁調整儀器設置

2. 低偏振誤差

通過特殊光學系統設計，HS-1000將偏振誤差控制在1%以下。這一特性使其在測量LCD、OLED等具有偏振特性的顯示器件時，依然能夠保持高的測量精度，是顯示行業測量設備的核心競爭力。

3. 高速測量能力

HS-1000具備出色的測量速度：

• 單次測量（含通信時間）最短1秒完成

• 連續測量模式下，速度可提升至約20毫秒/次

這一特性使其能夠適應生產線上的高速檢測需求，捕捉動態變化的光學信號。

4. 精確色彩還原

HS-1000支持多種國際顏色標準，確保測量結果與國際規范接軌：

• CIE 1931 xy色度坐標

• CIE 1976 U‘V’色度坐標

• CIECAM02顏色外觀模型

• CIE 200:2011中間視覺標準

5. 非接觸式測量

HS-1000支持非接觸式物體顏色測量，測量距離從240 mm至無限遠。這一特性使其在需要無損檢測的領域，如文物保護、產品質量控制、高溫物體測量等方面具有獨特優勢。

六、應用場景

1. 顯示器件評估（核心應用）

HS-1000廣泛應用于各類顯示器件的光學性能評估：

2. 照明光源測量

適用于各類照明產品的光譜、亮度、色度及相關色溫測量：

• LED照明產品（燈泡、燈管、燈具）

• OLED照明面板

• 熒光燈、白熾燈、鹵素燈

• 汽車照明（前照燈、尾燈、氛圍燈）

• 特殊照明（舞臺燈光、醫療照明）

頻率照明適配功能確保脈動光源測量的準確性。

3. 標準參考設備

由于HS-1000具有高精度和高穩定性，常被用作：

• 各種亮度/色度測量儀器的標準參考設備

• 光學計量實驗室的校準基準

• 企業內部光學測量能力的比對標準

大塚電子的光計測實驗室已獲得JCSS（日本校正事業者協會）認證，能夠提供符合國際MRA（相互承認協議）的可追溯校準服務，確保測量數據的和國際認可度。

4. 非接觸式顏色測量

在需要避免接觸樣品的場景中，HS-1000的非接觸測量能力優勢明顯：

• 文物保護：古畫、文物表面顏色無損測量

• 食品工業：食品色澤質量控制

• 化妝品：口紅、粉底等產品顏色評估

• 高溫物體：熔融材料、高溫表面顏色測量

• 微小樣品：微量樣本、微小區域顏色分析

5. 研究與開發

在高校、研究機構及企業研發部門，HS-1000可用于：

• 新型發光材料的光學特性表征

• 量子點、鈣鈦礦發光材料的光譜分析

• 顯示技術研發中的光學參數驗證

• 照明產品人因工程學研究

七、系列產品對比與選型建議

大塚電子提供多款光學測量產品，HS-1000與MCPD系列形成差異化定位：

選型建議：

• HS-1000：專注于顯示器件和照明光源的亮度、色度、光譜測量，尤其適合需要測量極低亮度（如OLED暗態）或高偏振特性（如LCD）的場景

• MCPD-9800：適合需要寬光譜范圍、超高速測量或特殊應用（量子效率、等離子體監控）的科研和工業場景

• MCPD-6800：適合常規分光檢測、基礎研發和教學實驗，性價比更高

八、使用注意事項

1. 校準與維護

• HS-1000應定期進行校準，建議使用可追溯至國家標準的光源進行校準

• 大塚電子提供JCSS認證的校準服務，確保測量數據

• 物鏡表面應保持清潔，避免灰塵和污漬影響測量精度

2. 測量環境

• 測量應在穩定的環境溫度下進行，避免溫度劇烈變化影響傳感器性能

• 測量暗場亮度時，應確保環境黑暗，避免雜散光干擾

• 測量距離應以物鏡前端為基準，確保在有效測量距離范圍內

3. 偏振特性考慮

• 測量具有偏振特性的樣品（如LCD）時，HS-1000的偏振誤差已控制在1%以內

• 如對測量精度有更高要求，建議保持樣品與儀器測量光軸的相對角度一致

4. 頻率照明測量

• 測量熒光燈、LED等頻率照明光源時，務必輸入正確的照明頻率

• 曝光時間自動設置為照明周期的整數倍，確保測量穩定性

結語

大塚電子HS-1000高靈敏度光譜輻射計以其0.005～400,000 cd/m2的超寬動態范圍、<1%的低偏振誤差和CIE標準全兼容的測量能力，為顯示器件評估、照明光源檢測及光學計量領域提供了精確可靠的測量解決方案。從OLED的暗態亮度到超高亮度LED顯示屏，從LCD的偏振特性到頻率照明光源的穩定測量，HS-1000都能以其的性能應對挑戰。

對于追求色彩準確性、需要測量極低亮度或高偏振特性光源的用戶而言，HS-1000不僅是一臺光譜輻射計，更是光學品質的可靠工具。當新型顯示技術和照明產品不斷突破極，HS-1000以其高靈敏度與高精度的測量能力，成為連接技術創新與質量管控的關鍵橋梁。