本文針對顯示用激光光源波長固定的特點(diǎn)，在獲得精確被測光源對應(yīng)的光電流值的情況下，只要給出被測光源的特定波長相對應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換裝置的光電轉(zhuǎn)換系數(shù)，就能獲得精確的被測光源的光功率分布，進(jìn)而獲得該被測光的光色性能的光通量、對比度、均勻度等參數(shù)。基于上述理論，本文結(jié)合單片機(jī)設(shè)計(jì)了激光顯示的手持式光色性能測量系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)了激光投影系統(tǒng)的光色性能測量，成本低，精度高；由于是手持式設(shè)備，更易于攜帶，而且也適用于更多的場合。
1測試原理
本測試裝置采用顏色傳感器感應(yīng)投影激光投影屏幕的光電流，此時(shí)只要得到輸出光電流與所述被測光的光功率分布的轉(zhuǎn)換系數(shù)，就可以得到被測光的光功率，并由光功率通過相應(yīng)的公式計(jì)算出相應(yīng)激光投影的光色性能參數(shù)。
測量時(shí)，轉(zhuǎn)換系數(shù)是在光色性能測量之前事先被確定的，并被記錄在一個(gè)表格中。方法是利用光功率計(jì)測量出被測激光的光功率，再用該激光照射光電轉(zhuǎn)換裝置，讀出該光電轉(zhuǎn)換裝置的輸出數(shù)字電壓值；接著，基于已知的波長位置光的光功率分布，就能計(jì)算出各個(gè)波長位置的光所對應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換裝置的輸出光電流與各波長位置的光功率分布之間的轉(zhuǎn)換系數(shù)。限于篇幅，這里只列出被測光的光功率分布計(jì)算公式：
在對激光顯示的光色性能進(jìn)行測量的過程中，根據(jù)被測光的特定波長，通過查找該表格，即可以選擇對應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換系數(shù)。
2測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
如圖1所示，本測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)為九個(gè)單元，下面將對九個(gè)單元分別做出介紹。
中央處理單元U1是整個(gè)測試系統(tǒng)的核心，其芯片的選擇將影響到整個(gè)系統(tǒng)的性能。經(jīng)過比較，ATmega128單片機(jī)具有先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu)，133條指令，大多數(shù)可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成；具有128KB在線可重復(fù)編程FLASH，4KBE2PROM以及4KB的內(nèi)部SRAM；32×8位通用工作寄存器；全靜態(tài)工作，工作于16MHz時(shí)，性能高達(dá)16MIPS。綜上所述，考慮到ATmage128功能強(qiáng)、成本低、速度快、接口多的特點(diǎn)，選擇其作為中央處理單元U1，來輸出光電轉(zhuǎn)換裝置的控制信號(hào)和讀取該光電轉(zhuǎn)換裝置U4輸出的被測光所對應(yīng)的各光電流值，并根據(jù)光電流值及該光電轉(zhuǎn)換裝置的光電轉(zhuǎn)換系數(shù)計(jì)算光色性能的各測試參數(shù)和將參數(shù)結(jié)果送到顯示單元。
數(shù)據(jù)傳送單元U2采用RS232，以將ATmega128中的數(shù)據(jù)傳送至PC；由于AVR的USART本身并不是標(biāo)準(zhǔn)的RS232C接口，因此，在電路上還需做一定的轉(zhuǎn)換才能與PC機(jī)通信，主要應(yīng)解決兩個(gè)問題：其一是AVR的USART本身只配了TXD，RXD兩根信號(hào)線；其二是AVR的USART本身的輸出是TTL／CMOS兼容的電平，采用的是正邏輯。
因此，利用MAX232為電平轉(zhuǎn)換芯片來設(shè)計(jì)電平邏輯轉(zhuǎn)換電路與PC機(jī)通信。
程序下載接口U3采用ISP來用于ATmega128程序的下載。由于采用了ISP技術(shù)，所以，在用器件實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能時(shí)，省去了專門的編程設(shè)備對器件進(jìn)行單獨(dú)編程的環(huán)節(jié)，從而簡化了設(shè)計(jì)過程。而且在利用ISP技術(shù)進(jìn)行功能修改時(shí)，能夠在不從系統(tǒng)中取下器件的情況下直接對芯片進(jìn)行重新編程，因而設(shè)計(jì)調(diào)整驗(yàn)證十分方便，可及時(shí)處理那些設(shè)計(jì)過程中無法預(yù)料的邏輯變動(dòng)，可大大縮短系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試周期。
光電轉(zhuǎn)換裝置U4用于獲得被測光在測試點(diǎn)對應(yīng)的光電流值。它采用圓筒狀結(jié)構(gòu)，圓筒頂部設(shè)置有漫光片(漫光片的作用是對探頭的光譜匹配進(jìn)行修正)，數(shù)字光敏芯片S9706設(shè)置在圓筒底部。由于S9706是高性能多波段感光芯片，可自動(dòng)完成A／D轉(zhuǎn)換，且最大可測光照度可調(diào)，因此，整個(gè)過程可得到簡化。圖2為光電轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)圖。
顯示單元U5選用NOKIA5110點(diǎn)陣LCD，體積小，采用串口與單片機(jī)通信，串口速率高達(dá)4b／s。
供電單元U6為U1，U2，U4，U5，U7供電，它可將鋰電池3．7V電壓轉(zhuǎn)換到3．3V的工作電壓。
U7為外部時(shí)鐘晶振。考慮到ATmega128內(nèi)部時(shí)鐘晶振的不精確性，故采用精確性好的4MHz外部時(shí)鐘晶振。
普通無源按鍵U8，用于光源波長等數(shù)據(jù)的輸入，是手持式測量裝置的輸入部分。
中斷按鍵包括菜單按鍵，可與中央處理單元模塊普通I／O口相連，用于一些參數(shù)的查看和功能的設(shè)置；模式選擇按鍵MODE與中央處理單元模塊中斷輸入口相連，用于不同制式之間的切換選擇；消除環(huán)境光干擾按鍵ZERO與中央處理單元中斷輸入口相連，用于消除環(huán)境光的干擾；靜止按鍵HODE與中央處理單元中斷輸入口相連，用于停止裝置的實(shí)時(shí)性，靜止的顯示上次測試的結(jié)果；菜單按鍵MENU與中央處理單元中斷輸入口相連，用于打開菜單。測試系統(tǒng)電路如圖3所示。
3系統(tǒng)工作流程
軟件程序分為單片機(jī)ATmega128端和手持終端界面；前者利用CVAVR用C編寫程序，將光電轉(zhuǎn)換裝置輸入的光電流按照一定的算法進(jìn)行處理，并顯示結(jié)果。具體軟件流程圖如圖4所示，其中例程1和例程2將同時(shí)進(jìn)行。
手持測試裝置的界面采用C#編寫的圖形用戶界面，是得到測試光色參數(shù)的直接途徑，用戶通過按鍵選擇相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行測試后，其測試結(jié)果將顯示在相應(yīng)的表格里。
4結(jié)語
本文設(shè)計(jì)了針對激光顯示的手持式測量儀，并利用光源波長單一，漂移小等特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了激光顯示的高精度測量，在參考標(biāo)準(zhǔn)精度為0．1％的情況下，預(yù)計(jì)其精度可達(dá)到1％以下，此精度已遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國家要求的4％的標(biāo)準(zhǔn)。
該測量儀克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，在測試前無需對光電轉(zhuǎn)換裝置的光譜靈敏度曲線與標(biāo)準(zhǔn)顏色匹配曲線進(jìn)行擬合，這在很大程度上實(shí)現(xiàn)了低成本。系統(tǒng)驗(yàn)證結(jié)果證明，該單點(diǎn)測試系統(tǒng)可以低成本實(shí)現(xiàn)光色性能的便攜式高精度測量，并可以移動(dòng)地實(shí)現(xiàn)光通量、照度均勻度、色度均勻度、對比度等主要光色性能的精確測試。