南昌航空工业学院 2006 学士学位论文第 1 页 共 35 页PC COM 口与 CA-210 色彩分析仪的通讯软件 1 引言1.1 绪论目前，随着计算机行业的飞速发展，PC机得到了广泛普及，而且其性能不断上升的同时，价格却不断下降，因此，在很多场合用它来做上位机是一个性价比很高的选择。为了及时通过通信执行上位机指令或将相应数据传给上位机。本文所编写的通讯软件可以应用于计算机的数据采集。1.2 课题主要内容本文所要设计的软件主要是通过计算机与单片机下位机的互联，CA-210色彩分析仪将从LCOS所接收到的数据，使用RS-232-C串口线，通过串口将数据发往PC ，PC通过使用MSComm控件由串口接收数据，实现计算机的数据采集，然后将数据实时显示在计算机上，直观显示数据，从而提高生产测试效率。1.3 课题主要意义彩色液晶显示器已经越来越多地用于计算机显示终端。但彩色液晶显示器在色彩还原、对比、视角等光色性能上目前与彩色显像管仍有差异。液晶显示器发光屏的光学特性为液晶透射特性，与LCOS显像管荧光粉的漫射发光特性明显不同。目前，采用色彩分析仪测量彩色显像管光色特性，如测量彩色液晶显示器的色品坐标和亮度。由于以上提到的系统的局限性。现在需要一种能够对LCOS背投电视进行白平衡调整的仪器。本课题正是在这一背景下面提出的。并分为三个部分。它的最终研究结果将为计算机的数据采集，LCOS电视的光色测量。对促进我国LCOS背投电视的发展也具有明显的社会意义和经济意义2 白平衡调整的整体框图南昌航空工业学院 2006 学士学位论文第 2 页 共 35 页2.1 硬件组成白平衡的硬件由 LCOS 液晶电视、CA-210 色彩分析仪、RS-232-C 串口线、计算机组成。首先把电视的总线接口和色彩分析仪端口相连，其中另一路用来测试LCOS的色彩信号直接发送到色彩分析仪里面。再用色彩分析仪的一个串口端和PC的下位机相连。即实现PC 和色彩分析仪的实时通信。要注意，在这里是一个串口通信。他们之间的通信协议要我们自己来定。即可以用VC来实现他们的通信协议。另外，我们要用 RS-232 实现 PC 和 CA-210 色彩分析仪的互联。如图 2-1 所示。图 2-1 白平衡调整整体框图对于白平衡调整的硬件来说，首先 PC 发送校零指令给 CA-210 色彩分析仪，如果校零错误，则对校零错误进行提示，如果校零成功，则启动 CA-210 色彩分析仪进行测量。然后将数据发往 PC。如图 22 所示。图 2-2 白平衡调整的硬件流程2.2 LCOS 液晶电视LCOS 液晶电视使用的技术是结合了半导体与 LCD 技术，具有高解析度、高亮度的特性，产品结构简单。现有 LCOS 光学引擎在产品重量、亮度上仍不甚理想。 2.2.1 LCOS 投影技术南昌航空工业学院 2006 学士学位论文第 3 页 共 35 页投影机技术基本显影原理相仿，主要是由卤素灯、氙气灯等发光，集光至面板，将面板的影像经反射或透射投射出影像，再经过分光、合光系统，最后将影像投射到屏幕显像。LCOS(Liquid Crystal on Silicon) 为投影技术的新兴技术。1LCOS 面板：LCOS 面板的结构有些类似 TFT LCD，一样是在上下二层基板中间散布 Spacer 加以隔绝后，再填充液晶于基板间形成光阀，藉由电路的开关以推动液晶分子的旋转，以决定画面的明与暗。LCOS 面板的上基板是 ITO 导电玻璃，下基板是则单晶硅CMOS 基板，LCOS 面板最大的特色在于下基板的材质是单晶硅，因此拥有良好的电子移动率，而且单晶硅可形成较细的线路，因此与现有的 HTPS LCD 及 DLP 投影面板相较，LCOS 是比较容易达成高解析度的投影技术。LCOS 面板结构如图 2-3 所示。图 2-3 LCOS 面板结构2、LCOS 光学引擎架构在这些不同的技术中，可分为三片式及单片式二大类，说明如下：（1）三片式光学引擎LCOS 光学引擎目前以三片式为主，三片式是将光源经分光棱镜将光束分为红、蓝、绿光后，再分别将光束投射入三片 LCOS 面板，将投射出的三色影像经过合光系统加以结合形成彩色影像。就 Nikon 设计的 IBM 4-Cube 光学引擎架构来看，由于三片式 LCOS 光学引擎除了需要三片面板外，并结合多项的分光、合光光学系统，因此体积较大、成本也较高，除此之外，三片式光学引擎还有 ColorLink 采用的南昌航空工业学院 2006 学士学位论文第 4 页 共 35 页ColorQuard 架构、Philips 的 Prism 架构，致伸发展的 Dichroic-PBS 架构，及 Unaxis的 ColorCorner 架构等。IBM 4-Cube 光学引擎架构如下图 24 所示。图 2-4 IBM 4-Cube 光学引擎架构（2）单片式光学引擎单片式 Color Wheel 光学引擎则是以快速旋转的 ColorSwitch 将白光形成循序的红、蓝、绿光，并将三原色光与驱动程式产生的红、蓝、绿画面，同步形成分色影像，再藉由人眼视觉暂留的特性，最后在人脑产生彩色的投影画面。类似的技术有：Displaytech 发表的 Field Sequential Color、Philip 所采用的 Scrolling Color-Rotating Prism 架构、及 JVC 采用的 Spatial Color-Hologram 架构。单片式的最大优点就是因为面板数仅需一片，加上分光、合光的系统架构比较简单，而且光学引擎的空间也相对较小。然而目前在技术上面临一些困难，以 Color Wheel 而言，白光经偏极化后的光源仅为先前的 1/3，亮度明显降低；此外，由于LCOS 面板得在红、蓝、绿画面快速的切换下合成影像，因此对面板的反应速度的要求更高。2.2.2 LCOS 投影技术特色与 LCD、DLP 投影机技术相较，LCOS 投影技术具高解析度、高亮度、成本低。1、高解析度LCOS 投影技术最大的特色在于其面板的下基板采用单晶硅 CMOS 基板，由于下基板的材质是单晶硅，拥有良好的电子移动率，而且单晶硅可形成较细的线路，因此比较容易达成高解析度的面板。南昌航空工业学院 2006 学士学位论文第 5 页 共 35 页2、高亮度LCOS 为反射式技术，不会像 HTPS LCD 光学引擎会因为光线穿透面板而大幅降低光利用率，因此光利率可提高至 40%，与穿透式的 HTPS LCD 的 3%相较，可减少耗电，并可产生较高的亮度。3、低成本LCOS 光学引擎因为产品零件简单，因此具有低成本的优势。然而 LCOS 技术本身，仍有许多技术问题有待克服，例如：黑白对比不佳、三片式 LCOS 光学引擎体积较大。2.2.3 LCOS 产业现况及发展趋势以目前主要的投影机技术 LCD、DLP、LCOS 而言，LCOS 属于新兴的投影技术。相对于目前的主流技术 LCD 及近期相当热门的 DLP 面板投影技术而言，LCOS仍难与其抗衡，不过因具有高解析度、以降低成本的低价的优势，LCOS 仍是相当被看好的投影技术之一。LCOS 在技术克服后，将是相当具有竞争优势的投影技术。不过在目前的情况下，LCOS 有朝二极发展；大尺寸的背投影电视、与小尺寸的高阶可携式产品。有机会成为前投影机的主要技术之一。 虽然 LCOS 面板技术相当具有潜力，不过就技术现况来看，LCOS 虽然在解析度上优于 LCD 及 DLP 技术，然而在重量、亮度及对比上均较为不如，因此，目前LCOS 在前投影机产品中较不具竞争力，不过在画面质量上要求较高，对于体积较大的背投影电视而言，提供了 LCOS 较佳的成长空间。2.4 CA-210 色彩分析仪CA-210 色彩分析仪速度大，用于 亮度和色度的测量，专为测量液晶体显示器而设计；其测量速度最高可达每秒 20 次；也可以测量低至 0.1cd/m2 的低亮度，适用于Gamma 参数测量，用于测量和调整特性曲线；其精度高白色 0.002 RGB 单色 0.004，符合 CIE1931 标准观察者的 XYZ 滤色片，短至 30+-10mm 的测量距离，能够建立更小型的测量系统特殊的光学设计，使得测量角仅在 2.5 度内，消除了不同 LCD 测量角度下的影响 4 位数字显示色度测量结果，使得读取的测量结果更精确。如下图 27。南昌航空工业学院 2006 学士学位论文第 6 页 共 35 页图 2-7 CA-210 色彩分析仪CA-210 色彩分析仪用适用于 LCD 面板，LCD 监视器，LCD TV 色彩调整和检测，色彩色度的质量控制，白平衡调试。CA-210 色彩分析仪的光路系统特性：CA-210 使用了特别的光路系统，适合测量 LCOS光路系统的主要部件是物镜、光纤、芯片透镜、传感器。从光源发出的光线被聚焦在光纤模块的接受窗上，然后在模块内混合并被分成三份，接着被引导到传感器上。这里，光线是利用芯片透镜聚焦到传感器上的。图 2-8 CA-210 光学系统 低亮度测量再低亮度下要获得精确的测量值，最关键的步骤是减少在引导到传感器过程中光线的损失。在通常的系统中，采集的光线穿过物镜，然后直接聚焦在三块传感器上。但是，这种方法有一个问题，就是光线也会聚焦到传感器以外的区域，所以光线损失比较大。CA-210 使用了光纤，所以相比与以前，在传送到传感器的过程中，光线的损失减少了。采集的光线先被聚焦在光纤模块的接受窗上，然后通过光纤直接传到芯片透镜上，再依靠它将光线聚焦到传感器上。这样，传送过程中的损失降低到了最少，南昌航空工业学院 2006 学士学位论文第 7 页 共 35 页使得在低亮度下获得精确的测量值变成可能。图 2-9 光学系统的测量 窄视角/通用视角当一个人观看显示屏时，他接受光线是一个相对较窄的角度。因此，为了得到与人眼相对应的亮度与色度测量值，测量设备有相同的窄视角是必要的。另外，由于LCOS特征，在不同视角下会得到不同的测量值。EC61747-6(定义了LCOS方法)，规定了测量LCOS备的视角必须在5以内（视角在图中为1、2、3、1、2、3）。CA-210 的视角为5，所以符合 IEC 标准的要求。对于以前的测量仪器，当测量头放置后，所测量的轴会垂直于被测物体的表面，测量位置的不同不会导致视角的差别（如图中1、2、3），但我们观察被测物体表面相关于法线的视角（如图中虚线），最大的角度（如图中1、3）是不同的。在测量区域的边缘，视角以外的光线也被采集到了。CA-210 使用了特殊的光路系统，当测量口径为27mm 时，采集光线的角度关于被测物体表面上每一点的法线对称。由于CA-210 的视角为5，采集的光线相对于表面法线2.5（如图所示）。南昌航空工业学院 2006 学士学位论文第 8 页 共 35 页图 2-10 窄视角和通用视角的测量2.4 RS-232-C 串口2.4.1 RS-232-C 概述RS-232-C 标准是美国 EIA（电子工业协会）于 BELL 等公司一起开发并于 1969年公布的通信协议。它适合于数据传输速率在 020 000bit/s 范围内的通信。ITU （国际电信同盟）和 CCITT（国际电话与电报顾问委员会）发布了一个类似的标准V.28。这个标准对串行通信接口的有关问题，如信号线功能、电器特性都作了明确规定。 由于通信设备厂商都生产与 RS-232-C 制式兼容的通信设备，因此，它作为一种标准，目前已在微机通信接口中广泛采用，它不仅已被内置于每一台计算机，同时也已被内置于从微控制器到主机的多种类型的计算机及其相连的设备。RS-232 常用于连接到一个 Modem，其他拥有 RS-232 接口的设备包括打印机、数据采集模块、测试装置和控制回路。另外，RS-232 也可以直接应用于任何类型的计算机之间的简单连接上。RS-232 有几个优点