DE69629139T2

DE69629139T2 - Farbmessvorrichtung für einen Anzeigeschirm

Info

Publication number: DE69629139T2
Application number: DE69629139T
Authority: DE
Inventors: Thierry Leroux
Original assignee: Eldim
Current assignee: Eldim
Priority date: 1995-01-06
Filing date: 1996-01-03
Publication date: 2004-04-15
Anticipated expiration: 2016-01-04
Also published as: CA2166662A1; EP0721136A1; ATE245826T1; EP0721136B1; FR2729220A1; US5703686A; DE69629139D1; CA2166662C; JP3694559B2; FR2729220B1; JPH10132703A

Description

Farbmessvorrichtung für einen Anzeigebildschirm Die vorliegende Erfindung betrifft eine Farbmessvorrichtung für einen Anzeigebildschirm, insbesondere für einen Flüssigkristallbildschirm, zum Ermitteln der Leuchtdichte und der Farbmesskoordinaten einer Elementarfläche des Bildschirms entsprechend der Betrachtungsrichtung dieser Elementarfläche mit:

– einem ersten konvergierenden Objektiv, das das Bild der Fourier-Transformation der Elementarfläche in seiner Bildfokalebene erzeugt,
– einem zweiten konvergierenden Objektiv, das das Bild der Transformation auf einen von einem Satz in Matrixform verteilter Sensoren gebildeten Messwertgeber projiziert, wobei jeder Sensor ein zur Leuchtintensität der Elementarfläche proportionales elektrisches Signal abgibt,
– einer Blende, die in der Bahn der leuchtenden Strahlen gelegen ist, um die Weite der Elementarfläche zu definieren,
– eine Schaltung zur Auswertung des von jedem Sensor des Messwertgebers erzeugten elektrischen Signals zur Ermittlung des Kontrastes.

Eine solche Vorrichtung ist bereits aus dem Dokument EP-A-0 286 529 bekannt.
Ganz allgemein gehört es zu den Eigenschaften der Anzeigebildschirme gleich welcher Struktur und insbesondere der Flüssigkristallbildschirme, dass sie eine in Abhängigkeit von der Betrachtungsrichtung sehr stark variierende Lesbarkeit aufweisen. Diese Eigenschaft entspricht dem Kontrast, das ist das Verhältnis zwischen dem beleuchteten und dem nicht beleuchteten Zustand der Elementarflächen des Bildschirms.
Um die Qualität eines Bildschirms beurteilen zu können, hat man eine Technik zur Messung des Kontrasts entsprechend der Betrachtungsrichtung entwickelt, und es ist bekannt, damit Kurven zu zeichnen, die dem gleichen Kontrast entsprechen (Isokontrast-Kurven). Solche Analysen sind für die Hersteller der Bildschirme unerlässlich, um die Qualität ihres Produkts sowohl während der Herstellung als auch im Endzustand überwachen zu können. Diese Analysen ermöglichen auch den Vergleich zwischen verschiedenen Fabrikaten.
Das bekannte Prinzip zur Messung des Kontrasts eines Bildschirms ist in 1 gezeigt. Gemäß diesem Prinzip analysiert man, um den Kontrast eines Bildschirms 1 zu messen, den Kontrast von Elementarflächen 2, von denen ein Beispiel dargestellt ist.
Diese Analyse wird für jede Elementarfläche 2 vorgenommen.
Hierfür hat man die Koordinatenachsen XY in die Ebene des Bildschirms 1 eingezeichnet. Die Normale im Zentrum O der Elementarfläche 2 ist die Achse Z.
Ein photoempfindlicher Empfänger 3 wird auf die Elementarfläche 2 gerichtet und das Bild von dieser Fläche im Zustand der Anzeige und im Zustand ohne Anzeige analysiert, um so den Kontrast, d. h. das Verhältnis zwischen diesen beiden Größen, zu messen, der zu einer vorgegebenen Ausrichtung des Empfängers gehört.
Die Messrichtungen des schematisch dargestellten Empfängers 3 werden durch zwei Winkel definiert, nämlich einerseits den Winkel, den der vom Punkt O ausgehende und auf den Empfänger 3 fallende Strahl R mit der Normalen Z bildet. Dieser Winkel wird mit θ bezeichnet.
Ebenso definiert man den Richtungswinkel um die Achse Z, d. h. den Winkel, den die vom Strahl R und der Achse Z aufgespannte Ebene mit einer Referenzrichtung, z. B. die Richtung OY, bildet. Dieser Winkel wird φ genannt.
Das Messen des Kontrasts der Elementarfläche bzw. des Flächenelements 2 besteht darin, mehrere Messungen zu machen, wofür der Winkel θ in der Ebene ZOP verändert wird, während der Winkel φ konstant bleibt. Dann ändert man den Winkel φ und wiederholt den Vorgang.
Bei der Anwendung des zuvor erläuterten Prinzips wurden früher die Messungen mit einer Einrichtung vorgenommen, die einen Photoempfänger 3 aufwies, der auf das Zentrum O ausgerichtet und auf einer sphärischen Fläche um das Zentrum O beweglich war, um die Analysen entsprechend der verschiedenen Winkel θ, φ zu machen.
Wenn alle Messungen für eine Elementarfläche 2 gemacht waren, wurde der Bildschirm 1 verschoben, um eine neue Elementarfläche im Betrachtungszentrum O zu platzieren, und dann begann man wieder mit den verschiedenen Messungen.
Diese langwierigen Messungen sind ersetzt worden durch die oben näher beschriebene, aus dem Dokument EP-A-0 286 529 bekannte Messvorrichtung.
Nach dem in diesem Dokument entwickelten Prinzip macht man eine globale Messung mit einem aus in Matrixform verteilten Sen sorelementen gebildeten Messwertgeber. Jedes Sensorelement ist durch das optische System auf eineindeutige Weise einer Senderichtung zugeordnet (durch ein Winkelpaar φ, θ).
Dieses Messprinzip ermöglicht somit die gleichzeitige Messung des Kontrasts einer Elementarfläche in alle Richtungen. Die Auflösung der Messung, d. h. die Anzahl Winkelpaare (θ, φ), für die die Messung gemacht wird, hängt von der Anzahl Sensorelemente des Messwertgebers ab.
Dennoch hängt die Qualität eines Anzeigebildschirms nicht allein vom Kontrast zwischen dem Anzeigezustand und dem Zustand ohne Anzeige der Elementarfläche ab, sondern auch von den Farben dieser Elementarfläche in ihrem Anzeige- und ihrem Nicht-Anzeige-Zustand.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Farbmessvorrichtung für einen Anzeigebildschirm, insbesondere für einen Flüssigkristallbildschirm zu schaffen.
Zu diesem Zweck betrifft die Erfindung eine der zuvor näher beschriebenen Ausführungsform entsprechende Messvorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass das zweite Objektiv ein optisches System ist mit in Richtung des Verlaufs der Strahlen:

– einem Eintrittsobjektiv,
– einem Farbfilter,
– einem Austrittsobjektiv,
– wobei das sich hinter der Bildebene des ersten Objektivs gelegene Eintrittsobjektiv die konvergierenden Strahlen zum Durchqueren des Farbfilters in parallele Strahlen umwandelt,
– der Farbfilter von einem Satz Filter gebildet ist, die mit jeder analysierten Farbe zusammenwirken und die durch einen Steuerungsbefehl in die Bahn der leuchtenden Strahlen am Ausgang des Eintrittsobjektivs platziert werden können,
– das Austrittsobjektiv, das dem Farbfilter nachgeordnet ist, die den Filter verlassenden parallelen Strahlen empfängt, um sie auf die Sensoren des Messwertgebers zu bündeln, und
– die Schaltung zur Auswertung der Signale des Messwertgebers die Kommutierung der Farbfilter für die Analyse der verschiedenen Farben und die Auswertung der jeweiligen Signale in Abhängigkeit von ihrer Erfassung und/oder Anzeige steuert.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht die automatische Analyse eines Anzeigebildschirms entsprechend den verschiedenen Farben. Jeder Farbe ist ein System gewichteter Signale zugeordnet, die von dem Messwertgeber bereitgestellt werden, um eine kolorimetrische Karte des Bildschirms mit Isokontrast-Bereichen oder -Kurven zu erzeugen, die jeder Farbe zugeordnet sind. Die Gewichtung der jeder Farbe zugeordneten Signale kann entsprechend dem physiologischen Eindruck von jeder Farbe erfolgen.
Nach einem anderen Merkmal der Erfindung weist die Vorrichtung eine das Bild der analysierten Elementarfläche begrenzende Blende auf, wobei diese Blende dem Austrittsobjektiv des optischen Systems vorgeordnet ist.
Nach einem anderen Merkmal der Erfindung weist die Vorrichtung ein zwischen der Blende und dem Austrittsobjektiv angeordnetes halbtransparentes Plättchen auf, um einen Bruchteil der leuchtenden Strahlen abzulenken und den Messbereich durch ein Übertragungsobjektiv und ein Okular bildlich darzustellen.
Bei der Bildung des Bildes von der analysierten Fläche ist es möglich, dieses Bild durch das Okular zu prüfen oder es auf eine Anzeigefläche zu projizieren, um es aufzuzeichnen oder zu untersuchen.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe von beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen:
die 1 eine schematische Darstellung des Analyseprinzips einer Anzeigefläche,
die 2 eine schematische Darstellung der Kontrast-Messeinrichtung gemäß dem Stand der Technik,
die 3 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Farbmessvorrichtung für einen Anzeigebildschirm ist.
Nach 2 weist die bekannte, zur Messung des Kontrasts des Bildschirms 1 bestimmte Einrichtung, wofür nacheinander die verschiedenen Elementarflächen 2 analysiert werden, ein erstes Objektiv 4 auf, das ein Bild 5 der Elementarfläche 2 erzeugt. Dieses Bild stellt die Fourier-Transformation dieser Fläche dar. Ein zweites Objektiv 6 übernimmt dieses Bild 5 und projiziert es auf den Messwertgeber 7, der aus Sensorelementen 7i, j mit den Koordinaten Xi, Yj in der Ebene des Messwertgebers 7 gebildet ist. Jedes Sensorelement 7i, j ist auf eineindeutige Weise einer Richtung der von der Elementarfläche 2 ausgesandten leuchtenden Strahlen zugeordnet.
Dem zweiten Objektiv 6 ist eine Blende 8 vorgeordnet, die die Größe der Elementarfläche 2 festlegt.
Die erfindungsgemäße Farbmessvorrichtung (3) setzt sich zusammen aus einem ersten Objektiv 4, das von der Elementarfläche 2 des Bildschirms 1 das Bild 5 der optischen Fourier-Transformation dieser Fläche in seiner Bildfocalebenen (Fi) erzeugt. Dieses Bild 5 wird von einem optischen System 10 übernommen, das es auf den aus Sensorelementen (7i, j) gebildeten Messwertgeber 7 projiziert, die wie die Elemente 7i, j in der 2 in einer Matrix verteilt sind.
Das optische System 10 besteht aus einem Eintrittsobjektiv 11, einem Farbfilter 12 und einem Austrittsobjektiv 13. Das Eintrittsobjektiv 11 nimmt die Strahlen des Bildes 5 auf, um sie in für den Filter 12 bestimmte parallele Bündel umzuwandeln. Beim Verlassen des Filters 12 werden die parallelen Bündel vom Austrittsobjektiv 13 aufgenommen, das sie auf die Sensorelemente (7i, j) des Messwertgebers 7 bündelt.
Der Farbfilter 12 besteht in Wirklichkeit aus mehreren Farbplättchen 121, die eins nach dem anderen in die Lichtbahn zwischen den Objektiven 11 und 13 positioniert werden können, um die leuchtenden Strahlen entsprechend ihrer Farbe zu filtern.
Wie schematisch dargestellt ist, sind diese Farbplättchen 121 auf einem beweglichen Element angeordnet, z. B. einer sich um ihre Achse 122 drehenden Scheibe (Pfeil A), um nacheinander oder in Abhängigkeit von der gewählten Farbe den geeigneten Filter in der Bahn der leuchtenden Strahlen positionieren zu können.
Dem Austrittsobjektiv 13 ist eine Blende 14 vorgeordnet, die die zu analysierende Fläche definiert, d. h., dass die Öffnung dieser Blende 14 in Abhängigkeit von dem zu analysierenden Flächenelement 2 gewählt wird.
Diese Blende 14 und das Flächenelement 2 sind optisch gekoppelt, d. h., dass ein Bild von der Fläche 2 in der Ebene der Blende 14 entsteht.
Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung hinter der Blende 14 ein halbtransparentes Plättchen 15, das einen Bruchteil des Lichts durch ein Übertragungsobjektiv 16 ablenkt, und ein Okular 17 auf, das eine visuelle Prüfung des Bildes vom Flächenelement ermöglicht. Dadurch ist es auch möglich, dieses Bild auf eine Projektionsleinwand oder ein Bilddarstellungs-System zu projizieren.
Die Vorrichtung weist auch eine Auswertungsschaltung 18 auf, die die Signale der Sensorelemente des Messwertgebers 7 auswertet und die Abfolge der Arbeitsschritte steuert, d. h. das indizierte Platzieren der Filter 121, z. B. durch Drehung, und das Verschieben des Bildschirms 1, um nach und nach jedes Flächenelement 2 in die Analyseposition zu überführen.
Die Auswertungsschaltung 18 gewährleistet das Abtasten des Messwertgebers 7, um die zu jedem Sensorelement (7i, j) gehörender. Signale zu erhalten und auszuwerten und um diese Signale in Abhängigkeit von der Eichung des Systems zu kompensieren. Liese Kompensationen hängen von der Übertragung des optischen Systems entsprechend dem Winkel oder der Art der benutzten Filter ab. Die für den Kontrast oder die Kolorimetrie erhaltenen Daten werden im Hinblick auf ihre Auswertung, sei es durch Anzeige oder durch Zeichnen von Kontrast- oder Kolorimetrie-Kurven, erfasst.

Claims

Farbmessvorrichtung für einen Anzeigebildschirm, insbesondere für einen Flüssigkristallbildschirm, zum Ermitteln der Leuchtdichte und der Farbmesskoordinaten einer Elementarfläche des Bildschirms entsprechend der Betrachtungsrichtung dieser Elementarfläche mit: – einem ersten konvergierenden Objektiv (4), das das Bild (5) der Fourier-Transformation der Elementarfläche (2) in seiner Bildfokalebene (Fi) erzeugt, – einem zweiten konvergierenden Objektiv (10), das das Bild der Transformation auf einen von einem Satz in Matrixform verteilter Sensoren (7i, j) gebildeten Messwertgeber projiziert, wobei jeder Sensor ein zur Leuchtintensität der Elementarfläche (2) proportionales elektrisches Signal abgibt, – einer Blende, die in der Bahn der leuchtenden Strahlen gelegen ist, um die Weite der Elementarfläche zu definieren, – eine Schaltung (18) zur Auswertung des von jedem Sensor (7i, j) des Messwertgebers erzeugten elektrischen Signals zur Ermittlung des Kontrastes, wobei die Messvorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass das zweite Objektiv (10) ein optisches System ist mit in Richtung des Verlaufs der Strahlen: – einem Eintrittsobjektiv (11), – einem Farbfilter (12), – einem Austrittsobjektiv (13), – wobei das sich hinter der Bildebene (Fi) des ersten Objektivs (1) gelegene Eintrittsobjektiv (11) die konvergierenden Strahlen zum Durchqueren des Farbfilters (12) in parallele Strahlen umwandelt, – der Farbfilter (12) von einem Satz Filter (121) gebildet ist, die mit jeder analysierten Farbe zusammenwirken und die durch einen Steuerungsbefehl in die Bahn der leuchtenden Strahlen am Ausgang des Eintrittsobjektivs (11) platziert werden können, – das Austrittsobjektiv (13), das dem Farbfilter (12) nachgeordnet ist, die den Filter verlassenden parallelen Strahlen empfängt, um sie auf die Sensoren (7i, j) des Messwertgebers (7) zu bündeln, und – die Schaltung (18) zur Auswertung der Signale des Messwertgebers (7) die Kommutierung der Farbfilter (121) für die Analyse der verschiedenen Farben und die Auswertung der jeweiligen Signale in Abhängigkeit von ihrer Erfassung und/oder Anzeige steuert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine mit der Elementarfläche(2) optisch gekoppelte Blende (14) aufweist, die das Bild der analysierten Elementarfläche (2) begrenzt, wobei diese Blende dem Austrittsobjektiv (13) des optischen Systems (10) vorgeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein halbtransparentes Plättchen (15) aufweist, um einen Bruchteil der leuchtenden Strahlen abzulenken und den Messbereich durch ein Übertragungsobjektiv (16) und ein Okular (17) bildlich darzustellen.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dass das halbtransparente Plättchen zwischen der Blende (14) und dem Austrittsobjektiv (13) angeordnet ist.