CN100434893C - 液晶显示器视角自动测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液晶显示器视角自动测量系统。本发明所要解决的技术问题是提供一种能够自动测量液晶显示器的视角及亮度均匀性、色度均匀性等技术指标的液晶显示器视角自动测量系统，使之可以方便的进行测量，提高工作效率，减轻工作强度。解决该问题的技术方案是：1)工控机，实现对整个系统的操作控制和提供测试所需的信号；2)驱动系统(U)及三维运动机构(A)，实现前后、左右、上下的直线运动；3)驱动系统(V)及二维旋转机构(B)，实现俯仰、旋转运动；4)彩色亮度计，安装在垂直运动轨道上，彩色亮度计测量液晶显示器的色坐标和亮度。本发明用于液晶屏、液晶显示器及液晶电视机生产、计量、检测等领域。

Description

液晶显示器视角自动测量系统

技术领域

本发明涉及一种液晶显示器视角自动测量系统。适用于液晶屏、液晶显示器及液晶电视机生产、计量、检测等领域。

背景技术

液晶显示器的显像原理，是将液晶置于两片导电玻璃之间，靠两个电极间电场的驱动，引起液晶分子扭曲的电场效应，以控制光线的透过率，产生明暗的图像。通过彩色滤光片后，产生彩色图像。当液晶显示器在显示不同亮度的图像时，液晶分子的扭曲程度是不同的，液晶分子的长轴跟玻璃基板的角度也是不一样的。当用户从不同角度观看屏幕时，由于受到液晶分子的长轴跟玻璃基板夹角的影响，看到的图像的颜色及亮度是不一样的。因此液晶显示器具有视角特性。用户只有在一定的角度内观看液晶显示器，才会收到良好的效果。

视角是指观察方向上的亮度等于某一可接受值时，观察方向与液晶显示器显示平面法线之间的夹角。视角通常包括水平视角和垂直视角，水平视角为x轴线左右视角之和(即θ_x＝θ_x-+θ_x+)；垂直视角为y轴线上下视角之和(即θ_y＝θ_y-+θ_y+)，详见图4。

为了保证液晶显示器的质量，必须测量液晶显示器的视角特性，而测量过程是十分复杂的，在进行液晶显示器视角特性测量时，必须经常移动液晶显示器和彩色亮度计。尤其在测量大屏幕液晶显示器的视角特性时，使用人工移动液晶显示器和彩色亮度计，操作起来都非常困难。目前，有一些装置，可以帮助转动或移动液晶显示器及彩色亮度计，但不具备自动测试功能，使用起来不方便。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种能够自动测量液晶显示器的视角及亮度均匀性、色度均匀性等技术指标的液晶显示器视角自动测量系统，使之可以方便的进行测量，提高工作效率，减轻工作强度。

本发明所采用的技术方案是：液晶显示器视角自动测量系统包括：

1)工控机，实现对整个系统的操作控制和提供测试所需的信号，工控机内安装有单片机，工控机通过RS232串口和插在工控机里面的单片机进行通信，由单片机里面的控制程序来分别驱动三维直线运动和二维旋转运动的驱动系统(U、V)；工控机还用于接收彩色亮度计的数据和产生液晶显示器的信号并控制液晶显示器的转动和彩色亮度计的运动；

2)三维直线运动驱动系统(U)及三维运动机构(A)，安装在光学平台上，实现前后、左右、上下的直线运动，包括X步进电机、水平连轴器、X轨道及丝杠、Y步进电机、Y丝杠、Y轨道、Z丝杠及步进电机、Z轨道；

3)二维旋转运动驱动系统(V)及二维旋转机构(B)，安装在旋转支撑台上，实现俯仰运动的驱动系统及旋转机构包括俯仰旋转轴、俯仰蜗轮减速器、俯仰步进电机、俯仰编码器，实现左右旋转的驱动系统及旋转机构包括左右旋转架、球轮、测量框、左右旋转蜗轮减速器、左右旋转步进电机、左右旋转编码器；

4)彩色亮度计，安装在垂直运动轨道上，彩色亮度计测量液晶显示器的色坐标和亮度。

所述测量框的中间设有两根壁挂杆，其上固定液晶显示器，壁挂杆的顶部装有快速夹持器。

所述Y步进电机通过垂直连轴器与Y丝杠连接，垂直连轴器的下方装有失电制动器。

所述光学平台与旋转支撑台之间连有电缆A，工控机与旋转支撑台之间连有电缆B，旋转支撑台与左右旋转架之间连有电缆C。

从工控机连出一个可在外面操控的键盘手动。

本发明的有益效果是：使用本发明系统后，可以轻松方便地测量出液晶显示器在不同视角下不同点的亮度和色坐标，并将数据传送给工控机处理，从而得到液晶显示器的视角以及不同视角下的亮度均匀性和色度均匀性。具有省时省力，工作效率高，准确性好的优点。

附图说明

图1是本发明的系统示意图。

图2是本发明中二维旋转机构B和驱动系统V的A向视图。

图3是本发明的系统框图。

图4是本发明的视角示意图。

图5是本发明亮度均匀性、色度均匀性测量点的示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例液晶显示器视角自动测量系统主要包括：工控机13，安装在光学平台9上面的驱动系统U和三维运动机构A，安装在旋转支撑台23上面的驱动系统V和二维旋转机构B，彩色亮度计1、液晶显示器24。

工控机13实现对整个系统的操作控制，操作者只需通过对工控机工作界面的操作，即可实现系统的各个项目的测量。工控机内安装有单片机13-1，它通过RS232串口和插在工控机里面的单片机进行通信，由单片机里面的控制程序来分别驱动三维直线运动和二维旋转运动的驱动系统U、V。工控机内插有VGA信号卡、AV信号卡、YPrPb转换卡，可提供TV video，R、G、B、HS、VS，YP_rP_b测试信号输出。工控机通过RS232串口接收彩色亮度计1发送来的亮度和色坐标值，彩色亮度计测量液晶显示器的色坐标和亮度。工控机还用于产生液晶显示器的信号并控制液晶显示器24的转动和彩色亮度计的移动。

驱动系统U及三维运动机构A，安装在光学平台9上，实现前后、左右、上下的直线运动，包括X步进电机8、水平连轴器7、X轨道及丝杠6、Y步进电机10、垂直连轴器12、Y丝杠2、Y轨道3、Z丝杠及步进电机4、Z轨道5。所述Y步进电机10通过垂直连轴器12与Y丝杠2连接，垂直连轴器的下方装有的失电制动器11。彩色亮度计安装在垂直运动轨道上，三维运动机构A带动彩色亮度计作前后、左右、上下的直线运动，X，Z有效移动距离：≥1350mm，Y有效移动距离：≥950mm，移动距离误差：≤3mm。

驱动系统V及二维旋转机构B，安装在旋转支撑台23上，实现俯仰、左右的旋转，转动角度：≥±85°，角度误差：≤0.2°，转台能方便安装14”-60”，4∶3或16∶9的各型号液晶显示器。实现俯仰运动的驱动系统及旋转机构包括俯仰旋转轴20、俯仰蜗轮减速器20-1、俯仰步进电机20-2、俯仰编码器20-3；实现左右旋转的驱动系统及旋转机构包括左右旋转架21、球轮17、测量框19、左右旋转蜗轮减速器23-1、左右旋转步进电机23-2、左右旋转编码器23-3；测量框19的中间设有两根壁挂杆25，用于固定液晶显示器24，壁挂杆的顶部装有快速夹持器18。上述蜗轮减速机构具有驱动力大、及位置自锁功能。由于蜗轮减速机构有间隙，引起角度误差，为保证视角测量的精度，具体的角度由绝对编码器读出，保证测量精度。

光学平台9与旋转支撑台23之间连有电缆A(15)，工控机13与旋转支撑台23之间连有电缆B(16)，旋转支撑台23与左右旋转架21之间连有电缆C(22)。测试时彩色亮度计1与液晶显示器24屏幕中心的测试距离为显示器屏幕高度H的3倍。为了在现场测试时更加方便，除了在工控机13上进行操作外，还可以通过键盘手动14操作，即操作键盘通过电缆线从旋转支撑台23拖出外面操作。

本发明的测试过程是：首先将被测液晶显示器24用壁挂的方式固定到旋转支撑台23上的测量框19内。测量框可通过转动俯仰旋转轴20和左右旋转架21调节位置。首先将液晶显示器的壁挂支架(液晶显示器购买时作为附件配套)安放到框架内的二根竖立的壁挂杆25上，壁挂杆的间距可根据壁挂间的安装孔调节。壁挂杆可通过松开固定在测量框上的抓手螺钉及抓手调节。壁挂杆25有一定的重量，调节时，一定要防止掉下。间距调节好后务必将抓手螺钉固定好，并用抓手将竖杆固定。

安装壁挂支架时，要保证液晶显示器的屏幕中心与俯仰旋转轴20和左右旋转架21的交点重合。将液晶显示器固定到壁挂支架上，并用螺钉将液晶显示器与壁挂支架相联接。

将电源、信号线接入液晶显示器。打开液晶显示器，将液晶显示器设置到被测信号通道上。液晶显示器上显示被测信号。

打开工控机13的电源开关，将旋转平台上的空气开关合上。打开彩色亮度计1的电源，使其处于测量状态。

设置测试信号的种类(AV\VGA\YPRPB)、模式(PAL\NTSC或分辨率)。在液晶显示器厚度框内输入被测液晶显示器的屏幕平面至两根壁挂杆平面的距离，设置视角测量的起始角度、最大角度及步长。点击相关按钮，可以实现彩色亮度计的上下、左右、前后的移动。液晶显示器实现上仰、下俯、顺时针、逆时针的转动。操作者也可通过操作键盘，实现上述运动或停止上述运动。

操作者通过旋转运动，将液晶显示器置于上下，左右垂直位置。要保证液晶显示器的中心位于测量的中心位置。当液晶显示器的位置调整好后，按转角清零按钮，确定液晶显示器视角测量的起始位置。

操作者通过直线运动，将彩色亮度计对准被测液晶显示器的中心。液晶显示器显示窗口明亮信号。界面通过显示被测液晶显示器的亮度，提示彩色亮度计是否已经对准液晶显示器的明亮窗口区域。

当彩色亮度计已经对准液晶显示器的窗口区域。点击自动对中按钮，系统将自动寻找液晶显示器的屏幕中心位置。

测量时，液晶显示器屏幕上测量点分布如图5所示。

测量信号采用全场白信号。将彩色亮度计对准被测液晶显示器的中心P₀点，测得P₀点的亮度为L₀₀，色品坐标为u₀′，v₀′。将液晶显示器水平转动直到中心点的亮度为1/2L₀₀时，此时液晶显示器转动的角度，即为液晶显示器1/2L₀₀的左(右)视角。保证彩色亮度计与被测各点测量距离和角度不变的情况下，移动彩色亮度计分别对准图5中的P₁至P₈各点，记下各点的亮度L_ijk和色品坐标u_ijk′，v_ijk′，其中i＝1-8点，j＝l(left)，r(right)，u(up)，d(down)方向，k＝0，1/2，1/3亮度时的视角，测量出液晶显示器的1/2L₀₀时的水平和垂直视角，及此视角下的亮度和色度均匀性。测量1/3L₀₀视角及颜色均匀性，测量要求相同。

用公式(1)计算出各点的亮度均匀性

P_ik＝1-(L_ijk/L_0k)×100％    (1)

用公式(2)计算出各点的色度差

Δu_ijk′＝u_ijk′-u₀′    Δv_ijk′＝v_ijk′-v₀′    (2)

色度不均匀性的计算公式为

Δu_ijk′v_ijk′＝SQRT(Δu_ijk′²+Δv_ijk′²)         (3)

公式中i＝1-8，j＝l，r，u，d，k＝0，1/2，1/3

由表1中的测量结果可知，由于液晶显示器存在视角特性，液晶显示器图像的亮度和颜色随着不同的观看视角而发生变化，液晶显示器的亮度随视角的变大而下降，且存在着严重的不均匀的现象，中心的亮度和距离边框部分区域的亮度差别比较大，重现的灰度级也十分有限，色度误差也随视角的增大而增大，因此，如何测量和改善液晶显示器的视角特性就显得十分重要，而本系统则给出了一个合适的解决方案。

表1

Claims (5)

1、一种液晶显示器视角自动测量系统，其特征在于系统包括：

1)工控机(13)，实现对整个系统的操作控制和提供测试所需的信号，工控机内安装有单片机(13-1)，工控机通过RS232串口和插在工控机里面的单片机进行通信，由单片机里面的控制程序来分别驱动三维直线运动和二维旋转运动的驱动系统(U、V)；工控机还用于接收彩色亮度计(1)的数据和产生液晶显示器的信号并控制液晶显示器(24)的转动和彩色亮度计的运动；

2)三维直线运动驱动系统(U)及三维运动机构(A)，安装在光学平台(9)上，实现前后、左右、上下的直线运动，包括X步进电机(8)、水平连轴器(7)、X轨道及丝杠(6)、Y步进电机(10)、Y丝杠(2)、Y轨道(3)、Z丝杠及步进电机(4)、Z轨道(5)；

3)二维旋转运动驱动系统(V)及二维旋转机构(B)，安装在旋转支撑台(23)上，实现俯仰运动的驱动系统及旋转机构包括俯仰旋转轴(20)、俯仰蜗轮减速器(20-1)、俯仰步进电机(20-2)、俯仰编码器(20-3)，实现左右旋转的驱动系统及旋转机构包括左右旋转架(21)、球轮(17)、测量框(19)、左右旋转蜗轮减速器(23-1)、左右旋转步进电机(23-2)、左右旋转编码器(23-3)；

4)彩色亮度计(1)，安装在垂直运动轨道上，彩色亮度计测量液晶显示器的色坐标和亮度。

2、根据权利要求1所述的液晶显示器视角自动测量系统，其特征在于：所述测量框(19)的中间设有两根壁挂杆(25)，其上固定液晶显示器(24)，壁挂杆的顶部装有快速夹持器(18)。

3、根据权利要求1或2所述的液晶显示器视角自动测量系统，其特征在于：所述Y步进电机(10)通过垂直连轴器(12)与Y丝杠(2)连接，垂直连轴器的下方装有失电制动器(11)。

4、根据权利要求1或2所述的液晶显示器视角自动测量系统，其特征在于：光学平台(9)与旋转支撑台(23)之间连有电缆A(15)，工控机(13)与旋转支撑台(23)之间连有电缆B(16)，旋转支撑台(23)与左右旋转架(21)之间连有电缆C(22)。

5、根据权利要求1或2所述的液晶显示器视角自动测量系统，其特征在于：从工控机(13)连出一个可在外面操控的键盘手动(14)。

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