CN102460271A - 光学滤波器以及显示器评价系统 - Google Patents

光学滤波器以及显示器评价系统 Download PDF

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Abstract

用于评价液晶板(10)的显示器评价系统由光学调整装置(20)、摄影照相机(30)以及测量装置(35)构成。另外，在液晶板(10)上连接有图像信号生成装置(15)。摄影照相机(30)具备CCD图像传感器(31)。光学调整装置(20)由透镜(221、222)构成。在光学调整装置(20)中将光学滤波器(21)配置在光圈位置处，该光学滤波器(21)是将金属板加工为网眼状来具有透过率梯度的。并且，在设置于散焦位置的CCD图像传感器(31)中设为抑制了奈奎斯特频率以上的响应的形状。由此，能够抑制波纹图案、且拍摄以1个像素为单位析像的图像。

Description

光学滤波器以及显示器评价系统
技术领域
本发明涉及一种在评价显示器的画质时使用的光学滤波器以及显示器评价系统。
背景技术
目前，液晶板等的显示器的生产线构建为能够实现均一的品质。但是，在这种生产线中，各个显示器中也产生制造偏差。因此，为了调整输出更好的图像的显示器而进行了各种研究(例如，参照专利文献1。)。在该专利文献1所述的技术中，对调整对象装置的画质进行调整使其近似于目标装置的画质。
但是，在使用采用各种摄像器件的照相机来拍摄具有周期性的图案的对象物的情况下，有时在拍摄出的图像中产生波纹(モアレ)图案，但是实际在画面上并没有这种波纹图案。波纹图案是如液晶板那样的格子状的图案(像素格子图案)与CCD的各像素的格子干涉而产生的图案。
因此，进行了用于消除波纹图案的研究(例如，参照专利文献2～4)。
例如，在专利文献2中公开了如下技术：在检测平板显示器的像素缺陷的画质检查装置中，从用于画质检查的图像数据中消除波纹成分。在该文献所述的技术中，从由摄像装置获得的图像数据中抽取波纹成分，检测该波纹成分的周期并连接配置在每个周期的像素值来求出消除了缺陷成分的多个平滑曲线。求出位于该多个平滑曲线上的像素值与原来的图像数据之差来获取缺陷图像数据，求出多个平滑曲线的平均来获取不包含波纹图案的平滑图像数据。然后，将该平滑图像数据和缺陷图像数据相加，将该相加结果作为检查用图像数据而保存在图像存储器中。
另外，在专利文献3中公开了如下技术：在LCD检查装置中，降低波纹图案来实现检查精度的提高。在该文献所述的技术中，在拍摄作为被检查对象物的LCD板的照相机与和该照相机连接而放映出通过照相机拍摄的LCD板的图像的监视器之间设置光学低通滤波器，该光学低通滤波器使通过了该LCD板的光扩展至LCD板的黑膜(black mask)部分。
另外，在专利文献4中公开了如下技术：不需要利用软件的处理，只使用更廉价且简单的结构的光学构件来获得没有波纹图案的摄像图像。在该文献所述的技术中，在照相机与检查对象画面之间的任意位置处插入使光散射的散射透过板来进行拍摄。
专利文献1：日本专利第4109702号公报(第1页、图1)
专利文献2：日本特开平11-352011号公报(第1页、图1)
专利文献3：日本特开平8-327496号公报(第1页、图1)
专利文献4：日本特开平11-6786号公报(第1页、图1)
发明内容
发明要解决的问题
任一现有技术都存在如下问题：伴随大幅度的图像的不清晰，难以观察或检测与存在于对象物的图案周期相同水平的大小的变化、缺陷。
在进行液晶板的色斑修正时，如果拍摄出波纹图案则无法与本来的色斑图案进行区分，从而成为问题。另外，为了拍摄细微的色斑图案，也不能使图像不必要地模糊不清。
在此，波纹图案是数字信号处理理论中的混叠失真(折り返し歪み)。该混叠失真被看成图案即为波纹图案。混叠失真是指大于等于奈奎斯特频率(Nyquist frequency)的频率由于采样而出现在低频侧。
图11是表示用于调整光量的一般的圆形光圈50的图，通过开口区域使光透过。
图12是一般的圆形光圈50中的模糊的形状(点像强度分布函数PSF：Point Spread Function(点扩散函数))的例子，图13是二维地显示了该形状的图。
在使用了这种圆形光圈50的情况下，频率特性变得如图14所示那样。可知高频分量没有充分衰减。
另外，一般的光学低通滤波器由水晶板构成且设置在CCD跟前。然而，水晶低通滤波器利用水晶的双折射(双重)，因此基本是将1个点双重地显示为略微分离的两个点。一般重叠两张水晶板，通过纵横两次利用该效果而在CCD上将1个点显示为分离为4个的四重的点。在这种低通滤波器中，无法消除波纹图案。
本发明是为了解决上述课题而作出的，其目的在于提供一种用于着眼于该奈奎斯特频率而抑制波纹图案、且拍摄以1个像素为单位析像的图像的光学滤波器以及显示器评价系统。
用于解决问题的方案
为了解决上述问题点，本发明是一种光学滤波器，应用于具备多个感光像素的固体摄像元件，该光学滤波器的要点在于，设置了用于生成以下波形的透过率分布：该波形抑制了根据上述固体摄像元件中的感光像素的间距所决定的奈奎斯特频率以上的频率的空间频率分量。
根据本发明，能够使高频分量充分地衰减。而且，如果适当地设定PSF的大小来将奈奎斯特频率设为开始下降的点，则能够制作使奈奎斯特频率以上的频率分量充分衰减而使奈奎斯特频率以下的频率分量很好地通过的理想的光学低通滤波器。
在本发明的优选方式中，为了设置上述透过率分布，而设置相对于横贯光学滤波器的至少一个横断轴具有正态分布的开口宽度的开口部。
根据上述方式，通过使上述横断轴与摄影对象的周期性图案图形(例如，如液晶板那样的格子状图案)一致，能够使高频分量衰减。
此外，在上述方式中，优选的是由相对于横断轴对称配置的两个正态分布曲线构成上述开口部。
由此，在与横断轴正交的正交轴上也能够获得“山”形状的开口部，因此在正交轴方向上也能够抑制高频分量的产生。
在本发明的优选方式中，利用形成在平板上的开孔的密度分布来构成上述透过率分布。
由此，平板的开孔的密度分布与光学滤波器中的透过率分布、换句话说光密度分布相对应，能够通过对平板的孔加工来精密地设定光密度分布。
在本发明的其它方式中，利用形成在透明板上的点图案的密度分布来构成上述透过率分布。
由此，能够在维持透明板的强度的同时容易地提高透过率。
在本发明的优选方式中，作为上述透过率分布，使用构成为固体摄像元件的感光面上的光强度成为正态分布的分布。
由此，能够可靠地使奈奎斯特频率以上的频率衰减。
本发明的要点还在于，具备：固体摄像元件，其具备多个感光像素；光学系统构件，其对评价对象的显示器的图像进行聚焦；以及光学滤波器，其设置在上述光学系统构件的光圈位置处，设置了用于生成以下波形的透过率分布，该波形抑制了根据上述固体摄像元件中的感光像素的间距所决定的奈奎斯特频率以上的频率的空间频率分量。
发明的效果
根据本发明，能够抑制因奈奎斯特频率以上的频率分量引起的波纹图案的产生，能够准确地进行显示器的评价。
根据上述的本发明，能够提供一种用于抑制波纹图案、且拍摄以1个像素为单位析像的图像的光学滤波器以及显示器评价系统。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式的显示器评价系统的说明图。
图2是显示器评价系统中的光线图。
图3是使用了本发明的滤波器的情况下的光强度分布的说明图。
图4是使用了本发明的滤波器的情况下的光强度分布(二维)的说明图。
图5是使用了本发明的滤波器的情况下的光强度分布的频率特性的说明图。
图6是散焦量与光强度分布的频率特性的关系的说明图，(a)是使散焦量变化为2倍、(b)是基准、(c)是变化为基准的一半时的频率特性。
图7是本发明的一个实施方式的滤波器的说明图。
图8是本发明的第二实施方式的滤波器的说明图，(a)是摄影对象的像素、(b)是滤波器结构的说明图。
图9是本发明的其它实施方式的滤波器的说明图，(a)是使用了一个正态分布曲线的开口部、(b)是使用了曲线上的正态分布曲线的开口部。
图10是本发明的其它实施方式的滤波器的说明图。
图11是现有的光圈的说明图。
图12是使用了现有的光圈的情况下的光强度分布的说明图。
图13是使用了现有的光圈的情况下的光强度分布(二维)的说明图。
图14是使用了现有的光圈的情况下的光强度分布的频率特性的说明图。
具体实施方式
(第一实施方式)
下面，说明本发明的光学滤波器以及显示器评价系统。在本实施方式中，假定使用CCD图像传感器来评价调整对象的显示板的画质的情况。在此，如图1所示，作为调整对象的显示板而使用液晶板10。该液晶板10通过以规定的周期(第一间距)配置的像素元件来形成图像。
并且，用于评价该液晶板10的显示器评价系统由光学调整装置20、摄影照相机30以及测量装置35构成。另外，液晶板10上连接有图像信号生成装置15。
在此，作为摄像单元(摄像装置)的摄影照相机30拍摄经由光学调整装置20获取的图像，将输出图像数据提供给测量装置35。在本实施方式中，在摄影照相机30中使用具备作为固体摄像元件的CCD图像传感器31的黑白照相机。CCD图像传感器31通过以规定的周期(与第一间距不同的第二间距)配置的像素传感器来拍摄图像。
测量装置35对从CCD图像传感器31获取的图像的画质进行评价。
图像信号生成装置15向液晶板10提供用于画质评价的测试图案信号。根据该测试图案信号在液晶板10上输出测试图案图像。
光学调整装置20是调整显示在液晶板10上的图像的焦点的装置。光学调整装置20由光学滤波器21、作为对图像进行聚焦的光学系统构件的透镜(221、222)构成。如后述那样为了将P SF形状设为平滑的“山”形状，需要将设置在光圈部分的光学滤波器21的周边部分的透过率大致设为“0”。由于这样设置透过率低的滤波器，所以作为透镜(221、222)，使用充分明亮的F值的透镜来进行设计，设计成设置滤波器后的有效F值成为目标值。
(光学滤波器)
在本实施方式中，将设置在散焦位置的CCD图像传感器31的感光面中的PSF设定为目标形状。具体地说，对光学滤波器21设置用于生成以下波形的透过率分布：该波形抑制了根据CCD图像传感器31中的像素的间距所决定的奈奎斯特频率以上的频率的空间频率分量。因此，在光学调整装置20中，在透镜(221，222)的光圈位置处插入具有光密度梯度的光学滤波器21作为低通滤波器。
如图7所示，本实施方式中使用的光学滤波器21是通过将金属板(平板)加工为网眼状来形成的，由此使光学滤波器21具有目标的光密度梯度。具体地说，在光学滤波器21上设置开孔211。该开孔211的密度分布根据离光学滤波器21的中心的位置(21a、21b、21c)来改变。即，在光学滤波器21上设置开孔211使得开孔211的分布密度从光学滤波器21的中心朝向径向外侧以同心圆的方式变化(减少)。
如果这样，则能够以金属板的加工精度来精密地设定光密度分布。该网眼的遮蔽率与光密度分布相对应。
由开孔211构成的网眼图案本身在成像面中成为极细的图案，因此能够不被析像而获得与开孔211的密度分布相应的灰度(gradation)。
(散焦量的决定)
接着，说明散焦量的决定。
从液晶板10的像素发出的光沿着图2所示的光路到达CCD图像传感器31。在此，将从光学调整装置20的焦点位置到CCD图像传感器31为止的距离设为散焦量(df)。在这种情况下，光圈的形状以与散焦量(df)成比例的大小被投影在CCD图像传感器31上。因而，能够通过调整散焦量(df)来制作任意大小的散焦图像(模糊)。此外，模糊的形状不依赖于散焦量(df)。
图3中示出本实施方式的目标的模糊形状、即使用了滤波器的情况下的光强度分布。高度方向表示光的强度，XY轴表示CCD图像传感器31面上的位置。
图4是以二维示出该光强度分布的图。横轴刻度被标准化为CCD图像传感器31的间距的长度刚好成为“1”。纵轴刻度是以最大光强度被标准化。
图5是表示该形状的频率特性的图。横轴的单位是频率，被标准化为根据CCD图像传感器31的间距所决定的奈奎斯特频率为“1”。纵轴的单位是响应(response)，用dB表示，在-40dB的情况下为“1/100”。
本实施方式的散焦量(df)被调整得使模糊的大小成为图5那样。模糊的形状由设置在光圈位置的光学滤波器21所决定，即使改变散焦量，模糊的形状也不变化。
另外，在图6中示出以图5为基准改变散焦量而得到的频率特性。在此，图6的(a)是使散焦量变化为基准的2倍、(b)是与基准相同、(c)是变化为基准的一半时的频率特性。当加大散焦量时模糊变大，导致从低频率开始就衰减，但是能够可靠地使奈奎斯特频率以上的频率衰减。当减小散焦量时模糊变小，可抑制低频的衰减，但是不能使奈奎斯特频率以上的频率衰减而导致增加。这样，能够通过改变散焦量来实现高频频率的衰减量和低频分量的通过量的折中。
在此，对液晶板10上的点光源进行设定使得散焦位置处的光的强度“V(r)”成为正态分布，通过下述计算式来表示。
V(r)＝exp(-2×r2)
在此，“r”是离原点(0，0)的距离，将与CCD图像传感器31的间距间隔相等的长度设为“1”(单位)。本实施方式的光学滤波器21的透过率分布也近似于正态分布，进行修正使得在散焦位置处光强度成为正态分布。此外，透过率分布优选接近正态分布，但是在实际上离正态分布有偏差的情况下也能够降低波纹的产生。
在上述计算式中，加大“r”也不会成为“0”，因此严格地说光的存在范围变得无限。这是无法制作的，因此在适当的范围内截止。在考虑了该截止的情况下的最优形状与上式不同，但是在结果上成为与上述计算式很好地相似的形状。
根据本实施方式，能够获得如下那样的效果。
·在本实施方式中，在光圈位置处设置具有透过率梯度(光密度梯度)的光学滤波器21。通过该滤波器，在图像中屏蔽奈奎斯特频率分量以上的频率分量。在此，比较本实施方式的频率特性(图5)与通常的光圈的频率特性(图14)。在图14和图5中，调整模糊的大小来使奈奎斯特频率下的响应变得相同。比较两图的频率特性可知：在目标的形状的情况下，使高频很好地衰减，但是在一般形状的模糊的情况下高频不衰减。
波纹图案的产生原因是显示器的格子图案，这集中在高频。如果能够有效地衰减该高频则能够抑制波纹图案的产生。因而，能够抑制波纹图案来准确地进行显示器的评价。
·在本实施方式中，为了在光学滤波器21中实现目标的光密度梯度而将金属板加工为网眼状。即使使用一般的减光滤波器(ND滤波器)来精密地改变光密度分布也难以控制该光密度梯度。在本实施方式中，金属板的网眼的遮蔽率与光密度分布相对应，能够以金属加工精度精密地设定光密度分布。
(第二实施方式)
在上述第一实施方式中，通过在光学滤波器21设置开孔211使得其分布密度以同心圆的方式变化来对光学滤波器21设置了透过率分布。在第二实施方式中，说明使用了具有正态分布的开口宽度的开口部的光学滤波器。
在此，对图8的(a)所示的液晶板10的像素11使用图8的(b)所示的光学滤波器21。该光学滤波器21具有开口部213。该开口部213由将相对于横断轴214对称配置的两个正态分布曲线接合而成的形状的缘部构成。在本实施方式中，以通过光轴(光学滤波器21)的中心的方式配置该横断轴214。
在使用该光学滤波器21的情况下，使横断轴214与配置了RGB各色的像素11的方向(在图8的(a)中为水平方向)一致。
根据本实施方式，能够获得如下面那样的效果。
·在本实施方式中，开口部213具有将相对于横断轴214对称配置的两个正态分布曲线接合而成的形状。在液晶板10中，RGB各色的像素11的相对亮度不同，因此产生竖条纹的亮度图案(周期性的图案图形)。与该周期图案图形的产生方向(在此为水平方向)相一致地设置由正态分布曲线构成的开口部，能够抑制波纹图案来准确地进行显示器的评价。
·在本实施方式中，通过设置将相同形状的正态分布曲线对称地接合而成的形状的开口部213，在与横断轴正交的正交轴(在图8中为垂直方向)上也能够获得“山”形状的开口宽度分布。由此，能够抑制正交轴上的高频分量的产生。
·在本实施方式中，将开口部213的横断轴214构成为使其通过光轴(光学滤波器21)的中心。由此，能够抑制透镜的像差的产生。
另外，也可以如下变更上述实施方式。
○在上述实施方式中，应用于液晶板10的波纹图案的抑制，但是调整对象的显示板不限于此。也能够应用于如等离子体显示器(PDP)、有机EL显示器、投影型投影仪等那样的由周期性的像素构成的图像的输出装置。
○在上述实施方式中，使用具备以规定的周期配置的像素传感器的CCD图像传感器31来拍摄图像，但是摄像元件不限于此。能够应用于具备以因显示器的像素配置的周期而产生波纹图案那样的周期配置的像素传感器的摄像元件(例如，CMOS摄像元件)。
○在上述实施方式中，加工金属板来制作光学滤波器21。取而代之，还能够通过在透明板(例如玻璃板)上印刷网眼图案来制作光学滤波器21。在玻璃板上形成点的分布密度不同的点图案。例如将点配置成其分布密度从光学滤波器21的中心朝向径向外侧以同心圆的方式变化(增大)。在对金属板进行加工的情况下，当开孔的个数变多时金属板的强度有时会下降，而在玻璃板的情况下能够容易地提高透过率。
但是，在使用了玻璃板的情况下，需要进行包括玻璃板在内的透镜设计。另外，为了抑制玻璃表面的不需要的反射，需要施以与透镜相同的低反射涂层。
关于此时使用的透镜，优选光圈位置处的光线通过位置和散焦时到达像面的位置的关系在整个摄像区域中不变化。因而，这要在整个摄像区域中使用几乎没有像差的透镜。
○在上述第二实施方式中，由相对于横断轴214对称地接合正态分布曲线而得到的曲线来构成开口部213的缘部。该缘部的形状不限于此，开口部213的开口宽度只要相对于横断轴成为正态分布即可。例如还能够使用图9的(a)所示那样将直线和正态分布曲线作为缘部的开口部。另外，还能够如图9的(b)所示那样通过在曲线上设定正态分布的开口宽度来形成开口部。
另外，在开口部213中，横断轴214上的开口宽度的分布只要接近正态分布即可。在这种情况下，在开口宽度局部成为正态分布或者接近正态分布的分布的情况下也能够降低波纹的产生。
○在上述第二实施方式中，将开口部213的横断轴214构成为使其通过光轴(光学滤波器21)的中心，但是该位置不限于中心。例如在图10所示那样横断轴214从光学滤波器21的中心偏离的情况下也能够降低波纹的产生。
附图标记说明
10：液晶板；15：图像信号生成装置；20：光学调整装置；21：光学滤波器；211：开孔；213：开口部；214：横断轴；221、222：透镜；30：摄影照相机；31：C CD图像传感器；35：测量装置。

Claims (7)

1.一种光学滤波器，应用于具备多个感光像素的固体摄像元件，该光学滤波器的特征在于，
设置了用于生成以下波形的透过率分布：该波形抑制了根据上述固体摄像元件中的感光像素的间距所决定的奈奎斯特频率以上的频率的空间频率分量。
2.根据权利要求1所述的光学滤波器，其特征在于，
为了设置上述透过率分布，而设置相对于横贯光学滤波器的至少一个横断轴具有正态分布的开口宽度的开口部。
3.根据权利要求2所述的光学滤波器，其特征在于，
由相对于横断轴对称配置的两个正态分布曲线构成上述开口部。
4.根据权利要求1所述的光学滤波器，其特征在于，
利用形成在平板上的开孔的密度分布来构成上述透过率分布。
5.根据权利要求1所述的光学滤波器，其特征在于，
利用形成在透明板上的点图案的密度分布来构成上述透过率分布。
6.根据权利要求4或者5所述的光学滤波器，其特征在于，
作为上述透过率分布，使用构成为固体摄像元件的感光面上的光强度成为正态分布的分布。
7.一种显示器评价系统，其特征在于，具备：
固体摄像元件，其具备多个感光像素；
光学系统构件，其对评价对象的显示器的图像进行聚焦；以及
光学滤波器，其设置在上述光学系统构件的光圈位置处，设置了用于生成以下波形的透过率分布：该波形抑制了根据上述固体摄像元件中的感光像素的间距所决定的奈奎斯特频率以上的频率的空间频率分量。
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