CN104076542B - 一种光学探头 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种光学探头，所述探头包括沿光路依次设置的成像部件和光电转换部件，所述探头还包括连接在成像部件和光电转换部件之间的均光部件。本发明与现有技术相比：有效消除因人为因素导致对Flicker最小值判别标准的不一致及色度测量误差；采用透镜均光与光纤导光，提高光的传导效率，提高测量仪器的敏感度；测量角度不随安装方式而变化，保证测量区域大小基本不变；非接触远距离测量方式，测量距离为30mm正负5mm保证数据准确；可以测得闪烁度的11‑65HZ中每个频率的绝对值。

Description

一种光学探头

技术领域

本发明涉及一种光学探头，特别是一种用于测定液晶模组Flicker闪烁度的光学探头。

背景技术

液晶模组在显示画面时，由工作原理决定，总会存在一定程度的Flicker闪烁现象，而Flicker闪烁度较大时，会造成人的视觉疲劳及其它不适，所以在出厂前必须对每块液晶模组的Flicker闪烁度进行测量，并根据测量值，调节液晶模组的各种相关参数，使Flicker闪烁度降到最小值。同时，随着人们对色彩要求的提高，部分液晶模组厂商，开始对每一模组的色度进行检测，色度检测往往与闪烁度同步进行，就这要求一台仪器即可测色度又能检闪烁度。

目前液晶模组生产厂商通常采用光学检测设备进行液晶模组的色度及FLICKER检测。光学检测设备单价昂贵，体积较大。当生产线需要对每一块液晶模组进行检测时，对检测设备的需求量很大，设备投入很高，这将显著增加液晶模组的制造成本。

在过去的几年中，也出现了一些可以在生产线应用的Flicker检测装置，但因其没有光学镜头，光谱响应度范围与人眼明视觉光谱效率函数存在较大差异，这样就带来测量结果的不准确，使检测人员很难找到Flicker的最小值，并且检测结果很容易受到外界杂光的干扰，反检率很高。另外，这种检测方法在不同类型的液晶模组检测切换过程中，必须重新修改软硬件，以使测量装置适合该待测液晶模组的要求。因为以前的一些检测装置的光谱响应度曲线与CIE1931规定的人眼光谱响应曲线不一致，并且检测装置中采用单色传感器，因而无法实现色度的测量。现有一些并非对针对液晶模组而开发的色度测量仪器，在应用于液晶模组的色度测量时，测量结果存在很大的误差。现有检测仪器中采用磨砂玻璃进行均光(混光)来对液晶特定区域进行色度和闪烁度测量，这样的方法可以非常有效的实现均光，但是光的传递效率太低，需要较高放大倍数的光电转换电路，且易受杂光的干扰。所以无法对超低亮度的液晶模组进行检测。由于Flicker检测装置的成本较高，一些小厂商无法承担此类设备投入，采用人工目视观测来确定Flicker闪烁度是否达到最小，这样就存在员工因经验和熟练程度等个体差异，对同样的Flicker判别结果不同，造成实际的判别标准不一致。而对于色度，仅凭人眼根本无法判断。

因此，需要提供一种高性能的液晶模组专用色度及Flicker闪烁度测量装置，以更加准确的测量色度计Flicker闪烁度值；保证装置测得的Flicker最小值与人的视觉感受一致；保证色度测量的准确性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种光学探头，以解决以下现有技术中存在的问题：

1、目前人工目视检测无法达到Flicker最小值，判别标准不一致；

2、色度无法人工目视检测；

3、微非接触式测量方法会划伤液晶模组表面；只能测出闪烁度的相对值，无法测得闪烁度的绝对值；只能对某一频率下的闪烁度进行检测，无法实现对某一频域范围的闪烁度值进行检测；

4、磨砂板均光，降低了仪器的敏感度；

5、测量范围随着安装方式而变化；

6、光的传导效率低下。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案

一种光学探头，所述探头包括沿光路依次设置的成像部件和光电转换部件，所述探头还包括设置在成像部件和光电转换部件之间的均光部件。

优选的，所述成像部件包括成像镜组和包裹在成像组外部的第一聚光筒。

优选的，所述成像镜组包括沿光路设置的第一透镜和第二透镜。

优选的，所述均光部件包括均光镜组和包裹在均光镜组外部的第二聚光筒。

优选的，所述均光镜组包括沿光路依次设置的第三透镜、第四透镜和第五透镜。

优选的，该探头还包括设置在成像部件和均光部件之间的第一光阑。

优选的，所述探头还包括设置在均光部件和光电转换部件之间的分光部件。

优选的，所述分光部件包括沿光路设置的将来自均光部件的光束分为三个光束的光纤束。

优选的，所述光纤束为三输出光纤束。

优选的，该探头还包括设置在均光部件和分光部件之间的第二光阑。

优选的，所述光电转换部件包括至少一组光电转换组件和包裹在光电转换组件外部的第三聚光筒。

优选的，所述光电转换组件的数量与多输出光纤束输出的光束数量相同。

本发明的有益效果如下：

本发明与现有技术相比：

1、能够有效消除因人为因素导致对Flicker最小值判别标准的不一致及色度测量误差。

2、本发明所测定装置专为测量液晶模组色度及Flicker闪烁度而设计，测得的Flicker闪烁度与人眼目视效果基本一致。

3、本发明采用透镜均光与光纤导光，提高光的传导效率，提高测量仪器的敏感度。

4、本发明所述光学探头测量角度不随安装方式而变化，保证测量区域大小基本不变。

5、本发明所述光学探头非接触远距离测量方式，测量距离为30mm正负5度角保证数据准确。

6、本发明采用与VESA(视频电子标准协会)推荐的相同信号处理方式，保证数据符合国际及行业标准。

7、本发明可以测得闪烁度的11-65HZ中每个频率的绝对值。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明；

图1示出本发明所述一种光学探头示意图；

图2示出本发明所述一种光学探头分解示意图；

图3示出本发明所述包括上述光学探头的液晶模组Flicker闪烁度测定装置示意图；

图4示出本发明所述主机分解示意图；

图5示出本发明所述一种光学探头原理示意图；

图6示出本发明所述Flicker闪烁度测定系统的示意图；

图7示出本发明所述双二阶60Hz低通滤波器的示意图。

具体实施方式

如图1至2所示，本发明公开了一种光学探头，所述光学探头包括：

成像部件，所述成像部件包括成像镜组和包裹在成像组外部的第一聚光筒5，所述成像镜组包括沿光路设置的第一透镜2和第二透镜4，所述成像部件进一步包括第一压圈1和第二压圈3，所述第一压圈1、第一透镜2、第二压圈3和第二透镜4依次沿光路设置。

与成像部件连接的均光部件，所述均光部件对来自成像部件的光束进行均光；所述均光部件包括：均光镜组和包裹在均光镜组外部的第二聚光筒6，所述均光镜组包括沿光路依次设置的第三透镜7、第四透镜9和第五透镜11，所述均光部件进一步包括：第三压圈8、第四压圈10、和第五压圈12，所述第三透镜7、第三压圈8、第四透镜9、第四压圈10、第五聚光镜11和第五压圈12依次沿光路设置，本发明采用至少一个透镜进行均光目的在于，采用透镜可以使多个点的光线均匀的照射到同一个面上，实现均光，并且不局限于某一点均光，均光范围更大，效果更好。

与均光部件连接的分光部件，所述分光部件对来自均光部件的光束进行分光；所述分光部件包括：沿光路设置的将来自均光部件的光束分为三个光束的光纤束15，所述光纤束为三输出光纤束，所述分光部件进一步包括第一光纤筒13、第二光纤筒14和光纤筒盖16，所述光纤束15的输出端与光纤筒盖16的通孔对应连接，所述光纤束15固定在第二光纤筒14内部，所述第二光纤筒14的输出端与光纤筒盖16固接，所述第二光纤筒14固定在第一光纤筒13内部，所述光纤束15为三输出光纤束。

与分光部件连接的光电转换部件，所述光电转换部件将来自分光部件的三色光转换为光电信号，所述光电转换部件包括第三聚光筒17、固定块18、温度传感器19、三个第六透镜20、三个滤光片21和三个光电二极管22，所述第六透镜20、滤光片21和光电二极管22依次叠放固定形成光电转换组件，三组光电转换组件固定在第三聚光筒17内部，所述第一光纤筒13的输出端与所述第三聚光筒17的输入端固接。

该探头进一步包括：与所述光电转换部件通过导线连接的传感器基板组件，所述传感器基板组件包括传感器基板24、第一屏蔽罩25、第二屏蔽罩26、第三屏蔽罩27、压线板28、第四屏蔽罩29和高性能电缆30，所述第三屏蔽罩27和第四屏蔽罩29卡接形成屏蔽空间，所述传感器基板24固定在第三屏蔽罩27和第四屏蔽罩29形成的屏蔽空间内，所述第一屏蔽罩25、第二屏蔽罩26分别固定在第三屏蔽罩27和第四屏蔽罩29上，所述高性能电缆30通过压线板28固定在传感器基板24上，所述传感器基板24通过带线与光电二极管22连接，传感器基板组件还包括包裹在屏蔽罩外部的第一壳体31和第二壳体32，第一壳体31和第二壳体32固接。所述传感器基板还包括放大基板和校正ROM。

如图5所示，该探头还包括设置在成像部件和均光部件之间的第一光阑50；以及，设置在均光部件和分光部件之间的第二光阑51。

如图3所示，本发明进一步公开了一种包括上述光学探头的液晶模组Flicker闪烁度测定装置，该装置包括光学探头和主机，所述主机通过电缆连接；如图6所示，所述主机包括Flicker闪烁度测定系统，该系统包括用于将光学探头采集到的信号进行放大滤波，并输出60Hz以下的模拟信号的放大滤波模块，所述放大滤波模块包括三组信号放大电路和低通滤波电路，如图7所示，所述低通滤波电路采用双二阶60Hz低通滤波器；用于将所述60Hz以下的模拟信号转换成数字信号的模数转换模块；用于对模数转换模块输出的数字信号进行处理的数据处理模块。所述Flicker闪烁度测定系统进一步包括与数据处理模块连接的拨码开关；与数据处理模块连接的人机交互界面，所述人机交互界面包括液晶显示器和操作面板；用于为系统各元器件供电的供电模块。如图4所示，所述主机还包括可拆分的壳体，所述可拆分的壳体包括主基板35、前面板36、左侧板37、底板34、上面板46、后面板48和右侧板49，所述前面板36上设有液晶显示面板44和按键板41，后面板49上设有散热口和交流电输入端口，分别用于安放风扇和交流电源输入端口42，底板34的上部设有主基板35和电源模块，所述Flicker闪烁度测定系统设置于主基板上，所述电源模块与主基板通过导线连接。该装置还设有RS-232通信串口。

如图5所示，本发明所述光学探头工作原理：本发明利用成像部件实现收集离第一透镜2距离30mm处正负5度角的光，将光线汇聚成直径为2.85mm大小的圆形光斑。光斑位于第一聚光筒5内部开孔为2.85mm的第一光阑50处。因为开孔只有2.85mm大小，所以其他角度及杂光将无法通过2.85mm小孔而进入后面的光学探头内部形成的光学系统中。2.85mm的光斑经过均光部件后将形成一个直径为4.5mm大小的均匀光斑，其位于均光部件中的第二光阑51处。4.5mm大小的均匀光斑经过分光部件中的第一光纤筒13中一个的直径为3.8mm开孔，对第二光阑51上的4.5mm的光斑进行截取，截取小于等于直径为3.8mm的光斑为有效光斑，进一步提升光斑的均匀性。直径为3.8mm的光斑随后进入分光部件中的第二光纤筒14中，并利用分光部件中(一路分三路)光纤束将来自均光部件的直径为3.8mm的光斑分成三路光强相等可视光，分光后进入光电转换部件，三路光通过光电转换部件中的三个第六透镜20进一步聚光，再分别经过三个滤光片21滤光后，分别进入三个光电二极管22中进行光电转换，输出红、绿、蓝三路光相应的电信号，最终得出的光谱响应度曲线符合CIE 1931标准色度观察者XYZ函数要求。这样测得的色度，亮度，闪烁度更接近于人眼视觉效应。光电二极管22将获取的光信号转化为电信号送入传感器基板组件中，传感器基板24把电信号进行放大后通过高性能电缆30传入主机进行数据分析。其中传感器基板屏蔽罩和传感器基壳体共同组成两级防外部干扰的措施，传感器基板屏蔽罩和传感器基壳体的内壁表面进行金属化处理。保证微弱的光电信号稳定传输。

本发明所述液晶模组Flicker闪烁度测定装置工作原理：开启装置电源，为整个装置供电，利用光学探头对待测液晶模组产生的光进行采集，并通过光学探头将光信号转换成三路电信号，将光学探头采集得到的三路电信号分别输入到放大滤波模块中的三组信号放大器和双二阶60Hz低通滤波器中，进行放大和滤波处理，处理后的三路电信号通过模数转换器转换为数字信号输入到数据处理模块进行分析处理，利用人机交互界面实时与数据处理模块进行通信，并根据操作人员需要进行相应操作。

综上所述，通过本发明所述方案能够有效消除因人为因素导致对Flicker最小值判别标准的不一致及色度测量误差；本发明所测定装置专为测量液晶模组色度及Flicker闪烁度而设计，测得的Flicker闪烁度与人眼目视效果基本一致；本发明采用透镜均光与光纤导光，提高光的传导效率，提高测量仪器的敏感度；本发明所述光学探头测量角度不随安装方式而变化，保证测量区域大小基本不变；本发明所述光学探头非接触远距离测量方式，测量距离为30mm正负5mm保证数据准确；本发明采用与VESA(视频电子标准协会)推荐的相同信号处理方式，保证数据符合国际及行业标准；本发明可以测得闪烁度的11-65HZ中每个频率的绝对值。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (11)

1.一种光学探头，所述探头包括成像部件和光电转换部件，其特征在于，所述探头还包括依次设置在成像部件和光电转换部件之间的均光部件和分光部件；所述成像部件收集距离成像部件前端30mm以内的待探测目标的±5度角的光线，所述光线依次经过均光部件和分光部件输出三束单色光信号，所述三束单色光信号经光电转换部件转换为电信号输出。

2.根据权利要求1所述的一种光学探头，其特征在于，所述成像部件包括成像镜组和包裹在成像组外部的第一聚光筒(5)。

3.根据权利要求2所述的一种光学探头，其特征在于，所述成像镜组包括沿光路设置的第一透镜(2)和第二透镜(4)。

4.根据权利要求1所述的一种光学探头，其特征在于，所述均光部件包括均光镜组和包裹在均光镜组外部的第二聚光筒(6)。

5.根据权利要求4所述的一种光学探头，其特征在于，所述均光镜组包括沿光路依次设置的第三透镜(7)、第四透镜(9)和第五透镜(11)。

6.根据权利要求1所述的一种光学探头，其特征在于，该探头还包括设置在成像部件和均光部件之间的第一光阑(50)。

7.根据权利要求1所述的一种光学探头，其特征在于，所述分光部件包括沿光路设置的将来自均光部件的光束分为三个光束的光纤束(15)。

8.根据权利要求7所述的一种光学探头，其特征在于，所述光纤束(15)为三输出光纤束。

9.根据权利要求1所述的一种光学探头，其特征在于，该探头还包括设置在均光部件和分光部件之间的第二光阑(51)。

10.根据权利要求1所述的一种光学探头，其特征在于，所述光电转换部件包括至少一组光电转换组件和包裹在光电转换组件外部的第三聚光筒(17)。

11.根据权利要求10所述的一种光学探头，其特征在于，所述光电转换组件的数量与多输出光纤束输出的光束数量相同。