CN1673810A - 液晶显示器响应时间光电自动测量仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液晶显示器响应时间光电自动测量仪。本发明所要解决的技术问题是提供一种测量结果准确，测试方法简便、易行，可以有效去除电路噪声等干扰的液晶显示器响应时间光电自动测量仪。解决该问题的技术方案是：液晶显示器响应时间光电自动测量仪，能测量全响应时间和灰阶响应时间，其特征在于它包括亮度探测器，用于将液晶显示器的亮度信号转换成电信号；数据采集板，由单片机、放大电路、AD转换电路、数据存贮电路、电平转换电路组成；电脑，用于给数据采集板供电及通过RS232与数据采集板通信；信号发生器，发生各个灰阶的视频测试信号。本发明可用于液晶显示器。

Description

液晶显示器响应时间光电自动测量仪

技术领域

本发明涉及光电测量仪，特别是一种液晶显示器响应时间光电自动测量仪。适用于液晶显示器。

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，控制光线的透过率，产生明暗的图像。由于液晶分子从一种扭曲状态变化到另一种扭曲状态，需要一定的动作时间，因此，液晶显示器的图像亮度明暗变化也就需要一定的响应时间才能完成。所谓响应时间，它反映了液晶显示器对于输入电信号的反应速度，当输入电信号从黑电平变化为白电平，再从白电平变回到黑电平时，液晶显示器就由暗转亮，再由亮转暗，如图1所示，图中T_r为给液晶施加电压后，液晶显示器亮度从10％变化到90％时，液晶所需的扭转时间，称为上升时间；T_f为撤消所施加电压后，液晶显示器亮度从90％变化到10％时，液晶所需的回复时间，称为下降时间，上升时间和下降时间之和为液晶显示器的响应时间T(也叫全响应时间)。当响应时间过大时，液晶显示器显示运动图像时，就会出现拖尾，因此，测量和改善液晶显示器的响应时间则成为急待解决的问题。在现有技术中测量响应时间有两种方法，一种是由一套简易装置来实现，该测试装置由信号发生器、光电二极管、模拟放大器和示波器构成，用存储示波器捕捉波形，可以测得T_f与T_r，但这种测量方法，对波形的读取误差较大，不能实现自动测量。另一种采用数码摄像头全程跟踪液晶显示器全黑和全白画面间的转换过程，通过图像处理的办法来测量响应时间，这种方法，图像噪声对测量结果影响较大。

灰阶响应时间，

目前各种液晶显示器所标称的响应时间，绝大多数仍然是全响应时间，实际情况远比这要复杂。

液晶屏幕上人们肉眼所见的一个点，即一个像素，它是由红、绿、蓝(RGB)三个子像素组成的。每一个子像素都可以显现出不同的亮度级别。而灰阶代表了由最暗到最亮之间不同亮度的层次级别。这中间层级越多，所能够呈现的画面效果也就越细腻。以8bit液晶面板为例，能表现2的8次方，等于256个亮度层次，我们就称之为256灰阶。LCD屏幕上每一个子像素，均由不同亮度层次的红、绿、蓝组合起来，最终形成不同的色彩点。可见，屏幕上每一个点的色彩变化，其实都是由构成这个点的三个RGB子像素的灰阶变化所带来的。

液晶灰阶变化由施加电压的大小来决定。从全黑到全白液晶分子面临最大的扭转角度，需施以较大的电压，此时液晶分子扭转速度较快；而介于全黑、全白间的较小幅度灰阶变化，需施加较小电压来进行准确而精细的角度控制，因此液晶分子扭转速度反而要慢一些。

真正和实际应用有关的响应时间是灰阶切换的响应时间，也叫GTG(Grey To Grey)的灰阶响应时间。和8ms、12ms的全响应时间不同，灰阶响应时间标注的是所有灰阶切换中最大的响应时间，也就是灰阶切换最“慢”的时候存在的延迟。这个指标的出现使响应时间和实际应用真正联系在了一起。表1给出了全响应时间和灰阶响应时间的对比。

表1

全响应时间	灰阶响应时间
		25ms	80ms
16ms	60ms
		12ms	40ms
8ms	20ms

可以看到，今天的8ms响应时间仅相当于灰阶响应时间的20ms。测量灰阶响应时间是非常必要的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种测量结果准确，测试方法简便、易行，可以有效去除电路噪声等干扰的液晶显示器响应时间光电自动测量仪。

本发明液晶显示器响应时间光电自动测量仪，能测量全响应时间和灰阶响应时间，其特征在于它包括：

亮度探测器，用于将液晶显示器的亮度信号转换成电信号；

数据采集板，由单片机、放大电路、AD转换电路、数据存贮电路、电平转换电路组成；亮度探测器输出的电信号经放大电路放大、AD转换电路转换后，数据存储到数据存贮芯片；单片机用于控制A/D转换、数据存贮及数据传输；电平转换电路用于实现单片机与PC机之间的通信；

电脑，用于给数据采集板供电及通过RS232与数据采集板通信，电脑中的软件对数据进行分析、处理，得到液晶显示器的响应时间，并在界面上显示；控制信号发生器产生所要求的灰阶信号，并控制信号在各灰阶间的变换。

信号发生器，发生各个灰阶的视频测试信号，包括视频VGA和AV信号源，可为独立的信号源或信号源插件板，插入系统主机的插槽内。

所述亮度探测器包括光筒、滤色片、前置放大电路、光栏和硅光电池，光栏设在光筒的输入端，滤色片设在光筒的输出端，用硅光电池进行光电信号的转换，放大的输出信号通过信号线S输至数据采集板。

所述数据采集板安装在电脑插槽上。

本发明的有益效果是：本测量仪可自动测量液晶显示器的全响应时间及灰阶响应时间，测试结果准确，测试方法简便、易行，采用一次五点滑动平均的方法对测量得到的实际波形进行滑动平均，可以去掉由于噪声而产生的测量误差。

附图说明

图1是液晶电视响应时间的曲线图。

图2是本发明的电路框图。

图3是本发明中亮度探测器的结构图。

图4是图3中前置放大电路的电路图。

图5是本发明数据采集板的电原理图。

图6是本发明数据平滑处理的曲线图。

具体实施方式

如图2所示，本实施例由亮度探测器1、数据采集板2、电脑3、信号发生器4及液晶显示器5组成。

如图3所示，亮度探测器1用于将亮度信号转换成电信号，它包括光筒1-1、滤色片1-2、前置放大电路1-3、光栏1-4和硅光电池1-5，光栏1-4设在光筒1-1的输入端，滤色片1-2设在光筒1-1的输出端，用硅光电池1-5进行光电信号的转换，转换后的电信号进入前置放大电路1-3进行放大(见图4所示)，前置放大电路采用放大器OP07，其输出信号通过信号线S输至数据采集板2中的放大电路2-1(见图5所示)，从集成电路U₅(型号OP07)的正端输入脚3输入。

光筒对准液晶屏上的信号，光筒前面的光栏使一定面积内的光进入光筒内，通过后面的滤色片进行V(λ)校正，使探测器的相对光谱灵敏度S(λ)符合人眼的光谱光视效率V(λ)。

滤光片的光谱透射比τ(λ)与探测器的相对光谱灵敏度S(λ)的组合结果与V(λ)一致，即满足卢萨条件S(λ)×τ(λ)＝k×V(λ)，k为常数。由上式得到所需匹配的滤光片的光谱透射比为 $\mathrm{\τ}\left(\mathrm{\λ}\right)=k\frac{V\left(\mathrm{\λ}\right)}{S\left(\mathrm{\λ}\right)}.$

如图5所示，数据采集板2由放大电路2-1、AD转换电路2-2、数据存贮电路2-3、单片机2-4、电平转换电路2-5组成一个单片机小系统。数据采集板2安装在电脑插槽上。

放大电路2-1，采用运放OP07，从前置放大电路1-3输出的电信号从运放OP07的正端第3脚输入，放大后的数值从第6脚输出。OP07的1、8脚间调零电位器10K，以克服零漂。电容C1用来滤波，电阻R3控制放大倍率。选用R3＝1.5M；因为R3×C1＝1ms，所以C1≈1000pf。由于在调试阶段有较大的干扰，电容换用682。

AD转换电路2-2，AD转换采用AD574A芯片，放大电路的第6脚输出接到AD574A的第13脚，作为AD转换的输入。转换结果从DB4～msb-11输出，传至单片机89C51(AD574A的DB4～msb-11和89C51的P0.0～P0.7相连)。

AD574A是一个12位逐次比较A/D转换器，采用89C51的P2.5脚控制12/8。用89C51来对AD754A进行转换控制，将AD574A的第4(A0)、5(R/C)引脚用89C51的P2.3、P2.4口进行控制，控制它的AD转换位数以及何时启动转换，因为A0、R/C在读取转换结果时应保持相应的电平，故用74LS373锁存后接入。用89C51的P2.6口控制AD574A的CE端，从而控制AD574A的工作状态。

数据存贮电路2-3，数据存贮主要由RAM6264(8位×8K)来实现。AD转换完成以后，由89C51读入转换数据，再将数据存入到片外RAM6264。因为6264是8K的数据存储器，所以，除了用89C51的P0.0～P0.7口控制其地址的低8位(A0～A7)外，还用P2.0～P2.4控制其地址的高5位(A8～A12)，并用P2.7控制其片选CS1。由于P0口既输出数据又输出地址，所以将P0.0～P0.7口通过74LS373锁存器，将地址锁存，以免数据的丢失。(74LS373的D0～D7接89C51的P0.0～P0.7，Q0～Q7接6264的A0～A7)。

电平转换电路2-5，利用单片机的TXD(串行输出口)、RXD(串行输入口)来实现单片机与PC机之间的通信。因为单片机发出的是TTL电平信号(“0”电平为0～0.35V，“1”电平为2～5V)，而PC机端是RS-232C电平信号(“1”电平为-3～-15V，“0”电平为+3～+15V)，所以用一片MAX232芯片来实现TTL电平与RS-232电平的转换。

亮度探测器输出的电信号经放大电路放大、AD转换电路转换后，将数据存储到数据存贮电路，单片机用于控制A/D转换、数据存贮及数据传输；电平转换电路用于实现单片机与PC机之间的通信。

电脑3用于给数据采集板2供电及通过RS232与数据采集板2通信，电脑中的分析软件对数据进行分析、处理，绘出如图1的示的测量波形，给出全响应时间和灰阶响应时间，并在界面上显示。

信号发生器4在电脑的控制下发生各个灰阶的视频测试信号，包括视频VGA和AV信号源，可为独立的信号源或信号源插件板，插入系统主机的插槽内。

由于探测放大电路存在噪声，AD转换后的数据信号含有干扰信号的成份，电脑对传输来的数据必须进行处理。本发明采用一次五点滑动平均的方法对测量得到的实际波形进行滑动平均，以去掉由于噪声而产生的测量误差。

一次五点滑动平均过程如下所示：

设采样点的个数为N，AD采样后的原始数据为P(i)，滑动平均结果为R(i)，有：

R(1)＝(3×P(1)+2×P(2)+P(3)-P(5))/5

R(2)＝(4×P(1)+3×P(2)+2×P(3)+P(4))/10

R(i)＝(P(i-2)+P(i-1)+P(i)+P(i+1)+P(i+2))/5

R(N-1)＝(P(N-3)+2×P(N-2)+3×P(N-1)+4×P(N))/10

R(N)＝(-P(N-4)+P(N-2)+2×P(N-1)+3×P(N))/5

对已经平滑过的数据可以进行多次平滑，使噪声的影响进一步的减少。将处理后的数据，通过比较法找到数组中的稳定值R(max)，上升及下降沿10％R(max)、90％R(max)所对应的数据采集点R(r10)，R(r90)，R(f90)，R(f10)，如图6所示。

图中：上升时间：T_r＝(R(r90)-R(r10))*Δt

      下降时间：T_f＝(R(f10)-R(f90))*Δt

Δt为相邻两次AD采样点间的时间间隔。单片机采用11.0592M晶振，一个机器周期约1.085μs，每隔M个周期采样一次，相邻两次AD转换的时间间隔为1.085Mμs，M值可由仪器设置。M值小，测量精度高，测量数据量大；M值大，测量精度降低，测量数据量减少。

液晶分子在不同的温度下动作速度不同，温度低时，运动速度慢，随着温度升高，运动速度会加快，液晶显示器响应时间会随着液晶显示器温度的升高而加快。表2给出了使用该仪器测得的，某种液晶显示器从开机到稳定这段时间的响应时间，测量时的环境温度为20℃，稳定后的测量结果同该液晶显示器生产厂家提供的8ms上升时间和12ms下降时间基本一致。

                                                                                                表2

开机时间(分钟)	0.5	1	2	3	4	5	10	15	稳定后的平均值
										上升时间(ms)	37.2	12.1	11.3	9.9	9.6	8.5	8.2	7.9	7.8
下降时间(ms)	27.6	17.8	16.2	15.0	14.4	13.3	12.3	11.9	11.6
										响应时间(ms)	64.8	29.9	27.5	24.9	24.0	21.8	20.5	19.8	19.4

测量结果表明，采用5点滑动平均的算法是正确的，可以有效去除电路噪声等干扰。

Claims (3)

1、一种液晶显示器响应时间光电自动测量仪，能测量全响应时间和灰阶响应时间，其特征在于包括：

亮度探测器(1)，用于将液晶显示器的亮度信号转换成电信号；

数据采集板(2)，由放大电路(2-1)、AD转换电路(2-2)、数据存贮电路(2-3)、单片机(2-4)、电平转换电路(2-5)组成；亮度探测器输出的电信号经放大电路放大、AD转换电路转换后，数据存储到数据存贮芯片；单片机用于控制A/D转换、数据存贮及数据传输；电平转换电路用于实现单片机与PC机之间的通信；

电脑(3)，用于给数据采集板(2)供电及通过RS232与数据采集板(2)通信，电脑中的软件对数据进行分析、处理，得到液晶显示器的响应时间，并在界面上显示；控制信号发生器(4)产生所要求的灰阶信号，并控制信号在各灰阶间的转换；

信号发生器(4)，发生各个灰阶的视频测试信号，包括视频VGA和AV信号源，可为独立的信号源或信号源插件板，插入系统主机的插槽内。

2、根据权利要求1所述的液晶显示器响应时间光电自动测量仪，其特征在于：所述亮度探测器(1)包括光筒(1-1)、滤色片(1-2)、前置放大电路(1-3)、光栏(1-4)和硅光电池(1-5)，光栏设在光筒的输入端，滤色片设在光筒的输出端，硅光电池进行光电信号的转换，放大的输出信号通过信号线S输至数据采集板(2)。

3、根据权利要求1所述的液晶显示器响应时间光电自动测量仪，其特征在于：所述数据采集板(2)安装在电脑插槽上。

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