CN216669001U - 一种分光滤镜轮及自标定的滤镜式成像色度计 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种分光滤镜轮及自标定的滤镜式成像色度计，该色度计中的光学镜头将输入光聚焦后沿第一光路引导至分光滤镜轮；分光滤镜轮的旋转盘的圆周方向上设置有多个滤光片以及至少一个分光器件；分光器件和滤光片在旋转盘的转动过程中交替置于第一光路中，每个滤光片将沿第一方向传输的输入光进行过滤以透过对应频率的光信号；图像传感器设置在第一光路上，以接收各滤波片传输的不同频率的光信号并成像；分光器件将沿第一方向传输的输入光引导至标定组件所在的第二光路上，接收分光器件传输的光信号并计算基准光学信号；本实用新型解决光谱差异较大情形下色度亮度测量精度问题，且省略了繁琐和复杂的标定过程，大大简化了成像式色度计的使用。

Description

一种分光滤镜轮及自标定的滤镜式成像色度计

技术领域

本申请涉及显示器件测量技术领域，更具体地，涉及一种分光滤镜轮及自标定的滤镜式成像色度计。

背景技术

显示屏色度亮度均匀性是评价显示屏质量的重要指标。通常有点式与成像式两种方式测量显示屏色度和亮度。点式色度计，顾名思义，即测量区域较小，测量区域直径通常在30mm以内，因此通常需要使用点式色度计测量显示屏的多个位置的色度亮度，而后评估显示屏色度亮度均匀性，过程繁琐，耗时较长。成像式色度计是通过成像的方式获得整个显示屏或较大显示屏某个区域的色度亮度分布，相较点式色度计速度快，提供的信息更多，更适合产线上实时监督屏体色度亮度均匀性。

目前市场上主流的成像式色度计有RGB彩色相机式与XYZ滤镜式色度计两种。彩色相机式成像色度计是使用彩色相机成像，基于RGB三通道的数据得到显示屏的色度亮度信息，这类色度计的缺点是屏体不同位置的光谱差异对色度亮度的测量精度影响很大。常规显示屏只有在屏体质量达到一定水平之后才可保证屏体不同位置间光谱差异足够小，此时使用彩色相机式成像色度计测量色度亮度的精度是可以保证的。但在光谱差异不可避免的情形，如AR/VR显示屏视角很大，其显示屏光谱随视角变化的现象目前不可避免，再用彩色相机式成像色度计去测量其色度亮度，视场角FOV较大处的测量精度将会很糟糕。XYZ滤镜式成像色度计是在黑白相机前加XYZ滤镜以使色度计的响应曲线与CIE1931XYZ三刺激值曲线匹配，那么对光谱差异的包容性就大大增加。即光谱无差异和光谱有一定差异的情形下，XYZ滤镜式色度计都能准确测量显示屏的色度亮度。

无论彩色相机式还是滤镜式色度计都需要基于基准点进行标定，将相机响应数据标定至真实的色度亮度值。通常会用点式色度计测量显示屏中心的色度亮度作为成像色度计标定的基准，这就需要在测量系统中额外使用点式色度计。一种改善方案是彩色相机式成像色度计前方加分光系统，将一部分光引导至光谱仪中，这样光谱仪可以将基准数据实时输出到彩色相机，便无需额外使用点式色度计，即光谱仪与彩色相机式成像色度计集成的自校准式成像色度计。

但正如上文所述，彩色相机式成像色度计无法应对光谱差异存在的情形，而将光谱仪与彩色相机式成像色度计集成的结构应用到XYZ滤镜式成像色度计时，又面临分光系统+滤镜所占空间过大，导致镜头后截距达不到成像条件的窘境。

实用新型内容

针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种分光滤镜轮及自标定的滤镜式成像色度计，将分光器件与滤光片固定在同一滤光轮上，通过交替工作的方式避开空间的冲突，实现基于光谱仪输出的色度亮度数据对滤镜式成像色度计进行的标定的目的。

为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种分光滤镜轮，其包括旋转盘，所述旋转盘沿圆周方向上设置有多个具有不同光谱透过率的滤光片以及至少一个分光器件；不同光谱透过率的滤光片用于透过不同频率的光信号；

所述分光器件将沿第一光路传输的光引导至第二光路上，所述第二光路与第一光路的方向不同。

优选的，上述分光滤镜轮，所述分光器件和多个滤光片以相同的间隔均匀布置在旋转盘上。

优选的，上述分光滤镜轮，所述分光器件以粘接的方式固定在旋转盘的表面。

优选的，上述分光滤镜轮，所述分光器件嵌入在旋转盘上开设的孔中。

优选的，上述分光滤镜轮，所述分光器件为分光棱镜、反射镜或反射棱镜。

按照本实用新型的另一个方面，还提供了一种自标定的滤镜式成像色度计，其包括光学镜头、可旋转的分光滤镜轮、图像传感器和标定组件；

所述光学镜头，其将输入光聚焦后沿第一光路引导至分光滤镜轮；

所述分光滤镜轮设置于光学镜头和图像传感器之间，该分光滤镜轮包括旋转盘，所述旋转盘沿圆周方向上设置有多个具有不同光谱透过率的滤光片以及至少一个分光器件；

所述分光器件和滤光片在旋转盘的转动过程中交替置于第一光路中，每个所述滤光片将沿第一方向传输的输入光进行过滤以透过对应频率的光信号；所述分光器件将沿第一方向传输的输入光引导至第二光路上，所述第二光路的方向与第一光路不同。

所述图像传感器设置在第一光路上，以接收各滤波片传输的不同频率的光信号并成像；

所述标定组件设置在第二光路上，以接收分光器件传输的光信号并计算基准光学信号。

优选的，上述滤镜式成像色度计还包括图像处理器，所述图像处理器分别连接图像传感器和标定组件，获取图像传感器生成的图像以计算输入光对应的光学特性数据，并根据标定组件生成的基准光学信号对所述光学特性数据进行校正。

优选的，上述滤镜式成像色度计还包括与分光滤镜轮传动连接的电机，用于驱动分光滤镜轮旋转，使各滤光片和分光器件依次置于第一光路中。

优选的，上述滤镜式成像色度计还包括位置编码器，所述位置编码器设置在电机或分光滤镜轮上，用来记录电机或分光滤镜轮的旋转角度，以对旋转盘上的滤光片和分光器件进行定位。

优选的，上述滤镜式成像色度计，所述旋转盘上相邻的两个滤光片之间、或者滤光片与分光器件之间分别设置有一光耦挡片，各所述光耦挡片置于旋转盘的圆周外侧，在旋转过程中依次与一光耦接触，所述光耦固定设置在旋转盘的旋转路径上的任一位置，通过光耦挡片对旋转盘上的滤光片和分光器件进行定位。

优选的，上述滤镜式成像色度计，所述分光滤镜轮和图像传感器封装在同一个相机主体内。

优选的，上述滤镜式成像色度计，所述标定组件为光谱仪或分光光度计。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本实用新型提供的分光滤镜轮及自标定的滤镜式成像色度计，通过将分光器件放置在滤镜轮上，分光器件和滤光片在旋转过程中交替置于测量光路中，每个滤光片将沿测量光路方向传输的输入光进行过滤以透过对应频率的光信号；分光器件将沿测量光路方向传输的光引导至标定组件所在的光路上，实现测量过程中的自标定，解决了分光器件与滤镜同时在光路中时其所占空间远超镜头后截距，导致镜头无法正常成像的问题。

2)本实用新型可解决光谱差异较大情形下色度亮度测量精度问题，且无需额外输入点式色度计的结果进行标定的过程，即省略了成像式色度计的繁琐和复杂的标定过程，大大简化了成像式色度计的使用；同时，自标定式成像色度计可避免标定过程不规范对色度计测量精度的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实施例提供的一种分光滤镜轮的结构示意图；

图2为本实施例提供的一种自标定的滤镜式成像色度计的结构示意图；

图3为本实施例提供的第一种旋转盘定位结构的示意图；

图4为本实施例提供的第二种旋转盘定位结构的示意图；

在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：

1 分光滤镜轮

2 旋转盘

3 滤光片

4 分光器件

5 第一光路

6 第二光路

7 光学镜头

8 图像传感器

9 标定组件

10 图像处理器

11 光耦挡片

12 光耦

13 壳体

14 固定支架

15 底座

16 第一支架

17 第二支架。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

此外，为了避免使技术人员对本实用新型的理解模糊，可能不详细地描述或示出公知的或广泛使用的技术、元件、结构和处理。尽管附图表示本实用新型的示例性实施例，但是附图不必按照比例绘制，并且特定的特征可被放大或省略，以便更好地示出和解释本实用新型。

图1是本实施例提供的一种分光滤镜轮的结构示意图，如图1所示，该分光滤镜轮1包括旋转盘2，在旋转盘2的圆周方向上设置有多个滤光片3以及至少一个分光器件4；其中，各滤光片3具有不同的光谱透过率，用于透过不同频率的光信号；每个滤光片3仅可通过一种频率的光信号，其他光信号无法通过该滤光片。当输入光沿第一光路5方向传输至分光滤镜轮1上的其中一个滤光片3，该滤光片将输入光的其它波段滤除，仅透过与自身的光谱透过率对应频率的光信号。在实际应用中，该第一光路5方向一般为旋转盘2的表面法线方向，即输入光以垂直于旋转盘2的表面的方式入射，保证光损失最小。

而分光器件4主要用于将沿第一光路5传输的光引导至第二光路6上，且第二光路6与第一光路5的方向不同。因此，当分光器件4为一个时，该分光滤镜轮1可以将输入光转换为沿第一光路5和第二光路6两个方向上的输出光，从而基于不同的输出光获取输入光的不同光学特性数据。本实施例中，分光器件4可以采用分光棱镜、反射镜、反射棱镜中的任意一种。

在一个具体的示例中，旋转盘2上开设有多个与滤光片3的形状匹配的通孔，各滤光片3以可拆卸的方式设置在通孔中。滤光片3的个数不作具体限制，用户可根据实际需要的波段，选择滤光片的个数以及每个滤光片的光谱透过率。分光器件4可采用相同的方式嵌入在旋转盘上开设的通孔中，也可以粘接的方式固定在旋转盘2的表面。

在一个优选的示例中，分光器件和多个滤光片以相同的间隔均匀布置在旋转盘上，便于在分光滤镜轮的旋转过程中对滤光片和分光器件进行定位。

基于上述分光滤镜轮，本实用新型还提供了一种自标定的滤镜式成像色度计，图2是该滤镜式成像色度计的组成结构示意图，参阅图2，该滤镜式成像色度计包括光学镜头7、可旋转的分光滤镜轮1、图像传感器8和标定组件9；

其中，光学镜头7将输入光聚焦后沿第一光路引5导至分光滤镜轮1；在一个具体示例中，该输入光为待测显示屏发出的光。

分光滤镜轮1设置与光学镜头7和图像传感器8之间，该分光滤镜轮1包括旋转盘2，该旋转盘2的圆周方向上设置有多个具有不同光谱透过率的滤光片3以及一个分光器件4；

分光滤镜轮1的旋转盘2可旋转，分光器件4和滤光片3在旋转盘的转动过程中交替置于第一光路5中，每个滤光片3将沿第一光路5方向传输的输入光进行过滤以透过对应频率的光信号；分光器件4将沿第一光路5方向传输的输入光引导至第二光路6上，第二光路6的方向与第一光路5不同。

图像传感器8设置在第一光路5上，以接收各滤波片3传输的不同频率的光信号并成像；该图像传感器8可选用CMOS传感器或CCD传感器

标定组件9设置在第二光路6上，以接收分光器件4传输的光信号并计算基准光学信号。本实施例中，标定组件8为光谱仪或分光光度计。

进一步的，上述滤镜式成像色度计还包括图像处理器10，该图像处理器10分别连接图像传感器8和标定组件9，获取图像传感器8生成的图像以计算输入光对应的光学特性数据，如色度、亮度数据，并根据标定组件9生成的基准光学信号对所述光学特性数据进行校正。

下面对自标定的滤镜式成像色度计的工作原理作进一步详细说明。首先，待测显示屏发出的光经光学镜头7聚焦后沿第一光路5引导至旋转的分光滤镜轮1，此时，分光滤镜轮1中的各滤光片3和分光器件4将会依次置于第一光路5上，输入光依次透过不同的滤光片3，被分成不同频率的光信号并沿第一光路5方向传输至图像传感器8分别进行成像；当分光器件4旋转至第一光路5上时，其将输入光引导至第二光路6上，传输给标定组件9；该标定组件9根据分光器件4传输的光信号计算显示屏的基准亮度/色度信号。

然后，图像处理器10根据图像传感器8输出的多张图像分别计算亮度/色度数据，但是由于所用滤光片3目前无法做到与CIE 1931XYZ三刺激值曲线完全匹配，因此还需要基于标定组件9的基准亮度/色度信号进行标定，才可基于各滤光片3下的成像数据输出准确的色度亮度测量结果。本实施例将标定组件9输出的基准亮度/色度信号作为滤镜式成像相机的基准，进而将滤镜式成像相机的响应标定至被测显示屏的色度亮度。

本方案将分光器件与滤光片设置在同一个滤镜轮上，在滤镜轮的旋转过程中交替工作，依次提供光信号给图像传感器和光谱仪，通过交替工作的方式避开空间的冲突，解决了将分光器件设置在滤镜轮与图像传感器之间导致滤镜轮和分光器件所用空间超出光学镜头后截距太多，镜头无法聚焦成像的问题，实现基于光谱仪输出的色度亮度数据对滤镜式成像色度计进行的标定的目的，节省了需要使用点式色度计进行标定的繁琐过程。

在一个具体示例中，使用电机驱动分光滤镜轮进行旋转，该电机与分光滤镜轮中的旋转盘传动连接，来驱动分光滤镜轮旋转，使各滤光片和分光器件依次置于第一光路中。

为了对旋转盘上的多个滤光片和分光器件进行定位，识别当前处于第一光路中的滤光片，在一个具体示例中，上述滤镜式成像色度计还包括位置编码器，该位置编码器可以设置在电机上，也可以设置在分光滤镜轮上，其用来记录电机或分光滤镜轮的旋转角度，根据预先确定的零位以及获取的旋转角度对旋转盘上的滤光片和分光器件进行定位。

本实施例还提供了另一种定位方式，请参阅图3，在旋转盘上相邻的两个滤光片之间、或者滤光片与分光器件之间分别设置一个光耦挡片11，各光耦挡片11置于旋转盘2的圆周外侧，在旋转过程中依次与一光耦12接触，该光耦固定设置在旋转盘的旋转路径上的任一位置，通过光耦挡片11对旋转盘2上的滤光片3和分光器件4进行定位。本示例中，各光耦挡片11的位置关系被预先编码记录，选择任一光耦挡片11所处的位置作为零位，各光耦挡片11在旋转过程中依次与光耦12接触，光耦12可根据处于零位的光耦挡片11与当前接触的光耦挡片11之间的位置关系确定当前处于第一光路5中的是哪个滤光片3或者分光器件4。

本实施例中，光耦12的位置不作具体限定，只需满足设置在旋转盘2的旋转路径上且可与光耦挡片11进行接触即可。由于在实际使用中，分光滤镜轮1一般被封装在一壳体13内部，因此，该光耦挡片可固定在壳体13的内壁上，如图3所示。在一个可选的示例中，分光滤镜轮和图像传感器封装在同一个壳体13(即相机主体)内。

在另一个可选的示例中，分光滤镜轮1和电机共同设置在一固定支架14上，如图4所示，该固定支架14包括底座15以及间隔设置的第一支架16和第二支架17，分光滤镜轮1和电机固定在第一支架16，光耦12设置在第二支架17上，第一支架16和第二支架17之间的距离确保光耦挡片11在旋转过程中可与第二支架17上的光耦12接触即可。当然，也可以直接将第一支架16和第二支架17固定在壳体13的底部，省去固定支架14中的底座15。

本实用新型提出了一种自校准的滤镜式成像色度计，通过将分光器件放置在滤镜轮上的方式解决分光器件与滤镜同时在光路中时其所占空间远超镜头后截距的问题，该分光器件可以是分光棱镜或反射镜等可将光路改变至光谱仪光能量接收端的光学模块。该自校准的滤镜式成像色度计相较彩色相机式成像色度计在存在光谱差异的场景可提供更精确的色度亮度测量结果，如视角较大的近眼显示设备显示屏的色度亮度测量以及不同位置光谱差异较大的屏体色度亮度测量，因此适用场景更广泛。相较传统的滤镜式成像色度计可省去基于点式色度计测量结果进行标定的过程，一是简化滤镜式色度计的使用过程，二是避免标定过程不准确而带来的色度亮度测量误差，三是每次测量均可基于自身进行标定，进一步保证了测试精度，提高产线对显示屏质量的监督精度，填补了该技术领域的空白。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种分光滤镜轮，其特征在于，包括旋转盘，所述旋转盘沿圆周方向上设置有多个具有不同光谱透过率的滤光片以及至少一个分光器件；不同光谱透过率的滤光片用于透过不同频率的光信号；

所述分光器件将沿第一光路传输的光引导至第二光路上，所述第二光路与第一光路的方向不同。

2.如权利要求1所述的分光滤镜轮，其特征在于，所述分光器件和多个滤光片以相同的间隔均匀布置在旋转盘上。

3.如权利要求1或2所述的分光滤镜轮，其特征在于，所述分光器件以粘接的方式固定在旋转盘的表面。

4.如权利要求1或2所述的分光滤镜轮，其特征在于，所述分光器件嵌入在旋转盘上开设的孔中。

5.一种自标定的滤镜式成像色度计，其特征在于，包括光学镜头、可旋转的分光滤镜轮、图像传感器和标定组件；

所述光学镜头将输入光聚焦后沿第一光路引导至分光滤镜轮；

所述分光滤镜轮设置于光学镜头和图像传感器之间，该分光滤镜轮包括旋转盘，所述旋转盘沿圆周方向上设置有多个具有不同光谱透过率的滤光片以及至少一个分光器件；

所述分光器件和滤光片在旋转盘的转动过程中交替置于第一光路中，每个所述滤光片将沿第一方向传输的输入光进行过滤以透过对应频率的光信号；所述分光器件将沿第一方向传输的输入光引导至第二光路上，所述第二光路的方向与第一光路不同；

所述图像传感器设置在第一光路上，以接收各滤波片传输的不同频率的光信号并成像；

所述标定组件设置在第二光路上，以接收分光器件传输的光信号并计算基准光学信号。

6.如权利要求5所述的滤镜式成像色度计，其特征在于，还包括图像处理器，所述图像处理器分别连接图像传感器和标定组件，获取图像传感器生成的图像以计算输入光对应的光学特性数据，并根据标定组件生成的基准光学信号对所述光学特性数据进行校正。

7.如权利要求5或6所述的滤镜式成像色度计，其特征在于，还包括与分光滤镜轮传动连接的电机，用于驱动分光滤镜轮旋转，使各滤光片和分光器件依次置于第一光路中。

8.如权利要求7所述的滤镜式成像色度计，其特征在于，还包括位置编码器，所述位置编码器设置在电机或分光滤镜轮上，用来记录电机或分光滤镜轮的旋转角度，以对旋转盘上的滤光片和分光器件进行定位。

9.如权利要求5或6所述的滤镜式成像色度计，其特征在于，所述旋转盘上相邻的两个滤光片之间、或者滤光片与分光器件之间分别设置有一光耦挡片，各所述光耦挡片置于旋转盘的圆周外侧，在旋转过程中依次与一光耦接触，所述光耦固定设置在旋转盘的旋转路径上的任一位置，通过光耦挡片对旋转盘上的滤光片和分光器件进行定位。

10.如权利要求5或6所述的滤镜式成像色度计，其特征在于，所述分光滤镜轮和图像传感器封装在同一相机主体内。

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