DE10134458B4

DE10134458B4 - Messsystem und Messkopf zum Messen der Optischen Eigenschaften eines Displays

Info

Publication number: DE10134458B4
Application number: DE2001134458
Authority: DE
Inventors: Jürgen Neumeier; Jürgen Kreis
Original assignee: AUTRONIC MELCHERS GmbH; AUTRONIC-MELCHERS GmbH
Current assignee: Instrument Systems GmbH
Priority date: 2001-07-16
Filing date: 2001-07-16
Publication date: 2006-10-19
Anticipated expiration: 2021-07-17
Also published as: DE10134458A1

Abstract

Messsystem zum Messen der optischen Eigenschaften eines Displays (13), mit einem Messkopf (12), der um eine zu einer Messebene des Objekts normale Drehachse (16) drehbar ist,
mit einem an dem Messkopf (12) angebrachten Detektor (18),
mit einer ersten Neigungseinrichtung (20) zum Einstellen des Neigungswinkels des Detektors (18) gegen die Drehachse (16) des Messkopfes (12),
mit einer an dem Messkopf (12) angebrachten Lichtquelle (22) zum Beleuchten des Displays und
mit einer ersten Lagereinrichtung zur Lagerung des Displays (13) mit der dem Messkopf (12) zugewandten Messebene,
gekennzeichnet durch eine an dem Messkopf (12) angebrachte zweite Neigungseinrichtung (30) zum freien Einstellen der Neigung der Lichtquelle (22) unabhängig von der Neigung des Detektors (18) und in ein und derselben Neigungsebene wie der Detektor (18),
durch eine zweite Lagereinrichtung (34) zur stationären Lagerung des Messkopfes (12) mit vertikal angeordneter Drehachse (16) und
durch einen als erste Lagereinrichtung vorgesehenen...

Description

Die Erfindung betrifft ein Messsystem und einen Messkopf der im Oberbegriff der Patentansprüche 1 bzw. 8 angegebenen Art.

Ein solches Messsystem und ein solcher Messkopf sind auf der Web site (www.microvsn.com) "SS220 Display Analysis System" und "SS200 Series Display Analysis System" der Fa. Microvision, Auburn CA 95603 USA, gezeigt (ausgedruckt am 19.12.2000), worauf weiter unten noch näher eingegangen wird.

Ein bekanntes Display-Messsystem der Anmelderin (DISPLAY MEASURING SYSTEM, DMS SERIES, PRODUCT SPECIFICATIONS, Version 4.0a, Rev. 15/11/2000, ^©1985-2000) ist dafür ausgebildet, die optischen Eigenschaften von Flachanzeigen wie Flüssigkristallanzeigen oder LCDs in Abhängigkeit von der Beobachtungsrichtung und den elektrischen Ansteuerbedingungen unter verschiedenen Beleuchtungsbedingungen und bei verschiedenen Temperaturen zu messen und auszuwerten. Es handelt sich um ein goniometrisches Messsystem, bei dem die Messoptik an einem Neigungsarm um eine Achse in der Objektebene geneigt wird und das Objekt um die Normale gedreht wird. Das Messobjekt liegt mit der Messfläche nach oben horizontal auf einem Tisch oder Rahmen. Neuerdings wird dabei ein zweiter, von dem erstgenannten Neigungsarm unabhängiger Neigungsarm vorgesehen, an dem eine Beleuchtungseinrichtung befestigt ist und der in der gleichen Ebene wie die Messoptik geneigt werden kann. Die Einstellung der Neigungsachse in die Objektebene erfolgt durch Höhenverstellung der Neigemechanik (z-Achse). Bei diesem Display-Messsystem ist die Größe des Objekts, das gemessen werden kann, naturgemäß begrenzt, denn sie wird durch die Ausladung der beiden Neigungsarme bestimmt, unter denen das Objekt angeord net ist. Der Tisch, auf dem das Messobjekt dabei liegt und der mit dem Objekt drehbar ist, hat ebenfalls einen stark begrenzten linearen Positionierbereich für das Objekt (xy-Verschiebetisch).

Eine sinngemäß gleiche Kinematik wie das goniometrische Display-Messsystem der Anmelderin, das vorstehend beschrieben ist, weist ein LCD Evaluation System der Fa. Otsuka Electronics Co. Ltd., Osaka, Japan, auf (vgl. Specifications for LCD Evaluation System), das ebenfalls mit neigbarer Messoptik, neigbarer Beleuchtungseinrichtung sowie drehbarem und xy-positionierbarem Messtisch versehen ist. Das Messobjekt liegt mit der Messfläche nach oben horizontal auf einem Tisch oder Rahmen und wird beim Messen gedreht, wie bei dem Display-Messsystem der Anmelderin. Durch das Drehen des Objekts und das Neigen von Messoptik und Beleuchtungseinrichtung in derselben Neigungsebene lässt sich ein Messpunkt auf der Messfläche des Messobjekts unter allen Winkeln betrachten, und durch die xy-Verschiebung des Objekts lassen sich alle Punkte auf der Messfläche betrachten.

Bei dem Messsystem der Fa. Microvision, das einleitend bereits erwähnt worden ist und von dem die Ansprüche 1 und 8 im Oberbegriff ausgehen, hat der Messkopf eine ähnliche Kinematik wie der Messkopf der Anmelderin oder der Fa. Otsuka, ist jedoch nur für eine Messoptik geeignet. Die zu messende Vorderfläche des Objekts (ein Display wie z.B. ein Flachbildschirm) steht aufrecht. Lichtquellen werden bei Bedarf fest an dem drehbaren Messkopf montiert, und zwar außerhalb der Neigungsebene der Messoptik, z.B. zwei Lichtquellen jeweils mit einem Winkelabstand von 30 Grad gegen die Neigungsebene, wobei die Lichtquellen sich mit dem Messkopf drehen, deren Neigung aber nicht frei eingestellt werden kann. Dieser bekannte Messkopf ist in allen bis jetzt bekannten Varianten mit der Drehachse horizontal, also mit Blick nach vorn angeordnet, und dabei vertikal und horizontal rechtwinkelig zu der Drehachse positionierbar (auf beliebige Punkte auf der Messobjektebene) und längs der Drehachse zur Einstellung des Arbeitsabstandes. Dieser bekannte Messkopf und das Messsystem, in welchem er verwendet wird, beseitigen somit zwar das Problem einer begrenzten Objektgröße und eines begrenzten linearen Positionierbereiches für das Objekt, das jedoch auf Kosten von weiteren Problemen, nämlich dass die Neigung der Lichtquellen nicht frei eingestellt werden kann und das Objekt aufrecht und völlig unabhängig von dem Messsystem vor diesem aufgebaut werden muss. Das bringt Schwierigkeiten bei dem Einrichten des Messortes und dem Aufrechterhalten der einmal eingestellten Relativlage zwischen Messsystem und Messobjekt mit sich.

Die unabhängige Aufstellung von Messsystem und Messobjekt wird bei einem bekannten Display-Testsystem der Fa. Instrument Systems GmbH, München, vermieden (Display Test System DTS 140), bei dem das Messobjekt auf einer Art kardanisch aufgehängtem Messtisch mit Rahmen befestigt wird, der auf derselben Grundplatte wie der Messkopf angeordnet und um eine vertikale und eine horizontale Achse gedreht werden kann, um die relative Beobachtungsrichtung eines Sensorsystems zum Messobjekt einzustellen. Zum Messen werden ein oder mehrere Lichtsensorsysteme nebeneinander montiert mit horizontaler Messrichtung eingesetzt, die rechtwinkelig zur Messrichtung horizontal und vertikal positionierbar sind (auf beliebige Punkte auf dem Messobjekt) und längs der Messrichtung zur Einstellung des Arbeitsabstands verfahrbar sind. Ist die Messrichtung rechtwinkelig zur Oberfläche, steht die Messebene des Objekts (z.B. ein Flachbildschirm) vertikal. Da der Objekttisch mit dem Objekt geneigt wird, muss dieses gegen Herunterfallen gesichert werden. Bei einem solchen Messsystem ist die Objektgröße naturgemäß ebenfalls begrenzt.

Die Druckschrift JP-A-7-35645 offenbart ein Messsystem zur Leistungsbestimmung eines Flüssigkristallschirms unter Betriebsbedingungen. Dieses Messsystem weist eine Kamera auf, die in drei Ebenen (X, Y, Z) verfahrbar ist und darüber hinaus um eine parallel zur Oberfläche des Messobjektes verlaufende Achse schwenkbar ist, so dass der Neigungswinkel der Kamera in Bezug auf die zu vermessende Oberfläche eingestellt werden kann. Eine Lagereinrichtung zur stationären Lagerung des Messkopfes weist eine horizontal angeordnete Drehachse auf. Die für das Messsystem vorgesehene Lichtquelle ist unter dem Messobjekt fest angeordnet. Auch bei diesem bekannten Messsystem ist die Objektgröße sehr begrenzt.

Die Druckschrift US 5 293 178 offenbart ein Messsystem zur Untersuchung von Flüssigkristallanzeigen, bei denen die Bilddichte in Abhängigkeit von der Eingangsspannung variiert. Diese Änderung der Bilddichte wird durch eine Kamera erfasst, wobei die entsprechenden Daten gespeichert und verarbeitet werden, um die Qualität der Anzeige zu beurteilen. Das Messsystem umfasst eine Lichtquelle, welche separat von der Kamera fest angeordnet ist und der Ausleuchtung der zu beurteilenden Anzeige dient.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Messsystem und einen Messkopf der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchen die Objektgröße nicht begrenzt ist und die Neigung der Lichtquelle frei eingestellt werden kann.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch ein Messsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch einen Messkopf mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.

Bei dem Messsystem nach der Erfindung ermöglicht die zweite Neigungseinrichtung das freie Einstellen der Neigung der Lichtquelle in ein und derselben Neigungsebene wie der Detektor. Mit der ersten Neigungseinrichtung ist bei dem Messsystem nach der Erfindung der Neigungswinkel des Detektors gegen die Normale der Objektebene einstellbar. Zusätzlich ist der Messkopf und damit die Neigungsebene des Detektors drehbar (Azimuth-Winkel). Auf diese Weise ist die Einstellung der Beobachtungsrichtung des Detektors innerhalb eines Beobachtungskegels bezüglich des Displays, welches das Messobjekt bildet, einstellbar, z.B. zur Erfassung und Messung der Lichtabstrahlung eines begrenzten Messflecks in der Objektebene in einem Raumwinkel mit wohl definierter, begrenzter Apertur. Das hat den Vorteil, dass die Drehung des Messobjekts selbst vermieden wird. Ein weiterer Vorteil ist bei dem Messsystem nach der Erfindung, dass bei in der Regel vertikaler Drehachse des Messkopfes das Messobjekt ohne die Notwendigkeit einer weiteren Befestigung horizontal auf dem Messtisch ruht, der bei Bedarf horizontal positionierbar ist. Die zweite Neigungseinrichtung zum Neigen der Lichtquelle in der gleichen Neigungsebene wie der Detektor ermöglicht eine optimale Beleuchtung des Messfleckes. Vorzugsweise werden Detektor und Lichtquelle um die gleiche geometrische Drehachse (Neigungsachse) bewegt, die üblicherweise in die Objektebene gelegt wird. In der Neigungsebene ermöglicht die Erfindung eine freie Neigungspositionierung von Lichtquelle und Messoptik.

Der Messkopf nach der Erfindung lässt sich besonders vorteilhaft bei dem vorgenannten Messsystem nach der Erfindung einsetzen. Er ist aber auch in anderen Messsystemen einsetzbar, wo es darauf ankommt, zwei unabhängig neigbare Detektor- und/oder Beleuchtungseinheiten oder andere Einheiten in derselben Neigungsebene neigen und so mit ihren Mess-, Beleuchtungs- oder dgl. Richtungen auf einen gemeinsamen Messfleck ausrichten zu können.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden die Gegenstände der Unteransprüche.

Wenn in einer Ausgestaltung des Messsystems nach der Erfindung der Tisch in x- und y-Richtung relativ zu dem Messkopf verfahrbar ist, lässt sich das Messobjekt sicher positionieren, ohne dass der Messkopf in x- und y-Richtung bewegt zu werden braucht. Das bietet die Möglichkeit einer beliebig skalierbaren ersten Lagereinrichtung zum Verschieben des Messobjekts in xy-Richtung ohne Modifikation des Messkopfes.

Wenn in einer weiteren Ausgestaltung des Messsystems nach der Erfindung der Tisch in z-Richtung relativ zu dem Messkopf verfahrbar ist, lässt sich der Messort justieren, ohne dass der Messkopf verfahren zu werden braucht.

Wenn in einer weiteren Ausgestaltung des Messsystems nach der Erfindung die zweite Lagereinrichtung ein Drehlager an einem feststehenden Portal aufweist, lässt sich der Messkopf in stationärer Lage sicher und doch drehbar anordnen.

Wenn in einer weiteren Ausgestaltung des Messsystems nach der Erfindung der Tisch auf einer Plattform gelagert ist, die ihrerseits in einem stationären Rahmen gelagert ist, lässt sich die gegenseitige Lage zwischen Messobjekt und Messkopf von äußeren Einflüssen freihalten und genau einstellen.

Wenn in einer weiteren Ausgestaltung des Messsystems nach der Erfindung zur Drehung des Messkopfes, zu einem Verschieben des Tisches und zum Neigen des Detektors und der Lichtquelle jeweils Motoren vorgesehen sind, ist das gesamte Messsystem fernsteuerbar.

Wenn in einer weiteren Ausgestaltung des Messsystems nach der Erfindung dieses in einer Lichtabschirmkammer untergebracht ist, lässt sich der Messvorgang selbst von Umgebungslichteinflüssen freihalten.

Wenn in einer Ausgestaltung des Messkopfes nach der Erfindung dieser mit einem gabelförmigen Halter ausgebildet ist, an dessen Gabelschenkeln der Detektor bzw. die Lichtquelle neigbar angebracht sind und dessen Gabelsteg um die Drehachse des Messkopfes drehbar ist, lassen sich auf besonders einfache und zweckmäßige Weise der Detektor und die Lichtquelle an dem Messkopf so anbringen, dass sie in derselben Neigungsebene neigbar sind.

Wenn in einer weiteren Ausgestaltung des Messkopfes nach der Erfindung die beiden Neigungseinrichtungen so ausgebildet sind, dass sich eine Beobachtungsrichtung des Detektors und eine Beleuchtungsrichtung der Lichtquelle in einem Messpunkt schnei den, lässt sich zu jedem Messvorgang die optimale Beleuchtung durch die Lichtquelle einstellen.

Wenn in einer weiteren Ausgestaltung des Messkopfes nach der Erfindung die erste und die zweite Neigungseinrichtung im Bereich der freien Enden der Gabelschenkel gebildete kreisbogenförmige Führungsbahnen für den Detektor bzw. die Lichtquelle aufweisen, lassen sich die Neigungen von Detektor und Lichtquelle besonders einfach, aber auch besonders genau steuern.

Wenn in einer weiteren Ausgestaltung des Messkopfes nach der Erfindung die Krümmungsmittelpunkte der beiden Führungsbahnen auf einer gemeinsamen Neigungsachse der beiden Neigungseinrichtungen liegen, die die Drehachse des Messkopfes in dem Messpunkt schneidet, lässt sich bei einmal eingestellter Höhe des Messkopfes über dem Objekt und bei üblicherweise in die Messebene des Objekts gelegter gemeinsamer Neigungsachse der Messfleck für einen Messvorgang festlegen, der dann seine Lage unverändert beibehält, solange er im Rahmen des erwähnten Beobachtungskegels aus unterschiedlichen Richtungen betrachtet wird.

Wenn in einer weiteren Ausgestaltung des Messkopfes nach der Erfindung die gemeinsame Neigungsachse in einer Ebene liegt, die dicht unterhalb einer durch die freien Enden der Gabelschenkel festgelegten Ebene angeordnet ist und gleich der Messebene des Displays ist, lässt sich der Messkopf leicht in den optimalen Messabstand von der Messebene des Objekts bringen.

Wenn in einer weiteren Ausgestaltung des Messkopfes nach der Erfindung der Detektor und die Lichtquelle an Wagen angebracht sind, die zum Positionieren des Detektors bzw. der Lichtquelle auf den Führungsbahnen verfahrbar sind, lassen sich die Neigungen von Detektor und Lichtquelle genau und wiederholbar auf einfache Weise einstellen.

Wenn in einer weiteren Ausgestaltung des Messkopfes nach der Erfindung die Wagen jeweils mittels Kugelumlaufführung auf ihrer Führungsbahn laufen und einen Motor zum Antreiben des Wagens tragen und wenn insbesondere benachbart zu jeder Führungsbahn eine Riemenauflagebahn für einen Zahnriemen angeordnet ist, mit dem ein durch den Motor antreibbares Antriebszahnrad kämmt, haben die beiden Neigungsein richtungen einen besonders einfachen mechanischen Aufbau. Wagen dieser Art sind Standardprodukte, die im Handel erhältlich sind.

Wenn in einer weiteren Ausgestaltung des Messkopfes nach der Erfindung die zweite Lagereinrichtung einen in der Drehachse des Messkopfes an dem Gabelsteg angebrachten Wellenzapfen aufweist, der in einem stationären Teil drehbar lagerbar ist und zum Drehen des Messkopfes durch dessen Motor drehantreibbar ist, hat auch die Antriebseinrichtung des Messkopfes einen besonders einfachen mechanischen Aufbau. In dieser Ausgestaltung der Erfindung ist der stationäre Teil das Portal, das mit dem Rahmen verbunden ist, welcher die Plattform und den Tisch für das Objekt trägt.

Wenn in einer weiteren Ausgestaltung des Messkopfes nach der Erfindung an den freien Enden der Gabelschenkel ein Halter zum Befestigen einer Streuhalbkugel als homogene diffuse Beleuchtungsquelle vorgesehen ist, bleiben die Bewegungs- und Messmöglichkeiten von Detektor und Lichtquelle erhalten. Die Streuhalbkugel ist vorzugsweise aus zwei Kugelviertelschalen aufgebaut.

Wenn in einer weiteren Ausgestaltung des Messkopfes nach der Erfindung an der Unterseite des Messkopfes eine Abdeckung anbringbar ist, lässt sich die Streuhalbkugel, die integrierte Lichtleiter für ihre diffuse reflektive Beleuchtungsquelle aufweist, nach unten hin abdecken und sich so der Messfleck unabhängig von äußeren Umgebungseinflüssen beleuchten.

Wenn in einer weiteren Ausgestaltung des Messkopfes nach der Erfindung eine Temperierkammer vorgesehen ist zur Aufnahme des Displays während des Messvorganges, die einen Oberteil mit einer Öffnung hat, in die die Abdeckung des Messkopfes so einpassbar ist, dass der Messkopf gegenüber dem Oberteil der Temperierkammer drehbar ist, lässt sich der Messvorgang bei wählbarer Temperatur und unabhängig von der Temperatur der äußeren Umgebung durchführen. Der Messkopf kann während des Messvorganges beliebig um seine Drehachse gedreht werden, da die Abdeckung in dem Oberteil der Temperierkammer drehbar gelagert ist.

Wenn in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Temperierkammer so ausgebildet ist, dass sie die erste Lagereinrichtung des Displays aufnehmen kann, lässt sich das Display in Bezug auf den Messkopf auf einfache Weise innerhalb der Temperierkammer positionieren, wobei diese Positionierung wiederum mit unverschiebbarem Tisch erfolgen kann, so dass der Beobachtungskegel sich nur für einen Messpunkt ergibt, oder mit xy-positionierbarem Tisch, so dass sich Beobachtungskegel für alle Messpunkte des Displays ergeben. Bei zusätzlicher z-Positionierbarkeit lässt sich der Messort auch in der Höhe einstellen.

Wenn in einer weiteren Ausgestaltung des Messkopfes nach der Erfindung in der Drehachse des Messkopfes ein Laser zum Markieren des Messortes angebracht ist, lässt sich der Messort besonders einfach einstellen.

Wenn in einer weiteren Ausgestaltung des Messkopfes nach der Erfindung der Detektor eine Messoptik oder ein Lichtsensor ist, lässt sich der Messfleck auf optische Eigenschaften des Displays hin untersuchen wie Emissions-, Transmissions- und Reflexionseigenschaften, nämlich Leuchtdichte, spektrale Verteilung, Polarisation usw.

Wenn in einer weiteren Ausgestaltung des Messkopfes nach der Erfindung die Messoptik ein Messmikroskop ist, das mit einer Kamera versehen und fernsteuerbar ist, bietet sich die Möglichkeit, den vorgenannten Laser besonders wirksam einzusetzen. Bei Verwendung eines automatisierten Messmikroskops ergibt sich die Möglichkeit, per Videokamera, die in dem Messmikroskop vorgesehen ist, die präzise Einstellung der Höhenposition der Messobjektebene in die Neigungsachse des Messkopfes zu steuern und zu beobachten. Der Laserfleck muss bei geneigter Beobachtungsrichtung, zum Beispiel 45 Grad, dabei in der optischen Achse des Mikroskops liegen, die im Bild z.B. mit einem Fadenkreuz markiert ist. Grundsätzlich ermöglicht ein fernsteuerbares Messmikroskop mit Kamera unter Zuhilfenahme von mehreren Messfleckblenden eine besonders variable Objektbeobachtung des Displays und eine Messung des vom Display abgestrahlten Lichts.

Wenn in einer weiteren Ausgestaltung des Messkopfes nach der Erfindung die Lichtquelle austauschbar und eine Lichtquelle mit kollimiertem Strahl ist, liefert sie nahezu paralleles Licht geringer Divergenz. Das ermöglicht die Messung der Reflexionscharakteristik (In-Plane-BRDF oder Bidirectional Reflectance Distribution Function) von reflektierenden Objekten und Oberflächen.

Wenn in einer weiteren Ausgestaltung des Messkopfes nach der Erfindung die Lichtquelle austauschbar und eine diffuse Lichtquelle mit einstellbarer Ausdehnung der Leuchtfläche ist, lässt sich der Einfluss von Umgebungslicht auf die Anzeigeeigen schaften (Kontrast, Farbwiedergabe) des Displays bei unterschiedlicher Lichtquellengeometrie messen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt
1 eine Vorderansicht eines Ausführungsbeispiels eines Messsystems nach der Erfindung zum Messen der optischen Eigenschaften eines Displays,
2 das Messsystem nach 1 in einer Seitenansicht,
3 als Einzelheit einen erfindungsgemäßen Messkopf des Messsystems in perspektivischer Darstellung, wobei zusätzlich zu der Darstellung in den 1 und 2 außer einem dort sichtbaren Detektor eine Lichtquelle zum Beleuchten des Displays gezeigt ist,
4 den Messkopf des Messsystems nach 1 in einer Längsschnittansicht, wobei zusätzlich eine Temperierkammer dargestellt ist, mit welcher der Messkopf drehbar verbunden ist und in welcher das Display während der Messung untergebracht werden kann,
5 den Messkopf nach 4 in einer Ansicht in Richtung eines Pfeils A in 4, wobei der Detektor in 5 in einer Endstellung gezeigt ist, die in 4 gestrichelt dargestellt ist, und
6 die Temperierkammer nach 5 als Einzelheit und in Draufsicht.
Die 1 und 2 zeigen in Vorderansicht bzw. in Seitenansicht ein insgesamt mit 10 bezeichnetes Messsystem zum Messen der optischen Eigenschaften eines Objekts 13 (in 4 dargestellt), bei dem es sich erfindungsgemäß um ein Display handelt, das üblicherweise ein Flachbildschirm wie z.B. eine Flüssigkristallanzeige oder LCD ist. Das Messsystem hat einen Messkopf 12, der um eine zu einer Messebene 14 (in 5 dargestellt) des Objekts 13 normale Drehachse 16 drehbar ist. An dem Messkopf 12 ist ein Detektor 18 neigbar angebracht. Der Detektor 18 ist in 4 unten zusätzlich in einer Endstellung gestrichelt dargestellt, in der er mit ausgezogenen Linien in 5 gezeigt ist. Bei dem Detektor handelt es sich in dem hier beschriebenen Beispiel um ein Messmikroskop, auf das weiter unten noch näher eingegangen wird. Zum freien Einstellen des Neigungswinkels des Detektors 18 gegen die Drehachse 16 des Messkopfes 12 ist eine erste Neigungseinrichtung vorgesehen, die insgesamt mit 20 bezeichnet ist. An dem Messkopf 12 ist außer dem Detektor 18 eine Lichtquelle 22 zum Beleuchten des Objekts neigbar angebracht, die nur in 3 gezeigt ist. Zusätzlich zu der ersten Neigungseinrichtung 20 zum freien Einstellen des Neigungswinkels des Detektors 18 ist an dem Messkopf 12 eine insgesamt mit 30 bezeichnete zweite Neigungseinrichtung zum freien Einstellen der Neigung der Lichtquelle 22 vorgesehen. Die zweite Neigungseinrichtung 30 ist ebenfalls nur in 3 dargestellt. Eine insgesamt mit 24 bezeichnete erste Lagereinrichtung zur relativverschiebbaren Lagerung von Messkopf 12 und Objekt weist einen Tisch 26 zum horizontal verschiebbaren Lagern des Objekts auf. Der Tisch 26 ist ein Kreuz- oder xy-Tisch, der aus einem x-Schlitten und einem y-Schlitten besteht. Der y-Schlitten (in 1 der untere Schlitten) des Tisches 26 ist in y-Richtung auf einer Plattform 28 verfahrbar. Der x-Schlitten ist auf dem y-Schlitten in x-Richtung verfahrbar. Der Tisch 26 ist insgesamt mit der ihn tragenden Plattform 28 in z- oder Vertikalrichtung verfahrbar. Eine insgesamt mit 34 bezeichnete zweite Lagereinrichtung dient zur Lagerung des Messkopfes 12 mit vertikaler Drehachse 16. Die zweite Lagereinrichtung 34 ist ein Drehlager, das an einem feststehenden Portal 32 angebracht ist. Die Plattform 28 ist in einem Rahmen 36 gelagert, der mit dem Portal 32 fest verbunden ist. Der Messkopf 12 ist um 360 Grad drehbar. Der Detektor 18 und die Lichtquelle 22 sind in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel beidseitig der Vertikale jeweils in einem Winkelbereich von 70 Grad neigbar. Dieser Winkelbereich ist hier konstruktiv bedingt, da, wie in den 3 und 4 zu erkennen, der Detektor 18 und die Lichtquelle 22 jeweils auf gleicher Höhe gleich weit nach innen ragen, so dass die Beobachtung eines Messpunktes 54 (5) durch den Detektor und die Beleuchtung des Messpunktes 54 durch die Lichtquelle in derselben Neigungsebene erfolgen. Der Detektor 18 und die Lichtquelle 22 könnten auch in unterschiedlicher Höhe angeordnet und an einander vorbeibewegbar sein. Daraus ergäbe sich ein größerer Winkelbereich als 70 Grad für deren Neigung.
Zur Drehung des Messkopfes 12, zum Verschieben des Tisches 26 in x-, y- und z-Richtung sowie zum Neigen des Detektors 18 und der Lichtquelle 22 sind jeweils Motoren vorgesehen, die in den Zeichnungen zwar gezeigt sind, auf die an dieser Stelle aber nicht näher eingegangen zu werden braucht.
Eine Lichtabschirmkammer 38, in der das gesamte Messsystem 10 untergebracht ist, ist lediglich in 1 und nur schematisch angedeutet.
Der Messkopf 12 ist als ein gabelförmiger Halter aufgebaut, der insgesamt mit 40 bezeichnet ist. Der gabelförmige Halter 40 hat zwei Gabelschenkel 42D und 42L. Dabei steht D für Detektor und L für Lichtquelle, um die Zuordnung der Gabelschenkel und von weiteren Komponenten des Messkopfes anzudeuten. Selbst wenn in den Zeichnungen D- oder L-Komponenten nicht sichtbar sind, sind hier in der Beschreibung immer beide Bezugszahlen angegeben. An dem Gabelschenkel 42D ist der Detektor 18 neigbar angebracht. An dem Gabelschenkel 42L ist die Lichtquelle 22 neigbar angebracht. Die Gabelschenkel 42D, 42L sind durch einen Gabelsteg 44 verbunden, mit dem der Messkopf 12 um die Drehachse 16 drehbar ist. Dafür weist die zweite Lagereinrichtung 34 einen in der Drehachse 16 des Messkopfes 12 an dem Gabelsteg 44 angebrachten hohlen Wellenzapfen 46 auf, der in einem stationären Teil, nämlich dem Portal 32 drehbar gelagert ist (vgl. 1 und 2) und zum Drehen des Messkopfes 12 durch dessen Motor 48 über einen Zahnriemen 50 drehantreibbar ist.
Die beiden Neigungseinrichtungen 20 und 30 sind so ausgebildet, dass sich eine Beobachtungsrichtung 52 des Detektors 18 und eine Beleuchtungsrichtung der Lichtquelle 22 in dem Messpunkt 54 schneiden (vgl. 5, in welcher zwar die Lichtquelle 22 mit ihrer Beleuchtungsrichtung nicht gezeigt ist, jedoch in der gleichen Ebene, nämlich der Neigungsebene, wie die Beleuchtungsrichtung 52 liegt). Die erste und die zweite Neigungseinrichtung 20 bzw. 30 weisen im Bereich der freien Enden der Gabelschenkel 42D, 42L gebildete kreisbogenförmige Führungsbahnen 56D, 56L für den Detektor 18 bzw. die Lichtquelle 22 auf. Die Krümmungsmittelpunkte der beiden Führungsbahnen 56D, 56L liegen auf einer gemeinsamen Neigungsachse der beiden Neigungseinrichtungen 20, 30, die die Drehachse 16 des Messkopfes 12 in dem Messpunkt 54 schneidet (5). In dem hier dargestellten Beispiel liegt die durch den Messpunkt 54 gehende gemeinsame Neigungsachse in der Messebene 14, die dicht unterhalb einer durch die freien Enden der Gabelschenkel 42D, 42L festgelegten Ebene 58 angeordnet ist und in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel gleich der Messebene des Objekts ist.
Der Detektor 18 und die Lichtquelle 22 sind jeweils an einem Wagen 60D bzw. 60L angebracht. Zum Positionieren des Detektors 18 und der Lichtquelle 22 sind zwei Bogenführungen vorgesehen, die in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel jeweils aus der Führungsbahn 56D bzw. 56L und aus dem Wagen 60D bzw. 60L bestehen. Die Wagen 60D und 60L sind auf den Führungsbahnen 56D bzw. 56L jeweils mittels Kugelumlauf verfahrbar. Die Wagen 60D, 60L laufen jeweils mit vier Kugelumlaufführungen, die insgesamt mit 63D bzw. 63L bezeichnet sind, auf ihrer Führungsbahn 56D bzw. 56L und tragen jeweils einen Motor 70D bzw. 70L zum Antreiben des Wagens. Weiter trägt jeder Wagen 60D, 60L ein Winkelgetriebe 71D bzw. 71L, das mit dem zugeordneten Motor 70D bzw. 70L gekuppelt ist, wie in 5 angedeutet. Die Wagen 60D, 60L weisen jeweils einen Tragrahmen 66D bzw. 66L auf. An den Tragrahmen 66D, 66L sind außer dem Detektor 18 bzw. der Lichtquelle 22 die Motoren 70D bzw. 70L, die Kugelumlaufführungen 63D bzw. 63L und die Winkelgetriebe 71D bzw. 71L befestigt, wie es in 5 und auch in 4 für den Wagen 60D dargestellt ist (in der Darstellung in 4 ist der Übersichtlichkeit halber nur der Tragrahmen 66D mit dem Winkelgetriebe 71D gezeigt). Der Detektor 18 ist über einen Messlichtleiter 19 und/oder eine elektrische Leitung mit einer Auswerteeinrichtung (nicht dargestellt) verbunden. Benachbart zu jeder Führungsbahn 56D, 56L ist eine Riemenauflagebahn 57D bzw. 57L für einen Zahnriemen 65D bzw. 65L angeordnet, mit dem ein durch den Motor 70D bzw. 70L antreibbares Abtriebszahnrad 64D bzw. 64L des Winkelgetriebes 71D bzw. 71L kämmt. Die Zahnriemen 65D, 65L sind mit ihren Enden an den Enden der jeweiligen Riemenauflagebahn 57D bzw. 57L befestigt. Die glatte Seite der Zahnriemen zeigt nach oben. Mit dieser Seite sind die Zahnriemen 65D, 65L um Umlenkrollen 61D und 62D bzw. 61L und 62L geführt, wie es in 5 zu erkennen ist. Zwischen den beabstandeten Umlenkrollen 61D, 61L und 62D, 62L bilden die Zahnriemen 65D, 65L jeweils eine Schlaufe 72D bzw. 72L, mit welcher der Zahnriemen um das Abtriebszahnrad 64D bzw. 64L geführt ist. Wenn die Motoren 70D, 70L in Betrieb gesetzt werden, bewegt sich der Wagen 60D bzw. 60L aufgrund des Eingriffes zwischen dem Abtriebszahnrad 64D bzw. 64L und dem Zahnriemen 65D bzw. 65L auf der Führungsbahn 56D bzw. 56L.
Der Messkopf 12 hat einen an den freien Enden der Gabelschenkel 42D, 42L vorgesehenen Halter 74 zum Befestigen von zwei Kugelviertelschalen 76a bzw. 76b einer Streuhalbkugel 76 als zusätzliche, homogene diffuse Beleuchtungsquelle für den Messpunkt 54. Der Halter 74 ist eine kreisringförmige Platte, auf der die Streuhalbkugel 76 aufsitzt. Das Innere der Streuhalbkugel 76 wird über integrierte Einzellichtleiter 75 beleuchtet, die das Licht über Lichtleiter 77D, 77L empfangen. Die Kugelviertelschalen 76a, 76b haben gegenseitigen Abstand und begrenzen so einen Schlitz 79, damit der Detektor 18 den Messpunkt 54 beobachten und die Lichtquelle 22 den Messpunkt beleuchten kann. Die Streuhalbkugel 76 sorgt dabei für eine gleich bleibende Umgebungsbeleuchtung des Messpunktes. In der Regel wird entweder die bewegbare Licht quelle 22 oder die homogene diffuse Beleuchtungsquelle der Streuhalbkugel betrieben. Von letzterer können bei Bedarf die Kugelviertelschalen entfernt werden, wenn nur die bewegbare Lichtquelle 22 verwendet werden soll. Das Licht für die homogene diffuse Beleuchtungsquelle wird nicht von der Lichtquelle 22 geliefert, sondern von einer Faseroptik (quasi Ringleuchte), deren Einzellichtleiter 75 in der kreisringförmigen, an dem Messkopf 12 befestigten Platte 74 eingebaut sind und das Licht nach schräg oben in die Kugelviertelschalen strahlen.
In der Drehachse des Messkopfes 12 ist an dem Messkopf ein Laser 80 zum Markieren des Messortes angebracht.
An der Unterseite des Messkopfes 12 ist gemäß 4 eine Abdeckung 82 für die Streuhalbkugel 76 angebracht. Die Abdeckung 82 ist Teil der kreisringförmigen Platte, die den Halter 74 bildet. Unter dem Messkopf 12 ist eine Temperierkammer 84 angeordnet, innerhalb welcher die Temperatur in einem Bereich von –35°C bis +80°C einstellbar ist. Die Temperierkammer 84, die zusätzlich als eine Einzelheit in 6 in Draufsicht gezeigt ist, dient zur Aufnahme des Objekts 13 während des Messvorganges. Sie hat einen Oberteil 85 mit einer Öffnung 86, in die die als ein Vorsprung an dem Halter 74 ausgebildete Abdeckung 82 des Messkopfes 12 so einpassbar ist, dass der Messkopf 12 gegenüber dem Oberteil 85 der Temperierkammer 84 drehbar ist. Die Öffnung 86 ist zu diesem Zweck als ein gestufter Kreisausschnitt in dem Oberteil 85 der Temperierkammer 84 ausgebildet. Die Temperierkammer 84 enthält gemäß 4 eine erste Lagereinrichtung 24' mit einem Tisch 26' zum Lagern und xyz-Positionieren des Objekts 13. Die Lagereinrichtung 24' und der Tisch 26' erfüllen die gleichen Funktionen wie die Lagereinrichtung 24 bzw. der Tisch 26 und brauchen daher hier nicht erneut beschrieben zu werden.
Zur Verdeutlichung wurden in 4 einige Teile auseinandergezogen:

– Ein Unterteil 87 der Temperierkammer 84,
– der Oberteil 85 der Temperierkammer 84 mit der Öffnung 86 für den kreisringförmigen Halter 74 am Messkopf 12,
– die Kugelviertelschale(n) der homogenen diffusen Beleuchtungsquelle der Streuhalbkugel 76.

Oben ist bereits erwähnt worden, dass der Detektor 18 eine Messoptik oder ein Lichtsensor sein kann. Wenn es sich bei dem Detektor 18 um eine Messoptik handelt, kann diese ein Messmikroskop sein, das mit einer Videokamera versehen und fernsteuerbar ist. Die Lichtquelle 22 kann eine Lichtquelle mit kollimiertem Strahl sein. Alternativ kann die Lichtquelle 22 eine diffuse Lichtquelle mit einstellbarer Ausdehnung der Leuchtfläche sein.

Claims

Messsystem zum Messen der optischen Eigenschaften eines Displays (13), mit einem Messkopf (12), der um eine zu einer Messebene des Objekts normale Drehachse (16) drehbar ist, mit einem an dem Messkopf (12) angebrachten Detektor (18), mit einer ersten Neigungseinrichtung (20) zum Einstellen des Neigungswinkels des Detektors (18) gegen die Drehachse (16) des Messkopfes (12), mit einer an dem Messkopf (12) angebrachten Lichtquelle (22) zum Beleuchten des Displays und mit einer ersten Lagereinrichtung zur Lagerung des Displays (13) mit der dem Messkopf (12) zugewandten Messebene, gekennzeichnet durch eine an dem Messkopf (12) angebrachte zweite Neigungseinrichtung (30) zum freien Einstellen der Neigung der Lichtquelle (22) unabhängig von der Neigung des Detektors (18) und in ein und derselben Neigungsebene wie der Detektor (18), durch eine zweite Lagereinrichtung (34) zur stationären Lagerung des Messkopfes (12) mit vertikal angeordneter Drehachse (16) und durch einen als erste Lagereinrichtung vorgesehenen Tisch (26; 26') zum Lagern des Displays (13) mit horizontal angeordneter Messebene.
Messsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Tisch (26) in x- und y-Richtung relativ zu dem Messkopf (12) verfahrbar ist.
Messsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Tisch (26) in z-Richtung relativ zu dem Messkopf (12) verfahrbar ist.
Messsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Lagereinrichtung (34) ein Drehlager an einem feststehenden Portal (32) aufweist.
Messsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Tisch (26) auf einer Plattform (28) gelagert ist, die ihrerseits in einem stationären Rahmen (36) gelagert ist.
Messsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Drehung des Messkopfes (12), zu einem Verschieben des Tisches (26) und zum Neigen des Detektors (18) und der Lichtquelle (22) jeweils Motoren (48, 70) vorgesehen sind.
Messsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Lichtabschirmkammer (38), in der das Messsystem (10) untergebracht ist.
Messkopf für ein Messsystem (10) zum Messen der optischen Eigenschaften eines Displays (13), wobei der Messkopf (12) um eine zu einer Messebene normale Drehachse (16) drehbar ist, mit einem an dem Messkopf (12) neigbar angebrachten Detektor (18) und mit einer ersten Neigungseinrichtung (20) zum Einstellen des Neigungswinkels des Detektors (18) gegen die Drehachse (16) des Messkopfes (12), gekennzeichnet durch eine an dem Messkopf (12) angebrachte Lichtquelle (22) zum Beleuchten des Displays und durch eine zweite Neigungseinrichtung (30) zum Einstellen des Neigungswinkels der Lichtquelle (22) in ein und derselben Neigungsebene wie der Detektor (18) unabhängig von der ersten Neigungseinrichtung (20).
Messkopf nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen gabelförmigen Halter (40), an dessen Gabelschenkeln (42D, 42L) der Detektor (18) bzw. die Lichtquelle (22) neigbar angebracht sind und dessen Gabelsteg (44) um die Drehachse (16) des Messkopfes drehbar ist.
Messkopf nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Neigungseinrichtungen (20, 30) so ausgebildet sind, dass sich eine Beobachtungsrichtung (52) des Detektors (18) und eine Beleuchtungsrichtung der Lichtquelle (22) in einem Messpunkt (54) schneiden.
Messkopf nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Neigungseinrichtung (20, 30) im Bereich der freien Enden der Gabelschenkel (42D, 42L) gebildete kreisbogenförmige Führungsbahnen (56D, 56L) für den Detektor (18) bzw. die Lichtquelle (22) aufweisen.
Messkopf nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmungsmittelpunkte der beiden Führungsbahnen (56D, 56L) auf einer gemeinsamen Neigungsachse der beiden Neigungseinrichtungen (20, 30) liegen, die die Drehachse (16) des Messkopfes (12) in dem Messpunkt (54) schneidet.
Messkopf nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Neigungsachse in einer Ebene (14) liegt, die dicht unterhalb einer durch die freien Enden der Gabelschenkel (42D, 42L) festgelegten Ebene (58) angeordnet ist und gleich der Messebene des Displays (13) ist.
Messkopf nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (18) und die Lichtquelle (22) an Wagen (60D, 60L) angebracht sind, die zum Positionieren des Detektors (18) bzw. der Lichtquelle (22) auf den Führungsbahnen (56D, 56L) verfahrbar sind.
Messkopf nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Wagen (60D, 60L) jeweils mittels Kugelumlaufführung (63D, 63L) auf ihrer Führungsbahn (56D, 56L) laufen und einen Motor (70D, 70L) zum Antreiben des Wagens tragen.
Messkopf nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass benachbart zu jeder Führungsbahn (56D, 56L) eine Riemenauflagebahn (57D, 57L) für einen Zahnriemen (65) angeordnet ist, mit dem ein durch den Motor (70D, 70L) antreibbares Abtriebszahnrad (64D, 64L) kämmt.
Messkopf nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Lagereinrichtung (34) einen in der Drehachse (16) des Messkopfes (12) an dem Gabelsteg (44) angebrachten Wellenzapfen (46) aufweist, der in einem stationären Teil drehbar lagerbar ist und zum Drehen des Messkopfes (12) durch dessen Motor (48) drehantreibbar ist.
Messkopf nach einem der Ansprüche 9 bis 17, gekennzeichnet durch einen an den freien Enden der Gabelschenkel (42D, 42L) vorgesehenen Halter (74) zum Befestigen einer Streuhalbkugel (76) als homogene diffuse Beleuchtungsquelle.
Messkopf nach einem der Ansprüche 8 bis 18, gekennzeichnet durch eine an der Unterseite des Messkopfes (12) anbringbare Abdeckung (82).
Messkopf nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch eine Temperierkammer (84) zur Aufnahme des Displays (13) während des Messvorganges, die einen Oberteil (85) mit einer Öffnung (86) hat, in die die Abdeckung (82) des Messkopfes (12) so einpassbar ist, dass der Messkopf (12) gegenüber dem Oberteil (85) der Temperierkammer (84) drehbar ist.
Messkopf nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierkammer (84) so ausgebildet ist, dass sie die erste Lagereinrichtung (24') des Displays (13) aufnehmen kann.
Messkopf nach einem der Ansprüche 8 bis 21, gekennzeichnet durch einen in der Drehachse (16) des Messkopfes (12) angebrachten Laser (80) zum Markieren des Messortes.
Messkopf nach einem der Ansprüche 8 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (18) eine Messoptik oder ein Lichtsensor ist.
Messkopf nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Messoptik ein Messmikroskop ist, das mit einer Kamera versehen und fernsteuerbar ist.
Messkopf nach einem der Ansprüche 8 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (22) austauschbar und eine Lichtquelle mit kollimiertem Strahl ist.
Messkopf nach einem der Ansprüche 8 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (22) austauschbar und eine diffuse Lichtquelle mit einstellbarer Ausdehnung der Leuchtfläche ist.