JP3316501B2 - センサヘッド、これを具備した輝度分布測定装置及び表示むら検査評価装置 - Google Patents

センサヘッド、これを具備した輝度分布測定装置及び表示むら検査評価装置

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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00Photometry, e.g. photographic exposure meter

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  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)
  • Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ランプ,LED
(発光ダイオードディスプレイ),ELD(Electrolum
inescence display,エレクトロルミネセンスディスプ
レイ),プラズマ発光体(PDP)等の自己発光物体
や、背面から照射される照明光を選択的に透過させて像
を表示する液晶ディスプレイ(LCD,Liquid crysta
l display)パネル等から放射する光の分布を検知する
センサヘッド、センサヘッド出力を使用した輝度分布測
定装置及び表示むらを検出解析して、検査評価する検査
評価装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、LCDパネル等による表示装置の
輝度分布検査装置は、例えば特特開平8−220014
号公報に記載されているように、CCD(Charge Coup
led Device)リニアイメージセンサ(以下リニアイメ
ージセンサ)を使用したものが開発されている。
【0003】図7は従来の輝度分布測定装置を示してい
る。図中、2Lはラインセンサ、3はLCD画素素子、
3Lは画素素子の画素ライン、4はLCDパネル、5は
LCDパネル4をX方向に移動させるテーブル、6は光
源、7aは検査データ入力装置、8はLCDドライバ、
9はテーブル駆動制御装置、10は光源制御装置、11
は測定結果、検査結果等を表示する表示装置、12aは
データ処理部、12bは制御部を表している。
【0004】LCDドライバ8は、Y方向の1画素ライ
ン3Lにおける画素素子を順次動作させ、各画素素子に
対応したラインセンサ2L内の各画素素子に対応するC
CDイメージセンサの各素子を各画素の動作に同期して
走査して、画素素子が放射する光を受光し、受光した光
を電気信号に変換して検査データ入力装置7aに送信す
る。
【0005】1ラインの輝度分布測定がおわると、テー
ブル5はテーブル駆動制御装置9により、X方向に移動
され、ラインセンサ2Lは次の画素ライン3Lにおける
画素素子が放射する光を測定する。検査データ入力装置
7aは測定データをデータ処理部12aに送信し、デー
タ処理部7aは測定データを記憶、処理し、画素素子を
検査し、検査結果を表示部11に表示する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】LCDパネル等は輝度
の視野角依存性のため、見る角度により輝度が異なる特
性をもつ。以上に述べた従来の輝度測定装置の問題点
は、この輝度の視野角依存性データが簡単に、かつ精度
良く測定できないということである。すなわち、単に直
角方向または所定の一方向のみの画素素子の輝度データ
を取得し、それによりLCDパネル等の検査解析を行っ
ていた。
【0007】測定対象である画素素子3を見る視線の方
向又は光の放射方向は、図8のように極座標(θ,φ)
で示される。θは、画素素子を通る垂直軸からの角度
で、φは平面の1軸からの角度で、それぞれ視野角(仰
角)、位相角と定義される(図8の定義参照)。ただ
し、真正面からの視角(すなわち表示面に垂直な視角)
をθ=0°とし、真横からの視角(すなわち表示面に平
行な視角)をθ=90°とする。画素素子3が放射する
光の放射範囲は0°≦θ≦90°,0°≦φ≦180°
である。画素素子を検査するためには、この範囲の輝度
分布を測定する必要がある。
【0008】しかし、輝度測定装置に使用される従来の
センサは、図9(a)に示されるように、イメージセン
サ(例えば、CCDカメラ)2は測定する視野角θを拡
大するとイメージセンサ2はその両側において測定誤差
を生じ、又、LCDパネルを移動して更に視野角θを拡
大すると、測定誤差を生じる。
【0009】図9(b)のように、視野角θをレンズ1
4によって、広げる方法もあるが、レンズ14の大きさ
には限界があり、又視野角θの大きい部分では、センサ
1の測定誤差が大きくなる。このような方法では、イメ
ージセンサで広範囲の視野角に亘って輝度分布を正確に
測定できる視野角θには限界がある。
【0010】視野角θに対応して正確に視野角90°付
近まで、輝度分布を正確に測定しようとすると、図9
(c)のようにイメージセンサ2と測定対象画素素子3
との距離を大きくとり、かつイメージセンサ2を画素素
子の放射方向に対して直角方向に移動しなければならな
い。
【0011】図9(c)の方法により輝度分布を測定す
るにしても、センサをLCDパネルより大きく離し、測
定対象である画素素子の位置にイメージセンサを固定し
た後に、イメージセンサを円周方向に移動しなければな
らないので、少なくともセンサの移動、LCDパネルの
移動と2回の操作をする機構が必要であり、操作機構も
簡単でなく、測定時間も比較的多くの時間と手間を要
し、装置も比較的大型になるという欠点があった。
【0012】LCDパネルの画素素子検査では、LCD
画素素子の輝度分布を全範囲の視野角(仰角)θ、0°
〜90°、全方位角φ、0°〜360°における輝度を
測定して、製造工程においてLCDの性能及び破壊状況
を精密に、かつ高速度に検査する必要が生じている。
【0013】本発明は、このような従来の構成が有して
いた問題を解決しようとするものであり、輝度の視野角
依存性データを正確に、短時間で得ることができ、か
つ、小型のセンサヘッド及び輝度分布測定装置を提供す
ることを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のセンサヘッドは、受光面の法線が該仮想半
円筒面の中心軸を通り、かつ中心軸方向に平行に配置さ
れた複数個のリニアイメージセンサで受光手段を構成し
て、画素ラインに対して直角な面内における画素素子の
放射光成分を取り込み、それぞれ画素ラインにおける各
画素素子の視野角90°内の輝度データを電気的信号で
出力する装置で構成する。
【0015】仮想円筒面の所定位置に垂直に入射する光
をそれぞれ入射する光学系と、光学系が受光した光をそ
れぞれ受光する仮想円筒面の中心軸に平行に配置したリ
ニアイメージセンサを設けて、画素ラインに対して直角
な面内における画素素子の放射光成分を取り込み、それ
ぞれ画素ラインの視野角90°内の輝度データを電気的
信号で出力する装置で構成しても良い。
【0016】さらに、本発明のセンサヘッドを輝度分布
測定装置に使用して、測定対象物とを相対的に移動して
測定対象物の画素素子ライン又は画素素子にセンサヘッ
ドの仮想半円筒中心軸又は仮想半球中心に位置あわせし
て全画素素子の輝度分布を簡単に、高速度に測定するよ
うに構成する。
【0017】さらに、また、輝度分布測定装置内のメモ
リに記憶された輝度分布情報をもとに、表示むら解析を
行うむら解析装置を設置して、測定対象物の表示むらを
検出解析して、測定対象物を検査評価する表示むら検査
評価装置を構成することができる。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、図1〜図7を参照して、本
発明の実施の形態を説明する。なお、本明細書で同じ参
照符号を付したものは、同じもの又は相当するものを表
している。
【0019】[実施例1]図1はリニアイメージセンサ
を使用したセンサヘッドの実施例を示す。図中、2L
は、リニアイメージセンサで、各画素素子に対応するC
CDセンサで構成される。CCDセンサのCCD素子
は、画素素子の数倍から数10倍のCCD素子が使用さ
れる。リニアイメージセンサ2Lは長手方向を仮想半円
筒軸1Aに平行に、仮想半円筒状面1Sの凹面である内
側に複数配置されている。リニアイメージセンサ2Lの
受光面の法線は仮想円筒軸1Aを通過するように配置さ
れる。
【0020】図の例で、リニアイメージセンサ2Lは、
仮想半円筒軸1Aに直角な面において、軸1Aをとおり
仮想半円筒開口面に垂直な軸とこの軸に対して対称な測
定視野角θに相当する角度である0°,20°,40
°,60°,80°の仮想半円筒面1Sの位置に配置さ
れている。
【0021】画素ライン3Lの画素素子3の動作に同期
して対応する複数のラインセンサ2L内の対応CCDセ
ンサが順次走査されて、画素ライン3Lの画素素子の放
射光が順次取り入れられる。この走査で、リニアイメー
ジセンサ2Lで測定される画素素子の放射光は、画素ラ
イン3Lに直角の方位角で、その設置角度に対応する視
野角方向、図の場合θ=0°,20°,40°,60
°,80°方向の輝度が各画素(又は微小エリア)毎に
測定される。リニアイメージセンサ2Lの設置数を増加
して、測定視野角を増加すれば、輝度分布曲線の精度も
向上し、LCDパネルの検査精度も向上する。
【0022】[実施例2]図2は、リニアイメージセン
サを使用したセンサヘッドの他の実施例を示している。
1は複数のリニアイメージセンサ2Lからなるセンサ、
21はレンズ、プリズム、ミラー及び光ファイバ等を組
み合わて構成された光学系を表している。
【0023】光学系21はターゲット画素ライン(ライ
ン状エリア)3Lを軸とする半径方向成分の画素素子放
射光を入力し、リニアイメージセンサ2Lに出力する。
画素素子放射光の半径方向成分毎に光経路を任意に設定
できる(図3(a)参照)。複数のリニアイメージセン
サ2Lも同一平面上等任意に配置できる。光学系21の
入力側は、画素素子ラインを軸とし、該軸に直角な面内
の、面内軸上の画素素子が放射する光成分を取り入れる
ように、その光学系要素が配置されている。
【0024】リニアイメージセンサ2L個々の配置は図
2(a)のように平面でも、非平面的配置でも構わな
い。例えば、図1の実施例において、リニアイメージセ
ンサ2Lと画素ライン3Lとの空間に、仮想半円筒軸1
Aに直角な面内で画素素子3と画素の測定視野角θに対
応するリニアイメージセンサ2LのCCD素子との間の
光経路(例えば図1の3a)に光学系21を設けても良
い。
【0025】図2(b)は、図2(a)の例に入射制限
装置22を追加して設けたセンサヘッドの分解図を示し
ている。入射制限装置22は、光学系21の放射光の入
射側に設けて、スリット、ピンホール22a等により半
径方向の入射光を制限する装置である。この入射制限装
置22は、図2(a)の例のようにセンサヘッドにとっ
て必須の部材ではなく、省略しても良い。
【0026】[参照例] 図3(a)は図2のリニアイメージセンサ2Lの代わり
にCCDエリアイージセンサ(以下エリアイメージセン
サ)2Aを1個使用したセンサヘッドの参照例を示して
いる。エリアイメージセンサはCCD素子を面に配列し
たセンサである。光学系21は、ターゲット画素ライン
(ライン状エリア)3Lの画素素子において画素ライン
に直角な面内の放射光の半径方向成分を、画素ラインの
全画素素子または測定に必要なエリアの複数画素素子に
ついて入力できるように、例えば仮想半球面の内側に、
その入射面を仮想半球の中心に向けるように配置されて
いる。測定される該半径方向の放射光成分とエリアイメ
ージセンサ2Aの各CCD素子とは対応付けられてい
る。
【0027】図3(b)は図3(a)の1個のエリアイ
メージセンサ2Aに代えて複数のエリアイメージセンサ
2M使用したセンサヘッドの参照例である。これにより
輝度測定の分解能が向上できる。エリアイメージセンサ
2A個々の配置は平面でも、非平面的配置でも構わな
い。
【0028】図4は測定対象である画素素子3を中心と
した仮想半球の半径方向における輝度の視野角依存性に
関するデータの測定を可能としたセンサヘッドの参照例
である。図4(a)のセンサヘッドは、1個のエリアイ
メージセンサ2Aと光学系21から構成される。光学系
21の入力側は画素素子3が放射する光の測定する特定
の半径方向成分のみ入力するように構成されていれば良
い。該特定の半径方向の成分とエリアイメージセンサ2
AのCCD素子とは対応付けられている。
【0029】図4(b)は、図4(a)の例に入射制限
装置22を追加して設けたセンサヘッドの分解図を示し
ている。入射制限装置22は、光学系21の放射光の入
射側に設けて、スリット、ピンホール22a等により半
径方向の入射光を制限する。この入射制限装置22は、
図4(a)の例のようにセンサヘッドにとって必須の部
材ではなく、省略しても良い。
【0030】図4(c)は、図4(a)の1個のエリア
イメージセンサ2Aに代えて、複数個のエリアイメージ
センサ2Mを使用したセンサヘッドの参照例を示してい
る。これにより輝度測定装置の分解能が向上される。エ
リアイメージセンサ2Aの複数個配置は平面でも、非平
面的配置でも構わない。
【0031】[実施例] 図5は、本発明の実施例1〜のセンサヘッドを輝度測
定装置に使用した実施例を示している。1X,1Yは本
発明の実施例1〜のいずれかのセンサヘッドで、Y方
向,X方向等互いに直角方向の画素ラインにおける、そ
れぞれの画素ラインに直角な面内における放射光の半径
方向成分を測定するようにその軸を画素素子ラインに合
わせて位置付けられる。6は光源、7は画像処理装置、
8はLCDドライバ、9はテーブル駆動制御装置、10
は光源制御装置、11は測定結果、検査結果、むら解析
結果等を表示する表示装置、12はホストコンピュー
タ、13はむら解析装置を表している
【0032】センサヘッド1XはX方向の測定画素ライ
ンに対して1ラインまたは複数ラインの視野角依存性デ
ータを測定することができる。そのときの測定視野角範
囲は各画素素子に対してφ=90°,θ≦90°の範囲
とφ=270°,θ≦90°の範囲(図8中の31)で
ある。センサヘッド1YはY方向の測定画素ラインに対
して1ラインまたは複数ライン分の視野角依存性データ
を測定することができる。そのときの測定視野角範囲は
各画素素子に対してφ=0°,θ≦90°の範囲とφ=
180°,θ≦90°の範囲(図8中の32)である。
【0033】さらに、簡単な検査データでLCDパネル
の検査が十分であるが、検査時間を短縮したい場合に
は、センサヘッド1X,1Yは、微少領域の画素素子
(複数画素ラインでの複数画素素子)(又は複数の点光
源)を発光させることにより複数の画素ライン分に対し
て視野角依存性データを測定することができる。
【0034】テーブル5はX方向、Y方向、φ方向移動
の自由度を有している。従って、テーブル5をセンサヘ
ッド1X,1Yに対してそれぞれY,X方向にテーブル
を移動させることにより、LCDパネル4の全画素素子
測定領域において視野角依存性データを測定することが
できる。この場合の測定データは、全画素の各画素素子
に対し(1)φ=90°,θ≦90°、(2)φ=36
0°,θ≦90°、(3)φ=0°,θ≦90°、
(4)φ=180°,θ≦90°の範囲の視野角依存性
データである。
【0035】さらに、φ=0°,90°,180°,3
60°以外のφ方向の視野角依存性データを測定したい
場合はテーブル5をφ方向に回転させることにより可能
となる。また、テーブルをφ方向に180°回転させ
て、LCDパネル4の画素素子を180°回転させこと
により、1個のセンサヘッド1で全方位の光の強度を測
定することができるので、装置の構造が簡単になる。
【0036】テーブルを方位角φで回転移動させて、任
意の方位角における画素ラインの輝度分布データを求め
る場合、測定対象(ターゲット)となる画素ラインの画
素素子間の間隔はφの関数で変動するので、リニアイメ
ージセンサ内のCCD素子の放射光を取り入れる時間間
隔をφに合わせて調整して走査し、各画素素子の輝度デ
ータを取り入れる。
【0037】イメージセンサとして、モノクロCCDを
使用する場合においては、ヘッドLCDパネルのXY座
標(x,y)で表される位置における画素素子のφ,θ
方向に放射される光の輝度データは、例えば、次式で表
される。 I(x,y,φ,θ,K) ただし、Kは輝度情報である。イメージセンサとして、
カラーCCDを使用する場合においては、光の輝度デー
タは、 I(x,y,φ,θ,A,B,C) ただし、A,B,Cはそれぞれ輝度をR,G,B画素別
に測定した場合の3原色、R(赤色)情報,G(緑色)
情報,B(色)情報である。
【0038】従って、使用するイメージセンサにより、
ターゲットの画素ラインの1画素に対するリニアイメー
ジセンサ及びエリアイメージセンサのCCD素子数及び
対応させるCCD素子群の検知情報の取り込み制御をφ
に合わせて調整する用にしても良い。
【0039】センサヘッドにて測定された視野角依存性
の輝度データはホストコンピュータ12に送られ、記憶
される。むら解析装置13は記憶された色情報の輝度分
布データを基に、視野角依存性を考慮して比較して、輝
度むら、コントラストむら、色むら等の表示むらを検
出、解析し、検査基準値と比較して、検査評価する。こ
れらの輝度分布データ、表示むらの解析結果及び検査評
価結果は表示装置11で表示される。
【0040】光源6は、測定対象、ワークおよび検査内
容によって選択される。バックライト等による画素素子
自体が発光する場合は、LCDドライバ8にてLCDパ
ネルの制御を行い、光源制御装置9にてバックライトの
制御を行う。また、バックライトがまだ組込れない状態
における検査の場合には、外部光源6を設置する。外部
光源は、面状発光体、レーザー等によるピンポイント発
光、ライン状光源を使用する。
【0041】[参照例] 図6は、図4のセンサヘッドを使用した輝度分布測定装
置を示している。測定対象1画素素子、又は微少領域画
素素子に対して半円球の半径方向の放射光を全て一度に
測定できる。テーブル5の移動はX方向,Y方向,φ方
向移動の自由度を有している。
【0042】センサヘッド1を画素素子の位置付けによ
り各画素素子の視野角依存性輝度データを測定すること
ができる。センサヘッド1はテーブル5をX、Y方向に
移動させて、測定対象1画素素子、又は微少領域画素素
子に位置付けし、測定対象全領域の視野野角依存性輝度
データを測定する。
【0043】センサヘッド1のφ方向測定ポイントが粗
い仕様の場合には、テーブル5のφ方向回転移動によ
り、φ方向測定ポイントを増加させることができる。
【0044】
【発明の効果】上述したように、本発明のセンサヘッド
は、特定の方位角又は全方位角における視野角0°から
90°までの視野角依存性データを測定することができ
る。また、視野角0°〜90°の測定点を同時に測定で
きるので、高速度にデータを得ることができる。
【0045】本発明のセンサヘッドを具備した輝度分布
測定装置は、小型で、操作機構が簡略で、かつ高速度で
輝度分布を測定できる装置が実現できる。また、本発明
の評価検査装置は、検査工程における検査において、製
品の良、不良を速やかに判断することができるので、作
製対価も少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】リニアイメージセンサを使用した本発明のセン
サヘッドの一実施例を示す図である。
【図2】リニアイメージセンサ、光学系を使用したセン
サヘッドの他の実施例を示す図である。
【図3】エリアイメージセンサ、光学系を使用したセン
サヘッドの参照例を示す図である。
【図4】エリアイメージセンサ、光学系を使用したセン
サヘッドの参照例を示す図である。
【図5】本発明のリニアイメージセンサを使用した輝度
分布測定装置を説明する図である。
【図6】エリアイメージセンサを使用した輝度分布測定
装置を説明する図である。
【図7】従来の輝度分布測定装置を説明する図である。
【図8】画素素子又はパネル面からの光放射方向(視野
角)を表す座標系の定義を説明する図である。
【図9】光の輝度分布を測定する従来方法を説明する図
である。
【符号の説明】
1 センサヘッド 1X,1Y センサヘッド 2L リニアイメージセンサ 2A,2M エリアイメージセンサ 3 画素素子,画素素子エリア 3L ターゲット画素ライン, 又はターゲットライン状エリア 4 LCDパネル(同ワーク) 5 テーブル 11 表示装置 12 ホストコンピュータ 13 むら解析装置 21 光学系 22 入射光制限装置
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−294328(JP,A) 特開 平4−288638(JP,A) 特開 平7−333104(JP,A) 特開 平7−35645(JP,A) 特開 昭62−242833(JP,A) 実開 平1−148834(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 21/94 - 21/958 G01J 1/02 G01M 11/00 G09F 9/00 352

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 受光した光をその輝度に応じた電気信号
    に変換する受光手段を具備するセンサヘッドであって、 受光面の法線が仮想半円筒面の中心軸を通り、かつ中心
    軸方向に平行に配置された複数個のリニアイメージセン
    サで該受光手段を構成することを特徴とするセンサヘッ
    ド。
  2. 【請求項2】 受光した光をその輝度に応じた電気信号
    に変換する受光手段を具備するセンサヘッドであって、仮想円筒面の所定位置に垂直に入射する光をそれぞれ入
    射する光学系と、 光学系が受光した光をそれぞれ受光する仮想円筒面の中
    心軸に平行に配置したリニアイメージセンサと を具備す
    る受光手段で構成することを特徴とするセンサヘッド。
  3. 【請求項3】 請求項1ないし請求項のいずれかのセ
    ンサヘッドと、 センサヘッドの出力情報を制御する画像処理装置と、 画像処理装置の出力情報を記憶するメモリと、 測定対象物とセンサヘッドとを相対的に移動させる手段
    と、 データ処理装置と、 表示装置とを具備し、センサヘッドと測定対象物とを相
    対的に移動して測定対象物の画素素子ライン又は画素素
    子にセンサヘッドの仮想半円筒中心軸に位置あわせして
    輝度分布を測定することを特徴とする輝度分布測定装
    置。
  4. 【請求項4】 請求項1ないし請求項2のいずれかのセ
    ンサヘッドと、 センサヘッドの出力情報を制御する画像処理装置と、 画像処理装置の出力情報を記憶するメモリと、 測定対象物とセンサヘッドとを相対的に移動させる手段
    と、 データ処理装置と、 表示装置と、 上記メモリに記憶された情報をもとに、表示むら解析を
    行うむら解析装置とを具備し、測定対象物の表示むらの
    検査評価を行うことを特徴とする表示むら検査評価装
    置。
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