TW202120894A - 成像測光裝置 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種成像測光裝置，其具有一影像感測器（117）及一光學分光計（120），其中該影像感測器（117）及該分光計（120）經組態以接收由一量測目標（110）發射的光；且具有一資料處理單元（118），該資料處理單元（118）連接至該影像感測器（117）及該分光計（120）且處理由該影像感測器（117）及該分光計（120）輸出的量測信號。本發明之目標為提供一種測光裝置，其使得有可能以簡單且具有成本效益的方式精確地控制量測程序之時間。出於此目的，本發明提議該影像感測器（117）及該分光計（120）分別包含一觸發輸入（122、123），其中施加於該觸發輸入（122、123）處之一觸發信號觸發一量測程序。

Description

成像測光裝置

本發明係關於一種成像測光裝置，其具有影像感測器及光學分光計，其中影像感測器及分光計接收由量測目標發射之光；且具有資料處理單元，該資料處理單元連接至影像感測器及分光計且處理由影像感測器及光學分光計輸出之量測信號。

此類型之裝置為先前技術已知的。舉例而言，EP 3 054 273 A1描述一種測色系統，使用該測色系統以便在品質控制程序期間量測及檢查矩陣顯示裝置（亦稱為矩陣顯示器，諸如（例如）智慧型電話、平板電腦、膝上型電腦、監視器、電視等的彩色矩陣顯示器）。

可以獲得對應於人類對亮度、色彩及空間關係的感知之個別顯示器之視覺輸出功率的精確量測之成像比色計形式的測光裝置為已知顯示測試環境之關鍵組件。功能強大的成像測光裝置可精確地量測（例如）顯示器之個別像素的色彩（換言之，適合的色彩空間中的色彩座標）及明度（亮度）以及顯示器之一般均一性。

在典型製造程序中，藉助於具有此類成像測光裝置之自動化檢測系統來測試每一顯示器之視覺輸出功率。此具有多個優點。對顯示誤差之定量評估係可行的，同樣地，增加測試速度係可行的，且最重要的係，對完整顯示品質（換言之，均一性及色彩準確度）之同時評估係可行的。

在已知的成像測色系統之情況下，提供數位RGB相機作為接收由顯示器之像素發射的光之影像感測器。以此方式，以簡單方式使用空間解析度（換言之，成像）來量測色彩分佈及明度分佈。此外，已知測色系統包含光學分光計，其在無空間解析度的情況下（換言之，以非成像方式）自顯示器上之預定區域（「光點」）接收光。光束分光器配置於量測目標與影像感測器或分光計之間，且該光束分光器使來自量測目標之光分裂以藉助於影像感測器及分光計進行偵測。已知測色系統包含與影像感測器及分光計資料連接的資料處理單元，且該資料處理單元控制量測程序且處理由影像感測器及分光計輸出的量測信號。在此情況下，將影像感測器之RGB量測信號轉換成適合之色彩度量值、輻射度值及光度值（例如轉換成X、Y、Z色彩座標），且基於分光計之精確量測信號來校正所獲得的偵測到的成像值，結果為評定顯示品質所需的色彩度量值及光度值之特別快速且具有成本效益的成像偵測係可能的。

在現代自動化檢測系統中，個別量測目標在量測裝置中之滯留時間會是最少的，以便使產能最大化。

基於微型LED陣列之現代矩陣顯示器即將面世。在量測LED之情況下，產生LED在操作期間變熱的問題。溫度變化引起所發射之光之光譜的變化。由於此原因，當測試含有LED之量測目標時，致力於在幾毫秒的極短時間間隔內僅分別連接個別LED。

為了實現此情形，能夠精確地控制個別量測程序之時序係必要的。

在已知測光裝置之情況下，資料處理單元之軟體控制整個量測程序。在此情況下，命令執行時間待定且根據量測程序的不同而改變，結果為在100 ms或更大的區域內會存在量測不確定性。據此，有必要以遠遠超出影像感測器或分光計之實際量測程序的持續時間（其僅相當於幾毫秒）進行操作。只有這樣才能確保量測程序實際上在可用的時間窗內發生。此由於以下事實而變複雜：由影像感測器及分光計執行之量測程序由於軟體控制器而未精確地同時進行。由於不同且變化的命令執行時間，無法精確地知道量測程序實際上發生的時間間隔。此處的不確定性亦相當於至多100 ms。如上文所提及，此問題之結果為在量測基於LED的量測目標之情況下，在接入程序之後，有必要計算光譜導入行為（spectral run-in behaviour），結果為（例如）影像感測器仍量測冷LED，而分光計在許多毫秒後量測相同LED之已經紅移的光譜。接著，影像感測器及分光計之資料並不匹配。

針對此背景，本發明之目標為提供一種測光裝置，其能夠以簡單且具有成本效益的方式精確地控制量測程序之時間。

本發明藉助於影像感測器及分光計分別包含觸發輸入之事實基於在介紹中所提及之類型的測光裝置來達成此目標，其中施加至觸發輸入之觸發信號觸發量測程序。

為了清楚起見，對量測目標不是根據本發明之測光裝置的組件進行了參考。

根據本發明，迄今為止，影像感測器及分光計不受關於觸發量測程序的資料處理單元之軟體的控制，而實際上經由外部觸發信號控制。在此情況下，「外部」意指觸發信號來自測光裝置外部，換言之，尤其是來自資料處理單元外部，換言之，資料處理單元不參與觸發量測程序。將觸發輸入直接連接至硬體，換言之，連接至影像感測器或分光計之電子系統。可經由簡單電信號線以具有數位邏輯位準之電壓信號形式傳輸觸發信號。以此方式，提供觸發量測程序之可設想瞬時程序，僅藉助於觸發信號之電或電子信號傳播延遲來對其進行限制。亦可設想經由獨立於資料處理單元之適合之資料匯流排來供應觸發信號。

本發明能夠藉助於觸發信號實際上同時或至少幾乎同時觸發由影像感測器及分光計執行的量測程序。因此，一方面，可確保在所需時間點精確地觸發量測程序，其中尤其確保藉由影像感測器及分光計實際上同時執行量測程序。因此，避免了由基於LED的量測目標中之時間延遲產生的問題。另一方面，可以調適量測目標之啟動持續時間的量測持續時間，如上所述，該量測目標典型地為矩陣顯示器或LED陣列。因此，可縮短量測窗且因此縮短量測目標之滯留時間。可藉由影像感測器及分光計在（已知）量測持續時間結束之後直接交換量測目標。因此，產能顯著地提高。

此外，觸發信號可分別控制影像感測器及/或分光計之整合時間。舉例而言，影像感測器及/或分光計可執行量測程序，只要觸發信號具有「高」邏輯位準即可。因此，有可能實現整合，以便降低信號雜訊。此外，以此方式，例如量測影像感測器之程序可在啟動量測目標之依序光源（例如個別LED群組）時繼續。由影像感測器產生之量測目標的影像接著同時顯示處於啟動狀態下的所有LED群組。平行於LED群組之依序啟動，可以經由相應地同步的依序觸發信號來觸發由分光計執行的多個個別量測程序。接著可自分光計之量測信號推導影像感測器之量測信號針對每一LED群組之個別校正。接著可以此方式以最少量測時間執行整個量測程序。

在較佳實施例之情況下，影像感測器及/或分光計分別包含至少一個信號輸出且經組態以經由信號輸出來輸出視該影像感測器及/或分光計之操作狀態而定的信號。信號輸出表示對應於觸發輸入之外部回饋頻道。在此情況下，「外部」轉而意謂信號輸出係視資料處理單元而定且直接連接至影像感測器或分光計之電子系統。

舉例而言，影像感測器及/或分光計可分別經組態以在接收到觸發信號之後經由信號輸出來輸出信號。在此情況下，信號輸出用於傳輸信號，以便確認接收（例如）發往關於自動化技術整合之測光裝置的外部控制器之觸發信號。因此，在外部顯而易見的係，已實際上觸發量測程序。

此外，影像感測器及/或分光計分別經組態以在目前運行之量測程序期間經由信號輸出來輸出信號。因此，量測程序正在運行對於外部控制器而言係顯而易見的。特別有利的係，影像感測器及/或分光計分別經組態以在量測程序結束之後，且甚至較佳地在量測信號至資料處理單元之輸出結束之前的此情況下，然而在藉助於資料處理單元對量測信號的處理結束之前的任何情況下經由信號輸出來輸出信號。在藉由影像感測器及分光計終止量測之後或在終止完成的量測程式之後，可特定地在無需等待的情況下交換量測目標，直至來自影像感測器及分光計之量測信號的傳輸、儲存及評估由資料處理單元結束為止。因此，可在沒有由於例如過早交換量測目標所致的不正確或不完整量測的危險的情況下使滯留持續時間最小化。藉助於資料處理單元處理量測信號之持續時間可用於交換量測目標，結果為消除了非生產性的等待時間。

另一可能性在於影像感測器及/或分光計分別經組態以在該影像感測器及分光計準備好進行量測程序時經由信號輸出來輸出信號之事實。因此，何時可開始新量測程序對於外部控制器而言係顯而易見的。此進一步促進使量測目標在測光裝置處之滯留持續時間最小化。若用於該量測程序之硬體就緒，則可立即開始量測程序，而不需要考慮由於資料處理單元之待定且變化的信號傳播延遲所致之安全裕度。

在一個可能的實施例之情況下，分別在影像感測器及/或分光計之情況下，為上述信號（觸發確認、正在運行量測程序、量測程序終止、準備好進行量測程序）中之至少兩者中的每一者提供專用信號輸出。以此方式，可以簡單電信號形式傳輸每一回饋信號。同樣可經由資料匯流排（亦即，獨立於資料處理單元）設想傳輸。

在根據本發明之測光裝置的另一較佳實施例之情況下，可提供獨立於資料處理單元之控制單元，且該控制單元連接至影像感測器及分光計之觸發輸入。在使用自動化技術之系統中，例如在矩陣顯示器之工業大批量生產中，外部控制單元用作表示用於控制測光裝置之介面。在此情況下，完全根據電/電子位準（換言之，在不涉及資料處理單元的情況下）提供控制。

適宜地，控制單元亦連接至影像感測器及分光計之信號輸出，其中控制單元經組態以經由觸發輸入，且事實上視經由影像感測器及分光計之信號輸出來輸出的信號而定來控制影像感測器及分光計。舉例而言，藉助於邏輯鏈接，可視影像感測器及分光計兩者顯示其準備好經由其各別信號輸出來進行量測程序的事實而定來進行觸發待由影像感測器及分光計執行之同步量測程序的程序。控制單元可同樣將信號輸出彼此邏輯鏈接，經由該些信號輸出分別顯示由影像感測器及分光計執行的量測程序之結束，結果為只要兩種模態（換言之，影像感測器及分光計）已經結束了其量測程序，就藉由外部自動化技術發起量測目標之交換。

在另一較佳實施例之情況下，控制單元經組態以控制測光裝置之至少一個週邊元件，其中該週邊元件例如來自以下元件的群組： 光束偏轉構件，其用於使由量測目標發射之光偏轉至影像感測器或分光計上， 光學濾光輪，其連接於影像感測器或分光計之上游， 偏光鏡，其連接於影像感測器或分光計之上游，或 定位裝置，其用於相對於影像感測器及分光計定位量測目標。

適宜地，控制單元可用於控制測光裝置之視情況選用之週邊設備的目的。代替光束分光器（如同先前技術），可提供光束偏轉構件（例如可藉助於致動器縮回至光束路徑中之鏡面），以便使來自量測目標之光選擇性地偏轉至影像感測器或分光計上。控制單元接著控制量測序列，以便經由影像感測器執行一次接一次量測且經由分光計執行一次量測，其中光束偏轉構件受控於兩個量測程序之間。可例如在作為影像感測器的成像濾光輪比色計之情況下提供光學濾光輪。控制單元亦可控制此光學濾光輪，以便利用對應濾光程序一個接一個地觸發依序量測程序。亦可經由光束分裂構件（例如呈可在光束的路徑上旋轉的玻璃板形式）實現所謂的像素移位，特定地以避免在由影像感測器執行的量測程序期間出現的波紋圖案。週邊元件之其他實例為光束路徑中之偏振濾光器或為相對於影像感測器及/或分光計精確地定向量測目標之定位裝置（例如一個、兩個或三個軸定位系統）。在矩陣顯示器之量測之情況下，精確定位係重要的，以便確保顯示器矩陣之影像在影像感測器之感測器矩陣上的正確定向。

此外，適宜地，出於以自動化方式交換量測目標之目的，控制單元可用於控制交換裝置之目的。以此方式，控制單元關於自動化技術進一步整合至根據本發明之測光裝置的環境中。控制單元可有利地直接協調量測目標之交換與量測程序之實施且使量測目標的交換與量測程序之實施同步。以此方式，使量測目標之滯留時間最小化。適宜地，在此情況下，控制單元亦控制量測目標包含的電光源，諸如（例如）作為顯示器的或晶圓上的組件的LED陣列。以此方式，量測目標之發光元件之啟動可最佳地與量測程序同步。

較佳地，資料處理單元經組態以較佳地以成像方式（換言之，在將輻射度值及/或光度值之值分配至量測目標上之由影像感測器偵測到的不同位置之情況下）自影像感測器及分光計所輸出的量測信號推導輻射度值及/或光度值，例如輻射功率、輻射強度、輻照度強度、輻射密度或色彩座標。

圖1說明待針對色彩、明度及均一性進行測試之量測目標（稱為110）（例如微型LED矩陣顯示器）。由量測目標110之光111朝向成像測色裝置112定向。光111通過光學元件（透鏡/孔口）的配置113及光束分光器114。光束分光器114使光111分裂成第一部分光束115及第二部分光束116。

作為影像感測器之RGB相機117接收第一部分光束115，結果為在RGB相機117之感測器配置（例如CCD感測器）上之影像平面中產生量測目標110之二維影像。所得（數位）相機影像形成RGB色彩值之二維矩陣，該二維矩陣將RGB色彩值集合分配至量測目標110上之每一位置。

將RGB色彩值之矩陣作為數位量測信號傳輸至包含處理器119之資料處理單元118，該處理器119將RGB色彩值轉換成XYZ色彩座標，結果為將XYZ色彩座標集合分配至量測目標110上之每一位置。

第二部分光束116朝向光學分光計120定向。在本發明之意義上，術語「分光計」在一般意義上理解為用於偵測光譜（換言之，光強度之波長依賴性）的裝置。例如具有帶分散光譜分裂及CCD感測器之Czerny-Turner建構的光譜高解析度分光計屬於此定義的範圍但亦屬於已知類型的簡單、緊湊且具有成本效益的光電三濾光器比色計（three-filter colourimeter），其中對應於（甚至部分地光譜重疊）所使用的X、Y、Z濾光器之濾光器特徵之光譜解析度較低。如同影像感測器117之情形一樣但實際上不具有空間解析度，分光計120同樣產生XYZ色彩座標，然而不呈影像形式。自量測目標110上之區域（「光點」）內之一系列位置發射第二部分光束116。以此方式，在由分光計120執行的量測程序期間提供對光點之表面的平均。

將分光計120之XYZ色彩座標作為數位量測信號同樣傳輸至資料處理單元118。在高解析度分光計120之情況下，此分光計可替代地將經量測光譜（隨波長而變化的光強度）直接傳輸至資料處理單元118。此資料處理單元接著根據CIE規範系統使用三刺激曲線（tristimulus curve）使用加權藉助於在光譜上方進行整合來計算XYZ色彩座標，該曲線儲存於資料處理單元118中。處理器119推導校正，此係由於該處理器將已經由分光計120判定的XYZ色彩座標與根據影像感測器117之RGB值判定的XYZ色彩座標之部分量進行比較，且將該些色彩座標分配至發射第二部分光束116之光點內的位置。處理器119接著將校正應用於由RGB值產生之XYZ色彩座標的整個集合，以便以此方式獲得由量測目標輻射之光的XYZ座標之完整且精確的影像。

最後經由顯示裝置121輸出此等計算之結果，以便評定色彩均一性以及不同類型之假影（作業線缺陷、像素缺陷、黑色斑（Black Mura）、黃色斑（Yellow Mura）等）。亦可藉助於處理器119之對應影像處理軟體以自動化方式識別此類假影。有可能在經測試之量測目標不滿足對應品質規格之情況下經由顯示裝置121輸出信號。

根據本發明，RGB相機117及分光計120分別包含由箭頭122或123指示之觸發輸入。施加於觸發輸入122、123處之電觸發信號（例如邏輯信號之低/高沿）分別觸發量測程序。將觸發輸入122、123直接連接至硬體，換言之，直接連接至RGB相機117或分光計120之電子系統。

此外，RGB相機117及分光計120分別包含由箭頭124、125或126、127指示的兩個信號輸出。RGB相機117及分光計120經由信號輸出124或126輸出信號，該信號指示已終止各別量測程序。經由信號輸出125或127輸出RGB相機117或分光計120（在先前量測程序之後完成了將量測信號傳輸至資料處理單元118之後）準備好開始下一量測程序的信號。

將控制單元128連接至觸發輸入122、123及信號輸出124至127。控制單元128由兩個子單元129、130組合，其中將子單元129分配至光量測裝置自身且將子單元130分配至外部自動化技術系統。將子單元129用作用於在上級自動化技術系統中（例如在矩陣顯示器的工業大批量生產中）控制測光裝置之介面。子單元129（就其本身而言）自子單元130接收輸入信號131，且藉助於該輸入信號觸發經由RGB相機117及分光計120之同時量測程序。回應於輸入信號131，子單元129同時將觸發信號輸出至觸發輸入122、123。若RGB相機117以及分光計120兩者指示已經結束了各別量測程序，則子單元129以產生第一輸出信號132之方式執行信號輸出124至127之邏輯鏈接。若RGB相機117以及分光計120兩者指示其準備好進行下一量測程序，則產生第二輸出信號133。

子單元130經組態以回應於第一輸出信號132（換言之，分別緊接在上一量測程序結束之後）控制交換裝置134，且該交換裝置交換量測目標110。出於此目的，移除所存在的量測目標110且使其返回至示意性地指示的製造線135中。各別下一量測目標110自製造線135中經移除且定位於測色裝置112之量測站上。此外，子單元130經組態以在已完成交換量測目標110之程序之後且回應於第二輸出信號133（換言之，在RGB相機117及分光計120準備好執行量測程序時）將輸入信號131發射至子單元129，結果為經由RGB相機117或分光計之觸發輸入122、123開始下一量測程序。在所需量測時間期間，子單元130同時啟動量測目標110之光發射。

可藉助於簡單邏輯模組（或FPGA）實現控制單元128。相應地限定了信號傳播延遲。成本支出較低。

與觸發輸入122、123及信號輸出124至127組合的控制單元128因此可以在資料處理單元118不參與控制程序之情況下實施自動化量測序列。因此，可在不必擔心由於資料處理單元118之軟體中之波動的命令運行時間所致的誤差之情況下使量測目標110在量測站上之滯留時間最小化。此外，確保了由RGB相機117及分光計120執行之量測程序的精確的時序同步。

110:量測目標 111:光 112:成像測色裝置 113:配置 114:光束分光器 115:第一部分光束 116:第二部分光束 117:RGB相機 118:資料處理單元 119:處理器 120:光學分光計 121:顯示裝置 122:觸發輸入 123:觸發輸入 124:信號輸出 125:信號輸出 126:信號輸出 127:信號輸出 128:控制單元 129:子單元 130:子單元 131:輸入信號 132:第一輸出信號 133:第二輸出信號 134:交換裝置 135:製造線

下文藉助於圖式進一步解釋本發明之例示性實施例。在圖式中： [圖1]：以方塊圖形式說明根據本發明之測光裝置之示意圖，該測光裝置整合至矩陣顯示器之製造線中。

110:量測目標

111:光

112:成像測色裝置

113:配置

114:光束分光器

115:第一部分光束

116:第二部分光束

117:RGB相機

118:資料處理單元

119:處理器

120:光學分光計

121:顯示裝置

122:觸發輸入

123:觸發輸入

124:信號輸出

125:信號輸出

126:信號輸出

127:信號輸出

128:控制單元

129:子單元

130:子單元

131:輸入信號

132:第一輸出信號

133:第二輸出信號

134:交換裝置

135:製造線

Claims (15)

1. 一種成像測光裝置，其具有一影像感測器（117）及一光學分光計（120），其中該影像感測器（117）及該分光計（120）經組態以接收由一量測目標（110）發射的光；且具有一資料處理單元（118），該資料處理單元（118）連接至該影像感測器（117）及該分光計（120）且處理由該影像感測器（117）及該分光計（120）輸出的量測信號， 其特徵在於 該影像感測器（117）及該分光計（120）分別包含一觸發輸入（122、123），其中施加於該觸發輸入（122、123）處之一觸發信號觸發一量測程序。
2. 如請求項1之測光裝置，其中該影像感測器（117）及/或該分光計（120）分別包含至少一個信號輸出（124~127）且經組態以經由該信號輸出（124~127）來輸出視其各別操作狀態而定的一信號。
3. 如請求項2之測光裝置，其中該影像感測器（117）及/或該分光計（120）分別經組態以在接收到該觸發信號之後經由該信號輸出（124~127）來輸出一信號。
4. 如請求項2或3之測光裝置，其中該影像感測器（117）及/或該分光計（120）分別經組態以在目前運行的該量測程序期間經由該信號輸出（124~127）來輸出一信號。
5. 如請求項2至4中任一項之測光裝置，其中該影像感測器（117）及/或該分光計（120）分別經組態以在該量測程序結束之後且較佳地在該些量測信號至該資料處理單元（118）的傳輸結束之前經由該信號輸出（124~127）來輸出一信號。
6. 如請求項2至5中任一項之測光裝置，其中該影像感測器（117）及/或該分光計（120）分別經組態以在準備好執行該量測程序時經由該信號輸出（124~127）來輸出一信號。
7. 如請求項1至6中任一項之測光裝置，其中該觸發信號分別控制該影像感測器（117）及/或該分光計（120）之一整合時間。
8. 如請求項1至7中任一項之測光裝置，其中一控制單元（128）獨立於該資料處理單元（118）且連接至該影像感測器（117）及該分光計（120）之該些觸發輸入（122、123）。
9. 如請求項8及請求項2至6中任一項之測光裝置，其中該控制單元（128）連接至該影像感測器（117）及該分光計（120）之該些信號輸出（124~127）。
10. 如請求項8或9之測光裝置，其中該控制單元（128）經組態以經由該些觸發輸入（122、123）且事實上視經由該影像感測器（117）及該分光計（120）之該些信號輸出（124~127）輸出之信號而定來控制該影像感測器（117）及該分光計（120）。
11. 如請求項8至10中任一項之測光裝置，其中該控制單元（128）經組態以控制該測光裝置之至少一個週邊元件，其中該週邊元件較佳地來自以下元件的群組： 光束偏轉構件，其用於使由該量測目標（110）發射之光偏轉至該影像感測器（117）或該分光計（120）上， 光學濾光輪，其連接於該影像感測器（117）或該分光計（120）之上游， 偏光鏡，其連接於該影像感測器（117）或該分光計（120）之上游，或 定位裝置，其用於相對於該影像感測器（117）及該分光計（120）定位該量測目標（110）。
12. 如請求項8至11中任一項之測光裝置，其中該控制單元（128）控制用於以一自動化方式交換該量測目標（110）的一交換裝置（134）。
13. 如請求項8至12中任一項之測光裝置，其中該控制單元（128）控制該量測目標（110）所包含的電光源。
14. 如請求項13之測光裝置，其中該量測目標（110）為一矩陣顯示裝置。
15. 如請求項1至14中任一項之測光裝置，其中該資料處理單元（118）經組態以將由該影像感測器（117）及該分光計（120）輸出之該些量測信號轉換成輻射度值及/或光度值，例如轉換成色彩座標。

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