TWI454679B - Optical detection system and optical property detection method - Google Patents

Description

光學檢測系統及光學特性檢測方法

本發明是關於一種光學檢測系統，尤其是一種具快速且精確之檢測光學顯像特性(色度、亮度、照度等)的光學檢測系統。

拜現代科技進步之賜，加上現代人對生活品質要求更為講究，使得越來越多的影音設備進入日常生活中，舉例來說，具有LED背光的LCD液晶顯示器、或電視已是許多家庭能夠擁有的基本配備；另外，高壓放電燈的投影機、或便於攜帶的LED投影機則是鎖定另一類型的消費族群，對於那些時常需要透過開會、簡報或是教學來傳遞訊息的使用者來說格外重要，因此這類對象主要包括有公司、學校或是政府機關；此外，仿電影院的家庭劇院式投影機也具有一定的消費市場。

有鑑於此，顯示或投影設備在市場的大量需要下，許多業者都投入大量的人力、資金進行技術方面的研究，使得顯像技術快速的提升，然而在工廠大量製造的同時，許多人為及製程上不可預期的因素所造成的缺陷機率也跟著增加，譬如顯像亮度不均、飽和度等光學特性問題，都使產品品質無法同步大幅提高。

因此便需要仰賴一套完整且精確的檢測系統，對上述顯像裝置進行光學特性的檢驗，可準確量測出缺陷狀況，並對瑕疵產品進行即時的調校及控管，進而提高整體產線品質；倘若檢測效果不良的產品送至消費者或是供應商後顯示有許多瑕疵時，造成的退貨困擾事小，嚴重的話將導致商譽受損，不可不慎，所以各家廠商無不極力要求生產線上的產品檢測動作。

除要求檢測精確外，在現今全球化的趨勢下，許多製造廠房是以每日極大流量在生產產品，因而亦需要提高檢測速度，因為不論是檢測品質不彰，或是檢測速度太慢，都會拖累生產線的運作，影響到最後產品出貨，若存在有上述檢測效率問題，不單影響出貨速度，也進一步降低產品的市場競爭力，即便該產品的各項功能皆優於市面上同級產品也是枉然。

目前，市面上用來檢測顯示裝置的光學特性主要是針對其發光亮度、顯示表面的照度或輝度、亮度與色彩或色溫的均勻度等進行檢測。而常用的儀器，較為精準的是採用光譜分析儀，逐一檢驗不同波長的發光情況，取得待測顯示裝置的完整光譜資訊，以確認上述的光學特性；但分光光譜儀不僅價格較昂貴，檢測所耗費時間也較長。

相對較簡略的則如圖1美國第6,614,518號發明專利所示，單純採用現成的照度計83或輝度計，並不細分各波長的差異，僅整體量測並輸出一個整體接受光通量的照度、或被照物每單位面積在某一方向上所發出或反射的發光強度或輝度；此種結構雖然可利用光度計或照度計等，有檢測速度快、價格低的優勢，但檢測時無法精確給出各波長情況，僅有單一數值，無法正確全面反應顯示器82或投影機的光學特性。

由此，曾有人提出將兩者混和編組，例如圖2，是以單一分光光譜儀，搭配多個光度計或照度計使用，由於僅需以移動方式，讓單一的分光光譜儀81’輪流搭配例如九個照度計83’，輪流取得大面積顯示器82’上各區域的發光強度資訊，並且經由分光光譜儀81’測得的各處波長分佈，校正各照度計83’輸出數值。但考量分光光譜儀81’本身的量測速度緩慢，還要重複量測九次，無疑造成檢測複雜度大幅提高，嚴重拉長整體量測時間，固為業 者所不取。

另方面如圖3所示，亦有人提出在檢測大面板顯示器時，可讓每個照度計83”皆配置一分光光譜儀81”，成為多點式量測，但由於此種結構將使得價格大幅上揚，亦完全無市場競爭性。

再進一步，也有業者提出如圖4第098127865號發明申請案「測光測色裝置」所示，主要是以單一的分光光譜儀81'''，量測已知波長分佈的顯示器82'''光源，並且搭配多個位於周邊的三刺激值感測器83'''(照度計或輝度計)進行校正，在量測上述已知光源後，把感測器所得數值與理論值比對，逐一紀錄各三刺激值感測器83'''在此種波長分佈下的校正係數，然而，此種校正方法，是應用於待測光源為一均勻光源，其各點的輝度，色度差異極小，若所檢測待測光源輝度，色度差異大，則此校正方式將引入較大的誤差。

簡單地說，由於各照度計或輝度計彼此仍有波長響應的個別差異，當所量測的待測物波長分佈不同時，每一組照度計或輝度計的校正係數都應該要動態調整，然而，依照此現有技術，是在出廠前將整個系統用一個特定的已知顯示光源進行校正，並且把針對這一個特定光源所量到的數值作為比較對象，就此對每一個照度計或輝度計紀錄一個固定的校正係數，強迫把所有未來的待測光源都以固定的校正係數計算補償。

於是，對於白平衡不佳，例如偏紅或偏藍的光源，將會受到個別照度計的波長響應誤差、及固定校正係數的補償誤差因素所干擾，使得最終得出的量測結果不符合實際狀況，對使用該系統的操作者做出錯誤回報。

有鑒於此，針對上述檢測方法的限制與缺點，本發明提出一種光學檢測 系統，不僅可相對提高量測速度，改善量測儀器速度過慢的缺點，且無須大幅增加成本，更可搭配本案提出之檢測方法達到媲美多點式校正之功效，因此，如何能同時提升檢測速度以及檢測精度，將是本案的核心方向。

本發明之一目的在提供一種正確檢測顯示裝置顯示特性的光學檢測系統。

本發明之另一目的在提供一種可以動態補償各光學感測模組的波長響應差異的光學檢測系統，用以解決待測光源波長分佈不理想的問題，提升顯示裝置的檢測品質。

此外，本發明之再一目的在提供一種檢測顯示裝置顯示特性的光學檢測方法。

為達上述目的，本發明提供一種光學檢測系統，包括：致能光源發光的供能模組；檢測光源在上述複數虛擬檢測區之一範圍內，造成前述被選定的虛擬檢測區內，所顯示各波長發光強度的分光模組；複數分別逐一對應虛擬檢測區的光學感測模組；儲存各光學感測模組波長修正參數的記憶模組；接收分光模組所得待測顯示裝置在被選定虛擬檢測區的波長分佈，且依照各光學感測模組的波長修正參數與目前感測值，補償計算各光學感測模組應測得感測值的處理模組。

而依照本發明所揭露的光學特性檢測方法，是供用一組光學檢測系統檢測一個待測顯示裝置的前述光學特性分布，其中，前述待測顯示裝置具有一個光源及一個預定顯示範圍，且該預定顯示範圍是被區分為複數虛擬檢 測區；以及前述光學檢測系統包括一個檢測上述複數虛擬檢測區之一的範圍的分光模組，及複數分別逐一對應上述虛擬檢測區的光學感測模組，且將每一虛擬檢測區之光學感測模組所檢測的波長修正參數儲存於一記憶模組，該光學檢測方法包括下列步驟：a)致能啟動上述光源發光；b)以上述分光模組檢測上述複數虛擬檢測區中之該一範圍內所顯示之各波長發光強度；及c)依照該分光模組檢測所得的發光強度分佈，與上述各光學感測模組的波長修正參數依波長運算，求得上述各光學感測模組的補償係數，補償並輸出上述光學感測模組測得的感測值。

綜上所述，本發明提供一種有別於習知技術的光學檢測系統及其檢測方法，使其不僅能夠精確地補償各組光學感測模組的波長響應差異，使得量得的數據資料符合實際情況，並可有效地完成檢測動作，符合工業生產成本，且無疑地保持顯示裝置的成像品質被正確度量，使其在出廠後，顯示裝置各區域之發光強度或是顯像色度能夠完美呈現，達到所有上述目的。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚呈現。

圖5及圖6為本發明所揭露的一種光學檢測系統之示意圖，用以檢測一待測顯示裝置9的發光強度或反射光強度，簡單來說就是用來檢測待測顯示裝置9之光源91的光學特性，這些光學特性包括有照度、輝度、色度等等，因而可檢測出該待測顯示裝置9的完整光學顯示資訊，而上述待測顯示裝置9不論是習知技術所提及的顯示面板或是投影設備皆在本案涵蓋之範圍內，不另行贅述。

待測顯示裝置9包括有一個光源91以及一個預定顯示範圍92，該預定顯示範圍92是簡單繪釋為可用於光源顯示的一框形圖樣，然而實際實施時則不以此為限，而光源91為投影機光源或是顯示器的LED光源皆可實行。為方便說明起見，特別將待測顯示裝置9之預定顯示範圍92區分為以九宮格方式呈現的數個虛擬檢測區921，然則，實際上並無這些區域。

舉例來說，待測顯示裝置9是以具有LED背光的LCD液晶顯示器為例，由於較大型的背光板需以較多直照式的LED或多條LED光棒作為光源，發光的色彩雖略有差異，但發光效率的差異將更明顯，必須在出廠前先量測各顯示器的光學顯示特性(色度、亮度等)，作為判定出貨的標準。故可應用本發明所揭露的光學檢測系統，分別量測顯示器中各虛擬顯示區的發光亮度或色度，並藉以判斷顯示品質優劣，甚至進一步調制各虛擬顯示區的驅動電流量而使其發光均勻。

因此，本發明之光學檢測系統主要結構如圖5所示，包括：供能模組1、分光模組2、光學感測模組3、記憶模組4、以及處理模組5。當檢測系統在廠內測試時，如圖6所示，待測顯示裝置9的每一塊虛擬檢測區921將會對應一組光學感測模組3，以檢測各虛擬檢測區921的顯像特性，本實施例是以九個虛擬檢測區為例921，並以照度計作為本例的光學感測模組3；正中央的虛擬檢測區921，更配置有一個例釋為分光光譜儀的分光模組2，藉此獲得中央照度計感測範圍的完整光學資訊。配合圖7之流程圖顯示本案檢測系統出廠前之校正檢測，以及出廠後的檢測方法。

首先的步驟601是在一初始時間，由處理模組5指示供能模組1致能待測顯示裝置9中的光源91。接著在步驟602，由對應正中央虛擬檢測區 921的分光模組2，讀出此中央虛擬檢測區921的完整光學資訊，以P_LED (λ)表示；接著，透過下列關係式可看出：X_n =ʃP_LEDs (λ)X(λ)dλ=k_LED ʃP_LEDs (λ)Dn(λ)dλ，其中，P_LEDs (λ)表示分光模組2量測到LED光源照射在中央區域的波長分佈函數曲線，X_n 表示第n個照度計理論上應得的刺激值，為便於說明，在此以紅光刺激值為例，綠光與藍光原理亦皆相同，Dn(λ)則表示照度計的波長響應。由於視效函數X(λ)為已知，故當分光模組2清楚解析出等式左側的波長分佈函數後，可以將第n顆照度計所實際量得的照度值，即等式右側的ʃP_LEDs (λ)Dn(λ)dλ，與等式左側的理論值X_n 比較，藉此得出表示該照度計的波長修正參數k_LED ，並且可以函數表示；因此，利用同樣的光源波長分佈函數，也可以得出各照度計的紅色刺激值波長修正參數k_nX ，同理，可以計算出綠色刺激值與藍色刺激值的波長修正參數k_nY 、k_nZ ；並於步驟603記錄在記憶模組4中。

出廠後，當以本案的光學檢測系統進行檢測時，如步驟701所述，同樣致能點亮待測顯示裝置9的光源91；並且在步驟702由分光模組2與各光學感測模組3分別對待測顯示裝置9的各虛擬檢測區921進行檢測；處理模組5隨即於步驟703接收分光模組2所得該待測顯示裝置9光源91的波長分佈函數，且依照上述各光學感測模組3的波長修正參數計算出動態的補償比例。最後在步驟704將上述各光學感測模組3測得的感測照度值，依照補償比例計算，輸出正確的照度數值。

使用此方法時，實際上只對中央光源作完全量測，但卻可推算其他的光源區域而得知其刺激值的波長修正參數，就如同對每一個光源進行精確 的量測一樣。經由實際實驗得知，利用此法所得出的數據失真度遠低於其他現有技術，因而可斷定本案之方法具有可實行性，使得本發明揭露之光學檢測系統使用簡便，測量快速，適合於工廠產品檢驗、以及生產線上即時監測使用。

因此，利用光學感測模組3測量待測顯示裝置9在全亮狀態下的三刺激值，並透過本案之光學檢測系統及其方法調整待測顯示裝置9的三色光的權值差異，從而獲得正確的三刺激值；更進一步，若要使得顯示裝置本身的發光均勻或補償其衰減時，也會因為本發明可以提供正確感測刺激值，使得後續的調校更精準。簡言之，本發明的光學檢測系統及其檢測方法相較於與習知技術，完全不需要藉助昂貴且複雜的光學檢測系統，即可達到色度及亮度的正確量測，不僅更為快速，並兼具光學檢測的精準度。

當然，如熟悉本技術領域人士所能輕易理解，上述光學感測模組未必侷限於照度計，亦可改用輝度計、單點色彩分析儀、影像式二維色彩分析儀或其他光學儀器來進行光學校正，亦無礙於本案之實施，從而增加檢測的選擇彈性。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1‧‧‧供能模組

2‧‧‧分光模組

3‧‧‧光學感測模組

4‧‧‧記憶模組

5‧‧‧處理模組

81’、81”、81'''‧‧‧分光光譜儀

82、82’、82'''‧‧‧顯示器

83、83’、83”‧‧‧照度計

9‧‧‧待測顯示裝置

91‧‧‧光源

92‧‧‧預定顯示範圍

921‧‧‧虛擬檢測區

601、602、603、701、702、703、704‧‧‧步驟

83'''‧‧‧三刺激值感測器

圖1是習知一種光學檢測系統示意圖。

圖2是習知另一種光學檢測系統示意圖。

圖3是習知又一種光學檢測系統示意圖。

圖4是習知再一種光學檢測系統示意圖。

圖5是本案第一較佳實施例的方塊圖。

圖6是圖5的俯視示意圖，說明待測顯示裝置和光學檢測系統的關係。

圖7是圖5中，適用於該光學檢測系統的光學檢測方法流程圖。

1‧‧‧供能模組

2‧‧‧分光模組

3‧‧‧光學感測模組

4‧‧‧記憶模組

5‧‧‧處理模組

9‧‧‧待測顯示裝置

Claims (7)

1. 一種光學檢測系統，用以檢測一預定顯示範圍，該預定顯示範圍區分為多個虛擬檢測區，該光學檢測系統包括：一分光模組，用以檢測該些虛擬檢測區中被選定的其中之一個該虛擬檢測區之一波長分佈；多個光學感測模組，分別逐一對應於該些虛擬檢測區，各該光學感測模組具有一波長響應，且用以檢測所對應之各該虛擬檢測區而取得一目前感測值；一處理模組，與該分光模組及該些光學感測模組相連，該處理模組用以依照該波長分佈及各該光學感測模組之各該波長響應計算各該光學感測模組之一波長修正參數，並用以依照各該光學感測模組之各該波長修正參數與各該目前感測值補償計算一應測得感測值；及一記憶模組，與該處理模組相連，該記憶模組用以儲存各該光學感測模組之各該波長修正參數。
2. 如申請專利範圍第1項所述光學檢測系統，其中該分光模組為一個分光光譜儀。
3. 如申請專利範圍第1項所述光學檢測系統，其中上述光學感測模組為量測上述虛擬檢測區接受光通量密度的照度計。
4. 如申請專利範圍第1項所述光學檢測系統，其中上述光學感測模組為量測上述虛擬檢測區明暗差異的輝度計。
5. 如申請專利範圍第1項所述光學檢測系統，其中上述光學感測模組為量測上述虛擬檢測區色彩、輝度、色溫的單點色彩分析儀。
6. 如申請專利範圍第1項所述光學檢測系統，其中上述光學感測模組為量測上述虛擬檢測區色彩、輝度、色溫的影像式二維色彩分析儀。
7. 一種光學特性檢測方法，供一光學檢測系統檢測一預定顯示範圍，該預定顯示範圍區分為多個虛擬檢測區，該光學檢測系統包括一分光模組、多個光學感測模組、一處理模組及一記憶模組，該些光學感測模組分別逐一對應於該些虛擬檢測區，各該光學感測模組具有一波長響應，該處理模組與該分光模組及該些光學感測模組相連，該記憶模組與該處理模組相連，該光學檢測方法包括下列步驟：a)以該分光模組檢測該些虛擬檢測區中被選定的其中之一個該虛擬檢測區之一波長分佈；b)以各該光學感測模組檢測所對應之各該虛擬檢測區而取得一目前感測值；c)以該處理模組依照該波長分佈及各該光學感測模組之各該波長響應計算各該光學感測模組之該波長修正參數，且儲存於該記憶模組；及d)依照各該光學感測模組之各該波長修正參數與各該目前感測值補償計算一應測得感測值。