TWI471550B - 濾光器及顯示器評估系統 - Google Patents

Description

濾光器及顯示器評估系統

本發明係關於一種評估顯示器畫質時使用之濾光器及顯示器評估系統。

目前，液晶面板等顯示器之生產線係建構成可實現均勻之品質。然而，即使是此種生產線，各顯示器亦會產生製造偏差。因此，為了調整輸出更佳影像之顯示器已進行各種探討(例如，參照專利文獻1)。此專利文獻1揭示之技術中，將調整對象裝置之畫質調整成近似於目標裝置之畫質。

然而，以使用各種攝影元件之攝影機拍攝具有週期性圖案之對象物時，有時在拍攝之影像會產生波紋(moire)圖案，但實際上畫面上並無上述波紋圖案。波紋圖案係液晶面板般之格子狀圖案(像素格子圖案)與CCD之各像素之格子干涉產生之圖案。

因此，亦有各種為除去波紋圖案之探討(例如，參照專利文獻2～4)。

例如，專利文獻2揭示在檢測平板顯示器之像素缺陷之畫質檢查裝置中，從用於畫質檢查之影像資料除去波紋成分之技術。此文獻記載之技術中，從攝影裝置所得之影像資料取出波紋成分，檢測此波紋成分之週期，將就各週期配置之像素質相加以求出除去缺陷成分後之複數個平滑曲線。求出位於此複數個平滑曲線上之像素值與原來影像資料之差以取得缺陷影像資料，並求出複數個平滑曲線之平均以取得不含波紋圖案之平滑影像資料。接著，將此平滑影像資料與缺陷影像資料相加，將此相加結果作為檢查用影像資料儲存於影像記憶體。

又，專利文獻3揭示在LCD檢查裝置中，降低波紋圖案以謀求提昇檢查精度之技術。此文獻記載之技術中，在拍攝被檢查對象物之LCD面板之攝影機、與連接於該攝影機並顯示攝影機所拍攝之LCD面板之影像之監測器之間，設置使通過該LCD面板之光擴展至LCD面板之黑光罩部分之光學低通濾波器。

又，專利文獻4揭示了一種不需要軟體之處理，僅使用低價且簡單構造之光學構件獲得無波紋圖案之拍攝影像之技術。此文獻記載之技術中，在攝影機與檢查對象畫面之間之任意位置插入使光散射之散射透射板來進行拍攝。

專利文獻1：日本專利第4109702號公報(第1頁、圖1)

專利文獻2：日本特開平11-352011號公報(第1頁、圖1)

專利文獻3：日本特開平8-327496號公報(第1頁、圖1)

專利文獻4：日本特開平11-6786號公報(第1頁、圖1)

任一習知技術皆具有下述問題，即隨著大幅影像之不鮮明化，不易觀察或檢測存在於對象物之與圖案週期相同程度之尺寸變化或缺陷。

當進行液晶面板之偏差修正時，若拍攝到波紋圖案則無法與原本之偏差圖案區別而成為問題。又，為了拍攝細微偏差圖案，亦無法非必要地使影像模糊不清。

此處，波紋圖案係數位訊號處理理論中之返折變形。此返折變形被看見成一圖案即為波紋圖案。返折變形係奈奎斯特頻率以上之頻率因取樣而出現在低頻側者。

圖11係顯示用以調整光量之一般圓形光闌50，藉由開口區域使光透射過。

圖12係在一般圓形光闌50之模糊之形狀(點像強度分布函數PSF：Point Spread Function)之例，圖13係二維顯示此形狀。

使用上述圓形光闌50之情形，頻率特性成為如圖14所示。可知高頻成分並未充分衰減。

又，一般光學低通濾波器係以水晶板構成並設置在緊鄰CCD之前方。然而，由於水晶低通濾波器係利用水晶之複折射(雙重)，因此基本上係雙重投射於從1點稍微分離之2點。一般而言，將二片水晶板重疊，藉由縱橫二次使用上述效果，將1點分離成4個之四重點投射於CCD上。此種低通濾波器無法除去波紋圖案。

本發明係為了解決上述課題而構成，其目的在於提供一種著眼於此奈奎斯特頻率、抑制波紋圖案、且用以拍攝以1個像素單位解析之影像之濾光器及顯示器評估系統。

為了解決上述問題點，本發明之濾光器，係適用於具備複數個受光像素之固態攝影元件，其特徵在於：設有產生抑制奈奎斯特頻率以上之頻率中之空間頻率成分之波形之透射率分布，該奈奎斯特頻率係根據於該固態攝影元件之受光像素之間距決定。

根據本發明，能使高頻成分充分衰減。此外，若適當設定PSF之大小以設定奈奎斯特頻率之落下開始點，則能作成使奈奎斯特頻率以上之頻率成分充分衰減、使奈奎斯特頻率以下之頻率成分良好地通過之理想光學低通濾波器。

本發明之較佳形態中，為了設置該透射率分布，設有相對橫截濾光器之至少一個橫截軸具有常態分布之開口寬度之開口部。

根據上述形態，藉由使該橫截軸與拍攝對象之週期性圖案(例如，液晶面板般之格子狀圖案)一致，能使高頻成分衰減。

此外，上述形態中，較佳為，該開口部係藉由相對橫截軸對稱配置之二個常態分布曲線構成。

藉此，即使在與橫截軸正交之正交軸，亦可獲得「山」形狀之開口部，因此在正交軸方向亦可抑制高頻成分之產生。

本發明之較佳形態中，該透射率分布係使用形成於板件之開孔之密度分布構成。

藉此，板件之開孔之密度分布與濾光器之透射率分布、亦即光學濃度分布對應，能以對板件之孔加工精密設定光學濃度分布。

本發明之另一形態中，該透射率分布係使用形成於透明板之點圖案之密度分布構成。

藉此，能維持透明板之強度並容易提高透射率。

本發明之較佳形態中，作為該透射率分布，係使用光強度在固態攝影元件之受光面成為常態分布之分布。

藉此，能使奈奎斯特頻率以上之頻率確實地衰減。

又，本發明之顯示器評估系統，其具備：固態攝影元件，具備複數個受光像素；光學系統構件，對評估對象之顯示器之影像進行聚焦；以及濾光器，係設置於該光學系統構件之光闌位置，設有產生抑制奈奎斯特頻率以上之頻率中之空間頻率成分之波形之透射率分布，該奈奎斯特頻率係根據於該固態攝影元件之受光像素之間距決定。

根據本發明，可抑制奈奎斯特頻率以上之頻率成分導致之波紋圖案之產生，可確實進行顯示器之評估。

根據上述本發明，可提供抑制波紋圖案、且用以拍攝以1個像素單位解析之影像之濾光器及顯示器評估系統。

(第1實施形態)

以下，針對本發明之濾光器及顯示器評估系統進行說明。本實施形態中，假設使用CCD影像感測器評估調整對象之顯示面板之畫質之情形。此處，如圖1所示，作為調整對象之顯示面板，係使用液晶面板10。此液晶面板10，藉由以既定週期(第1間距)配置之像素元件形成影像。

此外，用以評估此液晶面板10之顯示器評估系統係由光學調整裝置20、攝影機30、測定裝置35構成。又，在液晶面板10連接有影像訊號產生裝置15。

此處，作為攝影手段(攝影裝置)之攝影機30，拍攝透過光學調整裝置20取得之影像，將輸出影像資料供應至測定裝置35。本實施形態中，攝影機30係使用具備作為固態攝影元件之CCD影像感測器31之單眼攝影機。CCD影像感測器31，藉由以既定週期(與第1間距不同之第2間距)配置之像素感測器拍攝影像。

測定裝置35評估從CCD影像感測器31取得之影像之畫質。

影像訊號產生裝置15對液晶面板10供應畫質評估用之測試圖案訊號。與該測試圖案訊號對應，將測試圖案影像輸出至液晶面板10上。

光學調整裝置20係調整顯示於液晶面板10上之影像之焦點之裝置。光學調整裝置20係由濾光器21、對影像進行聚焦之作為光學系統構件之透鏡(221,222)構成。如後述，為了使PSF形狀成為平滑之「山」形狀，必需使進入光闌部分之濾光器21周邊部分之透射率為大致「0」。如上述，為了進入透射率低之濾光器，作為透鏡(221,222)，係使用充分明亮F值之透鏡來設計，設計成進入濾光器後之實效F值成為目的值。

(濾光器)

本實施形態中，將在設置於離焦位置之CCD影像感測器31之受光面之PSF設定成目的之形狀。具體而言，將產生抑制奈奎斯特頻率以上之頻率中之空間頻率成分之波形之透射率分布設置於濾光器21，該奈奎斯特頻率係根據於CCD影像感測器31之像素之間距決定。因此，在光學調整裝置20，在透鏡(221,222)之光闌位置，作為低通濾波器插入具有光學濃度梯度之濾光器21。

本實施形態中使用之濾光器21，如圖7所示，係藉由將金屬板(板件)加工成網眼狀形成，藉此濾光器21具有目的之光學濃度梯度。具體而言，在濾光器21設置開孔211。此開孔211之密度分布，係藉由離濾光器21中心之位置(21a,21b,21c)改變。亦即，以開孔211之分布密度從濾光器21之中心朝向直徑方向外側呈同心圓變化(減少)之方式，將開孔211設置於濾光器21。

如此，即能以金屬板之加工精度精密設定光學濃度分布。此網眼之遮蔽率與光學濃度分布對應。

由開孔211構成之網眼圖案本身，由於在像面成為極細之圖案，因此不經解析即可獲得與開孔211之密度分布對應之階度。

(離焦量之決定)

接著，針對離焦量之決定進行說明。

從液晶面板10之像素發出之光，依據圖2所示之光路到達CCD影像感測器31。此處，將從光學調整裝置20之焦點位置至CCD影像感測器31之距離設為離焦量(df)。此時，光闌之形狀以與離焦量(df)成正比之大小投影至CCD影像感測器31上。是以，藉由調整離焦量(df)，可製作自由大小之離焦影像(模糊)。此外，模糊之形不取決於離焦量(df)。

圖3係顯示本實施形態目的之模糊形狀、亦即使用濾光器時之光強度分布。高度方向表示光之強度，XY軸表示在CCD影像感測器31面上之位置。

圖4係以二維顯示此光強度分布。橫軸刻度係格式化成CCD影像感測器31之間距之長度正好成為「1」。縱軸刻度係以最大光強度格式化。

圖5係顯示此形狀之頻率特性。橫軸之單位為頻率，係格式化成根據於CCD影像感測器31之間距決定之奈奎斯特頻率成為「1」。縱軸之單位係以回應dB顯示，-40dB時成為「1/100」。

本實施形態之離焦量(df)係調整成模糊之大小成為圖5所示。模糊之形係藉由進入光闌位置之濾光器21決定，即使改變離焦量亦不會變化。

又，以圖5為基準使離焦量變化之頻率特性係顯示於圖6。此處，圖6之(a)係使離焦量變化成基準之2倍、(b)係使離焦量變化成與基準相同、(c)係使離焦量變化成基準之一半時的頻率特性。若增加離焦量則模糊變大，取代從低頻衰減，可使奈奎斯特頻率以上之頻率確實衰減。若減少離焦量則模糊變小，取代抑制低頻之衰減，無法使奈奎斯特頻率以上之頻率衰減反而增加。如上述，藉由使離焦量變化，可取得高頻之衰減量與低頻成分之通過量之折衷。

此處，對液晶面板10上之點光源，設定成光在離焦位置之強度「V(r)」成為常態分布，係藉由下述算式表示。

V(r)=exp(-2×r² )

此處，「r」係離原點(0,0)之距離，設與CCD影像感測器31之間距間隔相同之長度為「1」(單位)。本實施形態之濾光器21之透射率分布亦近似於常態分布，修正成在離焦位置光強度成為常態分布。此外，雖透射率分布近似於常態分布為佳，但實質上在與常態分布有偏差之情形亦可降低波紋之產生。

上述算式中，即使增加「r」亦不會成為「0」，因此嚴格來說光之存在範圍成為無限。如此則無法製作，因此要限制在適當範圍。考慮此限制時之最適當形狀雖與上式不同，但結果上而言成為與上述算式相當類似之形狀。

根據本實施形態，可獲得以下效果。

‧本實施形態中，在光闌位置設置具有透射率梯度(光學濃度梯度)之濾光器21。藉由此濾光器，遮斷影像中之奈奎斯特頻率成分以上。此處，比較本實施形態之頻率特性(圖5)與一般光闌之頻率特性(圖14)。圖14與圖5中，調整模糊之大小以使在奈奎斯特頻率之回應成為相同。比較兩圖之頻率特性，可知在目的之形狀高頻充分衰減，但在一般形狀之模糊高頻不會衰減。

波紋圖案之產生原因係顯示器之格子圖案，其集中在高頻。若能使此高頻有效衰減則能抑制波紋圖案之產生。是以，可抑制波紋圖案，確實進行顯示器之評估。

‧本實施形態中，為了在濾光器21實現目的之光學濃度梯度，將金屬板加工成網眼狀。即使使用一般減光濾光器(ND濾光器)使光學濃度分布精密變化，亦不易控制此光學濃度梯度。本實施形態中，金屬板之網眼之遮蔽率與光學濃度分布對應，能以金屬加工精度精密設定光學濃度分布。

(第2實施形態)

上述第1實施形態中，將開孔211以其分布密度呈同心圓變化之方式設置於濾光器21，藉此在濾光器21設置透射率分布。第2實施形態中，針對使用具有常態分布之開口寬度之開口部之濾光器進行說明。

此處，對圖8(a)所示之液晶面板10之像素11，使用圖8(b)所示之濾光器21。此濾光器21具有開口部213。此開口部213係藉由將相對橫截軸214對稱配置之二個常態分布曲線加以接合後形狀之緣部構成。本實施形態中，將此橫截軸214配置成通過光軸(濾光器21)之中心。

使用此濾光器21之情形，使橫截軸214一致於RGB各色之像素11之配置方向(圖8(a)中水平方向)。

根據本實施形態，可獲得以下效果。

‧本實施形態中，開口部213具有將相對橫截軸214對稱配置之二個常態分布曲線加以接合後之形狀。在液晶面板10，由於RGB各色之像素11之相對亮度不同，因此產生縱條紋之亮度圖案(週期性圖案)。藉由配合此週期性圖案之產生方向(此處為水平方向)設置由常態分布曲線構成之開口部，可抑制波紋圖案，確實進行顯示器之評估。

‧本實施形態中，藉由設置將相同形狀之常態分布曲線加以對稱接合後形狀之開口部213，即使在與橫截軸正交之正交軸(圖8中垂直方向)，亦可獲得「山」形狀之開口寬度分布。藉此，可抑制高頻成分在正交軸之產生。

˙本實施形態中，將開口部213之橫截軸214構成為通過光軸(濾光器21)之中心。藉此，可抑制透鏡之像差之產生。

又，上述實施形態亦可進行下述變更。

○上述實施形態中，適用於液晶面板10之波紋圖案之抑制，但調整對象之顯示面板並不限於此。亦可適用於電漿顯示器(PDP)、有機EL(電致發光)顯示器、投影型投影機等之藉由週期性像素構成之影像之輸出裝置。

○上述實施形態中，使用具備以既定週期配置之像素感測器之CCD影像感測器31拍攝影像，但攝影元件並不限於此。可適用於具備以因顯示器之像素配置之週期產生波紋圖案之週期配置之像素感測器之攝影元件(例如，CMOS(互補金屬氧化半導體)攝影元件)。

○上述實施形態中，對金屬板加工以作成濾光器21。替代此，亦可在透明板(例如玻璃板)上印刷網眼圖案以作成濾光器21。在玻璃板上形成點分布密度不同之點圖案。點例如配置成其分布密度從濾光器21之中心朝向直徑方向外側呈同心圓變化(增加)。金屬板加工之情形，開孔數變多則有時金屬板之強度會降低，但玻璃板之情形，能容易提昇透射率。

然而，使用玻璃板之情形，必需進行包含玻璃板之透鏡設計。又，為了抑制在玻璃板表面之不必要反射，必需施加與透鏡相同之低反射塗布。

關於此時使用之透鏡，在光闌位置之光線通過位置與離焦時之到達像面位置之關係，較佳為遍布整個拍攝區域皆不會變化。是以，使用遍布整個拍攝區域幾乎無像差之透鏡。

○上述第2實施形態中，開口部213之緣部係藉由將相對橫截軸214對稱之常態分布曲線加以接合後之曲線構成。此緣部之形狀並不限於此，只要開口部213之開口寬度相對橫截軸成為常態分布即可。例如，如圖9(a)所示，使用使直線與常態分布曲線成為緣部之開口部亦可。又，如圖9(b)所示，藉由在曲線上設定常態分布之開口寬度形成開口部亦可。

又，在開口部213，只要橫截軸214上之開口寬度之分布接近常態分布即可。此時，即使開口寬度為一部分成為常態分布或接近常態分布之分布之情形，亦可降低波紋之產生。

○上述第2實施形態中，將開口部213之橫截軸214構成為通過光軸(濾光器21)之中心，但其位置並不限於中心。例如，如圖10所示，即使橫截軸214從濾光器21之中心偏移之情形，亦可降低波紋之產生。

10．．．液晶面板

15．．．影像訊號產生裝置

20．．．光學調整裝置

21．．．濾光器

211．．．開孔

213．．．開口部

214．．．橫截軸

221,222．．．透鏡

30．．．攝影機

31．．．CCD影像感測器

35．．．測定裝置

圖1係本發明一實施形態之顯示器評估系統的說明圖。

圖2係顯示器評估系統的光線圖。

圖3係使用本發明之濾光器時之光強度分布的說明圖。

圖4係使用本發明之濾光器時之光強度分布(二維)的說明圖。

圖5係使用本發明之濾光器時之光強度分布之頻率特性的說明圖。

圖6係離焦量與光強度分布之頻率特性之關係的說明圖，(a)係使離焦量變化成2倍、(b)係使離焦量變化成基準、(c)係使離焦量變化成基準之一半時的頻率特性。

圖7係本發明一實施形態之濾光器的說明圖。

圖8係本發明第2實施形態之濾光器的說明圖，(a)係拍攝對象之像素、(b)係濾光器構造的說明圖。

圖9係本發明另一實施形態之濾光器的說明圖，(a)係使用一個常態分布曲線的開口部、(b)係使用曲線上之常態分布曲線的開口部。

圖10係本發明另一實施形態之濾光器的說明圖。

圖11係習知光闌的說明圖。

圖12係使用習知光闌時之光強度分布的說明圖。

圖13係使用習知光闌時之光強度分布(二維)的說明圖。

圖14係使用習知光闌時之光強度分布之頻率特性的說明圖。

10．．．液晶面板

15．．．影像訊號產生裝置

20．．．光學調整裝置

21．．．濾光器

221,222．．．透鏡

30．．．攝影機

31．．．CCD影像感測器

35．．．測定裝置

Claims (6)

1. 一種濾光器，係適用於具備複數個受光像素之固態攝影元件，其特徵在於：具有產生抑制奈奎斯特頻率以上之頻率中之空間頻率成分之波形之透射率分布，該奈奎斯特頻率係根據於該固態攝影元件之受光像素之間距決定；作為該透射率分布，係使用光強度在該固態攝影元件之受光面成為常態分布之分布。
2. 如申請專利範圍第1項之濾光器，其中，該透射率分布係使用形成於板件之開孔之密度分布構成。
3. 如申請專利範圍第1項之濾光器，其中，該透射率分布係使用形成於透明板之點圖案之密度分布構成。
4. 一種濾光器，係適用於具備複數個受光像素之固態攝影元件，其特徵在於：具有產生抑制奈奎斯特頻率以上之頻率中之空間頻率成分之波形之透射率分布，該奈奎斯特頻率係根據於該固態攝影元件之受光像素之間距決定；為了設置該透射率分布，以濾光器之中心或通過從中心偏移之地點的線為橫截軸，設置接合有相對於該橫截軸對稱配置之二個常態分布曲線形狀之形狀的開口部。
5. 一種顯示器評估系統，其具備：固態攝影元件，具備複數個受光像素；光學系統構件，對評估對象之顯示器之影像進行聚焦；以及 濾光器，係設置於該光學系統構件之光闌位置，具有產生抑制奈奎斯特頻率以上之頻率中之空間頻率成分之波形之透射率分布，該奈奎斯特頻率係根據於該固態攝影元件之受光像素之間距決定；作為該透射率分布，係使用光強度在該固態攝影元件之受光面成為常態分布之分布。
6. 如申請專利範圍第5項之顯示器評估系統，其中，該評估對象之顯示器包含電漿顯示器(PDP)、有機EL顯示器、及投影型投影機。