电子束轮廓测量方法及系统的制作方法

专利名称：电子束轮廓测量方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种测试系统，更具体地说，它涉及一种可通过测量电子束轮廓以估计电子显示装置中的聚焦和／或会聚的方法和系统。
在例如用于计算机和电视机的阴极射线管(CRT)组件的电子显示装置的制造和组装过程中，需要进行精确的机械、磁和电子调节以保证该电子显示装置能够提供最佳还原图像质量。这些调节包括(但不限于)聚焦、颜色的纯度、电子束的会聚、颜色的均匀度、几何形状以及亮度。
现代计算机环境中要求电子显示装置有高的分辨率。因此，在电子显示装置的制造过程中，必须保证它能提供高分辨率以及高图像质量。这样，通过目测检查电子显示装置以估计其分辨率和图像质量就不能令人满意。
电子显示装置中的聚焦和会聚误差会降低分辨率和图像质量，它们是因电子束轮廓(profile)的偏移而产生的结果。因此，在测试期间，有必要通过测量电子束的轮廓以对聚焦和会聚进行正确测量。不幸的是，对电子显示装置中电子束的会聚和聚集的精确测量受到了荫罩及其中的荧光条或荧光点的阻碍。
测量电子显示装置中电子束轮廓的方法已广为人知。例如，Minolta开发出了CB-150系统，它可通过测量电子束轮廓以对电子显示装置中的聚焦进行分析。该系统包括一含有一个内置视频发生器的处理单元、一个测量头以及个人计算机。在操作时，在电子显示装置之中产生电子束，而且由电子显示装置内三条荧光线所发出的光受到了测量头中的一个CCD镜头的检测。然后电子束被向左偏移80μm并且三条荧光线所发出的光又受到CCD镜头的检测。之后，电子束被向右偏移160μm，并且三条荧光线所发出的光再次受到CCD镜头的检测。通过使电子束偏移并测量荧光线的颜色输出，就可近似描绘出因荧光线的分离而隐藏的电子束的轮廓。
尽管该系统允许通过测量电子束的轮廓以估计出电子显示装置中的聚焦，但是该系统速度较慢且不能进行实时电子束轮廓测量。因此，就需要有一种改进的方法和系统，以用于测量电子显示装置中的电子束轮廓。
所以，本发明的一个目的就是提供一种新颖的方法和系统以用于通过测量电子束轮廓来估计电子显示装置中的聚焦和／或会聚。
根据本发明的第一个方面，提供了一种用于在电子显示装置中测量电子束轮廓的方法，该方法包括以下步骤在上述电子显示装置的显示屏上显示出一个视频点阵，上述各视频点都由一组由电子束照亮的荧光点组成；取出在视场内形成上述视频点的多个亮荧光点组形成的图像；确定上述视场内的上述视频点的平均水平距离和垂直距离；以及根据上述视频点的平均水平距离和垂直距离，将形成从上述图像捕捉的上述视场中视频点的上述各组被照亮荧光点大致地叠加在一起，以使上述组中的荧光点之间的不连续之处均衡和被填满，并由此产生出上述电子束的重叠图像。
优选地，选取重叠图像的截面，并且产生至少一个电子束的强度轮廓。在一个优选实施例中，电子束的水平密集轮廓和垂直强度轮廓都被产生。最好还计算出水平强度轮廓和垂直强度轮廓的尺寸占重叠图像最大强度的一个百分比阈值。
在一个优选实施例中，截面是通过计算出以预定强度水平环绕荧光点的最适合的椭圆而得到近似的。这可通过付立叶椭圆分解而被实现。
在另一个实施例中，在显示步骤期间，通过用红、绿和蓝光束照亮各组荧光点，就可显示出一个由红、绿和蓝视频点构成的点阵。在叠加步骤期间，由各种颜色的视频点构成的被照亮荧光点组被分别叠加以产生红、绿和蓝电子束的重叠图像。最好还对基于重叠图像的红、绿和蓝电子束的空间分布进行比较，并计算出其会聚误差。
根据本发明的另一个方面，提供了一种用于测量电子显示装置中电子束轮廓的系统，该系统包括视频图像发生器，其驱动上述电子显示装置以使其在显示屏上显示出一个视频点阵。上述各视频点都由一组由电子束照亮的荧光点组成；传感器，其在视场内取出由形成上述视频点的多个被照亮荧光点组构成的一个图像；与上述传感器相连并可接收上述图像的处理器，该处理器对上述图像进行处理，以确定上述视场内上述视频点的平均水平距离和垂直距离，并根据上述视频点的平均水平距离和垂直距离，将形成从上述图像中捕捉的上述视场的视频点的上述各组被照亮荧光点大致地叠加在一起，以使上述组中的荧光点之间的不连续之处均衡和被填满，并由此产生出一个上述电子束的重叠图像。
本发明的优点在于，与现有技术相比，其电子束轮廓数据的处理和显示速度得到的极大的提高，并且允许被计算的电子束轮廓得到实时观察。
以下将参考附图对本发明的实施例进行更加全面的说明，在附图中

图1显示出了在彩管形式的电子显示装置内的荧光点点阵的一部分；图2显示出了根据本发明所述的用于测量电子显示装置内电子束轮廓的一种系统；图3是显示有被照亮视频点阵的电子显示装置的正视平面图；图4是在视场内选定的亮视频点的放大图像，该视场显示出了构成亮视频点的多组被照亮荧光点；图5是通过将视场内构成亮视频点的多组被照亮荧光点的图像与从一图像中取出的点叠加在一起而产生的一个重叠图像；图6是用于表示已测得的电子束轮廓数据的一个图形用户界面的显示屏；以及图7a和7b显示出了构成亮视频点的多组荧光点以及在不同设定条件下的重叠图像结果。
参考图1，它显示出了一种彩管形式的电子显示装置的前显示面板的内表面上的荧光点图案。此荧光点图案含有一个由红、绿和蓝荧光点R、G和B构成的点阵。众所周知，荫罩被放置在荧光点点阵与电子显示装置的电子枪之间。在垂直扫描时间周期内，与红、绿和蓝荧光点有关的电子束被垂直和水平地偏转以逐步扫描整个前显示面板，并由此照亮各荧光点。
在理想情况下，当电子枪产生电子束时，电子束将穿过荫罩并直接撞击在相应的荧光点上，从而使荧光点发出最大强度的光。还需使电子束的轮廓被显示出来，这样就可在显示信息被正确聚焦的情况下照亮荧光点。
因此，在电子显示装置的测试期间，需要对电子束的轮廓进行测量以便通过调整测试条件或驱动电子显示装置的电子来改变电子束的轮廓，从而提高电子显示装置中的聚焦。另外，需要对电子束的轮廓进行测量，以便客观地辨别出不符合技术规格的残次电子显示装置。以下将参考图2至图7b对本发明用于测量电子显示装置中电子束轮廓的方法和系统的一个实施例进行具体说明。
图2显示出了一个根据本发明所述的用于测量电子显示装置中电子束轮廓的系统，该系统一般用参考数字10表示。从图中可以看出，系统10含有一个传感器12，它最好采用由安大略省Markham的ImageProcessing Systems Inc．(图像处理系统公司)制造的型号为ADI5200的传感器。该传感器含有一个彩色CCD镜头(未示出)，它可对视场中被检测的电子显示装置16所显示的亮荧光点构成的高分辨率图像进行捕捉。传感器12与个人计算机14相连，个人计算机14含有必需的硬件，并且能够通过运行软件对由传感器捕捉的图像进行处理，从而使电子显示装置中的电子束轮廓得到测量。视频图像发生器18可响应个人计算机14以驱动电子显示装置16，从而在测试期间将所需的视频图像显示在电子显示装置上。
个人计算机14运行的软件含有一个图形用户界面，它可使操作员选择要被检测轮廓的电子束，并能将电子束轮廓的测量结果显示出来。
在测试期间，与红、绿和蓝荧光点之一有关的电子束被操作员通过图形用户界面选中。个人计算机14会相应地向视频图像发生器18发出信号，以使视频图像发生器驱动电子显示装置16，从而将与选定颜色有关的视频点或像素24的点阵照亮(见图3)。
一旦选定颜色的视频点24被显示出来，操作员就可保持传感器12对准电子显示装置16的显示屏，从而使彩色CCD镜头的视场覆盖显示屏上待被检测的所需区域。接下来，CCD镜头对其视场范围内由被照亮视频点组成的高分辨率图像进行捕捉，并将所捕捉的图像传送给个人计算机14以供处理。
图4显示了一个由彩色CCD镜头在其视场内捕捉的亮视频点的放大图像。从图中可以看出，各个亮视频点24都由一个含有被照亮荧光点28的组27构成。因电子束的强度在其轮廓内的不同，作为结果，各组27中的荧光点28一般也都以不同的强度水平被照亮。
随着CCD镜头对各高分辨率图像的捕捉，传感器12也相应地将所捕捉的图像传送给个人计算机14。一旦个人计算机接收到一个被捕捉的图像，其软件将对所捕捉的图像进行处理。具体来说，软件先确定出所捕捉图像中对角相距最远视频点的质心。然后再确定出各视频点质心之间的水平和垂直距离，接着再通过将上述距离除以视场内的视频点数以计算出平均视频点间距。当水平和垂直视频点距离被计算出来之后，软件将把由捕捉图像中形成亮视频点24的被照亮荧光点构成的组27叠加在该图像之上，从而产生一个由代表电子束的被照亮荧光点组成的重叠或叠加的图像40(见图5)。在此阶段，如果荧光点直接相互重叠，则只有最大亮度的CCD镜头像素值被用于产生重叠的图像40。
在空间上被移动荫罩间距的整数倍距离的由构成亮视频点的荧光点组所形成的亮图案将保持不变，并会产生与照亮荧光点的电子束的轮廓有关的相同信息。因此，在用CCD镜头进行图像捕捉并产生重叠图像40之前，需将亮视频点移动荫罩间距的分数倍距离。此举可通过或者改变电子显示装置的水平或垂直显示尺寸、或者改变亮视频点的间隔距离而得到实现。当亮视频点24被移动荫罩间隙的分数倍距离时，与视场中各视频点有关的荧光点的亮图案一般都相互不同，因此，各组亮荧光点将提供出不同的与撞击荧光点的电子束的轮廓有关的信息。
一旦产生了重叠图像40，软件就可通过利用付立叶椭圆束分解来计算椭圆，从而近似出处于峰值强度的5％至90％范围之内的多个预定数量强度水平的重叠图像或截面。这样就可通过做出椭圆以近似出电子束的截面。之后，就可从椭圆的参数中计算出水平和垂直电子束轮廓。
从用于近似电子束的预定截面上计算出来的椭圆、水平和垂直电子束轮廓以及其它计算出来的信息通过图形用户界面被显示给操作员。图6显示出了一个代表上述信息的图形用户界面的显示屏50。从图中可以看出，该图形用户界面的显示屏50含有一个中央显示区域52，其中显现有多个椭圆54。可从显示区域52内的高亮度最佳椭圆54中选出一个子集55以用于尺寸测量。在上述中央显示区域中还提供与最佳椭圆54的子集55有关的水平和垂直尺寸数字及斜率或比例数据56。在图6所示的实施例中，有三个最佳椭圆54被选中，它们形成了子集55。
出现于中央显示区域5左侧的是一个垂直电子束轮廓58，而出现于中央显示区域5底部的则是一个水平电子束轮廓60。与形成子集55的选定最佳椭圆54相关的轮廓58和60的轮廓线也被以高亮度显示。如上所述，水平和垂直电子束轮廓58和60是从最佳椭圆的参数中计算出来的。
在中央显示区域52的外围有多个图形计量指示(graphicalmeter)。数字数据56下方的图形计量指示70含有一个指示符70a，它用来表示给定截面上重叠图像40的峰值强度。中央显示区域52右侧的图形计量指示72以百分比的形式显示了用户指定强度水平上的两个最佳椭圆54的面积比。在本例中，用户指定的强度水平为10％和50％。该面积比是说明聚焦质量的一个可行方法。在聚焦调整期间，图形计量指示72用一个指示符72a来表示两个最佳椭圆54的当前面积比并使指示符72b保持显示先前的最佳聚焦面积比，这样就可在若更多的聚焦调整不能进一步提高聚焦水平时，使操作员返回至前一点。最佳聚焦面积比也用图中的数字数据区域56来表示。
中央显示区域52左侧和底部的图形计量指示74和76分别含有指示符74a和76a，它们分别代表水平和垂直质量因子，这两个质量因子说明了重叠图像40中的亮荧光点之间是否有间隙存在。水平和垂直两个质量因子是通过从荧光点尺寸与荧光点间隙之比和荧光点在重叠图像中的分布中计算出水平间隙和垂直间隙的总和而加以确定的。图7a和7b显示出了由构成亮视频点24的被照亮荧光点28所组成的组27，以及在不同条件下产生的重叠图像。在图7a中，视频点与荧光点在垂直方向上的准直很好，但它在水平方向上的准直却不理想。其结果造成了重叠图像40中产生多条垂直间隙。在图7b中，视频点与荧光点的在水平和垂直方向上的准直都很好，其结果使得重叠图像40被“填满”。
通过用上述方法来处理视频点和荧光点图象数据，数据的容量被大大地缩减至能够允许数据得到实时处理的可管理的水平。目前，本发明所述的系统10允许以约为每秒10帧的速度来执行电子束轮廓的测量和显示。这个速度比需通过使电子束移动来测量电子束轮廓的方法要快大约50倍。
可以看出，本发明提供了一种简单的方法以用于测量电子显示装置中的电子束轮廓，该方法不需要使电子束移动，也不需要在每个移动位置上都取出电子束轮廓图像数据帧。由本发明所述系统捕捉的视频点和荧光点图象数据可加以处理，从而可提供电子束轮廓的实时测量。
尽管上述传感器12捕捉视场内由电子显示装置16所显示的亮荧光点构成的高分辨率的图像以进行检测，在一个替代结构中，该传感器也可被放置在距电子显示装置的显示屏一定距离的地方。在这种情况下，传感器12将还含有一个适当的透镜以允许CCD镜头和传感器捕捉相同视场范围内的图像。
尽管在上述说明中系统10是用于通过测量电子束轮廓以估计电子显示装置中的聚焦情况，由于系统10包括一个含有彩色CCD镜头的传感器，所以该系统10也可用于估计电子显示装置中的电子束会聚情况。在这种情况下，水平图案发生器18可受到个人计算机14的控制以驱动电子显示装置16，从而使全部三种颜色的电子束都分别照亮与它们相对应的视频点阵。传感器内的彩色CCD镜头可同时捕捉其视场范围内被照亮的全部三种颜色的视频点。一旦捕捉了图像，就将其传送给个人计算机进行处理。
当接收到捕捉的图像之后，个人计算机中的软件将按照上述方式，通过对构成各颜色亮视频点的亮荧光点进行单独处理，从而产生三个重叠图像以用于各个颜色。这样，就可在一个帧内产生三个电子束的重叠图像。一旦重叠图像被生成，各电子束的空间分布就可得到确定而且会聚误差也可被计算出来。计算出的会聚误差被当然地显示在图形用户界面的显示屏之上。
尽管对本发明的说明是参考具体实施例来进行的，但本领域熟练的技术人员可以理解，任何对本发明所做的变换和修改都不会脱离由附加权利要求所定义的本发明精神和范围。
权利要求
1．一种用于在电子显示装置中测量电子束轮廓的方法，该方法包括以下步骤在所述电子显示装置的显示屏上显示出一视频点阵，各所述视频点由一组被电子束照亮的荧光点组成；获取在视场内形成所述视频点的多个亮荧光点组所形成的图像；确定所述视场内的所述视频点的平均水平距离和垂直距离；以及根据所述视频点的平均水平距离和垂直距离，将在所述图像中捕捉的所述视场中形成视频点的所述各组被照亮的荧光点大致地叠加在一起，以使所述组中荧光点之间的不连续之处均衡和填满，并由此产生出所述电子束的重叠图像。
2．如权利要求1所述的方法，还包括捕捉所述重叠图像的截面并产生所述电子束的至少一个强度轮廓的步骤。
3．如权利要求2所述的方法，其中产生所述电子束的水平和垂直强度轮廓。
4．如权利要求3所述的方法，其中还包括计算所述水平强度轮廓和垂直强度轮廓的尺寸占所述电子束最大强度的一个百分比阈值的步骤。
5．如权利要求4所述的方法，其中所述百分比阈值可由用户进行选择。
6．如权利要求3所述的方法，其中所述截面是通过计算包围所述重叠图像的荧光点的最佳椭圆而被近似得出的。
7．如权利要求6所述的方法，其中所述最佳椭圆是利用付立叶椭圆分解计算出来的。
8．如权利要求3所述的方法，其中还包括计算处于两个确定强度水平的截面面积并确定它们之间的面积比以提供聚焦质量指示的步骤。
9．如权利要求8所述的方法，其中还包括为已确定的面积比提供图形和数字显示的步骤。
10．如权利要求9所述的方法，其中还包括保持显示用于说明最佳聚焦质量的确定面积比的步骤。
11．如权利要求10所述的方法，其中还包括进行显示以表示出所述重叠图像中荧光点之间的间隙的步骤。
12．如权利要求11所述的方法，其中提供了一对指示符，所述指示符之一用于说明所述重叠图像中荧光点之间水平方向上的间隙，而另一个指示符则用于说明所述重叠图像中荧光点之间垂直方向上的间隙。
13．如权利要求3所述的方法，其中还包括直观地显示一个指示以说明所述重叠图像在给定截面上的峰值强度的步骤。
14．如权利要求1所述的方法，其中在所述显示步骤期间，由红、绿和蓝视频点构成的点阵是通过用红、绿和蓝电子束分别照亮各组荧光点而被显示出来的，而且在所述叠加步骤期间，构成各种颜色的被照亮视频点的被照亮荧光点组被分别叠加，从而产生所述红、绿和蓝电子束的重叠图像。
15．如权利要求14所述的方法，其中还包括根据所述重叠图像来构成红、绿和蓝电子束的空间分布并计算其会聚误差的步骤。
16．一种用于测量电子显示装置中电子束轮廓的系统，其特征在于包括视频图像发生器，其驱动所述电子显示装置以使其在显示屏上显示出一个视频点阵，各所述视频点由一组被电子束照亮的荧光点组成；传感器，其获取由形成视场内的所述视频点的多个被照亮荧光点组构成的图像；与所述传感器相连并可接收所述图像的处理器，该处理器对所述图像进行处理，以确定所述视场内所述视频点的平均水平距离和垂直距离，并根据所述视频点的平均水平距离和垂直距离，将形成从所述图像中捕捉的所述视场视频点的所述各组被照亮的荧光点大致地叠加在一起，以使所述组中的荧光点之间的不连续处均衡和填满，并由此产生出所述电子束的重叠图像。
17．如权利要求16所述的系统，其特征在于所述处理器近似出所述重叠图像的截面并产生所述电子束的水平和垂直强度轮廓。
18．如权利要求17所述的系统，其特征在于还包括一显示器，该显示器用来显示所述近似出来的截面以及所述水平和垂直强度轮廓。
19．如权利要求16所述的系统，其特征在于所述视频图像发生器使所述显示器显示出红、绿和蓝视频点组成的点阵，它们分别由红、绿和蓝电子束照亮，所述处理装置将构成各种颜色的亮视频点的被照亮荧光点组分别叠加，以产生所述红、绿和蓝电子束的重叠图像。
20．如权利要求19所述的系统，其特征在于所述处理装置根据所述重叠图像而对所述红、绿和蓝电子束的空间分布进行比较，并且计算出其会聚误差。
全文摘要
在测量电子显示装置(16)的电子束轮廓的方法中,在电子显示装置的显示屏上显示视点点阵(24),各视频点包括一组(27)被电子束照亮的荧光点(28)。获取多个形成视场中视频点的被照亮荧光点组所形成的图像。确定所述视场内的所述视频点的平均水平距离和垂直距离;以及根据所述视频点的平均水平距离和垂直距离,将在所述图像中捕捉的所述视场中形成视频点的所述各组被照亮的荧光点大致地叠加在一起,以使所述组中荧光点之间的不连续之处均衡和填满,并由此产生出所述电子束的重叠图像(40)。重叠图像的截面可被近似,并且计算出电子束的至少一个强度轮廓。还可同时捕捉各彩色电子束的重叠图像(40),并且计算会聚误差。
文档编号H01J9/42GK1288580SQ99802205
公开日2001年3月21日 申请日期1999年1月13日 优先权日1998年1月16日
发明者布兰科·布卡尔, 列扎·萨法伊－拉德, 卡罗伊G·涅梅特 申请人:图象处理系统公司