專利名稱：用于視覺(jué)刺激的高精度對(duì)比率顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一個(gè)或更多實(shí)施例一般涉及執(zhí)行視野測(cè)試的方法和設(shè)備。具體地，一個(gè)或更多實(shí)施例公開(kāi)用于控制所顯示圖像的方法和設(shè)備，該所顯示圖像用于視野測(cè)試。進(jìn)一步地，本發(fā)明一個(gè)或更多實(shí)施例提供視野測(cè)試要求的對(duì)比率(contrast ratio)和灰度級(jí)別 (grayscale level)的范圍和精度。一個(gè)或更多實(shí)施例公開(kāi)了為執(zhí)行視野測(cè)試的目的而用于控制顯示裝置和/或背光單元的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
液晶顯示(IXD)裝置是典型的光閥設(shè)備。這些裝置通過(guò)調(diào)整光透射而顯示圖像。 其自身(例如，液晶面板)不發(fā)射光，而是阻擋由背光源發(fā)射的光的一部分。為了解決該問(wèn)題，光閥顯示裝置通常設(shè)置有光源(例如，背光)，其從其中的無(wú)源光調(diào)制部件后側(cè)發(fā)射光以提高顯示屏的視覺(jué)亮度。因此，除了通常的對(duì)比度調(diào)節(jié)，光源的亮度也可調(diào)節(jié)，由此改善所顯示圖像的可視性。雖然德克薩斯儀器公司(Texas Instruments)的DLP 技術(shù)(數(shù)字光處理)不能在IXD技術(shù)的意義上阻擋光，但DLP技術(shù)使用大量微鏡(micro-mirrors)以在一持續(xù)時(shí)間段上反射光或不反射光。結(jié)果是采用許多方面類(lèi)似于允許一定百分比的光通過(guò)并阻擋剩余光。硅基液晶(LCoQ與DLP技術(shù)相似之處在于其反射光。LCoS與DLP不同之處在于其使用液晶技術(shù)而非鏡來(lái)控制從裝置反射的光量。雖然這里公開(kāi)的本發(fā)明適用于多種背光顯示裝置，但為了清楚和簡(jiǎn)潔起見(jiàn)，這里的說(shuō)明主要限于LCD裝置的討論。近年來(lái)，在多種工業(yè)應(yīng)用中，消費(fèi)產(chǎn)品使用LCD顯示裝置顯示信息，如數(shù)據(jù)、表格、 圖形和圖像。人們?nèi)諠u喜歡將這些顯示器用于醫(yī)學(xué)成像裝置，包括視野檢查器(參見(jiàn)美國(guó)專利No. 6，705，726)。IXD顯示器是輕質(zhì)、緊湊的，并展示多種顏色，且具有高分辨率。對(duì)于背光裝置，背光發(fā)光度(luminance)通常是出廠調(diào)節(jié)的以便為背光顯示裝置提供所需亮度。背光發(fā)光度可在以后通過(guò)調(diào)整背光驅(qū)動(dòng)電流或電壓控制。通常，背光發(fā)光度是根據(jù)裝置溫度和環(huán)境照明以及用戶偏好改變的。對(duì)于用戶偏好調(diào)整，亮度通常是用開(kāi)關(guān)、按鈕、或鍵盤(pán)直接或遠(yuǎn)程手動(dòng)控制的，以調(diào)節(jié)亮度。在某些情形中，背光顯示發(fā)光度是基于光傳感器或其他環(huán)境感測(cè)裝置自動(dòng)控制的，以應(yīng)對(duì)環(huán)境條件。因?yàn)檠b置效率可能與裝置溫度直接關(guān)聯(lián)，某些裝置制造商使用一個(gè)這類(lèi)環(huán)境傳感器測(cè)量溫度。無(wú)源光閥裝置通過(guò)調(diào)節(jié)光透射率控制背景輻射光的透射，由此限制可實(shí)現(xiàn)的總對(duì)比度。調(diào)節(jié)透射率的常用控制器通常是6-位(64級(jí))或8-位056級(jí))。超過(guò)8-位的控制器是罕見(jiàn)的，這主要時(shí)由于成本效益約束，同時(shí)少于64級(jí)的控制器通常不能產(chǎn)生足夠的等級(jí)，盡管如此，在某些情形中，當(dāng)兩種顏色即黑色和白色時(shí)，使用2-位控制器足夠了。雖然伽馬(gamma)曲線可改變鄰近級(jí)別之間的間隔，這些裝置能夠?qū)崿F(xiàn)的最大對(duì)比率是通過(guò)最高和最低透射度級(jí)別來(lái)設(shè)定的。對(duì)于僅有限的等級(jí)可用情形，即使同時(shí)顯示的級(jí)別數(shù)目小于顯示器可控制的級(jí)別數(shù)目，也無(wú)法匹配預(yù)定強(qiáng)度級(jí)別的特定強(qiáng)度。業(yè)內(nèi)持續(xù)努力改善光閥顯示裝置。這里的實(shí)施例使得包括但不限于包含IXD、 LCoSjn DLP裝置的背光顯示裝置，以在某些情形下，諸如當(dāng)用于視野檢查時(shí)，增加可從顯示裝置得到的級(jí)別數(shù)目。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明由權(quán)利要求限定，且本部分不應(yīng)當(dāng)作對(duì)權(quán)利要求的限制。有利地，本發(fā)明的實(shí)施例克服現(xiàn)有技術(shù)中上述問(wèn)題，并提供比通過(guò)單獨(dú)調(diào)節(jié)光閥裝置所能得到的更完全的對(duì)比級(jí)別步級(jí)(contrast level st印)(對(duì)比率)。根據(jù)本發(fā)明，提供了控制背光照明強(qiáng)度以及光閥裝置基于每各像素的光透射強(qiáng)度的方法和設(shè)備，以控制總顯示發(fā)光度(total display luminance)。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供了同時(shí)控制背光照明強(qiáng)度和光閥裝置基于每個(gè)像素的光透射強(qiáng)度的方法和設(shè)備，以控制總顯示發(fā)光度。在本發(fā)明第二實(shí)施例中，背景照明和視覺(jué)刺激(stimulus)被暫時(shí)分隔在顯示裝置的偶數(shù)幀和奇數(shù)幀中。顯示裝置以對(duì)人眼足夠的速率交替(interleave)顯示幀以組合成為圖像。每個(gè)幀的強(qiáng)度是通過(guò)背光控制的。在本發(fā)明第三實(shí)施例中，背景照明和視覺(jué)刺激被暫時(shí)分隔在顯示裝置的偶數(shù)幀和奇數(shù)幀中，其中用于每個(gè)幀照明是通過(guò)同時(shí)控制背光照明的強(qiáng)度和光閥基于每個(gè)像素的光透射強(qiáng)度而形成的。在本發(fā)明的第四實(shí)施例中，背景照明和視覺(jué)刺激是分開(kāi)提供的。刺激由光閥裝置結(jié)合背光單元提供，且背景照明是通過(guò)分光器或其他裝置從獨(dú)立的背景單元射入光學(xué)路徑中的。


圖1是與光閥開(kāi)關(guān)交替的幀示意圖。圖2是與可變背光裝置組合的光閥裝置的示意圖。圖3a是與可變LCD刺激背光、獨(dú)立控制背景照明的第二光源(背景光源)和分光器組合從而組合兩個(gè)光源的IXD示意圖。圖北是組合可變LCD刺激背光、獨(dú)立控制背景照明的第二和/或第三背景光源以及分光器或散射器從而組合兩個(gè)光源的LCD示意圖。圖3c是組合可變IXD刺激背光和獨(dú)立控制背景照明的透明第二光源(背景光源) 的IXD示意圖。圖3d是組合可變IXD刺激背光和嵌入透鏡中或鄰近透鏡并獨(dú)立控制背景照明的透明第二光源(背景光源)的LCD示意圖。圖4示出倍頻刺激和可應(yīng)用該倍頻刺激的區(qū)域網(wǎng)格(region grid)。圖fe和圖恥是IXD裝置從黑色到白色以及從白色到黑色的過(guò)渡時(shí)間圖示。圖6是IXD裝置級(jí)別梯級(jí)的圖示。
圖7示出IXD裝置的本征伽馬曲線。圖8a是DLP裝置和獨(dú)立可控制照明光的示意圖。圖8b是DLP裝置和獨(dú)立可控制照明光以及第二獨(dú)立控制的背景光源的示意圖。圖8c是LCoS裝置和獨(dú)立可控制的照明光的示意圖。圖9是組合可移動(dòng)SAP刺激源的OLED顯示器的示意圖。圖10是OLED裝置從黑色到白色和從白色到黑色的過(guò)渡時(shí)間圖示。圖Ila是從數(shù)字驅(qū)動(dòng)信號(hào)到顯示亮度的傳遞函數(shù)(transfer function)的示圖， 其關(guān)于中點(diǎn)對(duì)稱，且一個(gè)亮度像素集合(concentrarion)靠近該中點(diǎn)。圖lib是從數(shù)字驅(qū)動(dòng)信號(hào)到顯示亮度的傳遞函數(shù)的示圖，其關(guān)于中點(diǎn)對(duì)稱，且范圍有限。圖Ilc是從數(shù)字驅(qū)動(dòng)信號(hào)到顯示亮度的傳遞函數(shù)的示圖，其關(guān)于中點(diǎn)對(duì)稱，且一個(gè)亮度像素集合靠近該中點(diǎn)。圖Ild是斜率為1的線性傳遞函數(shù)的圖示。圖lie是斜率為0. 5的線性傳遞函數(shù)的圖示。圖Ilf是斜率為0. 25的線性傳遞函數(shù)的圖示。
具體實(shí)施例方式應(yīng)該理解，選擇并描述這些實(shí)施例、實(shí)例和描述是為了示出本發(fā)明的原理及其實(shí)際應(yīng)用的目的，而非限定本發(fā)明。對(duì)本發(fā)明的修改和變化對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯然的。本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求限定，其包括已知的等同替換以及提交本申請(qǐng)時(shí)尚不可預(yù)見(jiàn)的等同替換。在本發(fā)明之前，使用傳統(tǒng)光閥顯示技術(shù)還無(wú)法為視野測(cè)試顯示器提供具有滿意的發(fā)光度級(jí)別、動(dòng)態(tài)范圍和灰度精度的視覺(jué)刺激。用于視野測(cè)試的顯示系統(tǒng)要求對(duì)用于視覺(jué)刺激的絕對(duì)發(fā)光度級(jí)別和對(duì)比率有非常高的準(zhǔn)確度(accuracy)和控制。特別地，保持背景照明同時(shí)顯示覆蓋非常寬范圍強(qiáng)度的刺激是關(guān)鍵。下面的說(shuō)明主要討論LCD顯示器，且使用術(shù)語(yǔ)背光(或背光顯示)指光由光閥裝置可控地改變，無(wú)論這樣的光在光閥后面且通過(guò)光閥，如IXD裝置中，還是這樣的光在光閥前面并由光閥反射，如在DLP或LCoS裝置中。視野刺激是呈現(xiàn)在對(duì)象(subject)觀察視野內(nèi)的目標(biāo)(target)。刺激通常是在一定時(shí)間段內(nèi)在一定位置所呈現(xiàn)的具有預(yù)定形狀、尺寸和強(qiáng)度的目標(biāo)。刺激通常是對(duì)固定背景而呈現(xiàn)出的。背景是對(duì)象視野內(nèi)除了刺激位置之外的任何地方。更復(fù)雜的刺激可跨目標(biāo)而相對(duì)地改變，且目標(biāo)刺激可隨時(shí)間改變。視野分析中的黃金標(biāo)準(zhǔn)(gold standard)已經(jīng)由本受讓人以商標(biāo)Humphrey 視野分析儀(HFA)市場(chǎng)化一段時(shí)間了。HFA在非球形碗狀物上投射光刺激(參見(jiàn)美國(guó)專利 No. 5，323，194)。本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是研制一種背光顯示器，該背光顯示器能夠有效地以與在可比HFA測(cè)試中觀察的相同絕對(duì)發(fā)光度在其可用視野內(nèi)顯示目標(biāo)刺激。本發(fā)明的另一個(gè)目標(biāo)是研制一種背光顯示器，其能夠在其可用視野內(nèi)顯示倍頻錯(cuò)覺(jué)(illusion)目標(biāo)刺激， 如由本受讓人以商標(biāo)Humphrey FDT 視野計(jì)(perimeter)和Humphrey Matrix 視野計(jì)銷(xiāo)售的系統(tǒng)所顯示的刺激，且其有效地與可比FDT或Matrix測(cè)試中觀察的絕對(duì)發(fā)光度和對(duì)比度相同。因?yàn)槌叽?、重量和用戶偏好的原因，?yōu)選的背光顯示器是平板顯示器。
HFA測(cè)試圖像直觀上非常簡(jiǎn)單。HFA在固定、一致強(qiáng)度的背景上提供不同尺寸和強(qiáng)度的刺激目標(biāo)。例如，一個(gè)HFA刺激是相對(duì)于亮度為31. 5阿波熙提(apostilb)的背景呈現(xiàn)200ms時(shí)長(zhǎng)的直徑為0. 43度的白色圓圈(circle)。刺激亮度為51個(gè)精確定義的強(qiáng)度之一，且其相對(duì)于規(guī)定位置呈現(xiàn)在一個(gè)位置上。名義上，固定位置是相對(duì)于對(duì)象凝視其上的固定目標(biāo)而限定的。小平板顯示器不能期望達(dá)到HFA碗狀物實(shí)現(xiàn)的外圍程度(peripheral extent) 0 然而，平板顯示器可通過(guò)組合透鏡系統(tǒng)，利用小平板裝置，如6. 5或8. 4英寸裝置在對(duì)象視野內(nèi)有效地覆蓋寬角度。顯示器加透鏡裝置可覆蓋被HFA覆蓋的所有診斷相關(guān)的區(qū)域。而且，在這類(lèi)平板屏上建立不同HFA目標(biāo)所需數(shù)目的像素可在具有小點(diǎn)距(dot pitch)和高分辨率(即10MX768或更高)的屏上獲得。較小的顯示器增加透鏡系統(tǒng)的復(fù)雜性，而較大的顯示器增加裝置的整體尺寸，通常較小的好一些。無(wú)論如何，使用高分辨率平板顯示器加透鏡系統(tǒng)，可在診斷相關(guān)位置(如中心60度視界圓錐)內(nèi)仿真HFA刺激目標(biāo)尺寸、位置和持續(xù)時(shí)間。實(shí)際上，顯示器加透鏡布置解決了 HFA的一個(gè)問(wèn)題。通過(guò)配置透鏡系統(tǒng)以將顯示器設(shè)置在遠(yuǎn)場(chǎng)中，我們?cè)试S對(duì)象聚焦在無(wú)窮遠(yuǎn)，消除了對(duì)象眼睛適應(yīng)的必須性。這解決了年長(zhǎng)對(duì)象有時(shí)經(jīng)歷的問(wèn)題，其自然適應(yīng)性已經(jīng)消失。在這樣的情形中，對(duì)象要求插入匹配其視力的透鏡，以便用HFA測(cè)試對(duì)象的視力。顯示器加固定透鏡裝置消除了操作者配置裝備以便對(duì)象適應(yīng)的需求，從而減少了檢查準(zhǔn)備時(shí)間(set-up time)。下面的問(wèn)題仍然存在，即在IdB的精確測(cè)量的視網(wǎng)膜敏感度步驟中，HFA刺激覆蓋 51dB的動(dòng)態(tài)范圍。在出廠未調(diào)整缺省顯示級(jí)別時(shí)，典型的光閥裝置不能以其64或256個(gè)可用級(jí)別匹配這些級(jí)別。因此，光閥裝置如LCD屏在保持固定背景級(jí)別的同時(shí)匹配HFA可用的所有刺激目標(biāo)強(qiáng)度方面是有問(wèn)題的。幸運(yùn)的是，僅需要有限量的級(jí)別。名義上，HFA測(cè)試的任何情形僅需要兩個(gè)級(jí)別，背景級(jí)別和刺激級(jí)別。然而，使用數(shù)字顯示器的HFA刺激的某些實(shí)施例可使用一個(gè)以上的刺激級(jí)別，刺激強(qiáng)度靠近邊緣隨背景漸弱。該問(wèn)題在這里是利用級(jí)別轉(zhuǎn)移(level shifting)、幀交替、或多重背光解決的，所有這些都在下面說(shuō)明。商業(yè)可獲得的光閥顯示裝置中顯示級(jí)別的數(shù)目對(duì)于顯示倍頻錯(cuò)覺(jué)也是有問(wèn)題的， 如在FDT或Matrix中。概念上，倍頻錯(cuò)覺(jué)可以少至兩個(gè)的級(jí)別來(lái)實(shí)施，這兩個(gè)級(jí)別即對(duì)比極限，黑色和白色。名義上，倍頻錯(cuò)覺(jué)要求在這兩個(gè)級(jí)別中間的第三中間級(jí)別，該中間級(jí)別與背景級(jí)別相同。然而，典型的更復(fù)雜目標(biāo)用于呈現(xiàn)倍頻刺激。圖4示出用于測(cè)試倍頻錯(cuò)覺(jué)的更復(fù)雜的刺激。圖4中，圖像430是錯(cuò)覺(jué)刺激的一個(gè)目標(biāo)。圖像430橫跨使用個(gè)種照明級(jí)別的帶(band)從亮變暗。圖像440是圖像430的逆視頻圖像。檢查區(qū)域被分成大量單元(cell)，如410。當(dāng)在一個(gè)位置測(cè)試對(duì)象的視力時(shí)，選擇網(wǎng)格的適當(dāng)單元，且在該單元中顯示目標(biāo)420。通過(guò)在該單元中以特定頻率從430到440轉(zhuǎn)換(toggle)這兩個(gè)圖像產(chǎn)生錯(cuò)覺(jué)。FDT和Matrix的黃金標(biāo)準(zhǔn)倍頻錯(cuò)覺(jué)刺激使用CRT實(shí)施，CRT實(shí)施具有4096個(gè)可用強(qiáng)度級(jí)別，以顯示這些對(duì)比變化的目標(biāo)，且目標(biāo)使用大量級(jí)別。雖然級(jí)別轉(zhuǎn)換和幀交替可用倍頻錯(cuò)覺(jué)減少視野測(cè)試中產(chǎn)生的假象(artifact)，但使用多重背光允許產(chǎn)生診斷上等效于 HFA和Matrix刺激的結(jié)果，且假象較少。商業(yè)上可獲得的光調(diào)制顯示裝置通常保持背光在基本恒定的強(qiáng)度。發(fā)射的背光強(qiáng)度是通過(guò)所選的光閥顯示裝置透射率調(diào)制的，從而產(chǎn)生所期望的顯示發(fā)光度。背光發(fā)光度中的小變化用于穩(wěn)定由于環(huán)境條件導(dǎo)致的監(jiān)視器亮度變化。任何光閥裝置可用級(jí)別的數(shù)目是由其制造商規(guī)定的。而且，發(fā)射光發(fā)光度的傳遞函數(shù)給出的背光強(qiáng)度和光閥級(jí)別狀態(tài)取決于光閥裝置、其規(guī)范(specification)及其制造商。大多基于液晶技術(shù)的顯示裝置具有在300和800之間的有限動(dòng)態(tài)范圍比和有限數(shù)目的灰度級(jí)(gray level)，通常為64或256。 裝置的實(shí)際特征取決于偏振器、液晶和驅(qū)動(dòng)電子的質(zhì)量。顯示器上展示的對(duì)比率是基于顯示器兩個(gè)不同區(qū)域中發(fā)光度(通常是最大發(fā)光度和最小發(fā)光度)的比。商業(yè)顯示器的規(guī)范通常規(guī)定了裝置能實(shí)現(xiàn)的最大對(duì)比率。從驅(qū)動(dòng)電壓表征通過(guò)顯示器的光透射的傳遞函數(shù)可能不平滑，使得精確預(yù)測(cè)絕對(duì)發(fā)光度級(jí)別困難。無(wú)論傳遞函數(shù)是否平滑，固定的背景照明描繪可用作顯示器每個(gè)像素輸出的發(fā)光度級(jí)別。對(duì)于灰度圖像，發(fā)光度與灰度級(jí)別成比例。對(duì)于使用的LCD顯示器的標(biāo)準(zhǔn)配置，即在計(jì)算機(jī)監(jiān)視器中，非常少的發(fā)光度級(jí)別(灰度級(jí)別)與當(dāng)前用于使用HFA進(jìn)行的視野測(cè)試的級(jí)別相同。這里公開(kāi)的本發(fā)明的實(shí)施例使得能夠?qū)崿F(xiàn)新一代視野測(cè)量?jī)x器，其保持，或近乎保持視野測(cè)量顯示圖像中的當(dāng)前黃金標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)降低系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性。使用現(xiàn)代背光顯示技術(shù)改善裝置設(shè)計(jì)中的靈活性，潛在組合當(dāng)前在本系統(tǒng)中不能得到的新刺激和測(cè)試。 新刺激類(lèi)型的進(jìn)一步實(shí)施可以減少的市場(chǎng)化時(shí)間和減少的成本實(shí)現(xiàn)。視頻率系統(tǒng)(video rate system)使得能夠使用高速眼睛跟蹤以便補(bǔ)償或校正固定誤差。峰值照明的交替控制根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了用于獨(dú)立控制背光照明和光閥裝置基于每個(gè)像素的光透射的方法和設(shè)備。獨(dú)立控制的光閥顯示幀和背光顯示幀組合以提供總顯示發(fā)光度。 在一個(gè)實(shí)施例中，顯示器以足夠快的速率刷新交替幀，從而使得組合的圖像不會(huì)在被人眼觀看時(shí)看起來(lái)閃動(dòng)(flicker)。在某些情形中，該速率可以低至30-50Hz，但在本發(fā)明的該方面，優(yōu)選地，速率高于60Hz，但并不局限于此。圖1示出使用幀交替實(shí)施例的獨(dú)立的背光照明和每個(gè)像素光透射。在第一幀110 中，光閥裝置用于顯示目標(biāo)130。在第二幀120中，光閥裝置是為所有單元一致配置的(優(yōu)選為全透射)，且在140僅顯示背光照明。交替圖像以高幀率顯示，且眼睛觀察組合的圖像 150。交替幀解決方案不能無(wú)成本實(shí)現(xiàn)。圖2示出該解決方案的一個(gè)例示，該解決方案使用液晶顯示器(IXD) 230、背光220和獨(dú)立控制IXD與背光的控制器210。該實(shí)施例將IXD 組件從圖1中130所示的圖像顯示狀態(tài)快速切換到圖1中120所示的允許相當(dāng)一部分背光通過(guò)的打開(kāi)位置(open position)。與標(biāo)準(zhǔn)IXD圖像不同，所觀察的圖像從一個(gè)幀實(shí)現(xiàn)其對(duì)比率，并且從兩個(gè)幀的組合實(shí)現(xiàn)所觀察的發(fā)光度。能夠進(jìn)行某些視野測(cè)試目標(biāo)要求的高幀速率(frame rate)所必須的快速狀態(tài)過(guò)渡的顯示組件的當(dāng)前成本高，且可能限制該技術(shù)的商業(yè)化，除非這些組件的成本減少。該技術(shù)預(yù)期的刷新速率改進(jìn)和成本減少可促進(jìn)該實(shí)施例在未來(lái)幾年內(nèi)的商業(yè)化。該技術(shù)當(dāng)前可在成本不是主要考慮和/或幀速率不是問(wèn)題或幀速率問(wèn)題得到解決的系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。該技術(shù)的擴(kuò)展交替兩個(gè)以上的幀以減少閃動(dòng)或?qū)崿F(xiàn)額外陰影(shade)或顏色。人們通過(guò)對(duì)于N個(gè)交替幀的每個(gè)幀改變背光強(qiáng)度和像素透明度實(shí)現(xiàn)更高的觀察發(fā)光度級(jí)別。 對(duì)于足夠大的N，實(shí)際上任何對(duì)比率和觀察的發(fā)光度都能實(shí)現(xiàn)，即使在每個(gè)像素具有相對(duì)少的實(shí)際透射級(jí)別。以該方式，背光光閥顯示裝置以如下的方式顯示要被觀察的發(fā)光度，即通過(guò)確定要被顯示的照明級(jí)別的序列且然后以一定速率將其顯示，從而使得觀看顯示器的觀察者將觀察到所需發(fā)光度。當(dāng)僅需要組合兩個(gè)幀以觀察所需發(fā)光度時(shí)，幀速率可以低至 10-15fps。30fps是優(yōu)選的。當(dāng)必須組合更多幀以實(shí)現(xiàn)所需的觀察發(fā)光度時(shí)，要求更高的幀速率。因此，通過(guò)實(shí)現(xiàn)更快的過(guò)渡和更復(fù)雜的控制，可以實(shí)現(xiàn)以有限的透射級(jí)別從像素觀察到更多陰影和顏色。IXD裝置的慢響應(yīng)時(shí)間補(bǔ)償光閥裝置從一個(gè)狀態(tài)過(guò)渡到另一個(gè)狀態(tài)要求的時(shí)間無(wú)疑是有限的。過(guò)渡時(shí)間可取決于初始和最終透射狀態(tài)。例如，對(duì)于透射LCD裝置，從黑色到白色的過(guò)渡通常比從白色到黑色的過(guò)渡時(shí)間長(zhǎng)。將要求較長(zhǎng)時(shí)間完成過(guò)渡狀態(tài)的過(guò)渡時(shí)間最小化是有利的。圖5(a) 示出從黑色到白色的過(guò)渡510和從白色到黑色的過(guò)渡520。圖5(b)示出從黑色到白色的同樣初始過(guò)渡530，但截去了達(dá)到白色之前的過(guò)渡。最快速的過(guò)渡部分是初始部分，如從510 的上升時(shí)間(rise time)中看到的那樣。在過(guò)渡的初始部分完成后，過(guò)渡是通過(guò)調(diào)整狀態(tài)命令到液晶控制器或通過(guò)改變?cè)垂庹彰骰蜻@兩者來(lái)穩(wěn)定的。任一方法穩(wěn)定該裝置，從而使得更對(duì)稱的過(guò)渡530和540是可能的。不幸的是，通過(guò)該裝置可得到的峰值發(fā)光度減小了。獨(dú)立背景和刺激光源在該實(shí)施例中，額外光源(下面稱為背景光源)加入到系統(tǒng)中。來(lái)自背景光源的光與來(lái)自背光源的光組合。背景光源提供基本照明(base illumination)，且背光源用于生成刺激。通常，背景圖像和刺激圖像是通過(guò)組合來(lái)自背景光源的光和背光源的光形成的。雙光源解決方案提供的系統(tǒng)具有用于背景和刺激的任意且獨(dú)立數(shù)目的級(jí)別(陰影或顏色)。圖 3a示出雙光源解決方案的一個(gè)實(shí)施。這里，光源320提供用于光閥330的背光，在該情形中是液晶顯示器。利用分光器340將來(lái)自IXD顯示器330的光與來(lái)自光源310的光組合。 背景光源310可以是與光源320物理相似的部件，盡管不在IXD(甚至由IXD修改)的“背后”，其也可稱為背光。在大多配置中，刺激和背景的強(qiáng)度由雙光源設(shè)定，且刺激的形狀和大小由IXD裝置和背光源設(shè)定。因此，背景和刺激強(qiáng)度可獨(dú)立控制，且視野測(cè)試的設(shè)備不再受 LCD裝置可用的低對(duì)比率和少量灰度級(jí)別限制。雙光源解決方案不要求上面討論的單個(gè)背光、幀交替解決方案所要求的顯示元件的快速狀態(tài)變化。在某些實(shí)施例中，雙光源解決方案中的困難在于定位額外光源。圖3a所示的解決方案要求額外的空間以組合光源。類(lèi)似地，圖北中光源的布置要求透鏡355任一側(cè)都有空間，并且要求幾何定位背光350和分光器或散射器360，以用于組合來(lái)自兩個(gè)光源的光并引導(dǎo)組合光到透鏡。可替換地，分光器或散射器可以未示出的光楔取代。光楔通過(guò)來(lái)自一個(gè)光源的光(也就是照明LCD的背光)并再定向來(lái)自其他光源的光，從而使得它們組合以通過(guò)透鏡。在圖北中，非光閥光源350(有時(shí)稱為背景光源或輔助背光源)設(shè)置在透鏡355 附近以使設(shè)計(jì)的幾何構(gòu)型流線化。光源350可以在光學(xué)系統(tǒng)的一側(cè)，如圖所示，或兩側(cè)。分光器360與顯示器表面平行設(shè)置?？商鎿Q地，可使用散射器取代分光器。組件360必須將光通過(guò)IXD，同時(shí)反射或散射來(lái)自輔助光源350的光。無(wú)論何時(shí)要求獨(dú)立背景照明，使用平面輔助背光的替代方案是在光瞳共軛點(diǎn) (conjugate)設(shè)置光源。圖3a中平面光源310可以LED和透鏡取代，只要透鏡設(shè)計(jì)成使LED設(shè)置在光瞳共軛點(diǎn)。這提供了來(lái)自簡(jiǎn)單光源如LED的非常一致的背景照明。在圖3c所示的另一個(gè)替換設(shè)計(jì)中，透明的或近似透明的光源390可設(shè)置在光閥顯示器的前面。可替換地，圖3d所示的設(shè)計(jì)將第二光源395嵌入透鏡中。這些解決方案顯著簡(jiǎn)化幾何構(gòu)型。然而，它們要求高技術(shù)光源，如磷透明光源，熒光團(tuán)、OLED或量子點(diǎn)。這樣的輔助光源增加了復(fù)雜性和成本。我們可以通過(guò)增加背光源的發(fā)光度超過(guò)其預(yù)期級(jí)別，而在短時(shí)間內(nèi)在刺激和背景之間實(shí)現(xiàn)更高的對(duì)比率。這樣做保持了裝置的安全性。雖然延長(zhǎng)時(shí)間段的增加輸出產(chǎn)生熱問(wèn)題且減少預(yù)期壽命，但可管理時(shí)間上充分移位的時(shí)間段上的短曝光。組合解決方案通過(guò)組合上述方法，可實(shí)現(xiàn)額外級(jí)別狀態(tài)。例如，如果光閥裝置的傳遞函數(shù)相對(duì)背光強(qiáng)度是非線性的，則組合兩個(gè)具有級(jí)別轉(zhuǎn)移的背光源可增加級(jí)別數(shù)目。我們也可通過(guò)以一定速率顯示序列發(fā)光度而增加雙背光解決方案可用級(jí)別的數(shù)目，從而使得可觀察到預(yù)定的照明級(jí)別。對(duì)視野測(cè)試裝置應(yīng)用同時(shí)控制(級(jí)別轉(zhuǎn)移)根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)方面，提供了控制基本背光照明強(qiáng)度以及每個(gè)像素光閥透射以控制顯示器發(fā)光度的方法和設(shè)備。陰極射線管顯示級(jí)別或顏色是電子槍施加的能量和屏幕的熒光的函數(shù)。光閥顯示裝置的亮度是輸入到光閥的光的函數(shù)，且名義上的數(shù)字、控制，如液晶的轉(zhuǎn)角或時(shí)間百分?jǐn)?shù)，反射鏡被設(shè)置成為DLP反射光。結(jié)果是投影圖像的亮度級(jí)別的動(dòng)態(tài)范圍。因?yàn)檫@些裝置的控制是數(shù)字化的，因此僅有限數(shù)目的狀態(tài)對(duì)在光閥顯示像素輸出的光是可能的。對(duì)于 6-位LCD控制，有64個(gè)亮度級(jí)別，對(duì)于8-位LCD控制器，有256個(gè)亮度級(jí)別。通?？捎玫?IXD裝置的控制器是6-、8_、和10-位控制器。圖6示出光閥裝置的級(jí)別狀態(tài)。在該視圖中，有64個(gè)狀態(tài)。響應(yīng)來(lái)自控制器的亮度級(jí)別的單步命令變化的衰減或透射變化不一致。如看到的那樣，低透射(高衰減)的狀態(tài)之間的步級(jí)比高透射(低衰減)的狀態(tài)之間的步級(jí)小得多。推理地，對(duì)于使用6-位光閥控制器的光閥顯示器，僅63個(gè)刺激強(qiáng)度可用，因?yàn)橐粋€(gè)陰影(或級(jí)別)是為背景保留的。8-位控制器僅提供255個(gè)刺激強(qiáng)度。如果制造商以 HFA (不同于任何已知的商業(yè)顯示器)的精確級(jí)別設(shè)置這些強(qiáng)度，則其足以逼近HFA。然而， 如果我們還愿意在同一顯示器和FDT刺激的當(dāng)前CRT實(shí)施上顯示類(lèi)似FDT的刺激，且背景使用4096個(gè)級(jí)別，則僅定義現(xiàn)有64 (或256)個(gè)級(jí)別中的52個(gè)為HFA使用將不允許足夠的級(jí)別還顯示FDT刺激。因?yàn)榈湫凸忾y顯示器上的級(jí)別不是等距離間隔的，所以可利用光閥控制并控制背光強(qiáng)度來(lái)建立額外級(jí)別。例如，通過(guò)在63個(gè)不同精確強(qiáng)度上改變背光，從而使得63個(gè)透射級(jí)別中的每個(gè)逐一地匹配背景級(jí)別，則有潛在的63*64/2 = 2016個(gè)不同級(jí)別的可呈現(xiàn)刺激。(也就是說(shuō)，當(dāng)最低級(jí)別的透射是背景時(shí)，有63個(gè)刺激級(jí)別，當(dāng)背景是次最低透射級(jí)別時(shí)，有62個(gè)刺激級(jí)別，等)。使用8-位光閥控制器，該級(jí)別轉(zhuǎn)移技術(shù)產(chǎn)生潛在的32，640個(gè)不同級(jí)別，且在測(cè)試裝置的精度內(nèi)匹配HFA要求的52個(gè)級(jí)別是非?？赡艿?。以該方式，通過(guò)控制背光強(qiáng)度和光閥級(jí)別，我們可以首先確定兩個(gè)要顯示的發(fā)光度級(jí)別，然后確定兩個(gè)最密切地逼近兩個(gè)發(fā)光度級(jí)別之間間隔的光閥級(jí)別，且最后調(diào)整背光強(qiáng)度，從而使得利用這兩個(gè)光閥級(jí)別顯示兩個(gè)發(fā)光度級(jí)別。因此，背光全控制使得8-位(且還可能地，6-位) 可控制光閥顯示器可與HFA視野分析競(jìng)爭(zhēng)。級(jí)別轉(zhuǎn)移對(duì)于類(lèi)似于FDT和Matrix所用類(lèi)型的倍頻幻覺(jué)刺激的某些簡(jiǎn)單實(shí)施也是有用的。然而，因?yàn)镕DT和Matrix中倍頻幻覺(jué)實(shí)施使用兩個(gè)目標(biāo)的刺激，每個(gè)目標(biāo)使用幾個(gè)級(jí)別加背景級(jí)別，兩個(gè)目標(biāo)彼此互為視頻倒像(reverse image)，使用倍頻幻覺(jué)判斷所觀察的對(duì)比率要求的照明級(jí)別比HFA視野分析要求的多得多。雖然光閥裝置的照明級(jí)別間隔的不一致性是從有限級(jí)別形成類(lèi)HFA刺激的資產(chǎn)(asset)，但照明級(jí)別間隔的不一致性成為形成倍頻幻覺(jué)刺激的障礙。因?yàn)榇碳ひ髢蓚€(gè)互為視頻倒像的目標(biāo)，因此照明級(jí)別的不一致性使得刺激對(duì)的形成有些復(fù)雜。對(duì)于用于顯示背景的每個(gè)不同的照明級(jí)別，以及對(duì)于刺激的每個(gè)不同對(duì)比級(jí)別，兩個(gè)刺激目標(biāo)概念上彼此不同。因此，使用雙背光照明解決方案在光閥顯示器上顯示倍頻幻覺(jué)有顯著優(yōu)點(diǎn)。一個(gè)背光，基本背光控制顯示器照明的最低級(jí)別并同等地照明所有像素。其他背光，光閥背光照明光閥，且光閥裝置的所有可用級(jí)別用于提供刺激強(qiáng)度分布。顯示器上看到的照明是基本背光和光閥背光的總和。以該方式，刺激目標(biāo)的對(duì)比度由光閥背光強(qiáng)度設(shè)定。用于倍頻幻覺(jué)測(cè)試的背景強(qiáng)度是基本背光照明和光閥背光照明的組合。用于背景照明的光閥照明級(jí)別是用于倍頻目標(biāo)的中等級(jí)別的光閥照明。然后，設(shè)定基本背光強(qiáng)度，從而使得其與刺激中等級(jí)別照明的組合對(duì)在刺激區(qū)域外部的背景像素產(chǎn)生適當(dāng)強(qiáng)度。利用兩個(gè)背光系統(tǒng)，全部64 個(gè)級(jí)別可用于建立刺激目標(biāo)，且任意對(duì)比率(高達(dá)光閥背光強(qiáng)度的控制級(jí)別)的刺激可顯示在固定背景強(qiáng)度場(chǎng)上。其他光閥裝置為了簡(jiǎn)化說(shuō)明，因此，本說(shuō)明書(shū)參照IXD裝置扼要地說(shuō)明了其實(shí)施例。然而，如前面所述，這里所述的本發(fā)明也應(yīng)用于其他光閥裝置。圖8a示出具有單一背光源的DLP裝置。 背光820照明DLP裝置810的表面鏡?？刂破?30引起DLP的鏡向觀察窗口 840反射光或?qū)⒐膺h(yuǎn)離該觀察窗口反射。對(duì)于DLP裝置的固定組數(shù)字級(jí)別，可通過(guò)改變背光820的強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)新級(jí)別。圖8b示出添加獨(dú)立背景光源850。背景光源獨(dú)立于DLP并以固定量提升整個(gè)背景光級(jí)別。圖8c示出LCoS光閥裝置。類(lèi)似于DLP，LCoS是反射技術(shù)。類(lèi)似于LCD，LCoS在操作中基本使用液晶的偏振特性。圖8c示出具有單一背光源的LCoS裝置。背光825得適當(dāng)偏振光反射出偏振分光器870而到LCoS裝置860。來(lái)自控制器880的命令調(diào)整LCoS裝置 860中液晶的取向，這進(jìn)而調(diào)整通過(guò)液晶的光的偏振。偏振光從液晶后面的反射表面反射出，再次通過(guò)液晶，其中偏振的總變化取決于液晶取向，然后回傳到PBS 870。PBS 870透射某些(理論上在全部和零之間)光通過(guò)觀察窗口 845到達(dá)眼睛。可加入獨(dú)立于LCoS裝置的額外背景光源(未示出)。例如，如圖8b中850的背景光源可加在PBS和觀察窗口 845 之間。發(fā)光源的具體替換圖3a_3d的IXD和背光BLUl可以通過(guò)使用LED或OLED或其他發(fā)光源的發(fā)射顯示器取代。任何具有足夠發(fā)光度以覆蓋所需范圍的發(fā)光源都可使用。OLED可實(shí)現(xiàn)的深黑級(jí)別是OLED優(yōu)于IXD的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，這是因?yàn)樯詈谑峭ㄟ^(guò)阻擋光形成的且不能以普通商業(yè)IXD實(shí)現(xiàn)。
OLED相對(duì)于IXD的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)時(shí)間。許多OLED顯示器當(dāng)前具體化為具有小于100 μ S的上升時(shí)間和下降時(shí)間，且USMP-A34480(美國(guó)Micro Products公司)的上升時(shí)間和下降時(shí)間小于50 μ S。圖10示出從黑色到白色的快速上升時(shí)間1010，略微衰減的白色強(qiáng)度1020以及從白色到黑色的快速上升時(shí)間1030。雖然某些IXD顯示器響應(yīng)時(shí)間在1 到^is之間，但典型的LCD響應(yīng)時(shí)間名義上在5-20ms之間或更長(zhǎng)。由于更快的響應(yīng)時(shí)間， 顯示過(guò)渡更快，使得能夠更快地顯示變化的視覺(jué)刺激。圖9示出OLED實(shí)施方式。在最簡(jiǎn)單實(shí)施例中，OLED顯示器具有足夠的強(qiáng)度和動(dòng)態(tài)范圍以覆蓋所有檢查類(lèi)型。在該情形中，分光器930和刺激940不是必須的?？刂破?20 僅指示2維OLED顯示器910以呈現(xiàn)要被觀察的顯示。該顯示可以是在如標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)視野檢查測(cè)試(SAP)中使用的背景上的刺激，(黑色上的標(biāo)準(zhǔn)白色或黃色SAP上的較鮮艷的藍(lán)色)， 或者是如灰色背景上FDT使用的隨時(shí)間變化的倍頻刺激。然而，當(dāng)OLED的最大強(qiáng)度不足時(shí)， 也就是對(duì)于SAP刺激，一個(gè)可能的解決方案是減少測(cè)試范圍。然而，減少范圍將產(chǎn)生消費(fèi)者接受性問(wèn)題，這是因?yàn)橛邢薜姆秶鷾y(cè)試與眼科標(biāo)準(zhǔn)不可比?？赡艿母玫奶鎿Q方案是通過(guò)以額外光源照明刺激而向系統(tǒng)增加目標(biāo)強(qiáng)度，如圖9所示的情形。圖9中SAP刺激940允許OLED顯示器用于SAP視野測(cè)試，即使OLED上最亮的刺激不足以產(chǎn)生最亮的視野測(cè)試刺激。通過(guò)加入分光器930和可移動(dòng)的刺激940，OLED現(xiàn)在僅用于背景光級(jí)別和固定目標(biāo)，而SAP刺激通過(guò)刺激源940(這里以LED示出)形成。因?yàn)?OLED的表面區(qū)域(footprint)小，名義上2” X 2”，可使用小型機(jī)械支架在要求的空間范圍上移動(dòng)刺激940。用于掃描刺激的其他方式是設(shè)置在刺激前面以掃描刺激到分光器之前的準(zhǔn)直透鏡上的可移動(dòng)鏡(mirror)；在拋物面鏡的焦點(diǎn)設(shè)置刺激并旋轉(zhuǎn)刺激以跨反射鏡掃描刺激進(jìn)而反射刺激到眼睛上適當(dāng)位置；使用LED陣列并照明適當(dāng)?shù)腖ED以形成刺激；等等。無(wú)論使用的機(jī)理如何，高強(qiáng)度SAP刺激可與OLED背景組合以便以與圖9 一致的方式顯示給對(duì)象。在制造用于FDT刺激和SAP刺激的儀器時(shí)，將SAP刺激加入OLED顯示器的能力特別重要。雖然目前生產(chǎn)的OLED沒(méi)有足夠強(qiáng)度以顯示SAP刺激，但它們具有顯示FDT目標(biāo)必須的強(qiáng)度。(在未來(lái)，OLED也可良好地提供足夠強(qiáng)度以顯示所有必須的SAP刺激。)然而， 類(lèi)似于IXD，OLED具有有限數(shù)目的顏色，這是因?yàn)橄袼厥峭ㄟ^(guò)6-位或8-位D/A0LED源驅(qū)動(dòng)器尋址的。因此，雖然對(duì)特定FDT目標(biāo)有許多灰度顏色或陰影，但總共僅有固定的64或256 個(gè)灰度陰影不足以顯示執(zhí)行FDT視力測(cè)試必須的所有FDT目標(biāo)。如同LCD —樣，必須為某些FDT目標(biāo)而改變OLED顏色表。通常，顯示可通過(guò)改變伽馬曲線增強(qiáng)。伽馬校正是從顯示驅(qū)動(dòng)信號(hào)到顯示亮度的傳遞函數(shù)部分(通?？删幊?。該傳遞函數(shù)的三個(gè)主要部分是D/A轉(zhuǎn)換器、伽馬校正、和顯示元件響應(yīng)。伽馬校正通常是函數(shù)(通常稱為伽馬函數(shù))，其在被繪制出來(lái)時(shí)通常叫做伽馬曲線。術(shù)語(yǔ)“伽馬校正”、“伽馬函數(shù)”和“伽馬曲線”可互換使用以描述傳遞函數(shù)最易于調(diào)整的組件。雖然每種顯示裝置材料對(duì)施加的信號(hào)具有自己的本征物理響應(yīng)，但不同材料對(duì)同一源信號(hào)具有不同響應(yīng)。顯示器制造商名通常將伽馬曲線內(nèi)置在其產(chǎn)品內(nèi)以調(diào)整輸入信號(hào)，從而使得其材料對(duì)調(diào)整信號(hào)的本征響應(yīng)看起來(lái)類(lèi)似于接收相同信號(hào)的其他顯示器。 OLED的伽馬曲線被設(shè)計(jì)為使得OLED顯示器對(duì)顯示驅(qū)動(dòng)輸入信號(hào)的響應(yīng)看起來(lái)類(lèi)似于CRT的典型響應(yīng)，正如LCD的伽馬曲線被設(shè)計(jì)為使得LCD顯示器對(duì)顯示驅(qū)動(dòng)輸入信號(hào)的響應(yīng)看起來(lái)類(lèi)似于CRT的典型響應(yīng)。不同于模擬CRT，數(shù)字OLED類(lèi)似于IXD，僅顯示固定數(shù)目的亮度級(jí)別。不幸的是， 通常由顯示器制造商選擇的級(jí)別對(duì)醫(yī)學(xué)應(yīng)用不理想。特別地，理想的FDT顯示器使用同等匹配上面和下面為背景級(jí)別選擇的特定級(jí)別的多對(duì)灰度級(jí)別。這與典型OLED顯示器通常的、非線性伽馬函數(shù)不兼容。當(dāng)然，制造商可改變伽馬函數(shù)，或如果制造商的設(shè)計(jì)允許，提供其他途徑改變伽馬函數(shù)。伽馬函數(shù)的變化改變將顯示驅(qū)動(dòng)信號(hào)映射到顯示亮度的傳遞函數(shù)。伽馬曲線的作用是提供信息以規(guī)定如何調(diào)整初始驅(qū)動(dòng)電壓以變?yōu)槭┘拥絆LED元件的實(shí)際驅(qū)動(dòng)電壓。對(duì)于 FDT測(cè)試，優(yōu)選的伽馬曲線關(guān)于背景強(qiáng)度對(duì)稱。因?yàn)椴煌現(xiàn)DT刺激改變刺激的對(duì)比度，所以如果單一伽馬曲線要用于所有FDT刺激，則亮度值應(yīng)集中在背景級(jí)別強(qiáng)度附近，如圖11 (a) 所示。對(duì)于單一伽馬選擇，這為不同對(duì)比度目標(biāo)提供了最大數(shù)目的選擇。然而，對(duì)于8-位控制器，單一伽馬僅提供256個(gè)灰度陰影(對(duì)于6_位控制器，僅提供64個(gè)灰度陰影)。如果業(yè)內(nèi)采用10-、12-、或16-位控制器，顯然更易于將不同對(duì)比度目標(biāo)必須的陰影配合到預(yù)先存在的伽馬曲線。然而，直到此時(shí)，必須做出調(diào)整，這是由于有限數(shù)目的灰度陰影可用。即使具有更多控制位的控制器可用，但這些控制器通常更昂貴，且利用本發(fā)明可比購(gòu)買(mǎi)較昂貴顯示器更成本有效。當(dāng)然，伽馬曲線的完整控制使得人們能最大限度控制顯示器。然而，可用控制程度取決于制造商的規(guī)范。對(duì)于某些芯片，有控制顯示器亮度范圍的針腳，如圖11(b)所示。這里范圍對(duì)半切割，同時(shí)中點(diǎn)(FDT背景陰影)保持固定。如果芯片僅允許控制最大亮度(從而使得圖11 (b)的亮度值在0到0. 5的范圍之間，而非0. 25到0. 75之間)，則前述輔助背光可用于提升顯示器的總體亮度。該類(lèi)控制在改變FDT刺激的對(duì)比度時(shí)有用。如容易看到的，刺激的對(duì)比度可通過(guò)改變顯示器伽馬曲線而改變，其中較高對(duì)比度刺激的伽馬曲線具有更大范圍的亮度值，且較低對(duì)比度刺激的伽馬曲線具有較小范圍的亮度值。這要求足夠的控制以在從一種刺激改變到另一種刺激的時(shí)間內(nèi)改變伽馬曲線。在某些OLED顯示器中可用的另一種控制允許人們改變伽馬曲線中點(diǎn)的斜率。對(duì)于FDT刺激，該中點(diǎn)應(yīng)是背景亮度(圖ll(a)-(c)中亮度被選擇為0.5)。圖11(c)示出驅(qū)動(dòng)信號(hào)對(duì)亮度曲線的斜率與圖11(a)相比增加。這兩條曲線(圖11(a)和圖11(c))具有相同的范圍，但較大的斜率實(shí)現(xiàn)更多亮度陰影。因此，對(duì)于高對(duì)比度刺激，伽馬曲線被設(shè)定成產(chǎn)生更多亮和暗像素以選擇并用于低對(duì)比度刺激，伽馬曲線被設(shè)定以產(chǎn)生接近背景顯示亮度的更多灰度陰影。當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)對(duì)亮度響應(yīng)是線性的時(shí)，F(xiàn)DT刺激的控制特別容易。圖11(d)示出具有斜率1的直線，這允許最大對(duì)比度刺激。如果人們將伽馬曲線從圖11(d)所示的改變?yōu)槿鐖D11 (e)所示的斜率為0. 5的曲線，則人們可減小顯示的刺激的對(duì)比度，而無(wú)需改變驅(qū)動(dòng)信號(hào)。減小斜率為0.25，如圖11(f)所示，進(jìn)一步減小所顯示的刺激的對(duì)比度，而不要求對(duì)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的任何改變。這樣的亮度值范圍減小在有限范圍內(nèi)提供更多陰影或顏色。因此， 當(dāng)伽馬曲線的斜率減小時(shí)，即使通過(guò)有限數(shù)目的級(jí)別，低對(duì)比度FDT刺激可顯示與高對(duì)比度刺激相同數(shù)目的顏色。最后，顯示器的總控制可通過(guò)逐個(gè)像素地調(diào)制源驅(qū)動(dòng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。如果這類(lèi)控制可足夠快地執(zhí)行，這可通過(guò)控制伽馬曲線實(shí)現(xiàn)，或通過(guò)中間信號(hào)控制器。這類(lèi)控制可以是完整的和連續(xù)的或間歇(intermittent)的和部分的。完整和連續(xù)的控制要求與像素時(shí)鐘同步操作對(duì)比度監(jiān)視和源驅(qū)動(dòng)器信號(hào)。然而，在固定伽馬曲線對(duì)顯示器上除少數(shù)像素之外的所有像素都充分時(shí)，間歇和部分控制也可以實(shí)現(xiàn)并是有利的。例如，當(dāng)伽馬曲線被限制為整個(gè)顯示器亮度在范圍0.25到0.75之間，如圖11(b)所示，則沒(méi)有黑色。黑色固定目標(biāo)可能是有用的，覆蓋一個(gè)或更多(但僅選擇幾個(gè))像素。在該情形中，對(duì)于那些旨在提高固定目標(biāo)的像素，無(wú)論來(lái)自D/A的值如何，源信號(hào)可以通過(guò)將其設(shè)定為零而控制。固定目標(biāo)無(wú)需是黑色的。通過(guò)適當(dāng)選擇控制信號(hào)和調(diào)制，可實(shí)現(xiàn)任意選擇固定目標(biāo)顏色。低對(duì)比度目標(biāo)顯示的不同電壓驅(qū)動(dòng)當(dāng)寬范圍的刺激對(duì)比度值(如正弦波光柵)被要求用于視野測(cè)試時(shí)，可以“差分” 顯示控制足夠精確地控制。圖7示出LCD面板的傳遞函數(shù)的近似。對(duì)于低對(duì)比率刺激，刺激像素的顯示亮度相對(duì)接近背景像素的顯示亮度是關(guān)鍵的。在差分顯示控制中，用于每個(gè)像素的控制信號(hào)基于背景信號(hào)和雙向刺激信號(hào)的加和。刺激信號(hào)可被分配以非線性傳遞函數(shù)以在零信號(hào)附近提供小量子化步級(jí)(quantization step)并在較大信號(hào)處提供較大步級(jí)?？稍O(shè)計(jì)大量具有變化復(fù)雜性的非線性傳遞函數(shù)。這類(lèi)傳遞函數(shù)的一種可能實(shí)施是三次方的，選擇這類(lèi)傳遞函數(shù)是因?yàn)槠涫欠蔷€性的，在低值時(shí)具有小量子化步級(jí)，且保持輸入函數(shù)的符號(hào)。然后根據(jù)需要在背景級(jí)別附近最密集地打包量子化步級(jí)。可替換地，可選擇傳遞函數(shù)以直接模擬現(xiàn)有視野測(cè)試儀器如FDT的步級(jí)。背景信號(hào)可保持固定值。然而，其也可以在測(cè)試過(guò)程中緩慢改變，只要這種變化避免為患者提供動(dòng)態(tài)刺激。可在檢查過(guò)程中或者在檢查之間對(duì)背景信號(hào)進(jìn)行校準(zhǔn)，以維持準(zhǔn)確的背景級(jí)別并保持所顯示刺激的足夠精度，而無(wú)論刺激對(duì)比度如何。背景信號(hào)和雙向刺激信號(hào)之一或兩者可跨像素在空間上改變。例如，為了實(shí)現(xiàn)一致的背景亮度，可為每個(gè)像素校準(zhǔn)背景信號(hào)以解決像素至像素的變化。應(yīng)該理解，所選擇且描述的實(shí)施例、實(shí)例和說(shuō)明是為了示出本發(fā)明的原理及其實(shí)際應(yīng)用，而非限制本發(fā)明。本發(fā)明的修改和變化對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見(jiàn)的。本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求限定，其包括已知的等同替換和在提交該申請(qǐng)時(shí)不可預(yù)見(jiàn)的等同替換。下面的參考文獻(xiàn)通過(guò)弓I用結(jié)合于此。美國(guó)專利公開(kāi)20080204481, Mostinski, Device and Method for Controlling a Backlit Display20080150881, Chen 等人，F(xiàn)lat panel display and driving method thereof20060125775, Itoh,Image display device and image display method美國(guó)專利文獻(xiàn)顯示器6，388，388，Weindorf 等人，Brightness control system and methodfor a backlight display device using backlight efficiency7，053，881， Itoh， Image display device and image display method7，113，163，Nitta 等人，Liquid crystal display apparatus
7，172，297，Whitehead 等人，High dynamic range display device (更類(lèi)似)7，193，637,Kudo等人,Display apparatus and driving device for displaying7，220，006, Allen 等人，Method and apparatus for increasing effective contrast ratio and brightness yields for digital light valve image projectors7，265，743，F(xiàn)unamoto 等人，Image display apparatus and image display method7, 333, 081, Aoki ^A Image display apparatus, display unit driver and image display method for the same7, 352, 352, Oh 等人’ Liquid crystal display device and controllig methodthereof7, 359, 008, 0' Donnell ^A Dynamic range and contrast enhancement for microdisplay in 3D
optical
HDR技術(shù)
6, 891, 672, High dynamic range display device 視野測(cè)試
5，323，194，Perimeter with non spherical bowl
6，705，726，Instrument for eye examination and method
7，101，044，Automated objective characterization of visual field defects
其他出版物
Leitgeb，R. Α.等人(2003)，Performance of Fourier domain vs. time domain coherence tomography，Optics Expressll(8) :889-894;
Orlando，R.等人，A Programmable Gamma Reference Buffer with Integrated Backlight Control，Alta Analog SID 2006Paper ； Seetzen，Heidrich，Stuerζ 1 inger，Ward, Whitehead, Trentacoste， Ghosh， Vorozcovs :High Dynamic Range Display Systems, ACM Transactions on Graphics (Siggraph 2004)。
權(quán)利要求
1.一種使用具有多個(gè)像素元件的顯示裝置顯示用于測(cè)試患者視力的圖像的方法，所述元件生成一亮度級(jí)別，所述亮度級(jí)別響應(yīng)于施加到所述元件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的級(jí)別根據(jù)伽馬曲線而改變，且其中所述伽馬曲線能夠被調(diào)節(jié)，所述方法包括以下步驟確定待顯示的圖像的亮度級(jí)別；以及在視力測(cè)試過(guò)程中，調(diào)節(jié)所述伽馬曲線并選擇施加到所述元件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的級(jí)別，以產(chǎn)生具有所期望亮度的圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述像素元件是光透射元件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述像素元件由背光光閥限定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述像素元件由反射光閥限定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述像素元件是發(fā)光元件。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，在所述圖像的產(chǎn)生過(guò)程中，用于至少一個(gè)像素的伽馬曲線與用于另一像素的伽馬曲線是不同地調(diào)節(jié)的。
7.—種顯示用于測(cè)試患者視力的圖像的設(shè)備，所述設(shè)備包括顯示器，包括多個(gè)像素元件，所述元件生成一亮度級(jí)別，所述亮度級(jí)別響應(yīng)于施加到所述元件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的級(jí)別根據(jù)伽馬曲線而改變，且其中所述伽馬曲線能夠被調(diào)節(jié)；以及控制器，用于確定待顯示的圖像的亮度級(jí)別，并在視力測(cè)試過(guò)程中調(diào)節(jié)所述伽馬曲線且選擇施加到所述元件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的級(jí)別，以產(chǎn)生具有所期望亮度的圖像。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中，所述像素元件是光透射元件。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中，所述像素元件由背光光閥限定。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中，所述像素元件由反射光閥限定。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中，所述像素元件是發(fā)光元件。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中，在所述圖像的產(chǎn)生過(guò)程中，至少一個(gè)像素的伽馬曲線與其他像素是不同地調(diào)節(jié)的。
13.—種顯示用于測(cè)試患者視力的圖像的設(shè)備，所述設(shè)備包括外殼，具有透射開(kāi)口 ；數(shù)字顯示器，位于所述外殼內(nèi)并包括多個(gè)像素元件，所述數(shù)字顯示器用于生成圖像；光源，位于所述外殼內(nèi)以生成圖案，所述顯示器和光源被設(shè)置為使得通過(guò)所述開(kāi)口能夠觀察到所述背景圖像和所述圖案；以及用于相對(duì)于由所述數(shù)字顯示器生成的圖像而平移由所述光源生成的圖案的位置的裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中，由所述光源生成的圖案是目標(biāo)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中，用于平移所述目標(biāo)的位置的所述裝置包括用于平移所述光源的機(jī)械支架。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中，用于平移所述目標(biāo)的位置的所述裝置包括用于相對(duì)于所述圖像對(duì)所述目標(biāo)的位置進(jìn)行再定向的一個(gè)或多個(gè)可移動(dòng)的鏡。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中，所述光源包括發(fā)光元件陣列，且用于平移所述目標(biāo)的位置的裝置包括對(duì)所述元件中的多個(gè)選擇性地照明，以相對(duì)于所述圖像平移所述目標(biāo)的位置。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中，所述光源被安置在患者眼睛瞳孔的光學(xué)共軛點(diǎn)處。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中，所述光源生成具有一致顏色的光。
20.一種顯示用于測(cè)試患者視力的圖像的設(shè)備，所述設(shè)備包括 外殼，具有透射開(kāi)口 ；數(shù)字顯示器，位于所述外殼內(nèi)并包括多個(gè)發(fā)光二極管，所述數(shù)字顯示器用于生成圖像；光源，位于所述外殼內(nèi)以生成目標(biāo)；分光器，被布置為將所述顯示器生成的圖像與所述光源生成的目標(biāo)組合起來(lái)，以使得通過(guò)所述開(kāi)口能夠同時(shí)觀察到所述圖像和所述目標(biāo)；以及用于相對(duì)于由所述數(shù)字顯示器生成的圖像平移由所述光源生成的圖案的位置的裝置。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中，用于平移所述目標(biāo)的位置的所述裝置包括用于平移所述光源的機(jī)械支架。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中，用于平移所述目標(biāo)的位置的所述裝置包括用于相對(duì)于所述圖像對(duì)所述目標(biāo)的位置進(jìn)行再定向的一個(gè)或多個(gè)可移動(dòng)的鏡。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中，所述光源包括發(fā)光元件陣列，且用于平移所述目標(biāo)的位置的裝置包括對(duì)所述元件中的多個(gè)選擇性地照明，以相對(duì)于所述圖像平移所述目標(biāo)的位置。
24.根據(jù)權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中，所述光源被安置在患者眼睛瞳孔的光學(xué)共軛點(diǎn)處。
25.根據(jù)權(quán)利要求M所述的設(shè)備，其中所述光源生成具有一致顏色的光。
26.—種顯示用于測(cè)試患者視力的圖像的設(shè)備，所述設(shè)備包括 外殼，具有透射開(kāi)口 ；數(shù)字顯示器，位于所述外殼內(nèi)并包括多個(gè)像素元件，所述數(shù)字顯示器用于生成圖像； 光源，與所述數(shù)字顯示器分離并位于所述外殼內(nèi)以用于生成照明；以及用于將所述顯示器生成的圖像與所述光源的照明組合起來(lái)以使得通過(guò)所述開(kāi)口能夠同時(shí)觀察到所述圖像和所述照明的裝置。
27.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的設(shè)備，其中，所述光源產(chǎn)生目標(biāo)。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的設(shè)備，其中，所述目標(biāo)相對(duì)于所述圖像被平移。
29.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的設(shè)備，其中，由所述數(shù)字顯示器生成的圖像是具有不同亮度級(jí)別的單一顏色。
30.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的設(shè)備，其中，用于將所述顯示器生成的圖像與所述光源的照明組合起來(lái)的所述裝置是分光器。
31.一種顯示用于測(cè)試患者視力的圖像的設(shè)備，所述設(shè)備包括顯示器，包括多個(gè)像素元件，所述元件生成一亮度級(jí)別，所述亮度級(jí)別響應(yīng)于施加到所述元件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的級(jí)別根據(jù)伽馬曲線而改變，且其中所述伽馬曲線能夠被調(diào)節(jié)；以及控制器，用于確定待顯示的圖像的亮度級(jí)別并調(diào)整施加到所述元件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，且用于基于逐個(gè)像素調(diào)整所述伽馬曲線，以產(chǎn)生所期望的圖像。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的設(shè)備，其中，所述像素元件是發(fā)光元件。
33.一種使用一顯示裝置顯示用于測(cè)試患者視力的圖像的方法，所述顯示裝置用于隨時(shí)間顯示所有數(shù)目的照明級(jí)別，該數(shù)目在任何時(shí)候均大于光閥裝置中能夠獲得的照明級(jí)別的數(shù)目，所述方法包括確定待顯示的兩個(gè)照明級(jí)別；確定背光強(qiáng)度和兩個(gè)光閥級(jí)別，當(dāng)通過(guò)所述兩個(gè)光閥級(jí)別對(duì)所述背光進(jìn)行調(diào)制時(shí)，所述兩個(gè)光閥級(jí)別密切接近所述兩個(gè)照明級(jí)別； 將所述背光強(qiáng)度設(shè)定為所確定的強(qiáng)度；以及對(duì)包括所述兩個(gè)照明級(jí)別的顯示器照明。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中，確定并顯示與在前的兩個(gè)照明級(jí)別不同的第三照明級(jí)別。
35.一種在患者視力測(cè)試過(guò)程中控制背光光閥顯示裝置的方法，所述方法包括 確定待觀察的照明級(jí)別；確定背景光照明強(qiáng)度，其中所述背景照明不是通過(guò)所述光閥裝置調(diào)整的； 確定光閥背光照明強(qiáng)度，其中所述背光照明是通過(guò)所述光閥裝置調(diào)整的； 創(chuàng)建幀序列，每個(gè)幀由來(lái)自背景光的處于背景幀強(qiáng)度的光以及處于背光幀強(qiáng)度的光閥背光構(gòu)成；以及以一速率顯示所述幀序列，當(dāng)人觀看時(shí)，觀察到所述巾貞序列為所確定的照明級(jí)別。
36.一種顯示用于測(cè)試患者視力的圖像的設(shè)備，所述設(shè)備包括 第一背光照明裝置，對(duì)顯示像素提供照明；光閥裝置，用于調(diào)整所述顯示像素處的第一背光照明的透射度；以及第二背光照明裝置，對(duì)所述顯示像素提供照明，所述第二照明的照明獨(dú)立于所述光閥直ο
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的顯示設(shè)備，進(jìn)一步包括用于獨(dú)立控制所述第一背光照明裝置和所述第二背光照明裝置的一個(gè)或多個(gè)控制器。
38.根據(jù)權(quán)利要求36所述的顯示設(shè)備，進(jìn)一步包括CPU，所述CPU用于將圖像顯示請(qǐng)求轉(zhuǎn)換為對(duì)所述一個(gè)或多個(gè)背光控制器的指令。
39.根據(jù)權(quán)利要求36所述的顯示設(shè)備，其中，所述第二背光安置在所述患者的眼睛瞳孔的光學(xué)共軛點(diǎn)處。
40.一種顯示器，包括液晶元件，包括像素陣列，所述像素陣列用于控制通過(guò)所述像素陣列的光透射； 光源，位于所述液晶元件后面并被引導(dǎo)為對(duì)所述像素進(jìn)行照明，其中，透射通過(guò)所述像素的光形成顯示；以及控制器，用于操作所述液晶元件和所述光源，所述控制器接收待顯示的信息，所述控制器在第一幀期間提供圖像信息至所述像素，且在第二幀期間提供一致的透射信息至所有像素，并以一定速率交替所述幀，從而使得這些幀作為普通圖像而被人眼觀察到。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的顯示器，其中，所述光源的亮度對(duì)于這兩個(gè)幀中的每一個(gè)而言均能夠獨(dú)立調(diào)節(jié)。
42.根據(jù)權(quán)利要求40所述的顯示器，其中，所述幀速率大于lOfps。
43.根據(jù)權(quán)利要求40所述的顯示器，其中所述幀速率大于30fps。
全文摘要
本發(fā)明實(shí)施例包括控制光閥裝置的方法，以改善用于視野測(cè)試的顯示器的對(duì)比率和灰度級(jí)別的范圍和精度。在一個(gè)實(shí)施例中，使用兩個(gè)或更多照明裝置以使得顯示裝置能夠以精確的照明強(qiáng)度在固定背景照明級(jí)別上顯示寬范圍的對(duì)比刺激。在另一個(gè)實(shí)施例中，顯示元件的伽馬曲線被調(diào)整為以允許顯示器亮度上的較大變化。
文檔編號(hào)A61B3/024GK102245081SQ200980149993
公開(kāi)日2011年11月16日 申請(qǐng)日期2009年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月12日
發(fā)明者王迎建, 約蘭·A·約翰松 申請(qǐng)人:卡爾蔡司醫(yī)療技術(shù)股份公司