專利名稱：一種偏振特性元器件的光軸角度檢測方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光電檢測技術(shù)，尤其涉及一種具有偏振特性元器件的光軸角度檢測方 法和裝置。
背景技術(shù)：
眾所周知，偏振片、玻片、液晶等都具有偏振特性，在光學(xué)產(chǎn)品和實(shí)驗(yàn)中都會用到 大量的這些帶有偏振特性的元器件。這些元器件的偏振角度或光軸角度檢測顯得尤為重 要，而傳統(tǒng)的檢測方法多數(shù)是目測或通過光譜儀等設(shè)備檢測，目測結(jié)果顯然不是很準(zhǔn)確，只 能判斷大致方向，光譜儀檢測也不能準(zhǔn)確的檢測出光軸。目前液晶生產(chǎn)廠家很少檢測出廠 液晶盒的取向角度，而且這種角度帶有平均性，因此需要對整個(gè)液晶面進(jìn)行平均檢測。眾多 偏振片生產(chǎn)廠家只是在設(shè)備上設(shè)置好偏振角度，摩擦之后就不再檢測產(chǎn)品的偏振角，這些 廠家也需要相關(guān)設(shè)備對產(chǎn)品做快速檢測。偏振膜廠家從來不關(guān)心偏振膜具體角度，只關(guān)心 方向，而這也將降低各種產(chǎn)品的對比度。因此該領(lǐng)域需要一種快速檢測偏振器件的方法及 其測試設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠快速、精確測量液晶盒、偏振片、玻片的透振方向 或光軸的方法及其裝置，旨在解決現(xiàn)有偏光顯微鏡或光譜儀檢測方法測量結(jié)果不準(zhǔn)或偏差 較大的問題。本發(fā)明所述的一種偏振特性元器件的光軸角度檢測方法，其主要包括以下步驟1)產(chǎn)生一白光光源；2)該白光經(jīng)過起偏偏振片形成線偏振光；3)線偏振光經(jīng)過待測偏振特性元器件；4)旋轉(zhuǎn)待測偏振特性元器件，使其與起偏偏振片形成角度并不斷改變這一角度；5)從待測偏振特性元器件出射的光經(jīng)過檢偏偏振片，該檢偏偏振片與起偏偏振片 始終保持平行；6)從檢偏偏振片出射的光依次經(jīng)過濾光片、鏡頭并最終入射到CCD器件 (Charge-coupled Device,電荷華禹合元件)；7)通過CXD器件實(shí)時(shí)記錄待測偏振特性元器件改變與起偏偏振片夾角過程中的 透射光強(qiáng)圖像，記錄的圖像與旋轉(zhuǎn)夾角一一對應(yīng)，提取每一幅圖像的平均灰度值，求出灰度 極小值所對應(yīng)的待測偏振特性元器件旋轉(zhuǎn)角度，此角度即為光軸角。上述步驟1)中的白光光源為鹵素?zé)艄庠?。上述步驟4)中的待測偏振特性元器件安裝在電動旋轉(zhuǎn)平臺上，檢測平臺旋轉(zhuǎn)精 度為0.1°。上述步驟7)的具體步驟是第一步，圖像讀取；
第二步，圖像對應(yīng)光軸標(biāo)定；第三步，圖像灰度提?。坏谒牟?，圖像RGB灰度平均；第五步，灰度均值與光軸標(biāo)定值對應(yīng)；第六步，求極值和繪制圖像。本發(fā)明還提供了一種偏振特性元器件的光軸角度檢測裝置，其包括鹵素?zé)艄庠础?起偏偏振片、檢測平臺和旋轉(zhuǎn)平臺、檢偏偏振片、濾光片、鏡頭和CCD器件，所述在鹵素?zé)艄?源產(chǎn)生的入射光線方向上依次同軸設(shè)置起偏偏振片、裝有待測偏振特性元器件的檢測平臺 和旋轉(zhuǎn)平臺、檢偏偏振片、濾光片、鏡頭和CCD器件本發(fā)明通過鹵素?zé)艄庠刺峁┮皇?jīng)準(zhǔn)直后的平行測試光束，再經(jīng)起偏偏振片形成 線偏振光照射待測偏振特性元器件，透射光線再經(jīng)檢偏偏振片、濾光片、鏡頭并最終入射到 CXD器件上，C⑶器件由計(jì)算機(jī)控制適時(shí)收集透射光線圖像并儲于計(jì)算機(jī)，通過不斷改變 待測偏振特性元器件與起偏偏振片的相對角度，利用CCD器件抓拍不同角度下透射光線圖 像。利用檢測偏振片與被檢測元件之間的透振方向的夾角與透射光的關(guān)系來確定被檢測元 件的光軸角度(透振方向)，該關(guān)系形成的原理是當(dāng)具有偏振特性的元件與起偏、檢偏元件 之間存在一定角度時(shí)，透射光強(qiáng)遵循馬呂斯定理，在光軸位置透射光強(qiáng)為極小值。通過改變 檢測元件與起偏器之間的夾角，用CCD記錄透射圖，每一幅圖都與元件偏轉(zhuǎn)角度對應(yīng)，再建 立角度與每一幅圖的灰度關(guān)系圖，通過關(guān)系圖找出灰度極小值點(diǎn)，該點(diǎn)對應(yīng)的角度為元件 透振方向或光軸角度。本發(fā)明采用一套結(jié)構(gòu)簡單的測試設(shè)備，即可快速、準(zhǔn)確的測出待測偏振特性元器 件光軸角，該設(shè)備采用的方法也簡單易行，容易操作，有效解決了現(xiàn)有偏振特性元器件廠 家無法快速確定偏振特性元器件光軸角的問題，例如液晶摩擦角、偏光片透振方向、玻片光 軸。而這些元器件是液晶顯示、投影設(shè)備、慮光設(shè)備等必須用到的器件，準(zhǔn)確的角度測量有 助于設(shè)備性能的提高。


圖1是本發(fā)明光軸角度檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖像灰度值與光軸角度關(guān)系圖，由圖中可見該實(shí)施例的器件光軸為7. 3°，
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。如圖1所示，基于光軸和偏振圖像灰度關(guān)系的光軸角度檢測裝置包括鹵素?zé)艄?源、起偏偏振片、檢測平臺和旋轉(zhuǎn)平臺、檢測平臺上的樣品、檢偏偏振片、濾光片、鏡頭、CCD 器件，其中光源為鹵素?zé)艉蜏?zhǔn)直透鏡組成，光經(jīng)過準(zhǔn)直后為平行光，平行光照射到起偏偏振 片，起偏偏振片定標(biāo)后的光軸應(yīng)與偏振片托盤起始位置“0”對準(zhǔn)。檢測平臺與旋轉(zhuǎn)平臺是一體的，旋轉(zhuǎn)平臺帶有電機(jī)，可以對檢測平臺進(jìn)行精確移動，移動精度0.1°。旋轉(zhuǎn)平臺通過計(jì)算機(jī)軟件控制，檢測平臺可以手動粗測。檢測平臺上 有元器件夾具，可以把待測元件夾在上面，檢測平臺底部有通光孔，尺寸可變。測試過程中檢偏偏振片與起偏偏振片始終保持平行，光軸與起始位置“0”對齊。濾 波片是可見光透射濾波片，將可見光以外雜波全部濾掉。鏡頭是用于把光成像于CXD器件上的，CXD是探測器，鏡頭是成像器件，所成的像 由CCD探測，本發(fā)明中的鏡頭和CCD是分離的，方便更換不同焦距的鏡頭。CCD器件由計(jì)算 機(jī)控制，并適時(shí)收集圖像儲于計(jì)算機(jī)。在存儲圖像時(shí)，CCD器件可以采取錄像模式和抓拍模 式，抓拍模式屬于低速拍照，可以設(shè)置拍照間隔時(shí)間。在低速檢測時(shí)，檢測盤旋轉(zhuǎn)角度范圍 與旋轉(zhuǎn)速度決定旋轉(zhuǎn)時(shí)間，旋轉(zhuǎn)時(shí)間決定錄像時(shí)間，保證一一對應(yīng)。高速檢測時(shí)，由于拍攝 速度既定，旋轉(zhuǎn)范圍既定，由此決定旋轉(zhuǎn)速度。所述檢測方法中包含圖像灰度提取算法，灰度與角度對應(yīng)，灰度極小值求解，輸出 光軸或透振方向角度，具體過程如下第一步，圖像讀?。坏诙?，圖像對應(yīng)光軸標(biāo)定；光軸標(biāo)定是根據(jù)測量范圍和精度設(shè)定的，例如要測量的光軸預(yù)期是7. 5°，則產(chǎn)生 的標(biāo)定應(yīng)該以7. 5°為中心，往兩側(cè)擴(kuò)展，如果需要測量精度為0.1°，則擴(kuò)展時(shí)兩個(gè)數(shù)據(jù) 間隔為0.1°，如表1，要求測量準(zhǔn)確到0.1°的范圍是在7-8°之間，整個(gè)測量判斷區(qū)間在 1-14°，表中19個(gè)數(shù)據(jù)將會和每一幅圖像對應(yīng)。表1預(yù)期為光軸為7. 5°元件的定標(biāo)數(shù)據(jù) 第三步，圖像灰度提??；圖像灰度提取使用的是通用技術(shù)，NI Labview, Matlab中都有，該技術(shù)提取圖像 RGB三原色每一色的灰度值。第四步，圖像RGB灰度平均；第五步，灰度均值與光軸標(biāo)定值對應(yīng)；對三原色灰度值平均，產(chǎn)生平均灰度值。每一幅圖像對應(yīng)一個(gè)平均灰度值。每一 幅圖像對應(yīng)一個(gè)標(biāo)定值。所以每一個(gè)灰度值對應(yīng)一個(gè)光軸標(biāo)定值。第六步，求極值和繪制圖像。對標(biāo)定值進(jìn)行曲線擬合并繪制，這是一個(gè)二次曲線，對其求極值，極值點(diǎn)對應(yīng)的標(biāo) 定值為光軸角度值。以下為一應(yīng)用實(shí)例的過程該實(shí)例以液晶盒角度檢測為目的，實(shí)例中所用液晶盒摩擦角度為29.5°。第一步，將其平放在檢測臺上，并夾緊。第二步，使用手動旋轉(zhuǎn)平臺，觀察顯示器中光暗亮情況，可以初步判斷液晶盒摩擦 角為29. 5° (或根據(jù)廠家提供角度直接旋轉(zhuǎn)到29. 5° )。
第三步，設(shè)定旋轉(zhuǎn)角度范圍為23° 36°，C⑶使用錄像截圖狀態(tài)，獲得19幀圖像。第四步，對19幀圖像分析，即可得到最小值對應(yīng)的角度，此角度即為光軸，如圖2， 輸出液晶光軸為29. 7°。
權(quán)利要求
一種偏振特性元器件的光軸角度檢測方法，其特征在于包括以下步驟1)產(chǎn)生一白光光源；2)該白光經(jīng)過起偏偏振片形成線偏振光；3)線偏振光經(jīng)過待測偏振特性元器件；4)旋轉(zhuǎn)待測偏振特性元器件，使其與起偏偏振片形成角度并不斷改變這一角度；5)從待測偏振特性元器件出射的光經(jīng)過檢偏偏振片，該檢偏偏振片與起偏偏振片始終保持平行；6)從檢偏偏振片出射的光依次經(jīng)過濾光片、鏡頭并最終入射到CCD器件；7)通過CCD器件實(shí)時(shí)記錄待測偏振特性元器件改變與起偏偏振片夾角過程中的透射光強(qiáng)圖像，記錄的圖像與旋轉(zhuǎn)夾角一一對應(yīng)，提取每一幅圖像的平均灰度值，求出灰度極小值所對應(yīng)的待測偏振特性元器件旋轉(zhuǎn)角度，此角度即為光軸角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏振特性元器件的光軸角度檢測方法，其特征在于，所述步 驟1)中的白光光源為鹵素?zé)艄庠础?br> 3.據(jù)權(quán)利要求1或2所述的偏振特性元器件的光軸角度檢測方法，其特征在于，所述步 驟4)中的待測偏振特性元器件安裝在電動旋轉(zhuǎn)平臺上，檢測平臺旋轉(zhuǎn)精度為0.1°。
4.據(jù)權(quán)利要求1或2所述的偏振特性元器件的光軸角度檢測方法，其特征在于步驟7) 的具體步驟是第一步，圖像讀?。坏诙?，圖像對應(yīng)光軸標(biāo)定；第三步，圖像灰度提?。坏谒牟?，圖像RGB灰度平均；第五步，灰度均值與光軸標(biāo)定值對應(yīng)；第六步，求極值和繪制圖像。
5. 一種偏振特性元器件的光軸角度檢測裝置，其特征在于包括商素?zé)艄庠?、起偏偏?片、檢測平臺和旋轉(zhuǎn)平臺、檢偏偏振片、濾光片、鏡頭和CCD器件，所述在鹵素?zé)艄庠串a(chǎn)生的 入射光線方向上依次同軸設(shè)置起偏偏振片、裝有待測偏振特性元器件的檢測平臺和旋轉(zhuǎn)平 臺、檢偏偏振片、濾光片、鏡頭和CCD器件。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種快速、精確測量偏振特性元器件的光軸角度檢測方法和裝置，該方法步驟為先產(chǎn)生一白光光源，經(jīng)起偏偏振片形成線偏振光，線偏振光經(jīng)過待測偏振特性元器件；旋轉(zhuǎn)待測偏振特性元器件，使其與起偏偏振片形成不同角度；投射光經(jīng)過檢偏偏振片、濾光片、鏡頭并最終入射到CCD器件；通過CCD器件實(shí)時(shí)記錄待測偏振特性元器件改變與起偏偏振片夾角過程中的透射光強(qiáng)圖像，記錄的圖像與旋轉(zhuǎn)夾角一一對應(yīng)，提取每一幅圖像的平均灰度值，求出灰度極小值所對應(yīng)的待測偏振特性元器件旋轉(zhuǎn)角度，此角度即為光軸角。該裝置主要包括鹵素?zé)艄庠础⑵鹌衿?、檢測平臺和旋轉(zhuǎn)平臺、檢偏偏振片、濾光片、鏡頭和CCD器件。
文檔編號G01M11/04GK101915661SQ20101027208
公開日2010年12月15日 申請日期2010年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月3日
發(fā)明者單云強(qiáng), 唐守平, 李文斌 申請人:無錫市奧達(dá)光電子有限責(zé)任公司