CN100443959C - 光学器件的检测装置及检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光学器件的检测装置及检测方法。依据本发明所提供的光学器件的检测装置，包含：用于向所述光学器件射出光的激光器；通过对所述激光器射出光的相位进行变更而消除干扰的相位变更部；用于将通过所述光学器件的光按特定方向偏振的偏振部；用于集中所偏振光的集光部；用于将所集中的光变换为电信号的光二极管；用于处理所述电信号的信号处理部。据此提供可以测定板状光学器件的双折射和厚度变形程度的光学器件的检测装置及检测方法。

Description

光学器件的检测装置及检测方法
技术领域
本发明涉及一种光学器件的检测装置及检测方法，尤其涉及在制造过程中可能产生双折射及厚度变形的光学器件的检测装置及检测方法。
背景技术
用于液晶显示装置的如玻璃基板的板状光学器件在制造过程中经过各种检测过程。这种检测项包括发生在光学器件内外部的气泡、划痕、点缺陷、污染、贴附杂质等，通过测定所述项目来评价及改进光学器件的质量。
这种光学器件的质量除了根据上述的外部因素以外，还根据水平方向的偏振程度分布等内部因素来决定。随着显示装置逐渐地被大型化，制造过程中可能产生的内部应力与光学器件的质量有着密切的关系。发生在光学器件的内部或外部的应力引起透过光学器件的光的双折射，这种双折射导致光学器件的面方向的变形变得严重，从而降低透过该光学器件的光的均匀度。并且，除了双折射以外，如果板状光学器件的厚度分布不均匀，则降低映像的亮度和所播放图像的品质。
因此，不仅需要检测光学器件的各种缺陷，还需要检测由热和压力所引起的残留应力而产生的双折射及光学器件各位置的厚度变化。但是，使用现有的光学检测装置不能进行该项目，或即使能进行该项目也需要较多的时间并伴随着复杂的过程。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可以测定板状光学器件的双折射和厚度变形程度的光学器件的检测装置及检测方法。
为了实现上述目的，依据本发明所提供的光学器件的检测装置，包含：用于向所述光学器件射出光的激光器；通过对所述激光器射出光的相位进行变更而消除干扰的相位变更部；用于将通过所述光学器件的光按特定方向偏振的偏振部；用于集中所偏振光的集光部；用于将所集中的光变换为电信号的光二极管；用于处理所述电信号的信号处理部。
并且，所述激光器可以为外差激光器或作为外差激光器的一种形态的塞曼激光器。外差激光器同时射出偏振方向相垂直、频率互不相同的两条光，各光具有垂直于自身偏振方向的如干扰的偏振成分。
并且，可以进一步包含用于调节由所述激光器射出光的光量的光量调节部，所述光量调节部可以采用用于减少射出光的光量的光衰减器(opticalattenuator)或用于将光密度滤光为期望值的光密度滤光器(neutral densityfilter)。
并且，所述相位变更部为四分之一波板(QWP：quarter wave plate)，所述相位变更部将射出光的特定偏振方向的相位延迟λ/4。
并且，所述集光部包含集光器和用于传递由所述集光器所集中的光的光纤维，以用于将通过偏振部而偏振的光传递到光二极管。
并且，所述信号处理部为过滤所述电信号，以将多个电信号变换及处理为特定信号。
并且，进一步包含用于显示由所述信号处理部所处理的数据的显示部，以使用户易于掌握并利用光学器件性质相关的信息。
并且，进一步包含用于支持所述光学器件的台架，以使射出光可以扫描整个光学器件的前面，并相对于所述激光器而移动所述光学器件。
另外，为了实现所述目的依据本发明所提供的光学器件的检测方法，包含：射出光的光射出阶段；变更所射出光相位而消除干扰的相位变更阶段；将通过所述光学器件的光按特定方向偏振的偏振阶段；集中所偏振光的集光阶段；将所集中的光变换为电信号的信号变换阶段；处理所述电信号的信号处理阶段；显示所处理的数据的显示阶段。
并且，光最好由外差激光器射出。
并且，所述光射出阶段与所述相位变更阶段之间可以进一步包含调节射出光光量的光量调节阶段，由于这种光量可以在激光器中调节，因而所述阶段可以选择性设置。
并且，为了消除干扰所述相位变更阶段最好将所射出光的特定偏振方向的相位延迟λ/4。
并且，所述信号处理阶段可以通过软件来处理。
附图说明
图1为依据本发明一实施例所提供的光学器件检测装置的概略示意图；
图2a至图2c为用于说明依据本发明一实施例所提供的相位变更部的示意图；
图3为用于说明依据本发明一实施例所提供的偏振部的示意图；
图4为依据本发明一实施例所提供的检测方法所示出的光学器件的截面图；
图5为用于说明依据本发明一实施例所提供的检测方法的控制流程图。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明。
图1为依据本发明一实施例所提供的光学器件检测装置的概略示意图，如图所示，光学器件的检测装置包含激光器10、光量调节部20、相位变更部30、偏振部40、集光部50、光二极管60、信号处理部70、显示部80及用于支持光学器件100的台架90。
激光器10为向光学器件100射出光的光源，本发明使用作为外差激光器(heterodyne laser)的一种形态的塞曼激光器(Zeeman laser)。外差激光器同时射出偏振方向相互垂直、频率互不相同的两条光，所射出的两条光的频率虽然类似但不相同。本实施例中第一光(E1)的波长约为632.8nm，第二光(E2)的波长约为632.5nm。
图2a表示从激光器射出的初始光的偏振状态，如图所示，从外差激光器射出的光由朝y轴方向偏振的第一光(E1)和垂直于第一光(E1)而朝x轴方向偏振的第二光(E2)构成。如第一光(E1)及第二光(E2)，下面所阐述的指出偏振成分的所有成分均为具有方向及大小的矢量。
在初始状态，第一光(E1)及第二光(E2)均表示为约椭圆形的偏振状态。即，第一光(E1)作为朝y轴方向偏振的光，除了向y轴的偏振成分A以外，还存在朝x轴方向的约a大小的偏振成分。与其类似，第二光(E2)也除了朝x轴的偏振成分B以外，还存在朝y轴方向的b大小的偏振成分。如此，包含这种具有椭圆形偏振成分的两个垂直光的性质称为外差激光器的特征。
从激光器10射出的光在光量调节部20调节光量。光量调节部20位于激光器10的前部(head)，采用用于减少射出光光量的光衰减器(opticalattenuator)或将光密度滤光(filtering)为期望量的光密度滤光器(neutral densityfilter)。
这种光量调节部20并不是本实施例所必需的构成因素，由于从激光器10射出光时可以进行光量调节，因而可以选择性地设置。
相位变更部30用于将从激光器10射出并在光量调节部20调节其光量的光相位进行变更。如上所述，外差激光器射出具有相垂直的偏振方向的光(E1，E2)，并且各自具有垂直于自身偏振成分(A，B)的如干扰成分的光成分(a，b)。垂直于偏振成分(A，B)的如干扰成分的这种成分(a，b)通过光学器件100而被集光时，成为产生残留电流的原因。由于因这种残留电流不能正确地检测光学器件100的状态，因而相位变更部30调节光的相位，将光的偏振状态从椭圆变更为直线。
下面参照图2b及图2c进一步进行详细说明。图2b为表示光相位在相位变更部30延迟约λ/4的示意图，图2c表示通过相位变更部30的光偏振状态的示意图。
虽然图2b中为了便于说明而只示出了第一光(E1)，但下面的描述同样适用于第二光(E2)。如图所示，第一光(E1)具有y轴偏振成分(A)和x轴偏振成分(a)。小于y轴偏振成分(A)振幅的x轴偏振成分(a)对于整个射出光作为干扰而作用。由于y轴偏振成分(A)和x轴偏振成分(a)具有约λ/4的相位差，因而相位变更部30将两个偏振成分中的任意一个相位延迟，使两个偏振成分振幅为零的位置相一致。本实施例中使y轴偏振成分(A)延迟约λ/4，从而获得使x轴偏振成分(a)提前约λ/4时相同的效果。结果，变更相位的x轴偏振成分(a)和y轴偏振成分(A)相对于z轴方向在相同位置具有最大及最小的振幅。
本实施例所提供的相位变更部30采用将特定偏振成分的相位变更λ/4的四分之一波板(QWP：quarter wave plate)，用于消除干扰成分。
如果观察这种相位进行变更的光的偏振状态，如图2c所示，可以获知第一光(E1)及第二光(E2)的偏振轴全部偏移预定角度。并且，第一光(E1)及第二光(E2)的偏振状态不再是椭圆形，而是相互垂直的直线。这表示可能被测定为残留电流的干扰成分被消除。
在相位变更部30变更相位的光被照射到板状的光学器件100上。光学器件100可以为主要用于液晶显示装置的薄膜晶体管基板或滤色基板上的玻璃基板。
台架90用于支持光学器件100，并对应于从激光器10所射出的光进行相对移动。台架90由图中未示出的驱动部及控制部驱动，并且移动光学器件100以使光学器件100的全部面积被射出光进行扫描(scan)。
最近，随着显示装置的大型化玻璃基板也逐渐地被大型化，而与其相应还需要伴随玻璃基板可靠性的检测。并且，为了满足消费者对画质越来越高的要求，需要对基本的光学器件进行严格的检测。本实施例中，通过将从激光器10所射出的光照射到光学器件100的前面，从而以非接触的方式测定光学器件100的双折射程度及厚度变化。
通过光学器件100的光包含光学器件100内部状态的信息，而这些状态是由热及压力等所引起的。本实施例所提供的光学器件检测装置1虽然用于测定光学器件100内部的双折射或厚度变化，但检测项目并不限定于此。换句话说，可以包含露在光学器件100外表面的缺陷、颜色变化等有关事项，还可以包含通过光可以获知的其他检测项目。光学器件100在制造过程中因热及压力等可能发生不期望的应力，这将导致光学器件100的双折射及厚度变化。双折射及厚度变化分布可能根据应力的强弱或光学器件100的面积而互不相同，而通过光学器件100的光包含所有这些信息。
偏振部40将通过光学器件100并包含光学器件100内部状态信息的光按特定方向偏振。如图3所示，通过相位变更部30的第一光(E1)在经过光学器件100时由内部环境而变换为第三光(E3)。如果将第三光(E3)分解为单位矢量，则分为通过相位变更部30的成分(E1′)和由光学器件100的内部影响而被追加或变更的成分(D)。
这种变更成分(D)的光通过偏振部40而被提出。偏振部40的偏振方向并不固定为一个，在反复进行检测的过程中可以根据所提取的光成分进行调节。
集光部50包含集光器51及光纤维53，用于集中在偏振部40被偏振的光。集光器51最好为可以集中光的透镜如凸透镜，由集光器51收集到的光通过光纤维53传递到光二极管60。
光二极管60将从光纤维53所传递的定量的光变换为电信号。光二极管60为如果收光二极管接收到光就产生电流的电子元件，本实施例中电信号为电流。根据传递到光二极管60的光量来产生不同大小的电流，并根据光学器件100内部的双折射及厚度变化的信息将具有不同振幅、频率等性质的电流输入到信号处理部70。电信号并不限定于电流，可以利用于分析通过光学器件100的光资料的均可适用。
信号处理部70将由光二极管60所传递的电信号处理为用户可采用的数据，并将其显示于显示部90。首先，信号处理部70将双折射及厚度变化相关的混合信息进行分离，并为了提取各信息将频率限定为预定的频率或特定区域而进行电信号的过滤。这种过滤过程采用定性或定量地分析电信号并将其数据化的一般的方法，由于这是公知方法，因而省略其说明。
所述信号处理部70通常按照某一定逻辑制作而体现为软件形式，并通过与光二极管60形成为一体或通过电连接设置为一个芯片。
显示部80用于显示由信号处理部70进行处理的数据，以使用户可以用视觉进行识别。显示部80可以按照光学器件100的位置来显示双折射程度及厚度变化的表或曲线，也可以显示光学器件100内部的应力程度的相关信息。
图4为依据本发明一实施例所提供的检测方法所示出的光学器件的截面图，表示显示于显示部80的光学器件100的厚度及应力程度。按照原则，板状光学器件100的上表面及下表面应该相互平行，但根据数据处理结果而显示的截面呈现出有山有谷的曲线。由于光学器件100的内部应力并不一定，因而光学器件100的厚度也根据应力而变化。
虽然附图中没有示出，但也可以将双折射相关数据显示于显示部80。虽然双折射显示出与光学器件100的厚度无关的变化形状，但双折射的测定量与将厚度变化量延迟约λ/4时的形状相类似。
图5为用于说明依据本发明一实施例所提供的检测方法的控制流程图。
首先，从激光器10射出用于检测光学器件100的光之后(S10)，利用光衰减器或光密度滤光器等光量调节部20调节射出光光量(S20)。
从激光器100射出的光包含具有相互垂直的偏振方向的两条光，各光因具有垂直于自身偏振方向的偏振成分而具有椭圆形的偏振形态。使偏振形态变为椭圆形的偏振成分通过光二极管60而变为电信号时，作为干扰而作用。因此，为了消除这种干扰并呈现直线状的偏振状态，使光通过相位变更部30。
通过相位变更部30使光中的某一个偏振成分被延迟约λ/4(S30)，改变相位的光具有偏振方向相互垂直的直线状的偏振状态。变更相位的光扫描光学器件100的整个面积(S40)，并增加针对光学器件100内部环境的信息。光包含光学器件100的双折射及厚度变化的相关信息，含有这种信息的光按特定方向偏振(S50)。可以通过偏振部40的偏振来提取针对用户所要求的特定信息的光成分。
然后，由集光器51收集及集光(S60)的光通过光纤维53而输入到光二极管60。光二极管60将所接收到的光变换为电信号，一般变换为电流值(S70)，并根据收光量使电流大小不同并传递到信号处理部70。
信号处理部70将从光二极管60所传递的电信号过滤为各种频率或特定区域，并将其提取及处理为针对双折射及厚度变化的数据(S80)。所提取的信息以用户易于掌握的表或曲线等显示于显示部80上(S90)。
通过这种检测方法，不用接触光学器件100也容易并迅速地检测光学器件100的性质。
虽然本发明示出了多个实施例，但具有通常知识的本发明所属领域的技术工作者应该知道，在不脱离本发明的原则或精神的情况可以对以非接触方式检测光学器件的双折射与否及厚度变化的本实施例进行变更。本发明的保护范围由权利要求和其等同物来决定。
综上所述，依据本发明提供可以测定板状光学器件的双折射和厚度变形程度的光学器件的检测装置及检测方法。

Claims (15)

1、一种用于检测光学器件的光学器件检测装置，其特征在于包含：
用于向所述光学器件射出光的激光器；
通过对所述激光器射出光的相位进行变更而消除干扰的相位变更部；
用于将通过所述光学器件的光按特定方向偏振的偏振部；
用于集中所偏振光的集光部；
用于将所集中的光变换为电信号的光二极管；
用于处理所述电信号的信号处理部。
2、根据权利要求1所述的光学器件的检测装置，其特征在于所述激光器为外差激光器。
3、根据权利要求1所述的光学器件的检测装置，其特征在于所述激光器为塞曼激光器。
4、根据权利要求1所述的光学器件的检测装置，其特征在于进一步包含光量调节部，以用于调节由所述激光器射出光的光量。
5、根据权利要求1所述的光学器件的检测装置，其特征在于所述相位变更部为四分之一波板。
6、根据权利要求1所述的光学器件的检测装置，其特征在于所述相位变更部将射出光的特定偏振方向的相位延迟λ/4。
7、根据权利要求1所述的光学器件的检测装置，其特征在于所述集光部包含集光器和光纤维，该光纤维用于将由所述集光器所集中的光传递到所述光二极管。
8、根据权利要求1所述的光学器件的检测装置，其特征在于所述信号处理部为过滤所述电信号。
9、根据权利要求1所述的光学器件的检测装置，其特征在于进一步包含显示部，以用于根据所述信号处理部所处理的电信号显示数据。
10、根据权利要求1所述的光学器件的检测装置，其特征在于进一步包含台架，以用于支持所述光学器件并相对于所述激光器而移动所述光学器件。
11、一种用于检测光学器件的光学器件检测方法，其特征在于包含：
向所述光学器件射出光的光射出阶段；
变更所射出光相位而消除干扰的相位变更阶段；
将通过所述光学器件的光按特定方向偏振的偏振阶段；
集中所偏振光的集光阶段；
将所集中的光变换为电信号的信号变换阶段；
处理所述电信号的信号处理阶段；
根据所处理的电信号显示数据的显示阶段。
12、根据权利要求11所述的光学器件的检测方法，其特征在于光由外差激光器射出。
13、根据权利要求11所述的光学器件的检测方法，其特征在于所述光射出阶段与所述相位变更阶段之间进一步包含调节射出光光量的光量调节阶段。
14、根据权利要求11所述的光学器件的检测方法，其特征在于所述相位变更阶段将所射出光的特定偏振方向的相位延迟λ/4。
15、根据权利要求11所述的光学器件的检测方法，其特征在于所述信号处理阶段通过软件来处理。
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