CN101915661A - 一种偏振特性元器件的光轴角度检测方法和装置 - Google Patents

一种偏振特性元器件的光轴角度检测方法和装置 Download PDF

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单云强
唐守平
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Abstract

本发明公开了一种快速、精确测量偏振特性元器件的光轴角度检测方法和装置,该方法步骤为:先产生一白光光源,经起偏偏振片形成线偏振光,线偏振光经过待测偏振特性元器件;旋转待测偏振特性元器件,使其与起偏偏振片形成不同角度;投射光经过检偏偏振片、滤光片、镜头并最终入射到CCD器件;通过CCD器件实时记录待测偏振特性元器件改变与起偏偏振片夹角过程中的透射光强图像,记录的图像与旋转夹角一一对应,提取每一幅图像的平均灰度值,求出灰度极小值所对应的待测偏振特性元器件旋转角度,此角度即为光轴角。该装置主要包括卤素灯光源、起偏偏振片、检测平台和旋转平台、检偏偏振片、滤光片、镜头和CCD器件。

Description

一种偏振特性元器件的光轴角度检测方法和装置
技术领域
[0001] 本发明属于光电检测技术,尤其涉及一种具有偏振特性元器件的光轴角度检测方 法和装置。
背景技术
[0002] 众所周知,偏振片、玻片、液晶等都具有偏振特性,在光学产品和实验中都会用到 大量的这些带有偏振特性的元器件。这些元器件的偏振角度或光轴角度检测显得尤为重 要,而传统的检测方法多数是目测或通过光谱仪等设备检测,目测结果显然不是很准确,只 能判断大致方向,光谱仪检测也不能准确的检测出光轴。目前液晶生产厂家很少检测出厂 液晶盒的取向角度,而且这种角度带有平均性,因此需要对整个液晶面进行平均检测。众多 偏振片生产厂家只是在设备上设置好偏振角度,摩擦之后就不再检测产品的偏振角,这些 厂家也需要相关设备对产品做快速检测。偏振膜厂家从来不关心偏振膜具体角度,只关心 方向,而这也将降低各种产品的对比度。因此该领域需要一种快速检测偏振器件的方法及 其测试设备。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于提供一种能够快速、精确测量液晶盒、偏振片、玻片的透振方向 或光轴的方法及其装置,旨在解决现有偏光显微镜或光谱仪检测方法测量结果不准或偏差 较大的问题。
[0004] 本发明所述的一种偏振特性元器件的光轴角度检测方法,其主要包括以下步骤:
[0005] 1)产生一白光光源;
[0006] 2)该白光经过起偏偏振片形成线偏振光;
[0007] 3)线偏振光经过待测偏振特性元器件;
[0008] 4)旋转待测偏振特性元器件,使其与起偏偏振片形成角度并不断改变这一角度;
[0009] 5)从待测偏振特性元器件出射的光经过检偏偏振片,该检偏偏振片与起偏偏振片 始终保持平行;
[0010] 6)从检偏偏振片出射的光依次经过滤光片、镜头并最终入射到CCD器件 (Charge-coupled Device,电荷華禹合元件);
[0011] 7)通过CXD器件实时记录待测偏振特性元器件改变与起偏偏振片夹角过程中的 透射光强图像,记录的图像与旋转夹角一一对应,提取每一幅图像的平均灰度值,求出灰度 极小值所对应的待测偏振特性元器件旋转角度,此角度即为光轴角。
[0012] 上述步骤1)中的白光光源为卤素灯光源。
[0013] 上述步骤4)中的待测偏振特性元器件安装在电动旋转平台上,检测平台旋转精 度为0.1°。
[0014] 上述步骤7)的具体步骤是:
[0015] 第一步,图像读取;[0016] 第二步,图像对应光轴标定;
[0017] 第三步,图像灰度提取;
[0018] 第四步,图像RGB灰度平均;
[0019] 第五步,灰度均值与光轴标定值对应;
[0020] 第六步,求极值和绘制图像。
[0021] 本发明还提供了一种偏振特性元器件的光轴角度检测装置,其包括卤素灯光源、 起偏偏振片、检测平台和旋转平台、检偏偏振片、滤光片、镜头和CCD器件,所述在卤素灯光 源产生的入射光线方向上依次同轴设置起偏偏振片、装有待测偏振特性元器件的检测平台 和旋转平台、检偏偏振片、滤光片、镜头和CCD器件
[0022] 本发明通过卤素灯光源提供一束经准直后的平行测试光束,再经起偏偏振片形成 线偏振光照射待测偏振特性元器件,透射光线再经检偏偏振片、滤光片、镜头并最终入射到 CXD器件上,C⑶器件由计算机控制适时收集透射光线图像并储于计算机,通过不断改变 待测偏振特性元器件与起偏偏振片的相对角度,利用CCD器件抓拍不同角度下透射光线图 像。利用检测偏振片与被检测元件之间的透振方向的夹角与透射光的关系来确定被检测元 件的光轴角度(透振方向),该关系形成的原理是当具有偏振特性的元件与起偏、检偏元件 之间存在一定角度时,透射光强遵循马吕斯定理,在光轴位置透射光强为极小值。通过改变 检测元件与起偏器之间的夹角,用CCD记录透射图,每一幅图都与元件偏转角度对应,再建 立角度与每一幅图的灰度关系图,通过关系图找出灰度极小值点,该点对应的角度为元件 透振方向或光轴角度。
[0023] 本发明采用一套结构简单的测试设备,即可快速、准确的测出待测偏振特性元器 件光轴角,该设备采用的方法也简单易行,容易操作,有效解决了现有偏振特性元器件厂 家无法快速确定偏振特性元器件光轴角的问题,例如液晶摩擦角、偏光片透振方向、玻片光 轴。而这些元器件是液晶显示、投影设备、虑光设备等必须用到的器件,准确的角度测量有 助于设备性能的提高。
附图说明
[0024] 图1是本发明光轴角度检测装置的结构示意图;
[0025] 图2是图像灰度值与光轴角度关系图,由图中可见该实施例的器件光轴为7. 3°, 具体实施方式
[0026] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对 本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并 不用于限定本发明。
[0027] 如图1所示,基于光轴和偏振图像灰度关系的光轴角度检测装置包括:卤素灯光 源、起偏偏振片、检测平台和旋转平台、检测平台上的样品、检偏偏振片、滤光片、镜头、CCD 器件,其中:
[0028] 光源为卤素灯和准直透镜组成,光经过准直后为平行光,平行光照射到起偏偏振 片,起偏偏振片定标后的光轴应与偏振片托盘起始位置“0”对准。
[0029] 检测平台与旋转平台是一体的,旋转平台带有电机,可以对检测平台进行精确移动,移动精度0.1°。旋转平台通过计算机软件控制,检测平台可以手动粗测。检测平台上 有元器件夹具,可以把待测元件夹在上面,检测平台底部有通光孔,尺寸可变。
[0030] 测试过程中检偏偏振片与起偏偏振片始终保持平行,光轴与起始位置“0”对齐。滤 波片是可见光透射滤波片,将可见光以外杂波全部滤掉。
[0031] 镜头是用于把光成像于CXD器件上的,CXD是探测器,镜头是成像器件,所成的像 由CCD探测,本发明中的镜头和CCD是分离的,方便更换不同焦距的镜头。CCD器件由计算 机控制,并适时收集图像储于计算机。在存储图像时,CCD器件可以采取录像模式和抓拍模 式,抓拍模式属于低速拍照,可以设置拍照间隔时间。在低速检测时,检测盘旋转角度范围 与旋转速度决定旋转时间,旋转时间决定录像时间,保证一一对应。高速检测时,由于拍摄 速度既定,旋转范围既定,由此决定旋转速度。
[0032] 所述检测方法中包含图像灰度提取算法,灰度与角度对应,灰度极小值求解,输出 光轴或透振方向角度,具体过程如下:
[0033] 第一步,图像读取;
[0034] 第二步,图像对应光轴标定;
[0035] 光轴标定是根据测量范围和精度设定的,例如要测量的光轴预期是7. 5°,则产生 的标定应该以7. 5°为中心,往两侧扩展,如果需要测量精度为0.1°,则扩展时两个数据 间隔为0.1°,如表1,要求测量准确到0.1°的范围是在7-8°之间,整个测量判断区间在 1-14°,表中19个数据将会和每一幅图像对应。
[0036] 表1预期为光轴为7. 5°元件的定标数据
[0037]
[0038] 第三步,图像灰度提取;
[0039] 图像灰度提取使用的是通用技术,NI Labview, Matlab中都有,该技术提取图像 RGB三原色每一色的灰度值。
[0040] 第四步,图像RGB灰度平均;
[0041] 第五步,灰度均值与光轴标定值对应;
[0042] 对三原色灰度值平均,产生平均灰度值。每一幅图像对应一个平均灰度值。每一 幅图像对应一个标定值。所以每一个灰度值对应一个光轴标定值。
[0043] 第六步,求极值和绘制图像。
[0044] 对标定值进行曲线拟合并绘制,这是一个二次曲线,对其求极值,极值点对应的标 定值为光轴角度值。
[0045] 以下为一应用实例的过程:
[0046] 该实例以液晶盒角度检测为目的,实例中所用液晶盒摩擦角度为29.5°。
[0047] 第一步,将其平放在检测台上,并夹紧。
[0048] 第二步,使用手动旋转平台,观察显示器中光暗亮情况,可以初步判断液晶盒摩擦 角为29. 5° (或根据厂家提供角度直接旋转到29. 5° )。[0049] 第三步,设定旋转角度范围为23°〜36°,C⑶使用录像截图状态,获得19帧图像。
[0050] 第四步,对19帧图像分析,即可得到最小值对应的角度,此角度即为光轴,如图2, 输出液晶光轴为29. 7°。

Claims (5)

  1. 一种偏振特性元器件的光轴角度检测方法,其特征在于包括以下步骤:1)产生一白光光源;2)该白光经过起偏偏振片形成线偏振光;3)线偏振光经过待测偏振特性元器件;4)旋转待测偏振特性元器件,使其与起偏偏振片形成角度并不断改变这一角度;5)从待测偏振特性元器件出射的光经过检偏偏振片,该检偏偏振片与起偏偏振片始终保持平行;6)从检偏偏振片出射的光依次经过滤光片、镜头并最终入射到CCD器件;7)通过CCD器件实时记录待测偏振特性元器件改变与起偏偏振片夹角过程中的透射光强图像,记录的图像与旋转夹角一一对应,提取每一幅图像的平均灰度值,求出灰度极小值所对应的待测偏振特性元器件旋转角度,此角度即为光轴角。
  2. 2.根据权利要求1所述的偏振特性元器件的光轴角度检测方法,其特征在于,所述步 骤1)中的白光光源为卤素灯光源。
  3. 3.据权利要求1或2所述的偏振特性元器件的光轴角度检测方法,其特征在于,所述步 骤4)中的待测偏振特性元器件安装在电动旋转平台上,检测平台旋转精度为0.1°。
  4. 4.据权利要求1或2所述的偏振特性元器件的光轴角度检测方法,其特征在于步骤7) 的具体步骤是:第一步,图像读取;第二步,图像对应光轴标定;第三步,图像灰度提取;第四步,图像RGB灰度平均;第五步,灰度均值与光轴标定值对应;第六步,求极值和绘制图像。
  5. 5. 一种偏振特性元器件的光轴角度检测装置,其特征在于包括商素灯光源、起偏偏振 片、检测平台和旋转平台、检偏偏振片、滤光片、镜头和CCD器件,所述在卤素灯光源产生的 入射光线方向上依次同轴设置起偏偏振片、装有待测偏振特性元器件的检测平台和旋转平 台、检偏偏振片、滤光片、镜头和CCD器件。
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