CN106979856A - 用于检测偏光片偏振角度的设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及偏光片领域，公开了一种用于检测偏光片偏振角度的设备及方法。其中所述设备包括：光电检测器，线偏振光穿过待测偏光片之后入射到该光电检测器，该光电检测器用于将入射到该光电检测器的光转换成电流并输出，其中所述线偏振光的偏振方向与所述待测偏光片的预期偏振方向一致；以及处理器，与所述光电检测器相连接，用于根据所述光电检测器的输出电流来计算所述待测偏光片的偏振角度，该偏振角度是指所述待测偏光片的实际偏振方向和预期偏振方向之间的夹角。其能够快速准确地确定出待测偏光片的偏振角度。

Description

用于检测偏光片偏振角度的设备及方法

技术领域

本发明涉及偏光片领域，具体地，涉及一种用于检测偏光片偏振角度的设备及方法。

背景技术

在生产偏光片时通常希望生产的偏光片的方向为预先设定的方向，例如，如果为方形的偏光片，通常希望生产出的方形的偏光片的偏振方向与该方形的其中一边平行。但是在实际操作中，可能会由于切割失误等，使得偏光片的偏振方向产生一些偏差，因此需要对生产出的偏光片的实际偏振角度进行检测。

目前正常的检测偏光片偏振角度的方法是通过人工手动拿两张偏光片通过重叠、旋转，确定大概的偏振角度，但是这种方法并不能精确的测定出偏光片的偏振角度。并且，在偏光片生产企业当中，通过此类人工方法进行检查已远远不能满足实际的生产线上短时、大批量的检测偏光片偏振角度。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于检测偏光片偏振角度的设备及方法，其能够快速准确的检测出偏光片的偏振角度。

为了实现上述目的，本发明提供一种用于检测偏光片偏振角度的设备，该设备包括：光电检测器，线偏振光穿过待测偏光片之后入射到该光电检测器，该光电检测器用于将入射到该光电检测器的光转换成电流并输出，其中所述线偏振光的偏振方向与所述待测偏光片的预期偏振方向一致；以及处理器，与所述光电检测器相连接，用于根据所述光电检测器的输出电流来计算所述待测偏光片的偏振角度，该偏振角度是指所述待测偏光片的实际偏振方向和预期偏振方向之间的夹角。

可选地，所述光电检测器为光电池。

可选地，所述处理器根据以下公式计算所述待测偏光片的偏振角度X：

I_X＝K×A₀×cos²X

其中，I_X为所述光电池的输出电流的值，K为所述光电池的入射光强和输出电流的比值，A₀为所述线偏振光的光强。

可选地，所述设备还包括：光源；标准偏光片，所述光源发出的光穿过该标准偏光片以形成所述线偏振光。

可选地，所述设备还包括旋转装置，用于旋转所述标准偏光片，所述处理器还用于在所述标准偏光片旋转一周的期间，记录所述光电检测器的输出电流；以及根据所述光电检测器的初始输出电流和最大输出电流来计算所述待测偏光片的偏振角度，其中所述光电检测器的初始输出电流为所述标准偏光片的旋转角度为零时所对应的所述光电检测器的输出电流。

可选地，所述处理器根据以下公式计算所述待测偏光片的偏振角度X：

I₀/I_max＝cos²X

其中，I₀为所述光电检测器的初始输出电流，I_max为所述光电检测器的最大输出电流。

可选地，所述旋转装置为伺服电机。

可选地，所述设备还包括传送带，用于传送所述待测偏光片。

可选地，所述传送带中央设置有缝隙，所述线偏振光穿过该缝隙及所述待测偏光片之后入射到所述光电检测器。

可选地，所述设备还包括：接近开关，在所述待测偏光片随着所述传送带移动到接近该接近开关时，该接近开关动作；所述处理器还用于在所述接近开关动作的情况下，控制所述旋转装置工作。

可选地，所述光源为激光器。

可选地，所述设备还包括：打码器，所述处理器用于控制该打码器将计算的所述待测偏光片的偏振角度的信息打印在所述待测偏光片之上。

相应地，本发明还提供一种用于检测偏光片偏振角度的方法，该方法包括：在线偏振光穿过待测偏光片入射到光电检测器之后，测量所述光电检测器的输出电流，其中所述线偏振光的偏振方向与所述待测偏光片的预期偏振方向一致；以及根据所述光电检测器的输出电流来计算所述待测偏光片的偏振角度，该偏振角度是指所述待测偏光片的实际偏振方向和预期偏振方向之间的夹角。

可选地，所述光电检测器为光电池。

可选地，所述方法根据以下公式计算所述待测偏光片的偏振角度X：

I_X＝K×A₀×cos²X

其中，I_X为所述光电池的输出电流的值，K为所述光电池的入射光强和输出电流的比值，A₀为所述线偏振光的光强。

可选地，所述线偏振光由光源发出的光穿过标准偏光片而形成，所述方法还包括：将所述标准偏光片旋转一周；在所述标准偏光片旋转一周的期间，记录所述光电检测器的输出电流；以及根据所述光电检测器的初始输出电流和最大输出电流来计算所述待测偏光片的偏振角度，其中所述光电检测器的初始输出电流为所述标准偏光片的旋转角度为零时所对应的所述光电检测器的输出电流。

可选地，根据以下公式计算所述待测偏光片的偏振角度X：

I₀/I_max＝cos²X

其中，I₀为所述光电检测器的初始输出电流，I_max为所述光电检测器的最大输出电流。

可选地，所述方法还包括：将计算的所述待测偏光片的偏振角度的信息打印在所述待测偏光片之上。

通过上述技术方案，线偏振光穿过待测偏光片后入射到光电检测器中，光电检测器将接收到的光转换为电流并输出至处理器，处理器可以根据光电检测器的输出电流来快速、精确的计算出待测偏光片的偏振角度，使得所述用于检测偏光片偏振角度的设备能够适用于大批量检测偏光片的偏振角度的应用。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1示出了一实施方式中用于检测偏光片偏振角度的设备的结构示意图；

图2示出了另一实施方式中用于检测偏光片偏振角度的设备的结构示意图；

图3示出了又一实施方式中用于检测偏光片偏振角度的设备的结构示意图；

图4示出了在标准偏光片旋转一周的过程中光电池的输出电流的变化曲线；以及

图5示出了一实施方式中用于检测偏光片偏振角度的方法的流程图。

附图标记说明

11 光源 12 标准偏光片

13 待测偏光片 14 光电池

15 处理器 21 旋转装置

22 接近开关 23 传送带

24 打码器 16 光电检测器

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

图1示出了一实施方式中用于检测偏光片偏振角度的设备的结构框图。如图1所示，本发明一实施方式中提供一种用于检测偏光片偏振角度的设备，该设备可以包括：光电检测器16，线偏振光穿过待测偏光片之后入射到该光电检测器，该光电检测器用于将入射到该光电检测器的光转换成电流并输出，其中所述线偏振光的偏振方向与所述待测偏光片的预期偏振方向一致；以及处理器15，与所述光电检测器相连接，用于根据所述光电检测器的输出电流来计算所述待测偏光片的偏振角度，该偏振角度是指所述待测偏光片的实际偏振方向和预期偏振方向之间的夹角。处理器15可以根据光电检测器16的输出电流来快速、精确的计算出待测偏光片的偏振角度，使得本发明实施方式所提供的用于检测偏光片偏振角度的设备能够适用于大批量检测偏光片的偏振角度的应用。

可选地，光电检测器16可以为光电池，但是本发明并不限制于此。

所述线偏振光可选地可以由一能够发出线偏正光的光源组件发出，该光源组件例如可以包括：光源；以及标准偏光片，所述光源发出的光穿过该标准偏光片以形成所述线偏振光。这里，光源优选可以为激光器，但是本发明并不限制于此，光源也可以是一种能发出自然光或模拟自然光的光源。

图2示出了另一实施方式中用于检测偏光片偏振角度的设备的结构示意图。如图2所示，在该实施方式中，用于检测偏光片偏振角度的设备可以包括：标准偏光片12，将待测偏光片13平行地设置于所述标准偏光片12的一侧；光源11，位于所述标准偏光片12的另一侧；光电池14，所述光源11发出的光经过所述标准偏光片12和所述待测偏光片13之后入射到该光电池14；以及处理器15，与所述光电池14相连接，用于根据所述光电池14的输出电流来计算所述待测偏光片13的偏振角度，该偏振角度是指所述待测偏光片13的实际偏振方向和预期偏振方向之间的夹角，其中所述标准偏光片12被放置以使所述标准偏光片12的偏振方向与所述待测偏光片13的预期偏振方向一致。光源11所发出的光经标准偏光片12和待测偏光片13后入射到光电池14中，光电池14将入射的光转换为电流并输出至处理器15，处理器15可以根据光电池14的输出电流来快速、精确的计算出待测偏光片13的偏振角度，使得本发明实施方式所提供的用于检测偏光片偏振角度的设备能够适用于大批量检测偏光片的偏振角度的应用。

图2中所示的用于检测偏光片偏振角度的设备的结构示意图仅用于示例，并不用于限制本发明，可以理解，在水平方向上从左至右排列光源11、标准偏光片12、待测偏光片13和光电池14亦可实现对待测偏光片的偏振角度的检测。

光源11优选可以为激光器，但是本发明并不限制于此，光源11也可以是一种能发出自然光或模拟自然光的光源。

光源11发出的光穿过标准偏光片12后形成的标准线偏振光的光强A₀为光源11的光强A的一半，即A₀＝0.5×A。

如图2所示，在该实施方式中标准偏光片12的偏振方向为在标准偏光片12上所示的箭头方向，待测偏光片13的偏振方向为在待测偏光片13上所示的实线箭头方向，待测偏光片13的实际偏振方向与预期偏振方向(如待测偏光片13上所示的虚线箭头方向)之间可能会存在一夹角，该夹角的角度即为待测偏光片13的偏振角度，其可以表示为X。标准偏光片12的放置位置使得标准偏光片12的偏振方向与待测偏光片13的预设的偏振方向平行。光源11发出的光穿过标准偏光片12后形成的标准线偏振光穿过待测偏光片13，相当于穿过一检偏片，因此，从待测偏光片13透射的光的光强A₁满足马吕斯定律，即，A₁＝A₀×cos²X＝0.5×A×cos²X。

光电池14的输出电流I_X与光电池的入射光的强度A₁成正比，即：

I_X＝K×A₁＝K×0.5×A×cos²X (1)

其中，K为所述光电池的入射光强和输出电流的比值，K的值例如可以从光电池的使用手册中查询获得或者可以由供货商提供，为已知值。

在公式(1)中，K为已知值，光源11的光强A的值也可通过查询或测量或由供货商提供而获得，这里，K和A的值均可以被预先存储在处理器15中，光电池14与处理器15电连接，在光源11发出的光穿过依次所述标准偏光片12和所述待测偏光片13入射到光电池之后，处理器15可以检测出光电池14的输出电流的值I_X，进而处理器15可以通过公式(1)快速的计算出待测偏光片13的偏振角度X。

上述实施方式是在光源光强不变的情况下获得待测偏光片13的偏振角度X。在实际使用中，光源11的光强可能会受到外界环境的影响而产生一些损耗。例如，以氦氖激光器为例，在使用过程当中，其输出的光强会随着例如氦氖气压、放电电流、气体温度等外部环境的变化而使得激光输出功率降低从而导致出射的激光强度降低。根据公式(1)可知，待测偏光片13的偏振角度X的计算与光源11的光强有关，在出现光源11的光强降低的情况下，将导致所计算的待测偏光片13的偏振角度X不准确。一种解决方法是在实际使用中定期的对光源11(例如激光)的光强进行人工校准，将衰减的光强的值输入到处理器中，从而实现待测偏光片偏振角度的精准测量。但是，此种方法耗时费力并且不适用于在自动化生产线上在线检测待测偏光片偏振角度的情况。

解决上述缺陷的另一优选实施方式是在测量时使标准偏光片旋转一周，在旋转过程中记录光电池的初始输出电流和最大输出电流，并根据该初始输出电流和最大输出电流来计算待测偏光片的偏振角度。下文将对该实施方式进行详细描述。

图3示出了又一实施方式中用于检测偏光片偏振角度的设备的结构示意图。如图2所示，进一步地，本发明所提供的用于检测偏光片偏振角度的设备还可以包括一旋转装置21，用于对所述标准偏光片12进行旋转。这里，标准偏光片12的初始放置位置为使得所述标准偏光片12的偏振方向与待测偏光片13的预期偏振方向一致的位置，在该初始位置处(即，标准偏光片12的旋转角度为0°的位置处)，标准偏光片12的偏振方向与待测偏光片13的实际偏振方向之间的夹角等于待测偏光片的实际偏振方向和预期偏振方向之间的夹角，以X表示。处理器15与该旋转装置21相连接以读取旋转装置21的旋转角度，该旋转角度即为标准偏光片12的旋转角度，以J来表示。例如，可以设置旋转装置21以标准偏光片12上所示的旋转方向来旋转该标准偏光片12。

标准偏光片12的旋转过程中，其偏振方向和待测偏光片13的实际偏振方向之间的夹角可以表示为X+J。根据公式(1)可知，在标准偏光片12的旋转过程中，光电池14的输出电流I可以表示为：

I＝K×0.5×A×cos²(X+J) (2)

其中，K为所述光电池的入射光强和输出电流的比值，K的值例如可以从光电池的使用手册中查询获得或者可以由供货商提供，为已知值。A为光源11的光强，A的值也可通过查询或测量或由供货商提供而获得，为已知值。

处理器15可以设置为在所述标准偏光片旋转一周的期间，记录所述光电池的输出电流。图3示出了在标准偏光片12旋转一周的过程中光电池的输出电流的变化曲线。如图3所示，在标准偏光片12旋转一周的过程中，会出现两次最大值，可以理解，这两次最大值的出现时刻为旋转的标准偏光片12的偏振方向与待测片偏光片13的实际偏振方向一致的时刻，即X+J为0°或180°的时刻。根据公式(2)可知，在标准偏光片12的旋转一周的过程中，光电池14的最大输出电流I_max表示为K×0.5×A。将公式(2)两边同时除以K×0.5×A可以得到：

I/(K×0.5×A)＝cos²(X+J) (3)

公式(3)可进一步表示为：

I/I_max＝cos²(X+J) (4)

在标准偏光片12的旋转一周的过程中，光电池14的初始输出电流I₀和最大输出电流I_max均可以通过处理器15来测量获得，其中，初始输出电流I₀对应于标准偏光片12的旋转角度J为0°时光电池14的输出电流。将该光电池的初始输出电流I₀和最大输出电流I_max代入公式(4)可获得以下公式：

I₀/I_max＝cos²X (5)

在公式(4)中，光电池的初始输出电流I₀和最大输出电流I_max代均可测量获得，进而处理器15可以通过公式(5)快速的计算出待测偏光片13的偏振角度X。

通过测量光电池的最大输出电流I_max来计算待测偏光片13的偏振角度X，避免了公式(1)中因光源光强变化而引起的测量不准确。通过公式(5)，在光源光强变化的情况下，最大输出电流I_max可能也会随之变化，处理器15可以实时测量出该最大输出电流I_max的值，从而保证待测偏光片13的偏振角度X的计算结果的准确性。

优选地，上述旋转装置21可以是伺服电机，但是本发明并不限制于此。

进一步参考图2，本发明提供的用于检测偏光片偏振角度的设备还可以包括传送带23，待测偏光片放置于该传送带23上以传送待测偏光片，进而可以实现大批量的、快速检测偏光片的偏振角度。这里，传送带的传送方向可以与待测偏光片的预期偏振方向一致。

为保证光电池14所接收到的光不受到传送带23的影响，在该传送带23的中央可以设置有缝隙。可选地，可以使用两个履带拼接而形成该传送带23，在两个履带的中间留有缝隙，以便光束可以从中穿过，即使得线偏振光能够穿过该缝隙及待测偏光片之后入射到光电光电池14。可选地，两条履带之间可以通过三根滚轴相连，以保证两条履带之间不会发生相对移动，进而保证能够稳定传送待测偏光片。

优选地，本发明提供的用于检测偏光片偏振角度的设备还可以包括一接近开关22，在所述待测偏光片随着所述传送带移动到接近该接近开关22时，该接近开关动作。可选地，该接近开关22可以位于传送带23上方一定距离处，例如，该接近开关22可以与光电池14安置在同一水平位置处。在待测偏光片随着传送带23移动到该接近开关22下方时，该接近开关22动作，处理器15可以在该接近开关22动作的情况下，控制旋转装置21工作以使标准偏光片12旋转一周，进而完成对待测偏光片的偏振角度的检测。处理器15在对偏光片的偏振角度完成检测后，可以控制传送带移动以检测下一待测偏光片。

可选地，本发明提供的用于检测偏光片偏振角度的设备还可以包括打码器24，处理器15在对待测偏光片的偏振角度完成计算后，可以控制该打码器24将计算的待测偏光片的偏振角度的信息打印在所述待测偏光片之上。

可选地，处理器15可以是PLC或单片机等，但是本发明并不限制于此。

本发明提供的用于检测偏光片偏振角度的设备在实际使用过程中应尽量不受其他光源干扰，尤其是光电池部分如果受到其他光源的干扰会引起测量结果不准确。因此，优选地，可以在暗室中使用本发明提供的用于检测偏光片偏振角度的设备，并且同时应当保证测量环境的稳定。

图5示出了一实施方式中用于检测偏光片偏振角度的方法的流程图。相应地，本发明还提供一种用于检测偏光片偏振角度的方法，该方法可以包括：步骤S10，在线偏振光穿过待测偏光片入射到光电检测器之后，测量所述光电检测器的输出电流，其中所述线偏振光的偏振方向与所述待测偏光片的预期偏振方向一致；以及步骤S20，根据所述光电检测器的输出电流来计算所述待测偏光片的偏振角度，该偏振角度是指所述待测偏光片的实际偏振方向和预期偏振方向之间的夹角。该方法可以快速准确地测量出待测偏光片的偏振角度。

本发明提供的用于检测偏光片偏振角度的方法的具体工作原理及益处与上述用于检测偏光片偏振角度的设备的具体工作原理及益处相似，这里将不再赘述。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (18)

1.一种用于检测偏光片偏振角度的设备，其特征在于，该设备包括：

光电检测器，线偏振光穿过待测偏光片之后入射到该光电检测器，该光电检测器用于将入射到该光电检测器的光转换成电流并输出，其中所述线偏振光的偏振方向与所述待测偏光片的预期偏振方向一致；以及

处理器，与所述光电检测器相连接，用于根据所述光电检测器的输出电流来计算所述待测偏光片的偏振角度，该偏振角度是指所述待测偏光片的实际偏振方向和预期偏振方向之间的夹角。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述光电检测器为光电池。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述处理器根据以下公式计算所述待测偏光片的偏振角度X：

I_X＝K×A₀×cos²X

其中，I_X为所述光电池的输出电流的值，K为所述光电池的入射光强和输出电流的比值，A₀为所述线偏振光的光强。

4.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述设备还包括：

光源；以及

标准偏光片，所述光源发出的光穿过该标准偏光片以形成所述线偏振光。

5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述设备还包括旋转装置，用于旋转所述标准偏光片，

所述处理器还用于在所述标准偏光片旋转一周的期间，记录所述光电检测器的输出电流；以及根据所述光电检测器的初始输出电流和最大输出电流来计算所述待测偏光片的偏振角度，

其中所述光电检测器的初始输出电流为所述标准偏光片的旋转角度为零时所对应的所述光电检测器的输出电流。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述处理器根据以下公式计算所述待测偏光片的偏振角度X：

I₀/I_max＝cos²X

其中，I₀为所述光电检测器的初始输出电流，I_max为所述光电检测器的最大输出电流。

7.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，

所述旋转装置为伺服电机。

8.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述设备还包括传送带，用于传送所述待测偏光片。

9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述传送带中央设置有缝隙，所述线偏振光穿过该缝隙及所述待测偏光片之后入射到所述光电检测器。

10.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述设备还包括：

接近开关，在所述待测偏光片随着所述传送带移动到接近该接近开关时，该接近开关动作；

所述处理器还用于在所述接近开关动作的情况下，控制所述旋转装置工作。

11.根据权利要求4至10中任意一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述光源为激光器。

12.根据权利要求1至10中任意一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述设备还包括：

打码器，所述处理器用于控制该打码器将计算的所述待测偏光片的偏振角度的信息打印在所述待测偏光片之上。

13.一种用于检测偏光片偏振角度的方法，其特征在于，该方法包括：

在线偏振光穿过待测偏光片入射到光电检测器之后，测量所述光电检测器的输出电流，其中所述线偏振光的偏振方向与所述待测偏光片的预期偏振方向一致；以及

根据所述光电检测器的输出电流来计算所述待测偏光片的偏振角度，该偏振角度是指所述待测偏光片的实际偏振方向和预期偏振方向之间的夹角。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述光电检测器为光电池。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法根据以下公式计算所述待测偏光片的偏振角度X：

I_X＝K×A₀×cos²X

其中，I_X为所述光电池的输出电流的值，K为所述光电池的入射光强和输出电流的比值，A₀为所述线偏振光的光强。

16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述线偏振光由光源发出的光穿过标准偏光片而形成，

所述方法还包括：

将所述标准偏光片旋转一周；

在所述标准偏光片旋转一周的期间，记录所述光电检测器的输出电流；以及

根据所述光电检测器的初始输出电流和最大输出电流来计算所述待测偏光片的偏振角度，

其中所述光电检测器的初始输出电流为所述标准偏光片的旋转角度为零时所对应的所述光电检测器的输出电流。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，根据以下公式计算所述待测偏光片的偏振角度X：

I₀/I_max＝cos²X

其中，I₀为所述光电检测器的初始输出电流，I_max为所述光电检测器的最大输出电流。

18.根据权利要求13至17中任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

将计算的所述待测偏光片的偏振角度的信息打印在所述待测偏光片之上。