CN108318222A - 一种偏振片标定装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种偏振片标定装置及方法,所述偏振片标定装置包括光源单元;偏振片固定单元;探测器,用于探测偏振片的对准标记;检偏单元,设置在偏振片固定单元下方;工作台运动控制单元,用于控制偏振片和检偏单元的水平方向运动;所述偏振片固定单元和检偏单元设置在工作台运动控制单元上,所述偏振片标定方法包括设定一个基准方向;测量并计算偏振片上对准标记连线和基准方向之间的夹角;测量偏振片上偏振轴和基准方向之间的夹角;计算偏振片上对准标记连线和偏振轴之间的夹角。本发明提供的偏振片标定装置及方法能精确标定出对准标记连线和偏振轴之间的夹角,解决了偏振轴和对准标记连线的夹角在经历不同工艺后发生偏差的问题。
Description
技术领域
本发明涉及偏振片标定领域,特别涉及一种偏振片标定装置及方法。
背景技术
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。
如图1所示,在一些产品制造过程中,需要使用一种同时有对准标记12和起偏区域11的偏振片,但起偏区域11和对准标记12的制作采用的是两种完全不同的工艺,例如起偏区域11采用的是浸没干涉光刻制作的线栅,对准标记12采用的是掩模投影光刻或电子束光刻制作,在经历了两次完全不同的工艺过程后,对准标记连线14与偏振片偏振轴13之间的夹角Φ是否发生了改变是很难保证也难以测量的,影响到使用该偏振片的产品精度。
发明内容
本发明为了克服现有的问题,提供了一种偏振片标定装置及方法,以解决偏振片在经历不同工艺后对准标记连线与偏振轴之间的夹角容易发生偏差的问题。
为实现上述目的,本发明的技术方案如下:
一种偏振片标定装置,包括:
光源单元,用于产生非偏振准直光源;
偏振片固定单元,用于固定偏振片;
探测器,用于探测偏振片的对准标记;
检偏单元,设置在偏振片固定单元下方,位置与所述偏振片对应;
以及
工作台运动控制单元,用于控制偏振片和检偏单元的水平方向运动;所述偏振片固定单元和检偏单元设置在工作台运动控制单元上。
可选地,所述探测器采用对准CCD相机。
可选地,所述偏振片固定单元包括夹持架支撑件和夹持架,所述偏振片固定安装在所述夹持架上,所述夹持架安装在在夹持架支撑件上。
可选地,所述夹持架设有一个凹槽,偏振片固定在所述凹槽中。
可选地,所述夹持架支撑件包括夹持架安装座和夹持架支撑柱,所述夹持架安装在夹持架安装座上,所述夹持架安装座架设在所述夹持架支撑柱上,所述夹持架支撑柱设置在工作台运动控制单元上。
可选地,所述夹持架安装座上设置有一靠面,求得该靠面与所述偏振片的偏振轴的夹角以及该靠面与所述偏振片的对准标记连线的夹角,进而求得所述对准标记连线和偏振轴之间的夹角。
可选地,所述夹持架包括一个平面,该平面和所述靠面贴合。
可选地,所述靠面的方向和所述偏振片方向标定装置的基准方向一致。
可选地,所述工作台运动控制单元包括滑台和直线导轨,所述滑台安装在直线导轨上,所述夹持架支撑柱设置在滑台上。
可选地,所述检偏单元包括检偏线栅、旋转电机和光能量探测器,其中,所述光能量探测器和旋转电机均安装在所述工作台运动控制单元上,所述检偏线栅架设在旋转电机上位置与所述光能量探测器对应。
为了达到上述目的,本发明还提出一种偏振片方向标定方法,采用上述的偏振片方向标定装置,包括如下步骤:
步骤1:设定一个基准方向;
步骤2:测量并计算偏振片上对准标记连线和基准方向之间的夹角;
步骤3:测量偏振片上偏振轴和基准方向之间的夹角;
步骤4,根据步骤2和步骤3的结果,计算偏振片上对准标记连线和偏振轴之间的夹角;
可选地,所述步骤2包括:
步骤21:探测器探测偏振片上其中一个准标记信号并计算该对准标记的位置;
步骤22:探测器探测偏振片上另一个准标记信号并计算该对准标记的位置;
步骤23:根据偏振片上其中一个对准标记和另一个对准标记的位置,计算对准标记连线与基准方向之间的夹角。
可选地,所述步骤23包括:
根据偏振片上其中一个对准标记和另一个对准标记的位置,计算两个对准标记之间的X方向距离以及Y方向距离,根据该X方向距离和Y方向距离计算对准标记连线与基准方向之间的夹角。
可选地,所述步骤3包括:
步骤31:提供非偏振准直光源并使非偏振准直光源投射到偏振片表面;
步骤32:检偏单元中旋转电机带动检偏线栅旋转,选取经过检偏线栅后光强最小时旋转电机的旋转角度;
步骤33:翻转偏振片,检偏单元中旋转电机再次带动检偏线栅旋转,再次选取经过检偏线栅后光强最小时旋转电机的旋转角度;
步骤34:计算得出偏振片的偏振轴和基准方向之间的夹角。
可选地,所述步骤33中,所述翻转偏振片具体为将偏振片绕Y轴旋转180°。
可选地,所述步骤32和步骤33中,通过函数拟合经过检偏线栅后的光强变化,选取经过检偏线栅后光强最小时旋转电机的旋转角度。
可选地,所述函数采用傅里叶函数。
可选地,所述步骤4具体为:对所述对准标记连线和基准方向之间的夹角与所述偏振轴和基准方向之间的夹角求和,获取对准标记连线和偏振轴之间的夹角。
本发明提供的一种偏振片标定装置及方法,在原有设备基础上加入偏振片固定单元、探测器、检偏单元和工作台控制单元,利用所述偏振片标定方法在使用偏振片之前精确标定出偏振片对准标记连线和偏振轴之间的夹角,解决了偏振片在经历不同工艺后对准标记连线与偏振片偏振轴之间的夹角发生偏差的问题。
附图说明
图1为现有技术偏振轴和对准标记夹角标定示意图;
图2为本发明偏振片标定装置示意图;
图3为本发明夹持架截面示意图;
图4为本发明夹持架安装座和夹持架之间位置关系截面示意图;
图5为本发明偏振轴和对准标记连线夹角标定方法示意图;
图6为本发明对准标记连线与基准方向夹角标定流程图;
图7为本发明对准标记连线与基准方向夹角示意图;
图8为本发明偏振轴和基准方向夹角标定流程图;
图9为本发明旋转电机旋转角度和光强变化示意图;
图10为本发明偏振片相对于Y轴0°时示意图;
图11为本发明偏振片相对于Y轴旋转180°后示意图;
图12为本发明偏振片相对于Y轴0°时偏振轴与基准方向夹角示意图;
图13为本发明偏振片相对于Y轴旋转180°后偏振轴与基准方向的夹角示意图。
图1-13中所示:1-偏振准直光源、2-对准CCD相机、3-夹持架安装座、4-偏振片、5-夹持架、6-检偏线栅、7-旋转电机、8-探测器、9-直线导轨、10-滑台、11-起偏区域、12-对准标记、13-偏振轴、14-对准标记连线、15-基准方向、16-第一对准标记、17-第二对准标记、18-夹持架平面。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。需说明的是,本发明附图均采用简化的形式且均使用非精准的比例,仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如图2所示,本发明的偏振片标定装置包括:
光源单元1,用于产生非偏振准直光源;
偏振片固定单元,用于固定偏振片4;
探测器,用于探测偏振片4上的对准标记,本实施的探测器优选采用对准CCD相机2;
检偏单元,设置在偏振片固定单元下方,位置与所述偏振片4对应;
以及工作台运动控制单元,用于控制偏振片4和检偏单元的水平方向运动;所述偏振片固定单元和检偏单元设置在工作台运动控制单元上。
如图1所示,所述偏振片上设有两个对准标记12和偏振轴13,为示区别,将该两个对准标记12分别称为第一对准标记16和第二对准标记17。
继续参照图2,所述工作台运动控制单元包括直线导轨9和滑台10,所述滑台10安装在直线导轨9上,具体地,滑台10能在直线导轨9上水平方向滑动,控制偏振片4和检偏单元水平方向运动,使偏振片4上的对准标记12进入对准CCD相机2的视场内,使对准CCD相机2获取对准标记信号。
进一步地,所述偏振片固定单元包括夹持架安装座3、两个夹持架支撑柱和夹持架5,所述夹持架5上设有凹槽,所述偏振片4固定安装在所述凹槽里;所述夹持架5安装在夹持架安装座3上,所述夹持架安装座3架设在两个所述夹持架支撑柱上,所述夹持架支撑柱设置在滑台10上。
更进一步地,如图3-4所示,所述夹持架安装座3有一个靠面,具有较高的平面度,所述夹持架5至少有一个平面18也有较高的平面度,所述平面18和所述靠面紧紧贴合。本发明偏振片方向标定装置定义了一个基准方向15,本实施例优选水平方向为基准方向15,所述靠面的方向与基准方向15一致。
如图10-13所示,所述夹持架5可以绕Y轴方向,即带动偏振片4绕Y轴方向旋转,具体地,当夹持架5绕Y轴方向旋转180°时,偏振片4被带动绕Y轴方向旋转180°,此时,偏振轴13与基准方向15的夹角为–α,即偏振轴13相对于基准方向15旋转了2α角度。
继续参照图2,所述检偏单元包括检偏线栅6、旋转电机7和光能量探测器(ED)8,所述光能量探测器8安装在滑台10上,所述旋转电机7分设在光能量探测器8的两侧且安装在滑台10上,所述检偏线栅6架设在旋转电机7上,且和光能量探测器位置8相对应。具体地,旋转电机7绕X轴转动,带动检偏线栅6绕X轴转动,同时,光能量探测器8获取检偏线栅6旋转过程中光源1经过检偏线栅6的光强信息。
本实施例还提供一种偏振片方向标定方法,如图5所示,具体包括:
第一步,设定一个基准方向15,本实施例优选水平X方向为基准方向15。
第二步,测量并计算偏振片上对准标记连线14和基准方向15之间的夹角,如图6所述,具体如下:
如图3和7所示,移动滑台10,使第一对准标记16进入对准CCD相机2的对准视场,对准CCD相机2获取第一对准标记16信号,并通过数字图像处理算法计算出第一对准标记16在对准CCD相机2感光面上的位置;
继续移动滑台10,使第二对准标记17进入CCD2的对准视场,对准CCD相机2获取第二对准标记17信号,并通过数字图像处理算法计算出第二对准标记17在对准CCD相机2感光面上的位置;
继续参照图7,计算第一对准标记16和第二对准标记17的X方向距离为L2,第一对准标记16和第二对准标记17的Y方向距离为L1,则获得对准标记连线14和基准方向15之间的夹角θ=atan(LL12)。
第三步,测量偏振轴13与基准方向15之间的夹角,如图8所示,具体如下:
打开光源单元1,产生非偏振准直光源垂直入射至偏振片4表面;
启动旋转电机7带动检偏线栅6旋转,同步的,光能量探测器8采集经过检偏线栅6后的光强,如图9所示,根据马吕斯定律,光强随检偏线栅6旋转的角度呈现出正弦变化,用函数拟合该正弦曲线,本实施例优选使用傅里叶函数,计算出光强最小处时旋转电机7旋转的角度为α1;
旋转电机7回零;
如图10-13所示,将夹持架5绕Y轴旋转180°,则偏振片4被带动绕Y轴旋转180°,偏振轴13与基准方向15的夹角变为-ɑ,即偏振轴13发生了2ɑ的改变;
再一次启动旋转电机7带动检偏线栅6旋转,同步的,能量探测器8采集经过检偏线栅6后的光强,根据马吕斯定律,光强随检偏线栅6旋转的角度呈现出正弦变化,如图9所示,用合适函数拟合该正弦曲线,这里优选使用傅里叶函数,计算出光强最小处时旋转电机7旋转的角度为α2;
获得偏振轴13的方向的改变量为α2-α1;
最后计算得出偏振轴13与基准方向15之间的夹角为ɑ=(α2-α1)/2。
第四步,根据上述第二步和第三步的结果,计算对准标记连线14和偏振轴13之间的夹角,具体如下:
对上述对准标记连线14和基准方向15之间的夹角与上述偏振轴13和基准方向15之间的夹角求和,即对准标记连线14和偏振轴13之间的夹角Φ=θ+α,这里的Φ单次标定精度达到0.01。
显然,本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包括这些改动和变型在内。
Claims (18)
1.一种偏振片标定装置,其特征在于,包括:
光源单元,用于产生非偏振准直光源;
偏振片固定单元,用于固定偏振片;
探测器,用于探测偏振片的对准标记;
检偏单元,设置在偏振片固定单元下方,位置与所述偏振片对应;
以及
工作台运动控制单元,用于控制偏振片和检偏单元的水平方向运动;所述偏振片固定单元和检偏单元设置在工作台运动控制单元上。
2.根据权利要求1所述的一种偏振片标定装置,其特征在于,所述探测器采用对准CCD相机。
3.根据权利要求1所述的一种偏振片标定装置,其特征在于,所述偏振片固定单元包括夹持架支撑件和夹持架,所述偏振片固定安装在所述夹持架上,所述夹持架安装在在夹持架支撑件上。
4.根据权利要求3所述的一种偏振片标定装置,其特征在于,所述夹持架设有一个凹槽,偏振片固定在所述凹槽中。
5.根据权利要求3所述的一种偏振片标定装置,其特征在于,所述夹持架支撑件包括夹持架安装座和夹持架支撑柱,所述夹持架安装在夹持架安装座上,所述夹持架安装座架设在所述夹持架支撑柱上,所述夹持架支撑柱设置在工作台运动控制单元上。
6.根据权利要求3所述的一种偏振片标定装置,其特征在于,所述夹持架安装座上设置有一靠面,求得该靠面与所述偏振片的偏振轴的夹角以及该靠面与所述偏振片的对准标记连线的夹角,进而求得所述对准标记连线和偏振轴之间的夹角。
7.根据权利要求6所述的一种偏振片标定装置,其特征在于,所述夹持架包括一个平面,该平面和所述靠面贴合。
8.根据权利要求6所述的一种偏振片标定装置,其特征在于,所述靠面的方向和所述偏振片方向标定装置的基准方向一致。
9.根据权利要求5所述的一种偏振片标定装置,其特征在于,所述工作台运动控制单元包括滑台和直线导轨,所述滑台安装在直线导轨上,所述夹持架支撑柱设置在滑台上。
10.根据权利要1所述的一种偏振片标定装置,其特征在于,所述检偏单元包括检偏线栅、旋转电机和光能量探测器,其中,所述光能量探测器和旋转电机均安装在所述工作台运动控制单元上,所述检偏线栅架设在旋转电机上位置与所述光能量探测器对应。
11.一种偏振片标定方法,采用权利要求1-10任一所述的偏振片标定装置,其特征在于,包括如下步骤:
步骤1:设定一个基准方向;
步骤2:测量并计算偏振片上对准标记连线和基准方向之间的夹角;
步骤3:测量偏振片上偏振轴和基准方向之间的夹角;
步骤4,根据步骤2和步骤3的结果,计算偏振片上对准标记连线和偏振轴之间的夹角。
12.根据权利要求11所述的一种偏振片标定方法,其特征在于,所述步骤2包括:
步骤21:探测器探测偏振片上其中一个准标记信号并计算该对准标记的位置;
步骤22:探测器探测偏振片上另一个准标记信号并计算该对准标记的位置;
步骤23:根据偏振片上其中一个对准标记和另一个对准标记的位置,计算对准标记连线与基准方向之间的夹角。
13.根据权利要求12所述的一种偏振片标定方法,其特征在于,所述步骤23包括:
根据偏振片上其中一个对准标记和另一个对准标记的位置,计算两个对准标记之间的X方向距离以及Y方向距离,根据该X方向距离和Y方向距离计算对准标记连线与基准方向之间的夹角。
14.根据权利要求12所述的一种偏振片标定方法,其特征在于,所述步骤3包括:
步骤31:提供非偏振准直光源并使非偏振准直光源投射到偏振片表面;
步骤32:检偏单元中旋转电机带动检偏线栅旋转,选取经过检偏线栅后光强最小时旋转电机的旋转角度;
步骤33:翻转偏振片,检偏单元中旋转电机再次带动检偏线栅旋转,再次选取经过检偏线栅后光强最小时旋转电机的旋转角度;
步骤34:计算得出偏振片的偏振轴和基准方向之间的夹角。
15.根据权利要求14所述的一种偏振片标定方法,其特征在于,所述步骤33中,所述翻转偏振片具体为将偏振片绕Y轴旋转180°。
16.根据权利要求14所述的一种偏振片标定方法,其特征在于,所述步骤32和步骤33中,通过函数拟合经过检偏线栅后的光强变化,选取经过检偏线栅后光强最小时旋转电机的旋转角度。
17.根据权利要求16所述的一种偏振片标定方法,其特征在于,所述函数采用傅里叶函数。
18.根据权利要求14所述的一种偏振片标定方法,其特征在于,所述步骤4具体为:对所述对准标记连线和基准方向之间的夹角与所述偏振轴和基准方向之间的夹角求和,获取对准标记连线和偏振轴之间的夹角。
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