CN112577716A - 一种偏振测量装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种偏振测量装置与方法，通过不同角度入射的光源，携带了多个入射角度信息，并且携带多个入射角度信息的光源经过起偏器起偏，通过起偏器的偏振光通过光阑进行角度约束，透过光阑的光经过第一准直透镜进行准直，经准直后的偏振光透过检偏器进行检偏，并且成像装置对通过检偏器之后偏振光进行成像，其中，驱动装置对检偏器进行旋转驱动，在检偏器每次旋转之后，成像装置进行成像，从而根据成像装置每次成像的光斑图像确定不同角度入射的光线对应的消光比和偏光角，实现了高效率测量不同角度入射时的消光比和偏光角，进而获取起偏器的在不同角度入射时的起偏性能的差异，以根据实际需求选择合适的角度进行入射。

Description

一种偏振测量装置与方法

技术领域

本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种偏振测量装置与方法。

背景技术

目前，偏振片得到越来越广泛的应用，由于偏振片的各向异性，光线沿不同角度入射时偏振片的消光比、偏光角度会发生改变，进而偏振片的起偏性能也发生改变。当偏振片的应用场景为非准直光源时，也就是光线沿不同角度入射时，需要对不同角度入射情况下的偏振片的消光比和偏光角度进行测量，以分析偏振片在该光源下的综合消光比和偏光角度，从而分析偏振片的起偏性能，以根据起偏性能的实际需求设置光线入射角度。

现有技术中，测量装置中的光源经过第一准直透镜、小孔光阑、第二准直透镜到达起偏器，经起偏器起偏后，再经检偏器检偏，到达能量探测器，在测量不同入射角度下偏振片的消光比和偏光角度时，需要旋转起偏器以改变入射光线入射至起偏器的入射角度，然后再旋转检偏器测量该入射角度下的偏振片的消光比和偏光角度。当研究多个不同入射角度时，旋转起偏器改变入射光线入射至起偏器的入射角度的方式比较繁琐，并且测量步骤复杂，效率较低。

发明内容

本发明提供一种偏振测量装置与方法，以实现高效率测量不同入射角度下的消光比和偏光角度。

为实现上述目的，本发明一方面实施例提出了一种偏振测量装置，包括：沿光路依次设置的非准直入射光源、起偏器、光阑、第一准直透镜、检偏器和成像装置；其中，所述起偏器用于将所述非准直入射光源发出的入射光形成偏振光；所述光阑用于对所述偏振光进行角度约束；所述第一准直透镜用于对角度约束之后的偏振光进行准直；所述检偏器用于对准直之后的偏振光进行检偏；所述非准直入射光源、所述起偏器、所述光阑、所述第一准直透镜、所述检偏器和所述成像装置的中心轴均位于同一直线；

还包括驱动装置；所述驱动装置与所述检偏器连接；所述驱动装置用于驱动所述检偏器绕所述检偏器的中心轴顺时针或者逆时针依次旋转N次；所述成像装置用于在所述检偏器每次旋转之后获取光斑图像；

处理单元，所述处理单元与所述成像装置相连；所述处理单元用于根据所述光斑图像中各像素点的位置确定对应的入射角度；并根据N幅光斑图像中相同位置处像素点的能量值确定该所述像素点对应的入射角度下的消光比和偏光角度。

为实现上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种偏振测量方法，采用前述的偏振测量装置，包括：

通过驱动装置驱动检偏器绕所述检偏器的中心轴顺时针或者逆时针依次旋转N次；

通过成像装置在所述检偏器每次旋转之后获取光斑图像；

根据所述光斑图像中各像素点的位置确定对应的入射角度；并根据N幅光斑图像中相同位置处像素点的能量值确定该所述像素点对应的入射角度下的消光比和偏光角度。

与现有技术相比，本发明通过不同角度入射的光源，携带了多个入射角度信息，并且携带多个入射角度信息的光源经过起偏器起偏，通过起偏器的偏振光通过光阑进行角度约束，透过光阑的光经过第一准直透镜进行准直，经准直后的偏振光透过检偏器进行检偏，并且成像装置对通过检偏器之后偏振光进行成像，其中，驱动装置对检偏器进行旋转驱动，在检偏器每次旋转之后，成像装置进行成像，从而根据成像装置每次成像的光斑图像确定不同角度入射的光线对应的消光比和偏光角，实现了高效率测量不同角度入射时的消光比和偏光角，进而获取起偏器在不同角度入射时的起偏性能的差异，以根据实际需求选择合适的角度进行入射。

附图说明

图1为现有技术中一种入射角度下偏振测量装置的结构示意图；

图2为现有技术中另一种入射角度下偏振测量装置的结构示意图；

图3为图1或图2的偏振测量装置中能量探测器探测的能量值与检偏器旋转角度之间的关系图；

图4为本发明实施例的偏振测量装置的结构示意图；

图5是本发明实施例的光斑图像中计算某个像素点对应的入射角度的示意图；

图6是本发明在对N幅光斑图像的能量值校正之前光源能量波动随时间变化的关系图；

图7是本发明在对N幅光斑图像的能量值校正之前25次测量的偏光角度示意图；

图8是本发明实施例中偏光角度重复性随光源波动的影响示意图；

图9是本发明另一个实施例的偏振测量装置结构示意图；

图10是本发明在对N幅光斑图像的能量值校正之后光源能量波动随时间变化的关系图；

图11是本发明在对N幅光斑图像的能量值校正之后25次测量的偏光角度示意图；

图12为在对N幅光斑图像的能量值校正之前获取的某像素点的能量值与检偏器旋转角度之间的关系曲线图；

图13为在对N幅光斑图像的能量值校正之后获取的某像素点的能量值与检偏器旋转角度之间的关系曲线图；

图14是本发明实施例中成像装置在某次检偏器旋转之后成像的光斑图像；

图15是本发明实施例中偏振测量方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1为现有技术中一种入射角度下偏振测量装置的结构示意图。如图1所示，该偏振测量装置主要构成有：光源1、第一准直透镜2、小孔光阑3、第二准直透镜4、起偏器5、检偏器6、能量探测器7，原理为经准直的入射光进入起偏器5及检偏器6，测量过程中检偏器6按照一定的步距进行旋转，检偏器6每旋转一个步距，能量探测器7记录一次光斑能量，测量完成后，能量探测器7探测的能量值与检偏器6的旋转角度对应的关系曲线如图3所示，其中，图3中的横轴为检偏器6的旋转角度，纵轴为该旋转角度下对应的能量探测器7探测的能量值。

需要说明的是，如图3所示，检偏器6每旋转N次，能量探测器7探测的能量值与检偏器6的旋转角度对应的关系曲线出现一次波峰和一次波谷，波峰对应的纵轴的值为检偏器旋转过程中能量探测器探测的最大能量值，波谷对应纵轴的值为检偏器旋转过程中能量探测器探测的最小能量值，其中，将最大能量值与最小能量值之比定义为消光比，消光比越大，代表起偏器的产生的偏振光的偏振度越高。并将波谷对应的横轴的检偏器的旋转角度值定义为偏光角度，偏光角度的重复性越好，说明偏振测量装置本身带来的测量误差越小。

图2为现有技术中另一种入射角度下偏振测量装置的结构示意图。如图2所示，为了使得入射光线入射起偏器5的角度不同，进而旋转起偏器5以改变起偏器5与入射光线的相对位置，如果想要测量其他入射角度，还需继续旋转起偏器5，即需要通过重复步骤旋转一次起偏器5，旋转多次检偏器6进行测量，从而既需要旋转起偏器5，又需要旋转检偏器6，步骤繁琐，计算量大，效率较低。

因此，基于上述技术问题，本发明实施例提出了一种偏振测量装置，如图4所示，包括：沿光路依次设置的非准直入射光源11、起偏器12、光阑13、第一准直透镜14、检偏器15和成像装置19；其中，起偏器12用于将非准直入射光源11发出的入射光形成偏振光；光阑13用于对偏振光进行角度约束；第一准直透镜14用于对角度约束之后的偏振光进行准直；检偏器15用于对准直之后的偏振光进行检偏；非准直入射光源11、起偏器12、光阑13、第一准直透镜14、检偏器15和成像装置19的中心轴均位于同一直线。前述的偏振测量装置可设置在框架20上。

其中，检偏器15与起偏器12均可以为偏振线栅。成像装置19可以为CCD或者CMOS相机，光阑13的小孔孔径可以为1mm。

还包括驱动装置17；驱动装置17与检偏器15连接；驱动装置17用于驱动检偏器15绕检偏器的中心轴顺时针或者逆时针依次旋转N次；成像装置19用于在检偏器15每次旋转之后获取光斑图像；其中，驱动装置17可以为步进电机。

处理单元(图中未示出)，处理单元与成像装置19相连；处理单元用于根据光斑图像中各像素点的位置确定对应的入射角度；并根据N幅光斑图像中相同位置处像素点的能量值确定该像素点对应的入射角度下的消光比和偏光角度。

具体来说，偏振测量装置的测量原理如下：驱动装置驱动检偏器旋转一定角度，在检偏器旋转一定角度后，成像装置对通过检偏器的偏振光进行成像，即获取偏振光的光斑图像。在检偏器旋转N次之后，获取N幅偏振光的光斑图像。其中，可根据N幅光斑图像上相同像素点的最大能量值和最小能量值获取消光比，以及获取在该像素点最小能量值对应的检偏器的旋转角度即偏光角度，由于光斑图像上每个像素点的位置均可对应一束入射光线，进而可以获取不同角度入射的光线对应的消光比和偏光角度，从而获取不同角度入射的光线经过起偏器之后的偏振度的情况，并且操作过程无需旋转起偏器，只需旋转检偏器即可，效率高，步骤少。

可选地，处理单元根据光斑图像中各像素点的位置确定对应的入射角度包括：处理单元根据光斑图像中各像素点的位置确定对应的第一角度，其中，将第一连线与光阑的中心轴的夹角作为第一角度，第一连线为光斑图像中各像素点与光阑之间的连线；

处理单元根据光斑图像中各像素点的位置确定对应的第二角度，其中，将第二连线与光斑图像所在直角坐标系的纵轴或者横轴的夹角作为第二角度，第二连线为光斑图像中各像素点与光斑图像所在直角坐标系的原点之间的连线，光斑图像所在直角坐标系的原点为光阑的中心轴在光斑图像所在直角坐标系的上的投影。

如图5所示，以光斑图像所在的平面建立平面直角坐标系，坐标原点为光路中光阑的中心轴在光斑图像所在的平面上的投影O，并且将光斑图像中每个像素点与光阑小孔B进行连线，如果将光斑图像所在的平面在图4中上移到第一准直透镜14处，那么每个像素点与光阑小孔B的连线可以等效为入射光线，进而每束入射光线对应的入射角度可用第一角度和第二角度共同表征。

如图5所示，以像素点A为例，在光斑图像所在的平面建立平面直角坐标系O-xy之后，并以光阑中心轴的方向设为z轴，那么可以确定光阑的坐标以及各像素点的坐标，将像素点A、光阑B点和原点O点连接为一个直角三角形AOB，那么根据光阑B的坐标和像素点A的坐标可知AO和BO的空间几何长度，从而可以根据正切函数获取第一角度∠ABO。然后根据像素点A的坐标以及根据正切函数可获取第二角度的值，第二角度为AO连线与x轴的夹角或者与y轴的夹角。进而根据第一角度、第二角度确定该像素点A对应的入射光线。

可选地，处理单元根据N幅光斑图像中相同位置处像素点的能量值确定该像素点对应的入射角度下的消光比和偏光角度包括：

处理单元将N幅光斑图像中相同位置处像素点的最大能量值和最小能量值的比值，作为该像素点对应的入射角度下的消光比。

可以理解的是，由于光斑图像中每个像素点的位置对应一个入射角度，所以，N幅光斑图像中相同位置处像素点的能量值与检偏器的旋转角度所对应的关系类似图3中的关系曲线。将检偏器旋转N次以后，获取的N幅光斑图像中相同位置处像素点的最大能量值和最小能量值的比值，作为该像素点对应的入射角度下的消光比。

举例来说，光斑图像上有a、b、c、d四个像素点，检偏器旋转了N次，那么，成像装置共获取N幅光斑图像，N幅光斑图像中a像素点所对应的能量值与检偏器的旋转角度之间的关系类似图3中的曲线，同理，b、c、d像素点所对应的能量值与检偏器的旋转角度之间的关系也类似图3中的曲线。并且a、b、c、d四个像素点的位置不同，又对应四种不同角度入射的入射光线，进而，可根据N幅光斑图像中相同位置处像素点的最大能量值和最小能量值获取该像素点对应的入射角度下的消光比，即根据N幅光斑图像中像素点a的最大能量值和最小能量值获取像素点a对应的入射角度下的消光比，根据N幅光斑图像中像素点b的最大能量值和最小能量值获取像素点b对应的入射角度下的消光比，根据N幅光斑图像中像素点c的最大能量值和最小能量值获取像素点c对应的入射角度下的消光比，根据N幅光斑图像中像素点d的最大能量值和最小能量值获取像素点d对应的入射角度下的消光比。因为每幅光斑图像均携带不同入射角度信息，因此只需旋转检偏器，就可获取多个不同角度入射光线对应的消光比。

另外，处理单元将N幅光斑图像中相同位置处像素点的最小能量值对应的检偏器的旋转角度作为该像素点对应的入射角度下的偏光角度；检偏器的旋转角度是指检偏器当前位置相比较于原始位置的角度。

具体以光斑图像上像素点a为例，成像装置获取的N幅光斑图像中，像素点a的能量值与检偏器的旋转角度符合图3中的关系曲线，并将最小能量值处对应的检偏器的旋转角度作为偏光角度，例如最小能量值对应的检偏器旋转了2次，每次旋转角度为20度，那么像素点a对应的入射角度下的偏光角度为40度。

其中，检偏器的旋转角度是指检偏器当前位置相比较于原始位置的角度。

可以理解如下：

在检偏器上做箭头标记，并在检偏器外围设置刻度盘，刻度盘上标定有0度至360度或者-180度至+180度刻度。刻度盘相对于偏振检测装置固定不动，由此，记录检偏器旋转之前，检偏器上的箭头标记所对应的刻度盘上的角度值为初始角度值，并在检偏器旋转之后，记录检偏器上箭头标记所对应的刻度盘上的角度值为当前角度值，当前角度值与初始角度值之间的差值即为检偏器的旋转角度。其中，一般以0度为起始位置，那么检偏器旋转之后，检偏器上的箭头标记所对应的刻度盘上的角度即为旋转角度。

需要说明的是，根据马吕斯定律，要使得检偏器旋转N次过程中出现一个最大能量值和一个最小能量值，检偏器的旋转角度的多少与检偏器和起偏器的初始摆放位置相关。在检偏器与起偏器偏光轴初始位置平行或者垂直时，检偏器旋转N次的总角度之和至少大于90度就可以找到最大能量值和最小能量值。若检偏器与起偏器偏光轴初始非平行也非垂直，那么检偏器旋转N次的总角度之和需要至少大于180度，才可以找到最大能量值和最小能量值。

需要说明的是，光源稳定性直接关系到偏光角度的重复性测量。光源稳定性由光源能量波动百分比进行衡量，光源能量波动百分比越小，说明光源越稳定。其中，光源能量波动百分比为当前时刻光源能量值和初始时刻光源能量值的差值与初始时刻光源能量值之间的比值，也可以理解为光源能量波动变化量。图6为光源波动随时间变化的关系图。如图6所示，横轴为时间，纵轴为光源能量波动百分比，从图6中可以看出，随着时间的增加，光源能量波动百分比在逐渐下降，也就是说，光源能量在随着时间的变化而发生变化。

另外，偏光角度的重复性测量是指，对于光斑图像中的相同像素点重复多次测量获取多个偏光角度。以光斑图像上的像素点a为例，检偏器每旋转N次，获取一个偏光角度Q。理想情况下，像素点a对应的多个偏光角度的值是相同的。但如图7所示，图7中的横轴为测量次数，纵轴为与测量次数相对应的偏光角度。可见，在多次测量的结果下，偏光角度具有一定波动。而光源能量波动与偏光角度的重复性测量之间约呈线性关系，如图8所示，随着光源能量波动越来越大，偏光角度重复性测量误差越来越大。由此，为了避免光源能量波动影响测量结果，进而在处理单元获取消光比和偏光角度之前，对成像装置获取的N幅光斑图像进行统一基准处理。

基于上述构思，本发明的一个实施例提出，如图9所示，该偏振测量装置还包括：分光棱镜21、能量探测器22和第二准直透镜23，分光棱镜21的入光面朝向第一准直透镜14，分光棱镜21的第一出光面朝向检偏器15，近邻分光棱镜21的第二出光面朝向第二准直透镜23；第二准直透镜23用于对第二出光面的出光进行准直，第二准直透镜23的光轴垂直于第一准直透镜14的中心轴，能量探测器22位于第二准直透镜23背离分光棱镜21的一侧；

处理单元还与能量探测器22连接；

能量探测器22用于在检偏器15旋转之前获取初始能量值；还用于在检偏器15每次旋转之后，获取当前能量值；

处理单元用于根据初始能量值和当前能量值，获取能量校正系数，并根据能量校正系数对光斑图像中相同位置处像素点的能量值进行校正；

其中，能量校正系数为当前能量值与初始能量值的比值。

可以理解的是，经过起偏器12的入射光源经过分光棱镜21之后，被分为两束，一束进入能量探测器22，另一束进入检偏器15，进而两束光的波动性是相同的。在检偏器15每次旋转之后，成像装置19获取光斑图像的同时，能量探测器22探测进入其的光束的能量值，作为另一束进入检偏器15之前的当前能量值。另外，在检偏器15旋转之前，能量探测器22探测的光束的初始能量值，作为光束进入起偏器之前的初始能量值。并将当前能量值与初始能量值的比值作为能量校正系数，在后期处理单元对光斑图像进行处理时，对检偏器15每次旋转以后成像装置19获取的每幅光斑图像的能量值均除以与其对应的能量校正系数，以使得处理单元在获取消光比和偏光角度时，每幅光斑图像的能量值均在同一基准下。

举例来说，检偏器15未旋转之前，能量探测器22探测的光束的初始能量值为E₀，检偏器15第一次旋转之后，能量探测器22探测的光束的当前能量值为E₁，检偏器15第一次旋转之后的能量校正系数为R₁＝E₁/E₀，成像装置19获取第一幅光斑图像，第一幅光斑图像的能量值为P₁，对第一幅光斑图像的能量值进行校正为P₁/R₁；检偏器15第二次旋转之后，能量探测器22探测的光束的当前能量值为E₂，检偏器15第二次旋转之后的能量校正系数为R₂＝E₂/E₀，成像装置19获取第二幅光斑图像，第一幅光斑图像的能量值为P₂，对第二幅光斑图像的能量值进行校正为P₂/R₂；检偏器15第N次旋转之后，能量探测器22探测的光束的初始能量值为E_N，检偏器15第N次旋转之后的能量校正系数为R_N＝E_N/E₀，成像装置19获取第N幅光斑图像，第N幅光斑图像的能量值为P_N，对第N幅光斑图像的能量值进行校正为P_N/R_N。进而使得N幅光斑图像的能量值均在同一基准下。

如图10所示，在对N幅光斑图像的能量值校正之后，光源能量波动随时间变化的波动范围变窄。

如图11所示，偏光角度的最大值为0.0065，最小值为-0.0081，在对N幅光斑图像的能量值校正之前，如图7所示，偏光角度的最大值为0.009，最小值为-0.0082，进而波动范围相较之前变窄。

如图13所示，成像装置19获取的相同像素点的能量值随着检偏器15的旋转角度的变化，为三角函数(正弦或者余弦)分布，具体是正弦还是余弦，跟检偏器15与起偏器12最初的位置以及建立的坐标系相关。图13为在对N幅光斑图像的能量值校正之后获取的某像素点的能量值与检偏器旋转角度之间的关系曲线图。图12为在对N幅光斑图像的能量值校正之前获取的某像素点的能量值与检偏器旋转角度之间的关系曲线图。图13中的测试值的曲线相对于图12中的测试值的曲线更为平滑。

由此，在对N幅光斑图像的能量值校正之后，偏光角度的测量重复性较好，进而光源能量波动引起的测量误差减小，使得偏振测量装置本身所带来的误差明显下降。

根据本发明的一个实施例，如图9所示，该偏振测量装置还包括：检偏器容置盒18；检偏器容置盒18朝向分光棱镜21的一侧设有第一开口，第一开口用于容置检偏器15；检偏器容置盒18与驱动装置17连接，驱动装置17用于控制检偏器容置盒18绕检偏器15的中心轴顺时针或者逆时针依次旋转N次。

其中，驱动装置17可以为步进电机，步进电机可以以一定速度和步距进行旋转。其中速度和步距可根据实际需求进行设定。如果需要在一定角度内需要获取的光斑图像较多，处理精细一些，那么可以将步距设置小一些，步距设置短一些。反之，如果在一定角度内需要获取的光斑图像较少，那么可以将步距设置大一些，步距设置长一些。

举例来说，理论上检偏器和起偏器的偏光轴垂直时，通过检偏器的能量最小，检偏器和起偏器的偏光轴平行时，通过检偏器的能量最大，进而可以以较大步距和较快速度初步调整检偏器到最大能量值或者最小能量值附近，然后再在最大能量值或者最小能量值附近以较小步距和较慢速度精细调整检偏器的旋转角度，以便容易找到最大能量值和最小能量值。

需要说明的是，步进电机与检偏器容置盒18之间可以使用齿轮啮合的方式连接。这样的连接方式，现有技术中已经很成熟，步进电机只要可以驱动检偏器容置盒18转动就可以，这里不作具体描述。

根据本发明的一个实施例，如图9所示，该偏振测量装置还包括：成像装置支撑柱24，检偏器容置盒18背离分光棱镜21的一侧设有第二开口；成像装置支撑柱24穿过第二开口；成像装置19位于检偏器容置盒18内，且位于成像装置支撑柱24朝向分光棱镜21的表面。

也就是说，通过检偏器以后的偏振光被设置在成像装置支撑柱24上的成像装置进行采集成像，形成光斑图像，其中，光斑图像如图14所示。

为实现上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种偏振测量方法，采用前述的偏振测量装置，如图15所示，包括：

S1,通过驱动装置驱动检偏器绕检偏器的中心轴顺时针或者逆时针依次旋转N次；

其中，驱动装置可以为步进电机，步进电机的步距和速度可根据实际情况和需求进行设定。

其中，驱动装置可以为步进电机，步进电机可以以一定速度和步距进行旋转。其中速度和步距可根据实际需求进行设定。如果需要在一定角度内需要获取的光斑图像较多，处理精细一些，那么可以将步距设置小一些，步距设置短一些。反之，如果在一定角度内需要获取的光斑图像较少，那么可以将步距设置大一些，步距设置长一些。

举例来说，理论上检偏器和起偏器的偏光轴垂直时，通过检偏器的能量最小，检偏器和起偏器的偏光轴平行时，通过检偏器的能量最大，进而可以以较大步距和较快速度初步调整检偏器到最大能量值或者最小能量值附近，然后再在最大能量值或者最小能量值附近以较小步距和较慢速度精细调整检偏器的旋转角度，以便容易找到最大能量值和最小能量值。在能量最大部分和能量最小部分附近以步距较小速度较慢前进，在能量最大和最小部分之间以步距较大速度较快前进，本发明实施例中采用该方式进行测量。

另外，步进电机也可以以相同步距和速度运行。需要说明的是，步进电机可以控制检偏器顺时针或者逆时针运行，这个不影响检测结果。

S2,通过成像装置在检偏器每次旋转之后获取光斑图像；

具体来说，按前述的偏振测量装置所需的零部件安装固定好，上电，启动光源，启动步进电机。旋转检偏器一次，成像装置获取第一幅光斑图像，接着旋转检偏器第二次，成像装置获取第二幅光斑图像。依次类推，检偏器旋转N次以后，成像装置共获取N幅光斑图像。

S3,根据光斑图像中各像素点的位置确定对应的入射角度；并根据N幅光斑图像中相同位置处像素点的能量值确定该像素点对应的入射角度下的消光比和偏光角度。

根据本发明的一个实施例，根据光斑图像中各像素点的位置确定对应的入射角度包括：

处理单元根据光斑图像中各像素点的位置确定对应的第一角度，其中，将第一连线与光阑中心轴的夹角作为第一角度，第一连线为光斑图像中各像素点与光阑之间的连线；

处理单元根据光斑图像中各像素点的位置确定对应的第二角度，其中，将第二连线与所述光斑图像所在直角坐标系的纵轴或者横轴的夹角作为第二角度，第二连线为光斑图像中各像素点与所述光斑图像所在直角坐标系的原点之间的连线，所述光斑图像所在直角坐标系的原点为光阑的中心轴在平面上的投影。

也就是说，如图5所示，以光斑图像所在的平面建立平面直角坐标系，坐标原点为光路中光阑的中心轴在光斑图像所在的平面上的投影，并且将光斑图像中每个像素点与光阑进行连线，如果将光斑图像所在的平面在图4中上移到第一准直透镜处，那么每个像素点与光阑的连线可以等效为入射光线，进而每束入射光线对应的入射角度可用第一角度和第二角度共同表征，第一角度和第二角度两个角度确定后，入射光线就确定下来，而光斑图像上每个像素点的位置与表征入射光线的第一角度和第二角度相关，所以可以根据光斑图像中各像素点的位置确定不同角度入射的入射光线的入射角度。

根据本发明的一个实施例，根据N幅光斑图像中相同位置处像素点的能量值确定该像素点对应的入射角度下的消光比和偏光角度包括：

处理单元将N幅光斑图像中相同位置处像素点的最大能量值和最小能量值的比值，作为该像素点对应的入射角度下的消光比；

可以理解的是，由于每个像素点对应一个入射角度，所以N幅光斑图像中相同位置处像素点的能量值与检偏器的旋转角度所对应的关系可以类似图3中的关系曲线，进而将检偏器旋转N次以后，获取的将N幅光斑图像中相同位置处像素点的最大能量值和最小能量值的比值，作为该像素点对应的入射角度下的消光比。

处理单元将N幅光斑图像中相同位置处像素点的最小能量值对应的检偏器的旋转角度作为该像素点对应的入射角度下的偏光角度；检偏器的旋转角度是指检偏器当前位置与原始位置的角度。

根据本发明的一个实施例，偏振测量装置还包括分光棱镜、能量探测器和第二准直透镜，分光棱镜的入光面朝向第一准直透镜，分光棱镜的第一出光面朝向检偏器，近邻分光棱镜的第二出光面朝向第二准直透镜；第二准直透镜用于对第二出光面的出光进行准直，第二准直透镜的光轴垂直于第一准直透镜的光轴，能量探测器位于第二准直透镜背离分光棱镜的一侧；处理单元还与能量探测器连接；

还包括：

在检偏器旋转之前获取能量探测器采集的初始能量值；

在检偏器每次旋转之后获取能量探测器采集的当前能量值；

根据N幅光斑图像中相同位置处像素点的能量值确定该像素点对应的入射角度下的消光比和偏光角度，包括：

根据能量校正系数对光斑图像中相同位置处像素点的能量值进行校正，获取能量校正值；

根据N幅光斑图像中相同位置处像素点的能量校正值确定该像素点对应的入射角度下的消光比和偏光角度；

其中，能量校正系数为当前能量值能量与初始能量值的比值。

根据本发明的一个实施例，根据能量校正系数对光斑图像中相同位置处像素点的能量值进行校正，获取能量校正值包括：

将光斑图像中相同位置处像素点的能量值除以能量校正系数以获取该像素点的能量校正值。

对N幅光斑图像中的能量值如何校正，在偏振测量装置部分已经详细叙述，这里不再赘述。

由此，由于CCD感光面或CMOS感光面上的每一个像素均对应一个入射角度，进而可获取每个特定入射角度下的消光比和偏光角度，只需一次测量就能够覆盖不同的入射角度，无需再旋转起偏器，效率极大提高，并且通过对N幅光斑图像的能量值进行校正之后，使得偏振测量装置本身带来的误差降低。

综上所述，本发明实施例提出的偏振测量装置及其方法，通过不同角度入射的光源，携带了多个入射角度信息，并且携带多个入射角度信息的光源经过起偏器起偏，通过起偏器的偏振光通过光阑进行角度约束，透过光阑的光经过第一准直透镜进行准直，经准直后的偏振光透过检偏器进行检偏，并且成像装置对通过检偏器之后偏振光进行成像，其中，驱动装置对检偏器进行旋转驱动，在检偏器每次旋转之后，成像装置进行成像，从而根据成像装置每次成像的光斑图像确定不同角度入射的光线对应的消光比和偏光角，实现了高效率测量不同角度入射时的消光比和偏光角，进而获取起偏器的在不同角度入射时的起偏性能的差异，以根据实际需求选择合适的角度进行入射。

上述产品可执行本发明任意实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种偏振测量装置，其特征在于，包括：

沿光路依次设置的非准直入射光源、起偏器、光阑、第一准直透镜、检偏器和成像装置；其中，所述起偏器用于将所述非准直入射光源发出的入射光形成偏振光；所述光阑用于对所述偏振光进行角度约束；所述第一准直透镜用于对角度约束之后的偏振光进行准直；所述检偏器用于对准直之后的偏振光进行检偏；所述非准直入射光源、所述起偏器、所述光阑、所述第一准直透镜、所述检偏器和所述成像装置的中心轴均位于同一直线；

还包括驱动装置；所述驱动装置与所述检偏器连接；所述驱动装置用于驱动所述检偏器绕所述检偏器的中心轴顺时针或者逆时针依次旋转N次；所述成像装置用于在所述检偏器每次旋转之后获取光斑图像；

处理单元，所述处理单元与所述成像装置相连；所述处理单元用于根据所述光斑图像中各像素点的位置确定对应的入射角度；并根据N幅光斑图像中相同位置处像素点的能量值确定该所述像素点对应的入射角度下的消光比和偏光角度。

2.根据权利要求1所述的偏振测量装置，其特征在于，所述处理单元根据所述光斑图像中各像素点的位置确定对应的入射角度包括：

所述处理单元根据所述光斑图像中各像素点的位置确定对应的第一角度，其中，将第一连线与所述光阑的中心轴的夹角作为第一角度，所述第一连线为所述光斑图像中各像素点与所述光阑之间的连线；

所述处理单元根据所述光斑图像中各像素点的位置确定对应的第二角度，其中，将第二连线与所述光斑图像所在直角坐标系的纵轴或者横轴的夹角作为第二角度，所述第二连线为所述光斑图像中各像素点与所述光斑图像所在直角坐标系的原点之间的连线，所述原点为所述光阑的中心轴在所述光斑图像所在直角坐标系上的投影；

所述处理单元根据N幅光斑图像中相同位置处像素点的能量值确定该所述像素点对应的入射角度下的消光比和偏光角度包括：

所述处理单元将N幅光斑图像中相同位置处像素点的最大能量值和最小能量值的比值，作为该所述像素点对应的入射角度下的消光比；

所述处理单元将N幅光斑图像中相同位置处像素点的最小能量值对应的检偏器的旋转角度作为该所述像素点对应的入射角度下的偏光角度；所述检偏器的旋转角度是指检偏器当前位置相比较于原始位置的角度。

3.根据权利要求1所述的偏振测量装置，其特征在于，还包括：分光棱镜、能量探测器和第二准直透镜，所述分光棱镜的入光面朝向所述第一准直透镜，所述分光棱镜的第一出光面朝向所述检偏器，近邻所述分光棱镜的第二出光面朝向所述第二准直透镜；所述第二准直透镜用于对所述第二出光面的出光进行准直，所述第二准直透镜的中心轴垂直于所述第一准直透镜的中心轴，所述能量探测器位于所述第二准直透镜背离所述分光棱镜的一侧；

所述处理单元还与所述能量探测器连接；

所述能量探测器用于在所述检偏器旋转之前获取初始能量值；还用于在所述检偏器每次旋转之后，获取当前能量值；

所述处理单元用于根据所述初始能量值和所述当前能量值，获取能量校正系数，并根据能量校正系数对所述光斑图像中相同位置处像素点的能量值进行校正；

其中，所述能量校正系数为所述当前能量值与所述初始能量值的比值。

4.根据权利要求3所述的偏振测量装置，其特征在于，还包括：检偏器容置盒；所述检偏器容置盒朝向所述分光棱镜的一侧设有第一开口，所述第一开口用于容置检偏器；所述检偏器容置盒与所述驱动装置连接，所述驱动装置用于控制所述检偏器容置盒绕所述检偏器的光轴顺时针或者逆时针依次旋转N次。

5.根据权利要求4所述的偏振测量装置，其特征在于，还包括：成像装置支撑柱，所述检偏器容置盒背离所述分光棱镜的一侧设有第二开口；所述成像装置支撑柱穿过所述第二开口；所述成像装置位于所述检偏器容置盒内，且位于所述成像装置支撑柱朝向所述分光棱镜的表面。

6.一种偏振测量方法，其特征在于，采用如权利要求1-5中任一项所述的偏振测量装置，包括：

通过驱动装置驱动检偏器绕所述检偏器的中心轴顺时针或者逆时针依次旋转N次；

通过成像装置在所述检偏器每次旋转之后获取光斑图像；

根据所述光斑图像中各像素点的位置确定对应的入射角度；并根据N幅光斑图像中相同位置处像素点的能量值确定该所述像素点对应的入射角度下的消光比和偏光角度。

7.根据权利要求6所述的偏振测量方法，其特征在于，所述根据所述光斑图像中各像素点的位置确定对应的入射角度包括：

根据所述光斑图像中各像素点的位置确定对应的第一角度，其中，将第一连线与所述光阑的中心轴的夹角作为第一角度，所述第一连线为所述光斑图像中各像素点与所述光阑之间的连线；

根据所述光斑图像中各像素点的位置确定对应的第二角度，其中，将第二连线与所述光斑图像所在直角坐标系的纵轴或者横轴的夹角作为第二角度，所述第二连线为所述光斑图像中各像素点与所述光斑图像所在直角坐标系的原点之间的连线，所述原点为所述光阑的中心轴在所述光斑图像所在直角坐标系上的投影。

8.根据权利要求6所述的偏振测量方法，其特征在于，所述根据N幅光斑图像中相同位置处像素点的能量值确定该所述像素点对应的入射角度下的消光比和偏光角度包括：

将N幅光斑图像中相同位置处像素点的最大能量值和最小能量值的比值，作为该所述像素点对应的入射角度下的消光比；

将N幅光斑图像中相同位置处像素点的最小能量值对应的检偏器的旋转角度作为该所述像素点对应的入射角度下的偏光角度；所述检偏器的旋转角度是指检偏器当前位置相比较与原始位置的角度。

9.根据权利要求6所述的偏振测量方法，其特征在于，所述偏振测量装置还包括分光棱镜、能量探测器和第二准直透镜，所述分光棱镜的入光面朝向所述第一准直透镜，所述分光棱镜的第一出光面朝向所述检偏器，近邻所述分光棱镜的第二出光面朝向所述第二准直透镜；所述第二准直透镜用于对所述第二出光面的出光进行准直，所述第二准直透镜的中心轴垂直于所述第一准直透镜的中心轴，所述能量探测器位于所述第二准直透镜背离所述分光棱镜的一侧；所述处理单元还与所述能量探测器连接；

还包括：

在所述检偏器旋转之前获取所述能量探测器采集的初始能量值；

在所述检偏器每次旋转之后获取所述能量探测器采集的当前能量值；

所述根据N幅光斑图像中相同位置处像素点的能量值确定该所述像素点对应的入射角度下的消光比和偏光角度，包括：

根据能量校正系数对所述光斑图像中相同位置处像素点的能量值进行校正，获取能量校正值；

根据N幅光斑图像中相同位置处像素点的能量校正值确定该所述像素点对应的入射角度下的消光比和偏光角度；

其中，所述能量校正系数为所述当前能量值与所述初始能量值的比值。

10.根据权利要求9所述的偏振测量方法，其特征在于，所述根据能量校正系数对所述光斑图像中相同位置处像素点的能量值进行校正，获取能量校正值包括：

将所述光斑图像中相同位置处像素点的能量值除以所述能量校正系数以获取该所述像素点的能量校正值。

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