KR20190096831A

KR20190096831A - 편광 측정 장치, 편광 측정 방법 및 광 배향 방법

Info

Publication number: KR20190096831A
Application number: KR1020190015074A
Authority: KR
Inventors: 이츠 장; 판 왕; 유롱 리
Original assignee: 상하이 마이크로 일렉트로닉스 이큅먼트(그룹) 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2018-02-09
Filing date: 2019-02-08
Publication date: 2019-08-20
Also published as: TWI681180B; TW201934983A; CN110132420B; KR102132762B1; CN110132420A; JP7033093B2; JP2019144237A

Abstract

본 발명은 편광 측정 장치, 측정 방법 및 광 배향 방법에 대해 공개하였다. 측정 장치는 광원,제1 편광판, 제2 편광판, 회전 모듈, 이미지 센서 및 분석 모듈을 포함하고, 상기 광원에서 발산되는 복수개의 서로 다른 입사각을 가진 광선은 상기 제1 편광판을 거쳐 편광 되고, 상기 제2 편광판을 거친 후 상기 이미지 센서에 의해 검출되고, 상기 회전 모듈은 상기 제2 편광판이 상기 제2 편광판의 법선 방향을 회전축으로 하여 단계적으로 일정 각도를 회전하도록 구동하고, 상기 이미지 센서는 상기 제2 편광판이 하나의 각도로 회전을 마친 후 마다 상기 제2 편광판을 거친 후 생성된 상기 복수 개의 서로 다른 입시각을 가진 광선에 대응하는 복수개의 편광의 영상 정보를 획득하고, 상기 분석 모듈은 상기 영상 정보 및 상기 제2 편광판의 회전 각도에 따라 제1 편광판의 서로 다른 입사각에서의 편광 특성을 계산한다. 본 발명의 실시예에 따른 편광 측정 장치 및 측정 방법은 이미지 센서가 에너지 검출기를 대체하여 편광 측정을 수행하고, 이미지 센서 상의 픽셀 어레이 중의 서로 다른 위치에 위치한 픽셀의 서로 다른 입사 각도를 가진 광에 대해 편광 측정을 수행한다. 이는 편광용 편광판이 일정 각도 범위 내(즉 복수 개의 서로 다른 각도)의 자연광의 편광 영상 정보에 대해 180° 범위 내에서만 수집 및 측정을 수행하기만 하면, 이미지 센서 픽셀 어레이의 서로 다른 위치에 위치한 픽셀의 입사 광의 위상 정보에 따라 편광용 편광판의 해당 입사 각도 범위 내의 서로 다른 입사 각도에서의 편광 소광비 및 편광 각도를 계산해 낼 수 있다. 이로써, 측정 과정을 간소화하여, 측정 효율을 제고하였다.

Description

편광 측정 장치, 편광 측정 방법 및 광 배향 방법{Polarization Measuring Device, Polarization Measuring Method and Optical Alignment Method}

본 발명의 편광 측정 기술에 관한 것으로, 편광 측정 장치, 편광 측정 방법 및 광 배향 방법에 관한 것이다.

현재까지, 편광용 편광판은 날이 갈수록 광범위하게 이용되고 있다. 어떠한 일련의 사용 환경에서, 편광용 편광판의 서로 다른 입사각에서의 소광비 및 편광 각도에 대해 측정을 수행하는 것에 대한 연구가 필요하다. 편광용 편광판의 이방성으로 인해, 광선이 서로 다른 각도로 입사될 때, 편광용 편광판의 소광비와 편광 각도가 변할 수 있고, 편광용 편광판의 응용 환경이 비 시준 광원일 경우, 서로 다른 입사각도에서 편광용 편광판의 소광비 및 편광 각도를 측정하는 것은, 편광용 편광판의 해당 광원에서의 종합적인 소광비 및 편광 각도를 획득하는데 중요한 의미가 있다.

도 1은 와이어 그리드 편광용 편광판의 다각도 입사를 나타낸 설명도이다. 이때, 와이어 그리드 편광용 편광판은 평행 등으로 간격이 세팅된 불투광 재질의 차단 라인 a와 투명 기판b로 구성되고, 투명 기판b에 a에 평행하는 투광 슬릿(slit)이 형성되어서 입사광에 대해 편광을 수행할 수 있고, 투광 슬릿의 투과 방향은 고정적이고, 도 1에 나타난 바와 같이, 와이어 그리드 편광용 편광판의 Z 방향(편광용 편광판의 법선 방향)으로 입사한 광과, Z'방향으로 입사한 광의 편광 특성은 다르다.

이러한 상황에서, 서로 다른 입사각도에서의 편광용 편광판의 소광비, 편광 각도에 대한 측정을 진행하는 것에 대한 연구가 필요하다.

도 2에서는 편광용 편광판의 소광비 및 편광 각도를 측정하는 측정 장치를 나타냈다. 이는 광원(11), 제1 시준 렌즈(411), 작은 홀 조리개(31), 제2 시준 렌즈(412), 편광용 평광판(21), 분석용 편광판(51) 및 에너지 검출기(6)를 포함한다. 이때, 광의 입사각도는 편광용 편광판(21)의 기판에 대하여 완전히 수직이다.

도 2에서는, 시준을 거친 광이 편광용 편광판(21) 및 분석용 편광판(51)에 수직으로 입사하고, 편광판(51)은 일정한 각도로 단계적으로 회전하는 과정 중, 에너지 검출기(6)를 이용하여 광 스폿 에너지를 기록한다. 측정을 마친 후, 분석용 편광판(51)이 각 회전 각도에 대응하는 광 스폿 에너지 값에 대해 피팅 계산을 진행하여, 광이 수직으로 입사한 경우 편광용 편광판(21)의 소광비와 편광 각도를 획득한다.

추가적으로, 편광용 편광판(21)에 큰 각도로 입사(즉, 입사광과 편광용 편광판(21)의 법선 방향과 소정의 각도를 이루는 경우)된 편광 특성을 측정해야 할 때, 도 3에 나타난 바와 같이, 먼저 편광용 편광판(21)을 회전시켜 이의 법선과 입사광 사이의 각도에 변화를 주어, 입사광의 입사각도를 조정하고, 위 단계를 반복하여 측정을 수행한다. 여기서, 편광용 편광판(21)의 서로 다른 큰 각도 입사에 따른 편광 특성을 연구할 때, 여러 차례 편광용 편광판(21)의 세팅 방향을 조정하여 입사광의 입사각도를 조절할 필요가 있고, 위 단계를 다시 반복하게 되면 측정 과정이 너무나 번거로워지기 때문에 측정 효과가 떨어진다. 따라서, 편광판의 서로 다른 입사 각도에 따른 소광비 및 편광 각도를 측정하는 간단하고 효율이 높은 방법을 찾는 것은 해결이 필요한 기술적인 문제이다.

본 발명의 목적은 서로 다른 입사각도에서의 편광판의 소광비 및 편광 각도에 대한 측정의 효율을 향상시키고, 측정 과정을 간소화하는 편광 측정 장치 또는 방법을 제공하는 것이다.

위의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 광원, 제1 편광판, 제2 편광판, 회전 모듈, 이미지 센서 및 분석 모듈을 포함하는 편광 측정 장치를 제공한다. 상기 광원에서 발산되는 복수개의 서로 다른 입사각을 가진 광선은 상기 제1편광판을 거쳐 편광되고, 상기 제2 편광판을 거친 후 상기 이미지 센서에 의해 검출되고, 상기 회전 모듈은 상기 제2 편광판이 상기 제2 편광판의 법선 방향을 회전축으로 하여 단계적으로 일정 각도를 회전하도록 구동하고, 상기 이미지 센서는 상기 제2 편광판이 일정 각도로 회전을 마친 후 마다 상기 제2 편광판을 거친 후, 생성된 상기 복수 개의 서로 다른 입시각을 가진 광선에 대응하는 복수개의 편광의 영상 정보를 획득하고, 상기 분석 모듈은 상기 영상 정보 및 상기 제2 편광판의 회전 각도에 따라 제1 편광판의 서로 다른 입사각에서의 편광 특성을 계산한다.

선택적으로, 상기 광원, 상기 제1 편광판, 상기 제2 편광판 및 상기 이미지 센서의 중심축이 서로 정렬된다.

선택적으로, 상기 광선은 자연광이다.

선택적으로, 상기 편광 측정 장치는 조리개 및 시준 렌즈를 더 포함하고, 상기 광원에서 발산되는 광원은 상기 제1 편광판의 편광, 상기 조리개에 의해 각도가 제한되고 상기 시준 렌즈의 시준을 거친 후 상기 제2 편광판으로 입사된다.

선택적으로, 상기 회전 모듈은 회전 전동기 및 셋업 박스를 포함하고, 상기 제2편광판은 상기 셋업 박스 상에 설치되고, 상기 회전 전동기는 상기 셋업 박스의 회전을 구동한다.

선택적으로, 상기 이미지 센서는 CCD 이미지 센서이다.

선택적으로, 상기 이미지 센서는 복수 개의 픽셀 포인트로 형성된 픽셀 어레이를 포함하고, 각각의 상기 픽셀 포인트는 상응하는 하나의 입사각에 대응하는 편광의 영상 정보를 수집하기 위해 이용된다.

선택적으로, 상기 이미지 센서로 수집한 이미지 정보는 각 상기 픽셀 포인트로 수집한 편광의 광세기 정보 및 각 상기 픽셀 포인트의 상기 광원에 상대적인 위상 정보를 포함한다.

선택적으로, 상기 편광 측정 장치는 프레임을 더 포함하고, 상기 제1 편광판, 상기 조리개, 상기 시준 렌즈, 상기 제2 편광판, 상기 셋업 박스 및 상기 회전 전동기는 상기 프레임에 설치된다.

선택적으로, 상기 제1 편광판과 제2 편광판은 모두 투과 편광판이다.

위의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 상기 어느 하나에 기재된 상기 편광 측정 장치를 이용한 편광 측정 방법을 제공한다. 이 방법은, 광원에서 발산되는 서로 다른 입사각을 가진 광선은 제1 편광판 및 제2 편광판을 거친 후 상기 복수 개의 서로 다른 입사 각도를 가진 광선에 대응하는 복수개의 편광을 획득하는 단계; 상기 제2 편광판이 미리 세팅된 각도에 따라, 단계적으로 상기 제2 편광판의 법선을 회전축으로 하여 회전하도록 구동하는 단계; 이미지 센서를 이용해 상기 제2편광판이 일정 각도의 회전을 마친 후 마다 상기 제2편광판을 거친 상기 편광의 영상 정보를 획득하는 단계; 및 분석 모듈로 상기 영상 정보 및 상기 제2평광판의 회전 각도에 따라 상기 제1편광판의 서로 다른 입사각도에서의 편광 특성을 계산하는 단계를 포함한다.

선택적으로, 조리개를 통해 상기 제1편광판을 거친 상기 광선에 대해 각도 제약을 수행하는 단계; 및 시준 렌즈를 통해 상기 조리개를 거친 상기 광선에 대해 시준을 수행하는 단계를 더 포함한다.

선택적으로, 상기 이미지 센서로 수집된 영상 정보는 상기 이미지 센서의 각각의 픽셀 포인트로 수집된 대응되는 입사각도를 가진 광선과 연관된 광 세기 정보 및 상기 이미지 센서의 각각의 픽셀 포인트의 상기 광원에 상대적인 위상 정보를 포함한다.

선택적으로, 상기 제 2 편광판의 누적 회전 각도는 적어도 180도이다.

선택적으로, 상기 분석 모듈의 상기 영상 정보 및 상기 제2 편광판의 회전 각도에 따라 상기 제1편광판의 서로 다른 입사각에서의 편광 특성을 계산하는 단계는,

상기 이미지 센서 상의 각각의 픽셀 포인트의 상기 광원에 상대적인 위상 정보를 통해 각각의 픽셀 포인트에 대응하는 광선의 입사각도를 확정하는 단계;

상기 이미지 센서 상의 각각의 픽셀 포인트가 상기 제2 편광판의 서로 다른 회전 각도에서 수집한 광 세기 정보를 추출하여, 이미지 그레이값(grey value)을 획득하고, 말루스(Mallus)의 법칙에 따라 삼각 함수 피팅을 진행하여 피팅 곡선을 획득하는 단계;

상기 피팅 곡선에 따라 각각의 픽셀 포인트에 대응하는 편광의 편광 특성을 획득하여, 상기 제1 편광판의 서로 다른 입사 각도에서의 편광 특성을 획득하는 단계를 포함한다.

선택적으로, 피팅 곡선에 따라 각각의 픽셀에 대응하는 편광의 편광 특성을 획득하는 단계는,

상기 이미지의 그레이값(grey value)의 최대 값과 상기 이미지의 그레이값의 최소 값의 비율에 따라 각각의 픽셀 포인트에 대응하는 편광의 소광비를 확정하여, 상기 제1 편광판의 각각의 픽셀 포인트에 대응하는 서로 다른 입사각에서의 광선의 소광비를 획득하는 단계; 및

상기 이미지의 그레이값의 최대값에 대응하는 상기 제2 편광판의 회전 각도에 따라 각각의 픽셀 포인트에 대응하는 편광의 편광 각도를 확정하여 상기 제 1편광판의 각각의 픽셀 포인트에 대응하는 서로 다른 각도에서의 광선의 편광 각도를 획득하는 단계를 포함한다.

그 밖에, 본 발명은 광배향 방법을 더 제공하였고, 위에서 기술한 어느 한 방법을 사용하여 광배향에 이용되는 편광용 편광판의 편광 특성에 대해 측정하는 방법을 제공한다. 기존 기술과 비교하였을 때, 본 발명은 이미지 센서를 이용해 편광 정보를 수집하고, 이미지 센서의 픽셀 어레이의 서로 다른 픽셀 포인트를 이용하여 서로 다른 입사각도의 광에 대해 편광 측정을 수행한다. 편광용 편광판이 어떠한 하나의 입사각도 범위 내에서 복수 개의 서로 다른 입사각도의 광선에 대응하는 복수개의 편광에 대해 한 개의 주기 내의 측정 수집을 통해, 서로 다른 픽셀 포인트 상의 입사 광 세기 정보와 입사 광 위상 정보(픽셀 포인트의 광원에 상대적인 위치 정보)에 따라 편광용 편광판의 서로 다른 입사각에서의 편광 특정을 계산해 낼 수 있고, 이로써 편광 측정 과정을 간소화하고, 측정 효율을 효과적으로 제고할 수 있다.

도 1은 와이어 그리드의 다각도 입사를 나타낸 설명도이다;
도 2는 기존 편광용 편광판 편광 특성 측정 방법을 나타낸 설명도이다;
도 3은 기존의 편광용 편광판의 큰 각도 입사 편광 특성을 측정하는 방법을 나타낸 설명도이다;
도 4는 본 발명의 실시예의 편광 측정 장치 구조를 나타낸 설명도이다;
도 5는 본 발명의 실시예의 광학 경로를 나타낸 설명도이다;
도 6은 본 발명의 실시예의 이미지 센서로 촬영한 광 스폿을 나타낸 설명도이다;
도 7은 본 발명의 실시예의 이미지 센서로 광 스폿을 촬영한 것을 나타낸 3차원 설명도이다;
도 8은 본 발명의 실시예의 측정 방법의 단계를 나타낸 설명도이다;
도 9는 본 발명의 실시예의 측정 방법 중의 데이터 처리를 나타낸 흐름도이다;
도 10은 본 발명의 실시예의 광 스폿 그레이값과 분석용 편광판의 회전 각도의 삼각 함수 관계 설명도이다;
도면에서, a:차단 라인, b:투명 기판, 11:광원, 12:광원, 21:편광용 편광판, 22:편광용 편광판, 31:작은 홀 조리개, 32:작은 홀 조리개, 411:제1 시준 렌즈, 412:제2 시준 렌즈, 42:시준 렌즈, 51:분석용 편광판, 52:분석용 편광판, 6:에너지 검출기, 7:이미지 센서, 71:픽셀 어레이, 711:픽셀 포인트, 8:회전 전동기, 9:분석용 셋업 박스, 10:프레임, S:광 스폿 이다.

이하, 본 발명에 대한 설명도의 구체적인 실시 방식에 대한 설명을 참조하여 더 구체적으로 본 발명에 대해 설명한다. 이하의 설명 및 청구항을 통해, 본 발명의 장점과 특징을 더 명확히 기술한다. 첨부된 도면은 매우 단순화된 형태이고, 모두 정밀하지 않은 비율을 사용하며, 단지 본 발명의 실시예의 설명을 돕기 위한 편의 및 명료성을 제고하기 위한 것임을 유의해야 한다.

발명자는 도 3에 나타난 바와 같은 편광용 편광판의 소광비, 편광 각도 측정 방식으로 편광용 편광판에 대해 측정을 진행하였다. 분석용 편광판(21)에 서로 다른 각도 입사하는 경우의 편광 특성을 연구할 때, 여러 차례 분석용 편광판(21)을 회전시켜 입사광의 입사 각도를 조정하고, 위의 단계를 반복하는 것은, 측정 과정이 매우 번거롭게 되어 측정 효율을 떨어뜨린다.

도 7에 나타난 바와 같이, 이미지 센서를 사용하여 분석용 편광판을 거쳐 분석된 광 스폿 정보를 수집할 때, 광 스폿의 에너지 정보만을 수집할 수 있을 뿐 아니라, 이미지 센서의 픽셀 어레이의 서로 다른 픽셀 포인트의 광원에 상대적인 위치를 이용하여 광 스폿의 위상 정보를 확정할 수 있다.

본 발명은 편광 측정 장치 및 측정 방법을 제공한다. 이미지 센서가 에너지 검출기를 대신하는 방식을 사용하여, 분석된 편광에 대해 수집 측정을 수행하여, 광 스폿 에너지 정보를 수집할 수 있을 뿐 아니라, 픽셀 어레이 상의 서로 다른 픽셀 포인트를 이용하여 해당 픽셀 포인트에 입사된 광선의 위상 정보를 수집하고, 편광용 편광판이 일정 입사각 범위(즉 복수개의 다른 입사 각을 포함)를 가지는 자연광에서의 편광 측정 장치에 대해 측정 및 수집만을 수행하고, 다시 이미지 센서로 촬영한 이미지 광 세기 정보 및 각각의 픽셀 포인트에 대응하는 위상 정보에 따라 데이터 처리를 수행하는 방식만으로, 효과적으로 편광용 편광판의 상기 서로 다른 입사각도(도 7의 방위각

, 편광각

)에서의 소광비 및 편광 각도를 계산하여 획득할 수 있다.

이하에서는 도 4 ~ 도 10을 참고하여, 본 발명의 실시예의 내용을 구체적으로 설명한다.

도 4에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예는 편광 측정 장치를 제공한다. 해당 편광 측정 장치는 광원(12), 편광용 편광판(22), 분석용 편광판(52), 이미지 센서(7), 회전 모듈 및 분석 모듈(미도시)를 포함하고, 광원(12)에서 발산되는 복수개의 서로 다른 입사각을 포함하는 광은 편광용 편광판(22)을 거쳐 편광되고, 분석용 편광판(52)의 분석을 거친 후 이미지 센서(7)에 입사된다. 상기 회전 모듈은 분석용 편광판(52)이 분석용 편광판(52)의 법선 방향을 회전축으로 회전되도록 구동하고, 이미지 센서(7)는 실시간으로 분석된 복수 개의 서로 다른 입사 각도의 광선에 대응하는 복수 개의 편광의 영상 이미지를 획득하고, 상기 분석 모듈은 획득한 영상 정보 및 분석 편광판(52)의 회전 각도를 수신하여 상기 편광용 편광판(22)의 서로 다른 입사 각도에서의 편광 특성을 계산하고 확정한다.

여기서, 상기 편광 측정 장치는 작은 홀 조리개(32) 및 시준 렌즈(42)를 더 포함하고, 상기 회전 모듈은 회전 전동기(8) 및 분석용 편광판의 셋업 박스(9)를 포함하고, 분석용 편광판(52)은 편광판 셋업 박스(9) 상에 설치되고, 분석용 편광판(52)은 정밀도가 높은 회전 전동기(8) 상에 설치된다. 회전 전동기(8)는 분석용 편광판의 셋업 박스(9)가 분석용 편광판(52)의 법선 방향을 회전축으로 회전하도록 구동하여, 분석용 편광판(52)이 법선 방향을 회전축으로 하여 회전된다. 이에, 분석용 편광판(52)은 분석용 편광판의 셋업 박스(9)에 수평으로 설치되고, 회전 전동기(8)는 분석용 편광판의 셋업 박스(9)가 분석용 편광판(52)의 법선 방향을 회전축으로 하여 회전하도록 구동한다. 즉, 분석용 편광판의 셋업 박스(9)는 이의 법선 방향을 회전축으로 하여 회전한다.

선택적으로, 도 4에 나타난 바와 같이, 해당 편광 측정 장치는 프레임(10)을 더 포함하고, 편광용 편광판(22), 작은 홀 조리개(32), 시준 렌즈(42), 분석용 편광판(52), 분석용 편광판 셋업 박스(9) 및 회전 전동기(8)는 프레임(10)에 설치된다.

도 4 및 도 5에 나타난 바와 같이, 광원(12), 편광용 편광판(22), 작은 홀 조리개(32), 시준 렌즈(42), 분석용 평광판(52) 및 이미지 센서(7)의 중심은 정렬되고, 편광용 편광판(22), 시준 렌즈(42), 분석용 편광판(52) 및 이미지 센서(7)는 모두 편광용 편광판(22)의 법선 방향을 따라 평행하게 설치된다. 즉, 상기 일련의 부품의 중심 축은 정렬된다.

선택적으로, 광원(12)은 비(非)시준 광원이고, 발산하는 광은 자연광이다.

선택적으로, 시준 렌즈(42)의 홀 크기 수치는 측정 수요에 따라 유연하게 선택할 수 있다. 시준 렌즈(42)의 홀 크기 수치(NA)가 0.7보다 클 경우, 수용될 수 있는 입사 광의 각도(렌즈의 주 광축과의 각도)는 45°보다 크다.

선택적으로, 편광용 편광판(22) 및 분석용 편광판(52)은 도 1에서 나타낸 와이어 그리드 편광용 편광판을 선택하여 사용할 수 있고, 편광용 편광판(22) 및 분석용 편광판(52)은 모두 투과식 편광판이다. 양자 모두 광에 대해 투과 편광을 수행한다.

선택적으로, 이미지 센서(6)은 CCD 이미지 센서이다. 당연히, 이미지 센서(6)는 CMOS 이미지 센서를 선택할 수 있고, 측정한 정밀도 수요와 원가에 따라 유연한 선택을 할 수 있다. 상기 이미지 센서(6)는 복수 개의 픽셀 포인트로 형성된 픽셀 어레이를 포함하고, 각 상기 픽셀 포인트는 서로 다른 입사 각도를 가진 광의 광 세기 정보를 수집하기 위해 이용된다.

도 5에 나타난 바와 같이, 광원(12)에서 발산되는 자연광은, 편광용 편광판(22)을 거쳐 편광되고, 다시 작은 홀 조리개(32)를 통해 각도 제약을 받는다. 작은 홀 조리개(32)의 광은 시준 렌즈(42)를 거쳐 시준 된 후, 분석용 편광판(52)에 입사되고, 시준을 거친 편광은 검출용 편광판(52)을 투과해 분석된다. 분석된 후의 편광은 이미지 센서(7)에 입사되고, 이미지 센서(7)에서 영상을 형성하여 광 스폿을 형성한다.

도 6에 나타난 바와 같이 분석된 후의 편광은 이미지 센서(7)의 픽셀 어레이(71) 상에서 광 스폿(S)를 형성하고, 이미지 센서(7) 상의 픽셀 어레이(71)는 광 스폿(S)의 외형과 그레이 스케일(gray scale)을 기록한다.

또한, 이미지 센서(7)의 픽셀 어레이(71) 중 각각의 픽셀 포인트(711)는 입사 광선의 광 세기 정보를 기록할 수 있을 뿐 아니라, 광선의 위상 정보를 확정할 수 있다. 즉, 픽셀 포인트(711)의 광원(12)에 상대적인 위치 정보를 확정할 수 있다. 도 7에 나타난 바와 같이, 현재까지의 픽셀 포인트의 광원(12)에 상대적인 위치 정보를 통해, 현재 픽셀 포인트 상에 입사된 광선의 입사각도(

,

）를 확정할 수 있고, 이때

는 방위각을 나타내고, 값은 0~90°이고,

는 편광각을 나타내고, 값은 0~360°이다.

측정 장치를 사용해 측정을 진행할 때, 고정밀도의 회전 전동기(8)을 이용하여 분석용 편광판(52)이 미리 설정된 속도로, 단계적으로, 일정 각도로 회전하도록 제어한다; 동시에, 분석용 편광판(5)이 일정 각도를 회전할 때 마다, 이미지 센서(7)를 이용하여 이 때의 광 스폿(S)의 외형과 그레이 스케일을 수집하고 기록하고, 대응하는 분석용 편광판(52)의 회전 각도 값을 기록한다.

상기 분석 모듈은 이미지 센서(7)의 픽셀 어레이(71)의 각각의 픽셀 포인트(711)로 수집한 입사 광선의 광 세기 정보 및 위상 정보를 수신하고 획득하고, 이에 따라, 편광용 편광판(22)의 편광 특성을 계산하고 확정한다.

동시에, 본 발명의 실시예는 위의 측정 장치를 이용하여 분석용 편광판의 편광 특성을 측정하는 방법을 더 제공한다. 도 8에 나타난 바와 같이, 해당 측정 방법은 다음과 같은 단계를 포함한다.

S1단계는 편광용 편광판(22)을 사용하여 광원(12)에서 발산되는 복수개의 서로 다른 입사 각도를 포함하는 자연광에 대해 편광을 수행하여, 편광을 획득하는 단계;

S2단계는 분석용 편광판(52)을 통해 상기 편광에 대해 분석을 수행하는 단계;

S3 단계는 분석용 편광판(52)이 미리 설정된 속도로, 점차적으로, 일정한 각도를, 분석용 편광판(52)의 법선 방향을 중심축으로 회전할 수 있도록 구동하고, 이미지 센서(7)를 이용하여 실시간으로 분석용 편광판(52)이 일정 각도를 회전한 후의 분석한 편광의 영상 정보를 획득하는 단계; 및

S4 단계는 분석 모듈을 이용하여 상기 영상 정보 및 상기 분석 편광판(52)의 회전 각도에 따라 편광용 편광판(22)의 서로 다른 입사각에서의 편광 특성을 계산하는 단계이다.

선택적으로, 편광용 편광판(22)이 편광을 수행한 후, 분석용 편광판(52)이 편광을 수행하기 전, 즉, S1 단계 및 S2단계 이전에, 해당 측정 방법은 다음과 같은 단계를 더 포함한다.

(1) 작은 홀 조리개(32)를 통해 상기 편광에 대해 각도 제약을 수행하는 단계;

(2) 시준 렌즈(42)를 통해 상기 작은 홀 조리개(32)를 거친 각도가 제한된 편광에 대해 시준은 수행하는 단계.

여기서, 분석용 편광판(52)의 회전 속도와 점차적인 각도 파라미터는 측정에 필요한 데이터의 표본 추출 비율과 이미지 센서(7)의 수집 속도 등 파라미터로 결정될 수 있고, 이는 서로 다른 파라미터와 수요에 따라 유연하게 조정할 수 있다.

S3 단계에서, 수집하여 획득한 영상 정보는 수집한 광 세기 정보(및 상기 광 세기 정보에 따라 획득 가능한 이미지 그레이값(H)) 및 각각의 픽셀 포인트에 대응하는 위상 정보를 포함할 수 있다.

분석 후의 영상 정보에 있어서, 투진 광(透振光) 세기 공식인 말루스의 법칙

으로, 다음과 같은 내용을 알 수 있다. 이미지 센서(7)이 획득한 이미지 그레이값(H)와 분석용 편광판(52)의 회전 각도

는 삼각 함수 관계

를 이루고, 이때 I는 투사광의 광 세기를 나타내고, I₀는 투사 광의 최대 광 세기를 나타내고,

는 편광용 편광판(22)의 편광 방향과 분석용 편광판(52)의 편광 방향 사이의 각도고, H는 수집한 이미지의 그레이값이고, H₀는 이미지 그레이값의 최대값이고,

는 분석용 편광판의 회전 각도이고, 상수 C는 분석용 편광판(52)의 초기 편광 방향과 편광용 편광판(22)의 편광 방향 사이의 각도다.

도 10에 나타난 바와 같이, 이미지 센서(7)이 획득한 이미지 그레이값(H)와 분석용 편광판(52)의 회전 각도

는 삼각 함수 관계

를 이루었다. 이에, 측정 과정 중, 분석용 편광판(52)은 적어도 반원(즉, 180° 회전)을 회전하여 데이터 표본 추출이 보다 완벽해지게 한다. 즉, 적어도 180° 범위 내의 데이터를 수집한다. 선택적으로, 분석용 편광판(52)이 10도를 회전할 때 마다, 회전 후에 5초를 멈추어, 이미지 센터(7)가 영상 정보 수집을 수행할 때, 계속해서 회전되게 하고, 총 18~36차례 회전된다.

S4 단계에서, 상기 분석 모듈을 통해 일련의 영상 정보(광 세기 정보 및 상응하는 이미지 그레이값(H), 픽셀 포인트의 위상 정보) 및 분석용 편광판(52)의 회전 각도

를 획득하고, 이에 따라, 편광용 편광판(22)의 서로 다른 입사 각도（

,

）에서의 편광 특성을 계산한다. 이는 소광비와 편광 각도를 포함한다.

구체적으로, 도 9를 결합하여, 분석 모듈을 이용하여 상기 영상 정보에 따라 편광용 편광판(22)의 서로 다른 입사 각도에서의 편광 특성을 계산하는 S4 단계는,

S41 단계, 이미지 센서(7)상의 각각의 픽셀 포인트(711)와 광원(12)의 상대적인 위치에 따라 현재 픽셀 포인트 상 자연광의 입사 각도（

,

）를 확정하고, 획득한 이미지 센서(7)의 입사 각도 클라우드 맵을 획득하는 단계;

S42 단계, 이미지 센서(7) 상 각각의 픽셀 포인트(711)의 분석용 편광판(52)의 서로 다른 회전 각도

에서 수집한 광 세기 정보를 추출하고 상응하는 이미지 그레이값(H)을 획득하고, 말루스의 법칙에 따라 삼각 함수 피팅을 수행하여 피팅 곡선을 획득하는 단계;

S43 단계, 피팅하여 획득한 픽팅 곡선에 따라 각각의 픽셀 포인트에 대응하는 편광의 편광 특성을 계산하고 확정하여, 이미지 센서(7)에 대응하는 편광 특성 클라우드 맵을 확득하고, 다시 입사 각도 클라우드 맵 및 편광 특성 클라우드 맵을 통해 편광용 편광판(22)의 서로 다른 입사 각도（

,

）에서의 편광 특성을 획득하는 단계를 포함한다.

선택적으로, S41 단계에서, 도 7을 참고하여, 상기 분석 모듈에서, 장치의 구조에 따라 광의 입사 각도를 계산하고, 픽셀 어레이(71)의 각각의 픽셀 포인트(711)에 대해, 현재의 픽셀 포인트(711)과 광원(12)의 상대적인 위치에 따라 해당 픽셀 포인트(711)상의 입사 광선까지의 입사되는 입사 각도（

,

）를 확정하여, 서로 다른 픽셀 포인트(711) 상 입사 광선의 입사 각도 클라우드 맵을 획득할 수 있다.

S42 단계에서, 도 9를 참고하여, 픽셀 어레이(71)의 각각의 픽셀 포인트(711)에 대해, 분석용 편광판(52)이 적어도 180° 회전되도록 하고, 하나의 각도의 회전을 마친 후의 광 세기 정보를 수집하고 상응하는 이미지 그레이값(H)를 획득하고, 획득한 모든 이미지 그레이값(H)와 대응하는 분석용 편광판(52)의 회전 각도

를 추출하고, 말루스의 법칙에 따라 삼각 함수 피팅을 수행하여, 도 10에서 나타낸 바와 같은 피팅된 삼각 함수 곡선을 획득한다.

S43 단계에서, 이전의 픽셀 포인트의 영상 정보의 데이터를 피팅하여 삼각 함수 곡선을 획득한 후, 다시 상기 피팅된 삼각 함수 곡선으로 현재 픽셀 포인트의 소광비와 편광 각도를 구해내고, 픽셀 어레이(71)의 소광비 클라우드 맵과 편광 각도 클라우드 맵을 구해내고, 이미지 센서(7)에 대응하는 편광 특성 클라우드 맵을 획득하여, 편광용 편광판(22)의 서로 다른 입사각도（

,

）에서의 편광 특성을 획득한다. 선택적으로, 피팅된 삼각 함수에 따라 각각의 픽셀 포인트에 대응하는 편광의 편광특성을 계산하고 확정하는 S43 단계는 다음과 같은 단계를 포함한다.

S431 단계, 이미지의 그레이값(H)의 최대 값(H₀) 와 이미지 그레이값(H)의 최소 값(H₁)의 비율에 따라 각각의 픽셀 포인트에 대응하는 편광의 소광비를 확정하여, 편광용 편광판(22)의 각각의 픽셀 포인트에 대응하는 서로 다른 입사각에서의 입사각의 소광비를 획득하는 단계; 및

S432 단계, 이미지의 그레이값(H)의 최대 값(H₀)에 대응하는 분석용 편광판(52)의 회전 각도

에 따라 각각의 픽셀 포인트에 대응하는 편광의 편광 각도를 확정하여, 편광용 편광판(22)의 각각의 픽셀 포인트에 대응하는 서로 다른 입사각에서의 입사 광의 편광 각도를 획득하는 단계를 포함한다.

도 10에 나타난 바와 같이, 각각의 픽셀 포인트에 대하여, 피팅 된 삼각 함수 곡선에 따라 현재 픽셀 포인트의 이미지 그레이값의 최대치(H₀)와 이미지 그레이값의 최소치(H₁)를 구해낼 수 있다. 이미지 그레이값의 최대치(H₀)와 이미지 그레이값의 최소치(H₁)에 따라 소광비를 계산하고, 이미지 그레이값의 최대치(H₀)와 이미지 그레이값의 최소치(H₁)의 비율은 편광용 편광판(22)의 입사 각도（

,

）에서의 소광비이고; 이미지 픽셀 값의 최대 값(H₀)에 따라 편광 각도를 확정하고, 이미지 그레이값의 최대 값(H₀) 대응되는 회전 각도 값

는 편광용 편광판(22)의 입사각도（

,

）에서의 편광 각도이다.

마지막으로, 픽셀 어레이(71) 상의 각각의 픽셀(711)을 하나 하나 대응하여, 단계(S41)에서 획득한 입사 각 클라우드 맵 및 단계(S43)의 소광비 클라우드 맵 또는 편광 각도 클라우드 맵을 일체로 결합하고, 편광용 편광판(22)의 서로 다른 입사각도（

,

）에서의 소광비와 편광 각도를 획득한다.

도 10에 나타난 바와 같이 피팅된 삼각 함수 곡선 상, 어떤 180° 범위 내에, 이미지 그레이값의 최대 값(H₀)은 A포인트에 있고, 이미지 그레이값의 최대 값(H₁)은 B 포인트에 있고, A, B 포인트에 대응하는 이미지 그레이값(H₀) 및(H₁)를 수집한다. 이 두 값의 비율은 이전 픽셀 포인트의 소광비이고; 수집한 피팅 곡선 A 포인트에 대응하는 회전 각도 값은

이다. 회전 각도 값

는 현재 픽셀 포인트 상의 편광 편광판(22)의 편광 각도이고; 다시 현재 픽셀 포인트와 광원(12)의 상대적인 위치에 따라 광선의 입사 각도（

,

）를 계산하여, 최종적으로 픽셀 어레이(71) 상의 서로 다른 픽셀(711)을 통해 편광용 편광판(22)의 서로 다른 입사 각도（

,

）에서의 소광비와 편광 각도를 획득할 수 있고, 편광용 편광판(22)의 서로 다른 입사각도（

,

）에서의 편광 특성을 획득할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예는 광 배향 방법을 더 제공한다. 상기 어느 하나의 상기 편광 측정 방법을 사용하여 광 배향을 위해 이용되는 편광용 편광판의 편광 특정에 대해 측정을 진행한다. 이미지 센서는 어떠한 한 입사각 범위 내(즉 복수 개의 서로 다른 각도를 가지는 광선)의 편광 영상 정보에 대해 한차례의 180° 범위 내에서의 수집을 수행하기만 하면 되고, 입사각도를 조정하기 위해 복수 차례 편광용 편광판을 회전시키거나 편광 영상 정보에 대해 복수 차례의 주기적인 수집을 수행하지 않아도, 편광용 편광판의 서로 다른 입사각에서의 편광 특성을 계산해 낼 수 있다.

위를 종합하면, 기존의 복수 차례 편광용 편광판을 회전하여 입사각을 조정하고, 복수 차례 수집을 통한 측정으로 서로 다른 입사 각도에서의 소광비와 편광 각도를 획득하는 측정 방법과 비교하였을 때, 본 발명의 실시예에 따른 편광 측정 장치 및 측정 방법은 이미지 센서가 에너지 검출기를 대체하여 편광 측정을 수행하고, 이미지 센서 상의 픽셀 어레이 중의 서로 다른 위치에 위치한 픽셀의 서로 다른 입사 각도를 가진 광에 대해 편광 측정을 수행한다. 이는 편광용 편광판이 일정 각도 범위 내(즉 복수 개의 서로 다른 각도)의 자연광의 편광 영상 정보에 대해 180° 범위 내에서만 수집 및 측정을 수행하기만 하면, 이미지 센서 픽셀 어레이의 서로 다른 위치에 위치한 픽셀의 입사 광의 위상 정보에 따라 편광용 편광판의 해당 입사 각도 범위 내의 서로 다른 입사 각도에서의 편광 특성을 계산해 낼 수 있다. 이로써, 측정 과정을 간소화하여, 측정 효율을 제고하였다.

위의 내용을 본 발명의 바람직한 실시예일 뿐, 본 발명을 제한하지 않는다. 관련 기술 분야의 기술자들이, 본 발명의 기술적 방안에서 벗어나지 않는 범위 내에서, 본 발명을 통해 공개된 기술적 방안 및 기술 내용에 대해 모든 형태의 대체 및 수정 등 변동을 진행하는 것은 모두 본 발명의 기술적 방안의 내용을 벗어나지 않고, 본 발명의 보호 범위에 속한다.

Claims

편광 측정 장치에 있어서,
광원,
제1 편광판,
제2 편광판,
회전 모듈,
이미지 센서, 및
분석 모듈을 포함하고,
상기 광원에서 발산되는 복수개의 서로 다른 입사각을 가진 광선은 상기 제1 편광판을 거쳐 편광되고,
상기 제2 편광판을 거친 후 상기 이미지 센서에 의해 검출되고,
상기 회전 모듈은 상기 제2 편광판이 상기 제2 편광판의 법선 방향을 회전축으로 하여 단계적으로 일정 각도를 회전하도록 구동하고,
상기 이미지 센서는 상기 제2 편광판이 일정 각도로 회전을 마친 후 마다, 상기 제2 편광판을 거친 후 생성된 상기 복수 개의 서로 다른 입시각을 가진 광선에 대응하는 복수개의 편광의 영상 정보를 획득하고,
상기 분석 모듈은 상기 영상 정보 및 상기 제2 편광판의 회전 각도에 따라 제1 편광판의 서로 다른 입사각에서의 편광 특성을 계산하는,
장치.
제1항에 있어서,
상기 광원, 상기 제1 편광판, 상기 제2 편광판 및 상기 이미지 센서의 중심축이 정렬되는
장치.
제1 항에 있어서,
상기 광선은 자연광인
장치
제1항에 있어서,
상기 편광 측정 장치는,
조리개 및 시준 렌즈를 더 포함하고,
상기 광원에서 발산되는 광원은
상기 제1 편광판에서 편광되고,
상기 조리개의 각도 제약 및 상기 시준 렌즈의 시준을 거친 후,
상기 제2 편광판으로 입사되는,
장치
제4항에 있어서,
상기 회전 모듈은
회전 전동기 및 셋업 박스를 포함하고,
상기 제2 편광판은 상기 셋업 박스 상에 설치되고,
상기 회전 전동기는 상기 셋업 박스의 회전을 구동하는,
장치.
제1항에 있어서,
상기 이미지 센서는 CCD 이미지 센서인
장치.
제6항에 있어서,
상기 이미지 센서는
복수 개의 픽셀 포인트로 형성된 픽셀 어레이를 포함하고,
각각의 상기 픽셀 포인트는 해당 입사각에 대응하는 편광의 영상 정보를 수집하기 위해 이용되는,
장치.
제7항에 있어서,
상기 이미지 센서로 수집한 이미지 정보는,
각 상기 픽셀 포인트로 수집한 편광의 광세기 정보 및 각 상기 픽셀 포인트의 상기 광원에 상대적인 위상 정보를 포함하는
장치.
제5항에 있어서,
상기 편광 측정 장치는
프레임을 더 포함하고,
상기 제1 편광판, 상기 조리개, 상기 시준 렌즈, 상기 제2 편광판, 상기 셋업 박스 및 상기 회전 전동기는 상기 프레임에 설치되는,
장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 편광판과 제2편광판은
모두 투과형 편광판인
장치.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 상기 편광 측정 장치를 사용한 편광측정 방법에 있어서,
광원에서 발산되는 서로 다른 입사각을 가진 광선은 제1 편광판 및 제2 편광판을 거친 후 상기 복수 개의 서로 다른 입사 각도를 가진 광선에 대응하는 복수개의 편광을 획득하는 단계;
상기 제2 편광판이 미리 세팅된 각도에 따라, 단계적으로 상기 제2 편광판의 법선을 회전축으로 하여 회전하도록 구동하는 단계;
이미지 센서를 이용하여 상기 제2 편광판이 일정 각도의 회전을 마친 후 마다, 상기 제2 편광판을 거친 상기 편광의 영상 정보를 획득하는 단계; 및
분석 모듈로 상기 영상 정보 및 상기 제2 평광판의 회전 각도에 따라 상기 제1 편광판의 서로 다른 입사각도에서의 편광 특성을 계산하는 단계
를 포함하는
방법.
제11항에 있어서,
조리개를 통해 상기 제1편광판을 거친 상기 광선에 대해 각도 제약을 수행하는 단계; 및
시준 렌즈를 통해 상기 조리개를 거친 상기 광선에 대해 시준을 수행하는 단계를 포함하는,
방법,
제11항에 있어서,
상기 이미지 센서로 수집된 영상 정보는
상기 이미지 센서의 각각의 픽셀 포인트로 수집된 대응되는 입사각도를 가진 광선과 연관된 광 세기 정보 및 상기 이미지 센서의 각각의 픽셀 포인트의 상기 광원에 상대적인 위상 정보를 포함하는,
방법.
제11항에 있어서,
상기 제2 편광판의 누적 회전 각도는 적어도 180도 인
방법.
제13항에 있어서,
상기 분석 모듈의 상기 영상 정보 및 상기 제2 편광판의 회전 각도에 따라 상기 제1 편광판의 서로 다른 입사각에서의 편광 특성을 계산하는 단계는,
상기 이미지 센서 상 각각의 픽셀 포인트의 상기 광원에 상대적인 위상 정보를 통해 각각의 픽셀 포인트에 대응하는 광선의 입사각도를 확정하는 단계;
상기 이미지 센서 상 각각의 픽셀 포인트가 상기 제2 편광판의 서로 다른 회전 각도에서 수집한 광 세기 정보를 추출하여 이미지 그레이값을 획득하고, 말루스의 법칙에 따라 삼각 함수 피팅을 진행하여 피팅 곡선을 획득하는 단계; 및
상기 피팅 곡선에 따라 각각의 픽셀 포인트에 대응하는 편광의 편광 특성을 획득하여, 상기 제1 편광판의 서로 다른 입사 각도에서의 편광 특성을 획득하는 단계;
를 포함하는
방법.
제15항에 있어서, 상기 피팅 곡선에 따라 각각의 픽셀에 대응하는 편광의 편광 특성을 획득하는 단계는,
상긱 이미지의 그레이값의 최대 값과 상기 이미지의 그레이값의 최소 값의 비율에 따라 각각의 픽셀 포인트에 대응하는 편광의 소광비를 확정하여, 상기 제1 편광판의 각각의 픽셀 포인트에 대응하는 서로 다른 입사각에서의 광선의 소광비를 획득하는 단계; 및
상기 이미지의 그레이 값의 최대값에 대응하는 상기 제2 편광판의 회전 각도에 따라 각각의 픽셀 포인트에 대응하는 편광의 편광 각도를 확정하여, 상기 제 1편광판의 각각의 픽셀 포인트에 대응하는 서로 다른 각도에서의 광선의 편광 각도를 획득하는 단계;
를 포함하는
방법.
제11항 내지16항 중 어느 한 항에 기재된 편광 측정 방법에 있어서,
상기 편광 측정 방법을 사용하여 광 배향을 위해 이용되는 편광용 편광판의 편광 특성에 대해 측정을 수행하는
광 배향 방법.