一种显示屏用偏光膜片光轴角度的检测装置及方法与流程

1.本发明涉显示屏用偏光膜片参数测量领域，具体地说，涉及一种显示屏用偏光膜片光轴角度的检测装置及方法。


背景技术：

2.目前，显示屏用小尺寸的偏光膜片一般为长方形或正方形，都是通过大片偏光膜片切割的方式得到的。切割的过程中需要按照偏光膜片偏光轴平行或成450角的方向进行切割，如果切割角度误差超过0.10就将影响显示屏的显示效果。目前偏光膜片切割厂家的测量手段都是利用旋转检偏器的方法来实现对偏光膜片切割角度误差的检测，这种检测方法由于需要旋转检偏器3600而使得测量速度慢。此外，在各类显示模组的加工组装过程中，涉及到各类偏振膜片的贴合，在贴合过程中也需要将各待贴合偏振膜片的光轴进行检测以保证各光学元件的光轴重合以保证光学偏振性能。
3.本发明利用双光路正交线偏振光测量技术相结合，通过双光路正交偏振测量和视觉定位技术能快速测量偏光膜片光轴相对于两条边相对的角度，能够适应固定及流动待测偏光膜片光轴角度的检测，能消除光源波动、待测偏光膜片位置变化等因素对测量的影响。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题在于：对大尺寸偏光膜片切割成小尺寸后的膜片偏振轴与其边长之间的角度进行测量，提供了显示屏用偏光膜片切割角度误差的测量方法。本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的。
5.本发明提供一种显示屏用偏光膜片光轴角度的检测装置，所述装置包括：激光器模块、光偏振调节模块、载物台、偏振检测模块、数据采集模块、视觉定位模块、计算机。
6.所述激光器模块，用于提供激光光束，该输出光束入射到所述光偏振调节模块上；所述光偏振调节模块，接收来自激光器模块发出的激光光束，并通过调节内部光学元件将入射的激光光束转变成圆偏振光输出；所述载物台，位于光偏振调节模块和偏振检测模块之间，支撑或固定待测偏光膜片；所述视觉定位模块，与激光器模块并排放置于载物台上方并与计算机连接；所述偏振检测模块：接收经过待测偏光膜片后的偏振光，通过内部的分光元件和光电转换电路将光信号转换成电信号并和数据采集处理模块连接；所述数据采集模块，与所述偏振检测模块通过电缆进行连接，并通过诸如usb等类型的接口与所述计算机连接；所述计算机，用于连接数据采集模块和视觉定位模块，通过软件显示待测偏光膜片的光轴角度值。
7.优选的，所述激光器模块包含：
激光器和激光器驱动器；所述激光器与激光器驱动器通过电缆进行连接。所述激光器的输出光的波长处在待测膜片工作波长范围内。所述激光器输出光偏振态可以是线偏振光，也可以是部分偏振光。所述激光器输出接口形式可以通过空间小孔直接输出，也可以采用光纤耦合输出。当激光器为光纤耦合输出时，耦合光纤根据输出光偏振态不同可采用相应工作波长的保偏光纤或者单模光纤；所述激光器的输出光波长处在待测偏光膜片工作波长范围内，该光源包括诸如氦氖激光器、发光二极管等高相干度的光源。
8.优选的，所述光偏振调节模块包含：扩束准直器、起偏器、四分之一波片；所述扩束准直器接收来自激光器输出的光，扩束准直器输出的平行光依次经过起偏器和四分之一波片。扩束准直器根据激光器输出接口形式进行匹配，可以为空间型也可以为光纤接口。当激光器输出光为部分偏振光时，扩束准直器与四分之一波片之间需要放置起偏器，当激光器输出光为线偏振光时，扩束准直器与四分之一波片之间不需要放置起偏器。所述起偏器和四分之一波片都安装在可旋转的固定结构件中以方便调节上述三个光学元件的光轴。
9.所述波片为四分之一波片，所述起偏器的偏振轴与四分之一波片快轴夹角
±
45
°
，四分之一波片能光源发出的线偏振光转变成圆偏振光。
10.优选的，所述载物台用于支撑或固定待测偏光膜片。该载物台可以是固定式的，也可以是移动式的。所述载物台上有直径大于光束直径的通光孔，待测偏光膜片放置于通光孔上方。
11.优选的，所述固定式载物台装为一l型结构件，该l型结构件为测量偏光膜片提供一条测量装置的角度参考基准直线，装置中光学元件的光轴方向和待测膜片的光轴方向都以该基准直线为参考。
12.优选的，所述移动式载物台，在该移动式载物台旁边载物台移动方向上提供一条测量装置的角度参考基准直线，装置中光学元件的光轴方向和待测膜片的光轴方向都以该基准直线为参考。
13.所述偏光膜片为方形形状，偏光轴一般与任意一边长成00或900或450角度。
14.优选的，所述视觉定位模块与激光器并排置于载物台上方，视觉定位模块与计算机连接，用于对待测偏光膜片边长相对于参考基准直线之间的角度进行定位，所述视觉定位模块仅当载物台为移动式情况下需要。
15.优选的，偏振检测模块包含：可调光阑、wollaston分光棱镜、光电探测器和光电转换电路；从待测膜片输出的准直激光束通过光阑后进入wollaston分光棱镜，wollaston分光棱镜输出的两路光分别照射到两个光电探测器表面，光电探测器焊接在光电转换电路上。
16.所述wollaston分光棱镜和光电探测器的工作波长范围能覆盖激光器的波长，所述光电探测器将接收到的光电路转换成电流信号并通过光电转换电路完成对电流信号的跨阻放大和滤波并输出相应的电压，所述光电转换电路输出电压值范围与所述数据采集模
块的输入电压范围相吻合。
17.优选的，所述数据采集模块采集偏振检测模块输出的电压值并传送给计算机本发明还提供了一种显示屏用偏光膜片光轴角度的检测方法，其采用了如上所述的检测装置，其中，包括如下步骤：s1：利用标准偏振片对显示屏用偏光膜片光轴角度检测装置进行校准；s2：将待测偏光片放置于有通光孔位置的载物台上；s3：根据测试要求，选取待测偏光膜片的一条边为参考边，视觉定位模块对该参考边相对于本检测装置载物台上的基准边之间的角度进行测量；s4：采集卡采集偏振检测模块输出的电压值，根据电压值计算得到待测偏光膜片偏振轴与偏振检测模中wollaston分光棱镜的两个偏振主轴角平分线之间的夹角；s5：计算机控制软件根据步骤s3得到的角度值以及s4步骤得到的角度值来确定待测膜片的偏光轴的角度。
18.相对于现有偏振片偏振光轴检测技术，本发明所述的偏光膜片偏振光轴角度的检测装置和方法，具有以下几个优点：1没有旋转机械结构，测量速度小于1秒，远快于目前主流的测量方法。
19.2兼容固定测量平台和移动平台，适用于流水线偏光片的生产和使用过程中的检测。
附图说明
20.图1为本发明实施例中涉及的偏光片偏振轴检测系统结构图。
21.图2为本发明实施例中涉及的wollaston棱镜光分解示意图。为待测偏光膜片偏振方向与wollaston棱镜两个偏振轴的夹角。
22.图3为固定式载物台及基准直线示意图。
23.图4为移动式载物台情况下待测偏光膜片边长与基准直线平行示意图。
24.图5为移动式载物台情况下待测偏光膜片边长与基准直线夹角为正值时的示意图。
25.图6为移动式载物台情况下待测偏光膜片边长与基准直线夹角为负值时的示意图。
26.图7为装置校准算法流程图。
27.图8为装置软件测量算法流程图。
具体实施方式
28.下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
29.提供一种显示屏用偏光膜片光轴角度的检测装置，如图1所示，所述装置包括：激光器模块10、光偏振调节模块20、载物台30、偏振检测模块40、数据采集模块50、视觉定位模块60、计算机70。
30.所述激光器模块10，用于提供激光光束，该输出光束入射到所述光偏振调节模块
20上；所述光偏振调节模块20，接收来自激光器模块10发出的激光光束，并通过调节内部光学元件将入射的激光光束转变成线偏振光输出；所述载物台30，位于光偏振调节模块20和偏振检测模块40之间，支撑或固定待测偏光膜片；所述偏振检测模块40：接收经过待测偏光膜片后的偏振光，通过内部的分光元件和光电转换电路将光信号转换成电信号并和数据采集处理模块50连接；所述数据采集模块50，与所述偏振检测模块40通过电缆进行连接，并通过诸如usb等类型的接口与所述计算机70连接；所述视觉定位模块60，与所述激光器模块10并排放置于所述载物台30上方并与计算机70连接；所述计算机70，用于连接数据采集模块50和视觉定位模块60，通过软件显示待测偏光膜片的光轴角度值。
31.优选的，所述激光器模块10包含：激光器11和激光器驱动器12；所述激光器11与激光器驱动器12通过电缆进行连接。所述激光器11的输出光的波长处在待测膜片工作波长范围内。所述激光器11输出光偏振态可以是线偏振光，也可以是部分偏振光或完全自然光。所述激光器11输出接口形式可以通过空间小孔直接输出，也可以采用光纤耦合输出。当所述激光器11为光纤耦合输出时，耦合光纤根据输出光偏振态不同可采用相应工作波长的保偏光纤或者单模光纤；优选的，所述光偏振调节模块20包含：扩束准直器21、起偏器22、四分之一波片23；所述扩束准直器21接收来自激光器模块10输出的光，扩束准直器21输出的平行光依次经过所述起偏器22和四分之一波片23。所述扩束准直器21根据所述激光器模块10输出接口形式进行匹配，可以为空间型也可以为光纤接口。当所述激光器模块10输出光为部分偏振光时，所述扩束准直器21与所述四分之一波片23之间需要放置所述起偏器22，当所述激光器模块10输出光为线偏振光时，所述扩束准直器21与所述四分之一波片之间不需要放置所述起偏器22。所述起偏器22和四分之一波片23都安装在可旋转的固定结构件中以方便调节上述三个光学元件的光轴。
32.所述激光器模块10输出的激光如果是部分偏振光，该激光经起偏器22变为线偏振光，该线偏振光入射到四分之一波片上，当线偏振光的偏振方向与四分之一波片的主轴成450夹角时，所述四分之一波片将上述线偏振光转变成圆偏振光。该偏振调节模块主要是为了降低激光器模块输出偏振态变化引起的激光光功率的变化。
33.所述激光器模块10输出的激光如果是完全自然光，可以不需要放置起偏器22和四分之一波片23，激光器直接照射到待测偏光膜片上。
34.优选的，所述载物台30用于支撑或固定待测偏光膜片。所述载物台30可以是固定式的，也可以是移动式的。所述载物台30上有直径大于所述光偏振调节模块20输出光束直径的通光孔，待测偏光膜片放置于通光孔上方。
35.优选的，所述固定式载物台30装为一l型结构件，如图该l型结构件为测量偏光膜
片提供一条测量装置的角度参考基准直线，装置中光学元件的光轴方向和待测膜片的光轴方向都以该基准直线为参考。
36.优选的，所述移动式载物台，在该移动式载物台旁边载物台移动方向上提供一条测量装置的角度参考基准直线，装置中光学元件的光轴方向和待测膜片的光轴方向都以该基准直线为参考。
37.优选的，偏振检测模块40包含：可调光阑41、wollaston分光棱镜42、光电转换电路43；从待测膜片输出的准直激光束通过所述可调光阑41后进入所述wollaston分光棱镜42，所述wollaston分光棱镜42输出的两路光分别照射到所述光电转换电路43上的两个光电探测器表面，光电探测器焊接在所述光电转换电路43上。
38.所述wollaston分光棱镜42和光电探测器的工作波长范围能覆盖所述激光器模块10的工作波长，所述光电转换电路43上的两个光电探测器将接收到的光信号转换成电流信号并通过所述光电转换电路43完成对电流信号的跨阻放大和滤波并输出相应的电压，所述光电转换电路43输出电压值范围与所述数据采集模块50的输入电压范围相吻合。
39.优选的，所述数据采集模块采集50采集所述偏振检测模块20输出的电压值并传送给计算机70；优选的，所述视觉定位模块60与所述激光器模块10并排置于所述载物台30上方，所述视觉定位模块60与所述计算机70连接，用于对待测偏光膜片进行边长角度的定位。
40.本发明还提供了一种显示屏用偏光膜片光轴角度的检测方法，其采用了如上所述的检测装置，其中，包括如下步骤：s1：利用标准偏振片对显示屏用偏光膜片光轴角度检测装置进行校准；s2：将待测偏光片放置于有通光孔位置的载物台30上；s3：根据测试要求，选取待测偏光膜片的一条边为参考边，视觉定位模块60对该参考边相对与本检测装置载物台30上的基准直线之间的角度进行测量；s4：数据采集模块50采集偏振检测模块40输出的电压值，根据电压值计算得到待测偏光膜片偏振轴与偏振检测模中wollaston分光棱镜的两个偏振主轴角平分线之间的夹角；s5：计算机70控制软件根据步骤s3得到的角度值以及s4步骤得到的角度值来确定待测膜片的偏光轴的角度。
41.所述待测偏光膜片放置在所述载物台上，所述高相干光源发出的光经起偏器入射到四分之一波片上，线偏振光的偏振方向与四分之一波片的主轴成450夹角。所述四分之一波片将上述线偏振光转变成圆偏振光，所述圆偏光通过所述起偏器后再次变为线偏振光，上述线偏光经过待测偏光膜片后照射到所述沃拉斯顿棱镜上，沃拉斯顿棱镜将入射的线偏振光分解为两束（标定为光束x和光束y）偏振方向相互正交的线偏振光，利用一对光电二极管检测两束光的光功率，它们给出对应的电信号。将这两个电信号送入到数据采集卡并通过软件输出两个电信号的电压差值和电压和值，通两个探测器输出的电压值就可以得到。
42.两个电信号的电压值和。当入射线偏振光的偏振方向与wollaston棱镜正交
偏振任意一个轴的夹角为角时，有：
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（1）其中，。可以根据上式便可求得角的值，可表示为：在步骤s1中，用一方形的消光比大于40db的标准偏振片放置于载物台上，该标准偏振片的偏振轴平行于该方形标准偏振片的一条边。不失为一般性，假设标准偏振片为长方形，标准偏振片的切割角度小于0.10，偏振轴与短边平行，偏振轴与短边的夹角也就小于0.10，则不透光光的吸收轴与标准偏振片的长边平行。将该标准偏振片放置在载物台上，使得该标准偏振片的短边与载物台的基准直线平行，则标准偏光片的偏振轴与载物台基准直线之间的角度小于0.10，此时视觉定位模块测量到的角度值也小于0.10。然后旋转偏振检测模块40，此时从偏振检测模块输出的两束光呈现明暗交替的变化，接收两束光的光电探测器对应的输出电压值也呈现向相反方向变化的趋势。当计算机根据数据采集模块采集到的电压值计算得到的角度值为00时，从图2可以看到，此时标准偏振片的偏光轴位于wollaston棱镜42的两个偏振轴的角平分线上，即与wollaston棱镜42的x偏振轴成450夹角，此时就将测试仪器校准完毕。
43.从步骤s1的校准过程可以看到，假设将一偏振轴与短边有一微小夹角的长方形的待测偏光膜片放置于固定载物台上，并且使偏光膜片的短边与载物台的基准直线平行，则根据数据采集模块采集到的电压值就可以得到待测偏光膜片的偏振轴与短边的这一微小夹角，从而得到切割偏光膜片的加工角度误差。
44.测量偏光片的偏振轴时，将待测偏光片按规定参考方向放入到测量光路中，根据偏振检测模块40两路输出光的光强就可以得到偏光片偏离参考方向的角度。这种方法没有机械扫描装置，可快速测量偏光片的偏振轴角度。
45.下面对本发明的软件算法实施例作详细说明，本软件算法施实例在以本发明技术方案和硬件为前提下进行实施，给出了详细的软件算法及流程。
46.软件算法主要涉及到校准算法和测量算法两方面，下面分别从这两方面作详细说明。
47.测量装置的校准算法流程包括以下步骤：s1标准偏振片按照实施例一中的方式放置，标准偏振片的选取如实施例一所述。通过视觉定位模块60对放置在载物台上的标准偏振片与载物台基准直线之间的夹角进行测量。如果夹角角度小于0.10，则可认为标准偏振片与基准直线平行，此时判断标准偏振片放置正确。
48.s2 判断标准偏振片偏振轴与wollaston棱镜42的一个偏振轴x成450夹角。判断依据为测量得到的标准偏振片偏振轴相对于载物台30基准直线之间的角度小于0.10。
49.在s2步骤中，旋转偏振检测模块40，软件根据数据采集模块50采集到的偏振检测模块40输出的两路电压值，按照角度计算公式得到标准偏振片的短边与载物台基准直线之间的夹角，当软件计算得到的角度值小于0.10时，从图2可以看到，此时标准偏振片的偏光轴与wollaston棱镜42的偏振轴x成450夹角。此时测量装置完成了校准。
50.装置校准算法流程如图7所示。
51.测量装置的测量算法流程包含以下步骤：s1：选取待测偏光膜片的一条边为参考边，视觉定位模块60对该参考边相对与本检测装置载物台30上的基准直线之间的角度进行测量；s2：数据采集模块50采集偏振检测模块40输出的电压值，根据电压值计算得到待测偏光膜片偏振轴相对于偏振检测模40中wollaston分光棱镜42的偏振主轴的夹角；s3：计算机70控制软件根据步骤s3得到的角度值以及s4步骤得到的角度值来确定待测膜片的偏光轴与载物台基准直线之间的角度。
52.步骤s2和步骤s3是同时进行的，在移动式载物台上，可能出现待测偏光片的位置如图图4、图5和图6所示。三种情况下偏光片的切割角度误差为，如果，则说明待测偏光膜片的切割边与偏光片的吸收轴的夹角大于900，如果，则说明待测偏光膜片的切割边与偏光片的吸收轴的夹角小于900，如果，则说明待测偏光膜片的切割边与吸收轴的夹角等于900，也即和待测偏光膜片的偏振轴夹角为00。
53.装置软件测量算法流程图如图8所示。
54.尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员能够理解本发明，但是本发明不仅限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员而言，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明精神和范围内，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。