專(zhuān)利名稱(chēng)：多通道光譜量測(cè)裝置與相位差解析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)一種光譜量測(cè)與校正解析方法，尤其是指一種多通道光 譜量測(cè)裝置及其光譜強(qiáng)度能量損失校正方法、光譜強(qiáng)度歸一化量測(cè)方法以 及相位差解析方法。
背景技術(shù)：
液晶顯示器產(chǎn)業(yè)是繼半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)之后，兩兆雙星中所發(fā)展的重點(diǎn)產(chǎn) 業(yè)，其輕薄、低耗能和無(wú)輻射的優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)今幾乎取代了傳統(tǒng)映像管屏幕。
液晶面板所使用的組件中，具有光學(xué)雙折射特性的組件如液晶層(Liqukl Crystal Cell)及光學(xué)補(bǔ)償膜(Compensation Film)等，其光學(xué)特性的優(yōu)劣影響 液晶顯示器影像質(zhì)量非常大。
液晶顯示器的發(fā)展，已逐漸朝向大尺寸、廣視角和快速反應(yīng)時(shí)間等方 向發(fā)展，其中在大尺寸面板工藝開(kāi)發(fā)方面，液晶滴下式注入方法(OneDrop Filling)漸漸取代傳統(tǒng)液晶填充方式，其可以大量縮短填充時(shí)間并節(jié)省液晶 的浪費(fèi)，但相較于傳統(tǒng)填充方式，此新工藝對(duì)于填充的液晶層間隙厚度 (Cell Gap Thidmess購(gòu)勻性必須控管更嚴(yán)格，而其厚度的量測(cè)可以經(jīng)由量 測(cè)其相位差變化計(jì)算求得。在增進(jìn)顯示視角的技術(shù)方面，利用光學(xué)補(bǔ)償膜 對(duì)于液晶層相位延遲的補(bǔ)償作用，可達(dá)到液晶面板廣視角的目的，因此，光學(xué)補(bǔ)償膜在工藝中對(duì)于其光學(xué)雙折射特性參數(shù)的量測(cè)非常重要。
公知的偏振片-待測(cè)樣品-檢偏片(Polarizer-Sample-Analyzer， PSA)偏光 光譜量測(cè)裝置1如圖1所示，包含一寬帶白光光源10，經(jīng)過(guò)一波長(zhǎng)分光儀 11及一偏振片12，其可以使非偏振狀態(tài)的白光光源形成線(xiàn)性偏振光，并 通過(guò)具雙折射特性的待測(cè)樣品13后造成入射光偏振態(tài)的改變，最后由檢 偏片14及光偵測(cè)器15接收光強(qiáng)度訊號(hào)。在自然界中物質(zhì)的光學(xué)折射率均 為波長(zhǎng)的函數(shù)，光學(xué)相位差定義為此材料的光學(xué)折射率乘以厚度。通過(guò)待 測(cè)樣品的光將呈現(xiàn)橢圓偏振態(tài)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)檢偏片14可以得到光束經(jīng)過(guò)待 測(cè)樣品后的偏振態(tài)(State of Polarization),并根據(jù)此光束偏振態(tài)信息計(jì)算待 測(cè)樣品相位差信息。前述方法必須由轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏片14來(lái)量測(cè)偏振片14及檢 偏片14相互平行及垂直訊號(hào)，量測(cè)速度上無(wú)法達(dá)到實(shí)時(shí)的量測(cè)。
光學(xué)相位差的量測(cè)可以應(yīng)用在液晶顯示器產(chǎn)業(yè)中關(guān)于光學(xué)補(bǔ)償膜及 液晶層檢測(cè)等，例如美國(guó)專(zhuān)利US.Pat.NO.5,239,365中揭露其如何利用 PSA光譜量測(cè)架構(gòu)量測(cè)液晶層相位差以計(jì)算液晶間隙厚度(Cdl Gap),方法 上是由上述公知方法得到偏振片與檢偏片穿透軸于平行及垂直情況下的 穿透光譜強(qiáng)度訊號(hào)，再由兩平行及垂直光譜訊號(hào)相除取反正切函數(shù)(arctan) 以得到相位差信息，并通過(guò)已知的液晶材料雙折射率求得液晶間隙厚度。 傳統(tǒng)量測(cè)方法上為了得到量測(cè)強(qiáng)度訊號(hào)的歸一化(Normalizatkm)以計(jì)算相
位差值，主要是通過(guò)旋轉(zhuǎn)檢偏片至少兩個(gè)角度位置來(lái)達(dá)成，量測(cè)速度上將 被機(jī)械的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作所限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種多通道光譜量測(cè)裝置與相位差解析方法， 以克服公知技術(shù)中存在的缺陷。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的多通道光譜量測(cè)裝置，包括 一發(fā)光單元，其可提供復(fù)數(shù)道具寬帶的導(dǎo)光光束；
一投光單元，其可將該復(fù)數(shù)道導(dǎo)光光束調(diào)制成復(fù)數(shù)道線(xiàn)性偏振光，并 投射至一待測(cè)物上以形成復(fù)數(shù)道偵測(cè)光；
一收光單元，其可接收該復(fù)數(shù)道偵測(cè)光，該收光單元可將每一道偵測(cè)
光分光以形成一第一偏振光束以及一第二偏振光束；以及
一影像處理單元，其可接收該復(fù)數(shù)道第一偏振光束以及該復(fù)數(shù)道第二 偏振光束，并進(jìn)行演算處理。
所述的多通道光譜量測(cè)裝置，其中，該發(fā)光單元還包括有
一光源體，其可產(chǎn)生一寬帶光束；以及
導(dǎo)光模塊，其可將該寬帶光束分光，以形成該復(fù)數(shù)道導(dǎo)光光束，并將 該復(fù)數(shù)道導(dǎo)光光束導(dǎo)引至該投光單元。
所述的多通道光譜量測(cè)裝置，其中，該導(dǎo)光模塊為一光纖模塊。 所述的多通道光譜量測(cè)裝置，其中，該投光單元還包括有復(fù)數(shù)組透鏡
組，每一個(gè)透鏡組還具有
一準(zhǔn)直透鏡，其可接收該導(dǎo)光光束以形成一準(zhǔn)直光束；以及
一偏振片，其可將該準(zhǔn)直光束調(diào)制成該線(xiàn)性偏振光。 所述的多通道光譜量測(cè)裝置，其中，該偏振片為一薄片式偏振片。 所述的多通道光譜量測(cè)裝置，其中，該偏振片為一棱鏡式偏振片。所述的多通道光譜量測(cè)裝置，其中，該收光單元還包括有 復(fù)數(shù)組分光透鏡組，其可將該偵測(cè)光分光以形成該復(fù)數(shù)道第一偏振光
束以及第二偏振光束；以及
一導(dǎo)光數(shù)組，其與該復(fù)數(shù)組分光透鏡組耦接，該導(dǎo)光數(shù)組可導(dǎo)引該第
一偏振光束以及該第二偏振光束至該多通道影像光譜裝置。
所述的多通道光譜量測(cè)裝置，其中，該分光透鏡組還具有.-一偏振分光鏡，其可將該偵測(cè)光分光以形成相互垂直的該第一偏振光
束以及第二偏振光束；以及
一對(duì)聚焦透鏡，其分別設(shè)置于該偏振分光鏡的一側(cè)，以分別接收該第
一偏振光束以及第二偏振光束，并分別將該第一以及第二偏振光聚焦至對(duì)
應(yīng)的導(dǎo)光模塊上。
所述的多通道光譜量測(cè)裝置，其中，該偏振分光鏡為一薄片式偏振分 光鏡。
所述的多通道光譜量測(cè)裝置，其中，該偏振分光鏡為一棱鏡式偏振分 光鏡。
所述的多通道光譜量測(cè)裝置，其中，該導(dǎo)光模塊為一光纖模塊。 所述的多通道光譜量測(cè)裝置，其中，該影像處理單元還具有 一多通道影像光譜儀，其與該收光單元相耦接，以接收該復(fù)數(shù)道第一
與第二偏振光束；以及
一處理器，其可對(duì)該復(fù)數(shù)道第一與第二偏振光束進(jìn)行演算，以形成一 歸一化光譜強(qiáng)度訊號(hào)。
所述的多通道光譜量測(cè)裝置，其中，該影像處理單元還具有復(fù)數(shù)個(gè)單通道影像光譜儀，其分別與該收光單元相耦接，以分別接收 該復(fù)數(shù)道第一與第二偏振光束；以及
一處理器，其與該復(fù)數(shù)個(gè)單通道影像光譜儀耦接，以對(duì)該復(fù)數(shù)道第一 與第二偏振光束進(jìn)行演算，以形成一歸一化光譜強(qiáng)度訊號(hào)。
本發(fā)明提供的光譜強(qiáng)度能量損失校正方法，其包括有下列步驟
使一偏振光束的P波與S波偏振分光量相同；
改變?cè)撈窆馐钠窠嵌?，以量測(cè)其P波與S波偏振分光量；以及 根據(jù)量測(cè)到的P波與S波偏振分光量決定能量損失校正參數(shù)。 所述的光譜強(qiáng)度能量損失校正方法，其中，該偏振光束可選擇為一線(xiàn) 性偏振光、 一圓偏振光以及非偏振光其中之一。
本發(fā)明提供的光譜強(qiáng)度歸一化量測(cè)方法，其包括有下列步驟
(a) 決定一光束的能量損失校正參數(shù)；
(b) 調(diào)制該光束以形成一第一偏振光；
(c) 調(diào)整通過(guò)一待測(cè)物的該第一偏振光的偏振角度以形成一第二偏振 光，并偵測(cè)該第二偏振光的P波與S波偏振分光量；以及
(d) 根據(jù)該P(yáng)波與S波偏振分光量以及能量損失校正參數(shù)計(jì)算歸一化 光譜強(qiáng)度分布。
所述的光譜強(qiáng)度歸一化量測(cè)方法，其中，該步驟(a)還具有下列步驟: (al)使該光束的P波與S波偏振分光量相同；
(a2)改變?cè)摴馐钠窠嵌?，以量測(cè)改變偏振角度的光束的P波與S 波偏振分光量；以及
(a3)根據(jù)量測(cè)到的P波與S波偏振分光量決定該能量損失校正參數(shù)。所述的光譜強(qiáng)度歸一化量測(cè)方法，其中，該第一偏振光的偏振角度與 該待測(cè)物光軸相差一角度。
所述的光譜強(qiáng)度歸一化量測(cè)方法，其中，該角度為45度。
所述的光譜強(qiáng)度歸一化量測(cè)方法，其中，該步驟(al)的偏振光可選擇
為一線(xiàn)性偏振光、 一圓偏振光以及非偏振光其中之一。
本發(fā)明提供的相位差解析方法，其包括有下列步驟
(a) 決定一光束的能量損失校正參數(shù)；
(b) 調(diào)制該光束以形成一第一偏振光；
(c) 調(diào)整通過(guò)一待測(cè)物的該第一偏振光的偏振角度以形成一第二偏振 光，并偵測(cè)該第二偏振光的P波與S波偏振分光量;
(d) 根據(jù)該P(yáng)波與S波偏振分光量以及能量損失校正參數(shù)計(jì)算歸一化
光譜強(qiáng)度分布；以及
(e) 根據(jù)該歸一化光譜強(qiáng)度分布，求得一相位差分布。 所述的相位差解析方法，其中，該步驟(a)還具有下列步驟 (al)使該光束的P波與S波偏振分光量相同；
(a2)改變?cè)摴馐钠窠嵌?，以量測(cè)改變偏振角度的光束的P波與S 波偏振分光量；以及
(a3)根據(jù)量測(cè)到的P波與S波偏振分光量決定該能量損失校正參數(shù)。
所述的相位差解析方法，其中，該第一偏振光的偏振角度與該待測(cè)物 光軸相差一角度。
所述的相位差解析方法，其中，該角度為45度。
所述的相位差解析方法，其中，該步驟(al)的偏振光可選擇為一線(xiàn)性偏振光、 一圓偏振光以及非偏振光其中之一。
所述的相位差解析方法，其中，求該相位差分布的方式可為穿透光譜 曲線(xiàn)擬合求解法。
所述的相位差解析方法，其中，求該相位差分布的方式為柯西色散擬 合求解法。
本發(fā)明提供的多通道光譜量測(cè)裝置及其光譜強(qiáng)度能量損失校正方法、 光譜強(qiáng)度歸一化量測(cè)方法以及相位差解析方法，可以同時(shí)多個(gè)待測(cè)樣品點(diǎn) 的量測(cè)，以增加量測(cè)效率。因此可以滿(mǎn)足業(yè)界的需求，進(jìn)而提高該產(chǎn)業(yè)的 競(jìng)爭(zhēng)力以及帶動(dòng)周遭產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。


圖1是公知的偏光光譜量測(cè)裝置示意圖
圖2A是本發(fā)明多通道光譜量測(cè)裝置第一實(shí)施例示意圖。 圖2B是本發(fā)明的多通道光譜量測(cè)裝置第二實(shí)施例示意圖。 圖3是本發(fā)明的光譜強(qiáng)度能量損失校正方法流程示意圖。 圖4是本發(fā)明的多通道光譜量測(cè)裝置中的投光單元與收光單元局部示 意圖。
圖5是本發(fā)明光譜強(qiáng)度歸一化量測(cè)方法以及相位差解析實(shí)施例流程示 意圖。
圖6是利用本發(fā)明量測(cè)架構(gòu)及圖五的流程所得到的非均向性物質(zhì)的歸 一化穿透光譜曲線(xiàn)示意圖。 圖7是擬合結(jié)果曲線(xiàn)圖。圖8是利用圖五的方法量測(cè)7t-Cdl液晶面板、扭轉(zhuǎn)向列型(TN)液晶面
板、多域垂直配向型(MVA)液晶面板和光學(xué)補(bǔ)償膜(compensation film)的相 位差量(phase retardation)領(lǐng)!j結(jié)果。 附圖中主要標(biāo)記符號(hào)說(shuō)明
1- 偏光光譜量測(cè)裝置
10- 寬帶白光光源
11- 波長(zhǎng)分光儀
12- 偏振片
13- 待測(cè)樣品
14- 檢偏片
15- 光偵測(cè)器
2- 多通道光譜量測(cè)裝置
20- 發(fā)光單元
200- 光源體
201- 導(dǎo)光模塊
2010、 2011、 2012-光纖
21- 投光單元
210、 211、 212-透鏡組
2101- 準(zhǔn)直透鏡
2102- 偏振片
22- 收光單元
220、 221、 222-分光透鏡組2201-偏振分光鏡
2202、 2203-聚焦透鏡 223、 224、 225-導(dǎo)光模塊 23-影像處理單
230- 多通道影像光譜儀
231- 處理器
232- 單通道影像光譜儀
3- 能量損失校正方法 30 32-步驟
4- 光譜強(qiáng)度歸一化量測(cè)方法 40~45-歩驟
9-待測(cè)物
90、 91、 92、 93-曲線(xiàn)
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的一范例提供一種多通道光譜量測(cè)裝置，其利用多通道影像光 譜儀結(jié)合光纖數(shù)組式的偏振光束控制探頭，達(dá)到同時(shí)多個(gè)待測(cè)樣品點(diǎn)的量 測(cè)以及可彈性改變量測(cè)位置，適用于不同面積的樣品量測(cè)。
本發(fā)明的一范例提供一種多通道光譜量測(cè)裝置，其收光探頭以偏振分 光鏡可以達(dá)到不用轉(zhuǎn)動(dòng)組件即可量測(cè)相位差，利于快速實(shí)時(shí)檢測(cè)。
本發(fā)明的一范例提供一種多通道光譜量測(cè)裝置，其搭配多通道光譜儀 可大幅降低儀器成本，另外亦利用寬帶的白光光源以量測(cè)相位差對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的分布，利于樣品特性分析。
本發(fā)明的一范例提供一種光譜強(qiáng)度能量損失校正方法、光譜強(qiáng)度歸--化量測(cè)方法以及相位差解析方法，其可對(duì)相互垂直的偏振光分量決定光能 量損失校正參數(shù)，再根據(jù)多通道的光譜強(qiáng)度信息，由光譜儀同時(shí)得到的兩 相互垂直的偏振光束訊號(hào)以實(shí)時(shí)做訊號(hào)歸一化處理，進(jìn)而解析出相位差分 布。
為能對(duì)本發(fā)明的特征、目的及功能有更進(jìn)一步的認(rèn)知與了解，下文特 將本發(fā)明裝置的相關(guān)細(xì)部結(jié)構(gòu)以及設(shè)計(jì)的理念原由進(jìn)行說(shuō)明
請(qǐng)參閱圖2A所示，該圖為本發(fā)明多通道光譜量測(cè)裝置第一實(shí)施例示 意圖。該多通道光譜量測(cè)裝置具有一發(fā)光單元20、 一投光單元21、 一收
光單元22以及一影像處理單元23。該發(fā)光單元20，其可提供復(fù)數(shù)道寬帶 的導(dǎo)光光束。該發(fā)光單元20還包括有一光源體200以及一導(dǎo)光模塊201 。 在本實(shí)施例中，該光源體200，為一白光光源且可產(chǎn)生一寬帶光束。在本 實(shí)施例中，該導(dǎo)光模塊201為一光纖模塊，其具有復(fù)數(shù)條光纖2010、 201] 及2012。該導(dǎo)光模塊201，其可將該寬帶光束分光，以形成該復(fù)數(shù)道導(dǎo)光 光束，并將該復(fù)數(shù)道導(dǎo)光光束導(dǎo)引至該投光單元21。
該投光單元21，其可將該復(fù)數(shù)道導(dǎo)光光束調(diào)制成復(fù)數(shù)道線(xiàn)性偏振光， 并平行投射至一待測(cè)物9上以形成復(fù)數(shù)道偵測(cè)光。在本實(shí)施例中該投光單 元21還包括有復(fù)數(shù)組透鏡組210、 211及212，每一個(gè)透鏡組210、 211及 212還與該導(dǎo)光模塊201中的光纖相耦接，以接收由光纖導(dǎo)引的導(dǎo)光光束。 每一個(gè)透鏡組，以透鏡組210為例，還具有一準(zhǔn)直透鏡2101(Collimation Lens)以及一偏振片2102。該準(zhǔn)直透鏡2101，其可接收該導(dǎo)光光束以形成一準(zhǔn)直光束。該偏振片2102,其可將該準(zhǔn)直光束調(diào)制成該線(xiàn)性偏振光。
該收光單元22，其可接收該復(fù)數(shù)道偵測(cè)光，該收光單元22可將每一 道偵測(cè)光分光以形成一第一偏振光束以及一第二偏振光束。該收光單元22 還具有復(fù)數(shù)組分光透鏡組220、 221及222以及一導(dǎo)光數(shù)組。該復(fù)數(shù)組分 光透鏡組220、 221及222，其可將該偵測(cè)光分光以形成該復(fù)數(shù)道第一偏振 光束以及第二偏振光束。該導(dǎo)光數(shù)組，具有該復(fù)數(shù)個(gè)導(dǎo)光模塊223、 224 及225，其分別與該復(fù)數(shù)組分光透鏡組220、 221及222耦接，每一個(gè)導(dǎo)光 模塊223、 224及225可導(dǎo)引該第一偏振光束以及該第二偏振光束至該影 像處理單元23。在本實(shí)施例中，該導(dǎo)光模塊223、 224及225為一光纖模 塊。
其中，每一個(gè)分光透鏡組，以分光透鏡組220為例，還具有一偏振分 光鏡2201 (Polarizing Beam Splitter)以及一對(duì)聚焦透鏡2202及 2203(Focusing Lens)。該偏振分光鏡2201，其可將該偵測(cè)光分光以形成相 互垂直的該第一偏振光束以及第二偏振光束。該對(duì)聚焦透鏡2202及2203， 其分別設(shè)置于該偏振分光鏡2201的一側(cè)，以分別接收該第一偏振光束以 及第二偏振光束，并分別將該第一以及第二偏振光聚焦至對(duì)應(yīng)的導(dǎo)光模塊 223、 224及225上。在本實(shí)施例中，每一個(gè)導(dǎo)光模塊223、 224及225還 具有一對(duì)光纖分別耦接至該對(duì)聚焦透鏡上2202及2203。
該影像處理單元23，其可接收該復(fù)數(shù)道第一偏振光束以及該復(fù)數(shù)道第 二偏振光束，并進(jìn)行演算處理。在圖2A中，該影像處理單元23還具有--多通道影像光譜儀230以及一處理器231。該多通道影像光譜儀230，其 與該收光單元22的導(dǎo)光數(shù)組相耦接，以接收該復(fù)數(shù)道第一與第二偏振光束。該處理器231，其可對(duì)該復(fù)數(shù)道第一與第二偏振光束進(jìn)行演算，以形
成一歸一化光譜強(qiáng)度訊號(hào)。除了圖2A的實(shí)施方式外，如圖2B所示，該 圖為本發(fā)明的多通道光譜量測(cè)裝置第二實(shí)施例示意圖。在本實(shí)施例中，大 致與圖2A相同，差異的地方在于該影像處理單元23具有復(fù)數(shù)個(gè)單通道影 像光譜儀232。其中每?jī)蓚€(gè)單通道影像光譜儀232分別由光纖與該對(duì)聚焦 透鏡相耦接，以分別接收該復(fù)數(shù)道第一與第二偏振光束。至于本發(fā)明的裝 置所欲量測(cè)的待測(cè)物9設(shè)置于該投光單元21以及該收光單元22之間。
待測(cè)物9量測(cè)前必須先做收光單元22的兩垂直偏振訊號(hào)光能量損失 校正，此收光能量損失主要來(lái)自于分光透鏡組220、 221及222中偏振分 光鏡及聚焦透鏡耦合至光纖的損失。請(qǐng)參閱圖3以及圖4所示，其中，圖 3為本發(fā)明的光譜強(qiáng)度能量損失校正方法流程示意圖；圖4則為本發(fā)明的 多通道光譜量測(cè)裝置中的投光單元與收光單元局部示意圖。該校正方法3 首先進(jìn)行步驟30，使一偏振光束的P波與S波偏振分光量相同。該光束 可選擇為線(xiàn)性偏振光或者是圓偏振光。在本實(shí)施例中，該光束為45度線(xiàn) 性偏振光。在該步驟30中，首先假設(shè)整個(gè)量測(cè)參考坐標(biāo)軸以待測(cè)物9的 光軸為起始零度角度，然后調(diào)整偏振分光鏡2201的穿透偏振光(P光)穿透 軸和待測(cè)物9光軸夾45度角。
接著進(jìn)行步驟31，在未放入待測(cè)物9情況下旋轉(zhuǎn)偏振片2102的穿透 軸角度a相對(duì)于待測(cè)物9光軸為零度角以改變?cè)撈窆馐钠窠嵌龋?量測(cè)其P波與S波偏振分光量。最后進(jìn)行步驟32，根據(jù)量測(cè)到的P波與S 波偏振分光量決定能量損失校正參數(shù)。在步驟32中，記錄此時(shí)由影像處 理單元所量測(cè)到的兩垂直偏振光束的光譜強(qiáng)度訊號(hào)比值(S,/S,s)與(Sls/Slp)，此比值即為待測(cè)物9量測(cè)時(shí)的光能量損失校正參數(shù)。
請(qǐng)參閱圖5所示，該圖為本發(fā)明光譜強(qiáng)度歸一化量測(cè)方法以及相位差
解析實(shí)施例流程示意圖。以圖2A的多通道光譜量測(cè)裝置來(lái)做說(shuō)明，該方 法包括有下列步驟，首先進(jìn)行步驟40，在未放入待測(cè)樣品做光譜能量損失 校正，旋轉(zhuǎn)偏振片至0度位置，量測(cè)到S,p禾B Sk以求出出光譜校正參數(shù) dp/S。與(S^S^)。該步驟40的程序如圖3所述的流程，在此不作贅述。 接著進(jìn)行步驟41，待測(cè)物9放入多通道光譜量測(cè)裝置中進(jìn)行相位差量測(cè)。 隨后，進(jìn)行步驟42，以待測(cè)物9的光軸作為參考坐標(biāo)的參考零度角， 此時(shí)維持偏振分光鏡的偏振穿透軸角度如前述圖4中述取得校正參數(shù) (S,p/S,s)與(SJSip)時(shí)的角度位置，并旋轉(zhuǎn)偏振片2102穿透軸角度a相對(duì)于 樣品光軸為45度角，此時(shí)光譜儀量測(cè)到P及S偏振光的穿透光譜強(qiáng)度分
布分別為S印及S2s。
接下來(lái)，進(jìn)行步驟43，根據(jù)量測(cè)到的校正參數(shù)(S,p/S,s)與(S,s/S一，以
及穿透光譜強(qiáng)度分布S2p及S2s帶入方程式(1)，即可以求得歸一化的光譜強(qiáng)
度分布訊號(hào)Tp(X)和Ts(X)。
Su ， ~ (1)
為了使本發(fā)明所提出的量測(cè)架構(gòu)，使其可以同時(shí)應(yīng)用于光學(xué)補(bǔ)償膜及 各種液晶模塊結(jié)構(gòu)(例如Twist Nematic (TN)、 Vertical Alignment (VA) Liquid Crystal等)量測(cè)，在根據(jù)PSA量測(cè)架構(gòu)下，可以將P及S偏振光穿
透強(qiáng)度訊號(hào)表示為相位差的函數(shù)，表示式為^""-A。，其中S為待測(cè)樣
品的相位差，進(jìn)一步可以利用各組件的Jones Matrix表示式，可以計(jì)算得<formula>formula see original document page 20</formula>
到如方程式(2)所示的光譜強(qiáng)度方程式。
<formula>formula see original document page 20</formula>
其中，方程式中"2=^2 + ,及=1—， a為偏振片角度，y為檢偏片 角度，(])為液晶的扭轉(zhuǎn)角度(TwistAngle), An為雙折射率，d為樣品厚度， X為光波波長(zhǎng)。隨后，進(jìn)行步驟44，將方程式(l)所得到的歸一化穿透光譜 強(qiáng)度分布，配合方程式(2)并利用擬合(Fitting)或直接求解方式得到待測(cè)樣 品的相位差分布And，其中An為波長(zhǎng)的函數(shù)，亦即可以得到與波長(zhǎng)相關(guān)的 相位差分布。最后，再利用步驟45，以方程式(3)所示的柯西色散方程式 (CauchyDispersionEquation)擬合計(jì)算得到的相位差分布，以此可以消除系 統(tǒng)噪聲所造成的誤差，并可以得到連續(xù)分布的相位差數(shù)值。
A2 " (3) 其中A、 B和C為柯西色散系數(shù)，可以利用最小平方法(Least Square Method)擬合所有的數(shù)據(jù)解的曲線(xiàn)以求得此三個(gè)系數(shù)。
如圖6所示，利用本發(fā)明量測(cè)架構(gòu)及圖5的流程所得到的非均向性物 質(zhì)的歸一化穿透光譜曲線(xiàn)示意圖，其中曲線(xiàn)90為偏振片2102和偏振分光 鏡2201穿透軸為相互平行條件，而曲線(xiàn)91為偏振片2102和偏振分光鏡 2201穿透軸為相互垂直條件下的歸一化光譜強(qiáng)度分布。至于擬合量測(cè)的結(jié) 果，如圖7所示，其中曲線(xiàn)92為柯西擬合曲線(xiàn)，而曲線(xiàn)93則代表實(shí)驗(yàn)的 資料，由此可看出擬合的結(jié)果相當(dāng)吻合。
另外，如圖8所示，其乃利用圖5的方法量測(cè)兀-Cdl液晶面板、扭轉(zhuǎn) 向列型(TN)液晶面板、多域垂直配向型(Multi-domain Vertical Alignment,MVA)液晶面板和光學(xué)補(bǔ)償膜的相位差量(phase retardation)測(cè)結(jié)果，此量測(cè)
結(jié)果是利用本發(fā)明所量測(cè)到的歸一化光譜強(qiáng)度分布曲線(xiàn)計(jì)算相位差分布，
并配合柯西色散方程式來(lái)進(jìn)行相位差分布的擬合計(jì)算。
惟以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，當(dāng)不能以此限制本發(fā)明范圍。 即大凡依本發(fā)明權(quán)利要求所做的均等變化及修飾，仍將不失本發(fā)明的要義 所在，亦不脫離本發(fā)明的精神和范圍，故都應(yīng)視為本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施狀 況。例如使用不同種類(lèi)的偏振片2102、偏振分光鏡2201、光譜儀230 等。內(nèi)文中所揭露為本發(fā)明的典型實(shí)施裝置與方法，本領(lǐng)域技術(shù)人員可加 以修改及重新設(shè)計(jì)，亦可達(dá)到相同的效果，類(lèi)似的各項(xiàng)更改，皆由本發(fā)明 申請(qǐng)的權(quán)利要求范圍加以界定。
權(quán)利要求
1、一種多通道光譜量測(cè)裝置，包括一發(fā)光單元，其提供復(fù)數(shù)道具寬帶的導(dǎo)光光束；一投光單元，其將該復(fù)數(shù)道導(dǎo)光光束調(diào)制成復(fù)數(shù)道線(xiàn)性偏振光，并投射至一待測(cè)物上以形成復(fù)數(shù)道偵測(cè)光；一收光單元，其接收該復(fù)數(shù)道偵測(cè)光，該收光單元將每一道偵測(cè)光分光以形成一第一偏振光束以及一第二偏振光束；以及一影像處理單元，其接收該復(fù)數(shù)道第一偏振光束以及該復(fù)數(shù)道第二偏振光束，并進(jìn)行演算處理。
2、 如權(quán)利要求l所述的多通道光譜量測(cè)裝置，其中，該發(fā)光單元包 括有一光源體，其產(chǎn)生一寬帶光束；以及導(dǎo)光模塊，其將該寬帶光束分光，以形成該復(fù)數(shù)道導(dǎo)光光束，并將該 復(fù)數(shù)道導(dǎo)光光束導(dǎo)引至該投光單元。
3、 如權(quán)利要求2所述的多通道光譜量測(cè)裝置，其中，該導(dǎo)光模塊為一光纖模塊。
4、 如權(quán)利要求1所述的多通道光譜量測(cè)裝置，其中，該投光單元包 括有復(fù)數(shù)組透鏡組，每一個(gè)透鏡組具有一準(zhǔn)直透鏡，其接收該導(dǎo)光光束以形成一準(zhǔn)直光束；以及 一偏振片，其將該準(zhǔn)直光束調(diào)制成該線(xiàn)性偏振光。
5、 如權(quán)利要求1所述的多通道光譜量測(cè)裝置，其中，該偏振片為- 薄片式偏振片。
6、 如權(quán)利要求1所述的多通道光譜量測(cè)裝置，其中，該偏振片為一 棱鏡式偏振片。
7、 如權(quán)利要求1所述的多通道光譜量測(cè)裝置，其中，該收光單元包 括有復(fù)數(shù)組分光透鏡組，其將該偵測(cè)光分光以形成該復(fù)數(shù)道第一偏振光束 以及第二偏振光束；以及一導(dǎo)光數(shù)組，其與該復(fù)數(shù)組分光透鏡組耦接，該導(dǎo)光數(shù)組導(dǎo)引該第一 偏振光束以及該第二偏振光束至該多通道影像光譜裝置。
8、 如權(quán)利要求7所述的多通道光譜量測(cè)裝置，其中，該分光透鏡組具有一偏振分光鏡，其將該偵測(cè)光分光以形成相互垂直的該第一偏振光束 以及第二偏振光束；以及一對(duì)聚焦透鏡，其分別設(shè)置于該偏振分光鏡的一側(cè)，以分別接收該第 一偏振光束以及第二偏振光束，并分別將該第一以及第二偏振光聚焦至對(duì) 應(yīng)的導(dǎo)光模塊上。
9、 如權(quán)利要求8所述的多通道光譜量測(cè)裝置，其中，該偏振分光鏡為一薄片式偏振分光鏡。
10、 如權(quán)利要求8所述的多通道光譜量測(cè)裝置，其中，該偏振分光鏡為一棱鏡式偏振分光鏡。
11、 如權(quán)利要求7所述的多通道光譜量測(cè)裝置，其中，該導(dǎo)光模塊為一光纖模塊。
12、 如權(quán)利要求l所述的多通道光譜量測(cè)裝置，其中，該影像處理單 元具有一多通道影像光譜儀，其與該收光單元相耦接，以接收該復(fù)數(shù)道第一 與第二偏振光束；以及一處理器，其對(duì)該復(fù)數(shù)道第一與第二偏振光束進(jìn)行演算，以形成一歸 一化光譜強(qiáng)度訊號(hào)。
13、 如權(quán)利要求1所述的多通道光譜量測(cè)裝置，其中，該影像處理單 元具有復(fù)數(shù)個(gè)單通道影像光譜儀，其分別與該收光單元相耦接，以分別接收 該復(fù)數(shù)道第一與第二偏振光束；以及一處理器，其與該復(fù)數(shù)個(gè)單通道影像光譜儀耦接，以對(duì)該復(fù)數(shù)道第一 與第二偏振光束進(jìn)行演算，以形成一歸一化光譜強(qiáng)度訊號(hào)。
14、 一種光譜強(qiáng)度能量損失校正方法，其包括有下列步驟 使一偏振光束的P波與S波偏振分光量相同；改變?cè)撈窆馐钠窠嵌?，以量測(cè)其P波與S波偏振分光量；以及 根據(jù)量測(cè)到的P波與S波偏振分光量決定能量損失校正參數(shù)。
15、 如權(quán)利要求14所述的光譜強(qiáng)度能量損失校正方法，其中，該偏振光束選擇為一線(xiàn)性偏振光、 一圓偏振光以及非偏振光其中之一。
16、 一種光譜強(qiáng)度歸一化量測(cè)方法，其包括有下列步驟(a) 決定一光束的能量損失校正參數(shù)；(b) 調(diào)制該光束以形成一第一偏振光；(C)調(diào)整通過(guò)一待測(cè)物的該第一偏振光的偏振角度以形成一第二偏振光，并偵測(cè)該第二偏振光的P波與S波偏振分光量；以及(d)根據(jù)該P(yáng)波與S波偏振分光量以及能量損失校正參數(shù)計(jì)算歸一化 光譜強(qiáng)度分布。
17、 如權(quán)利要求16所述的光譜強(qiáng)度歸一化量測(cè)方法，其中，該步驟(a)具有下列步驟(al)使該光束的P波與S波偏振分光量相同；(a2)改變?cè)摴馐钠窠嵌?，以量測(cè)改變偏振角度的光束的P波與S 波偏振分光量；以及(a3)根據(jù)量測(cè)到的P波與S波偏振分光量決定該能量損失校正參數(shù)。
18、 如權(quán)利要求16所述的光譜強(qiáng)度歸一化量測(cè)方法，其中，該第一 偏振光的偏振角度與該待測(cè)物光軸相差一角度。
19、 如權(quán)利要求18所述的光譜強(qiáng)度歸一化量測(cè)方法，其中，該角度 為45度。
20、 如權(quán)利要求17所述的光譜強(qiáng)度歸一化量測(cè)方法，其中，該步驟(al) 的偏振光選擇為一線(xiàn)性偏振光、 一圓偏振光以及非偏振光其中之一。
21、 一種相位差解析方法，其包括有下列步驟(a) 決定一光束的能量損失校正參數(shù)；(b) 調(diào)制該光束以形成一第一偏振光；(c) 調(diào)整通過(guò)一待測(cè)物的該第一偏振光的偏振角度以形成一第二偏振 光，并偵測(cè)該第二偏振光的P波與S波偏振分光量；(d) 根據(jù)該P(yáng)波與S波偏振分光量以及能量損失校正參數(shù)計(jì)算歸一化 光譜強(qiáng)度分布；以及(e)根據(jù)該歸一化光譜強(qiáng)度分布，求得一相位差分布。
22、 如權(quán)利要求21所述的相位差解析方法，其中，該步驟(a)具有下 列步驟(al)使該光束的P波與S波偏振分光量相同；(a2)改變?cè)摴馐钠窠嵌?，以量測(cè)改變偏振角度的光束的P波與S 波偏振分光量；以及(a3)根據(jù)量測(cè)到的P波與S波偏振分光量決定該能量損失校正參數(shù)。
23、 如權(quán)利要求21所述的相位差解析方法，其中，該第一偏振光的偏振角度與該待測(cè)物光軸相差一角度。
24、 如權(quán)利要求23所述的相位差解析方法，其中，該角度為45度。
25、 如權(quán)利要求22所述的相位差解析方法，其中，該步驟(al)的偏振 光選擇為一線(xiàn)性偏振光、 一圓偏振光以及非偏振光其中之一。
26、 如權(quán)利要求21所述的相位差解析方法，其中，求該相位差分布的方式為穿透光譜曲線(xiàn)擬合求解法。
27、 如權(quán)利要求21所述的相位差解析方法，其中，求該相位差分布的方式為柯西色散擬合求解法。
全文摘要
本發(fā)明利用一多通道光譜量測(cè)裝置，其利用多通道影像光譜儀結(jié)合光纖數(shù)組式的偏振光束控制探頭，達(dá)到同時(shí)多個(gè)待測(cè)樣品點(diǎn)的量測(cè)。偏振光束收光探頭的設(shè)計(jì)上，利用偏振分光鏡同時(shí)將接收的偏振光束分成垂直及水平偏振態(tài)光束，并分別由兩組聚焦透鏡收光至光纖數(shù)組式的多通道影像光譜儀，以此可以在不需轉(zhuǎn)動(dòng)收光偏振控制探頭情況下，根據(jù)能量損失校正參數(shù)與量測(cè)偏振光的P波與S波偏振光分量快速計(jì)算得到垂直及水平偏振態(tài)光束的強(qiáng)度歸一化光譜訊號(hào)，并通過(guò)數(shù)學(xué)運(yùn)算求解得到相位差參數(shù)信息。
文檔編號(hào)G02F1/13GK101435928SQ20071018870
公開(kāi)日2009年5月20日 申請(qǐng)日期2007年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月15日
發(fā)明者劉志祥, 莊凱評(píng), 林友崧 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院