成像椭偏仪延续了传统椭偏仪的测量原理：它们测量样品引起了探测光束偏振的变化。这种变化被转化为每个探测光子能量的两个实数，即所谓的椭圆参数 Δ  （“Delta”）和Ψ（“Psi”）。 通过计算样品建模，这些参数转化为感兴趣的样品属性，例如：一层或多层的厚度、折射率和/或吸收率。

然而，与传统的椭偏仪相比，成像椭偏仪在调制探测偏振态和/或偏振分析仪（偏振调制）时采集显微镜图像堆栈（而不是“仅”强度值）。相机的每个像素都充当单独的光电探测器，从而并行测量超过 500 000 条强度曲线。然后显微镜图像的每个像素返回一个测量值Δ 和 Ψ,从而形成了所谓的 Δ-Ψ-图。因此，计算模型现在提供了像素级的转换 Δ-Ψ-图模型拟合结果的空间分辨显微照片，特别是厚度图和/或折射率图（图。1）。

Accurion 的成像椭偏仪应用所谓的PCSA（偏振器、补偿器、样品、分析器）：偏振控制（或偏振状态发生器，PSG）包括线性偏振器和用于相位延迟的波片（“补偿器”）。偏振分析器（或偏振态分析器，PSA）位于显微镜物镜和图像检测器之间，仅包含一个线性偏振器（图2）。

三个偏振组件（P、C、A）安装在电动空心轴旋转器上，用于偏振调制。 Accurion 的成像椭偏仪采用以下方法: 归零椭偏仪和旋转补偿器椭偏仪。在这两种情况下，采集的图像堆栈的每个像素都会产生一条强度曲线，该曲线是所应用的 P、C 和 A 旋转角度设置的函数：

• 归零椭偏仪 (NE)：归零模式迭代地旋转偏振器 (P) 和检偏器 (A) 以检测相对强度最小值的角位置，以便计算 Δ 和 Ψ（图3）。 这是各种椭圆偏振模式中高度精准的，对于检测折射率和/或层厚度的微小变化（例如单原子或单分子层阶）特别有用。
• 旋转补偿器椭偏仪 (RCE)：RCE 测量相机信号作为补偿器旋转角度的函数（图 4）。它是市场上常见的椭圆偏振模式之一，因为它可以对所有类型的样品进行快速测量。

成像椭偏仪的一个突出特点是在单个仪器中提供这些互补的椭偏仪模式。