[發明專利]一種快速光譜掃描的液晶電控可調濾光片

有效

• 申請號: 201410041914.2
• 申請日: 2014-01-28
• 公開（公告）號: CN103792730A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 駱永全;沈志學;龍燕;劉倉理;趙劍衡;吳軍;張大勇;黃立賢
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院流體物理研究所
• 主分類號: G02F1/13363
• 分類號: G02F1/13363;G02F1/133;G02F1/1347
• 代理公司: 重慶華科專利事務所 50123
• 代理人: 康海燕

技術領域

本發明屬于光譜成像技術領域，具體涉及用于光譜掃描的液晶電控可調濾光片。

背景技術

相比濾光片輪型、干涉型、色散型以及聲光可調諧型的光譜成像設備，基于液晶電控可調濾光片的光譜成像設備具有體積小、重量輕、功耗低等優點。但受限于驅動方式和液晶材料等因素的影響，其光譜掃描速度較慢，光譜成像幀頻一般為10-20幀/秒，當液晶可調濾光片的通光口徑較大時，采用常規驅動方式，響應時間一般可達到幾百毫秒。對于動態光譜成像來說，在很大程度上制約光譜成像系統獲取光譜信息的時間，對后續圖像處理帶來很大的難度，例如需要進行圖像配準、幾何校正等一系列相關算法的支撐，還將對光譜圖像的分辨率和光譜信息提取和識別帶來較大的影響。因此，提高液晶可調濾光片的光譜掃描速度對于光譜成像技術的應用具有重要意義。

目前，美國CRI公司提供的光譜成像設備響應時間一般在50ms-150ms，成像幀頻在7-20幀/秒，在對運動物體或需要目標較長時間（~100s）保持靜止的情況下，進行光譜掃描成像時，光譜掃描速度慢會導致光譜圖像模糊和光譜數據提取不準，影響光譜識別的結果，嚴重影響了基于液晶電控可調濾光片的光譜成像設備在遙感探測、醫學診斷、環保監測、農林普查等領域的應用。

發明內容

本發明提供一種快速掃描的液晶電控可調濾光片，采用過壓驅動方式，實現液晶可調濾光片的快速光譜掃描，其響應時間可提高到小于20ms，相應的光譜成像幀頻達到50幀/秒以上，極大地拓展液晶可調濾光片的應用領域。

本發明的技術方案如下：

一種快速光譜掃描的液晶電控可調濾光片，其包括液晶可調濾光片和驅動控制器。所述液晶可調濾光片為多級級聯結構，包括：一組電控液晶波片、一組固定位相延遲片和一組偏振片；所述偏振片與電控液晶波片和固定位相延遲片相互平行排列、間隔疊放，形成多級，但第一級中可以設置或不設置固定位相延遲片。其中所有偏振片的透射偏振光方向相互平行，所有電控液晶波片的快軸方向與所有偏振片透射偏振光方向成45°角。每級結構中的液晶波片均由驅動控制器控制，加載不同幅值的交流過壓驅動信號，驅動方式為：如果液晶波片需要的驅動電壓為V₂，驅動時首先施加一個持續時間t很短的窄脈沖，0<t≤50ms，其幅度V₃>V₂，然后再施加V₂的驅動電壓，V₃電壓幅值在10-50V之間，V₂電壓幅值在0-10V之間，交變頻率在0.5-5KHz。

????所述電控液晶波片可以采用單級片或多級片，單級片包括中間的向列相液晶層和兩側依次對稱設置的取向膜、透明導電膜和透明基板，所述向列相液晶層兩側的取向膜摩擦方向反向平行，液晶層中的液晶分子沿面排列。多級片則是采用數量為偶數的電控液晶波片單級片和在所述液晶波片之間填充的折射率匹配液或匹配膠；其中所述的液晶波片以相鄰兩兩相互反向平行的方式貼合，即相鄰兩液晶波片以垂直于通光面的方向為軸旋轉180°后貼合。

由以上技術方案描述可見，本發明的液晶電控可調濾光片具有特殊的電壓驅動結構，如果液晶可調濾光片中每一個液晶波片正常工作時需要的電壓為V₂，對其驅動時首先施加一個持續時間t很短的窄脈沖，其幅度V₃>V₂，然后再施加V₂的電壓，這樣，相比與直接施加V₂相比，液晶波片響應時間的上升沿要短得多，大致與窄脈沖的持續時間相當。因此，對組成液晶可調濾光片中的每一個液晶波片在驅動控制器的作用下采用過壓驅動的方式，其驅動方式如附圖1所示，采用過壓驅動，可實現液晶可調濾光片的快速光譜掃描，其響應時間可提高到小于20ms，相應的光譜成像幀頻達到50幀/秒以上，可以有效提高液晶可調濾光片的光譜掃描速度和光譜成像幀頻，液晶可調濾光片選擇透過特定的光譜通帶，并抑制通帶外其它波長的光，可以實現快速的光譜掃描。