[实用新型]一种液晶电控可调滤光片

说明书

技术领域

本实用新型属于光谱成像技术领域，具体涉及用于光谱扫描的液晶电控可调滤光片。

背景技术

相比滤光片轮型、干涉型、色散型以及声光可调谐型的光谱成像设备，基于液晶电控可调滤光片的光谱成像设备具有体积小、重量轻、功耗低等优点。但受限于驱动方式和液晶材料等因素的影响，其光谱扫描速度较慢，光谱成像帧频一般为10-20帧/秒，当液晶可调滤光片的通光口径较大时，采用常规驱动方式，响应时间一般可达到几百毫秒。对于动态光谱成像来说，在很大程度上制约光谱成像系统获取光谱信息的时间，对后续图像处理带来很大的难度，例如需要进行图像配准、几何校正等一系列相关算法的支撑，还将对光谱图像的分辨率和光谱信息提取和识别带来较大的影响。因此，提高液晶可调滤光片的光谱扫描速度对于光谱成像技术的应用具有重要意义。

目前，美国CRI公司提供的光谱成像设备响应时间一般在50ms-150ms，成像帧频在7-20帧/秒，在对运动物体或需要目标较长时间（~100s）保持静止的情况下，进行光谱扫描成像时，光谱扫描速度慢会导致光谱图像模糊和光谱数据提取不准，影响光谱识别的结果，严重影响了基于液晶电控可调滤光片的光谱成像设备在遥感探测、医学诊断、环保监测、农林普查等领域的应用。

发明内容

本实用新型提供一种液晶电控可调滤光片，采用过压驱动方式，实现液晶可调滤光片的快速光谱扫描，其响应时间可提高到小于20ms，相应的光谱成像帧频达到50帧/秒以上，极大地拓展液晶可调滤光片的应用领域。

本实用新型的技术方案如下：

    一种液晶电控可调滤光片，其包括液晶可调滤光片和驱动控制器。所述液晶可调滤光片为多级级联结构，包括：一组电控液晶波片、一组固定位相延迟片和一组偏振片；所述偏振片与电控液晶波片和固定位相延迟片相互平行排列、间隔叠放，形成多级，但第一级中可以设置或不设置固定位相延迟片。其中所有偏振片的透射偏振光方向相互平行，所有电控液晶波片的快轴方向与所有偏振片透射偏振光方向成45°角。每级结构中的液晶波片均由驱动控制器控制，所述驱动控制器为过压驱动控制器，加载不同幅值的交流过压驱动信号，V₂为液晶波片需要的驱动电压，V₃是先施加的过压驱动信号，V₃>V_2.,V₃的幅值范围在10-50V之间，V₂的电压幅值在0-10V之间。

    所述电控液晶波片可以采用单级片或多级片，单级片包括中间的向列相液晶层和两侧依次对称设置的取向膜、透明导电膜和透明基板，所述向列相液晶层两侧的取向膜摩擦方向反向平行，液晶层中的液晶分子沿面排列。多级片则是采用数量为偶数的电控液晶波片单级片和在所述液晶波片之间填充的折射率匹配液或匹配胶；其中所述的液晶波片以相邻两两相互反向平行的方式贴合，即相邻两液晶波片以垂直于通光面的方向为轴旋转180°后贴合。

由以上技术方案描述可见，本实用新型的液晶电控可调滤光片具有特殊的电压驱动结构，如果液晶可调滤光片中每一个液晶波片正常工作时需要的电压为V₂，对其驱动时首先施加一个持续时间t很短的窄脉冲，其幅度V₃>V₂，然后再施加V₂的电压，这样，相比与直接施加V₂相比，液晶波片响应时间的上升沿要短得多，大致与窄脉冲的持续时间相当。因此，对组成液晶可调滤光片中的每一个液晶波片在驱动控制器的作用下采用过压驱动的方式，其驱动方式如附图1所示，采用过压驱动，可实现液晶可调滤光片的快速光谱扫描，其响应时间可提高到小于20ms，相应的光谱成像帧频达到50帧/秒以上，可以有效提高液晶可调滤光片的光谱扫描速度和光谱成像帧频，液晶可调滤光片选择透过特定的光谱通带，并抑制通带外其它波长的光，可以实现快速的光谱扫描。

   同时本实用新型采用的电控液晶波片对光的入射角度不敏感，接收有效角度可达±20° ，接收有效角度大。因为两个液晶盒以预倾角相反的方式叠放，可以实现对不同角度入射的光进行自动光学延迟补偿，即光线经过这种结构时，第一个液晶盒里的离轴效应（离轴光线经过波片时，光学延迟量相对正入射有所变化，延迟变化量越大，波片的有效接收角就越小）基本被第二个液晶盒补偿过来了，这种自动补偿机制降低了液晶波片对光线离轴角的敏感性，因而可使其有效接收角度显著增大。另外波片的位相延迟量可通过电控方式精确控制。