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1、(10)申请公布号 CN 103913791 A (43)申请公布日 2014.07.09 CN 103913791 A (21)申请号 201210593957.2 (22)申请日 2012.12.31 G02B 5/30(2006.01) G02B 27/46(2006.01) (71)申请人 中国科学院微电子研究所 地址 100029 北京市朝阳区北土城西路 3 号 (72)发明人 焦斌斌 孔延梅 陈大鹏 (74)专利代理机构 北京集佳知识产权代理有限 公司 11227 代理人 王宝筠 (54) 发明名称 一种液晶滤波方法、 液晶滤波器和空间滤波 系统 (57) 摘要 本公开实施例公开了。
2、一种液晶滤波方法， 该 方法包括 ： 逐次改变液晶滤波器上遮光部分的面 积， 记录遮光部分的面积每次改变时所透过该液 晶滤波器的光线强度 ； 根据所记录的光线强度确 定最佳频谱位置。 利用本公开所提供的滤波方法， 在确定最佳频谱位置时， 通过改变液晶滤波器上 遮光部分的面积的方法取代传统滤波移动滤波器 位置的方法。 因此， 无需在滤波系统中安装机械移 动装置。 减小了系统的复杂度。 相应地， 本公开还 提供了一种液晶滤波器和空间滤波系统。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书。
3、5页 附图4页 (10)申请公布号 CN 103913791 A CN 103913791 A 1/1 页 2 1. 一种液晶滤波方法， 其特征在于， 包括 ： 逐次改变液晶滤波器上遮光部分的面积， 记录遮光部分的面积每次改变时透过所述液 晶滤波器的光线强度 ； 根据所记录的光线强度确定最佳频谱位置。 2. 根据权利要求 1 所述的方法， 其特征在于， 逐次改变液晶滤波器上遮光部分的面积， 包括 ： 逐次以相同步长改变液晶滤波器上遮光部分的面积。 3. 根据权利要求 2 所述的方法， 其特征在于， 根据所记录的光线强度确定最佳频谱位 置， 包括 ： 根据所记录的光线强度计算遮光部分的面积每次改。
4、变时光线强度的变化率 ； 提取光线强度变化率的最大值， 确定该值所对应的遮光部分的边界为最佳频谱位置。 4. 根据权利要求 1-3 中任一项所述的方法， 其特征在于， 包括 ： 当采用刀口滤波方式进 行滤波时， 通过改变滤波器上遮光部分的宽度来改变遮光部分的面积。 5. 根据权利要求 1-3 中任一项所述的方法， 其特征在于， 包括 ： 当采用圆孔滤波方式进 行滤波时， 通过改变滤波器上遮光部分的半径来改变遮光部分的面积。 6. 一种液晶滤波器， 其特征在于， 包括 ： 液晶阵列单元和电路控制单元， 其中 ： 所述液晶阵列单元， 用于通过改变遮光部分的面积对透过液晶滤波器的光线进行控 制 ； 。
5、所述电路控制单元， 用于控制所述液晶阵列单元， 改变所述液晶阵列单元上遮光部分 的面积。 7. 根据权利要求 6 所述的液晶滤波器， 其特征在于， 所述液晶阵列单元包括多个面积 相同的液晶阵列子单元。 8. 根据权利要求 7 所述的液晶滤波器， 其特征在于， 所述电路控制单元包括多个开关 子单元， 所述开关子单元与所述液晶阵列子单元一一对应， 并分别对所对应的液晶阵列子 单元进行控制。 9. 根据权利要求 8 所述的液晶滤波器， 其特征在于， 所述电路控制单元还包括 ： 时钟电路子单元， 用于控制所述开关子单元的闭合和断开。 10. 根据权利要求 6-9 中任一项所述的液晶滤波器， 其特征在于。
6、， 还包括 ： 机械固定支架， 用于固定所述液晶阵列单元和所述电路控制单元。 11. 一种空间滤波系统， 其特征在于， 包括 ： 液晶滤波器和可见光接收器， 其中 ： 所述液晶滤波器， 用于通过逐次改变其上遮光部分的面积控制通过的光线 ； 所述可见光接收器， 用于接收通过所述液晶滤波器的光线， 并记录所述液晶滤波器上 遮光部分的面积每次改变时透过所述液晶滤波器的光线强度， 根据所记录的光线强度确定 最佳频谱位置。 权 利 要 求 书 CN 103913791 A 2 1/5 页 3 一种液晶滤波方法、 液晶滤波器和空间滤波系统 技术领域 0001 本发明涉及光学成像技术领域， 尤其涉及一种液晶。
7、滤波方法、 液晶滤波器和空间 滤波系统。 背景技术 0002 空间频谱滤波是在光学系统的空间频谱面上放置适当的滤波器， 去掉 （或有选择 地通过） 某些空间频率或改变它们的振幅和相位， 使物体的图像按照人们的希望得到改善。 也就是说， 空间频谱滤波是一种采用滤波处理的影像增强方法， 目地是改善影像质量， 包括 去除高频噪声与干扰， 及影像边缘增强、 线性增强以及去模糊等。分为低通滤波 （平滑化） 、 高通滤波 （锐化） 和带通滤波。处理方法有计算机处理 （数字滤波） 和光学信息处理两种。 0003 在传统的 4f 系统中， 空间频谱滤波单元一般采用机械结构， 比如目前常用到的刀 口滤波器、 圆。
8、孔滤波器等均还采用机械结构。采用机械结构的空间滤波单元较适用于频谱 位置固定的系统。但对于频谱位置经常发生变化的系统， 若采用手动操作来移动刀口滤波 器或圆孔滤波器等空间滤波单元的位置， 会引起滤波位置控制精度差的问题 ； 若采用驱动 机械来移动刀口滤波器或圆孔滤波器等空间滤波单元的位置， 则需要在系统中安装驱动电 机、 连轴、 丝杆、 机械滤波单元等多个元件， 从而使系统结构复杂。 发明内容 0004 有鉴于此， 本公开实施例提供一种液晶滤波方法、 液晶滤波器和空间滤波系统， 其 中， 该液晶滤波方法包括 ： 0005 逐次改变液晶滤波器上遮光部分的面积， 记录遮光部分的面积每次改变时所透过。
9、 所述液晶滤波器的光线强度 ； 0006 根据所记录的光线强度确定最佳频谱位置。 0007 优选地， 逐次改变液晶滤波器中遮光部分的面积， 包括 ： 逐次以相同步长改变液晶 滤波器中遮光部分的面积。 0008 优选地， 根据所记录的光线强度确定最佳频谱位置， 包括 ： 0009 根据所记录的光线强度计算遮光部分的面积每次改变时光线强度的变化率 ； 0010 提取光线强度变化率的最大值， 确定该值所对应的遮光部分的边界为最佳频谱位 置。 0011 当采用刀口滤波方式进行滤波时， 通过改变滤波器上遮光部分的宽度来改变遮光 部分的面积。 0012 当采用圆孔滤波方式进行滤波时， 通过改变滤波器上遮光。
10、部分的半径来改变遮光 部分的面积。 0013 本公开所提供的一种液晶滤波方法， 通过改变液晶滤波器上遮光部分的面积， 记 录遮光部分面积每次改变时透过液晶滤波器的光线强度， 从而根据所记录的光线强度确定 最佳频谱位置。 与现有技术相比较， 在确定最佳频谱位置时， 通过改变液晶滤波器上遮光部 说 明 书 CN 103913791 A 3 2/5 页 4 分的面积的方法来取代传统滤波时移动滤波器位置方法。因此， 无需在空间滤波系统中安 装驱动电机、 连轴、 丝杠等元件， 提高测量精度的同时也减小了空间滤波系统的复杂度。 0014 本公开还提供了一种液晶滤波器， 该滤波器包括 ： 液晶阵列单元和电路。
11、控制单元， 其中 ： 0015 所述液晶阵列单元， 用于通过改变遮光部分的面积对透过液晶滤波器的光线进行 控制 ； 0016 所述电路控制单元， 用于控制所述液晶阵列单元， 改变所述液晶阵列单元上遮光 部分的面积。 0017 优选地， 所述液晶阵列单元包括多个面积相同的液晶阵列子单元。 0018 优选地， 所述电路控制单元包括多个开关子单元， 所述开关子单元与所属液晶子 单元一一对应， 并分别对所对应的液晶阵列子单元进行控制。 0019 优选地， 所述电路控制单元还包括 ： 0020 时钟电路子单元， 用于控制所述开关子单元的闭合和断开。 0021 优选地， 所述液晶滤波器还包括 ： 0022。
12、 机械固定支架， 用于固定所述液晶阵列单元和所述电路控制单元。 0023 本公开所提供的一种液晶滤波器， 通过其内部的电路控制单元实现对液晶阵列单 元遮光面积的控制， 从而实现对透过液晶滤波单元光线的控制。 与现有技术相比较， 本公开 所提供的液晶滤波器， 在确定最佳频谱位置时， 只需要通过液晶阵列单元不断控制通过的 光线， 而无需移动滤波器本身。 因此， 可以无需在空间滤波系统中安装驱动电机、 连轴、 丝杠 等元件， 提高测量精度的同时也减小了空间滤波系统的复杂度。 0024 本公开还提供了一种空间滤波系统， 该系统包括 ： 液晶滤波器和可见光接收器， 其 中 ： 0025 所述液晶滤波器，。
13、 用于通过逐次改变其上遮光部分的面积控制通过的光线 ； 0026 所述可见光接收器， 用于接收通过所述液晶滤波器的光线， 并记录所述液晶滤波 器上遮光部分的面积每次改变时透过所述液晶滤波器的光线强度， 根据所记录的光线强度 确定最佳频谱位置。 0027 本公开提供的空间滤波系统采用液晶滤波器进行滤波， 液晶滤波器通过逐次改变 其上遮光部分的面积以控制通过的光线。 因此， 在滤波过程中， 无需移动液晶滤波器的位置 即可实现最佳频谱位置的确定。 附图说明 0028 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案， 下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍， 显而易见地， 下。
14、面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例， 对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动性的前提下， 还可 以根据这些附图获得其他的附图。 0029 图 1 为本公开实施例所提供的一种液晶滤波方法流程示意图 ； 0030 图 2 为采用本公开实施例所提供的液晶滤波方法的光读出红外焦平面阵列的光 路系统结构示意图 ； 0031 图 3 为本公开实施例所提供的液晶滤波器的结构示意图 ； 说 明 书 CN 103913791 A 4 3/5 页 5 0032 图 4 为本公开实施例所提供的液晶滤波器中液晶阵列单元的结构示意图 ； 0033 图 5 为如图 2 所示系统中液晶滤波器遮光部分变化示意。
15、图。 具体实施方式 0034 下面将结合本公开实施例中的附图， 对本公开实施例中的技术方案进行清楚、 完 整地描述， 显然， 所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例， 而不是全部的实施例。基于 本公开中的实施例， 本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例， 都属于本公开保护的范围。 0035 实施例一 0036 本实施例提供了一种液晶滤波方法， 该方法如图 1 所示， 包括 ： 0037 步骤 101 ： 逐次改变液晶滤波器上遮光部分的面积， 记录遮光部分的面积每次改 变时透过所述液晶滤波器的光线强度 ； 0038 通过控制液晶滤波器中液晶分子的排列， 可以实现液晶。
16、滤波器对透过光线的控 制。 因此， 当液晶滤波器上遮光部分面积增大时， 相应地， 透过液晶滤波器的光线会减少 ； 反 之， 透过液晶滤波器的光线会增多。 0039 在本步骤中， 优选地， 可采用相同步长改变液晶滤波器上遮光部分的面积。 也就是 说， 液晶滤波器每次可以增大或减小相同的遮光面积。 0040 另外， 需要说明的是， 由于存在多种方式的空间滤波， 例如刀口滤波、 圆孔滤波等， 在改变液晶滤波器上遮光部分的面积时， 也需考虑所采用的滤波方式。当采用刀口滤波方 式时， 可通过增大或减小遮光部分的宽度来实现遮光部分面积的改变 ； 而当采用圆孔滤波 方式时， 可通过增大或减小遮光部分的半径来。
17、实现遮光部分面积的改变。而具体采用何种 方式实现遮光部分面积的改变， 视滤波方式而定， 本公开对此不做限制。 0041 由于液晶滤波器上遮光部分面积发生变化， 相应地， 透过液晶滤波器的光线就会 发生变化， 通过对每次遮光面积发生变化时透过光线强度的记录， 可实现最佳频谱位置的 确定。 0042 步骤 102 ： 根据所记录的光线强度确定最佳频谱位置。 0043 由于步骤 101 中已对每次遮光面积发生变化时透过液晶滤波器的光线强度做了 记录， 因此， 在本步骤中， 根据所做记录， 计算遮光面积每次改变时光线强度的变化率， 并提 取变化率的最大值。 0044 通过所提取的变化率最大值， 获取该。
18、最大值所对应的遮光部分的面积， 并确定此 时的遮光部分的边界为最佳频谱位置。 0045 实施例二 0046 图 2 为使用本公开所提供的液晶滤波方法的光读出红外焦平面阵列的光路系统 结构示意图。如图 2 所示， 该系统包括红外目标 201、 红外成像物镜镜头 202、 红外平面阵列 203、 点光源204、 准直系统205、 分光棱镜206、 傅里叶变换透镜207、 滤波平面上的液晶滤波 器 208、 成像系统 209 和可见光接收器 210。 0047 在该系统中， 采用微机电系统 （Micro-Electro-Mechanical Systems， MEMS）技 术加工的微梁阵列作为红外辐。
19、射的吸收结构将辐射能量转化为探测单元的热能 ； 通过覆 盖于微梁上的金属薄膜构成双材料梁结构将单元的热能转化为微梁的转角 ； 依靠刀口滤 说 明 书 CN 103913791 A 5 4/5 页 6 波非干涉光学系统将微梁的转角转化为光线强度的变化 ； 最终采用光学电荷耦合元件 （Charge-coupled Device， CCD） 将光线强度转变为电流并以灰度图像输出。其工作原理可 分为 MEMS 微悬臂梁热形变过程与光学微转角读出过程两部分。本实施例重点介绍光学微 转角读出过程。 0048 在本实施例中， 光学读出系统采用非相干光空间滤波技术中的谱平面刀口滤波技 术， 包括 ： 0049。
20、 谱平面刀口滤波技术基于 4f 光学系统， 光学原理见图 2 所示。入射的可见光经分 光棱镜 206 照射到位于傅里叶变换透镜 207 前焦平面的红外平面阵列 203 的表面。从红 外平面阵列 203 返回的的光线经过傅里叶变换后在傅里叶透镜 207 的后焦平面上形成衍 射谱。滤波平面上的液晶滤波器 208 放置在此后焦平面上， 用以选择衍射谱的通光量。透 过滤波刀口的光线经过成像系统 209 被放置在成像系统 209 焦平面的 CCD 接收， 形成可见 光图像。假设红外平面阵列 203 上每个悬臂梁的光学反射面可以简化为规则的矩形板， 这 样一个个矩形板排列起来形成二维的光栅结构。当用可见光。
21、照明光栅时， 光栅上每个矩形 板单元在谱平面形成相同的衍射谱， 但是当吸收红外辐射后由于每个矩形板偏转的角度不 同， 每个单元的衍射谱将相互错开一个小小的位移。 有些悬臂梁的转角偏大， 导致衍射光大 部分移入液晶滤波器 208 不通光区域， 透过的光亮变少 ； 而有些悬臂梁大转角偏小， 衍射光 大部分仍在液晶滤波器 208 的通光区域内， 透过的光亮变少的程度不大。这样可见光接收 器 210（CCD 等） 上不同的部分看到的光强就有差别， 换句话说， 也就是 “看到” 了红外热图 像。尽管透过液晶滤波器 208 的光强与悬臂梁的偏转角为非线性关系， 但在偏转角很小的 情况下， 还是可以近似认为。
22、满足线性关系， 而且近似线性区间位于曲线的最灵敏段。 由于零 级衍射谱的光能最集中， 因此透过光强变化率最大的时候， 此时液晶滤波器 208 的刀口的 边界正好在零级衍射谱的中心线上， 该位置也称为最佳频谱位置。 因此， 最佳频谱位置可以 通过测量透过光线强度变化率来进行确定。 0050 如图 2 所示， 液晶滤波器 208 位于傅里叶透镜 207 的后焦平面上， 用于选择衍射谱 的通光量， 为实现透过光线强度变化率最大， 需要控制液晶滤波器 208 的遮光部分面积， 进 而实现对透过光线强度变化率的控制。 在本公开实施例中， 液晶滤波器的工作原理为 ： 液晶 是由棒状分子组成的液态晶体， 当。
23、通电时导通， 排列变得有秩序， 使光线容易通过 ； 不通电 时排列混乱， 阻止光线通过， 因此可以通过通断电来控制液晶显示器中液晶像素对光的阻 隔和穿透。 0051 在本公开实施例中， 液晶滤波器 208 具体结构如图 3 所示， 可包括 ： 液晶阵列单元 301， 电路控制单元 302。其中， 液晶阵列单元 301， 放置于傅里叶透镜 207 的后焦平面上， 为 显示图形的功能区域， 通过控制其内部棒状分子的排列， 可实现光的阻隔和穿透 ； 电路控制 单元 301， 与液晶阵列单元 301 电性连接， 用于控制施加于液晶阵列单元 301 上的电场， 通 过电场的变化控制液晶阵列单元 301 。
24、中的液晶的排列和转向， 实现对通过液晶阵列子单元 301 的光线的控制。另外， 除了上述两个子单元， 液晶滤波器 208 还可包括一个机械固定支 架 303， 该机械固定支架为液晶阵列单元 301 和电路控制单元 302 的固定支架， 以实现上述 两个单元的固定。 0052 结合上述光读出红外焦平面阵列的光路系统以及该系统中液晶滤波器 208 的具 体结构， 下面介绍液晶滤波器 208 如何在光读出红外焦平面阵列光路系统中进行空间频谱 说 明 书 CN 103913791 A 6 5/5 页 7 滤波， 并实现最佳频谱位置的确定。 0053 首先， 控制液晶滤波单元 208 的液晶阵列， 使光。
25、线全部透过液晶滤波器 208。 0054 在本公开实施例中， 由于采用刀口滤波方式， 液晶阵列单元 301 可以由多个平行 排列的液晶阵列子单元组成， 具体结构可参见图 4。其中， 每个液晶阵列子单元分别由对应 的电路控制单元 302 中的开关子单元进行控制。例如， 电路控制单元 302 包括多个开关子 单元， 通过对各个开关子单元进行通断控制， 实现对液晶阵列单元 301 中各个液晶阵列子 单元的控制。在本步骤中， 要使光线全部透过液晶滤波器 208， 可以将各个电路控制单元 302 中的开关子单元设置为闭合状态， 对液晶阵列单元 301 中的所有液晶阵列子单元施加 电压， 使液晶阵列单元 。
26、301 中各液晶阵列子单元中的液晶像素整齐排列， 致使光线能够全 部通过液晶滤波器 208， 并记录当前透过液晶滤波器 208 的光线强度。 0055 控制电路控制单元 302 中的部分开关子单元， 使其处于断开状态， 相应地， 该部分 开关子单元所对应的液晶阵列单元 301 中的液晶阵列子单元， 由于未被施加电压， 其内部 的液晶像素排列混乱， 光线无法透过。在本公开实施例中， 可按如图 5 所示的方式通过电路 控制单元对液晶阵列单元 301 中的液晶阵列子单元进行控制， 即， 逐渐减少液晶阵列单元 301 中能够透光的液晶阵列子单元数量， 以一定步长增加遮光部分的宽度， 实现对透过液晶 阵。
27、列单元 301 的光线强度的控制。另外， 为便于电路控制单元 302 对液晶阵列单元 301 的 控制， 可在电路控制单元 302 中增加一个时序电路， 通过该时序电路实现对电路控制单元 302 中开关子单元的控制。需要说明的是， 由于遮光部分宽度每次发生变化时， 都需要记录 下当时透过液晶阵列单元 301 的光线强度， 因此在采用时序电路对电路控制单元 302 中的 开关子单元进行控制时， 时序电路的周期要大于或等于系统中 CCD 等元件记录光线强度的 时间。 0056 当液晶阵列单元 301 中的液晶阵列子单元全部处于不透光状态， 即， 电路控制单 元 302 中所有开关子单元全部处于断开。
28、状态时， 光线强度数据采集完成。根据所采集到的 光线强度数据， 计算遮光部分宽度每次变化时光线强度的变化率， 并得到光线强度变化率 的最大值， 该值所对应的遮光部分的边界即可认为位于零级衍射谱的中心线上， 也即最佳 频谱位置。 0057 对所公开的实施例的上述说明， 使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的， 本文中所定义的 一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下， 在其它实施例中实现。 因此， 本发明 将不会被限制于本文所示的这些实施例， 而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一 致的最宽的范围。 说 明 书 CN 103913791 A 7 1/4 页 8 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103913791 A 8 2/4 页 9 图 3 说 明 书 附 图 CN 103913791 A 9 3/4 页 10 图 4 说 明 书 附 图 CN 103913791 A 10 4/4 页 11 图 5 说 明 书 附 图 CN 103913791 A 11 。