可调式光谱再合成装置技术领域
本发明有关分光装置，尤指一种使用楔形滤光器的可调式光谱再合成装
置。
背景技术
检测不同物体需要不同光谱的光线，但一般的分光装置只能提供单一种
特定频段的输出光，所以应用的范围非常受限。
有些传统的架构是将不同频段的多个滤光片设置在转轮等机械式的切换
装置上，并藉由转动切换装置的方式，将适合的特定滤光片移动到特定的位
置进行滤光，以提供所需频段的输出光。
然而，机械式的切换装置体积较大且需要较长的切换时间，而且能提供
的输出光频段数量仍受限于所使用的滤光片特性及个数，导致其应用弹性仍
然十分有限。
发明内容
有鉴于此，如何有效增加输出光的频段变化弹性，并更有效地缩短切换
频段所需的时间，实为业界有待解决的问题。
本说明书提供一种可调式光谱再合成装置的实施例，其包含：一楔形滤
光器，包含多个滤光区段，分别用于过滤一入射光以同时产生多道不同频段
的光线；一液晶模块，包含有多个闸控区段，分别用于闸控该楔形滤光器所
产生的该多道不同频段的光线；一驱动电路，耦接于该液晶模块，设置成驱
动该液晶模块中的液晶分子；一参数设定电路，设置成依据使用者的控制产
生一或多个设置参数；一控制电路，耦接于该驱动电路与该参数设定电路，
设置成依据该一或多个设置参数控制该驱动电路分别调整该多个闸控区段，
以选择性地将该多个闸控区段中的一或多个选定闸控区段设置为可透光状
态，并同时将其他闸控区段设置为不可透光状态，以使该多道不同频段的光
线在同一时间中只有部分频段的光线得以通过该液晶模块；以及一光路径调
整装置，设置成调整通过该液晶模块的光线的行进路径，以合成出光谱成分
异于该入射光的一输出光。
上述实施例的优点之一，是驱动电改变液晶模块中的液晶分子旋转角度
所需的时间很短，因此控制电路可非常迅速地改变光路径调整装置的输出光
线的光谱成分。
上述实施例的另一优点，是无需在可调式光谱再合成装置中设置切换多
个滤光片所需的移动部件，故可有效减少可调式光谱再合成装置体积大小及
重量。
本发明的其他优点将藉由以下的说明和附图进行更详细的解说。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部
分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的
不当限定。
图1为本发明一第一实施例的可调式光谱再合成装置简化后的分解示意
图。
图2为图1中的液晶模块与偏振片组合后的示意图。
图3为图1的可调式光谱再合成装置产生另一种不同光谱成分的输出光
的示意图。
图4为本发明一第二实施例的可调式光谱再合成装置简化后的分解示意
图。
图5为本发明一第三实施例的可调式光谱再合成装置简化后的分解示意
图。
【符号说明】
100、400、500 可调式光谱再合成装置
102 入射光
104 输出光
110 楔形滤光器
111-117 滤光区段
120 液晶模块
121-127 闸控区段
130 驱动电路
140 参数设定电路
150 控制电路
160 光路径调整装置
170 第一偏振片
180 第二偏振片
具体实施方式
以下将配合相关附图来说明本发明的实施例。在附图中，相同的标号表
示相同或类似的元件或方法流程。
图1为本发明一第一实施例的可调式光谱再合成装置(tunable light
spectrum resynthesizing device)100简化后的分解示意图。可调式光谱再合成装
置100包含一楔形滤光器(wedge filter)110、一液晶模块(liquid crystal
module)120、一驱动电路(driver circuit)130、一参数设定电路(parameter setting
circuit)140、一控制电路150、一光路径调整装置(light path redirecting
device)160、一第一偏振片170、以及一第二偏振片180。
在可调式光谱再合成装置100中，楔形滤光器110包含多个滤光区段(filter
section)，分别用于过滤一宽频段的入射光102以同时产生多道不同频段的光
线。前述宽频段的入射光102，指的是频段涵盖范围超过300nm宽的光线。
实作上，楔形滤光器110可用一线性变化滤光器(linear variable filter)来实现，
或者，亦可用一传统的分光棱镜来实现。
液晶模块120位于楔形滤光器110的出光方向上，且包含有多个闸控区
段(gating section)，分别用于闸控楔形滤光器110所产生的多道不同频段的光
线，亦即，分别用于控制是否让楔形滤光器110输出的多道不同频段的光线
通过液晶模块120。
为了方便说明起见，以下假设楔形滤光器110包含滤光区段111-117且
液晶模块120包含闸控区段121-127。闸控区段121-127分别用于控制是否让
滤光区段111-117输出的多道不同频段的光线通过液晶模块120。
例如，入射光102的频段可以涵盖350-850nm的范围。在一实施例中，
滤光区段111只允许入射光102中属于一第一频段(例如，350-420nm的频段)
的光谱成分通过，滤光区段112只允许入射光102中属于一第二频段(例如，
421-490nm的频段)的光谱成分通过，其余依此类推。因此，滤光区段117只
允许入射光102中属于一第七频段(例如，771-850nm的频段)的光谱成分通过。
闸控区段121用于控制是否让滤光区段111输出的第一频段的光线通过
液晶模块120、闸控区段122用于控制是否让滤光区段112输出的第二频段的
光线通过液晶模块120，其余依此类推。因此，闸控区段127用于控制是否让
滤光区段117输出的第七频段的光线通过液晶模块120。
请注意，前述的滤光区段111-117可以只是虚拟的分段概念，而不局限
相邻的两个滤光区段之间一定要存在实体间隔结构。相仿地，前述的闸控区
段121-127也可以只是虚拟的分段概念，而不局限相邻的两个闸控区段之间
一定要存在实体间隔结构。
驱动电路130耦接于液晶模块120，设置成驱动液晶模块120中的液晶分
子(liquid crystal cell)。参数设定电路140设置成依据使用者的控制，产生一或
多个与可调式光谱再合成装置100的输出光谱组成成分有关的设置参数。实
作上，参数设定电路140可以用各种指令或参数输入装置来实现。
控制电路150耦接于驱动电路130与参数设定电路140，设置成依据参数
设定电路140产生的一或多个设置参数，控制驱动电路130分别调整液晶模
块120中的多个闸控区段121-127，以选择性地将闸控区段121-127中的一或
多个选定闸控区段(selected gating section)设置为可透光状态，并同时将其他未
选定的闸控区段设置为不可透光状态，以使滤光区段111-117输出的多道不
同频段的光线，在同一时间中只有部分频段的光线得以通过液晶模块120。
光路径调整装置160位于液晶模块120的出光方向上，并设置成调整通
过液晶模块120的光线的行进路径，以合成出光谱成分异于入射光102的一
输出光104。实作上，光路径调整装置160可以用分别连接到多个闸控区段
121-127的出光面的多束光纤或多个导光装置来实现，也可以用设置于液晶模
块120的出光面方向上的单一聚光透镜来实现。
在图1的实施例中，第一偏振片170位于楔形滤光器110与液晶模块120
之间，而第二偏振片180则位于液晶模块120与光路径调整装置160之间。
第一偏振片170与第二偏振片180两者的偏振方向与液晶模块120相配合，
以共同控制光线是否可输出到光路径调整装置160。
实作上，可以直接将第一偏振片170与第二偏振片180直接设置在液晶
模块120的入光面及出光面上，如图2所示，以减少可调式光谱再合成装置
100的体积。
由前述说明可知，使用者只要利用参数设定电路140调整设置参数，控
制电路150便会控制驱动电路130改变各闸控区段121-127中的液晶分子旋
转角度，以个别控制闸控区段121-127是否允许光线通过。
例如，当使用者需要可调式光谱再合成装置100输出的光线是由入射光
102中属于第一频段、第三频段、及第六频段的光谱成分所组成时，使用者可
利用参数设定电路140设置对应的参数。此时，如图1所示，控制电路150
会控制驱动电路130将分别与入射光102中的第一频段、第三频段、及第六
频段的光谱成分相对应的选定闸控区段121、123、及126都设置为可透光状
态，并同时将其他的闸控区段122、124、125、及127设置为不可透光状态，
以使楔形滤光器110输出的多道不同频段的光线在同一时间中只有第一频段、
第三频段、及第六频段的光谱成分得以通过液晶模块120。
如此一来，光路径调整装置160所合成的输出光104的光谱成分，便会
是仅由入射光102中属于第一频段、第三频段、及第六频段的光谱成分所组
成，而不会包含其他频段的光谱成分。
又例如，当使用者需要可调式光谱再合成装置100输出的光线是由入射
光102中属于第三频段、第四频段、及第五频段的光谱成分所组成时，使用
者可利用参数设定电路140设置对应的参数。此时，如图3所示，控制电路
150会控制驱动电路130将分别与入射光102中的第三频段、第四频段、及第
五频段的光谱成分相对应的选定闸控区段123、124、及125设置为可透光状
态，并同时将其他的闸控区段121、122、126、及127设置为不可透光状态，
以使楔形滤光器110输出的多道不同频段的光线在同一时间中只有第三频段、
第四频段、及第五频段的光谱成分得以通过液晶模块120。
如此一来，光路径调整装置160所合成的输出光304的光谱成分，便会
是仅由入射光102中属于第三频段、第四频段、及第五频段的光谱成分所组
成，而不会包含其他频段的光谱成分。
由于驱动电路130改变液晶模块120中的液晶分子旋转角度所需的时间
很短(远少于0.1秒)，因此使用者只要通过参数设定电路140改变设置参数，
控制电路150便可非常迅速地改变能通过液晶模块120的光谱成分，进而改
变光路径调整装置160的输出光线的光谱成分。
在部分实施例中，控制电路150还可依据参数设定电路140产生的该一
或多个设置参数，控制驱动电路130分别设置前述各选定闸控区段(例如，121、
123、126)的液晶分子旋转角度，以分别控制各选定闸控区段的光通量大小。
换言之，控制电路150可进一步控制个别选定闸控区段的光通量大小，使不
同选定闸控区段的光通量大小有所不同。藉此，可进一步增加可调式光谱再
合成装置100可提供的输出光线的多样性与变化态样。
请特别注意，在前述的楔形滤光器110与液晶模块120之间并未设置有
任何扩散片(diffuser sheet)或扩散板(diffuser plate)，否则会干扰到闸控区段
121-127所接收到的光线频段彼此间的区别性，这点与传统的液晶显示器会在
液晶模块与背光源之间设置使光线均匀化的扩散片或扩散板架构有很大不
同。
在前述的实施例中，楔形滤光器110中的滤光区段个数以及液晶模块120
中的闸控区段个数，只是一示范性的实施例，而非局限本发明的实际实施方
式。实作上，楔形滤光器110的滤光区段个数以及液晶模块120的闸控区段
个数都可增加或减少，还可将液晶模块120的闸控区段个数设置成与楔形滤
光器110的滤光区段个数不同。
另外，在前述的实施例中，可调式光谱再合成装置100同时使用了第一
偏振片170与第二偏振片180，但这只是一示范性的实施例，而非局限本发明
的实际架构。
例如，图4为本发明一第二实施例的可调式光谱再合成装置400简化后
的分解示意图。可调式光谱再合成装置400的架构很类似前述的可调式光谱
再合成装置100，但可调式光谱再合成装置400中省略了前述的第二偏振片
180，以减少所需的元件数量。
又例如，图5为本发明一第三实施例的可调式光谱再合成装置500简化
后的分解示意图。可调式光谱再合成装置500的架构也很类似前述的可调式
光谱再合成装置100，但可调式光谱再合成装置500中省略了前述的第一偏振
片170，以减少所需的元件数量。
前述有关于可调式光谱再合成装置100中的其他元件的运作、连接关系、
实作方式、以及相关优点的描述，亦适用于可调式光谱再合成装置400及500
中。为了简明起见，在此不重复叙述。
由前述说明可知，控制电路150藉由控制驱动电路130改变各闸控区段
121-127中的液晶分子旋转角度的方式，可分别决定闸控区段121-127是否允
许滤光区段111-117输出的不同频段的光线进入光路径调整装置160。由于驱
动电路130改变液晶模块120中的液晶分子旋转角度所需的时间极短，远少
于传统机械式的切换装置切换滤光片所需的时间，因此，前述的可调式光谱
再合成装置100、400、或500改变光路径调整装置160的输出光线的光谱成
分的速度，远快于传统的机械式架构。
另外，由于前述的可调式光谱再合成装置100、400、或500中无需设置
切换多个滤光片所需的移动部件(moving part)，故可有效减少可调式光谱再合
成装置100、400、或500的体积大小及重量。
再者，液晶模块120本身具有偏振性，因此利用液晶模块120作为滤光
区段111-117输出的不同频段光线的闸控装置，可提供具有偏振效果的输出
光线，更适合某些领域中的应用。
在说明书及权利要求书中使用了某些词汇来指称特定的元件。然而，所
属技术领域的技术人员应可理解，同样的元件可能会用不同的名词来称呼。
说明书及权利要求书并不以名称的差异作为区分元件的方式，而是以元件在
功能上的差异来作为区分的基准。在说明书及权利要求书所提及的「包含」
为开放式的用语，故应解释成「包含但不限定于」。另外，「耦接」在此包
含任何直接及间接的连接手段。因此，若文中描述第一元件耦接于第二元件，
则代表第一元件可通过电性连接或无线传输、光学传输等信号连接方式而直
接地连接于第二元件，或者通过其他元件或连接手段间接地电性或信号连接
至该第二元件。
在此所使用的「及/或」的描述方式，包含所列举的其中之一或多个项目
的任意组合。另外，除非说明书中特别指明，否则任何单数格的用语都同时
包含复数格的涵义。
在说明书及权利要求书当中所提及的「元件」(element)一词，包含了构件
(component)、层构造(layer)、或区域(region)的概念。
附图的某些元件的尺寸及相对大小会被加以放大，或者某些元件的形状
会被简化，以便能更清楚地表达实施例的内容。因此，除非申请人有特别指
明，附图中各元件的形状、尺寸、相对大小及相对位置等仅是便于说明，而
不应被用来限缩本发明的专利范围。此外，本发明可用许多不同的形式来体
现，在解释本发明时，不应仅局限于本说明书所提出的实施例态样。
为了说明上的方便，说明书中可能会使用一些与空间中的相对位置有关
的叙述，对附图中某元件的功能或是该元件与其他元件间的相对空间关系进
行描述。例如，「于…上」、「在…上方」、「于…下」、「在…下方」、
「高于…」、「低于…」、「向上」、「向下」等等。所属技术领域的技术
人员应可理解，这些与空间中的相对位置有关的叙述，不仅包含所描述的元
件在附图中的指向关系(orientation)，也包含所描述的元件在使用、运作、或
组装时的各种不同指向关系。例如，若将附图上下颠倒过来，则原先用「于…
上」来描述的元件，就会变成「于…下」。因此，在说明书中所使用的「于…
上」的描述方式，解释上包含了「于…下」以及「于…上」两种不同的指向
关系。同理，在此所使用的「向上」一词，解释上包含了「向上」以及「向
下」两种不同的指向关系。
在说明书及权利要求书中，若描述第一元件位于第二元件上、在第二元
件上方、连接、接合、耦接于第二元件或与第二元件相接，则表示第一元件
可直接位在第二元件上、直接连接、直接接合、直接耦接于第二元件，亦可
表示第一元件与第二元件间存在其他元件。相对之下，若描述第一元件直接
位在第二元件上、直接连接、直接接合、直接耦接、或直接相接于第二元件，
则代表第一元件与第二元件间不存在其他元件。
以上仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与
修饰，皆应属本发明的涵盖范围。