果焦平面陣列不駐留在成像光學(xué)器件的焦平面中，那么為了使如上文所描述由間隔件造成的光點(diǎn)模糊，液晶單元不應(yīng)駐留在FPA的焦平面中。
[0094]在圖16中，可表示液晶可變阻滯器的一個(gè)或多個(gè)液晶單元的液晶單元120具有夾在所述兩個(gè)面板之間的液晶材料124，并且還具有例如122的間隔件。單元120現(xiàn)在遠(yuǎn)離成像光學(xué)器件的焦平面駐留，所述焦平面位于焦平面陣列24可處于的地方。光通過成像光學(xué)器件22且所有射線在照射到焦平面陣列24之前經(jīng)歷單元120的相同厚度。其中間隔件122可能遮擋光的區(qū)域跨越區(qū)126而模糊。舉例來說，如果具有I微米的直徑的間隔件在正方形柵格上每10微米放置，那么所述間隔件將遮擋區(qū)域中的液晶單元的通光孔徑的大致1%。如果LC可變阻滯器單元直接在FPA或成像光學(xué)器件的焦平面中，那么所述間隔件將產(chǎn)生可見假象。移動(dòng)單元遠(yuǎn)離焦平面跨越高光譜圖像數(shù)據(jù)的空間范圍擴(kuò)散且因此稀釋這些假象的效果。
[0095]關(guān)于間隔件和焦平面陣列的另一選擇涉及在焦平面陣列的像素之間建置間隔件，如圖17中所示。在圖17中，焦平面陣列24的個(gè)別像素128處于液晶單元的建置于焦平面陣列頂部上的例如122的間隔件之間。應(yīng)注意圖16和17僅是高光譜成像系統(tǒng)的部分且例如電極、LC材料、波板、偏振器等先前論述的其它元件將包含在使用這些部分的全高光譜成像系統(tǒng)中。
[0096]另一實(shí)施例涉及使用具有均勻厚度但自身不平坦的LC單元。對(duì)于寬視場成像系統(tǒng)，給定場點(diǎn)的中心射線可以極傾斜角進(jìn)入高光譜相機(jī)，如圖18中所示。進(jìn)入成像光學(xué)器件22的光以傾斜角進(jìn)入。通過在焦平面陣列24之前彎曲LC單元130，視場中的給定點(diǎn)的中心射線法向入射在液晶單元上，不管場點(diǎn)如何。
[0097]如先前所論述，優(yōu)點(diǎn)可存在于以單色光源或校準(zhǔn)光源照明焦平面陣列，例如由圖3中的激光二極管20提供的光源。圖19中的系統(tǒng)允許穿過圖像光采取的同一幾何路徑對(duì)焦平面陣列的完全照明而不會(huì)遮擋圖像光。其利用例如144的偏振光束分光器而不是系統(tǒng)的第一偏振器。在此實(shí)施例中，來自激光二極管20的穿過激光光學(xué)器件142的激光將具有穿過一個(gè)端口進(jìn)入偏振光束分光器的垂直(V)偏振，且來自場景140的穿過成像光學(xué)器件22的圖像光將具有穿過第二端口進(jìn)入偏振光束分光器的水平(H)偏振。液晶單元摩擦方向?qū)⒃趦蓚€(gè)偏振方向之間標(biāo)稱45度，其中分析器與H或V偏振方向?qū)?zhǔn)。任選地，使用兩個(gè)焦平面陣列150和164，通過兩個(gè)分析器或輸出偏振器148和162以及兩個(gè)LC可變延遲器146和160，將允許俘獲光的另一偏振，從而使光通過量標(biāo)稱增加100%。甚至在不存在校準(zhǔn)光源的情況下這兩個(gè)焦平面陣列實(shí)施例都將是有利的。
[0098]圖19中的照明幾何形狀將允許跨越全視場在每個(gè)點(diǎn)測量阻滯。此信息可允許如上文所論述的實(shí)時(shí)閉環(huán)控制，或在圖像的分析中以產(chǎn)生高光譜圖像數(shù)據(jù)。此布置將允許系統(tǒng)使圖像數(shù)據(jù)的幀與來自單色圖像源的光的幀交錯(cuò)以在時(shí)間和空間上在每個(gè)點(diǎn)測量阻滯。如果光源的功率升高，那么可減少用以取樣光源的曝光時(shí)間。圖20展示此方法的實(shí)施例。
[0099]在圖20中，系統(tǒng)在170處在時(shí)間h將阻滯設(shè)定于阻滯Γ l0隨后在172處俘獲場景S1以得到圖像數(shù)據(jù)的一個(gè)幀。隨后在174處接通激光，且隨后在176處俘獲激光的圖像作為激光圖像Lp隨后在178處斷開激光且過程在179處在下一設(shè)定重復(fù)。以此方式，系統(tǒng)在許多不同時(shí)間在視場中的多個(gè)點(diǎn)處俘獲阻滯以允許系統(tǒng)的操作中的調(diào)整或數(shù)據(jù)的處理中的調(diào)整等。
[0100]又一修改涉及液晶可變阻滯器的控制。由于液晶材料的動(dòng)態(tài)控制可成問題，因此絕熱地但以允許比阻滯器的被動(dòng)松弛時(shí)間快得多的阻滯的受控改變的方式驅(qū)動(dòng)阻滯器可為有利的。這可通過經(jīng)由電壓波形的恰當(dāng)選擇顯著減小阻滯器的松弛或響應(yīng)時(shí)間而完成。如果驅(qū)動(dòng)電壓足夠高，那么可使液晶可變阻滯器的響應(yīng)時(shí)間極短。因此以二分量電場驅(qū)動(dòng)液晶可變阻滯器可為有用的。
[0101]如此處所使用，二分量場具有第一分量或垂直分量，其致使液晶材料垂直于單元的層對(duì)準(zhǔn)，以及第二分量或平行分量，其致使液晶與單元的層平行對(duì)準(zhǔn)。這些分量可例如通過電極驅(qū)動(dòng)電勢的組合以創(chuàng)建垂直與平行電場(如圖21中)以及創(chuàng)建正和負(fù)電介質(zhì)各向異性的驅(qū)動(dòng)頻率的組合而產(chǎn)生。圖21中的平行場186可由正電壓置于電極182上且負(fù)電壓置于電極184上而引起。垂直場188可由正電壓置于底部圖中的電極182上且負(fù)電壓置于電極184上而引起。垂直分量可隨后為具有正電介質(zhì)各向異性的處于頻率匕的垂直電場或具有負(fù)電介質(zhì)各向異性的處于頻率f2的平行場。平行分量可隨后為具有正電介質(zhì)各向異性的處于頻率的平行場或具有負(fù)電介質(zhì)各向異性的處于頻率f2的垂直場。
[0102]如果僅使用平行(或垂直)電場，那么第一分量EA將為在頻率f\(f2)下的場振幅，且第二分量Eb將為在頻率f Jf1)下的場振幅。替代地，可使用僅頻率匕(或僅頻率f2)用于電場。在此情況下，分量為平行(或垂直)場且分量E B將為垂直(或平行)場。液晶引導(dǎo)件定向190將絕熱地跟蹤由arctan(EA/EB)給定的角度θ (Θ)，且到此角度的松弛時(shí)間由τ = (E2c/(E2A+E2B))t_給出，其中是液晶單元的被動(dòng)(場斷開)松弛時(shí)間且Ec是在單元的中點(diǎn)處產(chǎn)生有限失真的臨界場響應(yīng)。通過確保松弛時(shí)間τ與液晶引導(dǎo)件的定向改變之間的任何時(shí)間相比快得多，可使LC引導(dǎo)件的定向改變?nèi)我獾乜?。這可通過使場分量EJPEb足夠大而實(shí)現(xiàn)，但具有正確比率以達(dá)到所要液晶引導(dǎo)件定向且因此液晶可變阻滯器的所要阻滯。更一般化地，兩分量場的一個(gè)分量可應(yīng)用正扭矩以使液晶可變阻滯器的單元內(nèi)的液晶分子旋轉(zhuǎn)以增加所述單元的阻滯，且另一分量可應(yīng)用負(fù)扭矩以減小所述阻滯。同時(shí)施加兩個(gè)分量致使液晶分子在由分量的比率設(shè)定的角度處以由所述分量的量值確定的速率達(dá)到平衡。因此，二分量場原則上允許對(duì)液晶分子的引導(dǎo)件的任意控制且因此對(duì)液晶可變阻滯器的阻滯的任意控制。
[0103]關(guān)于較快驅(qū)動(dòng)時(shí)間的其它考慮處于液晶材料自身的選擇中。鐵電液晶或聚合物網(wǎng)絡(luò)液晶具有較快響應(yīng)時(shí)間。聚合物網(wǎng)絡(luò)液晶材料具有嵌入有聚合物網(wǎng)絡(luò)的液晶材料。
[0104]以上方法和裝置可由若干應(yīng)用中的一者采用，例如醫(yī)療成像、分揀、場中所發(fā)現(xiàn)的材料的光譜法等。這些中的每一者可具有其自身的軟件程序，在智能電話世界中通常稱為‘應(yīng)用程序’。如先前所提到，HSI系統(tǒng)可集成到許多不同類型的主機(jī)裝置中，例如電話、平板計(jì)算機(jī)等，以及例如顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡等更傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備。
[0105]通過此系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的一個(gè)特定應(yīng)用是用戶能夠使用HSI系統(tǒng)作為醫(yī)療診斷裝置，例如用于家庭醫(yī)療診斷測試的比色讀出。用戶可取得主體位置和/或醫(yī)療診斷測試條帶的一個(gè)或多個(gè)HSI數(shù)據(jù)集。可使用系統(tǒng)包含的處理能力將所得HSI數(shù)據(jù)集完全或部分處理為診斷信息，或它們可在云中經(jīng)處理。通過包含的通信鏈接，診斷信息可最終轉(zhuǎn)發(fā)到醫(yī)生或?qū)嶒?yàn)室。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高光譜成像系統(tǒng)，其包括: 處理器，其用以接收高光譜成像參數(shù)且將所述成像參數(shù)轉(zhuǎn)換為將在一系列阻滯時(shí)間處在一系列阻滯下獲取的一系列圖像； 高光譜成像組件，其包括: 至少一個(gè)輸入偏振器，其中所述輸入偏振器接收且偏振傳入的光束； 液晶可變阻滯器，其鄰近于所述輸入偏振器與所述傳入光束相對(duì)而布置以接收來自所述輸入偏振器的所述經(jīng)偏振光束且改變所述光的偏振以產(chǎn)生波長相依偏振光； 輸出偏振器，其經(jīng)布置以接收所述波長相依偏振光且將所述光的偏振狀態(tài)信息轉(zhuǎn)換為可作為光強(qiáng)度而檢測的形式； 電壓源，其電連接到所述液晶可變阻滯器；以及 阻滯控制器，所述控制器用以在一系列阻滯時(shí)間處接收所述系列的阻滯且在一系列電壓時(shí)間處產(chǎn)生一系列電壓以施加于所述液晶可變阻滯器；以及 焦平面陣列，其與所述阻滯控制器同步以隨所述液晶可變阻滯器的阻滯而變接收呈可作為光強(qiáng)度檢測的形式的所述光且將所述光轉(zhuǎn)換為作為一系列圖像的輸出信號(hào)，其中所述處理器執(zhí)行所述系列的圖像到高光譜圖像數(shù)據(jù)的變換。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述液晶可變阻滯器的至少一對(duì)對(duì)稱斷裂特征中的對(duì)稱斷裂特征在正極性與負(fù)極性之間均勻分布。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其進(jìn)一步包括至少一個(gè)光源，所述至少一個(gè)光源鄰近于所述至少一個(gè)輸入偏振器布置以使得來自所述光源的光到達(dá)所述焦平面陣列。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其進(jìn)一步包括位于所述至少一個(gè)輸入偏振器與所述輸出偏振器之間的阻滯補(bǔ)償裝置。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其進(jìn)一步包括阻滯提取器。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其進(jìn)一步包括至少一個(gè)溫度傳感器，所述至少一個(gè)溫度傳感器將所述液晶可變阻滯器的溫度信息提供到所述阻滯控制器。7.—種產(chǎn)生高光譜圖像數(shù)據(jù)的方法，其包括: 在處理器處接收高光譜成像參數(shù)的集合； 以所述處理器在對(duì)應(yīng)于所述高光譜成像參數(shù)的一系列阻滯時(shí)間處產(chǎn)生一系列阻滯； 將在所述系列的阻滯時(shí)間處的所述系列的阻滯發(fā)送到阻滯控制器； 以所述阻滯控制器在一系列電壓時(shí)間處產(chǎn)生一系列電壓以施加于液晶可變阻滯器； 將在所述系列的電壓時(shí)間處的所述系列的電壓施加到液晶可變阻滯器； 以焦平面陣列通過所述液晶可變阻滯器俘獲一系列圖像；以及 使用所述處理器以從所述系列的圖像產(chǎn)生高光譜圖像數(shù)據(jù)。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中施加所述系列的電壓包括:施加由處于高于或低于所述液晶可變阻滯器的單元中的液晶的電介質(zhì)各向異性改變正負(fù)號(hào)的頻率中的一者的頻率分量組成的時(shí)變電壓，隨后施加由處于高于或低于所述液晶的所述電介質(zhì)各向異性改變正負(fù)號(hào)的所述頻率中的另一者的頻率分量組成的時(shí)變電壓。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述阻滯時(shí)間系列中的時(shí)間之間的間隔比所述液晶可變阻滯器的松弛時(shí)間短。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其進(jìn)一步包括測量在給定阻滯時(shí)間所述液晶可變阻 滯器的校準(zhǔn)阻滯。
【專利摘要】一種高光譜成像系統(tǒng)具有：處理器，其用以接收高光譜成像參數(shù)且產(chǎn)生將在一系列阻滯時(shí)間處在一系列阻滯下獲取的一系列圖像；高光譜成像組件，其具有：輸入偏振器，其用以偏振傳入的光束；液晶可變阻滯器，其用以接收所述經(jīng)偏振光束且產(chǎn)生波長相依偏振光；輸出偏振器，其用以接收所述波長相依偏振光且將偏振狀態(tài)信息轉(zhuǎn)換為可作為光強(qiáng)度而檢測的形式；電壓源，其連接到所述液晶可變阻滯器；以及阻滯控制器。所述阻滯控制器在一系列阻滯時(shí)間處接收所述系列的阻滯且在一系列電壓時(shí)間處產(chǎn)生一系列電壓以施加于所述液晶可變阻滯器。與所述阻滯控制器同步的焦平面陣列接收呈可作為光強(qiáng)度檢測的形式的所述光且將所述光轉(zhuǎn)換為一系列圖像。
【IPC分類】G01J3/12, G01J3/28
【公開號(hào)】CN105571715
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510710643
【發(fā)明人】A·黑格伊, J·馬丁尼
【申請(qǐng)人】帕洛阿爾托研究中心公司
【公開日】2016年5月11日
【申請(qǐng)日】2015年10月28日
【公告號(hào)】EP3015832A1, US20160123811