CN110568536A - 液晶可选带通滤波器 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及液晶可选带通滤波器。光学设备可以包括光学滤波器阵列以及液晶(LC)面板，该光学滤波器阵列包括带通滤波器的阵列，该液晶面板包括LC区域的阵列。LC面板的纵横比可以匹配光学滤波器阵列的纵横比，使得LC区域的阵列中的每个LC区域与带通滤波器的阵列中的相应带通滤波器相关联。LC区域的阵列中的LC区域可以选择性地透射入射在LC区域上的光。

Description

液晶可选带通滤波器
背景
光学滤波器是一种基于波长对入射到该光学滤波器上的光进行透射的设备。例如，带通光学滤波器(这里称为带通滤波器)透射特定波长范围内的光，同时吸收波长落在该特定波长范围之外(即，高于或低于该特定波长范围)的光。
概述
根据一些可能的实施方式，光学设备可以包括：光学滤波器阵列，该光学滤波器阵列包括带通滤波器的阵列；以及液晶(LC)面板，该LC面板包括LC区域的阵列，其中LC面板的纵横比(aspect ratio)匹配光学滤波器阵列的纵横比，使得LC区域的阵列中的每个LC区域与带通滤波器的阵列中的相应带通滤波器相关联，并且其中LC区域的阵列中的LC区域用于选择性地透射入射到LC区域上的光。
根据一些可能的实施方式，光学设备可以包括：光学滤波器的阵列；以及液晶(LC)面板，其包括LC区域的阵列，其中LC区域的阵列的第一LC区域用于选择性地透射入射到该第一LC区域上的光，其中该第一LC区域与光学滤波器的阵列的第一光学滤波器相关联，并且其中LC区域的阵列的第二LC区域用于选择性地透射入射到该第二LC区域上的光，其中该第二LC区域与光学滤波器的阵列的第二光学滤波器相关联。
根据一些可能的实施方式，一种方法可以包括：由包括在光学设备的光学滤波器阵列中的带通滤波器过滤入射到该带通滤波器上的光；以及由包括在该光学设备的液晶(LC)面板中的LC区域选择性地透射入射到LC区域上的光，其中LC面板的纵横比匹配光学滤波器阵列的纵横比，使得该LC面板的每个LC区域与该光学滤波器阵列中的相应带通滤波器相关联。
附图说明
图1是本文描述的示例实施方式的概览图。
图2A是液晶(LC)可选带通滤波器的示例组件的示意图。
图2B是包括在图2A的LC可选带通滤波器中的LC面板的示例组件的示意图。
图3是包括LC可选带通滤波器和单个光电二极管的示例多光谱传感器设备的示意图。
图4是用于过滤和选择性透射入射到LC可选带通滤波器上的光的部分的示例过程的流程图。
详细描述
以下示例实施方式的详细描述参考了附图。不同图中的相同参考数字可以标识相同或相似的元素。
光学滤波器阵列可以包括一组被设计为透射不同波长范围的光的光学滤波器。例如，光学滤波器阵列可以包括一组分立的带通滤波器，每个带通滤波器可以被设计为透射相应波长范围内的光。这种光学滤波器阵列可以被称为多光谱滤波器阵列。作为另一个示例，光学滤波器阵列可以包括一个或更多个光学滤波器，其中由给定光学滤波器透射的波长范围可以是电控制的(例如，使得由给定光学滤波器透射的波长范围取决于施加到该给定光学滤波器的电信号)。
光学滤波器阵列可以被包括在光学设备——例如可用于(基于由光学滤波器阵列透射的光的波长)捕获与不同波长的光相关的光谱数据的多光谱传感器设备——中。在操作中，多光谱传感器设备可能需要选择要对其收集光谱数据的波长。因此，在操作中，多光谱传感器设备可能需要从收集与第一波长范围内的光(例如，由第一光学滤波器透射的光、由特定光学滤波器基于施加到该特定光学滤波器的第一电信号而透射的光)相关联的光谱数据切换到收集与第二波长范围内的光(例如，由第二光学滤波器透射的光或由特定光学滤波器基于施加到该特定光学滤波器的第二电信号而透射的光)相关联的光谱数据。
可以执行的光学滤波器切换的速度(例如，光学设备在利用不同光学滤波器之间切换的速度)和可操作的波长范围是针对这种光学设备的重要性能考虑。通常，可以期望在达到最高可能的光学滤波切换速度和最高可能的可操作波长范围的同时，限制光学设备的复杂性和/或成本。
一些实施方式在本文描述了液晶(LC)可选带通滤波器，其能够在没有移动部件的情况下实现快速的光学滤波器切换，其中光学滤波器切换是被电子地控制的。在一些实施方式中，如下文进一步详细描述的，LC可选带通滤波器可以包括光学滤波器阵列和LC面板。
在一些实施方式中，LC可选带通滤波器允许多光谱传感器设备使用单个光电二极管来收集多光谱数据。在一些实施方式中，如下所述，单个光电二极管的使用降低了多光谱传感器的复杂性和/或成本(例如，与包括一维(1D)或二维(2D)光电二极管阵列的多光谱传感器设备相比)，同时还提高了多光谱传感器设备的性能。此外，在一些实施方式中，如下所述，当使用1D或2D光电二极管阵列时，LC可选带通滤波器可以允许更高的光谱分辨率测量。
图1是与LC可选带通滤波器相关联的示例实施方式100的概览图。如图1所示，LC可选带通滤波器可以包括光学滤波器阵列和LC面板。
如图1所示，光学滤波器阵列包括带通滤波器的阵列(例如，滤波器1至滤波器9)，其中每个带通滤波器可以被配置为透射相应波长范围内的光。如进一步示出的，LC可选带通滤波器可以包括LC面板，该LC面板包括LC区域的阵列(例如，LC区域1至LC区域9)。如所示出的，LC面板的纵横比可以匹配光学滤波器阵列的纵横比，使得LC区域的阵列中的每个LC区域与带通滤波器的阵列中的相应带通滤波器相关联。
在操作中，LC区域的阵列中的给定LC区域可以选择性地透射入射到该给定LC区域上的光(例如，基于电信号是否被施加到该给定LC区域)。例如，在使用图1所示的布置的操作期间，光束入射在光学滤波器阵列(光学滤波器阵列的左侧)上，并且每个带通滤波器透射不同波长范围的光。例如，如由参考数字105所示的，滤波器1透射入射在滤波器1上的光束的在波长范围λa内的一部分。类似地，如由参考数字110所示的，滤波器5透射入射在滤波器5上的光束的在波长范围λb内的一部分。尽管未示出，但其他带通滤波器类似地透射各自波长范围内的光。
如由参考数字115所示的，由滤波器1透射的(在波长范围λa内的)光入射在LC区域1上。此处，如所示出的，LC区域1正工作在阻挡状态下，使得LC区域1吸收由滤波器1透射的光(即，使得LC区域1阻止光穿过LC面板)。在一些实施方式中，当电信号被施加到LC区域1时，LC区域1可以工作在阻挡状态下。
相反，如由参考数字120所示的，由滤波器5透射的(在波长范围λb内的)光入射在LC区域5上。此处，如所示出的，LC区域5正工作在透射状态下，使得LC区域5透射由滤波器5透射的光(即，使得LC区域5允许光穿过LC面板)。在一些实施方式中，当没有电信号被施加到LC区域5时，LC区域5可以工作在透射状态下。
在多光谱传感器设备的情况下，由滤波器5透射的光可以被引导到光电二极管或光电二极管的阵列，使得与波长范围λb相关联的光谱数据可以被收集。此处，当需要执行光学滤波器切换以允许与另一波长范围相关联的光谱数据被收集时，电信号被不同地施加。例如，当要收集与波长范围λa相关联的光谱数据时，多光谱传感器设备可以停止向LC区域1施加电信号(例如，为了使LC区域1工作在透射状态而不是阻挡状态下)，以及可以开始向LC区域5施加电信号(例如，为了使LC区域5工作在阻挡状态而不是透射状态下)。采用这种方式，LC可选带通滤波器能够在不需要任何移动部件的情况下实现快速的光学滤波器切换，并且光学滤波器切换是被电子地控制的。
如上所述，图1仅作为示例被提供。其他示例是可能的，并且可以不同于关于图1描述的示例。例如，虽然图1将光描述为在被LC面板选择性地透射之前被光学滤波器阵列过滤(例如，使得光在图1中从左向右传播)，但在一些实施方式中，光可以在被光学滤波器阵列过滤之前被LC面板选择性地透射(例如，使得光在图1中从右向左传播)。
图2A是LC可选带通滤波器200的示例组件的示意图。如图2A所示，LC可选带通滤波器200可以包括光学滤波器阵列205和LC面板210。在一些实施方式中，如本文所述，LC可选带通滤波器200可以被包括在多光谱传感器设备中，该多光谱传感器设备可以用于收集与不同波长的光相关的光谱数据。通常，LC可选带通滤波器200可以被包括在任何类型的光学设备中，以便提供可选的光学滤波。
光学滤波器阵列205包括光学滤波器的阵列。例如，光学滤波器阵列205可以包括多光谱滤波器阵列，该多光谱滤波器阵列包括一组分立的带通滤波器，每个带通滤波器被配置为透射相应波长范围内的光以及反射和/或吸收相应波长范围外的光。在图2A所示的示例中，光学滤波器阵列205包括3×3多光谱滤波器阵列，该阵列包括九个分立的带通滤波器，其中该九个分立的带通滤波器中的每一个带通滤波器被配置为透射不同波长范围内的光。在一些实施方式中，光学滤波器阵列205可以包括任意数目的分立的带通滤波器(例如，两个带通滤波器、36个带通滤波器、64个带通滤波器、128个带通滤波器或更多)。在一些实施方式中，光学滤波器阵列205的给定的带通滤波器的尺寸(例如，宽度、高度等)可以在从大约20微米(μm)到大约200μm的范围内。在一些实施方式中，光学滤波器阵列205的带通滤波器可以具有正方形、矩形或其他形状。在一些实施方式中，光学滤波器阵列205的厚度可以在从大约150微米(μm)到大约650μm的范围内。
LC面板210包括能够选择性透射入射到其上的光的LC区域的面板。在一些实施方式中，给定的LC区域基于电信号是否被施加到该给定的LC区域来选择性地透射光。
如图2A所示，在一些实施方式中，LC面板210的纵横比可以匹配光学滤波器阵列205的纵横比，使得LC面板210的每个LC区域与光学滤波器阵列205的相应带通滤波器相关联。例如，如图2A所示，光学滤波器阵列205的纵横比可以匹配LC面板210的纵横比，使得滤波器1与LC区域1相关联(例如，使得由滤波器1透射的光入射到LC区域1上，或者使得由LC区域1透射的光入射到滤波器1上，这取决于光的传播方向)，使得滤波器2与LC区域2相关联(例如，使得由滤波器2透射的光入射到LC区域2上，或者使得由LC区域2透射的光入射到滤波器2上，这取决于光的传播方向)，依此类推。在一些实施方式中，LC面板210可以具有与光学滤波器阵列205相似的尺寸，或者可以具有与光学滤波器阵列205不同的尺寸。
图2B是LC面板210的示例组件的示意图。如图2B所示，LC面板210可以包括一组偏振器215(例如，偏振器215-1和215-2)、一组电极220(例如，电极220-1和电极220-2)和LC盒(cell)225。如所示出的，LC盒225可以布置在该组电极220之间，以及LC盒225和该组电极220布置在该组偏振器215之间。值得注意的是，虽然LC面板210在本文被描述为扭曲向列相(TN)LC面板，但LC面板210可以是另一种类型的LC面板，例如垂直排列(VA)LC面板、面内切换(in-plane switching(IPS))LC面板等。可以基于不同类型的LC面板的属性来选择在LC可选带通滤波器200中使用的LC面板的类型。例如，TN LC面板可以比其他类型的LC面板提供更快的切换速率，而VA LC面板可以在阻挡和透射状态之间提供更好的对比度。
如图2B所示，该组偏振器215可以被定向，使得偏振器215-1的偏振不同于(例如，垂直于)偏振器215-2的偏振。例如，在图2B中，偏振器215-1被定向为使在垂直方向上偏振的光通过，而偏振器215-2被定向为使在水平方向上偏振的光通过。在一些实施方式中，如下所述，偏振器215的这种定向允许光被LC面板210选择性地透射。
如图2B进一步所示，该组电极220中的每个电极可以包括一组电极区域，每个电极区域对应于LC面板210的相应LC区域。因此，电极区域可以限定LC面板210的LC区域。在一些实施方式中，如下所述，与给定LC区域对光选择性的透射相关联，可以将电信号施加到与该给定LC区域相关联的电极区域(例如，通过将正电压施加到电极220-1上的相应区域并将负电压施加到电极220-2的相应区域)。
LC盒225包括一盒的液晶。在一些实施方式中，LC盒225可以被构造为使得LC盒225的LC分子的中性状态以螺旋(helical)形式排列。在一些实施方式中，基于施加到与给定LC区域相关联的电极区域的电信号，可以将与该给定LC区域相关联的LC分子重新排列(例如，重新排列成非螺旋形式)。在一些实施方式中，如下所述，与给定LC区域对光的选择性的透射相关联，LC盒225的LC分子的这种排列/重新排列可以用于选择性地旋转通过LC盒225的光的偏振。
在一些实施方式中，LC面板210的给定LC区域可以基于电信号是否被施加到与给定LC区域相关联的电极220来选择性地透射光。例如，在操作中，垂直偏振光可以通过偏振器215-1进入LC面板210。在这里，当没有电信号施加到特定的LC区域时，传播通过LC盒225的相应部分的光的一部分与LC盒225的(以螺旋排列的方式排列的)LC分子相互作用，这导致该部分光旋转到水平偏振(例如，90°旋转)。因此，当离开LC盒225时，该部分光具有水平偏振。在这里，由于该部分光的水平偏振与偏振器215-2的偏振相匹配，所以该部分光由偏振器215-2透射。
相反，当电信号(例如，电压信号)被施加到特定的LC区域时，传播通过LC盒225的相应部分的光的一部分不会与LC盒225的LC分子显著地相互作用(例如，当LC分子被重新排列成使得这些LC分子与电场对齐时)，这使得该部分光基本上保持垂直偏振。因此，当离开LC盒225时，该部分光具有垂直偏振。在这里，由于该部分光的垂直偏振垂直于偏振器215-2的偏振，因此该部分光被偏振器215-2阻挡(即，吸收，而不是透射)。
在一些实施方式中，LC面板210的每个LC区域可以被独立控制，使得光可以被LC面板210的给定LC区域选择性地透射，而不管光是否被LC面板210的另一LC区域透射。
图2A和图2B所示的组件的数目和布置作为示例被提供。实际上，与图2A和图2B所示的那些组件相比，可以有额外的组件、更少的组件、不同的组件或不同布置的组件。此外，图2A和图2B所示的两个或更多个组件可在单个组件内实现，或图2A和图2B所示的单个组件可被实现为多个分布式的组件。
在一些实施方式中，LC可选带通滤波器200可以被包括在多光谱传感器设备中，该多光谱传感器设备包括与收集光谱数据相关联的一个或更多个光电二极管。在一些传统的多光谱传感器设备中，使用光电二极管的阵列(例如，1D阵列或2D阵列)收集与不同波长范围相关联的光谱数据。然而，对于一些光电二极管(例如扩展式砷化铟镓(InGaAs)光电二极管)，材料成本很高，以及正因如此，光电二极管的阵列会贵得令人难以负担。此外，随着给定阵列中光电二极管数目的增加，多光谱传感器设备的复杂性也增加(例如，与包括单个光电二极管的多光谱传感器设备相比)。此外，光电二极管的阵列(例如与单个光电二极管相比)可以具有相对较慢的帧速率和/或较低的位深度。因此，通过允许在多光谱传感器设备中使用单个光电二极管，可以降低多光谱传感器设备的成本和/或复杂性，同时可以提高多光谱传感器设备的性能。
图3是包括LC可选带通滤波器200和单个光电二极管的示例多光谱传感器设备300的示意图。如图3所示，多光谱传感器设备300可以包括LC可选带通滤波器200、透镜315和光电二极管(PD)320。
透镜315是被布置为将由LC可选带通滤波器200透射的光聚焦到焦平面上的一组焦点上的透镜。例如，透镜315可以包括圆形透镜、菲涅耳透镜或能够聚焦入射到其上的光的另一种类型的凸透镜。在一些实施方式中，光被透镜315聚焦在其处的焦点取决于光入射到透镜315上的角度。因此，透镜315可以将入射到透镜315上的光的给定部分的入射角度转换成空间中的点(例如，焦平面上的点)。换句话说，透镜315的傅立叶变换特性使得透镜315将入射角度映射到焦平面上的一点。光聚焦到的焦点不取决于光学滤波器阵列205中透射光的滤波器或LC面板210中透射光的LC区域。因此，在由第一滤波器和相关联的第一LC区域透射后以特定角度(例如，垂直入射)入射到透镜315上的光将被聚焦到与在由第二滤波器和相关联的第二LC区域透射后以该特定角度入射到透镜315上的光相同的焦点上。透镜315的该特性允许单个PD 320与光谱数据的收集相关联地使用，下文描述它的示例。
PD 320包括被布置为经由透镜315接收由LC可选带通滤波器200透射的光的光电二极管。在一些实施方式中，PD 320可能够基于接收到由LC可选带通滤波器200透射的光来收集光谱数据。在一些实施方式中，PD 320可以被布置在透镜315用于将由LC可选带通滤波器200透射的光聚焦到的焦点处。例如，PD 320可以被布置在透镜315将以垂直入射的方式入射在透镜315上的光聚焦到的焦点处。在一些实施方式中，PD 320可以被布置在与垂直入射相关联的焦点处，因为光学滤波器阵列205可以针对垂直入射的准直光被优化。这样，以其他角度入射在光学滤波器阵列205上的光可以被引导远离PD 320。
在操作中，由LC可选带通滤波器200的任何部分选择性透射的光可以被透镜315聚焦到PD 320上，以用于收集光谱数据。例如，在第一时间段期间，可以控制LC可选带通滤波器200，使得只有LC可选带通滤波器200的第一部分(例如，光学滤波器阵列205的第一滤波器和LC面板210的相关联的第一LC区域)透射第一波长范围内的光。透镜315将第一波长范围内的光的一部分(例如，以垂直入射的方式入射到LC可选带通滤波器200和透镜315上的部分)聚焦到透镜315的焦平面上的焦点上，而光的其他部分(例如，以其他角度入射到LC可选带通滤波器200和透镜315上的部分光)聚焦到焦平面上的其他焦点上。在这里，PD 320可以位于焦点处，可以接收第一波长范围内的光的部分，并且可以相应地收集光谱数据。继续这个示例，在第二(例如，随后的)时间段期间，可以控制LC可选带通滤波器200，使得只有LC可选带通滤波器200的第二部分(例如，光学滤波器阵列205的第二滤波器和LC面板210的相关联的第二LC区域)透射第二波长范围内的光。以与上述类似的方式，透镜315将第二波长范围内的光的一部分(例如，以垂直入射的方式入射在LC可选带通滤波器200和透镜315上的一部分)聚焦到PD 320所在的焦点上。因此，PD 320可以接收第二波长范围内的光的该部分，并且可以相应地收集光谱数据。采用这种方式，单个PD 320可以收集与不同波长相关联的光谱数据。
值得注意的是，多光谱传感器设备300不需要包括在进入LC可选带通滤波器200之前准直光的收集光学器件，因为LC可选带通滤波器200、透镜315和(位于特定焦点处的)单个PD 320的使用提供了对PD 320接收的光的锥角的控制(例如，通过控制焦平面上的接受面积)。
图3所示的组件的数目和布置作为示例被提供。实际上，与图3所示的那些组件相比，可以有额外的组件、更少的组件、不同的组件或不同布置的组件。此外，图3所示的两个或更多个组件可在单个组件内实现，或图3所示的单个组件可被实现为多个分布式的组件。
在一些实施方式中，多光谱设备可以包括PD 320的阵列，而不是包括单个PD 320。带通滤波器(例如包括在光学滤波器阵列205中的那些带通滤波器)的已知特征是角度偏移特性——即，峰值透射波长随着入射角度的增加而减小。如上所述，聚焦透镜的傅立叶变换特性将入射角度映射到焦平面上的点。结果是，焦平面上的不同点对应于由光学滤波器阵列205的给定滤波器透射的不同波长。通过包括PD 320的阵列，可以记录透射通过光学滤波器阵列205的给定滤波器的不同波长，以用于更高的光谱分辨率。因此，在一些实施方式中，多光谱传感器设备可以包括PD 320的阵列(例如，1D阵列或2D阵列)，以便提供高的光谱分辨率。在一些实施方式中，PD 320的阵列中的每个PD 320可以位于一组焦点中的不同焦点处，其中透镜315将光聚焦到这些焦点。
在一些实施方式中，除了LC可选带通滤波器200和至少一个PD 320之外，多光谱设备可以包括LC透镜。LC透镜是包括LC材料的透镜，该LC材料可被电信号(部分地)激励以便重新排列LC透镜的LC分子(例如，以与LC面板210相关联描述的方式类似的方式)。与透镜上的每个点都具有相同焦点的传统透镜不同，LC透镜具有随LC透镜上的位置改变焦点的能力。因此，基于施加到LC透镜的不同区域的电信号，LC透镜可以在不同时间将光重定向到不同方向。
换句话说，在操作中，LC透镜的给定区域的LC分子可以提供光转向能力。例如，LC透镜的第一区域可以将由LC可选带通滤波器200的特定LC区域透射的光引导到一组焦点，而LC透镜的第二区域可以将由LC可选带通滤波器200的其他LC区域透射的其他光引导远离该组的焦点。因此，在一些实施方式中，可以在多光谱传感器设备中使用LC透镜，以便通过引导从阻挡状态通道泄漏的光远离通过透射状态通道透射的光的焦点来增强LC可选带通滤波器200中的对比度。在一些实施方式中，LC透镜可以被包括在(例如，集成在)LC面板210中。附加地或可选地，LC透镜可以是分立的组件(例如，与LC面板210分离)。
图4是用于过滤和选择性透射入射到LC可选带通滤波器200上的光的部分的示例过程400的流程图。在一些实施方式中，图4的一个或更多个过程框可由LC可选带通滤波器200执行。
如图4所示，过程400可以包括过滤入射到带通滤波器上的光(框410)。例如，如上所述，LC可选带通滤波器200(例如，光学滤波器阵列205的一个或更多个光学滤波器)可以过滤入射到LC可选带通滤波器200上的光。
如图4中进一步示出的，过程400可以包括选择性地透射入射到包括在LC面板中的LC区域上的光，其中LC面板的纵横比匹配光学滤波器阵列的纵横比，使得LC面板的每个LC区域与光学滤波器阵列的相应带通滤波器相关联(框420)。例如，LC可选带通滤波器200(例如，LC面板210的一个或更多个LC区域)可以选择性地透射入射到包括在LC面板210中的LC区域上的光，其中，如上所述，LC面板210的纵横比匹配光学滤波器阵列205的纵横比，使得LC面板210的每个LC区域与光学滤波器阵列205的相应带通滤波器相关联。
过程400可以包括额外的实施方式，例如下文描述和/或这里描述的任何单个实施方式或实施方式的任何组合。
在一些实施方式中，由LC区域透射的光可以被(例如透镜315)聚焦到焦平面上的一组焦点上，其中由LC区域透射的光的一部分被聚焦到该组的焦点中的特定焦点上。此处，聚焦到特定焦点的那部分光可以由单个光电二极管(例如，PD 320)接收。在一些方面，聚焦到特定焦点的那部分光以垂直入射的方式入射到透镜315上。
在一些实施方式中，由LC区域透射的光可以被(例如透镜315)聚焦到焦平面上的一组焦点上。此处，聚焦到该组的焦点上的部分光可以被光电探测器阵列(例如，PD 320的阵列)的光电探测器接收。
在一些实施方式中，光学滤波器阵列205和LC面板210被布置使得入射在LC区域上的光已穿过带通滤波器。
在一些实施方式中，光学滤波器阵列205和LC面板210被布置使得入射在LC区域上的光被选择性透射到带通滤波器。
在一些实施方式中，LC透镜可以将由LC区域透射的光引导到一组焦点上，并且可以将由其他LC区域透射的其他光引导远离该组的焦点。
在一些实施方式中，LC面板210可以是扭曲向列相(TN)LC面板、垂直排列(VA)LC面板或面内切换(IPS)LC面板。
在一些实施方式中，LC可选带通滤波器200可以被包括在光学设备(例如多光谱传感器设备)中。
虽然图4示出过程400的示例框，但在一些实施方式中，与图4中描绘的那些框相比，过程400可包括额外的框、更少的框、不同的框或不同布置的框。附加地或可选地，过程400的两个或更多个框可被并行地执行。
本文所述的一些实施方式提供了LC可选带通滤波器，其在没有移动部件的情况下实现了快速的光学滤波器切换，其中光学滤波器切换是被电子地控制的。在一些实施方式中，LC可选带通滤波器可用于创建多光谱传感器，其使用单个光电二极管，从而降低多光谱传感器的复杂性和/或成本(例如，与包括1D或2D光电二极管阵列的多光谱传感器设备相比)，同时还提高了多光谱传感器设备的性能。此外，在一些实施方式中，当使用1D或2D光电二极管阵列时，LC可选带通滤波器可以允许更高的光谱分辨率测量。
前述公开提供了说明和描述，但并不旨在穷举或将实施方式限制到所公开的精确形式。根据以上公开内容，修改和变化是可能的或者可以从实施方式的实践中获得。
尽管在权利要求中陈述和/或在说明书中公开了特征的特定组合，但是这些组合并不旨在限制可能的实施方式的公开内容。事实上，这些特征中的许多特征可以以权利要求中未具体陈述和/或说明书中未公开的方式组合。尽管列出的每个从属权利要求可以直接从属于仅仅一个权利要求，但是可能的实施方式的公开内容包括与权利要求集合中的每个其他权利要求相结合的每个从属权利要求。
本文使用的任何元素、动作或指令都不应被解释为关键或必要的，除非明确这样描述。此外，如本文所用的冠词“一(a)”和“一(an)”旨在包括一个或更多个项目，并且可以与“一个或更多个”互换使用。此外，如本文所使用的，术语“集合”旨在包括一个或更多个项目(例如，相关项目、不相关项目、相关项目和不相关项目的组合等)，并且可以与“一个或更多个”互换使用。在意指仅一个项目的情况下，使用术语“一个(one)”或类似的语言。此外，如本文使用的术语“具有(has)”、“具有(have)”、“具有(having)”等旨在是开放式的术语。此外，除非另有明确说明，否则短语“基于”旨在表示“至少部分基于”。
本公开的各方面可以在下文的一个或更多个实施例中实现：
1)一种光学设备，包括：
光学滤波器阵列，其包括带通滤波器的阵列；和
液晶(LC)面板，其包括LC区域的阵列，
其中，所述LC面板的纵横比匹配所述光学滤波器阵列的纵横比，使得所述LC区域的阵列中的每个LC区域与所述带通滤波器的阵列中的相应带通滤波器相关联，以及
其中，所述LC区域的阵列中的LC区域用于选择性地透射入射在所述液晶区域上的光。
2)根据1)所述的光学设备，其中所述光学滤波器阵列和所述LC面板被布置成使得入射在所述LC区域上的光已穿过所述带通滤波器的阵列的特定带通滤波器。
3)根据1)所述的光学设备，其中所述光学滤波器阵列和所述LC面板被布置成使得入射在所述LC区域上的光被选择性地透射到所述带通滤波器的阵列的特定带通滤波器上。
4)根据1)所述的光学设备，还包括：
透镜，其被布置成将由所述LC区域透射的光聚焦到焦平面上的一组焦点上。
5)根据4)所述的光学设备，还包括：
布置在所述一组焦点中的一焦点处的单个光电二极管。
6)根据5)所述的光学设备，其中由所述LC区域透射的光的聚焦到所述焦点的一部分以垂直入射的方式入射在所述透镜上。
7)根据4)所述的光学设备，还包括：
探测器阵列，其包括多个光电探测器，
其中所述多个光电探测器中的每个光电探测器被布置在所述一组焦点中的不同焦点处。
8)根据1)所述的光学设备，还包括：
LC透镜，其被布置为：
将由所述LC区域透射的光引导到一组焦点上；以及
将由所述LC区域的阵列的其他LC区域透射的其他光引导远离所述一组焦点。
9)根据8)所述的光学设备，其中所述LC透镜被包括在所述LC区域中。
10)根据1)所述的光学设备，其中所述面板是扭曲向列相(TN)LC面板、垂直排列(VA)LC面板或面内切换(IPS)LC面板中的一种。
11)根据1)所述的光学设备，其中所述光学设备为多光谱传感器设备。
12)一种光学设备，包括：
光学滤波器的阵列；和
液晶(LC)面板，其包括LC区域的阵列，
其中所述LC区域的阵列中的第一LC区域用于选择性地透射入射在所述第一LC区域上的光，其中所述第一LC区域与所述光学滤波器的阵列的第一光学滤波器相关联，以及
其中所述LC区域的阵列中的第二LC区域用于选择性地透射入射在所述第二LC区域上的光，其中所述第二LC区域与所述光学滤波器的阵列的第二光学滤波器相关联。
13)根据12)所述的光学设备，其中所述光学滤波器的阵列和所述LC面板被布置成使得入射在所述第一LC区域上的光已穿过所述第一光学滤波器，以及使得入射在所述第二LC区域上的光已穿过所述第二光学滤波器。
14)根据12)所述的光学设备，其中所述光学滤波器的阵列和所述LC面板被布置成使得入射在所述第一LC区域上的光被选择性地透射到所述第一光学滤波器，以及入射在所述第二LC区域上的光被选择性地透射到所述第二光学滤波器。
15)根据12)所述的光学设备，还包括：
透镜，其被布置成将由所述第一LC区域透射的光或由所述第二LC区域透射的光聚焦到焦平面上的一组焦点上。
16)根据15)所述的光学设备，还包括：
布置在所述一组焦点中的一焦点处的单个光电二极管。
17)根据15)所述的光学设备，还包括：
探测器阵列，其包括多个光电探测器，
其中所述多个光电探测器中的每个光电探测器被布置在所述一组焦点中的不同焦点处。
18)根据12)所述的光学设备，还包括：
LC透镜，其被布置成将由所述第一LC区域透射的光和由所述第二LC区域透射的光选择性地引导远离一组焦点。
19)一种方法，包括：
由包括在光学设备的光学滤波器阵列中的带通滤波器过滤入射在所述带通滤波器上的光；以及
由包括在所述光学设备的液晶(LC)面板中的LC区域选择性地透射入射在所述LC区域上的光，
其中，所述LC面板的纵横比匹配所述光学滤波器阵列的纵横比，使得所述LC面板的每个LC区域与所述光学滤波器阵列中的相应带通滤波器相关联。
20)根据19)所述的方法，还包括：
由包括在所述光学设备中的透镜将由所述LC区域透射的光聚焦到焦平面上的一组焦点上，
其中由所述LC区域透射的光的一部分被聚焦到所述一组焦点中的特定焦点上；以及
由包括在所述光学设备中的单个光电二极管接收聚焦到所述特定焦点的所述光的一部分。

Claims (20)

1.一种光学设备，包括：
光学滤波器阵列，其包括带通滤波器的阵列；和
液晶面板，其包括液晶区域的阵列，
其中，所述液晶面板的纵横比匹配所述光学滤波器阵列的纵横比，使得所述液晶区域的阵列中的每个液晶区域与所述带通滤波器的阵列中的相应带通滤波器相关联，以及
其中，所述液晶区域的阵列中的液晶区域用于选择性地透射入射在所述液晶区域上的光。
2.根据权利要求1所述的光学设备，其中所述光学滤波器阵列和所述液晶面板被布置成使得入射在所述液晶区域上的光已穿过所述带通滤波器的阵列的特定带通滤波器。
3.根据权利要求1所述的光学设备，其中所述光学滤波器阵列和所述液晶面板被布置成使得入射在所述液晶区域上的光被选择性地透射到所述带通滤波器的阵列的特定带通滤波器上。
4.根据权利要求1所述的光学设备，还包括：
透镜，其被布置成将由所述液晶区域透射的光聚焦到焦平面上的一组焦点上。
5.根据权利要求4所述的光学设备，还包括：
布置在所述一组焦点中的一焦点处的单个光电二极管。
6.根据权利要求5所述的光学设备，其中由所述液晶区域透射的光的聚焦到所述焦点的一部分以垂直入射的方式入射在所述透镜上。
7.根据权利要求4所述的光学设备，还包括：
探测器阵列，其包括多个光电探测器，
其中所述多个光电探测器中的每个光电探测器被布置在所述一组焦点中的不同焦点处。
8.根据权利要求1所述的光学设备，还包括：
液晶透镜，其被布置为：
将由所述液晶区域透射的光引导到一组焦点上；以及
将由所述液晶区域的阵列的其他液晶区域透射的其他光引导远离所述一组焦点。
9.根据权利要求8所述的光学设备，其中所述液晶透镜被包括在所述液晶区域中。
10.根据权利要求1所述的光学设备，其中所述液晶面板是扭曲向列相(TN)液晶面板、垂直排列(VA)液晶面板或面内切换(IPS)液晶面板中的一种。
11.根据权利要求1所述的光学设备，其中所述光学设备为多光谱传感器设备。
12.一种光学设备，包括：
光学滤波器的阵列；和
液晶面板，其包括液晶区域的阵列，
其中所述液晶区域的阵列中的第一液晶区域用于选择性地透射入射在所述第一液晶区域上的光，其中所述第一液晶区域与所述光学滤波器的阵列的第一光学滤波器相关联，以及
其中所述液晶区域的阵列中的第二液晶区域用于选择性地透射入射在所述第二液晶区域上的光，其中所述第二液晶区域与所述光学滤波器的阵列的第二光学滤波器相关联。
13.根据权利要求12所述的光学设备，其中所述光学滤波器的阵列和所述液晶面板被布置成使得入射在所述第一液晶区域上的光已穿过所述第一光学滤波器，以及使得入射在所述第二液晶区域上的光已穿过所述第二光学滤波器。
14.根据权利要求12所述的光学设备，其中所述光学滤波器的阵列和所述液晶面板被布置成使得入射在所述第一液晶区域上的光被选择性地透射到所述第一光学滤波器，以及入射在所述第二液晶区域上的光被选择性地透射到所述第二光学滤波器。
15.根据权利要求12所述的光学设备，还包括：
透镜，其被布置成将由所述第一液晶区域透射的光或由所述第二液晶区域透射的光聚焦到焦平面上的一组焦点上。
16.根据权利要求15所述的光学设备，还包括：
布置在所述一组焦点中的一焦点处的单个光电二极管。
17.根据权利要求15所述的光学设备，还包括：
探测器阵列，其包括多个光电探测器，
其中所述多个光电探测器中的每个光电探测器被布置在所述一组焦点中的不同焦点处。
18.根据权利要求12所述的光学设备，还包括：
液晶透镜，其被布置成将由所述第一液晶区域透射的光和由所述第二液晶区域透射的光选择性地引导远离一组焦点。
19.一种用于过滤和选择性地透射入射在液晶可选带通滤波器上的光的部分的方法，包括：
由包括在光学设备的光学滤波器阵列中的带通滤波器过滤入射在所述带通滤波器上的光；以及
由包括在所述光学设备的液晶面板中的液晶区域选择性地透射入射在所述液晶区域上的光，
其中，所述液晶面板的纵横比匹配所述光学滤波器阵列的纵横比，使得所述液晶面板的每个液晶区域与所述光学滤波器阵列中的相应带通滤波器相关联。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括：
由包括在所述光学设备中的透镜将由所述液晶区域透射的光聚焦到焦平面上的一组焦点上，
其中由所述液晶区域透射的光的一部分被聚焦到所述一组焦点中的特定焦点上；以及
由包括在所述光学设备中的单个光电二极管接收聚焦到所述特定焦点的所述光的一部分。
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