KR20190082091A - 액정 편광 간섭계와 함께 사용되는 컬러 필터 - Google Patents

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Abstract

장치는 입력 광의 제1 편광과 제2 편광 사이에 광 경로 지연을 유발하는 액정 편광 간섭계를 포함한다. 액정 편광 간섭계는 액정 셀에 인가되는 전압에 반응하여 가변 지체를 주는 액정 가변 지연기를 포함한다. 액정 셀의 대향 측들 상에 제1 편광체 및 제2 편광체가 위치된다. 장치는 액정 편광 간섭계를 통과한 출력 광에 기초하여 인터페로그램들(interferograms)을 감지하는 이미지 센서를 포함한다. 장치는 입력 광 및 출력 광 중 하나를 필터링하는 컬러 필터를 포함한다. 컬러 필터는 적색 스펙트럼 영역보다 청색 스펙트럼 영역의 광을 더 많이 통과시키는 스펙트럼 투과율 특성을 갖는다.

Description

액정 편광 간섭계와 함께 사용되는 컬러 필터{COLOR FILTER USED WITH LIQUID-CRYSTAL POLARIZATION INTERFEROMETER}
본 발명은 액정 편광 간섭계와 사용되는 컬러 필터에 관한 것이다. 일 실시 예에서, 장치는 입력 광의 제1 편광과 제2 편광 사이에 광 경로 지연을 유발하는 액정 편광 간섭계를 포함한다. 상기 액정 편광 간섭계는 상기 액정 셀에 인가되는 전압에 반응하여 가변 지체를 주는 액정 가변 지연기를 포함한다. 상기 액정 셀의 대향 측들 상에 제1 편광체 및 제2 편광체가 위치된다. 상기 장치는 상기 액정 편광 간섭계를 통과한 출력 광에 기초하여 인터페로그램들(interferograms)을 감지하는 이미지 센서를 포함한다. 상기 장치는 상기 입력 광 및 상기 출력 광 중 하나를 필터링하는 컬러 필터를 포함한다. 상기 컬러 필터는 적색 스펙트럼 영역보다 청색 스펙트럼 영역의 광을 더 많이 통과시키는 스펙트럼 투과율 특성을 갖는다.
다른 실시 예에서, 방법은 액정 편광 간섭계를 통해 입력 광의 제1 편광과 제2 편광 사이에 광 경로 지연을 유발하는 단계를 수반한다. 상기 액정 편광 간섭계는 액정 셀에 인가되는 전압에 반응하여 가변 지체을 주는 액정 가변 지연기를 포함하고, 상기 액정 셀의 대향 측들 상의 제1 편광체 및 제2 편광체를 더 포함한다. 적색 스펙트럼 영역보다 청색 스펙트럼 영역의 광이 비례해서 더 많이 통과되도록 상기 입력광 및 상기 액정 편광 간섭계를 통과한 출력광 중 하나가 필터링된다. 인터페로그램들은 상기 출력 광에 기초하여 형성된다.
이하의 설명은 다음의 도면들을 참조하여 이루어지고, 여기서 동일한 도면 부호는 다수의 도면에서 유사한/동일한 구성요소를 식별하기 위해 사용될 수 있다. 도면들은 반드시 일정한 축척으로 그려진 것은 아니다.
도 1 및 도 2는 예시적인 실시 예에 따른 입력 스펙트럼 및 입력 스펙트럼에 대한 하이퍼스펙트럼 이미저의 반응을 도시하는 그래프들이다;
도 3 및 도 4는 예시적인 실시 예에 따른 이미지 센서의 특성들을 도시하는 그래프들이다;
도 5, 도 6, 도 7, 도 8 및 도 9는 예시적인 실시 예에 따른 편광 간섭계의 투과율 및 감도 특성들을 도시하는 그래프들이다;
도 10은 예시적인 실시 예에 따른 필터의 투과율 프로필을 도시하는 그래프이다;
도 11은 예시적인 실시 예에 따른 필터와 조합되는 하이퍼스펙트럼 이미저의 감도를 도시하는 그래프이다;
도 12는 예시적인 실시예에 따른 장치의 도해이다;
도 13은 예시적인 실시 예에 따른 방법의 흐름도이다; 그리고
도 14는 예시적인 실시 예에 따른 시스템 및 장치의 도해이다.
본 발명은 하이퍼스펙트럼 이미징 디바이스들에 관한 것이다. 본원에 설명된 하이퍼스펙트럼 이미징 디바이스들은 간섭계를 통과한 광의 성분들에 가변적인 광 경로 지연을 도입하도록 구성된 편광 간섭계를 사용한다. 경로 지연을 야기하는 디바이스(가변 광학 지연기라고 함)는 가변적인 경로 지연이 입사 편광 방향의 제1 광선들과 직교하는 편광의 제2 광선들(예를 들어, 보통의 광선들과 특별한 광선들) 사이에 도입되도록 두 개의 편광체 사이에 배치된다. 이러한 경로 지연은 제1 광선들과 제2 광선들 사이에 파장에 의존적인 위상 천이를 유발한다. 경로 지연은 편광 간섭계에서 나가는 광이 광학 센서, 예를 들어, 초점면 배열(focal-plane array: FCA)를 통해 검출되는 공통 경로의 인터페로그램들을 형성하게 한다.
편광 간섭계는 가변 광학 지연기로서 하나 이상의 액정(liquid-crystal: LC) 셀을 사용할 수 있다. 그러한 장치를 본원에서는 액정 가변 지연기(liquid-crystal variable retarder: LCVR)라 한다. 일반적으로, 액정(LC) 물질은 전기장 또는 자기장과 같은 외부 자극을 인가함으로써 선택 가능하게 변경될 수 있는 일부 결정 속성(예를 들어, LC 분자들의 국소적인 평균 정렬을 나타내는 LC 디렉터(LC director)와 같은 내부 구조들의 배향)을 갖는 액체이다. LC 디렉터의 배향의 변화는 LC 물질의 광학적 속성들을 변화시켜, 예를 들어 LC 복굴절의 광학 축을 변화시킨다.
LCVR은 액정을 통과하여 이동하는 광의 두 직교하는 편광 사이에 가변적인 광학 경로 지연(variable optical path delay)(가변적인 지체(variable retardance)라고도 함)을 발생시킨다. LCVR 내의 하나 이상의 액정 셀은 전기적으로 조정 가능한 복굴절 소자들로서 기능한다. 셀 분자들은 액정 셀의 전극들 양단의 전압을 변화시킴으로써, 그것들의 배향을 변화시키고, 주기적으로 광 경로 지연을 제어 가능하게 변화시킬 수 있다.
LCVR로 편광 간섭계를 만들기 위해, LCVR은 명목상 평행 또는 수직한 편광 축들을 갖는 제1 편광체와 제2 편광체 사이에 배치된다. LCVR의 지상 축(slow axis)(가변적으로 광 경로가 지연되는 편광 축)은 제1 편광체의 편광 방향에 대해 명목상 45도로 배향된다. 입사 광은 제1 편광체에 의해 입사 편광 방향으로 편광된다. LCVR의 지상 축이 이러한 입사 편광 방향에 대해 45도에 있기 때문에, 편광된 입사 광은 LCVR의 지상 축에 평행하게 편광된 광의 부분 및 이러한 축에 수직으로 편광된 광의 부분의 면들에서 설명될 수 있다.
광이 LCVR를 통과할 때, 그것은 제1 편광 및 제2 편광 사이의 파장에 의존하여 상대적으로 위상 천이되며, 그에 의해 편광 상태가 파장에 의존하여 변화하게된다. 제1 편광체에 대해 평행 또는 수직으로 배향된 제2 편광체, 또는 분석기는 LCVR의 지상 축에 평행한 편광된 광의 부분을 수직으로 편광된 광의 부분과 간섭시켜, LCVR의 출력에서의 파장에 의존적인 편광 상태를 광학 검출기 또는 초점면 배열에 의해 감지될 수 있는 파장에 의존적인 세기 패턴으로 변화시킨다. LCVR의 지체를 변화시키면서 이러한 강도를 감지함으로써, 입사 광의 스펙트럼 속성들을 확인하는 데 사용될 수 있는 입사 광의 인터페로그램을 측정하는 것이 가능하다.
전술한 바와 같이, LVCR은 입사 광의 스펙트럼 정보를 비-스펙트럼 분해 검출기로 쉽게 측정되는 세기 패턴으로 인코딩할 수 있는 그것의 능력에 기인하여 하이퍼스펙트럼 이미징 분야에 사용된다. 하이퍼스펙트럼 이미징은 조밀하게 샘플링되는 경우 미세하게 분해된 스펙트럼 정보가 각각의 픽셀에 제공되는 이미지들을 포함할 수 있는 하이퍼스펙트럼 데이터 세트들 또는 데이터 큐브들을 획득하기 위한 방법들 및 디바이스들을 지칭한다.
일부 하이퍼스펙트럼 이미징 디바이스에 보이는 한 가지 문제점은 적색의 감도에 대해 청색의 감도가 감소한다는 것이다. 이러한 감도의 차이는 이들 하이퍼스펙트럼 이미징 장치의 광학 스펙트럼의 검출 가능한 범위에서 그것들의 동적 범위를 저하시킨다. 예를 들어, LCVR 편광 간섭계를 사용하여 푸리에 변환 하이퍼스펙트럼 이미징을 수행할 때, 더 긴 파장(예를 들어, 500-600 nm 이상 또는 적색 스펙트럼 영역)에 대해 더 짧은 파장(예를 들어, 400 - 500 nm 이하 또는 청색 스펙트럼 영역)에서 모두 감도 감소에 기여하는 여러 요인이 있다. 이들 요인에 대해서는 이하에서 더 상세하게 설명될 것이다.
이러한 단파장에서의 감도 결핍은 임의의 주어진 시점에, 하이퍼스펙트럼 이미저의 스펙트럼 범위로부터의 광이 이미지 센서에서 검출된다는 것을 의미하여, 상기한 시스템들의 시간 및 파장 다중화 이미지 획득으로 문제가 될 수 있다. 각 파장으로부터의 샷 노이즈(shot noise)는 모든 복원된 스펙트럼에 걸쳐 분산된다. 따라서, 감지될 스펙트럼이 단위 파장당 동일한 에너지를 가지지만, 하이퍼스펙트럼 이미저의 단파장 감도가 낮으면, 단파장 신호들은 장파장에서 발생되는 샷 노이즈에 의해 가려질 것이다.
또한, 상기한 시스템들의 스펙트럼 복원은 완벽하지 않고 어느 정도의 스펙트럼 누설이 일반적으로 있다. 예를 들어, 적색의 단색 광원들은 복원된 스펙트럼에 청색으로 나타나는 측파대들을 가질 것이다. 측파대 억압이 적색과 청색 사이의 상대적인 감도와 유사(또는 미만)한 경우, 적색 광원은 청색의 임의의 진성 신호(genuine signal)를 심각하게 왜곡할 것이다.
상술한 상황은 도 1 및 도 2의 그래프들에 의해 표시될 수 있다. 도 1은 크세논 아크 램프에 의해 방출된 단위 파장 당 스펙트럼 출력의 그래프를 도시하고, 도 2는 예시적인 실시 예에 따른 하이퍼스펙트럼 이미저의 스펙트럼 감도 및 분해능 특성들을 도시한다. 이러한 수치들을 만들어내기 위해, 크세논 아크 램프로부터의 광을 모노크로메이터를 통해 포트들 중 하나에 광 출력 검출기가 결합된 적분구(integrating sphere)로 보냈다. 출력 검출기가 모노크로메이터 파장을 중심으로 하는 협대역의 파장으로 적분구로 들어갈 때 모노크로메이터가 400 nm에서 1000 nm까지 10 nm 단차들이 앞섰다. 이러한 출력 대 파장 곡선이도 1에 도시되어 있다. 한편, 하이퍼스펙트럼 이미저는 두 번째 적분구 포트를 가리켜 모노크로메이터로부터 확산된 광을 이미지화하여, 각 모노크로메이터 파장에 대한 하이퍼스펙트럼 데이터 큐브를 생성한다. 각 하이퍼스펙트럼 데이터 큐브의 작은 영역으로부터의 공간 평균이 도 2에 그려져 있으며, 각 곡선은 하나의 모노크로메이터 파장에 대한 하이퍼스펙트럼 이미저 라인을 나타내고, 각 곡선 아래 면적은 도 1에 도시된 바와 같은 파장에서 방출되는 크세논 램프 출력과 주어진 파장에서의 하이퍼스펙트럼 이미저 감도의 곱에 상응한다. 청색 파장에 대한 감도가 적색 파장에 대한 감도보다 훨씬 낮다는 것을 볼 수 있다. 또한, 청색에 나타나는 적색 파장의 측파대들은 청색의 피크 신호와 비슷한 크기를 가지며, 이는 적색 신호들이 존재할 때 대부분의 청색 신호들을 상당히 왜곡시킬 수 있음을 알 수 있다.
위에서 설명한 문제들은 하이퍼스펙트럼 이미저를 광원의 겉보기 색 온도를 높이기 위해 색 온도 보상 필터라고 알려져 있는 특정 유형의 광학 필터와 조합함으로써 해결할 수 있다. 이러한 필터들은 광 투과율이 청색에서 높고 적색으로 갈수록 점점 줄어들어, 종종 근적외 영역에서 다시 강해지며, 이는 또한 그러한 스펙트럼 범위에서 상대적으로 더 낮은 스펙트럼 감도를 보상할 수 있다는 점에서 본 출원을 위한 이상적인 특성을 갖는다. 이러한 특성은 하이퍼스펙트럼 이미저의 스펙트럼 감도와 곱해질 때, 전체 감도 곡선을 평평하게 하고 검출 가능한 광 스펙트럼에서 동적 범위를 증가시키는 데 도움이 될 것이다. 다음의 논의에서, 액정 편광 간섭계들에 기초한 푸리에 변환 하이퍼스펙트럼 이미저들의 청색 감도를 감소시킬 수 있는 많은 요인이 상세히 설명된다. 또한, 스펙트럼에서 동적 범위를 유지하기 위해 불균일한 스펙트럼 감도를 보상하기 위한 메커니즘들이 설명된다.
일부 구현 예에서 낮은 청색 감도에 기여하는 하나의 요인은 이미지 센서의 응답성으로서, 이는 입사된 광 출력에 생성되는 광전류를 관련시키는 기능이다. 그것은 센서의 양자 효율뿐만 아니라 청색(단파장) 광자들이 적색 광자들보다 광자당 더 많은 에너지를 전달함에 따라, 단파장에서 입사된 출력 단위당 더 적은 광전류가 생성된다는 근본적인 사실을 고려한다. 이는 도 3 및 도 4의 그래프들에 도시되어 있으며, 이것들은 각각 예시적인 일 실시 예에 따른 이미지 센서의 양자 효율 및 근사 응답을 도시한다. 도 4에 보여진 바와 같이, 400 nm에서 신호들과 600 nm에서 신호들 사이의 응답성에 약 3배의 차이가 있다.
일부 구현 예에서 낮은 청색 감도에 기여하는 또 다른 요인은 파장과 스펙트럼 분해능 사이의 관계이다; 이용되는 간섭 측정 기술에 있어서, 스펙트럼 해상도는 모눈의 파장으로 스케일링된다. 따라서, 단위 파장당 균일한 광 출력을 갖는 스펙트럼에 있어서, 스펙트럼 대역당 측정되는 에너지는 모눈의 파장으로 스케일링될 것이며, 다시 검출 가능한 광학 스펙트럼에서 동적 범위를 감소시킨다.
가변 광학 지연기의 유효경(clear aperture)에 걸쳐 존재하는 임의의 경로 지연 오차가 장파장에 비해 단파장에서 두드러지는 위상 불균일(및 프린지 콘트라스트의 손실)을 초래할 것이다. 도 1 내지 도 4 그래프들에 도시된 파장 범위에 걸쳐, 프린지 콘트라스트의 이러한 차이는 50% 이상일 수 있다.
액정 편광 간섭계들을 기반으로 하는 하이퍼스펙트럼 이미징 시스템들의 경우(그리고 더 일반적으로 투과형 광학 소자들을 이용하는 하이퍼스펙트럼 이미징 시스템들의 경우), 액정 셀 기판(예를 들어, 유리) 투과율 및 편광체 기판 투과율은 물론 편광체들에 의해 제공되는 편광의 정도가 고려되어야 한다. 이러한 양들은 모두 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 단파장에서 감소된다. 도 5의 그래프들은 예시적인 실시 예에 따른 하이퍼스펙트럼 이미저용 편광 간섭계에 사용되는 단일 액정 셀의 광 투과율을 도시하며, 액정 물질을 포함하거나 포함하지 않는다. 이러한 셀은 종래의 소다 석회 유리로 만들어졌으므로, 투과 파장이 400 nm에 가까워짐에 따라 투과율은 약간 하락한다. 이러한 투과율의 저하는 충분한 최대 광 경로 지연을 갖는 액정 가변 지연기를 구축하는데 필요할 수 있는 다수의 액정 셀의 적층으로 인해 악화된다. 붕규산 유리 또는 용융 실리카 기판들을 사용하면 이 문제를 완화시키는데 도움이 될 수 있다. 액정(LC) 물질의 투과율은 공(empty) LC 셀의 투과율을 LC로 채워진 셀의 투과율과 비교함으로써 추론되었다; 이러한 측정의 경우, LC 투과율은 상대적으로 균일했다. 그러나, 상이한 기판 및 편광체 물질에 대한 균일한 스펙트럼 투과율에 관한 모든 고려 사항이 또한 LC 물질에도 적용된다. 도 6의 그래프는 두 개의 편광체 기판 유형 및 네 개의 편광체 유형의 투과율을 도시한다. 편광체 기판들 및 편광체의 유형들은 적색으로부터 청색 또는 검출 가능한 광학 스펙트럼에 걸쳐 균일한(또는 가능한 한 균일한) 투과율을 갖도록 선택될 수 있다.
도 7 내지 도 11에서, 다양한 그래프는 하이퍼스펙트럼 이미저 실시 예의 불균일한 감도에 기여하는 상이한 요인들의 혼합 효과, 그리고 이들 요인 중 일부가 처리될 때 일어나는 일을 도시한다. 도 7에서, 그래프는 액정 편광 간섭계(도 5 및 도 6에서와 같이 두 개의 충진된 액정 셀 및 두 개의 편광체를 가짐)를 통한 투과와 도 4의 이미지 센서의 반응의 조합 효과를 도시한다. 감도는 400 nm의 청색(자색)보다 600 nm의 적색에서 대략 14x 더 높다. 도 8의 그래프는 상이한 파장들에서의 인터페로그램 프린지 콘트라스트의 상대적인 변화 및 스펙트럼 분해능의 파장-제곱 의존성(및 그에 따른 단위 파장당 균일한 전력을 갖는 광원에 대한 감도)의 효과들과 도 7로부터의 그래프를 조합한다.
도 9의 그래프는 도 8의 그래프에서 액정 편광 간섭계의 불균일한 스펙트럼 투과의 효과를 제거한다. 이는 편광 간섭계 스펙트럼 투과율이 LC 물질, LC 셀 기판들 및 편광체들의 적절한 선택에 의해 평평해질 수 있다고 가정한다. 도 10의 그래프는 예시적인 실시 예에 따른 컬러 밸런싱 필터(또는 색 온도 천이 필터)의 스펙트럼 투과 프로필이다. 이 경우, 컬러 밸런싱 필터는 -200 mireds(미레드)의 색 온도 천이를 갖는다; 필터는 Hoya® Corporation이 제조한 LB-200 컬러 유리의 2.5 mm 두께의 슬래브를 포함한다. 도 11의 그래프는 도 10에 도시된 필터의 투과율을 곱한 후의 도 9의 하이퍼스펙트럼 이미저 감도를 도시한다.
따라서, 전술한 불균일한 스펙트럼 감도를 보상하기 위해, 장치(예를 들어, 하이퍼스펙트럼 이미저)는 편광체 효율 및 보상 필터 특성들을 갖는 하나 이상의 물질(예를 들어, 편광체들 및 LC 셀들에 대한 기판 물질)을 포함하여 적어도 청색과 적색 사이 파장에 대해 비교적 편평한 스펙트럼 반응을 일으킨다. 이를 행하는 바람직한 방법은 백열(예를 들어, 텅스텐-할로겐) 광원의 겉보기 색 온도를 증가시키는데 사용되는 종류의 색 온도 밸런싱 필터를 광학 경로에 도입하는 것이다. "mireds"의 상기한 필터의 색 온도 천이는 이하 식 (1)에 제시되며, 여기서 K 1 은 백열등 광원의 색 온도이고, K 2 는 필터를 통해 보았을 때 광원의 겉보기 색 온도이다. 적색에 비해 청색 감도를 증가시키기에 적합한 필터의 "mireds"를 특징 짓는 또 다른 방법은 이하 식 (2)에 제시되며, 여기서 T r 은 610 nm, 635 nm, 및 655 nm에 걸친 평균 필터 투과율 값(%), T b 는 405 nm, 435 nm, 및 465 nm에 걸친 평균 필터 투과율 값(%)이다.
Figure pat00001
(1)
Figure pat00002
(2)
도 12의 블록도는 예시적인 실시 예에 따른 이미징 시스템(1200) 및 장치를 도시한다. 시스템(1200)은 액정 편광 간섭계(1202)를 포함한다. 액정 편광 간섭계(1202)는 하나 이상의 액정 셀(1204a)에 인가되는(예를 들어, 셀 기판들(1204b) 상에 증착되는 전극들을 통해) 전압에 반응하여 가변 지체을 주는 액정 가변 지연기(1204)를 포함한다; 액정 셀들(1204a)은 도면에 나타내지 않은 추가 셀 기판들 및 전극들을 포함할 수 있다는 것에 유의하자). 액정 가변 지연기의 대향 측들 상에 제1 편광체 및 제2 편광체(1206, 1208)가 위치된다. 액정 편광 간섭계(1202)는 입력 광(1201)의 제1 편광과 제2 편광 사이에 광 경로 지연을 유발한다. 이미지 센서 (1210)는 액정 편광 간섭계(1202)를 통과하고 제2 편광체(1208)에서 간섭된 출력 광(1203)의 편광 성분들의 상대적인 경로 지연으로 형성되는 인터페로그램들(1211)를 감지한다. 액정 가변 지연기(1204)의 액정 셀(들) 및 두 개의 편광체(1206, 1208) 중 어느 하나는 용융 실리카 기판 및 / 또는 붕규산 기판으로 형성될 수 있다.
시스템 (1200)은 또한 이미지 센서 (1210)에 의해 감지되는 광을 필터링하는 컬러 필터(1212)를 포함한다. 컬러 필터(1212)는 적색 스펙트럼 영역보다 청색 스펙트럼 영역의 광을 더 많이 통과시키는 스펙트럼 투과율 특성을 갖는다. 컬러 필터(1212)는 예를 들어, 입력 광(1201)의 겉보기 색 온도를 증가시킴으로써, 예를 들어, 청색 스펙트럼 영역에서의 이미지 센서(1210)의 감도 저하를 보상할 수 있다.
이러한 예에서 컬러 필터 (1212)는 액정 편광 간섭계 (1202)와 이미지 센서 (1210) 사이에 위치한다. 컬러 필터 (1212)는 점선들(1213-1217)로 표시된 바와 같은, 시스템 (1200) 내의 다른 위치들에 위치될 수 있다. 컬러 필터(1212)는 흡수 필터 및 간섭 필터 중 하나를 포함할 수 있고, 동일한 또는 상이한 유형들의 다수의 필터(1212)가 사용될 수 있다. 컬러 필터(들)는 -20 내지 -400 mireds의 조합된 색 온도 천이를 가질 수 있고/거나, 인터페로그램들의 파장 의존성을 적색 및 청색 파장 대역들 사이의 1 % 내지 100 %의 상대적인 차이로 변경시키는 속성들을 가질 수 있다.
도 13의 흐름도는 예시적인 실시 예에 따른 방법의 흐름도를 도시한다. 방법은 액정 편광 간섭계를 통해 입력 광의 제1 편광과 제2 편광 사이에 광 경로 지연을 유발하는 단계(1300)를 수반한다. 액정 편광 간섭계는 액정 셀에 인가되는 전압에 반응하여 가변 지체을 주는 액정 가변 지연기를 포함하고, 액정 셀의 대향 측들 상의 제1 편광체 및 제2 편광체를 포함한다. 적색 스펙트럼 영역보다 청색 스펙트럼 영역의 광이 비례해서 더 많이 통과되도록 입력광 및 액정 편광 간섭계를 통과한 출력광 중 하나가 필터링된다(1301). 청색 광 진폭은 이러한 필터링(1301)으로 인해 적색 광 진폭보다 더 클 필요는 없으며(절대적인 의미에서), 단지 청색의 필터링된 상대적인 양이 적색의 필터링된 상대적인 양보다 적다. 인터페로그램들은 출력 광에 기초하여 형성된다(1302).
도 14의 블록도는 예시적인 실시 예에 따른 이미지 프로세싱을 수행하는 장치(1400)를 도시한다. 장치 (1400)는 중앙 처리 장치들, 서브 처리기들, 그래픽 처리 장치, 디지털 신호 처리기들 등과 같은 하나 이상의 처리기를 포함할 수 있는 장치 제어기(1402)를 포함한다. 제어기 (1402)는 이하에서 더 상세하게 설명될 기능 모듈들을 포함하는 메모리(1404)에 결합된다. 메모리 (1404)는 휘발성 및 비-휘발성 메모리의 조합을 포함할 수 있고, 해당 기술분야에 알려져 있는 바와 같이 명령들 및 데이터를 저장할 수 있다.
장치 (1400)는 장치 (1400) 외부로부터 광을 수신하는 외부 광 인터페이스 (1408)를 갖는 광학 섹션 (1406)을 포함한다. 외부 광학 인터페이스 (1408)는 장치 (1400) 외부로부터 내부 광학 구성요소들로 광 (1409)을 통과시키기에 적합한 창들, 렌즈들, 필터들, 개구들 등을 포함할 수 있다. 이러한 예에서, 외부 광학 인터페이스 (1408)는 외부 렌즈 (1410)에 결합된 것으로 도시되어 있다.
편광 간섭계 (1412)는 장치 (1400)의 광학 섹션 (1406)에 위치된다. 편광 간섭계 (1412)는 예를 들어, 전기적 신호 라인들을 통해, 제어기 (1402)에 결합된다. 제어기 (1402)는 편광 간섭계 (1412)에 신호들을 인가하여 간섭계 (1412)의 일부인 LCVR (1412a)에서 시변 광학 경로 지연 또는 지체를 유발한다. 이러한 시변 광 경로 지연은 광 (1409)의 상이한 편광들 사이에 천이를 유발하여, 출력 광 (1411)이 광 경로 지연의 함수에 따라 달라지는 인터페로그램들을 형성하게 한다. 인터페로그램들은 제어기 (1402)에 또한 결합되는 이미지 센서 (1414) (예를 들어, 센서 픽셀들의 배열, 초점면 배열)에 의해 검출된다. 이미지 센서 (1414)는 인터페로그램들에 기초하여 스틸 이미지들 및/또는 비디오 프레임들을 형성할 수 있다.
지체 제어기 (1418)는 장치 제어기 (1402)에 제어 신호를 LCVR (1412a)에 인가하여 시변 지체 궤적을 얻을 것을 지시한다. 이미지 프로세서 (1420)는 이미지 센서 (1414)에서 검출된 인터페로그램들과 함께 시변 경로 지연의 척도로서 이러한 지체 궤적을 사용한다. 각각의 검출된 인터페로그램은 LCVR(1412a)의 대응하는 위치에서 경로 지연의 함수로서 변환을 계산하고, 공간 분해된 스펙트럼 정보, 예를 들어, 하이퍼스펙트럼 데이터 큐브에서의 위치 결과의 함수로서 처리된 인터페로그램들과 함께 처리될 수 있다. 하이퍼스펙트럼 데이터 큐브는 스틸 이미지들 및 비디오 중 하나 또는 양자로서 제공될 수 있다.
광학 섹션(1406)은 입력 광(1409) 및 출력 광 중 하나 이상을 필터링하는 컬러 필터(1430)를 포함한다. 컬러 필터(1430)는 적색 스펙트럼 영역보다 청색 스펙트럼 영역의 광을 더 많이 통과시키는 스펙트럼 투과율 특성을 갖는다. 컬러 필터(1430)는 다른 것들 중에서도, 청색 스펙트럼 영역에서의 이미지 센서의 감도 저하를 보상한다. 컬러 필터(1430)는 흡수 필터 또는 간섭 필터를 포함할 수 있다. 컬러 필터 (1430)는 -20 내지 -400 mireds의 색 온도 천이를 갖는 것과 같이, 광원의 겉보기 색 온도를 증가시킨다. 컬러 필터(1430)는 장치의 스펙트럼 감도를 각각, 적색 및 청색 파장 대역들 사이의 1 % 내지 100 %의 상대적인 차이로 변경할 수 있다. 다른 실시 예들에서, 컬러 필터는 입력 광 (1409)이 통과하는 렌즈 (1410)와 같은 외부 광학 어셈블리에 포함될 수 있다.
액정 편광 간섭계들이 하이퍼 스펙트럼 이미징 시스템들 뿐만 아니라 스펙트럼 감지를 수행하는 다른 장치에도 사용될 수 있다고 한다면, 그러한 장치들에 그것들의 불균일한 스펙트럼 감도들을 보상하도록 조정된 광학 스펙트럼을 가진 광원을 포함시키는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 장치 (1400)는 외부 풍경을 조명하기 위해 장치 (1400) 외부로 지향되는 광원 (1440)을 포함할 수 있다. 그 다음, 광원 (1440)으로부터의 광은 외부 풍경에서 반사되어, 외부 풍경에 존재하는 반사 스펙트럼에 대한 정보를 통합하고, 입력 광 (1409)으로서 장치 (1400)에 들어간다. 따라서, 렌즈 (1410)는 광원(1440)에 의해 조명된 외부 풍경을 FPA (1414) 상에 투영시킨다. 본 실시 예들에서와 같이, 장치 (1400)의 감도가 적색 스펙트럼 범위보다 청색 스펙트럼 범위에서 더 낮으면, 광원 (1440)은 이를 보상하기 위해 적색 스펙트럼 범위보다 청색 스펙트럼 범위에서 더 높은 세기의 광을 포함할 수 있다. 이러한 광원(1440)은 개별적으로 조정되는 출력 세기들 및 중심 파장들을 갖는, 다수의 협대역 광원, 예를 들어, LED들을 포함할 수 있다. 또는, 그것은 크세논 아크 램프와 같은 높은 색 온도의 광원을 포함할 수 있다. 외부 풍경은 광원 (1440)으로부터의 광 및 주위 광의 조합을 통해 조명될 수 있다. 광원(1440)은 본 실시 예에서 사용된 필터 (1430)와 유사한 컬러 필터로 필터링되어 청색광 대 적색광의 비율을 증가시킬 수 있다.
장치 (1400)는 다수의 적용 예를 위해 구성될 수 있다. 예를 들어, 장치 (1400)는 이동 장치 (예를 들어, 휴대용 카메라, 이동 전화, 태블릿, 웨어러블 장치) 및/또는 이동 장치용 부속품으로 구성될 수 있다. 일반적으로, 모바일 장치는 모바일 전원 공급 장치(예를 들어, 배터리들, 연료 전지들, 태양 전지들)을 포함 할 수 있고, 사용자에 의해 운반되기에 적합한 크기 및 중량을 가질 수 있다. 이동 장치는 여전히 제어기(1402)가 데이터 인터페이스(1422)를 통해 외부 컴퓨터(1424)로 미처리 또는 처리된 데이터를 전송하도록 구성될 수 있지만, 내부적으로 이미징 처리를 수행할 수 있도록 구성될 수 있다. 데이터 인터페이스 (1422)는 무선 인터페이스, 예를 들어, 와이파이, 블루투스 등을 포함할 수 있다.
상술한 다양한 실시예는 특정 결과들을 제공하기 위해 상호 작용하는 회로, 펌웨어 및/또는 소프트웨어 모듈들을 사용하여 구현될 수 있다. 관련 기술분야의 통상의 기술자는 해당 기술분야에 일반적으로 알려져 있는 지식을 사용하여, 모듈화된 레벨 또는 전체로서, 상술한 기능을 용이하게 구현할 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 도시된 흐름도들 및 제어도들은 프로세서에 의한 실행을 위해 컴퓨터 판독 가능한 명령들/코드를 생성하는데 사용될 수 있다. 그러한 명령들은 비-일시적 컴퓨터 판독 가능한 매체에 저장될 수 있고 해당 기술분야에 알려져 있는 실행을 위해 프로세서로 전송될 수 있다. 상기에서 제시된 구조들 및 절차들은 전술한 기능들을 제공하는데 사용될 수 있는 실시 예들의 대표적인 예일 뿐이다.
다르게 표시되지 않는 한, 명세서 및 청구범위에서 사용된 특징부의 크기, 양 및 물리적 속성을 표현하는 모든 숫자는 모든 사례에서 "약"이라는 용어에 의해 변경되는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 반대로 표시되지 않는 한, 앞에서의 명세서 및 첨부된 청구범위에 세지된 수치 파라미터들은 본원에 개시된 교시 내용을 이용하여 해당 기술분야의 통상의 기술자들이 얻고자하는 원하는 속성들에 따라 달라질 수 있는 근사치들이다. 종점들에 의한 수치 범위들의 사용은 해당 범위 내의 임의의 범위와 해당 범위 내의 모든 숫자를 포함한다(예를 들어, 1 내지 5는 1, 1.5, 2, 2.75, 3, 3.80, 4 및 5를 포함한다).

Claims (10)

  1. 장치로서,
    입력 광의 제1 편광과 제2 편광 사이에 광 경로 지연을 유발하는 액정 편광 간섭계로서:
    상기 액정 셀에 인가되는 전압에 반응하여 가변 지체를 주는 액정 가변 지연기; 및
    상기 액정 셀의 대향 측들 상의 제1 편광체 및 제2 편광체를 포함하는, 상기 액정 편광 간섭계;
    상기 액정 편광 간섭계를 통과한 출력 광에 기초하여 인터페로그램들(interferograms)을 감지하는 이미지 센서; 및
    상기 입력 광 및 상기 출력 광 중 하나를 필터링하는 컬러 필터로서, 적색 스펙트럼 영역보다 청색 스펙트럼 영역의 광을 더 많이 통과시키는 스펙트럼 투과율 특성을 갖는, 상기 칼라 필터를 포함하는, 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 컬러 필터는 상기 청색 스펙트럼 영역에서의 상기 이미지 센서의 감도 저하를 보상하는, 장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 이미지 센서는 상기 인터페로그램들로부터 비디오 프레임들을 형성하는, 장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 컬러 필터는 흡수 필터를 포함하는, 장치.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 컬러 필터는 간섭 필터를 포함하는, 장치.
  6. 방법으로서,
    액정 편광 간섭계를 통해 입력 광의 제1 편광과 제2 편광 사이에 광 경로 지연을 유발하는 단계로서, 상기 액정 편광 간섭계는 액정 셀에 인가되는 전압에 반응하여 가변 지체를 주는 액정 가변 지연기 및 상기 액정 셀의 대향 측들 상의 제1 편광체 및 제2 편광체를 포함하는, 상기 광 경로 지연을 유발하는 단계;
    적색 스펙트럼 영역보다 청색 스펙트럼 영역의 광이 비례해서 더 많이 통과되도록 상기 입력광 및 상기 액정 편광 간섭계를 통과한 출력광 중 하나를 필터링하는 단계; 및
    상기 출력 광에 기초하여 인터페로그램들을 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 필터링하는 단계는 상기 청색 스펙트럼 영역에서 이미지 센서의 감도 저하를 보상하며, 상기 이미지 센서는 상기 인터페로그램들을 감지하는, 방법.
  8. 청구항 6에 있어서, 상기 필터링하는 단계는 상기 입력 광의 겉보기 색 온도를 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
  9. 하이퍼스펙트럼 이미징 시스템으로서,
    입력 광의 제1 편광과 제2 편광 사이에 광 경로 지연을 유발하는 액정 편광 간섭계로서:
    상기 액정 셀에 인가되는 전압에 반응하여 가변 지체를 주는 액정 가변 지연기; 및
    상기 액정 셀의 대향 측들 상의 제1 편광체 및 제2 편광체를 포함하는, 상기 액정 편광 간섭계;
    상기 액정 편광 간섭계를 통과한 출력 광에 기초하여 인터페로그램들을 감지하는 이미지 센서로서, 상기 인터페로그램들은 이미지 프레임들을 생성하기 위해 사용되는 것인, 상기 이미지 센서;
    상기 입력 광 및 상기 출력 광 중 하나를 필터링하는 컬러 필터로서, 적색 스펙트럼 영역보다 청색 스펙트럼 영역의 광을 더 많이 통과시키는 스펙트럼 투과율 특성을 갖는, 상기 컬러 필터; 및
    상기 액정 가변 지연기 및 상기 이미지 센서에 결합되는 제어기로서, 상기 액정 가변 지연기의 상기 가변 지체를 제어하도록 그리고 상기 이미지 프레임들을 공간 분해 스펙트럼 데이터로 변환하도록 구성되는, 상기 제어기를 포함하는, 하이퍼스펙트럼 이미징 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 컬러 필터는 흡수 필터 및 간섭 필터 중 하나를 포함하는, 하이퍼스펙트럼 이미징 시스템.
KR1020180160566A 2017-12-29 2018-12-13 액정 편광 간섭계와 함께 사용되는 컬러 필터 KR102489190B1 (ko)

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