可调波长滤光器结构的制作方法

1.本实用新型是关于一种可调波长滤光器结构，尤指一种非动件、低成本的分光仪结构，能使用在高光谱仪取像及微型相机模块系统中，提供多波段摄像图像的摄像系统上。


背景技术：

2.可调波长滤光器结构，能使用在高光谱仪取像及微型相机模块系统中，将入射影像予以分光、过滤之后，再传入镜头内的芯片及基板处进行图元的调整，得到清晰的影像；其基本结构大致如图4所示，该现有的可调波长滤光器30，设有可移动位置且呈相对设置的两个反射镜片31,32，该两个反射镜片31,32的相对侧形成为高反射镜面311,321，当输入图像m3射入该可调波长滤光器30内时，能控制该两个反射镜片31,32之间的距离d，并经过多次的反射，可以达成高精细的光谱过滤，形成过滤波长m4再供摄像系统40接收，可使用在掌上型微型高光谱相机上，此技术亦可实施在高光谱仪取像，生成一系列光波段的图案，通过测量目标物的反射光谱来分析作物的生长状况；但此种结构，需要较大的调整空间，因此所需的体积较大，且需要精准移动两个反射镜片31,32的结构较为复杂，因此制造成本居高不下，是其主要的缺点。
3.另一种可调波长滤光器结构，是采用微机电致动器(mems actuator)及压电致动器(pzt actuator)来达成可调滤波器结构，可是虽然体积已能缩小，但是需要更多的机电构件来达成，且需要较高的精度及组装技术，不但加工技术很高，需要较高等的机具来完成，故具有更高的成本要求，是此类微机电式设计的主要缺点。


技术实现要素：

4.本实用新型的主要目的，有鉴于现有以通过静电力或压电致动器调整两个反射镜片之间的距离来选择穿透波长；但上述构件的方式，不仅工序复杂，同时尺寸不易缩小，故本实用新型特别提出一款利用两个反射镜片之间的可变光波带通滤波器原理架构下，将液晶(liquid crystal)灌入两个反射镜之间，通过电场控制改变其间的液晶角度；既折射率(光程)，达到特定滤波功能，目的是结合现有微型相机模块系统以最简洁架构为高光谱成像提供了一种非动件、低成本、操作容易的解决方案。
5.为达到上述的目的，本实用新型是可以用下列的方式来达成的：
6.设一可调波长滤光器结构，其本体至少包含有：一第一侧透明基板，在该第一侧透明基板的外侧表面设有第一透明电极层，并在其内侧表面分别设有第一反射镀膜及刷磨第一配向层；一第二侧透明基板，在该第二侧透明基板内侧表面分别设有第二反射镀膜、第二透明电极层，并再向内刷磨第二配向层；一环状封合件，环设于第一侧透明基板及第二侧透明基板间的周围，并使该第一侧透明基板、第二侧透明基板、环状封合件之间形成有中腔室，并在该中腔室内部充填有液晶；以此，将该第一透明电极层及该第二透明电极层通以电压，而使该液晶分子与该第一配向层及该第二配向层转向，达到调整入射光线的折射率为特征。
7.在本实用新型一实施例中，其中，该第一透明电极层及该第一反射镀膜以蒸镀方式设于第一侧透明基板上。
8.在本实用新型一实施例中，其中，该第二透明电极层及该第二反射镀膜以蒸镀方式设于第二侧透明基板上。
9.在本实用新型一实施例中，其中，该环状封合件由球状间隔物，以框胶相互粘合堆砌而成。
10.在本实用新型一实施例中，其中，该环状封合件由柱状间隔物，以框胶相互粘合堆砌而成。
11.在本实用新型一实施例中，其中，该第一侧透明基板的第一透明电极层的外侧面上，再至少设有一偏光片。
附图说明
12.图1为本实用新型主要结构示意图。
13.图2a为本实用新型应用在掌上型微型高光谱相机示意图1。
14.图2b为本实用新型应用在掌上型微型高光谱相机示意图2。
15.图3为本实用新型结构在使用时的光线动态简略说明示意图。
16.图4为现有可调波长滤光器结构示意图。
17.附图标记说明：10-本体；11-第一侧透明基板；112-第一反射镀膜；114-第一透明电极层；116-第一配向层；12-第二侧透明基板；122-第二反射镀膜；124-第二透明电极层；126-第二配向层；13-环状封合件；131-胶水；132-间隔物；14-液晶；15-偏光片；16-中腔室；20-摄像系统；21-光学基板；22-芯片；23-镜筒组件；30-可调波长滤光器；31-反射镜片；32-反射镜片；40-摄像系统；d-距离；m1-入射光线；m2,m2
’‑
穿透光；m3-输入图像；m4-过滤波长；n
lc-折射系数；θ-入射角；vpp-电压。
具体实施方式
18.本实用新型所揭示的可调波长滤光器结构，请参看图1所示，其本体10至少包含有：
19.一第一侧透明基板11，在该第一侧透明基板11的外侧表面蒸镀有第一透明电极层114，并在其内侧表面分别蒸镀第一反射镀膜112及刷磨(rubbing)第一配向层116；且该第一反射镀膜112为高反射率镀膜。
20.一第二侧透明基板12，在该第二侧透明基板12内侧表面分别蒸镀第二反射镀膜122、第二透明电极层124，并再向内刷磨第二配向层126；且该第二反射镀膜122为高反射率镀膜。
21.一环状封合件13，环设于第一侧透明基板11及第二侧透明基板12间的周围，并使该第一侧透明基板11、第二侧透明基板12、环状封合件13之间形成有中腔室16，该中腔室16内部充填有液晶14。
22.该环状封合件13的其中一实施例，由多个球状,或柱状间隔物(spacer)132，以胶水131相互粘合堆砌而成适合的高度，并将第一侧透明基板11及第二侧透明基板12之间封合而形成中腔室16。
23.一偏光片15(即polarizer)设于第一侧透明基板11的第一透明电极层114的外侧面，其目的是仅让设定条件下的入射光通过。
24.本实用新型在上述的结构中，该中腔室16内的液晶14，在无外加电压时，该液晶14的折射率呈现为ne(extraordinary ray，e－ray)。若当外加电压到第一透明电极层114及第二透明电极层124而达到临界电压(threshold voltage)时，该液晶14分子原本与第一配向层116及第二配向层126平行会开始转向，直到到达饱和电压(saturation voltage)后因液晶分子朝电场方向排列，使得对应于此电场方向的入射光束而言，此时该液晶14的折射率为no(ordinary ray，o－ray)。因此，在临界电压与饱和电压之间，该液晶14折射率呈现的是可经调控的连续变化。以下关系式说明液晶折射率变化(n
eff
)与液晶14的分子受外加电压产生转向角度之间的关系。
[0025][0026]
其中θ为液晶14的分子受外加电压作用下的分子旋转角度(相对于无电压时的角度)。随着在该第一透明电极层114及第二透明电极层124上施加电压逐渐增加，液晶14的折射率n
eff
将从ne变为no。
[0027]
请参看图2a所示，本实用新型在使用上的其中一实施例，为设于摄像系统20上，该摄像系统20具有影像基板21、影像感测芯片22、镜筒组件23等构件，而本实用新型本体10即设于该镜筒组件23的前方，即可实现掌上型微型高谱相机的拍摄，在实施上更为轻薄短小，且使用十分便利。
[0028]
请参看图2b所示，本实用新型本体10亦可放置于该镜筒组件23的稍后方,在影像感测芯片的前方,避免入射光角度过大造成色偏的问题。
[0029]
本实用新型在使用时，如图4并对照图1结构所示，本实用新型的第一侧透明基板11及第二侧透明基板12之间采用非动件的方式(即距离d为固定),而在第一侧透明基板11及第二侧透明基板12之间注入液晶14,通过液晶14旋转的角度改变折射系数n
lc
来改变光程,以替代现有的机械动件，更具有优越性。在此说明本实用新型经入射光束m1以入射角θ入射，则该入射光线m1在第一反射镀膜112及第二反射镀膜122之间经多次反射和透射，不同光程的穿透光m2,m2’会发生振幅干涉；而改变第一透明电极层114及第二透明电极层124之间的电压vpp会改变液晶14分子角度，从而改变液晶14的折射系数n
lc
；因此本实用新型在应用上可用来筛选入射光波长；也就是说通过改变液晶14的折射系数n
lc
，可使用在高光谱仪取像及微型相机模块系统中是十分恰当的。
[0030]
由于本实用新型以在第一侧透明基板及第二侧透明基板之间注入液晶，再通过控制液晶层之间的电场以改变液晶折射系数，并由此来改变光程距离；此一设计不但能节省成本，而且不占空间，制程及操作亦更为简单，为本实用新型的特色。
[0031]
以上所述的方法，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用以限定本实用新型的使用模式；故当熟习此技艺所作出等效或轻易的变化，在不脱离本实用新型的精神与范围下所作的均等变化与修饰，例如：使用本实用新型的特征，但使用不同的液晶材质，或形状及位置的略微改变、反射涂层的材料略有改变，但实际仍使用本实用新型的结构特征所在时，皆应涵盖于本实用新型的范围内。