Товар добавлен в корзину
Перейти в корзину
Разработка и поставка лазерно-оптических компонентов и оборудования.
Резидент Технопарка ИТМО
+7 (812) 612-99-82
Санкт-Петербург
+7 (964) 442-90-01
Новосибирск
+7 (964) 442-90-01
Владивосток
8 (800) 551-57-49
Звонок бесплатный по РФ
Перезвоните мне
Оставьте заявку
Ru En
0
Каталог
Применение оптических компонентов

Пространственные модуляторы света на основе LCD и LCOS

Описание
Компоненты

Что такое жидкий кристалл?

За время, прошедшее с тех пор, как в 1888 году австрийский ботаник Фридрих Рейнитцер обнаружил, что некоторые материалы имеют среднюю фазу между твердым телом и жидкостью, жидкие кристаллы (ЖК), как их назвали позже, нашли широкий спектр применения от фундаментальных научных исследований до бытовой электроники.

На рисунке 1 показана структура ЖК-устройства. Молекулы ЖК имеют вытянутую стержнеобразную форму и положение каждой из них является случайным без приложенного электрического поля. Молекулы обладают диэлектрической анизотропией и при приложении поля, переориентируются в пространстве таким образом, что их длинная ось, становится параллельной направлению силовых линий электрического поля. Сегодня это свойство ЖК используется, в том числе, для управления светом, что находит применение в формировании изображений, голографии, ЖК-проекторах и дисплеях.

Структура ЖК устройства.png

Рисунок 1. Структура ЖК устройства 


Что такое пространственный модулятор света?

Пространственный модулятор света (Spatial Light Modulator - SLM) - это общий термин, описывающий устройства, которые используются для модуляции амплитуды, фазы или поляризации световых волн в пространстве и времени. SLM-системы основаны на прозрачных или отражающих ЖК-микродисплеях. Оптическая функция или информация, которая должна отображаться, может быть взята напрямую из программного обеспечения или источника изображения и передана через компьютерный интерфейс непосредственно на микродисплей SLMа. Такие устройства позволяют управлять двумерным световым сигналом для получения изображения голограммы, отклонения луча и формирования произвольной формы пучка.

Системы пространственного модулятора света SLM могут быть основаны на пропускающих (LCD - Liquid Crystal Display) или отражающих (LCOS - Liquid Crystal on Silicon) жидкокристаллических микродисплеях.


Пространственный модулятор света на основе LCD

LCD (Liquid Crystal Display - жидкокристаллический дисплей) существует уже несколько десятилетий в различных формах. Эти дисплеи состоят из двух частей — задней панели, которая обеспечивает соединения и электроды для каждого пикселя, и передней панели — самой жидкокристаллической ячейки.

Основной механизм основан на способности ЖК изменять поляризацию света в зависимости от приложенного напряжения. Это означает, что, например, свет с горизонтальной поляризацией может проходить через жидкий кристалл и выходить с вертикальной поляризацией. Эту ячейку можно использовать вместе с поляризаторами для создания эффекта отображения.

Lcd-displej LLS.jpg

Рисунок 2. Пример устройства LCD

* Thin Film Transistor (TFT) – это система производства жидкокристаллических дисплеев, в основе которой лежит активная матрица из тонкопленочных транзисторов.


Пространственный модулятор света на основе LCOS

LCOS (Liquid Crystal on Silicon — жидкие кристаллы на кремнии) - это технология отражающих микродисплеев, основанная на кремниевой объединительной плате (рисунок 3). Используя стандартные процессы CMOS, можно реализовать микродисплеи с очень маленькими пикселями, высоким коэффициентом заполнения (апертурой пикселей) и низкими затратами на изготовление.

Микродисплеи LCOS обычно имеют срок службы >20000 часов при рабочих температурах от +10 °C до +70 °C для видимого диапазона волн (420-700 нм).  Микродисплеи могут быть монохромные или цветные. Для цветного проецирования одной панели дисплей с последовательным цветовым полем (CFS) обращается к трём монохроматическим изображениям, соответствующим основным цветам (RGB) в повторяющейся последовательности, и освещается срабатывающим источником света.

Такие устройства выгодно отличаются своими параметрами и характеристиками, обладают повышенной надежностью и приемлемой стоимостью.

LCOS_microdisplay_assembly-LLS.png

Primer-ustroystva-LCOS_1_.png

Рисунок 3. Пример устройства LCOS


Характеристики LCOS (схема фазовой модуляции) на примере устройств от Santec

1. Фазовый сдвиг (φ)

Доступен максимальный фазовый сдвиг 2π рад на длине волны 1550 нм. На рисунке 4 показаны характеристики фазы в π рад (а) и 2π рад (б) в пользовательских настройках. Пользователи могут выбрать режим π rad или режим фазового сдвига 2π rad, регулируя параметры привода. Устройство LCOS высокого разрешения от компании Santec  демонстрирует превосходную линейность фазы без опции LUT (look-up-table) на плате драйвера. LUT также доступен как опция.

Характеристики фазового сдвига в (а) π рад, (б) 2π рад..png

Рисунок 4. Характеристики фазового сдвига в (а) π рад, (б) 2π рад.

2. Время отклика (τ)

Устройства LCOS от Santec демонстрируют типичное время спада τ=236 мс (90% - 10%), рисунок 5.

Характеристики отклика устройства LCOS.png

Рисунок 5. Характеристики отклика устройства LCOS


3. Фазовая стабильность (фликкер-шум)

Как правило, в устройстве LCOS генерируется фазовый шум. Этот шум называется фликкер-шумом. На рисунке 6 показан пример сравнения фазовой стабильности разных устройств. Устройство LCOS от Santec разработано для минимизации шума мерцания как можно меньше для оптоволоконных и прецизионных приложений. Оно имеет отличную фазовую стабильность на 0.002 дБ, как показано на рисунке 5 (красная линия).

Сравнение фазовой стабильности между устройством Santec (красная линия).png

Рисунок 6. Сравнение фазовой стабильности между устройством Santec (красная линия) и устройством другого производителя (синяя линия).


Вариант применения: 3D автоматическая оптическая инспекция (AOI)

Устройства на жидких кристаллах на кремнии (LCoS) можно использовать в качестве пространственного модулятора света для облегчения трехмерной автоматизированной оптической инспекции (3D AOI)

Автоматическая оптическая инспекция (Automated optical inspection - AOI) — это автоматизированный визуальный контроль изготовления печатных плат (printed circuit board - PCB)  (или ЖК-дисплеев, транзисторов), при котором камера автономно сканирует тестируемое устройство, например, на наличие отсутствующих компонентов или дефектов качества. Метод широко используется в производственном процессе, потому что он является бесконтактным методом испытаний. AOI реализуется на многих этапах производственного процесса, включая проверку плат без покрытия, проверку паяльной пасты (solder paste inspection - SPI), предварительную и последующую пайку оплавлением и т.д.

Получение, анализ и обработка изображений являются основными функциями систем 3D AOI. Получение изображения включает в себя чтение изображения, представление данных изображения и оцифровку. Обработка изображения — это модификация и подготовка значений пикселей цифрового изображения для получения более подходящей формы для последующих операций. На рисунке 7 показана типичная оптическая структура системы машинного зрения. Обычно для системы AOI используется конструкция проекции с четырьмя углами, чтобы свести к минимуму область тени.

Типичная оптическая структура системы машинного зрения.png


Рисунок 7.  Типичная оптическая структура системы машинного зрения. Оптическая система, использует контроллер света, состоящий из пространственного  модулятора света на основе LCOS.

Системы 3D AOI используются для повышения производительности промышленного контроля, где точность и эффективность могут быть улучшены за счёт более полной автоматизации процесса контроля. Благодаря маленькому шагу пикселя и высокому коэффициенту заполнения устройства LCoS предназначены для самых разных применений, начиная от фазовой модуляции, дифракционных оптических элементов до других применений «структурированного света».

Фазовые и амплитудные SLM

Фазовые и амплитудные SLM

Компания Santec разрабатывает и изготавливает ЖК-устройства. Это одна из её своих основных технологий для передовых оптических устройств и систем. ЖК устройства Santec характеризуются широким углом обзора, высоким коэффициентом контрастности и высокой надёжностью, что достигается благодаря использованию вертикально ориентированного нематического (VAN - vertical aligned nematic) режима и выравнивающего слоя неорганического ЖК.

Компания Jasper Display Corp. является ведущим разработчиком SLM (пространственных модуляторов света). Она также успешно разработала и выпустила на рынок несколько новых высокоскоростных Full HD (FHD) микродисплеев и контроллеров, сформировав линейку новых продуктов LCoS для поддерживающих цветные микродисплеи, работающие с разрешением FHD и обеспечивающих высокую частоту кадров. Компания предлагает фазовые и амплитудные модуляторы света, а также образовательные наборы.



Пространственный модулятор света SLM-250.png

Пространственный модулятор света SLM-250

Тип:

 фазовый

Диапазон длин волн:

365 - 550 нм

Частота драйвера LCOS:

1200 Гц

Фазовый модулятор серии 4K SRK - JDN124W.png

Фазовый модулятор серии 4K SRK - JDN124W

Тип:

 фазовый

Диапазон длин волн:

1530-1565 нм

Частота кадров на входе:

30 Гц

Пространственный модулятор света ARK – JD7715.png

Пространственный модулятор света ARK – JD7715

Тип:

 амплитудный

Диапазон длин волн:

 430 ~ 750 нм

Частота кадров на входе:

30 Гц


Связаться с инженером Бесплатный звонок