以串聯型-扭曲向列型液晶為基礎 製作偏振相機系統

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曹維倫(Wei-Lun Cao) 查詢紙本館藏

畢業系所

光電科學與工程學系

論文名稱

以串聯型-扭曲向列型液晶為基礎製作偏振相機系統
(Inexpensive Tandem-2ϕ-TNLC based polarization camera system)

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摘要(中)

本研究藉由模擬及檢測分析來製作出液晶偏振旋轉器(Tandem-2ϕ-TNLC)，此液晶偏振旋轉器理想上能使入射光的偏振角度旋轉到期待的偏振角度上並且偏振態維持不變。
接著以兩組偏振旋轉器(Tandem-90˚-TNLC及Tandem-45˚-TNLC)外加一片線性偏振片製作出偏振相機所需之電控偏振光學系統，以手機之聲源訊號驅動並切換液晶偏振旋轉器的四種偏振操作狀態，並以手機上的相機透過此電控偏振光學系統，依序紀錄四張偏振照片，進而以四張偏振照片計算得到偏振影像之偏振角度與偏振度資訊。

摘要(英)

In this study, a liquid crystal polarization rotator (Tandem-2ϕ-TNLC) was produced by simulation and detection analysis, this liquid crystal polarization rotator can rotate the polarization angle of the incident light to the desired polarization angle and maintain the polarization state unchanged.
Then two sets of polarization rotators (Tandem-90˚-TNLC and Tandem-45˚-TNLC) plus a linear polarizer are used to make the electronically controlled polarization optical system required by the polarization camera, which is drive and switch the four polarization operating states of the liquid crystal polarization rotator with the sound source signal of the mobile phone, and use the camera on the mobile phone to record the four polarization photos in sequence through the electronically controlled polarization optical system, Furthermore, four polarization photos are used to calculate the polarization angle and polarization degree information of the polarization image.

關鍵字(中)

★ 偏振
★ 扭曲向列型液晶
★ 偏振旋轉器
★ 偏振相機

關鍵字(英)

★ Polarization
★ Twisted nematic liquid crystal
★ Polarization rotator
★ Polarization camera

論文目次

中文摘要 ................. V
Abstract ................. VI
致謝 ...................... VII
目錄 ..................... VIII
圖目錄 ..................... X
表目錄 .................. XV
第一章緒論 ............. 1
1-1 前言 ........... 1
1-2 研究動機 ....... 9
第二章理論背景 ...... 10
2-1 斯托克斯參數(Stokes parameter) ................... 10
2-2 偏振旋轉器 ..................................... 13
2-2-1 扭曲向列型液晶原理 ........................ 14
2-2-2 串聯型-扭曲向列型液晶原理(Tandem-2ϕ-TNLC) ............ 17
第三章模擬分析 .................. 20
3-1 TNLC的漏光分析 ................... 20
3-2 理想Tandem-2ϕ-TNLC的漏光分析 ..................... 24
3-3 Tandem-2ϕ-TNLC製作與組裝誤差分析 ........................ 29
3-3-1 Tandem-2ϕ-TNLC的配向角度誤差造成之漏光分析 .............. 29
3-3-2 Tandem-2ϕ-TNLC的組裝角度誤差造成之漏光分析 .............. 32
3-3-3 Tandem-2ϕ-TNLC的Cell gap誤差造成之漏光分析 ........... 34
3-3-4 Tandem-2ϕ-TNLC製作與組裝誤差分析小結 .............. 37
第四章 Tandem-2ϕ–TNLC的製程與檢....................... 38
4-1 TNLC的製程及材料介紹 .......................... 38
4-1-1 材料介紹 ............................... 38
4-1-2 製作流程 ............................ 40
4-2 Tandem-2ϕ–TNLC的檢測 ........................ 46
4-2-1 Tandem-2ϕ–TNLC的漏光檢測 .................. 46
4-2-2 漏光隨電壓變化的量測 ..................... 48
4-2-3 Tandem-2ϕ-TNLC的視角檢測 ................... 50
4-2-4 Tandem-2ϕ-TNLC的檢測分析小結 ............. 53
第五章 Tandem-2ϕ-TNLC為基礎的偏振相機 ................ 54
5-1 Tandem-2ϕ-TNLC規格及介面設計 ............... 56
5-1-1 Tandem-2ϕ-TNLC規格 .............. 56
5-1-2 Tandem-2ϕ-TNLC介面設計 ............ 56
5-2音頻訊號放大次系統 ................ 58
5-2-1 音頻電壓放大電路設計 ................... 58
5-2-2 藍牙音頻接收模組訊號放大電路系統 ................. 60
5-3偏振相機程式(Polarization Camera App) ............. 63
5-3-1 相機程式 .......................... 64
5-3-2 聲道音頻輸出程式 ........................... 64
5-3-3 偏振影像運算 ............................. 65
第六章偏振相機系統組裝與偏振影像之系統測試 .................. 66
6-1 殼架(Housing)設計與組裝 ..................... 66
6-2 偏振相機系統的測試 ........................ 69
6-2-1 偏振影像 ......................... 69
6-2-2 偏振影像可用範圍的測試與判定 ................. 73
第七章結論 ......................... 78
參考資料 ............................ 79
附錄 ............................ 80

參考文獻

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2. Gang L. Liu, Y.L., et al., "Polarization-Based Optical Imaging and Processing Techniques with Application to the Cancer Diagnostics," SPIE, 2002. 4617.
3. Yaroslavsky, A.N., et al., "Dual-Wavelength Optical Polarization Imaging for Detecting Skin Cancer Margins. J Invest Dermatol," 2020. 140(10): p. 1994-2000 e1.
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5. Beyond Conventional Imaging:Sony′s polarized sensor. https://thinklucid.com/tech-briefs/polarization-explained-sony-polarized-sensor/.
6. Prutchi, D., DOLPi - RasPi Polarization Camera. "https://hackaday.io/project/6958-dolpi-raspi-polarizationcamera/details," 2015.
7. Garcia, M., et al., "Bioinspired polarization imager with high dynamic range. Optica," 2018. 5(10).
8. Wolff, L.B., "Polarization vision. Image and Vision Computing," 1997. 15: p. 13.
9. Chung, T.Y., et al., "Achromatic linear polarization rotators by tandem twisted nematic liquid crystal cells," Sci Rep, 2018. 8(1): p. 13691.
10. Bobach, S., et al., "Measuring the Stokes polarization parameters. Rev Sci Instrum," 2017. 88(3): p. 036101.
11. Deng-Ke Yang and S.-T. Wu, "Fundamentals of LIQUID CRYSTAL DEVICES," 2006: p. 87.
12. 李家豪, "利用雙扭轉向列型液晶製作可電光調控之線性偏振光液晶光圈. 國立中央大學," 2018: p. 10.
13. 黃濟棠, "電控及光控膽固醇液晶光閥特性與結構之研究. 國立中央大學," 2019.
14. 曾奕森, "熱處理溫度對浸漬法製備氧化銦錫薄膜之影響. 國立交通大學," 2006: p. 7.

指導教授

鍾德元(Te-Yuan Chung)

審核日期

2021-6-21

推文