一種寬照度全色成像探測芯片的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種寬照度全色成像探測芯片，包括面陣電控雙模平面液晶微透鏡、面陣全色探測器和驅(qū)控預(yù)處理模塊；面陣全色探測器被劃分成多個陣列分布的子面陣全色探測器，每個子面陣全色探測器包括數(shù)量和排布方式相同的多個陣列分布的光敏元；面陣電控雙模平面液晶微透鏡與面陣全色探測器匹配耦合，包括多個陣列分布的單元電控雙模平面液晶微透鏡，每單元電控雙模平面液晶微透鏡與一個子面陣全色探測器對應(yīng)；面陣電控雙模平面液晶微透鏡基于入射光的強(qiáng)度，對其進(jìn)行定向匯聚、發(fā)散或維持光束的空間傳輸形態(tài)。本實(shí)用新型的探測芯片可實(shí)現(xiàn)寬照度范圍內(nèi)的全色圖像信息獲取，測量精度高，目標(biāo)和環(huán)境適應(yīng)性好，易與常規(guī)光學(xué)系統(tǒng)耦合。
【專利說明】一種寬照度全色成像探測芯片
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于成像探測【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種寬照度全色成像探測芯片。
【背景技術(shù)】
[0002]迄今為止，基于面陣焦平面光敏架構(gòu)的全色成像裝置已進(jìn)入家庭，并在工農(nóng)業(yè)生長、教學(xué)、科研和國防等領(lǐng)域，成為基礎(chǔ)性的圖像信息獲取手段。對核心性的光敏陣列而言，能否不斷提升應(yīng)對復(fù)雜背景環(huán)境中的強(qiáng)光和弱光目標(biāo)這一能力，已成為推動陣列化光敏器件持續(xù)快速發(fā)展的一個重要源動力。迄今為止，人們通過持續(xù)不斷地研發(fā)陣列規(guī)模越來越大的光敏芯片，提高光敏材料的光電靈敏度，降低光敏結(jié)構(gòu)噪聲并發(fā)展專用圖像信息處理算法等，增強(qiáng)成像探測效能以及目標(biāo)和環(huán)境適應(yīng)能力。另一方面，通過給面陣光敏器件配置微納光學(xué)結(jié)構(gòu)來提升成像探測性能指標(biāo)并進(jìn)一步擴(kuò)展功能，如典型的集成有MEMS、折射或衍射微透鏡、光子晶體、微納光學(xué)天線等的光敏組件，以及耦合了無移動部件的電控、磁控、光控、聲控或熱控光學(xué)功能的成像探測架構(gòu)等。近期發(fā)展目標(biāo)是:(一)采用級聯(lián)或多元系光敏材料來拓寬光敏陣列的光輻照適用范圍；(二)通過微納光學(xué)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)微/納秒級時間常數(shù)的通光能流調(diào)控；(三)發(fā)展隨環(huán)境或目標(biāo)輻射情況，對投射到光敏芯片表面的能流壓縮場其光功率分布進(jìn)行調(diào)變，從增大和減小可探測的光強(qiáng)分布這兩個相反方向上作有效延拓，實(shí)現(xiàn)基于光電轉(zhuǎn)換的壓縮光場其空間再分布情形下的成像探測效能增強(qiáng)。
[0003]一般而言，基于面陣焦平面光敏結(jié)構(gòu)捕捉目標(biāo)的圖像信息，主要針對光敏陣列通過成像光學(xué)系統(tǒng)映射劃分的、特定物距處的目標(biāo)其網(wǎng)格狀平面架構(gòu)的出射光場，該物距由光學(xué)系統(tǒng)的焦距界定。每一個平面目標(biāo)網(wǎng)格與面陣焦平面結(jié)構(gòu)中的一個特定光敏元對應(yīng)。由平面目標(biāo)網(wǎng)格出射的陣列化波束，通過成像光學(xué)系統(tǒng)被壓縮投送到光敏陣列上，并進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為陣列化的光電響應(yīng)圖案即電子圖像。這一成像體制的缺陷主要表現(xiàn)在:(一)由成像光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)建的能流壓縮場其光強(qiáng)變動程度，受光敏材料的感光靈敏閾制約，其可變動范圍相對有限，目前主要通過調(diào)變成像光學(xué)系統(tǒng)的通光孔徑這樣的低速機(jī)械操作實(shí)現(xiàn)，無法適應(yīng)光強(qiáng)的快速改變；(二)光子型器件受限于微納光電變換結(jié)構(gòu)的分布密度，其響應(yīng)輻照光場的強(qiáng)度變動范圍相對狹小，光強(qiáng)過大會陷于飽和，過低則因信噪比或信雜比低而難以提取光電信號；(三)光熱型器件因光電靈敏度目前仍較低，僅適用于輻照較強(qiáng)的場合；(四)輻照適應(yīng)性差，無法快速適應(yīng)入射光場其強(qiáng)度的劇烈變化；(五)目標(biāo)和環(huán)境適應(yīng)性不足，無法將強(qiáng)雜散或干擾光與強(qiáng)度相對較弱的目標(biāo)輻射，融合在一個統(tǒng)一的探測架構(gòu)下。因此，找到簡捷、高效和靈巧的技術(shù)措施，以及可顯著增大光敏器件的輻照度適用范圍的成像探測方式，已成為發(fā)展先進(jìn)全色成像技術(shù)所面臨的重點(diǎn)和難點(diǎn)問題，迫切需要新的突破。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本實(shí)用新型提供了一種寬照度全色成像探測芯片，可實(shí)現(xiàn)寬照度范圍內(nèi)的全色圖像信息獲取，測量精度高，環(huán)境適應(yīng)性好，結(jié)構(gòu)緊湊，易與其它光學(xué)/光電/機(jī)械結(jié)構(gòu)匹配f禹合。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了 一種寬照度全色成像探測芯片，其特征在于，包括面陣電控雙模(光匯聚、光發(fā)散)平面液晶微透鏡、面陣全色探測器和驅(qū)控預(yù)處理模塊；其中，所述面陣全色探測器被劃分成多個陣列分布的子面陣全色探測器，每個子面陣全色探測器包括數(shù)量和排布方式相同的多個陣列分布的光敏元；所述面陣電控雙模平面液晶微透鏡與所述面陣全色探測器匹配耦合，包括多個陣列分布的單元電控雙模平面液晶微透鏡，每單元電控雙模平面液晶微透鏡與一個子面陣全色探測器對應(yīng)；所述面陣電控雙模平面液晶微透鏡基于入射光的強(qiáng)度情況，對其進(jìn)行定向匯聚、發(fā)散或維持光束的空間傳輸形態(tài)，從而在各子面陣全色探測器上形成小尺寸匯聚光斑、具有相對較暗的中心漏光場的大尺寸亮環(huán)或基于成像光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)建的匯聚光束所形成的聚焦斑；所述面陣全色探測器執(zhí)行從光到電的光電轉(zhuǎn)換操作，得到光電響應(yīng)信號；所述驅(qū)控預(yù)處理模塊提取所述面陣全色探測器的光敏元上的非飽和光電響應(yīng)信號，并進(jìn)行量化和非均勻性校正，得到目標(biāo)圖像數(shù)據(jù)。
[0006]優(yōu)選地，所述面陣電控雙模平面液晶微透鏡與所述面陣全色探測器均為mXn元，其中，m、η均為大于I的整數(shù)。
[0007]優(yōu)選地，所述子面陣全色探測器為pXq元，其中，P、q均為大于I的整數(shù)。
[0008]優(yōu)選地，所述驅(qū)控預(yù)處理模塊采用SoC與FPGA結(jié)合的結(jié)構(gòu)。
[0009]優(yōu)選地，所述驅(qū)控預(yù)處理模塊還用于為所述面陣電控雙模平面液晶微透鏡和所述面陣全色探測器提供驅(qū)動和調(diào)控信號，驅(qū)動所述面陣電控雙模平面液晶微透鏡和所述面陣全色探測器工作，并對施加在所述面陣電控雙模平面液晶微透鏡上的電壓信號進(jìn)行調(diào)控。
[0010]優(yōu)選地，還包括陶瓷外殼和金屬支撐散熱板；其中，所述陶瓷外殼位于所述金屬支撐散熱板的上方，所述金屬支撐散熱板與所述陶瓷外殼固聯(lián)，用于支撐各功能結(jié)構(gòu)和散熱，所述驅(qū)控預(yù)處理模塊、所述面陣全色探測器和所述面陣電控雙模平面液晶微透鏡同軸順序置于所述陶瓷外殼內(nèi)，其中，所述面陣全色探測器位于所述驅(qū)控預(yù)處理模塊的上方，所述面陣電控雙模平面液晶微透鏡位于所述面陣全色探測器的上方且其光入射面通過所述陶瓷外殼的面部開孔裸露出來。
[0011]優(yōu)選地，所述驅(qū)控預(yù)處理模塊上設(shè)有第一端口和第一指示燈，所述面陣全色探測器上設(shè)有第二端口和第二指示燈，所述面陣電控雙模平面液晶微透鏡上設(shè)有第三端口和第三指示燈；所述第一端口用于從所述驅(qū)控預(yù)處理模塊向所述面陣全色探測器和所述面陣電控雙模平面液晶微透鏡輸出驅(qū)動和調(diào)控信號，還用于接收所述面陣全色探測器向所述驅(qū)控預(yù)處理模塊輸出的陣列化的非飽和光電響應(yīng)信號，還用于接收外部設(shè)備向探測器輸入的工作指令，所述第一指示燈用于指示所述驅(qū)控預(yù)處理模塊是否處在正常的工作狀態(tài)；所述第二端口用于輸入所述驅(qū)控預(yù)處理模塊提供給所述面陣全色探測器的驅(qū)動和調(diào)控信號，還用于從所述面陣全色探測器向所述驅(qū)控預(yù)處理模塊輸出陣列化的非飽和光電響應(yīng)信號，所述第二指示燈用于指示所述面陣全色探測器是否處在正常的工作狀態(tài)；所述第三端口用于輸入所述驅(qū)控預(yù)處理模塊提供給所述面陣電控雙模平面液晶微透鏡的驅(qū)動和調(diào)控信號，所述第三指示燈用于指示所述面陣電控雙模平面液晶微透鏡是否處在正常的工作狀態(tài)。
[0012]優(yōu)選地，所述驅(qū)控預(yù)處理模塊上設(shè)有第四端口和第四指示燈，所述第四端口用于將所述目標(biāo)圖像數(shù)據(jù)從所述驅(qū)控預(yù)處理模塊輸出，所述第四指示燈用于指示所述驅(qū)控預(yù)處理模塊是否處在正常的圖像數(shù)據(jù)輸出狀態(tài)。[0013]優(yōu)選地，所述驅(qū)控預(yù)處理模塊上設(shè)有第五端口和第五指示燈，所述第五端口用于接入電源線以連接外部電源，所述第五指示燈用于指示電源是否接通。
[0014]總體而言，通過本實(shí)用新型所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果:
[0015]1、寬照度范圍內(nèi)的成像探測。通過耦合面陣電控雙模平面液晶微透鏡與面陣全色探測器，可基于液晶的電控匯聚/發(fā)散/變焦效能，實(shí)現(xiàn)寬照度范圍內(nèi)的成像探測操作。
[0016]2、測量精度高。由于本實(shí)用新型采用面陣電控雙模平面液晶微透鏡和面陣全色探測器，它們均具有極高的陣列規(guī)模并被混合集成而具有極高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
[0017]3、可測量的目標(biāo)出射光強(qiáng)變動范圍大。由于本實(shí)用新型采用了單元電控雙模平面液晶微透鏡與子面陣全色探測器匹配耦合的探測架構(gòu)，本實(shí)用新型具有可測量的目標(biāo)光強(qiáng)變動范圍較大的優(yōu)點(diǎn)。
[0018]4、環(huán)境適應(yīng)性好。由于本實(shí)用新型采用了面陣全色探測器及寬溫區(qū)液晶結(jié)構(gòu)，本實(shí)用新型具有環(huán)境適應(yīng)性好的優(yōu)點(diǎn)。
[0019]5、使用方便。本實(shí)用新型的面陣電控雙模平面液晶微透鏡、面陣全色探測器和驅(qū)控預(yù)處理模塊集成在單個芯片上，接插方便，易與常規(guī)光學(xué)系統(tǒng)、電子和機(jī)械裝置匹配耦
口 ο
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的寬照度全色成像探測芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的寬照度全色成像探測芯片的工作原理示意圖，其中，(A)為光路示意圖；(B)為子面陣全色探測器上的光形態(tài)示意圖；(Cl)為單元電控雙模平面液晶微透鏡的等效電控狀態(tài)-1 ;(C2)為單元電控雙模平面液晶微透鏡的等效電控狀態(tài)-2 ；(D)為強(qiáng)輻射場景下單元電控雙模平面液晶微透鏡對光的作用示意圖；(E)為常規(guī)場景下單元電控雙模平面液晶微透鏡對光的作用示意圖；(F)為弱輻射場景下單元電控雙模平面液晶微透鏡對光的作用示意圖。
[0022]圖1中:1_第一端口，2-第一指示燈，3-驅(qū)控預(yù)處理模塊，4-第二端口，5-第二指示燈，6-面陣全色探測器，7-第三端口，8-第三指示燈，9-面陣電控雙模平面液晶微透鏡，10-第四指示燈，11-第四端口，12-第五端口，13-陶瓷外殼，14-金屬支撐散熱板，15-第五指示燈。
【具體實(shí)施方式】
[0023]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。此外，下面所描述的本實(shí)用新型各個實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0024]如圖1所示，本實(shí)用新型實(shí)施例的寬照度全色成像探測芯片包括:陶瓷外殼13、金屬支撐散熱板14、驅(qū)控預(yù)處理模塊3、面陣全色探測器6和面陣電控雙模平面液晶微透鏡9。
[0025]陶瓷外殼13位于金屬支撐散熱板14的上方。金屬支撐散熱板14與陶瓷外殼13固聯(lián)，用于支撐和散熱。驅(qū)控預(yù)處理模塊3、面陣全色探測器6和面陣電控雙模平面液晶微透鏡9同軸順序置于陶瓷外殼13內(nèi)。其中，驅(qū)控預(yù)處理模塊3采用SoC和FPGA結(jié)合的結(jié)構(gòu)，面陣全色探測器6位于驅(qū)控預(yù)處理模塊3的上方，面陣電控雙模平面液晶微透鏡9位于面陣全色探測器6的上方且其光入射面通過陶瓷外殼13的面部開孔裸露出來。
[0026]面陣全色探測器6被劃分成多個陣列分布的子面陣全色探測器，每個子面陣全色探測器包括數(shù)量和排布方式相同的多個陣列分布的光敏元。面陣電控雙模平面液晶微透鏡9包括多個陣列分布的單元電控雙模平面液晶微透鏡，通過執(zhí)行加電操作調(diào)整液晶結(jié)構(gòu)的模態(tài)，面陣電控雙模平面液晶微透鏡9能對入射光束進(jìn)行光匯聚和光發(fā)散操作。面陣電控雙模平面液晶微透鏡9與面陣全色探測器6匹配耦合，每單元電控雙模平面液晶微透鏡與一個子面陣全色探測器對應(yīng)。面陣電控雙模平面液晶微透鏡9與面陣全色探測器6均為mXn元，其中，m、n均為大于I的整數(shù)。子面陣全色探測器為PXq元，其中，P、q均為大于I的整數(shù)，例如，子面陣全色探測器可以是6X6元、7X7元、8X8元甚至更大規(guī)模陣列。可以根據(jù)面陣電控雙模平面液晶微透鏡9和面陣全色探測器6的陣列規(guī)模和結(jié)構(gòu)尺寸，調(diào)整子面陣全色探測器的規(guī)模。子面陣全色探測器的規(guī)模越大，可響應(yīng)的入射光波強(qiáng)度/照度的可變化范圍越大。
[0027]面陣電控雙模平面液晶微透鏡9與面陣全色探測器6混合集成，構(gòu)成可在寬照度范圍(相當(dāng)于目標(biāo)出射光強(qiáng)可在寬范圍內(nèi)變動)內(nèi)工作的液晶基全色成像探測架構(gòu)。不同強(qiáng)度的入射光波進(jìn)入面陣電控雙模平面液晶微透鏡9后，經(jīng)各單元電控雙模平面液晶微透鏡的定向電控匯聚/發(fā)散/變焦等處理，被送至與各單元電控雙模平面液晶微透鏡對應(yīng)的子面陣全色探測器的特定光敏元上，并被轉(zhuǎn)換成電信號。驅(qū)控預(yù)處理模塊3提取光敏元上的非飽和光電響應(yīng)信號并進(jìn)行量化和非均勻性校正，得到光強(qiáng)/照度可在大范圍內(nèi)變動的目標(biāo)圖像數(shù)據(jù)并通過輸出端口輸出。
[0028]驅(qū)控預(yù)處理模塊3還用于為面陣電控雙模平面液晶微透鏡9和面陣全色探測器6提供驅(qū)動和調(diào)控信號，驅(qū)動面陣電控雙模平面液晶微透鏡9和面陣全色探測器6工作，并對施加在面陣電控雙模平面液晶微透鏡9上的電壓信號和面陣全色探測器6轉(zhuǎn)換的電信號進(jìn)行調(diào)控。
[0029]驅(qū)控預(yù)處理模塊3上設(shè)有第一端口 1、第四端口 11、第五端口 12、第一指示燈2、第四指示燈10和第五指示燈15。其中，第一端口 I用于從驅(qū)控預(yù)處理模塊3向面陣全色探測器6和面陣電控雙模平面液晶微透鏡9輸出驅(qū)動和調(diào)控信號，還用于接收面陣全色探測器6向驅(qū)控預(yù)處理模塊3輸出的陣列化的非飽和光電響應(yīng)信號，還用于接收外部設(shè)備向探測器輸入的工作指令，第四端口 11用于將經(jīng)驅(qū)控預(yù)處理模塊3預(yù)處理后的圖像數(shù)據(jù)輸出，第五端口 12用于接入電源線以連接外部電源。第一指示燈2用于指示驅(qū)控預(yù)處理模塊3是否處在正常的工作狀態(tài)，驅(qū)控預(yù)處理模塊3處在正常的工作狀態(tài)則第一指示燈2閃爍，否則熄滅，第四指示燈10用于指示驅(qū)控預(yù)處理模塊3是否處在正常的圖像數(shù)據(jù)輸出狀態(tài)，驅(qū)控預(yù)處理模塊3處在正常的圖像數(shù)據(jù)輸出狀態(tài)則第四指示燈10閃爍，否則熄滅，第五指示燈15用于指示電源是否接通，電源接通則第五指示燈15亮，否則熄滅。
[0030]面陣全色探測器6上設(shè)有第二端口 4和第二指示燈5。其中，第二端口 4用于輸入驅(qū)控預(yù)處理模塊3提供給面陣全色探測器6的驅(qū)動和調(diào)控信號，還用于從面陣全色探測器6向驅(qū)控預(yù)處理模塊3輸出陣列化的非飽和光電響應(yīng)信號，第二指示燈5用于指示面陣全色探測器6是否處在正常的工作狀態(tài)，面陣全色探測器6處在正常的工作狀態(tài)則第二指示燈5閃爍,否則熄滅。
[0031]面陣電控雙模平面液晶微透鏡9上設(shè)有第三端口 7和第三指示燈8。其中，第三端口 7用于輸入驅(qū)控預(yù)處理模塊3提供給面陣電控雙模平面液晶微透鏡9的驅(qū)動和調(diào)控信號，第三指示燈8用于指示面陣電控雙模平面液晶微透鏡9是否處在正常的工作狀態(tài)，面陣電控雙模平面液晶微透鏡9處在正常工作狀態(tài)則第三指示燈8閃爍，否則熄滅。
[0032]上述第一端口 1、第二端口 4、第三端口 7、第四端口 11、第五端口 12、第一指示燈
2、第二指示燈5、第三指示燈8、第四指示燈10及第五指示燈15均通過陶瓷外殼13的面部開孔裸露出來。
[0033]下面結(jié)合圖1說明本實(shí)用新型實(shí)施例的寬照度全色成像探測芯片的工作過程。
[0034]首先用并行信號線將第一端口 I分別連接第二端口 4和第三端口 7，該并行信號線同時作為與外部設(shè)備連接的通訊線，以送入開始工作和中止工作指令。用并行數(shù)據(jù)線連接第四端口 11，電源線連接第五端口 12。通過并行信號線從第一端口 I送入電源開啟指令，芯片開始自檢，此時第一指示燈2、第二指示燈5、第三指示燈8、第四指示燈10及第五指示燈15接通閃爍，自檢通過后，第五指示燈15亮，第一指示燈2、第二指示燈5、第三指示燈8和第四指示燈10熄滅，探測器進(jìn)入工作狀態(tài)。通過并行信號線從第一端口 I送入開始工作指令后，探測器開始進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)測量。驅(qū)控預(yù)處理模塊3分別經(jīng)第二端口 4和第三端口 7向面陣全色探測器6和面陣電控雙模平面液晶微透鏡9輸入驅(qū)動和調(diào)控信號，面陣全色探測器6由第二端口 4和第一端口 I向驅(qū)控預(yù)處理模塊3輸入非飽和光電響應(yīng)信號,此時第一指示燈2、第二指示燈5和第三指示燈8再次接通閃爍。非飽和光電響應(yīng)信號經(jīng)驅(qū)控預(yù)處理模塊3處理后得到的圖像數(shù)據(jù)由第四端口 11輸出。
[0035]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的寬照度全色成像探測芯片的工作原理示意圖，為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本實(shí)用新型，下面結(jié)合圖2詳細(xì)說明本實(shí)用新型的寬照度全色成像探測芯片的工作原理。
[0036]如圖2 (A)所示，寬照度全色成像探測芯片被置于成像光學(xué)系統(tǒng)的焦面處?；谝壕ЫY(jié)構(gòu)的加電狀態(tài)，目標(biāo)光波將形成弱光匯聚斑、發(fā)散光場或未加電狀態(tài)下的常規(guī)焦斑。
[0037]如圖2 (B)所示，面陣電控雙模平面液晶微透鏡與面陣全色探測器混合集成，構(gòu)成芯片中的液晶基寬照度全色成像探測架構(gòu)。液晶器件與全色探測器的組合方式為:每單元電控雙模平面液晶微透鏡與7X7元子面陣全色探測器對應(yīng)，也可以根據(jù)面陣電控雙模平面液晶微透鏡和面陣全色探測器的陣列規(guī)模和結(jié)構(gòu)尺寸情況，進(jìn)一步擴(kuò)展子面陣探測器的陣列規(guī)模，該操作等效于進(jìn)一步增大可響應(yīng)的入射光波其強(qiáng)度(輻照度)的可變動程度。對單元電控雙模平面液晶微透鏡而言，通過在液晶結(jié)構(gòu)的層疊式圖案化電極中選取特定電極執(zhí)行加電操作，可通過不同模態(tài)下的液晶結(jié)構(gòu)對入射光束進(jìn)行變換處理，包括光匯聚、光發(fā)散或維持光束基于成像光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)建的匯聚式空間傳輸形態(tài)等，形成如圖所示的典型匯聚光斑或因強(qiáng)光束發(fā)散形成的環(huán)狀強(qiáng)光發(fā)散區(qū)和相對較暗、較小的中心漏光區(qū)等典型形態(tài)。
[0038]由幅度不同的電壓信號驅(qū)控的單元電控雙模平面液晶微透鏡，將呈現(xiàn)可調(diào)控的光匯聚或光發(fā)散能力。上述情形可用表面曲率不同的曲面輪廓折射微透鏡呈現(xiàn)不同的光匯聚或光發(fā)散能力來等效，如圖(Cl)所示的等效電控狀態(tài)-1中，單元電控雙模平面液晶微透鏡等效為單元凹折射微透鏡，如圖(C2)所示的等效電控狀態(tài)-2中，單元電控雙模平面液晶微透鏡等效為單元凸折射微透鏡。[0039]針對如典型的強(qiáng)閃爍、眩目激光或太陽耀斑等強(qiáng)光目標(biāo)或強(qiáng)輻射場景，通過電控雙模平面液晶微透鏡的光發(fā)散作用，可將強(qiáng)入射光驅(qū)趕到與單元電控雙模平面液晶微透鏡對應(yīng)的子面陣全色探測器的邊緣結(jié)構(gòu)或邊緣光敏元上。此時，受強(qiáng)發(fā)散光照射的光敏元將呈狀態(tài)可恢復(fù)的飽和光電響應(yīng)態(tài)。強(qiáng)入射光被電控雙模平面液晶微透鏡定向驅(qū)趕后余存的弱漏光，將散布在其它光敏元上。通過提取漏光束的光電響應(yīng)信號并用于圖像構(gòu)建，將得到強(qiáng)光目標(biāo)或場景的圖像信息。通過調(diào)變施加在液晶微透鏡上的電壓信號，將改變光發(fā)散態(tài)，即調(diào)變強(qiáng)發(fā)散光束在子面陣全色探測器上的分布形態(tài)，同時也等效調(diào)變了漏光束的分布形態(tài)和能態(tài)。入射光強(qiáng)越大，所形成的漏光斑的結(jié)構(gòu)尺寸和強(qiáng)度相應(yīng)越大，如圖2 (D)所示。
[0040]對液晶結(jié)構(gòu)選擇不加電狀態(tài)則針對常規(guī)目標(biāo)和場景。由于液晶結(jié)構(gòu)對基于成像光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)建的匯聚光束其空間分布形態(tài)和波束能態(tài)的影響極為有限，此時的寬照度全色成像探測芯片將退化為常規(guī)全色成像探測芯片，如圖2 (E)所示。
[0041]針對如典型的黑暗條件下的弱光目標(biāo)和場景，通過電控液晶微透鏡的光匯聚作用，可將每單元電控雙模平面液晶微透鏡上的弱入射光束收集到與其對應(yīng)的子面陣全色探測器的局域光敏元上并被轉(zhuǎn)換成電信號，驅(qū)控預(yù)處理模塊提取這些電信號并用于圖像構(gòu)建，將得到弱光目標(biāo)與場景的圖像信息。入射光強(qiáng)越低，通過電控增強(qiáng)液晶微透鏡的光匯聚所形成的匯聚光斑的結(jié)構(gòu)尺寸相應(yīng)越小，或者說匯聚光斑所覆蓋的子面陣探測器上的光敏元數(shù)量將越少，極端情形是極弱入射光被壓縮到了單個光敏元上。上述操作的核心是在不改變熱噪聲這一前提下，通過提高光能集中度來增大信噪比，增強(qiáng)成像探測效能，如圖2(F)所示。
[0042]基于液晶微透鏡的電控模式切換與電調(diào)焦特性，一方面可以根據(jù)目標(biāo)及背景情況，受控增大或減小用于光電轉(zhuǎn)換的光輻照強(qiáng)度。另一方面，可使因突發(fā)的環(huán)境或?qū)剐砸蛩卣T發(fā)的光強(qiáng)度劇烈變動對成像探測的影響得到可視性的快速響應(yīng)，從而提高獲取電子目標(biāo)圖像信息的準(zhǔn)確性和適應(yīng)能力。
[0043]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種寬照度全色成像探測芯片，其特征在于，包括面陣電控雙模平面液晶微透鏡、面陣全色探測器和驅(qū)控預(yù)處理模塊；其中， 所述面陣全色探測器被劃分成多個陣列分布的子面陣全色探測器，每個子面陣全色探測器包括數(shù)量和排布方式相同的多個陣列分布的光敏兀； 所述面陣電控雙模平面液晶微透鏡與所述面陣全色探測器匹配耦合，包括多個陣列分布的單元電控雙模平面液晶微透鏡，每單元電控雙模平面液晶微透鏡與一個子面陣全色探測器對應(yīng)； 所述面陣電控雙模平面液晶微透鏡基于入射光的強(qiáng)度，對其進(jìn)行定向匯聚、發(fā)散或維持光束的空間傳輸形態(tài)，從而在各子面陣全色探測器上形成小尺寸匯聚光斑、具有相對較暗的中心漏光場的大尺寸亮環(huán)或基于成像光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)建的匯聚光束所形成的聚焦斑； 所述面陣全色探測器執(zhí)行從光到電的光電轉(zhuǎn)換操作，得到光電響應(yīng)信號； 所述驅(qū)控預(yù)處理模塊提取所述面陣全色探測器上的光敏元的非飽和光電響應(yīng)信號，并進(jìn)行量化和非均勻性校正，得到目標(biāo)圖像數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的寬照度全色成像探測芯片，其特征在于，所述面陣電控雙模平面液晶微透鏡與所述面陣全色探測器均為mXn元，其中，m、n均為大于I的整數(shù)。
3.如權(quán)利要求1所述的寬照度全色成像探測芯片，其特征在于，所述子面陣全色探測器為PXq元，其中，p、q均為大于I的整數(shù)。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的寬照度全色成像探測芯片，其特征在于，所述驅(qū)控預(yù)處理模塊采用SoC與FPGA結(jié)合的結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求1所述的寬照度全色成像探測芯片，其特征在于，所述驅(qū)控預(yù)處理模塊還用于為所述面陣電控雙模平面液晶微透鏡和所述面陣全色探測器提供驅(qū)動和調(diào)控信號，驅(qū)動所述面陣電控雙模平面液晶微透鏡和所述面陣全色探測器工作，并對施加在所述面陣電控雙模平面液晶微透鏡上的電壓信號進(jìn)行調(diào)控。
6.如權(quán)利要求1所述的寬照度全色成像探測芯片，其特征在于，還包括陶瓷外殼和金屬支撐散熱板；其中， 所述陶瓷外殼位于所述金屬支撐散熱板的上方，所述金屬支撐散熱板與所述陶瓷外殼固聯(lián)，用于支撐各功能結(jié)構(gòu)和散熱，所述驅(qū)控預(yù)處理模塊、所述面陣全色探測器和所述面陣電控雙模平面液晶微透鏡同軸順序置于所述陶瓷外殼內(nèi)，其中，所述面陣全色探測器位于所述驅(qū)控預(yù)處理模塊的上方，所述面陣電控雙模平面液晶微透鏡位于所述面陣全色探測器的上方且其光入射面通過所述陶瓷外殼的面部開孔裸露出來。
7.如權(quán)利要求6所述的寬照度全色成像探測芯片，其特征在于，所述驅(qū)控預(yù)處理模塊上設(shè)有第一端口和第一指示燈，所述面陣全色探測器上設(shè)有第二端口和第二指示燈，所述面陣電控雙模平面液晶微透鏡上設(shè)有第三端口和第三指示燈； 所述第一端口用于從所述驅(qū)控預(yù)處理模塊向所述面陣全色探測器和所述面陣電控雙模平面液晶微透鏡輸出驅(qū)動和調(diào)控信號，還用于接收所述面陣全色探測器向所述驅(qū)控預(yù)處理模塊輸出的陣列化的非飽和光電響應(yīng)信號，還用于接收外部設(shè)備向探測器輸入的工作指令，所述第一指示燈用于指示所述驅(qū)控預(yù)處理模塊是否處在正常的工作狀態(tài)；所述第二端口用于輸入所述驅(qū)控預(yù)處理模塊提供給所述面陣全色探測器的驅(qū)動和調(diào)控信號，還用于從所述面陣全色探測器向所述驅(qū)控預(yù)處理模塊輸出陣列化的非飽和光電響應(yīng)信號，所述第二指示燈用于指示所述面陣全色探測器是否處在正常的工作狀態(tài)； 所述第三端口用于輸入所述驅(qū)控預(yù)處理模塊提供給所述面陣電控雙模平面液晶微透鏡的驅(qū)動和調(diào)控信號，所述第三指示燈用于指示所述面陣電控雙模平面液晶微透鏡是否處在正常的工作狀態(tài)。
8.如權(quán)利要求7所述的寬照度全色成像探測芯片，其特征在于，所述驅(qū)控預(yù)處理模塊上設(shè)有第四端口和第四指示燈，所述第四端口用于將所述目標(biāo)圖像數(shù)據(jù)從所述驅(qū)控預(yù)處理模塊輸出，所述第四指示燈用于指示所述驅(qū)控預(yù)處理模塊是否處在正常的圖像數(shù)據(jù)輸出狀態(tài)。
9.如權(quán)利要求8所述的寬照度全色成像探測芯片，其特征在于，所述驅(qū)控預(yù)處理模塊上設(shè)有第五端口和第五指示燈，所述第五端口用于接入電源線以連接外部電源，所述第五指示燈用于指示電源 是否接通。
【文檔編號】G01J1/42GK203479394SQ201320585052
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月22日
【發(fā)明者】張新宇, 康勝武, 佟慶, 羅俊, 張靜, 趙慧, 桑紅石, 謝長生 申請人:華中科技大學(xué)