一種液晶基圖像與波前雙模電調成像探測芯片的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于成像探測技術領域，更具體地，涉及一種基于時序電信號控制液晶微光學結構實現(xiàn)波前測量與高像質成像的探測芯片。
【背景技術】
[0002]波前是用于表征傳輸態(tài)光波的一個基本參量，與光波的空間傳播行為、能量輸運效能及波動光場的能量空間關聯(lián)分布形態(tài)等密切相關。對基于獲取目標光場其能量輸運空間差異性分布的成像系統(tǒng)而言，像質的優(yōu)劣受制于多個因素，包括目標光場屬性、環(huán)境介質中的波束傳輸行為、光學系統(tǒng)的能量差異性收集能力、光電轉換與電子學再現(xiàn)效能等。光波前的形態(tài)演化貫穿上述因素及其變動過程始終，關聯(lián)揭示光能流在介質空間和人工光學環(huán)境中的傳輸和壓縮分布形態(tài)及其變動屬性?；谏鲜鑫锢硖卣?，現(xiàn)代高性能成像光學系統(tǒng)均附加可探測關聯(lián)目標波前的功能組件或模塊。主要技術方案包括:(一)設置獨立的波前測調系統(tǒng)，通過測量預設波束在環(huán)境介質中的波前變動，引導成像系統(tǒng)通過調變波前自適應快捷達成目標成圖及去抖動、去模糊、去閃爍、擺脫失真并至清晰化，以及補償或修正成像位置偏移等；(二)在執(zhí)行成像探測的同時測量相應的成像波前，基于點擴散函數(shù)銳化引導數(shù)字圖像處理，給圖像快速去噪并至清晰化；(三)通過測量和調變波前，在一定程度上克服典型的偽裝、隱身、干擾、欺騙、煙霧、沙塵或雨雪等極端行為或天候對成像探測的影響；(五)通過實時監(jiān)測及調變波前，對波束傳輸行為或其空間展布進行評估、約束、預測甚至校正；(六)通過檢測和分析波前，對難以識別或區(qū)分的目標圖像特征進行判讀、凝結或追綜；(七)基于波前測量與微調，對特征圖像進行快速檢錄、識別、研判和歸類以及執(zhí)行圖像的波前歸檔等。目前的典型技術特征包括:(一)成像與波前測調由兩個獨立光學系統(tǒng)執(zhí)行，波前數(shù)據(jù)用于對數(shù)字圖像信息進行功能化處理；(二)成圖與波前測量共光學孔徑，但基于雙獨立通道實施后續(xù)光電轉換；(三)成像光學系統(tǒng)融合波前測調功能，通過對執(zhí)行成圖光電轉換的光場其波前進行測量和調變，導引光電轉換和成圖操作，構建功能性圖像信息。
[0003]—般而言，分離執(zhí)行成圖和波前測調這一方式，在應對復雜目標和環(huán)境的成像探測能力方面，短期內難以再有質的突破，主要缺陷如下:(一)廣泛用于觀測自然和天文現(xiàn)象的基于波前測調的自適應成像系統(tǒng)，其光學裝置的體積、質量和功耗較大，成圖效能相對較低，設備昂貴，成圖成本高；(二)通過小/微型化成像設備應對人工活動所引導、誘發(fā)或激勵的圖像降質、扭曲、畸變、失真或消失等效應，由于基于另行配置的波前測量設備獲得波前及其演化數(shù)據(jù)，無法用于實時圖像信息的校正性捕獲和處理；(三)在對設備體積和功耗有嚴格約束這一條件下，由于成圖與波前測調分離執(zhí)行，難以準確實時獲取圖像的關聯(lián)波前以用于圖像的功能化處理，如典型的難以基于現(xiàn)有波前測調手段，靈敏響應和調整航跡或攻擊路徑的稠密大氣中飛行的圖像/末/制導高超聲速飛行器、快速機動目標或高超聲速運動目標等；(四)難以基于波前測調對工作在中低軌道上的遙感成像衛(wèi)星的成像觀察與監(jiān)視進行靈活響應與調變；(五)對生物化學分子其飛秒級化學物理過程的圖像化檢測，展現(xiàn)昂貴和相對低效的成像觀測效能；(六)共光學孔徑執(zhí)行成圖與波前測調的成像光學系統(tǒng)，需要加載波前測調子系統(tǒng)，從而帶來設備體積、成本和性能等諸多內稟性問題；(七)基于波前測調的成像系統(tǒng)尚難以小/微型化。目前急需關鍵技術突破，尋找到新的波前測量和成圖操作兼容的功能性微納光學/光電架構，達到基于實時測試、分析和調變波前，實現(xiàn)成圖的功能性增強以及具有目標和環(huán)境的強適應和高分辨這一目標。
【實用新型內容】
[0004]針對現(xiàn)有技術的以上缺陷，本實用新型提供了一種液晶基圖像與波前雙模電調成像探測芯片，其目的在于，通過時序加載電控信號建立測量波前模態(tài)，捕獲目標的出射波束波前，通過時序切斷電控信號建立成像模態(tài)，獲得特定距離及方位的目標的常規(guī)平面圖像，實現(xiàn)目標成圖與波前測量的兼容性時序捕獲，且具有探測效能高，使用方便，易與常規(guī)成像光學系統(tǒng)耦合的優(yōu)點。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供了一種液晶基圖像與波前雙模電調成像探測芯片，包括液晶微光學結構、面陣可見光探測器和驅控預處理模塊，所述液晶微光學結構在時序加電態(tài)下為面陣電控液晶微透鏡，所述面陣可見光探測器依照面陣電控液晶微透鏡的陣列規(guī)模，被劃分成多個陣列分布的子面陣可見光探測器，每個子面陣可見光探測器包括數(shù)量和排布方式相同的多個陣列分布的光敏元，所述面陣電控液晶微透鏡與所述面陣可見光探測器匹配耦合，每單元電控液晶微透鏡與一個子面陣可見光探測器對應，二者構成波前測量模態(tài)下的一個子平面波前測量單元，所述面陣電控液晶微透鏡用于將目標光波離散成多個傾斜程度各異的子平面波前，并被進一步聚焦在與各液晶微透鏡對應的子面陣可見光探測器的相應光敏元上，所述面陣可見光探測器用于將匯聚在各子面陣可見光探測器的相應光敏元上的聚焦光波轉換成電信號，所述驅控預處理模塊用于將各子面陣可見光探測器的光敏元的光電信號進行量化和校準，并通過解算各子面陣可見光探測器的光電信號所歸屬的光敏元位置數(shù)據(jù)，得到所對應的子平面波前的傾角數(shù)據(jù)，綜合各子面陣可見光探測器的子平面波前的傾角數(shù)據(jù)及成像光學系統(tǒng)的折光匯聚數(shù)據(jù)，構建出目標波前數(shù)據(jù)并輸出，所述液晶微光學結構在時序斷電態(tài)下為延遲入射波束的液晶相位板，所述液晶相位板用于延遲目標光束相位并與面陣可見光探測器匹配耦合，構成成像模態(tài)下的微光學/光電成像探測結構，所述面陣可見光探測器用于將通過液晶相位板后最終匯聚在面陣可見光探測器上的聚焦光波轉換成電信號，所述驅控預處理模塊還用于將面陣可見光探測器的光敏元的光電信號歸屬到一個成像探測操作，通過對面陣可見光探測器的光電信號進行量化和校準處理，以得到目標的平面圖像數(shù)據(jù)并輸出。
[0006]優(yōu)選地，通過對所述液晶微光學結構進行時序加電或斷電操作，完成測量波前模態(tài)與成像模態(tài)間的切換。
[0007]優(yōu)選地，所述面陣電控液晶微透鏡與所述子面陣可見光探測器均為MXN元，其中，M、N均為大于I的整數(shù)。
[0008]優(yōu)選地，所述子面陣可見光探測器為PXQ元，其中，P、Q均為大于I的整數(shù)。
[0009]優(yōu)選地，所述面陣可見光探測器為RXS元，其中，R=MXP，S = NXQ。
[0010]優(yōu)選地，所述驅控預處理模塊還用于為所述面陣可見光探測器和液晶微光學結構提供驅動和調控信號，驅動所述面陣可見光探測器和液晶微光學結構工作，并對所述液晶微光學結構進行功能切換的電信號進行調控。
[0011]優(yōu)選地，所述驅控預處理模塊上固化了專用算法，用于解算各子面陣可見光探測器的光電信號所歸屬的光敏元的位置數(shù)據(jù)，解算所對應的子平面波前的傾角數(shù)據(jù)，解算綜合成像光學系統(tǒng)的折光匯聚數(shù)據(jù)后的子平面波前的傾角修正數(shù)據(jù)以及構建出目標波前數(shù)據(jù)并輸出；
[0012]優(yōu)選地，還包括陶瓷外殼，所述液晶微光學結構、面陣可見光探測器和驅控預處理模塊同軸順序置于陶瓷外殼內，所述面陣可見光探測器位于所述驅控預處理模塊的前方，所述液晶微光學結構位于所述面陣可見光探測器的前方且其光入射面通過所述陶瓷外殼的面部開孔裸露在外。
[0013]優(yōu)選地，所述驅控預處理模塊上設有第一端口、第五端口和指示燈，所述面陣可見光探測器上設有第二端口和第四端口，所述液晶微光學結構上設有第三端口，所述第一端口用于接入電源線以連接外部電源，還用于接收外部設備向可見光探測器與液晶微光學結構輸入的工作指令，還用于輸出所述驅控預處理模塊提供給所述面陣可見光探測器和液晶微光學結構的驅動和調控信號，所述第一指示燈用于指示所述驅控預處理模塊是否處在正常工作狀態(tài)，所述第二端口用于輸入所述驅控預處理模塊提供給所述面陣可見光探測器的驅控信號，所述第三端口用于輸入所述驅控預處理模塊提供給所述液晶微光學結構的驅控信號，所述第四端口用于輸出所述面陣可見光探測器提供給所述驅控預處理模塊的光電信號，所述第五端口用于輸入所述面陣可見光探測器提供給所述驅控預處理模塊的光電信號。
[0014]通過本實用新型所構思的以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，具有以下有益效果:
[0015]1、電控切換測