混合集成面陣液晶微透鏡與紅外探測器的波前測量芯片制造技術

本實用新型專利技術公開了一種混合集成面陣液晶微透鏡與紅外探測器的波前測量芯片，包括陶瓷外殼和金屬散熱板，陶瓷外殼后部設置于金屬散熱板頂部，還包括驅控與波前預處理模塊、面陣非制冷紅外探測器、以及面陣電控液晶微透鏡，驅控與波前預處理模塊、面陣非制冷紅外探測器、以及面陣電控液晶微透鏡同軸順序設置于陶瓷外殼內，驅控與波前預處理模塊設置于陶瓷外殼后部與金屬散熱板連接處，面陣非制冷紅外探測器設置于驅控與波前預處理模塊頂部，每單元電控液晶微透鏡與多個順序排列的非制冷紅外探測器構成的子紅外探測器陣列對應。本實用新型專利技術結構緊湊，使用方便，覆蓋多個紅外譜段，具有紅外波前的測量范圍大、精度高、目標與環境適應性好等特點。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術屬于紅外成像探測
，更具體地，涉及一種混合集成面陣液晶微透鏡與紅外探測器的波前測量芯片。
技術介紹
隨著紅外光學/光電圖像模擬、仿真、顯示和成像探測技術的迅速發展，高精度測量目標、景物的紅外輻射波前信息，獲得與目標運動特征或復雜背景相關的紅外波前的遷移、演化、擾動甚至畸變行為，目前受到了廣泛關注和重視。迄今為止，已發展了多種波前獲取方法，在測量波前物理效應基礎上，通過特定算法解算測量數據從而反演出波前。關鍵性的波前測量組件則經歷了從體積質量功耗較大的組合裝置，進一步小型化，以及目前的芯片化這樣的轉變。波前的測量精度得到逐步提高，測量范圍逐漸擴大，測試環境從實驗室進一步擴展到了野外場所。基于SH (Shack-Hartmann)波前測量效應的折射/衍射微透鏡陣列與面陣探測器已實現混合、單片集成。所測量的電磁波譜從可見光進一步擴展到了紅外譜域。盡管如此，現有基于SH效應的波前測量芯片具有下述缺陷:(一)芯片仍需配置體積和功耗較大的驅控和光電信息預處理裝置；(二)無可調變波前測量能力，無法根據目標的輻射、運動及背景情況，增大或減小子平面波前傾角的測量范圍，也就是目標波前的變動范圍；(三)輻照適應性差，無法通過光學手段調變探測器接收的輻射通量，以及降低微透鏡間的光波串擾；(四)環境適應性不足，無法通過調變焦斑位置，即調變子平面波前的傾角，使因環境或對抗性因素引發的波前改變，得到調整、較正甚至復原，從而降低甚至剔除環境因素對波前測量的影響。
技術實現思路
本技術的目的在于提供一種混合集成面陣液晶微透鏡與紅外探測器的波前測量芯片，其具有紅外波前的測量范圍大、精度高，可覆蓋多個紅外譜段，目標和環境適應性好，體積和質量小，易與其它光學/光電/機械結構耦合的特點。為實現上述目的，本技術提供了一種混合集成面陣液晶微透鏡與紅外探測器的波前測量芯片，包括陶瓷外殼和金屬散熱板，陶瓷外殼后部設置于金屬散熱板頂部，還包括驅控與波前預處理模塊、面陣非制冷紅外探測器、以及面陣電控液晶微透鏡，驅控與波前預處理模塊、面陣非制冷紅外探測器、以及面陣電控液晶微透鏡同軸順序設置于陶瓷外殼內，驅控與波前預處理模塊設置于陶瓷外殼后部與金屬散熱板連接處，面陣非制冷紅外探測器設置于驅控與波前預處理模塊頂部，面陣電控液晶微透鏡設置于面陣非制冷紅外探測器頂部，每單元電控液晶微透鏡與多個順序排列的非制冷紅外探測器構成的子紅外探測器陣列對應，各子紅外探測器陣列具有相同的探測器數量和排布方式，子紅外探測器陣列的數量與面陣電控液晶微透鏡的陣列規模一致，面陣電控液晶微透鏡用于接收目標紅外光波，根據其陣列規模將目標紅外光波的波前，離散化成以傾角表征的子平面波前陣列，并將各子平面波前聚焦到相應的子紅外探測器陣列上，子紅外探測器陣列用于將子平面波前轉換為電響應信號，驅控與波前預處理模塊用于將電響應信號進行量化和非均勻性校正處理，并對處理后的電響應信號基于波前復原算法解算，以得到紅外波前數據。陶瓷外殼的側面設置有驅控信號輸出端口，其與探測器驅控信號輸入端口電連接，用于輸出驅控與波前預處理模塊提供給面陣非制冷紅外探測器的驅控和調控信號，陶瓷外殼的側面設置有第一指示燈，其與驅控與波前預處理模塊電連接，用于顯示驅控與波前預處理模塊處在正常工作狀態，陶瓷外殼的側面設置有探測器驅控信號輸入端口，其與驅控信號輸出端口電連接，用于輸入面陣非制冷紅外探測器的驅動和調控信號，陶瓷外殼的側面設置有第二指示燈，其與驅控與波前預處理模塊電連接，用于顯示面陣非制冷紅外探測器處在正常工作狀態，陶瓷外殼的側面設置有微透鏡驅控信號輸入端口，其與驅控信號輸出端口電連接，用于輸入面陣電控液晶微透鏡的驅動和調控信號，陶瓷外殼的側面設置有第三指示燈，其與驅控與波前預處理模塊電連接，用于顯示面陣電控液晶微透鏡處在正常工作狀態，陶瓷外殼的側面設置有電源端口，用于接入電源線以與外部電源連接，陶瓷外殼的側面設置有第七指示燈，其與驅控與波前預處理模塊電連接，用于顯示電源已接通，陶瓷外殼的側面設置有通訊端口，用于與外部電子裝置連接以接收工作指令，陶瓷外殼的側面設置有第八指示燈，其與驅控與波前預處理模塊電連接，用于顯示通訊端口處在正常工作狀態。陶瓷外殼的底面設置有波前測量信號輸出端口，其與測量信號輸入端口電連接，用于輸出面陣非制冷紅外探測器的光電響應信號至驅控與波前預處理模塊，陶瓷外殼的底面設置有第四指示燈，其與驅控與波前預處理模塊電連接，用于顯示面陣非制冷紅外探測器處在正常的信號輸出狀態，陶瓷外殼的底面設置有測量信號輸入端口，其與波前測量信號輸出端口電連接，用于將面陣非制冷紅外探測器的光電響應信號引入驅控與波前預處理模塊，陶瓷外殼的底面設置有第五指示燈，其與驅控與波前預處理模塊電連接，用于顯示驅控與波前預處理模塊處在正常的數據輸入狀態，陶瓷外殼的底面設置有紅外波前數據輸出端口，用于輸出所測量的紅外波前數據，陶瓷外殼的底面設置有第六指示燈，其與驅控與波前預處理模塊電連接，用于顯示驅控與波前預處理模塊處在正常的數據輸出狀態。驅控與波前預處理模塊采用SoC和FPGA的結構。驅控與波前預處理模塊還用于為面陣電控液晶微透鏡、以及面陣非制冷紅外探測器提供驅動和調控信號。面陣電控液晶微透鏡還用于根據調控信號改變其焦長和通光孔徑，以調控目標紅外光波的波前的測量范圍與效能。對處理后的電響應信號基于波前復原算法解算步驟具體為:(I)在面陣電控液晶微透鏡中，位于光入射面上的左起上數橫向第i行、縱向第j列的單元微透鏡，將相應的子平面波前匯聚到與其對應的子紅外探測器陣列上，11 JT / ( \ kivcii，匯聚光斑的光學質心座標(Xipyi,p，分別滿足關系式Xi= Hr 'V'、，和’， JJ IijKx^pxdyyrj =jJF-J~°式巾白勺x矛口 y滅讓從麵示，IiijU，y)標騎 行第j mm Jj Zi Λ-ν, >!)dxdF鏡對應的子紅外探測器陣列上的光強分布函數，積分操作覆蓋子紅外探測器陣列的所有光敏區域；(2)將匯聚光斑的光學質心位置數據，分別帶入關系式tg4w 和tg<;i =ψ后，以得到子平面波前的傾角Φ，其中h為電控液晶微透鏡與子紅外探測器光敏面之間的距離；(3)將上述操作施加于電控液晶微透鏡陣列，以復原紅外入射波前。通過本技術所構思的以上技術方案，與現有技術相比，具有以下的有益效果:1、測量精度高，由于本技術采用面陣電控液晶微透鏡和面陣非制冷紅外探測器，它們均具有極高的陣列規模并被混合集成而具有極高的結構穩定性，所以本技術具有測量精度高的優點；2、測量范圍大，由于本技術采用了焦長和通光孔徑電調變的面陣電控液晶微透鏡，其具有動態變焦和電調能量利用率的特點，所以本技術具有波前的測量范圍大的優點；3、目標和環境適應性好，由于本技術采用了光學性能可快速調變的面陣電控液晶微透鏡，可根據環境和目標情況對入射光波進行快速變換，所以本技術具有目標和環境適應性好的優點；4、探測譜域寬，由 于本技術采用了面陣非制冷紅外探測器，可以對1-3 μ m、3-5 μ m以及8-14 μ m等譜段的紅外光波進行探測，所以本技術具有探測譜域寬的優占.y \\本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種混合集成面陣液晶微透鏡與紅外探測器的波前測量芯片，包括陶瓷外殼和金屬散熱板，所述陶瓷外殼后部設置于所述金屬散熱板頂部，其特征在于，還包括驅控與波前預處理模塊、面陣非制冷紅外探測器、以及面陣電控液晶微透鏡；?所述驅控與波前預處理模塊、所述面陣非制冷紅外探測器、以及所述面陣電控液晶微透鏡同軸順序設置于所述陶瓷外殼內；?所述驅控與波前預處理模塊設置于所述陶瓷外殼后部與所述金屬散熱板連接處；?所述面陣非制冷紅外探測器設置于所述驅控與波前預處理模塊頂部；?所述面陣電控液晶微透鏡設置于所述面陣非制冷紅外探測器頂部；?每單元電控液晶微透鏡與多個順序排列的非制冷紅外探測器構成的子紅外探測器陣列對應，所述各子紅外探測器陣列具有相同的探測器數量和排布方式，所述子紅外探測器陣列的數量與所述面陣電控液晶微透鏡的陣列規模一致；?所述面陣電控液晶微透鏡用于接收目標紅外光波，根據其陣列規模將所述目標紅外光波的波前，離散化成以傾角表征的子平面波前陣列，并將各子平面波前聚焦到相應的子紅外探測器陣列上；?所述子紅外探測器陣列用于將所述子平面波前轉換為電響應信號。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：張新宇，佟慶，康勝武，桑紅石，謝長生，
申請(專利權)人：華中科技大學，
類型：實用新型
國別省市：