[发明专利]混合集成面阵液晶微透镜与红外探测器的波前测量芯片

说明书

技术领域

本发明属于红外成像探测技术领域，更具体地，涉及一种混合集成面阵液晶微透镜与红外探测器的波前测量芯片。

背景技术

随着红外光学/光电图像模拟、仿真、显示和成像探测技术的迅速发展，高精度测量目标、景物的红外辐射波前信息，获得与目标运动特征或复杂背景相关的红外波前的迁移、演化、扰动甚至畸变行为，目前受到了广泛关注和重视。迄今为止，已发展了多种波前获取方法，在测量波前物理效应基础上，通过特定算法解算测量数据从而反演出波前。关键性的波前测量组件则经历了从体积质量功耗较大的组合装置，进一步小型化，以及目前的芯片化这样的转变。波前的测量精度得到逐步提高，测量范围逐渐扩大，测试环境从实验室进一步扩展到了野外场所。基于SH（Shack-Hartmann）波前测量效应的折射/衍射微透镜阵列与面阵探测器已实现混合、单片集成。所测量的电磁波谱从可见光进一步扩展到了红外谱域。

尽管如此，现有基于SH效应的波前测量芯片具有下述缺陷：（一）芯片仍需配置体积和功耗较大的驱控和光电信息预处理装置；（二）无可调变波前测量能力，无法根据目标的辐射、运动及背景情况，增大或减小子平面波前倾角的测量范围，也就是目标波前的变动范围；（三）辐照适应性差，无法通过光学手段调变探测器接收的辐射通量，以及降低微透镜间的光波串扰；（四）环境适应性不足，无法通过调变焦斑位置，即调变子平面波前的倾角，使因环境或对抗性因素引发的波前改变，得到调整、较正甚至复原，从而降低甚至剔除环境因素对波前测量的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种混合集成面阵液晶微透镜与红外探测器的波前测量芯片，其具有红外波前的测量范围大、精度高，可覆盖多个红外谱段，目标和环境适应性好，体积和质量小，易与其它光学/光电/机械结构耦合的特点。

为实现上述目的，本发明提供了一种混合集成面阵液晶微透镜与红外探测器的波前测量芯片，包括陶瓷外壳和金属散热板，陶瓷外壳后部设置于金属散热板顶部，还包括驱控与波前预处理模块、面阵非制冷红外探测器、以及面阵电控液晶微透镜，驱控与波前预处理模块、面阵非制冷红外探测器、以及面阵电控液晶微透镜同轴顺序设置于陶瓷外壳内，驱控与波前预处理模块设置于陶瓷外壳后部与金属散热板连接处，面阵非制冷红外探测器设置于驱控与波前预处理模块顶部，面阵电控液晶微透镜设置于面阵非制冷红外探测器顶部，每单元电控液晶微透镜与多个顺序排列的非制冷红外探测器构成的子红外探测器阵列对应，各子红外探测器阵列具有相同的探测器数量和排布方式，子红外探测器阵列的数量与面阵电控液晶微透镜的阵列规模一致，面阵电控液晶微透镜用于接收目标红外光波，根据其阵列规模将目标红外光波的波前，离散化成以倾角表征的子平面波前阵列，并将各子平面波前聚焦到相应的子红外探测器阵列上，子红外探测器阵列用于将子平面波前转换为电响应信号，驱控与波前预处理模块用于将电响应信号进行量化和非均匀性校正处理，并对处理后的电响应信号基于波前复原算法解算，以得到红外波前数据。

陶瓷外壳的侧面设置有驱控信号输出端口，其与探测器驱控信号输入端口电连接，用于输出驱控与波前预处理模块提供给面阵非制冷红外探测器的驱控和调控信号,陶瓷外壳的侧面设置有第一指示灯，其与驱控与波前预处理模块电连接，用于显示驱控与波前预处理模块处在正常工作状态,陶瓷外壳的侧面设置有探测器驱控信号输入端口，其与驱控信号输出端口电连接，用于输入面阵非制冷红外探测器的驱动和调控信号,陶瓷外壳的侧面设置有第二指示灯，其与驱控与波前预处理模块电连接，用于显示面阵非制冷红外探测器处在正常工作状态,陶瓷外壳的侧面设置有微透镜驱控信号输入端口，其与驱控信号输出端口电连接，用于输入面阵电控液晶微透镜的驱动和调控信号,陶瓷外壳的侧面设置有第三指示灯，其与驱控与波前预处理模块电连接，用于显示面阵电控液晶微透镜处在正常工作状态,陶瓷外壳的侧面设置有电源端口，用于接入电源线以与外部电源连接,陶瓷外壳的侧面设置有第七指示灯，其与驱控与波前预处理模块电连接，用于显示电源已接通,陶瓷外壳的侧面设置有通讯端口，用于与外部电子装置连接以接收工作指令,陶瓷外壳的侧面设置有第八指示灯，其与驱控与波前预处理模块电连接，用于显示通讯端口处在正常工作状态。