[发明专利]集成液晶光控阵与面阵光敏结构的红外成像探测芯片

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，涉及一种集成液晶光控阵与面阵光敏结构的红外成像探测芯片。

背景技术

迄今为止，人们通过不断改进、升级以及研发新型的阵列化红外光敏结构，如持续增大光敏阵列规模，缩小光敏结构尺寸，提高光敏材料的响应灵敏度，增大光敏阵列的填充系数以及降低噪声等，使红外成像探测效能得到改进与增强。目前商用的红外CCD、CMOS探测器的阵列规模，均分别超过了千万和百万像素量级。面阵非制冷红外探测器的性能指标，也在与制冷型器件迅速接近。主要基于光热效应的纳米管基光敏技术，以及基于共振感应效应的人工超材料光敏技术等，也在快速发展。基于量子效应的大面阵量子点和量子线光敏器件，已成为新一代光电探测结构的有力竞争者。通过将CCD、CMOS、FPAs（Focal Plane Arrays）等探测阵列与微纳光学/光电结构耦合，构造功能化的灵巧成像探测组件，已显示出良好的发展前景。阵列化的光电响应和图像信息处理功能已实现混合、单片集成。具有空间分辨率高，光电转换能力强，易与其它功能结构耦合，模块化组成，光电与数字图像信息处理一体化的成像探测技术，目前仍在快速发展。

一般而言，基于阵列化CCD、CMOS或FPAs的红外成像探测架构，通过光学系统将红外光波在其焦面处高度压缩，形成微/纳米尺度的光斑阵列。在有障碍物、干扰体或遮蔽媒介存在的条件下，如大气湍流、烟雾、火花、强烈反光、漂浮物、主动干扰光波、飘动的云层、雨雪天气、烟雾、湿气、人工隐身措施、温度骤升引发的辐射遮挡或屏蔽作用、爆炸性烟尘、人工扬尘或沙尘暴等，仅能将直接暴露于光学系统前的混合辐射特征记录下来。环境或扰动引发的光学效应，也将同时植入所形成的压缩光场以及后续的电子图像信息中，影响图像参量包括图像分辨率、对比度和清晰度等。目前的图像信息处理也仅能对图像质量进行有限程度的改善或优化。现有问题仍然是：常规的阵列化光敏手段不具备芯片级的快速光学调变功能，抗干扰能力和环境适应性严重不足。上述缺陷因探测架构原因不可能随光敏器材性能指标的提升而自动消失，图像信息处理也仅能对表观图像数据进行有限的变换或校正。

发明内容

本发明的目的在于提供一种覆盖多个红外谱段，红外成像探测效能高，基于液晶光控阵快速控光的成像干扰抑制与纠错，易与其它光学/光电/机械结构耦合，集成电子学驱控和读出，目标与环境适应性好的集成液晶光控阵与面阵光敏结构的红外自适应成像探测芯。

实现本发明的目的所采用的技术方案是：

为实现上述目的，本发明提供了一种集成液晶光控阵与面阵光敏结构的红外成像探测芯片，包括陶瓷外壳、液晶基红外成像探测架构以及金属散热板，金属散热板设置在陶瓷外壳后部并与其固联，用于对芯片散热，液晶基红外成像探测架构设置在陶瓷外壳内，并包括驱控与图像预处理模块、面阵非制冷红外探测器、以及面阵电控液晶微透镜，三者同轴顺序设置，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，驱控与图像预处理模块采用SoC和FPGA结构，用于为面阵电控液晶微透镜与面阵非制冷红外探测器提供驱动和调控信号，面阵电控液晶微透镜用于接收目标红外光波，将目标红外光波离散成子孔径红外波束阵列，并将子孔径红外波束聚焦或汇聚在与其对应的单元非制冷红外探测器上，子红外探测器阵列用于将子孔径红外波束转换为电响应信号，驱控与图像预处理模块用于对电响应信号进行数字化、配准和校正处理后，得到红外图像数据并输出，面阵电控液晶微透镜还用于根据调控信号改变其焦长和通光孔径，从而调变聚焦在子红外探测器上的子孔径红外波束的辐射通量，进而改变子红外探测器的电响应信号强度以及红外图像数据。