[实用新型]一种宽照度全色成像探测芯片

说明书

技术领域

本实用新型属于成像探测技术领域，更具体地，涉及一种宽照度全色成像探测芯片。

背景技术

迄今为止，基于面阵焦平面光敏架构的全色成像装置已进入家庭，并在工农业生长、教学、科研和国防等领域，成为基础性的图像信息获取手段。对核心性的光敏阵列而言，能否不断提升应对复杂背景环境中的强光和弱光目标这一能力，已成为推动阵列化光敏器件持续快速发展的一个重要源动力。迄今为止，人们通过持续不断地研发阵列规模越来越大的光敏芯片，提高光敏材料的光电灵敏度，降低光敏结构噪声并发展专用图像信息处理算法等，增强成像探测效能以及目标和环境适应能力。另一方面，通过给面阵光敏器件配置微纳光学结构来提升成像探测性能指标并进一步扩展功能，如典型的集成有MEMS、折射或衍射微透镜、光子晶体、微纳光学天线等的光敏组件，以及耦合了无移动部件的电控、磁控、光控、声控或热控光学功能的成像探测架构等。近期发展目标是：（一）采用级联或多元系光敏材料来拓宽光敏阵列的光辐照适用范围；（二）通过微纳光学结构实现微/纳秒级时间常数的通光能流调控；（三）发展随环境或目标辐射情况，对投射到光敏芯片表面的能流压缩场其光功率分布进行调变，从增大和减小可探测的光强分布这两个相反方向上作有效延拓，实现基于光电转换的压缩光场其空间再分布情形下的成像探测效能增强。

一般而言，基于面阵焦平面光敏结构捕捉目标的图像信息，主要针对光敏阵列通过成像光学系统映射划分的、特定物距处的目标其网格状平面架构的出射光场，该物距由光学系统的焦距界定。每一个平面目标网格与面阵焦平面结构中的一个特定光敏元对应。由平面目标网格出射的阵列化波束，通过成像光学系统被压缩投送到光敏阵列上，并进一步转化为阵列化的光电响应图案即电子图像。这一成像体制的缺陷主要表现在：（一）由成像光学系统构建的能流压缩场其光强变动程度，受光敏材料的感光灵敏阈制约，其可变动范围相对有限，目前主要通过调变成像光学系统的通光孔径这样的低速机械操作实现，无法适应光强的快速改变；（二）光子型器件受限于微纳光电变换结构的分布密度，其响应辐照光场的强度变动范围相对狭小，光强过大会陷于饱和，过低则因信噪比或信杂比低而难以提取光电信号；（三）光热型器件因光电灵敏度目前仍较低，仅适用于辐照较强的场合；（四）辐照适应性差，无法快速适应入射光场其强度的剧烈变化；（五）目标和环境适应性不足，无法将强杂散或干扰光与强度相对较弱的目标辐射，融合在一个统一的探测架构下。因此，找到简捷、高效和灵巧的技术措施，以及可显著增大光敏器件的辐照度适用范围的成像探测方式，已成为发展先进全色成像技术所面临的重点和难点问题，迫切需要新的突破。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种宽照度全色成像探测芯片，可实现宽照度范围内的全色图像信息获取，测量精度高，环境适应性好，结构紧凑，易与其它光学/光电/机械结构匹配耦合。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种宽照度全色成像探测芯片，其特征在于，包括面阵电控双模（光汇聚、光发散）平面液晶微透镜、面阵全色探测器和驱控预处理模块；其中，所述面阵全色探测器被划分成多个阵列分布的子面阵全色探测器，每个子面阵全色探测器包括数量和排布方式相同的多个阵列分布的光敏元；所述面阵电控双模平面液晶微透镜与所述面阵全色探测器匹配耦合，包括多个阵列分布的单元电控双模平面液晶微透镜，每单元电控双模平面液晶微透镜与一个子面阵全色探测器对应；所述面阵电控双模平面液晶微透镜基于入射光的强度情况，对其进行定向汇聚、发散或维持光束的空间传输形态，从而在各子面阵全色探测器上形成小尺寸汇聚光斑、具有相对较暗的中心漏光场的大尺寸亮环或基于成像光学系统构建的汇聚光束所形成的聚焦斑；所述面阵全色探测器执行从光到电的光电转换操作，得到光电响应信号；所述驱控预处理模块提取所述面阵全色探测器的光敏元上的非饱和光电响应信号，并进行量化和非均匀性校正，得到目标图像数据。

优选地，所述面阵电控双模平面液晶微透镜与所述面阵全色探测器均为m×n元，其中，m、n均为大于1的整数。

优选地，所述子面阵全色探测器为p×q元，其中，p、q均为大于1的整数。

优选地，所述驱控预处理模块采用SoC与FPGA结合的结构。

优选地，所述驱控预处理模块还用于为所述面阵电控双模平面液晶微透镜和所述面阵全色探测器提供驱动和调控信号，驱动所述面阵电控双模平面液晶微透镜和所述面阵全色探测器工作，并对施加在所述面阵电控双模平面液晶微透镜上的电压信号进行调控。