一種復眼與高像質單眼時序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復眼成像以及高像質單眼成像的復眼與高像質單眼時序電調成像探測芯片。
【背景技術】
[0002]經過億萬年的自然進化，多種昆蟲已獲得獨特的復眼成像能力，可基于數量巨大的陣列化的小/微型光敏視覺結構進行并行成像探測。在超大視場內敏銳感知、追綜或鎖定目標，并有效提升時間分辨率。通過可調變的生物光學自聚焦效應，對運動目標執行高效探測、識別及自身航跡選擇與優化。盡管基于復眼的成像空間分辨率遠低于目前基于高像質單眼的光學成像探測架構，但在近距離目標感知及運動目標觀察方面顯示出明顯優勢。迄今為止，人類所發展的科研和商用光學/光電成像系統主要基于獲取高圖像分辨率的單眼成像模式，具有觀察距離相對較遠且可調變范圍大、空間分辨率高、成圖相對清晰、輻射接受能力強等特點。但對快速機動或高超聲速運動目標的成像探測能力明顯不足，常需匹配電子學或精密機械隨動裝置以及較為復雜的圖像識別、處理和顯示算法，設備體積、質量、功耗和成本相對較高，難以有效應對復雜背景環境中的弱小目標以及快速運動或變動目標。綜上所述，所呈現的基本特征為:(一)復眼可在寬大視場內成像探測靜止/緩變/快速運動目標，但其觀察距離有限，表現為近視；(二)基于高像質單眼的光學成像系統在探測遠距離目標方面展現優勢，但其視場相對有限，快響應并穩定跟蹤快速機動甚至高超聲速運動目標的能力明顯不足。生物復眼和常規高像質單眼的成像探測模態呈現明顯的互補性。
[0003]迄今為止，國內外均發展了多種基于功能化微光學結構耦合光敏芯片的復眼成像架構，并用于提高光學/光電系統的成像效能。典型進展包括:(一)將曲面輪廓固化的折射或衍射微透鏡陣列與光敏陣列耦合或集成，實現基于微透鏡陣列劃分的單芯片復眼視覺架構及視角與景深極大化；(二)通過拼接復眼圖像或視頻信息，構成超寬視場探測形態；(三)構造復眼視覺結構與高像質單眼成像結構混合并行的探測體制，構建大視場粗跟蹤與小視場高像質精細判讀并行；(四)通過機械切換，將置于成像光學系統焦面處的復眼式光敏芯片與高像質單眼式光敏芯片，時序構建成基于復眼的窄視場目標方位判讀或飛行軌跡識別，以及基于高像質單眼的視場鎖定；(五)通過機械加載或移除置于成像光學系統焦面處的與光敏芯片耦合的微透鏡陣列，實現復眼中的窄視場成像與寬視場高像質單眼成像的時序匹配；(六)采用基于電濕形變效應的電控液體微透鏡陣列或者基于梯度折射率分布的平面折射或衍射微透鏡陣列與面陣光敏結構耦合，構建復眼與高像質單眼的時序電調成像探測架構。總之，尋找可以兼容復眼與高像質單眼的成像探測架構方案，為光學/光電成像設備的小型和高效能化提供有益的設計自由度和解決思路，融合復眼與高像質單眼的成像探測優勢，是目前著力構建先進光學/光電成像探測技術的熱點，受到廣泛關注和重視。
[0004]—般而言，基于微納光學微透鏡陣列來匹配耦合面陣光敏器件這一方式，仍受多種技術因素制約，其波束變換能力在短期內難以再有質的突破，主要缺陷有:(一)耦合或集成平面或曲面或可形變輪廓的折/衍射微透鏡陣列的復眼，在執行成像探測操作時將無法去除復眼所營造的子成像孔徑；(二)耦合或集成電濕液體微透鏡陣列的復眼，由于起折光匯聚作用的微液滴一般具有相對較大的形變慣性，難以靈敏響應快速機動目標或高超聲速運動目標；(三)耦合或集成基于梯度折射率分布的微透鏡陣列的復眼，由于起折光作用的折射率梯度分布形態已固化，同樣無法在執行成像探測操作過程中去除復眼所約束的子成像孔徑；(四)在成像探測過程中通過加載或移除微透鏡陣列，或者切換執行復眼成像的光敏結構與執行高像質單眼成像的光敏芯片，需要配置精密復雜的機械移動/轉動裝置，從而帶來設備體積、成本和性能等諸多內稟性問題。
【實用新型內容】
[0005]針對現有技術的以上缺陷，本實用新型提供了一種復眼與高像質單眼時序電調成像探測芯片，其通過加載時序電控信號建立電控復眼成像探測模態，同時捕獲目標的多視角/多視距/多姿態序列圖像，通過切斷電控信號建立高像質單眼成像探測模態，獲得特定距離及方位的目標的高像質平面圖像。實現目標成圖與觀察視角/視距/目標姿態等參量的兼容測量，并且探測效能高，使用方便，易與常規成像光學系統耦合。
[0006]為實現上述目的，本實用新型提供了一種復眼與高像質單眼時序電調成像探測芯片，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，其中，液晶微光學結構在時序加電態下為面陣電控液晶微透鏡;面陣可見光探測器包括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量和排布方式相同的多個陣列分布的光敏元；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，構成電控復眼成像探測模態下的一個成像單眼;面陣電控液晶微透鏡用于將不同方向上的目標光束離散化排布，并定向匯聚在與各單元電控液晶微透鏡對應的子面陣可見光探測器的相應光敏元上，將同方向目標光束定向匯聚在多個子面陣可見光探測器相同位置的光敏元上;面陣可見光探測器用于將匯聚在多個子面陣可見光探測器上的匯聚光波轉換成電信號；驅控預處理模塊用于將一個子面陣可見光探測器的各光敏元的電信號歸屬到一個單眼的成像操作，通過對子面陣可見光探測器的光電信號進行量化和校準處理，得到目標基于觀察視角、視距、或姿態的序列子圖像數據;液晶微光學結構在斷電態下為延遲入射波束的液晶相位板，用于延遲目標光束相位并與面陣可見光探測器匹配耦合，構成高像質單眼成像探測模態下的微光學/光電成像結構;驅控預處理模塊用于將面陣可見光探測器的各光敏元的電信號歸屬到一個高像質單眼的成像操作，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，得到目標的高像質平面圖像數據。
[0007]優選地，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。
[0008]優選地，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。
[0009]優選地，所述面陣可見光探測器為RXS元，其中，R=MXP，S = NXQ。
[0010]優選地，所述液晶微光學結構通過時序加電或斷電操作，完成復眼與高像質單眼成像探測模態間的切換。
[0011]優選地，所述驅控預處理模塊還用于為所述面陣可見光探測器、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轉換的電信號進行調控。
[0012]優選地，本實用新型的復眼與高像質單眼時序電調成像探測芯片還包括陶瓷外殼，其中，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。
[0014]優選地，所述面陣可見光探測器上設有第二端口和第四端口，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。
[0015]優選地，所述液晶微光學結構上設有第三端口，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。
[0016]通過本實用新型所構思的以上技術方案與現有技術相比，具有以下有益效果:
[0017]1、電控切換復眼與高像質單眼，本實用新型通過對液晶微光學結構進行時序加電或斷電操