一种液晶基图像与波前双模电调成像探测芯片的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于成像探测技术领域，更具体地，涉及一种基于时序电信号控制液晶微光学结构实现波前测量与高像质成像的探测芯片。
【背景技术】
[0002]波前是用于表征传输态光波的一个基本参量，与光波的空间传播行为、能量输运效能及波动光场的能量空间关联分布形态等密切相关。对基于获取目标光场其能量输运空间差异性分布的成像系统而言，像质的优劣受制于多个因素，包括目标光场属性、环境介质中的波束传输行为、光学系统的能量差异性收集能力、光电转换与电子学再现效能等。光波前的形态演化贯穿上述因素及其变动过程始终，关联揭示光能流在介质空间和人工光学环境中的传输和压缩分布形态及其变动属性。基于上述物理特征，现代高性能成像光学系统均附加可探测关联目标波前的功能组件或模块。主要技术方案包括:(一)设置独立的波前测调系统，通过测量预设波束在环境介质中的波前变动，引导成像系统通过调变波前自适应快捷达成目标成图及去抖动、去模糊、去闪烁、摆脱失真并至清晰化，以及补偿或修正成像位置偏移等；(二)在执行成像探测的同时测量相应的成像波前，基于点扩散函数锐化引导数字图像处理，给图像快速去噪并至清晰化；(三)通过测量和调变波前，在一定程度上克服典型的伪装、隐身、干扰、欺骗、烟雾、沙尘或雨雪等极端行为或天候对成像探测的影响；(五)通过实时监测及调变波前，对波束传输行为或其空间展布进行评估、约束、预测甚至校正；(六)通过检测和分析波前，对难以识别或区分的目标图像特征进行判读、凝结或追综；(七)基于波前测量与微调，对特征图像进行快速检录、识别、研判和归类以及执行图像的波前归档等。目前的典型技术特征包括:(一)成像与波前测调由两个独立光学系统执行，波前数据用于对数字图像信息进行功能化处理；(二)成图与波前测量共光学孔径，但基于双独立通道实施后续光电转换；(三)成像光学系统融合波前测调功能，通过对执行成图光电转换的光场其波前进行测量和调变，导引光电转换和成图操作，构建功能性图像信息。
[0003]—般而言，分离执行成图和波前测调这一方式，在应对复杂目标和环境的成像探测能力方面，短期内难以再有质的突破，主要缺陷如下:(一)广泛用于观测自然和天文现象的基于波前测调的自适应成像系统，其光学装置的体积、质量和功耗较大，成图效能相对较低，设备昂贵，成图成本高；(二)通过小/微型化成像设备应对人工活动所引导、诱发或激励的图像降质、扭曲、畸变、失真或消失等效应，由于基于另行配置的波前测量设备获得波前及其演化数据，无法用于实时图像信息的校正性捕获和处理；(三)在对设备体积和功耗有严格约束这一条件下，由于成图与波前测调分离执行，难以准确实时获取图像的关联波前以用于图像的功能化处理，如典型的难以基于现有波前测调手段，灵敏响应和调整航迹或攻击路径的稠密大气中飞行的图像/末/制导高超声速飞行器、快速机动目标或高超声速运动目标等；(四)难以基于波前测调对工作在中低轨道上的遥感成像卫星的成像观察与监视进行灵活响应与调变；(五)对生物化学分子其飞秒级化学物理过程的图像化检测，展现昂贵和相对低效的成像观测效能；(六)共光学孔径执行成图与波前测调的成像光学系统，需要加载波前测调子系统，从而带来设备体积、成本和性能等诸多内禀性问题；(七)基于波前测调的成像系统尚难以小/微型化。目前急需关键技术突破，寻找到新的波前测量和成图操作兼容的功能性微纳光学/光电架构，达到基于实时测试、分析和调变波前，实现成图的功能性增强以及具有目标和环境的强适应和高分辨这一目标。
【发明内容】
[0004]针对现有技术的以上缺陷，本发明提供了一种液晶基图像与波前双模电调成像探测芯片，其目的在于，通过时序加载电控信号建立测量波前模态，捕获目标的出射波束波前，通过时序切断电控信号建立成像模态，获得特定距离及方位的目标的常规平面图像，实现目标成图与波前测量的兼容性时序捕获，且具有探测效能高，使用方便，易与常规成像光学系统耦合的优点。
[0005]为实现上述目的，本发明提供了一种液晶基图像与波前双模电调成像探测芯片，包括液晶微光学结构、面阵可见光探测器和驱控预处理模块，所述液晶微光学结构在时序加电态下为面阵电控液晶微透镜，所述面阵可见光探测器依照面阵电控液晶微透镜的阵列规模，被划分成多个阵列分布的子面阵可见光探测器，每个子面阵可见光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，所述面阵电控液晶微透镜与所述面阵可见光探测器匹配耦合，每单元电控液晶微透镜与一个子面阵可见光探测器对应，二者构成波前测量模态下的一个子平面波前测量单元，所述面阵电控液晶微透镜用于将目标光波离散成多个倾斜程度各异的子平面波前，并被进一步聚焦在与各液晶微透镜对应的子面阵可见光探测器的相应光敏元上，所述面阵可见光探测器用于将汇聚在各子面阵可见光探测器的相应光敏元上的聚焦光波转换成电信号，所述驱控预处理模块用于将各子面阵可见光探测器的光敏元的光电信号进行量化和校准，并通过解算各子面阵可见光探测器的光电信号所归属的光敏元位置数据，得到所对应的子平面波前的倾角数据，综合各子面阵可见光探测器的子平面波前的倾角数据及成像光学系统的折光汇聚数据，构建出目标波前数据并输出，所述液晶微光学结构在时序断电态下为延迟入射波束的液晶相位板，所述液晶相位板用于延迟目标光束相位并与面阵可见光探测器匹配耦合，构成成像模态下的微光学/光电成像探测结构，所述面阵可见光探测器用于将通过液晶相位板后最终汇聚在面阵可见光探测器上的聚焦光波转换成电信号，所述驱控预处理模块还用于将面阵可见光探测器的光敏元的光电信号归属到一个成像探测操作，通过对面阵可见光探测器的光电信号进行量化和校准处理，以得到目标的平面图像数据并输出。
[0006]优选地，通过对所述液晶微光学结构进行时序加电或断电操作，完成测量波前模态与成像模态间的切换。
[0007]优选地，所述面阵电控液晶微透镜与所述子面阵可见光探测器均为MXN元，其中，M、N均为大于I的整数。
[0008]优选地，所述子面阵可见光探测器为PXQ元，其中，P、Q均为大于I的整数。
[0009]优选地，所述面阵可见光探测器为RXS元，其中，R=MXP，S = NXQ。
[0010]优选地，所述驱控预处理模块还用于为所述面阵可见光探测器和液晶微光学结构提供驱动和调控信号，驱动所述面阵可见光探测器和液晶微光学结构工作，并对所述液晶微光学结构进行功能切换的电信号进行调控。
[0011]优选地，所述驱控预处理模块上固化了专用算法，用于解算各子面阵可见光探测器的光电信号所归属的光敏元的位置数据，解算所对应的子平面波前的倾角数据，解算综合成像光学系统的折光汇聚数据后的子平面波前的倾角修正数据以及构建出目标波前数据并输出；
[0012]优选地，还包括陶瓷外壳，所述液晶微光学结构、面阵可见光探测器和驱控预处理模块同轴顺序置于陶瓷外壳内，所述面阵可见光探测器位于所述驱控预处理模块的前方，所述液晶微光学结构位于所述面阵可见光探测器的前方且其光入射面通过所述陶瓷外壳的面部开孔裸露在外。
[0013]优选地，所述驱控预处理模块上设有第一端口、第五端口和指示灯，所述面阵可见光探测器上设有第二端口和第四端口，所述液晶微光学结构上设有第三端口，所述第一端口用于接入电源线以连接外部电源，还用于接收外部设备向可见光探测器与液晶微光学结构输入的工作指令，还用于输出所述驱控预处理模块提供给所述面阵可见光探测器和液晶微光学结构的驱动和调控信号，所述第一指示灯用于指示所述驱控预处理模块是否处在正常工作状态，所述第二端口用于输入所述驱控预处理模块提供给所述面阵可见光探测器的驱控信号，所述第三端口用于输入所述驱控预处理模块提供给所述液晶微光学结构的驱控信号，所述第四端口用于输出所述面阵可见光探测器提供给所述驱控预处理模块的光电信号，所述第五端口用于输入所述面阵可见光探测器提供给所述驱控预处理模块的光电信号。
[0014]通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果:
[0015]1、电控切换测量波前模态与成像模态，本发明通过对液晶微光学结构进行时序加电或断电操