專利名稱：液晶基電調(diào)成像波譜面陣紅外探測芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于紅外成像探測技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及ー種液晶基電調(diào)成像波譜面陣紅外探測芯片。
背景技術(shù)：
一般而言，源于地球、太陽、星體、干擾或欺騙性光源的光頻電磁輻射構(gòu)成了目標(biāo)的背景光場。自然或者人工物質(zhì)結(jié)構(gòu)在材料、組分、能態(tài)、構(gòu)造、形貌、活性以及生存環(huán)境方面的差異，使其呈現(xiàn)各異的自發(fā)輻射以及對外界電磁輻射的反射、散射或者透射屬性，但均有本征的可標(biāo)記的特征譜電磁信息。它們一般以納米/亞納米級譜寬的電磁形態(tài)呈現(xiàn)出來，分布在紫外、可見光、紅外以及THz譜域。如火箭、飛行器以及導(dǎo)彈的尾焰光輻射呈現(xiàn)窄帶連續(xù)譜，以及峰值輻射功率隨尾焰溫度的變化而改變。人工紅外源通常表現(xiàn)出微米尺度 的輻射帶寬，并且隨溫度變化改變其輻射功率和波長。高相干激光其譜寬常被約束在納米/亞納米尺度。爆燃或爆炸發(fā)光則與物質(zhì)的高溫燃燒發(fā)光類似，其能譜在微米/亞微米范圍，并具有窄帶連續(xù)性、非勻質(zhì)性和時序性。目前廣泛使用的碳材料、工程塑料、陶瓷、玻璃鋼、多種無機(jī)非金屬復(fù)合材料對電磁輻射的響應(yīng)或擾動，則主要存在于遠(yuǎn)紅外甚至THz譜域?；晌镔|(zhì)譜輻射屬性的圖譜一體化成像技木，目前已應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)視，恐怖裝置鑒別，探測使用了工程塑料、高性能陶瓷、無機(jī)非金屬復(fù)合材料的電磁隱身飛行器，對毒品和生化物質(zhì)進(jìn)行快速成像檢測，提高基于圖像信息的安檢水平，以及成像探測、觀察和制導(dǎo)等方面，并進(jìn)ー步推動成像探測技術(shù)的持續(xù)快速發(fā)展。但現(xiàn)有問題仍然是基于寬光譜探測器材的譜成像裝置仍需配置復(fù)雜精密的飼服、驅(qū)動或掃描機(jī)構(gòu)，體積和質(zhì)量大，響應(yīng)慢，譜圖像的生成、轉(zhuǎn)換時間長，電子資源占用量大，不適用于高速載體或目標(biāo)，難以執(zhí)行任意的成像波譜切入或跳轉(zhuǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供ー種具有強(qiáng)的圖譜一體化探測能力，使用方便，成像波譜響應(yīng)迅速，可執(zhí)行任意的波譜切入、凝視或跳轉(zhuǎn)，易與其它光學(xué)/光電/機(jī)械結(jié)構(gòu)耦合，以及環(huán)境適應(yīng)性好的液晶基電調(diào)成像波譜面陣紅外探測芯片。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了ー種液晶基電調(diào)成像波譜面陣紅外探測芯片，其特征在于，包括陶瓷外殼、譜紅外成像探測架構(gòu)以及金屬散熱板，譜紅外成像探測架構(gòu)設(shè)置在陶瓷外殼內(nèi)，并包括驅(qū)控與圖像預(yù)處理模塊、面陣非制冷紅外探測器、以及電調(diào)成像波譜液晶模塊，三者同軸順序設(shè)置，金屬散熱板設(shè)置在陶瓷外殼后部，并與其固聯(lián)用于芯片散熱，電調(diào)成像波譜液晶模塊用于接收目標(biāo)紅外入射光，通過其內(nèi)的多級次高反射干渉相干提取紅外入射光中的譜紅外光，并傳送到面陣非制冷紅外探測器，面陣非制冷紅外探測器用于對譜紅外光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，以生成電響應(yīng)信號，驅(qū)控與圖像預(yù)處理模塊用于對電響應(yīng)信號進(jìn)行量化、配準(zhǔn)和校正，以獲得譜紅外圖像數(shù)據(jù)并輸出，驅(qū)控與圖像預(yù)處理模塊是基于SoC和FPGA結(jié)構(gòu)，用于為電調(diào)成像波譜液晶模塊、以及面陣非制冷紅外探測器提供驅(qū)動和調(diào)控信號，電調(diào)成像波譜液晶模塊還用于根據(jù)調(diào)控信號改變其液晶材料的折射率，以改變紅外入射光中的譜紅外光的波長。陶瓷外殼的側(cè)面還設(shè)置有第四指示燈，其與驅(qū)控與圖像預(yù)處理模塊電連接，用于顯示紅外光電響應(yīng)數(shù)據(jù)處在正常的輸出狀態(tài)，陶瓷外殼的側(cè)面還設(shè)置有通訊端ロ，用干與外部電子裝置連接以接收指令，用于輸出電調(diào)成像波譜液晶模塊和面陣非制冷紅外探測器的工作參數(shù)，以及紅外圖像數(shù)據(jù)，陶瓷外殼的側(cè)面還設(shè)置有第一指示燈，其與驅(qū)控與圖像預(yù)處理模塊電連接，用于顯示通訊端ロ處在正常工作狀態(tài)，陶瓷外殼的側(cè)面還設(shè)置有第二指示燈，其與驅(qū)控與圖像預(yù)處理模塊電連接，用于顯示驅(qū)控與圖像預(yù)處理模塊處在正常工作狀態(tài)，陶瓷外殼的側(cè)面還設(shè)置有第三指示燈，其與驅(qū)控與圖像預(yù)處理模塊電連接，用于顯示面陣非制冷紅外探測器處在正常工作狀態(tài)，陶瓷外殼的側(cè)面還設(shè)置有第五指示燈，其與所屬驅(qū)控與圖像預(yù)處理模塊電連接，用于顯示電調(diào)成像波譜液晶模塊處在正常工作狀態(tài)，陶瓷外殼的側(cè)面還設(shè)置有驅(qū)控信號輸出端ロ，其與探測器驅(qū)控信號輸入端ロ以及液晶驅(qū)控信號輸入端ロ電連接，用于從驅(qū)控與圖像預(yù)處理模塊輸出面陣非制冷紅外探測器以及電調(diào)成像波譜液晶模塊的驅(qū)動和調(diào)控信號，陶瓷外殼的側(cè)面還設(shè)置有探測器驅(qū)控信號輸入端ロ， 其與驅(qū)控信號輸出端ロ電連接，用于輸入面陣非制冷紅外探測器的驅(qū)動和調(diào)控信號，陶瓷外殼的側(cè)面還設(shè)置有液晶驅(qū)控信號輸入端ロ，其與驅(qū)控信號輸出端ロ電連接，用于輸入電調(diào)成像波譜液晶模塊的驅(qū)動和調(diào)控信號。陶瓷外殼的底面還設(shè)置有第六指示燈，其與驅(qū)控與圖像預(yù)處理模塊電連接，用于顯示電源已接通，陶瓷外殼的底面還設(shè)置有電源端ロ，用于接入電源線以與外部電源連接。通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的有益效果I、圖譜一體化，本發(fā)明具有成像波譜選擇與紅外圖像信息獲取一體化進(jìn)行的優(yōu)點(diǎn)。2、譜成像方式靈活，由于在確定的電驅(qū)控信號范圍內(nèi)可在液晶結(jié)構(gòu)上隨意施加驅(qū)動和調(diào)控信號，本發(fā)明具有譜成像探測可在特定紅外波段內(nèi)的任意波譜處展開、凝固或調(diào)變的優(yōu)點(diǎn)。3、時序多色性，本發(fā)明具有依時間順序展開成像探測并輸出譜紅外圖像信息，以及基于時序譜掃描的多譜復(fù)合成像探測的優(yōu)點(diǎn)。4、智能化，通過選擇或改變液晶結(jié)構(gòu)上的加電模式，使成像探測受先驗(yàn)知識、特征場景或圖像處理結(jié)果的約束、干預(yù)或引導(dǎo)，本發(fā)明具有智能化的優(yōu)點(diǎn)。5、環(huán)境適應(yīng)性好，由于采用了光學(xué)性能可快速調(diào)變的液晶波譜結(jié)構(gòu)，可根據(jù)環(huán)境和目標(biāo)情況對特征紅外入射光波進(jìn)行快速響應(yīng)，本發(fā)明具有環(huán)境適應(yīng)性好的優(yōu)點(diǎn)。6、使用方便，由于采用了集成電調(diào)成像波譜液晶模塊、非制冷紅外探測器、以及驅(qū)控與圖像預(yù)處理模塊這樣的體系架構(gòu)，本發(fā)明具有接插方便，易與光學(xué)系統(tǒng)、外圍電子學(xué)和機(jī)械結(jié)構(gòu)耦合的優(yōu)點(diǎn)。


圖I是本發(fā)明的液晶基電調(diào)成像波譜面陣紅外探測芯片的結(jié)構(gòu)示意2是本發(fā)明的液晶基電調(diào)成像波譜面陣紅外探測芯片的原理示意圖。圖I中I-第一指示燈，2-第四指示燈，3-通訊端ロ，4-圖像數(shù)據(jù)輸出端ロ，5-第ニ指示燈，6-第三指示燈，7-第五指示燈，8-驅(qū)控信號輸出端ロ，9-探測器驅(qū)控信號輸入端ロ，10-驅(qū)控與圖像預(yù)處理模塊，11-面陣非制冷紅外探測器，12-液晶驅(qū)控信號輸入端ロ，13-電調(diào)成像波譜液晶模塊，14-第六指示燈，15-電源端ロ，16-金屬散熱板，17-陶瓷外殼。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)ー步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。如圖I所示，本發(fā)明的液晶基電調(diào)成像波譜面陣紅外探測芯片，包括陶瓷外殼17、譜紅外成像探測架構(gòu)以及金屬散熱板16。譜紅外成像探測架構(gòu)設(shè)置在陶瓷外殼17內(nèi)，并包括驅(qū)控與圖像預(yù)處理模塊10、面陣非制冷紅外探測器11、以及電調(diào)成像波譜液晶模塊13，三者同軸順序設(shè)置。
金屬散熱板16設(shè)置在陶瓷外殼17后部，并與其固聯(lián)用于芯片散熱。電調(diào)成像波譜液晶模塊13用于接收目標(biāo)紅外入射光，通過其內(nèi)的多級次高反射干渉相干提取紅外入射光中的譜紅外光，并傳送到面陣非制冷紅外探測器11。面陣非制冷紅外探測器11用于對譜紅外光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，以生成電響應(yīng)信號，驅(qū)控與圖像預(yù)處理模塊10用于對電響應(yīng)信號進(jìn)行量化、配準(zhǔn)和校正，以獲得譜紅外圖像數(shù)據(jù)并輸出，還用于為電調(diào)成像波譜液晶模塊13、以及面陣非制冷紅外探測器11提供驅(qū)動和調(diào)控信號。在本實(shí)施方式中，驅(qū)控與圖像預(yù)處理模塊10是基于SoC和FPGA結(jié)構(gòu)。電調(diào)成像波譜液晶模塊13還用于根據(jù)調(diào)控信號改變其液晶材料的折射率，以改變紅外入射光中的譜紅外光的波長。陶瓷外殼17的側(cè)面還設(shè)置有第四指示燈2，其與驅(qū)控與圖像預(yù)處理模塊10電連接，用于顯示紅外光電響應(yīng)數(shù)據(jù)處在正常的輸出狀態(tài)。陶瓷外殼17的側(cè)面還設(shè)置有通訊端ロ 3，用干與外部電子裝置連接以接收指令，用于輸出電調(diào)成像波譜液晶模塊13和面陣非制冷紅外探測器11的工作參數(shù)，以及紅外圖像數(shù)據(jù)。陶瓷外殼17的側(cè)面還設(shè)置有第一指示燈I，其與驅(qū)控與圖像預(yù)處理模塊10電連接，用于顯示通訊端ロ 3處在正常工作狀態(tài)。陶瓷外殼17的側(cè)面還設(shè)置有第二指示燈5，其與驅(qū)控與圖像預(yù)處理模塊10電連接，用于顯示驅(qū)控與圖像預(yù)處理模塊10處在正常工作狀態(tài)。陶瓷外殼的側(cè)面還設(shè)置有第三指示燈6，其與驅(qū)控與圖像預(yù)處理模塊10電連接，用于顯示面陣非制冷紅外探測器11處在正常工作狀態(tài)。陶瓷外殼17的側(cè)面還設(shè)置有第五指示燈7，其與所屬驅(qū)控與圖像預(yù)處理模塊10電連接，用于顯示電調(diào)成像波譜液晶模塊13處在正常工作狀態(tài)。陶瓷外殼17的側(cè)面還設(shè)置有驅(qū)控信號輸出端ロ 8，其與探測器驅(qū)控信號輸入端ロ9以及液晶驅(qū)控信號輸入端ロ 12電連接，用于從驅(qū)控與圖像預(yù)處理模塊10輸出面陣非制冷紅外探測器11以及電調(diào)成像波譜液晶模塊13的驅(qū)動和調(diào)控信號。陶瓷外殼17的側(cè)面還設(shè)置有探測器驅(qū)控信號輸入端ロ 9，其與驅(qū)控信號輸出端ロ8電連接，用于輸入面陣非制冷紅外探測器11的驅(qū)動和調(diào)控信號。
陶瓷外殼17的側(cè)面還設(shè)置有液晶驅(qū)控信號輸入端ロ 12，其與驅(qū)控信號輸出端ロ 8電連接，用于輸入電調(diào)成像波譜液晶模塊13的驅(qū)動和調(diào)控信號。陶瓷外殼17的底面還設(shè)置有第六指示燈14，其與驅(qū)控與圖像預(yù)處理模塊10電連接，用于顯示電源已接通。陶瓷外殼17的底面還設(shè)置有電源端ロ 15，用于接入電源線以與外部電源連接。以下參考圖2描述本發(fā)明的工作原理如圖所示，電調(diào)成像波譜液晶模塊、面陣非制冷紅外探測器、以及驅(qū)控與圖像預(yù)處理模塊這三者被混合集成，構(gòu)成芯片中的電調(diào)譜紅外成像探測架構(gòu)。通過置于紅外光學(xué)系統(tǒng)焦面處的該探測架構(gòu)，紅外入射光進(jìn)入電調(diào)成像波譜液晶模塊后，與受控電場激勵下形 成的具有特定折射率的液晶分子相作用，基于FP效應(yīng)的譜紅外光波通過在液晶模塊內(nèi)的多級次高反射干渉相干被提取出來，并后送至與電調(diào)成像波譜液晶模塊混合集成的面陣非制冷紅外探測器上，進(jìn)ー步完成光電轉(zhuǎn)換操作。液晶FP結(jié)構(gòu)的驅(qū)控電壓信號幅度(表征為Vems), 對應(yīng)于封裝在電極板間的微米級厚度液晶材料其分子的空間排布狀態(tài)，該排布狀態(tài)又決定了液晶材料的光學(xué)折射率，或者透過電調(diào)成像波譜液晶模塊的譜透射紅外光波的波長。通過驅(qū)控與圖像預(yù)處理模塊對紅外光電響應(yīng)信號數(shù)字化、配準(zhǔn)以及校正后，得到紅外圖像數(shù)據(jù)并通過輸出端ロ送出。電調(diào)成像波譜液晶模塊對其出射紅外光波所具有的波譜選擇與調(diào)變能力，由加載在液晶FP結(jié)構(gòu)上的電壓信號調(diào)控，其頻率一般在KHz級，以Vems計(jì)量的信號電壓幅度一般在幾伏至幾十伏這ー范圍內(nèi)。斷電后的液晶FP結(jié)構(gòu)，將失去控譜能力。依據(jù)特定的電壓信號加載策略，可在先驗(yàn)知識、特定場景情況或圖像處理結(jié)果的參與、約束或引導(dǎo)下，執(zhí)行受控的譜成像探測操作。以下簡要介紹本發(fā)明的操作過程操作時，首先用并行信號線連接驅(qū)控信號輸出端ロ 8、探測器驅(qū)控信號輸入端ロ9、以及液晶驅(qū)控信號輸入端ロ 12 ;用并行數(shù)據(jù)線連接通訊端ロ 3以及圖像數(shù)據(jù)輸出端ロ 4 ;電源線連接到電源端ロ 16上。然后通過并行通訊線送入電源開啟指令，芯片開始自檢，此時第一指示燈I、第二指示燈5、第三指示燈6、第四指示燈2、第五指示燈7、第六指示燈14接通閃爍，自檢通過后第一指示燈I、第二指示燈5、第三指示燈6、第四指示燈2以及第五指示燈7熄滅，芯片進(jìn)入工作狀態(tài)。通過并行通訊線送入工作指令后，芯片開始進(jìn)行譜紅外成像探測操作，此時第一指示燈I、第二指示燈5、以及第三指示燈6再次接通閃爍。紅外光電響應(yīng)信號由圖像數(shù)據(jù)輸出端ロ 4通過通訊端ロ 3送入驅(qū)控與圖像預(yù)處理模塊，此時第四指示燈10、以及第一指示燈I再次接通閃爍。經(jīng)驅(qū)控與圖像預(yù)處理模塊10處理后的紅外圖像數(shù)據(jù)，由通訊端ロ 3輸出。本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.ー種液晶基電調(diào)成像波譜面陣紅外探測芯片，其特征在干， 包括陶瓷外殼、譜紅外成像探測架構(gòu)以及金屬散熱板； 所述譜紅外成像探測架構(gòu)設(shè)置在陶瓷外殼內(nèi)，并包括驅(qū)控與圖像預(yù)處理模塊、面陣非制冷紅外探測器、以及電調(diào)成像波譜液晶模塊，三者同軸順序設(shè)置； 所述金屬散熱板設(shè)置在所述陶瓷外殼后部，并與其固聯(lián)用于芯片散熱； 所述電調(diào)成像波譜液晶模塊用于接收目標(biāo)紅外入射光，通過其內(nèi)的多級次高反射干渉相干提取所述紅外入射光中的譜紅外光，并傳送到所述面陣非制冷紅外探測器； 所述面陣非制冷紅外探測器用于對所述譜紅外光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，以生成電響應(yīng)信號；所述驅(qū)控與圖像預(yù)處理模塊用于對所述電響應(yīng)信號進(jìn)行量化、配準(zhǔn)和校正，以獲得譜紅外圖像數(shù)據(jù)并輸出； 所述驅(qū)控與圖像預(yù)處理模塊是基于SoC和FPGA結(jié)構(gòu)，用于為所述電調(diào)成像波譜液晶模塊、以及所述面陣非制冷紅外探測器提供驅(qū)動和調(diào)控信號； 所述電調(diào)成像波譜液晶模塊還用于根據(jù)所述調(diào)控信號改變其液晶材料的折射率，以改變所述紅外入射光中的譜紅外光的波長。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的液晶基電調(diào)成像波譜面陣紅外探測芯片，其特征在干， 所述陶瓷外殼的側(cè)面還設(shè)置有第四指示燈，其與所述驅(qū)控與圖像預(yù)處理模塊電連接，用于顯示紅外光電響應(yīng)數(shù)據(jù)處在正常的輸出狀態(tài)； 所述陶瓷外殼的側(cè)面還設(shè)置有通訊端ロ，用干與外部電子裝置連接以接收指令，用于輸出所述電調(diào)成像波譜液晶模塊和所述面陣非制冷紅外探測器的工作參數(shù)，以及所述紅外圖像數(shù)據(jù)； 所述陶瓷外殼的側(cè)面還設(shè)置有第一指示燈，其與所述驅(qū)控與圖像預(yù)處理模塊電連接，用于顯示所述通訊端ロ處在正常工作狀態(tài)； 所述陶瓷外殼的側(cè)面還設(shè)置有第二指示燈，其與所述驅(qū)控與圖像預(yù)處理模塊電連接，用于顯示所述驅(qū)控與圖像預(yù)處理模塊處在正常工作狀態(tài)； 所述陶瓷外殼的側(cè)面還設(shè)置有第三指示燈，其與所述驅(qū)控與圖像預(yù)處理模塊電連接，用于顯示所述面陣非制冷紅外探測器處在正常工作狀態(tài)； 所述陶瓷外殼的側(cè)面還設(shè)置有第五指示燈，其與所屬驅(qū)控與圖像預(yù)處理模塊電連接，用于顯示所述電調(diào)成像波譜液晶模塊處在正常工作狀態(tài)； 所述陶瓷外殼的側(cè)面還設(shè)置有驅(qū)控信號輸出端ロ，其與所述探測器驅(qū)控信號輸入端ロ以及所述液晶驅(qū)控信號輸入端ロ電連接，用于從所述驅(qū)控與圖像預(yù)處理模塊輸出所述面陣非制冷紅外探測器以及所述電調(diào)成像波譜液晶模塊的驅(qū)動和調(diào)控信號； 所述陶瓷外殼的側(cè)面還設(shè)置有探測器驅(qū)控信號輸入端ロ，其與所述驅(qū)控信號輸出端ロ電連接，用于輸入所述面陣非制冷紅外探測器的驅(qū)動和調(diào)控信號； 所述陶瓷外殼的側(cè)面還設(shè)置有液晶驅(qū)控信號輸入端ロ，其與所述驅(qū)控信號輸出端ロ電連接，用于輸入電調(diào)成像波譜液晶模塊的驅(qū)動和調(diào)控信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的液晶基電調(diào)成像波譜面陣紅外探測芯片，其特征在干， 所述陶瓷外殼的底面還設(shè)置有第六指示燈，其與所述驅(qū)控與圖像預(yù)處理模塊電連接，用于顯示電源已接通； 所述陶瓷外殼的底面還設(shè)置有電源端ロ，用于接入電源線以與外部電源連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種液晶基電調(diào)成像波譜面陣紅外探測芯片，包括陶瓷外殼、譜紅外成像探測架構(gòu)以及金屬散熱板，譜紅外成像探測架構(gòu)設(shè)置在陶瓷外殼內(nèi)，并包括驅(qū)控與圖像預(yù)處理模塊、面陣非制冷紅外探測器、以及電調(diào)成像波譜液晶模塊，三者同軸順序設(shè)置，電調(diào)成像波譜液晶模塊用于接收目標(biāo)紅外入射光，通過其內(nèi)的多級次高反射干涉相干提取紅外入射光中的譜紅外光，并傳送到面陣非制冷紅外探測器，面陣非制冷紅外探測器用于對譜紅外光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，以生成電響應(yīng)信號。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)緊湊，成像波譜響應(yīng)迅速，可執(zhí)行任意的波譜切入、凝視或跳轉(zhuǎn)，譜成像探測效能高，易與其它光學(xué)/光電/機(jī)械結(jié)構(gòu)耦合，以及環(huán)境適應(yīng)性好等特點(diǎn)。
文檔編號G01J5/10GK102853917SQ201210315340
公開日2013年1月2日 申請日期2012年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月30日
發(fā)明者張新宇, 佟慶, 康勝武, 羅俊, 桑紅石, 張?zhí)煨?申請人:華中科技大學(xué)