一種基于波矢測(cè)量的紅外成像探測(cè)芯片的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于波矢測(cè)量的紅外成像探測(cè)芯片，包括面陣紅外折射微透鏡、面陣非制冷紅外探測(cè)器和驅(qū)控預(yù)處理模塊；其中，面陣非制冷紅外探測(cè)器位于所述面陣紅外折射微透鏡的焦面處，被劃分成多個(gè)陣列分布的子面陣非制冷紅外探測(cè)器，每個(gè)子面陣非制冷紅外探測(cè)器包括數(shù)量和排布方式相同的多個(gè)陣列分布的光敏元；面陣紅外折射微透鏡包括多個(gè)陣列分布的單元紅外折射微透鏡，每單元紅外折射微透鏡與一個(gè)子面陣非制冷紅外探測(cè)器對(duì)應(yīng)。本實(shí)用新型的紅外成像探測(cè)芯片可測(cè)量的紅外波矢方向的變動(dòng)范圍大，測(cè)量精度高，結(jié)構(gòu)緊湊，環(huán)境適應(yīng)性好，易與常規(guī)紅外光學(xué)系統(tǒng)、電子和機(jī)械裝置匹配耦合。
【專利說明】一種基于波矢測(cè)量的紅外成像探測(cè)芯片
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于紅外成像探測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種基于波矢測(cè)量的紅外成像探測(cè)芯片。
【背景技術(shù)】
[0002]—般而言,從目標(biāo)出射的多方向紅外波束在大氣中傳輸時(shí)表現(xiàn)為漸次發(fā)散這樣一種空間分布形態(tài)。波矢方向不同的波束在能量傳送效能方面的差異，反映了目標(biāo)及其不同部位向周圍空域投送紅外能量的能力有所不同這一屬性。該屬性可歸并到傳輸波束因其波矢方向改變所導(dǎo)致的光場(chǎng)能流分布的方向差異性。也就是說與目標(biāo)的結(jié)構(gòu)、形貌、姿態(tài)、方位以及距離等密切相關(guān)的，紅外出射光波其能流場(chǎng)在空間分布和演化方面的變動(dòng)，與紅外波束其波矢的空間分布和傳播形態(tài)的差異性，存在因果或遞推性關(guān)聯(lián)。上述差異性或關(guān)聯(lián)性可通過常規(guī)成像探測(cè)操作，以目標(biāo)形貌特征有所改變的平面電子姿態(tài)圖像的形式再現(xiàn)出來，從而構(gòu)成了基于波矢測(cè)量進(jìn)行成像探測(cè)的物理和技術(shù)基礎(chǔ)。
[0003]在基于波矢測(cè)量進(jìn)行成像探測(cè)這一方面，目前的工作主要集中在可見光譜域。表現(xiàn)在通過測(cè)量目標(biāo)光波基于波矢的三維展布和演化，獲取僅具有細(xì)微方向差別的波矢簇所對(duì)應(yīng)的電子目標(biāo)圖像，以及多波矢簇所對(duì)應(yīng)的序列電子目標(biāo)圖像；發(fā)展高速高效算法對(duì)電子圖像信息進(jìn)行歸類、擴(kuò)充、細(xì)化和修飾等。在關(guān)鍵性的成像探測(cè)架構(gòu)和數(shù)字圖像信息處理方面的進(jìn)展目前極為迅速。典型技術(shù)特征包括:(一)基于序列平面電子姿態(tài)圖像的三維電子目標(biāo)圖像重建；(二)基于數(shù)字手段擴(kuò)充電子圖像序列獲得更為完整和細(xì)膩的電子目標(biāo)圖像集；(三)通過在電子圖像集中選取某一(類)圖像，實(shí)現(xiàn)數(shù)字圖像目標(biāo)的電子再對(duì)焦，進(jìn)一步清晰化或模糊化圖像；(四)在電子目標(biāo)場(chǎng)景中，通過選取不同區(qū)域或景深中的，等效于物空間中遠(yuǎn)近不同的新的物體作為對(duì)焦點(diǎn)而清晰化或淡化或模糊化景物；(五)通過選擇特定圖像序列來調(diào)整電子目標(biāo)姿態(tài)，形成與常規(guī)三維影像類似的立體效果等。基于波矢測(cè)量的成像探測(cè)技術(shù)，正向著基于超大面陣光學(xué)/光電架構(gòu)的硬件改進(jìn)以及算法增強(qiáng)來快速甚至實(shí)時(shí)構(gòu)建目標(biāo)圖像，從而顯著提高成像探測(cè)效能的方向前進(jìn)。
[0004]迄今為止，盡管紅外成像探測(cè)技術(shù)已獲得廣泛應(yīng)用，由于紅外電磁輻射的波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于可見光波長(zhǎng)，造成紅外焦平面上的成像光斑遠(yuǎn)大于可見光情形，使紅外圖像在清晰度、對(duì)比度和細(xì)節(jié)表現(xiàn)等方面，較可見光圖像呈現(xiàn)本征性差距而使圖像降質(zhì)。另外，考慮到紅外電磁福射的能態(tài)較低，基于紅外CCD、CMOS或FPAs等面陣光敏結(jié)構(gòu)的光電靈敏度仍遠(yuǎn)小于可見光情形。為獲得足夠的光電響應(yīng)信號(hào)強(qiáng)度，單元光敏元仍需具有足夠大的面形尺寸，這一結(jié)構(gòu)要求使目前的陣列化紅外光敏結(jié)構(gòu)的陣列規(guī)模遠(yuǎn)小于可見光情形。上述因素導(dǎo)致基于焦平面架構(gòu)的紅外成像探測(cè)所能獲取的圖像像質(zhì)遠(yuǎn)低于可見光圖像，并且這種狀況將維持相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間。因此，如何將可見光譜域基于波矢測(cè)量的成像探測(cè)架構(gòu)延伸到紅外譜域，找到可以彌補(bǔ)甚至克服上述缺陷以提升紅外像質(zhì)和成像探測(cè)效能的技術(shù)措施，目前仍屬空白，也是發(fā)展先進(jìn)紅外成像探測(cè)技術(shù)所面臨的重點(diǎn)和難點(diǎn)問題，迫切需要新的突破。實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本實(shí)用新型提供了一種基于波矢測(cè)量的紅外成像探測(cè)芯片，可測(cè)量的紅外波矢方向的變動(dòng)范圍大，測(cè)量精度高，結(jié)構(gòu)緊湊，環(huán)境適應(yīng)性好，易與常規(guī)紅外光學(xué)系統(tǒng)、電子和機(jī)械裝置匹配耦合。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種紅外成像探測(cè)芯片，其特征在于，包括面陣紅外折射微透鏡、面陣非制冷紅外探測(cè)器和驅(qū)控預(yù)處理模塊；其中，所述面陣非制冷紅外探測(cè)器位于所述面陣紅外折射微透鏡的焦面處，被劃分成多個(gè)陣列分布的子面陣非制冷紅外探測(cè)器，每個(gè)子面陣非制冷紅外探測(cè)器包括數(shù)量和排布方式相同的多個(gè)陣列分布的光敏元；所述面陣紅外折射微透鏡包括多個(gè)陣列分布的單元紅外折射微透鏡，每單元紅外折射微透鏡與一個(gè)子面陣非制冷紅外探測(cè)器對(duì)應(yīng)；所述面陣紅外折射微透鏡用于聚焦目標(biāo)紅外光波，每單元紅外折射微透鏡使不同波矢方向的入射光波離散化排布，定向匯聚在與該單元紅外折射微透鏡對(duì)應(yīng)的子面陣非制冷紅外探測(cè)器的相應(yīng)光敏元上，所述面陣紅外折射微透鏡使同一波矢方向的入射光線定向聚焦在多個(gè)子面陣非制冷紅外探測(cè)器相同位置的光敏元上；所述面陣非制冷紅外探測(cè)器用于將聚焦在多個(gè)子面陣非制冷紅外探測(cè)器上的光波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，得到不同波矢方向的紅外波束各自對(duì)應(yīng)的陣列化的紅外光電響應(yīng)信號(hào)；所述驅(qū)控預(yù)處理模塊用于將陣列化的紅外光電響應(yīng)信號(hào)量化并進(jìn)行非均勻性校正，得到與目標(biāo)出射波束的波矢分布和空間傳輸情況對(duì)應(yīng)的序列紅外圖像數(shù)據(jù)。
[0007]優(yōu)選地，所述子面陣非制冷紅外探測(cè)器為mXn元，其中，m、n均為大于I的整數(shù)。
[0008]優(yōu)選地，所述驅(qū)控預(yù)處理模塊將陣列化的紅外光電響應(yīng)信號(hào)量化，對(duì)其進(jìn)行解算并進(jìn)行非均勻性校正。
[0009]優(yōu)選地，所述驅(qū)控預(yù)處理模塊采用SoC與FPGA結(jié)合的結(jié)構(gòu)。
[0010]優(yōu)選地，所述驅(qū)控預(yù)處理模塊還用于為所述面陣非制冷紅外探測(cè)器提供驅(qū)動(dòng)和調(diào)控信號(hào)，驅(qū)動(dòng)所述面陣非制冷紅外探測(cè)器工作，并對(duì)所述面陣非制冷紅外探測(cè)器轉(zhuǎn)換的電信號(hào)進(jìn)行調(diào)控。
[0011 ] 優(yōu)選地，還包括陶瓷外殼和金屬支撐散熱板；其中，所述陶瓷外殼位于所述金屬支撐散熱板的上方，所述金屬支撐散熱板與所述陶瓷外殼固聯(lián)，用于支撐和散熱，所述驅(qū)控預(yù)處理模塊、所述面陣非制冷紅外探測(cè)器和所述面陣紅外折射微透鏡同軸順序置于所述陶瓷外殼內(nèi)，其中，所述面陣非制冷紅外探測(cè)器位于所述驅(qū)控預(yù)處理模塊的上方，所述面陣紅外折射微透鏡位于所述面陣非制冷紅外探測(cè)器的上方，且所述面陣紅外折射微透鏡的光入射面通過所述陶瓷外殼的面部開孔裸露在外。
[0012]優(yōu)選地，所述驅(qū)控預(yù)處理模塊上設(shè)有第二端口和第二指示燈，所述面陣非制冷紅外探測(cè)器上設(shè)有第三端口和第三指示燈；所述第二端口用于輸出所述驅(qū)控預(yù)處理模塊提供給所述面陣非制冷紅外探測(cè)器的驅(qū)動(dòng)和調(diào)控信號(hào)，所述第二端口還用于輸入所述面陣非制冷紅外探測(cè)器提供給所述驅(qū)控預(yù)處理模塊的紅外光電響應(yīng)信號(hào)，所述第二端口還用于接收外部設(shè)備向所述紅外大景深成像探測(cè)芯片輸入的工作指令，所述第二指示燈用于指示所述驅(qū)控預(yù)處理模塊是否處在正常工作狀態(tài)；所述第三端口用于輸入所述驅(qū)控預(yù)處理模塊提供給所述面陣非制冷紅外探測(cè)器的驅(qū)動(dòng)和調(diào)控信號(hào)，所述第三端口還用于輸出所述面陣非制冷紅外探測(cè)器提供給所述驅(qū)控預(yù)處理模塊的紅外光電響應(yīng)信號(hào)，所述第三指示燈用于指示所述非制冷紅外探測(cè)器是否處在正常工作狀態(tài)。[0013]優(yōu)選地，所述驅(qū)控預(yù)處理模塊上設(shè)有第四端口和第四指示燈，所述第四端口用于將所述序列紅外圖像數(shù)據(jù)從所述驅(qū)控預(yù)處理模塊輸出，所述第四指示燈用于指示所述驅(qū)控預(yù)處理模塊是否處在正常數(shù)據(jù)輸出狀態(tài)。
[0014]優(yōu)選地，所述驅(qū)控預(yù)處理模塊上設(shè)有第一端口和第一指示燈，所述第一端口用于接入電源線以連接外部電源，所述第一指示燈用于指示電源是否接通。
[0015]總體而言，通過本實(shí)用新型所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果:
[0016]1、目標(biāo)其三維空間特征的單芯片成像探測(cè)。通過將面陣紅外折射微透鏡與面陣非制冷紅外探測(cè)器耦合，實(shí)現(xiàn)不同波矢方向的紅外輻射的捕獲與成像探測(cè)操作，具有基于單片功能化紅外探測(cè)陣列獲取序列目標(biāo)圖像的特點(diǎn)。
[0017]2、測(cè)量精度高。本實(shí)用新型采用面陣折射微透鏡和面陣非制冷紅外探測(cè)器，它們均具有極高的陣列規(guī)模并被混合集成而具有極高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
[0018]3、紅外波矢方向的測(cè)量范圍大。由于本實(shí)用新型采用了紅外折射微透鏡與子面陣非制冷紅外探測(cè)器一一對(duì)應(yīng)的探測(cè)架構(gòu)，具有目標(biāo)光波波矢方向的可測(cè)量范圍大的優(yōu)點(diǎn)。
[0019]4、環(huán)境適應(yīng)性好。由于本實(shí)用新型采用了基于熱效應(yīng)的非制冷紅外探測(cè)器，以及具有固定形貌的紅外折射微透鏡，測(cè)量譜段較寬，工作在室溫環(huán)境，所以本實(shí)用新型具有環(huán)境適應(yīng)性好的優(yōu)點(diǎn)。
[0020]5、使用方便。本實(shí)用新型的面陣紅外折射微透鏡、面陣非制冷紅外探測(cè)器以及驅(qū)控預(yù)處理模塊被集成在單個(gè)芯片上，具有接插方便，易與常規(guī)紅外光學(xué)系統(tǒng)、電子和機(jī)械裝置匹配耦合的優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的紅外成像探測(cè)芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的紅外成像探測(cè)芯片的工作原理圖，其中，(A)為針對(duì)強(qiáng)輻射目標(biāo)的工作原理圖；(B)為針對(duì)弱輻射目標(biāo)的工作原理圖；(C)為不同波矢方向紅外波束在子面陣非制冷紅外探測(cè)器上形成的焦斑分布示例。
[0023]圖1中:1-第一指示燈，2-第一端口，3-第二指示燈，4-第三指示燈，5-第二端口，6-第三端口，7-驅(qū)控預(yù)處理模塊，8-面陣非制冷紅外探測(cè)器，9-面陣紅外折射微透鏡，10-第四指示燈，11-第四端口，12-金屬支撐散熱板，13-陶瓷外殼。
【具體實(shí)施方式】
[0024]為了使本實(shí)用新型的目的、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(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。此外，下面所描述的本實(shí)用新型各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0025]—般而言，目標(biāo)的紅外出射光波在一個(gè)漸次增大的空域內(nèi)散布和傳播。不同波矢方向的波束在能量傳送效能方面的差異，反映了目標(biāo)或其不同部位向周圍空域投送紅外能量的能力有所不同這一屬性，該屬性可歸并到傳輸光場(chǎng)因其波矢方向不同所導(dǎo)致的光場(chǎng)能流分布的方向差異性。該差異性通過紅外成像探測(cè)操作，以目標(biāo)特征有所變化的序列電子圖像方式呈現(xiàn)出來。與此類似的是不同物距處的紅外目標(biāo)，也將基于出射光場(chǎng)其波矢在空間分布和傳輸形態(tài)方面的差異性，被成像系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為特征有所改變的序列電子目標(biāo)圖像。換言之，與目標(biāo)的結(jié)構(gòu)、形貌、姿態(tài)、方位以及距離等密切相關(guān)的紅外出射光波能流場(chǎng)在空間分布和演化方面的變動(dòng)，與目標(biāo)光場(chǎng)波矢的空間分布和傳播形態(tài)的差異性存在因果或遞推性關(guān)聯(lián)。上述差異性通過成像探測(cè)操作，以目標(biāo)特征有所改變的序列電子圖像的形式再現(xiàn)出來。因此，通過獲取對(duì)目標(biāo)光場(chǎng)其波束傳輸方向敏感的電子圖像，基于序列圖像信息構(gòu)建三維目標(biāo)及其空間運(yùn)動(dòng)行為，構(gòu)成了基于波矢測(cè)量進(jìn)行紅外成像探測(cè)的基礎(chǔ)。
[0026]如圖1所示，本實(shí)用新型的紅外成像探測(cè)芯片包括:驅(qū)控預(yù)處理模塊7、面陣非制冷紅外探測(cè)器8、面陣紅外折射微透鏡9、陶瓷外殼13和金屬支撐散熱板12。
[0027]陶瓷外殼13位于金屬支撐散熱板14的上方。金屬支撐散熱板14與陶瓷外殼13固聯(lián)，用于支撐和散熱。驅(qū)控預(yù)處理模塊7、面陣非制冷紅外探測(cè)器8和面陣紅外折射微透鏡9同軸順序置于陶瓷外殼13內(nèi)。其中，驅(qū)控預(yù)處理模塊7采用SoC和FPGA結(jié)合的結(jié)構(gòu)，面陣非制冷紅外探測(cè)器8位于驅(qū)控預(yù)處理模塊7的上方，面陣紅外折射微透鏡9位于面陣非制冷紅外探測(cè)器8的上方且其光入射面通過陶瓷外殼13的面部開孔裸露在外。
[0028]面陣非制冷紅外探測(cè)器8位于面陣紅外折射微透鏡9的焦面處。面陣非制冷紅外探測(cè)器8被劃分成多個(gè)陣列分布的子面陣非制冷紅外探測(cè)器，每個(gè)子面陣非制冷紅外探測(cè)器包括數(shù)量和排布方式相同的多個(gè)陣列分布的光敏元。面陣紅外折射微透鏡9包括多個(gè)陣列分布的單元紅外折射微透鏡，每單元紅外折射微透鏡與一個(gè)子面陣非制冷紅外探測(cè)器對(duì)應(yīng)，子面陣非制冷紅外探測(cè)器為mXn元，其中，m、n均為大于I的整數(shù)，例如，子面陣非制冷紅外探測(cè)器可以是2X2元、4X4元、8X8元甚至更大規(guī)模陣列。
[0029]面陣紅外折射微透鏡9用于聚焦目標(biāo)紅外光波，每單元紅外折射微透鏡使不同波矢方向的入射光線離散化排布，定向匯聚在與該單元紅外折射微透鏡對(duì)應(yīng)的子面陣非制冷紅外探測(cè)器的相應(yīng)光敏元上，面陣紅外折射微透鏡9使同一波矢方向的入射光線定向匯聚在多個(gè)子面陣非制冷紅外探測(cè)器相同位置的光敏元上。
[0030]面陣非制冷紅外探測(cè)器8用于將匯聚在多個(gè)子面陣非制冷紅外探測(cè)器上的光波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，得到不同波矢方向的紅外波束各自對(duì)應(yīng)的陣列化的紅外光電響應(yīng)信號(hào)。
[0031]驅(qū)控預(yù)處理模塊7用于將陣列化的紅外光電響應(yīng)信號(hào)量化，并進(jìn)行非均勻性校正，得到與目標(biāo)出射波束的波矢分布和空間傳輸情況對(duì)應(yīng)的序列紅外圖像數(shù)據(jù)。
[0032]驅(qū)控預(yù)處理模塊7還用于為面陣非制冷紅外探測(cè)器8提供驅(qū)動(dòng)和調(diào)控信號(hào)，驅(qū)動(dòng)面陣非制冷紅外探測(cè)器8工作，并對(duì)面陣非制冷紅外探測(cè)器8轉(zhuǎn)換的電信號(hào)進(jìn)行調(diào)控。
[0033]驅(qū)控預(yù)處理模塊7上設(shè)有第一端口 2、第二端口 5、第四端口 11、第一指示燈1、第二指示燈3和第四指示燈10。其中，第一端口 2用于接入電源線以連接外部電源，第二端口 5用于輸出驅(qū)控預(yù)處理模塊7提供給面陣非制冷紅外探測(cè)器8的驅(qū)動(dòng)和調(diào)控信號(hào)，還用于輸入面陣非制冷紅外探測(cè)器8提供給驅(qū)控預(yù)處理模塊7的紅外光電響應(yīng)信號(hào)，還用于接收外部設(shè)備向探測(cè)器輸入的工作指令，第四端口 11用于將序列紅外圖像數(shù)據(jù)從驅(qū)控預(yù)處理模塊7輸出，第一指示燈I用于指示電源是否接通，電源接通則第一指示燈I亮，否則熄滅，第二指示燈3用于指示驅(qū)控預(yù)處理模塊7是否處在正常工作狀態(tài)，驅(qū)控預(yù)處理模塊7處在正常工作狀態(tài)則第二指示燈3閃爍，否則熄滅，第四指示燈10用于指示驅(qū)控預(yù)處理模塊7是否處在正常數(shù)據(jù)輸出狀態(tài)，驅(qū)控預(yù)處理模塊7處在正常數(shù)據(jù)輸出狀態(tài)，則第四指示燈10閃爍，否則熄滅。
[0034]面陣非制冷紅外探測(cè)器8上設(shè)有第三端口 6和第三指示燈4。其中，第三端口 6用于輸入驅(qū)控預(yù)處理模塊7提供給面陣非制冷紅外探測(cè)器8的驅(qū)動(dòng)和調(diào)控信號(hào)，還用于輸出面陣非制冷紅外探測(cè)器8提供給驅(qū)控預(yù)處理模塊7的紅外光電響應(yīng)信號(hào)，第三指示燈4用于指示面陣非制冷紅外探測(cè)器8是否處在正常工作狀態(tài)，非制冷紅外探測(cè)器8處在正常工作狀態(tài)則第三指示燈4閃爍，否則熄滅。
[0035]上述第一端口 2、第二端口 5、第三端口 6、第四端口 11、第一指示燈1、第二指示燈
3、第三指示燈4及第四指示燈10均通過陶瓷外殼13的面部開孔裸露在外。
[0036]下面結(jié)合圖1說明本實(shí)用新型實(shí)施例的紅外成像探測(cè)芯片的工作過程。
[0037]首先用并行信號(hào)線連接第二端口 5和第三端口 6，同時(shí)連接并行通訊線至第二端口 5，連接并行數(shù)據(jù)線至第四端口 11，連接電源線到第一端口 2。通過并行通訊線由第二端口 5送入電源開啟指令，探測(cè)器開始自檢，此時(shí)第一指示燈1、第二指示燈3、第三指示燈4、第四指示燈10接通閃爍。自檢通過后第一指示燈I亮，第二指示燈3、第三指示燈4，以及第四指示燈10熄滅，探測(cè)器進(jìn)入工作狀態(tài)。通過并行通訊線由第二端口 5送入開始工作指令后，探測(cè)器開始進(jìn)行光電響應(yīng)信號(hào)測(cè)量。驅(qū)控預(yù)處理模塊7經(jīng)第二端口 5和第三端口 6向面陣非制冷紅外探測(cè)器8輸入驅(qū)動(dòng)和調(diào)控信號(hào)，面陣非制冷紅外探測(cè)器8經(jīng)第二端口 5和第三端口 6向驅(qū)控預(yù)處理模塊7輸出紅外光電響應(yīng)信號(hào)，此時(shí)第二指示燈3及第三指示燈4再次接通閃爍。紅外光電響應(yīng)信號(hào)經(jīng)驅(qū)控預(yù)處理模塊7處理后得到的序列紅外圖像數(shù)據(jù)由第四端口 11輸出，此時(shí)第四指示燈10再次接通閃爍。
[0038]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的紅外成像探測(cè)芯片在探測(cè)紅外圖像目標(biāo)時(shí)的工作原理圖，為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本實(shí)用新型，下面結(jié)合圖2詳細(xì)說明本實(shí)用新型的紅外成像探測(cè)芯片的工作原理。
[0039]如圖2 (A)所示，圖像目標(biāo)上的任意物點(diǎn)均向周圍空域發(fā)射放射狀的多方向錐形波束，以及演化成的傳輸方向相對(duì)固定的行進(jìn)光線，其指向即為波矢方向。將面陣紅外折射微透鏡與面陣非制冷紅外探測(cè)器匹配耦合，構(gòu)成基于波矢測(cè)量的紅外成像探測(cè)架構(gòu)。在所設(shè)定的陣列規(guī)模或空間分辨率模式下，每單元紅外折射微透鏡對(duì)應(yīng)4X4元子面陣非制冷紅外探測(cè)器。針對(duì)強(qiáng)輻射目標(biāo)，通過每單元紅外折射微透鏡對(duì)特定波矢入射波束的定向聚焦作用，將已直線化的錐形光束其細(xì)微的波矢方向差別，通過微透鏡對(duì)入射波束的離散化排布加以顯現(xiàn)，并被進(jìn)一步定向聚焦在與各單元紅外折射微透鏡對(duì)應(yīng)的子面陣非制冷紅外探測(cè)器的相應(yīng)光敏元上。面陣紅外折射微透鏡使同一波矢方向的入射光線定向匯聚在多個(gè)子面陣非制冷紅外探測(cè)器相同位置的光敏元上，從而將入射光線按其波矢方向通過微透鏡陣列，實(shí)現(xiàn)基于波矢方向的陣列化離散和再聚焦。典型的由g、/7；、/7,波矢表征的紅外波束所形成的焦斑情形如圖2 (A)所示，為使圖形表達(dá)清晰，圖中每個(gè)4X4元子面陣非制冷紅外探測(cè)器對(duì)應(yīng)一個(gè)波矢方向紅外波束焦斑，另外兩個(gè)波矢方向紅外波束光路及其形成的焦斑省略未不出。
[0040]面陣非制冷紅外探測(cè)器將入射光波轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，得到不同波矢方向的陣列化紅外波束所對(duì)應(yīng)的紅外光電響應(yīng)信號(hào)陣列。驅(qū)控預(yù)處理模塊(圖中未示出)將陣列化的紅外光電響應(yīng)信號(hào)量化，進(jìn)行非均勻性校正，得到與目標(biāo)出射波束其波矢分布相對(duì)應(yīng)的序列紅外圖像數(shù)據(jù)，即得到在一定視角范圍內(nèi)以不同視角觀察目標(biāo)的多幅平面姿態(tài)圖像數(shù)據(jù)。[0041]如圖2 (B)所示，針對(duì)弱輻射目標(biāo)，需利用由主鏡構(gòu)成的成像光學(xué)系統(tǒng)提高對(duì)目標(biāo)紅外出射波束的收集能力。通過將基于波矢測(cè)量的紅外成像探測(cè)芯片置于主鏡的焦面處或進(jìn)行弱離焦配置，進(jìn)行紅外圖像信息捕獲操作。由于成像光學(xué)系統(tǒng)首先對(duì)紅外目標(biāo)光波施加匯聚操作，即主鏡對(duì)其執(zhí)行了聚束式壓縮，紅外目標(biāo)波束的波矢分布將產(chǎn)生相應(yīng)變化?？紤]到這一因素，在通過驅(qū)控預(yù)處理模塊對(duì)紅外光電信號(hào)進(jìn)行量化處理后，還需進(jìn)行相應(yīng)解算，然后執(zhí)行非均勻性校正，得到目標(biāo)的序列紅外圖像數(shù)據(jù)。
[0042]圖2 (C)給出了一種典型的由不同波矢方向紅外波束在子面陣非制冷紅外探測(cè)器上形成的焦斑分布情況，如圖所示，單元紅外折射微透鏡將不同波矢方向的光束離散化再聚焦于子面陣非制冷紅外探測(cè)器的特定光敏元上。
[0043]本實(shí)用新型的紅外成像探測(cè)芯片，通過將面陣紅外折射微透鏡與面陣非制冷紅外探測(cè)器耦合，采用單元紅外折射微透鏡與子面陣非制冷紅外探測(cè)器一一對(duì)應(yīng)的探測(cè)架構(gòu)，可測(cè)量的紅外波矢方向變動(dòng)范圍大，測(cè)量精度高，能實(shí)現(xiàn)動(dòng)/靜態(tài)目標(biāo)空間特征的成像探測(cè)，環(huán)境適應(yīng)性好，使用方便，易與常規(guī)紅外光學(xué)系統(tǒng)、輔助電子和機(jī)械裝置匹配耦合。
[0044]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種紅外成像探測(cè)芯片，其特征在于，包括面陣紅外折射微透鏡、面陣非制冷紅外探測(cè)器和驅(qū)控預(yù)處理模塊；其中， 所述面陣非制冷紅外探測(cè)器位于所述面陣紅外折射微透鏡的焦面處，被劃分成多個(gè)陣列分布的子面陣非制冷紅外探測(cè)器，每個(gè)子面陣非制冷紅外探測(cè)器包括數(shù)量和排布方式相同的多個(gè)陣列分布的光敏兀； 所述面陣紅外折射微透鏡包括多個(gè)陣列分布的單元紅外折射微透鏡，每單元紅外折射微透鏡與一個(gè)子面陣非制冷紅外探測(cè)器對(duì)應(yīng)； 所述面陣紅外折射微透鏡用于聚焦目標(biāo)紅外光波，每單元紅外折射微透鏡使不同波矢方向的入射光波離散化排布，并定向匯聚在與該單元紅外折射微透鏡對(duì)應(yīng)的子面陣非制冷紅外探測(cè)器的相應(yīng)光敏元上，所述面陣紅外折射微透鏡使同一波矢方向的入射光線定向匯聚在多個(gè)子面陣非制冷紅外探測(cè)器相同位置的光敏元上； 所述面陣非制冷紅外探測(cè)器用于將聚焦在多個(gè)子面陣非制冷紅外探測(cè)器上的光波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，得到不同波矢方向的紅外波束各自對(duì)應(yīng)的陣列化的紅外光電響應(yīng)信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的紅外成像探測(cè)芯片，其特征在于，所述子面陣非制冷紅外探測(cè)器為mXn元，其中，m、n均為大于I的整數(shù)。
3.如權(quán)利要求1所述的紅外成像探測(cè)芯片，其特征在于，所述驅(qū)控預(yù)處理模塊將陣列化的紅外光電響應(yīng)信號(hào)量化，對(duì)其進(jìn)行解算，以及進(jìn)行非均勻性校正。
4.如權(quán)利要求1所述的紅外成像探測(cè)芯片，其特征在于，所述驅(qū)控預(yù)處理模塊采用SoC與FPGA結(jié)合的結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的紅外成像探測(cè)芯片，其特征在于，所述驅(qū)控預(yù)處理模塊還用于為所述面陣非制冷紅外探測(cè)器提供驅(qū)動(dòng)和調(diào)控信號(hào)，驅(qū)動(dòng)所述面陣非制冷紅外探測(cè)器工作，并對(duì)所述面陣非 制冷紅外探測(cè)器轉(zhuǎn)換的光電信號(hào)進(jìn)行調(diào)控。
6.如權(quán)利要求1所述的紅外成像探測(cè)芯片，其特征在于，還包括陶瓷外殼和金屬支撐散熱板；其中， 所述陶瓷外殼位于所述金屬支撐散熱板的上方，所述金屬支撐散熱板與所述陶瓷外殼固聯(lián)，用于支撐和散熱，所述驅(qū)控預(yù)處理模塊、所述面陣非制冷紅外探測(cè)器和所述面陣紅外折射微透鏡同軸順序置于所述陶瓷外殼內(nèi)，其中，所述面陣非制冷紅外探測(cè)器位于所述驅(qū)控預(yù)處理模塊的上方，所述面陣紅外折射微透鏡位于所述面陣非制冷紅外探測(cè)器的上方，且所述面陣紅外折射微透鏡的光入射面通過所述陶瓷外殼的面部開孔裸露在外。
7.如權(quán)利要求6所述的紅外成像探測(cè)芯片，其特征在于，所述驅(qū)控預(yù)處理模塊上設(shè)有第二端口和第二指示燈，所述面陣非制冷紅外探測(cè)器上設(shè)有第三端口和第三指示燈； 所述第二端口用于輸出所述驅(qū)控預(yù)處理模塊提供給所述面陣非制冷紅外探測(cè)器的驅(qū)動(dòng)和調(diào)控信號(hào)，所述第二端口還用于輸入所述面陣非制冷紅外探測(cè)器提供給所述驅(qū)控預(yù)處理模塊的紅外光電響應(yīng)信號(hào)，所述第二端口還用于接收外部設(shè)備向所述紅外大景深成像探測(cè)芯片輸入的工作指令，所述第二指示燈用于指示所述驅(qū)控預(yù)處理模塊是否處在正常工作狀態(tài)； 所述第三端口用于輸入所述驅(qū)控預(yù)處理模塊提供給所述面陣非制冷紅外探測(cè)器的驅(qū)動(dòng)和調(diào)控信號(hào)，所述第三端口還用于輸出所述面陣非制冷紅外探測(cè)器提供給所述驅(qū)控預(yù)處理模塊的紅外光電響應(yīng)信號(hào)，所述第三指示燈用于指示所述非制冷紅外探測(cè)器是否處在正常工作狀態(tài)。
8.如權(quán)利要求7所述的紅外成像探測(cè)芯片，其特征在于，所述驅(qū)控預(yù)處理模塊上設(shè)有第四端口和第四指示燈，所述第四端口用于將所述序列紅外圖像數(shù)據(jù)從所述驅(qū)控預(yù)處理模塊輸出，所述第四指示燈用于指示所述驅(qū)控預(yù)處理模塊是否處在正常數(shù)據(jù)輸出狀態(tài)。
9.如權(quán)利要求8所述的紅外成像探測(cè)芯片，其特征在于，所述驅(qū)控預(yù)處理模塊上設(shè)有第一端口和第一指示燈，所述第一端口用于接入電源線以連接外部電源，所述第一指示燈用于指示電源是否接通 。
【文檔編號(hào)】G01J5/10GK203587226SQ201320593807
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2013年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月25日
【發(fā)明者】張新宇, 羅俊, 康勝武, 佟慶, 梁巢兵, 王文, 桑紅石, 謝長(zhǎng)生 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)