一种可寻址层析视场的液晶基成像探测芯片制造技术

本实用新型专利技术公开了一种可寻址层析视场的液晶基成像探测芯片。包括面阵电控液晶成像微透镜和面阵光敏探测器，其中，单元电控液晶成像微透镜用于对目标通过物镜形成的压缩光场执行进一步的汇聚式压缩，通过调变加载在所述面阵电控液晶成像微透镜上的信号电压的均方幅值，调变所述单元电控液晶成像微透镜的光汇聚能力，进而调变由物镜和所述单元电控液晶成像微透镜共同确定的目标对焦平面，从而在深度方向上改变能清晰成像的目标图层，执行成像视场在深度方向上的可寻址层析检录。该芯片易与其它功能性光学、光电及电子学结构耦合，易于插入常规成像光路中替换传统光敏成像芯片执行寻址层析视场式的成像探测。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于成像探测
，更具体地，涉及一种可寻址层析视场的液晶基成像探测芯片，通过面阵电控液晶成像微透镜和面阵光敏探测器，实现局域成像视场的可寻址层析成像。
技术介绍
迄今为止，基于大面阵光敏芯片的成像探测技术已获得广泛应用，千万像素规模的小/微型化图像结构随着智能手机的普及已进入个人消费时代，对更高像质乃至更强成像效能的追求已呈现只有更好和更强这一消费指向。一般而言，现有常规成像探测体制基于物镜或成像光学系统，将目标光场进行大尺度压缩并投射到置放在焦平面处的面阵光敏芯片上，通过光电转换和数字图像预处理获得电子目标图像并加以显示与输出。所能获取的清晰图像仅针对成像视场中某一个向着成像光学系统张开的，深度极为有限或可认为是几乎无深度的平面景物其图形化排布的电磁辐射波场。选择清晰成像面这一操作由物镜的对焦操作完成，极为有限的焦深对应着同样极为有限的目标景深，对焦面以外的景物图像均将模糊化。在对焦面前后距对焦面越远的景物其模糊程度越高，更换对焦面则需要调变物镜焦距，也就是说单次成像实际上所完成的仅是视场中基于物镜焦距所选取的一个平面景物图层的清晰成图操作。通过物镜的机械变焦执行成像视场中由物距所划分的平面景物图层选取，其电子或机械控制信号、焦距与清晰的层化平面景物图像间存在对应关系。在这一体制下，得到远近不同的景物其清晰平面图像的前提是有效配置与更换焦距。机械变焦已带来成像装置其光学系统以及辅助驱控装置的复杂化，使成本增加、系统可靠性降低、成像探测的快速响 应和适应能力下降。目前，针对上述问题在光敏层面也发展了多种基于折射、衍射或电控可变形液体微透镜阵列与常规光敏芯片耦合的架构方案，期望通过作用于压缩光场的多焦长属性或电调焦特征来更替和扩展可清晰成像的平面景物图层数量。目前，随着微电子工艺技术的持续快速发展，光敏芯片的阵列规模仍在持续扩大，实验室级的单片科研产品已突破亿像素级，光敏元尺寸已缩至亚微米尺度，这一进展在进一步提高基于物镜或光汇聚能力的成像清晰度、辐射分辨率以及扩展辐射响应范围等方面，将产生明显改善作用甚至会显著增强成像探测效能，但在景物的层析成像方面的体制性约束依然存在，从而显示能力不足这一缺陷。关键性的问题有：(一)现有成像光学系统的焦深其可扩展程度极为有限，通过昂贵手段所能获得的焦深增量不足以支撑清晰图层数量的显著扩张；(二)机械调焦下的光学稳态过渡期较长，响应相对迟缓，不适用于动态或迅变过程以及快速运动目标的图像信息捕获；(三)机械调焦因存在精度和机械惯性问题，仅能粗略划分或确定相对稳定或缓变的景物其清晰图层位置，难以对视场执行精细层析与可寻址精确检录；(四)基于电控可形变微透镜阵列与光敏芯片集成这一架构执行可调焦操作，因存在结构形变的顺序性和形貌变动惯性，仅适用于稳定或缓变景物且不能执行快速跳跃式的图像检录；(五)基于多焦长衍射微透镜阵列与光敏芯片耦合执行可调焦成像探测，其实质仍是对视场进行粗略划分，同样存在无法精细层析化视场以及执行精确检录等问题；(六)基于多焦长折射微透镜阵列耦合并与光敏芯片匹配执行可变焦成像探测，同样存在采用多焦长衍射微透镜所存在的类似问题。总之，发展适用于动态或迅变场景以及快速运动目标，执行视场的可寻址图像化层析、连续或跳跃检录，以及可与常规成像探测体制兼容的成像探测芯片，是目前进一步发展商用光敏芯片技术的热点和难点问题，迫切需要新的突破。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本技术提供了一种可寻址层析视场的液晶基成像探测芯片，能基于电控方式层析化局域较近距离处的成像视场，目标的清晰成像图层能通过加载在液晶结构上的电信号执行寻址式选择与调变，并且能灵活运用于常规成像系统中。为实现上述目的，本技术提供了一种可寻址层析视场的液晶基成像探测芯片，其特征在于，包括面阵电控液晶成像微透镜和面阵光敏探测器；所述面阵电控液晶成像微透镜包括液晶材料层，依次设置在液晶材料层上表面的第一液晶初始定向层、图形化电极层和第一基片，以及依次设置在液晶材料层下表面的第二液晶初始定向层、平面电极层和第二基片；所述平面电极层由导电透光膜构成，所述图形化电极层由其上布有m×n元阵列分布的电极微孔的导电透光膜构成，其中，m、n均为大于1的整数；所述面阵电控液晶成像微透镜被划分成m×n元阵列分布的单元电控液晶成像微透镜，所述单元电控液晶成像微透镜与所述电极微孔一一对应，每个电极微孔位于对应的单元电控液晶成像微透镜的中心，形成单元电控液晶成像微透镜的上电极，所有单元电控液晶成像微透镜的下电极由所述平面电极层提供；所述面阵光敏探测器被划分成m×n元阵列分布的子面阵光敏探测器，所述子面阵光敏探测器与所述单元电控液晶成像微透镜一一对应；所述单元电控液晶成像微透镜用于对目标通过物镜形成的压缩光场执行进一步的汇聚式压缩，通过调变加载在所述面阵电控液晶成像微透镜上的信号电压的均方幅值，调变所述单元电控液晶成像微透镜的光汇聚能力，进而调变由物镜和所述单元电控液晶成像微透镜共同确定的目标对焦平面，从而在深度方向上改变能清晰成像的目标图层，执行成像视场在深度方向上的可寻址层析检录。优选地，所述电极微孔为规则图形的孔结构，定义电极微孔填充系数为单个电极微孔的面积占单元电控液晶成像微透镜的通光面积的比率，所述电极微孔填充系数不低于65％。优选地，所述电极微孔为长方形、十字形、三角形、正方形、五边形、六边形、圆形或椭圆形。优选地，所述第一基片远离所述图形化电极层的一面还设有纳米级厚度的保护膜，所述第二基片远离所述平面电极层的一面还设有纳米级厚度的电隔离层。优选地，上述探测芯片还包括陶瓷外壳，所述面阵电控液晶成像微透镜与所述面阵光敏探测器被同轴顺序排布耦合并封装在所述陶瓷外壳中，所述陶瓷外壳的顶部设有光入射窗口，使所述面阵电控液晶成像微透镜的受光面裸露在外，用于接收外界入射光场。优选地，所述陶瓷外壳上设有端口和指示灯，所述端口用于从外界向所述液晶基成像探测芯片输入工作指令，以及向外界输出电子图像数据，所述指示灯用于指示所述液晶基成像探测芯片是否处在正常工作状态。总体而言，通过本技术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：1、通过集成面阵电控液晶成像微透镜与面阵光敏探测器，构成小/微型化的可寻址层析视场的液晶基成像探测芯片；2、通过在面阵电控液晶成像微透镜上加载能灵活调变频率、幅度和占空比的时序电压信号，改变在成像视场深度方向上的被清晰成像的目标平面图层，具有层析成像其控制方式灵活，清晰成像的目标平面图层可电控顺序扫描、检录、任意图层切入与灵活调换的特点；3、通过加载及调变均方信号电压，具有能执行基于电信号均方幅度的空间寻址式层析化局域视场的成像探测的特点；4、具有易与其它功能性光学、光电及电子学结构耦合的特点；5、具有易于插入常规成像光路中替换传统光敏成像芯片执行寻址层析视场式的成像探测的特点。附图说明图1是本技术实施例的可寻址层析视场的液晶基成像探测芯片的结构示意图；图2(a)为光轴外物点的光学汇聚效应示意图，图2(b)为光轴上物点的光学汇聚效应示意图；图3是本技术实施例的可寻址层析视场的液晶基成像探测芯片不具备视场层析效能的光学应用配置示意图；图4是本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可寻址层析视场的液晶基成像探测芯片，其特征在于，包括面阵电控液晶成像微透镜和面阵光敏探测器；所述面阵电控液晶成像微透镜包括液晶材料层，依次设置在液晶材料层上表面的第一液晶初始定向层、图形化电极层和第一基片，以及依次设置在液晶材料层下表面的第二液晶初始定向层、平面电极层和第二基片；所述液晶材料层的厚度为微米级，所述平面电极层由导电透光膜构成，所述图形化电极层由其上布有m×n元阵列分布的电极微孔的导电透光膜构成，所述平面电极层和所述图形化电极层的厚度为纳米级，其中，m、n均为大于1的整数；所述面阵电控液晶成像微透镜被划分成m×n元阵列分布的单元电控液晶成像微透镜，所述单元电控液晶成像微透镜与所述电极微孔一一对应，每个电极微孔位于对应的单元电控液晶成像微透镜的中心，形成单元电控液晶成像微透镜的上电极，所有单元电控液晶成像微透镜的下电极由所述平面电极层提供；所述面阵光敏探测器被划分成m×n元阵列分布的子面阵光敏探测器，所述子面阵光敏探测器与所述单元电控液晶成像微透镜一一对应。

【技术特征摘要】
1.一种可寻址层析视场的液晶基成像探测芯片，其特征在于，包括面阵电控液晶成像微透镜和面阵光敏探测器；所述面阵电控液晶成像微透镜包括液晶材料层，依次设置在液晶材料层上表面的第一液晶初始定向层、图形化电极层和第一基片，以及依次设置在液晶材料层下表面的第二液晶初始定向层、平面电极层和第二基片；所述液晶材料层的厚度为微米级，所述平面电极层由导电透光膜构成，所述图形化电极层由其上布有m×n元阵列分布的电极微孔的导电透光膜构成，所述平面电极层和所述图形化电极层的厚度为纳米级，其中，m、n均为大于1的整数；所述面阵电控液晶成像微透镜被划分成m×n元阵列分布的单元电控液晶成像微透镜，所述单元电控液晶成像微透镜与所述电极微孔一一对应，每个电极微孔位于对应的单元电控液晶成像微透镜的中心，形成单元电控液晶成像微透镜的上电极，所有单元电控液晶成像微透镜的下电极由所述平面电极层提供；所述面阵光敏探测器被划分成m×n元阵列分布的子面阵光敏探测器，所述子面阵光敏探测器与所述单元电控液晶成像微透镜一一对应。2.如权利要求1所述的可寻址层析...

【专利技术属性】
技术研发人员：张新宇，信钊炜，魏东，袁莹，彭莎，张波，吴勇，王海卫，谢长生，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：新型
国别省市：湖北;42