[發明專利]一種可調諧MOEMS濾光片

在審

• 申請號: 201710211992.6
• 申請日: 2017-04-01
• 公開（公告）號: CN106932095A
• 公開（公告）日: 2017-07-07
• 發明（設計）人: 張東亮;胡小燕;劉大川;林霄;王偉平;丁子瑜;劉杰;王志強
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司信息科學研究院
• 主分類號: G01J3/26
• 分類號: G01J3/26;G01J3/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于紅外探測成像領域，具體而言，涉及基于MOEMS(微光機電系統)技術的波長可調諧濾光片以及其調諧控制器和封裝結構。

背景技術

隨著紅外探測器技術的發展，現代大規模紅外探測器組件已經具備了極高的空間分辨率，在紅外搜索跟蹤中可以實現很高的探測概率和低誤警率。但是寬帶中波紅外或者長波紅外探測器在搜索與跟蹤過程中會受到背景雜波、誘餌干擾而導致其探測能力降低，因此為了提高各種軍事任務中對雜亂背景下的隱蔽物體的探測能力，需要通過多光譜或者超光譜成像探測技術來提高目標識別率。

然而傳統的多光譜成像系統采用色散、分立光學元件，例如光柵、棱鏡或者各種干涉儀等來進行分光、處理，其體積龐大、結構復雜、功耗大，無法滿足未來無人機、微納衛星等微小型化平臺的應用需求。例如隨著空間技術的飛速發展，未來的航天體系正朝著類似航天器群的分散航天體系的思路發展，主要思想就是將天基任務、功能或傳感器分散到一個或多個軌道平臺、平面或者多域的多個系統中。其中研究的核心組成就是分散分布的微納衛星以及其空間組網技術。這種小型化的衛星平臺對于平臺載荷的體積、重量、功耗以及數據處理量提出了苛刻的要求，同時還要求載荷在復雜環境中能夠獲取到有用信息。因此，傳統多光譜成像系統的產品和技術形態需要做出重大改變，來滿足微小型化搭載的需求，即朝著更小體積、輕重量、低功耗，甚至是更智能化的方向發展。

波長可調諧的自適應多光譜探測微系統技術集成MEMS(微電子機械系統)技術、光學薄膜技術、微電子技術：通過將光學薄膜工藝與MEMS器件工藝結合，制備芯片級可調F-P腔(法布里-珀羅腔)MOEMS(微光機電系統)濾光片。通過電壓調節F-P腔的尺寸進而調制濾光片的中心波長，實現光譜通帶的獨立調諧。并且結合自適應調節控制算法與反饋控制電路技術，根據探測器成像數據處理結果進行反饋驅動電壓，以實現自適應于變化的環境和任務的多光譜成像。這種基于MOEMS的可調濾光片技術的自適應紅外多光譜探測微系統大大減小體積、重量、功耗，智能化水平更高。在軍用領域可滿足星載、無人機機載等多種微小型化平臺進行多光譜成像進而識別目標彈頭、誘餌以及其他隱蔽軍事目標的探測需求；在民用領域可應用于安防、農業、便攜式食品藥品的物質光譜檢測與分析等。

多光譜成像有多種分光方式，其中基于濾光片轉輪的方式在早期應用較為普遍，如圖1所示。該方式需對每個通道進行單獨成像，涉及不同中心波長的濾光片的切換，每次將一個濾光片轉輪對準探測器，其濾片輪的循環工作模式為:濾片輪轉動→濾片輪至某一位置停止(對準成像光學系統)→圖像拍攝→濾片輪轉動至下一個濾光片位置停止。

上述現有技術的主要缺陷有：(1)整個過程中濾片輪頻繁的轉動和停止操作導致成像過程緩慢，效率較低；(2)濾光片轉輪體積、重量、功耗大；(3)在一個波段范圍內，只能有固定數量和確定通帶波長的濾光片，譜段調節的靈活性不足。(4)由于有機械運動部件，系統穩定性差，且結構的可靠性難以保證。

圖2所示為現在常用的推掃色散型多光譜成像中的光柵反射式成像光譜儀。其工作原理如下：物體輻射或反射的光經過光學系統聚焦后入射穿過狹縫，經球面鏡反射后入射到凸球面光柵進行反射分光，分光之后再經過球面鏡反射，最后不同波長的光入射在光電探測器陣列的不同位置，經過圖像處理可以對目標區域的一個維度在不同的波長處同時探測成像，目標在另外一個維度的像經過掃描：成像系統空間上的運動(如衛星)或者物體的平移運動(如傳送帶帶動)，或者經過光學掃描裝置對目標掃描之后，經過信號處理最終形成完整的二維多光譜圖像。

圖2所示的現有技術缺點如下：(1)由于該技術獲得目標的一幀圖像需要掃描，需要較長的時間，不適應高速成像的應用要求；(2)系統體積相對較大，不適合微小型化平臺的使用；(3)該技術獲得的多光譜圖像對應的光譜中心波長數值是固定的，因此該技術不適用于根據外界環境的變化自由選擇最佳中心波長對目標進行成像與識別；(4)該技術同時對所有譜段探測成像，獲得目標的二維光譜圖像導致數據量較大，對硬件資源要求較高。

因此需要一種MOEMS的可調諧紅外探測系統及相關的器件來解決現有技術存在的上述問題。

發明內容

針對現有技術存在的缺陷，本發明提供了一種基于MOEMS(微光機電系統)技術的波長可調諧濾光片以及其調諧控制器和封裝結構。