CN116047658B - 集成散射结构的成像*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种集成散射结构的成像***,包含:成像芯片和控制计算设备;成像芯片包含:基板;硅基片,硅基片设置于基板上;若干硅波导,若干硅波导设置于基板上且一端分别连接至硅基片的外周;散射片,散射片的形状与硅基片相匹配且设置于硅基片上,散射片的中心与硅基片的中心重合,散射片小于硅基片,散射片的外周聚与硅基片外周之间形成预设距离;散射片包含硅部和二氧化硅部,硅部和二氧化硅部直接连接至硅基片。本发明提供的集成散射结构的成像***,集成度高,不需要片外的辅助***,成本低,且集成散射结构调制速率快,成像速度快。
Description
技术领域
本发明涉及一种集成散射结构的成像***。
背景技术
单像素成像和鬼成像方法已经广泛应用于成像光学。这类方法需要一个可以产生不同图样的光源,目前常用激光器加上空间光调制器(SLM)或者数字微镜元件(DMD)来进行光波调制,收集物体在不同图样照射下探测器的响应,通过图像恢复算法得到图像。现有技术的缺点在于:难以将激光器和探测器和DMD或者SLM集成,且由于目前SLM和DMD的机制限制,探测速度较低。
发明内容
本发明提供了一种集成散射结构的成像***解决上述提到的技术问题,具体采用如下的技术方案:
一种集成散射结构的成像***,包含:
成像芯片;
控制计算设备,连接至所述成像芯片;
所述成像芯片包含:
基板;
硅基片,所述硅基片设置于所述基板上;
若干硅波导,若干所述硅波导设置于所述基板上且一端分别连接至所述硅基片的外周;
散射片,所述散射片的形状与所述硅基片相匹配且设置于所述硅基片上,所述散射片的中心与所述硅基片的中心重合,所述散射片小于所述硅基片,所述散射片的外周聚与所述硅基片外周之间形成预设距离;
所述散射片包含硅部和二氧化硅部,所述硅部和所述二氧化硅部直接连接至所述硅基片。
进一步地,所述成像芯片还包含激光器和光开关;
所述光开关设置于所述基板上;
所述激光器连接至所述光开关;
若干所述硅波导的另一端连接至所述光开关;
所述集成散射结构的成像***还包含控制电源模块和光电探测器;
所述控制电源模块和所述光电探测器连接至所述控制计算设备;
所述控制电源模块还连接至所述光开关;
所述控制电源模块控制所述光开关的开关。
进一步地,所述成像芯片还包含若干光电探测器;
若干所述光电探测器设置于所述基板上且分别连接至若干所述硅波导的另一端;
所述集成散射结构的成像***还包含激光器和数据采集器;
所述激光器和所述数据采集器连接至所述控制计算设备;
所述数据采集器连接至若干所述光电探测器。
进一步地,所述成像芯片还包含激光器、若干分束器、若干光电探测器和光开关;
若干所述分束器、若干光电探测器和所述光开关设置于所述基板上;
若干所述分束器分别连接至若干所述硅波导的另一端;
若干所述光电探测器分别连接至若干所述分束器;
若干所述分束器均连接至所述光开关;
所述集成散射结构的成像***还包含数据采集器和控制电源模块;
所述数据采集器和所述控制电源模块连接至所述控制计算设备;
所述控制电源模块还连接至所述光开关;
所述数据采集器连接至若干所述光电探测器。
进一步地,所述成像芯片还包含若干光电探测器;
若干所述光电探测器设置于所述基板上且分别连接至若干所述硅波导的另一端;
所述集成散射结构的成像***还包含数据采集器;
所述数据采集器分别连接至所述控制计算设备和若干所述光电探测器。
进一步地,所述集成散射结构的成像***还包含滤光片。
进一步地,所述硅基片和所述硅波导的厚度相等。
进一步地,所述硅基片和所述硅波导的厚度为220nm;
所述散射片的厚度为600nm。
进一步地,所述硅基片和所述散射片均为正方形;
若干所述硅波导的数量为4的倍数,连接至所述硅基片的同一边的所述硅波导的数量相同;
连接至所述硅基片的同一边的所述硅波导间隔相等。
进一步地,若干所述硅波导和所述硅基片为一个整体。
本发明的有益之处在于所提供的集成散射结构的成像***,集成度高,不需要片外的辅助***,成本低,且集成散射结构调制速率快,成像速度快。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的一种集成散射结构的成像***的示意图;
图2是本发明的一种集成散射结构的成像***的成像芯片的示意图;
图3是本发明的一种集成散射结构的成像***的硅波导单独输入和几个硅波导同时输入在散射结构内的电场传播图和出射的辐射远场图的示意图;
图4是本发明的一种具有多发单收功能的集成散射结构的成像***的示意图;
图5是本发明的一种具有多发单收功能的集成散射结构的成像***的示意图;
图6是本发明的一种具有单发多收功能的集成散射结构的成像***的示意图;
图7是本发明的一种具有单发多收功能的集成散射结构的成像***的示意图;
图8是本发明的一种具有多发多收功能的集成散射结构的成像***的示意图;
图9是本发明的一种具有多发多收功能的集成散射结构的成像***的示意图;
图10是本发明的一种具有零发多收功能的集成散射结构的成像***的示意图;
基板10,硅基片20,硅波导30,散射片40,硅部41,二氧化硅部42。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例,实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本申请,而不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中,除非另有明确的规定和限定,术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触,也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
如图1所示为本申请的一种集成散射结构的成像***,包含:成像芯片和连接至成像芯片的控制计算设备(未示出)。其中,控制计算设备用于控制成像芯片,且用于对数据进行分析处理。在本申请中,控制计算设备为计算机。
具体而言,如图2所示,成像芯片包含:基板10、硅基片20、若干硅波导30和散射片40。
硅基片20设置于基板10上。若干硅波导30设置于基板10上且一端分别连接至硅基片20的外周。散射片40的形状与硅基片20相匹配且设置于硅基片20上,散射片40的中心与硅基片20的中心。散射片40小于硅基片20,散射片40的外周聚与硅基片20外周之间形成预设距离。散射片40包含硅部41和二氧化硅部42,硅部41和二氧化硅部42直接连接至硅基片20。散射片40的硅部41、硅基片20和若干硅波导30的材质均为硅。而散射片40的二氧化硅部42的材质为二氧化硅,和硅基芯片的包层材料一致。
可以理解的是,若干硅波导30和硅基片20为一个整体。散射区域的具体结构通过逆设计优化算法得到,确保在高发射率的前提下得到独立的散射图案。
具体而言,在本申请的实施例中,硅基片20和硅波导30的厚度相等。可以理解的是,硅基片20和硅波导30的厚度可以根据需要进行设定。优选地,在本申请的实施例中,硅基片20和硅波导30的厚度为220nm。
作为一种优选的实施方式,散射片40的厚度优选比硅基片20大。在本申请中,散射片40的厚度为600nm。
作为一种优选的实施方式,硅基片20和散射片40均为正方形。硅基片20的外边距离散射片40的外边的距离为1000nm。
作为一种优选的实施方式,若干硅波导30的数量为4的倍数,连接至硅基片20的同一边的硅波导30的数量相同。且,连接至硅基片20的同一边的硅波导30间隔相等。具体地,如图2所示,集成散射结构的成像结构包含16个硅波导30,每边4个。各个输入硅波导30单独输入和几个硅波导30同时输入在散射结构内的电场传播图和出射的辐射远场图如图3所示。可以理解的是,除了对不同的输入波导进行输入产生不同的图样的方法外,还可以通过输入不同的波长来产生大量独立且不同的图样。
本申请的集成散射结构的成像***根据需要可以是不同的具体实施方式。以下进行具体介绍。
具体实施方式1:多发单收
如图4-5所示为具有多发单收功能的集成散射结构的成像***。具体而言,成像芯片还包含激光器和光开关。光开关设置于基板10上。激光器连接至光开关。若干硅波导30的另一端连接至光开关。集成散射结构的成像***还包含控制电源模块和光电探测器。控制电源模块和光电探测器连接至控制计算设备。控制电源模块还连接至光开关。控制电源模块控制光开关的开关,使散射结构发射不同的光。控制计算设备对光电探测器探测到的信号进行分析处理得到成像信息。
可以理解的是,激光器可以集成在成像芯片上,通过电信号激发,提高***的集成度。
具体实施方式2:单发多收
如图6-7所示为具有单发多收功能的集成散射结构的成像***。具体而言,成像芯片还包含若干光电探测器。若干光电探测器设置于基板10上且分别连接至若干硅波导30的另一端。集成散射结构的成像***还包含激光器和数据采集器。激光器和数据采集器连接至控制计算设备。
数据采集器连接至若干光电探测器。激光器发射的光被物体反射后被成像芯片接收,通过片上的光电探测器转换为电信号后由数据采集器采集,并发送至控制计算设备进行计算处理。
具体实施方式3:多发多收
如图8-9所示为具有多发多收功能的集成散射结构的成像***。具体而言,成像芯片还包含激光器、若干分束器、若干光电探测器和光开关。若干分束器、若干光电探测器和光开关设置于基板10上。若干分束器分别连接至若干硅波导30的另一端。若干光电探测器分别连接至若干分束器。若干分束器均连接至光开关。集成散射结构的成像***还包含数据采集器和控制电源模块。数据采集器和控制电源模块连接至控制计算设备。控制电源模块还连接至光开关。
数据采集器连接至若干光电探测器。如此设置,光由片外电源控制控制的片上收发***发出后被待成像物体反射,又被片上收发***接收。接收的光信号在片上转换为电信号后由片外分析***进行分析得到成像信息。
可以理解的是,激光器可以集成在成像芯片上,通过电信号激发,提高***的集成度。
具体实施方式4:零发多收
如图10所示为具有零发多收功能的集成散射结构的成像***。具体而言,成像芯片还包含若干光电探测器。若干光电探测器设置于基板10上且分别连接至若干硅波导30的另一端。集成散射结构的成像***还包含数据采集器和滤光片。数据采集器分别连接至控制计算设备和若干光电探测器。滤光片设置于待测物体和成像芯片之间。成像芯片的具体结构参考图7。环境光由发出后被待成像物体反射后经过滤光片被片上接收***接收。通过片上的光电探测器转换为电信号后由片外分析***进行分析得到成像信息。滤光片为可选项,分别使用R、G、B三种滤光片后可以得到物体的颜色信息。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解,上述实施例不以任何形式限制本发明,凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案,均落在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种集成散射结构的成像***,其特征在于,包含:
成像芯片;
控制计算设备,连接至所述成像芯片;
所述成像芯片包含:
基板;
硅基片,所述硅基片设置于所述基板上;
若干硅波导,若干所述硅波导设置于所述基板上且一端分别连接至所述硅基片的外周;
散射片,所述散射片的形状与所述硅基片相匹配且设置于所述硅基片上,所述散射片的中心与所述硅基片的中心重合,所述散射片的宽度小于所述硅基片的宽度,所述散射片的外周与所述硅基片外周之间形成预设距离;
所述散射片包含硅部和二氧化硅部,所述硅部和所述二氧化硅部直接连接至所述硅基片;
所述成像芯片还包含若干光电探测器。
2.根据权利要求1所述的集成散射结构的成像***,其特征在于,
所述成像芯片还包含激光器和光开关;
所述光开关设置于所述基板上;
所述激光器连接至所述光开关;
若干所述硅波导的另一端连接至所述光开关;
所述集成散射结构的成像***还包含控制电源模块;
所述控制电源模块和所述光电探测器连接至所述控制计算设备;
所述控制电源模块还连接至所述光开关;
所述控制电源模块控制所述光开关的开关。
3.根据权利要求1所述的集成散射结构的成像***,其特征在于,
若干所述光电探测器设置于所述基板上且分别连接至若干所述硅波导的另一端;
所述集成散射结构的成像***还包含激光器和数据采集器;
所述激光器和所述数据采集器连接至所述控制计算设备;
所述数据采集器连接至若干所述光电探测器。
4.根据权利要求1所述的集成散射结构的成像***,其特征在于,
所述成像芯片还包含激光器、若干分束器和光开关;
若干所述分束器、若干光电探测器和所述光开关设置于所述基板上;
若干所述分束器分别连接至若干所述硅波导的另一端;
若干所述光电探测器分别连接至若干所述分束器;
若干所述分束器均连接至所述光开关;
所述集成散射结构的成像***还包含数据采集器和控制电源模块;
所述数据采集器和所述控制电源模块连接至所述控制计算设备;
所述控制电源模块还连接至所述光开关;
所述数据采集器连接至若干所述光电探测器。
5.根据权利要求1所述的集成散射结构的成像***,其特征在于,
若干所述光电探测器设置于所述基板上且分别连接至若干所述硅波导的另一端;
所述集成散射结构的成像***还包含数据采集器;
所述数据采集器分别连接至所述控制计算设备和若干所述光电探测器。
6.根据权利要求5所述的集成散射结构的成像***,其特征在于,
所述集成散射结构的成像***还包含滤光片。
7.根据权利要求1所述的集成散射结构的成像***,其特征在于,
所述硅基片和所述硅波导的厚度相等。
8.根据权利要求7所述的集成散射结构的成像***,其特征在于,
所述硅基片和所述硅波导的厚度为220nm;
所述散射片的厚度为600nm。
9.根据权利要求1所述的集成散射结构的成像***,其特征在于,
所述硅基片和所述散射片均为正方形;
若干所述硅波导的数量为4的倍数,连接至所述硅基片的同一边的所述硅波导的数量相同;
连接至所述硅基片的同一边的所述硅波导间隔相等。
10.根据权利要求1所述的集成散射结构的成像***,其特征在于,
若干所述硅波导和所述硅基片为一个整体。
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