【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及铁电液晶和光学边缘检测，尤其涉及一种动态边缘检测器件及其制备方法、动态边缘检测装置。
技术介绍
1、边缘是图像中重要的特征信息，因此边缘检测通常是数据压缩、目标检测和特征分类的第一步，目前在医学成像、人脸识别和汽车自动驾驶等领域应用广泛。近年来，随着人工智能等技术的发展，图像处理数据量激增，对快速计算、低能耗和并行处理提出了更高的需求。而传统数字计算方式受限于硬件条件，处理速度有限，并且在大数据量下有相当高的功耗。全光模拟计算采用光子作为信息载体，处理速度理论上最高可到达光速，此外还可以进行大通量并行处理，其模拟特性使得图像处理的输出结果通常直观可视化。光学边缘检测为新需求提供了可行的解决方案。
2、空间微分是实现边缘检测的常规手段，相较于传统的振幅滤波器和波前调制手段，微纳结构和器件由于其紧凑小巧、易集成等优势为空间微分操作提供了更多可能性。基于光子晶体、光子芯片和超构表面等新颖材料的光学边缘检测器件有利于高速并行计算、大通量图像处理、实时目标识别等应用场景。然而，大多器件和结构在制造完成后就固定了，缺少可调性，功能单一，限制了光学边缘检测器件的发展及在相关领域的应用。
技术实现思路
1、本专利技术实施例提供了一种动态边缘检测器件及其制备方法、动态边缘检测装置，该动态边缘检测器件具有电控可调光轴，线偏振光入射时可以通过改变外加电场极性实现出射矢量偏振旋转，从而实现正交维度的边缘切换，高速、高效地实现任意方向的一维光学图像边缘检测。
2、根据本
3、所述第一基板朝向所述第二基板的一侧设置有第一透明电极层，所述第二基板朝向所述第一基板的一侧设置有第二透明电极层；
4、所述第一透明电极层朝向所述第二基板的一侧设置有取向层，所述取向层的控制图案呈现环形渐变排列、角向分布；
5、所述铁电液晶层包括铁电液晶分子，所述铁电液晶分子构成层状螺旋结构，所述层状螺旋结构的螺旋轴平行于所述第一基板所在平面，所述螺旋轴的排列方向依照所述取向层的控制图案呈现环形渐变排列、角向分布；
6、在所述第一透明电极层和所述第二透明电极层之间施加垂直于所述第一基板且电压大于或等于阈值电压的外电场情况下，所述铁电液晶层的螺旋结构发生解旋；
7、其中，所述第一透明电极层和所述第二透明电极层之间施加不同电压时，所述动态边缘检测器件实现不同边缘检测效果。
8、可选的，还包括设置于所述第一基板与所述第二基板之间的间隔子，所述间隔子用于支撑所述第一基板和所述第二基板，以形成所述铁电液晶层的容纳空间。
9、可选的，所述间隔子在垂直于所述第一基板所在平面方向上的尺寸大于或等于所述层状螺旋结构的螺距。
10、可选的，所述铁电液晶层包括手性近晶c相铁电液晶，所述手性近晶c相铁电液晶的近晶层层法线始终平行于所述第一基板所在平面，在未施加外电场的情况下呈现螺旋结构，其螺旋轴始终平行于所述第一基板所在平面，螺旋轴螺距小于所述第一基板和所述第二基板之间间距。
11、可选的，在所述第一透明电极层和所述第二透明电极层之间施加垂直于所述第一基板且电压大于或等于阈值电压的外电场情况下，所述铁电液晶分子的指向矢将统一根据电场极性旋转至螺旋锥面上平行于一基板的一侧；
12、当外加电场的极性反转时，所述铁电液晶分子的指向矢将统一旋转至对应的另一侧。
13、可选的，未施加外电场时所述螺旋轴取向方向呈现环形渐变排列、角向分布，等效光轴分布满足α＝φ/2+α0；
14、在施加垂直于所述第一基板且电压大于或等于阈值电压的外电场情况下，解旋后的所述铁电液晶分子的指向矢呈现环形渐变排列、角向分布；
15、当加电后整体光轴分布发生变化，当施加正电时，等效光轴分布满足α＝φ/2+α0+θ，施加负电时，等效光轴分布满足α＝φ/2+α0-θ；
16、其中，φ为方位角，α0为等效光轴初始角，θ为铁电液晶倾斜角。
17、可选的，通过给所述铁电液晶层施加不同极性的外电场，实现矢量光束的旋转变换，使同一空间位置的线偏振方向发生同步旋转，形成具有另一种偏振分布的矢量光束。
18、根据本专利技术的另一方面，提供一种动态边缘检测器件的制备方法，用于制备上述的动态边缘检测器件，所述制备方法包括：
19、提供第一基板和第二基板；
20、在所述第一基板的一侧形成第一透明电极层，在所述第二基板的一侧形成第二透明电极层；
21、在所述第一基板的一侧形成取向层；
22、将所述第一基板和所述第二基板对置；
23、对所述取向层取向，形成目标控制图案；
24、在所述第一基板和所述第二基板之间形成铁电液晶层，形成所述动态边缘检测器件；
25、其中，所述第一透明电极层位于所述第一基板朝向所述第二基板的一侧，所述第二透明电极层位于所述第二基板朝向所述第一基板的一侧，所述取向层位于所述第一基板朝向所述第二基板的一侧，所述取向层的控制图案呈现环形渐变排列、角向分布，所述铁电液晶层根据所述目标控制图案进行取向。
26、可选的，在将所述第一基板和所述第二基板对置之后，还包括：
27、在所述第一基板和所述第二基板之间设置间隔子。
28、根据本专利技术的又一方面，提供一种动态边缘检测装置，包括外电场调控单元以及共光轴依次设置的激光器、目标物体、第一偏振片、第一透镜、上述的动态边缘检测器件、第二透镜、第二偏振片和成像设备；
29、所述激光器输出的光束在照亮目标物体后，依次经过所述第一偏振片、所述第一透镜透射，从所述动态边缘检测器件的第一基板一侧入射，所述动态边缘检测器件对入射的线偏振光束进行几何相位调制，出射的光束依次经过所述第二透镜、第二偏振片透射后被所述成像设备接收；
30、所述成像设备接收到所述目标物体的一维边缘像；所述外电场调控单元用于调控所述动态边缘检测器件所处的外加电场环境；改变外加电场极性，出射矢量光束的偏振方向在经过所述动态边缘检测器件后发生旋转，图像的一维边缘像的方向实现选择性切换。
31、本专利技术实施例提供的动态边缘检测器件，包括相对设置的第一基板、第二基板以及位于第一基板和第二基板之间的铁电液晶层，铁电液晶层在无外加电场情况下呈现层状螺旋结构，层状螺旋结构的螺旋轴平行于第一基板所在平面；第一基板朝向第二基板的一侧设置有第一透明电极层，第二基板朝向第二基板的一侧设置有第二透明电极层；第一透明电极层朝向第二基板的一侧设置有取向层，取向层的控制图案呈现环形渐变排列、角向分布。在第一透明电极层和第二透明电极层之间施加垂直于第一基板且电压大于或等于阈值电压的外电场情况下，铁电液晶层的螺旋结构发生解旋，铁电液晶分子的指向矢统一根据电场极性旋转至螺旋锥面上平行于一基本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种动态边缘检测器件，其特征在于，包括相对设置的第一基板、第二基板以及位于所述第一基板和所述第二基板之间的铁电液晶层；
2.根据权利要求1所述的动态边缘检测器件，其特征在于，还包括设置于所述第一基板与所述第二基板之间的间隔子，所述间隔子用于支撑所述第一基板和所述第二基板，以形成所述铁电液晶层的容纳空间。
3.根据权利要求2所述的动态边缘检测器件，其特征在于，所述间隔子在垂直于所述第一基板所在平面方向上的尺寸大于或等于所述层状螺旋结构的螺距。
4.根据权利要求1所述的动态边缘检测器件，其特征在于，所述铁电液晶层包括手性近晶C相铁电液晶，所述手性近晶C相铁电液晶的近晶层层法线始终平行于所述第一基板所在平面，在未施加外电场的情况下呈现螺旋结构，其螺旋轴始终平行于所述第一基板所在平面，螺旋轴螺距小于所述第一基板和所述第二基板之间间距。
5.根据权利要求1所述的动态边缘检测器件，其特征在于，在所述第一透明电极层和所述第二透明电极层之间施加垂直于所述第一基板且电压大于或等于阈值电压的外电场情况下，所述铁电液晶分子的指向矢将统一根据电场极性旋
6.根据权利要求1所述的动态边缘检测器件，其特征在于，未施加外电场时所述螺旋轴取向方向呈现环形渐变排列、角向分布，等效光轴分布满足α＝φ/2+α0；
7.根据权利要求1所述的动态边缘检测器件，其特征在于，通过给所述铁电液晶层施加不同极性的外电场，实现矢量光束的旋转变换，使同一空间位置的线偏振方向发生同步旋转，形成具有另一种偏振分布的矢量光束。
8.一种动态边缘检测器件的制备方法，用于制备权利要求1～7任一所述的动态边缘检测器件，其特征在于，所述制备方法包括：
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在将所述第一基板和所述第二基板对置之后，还包括：
10.一种动态边缘检测装置，其特征在于，包括外电场调控单元以及共光轴依次设置的激光器、目标物体、第一偏振片、第一透镜、权利要求1～7任一所述的动态边缘检测器件、第二透镜、第二偏振片和成像设备；
...【技术特征摘要】
1.一种动态边缘检测器件，其特征在于，包括相对设置的第一基板、第二基板以及位于所述第一基板和所述第二基板之间的铁电液晶层；
2.根据权利要求1所述的动态边缘检测器件，其特征在于，还包括设置于所述第一基板与所述第二基板之间的间隔子，所述间隔子用于支撑所述第一基板和所述第二基板，以形成所述铁电液晶层的容纳空间。
3.根据权利要求2所述的动态边缘检测器件，其特征在于，所述间隔子在垂直于所述第一基板所在平面方向上的尺寸大于或等于所述层状螺旋结构的螺距。
4.根据权利要求1所述的动态边缘检测器件，其特征在于，所述铁电液晶层包括手性近晶c相铁电液晶，所述手性近晶c相铁电液晶的近晶层层法线始终平行于所述第一基板所在平面，在未施加外电场的情况下呈现螺旋结构，其螺旋轴始终平行于所述第一基板所在平面，螺旋轴螺距小于所述第一基板和所述第二基板之间间距。
5.根据权利要求1所述的动态边缘检测器件，其特征在于，在所述第一透明电极层和所述第二透明电极层之间施加垂直于所述第一基板且电压大于或...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈鹏，陈闻，朱栋，胡伟，陆延青，葛士军，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：
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