[发明专利]凝视型高分辨率三维成像探测器

说明书

技术领域

本发明涉及光电探测器件技术，尤其是一种凝视型高分辨率三维成像探测器。

背景技术

激光三维成像技术是以激光束对目标进行照射，探测目标激光回波信号，以获得目标三维图像信息的一种主动光学探测技术。由于激光的波长比微波短好几个数量级，因此其与微波雷达相比，激光三维成像技术具有以下优点：具有极高的角分辨率、距离分辨率和速度分辨率；抗电磁干扰能力强；隐蔽性好等。与被动光学探测技术相比，激光三维成像技术则具有以下优点：是一种主动探测技术，可全天候工作，不受自然光照条件和目标辐射特性的限制；可穿透云层、植被和伪装网对隐蔽目标进行三维成像；可获得强度、速度、距离等信息，信息量大，对目标识别能力强等。基于激光三维成像技术以上的特点，激光三维成像技术已成为光学探测技术中主要应用的技术手段。但是激光三维成像技术由于受到目前探测器件的限制，大多数激光三维成像雷达均采用扫描成像工作体制，即利用激光束对目标进行二维扫描，探测照射在目标各部分激光光斑的回波信号，获得该点的辐射强度和距离信息，从而构成目标的三维图像，因此，其不可避免地存在以下缺点：

1、由于采用了扫描部件，激光雷达的角分辨率受到扫描机构的精度限制，削弱了光学成像高空间、角分辨率的优势。

2、由于目标三维图像是由目标不同部分在不同时刻的回波信号所构成，需要许多激光脉冲严格按照时间序列精确排列才能组合成一帧完整的三维图像，导致成像速度慢，平台/目标的运动和大气效应可引起三维图像抖动和撕裂，使图像处理复杂化、不利于观测运动目标，特别是高速运动目标。

3、采用机械运动部件，降低了系统的可靠性，增加系统重量和功耗，使其应用受到了一定的限制，特别是在航空、航天方面的应用受到了严重的制约。

非扫描方式的凝视型激光三维成像技术利用焦平面光电探测器阵列实现高帧频的三维成像，代表着激光主动成像技术的一个重要发展方向。这种技术只需一个激光脉冲就可获得一帧完整的三维图像，瞬间成像，避免相对运动造成的图像失真，成像质量好，且帧频高(可达kHz以上)；系统无需运动部件，结构紧凑。但是，由于受限于国内目前的技术工艺和器件水平，国内目前只能研制出将单元探测器排阵封装的光电探测器阵列器件，这种器件具有以下不足：

1、集成度不高，阵列规模小。

2、像元尺寸大，像元之间间隔宽，造成角分辨率低。

3、单元探测器之间容易互相干扰，且响应速度慢。

因此，这种器件难以满足高精度的凝视激光三维成像要求。

发明内容

本发明为解决背景技术中存在的上述技术问题，而提供一种将光纤传像束与许多个单元光电探测器相结合，具有高角分辨率、快速响应的凝视型高分辨率三维成像探测器。

本发明的技术解决方案是：本发明为一种凝视型高分辨率三维成像探测器，其特殊之处在于：该探测器包括由光纤构成的光纤传像束和光电探测器，光纤传像束中的光纤一端捆束在一起，其端面构成成像面，另一端与光电探测器耦合。

上述光纤为两个或两个以上，与光纤耦合光电探测器对应为两个或两个以上。

上述成像面为正方形、矩形、圆形、三角形或梯形。

上述光电探测器为PIN光电探测器、雪崩光电探测器及光敏二极管等。

本发明根据成像要求将光纤传像束的一个端面做成所需要的形状，作为成像面置于光学接收系统的焦平面，光纤传像束另一端的每一根光纤都可以自由拉伸，并且每一根光纤末端均与单元光电探测器耦合连接，将传像束成像面的光信号传送至与之耦合连接的光电探测器。因此，本发明具有以下优点：

1、本发明具有很大的灵活性，可以组成具有不同成像面的探测器，也可以组成具有不同像元数量的探测器，可以自由选择不同的光纤和光电探测器种类组成不同参数的凝视型光电探测器。

2、本发明的像元尺寸大小由光纤纤芯直径的大小决定，而不是由光电探测器光敏面的大小决定。因此，其像元尺寸可以达到很小，如几个微米，这是光电探测器的光敏面难以达到的尺寸，可以达到很高角分辨率。

3、本发明可避免单元探测器之间的串扰，可选用高速响应的光电探测器组阵，提高探测器的时间分辨能力。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

具体实施方式