[發明專利]一種單光子三維掃描成像系統

在審

• 申請號: 202011438523.6
• 申請日: 2020-12-07
• 公開（公告）號: CN112698348A
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發明（設計）人: 曾憲江;王晨晟;余徽;杜衛超;陳銘
• 申請（專利權）人: 華中光電技術研究所（中國船舶重工集團公司第七一七研究所）
• 主分類號: G01S17/89
• 分類號: G01S17/89;G01S7/481;G01S7/484;G01S7/486
• 代理公司: 武漢藍寶石專利代理事務所(特殊普通合伙) 42242
• 代理人: 高蘭

1.一種單光子三維掃描成像系統，其特征在于，包括：

激光發射單元，用于發射激光脈沖；

回波探測單元，包括位于激光發射單元出射光路上的穿孔反射鏡、望遠鏡設備、以及單光子探測器；所述激光發射單元發射的激光脈沖穿過所述穿孔反射鏡中心的圓孔進入所述望遠鏡設備，所述望遠鏡設備對所述激光脈沖進行擴束，擴束后的所述激光脈沖向前傳輸投射至待測目標，在待測目標表面形成目標回波，所述望遠鏡設備能反向接收所述目標回波并收束后入射至所述穿孔反射鏡的反射面，所述單光子探測器接收目標回波光信號并進行光電轉換得到第一電信號；以及

數據處理單元，連接所述單光子探測器以采集所述第一電信號，并將所述第一電信號處理成時間相關單光子計數直方圖，基于所述直方圖得到所述待測目標的距離信息，在未完成所述待測目標成像區域的掃描時，繼續調整激光脈沖的光束指向，直至完成所述目標成像區域的掃描，顯示三維掃描成像結果，其中，所述直方圖為預設采樣時間內累計的回波光子數與時間的關系。

2.根據權利要求1所述的一種單光子三維掃描成像系統，其特征在于，所述激光發射單元包括用于發射激光脈沖的激光發射部件以及位于激光發射部件的出射光路上的分束部件，所述分束部件能將激光發射部件發出的所述激光脈沖分成能量較大的第一激光束及能量較小的第二激光束，第一激光束與第二激光束相互垂直，所述第一激光束穿過所述穿孔反射鏡中心的圓孔。

3.根據權利要求2所述的一種單光子三維掃描成像系統，其特征在于，所述回波探測單元還包括位于第二激光束的出光光路上的PIN型光電二極管；所述PIN型光電二極管用于接收所述第二激光束，并將所述第二激光束轉換為第二電信號。

4.根據權利要求3所述的一種單光子三維掃描成像系統，其特征在于，所述回波探測單元還包括位于所述穿孔反射鏡與所述望遠鏡設備之間的二維掃描件，所述第一激光束穿過穿孔反射鏡中心的圓孔后經所述二維掃描件反射后進入所述望遠鏡設備。

5.根據權利要求4所述的一種單光子三維掃描成像系統，其特征在于，所述二維掃描件為掃描振鏡，所述掃描振鏡的掃描量程為25mrad，掃描振鏡的直徑介于20-30mm之間。

6.根據權利要求5所述的一種單光子三維掃描成像系統，其特征在于，所述數據處理單元包括時間相關單光子計數器、處理器及掃描控制器；

所述時間相關單光子計數器的觸發信道與所述PIN型光電二極管連接，所述時間相關單光子計數器的測量信道與所述單光子探測器連接，所述時間相關單光子計數器的輸出端與所述處理器連接；

所述處理器與所述掃描控制器連接；

所述時間相關單光子計數器，用于在接收到所述第二電信號的觸發后，由所述測量信道接收并存儲所述第一電信號，并將在所述預設采樣時間內采集的第一電信號處理成時間相關單光子計數直方圖；

所述掃描控制器，用于根據所述處理器的控制信息，調整所述二維掃描件的鏡面轉動，以調整所述第一激光束的光軸指向及調整目標回波的光軸指向；

所述處理器，用于基于所述時間相關單光子計數直方圖得到所述目標的距離信息，在未完成所述目標成像區域的掃描時，調整所述二維掃描件的偏轉角度，繼續下一個像素點的測量，直至完成所述目標成像區域的掃描，顯示三維掃描成像結果。

7.根據權利要求1所述的一種單光子三維掃描成像系統，其特征在于，所述望遠鏡設備為伽利略望遠鏡。

8.根據權利要求1所述的一種單光子三維掃描成像系統，其特征在于，所述回波探測單元還包括位于所述目標回波光路上的檢偏器以及窄帶濾光片，所述檢偏器以及窄帶濾光片依次位于所述穿孔反射鏡與所述單光子探測器之間。

9.根據權利要求8所述的一種單光子三維掃描成像系統，其特征在于，還包括位于單光子探測器與所述窄帶濾光片之間的光纖準直器，所述光纖準直器與所述單光子探測器之間通過光纖連接。

10.根據權利要求2所述的一種單光子三維掃描成像系統，其特征在于，所述激光部件發射發射的激光脈沖的直徑介于0-2mm之間，發散角小于0.5mrad。