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专利号: 2021110438421
申请人: 金陵科技学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-01
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种大探测视场、高精度条纹管成像激光雷达四维探测系统,其特征在于:包括脉冲激光器(1)、发射光学系统(2)、延时器系统(3)、接收光学系统(4)、光纤传像器(5)、条纹管探测器(6)、CCD相机(7)以及信号处理系统(8);

脉冲激光器(1)用于发射所需波长的光脉冲;

发射光学系统(2)用于将光脉冲在X方向扩束并在Y方向压缩,之后辐照至目标表面;

延时器系统(3)用于同步脉冲激光器(1)、条纹管探测器(6)及CCD相机(7)同时工作,并且控制选通门宽度和延迟时间;

接收光学系统(4)用于接收经过目标表面反射的回波信号;

光纤传像器(5)用于将回波信号变比聚焦至条纹管探测器(6);

条纹管探测器(6)用于将携带高速时间信息的回波信号转化为低速空间信息,输出条纹像;

CCD相机(7)用于采集条纹管探测器(6)输出的条纹像;

信号处理系统(8)用于将CCD相机(7)采集到的图像进行还原重构,给出目标物的三维距离信息和一维强度信息;

其中,条纹管探测器(6)为具有单透镜聚焦系统的大探测面积条纹管,包括光电阴极(61)、聚焦系统(62)、扫描偏转系统(63)、阳极(64)和荧光屏(65);光电阴极(61)用于将光纤传像器(5)变比聚焦后的回波信号转换为电子图像;聚焦系统(62)用于聚焦光电阴极(61)发射的电子图像;扫描偏转系统(63)用于将电子图像的时间信息转换为空间信息;阳极(64)用于对电子加速;荧光屏(65)用于将阳极(64)输出的电子图像转化为可见光学图像;

光电阴极(61)为球面光电阴极;条纹管探测器(6)还包括设置在球面光电阴极后端部的圆筒状电磁聚焦环(611),圆筒状电磁聚焦环(611)的外半径等于球面光电阴极的最大外半径;

聚焦系统(62)为单透镜聚焦系统,包括沿电子传播方向依次排布的第一聚焦电极(621),第二聚焦电极(622)和第三聚焦电极(623),第一聚焦电极(621),第二聚焦电极(622)和第三聚焦电极(623)均为圆筒状电极,且内半径、外半径及轴向长度均相等;

阳极(64)为锥形筒结构,小端为电子入口,在电子入口处设置有阳极孔(641);

荧光屏(65)为球面荧光屏,且球面荧光屏的曲率半径等于阳极(64)电子出口处锥形筒的半径;

光电阴极(61)、第一聚焦电极(621)、第二聚焦电极(622)和第三聚焦电极(623)之间依次通过陶瓷环连接;

阳极(64)嵌入聚焦系统(62)内,阳极孔(641)位于第二聚焦电极(622)的电子出口处;

第三聚焦电极(623)与阳极(64)之间通过陶瓷环连接;

偏转系统(63)嵌入阳极(64)内,偏转系统(63)的电子入口靠近阳极孔(641),荧光屏(65)与阳极(64)的电子出口处连接。

2.根据权利要求1所述的大探测视场、高精度条纹管成像激光雷达四维探测系统,其特征在于:第一聚焦电极(621)与第三聚焦电极(623)的电势差为0V,第一聚焦电极(621)与第二聚焦电极(622)的电势差为3200V~4000V;光电阴极(61)与第一聚焦电极(621)的电势差为150V~250V;第三聚焦电极(623)与阳极(64)的电势差为14750V~14850V。

3.根据权利要求1或2所述的大探测视场、高精度条纹管成像激光雷达四维探测系统,其特征在于:脉冲激光器(1)为Nd:YAG固体脉冲激光器,输出光脉冲波长为532nm;发射光学系统(2)包括沿光路依次放置的第一望远镜(21)和整形系统(22),整形系统(22)为扩束整形系统或压缩整形系统;延时器系统(3)为延迟触发电路;接收光学系统(4)包括沿光路依次设置的第二望远镜(41)和物镜(42);光纤传像器(5)为光纤面板或变比光锥。

4.根据权利要求3所述的大探测视场、高精度条纹管成像激光雷达四维探测系统,其特征在于:第一望远镜(21)为折反射式望远镜;整形系统(22)为扩束整形系统。

5.根据权利要求4所述的大探测视场、高精度条纹管成像激光雷达四维探测系统,其特征在于:变比光锥的出光端口尺寸为Φ50mm,进光端口尺寸与接收光学系统(4)出射的光脉冲尺寸相同。

6.根据权利要求5所述的大探测视场、高精度条纹管成像激光雷达四维探测系统,其特征在于:CCD相机(7)为帧频大于100Hz的高帧频CCD。

7.根据权利要求6所述的大探测视场、高精度条纹管成像激光雷达四维探测系统,其特征在于:偏转系统(63)包括两个上下对称放置的平折板,平折板包括平行板(631)与梯形倾斜板(632),平行板(631)采用长方体结构,梯形倾斜板(632)采用梯形结构。

8.根据权利要求7所述的大探测视场、高精度条纹管成像激光雷达四维探测系统,其特征在于:条纹管探测器(6)还包括位于扫描偏转系统(63)后端、阳极(64)内部等位区的MCP(66);

或,条纹管探测器(6)还包括球形结构光纤面板(67)与像增强器(68),球形结构光纤面板(67)位于荧光屏(65)的后端,并与荧光屏(65)同心,像增强器(68)位于球形结构光纤面板(67)后端。

9.根据权利要求8所述的大探测视场、高精度条纹管成像激光雷达四维探测系统,其特征在于:光电阴极(61)的曲率半径为58mm~62mm,球冠高度为11mm~13mm,圆筒状电磁聚焦环(611)沿光轴长度方向的尺寸为4mm~6mm;

第一聚焦电极(621)、第二聚焦电极(622)和第三聚焦电极(623)的内半径为35mm~

45mm,厚度为0.5mm;沿光轴长度方向的尺寸为20mm~25mm;第一聚焦电极(621)、第二聚焦电极(622)和第三聚焦电极(623)之间的间距为3mm~6mm;第一聚焦电极(621)、第二聚焦电极(622)和第三聚焦电极(623)的长径比均为0.28~0.30;

扫描偏转系统(63)两个上下对称放置的平折板中两个平行板(631)的间距为3mm~

4mm;

阳极(64)的小端外半径为5mm~6mm,大端外半径为40mm~50mm,厚度为0.5mm,沿光轴长度方向的尺寸为80mm~82mm;阳极孔(641)的外半径为5mm~6mm,内半径为1.5mm~

2.5mm;阳极电子出口对应的外半径为40mm~50mm;

荧光屏(65)的曲率半径为40mm~50mm,沿光轴方向的长度为40mm~50mm。

10.根据权利要求9所述的大探测视场、高精度条纹管成像激光雷达四维探测系统,其特征在于:光电阴极(61)的曲率半径为60mm,球冠高度为12mm,圆筒状电磁聚焦环(611)沿光轴长度方向的尺寸为5mm;圆筒状电磁聚焦环(611)的外半径为35.5mm;

第一聚焦电极(621)、第二聚焦电极(622)和第三聚焦电极(623)的内半径为40mm;沿光轴长度方向的尺寸为23.5mm;第一聚焦电极(621)、第二聚焦电极(622)和第三聚焦电极(623)之间的间距为4.5mm;

扫描偏转系统(63)两个上下对称放置的平折板中两个平行板(631)的间距为3.5mm;

阳极(64)的小端外半径为5.5mm,大端外半径为45.5mm,沿光轴长度方向的尺寸为

81mm;阳极孔(641)的外半径为5.5mm,内半径为2mm;阳极(64)电子出口对应的外半径为

45mm;

荧光屏(65)的曲率半径为45mm,沿光轴方向的长度为45mm。