[实用新型]基于光学相控散斑场的成像装置

说明书

本实用新型涉及光学相控阵成像技术领域，公开了一种基于光学相控散斑场的成像装置，包括：相干光源、分光器、多路相位调制器、相位调制电路、投射器、分束器、投屏器、感光器件、探测器和光强调制电路，所述分光器用于将相干光源发出的相干光分成多束子光束，多路相位调制器接收多束子光束，所述相位调制电路连接所述多路相位调制器，用于对进入多路相位调制器的多束子光束进行相位调制，所述投射器将相位调制后的多束子光束透射到分束器，所述分束器将所述多束子光束分成两路，一路用于照射目标物体，另一路通过所述投屏器照射所述感光器件，所述探测器连接光强调制电路，用于探测目标物体反射回来光强，所述光强调制电路连接所述相干光源，用于根据所述光强调节相干光源的输出。

技术领域

本实用新型涉及光学相控阵成像技术领域，特别涉及一种基于光学相控散斑场的成像装置。

背景技术

目前，超高速成像可分为两种方式：

1)提高阵列探测器(比如CCD)的探测速度，目前最快的CCD相机可达1MHz的成像速率，但是其分辨率低而且要求光强较强。

2)采用高速变化散斑(空间光强分布具有一定结构)照射物体，然后用单点探测器(比如：桶探测器)高速探测回波光强，通过计算得到物体的像。

采用第二种方式较为常见的技术是激光雷达和鬼成像等单像素方法。激光雷达采用的是逐点扫描的方式(即每张散斑为一个移动的像素)，而鬼像是采用随机、Hadamard等散斑。要实现超高速成像，不但要求散斑变化的速度快，而且还需要实时的知道每张散斑的准确图样以便计算物体的像。

产生快速变化散斑的技术通常称为空间光调制技术，可分为对非相干光和相干光的调制。非相干光空间调制器直接对空间各点的光强进行调制，比如DMD,LED阵列等。非相干光空间调制器的点阵个数和调制速率是两个相互制约的关系。比如，DMD的点阵数量大，但是其调制速率较慢，通常在20kHz左右；LED阵列的调制速率可达几百MHz，但点阵增多时，其调制速率线性降低，难于实现高速率、高分辨率的成像。相干光空间调制器对空间各点光场的位相进行调制，各点光场在传播中相互干涉，并在目标面上形成了干涉图样。相干光空间调制器可通过少数几个点阵的光场干涉形成复杂的干涉图样，从而实现了等效点阵数量大调制速率高的空间光强调制。因此，相干光空间调制技术成为目前高速、高分辨率成像技术的热门研究对象。

光学相控阵是相干光空间调制技术的一个重要的方向，其来源于传统的微波相控阵技术。光学相控阵主要用于产生光束偏折，在军用和民用光束扫描方面具有广阔的应用前景，除了在激光显示、激光通信和激光照排等方面外,最重要的应用是激光相控阵雷达、空间激光通信等军事应用领域。目前，用于实现光束偏转的光学相控阵基本有下面几种方法：基于液晶；基于PLZT；基于光波导；基于MEMS器件。这几种方法各有优缺点。采用液晶材料的相控阵虽然工作电压很低，且可以实现大角度偏转，但是液晶的响应非常缓慢，调制速率低。基于PLZT的光学相控阵的速度达到亚微秒，具有快速连续扫描能力，但是PLZT材料需要的调制电压过高，扫描角度小。光波导相控阵因具有响应速度快，但是其难于实现两维大角度扫描，而且其调制速率和相位稳定性难于两全，限制了其进一步的发展。MEMS光学相控阵虽然扫描速度快，但是扫描角度有限(传统的相控阵调制速率和扫描的视场角成反比，MHz以上的速率下视场角通常不超过3度，100Hz的低速率下通常不超过30度)。因此，目前相控阵技术还不能实现大角度、高速两维光束扫描的性能，制约了点扫描成像(激光雷达)的发展。