[发明专利]一种单光子三维成像装置

权利要求书

1.一种单光子三维成像装置，其特征在于：由激光发射系统（10）和回波接收系统（11）以及窗口（12）组成；

所述的激光发射系统（10）包括脉冲激光光源（20）、准直光学系统（21）和衍射光学元件（22）；

所述的回波接收系统（11）包括SPAD阵列（30）、窄带滤光片（31）、宽带滤光片（32）和接收光学系统（33），SPAD阵列（30）配备控制电路，用于对目标回波光子进行统计与输出；

脉冲激光光源（20）发射激光脉冲束，经过准直光学系统（21）进行光束准直后入射到衍射光学元件（22）中分成激光光束后入射到成像场景中，激光脉冲传输到成像场景中的目标后反射激光回波，经接收光学系统（33）收集后再经过宽带滤光片（32）和窄带滤光片（31）进行杂散光抑制后投影到SPAD阵列（30）靶面上。

2.根据权利要求1所述的一种单光子三维成像装置，其特征在于，所述的控制电路包括寻址电路（50）、综合控制电路（51）、模拟前端电路（52）、选择逻辑电路（53）、时间数字转换电路（54）、直方图生成电路（55）和读出电路（56）；

综合控制电路（51）通过控制寻址电路（50）对单个SPAD像元（40）进行控制，形成不同的像元集合（42），并控制单个SPAD像元（40）的门控，并读取单个SPAD像元（40）的光子响应事件，选择逻辑电路（53）选择性的将像元集合（42）范围中的光子响应事件传输到时间数字转换电路（54）中计算每个光子事件的时间信息；

直方图生成电路（55）将多个周期内时间数字转换电路（54）中计算获得每个光子事件的时间信息进行统计与计算，获取像元集合（42）内每个像元光子事件总计数值与光子事件时间平均值；

最终经过读出电路（56）输出直方图生成电路（55）计算获得的每个像元集合（42）的光子事件总计数值与光子事件时间平均值，通过光子事件时间平均值计算出目标距离。

3.根据权利要求1或2所述的一种单光子三维成像装置，其特征在于，所述的激光发射系统（10）和回波接收系统（11）为旁轴安置，且激光发射系统（10）和回波接收系统（11）的光轴平行。

4.根据权利要求1或2所述的一种单光子三维成像装置，其特征在于，所述脉冲激光光源（20）的发射波长为905nm，脉宽不大于5ns，使用衍射光学元件（22）向目标成像场景中目标发射64束激光脉冲，使用32×32像元的SPAD阵列（30）传感器用于接收目标成像场景中目标的回波光信号。

5.根据权利要求1或2所述的一种单光子三维成像装置，其特征在于，所述的准直光学系统（21）为伽利略望远镜，准直后激光光束发散角优于0.2mrad。

6.根据权利要求1或2所述的一种单光子三维成像装置，其特征在于，所述的SPAD阵列（30）为硅基盖革APD阵列，分辨率32×32，所述的窄带滤光片（31）中心波长为905nm，带宽不大于1nm，透过率优于90%。

7.根据权利要求1或2所述的一种单光子三维成像装置，其特征在于，所述的宽带滤光片（32）截止波长1100nm，透过率优于95%，所述的接收光学系统（33）接收视场角优于0.3mrad。

8.根据权利要求1或2所述的一种单光子三维成像装置，其特征在于，所述时间数字转换电路（54）的时间分辨率为5ns。