[发明专利]一种主动式探测光电图像采集系统有效
申请号: | 202210011535.3 | 申请日: | 2022-01-06 |
公开(公告)号: | CN114527483B | 公开(公告)日: | 2022-09-13 |
发明(设计)人: | 蒋涛;康涛;张华宾 | 申请(专利权)人: | 北京福通互联科技集团有限公司 |
主分类号: | G01S17/89 | 分类号: | G01S17/89;G01S7/481;G01S7/489;G01S7/484 |
代理公司: | 北京维正专利代理有限公司 11508 | 代理人: | 卓凡 |
地址: | 101300 北京市顺义区高丽*** | 国省代码: | 北京;11 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 主动 探测 光电 图像 采集 系统 | ||
1.一种主动式探测光电图像采集系统,其特征在于:包括基于全局曝光CMOS传感器的图像采集单元、基于多偏振角度激光光源的激光发射单元、信号处理和控制电路单元、显示单元;所述信号处理和控制电路单元用于分别接收图像采集单元和激光发射单元的信号、并分别向图像采集单元、激光发射单元、显示单元发送控制指令、并负责偏振图像算法的运行和计算;所述显示单元用于显示仅有激光照明到的移动目标物;
采用940nm波长的激光;
所述多偏振角度激光光源的制备工艺设计模块通过采用提前制作好的4种方向的光栅条纹掩模板,以蜂窝状均匀排列方法,在芯片上均匀分布制作了0°,45°,90°,135°四个方向的光栅;
所述基于全局曝光CMOS传感器的图像采集单元,包括接收光学模块、以及全局曝光CMOS传感器芯片,所述接收光学模块用于接收来自移动目标物体的探测激光反射的光信号并将光信号发送给全局曝光CMOS传感器芯片;
该全局曝光CMOS传感器芯片的晶片厚度制作为15~17μm,使得1288*1032V感光单元对940nm的光子吸收效率从当前的5.98%提升至58.61%;
浮栅源极跟随器为1288*1032V感光单元的跟随放大电路,所述浮栅源极跟随器包括浮栅源极跟随器的制作工艺和信号存储节点电容,所述浮栅源极跟随器制作工艺中,第一步隔离注入的硼原子剂量为5.5e12cm-3,注入能量为125KeV;第二步防止贯通注入硼原子剂量为1.2e13cm-3,注入能量为43KeV;第三步调节阈值电压注入磷原子剂量为0cm-3,注入能量为0KeV,从而使得所述浮栅源极跟随器的沟道长度为400nm;所述信号存储节点电容设计为1.5fF,从而使得浮栅源极跟随器电压为0.8V;
在每一个感光单元的像素里进行滤波处理,这种方式提高了滤波处理速度,同时提高了信噪比,使得主动式探测光电图像采集系统滤波除掉环境噪声,只保留接收的探测激光照明到的目标物反射回来的光电信号。
2.根据权利要求1所述一种主动式探测光电图像采集系统,其特征在于:所述全局曝光CMOS传感器芯片包括1288*1032V感光单元、浮栅源极跟随器、滤波器电路、像元微光学结构;所述1288*1032V感光单元用于提高对于探测激光的响应效率、并将提高响应效率后的电信号发射给浮栅源极跟随器;所述浮栅源极跟随器用于接收并放大1288*1032V感光单元发射的电信号从而提高输出电路的放大能力、并将放大后的信号输出给滤波器;所述滤波器电路用于接收浮栅源极跟随器放大的信号,并将环境中的噪声光滤除掉。
3.根据权利要求2所述一种主动式探测光电图像采集系统,其特征在于:所述1288*1032V感光单元为硅材质,结构为浮栅MOS电容,该结构通过电势耦合作用直接将光生电子信号采样。
4.根据权利要求2所述一种主动式探测光电图像采集系统,其特征在于:所述像元微光学结构的球面直径为4.0μm,厚度为1.0μm,并在像元表面的微透镜上镀了一层通过波长为940±2.5nm的窄带带通滤光膜,用以将探测激光光源波段以外的其他波段的光滤除,提高入射光的信噪比;在微光学结构上采用了锥形光通道的像元结构与微透镜结合工作,锥形光通道结构呈倒梯形结构。
5.根据权利要求2所述一种主动式探测光电图像采集系统,其特征在于:所述滤波器电路的高频截止频率为200Hz,低频截止频率为40Hz,从而保证图像传感器只接收到频率为120Hz的探测激光图像,滤除其他环境光中与探测激光波长相同但频率不同的光反射光图像,从而提高图像的信噪比。
6.根据权利要求1所述一种主动式探测光电图像采集系统,其特征在于:所述基于多偏振角度激光光源的探测激光发射单元,包括用于驱动多偏振角度激光光源的激光驱动电路、用于产生多偏振角度的多偏振角度激光光源模块、用于接收多偏振角度激光并发射给移动目标物体的发射光学模块;所述多偏振角度激光光源模块包括亚波长金属光栅设计子模块、多偏振角度激光光源的制备工艺设计子模块;所述亚波长金属光栅设计子模块通过在激光芯片表面刻蚀亚波长金属光栅的方法来控制输出稳定的偏振角度。
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