用于远程地检测目标的传感器和成像系统技术方案

本发明专利技术公开一种用于远程地检测目标的传感器，该传感器包括：光源，其相干长度比传感器和目标之间的距离短；分束器，把发射的光束分成入射光束和基准光束；光折射晶体，在基准光束和由入射光束照射的目标反射的反射光束的干涉接收时，记录全息图，并在基准光束作用下在由晶体通过各向异性衍射再发射的衍射光束中播放全息图；检测器，在接收衍射光束时记录信息；偏振滤光片，消除由晶体在接收反射光束时透射的反射光束的主要部分，以使检测器只从晶体接收衍射光束。传感器和集成传感器的成像系统能够透过漫射介质测量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种目标的位置和/或形状的远程地测量，特别是当目标位于漫射介质中时。更具体地说，考虑三种应用：大规模地，特别地在不利的气象条件下，测量多个目标(无论协同与否)的移动和/或距离；中等规模地，用于在道路上行进的汽车，透过雾或雨检测和/或识别障碍物或者其他汽车；小规模地，测量生物组织中的细胞的结构。
技术介绍
已知用于远程地测量目标位置的不同的技术解决方案。其中某些特别地适用于在漫射介质中进行测量。首先，在大规模方面，已知使用经纬仪用于测量目标的相对位置。这些传感器在于发射红外激光束以撞击反射目标，并且在于测量其往返行进的时间。天气不好(雨天、雪天、雾天)时，信号被中断。雷达能够在不利的气象条件下以良好的精度测量反射目标的相对位置，但是价格高昂。在辅助驾驶领域中，已知利用雷达或激光雷达类型的有源传感器来检测例如在道路上的障碍物或汽车。这些传感器在一定程度上能够用于雾或雨的天气状况。这些传感器的基本原理在于朝向将被辨识的场景发射电磁信号，并且在于分析其返回的回波。但是，这两种类型的传感器中任何一种都不能完全令人满意。雷达表现低的侧向分辨率低，具有非常小(只有几度)的视野像角，使雷达不适用于检测在宽阔道路或弯道上行进的汽车。而且，雷达对位于道路旁边或者甚至在道路上的固定的障碍物的检测效率低甚至无效。最后，当面对复杂的环境时，雷达收到多个回波，人们发现难以理解所接收的数据。激光雷达构成雷达进入光学范围的转换，雷达的微波发射器典型地由激光器代替。激光雷达传感器由发射器、光学接收部件以及用于分析在返回中接收的信号的电子系统构成。这构成“行进时间”传感器。激光雷达的主要缺点在于，当气象条件不利时，例如，当期望透过雾或雨使用时，其性能严重地下降。而且，激光雷达对被测目标的表面状态表现得非常敏感；结果，其性能非常易变，并且可能使在道路上需要被检测的全部汽车需要装备反转反射器才合适。而且，在构成高漫射介质的活体组织中的细胞的结构的测量领域中，使用只对非常小规模的测量是已知的其他测量系统。所使用的主要技术基于所谓光学相干层析射线透照术(OCT)的传统的干涉测量技术，光相干层析射线透照术特别地以已知的方式用于在活的有机体内提供医学诊断辅助工具。图1显示光学相干层析射线透照术的原理。该图显示成像系统，包括由激光源10-->构成的光源、分束立方体12、反射镜14和一般地由充电连接设备(CCD)摄像机构成的检测器16。这些不同的部件被布置以形成迈克逊(Michelson)型干涉仪。在这个成像系统中，光源10朝向待测组织18投射“源”光束的光束22。在该组织内部，在将要被确定的位置中存在细胞器官20。分束立方体被放置在源光束22的路径上。分束立方体将源光束分成指向镜14的基准光束23和撞击组织18的入射光束26。镜14垂直于基准光束23设置；镜14将基准光束返回到基准光束来的方向，使得在撞击镜14之后，基准光束23的部分穿过分束立方体12返回，并且然后指向摄像机16的透镜28。在撞击镜14之后，基准光束23的另一部分朝向光源10返回。当到达组织18时，入射光束26被其反射，并且主要地被位于其中的细胞器官20(只显示一个细胞器官)反射。反转反射光束27的部分被分束立方体通过直角偏转朝向摄像机16。反转反射光束27的另一部分穿过立方体朝向光源10。因而，这种装配能够使由目标反射的(特别是由将被测量的组织18反射的)光束27的部分与已经跟随基准路径的光束23的部分结合。假如这些两个光束(23，26+27)行进的光学路径长度之间的差小于所用光源10的相干长度，那么这两个光束(基准光束23和反射光束27)的结合造成干涉。虽然这样的成像系统在用于非漫射介质中目标的测量时提供有用的结果，然而需要测量放置在漫射介质中的目标时，例如，对包含在活体组织18中的细胞器官20的测量时，这样的成像系统的性能严重下降。这尤其是因为，在图1所示的成像系统中，有用的信息只构成该摄像机16所接收的信息的一小部分。因而，为了改善这样的系统的计量性能，该信息必需经过大量的信号处理，通常与用于移动镜14的电子机械设备相联系，从而使用相移技术，相移技术需要对于每个相移顺序地测取几个信息，其他事情保持一样。这些约束增大了这种系统的复杂性和价格，并且额外地，限制用于静态观察。
技术实现思路
考虑到这些不同系统的缺点和限制，本专利技术的目标在于提出一种相对简单的传感器，包括：光源，适合用于发射源光束；光束分离器，适合用于接收源光束并将其分成入射光束和基准光束，入射光束和基准光束分别地射向两个不同的方向；光折射晶体，适合用于在接收基准光束和被入射光束照射的目标所反射的反射光束时记录全息图，基准光束和反射光束干涉，并且用于在光折射晶体被基准光束照射时发射的衍射光束中播放全息图，晶体以使基准光束能够各向异性地衍射的方式被切割和定位在传感器中，从而导致衍射光束在衍射光束的偏振垂直于由光折射晶体透射的反射光束的偏振的情况下被发射；检测器，适合用于在接收衍射光束时记录信息；偏振滤光片，介于晶体和检测器之间，并且适合用于从由晶体朝向检测器发射的光束中消除由晶体在接收反射光束时透射的透射反射光束的主要部分，使得检测器从晶体主要地仅接收衍射光束；传感器适合用于使目标的位置和可选择地目标的形状被远程地确定，优选地，即使透过漫射介质依然保持测量的可能性。-->这个目的用以下事实达到，即，光源具有短于所述传感器和所述目标之间距离的相干长度。该偏振滤光片是利用偏振差以在光束上执行滤波操作的滤光片。在专利技术的传感器中，滤光片消除透射反射光束的主要部分，而不影响衍射光束。衍射光束朝向检测器基本上不变地发射。滤光的操作通过光折射晶体和插在晶体和检测器之间的滤光片的结合执行的。用于消除噪声信号，或至少将噪声信号从想要的信号(即衍射信号)中分离，其中，噪声信号是透射反射信号，透射反射信号是被目标反射的信号的经过光折射晶体的再发射(该光束特别地包括已经被待测目标周围或者位于检测器和待测目标之间的漫射环境漫射的辐射)。借助这个滤光作用，本专利技术的传感器表现非常高的测量动态量程，就是说，能够使采集呈现非常高的信噪比。这个特性使其不必求助于复杂的信号处理，即使透过漫射介质进行测量也是如此。自然地，传感器的操作需要在光折射晶体中形成全息图，并且因而需要在基准光束和由待测目标返回的反射光束之间形成干涉。为了使这些干涉发生，在基准光束的光学路径与入射光束加上反射光束的总共光学路径之间的长度差必须要小于源的相干长度，以使这两个光束之间的相遇产生干涉。对于一级近似，间接地涉及检测器和目标之间距离的这个条件定义传感器的测量容积的位置到光源的相干长度之内，该测量容积是传感器在其中可以检测目标并且提供有关这个目标的信息的唯一容积。由于这个条件，当光束分离器接近光折射晶体时，测量容积位于离传感器约等于基准光束光学路径长度一半的距离处。在某些实施方式中，基准光束所行进的距离具有与传感器的结构相关的固定值。在这种情况下，测量容积位于离开传感器的固定距离处(可能是长距离)，在那个距离处上述条件被满足。相反，在其他实施方式中，基准光束的光学路径长度可能被改变，例如，使基准光束沿着由至少两个反射镜构成的光学延迟线(或沿着光纤)行进。光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于远程地检测目标的传感器，包括：光源，适合用于发射源光束；分束器，适合用于接收所述源光束并将所述源光束分成入射光束和基准光束，所述入射光束和基准光束分别地向两个不同的方向透射；光折射晶体，适合用于在接收所述基准光束和被所述入射光束照射的目标所反射的反射光束时记录全息图，所述基准光束和所述反射光束干涉，并且用于在所述光折射晶体被所述基准光束照射时发射的衍射光束中播放所述全息图，所述晶体以使所述基准光束能够各向异性地衍射的方式被切割和定位在传感器中，从而导致被发射的所述衍射光束的偏振垂直于由所述光折射晶体透射的所述反射光束的偏振；检测器，适合用于在接收所述衍射光束时记录信息；偏振滤光片，介于所述晶体和所述检测器之间，并且适合用于从由所述晶体朝向所述检测器发射的光束中消除在接收所述反射光束时由所述晶体透射的所述透射反射光束的主要部分，使得所述检测器从所述晶体主要地仅接收所述衍射光束；其中，所述光源具有短于所述传感器和所述目标之间距离的相干长度。

【技术特征摘要】
2008.12.18 FR 08587581.一种用于远程地检测目标的传感器，包括：光源，适合用于发射源光束；分束器，适合用于接收所述源光束并将所述源光束分成入射光束和基准光束，所述入射光束和基准光束分别地向两个不同的方向透射；光折射晶体，适合用于在接收所述基准光束和被所述入射光束照射的目标所反射的反射光束时记录全息图，所述基准光束和所述反射光束干涉，并且用于在所述光折射晶体被所述基准光束照射时发射的衍射光束中播放所述全息图，所述晶体以使所述基准光束能够各向异性地衍射的方式被切割和定位在传感器中，从而导致被发射的所述衍射光束的偏振垂直于由所述光折射晶体透射的所述反射光束的偏振；检测器，适合用于在接收所述衍射光束时记录信息；偏振滤光片，介于所述晶体和所述检测器之间，并且适合用于从由所述晶体朝向所述检测器发射的光束中消除在接收所述反射光束时由所述晶体透射的所述透射反射光束的主要部分，使得所述检测器从所述晶体主要地仅接收所述衍射光束；其中，所述光源具有短于所述传感器和所述目标之间距离的相干长度。2.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述光源和所述检测器适合用于大致连续地操作，使得当所述传感器在操作时，同时地和连续地形成和读出所述全息图。3.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述滤光片包括偏光镜，适合用于从由所述晶体朝向所述检测器发射的光束中消除所述透射反射光束的主要部分。4.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述滤光片包括偏振分束立方体，适合用于从在由所述晶体朝向所述检测器发射的光束中的所述衍射光束中分离所述透射反射光束的主要部分，并用于引导所述透射反射光束的所述主要部分朝向所述检测器以外的方向。5.根据权利要求4所述的传感器，还包括第二检测器，用以检测和/或辨...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗雷德里克·塔亚德，艾蒂安·贝兰，
申请(专利权)人：桥梁公路中心实验室，
类型：发明
国别省市：法国;FR