一种拼接式面阵激光探测器制造技术

本发明专利技术公开了一种拼接式面阵激光探测器，包括：光学成像系统、光纤阵列APD成像探测模块、固体激光器和综合图像板；其中，所述光纤阵列APD成像探测模块包括微镜光纤模组、ADC单元模块、激光APD预处理模块和隔离ADC；ADC单元模块通过隔离ADC与固体激光器相连接；固体激光器发出的激光经准直照射到目标表面上后，被目标表面反射回来的激光传输到所述光学成像系统中，经过光学成像系统的光依次经过微镜光纤模组和激光APD预处理模块后输出数字信号激光阵列图像数据给综合图像板。本发明专利技术达到了可直接输出面阵图像的效果，具备维度更多、精确度更高的信息量。

【技术实现步骤摘要】
一种拼接式面阵激光探测器
本专利技术属于激光探测器
，尤其涉及一种拼接式面阵激光探测器。
技术介绍
激光探测器主要有条纹管、光电管、ICCD/ICMOS(增强型CCD/CMOS)、APD等，为保证探测性能，主动激光探测系统所使用的激光探测元件目前一般为APD，其是一种具有较高内部增益的半导体光电转换器件，具有量子响应度高、响应速度快、线性响应特性好等特点，在可见光波段和近红外波段的量子效率可达90％以上，增益在10～100倍，新型APD材料的最大增益可达200倍，有很好的微弱信号探测能力。按照APD的工作区间，可将其分为：Geiger-modeAPD(GmAPD，反向偏压超过击穿电压)和线性模式APD(LmAPD，偏压低于击穿电压)两种。线性模式APD特点：1)光子探测率高，可达90％以上；2)有较小的通道串扰效应；3)具有多目标探测能力；4)可获取回波信号的强度信息；5)相比于Gm-APD，Lm-APD对遮蔽目标有更好的探测能力。缺点：1)灵敏度低于Gm-APD；2)读出电路的复杂度大于Gm-APD(需对输入信号进行放大、滤波、高速采样、阈值比较、存储等操作)。(其信号测量包括强度和时间测量两部分)对于主动激光波段为1570nm短波红外激光，所选用探测器一般为具有高量子效率和较低噪声水平的InGaAsLmAPD阵列器件(铟镓砷材质的线性模式APD)，而由于雪崩结、集成前放和模拟处理功能的ROIC(ReadOutIntegratedCirut，读出电路)电路工艺非常复杂，导致国内在1570nm段阵列化InGaAsAPD焦平面探测器的研究工作处于起步阶段，国内公开发布的阵列APD探测系统像素数量较低(一般都是单向线阵排布，比如2×1、4×1等)。由于受到相关器件和半导体光电探测器生产工艺的限制，及国外对高灵敏度探测器的技术封锁，国内的大部分还处于理论和实验验证的阶段，器件的大部分关键技术、核心工艺和国外相比有较大的差距。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种拼接式面阵激光探测器，等效实现了面阵激光APD探测器焦平面组件，达到了可直接输出面阵图像的效果，包括面阵三维距离图像和面阵反射强度图像，具备维度更多、精确度更高的信息量。本专利技术目的通过以下技术方案予以实现：一种拼接式面阵激光探测器，包括：光学成像系统、光纤阵列APD成像探测模块、固体激光器和综合图像板；其中，所述光纤阵列APD成像探测模块包括微镜光纤模组、ADC单元模块、激光APD预处理模块和隔离ADC；ADC单元模块通过隔离ADC与固体激光器相连接；固体激光器发出的激光经准直照射到目标表面上后，被目标表面反射回来的激光传输到所述光学成像系统中，经过光学成像系统的光依次经过微镜光纤模组和激光APD预处理模块后输出数字信号激光阵列图像数据给综合图像板。上述拼接式面阵激光探测器中，所述微镜光纤模组包括入射聚焦耦合镜阵列、分置式阵列型光纤传像束和出射聚焦耦合镜组；其中，所述入射聚焦耦合镜阵列通过所述分置式阵列型光纤传像束和出射聚焦耦合镜组相连接。上述拼接式面阵激光探测器中，所述激光APD预处理模块包括多个APD激光探测单元、多个前放电路模块、多个ADC电路、多个TDC电路和供电/监控/阵列信号配准电路；其中，每个APD激光探测单元的一端与相对应的出射聚焦耦合镜组中的每个出射聚焦耦合镜相连接；每个APD激光探测单元的另一端与相对应的前放电路模块相连接；每个前放电路模块与相对应的ADC电路相连接；每个ADC电路与相对应的TDC电路相连接；每个TDC电路与供电/监控/阵列信号配准电路相连接。上述拼接式面阵激光探测器中，所述ADC单元模块包括APD前置接收模块、高速ADC采样模块、TDC计数模块、电源模块、监控模块和主控板；其中，电源模块分别与APD前置接收模块、高速ADC采样模块、TDC计数模块、监控模块和主控板相连接，电源模块分别给APD前置接收模块、ADC采样模块、TDC计数模块、监控模块和主控板供电；主控板控制固体激光器发射激光，激光准直后射向目标表面，主控板记录固体激光器的发射时间和电压；APD前置接收模块调制APD激光探测单元的接收激光时间与预设时间相匹配，APD前置接收模块调制APD激光探测单元的电压与预设电压相匹配；高速ADC采样模块调制前放电路模块的接收激光时间与预设时间相匹配，高速ADC采样模块调制前放电路模块的电压与预设电压相匹配；TDC计数模块调制TDC电路的接收激光时间与预设时间相匹配，TDC计数模块调制TDC电路的电压与预设电压相匹配；监控模块监控主控板的供电和电平输入输出是否正常，监控主控板的温度是否在预设温度范围内。上述拼接式面阵激光探测器中，所述微镜光纤模组还包括：调整机构、光纤密排固定结构和调整螺钉；其中，所述分置式阵列型光纤传像束通过光纤密排固定结构固定；所述光纤密排固定结构是中心开方形孔的方形结构；所述调整机构为中心开设有方孔和周向侧壁设置有螺纹孔的圆柱形结构；调整螺钉设置于螺纹孔内；光纤密排固定结构安装于调整机构的方孔内；调整螺钉通过调整机构的螺纹孔顶在光纤密排固定结构上，通过调整螺钉调整入射聚焦耦合镜阵列的位置，使得光学成像系统的成像面聚焦在入射聚焦耦合镜阵列上。上述拼接式面阵激光探测器中，预设温度范围为-40℃-70℃。上述拼接式面阵激光探测器中，入射聚焦耦合镜阵列的横截面为正方形，正方形的边长为2mm。上述拼接式面阵激光探测器中，入射聚焦耦合镜阵列中相邻入射聚焦耦合镜的距离为0.5mm。本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果：本专利技术通过微透镜阵列、耦合分置式阵列型光纤传像束、多个APD激光探测器单元及配套多个ADC单元模块的结合，等效实现了面阵激光APD探测器焦平面组件，达到了可直接输出面阵图像的效果，包括面阵三维距离图像和面阵反射强度图像，具备维度更多、精确度更高的信息量。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：图1是本专利技术实施例提供的拼接式面阵激光探测器的结构框图；图2是本专利技术实施例提供的微镜光纤模组的示意图；图3是本专利技术实施例提供的光学成像系统与入射聚焦耦合镜阵列耦合接口示意图；图4是本专利技术实施例提供的入射聚焦耦合镜阵列的示意图。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。图1是本专利技术实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种拼接式面阵激光探测器，其特征在于包括：光学成像系统(1)、光纤阵列APD成像探测模块(2)、固体激光器(3)和综合图像板(7)；其中，/n所述光纤阵列APD成像探测模块(2)包括微镜光纤模组(21)、ADC单元模块(22)、激光APD预处理模块(23)和隔离ADC(24)；/nADC单元模块(22)通过隔离ADC(24)与固体激光器(3)相连接；/n固体激光器(3)发出的激光经准直照射到目标表面上后，被目标表面反射回来的激光传输到所述光学成像系统(1)中，经过光学成像系统(1)的光依次经过微镜光纤模组(21)和激光APD预处理模块(23)后输出数字信号激光阵列图像数据给综合图像板(7)。/n

【技术特征摘要】
1.一种拼接式面阵激光探测器，其特征在于包括：光学成像系统(1)、光纤阵列APD成像探测模块(2)、固体激光器(3)和综合图像板(7)；其中，
所述光纤阵列APD成像探测模块(2)包括微镜光纤模组(21)、ADC单元模块(22)、激光APD预处理模块(23)和隔离ADC(24)；
ADC单元模块(22)通过隔离ADC(24)与固体激光器(3)相连接；
固体激光器(3)发出的激光经准直照射到目标表面上后，被目标表面反射回来的激光传输到所述光学成像系统(1)中，经过光学成像系统(1)的光依次经过微镜光纤模组(21)和激光APD预处理模块(23)后输出数字信号激光阵列图像数据给综合图像板(7)。


2.根据权利要求1所述的拼接式面阵激光探测器，其特征在于：所述微镜光纤模组(21)包括入射聚焦耦合镜阵列(211)、分置式阵列型光纤传像束(212)和出射聚焦耦合镜组(213)；其中，
所述入射聚焦耦合镜阵列(211)通过所述分置式阵列型光纤传像束(212)和出射聚焦耦合镜组(213)相连接。


3.根据权利要求2所述的拼接式面阵激光探测器，其特征在于：所述激光APD预处理模块(23)包括多个APD激光探测单元(231)、多个前放电路模块(232)、多个ADC电路(233)、多个TDC电路(234)和供电/监控/阵列信号配准电路(235)；其中，
每个APD激光探测单元(231)的一端与相对应的出射聚焦耦合镜组(213)中的每个出射聚焦耦合镜相连接；
每个APD激光探测单元(231)的另一端与相对应的前放电路模块(232)相连接；
每个前放电路模块(232)与相对应的ADC电路(233)相连接；
每个ADC电路(233)与相对应的TDC电路(234)相连接；
每个TDC电路(234)与供电/监控/阵列信号配准电路(235)相连接。


4.根据权利要求3所述的拼接式面阵激光探测器，其特征在于：所述ADC单元模块(22)包括APD前置接收模块(221)、高速ADC采样模块(222)、TDC计数模块(223)、电源模块(224)、监控模块(225)和主控板(226)；其中，
电源模块(224)分别与APD前置接收模块(221)、高速ADC采样模块(222)、TDC计数模块(223)、监控模块(225)和主控板...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨俊彦，陈龙江，陈宗镁，刘浩伟，杨波，曹熙卿，龙华保，周华伟，
申请(专利权)人：上海航天控制技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31