干涉时间光检测和测距系统及确定对象距离的方法与设备技术方案

本发明专利技术公开干涉时间光检测和测距系统，其基于各种点测量到对象的距离来生成对象的图像。其检测由干涉光信号创建的电信号的包络。干涉光信号是由采样臂对对象的光发射产生的反向反射光与参考光发射相结合所产生的。参考光发射是通过分离脉冲式调制相干光源的发射信号并且使参考光发射通过参考臂来创建的。光学干涉信号被传输至平衡光检测器以转换为电信号，该电信号被转换成数字数据。数字数据被评估以确定数字化电干涉信号的上升沿或下降沿，以确定参考光发射与用于计算距离的反向反射光之间的时间延迟。射光之间的时间延迟。射光之间的时间延迟。

【技术实现步骤摘要】
干涉时间光检测和测距系统及确定对象距离的方法与设备


[0001]本专利技术涉及光检测和测距系统。更具体地，本专利技术涉及利用光学干涉测 量装置和方法来测量距离和速度的光检测和测距系统。

技术介绍

[0002]光检测和测距(LiDAR)类似于无线电检测和测距(Radar)，因为LiDAR 使用光波来确定对象的距离、角度和速度。LiDAR利用激光返回时间和波长 的差异，可以用于对目标进行数字3D表示，并且已广泛用于地面、机载和 移动应用。LiDAR仪器由一个或多个激光发射器、光学器件、扫描仪、光检 测器和信号处理器组成。一个或多个激光发射器生成相干光束，该相干光束 通过一组光学器件传输至扫描仪以传输至对象，用于确定到对象的距离或对 象的速度。在三维(3D)扫描的情况下，确定物理特征。光检测器接收从对 象反射的相干光，并且将相干光转换为处理的电信号以确定对象的距离。发 射器将生成作为脉冲的相干光。信号处理器记录传输脉冲的时间，并且记录 接收相干光的反射的时间。距离是传输时间与接收时间之间的差除以2并且 乘以光速。
[0003]振幅调制连续波(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种干涉时间光检测和测距系统，用于基于时频域反射法测量从所述系统到对象的距离，其特征在于，所述系统包括：相干光源；调制控制器，所述调制控制器连接至所述相干光源并且被配置为生成脉冲式波长控制信号，所述脉冲式波长控制信号被传输至所述相干光源用于调制所述相干光源以生成脉冲式波长调制相干光发射；干涉仪，所述干涉仪连接至所述相干光源用于接收所述脉冲式波长调制相干光发射，并且所述干涉仪被配置为将所述脉冲式波长调制相干光发射分为样本部分和参考部分，其中，所述脉冲式波长调制相干光发射的所述样品部分被布置成撞击待测对象，并且所述脉冲式波长调制相干光发射的所述参考部分被布置成提供确定从所述系统到所述对象的距离的基础；扫描仪，所述扫描仪连接至所述干涉仪以接收所述脉冲式波长调制相干光的所述样本部分，其中，所述扫描仪被配置为将所述脉冲式波长调制相干光的所述样本部分物理地转移至所述对象并且用所述脉冲式波长调制相干光扫描所述对象的表面，并且所述扫描仪进一步被配置为接收所述脉冲式波长调制相干光的反向反射部分并且将所述反向反射部分从所述扫描仪传输至所述干涉仪；其中，所述脉冲式波长调制相干光的所述反向反射部分耦合至所述脉冲式波长调制相干光的所述参考部分以形成光学干涉光信号；光检测器阵列，所述光检测器阵列被配置为接收所述光学干涉光信号并且将所述光学干涉信号转换为电干涉信号；信号处理器，所述信号处理器与所述光检测器阵列通信以接收所述电干涉信号并转换所述电干涉信号以将所述所述电干涉转换为数字化电干涉信号；以及计算机系统，所述计算机系统被配置为编程成计算由所述光学干涉信号确定的时间延迟并且基于与所述目标的距离生成显示的成像范围。2.根据权利要求1所述的干涉时间光检测和测距系统，其特征在于，所述调制控制器被配置为通过控制所述相干光源的驱动电流、调整窄带宽光源的温度或调整从所述相干光源发射的光的相位来调制所述相干光源。3.根据权利要求1所述的干涉时间光检测和测距系统，其特征在于，所述干涉仪包括：第一耦合器，所述第一耦合器被配置为从所述相干光源接收所述脉冲式波长调制相干光，并且所述第一耦合器被配置为将所述脉冲式波长调制相干光分成所述脉冲式波长调制相干光的第一部分和所述脉冲式波长调制相干光的第二部分；环行器，所述环行器被连接以接收所述脉冲式波长调制相干光的所述第一部分，并且所述环行器被配置为使得所述脉冲式波长调制相干光的所述第一部分进入所述环行器的第一端口并且从后续端口离开，以将所述脉冲式波长调制相干光的所述第一部分引导至所述扫描仪；样本臂，所述样本臂连接至所述第一耦合器以接收所述脉冲式波长调制相干光的所述第一部分并且将所述脉冲式波长调制相干光的所述第一部分传输至所述扫描仪；参考臂，所述参考臂连接至所述第一耦合器以接收所述脉冲式波长调制相干光的所述第二部分；以及
第二耦合器，所述第二耦合器被配置为接收所述脉冲式波长调制相干光的反向反射部分，所述第二耦合器被配置为从所述参考臂接收所述脉冲式波长调制相干光的所述第二部分，并且所述第二耦合器被配置为将所述脉冲式波长调制相干光的所述反向反射部分和所述脉冲式波长调制相干光的所述第二部分耦合以形成光学干涉光信号。4.根据权利要求3所述的干涉时间光检测和测距系统，其特征在于，所述干涉仪还包括：偏振控制器，所述偏振控制器被配置为接收所述脉冲式波长调制相干光发射并且将所述脉冲式波长调制相干光发射传输至所述第一耦合器，并且所述偏振控制器被配置为调整来自所述光源的所述相干光发射的偏振状态并且使所述光学干涉信号或电干涉信号的振幅最大化。5.根据权利要求1所述的干涉时间光检测和测距系统，其特征在于，所述光检测器阵列被配置为偏振分集平衡放大检测器并且包括至少一个功率监测器以测量所述光检测器阵列的输入功率电平，其中，所述功率监测器输出提供具有与所述对象的距离相关联的时间延迟的调制功率电平。6.根据权利要求3所述的干涉时间光检测和测距系统，其特征在于，所述参考臂的长度大于所述样品臂的长度，并且所述参考臂的光程长度大于所述系统的最大测距深度的两倍。7.根据权利要求1所述的干涉时间光检测和测距系统，其特征在于，所述光学干涉信号的最大频率对应于所述系统的最小测距深度。8.根据权利要求1所述的干涉时间光检测和测距系统，其特征在于，所述信号处理器被配置为确定数字化电干涉信号的包络。9.根据权利要求8所述的干涉时间光检测和测距系统，其特征在于，所述信号处理器被配置为在所述数字化电干涉信号的所述包络的...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡宗涵，侯捷，吴昊，苏善行，
申请(专利权)人：欧普微股份有限公司，
类型：发明
国别省市：