技术特征：
1.一种大探测视场、高精度条纹管成像激光雷达四维探测系统，其特征在于：包括脉冲激光器(1)、发射光学系统(2)、延时器系统(3)、接收光学系统(4)、光纤传像器(5)、条纹管探测器(6)、ccd相机(7)以及信号处理系统(8)；脉冲激光器(1)用于发射所需波长的光脉冲；发射光学系统(2)用于将光脉冲在x方向扩束并在y方向压缩，之后辐照至目标表面；延时器系统(3)用于同步脉冲激光器(1)、条纹管探测器(6)及ccd相机(7)同时工作，并且控制选通门宽度和延迟时间；接收光学系统(4)用于接收经过目标表面反射的回波信号；光纤传像器(5)用于将回波信号变比聚焦至条纹管探测器(6)；条纹管探测器(6)用于将携带高速时间信息的回波信号转化为低速空间信息，输出条纹像；ccd相机(7)用于采集条纹管探测器(6)输出的条纹像；信号处理系统(8)用于将ccd相机(7)采集到的图像进行还原重构，给出目标物的三维距离信息和一维强度信息；其中，条纹管探测器(6)为具有单透镜聚焦系统的大探测面积条纹管，包括光电阴极(61)、聚焦系统(62)、扫描偏转系统(63)、阳极(64)和荧光屏(65)；光电阴极(61)用于将光纤传像器(5)变比聚焦后的回波信号转换为电子图像；聚焦系统(62)用于聚焦光电阴极(61)发射的电子图像；扫描偏转系统(63)用于将电子图像的时间信息转换为空间信息；阳极(64)用于对电子加速；荧光屏(65)用于将阳极(64)输出的电子图像转化为可见光学图像；光电阴极(61)为球面光电阴极；条纹管探测器(6)还包括设置在球面光电阴极后端部的圆筒状电磁聚焦环(611)，圆筒状电磁聚焦环(611)的外半径等于球面光电阴极的最大外半径；聚焦系统(62)为单透镜聚焦系统，包括沿电子传播方向依次排布的第一聚焦电极(621)，第二聚焦电极(622)和第三聚焦电极(623)，第一聚焦电极(621)，第二聚焦电极(622)和第三聚焦电极(623)均为圆筒状电极，且内半径、外半径及轴向长度均相等；阳极(64)为锥形筒结构，小端为电子入口，在电子入口处设置有阳极孔(641)；荧光屏(65)为球面荧光屏，且球面荧光屏的曲率半径等于阳极(64)电子出口处锥形筒的半径；光电阴极(61)、第一聚焦电极(621)、第二聚焦电极(622)和第三聚焦电极(623)之间依次通过陶瓷环连接；阳极(64)嵌入聚焦系统(62)内，阳极孔(641)位于第二聚焦电极(622)的电子出口处；第三聚焦电极(623)与阳极(64)之间通过陶瓷环连接；偏转系统(63)嵌入阳极(64)内，偏转系统(63)的电子入口靠近阳极孔(641)，荧光屏(65)与阳极(64)的电子出口处连接。2.根据权利要求1所述的大探测视场、高精度条纹管成像激光雷达四维探测系统，其特征在于：第一聚焦电极(621)与第三聚焦电极(623)的电势差为0v，第一聚焦电极(621)与第二聚焦电极(622)的电势差为3200v～4000v；光电阴极(61)与第一聚焦电极(621)的电势差为150v～250v；第三聚焦电极(623)与阳极(64)的电势差为14750v～14850v。
3.根据权利要求1或2所述的大探测视场、高精度条纹管成像激光雷达四维探测系统，其特征在于：脉冲激光器(1)为nd:yag固体脉冲激光器，输出光脉冲波长为532nm；发射光学系统(2)包括沿光路依次放置的第一望远镜(21)和整形系统(22)，整形系统(22)为扩束整形系统或压缩整形系统；延时器系统(3)为延迟触发电路；接收光学系统(4)包括沿光路依次设置的第二望远镜(41)和物镜(42)；光纤传像器(5)为光纤面板或变比光锥。4.根据权利要求3所述的大探测视场、高精度条纹管成像激光雷达四维探测系统，其特征在于：第一望远镜(21)为折反射式望远镜；整形系统(22)为扩束整形系统。5.根据权利要求4所述的大探测视场、高精度条纹管成像激光雷达四维探测系统，其特征在于：变比光锥的出光端口尺寸为φ50mm，进光端口尺寸与接收光学系统(4)出射的光脉冲尺寸相同。6.根据权利要求5所述的大探测视场、高精度条纹管成像激光雷达四维探测系统，其特征在于：ccd相机(7)为帧频大于100hz的高帧频ccd。7.根据权利要求6所述的大探测视场、高精度条纹管成像激光雷达四维探测系统，其特征在于：偏转系统(63)包括两个上下对称放置的平折板，平折板包括平行板(631)与梯形倾斜板(632)，平行板(631)采用长方体结构，梯形倾斜板(632)采用梯形结构。8.根据权利要求7所述的大探测视场、高精度条纹管成像激光雷达四维探测系统，其特征在于：条纹管探测器(6)还包括位于扫描偏转系统(63)后端、阳极(64)内部等位区的mcp(66)；或，条纹管探测器(6)还包括球形结构光纤面板(67)与像增强器(68)，球形结构光纤面板(67)位于荧光屏(65)的后端，并与荧光屏(65)同心，像增强器(68)位于球形结构光纤面板(67)后端。9.根据权利要求8所述的大探测视场、高精度条纹管成像激光雷达四维探测系统，其特征在于：光电阴极(61)的曲率半径为58mm～62mm，球冠高度为11mm～13mm，圆筒状电磁聚焦环(611)沿光轴长度方向的尺寸为4mm～6mm；第一聚焦电极(621)、第二聚焦电极(622)和第三聚焦电极(623)的内半径为35mm～45mm，厚度为0.5mm；沿光轴长度方向的尺寸为20mm～25mm；第一聚焦电极(621)、第二聚焦电极(622)和第三聚焦电极(623)之间的间距为3mm～6mm；第一聚焦电极(621)、第二聚焦电极(622)和第三聚焦电极(623)的长径比均为0.28～0.30；扫描偏转系统(63)两个上下对称放置的平折板中两个平行板(631)的间距为3mm～4mm；阳极(64)的小端外半径为5mm～6mm，大端外半径为40mm～50mm，厚度为0.5mm，沿光轴长度方向的尺寸为80mm～82mm；阳极孔(641)的外半径为5mm～6mm，内半径为1.5mm～2.5mm；阳极电子出口对应的外半径为40mm～50mm；荧光屏(65)的曲率半径为40mm～50mm，沿光轴方向的长度为40mm～50mm。10.根据权利要求9所述的大探测视场、高精度条纹管成像激光雷达四维探测系统，其特征在于：光电阴极(61)的曲率半径为60mm，球冠高度为12mm，圆筒状电磁聚焦环(611)沿光轴长度方向的尺寸为5mm；圆筒状电磁聚焦环(611)的外半径为35.5mm；第一聚焦电极(621)、第二聚焦电极(622)和第三聚焦电极(623)的内半径为40mm；沿光轴长度方向的尺寸为23.5mm；第一聚焦电极(621)、第二聚焦电极(622)和第三聚焦电极
(623)之间的间距为4.5mm；扫描偏转系统(63)两个上下对称放置的平折板中两个平行板(631)的间距为3.5mm；阳极(64)的小端外半径为5.5mm，大端外半径为45.5mm，沿光轴长度方向的尺寸为81mm；阳极孔(641)的外半径为5.5mm，内半径为2mm；阳极(64)电子出口对应的外半径为45mm；荧光屏(65)的曲率半径为45mm，沿光轴方向的长度为45mm。
技术总结
本发明属于光电成像技术领域，针对目前研制的条纹管成像激光雷达难以满足大视场、高精度的探测需求的问题，提供一种大探测视场、高精度条纹管成像激光雷达四维探测系统，包括脉冲激光器、发射光学系统、延时器系统、接收光学系统、光纤传像器、条纹管探测器、CCD相机以及信号处理系统；其中条纹管探测器采用具有单透镜聚焦系统的大探测面积条纹管，实现了大的探测视场，提高了三个方向的距离分辨率；同时，能够在目标物运动的状态下进行成像，满足大探测范围、高精度诊断需求。高精度诊断需求。高精度诊断需求。
技术研发人员：田丽萍 沈令斌 田进寿 李立立 王俊锋 李少辉 陈萍
受保护的技术使用者：中国科学院西安光学精密机械研究所
技术研发日：2021.09.07
技术公布日：2023/3/9