CN101813776A - 用于远程地检测目标的传感器和成像系统 - Google Patents

Abstract

本发明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。

Description

用于远程地检测目标的传感器和成像系统

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

考虑到这些不同系统的缺点和限制，本发明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。在发明的传感器中，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，本发明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。光纤可能缠绕成线圈：然后容易调制光纤的长度，并且因而容易调制基准光束的光学路径长度。测量容积位于离开传感器基本上等于光纤长度的一半的距离处。

而且，传感器另一个重要的参数是光源的相干长度。测量容积的深度(在入射光束传播的方向上)约为相干长度的一半，并且不能超过此值。

光源的相干长度执行如下规则：只有在基准信号和撞击晶体的反射信号之间干涉时，全息图才可能由光折射晶体形成。只有这两个光束沿着的其各自的光学路径行进的长度差不大于光源的相干长度时，这个干涉才可能发生。如果这个相干长度短，则该传感器只能检测到深度浅(在入射光束传播的方向上)的容积中待测目标的位置；相反，如果光源的相干长度长，则传感器对相当深度的薄片中的任何目标都敏感。

本发明的传感器利用这个特性以呈现高的分离能力，就是说，选择待测部件作为在测量方向上(入射光束的方向)它们的位置的函数的强大能力。当传感器用来测量距离时，这个能力有利地提高良好的精度或者甚至优异的精度。

因此，有利地，光源呈现与检测器和目标的之间的距离相比短的相干长度的事实意味着测量容积包含目标的全部或部分，并且相反地，不包含或者几乎不包含检测器和目标之间应被发现的任何事物。与检测器和目标之间的距离相比，相干长度“短”，在这里限定为短于该距离五分之一的长度。光优选地，源的相干长度可以短于该距离的1/50。

传感器的结构可能确保在传感器和目标之间的位于测量容积以外的没有事物降低由传感器的检测器获得的信号质量。这使得即使在漫射介质中执行测量也是可能的。光源可以是发光二极管(LED)或者卤素灯，由于这两种类型的光源都呈现短的相干长度。

传感器的另一个优点在于它是自对准的事实：光折射晶体不需要相对传感器的其他部件(例如，光束分离器)准确地对准。

而且有利地，传感器相对地简单，简单到，仅包括一个光源，基准光束同时用来在光折射晶体中形成全息图和将其读出。因而，传感器的制造成本随之而保持相对地低。

在实施方式中，光源和检测器适合用于大致连续地操作，使得当传感器在操作时，同时地和连续地形成和读出全息图。因而有利地，传感器能够以取决于光折射晶体能力的频率连续地执行测量以更新全息图。由于连续操作，操作和控制传感器相对简单，并且其成本保持为低。“基本上连续地”操作的检测器的示例是CCD摄像机，以给定的频率产生顺序的图像，而在两次采集之间不必停止。

在一个实施方式中，滤光片包括偏光镜，适合用于从由晶体朝向检测器发射的光束中消除透射反射光束的主要部分。偏光镜利用由光折射晶体衍射的各向异性的特性，以此使透射的反射光束垂直于衍射波偏振。能够以非常简单而且低成本的方式从透射到检测器的光束中消除构成衍射光束以外的光组成。

在实施方式中，滤光片包括偏振分束立方体，适合用于从在由晶体朝向检测器发射的光束中的衍射光束中分离透射反射光束的主要部分，并用于引导透射反射光束的主要部分朝向检测器以外的方向。然后分束立方体一般地代替用于滤除透射到检测器的光束的偏光镜，并用于消除这个不希望有的组成。由晶体所发射的光束和被目标反射的光束被分束立方体在第二个方向上(到检测器方向以外的方向)偏转，并且其可以选择地在那个方向上被发送和分析。

在实施方式中，沿着相对入射光束的方向成角度的方向，反射光束从目标通过聚焦光学部件被晶体直接地接收。这确保传感器的布置保持相对地简单。

在实施方式中，晶体是BiSiO、BiGeO或BiTiO类型的软铋矿族的晶体，分子式中Bi代表铋，Si代表硅，Ge代表锗，Ti代表钛，O代表氧。

在实施方式中，光源是相干光源，并且例如，是激光器。人们会理解，这样的光源只能用来测量位于距离相当大处的目标，因为根据本发明的另一个特征，与检测器和目标之间的距离相比，相干长度保持为短。所用光源的波长可以处于绿光区，即，约为500nm至578nm。

在限度内，如果期望提供其测量容积具有大景深的传感器，例如，为了实现在空间观察，则光源可以因而被选择以具有长的相干长度(绝对值)。传感器然后可以仅用作例如在场检测器。

然而相反地，光源通常被选择以具有短(绝对值)的相干长度。在这种情况下，由传感器接收的信号不仅清除了来自位于被测目标和传感器之间的部件的全部干涉信息，而且有可能提供准确的距离测量。因而可能成为测距仪。

在实施方式中，传感器还包括能够在晶体的垂直于晶体输入面和输出面的两个平行面之间施加电压的装置，从而提高晶体的衍射效率。

在实施方式中，传感器包括适用于固定或记录图像的载体，并且传感器因而构成成像器。以示例的方式，传感器可以包括一个互补金属氧化物半导体(CMOS)或CCD类型或感光银板类型的光敏载体。有利地，传感器因而是成像器；因而在单个采集中适合用于不仅在点处测量，而是在整个立体角上测量。因此，只通过一次测量便可以在所考虑的立体角中检测位于距离传感器确定距离处的所有物体。

优选地，光敏载体集成在能够进行多个采集的系统中，就是说，集成在摄像机中，这能够一个接一个地执行多个测量。

这个实施方式能够设置用于在汽车驾驶中提供辅助的检测系统，并且适合用于检测在位于汽车前面空间中障碍物的存在。

本发明还提出3D成像系统，特别地适用即使围绕待测目标的介质是漫射介质时操作。

事实上，这个目的由成像系统达到，成像系统包括诸如前面定义的成像器，还包括用来改变由基准光束相对于入射光束加上反射光束的总的光学路径所述行进的光学路径长度的系统。在没有这样系统的情况下，本发明的传感器只有在目标离开传感器确定距离处才能够检测或测量，该距离表征传感器的测量容积。在包括上面描述的系统的成像系统中解除了这个限制，其中能够相对于由入射和反射光束行进的光学路径改变由基准光束行进的光学路径长度。

特别地成像系统能够构成场景的3D模型，例如，如下所示：

上述相对路径长度被引起逐步地渐进地改变；

在每个移动步骤上，传感器被用于执行3D采集；和

通过关联在执行多个测量期间所获得的每个图像与在图像的采集期间从传感器的位置推算的深度信息，构造所测量的场景的3D模型。

可以设想两个主要实施方式，用于相对于由入射光束和反射光束行进的总的光学路径长度改变由基准光束行进的路径长度，并且因而，用于改变成像系统的景深。

在一个实施方式中，用于改变相对光学路径长度的系统是引起传感器相对被测目标移动的系统。或者通过引起成像系统逐步地靠近被测目标或者通过逐渐地移动从被测目标远离或者实际上共同移动时，测量然后被执行。在任一方式中，当每个采集时，成像系统相对于被测目标的位置被标记和测量，以便能够使在连续的采集期间获得的不同的图像相对于彼此定位。成像系统可以包括用于确定和记录其相对于被测目标的位置的装置。这些位置同样可以作为系统的参数的函数被估算。这个实施方式的优点是，用于改变光学路径长度的系统的简单性。

在一个实施方式中，用于改变相对光学路径长度的系统是改变由基准光束行进的光学路径的长度的系统。在这种情况下，在不需要相对于被测目标移动传感器的情况下，有可能在成像系统测量时改变景深，并且因而进行连续的采集，提供与连续的景深对应的不同场景薄片的信息。

最后，本发明同样旨在提供用于透过生物组织进行测量的系统，或者用于透过带有颗粒(例如，诸如雾或雨滴等浮质颗粒)的大气测量的系统。

允许进行这样的测量的系统可以有利地用以上限定的传感器或成像系统制成。

附图说明

阅读下面对作为非限制性示例而示出的实施方式所作的详细描述，将能更好的理解本发明，并更清楚地看出其优点。该描述参照附图进行，附图中：

图1显示上述光学相干层析射线测量系统；

图2显示本发明的传感器，其中滤光片由偏光镜构成；

图3显示本发明的传感器，其中滤光片由分束立方体(beam-splittercube)构成；

图4显示本发明的成像系统，能够获得有关被测量目标的3D信息；和

图5显示通过图4所示系统针对给定的测量深度所获得的图像。

具体实施方式

图2显示本发明的传感器100。

传感器100包括光源110、分束立方体112、光折射晶体114、偏光镜115和检测器116。

光源110是激光源，朝向用于测量的目标120发射源光束122。在本发明的上下文中，光源同样地可以是激光器、激光二极管、LED等等。

目标120位于漫射介质118中，该介质可以是诸如雾或雨天中的大气的带有颗粒的大气，或者可能是活体组织或其他组织(若介质118不是漫射的就更不必说，该测量同样是可能)。分束立方体112配备在源光束122的路径上，并将其分成两个光束：

基准光束123，该基准光束123相对源光束122的方向偏转90度；

入射光束126，该入射光束126不偏转并且继续其路径直至达到待测目标120。

穿过漫射介质118并射在被测目标120上时，入射光束126产生反射光束127，反射光束127朝向光折射晶体114被反射折回。反射光束127在被测目标120上以与入射光束方向形成角度α的方向被反射之后，立即通过光学聚焦部件105被光折射晶体114截获。

而且，在由分束立方体112发送射在光折射晶体114上之前，基准光束123穿过光学路径延长装置125。该装置用来使基准光束123行进期望的距离，使得基准光束和反射光束两者在达到光折射晶体114之前加上长度相等或相近的反射光束行进光学路径。这个条件是必须的，以确保当这两个光束相遇时干涉，因而在光折射晶体114中产生全息图。

在基准光束123由光纤传输的情况下，光学路径延长装置125可以仅由缠绕的光纤形成的线圈构成；缠绕的纤维的长度然后被选择以使基准光束123行进的光学路径长度等于入射光束126和反射光束127的光学路径的长度的总和。

如上所述，基准光束123和反射光束127同时照射光折射晶体114，导致在光折射晶体114内部形成全息图。假定源光束的相干长度，仅仅在基准光束与被目标返回的反射光束干涉的情况下，才可能形成全息图。因而，仅仅对于形成在目标的位于测量容积119中那些部分上的反射才能形成全息图，所述测量容积119是薄片的形式并且位于相对于传感器100被很好确定的景深处。这个测量容积是其中反射光束和入射光束的光学路径长度之和基本上对应于基准光束的光学路径长度的测量容积。

更准确地说，如果入射光束在分束立方体112和待测目标120之间行进的距离为D1，并且如果反射光束127在目标120和光折射晶体114之间行进的距离为D2，则只有在下列条件被满足时，反射光束将以全息图被记录：

|D1+D2-D|＜L；

其中：

|X|表示量值“X”的绝对值；

D是由基准光束123行进的光学路径的长度；和

L是光源110的相干长度L。

当漫射介质118是空气时，并且假定空气的折射率，测量薄片119的深度基本上等于光源110的相干长度L的一半，即，L/2。在光折射晶体114中形成的全息图借助于基准光束123本身读出。在通过其前表面134到达光折射晶体114时，基准光束123被衍射并且导致该晶体通过晶体的后表面135发射衍射基准光束124。

另外，光折射晶体114从其后表面135发射透射反射光束128，透射反射光束128仅仅通过透射通过其前表面134接收的反射光束127构成。透射反射光束128与衍射基准光束124重叠。

光折射晶体114被布置和切割使得在其前表面134上接收基准光束123和反射光束127，以便能够利用其各向异性的衍射特性。为了利用各向异性衍射，光折射晶体按照如下结晶轴线001、110和-110切割，并且输入面134垂直于-110轴线。基准光束123和反射光束127的偏振平行于晶体介质的结晶轴线001，光折射晶体具有旋转能力。光折射晶体的厚度约为2mm。

因而，光折射晶体114的后表面135发射混合有透射反射光束128的衍射基准光束124。这两个光束到达位于光折射晶体114和检测器116之间的偏光镜115。光折射晶体114用于各向异性衍射的光学配置中；于是，透射反射光束128垂直于衍射光束124偏置。因而，偏光镜消除透射反射光束128的大致全部并且传送衍射基准光束124。这个消除一般极其有效，因为透射反射光束128的剩余部分可能在初始透射反射光束128总值中占1/10000的数量级。

在传感器100中，检测器116是CCD摄像机。自然，检测器116的其它实施方式可以更简单，例如，适合一次仅记录一个比特信息的光电二极管，或者其他类型的线性或者矩阵检测器，例如，CMOS或其它矩阵或者条带。

在该传感器100中，光源的相干长度L小于检测器和目标之间的距离(距离D1或D2，这两个值大致相等)，并且等于该距离的约1/8。

因而，测量薄片119的深度(等于L/2)小于检测器和目标之间的距离，即，在本示例中约为检测器和目标之间距离的1/15。因而，由处于检测器和目标之间(即位于测量容积以外)的介质所发生反射或者干涉信号的主要部分绝对不会对衍射信号124作出任何贡献。

因而，同样考虑从到达CCD摄像机116的光束消去透射反射光束128的情况，由摄像机116形成的图像是目标图像，该目标图像不包括由位于比所研究的测量容积119更近或更远离传感器100的所研究的场景的要素所产生的干涉反射。

因而，传感器的主要优点是提供已知位置的测量容积方面的信息，尽管在检测器和目标之间有漫射介质118存在，在某种情况下该介质可能阻止人类的眼睛看见一切。

另外，由于通过摄像机116而获得的图像没有位于被测目标120的前方的漫射介质118所反射的信息，所以由摄像机116形成的图像表现极佳的动态范围，并且因而，在大部分的情况下，单个图像便可能足以提供有关目标的信息，而不需要依靠复杂的信号处理(利用相移技术等等在一组图像上拉平获得物)。

在这种情况下，为了提高该装置的效率，可以加大基准光束的功率。这种改进可以增大系统的时间分辨率，并且因而，使该装置几乎实时操作，能够以每秒20个图像的速率操作。由于数据采集快捷，该传感器因而可以用在小秤上用于在活的有机体内采集。

图3表现按照本发明传感器200的另一个实施方式。除了相反的说明以外，传感器200的部件与参照图2说明的传感器100的相同。传感器100和传感器200之间的差异在于插入晶体和检测器之间的滤光片，该滤光片用来消除来自由晶体朝向检测器116发射的光束的透射反射光束128的主要部分。

在传感器200中，该滤光片是分束立方体215。该分束立方体消除晶体向检测器116方向透射的光束中的透射反射光束128，在朝向检测器116以外的方向传送该透射反射光束128。在所示装配中，透射反射光束128通过直角被反射。因而，摄像机或者检测器116仅接收来自晶体的衍射光束124。被分束立方体衍射的透射反射光束128由第二检测器217分析，因而有可能检测和/或辨别漫射介质。第二检测器217同样是摄像机。

最后，本发明的传感器可以用来形成三维(3D)成像系统。图4显示这样的成像系统300。该成像系统300基本上由与先前描述相同的传感器100构成。但是，传感器100还具有上面没有说明的三个部件：

电子控制单元160；

主要地由电压源构成的设备162，能够在垂直于晶体114的输入面134和输出面135的两个平行面之间施加电压；和

系统140，该系统140用于改变由基准光束相对于入射光束126和反射光束127的总的光学路径长度所行进的光学路径长度。

系统140由具有轮子144的台车142构成，台车上装配传感器100。台车142由固定于其上的电动机164驱动。

电子控制单元是个人计算机(PC)。在设备162用于施加电压到垂直于晶体114前表面134和后表面135的晶体表面、到电动机164和摄像机116的情况下，控制单元160控制光源110并用电线连接到这些不同的组件。特别地，使用采集图(未显示)，可能采集由摄像机116在不同的选定的测量位置上产生的不同图像。

目标的3D模型的采集如下：

台车142沿着地面146朝向位于漫射介质或者大气158中的待测目标150移动。该移动借助于运动指引系统(未显示)被指引，该运动指引系统使传感器100的位置在多个测量位置处被记录。

在这整个运动过程中，传感器100被用于执行连续的采集。每个采集都能够获得目标图像，更准确地说，处于传感器100的测量容积中的目标的部分的图像。这个图像可以也包括由处于测量容积中的漫射介质158中的颗粒所产生的反射。

传感器100的移动用于移动测量容积。如图4所示的一个测量方法包括使成像系统300在两次采集之间前进的距离等于传感器100的测量容积的深度，即L/2(L是光源110的相干长度)。

通过记录由传感器100对于每个连续地测量的测量容积V1至V5所产生的连续图像，被测量场景的3D模型然后产生。自然地，3D模型的获得需要采集的图像象素的坐标被确定在垂直于测量方向(入射光束的传播方向)的平面上。在测量方向上的深度坐标值是从采集时记录的传感器100的位置获得的。

因而，图5显示传感器100在第一次采集时采集到的图像，其中该测量容积V1定位于被测目标150前表面的水平上(在测量方向上)。

由于目标150的前表面有两个突出152和154，分别地对应于这两个突出152和154，图像160具有两个区域162和164，其中目标的存在已经被检测。

获得3D数字模型为本发明的传感器或成像系统构成具有很大附加价值的应用。应该指出，在有利的实施方式中，测量方向或者入射光束的投射方向相对于其上装有传感器的车辆的移动方向是倾斜的，相对于该方向形成例如45°的锐角。在这种情况下，车辆的移动能够沿着其行进路径产生位于靠近车辆的容积的3D模型。

在另一个应用中，本发明的传感器安装诸如机动车辆、船等的移动体的板上，能够检测和确定移动体附近的固定或移动目标的形状。传感器因而提供在移动体的运动期间必须的安全信息。

最后，本发明的传感器可以用于生产精密测距仪。在这种情况下，传感器设置具有短的相干长度的光源和强度相当高的基准光束。传感器特别地用来测量目标的位置，其中目标被选择高度地反射。

Claims (16)

1.一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/或辨别漫射介质，并且适合用于接收由所述分束立方体在所述朝向所述检测器以外的方向引导的信号。

6.根据权利要求1所述的传感器，其中，沿着相对所述入射光束的方向成角度的方向，所述反射光束从所述目标通过聚焦光学部件被所述晶体直接地接收。

7.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述晶体是BiSiO、BiGeO或BiTiO类型的软铋矿族晶体，分子式中的Bi代表铋，Ge代表锗，Si代表硅，Ti代表钛，O代表氧。

8.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述光源是相干光源，例如，是激光器。

9.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述光源是LED或者卤素灯。

10.根据权利要求1所述的传感器，还包括能够在所述晶体的垂直于所述晶体输入面和输出面的两个平行面之间施加电压的装置，从而提高所述晶体的衍射效率。

11.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述检测器包括能够固定或记录图像的载体，从而所述传感器构成成像器。

12.一种成像系统，包括根据权利要求11所述的传感器，所述传感器包括用于相对于由所述入射光束和所述反射光束行进的总的光学路径的长度改变由所述基准光束所行进的光学路径的长度的系统，从而构成3D成像系统。

13.根据权利要求12所述的成像系统，其中，用以改变所述相对光学路径长度的所述系统是用于使所述传感器相对于所述被测目标移动的系统。

14.根据权利要求12所述的成像系统，其中，用于改变所述相对光学路径长度的所述系统是用于改变由所述基准光束行进的所述光学路径的所述长度的系统。

15.根据权利要求1-11所述的传感器或根据权利要求12-14所述的成像系统用于透过生物组织测量。

16.根据权利要求1-11所述的传感器或根据权利要求12-14所述的成像系统用于透过带有颗粒的大气测量，例如，透过带有诸如雾或真正的雨滴的浮质颗粒的大气测量。

Images