CN108716894B - 一种基于声光偏转器的非机械式激光三维扫描系统 - Google Patents

一种基于声光偏转器的非机械式激光三维扫描系统 Download PDF

Info

Publication number
CN108716894B
CN108716894B CN201810295319.XA CN201810295319A CN108716894B CN 108716894 B CN108716894 B CN 108716894B CN 201810295319 A CN201810295319 A CN 201810295319A CN 108716894 B CN108716894 B CN 108716894B
Authority
CN
China
Prior art keywords
laser
acousto
optic deflector
blazed grating
wavelength
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810295319.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN108716894A (zh
Inventor
时光
郑磊珏
黑克非
王文
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hangzhou Blackbox 3d Technology Co ltd
Original Assignee
Hangzhou Dianzi University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hangzhou Dianzi University filed Critical Hangzhou Dianzi University
Priority to CN201810295319.XA priority Critical patent/CN108716894B/zh
Publication of CN108716894A publication Critical patent/CN108716894A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108716894B publication Critical patent/CN108716894B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures

Abstract

本发明公开了一种基于声光偏转器的非机械式激光三维扫描系统。现有非机械式激光扫描技术精度低，扫描范围小。本发明的可调谐激光器发出的激光通过准直透镜进入光强调制器，调制后的激光进入由电声换能器供能控制的声光偏转器，在垂直方向上发生偏转，偏转后的激光打到闪耀光栅上，在水平方向上也发生偏转，闪耀光栅的出射光反射到目标上，再通过漫反射由接收镜头汇聚，然后被光电探测器接收；光电探测器将光信号转化为电信号，再经过放大滤波电路传给相位法数据处理系统，相位法数据处理系统对放大滤波电路传来的电信号和信号源传来的正弦波电信号进行检相得到目标距离，将测距结果传至上位机。本发明精度高、扫描范围大。

Description

一种基于声光偏转器的非机械式激光三维扫描系统
技术领域
本发明属于光学技术领域，具体涉及一种基于声光偏转器的非机械式激光三维扫描系统。
背景技术
在三维精密测量领域，基于激光扫描技术的三维成像系统被广泛应用，激光三维扫描技术主要分为机械式和非机械式两种，现有的机械式激光扫描技术的扫描机构结构较复杂，购买和维护成本较高。而目前的非机械式激光扫描技术相关研究较少，其普遍的缺点是精度低，扫描范围小。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种基于声光偏转器的非机械式激光三维扫描系统，具有精度高、扫描范围大、成本低和结构简单等优点，适合一定范围的激光精密三维测量。
本发明包括上位机、激光器控制器、可调谐激光器、准直透镜、光强调制器、声光偏转器、电声换能器、闪耀光栅、接收镜头、光电探测器、放大滤波电路、相位法数据处理系统和信号源；所述的可调谐激光器由激光器控制器控制启停。可调谐激光器发出波长在1520nm～1560nm内循环变化的激光。可调谐激光器发出的激光通过准直透镜进入由信号源输入电信号的光强调制器，光强调制器对激光的光强进行频率为k的正弦波信号调制，k取值为20MHz～300MHz。调制后的激光进入由电声换能器供能控制的声光偏转器，在垂直方向上发生角度偏转，偏转角度与声光偏转器的入射光波长和电声换能器提供的声波频率有关，关系式如下：
Figure BDA0001618591880000011
式中θ为偏转角度，λ为声光偏转器的入射光波长，n为声光偏转器内声光介质的折射率，νs为声波在声光偏转器内的速度，fs为电声换能器提供的声波频率。
通过声光偏转器偏转后的激光打到闪耀光栅上，闪耀光栅的光栅宏观平面与闪耀光栅的入射光成一个角度，闪耀光栅的入射光通过闪耀光栅在水平方向上也发生偏转，偏转角度与闪耀光栅的入射光波长成正比。
闪耀光栅的出射光反射到目标上，再通过漫反射由接收镜头汇聚，然后被光电探测器接收。光电探测器将光信号转化为电信号，再经过放大滤波电路传给相位法数据处理系统，相位法数据处理系统同时接收信号源的正弦波电信号，通过对放大滤波电路传来的电信号和信号源传来的正弦波电信号进行检相得到目标的距离；相位法数据处理系统将测距结果传至上位机。上位机对信号源、电声换能器和激光器控制器进行控制。上位机通过两个偏转角度、声光偏转器的出射光出射点到闪耀光栅的光栅宏观平面的距离、以及结合相位法测距原理测得反射到目标表面的激光点对应的距离数据，得到反射到目标表面的激光点三维测量数据。
所述波长循环变化的规律为先按步长10pm由最小变化到最大，然后按步长-10pm由最大变化到最小。
可调谐激光器发出激光波长变化的一个周期中，通过电声换能器对声光偏转器输入的声波频率的控制，使得声光偏转器射出的激光在垂直方向上偏转角度保持不变，该周期中，闪耀光栅的入射光的波长越大，激光在水平方向上的偏转角度也越大。激光经闪耀光栅发生角度偏转的周期与可调谐激光器发出激光波长变化的周期保持一致。可调谐激光器发出激光波长变化的下一个周期开始时，通过电声换能器对声光偏转器输入的声波频率的控制，使得声光偏转器射出的激光在垂直方向上偏转角度增大0.1～0.5°范围内的一个值后保持不变，使得在激光波长一个变化周期内，目标表面的激光轨迹存在多个激光点轨迹水平线。
本发明通过声光偏转器和闪耀光栅对激光在两个方向进行偏转扫描，再结合相位法测距原理，实现一定范围的激光三维扫描测量，具有精度高，扫描范围相对较大，成本低和结构简单等优点。
附图说明
图1为本发明的系统原理示意图；
图2为本发明在目标表面形成的激光轨迹示意图；
图中：1、上位机，2、激光器控制器，3、可调谐激光器，4、准直透镜，5、光强调制器，6、声光偏转器，7、电声换能器，8、闪耀光栅，9、目标，10、接收镜头，11、光电探测器，12、放大滤波电路，13、相位法数据处理系统，14、信号源。
具体实施方式
下面结合附图对本发明技术方案作进一步描述。
如图1所示，一种基于声光偏转器的非机械式激光三维扫描系统，包括上位机1、激光器控制器2、可调谐激光器3、准直透镜4、光强调制器5、声光偏转器6、电声换能器7、闪耀光栅8、接收镜头10、光电探测器11、放大滤波电路12、相位法数据处理系统13和信号源14；可调谐激光器3由激光器控制器2控制启停。可调谐激光器3发出波长在1520nm～1560nm内循环变化的激光，波长循环变化的规律为先按步长10pm由最小变化到最大，然后按步长-10pm由最大变化到最小。可调谐激光器3发出的激光通过准直透镜4进入由信号源14输入电信号的光强调制器5，光强调制器5对激光的光强进行频率为k的正弦波信号调制，k取值为20MHz～300MHz中的一个值。调制后的激光进入由电声换能器7供能控制的声光偏转器6，在垂直方向上发生角度偏转，偏转角度与声光偏转器6的入射光波长和电声换能器7提供的声波频率有关，关系式如下：
Figure BDA0001618591880000031
式中θ为偏转角度，λ为声光偏转器6的入射光波长，n为声光偏转器6内声光介质的折射率，νs为声波在声光偏转器6内的速度，fs为电声换能器7提供的声波频率。
通过声光偏转器6偏转后的激光打到闪耀光栅8上，闪耀光栅的光栅宏观平面与闪耀光栅的入射光成一个角度，闪耀光栅的入射光通过闪耀光栅在水平方向上也发生偏转，偏转角度与闪耀光栅的入射光波长成正比。
调制后的激光经过二次偏转反射到目标9上，再通过漫反射由接收镜头10汇聚，然后被光电探测器11接收。光电探测器11将光信号转化为电信号，再经过放大滤波电路12传给相位法数据处理系统13，相位法数据处理系统13同时接收信号源14的正弦波电信号(正弦波电信号作为参考信号)，通过对放大滤波电路12传来的电信号和信号源14传来的正弦波电信号进行检相得到目标的距离；相位法数据处理系统13将测距结果传至上位机1。上位机1对信号源14、电声换能器7和激光器控制器2进行控制。上位机1通过两个偏转角度、声光偏转器6的出射光出射点到闪耀光栅8的光栅宏观平面的距离、以及结合相位法测距原理测得反射到目标9表面的激光点对应的距离数据，得到反射到目标9表面的激光点三维测量数据。
本发明在可调谐激光器3发出激光波长变化的一个周期中，通过电声换能器7对声光偏转器6输入的声波频率的控制，使得声光偏转器6射出的激光在垂直方向上偏转角度保持不变，该周期中，闪耀光栅8的入射光的波长越大，激光在水平方向上的偏转角度也越大。激光经闪耀光栅8发生角度偏转的周期与可调谐激光器3发出激光波长变化的周期保持一致。可调谐激光器3发出激光波长变化的下一个周期开始时，通过电声换能器7对声光偏转器6输入的声波频率的控制，使得声光偏转器6射出的激光在垂直方向上偏转角度增大0.1～0.5°范围内的一个值后保持不变。这样在激光波长一个变化周期(本实施例为1520nm～1560nm)内，目标表面的激光轨迹存在多个激光点轨迹水平线；由于可调谐激光器3发出的激光波长步长很小，所以，相邻两条激光点轨迹水平线的间距很小，扫描测量精度高；另外，激光通过闪耀光栅8发生偏转时最大偏转角度与最小偏转角度之差相对较大，所以扫描测量范围大。
本发明中目标9表面上的激光轨迹如图2所示，实心圆点为激光轨迹的起始点，实线为激光点轨迹水平线，虚线为相邻两条激光点轨迹水平线的首尾连线，激光点从起始点沿激光点轨迹水平线扫一行，此时一个波长周期结束；下一个波长周期时，激光点再向上一行反向扫，直到该波长周期结束，如此重复。
尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (3)

1.一种基于声光偏转器的非机械式激光三维扫描系统，包括上位机、激光器控制器、可调谐激光器、准直透镜、光强调制器、声光偏转器、电声换能器、闪耀光栅、接收镜头、光电探测器、放大滤波电路、相位法数据处理系统和信号源，其特征在于：所述的可调谐激光器由激光器控制器控制启停；可调谐激光器发出波长在1520nm～1560nm内循环变化的激光；可调谐激光器发出的激光通过准直透镜进入由信号源输入电信号的光强调制器，光强调制器对激光的光强进行频率为k的正弦波信号调制，k取值为20MHz～300MHz；调制后的激光进入由电声换能器供能控制的声光偏转器，在垂直方向上发生角度偏转，偏转角度与声光偏转器的入射光波长和电声换能器提供的声波频率有关，关系式如下：
Figure FDA0001618591870000011
式中θ为偏转角度，λ为声光偏转器的入射光波长，n为声光偏转器内声光介质的折射率，νs为声波在声光偏转器内的速度，fs为电声换能器提供的声波频率；
通过声光偏转器偏转后的激光打到闪耀光栅上，闪耀光栅的光栅宏观平面与闪耀光栅的入射光成一个角度，闪耀光栅的入射光通过闪耀光栅在水平方向上也发生偏转，偏转角度与闪耀光栅的入射光波长成正比；
闪耀光栅的出射光反射到目标上，再通过漫反射由接收镜头汇聚，然后被光电探测器接收；光电探测器将光信号转化为电信号，再经过放大滤波电路传给相位法数据处理系统，相位法数据处理系统同时接收信号源的正弦波电信号，通过对放大滤波电路传来的电信号和信号源传来的正弦波电信号进行检相得到目标的距离；相位法数据处理系统将测距结果传至上位机；上位机对信号源、电声换能器和激光器控制器进行控制；上位机通过两个偏转角度、声光偏转器的出射光出射点到闪耀光栅的光栅宏观平面的距离、以及结合相位法测距原理测得反射到目标表面的激光点对应的距离数据，得到反射到目标表面的激光点三维测量数据。
2.根据权利要求1所述的一种基于声光偏转器的非机械式激光三维扫描系统，其特征在于：所述波长循环变化的规律为先按步长10pm由最小变化到最大，然后按步长-10pm由最大变化到最小。
3.根据权利要求1所述的一种基于声光偏转器的非机械式激光三维扫描系统，其特征在于：可调谐激光器发出激光波长变化的一个周期中，通过电声换能器对声光偏转器输入的声波频率的控制，使得声光偏转器射出的激光在垂直方向上偏转角度保持不变，该周期中，闪耀光栅的入射光的波长越大，激光在水平方向上的偏转角度也越大；激光经闪耀光栅发生角度偏转的周期与可调谐激光器发出激光波长变化的周期保持一致；可调谐激光器发出激光波长变化的下一个周期开始时，通过电声换能器对声光偏转器输入的声波频率的控制，使得声光偏转器射出的激光在垂直方向上偏转角度增大0.1～0.5°范围内的一个值后保持不变，使得在激光波长一个变化周期内，目标表面的激光轨迹存在多个激光点轨迹水平线。
CN201810295319.XA 2018-04-04 2018-04-04 一种基于声光偏转器的非机械式激光三维扫描系统 Active CN108716894B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810295319.XA CN108716894B (zh) 2018-04-04 2018-04-04 一种基于声光偏转器的非机械式激光三维扫描系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810295319.XA CN108716894B (zh) 2018-04-04 2018-04-04 一种基于声光偏转器的非机械式激光三维扫描系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108716894A CN108716894A (zh) 2018-10-30
CN108716894B true CN108716894B (zh) 2020-04-28

Family

ID=63898745

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810295319.XA Active CN108716894B (zh) 2018-04-04 2018-04-04 一种基于声光偏转器的非机械式激光三维扫描系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108716894B (zh)

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3513323A (en) * 1965-12-13 1970-05-19 Ibm Light beam deflection system
CN1997926A (zh) * 2004-05-17 2007-07-11 肖特股份公司 用于测量设备中的构形结构的方法
WO2005085945A3 (en) * 2004-03-01 2009-03-26 Univ Washington Techtransfer I Polymer based electro-optic scanner for image acquisition and display
CN101738815A (zh) * 2009-12-03 2010-06-16 深圳先进技术研究院 激光三维扫描装置和激光三维扫描方法
CN102357735A (zh) * 2011-09-22 2012-02-22 中国航天科技集团公司第五研究院第五一0研究所 基于可控光束剖面形状与功率分布的双扫描三维激光刻蚀加工方法
CN102441735A (zh) * 2011-09-22 2012-05-09 中国航天科技集团公司第五研究院第五一○研究所 正交声光偏转器获得任意激光束剖面能量分布的方法
CN103151704A (zh) * 2013-02-08 2013-06-12 哈尔滨工业大学 结合空间光调制器与声光调制器的Littman外腔激光器及其调谐方法
CN104105994A (zh) * 2011-12-22 2014-10-15 英特尔公司 用于激光束扫描的声光偏转器的配置
CN104115061A (zh) * 2012-01-05 2014-10-22 菲托尼克斯公司 利用扫描仪系统沿着连续扫描轨迹扫描的方法
CN105446051A (zh) * 2015-12-30 2016-03-30 武汉嘉铭激光有限公司 一种激光声光扫描方法及其装置
CN107144955A (zh) * 2017-05-15 2017-09-08 清华大学 基于线扫描时空聚焦的结构光显微成像系统

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0611807D0 (en) * 2006-06-14 2006-07-26 Univ Huddersfield A near common-path optical fibre interferometer for potentially fast on-line micro/nano scale surface measurement

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3513323A (en) * 1965-12-13 1970-05-19 Ibm Light beam deflection system
WO2005085945A3 (en) * 2004-03-01 2009-03-26 Univ Washington Techtransfer I Polymer based electro-optic scanner for image acquisition and display
CN1997926A (zh) * 2004-05-17 2007-07-11 肖特股份公司 用于测量设备中的构形结构的方法
CN101738815A (zh) * 2009-12-03 2010-06-16 深圳先进技术研究院 激光三维扫描装置和激光三维扫描方法
CN102357735A (zh) * 2011-09-22 2012-02-22 中国航天科技集团公司第五研究院第五一0研究所 基于可控光束剖面形状与功率分布的双扫描三维激光刻蚀加工方法
CN102441735A (zh) * 2011-09-22 2012-05-09 中国航天科技集团公司第五研究院第五一○研究所 正交声光偏转器获得任意激光束剖面能量分布的方法
CN104105994A (zh) * 2011-12-22 2014-10-15 英特尔公司 用于激光束扫描的声光偏转器的配置
CN104115061A (zh) * 2012-01-05 2014-10-22 菲托尼克斯公司 利用扫描仪系统沿着连续扫描轨迹扫描的方法
CN103151704A (zh) * 2013-02-08 2013-06-12 哈尔滨工业大学 结合空间光调制器与声光调制器的Littman外腔激光器及其调谐方法
CN105446051A (zh) * 2015-12-30 2016-03-30 武汉嘉铭激光有限公司 一种激光声光扫描方法及其装置
CN107144955A (zh) * 2017-05-15 2017-09-08 清华大学 基于线扫描时空聚焦的结构光显微成像系统

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Compensation of spatial and temporal dispersion for acousto-optic multiphoton laser-scanning microscopy;Vijay Iyer et al;《Journal of Biomedical Optics》;20030630;第8卷(第3期);第460–471页 *
基于空间光调制的光束聚焦实时反馈控制方法及系统;谢志坤等;《激光与光电子学进展》;20170329;第072201-1至072201-8页 *
数字微镜器件闪耀特性及其在全息显示中的应用;许富洋等;《光子学报》;20110330;第40卷(第3期);第332-335页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN108716894A (zh) 2018-10-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2022174329A (ja) Ｌｉｄａｒに基づく３次元撮像のための統合された照射及び検出
CN204044359U (zh) 一种二维扫描式激光测距装置
CN108646232A (zh) 一种激光雷达的校正系统和激光雷达测距装置
CN204758827U (zh) 用于激光雷达的复合式扫描系统
CN206331115U (zh) 基于mems微镜扫描的激光雷达系统
CN106772407A (zh) 基于mems微镜扫描的激光雷达系统
CN104914445A (zh) 用于激光雷达的复合式扫描系统
CN103675831A (zh) 距离测定装置
CN102707331B (zh) 基于偏振的收发一体化亚纳秒脉冲激光探测系统
CN105242280A (zh) 一种基于光学参量过程的关联成像装置和方法
CN111337903B (zh) 一种多线激光雷达
CN102520412A (zh) 基于微机械mems 二维扫描镜阵列的激光主动探测装置
CN111487639A (zh) 一种激光测距装置及方法
CN104776907A (zh) 一种基于多点激光散斑极值跟踪的振动检测方法
CN111751802B (zh) 一种光子级自适应高灵敏度空间微弱目标探测系统及探测方法
CN108646230A (zh) 一种混合式多普勒激光雷达及其使用方法
CN105092013B (zh) 声音识别系统及声音识别方法
WO2020221188A1 (zh) 基于同步ToF离散点云的3D成像装置及电子设备
CN105958316B (zh) 基于铯原子饱和吸收谱的半导体自动稳频激光器
CN115267822A (zh) 高均匀度扫描式单光子激光三维雷达成像系统及成像方法
CN104811244A (zh) 基于激光章动的空间光到单模光纤的耦合系统
CN108716894B (zh) 一种基于声光偏转器的非机械式激光三维扫描系统
CN108759711B (zh) 一种非机械式激光三维扫描系统
CN107238843A (zh) 激光成像控制方法与装置
CN210347935U (zh) 激光雷达

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20221130

Address after: 311100 rooms E901 and e903, building 1, No. 1378, Wenyi West Road, Cangqian street, Yuhang District, Hangzhou City, Zhejiang Province

Patentee after: HANGZHOU BLACKBOX 3D TECHNOLOGY CO.,LTD.

Address before: 310018 No. 2 street, Xiasha Higher Education Zone, Hangzhou, Zhejiang

Patentee before: HANGZHOU DIANZI University

TR01 Transfer of patent right