CN207487813U - 一种基于无线激光技术的声音和图像获取装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于无线激光技术的声音和图像获取装置，激光器发射的窄线宽、线偏振激光光束经过分光棱镜分光后形成两路光束，反射生成的一路光束作为声音探测支路的本振光束经反射后直接进入平衡探测器内；透射生成的另一路光束再次分光后，反射生成的光束作为声音获取支路的探测光束，获取目标的声音信息，经过目标的反射后，在平衡探测器内与本振光束干涉，生成携带声音信息的电信号；为避免给声音获取支路带来同频干扰，透射生成的光束经过声光调制器的移频后照射到目标，经目标反射后到达图像传感器获取目标的图像信息。最后图像信号和声音信号经过复用后进行有线或者无线传输。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种基于无线激光技术的声音和图像获取装置，属于激光传感领域。
背景技术
目前采用被动探测工作方式的摄像头作为图像获取工具广泛的应用于安全监控、工业生产、科学考察和科学研究等领域，但其有效工作距离较短，同时大部分仅仅具有图像获取功能而没有声音信号获取功能，使其在一些领域的应用受到限制。
为了扩展摄像头的语音获取功能，一种方法是采用加装电学的拾音器来实现，但该技术依然是采用对声音信号的被动探测，探测灵敏度低，难以实现对微弱声音信号的获取。另外一种方法是采用光纤拾音器，该技术是将光纤安装在探测装置内，需通过在装置上打孔与自然环境接触，探测精度受环境影响较大，同时仅能探测可以传播到光纤上的声音信号，其工作距离也受到限制。
实用新型内容
本实用新型提出了一种基于无线激光技术的声音和图像获取装置。解决了上述图像和声音获取技术存在的问题。采用无线激光技术和主动探测方式，同时获取远距离目标的图像和声音信息，特别在远距离目标声音信息的获取上，优于上述两种方案。
为了解决上述技术问题，本实用新型提出一种基于无线激光技术的声音和图像获取装置，其特征在于：所述装置包括激光器、分光棱镜、二分之一波片、四分之一波片、五片反射镜、声光调制器、图像传感器、光学天线、平衡探测器和信号处理器；
所述反射镜包括第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜，第四反射镜和第五反射镜，将入射到表面的光束偏转90°后反射出去；
所述分光棱镜包括第一分光棱镜、第二分光棱镜、第三分光棱镜和第四分光棱镜，所述第一分光棱镜和第二分光棱镜与所述激光器处于同水平线上；所述第三分光棱镜设置于上述二分之一波片的左方，所述第四分光棱镜设置于上述第五反射镜的左方；
所述平衡探测器设置于所述激光器的下方，接收第一反射镜和第四反射镜反射的光束；
所述二分之一波片设置于所述第二反射镜的左方，将接收线偏振光的偏振方向旋转90°；
所述四分之一波片包括第一四分之一波片和第二四分之一波片，所述第一四分之一波片设置于上述第三分光棱镜的左方，与第三分光棱镜处于同一水平线，所述第二四分之一波片设置于第四分光棱镜的左方，与第四分光棱镜处于同一水平线；
所述光学天线包括第一光学天线和第二光学天线，反射和接收光束，所述第一光学天线设置于上述第一四分之一波片的左方，与第一四分之一波片处于同一水平线，所述第二光学天线设置于上述第二四分之一波片的左方，与第二四分之一波片处于同一水平线。
优选地，所述信号处理器分别与所述图像传感器、声光调制器和平衡探测器电连接，接收图像传感器和平衡探测器的电信号并为声光调制器提供移频信号。
优选地，第三分光棱镜和第四分光棱镜，使入射到分光棱镜上偏振方向与入射平面平行的线偏振光束全部通过，偏振方向与入射平面垂直的线偏振光束全部被反射。
优选地，所述声光调制器设置于所述第五反射镜的上方，使入射的光发生声光作用产生频移。
优选地，所述的激光器为窄线宽保偏及稳频激光器，线宽小于3kHz。
优选地，所述的分光棱镜为偏振分光棱镜，透射参数|Tp-Ts|>99％，反射参数|Rs-Rp|>99％。
优选地，所述反射镜要求其面型精度RMS值小于λ/50，反射率大于98％。
优选地，所述声光调制器采用空间光接口，移频量不小于40MHz。
区别于现有技术的情况，本实用新型的有益效果是：本实用新型采用无线激光技术和主动探测方式，通过声光移频器以及干涉光路的设计，实现了采用单个激光器提供的载波，可同时获取距离为百米量级上目标的图像和声音信息。这是传统声音和图像获取装置所不具备，突破了传统装置中探测精度低、探测距离近的问题。同时，本实用新型均采用空间光接口，并封闭于箱体内，受环境影响小，进一步提高了测量精度和使用寿命。
附图说明
图1为采用本实用新型的原理图
图中，1.激光器；2.第一分光棱镜；3.第一反射镜；4.平衡探测器；5.第二分光棱镜；6.第二反射镜；7.二分之一波片；8.第三分光棱镜；9.第一四分之一波片；10.第一光学天线；11.第三反射镜；12.第四反射镜；13.声光调制器；14.第五反射镜；15.第四分光棱镜；16.第二四分之一波片；17.第二光学天线；18.图像传感器；19.信号处理器。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本发明所采用的技术方案是：一种基于无线激光技术的声音和图像获取装置，所述装置包括激光器、四个分光棱镜、一个二分之一波片、两个四分之一波片、五片反射镜、声光调制器、图像传感器、两组光学天线，平衡探测器和信号处理器。激光器发射的线偏振激光光束经过分光棱镜分光后形成两路光束。一路作为声音探测支路的本振光束经反射镜的反射后直接进入平衡探测器内；另一路光束经过另一分光棱镜的透射和反射再次分光，分光棱镜反射生成的光束作为声音获取支路的探测光束，经过目标的反射后叠加目标的声音信息，在平衡探测器内与本振光干涉，生成携带声音信息的电信号；分光棱镜透射生成的光束经过声光调制器的移频后照射到目标，反射光到达图像传感器后获取目标的图像信息。最后图像信号和声音信号经过复用技术后进行有线或者无线传输，具体而言，如图1所示：
图中采用右手坐标系，z轴沿光传播方向，y轴垂直纸面并指向观察者，x轴平行于纸面。激光器1输出的偏振方向与x轴呈45°夹角的线偏振光沿z轴传输到达第一分光棱镜2的表面。安装要求第一分光棱镜2的表面与z轴垂直，第一分光棱镜2的分光面与z轴呈45°角。光束垂直入射后到达第一分光棱镜的分光面，并与分光面间的夹角为45°。光束中偏振方向与入射面垂直的分量被分光面反射后离开第一分光棱镜2作为声音探测支路的本振光束，经过第一反射镜3的反射后进入平衡探测器4，反射镜4的表面与z轴呈45°夹角。光束中偏振方向与第一分光棱镜2的入射面平行的分量透过第一分光棱镜2到达安装于第一分光棱镜2后面的第二分光棱镜5的表面，要求第二分光棱镜5的分光面与第一分光棱镜2的分光面平行，即第二分光棱镜5的分光平面亦与z轴呈45°夹角。光束中偏振方向与第二分光棱镜5的入射面垂直的分量被分光面反射后生成声音探测支路的探测光束。探测光束离开第二分光棱镜5后到达第二反射镜6，安装要求第二反射镜6的表面与z轴呈45°夹角。探测光束经过第二反射镜6反射后透过二分之一波片7，要求二分之一波片7表面垂直于z轴，且光轴与y轴间夹角为45°，透射的光偏振方向旋转90°平行于xz平面。探测光束透过二分之一波片7后全部通过第三分光棱镜8后到达第一四分之一波片9，第三分光棱镜8的安装要求与第一分光棱镜2相同；要求第一四分之一波片9表面垂直z轴，且光轴与y轴夹角为45°，透射的光束变成圆偏振光。圆偏振光束被第一光学天线10发射后到达被测量目标。目标的声音引起的振动信号被叠加在反射回的探测光束上，反射光束被第一光学天线10接收后再次到达第一四分之一波片9，经过第一四分之一波片9后变成线偏振光，偏振方向沿y轴方向。该线偏振光再次到达第三分光棱镜8后被全部反射后依次经过第三反射镜11和第四反射镜12后进入平衡探测器4，要求第三反射镜11与第四反射镜12的表面与z轴呈45°夹角安装。探测光束光路与本振光束光路共同组成声音探测支路的光路。在平衡探测4内与本振光束进行干涉，将携带声音信息的光信号转换为电信号。为避免给声音获取支路带来同频干扰，到达第二分光棱镜5的光束中偏振方向与入射面平行的分量透过分光面生成图像探测光束，该光束离开第二分光棱镜5后进入安装于第二分光棱镜5后面的声光调制器13，经声光调制器13内移频后被第五反射镜14反射后到达第四分光棱镜15。安装要求第四分光棱镜15的分光面与第一分光棱镜2的分光面呈90°夹角。光束全部通过后到达第二四分之一波片16，第二四分之一波片16安装要求与第一四分之一波片9相同。通过第二四分之一波片后线偏振光变成圆偏振光，到达第二光学天线17后被发射到达目标。被目标反射的圆偏振光被第二光学天线17接收后，经过第二四分之一波片16后再次变成线偏振光，偏振方向沿y轴方向，被第四分光棱镜15反射后进入图像传感器18生成图像信号。图像信号与声音信号共同进入信号处理器19，经过复用后进行有线或者无线传输；信号处理器16同时为声光调制器13提供移频信号，保证移频量不小于40MHz。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种基于无线激光技术的声音和图像获取装置，其特征在于：所述装置包括激光器、分光棱镜、二分之一波片、四分之一波片、五片反射镜、声光调制器、图像传感器、光学天线、平衡探测器和信号处理器；
所述反射镜包括第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜，第四反射镜和第五反射镜，将入射到表面的光束偏转90°后反射出去；
所述分光棱镜包括第一分光棱镜、第二分光棱镜、第三分光棱镜和第四分光棱镜，所述第一分光棱镜和第二分光棱镜与所述激光器处于同水平线上；所述第三分光棱镜设置于上述二分之一波片的左方，所述第四分光棱镜设置于上述第五反射镜的左方；
所述平衡探测器设置于所述激光器的下方，接收第一反射镜和第四反射镜反射的光束；
所述二分之一波片设置于所述第二反射镜的左方，将接收线偏振光的偏振方向旋转90°；
所述四分之一波片包括第一四分之一波片和第二四分之一波片，所述第一四分之一波片设置于上述第三分光棱镜的左方，与第三分光棱镜处于同一水平线，所述第二四分之一波片设置于第四分光棱镜的左方，与第四分光棱镜处于同一水平线；
所述光学天线包括第一光学天线和第二光学天线，反射和接收光束，所述第一光学天线设置于上述第一四分之一波片的左方，与第一四分之一波片处于同一水平线，所述第二光学天线设置于上述第二四分之一波片的左方，与第二四分之一波片处于同一水平线。
2.根据权利要求1所述的一种基于无线激光技术的声音和图像获取装置，其特征在于，所述信号处理器分别与所述图像传感器、声光调制器和平衡探测器电连接，接收图像传感器和平衡探测器的电信号并为声光调制器提供移频信号。
3.根据权利要求1所述的一种基于无线激光技术的声音和图像获取装置，其特征在于，第三分光棱镜和第四分光棱镜，使入射到分光棱镜上偏振方向与入射平面平行的线偏振光束全部通过，偏振方向与入射平面垂直的线偏振光束全部被反射。
4.根据权利要求1所述的一种基于无线激光技术的声音和图像获取装置，其特征在于，所述声光调制器设置于所述第五反射镜的上方，使入射的光发生声光作用产生频移。
5.根据权利要求1所述的一种基于无线激光技术的声音和图像获取装置，其特征在于，所述的激光器为窄线宽保偏及稳频激光器，线宽小于3kHz。
6.根据权利要求1所述的一种基于无线激光技术的声音和图像获取装置，其特征在于，所述的分光棱镜为偏振分光棱镜，透射参数|Tp-Ts|>99％，反射参数|Rs-Rp|>99％。
7.根据权利要求1所述的一种基于无线激光技术的声音和图像获取装置，其特征在于，所述反射镜要求其面型精度RMS值小于λ/50，反射率大于98％。
8.根据权利要求1所述的一种基于无线激光技术的声音和图像获取装置，其特征在于，所述声光调制器采用空间光接口，移频量不小于40MHz。
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