CN105334626B - 声波信号的无源被动式光传送装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光通信领域，特别是涉及一种信号的被动式光传送装置及方法。其特征是：装置至少包括透镜、反光镜、位移件，所述位移件使透镜和反光镜之间的距离或相对位置根据拾取的信号发生相应的变化。有益效果是：提供一种信号的被动式光传送装置及方法，即信号调制外部光源且被外部光源所传送，用于信号的被动式传送，如声波的无源远程拾取传送（应用场景如：会场声波的分布式获取；监控区域的声控布点；监听等。）、信号的远程获取等。

Description

声波信号的无源被动式光传送装置及方法

技术领域

本发明涉及光通信领域，特别是涉及一种信号的被动式光传送装置及方法。

背景技术

信号拾取如麦克风（音频）、各种传感器（模拟量信号或数字信号），一般是本地拾取，通过导线输入信号处理装置，即麦克风或传感器主动输出信号提供给信号处理装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种信号的被动式光传送装置及方法，即信号调制外部光源且被外部光源所传送，用于信号的被动式传送，如声波的无源传送、信号的远程获取等。

本发明采用的技术方案是：

一种信号的被动式光传送装置，其特征是：装置至少包括透镜、反光镜、位移件，所述位移件驱动反光镜使反光镜和透镜之间的距离或相对位置根据拾取的信号发生相应的变化。

所述的一种信号的被动式光传送装置，其特征是：位移件是振动膜，所述振动膜拾取声波，所述振动膜带动反光镜使反光镜和透镜之间的距离随声波发生变化。

或，所述的一种信号的被动式光传送装置，其特征是：位移件由电磁铁和衔铁组成，所述电磁铁施加信号电压驱动衔铁带动反光镜使反光镜和透镜之间的距离随信号电压发生变化。

或，所述的一种信号的被动式光传送装置，其特征是：位移件是压电器件，所述压电器件施加信号电压带动反光镜使反光镜和透镜之间的距离随信号电压发生变化。

进一步，所述的一种信号的被动式光传送装置，其特征是：透镜为球形透镜，反光镜为球形反光镜。

再进一步，所述球形透镜半径为r1，所述球形反光镜半径为r2，满足：r2= nr1/2(n-1)，n为球形透镜的折射率。

进一步，所述的一种被动式定向反光成像装置，其特征是：透镜为非尼尔透镜或非尼尔球形透镜。

所述的一种信号的被动式光传送装置，其特征是：装置还包括光源、光电器件，所述光电器件将所述光源的反射光转化为电信号。

或，所述的一种信号的被动式光传送装置，其特征是：装置还包括光源、成像透镜、光电器件阵列，所述成像透镜将所述光源的反射光在所述光电器件阵列上成像，光电器件阵列将各像素单元的光信号分别转化为电信号。

进一步，所述的一种信号的被动式光传送装置，其特征是：光源是调制光源，光电器件连接有调制解调器。

一种信号的被动式光传送方法，其特征是，包括：透镜将光源的光线聚焦在反光镜上，位移件根据拾取的信号驱动反光镜使所述反光镜的位置发生相应变化，所述信号被调制在反射光线中返回至光源方向。

所述的一种信号的被动式光传送方法，其特征是，还包括：由光电器件将反射光线的光信号转化为电信号。

进一步，所述的一种信号的被动式光传送方法，其特征是，还包括：成像透镜将反射光线在光电器件阵列上成像，光电器件阵列将各像素单元的光信号分别转化为电信号。

本发明的有益效果是：提供一种信号的被动式光传送装置及方法，即信号调制外部光源且被外部光源所传送，用于信号的被动式传送，如声波的无源远程拾取传送（应用场景如：会场声波的分布式获取；监控区域的声控布点；监听等。）、信号的远程获取等。

附图说明

图1为信号的被动式光传送装置原理图。

图2为本发明采用球形透镜的声波被动式光传送装置原理图。

图3为采用透镜成像的声波被动式光传送装置原理图。

图4为本发明信号拾取反光单元采用压电器件驱动的原理图。

图5为本发明信号拾取反光单元采用电磁铁驱动的原理图。

图6为位移量和电压u的关系图。

图7为亮度值和电压u的关系图。

图8为本发明采用非尼尔透镜的方案。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为信号的被动式光传送装置原理图，101为透镜，102为反光镜，透镜101的焦点落在反光镜102的弧形立体面上，这样，当光源108（可见光或非可见光、激光）的光线射向透镜101时，由透镜101聚焦在其焦点上，而处于焦点处的反光镜102将焦点处的光线反射至透镜101，由透镜101散射返回光线至光电器件103，返回光线和入射方向相反，即原路返回。反光镜102和透镜101之间可以发生位移，透镜101的聚焦点和反光镜102的反光点的距离发生变化，其效果是返回光线的光强发生变化，即距离变化对返回光线的光强进行调制，假设距离变化由电压信号u驱动，返回光线的亮度值和位移量成反比，并在一定的范围内成线性关系，这样返回光线就携带信号u的信息，返回光照射光电器件103，光电器件103输出信号，如果是音频信号，则通过放大器104放大后由扬声器105发出声音。光源108的驱动电压分为直流电压107或调制电压106，采用调制电压的优势是可以滤除环境照明的影响，如果采用调制电压106，则光电器件的输出端连接有调制解调器109，由调制解调器109还原光电器件获取的信号信息。图6为位移量和电压u的关系图。图7为亮度值和电压u的关系图。对于传送的信号，除音频信号外也可以是数字信号或模拟量信号，光电器件获取的信号提供给相应的处理电路。能使反光镜102和透镜101之间可以发生位移的部件可以统称为位移件，可以是无源的如振动膜，也可以是有源的如电磁铁、压电器件等，图中110表示位移件。本发明的信号拾取反光单元至少包括透镜、反光镜、位移件，所述位移件驱动反光镜使反光镜和透镜之间的距离或相对位置根据拾取的信号发生相应的变化。

图2为本发明采用球形透镜的声波被动式光传送装置原理图，图中，201为球形透镜，半径为r1，202为球形反光镜，半径为r2，球形透镜201和球形反光镜202圆心重合，203为振动膜，振动膜203连接在球形反光镜202上并能带动球形反光镜202发生振动。球形透镜201由透明物质制成，如玻璃、有机玻璃等。如果由玻璃制球，等效于凸透镜，但不是通常的薄透镜，普通透镜公式不能直接套用，可以用折射定律与微积分求解，处理方法是：入射平行光的延长线与出射光的反向延长线交点的集合定义为主平面，会聚点与主平面的距离为等效焦距，微积分求解等效焦距为f=nr1/2(n-1) ，n为透明物质的折射率（相对于空气的相对折射率），一般玻璃的折射率在1.5～1.85之间，例如，假设n=1.5 ，焦距 f=nr1/2(n-1)=1.5r1，n=1.85 ，焦距 f=nr1/2(n-1)=1.85r1/1.7＝1.09r1 ，所以，一般玻璃球的焦点在距离球心1.09r1~1.5r1的范围内，如果n=2 ，焦距 f=nr1/2(n-1)=r1 ，即球形透镜201和球形反光镜202的球面重合。本发明装置要求平衡位置时r2=f，即球形反光镜位置和等效焦距面重合，所以r2= nr1/2(n-1) ，这个位置反射光线的光强最大，偏离这个位置反射光线的光强立即减弱，声波作用于振动膜203带动球形反光镜202振动，振动位移改变球形反光镜202和球形透镜201之间的距离，其效果是对光源108的入射光进行调制，使出射光携带声波信号。声波还原：（1）如果驱动光源108的是直流电压107，则由光电器件接收反射光后转化为电信号，通过放大器后由扬声器发出声波；（2）如果驱动光源108的是调制电压106，则由光电器件接收反射光后转化为电信号，电信号由调制解调器解调后通过放大器由扬声器发出声波。该装置的优势是可以进行声波的无源远程拾取，应用场景如：会场声波的分布式获取；监控区域的声控布点；监听等。

图3为采用透镜成像的声波被动式光传送装置原理图，301为阵列开关，302为光电器件阵列，303为成像透镜，304、305为本发明的信号拾取反光单元。108光源照射在数个信号拾取反光单元上，所述信号拾取反光单元通过成像透镜303在光电器件阵列302上成像，像的位置在光电器件阵列平面上形成空间分离，这样通过阵列开关就可以进行选择性输出，从而可以分离输出来自不同信号拾取反光单元的信号。其特征是：装置还包括光源、成像透镜、光电器件阵列，所述成像透镜将所述光源的反射光在所述光电器件阵列上成像，光电器件阵列将各像素单元的光信号分别转化为电信号。

图4为本发明信号拾取反光单元采用压电器件驱动的原理图，将压电器件401连接在球形反光镜202上，压电器件如PZT器件等可以在电压的作用下发生伸缩，在信号电压u的驱动下球形反光镜202相对于球形透镜201发生位移，这样信号电压u的信息调制在反射光线上。

图5为本发明信号拾取反光单元采用电磁铁驱动的原理图，将衔铁501连接在球形反光镜202上，502为电磁铁，在电磁铁线圈上施加信号电压u，电磁铁吸引衔铁，这样带动球形反光镜202相对于球形透镜201发生位移，这样信号电压u的信息调制在反射光线上。

图8为本发明采用非尼尔透镜的方案，至少801为非尼尔透镜，包括非尼尔球形透镜，可选802为非尼尔反光镜，包括非尼尔球形反光镜，本发明所有方案均可用图8所示方案替代，采用非尼尔透镜的优势是结构比较薄，节约材料。

本发明的声波信号拾取反光单元可以配合现有的激光侦听装置，可以获得距离更远、效果更好的效果。

Claims (5)

1.一种声波信号的无源被动式光传送装置，其特征是：装置一端至少包括球形透镜、球形反光镜、震动膜，所述震动膜拾取声波，所述震动膜驱动球形反光镜使球形反光镜和球形透镜之间的距离或相对位置根据拾取的声波发生相应的变化，通过光源照射后的反射光实现声波信号的无源远程拾取；

装置另一端包括光源、光电器件，所述光电器件将所述光源的反射光转化为电信号；

所述球形透镜焦距为f，所述球形反光镜半径为r2，满足：r2= f。

2.根据权利要求1所述的一种声波信号的无源被动式光传送装置，其特征是：所述球形透镜半径为r1，所述球形反光镜半径为r2，满足：r2= nr1/2(n-1)，n为球形透镜的折射率。

3.根据权利要求1或2所述的一种声波信号的无源被动式光传送装置，其特征是：装置还包括光源、成像透镜、光电器件阵列，所述成像透镜将所述光源的反射光在所述光电器件阵列上成像，光电器件阵列将各像素单元的光信号分别转化为电信号，光源照射在数个信号拾取反光单元上，所述信号拾取反光单元通过成像透镜在光电器件阵列上成像，像的位置在光电器件阵列平面上形成空间分离，这样通过阵列开关就可以进行选择性输出，从而可以分离输出来自不同信号拾取反光单元的信号。

4.根据权利要求1或2所述的一种声波信号的无源被动式光传送装置的信号传送方法，其特征是：球形透镜将光源的光线聚焦在球形反光镜上，震动膜根据拾取的信号驱动球形反光镜使所述球形反光镜的位置发生相应变化，所述信号被调制在反射光线中返回至光源方向。

5.根据权利要求4所述的一种声波信号的无源被动式光传送装置的信号传送方法，其特征是，还包括：成像透镜将反射光线在光电器件阵列上成像，光电器件阵列将各像素单元的光信号分别转化为电信号，光源照射在数个信号拾取反光单元上，所述信号拾取反光单元通过成像透镜在光电器件阵列上成像，像的位置在光电器件阵列平面上形成空间分离，这样通过阵列开关就可以进行选择性输出，从而可以分离输出来自不同信号拾取反光单元的信号。

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