CN109240029A - 一种光学投影模组、感测装置及设备 - Google Patents

Abstract

本申请适用于光学和电子技术领域，提供了一种光学投影模组，用于投射具有预设图案的图案光束至被测目标物上进行感测。所述光学投影模组包括光源、光学元件、设置在光学元件出光侧的保护盖板及检测单元。所述检测单元包括检测电路及处理器。所述检测电路包括感测部及连接部。所述感测部设置在光学投影模组需要被检测的部件上以感测随被测部件状态而变化的电学特性。所述连接部连接感测部与处理器以形成一检测回路。所述处理器分析检测回路的电学特性的变化可判断所述被测部件是否完好。本申请还提供一种感测装置及设备。

Description

一种光学投影模组、感测装置及设备

技术领域

本申请属于光学技术领域，尤其涉及一种光学投影模组、感测装置及设备。

背景技术

现有的三维(Three Dimensional,3D)感测模组通常采用发射能量较集中的激光器作为光源来投射感测光图案，所以一旦设置在光源的出光侧用于形成投射光图案的光学元件出现破损的话，高能量的激光会直接照射到使用者的眼睛上造成损害。

发明内容

本申请所要解决的技术问题在于提供一种光学投影模组、感测装置及设备，可以检测出所述光学投影模组使用的光学元件是否完好而避免光源直接伤害到使用者眼睛。

本申请实施方式提供一种光学投影模组，用于投射具有预设图案的图案光束至被测目标物上进行感测。所述光学投影模组包括光源、光学元件、设置在光学元件出光侧的保护盖板及检测单元。所述检测单元包括检测电路及处理器。所述检测电路包括感测部及连接部。所述感测部设置在光学投影模组需要被检测的部件上以感测随被测部件状态而变化的电学特性。所述连接部连接感测部与处理器以形成一检测回路。所述处理器分析检测回路的电学特性的变化可判断所述被测部件是否完好。

在某些实施方式中，所述被测部件包括光学元件和/或保护盖板。

在某些实施方式中，所述光学元件包括准直元件、扩束元件、微透镜阵列、光栅及衍射光学元件。

在某些实施方式中，所述电学特性包括检测回路中的电流、电压、电阻及电容。

在某些实施方式中，所述感测部为形成在被测部件表面呈预设图案分布的导电线路。所述导电线路为单独一条且不重复相交地覆盖在被测部件的完整表面。

在某些实施方式中，所述处理器比较检测回路中的电流与预设的被测部件完好情况下所测得的检测回路中的标准电流。若所感测到的检测回路中的电流与所述标准电流的差异值超出误差范围则判断所述被测部件存在瑕疵。

在某些实施方式中，所述感测部的图案为周期性弯折的方波形图案。

在某些实施方式中，所述感测部为一对分别形成在被测部件相对两侧表面上的电极。所述电极与被测部件构成电容结构。

在某些实施方式中，所述处理器比较所感测到的感测部的电容值与预设的被测部件完好情况下所测得的感测部的标准电容值。若所感测到的感测部的电容值与所述标准电容值的差异值超出误差范围则判断所述被测部件存在瑕疵。

在某些实施方式中，所述光学投影模组还包括支撑座及电路基座，所述光源设置在电路基座上，所述支撑座设置在电路基座上，所述光学元件和保护盖板通过支撑座架设在光源出光侧的光路上，所述连接部的一部分埋设在所述支撑座内，所述连接部的另一部分形成在电路基座上，所述支撑座与光学元件或保护盖板连接的一端上对应感测部图案的端点形成与所述端点连接的第一连接点，所述连接部在支撑座内部的部分从第一连接点延伸至支撑座与电路基座连接的另外一端处对应地形成第二连接点，所述连接部在电路基板上的部分对应第二连接点分别形成与之连接的第三连接点，所述第三连接点通过连接部在电路基板上的部分线路与处理器连接以形成所述检测回路。

本申请还提供一种感测装置，用于感测被测目标物的三维信息，其包括上述实施方式所述的光学投影模组及感测模组。所述感测模组用于感测所述光学模组在被测目标物上投射的预设图案并通过分析所述预设图案的图像获取被测标的物的三维信息。

本申请还提供一种设备，包括上述实施方式所述的感测装置。所述设备根据所述感测装置所感测到的被测目标物的三维信息来执行相应功能。

本申请实施方式所提供的光学投影模组、感测装置及设备通过比对设置在被测部件的感测部件的电学特性的变化以方便地检测出光学投影模组所使用部件的完整度，从而防止光源从光学元件的瑕疵处透出而对使用者的眼睛造成伤害。

本申请实施方式的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请实施方式的实践了解到。

附图说明

图1是本申请第一实施方式提供的检测单元的结构示意图。

图2是图1中感测部图案的结构示意图。

图3是本申请第二实施方式提供的检测单元的结构示意图。

图4是本申请第三实施方式提供的光学投影模组的结构示意图。

图5是图4中电路基板上的接点结构示意图。

图6是本申请第四实施方式提供的感测装置的结构示意图。

图7是本申请第五实施方式提供的设备的结构示意图。

图8是本申请提供的一种检测方法的步骤流程图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或排列顺序。由此，限定有“第一”、“第二”的技术特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述技术特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定或限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体化连接；可以是机械连接，也可以是电连接或相互通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件之间的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或示例用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文仅对特定例子的部件和设定进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复使用参考数字和/或参考字母，这种重复使用是为了简化和清楚地表述本申请，其本身不指示所讨论的各种实施方式和/或设定之间的特定关系。此外，本申请在下文描述中所提供的各种特定的工艺和材料仅为实现本申请技术方案的示例，但是本领域普通技术人员应该意识到本申请的技术方案也可以通过下文未描述的其他工艺和/或其他材料来实现。

进一步地，所描述的特征、结构可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下文的描述中，提供许多具体细节以便能够充分理解本申请的实施方式。然而，本领域技术人员应意识到，即使没有所述特定细节中的一个或更多，或者采用其它的结构、组元等，也可以实践本申请的技术方案。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构或者操作以避免模糊本申请之重点。

如图1所示，本申请第一实施方式提供了一种检测单元1，用于检测一光学投影模组10的部件是否破损。所述光学投影模组10包括光源12、光学元件14及设置在光学元件14出光侧的保护盖板16。所述光源12发出的光束经过光学元件14的调制后形成具有特定功能的出射光束投射出去。所述光学元件14包括但不限于准直元件、扩束元件、微透镜阵列、光栅及衍射光学元件(Diffractive Optical Elements,DOE)中的一种及其组合。

在本实施方式中，所述光学投影模组10为用于感测被测目标物三维数据的三维感测装置。所述光束根据感测原理及应用场景可以为具有特定波长的光束。例如，可以为红外或近红外光，波长范围为750纳米(Nanometer,nm)至1650nm。

所述检测单元1包括检测电路102及处理器104。所述检测电路102包括感测部101及连接部103。所述感测部101设置在光学投影模组10需要被检测的部件上以感测被测部件的状态变化。所述连接部103连接感测部101与处理器104以将感测信号传输至处理器104进行分析处理。所述处理器104与检测电路102的感测部101及连接部103相互连接以形成一检测回路。因所述检测电路102设置在所述被测部件上，所述被测部件的状态变化会引起检测回路中的电学特性随之变化。因此，所述处理器104通过分析检测回路的电学特性的变化可判断所述被测部件是否完好。所述被测部件可以是光学投影模组10中光束有经过的保护盖板16和/或光学元件14。所述电学特性包括但不限于检测回路中的电流、电压、电阻、电容等。在本实施方式中，所述感测部101形成在所述光学元件104的表面上，例如：所述DOE的表面上。所述处理器104根据所感测的检测回路中的电流以判断所述DOE是否完好。

如图2所示，所述感测部101为形成在部件表面上呈预设图案分布的导电线路。所述感测部101的图案为单独一条不重复相交的导电线路，可覆盖被测部件的完整表面。在本实施方式中，所述感测部101的图案为周期性弯折的方波形图案。所述方波形图案可以从被测部件表面的其中一端边缘弯折延展至所在表面的相对另一端的边缘，也可以从其中一个面上的一点出发沿单独一条不重复相交的路线遍历被测部件的所有表面。可以理解的是，根据所要求的检测精度，所述方波形图案的重复周期可进行调整。所述方波形图案周期越短，则图案在被测部件表面分布得越密，所能测得的精度就越高。

所述感测部101的材料可以为透明或非透明的导电材料，通过镀膜和/或蚀刻工艺在被测部件的表面形成所述预设的图案。若所述感测部101所在的表面为光路经过的表面，则所述感测部101需由透明导电材料制成。若所述感测部101所在的表面不是光路经过的表面，则所述感测部101的材料可以为透明导电材料也可以为非透明的导电材料。在本实施方式中，所述感测部101形成在DOE的入光面或出光面上，所述感测部101为透明导电材料形成的导电线路图案。所述透明导电材料可以为但不限于氧化铟锡(Indium Tin Oxide,ITO)、锡酸镉(Cadmium Tin Oxide,CTO)或偏铟酸镉(CdIn₂O₄，CIO)。

所述处理器104用于根据检测电路102感测到的与被测部件状态关联变化的电学特性来判断被测部件是否完好。所述处理器104内预设有被测部件完好情况下的测得的感测部101的标准电学特性。所述处理器104将检测时感测到的感测部101的电学特性与所述预设的标准电学特性进行比较。若所感测的感测部101的电学特性与所述标准电学特性相同或差异值在预设的误差范围内，则所述处理器104判断被测部件为完好的。若所感测的感测部101的电学特性与所述标准电学特性的差异值超出误差范围，则所述处理器104判断被测部件存在瑕疵。

在本实施方式中，所述光学投影模组10为用于感测被测目标物三维数据的感测装置。所述被测部件为DOE。所述形成在DOE表面上的感测部101由具有预设电阻值的透明导电材料制成。在DOE完好的情况下，在检测回路中施加稳定电压时感测到的检测回路中的电流应保持恒定。若所述感测部101所在的DOE表面出现破损，则破损处因断开而导致电阻趋向于无穷大，此时检测回路中的电流会明显减小。因此，若所述感测部101感测到检测回路中的电流减弱程度超过预设的范围，则所述处理器104判断DOE为破损。

在本实施方式中，所述感测部101设置在DOE的入光面或出光面上。可以理解的是，所述感测部101也可以设置在同一个部件或不同部件，比如：保护盖板和/或光学元件，的多个表面上并对应构建不同检测回路来分别感测所在的部件表面是否完好。

可以理解的是，所述处理器104还可以与所述光学投影模组10的光源12相连接，以根据上述判断结果来控制所述光源12的开启或关闭。若所述处理器104判断所述部件为完好的，则让所述光源12保持正常工作状态。若所述处理器104判断所述部件存在瑕疵，则关闭所述光源12或减弱所述光源12的亮度以避免光源12的高能量光束从破损处直接射出伤害到使用者的眼睛。

如图3所示，本申请第二实施方式提供了一种检测单元2，其与第一实施方式中的检测单元1基本相同，主要区别在于所述感测部201为一对分别形成在被测部件相对两侧表面上的电极。所述电极与被测部件构成电容结构。所述检测电路202通过施加预设的稳定电压所感测到被测部件的电学特性为所述被测部件的电容值。若所述被测部件完好，则所感测到的被测部件的电容值保持不变。若所述被测部件破损，则所感测到的被测部件的电容值会发生明显的变化。所述处理器104通过对比实时测得的被测部件电容值与完好的被测部件所测得的标准电容值即可判断当前的被测部件是否完好。

所述感测部201的电极可分别设置在被测部件处于光路中的相对侧表面上，此时所述电极由透明导电材料制成。所述感测部201的电极也可以分别设置在被测部件不处于光路中的其他相对侧表面上，此时所述电极可由透明导电材料制成，也可以由非透明的导电材料制成。

在本实施方式中，所述感测部201的电极设置在DOE不在出射光路的两侧表面上。可以理解的时，在其他实施方式中，所述感测部201的电极也可以设置在同一个部件或不同部件，比如：保护盖板和/或光学元件，的相对两侧表面上。

请一并参阅图4和图5，本申请第三实施方式提供了一种光学投影模组30，可检测所使用部件的完整性。所述光学投影模组30包括光源32、光学元件34、保护盖板36、支撑座35、电路基座38及如上述第一或第二实施方式所述的检测单元1。

所述电路基座38可以包括电路板380及散热基板382。所述电路板380可以为印刷电路板、软性电路板或软硬结合板。所述散热基板382起到散热和支撑强化的作用。所述电路板380设置在散热基板382上。所述光源32设置在所述电路板380上。所述支撑座35设置在电路基座38上。所述光学元件34和保护盖板36通过支撑座35架设在光源32出光侧的光路上。所述光源32发出的光经过光学元件34的调制后形成具有特定功能的出射光束。所述检测单元1通过感测设置在被测部件上的感测部101的电学特性变化以判断所述被测部件是否完好。

所述支撑座35用于隔离外界自然光以及安置光学元件34、保护盖板36等部件。所述支撑座35可以是中空的正方体和/或长方体结构，也可以是中空的圆柱体或其他合适结构。所述支撑座35可以由导热的陶瓷、塑料或者合金材料中的一种或多种通过注塑或压模工艺一体成型，也可以被制成可拆分的若干部件，分立加工组合成型。所述连接部103的一部分埋设在所述支撑座35内。所述连接部103的另一部分可形成在电路基座38上。所述处理器104可设置在电路基座38上，也可以设置在光学投影模组30外部的其他主机上并通过连接所述电路基座38来接收感测信号。

具体地，所述支撑座35与光学元件34或保护盖板36连接的一端上对应感测部101图案的端点形成与所述端点连接的第一连接点1030。所述连接部103在支撑座35内部的部分从第一连接点1030延伸至支撑座35与电路基座38连接的另外一端处对应地形成第二连接点1031。所述连接部103在电路基板38上的部分对应第二连接点1031分别形成与之连接的第三连接点1032。所述第三连接点1032通过连接部103在电路基板38上的部分线路与处理器104连接。从而，所述检测电路102的感测部101和连接部103与处理器104相互连接形成检测回路。

如图6所示，本申请第四实施方式提供一种感测装置40，其用于感测被测目标物的三维信息。所述空间信息包括但不限于被测目标物表面的三维信息、被测目标物在空间中的位置信息、被测目标物的尺寸信息等其他与被测目标物相关的三维立体信息。所感测到的被测目标物的空间信息可被用于识别被测目标物或构建被测目标物的三维立体模型。

所述感测装置40包括如上述第一至三实施例所提供的光学投影模组10及感测模组4。所述光学投影模组1用于投射特定光束至被测目标物上进行感测识别。所述感测模组4用于感测所述光学投影模组1在被测目标物上投射的特定图像并通过分析所述特定图像来感测被测标的物的相关空间信息。

在本实施方式中，所述感测装置40为感测被测目标物表面的三维信息并据此识别被测目标物身份的3D脸部识别装置。

如图6所示，本申请第五实施方式提供一种设备50，例如手机、笔记本电脑、平板电脑、触控交互屏、门、交通工具、机器人、自动数控机床等。所述设备包括至少一个上述第四实施方式所提供的感测装置40。在本实施方式中，所述感测装置40用于在被测目标物上投射出预设光图案以感测被测目标物的三维数据。所述设备70用于根据该感测装置40的感测结果来对应执行相应的功能。所述相应功能包括但不限于识别使用者身份后解锁、支付、启动预设的应用程序、避障、识别使用者脸部表情后利用深度学习技术判断使用者的情绪和健康情况中的任意一种或多种。

如图7所示，本申请还提供一种使用所述检测单元1检测光学投影模组10内的部件是否完好的检测方法，所述光学投影模组10包括光源12及设置在光源12出射光路上的光学元件14、保护盖板16等部件。所述光源12发出的光束经过光学元件14的调制后形成具有特定功能的出射光束投射出去。所述检测方法包括如下步骤：

步骤S01，在被测部件上形成导电图案。所述导电图案覆盖在被测部件表面上。所述导电图案为单独一条不重复相交的导电线路。所述导电图案由导电材料制成。若所述导电图案所在的表面为光路经过的表面，则所述导电图案需由透明导电材料，比如：ITO，制成。若所述导电图案所在的表面不是光路经过的表面，则所述感测部的材料可以为透明导电材料也可以为非透明的导电材料，比如：导电金属等。所述光学元件14包括但不限于准直元件、扩束元件、微透镜阵列、光栅及衍射光学元件(Diffractive Optical Elements,DOE)中的一种及其组合。

在本实施方式中，所述导电图案为周期性弯折的方波形图案，从被测部件表面的其中一端边缘弯折延展至所在表面的相对另一端边缘。可以理解的是，根据所要求的检测精度，所述方波形图案的重复周期可进行调整。所述方波形图案周期越短，则图案在被测部件表面分布得越密，所能测得的精度就越高。

在其他实施方式中，所述导电图案还可以是在被测部件相对的两侧面上的电极膜层。

步骤S02，感测所述导电图案电学特性的变化。所述电学特性包括但不限于导电图案所在的检测回路中的电流、电压、电阻、电容等。根据所感测的电学特性选择对应的导电图案。比如：若所要感测的电学特性是电流，则所述导电图案为形成在被测部件表面的单独一条不重复相交的导电线路。若所要感测的电学特性是电容，则所述导电图案为被测部件相对的两侧表面上的电极膜层。

步骤S03，比较所感测的导电图案的电学特性与预设的被测部件完好情况下测得的所述导电图案的标准光学特性是否在预设的误差范围内。

所述被测部件的完好程度会影响到设置在其上的导电图案的电学特性。比如：若被测部件的某处表面出现破损，形成在被测部件表面上的导电图案会在此处断开，从而导致导电图案所在的检测回路的电阻急剧增大而所感测到的电流急剧减少。类似地，若将所述被测部件作为电容介质，破损的被测部件因自身物理性质的改变使得其介电常数也会随之发生变化。因此，通过形成在被测部件上的导电图案来感测被测部件作为电容介质的电容值变化也可以对应判断被测部件是否完好。

步骤S04，若所感测的导电图案的光学特性与预设的所述标准电学特性相同或差异值在预设的误差范围内，则判断被测部件为完好的。

步骤S05，若感测的导电图案的电学特性与预设的所述标准电学特性之间的差异值超出预设的误差范围，则判断被测部件存在瑕疵。

步骤S06，若所述部件被判断为完好的，则让所述光源保持正常工作状态。

步骤S07，若所述部件被判断为存在瑕疵，则关闭所述光源或调低所述光源的发光能量以避免光源的高能量光束通过光学元件上的瑕疵伤害到使用者的眼睛。

与现有技术相比，本申请所提供的检测单元、光学投影模组及检测方法，可以方便地检测光学投影模组内的部件是否破损从而防止光学投影模组的光源所发出的光透过光学元件的破损处直接照射使用者眼睛而可能造成的伤害。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

以上所述仅为本申请的较佳实施方式而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种光学投影模组，用于投射具有预设图案的图案光束至被测目标物上进行感测，所述光学投影模组包括光源、光学元件、设置在光学元件出光侧的保护盖板及检测单元，所述检测单元包括检测电路及处理器，所述检测电路包括感测部及连接部，所述感测部设置在光学投影模组需要被检测的部件上以感测随被测部件状态而变化的电学特性，所述连接部连接感测部与处理器以形成检测回路，所述处理器分析检测回路的电学特性的变化以判断所述被测部件是否完好。

2.如权利要求1所述的光学投影模组，其特征在于，所述被测部件包括光学元件和/或保护盖板。

3.如权利要求1所述的光学投影模组，其特征在于，所述光学元件包括准直元件、扩束元件、微透镜阵列、光栅及衍射光学元件。

4.如权利要求1所述的光学投影模组，其特征在于，所述电学特性包括检测回路中的电流、电压、电阻及电容。

5.如权利要求1-3中任意一项所述的光学投影模组，其特征在于，所述感测部为形成在被测部件表面呈预设图案分布的导电线路，所述导电线路为单独一条且不重复相交地覆盖在被测部件的完整表面。

6.如权利要求5所述的光学投影模组，其特征在于，所述处理器比较检测回路中的电流与预设的被测部件完好情况下所测得的检测回路中的标准电流，若所感测到的检测回路中的电流与所述标准电流的差异值超出误差范围则判断所述被测部件存在瑕疵。

7.如权利要求5所述的光学投影模组，其特征在于：所述感测部的图案为周期性弯折的方波形图案。

8.如权利要求1-3中任意一项所述的光学投影模组，其特征在于，所述感测部为一对分别形成在被测部件相对两侧表面上的电极，所述电极与被测部件构成电容结构。

9.如权利要求8所述的光学投影模组，其特征在于，所述处理器比较所感测到的感测部的电容值与预设的被测部件完好情况下所测得的感测部的标准电容值，若所感测到的感测部的电容值与所述标准电容值的差异值超出误差范围则判断所述被测部件存在瑕疵。

10.如权利要求1所述的光学投影模组，其特征在于，所述光学投影模组还包括支撑座及电路基座，所述光源设置在电路基座上，所述支撑座设置在电路基座上，所述光学元件和保护盖板通过支撑座架设在光源出光侧的光路上，所述连接部的一部分埋设在所述支撑座内，所述连接部的另一部分形成在电路基座上，所述支撑座与光学元件或保护盖板连接的一端上对应感测部图案的端点形成与所述端点连接的第一连接点，所述连接部在支撑座内部的部分从第一连接点延伸至支撑座与电路基座连接的另外一端处对应地形成第二连接点，所述连接部在电路基板上的部分对应第二连接点分别形成与之连接的第三连接点，所述第三连接点通过连接部在电路基板上的部分线路与处理器连接以形成所述检测回路。

11.一种感测装置，用于感测被测目标物的三维信息，其包括如权利要求1或10所述的光学投影模组及感测模组，所述感测模组用于感测所述光学模组在被测目标物上投射的预设图案并通过分析所述预设图案的图像获取被测标的物的三维信息。

12.一种设备，包括权利要求11所述的感测装置，所述设备根据所述感测装置所感测到的被测目标物的三维信息来执行相应功能。