CN109506894A - 光学模组安全监测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光学模组安全监测装置，包括：光学器件，设置在光学模组中；透明导电薄膜，附于所述光学器件表面；驱动芯片，与所述透明导电薄膜连接，用于监测所述透明导电薄膜的性能变化；控制器，与所述驱动芯片和所述光学模组连接，用于接收来自所述驱动芯片的监测信号，并根据所述监测信号控制所述光学模组。通过采用驱动芯片和控制器的双芯片方式来对光学模组中的光学器件进行监测，仅在出现异常时才访问CPU，避免了现有技术中仅利用CPU完成光学器件/光学模组的监控时所造成的CPU能耗损耗大、响应慢的缺陷。

Description

光学模组安全监测装置
技术领域
本发明涉及光学及电子光学领域，尤其涉及一种光学模组安全监测装置。
背景技术
随着光电技术的发展不断延伸，涉及到光学模组(如，投影模组，成像模组等)的领域也逐渐增多，而每一项技术的发展都存在许多性能及安全问题需要考虑。
光学模组中包含一些光学器件，如，衍射光学元件、光学透镜等，其表面极易出现老化、破损、黏附水滴和雾气等现象，因此，在光学器件进行光反射、光衍射的过程中，这些因素将会不同程度地影响到光束质量，如均匀性和对比度等；并且，对于光学器件，尤其是衍射光学元件和准直透镜，当其表面破损时会出现零级衍射，其能量往往比普通光束能量高出几个数量级，处理不当，极有可能诱发人眼安全问题。因此，光学器件的完整性直接决定着光学模组的工作性能及安全指数。
现有技术中在对光学模组进行监控的过程中，需要不停地对其进行信号监测以及损坏判定，对于处理器来说，能耗非常大。因此，一种低功耗的光学模组安全监测装置尚有很大空缺。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出一种功耗低、响应快、性价比高的光学模组安全监测装置。
本发明提供的光学模组安全监测装置包括：光学器件，设置在光学模组中；透明导电薄膜，附于所述光学器件表面；驱动芯片，与所述透明导电薄膜连接，用于监测所述透明导电薄膜的性能变化；控制器，与所述驱动芯片和所述光学模组连接，用于接收来自所述驱动芯片的监测信号，并根据所述监测信号控制所述光学模组。
在一些实施例中，所述透明导电薄膜附于所述光学器件的光束入射面和/或光束出射面。
在一些实施例中，所述透明导电薄膜的分布图样包括均匀点状、线状、面状分布图样中的一种。所述驱动芯片包括：GND接口，与所述透明导电薄膜的一端连接；ADC接口，与所述透明导电薄膜的另一端连接，用于监测所述透明导电薄膜的电阻值；MCU，接收来自ADC接口的电阻值并监测阻值变化是否处于预设阈值范围之内，如超过阈值范围，则产生监测异常信号；INT接口，与所述控制器连接，用于将所述监测异常信号发送给所述控制器。
在一些实施例中，所述透明导电薄膜的分布图样包括双通道的穿插栅条状分布图样，每个通道一端悬空，另一端分别与所述驱动芯片连接。所述驱动芯片包括：GND接口，与所述透明导电薄膜的一通道的一端连接；GPIO接口，与所述透明导电薄膜的另一通道的一端连接，用于监测所述透明导电薄膜的电容值；电容传感器，接收来自GPIO接口的电容值并传输给MCU；MCU，接收来自电容值并监测阻值变化是否处于预设阈值范围之内，如超过阈值范围，则产生监测异常信号；INT接口，与所述控制器连接，用于将所述监测异常信号发送给所述控制器。其中，所述双通道设置于光学器件的同一表面或不同表面。
在一些实施例中，所述驱动芯片还包括：RESET接口，与所述控制器连接，用于接收控制器对所述驱动芯片的硬件复位。所述光学模组包括投影模组、成像模组中的一种或多种，所述光学器件包括DOE、透镜中的一种或多种。所述控制根据所述监测信号降低光源功率或关闭整个光学模组。
本发明的有益效果：本发明采用驱动芯片和控制器的双芯片方式来对光学模组中的光学器件进行监测：在日常通过驱动芯片以一定的周期不停地对透明导电薄膜进行信号监测以及损坏判定，仅在出现异常时才访问CPU，CPU再进行处理和控制，从而可以避免现有技术中，仅利用CPU完成光学器件/光学模组的监控时所造成的CPU能耗损耗大、响应慢的缺陷。
附图说明
图1为本发明实施例的一种深度相机结构示意图。
图2为本发明实施例的一种光学模组安全监测装置示意图。
图3为本发明实施例的一种电阻式透明导电薄膜的分布示意图。
图4为本发明实施例的另一种光学模组安全监测装置示意图。
图5为本发明实施例的一种电容式透明导电薄膜的分布示意图。
图6为本发明实施例的另一种电容式透明导电薄膜的分布示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式并对照附图对本发明作进一步详细说明，应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
图1是根据本发明实施例的一种深度相机示意图，深度相机100包括多个光学模组，比如投影模组101，成像模组102，RGB相机103，进光窗口104，以及处理器105等。深度相机用于获取目标的深度图像以及彩色图像，其可以是结构光深度相机、时间飞行法深度相机、双目视觉深度相机等。
对于结构光深度相机而言，投影模组101包括光源、投影透镜以及衍射光学元件等，用于向目标空间中投射经编码的结构化图案光束，比如随机斑点图案，成像模组102包括图像传感器(如CCD、CMOS)、滤光片以及成像透镜等，采集照射在目标物体上所形成的结构光图案；处理器105根据采集到的结构光图案计算得到深度图像，处理器105可以是FPGA、ASIC、DSP、CPU等形式的处理器，比如专用ASIC深度计算处理器，或者，当深度相机被嵌入到其他终端设备中去时，处理器为终端设备中的处理器，比如手机应用处理器，计算机CPU等。
对于时间飞行法深度相机而言，投影模组101用于向目标空间发射经调制的光束，成像模组102用于接收调制光束，处理器计算光束发射到接收的时间差，并基于时间差计算出目标深度。
对于双目视觉深度相机而言，其包括两个采集模组(此时可以将投影模组看作是采集模组的逆向模组)，分别用于采集目标两幅不同视野的图像，处理器对两幅图像进行视差计算，并根据视差计算出目标深度。
无论是哪种深度相机，其在使用过程中，光学模组均会因温度、湿度、长期使用、物理冲击等影响，从而使光学模组中的光学器件的性能发生变化，最终导致深度相机获取的深度图像出现误差或无法获取深度图像。特别对于投影模组而言，当光学器件比如衍射光学元件发生损坏，会直接影响投射光束的强度，可能导致激光安全危害。
图2是本发明一种光学模组安全监测装置示意图，装置200包括透明导电薄膜202、驱动芯片205、控制器206、光学模组207等，其中，光学模组207包含光学器件201；以光学模组207为投影模组为例，光学器件201可以为衍射光学元件，除衍射光学元件外，光学模组207内还包括光源、透镜等其他光学器件。本实施例中，为图示方便，将光学模组207内的光学器件201单独抽取出来进行示意。在装置200中，透明导电薄膜202设置在光学器件201表面，驱动芯片205与透明导电薄膜202连接并用于监测透明导电薄膜202的性能变化，在本实施例中其性能指的是电阻；控制器206分别与驱动芯片205、光学模组207连接，用于接收来自驱动芯片205的监测信号，并根据监测信号控制光学模组207。
在一些实施例中，透明导电薄膜202通过溅射、蒸发等方式附着于光学器件201表面，当光学器件损坏时会导致透明导电薄膜破坏，因此，可以通过对透明导电薄膜进行监测实现对光学器件的监测，为了让透明导电薄膜更好地反应光学器件201的完整情况，透明导电薄膜可以被设置成以点、线、面构成的任意形状或其任意组合附着在光学器件201表面。图3是根据本发明一个实施例的透明导电薄膜的分布示意图，如400所示。在本实施例中，透明导电薄膜402被设置成线条状且均匀紧密地布置在光学器件401表面，线条地排布形式为密集的方条状，可以理解的是，方条数排布越密，等效电阻值越大，其连接方式为，方条的两端分别连接到如图2所示的焊盘203两端，通过光学器件表面的焊盘203与驱动芯片205连接，透明导电薄膜此时构成一个等效电阻。此外，此外，根据实际需要，透明导电薄膜202可以通过其它合适的排布方式设置在光学器件201表面，比如以圆环、蜿蜒的曲线等形状。
在一个实施例中，透明导电薄膜202，优选为透射率较高的的宽带间隙氧化物，例如，ITO(氧化铟锡)、CTO(Cd2SnO4锡酸镉薄膜)或CIO(CdInO4偏铟酸隔薄膜)薄膜等。
在一些实施例中，驱动芯片205包含微控制单元(Micro Controller Unit，以下简称MCU)204、数模转换(Anolog to Digital Conveter，以下简称ADC)接口、接地(Ground，以下简称GND)口、RESET接口、INT接口以及I2C接口(对应接口为SCL接口和SDA接口)等重要接口；其中ADC接口以及GND接口分别通过焊盘与透明导电薄膜202连接，ADC接口用于监测透明导电薄膜202的阻值，MCU接收来自ADC接口的阻值并判断当前阻值是否处于预设阈值范围之内，如超过阈值范围，MCU产生硬件中断信号通过INT接口传送至控制器206；在本实施例中，驱动芯片具有封装小、功耗小以及响应快的优点，对光学模组的监测性能进行了优化。
在一些实施例中，控制器206包含RESET接口、I2C接口，控制器206通过RESET接口对驱动芯片205进行硬件复位，并对驱动芯片运行固件进行初始化，通过I2C接口对驱动芯片和光学模组进行控制；控制器206接收到来自驱动芯片的中断信号和输出信号，通过控制器内设的预设函数判断光学器件异常情况(破裂、破损等)，并根据预设的功率衰减函数进一步对光学模组207进行控制，如降低光源功率或关闭整个光学模组207等。
光学模组207可以是投影模组、成像模组等。光学器件201可以是衍射光学元件(DOE)、光学透镜等。控制器206可以是手机SOC，计算机CPU等。
图4是本发明的另一种光学模组安全监测装置示意图。该实施例中的光学器件安全监测装置300与图2实施例中的光学器件安全监测装置的结构基本类似，区别在于，透明导电薄膜被布置成一个等效电容，驱动芯片304与透明导电薄膜302连接并用于监测附于光学器件301表面的透明导电薄膜302的性能变化，在本实施例中性能指的是电容；控制器307分别与驱动芯片304、光学模组308连接，用于接收来自驱动芯片304的监测信号，并根据监测信号控制光学模组308。
在一个实施例中，透明导电薄膜302为氧化铟锡(ITO)，透明导电薄膜302被设置为穿插栅条状分布图样，即被设置为双通道，每个通道一端悬空，另一端分别和光学器件表面上的两个焊盘连通进一步与驱动芯片304连接，双通道的透明导电薄膜302此时构成一个等效电容。
在一个实施例中，驱动芯片304还包括电容传感器(Cap Sense)单元305、通用输入/输出(General Purpose Input Output，以下简称GPIO)接口等；其中GPIO接口与GND接口分别通过焊盘303与透明导电薄膜302连接，GPIO接口用于监测透明导电薄膜302的电容值，电容传感器(Cap Sense)305接收来自GPIO接口的电容值传输给MCU306，MCU接收到CapSense的电容值并判断是否处于预设阈值范围之内，如超过阈值，MCU产生硬件中断信号通过INT接口传送至手机控制器307。控制器307根据接收到的信号对光学器件的性能进行评估，进一步控制光学模组的工作状态。
图5是根据本发明一个具体实施例的电容式透明导电薄膜分布示意图，如500所示。透明导电薄膜包含两个独立的栅条状分布的透明导电薄膜502、503，均匀密集地分布在光学器件501表面，其中每个透明导电薄膜502(503)至少包含两条独立的栅条504(505)，且每条栅条的一端具有相同的电极，透明导电薄膜502与503之间的栅条504与505穿插分布，形成叉指电容；具体的连接方式为，透明导电薄膜502作驱动电极，透明导电薄膜503作感应电极分别接入如图3所示的焊盘303两端构成等效电容。这种分布方式相较于图6的分布方式的好处是在光学器件的同一个表面(入射光束或出射光束面)镀一层透明导电薄膜(包括透明导电薄膜502、503)便可实现监测。
在一些实施例中，可以设置多个电容结构的电容监测装置，图6是根据本发明又一个实施例的电容式透明导电薄膜分布示意图，如600所示。分别在光学器件出射光束的表面与入射光束的表面对称各镀一层透明导电薄膜，透明导电薄膜602镀在光束出射面601(光束入射面)上，相应地，透明导电薄膜603(图中以虚线示意)镀在相对的另一面—光束入射面(光束出射面)上；将透明导电薄膜602(603)作驱动电极、透明导电薄膜603(602)作感应电极；具体地，栅条604与栅条605正对分布，将驱动电极与感应电极的一端分别接入如图4所示的焊盘303两端，另一端分别悬空，构成等效电容；这样设置的好处是，可以分时复用地通过不同的测量方案监测分立叉指电容的变化，以进一步提升对光学模组完整性监测的灵敏度和灵活度。
在一个实施例中，可以通过同时监测透明导电薄膜的电阻和电容值对光学模组进行综合监测，可以通过在光学器件表面设置一种透明导电薄膜的分布结构实现电阻和电容的同时等效，再通过设置MCU的阈值，可以是分立的电阻值、电容值，也可以是电阻和电容的比值，通过控制器对ITO的电阻与电容值的综合判断，对ITO的性能进行更精准的监测。
本实施例中通过双芯片(一个为驱动芯片，另一个为控制器(CPU))的方式来对光学模组中的光学器件进行监测：在日常通过驱动芯片以一定的周期不停地对透明导电薄膜进行信号监测以及损坏判定，仅在出现异常时才访问CPU，CPU再进行处理和控制，从而可以避免现有技术中，仅利用CPU完成光学器件/光学模组的监控时所造成的CPU能耗损耗大、响应慢的缺陷。
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种光学模组安全监测装置，其特征在于，包括：
光学器件，设置在光学模组中；
透明导电薄膜，附于所述光学器件表面；
驱动芯片，与所述透明导电薄膜连接，用于监测所述透明导电薄膜的性能变化；
控制器，与所述驱动芯片和所述光学模组连接，用于接收来自所述驱动芯片的监测信号，并根据所述监测信号控制所述光学模组。
2.如权利要求1所述的光学模组安全监测装置，其特征在于，所述透明导电薄膜附于所述光学器件的光束入射面和/或光束出射面。
3.如权利要求1所述的光学模组安全监测装置，其特征在于，所述透明导电薄膜的分布图样包括均匀点状、线状、面状分布图样中的一种或多种组合。
4.如权利要求3所述的光学模组安全监测装置，其特征在于，所述驱动芯片包括：
GND接口，与所述透明导电薄膜的一端连接；
ADC接口，与所述透明导电薄膜的另一端连接，用于监测所述透明导电薄膜的电阻值；
MCU，接收来自ADC接口的电阻值并监测阻值变化是否处于预设阈值范围之内，如超过阈值范围，则产生监测异常信号；
INT接口，与所述控制器连接，用于将所述监测异常信号发送给所述控制器。
5.如权利要求1所述的光学模组安全监测装置，其特征在于，所述透明导电薄膜的分布图样包括双通道的穿插栅条状分布图样，每个通道一端悬空，另一端分别与所述驱动芯片连接。
6.如权利要求5所述的光学模组安全监测装置，其特征在于，所述双通道设置于光学器件的同一表面或不同表面。
7.如权利要求5所述的光学模组安全监测装置，其特征在于，所述驱动芯片包括：
GND接口，与所述透明导电薄膜的一通道的一端连接；
GPIO接口，与所述透明导电薄膜的另一通道的一端连接，用于监测所述透明导电薄膜的电容值；
电容传感器，接收来自GPIO接口的电容值并传输给MCU；
MCU，接收来自电容值并监测阻值变化是否处于预设阈值范围之内，如超过阈值范围，则产生监测异常信号；
INT接口，与所述控制器连接，用于将所述监测异常信号发送给所述控制器。
8.如权利要求4或7所述的光学模组安全监测装置，其特征在于，所述驱动芯片还包括：RESET接口，与所述控制器连接，用于接收控制器对所述驱动芯片的硬件复位。
9.如权利要求1所述的光学模组安全监测装置，其特征在于，所述光学模组包括投影模组、成像模组中的一种或多种，所述光学器件包括DOE、透镜中的一种或多种。
10.如权利要求1所述的光学模组安全监测装置，其特征在于，所述控制根据所述监测信号降低光源功率或关闭整个光学模组。
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CB02 Change of applicant information
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Address after: 11-13 / F, joint headquarters building, high tech Zone, 63 Xuefu Road, Yuehai street, Nanshan District, Shenzhen, Guangdong 518000

Applicant after: Obi Zhongguang Technology Group Co.,Ltd.

Address before: 12 / F, joint headquarters building, high tech Zone, 63 Xuefu Road, Nanshan District, Shenzhen, Guangdong 518000

Applicant before: SHENZHEN ORBBEC Co.,Ltd.

RJ01 Rejection of invention patent application after publication
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