CN111237603A - 一种用于智能门锁的激光源装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于智能门锁的激光源装置，包括激光投射器和安装所述激光投射器的框架，所述激光投射器具有连接件，所述框架具有通孔，所述激光投射器可转动的安装于所述通孔内，所述激光投射器通过连接件连接在所述通孔的孔壁上，且所述激光投射器以所述连接件为旋转轴相对所述通孔孔壁旋转，所述激光投射器通过所述连接件与所述框架呈任意夹角。所述连接件包括连接轴，所述连接轴的一端与所述激光投射器的外表面连接，另一端为自由端；所述连接轴包括两个，两个连接轴分别对称设置在所述激光投射器的两侧。本发明所述的激光源装置可以避免零级衍射对人眼的伤害。

Description

一种用于智能门锁的激光源装置

技术领域

本发明涉及智能门锁人脸识别技术领域，尤其涉及一种用于智能门锁的激光源装置。

背景技术

目前，人脸识别技术主要采用3D结构光方案，该方案的主要工作原理是通过红外投射器6向被测物体1投射出经过编码或者随机的红外散斑或光点，这些编码或散斑图像照射在被测物体1上再经过被测物体1的反射，进入红外摄像机2(也可以包括彩色摄像机)，红外摄像机2接收到图像后，由后端电路加载的三角算法，将图像信息转换成深度信息，从而构建出深度图和点云图，达到3D重建的目的。

而红外投射器在投射出经过编码或者随机的红外散斑或光点时，光源3需要先经过准直系统4的调整，再经过安装在红外投射光源3前部的衍射光学元件(DOE)5的衍射后才照射在被测物体1上，如图1结构光设备原理示意图所示。

三角算法基本原理如图2所示，β和α角以及光源3和红外摄像机2接收端的距离L都是已知的，Z轴上的h，也就是需要被求出的被测物体1的某个点的深度，可以通过简单的三角运算算出。

基于三角算法的原理，现有的结构光设备大多采用了两种布局，其如图3所示：

(1)方案1，基本组成包括一颗红外投射器6和一颗红外摄像机2，彩色相机为选装，为单目方案。

(2)方案2，基本组成包括一颗红外投射器6和两颗红外摄像机2，彩色相机为选装，为双目方案。

再如图4智能门锁红外激光投射路径示意图所示，长方形代表智能门锁7，带有结构光人脸识别装置的智能门锁7的安装高度一般离地90-105cm处，门锁中的“71”代表其中的人脸识别模块。在人脸识别模块71水平安装时，模块中的红外投射光源发射出的激光在经过光学透镜和光学衍射镜片DOE后，一般会在人体开门距离(大约离门60cm处)处形成一个图像，如图5中方框中的图像所示，该图像照射在人脸上，经过人脸反射被门锁中的红外摄像模组3D成像。经过DOE散射后投射在人脸上的图像一般由散斑(如图5所示)或结构编码组成，无论是哪种图像，其中间圆点处就是激光的零级衍射，而图像受制于衍射光学镜片的设计和制造，因此零级衍射很难消除。该零级衍射光斑会影响成像质量，干扰系统的3D测量精度，更严重的后果是零级衍射光能量高，直接照射会对人眼造成永久伤害。

当光束照射在透射式衍射光栅上时，在光束后部会形成0级、±1级、±2级…光，受光栅制造精度的影响，0级衍射光的强度往往明显高于±1级、±2级…光。过高的0级衍射光一方面干扰成像，另一方面可能会对直视的眼睛造成不可逆的损伤，不符合产品的“1”级激光安全等级要求。(注：激光安全等级1要求“在任何条件下，眼睛都不会受到有危害的光学辐射。或者虽然是产品含有有伤害性的激光，但被放置在相应的密封产品里，没有任何有害的辐射能逃出封闭装置”。)

现有的解决零级衍射的技术方案主要有两种：

(1)减小红外光源的光功率，从而降低零级衍射光束的能量。缺点是同时也减少了编码结构光本身的能量，从而限制了使用的距离。

(2)通过两个衍射光学元件5(DOE)来减小零级衍射。如图6所示，通过使用两个DOE，来自第一个DOE的零级衍射光束被有效的抵消，其中通过第一个的DOE的两级光束用来产生第二个衍射图像。来自两个DOE的衍射图像会在一定程度上进行重叠，从而加大了算法的难度与衍射光学器件设计的难度。

以上的解决方案均不能达到理想的效果，因此，亟需提出一种新的技术方案来解决上述智能门锁因零级衍射存在危害人眼安全的问题。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中存在的问题，提供一种用于智能门锁的激光源装置，其采用的技术方案是：

一种用于智能门锁的激光源装置，包括激光投射器和框架，

所述激光投射器具有连接件，所述框架具有通孔，所述激光投射器可转动的安装于所述通孔内，所述激光投射器通过连接件连接在所述通孔的孔壁上，且所述激光投射器以所述连接件为旋转轴相对所述通孔孔壁旋转，所述激光投射器通过所述连接件与所述框架呈任意夹角。

上述技术方案进一步的，所述连接件包括连接轴，所述连接轴的一端与所述激光投射器的外表面连接，另一端为自由端；

进一步的，所述连接轴包括两个，两个连接轴分别对称设置在所述激光投射器的两侧。

进一步的，所述连接轴的自由端的外圆周面上连续设置有一段齿条，所述齿条的长度占所外圆周面周长的1/4～1/2；

所述齿条的齿与所述连接轴的中心轴线方向平行。

进一步的，所述框架还具有凹槽，所述凹槽包括两个，所述两个凹槽相对设置在所述通孔孔壁上，所述凹槽自所述通孔孔壁的表面向所述框架内延伸，

进一步的，所述连接轴的自由端自所述通孔伸入所述凹槽内。

进一步的，所述连接件还包括弹性件，所述弹性件连接在所述凹槽的槽壁上，所述弹性件与所述连接轴自由端上的齿条抵触。

进一步的，所述弹性件包括橡胶圈和/或海绵垫圈，所述橡胶圈和/或海绵垫圈沿所述凹槽槽壁绕设1/4～1/2圈，

所述弹性件固定在所述凹槽槽壁上。

进一步的，所述框架包括上框架和下框架，

进一步的，所述上框架和所述下框架沿所述连接件的中心轴线方向对称设置，

进一步的，所述上框架和下框架形成容纳所述激光投射器的通孔，所述上框架和下框架形成容纳所述连接件的凹槽；

进一步的，所述上框架或下框架上的凹槽的槽壁上连接有所述弹性件；

进一步的，所述上框架和下框架通过紧固件固定连接。

进一步的，所述连接件包括弹性连接臂，所述弹性连接臂为可伸缩结构，其一端连接在所述激光投射器侧表面，其另一端为具有磁吸装置的自由端，所述通孔孔壁上设置有与所述磁吸装置配合的磁石，

进一步的，所述激光投射器通过所述弹性连接臂的自由端的磁吸装置吸附在所述通孔孔壁的磁石上，所述激光投射器可相对所述通孔孔壁呈任意夹角。

进一步的，所述激光投射器发出的激光光束相对水平面倾斜向上延伸，所述激光光束与水平面呈58°～90°夹角。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明所述的激光源装置可以避免零级衍射对人眼的伤害，相比现有技术中的结构光装置，本装置通过对零级衍射的成因进行分析，以物理方法有效规避了零级衍射对人眼的伤害；

2.本发明所述的激光源装置用于智能门锁人脸识别，其装置在智能门锁的人脸识别模块，且其可以在所述模块内旋转，并调节角度，使得激光源发出的光束非水平投射，在门锁安装的一般高度和人体离门的正常距离下，可以保证零级衍射的最强光束在离门的一定距离外，且高度高于普通人眼的高度，如此设计即可以保证投射出的图像的既能覆盖被识别的面部，又能保证零级衍射不会直接照射到人眼；

3.本发明所述的激光源装置与现有技术相比，其消除零级衍射的方法不用减小红外投射光源功率，对人脸识别装置的使用距离没有任何限制；

4.本发明所述的激光源装置与现有技术相比，其消除零级衍射的方法无需加载两片光学衍射元件(DOE)，不会引起三角算法的实现难度与衍射光学器件的设计加工难度；

5.本发明所述的激光源装置结构简单，原理明确，所述激光投射器与其上的连接件可为一体成型，若激光投射器的外壳为塑料，则连接件可与所述激光投射器的外壳通过注塑工艺一体加工，若激光投射器的外壳为金属，则连接件可与所述激光投射器的外壳通过焊接成为一体结构。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1是背景技术中结构光设备原理示意图；

图2是背景技术所述三角算法基本原理示意图；

图3是背景技术所述结构光设备的两种布局方案示意框图，其中图a为方案1，图b为方案2；

图4是背景技术所述智能门锁红外激光投射路径示意图，其中A为红外激光在距离门板60cm处投下的图像光斑；

图5是图4衍生出的图像光斑A的效果示意图；

图6是背景技术所述两级衍射光学元件减小零级衍射的效果示意图；

图7是本发明所述激光源装置的整体结构三维示意图；

图8是本发明所述激光源装置的上框架的结构示意图；

图9是本发明所述激光源装置的弹性件的结构示意图；

图10是本发明所述激光源装置的下框架的结构示意图；

图11是本发明所述激光源装置的激光投射器的三维结构示意图；

图12是本发明所述激光投射器的侧视平面示意图；

图13是本发明所述激光源装置的激光投射器的结构分解示意图；

图14是本发明所述激光源装置在使用状态下的激光投射路径示意图；

图15是本发明所述激光源装置的原理示意图，其中AA为相机的截面示意图，BB为红外投射器的截面示意图；

图16为本发明所述激光投射器光源倾角可调的开槽结构示意图，其中图m为激光投射器在安装状态下的平面图；图n为激光投射器在安装状态下的截面示意图。

其中，1-被测物体，2-红外摄像机，3-光源，4-准直系统，5-衍射光学元件(DOE)，6-红外投射器，7-智能门锁,71-人脸识别模块，

8-激光投射器，81-连接件，811-连接轴，8111-自由端，8112-齿条，812-弹性件，9-框架，91-通孔，92-凹槽，93-上框架，94-下框架。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清查、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

实施例：

下面结合附图与实施例进一步说明本发明要旨。

图7是本发明所述激光源装置的整体结构三维示意图；图8是本发明所述激光源装置的上框架的结构示意图；图9是本发明所述激光源装置的弹性件的结构示意图；图10是本发明所述激光源装置的下框架的结构示意图；图11是本发明所述激光源装置的激光投射器的三维结构示意图；图12是本发明所述激光投射器的侧视平面示意图；图13是本发明所述激光源装置的激光投射器的结构分解示意图；图14是本发明所述激光源装置在使用状态下的激光投射路径示意图；图15是本发明所述激光源装置的原理示意图，其中AA为相机的截面示意图，BB为红外投射器的截面示意图；图16为本发明所述激光投射器光源倾角可调的开槽结构示意图，其中图m为激光投射器在安装状态下的平面图；图n为激光投射器在安装状态下的截面示意图。

请参见图7-13，一种用于智能门锁的激光源装置，包括激光投射器8和框架9，

所述激光投射器8具有连接件81，所述框架9具有通孔91，所述激光投射器8可转动的安装于所述通孔91内，所述激光投射器8通过连接件81连接在所述通孔91的孔壁上，且所述激光投射器8以所述连接件81为旋转轴相对所述通孔91孔壁旋转，所述激光投射器8通过所述连接件81与所述框架9呈任意夹角。

进一步的，所述连接件81包括连接轴811，所述连接轴811的一端与所述激光投射器8的外表面连接，另一端为自由端8111；

进一步的，所述连接轴811包括两个，两个连接轴811分别对称设置在所述激光投射器8的两侧。

进一步的，所述连接轴811的自由端8111的外圆周面上连续设置有一段齿条8112，所述齿条8112的长度占所外圆周面周长的1/4～1/2；

进一步的，所述齿条8112的齿与所述连接轴811的中心轴线方向平行。

进一步的，所述框架9还具有凹槽92，所述凹槽92包括两个，所述两个凹槽92相对设置在所述通孔91孔壁上，所述凹槽92自所述通孔91孔壁的表面向所述框架9内延伸，

进一步的，所述连接轴811的自由端8111自所述通孔91伸入所述凹槽92内。

进一步的，所述连接件81还包括弹性件812，所述弹性件812连接在所述凹槽92的槽壁上，所述弹性件812与所述连接轴811自由端8111上的齿条8112抵触。

进一步的，所述弹性件812包括橡胶圈和/或海绵垫圈，所述橡胶圈和/或海绵垫圈沿所述凹槽92槽壁绕设1/4～1/2圈，

进一步的，所述弹性件812固定在所述凹槽92槽壁上。

进一步的，所述框架9包括上框架93和下框架94，

进一步的，所述上框架93和所述下框架94沿所述连接件81的中心轴线方向对称设置，

进一步的，所述上框架93和下框架94形成容纳所述激光投射器8的通孔91，所述上框架93和下框架94形成容纳所述连接件81的凹槽92；

进一步的，所述上框架93或下框架94上的凹槽92的槽壁上连接有所述弹性件812；

进一步的，所述上框架93和下框架94通过紧固件固定连接。

进一步的，所述激光投射器8发出的激光光束相对水平面倾斜向上延伸，所述激光光束与水平面呈58°～90°夹角。

进一步的，本发明所述激光投射器8的安装方式还可以通过弹性连接臂81连接，即所述连接件81包括弹性连接臂，所述弹性连接臂为可伸缩结构，其一端连接在所述激光投射器8侧表面，其另一端为具有磁吸装置的自由端，所述通孔91孔壁上设置有与所述磁吸装置配合的磁石，

所述磁吸装置与所述磁石通过磁力相互吸附，即所述激光投射器8凭借弹性连接臂上的磁吸装置和通孔91孔壁上的磁石相互吸附固定，

所述弹性连接臂设置有磁吸装置的一端相对所述激光投射器8为可伸缩结构，安装前，所述弹性连接臂为伸长状态，安装时，将所述伸长的弹性连接臂压入通孔内，所述弹性连接臂此时为压缩状态，且弹性连接臂上的磁吸装置与所述磁石磁力吸附连接，

进一步的，所述激光投射器8通过所述弹性连接臂的自由端的磁吸装置吸附在所述通孔91孔壁的磁石上，所述激光投射器8可相对所述通孔91孔壁呈任意夹角。

请继续参见图14，在智能门锁7的人脸识别模块71，利用模块本身的框架固支结构，将激光投射器光源向上倾斜放置，使光束投射方向与水平面至少呈现58度角，这样在门锁安装的一般高度和人体离门(约60cm)的正常距离下，可以保证零级衍射光束在离门60cm外高度达到190cm，高于普通人的人眼高度，从而避免了零级光束直接照射到人的视网膜上。

如图15所示，在本发明提出的方案中，相机水平放置，红外投射装置6略微向上倾斜。倾斜角度大于58度，这样可以确保投射出的图像下半部分覆盖待识别的面部，又避免了零级衍射对3D识别精度的干扰，更重要的是保护了被识别人的人眼视网膜不被激光零级衍射损伤。

根据一般人脸识别模组的摆放位置以及人和模组之间的距离，本发明设置光源上倾角度为大于58度，以及方便调整角度的结构；根据使用者不同身高，在安装时光源投射角度可以在一定范围内固定，设计激光投射器8的两侧圆柱连接轴如图11、12所示，连接轴的自由端具有1/4～1/2圈的齿条8112；放置光源的框架结构分为上下两部分，上框架93与下框架94结构不完全一样，如图8-10所示，上框架93在放置投射器的连接轴811的凹槽92内，内置了两个与投射器齿条的齿高宽度一样厚度的橡胶或海绵垫圈，垫圈部分与上框架93用胶水或其它方式完全固定。下框架94的凹槽92和光源投射器的连接轴811，采用过盈配合，以确保装配时有一定的紧度，但不影响调节角度为宜。

当组装时，投射器8调整好角度，将两侧连接轴811部分先安装于下框架94内，然后将上框架93按下，使其与投射器8和下框架94完全贴合，用螺丝完成固定。此时，上框架93的橡胶和海绵垫圈会与投射器8的齿条8112完全咬合。由于垫圈部分与上框架93完全固定，投射器8也随之固定不动。

光源投射角度的倾斜由固定光源的框架9结构来实现。激光投射光源外壳的两侧有两个连接轴811，该连接轴811和外壳材料一致。

(1)外壳若是金属外壳，可以通过焊接将该两个连接轴811焊接在外壳的两侧，两侧对称，且连接轴811的中轴线通过光源外壳的中间处。

(2)外壳若是塑料，则两个连接轴811可以和外壳一起通过注塑工艺一体完成。

放置光源的框架9可以由上述结构实现，由上框架93和下框架94拼接，光源的连接轴811嵌入框架9的通孔91两侧的凹槽92内实现上下转动，从而实现上倾。

如图16所示，框架9内放置光源的开槽的上倾的角度根据不同的应用，从58°～90°不等，是一个角度的范围。

本发明所述的激光源装置用于智能门锁人脸识别，其装置在智能门锁的人脸识别模块，且其可以在所述模块内旋转，并调节角度，使得激光源发出的光束非水平投射，在门锁安装的一般高度和人体离门的正常距离下，可以保证零级衍射的最强光束在离门的一定距离外，且高度高于普通人眼的高度，如此设计即可以保证投射出的图像的既能覆盖被识别的面部，又能保证零级衍射不会直接照射到人眼；

本发明所述的激光源装置与现有技术相比，其消除零级衍射的方法不用减小红外投射光源功率，对人脸识别装置的使用距离没有任何限制；

本发明所述的激光源装置与现有技术相比，其消除零级衍射的方法无需加载两片光学衍射元件(DOE)，不会引起三角算法的实现难度与衍射光学器件的设计加工难度；

本发明所述的激光源装置结构简单，原理明确，所述激光投射器与其上的连接件可为一体成型，若激光投射器的外壳为塑料，则连接件可与所述激光投射器的外壳通过注塑工艺一体加工，若激光投射器的外壳为金属，则连接件可与所述激光投射器的外壳通过焊接成为一体结构。

综上所述，本发明所述的激光源装置可以避免零级衍射对人眼的伤害，相比现有技术中的结构光装置，本装置通过对零级衍射的成因进行分析，以物理方法有效规避了零级衍射对人眼的伤害。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。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例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改和变型。

Claims (9)

1.一种用于智能门锁的激光源装置，其特征在于：包括激光投射器(8)和框架(9)，

所述激光投射器(8)具有连接件(81)，所述框架(9)具有通孔(91)，所述激光投射器(8)可转动的安装于所述通孔(91)内，所述激光投射器(8)通过连接件(81)连接在所述通孔(91)的孔壁上，且所述激光投射器(8)以所述连接件(81)为旋转轴相对所述通孔(91)孔壁旋转，所述激光投射器(8)通过所述连接件(81)与所述框架(9)呈任意夹角。

2.根据权利要求1所述的激光源装置，其特征在于：所述连接件(81)包括连接轴(811)，所述连接轴(811)的一端与所述激光投射器(8)的外表面连接，另一端为自由端(8111)；

所述连接轴(811)包括两个，两个连接轴(811)分别对称设置在所述激光投射器(8)的两侧。

3.根据权利要求2所述的激光源装置，其特征在于：所述连接轴(811)的自由端(8111)的外圆周面上连续设置有一段齿条(8112)，所述齿条(8112)的长度占所外圆周面周长的1/4～1/2；

所述齿条(8112)的齿与所述连接轴(811)的中心轴线方向平行。

4.根据权利要求1所述的激光源装置，其特征在于：所述框架(9)还具有凹槽(92)，所述凹槽(92)包括两个，所述两个凹槽(92)相对设置在所述通孔(91)孔壁上，所述凹槽(92)自所述通孔(91)孔壁的表面向所述框架(9)内延伸，

所述连接轴(811)的自由端(8111)自所述通孔(91)伸入所述凹槽(92)内。

5.根据权利要求1所述的激光源装置，其特征在于：所述连接件(81)还包括弹性件(812)，所述弹性件(812)连接在所述凹槽(92)的槽壁上，所述弹性件(812)与所述连接轴(811)自由端(8111)上的齿条(8112)抵触。

6.根据权利要求5所述的激光源装置，其特征在于：所述弹性件(812)包括橡胶圈和/或海绵垫圈，所述橡胶圈和/或海绵垫圈沿所述凹槽(92)槽壁绕设1/4～1/2圈，

所述弹性件(812)固定在所述凹槽(92)槽壁上。

7.根据权利要求1所述的激光源装置，其特征在于：所述框架(9)包括上框架(93)和下框架(94)，

所述上框架(93)和所述下框架(94)沿所述连接件(81)的中心轴线方向对称设置，

所述上框架(93)和下框架(94)形成容纳所述激光投射器(8)的通孔(91)，所述上框架(93)和下框架(94)形成容纳所述连接件(81)的凹槽(92)；

所述上框架(93)或下框架(94)上的凹槽(92)的槽壁上连接有所述弹性件(812)；

所述上框架(93)和下框架(94)通过紧固件固定连接。

8.根据权利要求1所述的激光源装置，其特征在于：所述连接件(81)包括弹性连接臂，所述弹性连接臂为可伸缩结构，其一端连接在所述激光投射器(8)侧表面，其另一端为具有磁吸装置的自由端，所述通孔(91)孔壁上设置有与所述磁吸装置配合的磁石，

所述激光投射器(8)通过所述弹性连接臂的自由端的磁吸装置吸附在所述通孔(91)孔壁的磁石上，所述激光投射器(8)可相对所述通孔(91)孔壁呈任意夹角。

9.根据权利要求1所述的激光源装置，其特征在于：所述激光投射器(8)发出的激光光束相对水平面倾斜向上延伸，所述激光光束与水平面呈58°～90°夹角。

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