CN114080546A - 保护罩和发光装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是即使在发生诸如光学系构件错位的情况等故障时，也能够确保使用者等的安全。本发明提供了一种覆盖光源装置的保护罩，所述光源装置包括：光源；将所述光源的光转换为扩散光而出射光的作为光学系构件的出射部；以及感测由所述出射部反射的所述光源的光的光接收部。所述覆盖所述光源装置的保护罩包括开口部，所述开口部邻近所述出射部配置并且具有允许出射的光透过且防止人的手指接触所述出射部的形状。

Description

保护罩和发光装置

技术领域

本公开涉及一种保护罩和发光装置。具体地，本公开涉及保护诸如激光光源等光源的保护罩和使用该保护罩的发光装置。

背景技术

常规地，测量距被摄体或物体的距离的测距装置已经被使用。例如，包括光源装置和成像元件，用来自光源的红外光等照射被摄体，并且感测由被摄体反射的红外光。接着，使用测量红外光往返被摄体所需的时间并计算距被摄体的距离的测距装置。这种测距方法被称为ToF(Time of Flight：飞行时间)方式。采用ToF方式的测距装置被配置在相机等中，并且用于测量距相对较远地配置的被摄体的距离。高输出激光光源被用作光源，并且配置有将来自激光光源的激光转换为扩散光的光学系构件。用已经被光学系构件转换为扩散光的激光来照射被摄体。

另一方面，作为测量相对较短距离的测距装置，已经使用采用三角测距方式的测距装置。在三角测距方式中，用激光照射被摄体，并且当感测到来自被摄体的反射光时，测量反射光的入射角度以及反射光的入射位置和光源之间的距离。通过使用光源、被摄体和反射光的入射位置作为三角形的顶点，可以测量距被摄体的距离。例如，作为这种测距装置，已经使用将发光二极管(LED)用作泛光元件并且包括光学筒和泛光透镜作为光学系构件的光学传感器(例如，参见专利文献1)。在光学传感器中，位置感测元件被用作光接收元件，并且通过三角测距方式测量距物体的距离。

[引用文献列表]

[专利文献]

[专利文献1]：日本专利申请特开平07-273365号公报

发明内容

[技术问题]

关于上述常规技术，存在着当光学构件错位时无法确保使用者等的安全的问题。测量距相对较远的被摄体的距离需要使用高输出激光光源作为泛光元件。如果诸如上述光学筒等光学系构件错位，则存在着激光在非预期方向上照射并且当用激光照射人的眼睛等时导致眼睛等损伤的可能性。

鉴于上述问题提出本公开，并且本公开的目的在于，即使发生诸如光学系构件错位的情况等故障时，也能够确保使用者等的安全。

[问题的解决方案]

为了解决上述问题而作出本公开，并且其第一方面是一种覆盖光源装置的保护罩，所述光源装置包括：光源；将所述光源的光转换为扩散光而出射光的出射部；以及感测由所述出射部反射的所述光源的光的光接收部，其中，所述保护罩包括开口部，所述开口部邻近所述出射部配置并且具有允许出射的光透过且防止人的手指接触所述出射部的形状。

另外，在第一方面中，所述开口部可以具有防止IEC62368-1中规定的模仿人的手指制成的探针接触所述出射部的形状。

另外，在第一方面中，所述开口部可以具有矩形形状。

另外，在第一方面中，所述开口部可以具有边长等于或小于4.6mm的矩形形状。

另外，在第一方面中，所述开口部可以具有圆形形状。

另外，在第一方面中，所述开口部可以具有直径等于或小于5.1mm的圆形形状。

另外，在第一方面中，所述开口部的端部和所述出射部之间的垂直距离可以大于1mm。

另外，在第一方面中，所述开口部可以具有锥形形状。

另外，在第一方面中，所述保护罩可以包括遮挡出射的光的构件。

另外，本公开的第二方面是一种发光装置，包括：光源装置，所述光源装置包括：光源；将所述光源的光转换为扩散光而出射光的出射部；以及感测由所述出射部反射的所述光源的光的光接收部；和保护罩，所述保护罩覆盖所述光源装置并且包括开口部，所述开口部邻近所述出射部配置并且具有允许出射的光透过且防止人的手指接触所述出射部的形状。

另外，在第二方面中，所述发光装置还可以包括驱动所述光源装置的驱动电路。

通过采用这些方面，在作为光学系构件的出射部已经错位的情况下，可以减少来自保护罩的反射光。预期增强了基于入射到光接收部的反射光的变化来感测关于出射部是否已经错位的精确度。

附图说明

图1是示出根据本公开实施方案的测距装置的构成例的图。

图2是示出根据本公开实施方案的发光装置的构成例的断面图。

图3是示出根据本公开实施方案的测距装置的构成例的框图。

图4是示出根据本公开实施方案的可触及性试验的示例的图。

图5是示出根据本公开实施方案的保护罩的开口部的构成例的图。

图6是示出根据本公开实施方案的变形例的保护罩的开口部的构成例的图。

具体实施方式

接下来，参照附图说明用于实现本公开的模式(在下文中，称为实施方案)。在附图中，相同或相似的部分被给出相同或相似的附图标记。另外，按以下顺序给出实施方案的说明。

1.实施方案

2.变形例

<1.实施方案>

[测距装置]

图1是示出根据本公开实施方案的测距装置的构成例的图。该图示出了测距装置1的构成例。图中的A和B分别对应于测距装置1的俯视图和侧视图。测距装置1是测量距诸如被摄体等对象物的距离的装置。图中的测距装置1通过上述ToF方式进行距离测量。测距装置1包括发光装置10和受光装置20。发光装置10和受光装置20被安装在基板30上。另外，基板30具有配置在其上的连接器40。经由连接器40与外部设备进行信号通信。

发光装置10包括光源装置110，并且被构造为向对象物发出诸如红外光等光。光源装置110被安装在基板30上并从其上表面发光。另外，发光装置10具有配置在其上并保护光源装置110的保护罩100。保护罩100具有穿过其配置的开口部103。光源装置110经由开口部103发光。如下文所述，图中的开口部103可以具有矩形形状或者可以具有锥形形状。保护罩100具有配置在其底部的两个爪部104。两个爪部104对角相对地配置，被插入穿过形成在基板30中的贯通孔以钩住基板30的背面侧，并且将保护罩100固定到基板30。注意，两个爪部104中的一个被示出在图的B中。

光接收装置20被构造为感测光。光接收装置20感测从发光装置10发出并被对象物反射的光。图中的光接收装置20包括壳体21、镜筒22和成像元件23。成像元件23是将入射光转换成图像信号的半导体元件。成像元件23包括以二维格子状配置的多个像素。针对各像素配置有将入射光转换为电气信号的光电转换部，并且可以生成用于形成基于来自被摄体的反射光的图像的图像信号。镜筒22具有内置镜头，并且被构造为在成像元件23中形成来自被摄体的反射光的图像。壳体21是保持镜筒22并覆盖成像元件23的壳体。

[发光装置的构成]

图2是示出根据本公开实施方案的发光装置的构成例的断面图。该图是沿着图1中测距装置1的线a-a’截取的断面图。如图所示，光源装置110和驱动电路120配置在保护罩100的内部。

光源装置110包括出射部111、壳体112、光源113和光接收部114。出射部111和壳体112被包括在包含光源113的封装中。出射部111对应于该封装的顶板。

光源113被构造为产生用于距离测量的光。例如，光源113可以包括产生激光的激光光源。具体地，作为光源113，可以使用在垂直方向上照射激光的面发光激光元件。

光接收部114被构造为接收从光源113发出的光。例如，光接收部114可以包括光电二极管，将接收到的光转换为电气信号，并且输出该电气信号。图中的光接收部114接收由光源113产生并由出射部111反射的光。

出射部111被构造为保护光源113，并且还透射由光源113产生的激光。另外，出射部111将激光转换为扩散光。由于这种转换，作为点发光的激光被转换为面发光。例如，可以使用扩散板作为出射部111。扩散板可以包括前表面上形成有微细凹凸的玻璃等。

光源113和光接收部114被安装在壳体112内部的底面上。具体地，构成光源113和光接收部114的半导体芯片附着到壳体112内部的底面上。配线形成在壳体112的底面上，并且光源113和光接收部114通过引线接合等电气连接到配线。另外，配线被配置成贯通壳体112的底面，并且连接到配置在壳体112的背面侧的端子(未示出)。端子对应于光源装置110的输入/输出端子，并且通过焊接等连接到配置在基板30的前表面上的配线。

驱动电路120是驱动光源装置110的电路。例如，驱动电路120包括树脂密封的半导体芯片，并且进行光源装置110的光源113的驱动。具体地，驱动电路120以将用作电源的驱动信号供给到光源113并使光源113发光的方式驱动光源113。另外，驱动电路120还对从光接收部114输出的信号进行处理。驱动电路120的处理的细节如下文所述。类似于光源113，驱动电路120通过焊接等安装在基板30上。

保护罩100包括围绕光源装置110和驱动电路120的壁部102和顶板101。顶板101具有配置在其中的开口部103。开口部103邻近光源装置110的出射部111配置，并且允许已经透过出射部111的光通过。图中的开口部103表示其中开口部103被配置在出射部111的正上方的示例。另外，图中的开口部103表示其中开口部103具有锥形形状的示例。具体地，图中的开口部103具有顶板的前面侧的开口面积大于顶板的背面侧的开口面积的锥形形状。该锥形的角度θ可以被设定为与光源装置110的出射光的出射角度大致相同的角度，例如32°。另外，例如，图中所示的开口部103的开口宽度d可以被设定为等于或小于4.6mm的值。开口部103的开口宽度的细节如下文所述。例如，保护罩100可以包含金属或树脂。另外，保护罩100适当地包括遮挡由光源装置110产生的光的构件。这是因为可以减少来自光源装置110的激光的不必要的放射。

[测距装置的构成]

图3是示出根据本公开实施方案的测距装置的构成例的框图。该图是示出测距装置1的构成例的框图。除了发光装置10和光接收装置20之外，图中的测距装置1还包括距离测量电路50(图1中未示出)。注意，在图中，实线箭头表示电气信号的传输，并且空心箭头表示光的传播。

距离测量电路50是控制发光装置10并且还基于来自光接收装置20的信号测量距对象物的距离的电路。距离测量电路50通过输出用于控制驱动电路120的控制信号来控制发光装置10的驱动电路120。

在发光装置10中，驱动电路120将驱动信号供给到光源113，光源113发光，并且产生激光301。激光301入射到出射部111，并且被转换成扩散光302。扩散光302经由保护罩100的开口部103发出并照射到对象物上。另一方面，激光301的一部分被出射部111反射并成为反射光303。当反射光303入射到光接收部114时，反射光303被光接收部114转换为信号(光接收信号)，并且转换后的信号被输出到驱动电路120。驱动电路120可以通过感测来自光接收部114的光接收信号来感测出射部111的正常操作。

另一方面，当扩散光302的被对象物反射的反射光304照射到光接收装置20上时，反射光304经由镜筒22入射到成像元件23。成像元件23从反射光304生成图像信号，并将生成的图像信号输出到距离测量电路50。

在距离测量时，距离测量电路50向驱动电路120输出控制信号，使驱动电路120驱动光源113，并且使扩散光302出射。此时，驱动电路120向距离测量电路50输出响应信号。其后，距离测量电路50测量直到来自成像元件23的图像信号被输入所经过的时间。例如，该测量可以通过定时器来进行。基于测量的时间，距离测量电路50可以测量距对象物的距离。所测得的距离被输出到外部设备。

由光源113产生的激光301几乎是平行光，并且存在着当激光301照射到人时会对人造成伤害的可能性。当上述出射部111从光源装置110的封装错位时，激光301从发光装置10射出，并且发生安全上的问题。在图中的发光装置10中，可以通过光接收部114感测到出射部111已经错位。在出射部111以上述方式被配置为光源装置110的封装的情况下，激光301照射到光源装置110上，因此，在光源装置110的内部产生反射光303。然而，当出射部111错位时，不再产生反射光303，因此来自光接收部114的光接收信号也停止。驱动电路120在向光源113输出驱动信号时监视光接收信号的输入，从而能够在出射部111错位或其他情况下感测到异常。

当驱动电路120已经感测到出射部111的异常时，驱动电路120停止驱动光源113。由此，可以防止激光301被直接射出，从而提高安全性。注意，当驱动电路120已经感测到出射部111的异常时，驱动电路120还可以输出异常感测信号作为对距离测量电路50的响应信号。

注意，测距装置1的构成不限于该示例。例如，也可以被构造成由成像元件23控制驱动电路120。具体地，也可以被构造成由成像元件23向驱动电路120输出控制信号，并且来自驱动电路120的响应信号被输入到成像元件23。在这种情况下，距离测量电路50向成像元件23输出控制信号，以控制成像元件23。

通过配置保护罩100，可以进一步提高发光装置10的安全性。这是因为，通过配置保护罩100，可以防止使用者等接触出射部111，并且可以防止出射部111错位。

然而，配置保护罩100会增加光接收部114的误操作的可能性。具体地，当保护罩100反射激光301以产生反射光并且反射光被光接收部114感测时，即使在出射部111已经错位的情况下也输出光接收信号。例如，在为了光源装置110的防尘而使用配置在出射部111附近的具有相对较高透明度的窗部的保护罩100的情况下，窗部产生反射光303。在这种情况下，驱动电路120不可能感测到出射部111已经错位，并且从发光装置10发出危险的激光301。有鉴于此，形成开口部103，并且在允许扩散光302从其穿过的同时减少反射光。如上所述，通过将开口部103配置在出射部111的正上方并且使开口部103具有对应于扩散光302的出射角度的锥形形状，可以进一步减少保护罩100的反射。

此时，需要防止使用者等经由开口部103接触出射部111。这是用于防止毁坏保护罩100的效果。通常，诸如使用者等人用她/他的手指接触。通过在手指插入到开口部103中的情况下防止与出射部111接触，可以防止出射部111的损坏。

通过以这种方式配置保护罩100和配置用于感测出射部111的损坏的光接收部114，可以双重地确保安全性。

这里，照射激光的设备属于放射能源，并且为其规定了安全标准(IEC62368-1)。发光装置10需要符合IEC62368-1。根据IEC62368-1，放射能源取决于对人体的影响等分为1～3类。输出扩散光的发光装置10属于1类。在1类能源中可以省略用于保护人体免受伤害等危险的防护措施。通过使发光装置10符合1类能源，可以提高便利性。

然而，为了使发光装置10符合1类能源，其需要具有能量不超过在正常操作状态和异常操作状态下的1类的能量限度值并且能量不超过在单一故障状态下的2类的能量限度值的结构。这里，单一故障状态是其中设备具有单一故障的状态。例如，其中出射部111已经错位的发光装置10的状态对应于单一故障状态。在其中出射部111已经错位的单一故障状态下，光源113的激光301从发光装置10直接照射。在光源113属于能量超过2类的能量限度值的能源的情况下，需要加装保护装置。如前所述，通过配置包括开口部103的保护罩100可以感测单一故障状态并停止来自光源113的激光301的照射。

另外，IEC62368-1中还规定了对能源的可触及性。在IEC62368-1中定义了当人体可以触及时存在可触及性。另外，规定这种人体通过规定的探针的接触来表示。关于发光装置10，保护罩100的开口部103可能成为问题。即使在存在开口部103的情况下，其构成需要是其中不可触及出射部111的构成。这里，规定的探针是模仿人体手指制成的探针，并且其形状在IEC62368-1中规定。通过使开口部103成形为使得规定的探针不能接触出射部111，可以使发光装置10符合IEC62368-1。

[可触及性试验]

图4是示出根据本公开实施方案的可触及性试验的示例的图。该图是示出使用作为IEC62368-1中规定的探针的探针2的可触及性试验的状态的图。在图中，探头2呈前细的板状，并且其前端具有半圆形形状。保护罩100的开口部103需要被构造为使得探针2不会经由开口部103物理地干扰出射部111。另外，当30N的负荷被施加到探头2时，在出射部111未损坏的情况下，可以判定出射部111没有被触及。

[开口部的形状]

图5是示出根据本公开实施方案的保护罩的开口部的构成例的图。该图是示出探针2被压靠在开口部103上的状态的断面图。如图所示，探针2的前端具有半径为3.5mm的圆形形状。另外，假设光源装置110距基板30的高度为1.74mm。在出射部111的上表面和保护罩100的顶板之间的垂直距离等于或大于1.0mm的情况下，通过将开口部103的宽度设定为4.6mm，在探针2的前端和出射部111之间的距离可以为约0.7mm。在图中，垂直距离被设定为1.06mm。由此，可以实现其中探头2不会物理地干扰出射部111的构成。

注意，该图示出了将探针2的前端压靠在矩形形状的开口部103上使得探针2的前端平行于开口部103的边的情况的示例。在探针2的前端的厚度较薄的情况下，在探针2的前端压靠在开口部103上使得探针2的前端平行于开口部103的对角方向的情况下，探针2的前端和出射部111之间的距离变得最短。在这种情况下，开口部103的对角方向的宽度为约6.5mm，并且探针2的前端和出射部111之间的距离为约0.55mm。即使在这种情况下，也可以实现其中探头2不会物理地干扰出射部111的构成。

即，通过配置边长等于或短于4.6mm的矩形形状的开口部103可以实现没有可触及性的构成。注意，即使在施加30N的负荷的情况下，通过使保护罩100的开口部103的偏斜小于0.55mm也可以防止对出射部111的损坏。由此，可以使发光装置10符合有关IEC62368-1中的可触及性的要求。

如上所说明的，根据本公开实施方案的发光装置10可以通过在保护罩100中配置开口部103来防止在已经感测到出射部111已经错位时的误操作。可以使发光装置10符合IEC62368-1中的1类设备。另外，通过将开口部10邻近出射部111配置并且还将开口部103成形为使得防止模拟人的手指的探针接触出射部111，可以使发光装置10符合关于IEC62368-1中的可触及性的规定。

<2.变形例>

尽管上述实施方案的保护罩100具有配置在其中的矩形形状的锥形开口部103，但是也可以在其中配置具有其他形状的开口部103。

[开口部的形状]

图6是示出根据本公开实施方案的变形例的保护罩的开口部的构成例的图。图中的A是示出具有圆形形状且具有锥形形状的开口部105的示例的图。通过使直径φ小于5.1mm，开口部105可以被构造为使得在可触及性试验中使用的探针2不会物理地干扰出射部111。另外，图中的B是示出具有圆筒形断面形状的开口部106的示例的图。类似于参照图2说明的保护罩100，开口部106的开口宽度d可以等于或小于4.6mm。

在其他方面，测距装置1的构成类似于本公开第一实施方案中说明的测距装置1的构成，因此省略其说明。

最后，上述各实施方案的说明是本发明的示例，并且本公开并不限于上述实施方案。因此，当然地，可以根据设计等进行各种变化，只要这些变化在不背离根据本公开的技术思想的范围内即可，即使变化在上述各实施方案以外。

另外，本说明书中记载的效果仅用于说明的目的，并且本公开的效果不限于这些。另外，可能还存在其他效果。

另外，上述实施方案中的附图是示意图，并且各部分的尺寸比例等不必须与实际比例等相符。另外，当然地，尺寸关系或比例也可能包括各图之间的差异。

注意，本技术还可以具有以下构成。

(1)一种覆盖光源装置的保护罩，所述光源装置包括：光源；将所述光源的光转换为扩散光而出射光的出射部；以及感测由所述出射部反射的所述光源的光的光接收部，其中，

所述保护罩包括开口部，所述开口部邻近所述出射部配置并且具有允许出射的光透过且防止人的手指接触所述出射部的形状。

(2)根据(1)所述的保护罩，其中，

所述开口部具有防止IEC62368-1中规定的模仿人的手指制成的探针接触所述出射部的形状。

(3)根据(1)或(2)所述的保护罩，其中，

所述开口部具有矩形形状。

(4)根据(3)所述的保护罩，其中，

所述开口部具有边长小于4.6mm的矩形形状。

(5)根据(1)或(2)所述的保护罩，其中，

所述开口部具有圆形形状。

(6)根据(5)所述的保护罩，其中，

所述开口部具有直径小于5.1mm的圆形形状。

(7)根据(1)～(6)中任一项所述的保护罩，其中，

所述开口部的端部和所述出射部之间的垂直距离大于1mm。

(8)根据(1)～(7)中任一项所述的保护罩，其中，

所述开口部具有锥形形状。

(9)根据(1)～(8)中任一项所述的保护罩，其中，

所述保护罩包括遮挡出射的光的构件。

(10)一种发光装置，包括：

光源装置，所述光源装置包括：光源；将所述光源的光转换为扩散光而出射光的出射部；以及感测由所述出射部反射的所述光源的光的光接收部；和

保护罩，所述保护罩覆盖所述光源装置并且包括开口部，所述开口部邻近所述出射部配置并且具有允许出射的光透过且防止人的手指接触所述出射部的形状。

(11)根据(10)所述的发光装置，还包括：

驱动所述光源装置的驱动电路。

[附图标记列表]

1：测距装置

2：探针

10：发光装置

20：光接收装置

23：成像元件

30：基板

50：距离测量电路

100：保护罩

103、105、106：开口部

110：光源装置

111：出射部

112：壳体

113：光源

114：光接收部

120：驱动电路

Claims (11)

1.一种覆盖光源装置的保护罩，所述光源装置包括：光源；将所述光源的光转换为扩散光而出射光的出射部；以及感测由所述出射部反射的所述光源的光的光接收部，其中，

所述保护罩包括开口部，所述开口部邻近所述出射部配置并且具有允许出射的光透过且防止人的手指接触所述出射部的形状。

2.根据权利要求1所述的保护罩，其中，

所述开口部具有防止IEC62368-1中规定的模仿人的手指制成的探针接触所述出射部的形状。

3.根据权利要求1所述的保护罩，其中，

所述开口部具有矩形形状。

4.根据权利要求3所述的保护罩，其中，

所述开口部具有边长等于或小于4.6mm的矩形形状。

5.根据权利要求1所述的保护罩，其中，

所述开口部具有圆形形状。

6.根据权利要求5所述的保护罩，其中，

所述开口部具有直径等于或小于5.1mm的圆形形状。

7.根据权利要求1所述的保护罩，其中，

所述开口部的端部和所述出射部之间的垂直距离大于1mm。

8.根据权利要求1所述的保护罩，其中，

所述开口部具有锥形形状。

9.根据权利要求1所述的保护罩，其中，

所述保护罩包括遮挡出射的光的构件。

10.一种发光装置，包括：

光源装置，所述光源装置包括：光源；将所述光源的光转换为扩散光而出射光的出射部；以及感测由所述出射部反射的所述光源的光的光接收部；和

保护罩，所述保护罩覆盖所述光源装置并且包括开口部，所述开口部邻近所述出射部配置并且具有允许出射的光透过且防止人的手指接触所述出射部的形状。

11.根据权利要求10所述的发光装置，还包括：

驱动所述光源装置的驱动电路。

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