CN107860558A - 衍射光学元件监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种衍射光学元件监测装置，包括：衍射光学元件(DOE)，由至少一片透明基片刻蚀而成，并且所述透明基片的上表面和/或下表面刻有衍射光栅，用于衍射入射光源发出的光束；透明导电薄膜，附着于所述DOE的表面，具有电阻属性；监测控制单元，通过导线与所述透明导电薄膜连接，用于监测所述透明导电薄膜的电阻变化，以判断所述DOE的完整性并进行相应的安全控制。本发明还提出一种衍射光学元件监测方法，本发明的衍射光学元件监测装置及方法，能够持续及时的对DOE完整性做出合理的评估并进行相应的安全控制，以确保DOE始终在安全的状况下工作。

Description

衍射光学元件监测装置及方法

技术领域

本发明涉及衍射光学领域，尤其涉及一种衍射光学元件监测装置及方法。

背景技术

光学投影系统被广泛应用于物体的三维扫描、空间三维重建、人机交互等领域。光学投影系统通过投射编码或结构化的特殊光图案，对目标物体的空间信息进行标记，为后期图像采集装置的信息采集以及三维重建提供准备工作。

用于投射结构光的光学投影系统一般包括光源、准直透镜以及衍射光学元件(DOE)。其中，DOE用于分束、重叠光源发射的光束，以获得分布均匀且不相关的特殊图案化光束，是整个光学投影系统的核心部件。此外，DOE的好坏也会直接影响光学投影系统所投射的光图案的质量，DOE性能越好，光图案的分别率越高、对比度越强。光学投影系统所投射的光图案质量越好，图像采集装置捕捉到的图案化信息越清晰、越准确，则后期处理器对物体三维重建的精度、准确度越高。

然而，随着光学投影系统使用时间的增加，光学元件难免会出现不同程度的老化、变形或者损坏现象，尤其是DOE。因为DOE密封于光学投影系统中，散热不佳的情况下，DOE非常容易出现老化、变形或者损坏的现象。DOE的老化、变形或者损坏问题，会影响到DOE衍射光束的能力。当DOE衍射光束能力的下降时，光学投影系统所投射的图案化光束，其均匀度和对比度也会出现不同程度的下降，甚至伴随着严重的零级衍射光束。所谓零级衍射光束指的是射向衍射光学元件的光束中，存在着一部份光束没有被衍射并且继续穿过衍射光学元件进入目标空间，即没有被衍射光学元件衍射便直接进入目标空间的那一部分光束为零级衍射光束。零级衍射光束的能量往往比高阶衍射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。

为了确保光学投影系统始终符合激光安全标准，实时监测并判断DOE的完整性是非常有必要的。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术无法及时判断DOE老化、变形或者损坏的技术问题，本发明提出一种衍射光学元件监测装置及方法。

本发明的衍射光学元件监测装置，包括：衍射光学元件(DOE)，由至少一片透明基片刻蚀而成，并且所述透明基片的上表面和/或下表面刻有衍射光栅，用于衍射入射光源发出的光束；透明导电薄膜，附于所述DOE的表面，具有电阻属性；监测控制单元，与所述透明导电薄膜电连接，用于监测所述透明导电薄膜的电阻变化，以判断所述DOE的完整性并进行相应的安全控制。

在优选的实施方式中，所述监测控制单元中预设安全阈值区间，当所述透明导电薄膜的电阻超过所述安全阈值区间时，所述监测控制单元进行相应的安全控制。所述安全控制包括发出所述DOE损坏的风险提示信息或关闭所述入射光源或者降低所述入射光源的发光功率。

在优选的实施方式中，当所述透明基片的上表面或下表面刻有衍射光栅时，所述透明导电薄膜附于所述衍射光栅的表面，或者附于所述透明基片的上表面和下表面，或者附于所述透明基片的整个表面；当所述透明基片的上表面和下表面均刻有衍射光栅时,所述透明导电薄膜附于至少一个所述衍射光栅的表面或者附于所述透明基片的整个表面。

在优选的实施方式中，所述DOE由一片透明基片刻蚀而成；其中，所述透明基片的上表面和下表面均刻有衍射光栅。所述透明导电薄膜通过导线串联或者并联在含有所述监测控制单元的控制电路中。

在优选的实施方式中，所述DOE包括垫片和两片透明基片；所述垫片设置在所述两片透明基片之间，用于固定并分隔所述两片透明基片；所述透明基片的上表面或者下表面刻有衍射光栅。所述透明导电薄膜通过导线串联或者并联在含有所述监测控制单元的控制电路中。

在优选的实施方式中，所述DOE包括垫片、两片或者两片以上的所述透明基片，并且至少一片透明基片的上表面和下表面均刻有衍射光栅；所述垫片设置在所述透明基片之间，用于固定并分隔所述透明基片。所述透明导电薄膜通过导线以并联和/或串联的方式接入含有所述监测控制单元的控制电路中。

本发明还提出一种衍射光学元件监测方法，包括以下步骤：首先，在衍射光学元件(DOE)的表面附上透明导电薄膜，所述透明导电薄膜具有电阻属性，所述DOE由至少一片透明基片刻蚀而成，并且所述透明基片的上表面和/或下表面刻有衍射光栅，用于衍射入射光源发出的光束；然后，通过监测所述透明导电薄膜的电阻变化来判断所述DOE的完整性并进行相应的安全控制。

在优选的实施方式中，所述监测控制单元中预设安全阈值区间，当所述透明导电薄膜的电阻超过所述安全阈值区间时，所述监测控制单元进行相应的安全控制。所述安全控制包括发出所述DOE损坏的风险提示信息和关闭所述入射光源或者降低所述入射光源的发光功率。

与现有技术相比，本发明的有益效果有：

本发明的衍射光学元件监测装置及方法，通过在衍射光学元件(DOE)的表面附着上具有电阻属性的透明导电薄膜，然后通过实时监测所述透明导电薄膜的电阻变化，可以持续及时的对DOE完整性做出合理的评估并进行相应的安全控制，以确保DOE始终在安全的状况下工作。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的单一衍射光栅DOE监测装置示意图。

图2(a)是根据本发明一个实施例的分立式双衍射光栅DOE监测装置串联示意图。

图2(b)是根据本发明一个实施例的分立式双衍射光栅DOE监测装置并联示意图。

图3(a)是根据本发明一个实施例的单片式双衍射光栅DOE监测装置串联示意图。

图3(b)是根据本发明一个实施例的单片式双衍射光栅DOE监测装置并联示意图。

图4(a)是根据本发明一个实施例的分立式多衍射光栅DOE监测装置串并联示意图。

图4(b)是根据本发明一个实施例的分立式多衍射光栅DOE监测装置串并联示意图。

图5(a)是根据本发明一个实施例的DOE监测控制流程图。

图5(b)是根据本发明一个实施例的电压阈值区间示意图。

图6(a)是根据本发明一个实施例的DOE监测控制流程图。

图6(b)是根据本发明一个实施例的电流阈值区间示意图。

图7(a)是根据本发明一个实施例的DOE监测控制流程图。

图7(b)是根据本发明一个实施例的电阻阈值区间示意图。

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做进一步详细说明。其中相同的附图标记表示相同的部件，除非另外特别说明。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。

下面结合附图通过具体实施例对本发明进行详细的介绍，以使更好的理解本发明，但下述实施例并不限制本发明范围。另外，需要说明的是，下述实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构思，附图中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形状、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。

需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

图1是根据本发明实施例的一种单一衍射光栅DOE监测装置示意图。本实施例中，该DOE监测装置包括：DOE10、透明导电薄膜20以及监测控制单元50。

其中，DOE10可以由一片透明基片加工而成，透明基片的材质可以是玻璃或者高分子聚合物。一种实施方式中，DOE10的上表面或下表面刻蚀有衍射光栅，用于分束、重叠入射的光束，以获取预设的光图案。本实施例中，预设的光图案包括分布均匀但不相关的二维散斑图案、条纹图案等其他编码、结构化光图案。需要说明的是，本发明所说的DOE的下表面是指靠近入射光束的表面，上表面是指靠近衍射光束的表面。在实际应用中，假设DOE是一个六面体，则在其六个面中，对入射光束的衍射起到影响作用的，首先是刻有衍射光栅的表面，其次是与刻有衍射光栅的表面相对的一面，然后DOE的其余四个表面。在本发明的以下实施例中，如果透明基片的上表面或下表面刻有衍射光栅时，则透明导电薄膜可以通过蒸镀或贴附等相关可行的工艺均匀、紧密地附着于衍射光栅的表面(即上表面或下表面)，也可以附着于衍射光栅的表面及与其相对的表面(即透明基片的上表面和下表面)，为了严谨起见，也可以附着于透明基片的整个表面，并且当透明导电薄膜附着于DOE的上表面和下表面，或者附着于DOE的整个表面时，透明导电薄膜按照整体来看，其整体电阻即是DOE的电阻；而当所述透明基片的上表面和下表面均刻有衍射光栅时,为了便于分辨具体是哪个刻有衍射光栅的表面出了问题，则在上下表面的衍射光栅上均附着有透明导电薄膜。

如图1所示，透明导电薄膜20均匀地附着于DOE10上表面和下表面，具有灵敏的电阻属性。在其他实施例中，透明导电薄膜20还可以均匀地附着于DOE10的整个表面或者均匀地附着于衍射光栅的表面，在此不再赘述。并且需要注意的是，透明导电薄膜20对红外光束或者其他特定波段的光束具有较高的透射率；此外，透明导电薄膜20对DOE10衍射效率不会造成实质性影响。一种实施方式中，该透明导电薄膜20的电阻率为5.12*10^-2Ωcm，可以是对红外光束具有85％透射率的宽带隙氧化物薄膜，例如：ITO(氧化铟锡)或CTO(Cd₂SnO₄锡酸镉薄膜)或CIO(CdIn₂O₄偏铟酸镉薄膜)薄膜等。

其中，监测控制单元50包括恒定电流源、电压计以及处理器等(具体图中未标明)；或者在另一种等效实施例中，监测控制单元50也可以包括恒定电压源、电流计以及处理器等(具体图中未标明)；或者在又一等效实施例中，监测控制单元50还包括电阻测量仪以及处理器(具体图中未标明)，用于实时监测透明导电薄膜20的电阻变化，以实现对DOE10完整性的间接判断。

一种实施方式中，如图1所示，透明导电薄膜20通过金属导线5接入监测控制单元50中，监测控制单元50对透明导电薄膜20的电阻进行实时监测，进而实现对DOE10完整性的间接判断，具体可以理解为：当DOE10保持完好无损时，透明导电薄膜20紧密附着于DOE10的上表面和下表面，此时，透明导电薄膜20按照整体来看，其整体电阻即是DOE10的电阻。DOE10设定的初始电阻R10可以认为是基本保持不变的，即使受到温度影响R10也是在一个合理的范围内(安全阈值区间)波动(不小于R1且不大于R2)；当DOE10出现老化、变形或者损坏时，附着在DOE10表面的透明导电薄膜20会出现松动、龟裂、脱落等现象，从而导致透明导电薄膜20的电阻属性发生变化，进而影响DOE10的电阻R10，如果DOE10的电阻R10超出了预设的安全阈值区间[R1,R2],即R10<<R1或者R10>>R2。此时，DOE10有可能存在损坏的风险，监测控制单元50应当及时发出DOE10损坏的风险提示信息以及关闭入射光源或者降低入射光源的发光功率。

图2(a)和图2(b)是根据本发明实施例的一种分立式双衍射光栅DOE监测装置示意图。本实施例中，该DOE监测装置包括DOE11、DOE12、第一透明导电薄膜21、第二透明导电薄膜22、垫片40以及监测控制单元50。

其中，如图2(a)和图2(b)所示，DOE11的上表面刻有第一衍射光栅，DOE12的下表面刻有第二衍射光栅，需要理解的是，第一衍射光栅与第二衍射光栅仅用于功能性的区分，不应理解为先后顺序的排列；

其中，如图2(a)和图2(b)所示，透明导电薄膜21均匀地附着于DOE11的上表面和下表面，透明导电薄膜22均匀地附着于DOE12的上表面和下表面，在其他实施例中，透明导电薄膜21还可以均匀地附着于DOE11的整个表面或者均匀地附着于第一衍射光栅的表面，透明导电薄膜22还可以均匀地附着于DOE12的整个表面或者均匀地附着于第二衍射光栅的表面，在此不再赘述。

其中，如图2(a)和图2(b)所示，DOE11与DOE12之间还设置了垫片40；垫片40可以是两片规格一致的胶片或绝缘贴片，也可以是一片环状的一体胶片或者绝缘贴片，用于分立DOE11与DOE22；DOE11、垫片40以DOE12之间可以通过胶合的方式相互固定并构成一个整体的DOE单元。

参阅图2(a),一种实施方式中，第一透明导电薄膜21(如上所述，此处透明导电薄膜21应该按照整体来看，其整体电阻即是DOE11的电阻)与第二透明导电薄膜22(如上所述，此处透明导电薄膜22应该按照整体来看，其整体电阻即是DOE12的电阻)串联连接，并通过金属导线5接入监测控制单元50中，检测控制单元50对第一透明导电薄膜21与第二透明导电薄膜22串联后的总电阻Rs₁进行实时监测,进而实现对DOE11与DOE12完整性的间接判断。为了便于理解，假设第一透明导电薄膜21的电阻为R21；第二透明导电薄膜22的电阻为R22。当DOE11、DOE12完好无损时，即第一透明导电薄膜21与第二透明导电薄膜22没有出现脱落、变形或者龟裂的现象，监测控制单元50监测到的总电阻Rs₁满足Rs₁＝R21+R22。需要强调的是，由于温度会对透明导电薄膜的电阻产生影响，因此需要预设一个安全阈值区间[Rs₀,Rs₂]，当Rs₀<Rs₁<Rs₂时,仍认为DOE11与DOE12保持良好的完整性。当DOE11或/和DOE12出现老化、变形、损坏时，附着于DOE11与DOE12表面的导电薄膜也会出现开裂或者扭曲情况，从而导致监测控制单元50监测到的总电阻Rs₁发生变化，总电阻Rs₁变化情况可以包括Rs₁＝0、Rs₁>Rs₂或者Rs₁<Rs₀三种情况，出现这三种情况中的任何一种情况时，监测控制单元50均应当及时发出DOE损坏的风险提示信息或者关闭入射光源或者降低入射光源的发光功率。

参阅图2(b),另一种实施方式中，第一透明导电薄膜21(如上所述，此处透明导电薄膜21应该按照整体来看，其整体电阻即是DOE11的电阻)与第二透明导电薄膜22(如上所述，此处透明导电薄膜22应该按照整体来看，其整体电阻即是DOE12的电阻)并联连接，并且通过金属导线接入监测控制单元50中，检测控制单元50对第一透明导电薄膜21与第二透明导电薄膜22并联后的总电阻Rc₁进行实时监测,进而实现对DOE11与DOE12完整性的间接判断。为了便于理解，同样假设第一透明导电薄膜21的电阻为R21；第二透明导电薄膜22的电阻为R22，则当DOE11、DOE12完好无损时，监测控制单元50监测到的总电阻Rc₁满足Rc₁＝R21*R22/(R21+R22)。需要强调的是，考虑到温度会对透明导电薄膜的电阻造成影响，同样预设了一个安全阈值区间[Rc₀,Rc₂]，当Rc₀<Rc₁<Rc₂时,仍认为DOE11与DOE12保持良好的完整性。当DOE11或/和DOE12出现老化、变形、损坏时，附着于DOE11与DOE12表面的导电薄膜也会出现开裂或者扭曲情况，从而导致监测控制单元50监测到的总电阻Rc₁发生变化，总电阻Rc₁变化情况可以包括Rc₁＝0、Rc₁＝R21、Rc₁＝R22、Rc₁>Rc₂或者Rc₁<Rc₀这五种情况。当Rc₁＝0时，表明第一透明导电薄膜21与第二透明导电薄膜22都出现了开裂现象，即DOE11与DOE12可能存在同时损坏的风险；当Rc₁＝R21时，即第二透明导电薄膜出现开裂现象，此时DOE12可能存在损坏的风险；同理，当Rc₁＝R2时，DOE11可能存在损坏的风险。如果监测控制单元50监测到DOE单元两端的总电阻Rc₁出现上述五种情况中的任何一种情况时，监测控制单元50均应当及时发出DOE损坏的风险提示信息或者关闭入射光源或者降低入射光源的发光功率。

图3(a)和图3(b)是根据本发明实施例的一种单片式双衍射光栅DOE监测装置示意图。本实施例中，该DOE监测装置包括：DOE13、第一透明导电薄膜23、第二透明导电薄膜24以及监测控制单元50。

其中，DOE13与DOE10类似，都是由玻璃或者高分子聚合物材质的透明基片加工刻蚀而成，区别在于，DOE13的下表面和上表面分别刻蚀了第一衍射光栅与第二衍射光栅，需要强调的是，第一、第二衍射光栅仅起到功能性区分，不应理解为先后排列顺序；

其中，第一衍射光栅表面附着有第一透明导电薄膜23，第二衍射光栅表面附着有第二透明导电薄膜24。

参阅图3(a),一种实施方式中，第一透明导电薄膜23与第二透明导电薄膜24串联连接，并通过金属导线接入监测控制单元50中。该实施方式与图2(a)实施方式类似，都是通过监测控制单元26对第一透明导电薄膜23与第二透明导电薄膜24串联的总电阻Rs₁进行实时监测，以实现对DOE13完整性的间接判断。具体的监测、判断过程，此处不再重复叙述。

参阅图3(b),另一种实施方式中，第一透明导电薄膜23与第二透明导电薄膜24并联连接，并通过金属导线接入监测控制单元50中。该实施方式与图2(b)实施方式类似都是通过监测控制单元26对第一透明导电薄膜23与第二透明导电薄膜24并联后的总电阻Rc₁进行实时监测，以实现对DOE13完整性的间接判断。具体的监测、判断过程，此处不再重复叙述。

此外，在某些等效实施方式中，图3(a)和图3(b)所述的单片式双衍射光栅DOE，仅需对其第一衍射光栅表面或第二衍射光栅表面附着透明导电薄膜，并通过监测控制单元对透明导电薄膜电阻进行实时监测，亦能很好地判断DOE的完整性。因为该DOE作为一个整体存在，当某一衍射光栅出现问题，会直接导致整个DOE的形状发生变化，从而导致附着的透明导电薄膜的电阻发生变化。

区别于图2(a)和图2(b)所示的实施例，图3(a)和图3(b)所示的实施例仅包含了一片DOE13，但是该DOE13上下表面均刻有衍射光栅，一定程度上，为了提升光学投影系统的结构紧凑性，单片双衍射光栅的DOE13是可以替代图2(a)和图2(b)所示的分立式双衍射光栅DOE的。

图4(a)和图4(b)是根据本发明实施例的一种分立式多衍射光栅DOE监测装置示意图；其中，图4(a)为分立式三衍射光栅的DOE监测装置示意图，图4(b)为分立式四衍射光栅的DOE监测装置示意图。该实施例中的DOE监测装置与图2实施例的DOE监测装置基本类似，同样是由两个相互分立的DOE、垫片40、透明导电薄膜以及监测控制单元构成，区别在于，该实施例中的分立式DOE，至少有一个DOE的上表面和下表面均刻有衍射光栅。透明导电薄膜均匀、紧密附着于DOE表面，透明导电薄膜之间通过串联或/和并联的方式连接，然后再接入监测控制单元中，监测控制单元通过监测透明导电薄膜电阻的变化，实现DOE完整性的间接判断。

如图4(a)所示，该实施例中，DOE16的上表面刻有第一衍射光栅，DOE17的下表面和上表面分别刻有第二衍射光栅和第三衍射光栅。应当理解的是，DOE16与DOE17表面刻的第一、第二和第三衍射光栅仅用功能性区分，不代表先后顺序，其具体分布方式可以根据实际情况做出相应调整。在一些等效的实施方式中，DOE16的下表面刻有第一衍射光栅，DOE17的下表面和上表面分别刻有第二衍射光栅和第三衍射光栅；或者DOE16的上、下表面分别刻有第一衍射光栅和第二衍射光栅，DOE17的上表面或下表面刻有第三衍射光栅。

如图4(a)所示，对于DOE16，透明导电薄膜25均匀地附着于DOE16的上表面和下表面，在其他实施例中，透明导电薄膜25还可以均匀地附着于DOE16的整个表面或者均匀地附着于衍射光栅的表面，在此不再赘述。对于DOE17，透明导电薄膜26和透明导电薄膜27分别均匀地附着于DOE17的第二衍射光栅和第三衍射光栅的表面。为了便于理解，假设第一透明导电薄膜25(如上所述，此处透明导电薄膜25应该按照整体来看，其整体电阻即是DOE16的电阻)的电阻为R25，第二透明导电薄膜26的电阻为R26，第三透明导电薄膜27的电阻为R27。

一种实施方式中(图中未示出)，第一透明导电薄膜25、第二透明导电薄膜26以及第三透明导电薄膜27相互串联连接，并通过金属导线5接入监测控制单元50中，此时监测控制单元50监测到DOE装置的总电阻Rss₁满足Rss₁＝R25+R26+R27。预设安全阈值区间[Rss₀,Rss₂]并判断Rss₁是否落在安全阈值区间内；当Rss₀<Rss₁<Rss₂时，认为DOE16与DOE17保持良好的完整性；当Rss₁＝0或者Rss₁<Rss₀又或者Rss₂<Rss₁时，则认定DOE16与DOE17可能存在损坏的风险，应当及时发出DOE损坏的风险提示信息以及关闭入射光源或者降低入射光源的发光功率。

一种等效的实施方式中(图中未示出)，第一透明导电薄膜25、第二透明导电薄膜26以及第三透明导电薄膜27之间相互并联连接，并通过金属导线5接入监测控制单元50中，此时监测控制单元50监测到DOE装置的总电阻Rcc₁满足1/Rcc₁＝1/R25+1/R26+1/R27。预设安全阈值区间[Rcc₀,Rcc₂]并判断Rcc₁是否落在安全阈值区间内；当Rcc₀<Rcc₁<Rcc₂时，认为DOE16与DOE17保持良好的完整性；当Rcc₁＝0或1/Rcc₁＝1/R26+1/R27或1/Rcc₁＝1/R25+1/R27或1/Rcc₁＝1/R25+1/R26或Rcc₁<Rcc₀又或者Rcc₂<Rcc₁时，则认定DOE16与DOE17可能存在损坏的风险，应当及时发出DOE损坏的风险提示信息以及关闭入射光源或者降低入射光源的发光功率。

其中，当Rcc₁＝0时，可以认定DOE16与DOE17均存在损坏的风险；当1/Rcc₁＝1/R26+1/R27时，可以认定DOE16存在损坏的风险，而DOE17保持良好的完整性；同理当1/Rcc₁＝1/R25+1/R27或1/Rcc₁＝1/R25+1/R26时，可以认定DOE17存在损坏的风险，而DOE16保持良好的完整性。如此，针对监测控制单元监测到的总电阻值的变化情况，还可以准确推算出DOE中具体哪一个或多个衍射光栅存在损坏风险。

又一种等效的实施方式中(图中未示出)，第一透明导电薄膜25与第二透明导电薄膜26可以先并联连接，随后再与第三透明导电薄膜27串联连接，最后再通过金属导线5接入监测控制单元50中。此时监测控制单元50监测到的总电阻Rsc₁满足Rsc₁＝R25*R26/(R25+R26)+R27。类似地，第一透明导电薄膜25与第三透明导电薄膜27可以先并联连接，随后再与第二透明导电薄膜26串联连接，最后再通过金属导线5接入监测控制单元50中，此时监测控制单元50监测到DOE装置的总电阻Rsc₁满足Rsc₁＝R25*R27/(R25+R27)+R26；

又一种等效的实施方式中，如图4(a)所示，第二透明导电薄膜26与第三透明导电薄膜27可以先并联连接，随后再与第一透明导电薄膜25串联连接，最后再通过金属导线5接入监测控制单元50中，此时监测控制单元50监测到DOE装置的总电阻Rsc₁满足Rsc₁＝R26*R27/(R26+R27)+R25。通过判断Rsc₁与预设安全阈值区间[Rsc₀，Rsc₂]的关系，可以间接判断DOE16或者DOE17的完整性，当Rsc₁超过了安全阈值区间时，应当及时发出DOE损坏的风险提示信息以及关闭入射光源或者降低入射光源的发光功率。

类似地，如图4(b)所示，该实施例中，DOE18的下表面和上表面分别刻有第一、第二衍射光栅，DOE19的下表面和上表面分别刻有第三、第四衍射光栅。第一、第二、第三以及第四衍射光栅表面分别附着有第一透明导电薄膜28、第二透明导电薄膜29、第三透明导电薄膜30以及第四透明导电薄膜31。为了便于理解，假设第一、第二、第三、第四透明导电薄膜的电阻分别为R28、R29、R30以及R31。

一种实施方式中，第一、第二、第三以及第四透明导电薄膜串联连接，并通过金属导线接入监测控制单元50中，此时监测控制单元50监测到的总电阻Ra₁满足Ra₁＝R28+R29+R30+R31，预设安全阈值区间[Ra₀,Ra₂]并判断Ra₁是否落在安全阈值区间内，可以间接判断DOE18与DOE19的完整性，具体分析过程如上所述，此处不再重复叙述。

类似地，一种等效实施方式中，第一、第二、第三以及第四透明导电薄膜之间采用两两并联的方式接入监测控制单元50中，即监测控制单元50监测到的总电阻Rb₁满足1/Rb₁＝1/R28+1/R29+1/R30+1/R31。通过对比判断Rb₁与预设的安全阈值区间[Rb₀,Rb₂]的关系，可以间接判断DOE18与DOE19的完整性，具体分析过程如上所述，此处不再重复叙述。

类似地，另一种等效实施方式中，第一、第二、第三以及第四透明导电薄膜之间还可以采用并联与串联相结合的方式接入监测控制单元中，具体包括超过10种不同的组合方式。优选地，第一与第二透明导电薄膜并联连接，第三与第四透明导电薄膜并联连接，然后再通过金属导线将两并联后的透明导电薄膜首尾相接，以串联的方式接入监测控制单元50中，此时监测控制单元50监测到的总电阻Rab₁满足Rab₁＝R28*R29/(R28+R29)+R30*R31/(R30+R31)。通过对比判断Rab₁与预设的安全阈值区间[Rab₀,Rab₂]的关系，可以间接判断DOE18与DOE19的完整性，具体分析过程可以参与图4(a)相应的实施方式，此处不再重复叙述。

针对分立式多衍射光栅DOE的监测，在DOE的衍射光栅表面附着上透明导电薄膜，并通过金属导线将透明导电薄膜灵活接入监测控制单元中，这样设置的好处是，不同导电薄膜之间可以灵活采用并联和/或串联的连接方式接入监测控制单元中。此外，针对监测控制单元监测到的总电阻值的变化情况，还可以准确推算出DOE中具体哪一个或哪几个衍射光栅存在损坏风险。

针对两个或者两个以上的多衍射光栅DOE的监测，根据本发明的另一等效实施方式中，该DOE监测装置包括多个监测控制单元50，一个监测控制单元50只针对某一特定衍射光栅表面的完整性进行监测，即一个监测控制单元50只针对附着于某一特定衍射光栅表面的透明导电薄膜的电阻变化进行监测。

针对两个或者两个以上的多衍射光栅DOE的监测，根据本发明的又一等效实施方式中，该DOE监测装置也可以仅包括一个监测控制单元50，但是该监测控制单元50针对每一个衍射光栅表面完整性的监测过程是相互独立的，即监测控制单元50可以通过时序开关电路分别独立地对每一个附着于衍射光栅表面的透明导电薄膜的电阻变化进行监测。

针对两个或者两个以上衍射光栅的DOE监测，上述提及的两种实施方式，这样设置的好处是，可以直接精确快速地监测出DOE中具体哪一个或多个衍射光栅存在损坏风险的衍射光栅面。

下文中，图5(a)和图5(b)实施例是通过监测透明导电薄膜电压变化的方式间接判断DOE完整性的工作流程图；图6(a)和图6(b)实施例是通过监测透明导电薄膜电流变化的方式间接判断DOE完整性的工作流程图；图7(a)和图7(b)实施例是直接通过电阻测量仪监测透明导电薄膜电阻变化的方式间接判断DOE完整性的工作流程图。

为了便于理解，仅以图1实施例中的单一衍射光栅DOE的监测过程为例，对DOE的监测流程图进行具体说明，应该理解的是，该实施例仅用于举例说明，不能理解为对本发明的限制。

图5(a)和图5(b)是根据本发明实施例的一种DOE监测流程图。在本实施例中，监测控制单元50包括恒定电流源、电压计和处理器，其中，图5(a)为根据本发明的监测控制单元50的一种工作流程图，图5(b)预设了电压阈值上限U2和电压阈值下限U1，通过监测透明导电薄膜电压U0的变化情况间接判断DOE是否损坏。参阅图1，结合欧姆定律U＝I*R，当电流一定时，透明导电薄膜20的电阻变化会反映到其两端的电压值的变化，监测控制单元50通过恒定电流源向透明导电薄膜20提供持续的恒定电流I0(第一步step1)；与此同时，监测控制单元50的电压计通过并联的方式接入透明导电薄膜20所在的电路中，用于实时获取透明导电薄膜20两端的电压信号并反馈给监测控制单元50的处理器(第二步step2)；监测控制单元50的处理器通过比较算法，判断透明导电薄膜20两端的电压U0是否越过了预设的电压阈值上限U2或电压阈值下限U1(第三步step3)；参阅图5(b)，当透明导电薄膜20两端的电压U0在预设电压阈值区间内，即U1<U0<U2，表明DOE10仍保持良好的工作状态，此时监测控制单元50返回第二步step2，并继续保持对DOE10的监测；当透明导电薄膜20两端的电压U0<U1或者U2<U0时，监测控制单元50的处理器发出提示DOE10损坏的信息(第四步step4)，并关闭入射光源或者降低入射光源的发光功率(第五步step5)。

在本发明的变通实施例中，图6(a)和图6(b)是根据本发明实施例的另一种DOE监测流程图，在本实施例中，监测控制单元50包括恒定电压源、电流计和处理器。参阅图1，结合欧姆定律U＝I*R，当电压一定时，透明导电薄膜20的电阻变化会反映到经过其两端的电流值的变化，其中，图6(a)为监测控制单元50的工作流程图；图6(b)预设了电流阈值上限I2和电流阈值下限I1，通过监测透明导电薄膜20电流I0的变化幅度间接判断DOE20是否损坏。图6实施例的监测过程与图5实施例大体一致，区别在于，监测控制单元50通过恒定电压源向透明导电薄膜20两端提供恒定的电压U0；与此同时，监测控制单元50的电流计通过串联的方式接入透明导电薄膜20所在的电路中，用于实时获取透明导电薄膜20两端的电流信号并反馈给监测控制单元50的处理器；监测控制单元50的处理器通过比较算法对比、分析电流I0与阈值区间I1-I2之间的关系，间接判定DOE10的完整性。该实施例中，当I0<I1或者I0>I1时，监测控制单元50的处理器发出提示DOE10损坏的信息(第四步step4)，并关闭入射光源或者降低入射光源的发光功率(第五步step5)。

在本发明的又一变通实施例中，图7(a)和图7(b)是根据本发明实施例的另一种DOE监测流程图，在本实施例中，监测控制单元50包括电阻测量仪和处理器。其中，图7(a)为监测控制单元50的工作流程图；图7(b)预设了电阻阈值上限R2和电流阈值下限R1，通过监测透明导电薄膜20电阻R10的变化幅度间接判断DOE20是否损坏。一种实施方式中，电阻测量仪直接监测透明导电薄膜20的电阻变化，并将监测到的电阻信息反馈给处理器；处理器通过简单的对比算法，计算并衡量透明导电薄膜20的电阻值R10是否越过了预设的电阻区间[R1,R2]，进而间接判断DOE10是否保持良好的工作状态。此外，针对DOE10可能存在损坏风险的状况，处理器及时发出风险提示信息以及关闭入射光源或者降低入射光源的发光功率。

针对分立式多衍射光栅的DOE监测，图5(a)和图5(b)-图7(a)和图7(b)实施例的监测流程图同样具有相似的效果，区别在于，分立式衍射光栅的DOE监测具有更为复杂的判断关系，DOE监测控制单元的处理器的判断方式更为复杂和具有多样性。

区别于现有技术，本发明提及的DOE监测装置，其有益效果是：监测控制单元对DOE完整性的评估判断是通过实时监测附着于DOE表面的透明导电薄膜两端的电压/电流/电阻变化状况间接实现的。预设了安全阈值区间，当透明导电薄膜的电压/电流/电阻越过安全阈值区间的上限或者下限时，监测控制单元发出DOE损坏提示信号，并且通过相关控制电路停止光源继续向DOE发射光束或者降低入射光源的发光功率。该DOE监测装置可以持续及时的对DOE完整性做出合理的评估，以确保DOE始终在安全的状况下工作。

在本发明的基础上，采用其他现有技术中的监测仪器监测DOE表面透明导电薄膜电压/电流/电阻变化的相关实施方案，均属于对本案的简单变形或变换，落入本案的保护范围。

本发明中提及的DOE监测装置中，以上所描述的硬件安装方法都不应该视为对本发明的限制，所需硬件只需满足本发明所述的顺序安装即可，其具体安装方式可采用现有技术中可实现的安装方式。

需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本发明的目的。

上述根据本发明的方法可在硬件、固件中实现，或者被实现为可存储在记录介质(诸如CD ROM、RAM、软盘、硬盘或磁光盘)中的软件或计算机代码，或者被实现通过网络下载的原始存储在远程记录介质或非暂时机器可读介质中并将被存储在本地记录介质中的计算机代码，从而在此描述的方法可被存储在使用通用计算机、专用处理器或者可编程或专用硬件(诸如ASIC或FPGA)的记录介质上的这样的软件处理。可以理解，计算机、处理器、微处理器控制器或可编程硬件包括可存储或接收软件或计算机代码的存储组件(例如，RAM、ROM、闪存等)，当所述软件或计算机代码被计算机、处理器或硬件访问且执行时，实现在此描述的处理方法。此外，当通用计算机访问用于实现在此示出的处理的代码时，代码的执行将通用计算机转换为用于执行在此示出的处理的专用计算机。

以上内容是结合具体的优选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技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种衍射光学元件监测装置，其特征在于，包括：

衍射光学元件(DOE)，由至少一片透明基片刻蚀而成，并且所述透明基片的上表面和/或下表面刻有衍射光栅，用于衍射入射光源发出的光束；

透明导电薄膜，附于所述衍射光学元件的表面，具有电阻属性；

监测控制单元，与所述透明导电薄膜电连接，用于监测所述透明导电薄膜的电阻变化，以判断所述衍射光学元件的完整性并进行相应的安全控制。

2.如权利要求1所述的衍射光学元件监测装置，其特征在于，所述监测控制单元中预设安全阈值区间，当所述透明导电薄膜的电阻超过所述安全阈值区间时，所述监测控制单元进行相应的安全控制。

3.如权利要求2所述的衍射光学元件监测装置，其特征在于，所述安全控制包括发出所述衍射光学元件损坏的风险提示信息或者关闭所述入射光源或者降低所述入射光源的发光功率。

4.如权利要求1-3任一所述的衍射光学元件监测装置，其特征在于，当所述透明基片的上表面或下表面刻有衍射光栅时，所述透明导电薄膜附于所述衍射光栅的表面，或者附于所述透明基片的上表面和下表面，或者附于所述透明基片的整个表面；当所述透明基片的上表面和下表面均刻有衍射光栅时,所述透明导电薄膜附于至少一个所述衍射光栅的表面或者附于所述透明基片的整个表面。

5.如权利要求4所述的衍射光学元件监测装置，其特征在于，所述衍射光学元件由一片透明基片刻蚀而成；其中，所述透明基片的上表面和下表面均刻有衍射光栅。

6.如权利要求4所述的衍射光学元件监测装置，其特征在于，所述衍射光学元件包括垫片和两片透明基片；所述垫片设置在所述两片透明基片之间，用于固定并分隔所述两片透明基片；所述透明基片的上表面或者下表面刻有衍射光栅。

7.如权利要求5或6所述的衍射光学元件监测装置，其特征在于，所述透明导电薄膜通过导线串联或者并联在含有所述监测控制单元的控制电路中。

8.如权利要求4所述的衍射光学元件监测装置，其特征在于，所述衍射光学元件包括垫片、两片或者两片以上的所述透明基片，并且至少一片透明基片的上表面和下表面均刻有衍射光栅；所述垫片设置在所述透明基片之间，用于固定并分隔所述透明基片。

9.如权利要求8所述的衍射光学元件监测装置，其特征在于，所述透明导电薄膜通过导线以并联和/或串联的方式接入含有所述监测控制单元的控制电路中。

10.一种衍射光学元件监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

在衍射光学元件(DOE)的表面附上透明导电薄膜，所述透明导电薄膜具有电阻属性，所述衍射光学元件由至少一片透明基片刻蚀而成，并且所述透明基片的上表面和/或下表面刻有衍射光栅，用于衍射入射光源发出的光束；

通过监测所述透明导电薄膜的电阻变化来判断所述衍射光学元件的完整性并进行相应的安全控制。