CN109521627B - 光学投影模组及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种光学投影模组及其工作方法，光学投影模组包括激光光源，用于发射光束，所述光束包括能量为E1的第一光束；准直透镜组件，用于准直所述激光光源发射的光束；光学衍射器件，光学衍射器件，用于接收经所述准直透镜组件准直后的光束并投射固定光斑；接收模块，接收所述光学衍射器件投射的固定光斑以判断所述光学衍射器件工作是否正常，以控制所述激光光源的发光状态。本发明的光学投影模组及其控制方法，通过将激光光源分块形成主、副激光器或新增一个副激光器，利用小功率的副激光器照射光学衍射器件，然后通过接收模块，先判断光学衍射器件是否工作正常，如果发生异常则关闭激光光源，避免光学衍射器件射出的局部激光较强而对人体造成伤害。
Description
技术领域
本发明涉及电子产品技术领域，特别是涉及一种光学投影模组及其工作方法。
背景技术
目前，结构光技术已经日渐发展成为一种相对成熟的立体成像技术，可应用于人脸识别、人机交互、三维空间扫描等领域。结构光技术的基本工作原理是光学投影模组投射具备一定结构化的光图案，比如分散的随机散射斑点，将这些随机性的散射斑点投射到物体表面，再通过图像采集装置采集投射到物体表面的散射斑点，然后根据计算，就能得出物体的深度信息，实现人脸识别、人机交互、三维空间扫描等功能。
图1为现有技术中光学投影模组的工作示意图。如图1a所示，光学投影模组包括激光光源11、准直透镜13以及光学衍射器件(DOE)15，激光光源11(例如VCSEL)发出的光经准直透镜13接收，准直形成平行光束并向外投射，然后经光学衍射器件(DOE)15对经准直透镜所投射的平行光束进行分散形成分布较为均匀的结构化的光斑，如图1b所示。然而，如图2a所示，当光学衍射器件15出现异常(例如破裂、有水珠或脏污)时，就无法对激光进行有效衍射，导致衍射光线异常、光斑分布不均匀，如图2b所示，出现光学衍射器件15局部激光能量骤然变强的情况，处理不当，则会对人体造成伤害，现有的光学投影模组不具有检测光学衍射器件是否工作正常的功能。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够监测光学衍射器件是否正常的光学投影模组及其工作方法。
一方面，本发明实施例提供一种光学投影模组，包括激光光源，用于发射光束，所述光束包括能量为E1的第一光束，其中，所述第一光束符合激光对人体安全标准；准直透镜组件，准直所述激光光源发射的光束；光学衍射器件，接收经所述准直透镜组件准直后的光束并投射光斑；接收模块，接收光斑；判断模块，电连接于接收模块，用于根据接收模块接收的光斑判断所述光学衍射器件工作是否正常。
本发明的一个实施例中，所述接收模块接收光斑包括通过图像传感器形成光斑图像；所述判断模块根据接收模块接收的光斑判断所述光学衍射器件工作是否正常包括根据所述光斑图像判断所述光学衍射器件工作是否正常。
本发明的一个实施例中，若所述光斑图像中光斑分布均匀，则判断模块判断所述光学衍射器件工作正常，若所述光斑图像中光斑集中分布在局部区域，则判断模块判断所述光学衍射器件工作异常。
本发明的一个实施例中，所述激光光源包括主激光光源和副激光光源，所述副激光光源发射能量为E1的第一光束。
本发明的一个实施例中，所述激光光源的功率可调，所述激光光源以相应功率发射能量为E1的第一光束。
本发明的一个实施例中，所述光学投影模组还包括控制模块，所述控制模块与所述判断模块和所述激光光源电连接，在判断模块判断所述光学衍射器件工作异常时，所述控制模块控制所述激光光源停止工作；在判断模块判断所述光学衍射器件工作正常时，所述控制模块控制所述激光光源正常工作。
本发明的一个实施例中，在判断模块判断所述光学衍射器件工作正常时，所述控制模块控制所述激光光源正常工作具体包括，当所述激光光源包括主激光光源和副激光光源，所述主激光光源和所述副激光光源同时工作或仅所述主激光光源工作；当激光光源的功率可调时，所述激光光源以大于发射第一光束的功率工作。
本发明的一个实施例中，所述接收模块包括滤光片、CMOS传感器、以及接收镜头。
本发明的另一个方面提供上述光学投影模组的工作方法，包括以下步骤：
开启激光光源，所述激光光源发射能量为E1的第一光束，其中，第一光束符合激光对人体安全标准；
所述第一光束经所述准直透镜组件准直后，再经所述光学衍射器件投射光斑；
所述接收模块接收所述光学衍射器件投射的光斑；
所述判断模块据接收模块接收的光斑判断所述光学衍射器件工作是否正常。
本发明的一个实施例中。所述光学投影模组还包括控制模块，所述方法还包括如下步骤：
当所述判断模块判断所述光学衍射器件工作异常时，控制所述激光光源停止工作；在判断模块判断所述光学衍射器件工作正常时，所述控制模块控制所述激光光源正常工作。
本发明的光学投影模组及其工作方法，通过激光光源先发射符合激光对人体安全标准的第一光束，经准直透镜组件准直，光学衍射器件衍射后投射光斑，接收模块接收光斑后，判断模块根据接收模块接收的光斑情况判断该光学衍射器件是否正常，从而监测出异常的光学衍射器件，避免异常光束对人体造成伤害。同时由于是利用符合激光对人体安全标准的第一光束来监测光学衍射器件是否工作正常的，即使发现光学衍射器件异常，由于第一光速符合激光对人体安全标准，并不会对人员造成伤害。
附图说明
图1a为现有技术中光学投影模组结构示意图。
图1b为现有技术中光学衍射器件正正常工作时，投射的光斑示意图。
图2a为现有技术中光学衍射器件异常时的光学投影模组结构示意图。
图2b为现有技术中光学衍射器件异常时，投射的光斑示意图。
图3为本发明一实施例提供的光学投影模组的剖视图。
图4为图3所示光学投影模组的结构框图。
图5为本发明一实施例提供的光学投影模组的激光光源示意图。
图6为本发明实施例提供的光学投影模组的工作方法的流程图。
图7为本发明另一实施例提供的光学投影模组的工作方法的流程图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术方式及功效，以下结合附图及实施例，对本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
如图3至图4所示，本发明一实施例提供一光学投影模组，包括激光光源22，发射光束，所发射的光束包括能量为E1的第一光束，其中，第一光束符合激光对人体安全标准；准直透镜组件23，准直所述激光光源22发射的光束；光学衍射器件24，接收经准直透镜组件23准直后的光束并投射光斑，接收模块25，用于接收光斑；判断模块26，电连接于接收模块25，用于根据接收模块25接收的光斑判断光学衍射器件24工作是否正常。
在本发明的一个实施例中，光学投影模组还包括镜筒27和底座28。
具体地，镜筒27设于底座28上，激光光源22、准直透镜组件23和光学衍射器件24均设于镜筒27内，其中激光光源22设于底座28上，准直透镜组件23设于激光光源22上方，光学衍射器件24设于准直透镜组件23上方且位于镜筒27的顶部。接收模块25设于底座28上并与镜筒27间隔，判断模块26，电连接于接收模块25。
激光光源22例如可为垂直共振腔表面发射激光器(VCSEL)，也可以是平行共振腔表面发射激光器，光学衍射器件24例如为表面微刻结构衍射元件。
本发明实施例中，将准直透镜组件23和光学衍射器件24依次设于激光光源22的光路上，激光光源22发出的光束先经准直透镜组件23准直，光学衍射器件24衍射后形成散射光斑，也就是将平行光束转换为散射光斑向一定的空间投射，位于该一定空间的物体会反射光斑。接收模块25接收位于该一定空间物体上反射回来的光斑，判断模块26根据该接收模块25接收的光斑判断光学衍射器件24工作是否正常。
需要说明的是，本发明实施例中，第一光束符合激光对人体安全标准，具体是指，第一光束不会对人体造成任何伤害，例如第一光束E1符合IEC标准EN60825-1:2007的Class1等级。
具体地，由于能量高度集中的激光光束有可能对人体造成伤害，如眼睛或皮肤。根据激光对人体的危险度分类，国际电子技术委员会IEC(International ElectrotechicalCommission)对激光设备的安全性，按其激光输出值的大小进行了分类。具体地，IEC标准EN60825-1:2007将激光设备分为七个等级，分别称为Class1、Class1M、Class2、Class2M、Class3R、Class3B、Class4。其中，Class1为低输出激光(功率小于0.4mW)，不论何种条件下对眼睛和皮肤都没有影响，甚至通过光学系统聚焦后也不会对人的眼睛和皮肤造成影响，没有生物危害性。Class2为低输出的可视激光(功率0.4mW-1mW)，不会灼伤皮肤，不会引起火灾。通常1mW以下的激光，会导致晕眩无法思考。Class3中输出激光，光束若直接射入眼睛，会产生伤害。因此，本发明的一个实施例中，第一光束例如符合Class1等级，当然，并不以此为限，在个别情况，第一光束例如可以是Class1M或Class2等级的光束。
在本发明一个实施例中，接收模块25接收光斑包括通过图像传感器形成光斑图像。具体地，例如，在一个实施例中，如图3所示，接收模块25包括滤光片251、图像传感器253以及接收镜头255，其中图像传感器253例如为CMOS图像传感器，滤光片251能够过滤一定波段的光线，避免不必要的光线射向图像传感器，对图像传感器的成像造成干扰。接收镜头255设于滤光片251和CMOS传感器253之间，接收模块25通过CMOS图像传感器将接收到的位于该一定空间的物体反射回来的光斑形成光斑图像，具体地，形成的光斑图像可以是显示在屏幕上、投影显示在投影底板上，或者打印在纸上，当然，光斑图像也可以不显示，仅形成对应的供判断模块判断的图像信号；判断模块26根据接收模块25接收的光斑判断光学衍射器件24是否工作正常包括根据光斑图像判断光学衍射器件24是否工作正常。若光斑图像中光斑分布均匀，则判断模块26判断光学衍射器件24工作正常，若光斑图像中光斑集中分布在局部区域，则判断模块26判断光学衍射器件24工作异常。具体地，例如，若接收模块25形成的光斑图像分布相对均匀，如图1b所示，则判断模块26判断光学衍射器件24工作正常；若接收模块25形成的光斑图像的局部区域相对集中，如图2b所示，则判断模块26判断光学衍射器件24工作异常。
本发明实施例中，激光光源22先发射符合激光对人体安全标准的第一光束，经准直透镜组件23准直，光学衍射器件24衍射后向一定的空间投射光斑，接收模块25接收位于该一定空间的物体反射的光斑后，判断模块26根据接收模块25接收的光斑情况判断光学衍射器件24是否正常，从而监测出异常的光学衍射器件，避免异常光束对人体造成伤害，同时由于是利用符合激光对人体安全标准的第一光束来监测光学衍射器件是否工作正常的，因此，即使发现光学衍射器件异常，由于第一光速符合激光对人体安全标准，并不会对人员造成伤害。
在本发明一个实施例中，如图5所示，激光光源22包括主激光光源222和副激光光源224，其中，副激光光源224发射第一光束，具体地，主激光光源222和副激光光源224可以为两个单独的激光光源，副激光光源224例如为小功率的激光光源，发射符合对人体安全标准的第一光束；主激光光源222和副激光光源224也可以是同一个激光光源进行分块，例如对同一激光光源进行分区域控制，主区域可视为主激光光源222，副区域可视为副激光光源224，可单独控制主、副区域激光的发射功率或发光强度，从而能够使副激光光源224发射符合对人体安全的第一光束。当然，在本发明的其它实施例中，激光光源22可以为本身功率大小可调的激光光源，当激光光源22的功率调小到相应值时，能够发射符合对人体安全的光束，例如，调节激光光源22的功率小于0.4mW，激光光源22以小于0.4mW的功率发射第一光束E1。
在本发明的一个实施例中，如图4所示，光学投影模组还包括控制模块29，控制模块29与判断模块26和激光光源22电连接，在判断模块26判断光学衍射器件24工作异常时，控制模块29控制激光光源22停止工作；在判断模块26判断光学衍射器件24工作正常时，控制模块29控制激光光源22正常工作。
具体地，若判断模块26判断所述光学衍射器件24工作正常时，判断模块26将该光学衍射器件24正常工作的信息反馈给控制模块29，控制模块29控制激光光源22正常工作，其中，激光光源22正常工作具体包括，若激光光源22包括主激光光源222和副激光光源224，主激光光源222和副激光光源224同时工作或仅主激光光源222工作。此时可以理解，激光光源22发射的光束为能量为其他值的第二光束，该第二光束可以包括能量为E1的第一光束，也可以不包括能量E1的第一光束，准直透镜组件23准直激光光源22发射的所有光束；若激光光源22本身为功率大小可调的激光光源，控制模块29控制所述激光光源22正常工作具体是指激光光源22以大于发射第一光束时的功率工作，当然，并不以此为限。
若判断模块26判断所述光学衍射器件24工作异常时，判断模块26将该光学衍射器件24异常的信息反馈给控制模块29，控制模块29控制激光光源22关闭，使光学投影模组停止工作，从而避免从光学衍射器件24射出的异常激光对人体造成伤害。
具体地，判断模块26例如可以是数字信号处理器(Digital signal processer；DSP)，或者为图像信号处理器(Image signal processer；ISP)用于处理和判断接收模块形成的光斑图像，进而进一步判断光学衍射器件24是否工作正常，当然，并不以此为限，也可以是别的实现判断功能的电路模块。
本发明的另一方面，提供上述光学投影模组的工作方法，具体地，如图6所示，本发明实施例提供的光学投影模组的工作方法，包括以下步骤：
S10：开启激光光源22，激光光源22发射能量为E1的第一光束，其中，第一光束E1符合激光对人体安全标准；
具体地，在本发明的一个实施例中，激光光源22可以为包括主激光光源222和副激光光源224的激光光源：该主激光光源222和副激光光源224例如为两个单独的激光光源，或者为同一个激光光源经过分区域控制形成的主激光光源222和副激光光源224，此时，激光光源22发射第一光束具体可为副激光光源224发射第一光束，该第一光束符合激光对人体安全标准，具体是指第一光束不会对人体造成任何伤害，例如第一光束符合IEC标准EN60825-1:2007的Class1等级。
在本发明的另一实施例中，激光光源22可以为一个本身功率大小可调的激光光源，当激光光源22的功率调小到相应值时，能够发射符合对人体安全的光束，例如，调节激光光源22的功率小于0.4mW，激光光源22以小于0.4mW的功率发射第一光束。此时，激光光源22发射第一光束具体可为激光光源22以小于0.4mW的功率发射的第一光束。
S20：第一光束经准直透镜组件23准直后，再经光学衍射器件24投射光斑；
具体地，将准直透镜组件23和光学衍射器件24依次设于激光光源22的光路上，激光光源22发出的第一光束先经准直透镜组件23准直，光学衍射器件24衍射后形成散射光斑，并向一定的空间投射该散射光斑。
S30：接收模块25接收光学衍射器件24投射的光斑；
具体地，向一定的空间投射的散射光斑经位于该一定空间的物体反射后，由接收模块25接收，接收模块25可通过例如CMOS图像传感器对光斑成像，形成光斑图像。
S40：判断模块26根据接收模块25接收的光斑判断所述光学衍射器件24工作是否正常。
具体地，判断模块26与接收模块25电连接，并根据接收模块25形成的光斑图像判断衍射器件是否正常工作。
例如，当光学衍射器件24破裂或有脏污、水滴等异物时，光学衍射器件24的至少部分区域的衍射结构无法正常工作而使至少部分光线不经衍射，直接从光学衍射器件24射出，相应地，接收模块25形成的光斑图像则至少在局部区域相对集中分布，此时判断模块26根据接收模块25接收到的光斑判断光学衍射器件24工作不正常。当光学衍射器件24工作正常时，光学衍射器件24将从准直透镜组件23出射的平行光线转换为散射光斑，光学衍射器件24的出射光较为均匀地射向其正前方以及侧周，此时接收模块25接收到分布均匀的散射光斑，此时，判断模块26根据接收模块25接收到的光斑判断光学衍射器件24工作正常。
在本发明别的实施例中，光学投影模组还包括控制模块29，光学投影模组的工作方法还进一步包括步骤S50：
当所述判断模块26判断衍射光学器件24工作异常时，控制模块29控制所述激光光源22停止工作；在判断模块26判断衍射光学器件24工作正常时，控制模块29控制所述激光光源22正常工作。
具体地，控制模块29分别和判断模块26和激光光源22电连接，当判断模块26判断出光学衍射器件24工作异常时，会将该光学衍射器件24工作异常的信息反馈给控制模块29，此时控制模块29发出指令，控制激光光源22停止工作，由此避免异常光束对人体造成伤害的情况出现。当判断模块26判断衍射光学器件24工作正常时，控制模块29控制激光光源22正常工作，具体地，激光光源22正常工作具体包括，若激光光源22包括主激光光源222和副激光光源224，主激光光源222和副激光光源224同时工作或仅主激光光源222工作。此时可以理解，激光光源22发射的光束为能量为其他值的第二光束，该第二光束可以包括能量为E1的第一光束，也可以不包括能量E1的第一光束，准直透镜组件23准直激光光源22发射的所有光束；若激光光源22本身为功率大小可调的激光光源，控制模块29控制所述激光光源22正常工作具体是指激光光源22以大于发射第一光束E1时的功率工作，当然，并不以此为限。
本发明的光学投影模组及其工作方法，通过激光光源先发射能量符合激光对人体安全标准的第一光束，经准直透镜组件准直，光学衍射器件衍射后投射光斑，接收模块接收光斑后，判断模块根据接收模块接收的光斑情况判断该光学衍射器件是否正常，从而监测出异常的光学衍射器件，避免异常光束对人体造成伤害。由于是利用符合激光对人体安全标准的第一光束来监测光学衍射器件是否工作正常的，即使发现光学衍射器件异常，由于第一光束符合激光对人体安全标准，并不会对人员造成伤害。。
以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (8)
1.一种光学投影模组，其特征在于，包括
激光光源(22)，用于发射光束，所述光束包括能量为E1的第一光束，其中，所述第一光束符合激光对人体安全标准；
准直透镜组件(23)，准直所述激光光源(22)发射的光束；
光学衍射器件(24)，接收经所述准直透镜组件(23)准直后的光束并投射光斑；
接收模块(25)，接收光斑，所述接收模块(25)接收光斑包括通过图像传感器形成光斑图像；
判断模块(26)，电连接于接收模块(25)，用于根据接收模块(25)接收的光斑判断所述光学衍射器件(24)工作是否正常，所述判断模块(26)根据接收模块(25)接收的光斑判断所述光学衍射器件(24)工作是否正常包括根据所述光斑图像判断所述光学衍射器件(24)工作是否正常；
所述光学投影模组还包括控制模块(29)，所述控制模块(29)与所述判断模块(26)和所述激光光源(22)电连接，在判断模块(26)判断所述光学衍射器件(24)工作异常时，所述控制模块(29)控制所述激光光源(22)停止工作；在判断模块(26)判断所述光学衍射器件(24)工作正常时，所述控制模块(29)控制所述激光光源(22)正常工作，所述控制模块(29)控制所述激光光源(22)正常工作具体为：控制所述激光光源(22)发射能量为E2的第二光束，E2不等于E1。
2.如权利要求1所述的光学投影模组，其特征在于，若所述光斑图像中光斑分布均匀，则判断模块(26)判断所述光学衍射器件(24)工作正常，若所述光斑图像中光斑集中分布在局部区域，则判断模块(26)判断所述光学衍射器件(24)工作异常。
3.如权利要求1所述的光学投影模组，其特征在于，所述激光光源(22)包括主激光光源(222)和副激光光源(224)，所述副激光光源(224)发射能量为E1的第一光束。
4.如权利要求1所述的光学投影模组，其特征在于，所述激光光源(22) 的功率可调，所述激光光源(22)以相应功率发射能量为E1的第一光束。
5.如权利要求1所述的光学投影模组，其特征在于，在判断模块(26)判断所述光学衍射器件(24)工作正常时，所述控制模块(29)控制所述激光光源(22)正常工作具体包括，当所述激光光源(22)包括主激光光源(222)和副激光光源(224)，所述主激光光源(222)和所述副激光光源(224)同时工作或仅所述主激光光源(222)工作；当激光光源(22)的功率可调时，所述激光光源(22)以大于发射第一光束的功率工作。
6.如权利要求1所述的光学投影模组，其特征在于，所述接收模块(25)包括滤光片(251)、CMOS传感器(253)、以及接收镜头(255)。
7.一种如权利要求1所述的光学投影模组的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
开启激光光源(22)，所述激光光源(22)发射能量为E1的第一光束，其中，第一光束符合激光对人体安全标准；
所述第一光束经所述准直透镜组件(23)准直后，再经所述光学衍射器件(24)投射光斑；
所述接收模块(25)接收所述光学衍射器件(24)投射的光斑；
所述判断模块(26)据接收模块(25)接收的光斑判断所述光学衍射器件(24)工作是否正常；
在判断模块(26)判断所述光学衍射器件(24)工作异常时，所述控制模块(29)控制所述激光光源(22)停止工作；在判断模块(26)判断所述光学衍射器件(24)工作正常时，所述控制模块(29)控制所述激光光源(22)正常工作，所述控制模块(29)控制所述激光光源(22)正常工作具体为：控制所述激光光源(22)发射能量为E2的第二光束，E2不等于E1。
8.如权利要求7所述的工作方法，其特征在于，所述光学投影模组还包括控制模块(29)，所述方法还包括如下步骤：
当所述判断模块(26)判断所述光学衍射器件(24)工作异常时，控制所述激光光源(22)停止工作；在判断模块(26)判断所述光学衍射器件(24)工作正常时，所述控制模块(29)控制所述激光光源(22)正常工作。
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