[发明专利]激光投影装置及其安全控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学、光电子学领域，尤其涉及一种激光投影装置及其安全控制方法。

背景技术

激光投影装置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。激光投影装置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。

用于投射结构光的激光投影装置一般包括光源、准直透镜以及衍射光学元件(DOE)。其中，准直透镜用于接收、汇聚光源发射的光束，并向外发射平行光束；其中，DOE用于接收准直透镜发射的平行光束，并将平行光束进行分束、重叠，以获得分布均匀且不相关的特殊图案化光束。准直透镜与DOE均是整个激光投影装置的重要光学元件。此外，准直透镜与DOE的好坏也会直接影响激光投影装置所投射的光图案的质量，准直透镜与DOE性能越好，激光投影装置投射的光图案的畸变越小、像差越小、分辨率越高、对比度越强。激光投影装置投射的高质量光图案，有利于图像采集装置精准捕捉到投射于物体表面的光图案，以便为处理器提供准确的点云信息。

然而，随着激光投影装置使用时间的增加，光学元件难免会出现不同程度的老化、变形或者损坏现象，尤其是准直透镜与DOE。因为准直透镜与DOE密封于激光投影装置中，散热不佳的情况下，准直透镜与DOE非常容易出现老化、变形或者损坏的现象。当准直透镜出现老化、变形或者损坏时，准直透镜汇聚、准直光束的能力会变差，使得射向DOE的光束平行性变差，甚至还会引入各种像差、畸变等；而DOE的老化、变形或者损坏，则会影响到DOE衍射光束的能力。当DOE衍射光束能力的下降时，激光投影装置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。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的激光投影装置在使用过程中出现的激光安全问题，提出一种激光投影装置及其安全控制方法。

本发明的激光投影装置，包括光源，用于发射光束；准直透镜，用于汇聚所述光源发射的光束，并投射平行光束；衍射光学元件(DOE)，接收、分束所述平行光束，并投射图案化光束；透明导电薄膜，附着于所述准直透镜和/或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，用于实时监测所述透明导电薄膜之间的电压信号/电流信号/电阻信号，间接判断准直透镜和/或DOE的完整性并进行相应的安全控制。

在优选的实施方式中，所述监测控制单元预设安全阈值区间，当所述透明导电薄膜之间的电压信号/电流信号/电阻信号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。优选地，所述安全控制包括发出所述准直透镜和/或所述DOE损坏的风险提示信息或者关闭所述光源或者降低所述光源的发光功率。

在优选的实施方式中，所述透明导电薄膜包括第一透明导电薄膜以及第二透明导电薄膜；所述第一透明导电薄膜附着于所述准直透镜的表面，所述第二透明导电薄膜附着于所述DOE的表面。优选地，所述第一透明导电薄膜与所述第二透明导电薄膜并联或串联连接，并通过导线接入所述监测控制单元中。在优选的实施方式中，所述监测单元分别独立地对所述第一透明导电薄膜和所述第二透明导电薄膜之间的电压信号/电流信号/电阻信号进行监测。

在优选的实施方式中，所述监测控制单元包括：恒流源，向所述第一透明导电薄膜和/或第二透明导电薄膜提供恒定的电流；电压计，获取所述第一透明导电薄膜两端的电压模拟信号和/或所述第二透明导电薄膜两端的电压模拟信号，或者获取所述第一透明导电薄膜和所述第二透明导电薄膜并联或者串联后的总电压模拟信号；D/A转换电路，将所述电压计获取的电压模拟信号或者总电压模拟信号转换为电压数字信号；存储器，用于存储预设的安全阈值区间以及寄存实时监测到所述电压数字信号；CPU，用于判断实时监测到的所述电压数字信号是否越过所述预设的安全阈值区间，针对超出安全阈值区间的情况发出光源控制指令；光源控制电路，接收所述CPU发出的光源控制指令，关闭光源或者降低光源的发光功率。上述电压模拟信号和电压数字信号统称为电压信号。