一种检测单元的制作方法

本申请属于光学技术领域，尤其涉及一种检测单元。

背景技术：

现有的三维(threedimensional,3d)感测模组通常采用发射能量较集中的激光器作为光源来投射感测光图案，所以一旦设置在光源出光侧用于形成投射光图案的光学元件出现破损的话，高能量的激光会直接照射到使用者的眼睛上造成损害。

技术实现要素：

本申请所要解决的技术问题在于提供一种检测单元、光学装置及设备，可以检测出所述光学装置使用的光学元件是否完好而避免光源直接伤害到使用者眼睛。

本申请实施方式提供一种检测单元，用于检测一光学装置内设置的光学元件是否破损。所述光学装置包括光源及对应的光学元件。所述检测单元包括检测发光体、感测器及处理器。所述检测发光体向被测光学元件发出检测光束。所述感测器感测经被测光学元件反射回来的检测光束的光学特性。所述处理器与感测器相连接并根据感测器所感测到的检测光束的光学特性来判断被测光学元件是否存在瑕疵。

在某些实施方式中，所述处理器与光源相连接。若所感测的光学特性与标准光学特性相同或差异值在预设的误差范围内，则所述处理器判断被测光学元件为完好的，所述处理器让光源保持正常工作状态。若所述被测光学元件被判断为存在瑕疵，则所述处理器关闭光源。

在某些实施方式中，所述光源包括多个发光体。所述光源的部分发光体替代检测发光体的功能发出所述检测光束，而无需另设检测发光体。

在某些实施方式中，所述光源的多个发光体区分为用于形成光强均匀分布的泛光光束的一个或多个第一发光体以及用于形成能够投射出预设图案的图案光束的一个或多个第二发光体。所述第二发光体形成在所述光源的中部。所述第一发光体围绕在第二发光体对称分布，其中位于最外层的第一发光体用于替代检测发光体来发出检测光束。

在某些实施方式中，所述第一发光体及第二发光体形成在同一个半导体基底上，并被分别独立控制发光。

在某些实施方式中，所述第一发光体及第二发光体为垂直腔面发射激光器。

在某些实施方式中，所述检测单元还包括光学发散元件。所述光学发散元件设置在用于发出检测光束的一部分第二发光体的发光面上以将所述第二发光体的发光角度扩大，使得检测光束能够覆盖到整个被测光学元件。

在某些实施方式中，所述检测发光体设置在与被测光学装置的光源相同的平面上。

在某些实施方式中，所述感测器设置在与被测光学装置的光源相同的平面上。

本申请实施方式所提供的检测单元通过比对被测光学元件的光学特性以方便地检测出光学装置所使用的光学元件的完整度，从而防止光源从光学元件的瑕疵处透出而对使用者的眼睛造成伤害。

本申请实施方式的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请实施方式的实践了解到。

附图说明

图1是本申请第一实施方式提供的检测单元及第三实施方式提供的光学模组的结构示意图。

图2是本申请第二实施方式提供的检测单元的结构示意图。

图3是图2中所述光源的结构示意图。

图4是本申请第四实施方式提供的光学模组的结构示意图。

图5是本申请第五实施方式提供的感测装置的结构示意图。

图6是本申请第六实施方式提供的设备的结构示意图。

图7是本申请提供的一种检测方法的步骤流程图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或排列顺序。由此，限定有“第一”、“第二”的技术特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述技术特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定或限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体化连接；可以是机械连接，也可以是电连接或相互通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件之间的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或示例用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文仅对特定例子的部件和设定进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复使用参考数字和/或参考字母，这种重复使用是为了简化和清楚地表述本申请，其本身不指示所讨论的各种实施方式和/或设定之间的特定关系。此外，本申请在下文描述中所提供的各种特定的工艺和材料仅为实现本申请技术方案的示例，但是本领域普通技术人员应该意识到本申请的技术方案也可以通过下文未描述的其他工艺和/或其他材料来实现。

进一步地，所描述的特征、结构可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下文的描述中，提供许多具体细节以便能够充分理解本申请的实施方式。然而，本领域技术人员应意识到，即使没有所述特定细节中的一个或更多，或者采用其它的结构、组元等，也可以实践本申请的技术方案。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构或者操作以避免模糊本申请之重点。

如图1所示，本申请第一实施方式提供了一种检测单元1，用于检测一光学模组10内设置的光学元件12是否破损。所述光学模组10包括光源12及对应的光学元件14。所述光源12发出的光束经过光学元件14的调制后形成具有特定功能的光束投射出去。所述光学元件14包括但不限于准直元件、扩束元件及衍射光学元件(diffractiveopticalelements,doe)中的一种及其组合。

在本实施方式中，所述光学模组10为用于感测被测目标物三维数据的三维感测装置。所述光束根据感测原理及应用场景可以为具有特定波长的光束。例如，可以为红外或近红外光。

所述检测单元1包括检测发光体100、感测器102及处理器104。所述检测发光体100发出用于检测光学元件14的检测光束。所述检测光束发射至被测光学元件14以检测所述光学元件14的完整性。所述检测发光体100所发出光束的发散角度较大以覆盖整个光学元件14。对于所述检测发光体100的设置位置不做具体限制，只要所述检测发光体100所发出的光束朝向光学元件14并能够覆盖整个被测光学元件14即可。在本实施方式中，所述检测发光体100为发光二极管(light-emittingdiode,led)。所述led光源相较于vcsel光源的发散角度要大。所述检测发光体100设置在与被测光学模组10的光源12相同的平面上。所述检测发光体100所发出的检测光束的特性不做具体限制，只要可以被光学元件14反射并被感测到即可，可以是紫外光、可见光或红外光等。可以理解的是，也可以根据光学元件14的材料和表面形状选择所述检测光束的波长以使得所述光学元件14对检测光束的反射率最大化。

所述感测器102用于感测经被测光学元件14反射回来的检测光束的光学特性。若所述光学元件14完整无缺，则所述光学元件14对检测光束的反射情况保持一致，因此所述感测器102所感测到的检测光束的光学特性保持不变。若所述光学元件14上出现瑕疵，则所述光学元件14出现瑕疵的位置会影响对检测光束的反射，使得所述感测器102所感测到的检测光束的光学特性发生改变。对于所述感测器102的设置位置不做具体限制，只要所述感测器102可以接收到经被测光学元件14反射回来的检测光束即可。

所述光学特性指的是与光相关的不同属性，包括但不限于光的强度、波长、亮度、能量分布、所形成的图案中的一种及其组合。所述感测器102根据所感测的光学特性的不同类别可以包括但不限于光电二极管、光度计及图像传感器中的一种及其组合。

在本实施方式中，所述感测器102设置在与被测光学模组10的光源相同的平面上。所述感测器102与检测发光体100关于被测光学模组10的光源12对称分布以尽量保持相互之间的距离，可以使得所述感测器102在感测被光学元件14反射回来的检测光束时减少其受所述检测发光体100的发光影响。

可以理解的是，若所述被测光学模组10包括多个的光学元件14，则所述感测器102所感测的是所述多个光学元件14中的每一个光学元件14反射回来的各个次级反射光束叠加后的光学特性。其中任何一个光学元件14存在瑕疵都可以体现在整体反射光束的光学特性的变化上。

所述处理器104与感测器102相连接，用于根据感测器102所感测的检测光束的光学特性来判断所检测的光学元件14是否完整。例如，所述处理器104内预存有被测光学元件14完好情况下的标准光学特性。所述处理器104将感测到的检测光束经被测光学元件14反射后的光学特性与所述光学元件14的标准光学特性进行比较。若所感测的光学特性与标准光学特性相同或差异值在预设的误差范围内，则所述处理器102判断被测光学元件为完好的。若所感测的光学特性与标准光学特性的差异值超出误差范围，则所述处理器104判断被测光学元件存在瑕疵。

可以理解的是，所述处理器104还可以与所述光学模组10的光源12相连接，以根据上述判断结果来控制所述光源12的开启或关闭。若所述处理器104判断所述光学元件14为完好的，则让所述光源12保持正常工作状态。若所述处理器104判断所述光学元件14存在瑕疵，则关闭所述光源12或减弱所述光源的发光能量以避免光源12的高能量光束通过光学元件14上的瑕疵伤害到使用者的眼睛。

可以理解的是，所述处理器104可以设置在所述光学模组10内部，也可以设置在光学模组10外部，比如设在配置有所述光学模组10的设备上。所述处理器104可通过电路走线或无线传输的方式与所述感测器102实现连接。

如图2和图3所示，本申请第二实施方式提供了一种检测单元2，其与第一实施方式中的检测单元1基本相同，主要区别在于所述光学模组20的光源22包括多个发光体226和228，所述光源22的部分发光体226或228被兼用为检测发光体以朝向被测光学元件24发出检测光束，因此不需要另设专门的检测发光体。

在本实施方式中，所述光学模组20用于感测被测目标物的三维数据。所述光源22包括第一发射部220及第二发射部222。所述第一发射部220发出第一光束用于形成光强均匀分布的泛光光束。所述泛光光束投射至被测目标物上用于感测被测目标物的泛光图像。例如，所述泛光光束可用于感测所述被测目标物是否为人脸。所述第二发射部222发出的第二光束用于形成能够在被测目标物上投射出预设图案的图案光束。所述预设图案可被用于感测所述被测目标物的三维信息。

所述第一发射部220与第二发射部222形成在同一个半导体基底224上或相互连接以集成为整体结构。所述半导体基底224上定义出位于半导体基底224中部的第一发光区域221以及围绕所述第一发光区域221设置的第二发光区域223。

在本实施方式中，所述第一发射部220包括多个用于发射第一光束的第一发光体226。所述第二发射部222包括多个用于发射第二光束的第二发光体228。所述第一发光体226和第二发光体228形成在同一个半导体基底224上。所述第一发光体226在半导体基底224的第二发光区域223内按照预设的相同间隔均匀分布。所述第二发光体228在所述半导体基底224的第一发光区域221内不规则分布。

所述第一发光体226和第二发光体228可以为半导体激光器。优选地，在本实施方式中，所述第一发光体226和第二发光体228为垂直腔面发射激光器(verticalcavitysurfaceemittinglaser,vcsel)，在所述半导体基底224上通过光刻和蚀刻等工艺制成。所述第一发光体226发出的泛光光束和第二发光体228发出的图案光束均为波长相同的红外或近红外光线，波长范围为750nm至1650nm。

所述位于半导体基底224中部的第一发光区域221为矩形。所述第二发光区域223对应设置在第一发光区域221的四个边角处。所述第一发光体226在第二发光区域223的四个边角沿着第二发光区域223每个边角的两条侧边按照相同间隔均匀排布多层，所述第一发光区域221即为图3中所述虚线围成的包覆住第一发光区域102每一个直角的四个直角框条形区域。所述第二发光体228在第一发光区域221内不规则排布，用于发出具有不规则分布图案的第二光束。

所述半导体基底224上设置有与外部电路连接用于控制所述第一发光区域221内的发光体发光的第一焊盘225。所述半导体基底224上设置有与外部电路连接用于控制所述第二发光区域223内的发光体发光的第二焊盘227。所以，本实施方式中位于第一发光区域221内的第二发光体228以及位于第二发光区域223内的第一发光体226可通过不同的控制信号分别独立工作。

在本实施方式中，所述光源22中的部分第一发光体226兼用于发出检测光束，定义为复用发光体2261。所述复用发光体2261可优先选择为位于第二发光区域223最外侧的一圈第二发光体226。因本身作为光源22的vcsel所发出的是集中度较高的激光，为了能提高检测光束的发散角度和减少可能因外泄而造成的伤害，所述检测单元20还包括对应所述复用发光体2261设置的光学发散元件206。所述光学发散元件206用于将复用发光体2261的发光角度扩大以使得检测光束能够覆盖到整个被测光学元件24。所述光学发散元件206可以为微透镜阵列，对应设置在所述复用发光体2261的出光面上。

如图1和图2所示，本申请第三实施方式提供了一种光学模组10，可检测所使用的光学元件14的完整性。所述光学模组10包括光源12、光学元件14及如上述第一和第二实施方式所提供的检测单元1或2。所述光源12发出的光经过光学元件14的调制后形成具有特定功能的光束。所述检测单元1或2用于检测所述光学元件14的完整性。

在本实施方式中，所述光学元件14包括doe140和准直透镜142。所述光源12所发出的光经过准直透镜142的准直后打到doe140上，以通过doe140来形成光强度均匀分布的泛光光束和/或可投射出预设图案的图案光束。所述光学模组10的光路沿同一个方向，所述光源12和光学元件14的光轴相互重合并沿同一个方向延伸。

如图4所示，本申请第四实施方式提供了一种光学模组40，其与第三实施方式中的光学模组10基本相同，主要区别在于所述光学模组40的光路经过偏转，所述光源42沿第一方向x所发出的光束经过偏转后沿第二方向y投射出去。

在本实施方式中，所述光学元件44包括光路偏转件441和doe440。所述光路偏转件441包括沿光路依次设置的入光侧4410、反射面4412及出光侧4413。所述光源设置在入光侧4410，以沿第一方向x朝向光路偏转件441发光。所述光束经反射面4412反射后偏转至第二方向y并投射至设置在出光侧4413的doe440上。所述光路偏转件441可以为反射棱镜或反射平面镜。

可以理解的是，所述光学元件44还可以包括具有准直元件和/扩束元件。所述准直元件和/或扩束元件可对应设置在光路偏转件441的入光侧4410或出光侧4413处，或者还可以直接在所述光路偏转件441的入光侧4410表面或出光侧4413表面上形成具有准直和扩束功能的光学结构。

如图5所示，本申请第五实施方式提供一种感测装置50，其用于感测被测目标物的三维信息。所述空间信息包括但不限于被测目标物表面的三维信息、被测目标物在空间中的位置信息、被测目标物的尺寸信息等其他与被测目标物相关的三维立体信息。所感测到的被测目标物的空间信息可被用于识别被测目标物或构建被测目标物的三维立体模型。

所述感测装置50包括如上述第三至四实施例所提供的光学模组10及感测模组52。所述光学模组1用于投射特定光束至被测目标物上进行感测识别。所述感测模组52用于感测所述光学模组1在被测目标物上投射的特定图像并通过分析所述特定图像来感测被测标的物的相关空间信息。

在本实施方式中，所述感测装置52为感测被测目标物表面的三维信息并据此识别被测目标物身份的3d脸部识别装置。

如图6所示，本申请第六实施方式提供一种设备60，例如手机、笔记本电脑、平板电脑、触控交互屏、门、交通工具、机器人、自动数控机床等。所述设备包括至少一个上述第五实施方式所提供的感测装置50。在本实施方式中，所述感测装置50用于在被测目标物上投射出预设光图案以感测被测目标物的三维数据。所述设备60用于根据该感测装置50的感测结果来对应执行相应的功能。所述相应功能包括但不限于识别使用者身份后解锁、支付、启动预设的应用程序、避障、识别使用者脸部表情后利用深度学习技术判断使用者的情绪和健康情况中的任意一种或多种。

如图7所示，本申请还提供一种使用所述检测单元1检测光学模组10内的光学元件14完整度的检测方法，所述光学模组包括光源及上述光学元件。所述检测方法包括如下步骤：

步骤s01，发出检测光束照射整个被测光学元件。所述检测光束要求发散角度足够大，以完全覆盖整个被测光学元件。在本实施方式中，所述检测光束为红外或近红外光，波长范围为750nm至1650nm。

所述检测光束可以由发散角度较大的led发出。所述检测光束也可以由发光较集中的半导体激光器，比如：vcsel，发出，再配合发散光学元件以满足光束发散角度较大以覆盖完被测光学元件的要求。

步骤s02，感测经由被测光学元件反射的检测光束的光学特性。所述检测光束照射至光学元件之后，一部分的检测光束会被光学元件反射回来。根据光的折射和反射原理，所述反射回来的检测光束的情况由被测光学元件的表面形状和材料及检测光束波长等因素而决定。因此，若被测光学元件出现裂缝或断痕等瑕疵会改变反射回来的检测光束的状况，通过分析检测光束被光学元件反射回来的光学特性可判断出被测光学元件是否受损。

可以理解的是，还可以根据被测光学元件的材料和表面形状可选择检测光束的波长，以提高被测光学元件对检测光束的反射率。

步骤s03，比较所感测的被测光学元件的光学特性与预设的完好光学元件的标准光学特性是否在预设的误差范围内。可以理解的是，若所述被测光学模组10包括多个的光学元件14，则所感测到的光学特性由所述多个光学元件14中的每一个光学元件14反射回来的各个次级检测光束的光学特性叠加而成。所述光学元件14包括但不限于准直元件、扩束元件、doe中的一种及其组合。

步骤s04，若所感测的被测光学元件的光学特性与完好光学元件的标准光学特性相同或差异值在预设的误差范围内，则判断被测光学元件为完好的。

步骤s05，若所感测的光学特性与标准光学特性的差异值超出预设的误差范围，则所述处理器判断被测光学元件存在瑕疵。

步骤s06，若所述光学元件被判断为完好的，则让所述光源保持正常工作状态。

步骤s07，若所述光学元件被判断为存在瑕疵，则关闭所述光源或调低所述光源的发光能量以避免光源的高能量光束通过光学元件上的瑕疵伤害到使用者的眼睛。

与现有的光学模组相比，本申请所提供的检测单元、光学模组、设备及检测方法，可以方便地检测光学模组内的光学元件是否破损从而防止光学模组的光源所发出的光透过光学元件的破损处直接照射使用者眼睛而可能造成的伤害。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。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方式或示例中以合适的方式结合。

以上所述仅为本申请的较佳实施方式而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。