结构光投射器的控制系统、结构光投射组件和电子装置的制作方法

本发明涉及消费性电子技术领域，更具体而言，涉及一种结构光投射器的控制系统、结构光投射组件、电子装置和结构光投射器的控制方法。

背景技术

手机上可以配置有激光发生器，激光发生器用于向外发射激光，然而，当手机的系统发生故障并死机时，激光发生器可能持续向外长时间地发射激光，而长时间发射的激光容易伤害到用户，尤其是用户的眼睛。

技术实现要素：

本发明实施方式提供一种结构光投射器的控制系统、结构光投射组件、电子装置和结构光投射器的控制方法。

本发明实施方式的结构光投射器的控制系统包括：

第一驱动电路，所述第一驱动电路与所述结构光投射器连接并用于驱动所述结构光投射器投射激光；

第二驱动电路，所述第二驱动电路与所述第一驱动电路连接并用于给所述第一驱动电路供电；和

监视定时器，所述监视定时器与所述第一驱动电路和所述第二驱动电路连接，所述监视定时器用于接收预定信号，且所述监视定时器用于在预定时长内未接收到所述预定信号时，关闭所述第一驱动电路和所述第二驱动电路以关闭所述结构光投射器。

在某些实施方式中，所述控制系统还包括应用处理器，所述应用处理器与所述第一驱动电路、所述应用处理器与所述监视定时器均连接，所述应用处理器用于向所述监视定时器发送所述预定信号。

在某些实施方式中，所述监视定时器还用于在预定时长内未接收到所述预定信号时，发出用于重启所述应用处理器的复位信号。

在某些实施方式中，所述监视定时器集成在所述应用处理器内，或所述监视定时器连接在所述应用处理器外。

在某些实施方式中，所述预定时长为[50，150]毫秒。

本发明实施方式的结构光投射组件包括：

结构光投射器；和

上述任一实施方式所述的控制系统，所述结构光投射器与所述第一驱动电路连接。

本发明实施方式的电子装置包括：

结构光投射器；和

上述任一实施方式所述的控制系统，所述第一驱动电路与所述结构光投射器连接。

在某些实施方式中，所述结构光投射器能够向目标物体投射激光，所述电子装置还包括：

红外摄像头，所述红外摄像头能够接收由所述目标物体调制后的激光图案；和

微处理器，所述微处理器与所述红外摄像头、所述微处理器与所述第一驱动电路均连接，所述微处理器用于处理所述激光图案以得到深度图像。

在某些实施方式中，所述应用处理器形成有可信执行环境，所述微处理器与所述应用处理器连接并用于将所述深度图像传输到所述可信执行环境中。

本发明实施方式还提供一种结构光投射器的控制方法，所述结构光投射器与第一驱动电路连接，所述第一驱动电路还与第二驱动电路连接，所述第一驱动电路用于驱动所述结构光投射器投射激光，所述第二驱动电路用于给所述第一驱动电路供电，所述控制方法包括：

驱动所述结构光投射器投射激光；

接收预定信号；和

在预定时长内未接收到所述预定信号时，关闭所述第一驱动电路及所述第二驱动电路以关闭所述结构光投射器。

本发明实施方式的结构光投射器的控制方法、结构光投射器的控制系统、结构光投射组件和电子装置中，若在预定时长内未接收到预定信号，则判断电子装置的系统发生故障，并关闭第一驱动电路和第二驱动电路以关闭结构光投射器，防止结构光投射器持续向外发射激光而伤害到用户。

本发明的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，或通过本发明的实施方式的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实施方式的电子装置的结构示意图；

图2是本发明实施方式的电子装置的模块示意图；

图3是本发明实施方式的结构光投射器的控制方法的流程示意图；

图4是本发明实施方式的结构光投射组件的结构示意图；

图5至图7是本发明实施方式的结构光投射器的部分结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。附图中相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。

另外，下面结合附图描述的本发明的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明的实施方式，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

请参阅图1和图2，本发明实施方式的电子装置100包括结构光投射器10、红外摄像头20、控制系统30和微处理器40。电子装置100可以是手机、平板电脑、智能手表、智能手环、智能穿戴设备等，在本发明实施例中，以电子装置100是手机为例进行说明，可以理解，电子装置100的具体形式并不限于手机。

结构光投射器10能够向目标物体投射激光，激光可以是红外光，同时结构光投射器10投射的激光可以是带有特定的散斑或条纹等图案。红外摄像头20能够采集目标物体的红外图像，或接收由目标物体调制后的激光图案。为了能够得到较为清晰的激光图案，通常需要以一定的光功率向目标物体连续发射多帧激光，然而，结构光投射器10如果持续向外发射激光，则激光可能灼伤用户，尤其容易伤害用户的眼睛，因此需要避免结构光投射器10持续向外发射激光。

控制系统30包括第一驱动电路31、第二驱动电路32、应用处理器(applicationprocessor)33和监视定时器34。

第一驱动电路31与结构光投射器10连接，第一驱动电路31可用于驱动结构光投射器10投射激光，具体地第一驱动电路31作为结构光投射器10的电流源。第二驱动电路32与第一驱动电路31连接，第二驱动电路32可用于给第一驱动电路31供电，例如第一驱动电路31可以是dc/dc电路。可以理解，如果第一驱动电路31被关闭，则结构光投射器10会被关闭，结构光投射器10无法向外发射激光；如果第二驱动电路32被关闭，则第一驱动电路31和结构光投射器10均会被关闭，结构光投射器10无法向外发射激光。第一驱动电路31可以单独封装成驱动芯片，第二驱动电路32也可以单独封装成驱动芯片，也可以是第一驱动电路31和第二驱动电路32共同封装在一个驱动芯片内，而驱动芯片均可以设置在结构光投射器10的基板或电路板上。

应用处理器33可以作为电子装置100的系统，应用处理器33可以与第一驱动电路31连接、应用处理器33还可以与红外摄像头20连接。应用处理器33还可以与电子装置100的多个电子元器件连接并控制该多个电子元器件按照预定的模式运行，例如控制电子装置100的显示屏显示预定的画面、控制电子装置100的天线发送或接收预定的数据、控制电子装置100的可见光摄像头50获取彩色图像并处理该彩色图像、控制红外摄像头20的电源的启闭、关闭(pwdn)红外摄像头20或重置(reset)红外摄像头20等。

应用处理器33还可用于控制第一驱动电路31工作以驱动结构光投射器10投射激光，可以理解，在应用处理器33运行故障时，例如应用处理器33宕机时，第一驱动电路31可能刚好处于持续驱动结构光投射器10发射激光的状态，而持续向外发射的激光具有较高的危险性。因此，需要监控应用处理器33的运行状态，并在应用处理器33运行故障时，及时关闭结构光投射器10，在本发明实施例中，可以通过关闭第一驱动电路31和第二驱动电路32以关闭结构光投射器10。

为了使应用处理器33的运行状态受到监控，应用处理器33可在预定时间间隔内向监视定时器34发送预定信号，例如隔50毫秒向监视定时器34发送清零信号，当应用处理器33运行故障时，应用处理器33无法运行向监视定时器34发送预定信号的程序，因此无法发送预定信号而使应用处理器33的故障状态被检测到。

请继续参阅图1和图2，监视定时器34与第一驱动电路31和第二驱动电路32连接，监视定时器34与应用处理器33连接，监视定时器34用于在预定时长内未接收到预定信号时，关闭第一驱动电路31和第二驱动电路32以关闭结构光投射器10。如此，即使第一驱动电路31和第二驱动电路32之中的一个发生故障而无法被直接关闭时，监视定时器34关闭第一驱动电路31和第二驱动电路32，也能保证至少关闭第一驱动电路31和第二驱动电路32之中没有发生故障的一个，使得结构光投射器10能够顺利被关闭。其中预定时长可以是电子装置100在出厂时设定好的，也可以依据用户在电子装置100上进行自定义设置。

具体地，本发明实施例中，监视定时器34的具体形式可以是计数器，监视定时器34接收到预定信号后，监视定时器34从一个数字开始以一定的速度开始倒计数。如果应用处理器33正常工作，在倒计数到0之前，应用处理器33会再发送预定信号，监视定时器34接收到预定信号后将倒计数复位；如果应用处理器33不正常工作，监视定时器34计数到0时，监视定时器34视为判断应用处理器33运行故障，此时监视定时器34发出信号关闭第一驱动电路31和第二驱动电路32以使结构光投射器10关闭。

在一个例子中，监视定时器34可以设置在应用处理器33外，监视定时器34可以是一个外挂的定时器芯片，监视定时器34可以与应用处理器33的一个i/o引脚相连接而接收应用处理器33发出的预定信号。外挂的监视定时器34工作的可靠性较高。在另一个例子中，监视定时器34可以集成在应用处理器33内，监视定时器34的功能可以由应用处理器33的内部定时器实现，如此可以简化控制系统30的硬件电路设计。

微处理器40可以是处理芯片，微处理器40与应用处理器33、微处理器40与第一驱动电路31、微处理器40与红外摄像头20均连接。

微处理器40与应用处理器33连接以使应用处理器33可以重置微处理器40、唤醒(wake)微处理器40、纠错(debug)微处理器40等，微处理器40可通过移动产业处理器接口(mobileindustryprocessorinterface，mipi)41与应用处理器33连接，具体地，微处理器40通过移动产业处理器接口41与应用处理器33的可信执行环境(trustedexecutionenvironment，tee)331连接，以将微处理器40中的数据直接传输到可信执行环境331中。其中，可信执行环境331中的代码和内存区域都是受访问控制单元控制的，不能被非可信执行环境(richexecutionenvironment，ree)332中的程序所访问，可信执行环境331和非可信执行环境332均可以形成在应用处理器33中。

微处理器40可以通过脉冲宽度调制接口(pulsewidthmodulation，pwm)42与第一驱动电路31连接，微处理器40与红外摄像头20可以通过集成电路(inter-integratedcircuit,i2c)总线70连接，微处理器40可以给红外摄像头20提供采集红外图像和激光图案的时钟信息，红外摄像头20采集的红外图像和激光图案可以通过移动产业处理器接口41传输到微处理器40中。

在一个实施例中，可信执行环境331中可以存储有用于验证身份的红外模板和深度模板，红外模板可以是用户预先输入的人脸红外图像，深度模板可以是用户预先输入的人脸深度图像。红外模板与深度模板存储在可信执行环境331中，不容易被篡改和盗用，电子装置100内的信息的安全性较高。

当用户需要验证身份时，微处理器40控制红外摄像头20采集用户的红外图像，并获取该红外图像后传输至应用处理器33的可信执行环境331中，应用处理器33在可信执行环境331中将该红外图像与红外模板进行比对，如果二者相匹配，则输出红外模板验证通过的验证结果。在比对是否匹配的过程中，红外图像和红外模板不会被其他程序获取、篡改或盗用，提高电子装置100的信息安全性。

进一步地，微处理器40可以控制第一驱动电路31驱动结构光投射器10向外投射激光，且控制红外摄像头20采集由目标物体调制的激光图案，微处理器40获取并处理该激光图案以得到深度图像。微处理器10将该深度图像传输至应用处理器33的可信执行环境331中，应用处理器33在可信执行环境331中将该深度图像与深度模板进行比对，如果二者相匹配，则输出深度模板验证通过的验证结果。在比对是否匹配的过程中，深度图像和深度模板不会被其他程序获取、篡改或盗用，提高电子装置100的信息安全性。

综上，本发明实施方式的电子装置100中，监视定时器34在预定时长内未接收到预定信号时，则判断应用处理器33运行故障，监视定时器34关闭第一驱动电路31和第二驱动电路32以关闭结构光投射器10，防止结构光投射器10持续向外发射激光而伤害到用户。

请参阅图2，在某些实施方式中，监视定时器34还用于在预定时长内未接收到预定信号时，发出用于重启应用处理器33的复位信号。如前述，当监视定时器34在预定时长内未接收到预定信号时，应用处理器33已经发生故障，此时，监视定时器34发出复位信号以使应用处理器33复位并正常工作。

具体地，在一个例子中，复位信号可以直接由应用处理器33接收，复位信号在应用处理器33的执行程序中拥有较高的级别，应用处理器33能够优先对复位信号产生响应并进行复位。在另一个例子中，复位信号也可以发送到外挂在应用处理器33上的复位芯片上，复位芯片响应复位信号后强制应用处理器33进行复位。

在某些实施方式中，预定时长为[50，150]毫秒。具体地，预定时长可以设置为50毫秒、62毫秒、75毫秒、97毫秒、125毫秒、150毫秒等及任意在上述区间内的时长。可以理解，如果预定时长设置的过短，则要求应用处理器33过于频繁地发送预定信号，会占用应用处理器33过多的处理空间而造成电子装置100运行容易发生卡顿。如果预定时长设置的过长，则应用处理器33的故障不能及时地被检测到，也就是不能及时地将结构光投射器10关闭，不利于安全使用结构光投射器10。将预定时长设置为[50，150]毫秒，能够较好地兼顾电子装置100的流畅度和安全性。

请结合图3，本发明实施方式还提供一种结构光投射器10的控制方法，结构光投射器10与第一驱动电路31连接，第一驱动电路31还与第二驱动电路32连接，第一驱动电路31用于驱动结构光投射器10投射激光，第二驱动电路32用于给第一驱动电路31供电，控制方法包括步骤：

01：驱动结构光投射器10投射激光；

02：接收预定信号；和

03：在预定时长内未接收到预定信号时，关闭第一驱动电路31和第二驱动电路32以关闭结构光投射器10。

本发明实施方式的结构光投射器10的控制方法中，若在预定时长内未接收到预定信号，则判断电子装置100的系统发生故障，并关闭第一驱动电路31和第二驱动电路32以关闭结构光投射器10，防止结构光投射器10持续向外发射激光而伤害到用户。控制方法的实施细节可以参考上述对电子装置100的具体描述，在此不再赘述。

本发明实施方式还提供一种结构光投射组件60(图4所示)，结构光投射组件60包括结构光投射器10、第一驱动电路31、第二驱动电路32和监视定时器34。此时，第一驱动电路31、第二驱动电路32和监视定时器34均可以集成到结构光投射器10的基板组件11上。

请参阅图4，在某些实施方式中，结构光投射器10包括基板组件11、镜筒12、光源13、准直元件14、衍射光学元件(diffractiveopticalelements，doe)15、及保护盖16。

基板组件11包括基板111和电路板112。电路板112设置在基板111上，电路板112用于连接光源13与电子装置100的主板，电路板112可以是硬板、软板或软硬结合板。在如图4所示的实施例中，电路板112上开设有通孔1121，光源13固定在基板111上并与电路板112电连接。基板111上可以开设有散热孔1111，光源13或电路板112工作产生的热量可以由散热孔1111散出，散热孔1111内还可以填充导热胶，以进一步提高基板组件11的散热性能。

镜筒12与基板组件11固定连接，镜筒12形成有收容腔121，镜筒12包括顶壁122及自顶壁122延伸的环形的周壁124，周壁124设置在基板组件11上，顶壁122开设有与收容腔121连通的通光孔1212。周壁124可以与电路板112通过粘胶连接。

保护盖16设置在顶壁122上。保护盖16包括开设有出光通孔160的挡板162及自挡板162延伸的环形侧壁164。

光源13与准直元件14均设置在收容腔121内，衍射光学元件15安装在镜筒12上，准直元件14与衍射光学元件15依次设置在光源13的发光光路上。准直元件14对光源13发出的激光进行准直，激光穿过准直元件14后再穿过衍射光学元件15以形成激光图案。

光源13可以是垂直腔面发射激光器(verticalcavitysurfaceemittinglaser,vcsel)或者边发射激光器(edge-emittinglaser，eel)，在如图4所示的实施例中，光源13为边发射激光器，具体地，光源13可以为分布反馈式激光器(distributedfeedbacklaser，dfb)。光源13用于向收容腔121内发射激光。请结合图5，光源13整体呈柱状，光源13远离基板组件11的一个端面形成发光面131，激光从发光面131发出，发光面131朝向准直元件14。光源13固定在基板组件11上，具体地，光源13可以通过封胶17粘结在基板组件11上，例如光源13的与发光面131相背的一面粘接在基板组件11上。请结合图4和图6，光源13的侧面132也可以粘接在基板组件11上，封胶17包裹住四周的侧面132，也可以仅粘结侧面132的某一个面与基板组件11或粘结某几个面与基板组件11。此时封胶17可以为导热胶，以将光源13工作产生的热量传导至基板组件11中。

请参阅图4，衍射光学元件15承载在顶壁122上并收容在保护盖16内。衍射光学元件15的相背两侧分别与保护盖16及顶壁122抵触，挡板162包括靠近通光孔1212的抵触面1622，衍射光学元件15与抵触面1622抵触。

具体地，衍射光学元件15包括相背的衍射入射面152和衍射出射面154。衍射光学元件15承载在顶壁122上，衍射出射面154与挡板162的靠近通光孔1212的表面(抵触面1622)抵触，衍射入射面152与顶壁122抵触。通光孔1212与收容腔121对准，出光通孔160与通光孔1212对准。顶壁122、环形侧壁164及挡板162与衍射光学元件15抵触，从而防止衍射光学元件15沿出光方向从保护盖16内脱落。在某些实施方式中，保护盖16通过胶水粘贴在顶壁122上。

上述的结构光投射器10的光源13采用边发射激光器，一方面边发射激光器较vcsel阵列的温漂较小，另一方面，由于边发射激光器为单点发光结构，无需设计阵列结构，制作简单，结构光投射器10的光源成本较低。

分布反馈式激光器的激光在传播时，经过光栅结构的反馈获得功率的增益。要提高分布反馈式激光器的功率，需要通过增大注入电流和/或增加分布反馈式激光器的长度，由于增大注入电流会使得分布反馈式激光器的功耗增大并且出现发热严重的问题，因此，为了保证分布反馈式激光器能够正常工作，需要增加分布反馈式激光器的长度，导致分布反馈式激光器一般呈细长条结构。当边发射激光器的发光面131朝向准直元件14时，边发射激光器呈竖直放置，由于边发射激光器呈细长条结构，边发射激光器容易出现跌落、移位或晃动等意外，因此通过设置封胶17能够将边发射激光器固定住，防止边发射激光器发生跌落、位移或晃动等意外。

请参阅图4和图7，在某些实施方式中，光源13也可以采用如图7所示的固定方式固定在基板组件11上。具体地，结构光投射器10包括多个支撑块18，支撑块18可以固定在基板组件11上，多个支撑块18共同包围光源13，在安装时可以将光源13直接安装在多个支撑块18之间。在一个例子中，多个支撑块18共同夹持光源13，以进一步防止光源13发生晃动。

在某些实施方式中，保护盖16可以省略，此时衍射光学元件15可以设置在收容腔121内，衍射光学元件15的衍射出射面154可以与顶壁122相抵，激光穿过衍射光学元件15后再穿出通光孔1212。如此，衍射光学元件15不易脱落。

在某些实施方式中，基板111可以省去，光源13可以直接固定在电路板112上以减小结构光投射器10的整体厚度。

在本说明书的描述中，参考术语“某些实施方式”、“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”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发明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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个，除非另有明确具体的限定。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。