可编程控制偏振方向的激光模块及结构光激光模块制造技术

本实用新型专利技术公开了可编程控制偏振方向的激光模块及结构光激光模块，涉及半导体激光器的开发、应用领域。其包括电控液晶偏振模块、激光发射器、控制电路、数据接口以及将上述内容固定在一起的结构载体；控制电路同时与电控液晶偏振模块、激光发射器进行控制连接，数据接口与控制电路之间为信号连接，激光发射器、电控液晶偏振模块和光路模块按光束传播方向依次固定安装。通过上述技术方案，这种可编程控制偏振方向的激光器用于光束偏振态敏感的场景，例如配备偏振敏感相机的机器视觉领域，解决了激光光束在复杂反射环境下，因杂散光影响识别精度的问题，有助于降低视觉算法识别错误率、提高精度。

Programmable laser module and structured light laser module for controlling polarization direction

【技术实现步骤摘要】
可编程控制偏振方向的激光模块及结构光激光模块
本技术涉及到半导体激光器的开发、应用领域。具体来说是一种可编程控制偏振方向变化的激光器，可以根据指令动态改变激光光束的偏振方向，生成空间结构光的同时获得不同偏振态光束，从而在机器视觉应用中的复杂反射环境下得到更丰富的光场。
技术介绍
激光应用技术中利用LD（LaserDiode）激光二极管配合相应的光学元件即可获得不同类型的激光光斑形态，如圆点、线条、图案等，这些形态可以满足不同应用场景的特定需求。液晶材料的旋光效应可以改变光的偏振方向，通过施加不同的电压即可获得相应的偏振角度，偏振性不同的光束在复杂反射表面中可以形成不同的光场。本技术利用上述两种技术，通过控制电路、数据接口和结构设计的创新，将LD驱动电路和液晶驱动电路集成为互相配合的整体，提出了一种可编程改变光束偏振方向的激光模块及结构光激光模块。
技术实现思路
针对
技术介绍
中提出的LD驱动电路和液晶驱动电路缺乏集成的技术问题，本技术第一目的旨在提供可编程控制光束偏振方向的激光模块，通过将电控液晶偏振模块和激光发射器集成安装在结构载体上，并利用控制电路进行控制，控制电路包括LD驱动电路和液晶驱动电路，从而达到将LD驱动电路和液晶驱动电路集成应用的目的。为实现上述第一目的，本技术提供了如下技术方案：一种可编程控制光束偏振方向的激光模块，包括电控液晶偏振模块、激光发射器、控制电路、数据接口以及将上述内容固定在一起的机械结构载体；控制电路同时与电控液晶偏振模块、激光发射器进行控制连接，数据接口与控制电路之间为信号连接，激光发射器、电控液晶偏振模块按光束传播方向依次固定安装。通过上述技术方案，数据接口接收外部控制信号，传输给控制电路，由控制电路输出驱动信号触发激光发射器发出光束，也输出控制正交电压给电控液晶偏振模块，发射的光束经过电控液晶偏振模块进行调制改变光束的偏振方向；光路模块安装在光束传播方向上对发射的光束进一步控制光束尺寸、光束发射角度。控制电路包括LD驱动模块、液晶驱动模块和MCU控制模块；MCU控制模块和LD驱动模块及液晶驱动模块是信号连接，LD驱动模块和激光发射器电连接，液晶驱动模块与电控液晶偏振模式电连接，MCU控制模块与数据接口信号连接，接收并响应外部信号。通过上述技术方案，可以实现电路集成化、小型化且易于安装，用户易于快速控制光束偏振态变化，从而在复杂反射面场景下通过改变光束偏振态，获得更好的光束照射反馈效果。本技术第二目的旨在提供可编程控制光束偏振方向的结构光激光模块，通过增加了光路模块，将激光发射器、电控液晶偏振模块、光路模块按光束传播方向依次固定安装到载体上，从而让用户根据不同需求，更换不同的结构光组件。为实现上述第二目的，本技术提供了如下技术方案：可编程控制光束偏振方向的结构光激光模块，增加了光路模块，将激光发射器、电控液晶偏振模块、光路模块按光束传播方向依次固定安装到载体上。光路模块采用可拆卸固定方式安装在载体上。其中光路模块与电控液晶偏振模块一起配合对光束进行各种调制变换，在光路中的安装顺序可以交叉。通过上述技术方案，可以让用户根据不同需求，更换不同的结构光组件，例如DOE、鲍威尔棱镜，或规格不同的透镜模组，从而构成不同焦距、不同形态光斑的结构光激光器，当这些激光光束的偏振方向发生改变，在偏振相机里可以得到不同的视觉结果。附图说明图1：硬件逻辑模块示意图，描述了硬件电路模块之间的关系构成；图2：激光发射器驱动模块电路原理图；图3：电控液晶驱动模块电路原理图；图4：LD阵列的激光发射器；图5：液晶像素阵列结构的电控液晶偏振模块；图6：结构光激光模块。附图标记：1、激光发射器驱动模块；2、电控液晶驱动模块；3、MCU控制单元；4、激光器发射器；5、电控液晶模块；6、电平信号输入输出接口；7、上位机通信接口；8、数据接口；11、电路板；12、激光发射器；13、电控液晶偏振模块；14、数据接口；15、光路模块中透镜及辅助光路元件组；16、结构光DOE；17、结构载体。具体实施方式下面结合实施例及附图对本技术作进一步的详细说明，但本技术的实施方式不仅限于此。结合图1可知，本技术包括两个部分：硬件设计和软件设计。将激光发射器驱动模块和电控液晶驱动模块进行了集成，通过在MCU控制单元3中编写软件定义二者之间的配合工作关系，集成的数据接口8接受外部控制信号来实现可编程控制。结合图1可知，硬件设计逻辑图，硬件构成逻辑图。结合图2可知，其为激光发射器驱动模块电路原理图，结合图3可知，其为电控液晶驱动模块电路原理图。硬件集成到一个电路PCB，逻辑构成如附图1虚线框所示，模块之间相应的电连接和信号连接在PCB中集成，其好处在于降低功耗并使模块间能同步工作，其他如电压转换等非核心部分不做体现。结合图1可知，LD驱动模块1负责驱动激光二极管工作，激光发射器4一般为激光二极管，结合图4可知，其为单个或多个阵列，连接到PCB上，接收自LD驱动模块1的电流/电压信号来关闭或发射不同功率的光束。电控液晶驱动模块2输出正交驱动电压，加载电压到电控液晶模块5上，结合图5可知，电控液晶偏振模块5为单像素或多像素液晶盒结构。其中，液晶材料随电压变化可以改变入射光的偏振方向。电控液晶偏振模块5通过电连接与硬件电路板连接。电控液晶偏振模块为液晶盒或其他电控偏振晶体，偏振态或偏振角度可随加载电压发生变化。液晶盒是利用了液晶分子的旋光特性，可以反射式或透射式，在入射面可以增加起偏器（静态线偏振元件、矢量偏振元件等），其中的液晶盒厚度一般不超过3um，响应时间不超过3ms。液晶盒结构可以为单像素结构，或M*N多像素结构如图5。其中，结合图2和图3可知，LD驱动原理图与LC驱动原理图仅用来说明两部分的模块设计。本技术提出将两个模块集成，PCB的设计核心是通过MCU单元将两个模块的工作进行了同步连接，这种同步关系由MCU单元来实现，不仅仅是电连接，更进一步而言，其工作依赖于实现控制逻辑的Firmware所定义内容。结合图1，MCU单元3主要完成控制逻辑和数据处理，为本技术的核心载体，MCU单元3可以为单片机或功能更强大的嵌入式系统芯片构成的处理器模块，通过定义内置Firmware，来提供数据处理逻辑和编程接口。本技术的数据接口由电平信号输入输出接口6和上位机通信接口7，数据接口是接受外部控制信号的数据通道。其规格定义由MCU单元3来定义和解释。电平信号输入输出接口6一般为标准的TTL通道或符合规范的GPIO通道，其定义在MCU单元3中完成和执行。当电平信号输入输出接口6为线束结构或航空插头接口时，将电源输入接口合并在一起为整个装置供电。上位机通信接口7为串口或USBHID接口或其他接口，负责与上位机进行通信，接收各类指令信息，指令的规格定义和实现由MCU单元3完成，其执行由MCU单元3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可编程控制光束偏振方向的激光模块，其特征在于：包括电控液晶偏振模块、激光发射器、控制电路、数据接口以及将电控液晶偏振模块和激光发射器固定在一起的结构载体，且激光发射器、电控液晶偏振模块按光束传播方向依次固定安装；/n数据接口与控制电路之间为信号连接，让控制电路接收外部输入信号，控制电路分别与电控液晶偏振模块、激光发射器控制连接，以对电控液晶偏振模块、激光发射器进行控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种可编程控制光束偏振方向的激光模块，其特征在于：包括电控液晶偏振模块、激光发射器、控制电路、数据接口以及将电控液晶偏振模块和激光发射器固定在一起的结构载体，且激光发射器、电控液晶偏振模块按光束传播方向依次固定安装；
数据接口与控制电路之间为信号连接，让控制电路接收外部输入信号，控制电路分别与电控液晶偏振模块、激光发射器控制连接，以对电控液晶偏振模块、激光发射器进行控制。


2.根据权利要求1所述的一种可编程控制光束偏振方向的激光模块，其特征在于：所述控制电路包括LD驱动模块、液晶驱动模块和MCU控制模块；MCU控制模块和LD驱动模块及液晶驱动模块是信号连接，LD驱动模块和激光发射器电连接，液晶驱动模块与电控液晶偏振模式电连接，MCU控制模块与数据接口信号连接，接...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷长志，
申请(专利权)人：上海瑞立柯信息技术有限公司，
类型：新型
国别省市：上海;31