可监测断裂的光学单元、投影模组及深度相机制造技术

本实用新型专利技术公开了一种可监测断裂的光学单元、投影模组及深度相机，包括光学元件，光学元件的表面设有链式石墨烯结构，链式石墨烯结构连接有供电装置，链式石墨烯结构是一条在光学元件表面呈图案化排布的单向、无交叉的石墨烯链路，供电装置令电流通过该链路流动。本实用新型专利技术在光学元件表面贴附一层图案化石墨烯薄膜，并向石墨烯薄膜注入电流，能够通过实时监测链式石墨烯结构上的电流状态来判断光学元件的完整性，实现了一种工艺简单、成本低廉、透光性能影响小、不额外增大器件尺寸的可监测断裂的光学单元。并以此来控制光源的打开与关闭，保障人体安全。

Optical unit, projection module and depth camera for fracture monitoring

【技术实现步骤摘要】
可监测断裂的光学单元、投影模组及深度相机
本技术涉及光学元件，尤其是一种可监测断裂的光学单元、投影模组及深度相机。
技术介绍
深度相机是一种可以测量物体到相机距离(深度)的相机。它克服了普通相机仅能通过二维图像对三维世界进行表征的缺陷，能够准确计算物体位置、获取深度信息，进而复原整个三维空间。从原理上来讲，深度相机测量原理主要分为两大类：(1)基于特征匹配的深度测量原理，包括被动式双目立体视觉、可见条纹结构光、红外条纹结构光、红外散斑结构光等，其本质为通过对双相机分别拍摄的两幅图像、或光源投射的光斑与相机拍摄的图像进行特征匹配，并在此基础上基于三角测量原理计算特征点与相机的距离。(2)基于反射时间的深度测量原理，主要指飞行时间测距法(TimeofFlight,TOF)，其将调制光源投射到被观测物体上，然后通过反射光与入射光之间的时间差计算深度。无论基于何种测量原理，投影模组都是深度相机的核心部件。出于延伸工作距离、增强抗环境光干扰能力的需要，投影模组向着高输出光功率、高能量密度的方向发展，并逐渐逼近人体安全极限。投影模组的构成包括但不限于光源(如激光器LD、发光二极管LED)、光学元件(如准直镜、衍射光学元件、光学扩散片)等。它对人体的主要伤害是光学元件意外损坏时，光源暴露对眼睛的伤害；光源强度极高时，同样可能对皮肤造成伤害。针对这一问题，当前采用的方案包括：(1)在投影模组内部增加光电探测器(PhotoDiode,PD)，以PD探测到的光强信号控制光源的打开与关闭，可提高安全性，然而该方案将不可避免地导致器件成本的增加。(2)在光学元件上利用溅射、蒸发等方式增加一层透明电极材料氧化铟锡(ITO)，通过监测ITO的通断控制发射模组开闭，可避免伤害的发生。但ITO制备工艺复杂、成本高、在可见光与近红外光波段的透过率不高等不足限制了其应用。(3)在投影模组中增加由透光率可变材料制作的保护光学元件。在光源强度较高时，保护元件的透光率降低，可有效减弱发射模组的输出光强度。但光路中元件个数的增多会导致投影模组高度的增加，限制了其向小型化、紧凑化方向发展。
技术实现思路
技术目的：针对上述现有技术存在的缺陷，本技术旨在提供一种可监测断裂的光学单元、投影模组及深度相机。技术方案：一种可监测断裂的光学单元，包括光学元件，所述光学元件的表面设有链式石墨烯结构，链式石墨烯结构连接有供电装置，链式石墨烯结构是一条在光学元件表面呈图案化排布的单向、无交叉的石墨烯链路，供电装置令电流通过该链路流动。进一步的，所述光学元件的种类包括衍射光学元件、准直镜、光学扩散片、平面镜、棱镜、光栅。进一步的，所述链式石墨烯结构为单层石墨烯薄膜或多层石墨烯薄膜。进一步的，所述链式石墨烯结构还连接有采样电路，采样电路用于监测链式石墨烯结构上的电流正常/异常状态。进一步的，在所述链式石墨烯结构背离光学元件表面的一侧设有用于避免短路的绝缘材料。进一步的，所述链式石墨烯结构的边缘轮廓所包围的区域面积占光学元件表面的[60％,100％)。进一步的，链式石墨烯结构的链宽W1、链路上相邻的石墨烯间隔W2满足如下公式：W1>Accuracy；W2>Accuracy其中Accuracy为链式石墨烯结构链宽工艺的最小特征尺寸。进一步的，链式石墨烯结构的链宽W1、链路上相邻的石墨烯间隔W2满足如下公式：Accuracy＜W1＜5Accuracy；Accuracy＜W2＜10Accuracy其中Accuracy为链式石墨烯结构链宽工艺的最小特征尺寸。一种使用上述可监测断裂的光学单元的投影模组，包括光源，所述光源的光路上设有可监测断裂的光学单元。进一步的，所述光源连接有控制模块，控制模块与可监测断裂的光学单元的采样电路相连，控制模块用于在采样电路检测到链式石墨烯结构为断电状态时关闭光源。一种使用上述可监测断裂的光学单元的深度相机，包括投影模组，投影模组包括光源，光源的光路上设有可监测断裂的光学单元；光源连接有控制模块，控制模块与可监测断裂的光学单元的采样电路相连，控制模块用于在采样电路检测到链式石墨烯结构为断电状态时关闭光源。有益效果：本技术在光学元件表面贴附一层图案化石墨烯薄膜，并向石墨烯薄膜注入电流，能够通过实时监测链式石墨烯结构上的电流状态来判断光学元件的完整性，实现了一种工艺简单、成本低廉、透光性能影响小、不额外增大器件尺寸的可监测断裂的光学单元。并以此来控制光源的打开与关闭，保障人体安全。既能够满足需求，又易于实现，值得广泛推广。附图说明图1为实施例中可监测断裂的光学单元的结构示意图；图2、3为实施例中光学元件出现损伤时的示意图；图4为实施例中链式石墨烯结构区域范围标示图；图5为实施例中投影模组的结构示意图。具体实施方式下面通过一个最佳实施例并结合附图对本技术方案进行详细说明。石墨烯是一种由碳原子构成的六角形蜂巢晶格状的新型二维纳米材料，具有良好的光学、电学、力学特性。本技术选用石墨烯的有益效果在于：1.制备简单。石墨烯薄膜可使用含碳原子的有机气体为原材料进行化学气相沉积法(ChemicalVaporDeposition，CVD)进行规模化生产，只需采用湿法转移、加热烘干等工艺便可将制备好的薄膜贴附到光学元件表面。随后经过光刻、刻蚀等工艺，可对薄膜实现图案化处理。2.成本低廉。与ITO相比，石墨烯制备无需采用昂贵的稀有金属，大大降低了生产成本。3.光透过率高。石墨烯在较宽的光谱范围内对光的透过率高达97.7％，因此，无论光源出射的是可见光还是红外光，石墨烯对光束的损耗都极小，保障了光学元件的透光性能。4.不额外增加模组尺寸。单层石墨烯的厚度仅为0.335nm，相当于一根头发丝的二十万分之一，利于实现投影模组的紧凑化、小型化。如图1所示，一种可监测断裂的光学单元，包括光学元件2、链式石墨烯结构3、电极4。光学元件用于接收光源出射的光，并可对其进行准直、导向、分束、衍射等调制，投射出满足需求的具有特定形状、特定视场角的光束；光学元件的种类包括但不限于衍射光学元件、准直镜、光学扩散片、平面镜、棱镜、光栅。光学元件的表面设有链式石墨烯结构，链式石墨烯结构连接有供电装置，链式石墨烯结构是一条在光学元件表面呈图案化排布的单向、无交叉的石墨烯链路，供电装置令电流通过该链路流动。本实施例中的供电装置即分别设连接在链式石墨烯结构两端的正电极和负电极，即图1中的电极4。电极材料包括但不限于金、银、钯、铂等金属或其混合物。链式石墨烯结构可以设置在光学元件的上表面或下表面，也可以将上表面或下表面的链式石墨烯结构延伸至光学元件的侧壁。电极跟随链式石墨烯结构的首末端，可以设置在光学元件的表面，也可以设置在光学元件的侧面。...

【技术保护点】
1.一种可监测断裂的光学单元，包括光学元件，其特征在于，所述光学元件的表面设有链式石墨烯结构，链式石墨烯结构连接有供电装置，链式石墨烯结构是一条在光学元件表面呈图案化排布的单向、无交叉的石墨烯链路，供电装置令电流通过该链路流动。/n

【技术特征摘要】
1.一种可监测断裂的光学单元，包括光学元件，其特征在于，所述光学元件的表面设有链式石墨烯结构，链式石墨烯结构连接有供电装置，链式石墨烯结构是一条在光学元件表面呈图案化排布的单向、无交叉的石墨烯链路，供电装置令电流通过该链路流动。


2.根据权利要求1所述的可监测断裂的光学单元，其特征在于，所述光学元件的种类包括衍射光学元件、准直镜、光学扩散片、平面镜、棱镜、光栅。


3.根据权利要求1所述的可监测断裂的光学单元，其特征在于，所述链式石墨烯结构为单层石墨烯薄膜或多层石墨烯薄膜。


4.根据权利要求1所述的可监测断裂的光学单元，其特征在于，所述链式石墨烯结构还连接有采样电路，采样电路用于监测链式石墨烯结构上的电流正常/异常状态。


5.根据权利要求1所述的可监测断裂的光学单元，其特征在于，在所述链式石墨烯结构背离光学元件表面的一侧设有用于避免短路的绝缘材料。


6.根据权利要求1所述的可监测断裂的光学单元，其特征在于，所述链式石墨烯结构的边缘轮廓所包围的区域面积占光学元件表面的[60％,100％)。


7.根据权利要求1所述的可监测断裂的光学单元，其特征在于，链式石墨烯结构的链宽W1、链路上相邻的石墨烯间隔W2满足...

【专利技术属性】
技术研发人员：周飞亚，李骊，
申请(专利权)人：北京华捷艾米科技有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11