用于监视照明器的眼睛安全性组件的机械完整性的装置的制作方法

1.本公开涉及用于监视照明器的眼睛安全性组件的机械完整性的装置和方法。本公开还涉及结合该装置的照明器和结合该照明器的设备。


背景技术：

2.目前的趋势是将三维感测用于人脸识别和面向世界的应用。这种感测系统要求照明器用光照射要成像的对象，并且常常采用高功率激光器。当激光器正确地封装在合适的光学器件模块中时，它对眼睛是安全的。但是，如果模块完整性受到损害，那么照明器可能不再对眼睛安全，并且在这种情况下，需要联锁来触发眼睛安全性机制。
3.迄今为止，已使用来自覆盖光学器件的光电二极管背反射或使用覆盖光学器件上的氧化铟锡(ito)层并测量ito层的电容或dc电阻来评估照明器模块的完整性。
4.更具体而言，电容性传感器被用于检测由涂覆的覆盖光学器件中的裂纹引起的电容改变，其进而会导致眼睛损伤。但是，用于以非常短的脉冲(》100mhz)驱动照明器中的激光器的大电流(例如，高达3a)的存在使得与ito层的电容相关联的小值(通常约为1pf)的测量非常困难。
5.有可能检查电阻传感器的dc电阻率，以便检查提供导电ito层的覆盖光学器件的完整性。但是，导电ito层必须位于照明场之外，因此可能无法检测到对未涂覆的覆盖光学器件的部分的任何损坏。此外，由于电磁干扰(emi)引起的自然高噪声环境会影响dc电阻率测量的使用，尤其是在使用dc阈值读出时。
6.因此，本公开的目的是提供用于监视照明器的眼睛安全性组件的机械完整性的装置和方法，其解决了上述问题中的一个或多个，或者至少提供了有用的替代方案。


技术实现要素：

7.一般而言，本公开提出通过利用光声效应探测覆盖光学器件的机械特性、从而直接监视被照亮的区域中的眼睛安全性组件的完整性，来克服上述问题。
8.根据本公开的一个方面，提供了一种用于监视照明器的眼睛安全性组件的机械完整性的装置，该装置包括：
9.传感器，可操作以在照明器的操作期间感测眼睛安全性组件中的光声效应并输出代表感测到的光声效应的信号；
10.处理器，可操作以：
11.监视来自传感器的信号；
12.确定信号是否包括落在预定可接受范围之外的至少一个参数，该预定可接受范围指示眼睛安全性组件的机械完整性；以及
13.响应于确定所述至少一个参数落在预定可接受范围之外从而指示机械完整性的损失来发起安全性动作。
14.因此，本公开的实施例提供了一种用于监视照明器的眼睛安全性组件的机械完整
性的装置，该装置可以被用于提供安全性联锁，该安全性联锁在光声信号响应于眼睛安全性组件本身的机械改变而改变时被触发。由于光声效应是由来自照明器的光信号通过眼睛安全性组件而生成的，因此该装置监视眼睛安全性组件的光行进通过的确切部分，从而探测眼睛安全关键的精确区域中介质的机械完整性。这与现有技术系统形成对比，在现有技术系统中，任何监视都是通过探测来自靠近关键眼睛安全性组件但不与其共存的区域的电信号来执行的。此外，本公开的各方面允许经由光声信令连续监视照明器中的窗口完整性。
15.在一些实施例中，光声效应将直接由发射器的操作产生，使得光声效应与发射器的操作同步。因而，如果发射器是脉冲化的，那么光声效应还将在明确定义的检测窗口内生成脉冲化的信号。在另一实施例中，光声效应可以由发射器的连续操作产生。在一些实施例中，发射器的频率可以被调制以扫掠频率的范围或探测特定频率。
16.因而，本公开的各方面提供了一种用于监视眼睛安全性组件(诸如存在于为3d感测应用配置的照明器中的那些)的机械完整性并用于响应于完整性的损失来发起安全性动作从而提供安全性联锁的装置。
17.传感器可以被配置为感测由光声效应形成的声波。
18.声子结构可以被配置为改善声波的信噪比。换句话说，声子结构可以增强由光声效应创建的、在眼睛安全性组件本身中或在从眼睛安全性组件到传感器的路径中的信号。在一些实施例中，声子结构可以设置在眼睛安全性组件中、在眼睛安全性组件上、在眼睛安全性组件处、在眼睛安全性组件附近、在眼睛安全性组件周围或与眼睛安全性组件交错(即，声子结构可以与形成眼睛安全性组件的结构分开或集成在其中)。
19.处理器还可以可操作以基于来自传感器的信号检测照明器内的环境条件的改变。
20.处理器可以可操作以通过向照明器发送指令以修改照明强度来发起安全性动作。
21.处理器可以可操作以通过向照明器发送指令以停止照明来发起安全性动作。因此，该装置可以被配置用于照明器的自动功率控制。
22.传感器可以包括至少一个麦克风。
23.该装置还可以包括以下一个或多个：放大器；过滤器；锁定检测器；以及可接受范围检测器。
24.根据本公开的第二方面，提供了一种照明器，包括：
25.至少一个发射器；
26.眼睛安全性组件，其在所述至少一个发射器与用户之间提供屏蔽；以及
27.根据本公开的第一方面的装置。
28.照明器还可以包括调制器，其被配置为以预定频率调制来自至少一个发射器中的至少一个的光输出，并且其中处理器可操作以在监视来自传感器的信号时在锁定检测方法和/或门控检测方法中使用预定频率。
29.至少一个发射器可以包括照明发射器并且传感器可操作以感测由照明发射器的操作产生的光声效应。
30.至少一个发射器可以包括监视发射器并且传感器可操作以感测由监视发射器的操作产生的光声效应。
31.传感器可以被布置为直接感测眼睛安全性组件中的光声效应。
32.传感器可以被布置为通过经由波导或其它介质接收输入来间接地感测眼睛安全
性组件中的光声效应。
33.至少一个发射器可以包括激光器。
34.眼睛安全性组件可以包括玻璃基板和/或漫射器。
35.照明器可以设置在封装或模块中。封装或模块可以是气密的或密封的。密封封装可以包含明确定义的流体(例如，气体)，光声信号行进通过该流体，使得可以通过光声信号的改变检测任何泄漏或侵入。
36.处理器可以被包括在封装/模块中，或者可以设置在外部(例如，在结合有照明器的设备中的其它地方)。在使用外部处理器的情况下，它将被配置用于至少与传感器和发射器通信。
37.传感器(例如，麦克风)可以位于眼睛安全性组件上或其附近，以确保快速响应和良好的信号质量。传感器可以在眼睛安全性组件的一部分(例如，漫射器或玻璃基板)上设置(即，固定在适当的位置)，并且设置金属迹线以将来自传感器的电信号路由到封装的边缘并沿着侧壁路由到处理器和/或发射器所在的基板。
38.在一些实施例中，可以设置声子或声学过滤器(例如，在眼睛安全性组件上或封装中的其它地方)以最大化沿着到传感器的路径的光声信号强度。
39.传感器可以与其它组件一起设置在通用集成电路(ic)或专用集成电路(asic)中，其它组件例如用于为了安全性动作而执行放大、过滤、锁定检测、阈值检测和信号输出的功能。
40.根据本公开的第三方面，提供了一种设备，该设备包括根据本公开的第一方面的装置或根据本公开的第二方面的照明器。
41.根据本公开的第四方面，提供了一种用于监视照明器的眼睛安全性组件的机械完整性的方法，该方法包括：
42.从传感器获得代表在照明器的操作期间感测到的在眼睛安全性组件中的光声效应的信号；
43.监视该信号；
44.确定该信号是否包括落在预定可接受范围之外的至少一个参数，该预定可接受范围指示眼睛安全性组件的机械完整性；以及
45.响应于确定所述至少一个参数落在预定可接受范围之外从而指示机械完整性的损失来发起安全性动作。
46.该方法还可以包括建立预定可接受范围(例如，阈值)。
47.预定可接受范围可以由控制器建立，该控制器可以设置在照明器中或其外部(例如，在主机设备中)。
48.预定可接受范围可以基于存储在存储器中的和/或在校准步骤期间定义的预定义的值。该预定义的值可以包括一个或多个参数，这些参数可以在校准步骤期间进行调整。例如，参数可以包括信号幅度、信号频率或信号波长。
49.可以使用人工神经网络(ann)来建立预定可接受范围。
50.根据本公开的第五方面，提供了一种非暂时性计算机可读介质，其上存储有用于使至少一个处理器执行根据本公开的第四方面的方法的程序指令。
51.如上面所讨论的，现有技术系统往往存在与小值的测量、以及被监视的区域与所
发射的且潜在地有破坏性的光通过的区域不同这一事实相关联的问题。
52.与此类已知系统相比，此处公开的用于监视照明器的眼睛安全性组件的机械完整性的本装置具有以下优点：
53.1.由于光声效应是通过发射器本身的使用生成的，因此它可以精确地探测由发射器照亮的区域(这是安全关键的)。
54.2.它可以监视眼睛安全性组件本身(即，玻璃窗口)的机械状态。
55.3.例如，由于通过锁定检测方法和明确定义的时间窗口对减小的带宽进行监视，它可以对噪声具有稳健性。
56.4.它只对发射器的激发频率敏感(即，可以造成眼睛安全性问题的信号也是造成被监视以检查眼睛安全性的效应的信号)。
57.5.它可以被用于监视照明器封装内的物质(例如，检测泄漏或侵入)。
58.最后，此处公开的用于监视照明器的眼睛安全性组件的机械完整性的本装置利用一种新颖的方法，至少在于它利用照明器正常操作下存在的光声效应来提供在主要关注的区域中眼睛安全性组件的机械完整性的指示。
附图说明
59.现在将仅通过示例并参考附图描述本公开的一些实施例，附图中：
60.图1示出了根据本公开的具有照明器和装置的设备的框图；
61.图2示出了图示监视图1的照明器的眼睛安全性组件的机械完整性的方法的流程图；
62.图3示出了根据本公开的第一照明器的侧视示意图；
63.图4示出了根据本公开的第二照明器的侧视示意图；
64.图5示出了根据本公开的第三照明器的侧视示意图；
65.图6示出了根据本公开的第四照明器的侧视示意图；以及
66.图7示出了图示在图1的照明器的操作期间生成的不同信号的时序图。
具体实施方式
67.一般而言，本公开提供了用于监视照明器的眼睛安全性组件的机械完整性的方法和装置，其利用由于光通过盖玻璃或窗口的光声效应而引起的通常不期望的信号作为监视窗口是否被损坏的手段。
68.附图中给出了解决方案的一些示例。
69.图1示出了根据本公开的具有照明器106和用于监视照明器106的眼睛安全性组件110的机械完整性的装置100的设备112的框图。设备112可以是例如蜂窝电话、平板电脑、膝上型计算机、手表或其它计算设备。
70.装置100包括麦克风形式的传感器102和处理器104。传感器102可操作以在照明器106的操作期间感测眼睛安全性组件110中的光声效应并且输出代表感测到的光声效应的信号。处理器104可操作以：监视来自传感器102的信号；确定信号是否包括落在预定可接受范围之外的至少一个参数，该预定可接受范围指示眼睛安全性组件110的机械完整性；以及响应于确定至少一个参数落在预定可接受范围之外从而指示机械完整性的损失来发起安
全性动作。
71.安全性动作可以包括向照明器106发送指令以修改照明的强度(例如，将强度降低到安全水平)或停止照明。例如，安全性动作可以修改照明器106的波长或将照明从连续的切换到脉冲化的。
72.照明器106包括发射器108以及眼睛安全性组件110。眼睛安全性组件110被配置为在发射器108和用户(未示出)之间提供屏蔽。眼睛安全性组件110可以包括漫射器和/或透明窗口(例如，盖玻璃)。
73.虽然处理器104示出在照明器106的外部，但是它可以结合在照明器106内并且可以例如在具有传感器102和/或发射器108的集成电路(ic)上提供。
74.图2示出了可以由处理器104执行的用于监视眼睛安全性组件110的机械完整性的方法200。方法200包括从传感器102获得代表在照明器106的操作期间感测到的在眼睛安全性组件110中的光声效应的信号的步骤202和监视该信号的步骤204。另外的步骤206包括确定该信号是否包括落在预定可接受范围之外的至少一个参数，该预定可接受范围指示眼睛安全性组件110的机械完整性。随后的步骤208包括响应于确定至少一个参数落在预定可接受范围之外从而指示机械完整性的损失来发起安全性动作。
75.该方法还可以包括建立预定可接受范围(例如，阈值)。预定可接受范围可以由控制器建立，该控制器可以设置在照明器中或其外部(例如，在主机设备中)。
76.预定可接受范围可以是以下形式：达到预定义值；低于预定义值；在预定义值之间。
77.预定可接受范围可以基于存储在存储器中的和/或在校准步骤期间定义的预定义值。预定义值可以包括一个或多个参数，该参数可以在校准步骤期间进行调整。例如，参数可以包括信号幅度、信号频率或信号波长。
78.在一些实施例中，可以使用人工神经网络(ann)来建立预定可接受范围。
79.图3示出了根据本公开的第一(打开的)照明器300的侧视示意图。第一照明器300具有与照明器106类似的结构并且包括安装在基板304上的麦克风形式的传感器302。采用垂直腔表面发射激光器(vcsel)形式的发射器306也安装在基板304上并且被布置为通过漫射器308和玻璃窗口310发射光312。漫射器308和玻璃窗口310一起形成眼睛安全性组件110。
80.虽然未示出，但设置了与传感器302和发射器306通信的处理器(类似于图1的处理器104)。
81.在使用中，传感器302可操作以在照明器300的操作期间(例如，当发射器发射激光脉冲时)感测漫射器308和/或玻璃窗口310中的光声效应，并向处理器输出代表感测到的光声效应的信号。处理器可操作以：监视来自传感器302的信号；确定该信号是否包括落在预定可接受范围之外的至少一个参数，该预定可接受范围指示漫射器308和/或玻璃窗口310的机械完整性；以及响应于确定至少一个参数落在预定可接受范围之外、从而指示机械完整性的损失来发起安全性动作。如上所述，安全性动作可以包括向照明器300发送指令以修改照明的强度(例如，将强度降低到安全水平)或停止照明。
82.图4示出了根据本公开的第二(闭合的)照明器400的侧视示意图。第二照明器400类似于第一照明器300，因此包括相同的附图标记以指示相似的特征。因此，除了以上关于
图3描述的组件之外，第二照明器400还被容纳在包括基板304和玻璃窗口310之间的侧壁402的封装或模块中。第二照明器400因此可以是气密的或密封的并且可以包含明确定义的流体(例如，气体)。在这种情况下，传感器302感测在漫射器和/或玻璃窗口310中生成的光声信号，在其行进通过该流体之后，使得任何泄漏或侵入(例如，水或其它流体)都可以通过光声信号的改变来检测。
83.图5示出了根据本公开的第三(另外的)照明器500的侧视示意图。第三照明器500类似于第二照明器400，因此包括相同的附图标记以指示相似的特征。但是，不是将图4的传感器302安装在基板304上，在图5中，传感器302安装在玻璃窗口310的被封住的表面上。因此，传感器302安装成与眼睛安全性组件直接接触。在其它实施例中，传感器302可以安装成与漫射器308直接接触。在这两种情况下，传感器302都位于眼睛安全性组件上或其附近，以确保快速响应和良好的信号质量。虽然在图5中未示出，但可以设置金属迹线或其它电连接器(例如，电线)以将电信号从传感器302路由到照明器封装的边缘并沿着侧壁402路由到发射器(可能还有处理器)所在的基板304。
84.图6示出了根据本公开的第四(又一个)照明器600的侧视示意图。第四照明器600与第三照明器500相似，因此包括相同的附图标记以指示相似的特征。但是，在这种情况下，示出了金属迹线(即，连接器)602，其为从传感器302到基板304的电信号提供路径。以这种方式，传感器302输出代表感测到的光声效应的信号并将这个信号发送到处理器以监视来自传感器302的信号。如上面所解释的，处理器将确定该信号是否包括落在预定可接受范围之外的至少一个参数，该预定可接受范围指示玻璃窗口310的机械完整性。处理器还响应于确定该至少一个参数落在预定可接受范围之外、从而指示机械完整性的损失来发起安全性动作。例如，处理器可以向发射器306发送触发以关闭电源，以防止在眼睛安全性组件的完整性损失的情况下的进一步照明。
85.图7示出了图示在图1的照明器106的操作期间生成的不同信号的时序图700。应该理解的是，照明器300、400、500和600也可以以类似方式操作。时序图700包括表示时间的x轴和表示信号幅度/强度的y轴。示出了任意单位(au)，因为该图仅用于说明性目的。所示的波形表示光信号强度702、光声信号幅度704、门控光声信号幅度706、噪声信号幅度708和检测门信号幅度710，它们纯粹是说明性的，并且这些波形的其它形状可以存在于真正的设备中。
86.时序图700示出了来自发射器的脉冲化的激光信号702。这导致当光信号702通过眼睛安全性组件时经由光声效应生成的光声信号704(由此在介质中的光吸收之后形成声波)。光声信号704在眼睛安全性组件中传播，并且还传输通过侧壁和封住的介质。因而，光声信号704由传感器感测，该传感器或者设置在眼睛安全性组件上或者设置在照明器的其它地方。在本实施例中，通过生成检测门信号710来使用门控检测方法，该检测门信号710被计时以隔离光声信号704的一部分，其被表示为门控光声信号706，它由光声信号704在眼睛安全性组件中的传输产生。由传感器感测的门控光声信号706因此是检测门信号710和光声信号704的乘积。此外，如图7中所示，还存在噪声信号708。
87.在本实施例中，发射器将具有适合于给定应用的预定波长，其不会针对眼睛安全性组件中的吸收进行调谐。因而，光声信号704不太可能处于眼睛安全性组件的谐振频率。因此，光声信号704可以相对小，并且产生的门控光声信号706类似地小。
88.如图7中所示，门控光声信号706在时间上被延迟到光声信号704。这仅仅是介质中声速的结果，因此它允许容易地确定检测门信号710的参数。但是，代替使用如图7中所示的检测门信号710，可以使用与光声信号704完全重叠的检测门信号710。
89.通过监视光声信号704或门控光声信号706，可以检查眼睛安全性组件的机械完整性。由于声波对结构缺陷非常敏感，因此可以在使用发射器的同时随时观察眼睛安全性组件的状态。
90.在一些实施例中，可以提供第二发射器仅用于生成要被监视的光声信号的目的。以这种方式，第二发射器可以被调谐到眼睛安全性组件的谐振频率，从而更容易检测光声信号。
91.在实验中，根据本公开的照明器在使用大约3a的电流(其产生代表眼睛安全性组件的机械完整性的可检测信号)时具有近似2w的强度。对于一些应用，可以采用高达15a的电流，其将清楚地提供如果检测到眼睛安全性组件的完整性则可以被监视并用于触发强大发射器的关闭的可检测信号。
92.虽然传感器可以包括标准麦克风，但可以采用定制的基于微机电系统(mems)的麦克风来实现高达1-10v/pa的灵敏度。
93.虽然未示出，但可以提供声子结构以改善声波的信噪比。
94.因此，本公开的示例提供了方法和装置，其利用光声效应来探测照明器的眼睛安全性组件的机械特性，以监视眼睛安全性组件的完整性并执行安全性动作(诸如如果发生改变，那么关闭发射器)。
95.本公开的实施例可以在许多不同的应用中采用，包括用于3d感测(使用例如飞行时间(tof)、模式或立体方法)或增强现实的面向世界和前方的照明器，例如，在游戏、工业、教育、汽车(例如，用于驾驶员监视)和其它行业。
96.附图标记列表：
97.100 装置
98.102 传感器
99.104 处理器
100.106 照明器
101.108 发射器
102.110 眼睛安全性组件
103.112 设备
104.200 方法
105.202 步骤1204 步骤2206 步骤3208 步骤4300 第一(打开的)照明器
106.302 传感器
107.304 基板
108.306 发射器
109.308 漫射器
110.310 玻璃窗口
111.312 激光束
112.400 第二(闭合的)照明器
113.402 侧壁
114.500 第三(另外的)照明器
115.600 第四(又一个)照明器
116.602 连接
117.700 信号图
118.702 光信号强度
119.704 光声信号幅度
120.706 门控光声信号幅度
121.708 噪声幅度
122.710 检测门信号幅度
123.本领域技术人员将理解的是，在前面的描述和所附权利要求中，诸如“上方”、“沿着”、“侧面”之类的位置术语是参考诸如附图中所示的那些之类的概念性图示而做出的。使用这些术语是为了便于参考，但不旨在具有限制性质。因此，这些术语应被理解为是指处于附图所示朝向的对象。
124.虽然已根据上述优选实施例描述了本公开，但应当理解的是，这些实施例仅仅是说明性的并且权利要求不限于那些实施例。鉴于本公开，本领域的技术人员将能够做出修改和替代，这些修改和替换被认为落入所附权利要求的范围内。本说明书中公开或图示的每个特征可以被结合在任何实施例中，无论是单独的还是以与本文公开或图示的任何其它特征的任何适当组合。
125.参考
126.下文引用与本公开相关的进一步的背景信息。
127.1.applications of photoacoustic sensing techniques，a.c.tam，reviews of modern physics，第58卷，第2期，第381-431页(1986)
128.2.optimized capacitive mems microphone for photoacoustic spectroscopy(pas)applications，10.1117/12.597136，pedersen等人。(2005年)。
129.3.https://phys.org/news/2019-01-technology-lasers-transmit-audible-messa ges.html
130.4.progress in photothermal and acoustic science and technology,life and earth sciences，a.mandelis和p.hess，spie(1997年)。
131.5.surface crack detection with low-cost photoacoustic imaging system，https://doi.org/10.14716/iitech.v9i1.1506