[发明专利]衍射光学元件监测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及衍射光学领域，尤其涉及一种衍射光学元件监测装置及方法。

背景技术

光学投影系统被广泛应用于物体的三维扫描、空间三维重建、人机交互等领域。光学投影系统通过投射编码或结构化的特殊光图案，对目标物体的空间信息进行标记，为后期图像采集装置的信息采集以及三维重建提供准备工作。

用于投射结构光的光学投影系统一般包括光源、准直透镜以及衍射光学元件(DOE)。其中，DOE用于分束、重叠光源发射的光束，以获得分布均匀且不相关的特殊图案化光束，是整个光学投影系统的核心部件。此外，DOE的好坏也会直接影响光学投影系统所投射的光图案的质量，DOE性能越好，光图案的分别率越高、对比度越强。光学投影系统所投射的光图案质量越好，图像采集装置捕捉到的图案化信息越清晰、越准确，则后期处理器对物体三维重建的精度、准确度越高。

然而，随着光学投影系统使用时间的增加，光学元件难免会出现不同程度的老化、变形或者损坏现象，尤其是DOE。因为DOE密封于光学投影系统中，散热不佳的情况下，DOE非常容易出现老化、变形或者损坏的现象。DOE的老化、变形或者损坏问题，会影响到DOE衍射光束的能力。当DOE衍射光束能力的下降时，光学投影系统所投射的图案化光束，其均匀度和对比度也会出现不同程度的下降，甚至伴随着严重的零级衍射光束。所谓零级衍射光束指的是射向衍射光学元件的光束中，存在着一部份光束没有被衍射并且继续穿过衍射光学元件进入目标空间，即没有被衍射光学元件衍射便直接进入目标空间的那一部分光束为零级衍射光束。零级衍射光束的能量往往比高阶衍射光束能量高出几个数量级，处理不当，极有可能诱发人眼安全问题。

为了确保光学投影系统始终符合激光安全标准，实时监测并判断DOE的完整性是非常有必要的。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术无法及时判断DOE老化、变形或者损坏的技术问题，本发明提出一种衍射光学元件监测装置及方法。

本发明的衍射光学元件监测装置，包括：衍射光学元件(DOE)，由至少一片透明基片刻蚀而成，并且所述透明基片的上表面和/或下表面刻有衍射光栅，用于衍射入射光源发出的光束；透明导电薄膜，附于所述DOE的表面，具有电阻属性；监测控制单元，与所述透明导电薄膜电连接，用于监测所述透明导电薄膜的电阻变化，以判断所述DOE的完整性并进行相应的安全控制。

在优选的实施方式中，所述监测控制单元中预设安全阈值区间，当所述透明导电薄膜的电阻超过所述安全阈值区间时，所述监测控制单元进行相应的安全控制。所述安全控制包括发出所述DOE损坏的风险提示信息或关闭所述入射光源或者降低所述入射光源的发光功率。

在优选的实施方式中，当所述透明基片的上表面或下表面刻有衍射光栅时，所述透明导电薄膜附于所述衍射光栅的表面，或者附于所述透明基片的上表面和下表面，或者附于所述透明基片的整个表面；当所述透明基片的上表面和下表面均刻有衍射光栅时,所述透明导电薄膜附于至少一个所述衍射光栅的表面或者附于所述透明基片的整个表面。

在优选的实施方式中，所述DOE由一片透明基片刻蚀而成；其中，所述透明基片的上表面和下表面均刻有衍射光栅。所述透明导电薄膜通过导线串联或者并联在含有所述监测控制单元的控制电路中。

在优选的实施方式中，所述DOE包括垫片和两片透明基片；所述垫片设置在所述两片透明基片之间，用于固定并分隔所述两片透明基片；所述透明基片的上表面或者下表面刻有衍射光栅。所述透明导电薄膜通过导线串联或者并联在含有所述监测控制单元的控制电路中。

在优选的实施方式中，所述DOE包括垫片、两片或者两片以上的所述透明基片，并且至少一片透明基片的上表面和下表面均刻有衍射光栅；所述垫片设置在所述透明基片之间，用于固定并分隔所述透明基片。所述透明导电薄膜通过导线以并联和/或串联的方式接入含有所述监测控制单元的控制电路中。

本发明还提出一种衍射光学元件监测方法，包括以下步骤：首先，在衍射光学元件(DOE)的表面附上透明导电薄膜，所述透明导电薄膜具有电阻属性，所述DOE由至少一片透明基片刻蚀而成，并且所述透明基片的上表面和/或下表面刻有衍射光栅，用于衍射入射光源发出的光束；然后，通过监测所述透明导电薄膜的电阻变化来判断所述DOE的完整性并进行相应的安全控制。