專利名稱：對照明系統(tǒng)的配置改變的檢測的制作方法
對照明系統(tǒng)的配置改變的檢測
背景技術：
照明系統(tǒng)用于許多應用。例如，它們可用于諸如飛行時間(TOF)相機、雷達系統(tǒng)和質譜儀之類的深度相機系統(tǒng)。照明系統(tǒng)包括諸如激光器或發(fā)光二極管(LED)之類的光源。通常，諸如透鏡和反射鏡之類的附加光學處理元件或光處理元件被并入照明系統(tǒng)的光學設計。例如，這些光處理元件可用于將光源的光定向到目標位置或在目標區(qū)上散布光。如果光學元件的配置因篡改或非期望的損壞而改變，則照明系統(tǒng)無法如其光學設計所期望地工作，并且可引起安全危害。

發(fā)明內容
本發(fā)明技術提供了對照明系統(tǒng)中所配置的元件的位置改變的檢測。具體而言，該技術可檢測照明系統(tǒng)的元件的去除、損壞或位置改變。光源生成照明信號，并且照明系統(tǒng)的元件將照明信號的一部分光定向到光檢測器。在一些實施例中，元件將一部分光反射回來。另外，可通過除諸如衍射之類的反射以外的技術將光定向到光檢測器。光檢測器基于反射光生成輸出信號，并且控制電路監(jiān)控輸出信號以供檢測照明系統(tǒng)的一個或多個元件的配置位置的改變。在一個示例中，照明信號由一個或多個準直透鏡準直，并且來自信號的一部分光由傾斜光學元件反射。反射光再次穿過一個或多個準直透鏡。光將以全部或大部分反射光被聚焦回光源但偏移一量或距離的方式與傾斜角相關地偏移或平移。光檢測器可被放置在偏移或平移的位置處，通常在光源附近，并且光檢測器可測量反射光。通過控制傾斜角，對反射光被定向到何處的良好控制使得對照明系統(tǒng)中的改變敏感。將光反射回光源附近準許使用現(xiàn)有的、市場上普遍可買到的光源封裝，諸如包括放置在光源附近的監(jiān)控光電二極管的激光二極管封裝。通過能夠在監(jiān)控光電二極管處接收反射光，光源封裝外部的效果或改變可由現(xiàn)成光源封裝內的標準組件檢測。在一些實施例中，控制電路響應于檢測配置位置的改變來修改對照明系統(tǒng)的操作。經(jīng)修改操作的一個示例正在關閉光源。提供本發(fā)明內容以便以簡化形式介紹在以下具體實施方式
中進一步描述的一些概念。本發(fā)明內容并非旨在標識所要求保護的主題的關鍵特征或必要特征，也不旨在用于幫助確定所要求保護的主題的范圍。


圖1A是包括用于檢測其元件的配置改變的技術的照明系統(tǒng)的實施例的框圖。圖1B是包括用于檢測其元件的配置改變的技術的照明系統(tǒng)的另一實施例的框圖。圖2是可檢測其元件的配置改變的激光二極管照明系統(tǒng)的實施例的立體圖中的框圖。圖3是根據(jù)一個實施例的用于檢測圖2的照明系統(tǒng)的元件的位置配置改變的控制電路的框圖。圖4是包括用于檢測其元件的配置改變的技術的激光二極管照明系統(tǒng)的另一實施例的立體圖中的框圖。圖5是根據(jù)一個實施例的用于檢測圖4的照明系統(tǒng)的元件的位置配置改變的控制電路的框圖。圖6是用于檢測照明系統(tǒng)中的一個或多個元件的配置位置的改變的方法的實施例的流程圖。圖7是在使用反射光作為系統(tǒng)元件之一的位置的改變的指示器的照明系統(tǒng)中圖6方法的實現(xiàn)示例的流程圖。圖8是示出針對去除光電二極管之后監(jiān)控光電二極管電流對去除之前初始監(jiān)控光電二極管電流的百分比改變的一些數(shù)據(jù)點的一些結果的圖表。
具體實施例方式照明系統(tǒng)通常包括光源和一個或多個光電元件。光源可以是現(xiàn)成封裝(例如，標準化的、市場上可買到的封裝)，包括使用集成電路技術來制造的光源和支承電路。取決于應用，照明系統(tǒng)的設計者將一個或多個光學元件(例如，反射鏡和透鏡)配置在接收并處理光的位置中。元件的另一示例是遮光元件。系統(tǒng)的其他元件可包括結構元件，像其上在適當位置安裝、附著或支承各個元件的支承結構。如果在配置中例如通過顯著的移動、損壞、或去除來改變這些元件的位置，則照明系統(tǒng)或光學系統(tǒng)的操作可能受到顯著的損害。該技術通過監(jiān)控被定向回光檢測器的照明信號的一部分光來檢測照明系統(tǒng)中的一個或多個元件的配置位置的改變。當激光器被用作光源時，激光器生成光或照明，該光或照明主要在一個方向上傳播(稱為前向)，但也有較小部分光在相反方向上傳播以構成反向照明信號。按照常規(guī)，監(jiān)控光電二極管監(jiān)控反向照明信號，作為激光器的照明信號的輸出功率的指示器。前向照明信號是通常由照明系統(tǒng)用于各種各樣的應用(諸如相機、雷達、質譜儀等)的信號，并且是術語照明信號所指的信號。照明系統(tǒng)的元件將信號的一部分光定向回光檢測器。定向一部分光的一種方式是反射光。一些實施例利用光自光學元件的固有表面反射。最低限度散射的表面反射光提供表面反射光的強度測量，這些強度測量容易對諸如噪聲之類的環(huán)境因素進行全部的檢測。光檢測器基于對從元件接收回的光的測量生成輸出信號。監(jiān)控光檢測器的輸出信號以檢測系統(tǒng)元件的位置已經(jīng)改變。在一些示例中，諸如包括監(jiān)控光電二極管的激光二極管封裝之類的現(xiàn)成集成電路光源封裝可用于監(jiān)控封裝外部的改變。換言之，可檢測照明系統(tǒng)的位于封裝外部的一個或多個光學兀件的配置的改變。圖1A是包括用于檢測其元件的配置改變的技術的照明系統(tǒng)的實施例的框圖。外部結構118提供對光學元件124和122以及包括集成電路的殼或罐104的封裝的支承，該集成電路包括半導體光源106、控制電路126和光檢測器108。在該實施例中，光學元件124和122表示透鏡，但是其他光學處理元件或光處理元件(例如，反射鏡)可被按照特定光學設計使用。另外，所示透鏡124和122可表示一個或多個光學元件的光學子系統(tǒng)。光源106生成照明信號，在該示例中被表示為色散射線109f和11 If。諸如激光二極管或發(fā)光二極管(LED)之類的半導體二極管通常生成色散光束，與生成高度準直光束的氣體或晶體激光器不同。準直透鏡124準直發(fā)散光，如圖所示。光學元件122是反射一部分準直光的傾斜光學元件。傾斜不是按比例繪制的。在諸如圖1A以及圖2和4中所示的照明系統(tǒng)之類的照明系統(tǒng)的示例配置中，傾斜角可以是2到3(2-3)度。反射光Illb再次穿過透鏡124所表示的一個或多個準直透鏡。相關于傾斜角，反射光11 Ib行進到自光源106 (但在其附近)平移的位置，光檢測器108位于該位置處。光檢測器108被放置成接收反射光111b。例如，如圖所示它在光源106附近，在此情況下它在光源106后面，但是它在光源106的區(qū)域以外并接收射線111b。由于最低限度散射鏡面反射光，對光檢測器的強度測量將比針對簡單地散射回檢測器的光對光檢測器的強度測量高。圖1B是包括用于檢測其元件的配置改變的技術的照明系統(tǒng)的另一實施例的框圖。在該示例中，發(fā)散射線109f由一個或多個透鏡124準直，并且行進并與外部結構118內側的表面上的反射區(qū)115a相交。反射區(qū)115a、115b可用涂料或涂層來涂敷,反射區(qū)115a、115b使光109b穿過一個或多個準直透鏡124定向回光檢測器108。結構118可包括部分115a和115b中的涂層或反射鏡的反射區(qū)。在一個示例中，部分115a和115b內側上(在本視圖中在這些部分上方和下方)的三個相互垂直的反射鏡可形成梯形，由于115a和115b之間的用于照明信號的開口，該梯形是具有不完整隅角的方形。因此，角反射器被有效地形成為反射元件。圖2是包括用于檢測其元件的配置改變的技術的激光二極管照明系統(tǒng)的實施例的立體圖中的框圖。參考圖2和4的本發(fā)明同等地適用于具有發(fā)光二極管的配置，這些配置可共享類似于圖2和4所示的配置。在圖2中，照明系統(tǒng)的外部結構元件118支承光學元件124和122。透鏡124表示用于準直光束114的一個或多個光學元件。傾斜光學元件122 (未按比例繪制)具有從軸121測量的、垂直于照明信號的傳播方向的傾斜角120。如圖1A所述，在該示例中，傾斜角可在2到3度之間。當然，根據(jù)光學照明系統(tǒng)的設計選擇，可使用其他傾斜角和不同的反射安排。光學元件122可由一個或多個元件實現(xiàn)。在該示例中，光學元件122表示一個或多個衍射光學元件。衍射元件122的衍射光柵提供不均勻的或粗糙的表面，該表面將光定向到光檢測器(例如，表面將光反射回來)。圖2還在立體圖中示出典型激光二極管封裝。激光二極管封裝102包括殼104 (也稱為罐)，該殼容納用于激光二極管106的管芯、用于監(jiān)控光電二極管108的管芯、以及熱沉110。熱沉110用于驅散激光二極管管芯所生成的熱。殼包括窗口 112，激光二極管管芯所生成的激光束或照明信號穿過窗口 112。激光束由圖2中的箭頭114表示。當然，光柵114可表不非準直光離開激光二極管106時的發(fā)散光束。一般而言，激光二極管將從包含二極管結構的共振腔的兩端發(fā)射功率。來自圖2中的激光二極管背面的光束或發(fā)射由箭頭116表示。來自激光二極管106的背部發(fā)射或反向照明信號由監(jiān)控光電二極管108接收。光電二極管利用光電荷載流子生成來感測并測量激光二極管所產(chǎn)生的光。另外，監(jiān)控光電二極管108接收114b所表示的反射光。對所測量光的屬性的改變可由監(jiān)控光電二極管108檢測。在一個示例中，屬性是所測量光的強度或量。在一個示例中，光的強度降低約為百分之二十五是元件(例如，光學元件122和124或結構元件118)中的至少一個的位置已經(jīng)有從照明系統(tǒng)中的其原始配置的位置改變的指示器或檢測器。元件可已經(jīng)被去除、損壞、或重新放置以產(chǎn)生不可忽略的效果O如圖2的示例中所示，現(xiàn)成或多用途的市場上可買到的激光器封裝用于檢測集成電路封裝外部的一個或多個元件的配置位置的改變。監(jiān)控光電二極管是激光二極管封裝的標準。在諸如照明系統(tǒng)之類的光學系統(tǒng)的設計中，封裝不需要為檢測配置改變特別設計或制造。傾斜光學元件122將準直光反射到偏移或平移位置，但在諸如監(jiān)控光電二極管108之類的光源的位置附近。通過能夠在監(jiān)控光電二極管處接收反射光，集成電路封裝外部的影響或改變可由現(xiàn)成光源封裝內的標準組件檢測。殼或罐104的下表面上的黑圈對應于來自封裝的引線或其他連接用于通過輸入驅動信號從控制電路126連接到激光二極管，用于輸出信號從光電二極管108到控制電路126的連接器(PD)，以及同樣可連接到控制電路126的公共或接地連接器(COM)。圖3是根據(jù)一個實施例的用于檢測圖2的照明系統(tǒng)的元件的位置配置改變的控制電路的框圖。所述的控制電路126關于用于檢測使用激光器或LED的光學系統(tǒng)中的配置改變的各方面。雖然未示出，但控制電路126可包括通常體現(xiàn)在用于操作激光器或LED的控制電路中的其他已知系統(tǒng)，例如，溫度控制系統(tǒng)。激光二極管引線LD連接到控制電路126的第一引線，該第一引線連接到驅動電路220和控制系統(tǒng)218。當驅動激光二極管102來產(chǎn)生激光發(fā)射時，在該示例中，控制系統(tǒng)218經(jīng)由驅動電路220維持恒定的電流輸入。激光二極管可被放置在驅動電路220和公共COM之間。控制系統(tǒng)218將提供給激光二極管的電流電平與設定的驅動電流電平進行比較。該設定的驅動電流電平可由模擬電壓表示，并與同樣被表示為模擬電壓的實際電流電平進行比較。使用兩個電壓之間的差值來表示誤差，可調節(jié)對激光二極管的電流的輸入電平以維護對激光器的恒定輸入驅動信號。在電流從驅動電路220到激光器的示例中，通過維護恒定的輸入功率，不需要監(jiān)控光電二極管108來監(jiān)控激光器的輸出功率以便于調節(jié)輸入功率來達到所選輸出功率。光電二極管引線ro連接到在該示例中測量電流的配置測量電路210。所使用類型的光電二極管可輸出表不從反向照明信號和反射光接收的光強度的電流或基于該光強度輸出電流。在其他示例中，輸出信號的另一特性(例如，電壓或相位或頻率)可被用作測量特性?？刂葡到y(tǒng)218包括可以是固件或軟件指令形式的邏輯，該邏輯確定所測量電流是否位于存儲在諸如閃存或只讀存儲器之類的存儲器中的閾值以外。位于閾值以外可以是在閾值以上或以下。例如，一次測量或多次測量可在指示至少一個元件的配置已經(jīng)改變的電流的特定量以上或以下。在一個示例中，激光二極管產(chǎn)生約190-200毫瓦(mw)之間的功率。反向照明信號產(chǎn)生約500微安(uA)的輸出信號。反射光產(chǎn)生約2000uA的增長，因此，2500uA的輸出信號指示照明系統(tǒng)的元件位于配置內的其期望位置。如果輸出信號下降到約例如ISOOuA或以下，則控制系統(tǒng)檢測到已經(jīng)存在集成光源封裝外部的一個或多個光學元件的配置位置的改變。位于閾值以外是用于修改照明系統(tǒng)的操作的準則的一個示例。例如，準則可以是其中控制電路126關閉光源(該示例中為激光二極管)的關閉準則?？刂葡到y(tǒng)218使得驅動電路220停止產(chǎn)生激光二極管106的驅動信號，因此，照明系統(tǒng)關閉。
圖4是包括用于檢測其元件的配置的改變的技術的激光二極管照明系統(tǒng)的另一實施例的立體圖中的框圖。在該實施例中，監(jiān)控光電二極管108用于測量反向照明信號的常規(guī)目的，該反向照明信號可被用作激光二極管的輸出功率的指示器。另一光電二極管107用于測量反射光114b的屬性。從罐104延伸出兩個光電二極管連接器(PDl和TO2)，控制電路126連接到這些連接器以讀取兩個光電二極管108和107的各個輸出信號。圖5是根據(jù)一個實施例的用于檢測圖4的照明系統(tǒng)的元件的位置配置改變的控制電路的框圖。在該示例中，控制系統(tǒng)218接收來自光電二極管107和108各自的電流測量。功率控制電流測量系統(tǒng)226接收表示反向照明信號的電流輸出信號，該電流輸出信號表示照明信號的輸出功率。通過監(jiān)控激光二極管的輸出作為反饋，激光二極管的輸出功率可由控制系統(tǒng)218通過調節(jié)驅動電路220來維護。代替如圖3中使對激光器的驅動電流保持恒定，可基于關于照明信號的輸出功率的反饋來改變驅動電路220所產(chǎn)生的驅動電流。除將根據(jù)反向照明信號的貢獻來減小值以外，控制電路處理如上圖3所述的配置測量電路210的測量。在以上實施例中，不同類型的反射可用于將光反射回光檢測器。例如，具有入射角約為O的表面的反射鏡或其他設備可將一部分照明反射回光檢測器。在另一示例中，可使用向后反射，其中將光反射回其源作為最低限度散射的光或至少比漫反射光散射得少的光。在其他示例中，使用其中入射角等于反射角的鏡面反射。此外，其他元件可用于通過除反射以外的其他光學技術將封裝外部的一部分照明定向到封裝內部的光電二極管。例如，一部分光可由拆分器拆分開，并且穿過光學元件路由回光檢測器。在另一示例中，光可被衍射到放置在封裝中的光檢測器。圖6是用于檢測照明系統(tǒng)中的一個或多個元件的配置位置的改變的方法的實施例的流程圖。對于要作描述、但使方法不限于所公開的特定示例的說明性背景，參考圖1A到5的元件。在步驟302，光源106生成照明信號。在步驟304，諸如圖2中的一個或多個傾斜衍射光學元件122或圖1B中的結構元件118的反射區(qū)115a和115b (例如，在一個示例中被體現(xiàn)為向后反射區(qū))的照明系統(tǒng)的一個元件將照明信號的一部分光定向到光檢測器108?？刂齐娐?26在步驟306監(jiān)控定向光以供檢測照明系統(tǒng)的一個或多個元件的配置位置的改變，并且在步驟308確定一個或多個元件的配置位置的改變是否已經(jīng)發(fā)生。響應于未改變，系統(tǒng)通過繼續(xù)在步驟302生成照明信號和監(jiān)控定向回光檢測器的光來繼續(xù)操作。響應于元件的配置位置的改變，在步驟310，控制電路126修改照明系統(tǒng)的操作。在出于安全和正確操作考慮的許多情況下，步驟310導致關閉照明系統(tǒng)。圖7是在使用反射光作為系統(tǒng)元件至少之一的位置的改變的指示器的照明系統(tǒng)中的圖6方法的實現(xiàn)示例的流程圖。另外，在該示例中關閉是經(jīng)修改操作。在圖7的示例中，步驟304通過將照明信號的一部分光反射到光電二極管(例如，圖2中的監(jiān)控光電二極管或圖4的其他光電二極管107)在步驟304a實現(xiàn)。監(jiān)控經(jīng)檢測光以供檢測照明系統(tǒng)的一個或多個元件的配置位置的改變的步驟306通過步驟306a中的光電二極管108、107生成表示反射回光電二極管的光的輸出信號，以及步驟306b中的監(jiān)控輸出信號作為反射光的改變的指示器實現(xiàn)。檢測改變的步驟308通過步驟308a中的檢測是否存在滿足關閉準則的輸出信號的改變，以及步驟310中的修改操作被實現(xiàn)為響應于滿足關閉準則的改變關閉光源來實現(xiàn)。關閉準則的一個示例是位于閾值以外。例如，如果配置測量電路210將示出輸出信號強度顯著下降約為25%或更大的值返回到控制系統(tǒng)218，則系統(tǒng)218將使驅動電路220停止向激光二極管106提供驅動電流，從而關閉它。也可使用其他閾值，例如，15%或35%。通常，在光源的使用期限中，挑選閾值，以致不因噪聲改變或光源輸出功率的期望正常下降、并且因此定向回光檢測器的光而導致關閉。圖8是示出針對去除光學元件之后監(jiān)控光電二極管電流對去除之前初始監(jiān)控光電二極管電流的百分比改變的一些數(shù)據(jù)點的一些結果的圖表。獲得系統(tǒng)(諸如圖2中的系統(tǒng))的結果，其中去除了衍射光學元件122。對于去除之前約為1.125毫安(mA)的初始監(jiān)控光電二極管電流，百分比改變在約25 %到30 %之間。在初始電流為1.6ma處，去除之后百分比改變在約45 %到50 %之間。對于1.8mA的初始電流，去除之后百分比改變約為55 %。如所指示的，該范圍的電流改變指示初始監(jiān)控光電二極管電流和因去除衍射光學元件122的百分比改變之間的完全線性和直線關系。雖然用結構特征和/或方法動作專用的語言描述了本主題，但是可以理解，所附權利要求中定義的主題不必限于上述具體特征或動作。相反，上述具體特征和動作是作為實現(xiàn)權利要求的示例形式公開的。
權利要求
1.種照明系統(tǒng)，包括: 用于生成照明信號的光源(106)； 對齊以定向所述照明信號(109f、1llf、114)的一部分光的一個或多個光學元件(124、122)； 放置成接收從所述一個或多個光學元件定向的光(109b、lllb、114b)的光檢測器(107、108)，并且所述光檢測器基于從所述光學元件定向的光生成輸出信號；以及 連接成監(jiān)控所述光檢測器的輸出信號以供檢測所述照明系統(tǒng)的一個或多個元件的配置位置的改變的控制電路(126)。
2.按權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于: 所述光學元件在支承所述照明系統(tǒng)的結構前側的表面上具有用于將所述照明信號的一部分光定向到所述光檢測器的反射區(qū)(I 15a、115b)。
3.按權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于: 對齊以定向所述照明信號的一部分光的所述一個或多個光學元件包括用于準直所述照明信號的光學元件(124)和用于反射所述準直照明信號的一部分光的傾斜光學元件(122)。
4.一種用于檢測照明系統(tǒng)中的一個或多個元件的配置位置的改變的方法，所述方法包括: 光源生成(302)照明信號； 由所述照明系統(tǒng)的元件將所述照明信號的一部分光定向(304)到光檢測器； 控制電路監(jiān)控(306)定向光以供檢測所述照明系統(tǒng)中的一個或多個元件的配置位置的改變；以及 所述控制電路響應于檢測到所述一個或多個元件的配置位置的改變來修改(310)所述照明系統(tǒng)的操作。
5.按權利要求4所述的方法，其特征在于: 由所述元件將所述照明信號的一部分光定向到所述光檢測器還包括 由傾斜光學元件將所述照明信號的一部分反射到所述光檢測器。
6.按權利要求5所述的方法，其特征在于: 控制電路監(jiān)控定向光以供檢測所述照明系統(tǒng)中的一個或多個元件的配置位置的改變還包括 所述光檢測器生成(306a)表示反射回的光的輸出信號，以及 所述控制電路通過監(jiān)控(306b)所述輸出信號作為滿足關閉準則的反 射光的改變的指示器來檢測所述照明系統(tǒng)的一個或多個元件的配置位置 的改變；以及 所述控制電路響應于檢測到所述一個或多個元件的配置位置的改變來修改所述照明系統(tǒng)的操作還包括 所述控制電路響應于滿足關閉準則來關閉(310a)所述光源。
7.一種照明系統(tǒng)，包括: 集成電路光源封裝(102)，所述集成電路光源封裝包括在所述封裝內的用于生成照明信號的光源和光檢測器；用于支承所述集成電路光源封裝和位于所述封裝外部的一個或多個光學元件(122、124)的所述照明系統(tǒng)的外部結構元件(118)，包括用于反射所述照明信號的一部分光的反射元件(122、115a、115b)； 放置成接收從位于所述集成電路光源封裝外部的所述反射元件反射回的光的所述光檢測器(107、108)； 所述光檢測器基于從所述反射元件反射回的光生成輸出信號；以及通信地耦合到所述光檢測器、用于監(jiān)控所述光檢測器的輸出信號以確定所述集成電路光源封裝外部的一個或多個光學元件的配置位置是否已經(jīng)存在改變的控制電路(126)。
8.按權利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述反射元件是衍射元件(122)。
9.按權利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述反射元件包括用準直光學元件(124)對齊來接收經(jīng)準直的所述照明信號(109f、114)的傾斜光學元件(122)。
10.按權利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于: 所述集成電路光源封裝是現(xiàn)成集成電路激光封裝，其中 所述光源是激光器，并且所述激光器還生成反向照明信號； 所述光檢測器是放 置成接收所述反向照明信號的監(jiān)控光電二極管；以及 所述輸出信號表示從所述封裝外部的反射元件反射回的光和所述反向照明信號。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種用于檢測照明系統(tǒng)中的一個或多個元件的配置位置的改變的技術。光源生成照明信號，并且系統(tǒng)的元件將信號的一部分光定向回光檢測器。在一個示例中，這部分光被反射回光檢測器。通過基于定向光監(jiān)控光檢測器的輸出信號，控制電路可檢測到系統(tǒng)的元件的位置已經(jīng)改變。在一個示例中，包括監(jiān)控光電二極管的現(xiàn)成集成電路激光二極管封裝可與反射元件一起使用。在一個示例中，反射元件是傾斜光學元件。可檢測照明系統(tǒng)的位于激光二極管封裝外部的一個或多個光學元件的配置的改變。
文檔編號G01M11/00GK103091071SQ201110352669
公開日2013年5月8日 申請日期2011年11月1日 優(yōu)先權日2010年11月2日
發(fā)明者S·麥克爾道尼, D·易 申請人:微軟公司