CN103221981A

CN103221981A - 存在检测系统和照明系统

Info

Publication number: CN103221981A
Application number: CN2011800519569A
Authority: CN
Inventors: M.T.约翰逊; M.范多尔伦; G.森尼尼
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2010-10-27
Filing date: 2011-10-20
Publication date: 2013-07-24
Also published as: JP2014501910A; WO2012056380A1; US20130200254A1; RU2013124008A; EP2633504A1

Abstract

一种用于检测区域(12)内的生物(10)的存在检测系统(1)。所述区域(12)包括至少两个区(12A;12B)。所述系统(1)总共包括至少两个光源(2A;2B)，它们中的每一个具有不同的预定义光谱并且它们中的每一个在不同的区(12A;12B)中辐射光。所述系统包括分别对第一预定义光谱和第二预定义光谱敏感的至少两个感测装置(4A;4B)。所述感测装置(4A;4B)中的每一个被布置用于在生物(10)存在于所述区域(12)的区(12A;12B)中的条件下检测从所述生物反射的光，并且用于基于检测到的光生成存在信号(14A;14B)。所述系统包括处理器设备(8)，其基于所述存在信号以区明智的方式来推断所述生物(10)在所述区域(12)内的存在。这样的存在检测系统提供了相对精确的存在检测。本发明还涉及一种包括以上提及的存在检测系统(1)的照明系统。

Description

存在检测系统和照明系统

发明领域

本发明涉及一种用于检测区域内的生物（例如，人或动物）的存在检测系统。所述系统包括用于发射预定义光谱的光的光源以及光传感器，所述光传感器装配有用于对所述预定义光谱的光进行过滤的光谱滤光器。所述光传感器被布置用于检测从存在于区域中的生物所反射的、经过光谱滤光器的光并且用于基于检测结果生成存在信号。所述系统进一步包括用于基于存在信号推断生物的存在的处理器设备。

本发明还涉及一种包括上面提及的存在检测系统的照明系统。

背景技术

这样的系统的实施例在专利申请WO 97/26824中被公开。这个专利申请公开了用于监视活体（例如，婴儿）的装置，其牵涉到朝主体传送辐射、接收由该主体修改之后传送的辐射以及处理所接收到的辐射以便确定该主体的位置和/或状态，例如确定所述主体是否正在呼吸或它的心脏是否在跳动。

已知系统的缺点是有限的精度。特别地，这样的系统不能够精确地确定活体位于区域的哪一个部分中。

发明内容

本发明的目标是提供一种存在检测系统，所述检测系统能够检测区域内的生物（例如，人或动物），所述区域包括至少两个区，并且提供所述存在在所述区中的哪一个中被检测到的信息。这个目标用根据如权利要求1中所限定的本发明的、用于检测区域内的生物的存在检测系统来实现。所述系统包括用于发射预定义光谱的光的光源和对所述预定义光谱的光敏感的感测装置。所述感测装置被布置用于检测从存在于区域中的生物反射的光。所述感测装置被布置用于基于检测结果生成存在信号。所述系统进一步包括用于基于所述存在信号推断生物的存在的处理器设备。所述区域总共包括至少两个区。

所述系统总共包括至少两个光源，它们中的每一个具有不同的预定义光谱（第一光谱和第二光谱），并且它们中的每一个在不同的区中辐射光。所述系统包括分别对第一预定义光谱和第二预定义光谱的光敏感的至少两个感测装置。所述感测装置中的每一个都被布置用于在生物存在于所述区域的区中的条件下检测从生物反射的光，并且用于基于检测到的光生成存在信号。所述处理器设备基于所述存在信号以区明智（zone wise）的方式来推断生物在区域内的存在。

不同于本领域中已知的系统，根据本发明的所述存在检测系统能够确定生物在区域的哪一个区中被检测到，即所述系统提供了更精确的存在检测结果，因为所述系统以区明智的方式推断生物的存在。

根据本发明的所述系统的实施例具有特征：所述感测装置包括对预定义光谱的光敏感的光传感器。

根据本发明的所述系统的实施例具有特征：所述感测装置包括装配有用于对预定义光谱的光进行过滤的光谱滤光器的光传感器。所述光传感器被布置用于在生物存在于所述区域中的条件下检测从生物反射的光，所述检测到的光经过光谱滤光器。

根据本发明的所述系统的实施例具有特征：两个光源能够被包括在单个光辐射设备中，所述光辐射设备被布置成在两个区中辐射至少两个不同预定义光谱的光。第一光谱和第二光谱可以是基本上不重叠的。然而，即使这些光谱是重叠的，根据本发明的所述存在检测系统将仍然工作，因为所述感测装置中的每一个都能够被布置成检测属于第一光谱的第一不重叠部分和第二光谱的第二不重叠部分的光。

根据本发明的所述系统的实施例具有特征：所述存在信号表示人的生命信号，所述生命信号例如心率信号、心率变化信号或呼吸率信号，其中生物是人。这样的特征给出了正确地推断人的存在的附加保证，因为在所述生命信号是心率信号的情形下，在推断人的存在时已知心率信号的参数能够被用作为附加的准则。

根据本发明的所述系统的实施例具有特征：所述存在信号表示存在于所述区域内的相同区中的至少两个人的生命信号。所述处理器设备能够区分存在于所述区中的至少两个人的相应的生命信号。

根据本发明的所述系统的实施例具有特征：由光源所发射的光的预定义光谱是可见光谱，其例如在从390至700纳米的范围内。

根据本发明的所述系统的实施例具有特征：由光源所发射的光的预定义光谱是红外光谱，其例如超过700纳米。这样的特征提供了由所述存在检测系统的光源所发射的光对于人而言将是不可见的优点。这样的特征在其中可见光可以是令人烦扰的应用中可以是有用的。因为所述系统使用不可见光谱范围的光，所以存在检测变得完全不引人注目。

根据本发明的所述系统的实施例具有特征：所述光传感器中的每一个都包括光电二极管，并且所述光电二极管以光电二极管阵列的形式被一起布置。这样的光电二极管阵列对于制造而言是相对便宜的。所述光电二极管中的每一个都装配有光谱滤光器。这样的光谱滤光器能够与所述光电二极管阵列内的相应光电二极管集成在一起。

本发明还涉及一种照明系统，其包括如在先前的实施例中所描述的所述存在检测系统，以及用于照射所述区中的一个或多个或者照射所述区域的另外的光源。所述存在检测系统被布置用于基于存在信号来控制另外的光源或其它系统，诸如安全系统、听觉系统、香味系统以及触觉系统。

附图说明

在下面，本发明和另外的方面将通过例子被描述，并且在下文中使用以下图来解释：

图1示意性地示出了其中区域包括两个区的、存在检测系统的第一示范性实施例；

图2示意性地示出了如由根据图1的存在检测系统所测量的存在信号的强度；

图3示意性地示出了其中区域包括三个区的、存在检测系统的第二示范性实施例；

图4示意性地示出了氧合-去氧血红蛋白的吸收光谱。

具体实施方式

在优选实施例的以下描述中，对形成其一部分的附图进行参考。本发明可以在其中被实践的特定实施例通过说明的方式被示出在以下描述中。还应该理解，其它实施例可以被利用并且在不背离本发明的范围的情况下可以做出结构改变。注意，在若干个实施例中相同的附图标记将被用于指示相同的或类似的部分。

图1示意性地示出了根据本发明的存在检测系统的第一示范性实施例。在这个实施例中，所述系统包括用于发射预定义光谱的光的两个光源（第一光源2A和第二光源2B）以及两个感测装置，所述感测装置在这个实施例中是两个光传感器（第一光传感器4A和第二光传感器4B）。在这个实施例中，光传感器装配有光谱滤光器，分别为第一光谱滤光器6A和第二光谱滤光器6B，以用于过滤预定义光谱的光。光传感器4A、4B被布置用于检测从存在于区域12中的第一个人10反射的光，所述光经过相应的光谱滤光器6A、6B，并且用于基于检测结果生成两个存在信号，分别为第一存在信号14A和第二存在信号14B。所述存在信号被提供给处理器设备8，该处理器设备基于所提供的存在信号14A、14B来推断第一个人10的存在或不存在。区域12被两个区(第一区12A和第二区12B)覆盖。两个光源(第一光源2A和第二光源2B)中的每一个具有不同的预定义光谱并且它们中的每一个在不同的区(分别为第一区12A和第二区12B)内辐射光。两个光传感器(第一光传感器4A和第二光传感器4B)中的每一个被布置用于与光源(分别为第一光源2A和第二光源2B)中的一个一起工作，并且连同对应的光谱滤光器(分别为第一光谱滤光器6A和第二光谱滤光器6B)一起被布置用于对预定义光谱的相应光的检测。以这种方式，处理器设备8以区明智的方式来推断第一个人10在区域12内的存在。

替换地，感测装置包括具有不同的光谱灵敏度的光传感器。对预定义光谱的光敏感的这样的光传感器能够代替装配有用于对预定义光谱的光进行过滤的光谱滤光器的光传感器被使用。光传感器必须具有不同的光谱灵敏度。在一些实施例中，光传感器可以具有内在地不同的光谱灵敏度，凭此它们能够内在地区分不同的预定义光谱的光。内在地不同的光谱灵敏度可以例如通过使用不同类别的光传感器来实现，所述光传感器诸如光电二极管、CCD、光电倍增管等。替换地，内在地不同的光谱灵敏度可以使用具有不同材料属性（例如，基于硅(Si的)或基于砷化镓(GaAs)的、Si中的不同的掺杂水平等）的相同类别的光传感器(诸如光电二极管)来实现。替换地，不同的光谱灵敏度能够通过添加光谱滤光器来实现。

在图1中示出的具体例子中，第一个人10位于区域12内的第一区12A中。因此，仅第一光传感器4A检测到源自于第一光源2A的、从第一个人10反射并由第一光谱滤光器6A所过滤的光，而第二光传感器4B未检测到任何显著的光。这意味着处理器设备8接收到两个存在信号14A、14B，其中第一存在信号14A指示人存在于第一区12A中而第二存在信号14B指示人不存在于第二区12B中。因此，处理器设备8推断人在区域12内的存在并且更特别地是在第一区12A内的存在。

光传感器（例如，光电二极管）能够测量人的生命信号。光电容积描记术是经由光被氧合-去氧血红蛋白的吸收来监视真皮毛细管中的血脉冲的变化。用诸如光电二极管之类的简单光传感器来执行光电容积描记术是可能的。光电二极管监视由新鲜血液在皮肤的毛细管中的循环通路所引起的光强度的微小变化。采用这样的光电二极管，动态地测量来自相隔数米的人的心率、心率变异性、血氧以及可能地血压是可能的。还知道光电二极管能够在大范围的光谱频率上测量诸如心率之类的生命信号。更优选地，所述系统使用不可见光谱范围的光，凭此测量变得完全不引人注目。因此，存在信号14A、14B例如能够表示人的心率信号。这样的特征给出了人的存在被正确地推断的附加保证，因为已知心率信号的参数能够被处理器设备在推断出的存在时用作为附加的准则。

光谱滤光器可以是非常简单的构件(例如，沉积的薄膜)，其直接地位于光传感器即光电二极管之上。替换地，如本领域中已知的那样，光电二极管或包括光谱滤光器的光电二极管的阵列可以被使用。光电二极管可以由标准Si半导体技术制造，或者替换地可以由非晶硅技术制造，所述非晶硅技术被用来在玻璃或柔性塑料基板上制造LCD显示器。后面提到的技术具有较低成本和较大面积二极管的优点。

光源2A、2B还能够在所述区中的一个中非排他地发射光，并且代替地在主区中发射相对高强度的光而在该主区的邻近区中发射相对低强度的光。具体地，在图1中示出的例子中，第一光源2A在第一区12A中发射相对高强度的光并且还在第二区12B中发射相对低强度的光，而且同样地，光源2B在第二区12B中发射相对高强度的光并且还在第一区12A中发射相对低强度的光。第一光源2A的光从主区(在这个例子中为第一区12A)朝着位于离该主区更远的区不断地降低。这样的特征可以被用来确定第一个人10在区内的相对更精确的位置。特别地，在图1中示出的例子中，第一个人10的心跳将被第一光传感器4A相对强地检测到而被第二光传感器4B相对弱地检测到。然而，对于在相同的图1中示出的第二个人10A来说，第二个人10A的心跳将由第一光传感器4A作为相对强的信号被检测到，其是近似地与针对第一个人10的强度相同的强度，并且作为相对弱的信号被第二光传感器4B检测到，但与第一个人10相比仍然具有较高的强度。这由图2中示出的表来表示。如已经提到的那样，这个特征可以被用来确定人在区内的更精确的位置。在这个具体例子中，针对第一个人10和针对第二个人10A的心跳度量将指示第二个人10A比第一个人10更接近于第二区12B，而两个人都位于区12A中将是显而易见的。

区域12内的区的数目可以是不同的，所述数目实际上是高于一的任何整数。增加区的数目能够增加存在检测系统的精度。然而，区的数目还应该以这样的方式被选择使得它适合区域12的尺寸，即相对小的区域能够被仅两个区很好地覆盖，而相对大的区域可能需要20个以上的区。

图3示意性地示出了根据本发明的存在检测系统的第二示范性实施例，其中所述系统被用来检测一个以上的人的存在，在这个具体例子中被用来检测三个人（第一个人10A、第二个人10B以及第三个人10C）的存在。处理器设备8将得到三个存在信号：第一存在信号14A、第二存在信号14B以及第三存在信号14C。这些存在信号将指示三个人的存在。第一存在信号14A将指示具有第一心跳率的第一个人10A的存在。第三存在信号14C将指示分别具有第二心跳率和第三心跳率的第二个人10B和第三个人10C的存在。这意味着根据本发明的系统能够检测在不同区内以及在单个区内的一个以上的人。这是可能的，因为存在信号包括关于从在一个区内的不同人检测到的不同心跳的信息。为了确认的确两个或更多个人存在于相同的区内，识别所测量的心跳中的任何差异将是必要的，所述差异例如不同心率、心率变异性等。

图4示出了用于人的心率的测量的氧合血红蛋白(HbO₂)和去氧血红蛋白(Hb)的吸收光谱。从图4中清楚的是，使用来自至少从200到1000纳米(nm)的非常宽的范围的光对心率进行测量是可能的。

图4额外地示出了在从约250 nm到约1000 nm的波长范围内光被人的皮肤中的血流强吸收。如已经在先前文本中所述的那样，该范围对应于紫外光谱、红外光谱以及可见光谱。

如果光电二极管阵列被使用，则可能需要对所述系统的一次校准以便将由光电二极管阵列所检测到的光谱色转换成空间坐标。然而，因为光照模式是固定的并且可选地与光传感器的滤光器1:1匹配，所以校准问题将是微不足道的。

光源能够使用不可见波长的光，因为不总是希望以有色照明来照射空间。由于这个原因，本发明的优选实施例提出构建所述系统，光源和光传感器阵列滤光器的光谱带宽凭此落在可见光波长即350-700纳米(nm)之外。

在红外(IR)波长(高于700nm)和紫外(UV)波长(低于400nm)两者上的光也被人的皮肤中的血流强吸收，如在图4中所示的那样。因为UV光的效果能够对皮肤造成损害，所以被使用的光谱频率是其中光仍然被皮肤中的血流强吸收的IR频率是高度优先的。这样的基于IR的光谱非常适合作为IR光源，例如LED，并且光电二极管可跨越整个IR波长范围容易地使用。

本发明还提出了光源或光电二极管阵列滤光器的光谱带宽凭此被降低的特定概念。通常，光源的带宽应该落入光电二极管阵列滤光器的带宽内。

此外，这样的系统可以包括离散光谱或连续光谱。对于本领域的技术人员而言将明显的是，这样的系统可以通过使用宽带光光谱或具有降低的带宽光谱的一系列光源、或者用诸如激光器和LED这样的单频光源来创建。此外，阵列中的每个光电二极管具有离散滤光器也是可能的。

虽然本发明已经在图和前述描述中被详细地图示和描述，但是这样的图示和描述将被认为是说明性的或示范性的而不是限制性的；本发明不限于所公开的实施例。

对于所公开的实施例的其它变例能够被本领域的技术人员在实践所要求保护的发明时从对图、公开内容以及所附权利要求的研究来理解和实现。在权利要求中，词“包括”不排除其它单元或步骤，并且不定冠词‘一’或‘一个’不排除多个。某些措施被记载在相互不同的从属权利要求中的简单事实不指示这些措施的组合不能够被用来获利。权利要求中的任何附图标记不应该被解释为限制范围。

附图标记的列表

1 存在检测系统

2A;2B;2C 光源

4A;4B;4C 感测装置

6A;6B;6C 光谱滤光器

8 处理器设备

10A;10B;10C 人

12A;12B;12C 区

12 区域

14A;14B;14C 存在信号。

Claims

1. 一种用于检测区域(12)内的生物(10)的存在检测系统(1)，所述系统(1)包括：

-光源(2A;2B)，其用于发射预定义光谱的光，

-感测装置(4A;4B)，其对所述预定义光谱的光敏感，其中，所述感测装置(4A;4B)被布置用于在生物(10)存在于所述区域(12)中的条件下检测从所述生物(10)反射的光，并且用于基于检测到的光生成存在信号(14A;14B)，以及

-处理器设备(8)，其用于基于所述存在信号(14A;14B)推断所述生物(10)的存在，

其特征在于，

所述区域(12)包括至少两个区(12A;12B)并且其中所述系统(1)总共包括：

-至少两个光源(2A;2B)，它们中的每一个具有不同的预定义光谱，所述光谱即第一光谱和第二光谱，并且它们中的每一个在不同的区(12A;12B)中辐射光，以及

-至少两个感测装置(4A;4B)，其分别对所述第一预定义光谱和所述第二预定义光谱的光敏感，其中，所述感测装置(4A;4B)中的每一个被布置用于在生物(10)存在于所述区域(12)的所述区(12A;12B)中的条件下检测从所述生物(10)反射的光，并且用于基于检测到的光生成存在信号(14A;14B)，

其中，所述处理器设备(8)基于所述存在信号以区明智的方式来推断所述生物(10)在所述区域(12)内的存在。

2. 如权利要求1中要求保护的所述存在检测系统(1)，其中，所述感测装置包括对所述预定义光谱的光敏感的光传感器。

3. 如权利要求1中要求保护的所述存在检测系统(1)，其中所述感测装置包括装配有用于对预定义光谱的光进行过滤的光谱滤光器的光传感器。

4. 如权利要求1中要求保护的所述存在检测系统(1)，其中，所述两个光源(2A;2B)被包括在单个光辐射设备中，所述光辐射设备被布置成在两个区(12A;12B)中辐射至少两个不同预定义光谱的光。

5. 如前述权利要求中任一项要求保护的所述存在检测系统(1)，其中，所述第一光谱和所述第二光谱是基本上不重叠的。

6. 如前述权利要求中任一项要求保护的所述存在检测系统(1)，其中所述生物是人，并且其中所述存在信号表示人的生命信号。

7. 如权利要求6中要求保护的所述存在检测系统(1)，其中，所述存在信号表示存在于所述区域内的相同区中的至少两个人的所述生命信号，并且其中所述处理器设备(8)区分存在于所述区中的所述至少两个人的相应的生命信号。

8. 如前述权利要求中任一项要求保护的所述存在检测系统(1)，其中，由所述光源(2A;2B)所发射的光的预定义光谱是来自可见光谱的。

9. 如前述权利要求中任一项要求保护的所述存在检测系统(1)，其中，由所述光源(2A;2B)所发射的光的预定义光谱是来自不可见光谱的。

10. 如权利要求2至9中任一项要求保护的所述存在检测系统(1)，其中，所述光传感器中的每一个都包括光电二极管。

11. 如权利要求10中要求保护的所述存在检测系统(1)，其中，所述光电二极管以光电二极管阵列的形式被一起布置。

12. 一种照明系统，其包括如权利要求1至11中任一项要求保护的所述存在检测系统(1)以及用于照射所述区中的一个或多个或照射所述区域的另外的光源，其中，所述存在检测系统被布置用于基于所述存在信号来控制所述另外的光源。