CN103782200A - 改进的占用传感器装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有全角度视场的集成的光和占用传感器装置，其包括：改型的LED元件的阵列；分段滤波孔器件，所述分段滤波孔器件具有由缝长和比所述阵列的长度明显地小的缝宽限定的缝孔，所述缝孔器件定位成离开线性阵列一定距离并且定向成使得所述缝长沿横向方向与所述阵列交叉；以及处理器，所述处理器可操作地连接至所述阵列以处理与光信号对应的光数据值，所述处理器能够在第一模式和第二模式下操作，在所述第一模式下，所述处理器根据所述光数据值确定代表入射在所述线性阵列上的光的平均测量值的量，而在所述第二模式下，所述处理器根据对应的光敏元件的、在不同时间获得的光数据值而进行确定以探测所述传感器的全角度视场内的物体运动的存在。

Description

改进的占用传感器装置

技术领域

本发明涉及一种环境光和稳靠的运动探测传感器，并且更为具体地，本发明涉及一种使用兼作光接收器的发光二级管阵列的集成的稳靠的占用传感器，该占用传感器具有改进的环境光感测和占用感测能力。

背景技术

已经通过使用超声波装置或被动/无源红外接收器制造出占用传感器。这些传感器不是非常稳靠，并且需要进行调整。超声波传感器消耗能量而被动红外传感器会受到若干外部媒介的扰乱。

也可使用摄像机来探测人/车辆的存在，但是摄像机具有以下问题。

a）较小光探测能力，从而需要外部照明，因而消耗电力/功率。不需要外部照明的IR摄像机非常昂贵。

b）较低/小视场

c）形式因素上无灵活性。

建筑照明系统可以由根据房间内的占用者的存在而将照明器启动为开或关状态的电子系统、以及由根据可包括自然光和人造光在内的所存在的环境光的量调节照明器光级别的系统来控制。

根据房间内的占用者的存在而将照明器启动为开或关状态的系统通常需要占用传感器来探测房间内的一人或多人的存在。两种最常用的类型的占用传感器为被动红外探测器和超声波收发器。

被动红外探测器对例如人体这样的暖和对象/物体敏感，人体以6至10微米之间的远程红外光谱辐射其大部分的热能。探测器对其接收的远红外光的量的突然变化敏感，并且随着其温度发生千分之几度的变化而产生小电压。一旦达到热平衡，则探测器不再产生任何电信号。通过使用透镜阵列，探测器的灵敏度划分于若干个区域。移动横穿探测器的视场的人将横穿一个或多个这些区域，从而随着人从一个区域移动至另一区域而接收到的热能的量的变化将产生能够被探测到的变化的电压。

这种类型的传感器的一个缺点是，人必须移动以便可靠地被探测。如果占用者相对不动地坐着或站立数分钟，则被动红外占用传感器不能够探测到占用者的存在，并且在房间内没有别的人的情况下占用传感器可能会关闭照明器。这种类型的传感器的另一缺点是，通常使用的塑料菲涅耳透镜阵列相对较大，通常直径至少为15mm。这是由于在远红外区中通透的唯一的常见的塑料材料是聚乙烯。聚乙烯是相对柔软的塑料，这使得难以将小尺寸的特征模制至聚乙烯的表面上。这种类型的传感器的另一缺点是，由透镜阵列形成的图像交叠，从而减小各单个图像的对比度。因此，并没有实现将传感器视场分离成区域/多个区域。

这种传感器的其他缺点包括：该传感器对环境空气温度中的热流以及其他突然变化、声音扰乱和射频干扰非常敏感。因此，通过将传感器放置为过于靠近房间内的换气孔、通过机械振动和响亮的声音，或者通过由建筑照明系统控制中使用的电力电子器件所产生的瞬态RFI信号，照明器可能会发生误触发。此外，被动红外探测器在使用于建筑占用传感器中时具有大约二十英尺（六米）的有效范围。这是由于，对于大于二十英尺的距离而言，由人体辐射的热能的量不足以相对于来自房间内的其他表面的背景热辐射而被可靠地探测到。

另一最常见的类型的占用传感器为超声波收发器。超声波收发器由发出高频声音脉冲串的超声波发射器和监听附近表面的回声的超声波接收器组成。如果人或其他对象在这些脉冲串之间移动，则回声的强度和持续时间将改变。

超声波收发器的缺点是，房间内的多个超声波收发器会干扰彼此的操作。这是由于，没有从其他单元所发出的那些脉冲串中区分出来自发射的超声波脉冲串的回声的简易手段。由于来自邻近空间例如走廊以及房间内的多个反射的超声波回声，超声波探测器还可能会不经意地探测房间内它们预期视场外的运动。超声波探测器的另一问题是，需要大而笨重的接收角，从而把视场限制于具体角度。

鉴于这些限制，一些占用传感器制造商进来已经转而使用复杂且相对昂贵的数字信号处理器，数字信号处理器被编程为分析接收的超声波回声系列并过滤掉背景噪声。他们和其他制造商还提供包括被动红外探测器和超声波收发器两者在内的组合占用传感器。这些装置仅仅在两种传感器均探测到它们各自的视场内的运动的情况下才产生输出，输出通常为低电压信号或机电式继电器闭合。

根据存在的环境光的量调节照明器光级别的系统需要光传感器监测存在于房间内的环境光。存在两种类型的常用的环境光传感器。

一种类型的环境光传感器为光敏/光依赖电阻器。这种类型传感器由硫化镉的薄膜或其电阻关于入射在其上的光的量而变化的类似材料的薄膜构造而成。光敏电阻器的光谱灵敏度紧密地匹配人视觉系统的光谱灵敏度。光敏电阻器最常作为日光传感器使用于户外运动探测器中来确保安全照明器不在白天时间被启动。

另一种类型环境光传感器为硅光电二极管。硅光电二极管为在暴露于光时产生小电流的硅基半导体。硅光电二极管自身对近红外光（0.9微米）比对可见光（0.4至0.7微米）更敏感。然而，可以使用适合的玻璃或塑胶滤波/光器来过滤入射光并生产光谱灵敏度更紧密地匹配人视觉系统的光谱灵敏度的传感器。这些滤波器/过滤器通常由传感器制造商直接安装在传感器壳体上。

光敏电阻器与硅光电二极管两者的缺点是，它们产生模拟输出信号，而用于建筑照明的大多数先进的监测和控制系统却基于数字计算机控制。在这些情况下，需要使用模-数转换器将来自环境光传感器的模拟输出信号转换为等同的数字信号。

也可将视频监控摄像机用于尖端的占用探测应用。计算机可以捕获各单个视频帧并快速分析相对于之前捕获的图像的变化。然而，这些摄像机需要数量相当的电子器件硬件来从模拟视频信号产生数字图像。为了分析捕获的视频帧，需要数量相当的计算机处理能力和内存。

尽管大多数视频传感器被设计为矩形阵列的光电二极管光传感器，但某些应用需要线性阵列。示例包括工业机器视觉系统、条码扫描器、文档扫描器、以及光学字符识别系统。线性光电二极管阵列的主要缺点是，它们在与一个或多个球面透镜一起使用时提供由单线组成的图像。这对于其预期应用而言是适合的，在这些应用中对象经过传感器的视场被机械地扫描。然而，对于占用传感器——通常需要二维的广角视场——而言这是不适合的。

为此目的已经提出合并一个或多个红外和/或声学测距传感器的各种系统；例如，参见美国专利5,330,226和5,785,347。通常，这些系统发出一束或多束红外能以限定对应数量的视场，并且接收反射的能以探测视场内的占用者的存在。然而，由这种技术获得的信息有时受到其他光源破坏（例如反射的阳光或脉冲式白炽光），并且即便在最好的条件下通常还是不足以对占用者的类型和位置进行精确地分类。

在另一现有技术中，DELPHI TECHNOLOGIES的欧洲说明书EP1033290公开了一种改进的IR占用者位置探测系统，该IR占用者位置探测系统以足以及时地抑制或以别的方式控制占用者约束展开的速度提供精确且可靠的分类和位置信息。二维阵列的IR发射器被选择性地启动以便周期性地照亮乘客就座区域附近的两个或更多个预定的视平面，并且反射的IR能被感光接收器探测并被分析以便探测占用者的存在，以便对占用者进行分类，以及用以识别和动态跟踪占用者的头部/躯干相对于乘客舱的预定区域的位置。用已知的载波频率调制发出的IR光束的强度、对接收的信号进行带通滤波处理、并同步地探测过滤的信号，由此可以从由IR接收器拾取的其他信号中区分反射的IR能。

发明目的

本发明的目的是提供一种集成的环境光和占用传感器，该集成的环境光和占用传感器基于通过在周边处引入感光材料而改型的LED并且能够同时进行环境光和对象运动的探测。

本发明的另一目的是提供一种改型的LED，其中，感光材料在LED的发射光谱外的光谱中是活跃的/起作用的。

本发明的另一目的是提供一种更便宜、并且通过比规则的基于摄像机的系统更大的孔/光阑尺寸而节省更多的能量的传感器。

本发明的另一目的是提供一种能够具有宽视场并且进一步具有比现有的占用传感器更高的稳定可靠性的传感器。

本发明的另一目的是提供一种滤波孔/光阑，该滤波孔/光阑在LED发射光谱中为通透的但具有在光接收器的光谱中不通透的若干个区域。

发明内容

根据本发明的示例性实施方式，本文中公开的占用传感器具有灵活的构造，即，改型的LED不需要处于单相。

本发明的另外实施方式提供一种对来自建筑照明系统的电和声音的干扰不敏感的传感器。

根据本发明的另一示例性实施方式，传感器能够感测深度估算（3D摄像机）、应用于监控以及交通监测。

本发明为用单个光传感装置实施以探测环境光级别和对象运动的传感器。传感器包括改型的LED阵列，改型的LED阵列定位在分段缝孔装置的下游，分段缝孔装置包括单个的、分段的滤波孔/光阑，该单个的、分段的滤波孔/光阑的缝长定向为垂直于线性阵列的长度。各单个所述LED阵列提供在垂直于缝长的方向上的运动探测能力。缝孔沿着缝长分段以形成传感器光响应度的多个区域，该传感器光响应度的多个区域提供在平行于缝长的方向上的运动探测能力。

作为另一实施方式，提供一种编程的处理器，该编程的处理器用于重建在LED阵列中的光接收器的数量下场景的更高分辨率的图像。

定位在多个缝孔的上游的可选的可见光滤波器使得光电二极管的线性阵列的光谱响应与人视觉系统的光谱响应大致匹配。

因此，提供了一种具有全角度视场的集成的光和占用传感器装置，其包括改型的LED元件的阵列；分段滤波孔装置，分段滤波光孔装置具有由明显地小于阵列的长度的缝宽和缝长限定的缝孔，该缝孔器件定位成离开线性阵列一定距离并且定向成使得缝长沿横向方向与阵列交叉；以及处理器，该处理器可操作地连接至所述阵列以处理与光信号对应的光数据值，该处理器可在第一和第二模式下操作，在第一模式下，处理器根据光数据值确定代表入射到线性阵列上的光的平均测量值的量，而在第二模式下，处理器根据对应的光敏元件的、在不同时间获得的光数据值而进行确定以探测传感器的全角度视场内的物体/对象运动的存在。

通过下文中参照附图进行的对本发明的优选实施方式的详细说明，本发明的另外的目的和优点将变得明显。

附图说明

图1示出了典型的LED，根据本发明，该典型的LED可以用作阵列以对大面积/区域进行照明；

图2示出根据本发明的在周边具有感光材料的改型的LED；

图3示出根据本发明的安装在面板上且放置在滤波孔之上的LED阵列；

图4示出根据本发明的作为示例性实施方式的可以成形为灯泡并且可以用作摄像机的LED阵列。

具体实施方式

本发明讨论使用兼作光接收器/影像接收器的LED阵列的稳靠的占用传感器的设计。

根据本发明，现有技术的LED（可以作为阵列使用来对大面积进行照明）通过在周边处引入感光材料而被改型，该感光材料位于周边，该感光材料在LED的发射光谱之外的光谱中是活跃的。由于光接收器在LED的发射光谱之外敏感，因此它不对LED发出的光做出响应，而是对来自外部的光做出响应。在另一实施方式中，光接收器可以放置为与LED相邻。

如图3中所示，这种LED的阵列以任何期望的形式安装在面板上。该面板放置在滤波孔上方。滤波孔在LED的发射光谱中为通透的，但是具有在光接收器的光谱中不通透的若干个区域。每一个LED中的光接收器接收从场景发出的光的多路复用值并且整个场景可以通过使用来自若干个LED的光接收器值被重建。存在允许重建LED阵列中的多个光接收器下场景的更高分辨率的图像的算法。而且，LED阵列不需要成形成规则的形式。面板不需要为平的。

图4示出这种装置的另一实施方式。

本发明的优点

更便宜，并且通过比规则的基于摄像机的系统更大的孔/光阑尺寸而节省更多的能量

具有比现有的占用传感器更高的稳定可靠性

宽视场

灵活的构造，LED不需要处于单个平面！

能够进行深度估算（3D摄像机）、能够应用于监控和交通监测。

Claims (10)

1.一种具有全角度视场的集成的光和占用传感器装置，包括：

改型的LED元件的阵列；

分段滤波孔器件，所述分段滤波孔器件具有由缝长和比所述阵列的长度明显地小的缝宽限定的缝孔，所述缝孔器件定位成离开线性阵列一定距离并且定向成使得所述缝长沿横向方向与所述阵列交叉；以及

处理器，所述处理器可操作地连接至所述阵列以处理与光信号对应的光数据值，所述处理器能够在第一模式和第二模式下操作，在所述第一模式下，所述处理器根据所述光数据值确定代表入射在所述线性阵列上的光的平均测量值的量，而在所述第二模式下，所述处理器根据对应的光敏元件的、在不同时间获得的光数据值而进行确定以探测所述传感器的全角度视场内的物体运动的存在。

2.根据权利要求1所述的集成的光和占用传感器装置，其中，所述阵列与所述缝孔器件之间的距离有助于所述传感器的全角度视场。

3.根据权利要求1所述的集成的光和占用传感器装置，其中，所述LED通过在周边处引入感光材料而被改型。

4.根据权利要求3所述的集成的光和占用传感器装置，其中，所述感光材料在所述LED的发射光谱外的光谱中是活跃的。

5.根据权利要求4所述的集成的光和占用传感器装置，其中，光接收器放置成与所述LED相邻。

6.根据权利要求1所述的集成的光和占用传感器装置，其中，所述滤波孔在LED的发射光谱中是通透的并且具有在光接收器的光谱中不通透的若干个区域。

7.根据权利要求1所述的集成的光和占用传感器装置，其中，LED阵列固定在面板上。

8.根据权利要求7所述的集成的光和占用传感器装置，其中，所述面板不是平的。

9.根据权利要求1所述的集成的光和占用传感器装置，其中，所述LED不固定在单个面板中。

10.根据权利要求1所述的集成的光和占用传感器装置，其中，所述处理器被编程为重建所述LED阵列中的多个光接收器下所述物体的更高分辨率的图像。

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