CN104870953B - 用于感测环境光强度的腕戴设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于感测环境光强度的腕戴设备(10)，所述腕戴设备包括多个光接收器，所述多个光接收器被以不同的取向布置在所述腕戴设备(10)的不同位置处，以接收来自不同方向(+X、‑X；+Y、‑Y；+Z、‑Z)的光。

Description

用于感测环境光强度的腕戴设备

技术领域

本发明涉及用于感测环境光强度的腕戴设备的领域，以及涉及使用这样的腕戴设备来感测环境光强度的对应方法。

背景技术

对光的暴露是使得身体时钟与太阳日周期能够适当同步的关键机制。光暴露的时间计定、持续时间、强度以及光谱构成都对所谓的人对24小时昼夜节律的确定周期有影响。已经表明，恢复性睡眠仅能够在与身体时钟同步时发生。对于相对于特定的人周围的社交安排具有他们的内部身体时钟的阶段移位的所述特定的人，在良好定义的时间处的对强光的暴露能够用于对他们的身体时钟进行向前或向后地移位，以使身体时钟与他们的社交需要更好地对准。同样对于季节性情感障碍的处置，定时的且规律的对强光的暴露是有效的手段。

对人在多天或者甚至数周的过程中被暴露于其的光水平的评估是针对情绪和睡眠障碍的诊断的重要手段。现有的体动记录仪产品利用与腕表类似地使用和戴着的设备来测量活动和光暴露。

例如在US 2008/0319354 A1中示出了这样的腕戴设备，其示出了一种用于监测与睡眠有关的信息的系统和方法。在该文件中示出的腕戴设备包括照明传感器以提供与用户的环境照明的强度有关的信息。所述传感器的信号能够由合适的电子计算器件进一步处理。

共同传感器模块通常被安装为使得主灵敏度的轴线正交于操作模块的显示表面，即，正交于用户的外手表面。同时，传感器的主灵敏度的轴线完全独立于用户的注视方向，结果是正被测量的光水平与存在于用户的眼睛处的那些光水平之间没有良好的相关性，所述存在于用户的眼睛处的那些光水平对于由例如对人类昼夜阶段进行移位的光暴露引起的视觉效应和非视觉效应的估计将是最优的。此外，总体而言，灵敏度的主轴线不同于来自环境光的主要部分被接收的方向。在大多数周围状况中，不是从所有方向均匀地接收光，而是主要暴露是由一小部分光源(阳光、屋顶上的光照等)引起的。根据以上内容可知，使用如上所述的腕戴设备在感测环境光照和估计其由于例如对人类昼夜阶段进行移位而对视觉效应和非视觉效应的影响时不总是导致满意的结果。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于感测环境光强度的腕戴设备，所述腕戴设备关于环境光照的测量及其对人类的影响被改进，并且所述腕戴设备减少或甚至消除在所述设备之内的传感器布置的方向性灵敏度的影响。

该目的由包括权利要求1的特征的腕戴设备来实现。

根据本发明的用于感测环境光强度的腕戴设备包括不只是一个而是多个光接收器，所述多个光接收器被以不同的取向布置在所述腕戴设备的不同位置处，以接收来自不同方向的光。在该布置中，所述接收器中的一个的方向感受性的效应通过指向不同方向的不同接收器来抗衡，使得能够进行多方向测量。这引起估计环境光强度的更好结果。由于在该布置中使用的光接收器的数目的增加，能够进行类似全方向的光测量，所述类似全方向的光测量几乎独立于所述腕戴设备在用户的身体上的当前取向。

所述光接收器可以是收集光并将所接收的光强度转换成能够被进一步处理的对应电信号的常规光传感器。在该情况下，所述光接收器的感受性对应于传感器的灵敏度。然而，所述光接收器也能够是收集光并进一步将所述光引导到传感器设备以用于进一步处理的任何光学设备。

根据本发明的一个优选实施例，不同方向中的每个对应于所述光接收器中的一个的最大感受性的主轴线。这意味着，所述接收器被取向为使得其最大感受性的轴线位于不同的空间方向上。在传感器作为光接收器使用的情况下，最大感受性对应于所述传感器在其主轴线上的最大灵敏度。

根据本发明的另一优选实施例，所述不同方向中的至少一些彼此正交。仅仅为了给出一个范例，所述光接收器中的一个可以被放置在所述腕戴设备的顶部上，所述光接收器中的一个的最大感受性的主轴线处于正交于用户的手的背面，而另一光接收器被横向地布置在所述腕戴设备处，指向正交于第一光接收器的方向。

根据另一优选实施例，所述不同方向中的至少一些彼此相反。例如，两个不同的光接收器能够被布置在所述腕戴设备的相反侧上。

根据本发明的又另一实施例，所述光接收器被成对地布置，其中，每对的两个光接收器被以相反的取向布置在笛卡尔坐标系的一个空间轴线上。例如，总共能够使用六个光接收器，其中三对光接收器在三维坐标系的空间轴线上。

优选地，所述腕戴设备包括操作模块和腕带，所述腕带利用其端部被连接到所述操作模块的相反侧，并且所述光接收器被布置在所述操作模块和/或所述腕带上的不同位置中。

所述操作模块能够是例如容纳集成电路的壳体，类似于普通腕表的壳体，所述集成电路用于处理并存储由用作光接收器的传感器提供的信号。

更优选地，所述光接收器是用于生成对应于所接收的光强度的信号的传感器。

根据本发明的又另一实施例，所述光接收器经由光导体与一个共同传感器相连接，所述共同传感器收集由所述光接收器接收的光。在该情况下，所述光接收器本身不被提供作为传感器，而是仅仅作为可见光收集设备(例如，光学透镜)，所述可见光收集设备被耦合到朝向所述传感器供应所收集的光以用于进一步处理的光导纤维。

更优选地，所述光接收器被提供为接收一个或多个光谱范围(例如，在可见光光谱或也包括红外线光谱或紫外光谱范围之内)的光。

根据另一优选实施例，根据本发明的腕戴设备还包括用于处理表示由所述光接收器接收的强度的信号并用于识别和进一步处理表示在这些强度之中的最大强度的信号的中央处理单元。在该实施例中，在所有接收器之中仅接收最大强度的光接收器的信号被进一步处理。

根据另一优选实施例，所述中央处理单元被提供用于识别和进一步处理表示在一个预定的光谱范围中的最大强度的信号。

根据本发明的另一实施例，所述腕戴设备包括用于处理表示由所述光接收器接收的强度的信号并用于将这些信号组合为一个总体强度信号的中央处理单元。该组合能够例如通过将所述光接收器的所有信号相加或通过它们的任何其他线性组合或非线性组合来实现。

根据又另一优选实施例，所述腕戴设备还包括用于感测所述腕戴设备的空间取向的加速度计。所述加速度计的信号能够用于识别例如指向地面的光接收器或指向屋顶或天空的另一光接收器。该信息能够用于增强所述光接收器的空间布置的总体感测灵敏度。

本发明还涉及一种用于使用上述种类的腕戴设备来感测环境光强度的方法，所述方法包括以下步骤：向所述中央处理单元供应表示由所述光接收器接收的强度的信号；比较所供应的信号；并且识别表示在所接收的强度之中的最大强度的信号。

根据本发明的用于使用如以上所提到的腕戴设备来感测环境光强度的另一方法包括以下步骤：向中央处理单元供应表示由所述光接收器接收的强度的信号；并且将所供应的信号组合为一个总体强度信号。

附图说明

参考下文描述的实施例，本发明的这些方面和其他方面将是明显的并得到阐明。

在附图中：

图1是根据本发明的腕戴设备的一个实施例的透视前视图；

图2是在图1中示出的腕戴设备的透视后视图；并且

图3和图4是图1和图2的腕戴设备的透视顶视图和透视底视图。

具体实施方式

图1示出了用于感测戴着该设备10的用户(未示出)的周围状况中的环境光强度的腕戴设备10。总体而言，腕戴设备10包括操作模块12和柔性腕带14，所述操作模块12呈以平的矩形框的形状，所述柔性腕带14利用其端部被附接到操作模块12的相反侧，使得操作模块12和腕带14形成环。腕带14的内径被定尺寸为使得腕戴设备10能够被舒适在戴在用户的腕上。为了戴上设备10，腕带14可以具有特定弹性以被扩大，或打开和闭合机构(在图中未示出)可以被提供用于将腕带14的一端连接到操作模块12。总体而言，操作模块12和腕带14被形成为类似于普通腕表。

操作模块12被形成为容纳用于处理和存储电信号的集成电路的壳体，这将会在下面进一步描述。在操作模块12的顶部表面16上有用于显示设备10的状态信息或诸如日间的任何其他信息的显示器18。

还被提供在操作模块12的顶部表面16上的是用于测量环境光强度的光传感器20。其他传感器22和24被横向地布置在操作模块12处，而另一传感器26被布置在腕带14的顶部上(相对于图1中的取向)，第五光传感器28被与顶部传感器26相反地安置在腕带14的底部上，并且最后，第六传感器(在图1中未示出但是存在于图2中)被与操作模块12的顶部上的前传感器20相反地定位在腕带的背面上。

所有传感器20、22、24、26、28、30被布置在腕戴设备10的不同位置处，以接收来自不同方向的光。这些方向中的每个对应于传感器20、22、24、26、28、30中的一个的最大灵敏度的主轴线。例如，操作模块12的右侧上的右传感器24被取向为使得其接收来自图1中的右侧的光，并且该传感器24具有由虚线A标记的最大灵敏度的主轴线，所述最大灵敏度的主轴线处于垂直于操作模块12的侧壁并且垂直于腕带14的环平面。在该轴线A中，传感器24的灵敏度在其最大值处。传感器24被安置为接收来自沿着其主轴线A的方向+X(在图1中由箭头标记)的光。

传感器22被布置在操作模块12的相反的横向侧上，其最大灵敏度的主轴线与之前描述的传感器24的轴线A结合在一起。然而，该左传感器22被布置为接收来自沿着该轴线A的相反方向-X(也由与图1中的箭头+X相反的箭头标记)的光。作为结果，两个相反的传感器22和24彼此相反，被布置为接收来自最大灵敏度的共同轴线A上的相反方向+X、-X的光。

顶部传感器26和底部传感器28也被彼此相反地布置，以接收来自相反方向的光。即，顶部传感器26被布置为接收来自垂直于腕带14的表面的顶部方向+Y的光，而底部传感器28被布置为接收来自相反方向–Y的光，而所标记的方向+Y、-Y都位于表示传感器26和28的最大灵敏度的相同主轴线B上。灵敏度的该第二主轴线B在图1中由虚线标记。应当注意，最大灵敏度的该第二主轴线B处于垂直于左传感器22和右传感器24的最大灵敏度的第一主轴线。

最后，操作模块12的顶部上的前传感器20和背传感器30(图2)彼此相反，以接收来自由箭头+Z、-Z标记的相反方向的光。这些方向+Z、-Z中的每个位于前传感器20和背传感器30的最大灵敏度的主轴线C上。

在以上描述的布置中，六个光传感器20、22、24、26、28、30中的每两个光传感器被成对地布置，其中，一对的两个光传感器被分别以相反方向+X、-X，+Y、-Y和+Z、-Z布置在笛卡尔坐标系的被这些对的正交轴线跨越的一个空间轴线上。这些正交轴线由所描述的传感器20、22、24、26、28、30的最大灵敏度的轴线A、B和C表示。这还意味着，每两个传感器被彼此正交地布置，例如，左传感器22与顶传感器26、右传感器24与底传感器28、或顶传感器26与背传感器30等。

通过该布置，能够以类似全方向的方式感测环境光强度，接收来自三维空间中所有方向的光。通过对所有传感器20、22、24、26、28、30的信号的使用，能够强有力地减少或甚至消除传感器中的每个的方向性灵敏度的影响，即，沿着各自的传感器20、22、24、26、28、30的最大灵敏度的主轴线A、B或C落下的光生成比相对于各自的传感器的最大灵敏度的主轴线以一倾斜角度到达的光更强的信号。这种效应能够被上述布置最小化。

在本范例中，传感器被用作将光变换成电信号的光接收器，所述电信号能够被操作模块12中的中央处理单元进一步处理和/或存储。在本实施例中，传感器20、22、24、26、28、30由光敏电子部件表示。然而，能够在相同的位置处并以相同的取向布置其他种类的光接收器来代替传感器20、22、24、26、28、30，所述其他种类的光接收器也具有用于光的最大感受性的主轴线，呈以光学元件的形式，所述光学元件收集光并进一步经由光导体朝向被存放在操作模块12之内的共同传感器供应所收集的光，使得电信号由该共同传感器来生成。光接收器(即，传感器或任何其他种类的光收集光学元件)还能够被提供为接收一个或多个光谱范围(例如，在可见光光谱之内或在红外光谱区或紫外光谱区中)的光。中央处理单元然后可以处理表示由光接收器接收的强度的信号，并识别表示最大测量强度的信号，以用于进一步存储和/或处理。这意味着，中央处理单元判定光接收器或传感器中的哪一个测量了最大强度，并且仅仅进一步处理该被识别的传感器的信号。还能够执行该识别并进一步对所述传感器的一个选定的光谱范围进行处理。

另一可能性是，在中央处理单之内通过任何线性组合或非线性组合将所有光接收器或光传感器的信号组合为一个总体强度信号。该处理也能够通过被提供在操作模块12之内的加速度计(未示出)来加权，所述加速度计用于感测腕戴设备10的空间取向。在该情况下，能够识别例如指向朝向天空或房间屋顶的向上方向的一个传感器，并且能够将该识别或信息用于进一步处理表示传感器20、22、24、26、28、30的强度的信号。

尽管已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是图示性或示范性的，而非限制性的。本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求，在实践请求保护的发明时能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。在权利要求书中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。

Claims (15)

1.一种用于感测环境光强度的腕戴设备(10)，包括多个光接收器，所述多个光接收器被以不同的取向布置在所述腕戴设备(10)的不同位置处，其中所述多个光接收器包括顶部光接收器(26)、底部光接收器(28)、前光接收器(20)、背光接收器(30)、左光接收器(22)和右光接收器(24)，以接收来自所有方向(+X、-X；+Y、-Y；+Z、-Z)的光。

2.根据权利要求1所述的腕戴设备，其中，所述所有方向(+X、-X；+Y、-Y；+Z、-Z)中的每个对应于所述光接收器中的一个的最大感受性的主轴线(A、B、C)。

3.根据权利要求1所述的腕戴设备，其中，所述所有方向(+X、-X；+Y、-Y；+Z、-Z)中的至少一些彼此正交。

4.根据权利要求1所述的腕戴设备，其中，所述所有方向中的至少一些彼此相反。

5.根据权利要求1所述的腕戴设备，其中，所述光接收器被成对地布置，其中，每对的两个光接收器被以相反的取向布置在笛卡尔坐标系的一个空间轴线上。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的腕戴设备，包括操作模块(12)和腕带(14)，所述腕带(14)利用其端部被连接到所述操作模块(12)的相反侧，其中，所述光接收器被布置在所述操作模块和/或所述腕带上的不同位置中。

7.根据权利要求1-5中的任一项所述的腕戴设备，其中，所述光接收器是用于生成对应于所接收的光强度的信号的传感器(20、22、24、26、28、30)。

8.根据权利要求1-5中的任一项所述的腕戴设备，其中，所述光接收器经由光导体与一个共同传感器相连接，所述共同传感器收集由所述光接收器接收的光。

9.根据权利要求1-5中的任一项所述的腕戴设备，其中，所述光接收器被提供为接收一个或多个光谱范围的光。

10.根据权利要求1-5中的任一项所述的腕戴设备，还包括用于处理表示由所述光接收器接收的强度的信号并用于识别和进一步处理表示在这些强度之中的最大强度的信号的中央处理单元。

11.根据权利要求10所述的腕戴设备，其中，所述中央处理单元被提供用于识别并进一步处理表示在一个预定的光谱范围中的最大强度的信号。

12.根据权利要求1-5中的任一项所述的腕戴设备，还包括用于处理表示由所述光接收器接收的强度的信号并用于将这些信号组合为一个总体强度信号的中央处理单元。

13.根据权利要求1、2、3、4、5和11中的任一项所述的腕戴设备，还包括加速度计，所述加速度计用于感测所述腕戴设备(10)的空间取向。

14.一种用于使用根据权利要求10或11所述的腕戴设备来感测环境光强度的方法，包括以下步骤：

向所述中央处理单元供应表示由所述光接收器接收的强度的信号，

比较所供应的信号，并且

识别表示在所接收的强度之中的最大强度的信号。

15.一种用于使用根据权利要求12所述的腕戴设备来感测环境光强度的方法，包括以下步骤：

向所述中央处理单元供应表示由所述光接收器接收的强度的信号，

将所供应的信号组合为一个总体强度信号。