CN105578676B - 包括飞行时间测距系统的照明系统 - Google Patents

Abstract

一种照明系统，包括发光二极管阵列，以及飞行时间测距系统。逻辑电路利用飞行时间测距系统来确定到目标的距离并且基于所述到目标的距离来控制发光二极管阵列。耦接到逻辑电路的灯座，其尺寸调整且配置为适配到灯泡插座内并且由所述灯泡插座供电。在一些应用中，所述逻辑电路可以当目标距离照明系统小于阈值距离时激活发光二极管阵列并且通过当目标距离照明系统大于阈值距离时去激活发光二极管阵列。在进一步的应用中，逻辑电路可以以基于到目标的距离而变化的占空比激活发光二极管阵列。

Description

包括飞行时间测距系统的照明系统

技术领域

本发明涉及基于其与目标的距离而被控制的照明系统的领域，并且更为特别地涉及利用飞行时间测距系统来确定其与目标的距离的照明系统。

背景技术

在当今的世界大量地采用紧凑型荧光灯来取代白炽灯从而降低能量消耗。这些紧凑型荧光灯典型地设计并且制造为与现有的白炽灯泡插座和固定装置相容从而轻易地从白炽灯泡过渡到紧凑型荧光灯。

类似地，卤素灯泡如今也由发光二极管(LED)阵列所取代。这些LED阵列提供了更长的生命周期以及更大的能量效率。然而，消费者对于更大的能量效率的要求导致了对于这些LED阵列的额外的进一步功率节约特征的期望。然而，由于这些LED阵列被设计并且制造为与现有的卤素灯泡插座相容，空间极其宝贵并且典型的例如近距离传感器的功率节约特征可能难以实现。

因此，希望研发具有功率节约特征的LED阵列，并且其将保持与现有的卤素灯泡插座的相容性。

发明内容

本发明内容被提供用于引入将在详细描述中对其进一步进行描述的概念的选择。本发明内容并不意在于指出所要求的主题的关键或本质特征，也不意在于被用来帮助限制所要求权利的主题的范围。

根据本公开，一个方面涉及一种照明系统，其包括发光二极管阵列，飞行时间测距系统，以及逻辑电路。所述逻辑电路可以配置为利用飞行时间测距系统来确定到目标的距离并且基于到目标的距离来控制发光二极管阵列。灯座(receptacle)耦接到逻辑电路，并且其可以被尺寸设计且被配置为适配到灯泡插座内并且由所述灯泡插座供电。

所述逻辑电路可以配置为通过当目标距离照明系统小于阈值距离时激活发光二极管阵列并且通过当目标距离照明系统大于阈值距离时去激活发光二极管阵列而基于到目标的距离控制发光二极管阵列。

所述逻辑电路可以配置为通过以基于到目标的距离而变化的占空比激活发光二极管阵列而基于到目标的距离控制发光二极管。所述占空比可以与到目标的距离成正比地变化，或者与到目标的距离成反比地变化。

所述逻辑电路可以配置为通过当到目标的距离为第一距离时以第一占空比激活发光二极管阵列，并且通过当到目标的距离为第二距离时以第二占空比激活发光二极管阵列而基于到目标的距离控制发光二极管阵列。

所述逻辑电路可以配置为在第一模式中基于灯座是否由灯泡插座进行供电来控制发光二极管阵列，并且可以配置为在第二模式中基于到目标的距离控制发光二极管阵列。此外，所述逻辑电路可以配置为基于在第一时间间隔期间到目标的距离小于阈值距离而将发光二极管的控制从第一模式切换到第二模式。逻辑电路可以配置为基于在与第一时间间隔不等的第二时间间隔期间到目标的距离小于阈值距离而将发光二极管的控制从第二模式切换到第一模式。

飞行时间测距系统可以包括配置为发生测距光的垂直腔面发射激光器，以及配置为探测从目标反射的反射测距光的盖格模式(Geiger mode)雪崩光探测器。

另一个方面涉及一种照明系统，其包括发光二极管阵列，测距光源，反射光探测器，以及逻辑电路。所述逻辑电路可以配置为激活测距光源从而导致测距光源发射测距光，并且监视来自反射光探测器的输出从而探测从目标反射的并且回到反射光探测器的反射测距光。逻辑电路还可以配置为基于在激活测距光源和探测到反射测距光之间流逝的时间来确定到目标的距离，并且基于所述到目标的距离来控制发光二极管阵列。

所述逻辑电路可以配置为在第一时间间隔期间监视来自反射光探测器的输出，并且控制发光二极管阵列从而使得发光二极管阵列在与第一时间间隔不等的第二时间间隔期间被激活并且在与第一时间间隔交叠的第三时间间隔期间被去激活。

逻辑块可以耦接在反射光探测器和逻辑电路之间，并且可以配置为当发光二极管阵列被激活时阻挡来自反射光探测器的信号到达逻辑电路。

反射光探测器可以包括能够在盖格模式下进行操作的光探测器，并且逻辑电路可以配置为当发光二极管阵列没有被激活时以足以在盖格模式下操作光探测器的电平向光探测器提供电压，并且当发光二极管阵列被激活时以不足以在盖格模式下操作光探测器的电平向光探测器提供电压。

第一供电节点可以配置为将第一电压提供到发光二极管阵列，并且第二供电节点可以配置为将小于第一电压的第二电压提供到飞行时间测距系统。

一种方法方面涉及一种操作照明系统的方法。所述方法可以包括从测距光源发射测距光，并且探测从目标反射并且回到反射光探测器的反射测距光。利用逻辑电路，基于在发射测距光和探测到反射的测距光之间流逝的时间来确定到目标的距离。利用逻辑电路，可以基于到目标的距离来控制发光二极管阵列。

附图说明

图1A为根据本公开的采用了飞行时间测距系统的照明系统的示意性框图。

图1B为类似于图1A但是不同地供电的照明系统的示意性框图。

图2为根据本公开的采用了飞行时间测距系统的照明系统的详细的示意性框图。

图3为类似于图2中的照明系统的详细的示意性框图，但是其LED阵列不同地偏压。

图4为根据本公开的采用了飞行时间测距系统的照明系统的透视图。

图5为示出了LED阵列和飞行时间测距系统的图4的照明系统的前视图。

图6为采用了在标准模式和“智能”模式之间切换的飞行时间测距系统的照明系统的时序图。

图7为采用了在标准模式下操作的飞行时间测距系统的照明系统的时序图。

图8为采用了在标准模式和“智能调光”模式之间切换的飞行时间测距系统的照明系统的时序图。

图9为类似于图2的照明系统的详细示意性框图，但是其具有在飞行时间测距系统和逻辑电路之间的逻辑块用来帮助减少飞行时间测距系统对环境光的探测。

图10为采用了以下的飞行时间测距系统的照明系统的时序图，该飞行时间测距系统被操作以便当LED阵列在较低占空比进行操作时帮助减少飞行时间测距系统对环境光的探测。

图11为采用了以下的飞行时间测距系统的照明系统的时序图,该飞行时间测距系统被操作以便当LED阵列在较高占空比进行操作时帮助减少飞行时间测距系统对环境光的探测。

具体实施方式

下面将描述本公开的一个或多个实施例。这些所描述的实施例仅仅为这里所公开的技术的例子。此外，在试图提供简洁的描述时，实际实施方式的一些特征可能在说明书中不进行描述。当引入本公开的各个实施例的元素时，冠词“一”、“一个”以及“该”、“所述”意在于意味着存在一个或多个元素。用语“包含”、“包括”以及“具有”意在于为囊括性的并且意味着可能会有所列举出的元素之外的附加的元素。

最初参照图1A，现在描述照明系统10。所述照明系统10包括配置用于发射可见光的发光二极管(LED)阵列16，其被飞行时间测距系统和逻辑电路15控制。所述LED阵列16耦接在逻辑电路15和参考电压之间。功率源12提供电压电源Vsupply到飞行时间测距系统以及逻辑电路15，并且其本身由灯插座供电。例如，灯座可以耦接到功率源12，并且可以配置为适配到灯插座内并且从其接收功率。

图4中示出了针对具有插座11的照明系统10的示例外形因素。灯座11包括壳体80，其具有从其延伸的插头83。虽然插头83描述性地示出为一对针脚，在一些应用中其可以代之以单一螺纹的插头。所述壳体80承载着上面所描述的电子元件，以及反射器81，在其中定位了LED阵列16。反射器81帮助收集以及聚焦从LED阵列16发射的光。透镜82遮盖LED 16用于保护以及进一步的光收集和聚焦。飞行时间测距模块14可以定位在LED阵列16之内的中心，如图5所示。

在操作中，逻辑电路15使用飞行时间测距系统来确定目标的距离，并且基于所述距离控制LED阵列16，例如通过在希望的占空比激活LED阵列16或者去激活LED阵列16。在一些应用中，LED阵列16可能在较之飞行时间测距系统和逻辑电路15而言更高的电压下进行操作。在这种应用中，如图1B所示，功率源12可以将较之提供给飞行时间测距系统和逻辑电路15的电压Vlogic而言更高的电压Vled提供给LED阵列16。

参照图2，现在提供系统10的实施例的更多的细节。此处，逻辑电路17以及飞行时间测距系统14在集成电路15之上被并置。飞行时间测距系统14包括测距光源21，图示为垂直腔面发射激光器(VCSEL)。所述测距光源21由通过逻辑电路17致动的VCSEL驱动器20来驱动。当被激发时，测距光源21发射激光脉冲，所述激光脉冲行进到目标30并且从其被反射。

所述飞行时间测距系统14还包括反射光探测器22，图示为单光子电雪崩二极管或盖格模式雪崩光子二极管，其探测到从目标30反射的测距光。逻辑电路17监视反射光探测器22的输出，并且基于在激活测距光源21和探测到反射测距光之间所流逝的时间来确定到目标的距离。

逻辑电路17生成脉冲宽度调制(PWM)信号来驱动LED阵列16。所述PWM信号基于到目标的距离，并且逻辑电路17可以根据其当前所处的模式而不同地生成PWM信号。作为可代替的设计选择，在一些应用中，如图3所示，LED阵列16可以耦接在LED驱动电压Vled和参考电压之间，逻辑电路15通过PWM信号来打开或关闭在LED阵列16和参考电压之间的开关。

例如，逻辑电路17可以在“智能”模式进行操作，在该模式下当目标距离照明系统10小于阈值距离时其生成恒定的PWM信号，并且目标距离照明系统大于阈值距离不生成PWM信号。由此，在“智能”模式下，逻辑电路17可以被授意当目标距离小于阈值距离时激活LED阵列16，并且当目标距离大于阈值距离时去激活LED阵列16。

所述逻辑电路17可以基于从开关(未示出)接收到的输入而在“正常”模式和在“智能”模式下操作进行切换，在“正常”模式下其无论目标和照明系统10之间的距离而生成恒定的PWM信号。可代替地，逻辑电路17可基于在第一时间间隔期间所述照明系统10和目标之间的距离处于在较高阈值和较低阈值之间而从在“正常”模式下操作切换到“智能”模式，并且可以基于在与第一时间间隔不等的第二时间间隔期间所述照明系统10和目标之间的距离处于较高阈值和较低阈值之间而从在“智能”模式下操作切换回“正常”模式。

作为另一个例子，逻辑电路17可以在“智能调光”模式下操作，其中其基于到目标的距离来改变PWM信号的占空比，例如通过关于所述距离而正比地改变占空比或者反比地改变占空比。由于人眼对光脉冲所感知的方式，这用以对观察者所感知到的光进行调光。因此，在“智能调光”模式下，逻辑电路17可以被授意基于到目标的距离而调亮或调暗LED阵列。

这个改变可以按照任何速率来完成，例如，以1/d²，其中d为距离，从而从目标的角度(其类似于一个人)来看保持了恒定的表观照度。作为另一个例子，可以设置较高和较低距离阈值，并且可以完成改变使得PWM占空比基于(距离-较低阈值)*(较高阈值-较低阈值)。

在一些应用中，逻辑电路17可以对“智能调光”模式操作从而其基于距离以离散的步骤来改变PWM信号的占空比，例如当没有探测到目标或者当目标不在第一距离之内时为0％，当目标位于第一距离之内但是小于第二距离时为33％，当目标位于第二距离之内但是小于第三距离时为66％，并且当目标位于第三距离之内时为100％。此外，逻辑电路17可以对“智能调光”模式进行操作从而其在较低和较高的非零值之间改变PWM信号的占空比，例如当没有探测到目标或者当目标不在阈值距离之内时为50％，并且当目标位于阈值距离之内时为100％。

现在参照图6示出的时序图来充分描述对于照明系统10的初始上电以及将模式从“正常”到“智能”或“智能调光”进行的切换。在对灯座施加功率之后的短暂时间段内，供电电压Vsupply在T1处升高。在T2处，其在T1之后不久(典型地小于1秒)，飞行时间测距模块14开始工作，并且逻辑电路17利用飞行时间测距模块14来测量在照明系统10和例如柜台面的静止的背景目标之间的距离，其在距离R0。PWM占空比为高从而通过激活LED阵列16向用户指示逻辑电路17正在等待指令。在T3处，其在T2之后不久，目标(例如用户的手)放置在背景和照明系统10之间在较高阈值距离RX1和较低阈值距离RN1之间持续T3和T4之间的时间间隔，并且接着移开。一旦目标被移开并且观察到距离返回到R0，逻辑电路17输入“智能”或“智能调光”模式，并且基于所测量到的在照明系统10和目标之间的距离改变PWM占空比。为了向用户示警已经输入了“智能”或“智能调光”模式，逻辑电路17使得LED阵列16闪烁地打开并关闭两次，如在T5和T6之间的PWM占空比所示出的。

在稍后的时间T7，所述目标放置在较低阈值RN2和较高阈值RN1之间持续T7和T8之间的时间间隔，并且接着移开。一旦目标被移开并且观察到距离再次返回到R0，逻辑电路17切换回到“正常”模式。

RN1和RX1的值可以编程进逻辑电路17，或者可以由逻辑电路17基于距离R0(到静态背景目标的距离)进行设置。仍然进一步，RN1和RX1的值可以由逻辑电路17基于以两个独立的时间到目标的距离来设置。类似地，RN2和RX2的值可以编程进逻辑电路17，或者可以由逻辑电路基于距离R0进行设置，或者由逻辑电路17基于以两个独立的时间到目标的距离来设置。

现在描述在图7中所示的操作照明系统10的时序图，其中在T3和T4之间，在静态背景和照明系统之间没有探测到目标。此处，照明系统10在T3和T4之间从不输入“智能”或“智能调光”模式，因此PWM占空比保持为高，而不论在T7-T8之间以及T10-T11之间在静态背景和照明系统之间探测到目标的事实。

现在参照图8示出的时序图来充分描述将逻辑电路17从“正常”切换到“智能”或“智能调光”模式的可代替的方法。在对灯座施加功率之后的短暂时间段，供电电压Vsupply在T1处升高。在T2处，其在T1之后不久(典型地小于1秒)，飞行时间测距模块14开始工作，并且逻辑电路17利用飞行时间测距模块14来测量在照明系统10和静止的背景目标之间的距离，其在距离R0。PWM占空比为高从而指示逻辑电路17正在等待指令。在T2和T3A之间，目标放置在较低距离阈值RN1B和较高距离阈值RX1B之间，并且接着移开。在T3A和T4B之间，目标再次放置到RN1B和RX1B之间，并且接着被移开。逻辑电路17基于目标被放置在较高距离阈值和较低距离阈值之间持续在T3A和T4A以及T3B和T4B之间的时间间隔，接着在时间T5切换进入“智能”或“智能调光”模式，并且导致PWM占空比两次变高，这激活LED阵列16两次以向用户指示已经进入“智能”或“智能调光”模式。

RN1B和RX1B的值可以编程到逻辑电路17中，或者可以由逻辑电路17基于距离R0(到静态背景目标的距离)来设置。仍然进一步，RN1B和RX1B的值可以由逻辑电路17基于以两个独立的时间到目标的距离来设置。

在一些应用中，其中逻辑电路17编程有用于或“智能”模式或“智能调光”模式的逻辑，可以使用上述用于输入模式的两种方法中的任一个。在逻辑电路17被编程有用于“智能”模式和“智能调光”模式二者的情况下，上述方法中的一个可以用来输入“智能”模式，而一个可以用来输入“智能调光”模式。

再次参照图2，反射光探测器22对于环境光以及来自测距光源21的光敏感。由于测距光探测器22的探测场倾向于与来自LED阵列116的光锥对准，大量的环境光将可能被反射光探测器22所探测到并且降级了距离探测的精度。因此，如图9所示，逻辑块27可以插入在反射光探测器22和逻辑电路17之间并且可以当PWM的占空比为高时用以阻挡来自反射光探测器的信号到达逻辑电路17。

作为代替，逻辑电路17可以配置为在其间PWM的占空比为低的时间间隔期间监视来自反射光探测器22的输出，并且导致PWM的占空比在不同的时间间隔期间为高。由此，逻辑电路17可以被授意在第一时间间隔期间监视来自反射光探测器22的输出，并且控制LED阵列16从而使得LED阵列16在不等于第一时间间隔的第二时间间隔期间被激活并且在与第一时间间隔交叠的第三时间间隔期间被去激活。

对此进行示出的示例时序图在图10-图11中，其中由于测距光源21在其中反射光探测器22探测反射光的时间间隔期间被使用，当激活测距光源21的Vcsel为低时，PWM为高。

作为另一个代替，逻辑电路17可以配置为当LED阵列没有被激活时将以足以在盖格模式下操作反射光探测器22的电平向反射光探测器22提供电压，并且当LED阵列被激活时将以不足以在盖格模式下操作反射光探测器22的电平向反射光探测器22提供电压。

虽然已经关于有限数目的实施例对本公开进行了描述，受益于本公开的本领域的技术人员将理解可以构思其他的实施例而不背离这里所公开的公开范围。相应地，本公开的范围将仅仅由所附的权利要求来限制。

Claims (20)

1.一种照明系统，包括：

发光二极管阵列；

飞行时间测距系统，其中所述飞行时间测距系统包括配置为发射测距光的垂直腔面发射激光器，以及配置为探测从目标反射的反射测距光的盖格模式雪崩光探测器；

逻辑电路，被配置为利用所述飞行时间测距系统来确定到目标的距离并且基于所述到目标的距离来控制所述发光二极管阵列；以及

耦接到逻辑电路的灯座，其被尺寸设计且被配置为适配到灯泡插座内并且由所述灯泡插座供电。

2.根据权利要求1所述的照明系统，其中所述灯座包括承载所述逻辑电路的壳体，所述壳体具有从其延伸的端子集合。

3.根据权利要求1所述的照明系统，其中所述逻辑电路被配置为通过当所述目标距离所述照明系统小于阈值距离时激活所述发光二极管阵列并且通过当所述目标距离所述照明系统大于所述阈值距离时去激活所述发光二极管阵列来基于所述到目标的距离控制所述发光二极管阵列。

4.根据权利要求1所述的照明系统，其中所述逻辑电路被配置为通过以基于所述到目标的距离而变化的占空比激活所述发光二极管阵列而基于所述到目标的距离控制所述发光二极管阵列。

5.根据权利要求4所述的照明系统，其中所述占空比与所述到目标的距离成正比地变化。

6.根据权利要求4所述的照明系统，其中所述占空比与所述到目标的距离成反比地变化。

7.根据权利要求1所述的照明系统，其中所述逻辑电路被配置为通过当所述到目标的距离为第一距离时以第一占空比激活所述发光二极管阵列，并且通过当所述到目标的距离为第二距离时以第二占空比激活所述发光二极管阵列而基于所述到目标的距离控制发光二极管阵列。

8.根据权利要求1所述的照明系统，其中所述逻辑电路被配置为在第一模式中基于所述灯座是否由所述灯泡插座进行供电而控制所述发光二极管阵列，并且被配置为在第二模式中基于所述到目标的距离而控制所述发光二极管阵列；并且其中所述逻辑电路被配置为基于在第一时间间隔期间所述到目标的距离小于阈值距离而将所述发光二极管阵列的控制从所述第一模式切换到所述第二模式。

9.根据权利要求8所述的照明系统，其中所述逻辑电路被配置为基于在与所述第一时间间隔不等的第二时间间隔期间所述到目标的距离小于阈值距离而将所述发光二极管阵列的控制从所述第二模式切换到所述第一模式。

10.一种照明系统，包括：

发光二极管阵列；

测距光源；

反射光探测器，所述反射光探测器包括能够在盖格模式下进行操作的光探测器；

逻辑电路，所述逻辑电路配置为

选择性地激活所述测距光源从而使得所述测距光源发射测距光，

在所述发光二极管阵列没有被激活时以足以在盖尔模式下操作所述光探测器的电平向所述光探测器提供电压，并且在所述发光二极管阵列被激活时以不足以在盖尔模式下操作所述光探测器的电平向所述光探测器提供电压；

监视来自所述反射光探测器的输出从而探测从目标反射的并且回到所述反射光探测器的反射测距光，

基于在激活所述测距光源和探测到所述反射测距光之间流逝的时间来确定到目标的距离，

基于所述到目标的距离来控制所述发光二极管阵列。

11.根据权利要求10所述的照明系统，进一步包括耦接到逻辑电路的灯座，其被尺寸设计且被配置为适配到灯泡插座中并且由所述灯泡插座供电。

12.根据权利要求10所述的照明系统，其中所述逻辑电路被配置为在第一时间间隔期间监视来自所述反射光探测器的输出，并且控制所述发光二极管阵列从而使得所述发光二极管阵列在与所述第一时间间隔不等的第二时间间隔期间被激活并且在与所述第一时间间隔交叠的第三时间间隔期间被去激活。

13.一种照明系统，包括

发光二极管阵列；

测距光源；

反射光探测器；

逻辑电路，所述逻辑电路配置为

激活所述测距光源从而使得所述测距光源发射测距光，

监视来自所述反射光探测器的输出从而探测从目标反射的并且回到所述反射光探测器的反射测距光，

基于在激活所述测距光源和探测到所述反射测距光之间流逝的时间来确定到目标的距离，以及

基于所述到目标的距离来控制所述发光二极管阵列；以及

耦接在所述反射光探测器和所述逻辑电路之间的逻辑块，所述逻辑块配置为当所述发光二极管阵列被激活时阻挡来自所述反射光探测器的信号到达所述逻辑电路。

14.一种照明系统，包括

发光二极管阵列；

测距光源；

反射光探测器；

逻辑电路，所述逻辑电路配置为

激活所述测距光源从而使得所述测距光源发射测距光，

监视来自所述反射光探测器的输出从而探测从目标反射的并且回到所述反射光探测器的反射测距光，

基于在激活所述测距光源和探测到所述反射测距光之间流逝的时间来确定到目标的距离，以及

基于所述到目标的距离来控制所述发光二极管阵列；以及

配置为将第一电压提供到所述发光二极管阵列的第一供电节点，以及配置为将小于所述第一电压的第二电压提供到飞行时间测距系统的第二供电节点，所述飞行时间测距系统包括所述测距光源和所述反射光探测器。

15.一种用于操作照明系统的方法，包括：

从测距光源发射测距光，所述测距光源包括垂直腔面发射激光器；

探测从目标反射回到反射光探测器的反射测距光；所述反射光探测器包括盖格模式雪崩光探测器；

利用逻辑电路，基于在发射所述测距光和探测到所述反射测距光之间流逝的时间来确定到目标的距离；以及

利用所述逻辑电路，基于所述到目标的距离来控制发光二极管阵列。

16.根据权利要求15所述的方法，通过当所述目标距离所述照明系统小于阈值距离时激活所述发光二极管阵列并且通过当所述目标距离所述照明系统大于所述阈值距离时去激活所述发光二极管阵列来基于所述到目标的距离控制所述发光二极管阵列。

17.根据权利要求15所述的方法，其中通过以基于所述到目标的距离而变化的占空比激活所述发光二极管阵列来基于所述到目标的距离控制所述发光二极管阵列。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述占空比与所述到目标的距离成正比地变化。

19.根据权利要求17所述的方法，其中所述占空比与所述到目标的距离成反比地变化。

20.根据权利要求15所述的方法，其中通过当所述到目标的距离为第一距离时在第一占空比激活所述发光二极管阵列，并且通过当所述到目标的距离为第二距离时在第二占空比激活所述发光二极管阵列来基于所述到目标的距离控制所述发光二极管阵列。