CN109556710A - 照明环境光传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种照明环境光传感器，光接收口安装在光电探测器前且具有一个通光口，环境光信号通过光接收口后，照射在光电探测器上，光电探测器将光信号转变成电信号，该电信号传输给信号处理电路，信号处理电路对该电信号进行处理后，传输给信号传送电路，然后再传送给智能照明设备，从而调节环境灯光状态；所述光电探测器含有五种不同光谱响应的光电传感器，它们的相对光谱响应与人眼视网膜上的短波长视锥细胞、中波长视锥细胞、长波长视锥细胞、杆体细胞、神经节光感细胞的光谱响应函数对应一致；本发明简单、方便地对需要检测的某一特定区域的环境光进行检测，与人眼的视觉和非视觉五种感光细胞的感知一致，成本低。
Description
技术领域
本发明涉及光传感器技术领域，尤其涉及一种照明环境光传感器。
技术背景
普通光传感器主要用于各种光信息的检测、自动控制等领域。光传感器将接收的光信号转换成电信号，显示光信号中的某种信息量大小，或者该电信号去控制某种操作。智能照明用光传感器，主要用来检测人居环境中的光照的状态；光传感器将接收到的光信号经过处理后反馈给智能照明装置，从而控制、调节照明设备的光输出状态，达到人居生活或工作所需的光照水平。
现有照明环境光检测的光照传感器主要由光电探测器及附属电路组成，通常光电探测器的光谱响应与人眼的明视觉光谱光视效率函数一致，光电探测器前加有漫射接收器，响应环境光的照度信号。环境光的光照度信号由光电探测器转变成电信号后，通过有线连接或无线传输给灯具控制器，调节环境的光照度大小。
现有照明环境光传感器只是检测环境光照度，而在生活环境中人眼感知到的照明环境状态是由视网膜上的光照决定的，也就是人眼看到某一区域的环境光亮度信号。同样亮度的环境光，照在视网膜上的光照强度与人眼的瞳孔大小有关，而人眼的瞳孔大小与整个环境的背景亮度有关。因此对某一视觉作业(工作)区的照明光控制或调节，还需考虑整个环境的背景亮度。
近几年，科学研究表明人眼视网膜上有五种感光细胞，环境光成人眼晶状体成像落在视网膜上，分别产生光照的明暗、颜色、生理节律调节等等功能。因此，智能照明用光照传感器需要检测环境光中与人的视觉和生理等多种功能相关的参数，从而控制和调节照明设备，满足人们对环境光照的需求。目前的照明环境光传感器无法实现上述这些要求。
发明内容
本发明就是为了解决现有照明环境光传感器存在的问题，提出一种照明环境光传感器，具有使用方便、实用、低成本、功能多等特点。
本发明所采用的技术方案如下：照明环境光传感器，包括光接收口、光电探测器、信号处理电路、信号传送电路和基座等，所述的光接收口安装在光电探测器前且具有一个通光口，该光接收口的通光口与光电探测器构成环境光接收立体角，接收由该环境光接收立体角所限定区域的环境光信号；环境光信号通过光接收口后，照射在光电探测器上，光电探测器将光信号转变成电信号，该电信号传输给信号处理电路，信号处理电路对该电信号进行处理后，传输给信号传送电路，然后再传送给智能照明设备，从而调节环境灯光状态；所述光电探测器含有五种不同光谱响应的光电传感器，它们的相对光谱响应与人眼视网膜上的短波长视锥细胞、中波长视锥细胞、长波长视锥细胞、杆体细胞、神经节光感细胞(ipRGCs)的光谱响应函数对应一致；所述的光接收口、光电探测器、信号处理电路、信号传送电路均安装在基座上。
进一步的，所述的光接收口与光电探测器之间安装有距离调节器，该距离调节器调节光接收口与光电探测器之间的距离，距离调节器的运动方向与光接收口和光电探测器构成的接收光束轴线方向一致。
进一步的，所述的光接收口的通光开口是圆形，距离调节器是带螺纹、内壁黑色的中空柱状筒，一端与光电探测器固定连接，另一端通过螺纹与光接收口连接，通过旋转光接收口使其沿距离调节器的螺纹作前后移动。
进一步的，所述的距离调节器是螺杆，在光接收口与光电探测器之间安装有弹性支撑体，通过旋转螺杆使光接收口相对于光电探测器前后移动，光接收口的法线与螺杆的轴线方向一致。
进一步的，所述基座上装有含两个旋转部件的运动架，两个旋转部件的旋转轴线互相垂直，一个旋转轴线垂直于基座的安装平面，另一旋转轴线平行于基座的安装平面；其中一个旋转部件的固定件与基座连接、转动轴与另一旋转部件的固定件相连接，另一旋转部件的转动轴与其中至少包含光接收口和光电探测器的组合体相连接。通过该基座上的运动架，带动光接收口和光电探测器可对不同空间方位上的环境光进行检测。
进一步的，所述的光接收口与光电探测器之间安装有可切换的片状漫透射器，片状漫射器贴近于光接收口，片状漫射器的切换动作信号来自于信号处理电路。
进一步的，所述的光接收口上有两个相邻的通光口，其中一个为透明通光口，另一个为漫透射通光孔，两个相邻的通光口通过移动使其中一个位于光电探测器接收光线的光轴上。
进一步的，所述的光电探测器前装有一个探测光接收器；探测光接收器是一中心通光的光阑，中心是一个直径小于2mm的通光孔，位于光电探测器光敏面的正前方；探测光接收器的通光孔位置作为光电探测器的光接收面位置。
进一步的，所述的光电探测器前装有一个探测光接收器，探测光接收器是一柱形混光棒，其朝向光接收口的前端中心有一个直径不大于2mm的通光孔，从通光孔入射的光经柱形混光棒混光后，出射光充满光电探测器的光敏面，探测光接收器的前端通光孔位置作为光电探测器的光接收面位置。
进一步的，所述的光接收口上还有另一个与基座相对固定安装的漫透射通光口，漫透射通光口是一个平面型或半球型漫透射器，光电探测器除接收透明通光孔光信号的光电传感器外，还有接收漫透射通光口光信号的光照度传感器，光照度传感器设置在漫透射通光口后方贴近位置，光照度传感器的相对光谱响应与人眼明视觉光谱光视效率函数一致，光照度传感器的信号传输给信号处理电路。
本发明的有益效果如下：本发明简单、方便地对需要检测的某一特定区域的环境光进行检测，与人眼的视觉和非视觉五种感光细胞的感知一致，成本低；同时，将该信号传送给智能照明设备，调节灯光，使工作和生活的环境光符合人眼视网膜最佳视觉和非视觉状态，达到舒适、健康。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图；
图2为本发明实施例2的结构示意图；
图中：1-光接收口；2光电探测器；3-信号处理电路；4-信号传送电路；5-基座；6-智能照明设备；1-1-距离调节器；1-2-漫透射通光口；1-3-片状漫透射器；2-1-探测光接收器；2-2-光电传感器；2-3-光照度传感器；D-实际环境表面到光电探测器的光接收面之间的距离；d-光接收口通光口与光电探测器的光接收面之间的距离；A-环境表面区域；a-光接收口通光口区域；q-环境光接收立体角。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做进一步的说明。
实施例1：
如图1所示，本发明提供本发明的照明环境光传感器，包括光接收口1、光电探测器2、信号处理电路3、信号传送电路4和基座5等。所述的光接收口1安装在光电探测器2前且具有一个通光口，光接收口1和光电探测器2之间隔开一定的距离。该光接收口1的通光口与光电探测器2构成环境光接收立体角q，接收由环境光接收立体角q所限定的环境表面区域A的光信号；该立体角可以根据光接收口通光口区域a、该通光口与光电探测器光接收面之间的距离d等参数计算得到；光电探测器2接收环境光的平面范围，可根据上述立体角q和实际环境表面到光电探测器光接收面之间的距离D等参数计算得到。来自该环境表面区域的光信号通过光接收口1后，照射在光电探测器2上。光电探测器2将光信号转变成电信号，该电信号传输给信号处理电路3。信号处理电路3对该电信号进行放大、去噪声、数模转换和/或计算等等处理后，传输给信号传送电路4，然后再传送给智能照明设备6，从而调节环境灯光状态。光电探测器2含有五种不同光谱响应的光电传感器2-2，它们的相对光谱响应与人眼视网膜上的短波长视锥细胞、中波长视锥细胞、长波长视锥细胞、杆体细胞、神经节光感细胞(ipRGCs)的光谱响应函数(见CIEED/IS 026/E:2016)对应一致。上述的光接收口1、光电探测器2、信号处理电路3、信号传送电路4均安装在基座5上。
作为进一步的补充和完善，所述的光接收口1与光电探测器2之间安装有距离调节器1-1。该距离调节器1-1可以调节光接收口1与光电探测器2之间的距离，使光检测立体角范围可变，适应各种不同场合的使用。距离调节器1-1的运动方向与光接收口1和光电探测器2构成的接收光束轴线方向一致。
作为进一步的补充和完善，所述的光接收口1的通光开口是圆形，距离调节器1-1是带螺纹、内壁黑色的中空柱状筒，一端与光电探测器2固定连接，另一端通过螺纹与光接收口1连接，通过旋转光接收口1使其沿距离调节器1-1的螺纹作前后移动。这样通过带螺纹的中空柱状筒，可以简便地实现光环境检测立体角范围的无级、高精度调节，而且内壁黑色的中空柱状筒在任何状态保证无侧面漏光和侧面反射光。
作为进一步的补充和完善，所述的距离调节器1-1是螺杆，在光接收口1与光电探测器2之间安装有弹性支撑体，如弹簧、弹性片等，通过旋转螺杆使光接收口1相对于光电探测器2前后移动，光接收口1的法线与螺杆1-2的轴线方向一致。这样的结构设计使照明环境光传感器在安装或操作时更方便，可使用螺丝刀头调节光接收口1与光电探测器2之间的距离，实现不同立体角的环境光检测；而且对于非圆形通光口的光接收口，保证调节中检测区域的形状不变，只是放大或缩小。例如，检测某一办公室桌的桌面光照状态。
作为进一步的补充和完善，基座5上装有含两个旋转部件的运动架，两个旋转部件的旋转轴线互相垂直，一个旋转轴线垂直于基座的安装平面，另一旋转轴线平行于基座的安装平面；其中一个旋转部件的固定件与基座连接、转动轴与另一旋转部件的固定件相连接，另一旋转部件的转动轴与其中至少包含光接收口1和光电探测器2的组合体相连接；通过该基座5上的运动架，带动光接收口1和光电探测器2可对不同空间方位上的环境光进行检测。
作为进一步的补充和完善，所述的光接收口1与光电探测器2之间安装有可切换的片状漫透射器1-3，片状漫射器1-3贴近于光接收口1。片状漫射器1-3的切换动作信号来自于信号处理电路3。无片状漫透射器1-3时，照明环境光传感器检测某一小区域的光亮度信号；有片状漫透射器1-3时，照明环境光传感器检测其前向的整个半个空间的光亮度信号(也即：当照明环境光传感器水平放置时，是该水平面上的照度；当照明环境光传感器在天花板上朝下安置时，是天花板上的下表面照度)。同时对环境光两种亮度信号进行检测，实现某一小区域的光照与整体环境光照的合理匹配。
作为进一步的补充和完善，所述的光接收口1上有两个相邻的通光口，其中一个为透明通光口，另一个为漫透射通光孔，两个相邻的通光口通过移动使其中一个位于光电探测器2接收光线的光轴上。智能照明用光传感器能同时检测某一小区域的光亮度信号，以及其前向的整个半个空间的光亮度信号。同时对环境光两种亮度信号进行检测，实现某一小区域的光照与整体环境光照的合理匹配。
作为进一步的补充和完善，所述的光电探测器2前装有一个探测光接收器2-1。探测光接收器2-1是一中心通光的光阑，中心是一个直径小于2mm的通光孔，位于光电探测器2光敏面的正前方；探测光接收器2-1的通光孔位置作为光电探测器2的光接收面位置。光电探测器2的光敏面可能比较大，采用通光孔直径小于2mm的通光光阑，使照明环境光传感器的接收空间环境光的范围限定在一个清晰的边界区域。
作为进一步的补充和完善，所述的光电探测器2前装有一个探测光接收器2-1。探测光接收器2-1是一柱形混光棒，其朝向光接收口1的前端中心有一个直径不大于2mm的通光孔，从通光孔入射的光经柱形混光棒混光后，出射光充满光电探测器2的光敏面。探测光接收器2-1的前端通光孔位置作为光电探测器2的光接收面位置。其益处是：接收的环境光不均匀，导致电探测器2上的响应不一致，产生误差，通过柱形混光棒混光后，使照在光电探测器2的光敏面上的光照均匀；此外，光电探测器2的光敏面可能比较大，采用柱形混光棒前端直径不大于2mm的通光孔，使照明环境光传感器的接收空间环境光的范围限定在一个清晰的边界区域。
实施例2：
如图2所示，本实施例与实施例1区别在于：所述的光接收口1与光电探测器2之间取消可切换的片状漫透射器1-3，而是所述的光接收口1上还有另一个与基座相对固定安装的漫透射通光口1-2，漫透射通光口1-2是一个平面型或半球型漫透射器。
光电探测器2除接收透明通光孔光信号的光电传感器2-2外，还有接收漫透射通光口1-2光信号的光照度传感器2-3。光照度传感器2-3设置在漫透射通光口1-2后方贴近位置。光照度传感器2-3的相对光谱响应与人眼明视觉光谱光视效率函数一致。光照度传感器2-3的信号传输给信号处理电路3。照明环境光传感器同时接收整个环境空间背景的亮度信号和透明通光孔所对应的某一作业区(工作区)的亮度信号，这两信号同时由信号处理电路3处理后，由信号传送电路发送给智能照明设备，从而根据整个环境空间背景的亮度修正调整作业区(工作区)的环境光照的亮度。例如：晚上环境空间背景亮度比较低时，可以适当降低作业区(工作区)的环境亮度，达到更舒适、健康、高效、节能的目的。
Claims (10)
1.照明环境光传感器，其特征在于，包括光接收口(1)、光电探测器(2)、信号处理电路(3)、信号传送电路(4)和基座(5)等，所述的光接收口(1)安装在光电探测器前且具有一个通光口，该光接收口(1)的通光口与光电探测器(2)构成环境光接收立体角，接收由该环境光接收立体角所限定区域的环境光信号；环境光信号通过光接收口(1)后，照射在光电探测器(2)上，光电探测器(2)将光信号转变成电信号，该电信号传输给信号处理电路(3)，信号处理电路(3)对该电信号进行处理后，传输给信号传送电路(4)，然后再传送给智能照明设备，从而调节环境灯光状态；所述光电探测器(2)含有五种不同光谱响应的光电传感器(2-2)，它们的相对光谱响应与人眼视网膜上的短波长视锥细胞、中波长视锥细胞、长波长视锥细胞、杆体细胞、神经节光感细胞(ipRGCs)的光谱响应函数对应一致；所述的光接收口(1)、光电探测器(2)、信号处理电路(3)、信号传送电路(4)均安装在基座(5)上。
2.根据权利要求1所述的照明环境光传感器，其特征在于，所述的光接收口(1)与光电探测器(2)之间安装有距离调节器(1-1)，该距离调节器(1-1)调节光接收口(1)与光电探测器(2)之间的距离，距离调节器(1-1)的运动方向与光接收口(1)和光电探测器(2)构成的接收光束轴线方向一致。
3.根据权利要求2所述的照明环境光传感器，其特征在于，所述的光接收口(1)的通光开口是圆形，距离调节器(1-1)是带螺纹、内壁黑色的中空柱状筒，一端与光电探测器(2)固定连接，另一端通过螺纹与光接收口(1)连接，通过旋转光接收口(1)使其沿距离调节器(1-1)的螺纹作前后移动。
4.根据权利要求2所述的照明环境光传感器，其特征在于，所述的距离调节器(1-1)是螺杆，在光接收口(1)与光电探测器(2)之间安装有弹性支撑体，通过旋转螺杆使光接收口(1)相对于光电探测器(2)前后移动，光接收口(1)的法线与螺杆(1-2)的轴线方向一致。
5.根据权利要求1所述的照明环境光传感器，其特征在于，所述基座(5)上装有含两个旋转部件的运动架，两个旋转部件的旋转轴线互相垂直，一个旋转轴线垂直于基座的安装平面，另一旋转轴线平行于基座的安装平面；其中一个旋转部件的固定件与基座连接、转动轴与另一旋转部件的固定件相连接，另一旋转部件的转动轴与其中至少包含光接收口(1)和光电探测器(2)的组合体相连接。
6.根据权利要求1所述的照明环境光传感器，其特征在于，所述的光接收口(1)与光电探测器(2)之间安装有可切换的片状漫透射器(1-3)，片状漫射器(1-3)贴近于光接收口(1)，片状漫射器(1-3)的切换动作信号来自于信号处理电路(3)。
7.根据权利要求1所述的照明环境光传感器，其特征在于，所述的光接收口(1)上有两个相邻的通光口，其中一个为透明通光口，另一个为漫透射通光孔，两个相邻的通光口通过移动使其中一个位于光电探测器(2)接收光线的光轴上。
8.根据权利要求1所述的照明环境光传感器，其特征在于，所述的光电探测器(2)前装有一个探测光接收器(2-1)；探测光接收器(2-1)是一中心通光的光阑，中心是一个直径小于2mm的通光孔，位于光电探测器(2)光敏面的正前方；探测光接收器(2-1)的通光孔位置作为光电探测器(2)的光接收面位置。
9.根据权利要求1所述的照明环境光传感器，其特征在于，所述的光电探测器(2)前装有一个探测光接收器(2-1)，探测光接收器(2-1)是一柱形混光棒，其朝向光接收口(1)的前端中心有一个直径不大于2mm的通光孔，从通光孔入射的光经柱形混光棒混光后，出射光充满光电探测器(2)的光敏面，探测光接收器(2-1)的前端通光孔位置作为光电探测器(2)的光接收面位置。
10.根据权利要求1所述的照明环境光传感器，其特征在于，所述的光接收口(1)上还有另一个与基座相对固定安装的漫透射通光口(1-2)，漫透射通光口(1-2)是一个平面型或半球型漫透射器，光电探测器(2)除接收透明通光孔光信号的光电传感器(2-2)外，还有接收漫透射通光口(1-2)光信号的光照度传感器(2-3)，光照度传感器(2-3)设置在漫透射通光口(1-2)后方贴近位置，光照度传感器(2-3)的相对光谱响应与人眼明视觉光谱光视效率函数一致，光照度传感器(2-3)的信号传输给信号处理电路(3)。
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