CN110114614A

CN110114614A - 隐藏在灯具光学器件后面的相机传感器

Info

Publication number: CN110114614A
Application number: CN201780081969.8A
Authority: CN
Inventors: M.C.J.M.维森伯格; W.L.埃泽曼
Original assignee: Signify Holding BV
Current assignee: Signify Holding BV
Priority date: 2017-01-03
Filing date: 2017-12-14
Publication date: 2019-08-09
Also published as: US20190331334A1; EP3566004B1; EP3566004A1; WO2018127377A1

Abstract

本发明提供一种传感器单元（100），包括具有至少100×100传感器像素（125）的传感器阵列（120）、透镜系统（200）和包括光学结构（320）的透光传感器窗口（300），其中透光传感器窗口（300）配置在与所述传感器阵列（120）相距窗口距离（d）处，其中透镜系统（200）配置在传感器阵列（120）和所述传感器窗口（300）之间，并且其中，由所述透镜系统（200）和传感器阵列（120）限定的物平面（OP）和像平面（IP）具有选自0.1*d‑2*d的范围的物‑像平面距离（d1），其中光学结构（320）以图案配置，其中光学结构（320）具有选自50μm‑20mm的范围的选自长度（L）、宽度（W）和直径（D）的一个或多个尺寸，并且其中相邻光学结构（320）的最短距离（d2）选自0‑50 mm的范围。

Description

隐藏在灯具光学器件后面的相机传感器

技术领域

本发明涉及传感器单元和包括这种传感器单元的传感器系统。本发明还涉及包括这种传感器单元或传感器系统的照明系统。此外，本发明还涉及例如感测运动的方法。

背景技术

安全相机与照明装置相结合在本领域中是已知的。例如，US 8622561 B2描述了一种灯具，包括具有外表面的壳体、在外表面上方延伸一定高度的盖子以及隐藏在盖子内的相机。该文献还描述了一种灯具，包括由分别具有第一和第二外表面的第一和第二部分制成的壳体，其中第一外表面基本上在第二外表面上方延伸一定高度，以及包括隐藏在第一部分内的相机。此外，该文献描述了一种灯具，包括壳体，该壳体包括分别具有第一和第二外表面的第一和第二部分，其中第一外表面基本上在第二外表面上方延伸一定高度，以及在第一表面上设置隐私膜，以及包括隐藏在第一部分内的相机。隐私膜可以通过通常透明的材料至少在电磁光谱的可见部分内降低可见度。隐私膜可以镀银，从而从低光侧提供无阻碍的视野，但从高光侧基本上没有视野。隐私膜可以由磨砂透明材料制成。这可以将材料转换为半透明。存在许多可以更亮或更暗的隐私膜梯度。此外，隐私膜可以包括具有多个小孔的材料，被称为穿孔膜。这种穿孔被设计为允许从外侧看到图形，同时允许人们从内侧向外看。这里，我们通常将各种隐私膜称为浅色膜、镀银膜、镜面膜或穿孔膜等。相机跟踪并记录目标。

发明内容

PIR（被动红外）传感器可以用于照明系统的存在检测器中。少量红外传感器（通常为四个）与（IR光透明）透镜阵列组合。取决于人相对于PIR传感器的位置，该人发射的IR光将聚焦在传感器中的一个上。如果此人运动，则光将聚焦在另一个传感器上。差异信号触发运动检测信号。PIR传感器的缺点是分辨率低：需要透镜阵列来创建小簇传感器的重复虚拟图案，使得可以覆盖某个区域。必须专门调整透镜阵列设计以适应应用高度和检测区域，否则可能在虚拟传感器阵列中出现其中不能检测到运动的间隙或虚拟传感器图像重叠，这降低了阵列的灵敏度。因此，每种应用都需要不同的PIR传感器设计或完整的其他解决方案。

因此，本发明的一方面是提供一种替代传感器，其优选地进一步至少部分地消除了上述缺点中的一个或多个。

这里，提出使用用于感测的相机，诸如照明系统中的这种相机。为避免关于隐私的问题，相机可以具有在相机前方几厘米处固定焦点。由于人通常在超过一米之外处，因此只能生成人的非常模糊的图像，并且可以保证隐私。

在特定实施例中，“近视”相机被隐藏在具有光学结构（棱镜、小透镜、受控散射）的层或盖子的后面，该光学结构甚至更多地扰乱图像。这不仅强调隐私方面，而且在光学结构由透明材料制成并位于相机焦点的情况下，它还提高了相机对运动的灵敏度。高分辨率还实现对显示不相关动态的像素簇的区分，这可以用于计算存在的人数，以及甚至估计运动速度并从其推断出活动类型。高分辨率智能手机相机的成本已经接近4像素PIR传感器的成本。因此，本解决方案也可以是成本有效的。此外，本解决方案可以具有较少的关于距离的问题并且可以具有传感器可以良好地感测的较大的距离范围，而现有技术的传感器可以仅在有限的距离范围内良好地感测。此外，系统可以以相对高的精度感测，然而同时不会导致对隐私的侵犯。

因此，在第一方面，本发明在实施例中提供了一种传感器单元（“单元”），包括具有至少100×100传感器像素（“像素”）的（2D）传感器阵列（“阵列”）和透镜系统。在其他实施例中，本发明提供了一种传感器单元，包括具有至少100×100传感器像素的（2D）传感器阵列，以及包括光学结构（“结构”）的透光传感器窗口（“窗口”或“传感器窗口”）。特别地，在实施例中，本发明提供了一种传感器单元，包括具有至少100×100传感器像素的（2D）传感器阵列、透镜系统和包括光学结构的透光传感器窗口。在这样的实施例中，透镜系统配置在传感器阵列和透光传感器窗口之间。透光传感器窗口配置在与所述（2D）传感器阵列相距窗口距离（d）处。

此外，透镜系统可以特别地配置成提供近视（2D）传感器阵列，诸如在（距透镜系统）等于或小于约50 cm（诸如等于或小于25 cm）的距离处具有清晰焦点。由所述透镜系统限定的物平面和像平面具有选自0.1*d-5*d的范围的物-像平面距离（d1），特别是0.1*d-4*d，甚至更特别是0.1*d-2*d，诸如0.5*d-2*d，甚至更特别是0.9*d-1.1*d。以这种方式，基本上可以保证人的隐私，因为2D（2D）传感器阵列基本上聚焦在窗口上或窗口附近。此外，特别地，像平面被配置成靠近传感器阵列或在传感器阵列处。因此，在特定实施例中，传感器阵列配置在像平面处。因此，像平面可以与传感器阵列重合。因此，特别地，物平面和像平面由透镜系统和传感器阵列限定，特别地，（因此）其中传感器阵列在像平面处。由此，也限定了物平面。

此外，特别地，光学结构以图案配置，其中更特别地，光学结构具有选自50 μm-20mm的范围的选自长度（L）、宽度（W）和直径（D）的一个或多个尺寸，并且其中更特别地，相邻光学结构的最短距离（d2）选自0-50 mm的范围。

此外，光学结构选自点、小平面、锥体、线、凹槽、薄片和透镜的组。

当窗口包括透射层时，光学结构可以例如设置在该层的一侧，诸如这种层的上游侧或下游侧。透射层在本文中也指示为“光学层”。在实施例中，透射层包括（透光）板。在其他实施例中，透射层包括（透光）箔。

如上所指示的，这种传感器单元可以允许以相对高的精度进行感测，但不违反隐私规则。例如，可以用所述控制系统作为来自所述传感器阵列的传感器信号的函数来感测运动、光、颜色、人类存在、人类行为等中的一个或多个。

传感器单元包括（2D）传感器阵列以及透镜系统和透光传感器窗口中的一个或多个，特别地，包括透镜系统和透光传感器窗口二者。

（2D）传感器阵列可以具有至少100×100个传感器像素。具有100×100或更多像素，传感器可以以相对高的精度感测（运动）物体。目前的智能手机相机具有高得多的分辨率。因此，像素的数量可以大得多，而没有太多额外的成本。因此，在特定实施例中，（2D）传感器阵列具有至少400×400个传感器像素，比如至少1000×1000像素。当技术进步时，更多数量的像素也可以是可能的。但是，特别地，像素数量至少为400×400。在实施例中，（2D）传感器阵列可以是CCD（半导体电荷耦合器件）或CMOS（互补金属氧化物半导体）的（2D）传感器阵列。因此，在实施例中，（2D）传感器阵列可以包括CCD和CMOS中的一个或多个。（2D）传感器阵列可以被配置成感测（a）来自可见光谱的光（即，选自380-780 nm的范围的一个或多个波长）和（b）来自红外的光（即，选自例如780-3000 nm的范围的一个或更多波长，诸如例如选自780-1500 nm的范围）中的一个或多个。例如，（2D）传感器阵列可以在700-900 nm的波长范围中具有灵敏度。术语“像素”或“传感器像素”指的是单个传感器。如果未使用滤色器，或者如果所有传感器具有相同的滤色器，则所有像素都相同。通常，在相机传感器中，像素被分组为分别配备有红色、绿色和蓝色滤色器的传感器的三元组（triplet）。

特别地，传感器单元包括透光传感器窗口。该透光传感器窗口可以是透光材料的板或箔，其可以是平面的或者可以包括相对于窗口平面的一个或多个弯曲部分。

透光材料可以包括选自由透射有机材料构成的组的一种或多种材料，诸如选自由下列材料构成的组：PE（聚乙烯）、PP（聚丙烯）、PEN（聚萘二甲酸乙二醇酯）、PC（聚碳酸酯）、聚甲基丙烯酸酯（PMA）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）（Plexiglas或Perspex）、乙酸丁酸纤维素（CAB）、硅树脂、聚氯乙烯（PVC）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）（在一个实施例中包括（PETG）（乙二醇改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯））、PDMS （聚二甲基硅氧烷）和COC（环烯烃共聚物）。特别地，透光材料可以包括芳族聚酯或其共聚物，诸如例如聚碳酸酯（PC）、聚甲基丙烯酸甲酯（P（M）MA）、聚乙交酯或聚乙醇酸（PGA）、聚乳酸（PLA）、聚己内酯（PCL）、聚己二酸乙二醇酯（PEA）、聚羟基链烷酸酯（PHA）、聚羟基丁酸盐（PHB）、聚（3-羟基丁酸酯-共-3-羟基戊酸酯）（PHBV）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、聚对苯二甲酸丙二醇酯（PTT）、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）；特别地，透光材料可以包括聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）。因此，透光材料特别是聚合物透光材料。然而，在另一个实施例中，透光材料可以包括无机材料。特别地，无机透光材料可以选自由玻璃、（熔融）石英、透射陶瓷材料和硅树脂构成的组。还可以应用包括无机和有机部分两者的混合材料。特别地，透光材料包括PMMA、PC或玻璃中的一种或多种。在又一个实施例中，特别是当IR灵敏度可能相关时，透光材料可以特别地包括PE。

在实施例中，透光传感器窗口是封闭窗口，诸如箔或板。因此，该层可以是整片材料。在这样的实施例中，窗口基本上由透光材料组成。此外，在这样的实施例中，窗口可以不包括贯穿开口。

透射率或透光率可以通过向材料提供具有第一强度的特定波长的光并且将在透射过材料之后测量的该波长的光的强度与向材料提供的该特定波长的光的第一强度相关联来确定（也参见CRC 物理与化学手册，第69版，1088-1989页的E-208和E-406）。

在特定实施例中，当在以下情况中时，可以认为材料是透射的：在可见（或可选的IR）辐射的垂直辐照下，通过1 mm厚的材料层、特别是甚至通过5 mm厚的材料层，在一波长处或一波长范围中、特别是在由本文描述的辐射源生成的辐射的波长处或波长范围中的辐射的透过率是至少约20％、诸如至少约30％、诸如甚至至少约40％、诸如至少50％。透射率可以取决于光学结构的材料、密度、窗口材料等中的一个或多个。

然而，在特定实施例中，透光传感器窗口可以包括贯穿开口。在这样的实施例中，透光传感器窗口可以不是基本上由透光材料构成，而是可以（也）包括非透射材料。在这样的实施例中，透射可以（基本上）由开口提供，开口也可以指示为贯穿开口。这种透光传感器窗口的示例可以例如是薄片结构（如百叶窗）。

特别地，透光传感器窗口被配置在与所述（2D）传感器阵列相距窗口距离（d）处。在实施例中，该距离可以选自0.5-300 mm的范围，诸如1-250 mm、比如5-150 mm的范围。此外，透光传感器窗口可以是照明设备的透光（照明设备）窗口，如下面将进一步阐明的。

如上所指示的，在另外的实施例中，传感器单元包括透镜系统。特别地，透镜系统可以被配置成提供近视（2D）传感器阵列，同时物-像平面距离大约是传感器阵列和透光窗口之间的距离。术语“物平面”和“像平面”特别是指成像系统（诸如透镜）的共轭平面，其由物平面中的物体具有在像平面中的具有光学系统允许的最佳分辨率的图像的属性限定。利用众所周知的透镜方程可以计算薄透镜的这些平面的特定距离，但是也可以利用光学设计领域的技术人员已知的计算软件来确定用于更复杂的成像系统的这些平面的特定距离。物-像平面距离（d1）与透镜系统有关，并且取决于例如透镜系统的焦距和厚度；传感器窗口距离与传感器阵列有关。

在实施例中，透镜系统可以包括配置在2D阵列的下游的单个透镜，比如圆顶（即圆顶形透镜）。在特定实施例中，透镜可以包括多个透镜。在另外的实施例中，透镜系统包括一个或多个菲涅耳透镜，比如多个菲涅耳透镜。

术语“上游”和“下游”涉及相对于从感测装置（这里特别是（多个）传感器）感测的方向的项目或特征的布置，其中，相对于沿感测装置的感测方向（离开感测装置的方向）的第一位置，沿感测装置的感测方向比第一位置更靠近感测装置的第二位置是（第一位置的）“上游”，并且沿感测装置的感测方向（比第一位置）更远离感测装置的第三位置是（从第一位置（以及第二位置）的）“下游”。

此外，特别地，传感器窗口包括光学结构。光学结构以可以是规则或不规则的图案、或者规则图案和不规则图案的组合配置。因此，术语“图案”还可以指的是多个不同的图案。特别地，光学结构以规则图案配置，诸如例如，立方体或六边形配置，或多个平行细长光学结构的配置。在实施例中，光学结构是透光的（也参见下文）。当传感器窗口包括透光材料时尤其如此，因为在实施例中，光学结构被窗口包括。

在特定实施例中，光学结构具有选自50 μm-20 mm的范围的选自长度（L）、宽度（W）和直径（D）的一个或多个尺寸。甚至更特别地，光学结构具有选自100 μm-2 mm的范围的选自长度（L）、宽度（W）和直径（D）的一个或多个尺寸。

在特定实施例中，相邻光学结构具有选自0-50 mm的范围的最短距离（d2）。

在另外的特定实施例中，相邻光学结构具有选自2-50 mm的范围的最短距离（d2），比如5-50 mm，诸如5-20 mm。这在薄片的情况下尤其可能是相关的。

在另外的特定实施例中，相邻光学结构具有选自0-10 mm的范围的最短距离（d2），诸如0-5 mm，比如0-2 mm。这在窗口具有基本上透光的光学结构的情况下可能尤其是相关的，例如在微透镜光学（MLO）层的情况下。

在另外的特定实施例中，相邻光学结构具有选自50 μm-50 mm的范围的最短距离（d2），比如50 μm-20 mm。这在窗口具有基本上透光的或者不透光但不邻接（诸如在其间具有通孔或透光材料）的光学结构的情况下可能尤其是相关的。

当光学结构透光时，最短距离可以为零。当光学结构不透光时，最短距离将大于零，诸如至少50 μm，从而为透光材料或通孔提供空间。

在实施例中，光学结构以规则图案配置，其中最短距离选自50 μm-50 mm、尤其是50 μm-20 mm的范围。

在实施例中，光学结构的节距可以选自50 μm-50 mm、尤其是50 μm-20 mm的范围。

在光学结构可以影响入射辐射，使得在2D阵列上生成辐射图案时，应用术语“光学结构”。以这种方式，例如可以以高得多的分辨率或精度感测到运动。此外，利用光学结构的这种尺寸和光学结构之间的这种距离可以基本上保证人的隐私，因为光学结构可以抑制或防止面部识别。结合由透镜系统施加的2D传感器阵列的近视方面，面部识别可以是不可能的。

光学结构选自点、小平面、锥体、线、凹槽、薄片和透镜的组。特别地，光学结构选自点、小平面、锥体、线、凹槽和透镜的组。这种光学结构可以被透光传感器窗口包括，作为窗口中的结构和/或作为窗口上的结构。例如，可以例如通过丝网印刷在窗口上提供点和线。可以例如通过蚀刻在窗口中提供凹槽。锥体、小平面和透镜可以例如通过用合适的模具铸造聚合物来提供。此外，这种结构可以设置在窗口的下游侧和/或窗口的上游侧。

在特定实施例中，透光传感器窗口包括透光层，该透光层包括微透镜阵列。微透镜阵列（或微透镜光学器件（MLO））可能比漫射器更好，因为在实施例中可能基本上聚焦在窗口上的相机镜头将看到更多细节（与使用漫射器的情形相比）。

在又其他实施例中，光学结构可以包括薄片。在这样的实施例中，窗口可以包括薄片之间的多个通孔。

在特定实施例中，透光传感器窗口包括透光层，该透光层包括具有三角形底部的锥体、具有正方形底部的锥体、具有六边形底部的锥体、以及圆锥锥体中的一个或多个。

传感器系统可以用于感测光水平、人的存在（经由运动或经由人形的识别）、光的颜色（这还可以使照明系统能够将CCT调整到变化的采光条件）、物体的颜色（例如在超市中可以检测到商品的颜色，并且调整光谱以突出蓝色、绿色、红色或黄色，来使鱼、蔬菜、西红柿/肉或面包看起来更具吸引力）、活动检测（通过组合位置/运动和可能的物体识别，或通过与比如声音的其他传感器输入相组合）等等中的一个或多个。然而，目前描述的传感器可能无法识别面部。因此，检测光、光颜色、物体颜色（但不是非常具体）、运动检测、运动速度检测（所以也是（粗略的）活动分类）、（粗略的）人数计算（更多的人生成更多的运动，但他们可能无法被单独区分）。

在又一方面，本发明还提供了一种传感器系统，包括根据前述权利要求中任一项所述的传感器单元和与所述传感器单元在功能上耦合的控制系统，其中传感器系统被配置成作为由所述（2D）传感器阵列（特别是通过透光传感器窗口）接收的辐射的函数来感测（例如，运动）。因此，如本文所描述的传感器单元可以与例如用于（2D）传感器阵列的传感器信号的评估的控制系统耦合。术语“传感器信号”还可以指的是多个传感器信号，例如，来自不同的像素。这里，术语“控制”和与在功能上与传感器单元耦合的控制系统相关的类似术语尤其是指监控。因此，控制系统尤其配置成监控传感器单元，更尤其是（2D）传感器阵列。控制系统接收传感器信号，并且可以例如将其转换为关于人的存在、人的位置、人的行为等等中的一个或多个的信息。

因为（2D）传感器阵列上的图案可能取决于物体到传感器阵列的距离，并且因此也取决于距操作期间传感器单元的最终位置的距离，因此校准传感器系统和/或允许传感器系统自学习可能是有用的。因此，在实施例中，控制系统包括用于在安装时提高传感器系统的灵敏度的校准过程和自学习算法中的一个或多个。校准过程还可以包括测量光源（诸如配置在传感器单元被配置于其中的空间中的不同位置的光源）的信号。图像的解释可能需要或许校准输入或和/或机器学习算法（比如神经网络）。

该空间可以是室内空间或室外空间。术语空间可以例如涉及诸如餐馆、旅馆、诊所或医院等的接待区域（的一部分）。术语“空间”也可以涉及办公室、百货商店、仓库、电影院、教堂、剧院、图书馆等（的一部分）。然而，术语“空间”也涉及车辆中的工作空间（的一部分），诸如卡车舱、飞机舱、轮船（船）舱、汽车舱、起重机舱、比如拖拉机的工程车辆舱等。术语“空间”也可以涉及工作空间（的一部分），诸如办公室、（生产）工厂、发电厂（比如核电厂、燃气发电厂、煤电厂等）等。例如，术语“空间”也可以涉及控制室、安全室等。

如上已经指示的，传感器单元可以在照明设备或照明系统中实现。在许多情况下，照明设备是必要的，诸如室内情形。因此，照明的基础设施可以用于将传感器单元布置在任何电力所在的位置，并且还可以策略性地选择位置（以提供良好的光照）。

因此，在又一方面，本发明提供了一种照明系统，包括被配置成提供照明设备光的照明设备，该照明系统还包括如本文所限定的传感器单元。传感器单元可以与照明设备分离。然而，在特定实施例中，传感器单元可以被照明设备包括。此外，因为照明设备可以包括也可以用作透光传感器窗口的光出射窗口（透光照明设备窗口），所以传感器单元尤其可以被照明设备包括。因此，在实施例中，照明设备还包括光出射窗口，其中所述传感器单元配置在所述光出射窗口的上游（并且因此可以通过光出射窗口和透光传感器窗口进行感测）。甚至更特别地，光出射窗口包括所述透光传感器窗口（并且因此可以通过光出射窗口进行感测，该光出射窗口是透光传感器窗口或包括透光传感器窗口）。

例如，传感器单元可以在功能上与控制系统耦合（也参见上文）。因此，在实施例中，照明系统还包括与所述传感器单元在功能上耦合的控制系统，其中照明系统还被配置成作为由所述传感器阵列通过所述透光传感器窗口接收的来自所述照明设备的外部的辐射的函数来感测（例如，运动）。此外，照明设备可以（也）在功能上与控制系统耦合。因此，控制系统还可以控制由照明设备生成的光。这里，术语“控制”和与照明设备和控制系统组合的类似术语可以特别是指确定照明设备的行为或监督照明设备的运行，更尤其是指确定由照明设备产生的照明设备光的行为或监督由照明设备产生的照明设备光。

此外，在又一方面，本发明还提供了一种利用如本文所限定的传感器系统或照明系统感测例如运动的方法，该方法包括利用所述传感器阵列检测来自所述传感器单元或所述照明设备的外部的辐射，并且利用所述控制系统作为来自所述传感器阵列的传感器信号的函数来感测例如运动。特别地，该方法可以包括感测所述传感器阵列上的辐射图案的变化。该方法尤其可以用于感测运动、光、颜色、人类存在、人类行为等中的一个或多个。这些可以利用所述控制系统作为来自所述传感器阵列的传感器信号的函数来感测。

特别地，如本文所限定的传感器系统或照明系统可以用于（以高分辨率）感测运动，同时防止面部识别。

附图说明

现将仅以示例的方式参考所附示意图描述本发明的实施例，其中对应的附图标记指示对应的部分，并且其中：

图1a-1b示意性地描绘了许多实施例和变型；

图2更详细地示意性地描绘了许多实施例和变型。

图3a-3e示意性地描绘了一些（比较）结果；

图4a-4c示意性地描绘了一些另外的变型和实施例。

示意图不一定按比例绘制。

具体实施方式

图1a示意性地描绘了传感器单元100的实施例，传感器单元100包括具有至少100×100个传感器像素125的传感器阵列120，不过这以非常简化的型式以示例的方式通过仅6个像素来示出。此外，示意性地描绘了可选的透镜系统200。还示意性地描绘了包括光学结构320的可选的透光传感器窗口300。

透光传感器窗口300被配置在与所述传感器阵列120相距窗口距离d处。透镜系统200被配置成提供选自0.1*d-4*d的范围的物-像平面距离d1，诸如特别是0.9*d-1.1*d。附图标记IP指示像平面，这里与2D传感器阵列120重合，并且附图标记OP指示物平面，这里以示例的方式基本上与透光传感器窗口300重合。然而，物平面也可以在此窗口300的上游或其下游（但相对靠近传感器窗口300）。

光学结构320以图案配置，其中光学结构320具有选自长度L、宽度W和直径D的一个或多个尺寸，并且可以具有选自50 μm-20 mm的范围的值。此外，相邻光学结构320可以具有选自0-50 mm的范围的最短距离d2。举例而言，光学结构具有锥体形状320b。

图1a用虚线d1*指示物-像平面距离，其可以选为从非常靠近透镜系统200但仍然在可选窗口300的上游的物平面直到可以在可选窗口300的下游的远离传感器阵列120约50cm处。附图标记d3指示像素125和透镜系统之间的距离。该距离可以基本上为0 mm，但可以可选地为几毫米，诸如在0.2-20 mm的范围内。透镜系统可以包括单个透镜或多个透镜。

图1b非常示意性地描绘了一些实施例和变型，其中光学结构（320）选自点320a（变型I、III）、线320c（变型II、III）、凹槽320d（变型III）、透镜320f（变型III）、小平面320g（变型III，但锥体实际上也包括小平面）的组。光学结构之间的节距用附图标记p指示。变型III是虚构的变型，仅用于示出许多不同的光学结构。注意，由于该图是横截面，所以点可以是点或线。变型IV再次示出了其他变型，诸如例如可以具有（底部）宽度W和（底部）长度L的立方体、四面体或其他类型的结构。注意，L和W可以用于不同的维度。将L归属于一个维度可能意味着将W归属于另一个维度。

图2还示意性地描绘了许多实施例和变型。近视相机可以集成在灯具中，也可以集成在要在灯具内侧使用的灯中。相机聚焦在灯具的出射窗口的位置上，该出射窗口可以是包含棱镜、锥体、圆锥、小透镜或受控漫射器（具有有限散射角）的光学层。

相机也可以感测来自灯具本身的光，但是那应该是易于用频率滤波器滤除的。在实施例中，相机可以位于单独的隔间中以避免与来自灯具本身的光干扰。因此，在变型I中，虚线指示两个选项。

因此，图2还示出了照明系统500的实施例和变型（I，II和III），照明系统500包括配置成提供照明设备光511的照明设备510，照明系统500还包括传感器单元100。实际上这也是传感器系统1000的实施例和变型，传感器系统1000包括根据前述权利要求中任一项所述的传感器单元100和与所述传感器单元100在功能上耦合的控制系统400，其中传感器系统1000被配置成作为由所述传感器阵列120通过所述透光传感器窗口300接收的辐射的函数来感测例如运动。控制系统400也可以集成在照明设备510中。这些实施例和变型还示出了其中照明设备510还包括光出射窗口520的变型，其中所述传感器单元100配置在所述光出射窗口520的上游。更精确地，光出射窗口520包括所述透光传感器窗300。附图标记560指示光源，诸如固态光源、荧光灯等。

在图3a中的图像中，示出了在没有光学层（诸如具有如本文所描述的以图案配置的光学结构的透光窗口）的情况下1 m距离处的点源的图像。该点很模糊，因为镜头聚焦在2cm而不是1 m处。仍然可以检测到该点的运动。该点源在1 m距离处，并且离轴0.5 m。

当漫射光学层放置在点和相机之间时，观察到以下图像。在高斯散射（在有限角度范围内散射）的情况下，点图像甚至比没有层的情况更加模糊，但是一些运动仍然可以是可见的，参见图3b。

当光学层具有朗伯散射特性（在所有方向上散射，与入射方向无关）时，图像根本不包含任何信息，并且当点运动时它不会改变。因此，相机不能用于检测强散射光学层后面的运动（但是仍可以用于检测光），参见图3c。

通常，灯具包含含有小透镜（即小的透镜）、锥体或圆锥的光学层，用于隐藏源或使光束成形并控制眩光。在图3d中，我们针对方形锥体示出了在这样的光学层上看到的点的图像的示例。对于所谓的MLO（微透镜光学器件：小的锯齿状圆锥）结构，可以接收类似的结果（但是其他图案）。透明的光学结构产生点源响应，其包含清晰定界的结构的图案。这些结构掩盖了图像的细节，这有利于隐私，但它们对运动非常敏感，这对于存在检测很有用。在用相机进行存在检测中使用这种图像是我们发明的基本部分。

为了测试各种光学布局（没有层对比漫射器对比透明光学层）的运动灵敏度，我们计算了1 m距离处的模型面部的“相机”图像。模型面部是面向相机的发射盘（直径20 cm），具有三个黑色区域以绘制两只眼睛和一个嘴。

在没有光学层的情况下，面部图像模糊成光的盘，见下文。如果面部运动5厘米，则图像也会略微运动。因此这种运动可能是可检测的，但是两个图像之间的相关性仍然很高（0.9），因为图像包含大部分相同的信息（非常重叠的盘）。因此，相对于其他物体的背景和其他噪声源检测这种运动可能不是可行的。当使用高斯散射层时，图像更模糊。令人惊讶的是，参考图像与5 cm位移面部的图像之间的相关性略低（0.83）。当面部运动20厘米时，相关性变为0.63。如果我们现在考虑包含锥体的光学层的情况，我们注意到面部图像是完全无法识别的，但它确实仍然包含小的特征。将面部移动5 cm使那些小特征移位并且与参考图像的相关性仅为0.64，即与使用高斯漫射器的情况下20 cm移位图像的相关性相当。因此，锥体光学层对于小运动比高斯漫射层敏感得多（并且也比没有层的情形更敏感）。我们已经找到了MLO层的最佳结果：在5 cm位移后的相关性为0.49。

取决于实施方式的类型，光学层以及因此成像系统的点响应可以是已知的（例如，在直接在灯具中或作为独立单元实施的情况下）或者它可以取决于应用（在它嵌入灯中并且我们不知道它将放置于其中的灯具的情况下）。

为了提高传感器的灵敏度，可以在制造期间在软件滤波器中实施点响应，或者可以通过校准过程（例如，通过从不同位置使用激光指示器在暗室中测量响应）来获得点响应，或者可以在操作期间通过自学习算法获得点响应。

图3d和3e示出了传感器单元的结果，该传感器单元包括具有至少100×100传感器像素的传感器阵列、固定焦点透镜系统和包括光学结构的透光传感器窗口，其中透光传感器窗口被配置在于所述传感器阵列相距窗口距离处，其中透镜系统配置在传感器阵列和所述传感器窗口之间，并且其中由所述透镜系统和传感器阵列限定的物平面和像平面具有选自0.1*d-2*d的范围的物-像平面距离，其中光学结构以图案配置，其中光学结构具有选自50 μm-20 mm的范围的选自长度、宽度和直径的一个或多个尺寸，并且其中相邻光学结构具有选自0-50 mm的范围的最短距离。

在另一组实施例中，相机可以集成在灯内侧，其中焦点在灯的外壳上。这在图4a-4c中示意性地描绘。图4a示出了集成在使用受控散射或部分透明外壳的灯泡中的传感器单元。图4b示出了也集成在灯泡中的传感器单元，其中灯泡窗口中或灯泡窗口上具有光学结构，诸如小透镜或小平面。图4c示意性地描绘了类似的变型，但是现在只有灯泡窗口的一部分包括光学结构。注意，当窗口基本上完全被光学结构覆盖时，相邻结构的相互距离基本为零，该结构对于诸如可见和/或红外辐射的辐射是透射的，尤其是透明的。

在又一组实施例中，相机传感器可以用作独立传感器，其连接到照明系统（无线或有线）。相机可以在没有盖的情况下使用（但是近视以避免面部识别）或者在有盖的情况下使用，类似于先前实施例中使用的盖。

本领域技术人员将理解本文中的术语“基本上”，诸如在“基本上所有光”或“基本上由......组成”中。术语“基本上”还可以包括具有“整个”、“完全”、“全部”等的实施例。因此，在实施例中，形容词基本上也可以被移除。在适用的情况下，术语“基本上”也可以涉及90％或更高，诸如95％或更高，特别是99％或更高，甚至更特别是99.5％或更高，包括100％。术语“包括”还包括其中术语“包括”意指“由......组成”的实施例。术语“和/或”尤其涉及“和/或”之前和之后提到的项目中的一个或多个。例如，短语“项目1和/或项目2”和类似短语可以涉及项目1和项目2中的一个或多个。术语“包括”在一个实施例中可以指“由......组成”，但是在另一个实施例中也可以指“至少含有所限定的种类以及可选的一个或多个其他种类”。

此外，说明书和权利要求书中的术语第一、第二、第三等用于区分相似元件，而不一定用于描述次序或时间顺序。应理解，如此使用的术语在适当的情况下是可互换的，并且本文描述的本发明的实施例能够以不同于本文描述或说明的顺序操作。

本文的设备尤其是在操作期间描述的。如本领域技术人员将清楚的，本发明不限于操作方法或操作中的设备。

应当注意，上述实施例说明而不是限制本发明，并且本领域技术人员将能够在不脱离所附权利要求的范围的情况下设计许多替代实施例。在权利要求中，置于括号之间的任何附图标记不应被解释为限制权利要求。动词“包括”及其变形的使用不排除权利要求中所述元件或步骤之外的元件或步骤的存在。除非上下文以其他方式明确要求，否则在整个说明书和权利要求书中，词语“包括”、“包含”等应以包含性的意义解释，而不是排他性或穷举性的意义；也就是说，在“包括但不限于”的意义上。元件前面的冠词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括若干不同元件的硬件、以及借助于适当编程的计算机来实施。在列举了若干装置的设备权利要求中，这些装置中的若干个可以由同一个硬件项来体现。在相互不同的从属权利要求中陈述某些措施的仅有事实并不表示这些措施的组合不能用于获益。

本发明还适用于包括在说明书中描述和/或在附图中示出的表征特征中的一个或多个的设备。本发明还涉及一种方法或过程，其包括在说明书中描述和/或在附图中示出的表征特征中的一个或多个。

可以组合本专利中讨论的各种方面以便提供额外的优点。此外，本领域技术人员将理解，可以组合实施例，并且还可以组合两个以上的实施例。此外，特征中的一些可以形成一个或多个分案申请的基础。

Claims

1.一种传感器单元（100），包括具有至少100×100传感器像素（125）的传感器阵列（120）、固定焦点透镜系统（200）以及包括光学结构（320）的透光传感器窗口（300），其中所述透光传感器窗口（300）配置在与所述传感器阵列（120）相距窗口距离（d）处，其中所述透镜系统（200）配置在所述传感器阵列（120）和所述传感器窗口（300）之间，并且其中由所述透镜系统（200）和传感器阵列（120）限定的物平面（OP）和像平面（IP）具有选自0.1*d-2*d的范围的物-像平面距离（d1），其中所述光学结构（320）以图案配置，其中所述光学结构（320）具有选自50 μm-20 mm的范围的选自长度（L）、宽度（W）和直径（D）的一个或多个尺寸，并且其中相邻光学结构（320）具有选自0-50 mm的范围的最短距离（d2）；

其中，所述透镜系统（200）被配置成提供选自0.1*d-5*d的范围的所述物-像平面（d1），并且其中所述像平面（IP）与所述传感器阵列（120）重合；

其中，所述光学结构（320）选自点（320a）、小平面（320g）、锥体（320b）、线（320c）、凹槽（320d）、薄片（320e）和透镜（320f）的组。

2.根据权利要求1所述的传感器单元（100），其中，所述透镜系统（200）被配置成提供选自0.9*d-1.1*d的范围的所述物-像平面（d1），并且其中所述像平面（IP）与所述传感器阵列（120）重合。

3.根据前述权利要求中任一项所述的传感器单元（100），其中所述光学结构（320）以规则图案配置，其中所述光学结构（320）具有选自100 μm-2 mm的范围的选自长度（L）、宽度（W）和直径（D）的一个或多个尺寸，其中相邻光学结构（320）具有选自0-2 mm的范围的最短距离（d2），并且其中所述传感器阵列（120）具有至少400×400传感器像素（125）。

4.根据前述权利要求中任一项所述的传感器单元（100），其中，所述光学结构（320）包括具有选自5-20 mm的范围的最短距离（d2）的薄片（320e）。

5.根据前述权利要求中任一项所述的传感器单元（100），其中，所述传感器阵列（120）包括CCD和CMOS中的一个或多个，并且其中，所述透光传感器窗口（300）包括透光层（330），所述透光层（330）包括微透镜阵列。

6.一种传感器系统（1000），包括根据前述权利要求中任一项所述的传感器单元（100）和与所述传感器单元（100）在功能上耦合的控制系统（400），其中所述传感器系统（1000）被配置成作为由所述传感器阵列（120）通过所述透光传感器窗口（300）接收的辐射的函数来感测。

7.根据权利要求6所述的传感器系统（1000），其中，所述控制系统（400）包括用于在安装时提高所述传感器系统（1000）的灵敏度的校准过程和自学习算法中的一个或多个。

8.一种照明系统（500），包括配置成提供照明设备光（511）的照明设备（510），所述照明系统（500）还包括根据前述权利要求1-5中任一项所述的传感器单元（100）。

9.根据权利要求8所述的照明系统（500），其中所述照明设备（510）还包括光出射窗口（520），其中所述传感器单元（100）配置在所述光出射窗口（520）的上游。

10.根据权利要求9所述的照明系统（500），其中所述光出射窗口（520）包括所述透光传感器窗口（300）。

11.根据前述权利要求8-10中任一项所述的照明系统（500），其中，所述照明系统（500）还包括与所述传感器单元（100）在功能上耦合的控制系统（400），其中所述照明系统（500）还被配置成作为由所述传感器阵列（120）通过所述透光传感器窗口（300）接收的来自所述照明设备（510）外部的辐射的函数来感测。

12.一种利用根据前述权利要求6-7中任一项所述的传感器系统（1000）或根据权利要求12所述的照明系统（500）进行感测的方法，所述方法包括利用所述传感器阵列（120）来检测来自所述照明设备（510）或所述传感器单元（100）的外部的辐射，并且利用所述控制系统（400）作为来自所述传感器阵列（120）的传感器信号的函数来感测运动、光、颜色、人类存在、人类行为中的一个或多个。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述方法包括感测所述传感器阵列（120）上的辐射图案的变化。

14.一种根据前述权利要求6-7中任一项所述的传感器系统（1000）或根据权利要求12所述的照明系统（500）的用途，用于感测运动，同时防止面部识别。