CN212924052U - ToF电梯光幕装置和电梯 - Google Patents

Abstract

公开了一种ToF电梯光幕装置以及使用该装置的电梯。所述装置包括：多个光源模块，用于向被测空间提供投射的光；ToF光强传感器，用于接收所述被测空间返回的所述光并生成感应信号；控制器，用于切换所述多个光源模块中的一个光源模块向被测空间投射所述光，并且基于所述感应信号，生成轿厢门开闭控制信号；以及与所述光源模块的光出射方向平行布置的底座，用于固定所述多个光源模块、所述ToF光强传感器和所述控制器。其中，多个光源模块可以是布置在所述ToF光强传感器两侧的两个光源模块。由此，通过同时配备多个光源模块，并选取其中一个投入使用，能够降低光源故障导致光幕失效的风险。

Description

ToF电梯光幕装置和电梯

技术领域

本公开涉及ToF(飞行时间)测量领域，尤其涉及一种ToF电梯光幕装置以及使用该装置的电梯。

背景技术

现代电梯门系统安全性能不断提高，轿门防夹功能由机械触板的机械开关动作方式进化至光幕方式的非触碰式信号动作方式，但由于光幕失效而导致的电梯轿门夹人等情况时有发生，如能及时发现光幕失效的情况，将大大降低乘客的危险。

为此，需要一种改进的电梯光幕方案。

实用新型内容

本公开要解决的一个技术问题是提供一种利用ToF原理的电梯光幕方案，该方案通过引入多个光源模块，并进行及时切换来避免由于光源故障所导致的光幕失效问题。

根据本公开的第一个方面，提供了一种ToF电梯光幕装置，包括：多个光源模块，用于向被测空间提供投射的光；ToF光强传感器，用于接收所述被测空间返回的所述光并生成感应信号；控制器，用于切换所述多个光源模块中的一个光源模块向被测空间投射所述光，并且基于所述感应信号，生成轿厢门开闭控制信号；以及与所述光源模块的光出射方向平行布置的底座，用于固定所述多个光源模块、所述ToF光强传感器和所述控制器。其中，多个光源模块可以是布置在所述ToF光强传感器两侧的两个光源模块。由此，通过同时配备多个光源模块，并选取其中一个投入使用，能够降低光源故障导致光幕失效的风险。

可选地，光源模块包括：激光发生器，产生用于向所述被测空间投射的红外激光；以及扩散片，布置在所述激光的传播光路上，以将所述激光发生器生成的激光转换为面光源。由此提供ToF检测所需的面光源。其中，激光发生器可以包括：垂直腔面发射激光器(VCSEL)。由此进一步实现激光发生器的小型化和高效能。

进一步地，所述光源模块可以包括：功率检测元件，用于检测所述激光发生器是否正常工作并生成功率检测信号。相应地，所述控制器包括：切换装置，用于基于表明激光发生器无法正常工作的功率检测信号，切换所述多个光源模块中的其他光源模块进行工作。由此，通过在每个光源模块中增设功率检测元件，可以可靠检测光源的工作状态，并在其故障时进行及时切换。

可选地，所述控制器包括：报警装置，用于基于表明激光发生器无法正常工作的功率检测信号，发出警报。

进一步地，所述控制器可以包括：报警装置，用于基于所述控制器基于所述感应信号计算出人数超载时，生成超载报警信号。

可选地，所述底座是用于包围所述多个光源模块、所述ToF光强传感器和所述控制器的单个壳体。

作为替换，所述底座包括：分别用于包围每个光源模块的光源壳体；以及用于包围所述ToF光强传感器和所述控制器的主壳体。此时，该装置还可以包括从所述主壳体伸出用于连接所述光源壳体内的光源模块的外部线缆。所述光源模块可以经由所述外部线缆可拆卸地与所述主壳体相连接。

可选地，所述底座包括：连接机构，用于固定至位于轿厢门之上的轿厢壳体上或固定至轿厢门的上部。

作为替换，该装置还可以包括分立的连接机构，用于安装在位于轿厢门之上的轿厢壳体上或轿厢门的上部，并且固定所述底座。

根据本公开的第二个方面，提供了一种电梯，包括：厢；安装在位于轿厢门之上的轿厢壳体上或轿厢门的上部的如第一方面所述的ToF电梯光幕装置；以及与所述ToF电梯光幕装置相连接的控制模块，用于基于来自所述ToF电梯光幕装置的轿厢门开闭控制信号，控制所述轿厢的轿厢门开闭。

可选地，该电梯可以包括超载警报装置，用于基于所述ToF电梯光幕装置基于所述感应信号计算出人数超载时，发出超载报警信号。

本实用新型的ToF电梯光幕方案能够通过多个光源模块之间的切换来确保光幕的正常运行，由此保证电梯运行的安全。

附图说明

通过结合附图对本公开示例性实施方式进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本公开一个实施例的ToF电梯光幕装置的组成示意图。

图2示出了根据本公开一个实施例的光源模块的组成示意图。

图3示出了根据本公开另一个实施例的ToF电梯光幕装置的组成示意图。

图4A-B示出了根据本公开的ToF电梯光幕装置安装在电梯轿厢上时的工作场景示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施方式。虽然附图中显示了本公开的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

现代电梯门系统安全性能不断提高，轿门防夹功能由机械触板的机械开关动作方式进化至光幕方式的非触碰式信号动作方式，但由于光幕失效而导致的电梯轿门夹人等情况时有发生，如能及时发现光幕失效的情况，将大大降低乘客的危险。

为此，本公开通过引入配备有多个光源模块并且能够在多个光源模块之间灵活切换的ToF深度数据测量装置，降低光源故障导致光幕失效的风险。进一步地，通过针对每个光源模块配备一个PD(功率检测元件)，能够及时检测每个光源模块的工作状态，并将无法正常工作的光源模块切换至休息，从而能够实现光幕故障的自检和故障清除，确保电梯的正常运行。

图1示出了根据本公开一个实施例的ToF电梯光幕装置的组成示意图。

如图1所示，ToF电梯光幕装置100包括两个光源模块110_1和110_2、ToF光强传感器120和壳体130。

在此，光源模块110_1和110_2用于向被测空间提供投射的光。在本公开的应用场景中，两个光源模块110_1和110_2不在相同时刻投射光。换句话说，两个光源模块110_1和110_2可以在装置100的控制器(未示出)的控制下，切换进行光的投射。

ToF光强传感器120则用于接收所述被测空间返回的所述光并生成感应信号。未示出的控制器，用于切换两个光源模块110_1和110_2中的一个光源模块向被测空间投射所述光，并且基于所述感应信号，生成轿厢门开闭控制信号。

壳体130则可以是用于包围并固定所述多个光源模块、所述ToF光强传感器和所述控制器的单个壳体。

由此，本公开的ToF电梯光幕装置100可以在不同的时刻切换不同的光源模块进行工作(例如，与ToF光强传感器120向配合)，由此避免某一光源模块工作时间过长，并且避免由于某一光源模块故障而导致的电梯光幕失效。

ToF是Time ofFlight的缩写，直译为飞行时间，该技术通过向目标连续发送光脉冲，然后用传感器接收从物体返回的光，通过探测这些发射和接收光脉冲的飞行(往返)时间来得到目标物距离。

ToF的传感芯片根据像素单元的数量分为单点和面阵式感光芯片，为了测量整个三维物体表面位置深度信息，可以利用单点ToF测距模块通过逐点扫描方式获取被探测物体三维几何结构，也可以通过面阵式ToF测距模块，拍摄一张场景图片即可实时获取整个场景的表面几何结构信息，但是技术难度也更大。本公开优选使用面阵式ToF测距模块作为ToF光强传感器120，以实现对整个被测区域的即时拍摄。

ToF的照射单元(即，对应于本公开的光源模块)都是对光进行高频调制之后再进行发射，可以采用LED或激光(包含激光二极管或是VCSEL)来发射高性能脉冲光，脉冲可达到100MHz左右，主要采用红外光。当前市面上已有的ToF技术大部分是基于连续波(continuous wave)强度调制方法，还有一些是基于光学快门的方法。

基于光学快门的方法发射一束脉冲光波，通过光学快门快速精确获取照射到三维物体后反射回来的光波的时间差t，由于光速c已知，只要知道照射光和接收光的时间差，来回的距离可以通过公示d＝t/2·c。此种方法在实际应用中如要达到较高，需要控制光学快门开关的时钟具有较高精度，还要能够产生高精度及高重复性的短脉冲，照射单元和ToF传感芯片都需要高速信号控制，这样才能达到高的深度测量精度。假如照射光与ToF传感器之间的时钟信号发生10ps的偏移，就相当于1.5mm的位移误差。

基于连续波的调制方法发射一束照明光，利用发射光波信号与反射光波信号的相位变化来进行距离测量。其中，照明模组的波长一般是红外波段，且需要进行高频率调制。ToF感光模组与普通手机摄像模组类似，由芯片，镜头，线路板等部件构成，ToF感光芯片每一个像元对发射光波的往返相机与物体之间的具体相位分别进行记录，通过数据处理单元提取出相位差，由公式计算出深度信息。该传感器结构与普通手机摄像模组所采用的CMOS图像传感器类似，但包含的像素比一般图像传感器像素尺寸要大，一般20um左右。也需要布置红外带通滤光片来保证只有与照明光源波长相同的光才能进入。

ToF技术最独特的优势在于可以直接输出被探测物体的深度数据，而双目视觉或结构光技术中则需要相应的算法进行处理后才能获得相应的深度数据。ToF技术不受表面灰度和特征的影响，抗干扰能力强。ToF芯片上，每个像素对应于一个物体表面的实际位置，只有有反射光返回，就能够通过解相位的方法获取深度信息。另一方面，由于太阳光未经调制，可以认为对相位无影响，因此ToF对强光环境也有一定的抗干扰性。

由于ToF技术能够直接输出被测物体的深度数据，因此其对待测物体进入电梯轿厢这一状态更为敏感。另外，由于其抗干扰能力强，ToF测距模块所需的发射功率比结构光的发射功率要小得多，因此用作电梯光幕的ToF测距模块的发光器件不会对人眼造成伤害。

在图1的例子中，ToF电梯光幕装置100包括布置在所述ToF光强传感器两侧的两个光源模块。在其他实施例中，ToF电梯光幕装置可以包括更多个光源模块(例如，3个、4个，甚至更多)，并且这些光源模块也可以相对于ToF光强传感器布置在不同的位置。但为了方便对反射光的接收，ToF光强传感器的镜头方向应该与光源模块的光出射方向平行，并且尽可能的接近布置。

另外，图中实现为外壳130，但在更为广义的应用场景中，外壳130可以看作是装置底座的一个具体实现。在此，底座可以与所述光源模块的光出射方向平行布置，并且用于固定所述多个光源模块、所述ToF光强传感器和所述控制器。

如前所述，ToF的照射单元(即，对应于本公开的光源模块)都是对光进行高频调制之后再进行发射，可以采用LED或激光(包含激光二极管或是VCSEL)来发射高性能脉冲光，脉冲可达到100MHz左右，主要采用红外光。在本公开中，光源模块可以包括激光发生器，产生用于向所述被测空间投射的红外激光；以及扩散片，布置在所述激光的传播光路上，以将所述激光发生器生成的激光转换为面光源。

为了提升发光效率并降低发热量，优选采用垂直腔面发射激光器(VCSEL)作为激光发生器。

进一步地，为了检测每个光源模块的工作状态，并为控制器的光源模块切换提供依据，光源模块还可以包括：功率检测元件，用于检测所述激光发生器是否正常工作并生成功率检测信号。

图2示出了根据本公开一个实施例的光源模块的组成示意图。图2所示的光源模块210可以对应于图1所示的两个光源模块110_1和110_2，以及后续图3中的光源模块310_1和310_2，并且看作是这些光源模块的优选实现。

如图所示，光源模块210包括作为激光发生器的VCSEL 211以及扩散片212。VCSEL211反射的红外激光如图中虚线箭头所示行进至扩散片212，并由后者扩散成虚线所示的泛光。

进一步地，可以在VCSEL的出射光路上设置PD(功率检测元件)213，例如如图所示设置在光源模块210的内部，在其他实现中，也可以设置在光源模块210的外部，例如扩散片之上。

每当光源模块210被切换进行工作，PD 213就持续检测接收到的功率，并且可以在功率低于预定阈值时生成光源故障信号(对应于指示故障的功率检测信号)。上述信号可以传送至控制器。控制器可以包括：切换装置，用于基于表明激光发生器无法正常工作的功率检测信号，切换所述多个光源模块中的其他光源模块进行工作。

进一步地，所述控制器还可以包括报警装置，用于基于表明激光发生器无法正常工作的功率检测信号，发出警报。

结合图1，在一个实施例中，可以将两个光源模块110_1和110_2中的一个设置为主光源，另一个设置为备用光源。例如，将光源模块110_1设置为主光源，将将光源模块110_2设置为备用光源。

为此，在每一次轿厢门开启时，光源模块110_1都被点亮以便向被测空间进行激光投射。此时光源模块110_1中的PD在VCSEL工作时持续进行功率检测，并输出表明激光发生器正常工作的功率检测信号。而当装置100运行了一段时间(例如，几年之后)，光源模块110_1由于长时间工作而老化。并且在某一次点亮途中熄灭，或是在接收到点亮指令时无法被正常点亮。此时，PD在功率低于预定阈值时生成光源故障信号(对应于指示故障的功率检测信号)，并将上述信号传送至控制器。控制器可以基于上述故障信号立即切换光源模块110_2投入工作，由此确保电梯光幕功能的正常。可以在装置100上设置报警灯，例如，该报警灯可以以持续闪烁的红光进行报警，以方便电梯维护人员发现故障并替换老化的光源模块110_1。于是，在光源模块110_1故障并被替换之间的时间段内，备用光源110_2可以维持电梯光幕的正常工作，确保电梯使用人员的人身安全。

作为替换，也可以不设置主光源和备用光源，而是交替使用两个光源模块110_1和110_2。同样地，每个光源模块内包含的PD可以在其激光发生器工作时进行功率检测，以判定该相应模块是否正常工作，并且在某一个光源模块出现故障时，使用单光源模块实现光幕功能，直到电梯被维修。

为了方便对故障光源的替换，本公开的ToF电梯光幕装置还可以包括外置的光源模块。图3示出了根据本公开另一个实施例的ToF电梯光幕装置的组成示意图。

不同于多个光源模块、ToF光强传感器和控制器被包括在单个壳体内，图3所示的装置300包括用于包围所述ToF光强传感器320和控制器(未示出)的主壳体，以及各自包围一个光源模块(310_1和310_2)的光源壳体。装置300还可以包括从所述主壳体伸出用于连接所述光源壳体内的光源模块的外部线缆，例如与光源模块310_1相连的线缆340_1以及与光源模块310_2相连的线缆340_2。光源模块可以经由所述外部线缆可拆卸地与所述主壳体相连接。于是，在例如光源模块310_1故障时，可以简单地通过拆卸单独的光源壳体并替换新的包含光源模块的光源壳体来实现故障排除。

为了实现光幕功能，本公开的ToF电梯光幕装置优选地安装在位于轿厢门之上(例如，正上方)的轿厢壳体上。图4A-B示出了根据本公开的ToF电梯光幕装置安装在电梯轿厢上时的工作场景示意图。其中，图4A是垂直于轿厢门方向的侧视图，图4B是正对轿厢门的正视图。

如图4A所示，图的左侧为楼道，右侧为电梯轿厢。在楼道门和轿厢门同时开启之后，乘坐者从左向右跨越两道门走进轿厢。图4B示出了乘坐者进入轿厢后的状态。如图4A和图4B所示，本公开的ToF电梯光幕装置(图中的ToF)被安装在电梯轿厢的外部，轿厢门的正上方。由此方便光源模块投射的光如图中虚线所示覆盖两道门区域，以及楼道和电梯内部的区域。如果ToF光强传感器也具有相对应的视角，则其拍摄的图像(对应于生成的感应信号)除了可以包括光幕区域(轿厢门区域)内的深度信息之外，还可以包括电梯内的深度信息。为此，控制器可以根据上述图像(感应信号)计算出电梯内的人数(甚至根据高度分辨是大人还是小孩，是人还是物)，并可以包括：报警装置，用于基于所述控制器基于所述感应信号计算出人数超载时，生成超载报警信号。

为了安装在轿厢上，ToF电梯光幕装置的壳体或是底座上还可以包括用于固定至轿厢的连接结构，例如，利用磁铁的吸附连接机构，螺纹连接机构，或是胶体连接机构。上述机构可以用于固定至如图4A和4B所示的轿厢门之上的轿厢壳体上，也可以固定至其他合适的位置，例如轿厢门的上部。

在其他实施例中，本公开的ToF电梯光幕装置还可以包括分立的连接机构，用于安装在位于轿厢门之上的轿厢壳体上或轿厢门的上部，并且固定所述底座。

另外，应该理解的是，ToF电梯光幕装置还可以包括与电梯控制系统通信的机构，用于将生成的轿厢门开闭控制信号发送给电梯控制系统，以方便后者对轿厢门的开闭进行机械控制。在一个实施例中，可以通过物理有线连接或是近距离无线通信实现轿厢门开闭控制信号的发送，以及电梯门开启信号的接收。

如上已经结合附图描述了根据本公开的ToF电梯光幕装置。在本公开的另一个方面，还可以实现为一种电梯，包括：轿厢；安装在位于轿厢门之上的轿厢壳体上或轿厢门的上部的如上所述的ToF电梯光幕装置；以及与所述ToF电梯光幕装置相连接的控制模块，用于基于来自所述ToF电梯光幕装置的轿厢门开闭控制信号，控制所述轿厢的轿厢门开闭。

进一步地，该电梯还可以包括超载警报装置，用于基于所述ToF电梯光幕装置基于所述感应信号计算出人数超载时，发出超载报警信号。

上文中已经参考附图详细描述了根据本实用新型的ToF电梯光幕装置和电梯。本实用新型利用ToF原理的电梯光幕方案，该方案通过引入多个光源模块，并进行及时切换来避免由于光源故障所导致的光幕失效问题。进一步地，可以通过功率检测元件来判定工作中的光源是否故障，并进行备用光源的及时切换，由此在部分光源失效的情况下仍能保证电梯光幕功能的正常实现。

以上已经描述了本实用新型的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (16)

1.一种ToF电梯光幕装置，其特征在于，包括：

多个光源模块，用于向被测空间提供投射的光；

ToF光强传感器，用于接收所述被测空间返回的所述光并生成感应信号；

控制器，用于切换所述多个光源模块中的一个光源模块向被测空间投射所述光，并且基于所述感应信号，生成轿厢门开闭控制信号；以及

与所述光源模块的光出射方向平行布置的底座，用于固定所述多个光源模块、所述ToF光强传感器和所述控制器。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光源模块包括：

激光发生器，产生用于向所述被测空间投射的红外激光；以及

扩散片，布置在所述激光的传播光路上，以将所述激光发生器生成的激光转换为面光源。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述激光发生器包括：

垂直腔面发射激光器(VCSEL)。

4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述光源模块包括：

功率检测元件，用于检测所述激光发生器是否正常工作并生成功率检测信号。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述控制器包括：

切换装置，用于基于表明激光发生器无法正常工作的功率检测信号，切换所述多个光源模块中的其他光源模块进行工作。

6.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述控制器包括：

报警装置，用于基于表明激光发生器无法正常工作的功率检测信号，发出警报。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制器包括：

报警装置，用于基于所述控制器基于所述感应信号计算出人数超载时，生成超载报警信号。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述底座是用于包围所述多个光源模块、所述ToF光强传感器和所述控制器的单个壳体。

9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述底座包括：

分别用于包围每个光源模块的光源壳体；以及

用于包围所述ToF光强传感器和所述控制器的主壳体。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，还包括：

从所述主壳体伸出用于连接所述光源壳体内的光源模块的外部线缆。

11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述光源模块经由所述外部线缆可拆卸地与所述主壳体相连接。

12.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述底座包括：

连接机构，用于固定至位于轿厢门之上的轿厢壳体上或固定至轿厢门的上部。

13.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

连接机构，用于安装在位于轿厢门之上的轿厢壳体上或轿厢门的上部，并且固定所述底座。

14.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多个光源模块包括：

布置在所述ToF光强传感器两侧的两个光源模块。

15.一种电梯，包括：

轿厢；

安装在位于轿厢门之上的轿厢壳体上或轿厢门的上部的如权利要求1-14中任一项所述的ToF电梯光幕装置；以及

与所述ToF电梯光幕装置相连接的控制模块，用于基于来自所述ToF电梯光幕装置的轿厢门开闭控制信号，控制所述轿厢的轿厢门开闭。

16.如权利要求15所述的电梯，其特征在于，还包括：

超载警报装置，用于基于所述ToF电梯光幕装置基于所述感应信号计算出人数超载时，发出超载报警信号。

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