CN215402424U - 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：光源模块，包括沿轿厢门平行方向排列的多个激光源，所述多个激光源按照预定顺序向被测空间投射点激光；光轴与所述光源模块的光轴不重合布置的ToF传感器，用于接收所述被测空间的返回光并生成感应信号；控制器，用于基于所述感应信号，生成轿厢门开闭控制信号；以及底座，用于固定所述光源模块、所述ToF传感器和所述控制器。所述ToF传感器是用于对所述光影模块投射范围内的返回光进行感测的广角ToF传感器。本公开通过逐次点亮沿轿厢门平行方向排列的多个激光源来实现覆盖轿厢门宽度范围的光幕，并通过广角ToF传感器来确保旁轴测距的准确性。

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，但现有红外光幕构造复杂、容易故障且能效低，使得电梯轿门夹人等情况时有发生。

虽然现有技术中通过引入ToF(飞行时间)传感器来提升了电梯光幕的性能，但仍然存在测量精度不高、装置构造复杂等缺陷。

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，该方案通过逐次点亮沿轿厢门平行方向排列的多个激光源来实现覆盖轿厢门宽度范围的光幕，并通过广角ToF传感器来确保旁轴测距的准确性。

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：光源模块，包括沿轿厢门平行方向排列的多个激光源，所述多个激光源按照预定顺序向被测空间投射点激光；ToF传感器，用于接收所述被测空间的返回光并生成感应信号；控制器，用于基于所述感应信号，生成轿厢门开闭控制信号；以及底座，用于固定所述光源模块、所述ToF传感器和所述控制器。

可选地，所述光源模块包括：扩散片，布置在所述多个激光源投射点激光的传播光路上，以将每个激光源生成的点激光转换为线激光。优选地，该扩散片可用于控制每个激光源的投射角度的扩散片，使得由所述多个激光源各自生成的点激光转换成的线激光能够覆盖所述轿厢门宽度。

可选地，所述多个激光源包括：由多个发光单体组成的单列发光阵列。优选地，所述多个激光源是包括单列发光阵列的VCSEL(垂直腔面发射激光器)芯片。

可选地，所述ToF传感器是用于对所述光源模块投射范围内的返回光进行感测的广角ToF传感器。

可选地，所述ToF传感器包括：能够接收所述光源模块投射角度内的返回光的广角透镜。

可选地，所述ToF传感器是基于返回光的接收时间生成感应信号的直接飞行时间(dToF)传感器，例如可以包括雪崩光电二极管(APD)；或者单光子雪崩二极管(SPAD)；或者硅光电倍增管(SiPM)。

可选地，可以引入面阵光检测来提升光幕检测准确性。为此，该装置还可以包括：第二光源模块，用于向被测空间投射面阵光；第二ToF传感器还用于在所述第二光源模块工作时接收所述被测空间返回的面阵光并生成第二感应信号。

可选地，所述第二光源模块包括：第二激光发生器，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阵光源。相应地，第二ToF传感器可以包括：基于返回的面阵光的相位生成所述第二感应信号的间接飞行时间传感器。

为此，控制器可以包括：切换装置，用于在轿厢门打开时切换所述光源模块和所述第二光源模块在不同的时间提供投射。

进一步地，控制器可以包括：第二切换装置，用于基于表明所述光源模块或所述第二光源模块无法正常工作的功率检测信号，切换另一个光源模块持续进行工作。

可选地，所述底座是与所述光源模块的光出射方向平行布置的、用于包围所述光源模块、所述ToF传感器和所述控制器的单个壳体。进一步地，设备还可以包括可拆卸连接的备用光源模块。

为了与轿厢位置固定，所述底座可以包括：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，或者所述装置包括：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。

为了与轿厢进行通信，所述装置还可以包括：通信机构，用于：向所述轿厢的控制模块发送所述轿厢门开闭控制信号；和/或接收来自所述轿厢的控制模块发送的轿厢门状态信号，以开始或停止光幕感测操作。

根据本公开的第二个方面，提供了一种电梯，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。

本实用新型的ToF电梯光幕方案通过引入逐个点亮的激光列并配合旁轴布置的广角ToF传感器，能够在保证电梯光幕的检测灵敏度的同时大幅提升装置可靠性。

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2A-C示出了本公开点激光覆盖范围的一个例子。

图3A-B示出了根据本公开一个实施例的光源模块中的多个激光源的排列示例。

图4示出了光源模块的组成例。

图5示出了点激光投射操作例。

图6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，但现有红外光幕构造复杂、容易故障且能效低，使得电梯轿门夹人等情况时有发生。

虽然现有技术中通过引入ToF(飞行时间)传感器来提升了电梯光幕的性能，但仍然存在测量精度不高、装置构造复杂等缺陷。

为此，本实用新型提供一种利用ToF原理的电梯光幕方案，该方案通过将光源模块与ToF传感器的光轴不重合地布置，能够大幅降低装置复杂度，并通过引入广角ToF传感器来确保测距的准确性。

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包括光源模块110、ToF传感器 120和底座130。

在此，光源模块110包括沿轿厢门平行方向(x轴方向)排列的多个激光源(激光源的具体排列可以如下参见图3A-B)。如图所示，光源模块110包括的每个激光源可以投射在垂直于y轴方向(与轿厢门垂直的方向)的xz平面上的点激光。多个点激光的总合投射范围角可以如下图2C 所示，为沿着竖直方向(z轴方向)的固定角度α。

ToF传感器120与光源模块110分隔设置，并且两者的光轴不重合。 ToF传感器120用于接收所述被测空间返回光并生成感应信号。由于两者呈旁轴设置，并且光路不重合，为此光源模块110包括单独的出光口I， ToF传感器120包括单独的入光口II，而非两者共用一个出入光口。

控制器(未示出)用于控制所述光源模块110和所述ToF传感器120 的工作，并基于所述感应信号，生成轿厢门开闭控制信号。具体地，控制器可以在轿厢门打开时控制所述光源模块110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。底座130可以用于固定光源模块110、ToF传感器120和未示出的所述控制器。在一个实施例中，底座130可以是其上布置有控制器和其他电路的电路板。上述电路板可以垂直于竖直方向(z轴方向)布置。

应该理解的是，为了方便安装并防止灰尘侵入，ToF电梯光幕装置还可以包括装入并固定如上组件的壳体，并且壳体上要同样要留有分别用于点激光投射和返回光如上的出光口和入光口。

在此，点激光指代在与投射方向垂直的任意平面上，投射光斑的形状为一个点的光。多个沿x轴方向排列的激光源可以逐次点亮，以配合ToF 传感器实现电梯光幕的作用。

为了更好地理解轿厢门平行的方向上按照运动顺序点亮的点激光，图 2A-C示出了本公开点激光覆盖范围的一个例子。在此，为了方便描述，可以如图2A和2B所示，将水平面规定为xy平面，其中与轿厢门(也可称为电梯门)平行的方向为x方向，与电梯门垂直的方向为y方向，并将电梯上下运动的竖直方向规定为z方向。

图2A和2B是俯视视角下的电梯门开关示意图。在图2A中，由于电梯正处于上下运行或是待机状态，此时电梯门(包括轿厢门和各个楼道电梯门)处于关闭状态。由于电梯门处于关闭状态，此时本实用新型的ToF 光幕装置可以处于待机或是休眠状态，无需投射光幕进行进出检测。虽然图中未示出，但是为了方便投射光幕，本实用新型的ToF装置优选被设置在轿厢门的上方，并用于垂直向下(例如，z方向)的固定范围内(例如，在α角度的范围内)向下投射点激光。

在图2B中，由于电梯例如运行到某一用户在轿厢内或是楼道上选择楼层，因此电梯门(包括轿厢门和对应楼道的电梯门)开启。此时，由于电梯门处于开启状态，因此本实用新型的ToF光幕装置可以进入工作状态，投射光幕进行进出检测。在本实用新型中，光源模块(例如，图1所示的模块110)投射点激光，并且逐次点亮每一个激光源来实现“动态光幕”效果。为了能够检测出进出轿厢的对象，点激光需要如图2B所示，涵盖轿厢门宽度范围。图2C示出了平视视角(例如，从楼道望向电梯门的方向)下，点激光覆盖范围与电梯门之间的相对关系。如图所示，安装在轿厢门上方的ToF光幕装置的光源模块所投射的光可以具有一定发光角度 (例如，图示的α)。由此，当有人、动物或是其他物体进出轿厢门时，反射光会被ToF传感器捕捉到，由此检测到有对象进出并保持电梯门(包括轿厢门和楼道电梯门)开启。

如图2B所示，为了能够检测在任意位置穿越电梯门的物体，多个点激光在x方向上的覆盖范围需要不小于轿厢门开启后的长度。进一步地，为了涵盖更多的空中位置，如图2C所示，点激光在x方向上的覆盖范围可以大于轿厢门开启后的长度。例如，图中三角形光幕与轿厢门重叠的位置，才是有效的光幕检测范围。

在将ToF电梯光幕装置100如图2C所示布置在轿厢门上方并以垂直于地面方向向下照射的情况下，控制器可以在轿厢门开启时，控制光源模块110向被测空间投射与轿厢门平行的点激光。这些点激光投射一遍，可以看作是动态形成的线形光。当没有人或是物穿过轿厢门时，因为没有物体会阻挡线形光的前行，因此ToF传感器120拍摄的被摄空间内没有返回光。在规定时间内没有人或是物穿过轿厢门并且没有用户点击开门按钮时，轿厢门会关闭。而当有人或是物穿过轿厢门以进出电梯时，ToF传感器120 接收到的返回光，因此可以就此判定正有人或物通过电梯门，从而产生保持电梯门打开的感应信号。另外，ToF传感器120还可以根据返回光的飞行时间推断通过电梯门的人或物的高度。

另外，应该理解的是，虽然每个激光光源投射的是点激光，但投射的每个点激光在传播过程中可以(例如，经扩散片)扩散成一小段线形光。虽然不被同时点亮，但这些线形光在特定平面(例如，轿厢底部所指平面) 上形成的投影光斑能够形成一条覆盖轿厢宽度的光斑。由此，虽然每个激光源被重复地轮番点亮，就能够形成覆盖轿厢门进出区域的动态光幕。

在其他实施例中，ToF电梯光幕装置100也可以布置在轿厢门上方的其他位置，例如不位于中线位置，此时光源模块需要与z方向呈一定角度的投射点激光。

为了方便对本实用新型中“动态光幕”的理解，图3A-B示出了根据本公开一个实施例的光源模块中的多个激光源的排列示例。图3A示出了沿直线排列的多个(20个)激光源。这些激光源中的每一个都能够照亮光幕区域中的一部分(参见图5)，于是在这些激光源被逐个点亮(并结合 ToF传感器的感测)后，就能够实现覆盖轿厢门区域的动态光幕。

在具体实现中，这些激光源可以是各自独立的激光源，也可以集成在同一个光源芯片上。为此，所述多个激光源可以包括：由多个发光单体组成的单列发光阵列。优选地，多个激光源可以是属于同一个VCSEL(垂直腔面发射激光器)芯片的一列VCSEL发光单体。由此ToF传感器优选为单点传感器，因此ToF传感器优选每次对一个激光源的返回光进行测量。于是，在ToF电梯光幕装置工作期间，可以按照预定顺序逐个点亮这20 个发光单体中的每一个。例如，从左至右逐个发射红外激光脉冲，ToF传感器则逐一对每个脉冲进行感测，以确定每一个发光单体发射脉冲的返回时间，由此判定该发光单体照射范围内的物体距离。

在此，预定顺序优选为例如按照从左至右或是从右至左的顺序逐一点亮。在其他实施例中，也可以按任意顺序点亮(例如，先逐一点亮单数发光单体，再点亮偶数发光单体)，只要在一个轮次(例如，20次点亮)中每个单体都被点亮，并由ToF传感器进行感测即可。

虽然优选为按列布置，但多个激光源可以按照非直线的方式沿轿厢门平行方向排列。图3B示出了没有沿直线排列的多个(20个)激光源。类似地，只要这些激光源发出的光能够涵盖图2B所示的范围，其在y方向是微小位移不会影响电梯光幕的效果。

由于发光单体投射的是点光源，且激光源的长度要远小于电梯门宽度，为此除了包括多个激光源的发光模块(例如，VCSEL芯片)之外，光源模块还可以包括扩散片。图4示出了光源模块的组成例。如图所示，光源模块410可以包括VCSEL芯片411，以及位于VCSEL芯片411出射方向上的扩散片412。光源模块还可以包括用于固定芯片411和扩散片412的封装壳体。另外，虽然未示出，光源模块还可以包括用于检测所述VCSEL 芯片是否正常工作的功率检测元件。

扩散片412布置在所述多个激光源投射点激光的传播光路上，以将每个激光源生成的点激光转换为线激光。优选地，扩散片412可以控制每个激光源的投射角度，使得由所述多个激光源各自生成的点激光转换成的线激光能够覆盖所述轿厢门宽度。

图5示出了点激光投射操作例。如图5所示，光源模块的投射角度α以为60°，光源模块所包含的20个发光单体中每个单体发出的点激光可以被扩散片扩散为覆盖范围为2°的线激光。但图3A或3B中第10个发光单体被点亮时(图中示出为黑色单体)，其能够覆盖图5中灰色区域所示的范围。由此，但第1至第20个单体逐一点亮(即，完成一遍扫描后)，就能够覆盖图5黑色线所示的整个投射范围。在实际使用时，可以需要在电梯门开启时保持装置进行重复扫描，以持续检测人员的进出。

应该理解的是，光源模块中激光源的数量决定了检测分辨率。点数越多，检测的角分辨率越高，比如总角度是60度，发光单体数是100，则单点对应的角度就是0.6度，显然能比上例中的2°提供更高的检测分辨率。

与点激光投射相对应的是，ToF传感器优选可以是基于返回光的接收时间生成感应信号的直接飞行时间(dToF)传感器。

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)时间或是相位来得到目标物距离。

ToF的照射单元(即，对应于本公开的光源模块)可以是对光进行高频调制之后再进行发射，可以采用激光器(例如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。使用上述调制方法的传感器可以称为iToF(间接飞行时间)传感器。

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。使用上述调制方法的传感器可以称为dToF(直接飞行时间)传感器。

dToF和iToF的原理区别主要在于发射和反射光的区别。dToF的原理比较直接，即直接发射一个光脉冲，之后测量反射光脉冲和发射光脉冲之间的时间间隔，就可以得到光的飞行时间。在iToF中，发射的并非一个光脉冲，而是调制过的光。接收到的反射调制光和发射的调制光之间存在一个相位差，通过检测该相位差就能测量出飞行时间，从而估计出距离。

从原理上来看，iToF的最大问题就在于最大测距距离和测距精度之间的矛盾。举例来说，如果当前目标的距离是0.15m，那么整个发射和反射光的飞行时间就是1ns。在调制光的调制频率为100MHz(周期为10ns) 时，1ns的飞行时间差转化为相位差就是36度，而如果调制光的调制频率为10MHz(周期为100ns)时，1ns的飞行时间差转化为相位差就是3.6度。显然，36度的相位差比起3.6度的相位差要容易检测，因此iToF的调制光调制频率越高，则测距精度越好。调制频率越高也限制了最大测距距离。与之相对的是，dToF不存在这个测距距离和测距精度之间的矛盾。

在具体的实现上，dToF相较于iToF来说难度要大许多。dToF的难点在于要检测的光信号是一个脉冲信号，因此检测器对于光的敏感度比需要非常高。为此，本实用新型使用的dToF传感器可以使用SPAD (single-photon avalanche diode，单光子雪崩二极管)。SPAD的工作区域位于二极管的击穿区附近，当单个光子进入SPAD后就会产生大量的电子 -空穴对，从而SPAD能检测到非常微弱的光脉冲。在其他实施例中，本实用新型还可以使用雪崩光电二极管(APD)作为dToF传感器。

SPAD是一种工作在盖革模式的光电二极管，就像光子触发开关一样，处于“开”或“关”状态。在一个优选实施例中，可以使用由多个独立的 SPAD传感器组成的硅光电倍增管(SiPM)作为ToF传感器120。SiPM 是由多个独立的SPAD传感器组成，每个传感器都有自己的淬灭电阻，从而能够更为敏感地接收返回脉冲。

另外，应该理解的是，本公开的光源模块发射的激光脉冲是可见光频带之外的脉冲，例如近红外脉冲，由此能够结合带通滤波器滤除无关环境光的干扰。

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。进一步地，由于dToF不存在积分电路，因此相比于iToF，对环境光干扰的抵抗力更强。

由于光源模块110的出射光路和ToF传感器120的入射光路被各自独立布置(即，“旁轴”而非“同轴”设置)，此时ToF传感器120可以是用于对所述光源模块投射范围内的返回光进行感测的广角ToF传感器。换句话说，ToF传感器120可以至少具备α的成像角，以便能够感测在投射范围内变换的点激光脉冲的返回光。在一个实施例中，ToF传感器120可以包括能够接收所述光源模块投射角度内的返回光的广角透镜。例如，当光源模块110能够在xz平面内以60°的投射角进行点激光投射时，ToF 传感器120用于接收返回光的广角透镜可以是成像范围至少60°的广角透镜。

在同轴布置中，由于ToF传感器120与光源模块110共用至少部分光路，因此ToF传感器120的返回光接收角可以很小，例如1°。此时，由于能够滤除大部分环境光，因此可以使得感测距离更远。但上述同轴设置会极大地增加装置安装和调试的复杂性。相比之下，在本公开中的各自独立光路的旁轴布置，虽然ToF传感器120会接收到更多的环境光，但由于投射激光为红外光，并且由于dToF传感器(例如，优选的SiPM)的高度敏感性，因此仍然能够准确检测出代表点激光脉冲的返回光波峰。

在本公开中，ToF传感器优选为单点传感器。只要该传感器检测到返回光波峰(证明光幕被反射)，控制器就可判定正有物体(包括人体)正穿越光幕，因此需要保持电梯门开启。在某些实施例中，还可以根据返回光接收时刻与激光脉冲发送时刻来确定物体距离。更进一步地，可以通过当前点亮激光所对应的投射角度来判定物体在光幕中角度范围，再根据接收返回脉冲的时间差来确定物体距离，由此确定物体在光幕中的具体位置。上述距离和位置的计算可由控制器，或是内置或外置的计算装置进行计算。

通过引入逐一点亮的点光源并配合旁轴布置的广角ToF传感器，能够避免光源模块和传感模块共用光路带来的精密对齐需求，从而在保证电梯光幕的检测灵敏度的同时大幅降低装置复杂度。

除了通过对由点激光形成的光幕进行感测来控制电梯开关之外，本实用新型的ToF电梯光幕装置还可以包括发射面阵光的光源模块和相应的 ToF传感器。为此，在一个实施例中，该装置还可以包括：第二光源模块，用于向被测空间投射面阵光；以及第二ToF传感器，用于在所述第二光源模块工作时接收所述被测空间返回的面阵光并生成第二感应信号。

在一个实施例中，第二光源模块包括：第二激光发生器，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阵光源。相应地，第二ToF 传感器包括：基于返回的面阵光的相位生成所述第二感应信号的间接飞行时间传感器。

此时，控制器可以包括：切换装置，用于在轿厢门打开时切换所述光源模块和所述第二光源模块在不同的时间提供投射。

进一步地，控制器可以包括：第二切换装置，用于基于表明所述光源模块或所述第二光源模块无法正常工作的功率检测信号，切换另一个光源模块持续进行工作。

在此，面阵光可以指代在与投射方向垂直的任意平面上，投射光斑的形状在该平面的x和y方向上都具有一定宽度的光。参见图6所示，第二光源模块可以以某一锥角进行光的投射，上述面阵光在图6所示垂直于轿厢门的截面上看来，不同于沿直线运动的点激光，其照射范围涵盖电梯内外的部分区域，为此可以对更大范围内的高度数据进行测量。

为此，第二ToF传感器可以在第二光源模块工作时接收所述被测空间返回的光并生成第二感应信号。

在此，光源模块和第二光源模块用于向被测空间投射的光。在本公开的应用场景中，两个光源模块和不在相同时刻投射光。换句话说，两个光源模块和可以在控制器(未示出)的控制下，切换进行光的投射。

在不同的实施例中，可以基于不同的规则来切换光源模块和第二光源模块投入工作。控制器可以控制光源模块和第二光源模块在轿厢门开启期间的至少部分时段内投入工作，其中光源模块投射的点激光用于在两门之间形成光幕，以检测人员或物品的进出，第二光源模块投射的面阵光则主要用于检测电梯内人员或物品的具体情况(例如，个数、高度、物品形态等)。在一个实施例中，控制器可以控制光源模块和第二光源模块在轿厢门开启期间交替投入工作。在其他实施例中，在轿厢门开启期间，可以主要由光源模块投入工作，以第二光源模块进行辅助。例如，如果设定轿厢门在5秒内没有进出则关闭，则可以在轿厢门开启后持续投射线形光以判断进出，并在例如针对光源模块拍摄图像所提取的感测信号提示已经有3 秒无人进出时，才选择投射面阵光脉冲以检测轿厢内部情况等。

无论是光源模块还是第二光源模块，都可以包括检测和报警机构。为此，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；和/或故障报警装置，用于基于表明所述激光发生器无法正常工作的功率检测信号，发出警报。

如前所述，所述装置还可以包用于包围所述光源模块、所述ToF传感器、所述控制器和所述底座的单个壳体。

在装置包括多个光源模块的情况下，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实现为包括外置的光源模块。

不同于多个光源模块、ToF传感器和控制器被包括在单个壳体内，在一个实施例中，本公开的ToF电梯光幕装置可以包括用于包围所述ToF 传感器(以及可选的第二ToF传感器，即iToF)和控制器(未示出)的主壳体，以及各自包围一个光源模块(分别投射点激光和面阵光)的光源壳体。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。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，在例如一个光源模块故障时，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。光源分立设置尤其适用于备用光源的布置。例如，可以同时经由外部线缆连接一个额外的点激光光源模块和/或一个额外的面阵光光源模块，由此在主模块光源模块失效时切换投入使用。

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6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。图6是垂直于轿厢门方向的侧视图，为此平行于轿厢门的光幕在图中示出为垂直向下传播的密虚线，而可选的面阵光则示出为在垂直轿厢门截面上呈现为一个发射角的疏虚线。在不同的实现中，面阵光的发射角可以是圆锥形发射角，即其面阵光的投射截面为圆形；也可以投射截面为矩形或正方形的面阵光，以便更好地覆盖电梯区域。

如图6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。如图6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点激光脉冲形成如图中密虚线所示的光幕通过楼道门和轿厢门当中的窄缝，从而对进出入轿厢的对象进行检测。可选地，第二光源模块投射的面阵光如疏虚线所示覆盖两道门区域，以及楼道和电梯内部的区域。如果第二ToF传感器也具有相对应的视角，则其拍摄的图像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推断电梯内的状况，由此生成第二感应信号。例如，控制器可以根据上述图像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，以及电梯内人或物的当前状况(例如，是否装载了违规的超大物品等)。此时，本公开的ToF电梯光幕装置可以包括：乘坐报警装置，用于在所述控制器基于所述第二感应信号判定异常乘坐时，生成乘坐报警信号。例如，乘坐报警装置可以实现为超载报警装置，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机构，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6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，ToF电梯光幕装置还可以包括通信机构，用于：向所述轿厢的控制模块发送所述轿厢门开闭控制信号；和/或接收来自所述轿厢的控制模块发送的轿厢门状态信号，以开始或停止光幕感测操作。例如，上述通信机构可以是物理连接线或是近距离无线通信模块。

在某些实施例中，可以读取轿厢的运行信号来确定ToF电梯光幕装置进入休眠态或是触发态。在其他实施例中，ToF电梯光幕装置自身可以带有判定电梯的工作状态。为此，本实用新型的ToF电梯光幕装置还可以包括：接近传感器，用于感测轿厢门的开闭并生成接近传感信号，所述装置基于所述接近传感信号切换休眠态和触发态。具体地，可以在装置侧面加入接近传感器，当电梯的轿厢门合上以后(例如，进行上升或下降运行)，能够通过检测距离为0(或者足够小于某个阈值)，使得ToF电梯光幕装置进入休眠态，或者至少使得光源模块进入休眠，例如使得激光发生器和 dToF组成的光幕系统休眠；反之距离大于某个阈值，则说明电梯门已经打开，会自动启动激光发生器和ToF组成的光幕系统以使其进入触发态。因为接近传感器会一直处于工作状态，但是接近传感器的发光功耗没有第一和第二光源模块大，因此通过引入接近传感器来避免光幕系统一直处于工作状态中，由此能够大幅延长ToF电梯光幕装置的工作年限。

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。

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。本实用新型的ToF电梯光幕方案通过引入逐个点亮的激光列并配合旁轴布置的广角ToF传感器，能够在保证电梯光幕的检测灵敏度的同时大幅提升装置可靠性。

进一步地，可以引入面阵光投射来对更大范围的空间进行测量，以作为光幕测量的补偿或替换。

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：

光源模块，包括沿轿厢门平行方向排列的多个激光源，所述多个激光源按照预定顺序向被测空间投射点激光；

光轴与所述光源模块的光轴不重合布置的ToF传感器，用于接收所述被测空间的返回光并生成感应信号；

控制器，用于控制所述光源模块和所述ToF传感器的工作，并基于所述感应信号，生成轿厢门开闭控制信号；以及

底座，用于固定所述光源模块、所述ToF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，所述多个激光源包括：

由多个发光单体组成的单列发光阵列。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多个激光源是包括单列发光阵列的垂直腔面发射激光器VCSEL芯片。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光源模块包括：

扩散片，布置在所述多个激光源投射点激光的传播光路上，以将每个激光源生成的点激光转换为线激光。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述扩散片包括：

用于控制每个激光源的投射角度的扩散片，使得由所述多个激光源各自生成的点激光转换成的线激光能够覆盖所述轿厢门宽度。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述ToF传感器是用于对所述光源模块投射范围内的返回光进行感测的广角ToF传感器。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述ToF传感器包括：

能够接收所述光源模块投射角度内的返回光的广角透镜。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述ToF传感器是基于返回光的接收时间生成表征距离的感应信号的直接飞行时间传感器。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述ToF传感器包括：

雪崩光电二极管APD；

单光子雪崩二极管SPAD；或者

硅光电倍增管SiPM。

10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，包括：

第二光源模块，用于向被测空间投射面阵光；

第二ToF传感器，用于在所述第二光源模块工作时接收所述被测空间返回的面阵光并生成第二感应信号。

11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述控制器包括：

切换装置，用于在轿厢门打开时切换所述光源模块和所述第二光源模块在不同的时间提供投射；和/或

第二切换装置，用于基于表明所述光源模块或所述第二光源模块无法正常工作的功率检测信号，切换另一个光源模块持续进行工作。

12.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

用于包围所述光源模块、所述ToF传感器、所述控制器和所述底座的单个壳体。

13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，还包括：

可拆卸连接的备用光源模块。

14.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，或者

所述装置包括：

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。

15.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

通信机构，用于：

向所述轿厢的控制模块发送所述轿厢门开闭控制信号；和/或

接收来自所述轿厢的控制模块发送的轿厢门状态信号，以开始或停止光幕感测操作。

16.一种电梯，其特征在于，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1-15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。

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