改進的占用傳感器裝置制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種具有全角度視場的集成的光和占用傳感器裝置，其包括：改型的LED元件的陣列；分段濾波孔器件，所述分段濾波孔器件具有由縫長和比所述陣列的長度明顯地小的縫寬限定的縫孔，所述縫孔器件定位成離開線性陣列一定距離并且定向成使得所述縫長沿橫向方向與所述陣列交叉；以及處理器，所述處理器可操作地連接至所述陣列以處理與光信號對應的光數據值，所述處理器能夠在第一模式和第二模式下操作，在所述第一模式下，所述處理器根據所述光數據值確定代表入射在所述線性陣列上的光的平均測量值的量，而在所述第二模式下，所述處理器根據對應的光敏元件的、在不同時間獲得的光數據值而進行確定以探測所述傳感器的全角度視場內的物體運動的存在。
【專利說明】改進的占用傳感器裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種環境光和穩靠的運動探測傳感器，并且更為具體地，本發明涉及一種使用兼作光接收器的發光二級管陣列的集成的穩靠的占用傳感器，該占用傳感器具有改進的環境光感測和占用感測能力。
【背景技術】
[0002]已經通過使用超聲波裝置或被動/無源紅外接收器制造出占用傳感器。這些傳感器不是非常穩靠，并且需要進行調整。超聲波傳感器消耗能量而被動紅外傳感器會受到若干外部媒介的擾亂。
[0003]也可使用攝像機來探測人/車輛的存在，但是攝像機具有以下問題。
[0004]a)較小光探測能力，從而需要外部照明，因而消耗電力/功率。不需要外部照明的IR攝像機非常昂貴。
[0005]b)較低/小視場
[0006]c)形式因素上無靈活性。
[0007]建筑照明系統可以由根據房間內的占用者的存在而將照明器啟動為開或關狀態的電子系統、以及由根據可包括自然光和人造光在內的所存在的環境光的量調節照明器光級別的系統來控制。
[0008]根據房間內的占用者的存在而將照明器啟動為開或關狀態的系統通常需要占用傳感器來探測房間內的一人或多人的存在。兩種最常用的類型的占用傳感器為被動紅外探測器和超聲波收發器。
[0009]被動紅外探測器對例如人體這樣的暖和對象/物體敏感,人體以6至10微米之間的遠程紅外光譜輻射其大部分的熱能。探測器對其接收的遠紅外光的量的突然變化敏感，并且隨著其溫度發生千分之幾度的變化而產生小電壓。一旦達到熱平衡，則探測器不再產生任何電信號。通過使用透鏡陣列，探測器的靈敏度劃分于若干個區域。移動橫穿探測器的視場的人將橫穿一個或多個這些區域，從而隨著人從一個區域移動至另一區域而接收到的熱能的量的變化將產生能夠被探測到的變化的電壓。
[0010]這種類型的傳感器的一個缺點是，人必須移動以便可靠地被探測。如果占用者相對不動地坐著或站立數分鐘，則被動紅外占用傳感器不能夠探測到占用者的存在，并且在房間內沒有別的人的情況下占用傳感器可能會關閉照明器。這種類型的傳感器的另一缺點是，通常使用的塑料菲涅耳透鏡陣列相對較大，通常直徑至少為15_。這是由于在遠紅外區中通透的唯一的常見的塑料材料是聚乙烯。聚乙烯是相對柔軟的塑料，這使得難以將小尺寸的特征模制至聚乙烯的表面上。這種類型的傳感器的另一缺點是，由透鏡陣列形成的圖像交疊，從而減小各單個圖像的對比度。因此，并沒有實現將傳感器視場分離成區域/多個區域。
[0011]這種傳感器的其他缺點包括:該傳感器對環境空氣溫度中的熱流以及其他突然變化、聲音擾亂和射頻干擾非常敏感。因此，通過將傳感器放置為過于靠近房間內的換氣孔、通過機械振動和響亮的聲音，或者通過由建筑照明系統控制中使用的電力電子器件所產生的瞬態RFI信號，照明器可能會發生誤觸發。此外，被動紅外探測器在使用于建筑占用傳感器中時具有大約二十英尺(六米)的有效范圍。這是由于，對于大于二十英尺的距離而言，由人體輻射的熱能的量不足以相對于來自房間內的其他表面的背景熱輻射而被可靠地探測到。
[0012]另一最常見的類型的占用傳感器為超聲波收發器。超聲波收發器由發出高頻聲音脈沖串的超聲波發射器和監聽附近表面的回聲的超聲波接收器組成。如果人或其他對象在這些脈沖串之間移動，則回聲的強度和持續時間將改變。
[0013]超聲波收發器的缺點是，房間內的多個超聲波收發器會干擾彼此的操作。這是由于，沒有從其他單元所發出的那些脈沖串中區分出來自發射的超聲波脈沖串的回聲的簡易手段。由于來自鄰近空間例如走廊以及房間內的多個反射的超聲波回聲，超聲波探測器還可能會不經意地探測房間內它們預期視場外的運動。超聲波探測器的另一問題是，需要大而笨重的接收角，從而把視場限制于具體角度。
[0014]鑒于這些限制，一些占用傳感器制造商進來已經轉而使用復雜且相對昂貴的數字信號處理器，數字信號處理器被編程為分析接收的超聲波回聲系列并過濾掉背景噪聲。他們和其他制造商還提供包括被動紅外探測器和超聲波收發器兩者在內的組合占用傳感器。這些裝置僅僅在兩種傳感器均探測到它們各自的視場內的運動的情況下才產生輸出，輸出通常為低電壓信號或機電式繼電器閉合。
[0015]根據存在的環境光的量調節照明器光級別的系統需要光傳感器監測存在于房間內的環境光。存在兩種類型的常用的環境光傳感器。
[0016]一種類型的環境光傳感器為光敏/光依賴電阻器。這種類型傳感器由硫化鎘的薄膜或其電阻關于入射在其上的光的量而變化的類似材料的薄膜構造而成。光敏電阻器的光譜靈敏度緊密地匹配人視覺系統的光譜靈敏度。光敏電阻器最常作為日光傳感器使用于戶外運動探測器中來確保安全照明器不在白天時間被啟動。
[0017]另一種類型環境光傳感器為娃光電二極管。娃光電二極管為在暴露于光時產生小電流的硅基半導體。硅光電二極管自身對近紅外光(0.9微米)比對可見光(0.4至0.7微米)更敏感。然而，可以使用適合的玻璃或塑膠濾波/光器來過濾入射光并生產光譜靈敏度更緊密地匹配人視覺系統的光譜靈敏度的傳感器。這些濾波器/過濾器通常由傳感器制造商直接安裝在傳感器殼體上。
[0018]光敏電阻器與娃光電二極管兩者的缺點是，它們產生模擬輸出信號，而用于建筑照明的大多數先進的監測和控制系統卻基于數字計算機控制。在這些情況下，需要使用模-數轉換器將來自環境光傳感器的模擬輸出信號轉換為等同的數字信號。
[0019]也可將視頻監控攝像機用于尖端的占用探測應用。計算機可以捕獲各單個視頻幀并快速分析相對于之前捕獲的圖像的變化。然而，這些攝像機需要數量相當的電子器件硬件來從模擬視頻信號產生數字圖像。為了分析捕獲的視頻幀，需要數量相當的計算機處理能力和內存。
[0020]盡管大多數視頻傳感器被設計為矩形陣列的光電二極管光傳感器，但某些應用需要線性陣列。示例包括工業機器視覺系統、條碼掃描器、文檔掃描器、以及光學字符識別系統。線性光電二極管陣列的主要缺點是，它們在與一個或多個球面透鏡一起使用時提供由單線組成的圖像。這對于其預期應用而言是適合的，在這些應用中對象經過傳感器的視場被機械地掃描。然而，對于占用傳感器一通常需要二維的廣角視場一而言這是不適合的。
[0021]為此目的已經提出合并一個或多個紅外和/或聲學測距傳感器的各種系統；例如，參見美國專利5，330，226和5，785，347。通常，這些系統發出一束或多束紅外能以限定對應數量的視場，并且接收反射的能以探測視場內的占用者的存在。然而，由這種技術獲得的信息有時受到其他光源破壞(例如反射的陽光或脈沖式白熾光)，并且即便在最好的條件下通常還是不足以對占用者的類型和位置進行精確地分類。
[0022]在另一現有技術中，DELPHI TECHNOLOGIES的歐洲說明書EP1033290公開了一種改進的IR占用者位置探測系統，該IR占用者位置探測系統以足以及時地抑制或以別的方式控制占用者約束展開的速度提供精確且可靠的分類和位置信息。二維陣列的IR發射器被選擇性地啟動以便周期性地照亮乘客就座區域附近的兩個或更多個預定的視平面，并且反射的IR能被感光接收器探測并被分析以便探測占用者的存在，以便對占用者進行分類，以及用以識別和動態跟蹤占用者的頭部/軀干相對于乘客艙的預定區域的位置。用已知的載波頻率調制發出的IR光束的強度、對接收的信號進行帶通濾波處理、并同步地探測過濾的信號，由此可以從由IR接收器拾取的其他信號中區分反射的IR能。
[0023]發明目的
[0024]本發明的目的是提供一種集成的環境光和占用傳感器，該集成的環境光和占用傳感器基于通過在周邊處引入感光材料而改型的LED并且能夠同時進行環境光和對象運動的探測。
[0025]本發明的另一目的是提供一種改型的LED，其中，感光材料在LED的發射光譜外的光譜中是活躍的/起作用的。
[0026]本發明的另一目的是提供一種更便宜、并且通過比規則的基于攝像機的系統更大的孔/光闌尺寸而節省更多的能量的傳感器。
[0027]本發明的另一目的是提供一種能夠具有寬視場并且進一步具有比現有的占用傳感器更高的穩定可靠性的傳感器。
[0028]本發明的另一目的是提供一種濾波孔/光闌，該濾波孔/光闌在LED發射光譜中為通透的但具有在光接收器的光譜中不通透的若干個區域。
【發明內容】
[0029]根據本發明的示例性實施方式，本文中公開的占用傳感器具有靈活的構造，S卩，改型的LED不需要處于單相。
[0030]本發明的另外實施方式提供一種對來自建筑照明系統的電和聲音的干擾不敏感的傳感器。
[0031]根據本發明的另一示例性實施方式，傳感器能夠感測深度估算(3D攝像機)、應用于監控以及交通監測。
[0032]本發明為用單個光傳感裝置實施以探測環境光級別和對象運動的傳感器。傳感器包括改型的LED陣列，改型的LED陣列定位在分段縫孔裝置的下游，分段縫孔裝置包括單個的、分段的濾波孔/光闌，該單個的、分段的濾波孔/光闌的縫長定向為垂直于線性陣列的長度。各單個所述LED陣列提供在垂直于縫長的方向上的運動探測能力。縫孔沿著縫長分段以形成傳感器光響應度的多個區域，該傳感器光響應度的多個區域提供在平行于縫長的方向上的運動探測能力。
[0033]作為另一實施方式，提供一種編程的處理器，該編程的處理器用于重建在LED陣列中的光接收器的數量下場景的更高分辨率的圖像。
[0034]定位在多個縫孔的上游的可選的可見光濾波器使得光電二極管的線性陣列的光譜響應與人視覺系統的光譜響應大致匹配。
[0035]因此，提供了一種具有全角度視場的集成的光和占用傳感器裝置，其包括改型的LED元件的陣列；分段濾波孔裝置，分段濾波光孔裝置具有由明顯地小于陣列的長度的縫寬和縫長限定的縫孔，該縫孔器件定位成離開線性陣列一定距離并且定向成使得縫長沿橫向方向與陣列交叉；以及處理器，該處理器可操作地連接至所述陣列以處理與光信號對應的光數據值，該處理器可在第一和第二模式下操作，在第一模式下，處理器根據光數據值確定代表入射到線性陣列上的光的平均測量值的量，而在第二模式下，處理器根據對應的光敏元件的、在不同時間獲得的光數據值而進行確定以探測傳感器的全角度視場內的物體/對象運動的存在。
[0036]通過下文中參照附圖進行的對本發明的優選實施方式的詳細說明，本發明的另外的目的和優點將變得明顯。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0037]圖1示出了典型的LED，根據本發明，該典型的LED可以用作陣列以對大面積/區域進行照明；
[0038]圖2示出根據本發明的在周邊具有感光材料的改型的LED ；
[0039]圖3示出根據本發明的安裝在面板上且放置在濾波孔之上的LED陣列；
[0040]圖4示出根據本發明的作為示例性實施方式的可以成形為燈泡并且可以用作攝像機的LED陣列。
【具體實施方式】
[0041]本發明討論使用兼作光接收器/影像接收器的LED陣列的穩靠的占用傳感器的設計。
[0042]根據本發明，現有技術的LED (可以作為陣列使用來對大面積進行照明)通過在周邊處引入感光材料而被改型,該感光材料位于周邊,該感光材料在LED的發射光譜之外的光譜中是活躍的。由于光接收器在LED的發射光譜之外敏感，因此它不對LED發出的光做出響應，而是對來自外部的光做出響應。在另一實施方式中，光接收器可以放置為與LED相鄰。
[0043]如圖3中所示，這種LED的陣列以任何期望的形式安裝在面板上。該面板放置在濾波孔上方。濾波孔在LED的發射光譜中為通透的，但是具有在光接收器的光譜中不通透的若干個區域。每一個LED中的光接收器接收從場景發出的光的多路復用值并且整個場景可以通過使用來自若干個LED的光接收器值被重建。存在允許重建LED陣列中的多個光接收器下場景的更高分辨率的圖像的算法。而且，LED陣列不需要成形成規則的形式。面板不需要為平的。
[0044]圖4示出這種裝置的另一實施方式。
[0045]本發明的優點
[0046]更便宜，并且通過比規則的基于攝像機的系統更大的孔/光闌尺寸而節省更多的倉
[0047]具有比現有的占用傳感器更高的穩定可靠性
[0048]寬視場
[0049]靈活的構造，LED不需要處于單個平面！
[0050]能夠進行深度估算(3D攝像機)、能夠應用于監控和交通監測。
【權利要求】
1.一種具有全角度視場的集成的光和占用傳感器裝置，包括: 改型的LED元件的陣列； 分段濾波孔器件，所述分段濾波孔器件具有由縫長和比所述陣列的長度明顯地小的縫寬限定的縫孔，所述縫孔器件定位成離開線性陣列一定距離并且定向成使得所述縫長沿橫向方向與所述陣列交叉；以及 處理器，所述處理器可操作地連接至所述陣列以處理與光信號對應的光數據值，所述處理器能夠在第一模式和第二模式下操作，在所述第一模式下，所述處理器根據所述光數據值確定代表入射在所述線性陣列上的光的平均測量值的量，而在所述第二模式下，所述處理器根據對應的光敏元件的、在不同時間獲得的光數據值而進行確定以探測所述傳感器的全角度視場內的物體運動的存在。
2.根據權利要求1所述的集成的光和占用傳感器裝置，其中，所述陣列與所述縫孔器件之間的距離有助于所述傳感器的全角度視場。
3.根據權利要求1所述的集成的光和占用傳感器裝置，其中，所述LED通過在周邊處引入感光材料而被改型。
4.根據權利要求3所述的集成的光和占用傳感器裝置，其中，所述感光材料在所述LED的發射光譜外的光譜中是活躍的。
5.根據權利要求4所述的集成的光和占用傳感器裝置，其中，光接收器放置成與所述LED相鄰。
6.根據權利要求1所述的集成的光和占用傳感器裝置，其中，所述濾波孔在LED的發射光譜中是通透的并且具有在光接收器的光譜中不通透的若干個區域。
7.根據權利要求1所述的集成的光和占用傳感器裝置，其中，LED陣列固定在面板上。
8.根據權利要求7所述的集成的光和占用傳感器裝置，其中，所述面板不是平的。
9.根據權利要求1所述的集成的光和占用傳感器裝置，其中，所述LED不固定在單個面板中。
10.根據權利要求1所述的集成的光和占用傳感器裝置，其中，所述處理器被編程為重建所述LED陣列中的多個光接收器下所述物體的更高分辨率的圖像。
【文檔編號】G01V8/20GK103782200SQ201280043894
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年8月24日 優先權日:2011年9月9日
【發明者】瓦倫·阿庫爾文卡特桑 申請人:歐司朗股份有限公司