具有透鏡陣列的熱傳感器模塊的制作方法
【專利摘要】本申請涉及具有透鏡陣列的熱傳感器模塊。一種被配置成對被監(jiān)控空間中的存在和運動進行感測的設備，包括透鏡陣列和一個或更多個熱感測裝置。每個熱感測裝置被配置成產生直流輸出，該直流輸出保持在基本上與在熱感測裝置處接收到的熱能的量成比例的水平。透鏡陣列耦合到所述一個或更多個熱感測裝置并且包括多個透鏡，所述多個透鏡中的每個透鏡被配置成將來自位于被感測空間內的多個不同的物理區(qū)域中的至少相應的一個區(qū)域的入射熱能引導到所述一個或更多個熱感測裝置上。
【專利說明】具有透鏡陣列的熱傳感器模塊

【技術領域】
[0001] 本申請涉及一種具有透鏡陣列的熱傳感器模塊，更具體地，涉及一種基于穿過透 鏡陣列的入射熱能產生直流（D. C.)輸出的熱傳感器模塊。

【背景技術】
[0002] 運動檢測器是一種檢測運動對象(特別是人）的裝置。運動檢測器通常集成為自 動執(zhí)行任務或向使用者警示在一區(qū)域內的運動的系統(tǒng)的部件。運動檢測器可以形成安保系 統(tǒng)、自動照明控制系統(tǒng)、家居控制系統(tǒng)及其它系統(tǒng)的重要部分。
[0003] 運動檢測器通常使用熱電材料來檢測人在房間中的運動。如果(從諸如人的身體 之類的熱源）引入的熱輻射變化，則熱電材料產生信號。在數(shù)學上，熱電檢測器產生服從引 入的熱通量的時間導數(shù)的電信號。因而，如果人進入或離開檢測器的視場（F0V)，則熱通量 變化并且產生出相應的信號。信號的高度取決于熱源的溫度以及視場的所謂填充系數(shù)。
[0004] 熱源的溫度越高并且熱源將檢測器的視場填充的越多，所產生的信號越高。該信 號將僅存在于熱通量改變之后的有限時間內，因而如果熱通量保持恒定，則不會產生信號。 因而，不可能對無運動的熱對象(例如，靜止不動的人或已經離開傳感器區(qū)域的人）是否存 在進行檢測。在典型的實施方式中，本文中公開的技術解決了這一缺陷。


【發(fā)明內容】

[0005] 在一個方面中，一種設備被配置成對被監(jiān)控空間中的存在和運動進行感測并且包 括透鏡陣列和一個或更多個熱感測裝置。
[0006] 每個熱感測裝置被配置成產生直流輸出，該直流輸出保持在基本上與在熱感測裝 置處接收到的熱能的量成比例的水平。透鏡陣列在光學上耦合到所述一個或更多個熱感測 裝置并且包括多個透鏡，所述多個透鏡中的每個被配置成將位于被監(jiān)控空間內的多個不同 的物理區(qū)域中的至少相應的一個區(qū)域的入射熱能引導到所述一個或更多個熱感測裝置上。
[0007] 在一個實施例中，所述透鏡陣列產生交替區(qū)域，所述交替區(qū)域為所述入射熱能的 相對較高輸出信號的區(qū)域和所述入射熱能的相對較低輸出信號的區(qū)域。
[0008] 在一個實施例中，所述相對較低輸出信號的區(qū)域位于所述透鏡陣列中的透鏡的邊 緣處或位于所述透鏡陣列中的透鏡之間。
[0009] 在一個實施例中，所述相對較低輸出信號的區(qū)域與所述被監(jiān)控空間內的所述空間 區(qū)域之間的虛擬分割線相對應。
[0010] 在一個實施例中，所述一個或更多個熱感測裝置選自下列裝置構成的組：微機電 (MEMs)紅外傳感器、熱電堆、輻射熱計、和基于半導體的紅外傳感器。
[0011] 在一個實施例中，所述透鏡陣列的透鏡選自以下元件構成的組：菲涅耳透鏡陣列、 菲涅耳帶陣列、全息光學元件、衍射光學元件、折射光學元件和二元光學元件。
[0012] 在一個實施例中，所述透鏡為在所述透鏡陣列上不可物理定位的光學圖案。
[0013] 在一個實施例中，所述設備還包括：耦合到所述一個或更多個熱感測裝置的基于 計算機的處理器和耦合到所述處理器的基于計算機的存儲裝置，其中，所述存儲裝置存儲 有指令，所述指令在被所述處理器執(zhí)行時，使所述處理器：基于從所述一個或更多個熱感測 裝置接收到的數(shù)據(jù)來確定在所述被監(jiān)控空間中是否有生命體存在或是否有生命體在移動。
[0014] 在一個實施例中，所述一個或更多個熱感測裝置、所述透鏡陣列、所述處理器和所 述存儲裝置被包含在單個芯片級封裝中。
[0015] 在一個實施例中，確定在所述被監(jiān)控空間中是否有生命體存在或是否有生命體在 移動包括：對從第一直流輸出得出的信號和從第二直流輸出得出的信號進行評估，所述第 一直流輸出來自所述熱感測裝置中的第一熱感測裝置，所述第二直流輸出來自所述熱感測 裝置中的第二熱感測裝置。
[0016] 在一個實施例中，確定在所述被監(jiān)控空間中是否有生命體存在或是否有生命體在 移動包括：對從第一直流輸出得出的信號進行評估，所述第一直流輸出來自所述熱感測裝 置中的第一熱感測裝置；以及使所述得出的信號與第二直流輸出的輸出相關，所述第二直 流輸出來自所述熱感測裝置中的第二熱感測裝置。
[0017] 在一個實施例中，所述存儲裝置存儲有指令，所述指令在被所述處理器執(zhí)行時，使 所述處理器：基于從所述一個或更多個熱感測裝置接收到的數(shù)據(jù)來確定在所述被監(jiān)控空間 中移動的生命體的移動方向。
[0018] 在一個實施例中，所述透鏡陣列中的第一透鏡被配置成將來自所述被監(jiān)控空間中 的所述物理區(qū)域中的相應一個區(qū)域的入射熱能引導到所述熱感測裝置中的第一熱感測裝 置上并且引導到所述熱感測裝置中的第二熱感測裝置上。
[0019] 在一個實施例中，所述透鏡陣列中的第一透鏡被配置成將來自所述被監(jiān)控空間中 的所述物理區(qū)域中的相應第一區(qū)域的入射熱能引導到所述熱感測裝置中的第一熱感測裝 置上，而不引導到所述熱感測裝置中的第二熱感測裝置上，并且，所述透鏡陣列中的第二透 鏡被配置成將來自所述被監(jiān)控空間中的所述物理區(qū)域中的相應第二區(qū)域的入射熱能引導 到所述熱感測裝置中的第二熱感測裝置上，而不引導到所述熱感測裝置中的第一熱感測裝 置上。
[0020] 在一個實施例中，所述一個或更多個熱感測裝置對具有介于4 μ m與20 μ m之間的 波長的福射敏感。
[0021] 在一個實施例中，適于通過對所有的引入熱信號強度進行估計來確定整個所述被 監(jiān)控空間的溫度值。
[0022] 在另一方面中，不僅對被監(jiān)控空間中的運動進行感測而且對被監(jiān)控空間中的存在 進行感測的方法包括：在透鏡陣列處接收來自位于被監(jiān)控空間內的多個物理區(qū)域的入射熱 能；將透鏡陣列中的每個透鏡處接收到的入射熱能引導到一個或更多個熱感測裝置上，所 述一個或更多個熱感測裝置在光學上耦合到透鏡陣列；以及通過所述一個或更多個熱感測 裝置產生直流輸出，該直流輸出保持在與由透鏡中的一個或更多個透鏡引導到所述一個或 更多個熱感測裝置的熱能的量成比例的水平。
[0023] 在一個實施例中，所述透鏡陣列提供光學區(qū)域，其中在各個區(qū)域上具有不同的輸 出信號，由此形成交替區(qū)域，所述交替區(qū)域為所述入射熱能的相對較高輸出信號的區(qū)域和 所述入射熱能的相對較低輸出信號的區(qū)域。所述相對較低輸出信號的區(qū)域與所述被監(jiān)控空 間內的在所述光學上限定的空間區(qū)域之間的虛擬分割線相對應。并且，對所述被監(jiān)控空間 中的運動進行感測包括：當生命體在所述被監(jiān)控空間中從所述物理區(qū)域中的第一區(qū)域移動 到所述空間區(qū)域中的第二區(qū)域時，對由所述透鏡陣列引導到所述熱感測裝置中的一個或更 多個熱感測裝置的熱能的量的變化導致的所述直流輸出的變化進行感測。
[0024] 在一個實施例中，所述一個或更多個熱感測裝置選自以下裝置構成的組：微機電 (MEMs)紅外傳感器、熱電堆、輻射熱計、和基于半導體的紅外傳感器。
[0025] 在一個實施例中，所述透鏡陣列中的透鏡選自以下元件構成的組：菲涅耳透鏡陣 列、菲涅耳帶陣列、全息光學元件、衍射光學元件、折射光學元件和二元光學元件。
[0026] 在一個實施例中，所述方法還包括：在基于計算機的處理器處接收來自所述一個 或更多個熱感測裝置的數(shù)據(jù)；以及通過所述基于計算機的處理器，基于從所述一個或更多 個熱感測裝置接收到的數(shù)據(jù)來確定在所述被監(jiān)控空間中是否有生命體存在或是否有生命 體在移動。
[0027] 在一個實施例中，所述一個或更多個熱感測裝置、所述透鏡陣列、所述處理器和存 儲裝置被包含在單個芯片級封裝中。
[0028] 在一個實施例中，確定在所述被監(jiān)控空間中是否有生命體存在或是否有生命體在 移動包括：對從第一直流輸出和第二直流輸出得出的差分信號進行評估，所述第一直流輸 出來自所述熱感測裝置中的第一熱感測裝置，所述第二直流輸出來自所述熱感測裝置中的 第二熱感測裝置。
[0029] 在一個實施例中，所述方法還包括：通過所述處理器，基于從所述一個或更多個熱 感測裝置接收到的數(shù)據(jù)來確定在所述被監(jiān)控空間中移動的生命體的移動方向。
[0030] 在一些實施方式中，存在有以下優(yōu)點中的一個或更多個。
[0031] 例如，單個裝置能夠對被監(jiān)控空間中的運動的人或不動的人進行檢測。該裝置是 緊湊的、高精度的、相對費用低廉的并且通常使用軟件以便基于所感測的參數(shù)進行計算的 判定。
[0032] 通過使用多區(qū)域光學裝置(可以是通常與熱電檢測器結合使用的經典或菲涅耳多 透鏡陣列，但還包含由全息光學元件（Η0Ε)制成的光學裝置，或通過使用在光學表面中產 生光學圖案的衍射光學裝置或二元光學裝置）來提供直流響應熱傳感器(熱電堆）的信號增 強。
[0033] 使用感測裝置的應用或模式（即，運動檢測、存在感測、運動方向、手勢識別、結合 例如溫度調節(jié)或過熱或火警等的溫度感測和測量等）完全能夠通過使用軟件來實現(xiàn)。
[0034] 其它特征和優(yōu)點將從描述和附圖中以及從權利要求中變得明顯。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0035] 圖1為示例性檢測器的示意性截面?zhèn)纫晥D；
[0036] 圖2為圖2為圖1中的檢測器的局部俯視圖；
[0037] 圖3為示出了圖1的檢測器的示例性電氣布局的示意圖；
[0038] 圖4為示出了圖1的檢測器被定位以對空間進行監(jiān)控的示意性俯視圖；
[0039] 圖5為圖4中的被監(jiān)控空間的側視圖，其中存在基本上不動的人；
[0040] 圖6為使得檢測器能夠識別出被監(jiān)控空間中的人的存在的示例性方法的流程圖；
[0041] 圖7為使得檢測器能夠識別出被監(jiān)控空間中的人的近似位置的示例性方法的流 程圖；
[0042] 圖8為圖4中的被監(jiān)控空間的側視圖，其示出了一個人移動穿過被監(jiān)控空間；
[0043] 圖9為使得檢測器能夠識別出圖8中的人正在移動的示例性方法的流程圖；
[0044] 圖10為圖1中的檢測器的一個具體實現(xiàn)的示意圖，該檢測器適于對被監(jiān)控空間內 的運動進行感測；
[0045] 圖11為示出了檢測器的示例的示意圖。

【具體實施方式】
[0046] 圖1為示例性檢測器100的示意性截面?zhèn)纫晥D，該檢測器100被配置成對在被監(jiān) 控空間內的生命體(例如，人）的存在、位置、運動和/或方向進行檢測。一般而言，用語"被 監(jiān)控空間"指的是這樣的物理區(qū)域(例如，房間、走廓、戶外區(qū)域等）：檢測器100被置于該物 理區(qū)域并且檢測器100能夠在該物理區(qū)域處潛在地對生命體進行檢測。
[0047] 檢測器100具有傳感器模塊102以及透鏡陣列104,該傳感器模塊102具有一個或 更多個熱感測裝置(例如，熱電堆)，該透鏡陣列104至少部分地覆蓋傳感器模塊102。透鏡 陣列104具有多個透鏡，所述多個透鏡中的每個均設置成將來自被監(jiān)控空間的入射熱能引 導到傳感器模塊102的至少一部分上。在一些實施方式中，每個單獨的透鏡將來自被監(jiān)控 空間中的多個不同物理區(qū)域中的一個區(qū)域的入射熱能引導到傳感器模塊102上。
[0048] 透鏡陣列可以直接附接到檢測器100,如在附圖中的那樣，但透鏡陣列也可以安裝 在距檢測器一定距離處。
[0049] 每個熱感測裝置通常能夠進行操作以產生直流（DC)輸出，該直流輸出與在該熱感 測裝置處所接收到的熱能的量基本上成比例。只要傳輸至熱感測裝置的熱能的量保持大致 恒定，由該熱感測裝置產生的直流輸出即保持大致恒定。傳輸至熱感測裝置的熱能的量的 增大通常會導致由該感測裝置產生的直流輸出成比例的增大。同樣，傳輸至熱感測裝置的 熱能的量的減小將導致由該感測裝置產生的直流輸出成比例的減小。
[0050] 來自熱感測裝置的直流輸出可以是直流電壓或直流電流。
[0051] 在一些實施方式中，熱傳感器模塊102僅具有一個熱感測裝置(例如，一個熱電 堆)。一般而言，熱電堆為將熱能轉換成電能的電子裝置。熱電堆通常由若干電連接(通常 串聯(lián)電連接，或不常用地并聯(lián)電連接）的熱電偶組成，以產生單個直流（DC)輸出。
[0052] 在一些實施方式中，熱傳感器模塊102具有多個熱感測裝置(例如，多個熱電堆)。 在一些實施方式中，傳感器模塊102中的所有熱感測裝置都電連接到一起，以便從傳感器 模塊102產生單個直流輸出信號。在一些實施方式中，熱感測裝置被配置成從傳感器模塊 102產生多個不同的直流輸出信號。
[0053] 在示出的實施方式中，傳感器模塊102埋置在基底或外殼110內，并且透鏡陣列 104在基底110的頂部被支撐在傳感器模塊102上方。
[0054] 透鏡陣列104可以具有多種可能的構型。例如，透鏡陣列可以包括菲涅耳透鏡或 其它透鏡、菲涅耳帶、波帶板、全息光學元件、衍射光學元件、折射光學元件、二元光學元件 以及這些元件的任何組合或者包括多個透鏡的任何其它布置。
[0055] 圖2為圖1中的檢測器100的局部俯視圖。
[0056] 圖示的視圖示出了檢測器的透鏡陣列104的一個示例性實施方式。透鏡陣列的任 務是將被監(jiān)控空間分成不同的區(qū)段。這種分段通過使透鏡陣列上的光學元件將僅來自特定 區(qū)段的輻射引導到模塊102內的特定熱感測裝置上而實現(xiàn)。這些光學元件可以與例如在圖 2示出的視圖中的離散物理區(qū)域相符，但這些光學元件也可以分布在透鏡陣列表面上，在使 用全息光學元件的情況下便可如此。
[0057] 每個光學元件通常不僅將被監(jiān)控空間分成區(qū)段，而且還將從該區(qū)段入射的輻射綁 定到特定的熱感測裝置上。如果人移動經過某區(qū)段，則由相應的熱感測裝置產生的信號開 始時較低并且在人處于該區(qū)段的中間時達到最大值。如果人繼續(xù)移動，則信號再次變小。因 而，移動經過多個區(qū)域的人將產生變化的輸出模式，其中最大信號在人完全位于該區(qū)段內 時產生，而最小信號在人位于區(qū)段之間的邊界處時產生。
[0058] 被監(jiān)控空間區(qū)段的總數(shù)量可以等于或小于透鏡陣列的光學區(qū)域的數(shù)量的2倍乘 以模塊102內的熱感測裝置的數(shù)量所得的乘積。
[0059] 在一個實施例中，透鏡陣列104具有相對較高透射性和相對較低透射性的交替區(qū) 域。一般而言，相對較高透射性區(qū)域允許目標波長的入射熱能的相對較大部分穿過而到達 傳感器模塊102,而相對較低透射性區(qū)域允許目標波長的熱能的相對較小部分穿過而到達 傳感器模塊102。在另一實施例中，如圖2所示，每個透鏡214的中心部分216形成了產生 相對較高輸出信號的區(qū)域，而每個透鏡214的外圍部分和相鄰透鏡214之間的空間形成了 具有來自感測裝置的相對較低輸出信號的區(qū)域。
[0060] 相對較高輸出信號和相對較低輸出信號的交替區(qū)域有助于方便運動檢測，因為來 自人的熱能的到達透鏡陣列104后方的熱傳感器模塊102的部分將隨著這個人移動經過被 監(jiān)控空間(例如，從與透鏡陣列104的相對較高輸出信號區(qū)域相對應的空間到與透鏡陣列 104的相對較低輸出信號區(qū)域相對應的空間)而改變。事實上，透鏡陣列實際接收了人體的 恒定熱能并且對該熱能進行調制以在感測裝置處形成交替信號。
[0061] 一般而言，用語"目標波長"指的是熱感測裝置能做出響應的波長(或波長范圍） (即，可以影響從熱感測裝置的直流輸出的任何波長)。在典型的實施方式中，目標波長將是 與生命體(例如，人體）放射的熱能相對應的波長。在一些實施方式中，目標波長介于4μηι 與20 μ m之間。
[0062] 再次參照圖1，示出的檢測器100具有集成電路106,在各實施方式中，該集成電路 106可以形成基于計算機的處理器、基于計算機的存儲裝置和/或其它電路系統(tǒng)，以執(zhí)行和 /或支持一個或更多個這里所描述的功能。提供有電導體(例如，沿著基底110的上表面或 下表面延伸的跡線、延伸穿過基底的通孔108、焊料塊110等）以便連接檢測器的電氣部件 并且將檢測器連接到外部部件。
[0063] 圖3為示出了圖1的檢測器100的示例性電氣布局的示意圖。
[0064] 該示意性布局示出了 ：處理器302、存儲（storage)裝置304、存儲器（memory)306、 輸入輸出（I/O)裝置310 (或外圍裝置)、傳感器模塊102以及本地總線或本地接口 312,存 儲器306中存儲有定義上述功能中的至少一部分功能的軟件308,本地總線或本地接口 312 允許檢測器100的子部件之間進行通信。
[0065] 本地接口 312可以是例如一個或更多個總線或其它的有線或無線連接。本地接口 312可以具有附加元件（出于簡化目的而被省略)，例如控制器、緩沖器(高速緩沖存儲器)、 驅動器、中繼器和接收器，以實現(xiàn)通信。此外，本地接口 312可以包括地址、控制和/或數(shù)據(jù) 連接，以實現(xiàn)在前述子部件之間的適當通信。
[0066] 處理器302為用于執(zhí)行軟件(例如存儲在存儲器306中的軟件)的硬件裝置。處理 器302可以是任何定制的或商用單芯或多芯處理器、中央處理單元（CPU)、與檢測器100相 關聯(lián)的若干處理器中的輔助處理器、基于半導體的微處理器(微型芯片或芯片組的形式)、 宏處理器、或一般地用于執(zhí)行軟件指令的任何裝置。處理器302可以集成到例如圖1的集 成電路106中。
[0067] 存儲器306可以包括易失性存儲元件(例如，隨機存取存儲器（RAM，例如DRAM、 SRAM、SDAM等)）和/或非易失性存儲元件(例如，ROM、硬盤驅動器、磁帶、CDR0M等）中的任 何一種或組合。此外，存儲器306可以結合電子的、磁性的、光學的和/或其它類型的存儲 介質。需要指出的是存儲器306可以具有分布式架構，其中各部件位于相互遠離的位置處， 但能夠由處理器302進行訪問。存儲器306可以集成到例如圖1的集成電路106中。
[0068] 一般而言，軟件308包括當由處理器302執(zhí)行時使處理器302執(zhí)行一個或更多個 本文中公開的檢測器的功能的指令。存儲器306中的軟件308可以包括一個或更多個獨立 程序，所述獨立程序中的每個均包含可執(zhí)行指令的有序列表。存儲器306可以包含操作系 統(tǒng)（0/S)320。操作系統(tǒng)可以是可操作的，以對檢測器100內的程序的執(zhí)行進行控制，并且操 作系統(tǒng)可以提供調度、輸入-輸出控制、文件和數(shù)據(jù)管理、存儲管理、通信控制和相關服務。 [0069] I/O裝置310可以包括與外部裝置的接口，以允許將收集的數(shù)據(jù)或指令輸出到各 外圍部件。I/O裝置310還可以便于將軟件等上載至檢測器100。
[0070] 傳感器模塊102可以是例如紅外傳感器或對熱能有響應的任何種類的傳感器。傳 感器模塊102可以包括單個元件傳感器或包括兩個或更多個傳感器元件的傳感器陣列。傳 感器陣列可以包括單個外殼內的多個傳感器元件，或可以包括多個外殼，其中每個外殼包 括兩個或更多個傳感器元件。傳感器模塊102可以被配置成僅檢測紅外輻射，或可以調成 接收更寬的帶寬。傳感器模塊102還可以包括電壓調節(jié)部件和噪聲降低部件。傳感器模塊 102可以通過本地接口 312將例如環(huán)境溫度和被感測目標的溫度的感測參數(shù)傳送至處理器 302。類似地，對陣列傳感器而言，傳感器模塊102可以傳送針對每個單獨陣列元件的參數(shù)， 或可以發(fā)送從所有的單獨陣列傳感器元件整理出的得出參數(shù)。傳感器模塊102可以包括模 數(shù)轉換器，例如，以便將信號在模擬格式與數(shù)字格式之間進行轉換。此外，傳感器模塊102 可以被配置成例如在啟動后并且檢測到參數(shù)變化時自發(fā)地傳送信息，或通過發(fā)送定期參數(shù) 報告而自發(fā)地傳送信息。傳感器模塊102可以被配置成當被例如處理器302查詢或輪詢時 傳送參數(shù)信息。
[0071] 儲存裝置304可以是任何類型的存儲裝置。一般而言，儲存裝置304是可操作的， 以便存儲將幫助檢測器1〇〇執(zhí)行本文中公開的一個或更多個功能的任何數(shù)據(jù)。儲存裝置 304可以被集成到圖1的集成電路106中。
[0072] 當檢測器100進行操作時，處理器302執(zhí)行存儲在存儲器306中的軟件308、將數(shù) 據(jù)傳送至存儲器306和儲存裝置304以及從存儲器306和存儲裝置304傳送數(shù)據(jù)，并且從 總體上對檢測器100的操作進行控制。應當指出的是在一些實施例中，本示例性實施例中 的一個或更多個元件可以不存在。此外，在一些實施方式中，本示例性實施例中的一個或更 多個元件可以位于檢測器100的外部。
[0073] 圖4為示出了檢測器100被定位以對空間320進行監(jiān)控的示意性俯視圖，該檢測 器100用于監(jiān)控被監(jiān)控空間中的人的存在、運動、位置和/或方向。
[0074] 在示出的實施方式中，透鏡陣列104多次地將傳感器模塊102成像到被監(jiān)控空間 320。透鏡陣列104中的每個透鏡設置成將來自被監(jiān)控空間的多個不同區(qū)域中的相應的一 個區(qū)域的入射熱能引導到熱傳感器模塊102上。因而，透鏡陣列104將被監(jiān)控空間虛擬地 分成了多個不同的區(qū)域。在示出的示例中，不同的區(qū)域322a、322b、322c和322d用從檢測 器100延伸到被監(jiān)控空間中的虛線虛擬地劃分出界線。
[0075] 示出的示例中的每個區(qū)域322a、322b、322c和322d大致呈楔形或錐形，起源于檢 測器100處并且從檢測器100處張開到被監(jiān)控空間320中。在一些實施方式中，每個區(qū)域 將從被監(jiān)控空間的底面延伸到被監(jiān)控空間的頂面。此外，區(qū)域被設置成使得行走經過房間 的人會橫越兩個或更多個區(qū)域。在典型的實施方式中，傳感器的透鏡陣列中的每個透鏡會 被配置成將來自示出的區(qū)域322a、322b、322c和322d中的相應的一個區(qū)域(或更多個區(qū)域） 的入射熱能引導到檢測器的傳感器模塊102的至少一部分上。
[0076] 在各實施方式中，檢測器100能夠基于在傳感器模塊102處接收的熱能來確定被 監(jiān)控空間內是否有人。在一些實施方式中，檢測器100能夠基于在傳感器模塊102處接收 的熱能來確定這個人位于一個或更多個區(qū)域322a、322b、322c和322d中的哪一個區(qū)域中。 在一些實施方式中，檢測器100能夠基于在傳感器模塊102處接收的熱能來確定這個人是 否正在被監(jiān)控空間內移動。在一些實施方式中，檢測器100能夠基于在傳感器模塊102處 接收的熱能來確定這個人在被監(jiān)控空間內的移動方向。本文中描述了這些功能(即，存在檢 測、位置、運動檢測和方向檢測）中的每個功能的示例。
[0077] 圖5為示出了一個人424就坐于圖4的被監(jiān)控空間320中的計算機工作站426處 的側視圖。在示出的示例中，該人424幾乎完全坐在區(qū)域322b內，除了與在計算機工作站 426處的作業(yè)相關聯(lián)的相對較小的移動之外，可以認為該人424基本上保持不動。
[0078] 在示出的構型中，檢測器100被安裝到該人424和計算機工作站426所位于的房 間的墻壁上。如本文所描述的，在一些實施方式中，檢測器100能夠對人424的存在進行檢 測，并且在一些實施方式中，檢測器100能夠檢測人424在被監(jiān)控空間320內的近似位置。 在工作站426處的人424將以一定量的特定波長的熱能發(fā)射（S卩，輻射）到被監(jiān)控空間中。 一般而言，被監(jiān)控空間中的其它物品(例如，計算機等）也會將熱能輻射到被監(jiān)控空間中。
[0079] 圖6為可被檢測器100用來對圖5中的人存在于被監(jiān)控空間320中進行識別的示 例性方法的流程圖。
[0080] 根據(jù)示出的方法，入射熱能(包括來自人424的熱能和來自被監(jiān)控空間320中的其 它物品的熱能）行進經過房間并且到達(步驟530)檢測器100的透鏡陣列104。
[0081] 透鏡陣列104將入射熱能的某部分引導(步驟532)到熱傳感器模塊102的至少一 部分上。
[0082] 作為響應，熱傳感器模塊102產生(步驟534)基本上與入射熱能的被引導至熱傳 感器模塊102的部分成比例的直流輸出。只要在熱傳感器模塊處接收到的熱能保持恒定， 直流輸出即基本上保持恒定。因而，只要人424在被監(jiān)控空間320中基本上保持靜止并且 在被監(jiān)控空間320中不存在其它顯著的熱變化，直流輸出即會基本上保持恒定。
[0083] 處理器302 (在536處)對來自熱傳感器模塊102的直流輸出是否表不人存在于被 監(jiān)控空間320中進行考察。該判定可以例如通過將直流輸出與閾值進行對比而完成。假如 來自熱傳感器模塊102的直流輸出表示人存在于被監(jiān)控空間320中，則處理器(在538處） 提供其判定的適當?shù)闹甘尽Ｔ撝甘究梢杂糜诶缈刂票槐O(jiān)控空間的各種環(huán)境狀況(例如，將 被監(jiān)控空間320中的燈打開)。
[0084] 如果處理器(在536處）確定來自與區(qū)域322b相關聯(lián)的一個或更多個熱感測裝置 的直流輸出并不表示人存在于被監(jiān)控空間320中，則繼續(xù)進行監(jiān)控。
[0085] 在一些實施方式中，檢測器100能夠確定人424在被監(jiān)控空間320內的近似位置。 更具體地，在這些實施方式中，檢測器100能夠確定人424主要存在于被監(jiān)控空間320的區(qū) 域322b中。通過該信息，處理器302能夠控制各種相關聯(lián)的功能(例如，對位于被監(jiān)控空間 的特定區(qū)域中的燈進行控制)。
[0086] 圖7為可被檢測器100用來識別圖5中的人424存在于被監(jiān)控空間320中的哪個 區(qū)域中的示例性方法的流程圖。
[0087] 根據(jù)示出的方法，入射熱能(包括來自人424的熱能和來自被監(jiān)控空間320中的其 它物品的熱能）行進經過房間并且到達(步驟630)檢測器100的透鏡陣列104。
[0088] 透鏡陣列104將入射熱能的某部分引導(步驟632)到熱傳感器模塊102的至少一 部分上。更具體地，陣列中的與人424所位于的區(qū)域322b相對應的一個或更多個透鏡將來 自該區(qū)域322b的入射熱能的一大部分引導到熱傳感器模塊102的特定部分上(例如，引導 到與區(qū)域322b邏輯上相關聯(lián)的一個或更多個特定熱感測裝置上)。
[0089] 在步驟632中，與區(qū)域322b邏輯上相關聯(lián)的一個或更多個熱感測裝置產生(步驟 634)基本上與入射熱能的被引導至這些熱感測裝置的部分成比例的直流輸出。只要在這些 熱感測裝置處接收到的熱能保持恒定，來自這些感測裝置的直流輸出即基本上保持恒定。 因而，只要人424在被監(jiān)控空間320的區(qū)域322b中基本上保持靜止并且在區(qū)域322b中不 存在其它顯著的熱變化，直流輸出即基本上保持恒定。
[0090] 處理器302 (在636處）對來自與區(qū)域322b相關聯(lián)的一個或更多個熱感測裝置的 直流輸出是否表示人存在于區(qū)域322b中進行考察。該判定可以例如通過將直流輸出與閾 值進行對比來完成。假如所述直流輸出表示人存在于區(qū)域322b中，處理器(在638處)提供 其判定的適當?shù)闹甘?。該指示可以用于例如對區(qū)域322b的各種環(huán)境狀況進行控制(例如， 將區(qū)域322b中的燈打開)。
[0091] 如果處理器(在636處）判定來自與區(qū)域322b相關聯(lián)的一個或更多個熱感測裝置 的直流輸出并不表示人存在于區(qū)域322b中，則繼續(xù)進行監(jiān)視。
[0092] 在一些實施方式中，圖1的檢測器100被配置成通過生命體(例如，人)穿過被監(jiān)控 空間(例如，320 )而對運動進行檢測。
[0093] 圖8為示出了坐在圖5中的計算機工作站426處的人424站立起來并且從區(qū)域 322b行走到區(qū)域322c的側視圖。
[0094] 檢測器100被安裝到其中人424正在行走的房間的墻壁上。
[0095] 如本文中所描述的，在一些實施方式中，檢測器100被配置成能夠對人的穿過被 監(jiān)控空間320的運動進行檢測。人424將一定量的特定波長的熱能發(fā)射（S卩，輻射）到被監(jiān) 控空間中。一般而言，被監(jiān)控空間中的其它物品(例如，計算機等)也會將熱能輻射到被監(jiān)控 空間中。
[0096] 圖9為可被檢測器100用來對圖8中的人正移動穿過被監(jiān)控空間320進行識別的 示例性方法的流程圖。
[0097] 如上所述，參照圖5,當人基本上不動并且坐在區(qū)域322b中的計算機工作站426處 時，透鏡陣列104將基本上恒定量的熱能引導到熱傳感器模塊102的各個部分。當人從區(qū) 域322b移動到區(qū)域322c (并且越過區(qū)域322c)時，傳輸?shù)綗醾鞲衅髂K102的各個部分的 熱能分布發(fā)生變化。這是由于透鏡陣列104產生的相對較高輸出信號和相對較低輸出信號 交替的區(qū)域。
[0098] 更具體地，當人從區(qū)域322b (其可以與透鏡陣列中的第一高輸出信號區(qū)域相對應） 移動到區(qū)域322c (其可以與透鏡陣列中的第二高輸出信號區(qū)域相對應）時，這個人會穿過 與透鏡陣列的低輸出信號區(qū)域相對應的區(qū)域。這個區(qū)域在圖8中由區(qū)域322b與區(qū)域322c 之間的堅向虛線表示。當人行走穿過與透鏡陣列的低輸出信號區(qū)域相對應的區(qū)域時，傳輸 到熱傳感器模塊的各個部分的熱分布發(fā)生變化。
[0099] 在典型的實施方式中，這種變化能夠由處理器302檢測到，檢測器302能夠產生適 當?shù)妮敵觥?br> [0100] 圖10為示出了圖1中的適于感測被監(jiān)控空間（例如，320)內的運動的檢測器100 的一個【具體實施方式】的示意圖。
[0101] 圖1〇中的檢測器1〇〇具有傳感器模塊102,該傳感器模塊102具有兩個熱感測裝 置424a、424b。所示出的檢測器100的透鏡陣列將被監(jiān)控空間320分成六個離散區(qū)域，在示 出的示例中六個離散區(qū)域中的每個區(qū)域被標記為"A"或"B"。在圖9的示例中，區(qū)域322b 可以被認為是"A"區(qū)域，而區(qū)域322c可以被認為是"B"區(qū)域。
[0102] 在示出的示例中被標記為"A"的區(qū)域與熱感測裝置424a相對應，而在示出的示例 中被標記為"B"的區(qū)域與熱感測裝置424b相對應。換言之，示出的檢測器100的透鏡陣列 (在圖10中未示出）將來自標記為"A"的區(qū)域的入射熱能引導到熱感測裝置424a上，并且 示出的檢測器100的透鏡陣列將來自標記為"B"的區(qū)域的入射熱能引導到熱感測裝置424b 上。
[0103] 如所示出的，熱感測裝置424a和424b的輸出端子連接到可選的輸出裝置426a和 426b。輸出裝置426a和426b可以是放大器或任何類型的電接頭。每個輸出裝置426a、426b 均產生與在相應的一個熱感測裝置處接收到的熱能成比例的直流輸出（在示出的示例中被 標記為Adc;和B dc)。
[0104] 如所示出的，每個輸出裝置426a和426b均連接到微分器428。在典型的實施方式 中，微分器428包括有這樣的電路系統(tǒng)：該電路系統(tǒng)被配置成基于直流輸出（A DC；和BDC；)而產 生表不直流輸出（ADC；和BDC)之間的差的變化率的輸出信號。在不出的不例中，微分器328 的輸出信號被標記為"d(A-B)/dt"。
[0105] 在典型的實施方式中，輸出裝置426a、426b的輸出端子和微分器428的輸出端子 連接到處理器(例如，302)，該處理器可以是圖1中的集成電路106的一部分或可以完全位 于檢測器100的外部。
[0106] 應當理解的是，將多區(qū)域光學元件(例如，圖1的透鏡陣列104)添加到基于直流的 熱傳感器(例如，如圖1中所示的具有一個或更多個熱感測裝置的熱傳感器102)提供了這 樣的優(yōu)點：能夠針對生命體從一個區(qū)域到下一個區(qū)域的運動來記錄信號變化。
[0107] 一般而言，在操作期間，如果人進入被監(jiān)控空間320中的"A"區(qū)域中的一個，熱感 測裝置424a的直流輸出將增大，并且如果人移動出該"A"區(qū)域，熱感測裝置424a的直流輸 出將減小。同樣地，如果人進入被監(jiān)控空間320中的"B"區(qū)域中的一個，熱感測裝置424b 的直流輸出將增大，并且如果人移動出被監(jiān)控空間320中的"B"區(qū)域中的一個，熱感測裝置 424b的直流輸出將減小。因此，當人從"A"區(qū)域移動到相鄰的"B"區(qū)域時，熱感測裝置424a 的直流輸出減小并且熱感測裝置424b的直流輸出同時增大。在典型的實施方式中，微分器 428基于這種事件產生時間導數(shù)信號，該時間導數(shù)信號較大并且相對較容易通過使用相對 較基礎的模擬電路或數(shù)字電路進行鑒別。
[0108] 值得注意地，在操作期間，即使人靜止不動，示出的傳感器裝置100也產生直流輸 出。該信號能夠被用于檢測生命體的存在，并且根據(jù)光學區(qū)域是如何設置的，特別是相對于 熱傳感器102是如何設置的，也可以提供關于人的近似位置的額外信息。
[0109] 在一些實施方式中，除了檢測生命體穿過被監(jiān)控空間的運動之外，檢測器100還 能夠確定生命體的運動的方向。關于這一點，一旦基于從透鏡陣列傳輸?shù)綗醾鞲衅髂K102 的熱能的變化分布檢測到了運動，即可以通過精確地檢查熱能分布在多個不同的熱感測裝 置(或熱感測裝置組）中的每一個處是如何變化的來確定運動的方向。例如，如果"A"區(qū)域 信號變化發(fā)生在"B"區(qū)域信號之前或如果微分的信號的極性為正，則運動是沿某一方向的； 而如果"B"信號發(fā)生在"A"信號之前或微分的信號為負，則運動是沿相反方向的。
[0110] 在一些實施方式中，檢測器1〇〇的處理功能通過微控制器單元(MCU)在數(shù)字域中 執(zhí)行。圖11為示出了其中檢測器100包括四個熱感測裝置424a-424d的示例的示意圖。復 用器和模擬-數(shù)字（A/D)轉換器1150將熱感測裝置424a-424d的輸出轉換到數(shù)字域，并且 通過適當?shù)慕涌?1152 (在示出的示例中為I2C總線）將該輸出傳送至微控制器單元（MCU) 1154。MCU可以位于傳感器本身的外部并且可以是承載（host)傳感器100的其它設備(例 如，電視機、計算機、移動裝置、家用產品)的一部分。在示出的實施方式中，軟件應用自身通 常駐存于MCU中并且由軟件代碼限定。
[0111] 已經描述了本發(fā)明的許多實施例。然而，應當理解的是，在不脫離本發(fā)明的精神和 范圍的情況下可以做出各種改型。
[0112] 例如，用于支持本文中公開的檢測器功能的基于計算機的處理器、基于計算機的 存儲器和/或任何其它電路可以適當?shù)匚挥跈z測器的外部。
[0113] 本說明書提供了許多實施方式細節(jié)。然而，這些細節(jié)不應當理解為對本公開的范 圍或要求保護的內容的限制。相反，這些細節(jié)是特定于本公開的特定實施方式或實施例的 特征的描述。在獨立實施方式的背景下所描述的特定特征能夠以組合的方式在單個實施 方式中實施。另一方面，在單個實施方式的背景下所描述的各個特征能夠在不同的多個實 施方式中實施或以特征的任何適合的子組合的方式實施。此外，盡管特征可以被描述為以 特定組合的方式產生作用，但在一些情況下能夠從該組合中省去這些特征中的一個或更多 個。
[0114] 類似地，在本文中將操作描述為以特定次序發(fā)生。然而，這不應當理解為是需要這 些操作以示出的次序或以連續(xù)的次序來執(zhí)行，或是需要實際地執(zhí)行所有的操作以實現(xiàn)期望 的結果。在某些情況下，可以實施并且期望多重作業(yè)和并行處理。此外，本文中公開的處理 的一些步驟和功能可以完全省去。
[0115] 此外，在本文中所描述的實施方式中的各系統(tǒng)部件的分離狀態(tài)不應當理解為在所 有的實施方式中需要這種分離，并且應當理解的是，所描述的部件和系統(tǒng)一般能夠以單個 產品的形式集成到一起或被封裝成多個產品。
[0116] 部件和子部件的實際尺寸和相對布置能夠有很大變化。透鏡陣列的設計能夠有很 大變化。
[0117] 處理器可以適于基于其從熱感測裝置處接收到的信息來提供額外的功能，包括提 供以下功能：測量所有區(qū)域的平均溫度，測量單個的區(qū)域束的平均溫度。處理器可以適于對 恒溫器進行控制，以便進行房間溫度控制、過熱控制。檢測器100可以集成到火災檢測系統(tǒng) 中。在將傳輸窗調節(jié)成某氣體(例如，波長為4. 26 μ m的C02氣體)的吸收波長的情況下，還 能夠進行氣體檢測。
[0118] 檢測器的其它應用包括但不局限于：照明開關、防盜報警器、顯示開關和控制(例 如，電視機、計算器、移動裝置)、家用產品的控制、家用器具、汽車應用、和智能家居應用甚 至手勢識別。
【權利要求】
1. 一種被配置成對被監(jiān)控空間中的存在和運動進行感測的設備，所述設備包括： 一個或更多個熱感測裝置，每個熱感測裝置均被配置成產生直流輸出，所述直流輸出 保持在基本上與在該熱感測裝置處接收到的熱能的量成比例的水平；以及 透鏡陣列，所述透鏡陣列耦合至所述一個或更多個熱感測裝置，其中，所述透鏡陣列包 括多個透鏡，每個透鏡被配置成將來自位于所述被監(jiān)控空間內的多個光學限定的空間區(qū)域 中的相應一個區(qū)域的入射熱能引導到所述一個或更多個熱感測裝置上。
2. 根據(jù)權利要求1所述的設備，其中，所述透鏡陣列產生交替區(qū)域，所述交替區(qū)域為所 述入射熱能的相對較高輸出信號的區(qū)域和所述入射熱能的相對較低輸出信號的區(qū)域。
3. 根據(jù)權利要求2所述的設備，其中，所述相對較低輸出信號的區(qū)域與所述被監(jiān)控空 間內的所述空間區(qū)域之間的虛擬分割線相對應。
4. 根據(jù)權利要求1或2所述的設備，其中，所述一個或更多個熱感測裝置選自下列裝置 構成的組：微機電（MEMs)紅外傳感器、熱電堆、福射熱計、和基于半導體的紅外傳感器。
5. 根據(jù)權利要求1或2所述的設備，其中，所述透鏡陣列的透鏡選自以下元件構成的 組：菲涅耳透鏡陣列、菲涅耳帶陣列、全息光學元件、衍射光學元件、折射光學元件和二元光 學元件。
6. 根據(jù)權利要求1或2所述的設備，還包括：耦合到所述一個或更多個熱感測裝置的 基于計算機的處理器和耦合到所述處理器的基于計算機的存儲裝置， 其中，所述存儲裝置存儲有指令，所述指令在被所述處理器執(zhí)行時，使所述處理器： 基于從所述一個或更多個熱感測裝置接收到的數(shù)據(jù)來確定在所述被監(jiān)控空間中是否 有生命體存在或是否有生命體在移動。
7. 根據(jù)權利要求6所述的設備，其中，確定在所述被監(jiān)控空間中是否有生命體存在或 是否有生命體在移動包括：對從第一直流輸出得出的信號和從第二直流輸出得出的信號進 行評估，所述第一直流輸出來自所述熱感測裝置中的第一熱感測裝置，所述第二直流輸出 來自所述熱感測裝置中的第二熱感測裝置。
8. 根據(jù)權利要求6所述的設備，其中，確定在所述被監(jiān)控空間中是否有生命體存在或 是否有生命體在移動包括：對從第一直流輸出得出的信號進行評估，所述第一直流輸出來 自所述熱感測裝置中的第一熱感測裝置；以及使所述得出的信號與第二直流輸出的輸出相 關，所述第二直流輸出來自所述熱感測裝置中的第二熱感測裝置。
9. 根據(jù)權利要求1或2所述的設備，其中，所述透鏡陣列中的第一透鏡被配置成將來自 所述被監(jiān)控空間中的所述物理區(qū)域中的相應一個區(qū)域的入射熱能引導到所述熱感測裝置 中的第一熱感測裝置上并且引導到所述熱感測裝置中的第二熱感測裝置上。
10. 根據(jù)權利要求1或2所述的設備，其中，所述透鏡陣列中的第一透鏡被配置成將來 自所述被監(jiān)控空間中的所述物理區(qū)域中的相應第一區(qū)域的入射熱能引導到所述熱感測裝 置中的第一熱感測裝置上，而不引導到所述熱感測裝置中的第二熱感測裝置上，并且 其中，所述透鏡陣列中的第二透鏡被配置成將來自所述被監(jiān)控空間中的所述物理區(qū)域 中的相應第二區(qū)域的入射熱能引導到所述熱感測裝置中的第二熱感測裝置上，而不引導到 所述熱感測裝置中的第一熱感測裝置上。
11. 一種對被監(jiān)控空間中的存在和運動進行感測的方法，所述方法包括以下步驟： 在透鏡陣列處接收來自位于所述被監(jiān)控空間內的多個物理區(qū)域的入射熱能，其中，所 述透鏡陣列包括多個透鏡； 將在每個透鏡處接收到的入射熱能引導到一個或更多個熱感測裝置上，所述一個或更 多個熱感測裝置光耦合到所述透鏡陣列；以及 通過所述一個或更多個熱感測裝置產生直流輸出，所述直流輸出保持在與由所述透鏡 中的一個或更多個透鏡引導到所述一個或更多個熱感測裝置的熱能的量成比例的水平。
12. 根據(jù)權利要求11所述的方法，其中，所述透鏡陣列提供光學區(qū)域，其中在各個區(qū)域 上具有不同的輸出信號，由此形成交替區(qū)域，所述交替區(qū)域為所述入射熱能的相對較高輸 出信號的區(qū)域和所述入射熱能的相對較低輸出信號的區(qū)域， 其中，所述相對較低輸出信號的區(qū)域與所述被監(jiān)控空間內的在所述光學上限定的空間 區(qū)域之間的虛擬分割線相對應，并且 其中，對所述被監(jiān)控空間中的運動進行感測包括以下步驟： 當生命體在所述被監(jiān)控空間中從所述物理區(qū)域中的第一區(qū)域移動到所述空間區(qū)域中 的第二區(qū)域時，對由所述透鏡陣列引導到所述熱感測裝置中的一個或更多個熱感測裝置的 熱能的量的變化導致的所述直流輸出的變化進行感測。
13. 根據(jù)權利要求11或12所述的方法，還包括以下步驟： 在基于計算機的處理器處接收來自所述一個或更多個熱感測裝置的數(shù)據(jù)；以及 通過所述基于計算機的處理器，基于從所述一個或更多個熱感測裝置接收到的數(shù)據(jù)來 確定在所述被監(jiān)控空間中是否有生命體存在或是否有生命體在移動。
14. 根據(jù)權利要求13所述的方法，其中，確定在所述被監(jiān)控空間中是否有生命體存在 或是否有生命體在移動包括：對從第一直流輸出和第二直流輸出得出的差分信號進行評 估，所述第一直流輸出來自所述熱感測裝置中的第一熱感測裝置，所述第二直流輸出來自 所述熱感測裝置中的第二熱感測裝置。
15. 根據(jù)權利要求13所述的方法，還包括以下步驟： 通過所述處理器，基于從所述一個或更多個熱感測裝置接收到的數(shù)據(jù)來確定在所述被 監(jiān)控空間中移動的生命體的移動方向。
【文檔編號】G01P13/00GK104111117SQ201410156203
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年4月17日 優(yōu)先權日:2013年4月22日
【發(fā)明者】尤爾根·席爾茨, 沃爾夫岡·施密特, 亞瑟·約翰·巴洛 申請人:埃賽力達技術公司