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TWI509274B - 被動紅外測距接近偵測器 - Google Patents

被動紅外測距接近偵測器 Download PDF

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Publication number
TWI509274B
TWI509274B TW102106243A TW102106243A TWI509274B TW I509274 B TWI509274 B TW I509274B TW 102106243 A TW102106243 A TW 102106243A TW 102106243 A TW102106243 A TW 102106243A TW I509274 B TWI509274 B TW I509274B
Authority
TW
Taiwan
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sensor
predetermined
processor
detecting device
range
Prior art date
Application number
TW102106243A
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English (en)
Other versions
TW201337305A (zh
Inventor
Arthur John Barlow
Stefan Naumann
Original Assignee
Excelitas Technologies Singapore Pte Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Excelitas Technologies Singapore Pte Ltd filed Critical Excelitas Technologies Singapore Pte Ltd
Publication of TW201337305A publication Critical patent/TW201337305A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI509274B publication Critical patent/TWI509274B/zh

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/0022—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry for sensing the radiation of moving bodies
    • G01J5/0025—Living bodies
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/16—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using electromagnetic waves other than radio waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S11/00—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation
    • G01S11/12—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation using electromagnetic waves other than radio waves

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  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Description

被動紅外測距接近偵測器
本發明係關於接近偵測器，且更詳言之，係關於紅外感測接近偵測器。
接近偵測器決定在存在感測器之偵測區域內存在或不存在物件。接近偵測器之常見用途包括偵測到房間中人的存在以控制照明器具。理想地，此種接近偵測器決定人何時在距感測器之距離範圍(稱為啟動區域)內移動，並啟動照明器具。相反地，當人移動出啟動區域時，解除對照明器具之啟動，此情況通常在特定時間延遲後。
接近偵測器通常例如使用光或聲音之反射脈衝之飛行時間計算或光之角度偵測來量測物件與感測器之間的距離。此等接近偵測器為發射器偵測器系統，其中偵測器發射信號且感測器偵測所接收信號反射之特徵。儘管此等發射器-偵測器系統可決定移動的物件與靜止的物件之間的差異，但此等系統通常不能區分不動的人與無生命的物件(例如，紙板盒)。在此情況下，若藉由偵測到啟動區域內存在或不存在物件而完全啟動偵測器，則(例如)在所有人已離開後紙板 盒仍留在啟動區域中時，先前實例之照明器具可能仍保持照明。一些接近偵測器電路可藉由使用定時電路(例如當在一段時間內在啟動區域內未偵測到運動時停用照明器具來彌補此缺陷。然而，此舉可能導致當人在啟動區域內保持不動時停用照明器具。
存在傳統接近偵測器可能係不適當的其他實例。舉例而言，貓奔跑穿過房間或蒼蠅飛過感測器可觸發接近偵測器不期望之狀態改變。
對於接近偵測器而言，可能需要具有可配置範圍。舉例而言，用於基於所偵測之使用者的接近啟動及停用電腦監視器的接近偵測器可忽略與監視器相距超過五呎遠的經偵測物件，但該接近偵測器可藉由與監視器相距一呎與五呎之間的經偵測物件啟動。另一實例為智慧型手機，其中可能需要在使用者將手機貼近使用者之耳朵時解除對觸敏式螢幕之啟動及調暗觸敏式螢幕，但可能需要在使用者自使用者之耳朵移開手機時重新啟動觸敏式螢幕。額外實例為智慧型手機或其他計算裝置，其中手或手指或身體移動(姿勢)被理解為控制裝置的指令。
發射器偵測器基於接近偵測器所使用之能量的量亦可能係不確定的，因為發射器必須藉由定期地產生信號脈衝並接收反射來消耗能量以決定啟動區域內是否已發生改變。舉例而言，對電池供電裝置而言，可能更多地關注此能量消耗。此外，由發射器偵測器產生之信號可能干擾在附近操作之其他電子設備。另外，基於感測可見光譜或近紅外光之接 近偵測器可能基於環境光之改變(例如穿過窗反射之日光或來自移動中汽車之頭燈穿過窗的光)而錯誤地觸發。
因此，在工業中存在對解決上述缺點之接近偵測器的需要，該接近偵測器能夠決定物件在啟動區域內之存在，並識別彼物件是否為人類。
本發明之實施例提供一種被動紅外測距接近偵測器。簡要描述，本發明係針對一種用於偵測偵測區域內之人類的被動接近偵測裝置，包括感測器，該感測器經配置以偵測由在偵測區域內之預定溫度範圍中之物件發射的紅外輻射，並產生偵測信號。裝置亦含有與感測器通信之處理器，該處理器經配置以接收偵測信號，並至少部分地基於該偵測信號匯出物距及/或物件位置。
接近偵測裝置可經配置以偵測偵測區域之環境溫度，或決定物距是否在預定距離範圍內。感測器可包括一個像素(pixel)或複數個像素，類似像素陣列中之每一像素或在單個外殼內或者單獨像素各者在像素自有之外殼內且不必與其他像素實體相鄰，但所有像素共同連接至處理器且處理器可進一步經配置以至少部分地基於偵測信號匯出物件尺寸。處理器可進一步經配置以決定物件尺寸是否在預定尺寸範圍內。處理器可經配置以在距離在預定距離範圍內或者溫度的確在預定溫度範圍內時執行預定動作。預定動作可配置受控裝置之參數狀態。
本發明之第二態樣係針對一種偵測紅外感測器之偵 測區域中之物件的方法。該方法包括以下步驟：自紅外感測器陣列接收信號；決定該信號是否指示偵測到溫暖物件；及若偵測到溫暖物件，則決定溫暖物件與感測器的距離。該方法可包括以下步驟：決定環境溫度；至少部分地基於距離、尺寸或位置、運動方向、運動速度等設置狀態；及基於第一狀態控制裝置參數。紅外感測器可包括一個感測器像素或複數個感測器像素。
簡要描述，在架構中，本發明之第三態樣係針對一種用於感測人類之存在的系統。系統包括被動紅外發射感測器、與感測器通信之處理器及電腦可讀媒體。電腦可讀媒體經配置以執行以下步驟：自紅外感測器陣列接收信號；決定該信號是否指示偵測到溫暖物件；基於是否偵測到溫暖物件設置第一狀態；基於第一狀態控制第一裝置參數；若偵測到溫暖物件，則決定溫暖物件與感測器的距離；至少部分地基於該距離設置第二狀態；及基於第二狀態控制第二裝置參數。諸如尺寸、位置、人類物件(手或手指或身體)之移動方向及移動速度之更多資訊可導致更多狀態。
在檢查以下諸圖及具體實施方式之後，本發明之其他系統、方法及特徵將對一般技術者顯而易見或變得顯而易見。意欲包括在本描述中之所有此等額外系統、方法及特徵皆在本發明之範疇內且受附隨申請專利範圍保護。
以下定義對解釋應用於本文中所揭示之實施例的特徵的術語係有用的，且以下定義意謂僅界定本揭示案內之元件。意欲對在申請專利範圍內所使用之術語無限制，或因此 不應衍生出限制。在附隨申請專利範圍內所使用之術語應僅受該等術語在可適用技術內之慣用意義的限制。
如在本揭示案中所使用，「受控裝置」為可具有藉由測距/測位接近偵測器決定之一或更多個狀態的裝置。受控裝置可為在測距接近偵測器外部的裝置，或受控裝置可為併入了測距接近偵測器之裝置。受控裝置的實例可為可切換照明器具。
如在本揭示案中所使用，「狀態」為可配置之條件。舉例而言，簡單的燈開關可具有兩個狀態，即開啟與關閉，而更複雜之燈可具有例如四個狀態，諸如關閉、低亮度、中等亮度及高亮度。另一實例係基於人類物件之位置或距離決定對受控裝置的適當命令。
如在本揭示案中所使用，「溫暖物件」為實質上取決於人類之皮膚溫度、衣服溫度或其他所偵測溫度的物件，健康人類之溫度為約98.6華氏度加上或減去偏差範圍(例如但不限於10華氏度或20華氏度)。
本文中所使用之術語「偵測區域」係指在接近偵測器附近之空間，其中存在感測器可偵測物件的存在。偵測區域(例如)可由地板或牆壁實體限界，或偵測區域可未被實體限界，而是被界定為距接近偵測器之距離的範圍。可根據存在感測器之整個(最大)偵測範圍限制限界偵測區域，或偵測區域可能係在存在感測器之最大偵測範圍內界定之較小區域。
如在本文中所使用的術語「存在感測器」係指能夠 感測物件之裝置。存在感測器可提供布林結果，例如，是感測到物件還是未感測到物件，或存在感測器可提供更詳細之資訊，例如，物件與存在感測器之距離。如在本文中所使用的術語「接近偵測器」係指包括一或更多個存在感測器之裝置或系統，大體上包括用於操縱由存在感測器提供之資料的處理器。接近偵測器可包括邏輯電路，該邏輯電路用於基於所操縱之存在感測器資料作出物件係存在或物件係不存在的決定。
如在本文中所使用的術語「標誌」(flag)係指一種用於維持邏輯布林狀態之手段。舉例而言，標誌可係指二進位旗語或布林變數。布林狀態之實例包括(但不限於)開啟/關閉、真/假等。關於標誌之術語「設置」及術語「清除」係指改變標誌之狀態。因此，設置標誌通常指示將標誌之狀態改變成「開啟」或「真」，同時清除標誌通常指示將標誌之狀態改變成「關閉」或「假」。舉例而言，標誌可用於諸如在決策分支處決定邏輯流程圖中之活動過程。然而，一般技術者將瞭解能夠用作標誌之額外機構。
如在本文中所使用的術語「像素」(pixel)係指單個存在感測器感測元件。每一像素可經配置以偵測例如在偵測現場內發射不同位準之紅外輻射之區域、每一區域之紅外輻射之位準及該等區域之相對尺寸。
100‧‧‧測距接近偵測器
160‧‧‧前偵測區域
180‧‧‧第一範圍
185‧‧‧第一臨限距離
190‧‧‧第二範圍
195‧‧‧第二臨限距離
210‧‧‧人
220‧‧‧座椅
250‧‧‧受控裝置
410‧‧‧感測器元件
420‧‧‧感測器陣列
430‧‧‧感測器陣列
440‧‧‧感測器陣列
450‧‧‧印刷電路板
500‧‧‧示例性系統
502‧‧‧處理器
504‧‧‧儲存裝置
506‧‧‧記憶體
508‧‧‧軟體
510‧‧‧輸入及輸出裝置
512‧‧‧本端介面
514‧‧‧感測器
520‧‧‧作業系統
610‧‧‧方塊
620‧‧‧方塊
630‧‧‧方塊
640‧‧‧方塊
650‧‧‧方塊
660‧‧‧方塊
680‧‧‧方塊
690‧‧‧方塊
810‧‧‧方塊
820‧‧‧方塊
830‧‧‧方塊
840‧‧‧方塊
850‧‧‧方塊
860‧‧‧方塊
880‧‧‧方塊
885‧‧‧方塊
890‧‧‧方塊
包括附圖以提供對本發明之進一步理解，且附圖併入本說明書中且構成本說明書之一部分。該等圖-式說明本發 明之實施例，且與描述一起用於解釋本發明之原理。
第1圖為測距接近偵測器之偵測區域之示意圖。
第2A圖至第2D圖為測距接近偵測器之第一實施例及進入及離開偵測區域之物件的情景的示意圖。
第3A圖至第3D圖為三種情景之繪圖，標繪測距接近偵測器中之存在感測器之第一實施例的輸出電壓相對於人與感測器之距離的關係圖。
第4A圖為具有單個像素之測距感測器元件的示意圖。
第4B圖為具有兩個像素陣列之測距感測器元件的示意圖。
第4C圖為具有二維像素陣列之測距感測器元件的示意圖。
第4D圖為具有一維像素陣列之測距感測器元件的示意圖。
第5圖為用於以感測器偵測物件之存在的電腦系統的示意圖。
第6圖為用於感測在測距接近偵測器之偵測區域內之人類的存在的第一示例性方法的流程圖。
第7圖為用於感測在測距接近偵測器之偵測區域內之人類的存在的第二示例性方法的流程圖。
第8圖為用於感測在測距接近偵測器之偵測區域內之人類的存在的第三示例性方法的流程圖。
現將詳細參閱本發明之實施例，該等實施例之實例圖示於附圖中。在任何適用之處，在圖式及描述中使用相同元件符號來代表相同或類似部件。
測距接近偵測器之示例性實施例包括感測器元件，該感測器元件經配置以偵測由偵測區域內之物件發射之紅外輻射。接近偵測器可經配置以偵測物件自感測器之溫度、相對尺寸、相對位置及相對距離。接近偵測器可經配置以基於物件相對於一或更多個尺寸臨限、接近臨限及/或溫度臨限的經偵測尺寸、溫度及接近設置受控物件之參數。更簡單而言，可基於所偵測物件是否足夠大、足夠接近及/或足夠溫暖配置受控物件參數。可另外偵測物件之移動速度及/或移動方向。
第一實施例
測距接近偵測器之第一示例性實施例包括與電路通信之單個像素紅外(IR)感測器，該電路經配置以處理來自IR感測器之資料，並與受控裝置通信。受控裝置可與測距接近偵測器整合，或可在測距接近偵測器之外部。
第1圖為自頂部觀測之測距接近偵測器100之示意圖，指示自測距接近偵測器100向外突出之前偵測區域160。儘管在第1圖中將偵測區域160描繪為覆蓋由圓弧界定之區域，但對偵測區域160具有其他形狀(例如，圓形或半圓形)無異議。第二臨限距離195限界偵測區域160之外邊緣，且第一臨限距離185界定偵測區域160內之第一範圍180與第二範圍190之間的邊界。儘管測距接近偵測器100可能能夠感測偵測區域160以外之物件，但測距接近偵測器100可經 配置以忽視偵測區域160以外之物件。
第2A圖第2D圖為經配置以回應於測距接近偵測器100之受控裝置250的圖式。在第2A圖中，受控裝置250，即此實例中之電腦監視器，處於關閉狀態。座椅220位於偵測區域160之第一範圍180內。然而，因為座椅不是人類且因此僅處於房間之環境溫度下，故理想的是，測距接近偵測器100之偵測區域160中之座椅220的存在不會使測距接近偵測器100將受控裝置250之狀態改變成開啟。
在第2B圖中，皮膚溫度超過房間溫度之人210進入偵測區域160之第二範圍190。然而，不清楚人210是否意欲使用受控裝置250，因此理想的是，偵測區域160內僅人的存在不會改變受控裝置250的狀態。
在第2C圖中，人210當前坐在非常接近於測距接近偵測器100的座椅220上。詳言之，人210現處於第一範圍180內。理想的是，人210更接近測距接近偵測器100現應觸發受控裝置250之狀態改變成開啟。應注意，僅存在較冷的無生命物件(例如，座椅220)非常接近測距接近偵測器100不會觸發測距接近偵測器100改變受控裝置250之狀態。測距接近偵測器100可識別較冷的無生命物件220與較暖和的人210，無論人210是否移動。詳言之，測距接近偵測器100可繼續偵測偵測區域160內之人210的存在，即使人210長時期靜止。測距接近偵測器100可藉由偵測人210之體熱，例如藉由偵測由人210發射之紅外輻射來識別偵測區域160內之人210與無生命物件220之間的差異。
受控裝置250保持處於開啟狀態，同時人保持在第一範圍180及/或第二範圍190內。如在第2D圖中所示，當在偵測區域160之第一範圍180或第二範圍190內不再偵測到人210時，受控裝置250變成關閉狀態(通常在特定延遲時間後)。
儘管在第1圖、第2A圖至第2D圖中將偵測區域160描繪為實質上正準形狀，但對測距接近偵測器100具有其他形狀(例如但不限於半球形狀)無異議。
測距接近偵測器100可偵測例如5微米至30微米波長範圍中之FAR紅外發射。兩個基本紅外範圍包括長波紅外及中波紅外。長波紅外(LWIR)感測器(有時稱為「遠紅外」感測器)可在8微米至12微米處操作，且該等感測器可自相當長之距離發現熱源，諸如人類體熱。測距接近偵測器100可不量測絕對溫度，但可產生與平均局部溫度或溫度梯度成比例之輸出電壓。測距接近偵測器100可藉由假定(例如但不限於)人體具有正常身體及皮膚溫度進一步指示感測器像素之視野之多少充滿了來自熱源的發射。
大體而言，測距接近偵測器可產生具有與測距接近偵測器接收之FAR發射成比例的電壓位準的信號。所接收FAR發射之位準可視若干因素(包括感測器偵測區域內之物件之溫度、物件之尺寸、物件與感測器之距離及偵測區域內之環境溫度)及其他因素而定。物件之尺寸可對應於該或該等偵測器像素之量或由來自物件之發射所佔據之偵測區域。
第3A圖至第3D圖示繪存在感測器之輸出電壓與物 件距感測器之距離的關係圖，該感測器偵測該感測器之偵測區域內之人。垂直軸表示存在感測器所輸出之電壓位準或信號位準。此信號可能呈類比形式或數位形式。電壓Vactual 指示緊鄰於存在感測器定位之人的電壓位準。在人移動遠離存在感測器時，電壓位準下降，如由繪圖跡線所圖示。第3A圖圖示存在感測器之第一場景之繪圖，其中偵測區域中之環境溫度由Vamb(a) 表示。大體而言，在人移動遠離存在感測器時，感測器之輸出電壓接近Vamb(a) 。
對應於第一臨限距離185，距感測器之第一距離don 為「開啟」臨限。測距接近偵測器可經配置以在電壓上升到第一電壓Von之上時(當人移動超過don 而更靠近感測器時對應於感測器電壓)，開啟受控裝置。相反地，當人移動超過距存在感測器第二距離doff (對應於第二臨限距離195)時，測距接近偵測器100(第1圖)可經配置以藉由偵測存在感測器輸出電壓何時降到Voff(a) 以下時來關閉受控裝置。
大體上需要doff 大於don 。此情況支援以下行為：人移動靠近存在感測器觸發受控裝置開啟，而例如人走過存在感測器一大於don 之距離不觸發受控裝置開啟。藉由使doff 大於don ，受控裝置可在人處於doff 與don 之間的範圍內時保持開啟，該受控裝置僅在人進一步遠離移動超過doff 時關閉。應注意，受控裝置可具有兩個(開啟及關閉)以上狀態。舉例而言，若受控裝置為燈，則人之經偵測距離可連續地或經由一系列分級亮度改變光強度。另一實例為偵測人與音訊源之間的距離，因此基於人與音訊源之距離調節音訊源之音量位 準，或當人離標誌更遠時發光的標誌或看板之亮度更亮，其中當人移動得足夠遠時，發光的標誌熄滅。
大體而言，偵測到人觸發受控裝置開啟及關閉的距離可藉由決定對應於人與存在感測器之距離的存在感測器輸出電壓來配置。此等電壓可視存在感測器偵測區域內之環境溫度而變化。
第3B圖為與第3A圖類似之第二情景的繪圖，不同之處在於偵測區域內之對應於電壓Vamb(b) 之環境溫度低於對應於電壓Vamb(a) 之環境溫度。在第3B圖中，當人移動得離存在感測器更遠時，電壓位準下降到更低，且當環境溫度較高時，對應於距離don 之電壓位準Von(b) 低於don 之電壓位準Von(a) 。因此，僅基於偵測區域之環境溫度之差異，觸發受控裝置之電壓位準係不同的。
為方便起見，第3C圖複製第3A圖中所示之第一場景。儘管第3B圖之第二場景說明改變環境溫度同時保持don 與doff 不變的效應，但第3D圖說明瞭環境溫度自第一場景保持不變而don 及doff 被改變的第三場景。在相較於don 更靠近存在感測器之距離don(d) 處觸發受控裝置開啟，且在相較於doff 離存在感測器更遠之距離doff(d) 處觸發受控裝置關閉。藉由移動don (由don(d) 表示)更靠近存在感測器，升高對應電壓臨限Von(d) ，其中Von(d) 高於Von(a) 。藉由移動doff (由doff(d) 表示)更遠離存在感測器，降低對應電壓臨限Voff(d) ，其中Voff(d) 低於Von(a) 。
因此，測距接近偵測器之電壓臨限可視距存在感測 器之所期望臨限距離及偵測區域內之環境溫度而定。偵測區域之環境溫度可藉由在接近偵測器內(或更常見地在存在偵測器內)之感測器偵測。常見的是或設想，將根據環境溫度動態調節臨限以在偵測器操作溫度之範圍內維持特定接近感測器行為。
第二實施例
對關於測距接近偵測器之第一實施例之此點的論述已假定測距接近偵測器具有單個像素輻射感測元件。測距接近偵測器之第二示例性實施例包括具有與電路通信之兩個或兩個以上的輻射感測元件像素的輻射感測陣列，該電路經配置以處理來自輻射感測元件的資料，並與受控裝置通信。如第一實施例一樣，在第二實施例下，受控裝置可與測距接近偵測器整合，或受控裝置可在外部。
測距接近偵測器之第二示例性實施例包括像素陣列，該像素陣列經配置以偵測由偵測區域內之物件發射之紅外輻射。像素陣列可將偵測區域分成多個偵測區域，以使得每一像素監視偵測區域之子區域。像素陣列可係一維或二維的。與第一實施例下之測距接近偵測器一樣，第二實施例下之測距接近偵測器可經配置以偵測物件自感測器之溫度、相對尺寸及相對距離。測距接近偵測器亦可經配置以基於物件相對於一或更多個尺寸臨限、溫度臨限及接近臨限之所偵測的尺寸、溫度及接近設置受控物件之參數。此外，在第二實施例下，測距接近偵測器可經配置以基於偵測物件之像素之數目及偵測物件之像素之幾何定向設置受控物件之額外參 數。舉例而言，除了感測物件是否足夠大、足夠靠近及足夠溫暖外，使用二維像素陣列，可基於所偵測物件是否足夠高及/或足夠寬，或所偵測物件是否在偵測區域內之特定位置處來配置受控裝置之參數。
此外，可基於多少像素充滿了所偵測物件來設置及清除參數。舉例而言，對智慧型手機而言，可能有利的是能夠偵測手機附近之溫暖物件是否為手指(其中應經由不同動作或姿勢來允許操縱觸控式螢幕)或完整的人臉(其中不應允許操縱觸控式螢幕)。在此實例中，多數或所有感測器像素可偵測到人臉，然而較少像素可偵測到手指，因此，測距接近偵測器可至少部分地藉由由來自人臉或手指之輻射填充之像素的數目來辨別人臉與手指。因此，例如，若感測器偵測到手指，則受控裝置之螢幕被照亮，然而若完整人臉被偵測為由被照亮之所有像素決定，則調暗受控裝置之螢幕(例如)以節能，因為螢幕如此靠近人臉以致於不能為使用者所讀取。
第4A圖為根據第一實施例的示例性測距接近偵測器的感測器元件的示意圖。感測器元件410貼附於印刷電路板450。感測器元件可經配置以偵測由溫暖物件發射之紅外輻射位準。印刷電路板可包括調節來自感測器元件410之信號的電路(例如但不限於雜訊濾波器、電壓調節器、放大器及類比/數位轉換器)。
第4B圖至第4D圖為如在根據第二實施例之測距接近偵測器內使用的示例性感測器之感測器陣列的示意圖。感測器陣列420、感測器陣列430、感測器陣列440中之每一者 貼附於各別印刷電路板450。感測器陣列420、感測器陣列430、感測器陣列440可經配置以偵測自溫暖物件發射之紅外輻射位準。印刷電路板可包括調節來自感測器元件410之信號的電路(例如但不限於雜訊濾波器、電壓調節器、放大器及類比/數位轉換器)。印刷電路板450亦可包括在感測器陣列420、感測器陣列430、感測器陣列440中選擇一或更多個單獨感測元件的電路。
第4B圖圖示具有兩個感測器元件之感測器陣列420。第4C圖圖示呈2×2配置的四元件感測器陣列430。第4D圖圖示呈1×4配置的四元件感測器陣列440。當然，許多其他配置係可能的。應注意，如由第4A圖至第4D圖所描繪，多個感測器陣列元件共用感測器殼體中之公共開口或透鏡。然而，對每一感測器元件在感測器陣列殼體中具有感測器元件自身之開口無異議。應進一步注意，此等感測器可配置有(例如)透鏡及/或反射器，且可類似於如一般技術者所熟悉之此等元件。
返回第3A圖，在第二實施例下，電壓可表示(例如)偵測人類熱發射之像素之數目或自陣列420、陣列430、陣列440(第4B圖至第4D圖)之總信號輸出。如此，第二實施例下之測距接近偵測器可適用於要求距離臨限之更精確準確度或更大數目之距離臨限之更細細微性之應用。第二實施例下之感測器可同樣地使用來自偵測人類熱發射之像素之數目的額外資訊控制受控裝置之額外參數。舉例而言，可藉由所偵測人類物件對感測器之接近來完全控制燈的開/關功 能，而燈的亮度可藉由偵測人類熱發射之像素的數目控制，指示人類的距離或位置。
第三實施例
儘管對第二實施例下之感測器陣列的論述已描述單個外殼內之多個像素，但對像素被分隔至兩個或兩個以上外殼中且該等外殼離散地定位之像素陣列之第三實施例並無異議。多個外殼陣列可例如使用電線、信號線或無線通訊共用兩個外殼之間的/多個外殼間的處理器，其中陣列之每一感測器元件外殼與處理器通信。可用關於感測器元件外殼中之每一者在陣列中之間隔及定向的資訊配置處理器，(例如)以決定由感測器元件中之一或更多個感測器元件感測之物件的位置、速度及方向中之一或更多者。當然，對多外殼感測器陣列具有與多個外殼通信且彼此通信之兩個或兩個以上處理器並無異議。
在第三實施例下，可藉由識別感測器元件陣列中之哪一或哪些像素偵測到物件及識別偵測物件之像素的相對位置來決定所偵測物件之位置。然後，可使用一般技術者所熟知的方法(例如，三角量測)決定所偵測物件之位置。決定所偵測物件之位置隨著時間之變化可提供對所偵測物件之速度及/或方向的決定。詳言之，在所偵測物件在物件朝向一個像素且遠離另一個像素移動時藉由不同像素偵測時，可偵測位置之變化。
亦可藉由決定外殼中偵測物件之像素的數目來輔助決定物件之位置、速度及方向。舉例而言，若藉由定位於第 一外殼中之三個像素及定位於第二殼體中之一個像素來偵測物件，則可假定，相較於物件至第二外殼，物件更靠近第一外殼。
所偵測物件之位置、速度及方向可用於改變受控裝置上之參數。舉例而言，若決定物件之位置在預定位置範圍內，則可修改受控裝置之參數。類似地，若決定物件正在預定方向上行進及/或以預定速度行進，則可相應地修改受控裝置之一或更多個參數。受控裝置之參數可為(但不限於)受控裝置之狀態，例如，開啟及關閉。
存在偵測系統
第5圖為圖示用於執行本發明之功能性的系統的示例性實施例的示意圖。用於執行上文詳細描述之功能性的本系統可為嵌入式微處理器系統，該嵌入式微處理器系統的實例圖示於第5圖之示意圖中。示例性系統500含有處理器502、儲存裝置504、具有儲存在該記憶體中且界定上述功能性之軟體508的記憶體506、輸入及輸出(I/O)裝置510(或周邊設備)、感測器514及允許在系統500內通信之本端匯流排或本端介面512。
如此項技術中所熟知，本端介面512可為例如但不限於一或更多個匯流排或其他有線連接或無線連接。本端介面512可具有額外元件(諸如控制器、緩衝器(快取記憶體)、驅動器、中繼器及接收器)以賦能通信，為簡單起見省略該等額外元件。進一步地，本端介面512可包括位址連接、控制連接及/或資料連接以賦能上述元件間的適當通信。
處理器502為用於執行軟體，特別係儲存在記憶體506中之軟體的硬體裝置。處理器502可為任何定製或市售之單核或多核處理器、中央處理單元(CPU)、在與本系統500相關聯之若干處理器中的輔助處理器、基於半導體之微處理器(呈微晶片或晶片組之形式)、巨集處理器或大體上用於執行軟體指令之任何裝置。
記憶體506可包括揮發性記憶體元件(例如，隨機存取記憶體(RAM，諸如DRAM、SRAM、SDRAM等))及非揮發性記憶體元件(例如，ROM、硬碟機、磁帶、CDROM等)中之任一者或上述各者之組合。此外，記憶體506可併入電子儲存媒體、磁性儲存媒體、光學儲存媒體及/或其他類型之儲存媒體。注意，記憶體506可具有分散式架構，其中各種元件遠離彼此定位，但可由處理器502存取。
根據本發明，軟體508界定由系統500執行之功能性。記憶體506中之軟體508可包括一或更多個單獨程式，該一或更多個單獨程式中之每一者含有用於實施系統500之邏輯功能的可執行指令的有序表，如下文所描述。記憶體506可含有作業系統(O/S)520。作業系統基本上控制系統500內之程式的執行且提供排程、輸入輸出控制、檔案及資料管理、記憶體管理及通信控制及相關服務。
I/O裝置510可包括輸入裝置或至外部裝置之介面，例如但不限於：鍵盤、滑鼠、掃描器、麥克風等。此外，I/O裝置510亦可包括輸出裝置或至外部裝置之介面，例如但不限於：印表機、顯示器等。最後，I/O裝置510可進一步包 括經由輸入端與輸出端兩者通信之裝置，例如，上文所描述之受控裝置。其他實例包括(但不限於)調變解調器(數據機，用於存取另外的裝置、系統或網路)、射頻(RF)或其他收發器、電話介面、橋接器、路由器或其他裝置。
感測器514可為(例如)IR感測器。感測器514可包括單個元件感測器(例如，如第4A圖所圖示)，或感測器514可包括感測器陣列，該感測器陣列包括兩個或兩個以上感測器元件，如第4B圖至第4D圖所圖示。感測器陣列可包括在單個外殼內之多個感測器元件，或感測器陣列可包括多個外殼，其中每一外殼包括兩個或兩個以上感測器元件。感測器可經配置以僅偵測紅外輻射，或可經調諧以接收較寬頻寬。感測器514可進一步包括電壓調整元件及雜訊降低元件。感測器514可經配置用於若干定向中之一者，例如前感測器或頂感測器。感測器514可經由本端介面512將感測參數(例如，環境溫度及所感測物件之溫度)傳送至處理器502。類似地，對於陣列感測器，感測器514可傳送每一獨立陣列元件之參數，或可發送整理自所有獨立陣列感測器元件的匯出參數。感測器亦可包括類比數位轉換器以將所接收之信號轉換成數位格式。此外，感測器514可經配置以自主地(例如)在啟動後及偵測到參數改變時，或藉由發送週期參數報告來傳送資訊。感測器514可經配置以在例如被處理器502詢問或輪詢時傳送參數資訊。
當系統500處於操作中時，處理器502經配置以執行儲存在記憶體506內之軟體508以將資料傳輸至記憶體506 及自記憶體506傳輸資料，並大體上根據軟體508控制系統500之操作，如上文所解釋。應注意，在其他實施例中，示例性實施例中之元件中之一或更多個元件可能不存在。
偵測方法
第6圖為用於感測在測距接近偵測器之偵測區域內之人類的存在的第一示例性方法的流程圖。應注意，流程圖中之任何過程描述或方塊應被理解為表示包括用於實施過程中之特定邏輯功能的一或更多個指令的模組、片段、編碼部分或步驟，且替代實施包括在本發明之範疇內，其中取決於所涉及之功能性，可自所示或所論述之彼次序(包括實質上同時地或倒序地)執行功能性，如將為相當熟習本發明之技術者所理解。
接收例如來自被動紅外感測器之信號。如由方塊610所示，檢查信號以偵測物件是否正在感測器偵測區域內發射紅外輻射。若未偵測到物件，則宣佈處於第一狀態，如由方塊620所示。第一狀態指示紅外感測器沒有偵測到物件。狀態可例如藉由軟體標誌、信箱、繼電器或狀態表中之表項記錄在硬體及/或軟體中。若偵測到物件，則決定物件與感測器之間的距離，如由方塊630所示。可例如基於單個像素感測器之像素覆蓋之量或展示具有像素陣列之感測器中之像素覆蓋的像素的數目來計算距離，例如藉由感測器之輸出電壓所指示。
然後作出關於所計算距離是否在預定範圍內之決定(方塊640)。若距離未在預定範圍內，則宣佈處於第一狀態， 如由方塊680所示且如上文所描述。然而，若距離在預定範圍內，則宣佈處於第二狀態，如由方塊690所示。預定範圍可為例如在感測器前面的範圍，其中溫暖物件之偵測意欲觸發如由第二狀態所指示之回應，例如，開啟外部受控裝置(諸如但不限於：燈或視訊監視器)。相比之下，第一狀態可用於指示關閉燈或視訊監視器。
第7圖為用於感測在測距接近偵測器之偵測區域內之人類的存在的第二示例性方法的流程圖。第二示例性方法假定用於決定所感測物件之尺寸的手段，例如藉由使用具有感測器像素陣列的測距接近偵測器，如上文所描述。
接收例如來自被動紅外感測器之信號。如由方塊610所示，檢查信號以偵測物件是否正在感測器偵測區域內發射紅外輻射。如由方塊620所示，作出關於是否已偵測到物件之決定。若未偵測到物件，則宣佈處於第一狀態。第一狀態指示紅外感測器沒有偵測到物件。狀態可例如藉由軟體標誌、信箱、繼電器或狀態表中之表項記錄在硬體及/或軟體中。若偵測到物件，則決定物件與感測器之間的距離，如由方塊630所示。可例如基於單個像素感測器之像素覆蓋之量或展示具有像素陣列之感測器中之像素覆蓋的像素的數目來計算距離，例如藉由感測器之輸出電壓所指示。
然後作出關於所計算距離是否在預定範圍內之決定(方塊640)。若距離未在預定範圍內，則宣佈處於第一狀態，如由方塊680所示且如上文所描述。然而，若距離在預定範圍內，則決定物件之尺寸，如由方塊650所示。舉例而言， 可能需要決定蜂巢式電話螢幕附近之所感測物件是否為手指或人臉，或決定朝視訊監視器移動之物件是否為人類或家貓。然後作出關於物件之尺寸是否在預定範圍內之決定(方塊660)。若尺寸未在預定範圍內，則宣佈處於第一狀態，如由方塊680所示且如上文所描述。否則，如由方塊690所示，宣佈處於第二狀態。
第8圖為用於感測在測距接近偵測器之偵測區域內之人類的存在的第三示例性方法的流程圖。第三示例性方法假定用於決定所感測物件之位置的手段，例如藉由使用具有分佈在兩個或兩個以上外殼間的感測器像素陣列的測距接近偵測器，如上文所描述。
接收例如來自被動紅外感測器之信號。如由方塊810所示，檢查信號以偵測物件是否正在感測器偵測區域內發射紅外輻射。如由方塊820所示，作出關於是否已藉由兩個或兩個以上外殼偵測到物體之決定。若未偵測到物件，則過程結束。若藉由多個外殼偵測到物件，則決定物件相對於感測器陣列之位置，如由方塊830所示。可例如基於物件與外殼中之每一者之間的相對距離計算位置，(例如藉由上述第一示例性方法所決定)，且基於展示在每一外殼中之像素覆蓋之像素的數目計算位置(例如藉由感測器之輸出電壓所指示)。
然後作出關於所計算位置是否在預定範圍內之決定(方塊840)。若位置未在預定範圍內，則宣佈處於第一狀態，如由方塊880所示。第一狀態指示紅外感測器沒有偵測到在位置範圍中之物件。狀態可例如藉由軟體標誌、信箱、繼電 器或狀態表中之表項記錄在硬體及/或軟體中。然而，若位置在預定範圍內，則決定物件之速度及方向(若存在物件)，如由方塊850所示。舉例而言，可能需要決定在蜂巢式電話螢幕附近之所感測物件(例如手指或人臉)是否正朝向或遠離蜂巢式電話螢幕移動，且決定物件移動得有多快。然後作出關於物件之速度及/或方向是否在預定範圍內之決定(方塊860)。若物件之速度及/或方向未在預定之速度及/或方向範圍內，則宣佈處於第二狀態，如由方塊885所示。否則，如由方塊890所示，宣佈處於第三狀態。與上文所描述之第一狀態相同，第二狀態及第三狀態可用於決定受控物件之參數。
測距接近偵測器提供優於先前技術之若干改良。舉例而言，與發射器偵測器系統相比，被動感測器需要較少操作能量。作為僅輸入裝置，被動感測器之複雜性及成本比發射器偵測器系統低，該發射器偵測器系統必須產生信號，接收反射並在所傳輸信號及所接收信號之間同步定時。此外，使用發射器偵測器系統，大體上難以區分不動的人與無生命的物件。舉例而言，若人將盒子攜帶入發射器偵測器類型接近偵測器之偵測現場中，然後留下盒子並離開，則發射器偵測器系統可能不能區分盒子與坐在與盒子相同之位置且未移動之人。相比之下，目前所揭示之測距接近偵測器可藉由偵測盒子與人之間的溫度差來區分該兩種場景。
簡言之，提出被動測距接近偵測器裝置、系統及方法。將對熟習此項技術者顯而易見的是，在不脫離本發明之範疇或精神之情況下，可對本發明之結構進行各種修改及變 更。鑒於上述內容，意欲本發明覆蓋本發明之修改及變更，其限制條件為該等修改及變更是在隨附申請專利範圍及其均等物之範疇內。
610‧‧‧方塊
620‧‧‧方塊
630‧‧‧方塊
640‧‧‧方塊
680‧‧‧方塊
690‧‧‧方塊

Claims (39)

  1. 一種用於偵測一偵測區域內之人類及控制一受控裝置的被動接近偵測裝置，該被動接近偵測裝置包含：包含一像素之一感測器，該感測器經配置以偵測由在該偵測區域內之一預定溫度範圍中之一物件發射的紅外輻射，並回應於偵測該物件而產生一偵測信號，該偵測信號具有一信號位準，該信號位準與由該物件發射且由該感測器接收的該紅外輻射成比例；及與該感測器通信之一處理器，該處理器經配置以接收該偵測信號，並至少部分地利用該偵測信號的一信號位準而匯出一物距。
  2. 如請求項1所述之接近偵測裝置，其中該感測器進一步經配置以偵測該偵測區域之一環境溫度。
  3. 如請求項2所述之接近偵測裝置，其中：該像素為包含複數個像素之一像素陣列中之一個像素；及該處理器進一步經配置以至少部分地基於該偵測信號匯出一物件尺寸。
  4. 如請求項3所述之接近偵測裝置，其中該處理器進一步經配置以決定該物件尺寸是否在一預定尺寸範圍內。
  5. 如請求項4所述之接近偵測裝置，其中該處理器進一步經配置以在該物件尺寸在該預定尺寸範圍內時執行一第三預定動作。
  6. 如請求項5所述之接近偵測裝置，其中該第三預定動作配置該受控裝置之一第三參數狀態。
  7. 如請求項3所述之接近偵測裝置，其中該處理器進一步經配置以至少部分地基於該偵測信號匯出一物件位置。
  8. 如請求項7所述之接近偵測裝置，其中該處理器進一步經配置以決定該物件位置是否在一預定位置範圍內。
  9. 如請求項8所述之接近偵測裝置，其中該處理器進一步經配置以在該物件位置在該預定位置範圍內時執行一第三預定動作。
  10. 如請求項9所述之接近偵測裝置，其中該第三預定動作配置該受控裝置之一第三參數狀態。
  11. 如請求項7所述之接近偵測裝置，其中該處理器進一步經配置以匯出一物件速度及一物件方向。
  12. 如請求項11所述之接近偵測裝置，其中該處理器進一步經配置以決定該物件速度及物件方向是否在一預定速度及方向範圍內。
  13. 如請求項12所述之接近偵測裝置，其中該處理器進一步經配置以在該物件速度及物件方向在該預定速度及方向範圍內時執行一第三預定動作。
  14. 如請求項13所述之接近偵測裝置，其中該第三預定動作配置該受控裝置之一第三參數狀態。
  15. 如請求項1所述之接近偵測裝置，其中該處理器進一步經配置以決定該物距是否在一預定距離範圍內。
  16. 如請求項15所述之接近偵測裝置，其中該處理器進一步經配置以在該物距在該預定距離範圍內時執行一第一預定動作。
  17. 如請求項16所述之接近偵測裝置，其中該第一預定動作配置該受控裝置之一第一參數狀態。
  18. 如請求項16所述之接近偵測裝置，其中該處理器進一步經配置以在該物距未在該預定距離範圍內時執行一第二預定動作。
  19. 如請求項18所述之接近偵測裝置，其中該第二預定動作配置該受控裝置之一第二參數狀態。
  20. 如請求項15所述之接近偵測裝置，其中該處理器進一步經配置以接收該預定距離範圍。
  21. 一種用於偵測在包含一像素之一紅外感測器之一偵測區域中的一物件的方法，該方法包含以下步驟：自該紅外感測器接收一信號；至少部分利用該信號的一信號位準而決定該信號是否指示在一預定溫度範圍內偵測到一溫暖物件，該信號位準 與由該溫暖物件發射且由該感測器接收的紅外輻射成比例；及若偵測到該溫暖物件，則至少部分利用該信號位準而決定該溫暖物件與該感測器之一距離。
  22. 如請求項21所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：決定一環境溫度。
  23. 如請求項22所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：至少部分地基於該距離設置一第一狀態。
  24. 如請求項23所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：基於該第一狀態控制一第一裝置參數。
  25. 如請求項21所述之方法，其中該紅外感測器包含複數個感測器像素。
  26. 如請求項25所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：決定該溫暖物件之一尺寸。
  27. 如請求項26所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：至少部分地基於該尺寸設置一第二狀態。
  28. 如請求項27所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：基於該第二狀態控制一第二裝置參數。
  29. 如請求項25所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：決定偵測該溫暖物件之像素之一數目。
  30. 如請求項29所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：至少部分地基於該數目設置一第三狀態。
  31. 如請求項30所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：基於該第三狀態控制一第三裝置參數。
  32. 如請求項25所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：至少部分地基於該信號匯出一物件位置。
  33. 如請求項32所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：決定該物件位置是否在一預定位置範圍內。
  34. 如請求項33所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：至少部分地基於該物件位置是否在該預定位置範圍內設置一第二狀態。
  35. 如請求項34所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：基於該第二狀態控制一第三裝置參數。
  36. 如請求項33所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：決定該物件速度及該物件方向是否在一預定速度及方向範圍內；及若該物件速度及該物件方向在該預定速度及方向範圍內，則執行一第二預定動作。
  37. 如請求項32所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：匯出一物件速度；及匯出一物件方向。
  38. 一種用於感測一人類之存在的系統，該系統包含：一被動紅外發射感測器；與該感測器通信之一處理器；及 一非暫態性電腦可讀媒體，該電腦可讀媒體經配置以執行以下步驟：自該紅外感測器陣列接收一信號；至少部分利用該信號的一信號位準而決定該信號是否指示在一預定溫度範圍內偵測到一溫暖物件，該信號位準與由該溫暖物件發射且由該感測器接收的紅外輻射成比例；基於是否偵測到該溫暖物件設置一第一狀態；基於該第一狀態控制一第一裝置參數；若偵測到該該溫暖物件，則決定該溫暖物件與該感測器之一距離，至少部分地基於該距離設置一第二狀態；及基於該第二狀態控制一第二裝置參數。
  39. 一種用於偵測一偵測區域內之物件及控制一受控裝置的被動接近偵測裝置，該被動接近偵測裝置包含：包含一像素之一感測器，該感測器經配置以偵測在該偵測區域內之一健康人體的一預定溫度範圍中由一物件發射的紅外輻射，並回應於偵測該物件而產生一偵測信號，該偵測信號具有一信號位準，該信號位準與由該物件發射且由該感測器接收的該紅外輻射成比例；及與該感測器通信之一處理器，該處理器經配置以執行以下步驟：接收該偵測信號； 至少部分地利用該偵測信號的一信號位準而匯出一物距；決定該物距是否在一預定距離範圍內；及配置該受控裝置之一第一參數狀態。
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