光感应系统及校准光感应装置的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于感应环境光强度的光感应系统领域，以及用于校准光感应装置的相应方法。
【背景技术】
[0002]暴露于光是使生物钟与太阳周期正确同步的关键机制。曝光的时机、持续时间、强度和光谱构成都对人的所谓的24小时生理节律周期变化产生影响。业已表明，恢复性睡眠只能在与生物钟同步时出现。对于某些内部生物钟相对于周围的社会活动安排有相移的人们来说，在明确限定的时间暴露于强光中可用于使他们的生物钟向前或向后移动，以更好地使生物钟和他们的社会需要一致。同样，为治疗季节性情感障碍，定时定期地暴露在强光下是有效的手段。
[0003]对人们在数天甚至数周期间所暴露于的光照水平的评估是诊断情绪和睡眠障碍的重要手段。现有的活动记录仪产品使用体戴式装置测量活动和曝光量，该体戴式装置是例如类似于手表那样使用和佩戴的腕戴式装置。
[0004]这种腕戴式装置例如在US2008/0319354A1中示出，该文献显示了用于监测关于睡眠的信息的系统和方法。在该文献中所示的腕戴式装置包括照射传感器，以提供关于用户环境照射强度的信息。传感器的信号可以通过适当的电子计算装置来进一步处理。
[0005]现有的光感应装置需要解决的问题之一是对受治对象在其日常生活中所暴露于的光的精确测量。考虑到丰富的不同光源(自然光、人工光、发光器件(LED)、卤素灯、霓虹灯等)具有在几个数量级上变化的不同光谱贡献和强度，挑战在于获得可接受水平的精度。对于所有情况来说这难以达到，并且普通装置通常被针对特定范围的照射预校准。
[0006]一般而言，包括光传感器的装置在销售之前由制造商校准。而且，初始校准可能不精确或者可能针对不同的条件进行的，而不是对应于消费者的预期用途(在不同光强度或光源的情况下)。如上所述，在日常生活中会遇到具有非常不同的光谱和强度的大范围的光源，并且在这些条件下获得一致的精度水平已被证明是几乎不可能的。此外，由于温度差异或电源不足，例如在集成入装置中的电池输出较低的电压时，光传感器的特性可能随时间改变。所有这些因素促成的总体观点是当实地运用时，光测量往往精度差。
【发明内容】
[0007]因此，本发明的目的是提供一种光感应系统，该系统包括即使在具有非常不同的光谱分布和强度的光源照射下，也具有增强的光测量长期精度和可靠性的光感应装置。
[0008]这个目的是通过一种包括权利要求1的特征的光感应系统，以及通过根据权利要求10所述的一种用于校准光感应装置的方法来实现的。
[0009]根据本发明的光感应系统不仅包括具有至少一个光传感器的光感应装置，还包括用于校准该传感器的校准装置。该校准装置包括发出标准强度的光的至少一个光源，该光源用于例如通过调整它的增益参数来匹配光传感器的输出强度信号。根据具体的装置，有可能只使用一个光传感器和一个单光源，或对应于不同的光谱范围，如红、绿和蓝光谱范围，有可能使用多个传感器和/或光源。光源的激活水平可以控制，且光传感器的输出强度信号能够与预期值比较。因此，校准操作可由用户来执行，以便由光传感器提供可靠的光测量。
[0010]校准过程可以处理白光照射水平，在这种情况下不需要有色光输入，或者可以具体地解决不同颜色感应元件(即用于不同光谱范围的光传感器)的校准。在这种情况下，可能使用多个单色光源。用户也可以被赋予指定他的目标照射典型范围的选择权，以使校准过程可以集中在指定的光强度区间上。通过使用包括彩色元件的几个光源的特定激活型式，可以仿真像卤素灯或白炽灯那样的特定光源。
[0011]根据本发明的优选实施例，光感应系统包括控制装置，该控制装置用于控制光源的运行，用于将与测得的光强度对应的光传感器的输出强度信号与对应于标准强度的预期信号进行比较，以及用于使输出强度信号匹配预期信号。这种匹配例如可通过调节输出强度信号的增益参数来执行，如上面所提到的。术语“标准强度”应指这样的强度，即，相对于光源的类型且还考虑到例如温度等的运行特性来说已知的强度。在此基础上，预期信号可以作为校准标准。由光源发射的强度也可以相应地得到控制，以使其适应使用光感应系统的环境。
[0012]优选地，控制装置包括在校准装置中，且包括用于在校准装置和光感应装置之间通信的通信装置。当需要时，通信装置可以提供无线或接触式的通信。控制装置可以整合到适当的电子电路中，且例如通过存储在其中用于操作的计算机程序来执行控制，并且还包括用于存储校准值、增益值等的存储器。
[0013]更优选地，校准装置是用于支撑光感应装置的对接站。在这种对接站中，可以存储光感应装置，以使它在不使用时能够经历庆祝过程。在对接站内，光源可以这样布置，即，当光感应装置放置在其上或其内时，使光源面对相应的光传感器。
[0014]更优选地，根据本发明的光感应装置包括用于感应具有不同光谱范围的光的多个光传感器。
[0015]根据另一个优选实施例，校准装置包括一个光源，该光源发射在这样的光谱范围内的光，即覆盖不同光传感器的所有光谱范围。例如，光传感器为红、绿和蓝光谱区内的LED,而光源是白光照明源。
[0016]根据本发明的另一优选实施例，校准装置包括多个光源，该光源发射对应于光传感器的光谱范围的不同光谱范围内的光。例如，光源也是在对应于相应光传感器的红色、绿色和蓝色光谱范围内，使得在这方面每个光谱范围的光源对应一个光传感器。
[0017]优选地，光源的光谱范围是可调的，例如用户可控制的。
[0018]根据另一优选实施例，根据本发明的光感应系统包括用于感应光源温度的温度传感器。因为像LED的光源的光照水平已知反比于半导体元件的温度，所以为了确保校准过程的最高精度，光源的局部温度被考虑在内。
[0019]本发明还涉及一种用于校准光感应装置的方法，其中该光感应装置具有至少一个光传感器，该光传感器提供与测得的光强度对应的输出强度信号，该方法包括步骤:使用具有标准强度的光照射光传感器，将输出强度信号与对应于标准强度的预期信号相比较，并通过调节光传感器的增益参数，使输出强度信号匹配预期信号。
[0020]在这种情况下，预期信号被作为校准信号，且输出强度信号被调整到该校准信号。光传感器的增益参数可以是乘法因数，且将传感器的初始输出信号乘以该乘法因数，以匹配预期信号。在最简单的情况下，仅有一种光源，该光源具有在白色光谱范围上的白光强度曝光，且通过调节一个单光传感器的增益参数，将这个单光传感器调整到所述的白光强度曝光，以匹配目标的白光强度曝光。根据正进行的校准类型和光感应装置的特性，不同的其他情况都在考虑之中。
[0021]根据上述方法的一个优选实施例，不同光谱范围的光传感器被具有预定标准强度的一个单光源的光照射，并且该光传感器的增益参数被调节，以使它们的贡献匹配输出强度信号。基于在每一相应色带内发射的已知能量水平，总强度可被作为不同光传感器的贡献的总和。例如，照度可以表示为
[0022]ILLUM (Ix) = 6.83* ( α *红光辐照度+ β *绿光辐照度+ x *蓝光辐照度)(I)
[0023]其中红光辐照度、绿光辐照度和蓝光辐照度是传感器在其相应色带内的初始强度信号，而α、β、X分别是每个颜色通道的增益参数。光传感器的这些增益参数α、β、X被调整，以使作为总输出强度信号的值ILLUM(Ix)匹配预期信号。
[0024]根据这种方法的另一优选实施例，不同光谱范围的光传感器被不同光源的光照射，每个光源具有与一个光传感器的光谱范围对应的光谱范围，并具有预定的标准强度，每个光传感器的输出强度信号与对应于相应光源的标准强度的预期信号相比较，且每个光传感器的增益参数被调节，以使该光传感器的输出强度信号匹配预期信号。
[0025]在这种情况下，不存在具有白色光谱范围的一个共同光源，其中该白色光谱范围覆盖所有光传感器中的那些，但是存在多个光源，其中每个光源被相对于其光谱范围而分配给一个光传感器。这提供了这样的可能性，即提供了用于分别校准每个光传感器而不是匹配增益参数的标准强度信号的可能性，以获得总输出强度信号。在这种情况下，对每个传感器来说，在每个相应色带(即，红、绿和蓝)中发射的光能得到匹配，且新的增益值被存储在系统的存储器中。
[0026]优选地，根据本发明的方法包括调节光源的光谱范围或多个光谱范围的步骤。这提供了针对其现场使用情况(例如不同的光谱带)来定制光感应系统的选择权。
[0027]更优选地，该方法包括感应光源温度并根据感应到的温度调节增益参数的步骤。这考虑到了强度可能依赖于温度，就像对于半导体发光器件(LED)来说已知的那样。
[0028]本发明还涉及用于执行根据本发明上述实施例之一的方法的计算机程序。该计算机程序可由制造商存储在光感应系统的存储器中，如上述解释，以执行校准程序。合适的储存介质可被设置成储存这样的计算机程序。
【附图说明】
[0029]参照下文描述的实施例，本发明的这些和其它方面将变得明显和被阐明。
[0030]在附图中:
[0031]图1是作为本发明的一个实施例的光感应系统一部分的光感应装置的透视前视图；和
[0032]图2示出了根据本发明的光感应系统，该系统包括如图1所示的光感应装置。
【具体实施方式】
[0033]图1示出腕戴式装置形式的光感应装置10，该光感应装置用于感应佩戴该装置10的用户(未示出)的环境中的环境光强度。通常，光感应装置10包括扁平矩形箱形状的操作模块12，和柔性腕带14，该腕带将其端部连接于操作模块12的相反两侧，使得操作模块12和腕带14形成环。腕带14的内径尺寸是这样的，即，使腕戴式装置10可以舒适地佩戴在用户的手腕上。为戴上装置10，腕带14可具有一定的可被变宽的弹性，或者可以提供开闭机构(图中未示出)，以将腕带14的一端连接于操作模块12上。通常操作模块12和腕带14类似于普通手表制成。
[0034]操作模块12被形成为接纳集成电子电路的壳体，该集成电子电路用于处理和存储电信号以及用于执行感应环境光强度的操作。在操作模块12的顶面16上，有用于显示装置10的状态信息或任何其他信息(例如象，白天)的显示器18。
[0035]操作模块12的顶面16上还设置有用于测量环境光强度的环境光传感器20。该环境光传感器20