具有透镜阵列的热传感器模块的制作方法

具有透镜阵列的热传感器模块的制作方法
【专利摘要】本申请涉及具有透镜阵列的热传感器模块。一种被配置成对被监控空间中的存在和运动进行感测的设备，包括透镜阵列和一个或更多个热感测装置。每个热感测装置被配置成产生直流输出，该直流输出保持在基本上与在热感测装置处接收到的热能的量成比例的水平。透镜阵列耦合到所述一个或更多个热感测装置并且包括多个透镜，所述多个透镜中的每个透镜被配置成将来自位于被感测空间内的多个不同的物理区域中的至少相应的一个区域的入射热能引导到所述一个或更多个热感测装置上。
【专利说明】具有透镜阵列的热传感器模块

【技术领域】
[0001] 本申请涉及一种具有透镜阵列的热传感器模块，更具体地，涉及一种基于穿过透 镜阵列的入射热能产生直流（D. C.)输出的热传感器模块。

【背景技术】
[0002] 运动检测器是一种检测运动对象(特别是人）的装置。运动检测器通常集成为自 动执行任务或向使用者警示在一区域内的运动的系统的部件。运动检测器可以形成安保系 统、自动照明控制系统、家居控制系统及其它系统的重要部分。
[0003] 运动检测器通常使用热电材料来检测人在房间中的运动。如果(从诸如人的身体 之类的热源）引入的热辐射变化，则热电材料产生信号。在数学上，热电检测器产生服从引 入的热通量的时间导数的电信号。因而，如果人进入或离开检测器的视场（F0V)，则热通量 变化并且产生出相应的信号。信号的高度取决于热源的温度以及视场的所谓填充系数。
[0004] 热源的温度越高并且热源将检测器的视场填充的越多，所产生的信号越高。该信 号将仅存在于热通量改变之后的有限时间内，因而如果热通量保持恒定，则不会产生信号。 因而，不可能对无运动的热对象(例如，静止不动的人或已经离开传感器区域的人）是否存 在进行检测。在典型的实施方式中，本文中公开的技术解决了这一缺陷。


【发明内容】

[0005] 在一个方面中，一种设备被配置成对被监控空间中的存在和运动进行感测并且包 括透镜阵列和一个或更多个热感测装置。
[0006] 每个热感测装置被配置成产生直流输出，该直流输出保持在基本上与在热感测装 置处接收到的热能的量成比例的水平。透镜阵列在光学上耦合到所述一个或更多个热感测 装置并且包括多个透镜，所述多个透镜中的每个被配置成将位于被监控空间内的多个不同 的物理区域中的至少相应的一个区域的入射热能引导到所述一个或更多个热感测装置上。
[0007] 在一个实施例中，所述透镜阵列产生交替区域，所述交替区域为所述入射热能的 相对较高输出信号的区域和所述入射热能的相对较低输出信号的区域。
[0008] 在一个实施例中，所述相对较低输出信号的区域位于所述透镜阵列中的透镜的边 缘处或位于所述透镜阵列中的透镜之间。
[0009] 在一个实施例中，所述相对较低输出信号的区域与所述被监控空间内的所述空间 区域之间的虚拟分割线相对应。
[0010] 在一个实施例中，所述一个或更多个热感测装置选自下列装置构成的组：微机电 (MEMs)红外传感器、热电堆、辐射热计、和基于半导体的红外传感器。
[0011] 在一个实施例中，所述透镜阵列的透镜选自以下元件构成的组：菲涅耳透镜阵列、 菲涅耳带阵列、全息光学元件、衍射光学元件、折射光学元件和二元光学元件。
[0012] 在一个实施例中，所述透镜为在所述透镜阵列上不可物理定位的光学图案。
[0013] 在一个实施例中，所述设备还包括：耦合到所述一个或更多个热感测装置的基于 计算机的处理器和耦合到所述处理器的基于计算机的存储装置，其中，所述存储装置存储 有指令，所述指令在被所述处理器执行时，使所述处理器：基于从所述一个或更多个热感测 装置接收到的数据来确定在所述被监控空间中是否有生命体存在或是否有生命体在移动。
[0014] 在一个实施例中，所述一个或更多个热感测装置、所述透镜阵列、所述处理器和所 述存储装置被包含在单个芯片级封装中。
[0015] 在一个实施例中，确定在所述被监控空间中是否有生命体存在或是否有生命体在 移动包括：对从第一直流输出得出的信号和从第二直流输出得出的信号进行评估，所述第 一直流输出来自所述热感测装置中的第一热感测装置，所述第二直流输出来自所述热感测 装置中的第二热感测装置。
[0016] 在一个实施例中，确定在所述被监控空间中是否有生命体存在或是否有生命体在 移动包括：对从第一直流输出得出的信号进行评估，所述第一直流输出来自所述热感测装 置中的第一热感测装置；以及使所述得出的信号与第二直流输出的输出相关，所述第二直 流输出来自所述热感测装置中的第二热感测装置。
[0017] 在一个实施例中，所述存储装置存储有指令，所述指令在被所述处理器执行时，使 所述处理器：基于从所述一个或更多个热感测装置接收到的数据来确定在所述被监控空间 中移动的生命体的移动方向。
[0018] 在一个实施例中，所述透镜阵列中的第一透镜被配置成将来自所述被监控空间中 的所述物理区域中的相应一个区域的入射热能引导到所述热感测装置中的第一热感测装 置上并且引导到所述热感测装置中的第二热感测装置上。
[0019] 在一个实施例中，所述透镜阵列中的第一透镜被配置成将来自所述被监控空间中 的所述物理区域中的相应第一区域的入射热能引导到所述热感测装置中的第一热感测装 置上，而不引导到所述热感测装置中的第二热感测装置上，并且，所述透镜阵列中的第二透 镜被配置成将来自所述被监控空间中的所述物理区域中的相应第二区域的入射热能引导 到所述热感测装置中的第二热感测装置上，而不引导到所述热感测装置中的第一热感测装 置上。
[0020] 在一个实施例中，所述一个或更多个热感测装置对具有介于4 μ m与20 μ m之间的 波长的福射敏感。
[0021] 在一个实施例中，适于通过对所有的引入热信号强度进行估计来确定整个所述被 监控空间的温度值。
[0022] 在另一方面中，不仅对被监控空间中的运动进行感测而且对被监控空间中的存在 进行感测的方法包括：在透镜阵列处接收来自位于被监控空间内的多个物理区域的入射热 能；将透镜阵列中的每个透镜处接收到的入射热能引导到一个或更多个热感测装置上，所 述一个或更多个热感测装置在光学上耦合到透镜阵列；以及通过所述一个或更多个热感测 装置产生直流输出，该直流输出保持在与由透镜中的一个或更多个透镜引导到所述一个或 更多个热感测装置的热能的量成比例的水平。
[0023] 在一个实施例中，所述透镜阵列提供光学区域，其中在各个区域上具有不同的输 出信号，由此形成交替区域，所述交替区域为所述入射热能的相对较高输出信号的区域和 所述入射热能的相对较低输出信号的区域。所述相对较低输出信号的区域与所述被监控空 间内的在所述光学上限定的空间区域之间的虚拟分割线相对应。并且，对所述被监控空间 中的运动进行感测包括：当生命体在所述被监控空间中从所述物理区域中的第一区域移动 到所述空间区域中的第二区域时，对由所述透镜阵列引导到所述热感测装置中的一个或更 多个热感测装置的热能的量的变化导致的所述直流输出的变化进行感测。
[0024] 在一个实施例中，所述一个或更多个热感测装置选自以下装置构成的组：微机电 (MEMs)红外传感器、热电堆、辐射热计、和基于半导体的红外传感器。
[0025] 在一个实施例中，所述透镜阵列中的透镜选自以下元件构成的组：菲涅耳透镜阵 列、菲涅耳带阵列、全息光学元件、衍射光学元件、折射光学元件和二元光学元件。
[0026] 在一个实施例中，所述方法还包括：在基于计算机的处理器处接收来自所述一个 或更多个热感测装置的数据；以及通过所述基于计算机的处理器，基于从所述一个或更多 个热感测装置接收到的数据来确定在所述被监控空间中是否有生命体存在或是否有生命 体在移动。
[0027] 在一个实施例中，所述一个或更多个热感测装置、所述透镜阵列、所述处理器和存 储装置被包含在单个芯片级封装中。
[0028] 在一个实施例中，确定在所述被监控空间中是否有生命体存在或是否有生命体在 移动包括：对从第一直流输出和第二直流输出得出的差分信号进行评估，所述第一直流输 出来自所述热感测装置中的第一热感测装置，所述第二直流输出来自所述热感测装置中的 第二热感测装置。
[0029] 在一个实施例中，所述方法还包括：通过所述处理器，基于从所述一个或更多个热 感测装置接收到的数据来确定在所述被监控空间中移动的生命体的移动方向。
[0030] 在一些实施方式中，存在有以下优点中的一个或更多个。
[0031] 例如，单个装置能够对被监控空间中的运动的人或不动的人进行检测。该装置是 紧凑的、高精度的、相对费用低廉的并且通常使用软件以便基于所感测的参数进行计算的 判定。
[0032] 通过使用多区域光学装置(可以是通常与热电检测器结合使用的经典或菲涅耳多 透镜阵列，但还包含由全息光学元件（Η0Ε)制成的光学装置，或通过使用在光学表面中产 生光学图案的衍射光学装置或二元光学装置）来提供直流响应热传感器(热电堆）的信号增 强。
[0033] 使用感测装置的应用或模式（即，运动检测、存在感测、运动方向、手势识别、结合 例如温度调节或过热或火警等的温度感测和测量等）完全能够通过使用软件来实现。
[0034] 其它特征和优点将从描述和附图中以及从权利要求中变得明显。

【专利附图】

【附图说明】
[0035] 图1为示例性检测器的示意性截面侧视图；
[0036] 图2为图2为图1中的检测器的局部俯视图；
[0037] 图3为示出了图1的检测器的示例性电气布局的示意图；
[0038] 图4为示出了图1的检测器被定位以对空间进行监控的示意性俯视图；
[0039] 图5为图4中的被监控空间的侧视图，其中存在基本上不动的人；
[0040] 图6为使得检测器能够识别出被监控空间中的人的存在的示例性方法的流程图；
[0041] 图7为使得检测器能够识别出被监控空间中的人的近似位置的示例性方法的流 程图；
[0042] 图8为图4中的被监控空间的侧视图，其示出了一个人移动穿过被监控空间；
[0043] 图9为使得检测器能够识别出图8中的人正在移动的示例性方法的流程图；
[0044] 图10为图1中的检测器的一个具体实现的示意图，该检测器适于对被监控空间内 的运动进行感测；
[0045] 图11为示出了检测器的示例的示意图。

【具体实施方式】
[0046] 图1为示例性检测器100的示意性截面侧视图，该检测器100被配置成对在被监 控空间内的生命体(例如，人）的存在、位置、运动和/或方向进行检测。一般而言，用语"被 监控空间"指的是这样的物理区域(例如，房间、走廓、户外区域等）：检测器100被置于该物 理区域并且检测器100能够在该物理区域处潜在地对生命体进行检测。
[0047] 检测器100具有传感器模块102以及透镜阵列104,该传感器模块102具有一个或 更多个热感测装置(例如，热电堆)，该透镜阵列104至少部分地覆盖传感器模块102。透镜 阵列104具有多个透镜，所述多个透镜中的每个均设置成将来自被监控空间的入射热能引 导到传感器模块102的至少一部分上。在一些实施方式中，每个单独的透镜将来自被监控 空间中的多个不同物理区域中的一个区域的入射热能引导到传感器模块102上。
[0048] 透镜阵列可以直接附接到检测器100,如在附图中的那样，但透镜阵列也可以安装 在距检测器一定距离处。
[0049] 每个热感测装置通常能够进行操作以产生直流（DC)输出，该直流输出与在该热感 测装置处所接收到的热能的量基本上成比例。只要传输至热感测装置的热能的量保持大致 恒定，由该热感测装置产生的直流输出即保持大致恒定。传输至热感测装置的热能的量的 增大通常会导致由该感测装置产生的直流输出成比例的增大。同样，传输至热感测装置的 热能的量的减小将导致由该感测装置产生的直流输出成比例的减小。
[0050] 来自热感测装置的直流输出可以是直流电压或直流电流。
[0051] 在一些实施方式中，热传感器模块102仅具有一个热感测装置(例如，一个热电 堆)。一般而言，热电堆为将热能转换成电能的电子装置。热电堆通常由若干电连接(通常 串联电连接，或不常用地并联电连接）的热电偶组成，以产生单个直流（DC)输出。
[0052] 在一些实施方式中，热传感器模块102具有多个热感测装置(例如，多个热电堆)。 在一些实施方式中，传感器模块102中的所有热感测装置都电连接到一起，以便从传感器 模块102产生单个直流输出信号。在一些实施方式中，热感测装置被配置成从传感器模块 102产生多个不同的直流输出信号。
[0053] 在示出的实施方式中，传感器模块102埋置在基底或外壳110内，并且透镜阵列 104在基底110的顶部被支撑在传感器模块102上方。
[0054] 透镜阵列104可以具有多种可能的构型。例如，透镜阵列可以包括菲涅耳透镜或 其它透镜、菲涅耳带、波带板、全息光学元件、衍射光学元件、折射光学元件、二元光学元件 以及这些元件的任何组合或者包括多个透镜的任何其它布置。
[0055] 图2为图1中的检测器100的局部俯视图。
[0056] 图示的视图示出了检测器的透镜阵列104的一个示例性实施方式。透镜阵列的任 务是将被监控空间分成不同的区段。这种分段通过使透镜阵列上的光学元件将仅来自特定 区段的辐射引导到模块102内的特定热感测装置上而实现。这些光学元件可以与例如在图 2示出的视图中的离散物理区域相符，但这些光学元件也可以分布在透镜阵列表面上，在使 用全息光学元件的情况下便可如此。
[0057] 每个光学元件通常不仅将被监控空间分成区段，而且还将从该区段入射的辐射绑 定到特定的热感测装置上。如果人移动经过某区段，则由相应的热感测装置产生的信号开 始时较低并且在人处于该区段的中间时达到最大值。如果人继续移动，则信号再次变小。因 而，移动经过多个区域的人将产生变化的输出模式，其中最大信号在人完全位于该区段内 时产生，而最小信号在人位于区段之间的边界处时产生。
[0058] 被监控空间区段的总数量可以等于或小于透镜阵列的光学区域的数量的2倍乘 以模块102内的热感测装置的数量所得的乘积。
[0059] 在一个实施例中，透镜阵列104具有相对较高透射性和相对较低透射性的交替区 域。一般而言，相对较高透射性区域允许目标波长的入射热能的相对较大部分穿过而到达 传感器模块102,而相对较低透射性区域允许目标波长的热能的相对较小部分穿过而到达 传感器模块102。在另一实施例中，如图2所示，每个透镜214的中心部分216形成了产生 相对较高输出信号的区域，而每个透镜214的外围部分和相邻透镜214之间的空间形成了 具有来自感测装置的相对较低输出信号的区域。
[0060] 相对较高输出信号和相对较低输出信号的交替区域有助于方便运动检测，因为来 自人的热能的到达透镜阵列104后方的热传感器模块102的部分将随着这个人移动经过被 监控空间(例如，从与透镜阵列104的相对较高输出信号区域相对应的空间到与透镜阵列 104的相对较低输出信号区域相对应的空间)而改变。事实上，透镜阵列实际接收了人体的 恒定热能并且对该热能进行调制以在感测装置处形成交替信号。
[0061] 一般而言，用语"目标波长"指的是热感测装置能做出响应的波长(或波长范围） (即，可以影响从热感测装置的直流输出的任何波长)。在典型的实施方式中，目标波长将是 与生命体(例如，人体）放射的热能相对应的波长。在一些实施方式中，目标波长介于4μηι 与20 μ m之间。
[0062] 再次参照图1，示出的检测器100具有集成电路106,在各实施方式中，该集成电路 106可以形成基于计算机的处理器、基于计算机的存储装置和/或其它电路系统，以执行和 /或支持一个或更多个这里所描述的功能。提供有电导体(例如，沿着基底110的上表面或 下表面延伸的迹线、延伸穿过基底的通孔108、焊料块110等）以便连接检测器的电气部件 并且将检测器连接到外部部件。
[0063] 图3为示出了图1的检测器100的示例性电气布局的示意图。
[0064] 该示意性布局示出了 ：处理器302、存储（storage)装置304、存储器（memory)306、 输入输出（I/O)装置310 (或外围装置)、传感器模块102以及本地总线或本地接口 312,存 储器306中存储有定义上述功能中的至少一部分功能的软件308,本地总线或本地接口 312 允许检测器100的子部件之间进行通信。
[0065] 本地接口 312可以是例如一个或更多个总线或其它的有线或无线连接。本地接口 312可以具有附加元件（出于简化目的而被省略)，例如控制器、缓冲器(高速缓冲存储器)、 驱动器、中继器和接收器，以实现通信。此外，本地接口 312可以包括地址、控制和/或数据 连接，以实现在前述子部件之间的适当通信。
[0066] 处理器302为用于执行软件(例如存储在存储器306中的软件)的硬件装置。处理 器302可以是任何定制的或商用单芯或多芯处理器、中央处理单元（CPU)、与检测器100相 关联的若干处理器中的辅助处理器、基于半导体的微处理器(微型芯片或芯片组的形式)、 宏处理器、或一般地用于执行软件指令的任何装置。处理器302可以集成到例如图1的集 成电路106中。
[0067] 存储器306可以包括易失性存储元件(例如，随机存取存储器（RAM，例如DRAM、 SRAM、SDAM等)）和/或非易失性存储元件(例如，ROM、硬盘驱动器、磁带、CDR0M等）中的任 何一种或组合。此外，存储器306可以结合电子的、磁性的、光学的和/或其它类型的存储 介质。需要指出的是存储器306可以具有分布式架构，其中各部件位于相互远离的位置处， 但能够由处理器302进行访问。存储器306可以集成到例如图1的集成电路106中。
[0068] 一般而言，软件308包括当由处理器302执行时使处理器302执行一个或更多个 本文中公开的检测器的功能的指令。存储器306中的软件308可以包括一个或更多个独立 程序，所述独立程序中的每个均包含可执行指令的有序列表。存储器306可以包含操作系 统（0/S)320。操作系统可以是可操作的，以对检测器100内的程序的执行进行控制，并且操 作系统可以提供调度、输入-输出控制、文件和数据管理、存储管理、通信控制和相关服务。 [0069] I/O装置310可以包括与外部装置的接口，以允许将收集的数据或指令输出到各 外围部件。I/O装置310还可以便于将软件等上载至检测器100。
[0070] 传感器模块102可以是例如红外传感器或对热能有响应的任何种类的传感器。传 感器模块102可以包括单个元件传感器或包括两个或更多个传感器元件的传感器阵列。传 感器阵列可以包括单个外壳内的多个传感器元件，或可以包括多个外壳，其中每个外壳包 括两个或更多个传感器元件。传感器模块102可以被配置成仅检测红外辐射，或可以调成 接收更宽的带宽。传感器模块102还可以包括电压调节部件和噪声降低部件。传感器模块 102可以通过本地接口 312将例如环境温度和被感测目标的温度的感测参数传送至处理器 302。类似地，对阵列传感器而言，传感器模块102可以传送针对每个单独阵列元件的参数， 或可以发送从所有的单独阵列传感器元件整理出的得出参数。传感器模块102可以包括模 数转换器，例如，以便将信号在模拟格式与数字格式之间进行转换。此外，传感器模块102 可以被配置成例如在启动后并且检测到参数变化时自发地传送信息，或通过发送定期参数 报告而自发地传送信息。传感器模块102可以被配置成当被例如处理器302查询或轮询时 传送参数信息。
[0071] 储存装置304可以是任何类型的存储装置。一般而言，储存装置304是可操作的， 以便存储将帮助检测器1〇〇执行本文中公开的一个或更多个功能的任何数据。储存装置 304可以被集成到图1的集成电路106中。
[0072] 当检测器100进行操作时，处理器302执行存储在存储器306中的软件308、将数 据传送至存储器306和储存装置304以及从存储器306和存储装置304传送数据，并且从 总体上对检测器100的操作进行控制。应当指出的是在一些实施例中，本示例性实施例中 的一个或更多个元件可以不存在。此外，在一些实施方式中，本示例性实施例中的一个或更 多个元件可以位于检测器100的外部。
[0073] 图4为示出了检测器100被定位以对空间320进行监控的示意性俯视图，该检测 器100用于监控被监控空间中的人的存在、运动、位置和/或方向。
[0074] 在示出的实施方式中，透镜阵列104多次地将传感器模块102成像到被监控空间 320。透镜阵列104中的每个透镜设置成将来自被监控空间的多个不同区域中的相应的一 个区域的入射热能引导到热传感器模块102上。因而，透镜阵列104将被监控空间虚拟地 分成了多个不同的区域。在示出的示例中，不同的区域322a、322b、322c和322d用从检测 器100延伸到被监控空间中的虚线虚拟地划分出界线。
[0075] 示出的示例中的每个区域322a、322b、322c和322d大致呈楔形或锥形，起源于检 测器100处并且从检测器100处张开到被监控空间320中。在一些实施方式中，每个区域 将从被监控空间的底面延伸到被监控空间的顶面。此外，区域被设置成使得行走经过房间 的人会横越两个或更多个区域。在典型的实施方式中，传感器的透镜阵列中的每个透镜会 被配置成将来自示出的区域322a、322b、322c和322d中的相应的一个区域(或更多个区域） 的入射热能引导到检测器的传感器模块102的至少一部分上。
[0076] 在各实施方式中，检测器100能够基于在传感器模块102处接收的热能来确定被 监控空间内是否有人。在一些实施方式中，检测器100能够基于在传感器模块102处接收 的热能来确定这个人位于一个或更多个区域322a、322b、322c和322d中的哪一个区域中。 在一些实施方式中，检测器100能够基于在传感器模块102处接收的热能来确定这个人是 否正在被监控空间内移动。在一些实施方式中，检测器100能够基于在传感器模块102处 接收的热能来确定这个人在被监控空间内的移动方向。本文中描述了这些功能(即，存在检 测、位置、运动检测和方向检测）中的每个功能的示例。
[0077] 图5为示出了一个人424就坐于图4的被监控空间320中的计算机工作站426处 的侧视图。在示出的示例中，该人424几乎完全坐在区域322b内，除了与在计算机工作站 426处的作业相关联的相对较小的移动之外，可以认为该人424基本上保持不动。
[0078] 在示出的构型中，检测器100被安装到该人424和计算机工作站426所位于的房 间的墙壁上。如本文所描述的，在一些实施方式中，检测器100能够对人424的存在进行检 测，并且在一些实施方式中，检测器100能够检测人424在被监控空间320内的近似位置。 在工作站426处的人424将以一定量的特定波长的热能发射（S卩，辐射）到被监控空间中。 一般而言，被监控空间中的其它物品(例如，计算机等）也会将热能辐射到被监控空间中。
[0079] 图6为可被检测器100用来对图5中的人存在于被监控空间320中进行识别的示 例性方法的流程图。
[0080] 根据示出的方法，入射热能(包括来自人424的热能和来自被监控空间320中的其 它物品的热能）行进经过房间并且到达(步骤530)检测器100的透镜阵列104。
[0081] 透镜阵列104将入射热能的某部分引导(步骤532)到热传感器模块102的至少一 部分上。
[0082] 作为响应，热传感器模块102产生(步骤534)基本上与入射热能的被引导至热传 感器模块102的部分成比例的直流输出。只要在热传感器模块处接收到的热能保持恒定， 直流输出即基本上保持恒定。因而，只要人424在被监控空间320中基本上保持静止并且 在被监控空间320中不存在其它显著的热变化，直流输出即会基本上保持恒定。
[0083] 处理器302 (在536处)对来自热传感器模块102的直流输出是否表不人存在于被 监控空间320中进行考察。该判定可以例如通过将直流输出与阈值进行对比而完成。假如 来自热传感器模块102的直流输出表示人存在于被监控空间320中，则处理器(在538处） 提供其判定的适当的指示。该指示可以用于例如控制被监控空间的各种环境状况(例如，将 被监控空间320中的灯打开)。
[0084] 如果处理器(在536处）确定来自与区域322b相关联的一个或更多个热感测装置 的直流输出并不表示人存在于被监控空间320中，则继续进行监控。
[0085] 在一些实施方式中，检测器100能够确定人424在被监控空间320内的近似位置。 更具体地，在这些实施方式中，检测器100能够确定人424主要存在于被监控空间320的区 域322b中。通过该信息，处理器302能够控制各种相关联的功能(例如，对位于被监控空间 的特定区域中的灯进行控制)。
[0086] 图7为可被检测器100用来识别图5中的人424存在于被监控空间320中的哪个 区域中的示例性方法的流程图。
[0087] 根据示出的方法，入射热能(包括来自人424的热能和来自被监控空间320中的其 它物品的热能）行进经过房间并且到达(步骤630)检测器100的透镜阵列104。
[0088] 透镜阵列104将入射热能的某部分引导(步骤632)到热传感器模块102的至少一 部分上。更具体地，阵列中的与人424所位于的区域322b相对应的一个或更多个透镜将来 自该区域322b的入射热能的一大部分引导到热传感器模块102的特定部分上(例如，引导 到与区域322b逻辑上相关联的一个或更多个特定热感测装置上)。
[0089] 在步骤632中，与区域322b逻辑上相关联的一个或更多个热感测装置产生(步骤 634)基本上与入射热能的被引导至这些热感测装置的部分成比例的直流输出。只要在这些 热感测装置处接收到的热能保持恒定，来自这些感测装置的直流输出即基本上保持恒定。 因而，只要人424在被监控空间320的区域322b中基本上保持静止并且在区域322b中不 存在其它显著的热变化，直流输出即基本上保持恒定。
[0090] 处理器302 (在636处）对来自与区域322b相关联的一个或更多个热感测装置的 直流输出是否表示人存在于区域322b中进行考察。该判定可以例如通过将直流输出与阈 值进行对比来完成。假如所述直流输出表示人存在于区域322b中，处理器(在638处)提供 其判定的适当的指示。该指示可以用于例如对区域322b的各种环境状况进行控制(例如， 将区域322b中的灯打开)。
[0091] 如果处理器(在636处）判定来自与区域322b相关联的一个或更多个热感测装置 的直流输出并不表示人存在于区域322b中，则继续进行监视。
[0092] 在一些实施方式中，图1的检测器100被配置成通过生命体(例如，人)穿过被监控 空间(例如，320 )而对运动进行检测。
[0093] 图8为示出了坐在图5中的计算机工作站426处的人424站立起来并且从区域 322b行走到区域322c的侧视图。
[0094] 检测器100被安装到其中人424正在行走的房间的墙壁上。
[0095] 如本文中所描述的，在一些实施方式中，检测器100被配置成能够对人的穿过被 监控空间320的运动进行检测。人424将一定量的特定波长的热能发射（S卩，辐射）到被监 控空间中。一般而言，被监控空间中的其它物品(例如，计算机等)也会将热能辐射到被监控 空间中。
[0096] 图9为可被检测器100用来对图8中的人正移动穿过被监控空间320进行识别的 示例性方法的流程图。
[0097] 如上所述，参照图5,当人基本上不动并且坐在区域322b中的计算机工作站426处 时，透镜阵列104将基本上恒定量的热能引导到热传感器模块102的各个部分。当人从区 域322b移动到区域322c (并且越过区域322c)时，传输到热传感器模块102的各个部分的 热能分布发生变化。这是由于透镜阵列104产生的相对较高输出信号和相对较低输出信号 交替的区域。
[0098] 更具体地，当人从区域322b (其可以与透镜阵列中的第一高输出信号区域相对应） 移动到区域322c (其可以与透镜阵列中的第二高输出信号区域相对应）时，这个人会穿过 与透镜阵列的低输出信号区域相对应的区域。这个区域在图8中由区域322b与区域322c 之间的坚向虚线表示。当人行走穿过与透镜阵列的低输出信号区域相对应的区域时，传输 到热传感器模块的各个部分的热分布发生变化。
[0099] 在典型的实施方式中，这种变化能够由处理器302检测到，检测器302能够产生适 当的输出。
[0100] 图10为示出了图1中的适于感测被监控空间（例如，320)内的运动的检测器100 的一个【具体实施方式】的示意图。
[0101] 图1〇中的检测器1〇〇具有传感器模块102,该传感器模块102具有两个热感测装 置424a、424b。所示出的检测器100的透镜阵列将被监控空间320分成六个离散区域，在示 出的示例中六个离散区域中的每个区域被标记为"A"或"B"。在图9的示例中，区域322b 可以被认为是"A"区域，而区域322c可以被认为是"B"区域。
[0102] 在示出的示例中被标记为"A"的区域与热感测装置424a相对应，而在示出的示例 中被标记为"B"的区域与热感测装置424b相对应。换言之，示出的检测器100的透镜阵列 (在图10中未示出）将来自标记为"A"的区域的入射热能引导到热感测装置424a上，并且 示出的检测器100的透镜阵列将来自标记为"B"的区域的入射热能引导到热感测装置424b 上。
[0103] 如所示出的，热感测装置424a和424b的输出端子连接到可选的输出装置426a和 426b。输出装置426a和426b可以是放大器或任何类型的电接头。每个输出装置426a、426b 均产生与在相应的一个热感测装置处接收到的热能成比例的直流输出（在示出的示例中被 标记为Adc;和B dc)。
[0104] 如所示出的，每个输出装置426a和426b均连接到微分器428。在典型的实施方式 中，微分器428包括有这样的电路系统：该电路系统被配置成基于直流输出（A DC；和BDC；)而产 生表不直流输出（ADC；和BDC)之间的差的变化率的输出信号。在不出的不例中，微分器328 的输出信号被标记为"d(A-B)/dt"。
[0105] 在典型的实施方式中，输出装置426a、426b的输出端子和微分器428的输出端子 连接到处理器(例如，302)，该处理器可以是图1中的集成电路106的一部分或可以完全位 于检测器100的外部。
[0106] 应当理解的是，将多区域光学元件(例如，图1的透镜阵列104)添加到基于直流的 热传感器(例如，如图1中所示的具有一个或更多个热感测装置的热传感器102)提供了这 样的优点：能够针对生命体从一个区域到下一个区域的运动来记录信号变化。
[0107] 一般而言，在操作期间，如果人进入被监控空间320中的"A"区域中的一个，热感 测装置424a的直流输出将增大，并且如果人移动出该"A"区域，热感测装置424a的直流输 出将减小。同样地，如果人进入被监控空间320中的"B"区域中的一个，热感测装置424b 的直流输出将增大，并且如果人移动出被监控空间320中的"B"区域中的一个，热感测装置 424b的直流输出将减小。因此，当人从"A"区域移动到相邻的"B"区域时，热感测装置424a 的直流输出减小并且热感测装置424b的直流输出同时增大。在典型的实施方式中，微分器 428基于这种事件产生时间导数信号，该时间导数信号较大并且相对较容易通过使用相对 较基础的模拟电路或数字电路进行鉴别。
[0108] 值得注意地，在操作期间，即使人静止不动，示出的传感器装置100也产生直流输 出。该信号能够被用于检测生命体的存在，并且根据光学区域是如何设置的，特别是相对于 热传感器102是如何设置的，也可以提供关于人的近似位置的额外信息。
[0109] 在一些实施方式中，除了检测生命体穿过被监控空间的运动之外，检测器100还 能够确定生命体的运动的方向。关于这一点，一旦基于从透镜阵列传输到热传感器模块102 的热能的变化分布检测到了运动，即可以通过精确地检查热能分布在多个不同的热感测装 置(或热感测装置组）中的每一个处是如何变化的来确定运动的方向。例如，如果"A"区域 信号变化发生在"B"区域信号之前或如果微分的信号的极性为正，则运动是沿某一方向的； 而如果"B"信号发生在"A"信号之前或微分的信号为负，则运动是沿相反方向的。
[0110] 在一些实施方式中，检测器1〇〇的处理功能通过微控制器单元(MCU)在数字域中 执行。图11为示出了其中检测器100包括四个热感测装置424a-424d的示例的示意图。复 用器和模拟-数字（A/D)转换器1150将热感测装置424a-424d的输出转换到数字域，并且 通过适当的接口 1152 (在示出的示例中为I2C总线）将该输出传送至微控制器单元（MCU) 1154。MCU可以位于传感器本身的外部并且可以是承载（host)传感器100的其它设备(例 如，电视机、计算机、移动装置、家用产品)的一部分。在示出的实施方式中，软件应用自身通 常驻存于MCU中并且由软件代码限定。
[0111] 已经描述了本发明的许多实施例。然而，应当理解的是，在不脱离本发明的精神和 范围的情况下可以做出各种改型。
[0112] 例如，用于支持本文中公开的检测器功能的基于计算机的处理器、基于计算机的 存储器和/或任何其它电路可以适当地位于检测器的外部。
[0113] 本说明书提供了许多实施方式细节。然而，这些细节不应当理解为对本公开的范 围或要求保护的内容的限制。相反，这些细节是特定于本公开的特定实施方式或实施例的 特征的描述。在独立实施方式的背景下所描述的特定特征能够以组合的方式在单个实施 方式中实施。另一方面，在单个实施方式的背景下所描述的各个特征能够在不同的多个实 施方式中实施或以特征的任何适合的子组合的方式实施。此外，尽管特征可以被描述为以 特定组合的方式产生作用，但在一些情况下能够从该组合中省去这些特征中的一个或更多 个。
[0114] 类似地，在本文中将操作描述为以特定次序发生。然而，这不应当理解为是需要这 些操作以示出的次序或以连续的次序来执行，或是需要实际地执行所有的操作以实现期望 的结果。在某些情况下，可以实施并且期望多重作业和并行处理。此外，本文中公开的处理 的一些步骤和功能可以完全省去。
[0115] 此外，在本文中所描述的实施方式中的各系统部件的分离状态不应当理解为在所 有的实施方式中需要这种分离，并且应当理解的是，所描述的部件和系统一般能够以单个 产品的形式集成到一起或被封装成多个产品。
[0116] 部件和子部件的实际尺寸和相对布置能够有很大变化。透镜阵列的设计能够有很 大变化。
[0117] 处理器可以适于基于其从热感测装置处接收到的信息来提供额外的功能，包括提 供以下功能：测量所有区域的平均温度，测量单个的区域束的平均温度。处理器可以适于对 恒温器进行控制，以便进行房间温度控制、过热控制。检测器100可以集成到火灾检测系统 中。在将传输窗调节成某气体(例如，波长为4. 26 μ m的C02气体)的吸收波长的情况下，还 能够进行气体检测。
[0118] 检测器的其它应用包括但不局限于：照明开关、防盗报警器、显示开关和控制(例 如，电视机、计算器、移动装置)、家用产品的控制、家用器具、汽车应用、和智能家居应用甚 至手势识别。
【权利要求】
1. 一种被配置成对被监控空间中的存在和运动进行感测的设备，所述设备包括： 一个或更多个热感测装置，每个热感测装置均被配置成产生直流输出，所述直流输出 保持在基本上与在该热感测装置处接收到的热能的量成比例的水平；以及 透镜阵列，所述透镜阵列耦合至所述一个或更多个热感测装置，其中，所述透镜阵列包 括多个透镜，每个透镜被配置成将来自位于所述被监控空间内的多个光学限定的空间区域 中的相应一个区域的入射热能引导到所述一个或更多个热感测装置上。
2. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述透镜阵列产生交替区域，所述交替区域为所 述入射热能的相对较高输出信号的区域和所述入射热能的相对较低输出信号的区域。
3. 根据权利要求2所述的设备，其中，所述相对较低输出信号的区域与所述被监控空 间内的所述空间区域之间的虚拟分割线相对应。
4. 根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述一个或更多个热感测装置选自下列装置 构成的组：微机电（MEMs)红外传感器、热电堆、福射热计、和基于半导体的红外传感器。
5. 根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述透镜阵列的透镜选自以下元件构成的 组：菲涅耳透镜阵列、菲涅耳带阵列、全息光学元件、衍射光学元件、折射光学元件和二元光 学元件。
6. 根据权利要求1或2所述的设备，还包括：耦合到所述一个或更多个热感测装置的 基于计算机的处理器和耦合到所述处理器的基于计算机的存储装置， 其中，所述存储装置存储有指令，所述指令在被所述处理器执行时，使所述处理器： 基于从所述一个或更多个热感测装置接收到的数据来确定在所述被监控空间中是否 有生命体存在或是否有生命体在移动。
7. 根据权利要求6所述的设备，其中，确定在所述被监控空间中是否有生命体存在或 是否有生命体在移动包括：对从第一直流输出得出的信号和从第二直流输出得出的信号进 行评估，所述第一直流输出来自所述热感测装置中的第一热感测装置，所述第二直流输出 来自所述热感测装置中的第二热感测装置。
8. 根据权利要求6所述的设备，其中，确定在所述被监控空间中是否有生命体存在或 是否有生命体在移动包括：对从第一直流输出得出的信号进行评估，所述第一直流输出来 自所述热感测装置中的第一热感测装置；以及使所述得出的信号与第二直流输出的输出相 关，所述第二直流输出来自所述热感测装置中的第二热感测装置。
9. 根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述透镜阵列中的第一透镜被配置成将来自 所述被监控空间中的所述物理区域中的相应一个区域的入射热能引导到所述热感测装置 中的第一热感测装置上并且引导到所述热感测装置中的第二热感测装置上。
10. 根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述透镜阵列中的第一透镜被配置成将来 自所述被监控空间中的所述物理区域中的相应第一区域的入射热能引导到所述热感测装 置中的第一热感测装置上，而不引导到所述热感测装置中的第二热感测装置上，并且 其中，所述透镜阵列中的第二透镜被配置成将来自所述被监控空间中的所述物理区域 中的相应第二区域的入射热能引导到所述热感测装置中的第二热感测装置上，而不引导到 所述热感测装置中的第一热感测装置上。
11. 一种对被监控空间中的存在和运动进行感测的方法，所述方法包括以下步骤： 在透镜阵列处接收来自位于所述被监控空间内的多个物理区域的入射热能，其中，所 述透镜阵列包括多个透镜； 将在每个透镜处接收到的入射热能引导到一个或更多个热感测装置上，所述一个或更 多个热感测装置光耦合到所述透镜阵列；以及 通过所述一个或更多个热感测装置产生直流输出，所述直流输出保持在与由所述透镜 中的一个或更多个透镜引导到所述一个或更多个热感测装置的热能的量成比例的水平。
12. 根据权利要求11所述的方法，其中，所述透镜阵列提供光学区域，其中在各个区域 上具有不同的输出信号，由此形成交替区域，所述交替区域为所述入射热能的相对较高输 出信号的区域和所述入射热能的相对较低输出信号的区域， 其中，所述相对较低输出信号的区域与所述被监控空间内的在所述光学上限定的空间 区域之间的虚拟分割线相对应，并且 其中，对所述被监控空间中的运动进行感测包括以下步骤： 当生命体在所述被监控空间中从所述物理区域中的第一区域移动到所述空间区域中 的第二区域时，对由所述透镜阵列引导到所述热感测装置中的一个或更多个热感测装置的 热能的量的变化导致的所述直流输出的变化进行感测。
13. 根据权利要求11或12所述的方法，还包括以下步骤： 在基于计算机的处理器处接收来自所述一个或更多个热感测装置的数据；以及 通过所述基于计算机的处理器，基于从所述一个或更多个热感测装置接收到的数据来 确定在所述被监控空间中是否有生命体存在或是否有生命体在移动。
14. 根据权利要求13所述的方法，其中，确定在所述被监控空间中是否有生命体存在 或是否有生命体在移动包括：对从第一直流输出和第二直流输出得出的差分信号进行评 估，所述第一直流输出来自所述热感测装置中的第一热感测装置，所述第二直流输出来自 所述热感测装置中的第二热感测装置。
15. 根据权利要求13所述的方法，还包括以下步骤： 通过所述处理器，基于从所述一个或更多个热感测装置接收到的数据来确定在所述被 监控空间中移动的生命体的移动方向。
【文档编号】G01P13/00GK104111117SQ201410156203
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年4月17日 优先权日:2013年4月22日
【发明者】尤尔根·席尔茨, 沃尔夫冈·施密特, 亚瑟·约翰·巴洛 申请人:埃赛力达技术公司