專利名稱：物體檢測(cè)發(fā)光系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體地涉及一種發(fā)光系統(tǒng)，并且具體地涉及使用發(fā)光系統(tǒng)發(fā)射的 可見光來檢測(cè)物體。
背景技術(shù)：
自從20世紀(jì)90年代以來已知白色發(fā)光二極管(下文稱為"LED")可以 提供以一些方式再現(xiàn)具有更高效率的白熾發(fā)光系統(tǒng)或者熒光發(fā)光系統(tǒng)的光。 這些LED也幾乎瞬間發(fā)光(很快打開)并且也幾乎瞬間停止發(fā)光(很快的 關(guān)斷響應(yīng))。然而直至最近，這些LED也不能在單個(gè)單元中表現(xiàn)出足以提 供給環(huán)境發(fā)光或者成為燈和光源一部分的功率輸出。在這幾年，LED已經(jīng)成 為手電筒或者以下小型發(fā)光設(shè)備的一部分，這些小型發(fā)光設(shè)備可以用于閑暇 或者用作為僅需少量電功率消耗的安全發(fā)光。LED已經(jīng)數(shù)十年地用作為不同 類型的設(shè)備、工業(yè)應(yīng)用和家用設(shè)備中的遙控器和傳感器中的光源。
如今，許多制造商開發(fā)LED以便使它們成為比如汽車業(yè)中的前燈、家 用或者工業(yè)應(yīng)用中的燈、以及街燈或者發(fā)光體這樣的需要大功率發(fā)光的應(yīng)用 的一部分。與LED相關(guān)的優(yōu)點(diǎn)包括借助增加電到可見光轉(zhuǎn)換效率的更低 功率消耗、更久的壽命、更快的開關(guān)時(shí)間、從它們輸出的光的相對(duì)方向性以 及允許開發(fā)特殊設(shè)計(jì)的緊湊性。LED有望在數(shù)年內(nèi)成為取代當(dāng)前使用的白熾 發(fā)光系統(tǒng)和熒光發(fā)光系統(tǒng)的大功率發(fā)光系統(tǒng)的一部分。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種新穎的物體檢測(cè)發(fā)光系統(tǒng)。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種使用可見光來檢測(cè)物體的新穎方法。 因此，根據(jù)本發(fā)明，提供一種使用可見光來檢測(cè)物體的方法，該方法包 括以下步驟提供發(fā)射可見光的可見光源，該可見光具有可為人所見的第一 功能；將光源控制器連接至可見光源；在預(yù)定模式下驅(qū)動(dòng)可見光源發(fā)射可見 光；接收發(fā)射的可見光在物體上的反射/反向散射；以及根據(jù)接收的反射/反 向反射和預(yù)定模式來識(shí)別物體的位置。
另外根據(jù)本發(fā)明，提供一種物體檢測(cè)發(fā)光系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括光源，發(fā)
射可見光以及具有為了照明環(huán)境和為了向環(huán)境中的人發(fā)射信號(hào)中的至少一
個(gè)而發(fā)射可見光的第一功能；光源控制器，連接至光源以在預(yù)定模式下驅(qū)動(dòng) 光源發(fā)射可見光；光檢測(cè)器，相對(duì)于光源來定位以及適于檢測(cè)由物體反射/ 反向散射的可見光；以及數(shù)據(jù)/信號(hào)處理器，連接至光源控制器和光學(xué)檢測(cè)器 以從光學(xué)檢測(cè)器接收檢測(cè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)/信號(hào)處理器根據(jù)預(yù)定模式和檢測(cè)數(shù)據(jù)來 產(chǎn)生與物體相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)輸出。


已經(jīng)如是概述了本發(fā)明的性質(zhì)，現(xiàn)在將對(duì)通過舉例說明來給出本發(fā)明實(shí) 施例的附圖進(jìn)行參照，在附圖中-
圖1是示出了本發(fā)明的物體檢測(cè)發(fā)光系統(tǒng)的框圖2是示出了從脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)與簽名調(diào)制(signature modulation)的組 合獲得的圖1的物體檢測(cè)發(fā)光系統(tǒng)的光信號(hào)的示意圖3是示出了與來自高亮度白色LED的未過濾光相比而言，隨時(shí)間變化 的藍(lán)色光的幅值的曲線圖4是示出了與來自與另一濾光器(filter)隔離的熒光發(fā)光體(phosphor light emission)的光相比而言，高亮度白色LED發(fā)射的隨時(shí)間變化的藍(lán)色光 的幅度的曲線圖5是用于圖1的物體檢測(cè)發(fā)光系統(tǒng)的具有多個(gè)檢測(cè)器的替代傳感器配 置的示意圖6是用于圖1的物體檢測(cè)發(fā)光系統(tǒng)的具有掃描機(jī)構(gòu)的替代傳感器配置 的示意圖7是用于圖1的物體檢測(cè)發(fā)光系統(tǒng)的具有檢測(cè)器陣列的替代傳感器配
置的示意圖；以及
圖8是用于圖1的物體檢測(cè)發(fā)光系統(tǒng)的具有光源陣列的替代傳感器配置 的示意圖。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)Dl，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的物體檢測(cè)發(fā)光系統(tǒng)大致地示出為10。 系統(tǒng)10具有可見光源12。可見光源12具有第一功能，即發(fā)射具有足夠 強(qiáng)度的可見光，使得用戶可以通過人類視覺(humanvision)以直接方式(通 過看光源12)或者間接方式(來自場(chǎng)景照明)從它的環(huán)境中收集信息，無(wú)論 是通過環(huán)境的照明還是信號(hào)的發(fā)射。這樣的發(fā)光系統(tǒng)的例子除了其它例子之 外特別地包括燈、照明器、標(biāo)志和顯示器、狀態(tài)指示器。在優(yōu)選實(shí)施例中， 可見光源12根據(jù)系統(tǒng)10的所選應(yīng)用而具有一個(gè)或者多個(gè)LED，下文描述其 中數(shù)個(gè)應(yīng)用。聊舉數(shù)例，可見光源12例如可以是家用發(fā)光固定裝置(例如 燈、照明器)、交通燈、街燈系統(tǒng)、車前燈、尾燈和/或剎車燈的形式。
可見光源12連接至光源控制器14以便被驅(qū)動(dòng)而產(chǎn)生光。除了發(fā)出光之 外，當(dāng)物體A (物體可以包括固體、空氣傳播粒子、氣體和液體，只要該物 體提供足以檢測(cè)到的反射光)是光源12所照明的環(huán)境/場(chǎng)景的一部分時(shí)，系 統(tǒng)10還執(zhí)行對(duì)這些物體的檢測(cè)。因而，光源控制器14以預(yù)定模式驅(qū)動(dòng)可見 光源12，使得發(fā)射的光例如通過幅度調(diào)制或者脈沖發(fā)光來采用光信號(hào)的形 式。
這些光信號(hào)是這樣的信號(hào)；在提供所需發(fā)光的同時(shí)，通過數(shù)據(jù)/信號(hào)處理 器18和光源控制器14，使得這些光信號(hào)可以用來提供應(yīng)用所需的發(fā)光照明 水平。這意味著存在可檢測(cè)信號(hào)。因而，有可能通過足夠快地調(diào)制光信號(hào)(例 如高于100Hz頻率)以至于人眼覺察不到并且使平均光功率等效于連續(xù)光 源，來獲得等效于連續(xù)光源的光水平。
在一個(gè)實(shí)施例中，光源控制器14被設(shè)計(jì)為提供照明驅(qū)動(dòng)信號(hào)，比如恒 定DC信號(hào)或者脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)，該信號(hào)通常在發(fā)光系統(tǒng)中用來產(chǎn)生 所需照明和控制它的強(qiáng)度。照明驅(qū)動(dòng)信號(hào)由控制器14的照明驅(qū)動(dòng)器子模塊 14A產(chǎn)生。調(diào)制/脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)提供遠(yuǎn)程物體檢測(cè)所需的快速調(diào)制/脈沖序列。 這一調(diào)制/脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)由控制器14的調(diào)制驅(qū)動(dòng)器子模塊14B產(chǎn)生。可以獨(dú)
立地或者組合產(chǎn)生兩個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。驅(qū)動(dòng)信號(hào)的定序(sequencing)由數(shù)據(jù)/信 號(hào)處理器18控制。
參照?qǐng)D2，考慮將調(diào)制和脈沖化這二者組合以向發(fā)射的光提供簽名 (signature)。具體而言，在圖2中圖示了以下簽名調(diào)制，該簽名調(diào)制與脈 沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)組合以便產(chǎn)生將調(diào)制和脈沖化這二者組合的光信號(hào)。當(dāng)多個(gè)物品 在使用發(fā)光系統(tǒng)10時(shí)，適當(dāng)?shù)厥褂妹}沖化和調(diào)制這一組合以避免信號(hào)之間 的干擾。例如，如果多數(shù)汽車配備物體檢測(cè)發(fā)光系統(tǒng)10，則有利地使用調(diào)制 和脈沖化的組合。
可見光源12在優(yōu)選實(shí)施例中具有LED。具體而言，LED很適合用于具 有可以將LED強(qiáng)度高速高效調(diào)制/脈沖化的發(fā)光系統(tǒng)10中。利用這一可能性， 為標(biāo)準(zhǔn)發(fā)光應(yīng)用而已經(jīng)安裝的當(dāng)前發(fā)光系統(tǒng)可以用作為感測(cè)應(yīng)用的光源12。
這些應(yīng)用的范圍從用于家庭發(fā)光控制的存在檢測(cè)(presence detection) 到用于自適應(yīng)巡游控制的汽車之間的距離測(cè)量、通過霧或者煙的檢測(cè)以及進(jìn) 行對(duì)排氣的光譜測(cè)量或者煙霧撿測(cè)。
檢測(cè)器16與可見光源12相關(guān)聯(lián)。檢測(cè)器16是提供用來收集例如由物 體A反射或者漫射(即反向散射)的光信號(hào)的一個(gè)(或者多個(gè))光檢測(cè)器。 光信號(hào)也可以來自作為此光的直接光源的物體A(比如遙控器)，以便通過 光檢測(cè)器16將信息發(fā)送到數(shù)據(jù)/信號(hào)處理器。光學(xué)檢測(cè)器16例如是光電二極 管、雪崩光電二極管(APD)或者光電倍增器(PMT)中的任一個(gè)。
濾光器(filter)通常設(shè)置有檢測(cè)器16以控制從除發(fā)光系統(tǒng)10以外的光 源發(fā)射的環(huán)境光背景。濾光器也可以用于光譜測(cè)量和增強(qiáng)光源12的性能。 例如，在圖3中圖示了與表示為L(zhǎng)2的未過濾光信號(hào)相比而言，表示為L(zhǎng)1的 過濾為藍(lán)色的來自白色LED的脈沖可見光信號(hào)。在白色LED的情況下，所 用熒光體由于熒光發(fā)光生命期而以某一時(shí)間延遲地將LED結(jié)的藍(lán)色光轉(zhuǎn)換 成可見光。
在一些應(yīng)用中，在檢測(cè)中進(jìn)行恰當(dāng)波長(zhǎng)濾光的情況下，優(yōu)選地使用白色 熒光LED的發(fā)射譜的藍(lán)色部分L1'以允許更快的光調(diào)制，這是因?yàn)樗{(lán)色部分 Ll'不會(huì)受到熒光材料慣有的調(diào)制速度降低的影響，如圖4中L2'所示。這將 允許更快的調(diào)制速度或者光脈沖，而又保持用于場(chǎng)景照明的白色LED的寬 帶照明。 數(shù)據(jù)/信號(hào)處理器18連接至檢測(cè)器16并且從檢測(cè)器16接收所檢測(cè)的光 數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)/信號(hào)處理器18也連接至光源控制器14以便從光源控制器14 ,妾 收驅(qū)動(dòng)信號(hào)。數(shù)據(jù)/信號(hào)處理器18具有處理單元(例如CPU)，從而相比于 在與光源控制器14的驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)，可以解釋來自檢測(cè)器16的檢測(cè)到的光數(shù)據(jù)， 這提供了與可見光源12發(fā)射的光信號(hào)的預(yù)定發(fā)射模式有關(guān)的信息。
因而，根據(jù)在驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)與檢測(cè)的光數(shù)據(jù)之間的關(guān)系(例如相位差、相對(duì) 強(qiáng)度、譜內(nèi)容、飛行時(shí)間等)，數(shù)據(jù)/信號(hào)處理器18可以計(jì)算關(guān)于物體的〈言 息(例如存在、距離、移位速度、組成、尺度)?？梢耘c數(shù)據(jù)/信號(hào)處理器 18相關(guān)聯(lián)地設(shè)置數(shù)據(jù)庫(kù)20,以便提供歷史數(shù)據(jù)或者表格數(shù)據(jù)，以加速物體 參數(shù)的計(jì)算。
數(shù)據(jù)/信號(hào)處理器18鑒于它所執(zhí)行的計(jì)算來控制光源控制器14，從而J空 制可見光源12的光輸出。例如，可以要求可見光源12增加或者減少它的強(qiáng) 度或者和改變它輸出的參數(shù)。
此外，數(shù)據(jù)/信號(hào)處理器18可以用以下方式將計(jì)算輸出發(fā)送到外部系統(tǒng) B:使得外部系統(tǒng)B對(duì)數(shù)據(jù)/信號(hào)處理器18所提供的信息進(jìn)行作用。例如， 外部系統(tǒng)B可以是車輛的巡游控制系統(tǒng)的處理單元。作為另一非唯一例子， 外部系統(tǒng)B可以是交通燈中央控制單元。外部系統(tǒng)B也可以將待使用的輸入 參數(shù)給予數(shù)據(jù)/信號(hào)處理器18。這些參數(shù)可以是對(duì)當(dāng)前校準(zhǔn)所要執(zhí)行的調(diào)整、 針對(duì)當(dāng)前應(yīng)用而要實(shí)施的新程序、或者待添加至數(shù)據(jù)庫(kù)20的數(shù)據(jù)。
檢測(cè)器16和數(shù)據(jù)/信號(hào)處理器18的配置依賴于應(yīng)用的需求。在許多應(yīng)用 中的一個(gè)難點(diǎn)在于當(dāng)多個(gè)物體位于光源12和光檢測(cè)器16的視野內(nèi)的不同 位置時(shí)獲得適當(dāng)?shù)木嚯x測(cè)量。在這樣的情況下，視野中的各物體將在根據(jù)它 的實(shí)際距離和反射率來加權(quán)，貢獻(xiàn)于最終距離值。應(yīng)對(duì)這一問題的方式之一 是約束一個(gè)或者多個(gè)檢測(cè)器的視野，這限制了所探測(cè)的空間體積。根據(jù)應(yīng)用 所要求的規(guī)范來安排傳感器配置。
參照?qǐng)D5，傳感器配置的替代實(shí)施例涉及到多個(gè)分離的檢測(cè)器16A-至 16D，各檢測(cè)器在由光源12照明并且包括物體Al至A4的空間體積內(nèi)觀測(cè) FOVA至FOVD中的各的固定視野。檢測(cè)器16A至16D的視野窄，或者作 為在必需的距離準(zhǔn)確度與檢測(cè)器數(shù)目之間的折衷而可以是窄視野和寬視野 的組合。光學(xué)檢測(cè)器16例如是光電二極管、APD或者PMT中的任一個(gè)。這 樣的配置以增加部件數(shù)目和降低直觀集成度為代價(jià)來提供設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易性。
在圖6中描繪了傳感器配置的另一替代實(shí)施例。在這一情況下，光源12 對(duì)包圍物體Al至A4的同一場(chǎng)景進(jìn)行照明，但是僅一個(gè)具有窄視野FOV的 分立檢測(cè)器16'與掃描機(jī)構(gòu)50相組合地使用。掃描機(jī)構(gòu)50改變檢測(cè)器所探 測(cè)的照明體積的以下部分，即實(shí)質(zhì)上改變視野FOV至FOV'。同樣，檢測(cè)器 16，可以是光電二極管、APD、 PMT或者其等效物中的任一個(gè)。這一配置使 組件的數(shù)目最小但是要求對(duì)照明體積的依次探測(cè)和對(duì)掃描機(jī)構(gòu)50中移動(dòng)部 分的使用。另外，掃描機(jī)構(gòu)50的運(yùn)動(dòng)必須由數(shù)據(jù)/信號(hào)處理器18激勵(lì)，因?yàn)?掃描機(jī)構(gòu)50的取向會(huì)對(duì)物體位置的計(jì)算具有影響。
在圖7所示傳感器配置的另一替代實(shí)施例中，光源12和照明場(chǎng)景與圖6 的光源和照明場(chǎng)景(物體A1至A4)類似，但是將檢測(cè)陣列16"與包含整個(gè) 照明場(chǎng)景的大視野FOVM—起使用。陣列16"的各像素充當(dāng)具有窄視野的分 離檢測(cè)器并且探測(cè)如在陣列前部的任何輔助光學(xué)器件所確定的照明場(chǎng)景的 具體部分。陣列16"是任何線性或者2維型陣列，比如APD或者光電二極管 陣列、CCD和CMOS傳感器。
在圖8中呈現(xiàn)的另一替代實(shí)施例將對(duì)于從照明視野內(nèi)選擇檢測(cè)視野的需 要轉(zhuǎn)移至光源側(cè)。在這一實(shí)施例中，光源12包括由照明驅(qū)動(dòng)信號(hào)(未經(jīng)調(diào) 制) 一起驅(qū)動(dòng)的多個(gè)單獨(dú)的發(fā)光單元60 (例如LED或者LED的小型群集)， 從而向場(chǎng)景提供持續(xù)照明。
使用光源控制器14內(nèi)的定序部件，可以在循環(huán)中具體持續(xù)時(shí)間內(nèi)，將 各發(fā)光單元60輪流從僅有照明信號(hào)切換至預(yù)定驅(qū)動(dòng)模式所需的調(diào)制信號(hào)(或 者照明信號(hào)和調(diào)制驅(qū)動(dòng)信號(hào)的組合)。表示為60'的調(diào)制光元件僅照明如適 當(dāng)設(shè)計(jì)的輔助光學(xué)器件61所確定的具有窄視野FOVS的場(chǎng)景的一部分，而 向其它元件60僅饋給照明驅(qū)動(dòng)信號(hào)，從而無(wú)調(diào)制地照明場(chǎng)景的其余部分。 輔助光學(xué)器件61可以根據(jù)應(yīng)用而采用各種形式(例如體器件、光纖)。
在指定的持續(xù)時(shí)間之后，另一元件60切換至調(diào)制模式而初始元件60'退 回至僅有照明驅(qū)動(dòng)信號(hào)。根據(jù)對(duì)控制驅(qū)動(dòng)定序的數(shù)據(jù)/信號(hào)處理器18 (如圖1 中所示)的編程來重復(fù)這一操作。實(shí)質(zhì)上，在照明的空間體積中，以離散步 長(zhǎng)來掃描該調(diào)制或者脈沖光發(fā)射。
在這樣的配置中，具有包含整個(gè)照明場(chǎng)景的大視野FOVL的分離檢測(cè)器
16將僅對(duì)FOV內(nèi)的物體(例如圖8中的物體A3)敏感。同樣，分離檢測(cè)器 16可以是光電二極管、APD、 PMT或者其等效物中的任一個(gè)。這一配置很 好地適應(yīng)于光源12是或者可以是一組發(fā)光元件的應(yīng)用并且以可能降低調(diào)制 或者脈沖源的亮度、輔助源光學(xué)器件的更復(fù)雜設(shè)計(jì)以及對(duì)感興趣的空間體積 的依次探測(cè)為代價(jià)來簡(jiǎn)化檢測(cè)級(jí)設(shè)計(jì)。
在汽車業(yè)中的使用
在汽車業(yè)和城市電源管理效率的領(lǐng)域中尋求解決方案，而發(fā)光系統(tǒng)10 特別好地適合于這樣的應(yīng)用。例如，汽車業(yè)在尋求用以檢測(cè)和測(cè)量與汽車周 圍的汽車和行人的距離的自動(dòng)化手段，以便在碰撞防止系統(tǒng)中自動(dòng)地控制測(cè) 量的速度和剎車并且用于自適應(yīng)巡游控制。這些碰撞對(duì)于每年諸多死亡和傷 害是有責(zé)任的。
汽車業(yè)在朝著新技術(shù)(例如碰撞防止系統(tǒng)、行人安全系統(tǒng)、盲點(diǎn)檢測(cè)、 占用位置檢測(cè)器等)發(fā)展以便減少與碰撞有關(guān)的災(zāi)禍的數(shù)目。實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的 一種方式是利用發(fā)光系統(tǒng)10自動(dòng)地檢測(cè)沿著道路和在道路旁的障礙并且使 汽車或者司機(jī)相應(yīng)地做出反應(yīng)。
例如，設(shè)想到連結(jié)巡游控制系統(tǒng)(和其它安全系統(tǒng))作為與發(fā)光系統(tǒng)10 相關(guān)聯(lián)的外部系統(tǒng)B。這樣的自適應(yīng)巡游控制可以用來允許汽車自動(dòng)地使它 的速度適應(yīng)于前行汽車。
在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)描述了在汽車中使用LIDAR系統(tǒng)。在這樣的應(yīng)用中， 一般需要激光器用于充分抑制背景太陽(yáng)光或者其它汽車的前燈。另外，為了 覆蓋大視野從而允許看見駕駛路線以及兩邊路線，激光器需要掃描汽車周圍 或者需要使用許多激光器，這使之成為昂貴而復(fù)雜的發(fā)光設(shè)備。
另一方面，發(fā)光系統(tǒng)10可以使用在汽車中已經(jīng)存在的基于LED的前燈 或者信號(hào)燈(或者其它類似固態(tài)發(fā)光設(shè)備)作為光源12，由此無(wú)需移動(dòng)機(jī)械 零件即可覆蓋大視野?？梢哉{(diào)制或者脈沖化前燈的LED以便獲得更容易區(qū) 別于背景燈的能力。由于其它車輛的背景燈也可以配備有發(fā)光系統(tǒng)IO，所以 可以接著掃描(或者比如在光學(xué)頻域反射計(jì)中在時(shí)間上移位)所用頻率，以 便允許在無(wú)可能干擾的情況下區(qū)別大量汽車發(fā)光設(shè)備?？蛇x地，也可以使用 上文針對(duì)圖2描述的簽名調(diào)制方法。
另外，可以通過已知相移或者飛行時(shí)間測(cè)量，來使用幅值調(diào)制或者脈沖， 以獲得在前燈的視野中汽車與其它汽車或者物體(比如行人)之間的距離。 這與自適應(yīng)巡游控制相結(jié)合可以用來控制汽車的速度或者剎車，從而以更低 的成本以及可能以更高效率和在從低預(yù)算汽車到高預(yù)算汽車的所有汽車市 場(chǎng)類別中的更廣普及來避免可能的碰撞。事實(shí)上，在汽車周圍和在汽車中的 所有已經(jīng)安裝的發(fā)光系統(tǒng)(比如剎車、轉(zhuǎn)向燈或者車頂燈)都可以通過將它
們?cè)O(shè)計(jì)/改型(retrofit)成發(fā)光系統(tǒng)10，而以類似方式收集與物體或者個(gè)體的 存在和距離(多達(dá)5至10m)有關(guān)的信息，只要光源12是適用的。也可以 通過對(duì)雪、霧、塵或者雨的光漫射測(cè)量來估計(jì)惡劣天氣中的可見度。警方或 者政府用車甚至可以配備功能更強(qiáng)的檢測(cè)系統(tǒng)以檢測(cè)排放不良?xì)怏w而造成 污染問題的汽車?？紤]的其它應(yīng)用包括停車輔助、盲點(diǎn)檢測(cè)器。
在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中的使用
能量消耗由于能源成本攀升而越來越受到關(guān)注。高效街道發(fā)光功率消耗 以及城市能量預(yù)算在LED投入這一應(yīng)用時(shí)將從LED中受益。與具有分鐘級(jí) 的重燃時(shí)間的當(dāng)前鈉發(fā)光體相比而言，用LED更易于實(shí)現(xiàn)控制光電平。因 此，借助LED，當(dāng)沒有市民在這些燈之下川流不息時(shí)控制街燈電平就變得可 行，而這也允許節(jié)能。
當(dāng)前街燈發(fā)光系統(tǒng)并不允許按需調(diào)整光電平，這對(duì)于使用發(fā)光系統(tǒng)10 而言將是容易實(shí)現(xiàn)的。這種調(diào)整能力允許降低它們的能耗。例如，鈉燈可能 難以在強(qiáng)度上加以調(diào)節(jié)。通常，并不存在檢測(cè)系統(tǒng)或者它們是通?；谝约t 外線檢測(cè)器為基礎(chǔ)的移動(dòng)檢測(cè)傳感器，這些檢測(cè)器可能難以在炎熱的環(huán)境溫 度下檢測(cè)移動(dòng)的人或車輛或者在寒冷天氣檢測(cè)為冬衣所包裹的人。
另外，這樣的檢測(cè)器對(duì)于近程和有限視野更起作用，而由于許多街燈置 于長(zhǎng)柱上，所以它們會(huì)受針對(duì)該應(yīng)用的許多校準(zhǔn)問題所影響。即使街燈表現(xiàn) 出允許它們?cè)趶?qiáng)度上按需調(diào)節(jié)的特征，但是這有可能會(huì)是這樣的檢測(cè)器無(wú)法 置于街燈上的一個(gè)原因。適合的檢測(cè)器將需要覆蓋大視野而不是僅對(duì)熱差異 敏感，其需要在視野內(nèi)靈敏到足以檢測(cè)到卡車以外的行人。最后，也將需要 它在技術(shù)上是可以獲得的并且低成本地加以集成。
交通燈是當(dāng)前使用LED作為光源的另一發(fā)光應(yīng)用。在這一情況下，增 加的輻照度、壽命、開關(guān)時(shí)間和效率對(duì)于該應(yīng)用是有益的。在這后一情況下， 一種改進(jìn)將是通過用發(fā)光系統(tǒng)10的各種部件，而不是使用在道路路面之下 高成本地置于地面中的電感或者電容傳感器，來設(shè)計(jì)/改型這些燈從而向這些 燈添加發(fā)光系統(tǒng)10的特征。
在具有檢測(cè)能力的現(xiàn)有技術(shù)的交通燈情況下，傳感器置于路面之下。然 后，當(dāng)車輛到達(dá)十字路口時(shí)，(通過電感應(yīng)或者電容感測(cè)來)檢測(cè)傳感器并 且利用預(yù)定時(shí)序設(shè)置來激活交通燈。然而，為了在路面之下放置這些傳感器， 需要對(duì)各十字路口進(jìn)行高成本的挖掘工作。
利用這樣的傳感器，僅在傳感器這一級(jí)出現(xiàn)檢測(cè)，所以不能容易地估計(jì) 汽車的速度和數(shù)目。發(fā)光系統(tǒng)10的特征將允許將更多智能實(shí)施于交通燈系 統(tǒng)中，因此更有可能降低汽車事故的風(fēng)險(xiǎn)。
如發(fā)光系統(tǒng)10所提出的那樣使用光檢測(cè)器來檢測(cè)在燈以下或者在燈旁 的汽車使得檢測(cè)更廉價(jià)，因?yàn)闊o(wú)需去除路面以將檢測(cè)器放置就位。維護(hù)和修 理也使得成本更低。另外，使用具有不同視野的多個(gè)檢測(cè)器將允許同時(shí)檢測(cè) 許多車輛和/或它們的速度，這使得它成為用于交通測(cè)量和控制的有用工具。
也可以用先前描述的調(diào)制相移測(cè)量(或者脈沖光的飛行時(shí)間)技術(shù)來測(cè) 量車輛的速度。這里同樣也可以測(cè)量不同天氣條件下的可見度變化。事實(shí)上， 用以發(fā)送由于霧造成的不良可見度條件這一信號(hào)的沿著在河流附近的道路 所見的黃色信號(hào)燈可以用作為以下可見光源，這些可見光源將允許以恰當(dāng)?shù)?br> 檢測(cè)來測(cè)量這樣的可見性。發(fā)光系統(tǒng)10可以用來檢測(cè)在具有具體特定調(diào)制 方案的緊急車輛上放置的編碼光源(如果基于LED則可以是車輛緊急燈本 身)，該調(diào)制方案允許按交通燈的偏好發(fā)送信號(hào)到這些交通燈以使它們變綠。 發(fā)光系統(tǒng)10的光學(xué)檢測(cè)器16可以用來檢測(cè)來自外部(或者其它)光源的編 碼傳入光信號(hào)(encoded incoming light signal)，該光源例如為遙控器這種允 許通信以便針對(duì)當(dāng)前位置和使用要求來控制、校準(zhǔn)或者配置發(fā)光元件的光 源。
也可以通過距離測(cè)量或者通過測(cè)量它們?cè)谘刂鳯ED街道發(fā)光設(shè)備以下 的街道路線的不同點(diǎn)處的通行時(shí)間，來測(cè)量車輛速度。這使得在沒有安裝特 殊設(shè)備或者傳感器時(shí)本來不可能的信息收集能夠?qū)崿F(xiàn)。
甚至可以設(shè)想在兩個(gè)(或者更多)不同波長(zhǎng)實(shí)施對(duì)于來自車輛或者街燈
附近其它源頭的排氣的光譜檢測(cè)(針對(duì)本地安全問題)。不同波長(zhǎng)于是將允 許檢測(cè)(用檢測(cè)不同波長(zhǎng)的兩個(gè)檢測(cè)器)來自氣體的不同吸收或者擴(kuò)散水平 的信號(hào)差異。這里同樣也可以測(cè)量不同天氣條件的可視性變化。
對(duì)于基于LED的發(fā)光體或者街燈，可以通過使用已經(jīng)安裝的發(fā)光設(shè)備
來實(shí)施同一類可能性，從而允許檢測(cè)在燈以下存在的個(gè)體或者車輛，以便相 應(yīng)地控制光電平。當(dāng)檢測(cè)不到流動(dòng)時(shí)，可以降低光電平以減少所需能量。
事實(shí)上，配備了由發(fā)光系統(tǒng)10提供的檢測(cè)能力的街燈和交通燈可以是
允許管理城市內(nèi)部交通和車輛流動(dòng)以及對(duì)交通具有影響的緊急情形這一網(wǎng)
絡(luò)的基礎(chǔ)?？梢酝ㄟ^使它們的數(shù)據(jù)/信號(hào)處理單元18經(jīng)過RF鏈路或者經(jīng)過 電力線與中央外部交通管理系統(tǒng)(即外部系統(tǒng)B)通信來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。
在建筑物應(yīng)用中的使用
在房屋和辦公室內(nèi)部和外部使用燈的情況下，需要考慮兩個(gè)事項(xiàng)。調(diào)節(jié) 它們的強(qiáng)度這一可能性將允許更好地使用能量，而檢測(cè)能力將允許調(diào)節(jié)與房 間使用和用于安全系統(tǒng)的監(jiān)控感測(cè)有關(guān)的光強(qiáng)度。在住宅中和住宅以外使用 的當(dāng)前發(fā)光系統(tǒng)沒有提供對(duì)光電平的自動(dòng)調(diào)節(jié)，或者如果提供該自動(dòng)調(diào)節(jié)， 則它們通常使用與燈罩分開地集成的IR移動(dòng)檢測(cè)器或者它們并不基于對(duì)實(shí) 際發(fā)光本身的檢測(cè)。這造成更高的生產(chǎn)和安裝成本。
在內(nèi)部應(yīng)用中，檢測(cè)可以包括個(gè)體的存在和活動(dòng)以相應(yīng)地控制光電平或 者用于監(jiān)控以取代當(dāng)前移動(dòng)檢測(cè)器(例如在公開場(chǎng)合中，在檢測(cè)到某人時(shí)閃 現(xiàn)廣告)、煙霧檢測(cè)、有害氣體檢測(cè)。由于可以容易地調(diào)制LED發(fā)光設(shè)備， 所以在緊急情形的情況下，可以使它們閃爍使得人們更容易察覺。甚至可以 使沿著出口路徑設(shè)置的不同LED發(fā)光設(shè)備的閃爍順序指示緊急出口的方向。
事實(shí)上，如果建筑物的發(fā)光單元可以通過本地網(wǎng)絡(luò)相互通信，則可以使 它們智能化。該網(wǎng)絡(luò)可以基于無(wú)線通信鏈路、如果一個(gè)單元生成的光可以到 達(dá)其它單元?jiǎng)t可以基于該一個(gè)單元生成的光、或者基于實(shí)際電力線。發(fā)光模 塊之間的通信將允許以沿著人們步行的路徑(例如在走廊中)的順序來點(diǎn)亮 它們。通信能力也可以擴(kuò)展至在房屋內(nèi)集中的外部系統(tǒng)B以記錄常規(guī)的人類 活動(dòng)并且調(diào)節(jié)房屋加熱、安全水平和這些活動(dòng)的舒適度。這樣的信息也可以 由中央安全系統(tǒng)用來檢查可能的緊急情形，比如人在房間中12小時(shí)以上無(wú)活動(dòng)。
有針對(duì)發(fā)光系統(tǒng)10的許多其它應(yīng)用。這包括在住宅、農(nóng)場(chǎng)、工業(yè)建筑 物、商業(yè)建筑物、體育館等中使用的內(nèi)部和外部發(fā)光。
權(quán)利要求
1.一種使用可見光來檢測(cè)物體的方法，包括以下步驟提供發(fā)射可見光的可見光源，所述可見光源具有可為人所見的第一功能；將光源控制器連接至所述可見光源；在預(yù)定模式下驅(qū)動(dòng)所述可見光源發(fā)射可見光；接收發(fā)射的所述可見光在物體上的反射/反向散射；以及根據(jù)接收的所述反射/反向反射和所述預(yù)定模式來識(shí)別所述物體的位置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一功能是照明所述可見光 源的環(huán)境和向所述環(huán)境中的人發(fā)射信號(hào)中的至少一個(gè)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述連接的步驟包括將所述光源 控制器改型成現(xiàn)有的可見光源。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述預(yù)定模式下驅(qū)動(dòng)所述可見 光源的步驟包括脈沖化所述可見光和調(diào)制所述可見光中的至少一個(gè)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中接收所述反射/反向散射的步驟包 括濾除給定的光波長(zhǎng)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中識(shí)別所述位置的步驟包括計(jì)算所 述物體的距離。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中通過測(cè)量在發(fā)射所述可見光與從 所述物體接收所述反射/反向散射之間的時(shí)間延遲來執(zhí)行計(jì)算所述物體的距 離的步驟。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括根據(jù)所述物體的所述位置來觸 發(fā)動(dòng)作的步驟。
9. 一種物體檢測(cè)發(fā)光系統(tǒng)，包括光源，發(fā)射可見光并且具有為了照明環(huán)境和為了向所述環(huán)境中的人發(fā)射 信號(hào)中的至少一個(gè)而發(fā)射可見光的第一功能；光源控制器，連接至所述光源，以在預(yù)定模式下驅(qū)動(dòng)所述光源發(fā)射所述 可見光；光檢測(cè)器，相對(duì)于所述光源來定位并且適于檢測(cè)由物體反射/反向散射的 所述可見光；以及數(shù)據(jù)/信號(hào)處理器，連接至所述光源控制器和所述光檢測(cè)器，以從所述光 檢測(cè)器接收檢測(cè)數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)/信號(hào)處理器根據(jù)所述預(yù)定模式和所述檢測(cè)數(shù) 據(jù)來產(chǎn)生與所述物體相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)輸出。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的物體檢測(cè)發(fā)光系統(tǒng)，其中所述光檢測(cè)器包括 多個(gè)用于檢測(cè)窄范圍的子檢測(cè)器，各子檢測(cè)器組合以覆蓋所述光源的發(fā)射光 的寬范圍。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的物體檢測(cè)發(fā)光系統(tǒng)，還包括掃描機(jī)構(gòu)，與 所述光檢測(cè)器相關(guān)聯(lián)，以使所述光檢測(cè)器的視野在所述光源的發(fā)射光的照明 范圍內(nèi)作掃描運(yùn)動(dòng)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的物體檢測(cè)發(fā)光系統(tǒng)，其中所述光檢測(cè)器具有子檢測(cè)器陣列。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的物體檢測(cè)發(fā)光系統(tǒng)，其中所述光源控制器具 有脈沖/調(diào)制驅(qū)動(dòng)器，用以在所述預(yù)定模式下驅(qū)動(dòng)所述光源發(fā)射可見光；以及照明驅(qū)動(dòng)器，用以驅(qū)動(dòng)所述光源發(fā)射適當(dāng)強(qiáng)度的可見光以照明環(huán)境。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的物體檢測(cè)發(fā)光系統(tǒng)，其中所述光源具有多 個(gè)燈，所述光源的至少一個(gè)所述燈由所述照明驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)以照明所述環(huán)境， 而所述光源的至少另一所述燈由所述脈沖/調(diào)制驅(qū)動(dòng)器在所述預(yù)定模式下驅(qū) 動(dòng)以發(fā)射所述可見光。
15. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的物體檢測(cè)發(fā)光系統(tǒng)，其中所述光檢測(cè)器具有 濾光設(shè)備，用以濾除所述反射/反向散射的可見光中的給定光波長(zhǎng)。
全文摘要
一種物體檢測(cè)發(fā)光系統(tǒng)(10)包括發(fā)射可見光的光源(12)。光源控制器(14)連接至光源(12)，以在預(yù)定模式下驅(qū)動(dòng)光源(12)發(fā)射可見光。光檢測(cè)器(16)相對(duì)于光源(12)設(shè)置以及適于檢測(cè)由物體(A)反射/反向散射的可見光。數(shù)據(jù)/信號(hào)處理器(18)連接至光源控制器(14)和光檢測(cè)器(16)以從光檢測(cè)器(16)接收檢測(cè)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)/信號(hào)處理器(18)根據(jù)預(yù)定模式和檢測(cè)數(shù)據(jù)來產(chǎn)生與物體(A)相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)輸出。
文檔編號(hào)G01S17/08GK101356450SQ200680048009
公開日2009年1月28日 申請(qǐng)日期2006年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月19日
發(fā)明者伊萬(wàn)·米梅奧特, 帕斯卡爾·加朗, 達(dá)尼埃爾·康坦 申請(qǐng)人:國(guó)家光學(xué)研究所