改進的無源紅外運動傳感器的製作方法
2023-05-19 21:40:46 1
專利名稱：改進的無源紅外運動傳感器的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及運動傳感器。
背景技術：
運動傳感器用在安全系統中來檢測所監控空間中的運動。一類傳感器是無源紅外(PIR)運動傳感器，它檢測由於物體(例如人體)及其背景環境之間的溫度差而在遠紅外輻射(8-14微米波長)方面的變化。檢測之後，運動傳感器通常發送指示給主機，主機則啟動侵入」報警」，改變室內照明，開門或實現某種其它功能。
提供運動感測能力的一種途徑是提供紅外攝像機。通過觀察攝相機的輸出可以很容易跟蹤監控空間中的運動。但這種攝相機很昂貴。所以，需要一種使用例如簡單熱電檢測器的簡單而比較便宜的PIR運動傳感器。由於檢測器會佔典型PIR運動傳感器的很大一部分成本(5-10％)，大多數PIR運動傳感器僅採用一個或兩個這種檢測器。
為了用一個或兩個檢測器監控大空間，典型的PIR運動傳感器設計成具有多個光學部件(例如透鏡和鏡面)。這種」複合光學系統」的每個部件把來自所述監控空間的各個子容積中物體的紅外輻射聚焦到出現在檢測器上的圖像中。監控的子容積可以與非監控的子容積交錯，使得產生輻射的目標(例如人)經過一個又一個的子容積而在檢測器上形成」目標輻射/背景輻射/目標輻射」圖案。如果是人，這個圖案就會在檢測器上導致變化的IR輻射。
雖然有效，但利用最少數量檢測器的簡單PIR傳感器會經常產生虛假報警，例如由于波長不在8-14微米波段之內的入射輻射的緣故。這種虛假報警可能促使例如安全人員作出不必要的響應。於是，為了減少虛假報警的可能性，添加了濾光器作為檢測器窗口，以便屏蔽掉白光和近IR光。而且，還加上塗層(在鏡面的情況下)和添加劑(對於透鏡)，以防止白光和近IR光聚焦到檢測器上，減少PIR運動傳感器因例如汽車頭燈照進窗戶而產生虛假報警的可能性。
為進一步減少虛假報警的可能性，檢測器可以包括一對大小相等而極性相反的元件。非聚焦的頻帶外的幅射同樣輻射到兩個元件上，使相等但極性相反的元件發出的信號大致互相抵消。而且，相等但極性相反的元件也減少了因震動和溫度變化而發出的虛假報警。此外，如美國專利No.6,163,025所公開，(所述專利已作為參考包括在本文中)，可以將兩對元件交錯並分開連接，以便產生時間上互相偏移的運動信號。這便於區分運動目標和靜止目標，然而在別的方面卻是問題的來源，例如亮度變化的白光。
但是，本發明認識到』025專利中用於處理時移信號的計算要求是相當多的。本發明關鍵性地認識到需要減少簡單PIR傳感器的虛假報警，同時減少處理要求。此外，也認識到最好簡單的PIR運動傳感器能夠區別較小的運動物體(例如動物)和較大的目標(例如人)，以便僅在出現越權人而非寵物時啟動報警。本發明解決這些關鍵的觀察問題中的一項或多項。
發明概述本發明是一個總體改進了的無源紅外運動傳感器。在以下各方面實現了改進抑制幹擾，和/或確定運動方向，和/或抑制比人小得多的動物運動所產生的信號。
在本發明的第一方面，改進傳感器的光電系統對人的運動作出響應而產生兩個不同頻率的信號。但是，所述系統對於幹擾檢測器的激勵，例如白光、震動、溫度變化、射頻電磁輻射等等，僅產生單一頻率的信號。信號被傳送到信號處理系統，所述系統利用是否存在兩個頻率來區別運動物體和非運動的幹擾激勵。這樣，改進的傳感器就不大可能對那些不是對運動物體而是對幹擾激勵作出響應的運動作出指示。如果是用於檢測人體入侵者的運動傳感器，這就稱為」虛假報警」。而且，傳感器通過評估兩個不同頻率信號之間波形峰值的並列位置就可以確定運動方向，因此，例如，僅僅當人從某一特定方向接近時，傳感器才可用來開門。
在本發明的第二方面，改進傳感器的光電系統從傳感器所監控空間中的子容積二維陣列產生多個信號。傳感器的信號處理系統利用這些信號作為有關運動目標大小的信息，便於抑制由於非人體(例如小動物)的運動而發出的信號。如果需要，可以把這兩方面結合起來，得到在上述三方面都改進的傳感器。
所以，在第一方面，無源紅外(IR)運動傳感器包括第一IR檢測器，當運動物體在所述第一檢測器的檢測容積中通過時第一檢測器輸出具有第一頻率的第一信號。當所述運動物體在第二檢測器的檢測容積中通過時，第二檢測器輸出具有第二頻率的第二信號，處理系統接收所述第一和第二信號並輸出代表運動物體的檢測信號。
在優選實施例中，每個檢測器包括至少兩個元件，第一檢測器的元件定義它們之間的第一個」中心到中心」的間距，而第二檢測器的元件定義它們之間的第二個」中心到中心」的間距。通過使第一檢測器的元件的大小和第二檢測器的元件的大小不同，和/或通過將第一檢測器配置成具有和第二檢測器不同的元件數量，就可實現這一個點。
在一個非限制性實施例中，第一和第二檢測器設置在單一外殼中的共用基底上。在另一實施例中，將第一和第二檢測器互相分開地安裝，第一檢測器監控第一容積空間，所述第一容積空間與第二檢測器所監控的第二容積空間至少部分光學重疊。
在優選實施例中，第一檢測器可以具有至少兩行元件，每行至少兩個元件，並且第二檢測器可以具有至少兩行元件，每行至少兩個元件。第一檢測器所監控的子容積至少部分光學重疊在第二檢測器所監控的子容積上。
在另一個方面，區別所監控空間中的運動物體和非運動物體(其特點在於非持續輻射)的方法包括從第一無源IR檢測器接收第一頻率和從第二無源IR檢測器接收第二頻率，第一和第二頻率不相等。所述方法還包括僅在基本上同時接收到第一和第二頻率時輸出表示有運動物體存在的信號。否則，就不輸出表示有運動物體存在的信號。
在又一個方面，處理系統連接到第一和第二PIR檢測器，僅僅在從這兩個檢測器接收的信號具有相互不同的頻率時才輸出檢測信號。
在再一個方面，運動傳感器包括第一無源IP檢測器，它具有至少兩行元件，每行至少兩個元件。第一無源IP檢測器監控第一子容積空間。第二無源IP檢測器具有至少兩行元件，每行至少兩個元件，並且第二無源IP檢測器監控第二子容積空間。光學系統使第一和第二子容積至少部分光學重疊。
在這個方面的優選實施方案中，第一IP檢測器輸出代表第一維的一個點或多點的第一信號，而第二IP檢測器輸出代表第二維的一個點或多點的第二信號。第一維可以是笛卡爾坐標系中的x維，第二維可以是笛卡爾坐標系中的y維。或者，維數可以是正交維數，例如極坐標中的」r」和」Θ」。
信號可以代表正和負極性，處理器可以利用這些極性來確定物體的運動方向。而且，處理器可以利用這些信號確定活動坐標，至少可以確定運動物體的大小。具體地說，處理器可以確定許多同時活動的坐標是否等於某個閾值，並據此確定是否啟動報警。
在另一個方面，PIR傳感器包括第一檢測器，它配置成輸出代表沿第一維的至少兩個點中的至少一個點的信號。第一檢測器接收來自第一監控子容積空間的IR輻射。第二檢測器配置成輸出代表沿不同於第一維的第二維的至少兩個點中的至少一個點的信號，第二檢測器接收來自第二監控子容積空間的IR輻射，第二監控子容積空間與第一監控子容積空間至少部分光學重疊。
在替代的實施例中，無源紅外(IR)運動傳感器具有第一IR檢測器，當運動物體在第一檢測器的檢測容積中通過時，第一檢測器輸出具有第一頻率的第一信號；以及第二檢測器，當所述運動物體在第二檢測器的檢測容積中通過時，第二檢測器輸出具有第二頻率的第二信號，第二頻率不同於第一頻率。處理系統接收所述第一和第二信號並據此輸出代表運動物體的檢測信號。所述檢測器具有相同的尺寸，第一檢測器配備有限定第一焦距的第一光學部件；第二檢測器配備有限定不同於第一焦距的第二焦距的第二光學部件。
如果需要，第一和第二檢測器可以互相分開設置。在一個非限制性實施例中，每個檢測器具有兩個且僅有兩個元件，元件尺寸相同，且第一檢測器元件之間的間距和第二檢測器元件之間的間距相同。
在以上最後提到的實施例的另一個方面，區別所監控空間中的運動物體和非運動物體(其特徵在於非持續輻射)的方法包括從第一無源IR檢測器接收第一頻率和從第二無源IR檢測器接收第二頻率，第一和第二頻率不相等。檢測器具有相同的大小和配置，但具有焦距不同的各自的光學部件。所述方法包括僅在基本上同時接收到第一和第二頻率時才輸出表示運動物體存在的信號，否則，就不輸出表示運動物體存在的信號。
在另一個方面，運動傳感器包括第一無源IR檢測器，後者具有限定其間的第一間距的兩個且僅有兩個元件。第一無源IR檢測器監控第一子容積空間。第二無源IR檢測器具有限定其間的第二間距的兩個且僅有兩個元件。第二間距等於第一間距且全部四個元件具有相同的大小。第二無源IR檢測器監控第二子容積空間。光學系統至少部分光學重疊第一和第二子容積。光學系統限定與第一檢測器關聯的第一焦距和與第二檢測器關聯的第二焦距。第一和第二焦距互不相等。
參閱以下附圖就可更好地理解本發明的細節，包括其結構和工作。附圖中相同的標號指相同的零件，附圖中附圖的簡要說明
圖1是本發明系統體系結構的方框圖；圖2是第一傳感器實施例的示意圖，它具有設置在一個外殼中同一基底上的尺寸不同的檢測器，示出檢測器的平面圖以及傳感器的符號和功能圖；圖3是第二傳感器實施例的示意圖，它具有設置在各自的外殼中的兩個傳感器，示出檢測器的平面圖以及傳感器的符號和功能圖；圖3a是圖3所示第二傳感器實施例的替代實施例的示意圖，它實現相同的功能圖，但具有大小相等而光學部件的焦距不同的檢測器，示出檢測器的平面圖以及傳感器的符號和功能圖；圖4是圖2和3的傳感器所產生的信號的圖形；圖5是第三傳感器實施例的示意圖，其檢測器設置在分開的外殼中，沿正交維數布線，示出檢測器的平面圖以及傳感器的符號和功能圖；圖6是第三傳感器實施例的另一實施方案示意圖，其檢測器設置在分開的外殼中，沿正交維數布線，示出檢測器的平面圖以及傳感器的符號和功能圖；圖7是第四傳感器實施例的示意圖，其大小不同的檢測器設置在分開的外殼中，沿正交維數布線，示出檢測器的平面圖以及傳感器的符號和功能圖；圖8是第四傳感器實施例的另一實施方案的示意圖，其大小不同的檢測器設置在分開的外殼中，沿正交維數布線，示出檢測器的平面圖以及傳感器的符號和功能圖；圖9是第四傳感器實施例的又一實施方案的示意圖，其大小不同的檢測器設置在分開的外殼中，沿正交維數布線，示出檢測器的平面圖以及傳感器的符號和功能圖；圖10示出利用多個頻率獲得代表運動物體的輸出的邏輯流程圖；以及圖11示出利用圖5-9的二維傳感器獲得代表運動物體的輸出的邏輯流程圖。
優選實施例的詳細說明參閱圖1，圖中示出用於檢測運動物體12(例如人)的系統，總的編號為10。系統10包括光學系統14，後者可以包括適當的鏡面、透鏡、和先有技術中已知的其它組件，用於將物體12的圖像聚焦到無源紅外(PIR)檢測器系統16上。以下說明討論了PIR檢測器系統16的各種實施例。
對運動物體12作出響應，PIR檢測器系統16產生信號，所述信號可由信號處理電路18濾波、放大、和數位化，處理系統20(例如計算機或專用集成電路)接收所述信號並按照本文的流程圖確定是否啟動聲音或可視報警器22或其它輸出裝置，例如門啟動系統等。
說明了總體系統體系結構之後，現參閱圖2，圖中示出本發明PIR傳感器的第一示範實施例。如圖所示，PIR傳感器24的IR檢測裝置可以包括單個的最好是陶瓷基底26，其上形成第一和第二檢測器28、30。在圖2所示的實施例中，第一檢測器28有四個元件32(電連接在一起的兩對正負極性的元件)，第二檢測器30有兩個元件34(一對正負極性的元件)，每對元件32、34由連線結合起來，大致形成一個」H」。應理解，檢測器28、30包括所示基底26反面的互補組件(例如以下說明的」板」)，它們和圖中所示的一起形成元件32、34。這些反面板之間的連接用虛線表示。
檢測器28、30可以是測量遠紅外輻射變化的熱電檢測器。這種檢測器靠壓電效應工作，在有機械應力時會使電荷遷移。熱電檢測器取電容器的形狀，即兩塊導電板用電介質分隔開。電介質常常是壓電陶瓷，此文中稱為」基底」。當遠紅外輻射引起陶瓷中溫度改變(以及某種機械應力)時，電荷就從一塊板遷移到另一塊板。如果沒有外部電路連接到檢測器，則由於」電容器」充電而出現電壓。如果將外部電路連接在兩板之間，就有電流流動。
按照本發明的原理，第一檢測器28相鄰元件32之間的」中心到中心」的間距」d1」小於第二檢測器30相鄰元件34之間的」中心到中心」的間距」d2」。如圖2中所示，可以使第二檢測器30的元件34大於第一檢測器28的元件32來實現這個差別。還可以通過以下方法做到這一個點使各第二檢測器元件34的間隔大於各第一檢測器32，和/或提供其數量比第一檢測器元件32的數量少的第二檢測器元件34。
圖2還示出按照以上總結的熱電檢測器原理的具有元件32、34的檢測器28、30的功能圖，示出傳感器所監控的子容積的大小、形狀和極性(即元件的大小、形狀和極性的投影)，並示出檢測器28、30都安裝在單一外殼35中。而且，圖2示出代表作為電容器的檢測器28、30的元件32、34的示意符號圖，點表示極性。
圖3示出PIR傳感器35的IR檢測裝置，它具有第一和第二檢測器36、38，它們在所有基本方面在配置上和圖2所示的檢測器28、30都相同，不同的是每個檢測器36、38安裝在其各自的基底40、42上。基底40、42可以設置在各自的外殼44、46中。按照圖3所示的實施例，這樣設置光學系統14(圖1)，使得兩個最好不相同的空間子容積分別由檢測器36、38監控，並且兩個子容積在類似的光學部件後面互相光學重疊。實質上，這樣選擇複合光學部件的光學部件組合，使得兩個檢測器所監控的子容積佔用至少部分相同的空間。
和圖2所示的實施例不同，由於大小不等的元件的完全功能重疊，圖3的傳感器不論圖像大小都產生兩個信號頻率。所以，它較少依賴物體的大小來產生檢測，而圖2所示的傳感器需要物體足夠大，能出現在兩個監控的子容積中。
圖3還包括一個功能圖，後者示出兩組監控的子容積的縱橫比和縱向截面的並置。如果需要，可將兩組檢測器連接在一起提供組合信號，這樣可減少傳感器中所需的放大器數量，但要有附加的信號處理來分開兩個頻率。
圖3a示出能實現圖3所示相同功能圖的附加的檢測器配置。PIR傳感器35a具有第一和第二檢測器36a、38a，它們在所有基本方面在配置上和大小上都相同，每個檢測器36a、38a安裝在其各自的基底40a、40b上。基底40a、40b可設置在各自的外殼44a、46b中。每個檢測器36a、38a具有兩個並且僅有兩個元件(正和負)，如圖所示，圖3a所示的全部四個元件大小相等，第一檢測器36a的元件之間的間距和第二檢測器38a的元件之間的間距相同。
按照圖3a所示的實施例，檢測器36a、38a在具有不同焦距的光學系統14中配備有各自的光學部件。在例如焦距比為2∶1的情況下，光學部件是複合的，與檢測器36a關聯的光學部件具有的光學元件數量是與檢測器38a關聯的光學部件的兩倍。這樣設置檢測器36a、38a的光學部件，使得兩個檢測器所監控的子容積佔用至少部分相同的空間。
和圖2所示的實施例不同，由於大小不等的元件的完全功能重疊，圖3的傳感器不論圖像大小都產生兩個信號頻率。所以，它較少依賴物體的大小來產生檢測，而圖2所示的傳感器需要物體足夠大，能出現在兩個監控的子容積中。
圖4示出圖2和3所示的傳感器輸出的信號。為簡明起見，現參閱圖3中的檢測器36、38。在信號集(a)中上面兩個信號48、50是在有人通過檢測器所監控的子容積運動時由第一檢測器36的各元件輸出的，而信號集(a)中的信號52、54是在有運動人體時由第二檢測器38的各元件輸出的。如圖所示，元件總加的檢測器輸出信號49的頻率不同於(而在所示實例中高於)元件總加的檢測器輸出信號53的頻率。當」中心到中心」的間距為2∶1的比例時，各檢測器輸出信號的頻率也有2∶1的比例。此外，在有運動物體時，第一檢測器高頻信號49的第一峰值與第二檢測器低頻信號52的最大正斜率在時間上基本上是同時的。通過識別是否有這些特徵(以及不同峰值/斜率極性的類似的隨後特徵)的存在，就可識別運動物體。
相反，信號集(b)代表的檢測器輸出是來自靜止來源的強度改變的非聚焦白光作出的響應。這些信號的出現是因為相等且相反元件的響應只能大致互相抵消。參閱圖4可見，在這些情況下，分別由檢測器36、38輸出的元件總加信號57和61相等，因此很容易和信號集(a)中的雙頻信號相區別，從而減少了因這種強度改變的非聚焦白光而產生虛假報警的可能性。
此外，根據由兩個檢測器36、38產生的信號圖案，可以從信號波形峰值的極性圖案來確定人體12的運動方向。例如，如上述並參閱圖3的功能圖，運動物體12從其左側進入較大的(+)監控子容積同時引發了相應的檢測器元件的(+)信號斜率，以及對應於左手(+)較小重疊子容積的元件的(+)信號峰值。繼續在較大的監控子容積中向相同方向(運動)，目標就引發相應的檢測器元件的(+)信號峰值。仍然繼續運動，目標同時引發相應的檢測器元件的(-)信號斜率，以及對應於右手(-)較小重疊子容積的元件的(-)信號峰值。在上述情況下，極性匹配的同時信號斜率和峰值指示一個運動方向，而極性不匹配的斜率和峰值表示相反的運動方向。利用以上公開的信號序列原理，就可以確定物體運動的方向。
現參閱圖5，可見本發明改進的PIR運動傳感器的另一實施例。如圖所示，PIR傳感器64的IR檢測裝置包括第一檢測器66和第二檢測器68。檢測器66和68可以安裝在各自的外殼中。如上部檢測器的的平面圖和示意符號圖所示，第一檢測器66具有兩對雙極性元件70、72，它們沿x軸連接，而第二檢測器68具有兩對雙極性元件74、76，它們沿y軸連接。每對雙極性元件70-74建立一行元件。利用這種配置，第一檢測器66輸出的信號代表在第一維的運動(例如在笛卡爾系統中的y維或極坐標系統中的徑向維)，第二檢測器68輸出的信號代表在與第一維成正交的第二維的運動(例如在笛卡爾系統中的x維或極坐標系統中的角度維)。
按照圖5所示的發明，通過適當配置光學系統14(圖1)，由檢測器66、68監控的子容積空間是光學重疊的。利用這種配置，圖5所示的傳感器64建立了熱電檢測器監控的子容積的二維陣列，它是因在類似的光學部件後面安裝具有正交元件連線的兩個檢測器66、68，導致監控空間子容積的光學重疊而形成的。換句話說，光學系統14使兩個檢測器監控的子容積佔用相同的空間，如虛擬複合檢測器78的功能圖所示。運動物體可以和改變強度的白光相區別，因為運動導致在坐標系統上產生連續的信號，而改變的白光卻不能。用不同的說法，二維空間中的位置由檢測器66、68的同時信號來定義，當信號隨時間指示坐標的改變時，就意味著物體的運動。處理系統就是將坐標的這種改變和運動關聯起來，例如，當這樣檢測到運動時就啟動報警器。
如考察圖5的功能圖中虛擬複合檢測器78可以理解的，通過檢查檢測器66、68同時接收的信號極性，物體12的位置就可以確定，在此例中，即，確認來自特定坐標的同時信號所提供的坐標位置。具體地說，兩個正極性信號表示物體在重疊子容積的左上象限，而兩個負極性信號表示物體在重疊子容積的右下象限。另一方面，來自第一檢測器66的負極性信號，如果和第二檢測器68的正極性信號一起到達，表示物體在右上象限，依此類推。很容易理解此文提出的原理可適用於大於2×2的陣列。
例如，圖6示出PIR傳感器80的IR檢測裝置，它包括第一和第二8-元件檢測器82、84，它們除了元件數外和圖5所示的傳感器64基本上相同。和傳感器64的情況相同，圖6所示的傳感器80中，檢測器82、84的子容積光學重疊，這樣各監控的子容積佔據相同的空間，得到功能圖中所示的虛擬複合檢測器86。
圖5和6所示的兩個傳感器64、80在運動物體12通過監控的子容積時提供兩個同時信號(笛卡爾坐標這的」x」和」y」)。物體12在每個檢測器上一次激勵一個坐標，以便可以通過同時獲取」x」和」y」信號來確定物體12的位置。很容易理解，圖6所示的傳感器80比圖5所示的傳感器64具有更高的解析度。而且，根據以上所討論的原理，如果將信號的極性考慮在內，可以獲得額外的位置解析度。
圖5和6所示的兩個傳感器64、80可以使用光學系統14，後者在光學上這樣按比例繪製人形圖像，使得當物體12是人時，將立即產生來自陣列中兩個或兩個以上(x，y)位置的信號，而較小的物體，例如動物，則引發較少(x，y)位置的同時信號。這樣，可以把從其同時接收到信號的陣列位置的數目與物體大小相關聯，以區別(例如)寵物和人，且僅在有後者時啟動報警器，或僅在有後者時開門，等等。
圖7示出圖2和3所示的雙頻概念可以和圖5和6所示的二維陣列概念結合，根據接收的頻率數來區別運動物體和非運動物體、確定運動方向、以及根據大小(同時啟動的陣列點數)來區別運動物體。具體地說，傳感器88的IR檢測裝置可以包括第一檢測器90，它具有某一尺寸的元件91；以及第二檢測器92，它具有不同(在此例中較大)尺寸的元件93，使得對於運動物體，第一檢測器90所產生的信號頻率不同於第二檢測器92所產生的信號頻率。實質上，如功能圖中虛擬複合檢測器94所示，傳感器88建立了監控子容積的2x2陣列，這是由檢測器90、92所監控的子容積的光學重疊而創建的。較大的檢測器元件93通過極性建立」x」坐標，即如圖所示，來自負極性元件的信號表示向右的」x」坐標，而來自正極性元件93的信號表示向左的」x」坐標。來自陣列中各元件的運動引發的信號是可識別的，因為在x軸元件的波峰發生的同時有兩倍那麼多的y軸元件的波峰發生(以兩倍的頻率發生)。
圖8示出傳感器96的另一IR檢測裝置，它包括第一檢測器98，它有兩行兩個雙極性元件對100，沿x軸布線，產生代表」y」坐標的信號；以及第二檢測器102，它有兩行單個雙極性元件對104，沿y軸布線，產生代表」x」坐標的信號。第一檢測器98的元件對100小於第二檢測器102的元件對104，所以對於運動物體，第一檢測器98產生的信號頻率不同於第二檢測器102產生的信號頻率。監控的子容積光學重疊，以便建立如功能圖中所示的複合檢測器106。這種二維檢測器陣列比圖7所示的傳感器88能提供更高的位置解析度。
圖9示出傳感器108的IR檢測裝置，它在所有實質方面和圖5所示的傳感器64都相同，即，它具有第一和第二檢測器110、112，各有大小相同和正交布線的元件114、116，不同的是圖9所示的傳感器108中每個檢測器具有8個雙極性元件對。第一檢測器110的元件114排列成兩縱行，在」y」維布線，將一對的負極性元件連接到其下方一對的正極性元件。另一方面，第二檢測器112的元件116排列成兩橫行，在」x」維布線，將一對的負極性元件連接到其左邊一對的正極性元件。如示意的符號圖所示，第一檢測器110的y維布線的元件對114提供x維位置信息，而第二檢測器112的x維布線的元件對116提供y維位置信息。為求出位置信息，如功能圖中虛擬複合檢測器118所示，物體的位置表示為在同時接收到信號的二維空間(x＝1，y＝2)的象限119中，以及由信號極性(x＝正，y＝負)表示為點120。而且，通過觀察虛擬複合檢測器118中各點的順序激勵，可以將運動物體和非運動幹擾光加以區別。
現參閱圖10，圖中示出使用來自圖2、3、7、8中所示傳感器的不同頻率的示範邏輯流程圖。在方框122開始，在例如一個時鐘周期中接收來自兩個檢測器的信號。移到判定菱形框124，確定信號是否具有兩個不同的頻率，必要時確定來自第一檢測器的信號的第一峰值是否在時間上與來自第二檢測器的信號的最大斜率一致。必要時，還可以比較峰值和斜率是否在用戶定義的標準範圍內一致。如果檢測到兩個頻率，並且必要時峰值/斜率在時間上一致，和/或峰值和斜率在定義的標準範圍內相匹配，則在狀態126輸出」運動物體」。否則，在狀態128輸出」無運動物體」。
應理解」頻率」不僅是指當物體向單一方向以恆定速度運動通過監控子容積時通常產生的正弦形信號的頻率，也是當例如一個人向各個方向並以各種速度隨機運動通過監控子容積時基本上以脈衝出現的非正弦形或半正弦形信號的頻率。在後一情況下，具有比較接近的」中心到中心」元件間距的檢測器所產生的單位時間脈衝數大於具有比較大的」中心到中心」元件間距的檢測器所產生的單位時間脈衝數。所以」頻率」包含了單位時間的脈衝或峰值數目。
圖11示出一種邏輯，藉助於所述邏輯，來自圖5-9中所示的二維傳感器的信號可以用來確定物體是否在運動。在方框130接收來自傳感器的兩個檢測器的信號，並且通過在判定菱形框132判定在例如預定時段內物體坐標已經改變，在方框136指示有運動。否則，在方框134指示無運動，邏輯環回到方框130。
對於本文公開的某些傳感器，除了確定運動外，所述邏輯可繼續進行到判定菱形框130，以便確定是否至少有閾值數量的坐標立即被激活。換句話說，就是確定是否從檢測器的多個元件同時接收閾值數量的信號，表明有等於或超過預定大小的運動物體。一般來說，較大的運動物體是人，為對其作出響應，通常需要啟動報警器、開門或採取某種其它動作，而較小的運動物體通常是寵物，對於它們一般不需採取任何動作。於是，對於在判定菱形框138確定的較大物體，邏輯進到方框140，指示有」目標物體」，並例如啟動報警器。另一方面，如果物體不夠大，就不採取任何動作。
方框142進一步表明必要時信號的極性可以如上述用來確定運動的方向，而與物體的大小無關。在某些情況下，可能需要不僅在有大運動物體存在時，而且要在有大運動物體在向預定方向運動時採取行動(例如啟動報警器22或開門)。在這些情況下，僅在方框142的確定表明大運動物體確實正在向預定方向運動時才產生信號，表示需採取某種預定的動作。
現在可以理解，上述傳感器區別了幹擾白光和運動物體，而且在某些實施例中，還本質上基於物體的大小將運動物體彼此區分。上述一個或多個傳感器還可以大致確定物體運動的方向。
雖然本文所示和詳細說明的特定改進的PIR運動傳感器完全能夠達到本發明的上述目的，但是應理解這是本發明目前的優選實施例，所以它代表了本發明所廣泛考慮到的主題事項；本發明的範圍完全涵蓋了對本專業技術人員已很明顯的其它實施例；所以本發明的範圍僅受所附權利要求書的限制；在權利要求書中，提到單數的元件，除非另有明確說明，並不是指」一個和僅有一個」，而是指」一個或多個」。所述優選實施例的所有結構性和功能性等效物(本專業技術人員已知的或將來會知道的)均作為參考明確包括在本文內，並應由本權利要求書所涵蓋。此外，不需要只是因為應由本權利要求書所涵蓋而使裝置和方法去處理本發明尋求解決的每個和所有問題。此外，本公開中的元件、部件或方法步驟均不是專門提供給公眾，無論所述元件、部件或方法步驟是否在權利要求書中明確引述。本文的權利要求項目均不應認為是在35U.S.C.§112，第六段的規定之下，除非所述項利用短語」裝置用於」明確引述，或如果是方法權利要求，所述項引述為」步驟」而非」動作」。本文中未明確表示的定義、權利要求術語應具有和本說明書和文檔歷史不相牴觸的所有普通和習慣的意義。
權利要求
1.一種無源紅外(IR)運動傳感器，它包括至少一個第一IR檢測器(36a)，當運動物體在所述第一檢測器(36a)的檢測容積中通過時，輸出具有第一頻率的第一信號；至少一個第二IR檢測器(38a)，當運動物體在所述第二檢測器(38a)的檢測容積中通過時，輸出具有第二頻率的第二信號，所述第二頻率不同於所述第一頻率；以及處理系統(20)，它接收所述第一和第二信號，並且至少部分基於所述第一和第二信號輸出代表所述運動物體的檢測信號，其中所述檢測器(36a、38a)具有相同的尺寸，所述第一檢測器(36a)配備有限定第一焦距的第一光學部件(14)，而所述第二檢測器(38a)配備有限定不同於所述第一焦距的第二焦距的第二光學部件(14)。
2.如權利要求1所述的傳感器，其中所述第一和第二檢測器(36a、38a)分別設置在各自的外殼中，並且所述第一檢測器(36a)監控第一容積空間，所述第一容積空間和所述第二檢測器(38a)所監控的第二容積空間至少部分光學重疊。
3.如權利要求1所述的傳感器，其中每個檢測器(36a、38a)具有兩個且僅有兩個各自的元件，所述元件大小相等，且所述第一檢測器(36a)的所述元件之間的間距和所述第二檢測器(38a)的所述元件之間的間距相同。
4.一種無源紅外(IR)運動傳感器，它包括至少第一IR檢測器(28，36，36a，66，82，90，98，110)，當運動物體在所述第一檢測器的檢測容積中通過時，輸出具有第一頻率的第一信號；至少第二IR檢測器(30，38，38a，68，84，92，102，112)，當運動物體在所述第二檢測器的檢測容積中通過時，輸出具有第二頻率的第二信號，所述第二頻率不同於所述第一頻率；以及處理系統(20)，它接收所述第一和第二信號，並至少部分基於所述第一和第二信號輸出代表所述運動物體的檢測信號。
5.如權利要求4所述的傳感器，其中每個檢測器(28，36，90，98)(30，38，92，102)包括至少兩個元件，所述第一檢測器(28，36，90，98)的所述元件限定它們之間的第一」中心到中心」的間距，所述第二檢測器(30，38，92，102)的所述元件限定它們之間的第二」中心到中心」的間距，所述第一」中心到中心」的間距不等於所述第二」中心到中心」的間距。
6.如權利要求5所述的傳感器，其中所述第一檢測器(28，36，90，98)的所述元件和所述第二檢測器(30，38，92，102)的所述元件的大小不相等。
7.如權利要求5所述的傳感器，其中所述第一檢測器(28，36，90，98)具有第一數量的元件而所述第二檢測器(30，38，92，102)具有不同於第一數量的第二數量的元件。
8.如權利要求4所述的傳感器，其中所述第一和第二檢測器(30，32)設置在單一外殼(35)中的同一基底(26)上。
9.如權利要求4所述的傳感器，其中所述第一和第二檢測器(36，36a，66，82，90，98，110)(38，38a，68，84，92，102，112)分別設置在各自的外殼中，並且所述第一檢測器監控第一容積空間，所述第一容積空間和所述第二檢測器監控的第二容積空間至少部分光學重疊。
10.如權利要求4所述的傳感器，其中所述第一檢測器(66，82，90，98，110)具有至少兩行元件，每行至少兩個元件，所述第二檢測器(68，84，92，102，112)具有至少兩個元件，並且由所述第一檢測器監控的子容積至少部分光學重疊在由所述第二檢測器監控的子容積上。
全文摘要
一種無源紅外傳感器利用兩個檢測器(32、34)，檢測器具有不同配置(d1，d2)的元件，使得當物體從其前面經過時每個元件輸出其各自的頻率。根據具有類似峰值和/或斜率特性的兩個頻率的出現，就輸出運動信號，例如啟動報警。在另一實施例中，檢測器具有多個元件，一個檢測器的元件連線維數與另一檢測器的元件連線維數成正交。將檢測器發出的信號加以組合，以確定物體的方向和大小。還可以如第一實施例中那樣彼此不同地配置檢測器元件，且信號的極性可以用來確定運動方向。在又一實施例中，檢測器可以具有同樣大小，但具有不同焦距的光學部件。
文檔編號G08B13/19GK1739008SQ200380108910
公開日2006年2月22日 申請日期2003年11月20日 優先權日2003年1月21日
發明者埃裡克·斯科特·米科 申請人:西榮科技有限公司