光感應(yīng)系統(tǒng)及校準(zhǔn)光感應(yīng)裝置的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于感應(yīng)環(huán)境光強(qiáng)度的光感應(yīng)系統(tǒng)領(lǐng)域，以及用于校準(zhǔn)光感應(yīng)裝置的相應(yīng)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]暴露于光是使生物鐘與太陽周期正確同步的關(guān)鍵機(jī)制。曝光的時(shí)機(jī)、持續(xù)時(shí)間、強(qiáng)度和光譜構(gòu)成都對(duì)人的所謂的24小時(shí)生理節(jié)律周期變化產(chǎn)生影響。業(yè)已表明，恢復(fù)性睡眠只能在與生物鐘同步時(shí)出現(xiàn)。對(duì)于某些內(nèi)部生物鐘相對(duì)于周圍的社會(huì)活動(dòng)安排有相移的人們來說，在明確限定的時(shí)間暴露于強(qiáng)光中可用于使他們的生物鐘向前或向后移動(dòng)，以更好地使生物鐘和他們的社會(huì)需要一致。同樣，為治療季節(jié)性情感障礙，定時(shí)定期地暴露在強(qiáng)光下是有效的手段。
[0003]對(duì)人們?cè)跀?shù)天甚至數(shù)周期間所暴露于的光照水平的評(píng)估是診斷情緒和睡眠障礙的重要手段。現(xiàn)有的活動(dòng)記錄儀產(chǎn)品使用體戴式裝置測(cè)量活動(dòng)和曝光量，該體戴式裝置是例如類似于手表那樣使用和佩戴的腕戴式裝置。
[0004]這種腕戴式裝置例如在US2008/0319354A1中示出，該文獻(xiàn)顯示了用于監(jiān)測(cè)關(guān)于睡眠的信息的系統(tǒng)和方法。在該文獻(xiàn)中所示的腕戴式裝置包括照射傳感器，以提供關(guān)于用戶環(huán)境照射強(qiáng)度的信息。傳感器的信號(hào)可以通過適當(dāng)?shù)碾娮佑?jì)算裝置來進(jìn)一步處理。
[0005]現(xiàn)有的光感應(yīng)裝置需要解決的問題之一是對(duì)受治對(duì)象在其日常生活中所暴露于的光的精確測(cè)量。考慮到豐富的不同光源(自然光、人工光、發(fā)光器件(LED)、鹵素?zé)簟⒛藓鐭舻?具有在幾個(gè)數(shù)量級(jí)上變化的不同光譜貢獻(xiàn)和強(qiáng)度，挑戰(zhàn)在于獲得可接受水平的精度。對(duì)于所有情況來說這難以達(dá)到，并且普通裝置通常被針對(duì)特定范圍的照射預(yù)校準(zhǔn)。
[0006]一般而言，包括光傳感器的裝置在銷售之前由制造商校準(zhǔn)。而且，初始校準(zhǔn)可能不精確或者可能針對(duì)不同的條件進(jìn)行的，而不是對(duì)應(yīng)于消費(fèi)者的預(yù)期用途(在不同光強(qiáng)度或光源的情況下)。如上所述，在日常生活中會(huì)遇到具有非常不同的光譜和強(qiáng)度的大范圍的光源，并且在這些條件下獲得一致的精度水平已被證明是幾乎不可能的。此外，由于溫度差異或電源不足，例如在集成入裝置中的電池輸出較低的電壓時(shí)，光傳感器的特性可能隨時(shí)間改變。所有這些因素促成的總體觀點(diǎn)是當(dāng)實(shí)地運(yùn)用時(shí)，光測(cè)量往往精度差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]因此，本發(fā)明的目的是提供一種光感應(yīng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括即使在具有非常不同的光譜分布和強(qiáng)度的光源照射下，也具有增強(qiáng)的光測(cè)量長期精度和可靠性的光感應(yīng)裝置。
[0008]這個(gè)目的是通過一種包括權(quán)利要求1的特征的光感應(yīng)系統(tǒng)，以及通過根據(jù)權(quán)利要求10所述的一種用于校準(zhǔn)光感應(yīng)裝置的方法來實(shí)現(xiàn)的。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的光感應(yīng)系統(tǒng)不僅包括具有至少一個(gè)光傳感器的光感應(yīng)裝置，還包括用于校準(zhǔn)該傳感器的校準(zhǔn)裝置。該校準(zhǔn)裝置包括發(fā)出標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的光的至少一個(gè)光源，該光源用于例如通過調(diào)整它的增益參數(shù)來匹配光傳感器的輸出強(qiáng)度信號(hào)。根據(jù)具體的裝置，有可能只使用一個(gè)光傳感器和一個(gè)單光源，或?qū)?yīng)于不同的光譜范圍，如紅、綠和藍(lán)光譜范圍，有可能使用多個(gè)傳感器和/或光源。光源的激活水平可以控制，且光傳感器的輸出強(qiáng)度信號(hào)能夠與預(yù)期值比較。因此，校準(zhǔn)操作可由用戶來執(zhí)行，以便由光傳感器提供可靠的光測(cè)量。
[0010]校準(zhǔn)過程可以處理白光照射水平，在這種情況下不需要有色光輸入，或者可以具體地解決不同顏色感應(yīng)元件(即用于不同光譜范圍的光傳感器)的校準(zhǔn)。在這種情況下，可能使用多個(gè)單色光源。用戶也可以被賦予指定他的目標(biāo)照射典型范圍的選擇權(quán)，以使校準(zhǔn)過程可以集中在指定的光強(qiáng)度區(qū)間上。通過使用包括彩色元件的幾個(gè)光源的特定激活型式，可以仿真像鹵素?zé)艋虬谉霟裟菢拥奶囟ü庠础?br>[0011]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，光感應(yīng)系統(tǒng)包括控制裝置，該控制裝置用于控制光源的運(yùn)行，用于將與測(cè)得的光強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的光傳感器的輸出強(qiáng)度信號(hào)與對(duì)應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的預(yù)期信號(hào)進(jìn)行比較，以及用于使輸出強(qiáng)度信號(hào)匹配預(yù)期信號(hào)。這種匹配例如可通過調(diào)節(jié)輸出強(qiáng)度信號(hào)的增益參數(shù)來執(zhí)行，如上面所提到的。術(shù)語“標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度”應(yīng)指這樣的強(qiáng)度，即，相對(duì)于光源的類型且還考慮到例如溫度等的運(yùn)行特性來說已知的強(qiáng)度。在此基礎(chǔ)上，預(yù)期信號(hào)可以作為校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)。由光源發(fā)射的強(qiáng)度也可以相應(yīng)地得到控制，以使其適應(yīng)使用光感應(yīng)系統(tǒng)的環(huán)境。
[0012]優(yōu)選地，控制裝置包括在校準(zhǔn)裝置中，且包括用于在校準(zhǔn)裝置和光感應(yīng)裝置之間通信的通信裝置。當(dāng)需要時(shí)，通信裝置可以提供無線或接觸式的通信。控制裝置可以整合到適當(dāng)?shù)碾娮与娐分?，且例如通過存儲(chǔ)在其中用于操作的計(jì)算機(jī)程序來執(zhí)行控制，并且還包括用于存儲(chǔ)校準(zhǔn)值、增益值等的存儲(chǔ)器。
[0013]更優(yōu)選地，校準(zhǔn)裝置是用于支撐光感應(yīng)裝置的對(duì)接站。在這種對(duì)接站中，可以存儲(chǔ)光感應(yīng)裝置，以使它在不使用時(shí)能夠經(jīng)歷慶祝過程。在對(duì)接站內(nèi)，光源可以這樣布置，即，當(dāng)光感應(yīng)裝置放置在其上或其內(nèi)時(shí)，使光源面對(duì)相應(yīng)的光傳感器。
[0014]更優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的光感應(yīng)裝置包括用于感應(yīng)具有不同光譜范圍的光的多個(gè)光傳感器。
[0015]根據(jù)另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，校準(zhǔn)裝置包括一個(gè)光源，該光源發(fā)射在這樣的光譜范圍內(nèi)的光，即覆蓋不同光傳感器的所有光譜范圍。例如，光傳感器為紅、綠和藍(lán)光譜區(qū)內(nèi)的LED,而光源是白光照明源。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例，校準(zhǔn)裝置包括多個(gè)光源，該光源發(fā)射對(duì)應(yīng)于光傳感器的光譜范圍的不同光譜范圍內(nèi)的光。例如，光源也是在對(duì)應(yīng)于相應(yīng)光傳感器的紅色、綠色和藍(lán)色光譜范圍內(nèi)，使得在這方面每個(gè)光譜范圍的光源對(duì)應(yīng)一個(gè)光傳感器。
[0017]優(yōu)選地，光源的光譜范圍是可調(diào)的，例如用戶可控制的。
[0018]根據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施例，根據(jù)本發(fā)明的光感應(yīng)系統(tǒng)包括用于感應(yīng)光源溫度的溫度傳感器。因?yàn)橄馤ED的光源的光照水平已知反比于半導(dǎo)體元件的溫度，所以為了確保校準(zhǔn)過程的最高精度，光源的局部溫度被考慮在內(nèi)。
[0019]本發(fā)明還涉及一種用于校準(zhǔn)光感應(yīng)裝置的方法，其中該光感應(yīng)裝置具有至少一個(gè)光傳感器，該光傳感器提供與測(cè)得的光強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的輸出強(qiáng)度信號(hào)，該方法包括步驟:使用具有標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的光照射光傳感器，將輸出強(qiáng)度信號(hào)與對(duì)應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的預(yù)期信號(hào)相比較，并通過調(diào)節(jié)光傳感器的增益參數(shù)，使輸出強(qiáng)度信號(hào)匹配預(yù)期信號(hào)。
[0020]在這種情況下，預(yù)期信號(hào)被作為校準(zhǔn)信號(hào)，且輸出強(qiáng)度信號(hào)被調(diào)整到該校準(zhǔn)信號(hào)。光傳感器的增益參數(shù)可以是乘法因數(shù)，且將傳感器的初始輸出信號(hào)乘以該乘法因數(shù)，以匹配預(yù)期信號(hào)。在最簡單的情況下，僅有一種光源，該光源具有在白色光譜范圍上的白光強(qiáng)度曝光，且通過調(diào)節(jié)一個(gè)單光傳感器的增益參數(shù)，將這個(gè)單光傳感器調(diào)整到所述的白光強(qiáng)度曝光，以匹配目標(biāo)的白光強(qiáng)度曝光。根據(jù)正進(jìn)行的校準(zhǔn)類型和光感應(yīng)裝置的特性，不同的其他情況都在考慮之中。
[0021]根據(jù)上述方法的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，不同光譜范圍的光傳感器被具有預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的一個(gè)單光源的光照射，并且該光傳感器的增益參數(shù)被調(diào)節(jié)，以使它們的貢獻(xiàn)匹配輸出強(qiáng)度信號(hào)。基于在每一相應(yīng)色帶內(nèi)發(fā)射的已知能量水平，總強(qiáng)度可被作為不同光傳感器的貢獻(xiàn)的總和。例如，照度可以表示為
[0022]ILLUM (Ix) = 6.83* ( α *紅光輻照度+ β *綠光輻照度+ x *藍(lán)光輻照度)(I)
[0023]其中紅光輻照度、綠光輻照度和藍(lán)光輻照度是傳感器在其相應(yīng)色帶內(nèi)的初始強(qiáng)度信號(hào)，而α、β、X分別是每個(gè)顏色通道的增益參數(shù)。光傳感器的這些增益參數(shù)α、β、X被調(diào)整，以使作為總輸出強(qiáng)度信號(hào)的值ILLUM(Ix)匹配預(yù)期信號(hào)。
[0024]根據(jù)這種方法的另一優(yōu)選實(shí)施例，不同光譜范圍的光傳感器被不同光源的光照射，每個(gè)光源具有與一個(gè)光傳感器的光譜范圍對(duì)應(yīng)的光譜范圍，并具有預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度，每個(gè)光傳感器的輸出強(qiáng)度信號(hào)與對(duì)應(yīng)于相應(yīng)光源的標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的預(yù)期信號(hào)相比較，且每個(gè)光傳感器的增益參數(shù)被調(diào)節(jié)，以使該光傳感器的輸出強(qiáng)度信號(hào)匹配預(yù)期信號(hào)。
[0025]在這種情況下，不存在具有白色光譜范圍的一個(gè)共同光源，其中該白色光譜范圍覆蓋所有光傳感器中的那些，但是存在多個(gè)光源，其中每個(gè)光源被相對(duì)于其光譜范圍而分配給一個(gè)光傳感器。這提供了這樣的可能性，即提供了用于分別校準(zhǔn)每個(gè)光傳感器而不是匹配增益參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度信號(hào)的可能性，以獲得總輸出強(qiáng)度信號(hào)。在這種情況下，對(duì)每個(gè)傳感器來說，在每個(gè)相應(yīng)色帶(即，紅、綠和藍(lán))中發(fā)射的光能得到匹配，且新的增益值被存儲(chǔ)在系統(tǒng)的存儲(chǔ)器中。
[0026]優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的方法包括調(diào)節(jié)光源的光譜范圍或多個(gè)光譜范圍的步驟。這提供了針對(duì)其現(xiàn)場(chǎng)使用情況(例如不同的光譜帶)來定制光感應(yīng)系統(tǒng)的選擇權(quán)。
[0027]更優(yōu)選地，該方法包括感應(yīng)光源溫度并根據(jù)感應(yīng)到的溫度調(diào)節(jié)增益參數(shù)的步驟。這考慮到了強(qiáng)度可能依賴于溫度，就像對(duì)于半導(dǎo)體發(fā)光器件(LED)來說已知的那樣。
[0028]本發(fā)明還涉及用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例之一的方法的計(jì)算機(jī)程序。該計(jì)算機(jī)程序可由制造商存儲(chǔ)在光感應(yīng)系統(tǒng)的存儲(chǔ)器中，如上述解釋，以執(zhí)行校準(zhǔn)程序。合適的儲(chǔ)存介質(zhì)可被設(shè)置成儲(chǔ)存這樣的計(jì)算機(jī)程序。
【附圖說明】
[0029]參照下文描述的實(shí)施例，本發(fā)明的這些和其它方面將變得明顯和被闡明。
[0030]在附圖中:
[0031]圖1是作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的光感應(yīng)系統(tǒng)一部分的光感應(yīng)裝置的透視前視圖；和
[0032]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的光感應(yīng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括如圖1所示的光感應(yīng)裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0033]圖1示出腕戴式裝置形式的光感應(yīng)裝置10，該光感應(yīng)裝置用于感應(yīng)佩戴該裝置10的用戶(未示出)的環(huán)境中的環(huán)境光強(qiáng)度。通常，光感應(yīng)裝置10包括扁平矩形箱形狀的操作模塊12，和柔性腕帶14，該腕帶將其端部連接于操作模塊12的相反兩側(cè)，使得操作模塊12和腕帶14形成環(huán)。腕帶14的內(nèi)徑尺寸是這樣的，即，使腕戴式裝置10可以舒適地佩戴在用戶的手腕上。為戴上裝置10，腕帶14可具有一定的可被變寬的彈性，或者可以提供開閉機(jī)構(gòu)(圖中未示出)，以將腕帶14的一端連接于操作模塊12上。通常操作模塊12和腕帶14類似于普通手表制成。
[0034]操作模塊12被形成為接納集成電子電路的殼體，該集成電子電路用于處理和存儲(chǔ)電信號(hào)以及用于執(zhí)行感應(yīng)環(huán)境光強(qiáng)度的操作。在操作模塊12的頂面16上，有用于顯示裝置10的狀態(tài)信息或任何其他信息(例如象，白天)的顯示器18。
[0035]操作模塊12的頂面16上還設(shè)置有用于測(cè)量環(huán)境光強(qiáng)度的環(huán)境光傳感器20。該環(huán)境光傳感器20