Приведение в действие источник света

Приведение в действие источник света

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение, в целом, относится к способам и устройствам для приведения в действие источников света, конкретнее - светоизлучающих диодов (LED). В конкретном варианте осуществления изобретение относится к способу для приведения в действие множества LED таким образом, чтобы детектор, принимающий свет от упомянутого множества LED, мог распознавать вклад каждого отдельного LED.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Последняя разработка в области освещения относится к управлению цветом и управлению яркостью источников света. Хотя эта технология в принципе может применяться к нескольким типам источников света, обычно для этой цели используются LED. Поскольку управление цветом и управление яркостью LED известны сами по себе, будет достаточно только краткого объяснения.

LED разработаны для формирования одноцветного света. С помощью источника света, содержащего три LED взаимно разных цветов, можно сформировать световую композицию, имеющую точку цвета в цветовом пространстве в треугольнике, у которого угловые точки определяются отдельными цветами LED. Расположение этой точки цвета может меняться с помощью изменения относительных средних интенсивностей отдельных составляющих света. Яркость может меняться путем изменения интенсивностей отдельных составляющих света в одинаковой степени, сохраняя относительные средние интенсивности постоянными. Отметим, что один источник света фактически может содержать несколько LED одного и того же цвета, чтобы увеличить световой выход для этого цвета. Источник света этого типа, как правило, содержит приводной механизм, имеющий вход для приема управляющего сигнала, указывающего необходимые цвет и яркость, и имеющий выходы для приведения в действие отдельных LED. На основе принятого управляющего сигнала такой приводной механизм определяет, как управлять отдельными источниками света.

В основном, управление цветом и управление яркостью источника света опирается на управление интенсивностью составляющих LED. Поэтому, в дальнейшем настоящее изобретение будет конкретно объясняться для управления интенсивностью LED, учитывая, что настоящее изобретение вообще применимо к управлению интенсивностью источников света.

Вкратце, LED приводится в действие, заставляя электрический ток протекать через LED. Можно использовать источник напряжения, однако в связи с тем, что световой выход пропорционален току, удобнее использовать источник тока. Самым непосредственным способом для изменения светового выхода было бы изменение уровня тока. Однако изменение уровня тока не подходит хотя бы по причине того, что выходной цвет может зависеть от уровня тока. Поэтому общепринятой практикой является применение управления рабочим циклом. В таком случае LED включается и выключается с некоторой частотой переключения. В выключенном состоянии ток в LED нулевой или почти нулевой, и LED не производит света или, по меньшей мере, практически никакого света. Во включенном состоянии ток в LED поддерживается практически постоянным, соответственно световой выход поддерживается практически постоянным. Период повторения шаблона включения/выключения указывается в качестве периода тока. Соотношение длительности включения и периода тока указывается в качестве рабочего цикла. Рабочий цикл определяет средний ток в лампе и, отсюда, средний световой выход. Частота переключения является расчетным параметром, который не следует выбирать слишком низким, чтобы избежать видимого мерцания, и который также не следует выбирать слишком высоким, чтобы избежать очень больших потерь на переключение, наряду с тем, что частота переключения должна быть в пределах полосы пропускания сочетания приводного механизма/LED. Отметим, что сохраняя ток в лампе на постоянном уровне, средний световой выход находится на максимуме, когда рабочий цикл равен 1 (то есть 100%).

В более современной разработке система освещения содержит множество LED, распределенных в пространстве, например в помещении. Можно, чтобы LED приводились в действие одинаковым образом из условия, чтобы условия цвета и яркости были одинаковыми во всем помещении. Однако было бы желательно иметь возможность независимо задавать условия цвета и яркости в разных участках помещения. Система управления для такой системы освещения может содержать светочувствительный датчик, который может размещаться в определенном расположении, формирующий сигнал, который представляет локальные условия цвета и яркости, и центральный контроллер может корректировать управляющие сигналы для LED в системе освещения из условия, чтобы выполнялись необходимые локальные условия цвета и яркости в расположении датчика. Для такой работы системе управления нужно знать, какие LED вносят вклад в освещение в этом расположении и до какой степени. Чтобы иметь возможность определять идентичность LED, вносящих вклад в освещение в расположении датчика, было бы желательно, чтобы световой выход определенного LED содержал некоторый код, идентифицирующий этот определенный LED.

Включение такого кода в световой выход может быть выполнено с помощью амплитудной модуляции тока в LED во включенном состоянии, однако предпочтительно, как упоминалось раньше, чтобы ток в LED во включенном состоянии поддерживался постоянным.

Другой способ для включения такого кода в световой выход является включением и выключением LED по некоторому шаблону, причем шаблон определяет последовательность "0" и "1" в двоичном коде. Теперь возникает проблема, как переключение рабочего цикла может соответствующим образом объединяться с кодированным переключением, особенно таким образом, чтобы код не мешал функции освещения.

В системе освещения, которая описана выше, то есть содержащей множество LED, распределенных в пространстве, возможно, чтобы расстояние между LED было таким, что датчик воспринимал бы только свет одновременно от одного LED. Однако также возможно, и в случаях с практически однородным освещением это очень даже вероятно, чтобы одиночный датчик (фотодетектор) воспринимал свет от двух или более LED одновременно. В случае кодированного переключения датчик одновременно принимал бы два или более кодированных сигналов, которые мешали бы друг другу. Таким образом, возникает проблема выполнения кодированного переключения таким образом, чтобы отдельные сигналы от отдельных LED могли надежно различаться.

С другой стороны, настоящее изобретение необязательно относится к множеству LED. Даже в системе освещения, содержащей только один единственный LED, может быть желательным объединить управление рабочим циклом для колебаний цвета и/или яркости с кодированным переключением для передачи данных. Кроме передачи идентифицирующего кода, желательно использовать освещение в помещении для передачи данных одному (или нескольким) пользователю (пользователям) в помещении. Например, переданные таким образом данные могут содержать звуковую и/или видеоинформацию. Для таких применений была бы желательна очень высокая скорость передачи данных.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Отметим, что переключение рабочего цикла LED, чтобы менять световой выход, известно само по себе, но без порождения данных. Дополнительно отметим, что кодированное переключение LED, чтобы породить данные, известно само по себе, но без колебаний рабочего цикла для изменения силы света.

Цель настоящего изобретения - предоставить способ для приведения в действие LED из условия, чтобы переключение рабочего цикла могло соответствующим образом объединяться с кодированным переключением, не влияя друг на друга.

Дополнительная цель настоящего изобретения - предоставить способ для приведения в действие LED с помощью сочетания кодированного переключения и управления рабочим циклом из условия, чтобы спектр сигнала содержал только небольшой вклад низкочастотных сигналов, не учитывая постоянную составляющую, чтобы избежать видимого мерцания.

Дополнительная цель настоящего изобретения - предоставить способ для приведения в действие LED с помощью сочетания кодированного переключения и управления рабочим циклом из условия, чтобы достигалась высокая скорость передачи данных.

Дополнительная цель настоящего изобретения - предоставить способ для приведения в действие LED с помощью сочетания кодированного переключения и управления рабочим циклом из условия, чтобы в случае нескольких LED отдельные сигналы от отдельных LED могли легко различаться.

Дополнительные полезные разработки упоминаются в зависимых пунктах формулы изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Эти и другие особенности, признаки и преимущества настоящего изобретения будут дополнительно объяснены с помощью нижеследующего описания одного или нескольких предпочтительных вариантов осуществления со ссылкой на чертежи, на которых одинаковые номера ссылок указывают на одинаковые, либо похожие, части, и на которых:

Фиг.1 - блок-схема, схематически иллюстрирующая систему освещения;

Фиг.2 - схематическая временная диаграмма, показывающий импульсный сигнал данных для сообщения кода;

Фиг.2C - схематическая временная диаграмма, иллюстрирующая двухфазную модуляцию;

Фиг.3А - схематическая временная диаграмма, иллюстрирующая вариант осуществления сигнала возбуждения в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.3В - схематическая временная диаграмма, иллюстрирующая вариант осуществления сигнала возбуждения в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.4А - блок-схема для иллюстрации согласованного фильтра;

Фиг.4В - схематическая временная диаграмма, иллюстрирующая типовую предварительно запрограммированную форму сигнала (форму фильтра) у согласованного фильтра;

Фиг.4C - схематическая временная диаграмма типового сигнала, который нужно проанализировать с помощью согласованного фильтра из фиг.4А, для иллюстрации работы согласованного фильтра;

Фиг.4D - схематическая временная диаграмма типового сигнала, который нужно проанализировать с помощью согласованного фильтра из фиг.4А, для иллюстрации работы согласованного фильтра;

Фиг.5А - блок-схема, схематически иллюстрирующая схему декодирования сигнала;

Фиг.5В - схематическая временная диаграмма, сопоставимая с фиг.4В, иллюстрирующая типовую предварительно запрограммированную форму сигнала (форму фильтра) у согласованного фильтра в схеме декодирования сигнала;

Фиг.5C-D - графики для иллюстрации работы схемы декодирования сигнала из фиг.5А;

Фиг.6А - схематическая временная диаграмма, иллюстрирующая вариант осуществления сигнала возбуждения в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.6В - схематическая временная диаграмма, иллюстрирующая вариант осуществления сигнала возбуждения в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.7 - график, показывающий скорость передачи данных в зависимости от рабочего цикла;

Фиг.8 - блок-схема, иллюстрирующая приводной механизм LED в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.9 - схематическая временная диаграмма, иллюстрирующая типовую предварительно запрограммированную форму сигнала (форму фильтра) у согласованного фильтра;

Фиг.10А-C схематически иллюстрируют разные способы для образования пар из фрагментов интервала;

Фиг.11А - блок-схема, схематически иллюстрирующая вариант осуществления устройства для приема и декодирования света;

Фиг.11В - схематическая временная диаграмма, иллюстрирующая типовую предварительно запрограммированную форму сигнала (форму фильтра) у согласованного фильтра;

Фиг.12А - схематическая временная диаграмма, иллюстрирующая вариант осуществления сигнала возбуждения в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.12В - схематическая временная диаграмма, иллюстрирующая типовую предварительно запрограммированную форму сигнала (форму фильтра) у согласованного фильтра, подходящую для сочетания с сигналом возбуждения из фиг.12А;

Фиг.13А - схематическая временная диаграмма, иллюстрирующая вариант осуществления сигнала возбуждения в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.13В - схематическая временная диаграмма, иллюстрирующая типовую предварительно запрограммированную форму сигнала (форму фильтра) у согласованного фильтра, подходящую для сочетания с сигналом возбуждения из фиг.13А;

Фиг.14А-C - графики, иллюстрирующие спектральный состав разных сигналов возбуждения;

Фиг.15А - схематическая временная диаграмма, иллюстрирующая вариант осуществления сигнала возбуждения в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.15В - схематическая временная диаграмма, иллюстрирующая типовую предварительно запрограммированную форму сигнала (форму фильтра) у согласованного фильтра, подходящую для сочетания с сигналом возбуждения из фиг.15А;

Фиг.15C - схематическая временная диаграмма, иллюстрирующая типовую предварительно запрограммированную форму сигнала (форму фильтра) у согласованного фильтра, подходящую для сочетания с сигналом возбуждения из фиг.15А;

Фиг.15D - схематическая временная диаграмма, иллюстрирующая вариант осуществления сигнала возбуждения в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.16А - схематическая временная диаграмма, иллюстрирующая типовые предварительно запрограммированные формы сигналов (формы фильтров) у согласованных фильтров;

Фиг.16В - схематическая блок-схема схемы определения;

Фиг.17 - схематическая временная диаграмма, иллюстрирующая интервалы времени, сгруппированные для определения временного блока;

Фиг.18А показывает матрицу Адамара 8-го порядка;

Фиг.18В показывает матрицу кодовых слов, выведенную из матрицы Адамара из фиг.18А;

Фиг.19 - схематическая временная диаграмма, иллюстрирующая временные кадры с преамбулой и множество временных блоков.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг.1 - блок-схема, схематически иллюстрирующая систему 1 освещения, в качестве примера изображающую настоящее изобретение. Система 1 освещения содержит по меньшей мере один модуль 20 освещения. Отметим, что система 1 освещения может содержать множество модулей 20 освещения, но фиг. показывает только один модуль 20 освещения.

Модуль 20 освещения содержит источник 10 света. Отметим, что модуль 20 освещения может содержать множество источников света, но фиг. показывает только один источник 10 света. В этом примере источник 10 света содержит три LED 11, 12, 13 для формирования, соответственно, света 14, 15, 16 взаимно разных цветов, например, красного, зеленого, синего, чтобы объединенный световой выход 17 этого источника 10 света мог иметь переменную точку цвета. Отметим, что для увеличения светового выхода источник 10 света может содержать множество LED, имеющих взаимно одинаковый цвет. Дополнительно отметим, что источник 10 света может содержать только один единственный LED, если единственный LED сам допускает изменение цвета или если изменение цвета не требуется, либо источник 10 света может содержать более трех LED взаимно разных цветов.

Модуль 20 освещения дополнительно содержит приводной механизм 21 источника, формирующий подходящие сигналы S_D(11), S_D(12), S_D(13) возбуждения для источника 10 света из условия, чтобы достигался необходимый световой выход. Требования к световому выходу включают в себя цвет и яркость. Команды S_C для сообщения необходимого цвета и яркости приводному механизму 21 источника формируются центральным контроллером 30, который также формирует такие управляющие сигналы для других модулей освещения, если имеются. Отметим, что если система 1 освещения содержит только один модуль 20 освещения, то приводной механизм 21 источника и центральный контроллер 30 могут быть объединены.

Фиг. дополнительно показывает приемное устройство 40, содержащее светочувствительный датчик 41. В конкретном варианте осуществления приемное устройство 40 может быть спроектировано для сообщения центральному контроллеру 30 информации о принятом свете посредством либо проводной, либо беспроводной линии, которая указана номером 42 ссылки, чтобы обеспечить, например, цепь обратной связи для центрального контроллера 30, чтобы он мог настраивать свои управляющие сигналы. Это применяется, в частности, в отношении управления цветом и яркостью.

Как будет более подробно объясняться позднее, световой выход 17 источника 10 света содержит кодированные данные. Эти кодированные данные могут идентифицировать отдельные источники 10 света в системе 1 освещения с несколькими источниками, либо могут идентифицировать отдельные LED 11, 12, 13, чтобы центральный контроллер 30 мог обнаруживать, какой LED вносит вклад в свет, принятый приемным устройством 40, и мог соответствующим образом настраивать команду S_C для этого определенного источника 10 света.

Также возможно, чтобы кодированные данные содержали звуковую и/или видеоинформацию, и чтобы приемное устройство 40 являлось звуковым и/или видеопроигрывателем (в этом случае линия 42 обратной связи может отсутствовать).

Поскольку LED, приводные механизмы для LED, контроллеры для управления приводными механизмами и светочувствительные датчики для приема света известны сами по себе, подробное общее описание их исполнения и функционирования здесь будет пропущено.

Выше управление источником 10 света описано в связи с управлением цветом. В источнике света, содержащем два или более одноцветных LED, управление цветом фактически включает в себя управление интенсивностью отдельных LED. Главная идея настоящего изобретения не ограничивается управлением цветом в многоцветной системе, но также применима к управлению яркостью в одноцветной системе, даже в системе с единственным LED. Поэтому в дальнейшем фокус объяснения будет сосредоточен на проблеме приведения в действие одиночного LED.

Фиг.2А - временная диаграмма сигнала S_D возбуждения для LED. Горизонтальная ось представляет время, вертикальная ось представляет значение сигнала S_D возбуждения. Можно увидеть, что сигнал S_D возбуждения может принимать только два значения, которые указываются L (слабый) и H (сильный). Всякий раз, когда сигнал S_D возбуждения слабый, ток в LED практически нулевой, и LED по существу выключен. Всякий раз, когда сигнал S_D возбуждения сильный, ток в LED имеет заранее установленное постоянное значение, и LED включен. Таким образом, форма кривой, представляющей сигнал S_D возбуждения, также представляет ток в LED и световой выход в зависимости от времени.

Обычно сигнал S_D возбуждения является периодическим сигналом, имеющим период T от t₁₁ до t₂₁. В примере фиг.2A сигнал S_D возбуждения становится сильным на время t₁₁ и становится слабым на время t₁₂, определяя длительности включения t_ON=t₁₂-t₁₁ и длительность выключения t_OFF=t₂₁-t₁₂. Рабочий цикл Δ определяется как соотношение длительности t_ON включения относительно периода T сигнала в соответствии с Δ=t_ON/T. Вычисленные на шкале времени, гораздо большей периода T, средний ток в лампе и средний световой выход пропорциональны рабочему циклу Δ. Таким образом, управление яркостью LED может выполняться путем изменения рабочего цикла Δ, то есть времени t₁₂, предполагая, что период T сигнала поддерживается постоянным. Независимо от яркости, ток (если течет) всегда будет иметь одно и то же значение, которое может быть задано из условия, чтобы эффективность и/или цвет LED были оптимальными.

Отметим, что быстрое следование включения/выключения LED может привести к заметному мерцанию, если частота переключения слишком низкая. На практике частота переключения может выбираться в килогерцовом диапазоне или выше, чтобы избежать этой проблемы. С другой стороны, сам процесс переключения занимает время и потребляет энергию, так что частота переключения не может выбираться слишком высокой.

С целью сообщения кода обычно само по себе известно модулирование света. Например, инфракрасный пульт дистанционного управления излучает свет, который модулируется или быстро включается/выключается, чтобы световой выход в зависимости от времени показывал быстрое следование световых импульсов, как проиллюстрировано на фиг.2В. В этих импульсах информация может кодироваться несколькими способами: например, возможностями являются широтно-импульсная модуляция или модуляция длительностью пауз.

Также непосредственно известна амплитудная модуляция светового выхода лампы, которая постоянно включена, чтобы иметь возможность обнаруживать, в каком месте находится детектор. Простая схема обнаружения включала бы в себя множество ламп, каждая из которых модулируется с определенной фиксированной частотой. Таким образом, демодулированная частота выходного сигнала светоприемника соответствовала бы частоте модуляции лампы, чей свет принимается, и поэтому указывала бы идентичность излучающей лампы. Для распространения информации было бы возможно, чтобы амплитудная модуляция выполнялась со звуковым сигналом, чтобы демодулированный сигнал мог воспроизводиться с помощью громкоговорителя, например радиосистемы. Как правило, средняя сила света такой лампы остается постоянной на шкале времени, большей частоты модуляции. Если необходимо управление яркостью (затемнение), то это обычно выполняется аналоговым способом путем изменения уровня тока в лампе.

Дополнительно отметим, что в области передачи цифровых сигналов известно использование двухфазной модуляции для определения разницы между логической "1" и логическим "0". Это схематически иллюстрируется на фиг.2C. Цифровой сигнал S может принимать два значения сигнала, L и H. Сигнал S подразделяется на интервалы C1, C2, C3 сигнала равной длительности, причем каждый интервал представляет один кодовый бит. Каждый интервал делится на два фрагмента равной длительности. В рамках одного интервала сигнал S либо сильный в первом фрагменте и слабый во втором фрагменте, указано как HL (см. участки С1 и С2), или наоборот, указано как LH (см. участок C3). Две возможности HL и LH определяют логическую "1" и логический "0", соответственно.

Однако, если бы эта известная методика включалась в систему освещения, которая описана выше, то должно быть ясно, что рабочий цикл светового выхода обязательно был бы всегда равен 50%.

Более того, в этой известной методике каждый интервал содержит только один бит данных, то есть либо "0", либо "1".

Настоящее изобретение преследует цель объединения цифровой связи и управления рабочим циклом в одном сигнале таким образом, чтобы рабочий цикл мог управляться полностью независимо от цифровых данных.

Дополнительно настоящее изобретение преследует цель предоставить способ для обработки принятого светового сигнала таким образом, чтобы цифровые данные и рабочий цикл могли определяться надежно и независимо друг от друга.

Фиг.3А - график, сопоставимый с фиг.2C, сигнала S_D возбуждения, предложенного настоящим изобретением. Снова сигнал разделяется на интервалы времени, указанные как C(1), C(2) и т.д., причем каждый интервал времени представляет цифровой бит. Интервалы обладают взаимно равной длительностью T_C, которая может определяться тактовым сигналом (не показан для простоты). Снова каждый интервал C(i) времени подразделяется на два последовательных фрагмента CS1(i), CS2(i) интервала. Снова сигнал S_D может иметь только два значения сигнала, H и L, причем значение сигнала на втором фрагменте CS2(i) интервала всегда противоположно значению сигнала на первом фрагменте CS1(i) интервала. Фрагмент интервала, имеющий значение H, будет указываться в виде H-фрагмента, тогда как другой фрагмент будет указываться в виде L-фрагмента. Таким образом, либо первый фрагмент CS1(i) интервала является H, пока второй фрагмент CS2(i) интервала является L, что применяется к первому интервалу C(1) на фиг.3А, либо второй фрагмент CS2(i) интервала является H, пока первый фрагмент CS1(i) интервала является L, что применяется ко второму интервалу C(2) на фиг.3А. Значение первого интервала C(1) будет указываться в виде HL, тогда как значение второго интервала C(2) будет указываться в виде LH. Эти два разных значения определяют цифровой 0 и цифровую 1, соответственно, причем неважно, указывает ли HL 0, а LH указывает 1, или наоборот.

На фиг.3А первый интервал C(1) начинается с t₀(1), а второй интервал C(2) начинается с t₀(2), так что длительность T_C интервала равна t₀(2)-t₀(1). Время перехода между двумя последовательными фрагментами CS1(i), CS2(i) интервала указывается в виде t_T(i). В каждом интервале C(i) длительность t1(i) первого фрагмента CS1(i) интервала равна t_T(i)-t₀(i), тогда как длительность t2(i) второго фрагмента CS2(i) интервала равна t₀(i+1)-t_T(i). В каждом интервале C(i) рабочий цикл Δ(i) определяется в виде соотношения длительности H-фрагмента с длительностью T_C интервала. Таким образом, в случае первого интервала C(1) применяется рабочий цикл Δ(1)=t1(1)/T_C, тогда как в случае второго интервала C(2) применяется рабочий цикл Δ(2)=t2(2)/T_C.

Таким образом, сигнал содержит информацию о данных и информацию о рабочем цикле.

На фиг.3А рабочий цикл сигнала меньше 50%, а именно приблизительно равен 25%. Фиг.3В сопоставима с фиг.3А, но теперь рабочий цикл сигнала больше 50%, а именно, приблизительно равен 75%. Снова цифровые биты "0" и "1" явно определяются значением HL и LH интервала, соответственно.

Из объяснения выше должно быть ясно, что рабочий цикл сигнала (и, соответственно, средняя интенсивность излученного света) может меняться в большом диапазоне, не нарушая содержание данных, наряду с тем, что содержание данных может свободно выбираться без нарушения рабочего цикла (и средней интенсивности). Другими словами, содержание данных и рабочий цикл (или средняя интенсивность) независимы друг от друга.

Отметим, что в вышеприведенном объяснении длительность t1 первых фрагментов CS1 интервала не является постоянной: длительность H-фрагментов постоянна, но такой фрагмент может быть первым фрагментом интервала или вторым фрагментом интервала, в зависимости от того, являются ли данные интервала "1" или "0". Другим способом описания вышесказанного было бы утверждение, что каждый интервал содержит сочетание одного H-фрагмента заданной длительности tH и одного L-фрагмента заданной длительности tL=tT-tH, где tH и tL являются постоянными, и где либо H-фрагмент является первым фрагментом, либо L-фрагмент является первым фрагментом. Еще одним способом описания вышесказанного было бы утверждение, что каждый интервал подразделяется на ТРИ фрагмента: первый фрагмент с длительностью tx<Tc, второй фрагмент с длительностью Tc-2tx и третий фрагмент с длительностью tx, где первый фрагмент является H-фрагментом, а третий фрагмент является L-фрагментом для данных интервала "1", или наоборот для данных интервала "0", и где второй фрагмент является либо H, либо L в зависимости от того, составляет рабочий цикл больше 50% или меньше 50% без влияния на данные интервала.

Сигналы, проиллюстрированные на фиг.3А-В, являются сигналами S_D возбуждения, приводящими в действие LED, но должно быть понятно, что световой выход LED подчиняется одинаковой кривой, а также что выходной сигнал датчика 41, принимающего этот световой выход, в основном, будет подчиняться такой же кривой, хотя и, возможно, с некоторым шумом и/или помехами, вызванными окружением, например, другими источниками света. Дополнительная особенность настоящего изобретения относится к проблеме анализа принятого сигнала, то есть выходного сигнала датчика. В нижеследующем объяснении допускается, что выходной сигнал датчика 41 сообщается центральному контроллеру 30 (линия 42 обратной связи), и что центральный контроллер 30, с одной стороны, спроектирован для декодирования содержания данных сигнала, а с другой стороны, спроектирован для измерения пиковой интенсивности света, который принят датчиком. В качестве альтернативы мог бы предоставляться отдельный декодер в приемном устройстве 40.

Для анализа сигнала обнаружения настоящее изобретение предлагает использовать согласованные фильтры. Согласованные фильтры для анализа цифровых сигналов известны сами по себе. В основном, такой фильтр содержит предварительно запрограммированную форму сигнала, и он сопоставляет принятый сигнал, который нужно проанализировать, с предварительно запрограммированной формой сигнала; его выходной сигнал имеет значение, указывающее величину корреляции между принятым сигналом и предварительно запрограммированной формой сигнала. Это выходное значение корреляции указывает, насколько принятый сигнал соответствует предварительно запрограммированной форме сигнала у фильтра. Из сравнения этого выходного значения корреляции с пороговой величиной может быть принято решение ДА/НЕТ в отношении того, содержит ли принятый сигнал предварительно запрограммированную форму сигнала у фильтра. Эта операция будет кратко объясняться со ссылкой на фиг.4А-D, где предварительно запрограммированная форма сигнала будет кратко указываться как "форма фильтра" FS.

Фиг.4А схематически показывает согласованный фильтр 50, имеющий вход 51 для приема входного сигнала Si, который нужно проанализировать, и имеющий выход 52 для предоставления выходного сигнала So. Входной сигнал Si, который нужно проанализировать, является сигналом с заранее установленными интервалами времени, имеющими длительность Tc интервала. Фильтр 50 предназначен для анализа двухфазных модулированных сигналов, которые объясняются со ссылкой на фиг.2C, и имеет форму фильтра FS, проиллюстрированную на фиг.4А, имеющую значение +1 от момента t=0 до 0,5∙Tc и значение -1 от момента t=0,5∙Tc до Tc. Фильтр 50 спроектирован для вычисления выходного сигнала So в соответствии с операцией скалярного произведения So=IP(FS∙Si), которая определяется как взятие произведения FS(t)∙Si(t) для каждого значения времени между 0 и Tc и интегрирования его в диапазоне от 0 до Tc.

Фиг.4C иллюстрирует, что происходит, если входной сигнал Si содержит HL-интервал C1, как проиллюстрировано на фиг.2C; в нижеследующем объяснении, низкий уровень L будет рассматриваться равным нулю. Для каждого момента времени между t=0 и t=0,5∙Tc входной сигнал имеет значение H, а форма фильтра FS имеет значение +1, поэтому произведение FS(t)∙Si(t)=H для этих моментов. Для каждого момента времени между t=0,5∙Tc и t=Tc входной сигнал имеет значение нуля, а форма фильтра FS имеет значение -1, поэтому произведение FS(t)∙Si(t)=0 для этих моментов. Интеграция этого произведения в диапазоне от 0 до Tc приводит к So=0,5∙Tc∙H.

Фиг.4D иллюстрирует, что происходит, если входной сигнал Si содержит LH-интервал C3, как проиллюстрировано на фиг.2C. Для каждого момента времени между t=0 и t=0,5∙Tc входной сигнал имеет значение нуля, а форма фильтра FS имеет значение +1, поэтому произведение FS(t)∙Si(t)=0 для этих моментов. Для каждого момента времени между t=0,5∙Tc и t=Tc входной сигнал имеет значение H, а форма фильтра FS имеет значение -1, поэтому произведение FS(t)∙Si(t)=-H для этих моментов. Интеграция этого произведения в диапазоне от 0 до Tc приводит к So=-0,5∙Tc∙H.

Фиг.4А дополнительно показывает, что выходной сигнал So фильтра может предоставляться компаратору 53, который сравнивает выходной сигнал So фильтра с предопределенным пороговым уровнем TH. Подходящим значением для порогового уровня TH в вышеприведенном примере был бы ноль. Если компаратор 53 обнаруживает, что сигнал So выше нуля, то он решает вывести цифровую "1"; если компаратор 53 обнаруживает, что сигнал So ниже нуля, то он решает вывести цифровой "0".

Ссылаясь на пример фиг.4C, если входной сигнал Si искажается шумом или затуханием, так что в некоторый момент в первой половине периода сигнала значение сигнала меньше H, то вклад в объединенный выходной сигнал становится меньше, то есть значение выходного сигнала So уменьшается. Также, если в некоторый момент во второй половине периода сигнала значение сигнала выше нуля, то происходит отрицательный вклад в объединенный выходной сигнал, так что значение выходного сигнала So также уменьшается. Тем не менее, пока выходной сигнал So выше нуля, входной сигнал Si будет распознаваться как сигнал HL, декодированный как "1", на основе предположения, что это более вероятно, чем входной сигнал Si, являющийся сигналом LH, кодирующим "0". Отметим, что это "декодирование" основывается на информации, что входной сигнал может иметь только одну из двух возможных форм, и на информации, определяющей эти две возможные формы.

Из вышесказанного следует, что форма фильтра FS, проиллюстрированная на фиг.4B, является наиболее подходящей формой для декодирования двухфазного кодированного сигнала из фиг.2C (Примечание: то же самое применялось бы к фильтру, который имеет обратную форму фильтра). Ожидается, что сигнал принимает только одну из двух возможных форм сигналов, и выход So фильтра имеет максимальные абсолютные значения в случае входного сигнала, в точности равного одной из двух предполагаемых форм сигналов. Вообще, если сигнал, который нужно проанализировать, может принимать только одну из двух возможных форм сигналов, может быть показано, что оптимальная форма фильтра получается путем вычитания тех двух возможных форм сигналов друг из друга; можно без труда увидеть, что вычитание сигнала LH из сигнала HL приводит к форме фильтра FS, проиллюстрированной на фиг.4B.

Со ссылкой на фиг.3A и 3B, сейчас проблемой является то, что сигнал, который нужно проанализировать, может принимать больше, чем только две возможных формы сигналов, потому что рабочий цикл может принимать любое значение от почти нуля до почти 100%. Только если известен рабочий цикл, то сигнал, который нужно проанализировать, снова может принимать только одну из двух возможных форм сигналов (см. интервалы C(1) и C(2) на фиг.3A), и можно было бы соответствующим образом адаптировать форму фильтра FS (то есть настроить фильтр).

Отметим, что вышесказанное не подразумевает, что невозможно надежно обнаружить коды HL или LH сигнала. Используя форму фильтра FS из фиг.4B, должно быть понятно, что интервал C(1) из фиг.3A привел бы к выходу So фильтра, имеющему значение So=t_T∙H, тогда как интервал C(2) из фиг.3A привел бы к выходу So фильтра, имеющему значение So=-t_T∙H. То же самое применялось бы к интервалам C(1) и C(2) из фиг.3B. Тем не менее, желательно иметь возможность обнаруживать рабочий цикл.

К сожалению, невозможно непосредственно измерить рабочий цикл на основе среднего уровня сигнала у входного сигнала Si в связи с тем, что значение H не является фиксированным, но среди прочего зависит от расстояния между LED и датчиком.

Настоящее изобретение предоставляет способ для преодоления этой проблемы.

Фиг.5А - блок-схема, схематически иллюстрирующая схему 60 декодирования сигнала, содержащую два согласованных фильтра 61 и 62, размещенных параллельно. Схема 60 имеет вход 63 схемы для приема сигнала Si, который нужно проанализировать; два согласованных фильтра 61 и 62 имеют соответствующие входы, соединенные со входом 63 схемы, так что они оба принимают одинаковый сигнал. Отметим, что схема 60 может содержать входной усилитель, не показанный для простоты. Два согласованных фильтра 61 и 62 имеют формы фильтров FS1 и FS2, соответственно, которые взаимно разные.

Фиг.5B иллюстрирует общий профиль формы фильтра. Для времени с t=0 по tx форма фильтра FS имеет значение +1. Для времени с t=(Tc-tx) по Tc форма фильтра FS имеет значение -1. Между моментами tx и (Tc-tx) форма фильтра FS имеет значение 0. Как объяснялось выше, такая форма фильтра оптимальна для декодирования сигнала, имеющего рабочий цикл Δ=tx/Tc. Поэтому в дальнейшем эта форма фильтра будет называться по значению рабочего цикла Δ. Таким образом, форма фильтра из фиг.4B будет указываться как 50%-ная форма фильтра, и согласованный фильтр, имеющий эту форму фильтра, будет указываться как 50%-ный фильтр. Дополнительно будет упомянуто, что фильтр имеет значение Δ рабочего цикла.

Два согласованных фильтра 61 и 62 в схеме 60 декодирования сигнала имеют взаимно разные значения Δ1 и Δ2 рабочего цикла, соответственно. Хотя и не существенно, предпочтительно, чтобы один из фильтров имел значение рабочего цикла в 50%; поэтому в типовом варианте осуществления фиг.5A первый согласованный фильтр 61 является 50%-ным фильтром (см. фиг.4B). Второй согласованный фильтр 62 имеет значение Δ2 рабочего цикла меньше, чем Δ1; в качестве примера, второе значение Δ2 рабочего цикла может быть всего 0,1% (для ясности, Δ2 преувеличивается на фиг.5B-5D).

Фиг.5C - график, показывающий абс