專利名稱：用于電光標(biāo)記的光信號傳送系統(tǒng)的制作方法
利用現(xiàn)有設(shè)備可以實現(xiàn)獨立的光電標(biāo)記，它包括一永久性存儲器，并能閱讀或遠距離讀寫。不言而喻，電子標(biāo)記一詞是一個統(tǒng)稱，它可包括需要該種存儲器的大部分應(yīng)用芯片卡、標(biāo)簽等。瑞士專利申請(94年7月4日)02120/94-0說明書中描述了一種該類型的標(biāo)記，特別是集中介紹了為實現(xiàn)該種標(biāo)記功能而需要的光電設(shè)備。94年12月13日提交的03759/94-1號瑞士專利申請說明書尤其涉及到該標(biāo)記與外部讀/寫設(shè)備之間通信的管理程序。00262/95-6號瑞士專利申請說明書中涉及到觀測標(biāo)記以及向標(biāo)記傳送電能的設(shè)備。
本發(fā)明是對上述專利的一項改進專利。它涉及一個包括至少一個光源的系統(tǒng)，該光源至少具有聚焦該光源的聚焦裝置，該系統(tǒng)還包括一個產(chǎn)生用于一個光電標(biāo)記的光信號的光信號發(fā)生器，還至少有一個信號檢測電路和用于標(biāo)記與光源之間通信的裝置，其特征在于，設(shè)置光信號發(fā)生器以在很短時間內(nèi)釋放高強度光信號，該標(biāo)記檢測電路至少包括一個與其配合的電平鑒別器，以便分開上述高強度光信號產(chǎn)生的電脈沖和一般強度信號產(chǎn)生的電脈沖。


圖1簡要示出本發(fā)明的具有聚焦設(shè)備的光源；圖2示出具有輸入信號鑒別器的電光標(biāo)記內(nèi)部配置的一部分；圖3簡要示出光信號發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)；圖4示出光信號形狀的一個例子。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的具有三種發(fā)光可能性的光源。
首先有一個例如鹵化型的燈絲燈泡或燈1。眾所周知這種燈泡在可見光譜中具有良好的效果。所以可使用這種燈泡向標(biāo)記傳送它所需要的全部或部分光能。另外該燈泡產(chǎn)生一種可瞄準(zhǔn)標(biāo)記的準(zhǔn)確調(diào)焦的可視光束。然而，由于燈絲時間固定，該燈泡不能用于發(fā)生編碼的光信號。
其次是一個電致發(fā)光二極管2，這種二極管不能向有一定距離的標(biāo)記提供足夠的電能，相反，它能發(fā)生易被標(biāo)記接收的快速編碼信號。在可視光譜中該二極管可用于觀測標(biāo)記。
三是根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)，不同于前面描述的專利中的系統(tǒng)，其中提供一個閃光燈3。眾所周知，一是準(zhǔn)確觸發(fā)這種燈，就會產(chǎn)生一種高強光線，可在很短時間內(nèi)達到數(shù)十萬勒克司(lux)。我們將在下面描述我們將要使用的這種特點。
在圖1中也示出了光束聚焦器。該聚焦器可僅包括一個成拋物線狀的普通反射器4和帶有一組透鏡的裝置的光設(shè)備5。配備該光設(shè)備以便形成一個可根據(jù)距離調(diào)整光束的可變焦距鏡頭6。
最后是轉(zhuǎn)換器7，將在下面描述其功能。
在圖1提供的實例中，集中三種光源并使用相同的聚焦器。然而，在上述專利中，可自然地將這些光源分開，而不改變本系統(tǒng)的基本功能。
圖2示出的是具有輸入信號鑒別器的光電標(biāo)記內(nèi)部構(gòu)造。首先看到有5個光電池10，用來將光變?yōu)殡娔堋＿@5個光電池向低壓CMOS電路提供所需要的1.5～2伏的工作電壓。如果要寫入存儲器需要較高電壓時，最好是使用一個電壓升高變壓器，而不是要增加光電池的數(shù)量，來獲得這種高電壓。根據(jù)距離的遠近，人們可用一個10～50瓦的鹵燈泡，獲得約2000～3000勒克司照度，這些光電池以一個幾百微安的電流提供2伏電壓(0.4伏/每個光電池)。這樣人們有了足以使本系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的電能。
光電池10與一個晶體三極管11的發(fā)射極連接，晶體三極管的基極與一個電容12相連，集電器與第二個晶體三極管13的發(fā)射極相連。該晶體三極管13的集電器通過電阻14與Vss連接，并與一個放大器15輸入端連接。晶體三極管13基極通過用電阻37極化的穩(wěn)壓(齊納)二極管36與Vss連接。
當(dāng)光電池的端子電壓低時，穩(wěn)壓二極管36端子的電壓不足以使其導(dǎo)電。所以晶體三極管13基極沒有任何電流通過。晶體三極管不導(dǎo)電，并且晶體三極管11的集電器不可能通過任何電流。因此，光電池10提供的全部電流通過晶體三極管11發(fā)射極基極二極管為電容12充電。用該電容12端子上的電壓為CMOS電路供電。該電容12代替緩沖電容器，集聚足夠的電能，在短時間內(nèi)，如在寫入存儲器時，或在向LED設(shè)備發(fā)送交換光信號時，提供電流峰值，幾微秒內(nèi)提供約10毫安的電流峰值。
如果照度充足，光電池提供的電能將高于CMOS電路正常運轉(zhuǎn)所需電能，并且電壓升高。當(dāng)達到穩(wěn)壓二極管36臨界電壓時，二極管中的電流通過晶體三極管13基極，并由此進入發(fā)射極和集電器，通向電阻14。這樣考慮到晶體三極管13的增益，幾乎多余的全部電流轉(zhuǎn)向電阻14，該電阻端子上出現(xiàn)電壓。將該電壓引入放大器15輸入端，該放大器的作用類似一個電平檢測器。眾所周知這種普通的CMOS放大器的臨界電壓約是電源電壓的一半。所以，當(dāng)電阻14端子上的電壓超過2伏時，放大器15輸出電壓將超過1伏。
上面明確指出約2000～3000勒克司的照度足以為光電標(biāo)記供電。用圖1中配備的鹵燈泡可獲得該照度。如標(biāo)記所處位置光線很好，如在陽光下，也可自然產(chǎn)生該照度。如果是這樣，許多標(biāo)記可自動傳送互擾光信號。為了防止類似情況發(fā)生，最好是在被觀測的標(biāo)記被一個光信號激活時才使其可工作，因此不會被可能是自然產(chǎn)生的信號搞混。這些使用圖1中的閃光燈是可能實現(xiàn)的。這種燈在約1毫秒的時間內(nèi)可產(chǎn)生數(shù)十萬勒克司的光束。所以該光束在光電池10端子上可產(chǎn)生一種比用鹵燈或天然光，甚至特殊光獲得的平均電流更大的電流峰值。如果用3000勒克司照度可產(chǎn)生200微安的電流，則在30000勒克司，與在充足陽光一致的照度下，該電流將超過2毫安。如閃光燈提供150000勒克司，該電流要超過10毫安。
當(dāng)固定電阻14為200歐姆時，照度在30000勒克司下可獲得最大0。4伏的電壓，而在閃光期間人們可獲得的最高電壓為2伏。在第一種情況下，放大器15的輸出端保持為零，在第二種情況下，一種正脈沖出現(xiàn)在其輸出端。所以該電路起到鑒別器的作用，能夠區(qū)分由閃光燈產(chǎn)生的高光強度脈沖和一般光強度的信號脈沖。
放大器15輸出端與觸發(fā)器16復(fù)位輸入端連接，其輸出端Q與03759/94-1號瑞士專利申請說明書中描述的一樣的序列發(fā)生器17的復(fù)位輸入端連接，并與“或”門18的第一個輸入端連接，“或”門的輸出端與一個計數(shù)器19的復(fù)位輸入端連接。當(dāng)放大器15輸出端出現(xiàn)脈沖時，觸發(fā)器16輸出端Q為零。計數(shù)器19開始計數(shù)，序列發(fā)生器17處于可工作狀態(tài)，并通過放大器20和LED21產(chǎn)生第一批光基準(zhǔn)信號。該光基準(zhǔn)信號使用于標(biāo)記的光信號發(fā)生器與標(biāo)記同步。如果是這樣，將建立雙向聯(lián)絡(luò)，與標(biāo)記提供的基準(zhǔn)信號相比，該裝置在非常精確的時隙中發(fā)射信號。為了檢測這些信號，可使用一個獨立的光電池。如圖2中所述，直接使用光電池10。當(dāng)上述時隙比信號傳輸全部時間較短時，這種方案才能可行。如果是這樣，在時隙期間內(nèi)，轉(zhuǎn)換光電池產(chǎn)生的電流僅消耗少量光電池釋放的電能。
序列發(fā)生器17提供一個對應(yīng)于上述時隙的信號至模擬開關(guān)22控制輸入端上，該模擬開關(guān)將光電池10與一個模擬放大器輸入端上在該時隙期間連接起來。該放大器由晶體三極管23形成，其集電器通過電阻24與Vdd連接，其發(fā)射極通過與電容26平行連接的電阻25與Vss連接。該發(fā)射極通過電阻28與晶體三極管27基極連接，該晶體三極管基極通過電容29與Vss連接。晶體三極管27發(fā)射極通過電阻30與Vss連接，同時其集電器通向晶體三極管23基極和通向模擬開關(guān)22輸出端。配備模擬放大器以便去除由鹵燈或外來光的連續(xù)分量(d.c.component)，提取編碼的光信號。其作用說明如下我們發(fā)現(xiàn)在正常的照明條件下，光電池10產(chǎn)生約2伏電壓的幾百微安的電流。當(dāng)模擬開關(guān)22關(guān)閉時，該電壓被引入晶體三極管23基極。晶體三極管成為導(dǎo)體。電容26充電，與通過電阻28的電容29相同。當(dāng)晶體三極管27基極的電壓充足時，晶體三極管27成為導(dǎo)體并將來自光電池10的電流分路。如果電阻30較弱，光電池端子上的電壓要調(diào)整到約是晶體三極管23和27發(fā)射極基極二極管臨界電壓的總和。由于該晶體三極管的增益，來自光電池10的全部電流在晶體三極管27中分路。晶體三極管27所以提供與光電池提供的等量的電流，并起到電流發(fā)生器的作用。然而，由于電阻28和電容29的時間常數(shù)，電流發(fā)生器不能立即適應(yīng)光電池10中電流的突變。如果向光電池發(fā)送短期快速光信號，如此獲得的短時電流增強不能被晶體三極管27吸收。全部增強的電流所以將進入晶體三極管23基極并在電阻24上發(fā)生一個脈沖。用電容31將該脈沖引入放大器32輸入端，用放大器將其再次放大。該放大器32輸出端與解碼器33輸入端連接，當(dāng)在放大器32輸出端放大的在光電池10端子接收到的脈沖列符合一個預(yù)定序列時，解碼器33向“或”門18的第二輸入端發(fā)送信號。
當(dāng)放大器15輸出端達到1時，將觸發(fā)器16回零，計數(shù)器19開始計數(shù)。如果解碼器周期地收到適當(dāng)?shù)拿}沖列，將向門18發(fā)送信號，使計數(shù)器19周期性地復(fù)位到零。那么序列發(fā)生器17仍要工作，并管理存儲器34的各種操作。相反，如解碼器沒有收到任何東西或收到不適當(dāng)?shù)拿}沖列，就不會發(fā)生周期性地復(fù)位。當(dāng)計數(shù)器到達預(yù)定狀態(tài)時，向觸發(fā)器16的置位輸入端發(fā)送一個信號，觸發(fā)器16將再次到達1時，關(guān)閉序列發(fā)生器17和計數(shù)器19。這樣標(biāo)記不再工作，直到一個新的閃光將該系統(tǒng)再次工作。總之，圖2中的電路可區(qū)別閃光燈提供的光信號產(chǎn)生的電脈沖。這些脈沖對標(biāo)記與光源之間的通信設(shè)備的交換電路產(chǎn)生影響。當(dāng)電源在預(yù)定時間關(guān)閉時，計數(shù)器可切斷通信設(shè)備。
圖3介紹的是與光能源合并的光信號序列發(fā)生器內(nèi)部構(gòu)造部分。
該發(fā)生器包括一個可接收來自標(biāo)記的光信號的光電二極管40。該光電二極管40與一個放大解碼器41連接，該放大解碼器與序列發(fā)生器42連接。電路的這種配置可放大光電二極管40端子收到的信號，并可根據(jù)03 759/94-1專利申請說明書中描述的相同過程，分析其時間分布。為了使該過程運行，需要標(biāo)記的序列發(fā)生器和本發(fā)生器同步工作。如這兩個發(fā)生器有一個精確時間基準(zhǔn)，這樣很容易實現(xiàn)。通過響應(yīng)來自標(biāo)記的由放大解碼器41解碼的光信號特殊形式將本發(fā)生器時間基準(zhǔn)定期回零，可獲得這種同步。為了獲得這一精確的時間基準(zhǔn)，放大解碼器41利用石英43作為標(biāo)記序列發(fā)生器時間基準(zhǔn)。
事實是本發(fā)生器在標(biāo)記發(fā)生器上同步，而不是相反的情形，因此具有一個主要的優(yōu)點。其實如兩個標(biāo)記非常接近，并同時由閃光燈激活，同時發(fā)送光基準(zhǔn)信號是不可能的。根據(jù)需要確定的標(biāo)準(zhǔn)，本裝置的發(fā)生器只能與其中一個同步，或與另一個同步。這樣只有接收同步信號的標(biāo)記將繼續(xù)發(fā)射，而另一個如我們在上圖看到的一樣將自動停止運行。
序列發(fā)生器42輸出控制各種光源的控制信號，即鹵燈44，LED二極管45和閃光燈46。這些信號將根據(jù)開關(guān)46的位置，對應(yīng)于圖1中的開關(guān)7。以兩種形式在下面詳細說明。結(jié)構(gòu)1-正常間距信號的正常(標(biāo)準(zhǔn))序列如下(參見專利262/95-6)-起動鹵素?zé)?4-對準(zhǔn)標(biāo)記-起動閃光燈46以便激發(fā)標(biāo)記-發(fā)生器42同步，通過LED45(發(fā)光二極管)實現(xiàn)并保持信息傳遞(通信)。
鹵素?zé)?4和LED45都可以直接由發(fā)生器42低壓供電。對于閃光燈來說該過程就有點復(fù)雜了，無論是不是完全為大家所公知。電容47利用以二極管48所簡化表示的系統(tǒng)充電到高壓，例如直流250V，該二極管用限流電阻49與所述電容相連。如果把該充電系統(tǒng)與供電網(wǎng)相連，電容47就以供電峰值電壓充電，即高于250V。不過這種電壓還不足以觸發(fā)放電。這種放電是利用激勵線圈51在專用電極50上產(chǎn)生幾千伏過壓而引起的，該激勵線圈是由時序發(fā)生器42控制的。出現(xiàn)這種過(電)壓時，燈泡中氣體電離并變成是完全導(dǎo)電的了。如果電容47直接與燈泡兩端接通，那時該電容就完全被放空，而且正是這種電容值確定了閃光的時間長短，這如同商品化簡便照相閃光過程中所產(chǎn)生的情況。當(dāng)電容完全放空并且電流在臨界閾值以下時，氣體消電離并重新變成非導(dǎo)電的了。那時電容可以又重新充電。一旦該電容達到了其額定電壓，就可以在線圈繞組51兩端產(chǎn)生一次新的過(電)壓的同時觸發(fā)一次新的閃光。在圖3的情況下，與閃光燈泡50串聯(lián)接入一個晶體管52。如果該晶體管一直處于導(dǎo)電狀態(tài)，就會出現(xiàn)上面描述的圖中情況。反之，在使該晶體管成為非導(dǎo)通狀態(tài)的同時就可能切斷閃光燈泡中的電流以便更精確地控制發(fā)光信號的時間長短，即可以如同后面圖中所能看到的那樣對該信號進行調(diào)制。
圖4表示的是由圖3裝置所發(fā)射的光信號的特殊形狀。
上述結(jié)構(gòu)1對于幾瓦的鹵素閃光燈泡來說一直到一定的間距都可很好地正常工作，即50-70厘米。但是大家都知道所需的能量隨距離的平方而增加。這樣，如在比較大的距離上工作，就需要增加一個幾十瓦的燈泡。不過，這種燈泡都是按照閃光燈的形式安裝的。事實上，甚至是市場上所常見的最小閃光燈都能發(fā)射出至少一焦耳的閃光信號。如果不是發(fā)送單一的閃光信號去激勵標(biāo)記，而以頻閃的閃光方式發(fā)送連續(xù)的閃光信號，比如每秒20個閃光信號，就能傳輸?shù)刃в?0瓦鹵素?zé)襞莸墓饽堋?br> 大家還知道信號向標(biāo)記的傳輸是由一列周期脈沖來實現(xiàn)的(參見專利03759/94-1)，并且有可能使我們的連續(xù)閃光信號與這些周期脈沖列同步。
同樣，在圖4上，人們能看到幾個這種脈沖列，它們是按照固定周期60相繼通過的。在每個這種脈沖列內(nèi)，可找到由于閃光61而形成的信號，還有一列脈沖62，它代表要傳輸?shù)綐?biāo)記的信息、指令、數(shù)據(jù)、奇偶校驗。因此，將用與數(shù)據(jù)傳輸同步的連續(xù)的固定周期閃光而不是一次閃光建立與標(biāo)記的信息傳遞，并且能夠在距離變大時給標(biāo)記補充必需的能量。
我們要指出的是為使標(biāo)記進行工作所必需的電功率還與它的工作速度，因而也就是與上述脈沖列周期有關(guān)。因此人們可以利用可發(fā)出特定指令的圖3裝置對該周期進行編程而去影響標(biāo)記的功耗。
最后，如上圖所描述的那樣，能夠利用晶體管52對閃光燈發(fā)出的信號進行調(diào)制。事實上，當(dāng)閃光燈泡準(zhǔn)確電離以后，就可以在無需對燈泡消電離的情況下能完全地調(diào)制電流，只要電流切斷是短時間的。也可能直接利用閃光燈泡通過開關(guān)晶體管52產(chǎn)生圖4的信號，而不借助于LED。
那么，為什么保持該LED(發(fā)光二極管)并且不與閃光燈一起使用。首先因為，在短距離情況下，閃光有可能使電池完全飽和而其次是為了節(jié)約能量，尤其是當(dāng)希望得到一種自動便攜式裝置時。
因此開關(guān)46可以起動第二種設(shè)計方案。
結(jié)構(gòu)2-大間距-起動鹵素?zé)?4-對準(zhǔn)標(biāo)記-起動激勵標(biāo)記的閃光燈46-發(fā)生器42同步，利用LED45實現(xiàn)并保持信息傳遞，(也可能是閃光燈46)-在每個脈沖列開始發(fā)送閃光作為向標(biāo)記的能量補充。
當(dāng)然本發(fā)明系統(tǒng)會有很多其它可能的方案，特別是那些使用編程邏輯代替硬件邏輯的系統(tǒng)，但是對它們的描述不會給對本發(fā)明系統(tǒng)的理解帶來補充性的因素。
權(quán)利要求
1.包括至少一個發(fā)光源的系統(tǒng)，該光源至少還包括一些該能源的聚焦裝置，該系統(tǒng)還包括可產(chǎn)生發(fā)向電光標(biāo)記的光信號的裝置，該裝置至少包括一個有關(guān)這些信號的探測電路以及一些可保證該標(biāo)記與發(fā)光能源之間通信的裝置，該系統(tǒng)的特征在于產(chǎn)生光信號的裝置要設(shè)計成可發(fā)出時間很短、強度又很高的光信號，該標(biāo)記的探測電路至少包含一個電平鑒別器，它用于把由上述高強度光信號所產(chǎn)生的電脈沖與普通強度光信號所產(chǎn)生的電脈沖分開。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于上述的標(biāo)記探測電路包括一個可起動所述確保該標(biāo)記與發(fā)光能源之間的信息傳遞裝置的電路，所述鑒別器至少間接地與上述起動電路連接以便保證信息傳遞裝置處于響應(yīng)上述高強度光信號發(fā)射的工作狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的系統(tǒng)，其特征在于上述起動電路包括一些與所述鑒別器及所述信息傳遞裝置相連的定時器，該起動電路的配置是使這些通信裝置在沒有實現(xiàn)信息傳遞或不再進行通信聯(lián)系時在確定的時間間隔以后不再進行工作了。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于光信號發(fā)生裝置的設(shè)置是要發(fā)出多個很強的光信號使得能向標(biāo)記傳輸其工作所必需的至少一部分能量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1和4所述的系統(tǒng)，其特征在于該多個很強的光信號與保證發(fā)光源及標(biāo)記間信息傳遞的那些光脈沖列同步。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、4和5所述的系統(tǒng)，其特征在于光信號發(fā)生裝置包括所述高強度發(fā)光信號的發(fā)射或不發(fā)射調(diào)制裝置，配置這些裝置是要直接由這些裝置產(chǎn)生可保證在發(fā)光能源與標(biāo)記間信息傳遞的光脈沖列。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、4和5所述的系統(tǒng)，其特征在于產(chǎn)生發(fā)送到該標(biāo)記處光信號的裝置包括轉(zhuǎn)換裝置，安裝了這些裝置以便能夠根據(jù)需要起動或關(guān)閉各種不同的上述選擇。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電—光標(biāo)記系統(tǒng),它包括一種可產(chǎn)生很強光信號的讀/寫裝置,這些強光信號能使標(biāo)記工作。為此,標(biāo)記包括一個能區(qū)分這些很強光信號和通常強度光信號的鑒別器以便在探測到這些信號時使標(biāo)記工作。當(dāng)標(biāo)記與讀/寫裝置之間的信息傳遞中斷時定時器可使標(biāo)記不工作。
文檔編號G06K1/12GK1193396SQ96196275
公開日1998年9月16日 申請日期1996年8月7日 優(yōu)先權(quán)日1995年8月14日
發(fā)明者J·C·貝爾內(nèi) 申請人:蓋伊弗里爾斯有限公司