識別紅外信號的檢測器和使用同一檢測器的系統的製作方法
2023-09-15 11:47:50
專利名稱：識別紅外信號的檢測器和使用同一檢測器的系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及光電子技術的改進，特別是在有象日光一類的光能存在的環境背景下，用於檢測光波信號，尤其是紅外信號的檢測器和檢測方法的改進。
背景直到最近，盲人、低視力者、喪失學習能力的人、或者對印刷品識別有困難的人仍被摒棄於一般人日常生活中認為理所當然的出入和定位之外。對他們而言，找路是一件困難的事，通常需要請陌生人幫忙。不管是乘坐正確的公共汽車、尋找休息室或電話、確定電梯或出口的方向、通過街道或在公共場所搞清方向，這些人都處於不利及危險中。不存在方向性的「尋路」設備以向他們提供「讀和看」遠處的標誌的能力。
近年開發了一種信息和尋路系統以幫助盲人、低視力者及其他識別印刷品有困難的人。這種系統以「Takling Signs」為商標投放市場，包括紅外發射器和接收器。發射器放置於環境中關鍵標誌處，持續發射標誌信息。接收器由用戶攜帶，在需要方向或信息時將其激活。
很多情形下，前述系統在使用中產生了很好的效果。但當在有象日光一類的光能存在的環境背景下使用時，可能會遇到諸如難於或可能不能夠檢測到期望的信號的困難。這樣必須有一種方法來消除這類背景光能的不利影響，以使檢測單元在有無象日光一類的強光存在的環境背景下都能有效地使用。
本發明就是要以一高效的方法實現這一需求。
發明概述在本發明的一個實施例中，提出了一種可攜式的方向接收器，它包括一個非視覺的聯絡裝置(Communicator)(比如揚聲器)，一個自帶的電源，一個用於接收感應到的連續的調頻紅外信號的檢測器，以及在有無環境背景光能存在時均能將上述感應信號轉換為易懂的信息(如語音)並從上述聯絡裝置發出的電子設備。所述背景光能甚至可以是日光。
另一實施例中提出了一個系統，包括a)一個單通道發射機陣列，各發射機發射一連續的調頻紅外信號，該信號為一寬約10°到50°的錐形光束，調製頻率為25KHz，帶寬6KHz，紅外載波頻率範圍為850到950納米；b)一個可攜式方向接收器，包括一個非視覺的聯絡裝置(如揚聲器)，一個自帶的電源，用於檢測、接收上述連續的調頻紅外信號並通過上述的聯絡裝置轉換為可懂的語音或其它的非視覺而易懂的交流方式的第一裝置，用於消除包括日光在內的環境背景光能的不利影響的第二部分裝置。
有關本發明的各實施例及本發明的特性將通過下面的描述。附加的權利要求和附圖而進一步變得明了。
附圖簡述
圖1為本發明的接收器的典型的前端部分(信號感應和接收部分)的框圖；圖2為接收器中用於濾波和檢測接收到的信號，並抑制環境背景噪聲幹擾的裝置的框圖；圖3為本發明典型的接收器中前端部分電子設備的詳細的原理圖。
圖4A、4B和4C總起來，為接收器中用於濾波和檢測接收到的信號，並抑制環境背景噪聲幹擾的裝置中電子設備的詳細的原理圖。
優選實施例說明本發明的接收器尤其適合使用單通道發射機陣列的場合，各發射機發出一個連續的調頻紅外信號，該信號為寬約10°到50°的錐形光束，調製頻率為25KHz，帶寬6KHz，紅外載波頻率範圍為850到950納米。這些發射機可以放置在適當的地方，以便攜帶接收機的有視覺障礙的用戶能感應到上述信號，並通過接收器中產生的易懂的信息而被帶到想去的地方。
方向接收器中的非視覺聯絡裝置可以為各種類型，諸如莫爾斯電碼匣，觸式盲文通訊設備或其它的電機轉換裝置。不過最好是小型的音頻揚聲器或耳機系統。當聯絡裝置為音頻的或耳機揚聲器系統時，接收器中的電子設備通過將感應到的信號轉換為放大的隨時間變化的檢測器信號光電流，並將放大的光電流發送到揚聲器系統以驅動揚聲器，而使感應到的信號轉換為易懂的語音從揚聲器中發出。
接收器常包含一個或多個小電池作為自帶電源。但也可能使用合適的用於將光能轉化為電能的光電池系統。
現在參照圖1，來自單通道發射機陣列並混有環境背景輻射的信號被主PIN檢測器D1所接收。輔助PIN檢測器D2檢收環境背景輻射並使用有源轉換器電路Q1從主PIN檢測器D1中消除背景噪聲信號。實質上，由主PIN光電二極體，有源轉換器和輔助PIN光電二極體產生的散粒噪聲電流是非相干的，均方根相加，而來自主和輔光由二極體的信號電流是相干的，直接相加。此外，在一特定的設計範圍內，輔助PIN光電二極體的穩態光電流對有源轉換器電流沒有貢獻，因此不會在有源轉換器中產生額外的散粒噪聲。這樣，圖中的裝置利用了這樣的電路結構，其中，主PIN光電二極體D1工作在反偏壓或光導模式下，而輔助PIN光電二極體D2工作在光電模式下。有源轉換器典型地為多個的半導體裝置，如電晶體或集成電路。進一步的信號調節和放大由輸入單元Q2、柵-陰輸出Q3和阻抗轉換器Q4分別完成。
阻抗轉換器Q4的輸出連接到圖2的TRF FM接收器。產生的信號由有源帶通濾波/增益單元U2、限幅器U3、以及由L2、C19、D2、L3、C23和D3組成的鑑頻器電路(見圖4A)調節，產生解調的聲頻信號。解調的聲頻信號進一步由聲頻阻抗轉換器和去噪帶通濾波器/放大器電路Q1調節(詳細電路見圖4B)。圖2及圖4B的電路Q1產生兩個信號。
圖2及圖4B的Q1產生的第一個信號是去噪信號，經電位器R23連接到噪聲整形/濾波/直流轉換器U4、D4、Q2、D5和D6(詳細電路見圖4B和4C)。噪聲整形/濾波/直流轉換器向聲頻輸出放大器U5輸出去噪電平。
圖2及圖4B的Q1產生的第二個信號經電位器R32連接到電平範圍選擇電路。電平範圍選擇電路的輸出連接到聲頻輸出放大器U5。聲頻輸出放大器U5的輸出用於驅動揚聲器或別的非視覺聯絡裝置。
有關圖1和圖2中涉及到的電路的詳細描述分別示於圖3和圖4A到4C。
本發明的一個特性在於電子設備中包含一個用於環境光感應穩態檢測器光電流的有源轉換器(即寬帶半導體器件)，可以有效地去除象日光一類的環境背景光能產生的環境背景噪聲。因而該設備能夠檢測在有穩態光電流存在時接近PW光電二極體散粒噪聲極限的信號。根據圖中所示形式，該設備通過將信號轉換多放大的時間變化檢測器信號光電流、發送到揚聲器去驅動揚聲器，而將從單通道發射機陣列感應到的信號轉換為易懂的語音從揚聲器中發出而實現這一點。
本發明在應用中允許有相當大的變化。因此上文的描述不作為，也不應被解釋為將本發明局限到參照附圖所述的特定發明形式的限制。相反本發明所預期涉及的範圍由隨後的權利要求及與其等價的其它要求來提出，這些要求在法律許可範圍內。
權利要求書按照條約第19條的修改1.一個可攜式方向接收器，包括一個非視覺聯絡裝置，一個自帶電源，一個用於檢測感應到的連續的調頻紅外信號的檢測器，以及包括用於環境光感應穩態檢測器光電流的有源轉換器、一個工作在光阻模式下的主PIN光電二極體和一個工作在光伏模式下的輔助PIN光電二極體的電子設備，該電子設備在有無環境背景光能的條件下均將上述感應到的信號轉換為易懂的非視覺信息從上述聯絡裝置發出，上述接收器在上述感應信號接近存在穩態光電流的上述主PIN光電二極體的散粒噪聲極限時有效。
3.根據權利要求1的接收器，其中聯絡裝置為音頻的或耳機揚聲器系統，所述的電子設備通過將上述信號轉換為放大的隨時間變化的檢測器信號光電流，並將該放大的光電流發送到上述揚聲器系統以驅動揚聲器而使上述感應信號轉換為易懂的語音從上述揚聲器中發出。
5.根據權利要求3的接收器，其中所述的有源轉換器包括寬帶半導體器件。
6.根據權利要求5的接收器，其中所述的半導體器件包括在一個集成電路中。
7.根據權利要求1的接收器，其中所述的聯絡裝置為一揚聲器。
8.一個可攜式方向接收器，它包括一個揚聲器，一個自帶電源，一個用於接收感應到的連續的調頻紅外信號、包含一個工作在光阻模式下的PIN光電二極體的檢測器，將上述感應信號轉換為易懂的語音從上述揚聲器中發出的電子設備，以及一個用於消除由環境背景光能產生的環境光感應穩態檢測器光電流的、工作在光伏模式下的PIN光電二極體。
9.一個系統，包括a)一個單通道發射機陣列，各發射機發射一連續的調頻紅外信號，該信號為一寬約10°到50°的錐形光束，調製頻率為25KHz，帶寬6KHz，紅外載波頻率範圍為850到950納米；b)一個可攜式方向接收器，它包括一個非視覺的聯絡裝置，一個自帶電源，用於檢測、接收上述連續的調頻紅外信號並轉換為易懂的非視覺信息以從上述聯絡裝置中發出的第一裝置，以及用於消除環境背景光能的不利影響的第二裝置，所述第二裝置還包括用於環境光感應穩態檢測器光電流的有源轉換器，以及工作在光伏模式下的PIN光電二極體。
10.根據權利要求9的系統，其中所述的第一裝置包括一個工作在光阻模式下的PIN光電二極體，用於檢測並接收上述連續的調頻紅外信號。
11.根據權利要求10的系統，其中所述的第一裝置將所述信號轉換為易懂的語音。
權利要求
1.一個可攜式方向接收器，包括一個非視覺聯絡裝置，一個自帶電源，一個用於接收感應到的連續的調頻紅外信號的檢測器，以及在有無環境背景光能存在的條件下均能將上述感應到的信號轉換為易懂的非視覺信息從上述聯絡裝置中發出的電子設備。
2.根據權利要求1的接收器，其中當感應信號接近PIN光電二極體存在穩態光電流時的散粒噪聲檢測極限時該接收器有效。
3.根據權利要求1的接收器，其中所述聯絡裝置為音頻的或耳機揚聲器系統，所述的電子設備通過將上述信號轉換為放大的隨時間變化的檢測器信號光電流，並將該放大的光電流發送到上述揚聲器系統以驅動揚聲器而使上述感應信號轉換為易懂的語音從上述揚聲器發出。
4.根據權利要求3的接收器，其中所述的電子設備包括一個用於環境光感應穩態檢測器光電流的有源轉換器。
5.根據權利要求4的接收器，其中上述的有源轉換器包括寬帶半導體器件。
6.根據權利要求5的接收器，其中所述的半導體器件包括在一集成電路中。
7.根據權利要求1的接收器，其中所述的聯絡裝置為一揚聲器。
8.一個可攜式方向接收器，它包括一個揚聲器，一個自帶電源，一個用於接收感應到的連續的調頻紅外信號、包含一個工作在光阻模式下的PIN光電二極體的檢測器，將上述感應信號轉換為易懂的語音以從上述揚聲器中發出的電子線路，以及一個用於消除由環境背景光能產生的環境光感應穩態檢測器光電流的、工作在光伏模式下的PIN光電二極體。
9.一個系統，包括a)一個單通道發射機陣列，各發射機發射一連續的調頻紅外信號，該信號為一寬約10°到50°的錐形光束，調製頻率為25KHz，帶寬6KHz，紅外載波頻率範圍為850到950納米；b)一個可攜式方向接收器，它包括一個非視覺的聯絡裝置，一個自帶的電源，用於檢測、接收上述連續的調頻紅外信號並轉換為易懂的非視覺信息從上述聯絡裝置中發出的第一裝置，以及用於消除環境背景光能的不利影響的第二裝置。
10.根據權利要求9的系統，其中所述的第一裝置包括(i)一個工作在光阻模式下的PIN光電二極體，用於檢測並接收上述連續的調頻紅外信號，(ii)用於將感應到的信號轉換為易懂的語音從上述揚聲器中發出的電子設備；所述的第二裝置包括一個工作在光伏模式下的PIN光電二極體，用於消除由包括日光在內的環境背景光能產生的環境光感應穩態檢測器光電流。
全文摘要
本申請描述了一種可攜式的方向接收器,它包括一個非視覺的聯絡裝置(Communicator),一個自帶的電源,一個用於接收感應到的連續的調頻紅外信號的檢測器,以及在有無環境背景光能存在時均能將上述感應信號轉換為易懂的非視覺的信息(如語音)並從上述聯絡裝置發出的電子設備,所述背景光能可以是日光。該裝置適於被有視覺障礙的人使用,找到連續發射適當的調製紅外信號的目的位置。
文檔編號H04B10/10GK1193429SQ96196384
公開日1998年9月16日 申請日期1996年6月26日 優先權日1995年6月30日
發明者J·M·J·馬碟 申請人:有聲符號公司