专利名称：一种用于仿真萤科的成员物种的可见电磁光谱发射的方法
技术领域：
本发明涉及复制、仿效、仿真、再现和模仿萤科，或者萤火虫家族的成员物种的生物发光腹"灯(lantern)"的可见电磁光谱光发射。
技术背景世界上有超过2000种类的萤科，每种都具有它们各自独特的闪光模式、 生物发光灯尺寸和颜色。近年来，由于萤科研究的重要性和价值增加了精确 地仿真这种可见光输出的方法学的需求。为了精确地仿真大范围种类的萤科发射变换(permutation)需要一种方法 学来精确地控制与被仿真萤科的种类和性别在尺寸上和波长上近似的一个或 多个光发射装置。更进一步地，在毫秒级测量萤科闪光模式中的各种变化， 因此仿真装置必须具有以相等的精确度再现那些闪光模式的能力。过去已经通过各种缺乏科学或视觉精确性的初级手段完成了昆虫的萤科 家族的成员物种的可见电磁光谱光输出的模仿。最广为人知的模仿萤科视觉光发射效果的手段是位于加利福尼亚阿纳海 姆的迪士尼乐园主题公园。那些人工萤科可见光输出由长度约1/8英寸的白炽 灯附着于直径约2英寸的圆盘的一侧上而产生。白炽灯和盘从细电线悬挂下 来，因而允许当离心送风机向悬挂的附着于盘的灯发送持续气流时发生运 动。由于气流与盘相交，盘和附着的灯的运动继起发生，包括摇曳和扭曲运 动，其当从一定距离观察时表现得象是表象上的具有光的开和关闪光的运动。在设计的最初，迪士尼乐园人工萤科不能产生萤科成员物种的精确闪光 模式并且不发射精确的复制萤科物种波长发射的可见光波长。带有附着的盘 和离心送风机的被悬挂的白炽灯的使用适合于将观察者控制于被限定的视角和距离的环境。然而，这种萤科模仿方法不适合于较少控制的环境。这种萤 科仿真方法另外的缺点包括由离心送风机产生的噪声、操作离心送风机和白 炽灯所需的电力、以及由于灯丝损坏常规替换白炽灯的需要。这种方法学被 认为在非严密控制的环境(商业和居住场所两者)中使用是不可行的。与迪士尼的萤科可见光发射闪光的模仿类似的方法被利用在美国专利6,851,208的装置中，其利用悬挂了垂直电线的悬吊水平电线，每一个均在电 线中间带有小电扇而且在电线尾端带有光发射二极管(LED) 。 LED覆盖着 黑色不透明物质，并且消除来自除了没有不透明物质的小区域之外的装置的 光输出；因此创造一个允许光发射的窗口。当施加电力至该装置时，LED和 电扇持续操作。悬挂的电扇产生悬挂电线中的振动，而且在电线尾端的LED 开始以随机方式运动。当LED运动时，由于透明窗口在观察者的视野内进进 出出地移动所以观察者感到LED在闪光。这个装置不能精确地再现或复制萤科的任何成员物种的受控闪光模式。 带附属电扇的悬挂LED的使用适用于在其中观察者保持一定距离的环境，因 为电扇和灯在运动中而且电扇马达产生高频噪音。再次，这种方法学被认为 在非严密控制的环境(商业和居住场所两者)中使用是不可行的。被用于模仿萤科的其它装置不符合萤科物种可见光发射的精确再现。这 些装置利用固定和/或随机定时装置，上述设备当产生一系列闪光时没有精确 地仿真活着的萤^f物种。而且，它们不具备被编程来精确地仿真在世界上萤 科的超过2000个物种中的任何一个的能力。尽管已经利用了机械和电子两者的各种方法尝试模仿萤科的可见光发 射，但是这些方法中没有一个再现萤科可见光发射的精确仿真。而且，它们 尤其在它们精确再现、模仿、仿效和仿真每个萤科物种独特的闪光率定时、 持续时间、延迟、衰减和渐变模式的能力方面失败。因此，迄今为止所有萤 科可见光发射模仿方法均缺少视觉和科学两者的精确性。发明内容相应地，本发明的几个目标和优势是(a) 提供一种精确地仿真、再生、模仿、仿效、复制和再现萤科物种 的成员的可见电磁光谱发射的方法；(b) 提供一种通过方式和手段以向萤科物种成员和人类观察者展现出 从活着的萤科昆虫看不到的可见电磁光谱发射的方法；(c) 提供一种通过其能够精确再现任何萤科物种独特的可见闪光定时和持续时间模式的方法；(d) 提供一种通过其^f学研究者可以再现萤^l"各个物种的可见光发射 闪光模式至一精确的水平的方法，该水平会吸引和引诱活着的萤科目标物 种；以及(e) 提供一种通过其可以产生模仿可见光发射的方法，其看上去像是 活着的萤科用于在环境中观察，那些环境对于活着的萤科物种可能或不可能 是共存的、可以忍受的或可维持的。更多的目标和优点将通过考虑随后的描述和附图变得显而易见。总结根据本发明提供了用于精确仿真萤科成员物种的可见电磁光谱发射的所 有方面的方法。
在附图l中1表示有关萤科可见光发射方面的信息累积过程，包括频率、波长、持续 时间、重复性、衰减、强度、大小和与精确仿真萤科发射有关的其它信息。2表示将有关萤科可见光发射方面的信息转换成机器可读代码(程序)的 过程。3表示能够将机器可读代码输入到微控制器机器数据处理器存储器中的机器可读代码编程机器。4表示能够接收数据输入、存储数据、处理数据和输出数据的微控制器机器。5表示多个光发射装置。6表示一种给微控制器机器和一个或多个可见光发射装置供电的方法。附图——参考编号 10机器可读代码编程机器的数据输出端口 20微控制器处理器的编程输入端口21微控制器处理器的存储部件 22微控制器处理器的数据处理部件 23微控制器处理器的时钟频率定时部件 24微控制器处理器的数据输出端口具体实施方式
在1至6中描述了用于本发明的萤科可见电磁光谱发射仿真的方法的一 个优选实施例。在1处，当获得有关萤科成员物种可见光发射方面的信息时 过程初始化。所需信息包括闪光率频率、闪光持续时间、闪光重复性、闪光 衰减、闪光斜坡(ramp)、闪光强度、可见电磁光谱波长、灯尺寸以及与仿 真被仿真的萤科物种和性别有关的其它信息。2体现了在1中收集的信息向机器可读代码一即众所周知的软件程序的 转换。3体现了能够通过数据输出端口 10 (3)向微控制器处理器数据输入端口 20 (4)转移、或加载机器可读代码软件程序的编程机器。4体现了包括数据输入20、存储器21、处理器22、时钟频率定时器23和 数据输出24的微控制器处理器。5体现了以被仿真的萤科物种和性别的波长发射可见电磁光谱发射的一个 或多个光发射装置，所述波长在690纳米到450纳米之间。更进一步地， 一个 或多个发射装置的尺寸可以或不必与被仿真的萤科生物光发射灯的尺寸相 等，所述尺寸直径在lmm到20mm之间。6体现了其电力能够操作微控制器处理器4和可见光发射装置5的电源。操作——附图1使用这种方法来精确仿真萤科可见电磁光谱发射的方式包括由研究以及 在1中为了确定特定萤科物种和性别的特定发射所收集的信息开始的一系列 处理步骤。萤科为了繁殖而定位配偶的目的，利用一氧化二氮诱发生物发光从腹节(称作灯)发射可见光。从萤科灯发出的可见光的特性随物种和性别 在波长、开和关持续时间、开和关周期之间的定时、重复周期的数量、开周 期中斜坡的长度、关周期中衰减长度、强度以及灯尺寸而变化。为了精确地 仿真萤科物种，在本发明中体现的方法学复制了每个对于精确视觉仿真必需 的个别和独特的特征，而且已经由在使用活萤科的现场研究中进行的大学研 究科学地验证。第二过程步骤2是将萤科光发射研究信息转换成随后输入微控制器处理器4的存储器21的机器可读代码，或软件程序。软件输入、或加载通过在3 中的编程机器实现。机器可读代码可以是适合于处理器22运行的任何软件语 言。处理器必须具备与时钟频率定时器23的接口，以便允许执行精确程序定 时序列，包括执行脉冲宽度调制功能的能力，该能力产生在萤科光发射中经 常观察到的于开和关阶段期间的渐变过渡。在使用输入端口 20将软件程序加载到存储器21之后，它将在存储器内保 持静态。当向微控制器4提供电源6后，处理器22访问存储器21和时钟频率 定时器23来开始运行加载的软件程序。由软件程序控制的输出端口 24转换输 出信号开、关或被调制。发送输出信号到通过转换开、关或渐强(斜坡)或 渐弱(衰减)响应的光发射装置5。通过软件2的精确编程，使用本发明的方法学能够精确地仿真用于萤科的任何物种和性别的闪光模式序列。为了接近被仿真萤科物种和性别的生物发光腹灯，光发射装置5的优选 实施例为具备波长在690纳米到450纳米之间并且物理尺寸在直径上lmm到 20mm之间的固态发光二极管。连接到微控制器4的光发射装置5的数量可以 少到一个，或者多个。 一个或多个光发射装置可以与微控制器很近，或者用 通过电线连接或诸如局域或广域网的无线连接传递的输出24信号， 一个或多 个光发射装置可以与微控制器相隔很远。光发射装置的其它实施例包括白炽 的、等离子、电致光发射闪光和光纤技术。电源6对于在不同环境中的使用具有若干变化。这些包括用于远程或临 时操作或场所的直流(DC)电池电源、用于持久低度维护操作和场所的太阳 能以及用于连接到交流(AC)电源的变压器电源，包括用于持久操作和场所 的家用电源。正如所体现的那样，提供电源的方法可以是直流或是交流。优点从上所述，我用于仿真萤科物种的可见光发射方法的许多优点变得明显(a) 使用微控制器处理器的方法籍由整合存储器、处理器和时钟频率定时器以产生用于编程开、关、延迟、渐衰减和渐斜坡输出信号的能 力。(b) 使用微控制器处理器的方法输出信号来控制一个或多个光发射装 置，上述一个或多个光发射装置精确地仿真萤科腹灯输出的光发 射。(c) 使用与被仿真物种和性别的萤科灯的物理尺寸相近的一个或多个光发射装置的方法。(d) 使用产生与被仿真物种和性别的萤科灯的电磁光谱波长输出相近的 一个或多个光发射装置的方法。(e) 向微控制器处理器机器和一个或多个光发射装置提供交替形式电源 的方法，那些方法是交流或直流。总结、衍生和范围相应地，读者将会明白，在世界上有超过2000种的萤科，每一种都具有 它们各自独特的闪光模式、灯颜色和尺寸，我们期望一种精确地仿真发射变 化的方法学用于指导科学研究和为了教育重现人工萤科环境。因为萤科闪光 模式的变化以毫秒度量，所以仿真方法必须具有精确再现的闪光模式的能力 以便复制和仿真活萤科昆虫。在本发明的实践中，现在能够精确地仿真任何萤科物种和性别的可见电 磁光谱发射到此前没有达到的科学水平。在萤科的大学实地调查研究中这种 方法学的成功应用已经证实了它的有效性。而且，此前还没有使用过类似的 方法用于这个目的，我们相信可证明其新颖性和非显而易见性。尽管以上说明包括许多特殊性，但是这不应该解释为对本发明范围的限 制，而是提供本发明一些优选实施例的描述。因此，本发明的范围应该通过 附加的权利要求及其合法等同物而不是通过给出的示例确定。
权利要求
1. 一种仿真节足动物门昆虫纲甲虫类萤科的成员物种的可见电磁光谱发射的方法，包括(a)提供能够存储一系列机器可读编码指令的存储器，(b)提供能够被输入所述存储器的机器可读编码指令，(c)提供输入装置以向所述存储器中加载所述机器可读编码指令，(e)提供具备访问所述存储器以便从存储器获取数据、处理数据以及输出数据至存储器的功能的处理器，(d)提供与所述处理器接口的时钟频率定时电路以向所述处理器提供时基频率计数，(g)提供多个可见光发射光输出装置，其将(1)与所述存储器和处理单元接口并从所述存储器和处理单元中接收激活信号，以及(2)在波长为690纳米和450纳米之间发射可见电磁光谱发射，籍此所述可见电磁光谱仿真的方法产生与活萤科发射近似的可见光发射。
2. —种用于仿真节足动物门昆虫纲甲虫类萤科的成员物种的可见 电磁光谱发射装置，包括(a) 能够存储一系列机器可读编码指令的存储器，(b) 能够被输入所述存储器的机器可读编码指令，(c) 向所述存储器中加载所述机器可读编码指令的输入装置，(e) 具有访问所述存储器以便从存储器中获取数据、处理数据和向存储器 输出数据的功能的处理器，(d) 与所述处理器接口以向所述处理器提供时基频率计数的时钟频率定时 电路，(g)多个可见光发射光输出装置，其将(l)与所述存储器和处理单元接口并从所述存储器和处理单元中接收激活 信号，以及(2)在波长为690纳米和450纳米之间发射可见电磁光谱发射， 籍此所述可见电磁光谱仿真的方法产生与活萤科发射近似的可见光发射。
全文摘要
一种通过集合可编程软件程序、数据存储器、数据处理器、时钟频率定时器和一个或多个可见光发射设备精确仿真节足动物门昆虫纲甲虫类萤科的成员物种的可见电磁光谱发射的方法。
文档编号G09F19/12GK101261796SQ20071010061
公开日2008年9月10日 申请日期2007年3月8日 优先权日2007年3月8日
发明者斯蒂芬·约翰·泰勒 申请人:辛格马图集团公司