专利名称：用于电光标记的光信号传送系统的制作方法
利用现有设备可以实现独立的光电标记，它包括一永久性存储器，并能阅读或远距离读写。不言而喻，电子标记一词是一个统称，它可包括需要该种存储器的大部分应用芯片卡、标签等。瑞士专利申请(94年7月4日)02120/94-0说明书中描述了一种该类型的标记，特别是集中介绍了为实现该种标记功能而需要的光电设备。94年12月13日提交的03759/94-1号瑞士专利申请说明书尤其涉及到该标记与外部读/写设备之间通信的管理程序。00262/95-6号瑞士专利申请说明书中涉及到观测标记以及向标记传送电能的设备。
本发明是对上述专利的一项改进专利。它涉及一个包括至少一个光源的系统，该光源至少具有聚焦该光源的聚焦装置，该系统还包括一个产生用于一个光电标记的光信号的光信号发生器，还至少有一个信号检测电路和用于标记与光源之间通信的装置，其特征在于，设置光信号发生器以在很短时间内释放高强度光信号，该标记检测电路至少包括一个与其配合的电平鉴别器，以便分开上述高强度光信号产生的电脉冲和一般强度信号产生的电脉冲。
图1简要示出本发明的具有聚焦设备的光源；图2示出具有输入信号鉴别器的电光标记内部配置的一部分；图3简要示出光信号发生器内部结构；图4示出光信号形状的一个例子。
图1示出了根据本发明的具有三种发光可能性的光源。
首先有一个例如卤化型的灯丝灯泡或灯1。众所周知这种灯泡在可见光谱中具有良好的效果。所以可使用这种灯泡向标记传送它所需要的全部或部分光能。另外该灯泡产生一种可瞄准标记的准确调焦的可视光束。然而，由于灯丝时间固定，该灯泡不能用于发生编码的光信号。
其次是一个电致发光二极管2，这种二极管不能向有一定距离的标记提供足够的电能，相反，它能发生易被标记接收的快速编码信号。在可视光谱中该二极管可用于观测标记。
三是根据本发明的系统，不同于前面描述的专利中的系统，其中提供一个闪光灯3。众所周知，一是准确触发这种灯，就会产生一种高强光线，可在很短时间内达到数十万勒克司(lux)。我们将在下面描述我们将要使用的这种特点。
在图1中也示出了光束聚焦器。该聚焦器可仅包括一个成抛物线状的普通反射器4和带有一组透镜的装置的光设备5。配备该光设备以便形成一个可根据距离调整光束的可变焦距镜头6。
最后是转换器7，将在下面描述其功能。
在图1提供的实例中，集中三种光源并使用相同的聚焦器。然而，在上述专利中，可自然地将这些光源分开，而不改变本系统的基本功能。
图2示出的是具有输入信号鉴别器的光电标记内部构造。首先看到有5个光电池10，用来将光变为电能。这5个光电池向低压CMOS电路提供所需要的1.5～2伏的工作电压。如果要写入存储器需要较高电压时，最好是使用一个电压升高变压器，而不是要增加光电池的数量，来获得这种高电压。根据距离的远近，人们可用一个10～50瓦的卤灯泡，获得约2000～3000勒克司照度，这些光电池以一个几百微安的电流提供2伏电压(0.4伏/每个光电池)。这样人们有了足以使本系统运转的电能。
光电池10与一个晶体三极管11的发射极连接，晶体三极管的基极与一个电容12相连，集电器与第二个晶体三极管13的发射极相连。该晶体三极管13的集电器通过电阻14与Vss连接，并与一个放大器15输入端连接。晶体三极管13基极通过用电阻37极化的稳压(齐纳)二极管36与Vss连接。
当光电池的端子电压低时，稳压二极管36端子的电压不足以使其导电。所以晶体三极管13基极没有任何电流通过。晶体三极管不导电，并且晶体三极管11的集电器不可能通过任何电流。因此，光电池10提供的全部电流通过晶体三极管11发射极基极二极管为电容12充电。用该电容12端子上的电压为CMOS电路供电。该电容12代替缓冲电容器，集聚足够的电能，在短时间内，如在写入存储器时，或在向LED设备发送交换光信号时，提供电流峰值，几微秒内提供约10毫安的电流峰值。
如果照度充足，光电池提供的电能将高于CMOS电路正常运转所需电能，并且电压升高。当达到稳压二极管36临界电压时，二极管中的电流通过晶体三极管13基极，并由此进入发射极和集电器，通向电阻14。这样考虑到晶体三极管13的增益，几乎多余的全部电流转向电阻14，该电阻端子上出现电压。将该电压引入放大器15输入端，该放大器的作用类似一个电平检测器。众所周知这种普通的CMOS放大器的临界电压约是电源电压的一半。所以，当电阻14端子上的电压超过2伏时，放大器15输出电压将超过1伏。
上面明确指出约2000～3000勒克司的照度足以为光电标记供电。用图1中配备的卤灯泡可获得该照度。如标记所处位置光线很好，如在阳光下，也可自然产生该照度。如果是这样，许多标记可自动传送互扰光信号。为了防止类似情况发生，最好是在被观测的标记被一个光信号激活时才使其可工作，因此不会被可能是自然产生的信号搞混。这些使用图1中的闪光灯是可能实现的。这种灯在约1毫秒的时间内可产生数十万勒克司的光束。所以该光束在光电池10端子上可产生一种比用卤灯或天然光，甚至特殊光获得的平均电流更大的电流峰值。如果用3000勒克司照度可产生200微安的电流，则在30000勒克司，与在充足阳光一致的照度下，该电流将超过2毫安。如闪光灯提供150000勒克司，该电流要超过10毫安。
当固定电阻14为200欧姆时，照度在30000勒克司下可获得最大0。4伏的电压，而在闪光期间人们可获得的最高电压为2伏。在第一种情况下，放大器15的输出端保持为零，在第二种情况下，一种正脉冲出现在其输出端。所以该电路起到鉴别器的作用，能够区分由闪光灯产生的高光强度脉冲和一般光强度的信号脉冲。
放大器15输出端与触发器16复位输入端连接，其输出端Q与03759/94-1号瑞士专利申请说明书中描述的一样的序列发生器17的复位输入端连接，并与“或”门18的第一个输入端连接，“或”门的输出端与一个计数器19的复位输入端连接。当放大器15输出端出现脉冲时，触发器16输出端Q为零。计数器19开始计数，序列发生器17处于可工作状态，并通过放大器20和LED21产生第一批光基准信号。该光基准信号使用于标记的光信号发生器与标记同步。如果是这样，将建立双向联络，与标记提供的基准信号相比，该装置在非常精确的时隙中发射信号。为了检测这些信号，可使用一个独立的光电池。如图2中所述，直接使用光电池10。当上述时隙比信号传输全部时间较短时，这种方案才能可行。如果是这样，在时隙期间内，转换光电池产生的电流仅消耗少量光电池释放的电能。
序列发生器17提供一个对应于上述时隙的信号至模拟开关22控制输入端上，该模拟开关将光电池10与一个模拟放大器输入端上在该时隙期间连接起来。该放大器由晶体三极管23形成，其集电器通过电阻24与Vdd连接，其发射极通过与电容26平行连接的电阻25与Vss连接。该发射极通过电阻28与晶体三极管27基极连接，该晶体三极管基极通过电容29与Vss连接。晶体三极管27发射极通过电阻30与Vss连接，同时其集电器通向晶体三极管23基极和通向模拟开关22输出端。配备模拟放大器以便去除由卤灯或外来光的连续分量(d.c.component)，提取编码的光信号。其作用说明如下我们发现在正常的照明条件下，光电池10产生约2伏电压的几百微安的电流。当模拟开关22关闭时，该电压被引入晶体三极管23基极。晶体三极管成为导体。电容26充电，与通过电阻28的电容29相同。当晶体三极管27基极的电压充足时，晶体三极管27成为导体并将来自光电池10的电流分路。如果电阻30较弱，光电池端子上的电压要调整到约是晶体三极管23和27发射极基极二极管临界电压的总和。由于该晶体三极管的增益，来自光电池10的全部电流在晶体三极管27中分路。晶体三极管27所以提供与光电池提供的等量的电流，并起到电流发生器的作用。然而，由于电阻28和电容29的时间常数，电流发生器不能立即适应光电池10中电流的突变。如果向光电池发送短期快速光信号，如此获得的短时电流增强不能被晶体三极管27吸收。全部增强的电流所以将进入晶体三极管23基极并在电阻24上发生一个脉冲。用电容31将该脉冲引入放大器32输入端，用放大器将其再次放大。该放大器32输出端与解码器33输入端连接，当在放大器32输出端放大的在光电池10端子接收到的脉冲列符合一个预定序列时，解码器33向“或”门18的第二输入端发送信号。
当放大器15输出端达到1时，将触发器16回零，计数器19开始计数。如果解码器周期地收到适当的脉冲列，将向门18发送信号，使计数器19周期性地复位到零。那么序列发生器17仍要工作，并管理存储器34的各种操作。相反，如解码器没有收到任何东西或收到不适当的脉冲列，就不会发生周期性地复位。当计数器到达预定状态时，向触发器16的置位输入端发送一个信号，触发器16将再次到达1时，关闭序列发生器17和计数器19。这样标记不再工作，直到一个新的闪光将该系统再次工作。总之，图2中的电路可区别闪光灯提供的光信号产生的电脉冲。这些脉冲对标记与光源之间的通信设备的交换电路产生影响。当电源在预定时间关闭时，计数器可切断通信设备。
图3介绍的是与光能源合并的光信号序列发生器内部构造部分。
该发生器包括一个可接收来自标记的光信号的光电二极管40。该光电二极管40与一个放大解码器41连接，该放大解码器与序列发生器42连接。电路的这种配置可放大光电二极管40端子收到的信号，并可根据03 759/94-1专利申请说明书中描述的相同过程，分析其时间分布。为了使该过程运行，需要标记的序列发生器和本发生器同步工作。如这两个发生器有一个精确时间基准，这样很容易实现。通过响应来自标记的由放大解码器41解码的光信号特殊形式将本发生器时间基准定期回零，可获得这种同步。为了获得这一精确的时间基准，放大解码器41利用石英43作为标记序列发生器时间基准。
事实是本发生器在标记发生器上同步，而不是相反的情形，因此具有一个主要的优点。其实如两个标记非常接近，并同时由闪光灯激活，同时发送光基准信号是不可能的。根据需要确定的标准，本装置的发生器只能与其中一个同步，或与另一个同步。这样只有接收同步信号的标记将继续发射，而另一个如我们在上图看到的一样将自动停止运行。
序列发生器42输出控制各种光源的控制信号，即卤灯44，LED二极管45和闪光灯46。这些信号将根据开关46的位置，对应于图1中的开关7。以两种形式在下面详细说明。结构1-正常间距信号的正常(标准)序列如下(参见专利262/95-6)-起动卤素灯44-对准标记-起动闪光灯46以便激发标记-发生器42同步，通过LED45(发光二极管)实现并保持信息传递(通信)。
卤素灯44和LED45都可以直接由发生器42低压供电。对于闪光灯来说该过程就有点复杂了，无论是不是完全为大家所公知。电容47利用以二极管48所简化表示的系统充电到高压，例如直流250V，该二极管用限流电阻49与所述电容相连。如果把该充电系统与供电网相连，电容47就以供电峰值电压充电，即高于250V。不过这种电压还不足以触发放电。这种放电是利用激励线圈51在专用电极50上产生几千伏过压而引起的，该激励线圈是由时序发生器42控制的。出现这种过(电)压时，灯泡中气体电离并变成是完全导电的了。如果电容47直接与灯泡两端接通，那时该电容就完全被放空，而且正是这种电容值确定了闪光的时间长短，这如同商品化简便照相闪光过程中所产生的情况。当电容完全放空并且电流在临界阈值以下时，气体消电离并重新变成非导电的了。那时电容可以又重新充电。一旦该电容达到了其额定电压，就可以在线圈绕组51两端产生一次新的过(电)压的同时触发一次新的闪光。在图3的情况下，与闪光灯泡50串联接入一个晶体管52。如果该晶体管一直处于导电状态，就会出现上面描述的图中情况。反之，在使该晶体管成为非导通状态的同时就可能切断闪光灯泡中的电流以便更精确地控制发光信号的时间长短，即可以如同后面图中所能看到的那样对该信号进行调制。
图4表示的是由图3装置所发射的光信号的特殊形状。
上述结构1对于几瓦的卤素闪光灯泡来说一直到一定的间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随距离的平方而增加。这样，如在比较大的距离上工作，就需要增加一个几十瓦的灯泡。不过，这种灯泡都是按照闪光灯的形式安装的。事实上，甚至是市场上所常见的最小闪光灯都能发射出至少一焦耳的闪光信号。如果不是发送单一的闪光信号去激励标记，而以频闪的闪光方式发送连续的闪光信号，比如每秒20个闪光信号，就能传输等效于20瓦卤素灯泡的光能。
大家还知道信号向标记的传输是由一列周期脉冲来实现的(参见专利03759/94-1)，并且有可能使我们的连续闪光信号与这些周期脉冲列同步。
同样，在图4上，人们能看到几个这种脉冲列，它们是按照固定周期60相继通过的。在每个这种脉冲列内，可找到由于闪光61而形成的信号，还有一列脉冲62，它代表要传输到标记的信息、指令、数据、奇偶校验。因此，将用与数据传输同步的连续的固定周期闪光而不是一次闪光建立与标记的信息传递，并且能够在距离变大时给标记补充必需的能量。
我们要指出的是为使标记进行工作所必需的电功率还与它的工作速度，因而也就是与上述脉冲列周期有关。因此人们可以利用可发出特定指令的图3装置对该周期进行编程而去影响标记的功耗。
最后，如上图所描述的那样，能够利用晶体管52对闪光灯发出的信号进行调制。事实上，当闪光灯泡准确电离以后，就可以在无需对灯泡消电离的情况下能完全地调制电流，只要电流切断是短时间的。也可能直接利用闪光灯泡通过开关晶体管52产生图4的信号，而不借助于LED。
那么，为什么保持该LED(发光二极管)并且不与闪光灯一起使用。首先因为，在短距离情况下，闪光有可能使电池完全饱和而其次是为了节约能量，尤其是当希望得到一种自动便携式装置时。
因此开关46可以起动第二种设计方案。
结构2-大间距-起动卤素灯44-对准标记-起动激励标记的闪光灯46-发生器42同步，利用LED45实现并保持信息传递，(也可能是闪光灯46)-在每个脉冲列开始发送闪光作为向标记的能量补充。
当然本发明系统会有很多其它可能的方案，特别是那些使用编程逻辑代替硬件逻辑的系统，但是对它们的描述不会给对本发明系统的理解带来补充性的因素。
权利要求
1.包括至少一个发光源的系统，该光源至少还包括一些该能源的聚焦装置，该系统还包括可产生发向电光标记的光信号的装置，该装置至少包括一个有关这些信号的探测电路以及一些可保证该标记与发光能源之间通信的装置，该系统的特征在于产生光信号的装置要设计成可发出时间很短、强度又很高的光信号，该标记的探测电路至少包含一个电平鉴别器，它用于把由上述高强度光信号所产生的电脉冲与普通强度光信号所产生的电脉冲分开。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于上述的标记探测电路包括一个可起动所述确保该标记与发光能源之间的信息传递装置的电路，所述鉴别器至少间接地与上述起动电路连接以便保证信息传递装置处于响应上述高强度光信号发射的工作状态。
3.根据权利要求1和2所述的系统，其特征在于上述起动电路包括一些与所述鉴别器及所述信息传递装置相连的定时器，该起动电路的配置是使这些通信装置在没有实现信息传递或不再进行通信联系时在确定的时间间隔以后不再进行工作了。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于光信号发生装置的设置是要发出多个很强的光信号使得能向标记传输其工作所必需的至少一部分能量。
5.根据权利要求1和4所述的系统，其特征在于该多个很强的光信号与保证发光源及标记间信息传递的那些光脉冲列同步。
6.根据权利要求1、4和5所述的系统，其特征在于光信号发生装置包括所述高强度发光信号的发射或不发射调制装置，配置这些装置是要直接由这些装置产生可保证在发光能源与标记间信息传递的光脉冲列。
7.根据权利要求1、4和5所述的系统，其特征在于产生发送到该标记处光信号的装置包括转换装置，安装了这些装置以便能够根据需要起动或关闭各种不同的上述选择。
全文摘要
本发明涉及一种电—光标记系统,它包括一种可产生很强光信号的读/写装置,这些强光信号能使标记工作。为此,标记包括一个能区分这些很强光信号和通常强度光信号的鉴别器以便在探测到这些信号时使标记工作。当标记与读/写装置之间的信息传递中断时定时器可使标记不工作。
文档编号G06K1/12GK1193396SQ96196275
公开日1998年9月16日 申请日期1996年8月7日 优先权日1995年8月14日
发明者J·C·贝尔内 申请人:盖伊弗里尔斯有限公司