信号发送装置、信号发送方法、信号接收装置和通信系统的制作方法_3

文档序号:9670519阅读:来源:国知局
之后实线的波形的幅度被控制成为在控制之前折线的波形的幅度的η倍。此处,通过使第一强度的平均值(参考强度X)在控制前后的值之间相等,控制单元15可以使控制之前从照射单元14原始发射的第一强度的明度与表观明度彼此相等。应注意的是,仅重要的是控制单元15将第一强度的幅度控制成η倍,例如以根据场合需求从控制之前第一强度的光量增加该第一强度的光量。
[0065]图7Β是示出了与在受控制单元15控制之后的入射光对应的反射光的第二强度的幅度和与在控制之前的入射光对应的反射光的第二强度的幅度之间的比较的图。应注意的是,沿图7Β的横轴另外提供了与第二强度的幅度对应的符号值。在图7Β中,实线的波形指示与在控制之后的入射光对应的反射光的信号,而折线的波形指示与在控制之前的入射光对应的反射光的信号。与在控制之后的入射光对应的反射光的信号(实线)的幅度与图7Α的在控制之前的入射光的第一强度的幅度相同。因此,可以认识到,消除了由于光的吸收而弓丨起的第一强度的幅度衰减的影响。
[0066]此外,当使用多个色调(波长)的入射光时,控制单元15可以控制第一强度的幅度。例如,给出了照射单元14包括红色LED、绿色LED和蓝色LED的情况的描述。首先,假定从红色LED照射的光的波长λ ,为650 (nm);从绿色LED照射的光的波长λ ,为550 (nm);从蓝色LED照射的光的波长λΒ*450(ηπι)。此外,假定入射光在其波长处具有分别为Ε ( λ R)=100(cd/m2)、E( Ag) = 100 (cd/m2)和 Ε(λΒ) = 100 (cd/m2)的第一强度(例如,亮度(cd/m2))。应注意的是,预先测量并获知波长的第一强度。
[0067]此处,假定与由光接收单元17接收的入射光对应的反射光的波长处的第二强度分别为 C(Ar) = 60 (cd/m2)、C( λ g) = 10 (cd/m2)和 C(AB) =80 (cd/m2)。在该情况下,如果根据上面给出的公式2来计算波长处的(频谱)反射率,则可以获得R(Ar) =C(Ar)/Ε( λκ) =0.6、R(Ag) = C ( λ G) /Ε ( λ G) =0.1 和 R(Ab) = C ( λ Β) /Ε ( λ B) =0.8。控制单元15确定要从红色LED、绿色LED和蓝色LED照射的入射光的第一强度的幅度的放大率分别为 1/RUr) = 1/0.6 = 1.67U/R(Ag) = 1/0.1 = 10 和 1/R(XB) = 1/0.8 = 1.25,并且由此使用该放大率进行控制。
[0068]另一方面,如果第一存储单元12还存储任意对象3的色调并且任意对象3的色调为白色,则照射单元14可以将白色入射光照射到任意对象3上,光接收单元17可以接收白色入射光的反射光。在该情况下,控制单元15可以将白色入射光的反射光的第二强度处理为入射光的第一强度。这是因为,当任意对象3的色调是白色时,几乎所有的入射光被反射。因此,可以消除由照射单元14的与时间有关的退化等产生的对第一强度的波动影响。
[0069](通过控制单元15进行的入射光的控制方法2)
[0070]例如,如果通过用户之前的学习将预先存储有入射光的波长和入射光照射在其上的对象的反射率的表存储在第一存储单元12中,则控制单元15可以参照存储在表中的对象的反射率并且进行与上面公式3给出的控制方法类似的控制。应注意的是,在应用(通过控制单元15进行的入射光的控制方法2)的情况下,信号发送装置1不需要包括设置在其中的光接收单元17。
[0071]在下面,将详细描述照射单元14的控制和发光图案。在工作示例2中,发光图案例如是定期变化图案,其中,如图2所描绘的,光的特征随着时间推移以正弦波的方式改变。应注意的是,发光图案不限于该示例,而是可以是例如光的特征如三角形或矩形脉冲那样定期地变化的图案。此外,发光图案不限于是呈现定期变化的图案,而是可以是例如光的特征在与一个符号对应的时段内单调地变化的图案。例如,在与符号值“0”对应的发光图案中,光的特征单调地变化使得从照射单元14发射的光在与符号对应的时段的开始点处具有第一特征值,并且使得从照射单元14发射的光在该时段的结束点处具有第二特征值。另一方面,在与符号值“1”对应的发光图案中,光的特征单调地变化使得从照射单元14发射的光在与符号对应的时段的开始点处具有第二特征值,并且使得从照射单元14发射的光在该时段的结束点处具有第一特征值。
[0072]发光图案的一个时段的长度例如被设置成在信号接收装置2中设置的图像拾取单元的图像拾取率的倒数的几倍,以使得信号接收装置2即使在图像拾取单元的图像拾取率下也可以重现发光图案。例如,在信号接收装置2的图像拾取率为30帧/秒的情况下,发光图案的一个时段的长度例如被设置成100毫秒至1秒。
[0073]控制单元15将要发送的信息以具有一个或多个比特的比特序列为单位来划分,并且将每个比特序列确定为一个符号。控制单元15从第一存储单元12中读出表示与符号的值对应的发光图案的数据。然后,控制单元15针对每个符号设置具有给定长度的时段。控制单元15控制照射单元14以在该时段内针对一个至几个周期来重复与符号值对应的发光图案。
[0074]应注意的是,控制单元15可以在要发送的信息的给定位置处例如在信息的头部包括给定符号序列(例如,“01010101”)作为前导码。替选地,控制单元15可以在要发送的信息中包括错误检测码例如循环冗余校验(CRC)码。如果控制单元15在要发送的信息中包括如上所述的这样的符号序列和错误检测码,则信号接收装置2可以将发送至其的信息准确解码。
[0075]控制单元15可以将在无线通信中使用的各种调制方法用作根据符号的值的发光图案的调制方法。例如,控制单元15可以使得一个符号对应于一比特。在该情况下,控制单元15如图2中所描绘的二进制相移键控(BPSK)法的情况下那样,在与符号值“0”对应的发光图案和与符号值“1”对应的另一发光图案之间使相位反转180度。替选地,控制单元15可以使得两比特对应于一个符号。在该情况下,控制单元15可以如四相相移键控(QPSK)法的情况下那样,设置光的特征定期波动的发光图案,使得与可以由符号表示的四个值(“00,,、“01,,、“10,,、“11”)对应的发光图案彼此在相位上差90度。
[0076]替选地,控制单元15可以响应于符号的值来调制光的特征的变化宽度(在下面称为幅度级)。在该情况下,控制单元15可以如正交调幅(QAM)那样设置发光图案,其中幅度级和相的组合在可以由符号表示的不同值中不同。于是,控制单元15可以在其幅度级在与该符号对应的时段内的某一符号值处单调增加,但是可以在其幅度级在与该符号对应的时段内的另一符号值处单调下降。
[0077]替选地,控制单元15可以利用频率彼此不同(即周期彼此不同)的多个发光图案来多路复用要发送的信息。特别地,控制器15可以根据上述相关技术调制方法中的一种调制方法针对多个频率中的每个频率使用发光图案来表示符号,然后如正交分频多路复用(0FDM)那样对每个频率的发光图案进行逆傅里叶变换。应注意的是,逆傅里叶变换是频率-时间转换的示例。然后,控制单元15可以控制照射单元14以便根据通过频率时间转换获得的发光图案按照时间序列来改变光的特征。
[0078]此外,可以假定在信号发送装置1周围的环境光特别是其发光特征定期变化的光对信号接收装置2而言变成噪声,并且信号接收装置2对所发送的信息的解码精度由于该噪声而下降。因此,控制单元15可以如在码分多址(CDMA)方法中利用的频谱扩展那样将要发送的信息扩展至多个频率。然后,控制单元15可以控制照射单元14以便根据通过将要发送的信息扩展至多个频率获得的发光图案,按照时间序列来改变光的特征。
[0079]现在,将描述在发光图案中沿时间序列变化的光的特征。在发光图案中沿时间序列变化的光的特征可以是作为每单位时间段的光的量的第一强度。例如,控制单元15在发光图案的一个周期内设置多个采样点(例如,10至20个点)。然后,控制单元15可以根据发光图案,在每个采样点处确定第一强度,该第一强度是设置在照射单元14中的发光元件在每个单位时段内发光量。
[0080]为了将作为设置在照射单元14中的发光元件的每单元时间的发光量的第一强度用作以如上所述的方式确定的在每个采样点处的第一强度,控制单元15可以例如根据脉冲宽度调制(PWM)方法来控制每个发光元件。在PWM方法中,使用发光元件接通所占的时间段与单位时间段的比值(占空比)来调整要从发光元件发射的入射光的第一强度。在该情况下,通过在发光图案的一个周期中设置的采样点的数目来平等地划分一个周期而获得的每个间隔成为与一个采样点相对应的间隔(其长度由T表示)。然后,控制单元15根据如下公式来确定时间段t,在该时间段t内发光元件在间隔T内保持接通。
[0081](公式4)
[0082]t = TXn/M
[0083]在上述公式4中,Μ是发光元件的每单位时间段的最大第一强度,η是在采样点处的每单位时间段的第一强度。
[0084]图8Α是示出了响应于发光图案确定的发光元件的每单位时间段的第一强度的时间变化的图。在图8Α中,横轴表示时间,纵轴表示指示光量的第一强度。由点线指示的曲线图601表示响应于发光图案确定的发光元件的每单位时间段的第一强度的时间变化。此夕卜,可以将曲线图601看作入射光的第一强度的幅度乘以反射率的倒数之后的曲线图。此夕卜,可以将曲线图601看作入射光的第一强度的幅度受控之前的曲线图。应注意的是,曲线图601上的点602中的每个点表示采样点。
[0085]图8Β是示出了根据PWM方法的、发光元件的第一强度和向发光元件供应电流的时段即发光元件保持接通的时段之间的关系的图。在图8Β中,横轴表示时间,纵轴表示流至发光元件的电流。曲线图611和曲线图612表示时间和流至发光元件的电流之间的关系。例如,假定在图8Α中的采样点tl处每单位时间段的第一强度为η。在该情况下,为了将发光元件控制成接通状态以使得每单位时间段的第一强度可以为η,控制单元15可以例如如曲线图611所指示的、在与一个采样点对应的间隔Τ内在连续间隔TXn/M内向发光元件供应电流。替选地,控制单元15可以如曲线图612所指示的在与一个采样点对应的间隔Τ内,将向发光元件提供电流的间隔划分成多个子间隔Ρ1、Ρ2和Ρ3。此外,在该情况下,仅重要的是,使子间隔的总长度等于TXn/M。
[0086]为了使发光元件由于PWM方法引起的闪光不会被人类(用户)感知到,优选地,控制单元15控制与一个采样点相对应的间隔的长度T以便等于或短于1/100秒,在等于或短于1/100秒内人的眼睛难以看到由于闪光引起的闪烁。此外,优选地,间隔的长度T比当信号接收装置2的图像拾取单元进行一个图像拾取时的曝光时段短。通过对间隔的长度T的这样的设置,在由信号接收装置2的图像拾取单元产生的图像上捕获受来自照射单元14的光所照射的对象的区域指示与从照射单元14发射的光的量对应的亮度。此外,为了使发光元件由于PWM方法引起的闪光不
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