專利名稱：用于自由空間光傳輸?shù)陌l(fā)送設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于通過空間傳輸?shù)陌l(fā)送設(shè)備，其使用由一個(gè)或多個(gè)放電燈產(chǎn)生的紅外光和/或可見光和/或紫外光波段的電磁波。
在此作為參考引入了2004年9月20號提交的法國專利，申請?zhí)枮?409939，題目為“Dispositifd’emission pour la transmission optiqueen espace libre”。
背景技術(shù)：
在下文中，詞語“光”將代表電磁輻射，其可以包含可見光和/或紅外光和/或紫外光。在下文中，詞語“放電燈”將代表任一類型的放電燈。例如，此燈可能是低壓放電燈，汞汽熒光管，或小型熒光燈，亦或鈉汽燈等等。此燈可以是例如高壓放電燈，例如金屬碘化物燈。
用放電燈進(jìn)行光學(xué)傳輸?shù)乃枷胍呀?jīng)在幾個(gè)專利申請中公開了，其中包括-Martin R.Dachs的名為Optical communication system的申請，其對應(yīng)于1975年美國專利號3,900,404；-Shinichi Nakada的對應(yīng)于日本專利號JP60032443，公開于1985年的申請；-Lars Bergkvist的名為A method in the operation of a drive devicefor electric discharge lamps and a drive device(PCT文檔編號WO9012479)，公開于1990年的PCT申請；-Trevor T.Gray的名為Data transmission system(PCT文檔編號WO9013067)，公開于1990年的PCT申請；-Michael Smith于1997年的名為Modulation and coding fortransmission using fluorescent tubes的PCT申請，其對應(yīng)于美國專利號5,657,145。
調(diào)制由20kHz以上頻率的放電燈產(chǎn)生的光的可能性也建立在幾個(gè)技術(shù)交流中，其中包括-R.C.Perkings和W.M.Honig在IEEE Photonic Technology Letters1991年1月份，第1號，第3卷，91-92頁的名為“A High-Intensity PulsedLight Source in Blue and UV from Commercial Fluorescent Tubes”的文章；-D.K.Jackson等人在IEEE Transactions on Industry Applications1998年5/6月份，第3號，第34卷，625至630頁的名為“Fiat LuxA Fluorescent Lamp Digital Transceiver”的文章。
本領(lǐng)域技術(shù)人員知道由放電燈產(chǎn)生的光線可以用很多方式進(jìn)行調(diào)制，并且因此其確實(shí)可以用于傳輸。通常來說，有必要把適當(dāng)調(diào)制過的“燈電流”傳遞至不同的放電燈，此“燈電流”由“控制設(shè)備”產(chǎn)生。依據(jù)第一個(gè)例子，所述燈電流可能是總是按同一方向流動的電流，其由直流電組成并在此直流電上疊加調(diào)制。上面提及的MartinR.Dachs的申請涉及此類型的設(shè)備，盡管這種方法難于實(shí)現(xiàn)，因?yàn)榈谝唬烹姛舻碾娞匦允沟靡罁?jù)這種方法的控制設(shè)備相當(dāng)復(fù)雜(或者有很低的效率)，第二，放電燈通常不會被設(shè)計(jì)成允許含有直流分量的電流通過。依據(jù)第二個(gè)例子，所述燈電流可能是適當(dāng)調(diào)制過的在交流電能量分布系統(tǒng)頻率(比如50Hz或60Hz)上的電流，此種方法適合于采用電磁鎮(zhèn)流器，其包含與放電燈串聯(lián)的電感器。上面提及的Michael Smith和Trevor T.Gray的申請涉及此類型的設(shè)備。依據(jù)第三個(gè)例子，所述燈電流可以是由反相器產(chǎn)生的高頻電流(比如高于20kHz的頻率以避免可聞噪聲)，這如同電感鎮(zhèn)流器中的情況一樣，但是是用適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行調(diào)制的。上面提及的Shinichi Nakada和LarsBergkvist的申請涉及此方法類型。
本領(lǐng)域技術(shù)人員知道高頻電流的使用提供了更長的放電燈壽命，以及更好的光學(xué)功效。然而，不應(yīng)忘記，經(jīng)驗(yàn)告訴我們對產(chǎn)生出的光通量的調(diào)制的可能性和性能取決于放電燈的類型以及其他幾個(gè)參數(shù)，比如用于調(diào)制的頻帶。
特別是，當(dāng)所述燈電流是高頻電流或者當(dāng)所述調(diào)制包含高頻分量時(shí)，本領(lǐng)域技術(shù)人員知道我們希望所述控制設(shè)備和所述一個(gè)(或多個(gè))放電燈之間的配線要盡可能短。保持此配線較短的優(yōu)點(diǎn)涉及到，例如，電磁兼容性，電安全，或者總體安裝效率。實(shí)際上，依據(jù)所述領(lǐng)域的狀況，所述控制設(shè)備和所述一個(gè)(或多個(gè))放電燈之間短配線意味著包含一個(gè)或幾個(gè)燈的照明器具具有其自己的控制設(shè)備，按照技術(shù)規(guī)定，這就意味著用到了兩條不同的配線，一條用于通過使用例如到交流電能量分布系統(tǒng)的連接把電源傳遞給每個(gè)照明器具，另一條用于將要傳送的信號傳遞給每個(gè)照明器具。
依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，用于傳遞要發(fā)送給所述電燈的所述信號的裝置的問題并沒有以一種令所有應(yīng)用都滿意的方式所處理，因?yàn)閮蓷l分離配線的使用明顯貴于僅僅用于照明的照明器具的傳統(tǒng)配線。為了僅使用一根配線，人們可以設(shè)計(jì)用無線電通信線路傳遞要發(fā)送給每個(gè)照明器具的信號，但是此解決方案消除了自由空間光傳輸?shù)闹饕獌?yōu)點(diǎn)，此優(yōu)點(diǎn)就是它不使用無線電頻譜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是一種用于自由空間光傳輸?shù)陌l(fā)送設(shè)備，其不需要分離的配線來傳送它的輸入信號，并且沒有已知方法和設(shè)備的限制。
本發(fā)明與用于自由空間光傳輸?shù)陌l(fā)送設(shè)備有關(guān)，其特征在于第一，其包含一個(gè)或多個(gè)用作傳輸光源的放電燈，第二，其包含用于經(jīng)由配電線路的傳輸?shù)慕邮昭b置，其能夠在其輸出端傳送“解調(diào)信號”，所述“解調(diào)信號”通過對于在為所述發(fā)送設(shè)備供電的端子上出現(xiàn)的信號進(jìn)行解調(diào)而獲得，第三，所述“解調(diào)信號”施加到控制設(shè)備的輸入端，所述控制設(shè)備將上述一個(gè)或多個(gè)放電燈產(chǎn)生的光調(diào)制為所述“解調(diào)信號”的函數(shù)。
用于經(jīng)由配電線路的傳輸?shù)慕邮昭b置利用了本發(fā)明的發(fā)送設(shè)備的供電端子上的信號。這些配電線路可能屬于任一種能量分布系統(tǒng)，例如直流能量分布系統(tǒng)、連接至公共低壓網(wǎng)絡(luò)的交流能量分布系統(tǒng)、船用配電系統(tǒng)等等。
用于經(jīng)由配電線路的傳輸?shù)慕邮昭b置是用于經(jīng)由配電線路的傳輸?shù)南到y(tǒng)的接收部分，其在英語中也可以稱作“power-linecommunication(電力線通信)”或“PLC”。這種系統(tǒng)的特征和可能實(shí)現(xiàn)是專家所熟知的，幾個(gè)方面展現(xiàn)在N.Pavlidou，A.J.Han Vinck，J.Yazdani和B.Honary在IEEE Communications Magazine 2003年4月份，第4號，第41卷，34至40頁的名為“Power Line CommunicationState of the Art and Future Trends”的文章中。應(yīng)該注意的是，依據(jù)應(yīng)用于歐盟的規(guī)章，分配于一些經(jīng)由配電線路的傳輸?shù)念l率高于3kHz。因此依據(jù)本發(fā)明，用于經(jīng)由配電線路的傳輸?shù)慕邮昭b置可以通過在能夠?qū)λ霭l(fā)送設(shè)備供電的端子上出現(xiàn)的高于3kHz的信號進(jìn)行解調(diào)獲得“解調(diào)信號”。
通過用于經(jīng)由配電線路的傳輸?shù)南到y(tǒng)而發(fā)送的信號可以是數(shù)字信號或者模擬信號，其通過使用任一種數(shù)字或模擬調(diào)制方法獲得。
E.Biglieri在IEEE Communications Magazine 2003年5月份，第5號，第41卷，92至98頁的名為“Coding and Modulation for a HorribleChannel”的文章告訴我們，對于經(jīng)由配電線路的傳輸，單一載波的調(diào)制通常不是一個(gè)好的技術(shù)解決方案。所以，本發(fā)明的設(shè)備的特征在于，用于經(jīng)由配電線路的傳輸?shù)慕邮昭b置采用使用多個(gè)載波的調(diào)制方法或者采用擴(kuò)頻技術(shù)。例如，使用數(shù)個(gè)載波的調(diào)制方法，比如正交頻分復(fù)用(也記作OFDM)可能會給出很好的結(jié)果。
正如已知的設(shè)備和方法那樣，很明顯，由本發(fā)明的設(shè)備的放電燈產(chǎn)生的光可以用多種方式調(diào)制所述“燈電流”可以是例如總是按同一方向流動的電流，其由直流電流組成并在此直流電流上疊加調(diào)制，或者是適當(dāng)調(diào)制過的在交流電能量分布系統(tǒng)頻率上的電流，還可能是用適當(dāng)方式調(diào)制過的高頻電流。
我們已經(jīng)在上面說過，用高頻燈電流給放電燈供電通常是有利的。因此本發(fā)明的設(shè)備的特征在于上述一或多個(gè)放電燈用頻率高于15kHz的交流電供電。
本發(fā)明的設(shè)備可能特征在于，所述交流電流依據(jù)一種涉及其相位變化或其頻率變化的方法來進(jìn)行調(diào)制。本領(lǐng)域技術(shù)人員知道這種調(diào)制方法在用高頻電流對所述放電燈供電時(shí)易于實(shí)現(xiàn)。特別簡單的實(shí)現(xiàn)開關(guān)模式控制設(shè)備的方法，例如在上面提及的D.K.Jackson等人的文章中展示。本發(fā)明的設(shè)備的特征還在于，所述燈電流是依據(jù)涉及其振幅變化的方法而調(diào)制的交流電流。對于熟知所述領(lǐng)域的人明顯的是，此結(jié)果可以例如通過用開關(guān)模式控制設(shè)備的占空比變化來獲得。
通常，我們希望光的調(diào)制是人類觀察者所不能感知的。此結(jié)果可以通過視覺暫留的現(xiàn)象獲得，其消除了對于足夠快速的光變化的閃爍感知度。因此本發(fā)明的設(shè)備的特征在于，與光調(diào)制相對應(yīng)的光通量的變化實(shí)際上不包含頻率低于24Hz的分量。對于一些調(diào)制而言，這個(gè)24Hz的限制將適合于使得人類觀察者感覺不到調(diào)制的存在。對于一些調(diào)制而言，使用更高的比如200Hz的限制可能會有用。
如果光調(diào)制是不可感知的，很明顯，由本發(fā)明的設(shè)備產(chǎn)生的光如果是可見光的話，就可以具有照明所需要的特征。所以，本發(fā)明的設(shè)備的特征可以在于，產(chǎn)生的光也可用于照明。
我們注意到，在該情況中，本發(fā)明的設(shè)備可以設(shè)計(jì)為使得其看起來就像一個(gè)正常的照明器具。所以，本發(fā)明的設(shè)備的特征可以在于，其自由空間光傳輸功能是隱秘的，其表面上的功能是照明。
為了獲得給定應(yīng)用所需要的特征，本發(fā)明的設(shè)備可以使用最合適類型的放電燈。特別是，本發(fā)明的設(shè)備的特征可能在于，上述一個(gè)或多個(gè)放電燈是低壓放電燈，其可能最終包含熒光材料。特別是，本發(fā)明的設(shè)備的特征可能在于，上述一個(gè)或多個(gè)放電燈是高壓放電燈。


通過參考示出本發(fā)明的實(shí)施例的圖1，通過非限制性示例的形式，其他優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)將在下面對本發(fā)明的特定實(shí)施例的描述中更加清楚的呈現(xiàn)。
具體實(shí)施例方式
作為由非限制性示例給出的本發(fā)明的設(shè)備的例子，在圖1中示出通過其輸入端子(1)而連接至交流電能量分布系統(tǒng)的本發(fā)明的設(shè)備。電源濾波器(2)能夠根據(jù)有關(guān)電磁兼容性的調(diào)整，有效減少由電源電路在高于150kHz的頻率上產(chǎn)生的傳導(dǎo)電磁干擾。所述電源電路包括整流器(3)、功率因數(shù)校正電路(4)、低壓電源(5)和反相器(8)。專家熟知的所述功率因數(shù)校正電路(4)是非隔離的升壓轉(zhuǎn)化器。其從電源中提出正弦電流。因此其根據(jù)有關(guān)電磁兼容性的調(diào)整，提供諧波電流低發(fā)射。其還提供預(yù)調(diào)整。所述反相器(8)包括推挽式開關(guān)級，該推挽式開關(guān)級的輸出端連接至串聯(lián)電感器(9)，電感器(9)與熱陰極熒光燈(10)和電容器(12)串聯(lián)，并聯(lián)電容器(11)實(shí)現(xiàn)了所述燈的最佳啟動，符合通用的熒光燈電子鎮(zhèn)流器的結(jié)構(gòu)，比如E.Deng和S.Cuk在1994年P(guān)roceedings of the 1994 IEEE Applied PowerElectronics Conference and Exposition，APEC’94的441至449頁的名為“Single Stage，high power factor，lamp ballast”的文章中所展示的。用于經(jīng)由配電線路(6)的傳輸?shù)慕邮昭b置在其輸出端傳遞“解調(diào)信號”，所述“解調(diào)信號”是通過對在兩個(gè)輸入端(1)上的頻率高于3kHz的信號進(jìn)行解調(diào)而獲得的。這些“解調(diào)信號”施加于控制電路系統(tǒng)(7)的輸入端，控制電路系統(tǒng)(7)產(chǎn)生用于控制所述反相器(8)的開關(guān)(比如金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)狀態(tài)的信號。控制電路系統(tǒng)(7)和反相器(8)組成開關(guān)模式控制設(shè)備，其將流經(jīng)熱陰極熒光燈(10)的燈電流調(diào)制為所述“解調(diào)信號”的函數(shù)，由此將所產(chǎn)生的光調(diào)制為所述“解調(diào)信號”的函數(shù)。低壓電源(5)對用于經(jīng)由配電線路(6)和控制電路系統(tǒng)(7)的傳輸?shù)慕邮赵O(shè)備供電。
接地或者連接至保護(hù)地線沒有在圖1的輸入端子(1)級別處出現(xiàn)。這種連接顯而易見是存在的，比如為了電安全和/或電磁兼容性。
依據(jù)圖1所示的例子，所述設(shè)備是采用使得其看起來就像僅僅用于照明的正常照明器具的方式而建立的。所述“解調(diào)信號”還可以用于光調(diào)制之外的其他功能，例如用于涉及到照明功能的功能，比如開啟/閉合開關(guān)或者照明強(qiáng)度的變化(暗化功能)。
依據(jù)圖1所示例子的設(shè)備中，反相器(8)產(chǎn)生頻率大約為62kHz的調(diào)頻燈電流，其產(chǎn)生頻率大約為124kHz的調(diào)頻光。此類型的恒定包絡(luò)調(diào)制有其光調(diào)制不為人類觀察員所感知的優(yōu)點(diǎn)。專家知道他應(yīng)該如何設(shè)計(jì)控制電路系統(tǒng)(7)以便于獲得頻率調(diào)制的同時(shí)沒有對振幅進(jìn)行調(diào)制，而不管串聯(lián)電感器(9)和電容器(12)的阻抗如何變化控制所述開關(guān)狀態(tài)的信號必須是頻率調(diào)制和占空比調(diào)制的。另一方面，如果用于調(diào)頻的頻帶僅包含足夠高以至于由于視覺暫留而不可被感知的頻率，則由所述頻率調(diào)制所導(dǎo)致的振幅調(diào)制是可以忍受的，正如在上面提及的D.K.Jackson等人的文章中所解釋的那樣，并且占空比調(diào)制將不再需要。
由于本發(fā)明的設(shè)備，通過用于經(jīng)由配電線路的傳輸?shù)南到y(tǒng)送出的信號被變換為光信號，光信號可以采用用于光傳輸?shù)倪m當(dāng)接收器來接收。此光傳輸可以不借助于電線和無線電。按此方式傳輸?shù)墓庑盘柨梢詫?yīng)于聲音、數(shù)據(jù)等等。這些光信號還可以包括源自本發(fā)明的設(shè)備內(nèi)部的其他信息，例如涉及到燈的壽命的信息，這些信息可以由控制設(shè)備的一些電子量推導(dǎo)出，正如專家所熟知的那樣。
本發(fā)明的設(shè)備可以使得數(shù)據(jù)集的調(diào)制光的發(fā)射在一個(gè)恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間發(fā)生，例如可以使用與經(jīng)由能量分布系統(tǒng)發(fā)送的信號的同步。用這種方式，本發(fā)明的數(shù)個(gè)設(shè)備可能分別產(chǎn)生調(diào)制光，這些調(diào)制是完全相同的并且是同相的。這將會增大由用于光傳輸?shù)慕邮掌魉邮盏降男盘?，該接收器將會接收由這些本發(fā)明的設(shè)備所產(chǎn)生的光。
還可以將本發(fā)明的幾個(gè)不同設(shè)備連接至同一能量分布系統(tǒng)，產(chǎn)生不同的光信號，其使用了專家所熟知的尋址方案。
工業(yè)應(yīng)用中的提示本發(fā)明的用于自由空間光傳輸?shù)脑O(shè)備尤其適合于在建筑物內(nèi)廣播信息，其使用完全不受無線電頻率干擾以及外部源電磁干涉的方式。很多應(yīng)用都是可能的，比如在用于大規(guī)模市場的商業(yè)前提的價(jià)格上的數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用，其在上面提及的Trevor T.Gray的申請中有所涉及。
本發(fā)明的設(shè)備尤其可以適合于在建筑物內(nèi)部的緊急傳輸系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樵谥卮笫鹿驶蛘叽鬄?zāi)難的狀況中，無線電傳輸?shù)娜萘客ǔＪ秋柡偷幕蛘呤只靵y。對于這種應(yīng)用，本發(fā)明的設(shè)備還可以具有安全照明功能。
由于不使用可能在一定距離上被截獲的無線電傳輸，本發(fā)明的設(shè)備特別適用于隱秘傳輸，尤其是在所產(chǎn)生的光不是要由用于光傳輸?shù)哪硞€(gè)接收器接收時(shí)，該光不能抵達(dá)該接收器的情況中。
權(quán)利要求
1.用于自由空間光傳輸?shù)陌l(fā)送設(shè)備，其特征在于第一，其包含一個(gè)或多個(gè)用作傳輸光源的放電燈，第二，其包含用于經(jīng)由配電線路的傳輸?shù)慕邮昭b置，所述接收裝置能夠在其輸出端傳送“解調(diào)信號”，所述“解調(diào)信號”通過對于在為所述發(fā)送設(shè)備供電的端子上出現(xiàn)的信號進(jìn)行解調(diào)而獲得，第三，所述“解調(diào)信號”施加于控制設(shè)備的輸入端，所述控制設(shè)備將由所述一個(gè)或多個(gè)放電燈所產(chǎn)生的光調(diào)制為所述“解調(diào)信號”的函數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述用于經(jīng)由配電線路的傳輸?shù)慕邮昭b置采用使用多個(gè)載波的調(diào)制方法或者采用擴(kuò)頻技術(shù)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其特征在于，所述一個(gè)或多個(gè)放電燈用頻率高于15kHz的交流電流供電。
4.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于，所述交流電流根據(jù)包括其相位變化或其頻率變換的方法進(jìn)行調(diào)制。
5.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于，所述交流電流根據(jù)包含其振幅變化的方法進(jìn)行調(diào)制。
6.如權(quán)利要求1至5中任意一個(gè)所述的設(shè)備，其特征在于，與所述光調(diào)制相對應(yīng)的光通量的變化實(shí)際上不包含頻率低于24Hz的分量。
7.如權(quán)利要求1至6中任意一個(gè)所述的設(shè)備，其特征在于，所產(chǎn)生的光也用于照明。
8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，其自由空間光傳輸功能是隱秘的，其表面上的功能是照明。
9.如權(quán)利要求1至8中任意一個(gè)所述的設(shè)備，其特征在于，所述一個(gè)或多個(gè)放電燈是低壓放電燈，其最終可包含熒光材料。
10.如權(quán)利要求1至8中任意一個(gè)所述的設(shè)備，其特征在于，所述一個(gè)或多個(gè)放電燈是高壓放電燈。
全文摘要
用于自由空間光傳輸?shù)陌l(fā)送設(shè)備。本發(fā)明涉及用于經(jīng)由空間的傳輸?shù)陌l(fā)送設(shè)備，其使用由一個(gè)或多個(gè)放電燈產(chǎn)生的紅外光和/或可見光和/或紫外光波段的電磁波。所述設(shè)備通過其輸入端子(1)連接至交流電能量分布系統(tǒng)。電源濾波器(2)減少電源電路產(chǎn)生的傳導(dǎo)電磁干擾，所述電源電路包括整流器(3)、功率因數(shù)校正電路(4)、低壓電源(5)和反相器(8)。反相器(8)連接至串聯(lián)電感器(9)，電感器(9)與熱陰極熒光燈(10)和電容器(12)串聯(lián)，并聯(lián)電容器(11)實(shí)現(xiàn)所述燈的最佳啟動。用于經(jīng)由配電線路(6)的傳輸?shù)慕邮昭b置傳遞施加于控制電路系統(tǒng)(7)的“解調(diào)信號”，電路系統(tǒng)(7)控制反相器(8)的開關(guān)狀態(tài)。所產(chǎn)生的光被調(diào)制為“解調(diào)信號”的函數(shù)。
文檔編號H04B10/114GK101095299SQ200580039315
公開日2007年12月26日 申請日期2005年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月20日
發(fā)明者F·布魯?shù)? E·克拉弗利耶 申請人:茲克斯托克資產(chǎn)有限責(zé)任公司