CN105827332A - 用于照明系统的光接收器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于接收可见光的光接收器，其中可见光包含强度调制信号。该光接收器包括：光学强度调制滤波器，其被配置用于从可见光过滤强度调制信号；以及光检测器，其被配置用于检测所述过滤的调制信号。本发明还涉及依照包括这种光接收器的照明系统。光学滤波器优选地包括荧光层。

Description

用于照明系统的光接收器

本案为分案申请，母案是申请号为200980121771.3的进入国家阶段的PCT申请，其发明名称为“用于照明系统的光接收器”，申请日为2009年6月5日。

技术领域

本发明涉及用于接收可见光的光接收器。更特别地，本发明涉及包括被配置用于检测可见光中的强度调制信号的光检测器的光接收器。

背景技术

近年来，正在开发高度先进的照明系统以便使得消费者能够获得对于特定房间或空间的希望的气氛。

这种照明系统的一个实例是诸如房间、大厅或车辆之类的结构中的若干光源的布置。可以包括发光二极管的光源发射携带识别光源或光源组的代码的可见光。这些光源代码通过调制从光源发射的可见光而传输。在这种照明系统中，用于接收代码的光接收器例如在遥控设备中实现或者嵌入到诸如开关或传感器设备之类的另一设备中。将相机设置在所述结构的相机位置并且记录（register）光斑图像允许通过识别各代码确定哪个光源对照明图案产生贡献。这些光斑可以例如是地板、墙壁或天花板上的被照射区域。除了从记录的图像导出各代码之外，信号处理装置也可以确定关联光源的一个或多个特性，例如光源位置、光强度、色点等等。

US2007/0008258公开了一种通信系统，该通信设备包括：光照（lighting）设备，其具有包括多个发光元件的发送器，每个发光元件发射不同波长的光；以及终端设备，其具有包括多个光接收元件的光接收器，这些光接收元件接收每个不同波长的光信号。该通信系统具有光照功能并且能够进行高速信号传输。终端设备包含能够透过不同波长的波长滤波器，使得每个光接收元件接收不同波长的光。

US2007/0008258的通信系统要求光接收器包括用于光接收元件的波长滤波器以便检测来自发光元件的不同波长的光。

在本领域中存在对于复杂度降低的光接收器和照明系统的需要。

发明内容

提出了一种用于接收可见光的光接收器，其中可见光包含强度调制信号。该光接收器包括被配置用于从可见光过滤强度调制信号的光学强度调制滤波器以及被配置用于检测所述过滤的调制信号的光检测器。

此外，提出了一种照明系统，其被配置用于通过多个光源发射可见光。该系统包括被配置用于对于可见光产生调制信号以便提供用于光源的识别代码的调制器。该照明系统包括前面段落的光接收器。

通过应用被配置用于从可见光过滤强度调制信号的光学强度调制滤波器（即被调谐成基于可见光的强度调制频率进行滤波的滤波器），既不需要波长滤波器，也不需要用于发射不同波长的光信号的光源。因此，获得复杂度降低的光接收器和照明系统。

应当理解的是，光学强度调制滤波器可以是宽带滤波器，即能够在相当的光谱范围上通过可见光的滤波器，或者可以是窄带低通或高通滤波器，即能够仅仅在有限光谱范围上通过光的滤波器（例如除了光学强度调制滤波器之外还使用波长滤波器，或者使用具有仅对特定光谱范围的信号作出响应的材料组成的光学强度调制滤波器），

尽管为了在所述照明系统中具有用户交互功能，高速通信可能是希望的，然而较低速通信可能对于不需要快速响应的设备（例如传感器或开关中的嵌入式设备）是足够的。权利要求2的实施例提供了一种光接收器，其中光检测器基本上接收低频强度调制信号。该实施例不需要昂贵的电滤波器，例如抗混叠滤波器。而且，用于光接收器的最终电放大器可以是低速、低成本放大器。

权利要求3的实施例提供了光接收器中的光学滤波器的容易且廉价的实现。该光学滤波器层可以包括多个子层。

权利要求4-6的实施例提供了获得适当信噪比的特别合适的光学滤波器层，即荧光层。该荧光层具有100-300μm范围内的厚度。该层优选地包含磷光体材料，尽管并不排除用于荧光层的其他材料。撞击到磷光体材料层上的光将触发荧光反应，并且该反应的调制的受激发光随后将被光检测器检测到。特别地，荧光层将能够响应具有低强度调制频率（例如10Hz或更低）的信号，但是该层通常将不能跟随较高频率强度调制，从而确保低频强度调制信号的选择性通过。通过调谐该层的荧光时间衰减常数，可以确定截止频率。

权利要求7的实施例提供了以下优点：光电二极管的光电流是接收的过滤信号的适当度量。

权利要求8的实施例是有利的，因为来自光检测器的非调制信号（例如光电二极管的DC电流）被高通滤波器有效地阻挡。这些非调制信号由光检测器接收的外界光产生。而且，这些非调制信号可能由被光学强度调制滤波器阻挡的高频强度调制信号产生，例如高频调制信号。

在下文中，将进一步详细地描述本发明的实施例。然而，应当理解的是，该实施例不应当被视为限制了本发明的保护范围。

附图说明

在附图中：

图1为安装在依照本发明实施例的结构中的照明系统的示意图；

图2为用于向来自光源的可见光提供低频调制信号的实施例的示意图；以及

图3为依照本发明实施例的光接收器的示意图。

具体实施方式

图1示出了具有安装的照明系统2的结构1，其在这种情况下为房间。照明系统2包括多个设有编码器（参见图2）的光源3，所述编码器被设置成使得从光源3发射的光能够包含光源识别代码。光源3可以例如是高压/低压气体放电灯泡、无机/有机发光二极管或者激光二极管。可能的是，可以在光模块4中结合若干光源3。

所述照明系统还包括置于结构1中的相机5，使得它能够记录从光源3发射的光的照明斑6的图像。例如结合到相机5中或者结合到照明系统2的主控制器8中的信号处理器7被设置成从记录的图像导出光源识别代码。通过确定光源识别代码，有可能使光源3和它们的照明斑6的覆盖区（footprint）相关。进行这种也称为光效调试（commissioning）的相关使得用户能够使用包括光接收器（参见图3）的遥控设备9直观地创建照明氛围。遥控设备9例如通过与例如主控制器8的无线RF链接与系统交互。

图2是用于利用识别代码使用低频调制编码可见光的实施例的示意图。编码器20被设置成使用组合器23将来自光信号发生器21的用于光源3的驱动信号与来自缓慢代码信号发生器22的缓慢代码信号组合。来自组合器23的信号被馈送到光源3的驱动器（未示出）以便获得具有低频强度调制信号24的可见光。优选地，缓慢代码信号被时钟控制成低于10Hz。有利的是，这允许光调制对于人眼实际上是不可见的。

缓慢代码可以例如使用扩频技术在可见光中实现。这种技术称为“码分复用/码分多址”（CDM或CDMA）。对于每个光照源3，或者对于每组一个或多个光源3，分配唯一代码。这些代码可以是正交的，即一个代码的自相关值一定远高于两个不同代码的互相关值。于是，诸如相机5或者遥控器9中的光接收器之类的感测设备能够区分不同光源3的调制光的同时发射，从而感测设备能够识别这些光源中的每一个。此外，感测设备能够测量从识别的光源3接收的调制光的光照特性（强度、色点等等）。

对于每个感测的调制光的发射，光接收器将包含发射光源3的标识以及测量的光照特性的值的数据传输到主控制器8。获得了这样的数据之后，主控制器8能够控制光源3，改变发射的光的强度或色点以满足感测设备周围区域中的希望的光效。

图3提供了可以例如在遥控设备9或者另一设备中实现的光接收器30的示意图。

光接收器30包括光学强度调制滤波器31，其被配置用于接收强度调制可见光24并且从可见光过滤强度调制信号。过滤的光随后由光检测器32检测。

光学滤波器31作为施加到光检测器32上面或上方的一个或多个层而提供。该层具有100-300μm范围内的厚度并且包含荧光材料，例如磷光体材料。这种层能够响应包含识别代码的可见光24的缓慢强度调制并且将关联的调制信号提供给光检测器32。非调制信号（例如由外界光产生）或者具有光学滤波器31不能响应的高频强度调制的信号（例如可见光24中的快速代码信号）将作为DC信号被传输到光检测器32。

光检测器32包括接收来自光学强度调制滤波器31的过滤信号。来自光电二极管的光电流可以由低成本放大器33放大。电容器34确保不放大DC信号。

Claims (10)

1.一种用于接收由光源发射的可见光（24）的光接收器（30），所述可见光包含强度调制信号，其特征在于，所述光接收器包括：

-光学滤波器（31），其被配置用于从所述可见光过滤所述强度调制信号；以及

-光检测器（32），其被配置用于检测所述过滤的强度调制信号。

2.依照权利要求1的光接收器（30），其中所述强度调制信号包含10Hz或更低的强度调制频率，并且所述光学滤波器被配置用于过滤高于10Hz的强度调制频率。

3.依照权利要求1的光接收器（30），其中所述光学滤波器（31）包括沉积在所述光检测器上面的层。

4.依照权利要求3的光接收器（30），其中所述层包括荧光层。

5.依照权利要求4的光接收器（30），其中所述荧光层包含磷光体材料。

6.依照权利要求5的光接收器（30），其中所述磷光体层的荧光时间衰减常数被调谐成过滤所述强度调制信号。

7.依照权利要求1的光接收器（30），其中所述光检测器（32）包括光电二极管。

8.依照权利要求1的光接收器（30），其中所述光检测器连接到高通滤波器，例如电容器（34）。

9.一种照明系统（2），包括被配置用于发射可见光（24）的多个光源（3），所述系统包括被配置用于对于所述可见光产生强度调制信号以便提供用于一个或多个所述光源的识别代码的调制器（20），所述照明系统包括前面的权利要求中一项或多项的光接收器（30）。

10.依照权利要求9的照明系统（2），其中所述强度调制信号具有10Hz或更低的强度调制频率。