CN111373242B - 射程有限的电磁辐射源 - Google Patents

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Abstract

一种射程有限的电磁辐射源(100)和辐射方法，包括可调电磁辐射源(10)；和控制元件(20)，其被配置为将电磁辐射源(10)的波长调谐到期望波长，该期望波长与电磁辐射要通过其传播的介质中存在的原子或分子或其他物种的吸收线相对应；其中控制元件(20)被配置为接收与期望波长有关的数据。

Description

射程有限的电磁辐射源
技术领域
本申请总体上涉及一种电磁辐射源。特别但非排他地，本申请涉及一种具有有限射程的电磁辐射源。特别但非排他地，本申请涉及一种使用吸收的具有有限射程的电磁辐射源。
背景技术
本章节对有用背景信息进行了说明，而没有承认本文中所描述的任何技术代表了现有技术。
照明不断地被需要并且存在于现代生活的几乎方方面面。因而，城市环境中也存在越来越多的“光污染”。已经进行了旨在例如通过有限的光使用或光谱来减少这种不必要的光的讨论。
在需要可见性或通信的情况下，经常需要光(也称可见光)，但是期望所用的光对于其他人不可见。这种情况包括例如自然观测、军事行动或射程有限的电信和电信信道重用。
因而，需要具有有限射程的电磁辐射源。本发明的目的是提供这样一种电磁辐射源，其减轻与光的非期望可见性或射程有关的问题。
发明内容
在权利要求中对本发明的示例的各个方面进行了阐述。
根据本发明的第一示例方面，提供了一种射程有限的电磁辐射源，包括
可调电磁辐射源；以及
控制元件，其被配置为将电磁辐射源的波长调谐到期望波长，该期望波长与电磁辐射要通过其传播的介质中存在的原子或分子或其他物种的吸收线相对应；其中控制元件被配置为接收与期望波长有关的数据。
该射程有限的电磁辐射源还可以包括用于确定期望波长的装置，该装置被配置为向控制元件发送与期望波长有关的数据。
用于确定期望波长的装置可以包括测量元件。
用于确定期望波长的装置可以包括成像器件。
用于确定期望波长的装置可以包括吸收测量器件。
电磁辐射源可以包括可见光辐射源或红外光辐射源或微波辐射源或太赫兹辐射源。
与期望波长有关的数据可以包括吸收线的波长的假定、关于环境条件的信息、和/或吸收线的所确定的波长。
介质中存在的原子或分子可以选自由以下各项组成的组：O2、O3、CO、CO2、H2O、N2O、CH4和N2。
根据本发明的第二示例方面，提供了一种具有有限射程的辐射方法，包括：
基于电磁辐射要通过其传播的介质中存在的原子或分子的吸收线的波长的假定，来选择波长；
打开可调电磁辐射源；
使用控制元件调谐电磁辐射源，该控制元件被配置为将电磁辐射源的波长调谐到期望波长，该期望波长与电磁辐射通过其传播的介质中存在的原子或分子的吸收线相对应；其中
控制元件被配置为接收与期望波长有关的数据。
该方法还可以包括：使用用于确定期望波长的装置确定与期望波长有关的数据并且将其发送到控制元件。
确定与期望波长有关的数据可以包括：使用测量元件测量环境条件或波长。
确定与期望波长有关的数据可以包括：使用成像器件成像。
确定与期望波长有关的数据可以包括：使用吸收测量器件测量吸收。
电磁辐射可以包括可见光辐射或红外光辐射或微波辐射或太赫兹辐射。
与期望波长有关的数据可以包括吸收线的波长的假定、关于环境条件的信息、和/或吸收线的所确定的波长。
介质中存在的原子或分子可以选自由以下各项组成的组：O2、O3、CO、CO2、H2O、N2O、CH4和N2。
根据本发明的第三示例方面，提供了一种设备，包括：
本发明的第一示例方面的射程有限的电磁辐射源；以及
处理器，其被配置为使得该设备执行本发明的第二示例方面的方法。
根据本发明的第四示例方面，提供一种包括计算机代码的计算机程序，该计算机程序用于使得当由设备执行时，执行本发明的第二示例方面的方法。
根据本发明的第五示例方面，提供了一种非暂态存储介质，其包括本发明的第四示例方面的计算机程序。
前面已经对本发明的不同的非约束性示例方面和实施例进行了说明。前面的实施例仅用于解释可以用于本发明的实现方式的选择方面或步骤。可以仅参考本发明的某些示例方面来呈现一些实施例。应当领会，对应实施例还可以应用于其他示例方面。
附图说明
为了更完整地理解本发明的示例实施例，现在参考以下结合附图进行的描述，其中
图1示出了根据本发明的一个实施例的射程有限的电磁辐射源的示意性框；
图2示出了根据本发明的一个实施例的射程有限的电磁辐射源的传输的示例性曲线图；
图3示出了根据本发明的一个实施例的射程有限的辐射方法的流程图；以及
图4示出了根据本发明的一个实施例的设备的示意性框图。
具体实施方式
通过参考附图中的图1至图4理解本发明及其潜在优点。在本文档中，相同的附图标记表示相同的部件或步骤。
图1示出了根据本发明的一个实施例的射程有限的电磁辐射源的示意性框。应当指出，术语射程是指电磁辐射在其强度显著减小之前所行进的距离，即，电磁辐射可以到达的距离。该射程有限的电磁辐射源100包括可调电磁辐射源10。源10的输出波长可调谐到期望波长，并且源10具有小线宽。在一个实施例中，电磁辐射包括可见光或红外光。在另一实施例中，电磁辐射包括微波辐射或太赫兹辐射。在一个实施例中，源10包括可调激光源，诸如可调分布式反馈(或DFB)激光源。在另一实施例中，源10包括宽带电磁辐射源，其具有用于调谐输出波长的可调滤波器元件。射程有限的电磁辐射源100还包括用于为其部件供电的电源(未示出)，诸如电池或与外部电源的连接。
在操作中，以与电磁辐射在其中传播的介质中存在的原子或分子的吸收线相对应的方式选择可调源10的输出波长。在一个实施例中，介质是空气。在一个实施例中，原子或分子选自由以下各项组成的组：O2、O3、CO、CO2、H2O、N2O、CH4和N2。
射程有限的电磁辐射源100还包括控制元件20，其被配置为控制源10的调谐。在一个实施例中，控制元件20包括常规电子器件，其被配置为控制源10。控制元件被配置为接收与期望波长有关的数据。在一个实施例中，与期望波长有关的数据包括所期望的吸收线的波长的假定。在一个实施例中，与期望波长有关的数据包括例如关于诸如温度和压力之类的环境条件的信息。在一个实施例中，控制元件20包括用户界面，使用该用户界面，与期望波长有关的数据可以被输入到控制元件20中。
在一个实施例中，射程有限的电磁辐射源100包括用于确定期望波长110的装置，即，用于确定原子或分子或其他物种的吸收线的波长的装置。在一个实施例中，如果期望波长未知或者控制电子器件无法基于可用信息来准确计算出期望波长，则使用用于确定期望波长的装置来确定期望波长，即，所述吸收线。在另一实施例中，用于测量期望波长的装置不是射程有限的电磁辐射源的物理部分，而是与另一设备集成并且通过有线或无线方式连接到射程有限的电磁辐射源100。用于确定期望波长的装置110被配置为连接到控制元件，以便向控制元件发送与该波长有关的数据，并且允许控制元件将源10调谐到确定波长。
在一个实施例中，用于确定期望波长的装置110包括测量元件30。在一个实施例中，测量元件包括用于测量环境条件的传感器。在另一实施例中，除此之外或作为替代，用于确定期望波长的装置110包括成像器件，该成像器件被配置为检测从源10输出的光，以及例如反射、散射或以其他方式返回在成像器件处的光。在一个实施例中，成像器件包括相机，其具有电荷耦合器件(或CCD)传感器、或另一类型的成像检测器、或位于相机中或单独位于相机外部的另一传感器；以及电子器件，其被配置为基于电磁辐射(例如，从一定距离的目标反射到传感器的辐射)的距离和强度，从图像确定检测的光和期望波长，即，原子或分子的吸收线。在一个实施例中，如果距离未知，则电子器件被配置为在调制波长时检测散射光的强度变化，从而推断吸收线相对于发射波长的位置。在又一实施例中，除此之外或作为替代，测量元件30包括用于测量源10的输出波长以便确信源10被调谐到期望波长的器件。
在另一实施例中，除此之外或作为替代，用于确定期望波长的装置110包括吸收测量器件，源10的输出的一部分被引导至其的吸收测量器件。在一个实施例中，吸收测量器件包括吸收测量路径40，该吸收测量路径40包括例如对电磁辐射在其中传播的环境介质开放的多程池(multi-pass cell)。吸收测量器件还包括光电检测器元件50，其用于测量离开吸收测量路径40的电磁辐射的强度，以便基于光电检测器元件50所检测到的强度在期望波长下的下降来确定该期望波长，即，原子或分子的吸收线。在一个实施例中，吸收测量器件还包括参考光电检测器70，源10的输出的一部分被引导到该参考光电检测器，而无需横穿吸收测量路径40。
图2示出了根据本发明的一个实施例的大气中的射程有限的电磁辐射源的传输的示例性曲线图。线150所示出的传输是针对与O2的吸收线相对应的760nm的波长。图2的垂直轴以对数标度示出了传输，即，传输到给定距离的功率，水平轴以对数标度示出了从源传播的以米为单位的距离。从图2的曲线图可以看出，在100m的距离处，仅剩下5％的光，因而，电磁辐射源的射程受到限制。760nm波长肉眼不可见，但是可以通过合适的夜视装备或对该波长敏感的成像设备(例如，不带红外滤光的CCD或CMOS成像器件)进行查看。射程有限的电磁辐射源100的传输的另一示例可能在687nm的波长处，该波长与O2的吸收线相对应；并且肉眼可见，其中在1km的距离处，10％的光将被剩下，而在3km的距离处，0.1％的光将被剩下。更进一步地，注意，特别是对于非准直辐射，法向强度下降与距离的平方成比例的影响还降低了强度。
图3示出了根据本发明的一个实施例的射程有限的辐射方法的流程图。在310处，选择期望波长。期望波长与介质(例如，大气)中存在的原子或分子的吸收线相对应，射程有限的电磁辐射源100被使用在该介质中。期望波长基于已知条件下的已知吸收线来选择，因而呈现具有吸收线的实际波长的知情假定。在310处，如果例如从环境条件的测量中可获得与期望波长有关的数据，则控制元件20被配置为调整选择的波长，和/或基于与波长有关的数据直接选择波长。
在320处，打开电磁辐射源10，并且使用射程有限的电磁辐射源100。在这点上，光射程的限制取决于所选择的波长与期望吸收线的对应精度。因而，在330处，控制元件20被配置为调谐电磁辐射源10的波长，以便达到与原子或分子的吸收线相对应的期望波长。在一个实施例中，控制元件20被配置为扫掠选择的波长附近的波长射程，以便达到期望波长。在步骤340处，用于确定期望波长的装置被配置为测量或估计吸收，并且控制元件20被配置为根据从吸收的测量或估计中接收的数据确定电磁辐射源10要调谐到的期望波长，其中步骤340与步骤330同时且连续地执行。
在一个实施例中，根据使用被包括在测量元件30中的成像器件所获得的至少一个图像测量或估计吸收数据。在一个实施例中，吸收数据包括与吸收处于最大(即，所检测到的光强度处于最低)处的波长有关的信息。在一个实施例中，使用吸收测量路径40来测量或估计吸收数据。在一个实施例中，吸收数据包括与吸收处于最大(即，光电检测器元件50检测到的光的强度处于最低)处的波长有关的信息。
图4示出了根据本发明的一个实施例的设备的示意性框图。该设备包括根据如上所述的本发明的一个实施例的至少一个射程有限的电磁辐射源100。在一个实施例中，设备400包括根据本发明的一个实施例的一个以上射程有限的电磁辐射源100。在这种情况下，每个射程有限的电磁辐射源100被配置为调谐到期望波长，该期望波长与其他射程有限的电磁辐射源100的期望波长相同或不同。
设备400还包括电子器件，其被配置为控制设备的操作，执行计算并且使得执行根据本发明的方法的步骤。在一个实施例中，设备400包括存储器440和处理器420。在一个实施例中，处理器420被配置为从测量元件30或光电检测器元件50取回数据，并且使得将数据存储到存储器440中。处理器420还被配置为使用存储在存储器440中的非暂态计算机程序代码来使得控制设备和射程有限的电磁辐射源100的操作。在一个实施例中，处理器420被配置为至少部分执行射程有限的电磁辐射源100的控制元件20的功能，即，处理器420代替了控制元件20。
在另一实施例中，设备400包括通信单元410，该通信单元410包括例如局域网(LAN)端口；无线局域网(WLAN)单元；蓝牙单元；蜂窝数据通信单元；近场通信单元或卫星数据通信单元。设备400还包括电源，诸如电池450或与外部电源的连接。
在另一实施例中，设备400包括用户界面单元430，该用户界面单元430包括例如用于显示测量结果的显示器或触摸显示器。在另一实施例中，用户界面单元430包括用于指示测量结果的简化显示器，诸如LED阵列或不同颜色的光，例如，发光二极管。
在又一实施例中，设备400包括或被包括在诸如手电筒、手表、智能手表、活动手镯、移动电话、智能电话、平板计算机或计算机之类的个人电子设备中，并且被配置为与射程有限的电磁辐射源协作。在一个实施例中，设备400被包括在诸如车辆、无人机、照明设施或电子广告板之类的较大装置中。
下文给出与根据本发明的实施例的射程有限的电磁辐射源的给定实施例有关的一些使用情况。在第一种使用情况下，射程有限的电磁辐射源100用于在光应当对其他人不可见的情况下(例如，在军事行动或自然观测中)提供照明。
在第二种使用情况下，射程有限的电磁辐射源100用于提供对他人的干扰较少的照明，例如，作为诸如碰撞警告布置之类的车辆布置的附加光。
在第三种使用情况下，射程有限的电磁辐射源100用于照明，同时避免光污染，例如，在街道照明中。
在第四种使用情况下，射程有限的电磁辐射源100用于创建视觉效果，例如，一种广告，其在使用具有不同传输特性的不同波长的若干个射程有限的电磁辐射源从不同距离观看时看起来有所不同。
在第五种使用情况下，射程有限的电磁辐射源100被用于创建仅在一定距离内可见的视觉信息，例如，指南文本或光信号。
在第六种使用情况下，射程有限的电磁辐射源100被用于射程有限的电信中，例如，通过使用调制器调制强度。
在不以任何方式对本文出现的权利要求的范围、解释或应用的进行限制的情况下，本文中所公开的示例实施例中的一个或多个示例实施例的技术效果是提供了不会到达不想要的方面或距离的照明。本文中所公开的示例实施例中的一个或多个示例实施例的另一技术效果是减少光污染。本文中所公开的示例实施例中的一个或多个示例实施例的另一技术效果是提供了控制电磁辐射的可见性和/或范围。
尽管在独立权利要求中陈述了本发明的各个方面，但是本发明的其他方面包括来自所描述的实施例和/或从属权利要求的特征与独立权利要求的特征的其他组合，而不仅仅是权利要求中明确列出的组合。
本文中还应当指出，虽然上文描述了本发明的示例实施例，但是这些描述不应以限制性的意义来理解。相反，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的范围的情况下，可以做出多种变型和修改。

Claims (15)

1.一种电磁辐射源(100)，被配置为提供照射，所述电磁辐射源包括：
可调电磁辐射源(10)，包括具有小线宽的可调激光源；以及
控制元件(20)，其被配置为将所述电磁辐射源(10)的波长调谐到期望波长，以便所述电磁辐射在介质中的射程受限，所述电磁辐射要通过所述介质传播，所述期望波长与所述介质中存在的原子或分子或其他物种的吸收线相对应；
其中所述控制元件(20)被配置为接收与所述期望波长有关的数据；以及其中所述电磁辐射包括可见光或红外光；
所述电磁辐射源还包括：用于确定所述期望波长(110)的装置，所述装置被配置为向所述控制元件(20)发送与所述期望波长有关的数据。
2.根据权利要求1所述的电磁辐射源(100)，其中用于确定所述期望波长(110)的所述装置包括测量元件。
3.根据权利要求1或2所述的电磁辐射源(100)，其中用于确定所述期望波长(110)的所述装置包括成像器件。
4.根据权利要求1或2所述的电磁辐射源(100)，其中用于确定所述期望波长(110)的所述装置包括吸收测量器件。
5.根据权利要求1或2所述的电磁辐射源(100)，其中所述介质中存在的所述原子或所述分子选自由以下各项组成的组：O2、O3、CO、CO2、H2O、N2O、CH4和N2。
6.一种提供照射的方法，包括：
基于电磁辐射要通过其传播的介质中存在的原子或分子或其他物种的吸收线的波长的假定，来选择波长；
打开可调电磁辐射源(10)，所述电磁辐射源(10)包括具有小线宽的可调激光源；
调谐所述电磁辐射源(10)至期望波长，以便所述电磁辐射在所述介质中的射程受限，所述期望波长与所述电磁辐射要通过其传播的所述介质中存在的原子或分子或其他物种的所述吸收线相对应；
接收与所述期望波长有关的数据；
其中所述电磁辐射包括可见光或红外光；
并且所述方法还包括：
利用用于确定所述期望波长的装置来确定和发送与所述期望波长(110)有关的数据。
7.根据权利要求6所述的方法，其中确定与所述期望波长有关的数据包括：使用测量元件(30)测量环境条件或波长。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其中确定与所述期望波长有关的数据包括：使用成像器件成像。
9.根据权利要求6或7所述的方法，其中确定与所述期望波长有关的数据包括：使用吸收测量器件测量吸收。
10.根据权利要求6或7所述的方法，其中与所述期望波长有关的所述数据包括所述吸收线的所述波长的假定、关于环境条件的信息、和/或所述吸收线的所确定的波长。
11.根据权利要求6或7所述的方法，其中所述介质中存在的所述原子或所述分子选自由以下各项组成的组：O2、O3、CO、CO2、H2O、N2O、CH4和N2。
12.一种手持式电子设备，包括：
根据权利要求1或2所述的电磁辐射源；以及
处理器，其被配置为使所述手持式电子设备执行根据权利要求6或7所述的方法。
13.一种计算机可读介质，具有存储在其上的计算机代码，所述计算机代码用于使得当由设备的处理器执行时，执行根据权利要求6或7所述的方法。
14.一种根据权利要求1或2所述的电磁辐射源的用途，其用于创建视觉效果或视觉信息。
15.一种根据权利要求1或2所述的电磁辐射源的用途，其用于射程有限的电信中。
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