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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft optische Transceivervorrichtungen,
welche zum Datentransfer und für
Steueranwendungen verwendet werden.
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Hintergrund
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Ein
Infrarot (IR) Transceivermodul umfasst typischerweise eine IR-Licht
emittierende Diode (LED), welche bei 870 nm operiert, und eine Fotodiode,
welche zusammen mit einer geeigneten Versorgungsschaltung in einer
Baugruppe montiert sind, um eine unabhängige Einheit zu bilden.
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Elektrische
Anschlüsse
sind auf der Außenseite
der unabhängigen
Einheit freigelegt, um eine elektrische Kopplung zu einer externen
Schaltung zu ermöglichen.
Um die Anwendung der Einheit zu erleichtern, beleuchtet die Lichtabgabe
der LED eine große
Fläche
(typischerweise einen Kegel von ±15°). Folglich muss ein Benutzer
Sender und Empfänger
nicht präzise
ausrichten.
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Durch
Kombinieren verschiedener Komponenten eines IR-Transceivers in eine
einzige Baugruppe, kann die Größe und der
Formfaktor des Transceivers erheblich reduziert werden. Ferner ist
die Baugruppe typischerweise verschleißfester und kann weniger Energie
verbrauchen, als äquivalente
Transceiver, welche diskrete Komponenten aufweisen. IR-Transceiver
werden umfangreich in einer großen
Vielfalt von Endverbraucher- und persönlichen elektronischen Geräten verwendet,
wie zum Beispiel Mobiltelefonen, persönlichen digitalen Assistenten,
und Laptopcomputern. Solche Geräte
umfassen typischerweise ein IR-Übertragungsfenster,
welches als „kosmetisches
Fenster" bezeichnet
wird.
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Ein
Beispiel einer optischen Transceivervorrichtung ist in
US 6 014 236 A offenbart.
Die hierin offenbarte optische Transceivervorrichtung umfasst ein
Paar von Transceivern, wobei jeder Transceiver unter zwei getrennten
Linsen untergebracht ist, d. h. mindestens ein Sender und Empfänger sind
unter jeder Linse untergebracht. In einer Ausführungsform ist mindestens einer
der Transceiver ein Zweiwellenlängentransceiver
und umfasst ein Paar von Sendern. Entsprechend sind in dieser Ausführungsform
mindestens zwei Sender und zwei Empfänger unter einer ersten Linse
untergebracht und mindestens ein Sender und ein Empfänger sind unter
einer zweiten Linse untergebracht.
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Ein
anderes Beispiel einer optischen Transceivervorrichtung ist in
JP 2001-244498 offenbart. Dieser optische
Transceiver umfasst einen Fernsteuerempfänger unter einer ersten Linse,
einen IrDA-Empfänger
unter einer zweiten Linse und einen IrDA-Sender unter einer dritten
Linse.
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Die „Infrared
Data Association (IrDA)" ist
eine Industrieorganisation, welche internationale Standards für Hardware
und Software, die in IR-Kommunikationslinks
verwendet wird, fördert.
Die meisten IR-Kommunikationsfunktionalitäten, die
in Endbenutzer- und persönlichen
Geräten
enthalten sind, sind mit IrDA-Spezifikationen konform. 1 repräsentiert
schematisch ein Beispiel von zwei IrDA-konformen Geräten, welche über einen
IR-Link kommunizieren. Das Gerät
A 110 kommuniziert mit Gerät B 120 über einen
IR-Link 130.
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Wenn
ein IR-Link Kommunikationskanal zwischen zwei IR-Transceivermodulen
erzeugt wird, koppelt die LED in dem ersten Transceiver optisch
mit der Fotodiode in dem zweiten Transceiver. Ferner koppelt die LED
in dem zweiten Transceiver optisch mit der Fotodiode in dem ersten
Transceiver. Obwohl IR-Transceiver, welche
IR-Frequenzbänder
verwenden, häufig
verwendet werden, können
auch andere Frequenzbänder
verwendet werden. Das IR-Transceivermodul
ist tief auf einem Endteil einer Hauptleiterplatte (Leiterplatte:
engl. Printed Circuit Board montiert. Dieses Transceivermodul umfasst
einen Hauptkörper
mit einer geformten Linsenform über
der LED und der Fotodiode.
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Zusammenfassung
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Eine
optische Transceivervorrichtung wird hierin beschrieben zum Kombinieren
der Funktionen von IrDA-konformen Infrarot-Transceivern und Fernsteuervorrichtungen.
Ein Empfänger
des Transceivers erlaubt den Fernsteuereinrichtungen des Transceivers,
bidirektionale Fernsteuerfähigkeiten
zu umfassen.
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Der
beschriebene optische Transceiver umfasst einen IR-Sender, welcher
im Bereich eines ersten Frequenzbandes operiert und bei IrDA-konformen
Infrarotverbindungen elektrische Signale in gesendete optische Signale
umwandelt; einen Fernsteuersender, der im Bereich eines zweiten
Frequenzbandes operiert, das sich von dem ersten Frequenzband unterscheidet,
und der bei Fernsteueranwendungen elektrische Signale in gesendete
optische Signale umwandelt; und einen IR-Empfänger, welcher im Bereich des
ersten Frequenzbandes operiert und welcher bei IrDA-konformen Infrarotverbindungen
in dem ersten Frequenzband empfangene optische Signale in elektrische
Signale umwandelt. Der Infrarotsender und der Fernsteuersender können unabhängig Daten übertragen
und der Empfänger
kann Daten von einem entsprechenden IR-Sender, welcher in dem ersten Frequenzband
operiert, empfangen. Die optische Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet,
dass der IR-Sender und der Fernsteuersender in einer gemeinsamen
(derselben) Senderlinse untergebracht sind, um einen gewünschten
Betrachtungswinkel zu erzielen; und nur der IR-Empfänger
in einer separaten Empfängerlinse
untergebracht ist.
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Es
sollte beachtet, dass hierin anschließend der IR-Sender und der
Fernsteuersender als erster bzw. zweiter Sender bezeichnet werden,
während
der IR-Empfänger
als erster Empfänger
bezeichnet wird.
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Der
erste Sender kann für
IrDA-konforme Infrarotkommunikationen verwendet werden und der zweite Sender
kann für
Fernsteueranwendungen verwendet werden. Zum Beispiel kann das erste
Frequenzband ungefähr
805 nm bis 900 nm sein und das zweite Frequenzband ist ungefähr 915 nm
bis 965 nm. Der Empfänger kann
nicht besonders selektiv sein und ist demzufolge in der Lage, Fernsteuersignale,
welche in dem zweiten Frequenzband übertragen werden, zu detektieren.
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Der
erste Sender und der zweite Sender umfassen vorzugsweise entsprechende
Licht emittierende Dioden, welche beide in einer Senderlinse sind,
um einen gewünschten
Betrachtungswinkel zu erzielen. Der Empfänger kann dann eine Fotodiode
aufweisen. Der erste Sender und der zweite Sender können brauchbar auf
einer einzigen integrierten Schaltung gebildet sein.
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Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Darstellung einer Infrarotkommunikation zwischen
zwei Vorrichtungen.
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2 ist
eine schematische Darstellung eines Beispiels eines Kommunikationsprotokolls
für eine Fernsteuerkommunikation.
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3 ist
eine schematische Darstellung einer Seitenansicht eines Gehäuses für einen
hierin beschriebenen optischen Transceiver.
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4 ist
eine schematische Darstellung des Gehäuses von 3,
von oben gesehen.
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5 ist
eine Stromkreisschemadarstellung einer Schaltung für einen
hierin beschriebenen optischen Transceiver, welcher in dem Gehäuse von 3 und 4 untergebracht
ist.
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6 ist
eine Stromkreisschemadarstellung einer Umschaltschaltung, welche
extern ist zu der in 5 dargestellten Konfiguration.
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Detaillierte Beschreibung
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Ein
optischer Transceiver, welcher Funktionalitäten für IrDA-konforme Infrarotverbindungen(-kommunikationen)
und Fernsteuerinfrarotverbindungen(-kommunikationen) kombiniert,
wird hierin beschrieben. Es wird ein Überblick über Fernsteuerverbindungen
gegeben, gefolgt von einem Vergleich von Infrarot und Fernsteuerverbindungen.
Der optische Hybridtransceiver, welcher diese entsprechenden Einrichtungen
kombiniert, wird dann im Detail beschrieben, zusammen mit möglichen
Anwendungen für
diesen Hybridtransceiver.
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Fernsteuersender
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Ein
Fernsteuersender umfasst eine IR-LED (welche bei 940 nm arbeitet),
welche elektrisch verbunden ist mit einem Schalttransistor und einer
Batterieversorgung. Wenn eine Taste auf einer Handfernsteuereinheit gedrückt wird,
wird ein vorbestimmtes Pulsmuster erzeugt. Dieses Pulsmuster wird
durch einen Transistor aktiviert und infolgedessen wird die LED
aktiviert. Ein IR-Signal von der LED wird von einem Fernsteuerempfänger empfangen
(in, zum Beispiel, einem Gerät),
und die kodierte Funktion, welche durch das gepulste Muster kommuniziert
wird, wird dekodiert.
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Eine
Kommunikation, welche Fernsteuervorrichtungen verwendet, ist unidirektional.
Es gibt keinen gemeinsamen Standard für Fernsteuerkodierung. RC5
Code ist ein Fernsteuercode. 2 repräsentiert
schematisch ein Modulationsschema, welches von RC5 Codes verwendet
wird. Ein Fernsteuersignal, welches unter Verwendung von RC5 erzeugt
wurde, enthält eine
Reihe von Datenframes 210. Jeder Datenframe 210 umfasst
ein Befehlswort, welches aus 14 Bit besteht. Die Struktur dieses
Befehlswortes 220 ist in 2 angegeben.
Jedes Bit 230 umfasst 32 Pulse bei einer Frequenz von 36
kHz.
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Viele
Fernsteuerempfänger
haben ein relativ schmales Spektralempfangsband, welches um 940
nm zentriert ist. Solche Empfänger
sind nicht in der Lage, eine IR-Emission aus IrDA-konformen Transceivern, welche
bei 870 nm operieren, zuverlässig
zu empfangen.
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Vergleich von Fernsteuer-
und IrDA-Spezifikationen
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Die
unten stehende Tabelle 1 tabellarisiert in einer vergleichenden
Weise den Unterschied zwischen verschiedenen Parametern von typischen
Fernsteuersystemen und IrDA-konformen Systemen.
| | Fernsteuerung | IrDA |
| Wellenlänge (nm) | 915–965 | 805–900 |
| Übertragung | unidirektional | bidirektional |
| Frameformat | proprietär, für jeden
Hersteller | definiert
durch IrDA |
| Modulation | Bi-Phase,
Pulslänge
und Abstand | RZI,
3–16 Dauer |
| Empfängerempfindlichkeit | 0,05 μW/cm2 | 4 μW/cm2 |
| Linkabstand | 8
m (typisch) | 1
m |
| Sendewinkel | ±20° | ±15° |
| Trägerfrequenz | 30–60 kHz | |
| Empfängerbandbreite | Trägerfrequenz ±2 kHz | große Bandbreite |
| Datenrate | 2.000–4.000 bps | 2,4
bps–16
Mbps |
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Diese
zwei IR-Schemata sind relativ ähnlich,
obwohl diese beiden Schemata nicht kompatibel miteinander sind und
folglich nicht zusammenarbeiten können.
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Hybridtransceiver
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3 repräsentiert
schematisch eine Seitenansicht einer IR-Transceiverbaugruppe 310, in
welcher der beschriebene Hybridtransceiver untergebracht werden
kann. 4 repräsentiert
schematisch dieselbe Baugruppe von oben. Mit Bezug auf 3 und 4 sind
ein Sender 320 und ein Empfänger 330 an beiden Enden
der Baugruppe 310 bereitgestellt, mit einem Schirm 340,
welche die Senderlinse 320 und die Empfängerlinse 330 separiert.
In dem Emitter 320 ist nicht nur eine IR LED (840 nm) 324 untergebracht,
sondern auch eine Fernsteuer LED (940 nm) 322. Das Profil
der Senderlinse 320 ist nicht modifiziert, um die Fernsteuer
LED aufzunehmen.
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Die
zwei LEDs 322, 324 sind exakt positioniert bezüglich der
optischen Achse der Senderlinse 320, um an einem Empfänger einen
geeigneten Betrachtungswinkel zu erzielen.
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Die
elektrische Schaltung, welche die zwei Sender versorgt, ist so konfiguriert,
dass der Betriebsstrom durch jede LED 322, 324 angemessen
ist. Diese Konfiguration unterstützt
die Herstellung eines relativ niederenergetischen IrDA-Transceivers und
eines Standardfernsteuersenders. Jede Baugruppe der ausgebildeten Komponente
enthält
auch ausreichend Wärmesenkenmaterial
um die zwei LEDs 322, 324, um eine ausreichende
Wärmedissipation
zu erzielen.
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5 zeigt
schematisch eine elektrische Schaltung 510, welche die
zwei Sender, die in der Baugruppe 310 von 3 und 4 inkorporiert
sind, versorgt. Diese Schaltung 510 basiert auf einer HSDL
3000 Stargate Plattform, welche ausgewählt wurde aufgrund der niedrigen
Leerlaufstromspezifikation und da diese Komponente für einen
relativ hohen Betriebsstrom qualifiziert ist. Die Transceiverschaltung 510 umfasst
eine Senderschaltung 520 und eine Empfängerschaltung 530,
welche jeweils den Betrieb der zwei Sender LEDs 322, 324 und
der Empfängerfotodiode 332 unterstützen.
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6 zeigt
schematisch eine Umschaltschaltung, welche extern zu der Transceiverschaltung 510 von 5 ist.
Unabhängige
Eingänge 522, 524 sind
für entsprechende
Sende-LEDs 322, 324 bereitgestellt. Die Vorteile
dieser dargestellten Konfiguration sind, dass (i) Daten gesendet
werden können
unter Verwendung von einer oder beiden LEDs 322, 324 und
(ii) Betriebsströme
für jede
LED 322, 324 unabhängig konfiguriert werden können.
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Anwendungen
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Der
beschriebene Hybridtransceiver ist geeignet zur Fernsteuerübertragung
in einem bidirektionalen Modus. Zum Beispiel kann ein Benutzer ein
Gerät von
einer Handfernsteuerung aus aktivieren und das Gerät überträgt zu der
Handfernsteuerung zurück
ein Menü von
für den
Benutzer möglichen
Selektionen. Beispiele solcher Selektionen umfassen Temperatur und
Feuchtigkeitsvorgaben von einem Luftkonditionierer, einer Liedliste
eines Compact-Disk-Spielers, Beleuchtungsregler von einer Multimediavorrichtung.
Der Benutzer kann von dem Menü eine
gewünschte
Auswahl selektieren und überträgt dann
diese Selektion zu dem Gerät.
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In
diesem Fall wird die Empfängerschaltung
des IrDA-Empfängers
verwendet, um Daten von dem ferngesteuerten Gerät zu empfangen und auszuwerten.
Der IrDA-Empfänger
ist nicht besonders selektiv und kann Fernsteuerfrequenzsignale,
welche um 940 nm zentriert sind, auswerten.
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Ein
besonderer Vorteil der Verwendung eines IrDA-Transceivers für bidirektionale
Fernsteuerung ist, dass die Transceiverempfängerschaltung einer ähnlichen
Logik folgt als die, welche für
bidirektionale Fernsteuerfunktionalitäten erforderlich ist. Das Vorhandensein
von Licht liefert einen „Low"-Pegelausgang und
die Abwesenheit von Licht liefert einen „High"-Pegelausgang. Folglich kann der IR-Transmitter einen
digitalisierten Ausgang liefern durch Empfangen eines Fernsteuerbitmusters,
was das Erfordernis für
einen externen Digitalisierer vermeidet. Der IrDA-Transceiver enthält auch
eine Umgebungslichtfilterung, die auch geeignet ist zum Empfangen
eines Fernsteuerdatensignals.
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Verschiedene
exemplarische relative Messungen und Schaltungen sind in diesen
Darstellungen gezeigt. Diese sind exemplarisch und nicht limitierend
für den
breitesten Aspekt der Erfindung.
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Verschiedene Änderungen
und Modifikationen können
an den hierin beschriebenen Anordnungen und Techniken durchgeführt werden,
wie es für
die Fachleute offensichtlich sein wird.