JP2009535006A - 乾電池によって電源供給されるアクティブ赤外線方式誘導型機器のエネルギー節約のための処理方法及び装置 - Google Patents

Abstract

乾電池によって電源供給されるアクティブ赤外線方式誘導型機器は、エミッタパルス幅の調整により電力消費を削減可能である。赤外線発光ＬＥＤは、赤外線信号を放射する。この信号は、対象によって反射された後、赤外線フォトダイオードによって受信される。次いで、赤外線フォトダイオードによって受信された赤外線信号は、比較器を通って集積回路チップに入る。赤外線放射パルス信号のパルス幅は、パルス列の幅が弁別チップによって受信された後に動的に調整されて、エネルギーを節約するよう放射電力消費が削減される。

Description

本発明は、乾電池によって電源供給されるアクティブ赤外線方式誘導型機器の制御に関する。

アクティブ赤外線方式誘導アプローチは、ピックオフ（pick-off）アプローチであって、選択的な赤外線の放射及び反射により、反射された信号を処理した後に識別及び制御を行う。赤外線誘導のセンサが乾電池によって電源供給される場合に、この製品の電力消費は重要となる。乾電池の動作寿命を延ばすために、電力消費を減らすことが必要不可欠である。既存の技術は、その電力要求を実現するために、正確な計算及びハードウェア回路の各構成要素のモデリング、更には、ソフトウェアの待機モードでの周期的なハイバネーションを用いる。

しかし、既存の技術は、赤外線発光ＬＥＤが電力消費の大部分を消費する場合は、アクティブ動作相の間に自動的に赤外線放射エネルギーを調整することができない。パルスの振幅及び周波数に対する調整は、電力問題に対処するためにも実施されてきたが、パルスの存続期間は、赤外線発光ＬＥＤの電力消費を調整するよう予め何らかの処置を施されていない。更に、複数の構成要素が利用されており、これらは、しばしば、送受信されるパルスを比較すべくマルチスキャンレート及び多重センサを導入する。このようなシステムは、レギュレーション（regulation）のためにより多くの構成要素及びより複雑なソフトウェアを必要とする。この方法を利用してさえ、パルス幅は、電力を利用して、特に乾電池使用時に電力消費を減らす最適化に十分である範囲であるよう調整されない。

本発明の少なくとも一実施例の意図は、ハードウェア回路の最適化及びソフトウェアの休眠（dormancy）の使用に基づく。そのアプローチは、使用信頼性を基に赤外線受信信号の強さを識別及び処理することを通して赤外線放射のパルス幅を動的に調整することによって、電力消費を減らすことである。本発明の少なくとも一実施例の意図は、赤外線受信信号の強さを識別することを通して赤外線放射のパルス幅を調整するために使用されることである。この処理の間、受信信号の強さの識別は、多数の実験の後にソフトウェア実行によって実現される。

本発明の少なくとも好ましい実施例の意図は、発光ダイオード、赤外線受信器及び集積回路（ＩＣ）を有する電気回路を提供することである。望ましくは、回路は、発光ダイオードとＩＣの１つの入力との間に接続されるトランジスタを有する。望ましくは、回路は、赤外線受信器とＩＣとの間に配置される比較器及び演算増幅器を有する。比較器はトランジスタへ出力し、トランジスタはＩＣの２つの入力へ出力する。赤外線受信器によって受信される信号の強さに基づき、ＩＣは、使用されるＩＣの種類に依存して発光ダイオードのパルス幅を調整することができる。

割り込み機能付きＩＣが用いられる場合は、ＩＣは、パルス幅を調整するために実時間アプローチを使用する。一方で、割り込み機能を有さないＩＣが用いられる場合は、ＩＣは、パルス幅を調整するために遅延（time-lag）アプローチを使用する。このアプローチは、電池消費の削減を可能にするよう、ＩＣがそのアクティブ相の間にパルス幅を動的に調整することを可能にする。

本発明は、２つの実施例において実現され得る。

本発明は、パルス列の連続的な区間により赤外線受信信号の強さを識別することによって赤外線放射のパルス幅を調整することができる。回路ハードウェアの回路図が図１に表される。信号の検出及び識別のための回路１は、図２に表される。図３で、電源オン初期化の後、ＣＳＭＩＣの入力２ＲＡ２は、周期Ｔ１及びパルス幅Ｔ２を有するＮ個のパルスから成るパルス列を出力する。このようなパルス列のグループの総時間は、図３にあるように、Ｔ３である。全ての２つのグループの間の時間間隔はＴである。ＲＡ２が最初のパルスを出力してからｔ１秒後に、入力１ＲＡ１は、周期が（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３）であって且つパルス幅がＴ５であるパルス信号を出力する。ＮＰＮトランジスタＱ１はオンし、発光ダイオードＩを駆動する。赤外線受信器Ｐは赤外線を受信して、それを電気信号に変換する。電気信号は、抵抗Ｒ１及びキャパシタンスＣ１から成るフィルタ回路、次いで、抵抗Ｒ０及びＲ２から成る演算増幅器基準レベル回路を通って、演算増幅器Ａ１の正入力部へ入力される。次いで、信号は、抵抗Ｒ３及びＲ４から成る負のフィードバックループ並びにキャパシタＣ３を通って、比較器Ａ２の正入力部へ入力される。信号が、負の入力部にある比較器の受信電圧と比較された後、抵抗Ｒ６及びＲ７から成る分割回路は基準電圧を供給する。そして、信号はＰＮＰトランジスタＱ２のベースへ出力される。トランジスタＱ２のベースレベルがトランジスタＱ２のエミッタレベルよりも低い場合は、トランジスタＱ２はオンし、ＣＳＭＩＣの入力３ＲＡ３はカウントユニットＱ１のコレクタのパルス信号を収集する。ここで収集されるパルスの数は、ｎとして記録される。トランジスタＱ２のベースレベルがトランジスタＱ２のエミッタレベルよりも高い場合は、トランジスタＱ２は切り離され、ＲＡ３はパルス信号を収集しない。

収集後、パルス信号は、ＩＣのソフトウェアによって判断される。シンボルｐ、Ａ、ａは、多数のパルス収集（実験）後に集められたデータである。ｐは、パルスのもともと設定されている比較数である。Ａは、ＳＣＭＩＣで相応して減少するＲＡ１のパルス幅である。ａは、漸次に減少しているパルスの設定数である。かかる処理は、受信信号の強さを判断するために、収集されたパルスの数を用いる。ｎ＞ｐの場合は、信号は弱く、パルスの数は再収集される。ｎ≦ｐの場合は、信号は強い。具体的な判断ステップが図９に表される。図９は、およそ２つのサイクルを表している。残りのサイクルは、ＲＡ３の入力部でのパルス信号の数がｎであると仮定する。収集されたパルスの数（ｎ）は、受信信号の強さを判断するために使用される。信号が弱い場合は、パルスの数は再収集される。信号が強い場合は、ｎは（ｐ−（ｍ＋１）ａ）と比較される。ｎ＜（ｐ−（ｍ＋１）ａ）の場合は、ＲＡ１は、元の放射パルス幅（Ｔ５−ｍａ）からＡを差し引き、ＲＡ３入力部のパルスを収集し続ける。理想的なエネルギー節約効果を達成するために、放射パルスの幅を狭めるよう動的調整が行われる。ｎ≧（ｐ−（ｍ＋１）ａ）の場合は、ＲＡ１からのパルスの幅は（Ｔ５−ｍａ）であり、上記の循環が続けられる。この方法は、放射レベルパルスの変動を識別することによる遅延アプローチである。この方法は、割り込み機能を有するＩＣを実施するよりも安価である。更に、割り込み機能付きＩＣを利用する方法を開示する。

本発明は、受信信号の変化を識別してＳＣＭＩＣに割り込みを行わせることによって、実時間方法で赤外線放射のパルス幅を調整することができる。回路ハードウェアの回路図が図１に表される。比較器Ａ２の出力信号の回路１は、ＩＣの第３の入力ＲＡ３へ接続されたワイヤから成る。第２の入力ＲＡ２は浮いている。動作原理は、電源オン初期化後、赤外線受信器Ｐに同期した基準レベル電圧（Ｖ）（ＳＣＭＩＣのピンから出力される周期がＴ１０であって且つパルス幅がＴ１１であるパルス信号）が演算増幅器Ａ１の入力端でオーバレイされる場合に、基準レベルは分割器抵抗Ｒ０及びＲ２により生成され、その周期及びパルス幅はＴ１０及びＴ１１である。２秒遅延後、ＳＣＭＩＣのＲＡ１は、周期がＴ１０であって且つパルス幅がＴ１２であるハイレベルのパルスを出力する。赤外線受信器によって受信された赤外線から変換された電圧信号が、抵抗Ｒ１及びキャパシタＣ１から成るフィルタ回路と、分割器抵抗Ｒ０及びＲ２とを通った後、電圧信号は、演算増幅器Ａ１の正入力部に入る。次いで、信号は、演算増幅器Ａ１の出力によって抵抗Ｒ３及びＲ４から成る負のフィードバック回路並びにキャパシタＣ３を通る。次いで、信号は、比較器Ａ２の正入力部に入る。信号が、抵抗Ｒ６及びＲ７と共に比較器Ａ２を構成するＡ２の負の入力と比較された後、その比較の結果が入力部ＲＡ３へ出力される。ＳＣＭＩＣは、実時間判断を行って、信号の変化に従って処理する。ＲＡ３がＴ１１期間に立ち上がりパルスを収集しない場合は、信号は弱いと判断され、ＲＡ１は、図７の番号２で表されるような波を出力する。ＲＡ３が、Ｔ１１期間に、図８の番号５で表されるような立ち上がりパルスを収集する場合は、信号は強いと判断される（判断の処理を終えるのに約３秒を要する。）。ＳＣＭＩＣによる割り込みは、ＳＣＭＩＣによって検出及び受信される外部パルス信号の立ち上がりに従って生ずる。図７の番号３で表される当該期間の間に、割り込みは、即座に、ＲＡ１の出力をハイレベルからローレベルへ変換する。ＲＡ３信号の変化に関する新たな判断は、ＲＡ１が次の期間の間にレベルパルスを再び取るまで行われる。このような割り込みによって、放射パルスの幅は実時間で調整され得、従って、電力消費は削減され且つエネルギー節約効果が実現される。

上記の２つのアプローチの処理方法は異なるものであるが、それらは、エネルギー節約のためにソフトウェアによってレベル信号を識別した後に放射パルス信号を調整するようフィードバック信号の強さを使用するという同じ原理に従う。この方法は、ソフトウェアによって赤外線放射パルスの幅を自動的に調整することによって、機器全体の電力消費を削減し、乾電池の動作寿命を延ばす。

本発明は、好ましい実施形態を例として図示及び記載をされてきたが、当然、本発明は、特許請求の範囲で定義される本発明の精神及び技術的範囲を逸脱することなく変形され得る。

赤外線放射受信工程のハードウェアの回路図である。 図１の回路（１）の一部を表す。 図１の比較器（Ａ２）の出力信号の回路（１）が図２のように構成される場合にＲＡ２から放射されるパルスの時間シーケンス図である。 図１の比較器（Ａ２）の出力信号の回路（１）が図２のように構成される場合にＲＡ１から放射されるパルスの時間シーケンス図である。 図１の比較器（Ａ２）の出力信号の回路（１）が図２のように構成される場合にＲＡ３から放射されるパルスの時間シーケンス図である。 １ワイヤで構成される場合に図２の比較器の出力信号の回路（１）の差動増幅器の基準レベルの時間シーケンス図である。 図２の比較器（Ａ２）の出力信号の回路（１）が１ワイヤで構成される場合にＲＡ１から放射されるパルスの時間シーケンス図である。 図２の比較器（Ａ２）の出力信号の回路（１）が１ワイヤで構成される場合にＲＡ２から放射されるパルスの時間シーケンス図である。 回路（１）が図２のように構成される場合に図１の比較器（Ａ２）の出力信号の回路（１）のおよそ２処理サイクルである。

符号の説明

Ｉ 放射ダイオード；Ｐ 赤外線受信器；Ｒ８ 抵抗；Ｑ１ ＮＰＮトランジスタ；Ｒ９ 抵抗；ＲＡ１ ＩＣの入力１；ＲＡ２ ＩＣの入力２；ＲＡ３ ＩＣの入力３；Ｒ０ 抵抗；Ｒ１ 抵抗；Ｃ１ キャパシタ；Ｒ２ 抵抗；Ｒ３ 抵抗；Ｒ４ 抵抗；Ｃ２ キャパシタ；Ａ１ 差動増幅器；Ｃ３ キャパシタ；Ｒ５ 抵抗；Ｒ６ 抵抗；Ａ２ 比較器；Ａ７ 抵抗；１ 抵抗（Ｒ１０）を含む回路；Ｑ２ ＰＮＰトランジスタ；Ｒ１１ 抵抗；ｎ 収集されたパルス；Ｔ１０ パルス信号周期；Ｔ１１ パルス信号幅；Ｔ１２ パルス幅；Ｎ パルス数；Ｔ１ パルス周期；Ｔ２ パルス幅；Ｔ３ Ｔ１及びＴ２の合計；Ｔ ２つのグループ間の時間間隔；Ｔ５ ＲＡ１出力のパルス幅

Claims (20)

1. アクティブ赤外線方式誘導型機器でのエネルギー節約の方法であって、
   フォトダイオードからの受信信号のグループを評価するステップと、
   比較器を用いて前記受信信号のグループを基準電圧と比較するステップと、
   前記比較器の出力をトランジスタへ供給するステップと、
   前記トランジスタのベースレベルが当該トランジスタのエミッタレベルよりも高い場合は、前記トランジスタを切り離し、パルスを収集しないステップと、
   前記トランジスタのべースレベルが当該トランジスタのエミッタレベルよりも低い場合は、前記トランジスタをオンし、パルスを収集して記録するステップと、
   集積回路チップが割り込み機能を有さない場合に、収集されたパルスのグループの強弱に依存して前記集積回路チップでソフトウェアを介して赤外線エミッタのパルス幅を調整するステップと、
   前記集積回路チップが割り込み機能を有する場合に、割り込みを介して赤外線エミッタのパルス幅を調整するステップと
   を有する方法。
2. 前記受信信号が強いと判断される場合に放射パルスのパルス幅を減少させるステップを更に有する、請求項１記載の方法。
3. 前記受信信号が弱いと判断されるまでは前記パルス幅を減少させるステップを更に有する、請求項１記載の方法。
4. 割り込み機能を有する集積回路チップが立ち上がりパルスを収集しない場合に、信号が弱いと判断するステップを更に有する、請求項１記載の方法。
5. 割り込み機能を有する集積回路チップが、立ち上がりパルスが収集される場合に、当該集積回路チップの出力をハイレベルからローレベルへ即座に変換する割り込みを送信するステップを更に有する、請求項１記載の方法。
6. 前記集積回路チップの出力が次の期間の間にレベルパルスを再び取るまで割り込みを送信し続けるステップを更に有する、請求項５記載の方法。
7. エネルギー節約を伴うアクティブ赤外線方式誘導型機器であって、
   赤外線放射回路と、
   赤外線フォト回路と、
   前記赤外線フォト回路からの受信信号のグループに依存して前記赤外線放射回路のパルス幅を調整する集積回路チップと
   を有するアクティブ赤外線方式誘導型機器。
8. 前記赤外線放射回路は、赤外線発光ＬＥＤ、第１の抵抗、第２の抵抗及びトランジスタを更に有し、
   前記赤外線フォト回路は、フォトダイオード、フィルタ回路、分圧器回路、演算増幅器及び比較器を更に有する、請求項７記載のアクティブ赤外線方式誘導型機器。
9. 前記赤外線放射回路の前記トランジスタのベースは、前記集積回路チップの第１のインターフェースへ接続される、請求項８記載のアクティブ赤外線方式誘導型機器。
10. 前記集積回路チップの前記第１のインターフェースは、パルス列を出力する、請求項９記載のアクティブ赤外線方式誘導型機器。
11. 前記パルス列がハイレベルにある場合に、前記トランジスタはオンし、前記赤外線発光ＬＥＤは赤外線を放射する、請求項１０記載のアクティブ赤外線方式誘導型機器。
12. 前記集積回路チップは割り込み機能を欠く、請求項７記載のアクティブ赤外線方式誘導型機器。
13. 信号の検出及び識別のための回路を更に有する、請求項７記載のアクティブ赤外線方式誘導型機器。
14. 前記信号の検出及び識別のための回路は、第１の抵抗、第２の抵抗及びトランジスタを有する、請求項１３記載のアクティブ赤外線方式誘導型機器。
15. 前記信号の検出及び識別のための回路の前記第１の抵抗の第１の端部は、前記比較器の出力へ接続され、
    前記信号の検出及び識別のための回路の前記第１の抵抗の第２の端部は、前記トランジスタのベースへ接続される、請求項１４記載のアクティブ赤外線方式誘導型機器。
16. 前記トランジスタのコレクタは、前記集積回路チップの第２のインターフェースへ接続され、
    前記トランジスタのエミッタは、前記集積回路チップの第３のインターフェースへ接続される、請求項１５記載のアクティブ赤外線方式誘導型機器。
17. 前記信号の検出及び識別のための回路の前記第２の抵抗の第１の端部は、前記トランジスタのエミッタへ接続され、
    前記信号の検出及び識別のための回路の前記第２の抵抗の第２の端部は、接地へ接続される、請求項１６記載のアクティブ赤外線方式誘導型機器。
18. 前記集積回路チップは割り込み機能を有する、請求項７記載のアクティブ赤外線方式誘導型機器。
19. 前記比較器の出力は、前記集積回路チップの前記第３のインターフェースへ直接に接続される、請求項１６記載のアクティブ赤外線方式誘導型機器。
20. 前記集積回路チップの前記第２のインターフェースは浮いている、請求項１６記載のアクティブ赤外線方式誘導型機器。

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