TWI338467B - Infrared (ir) receiving device - Google Patents

Description

1338467 99年8月6曰修正替換本 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明侧於-種紅外線〔IR〕接收裝置 用數個紅外線_單元由-通信區接收紅外線特於^ =電路對應上述已接收之紅外線錢衍生“m 線接收裝置。 电卞‘唬之紅外 【先前技術1 卜線^收裝置較佳使用在電子㈣H例如汽 儒付通㈣的情況等。在該_統中，必i 確保在/又車傳达接收早凡〔亦即所謂的車載單元 umts ’ GBU〕及岐式傳送接收單元之通信之間形成—隨 ί元關汽車及固定設置之紅外線傳送接收 卜線通^。另—方面，可預期到紅外線信號雖 ^了罪的在該接收側被偵測到，但是若紅外線信號在戶外進行 ΪΪΪ收?’則日光〔強烈的背景光〕將成為導致偵測發生困難 的因素。基於上述問題’在一光學通信中，個別傳送距離通常受 到限制。因此’能連結之距離或範圍通常係取決於接收裝置位置 ^發射強度及接收單元之敏感度。在—預定發射強度下，該接收 早兀之敏感度，特別是光學二極體，可增加至一有限程度，該有 ^係依以上述背景光〔特別是指戶外普遍存在之日光〕加以 ，疋:為了增;^該接收單元之敏感度，pCT專利第W〇99/〇3218a 號揭不該触單元之—狀電路，以增加魏/雜訊比值。然而， ^上述技術中’若該敏感度增加到超過某一數值時，將需要更大 量的發^台。^如，為了增加該敏感度1〇倍’可能需要1〇〇倍 之接收單70數量。如此’可能導致該接收裝置不成比例的增加成 本，因而不符經濟效益。再者，大量之偵測區域可能造成信號回 1338467 復之速度耗損 卯年8月6日修正替換本 另一方法係藉由在該接收裝置設置集 強度。有雌射轉的絲放大鲜財等^效 表面之比例。另外，散射f景光相對I法^

=可大幅增加該接收器之敏“，H 的。卜[域成輪勒區。此種缺點通常係不利的或不應產生 ί發明内容】 由符主要目的絲供—種紅外線紐裝置，其係可藉 由簡早方法大㈣旨加接錄歧且*致限_通信區的範圍。 财ίίΛΐίΓ的’本發明提供—種紅外線接錄置，其特 ί 之一矩陣型分割片段;及該處理電路包ΐ - 2路可連接至該紅外線翻單元，該最大值_電路 二==輸出信號中選擇-最大值輸出信號，以 a你藉由該光學偵測單元之特殊設計及排列，同時組 :夕^特定電路’以大幅增加該接收敏感度。在該光學偵測單 電ΐ處理電路中，不需克服任何困難，僅需使用簡 卩可制丨。至2G倍之敏感度；另―方面，亦可利用 ^冋^城魏單元處理轉外之光學通信，例如4倍遠之距 ==由本酬之技術，該触區可光學侧單元“方塊 ill分為數個小區域，例如分割片段。集訊鏡頭可做為該光 rtt元’例如用以將有效之光學信號及背景光集中至個別之 、‘工外線偵測單元’特別是-光學二極體。為達此目的，該红外線 1338467 丨99年8月6日修正替換本 侧單元之陣列使得由該通信區之任一預定位置所發出之 號必可由至少-紅外線偵測單元偵測到。接著，在所^紅外線债° 測單元，號中電子化選出相較於所有其 便進—步處理及估算。本㈣僅將最大i 之仏於進估异’ @而不制所有較低值之信號。上述方 法確保可由具最大之信號/雜訊比值的信號進行後續估算。然 處理電路產生平均值時，則有效之‘ 光學有效信號通常較佳僅使用一 拔你，受監n觀測之通信區係分配至數個侧單元〔亦稱為 介，可能產生於習用紅外線接收單元中〔例如光 ί域t伸整體之上側而造成死角區域的問題。另—方面，觀 呈像在_測單元上，因而該通 2區;中亦無法接收任何紅外線信號。為形： 外至少二矩陣型紅外線偵測單元陣列，該紅 卜置在陣列及陣列之間係相互並列。因此，形成 區域或益效並列，亦即特別是分別對應於有效 陣域之大小形成大量之並列排列關係。若以-矩 個、二彳1?且、工外線偵测單元時，即使設置二個以上，例如三 裂置。在’同樣皆無法形成能涵蓋整個區域之一接收 個上二ϋ別紅精伽單元具料效表面可涵蓋整 夺，ο、.χ外線偵測單元較佳設置成棋盤狀裝置，及 —7 — 1338467 99年8月6日修正替換本 ^有效偵測表面實質上係無間隙的側靠側排列。因此，在較佳實 知例中’僅需單一組或單一陣列之紅外線偵測單元即可滿足使 用0 對將該通信區之映像集中至該〔或個別〕紅外線偵測單元 陣列而言，例如可將一〔個別〕紅外線偵測單元陣列、一〔個 別〕呈像鏡頭〔集訊鏡頭〕設於該紅外線偵測單元之前方。在使 用數組紅外線偵測單元時，一個呈像鏡頭可將觀測之通信區呈像 至一組紅外線偵測單元上，及一第二鏡頭則可用以將該通信區呈 像至一第二組紅外線偵測單元上等。 一為取得電=信號，特別是指由對應電子脈衝，經證實較佳 將閾，產生早元〔threshold-value-forming unit〕連接至該紅外 線偵測單元’其輸出端係連接至—比較器之輸人端，及該比較器 ，另一輸入端則用以接收個別紅外線偵測單元之最大值輸出訊 號二因此，個別瞬間最大值應用於該比較器；由該最大值進一步 並行的何生形成-適㈣值，賴值亦應祕該比㈣。該間值 大值或—最小值分別可由—電阻網路決定產生，及該閾值 ，後造成該制信號戦至上述最大值為止。#賴值減少 減少之時間係取決於—RC單元之時間常數，該RC單元 f 丨單元。如此，個別信號之閾值可達成一動態調 正，~果因而減少雜訊’及該比較器之輸出脈衝將進一步且有一 均而不找接收訊號之程度糖，因而將可取得極i傳輪 品質之一資料訊號，該資料訊號將用於個別估算或解碼。 龄H電^之設ϋη，經證實若各紅外線偵測單元用以選 在fΓ轉遠離該紅外線_單元Hi二 成連接’例如由其陰極相互連接。如此，相較於該電路技術，將 8 1338467 99年8月6日修正替換本 可利用一極簡單方式完成一最大值選擇。再者，較佳將該二極體 或一群組中之二極體個別連接至一共用電阻，以便由該電阻收集 個別紅外線偵測早元之最大值輸出訊號，以傳送至該比較器之^ 一輸入端。再者，較佳亦將該二極體或另一群組中之二極體個 連接至該閾值產生單元。 對傳送一適當程度之閾值信號至該比較器之一輸入端而 a，較佳係使該閾值產生單元簡單的設置一電壓分壓哭，以 該電壓分壓器將閾值傳送至該比較器之一輸入端。°° 曰 【實施方式】 懂 為讓本發明之上述和其他目的、舰和優點能更明 顯易 明如^文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說 = = =_咖，其二= -付費高速公路之一車道’或亦需:費區域第 1圖概示之一汽車6梦#二:早賈知車场。如第 送及接收裝置係遠離該接收裝置接通6 ’該固定式傳 由先前技術輕易得知。特別是' ^未，，曰不於第1 51中，但可 該汽車6之車载單元的==1圖之紅外線通信係使用源自 集訊鏡頭4產生—映傻先束7，該紅外線光束7經由該 像6’對應於該汽車6、在該通^區=元3之矩陣裝置2上。該映 呈像，該_或接收單5内的f置。關_通信區5的 之她或鱗縣置2對應於該通信 9 —9 — 1338467 99年8月6日修正替換本 …"υ q珍止替 =之-她矩_或棋翻子侧部 ，在該通信區5所觀察到之映像“方塊〔此〕，，〔例 圖__單元裝置2之矩形接收單元表面^^ 3矣陆該通信區5之分割片段係與該接收裝置1 ί ΐ^ϊίι 個別接收單元3上，或於少數幾2 鄰之接收早7G 3上。由於該傳送鏡〔亦即汽車6 狀該〔亦即第1圖之圖號6,〕亦在該紅外線以 仍可維持至少一接收單元3可接收到-最大 值毛射強度，因此有利於發出一最大值電子信號。 元3 ϋ斤f U揭示不中斷且連續之有效紅外線_單 =類理想裝置並非總是可實行，因此下文將“ ‘ 早?3 ^有效表面之間，故使用二組或二組以上具紅外線债: 凡3之裝置2的實施辭將於下文進—步加以詳細說明。、 照第^騎示’其概錢示—分微通健5經由一 呈像物體4〔特別集訊鏡頭〕將各個分段〔例如圖號 β:1 _、..·.、5.n〕聯結至-紅外線_科裝£ 2，—紅外線侧 早疋3〔或數個紅外線偵測單元3〕則對應上述分割片」 八:二..、5.n形成該分割片段5.1’、... ' 5.n,。第2圖亦揭示A C=光束λ1或7.n〔其用以形成該通信區㈣ _ ί 土所述’ 分，片段可確保任何時間存在至少一紅外 可Ϊ供一蚊值細信號，各個最大值輸出信號可 步用於㈣處理’細其他輪出信號，脚其他紅外線偵測 —10 — 99年8月6曰修正替換本 單元測得之信號則不使用。結果，必然存在一最大值輸出信號具 有一最大SNR比例’因而將能增加該接收裝置1之敏感度，因 而依比較紅外線傳送及接收單元而得到之一紅外線通信將可實 質跨越較遠之距離。 請參照第3圖所示，其揭示一處理電路之方塊示意圖，其 中選擇個別最大值輸出訊號，以便用於估值。 詳細而言’ η個紅外線偵測單元3.卜3 2、 、3 n，其係屬 於PIN光二極體〔pin diodes〕或光學二極體，各紅外線偵測單 元，有一獨立連續性放大器8.1、8.2、…、8.11，其一端並聯連接 一最大值偵測器9 ,及其另一端連接至一峰值偵測器1〇。該峰值 偵测器10進一步連接一閾值產生單元u，而該最大值偵測器9 則連接至一比較器12之輸入端，該比較器12由一脈衝產生單元 組成，其僅能接收由最大值偵測器得到之個別最大值輸出脈衝 9/及其振幅〔依值而定〕係大於該閾值產生單元11之閾值，接 著輸出一脈衝信號至一估值單元13。該估值單元〗3可進一步對 所接收之脈衝信號或資料信號進行解碼，該方式係屬習用，因此 不再予詳細贅述。 清參照第4圖所示，其詳細揭示一處理電路選擇一紅外線 偵測單兀3.；1、3.2、…、3.n〔例如一光學二極體或一 PIN光二極 體〕之個別最大值輸出信號；個別之紅外線偵測單元31係進一 步連接放大H 8」、.·.〔通稱為8.丨〕，各放大騎―步依序 連接二個二極體 M.la 及 14.ib、14.2a 及 14.2b、...、H.(n_i)a 及 14.(n-l)b、14.na 及 Rnb〔通稱為 I4.ia 及 14.ib〕，例如各二 極體14.i之陰極皆連接至該相關放大器8 i之輸出端；然而，^ 二極體14j之另一端，亦即陽極，則分別共同組合成一互 ^ 接點15a或15b，-最大值電路9,連接至該電路接.點15b， 丄说467 99年8月6日修正替換本 路K)及閾值產生單元u則連接至另一電路接點15a。詳 :。s ’例如為了產生閾值’其設有一 Rc單元16、一橫向〔分 ϋ電容器17及一縱向〔串聯〕電阻器18，該電阻器π係 電阻Β 19而共㈤組成—電壓分壓1。在:¾-信號路徑 摇徂係用於收集個別最大值信號’以將最大值信號 k供至該比較|§ 12之一輸入端21。然而，該電壓分壓器i8、19 所形成之電壓信號’脚，則供應·比較器丨 入端22上。 视 請參照第5圖所示’第5A、5B、5C及5D圖分別揭示四種 曲線或曲線圖，個別電壓電位分別標示Ue、A、U2、Ua。第5A 圖之UE代表個別紅外線偵測單元3丨在利用相關放大器8丨放大 ，之電壓電位’電壓電位S!、S2及s3#、繪示成該紅外線偵測單 兀*3之輸出信號。當紅外線信號由一汽車6之車載單元發出時， 上述電壓電位\至S3將在預定時間内形成脈衝狀，並對應於該 紅外線信號之頻率；由於該發射物體〔汽車6〕之位置及g動了 該接收電位在各脈衝之間變化，亦即第5A圖之接收電位S1、S 及S3在各脈衝之間的量值不同。在時間乃時，例如該第一 1紅夕g 線偵測單元3.1之接收電位Sl為最高值；在時間丁2時，該第二 紅外線偵測單元3.2之接收電位S2為最高值；及在時間下3時， 該第三紅外線偵測單元3.3之接收電位s3為最高值。 3 請參照第5B圖所示，該峰值uP的電壓路徑係示意第4圖 之電容器17之電壓Ui，該電容器17之電量在各脈衝$'間 Τ2、Τ3.·.時增加，隨後經由該電阻器18、19減少電量。在該 1電 壓分壓器18、19處，該閾值電壓Us相較於該峰值υΡ係減^ % 該閾值電壓Us係供應至該比較器12之輸入端22，且亦繪·^於 — 12 一 1338467 99年8月6日修正替換本 請參照第5C圖所示，其揭示在該電阻器2〇處之另—作號 路徑之電壓，亦即個別發生之最大值電壓umax〔亦即在時間 時之6號Si、在時間丁2時之信號S2、在時間丁3時之信號〕， 且該信號供應至比較器12之另一輸入端21。如上所述，如第5C 圖所示’其亦纟會示該閾值電壓Us ’由該閾值電壓us立刻形成第 圖之脈衝路徑，亦即該比較器12之輸出信號Uk〇mp，同時也 是第4圖之上述處理電路之輸出信號Ua，其接著則供應至第3 圖之估值單元13處。 ' 藉由上述方式，由於總是以該偵測單元之最大值輸出信號 進行處理’因此可獲得明確的數位脈衝信號，並達到較大之信號 /雜訊比例。再者，個別之閾值電位較佳亦可動態適應該接收信 號’因而可較佳的抑制雜訊。不論該接收信號之接收電位高低， 該比較器12之輸出信號皆包含相同之脈衝。 凊參照第6圖所示’其概要揭示第4圖之處理電路，顯然 ，光學偵測單元3.i之輸出信號係在利用相關放大器8 i放大成信 $ S.i〔亦即sj、s.2 ' ...、S.n〕後再並聯連接至一最大值偵測 器9 ’該最大值偵測器9之輸出信號則直接供應至該比較器12 之厂輸入端，同時亦供應至一閾值產生單元11 ;獲得之閾值電 位進一步供應至該比較器12之另一輸入端，因此獲得如上述第 5D圖所示之數位信號，以便在一估值單元13處進行估值。 、如上所述’在多數情況下，第1圖之紅外線偵測單元3難 =無間隙的鄰接組裝，但是當該紅外線偵測單元3直接相互行列 次置，1至少在一方向上將在該有效表面之間存在間隙，因而在 該通信區5.1產生死角區域，亦即當一紅外線信號〔第1圖之光 束7〕由1區域發射時將無法或無法適當的由該接收裝置1之紅 外線偵測單元3所接收。如第7、7Α及8圖所示’第7圖揭示 一 13 — 1338467 99年8月6日修正替換本 列〕，列2a及2b係相互上下排列〔二者隨意排 陳列夕ΓΙ':紅外測單元陣列的偵測單元3i係並排於另-在今線伽彳單& 3·1。在較佳實施巾，該有效表面之間僅 ίΐ^ if向形成間隙，及該偵測單元3.丨分佈於該二陣列或群 斷咏徬’因此結合在一起，並可得到該通信區5之一不間 ^ ί第7及1圖’上方之第―_單元3.1設於上方之 2b .第^ 列t第二制單元3·2則設於第7圖下方之陣列 tiH70 33亦設於上方之陣列2a ;第四侧單元3.4 陣列2b m 解元3^、3 3等或3 2、 'ΰ相互並排設置於該二_鱗組2a、2b中，若該二 係、位移至另—陣列上方，則該偵測單元3之表 附重疊。因此，在該接收【置f上的通信 ^之所有區域或/刀割片段5.i將可對應形成一不間斷映像。對 : ΐ汽車6之車載單元發出紅外線光束7a及7b，相關 之偵測早2a或2b败職置-凸面呈像鏡頭4a及4b， ΐΓΓί光及7b分別聚焦照射於相關之侧單元陣肋 7映像係形成在該上陣列2a中央 位置的-伽早70 3a上，而對應之映像6b 陣列2b，而落於減並排之二侧軍元3㈣及 ===侦測單元3」上所形成之映像-造成侦測 請參照第7A圖所示’其揭示一紅外線偵測翠元 之上視圖及其產生之無效區域。該紅外線偵測單元3 32上設有概呈正方形之-有效接收表面3卜及在二對$ 元3之光學二極__及陽極。當觀學二極、 1338467 99年8月6日修正替換本 〆 yy千β月e日修正替; 第8圖之陣列2’，其將在各二鄰接之接 區域35及36出現在Γ，之間產生無效區域35及36，該無效 5内出現蘭區域〔相了較於7 = ^。，航造成所觀測之通信區 另一H概略繪示之數個陣列2a、2b係其一排列在 區5之映像，亦^因而可完全取得該通信 排列時’由個別發射物體〔特別是車 右 足夠分佈=置= 投射先雄將可投射至i個上ilili裝因置ΓΓί同一紅外線 陣列’其概略繪示Μ個上述侧單元3之 7圖-般，因2\及21)各已〔理論上〕相互區隔如同第 元3〕乃“如匕债早疋陣列仏、2a’及2a”〔各具2x4個侧單 的或重t ^ if下因方^測單元陣列2b、2b’及2b，，最後將間隔 因m滅〔汽車6〕將可形成具最大發射強度 最大輸出b ”之制單元3其中之—能取得一 定本ίΐ本實施例詳細揭示’然其並非用以限 申請本㈣.魏时視後附之 ~ 15—— 1338467 99年8月6日修正替換本 【圖式簡單說明】 第1圖：本發明之一紅外線接收單元之裝置〔陣列〕及一 ^集訊鏡頭之錢圖’翻峨略獅—汽車之通信區的分割 第2圖：本發明之—接收裝置之分割片段，及—光學發射 路線内之通信區的分割片段之示意圖。 圖。第3圖：本發·佳實施例之紅外線接收裝置之方塊示意 —立^ 4目’本發明帛3圖之紅外線接收裝置部份改良之方塊 不忍圖。 之至本發明第4圖之接收裝置在各電路接點上 、號曲線〔與日守間〕之數值圖。 示意ί。611 ·本發縣—較佳實施例之紅外線接收裝置之方塊 相似ϋ貞==收區的細段询，其使用二組 說明共㈣解元之上細，細以概略 第8圖：本發明之一 2χ4偵測單元裝置 用以概略說明各有效_之_較大無效區域。心圖、特別 於丄各組位 接收裝置之呈縣财鮮 16 — 1338467 99年8月6日修正替換本 疊區域。 【主要元件符號說明】 1紅外線接收裝置 la、lb陣列 2、 2’、2a、2b、2a’、2b’、2a”、2b” 偵測單元陣列〔矩陣 型裝置、偵測單元裝置〕 3、 3.1、3. 2、3. 3、3. 4、3. (i-1)、3. i、3. (i+1)、3. η、 3. (n-1)紅外線偵測單元 31 .有效接收表面 32基板 33、34焊墊 35、36無效區域 4集訊單元 4a、4b 凸面呈像鏡頭 5通信區 5. 1、5. η分割片段〔映像〕 5. Γ、5. η’分割片段〔矩形接收單元表面〕 6汽車 6’、6a、6b 映像 7、7a、7b、7.1、7. η紅外線光束 —17 — 1338467 99年8月6曰修正替換本 8.1、8.2、8· (Π-1)、8. η 連續性放大器 9、9’最大值偵測器〔最大值電路〕 10峰值偵測器〔峰值電路〕 11閾值產生單元 12比較器 13估值單元 14. la ' 14. lb、· 14. 2a、14. 2b、14. (n-l)a、14. ria、14. nb 二極體 15a、15b互動電路接點 16 RC單元 17橫向〔分流器〕電容器 18縱向〔串聯〕電阻器 19電阻器 20 電阻器 21、22輸入端

Si、S2、S3、Sn-i、Sn電壓電位〔接收電位〕

Tl、T2、T3 時間 Ue、Ui、U2、Ua電壓電位 Up峰值電壓 Us閾值電壓 IU最大值電壓 —18 — 1338467 99年8月6日修正替換本

Ukamp輸出信號 —19 —

Claims (1)

1338467 99年8月6日修正替換本 、申請專利範園 、一種紅外線接收裝置1，其包含： ，個紅外線細單元3，翔以接收—通信區$之紅外線作 號；及 ° 二處=電路’其用讀應上述6接收之紅外線舰衍生形成 電子信號； 其特徵在於：該紅外線偵測單元3係設於至少一矩陣型裝置 中，該矩陣型裝置2對應於該通信區5之一矩陣型分割片 ，，及該處理f路包含-最大值侧電路9可連接至該红外 線偵測單元3,該最大值偵測電路9可由該紅外線偵測單幻 ίΐ出Λ號中選擇一最大值輸出錢，以供衍生形成該電子 巧’，、中另包含-_產生單連接至該紅外線偵測單 凡3 ’該閾值產生單元u之輸出端連接至一比較器之 該f較器12之另一輸入端21用以接收個別紅外線 值輸出信號，且各紅外線_單元L _ 選擇該最大值輸出訊號時，各設有至少—連續二極體心 A l4Ah 2 依申請專鄕圍第1項所述之紅外線接收裝置， 少二組該矩_紅外_尋元裝置2a及 f . 紅外射貞測單元3係相互並列。 _之間的 依申請專利範圍第1項所述之紅外線接收裝置，談红 線，^元3係設於-棋盤狀裝置，該棋盤狀敦^之^^貞 測表面貫質上係無間隙的連續性排列。 、 依申請專利範圍第1項所述之紅外線接收裝置， ^共用呈像鏡頭4 ’其係設於該紅外線侧單元裝置2之前 4 99年8月6日修正替換本 專利範圍第1項所述之紅外線接收裝置，其中該二極 體或-群組中之二極體14.ib係個別連接至—共用電阻2〇， ^便由該電阻2G收集個別紅外線偵測單元之最大錄出訊 號，，傳送至該比較器12之另一輸入端21。 依申^專利範圍第1或5項所述之紅外線接收裝置，其中該 二極體或另一群組中之二極體14ia係個別連接至該^值^ 生單元11。 依申請專利範圍第1項所述之紅外線接收裝置，盆中該閾值 產生單元11係由一 RC單元形成。 ^ 依申請專利範圍第1項所述之紅外線接收裝置，其中該閾值 產生單元11設有一電壓分壓器18及19，以藉由該電壓分壓 器18及19將閾值電壓傳送至該比較器12之.一輪入端22。