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[Gebiet der Erfindung]
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Empfangsschaltung eines Kommunikationssystems für sichtbares Licht, das ausgebildet ist, eine Kommunikation unter Anwendung von sichtbarem Licht auszuführen, und betrifft insbesondere eine Technik zur Verringerung des Einflusses des von Umgebungslicht verursachten Rauschens.
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[Hintergrund der Erfindung]
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Zusätzlich zur kabellosen Kommunikation unter Anwendung elektrischer Signale oder unter Anwendung von Infrarot-(IR)Strahlung steht seit einigen Jahren auch eine Kommunikation unter Anwendung sichtbaren Lichts, etwa von Beleuchtungseinrichtungen für Innenräume, Beleuchtungen für Werbetafeln im Außenbereich, Verkehrsampeln und Fahrzeugscheinwerfern im Fokus. Insbesondere weißes Licht emittierende Dioden (LEDs) wurden in jüngster Zeit umfangreich entwickelt und in diversen Gebieten eingesetzt, etwa bei Beleuchtungen, Fahrzeugleuchten und Hintergrundbeleuchtungseinheiten (BLU) von Flüssigkristallanzeigen. Eine weiße LED besitzt eine wesentlich höhere Ein/Ausschalt-Reaktionsgeschwindigkeit als andere Lichtquellen, etwa eine Leuchtstofflampe. Es wurde daher ein Kommunikationssystem für sichtbares Licht unter Anwendung des weißen Lichts einer weißen LED als ein Datenübertragungsmedium vorgeschlagen, wodurch somit der weißen LED eine Datenübertragungsfunktion zugeordnet wird.
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8 zeigt eine typische Anordnung einer Empfangseinrichtung für sichtbares Licht 100 eines konventionellen Kommunikationssystems für sichtbares Licht. Wie in 8 gezeigt ist, umfasst die Empfangseinrichtung für sichtbares Licht 100 eine fotoelektrische Wandlereinheit 110, die ausgebildet ist, ein von einem Sender ausgesandtes Signallicht in ein analoges Signal umzuwandeln; einen Verstärker 120, der ausgebildet ist, das analoge Signal auf einen gewissen Signalpegel zu verstärken, der von einer Quantisiereinheit 130 einer nachfolgenden Stufe erkannt werden kann; und die Quantisiereinheit 130, die ausgebildet ist, das von dem Verstärker 120 verstärkte analoge Signal in ein digitales Signal umzuwandeln, das von einer digitalen Schaltung 140 einer nachfolgenden Stufe erkannt werden kann. Die digitale Schaltung 140 ist beispielsweise eine Kommunikationssteuerschaltung.
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9 zeigt einen, typischen Aufbau einer fotoelektrischen Wandlereinheit 110 eines konventionellen Kommunikationssystems für sichtbares Licht. Wie in 9 gezeigt ist, umfasst die fotoelektrische Wandlereinheit 110 eine Fotodiode 111, die als eine lichtempfangende Einheit dient, und einen Widerstand 112, der mit einer Anode der Fotodiode 111 in Reihe geschaltet ist. Eine Kathode der Fotodiode 111 ist mit einer positiven Versorgungsquelle bzw. Versorgungsspannung Vcc verbunden, und der Widerstand 112 ist mit Masse GND verbunden. Ein Verstärker 120 einer nachfolgenden Stufe kann mit einem Verbindungspunkt der Fotodiode 111 und des Widerstands 112 über einen Kopplungskondensator 113 verbunden sein. In der fotoelektrischen Wandlereinheit 110 wird eine Spannung [Vcc – Vr], – wobei Vcc die Spannung der positiven Versorgungsquelle und Vr eine Spannung zwischen den Anschlüssen des Widerstands 112 bezeichnet, – als eine Sperrspannung an die Fotodiode 111 angelegt, sodass ein Fotostrom Ipd, der einer Lichtintensität des Signallichts entspricht, durch die Fotodiode 111 fließt. Somit kann eine Sperrspannung Vpd, die an die Fotodiode 111 angelegt wird, ausgedrückt werden als [Vcc – R × Ipd], wobei R den Widerstandswert des Widerstands 112 bezeichnet. Der Widerstand 112 fungiert als ein Strom-zu-Spannungs-(I/V)Wandler, der den Fotostrom Ipd in eine Spannung umwandelt, und dient auch als ein Vorspannungswiderstand, der eine Vorspannung an die Fotodiode 111 anlegt. Ferner kann eine Niederfrequenzkomponente mittels des Kopplungskondensators 113 abgeblockt werden, so dass eine Wechselspannungskomponente als ein optisches Signal an den Verstärker 120 der nachfolgenden Stufe angelegt wird.
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Jedoch fällt in vielen Fällen Umgebungslicht, etwa Sonnenlicht oder Licht, das von einer elektrischen Leuchte eines Beleuchtungssystems oder einer Leuchtstoffröhre abgegeben wird, sowie das Signallicht, das von dem Sender ausgesandt wird, bei der Kommunikation mittels sichtbaren Lichts auf die Diode 111. Das Sonnenlicht aus dem Umgebungslicht wird als eine Gleichstromkomponente in dem Fotostrom Ipd der Fotodiode 111 erfasst. Wenn ferner ein Vorentzerrungs- oder Vorspannungprozess angewendet wird, wird selbst das Signallicht, das vom Sender ausgesandt wird, als Gleichstromkomponente des Fotostroms Ipd erfasst. Aus diesen Gründen vergrößert sich die Gleichstromkomponente des Fotostroms Ipd der Fotodiode 111 in einer Umgebung mit starkem Sonnenlicht oder in der nahen Umgebung des Senders. Folglich verringert sich die Sperrvorspannung Vpd, die an die Fotodiode 111 angelegt wird, wenn der Spannungsabfall aufgrund des Widerstands 112 ansteigt. Wenn daher nicht sichergestellt ist, dass eine Sperrvorspannung, die für die Funktion der Fotodiode 111 erforderlich ist, vorhanden ist, ergeben sich Kommunikationsfehler.
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Um dieses Problem zu lösen, wurden ein Gleichstrom-(DC)Rückkopplungsverfahren oder ein aktives Vorspannverfahren vorgeschlagen. Beispielsweise ist das DC-Rückkopplungsverfahren in der
japanischen Offenlegungsschrift mit der Nummer 2006-5599 (Patentdokument 1) offenbart.
10 zeigt eine grundlegende Schaltungskonfiguration des DC-Rückkopplungsverfahrens. Wie in
10 gezeigt ist, wird in dem DC-Rückkopplungsverfahren eine lichtempfangende Einheit
201 mittels einer spannungsgesteuerten Stromquelle
202 vorgespannt. Wechselstrom, der durch Entfernen der Gleichstromkomponente aus einem Ausgangssignal der lichtempfangenden Einheit
201 durch einen DC-Abschneide-Kondensator
203 erhalten wird, wird einem Verstärker
204 zugeleitet. Ferner wird die spannungsgesteuerte Stromquelle
202 durch einen Ausgang des Verstärkers
204 mittels Spannung gesteuert. Somit wird eine Sperrvorspannung, die der lichtempfangenden Einheit
201 zugeführt wird, konstant gehalten.
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Das aktive Vorspannverfahren ist in dem
japanischen Gebrauchsmuster mit der Offenlegungsnummer 56-071643 (Patentdokument 2) offenbart. Entsprechend diesem aktiven Vorspannverfahren wird eine Schaltung aufgebaut, indem der Widerstand
112 aus
9 durch ein Element (beispielsweise ein Kadmiumsulfid-(CdS)Element) ersetzt wird, dessen Widerstand entsprechend der Lichtintensität des Signallichts variiert. Da somit der Widerstandswert des CdS-Elements mit steigender Wechselstromkomponente des Fotostroms Ipd der Fotodiode
111 ansteigt, wird eine Sperrvorspannung, die an die Fotodiode
111 angelegt wird, auf einem vorbestimmten Pegel oder darüber gehalten.
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[Dokumente des Stands der Technik]
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[Patentdokument]
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Japanische Patentoffenlegungsschrift 2006-5599
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Japanische Gebrauchsmusterschrift 56-071643
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[Offenbarung der Erfindung]
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[Probleme, die durch die Erfindung gelöst werden].
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Da jedoch das Gleichstrom-(DC)Rückkopplungsverfahren eine aktive Schaltung verwendet, wird das Rauschen erhöht. Da ferner das Gleichstrom-Rückkopplungsverfahren eine Rückkopplungssteuerung anwendet, wird eine Zeitkonstante der Rückkopplung kleiner, wenn die Gleichstromkomponente des Fotostroms Ipd ansteigt, woraus sich eine Zunahme der Abschneidefrequenz für Niederfrequenzkomponenten ergibt. D. h., das Gleichstrom-Rückkopplungsverfahren ist dahingehend nachteilig, dass das Frequenzband eines Signals bei Anstieg der Gleichstromkomponente des Fotostroms Ipd reduziert wird. Da ferner eine Schaltung unter Anwendung des Gleichstrom-Rückkopplungsverfahrens einen komplexen Aufbau mit einer großen Anzahl an Komponenten erfordert, sind eine Kostenverringerung oder eine Miniaturisierung nicht möglich.
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Das Verfahren mit aktiver Vorspannung beinhaltet, dass das Signallicht nicht nur auf die Fotodiode 111 sondern auch auf das CdS-Element auftrifft. Daher ist die Anordnung der Elemente äußerst schwierig und deren physikalische Gestaltung ist somit beschränkt. Da es insbesondere erforderlich ist zu verhindern, dass die Kommunikationsbedingungen die Differenz der empfangenen Lichtintensität zwischen zwei Elementen beeinflussen, ist die Verwendung einer Schaltung unter Anwendung des Verfahrens mit aktiver Vorspannung in Form eines Produkts in praktischer Hinsicht nicht wünschenswert.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Empfangsschaltung für sichtbares Licht bereitzustellen, die nur geringfügig durch Umgebungslicht beeinflusst wird und einen einfachen Aufbau und ein geringes Rauschen aufweist.
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[Mittel zur Lösung der Probleme]
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Empfangsschaltung für sichtbares Licht bereitgestellt, die umfasst: ein lichtempfangendes Element, das ausgebildet ist, durch Anlegen einer vorbestimmten Vorspannung zu arbeiten und einen Fotostrom entsprechend einer Lichtintensität eines einfallenden Lichts auszugeben; ein erstes Widerstandselement, das mit dem lichtempfangenden Element in Reihe verbunden ist; und eine erste fotoelektrische Wandlereinheit, die ausgebildet ist, eine Gleichspannung an eine Reihenschaltung anzulegen, die das lichtempfangende Element und das erste Widerstandselement aufweist, wobei die fotoelektrische Wandlereinheit einen Verbindungspunkt des lichtempfangenden Elements und des ersten Widerstandselements als einen Ausgangsanschluss aufweist, und wobei eine nicht-lineare Widerstandsschaltung mit einem Widerstandswert, der bei einem Anstieg einer daran angelegten Spannung abfällt, parallel mit dem ersten Widerstandselement verbunden bzw. parallel dazu geschaltet ist.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine an das lichtempfangende Element angelegte Vorspannung gleich einem Wert, der durch das Subtrahieren des Produkts eines Widerstandswert eines parallelen Widerstands, der das erste Widerstandselement und die nicht-lineare Widerstandsschaltung aufweist, und eines Fotostroms, der von dem lichtempfangenden Element ausgegeben wird, von der Gleichspannung erhalten wird, die an die Reihenschaltung angelegt ist, die das lichtempfangende Element und das erste Widerstandselement aufweist. Wenn dabei eine Gleichstromkomponente des Fotostroms ansteigt, wird der Widerstandswert des parallelen Widerstands, der das erste Widerstandselement und die nicht-lineare Widerstandsschaltung enthält, stärker reduziert, als wenn die Gleichstromkomponente des Fotostroms reduziert wird. Dies liegt daran, dass die angelegte Spannung der nicht-linearen Widerstandsschaltung mit einer Zunahme der Gleichstromkomponente des Fotostroms ansteigt. Selbst wenn somit die Gleichstromkomponente des Fotostroms erhöht wird, ist dennoch die Vorspannung, die an das lichtempfangende Element angelegt wird, sichergestellt. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezeichnet der Begriff ”nicht-lineare Widerstandsschaltung” eine Schaltung, in der eine Spannung, die zwischen Anschlüssen angelegt ist, eine nicht-lineare Abhängigkeit von einem Strom aufweist, der aufgrund des Anlegens der Spannung fließt, d. h., eine Schaltung, deren Widerstandswert entsprechend der zwischen den Anschlüssen angelegten Spannung variiert.
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Ferner kann gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Empfangsschaltung für sichtbares Licht mit einem einfachen Aufbau bei geringen Kosten verwirklicht werden, indem die nicht-lineare Widerstandsschaltung parallel mit dem ersten Widerstandselement verbunden wird. Da ferner aktive Elemente, etwa ein Feldeffekttransistor (FET), ein Bipolartransistor oder eine integrierte Schaltung (IC), nicht verwendet werden, kann eine Empfangsschaltung für sichtbares Licht mit geringem Rauschen eingerichtet werden.
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Ferner sind in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mehrere nicht-lineare Widerstandsschaltungen parallel mit dem ersten Widerstandselement verbunden. Somit ist die Sperrvorspannung, die an das lichtempfangende Element angelegt wird, flexibler steuerbar.
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Ein Beispiel der nicht-linearen Widerstandsschaltung umfasst eine Reihenschaltung aus einer Zener-Diode und einem zweiten Widerstandselement.
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[Vorteile der Erfindung]
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Wie zuvor beschrieben ist, ist gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine nicht-lineare Widerstandsschaltung parallel mit einem ersten Widerstandselement verbunden, das in Reihe mit einem lichtempfangenden Element geschaltet ist. Gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die nicht-lineare Widerstandsschaltung eine passive Schaltung anstatt einer aktiven Schaltung und besitzt einen einfachen Aufbau mit einer kleinen Anzahl an Komponenten. Somit wird eine Empfangsschaltung für sichtbares Licht mit einfachem Aufbau und geringem Rauschen bereitgestellt. Selbst wenn eine Gleichstromkomponente eines Fotostroms ansteigt, kann zudem die Empfangsschaltung für sichtbares Licht eine Vorspannung sicherstellen, die an das lichtempfangende Element angelegt ist.
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[Kurze Beschreibung der Zeichnungen]
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1 ist ein Schaltbild, das eine fotoelektrische Wandlereinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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2 ist ein Graph, der eine Abhängigkeit zwischen einem Fotostrom einer Fotodiode und einer Sperrvorspannung zeigt.
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3 ist ein Schaltbild, das eine fotoelektrische Wandlereinheit gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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4 ist ein Graph, der eine Abhängigkeit zwischen einem Fotostrom einer Fotodiode und einer Sperrvorspannung zeigt.
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5 ist ein Schaltbild, das eine fotoelektrische Wandlereinheit gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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6 ist ein Graph, der eine Abhängigkeit zwischen einem Fotostrom einer Fotodiode und einer Sperrvorspannung zeigt.
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7 zeigt ein Beispiel einer Ausgangssignalform einer fotoelektrischen Wandlereinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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8 ist eine grundlegende Blockdarstellung, die eine Empfangseinrichtung für sichtbares Licht zeigt.
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9 ist ein Schaltbild, das eine konventionelle fotoelektrische Wandlereinheit darstellt.
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10 ist ein Schaltbild, das eine konventionelle fotoelektrische Wandlereinheit zeigt.
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[Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen]
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In weiteren wird eine Empfangsschaltung für sichtbares Licht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen beschrieben. Ein grundlegender Aufbau der Empfangsschaltung für sichtbares Licht gemäß einer Ausführungsform ist gleich dem Aufbau, wie er zuvor mit Bezug zu 8 beschrieben ist. Ein Merkmal der Empfangsschaltung für sichtbares Licht gemäß einer Ausführungsform ist die Schaltungsanordnung einer fotoelektrischen Wandlereinheit. Die fotoelektrische Wandlereinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nunmehr detaillierter mit Bezug zu 1 beschrieben, die ein Schaltbild ist, das die fotoelektrische Wandlereinheit darstellt.
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Wie in 1 gezeigt ist, umfasst eine fotoelektrische Wandlereinheit 10 eine Fotodiode 11, die als eine lichtempfangende Einheit dient, und einen Widerstand 12, der mit einer Anode der Fotodiode 11 in Reihe geschaltet ist. Eine Kathode der Fotodiode 11 ist mit einer positiven Versorgungsspannung Vcc verbunden, und der Widerstand 12 ist mit Masse GND verbunden. Ein Verstärker 20 einer nachfolgenden Stufe ist mit einem Verbindungspunkt zwischen der Fotodiode 11 und dem Widerstand 12 durch einen Kopplungskondensator 13 verbunden. Die Fotodiode 11, der Widerstand 12 und der Kopplungskondensator 13 sind die gleichen Bauelemente, wie sie entsprechend in der konventionellen Schaltung vorgesehen sind.
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In der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine nicht-lineare Widerstandsschaltung parallel mit dem Widerstand 12 verbunden. Beispielsweise wird eine Reihenschaltung mit einer Zener-Diode 14 und einem Widerstand 15 als die nicht-lineare Widerstandsschaltung verwendet. Wie in 1 gezeigt ist, ist eine Kathode der Zener-Diode 14 mit dem Verbindungspunkt zwischen der Fotodiode 11 und dem Widerstand 12 verbunden, und der Widerstand 15 ist mit der Masse GND verbunden. In einer derartigen Konfiguration wird eine Sperrspannung an die Zener-Diode 14 angelegt. Es fließt nahezu kein Strom durch die Zener-Diode 14, wenn eine Sperrspannung, die gleich oder kleiner ist als eine Durchbruchsspannung, angelegt wird, während ein großer Strom durch die Zener-Diode 14 fließt, wenn eine Sperrspannung, die höher ist als die Durchbruchsspannung, angelegt wird. Anders ausgedrückt, die Zener-Diode 14 fungiert als ein Element mit hohem Widerstandswert, wenn die angelegte Sperrspannung gleich oder kleiner ist als die Durchbruchsspannung, während die Zener-Diode 14 als ein Element mit kleinem Widerstandswert dient, wenn eine Sperrspannung, die höher ist als die Durchbruchsspannung, angelegt wird. Des weiteren ist eine Spannung zwischen zwei Anschlüssen der Zener-Diode 14 nahezu konstant (Zener-Spannung), wenn die angelegte Sperrspannung höher ist als die Durchbruchsspannung. D. h., die Zener-Diode 14 fungiert als eine Konstantspannungsquelle, wenn eine Sperrspannung, die höher als die Durchbruchsspannung ist, angelegt wird, und eine Impedanz ist nahezu null (0) (oder ausreichend klein). In der Ausführungsform ist eine Anschlusskapazität (Kapazität am Übergang bzw. Übergangskapazität oder sich frei einstellende bzw. schwebende Kapazität) der Zener-Diode 14 ungefähr 1/5 oder weniger der Übergangskapazität der Fotodiode 11. Dies ist darin begründet, dass die Übergangskapazität der Fotodiode 11 das Frequenzband einer Schaltung beeinflusst.
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Wie in 1 gezeigt ist, wird die Sperrvorspannung Vpd der Fotodiode 11 ausgedrückt als [Vcc – VR], wobei Vcc die Versorgungsspannung der positiven Spannungsquelle Vcc bezeichnet. Die Spannung VR ist das Produkt des Fotostroms Ipd und des Parallelwiderstandswerts des Widerstandswerts R1 des Widerstands 12 und des Widerstandswerts der Reihenschaltung, die die Zener-Diode 14 und den Widerstand 15 aufweist, d. h. [Widerstandswert Rz der Zener-Diode 14 + Widerstandswert R2 des Widerstands 15]. Wenn der Widerstandswert Rz der Zener-Diode 14 ausreichend hoch ist, nähert sich der Parallelwiderstandswert dem Parallelwiderstandswert des Widerstandswerts R1 des Widerstands 12 und des Widerstandswerts R2 des Widerstands 15 an.
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Somit kann die Sperrvorspannung Vpd der Fotodiode 11 in Abhängigkeit von dem Fotostroms Ipd der Fotodiode 11 als der Graph dargestellt werden, der in 2 gezeigt ist. Wie in 2 gezeigt ist, stellt die Steigung S1 einen Fall dar, in welchem der Fotostrom Ipd klein ist, während die Steigung S2 einen Fall repräsentiert, in welchem der Fotostrom Ipd groß ist. Die Steigung S1 hängt von den Widerstandswert R1 des Widerstands 12 ab. Des weiteren hängt die Steigung S2 von dem Parallelwiderstandswert aus dem Widerstandswert R1 des Widerstands 12 und dem Widerstandswert R2 des Widerstands 15 ab. Ein Wendepunkt der Steigung hängt von der Durchbruchsspannung der Zener-Diode 14 ab. Der Widerstandswert Rz der Zener-Diode 14 schwankt stark um die Durchbruchsspannung herum. Obwohl die Steigung S1 sich sprunghaft in die Steigung S2 an dem Wendepunkt der Steigung in 2 ändert, variiert die Steigung in einer tatsächlichen Schaltung kontinuierlich. Somit arbeitet die fotoelektrische Wandlereinheit 10 normalerweise an dem Wendepunkt der Steigung.
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Wie aus 2 ersichtlich ist, ist der maximale Wert [Ipd(max)] des Fotostroms Ipd der Fotodiode 11 durch die minimale Sperrvorspannung [Vpd(min)] begrenzt, die dafür erforderlich ist, dass die Fotodiode 11 als eine Sperrvorspannungsquelle dient. Die gepunktete Linie in 2 bezeichnet eine Abhängigkeit zwischen einem Fotostrom und einer Sperrvorspannung in der konventionellen fotoelektrischen Wandlereinheit 110, die in 9 gezeigt ist. Wie in 2 gezeigt ist, wird der maximale Wert [Ipd(max)] des Fotostroms Ipd gemäß einer Ausführungsform größer als der maximale Fotostrom [Ipd'(max)] der konventionellen Schaltung. Selbst wenn daher die Gleichstromkomponente des Fotostroms Ipd der Fotodiode 11 in einer Umgebung, etwa unter starkem Sonnenlicht oder bei geringem Abstand zu einem Sender, ansteigt, ist die Sperrvorspannung Vpd der Fotodiode 11 sichergestellt, so dass die Empfangsschaltung für sichtbares Licht in normaler Weise arbeitet.
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Gemäß der Empfangseinrichtung für sichtbares Licht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie sie zuvor beschrieben ist, kann die Sperrvorspannung Vpd, die für den Betrieb der Fotodiode 11 erforderlich ist, über einen weiten Bereich des Fotostroms Ipd sichergestellt werden. Selbst wenn Umgebungslicht mit einer hohen Intensität die Gleichstromkomponente des Fotostroms Ipd beeinflusst, wird somit ein normaler Kommunikationszustand beibehalten. Da insbesondere ein einfaches Schema des Anschlusses der Reihenschaltung mit der Zener-Diode 14 und dem Widerstand 15 an den Widerstand 12 in paralleler Konfiguration angewendet wird, um die für das Arbeiten der Fotodiode 11 erforderliche Sperrvorspannung Vpd sicherzustellen, werden eine Kostenverringerung und Miniaturisierung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ermöglicht. Da des weiteren die fotoelektrische Wandlereinheit 10 keine aktiven Komponenten enthält, kann ein Ansteigen des Rauschens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verhindert werden.
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Die vorliegende Erfindung kann auf viele Arten modifiziert werden und sollte nicht als auf die Ausführungsform, wie sie zuvor beschrieben ist, eingeschränkt erachtet werden. Obwohl beispielsweise eine einzelne Reihenschaltung mit der Zener-Diode 14 und dem Widerstand 15 parallel mit dem Widerstand 12 als die nicht-lineare Widerstandsschaltung verbunden ist, können mehrere Reihenschaltungen, wovon jede eine Zener-Diode und einen Widerstand aufweist, parallel mit dem Widerstand 12 verbunden werden. Wie beispielsweise in 3 gezeigt ist, kann eine weitere Reihenschaltung mit einer Zener-Diode 14' und einem Widerstand 15' parallel mit einem Widerstand 12 und einer Reihenschaltung mit einer Zener-Diode 14 und einem Widerstand 15 verbunden werden. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besitzen die Zener-Dioden 14 und 14' unterschiedliche Durchbruchsspannungen. 4 zeigt eine Abhängigkeit zwischen dem Fotostrom Ipd und der Sperrvorspannung Vpd in einer fotoelektrischen Wandlereinheit 10 aus 3. Die Steigung 51 hängt von dem Widerstandswert R1 des Widerstands 12 und dem Widerstandswert R2 des Widerstands 15 ab. Ferner hängt die Steigung S3 von einem Parallelwiderstandswert aus dem Widerstandswert R1 des Widerstands 12, dem Widerstandswert R2 des Widerstands 15 und dem Widerstandswert R3 des Widerstands 15' ab.
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In der fotoelektrischen Wandlereinheit 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in 5 gezeigt ist, kann der Widerstand 12 mit der positiven Versorgungsspannung Vcc, eine Kathode der Fotodiode 11 mit dem Widerstand 12 und eine Anode der Fotodiode 11 mit Masse verbunden sein.
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In der fotoelektrischen Wandlereinheit 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden andere nicht-lineare Widerstandselemente, etwa ein Varistor, anstelle der Zener-Diode 11 verwendet. Der Varistor liefert die gleiche Wirkung wie die Zener-Diode 11, da der Varistor ein Element ist, dessen elektrischer Widerstandswert in nicht-linearer Weise entsprechend einer zwischen den Anschlüssen angelegten Spannung variiert trotz der Tatsache, dass der Varistor keine Polarität besitzt.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird anstelle der Fotodiode 11 ein Fototransistor verwendet.
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<Ausführungsform>
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6 ist ein Graph, der eine Abhängigkeit zwischen einem Fotostrom Ipd einer Fotodiode 11 und einer Sperrvorspannung Vpd darstellt, die experimentell in einer fotoelektrischen Wandlereinheit 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemessen wurden.
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In dem Experiment wurde ein 5,1 kΩ Widerstand als der Widerstand 12 verwendet, es wurde ein 0,5 kΩ Widerstand als der Widerstand 12 verwendet, eine 0,1 μF Kondensator wurde als der Kondensator 13 verwendet, eine 1N5227B wurde als die Zener-Diode 14 verwendet, und eine S6436 mit einer Kapazität zwischen den Anschlüssen von 15 pF wurde als die Fotodiode 11 in der in 1 gezeigten fotoelektrischen Wandlereinheit 10 verwendet. Ferner zeigt 6 eine Abhängigkeit zwischen dem Fotostrom Ipd und der Sperrvorspannung Vpd in der in 9 gezeigten konventionellen fotoelektrischen Wandlereinheit 110 als ein Vergleichsbeispiel. In der konventionellen fotoelektrischen handle Einheit 110 ist ein 5,1 kΩ Widerstand als der Widerstand 112, ein 0,1 μF Kondensator als der Kondensator 113 und eine S6436 mit einer Kapazität zwischen den Anschlüssen von 15 pF als die Fotodiode 111 verwendet. Aus 6 ist ersichtlich, dass ein Bereich des Fotostroms Ipd, in welchem die fotoelektrische Wandlereinheit 10 im normalen Betrieb arbeitet, breiter ist als der Bereich der konventionellen Wandlereinheit.
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Ferner wird eine Ausgangssignalform der fotoelektrischen Wandlereinheit 10 bewertet, indem ein moduliertes Signallicht auf die Fotodiode 11 der fotoelektrischen Wandlereinheit 10 eingestrahlt wird. Die Ausgangssignalform ist in 7 gezeigt. Die Ausgangssignalform der fotoelektrischen Wandlereinheit 10 wird gemessen, indem eine LED, die als eine Lichtquelle dient, mit einem Zufallsmuster von 50 Mbps angesteuert wird und das Signallicht, das von der LED ausgesandt wird, auf die Fotodiode 11 eingestrahlt wird. Die Lichtquelle oder ein Umgebungslicht werden so gesteuert, dass der Fotostrom Ipd einen Modulationsstrom von 2 mA und eine Gleichstromkomponente von 20 mA aufweist. Das Ergebnis der Bewertung des Signal-zu-Rauschen-Verhältnisses (SNR) eines Ausgangssignals der fotoelektrischen Wandlereinheit 10 unter Verwendung eines Ausgangsmusters bzw. sichtbaren Musters unter derartigen Bedingungen ist in 7 gezeigt. Aus 7 geht hervor, dass ein gutes Ausgangsmuster mit einem ausreichend hohen SNR bei Verwendung der fotoelektrischen Wandlereinheit 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform erreicht wird. Basierend auf dem Ausgangsmuster bzw. sichtbaren Muster kann geschlossen werden, dass die fotoelektrische Wandlereinheit 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kaum durch das Rauschen der Zener-Diode 14 beeinflusst ist, einen einfacheren Aufbau aufweist und in ausreichender Weise praktisch umsetzbar ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2006-5599 [0006, 0008]
- JP 56-071643 [0007, 0008]
