JP2005151320A - 受光装置およびそれを用いた光通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】 厳密なキャリブレーションを必要とせず、かつ所望の光線を正確に検出できる受光装置およびそれを用いた光通信システムを提供する。
【解決手段】 第１の受光部２１は、所望の光線（赤外線）の波長に受光感度のピークを有し、受光レベルに応じた出力信号を出力する。第２の受光部２２は、所望の光線の波長より短く、所望の光線の波長と可視光線の波長との間にある波長に受光感度のピークを有し、受光レベルに応じた出力信号を出力する。第１の受光部と第２の受光部の受光感度の波長特性は、同形状が波長方向にシフトしたものである。差分検出部３は、第１の受光部２１の出力信号から第２の受光部２２の出力信号を減算して受光信号を求める。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光信号を検出する受光装置に関し、特に赤外線通信に用いられる受光装置に関する。

赤外線リモコンや電子手帳の電子ペンなど様々な製品に光通信が用いられている。ここでいう光通信は、発光デバイスから発せられた光線を受光デバイスで受信するものである。受光デバイスは、光線を受信すると、それに応じた電気信号を出力する。その電気信号を用いることにより、リモコン操作や電子ペン入力を検出することができる。

また、この光通信を用いることにより、離れた位置から電気製品を操作したり、電子手帳などに情報を入力したりすることが可能となっている。光通信では、リモコン操作や電子ペン入力を正確に行えるように、受光デバイスは発光デバイスから発せられた光線を正確に検出することが要求される。

しかし、通常、赤外線リモコンや電子手帳などは白熱灯の光や太陽からの自然光（以下、背景光と称す）の元で用いられる。そのため、受光デバイスは、これら背景光を誤って検出してしまい、発光デバイスから光線が送信されていないのに光線を検出することがある。また、逆に、発光デバイスから光線が送信されているのに、受光デバイスは光線を検出できないということもある。

このような問題を防止するために従来から様々な提案がなされている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、一方が所定の波長域に対して分光感度が高く、他方がそれよりも広い波長域に渡る分光感度を持ち、互いに背景入射光に対する受光感度がほぼ同一に設定された一対の光学センサを用いた受光装置が開示されている。一対の光学センサに流れる電流の差を求め、その値に基づいて所望の光線を検出する。

特許文献１に開示された受光装置によれば、２つの光学センサは分光感度特性が互いに異なる一方で、背景光に対する受光感度が同一に設定されているので、各光学センサの電流の差を求めることにより、背景光による光電流の影響を除去することができ、安定して所望の光線を検出することができる。
特開平９−４６７７２号公報

特許文献１に記載された受光装置は安定して所望の光線を検出することができるが、２つの光学センサの背景光に対する受光感度を同一に設定するためにキャリブレーションを必要とする。このキャリブレーションは、例えば光学センサの受光面積等の素子構造を調整し、あるいは２つのセンサ出力を増幅器で調整する必要があり、キャリブレーション作業が煩雑となり、あるいは装置構成が複雑となる。

本発明の目的は、厳密なキャリブレーションを必要とせず、かつ所望の光線を正確に検出できる受光装置およびそれを用いた光通信システムを提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の受光装置は、所望の光線の波長に受光感度のピークを有し、受光レベルに応じた出力信号を出力する第１の受光部と、
前記所望の光線と異なる波長に受光感度のピークを有し、受光レベルに応じた出力信号を出力する第２の受光部と、
前記第１の受光部の出力信号から前記第２の受光部の出力信号を減算して受光信号を求める差分検出部とを有している。

したがって、本発明によれば、所望の光線の波長に受光感度のピークを有する第１の受光部の出力信号から、所望の光線の波長と異なる波長に受光感度のピークを有する第２の受光部の出力信号を減算した結果から所望の光線を受光しているか否か判断するので、２つの受光部により、広い波長範囲に平坦な特性の背景光を相殺することができる。

また、前記第２の受光部の受光感度のピーク波長が、前記所望の光線の波長と可視光線の波長との間にあることとしてもよい。

したがって、第１の受光部と第２の受光部の受光感度が同程度であれば厳密に設定しなくとも、背景光のみの環境下では第２の受光部の出力信号が第１の受光部の出力信号を上回る傾向となる。

また、前記所望の光線が赤外線であり、前記第２の受光部の受光感度のピーク波長が前記赤外線より短い波長であるとしてもよい。

また、前記第１の受光部と前記第２の受光部の受光感度の波長特性は同形状が波長方向にシフトしたものであるとしてもよい。

したがって、２つの受光部の受光感度の波長特性は、同形状が互いに波長方向にシフトしたものとなっているので、２つの受光部の受光感度の設定が容易である。

本発明の光通信システムは、上述した受光装置と、
前記所望の光線を発生する発光装置とを有している。

また、前記発光装置が電子ペンに備えられ、
前記受光装置が前記電子ペンで情報入力可能な情報機器に備えられたものであってもよい。

また、前記発光装置がリモコン装置に備えられ、
前記受光装置が前記リモコン装置で操作可能な被操作装置に備えられたものであってもよい。

本発明によれば、所望の光線の波長に受光感度のピークを有する第１の受光部の出力信号から、所望の光線の波長と異なる波長に受光感度のピークを有する第２の受光部の出力信号を減算した結果から所望の光線を受光しているか否か判断するので、２つの受光部により、広い波長範囲に平坦な特性の背景光を相殺し、所望の光線を正確に検出することができる。

また、第１の受光部と第２の受光部の受光感度が同程度であれば厳密に設定しなくとも、背景光のみの環境下では第２の受光部の出力信号が第１の受光部の出力信号を上回る傾向となり、誤検出が発生しない。

また、２つの受光部の受光感度の波長特性は、同形状が互いに波長方向にシフトしたものとなっているので、２つの受光部の受光感度の設定が容易である。

本発明の一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本実施形態の電子ペン入力システムの構成を示すブロック図である。図１を参照すると、電子ペン入力システムは電子ペン１および情報機器２を有している。情報機器２は受光装置２０を有し、受光装置２０は受光部２１，２２および差分回路３を有している。本システムは、波長が９００ｎｍである赤外線を用いて電子ペン１から情報機器２に情報を入力するシステムである。

電子ペン１は、発光デバイスとして赤外線ＬＥＤを使用しており、ペン先から波長が９００ｎｍの赤外線を発光する。

図２は、電子ペンの発光する赤外線の波長特性を示す図である。図２を参照すると、電子ペンの発行する赤外線は、波長９００ｎｍにピークを有し、そこを中心として急峻な特性を有している。

受光部２１は、電子ペン１から発光される赤外線と等しい波長９００ｎｍに受光感度のピークを有する受光素子であり、光線を検出すると、その受光レベルに応じた出力信号を出力する。

受光部２２は、受光感度の波長特性曲線が受光部２１と同形状であるが、電子ペン１から発光される赤外線より短い波長８５０ｎｍに受光感度のピークを有する受光素子である。言い換えれば、受光部２２の受光感度の波長特性は、受光部２１の受光感度の波長特性を５０ｎｍだけシフトしたものである。受光部２２は、光線を検出すると、その受光レベルに応じた出力信号を出力する。

差分回路３は、受光部２１の出力信号から受光部２２の出力信号を減算することにより受光信号を求めて出力する。例えば、受光部２１の出力信号のレベルが受光部２２の出力信号のレベルより大きければ、差分回路３は受光信号として“Ｈｉレベル”を出力する。

まず、電子ペン１から赤外線が発光されていない状態における本実施形態の電子ペン入力システムの動作について説明する。

ここでは背景光の代表として白熱灯からの光を例にとる。

図３は、白熱灯から発光される光線の波長特性を示す図である。図３を参照すると、白熱灯からの光線は、可視光線の波長にピークを有するが、紫外線から赤外線まで広い波長範囲の光線を含んでいる。

図３に示したような白熱灯からの光線が受光部２１および受光部２２に当たると、受光部２１の出力信号と受光部２２の出力信号はほぼ等しいレベルとなる。そして、受光部２２の出力信号の方が受光部２１の出力信号よりも僅かにレベルが高い。そのため、受光部２１の出力信号から受光部２２の出力信号を減算すると、ほぼゼロで僅かにマイナスの値となる。したがって、差分回路３からの受光信号は、所望の光線を受光していないことを示す“Ｌｏｗレベル”となる。

可視光線よりも波長の長い赤外線を所望の光線とするシステムにおいて、所望の光線の波長に受光感度のピークを有する受光部２１と、所望の光線の波長と白熱灯からの光線のピーク波長との間に受光感度のピークを有する受光部２２とを用い、差分回路３が受光部２１の出力信号から受光部２２の出力信号を減算しているので、白熱灯の光線のみの状態では差分回路３の減算結果がマイナスの値となり誤検出が防止される。

次に、電子ペン１から情報機器２に赤外線が発光されている状態における本実施形態の電子ペン入力システムの動作について説明する。

ここでは白熱灯を背景光とし、電子ペン１からの赤外線がそれと重畳されるとする。図３に示した白熱灯からの光線と図２に示した赤外線を合成した光線が受光装置２０の受光部２１，２２に照射される。そうすると、受光部２１の出力信号が受光部２２の出力信号を大きく上回ることとなる。そのため、受光部２１の出力信号から受光部２２の出力信号を減算するとプラスの値となる。したがって、差分回路３からの受光信号は、所望の光線を受信していることを示す“Ｈｉレベル”となる。

受光感度のピーク波長が９００ｎｍの受光部２１で受信される背景光の成分は、受光感度のピーク波長が８５０ｎｍの受光部２２で受信される背景光の成分と相殺されるので、背景光が赤外線と比べて強い場合、弱い場合のいずれでも、外乱を影響が抑制され、赤外線の受光を正確に検出することができる。

なお、本実施形態では白熱灯からの光線が背景光となっている場合を例示したが、例えば自然光のような他の光線が背景光であっても、背景光は一般に可視光線にピークを有するので本発明を同様に適用することができる。

また、本実施形態では、発光装置を備えた電子ペン１と、受光装置２０を備えた情報機器２からなる電子ペン入力システムを例示したが、本発明はそれに限定されない。他の例として、発光装置を備えたリモコン装置と、受光装置２０を備えた被操作装置からなるリモコン操作システムであってもよい。

以上説明したように、本実施形態によれば、受光部２１が所望の光線（赤外線）の波長に受光感度のピークを有し、受光部２２が所望の光線の波長と異なる波長に受光感度のピークを有し、受光部２１の出力信号から受光部２２の出力信号を減算した結果から所望の光線を受光しているか否か判断するので、２つの受光部２１、２２により、広い波長範囲に平坦な特性の背景光を相殺し、所望の光線を正確に検出することができる。

また、受光部２２の受光感度のピーク波長が、所望の光線のピーク波長と背景光のピークがある可視光線の波長との間にあるので、受光部２１と受光部２２の受光感度が同程度であれば厳密に設定しなくとも、背景光のみの環境下では受光部２２の出力信号が受光部２１の出力信号を上回る傾向となり、誤検出が発生しない。

また、受光部２１と受光部２２の受光感度の波長特性は同形状が波長方向にシフトしたものとなっているので、２つの受光部２１、２２の受光感度の設定が容易である。

本実施形態の電子ペン入力システムの構成を示すブロック図である。 電子ペンの発光する赤外線の波長特性を示す図である。 白熱灯から発光される光線の波長特性を示す図である。

符号の説明

１ 電子ペン
２ 情報機器
２０ 受光装置
２１、２２ 受光部
３ 差分回路

Claims (7)

1. 所望の光線の波長に受光感度のピークを有し、受光レベルに応じた出力信号を出力する第１の受光部と、
   前記所望の光線と異なる波長に受光感度のピークを有し、受光レベルに応じた出力信号を出力する第２の受光部と、
   前記第１の受光部の出力信号から前記第２の受光部の出力信号を減算して受光信号を求める差分検出部とを有する受光装置。
2. 前記第２の受光部の受光感度のピーク波長が、前記所望の光線の波長と可視光線の波長との間にある、請求項１に記載の受光装置。
3. 前記所望の光線が赤外線であり、前記第２の受光部の受光感度のピーク波長が前記赤外線より短い波長である、請求項１または２に記載の受光装置。
4. 前記第１の受光部と前記第２の受光部の受光感度の波長特性は同形状が波長方向にシフトしたものである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の受光装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の受光装置と、
   前記所望の光線を発生する発光装置とを有する光通信システム。
6. 前記発光装置が電子ペンに備えられ、
   前記受光装置が前記電子ペンで情報入力可能な情報機器に備えられた、請求項５に記載の光通信システム。
7. 前記発光装置がリモコン装置に備えられ、
   前記受光装置が前記リモコン装置で操作可能な被操作装置に備えられた、請求項５記載の光通信システム。

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