JP2006295536A - 光無線送信機および光無線伝送システム - Google Patents

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Abstract

【課題】 音声ディジタル光信号の放射範囲内の位置に応じて音量を段階的に設定する。【解決手段】 音声アナログ信号を1ビット量子化処理して1ビット量子化信号(パルスの疎密波)を生成する1ビット量子化A/D変換器と、1ビット量子化信号を音声ディジタル光信号として送信する発光器とを備えた光無線送信機において、1ビット量子化A/D変換器は、1チャネルの音声アナログ信号に対してパルス幅の異なる複数の1ビット量子化信号を出力する構成であり、複数の1ビット量子化信号をそれぞれ異なる放射領域に送信する複数の発光器を備え、複数の発光器を1次元または2次元に配置し、その中心となる発光器にパルス幅の最も広い1ビット量子化信号を入力し、当該発光器の放射領域に隣接する放射領域に送信する発光器に順次パルス幅が狭くなる1ビット量子化信号を入力する構成である。
【選択図】 図1

Description

本発明は、音声アナログ信号を1ビット量子化処理して得られる音声ディジタル光信号(パルスの疎密波)を伝送する光無線送信機および光無線伝送システムに関する。
図6は、光無線伝送システムの回路構成例を示す(非特許文献1)。図において、光無線伝送システムの光無線送信機は、音声アナログ信号を入力とし、1ビット量子化A/D変換器51で1ビット量子化信号(パルスの疎密波)に変換し、発光器(IrDA-TX )52からオン/オフキーイングされた音声ディジタル光信号(赤外線)として送信する構成である。
光無線伝送システムの光無線受信機は、音声ディジタル光信号を受光器(IrDA-RX )53で電気信号(1ビット量子化信号)に変換し、反転バッファ54で波形整形し、フィルタ回路55で音声アナログ信号を再生してスピーカ56を駆動する構成である。このような構成により、光無線受信機にはクロック再生やフレーム同期などのディジタル伝送に特有の回路が必要なくなり、さらにD/A変換器も不要となるため、小型・低電力化が可能となる。なお、光無線受信機では、フィルタ回路55の機能により、1ビット量子化信号のパルスデューティに比例した音量が再生される特徴がある。
ところで、赤外線を用いた光無線伝送システムにおいて、伝送距離を延伸するためには複数の発光器を同じ向きに近接配置し、また伝送角度を広げるためには複数の発光器を異なる角度で配置する方法がとられる。すなわち、赤外線伝送では、発光器の個数および配置方法で受信範囲を変えることが容易であり、電波による音声伝送では得られない特徴がある。
http://www.voiceubique.com/technology.html
光無線送信機の発光器から送信される赤外線の放射範囲は、図7に示すように限られており、光無線受信機の受光器がその放射範囲から外れると、音声が急に途切れる状態になる。これは、光無線受信機を装着して音声を聞いているユーザが、目に見えない赤外線の放射範囲を意識できないためである。すなわち、ユーザは、赤外線の放射範囲の中心にいて受信しやすい位置にいるのか、赤外線の放射範囲の中心から外れて受信条件のよくない位置にいるのかが分からず、後者の場合に赤外線の放射範囲から外れると急に音声が途切れるために、ユーザは不快感を感じていた。また、赤外線の放射範囲の外から内に入る場合には、急に音声が聞こえてくる「驚き」もあった。
この状態は、例えば図8に示すように複数の発光器を並べて配置する場合でも、各発光器から送信される赤外線信号が同じであるために同様であった。ここで、同じ赤外線信号とは、各発光器から送信される赤外線信号(1ビット量子化信号)のパルスデューティが等しいことをいう。受光器の位置としては、2以上の発光器から送信された赤外線信号を同時に受信する第1の位置Aと、1つの発光器から送信された赤外線信号のみを受信する第2の位置Bと、いずれの赤外線信号も受信できない第3の位置Cがあるが、第1の位置Aおよび第2の位置Bでは同じ音量であるのに対して、第3の位置Cでは無音となる。したがって、複数の発光器を用いる場合でも急に音声が途切れることによる不快感は同様であった。
本発明は、音声ディジタル光信号の放射範囲内の位置に応じて音量を段階的に設定することができる光無線送信機および光無線伝送システムを提供することを目的とする。
第1の発明は、音声アナログ信号を1ビット量子化処理して1ビット量子化信号(パルスの疎密波)を生成する1ビット量子化A/D変換器と、1ビット量子化信号を音声ディジタル光信号として送信する発光器とを備えた光無線送信機において、1ビット量子化A/D変換器は、1チャネルの音声アナログ信号に対してパルス幅の異なる複数の1ビット量子化信号を出力する構成であり、複数の1ビット量子化信号をそれぞれ異なる放射領域に送信する複数の発光器を備え、複数の発光器を1次元または2次元に配置し、その中心となる発光器にパルス幅の最も広い1ビット量子化信号を入力し、当該発光器の放射領域に隣接する放射領域に送信する発光器に順次パルス幅が狭くなる1ビット量子化信号を入力する構成である。
ここで、1ビット量子化A/D変換器は、複数のチャネルに対応する音声アナログ信号に対して、チャネル対応にそれぞれパルス幅の異なる複数の1ビット量子化信号を出力する構成であり、チャネルごとに受信側で選択的に受信可能な音声ディジタル光信号を送信する複数の発光器が設けられ、チャネルごとに入力する1ビット量子化信号のパルス幅の広狭に応じて中心となる発光器から順次配置される構成としてもよい。
さらに、チャネルごとの複数の発光器は、それぞれ入力する1ビット量子化信号のパルス幅の広狭に応じて配置され、かつチャネル間で対応する発光器が隣接して配置される構成としてもよい。また、チャネルごとの複数の発光器は、それぞれ入力する1ビット量子化信号のパルス幅の広狭に応じて配置され、かつチャネル間で対応する発光器が所定の間隔を置いて配置される構成としてもよい。
第2の発明は、複数チャネルに対応する第1の発明の光無線送信機と、音声ディジタル光信号を受光する受光器と、受光器で光電変換された1ビット量子化信号を音声アナログ信号に変換するフィルタ回路と、音声アナログ信号を音に変換するスピーカとを含む光無線受信機とを備えた光無線伝送システムにおいて、光無線受信機は、複数のチャネルの音声ディジタル光信号をそれぞれ受光する複数の受光器を含み、光無線送信機のチャネルごとの複数の発光器は、チャネルごとに入力する1ビット量子化信号のパルス幅の広狭に応じて配置され、かつチャネル間で対応する発光器が各チャネルの受光器の間隔に合わせて配置される構成である。
ここで、複数のチャネルは、ステレオ再生される音声アナログ信号に対応する2チャネルとし、光無線受信機の2チャネルに対応する2つの受光器は、ユーザの両耳の間隔で配置され、光無線送信機のチャネル間で対応する発光器は、受光器の間隔に合わせて配置される構成としてもよい。
さらに、光無線受信機は、ユーザの右耳で聞く第1チャネルの音声ディジタル光信号を受光する受光器を左側に配置し、左耳で聞く第2チャネルの音声ディジタル光信号を受光する受光器を右側に配置し、光無線送信機は、第1チャネルの複数の発光器をユーザからみて左側に配置し、第2チャネルの複数の発光器をユーザからみて右側に配置し、チャネル間で対応する発光器を受光器の間隔以上ずらして配置する構成としてもよい。
本発明により、放射範囲の中心から外れることを音量差で知ることができるので、ユーザが受信しやすい中心に戻ることが容易になる。
また、放射範囲の中心から外れると音量が小さくなるので、放射範囲から外れる際にも通常音量から急に音が途切れる不快感を軽減することができる。
また、複数チャネルに対応する構成において、チャネル間の対応する発光器を隣接配置することにより、複数のチャネルの信号を同じ条件(放射範囲の中心から外れると音量が小さくなる等)で受信することができる。
また、2チャネルに対応する構成において、チャネル間の対応する発光器をユーザの受光器の間隔に対応させて配置することにより、2チャネルの信号を同じ条件(放射範囲の中心から外れると音量が小さくなる等)で受信することができる。すなわち、2チャネルステレオ再生に利用したときに、左右の音量バランスが安定した快適な鑑賞が可能となる。
また、2チャネルに対応する構成において、チャネル間の対応する発光器を隣接配置または所定の間隔をあけて左右反転配置することにより、ユーザからみて音像定位を実現することができ、例えば画像を見ながら音声を楽しむような場合に、音像定位によって画面の範囲から音像が外れることがない自然な鑑賞が可能となる。
また、複数チャネルにおける音量の異なる範囲が重なり、そこで複数チャネルの信号が混信する場合でも、音量の大きい方のチャネルの信号のみを容易に分離して受信することができる。
(光無線送信機の第1の実施形態)
図1は、本発明の光無線送信機の第1の実施形態を示す。図において、音声アナログ信号を1ビット量子化信号(パルスの疎密波)に変換する1ビット量子化A/D変換器11は3つの出力端子C,R,Lを有し、それぞれに発光器12C,12R,12Lが接続される。各発光器12C,12R,12Lは、光無線受信機の受光器14から見て中央、右側、左側に位置し、それぞれの放射範囲13C,13R,13Lの一部が重なるように設定される。ユーザの移動に伴って受光器14が、放射範囲13Cの中央位置から左右方向(図中では上下方向)に移動したときに、放射範囲13Lまたは13Rのみの位置を経て全ての発光器の放射範囲外に出る場合、あるいはその逆の場合を想定している。
ここで、本実施形態の光無線送信機の特徴は、1ビット量子化A/D変換器11の3つの出力端子C,R,Lから出力する1ビット量子化信号として、出力端子Cに対して出力端子R,Lのパルスデューティを小さくするところにある。具体的には、1ビット量子化信号のパルス間隔をT1,T2,…とし、出力端子Cから出力する1ビット量子化信号のパルス幅をtとしたときに、出力端子R,Lから出力する1ビット量子化信号のパルス幅を例えばt/2とする。このようなパルスデューティの異なる複数の1ビット量子化信号は、1ビット量子化A/D変換器11のパルス幅調整手段で容易に実現することができる。
受光器14で光電変換された1ビット量子化信号をフィルタ処理によって音声再生する光無線受信機では、放射範囲13Cで受光するときにはパルス幅tの信号に対応する音量で音声を再生する。また、放射範囲13Rのみの位置または放射範囲13Lのみの位置で受光するときはパルス幅t/2の信号に対応する小さな音量で音声を再生することになる。すなわち、光無線受信機をもつユーザが放射範囲13Cに対応する中央位置から左右方向に移動し、放射範囲13Rのみの位置または放射範囲13Lのみの位置に入ると音量が小さくなるので、ユーザは中央位置から外れたことを認識できる。さらに、放射範囲13Rまたは放射範囲13Lからも外れると無音になるが、予め音量が小さくなっているので音声が途切れる際の不快感を軽減することができる。
なお、本実施形態では発光器12の数を3とし、パルスデューティの種類(音量差)を2としているが、1ビット量子化A/D変換器11の出力端子数および発光器12の数を多くして音量差の段数を多くしてもよい。また、1ビット量子化A/D変換器11の出力端子R,Lから出力される1ビット量子化信号のパルス幅を互いに等しいt/2としているが、厳密に等しいパルス幅に設定する必要はない。また、例えばパルス幅t/2、t、t、t/2のように、同じパルス幅をもつ発光器を並べて配置してもよい。
また、図では発光器12C,12R,12Lの放射方向を同一方向としているが、例えば発光器12R,12Lの放射方向をそれぞれ外向きにし、放射範囲を広げるようにしてもよい。また、パルスデューティの小さい1ビット量子化信号を送信する発光器(ここでは12R,12L)の数を増やして放射範囲を延伸することにより、光無線送信機に対して前後方向にも音量差を有する範囲を設定することができる。また、本実施形態では発光器を1次元的に配置した例を示しているが、2次元的に配置しても同様である。
(光無線送信機の第2の実施形態)
図2は、本発明の光無線送信機の第2の実施形態を示す。本実施形態は、光無線受信機で選択的に受信できる複数チャネル(本実施形態では2チャネル)の信号を送信する光無線送信機の構成を特徴とする。なお、光無線受信機で選択的に受信するための方法としては、例えば各チャネルごとに波長または偏光を変え、それぞれ対応する波長または偏光の光信号を個別に受光する構成とすればよい。
図において、音声アナログ信号を1ビット量子化信号(パルスの疎密波)に変換する1ビット量子化A/D変換器21は、第1チャネル用に3つの出力端子C1,R1,L1を有し、第2チャネル用に3つの出力端子C2,R2,L2を有し、それぞれに発光器12C1,12R1,12L1および発光器12C2,12R2,12L2が接続される。
第1チャネル用の3つの出力端子C1,R1,L1には、出力端子R1,L1に出力端子C1よりパルスデューティの小さい1ビット量子化信号を出力し、第2チャネル用の3つの出力端子C2,R2,L2には、出力端子R2,L2に出力端子C2よりパルスデューティの小さい1ビット量子化信号を出力する構成は、第1の実施形態と同様である。すなわち、第1チャネルの1ビット量子化信号のパルス間隔をT1,T2,…、出力端子C1から出力する1ビット量子化信号のパルス幅をtとしたときに、出力端子R1,L1から出力する1ビット量子化信号のパルス幅を例えばt/2とする。また、第2チャネルの1ビット量子化信号のパルス間隔をT3,T4,…、出力端子C2から出力する1ビット量子化信号のパルス幅をt′としたときに、出力端子R2,L2から出力する1ビット量子化信号のパルス幅を例えばt′/2とする。tとt′の関係は用途に応じて適宜設定される。例えば、2チャネル独立に運用する場合には任意でよいが、2チャネルをステレオ再生に利用するような場合にはほぼ等しいのが望ましい。
本実施形態および後述する第3の実施形態、光無線伝送システムの実施形態では、各チャネルに対応する発光器の配置形態にそれぞれ特徴がある。本実施形態では、第1チャネル用の発光器12C1,12R1,12L1は、光無線受信機をもつユーザから見て中央、右側、左側に位置し、それぞれの放射範囲13C1,13R1,13L1の一部が重なるように設定される。また、第2チャネル用の発光器12C2,12R2,12L2は、第1チャネル用の各発光器に隣接して配置され、それぞれの放射範囲13C2,13R2,13L2も隣接する。したがって、各チャネルごとに第1の実施形態と同様の条件で受信することができる。すなわち、ユーザの移動の伴って各チャネル対応の受光器14−1,14−2が、放射範囲13C1,13C2で各チャネルの信号を受光している中央位置から左右方向に移動したときに、放射範囲13L1,13L2のみの位置または13R1,13R2のみの位置で音量が低下し、さらに左右方向に移動して全ての発光器の放射範囲外に出ると無音となる。
ところで、本実施形態において、図3に示すように2チャネルを右耳用と左耳用のステレオ再生に適用しようとすると、次に示すような状態になる。2チャネルの受光器14−1,14−2が両耳の位置にあると、両耳の間隔だけ離れることになる。このとき、各チャネルに対応する放射範囲がほぼ重なっていると、両耳の位置にある各チャネル対応の受光器14−1,14−2がユーザの移動に伴って音量の異なる放射範囲に別れる場合が想定される。図3の例は、右耳用の受光器14−1が音量の小さい放射範囲13R1にあり、左耳用の受光器14−2が音量の大きい放射範囲13C2にあり、左右の音量差が生じることになる。この問題を解決する方法の一つは、各チャネル対応の受光器14−1,14−2を発光器側と同様に並べて配置することであるが、他の方法を次の第3の実施形態として説明する。
なお、左右の音量差は、そのまま音像の定位に利用することができる。すなわち、中央位置から右方向に移動すれば左側の再生音量が右側より大きくなり、中央位置から左方向に移動すれば右側の再生音量が左側より大きくなるので、ユーザからみれば常に中央付近に音源があるように聞こえることになる。この音像定位の他の方法については、光無線伝送システムの実施形態として後述する。
(光無線送信機の第3の実施形態)
図4は、本発明の光無線送信機の第3の実施形態を示す。本実施形態の特徴は、第2の実施形態と同様に2チャネルに対応する構成をとりながら、第1チャネル用の発光器12C1,12R1,12L1の放射範囲13C1,13R1,13L1と、第2チャネル用の発光器12C2,12R2,12L2の放射範囲13C1,13R1,13L1との間にそれぞれ所定の間隔(ここではユーザの両耳の間隔程度)を設けるところにある。
本実施形態では、光無線受信機として例えば2チャネルステレオヘッドホンタイプのものを想定し、各チャネルのパルス幅tとt′をほぼ等しい幅とし、各チャネル対応の受光器14−1,14−2がユーザの両耳の位置にあるときに、第1チャネルの音声と第2チャネルの音声を同じ条件で再生することができる。すなわち、ユーザの移動とともに、各チャネルの音量の変化が同じになり、左右の音量バランスが安定した快適なステレオ鑑賞が可能となる。
なお、各チャネルの信号をそれぞれ個別に受光再生する場合には、第2の実施形態と同様に各チャネルの音量を移動に伴ってそれぞれ個別に変化させることができる。ただし、図4の例では、第1チャネルの受信範囲は右寄り、第2チャネルの受信範囲は左寄りになる。
また、例えば図4にハッチングで示す放射範囲13C2と放射範囲13L1の重なり、かつ放射範囲13C2と放射範囲13C1が重ならない領域では、第2チャネル用の受光器14−2に両チャネルの信号が受光される。通常、受光器14−2は発光器12C2から送信された第2チャネルの信号のみを受光するが、例えば直線偏波を用いて偏光多重を行う場合には、ユーザの姿勢によって発光器12L1から送信された第1チャネルの信号も受光(混信入射)する場合がある。このとき、第2チャネルの信号のパルス幅がt′で、第1チャネルの信号のパルス幅がt/2(<t≒t′)であることから、パルス幅の小さい第1チャネルの信号を容易に除去することができる。すなわち、両チャネルの放射範囲が重なって混信入射が発生しても、図4にハッチングで示す範囲のように両チャネルの信号のパルス幅に違いがあれば、容易に主たる信号(パルス幅tまたはt′)の信号のみを取り出すことができる。なお、図3,図5に示すハッチング領域も同様であるが、図4のハッチング領域が広いことがわかる。
(光無線伝送システムの実施形態)
図5は、本発明の光無線伝送システムの実施形態を示す。本実施形態の特徴は、光無線送信機の第2の実施形態と同様に2チャネルに対応する構成をとりながら、第1チャネル用の発光器12C1,12R1,12L1の放射範囲13C1,13R1,13L1と、第2チャネル用の発光器12C2,12R2,12L2の放射範囲13C1,13R1,13L1との間にそれぞれ所定の間隔を設け、かつ左右入れ替えて配置するところにある。さらに、光無線受信機の各チャネル対応の受光器14−1,14−2を発光器と対向させるが、第1チャネルの受光器14−1で受光して再生された音声は右耳で聞き、第2チャネルの受光器14−2で受光して再生された音声は左耳で聞くように構成する。
これにより、受光器14−1,14−2がそれぞれ放射範囲13C1,13C2にあれば、両耳に同じ大きな音量の音声が聞こえる。この位置からユーザが光無線送信機に対して右方向に移動すれば、図5に示すように、受光器14−1が放射範囲13C1から放射範囲13R1に移動し、受光器14−2が放射範囲13C2のままとなる。このとき、受光器14−1に対応する右耳の音量は小さくなり、受光器14−2に対応する左耳の音量は大きなままである。すなわち、右方向に移動したときに左側の再生音量が右側よりも大きく、左方向に移動したときに右側の再生音量が左側よりも大きくなるので、聴取位置を移動しても音像の位置が動かない再生が可能となる。
光無線送信機の第3の実施形態のような構成でステレオ再生をする場合には、左右の音量が同時に変化するので、音源は常にユーザの正面にあるように感じるが、本実施形態または図3の構成の場合には音像の定位を実現することができる。これにより、例えば画像を見ながら音声を楽しむような場合に、ユーザが聴取する位置に拘らず画像の位置に音像が定位し、自然な鑑賞が可能となる。
本発明の光無線送信機の第1の実施形態を示す図。 本発明の光無線送信機の第2の実施形態を示す図。 本発明の光無線送信機の第2の実施形態の変形例を示す図。 本発明の光無線送信機の第3の実施形態を示す図。 本発明の光無線伝送システムの実施形態を示す図。 光無線伝送システムの回路構成例を示す図。 光無線送信機の放射範囲を説明する図。 複数の光無線送信機の放射範囲を説明する図。
符号の説明
11,21 1ビット量子化A/D変換器
12 発光器
13 放射範囲
14 受光器
51 1ビット量子化A/D変換器
52 発光器(IrDA-TX )
53 受光器(IrDA-RX )
54 反転バッファ
55 フィルタ回路
56 スピーカ

Claims (7)

  1. 音声アナログ信号を1ビット量子化処理して1ビット量子化信号(パルスの疎密波)を生成する1ビット量子化A/D変換器と、
    前記1ビット量子化信号を音声ディジタル光信号として送信する発光器と
    を備えた光無線送信機において、
    前記1ビット量子化A/D変換器は、1チャネルの音声アナログ信号に対してパルス幅の異なる複数の1ビット量子化信号を出力する構成であり、
    前記複数の1ビット量子化信号をそれぞれ異なる放射領域に送信する複数の発光器を備え、
    前記複数の発光器を1次元または2次元に配置し、その中心となる発光器に前記パルス幅の最も広い1ビット量子化信号を入力し、当該発光器の放射領域に隣接する放射領域に送信する発光器に順次パルス幅が狭くなる1ビット量子化信号を入力する構成である
    ことを特徴とする光無線送信機。
  2. 請求項1に記載の光無線送信機において、
    前記1ビット量子化A/D変換器は、複数のチャネルに対応する音声アナログ信号に対して、チャネル対応にそれぞれパルス幅の異なる複数の1ビット量子化信号を出力する構成であり、
    前記チャネルごとに受信側で選択的に受信可能な音声ディジタル光信号を送信する複数の発光器が設けられ、チャネルごとに入力する1ビット量子化信号のパルス幅の広狭に応じて中心となる発光器から順次配置される構成である
    ことを特徴とする光無線送信機。
  3. 請求項2に記載の光無線送信機において、
    前記チャネルごとの複数の発光器は、それぞれ入力する1ビット量子化信号のパルス幅の広狭に応じて配置され、かつチャネル間で対応する発光器が隣接して配置される構成である
    ことを特徴とする光無線送信機。
  4. 請求項2に記載の光無線送信機において、
    前記チャネルごとの複数の発光器は、それぞれ入力する1ビット量子化信号のパルス幅の広狭に応じて配置され、かつチャネル間で対応する発光器が所定の間隔を置いて配置される構成である
    ことを特徴とする光無線送信機。
  5. 請求項2に記載の光無線送信機と、
    前記音声ディジタル光信号を受光する受光器と、前記受光器で光電変換された1ビット量子化信号を音声アナログ信号に変換するフィルタ回路と、前記音声アナログ信号を音に変換するスピーカとを含む光無線受信機と
    を備えた光無線伝送システムにおいて、
    前記光無線受信機は、前記複数のチャネルの音声ディジタル光信号をそれぞれ受光する複数の受光器を含み、
    前記光無線送信機のチャネルごとの複数の発光器は、チャネルごとに入力する1ビット量子化信号のパルス幅の広狭に応じて配置され、かつチャネル間で対応する発光器が前記各チャネルの受光器の間隔に合わせて配置される構成である
    ことを特徴とする光無線伝送システム。
  6. 請求項5に記載の光無線伝送システムにおいて、
    前記複数のチャネルは、ステレオ再生される音声アナログ信号に対応する2チャネルとし、
    前記光無線受信機の前記2チャネルに対応する2つの受光器は、ユーザの両耳の間隔で配置され、
    前記光無線送信機のチャネル間で対応する発光器は、前記受光器の間隔に合わせて配置される構成である
    ことを特徴とする光無線伝送システム。
  7. 請求項6に記載の光無線伝送システムにおいて、
    前記光無線受信機は、ユーザの右耳で聞く第1チャネルの音声ディジタル光信号を受光する受光器を左側に配置し、左耳で聞く第2チャネルの音声ディジタル光信号を受光する受光器を右側に配置し、
    前記光無線送信機は、前記第1チャネルの複数の発光器をユーザからみて左側に配置し、前記第2チャネルの複数の発光器をユーザからみて右側に配置し、チャネル間で対応する発光器を前記受光器の間隔以上ずらして配置する構成である
    ことを特徴とする光無線伝送システム。
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