JP2011027554A - 赤外線受光回路及び赤外線受光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より省エネ効果を高めた赤外線受光回路を提供する。
【解決手段】赤外線信号を受光し電流を出力するフォトダイオードと、フォトダイオードの出力電流の低周波成分を阻止するハイパスフィルタと、ハイパスフィルタを通過したフォトダイオードの出力電流を電圧に変換する電流−電圧変換回路を備える赤外線受光回路において、短絡電流がフォトダイオードよりも大きい受光素子を少なくとも１つ以上直列接続したバイアス回路を備え、前記フォトダイオードと前記受光素子に光が照射されたとき、前記バイアス回路が発生する順方向電圧で、前記フォトダイオードに逆バイアスをかけることを特徴とする赤外線受光回路。
【選択図】 図５

Description

本発明は、赤外線受光回路及び赤外線受光装置に係わり、特に低周波の外来光が照射されても無駄な電力消費が抑制される赤外線受光回路に関するものである。

テレビジョン装置等に内蔵され使用されることの多いリモコン信号受信装置では、リモコン信号の受信に赤外線受光回路が用いられる。但し、従来の赤外線受光回路では、フォトダイオードに低周波の外来光が照射されると、フォトダイオードのバイアス電源からフォトダイオードに電流が流れるが、この電流は変調された赤外線信号に関係なく消費されるため無駄である。

対して特許文献１には、概要として受信用フォトダイオードの逆バイアスを定電圧源と高抵抗と温度モニタ用フォトダイオードからなるバイアス回路により発生させる旨が記載されている。しかしながら定電圧源を備えるため省エネ効果に乏しいという問題があった。

特開平０２−４４２１８号公報

本発明は、より省エネ効果を高めた赤外線受光回路を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の赤外線受光回路は、赤外線信号を受光し電流を出力するフォトダイオードと、フォトダイオードの出力電流の低周波成分を阻止するハイパスフィルタと、ハイパスフィルタを通過したフォトダイオードの出力電流を電圧に変換する電流―電圧変換回路を備える赤外線受光回路において、短絡電流がフォトダイオードよりも大きい受光素子を少なくとも１つ以上直列接続したバイアス回路を備え、前記フォトダイオードと前記受光素子に光が照射されたとき、前記バイアス回路が発生する順方向電圧で、前記フォトダイオードに逆バイアスをかけることを特徴とする。

本発明によれば、より省エネ効果を高めた赤外線受光回路が得られる。

この発明の一実施形態を示すリモコン信号受信装置に関るリモコン１０を示す図。 同実施形態に用いられるリモコンの送信部とテレビジョン装置の受信部の説明図。 同実施形態の赤外線リモコンにおける信号波形のフォーマット。 同実施形態に用いられるリモコンコードの説明図。 本発明の第１の実施形態に係わる赤外線受光回路の一例を示す図。 第2の実施形態に係わる赤外線受光回路の一例を示す図。 従来技術に係わる赤外線受光回路。

以下、本発明の実施形態を説明する。
（実施形態１）
本発明による実施形態１を図１乃至図５を参照して説明する。
図１は、リモコン信号受信装置のリモコン１０を示す図である。簡単に一般のテレビジョン受像機等に共通なキー（ボタン）のみが載せられた構成を例示してある。
リモコン１０のキーがユーザによって押されるとリモコン１０内部の例えば図示せぬカーボン接点のスイッチが押され電池給電による増幅、コード化、赤外発光ダイオードによるコードの赤外線送信がテレビジョン受像機の受光部へ向けておこなわれる。対応して、受光部内の後述のフォトダイオードで受信した赤外線を電気信号へ変え増幅して搬送波を除きコードを得る。

このコードは、リモコン１０のキーに対応したコードである。例えば３Byteのコードとなっており、１Byte目はメーカ、２Byte目は商品、３Byte目はキーに対応するデータとする。「８」と表示されたキーは８ｃｈ（チャンネル）を選局するためのキーであり、キーの押下げデータは例えば１６進表示で０８Ｈである。

次に、図２を用いてリモコン１０および赤外線受光部１１間の通信を行う構成について説明する。
図２は、実施形態に用いられるリモコンの送信部とテレビジョン装置の受信部の説明図である。図２（ａ）はリモコン１０の赤外線送信部である。図２（ｂ）はリモコン信号受信装置の赤外線受光部である。図２（ａ）において、赤外発光器は、赤外発光ダイオードとそのドライバから構成され、図示せぬマイコンのドライブ信号により駆動される。この赤外発光器は、図２（ａ）に示すように、直流電源ラインＶｃｃと基準電位点間に、ドライブ用トランジスタＱのコレクタ・エミッタと赤外発光ダイオードＬＤと電流制限用抵抗Ｒとを直列に接続して構成され、トランジスタＱのベースにはマイコンからのドライブ信号が供給されて発光ダイオードＬＤを駆動することができるようになっている。

また図２（ｂ）において、赤外線受光部は、フォトセンサと増幅器等からなる赤外線リモコン受光器であり、２値のパルス波形を出力する。この赤外線リモコン受光器は、図２（ｂ）に示すように、フォトセンサとしてフォトダイオードＰＤにより、上記発光ダイオードＬＤからの赤外線パルスを受光し、まず電流信号を発生する。

次にこの電流信号をオペアンプ等のＩ−Ｖ変換器で電圧信号に変換し、プリアンプで増幅後、可変アンプと検波器とピーク値検出器とからなるＡＧＣループにより検波し、さらに波形整形器で波形整形することによりパルス波形を生成する。

上記の概略図のうちＰＤとＩ−Ｖ変換器およびＰＤに対して備わっている光学フィルターの部分を後に図５以下で、本実施形態の中心である赤外線受光回路として説明する。

さて図３は、赤外線リモコンにおける上述の２値のパルス波形である信号波形のフォーマットを示す図である。横軸は時間の遷移を縦軸は例えば電圧レベルを表している。リーダコード（Ｈ区間が9msec Ｌ区間が4.5msec）に続きカスタムコード及びデータコード等がある構成となっている。

図４は、実施形態に用いられるリモコンコードの説明図である。
リモートコントロール信号のコードは既に使用されているリモコンコードと共通のプロトコル（伝送規格）である。家庭用リモコンコードのプロトコルは国内では統一されており、図４（ａ）に示すように機器の種類と製造メーカを示すカスタムコードが１６ビット、制御の種類（内容）を示す制御コードが８ビット、これらが前後に継がった形でパルス周期変調されたものである。

図４（ｂ）は、16進数の１桁の数値と制御コード（以下、リモコンコード）との対応関係を示すテーブルを示している。上述のデータコードとして例えば、16進数の１桁の数値０〜９が、リモコン１０のリモコンボタンの０〜９にそれぞれ対応している。なおデータコードの一種として存在する開始制御コード、終了制御コードとしては、例えば、図４（ｃ）に示すように、リモコンコード"0x2b"と"0x2c"が用いられる。

図７は、従来技術に係わる赤外線信号を受信する赤外線受光回路を示している。フォトダイオード(PD)は、光を受けると電流を発生する半導体のダイオードである。一般的には、PDに逆バイアス(VBIAS)をかける。PDに逆バイアスをかけると、PN接合の接合容量が減少するので周波数特性が向上する。さらに、入力光量に対する出力電流の直線性も改善する。抵抗R1と容量C1によるハイパスフィルタは、PDが出力する低周波の外来信号（例えば太陽光）を阻止し、変調された赤外線信号の副搬送波周波数成分などを通過させる。ハイパスフィルタを通過したPDの出力電流はオペアンプと抵抗R2からなる電流−電圧変換回路により電圧に変換される。

課題として図1の場合、PDに低周波の外来光が照射されると、VBIASからPDに電流が流れる。この電流は変調された赤外線信号に関係なく消費されるため無駄である。

本実施形態は、低周波の外来光が照射されても、無駄に電流を消費しない赤外線受光回路を提供することを目的とし以下に、本発明に関わる赤外線受光回路の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図５に本発明の第１の実施形態に係わる赤外線受光回路を示す。図５では、少なくとも1つ以上の受光素子（フォトダイオード、太陽電池など）を直列接続したバイアス回路で、PDに逆バイアスをかける。受光素子の短絡電流をPDよりも大きくすると、PDと受光素子に光が照射されたとき、受光素子に順方向電圧が発生するので、バイアス回路でPDに逆バイアスをかけることが可能になる。逆バイアスを大きくしたい場合は、図５のように複数の受光素子を直列に接続する。低周波の外来光によるPDの電流は受光素子から供給されるため、無駄な電流消費がない。

通常、PDには所定の波長範囲の光を透過する光学フィルターを付加している。受光素子は多くの光を受光してPDに逆バイアスをかける必要があるため、光学フィルターを付加しない方がよい。

外来光が全くない場合、バイアス回路は順方向電圧を発生しないのでPDには逆バイアスがかからない。このような、外来光が全くない条件でPDと受光素子に赤外線信号を照射した場合でも、受光素子は赤外線信号によって順方向電圧を発生するので、PDに逆バイアスをかけることが出来る。

なお、R1、C1によるハイパスフィルタ、オペアンプ、R2による電流−電圧変換回路は、別の構成でもよい。
実施形態１では、少なくとも1つ以上の受光素子（フォトダイオード、太陽電池など）を直列に接続したバイアス回路の順方向電圧でPDに逆バイアスをかけることで、PDと受光素子に低周波の外来光が照射された場合でも、無駄な電流を消費しない。

（実施形態２）
本発明による実施形態２を図１乃至図４及び図６を参照して説明する。実施形態１と共通する部分は説明を省略する。
図６に本発明の第２の実施形態に係わる赤外線受光回路を示す。図６では、容量C2に電荷を充電して発生させた電圧でPDに逆バイアスをかける。この電圧を電流−電圧変換回路などの電源電圧として使用しても構わない。なお、容量C2に電荷を充電する手段は割愛する。容量C2には大容量電荷を充電することが可能な、電気二重層容量が使用されることが多い。

PDと受光素子に低周波の外来光が照射されると、PDは容量C2に充電された電荷を消費するが、同時に少なくとも1つ以上の受光素子を直列接続した充電回路がダイオードD1を介してC2に電荷を充電する。ダイオードD1は、外来光が少なく受光素子が電圧を発生しないときに、容量C2に充電した電荷が放電するのを阻止するためのものである。PDが消費する電荷と同等以上の電荷を充電回路から供給するようにすれば、無駄な電荷の消費がない。受光素子の短絡電流をPDよりも大きくすると、PDで消費する電荷よりも、受光素子が充電する電荷の方が大きくなるので、容量C2に電荷を充電することが出来る。

通常、PDには所定の波長範囲の光を透過する光学フィルターを付加している。受光素子は多くの光を受光して容量C2に電荷を充電する必要があるため、光学フィルターを付加しない方がよい。

なお、R1、C1によるハイパスフィルタ、オペアンプ、R2による電流−電圧変換回路は、別の構成でもよい。
容量C2に電荷を充電して発生させた電圧でPDに逆バイアスをかける。受光素子はダイオードD1を介して容量C2に電荷を充電する。PDと受光素子に低周波の外来光が照射された場合、PDで消費する電荷と同等以上の電荷を充電回路から供給することで、無駄な電荷を消費しない。

上記のように効果として本実施形態では、少なくとも１つ以上の受光素子を直列接続したバイアス回路の順方向電圧でフォトダイオードに逆バイアスをかけることで、フォトダイオードと受光素子に低周波の外来光が照射された場合でも、無駄な電流を消費しない。

なお、この発明は上記実施形態に限定されるものではなく、この外その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
また、上記した実施の形態に開示されている複数の構成要素を適宜に組み合わせることにより、種々の発明を形成することができる。例えば、実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良いものである。さらに、異なる実施の形態に係る構成要素を適宜組み合わせても良いものである。

１０ リモコン
Ｂ バイアス回路
Ｊ 充電回路

Claims (4)

1. 赤外線信号を受光し電流を出力するフォトダイオードと、フォトダイオードの出力電流の低周波成分を阻止するハイパスフィルタと、ハイパスフィルタを通過したフォトダイオードの出力電流を電圧に変換する電流―電圧変換回路を備える赤外線受光回路において、
   短絡電流がフォトダイオードよりも大きい受光素子を少なくとも１つ以上直列接続したバイアス回路を備え、前記フォトダイオードと前記受光素子に光が照射されたとき、前記バイアス回路が発生する順方向電圧で、前記フォトダイオードに逆バイアスをかけることを特徴とする赤外線受光回路。
2. 請求項１に記載の赤外線受光回路を備えた赤外線受光装置であって、前記フォトダイオードには所定の波長範囲の光を透過する光学フィルターを備え、前記受光素子は光学フィルターを備えないことを特徴とする赤外線受光装置。
3. 赤外線信号を受光し電流を出力するフォトダイオードと、フォトダイオードの出力電流の低周波成分を阻止するハイパスフィルタと、ハイパスフィルタを通過したフォトダイオードの出力電流を電圧に変換する電流―電圧変換回路と、フォトダイオード、ハイパスフィルタ、電流−電圧変換回路が消費する電荷を充電する容量を備えた赤外線受光回路において、
   短絡電流がフォトダイオードと同等以上の受光素子を少なくとも１つ以上直列接続した充電回路を備え、前記フォトダイオードと前記受光回路に光が照射されたとき、前記充電回路が容量に電荷を充電することを特徴とする赤外線受光回路。
4. 請求項３に記載の赤外線受光回路を備えた赤外線受光装置であって、前記フォトダイオードには所定の波長範囲の光を透過する光学フィルターを備え、前記受光素子には光学フィルターを備えないことを特徴とする赤外線受光装置。

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