JP2014053657A - データ入力装置およびデータ入力方法 - Google Patents

Abstract

【課題】データ受信の際に太陽電池の発電ロスが生じること無く高速なデータ伝送を行うデータ入力装置を実現する。
【解決手段】データ送信部１０が送信データに基づいてスマートフォン１００の表示画面のデータ送信領域を照光するＬＥＤバックライトをパルス幅変調して当該データ送信領域から光信号を発生すると、クオーツ型腕時計２００が備えるデータ受信部２０では、光信号を受光して光電変換する太陽電池の出力を所定レベルに維持すると共に、所定レベルに維持された当該太陽電池の出力に重畳される所定周波数域の信号に基づいてデータ送信部１０から送信された送信データを検出する。
【選択図】図４

Description

本発明は、光信号でデータ入力するデータ入力装置およびデータ入力方法に関する。

入力すべきデータに応じて点滅する光信号を、発電用の太陽電池を用いて光電変換し、その変換出力から検出したデータを装置入力する技術が知られている。例えば特許文献１には、入力すべきデータに応じて点滅する光信号を外部データ送信装置から電子時計の太陽電池に向けて照光（送信）すると、電子時計では光信号に応じて太陽電池が発生する光電変換出力からデータを検出し、検出したデータを電子時計の制御部に入力する技術が開示されている。

特開２００１−９９９６４号公報

ところで、上記特許文献１に開示の技術では、太陽電池に接続される逆流防止ダイオードの順方向電圧、すなわち光信号の受光に応じて変化する太陽電池出力レベルを所定電圧に対してコンパレートしてデータを検出する為、データ受信の際に太陽電池の発電ロスが生じたり、高速なデータ伝送に対応することが出来ないという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、データ受信の際に太陽電池の発電ロスが生じること無く高速なデータ伝送を行うことができるデータ入力装置およびデータ入力方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明のデータ入力装置は、第１の装置に設けられ、送信すべきデータを光変調した光信号を送信するデータ送信手段と、前記第１の装置とは別体の第２の装置に設けられ、前記データ送信手段から送信される光信号を受光して光電変換する光電変換手段と、この光電変換手段の出力を所定レベル範囲内に維持するクランプ手段と、このクランプ手段により所定レベル範囲内に維持された前記光電変換手段の出力に重畳されている所定周波数域の信号から前記送信すべきデータを抽出するデータ抽出手段とを具備することを特徴とする。

本発明では、データ受信の際に太陽電池の発電ロスが生じること無く高速なデータ伝送を行うことができる。

データ送信部を備えたスマートフォン１００およびデータ受信部を備えたアナログ型電子時計２００の各外観を示す外観図である。 スマートフォン１００のデータ送信領域が発光（送信）する光信号を、クオーツ型腕時計２００の太陽電池で受光する状態を示す図である。 パーソナルコンピュータでデータ送信機能を具現させる一例を示す図である。 データ入力装置の全体構成を示すブロック図である。 パルス幅変調される光信号の一例を示す図である。 データ受信部２０の基本的構成を示す回路図である。 太陽電池の負荷特性を示すグラフである。 太陽電池等価回路を示す回路図である。 実際の太陽電池アレイ等価回路を示す回路図である。 太陽電池アレイＳＣ１〜ＳＣｎの出力特性を示すグラフである。 太陽電池の出力から受信データを検出する検出部２０ｂの構成を示す回路図である。 検出部２０ｂを構成するコンデンサＣ１および抵抗Ｒ３からなるＣＲ結合回路の低域遮断特性の一例を示すグラフである。 周波数１００Ｈｚの送信データを太陽電池部２０ａが受光し、その受光出力に基づき検出部２０ｂがデータ受信した時の計測結果の一例を示すグラフである。 クオーツ型腕時計２００の制御部２２が実行するデータ受信処理の動作を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
Ａ．発明の概要
図１〜図３を参照して本発明の概要を説明する。本発明によるデータ入力装置は、データ送信部とデータ受信部とに大別される。図１（ａ）、（ｂ）は、実施の一形態によるデータ入力装置として、データ送信部を備えたスマートフォン１００およびデータ受信部を備えたクオーツ型腕時計２００の各外観を示す外観図である。

図１（ａ）に図示するスマートフォン１００では、データ送信機能のアプリケーションを実行することによって、タッチパネルを備えた表示画面（ＬＣＤパネル）に矩形状のデータ送信領域が形成されると共に、タッチ操作で年月日および時刻等を入力するための入力キーが表示される。スマートフォン１００は、入力キーのタッチ操作で入力される年月日を含む時刻情報（又は自己の時刻情報）を送信データとし、当該送信データに基づいて上記データ送信領域に対応するＬＥＤバックライトをパルス幅変調した光信号を発生する。図１（ｂ）に図示するクオーツ型腕時計２００には、文字板に太陽電池の受光面が配設される。太陽電池は、データ受信部の構成要素である。データ受信部の構成については追って述べる。

図２は、スマートフォン１００のデータ送信領域から発光（送信）される光信号を、クオーツ型腕時計２００の太陽電池で受光する状態を示す図である。この図に示すように、クオーツ型腕時計２００は、文字板に配設された太陽電池の受光面がスマートフォン１００のデータ送信領域に対向するように載置される。クオーツ型腕時計２００のデータ受信部は、この状態でデータ送信領域から発光（送信）される光信号を太陽電池で受光して光電変換する。

なお、本実施形態では、図１（ａ）に図示するスマートフォン１００にデータ送信機能を具備するようにしたが、これに限らず、図３に図示する一例のように、パーソナルコンピュータでデータ送信機能を具現させることも可能である。この場合、ディスプレイＤＳＰに形成したデータ送信領域に、太陽電池受光面が対向するようクオーツ型腕時計２００を配置させ、光信号を太陽電池により受光して光電変換することになる。

Ｂ．データ入力装置の構成
次に、図４〜図１３を参照してデータ入力装置の構成を説明する。先ず図４は、データ入力装置の全体構成を示すブロック図である。前述したように、スマートフォン１００が備えるデータ送信部１０は、データ送信機能のアプリケーションを実行することで具現される。データ送信部１０は、ユーザのタッチ操作で入力される時刻情報（年月日および時刻）に基づいてデータ送信領域（図１（ａ）参照）に対応するＬＥＤバックライトをパルス幅変調した光信号を発生する。

ここで、図５を参照してパルス幅変調される光信号の一例を説明する。この図に示す光信号は、同期データを形成するプリアンブル区間、設定データを含む時刻情報（年月日および時刻）区間、再送データ区間およびマーカからなる。

なお、同期データを形成するプリアンブル区間およびマーカのデューティ比は「１／２」、他の区間の“１”データのデューティ比は「４／５」、“０”データのデューティ比は「０」となる。また、時刻情報（年月日および時刻）区間に含まれる設定データとは、例えば表示モード、国、都市、閏年、サマータイムなどを設定するためのデータである。

再び図４を参照してクオーツ型腕時計２００の構成について説明する。クオーツ型腕時計２００は、太陽電池部２０ａおよび検出部２０ｂからなるデータ受信部２０、太陽電池部２０ａの発電出力を蓄電充電する一方、蓄電電力に基づき発生させた駆動電圧を制御部２２に供給する充電部２１と、充電部２１から供給される駆動電圧に応じて時計部２３を駆動制御すると共に、検出部２０ｂにて検出された受信データを復調して時計部２３に時刻合わせ等を指示する制御部２２と、制御部２２の指示に従って時刻計時して表示する時計部２３とから構成される。

次に、図６〜図１３を参照して太陽電池部２０ａおよび検出部２０ｂからなるデータ受信部２０について説明する。図６は、データ受信部２０の基本的構成を示す回路図である。この図に示すデータ受信部２０は、逆流防止ダイオードＤ１を介して負荷Ｚ０が接続された太陽電池の光電変換出力電圧を、コンパレータで比較電圧Ｖ１と比較して受信データを検出する。

このような基本的構成において、太陽電池は図７に図示する負荷特性を有する。すなわち、太陽電池は、図７に図示するように、負荷を短絡するとグラフ中のａ点で示す短絡電流が流れ、負荷を解放するとグラフ中のｃ点で示す解放電圧を出力する。また、このグラフ中のｂ点は最大電力を取り出せる動作点であり、負荷変動によりｄ曲線で示される特性となる。このような負荷特性を有する太陽電池において、受光照度を減少させると、ｅ曲線で示される特性となり、負荷電流が減少する。これにより、負荷が軽い場合、出力電圧は高くなるが、多少の負荷変動では出力電圧差が生じないことが分かる。

この理由について、図８に示す太陽電池等価回路を参照して説明する。図８の太陽電池等価回路から明かなように、受光に応じて発生する電流が抵抗Ｒ２に流れ、これにより抵抗Ｒ２の両端に生じる電圧がダイオードＤ２の順方向電圧を超えると、当該ダイオードＤ２を通して電流が流れ、あまり大きな電圧変化は生じない。

こうした特性を有する太陽電池は、図９に図示するように、通常複数のセルをシリーズ接続した太陽電池アレイＳＣ１〜ＳＣｎを用い、負荷側にある電源からの電流が太陽電池アレイＳＣ１〜ＳＣｎに流れ込まないように逆流防止ダイオードＤ１を設ける。

ここで、太陽電池アレイＳＣ１〜ＳＣｎの照度に対する出力電圧（図中ｆ点の電圧）、すなわち出力特性を図１０に示す。この図に示す出力特性から分かるように、照度に対する太陽電池アレイＳＣ１〜ＳＣｎの出力電圧は、照度が低い場合に変化が大きくなる一方、十分照度がある場合に比較的変化が少ない。例えば、太陽電池アレイＳＣ１〜ＳＣｎの負荷が軽い状態において、数百ルクス以上では照度を変化させても大きな電圧変化は生じない。これにより、比較的低照度（数百ルクス以内）の範囲でデータ伝送（データ受信）する方が太陽電池ＳＣ１〜ＳＣｎの出力電圧変化を大きく取ることが出来る為、有利になる。

次に、図１１を参照して太陽電池の出力から受信データを検出する検出部２０ｂの構成を説明する。この図に示す検出部２０ｂが、図６に図示した検出部２０ｂと相違する点は、太陽電池の出力をコンパレータの非反転入力端子に供給する信号経路に、コンデンサＣ１および抵抗Ｒ３からなるＣＲ結合回路と信号クランプ用のダイオードＤ３を設けたことにある。

コンデンサＣ１および抵抗Ｒ３からなるＣＲ結合回路は、図１２に図示する低域遮断特性を備えるハイパスフィルタＨＰＦと機能し、一方、ダイオードＤ３は太陽電池の出力を所定電圧にクランプして振幅変化を検出し易くする。そして、このような構成によれば、データ受信の際に太陽電池の発電ロスが生じること無く高速なデータ伝送が可能になる。

例えば、前述した送信データの周波数を１００Ｈｚとして受光した太陽電池の出力Ｖ０が、図１３（ａ）に図示するように、２Ｖ±１Ｖで振幅変化したとする。そうすると、上記ダイオードＤ３により−０．５Ｖにクランプされたコンパレータ入力（ハイパスフィルタＨＰＦを経た太陽電池の出力）は、図１３（ｂ）に図示する通り、殆ど振幅変化しないことが分かる。なお、コンパレータにより検出される受信データは、制御部２２に供給される。制御部２２は、検出部２０ｂから入力される受信データを復調して得た時刻情報（年月日および時刻）従って時計部２３に時刻合わせ等を指示する。

Ｂ．動作
次に、図１４を参照して制御部２２が実行するデータ受信処理の動作を説明する。以下では、スマートフォン１００に搭載されるデータ送信部１０が、表示画面のデータ送信領域（図１（ａ）参照）からパルス幅変調される光信号（図５参照）を送信（発光）しているものとする。

クオーツ型腕時計２００において、例えばデータ受信モードに設定されると、制御部２２が本処理を実行してステップＳ１に処理を進め、データ判別スタンバイ状態に設定した後、ステップＳ２に進み、光信号のプリアンブル（同期データ）を検出したか否かを判断する。光信号のプリアンブル（同期データ）を検出しなければ、判断結果は「ＮＯ」になり、上記ステップＳ１に処理を戻し、データ判別スタンバイ状態を維持する。

そして、データ判別スタンバイ状態下でユーザが、図２に図示するように、クオーツ型腕時計２００の文字板に配設された太陽電池の受光面をスマートフォン１００のデータ送信領域に対向するように載置すると、上述したデータ受信部２０により検出された受信データを制御部２２が復調して光信号のプリアンブル（同期データ）を検出する。すると、上記ステップＳ２の判断結果が「ＹＥＳ」になり、ステップＳ３に進み、データ判別スタンバイ状態を解除する。

続いて、ステップＳ４では、検出した光信号のプリアンブル（同期データ）に基づく同期設定が完了したか否かを判断する。同期設定していなければ、判断結果は「ＮＯ」になり、上述のステップＳ１に処理を戻してデータ判別スタンバイ状態に復帰させるが、同期設定し終えると、判断結果が「ＹＥＳ」になり、ステップＳ５に進む。

ステップＳ５では、光信号中の１ｓｔデータ、すなわち設定データを含む時刻情報（年月日および時刻）区間のデータを検出したかどうかを判断する。１ｓｔデータを検出することが出来なければ、判断結果は「ＮＯ」になり、上述のステップＳ１に処理を戻してデータ判別スタンバイ状態に復帰させるが、１ｓｔデータを検出し終えると、判断結果が「ＹＥＳ」になり、ステップＳ６に進む。なお、検出した１ｓｔデータ（設定データを含む時刻情報（年月日および時刻）は、制御部２２のメモリ（不図示）に記憶される。

次に、ステップＳ７では、光信号中の２ｎｄデータ、すなわち１ｓｔデータを再送する再送データ区間のデータを検出したかどうかを判断する。２ｎｄデータを検出することが出来なければ、判断結果は「ＮＯ」になり、上述のステップＳ１に処理を戻してデータ判別スタンバイ状態に復帰させるが、２ｎｄデータを検出し終えると、判断結果が「ＹＥＳ」になり、ステップＳ７に進む。なお、検出した２ｎｄデータ（設定データを含む時刻情報（年月日および時刻）は、制御部２２のメモリ（不図示）に記憶される。

そして、ステップＳ７に進むと、検出した１ｓｔデータおよび２ｎｄデータの一致・不一致を判別する。検出した１ｓｔデータおよび２ｎｄデータが不一致ならば、判断結果は「ＮＯ」になり、上述のステップＳ１に処理を戻してデータ判別スタンバイ状態に復帰させるが、検出した１ｓｔデータおよび２ｎｄデータが一致すると、判断結果は「ＹＥＳ」となり、検出した設定データを含む時刻情報（年月日および時刻）に基づき時刻データなどを書き換えて時計部２３に時刻合わせ等を指示した後、上述のステップＳ１に処理を戻す。以後、データ受信モードが解除されるまで上記ステップＳ１〜Ｓ８を繰り返す。

このように、本実施形態では、データ送信部１０が送信データ（時刻情報）に基づいて表示画面のデータ送信領域（図１（ａ）参照）を照光するＬＥＤバックライトをパルス幅変調して当該データ送信領域から光信号を発生すると、データ受信部２０では、光信号を受光して光電変換する太陽電池の出力を所定レベルに維持すると共に、所定レベルに維持された当該太陽電池の出力に重畳される所定周波数域の信号に基づいてデータ送信部１０から送信された送信データを検出するので、データ受信の際に太陽電池の発電ロスが生じること無く高速なデータ伝送を行うことができる。

なお、上述した実施形態では、表示画面のデータ送信領域（図１（ａ）参照）を照光するＬＥＤバックライトをパルス幅変調して当該データ送信領域から光信号を発生するようにしたが、これに限らず、表示画面のデータ送信領域における液晶シャッタを開閉制御して光変調させた光信号を生成する態様としても構わない。

以上、本発明の実施の一形態について説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、本願出願の特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。以下では、本願出願当初の特許請求の範囲に記載された各発明について付記する。

（付記）
［請求項１］
第１の装置に設けられ、送信すべきデータを光変調した光信号を送信するデータ送信手段と、
前記第１の装置とは別体の第２の装置に設けられ、前記データ送信手段から送信される光信号を受光して光電変換する光電変換手段と、
この光電変換手段の出力を所定レベル範囲内に維持するクランプ手段と、
このクランプ手段により所定レベル範囲内に維持された前記光電変換手段の出力に重畳されている所定周波数域の信号から前記送信すべきデータを抽出するデータ抽出手段と
を具備することを特徴とするデータ入力装置。

［請求項２］
前記データ送信手段は、前記第１の装置が備える表示画面の背面を照光する照光手段を備え、当該照光手段を送信すべきデータに基づいてパルス幅変調して当該表示画面から光信号を送信することを特徴とする請求項１記載のデータ入力装置。

［請求項３］
前記データ受信手段は、光信号を受光して光電変換する受光素子の出力から所定周波数域の信号を抽出するフィルタ手段を備えることを特徴とする請求項１記載のデータ入力装置。

［請求項４］
前記第１の装置はスマートフォンであり、前記データ送信手段は、当該スマートフォンの表示画面に形成されたデータ送信領域を前記光信号に基づいて発光させ、
前記第２の装置は時計であり、前記光電変換手段は、当該時計の文字板にその受光面が配設された太陽電池であることを特徴とする請求項１記載のデータ入力装置。

［請求項５］
送信すべきデータを光変調した光信号を第１の装置から送信するステップと、
前記第１の装置とは別体の第２の装置において、前記送信される光信号を受光して光電変換するステップと、
この光電変換された光信号の出力を所定レベル範囲内に維持するステップと、
この所定レベル範囲内に維持された前記光信号の出力に重畳されている所定周波数域の信号から前記送信すべきデータを抽出するステップと
を具備することを特徴とするデータ入力方法。

１０ データ送信部
１００ スマートフォン
２０ データ受信部
２０ａ 太陽電池部
２０ｂ 検出部
２１ 充電部
２２ 制御部
２３ 時計部
２００ クオーツ型腕時計

Claims (5)

1. 第１の装置に設けられ、送信すべきデータを光変調した光信号を送信するデータ送信手段と、
   前記第１の装置とは別体の第２の装置に設けられ、前記データ送信手段から送信される光信号を受光して光電変換する光電変換手段と、
   この光電変換手段の出力を所定レベル範囲内に維持するクランプ手段と、
   このクランプ手段により所定レベル範囲内に維持された前記光電変換手段の出力に重畳されている所定周波数域の信号から前記送信すべきデータを抽出するデータ抽出手段と
   を具備することを特徴とするデータ入力装置。
2. 前記データ送信手段は、前記第１の装置が備える表示画面の背面を照光する照光手段を備え、当該照光手段を送信すべきデータに基づいてパルス幅変調して当該表示画面から光信号を送信することを特徴とする請求項１記載のデータ入力装置。
3. 前記データ受信手段は、光信号を受光して光電変換する受光素子の出力から所定周波数域の信号を抽出するフィルタ手段を備えることを特徴とする請求項１記載のデータ入力装置。
4. 前記第１の装置はスマートフォンであり、前記データ送信手段は、当該スマートフォンの表示画面に形成されたデータ送信領域を前記光信号に基づいて発光させ、
   前記第２の装置は時計であり、前記光電変換手段は、当該時計の文字板にその受光面が配設された太陽電池であることを特徴とする請求項１記載のデータ入力装置。
5. 送信すべきデータを光変調した光信号を第１の装置から送信するステップと、
   前記第１の装置とは別体の第２の装置において、前記送信される光信号を受光して光電変換するステップと、
   この光電変換された光信号の出力を所定レベル範囲内に維持するステップと、
   この所定レベル範囲内に維持された前記光信号の出力に重畳されている所定周波数域の信号から前記送信すべきデータを抽出するステップと
   を具備することを特徴とするデータ入力方法。

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