JP2017090074A - 受光器 - Google Patents

Abstract

【課題】赤外線ワイヤレスマイクロホンに用いる受光器において、薄型であって、高い耐ノイズ性を発揮する受光器を提供する。【解決手段】赤外線信号を受光して電気信号を出力する信号受信部１１を備え、信号受信部１１は、第１受光素子１１１と複数の第２受光素子１１２とを有してなり、第１受光素子１１１と第２受光素子１１２は回路基板１０に実装され、第１受光素子１１１は、狭指向性であり、第２受光素子１１２は、第１受光素子１１１よりも指向性が広く、第１受光素子１１１の周りに扇状に配置されるとともに、第２受光素子１１２の電極は第１受光素子１１１の方向に向けられて配置されている。【選択図】図２

Description

本発明は、赤外線通信（赤外線ワイヤレスマイクロホン）に用いる受光器に関するものである。

ワイヤレスマイクロホンは、使用する電磁波の種類によって多種多様なものがあり、その一種として、赤外線ワイヤレスマイクロホンが知られている。赤外線ワイヤレスマイクロホンは、赤外線信号を受信する受光器と共に使用される。赤外線ワイヤレスマイクロホンは、話者の音声を電気信号に変換して、この電気信号に基づく赤外線信号として送信する。受光器は赤外線ワイヤレスマイクロホンからの赤外線信号を受光して電気信号に変換して出力する。受光器は、赤外線信号を電気信号に変換して出力するための光電変換素子（受光素子）を備えている。

赤外線ワイヤレスマイクからの赤外線信号は、赤外線ワイヤレスマイクの位置の移動や壁などの反射により、いろいろな角度から受光器に到達する。このためいろいろな角度から到達する赤外線信号を効率よく受光するため、指向性の異なる受光素子が組み合わせられたり、複数の受光素子が使用される。このような構成を用いられることで、指向性が広げられたり、受光感度が高められたりされ、受光器は設計される。また、別の受光器では受光素子の感度を高めるようにレンズを備えている受光器が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−１７７１１８号公報

ここで、特許文献１に記載されている受光器にも共通する課題について、図７を用いて説明する。図７（ａ）は、従来例である受光器１００の正面図である。受光器１００は、回路基板３００に電子部品が実装されている面を正面とする。図７（ａ）に示すように、受光器１００はケース２００に収納されている回路基板３００に二種類の受光素子（受信用受光素子Ａと受信用受光素子Ｂ）を実装している。回路基板３００において、受光素子が実装される側の面を正面とし、反対側の面を背面とする。

受光器１００が備える回路基板３００は、二つの信号受信ブロックを実装している。一つの信号受信ブロックには、一つの受光素子Ａと、これを囲むように六つの受光素子Ｂが配置され、同じ構成の信号受信ブロックが左右対称に配置されている。これら複数の信号受信ブロックによって、複数の赤外線ワイヤレスマイクロホンを同時に使用できる。

図７（ｂ）の断面図に示すように、受光器１００の高さは、受光素子Ａの高さに大きく影響される。受光素子Ａは正面方向（図７（ｂ）における紙面上方向）からの赤外線信号を受光面に集める作用を発揮できる凸レンズを備えるものであるから、その指向性は正面方向のみである。受光素子Ｂはかまぼこ形状を有する円柱レンズを備えており、その指向性は正面だけではなく回路基板３００の面の方向にまで広い指向性を有する。そのため、受光素子Ｂは図７（ｂ）に示すように回路基板３００の面上に横たわる形で実装される。一方で、円柱レンズを備える受光素子には、指向性が広い反面、受光感度の比較的小さいものがある。その場合円柱レンズを備える受光素子が複数個実装されることで、受光感度は補われる。このような配置で実装する場合には、赤外線信号が到来する方向次第では、一部の受光素子Ｂは受光素子Ａの影に入り、その赤外線信号が受光素子Ａによって遮られる状態になる。したがって、受光素子Ａのレンズには、赤外線信号を受光面に集約させる効果を低下させずに、できるだけその高さが低いレンズが望まれている。

受光器１００のように、複数の受光素子Ｂが受光素子Ａの周囲に規則的に配置されると、回路基板３００に形成される信号線パターンは、信号受信ブロックの周囲を取り囲むような形状になる。このような信号線パターンは、ループを形成し、かつ、パターン長も長い。この場合、信号線パターンがループアンテナのように機能してしまうため、外来の電磁波による影響を受ける可能性が高くなる。

また、回路基板３００に実装される素子に対応する接地パターンは、回路基板３００の外周の近傍にも形成される。回路基板３００の外周の近傍には、電磁シールドである裏面シールドケース２０１用の接地パターンも形成される。素子の接地パターンとシールド用の接地パターンが接続されていると、裏面シールドケース２０１が拾った電磁波が直接電源の接地に流れずに信号受信ブロックにも分流して通過する可能性がある。このように裏面シールドケース２０１が拾った電磁波が信号受信ブロックを通過すると、ノイズの原因になる。

以上説明のとおり、赤外線マイクロホン用の受光器１００は壁や天井等に設置して用いるので、室内の景観を損なわせないように、なるべく薄い受光器が望まれている。しかし、従来の受光器１００は指向性を高めるためのレンズによって薄くしにくい構造になっていた。また、従来の受光器１００は、外来の電磁波に起因するノイズが出力に混入しないように電磁シールドを備えているが、素子の配置や、シールドケースの接地方法により、耐ノイズ性が低下する要因を含んでいた。

本発明は上記に述べた課題の解決するために、薄型であり、かつ、外来ノイズへの耐ノイズ性を高めることができる受光器を提供することを目的とする。

本発明は、赤外線信号を受光して電気信号を出力する信号受信部を備える受光器であって、前記信号受信部は、第１受光素子と複数の第２受光素子とを有してなり、前記第１受光素子は、狭指向性であり、前記第２受光素子は、前記第１受光素子よりも指向性が広く、前記第１受光素子の周りに扇状に配置されるとともに、前記第２受光素子の電極は前記第１受光素子の方向に向けられて配置されている、ことを主な特徴とする。

本発明によれば、薄型であり、かつ、外来ノイズへの耐ノイズ性を高めることができる

本発明に係る受光器の構成の例を示す分解斜視図である。 上記受信器が備える回路基板における実装状態の例を示す正面図である。 上記回路基板の例を示す正面図である。 上記回路基板の例を示す断面図である。 上記回路基板に形成される信号パターンの例を示す正面図である。 上記回路基板に形成される接地パターンの例を示す背面図である。 従来の受信器の構成の例を示す（ａ）正面図、（ｂ）断面図である。

●受光器の全体構成
以下、本発明の実施形態について図を参照しながら説明する。図１に示すように、本実施形態に係る受光器１は、回路基板１０と、シールドケース２０と、外装ケース３０と、を有してなる。

外装ケース３０は、下面ケース３１と上面ケース３２を組み合わせて構成される。外装ケース３０は、受光器１の内蔵部品を下面ケース３１と上面ケース３２の間に形成される空間において収納して保護する筺体である。下面ケース３１には、回路基板１０を設置するスペースが形成されている。上面ケース３２には、上面を電磁シールドで覆った状態で回路基板１０を収納できるスペースが形成されている。

シールドケース２０は、第１部材である表面シールド２１と、第２部材である裏面シールド２２と、を有してなる。表面シールド２１は、回路基板１０の正面側（表面側）を覆う電磁シールドである。裏面シールド２２は、回路基板１０の背面側（裏面側）を覆う電磁シールドである。表面シールド２１は、平面状の金網からなる網状部材と、網状部材の縁を全周に渡って囲む薄板状の壁部材から構成される。表面シールド２１の壁部材は、回路基板１０の側面の露出を防ぐ程度の寸法を有しているので、電磁シールドの効果を高める作用を有するとともに、表面シールド２１の網状部材の機械的強度を高める作用も有している。裏面シールド２２は、薄板状の部材から構成され、その外周部分を折り曲げて浅いトレイ状になるように加工されている。裏面シールド２２の外周部分の折り曲げ部により囲まれた空間は、回路基板１０を収納するスペースになる。

回路基板１０は、二つの信号用ブロック１１と、電源部を構成する１つの電源用ブロック１２と、を備える。信号用ブロックは信号受信部として機能する。回路基板１０の構成の詳細は後述する。

受光器１の全体的な形状は、直方体である。以下の説明において、受光器１の長手方向の軸をＸ軸、短手方向の軸をＹ軸、Ｘ軸とＹ軸に直交する高さ方向の軸をＺ軸とする。受光器１はＺ軸方向を正面として設置される。したがって、受光器１におけるＺ軸のプラス方向が、赤外線信号の送信器の方向に相当する。したがって、表面シールド２１の上面は赤外線信号が通過するように網状になっている。

●回路基板１０
次に、回路基板１０の詳細な構成について説明する。図２に示すように、回路基板１０は、赤外線信号を受光して電気信号に変換し出力する信号受信部である信号用ブロック１１を二つと、この二つの信号用ブロック１１に動作電源を供給する一つの電源用ブロック１２を備えている。

一方の信号用ブロック１１は回路基板１０の角に実装されていて、他方の信号用ブロック１１は一方の信号用ブロック１１の対角に実装される。以下の説明の便宜上、回路基板１０を区分する区分線１３を図示している。区分線１３は、一方の信号用ブロック１１と他方の信号用ブロック１１が配置されるそれぞれの領域を明示するための点線である。区分線１３は、受光器１００の動作に影響を与える要素ではない。２つの信号用ブロック１１は互いに、区分線１３を挟んで１８０°逆向きに配置される。言い換えると、２つの信号用ブロック１１は互いに、区分線１３を挟んで対向して配置されている。

信号用ブロック１１のそれぞれは、一つの第１受光素子１１１と、複数の第２受光素子１１２と、を有してなる。他方の信号用ブロック１１にある第１受光素子１１１および第２受光素子１１２の取付け方向は、一方の信号用ブロック１１にある第１受光素子１１１および第２受光素子１１２の取付け方向とは略１８０°逆向きに配置されている。電源用ブロック１２は、外部電源が供給される電源線を電気的に接続する端子を備えている。

一つの信号用ブロック１１に着目すると、一つの第１受光素子１１１を中心として、その周囲に複数の第２受光素子１１２が放射状かつ扇状に配置されている。第１受光素子１１１は、回路基板１０の端部付近に配置されているが、その端子は回路基板１０の内側に位置するように実装される。各第２受光素子１１２の端子は、第１受光素子１１１の端子に近くなるように実装される。

各第１受光素子１１１の受光面は、Ｚ軸方向に向いている。したがって、各第１受光素子１１１はＺ軸方向の受光感度が高く、この方向の指向性を有している。各第２受光素子１１２の受光面は、回路基板１０の面に沿う方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）において、それぞれ異なる方向に向いている。したがって、複数の第２受光素子１１２による受光感度は、Ｘ軸方向およびＹ方向の合成方向において高くなる。

すなわち、各信号用ブロック１１における合成された指向性は、ＸＹＺ軸方向において広範囲に拡がる。このように、指向性も合成されるため、本実施の形態における受光器は広範囲の赤外線信号を受光できる。

図３は、第１受光素子１１１と第２受光素子１１２を回路基板１０に実装するために使用される孔の配置の例を示している。第１受光素子１１１が実装される位置には、第１孔１１３が形成されている。第１孔１１３は、回路基板１０の表面と裏面を貫通していて、第１受光素子１１１の外形に合う形状からなる。第１孔１１３の周囲には、第１受光素子１１１と第２受光素子１１２を回路基板１０に実装するための端子孔１１４が形成されている。また、回路基板１０の長手方向の一端部には、電源用ブロック１２用の孔も形成されている。

受光器１は二つの信号用ブロック１１を備える。したがって、各信号用ブロック１１が備える第１受光素子１１１に対応する第１孔１１３も二つ形成されている。この二つの第１孔１１３は、回路基板１０の対角に相当する位置に形成される。このように第１孔１１３を形成することで、二つの第１受光素子１１１の間には第２受光素子１１２を配置するための空きが形成される。そのため、回路部品の配置や回路パターンの配置が容易となる。

次に、各第１受光素子１１１と回路基板１０との関係について、図４を用いて説明する。図４に示す断面図は、図１に示したＡ−Ａ線の断面の例を示す。第１受光素子１１１は、受光素子１１１１と光学素子１１１２とを組み合わせてなる素子である。受光素子１１１１は、赤外線信号を電気信号に変換して出力する素子である。受光素子１１１１が備える受光面は、Ｚ軸方向に向いている。

各光学素子１１１２は、受光素子１１１１の受光面に赤外線信号を集約するためのレンズである。光学素子１１１２は、例えばフレネルレンズであって、凸レンズよりも高さ方向の寸法は低くなっても赤外線信号を集約する機能は同等のものである。

各受光素子１１１１は、受光面が第１孔１１３を介して表面側に露出するように回路基板１０に取り付けられている。受光素子１１１１の端子は、回路基板１０に形成されている端子孔１１４に裏面側から通されている。光学素子１１１２は、回路基板１０の表面側から受光面上に取り付けられる。したがって、第１受光素子１１１は、回路基板１０を挟むような態様において、回路基板１０に固定される。

第１受光素子１１１を回路基板１０に上記のように固定することで、受光素子１１１１を回路基板１０の裏面側に突出させることができ、その分だけ、受光素子１１１１の高さ成分を回路基板１０の裏面側に持たせることができる。

受光器１の高さは、回路基板１０に実装される素子の高さ寸法に大きく依存する。特に、第１受光素子１１１の高さは受光器１の外観設計に影響を与える。上記のように受光素子１１１１を配置し、その受光面の上に、光学素子１１１２を固定することで、第１受光素子１１１の部分の高さ寸法を低くすることができる。これによって、受光器１を薄型にできる。また、信号用ブロック１１にある第１受光素子１１１および第２受光素子１１２の取付け方向を、対象関係にある他方の信号用ブロック１１にある第１受光素子１１１および第２受光素子１１２の取付け方向とは略１８０°逆向きに配置することによって、赤外線の受光特性である指向性を広げることができる。また、素子の向きを略１８０°異ならせることにより、素子に誘起した電磁ノイズの位相を反転させることができるため、電磁ノイズの影響を軽減させることができる。

なお、本実施形態ではフレネルレンズを光学素子１１１２として用いた場合を例にしたが、同様の効果を発揮するものであれば、フレネルレンズに限定するものではない。

●信号用の回路パターン
次に、受光器１における耐ノイズ性を高める構成について説明する。図５は、回路基板１０に形成される第１の回路パターンであるＰＤ（ＰＨＯＴＯ ＤＩＯＤＥ）信号線パターン１１５を例示している。ＰＤ信号線パターン１１５は、回路基板１０に第１受光素子１１１や第２受光素子１１２が実装される面に形成される。図５は、回路基板１０を正面側（Ｚ軸方向）から見ている。

ＰＤ信号線パターン１１５は、端子孔１１４における複数の孔の間を電気的に繋ぐための配線パターンである。この配線パターンのインピーダンスは、回路内の信号線パターン１１７に比べて非常に高い。そのため、この配線パターンは外来の電磁波を非常に受けやすくなっている。回路基板１０は、第１受光素子１１１の周囲において放射状に第２受光素子１１２を配置していて、第１受光素子１１１と第２受光素子１１２の端子を近づけるように端子孔１１４が形成されている。したがって、ＰＤ信号線パターン１１５を短く形成することができ、かつ、ＰＤ信号線パターン１１５がループ状にならない。以上のＰＤ信号線パターン１１５であれば、従来例のように、信号パターン長が長くなり、ループ状になることで外来の電磁波を拾ってしまうこともなく、受光器１の耐ノイズ性を高めることができる。

受光器１は、第１受光素子１１１が回路基板１０を挟み込むように、回路基板１０に実装される。また、受光器１は、２つの第１受光素子１１１が回路基板１０の対角に配置される。２つの第１受光素子１１１が回路基板１０の対角に配置されることで、第１受光素子１１１を中心にして放射状に第２受光素子１１２を配置することができる。これら複数の構成要素によって、受光器１は、薄型であり、かつ、優れた耐ノイズ性を有する。

●接地用回路パターン
次に、受光器１における耐ノイズ性を高めるための、別の構成について説明する。図６は、回路基板１０に形成される接地パターンを例示している。第１接地パターン１１６は、回路基板１０に第１受光素子１１１や第２受光素子１１２が実装される面の反対面、すなわち裏面側に形成される。図６は、回路基板１０を表面側（Ｚ軸方向）から透かして見た図であるから、実際に第１接地パターン１１６が形成されている面は裏面である。

図６に示すように、回路基板１０の裏面側には、接地用の回路パターンとして、信号用ブロック１１の接地に用いられる第１接地パターン１１６と、電源用ブロック１２の接地に接続するための電源接地パターン１２１が形成されている。第１接地パターン１１６は、信号用ブロック１１を構成する第１受光素子１１１と第２受光素子１１２および、信号用ブロック１１を構成するその他の受光素子の接地を電源用ブロック１２の接地につなげるためのものである。

また、シールドケース２０は、電源用ブロック１２の接地に接続する必要がある。すなわち、シールドケース２０は、大元の電源接地パターン１２１に繋ぐ必要がある。そこで、回路基板１０の長手方向端部において、回路基板１０の長手方向を跨ぐように第２接地パターン１２２が形成されている。第２接地パターン１２２にシールドケース２０の端部をハンダ付けし、シールドケース２０の他端を電源接地パターン１２１に直接半田付けして接続することで、シールドケース２０が接続固定される。

第２接地パターン１２２は、第１接地パターン１１６と電気的に分離するように、隙間を設けた離れた位置に形成されている。このように第２接地パターン１２２を形成することで、シールドケース２０が拾う電磁波は、信号用ブロック１１を通過することなく、直接電源接地パターンを経由して電源用ブロック１２の接地に流れる。また、シールドケース２０には十分な強度をもってハンダ付けがされるため、機械的強度も向上する。

以上説明した受光器１によれば、信号用ブロック１１を対角の位置に配置し、扇形に配置したそれぞれの第２受光素子同士を向い合わせに配置することで、省スペース化が可能になる。このような本実施の形態によると、各受光素子に対して効果的な配置と構成並びにパターンの接続方法を実現でき、受光器の小型薄型化に貢献する。また、外来の電磁波に対する受光器の耐ノイズ性を高めることができる。

なお、回路基板１０において、多層基板を使用し、各面のパターンを内層に設けることでも同様の効果を発揮させることができる。パターン等の説明に使用した図には、電子部品等の取付けにかかる穴やパターンの逃げなどは、便宜上省略している。

１ 受光器
１０ 回路基板
１１ 信号用ブロック
１２ 電源用ブロック
２０ シールドケース
２１ 表面シールド
２２ 裏面シールド
１１１ 第１受光素子
１１２ 第２受光素子
１１３ 第１孔
１１４ 端子孔
１１５ ＰＤ信号線パターン
１１６ 第１接地パターン
１１７ 信号線パターン
１２１ 電源接地パターン
１２２ 第２接地パターン
１１１１ 受光素子
１１１２ 光学素子

Claims (6)

1. 赤外線信号を受光して電気信号を出力する信号受信部を備える受光器であって、
   前記信号受信部は、第１受光素子と複数の第２受光素子とを有してなり、
   前記第１受光素子は、狭指向性であり、
   前記第２受光素子は、前記第１受光素子よりも指向性が広く、前記第１受光素子の周りに扇状に配置されるとともに、前記第２受光素子の電極は前記第１受光素子の方向に向けられて配置されている、
   ことを特徴とする受光器。
2. 前記第１受光素子は、受光面に赤外線信号を収束させるレンズを備えた、
   請求項１に記載の受光器。
3. 前記レンズはフレネルレンズである、請求項２に記載の受光器。
4. 前記信号受信部を２組備え、
   前記信号受信部のそれぞれは、前記第１受光素子および前記第２受光素子の取付け方向が略１８０°逆向きに配置される、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の受光器。
5. ２組の前記信号受信部は、それぞれ対角の位置関係に配置されるとともに、扇状に配置された２組の前記第２受光素子はそれぞれ向い合せになるように配置される、
   請求項４に記載の受光器。
6. 前記第１受光素子と前記第２受光素子は回路基板に実装され、
   前記回路基板は孔を備え、
   前記第１受光素子の前記レンズは、前記孔における前記回路基板の正面側に配置され、前記第１受光素子の前記受光面は、前記孔における前記回路基板の背面側から前記正面側に向けて固定される、
   請求項２乃至５のいずれかに記載の受光器。

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