JP3190663B2 - 光信号の受光装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は光信号の受光装置に関する。

〔発明の概要〕

この発明は、例えば、オーディオ信号により変調され
た光信号を受光する受光装置において、その受光素子に
対して所定の形状のプリズムを設けることにより、指向
性をほぼ無指向性にするようにしたものである。

〔従来の技術〕

小型あるいは簡易なアクティブスピーカ装置として、
スピーカボックスに電池で働くパワーアンプを内蔵させ
るとともに、信号ソースからスピーカ装置に光を使用し
てオーディオ信号を供給するようにしたものがある。

第８図は、そのようなスピーカ装置の回路の一例を示
すもので、図示の回路及び部品はすべてスピーカボック
スに内蔵されている。

そして、（１）は受光素子、例えばフォトダイオード
を示し、このフォトダイオード（１）はスピーカボック
ス（図示せず）の外部に臨まされ、送信機（図示せず）
からの赤外光LTを受光するようにされている。

この場合、その赤外光LTは、オーディオ信号SAにより
変調された信号光である。すなわち、オーディオ信号SA
が、例えば、 キャリア周波数:2.3MHz 最大周波数偏移：±150kHz のFM信号FTに変換され、このFM信号FTが直流バイアスと
ともに赤外線LEDに供給されて信号FTにより強度（輝
度）の変調された赤外光LTが出力される。なお、この赤
外光LTは、信号FTの負のピーク部分のとき、強度が０あ
るいは０に近い大きさとなるものである。

さらに、フォトダイオード（１）には、バンドパスフ
ィルタ（２）の入力側のコイルが直列接続されるととも
に、この直列回路が、デカップリング回路（３）を通じ
て電源用の電池（９）に接続される。

この場合、フィルタ（２）はπ型に構成され、FM信号
FTを通過帯域とするものである。また、電池（９）は直
列接続された４本の乾電池、すなわち、6Vである。

したがって、送信機からの赤外光LTがフォトダイオー
ド（１）により受光されると、ダイオード（１）からは
FM信号FTが得られ、これがフィルタ（２）から取り出さ
れる。

そして、このFM信号FTが、高周波アンプ（４）を通じ
てFM受信回路（５）に供給される。この受信回路（５）
は、一般のFM受信機用の１チップICをそのまま使用する
ものであり、高周波アンプからFM復調回路までを有す
る。したがって、受信回路（５）において、信号FTは周
波数が10.7MHzの中間周波信号に変換され、この中間周
波信号がFM復調されてもとのオーディオ信号Ａが取り出
される。

そして、この取り出された信号SAが、音量調整用の可
変抵抗器（６）を通じ、さらに、パワーアンプ（７）を
通じてスピーカ（８）に供給される。

なお、受信回路（５）からアンプ（７）にミューティ
ング信号SMが供給され、受信回路（５）にFM信号FTが供
給されていないときには、信号SMによりアンプ（７）に
ミューティングがかけられる。

そして、以上の回路（４）、（５）、（７）の電源を
制御するために、さらに次のように構成される。

すなわち、電池（９）と、回路（４）、（５）、
（７）の電源ラインとの間に、電源スイッチ用のトラン
ジスタ（27）のエミッタ・コレクタ間が直列接続され
る。

さらに、フィルタ（２）からの信号FTが検出回路（1
0）に供給される。この検出回路（10）は、この例にお
いては、狭帯域AM受信回路により構成されている。ま
た、この検出回路（10）には、電池（９）の電圧が、電
源スイッチを通じることなく動作電圧として供給されて
いる。

そして、フィルタ（１）からの信号FTが、高周波アン
プ（11）を通じ、信号FTに同調したπ型の同調回路（1
2）に供給される。また、この同調回路（12）の出力端
に負性インピーダンス変換回路（13）が接続され、この
変換回路（13）の示す負の入力インピーダンスにより同
調回路（12）の等価並列抵抗がキャンセルされ、同調回
路（12）の帯域幅は15〜20kHzとされる。

したがって、同調回路（12）において、これに供給さ
れたFM信号FTはスロープ検波され、その検波信号DLが変
換回路（13）から取り出される。

そして、この信号DLが、アンプ（14）を通じてAM検波
回路（15）に供給されてオーディオ信号SAの第２高調波
信号HLが取り出され、この信号HLが直流分の再生回路
（21）を通じてトランジスタ（22）のベースに供給され
る。

したがって、フォトダイオード（１）が赤外光LTを受
光したときには、信号FTが得られるので、信号HLにより
トランジスタ（22）はオンとなり、赤外光LTが受光され
ないときには、信号FTが得られないので、信号HLも得ら
れず、トランジスタ（22）はオフとなる。

そして、赤外光LTが受光されてトランジスタ（22）が
オンになると、これによりトランジスタ（24）がオンと
なり、トランジスタ（25）もオンとなる。そして、トラ
ンジスタ（25）がオンとなると、トランジスタ（26）が
オンとなり、トランジスタ（27）もオンとなる。

したがって、トランジスタ（27）を通じて電池（９）
の電圧が回路（４）、（５）、（７）に供給され、すな
わち、電源がオンの状態となる。したがって、上述のよ
うに、アンプ（４）からFM信号FTが取り出され、受信回
路（５）からオーディオ信号SAが取り出され、この信号
SAがアンプ（７）を通じてスピーカ（８）に供給され
る。

なお、このとき、LED（28）が発光して電源がオンで
あることが表示される。

しかし、送信機が赤外光LTの出力をやめると、フォト
ダイオード（１）に赤外光LTが受光されなくなり、トラ
ンジスタ（22）がオフとなるので、トランジスタ（24）
もオフとなり、トランジスタ（25）もオフとなる。そし
て、トランジスタ（25）がオフとなると、トランジスタ
（26）がオフとなり、トランジスタ（27）もオフとな
る。

したがって、電池（９）の電圧は回路（４）、
（５）、（７）に供給されなくなり、すなわち、電源が
オフの状態となる。

なお、この場合、トランジスタ（22）がオフとなって
も、時定数回路（23）により、トランジスタ（25）はト
ランジスタ（22）がオフとなってから例えば１分間はオ
ンの状態を続け、その後、オフとなる。したがって、障
害物などにより一時的にフォトダイオード（１）への赤
外光LTが途切れても電源がすぐにオフとなることはな
い。

また、このとき、受信回路（５）にもFM信号FTが供給
されないので、受信回路（５）からはリミットノイズが
出力されるが、このとき、ミューティング信号SMにより
アンプ（７）にはミューティングがかかっているので、
そのリミッタノイズがスピーカ（８）から出力されるこ
とはない。

こうして、このスピーカ装置によれば、電源コードは
もちろんのこと信号コードも接続しないでスピーカから
再生音を出すことができる。

ところで、フォトダイオード（１）は、一般に第９図
Ａに示すように構成されている。すなわち、受光チップ
（1C）が、透明のプラスチック樹脂（1M）により偏平の
箱状にモールドされるとともに、このモールド（1M）を
通じて２本の接続端子（1T）、（1T）が平行に引き出さ
れている。

そして、モールド（1M）の面のうち、端子（1T）、
（1T）を含む面と平行な面が入射光（赤外光）LTの受光
面（1R）とされ、この面（1R）に直交する方向が正面軸
の方向（θ＝０゜）とされている。

したがって、このフォトダイオードは、入射光LTに対
して第９図Ｂに示すように単一指向性を示し、すなわ
ち、ほぼ｜θ｜≦60゜の範囲の入射光LTに対しては感度
があるが、横方向（｜θ｜＝90゜）の入射光LTにはほと
んど感度がない。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述のスピーカ装置においては、第９図に示すような
フォトダイオード（１）を使用することになるので、送
信機の出力する赤外光LTに対して死角を生じてしまい、
スピーカ装置の置き場所に制限を生じてしまう。

そこで、第10図Ａに示すように、フォトダイオード
（１）の前面にレンズ（1L）を設けることが考えられ
る。

しかし、このようにすると、同図Ｂに示すように、正
面方向の感度は上昇するが、むしろ指向性が鋭くなり、
死角が広がってしまう。

また、フォトダイオード（１）が、正面方向に対して
±60゜の範囲で感度を示すので、第11図に示すように、
３個のフォトダイオード（１）、（１）、（１）を120
゜ずつ向きをずらして設け、無指向性にすることが考え
られる。

しかし、この場合には、３個のフォトダイオード
（１）〜（１）が必要なので、コストアップとなってし
まうとともに、スペースファクタが悪くなってしまう。
さらに、このように３個のフォトダイオード（１）〜
（１）を設けても、第11図の紙面内では無指向性になる
が、紙面と交差する面内では、やはり単一指向性とな
り、立体的に（球形状の）無指向性にするには、さらに
多くのフォトダイオードを組み合わせる必要があり、実
用的ではない。

この発明は、以上のような問題点を一掃しようとする
ものである。

〔課題を解決するための手段〕

今、第７図に示すように、三角プリズムPRSMを、その
底面がフォトダイオード（１）の受光面（1R）と平行と
なるように、かつ、近接ないし対接して配置する。

すると、一部の光LTは、実線あるいは破線で示すよう
に、プリズムPRSMで屈折してフォトダイオード（１）に
供給される。したがって、このとき、プリズムPRSMの頂
角φなどを選定しておくことにより、プリズムPRSMから
フォトダイオード（１）に入射する光の入射角を、θ＝
±60゜の範囲内、すなわち、フォトダイオード（１）の
感度のある範囲内とすることができる。

そして、このような入射角のとき、プリズムPRSMに入
射する光LTの入射角は、第７図からも明らかなように、
フォトダイオード（１）から見てθ＝±60゜の範囲外と
なっている。また、このとき、フォトダイオード（１）
は、正面（θ＝０゜）からのプリズムPRSMを通過しない
光にも感度を示す。

したがって、第７図のように、プリズムPRSMを設ける
と、フォトダイオード（１）から見て感度のある入射角
が等価的に広くなる。

この発明は、このような点に着目してフォトダイオー
ドの等価的な入射角を拡大するようにしたものである。

すなわち、この発明においては、各部の名称及び参照
符号を後述する実施例に対応させると、 フォトダイオード（１）と、 全体が環状ないし円錐台形で、断面がほぼ三角形で、
中央にほぼ逆円錐形の凹部を有するプリズム（50）と、
を設け、 このプリズム（50）はフォトダイオード（１）の受光
前面に設けられ、 フォトダイオード（１）の正面軸から離れた方向から
の信号光LTが、プリズム（50）を通じてフォトダイオー
ド（１）に入射されることにより、上記受光素子の前面
において半球状の指向性を有する ようにしたものである。

〔作用〕

フォトダイオード（１）の感度のない、あるいは感度
の低い方向からの信号光LTは、プリズム（50）において
屈折されてフォトダイオード（１）に供給され、フォト
ダイオード（１）の正面軸から離れた方向からの信号光
LTに対しても感度を示す。

〔実施例〕

第１図において、（30）はスピーカ装置のキャビネッ
ト（ケース）を示し、これはプラスチック材により形成
されているとともに、その外側の一部に円形の凹部（3
1）が形成されている。

そして、この凹部（31）の底面にシート状のクッショ
ン材（32）が設けられているとともに、このクッション
材（32）を間にしてフォトダイオード（１）が設けられ
ている。この場合、このフォトダイオード（１）は、そ
の正面軸の方向（θ＝０゜）がキャビネット（30）と直
交して外側を向くように設けられる。また、フォトダイ
オード（１）の接続端子（1T）、（1T）は途中から折り
曲げられ、クッション材（32）及びキャビネット（30）
に形成された透孔（33）、（33）を通じてキャビネット
（30）の内部に導かれている。

そして、この内部に導かれた端子（1T）、（1T）にコ
ネクタ（41）が接続され、このコネクタ（41）がリード
線（42）を通じて第８図に示すように接続されている。

さらに、フォトダイオード（１）の受光面（1R）の前
面には、プリズムPRSMに対応するプリズム（50）が設け
られている。このプリズム（50）は、第２図にも示すよ
うに、透明のアクリルにより全体が環状に形成されると
ともに、その断面が三角形に形成されている。なお、こ
の例においては、プリズム（50）の中心孔（53）の直径
は1mm、底部の外径は11.8mm、断面の三角形の頂角φは5
5゜、内側の面のなす角度は90゜である。

そして、このプリズム（50）の底面には、１対の脚部
（51）、（51）が一体に形成され、この脚部（51）、
（51）が、クッション材（32）及びキャビネット（30）
に形成された透孔（35）、（35）に差し込まれている。
さらに、プリズム（50）の底面には、例えば枠状に凸部
（52）が形成され、この凸部（52）がフォトダイオード
（１）の周囲に位置するように、プリズム（50）は設け
られている。

したがって、脚部（51）によりプリズム（50）の位置
が規制されているとともに、凸部（52）及び端子（1T）
によりフォトダイオード（１）の位置が規制されてい
る。

また、プリズム（50）の前面には、光学フィルタ（6
0）が設けられている。このフィルタ（60）は、赤外光L
Tを通過させ、他の不要な波長の光をカットするための
ものである。このため、フィルタ（60）は、全体が半球
状のドーム状に形成されるとともに、その縁部にＬ字状
ないしＪ字状の１対の脚部（61）、（61）が一体に形成
されている。そして、この脚部（61）、（61）が、クッ
ション材（32）及びキャビネット（30）に形成された透
孔（36）、（36）に差し込まれるとともに、脚部（6
1）、（61）の先端により脱落が防止されている。

さらに、このとき、フィルタ（60）の内周面が、プリ
ズム（50）の頂点に接するとともに、キャビネット（3
0）側に押すことにより、プリズム（50）及びフォトダ
イオード（１）を固定している。また、クッション材
（32）により、プリズム（50）及びフォトダイオード
（１）のがたつきが防止されている。

なお、以上の受光装置は、第３図に示すように、スピ
ーカ装置（10）のキャビネット（30）の左右両側に２組
設けられ、すなわち、正面軸の方向が互いに逆となるよ
うに設けられ、それぞれのフォトダイオード（１）、
（１）は、第８図において並列接続される。

このような構成によれば、プリズム（50）が環状に構
成されているとともに、その中心にフォトダイオード
（１）が位置するので、正面軸を含む任意の断面（例え
ば第１図の断面）において、フォトダイオード（１）の
両側に第７図に示すようにプリズムPRSM、PRSMが設けら
れていることになる。

したがって、その断面における指向性は、第４図に示
すようになり、θ＝±90゜以上の範囲にわたって感度を
得ることができる。

そして、この指向性は、正面軸を含むすべての断面に
おいて得ることができるので、第４図の指向性を、その
正面軸を中心に回転させた特性が全体の指向性となり、
すなわち、半球状の指向性となり、フィルタ（60）に対
してどの方向から入射した赤外光LTにも感度を得ること
ができる。

また、この受光装置は、第３図に示すように、スピー
カ装置（10）の両側に逆向きに設けられ、それぞれのフ
ォトダイオード（１）、（１）は並列接続されているの
で、それぞれの受光装置の指向性が合成され、全体とし
て球状の指向性となり、すなわち、立体的に無指向性と
なり、赤外光LTに対して死角がなくなる。

こうして、この発明によれば、赤外光LTに対して、指
向性を無指向性とすることができるが、この場合、特に
この発明によれば、フォトダイオード（１）の周囲に環
状のプリズム（50）を設けて無指向性にしている。した
がって、多数のフォトダイオードを必要とすることがな
く、また、そのプリズム（50）もプラスチックのモール
により形成できるので、きわめてローコストである。さ
らに、取り付けのスペースを小さくすることもできる。

また、半球状あるいは球状の指向性を得ることができ
るので、スピーカ装置などに対する取り付け場所の自由
度が大きい。

第５図及び第６図はプリズム（50）の他の例を示す。
すなわち、第５図の例においては、プリズム（50）の内
側の面（光LTの出射面）が平面ではなく、く字状に曲げ
られている場合である。

したがって、この曲げにより指向性を調整することが
できる。

また、第６図の例においては、プリズム（50）は、全
体が円錐台形に形成されるとともに、その中央に逆円錐
形の凹部（54）が形成された場合であり、その断面が三
角形となるが、第１図、第２図あるいは第５図のプリズ
ム（50）のような中心孔（53）はない。ただし、このプ
リズム（50）の場合には、その中央を肉薄とするだけの
モールド精度が必要である。

なお、上述においては、フォトダイオード（１）がオ
ーディオ信号SAにより変調された赤外光LTを受光する場
合であったが、リモコン信号の赤外光などを受光する場
合にもこの発明を適用できる。あるいは、例えば、第８
図の回路をヘッドフォンに設けるとともに、スピーカ
（８）の代わりにヘッドフォンの音響変換ユニットとす
ることもできる。

〔発明の効果〕

この発明によれば、フォトダイオード（１）の周囲に
環状のプリズム（50）を設けて無指向性にしている。し
たがって、多数のフォトダイオードを必要とすることが
なく、また、そのプリズム（50）もプラスチックのモー
ルドにより形成できるので、きわめてローコストであ
る。さらに、取り付けのスペースを小さくすることもで
きる。

また、半球状あるいは球状の指向性を得ることができ
るので、スピーカ装置などに対する取り付け場所の自由
度が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一例を示す断面図、第２図はその要
部を示す斜視図、第３図はスピーカ装置の一例を示す正
面図、第４図はその特性図、第５図及び第６図はこの発
明の要部の他の例の断面図、第７図はこの発明を説明す
るための側面図、第８図はワイヤレスアンプの一例を示
す接続図、第９図〜第11図は従来例及びその特性を示す
図である。 （１）はフォトダイオード、（10）はスピーカ装置、
（30）はキャビネット、（31）は凹部、（50）はプリズ
ム、（60）は光学フィルタである。

フロントページの続き (56)参考文献 実開 平２−20356（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−161045（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】受光素子と、 全体が環状ないし円錐台形で、断面がほぼ三角形で、中
   央にほぼ逆円錐形の凹部を有するプリズムと、 を有し、 このプリズムは上記受光素子の受光前面に設けられ、 上記受光素子の正面軸から離れた方向からの信号光が、
   上記プリズムを通じて上記受光素子に入射されることに
   より、上記受光素子の前面において半球状の指向性を有
   するようにした光信号の受光装置。