JP4726559B2 - 光信号受信装置およびその装置を有する携帯情報通信端末 - Google Patents

Description

本発明は光信号を用いた情報の伝送に関する。より特定的には、本発明は、光信号に含まれる情報を取得できる光信号受信装置、その装置を有する携帯情報通信端末、およびその端末を有する光信号通信システムに関する。

光信号を用いて情報を伝達する技術に関し、たとえば特開２００４−３１２３９３号公報（特許文献１）は、第１の光源部と情報を光信号として送信する第２の光源部とを含む通信照明装置と、第２の光源部により発信された光信号を受信する携帯型端末装置とを備える通信システムを開示している。

このシステムにおいて、通信照明装置は、通常の照明装置が備える照明用光源に加えて、点滅光を発する情報送信部を含む。携帯型端末装置は、それが有する受光部において、情報送信部により発せられた点滅光を受信し、受信した光信号の内容を表示する。

このシステムによると、明かりを供給するための照明が光情報を発信するようになる。ここで、当該照明は、広く普及しているため、様々な場所において光通信を行うことが可能になる。
特開２００４−３１２３９３号公報

ところで、従来、光通信において光を受ける受光素子として、フォトダイオードなどが用いられている。フォトダイオードに光を当てると、光電効果によりフォトダイオードより光量に応じて光電流が発生する。この電流は、抵抗などを通して電流−電圧変換され、アンプ等により増幅される、たとえばシュミットトリガなどを介してデジタル信号に変換された後、他回路に出力される。したがって、光通信の機能を実現するためには、当該フォトダイオード等の受光素子が不可欠になる。

また、受光素子から出力される電荷を転送するための構成として、固体撮像素子が用いられるが、近年、いわゆるメガピクセルと称されるような数百万画素の構成が用いられている。この場合、撮影された画像を表示する場合、各素子に蓄積されている電荷を転送するために所定の時間を有することになる。

ここで、光信号に基づく伝送には、処理速度に関し、通常の画像処理に比べて高速の処理速度を必要とする。そのため、たとえば携帯電話、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）その他の撮像手段を有する携帯型の情報通信端末においては、従来の構成を用いて、光信号の受信機能を追加することができなかった。

また、光信号の受信のための構成を追加すると、当該端末の基本設計を変更する必要に迫られたり、端末の設計に新たな制約が生じる恐れがある。

また、当該構成の重量によって端末自身の重量も増加することになり、端末の携帯性を損なう恐れもある。

本発明は、上述の問題点を解決するためになされたものであって、その第１の目的は、既存のデバイスを用いて光信号を受信できる光信号受信装置を提供することである。

その第２の目的は、光信号に含まれる情報の取得を高速化できる光信号受信装置を提供することである。

第３の目的は、既存のデバイスを用いて光信号を受信できる携帯情報通信端末を提供することである。

第４の目的は、光信号に含まれる情報の取得を高速化できる携帯情報通信端末を提供することである。

第５の目的は、既存のデバイスを用いて光信号の伝送を実現できる光信号通信システムを提供することである。

上記の課題を解決するために、この発明のある局面に従う光信号受信装置は、複数の受光素子を有し各受光素子により光信号を受信する受光手段と、受光手段を駆動して受光素子からの信号の和を導出する駆動手段と、駆動手段により導出された信号の和から光信号を復調する復調手段とを備える。受光手段は、各受光素子において生じる電荷の転送を受けて保持するための複数の第１の転送用素子と、各第１の転送用素子に保持されている各電荷の転送を受けて保持するための第２の転送用素子とを有する。駆動手段は、各第１の転送用素子に対して、各第１の転送用素子に受光素子からの電荷を受けさせ、各第１の転送用素子について電荷の和をそれぞれ導出する第１の駆動手段と、第２の転送用素子に対して、各第１の転送用素子から各電荷の和を受けさせ、各電荷の和を出力させる第２の駆動手段とを含む。復調手段は、第２の駆動手段により出力された各電荷の和に基づいて、光信号を復調する。

好ましくは、光信号受信装置は、受光手段により受信された光信号の強度を検出する検出手段をさらに備える。駆動手段は、強度に応じて電荷を読み出す受光素子の数を変更する変更手段をさらに含む。

好ましくは、光信号は、発光手段を有する被写体により発光された発光信号である。発光信号は情報を伝達するための伝達信号を含む。復調手段は、光信号に基づいて伝達信号を取得する信号取得手段を含む。光信号受信装置はさらに、発光信号に基づいて被写体の画像信号を処理する画像信号処理手段と、画像信号処理手段から出力される信号に基づいて被写体の画像を表示する表示手段とを備える。

好ましくは、光信号受信装置は、受光手段からの信号の出力先を、画像信号処理手段および復調手段のいずれかに切り換える切換手段と、発光信号から、被写体の画像の信号又は伝達信号を取得するように、駆動手段と切換手段とを連携させて制御する制御手段とをさらに備える。

好ましくは、制御手段は、使用者が与える被写体の画像を捉えるタイミングから予め定められた時間内に、伝達信号を取得するように、駆動手段および切換手段を制御する。

この発明の他の局面に従う携帯情報通信端末は、上記のいずれかに記載の光信号受信装置を備える。

本発明に係る光信号受信装置によると、既存のデバイス、すなわち受光手段、を用いて光信号を受信できるため、他のデバイスを新たに追加する必要がなくなる。また、特定の受光領域からの電荷のみを転送することができるため、光信号に含まれる情報を速やかに取得することができる。

本発明に係る携帯情報通信端末によると、既存のデバイス、すなわち受光手段、を用いて光信号を受信できるため、他のデバイスを新たに追加する必要がなくなる。また、特定の受光領域からの電荷のみを転送することができるため、光信号に含まれる情報を速やかに取得することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

図１および図２を参照して、本発明に係る光信号受信装置を有する携帯情報通信端末の一態様である携帯電話１００について説明する。図１は、折畳式の携帯電話１００の筐体を開いた状態で正面から表わした図である。図２は、筐体を開いた状態で表わした携帯電話１００を背面から示した図である。

図１に示されるように、携帯電話１００は、第１の筐体１０４と、第２の筐体１０６と、スピーカ１７４と、メインディスプレイ１５０と、サブカメラ１４２と、操作のための入力を受ける入力部１２０と、マイク１７２とを含む。入力部１２０は、メインディスプレイ１５０に表示されるカーソルを移動するためのカーソル移動キー１２２と、押下に応じた信号を出力するための数字ボタンおよび記号から構成される１２キー１２４とを含む。

図２に示されるように、携帯電話１００は、第１の筐体１０４において、サブディスプレイ１６０と、操作のための入力を受けるサブ入力部１３０と、メインカメラ１４０と、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）１７６とを含む。また、携帯電話１００は、第２の筐体１０６に、信号の送受信を行なうアンテナ１０８を有する。送受信される信号は、電話のための電波と、後述するように、インターネットその他の通信回線との接続時に通信される信号とを含む。サブ入力部１３０は、サブディスプレイ１６０に表示されるカーソルを移動させるための指示の入力を受ける移動キー１３０ａ，１３０ｃと、決定キー１３０ｂとを含む。

なお、当該光信号受信装置を有する端末は、携帯電話に限られない。たとえば、ＰＤＡその他の情報処理端末、あるいはデジタルカメラであってもよい。

図３を参照して、携帯電話１００の構成についてさらに説明する。図３は、携帯電話１００のハードウェア構成を表わすブロック図である。

携帯電話１００は、図１および図２に示される構成に加えて、携帯電話１００の動作を制御するための制御回路３００と、データを格納するフラッシュメモリ３６０と、被写体を撮影して映像信号を出力する撮像部１４０と、撮像部１４０を制御するためのＣＣＤ（Charge Coupled Device）駆動制御回路３１０と、撮像部１４０からの出力信号の出力先を切り換えるためのスイッチ３２０と、撮像部１４０から出力される映像信号に基づいて予め定められた画像処理を実行するための画像信号処理回路３３０と、撮像部１４０からの信号に基づいて光信号を復調するための光通信信号処理回路３４０と、データを一時的に格納するためのＶＲＡＭ（Video Random Access Memory）３５０と、メインディスプレイ１５０およびサブディスプレイ１６０における表示のために出力先を切り換える切換回路３７０と、アンテナ１０８を介して信号の通信を行なうための通信回路３８０とを備える。

制御回路３００は、ＣＣＤイメージセンサ１４０ｃからの信号に基づいて受光された光信号の強度を検出するための検出回路３４０と、マイク１７２からの信号に対して予め定められた処理、およびスピーカ１７４への信号に対して予め定められた処理を実行するための音声信号処理回路３０２とを含む。

撮像部１４０は、携帯電話１００の筐体の表面に配置され外部から光を集めるレンズ１４０ａと、レンズ１４０ａにより集められた光を結像するために、入射光の方向あるいは範囲を制限するための絞り１４０ｂと、ＣＣＤ駆動制御回路３１０からの制御信号に基づいて、絞り１４０ｂを介して入射される光を受けて電気信号を出力するためのＣＣＤイメージセンサ１４０ｃを含む。ＣＣＤイメージセンサは、フォトダイオードその他の受光素子（図示しない）と、ＣＣＤ駆動制御回路３１０からの指令に応じて受光素子からの電荷を保持し、あるいは電荷を転送するための複数の固体撮像素子を含む。各固体撮像素子は、後述するように、予め定められた方向と当該方向の垂直方向とに従って、いわば格子状に配置されている。固体撮像素子は、たとえば周知のＣＣＤを含む。

ここで、図４を参照して、本実施の形態における信号処理について説明する。図４（Ａ）は、撮像部１４０により撮影される映像信号に対応する光量の変化を表わす図である。図４（Ｂ）は、その光量に応じてＣＣＤイメージセンサ１４０ｃから出力される信号の時系列的変化を表わす図である。図４（Ｃ）は、ＣＣＤイメージセンサ１４０ｃから出力される信号に基づいて撮像部１４０によって取得された信号が復元されることを説明するための図である。

図４（Ａ）に示されるように、撮像部１４０に対する光量は、時間（ｔ）に対して連続的に変化する。当該光量に対してＣＣＤイメージセンサ１４０ｃを駆動して信号を取り出す場合、図４（Ｂ）に示されるように、ＣＣＤイメージセンサ１４０ｃによる処理速度に応じた時間ごとに信号が取得される。この場合、信号の変化は、不連続なものとなる。このようにして取得された信号を用いて当初の光量に応じた信号を復元するための復調処理を実行する場合、図４（Ｃ）に示されるように、図４（Ａ）に示される曲線に対応する信号を復元することができる。

すなわち、図４（Ａ）から図４（Ｂ）への信号の取得に際し、ＣＣＤイメージセンサ１４０ｃに対して、電荷を高速で読み出す処理を実行させることにより、取得された信号から光信号への再現性を高めることができる。

次に、図５〜図７を参照して、携帯電話１００における信号の転送について説明する。図５は、垂直転送用のＣＣＤが有する複数の電極の構成を概念的に表わす図である。垂直転送用のＣＣＤは、４つの電極φ（１）〜φ（４）を有している。

図６は、図５に示される各電極に与えられるパルスの変化を表わすタイミングチャートである。時刻ｔ（１）において、電極φ（１）と電極φ（４）に対して、電圧を「ＯＦＦ」にするためのパルスが与えられている。このとき、電極φ（２）と電極φ（３）とは、電圧を「ＯＮ」にするためのパルスが与えられている。

その後、時刻ｔ（２）において、電極φ（１）と電極φ（４）に対して、電圧を「ＯＮ」にするためのパルスがそれぞれ与えられる。これにより、４つの電極φ（１）〜φ（４）は、全て同じ状態になる。

図７は、図６に示されるタイミングでパルスが各電極に与えられた場合における電荷の転送の状態を表わす図である。

時刻ｔ（１）において、電極φ（１）と電極φ（４）には、信号電荷は保持されていない。この時、電極φ（２）と電極φ（３）に、信号電荷１０１０ａ，１０１０ｂ，１０１０ｃが、それぞれ保持されている。

時刻ｔ（２）において、電極φ（１）およびφ（４）の各電圧値は、与えられるパルスが「ＯＦＦ」から「ＯＮ」に変化したことに応答して、変化する。すなわち、電極φ（１）と電極φ（４）は、電荷を蓄積できる状態に切り換わる。その結果、電極φ（１）〜φ（４）に、信号電荷１０２０が蓄積される。すなわち、信号電荷１０２０は、信号電荷１０１０ａ，１０１０ｂおよび１０１０ｃを総和したものに相当する。

ここで、垂直転送用のＣＣＤの電位レベルが水平転送用のＣＣＤの電位レベルよりも低い場合、信号電荷１０２０は、電極φ（１）から電極φ（４）に保持される。

その後、時刻ｔ（３）において、垂直転送用のＣＣＤの電位レベルを水平転送用のＣＣＤの電位レベルよりも高くすると、信号電荷１０２０は、水平転送用のＣＣＤ（図示しない）に移動する。このようにして、垂直転送用のＣＣＤに蓄積されている電荷は、水平転送用のＣＣＤに一斉に転送される。

従来のＣＣＤの駆動方式によれば、電極一つ一つの蓄積された電荷を順番に一つずつ転送して、水平転送用ＣＣＤに送っていたが、上記方法によれば、パルス一つで一気に送ることができる。

次に、図８を参照して、電荷の転送の態様についてさらに説明する。図８は、ＣＣＤイメージセンサ１４０ｃにおける電荷の状態を表わす図である。ここでは、説明を簡単に行なうために、ＣＣＤイメージセンサ１４０ｃを構成するＣＣＤが４行×４列の配列に従って配置されている場合について説明する。

すなわち、ＣＣＤイメージセンサ１４０ｃは、行方向及び列方向に従って配列された複数の受光領域の４つの列１１００ａ，１１００ｂ，１１００ｃ，１１００ｄを含む。各受光領域は、たとえばフォトダイオードその他の光電変換機能を有する素子により実現される。

ＣＣＤイメージセンサ１４０ｃは、各受光領域の配列の間に配置された垂直転送用のＣＣＤを含む。たとえばＣＣＤ１１１０ａ，１１２０ａ，１１３０ａ，１１４０ａは、受光領域の列１１００ａの配列に含まれる各受光素子（図示しない）により受けられた光信号に基づく電荷をそれぞれ受ける。

ＣＣＤイメージセンサ１４０ｃは、さらに、垂直転送用のＣＣＤに接続されている水平転送用のＣＣＤ１１５０ａ，１１５０ｂ，１１５０ｃ，１１５０ｄを含む。ＣＣＤ１１５０ａは、トランスファーゲート（図示しない）を介して、増幅部１１６０に接続されている。ＣＣＤ１１５０ａと増幅部１１６０との間に、蓄積部１１７０が配置されている。蓄積部１１７０は、たとえばコンデンサである。

図８（Ａ）を参照して、たとえば、電荷１１０１ａ，１１０２ａ，１１０３ａ，１１０４ａは、それぞれ受光領域の列１１００ａにおいて受けられた光信号に基づく電荷である。各ＣＣＤを制御するための信号（たとえばパルス信号）が、ＣＣＤ１１１０ａ，１１２０ａ，１１３０ａ，１１４０ａに対して与えられると、各ＣＣＤと各受光領域との間に配置されたトランスファーゲート（図示しない）が、閉状態から開状態に切り換わる。この切り換わりにより、各受光領域とＣＣＤとは電気的に接続され、各受光領域に蓄積されていた電荷は、各受光領域に対応するＣＣＤにそれぞれ移動する。その結果、図８（Ａ）に示されるように、１６個の電荷、すなわち電荷１１０１ａ〜１１０４ｄの転送が実現される。

その後、図６の時刻ｔ（２）におけるパルスが電極φ（１）〜φ（４）に与えられて、垂直転送用のＣＣＤと水平転送用のＣＣＤとの間のトランスファーゲート（図示しない）が閉状態から開状態に切り換わると、垂直転送用のＣＣＤにおいて蓄積されていた電荷は、それぞれ水平転送用の各ＣＣＤに移動する（図８（Ｂ））。

ここで、水平転送用の各ＣＣＤに関し、隣接するＣＣＤ間は、トランスファーゲートによって閉じられている。各トランスファーゲートは、ＣＣＤ駆動制御回路３１０からの制御信号に基づいて、各々の閉状態と開状態とを切り換える。

その後、これらのトランスファーゲートが開状態に切り換わると、水平転送用のＣＣＤに蓄積されていた各電荷は、トランスファーゲートを通って、蓄積部１１７０に移動し（図８（Ｃ））、その後、増幅部１１６０に入力される。増幅部１１６０は、当該電荷を用いて増幅処理を行ない、処理により生成された信号を出力する。蓄積部１１７０は、電荷を蓄積するためのコンデンサを有しており、水平転送用のＣＣＤから送られてきた電荷を蓄積し、各電荷の総和を算出する。その後、電荷の総和としての信号は、スイッチ３２０に転送される。

なお、ここでは、ＣＣＤイメージセンサ１４０ｃに含まれる全ての受光領域からの電荷を転送する場合について説明したが、本発明の適用は、この場合に限られるものではない。たとえば予め定められた一部の領域に含まれる受光領域からの電荷を転送するものであってもよい。

あるいは、予め定められた１つの受光領域からの電荷を転送するものであってもよい。たとえば、蓄積部１１７０に最も近い場所に位置するＣＣＤ１１１０ａに対する電荷を与えることができる受光領域のみを、光信号を受信するために用いてもよい。このようにすると、他の領域からの電荷の転送を行なう必要がなくなるため、一層の高速処理を実現することができる。

あるいは、受光領域において受けられた光の強度に応じて電荷の転送を切り換えるようにしてもよい。すなわち、入射光の強度が予め定められた強度を下回る場合には、そのような光信号に基づいて情報を取得しても誤った情報が取得される恐れがあるため、当該強度を上回る光を受信した領域からの電荷を転送するようにしてもよい。この場合、制御回路３００は、ＣＣＤイメージセンサ１４０ｃにおける光の強度を検出し、その検出結果に応じてＣＣＤ駆動制御回路３１０に対し、電荷を転送する受光領域あるいはＣＣＤを駆動するように、指示を出力する。

次に、図９を参照して、携帯電話１００の制御構造について説明する。図９は、ＣＣＤ駆動制御回路３１０が実行する処理の手順を表わすフローチャートである。

ステップＳ１２１０にて、ＣＣＤ駆動制御回路３１０は、ＣＣＤイメージセンサ１４０ｃの受光領域に保持されている電荷を、垂直転送用のＣＣＤに一斉に転送させる。ステップＳ１２２０にて、ＣＣＤ駆動制御回路３１０は、垂直転送用のＣＣＤに保持されているすべての電荷を、水平転送用のＣＣＤに転送させる。具体的には、電極φ（１）〜φ（４）に図６の時刻ｔ（２）におけるパルスを与える制御を行う。この転送により、垂直転送用のＣＣＤのうち１列のＣＣＤに保持されている電荷が水平転送用のＣＣＤに積和され、ＣＣＤ１１５０が電荷を蓄積することになる。

ステップＳ１２３０にて、ＣＣＤ駆動制御回路３１０は、水平転送用のＣＣＤに保持されているすべての電荷を蓄積部１１７０に転送し、すべての電荷を積和する。

ステップＳ１２４０にて、ＣＣＤ駆動制御回路３１０は、蓄積部１１７０に保持されている電荷を読み取り、読み取った電荷を増幅部１１６０で増幅し、増幅された信号を出力する。

ステップＳ１２５０にて、ＣＣＤ駆動制御回路３１０は、連続した光通信信号を受信するために、上記の各処理を反復する。

次に、図１０および図１１を参照して、垂直転送用のＣＣＤから水平転送用のＣＣＤへの電荷の移送について別の実施例を説明する。図１０は、図５に示される各電極に与えられるパルスの変化を表わすタイミングチャートである。図１１は、各時刻における電荷が蓄積されている状態の変化を表わす図である。

垂直転送用のＣＣＤは、図５に示されるように４つの電極φ（１）〜φ（４）を有している。係る構成において、各電極に対し、図１０に示されるタイミングで、電圧値を切り換えるための指令が与えられる。

すなわち、図１０を参照して、時刻ｔ（１）において、電極φ（１）と電極φ（４）に対して、正電圧を「ＯＦＦ」にするためのパルスが与えられる。この時、電極φ（２）と電極φ（３）とに対して、正電圧を「ＯＮ」にするためのパルスが与えられる。各電極の電圧値は、これらのパルスに応じて変化する。

その後、時刻ｔ（２）において、電極φ（４）に対して、正電圧を「ＯＮ」にするためのパルスが与えられる。他の電極に対しては、時刻ｔ（１）におけるパルスがそのまま与えられている。時刻ｔ（３）〜時刻ｔ（８）においても、同様に、図１０に示されるパターンで各電極にパルスが与えられ、各電極の電圧値は、これらのパルスに応じて変化する。このようにして各電極における電圧値が変化すると、各電極に保持されている電荷は、図１１に示される態様で移送される。

すなわち、図１１を参照して、時刻ｔ（１）において、電極φ（１）と電極φ（４）には、信号電荷は保持されていない。この時、電極φ（２）と電極φ（３）に、信号電荷７１０ａ、７１０ｂ、７１０ｃが、それぞれ保持されている。

時刻ｔ（２）において、電極φ（４）の電圧値は、与えられるパルスが「ＯＦＦ」から「ＯＮ」に変化したことに応答して、変化する。すなわち、電極φ（４）は、電荷を蓄積できる状態に切り換わる。その結果、電極φ（２）〜φ（４）に、信号電荷７２０ａ，７２０ｂ，７２０ｃがそれぞれ蓄積される。

時刻ｔ（３）において、電極φ（２）の電圧値は、与えられるパルスが「ＯＮ」から「ＯＦＦ」に変化したことに応答して、変化する。すなわち、電極φ（２）は、電荷を蓄積しない状態に切り換わる。その結果、電極φ（３）と電極φ（４）に、信号電荷７３０ａ，７３０ｂ，７３０ｃがそれぞれ蓄積される。

時刻ｔ（４）において、電極φ（１）の電圧値は、与えられるパルスが「ＯＦＦ」から「ＯＮ」に変化したことに応答して、変化する。すなわち、電極φ（１）は、電荷を蓄積する状態に切り換わる。その結果、電極φ（１）と電極φ（３）と電極φ（４）に、信号電荷７４０ａ〜７４０ｄがそれぞれ蓄積される。

時刻ｔ（５）以降においても、各電極に対するパルスの変化に応答して、電荷が蓄積される電極は順次切り換わる。このようにして、各電極に蓄積されている電荷は、順次移送され、信号の転送が実現される。

なお、各電極に与えられるパルスの「ＯＮ」および「ＯＦＦ」と各電極における電荷の蓄積の有無との関係は、上記の説明に示された関係に限られない。少なくとも、各パルスが排他的に、電荷のＯＮおよびＯＦＦに対応していれば良い。

次に、図１２を参照して、イメージセンサ１４０ｃにおける電荷の転送についてさらに説明する。図１２は、４行×４列に配置されたＣＣＤにおける電荷の転送の状態を表わす図である。

図１２（Ａ）に示されるように、４列の垂直転送用のＣＣＤに保持されている電荷のうち、１行分のＣＣＤに保持されている電荷１３０１ａ，１３０１ｂ，１３０１ｃ，１３０１ｄは、受光領域の各列１１００において受けられた光信号に基づく電荷である。各行のＣＣＤにおいても同様である。図１２（Ｂ）に示されるように、垂直転送用のＣＣＤに保持されている電荷は、逐次、水平転送用のＣＣＤ１１５０ａ，１１５０ｂ，１１５０ｃ，１１５０ｄにそれぞれ転送される。この転送は、ＣＣＤ駆動制御回路３１０から図１０に示される各電極に与えられるパルスに基づいて実現される。

また、たとえば２行分のＣＣＤに蓄積された電荷を転送する場合には、図１０で時刻ｔ（１）からｔ（８）に示されるパターンのパルスを２サイクル繰り返すことにより、２行分の電荷を転送することができる。この場合、たとえば図１２（Ｂ）に示されるように、８個（＝４列×２行）の電荷が水平転送用のＣＣＤに転送される。このとき、各列の２行分の電荷が、水平転送用のＣＣＤ１１５０ａ，１１５０ｂ，１１５０ｃ，１１５０ｄで総和されることになる。

垂直転送用のＣＣＤに保持されていた電荷のうち予め定められた行の電荷がすべて水平転送用のＣＣＤに転送されると、これらの電荷は、蓄積部１１７０に転送される（図１２（Ｃ））。水平転送用のＣＣＤに蓄積されていた電荷のうち予め定められた列の電荷が蓄積部１１７０に転送されると、蓄積部１１７０における電荷に基づいて、転送された全ての電荷の総和が導出される（図１２（Ｄ））。

従来のＣＣＤの駆動方式によれば、垂直転送用のＣＣＤに保持された電荷を１行ずつ水平転送用ＣＣＤに転送し、水平転送用ＣＣＤ内で、電荷一つずつを増幅部１１６０に送って、信号を取り出していた。上記方法によれば、１行、あるいは複数行の電荷を水平転送用ＣＣＤに転送する。この間に、水平転送用ＣＣＤ内での電荷の転送を行わないので、高速に垂直転送用のＣＣＤに保持された電荷を蓄積部１１７０まで転送することができる。

次に、図１３を参照して、本実施の形態に係る携帯電話１００の制御構造についてさらに説明する。図１３は、ＣＣＤ駆動制御回路３１０が実行する処理の手順を表わすフローチャートである。

ステップＳ１４１０にて、ＣＣＤ駆動制御回路３１０は、ＣＣＤイメージセンサ１４０ｃに保持されている受光領域の電荷すべてを垂直転送用のＣＣＤに一斉に転送する。ステップＳ１４２０にて、ＣＣＤ駆動制御回路３１０は、垂直転送用のＣＣＤに保持されている電荷のうち１ライン（すなわち１行分）に相当する電荷を、水平転送用のＣＣＤに転送する。具体的には、図１０で時刻ｔ（１）からｔ（８）に示されるパターンのパルスを各電極に与えることで実現される。

ステップＳ１４３０にて、ＣＣＤ駆動制御回路３１０は、水平転送用のＣＣＤにｍライン分の電荷を転送したか否かを判断する。ここで、ｍラインは、ＣＣＤイメージセンサ１４０ｃにおいて、ＣＣＤが配列されている行に相当する。ｍライン分の電荷が転送されている場合には（ステップＳ１４３０にてＹＥＳ）、処理はステップＳ１４４０に移される。そうでない場合には（ステップＳ１４３０にてＮＯ）、処理はステップＳ１４２０に戻される。

ステップＳ１４４０にて、ＣＣＤ駆動制御回路３１０は、水平転送用のＣＣＤに保持されている電荷を増幅部１１６０に転送する。ステップＳ１４５０にて、ＣＣＤ駆動制御回路３１０は、増幅部１１６０にｎライン分の電荷を転送したか否かを判断する。ここでｎラインとは、すなわちＣＣＤイメージセンサ１４０ｃにおいて形成されているＣＣＤの列の数をいう。ｎライン分の電荷が転送されている場合には（ステップＳ１４５０にてＹＥＳ）、処理はステップＳ１４６０に移される。そうでない場合には（ステップＳ１４５０にてＮＯ）、処理はステップＳ１４４０に戻される。

ステップＳ１４６０にて、ＣＣＤ駆動制御回路３１０は、増幅部１１６０に対して電荷の読み取り指令を出力する。増幅部１１６０は、その指令に応じて電荷を読み取り、読み取った電荷に基づいて信号を復調し、復調した信号を出力する。

ステップＳ１４９０にて、ＣＣＤ駆動制御回路３１０は、連続した光通信信号を受信するために、上記の各処理を反復する。

上記方法では、ｍ行×ｎ列の画素列の電荷を読み出したが、全画素の中で、ｍ行×ｎ列の画素列が複数存在する場合、信号の対ノイズ比を上げるために、ｍ行×ｎ列の画素列の電荷の読み出しを複数回、繰り返してもよい。

ここで、図１４を参照して、本実施の形態に係る携帯電話１００の使用態様について説明する。図１４は、鉄道の駅に設置されている掲示板１５００により発信される光信号を携帯電話１００が受信し、携帯電話１００が通信回線１５９０を介してサーバ２１００に接続する態様を表わす図である。ここで通信回線１５９０は、たとえばインターネットである。あるいは、ＬＡＮ（Local Area Network）、ＷＡＮ（Wide Area Network）であってもよい。

掲示板１５００は、後述するように予め定められた間隔で光信号を発信可能な行先案内板を構成するＬＥＤ１６００を含む。ＬＥＤ１６００は、たとえばＬＥＤ（Lightening Emitting Diode）により構成されている。携帯電話１００の使用者がＬＥＤ１６００の方に携帯電話１００を向けて予め定められた撮影操作を実行すると、携帯電話１００は、ＬＥＤ１６００の画像を取得する。またその使用者が光信号を受信するために予め定められた操作を実行すると、携帯電話１００の撮像部１４０は、ＬＥＤ１６００から発信されている光信号を受信する。

使用者が携帯電話１００に対して予め定められた接続操作を実行すると、携帯電話１００は通信回線１５９０を介してサーバ２１００に接続できる。サーバ２１００は、たとえば列車に関する情報を提供するサーバである。

なお、携帯電話１００とサーバ２１００との間の通信は、周知の通信プロトコルに基づいて実現される。したがって、ここでは、当該通信についての詳細な説明は、繰り返さない。

図１５を参照して、掲示板１５００の表示態様について説明する。掲示板１５００において、ＬＥＤ１６００は、列車の発着情報を表示する。この情報は、たとえば図１５に示されるように、各々の列車（たとえば列車１５１０）が出発するホーム、各列車の行先、各列車の発車時刻などを含む。ＬＥＤ１６００は、予め定められた表示制御に基づいて時刻に応じた表示を実現する。このとき、ＬＥＤ１６００は、通常は図１５に示されるような情報を表示する。さらに、ＬＥＤ１６００は、予め定められた間隔で人間の目によっては認識できない信号を光信号として送信する。この送信は、ＬＥＤ１６００が高速で点滅することにより実現される。

図１６を参照して、本発明に係る光信号受信装置に対して光信号を発信する掲示板１５００の構成について説明する。図１６は、掲示板１５００のハードウェア構成を表わすブロック図である。

掲示板１５００は、データを格納するメモリ１７１０と、時刻を計測するタイマ１７２０と、ＬＥＤ１６００と、ＬＥＤ１６００における表示を制御するためのシステム制御回路１７３０とを含む。掲示板１５００は、ＬＥＤ１６００による発光の状態（色、発光タイミング等）を切り換えることにより、複数の表示を実現する。

システム制御回路１７３０は、メモリ１７１０に格納されているデータに基づいてＬＥＤ１６００に表示される情報を生成するための情報生成回路１７４０と、情報生成回路１７４０により生成された情報とタイマ１７２０により計測された時刻とに基づいてＬＥＤ１６００における表示を実行する表示制御回路１７５０とを含む。メモリ１７１０は、行先情報を格納する領域１７１２と、列車に関する情報を提供するサーバ（たとえばサーバ２１００）にアクセスするためのアクセス情報を格納する領域１７１４と、掲示板１５００が設置されている場所を表わす現在位置コードが格納されている領域１７１６とを含む。

ここで、図１７を参照して、掲示板１５００により発信される光信号の構成について説明する。図１７は、ＬＥＤ１６００の点滅に応じて出力される光信号の構成を表わす図である。

光信号１８００は、信号の先頭を表わす開始ビット１８１０と、アクセス情報が格納されている領域１８２０と、現在位置コードが格納されている領域１８３０と、信号の終わりを表わす終了ビット１８４０とを含む。

領域１８２０に格納されている情報は、たとえばメモリ１７１０の領域１７１４に格納されているデータである。すなわち情報生成回路１７４０が領域１７１４に格納されているデータを読み出し、その読み出されたデータに基づいて光信号１８００を生成する際に、そのデータを領域１８２０に格納する。同様に領域１８３０に格納されているデータは、メモリ１７１０の領域１７１６に格納されているデータに対応する。また開始ビット１８１０および終了ビット１８４０については、当業者にとっては容易に理解できるため、ここではその詳細の説明は繰り返さない。

なお、情報の伝達のために送信される光信号１８００は、図１７に示される項目以外の項目をデータとしてさらに有していてもよい。たとえば、列車の運行状態その他のより具体的な情報が含まれていてもよい。このようにすると、携帯電話１００の使用者は、通信回線１５９０を介して情報を取得することなく、多くの情報を入手することが可能になる。

図１８を参照して、本実施の形態に係る掲示板１５００の制御構造について説明する。図１８は、情報生成回路１７４０および表示制御回路１７５０が実行する処理の手順を表わすフローチャートである。

ステップＳ１９１０にて、表示制御回路１７５０は、タイマ１７２０により計測された時刻を検出する。ステップＳ１９２０にて、情報生成回路１７４０は、メモリ１７１０から、検出された時刻に応じた行先表示用のデータを読み出す。情報生成回路１７４０は、その読み出したデータに基づいてＬＥＤ１６００において行先表示を実現するためのデータを生成する。ステップＳ１９３０にて、表示制御回路１７５０は、情報生成回路１７４０により生成されたデータをＬＥＤ１６００に対して出力する。ＬＥＤ１６００は、そのデータに応じて行先の表示（たとえば図１５）を実現する。

ステップＳ１９４０にて、表示制御回路１７５０は、タイマ１７２０からの時刻に基づいて、予め定められた時間が経過したか否かを判断する。予め定められた時間が経過している場合には（ステップＳ１９４０にてＹＥＳ）、処理はステップＳ１９５０に移される。そうでない場合には（ステップＳ１９４０にてＮＯ）、処理はステップＳ１９１０に戻される。

ステップＳ１９５０にて、情報生成回路１７４０は、メモリ１７１０の領域１７１４，１７１６に格納されているデータに基づいて掲示板１５００の位置情報の送信用の信号を生成する。生成された信号は、表示制御回路１７５０に対して送出される。ステップＳ１９６０にて、表示制御回路１７５０は、その信号に基づいてＬＥＤ１６００を発光させる。その結果、ＬＥＤ１６００は、人間の目には見えない光信号を発信する。

図１９を参照して、携帯電話１００の制御構造についてさらに説明する。図１９は、携帯電話１００の使用者が掲示板１５００の表示部、すなわちＬＥＤ１６００に向けて撮影操作を実行した場合に実現される処理の手順を表わすフローチャートである。

ステップＳ２０１０にて、携帯電話１００の制御回路３００は、シャッタボタン（たとえばボタン１２１）の押下を検知する。ステップＳ２０２０にて、制御回路３００は、その検出に応答して、通常の撮影処理を実行するために予め定められた信号を、ＣＣＤ駆動制御回路３１０に対して送出する。ＣＣＤ駆動制御回路３１０は、その信号に基づいてＣＣＤイメージセンサ１４０ｃを駆動し、レンズ１４０ａを介して入射された光信号を取得する。

ステップＳ２０４０にて、制御回路３００は、シャッタボタンの押下後、予め定められた時間経過後に、ＣＣＤ駆動制御回路３１０に対してそのタイミングにおける光信号の受信を指示する。ＣＣＤ駆動制御回路３１０は、その指示に基づいてＣＣＤイメージセンサ１４０ｃに対してそのときに受光されている電荷を保持させる。

ステップＳ２０５０にて、制御回路３００は、ＣＣＤ駆動制御回路３１０に対してＣＣＤイメージセンサ１４０ｃにより取得された光信号から情報の読み取り処理を指令する。ＣＣＤ駆動制御回路３１０は、その指令に基づいてＣＣＤイメージセンサ１４０ｃに対して保持されている電荷を前述の態様で転送する処理を実行させる。

ステップＳ２０６０にて、制御回路３００は、情報の読み取りが完了したか否かを判断する。この判断は、たとえばＣＣＤイメージセンサ１４０ｃにおける電荷の有無に基づいて行なわれる。情報の読み取りが完了している場合には（ステップＳ２０６０にてＹＥＳ）、処理はステップＳ２０７０に移される。そうでない場合には（ステップＳ２０６０にてＮＯ）、処理はステップＳ２０５０に戻される。

ステップＳ２０７０にて、制御回路３００は、ＣＣＤ駆動制御回路３１０に対して撮影の終了を指示する。ＣＣＤ駆動制御回路３１０は、その指示に基づいてＣＣＤイメージセンサ１４０ｃに対する駆動処理を終了する。ステップＳ２０８０にて、制御回路３００は、撮影の終了を通知するための音声信号を、スピーカ１７４に対して出力する。

ここで、図２０を参照して、サーバ２１００について説明する。図２０は、サーバ２１００のハードウェア構成を表わすブロック図である。

サーバ２１００は、データを格納するメモリ２１３０と、外部との間で信号を通信するための通信インターフェイス２１２０と、サーバ２１００における処理を制御するためのＣＰＵ２１１０とを含む。メモリ２１３０は、データを格納する領域２１４０〜２１５８を含む。駅を特定するためのデータは、駅名称として領域２１４０に格納されている。各駅に設置される掲示板を特定するためのデータは、領域２１４０に格納されている。各掲示板の場所を特定するためのデータは、領域２１４４に格納されている。

サーバ２１００は、たとえば周知のコンピュータシステムが、要求に応じて情報を提供する周知の通信機能を実現するプログラムを実行することにより、実現されるものである。コンピュータシステムのハードウェア構成も周知である。したがって、ここでは、コンピュータシステムについての説明は繰り返さない。

図２０を再び参照して、運行される列車を特定するためのデータは、列車番号として領域２１５０に格納されている。その列車の行先は、領域２１５２に格納されている。各駅における発車時刻は、領域２１５４〜領域２１５８に格納されている。これらのデータは、たとえば図１５に示されるように特定の駅（たとえばＡＢＣ駅）における特定の掲示板（たとえば掲示板１５００）に表示されるデータに対応している。

ＣＰＵ２１１０は、通信インターフェイス２１２０を介して入力される情報の送信要求に基づいて、メモリ２１３０に格納されているデータを読み出し、その要求の発信元に対してそのデータを送信させる。たとえば、携帯電話１００が通信回線を介してサーバ２１００にアクセスした場合には、ＣＰＵ２１１０は、メモリ２１３０の中から求められている駅および列車についてのデータを読み出し、そのデータを携帯電話１００に対して送信する。

ここで、図２１を参照して、携帯電話１００の制御構造についてさらに説明する。図２１は、携帯電話１００による撮影処理が終了した後に制御回路３００が実行する処理の手順を表わすフローチャートである。

ステップＳ２２０２にて、制御回路３００は、フラッシュメモリ３６０に格納されている光信号から取得したＵＲＬ（Uniform Resource Locator）をメインディスプレイ１５０に対して表示させる。ステップＳ２２１０にて、制御回路３００は、入力部１２０を介した入力に基づいてそのＵＲＬにアクセスするための指示が入力されたか否かを判断する。その指示が入力されている場合には（ステップＳ２１１０にてＹＥＳ）、処理はステップＳ２２２０に移される。そうでない場合には（ステップＳ２２１０にてＮＯ）、処理はステップＳ２２９０に移される。

ステップＳ２２２０にて、制御回路３００は、予め定められた通信処理を実行して、そのＵＲＬにアクセスする。ステップＳ２２３０にて、制御回路３００は、アクセス先のサーバ、すなわちサーバ２１００から、掲示板１５００に関連する情報を取得する。ステップＳ２２４０にて、制御回路３００は、その取得した情報をメインディスプレイ１５０に表示させる。これにより、携帯電話１００の使用者は、ＡＢＣ駅に設置されている掲示板１５００の情報をメインディスプレイ１５０を介して参照することができる。

ステップＳ２２５０にて、制御回路３００は、入力部１２０を介した入力に基づいて特定の列車の選択（たとえばその使用者が乗車しようとしている列車）を検知する。ステップＳ２２６０にて、制御回路３００は、サーバ２１００に対してその列車を識別する情報と掲示板１５００の位置情報とを送信する（たとえば図１７）。サーバ２１００は、その情報を取得すると、メモリ２１３０に格納されているデータを読み出し、たとえば図１７に示されるパケット構造と同様の構成を有する信号を生成し、携帯電話１００に対して送信する。

ステップＳ２２７０にて、制御回路３００は、サーバ２１００からその列車の情報を取得する。制御回路３００は、取得した情報をフラッシュメモリ３６０において予め確保された領域に格納する。ステップＳ２２８０にて、制御回路３００は、その取得した情報に基づいて、選択された列車までの道筋をメインディスプレイ１５０において表示する。あるいは、制御回路３００は、フラッシュメモリ３６０に格納されている音声データとともに、その列車までの道筋を音声ガイドするようにスピーカ１７４に音声を出力させてもよい。

以上のようにして、本発明に係る光信号受信装置を有する携帯電話１００は、光信号を受信すると、その信号に含まれるデータを取得することができる。この取得は、光信号の点滅状態の変化を検知し、データが含まれる光信号を受信したと検知した場合に、通常の画像の表示のために実行する読み取り速度よりも速い速度で電荷を転送する処理を行うことにより、実現される。

このようにすると、光信号を受信するための専用のデバイスを設けることなく、光信号に含めて送信される通信データを取得することができる。これにより、携帯性を維持しつつ光信号に基づく情報通信処理を実現できる光信号受信装置を提供することができる。

また、ＣＣＤイメージセンサはレンズを有している場合には、レンズを用いて光を集めることができる。このため、レンズを用いない場合よりも強度の強い光を取得することができる。したがって、たとえば光信号に含まれる情報の検出の精度の低下を防止することができる。

また、レンズがズーム機能を有する場合には、当該機能を用いて被写体、すなわち光信号を送信する装置を絞りこむことができる。したがって、ノイズを取り除いて受光することが可能になるため、光信号からの情報の取得精度の低下を防止することができる。

さらに、ＣＣＤイメージセンサが絞りを有している場合には、当該絞りを用いることで、光信号の受光を調節することができる。したがって、たとえば光の強度が強すぎる場合に、受光量を減らすことができるため、受光後の処理を行なうためのデバイスの誤動作その他の不具合の発生を防止することが可能になる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明は、撮影機能と通信機能とを有する情報通信端末、たとえば携帯電話、ＰＤＡ等に適用可能である。

本発明に係る光信号受信装置を有する携帯電話１００の筐体を開いた状態で正面から表わした図である。 筐体を開いた状態で表わした携帯電話１００を背面から示した図である。 携帯電話１００のハードウェア構成を表わすブロック図である。 携帯電話１００おける信号処理を説明するための図である。 垂直転送用のＣＣＤが有する複数の電極の構成を概念的に表わす図である。 図５に示される電極φ（１）〜φ（４）のそれぞれに与えられるパルスの変化を表わすタイミングチャートである。 パルスが各電極に与えられた場合における電荷の転送の状態を表わす図である。 携帯電話１００が備えるＣＣＤイメージセンサ１４０ｃにおける電荷の状態を表わす図である。 携帯電話１００のＣＣＤ駆動制御回路３１０が実行する処理の手順を表わすフローチャートである。 図５に示される各電極に与えられるパルスの変化を表わすタイミングチャートである。 各時刻における電荷が蓄積されている状態の変化を表わす図である。 イメージセンサ１４０ｃにおける電荷の転送を説明するための図である。 ＣＣＤ駆動制御回路３１０が実行する処理の手順を表わすフローチャートである。 携帯電話１００の使用態様を説明するための図である。 掲示板１５００の表示態様を説明するための図である。 掲示板１５００のハードウェア構成を表わす図である。 掲示板１５００のＬＥＤ１６００の点滅に応じて出力される光信号の構成を表わす図である。 掲示板１５００が備える情報生成回路１７４０および表示制御回路１７５０が実行する処理の手順を表わすフローチャートである。 携帯電話１００が実行する処理の手順を表わすフローチャートである。 携帯電話１００が接続するサーバ２１００のハードウェア構成を表わすブロック図である。 携帯電話１００の制御回路３００が実行する処理の手順を表わすフローチャートである。

符号の説明

１００ 携帯電話、１０４ 第１の筐体１０４、１０６ 第２の筐体、１０８ アンテナ、１２０ 入力部、１２２ カーソル移動キー、１２４ １２キー、１３０ サブ入力部、１３０ａ，１３０ｃ 移動キー、１３０ｂ 決定キー、１４０ メインカメラ、１４０ａ レンズ、１４０ｂ 絞り、１４０ｃ ＣＣＤイメージセンサ、１４２ サブカメラ、１５０ メインディスプレイ、１６０ サブディスプレイ、１７２ マイク、１７４ スピーカ、１７６，１６００ ＬＥＤ、３００ 制御回路、３０２ 音声信号処理回路、３０４ 検出回路、３１０ ＣＣＤ駆動制御回路、３２０ スイッチ、３３０ 画像信号処理回路、３４０ 光通信信号処理回路、３５０ ＶＲＡＭ、３６０ フラッシュメモリ、３７０ 切換回路、３８０ 通信回路、１１１０ａ，１１１０ｂ，１１１０ｃ，１１１０ｄ，１１５０ａ ＣＣＤ、１１６０ 増幅部、１１７０ 積算部、１５００ 掲示板、１５１０ 列車、１５９０ 通信回線、１７１０ メモリ、１７２０ タイマ、１７３０ システム制御回路、１７４０ 情報生成回路、１７５０ 表示制御回路、２１００ サーバ、２１１０ ＣＰＵ、２１２０ 通信ＩＦ。

Claims (4)

1. 光信号受信装置であって、
   複数の受光素子を有し、各前記受光素子により光信号を受信する受光手段と、
   前記受光手段を駆動する駆動手段とを備え、
   前記受光手段は、前記複数の受光素子に接続されて、各前記受光素子において生じる電荷の転送を受けて保持するための複数の第１の転送用素子と、前記複数の第１の転送用素子に接続されて、各前記第１の転送用素子に保持されている各電荷の転送を受けて保持するための第２の転送用素子と、前記第２の転送用素子に接続されて、前記第２の転送用素子に保持されている電荷の転送を受けて保持する蓄積部とを有しており、
   前記駆動手段は、
   各前記受光素子によって生成されて保持されている電荷が、それぞれ、当該受光素子に接続されている前記第１の転送用素子に移動するように、前記受光手段を駆動し、
   各前記第１の転送用素子に保持されている電荷が、一度に、当該第１の転送用素子に接続されている前記第２の転送用素子に移動して当該第２の転送用素子に保持されるように、前記受光手段を駆動し、
   前記第２の転送用素子に保持されている電荷が、当該第２の転送用素子に接続されている前記蓄積部に移動して当該蓄積部に保持されるように、前記受光手段を駆動し、
   前記光信号受信装置は、さらに、
   前記蓄積部に保持されている前記電荷の和に基づいて、前記光信号を復調するための光信号処理手段を備える、光信号受信装置。
2. 前記光信号は、発光手段を有する被写体により発光された発光信号であり、前記発光信号は情報を伝達するための伝達信号を含み、
   前記光信号処理手段は、前記光信号に基づいて前記伝達信号を取得し、
   前記光信号受信装置はさらに、
   前記発光信号に基づいて前記被写体の画像信号を処理する画像信号処理手段と、
   前記画像信号処理手段から出力される信号に基づいて前記被写体の画像を表示する表示手段とを備える、請求項１に記載の光信号受信装置。
3. 前記駆動手段を制御する制御手段をさらに備え、
   前記被写体の画像を撮像するための操作の検出に応答して、前記制御手段は、前記被写体の画像信号の処理を実行するために予め定められた信号を前記駆動手段に送出し、前記駆動手段は、当該信号に基づいて前記受光手段を駆動し、
   前記被写体の画像を撮像するための操作の検出から予め定められた時間が経過すると、前記制御手段は、前記光信号から前記情報を取得する処理の実行を指示する信号を前記駆動手段に送出し、前記駆動手段は、当該信号に基づいて前記受光素子によって生成されて保持されている電荷が前記蓄積部に保持されるように、前記受光手段を駆動する、請求項２に記載の光信号受信装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の光信号受信装置を備える携帯情報通信端末。

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