JP5119390B2 - 受光装置 - Google Patents

Description

本発明は、シールド部材が光信号受信の障害となることを抑制した受光装置に関する。

近年、拡声放送設備やカラオケ等に使用される無線マイクシステムの受光装置として赤外線を始めとする光を受光する受光器を備える受光装置を使用することが一般的となっている。光は電波のように壁等で仕切られた室外に到達することが少ないため、電波式の無線マイクを多くの部屋で同時に使用したときに生じやすい混信を抑制できるためである。この受光装置には、フォトダイオードを受光素子として用いた受光器が広く用いられている。かかるフォトダイオードは受光素子としては安価で、汎用用途に使用しやすいためである。

このフォトダイオードが受光した信号を増幅するためのハイインピーダンス回路は雑音耐性が低く、電磁波の影響を受けやすいため、フォトダイオード周りに静電遮蔽をするためのシールド部材を設ける必要がある。そこで、例えば、受光面に開口部を設けた箱型のシールド金属でフォトダイオードを覆い、更に開口部に金属メッシュを取り付けたシールド部材が用いられていた。しかし、このシールド部材は受光口を除くフォトダイオード全体をシールド金属で覆うため、開口部から入射した光信号のみしかフォトダイオードは受けることができず、フォトダイオードが受けることができる光信号の入射方向が限定されてしまい、シールド金属が影になって受光素子に到達する光量が減少してしまう。また、開口部を有する箱型のシールド金属を形成し、開口部に金属メッシュを取り付けたシールド部材は製造に手間がかかり、コストが高くなる。

そこで、フォトダイオードを覆うように設けられたコイル状のシールド部材を用いる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方法によると、巻線コイル形状に加工されたワイヤでフォトダイオードを覆っているため、光信号の入射角が制限されず、それに伴って、赤外線受光素子の受光エリアを拡大すると記載されている。
特開平１１−１１８５９４号公報

しかし、特許文献１にかかるコイル状のシールド部材をした場合においても、コイル状のシールド部材の巻線が密である場合には、シールド部材そのものが光信号受信の障害となりうる。特に、特許文献１に記載の図２に示されるようにコイル部の上部に鉄板を取り付けて赤外線受光素子の上部からの電磁波のノイズに対するシールド特性を高めた場合や、図３に記載されているように、巻線コイル形状部の上部に、ワイヤにより渦巻き形状部を生成して赤外線受光素子の上部からの電磁波のノイズに対するシールド特性を高めた場合には光信号受信の一層の障害となるものと考えられる。

本発明はかかる実情を鑑みてなされたもので、シールド部材が光信号の受信の障害となることを抑制しつつ、電磁波によるノイズを効果的に抑制することが可能な受光装置を提供することを目的とする。

本発明にかかる受光装置は、電磁波から受光素子を静電遮蔽する機能を有する配線基板に電気的に接続されたものであって光信号を受信する半球状の受光素子と、前記半球状の受光素子を覆うコイル形状の金属巻線であって前記光信号の受信の障害となるノイズを発生させる電磁波から前記半球状の受光素子を静電遮蔽するための静電遮蔽コイルと、前記半球状の受光素子と前記静電遮蔽コイルとを覆いかつ前記光信号を透過するカバーとを備えている受光装置において、前記半球状の受光素子の球面側が前記カバーに対向し、かつ前記半球状の受光素子の前記配線基板側が壁に取り付けられる筐体に対向するように前記半球状の受光素子が配置され、前記静電遮蔽コイルの前記金属巻線は、前記カバー内で、前記半球状の受光素子の外周に沿って配線され、前記静電遮蔽コイルの一方の開口部は、前記半球状の受光素子の球面に対応する位置に配置され、前記金属巻線の最大間隔および前記開口部の最大径は、前記ノイズを発生させる前記電磁波がカットオフ周波数となるための大きさ以下である。

上記構成によると、静電遮蔽コイルの開口部が受光素子に対する光信号の入射方向（カバー側）に向けられているため、入射方向に静電遮蔽コイルを構成する金属巻線が存在しない。従って、静電遮蔽コイルが光信号受信の障害となることを抑制しつつ、電磁波によるノイズを効果的に抑制することが可能となる。

なお、上記受光装置は、光信号の受信に障害となるノイズを発生させる電磁波から受光素子を静電遮蔽するための静電遮蔽コイルを備えるので、光信号の受信に障害となるノイズを発生させない電磁波まで全て静電遮蔽する必要はない。
また、配線基板が受光素子を電磁波から静電遮蔽するための静電遮蔽板を兼ねるので、電磁波を原因とするノイズが受光素子に発生することをより一層効果的に抑制することができる。なお、配線基板側から光信号が入射することはないため、配線基板が静電遮蔽板を兼ねても、光信号受信の障害となることはない。

また、受光装置において、前記金属巻線の最大間隔および前記開口部の最大径は、前記ノイズを発生させる前記電磁波がカットオフ周波数となるための大きさ以下である。

上記構成によると、金属巻線の最大間隔および開口部の最大径が、ノイズを発生させる電磁波がカットオフ周波数となるための大きさ以下であるため、ノイズを発生させる電磁波が静電遮蔽コイル内部の動作に影響を与えることがない。従って、電磁波を原因とするノイズが受光素子に発生することを一層効果的に抑制することができる。金属巻線の最大間隔および開口部の最大径が、ノイズを発生させる電磁波がカットオフ周波数となるための大きさ以下とは、例えば、ノイズを発生させる電磁波の波長の１／１０の長さ以下の大きさである。
この構成から次の発明が与えられる。
本発明にかかる受光装置は、電力をスイッチング電源から受けるものであって、前記静電遮蔽コイルは、前記スイッチング電源が発する前記電磁波から前記半球状の受光素子を静電遮蔽するためのコイルであり、前記金属巻線の最大間隔および前記開口部の最大径が、前記スイッチング電源が発する前記電磁波の波長の１／１０以下である。

本発明にかかる受光装置は、前記半球状の受光素子を更に１個以上備え、前記静電遮蔽コイルの前記金属巻線は、前記カバー内で、前記半球状の受光素子の全部の外周に沿って配線され、前記静電遮蔽コイルの一方の開口部は、前記半球状の受光素子の球面の全部に対応する位置に配置され、前記金属巻線の最大間隔および前記開口部の最大径は、前記ノイズを発生させる前記電磁波がカットオフ周波数となるための大きさ以下である。

上記構成によると、静電遮蔽コイルは複数の受光素子を覆うとともに、複数の受光素子をノイズを発生させる電磁波から静電遮蔽するため、静電遮蔽コイルは受光素子ごとに設ける必要がなく、コストおよび設置スペースを低減することができる。

本発明によれば、シールド部材が光信号受信の障害となることを抑制しつつ、電磁波によるノイズを効果的に抑制することが可能な受光装置を提供することができる。

（第１の実施形態）
本発明を具体化した受光装置の一実施形態を図１〜図３を用いて、以下に説明する。
本実施形態は本発明にかかる受光装置を拡声放送システムの無線マイクに適用した形態である。図１に示すように、使用者が発した音声９は無線マイク１０によって所定の周波数の赤外線信号（光信号）９１に変換され、発信される。この赤外線信号９１は受光装置１が備える受光器２によって受光されるとともに、電気信号に変換され、同じく受光装置１が備える変換器３に送信される。変換器３は電気信号を高周波信号に変調して、受光装置１外部の受信機４に送信する。受信機４は、受信した高周波信号を復調し、ミキサー５に出力する。なお、変調方式は、周波数変調（ＦＭ）、振幅変調（ＡＭ）など適宜使用可能である。一方で、カラオケ再生装置（非図示）からは音楽信号がミキサー５に入力され、上述の音声信号と混合された後、アンプ６によって増幅され、スピーカ７により音声として出力される。

また、スイッチング電源８が受信機４に接続されており、受信機４へ電力を供給するとともに、受信機４を介して受光装置１に電力を供給する構成となっている。スイッチング電源８はスイッチング素子を用いた電源であるが、このスイッチング素子のスイッチング動作に伴ってノイズの発生原因となる電磁波が発生してしまう。

この受光装置１は、図２に示すように、受光器２および変換器３を配した配線基板１２をカバー１１で封じ、金属製の筐体１３に固定した形状である。筐体１３を壁などに取り付けて使用することができる。以降、受光装置１において、カバー１１が取り付けられる側を「カバー側」といい、カバー側の反対側を「壁側」という。このカバー１１は赤外線信号を透過する部材で形成されている。

図２、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、受光器２は略半球状の受光素子２１を静電遮蔽コイル２２で覆った形状である。この静電遮蔽コイル２２は金属巻線で形成されたコイル形状の部材であるとともに、光信号の受信に障害となるノイズを発生させる電磁波から、受光素子２１を静電遮蔽するためのシールド部材である。静電遮蔽コイル２２はコイル形状であるので、両端部に開口部を有し、その一方の開口部２３をカバー側に向けている。上述のように受光装置１の壁側は壁等に取り付けられるため、送信される光信号の主たる入射方向はカバー側となることを想定して受光装置１は設計されている。従って、静電遮蔽コイル２２の一方の開口部２３は送信される赤外線信号９１の主たる入射方向に向けられていることとなる。開口部２３には、金属巻線がないため、開口部２３から受光素子２１に入射しようとする赤外線信号９１を遮断することはない。従って、静電遮蔽コイル２２が赤外線信号９１の受信の障害となることを抑制しつつ、電磁波によるノイズを抑制することが可能となる。

静電遮蔽コイル２２の巻線の最大間隔および開口部２３の内径の最大値は赤外線信号９１の受信に障害となるノイズを発生させる電磁波の波長によって制限される。すなわち、スイッチング電源８から発せられる電磁波がカットオフ周波数となるよう、最大間隔及び内径の値が調整されている。より具体的には、スイッチング電源８から発せられる電磁波の波長の１／１０以下の大きさであれば静電遮蔽の効果を十分に得ることができるとされるが、ノイズの発生量を実測し、その実測結果に基づいて最大間隔及び内径の値を更に調整することが好ましい。例えば、スイッチング電源８から発せられる電磁波周波数帯域が１００ＭＨｚ程度であった場合には、１００ＭＨｚの帯域の電磁波を静電遮蔽する必要がある。この１００ＭＨｚの帯域の電磁波の波長は約１５０ｃｍであり、静電遮蔽の効果は、上述のように、波長の１／１０以下の隙間であれば十分に認められるため、シールドの最大の隙間の幅が、１５ｃｍ以下であれば１００ＭＨｚの帯域の電磁波を効果的に抑制できることとなる。従って、静電遮蔽コイル２２の最大間隔および開口部２３の内径の最大値は１５ｃｍであればよい。本実施形態において、静電遮蔽コイル２２の開口部２３の内径は１５．５ｍｍであり、かつ、静電遮蔽コイル２２の最大隙間は開口部２３の内径よりも小さいため、スイッチング電源８から発せられる１００ＭＨｚの帯域にノイズが生じることを効果的に抑制できると考えられる。

この受光器２および変換器３は配線基板１２に固定されるとともに電気的に接続されている。また、配線基板１２は、基板内層に銅版を含むため、壁側からの電磁波から受光器２を静電遮蔽するための静電遮蔽板を兼ねている。壁側からは赤外線信号が入射されることはないため、板状であって受信の障害となることはない。この静電遮蔽板を兼ねた配線基板１２によって、例えば壁を通過した電磁波を静電遮蔽することが可能となり、電磁波を原因とするノイズが受光素子に発生することを一層効果的に抑制することができる。なお、変換器３を含め配線基板１２の壁側に配置されている電子部品は、金属製の筐体１３によって静電遮蔽されている。

上記実施形態の受光装置によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）静電遮蔽コイル２２の開口部２３が受光素子２１に対する赤外線信号９１の入射方向に向けられているため、入射方向に静電遮蔽コイル２２を構成する金属巻線が存在しない。従って、静電遮蔽コイル２２が赤外線信号９１受信の障害となることを抑制しつつ、電磁波によるノイズを効果的に抑制することが可能となる。

（２）金属巻線の最大間隔および開口部２３の内径が、ノイズを発生させる電磁波（スイッチング電源８から発せられる電磁波）がカットオフ周波数となるよう調整された大きさであるため、ノイズを発生させる電磁波は静電遮蔽コイル２２内部に影響を与えることはない。従って、電磁波を原因とするノイズが受光素子２１に発生することを一層効果的に抑制することができる。

（３）配線基板１２は、基板内層に銅版を含むため、配線基板１２が受光素子２１を電磁波から静電遮蔽するための静電遮蔽板を兼ねるので、電磁波を原因とするノイズが受光素子２１に発生することをより一層効果的に抑制することができる。なお、配線基板側、即ち壁側から光信号が入射することはないため、配線基板１２が静電遮蔽板を兼ねても、赤外線信号９１受信の障害となることはない。

（第２の実施形態）
次に、本発明を具体化した受光装置の第２の実施形態を説明する。なお、第２の実施形態は、第１の実施形態の受光器の形態を変更したのみの構成であるため、同様の部分についてはその詳細な説明を省略する。

図４に示すように、受光器２は略半球状の２つの受光素子２１を静電遮蔽コイル２２で覆った形状である。この静電遮蔽コイル２２は金属巻線で形成されたコイル形状の部材であるとともに、光信号の受信に障害となるノイズを発生させる電磁波から、受光素子２１を静電遮蔽するためのシールド部材である。静電遮蔽コイル２２はコイル形状であるので、両端部に開口部を有し、その一方の開口部２３をカバー側に向けている。上述のように受光装置１の壁側は筐体１３を介して壁等に取り付けられるため、送信される光信号の主たる入射方向はカバー側となることを想定して受光装置１は設計されている。従って、静電遮蔽コイル２２の一方の開口部２３は送信される赤外線信号９１の主たる入射方向に向けられていることとなる。開口部２３には、金属巻線がないため、開口部２３から受光素子２１に入射しようとする赤外線信号９１を遮断することはない。従って、静電遮蔽コイル２２が赤外線信号９１の受信の障害となることを抑制しつつ、電磁波によるノイズを抑制することが可能となる。

静電遮蔽コイル２２の巻線の最大間隔および開口部２３の内径の最大値は赤外線信号９１の受信に障害となるノイズを発生させる電磁波の波長によって制限される。すなわち、スイッチング電源８から発せられる電磁波がカットオフ周波数となるよう、最大間隔及び内径の値が調整されている。より具体的には、スイッチング電源８から発せられる電磁波の波長の１／１０以下の大きさであれば静電遮蔽の効果を十分に得ることができるとされるが、ノイズの発生量を実測し、その実測結果に基づいて最大間隔及び内径の値を更に調整することが好ましい。例えば、スイッチング電源８から発せられる電磁波周波数帯域が１００ＭＨｚ程度であった場合には、１００ＭＨｚの帯域の電磁波を静電遮蔽する必要がある。この１００ＭＨｚの帯域の電磁波の波長は約１５０ｃｍであり、静電遮蔽の効果は、上述のように、波長の１／１０以下の隙間であれば十分に認められるため、シールドの最大の隙間の幅が、１５ｃｍ以下であれば１００ＭＨｚの帯域の電磁波を効果的に抑制できることとなる。従って、静電遮蔽コイル２２の最大間隔および開口部２３の内径の最大値は１５ｃｍであればよい。本実施形態において、静電遮蔽コイル２２の開口部の内径は５０ｍｍであり、かつ、静電遮蔽コイル２２の最大隙間は開口部の内径よりも小さいため、スイッチング電源８から発せられる１００ＭＨｚの帯域にノイズが生じることを効果的に抑制できる。なお、１つの静電遮蔽コイル２２で２つの受光素子２１を覆うため、第１の実施形態の場合に比して開口部２３の内径が大きいが、上記のように受光素子２１に１００ＭＨｚ帯域のノイズを発生させる電磁波を静電遮蔽することが可能である。

この受光器２および変換器３は配線基板１２に固定されるとともに電気的に接続されている。また、配線基板１２は、基板内層に銅版を含むため、壁側からの電磁波から受光器２を静電遮蔽するための静電遮蔽板を兼ねている。壁側からは光信号は入射されないため、板状であって特に問題はない。この静電遮蔽板を兼ねた配線基板１２によって、例えば壁を通過した電磁波を静電遮蔽することが可能となり、電磁波を原因とするノイズが受光素子に発生することを一層防止することができる。なお、変換器３を含め配線基板１２の壁側に配置されている電子部品は、金属製の筐体１３によって静電遮蔽されている。

従って、第２の実施形態によれば、第１の実施形態に記載の効果に加えて以下の効果を得ることができる。
（１）第２の実施形態によると、静電遮蔽コイル２２は複数の受光素子２１を覆うとともに、複数の受光素子２１をノイズを発生させる電磁波から静電遮蔽するため、静電遮蔽コイル２２は受光素子２１ごとに設ける必要がなく、コストおよび設置スペースを低減することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・第１の実施形態または第２の実施形態において、ノイズとなる電磁波の発生源をスイッチング電源８とし、スイッチング電源８から発生される電磁波の波長に基づいて開口部２３の内径及びコイル状部分の最大間隔を決定したが、これに限定されるものではない。例えば、ノイズの発生原因となる電磁波の発生源が他の電子部品や装置にある場合、その電子部品や装置から発せられる電磁波の波長に基づいて開口部２３の内径及びコイル状部分の最大間隔を決定することは言うまでもない。

・第２の実施形態においては、２個の受光素子２１を１個の静電遮蔽コイル２２で覆っているが、これに限定されるものではなく、可能であれば、３個以上の受光素子２１を１個の静電遮蔽コイル２２で覆うようにしてもよい。上述のように、１００ＭＨｚ帯域の電磁波がノイズとなる電磁波の発生源である場合、電磁波の波長は１５０ｃｍ程度であるため、開口部２３の内径はその１／１０である１５ｃｍ以下であればよい。従って通常の受光装置に備えられる受光素子であれば、３個以上を１個の静電遮蔽コイル２２で覆うことにより静電遮蔽することが可能である。

・第１の実施形態または第２の実施形態において、変換器３を含め配線基板１２の壁側に配置されている電子部品は、金属製の筐体１３によって静電遮蔽される構成となっているが、他の構成であっても良い。例えば、配線基板１２の壁側に配置された電子部品を専用のシールドケースで覆う構成とするならば、筐体１３は金属製に限定されない。

・第１の実施形態または第２の実施形態において、受光装置１は壁面に取り付けられて使用されているが、他の構成であっても良い。即ち、静電遮蔽コイル２２の開口部２３が光信号の主な入射方向となる態様で使用されていれば良く、例えば、拡声放送システムが備えられた部屋の天井部や部屋に置かれたテーブル上に置かれていても良い。

・第１の実施形態または第２の実施形態において、受光器２は無線マイク用の受光装置１に用いられているが、他の用途に用いても良い。例えば赤外線会議システム、同時通訳システム、リモコン(リモートコントローラ)、ワイヤレスヘッドホン、ＩｒＤＡ（Infrared Data Association）など、光信号を通信手段に用いる装置や設備における受光装置に広く適用可能である。

・第１の実施形態または第２の実施形態において、受光装置１は拡声放送システムに用いられているが、他の構成であっても良い。例えば、カラオケ、会議場、公共施設、学習施設、遊技場等は幅広く用いることが可能である。

・また、受光装置１が、無線マイク１０から送信された光信号を受信する構成でなくても良い。例えば、ワイヤレスヘッドセット、リモコン、携帯電話機、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、ノートパソコンなど、光信号を送信する機能を有する装置が送信する光信号を受信する場合にも適用することができる。

本発明は、光信号を受信する受光器に関し、シールド部材が光信号受信の障害となることを抑制した受光器に関する発明であるため、産業上広く利用することが可能である。

本発明にかかる受光装置の一実施形態について説明する図面であって、受光装置が用いられる拡声放送システムのブロック図である。 本発明にかかる受光装置の一実施形態について説明する図面であって、受光装置が壁面に取り付けられた状態を示す模式図である。 本発明にかかる受光装置の一実施形態について説明する図面であって、（ａ）は受光器の平面図であり、（ｂ）は受光器の正面図である。 本発明にかかる受光装置の第２の実施形態について説明する図面であって、受光装置が壁面に取り付けられた状態を示す模式図である。

符号の説明

１…受光装置、２…受光器、３…変換器、４…受信機、５…ミキサー、６…アンプ、７…スピーカ、８…スイッチング電源、９…音声、１０…マイク、１１…カバー、１２…配線基板、１３…筐体、２１…受光素子、２２…静電遮蔽コイル、２３…開口部、９１…赤外線信号。

Claims (3)

1. 電磁波から受光素子を静電遮蔽する機能を有する配線基板に電気的に接続されたものであって光信号を受信する半球状の受光素子と、前記半球状の受光素子を覆うコイル形状の金属巻線であって前記光信号の受信の障害となるノイズを発生させる電磁波から前記半球状の受光素子を静電遮蔽するための静電遮蔽コイルと、前記半球状の受光素子と前記静電遮蔽コイルとを覆いかつ前記光信号を透過するカバーとを備えている受光装置において、
   前記半球状の受光素子の球面側が前記カバーに対向し、かつ前記半球状の受光素子の前記配線基板側が壁に取り付けられる筐体に対向するように前記半球状の受光素子が配置され、
   前記静電遮蔽コイルの前記金属巻線は、前記カバー内で、前記半球状の受光素子の外周に沿って配線され、
   前記静電遮蔽コイルの一方の開口部は、前記半球状の受光素子の球面に対応する位置に配置され、
   前記金属巻線の最大間隔および前記開口部の最大径は、前記ノイズを発生させる前記電磁波がカットオフ周波数となるための大きさ以下である
   ことを特徴とする受光装置。
2. 電力をスイッチング電源から受けるものであって、
   前記静電遮蔽コイルは、前記スイッチング電源が発する前記電磁波から前記半球状の受光素子を静電遮蔽するためのコイルであり、前記金属巻線の最大間隔および前記開口部の最大径が、前記スイッチング電源が発する前記電磁波の波長の１／１０以下である
   ことを特徴とする請求項１に記載の受光装置。
3. 前記半球状の受光素子を更に１個以上備え、
   前記静電遮蔽コイルの前記金属巻線は、前記カバー内で、前記半球状の受光素子の全部の外周に沿って配線され、
   前記静電遮蔽コイルの一方の開口部は、前記半球状の受光素子の球面の全部に対応する位置に配置され、
   前記金属巻線の最大間隔および前記開口部の最大径は、前記ノイズを発生させる前記電磁波がカットオフ周波数となるための大きさ以下である
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の受光装置。

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