JPH11501482A - 弁別器動作型の赤外線信号検出器とその利用システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 携帯型方向探知用受信器（図２）を開示する。該受信器は非視覚的伝達器と、自給用電気エネルギー源と、感知された連続し周波数変調されている赤外線信号を受信するための検出器（Ｄ１）と、太陽光の様な光エネルギーの周囲暗騒音的ノイズが存在しても存在しなくてもいずれの条件下でも該感知された信号を該伝達器から発する理解可能な非視覚的通信に変換する電子装置（Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４）とを備えている。該装置は、適切な変調された赤外線信号が連続的に放射される希望場所を見出す際に視覚障害者が使用するように適合されている。

Description

【発明の詳細な説明】 弁別器動作型の赤外線信号検出器とその利用システム 発明の背景技術 発明の属する技術分野 本発明はオプトエレクトロニクス技術の改良に関し、特に太陽光の様な光エネ ルギーの周囲暗騒音的ノイズ（ａｍｂｉｅｎｔ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ）の存在 する条件下での光波信号、特に赤外線信号用の、改良された検出器及び検波方法 に関する。 従来技術の説明 比較的最近まで、盲人や、視力の弱い人や学習に障害があったりその他印刷物 に対しハンディキャップのある人々は、毎日の生活で一般人が許されている出入 りや適応学習が出来ないでいる。彼等にとって道を探すことは１つの挑戦であり 、最後は見知らぬ人の助けを求めることになる場合が多い。正しいバスに乗れる か、便所や電話を見付けられるか、エレベータや出口を確定出来るか、道路を横 断したり又は公共の場所で指示を理解出来るかについて、これらの人々は非常に 不利な、屡々危険な立場にある。彼等に遠くの信号を”読んだり見たりする”能 力を与えるような方向探知用の”道案内”装置は未だ存在しない。 近年、盲人や弱視者や他の印刷物に対する障害者用に情報及び道案内システム が開発された。トーキングサイン（Talking Sign）なる登録商標で市販されてい る該システムは赤外線の送信器と受信器から成る。該信号の伝言を連続的に送信 する送信器は該環境のキーとなる信号上に置かれている。該受信機は指示や情報 を必要とする時に該受信器を稼動させる人により担われている。。 多くの状況では、上記システムは使用上素晴らしい結果をもたらしている。し かしながら太陽光の様な光エネルギーの周囲暗騒音的ノイズの存在する条件下で の使用時、意図する信号を検出するのが難しかったり、場合によっては出来なく なる困難に遭遇する。従って太陽光の様な強い光エネルギーの周囲暗騒音的ノイ ズが存在しても存在しなくてもいづれでも、検出ユニットが有効に使用出来る様 に、この様な光エネルギーの周囲暗騒音的ノイズの逆効果を無効にする方法につ いての要求が存在する。 本発明はこの必要性を高効率の仕方で充たすように考えられる。 発明の概要 実施例の一つでは、本発明は非視覚的伝達器（例えばスピーカ）と、自給用電 気エネルギー源と、感知された連続する周波数変調されている赤外線信号の受信 用検出器及び光エネルギーの周囲暗騒音的ノイズが存在しても存在しなくてもい づれでも、前記感知された信号を前記伝達器から発する理解可能な通信（例えば 陳述）に変換する電子装置を備える携帯型方向探知用受信器を提供する。この暗 騒音的ノイズのエネルギーは例え太陽光であっても良い。 もう１つの実施例はシステムで、 ａ）各々が、８５０乃至９５０ナノメートルの範囲の赤外線搬送波周波数を有し て６ＫＨｚの帯域幅を持つ２５ＫＨｚの変調周波数で周波数変調された連続する 赤外線信号を、約１０度乃至約５０度の範囲のビーム角度幅を有する円錐状のパ ターンで送付するような単一チャンネル放射器のアレーと、 ｂ）非視覚的伝達器（例えばスピーカ）と、自給用電気エネルギー源と、 前記連続する周波数変調されている赤外線信号を検出し、受信し、前記伝達器か らの理解可能な陳述又は他の非視覚的な理解可能な通信手段に変換する第１の手 段と、太陽光を含めた光エネルギーの周囲暗騒音的ノイズの該逆効果を無効にす るための第２の手段とを備える携帯型方向探知用受信器とを具備するような該シ ステムを提供する。 本発明のこれら及び他の実施例と特徴は次の説明、付属する請求項及び付随す る図面から更になお明らかになる。 図面の簡単な説明 図１は本発明の受信器の典型的なフロントエンド（front end）（信号感知及 び受信の部分）のブロック図である。 図２は該受信信号を濾過し、検波し、周囲闇騒音的ノイズからの混信をスケル チ（squelch）するための受信器内の手段のブロック図である。 図３は本発明の典型的受信器の該フロントエンドの電子装置の詳細な略図であ る。 図４Ａ、４Ｂ及び４Ｃは、まとめて扱って、該受信信号を濾過し、検波し、周 囲暗騒音的ノイズからの混信をスケルチするための受信器内手段の電子装置の詳 細な略図である。 好ましい実施例の説明 本発明の受信器は、各々が、８５０乃至９５０ナノメートルの範囲の赤外線搬 送波周波数を有して６ＫＨｚの帯域幅を持つ２５ＫＨｚの変調周波数で周波数変 調された連続する赤外線信号を、約１０度乃至約５０度の範囲のビーム角度幅を 有する円錐状のパターンで送付するような単一チャンネル放射器のアレーと共に 使用するよう特に適合されている。これらの放射器は、視力障害のある該受信器 利用者が該信号を感知し、 該受信器内で発生される理解可能な通信により希望する場所に導かれるように、 適切な場所に配置可能である。 該方向探知用受信器の非視覚的伝達器には、モールスコードセル（Morse code cell）や、触覚式脳通信装置又は他の何らかの電気機械的変換装置の様な種々 の種類が存在して良い。しかしながら、好ましくはそれは小さな音声スピーカ又 はエヤフォン（earphone）システムであるのが良い。該伝達器が音声又はエヤフ ォンのスピーカシステムであると、該受信器の該電子装置は、該信号を増幅され た時間変化する検出器信号光電流に変換し、該増幅された光電流を該スピーカシ ステムに送付してそれを駆動することにより、該感知された信号を該スピーカー システムから発せられる理解可能な陳述に変換する。 該自給用電気エネルギー源として、該受信器は通常１つ以上の小さな電気バッ テリーを備えている。しかしながら、光エネルギーを該受信器用電気エネルギー に変換するために適切な光電池システムを使用しても良い。 次いで図１を参照すると、該単一チャンネル放射器のアレーからの信号は周囲 暗騒音的放射ノイズと組み合わされて主ＰＩＮ検出器、Ｄ１により受信される。 補助ＰＩＮ検出器、Ｄ２は周囲暗騒音的放射ノイズを受信し、Ｑ１の能動的シン ク（sink）回路網を使用して、主ＰＩＮ検出器、Ｄ１から周囲ノイズ信号を消し 去る。本質的に、該主ＰＩＮ光ダイオード、該能動的シンク及び該補助ＰＩＮ光 ダイオードによる散弾雑音電流は可干渉性がなく、合計は根二乗平均となるが、 一方で該主及び補助ＰＩＮ光ダイオードからの信号電流は可干渉性があり、直接 合計される。更に、与えられた設計範囲全体に亘り、該補助ＰＩＮ光ダイオード の該定常的な光電流は該能動的シンク電流には寄与せず、従って該能動的シンク 内には追加的散弾雑音を発生しない。こうして該図の該装置は、該主ＰＩＮ光ダ イオード、Ｄ１は該逆バイアスすなわち光抵抗性モードで作動させられ、該補助 ＰＩＮ光ダイオード、Ｄ２は光起電カモードで作動させられるような回路トポロ ジー（circuit topology）を利用している。該能動的シンクは典型的にトランジ スタ回路又はＩＣの様な複数の半導体素子である。更に、入力段Ｑ２、カスコー ド（cascode）出力Ｑ３及びインピーダンス変換器Ｑ４のそれぞれにより信号調 整と増幅が行われる。 該インピーダンス変換器、Ｑ４からの出力は、次いで図２の該テーアールエフ （ＴＲＦ）ＦＭ受信器に向けられる。該得られた信号は、能動的バンドパスフィ ルター／ゲイン段Ｕ２と、リミッターＵ３と、Ｌ２、Ｃ１９、Ｄ２、Ｌ３、Ｃ２ ３及びＤ３（図４Ａ参照）で構成されて復調された音声信号を発生する弁別器の 回路網とにより調整される。該復調された音声信号は、該音声インピーダンス変 換器及びノイズスケルチバンドパスフィルター／増幅器の働きをする回路網Ｑ１ により更に調整される（この回路網の詳細は図４Ｂ参照）。図２と図４Ｂの回路 網Ｑ１により２つの信号が発生する。 図２及び図４ＢのＱ１からの該第１信号はノイズスケルチ信号であり、ポテン ショメータＲ２３を経由してノイズ整流器／フイルター／直流スイッチＵ４、Ｄ ４、Ｑ２、Ｄ５及びＤ６へ向けられる（この回路網の詳細は図４Ｂ及び図４Ｃ参 照）。該ノイズスケルチレベルを送付する該ノイズ整流器／フイルター／直流ス イッチの該出力は次いで該音声出力増幅器Ｕ５へ向けられる。 図２及び図４ＢのＱ１からの該第２の信号はポテンショメータＲ３２を経由し てレベル範囲選択回路網へ向けられる。該レベル範囲選択回路網からの出力は次 いで該音声出力増幅器Ｕ５へ向けられる。該音声出力増幅器Ｕ５からの出力は次 いで、該スピーカー又は他の非視覚的伝達器を駆動するために使用される。 図１及び図２で参照された該電子回路に関する全詳細は図３及び図４Ａ乃至図 ４Ｃでそれぞれ示されているす。 本発明の特徴は、該電子装置が太陽光の様な光エネルギーの周囲暗騒音的ノイ ズから成る周囲暗騒音的ノイズについて該ノイズを有効に除去する周囲光で誘起 される定常的な検出器光電流用能動的シンク（例えば廣帯域半導体素子）を含ん でいることである。従って該装置は定常な光電流が存在する条件下でＰＩＮ光ダ イオードの散弾雑音検波限界に近付く信号を検波出来る。そうすることで、該図 中に描いた形の該装置は、該信号を増幅され時間変化する検出器信号光電流に変 換し、該増幅された光電流を該スピーカーへ送付してそれを駆動することにより 、該単一チャンネル放射器の該アレーからの該感知された信号を該スピーカーか ら発する理解可能な陳述に変換する。 本発明はその実施に於いては可成りの変更が考えられる。従って前記説明は本 発明を該図面を参照し説明された本発明の特定の形に限定しようと意図するもの でなく、限定するものと解釈されるべきでもない。むしろカバーしようと意図さ れたものは、続く各請求項と法律上許される等価物に示されている通りである。

【手続補正書】特許法第１８４条の４第４項 【提出日】１９９６年９月５日 【補正内容】 請求の範囲 １．非視覚的伝達器と、自給用電気エネルギー源、感知された連続し周波数変調 されている赤外線信号を受信するための検出器、及び周囲光から誘起された定常 的な検出器光電流用の能動的シンクと該光抵抗性モードで作動させられる第１の ＰＩＮ光ダイオードと該光起電力モードで作動させられる第２のＰＩＮ光ダイオ ードとを有する電子装置を備えている携帯型方向探知用受信器に於いて、前記電 子装置は光エネルギーの周囲暗騒音的ノイズが存在しても存在しなくてもいずれ の条件下でも前記感知された信号を前記伝達器から発する理解可能な非視覚的通 信に変換し、前記受信器は前記感知された信号が定常的な光電流の存在する条件 下で前記第１のＰＩＮ光ダイオードの該散弾雑音検出限界に近付いた時も有効で あることを特徴とする受信器。 ３．請求項１の受信器に於いて、前記伝達器は音声又はエヤフオンのスピーカー システムであり、前記電子装置は、前記信号を増幅された時間変化する検出器信 号光電流に変換し、前記増幅された光電流を前記スピーカーシステムに送付して それを駆動することにより前記感知された信号を前記スピーカーシステムから発 する理解可能な陳述に変換することを特徴とする受信器。 ５．請求項３の受信器に於いて、前記能動的シンクが広帯域半導体素子を有する ことを特徴とする受信器。 ６．請求項５の受信器に於いて、前記半導体素子が１つの集積回路内に含まれて いることを特徴とする受信器。 ７．請求項１の受信器に於いて、前記伝達器が音声スピーカーであることを特徴 とする受信器。 ８．スピーカーと、自給用電気エネルギー源と、感知された連続し周波数変調さ れている赤外線信号を受信するために光抵抗性モードで作動させられるＰＩＮ光 ダイオードを備える検出器と、前記感知された信号を前記スピーカーから発する 理解可能な陳述に変換する電子装置と、光エネルギーの周囲暗騒音的ノイズから 得られた周囲光により誘起される定常的な検出器光電流を無効にするために該光 起電力モードで作動させられるＰＩＮ光ダイオードとを備える携帯型方向探知用 受信器。 ９．１つのシステムで、 ａ）各々が、８５０乃至９５０ナノメートルの範囲の赤外線搬送波周波数を有し て６ＫＨｚの帯域幅を持つ２５ＫＨｚの変調周波数で周波数変調されている連続 する赤外線信号を、約１０度乃至約５０度の範囲のビーム角度幅を有する円錐状 のパターンで送付するような単一チャンネル放射器のアレーと、 ｂ）非視覚的伝達器と、自給用電気エネルギー源と、前記連続し周波数変調され ている赤外線信号を検出し、受信し、前記伝達器から発する理解可能な非視覚的 通信に変換するための第１の手段と、光エネルギーの周囲暗騒音的ノイズの該逆 効果を無効にするための第２の手段であり該手段が周囲光により誘起される定常 的な検出器光電流用の能動的シンクと該光起電力モードで作動させられるＰＩＮ 光ダイオードとを有しているような該第２手段を備えている携帯型方向探知用受 信器と を具備していることを特徴とする該システム。 １０．請求項９のシステムに於いて、前記第１の手段が前記連続し周波数変調さ れている赤外線信号を検出し、受信するために該光抵抗性モードで作動させられ るＰＩＮ光ダイオードを有することを特徴とするシス テム。 １１．請求項１０のシステムに於いて、前記第１の手段が前記信号を理解可能な 陳述に変換することを特徴とするシステム。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＭ，ＡＵ，ＢＢ，Ｂ Ｇ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＮ，ＣＺ，ＥＥ，ＦＩ，ＧＥ ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ， ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，Ｍ Ｘ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＧ，ＳＩ ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．非視覚的伝達器と、自給用電気エネルギー源と、感知された連続し周波数変 調されている赤外線信号を受信する検出器とそして光エネルギーの周囲暗騒音的 ノイズが存在しても、存在しなくてもいづれの条件下でも前記感知された信号を 前記伝達器から発する理解可能な非視覚的通信に変換する電子装置とを具備する 携帯型方向探知用受信器。 ２．請求項１の受信器に於いて、前記受信器は該感知された信号が定常的な光電 流の存在する条件下でＰＩＮ光ダイオードの該散弾雑音検波限界に近付く時にも 有効であることを特徴とする受信器。 ３．請求項１の受信器に於いて、前記伝達器は音声又はエヤフォンのスピーカー システムであり、前記電子装置は、前記信号を増幅された時間変化する検出器信 号光電流に変換し、前記増幅された光電流を前記スピーカーシステムに送付して それを駆動することにより、前記感知された信号を前記スピーカーシステムから 発する理解可能な陳述に変換することを特徴とする受信器。 ４．請求項３の受信器に於いて、前記電子装置は、周囲光により誘起された定常 的な検出器光電流用の能動的シンクを備えることを特徴とする受信器。 ５．請求項４の受信器に於いて、前記能動的シンクは広帯域半導体素子を含むこ とを特徴とする受信器。 ６．請求項５の受信器に於いて、前記半導体素子が１つの集積回路内に含まれる ことを特徴とする受信器。 ７．請求項１の受信器に於いて、伝達器は音声スピーカーであることを特徴とす る受信器。 ８．スピーカーと、自給用の電気エネルギー源と、感知された連続し周波数変調 されている赤外線信号を受信するための光抵抗性モードで作動させられるＰＩＮ 光ダイオードを備える検出器と、前記感知された信号を前記スピーカーから発す る理解可能な陳述に変換する電子装置とそして光エネルギーの周囲暗騒音的ノイ ズから得られた周囲光で誘起される定常的な検出器光電流を無効にするために該 光起電力モードで作動させられるＰＩＮ光ダイオードを備えることを特徴とする 携帯型方向探知用受信器。 ９．１つのシステムで ａ）各々が、８５０乃至９５０ナノメートルの範囲の赤外線搬送波周波数を有し て６ＫＨｚの帯域幅を持つ２５ＫＨｚの変調周波数で周波数変調された連続する 赤外線信号を、約１０度乃至約５０度の範囲のビーム角度幅を有する円錐状のパ ターンで送付するような単一チャンネル放射器のアレーと、 ｂ）非視覚的伝達器と、自給用電気エネルギー源と、前記連続し周波数変調され た赤外線信号を検出し、受信し、前記伝達器から発する理解可能な非視覚的な陳 述に変換する第１の手段と、光エネルギーの周囲暗騒音的ノイズの該逆効果を無 効にするための第２の手段とを備える携帯型方向探知用受信器と を具備していることを特徴とする該システム。 １０．請求項９のシステムに於いて、前記第１の手段は（Ｉ）前記連続し周波数 変調された赤外線信号を検出し、受信するために該光抵抗性モードで作動させら れるＰＩＮ光ダイオードと、（II）前記感知された信号を前記スピーカーから発 する理解可能な陳述に変換する電子装置とを 備えており、かつ、前記第２の手段は、太陽光を含む光エネルギーの周囲暗騒音 的ノイズから得られた周囲光から誘起される定常的な検出器光電流を無効にする ために光起電力モードで作動させられるＰＩＮ光ダイオードを備えることを特徴 とするシステム。