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技術 光ノイズ除去電気回路、光レシーバー及び光チップ

出願人 クアン−チーインテリジェントフォトニックテクノロジーリミテッド
発明者 リウ,ルオペンスー,ウェイチェンファン,リンヨンシャオ,グアンジン
出願日 2017年3月3日 (2年6ヶ月経過) 出願番号 2018-547393
公開日 2019年4月18日 (5ヶ月経過) 公開番号 2019-511171
状態 未査定
技術分野 光通信システム
主要キーワード 陽極入力 光電ダイオード 基礎電圧 点滅頻度 パルス振幅値 ローレベルパルス 電気信号変化 ターゲット光
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図面 (14)

課題

本発明は、一種類の光ノイズ除去電気回路光レシーバー及び光チップに関する。

解決手段

光ノイズ除去電気回路は、入力側が光電変換ユニットからの電気信号を受信し、電気信号の中の環境光によるノイズ電気信号をフィルタリングし、出力側ターゲットパルス信号を出力するノイズフィルタリングユニットと、第1入力側がノイズフィルタリングユニットの出力側にカップリングされることで、ターゲットパルス信号を受信し、かつターゲットパルス信号と基準電圧の比較によりデジタル信号を出力する比較ユニットとを有する。当該比較ユニットの第1入力側は当該ノイズフィルタリングユニットの出力側にカップリングされることで、当該ターゲットパルス信号を受信する。当該比較ユニットは、当該ターゲットパルス信号と基準電圧の比較により、デジタル信号を出力する。本発明の実施により、有効的に光信号受信品質を向上できる。

概要

背景

可視光通信技術は、LED技術から発展してくる新型無線光通信技術である。LED光源高周波点滅により通信を行い、可視光通信の伝送レートは最大1秒当たりギガである。可視光通信は豊かなスペクトルソースがある。これはマイクロ波通信を有する一般通信との比較にならないところである。同時に、可視光通信はいかなる通信プロトコルと環境に適用でき、可視光通信の設備架設は柔軟且つ便利で、低コストなので、大規模の普及に適用される。

可視光通信システム可視光を利用して近距離通信を行い、可視光の方向性が高く、障害物を通過できないため、無線通信よりも安全性が高い。現在、一部の可視光通信システムの適用が始まっている。例えば、光子IoTの光子門限システム、光子支払い等である。携帯電話のような携帯式設備がますます普及することにともない、携帯電話のフラッシュ機能を使うと携帯電話を光子クライアントとすることで、大幅に可視光通信の応用障壁下げ、且つ、携帯電話は元々ユーザの随時携帯するものなので、ユーザに対し余計な負担をかけなくて済む。

概要

本発明は、一種類の光ノイズ除去電気回路光レシーバー及び光チップに関する。光ノイズ除去電気回路は、入力側が光電変換ユニットからの電気信号を受信し、電気信号の中の環境光によるノイズ電気信号をフィルタリングし、出力側ターゲットパルス信号を出力するノイズフィルタリングユニットと、第1入力側がノイズフィルタリングユニットの出力側にカップリングされることで、ターゲットパルス信号を受信し、かつターゲットパルス信号と基準電圧の比較によりデジタル信号を出力する比較ユニットとを有する。当該比較ユニットの第1入力側は当該ノイズフィルタリングユニットの出力側にカップリングされることで、当該ターゲットパルス信号を受信する。当該比較ユニットは、当該ターゲットパルス信号と基準電圧の比較により、デジタル信号を出力する。本発明の実施により、有効的に光信号受信品質を向上できる。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
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請求項1

入力側が光電変換ユニットからの電気信号を受信し、電気信号の中の環境光によるノイズ電気信号をフィルタリングし、出力側ターゲットパルス信号を出力するノイズフィルタリングユニットと、第1入力側が前記ノイズフィルタリングユニットの出力側にカップリングされることで、前記ターゲットパルス信号を受信し、かつ前記ターゲットパルス信号と基準電圧の比較によりデジタル信号を出力する比較ユニットと、を有することを特徴とする光ノイズ除去電気回路

請求項2

前記ノイズフィルタリングユニットは、陽極が前記光電変換ユニットにカップリングされ、陰極が前記比較ユニットの前記第1入力側にカップリングされるダイオードを有することを特徴とする請求項1に記載の光ノイズ除去電気回路。

請求項3

前記光電変換ユニットと直列接続され、第1端が前記光電変換ユニットの一端と前記ダイオードの陽極にカップリングされ、第2端がアースするクランプ電気抵抗をさらに有し、並びに前記光電変換ユニットのもう一端は電源電圧に接続し、前記クランプ電気抵抗は前記ダイオードの陽極上の電圧クランプを行い、信号光源照射がない場合は前記ダイオードの導通電圧以下にし、信号光源照射がある場合は前記ダイオードの導通電圧の電圧レベル以上にすることを特徴とする請求項2に記載の光ノイズ除去電気回路。

請求項4

電気抵抗とキャパシタンスを有することでローパスフィルタとなる基準電圧生成ユニットをさらに有し、前記電気抵抗の一端は前記ダイオードの陰極にカップリングされ、もう一端は前記キャパシティの一端と前記比較ユニットの第2入力側にカップリングされることで、前記基準電圧を提供し、前記キャパシタンスのもう一端はアースすることを特徴とする請求項2に記載の光ノイズ除去電気回路。

請求項5

前記ノイズフィルタリングユニットは、第1端が前記光電変換ユニットにカップリングされ、第2端が前記比較ユニットの前記第1入力側にカップリングされるカップリングキャパシタンスを有することを特徴とする請求項1に記載の光ノイズ除去電気回路。

請求項6

第1ノードが電源電圧にカップリングされ、第2ノードがアースし、中間ノードが前記カップリングキャパシタンスの前記第2端と前記比較ユニットの前記第1入力側にカップリングされる第1分圧電気抵抗をさらに有し、前記中間ノード部の電圧は、前記信号光源照射がない場合は前記基準電圧以下で、前記信号光源照射がある場合は前記基準電圧以上であることを特徴とする請求項5に記載の光ノイズ除去電気回路。

請求項7

前記比較ユニットは、陽極入力端子が前記比較ユニットの前記第1入力側であり、陰極入力端子が前記基準電圧を受信する比較器を有することを特徴とする請求項1に記載の光ノイズ除去電気回路。

請求項8

前記比較器の前記陰極入力端子にカップリングされることで前記基準電圧を提供する基準電圧生成ユニットをさらに有することを特徴とする請求項7に記載の光ノイズ除去電気回路。

請求項9

前記基準電圧生成ユニットは、第1ノードが電源電圧にカップリングされ、第2ノードがアースし、中間ノードが前記比較器の前記陰極入力端子にカップリングされることで前記基準電圧を提供する第2分圧電気抵抗を有することを特徴とする請求項8に記載の光ノイズ除去電気回路。

請求項10

前記比較ユニットは、ベースが前記比較ユニットの前記第1入力側であることで、前記ノイズフィルタリングユニットの出力側にカップリングされ,エミッターがアースし、コレクタが電気抵抗により電源電圧にカップリングされるトライオードを有し、前記コレクタは前記デジタル信号を出力し、前記基準電圧は前記トライオードの導通電圧であることを特徴とする請求項1に記載の光ノイズ除去電気回路。

請求項11

光信号を受信し光電変換により電気信号を生成する光電変換ユニットと、前記光電変換ユニットにカップリングされ、前記電気信号の中の環境光によるノイズ電気信号をフィルタリングし、出力側でターゲットパルス信号を出力するノイズフィルタリングユニットと、第1入力側が前記ノイズフィルタリングユニットの出力側にカップリングされることで前記ターゲットパルス信号を受信し、前記ターゲットパルス信号と基準電圧の比較によりデジタル信号を出力する比較ユニットと、を有することを特徴とする光レシーバー。

請求項12

前記光電変換ユニットが光電トライオード又は光電ダイオードを有するものであることを特徴とする請求項11に記載の光レシーバー。

請求項13

前記光電変換ユニットは光信号を受信し光電変換により電気信号を生成する光電変換ユニットと、前記光電変換ユニットにカップリングされ、前記電気信号の中の光ノイズを除去しデジタルレベル信号を出力する光ノイズ除去ユニットと、前記デジタルレベル信号のレベル反転状況により情報ビットを出力することで伝送データを取得するデコードユニットと、を有することを特徴とする光チップ

請求項14

前記デコードユニットは判決ユニットを有し、前記判決ユニットはレベル反転に応答し、情報ビット1を出力し、レベル不変に応答し、情報ビット0を出力し、或いは、前記判決ユニットはレベル反転に応答し、情報ビット0を出力し、レベル不変に応答し、情報ビット1を出力することを特徴とする請求項13に記載の光チップ。

請求項15

前記レベル反転がローレベルからハイレベルへの反転、及びハイレベルからローレベルへの反転の二者を有することであることを特徴とする請求項14に記載の光チップ。

請求項16

前記光ノイズ除去ユニットは入力側が前記光電変換ユニットからの電気信号を受信し、前記電気信号の中の環境光によるノイズ電気信号をフィルタリングし、出力側でターゲットパルス信号を出力するノイズフィルタリングユニットと、第1入力側が前記ノイズフィルタリングユニットの出力側にカップリングされることで前記ターゲットパルス信号を受信し、前記ターゲットパルス信号と基準電圧の比較により前記デジタルレベル信号を出力する比較ユニットと、を有することを特徴とする請求項13に記載の光チップ。

請求項17

前記ノイズフィルタリングユニットは、陽極が前記光電変換ユニットにカップリングされ、陰極が前記比較ユニットの前記第1入力側にカップリングされるダイオードを有することを特徴とする請求項16に記載の光チップ。

請求項18

前記光ノイズ除去ユニットは、前記光電変換ユニットと直列接続され、第1端が前記光電変換ユニットの一端と前記ダイオードの陽極にカップリングされ、第2端がアースするクランプ電気抵抗をさらに有し、前記光電変換ユニットのもう一端は電源電圧に接続され、前記クランプ電気抵抗は前記ダイオードの陽極の電圧クランプを行い、信号光源照射がない場合は前記ダイオードの導通電圧以下にし、信号光源照射がある場合は前記ダイオードの導通電圧の電圧レベル以上にすることを特徴とする請求項17に記載の光チップ。

請求項19

前記光ノイズ除去ユニットは、電気抵抗とキャパシタンスを有することでローパスフィルタとなる基準電圧生成ユニットを有し、前記電気抵抗の一端は前記ダイオードの陰極にカップリングされ、もう一端は前記キャパシタンスの一端と前記比較ユニットの第2入力側にカップリングされることで前記基準電圧を提供し、前記キャパシタンスのもう一端はアースすることを特徴とする請求項17に記載の光チップ。

請求項20

前記ノイズフィルタリングユニットは、第1端が前記光電変換ユニットにカップリングされ、第2端が前記比較ユニットの前記第1入力側にカップリングされるカップリングキャパシタンスを有することを特徴とする請求項16に記載の光チップ。

請求項21

前記光ノイズ除去ユニットは、前記第1分圧電気抵抗の第1ノードは電源電圧にカップリングされ、第2ノードはアースし、中間ノードは前記カップリングキャパシタンスの前記第2端と前記比較ユニットの前記第1入力側にカップリングされる第1分圧電気抵抗をさらに有し、前記中間ノード部の電圧は前記信号光源照射がない状況では前記基準電圧以下であり、前記信号光源照射がある状況では前記基準電圧以上であることを特徴とする請求項20に記載の光チップ。

請求項22

前記比較ユニットは、陽極入力端子が前記比較ユニットの前記第1入力側であり、陰極入力端子が前記基準電圧を受信する比較器を有することを特徴とする請求項16に記載の光チップ。

請求項23

前記光ノイズ除去ユニットは、前記比較器の前記陰極入力端子にカップリングされることで前記基準電圧を提供する基準電圧生成ユニットを有することを特徴とする請求項22に記載の光チップ。

請求項24

前記基準電圧生成ユニットは、第1ノードは電源電圧にカップリングされ、第2ノードはアースし、中間ノードは前記比較器の前記陰極入力端子にカップリングされることで、前記基準電圧を提供する第2分圧電気抵抗を有することを特徴とする請求項23に記載の光チップ。

請求項25

前記比較ユニットは、ベースが前記比較ユニットの前記第1入力側であることで、前記ノイズフィルタリングユニットの出力側にカップリングされ、エミッターがアースし、コレクタが電気抵抗により電源電圧にカップリングされるトライオードを有し、前記コレクタは前記デジタルレベル信号を出力し、前記基準電圧は前記トライオードの導通電圧であることを特徴とする請求項16に記載の光チップ。

技術分野

0001

本発明は、可視光通信技術に関わり、特に光ノイズ除去電気回路光レシーバー及び光チップに関する。

背景技術

0002

可視光通信技術は、LED技術から発展してくる新型無線光通信技術である。LED光源高周波点滅により通信を行い、可視光通信の伝送レートは最大1秒当たりギガである。可視光通信は豊かなスペクトルソースがある。これはマイクロ波通信を有する一般通信との比較にならないところである。同時に、可視光通信はいかなる通信プロトコルと環境に適用でき、可視光通信の設備架設は柔軟且つ便利で、低コストなので、大規模の普及に適用される。

0003

可視光通信システム可視光を利用して近距離通信を行い、可視光の方向性が高く、障害物を通過できないため、無線通信よりも安全性が高い。現在、一部の可視光通信システムの適用が始まっている。例えば、光子IoTの光子門限システム、光子支払い等である。携帯電話のような携帯式設備がますます普及することにともない、携帯電話のフラッシュ機能を使うと携帯電話を光子クライアントとすることで、大幅に可視光通信の応用障壁下げ、且つ、携帯電話は元々ユーザの随時携帯するものなので、ユーザに対し余計な負担をかけなくて済む。

発明が解決しようとする課題

0004

しかし、日常の携帯電話等の携帯式光子クライアントでの可視光通信は、普通環境光のある環境に行われるのである。光子受信側は、光子クライアントからの光信号を受信する時に、光電変換により光信号を意味ありの電気信号に変換する。ところが、環境光が当たることで、光子受信側は意味無しの環境光を無用の電気信号に変換するので、これら無用の電気信号はノイズ信号となり、光子受信器が正確に光子クライアントからの光信号を受信することを妨害している。

0005

したがって、本分野では、光信号受信を改善できる技術がとても必要となっている。

課題を解決するための手段

0006

本発明の一態様では、入力側が光電変換ユニットからの電気信号を受信し、電気信号の中の環境光によるノイズ電気信号をフィルタリングし、出力側ターゲットパルス信号を出力するノイズフィルタリングユニットと、第1入力側がノイズフィルタリングユニットの出力側にカップリングされることで、ターゲットパルス信号を受信し、かつターゲットパルス信号と基準電圧の比較によりデジタル信号を出力する比較ユニットとを有する光ノイズ除去電気回路を提供している。

0007

本発明のもう一つの態様では、光信号を受信し光電変換により電気信号を生成する光電変換ユニットと、光電変換ユニットにカップリングされ、電気信号の中の環境光によるノイズ電気信号をフィルタリングし、出力側でターゲットパルス信号を出力するノイズフィルタリングユニットと、第1入力側がノイズフィルタリングユニットの出力側にカップリングされることでターゲットパルス信号を受信し、ターゲットパルス信号と基準電圧の比較によりデジタル信号を出力する比較ユニットと、を有することを特徴とする光レシーバーを提供している。

0008

本発明の三つ目の態様では、光電変換ユニットは光信号を受信し光電変換により電気信号を生成する光電変換ユニットと、光電変換ユニットにカップリングされ、電気信号の中の光ノイズを除去しデジタルレベル信号を出力する光ノイズ除去ユニットと、デジタルレベル信号のレベル反転状況により情報ビットを出力することで伝送データを取得するデコードユニットと、を有することを特徴とする光チップを提供している。

発明の効果

0009

本発明の実施により、有効的に光信号受信品質を向上できる。

図面の簡単な説明

0010

下記附図と結び合わせ、本開示の実施例の詳細説明読むと、本発明の前記特徴とメリットがより良く理解できる。附図では、各構成部品は必ずしも比例描画ではなく、且つ、類似する関連特性や特徴を持つ構成部品は同じか似ている附図マークを持つことがある。

0011

図1は、本発明を実践する可視光通信システムの簡略ブロック図である。
図2は、本発明の一態様によるデコードユニットの簡略ブロック図である。
図3は、本発明の一態様によるデコードユニットのデコード結果見取り図である。
図4は、本発明の一態様による光受信ユニットのブロック図である。
図5は、本発明の一態様による第一実施例の光レシーバーの各構成部品のブロック図である。
図6は、環境光無しの条件で、光電変換ユニットの生成するターゲット電気信号の見取り図である。
図7は、環境光有り且つ信号光源無しの条件で、光電変換ユニットの生成するノイズ電気信号の見取り図である。
図8は、環境光有り且つ信号光源有りの条件で、光電変換ユニットの生成する電気信号の見取り図である。
図9は、光ノイズフィルタリングユニットの出力するターゲットパルス信号の見取り図である。
図10は、ターゲットパルス信号がフィルタリングされる後の信号の見取り図である。
図11は、比較器の出力するデジタルレベル信号の見取り図である。
本発明による第二実施例の光レシーバーの各構成部品のブロック図である。
図13は、本発明による第三実施例の光レシーバーの各構成部品のブロック図である。

実施例

0012

下記から、図面と具体的実施例とを結び合わせ、本発明について詳細に説明を行う。図面と具体的実施例とを結び合わせる説明の態様は例示的なものであり、本発明の保護範囲についていかなる制限を与えるものではないと理解すべきことに注意されたい。

0013

図1は、本発明を実践する可視光通信システムの簡略ブロック図である。可視光通信システム100は、光子クライアント110と光子受信側120とを有する。光子クライアント110は、エンコードユニット111を有する。エンコードユニット111は、オリジナル通信データを受信する。オリジナル通信データは、光子クライアント110から光子受信側へ伝えるいかなる情報データであってもよい。例えば、ユーザの身分(ID)情報、操作コマンド等である。

0014

エンコードユニット111は、いかなるエンコード方法使い、オリジナル通信データをエンコードできる。エンコードユニット111は、エンコードされた信号を光発射ユニット113へ出力する。光発射ユニット113は、発光する場合のロジックハイ、発光しない場合のロジックロー(又はその逆)により、受信された、エンコードされた信号を、可視光の形式発信する。光発射ユニット113は、LED又はその他発光機能を持つ部品であってもよい。光子クライアント110は、光子IoTであってもよい。例えば、携帯電話、タブレット、PDAや光キー等のような光子門限システムの携帯式設備である。光キーは、可視光通信に基づくドアロックを開けるキーであり、光子キーとも呼ばれる。この時、光発射ユニット113は、携帯電話のフラッシュ又は携帯電話外付きの発光機能を持つ部品でも良い。

0015

処理ユニット112は、エンコードユニット111、光発射ユニット113の操作をコントロールできる。処理ユニット112は、汎用プロセッサー、デジタル信号プロセッサー(DSP)等であってもよい。汎用プロセッサーは、マイクロプロセッサーでもよいが、代替案では、当該処理ユニット112は、いかなる標準プロセッサーコントローラーマイクロコントローラー又はステートマシンでもよい。処理ユニット112は、コンピューティング設備の組み合わせに実現されてもよい。例えば、DSPとマイクロプロセッサーの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサー、DSPコア連携する一つか幾つかのマイクロプロセッサー、またはいかなる他のこのような構成であってもよい。

0016

光子受信側120は、クライアント110より発射される可視光信号を受信し、可視光信号をデジタル信号へ変換する光受信ユニット123を有する。例えば、LEDランプの高周波点滅に対しては、光有りはロジックハイを示し、光無しはロジックローを示す。或いはその逆であってもよい。それで、受信される可視光信号を電気信号へ変換できる。光受信ユニット123は、感光デバイスを有する。例えば、光電トライオード、光電ダイオードである。光電トライオード、光電ダイオードの電気信号と光信号の特性を利用して、光電変換により電気パルス信号を生成する。

0017

デコードユニット121は、光受信ユニット123からの電気信号を受信してデコードを行い、オリジナル通信データを復元する。処理ユニット122は、デコードユニット121、光受信ユニット123の操作をコントロールできる。処理ユニット122は、汎用プロセッサー、デジタル信号プロセッサー(DSP)等でもよい。汎用プロセッサーは、マイクロプロセッサーでもよいが、代替案では、当該処理ユニット122は、いかなる標準のプロセッサー、コントローラー、マイクロコントローラー又はステートマシンであってもよい。処理ユニット112は、コンピューティング設備の組み合わせに実現されてもよい。例えば、DSPとマイクロプロセッサーの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサー、DSPコアと連携する一つか幾つかのマイクロプロセッサー、またはいかなる他のこのような構成であってもよい。

0018

光子受信側120、特に光子受信側120のデコードユニット121と光受信ユニット123は、光チップに集積できる。当該光チップは、光子門限システムの門限側、光子ロックシステムの光子ロック制御側、等に適用できる。

0019

図2は、本発明の一態様によるデコードユニット200の簡略ブロック図である。本発明の一態様により、当該デコードユニット200は、デジタルレベル信号のレベル反転状況により情報ビットを出力することで伝送データを取得する。

0020

具体的に言えば、本発明の当該態様によれば、信号レベルの一回反転はビット1を示し、信号レベルの不変はビット0を示す。即ち、信号がハイレベルからローレベルへ一回遷移するのはビット1を示し、或いは信号がローレベルからハイレベルへ一回遷移するのはビット1を示す。ハイレベルそのものはビット1を示さない。そのため、ビット1を伝送する毎に電気レベルの遷移が起こる。一組の信号が5つのビット1を伝送するには、5回の電気レベル遷移を引き起こす。レベルが遷移する毎に、受信側は信号の実際の到来により自身のクロック同期調整する。このような発信側と受信側の同期体制は明らかに信号の伝送効率を向上できる。

0021

図2に示すように、デコードユニット200は、判決ユニット210を有する。判決ユニット210は、レベル反転に応答して情報ビット1を出力し、レベル不変に応答して情報ビット0を出力することができる。或いは、判決ユニット210は、レベル反転に応答して情報ビット0を出力し、レベル不変に応答して情報ビット1を出力することができる。判決ユニット210は、ロジックデバイスからなる判決器、判決電気回路等のハードウエアにより実現できるし、ソフトによりも実現できる。

0022

図3は、本発明の一態様によるデコードユニットのデコード結果の見取り図である。図3により、信号がハイレベルとローレベルの間に遷移する場合はビット1を示すと仮設すれば、図の発信信号が01100001であると分かる。

0023

さらなる研究により、光チップを使う中に、環境光の存在により、光チップの正確受信と光信号デコードの能力が大幅に下がることが発見された。そのため、本発明のもう一つの態様は、環境光のノイズ影響を下げた光チップの提供に力を入れている。

0024

図4は、本発明の一態様による光受信ユニット400のブロック図である。図4に示すように、光受信ユニット400は、光電変換ユニット410を有する。光電変換ユニット410は、光信号を受信し、光電変換により受信された光信号を電気信号に変換することに使われる。光電変換ユニット410は、光電トライオード、光電ダイオード等を有する。

0025

光電変換ユニット410の受信される光信号は、信号光源(例えば、光子クライアントの光発射ユニット)からの通信データ付きのターゲット光信号を有するが、ノイズとする環境光を有することもある。そのため、光電変換ユニット410の生成する電気信号は、信号光源からの電気信号を有するが、環境光によるノイズ電気信号を有することもある。

0026

環境光は、厳重にターゲット光信号の正確受信を影響し、光通信のスループットを下げ、通信失敗までを引き起こすことがある。そのため、本発明の一態様による光受信ユニット400は、光ノイズ除去ユニット420を有することで、環境光のノイズ影響を除去する。

0027

光電変換ユニット410の生成する電気信号は、信号光源からのターゲット電気信号を有するが、環境光からのノイズ電気信号をも有する。前記した通りに、信号光源は、一定規則の高周波点滅の光信号を発射する。例えば、光有りは、ロジックハイを示し、光無しは、ロジックローを示す。光電変換により、光電変換ユニット410の取得する相応なターゲット電気信号は、ハイローレベルパルスシーケンスである。例えば、ハイレベルは、信号光源の発光と対応し、ローレベルは、信号光源の不発光と対応する。ところが、環境光は普通は変わらない、或いはその変化が無視できるのである。そのため、環境光に対し、光電変換ユニット410の生成するノイズ電気信号は、直流信号と似ているか、振幅値が小さく変化が遅い交流信号である。したがって、環境光のある条件では、光電変換ユニット410が、信号光源のターゲット光信号を受信した後に、生成する電気信号は、ノイズ電気信号を重ね合わせるパルス信号である。

0028

これを鑑み、光ノイズ除去ユニット420は、ノイズフィルタリングユニット421を有する。ノイズフィルタリングユニット421は、光電変換ユニット410にカップリングされることで、光電変換ユニット410が生成する電気信号を受信する。ノイズフィルタリングユニット421が、電気信号の中の環境光によるノイズ電気信号をフィルタリングすることで、ターゲットパルス信号を生成する。当該ターゲットパルス信号のパルスシーケンスは、ターゲット電気信号と近似している。例えば、ターゲット電気信号の変化と一致したパルスシーケンスを備える。

0029

光ノイズ除去ユニット420は、比較ユニット422を有する。比較ユニット422の第1入力側がノイズフィルタリングユニット421の出力側にカップリングされることで、ターゲットパルス信号を受信する。比較ユニット422は、当該ターゲットパルス信号と基準電圧の比較によりデジタルレベル信号を出力する。

0030

ノイズフィルタリングユニット421より出力されるターゲットパルス信号は、ターゲット電気信号変化と一致したパルスシーケンスであるが、当該ターゲットパルス信号のパルス振幅値は一般的に小さくて、デジタル電気回路のロジックレベル信号として使いにくい。比較ユニット422は、ターゲットパルス信号と基準電圧の比較によりロジックレベル信号を出力できる。例えば、電源電圧に依存し、ハイレベルは3−5Vに達することができる。当該基準電圧の大きさは、ターゲットパルス信号のパルスシーケンスの最低値ピーク値の間にあってもよい。例えば、ターゲットパルス信号のレベルが基準電圧以上である場合(ターゲットパルス信号に対するパルス)は、比較ユニット422は、ロジックハイレベルを出力する。ターゲットパルス信号のレベルが基準電圧以下である場合(ターゲットパルス信号に対するパルス間隔)は、比較ユニット422は、ロジックローレベルを出力する。それで、信号光源より発射されるターゲット光信号のデジタルロジックを正確に反映するロジックレベル信号を取得できる。

0031

この場合、デコードユニットのデコード対象は、当該比較ユニット422の出力したデジタルレベル信号である。当該デジタルレベル信号は光ノイズを除去したきれいな信号なので、デコードユニットのデコード効率を向上し、さらに光通信のスループットを改善することができる。

0032

本実施例の光ノイズ除去ユニットは、電気回路の構成部品により電気回路の形で実現できる。即ち、光ノイズ除去電気回路とし実施する。この場合の光ノイズ除去電気回路は、ノイズフィルタリングユニットを有する。前記ノイズフィルタリングユニットの入力側は、光電変換ユニットからの電気信号を受信し、前記ノイズフィルタリングユニットは、前記電気信号の中の環境光によるノイズ電気信号をフィルタリングし、出力側よりターゲットパルス信号を出力する。並びに、比較ユニットを有する。前記比較ユニットの第1入力側は、前記ノイズフィルタリングユニットの出力側にカップリングされ、ターゲットパルス信号を受信する。前記比較ユニットは、前記ターゲットパルス信号と基準電圧の比較によりデジタル信号を出力することに使われる。

0033

図5は、本発明の一態様による第一実施例の光受信ユニット500の各構成部品のブロック図である。図5に示すように、光受信ユニット500は、光電トライオードQを含み、光信号を電気信号に変換する。その代わりに、光電変換ユニットとしては、光電ダイオード等、その他感光デバイスを使える。

0034

光受信ユニット500は、ダイオードD1と電気抵抗R1を有する。光電トライオードQ1のコレクタは、電源電圧Vcc(例えば、5V)にカップリングされ、光電トライオードQ1のエミッターは、電気抵抗R1の一端及びダイオードD1の陽極にカップリングされ、電気抵抗R1のもう一端はアースされる。ここで、電気抵抗R1はクランプ役割を果たす。即ち、電気抵抗R1は、クランプ電気抵抗となる。

0035

光受信ユニット500は、さらに電気抵抗R2、キャパシタンスC1及びコンピューティング比較器CMPを有する。電気抵抗R2の一端は、ダイオードD1の陰極にカップリングされ、もう一端は、キャパシタンスC1の一端と比較器CMPの陰極入力端子にカップリングされ、キャパシタンスC1のもう一端はアースされる。また、比較器CMPの陽極入力端子は、ダイオードD1の陰極にカップリングされる。比較器CMPの出力側は、デジタルレベル信号Voutを出力し、電気抵抗R3により電源電圧Vccにカップリングされる。

0036

光電トライオードQ1に対し、いかなる光(信号光源と環境光を有する)の照射がない場合は、光電トライオードQ1がカットオフ状態にあり、電流が通らなく、ノードS1の電圧は0である。それと相応し、ダイオードD1もカットオフ状態にある。

0037

光電トライオードQ1に対し、光の照射がある場合は(例えば、信号光源、環境光言、或いは同時にこの二者とも)、光電効果により、光電トライオードQ1を通る電流を発生し、さらにノードS1の電圧変動を引き起こす。ノードS1の当該電圧変動は、光電変換により発生した相応な電気信号を代表している。

0038

信号光源のターゲット光信号は、高周波点滅である。理想的な場合は、即ち環境光のない条件では、S1に発生された電気信号は、ターゲット光信号に対応するターゲット電気信号であり、当該ターゲット電気信号は、ハイ・ローレベルのパルスシーケンスである。図6は、環境光無しの条件で、光電変換ユニットの生成するターゲット電気信号の見取り図である。ターゲット電気信号のパルスの振幅値は、V1である。

0039

環境光有り且つ信号光源無しの場合は、環境光に当たり、ノードS1に発生する電気信号は、環境光に対するノイズ電気信号である。図7は、環境光有り且つ信号光源無しの条件で、光電変換ユニットの生成するノイズ電気信号の見取り図である。一般の状況では、環境光は不変又は変化の遅いものと見なされるので、対応するノイズ電気信号は、直流信号に近く、大きさはV2である。図7に示されるようである。

0040

信号光源照射有り且つ環境光有りの条件では、ノードS1にターゲット電気信号とノイズ電気信号を有する電気信号を生成する。図8は、環境光有り且つ信号光源有りの条件で、光電変換ユニットの生成する電気信号の見取り図である。図8のように、この場合の電気信号は、ターゲット電気信号の上に直流信号のパルス信号を重ね合わせている。そのパルスの振幅値は、V3=V1+V2で、パルス間隔部の電気レベルは、V2である。

0041

ノードS1の電圧は、光電変換による電気抵抗R1を電流(光強さに依存)及びR1の抵抗値に依存する。光が強いほど、電気抵抗R1が大きく、ノードS1部の電圧が大きい。一般的に言えば、環境光の光強さは信号光源(例えばフラッシュ)の光強さより弱い。そのため、相対強さはV1>V2となる。

0042

仮にダイオードD1の導通電圧VTとする。適切なR1抵抗値を選ぶと、V1>VT≧V2とすることができる。即ち、環境光のみの条件では、直流ノイズ電気信号はダイオードD1を導通させるほどの強さがない。D1はずっとカットオフ状態にあり、ノードS2部の電圧もずっと0である。しかし、信号光源のみ、或いは信号光源も環境光もある条件では、発生する電気信号(ターゲット電気信号とノイズ電気信号を有する)は、ダイオードD1がターゲット電気信号のパルスシーケンスにより規則的に導通やカットオフをするようにさせることで、ノードS2には、ターゲット電気信号と対応するターゲットパルス信号を発生させる。当該ターゲットパルス信号は、ターゲット電気信号変化と一致したパルスシーケンスを持ち、且つ、パルスの振幅値は次のようになる。

0043

V4=V1−VT、信号光源あり、環境光無しの照射条件;並びに

0044

V4=V3−VT=V1+V2−VT、信号光源も環境光もある照射条件。

0045

図9は、当該ターゲットパルス信号の見取り図である。図9に示すように、当該ターゲットパルス信号は、ターゲット電気信号変化と一致したパルスシーケンスを備え、違いはパルスの振幅値がV4≦V1である。

0046

ここでは、ダイオードD1は、光ノイズをフィルタリングする役割を果たし、図4に示したノイズフィルタリングユニット421と対応できる。一部の状況では、環境光も一定頻度で変わっている。例えば、蛍光灯である。ただ信号光源の点滅頻度と比べれば無視できるので、本文では、ノイズ電気信号は直流信号と近似している。しかし、この場合は、発生されるノイズ電気信号は、依然として最終のロジック出力を影響する可能性がある。そのため、ダイオードD1によりノイズ電気信号をフィルタリングし、大いに受信精度を高めている。

0047

ダイオードD1の陰極は、比較器CMPの陽極入力端子にカップリングされ、即ち当該ターゲットパルス信号を陽性入力とし比較器CMPに送る。比較器CMPは二つの入力端子があり、それぞれは陽極入力端子と陰極入力端子である。比較器CMPの陽性入力が陰性入力より大きい場合は、ロジックハイを出力する。例えば、TTLでレベル3Vである。これは電源電圧Vccに依存する。さもなければ、ロジックローを出力する。例えば、TTLレベルで0Vである。

0048

比較器CMPの陰極入力端子は、電気抵抗R2とキャパシタンスC1の接続ポイントS3にカップリングされる。ここでは、電気抵抗R2とC1からローパスフィルタになることで、ターゲットパルス信号をフィルタリングする。いかなる信号f(t)に対してもフーリエ級数を使い展開できる:

0049

0050

0051

実際の電気回路では、当該RCローパスフィルタは、直流以外のすべての周波数成分をフィルタリングしてないので、ローパスフィルタリングにより、ノードS3部でターゲットパルス信号の中の近似直流成分を出力する。その振幅値は0〜V4で、具体的にはR2、C1の値に依存する。図10は、ターゲットパルス信号がフィルタリングされる後の信号を示し、即ちV5の見取り図である。

0052

ノードS3部のフィルタリングされた信号は、比較器CMPの陰極入力側に入力される。比較器CMPは、デジタルレベル信号を出力できる。当該デジタルレベル信号は、ロジックレベル信号である。例えば、ロジック1は、TTLハイレベル(例えば、3V)で、ロジック0は、TTLローレベル(例えば、0V)である。図11は、比較器の出力するデジタルレベル信号の見取り図である。

0053

ここの比較器CMPは、図4の比較ユニット422と対応できる。R2とC1からなるローパスフィルタは、比較器CMPのために比較用の基準電圧を上げるので、基準電圧生成ユニットと見なされてもいい。

0054

図12は、本発明による第二実施例の光レシーバーの各構成部品のブロック図である。図5と同様に、光受信ユニット1200は、光電トライオードQ1を有することで、光信号を電気信号に変換する。代わりに、光電変換ユニットとしては、光電ダイオード等、他の感光デバイスを使ってもいい。

0055

光受信ユニット1200は、さらにキャパシタンスC1と電気抵抗R1を有する。光電トライオードQ1のコレクタは、電源電圧Vcc(例えば、5V)にカップリングされ、光電トライオードQ1のエミッターは、電気抵抗R1の一端及びキャパシタンスC1の一端にカップリングされ、電気抵抗R1のもう一端はアースされる。

0056

光受信ユニット1200は、さらに分圧電気抵抗とトライオードQ2を有する。キャパシタンスC1のもう一端は、分圧電気抵抗中間ノードにカップリングされる。当該分圧電気抵抗は、電気抵抗R2とR3を有する。R2とR3の当該中間ノードは、さらにトライオードQ2のベースにカップリングされる。R2とR3のもう一端は、それぞれ電源電圧Vccとアースにカップリングされる。トライオードQ2のエミッターは、アースするが、そのコレクタは、電気抵抗R4により電源電圧にカップリングされる。当該コレクタは、デジタルレベル信号Voutを出力することに使われる。

0057

図5を参照した前文と同様に、いかなる光(信号光源と環境光を有する)も光電トライオードQ1を照射していない場合は、光電トライオードQ1はカットオフ状態にあり、電流が通らなく、ノードS1部の電圧は0である。

0058

光が光電トライオードQ1を照射する場合は(例えば、信号光源、環境光源或いはこの二者とも)、光電効果により、光電トライオードQ1を通る電流が発生し、ノードS1の電圧変動を引き起こす。ノードS1部の当該電圧変動は、光電変換により生成される相応な電気信号を代表している。

0059

0060

信号光源のターゲット光信号は、高周波点滅である。理想な状況では、即ち環境光のない条件では、S1に生成される電気信号は、ターゲット光信号に対応するターゲット電気信号であり、当該ターゲット電気信号は、ハイ・ローレベルのパルスシーケンスである。

0061

環境光有り、信号光源無しの状況では、環境光の照射を受け、ノードS1に生成される電気信号は、環境光に対応するノイズ電気信号である。一般の状況では、環境光は不変又は変化の遅いものと見なされるので、それ相応なノイズ電気信号は直流信号に近似してもいい。

0062

信号光源照射も環境光も存在する条件では、ノードS1にターゲット電気信号とノイズ電気信号を有する電気信号を生成する。この時の電気信号は、ターゲット電気信号の上に直流ノイズ電気信号を重ね合わせるパルス信号である。

0063

キャパシタンスC1は、交流導通、直流隔離の役割を果たす。即ち、電気信号の中の直流分量はノードS4部に来れない。前記のように、ノイズ電気信号は、直流信号か近似直流信号である。それ故、キャパシタンスC1は有効的にノイズ電気信号をフィルタリングできる。そのため、C1は、ノイズ電気信号をフィルタリングする役割を果たし、図4のノイズフィルタリングユニット421と対応する。ノードS4に来るターゲットパルス信号はターゲット電気信号に近似する。例えば、ターゲット電気信号変化と一致したパルスシーケンスを備える。

0064

分圧電気抵抗の設置により、基礎電圧V基をQ2の導通電圧以下にさせ、ターゲットパルス信号の電圧を重ね合わせるとQ2の導通電圧以上となる。それで、トライオードQ2は、ターゲット電気信号のパルスシーケンスにより規則的に導通やカットオフを行える。トライオードQ2の導通やカットオフにより、コレクタより相応なデジタルレベル信号Voutを出力できる。

0065

本実施例では、トライオードQ2は、ノードS4部の電圧と自身導通電圧の比較によりデジタルレベル信号を出力し、図4に示した比較ユニット422と対応する。基準電圧がトライオードQ2自身の導通電圧であるので、比較ユニット222自身が基準電圧生成ユニットを有する、或いは基準電圧生成ユニットが比較ユニットの一部であると見なしてもいい。

0066

図13は、本発明による第三実施例の光受信ユニット1300の各構成部品のブロック図である。図12と同様に、光受信ユニット1300は、光電トライオードQ1を有することで、光信号を電気信号に変換する。その代わりに、光電変換ユニットとし光電ダイオード等、その他感光デバイスを使ってもよい。

0067

光受信ユニット1300は、さらにキャパシタンスC1と電気抵抗R1を有する。光電トライオードQ1のコレクタは、電源電圧Vcc(例えば、5V)にカップリングされ、光電トライオードQ1のエミッターは、電気抵抗R1の一端及びキャパシタンスC1の一端にカップリングされ、電気抵抗R1のもう一端はアースされる。

0068

光受信ユニット1300は、さらに第1分圧電気抵抗と比較器CMPを有する。キャパシタンスC1のもう一端は、分圧電気抵抗の中間ノードにカップリングされる。当該第1分圧電気抵抗は、電気抵抗R2とR3を有する。R2とR3の当該中間ノードは、比較器CMPの陽極入力端子にカップリングされる。R2とR3のもう一端は、それぞれ電源電圧Vccとアースにカップリングされる。

0069

光受信ユニット1300は、さらに第2分圧電気抵抗を有する。後者は電気抵抗R4とR5を有する。比較器CMPの陰極入力端子は、第2分圧電気抵抗の中間ノードにカップリングされ、R4とR5のもう一端は、それぞれ電源電圧Vccとアースにカップリングされる。

0070

図13図12の電気回路は、左側からノードS4までは同じで、即ちノードS4には、ターゲットパルス信号を生成できる。違いとしては、図13の比較器CMPは、比較ユニットとして比較と出力を行う。即ち、ターゲットパルス信号は、比較器CMPの陽極入力端子に入力される。比較器CMPの陰極入力端子は、第2分圧電気抵抗の中間ノード、即ちR4とR5の接続ポイントにカップリングされることで、比較用の基準電圧を受信する。この意味では、第2分圧電気抵抗は、基準電圧生成ユニットと見なされてもよい。

0071

比較器CMPの陰極入力端子に入力される当該基準電圧は、ターゲットパルス信号のパルスシーケンスのピーク値と最低値の間にあることが理解しやすい。それで、CMPは、信号光源よりのターゲット光信号のデジタルロジックを反映するロジックレベル信号を出力できる。

0072

説明の目的で特定した実施例を述べたにも関わらず、本発明の各態様は、これらの特定実施例に限らないことが理解しやすい。特定実施例に説明された一部の構成部品は必ずしも必要でなかったり、構成部品の代替品があったり、或いは他の構成部品があったりすることがある。例えば、図5を参照しながら説明した第一実施例の比較器は、トライオード又は他の比較手段で実現できる。

0073

本分野の技術者は、ここで開示される実施例により説明される各種の説明したロジックブロックモジュール、電気回路やアルゴリズムテップと結び合わせると、電子ハードウエアに実現できること、ストレージやほかのパソコン読取可能な媒体に保存しプロセッサーや他のプロセッサー設備により実行するコマンド、或いはその組み合わせに実現できることが理解できる。ここで開示されたストレージはいかなるタイプや大きさのストレージでもよく、そして保存に必要な、いかなるタイプの情報に配置されてもよい。この互換性をはっきり説明するために、各種の説明的構成部品、枠、モジュール、電気回路とステップは前文では機能の形式にて一般的説明を行っている。このような機能性がどのように実現されるかは、具体的な応用、設計選択及び/又は設計制約に依存する。本分野の技術者は、特定した応用毎に、説明された機能を異なる方法で実現できるが、このような実現方法を本開示の範囲外と見なしてはならない。

0074

本文に開示される実施例により説明される、各種の説明したロジックモジュールと電気回路は、本文説明機能を実行するプロセッサー、DSP、専用集積回路ASIC)、FPGA又はその他プログラミング可能なロジックデバイス、分立したゲート又はトランジスターロジック、分立したハード構成部品、或いはいかなる組み合わせに設計されたものにより、実現又は実行することができる。プロセッサーはマイクロプロセッサーを使えるが、代替案では、当該プロセッサーは、いかなる一般的なプロセッサー、コントローラー、マイクロコントローラー又はステートマシンでも良い。プロセッサーは、コンピューティング設備の組み合わせと設計されてもよい。例えば、DSPとマイクロプロセッサーの組み合わせ、多数のマイクロプロセッサー、DSPコアと協力する一つか幾つかのマイクロプロセッサー、或いはいかなるこのような構成でもよい。

0075

本文に開示された実施例は、ハードウエア、ハードウエアに保存されるコマンドにより実現できる。これらのコマンドは、ランダムアクセスメモリ(RAM)、フラッシュメモリ読取専用メモリ(ROM)、電子プログラミング可能ROM(EPROM)、電子消去可能なプログラミング可能ROM(EEPROM)、レジスターメモリハードディスクリムーバブルディスクCD−ROM、又は本分野でのいかなる他の形式のストレージ媒体に保持しておくことができる。例示的なストレージ媒体がプロセッサーにカップリングすることにより、当該プロセッサーが、当該ストレージ媒体から/に対し情報の読取と書き込みをすることができる。代わりに、ストレージ媒体はプロセッサーに整合されることができる。プロセッサーとストレージ媒体は、ASICに駐留できる。

0076

本分野の技術者は本開示の作成や利用ができるために、上記まで本開示に対する説明を提供している。本開示に対する各種の修正は、本分野の技術者にとっては明らかに分かることである。そして、本文で定義の一般原理は他の変形に使われてよいが、本開示の趣旨や範囲から逸脱しない。それにより、本開示は、本文説明の例示と構成に限定されることがなく、本文開示の原理とユニーク特性と一致する最も広い範囲に適用されべきである

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