JP4743846B2

JP4743846B2 - 光通信装置及びそれを用いた情報機器

Info

Publication number: JP4743846B2
Application number: JP2005137179A
Authority: JP
Inventors: 孝一深澤; 光識石坂
Original assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Current assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Priority date: 2005-05-10
Filing date: 2005-05-10
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2025-05-10
Also published as: CN100570450C; KR101401446B1; CN1862342A; JP2006319408A; TW200639530A; TWI396014B; US20060262562A1; KR20060116717A; US7517132B2; DE102006020828A1; DE102006020828B4

Description

本発明は表示装置に用いられる面発光の導光板を用いた可視光による光通信手段に関する。

従来、携帯電話やノートパソコン等の表示装置として使用される液晶パネルは、導光板による面発光のバックライト装置と組み合わされて用いることが一般的であり、このバックライト装置は様々な改良がなされているが、その中で面発光の輝度が均一になるように改良された導光板及びそれを用いたバックライト装置が開示されている（例えば特許文献１参照）。

以下、この特許文献１を図面に基づいて説明する。図６（ａ）は特許文献１で開示されている従来のバックライト装置の斜視図である。導光板５０は略板状の形状を有し、光の入射面５１と底面５２と光の出射面５３とを備えている。底面５２には、入射面５１に平行であって三角形の断面形状を有する溝５４が所定の間隔で形成されている。入射面５１側には光源５５が設けられ、光源５５は光源５５から発せられた光が入射面５１に入射するように集光板５６で覆われている。また、導光板５０の底面５２側には拡散反射シート５７が設けられている。ここで、光源５５から発せられ入射面５１から導光板５０に入射した光は、底面５２、及び出射面５３で反射されて導光板５０内を入射面５１から遠ざかる方向（矢印Ａ）に進行し、溝５４に入射して屈折され出射面５３へ導かれる。

図６（ｂ）は従来のバックライト装置の側面図であり、光源５５からの光の光路について説明する。光源５５を発した光は、入射面５１から導光板５０に入射し、底面５２と出射面５３とで反射されながら矢印Ａの方向に進行し、例えば、溝５４ａ、溝５４ｂ、溝５４ｄ、溝５４ｅに入射する。そして、溝５４ａに入射した光５８ａ、溝５４ｂに入射した光５８ｂ、溝５４ｄに入射した光５８ｄ、および溝５４ｅに入射した光５８ｅは、それぞれの溝によって反射し出射面５３へ導かれる。ここで、底面５２に形成された溝５４ａ〜５４ｅは、入射面５１から遠ざかるに従って入射面５１側に形成された面の底面５２から出射面５３の方向への長さが長くなるので、入射面５１から遠ざかるに従って光の強度が低下しても溝に入射する割合が高くなり、出射面５３へ導かれる割合も高くなる。この結果、入射面５１から遠い領域の輝度の低下を防止し、導光板５０の出射面５３からほぼ均一な輝度の光を出射することが出来る。

また、従来の携帯電話やノートパソコン等に代表される情報機器は、外部の機器とのデータ通信手段を備えた製品が開発され、データ通信手段として赤外線による通信手段を備えた携帯電話とそれを利用した通信システムが開示されている（例えば特許文献２参照）。以下、この特許文献２を図面に基づいて説明する。図７は特許文献２で開示されている従来の通信手段を備えた携帯電話とそれを利用した通信システムの概略図である。携帯電話６０はアンテナ６１を介した通常の通信機能の他に赤外線送受信部６２が内蔵されている。また、カーナビゲーション装置６３は表示パネル６４と共に赤外線送受信部６５が内蔵されている。この結果、携帯電話６０とカーナビゲーション装置６３のそれぞれの赤外線送受信部６２、６５によって赤外線６６による通信システムが構築される。

ここで、携帯電話６０は目的地の電話番号データを内部のメモリに記憶し、必要に応じて電話番号データを赤外線６６を介してカーナビゲーション装置６３に送信する。カーナビゲーション装置６３は、受信した電話番号データを目的地として設定し、使用者に目的地を案内することが出来る。このような構成とすることにより、使用者が車に搭乗したときに、携帯電話をカーナビゲーション装置の近くに置くだけで、カーナビゲーション装置の目的地を自動的に設定出来るので、利便性に優れたシステムを構築することが出来る。

特開２００１−２１０１２０号公報（特許請求の範囲、第１図）特開２００４−２９４３１０号公報（特許請求の範囲、第１図）

しかしながら、従来例として示した特許文献１のバックライト装置は、このバックライト装置が組み込まれる情報機器の構成要素の中では比較的大きな形状を有しているが、液晶パネル等を照らすバックライトとしての単一機能を有するだけで、出力する可視光を照明以外の目的には用いておらず、導光板や光源が有効利用されているとは言えない。特に近年、携帯電話やノートパソコン等に代表される携帯型情報機器は、ますます高機能化が進むと共に、更なる小型軽量化の要求が強く、これらの要求を満たすために例えば、内蔵される一つの部品で複数の機能を果たす多機能型部品が求められており、従来のバックライト装置は、この要求を満たすことが出来ない。

また、別の従来例として示した特許文献２の赤外線による通信手段を備えた携帯電話等は、通信手段として赤外線を用いているので、使用者や周囲にいる人の目を保護する観点から小電力での送信に限定され、この結果、通信の伝達距離が極端に短く、機器間の距離が離れると通信障害が発生し、また通信速度にも問題がある。また、最近は情報機器間の無線通信技術として、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈなどの電波による無線通信手段が一部で用いられているが、電磁波の人体や医療機器等への影響や、電波法による制約等から電波の出力や周波数に厳しい制限があり、広く一般化することが難しい。また、赤外線通信手段や電波による無線通信手段を実現するには、情報機器に組み込まれる部品点数が増加するので機器の小型化が困難となり、またコストアップも避けられない。

本発明の目的は上記課題を解決し、液晶パネル等を照らすバックライトの可視光源を用いて、バックライト機能と共に、外部の情報機器との通信機能を備えた多機能型の光通信装置及びそれを用いた情報機器を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の光通信装置及びそれを用いた情報機器は、下記記載の構成を採用する。

本発明の光通信装置は、光を入射する入射面と前記入射面に略直交する光の出射面と前記出射面に対向する底面とを含む略板状の導光板と、前記導光板の入射面に近接して配置される光源としての可視光を発光する一つ以上の発光ダイオードと、前記導光板の入射面に近接し前記発光ダイオードと共に列状に一つ以上交互に配置される受光素子とを含み、前記導光板の底面には、前記入射面に略平行であって前記出射面の方向に切り込まれた斜面を含む略直角三角形の断面形状を有する溝が所定の間隔で形成され、かつ前記溝の斜面が前記入射面に面しており、前記導光板は前記入射面から入射した光を前記溝によって拡散して前記出射面より出射し、また、前記導光板は前記出射面から入射した外部からの入射光を前記溝によって集光して前記入射面より出射し、前記発光ダイオードと前記受光素子は前記導光板の前記入射面に向き合い、前記発光ダイオードからの可視光が前記入射面に入射する光路と、前記受光素子が受光する前記入射面からの入力光の光路と、が略等しいと共に、前記発光ダイオードをバックライトとして駆動するバックライト駆動手段と、前記発光ダイオードを情報の送信手段として駆動する送信駆動手段と、前記受光素子からの受光信号を増幅する増幅手段と、前記バックライト駆動手段と前記送信駆動手段を制御し、更に前記増幅手段からの出力信号を入力する制御手段とを含むことを特徴とする。

これにより、略板状の導光板に近接して配置される光源と受光素子によって、光による送受信が可能な光通信装置を実現することが出来る。
また、導光板の底面に配置される溝によって光源からの光を拡散して出射面より出射するので、均一な輝度の光を効率よく出射することが出来る。また、導光板の底面に配置される溝によって導光板の出射面から入射した入射光を効率よく集光して受光素子に入力することが出来る。

また、前記発光ダイオードが発光する前記可視光は前記バックライト駆動手段からのバックライト駆動信号に応じて制御され、前記導光板は前記入射面から入射した前記可視光を前記出射面からバックライトとして出射することを特徴とする。

これにより、光源は発光ダイオードであるので、消費電力が小さく高輝度の可視光を導光板によって面発光することが出来、発光効率に優れ信頼性の高いバックライトを実現することが出来る。

また、前記発光ダイオードが発光する前記可視光は前記送信駆動手段からの送信駆動信号に応じて変調され、前記導光板は前記入射面から入射した前記変調された可視光を前記出射面から出射して外部の機器に情報を送信することを特徴とする。

これにより、光源は可視光を発光する発光ダイオードであるので、送信する情報に基づいて導光板からの出射光を高速にＯＮ／ＯＦＦ制御することが可能であり、この結果、発光効率に優れ、可視光であるために使用者の目に悪影響を与えることがなく、高速にデジタル情報を送信する光通信装置を実現することが出来る。

また、前記受光素子は、前記導光板によって集光された前記入射光を前記導光板の入射面から受光して前記入射光の強弱に応じた前記受光信号を出力し、前記制御手段は前記増幅手段からの出力信号を復調して外部の機器からの情報を受信することを特徴とする。

これにより、導光板によって集光された外部からの入射光を列状に配置された受光素子によって効率よく受光するので、受信感度が高く小型化薄型化が容易な光通信装置を実現することが出来る。

また、前記受光素子は、前記導光板によって集光された前記入射光を前記導光板の入射面から受光して受光信号を出力し、前記制御手段は前記増幅手段からの出力信号に応じて前記バックライト駆動手段を制御し、前記発光ダイオードが発光する可視光の発光量を調整することを特徴とする。

これにより、導光板によって集光された外部からの光を受光素子によって受光し、この受光素子からの受光信号を増幅した出力信号に応じてバックライトの発光量を調整するので、周囲の明るさに応じてバックライトの輝度を適切に可変することが出来、この結果、視認性に優れ消費電力が節約可能なバックライトの調光機能付き光通信装置を実現することが出来る。

本発明の情報機器は光通信装置と情報を表示する表示装置とを備え、前記光通信装置によって前記表示装置のバックライトを構成すると共に、前記光通信装置によって外部の機器と可視光による情報伝達を行う様に構成することを特徴とする。

これにより、本発明の情報機器は表示装置のバックライト機能と共に可視光による光通信機能を有する多機能型の光通信装置を搭載しているので、安全で信頼性の高い通信手段を備え、且つ、部品点数の削減による小型化軽量化、及びコストダウンを実現出来る。

また、本発明の情報機器は光通信装置と情報を表示する表示装置とを備え、前記光通信装置によって前記表示装置のバックライトを構成すると共に、前記光通信装置によって前記表示装置のバックライトを周囲の明るさに応じて調整する様に構成することを特徴とする。

これにより、本発明の情報機器は周囲の明るさに応じて表示装置のバックライトの輝度を適切に調整することが出来るので、表示内容が見やすく、且つ、バックライトの消費電力を節約することが出来る。

また、本発明の情報機器は光通信装置と情報を表示する表示装置と二次電池とを備え、前記光通信装置によって前記表示装置のバックライトを構成すると共に、前記光通信装置の受光素子は太陽電池であり、この太陽電池からの受光信号によって前記二次電池を充電する充電制御手段を備えたことを特徴とする。

これにより、光通信装置の受光素子である太陽電池が、導光板で集光された外部からの光を受光して二次電池を充電するので、情報機器の使用中に太陽光などによる自然充電が可能となり、煩わしい充電操作を必要としない利便性の高い情報機器を提供することが出来る。

また、本発明の情報機器は携帯電話、又はパーソナルコンピュータ、又は情報端末、又は車載用情報機器であることを特徴とする。

これにより、表示装置のバックライト機能と共に、安全で信頼性の高い通信機能や二次電池への充電機能を備えた、高機能で小型化に優れ利便性の高い携帯電話、又はパーソナルコンピュータ、又は情報端末、又は車載用情報機器等を提供することが出来る。

上記の如く本発明によれば、表示装置のバックライト機能を有すると共に、可視光による外部との光通信機能を有するので、使用者の目に悪影響を与えることがなく、安全で信頼性の高い多機能型の光通信装置を提供することが出来る。

以下図面により本発明の実施の形態を詳述する。図１は本発明の光通信装置の主要な構成要素である導光板と光源と受光素子の斜視図である。図２（ａ）は本発明の光通信装置の導光板と光源の動作を説明する側面図である。図２（ｂ）は本発明の光通信装置の導光板と受光素子の動作を説明する側面図である。図３は本発明の第１及び第２の実施例である光通信装置の構成を示すブロック図である。図４は本発明の光通信装置を搭載した携帯電話の側面図である。図５（ａ）は本発明の第３の実施例である充電機能付き光通信装置の構成を示すブロック図である。

本発明の光通信装置の主要な構成要素である導光板と光源と受光素子の構成を図１に基づいて説明する。１は略板状の形状を有し透明部材によって成る導光板である。導光板１は外部からの光を入射する入射面２と、この入射面２に略直交し外部に光を出射する出射面３と、この出射面３に対向する底面４とを備えている。底面４には、入射面２に平行であって出射面３の方向に切り込まれた三角形の断面形状を有する溝５が所定の間隔で形成される。６ａ〜６ｃは光源としての複数の発光ダイオード（以下ＬＥＤと略す）であり、導光板１の入射面２に近接して列状に配置される。ここで、ＬＥＤ６ａ〜６ｃが発光する可視光の出力光７は、導光板１の入射面２から導光板１の内部に入射され、導光板１の内部で拡散されて出射面３全体から出射光８となって出射される。

９ａ、９ｂは受光素子としての複数のフォトダイオードであり、導光板１の入射面２に近接してＬＥＤ６ａ〜６ｃと共に列状に配置される。ここで、導光板１の出射面３に太陽光等の入射光１０が入射されると、入射光１０は導光板１の内部で集光されて入射面２より入力光１１として出射され、フォトダイオード９ａ、９ｂは入射面２からの入力光１１を受光する。尚、受光素子としてのフォトダイオード９ａ、９ｂは、後述する太陽電池でも良く、又はフォトトランジスタ等でも良い。また、本実施例に於いては、光源としてのＬＥＤを３個配置し、受光素子としてのフォトダイオードを２個配置しているが、この個数に限定されるものではなく、導光板１のサイズや仕様に応じて任意に変更して良い。また、ＬＥＤとフォトダイオードの配列順序も限定されない。以上の構成により、導光板１の入射面２は、ＬＥＤ６ａ〜６ｃの出力光７を導光板１の内部に入射する機能を果たすが、その反対に導光板１の内部で集光された光を入力光１１として出射する機能も有している。また同様に、導光板１の出射面３は、導光板１の内部で拡散された光を出射光８として外部に出射する機能を果たすが、その反対に外部からの入射光１０を入射する機能も有している。

次に、図２（ａ）に基づいて本発明の光通信装置の導光板と光源の動作を詳細に説明する。導光板１は前述した如く、底面４に三角形の断面形状によって成る複数の溝５ａ〜５ｇを有している。尚、溝５ａ〜５ｇの数は限定されず任意の数でよい。また、溝５ａ〜５ｇの形状は、光源としてのＬＥＤ６ａ〜６ｃが発光する出力光７を均一に反射し易いように、入射面２から遠ざかるに従って底面４からの高さが高くなることが好ましい。ここでＬＥＤ６ａ〜６ｃが発光する出力光７は、各ＬＥＤに内蔵されるレンズ（図示せず）によって集光され鋭い指向性を有して入射面２に入射される。そして、この入射面２に入射される出力光７は、僅かな入射角の違いによって溝５ａ〜５ｇにそれぞれ別れて入射し反射する。

すなわち図示する如く、出力光７ａは溝５ａに入射して反射し、出射光８ａとして導光板１の出射面３から出射される。また、出力光７ｂは溝５ｂに入射して反射し、出射光８ｂとして出射面３から出射される。また、出力光７ｃは溝５ｃに入射して反射し、出射光８ｃとして出射面３から出射される。更に、出力光７ｇは溝５ｇに入射して反射し、出射光８ｇとして出射面３から出射される。尚、図面上省略しているが溝５ｄ〜５ｆに対しても出力光７がそれぞれ入射して反射し、出射光として出射面３より出射される。また、図示しないがＬＥＤ６ａ〜６ｃが発光する出力光は、出力光７ａ〜７ｇ以外にも存在し、底面４で反射する出力光や出射面３で反射する出力光もある。これらの出力光は導光板１の内部で反射を繰り返し、最終的には溝５ａ〜５ｇ又は底面４によって反射し、拡散されて出射面３から出射される。すなわち、ＬＥＤ６ａ〜６ｃが発光する出力光７は、導光板１の溝５ａ〜５ｇが主に作用して導光板１の内部で反射／拡散を繰り返し、出射面３からほぼ均一な輝度で出射される。

次に、図２（ｂ）に基づいて本発明の光通信装置の導光板と受光素子の動作を詳細に説明する。ここで、導光板１の出射面３に外部からの光（例えば太陽光）が入射光１０ａ〜１０ｇとして入射されるとする。すなわち、入射光１０ａは導光板１の溝５ａに入射して反射し、入力光１１ａとして入射面２より出射してフォトダイオード９ａ、９ｂに入力する。また、入射光１０ｂは導光板１の溝５ｂに入射して反射し、入力光１１ｂとして入射面２より出射してフォトダイオード９ａ、９ｂに入力する。また、入射光１０ｃは導光板１の溝５ｃに入射して反射し、入力光１１ｃとして入射面２より出射してフォトダイオード９ａ、９ｂに入力する。更に、入射光１０ｇは導光板１の溝５ｇに入射して反射し、入力光１１ｇとして入射面２より出射してフォトダイオード９ａ、９ｂに入力する。

尚、入射光１０ｄ〜１０ｆは図面上省略しているが、同様にそれぞれ溝５ｄ〜５ｆに入射して反射し、入射面２より出射してフォトダイオード９ａ、９ｂに入力する。また、図示しないが入射光は、入射光１０ａ〜１０ｇ以外にも存在し、それらの入射光は導光板１の内部で反射を繰り返し、最終的には入射面２より入力光１１として出射される。すなわち、太陽光などの外部からの入射光１０は、導光板１の溝５ａ〜５ｇが主に作用して導光板１の内部で反射し集光されて入射面２から入力光１１となって出射し、フォトダイオード９ａ、９ｂに入力される。尚、図２（ｂ）では、フォトダイオード９ａ、９ｂと共に列状に配置されるＬＥＤ６ａ〜６ｃは省略している。

次に、図３に基づいて本発明の光通信装置の全体構成を説明する。２０は本発明の光通信装置の電子回路を実装する回路基板である。２１は回路基板２０に実装される制御手段としてのマイクロコンピュータ（以下マイコンと略す）であり、本発明の光通信装置を制御する。２２はバックライト駆動手段としてのバックライト駆動回路であり、マイコン２１からバックライト制御信号Ｐ１を入力して、バックライト駆動信号Ｐ２を出力する。２３は送信駆動手段としての送信駆動回路であり、マイコン２１から送信制御信号Ｐ３を入力して、送信駆動信号Ｐ４を出力する。２４は切替回路であり、バックライト駆動信号Ｐ２と送信駆動信号Ｐ４を入力し、マイコン２１からの切替信号Ｐ５によってバックライト駆動信号Ｐ２と送信駆動信号Ｐ４のいずれかを選択して切り替え、ＬＥＤ駆動電流Ｐ６ａ〜Ｐ６ｃを出力する。ＬＥＤ６ａ〜６ｃは、ＬＥＤ駆動電流Ｐ６ａ〜Ｐ６ｃをそれぞれ入力して出力光７を発光する。２５は増幅手段としての増幅回路であり、フォトダイオード９ａ、９ｂからの受光信号Ｐ７ａ、Ｐ７ｂを入力し、増幅して出力信号Ｐ８をマイコン２１に出力する。

次に、図３に基づいて本発明の光通信装置の基本動作であるバックライト制御動作を説明する。マイコン２１は３ビットのデジタル信号によって成るバックライト制御信号Ｐ１を出力する。バックライト駆動回路２２は、バックライト制御信号Ｐ１を入力して内部でＤ／Ａ変換を行い、８通りのアナログ電圧によって成るバックライト駆動信号Ｐ２を出力する。例えば、バックライト制御信号Ｐ１が３ビットすべて論理“０”であるなら、バックライト駆動信号Ｐ２は零ボルトであり、バックライト制御信号Ｐ１が３ビットすべて論理“１”であるなら、バックライト駆動信号Ｐ２は最大値の３ボルトとなる。尚、バックライト制御信号Ｐ１は３ビットに限定されず任意で良く、また、バックライト駆動信号Ｐ２の最大値も限定されない。

また、マイコン２１は論理“０”の１ビットデジタル信号による切替信号Ｐ５を出力して切替回路２４を制御する。切替回路２４は論理“０”の切替信号Ｐ５を入力するとバックライト駆動信号Ｐ２を選択して内部で電圧電流変換を行い、バックライト駆動信号Ｐ２に応じたＬＥＤ駆動電流Ｐ６ａ〜Ｐ６ｃを出力して、ＬＥＤ６ａ〜６ｃを点灯制御する。すなわち、切替回路２４はバックライト駆動信号Ｐ２が零ボルトであるならばＬＥＤ駆動電流Ｐ６ａ〜Ｐ６ｃを零アンペアとするのでＬＥＤ６ａ〜６ｃは消灯し、バックライト駆動信号Ｐ２が最大値の３ボルトであるならばＬＥＤ駆動電流Ｐ６ａ〜Ｐ６ｃを最大電流とするので、ＬＥＤ６ａ〜６ｃからの出力光７は最大輝度となる。

また、バックライト駆動信号Ｐ２が零ボルトから３ボルトの間にあるときは、切替回路２４はＬＥＤ駆動電流Ｐ６ａ〜Ｐ６ｃをバックライト駆動信号Ｐ２の電圧値に応じた電流値で出力するので、ＬＥＤ６ａ〜６ｃの出力光７の輝度はバックライト駆動信号Ｐ２に応じて変化する。この出力光７は、前述した如く、導光板１の入射面２より入射して導光板１の内部で反射／拡散が行われ、導光板１の出射面３からほぼ均一な輝度の出射光８として出射される。以上の動作により本発明の光通信装置は、内蔵するマイコン２１の制御によって点灯／消灯、及び輝度を任意に可変出来る表示装置の為のバックライトとして、その機能を果たすことが出来る。

次に本発明の光通信装置に於いて、内蔵する情報を外部に送信する場合の送信動作を図３に基づいて説明する。マイコン２１は外部に送信するべき情報に必要に応じて誤り訂正符号を付加し、送信制御信号Ｐ３として出力する。送信制御信号Ｐ３は、例えば８ビットのデジタル信号である。送信駆動回路２３は、入力した送信制御信号Ｐ３をシリアルデータに変換し、送信駆動信号Ｐ４として出力する。また、マイコン２１は論理“１”の１ビットデジタル信号による切替信号Ｐ５を出力して切替回路２４を制御する。切替回路２４は論理“１”の切替信号Ｐ５を入力すると送信駆動信号Ｐ４を選択し、送信駆動信号Ｐ４のシリアルデータに応じたＬＥＤ駆動電流Ｐ６ａ〜Ｐ６ｃを出力して、ＬＥＤ６ａ〜６ｃを高速にＯＮ／ＯＦＦ制御する。

この結果、ＬＥＤ６ａ〜６ｃが発光する可視光の出力光７は、送信駆動信号Ｐ４のシリアルデータに応じて高速にＯＮ／ＯＦＦ（すなわち点灯／非点灯）制御され、送信駆動信号Ｐ４によって変調された光となる。すなわち、送信駆動信号Ｐ４のシリアルデータが論理“１”のとき出力光７はＯＮ（点灯）となり、シリアルデータが論理“０”のとき出力光７はＯＦＦ（非点灯）となる。尚、出力光７のＯＮ／ＯＦＦは論理が反転されても良い。この変調された出力光７は、前述した如く、導光板１の入射面２より入射して導光板１の内部で反射／拡散が行われ、導光板１の出射面３から出射光８として出射される。以上の動作により本発明の光通信装置は、内蔵するマイコン２１の制御によって出射光８を送信する情報に基づいて変調し、外部の機器（図示せず）に可視光によって情報を送信する送信機能を有することが出来る。

次に本発明の光通信装置に於いて、外部の機器から情報を受信する場合の受信動作を図３に基づいて説明する。外部の機器（図示せず）から情報に基づいて変調された光が送信されると、光通信装置の導光板１は、前述した如く、その光を出射面３より入射光１０として入射し、受光素子であるフォトダイオード９ａ、９ｂに入力光１１として入力する。フォトダイオード９ａ、９ｂは入力光１１を受光し、その強弱に応じた受光信号Ｐ７ａ、Ｐ７ｂを出力する。増幅回路２５は受光信号Ｐ７ａ、Ｐ７ｂを増幅して出力信号Ｐ８を出力する。マイコン２１は出力信号Ｐ８を入力してＡ／Ｄ変換し、必要に応じて誤り訂正処理等を実行して受信データに復調し、メモリ（図示せず）に記憶する。以上の動作により本発明の光通信装置は、外部の機器からの変調された光を導光板１によって集光し、受光素子によって受光することにより、外部の機器からの情報を受信する受信機能を有することが出来る。

次に図４に基づいて、本発明の光通信装置を搭載した携帯電話の構成を説明する。３０は本発明の情報機器としての携帯電話であり、３１は本体部、３２は本体部３１に対してヒンジ３３によって開閉出来る可動部３２である。本体部３１には、電波の送受信を行うアンテナ３４、操作ボタン３５、及び回路基板２０などが搭載されている。回路基板２０には、前述した如く、光通信装置を構成するマイコン２１等が実装されるが、その他に図示しないが携帯電話としての送受信ユニットやメモリ等が実装される。可動部３２には、スピーカ３６と電話番号やメール等の情報を表示する表示装置としての液晶パネル３７が配置され、液晶パネル３７の背後には、本発明の光通信装置の主要な構成要素である導光板１とＬＥＤ６ａ〜６ｃが配置されている。尚、ＬＥＤ６ａ〜６ｃと共に配置される受光素子としてのフォトダイオード９ａ、９ｂは図示していない。

次に、本発明の携帯電話３０の動作を図４に基づいて説明する。まず、携帯電話３０の使用者（図示せず）が液晶パネル３７を見ながら操作ボタン３５を操作して電話をかけると、携帯電話３０はアンテナ３４によって送受信を行い、相手側の携帯電話等に接続してスピーカ３６とマイク（図示せず）によって通話することが出来る。また、使用者は液晶パネル３７を見ながら操作ボタン３５を操作してメールを作成し、送信することも可能である。ここで、液晶パネル３７によって電話番号やメール等の情報を表示する場合は、本発明の光通信装置をバックライトとして機能させればよい。すなわち、液晶パネル３７の背後に設置された導光板１からＬＥＤ６ａ〜６ｃによる出射光８を出射し、液晶パネル３７を照らして様々な情報を表示することが出来る。尚、出射光８は、液晶パネル３７がカラー表示を行う場合は白色光であることが好ましい。

また、携帯電話３０を近くにある外部の機器（図示せず）と通信させて情報伝達を行う場合は、本発明の光通信装置を可視光による通信手段として機能させればよい。すなわち、携帯電話３０から外部の機器に情報を送信するには、携帯電話３０の液晶パネル３７の面を、データ通信する外部の機器に接近させ、次に、使用者が操作ボタン３５を操作して送信動作を選択し実行させる。これにより、回路基板２０に実装されるマイコン２１は、前述した如く、送信される情報に基づいてＬＥＤ６ａ〜６ｃを駆動し、導光板１は情報によって変調された出射光８を液晶パネル３７を介して外部に出射する。この動作により本発明の携帯電話３０は、外部の機器に対して変調された可視光によって様々な情報を送信することが出来る。

また、携帯電話３０が外部の機器より情報を受信する場合は、送信動作と同様に携帯電話３０の液晶パネル３７の面を、データ通信する外部の機器（図示せず）に接近させ、次に、外部の機器より送信情報によって変調された光を出力させる。尚、外部の機器からの出力光は可視光であることが好ましい。ここで携帯電話３０は、外部の機器からの光を入射光１０として液晶パネル３７を介して導光板１に入射し、フォトダイオード９ａ、９ｂ（図３参照）は、導光板１によって集光された入力光１１を受光し、マイコン２１は、フォトダイオード９ａ、９ｂの受光信号から受信情報を復調し記憶する。この動作により本発明の携帯電話３０は、外部の機器が送信した変調された可視光を入力し、様々な情報を受信することが出来る。

以上のように本発明によるならば、光源を表示装置等のバックライトとして機能させると共に、光源と受光素子によって可視光による情報伝達が可能な光通信機能を有する多機能型の光通信装置を実現することが出来る。また、本発明の光通信装置を携帯電話等の情報機器に搭載することにより、情報機器はバックライト付きの視認性に優れた表示機能を備えると共に、安全で信頼性が高く利便性に優れた通信機能を備え、且つ、部品点数の削減による小型化軽量化、及びコストダウンを実現することが出来る。

また、本発明の応用例としては、例えば本発明の光通信装置を搭載した携帯電話と外部機器としてのパソコンを組み合わせた通信システムがある。例えば、パソコンに記憶された電話番号リストを本発明の可視光による通信手段によって携帯電話に送信し、携帯電話が送信データを受信することにより電話番号を自動的に登録することが出来る。また、他の応用例として本発明の光通信装置を搭載した携帯電話と外部機器としてのプリンタを組み合わせた写真プリントシステムがある。例えば、携帯電話に組み込まれたカメラによって撮影された画像データを携帯電話が内蔵する本発明の光通信装置によってプリンタに送信し、プリンタが画像データを受信することにより画像を印刷することが出来る。

尚、本発明の光通信装置を搭載する情報機器は携帯電話に限定されず、パーソナルコンピュータ、又は情報端末、又はカーナビゲーションシステム等の車載用情報機器であっても良い。また、図３に示したブロック図は、この構成に限定されるものではなく、機能を満たすものであればどのような構成であっても良い。また、光通信装置を構成するマイコン２１は、搭載される情報機器の一部、又は全体を制御する制御手段であっても良い。

次に、調光機能が付加された本発明の光通信装置の第２の実施例を説明する。この実施例の構成は第１の実施例と同じであるので構成の説明は省略し、その動作を図３に基づいて説明する。図３に於いて、マイコン２１は３ビットのデジタル信号によって成るバックライト制御信号Ｐ１を出力する。バックライト駆動回路２２は、バックライト制御信号Ｐ１を入力して内部でＤ／Ａ変換を行い、アナログ電圧によるバックライト駆動信号Ｐ２を出力する。また、マイコン２１は論理“０”の１ビットデジタル信号による切替信号Ｐ５を出力して切替回路２４を制御する。切替回路２４は論理“０”の切替信号Ｐ５を入力するとバックライト駆動信号Ｐ２を選択して内部で電圧電流変換を行い、バックライト駆動信号Ｐ２に応じたＬＥＤ駆動電流Ｐ６ａ〜Ｐ６ｃを出力してＬＥＤ６ａ〜６ｃを点灯する。これにより本実施例の光通信装置もバックライト機能を果たすことが出来る。

また、図１で示した導光板１は、前述した如く、太陽光などの外光を入射光１０として入射して内部で集光し、受光素子であるフォトダイオード９ａ、９ｂは、導光板１の内部で集光された光を入力光１１として受光し受光信号Ｐ７ａ、Ｐ７ｂを出力する。ここでマイコン２１は、受光信号Ｐ７ａ、Ｐ７ｂが増幅された出力信号Ｐ８を増幅回路２５より入力し、この出力信号Ｐ８を内部でＡ／Ｄ変換後、変換されたデジタルデータを外光の強さとして一時的に記憶する。更にマイコン２１は、記憶された出力信号Ｐ８のデジタルデータに応じてバックライト制御信号Ｐ１の値を可変し、順次出力する。バックライト駆動回路２２は順次出力されるバックライト制御信号Ｐ１を入力してバックライト駆動信号Ｐ２を出力し、切替回路２４を介してＬＥＤ６ａ〜６ｃが発光する出力光７の発光量を可変する。これにより、本実施例の光通信装置は、外光の強さに応じてＬＥＤ６ａ〜６ｃの発光量を調整しバックライトの輝度を最適化することが出来る。

例えば、本発明の光通信装置を搭載する情報機器が室内の比較的暗い環境に置かれている場合は、光通信装置の導光板１に入射する外光は暗いので外光の強さを表す出力電圧Ｐ８は小さな値となる。ここでマイコン２１は、出力電圧Ｐ８の値から情報機器の周囲の外光が暗いと判断し、バックライト制御信号Ｐ１の値を小さくしてバックライトの輝度を暗くし、周囲が暗い状態ではバックライトが眩しすぎないように最適なバックライトの明るさに調整する。また、光通信装置を搭載する情報機器が、屋外の比較的明るい環境に置かれている場合は、光通信装置の導光板１に入射する外光は明るいので外光の強さを表す出力電圧Ｐ８は大きな値となる。ここでマイコン２１は、出力電圧Ｐ８の値から情報機器の周囲の外光が明るいと判断し、バックライト制御信号Ｐ１の値を大きくしてバックライトの輝度を明るくし、周囲の外光が明るくても情報機器が搭載する表示装置の表示内容を十分認識できる最適なバックライトの明るさに調整する。

以上のように本実施例の光通信装置を搭載した情報機器は、内蔵される表示装置のバックライトの輝度を周囲の明るさに応じて適切に調整するので、情報機器が暗い室内に置かれても、又は太陽光に照らされた明るい屋外に置かれても、使用者が表示装置の表示内容を常に認識し易い状態に保つことが出来、使用者にとって優しく使い易い情報機器を提供出来る。また、表示装置のバックライト輝度が適切に調整されることによって、その消費電力が節約出来るので、バッテリー駆動時間が長く利便性に優れた情報機器を提供することが出来る。

次に、二次電池への充電機能が付加された本発明の光通信装置の第３の実施例を図５（ａ）に基づいて説明する。尚、この実施例の構成は第１の実施例と一部重複するので、同一要素には同一番号を付し重複箇所の説明は一部省略する。図５（ａ）に於いて、４０は受光素子としての太陽電池であり、そのプラス端子は起電力としての受光信号Ｐ９を出力し、マイナス端子はＧＮＤに接続される。４１は充電制御手段としての充電回路であり、太陽電池４０からの受光信号Ｐ９とマイコン２１からの充電制御信号Ｐ１０を入力し、充電出力信号Ｐ１１を出力する。４２は二次電池であり、本発明の光通信装置を搭載する情報機器の電源として機能し、そのプラス端子は充電出力信号Ｐ１１を入力して電池出力Ｐ１２を出力する。また、マイナス端子はＧＮＤに接続される。

増幅回路２５は太陽電池４０からの受光信号Ｐ９を入力して出力信号Ｐ８を出力する。マイコン２１は、二次電池４２からの電池出力Ｐ１２と出力信号Ｐ８を入力して充電制御信号Ｐ１０を出力する。また、二次電池４２の電池出力Ｐ１２は、マイコン２１だけでなく他の回路等にも供給されるが、ここでは省略している。回路基板２０は、マイコン２１、充電回路４１、増幅回路２５，二次電池４２等を実装し、また、図１で示した他の回路も実装するが、ここでは省略している。また、二次電池４２は回路基板２０に実装されず、分離して配置されても良い。

また、太陽電池４０は、図２（ｂ）で示したフォトダイオード９ａ、９ｂに置き換えられ、導光板１の入射面２に近接して配置される。この結果、導光板１は太陽光等による入射光１０を出射面３より入射して内部で集光し、入射面２より入力光１１として太陽電池４０に入力するので、太陽電池４０は太陽光などの入射光１０を極めて効率よく入力することが出来、小さなサイズの太陽電池で大きな起電力を得ることが出来る。

次に本実施例の動作を説明する。図５（ａ）に於いて、太陽電池４０の起電力としての受光信号Ｐ９は、充電回路４１を介して充電出力信号Ｐ１１として二次電池４２に供給され二次電池４２を充電する。マイコン２１は、二次電池４２の出力である電池出力Ｐ１２をモニターし、電池出力Ｐ１２が所定の電圧を超えたならば、充電制御信号Ｐ１０を出力して充電回路４１を制御し、二次電池４２が過充電にならないように充電出力信号Ｐ１１を遮断し、充電を停止する。また、増幅回路２５からの出力信号Ｐ８は、外部の機器からの受信機能や、外光に応じてバックライトの輝度を調整する調光機能のために用いられるが、これらの動作は実施例１及び２と同様であるので説明は省略する。

図５（ｂ）は、従来の太陽電池による充電方式の一例を示した斜視図であり、４３は太陽電池、４４は太陽電池４３を保護する透明なカバー、４５は太陽電池４３に入射される入射光である。ここで、入射光４５は太陽電池４３に対してほぼ垂直に入射されるので、太陽電池４３が大きな起電力を得るためには、太陽電池４３の面積を入射光４５の面積に合わせて広くする必要があり、このため、太陽電池のコストアップや形状の大型化を招き問題である。

しかし、本実施例の光通信装置及びそれを用いた情報機器は、導光板によって入射光を効率良く集光し、その集光された光を面積の小さな太陽電池で極めて効率よく受光して二次電池を充電することが出来る。この結果、小型でコストの安い二次電池の充電システムを搭載し、バックライト機能や外部の機器との光通信機能をも備えた極めて高機能な情報機器を提供することが出来る。尚、本実施例の他の形態として、バックライト機能や外部の機器との光通信機能を省いて、入射光を集光する導光板と太陽電池と二次電池、及びマイコン等による電子回路の構成によって、充電効率に優れた専用充電システムを提供することも可能である。

本発明の光通信装置の主要な構成要素である導光板と光源と受光素子の斜視図である。本発明の光通信装置の導光板と光源の動作を説明する側面図である。本発明の光通信装置の導光板と受光素子の動作を説明する側面図である。本発明の第１及び第２の実施例である光通信装置の構成を示すブロック図である。本発明の光通信装置を搭載した携帯電話の側面図である。本発明の第３の実施例である充電機能付き光通信装置の構成を示すブロック図である。従来の太陽電池による充電方式の一例を示す斜視図である。従来のバックライト装置の斜視図である。従来のバックライト装置の側面図である。従来の通信手段を備えた携帯電話とそれを利用した通信システムの概略図である。

符号の説明

１、５０導光板
２、５１入射面
３、５３出射面
４、５２底面
５、５ａ〜５ｇ、５４溝
６ａ〜６ｃＬＥＤ
７出力光
８、８ａ〜８ｇ出射光
９ａ、９ｂフォトダイオード
１０、１０ａ〜１０ｇ、４５入射光
１１入力光
２０回路基板
２１マイコン
２２バックライト駆動回路
２３送信駆動回路
２４切替回路
２５増幅回路
３０、６０携帯電話
３１本体部
３２可動部
３３ヒンジ
３４、６１アンテナ
３５操作ボタン
３６スピーカ
３７液晶パネル
４０、４３太陽電池
４１充電回路
４２二次電池
４４カバー
５５光源
５６集光板
５７拡散反射シート
６２、６５赤外線送受信部
６３カーナビゲーション装置
６４表示パネル
Ｐ１バックライト制御信号
Ｐ２バックライト駆動信号
Ｐ３送信制御信号
Ｐ４送信駆動信号
Ｐ５切替信号
Ｐ６ａ〜Ｐ６ｃＬＥＤ駆動電流
Ｐ７ａ、Ｐ７ｂ、Ｐ９受光信号
Ｐ８出力信号
Ｐ１０充電制御信号
Ｐ１１充電出力信号
Ｐ１２電池出力

Claims

光を入射する入射面と前記入射面に略直交する光の出射面と前記出射面に対向する底面とを含む略板状の導光板と、前記導光板の入射面に近接して配置される光源としての可視光を発光する一つ以上の発光ダイオードと、前記導光板の入射面に近接し前記発光ダイオードと共に列状に一つ以上交互に配置される受光素子とを含み、
前記導光板の底面には、前記入射面に略平行であって前記出射面の方向に切り込まれた斜面を含む略直角三角形の断面形状を有する溝が所定の間隔で形成され、
かつ前記溝の斜面が前記入射面に面しており、
前記導光板は前記入射面から入射した光を前記溝によって拡散して前記出射面より出射し、また、前記導光板は前記出射面から入射した外部からの入射光を前記溝によって集光して前記入射面より出射し、
前記発光ダイオードと前記受光素子は前記導光板の前記入射面に向き合い、
前記発光ダイオードからの可視光が前記入射面に入射する光路と、前記受光素子が受光する前記入射面からの入力光の光路と、が略等しいと共に、
前記発光ダイオードをバックライトとして駆動するバックライト駆動手段と、前記発光ダイオードを情報の送信手段として駆動する送信駆動手段と、前記受光素子からの受光信号を増幅する増幅手段と、前記バックライト駆動手段と前記送信駆動手段を制御し、更に前記増幅手段からの出力信号を入力する制御手段とを含むことを特徴とする光通信装置。
前記発光ダイオードが発光する前記可視光は前記バックライト駆動手段からのバックライト駆動信号に応じて制御され、前記導光板は前記入射面から入射した前記可視光を前記出射面からバックライトとして出射することを特徴とする請求項１に記載の光通信装置。
前記発光ダイオードが発光する前記可視光は前記送信駆動手段からの送信駆動信号に応じて変調され、前記導光板は前記入射面から入射した前記変調された可視光を前記出射面から出射して外部の機器に情報を送信することを特徴とする請求項１に記載の光通信装置。
前記受光素子は、前記導光板によって集光された前記入射光を前記導光板の入射面から受光して前記入射光の強弱に応じた前記受光信号を出力し、前記制御手段は前記増幅手段からの出力信号を復調して外部の機器からの情報を受信することを特徴とする請求項１に記載の光通信装置。
前記受光素子は、前記導光板によって集光された前記入射光を前記導光板の入射面から受光して受光信号を出力し、前記制御手段は前記増幅手段からの出力信号に応じて前記バックライト駆動手段を制御し、前記発光ダイオードが発光する可視光の発光量を調整することを特徴とする請求項１に記載の光通信装置。
請求項１乃至４いずれかに記載の光通信装置と情報を表示する表示装置とを備え、前記光通信装置によって前記表示装置のバックライトを構成すると共に、前記光通信装置によって外部の機器と可視光による情報伝達を行う様に構成することを特徴とする情報機器。
請求項１乃至５いずれかに記載の光通信装置と情報を表示する表示装置とを備え、前記光通信装置によって前記表示装置のバックライトを構成すると共に、前記光通信装置によって前記表示装置のバックライトを周囲の明るさに応じて調整する様に構成することを特徴とする情報機器。
請求項１乃至５いずれかに記載の光通信装置と情報を表示する表示装置と二次電池とを備え、前記光通信装置によって前記表示装置のバックライトを構成すると共に、前記光通信装置の受光素子は太陽電池であり、この太陽電池からの受光信号によって前記二次電池を充電する充電制御手段を備えたことを特徴とする情報機器。
前記情報機器は携帯電話、又はパーソナルコンピュータ、又は情報端末、又は車載用情報機器であることを特徴とする請求項６乃至８いずれかに記載の情報機器。