(57)【要約】【課題】      レーザ光の照射の有無を検出可能な範囲に比較して、実現価格を低減でき、さらに、レーザ光以外の光が存在しても高い精度で検出できる検出システムを提案する。【解決手段】  検出システム１において、送信装置３iは、デジタル信号生成部のデジタル信号に対応して揺らぎを与えられたレーザ光を、受信装置５の太陽電池に照射する。受信装置５は、太陽電池発電部において太陽電池による発電を利用して受光し、さらに、差分部において環境光検出部の検出信号を利用して外乱の影響を効率よく除去する。これにより、照射判定部は、太陽電池にレーザ光が照射されているか否かが高精度に判定可能となる。さらに、データ抽出部において、太陽電池に照射されたレーザ光に含まれるデジタルデータの抽出処理を実現可能となる。【選択図】  図１
2011114790.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を発生する送信装置と、太陽電池により前記レーザ光以外の光をも受光して発電する受信装置を備える検出システムであって、
前記受信装置は、
受光面積が前記レーザ光の断面よりも広く、太陽電池により受光して発電した発電量を示す発電信号を生成する太陽電池発電手段と、
受光する光量を検出して検出量を示す検出信号を生成する環境光検出手段と、
前記レーザ光を受光していない状態で前記発電信号と前記検出信号を比較して、前記発電信号又は／及び前記検出信号に対して増幅又は／及び減衰させて、両者が一致するように調整する調整手段を有し、
前記送信装置は、
デジタルデータに対応したデジタル信号を生成するデジタル信号生成手段と、
電力を供給する電源手段と、
前記レーザ光を発生する発光手段と、
前記発光手段を発光させるか否か及び発光させる場合に前記デジタル信号に対応して前記電源手段が供給する電力に揺らぎを与えて前記発光手段の発光を制御する発光制御手段を有し、
前記太陽電池発電手段に前記レーザ光が照射されるのは、前記調整手段による調整後であり、
前記受信装置は、
前記調整手段による調整後に、前記発電信号から前記検出信号を減算して又は前記検出信号から前記発電信号を減算して差分信号を抽出する差分手段と、
前記差分信号に基づいて前記太陽電池発電手段に前記レーザ光が照射されているか否かを判定する照射判定手段と、
照射されている場合に前記差分信号からデジタルデータを得るデータ抽出手段を有する、検出システム。
【請求項２】
前記送信装置は複数存在し、利用者がレーザ光の照射の有無を制御可能であり及び照射した場合の照射方向を変更可能であり、
前記各データ生成手段は、他の送信装置とは異なるデジタルデータに対応するデジタル信号を生成するものであり、
前記各発光制御手段は、前記発光手段の発光限界電圧以上レーザ定格出力電圧未満の第１電圧及び前記第１電圧より大きく前記レーザ定格出力電圧以下の第２電圧に対して、前記デジタル信号生成手段が生成したデジタルデータの各ビットに対応して前記発光手段に与えられる電圧を前記第１電圧又は前記第２電圧に調整して前記レーザ光を発生させることにより、前記レーザ光を途切れさせることなく発生させる電圧レベル変換手段を有し、
前記受信装置は、前記データ抽出手段により得られたデジタルデータに基づいて、前記複数の送信装置のうち、前記太陽電池発電手段にレーザ光を照射した送信装置を識別するデータ処理手段を有する、請求項１記載の検出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出システムに関し、特に、レーザ光を発生する送信装置と、太陽電池によりレーザ光以外の光をも受光して発電する受信装置を備える検出システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えばフォトＩＣのように、レーザ光が照射されているか否かを検出するものは知られている（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】浜松ホトニクス株式会社、“フォトＩＣ”、[online]、インターネット＜URL: http://jp.hamamatsu.com/products/sensor-ssd/pd089/index_ja.html＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のレーザ光の照射検出装置は高価である。そのため、レーザ光の断面に比較して、広い範囲で照射の有無を検出する場合には、膨大な費用がかかり、商用化させることは困難であった。
【０００５】
そこで、本願発明は、レーザ光の照射の有無を検出可能な範囲に比較して、実現価格を低減でき、さらに、レーザ光以外の光が存在しても高い精度で検出できる検出システムを提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に係る発明は、レーザ光を発生する送信装置と、太陽電池により前記レーザ光以外の光をも受光して発電する受信装置を備える検出システムであって、前記受信装置は、受光面積が前記レーザ光の断面よりも広く、太陽電池により受光して発電した発電量を示す発電信号を生成する太陽電池発電手段と、受光する光量を検出して検出量を示す検出信号を生成する環境光検出手段と、前記レーザ光を受光していない状態で前記発電信号と前記検出信号を比較して、前記発電信号又は／及び前記検出信号に対して増幅又は／及び減衰させて、両者が一致するように調整する調整手段を有し、前記送信装置は、デジタルデータに対応したデジタル信号を生成するデジタル信号生成手段と、電力を供給する電源手段と、前記レーザ光を発生する発光手段と、前記発光手段を発光させるか否か及び発光させる場合に前記デジタル信号に対応して前記電源手段が供給する電力に揺らぎを与えて前記発光手段の発光を制御する発光制御手段を有し、前記太陽電池発電手段に前記レーザ光が照射されるのは、前記調整手段による調整後であり、前記受信装置は、前記調整手段による調整後に、前記発電信号から前記検出信号を減算して又は前記検出信号から前記発電信号を減算して差分信号を抽出する差分手段と、前記差分信号に基づいて前記太陽電池発電手段に前記レーザ光が照射されているか否かを判定する照射判定手段と、照射されている場合に前記差分信号からデジタルデータを得るデータ抽出手段を有する。
【０００７】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の検出システムであって、前記送信装置は複数存在し、前記各データ生成手段は、他の送信装置とは異なるデジタルデータに対応するデジタル信号を生成するものであり、前記各発光制御手段は、前記発光手段の発光限界電圧以上レーザ定格出力電圧未満の第１電圧及び前記第１電圧より大きく前記レーザ定格出力電圧以下の第２電圧に対して、前記デジタル信号生成手段が生成したデジタルデータの各ビットに対応して前記発光手段に与えられる電圧を前記第１電圧又は前記第２電圧に調整して前記レーザ光を発生させることにより、前記レーザ光を途切れさせることなく発生させる電圧レベル変換手段を有し、前記受信装置は、前記データ抽出手段により得られたデジタルデータに基づいて、前記複数の送信装置のうち、前記太陽電池発電手段にレーザ光を照射した送信装置を識別するデータ処理手段を有する。
【０００８】
なお、本願発明を、送信装置の発明、受信装置の発明、検出方法の発明、プログラムの発明、プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体として捉えてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本願各請求項に係る発明によれば、太陽光や室内灯などの外乱（雑光）が存在する環境でレーザ光の照射の有無を検出する場合に、太陽電池を用いてレーザ光の有無を検出することにより、検出可能範囲に比較して実現価格を大幅に低減させることができる。例えば、従来のフォトＩＣの場合、サイズは0.5x0.5mm（0.25mm2）で価格￥250のものである。他方、太陽電池は、サイズ50x30mm（1,500mm2）で価格\100である。そのため、フォトＩＣが太陽電池面積に相当する費用は、15,000倍になる。
【００１０】
さらに、電波等では、搬送波に信号を乗せて遠方に伝達する手法は知られている。また、例えば電球等の光をレンズで合焦したものであっても、音声等のアナログデータであれば転送することは可能とも考えられる。しかしながら、電球等の光源では、デジタルデータ転送に必要な、０と１を明確に区別可能にして転送することは困難である。レーザ光は、波長が一定に保たれ、指向性に優れている。さらに、レーザ光は、発明者らの開発過程で、ヒステリシスに対する反応が高いことが明らかになった。そのため、本願発明において、レーザ光を利用することにより、デジタルデータを安定・高速に転送することが可能となり、さらに、通信対象を特定しやすく照射対象にのみ情報を送ることができ、情報漏洩に対して優位性があることとなる。
【００１１】
ただし、仮に太陽電池のみによりレーザ光を検出する場合には、特に蛍光灯や白熱灯などの光に過敏に反応し、信号が安定しない。そのため、レーザ光にデジタルデータを乗せて太陽電池により受光して発電させても、デジタルデータ転送を可能とする精度で、外乱による影響を効率よく除去することは困難である。本願発明によれば、環境光検出手段の検出信号を利用して差分信号を得ることにより、シンプルな構成で、外乱の影響を除いて高性能なデジタルデータ転送が実現可能となる。
【００１２】
さらに、本願請求項２に係る発明にあるように、複数の送信装置がある場合に、各送信装置が固有のデジタルデータを受信装置に転送することにより、受信装置は、太陽電池に照射している送信装置を識別することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本願発明の実施例に係る検出システム１の構成の概要を示すブロック図である。
【図２】図１の送信装置３iの構成の一例を示すブロック図である。
【図３】図２の電圧レベル変換器１９iの電圧レベル変換の一例を示す。
【図４】図１の受信装置５の構成の概要を示すブロック図である。
【図５】図４の受信装置５の動作の一例を示すフロー図である。
【図６】図４の太陽電池発電部３１の発電信号の一例を示すグラフである。
【図７】図４の環境光検出部３３が検出した信号の一例を示すグラフである。
【図８】図４の電圧レベル変換部４９による電圧レベル変換後の信号を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下では、図面を参照して、本願発明の実施例について説明する。なお、本願発明は、この実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００１５】
まず、図１を参照して、本願発明の実施例に係る検出システム１の構成について説明する。検出システム１は、レーザ光を発生するＮ個の送信装置３1，・・・，３N（以下、添え字は、複数の場合には省略して「Ｎ個の送信装置３」等とも示す。）と、太陽電池によりレーザ光以外の光をも受光して発電する受信装置５を備える。送信装置３i（ｉはＮ以下の自然数）は、例えば利用者が携帯して受信装置５に対してレーザ光７を照射するレーザポインタ等であり、利用者がレーザ光の照射の有無を制御可能であり及び照射した場合の照射方向を変更可能である。受信装置５は、例えば、レーザ光の照射の有無を判断したり、レーザ光７を照射した送信装置３を特定したりする。Ｎ個の送信装置３及び受信装置５は、例えば、Ｎ名の遊戯者９1、・・・、９Nと１名の遊戯者９N+1が、それぞれ、攻撃側と防御側の２つのチームに分かれたゲームに使用される。このゲームにおいて、攻撃側の各遊戯者９iは送信装置３iを有し、防御側の遊戯者２N+1は受信装置５を有する。
【００１６】
続いて、図２を参照して、図１の各送信装置３iについて具体的に説明する。各送信装置３iは、所定のデジタルデータ（例えば他の送信装置とは異なるデジタルデータ）に対応してデジタル信号を生成するデジタル信号生成部１１iと、電力を供給する電源部１３iと、レーザ光を発光する発光部１５i（例えば半導体レーザ）と、発光部１５iを発光させるか否か及び発光させる場合にデジタル信号生成部１１iが生成したデジタルデータに対応して電源部１３iが供給する電力に揺らぎを与えて発光部１５iの発光を制御する発光制御部１７iを有する。
【００１７】
発光制御部１７iは、デジタル信号生成部１１iにおいて生成されたデジタルデータを示すデジタル信号の電圧レベルを変換する電圧レベル変換部１９iと、電圧レベル変換部１９iの変換後の信号と電圧部１３iの電力を混合する混合部２１i（例えばミクサ）を有する。
【００１８】
続いて、図３を参照して、電圧レベル変換部１９iの電圧レベル変換処理について説明する。発光部１５iは、発光限界電圧を下回るとレーザ光を発生する共振回路が駆動しないため、レーザ光が切れた（Off）の状態になる。すなわち、図３に示すように、デジタル信号のTTL閾値が発光限界電圧を下回る場合、TTLレベルのままデジタル信号をそのままレーザ発光部へ入力しても、レーザ光が途切れてしまう。TTL  Hiも同様に、レーザ定格出力レベルとは異なる場合が通常である。これは、デジタルデータへノイズが乗る原因となり、さらに、使用者は、レーザ光を確認できなくなる。したがって、電圧レベル変換部１９iは、レーザ用デジタル信号レベルを設定し、TTLレベルのデジタルデータをレベル変換する。すなわち、混合部２１iにより発光部１５iに印加される電圧レベルについて、Hiレベルをレーザ定格出力電圧に設定し、Loレベルを発光限界電圧に調整する。このように電圧レベルを設定することにより、レーザ光を途切れさせることなく信号転送することができる（すなわち、揺らぎを与えてレーザ光を発生させることができる）。
【００１９】
レーザ光は、波長が一定に保たれ、指向性に優れている。さらに、発明者らの開発過程で、レーザ光は、ヒステリシスに対する反応が高いこと（すなわち、波長の揃ったレーザ光が発光部１３によりデータを印加されても、HiとLoレベルを迅速に再現する追従性が高いこと）が明らかになった。負論理回路でのデータ送信において、Hi→Lo→Hiへの追従性の高さは、データ送信の信頼性を高める。この特性により、検出システム１は、高速デジタル通信に対応することができる。よって、レーザ光を利用することにより、通信対象を特定しやすく照射対象にのみ情報を送ることができ、情報漏洩に対して優位性があり、さらに、デジタルデータを安定・高速に転送することが可能となる。
【００２０】
なお、本実施例のデジタル信号生成部１１iは、組み込みマイコン等により実現され、デジタルデータは、予め定められたものを想定しているが、本願発明は、これに限定されるものではない。例えば、デジタル信号生成部は、パソコン等他の装置により生成されたデジタルデータを受信したもの、センサ等で検出したアナログデータをデジタルデータに変換したものなどであってもよい。また、電圧レベル変換部１９iは、レーザ用デジタル信号レベルが、HiレベルとLoレベルに対応して、レーザ定格出力電圧と発光限界電圧の間にある異なる２つの電圧（本願請求項の第１電圧及び第２電圧の一例）とするように調整するものであってもよい。
【００２１】
図１を参照して、受信装置５は、太陽電池により受光して発電した発電量を示す発電信号を生成する主センサしての太陽電池発電部３１と、受光する光量を検出して検出量を示す検出信号を生成する副センサとしての環境光検出部３３を有する。
【００２２】
太陽電池発電部３１は、例えば太陽電池パネルにより実現される。太陽電池発電部３１の太陽電池パネルの受光可能面積は、発光部１３が発生するレーザ光の断面よりも広いものである。このように、太陽電池パネルを用いてレーザ光を検出することにより、検出可能範囲に比較して実現価格を大幅に低減させることが可能となる。
【００２３】
環境光検出部３３は、例えば半導体パネル（例えばＣｄＳ光導電セル）により実現される。仮に太陽電池のみによりレーザ光を検出する場合には、特に蛍光灯や白熱灯などに過敏に反応し、信号が安定しない。そのため、レーザ光にデジタルデータを乗せて太陽電池により受光して発電させても、デジタルデータ転送を可能とする精度で、外乱による影響を効率よく除去することは困難である。本実施例において、太陽電池パネルも半導体パネルも、光を受けることにより電流の流れに変化が生じる。そのため、雑光は主センサ・副センサで共に検出され、レーザ光は主センサで検出される。よって、環境光検出部２３の検出信号を利用して差分信号を得ることにより、外乱の影響を除いてレーザ光よる信号を検出して、高性能なデジタルデータ転送が可能となる。
【００２４】
受信装置５は、さらに、レーザ光を受光していない状態で発電信号と検出信号を比較して、検出信号を増幅又は減衰させて、両者が一致するように調整し、調整後は検出信号の増幅又は減衰の状態を維持する調整部３５を有する。太陽電池発電部２１にレーザ光が照射されるのは、調整部３５による調整後である。
【００２５】
受信装置５は、さらに、発電信号から調整部３５による調整後の検出信号を減算して差分信号を抽出する差分部３７と、差分信号に対してキャリー信号（搬送波）を取り除く等のフィルタ処理を行うデジタル信号処理部４７を有するフィルタ処理部３９と、フィルタ処理後の差分信号に基づいて太陽電池発電部３１にレーザ光が照射されているか否かを判定する判定部４１と、照射されている場合に差分信号からデジタルデータを得るデータ抽出部４３と、データ抽出部４３により得られたデジタルデータに基づいて、例えば複数の送信装置３のうち、太陽電池発電部３１にレーザ光を照射したものを識別するデータ処理部４５を有する。
【００２６】
データ抽出部４３は、照射判定部４１により照射がされていると判定された場合に、フィルタ処理部３９により処理された差分信号の電圧レベルを変更する電圧レベル変換部４９を備える。これは、例えば、図２の電圧レベル変換部１９iと反対の変換を行うものであり、レーザ定格出力電圧をTTL  Hiレベルとし、レーザ発光限界をTTL  Loレベルと変換するものなどである。
【００２７】
続いて、図５を参照して、検出システム１の動作の一例について説明する。
【００２８】
まず、調整部３５は、環境光検出部３３の出力を減衰させておく。そして、調整部３５は、太陽電池発電部３１がレーザ光を受光していない状態で差分信号を参照して発電信号と検出信号を比較し（ステップＳＴ１）、一致しているかを判断し（ステップＳＴ２）、一致していない場合には、環境光検出部３３の出力信号のゲインを上昇させ（ステップＳＴ３）、ステップＳＴ１の処理に戻る。ステップＳＴ２において、一致するまでが調整段階であり、調整段階が終わると、調整部３５は検出信号の増幅又は減衰の状態を維持する。
【００２９】
ステップＳＴ２において、一致した後、各送信装置３iの発光制御部１７iは、例えば各送信装置３iの利用者９iがスイッチのオン／オフの操作を行ったことに対応して、発光部１５iに対して、デジタルデータに対応してレーザ光を発生させるか否かを制御する。また、レーザ光は指向性があり、レーザ光が発生していても太陽電池パネルへ照射されているとは限らない。各送信装置３iの利用者９iは、レーザ光の可視性を利用してレーザ光を太陽電池パネルに照射するよう調整する。
【００３０】
差分部３７は、発電信号から検出信号を減算して差分信号を抽出する（ステップＳＴ４）。フィルタ処理部３９は、差分信号に対してフィルタ処理を行う（ステップＳＴ５）。照射判定部４１は、フィルタ処理後の差分信号に基づいて太陽電池発電部３１にレーザ光が照射されているか否かを判定する（ステップＳＴ６）。照射されていない場合は、ステップＳＴ４の処理に戻る。照射されている場合は、データ抽出部４３は、差分信号からデジタルデータを得て（ステップＳＴ７）、ステップＳＴ４に戻る。
【００３１】
なお、太陽電池発電部３１及び環境光検出部３３は、一体的な装置により実現してもよく、また、太陽電池発電部３１と環境光検出部３３が別々の装置に存在するようにして実現してもよい。さらに、太陽電池発電部３１及び環境光検出部３３の全部又は一部が、受信装置５の他の各部とは別装置に存在するようにして実現してもよい。
【００３２】
また、調整部３５は、発電信号の増幅又は減衰を行うものや、発電信号を増幅し及び検出信号を減衰するように発電信号及び検出信号の双方に対して処理を行うものであってもよい。
【００３３】
続いて、図６〜図８を参照して、図４の受信装置５において、シリアル通信にてデジタルデータを受信する場合の信号の一例について説明する。図６〜図８において、Ｘ軸は時間を示し、１目盛は１．０秒である。Ｙ軸は電圧を示し、１目盛は１．０Ｖである。下から１段目のグリッド線が０．０Ｖである。ここでは、転送速度がシリアル通信にて送信された場合を例として説明するが、本願発明は、このようなシリアル通信等に限定されるものではない。
【００３４】
図６は、日中の室内にて計測した図４の太陽電池発電部３１の発電信号を示すグラフである。送信装置３のデジタルデータは数バイトの文字情報であり、これを繰返し転送するものとする。デジタルデータが乗せられたレーザ光は、任意のタイミングで照射される。本実験は、自然光の強い悪条件で行われたものである。実際、図６において、発電信号は、時刻ｔ01まで起電力の上限である３．６Ｖ付近の発電が確認される（特に、一瞬最大発電量が確認できる。）。その後、ｔ01からｔ02までは発電が減少するものの、ｔ02からｔ03までは再び起電力上限付近の発電が確認され、ｔ03以降は発電が減少する。
【００３５】
このような強い光の下では、太陽電池の発電電圧が最大となり、デジタルデータの抽出が困難になることが考えられる。そこで、強い自然光の下では、例えば濃いアクリル製の箱にシステム受信部を入れるようにして、太陽電池表面にサングラスに代表されるフィルタを追加することで、太陽電池への入力を下げ、レーザ光の検出が可能となる。さらに、半導体レーザの色（赤色，緑色）と出力を変えたり、本システムが使用される条件に合わせたフィルタ（色や濃さ）を選択したり、太陽電池の種類（起電力）を変えるようにしてもよい。このような対策を施すことにより、室内だけでなく、強烈な西日などの日光がある屋外でも十分な検出が可能となる。
【００３６】
図７は、図４の環境光検出部３３の検出信号である。この検出信号から、室内の明るさの変化が検出されていることが確認される。ただし、図６と図７では、変化は同様であるが、生じる電圧は異なっている。調整部３５は、この違いを調整する。
【００３７】
図８は、図４の電圧レベル変換部４９による変換後の信号を示すグラフである。調整部３５による調整後の差分信号により、レーザ光からの受光の有無を検出し、さらに、レーザ発光限界電力及びレーザ定格出力電圧を変換する（本実験では、それぞれ、０．０Ｖ及び５．０Ｖに変換しているが、本願発明はこの変換に限定されるものではない。）。これにより、デジタルデータを抽出可能なことが確認できる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
データ処理部３７は、データ抽出部３５により得られたデジタルデータに基づいて、データ処理（例えば複数の送信装置３のうち、太陽電池発電部２１にレーザ光を照射したものの識別処理など）を行う。このようなデータ処理により、例えば、各送信装置３が固有のデジタルデータを受信装置に転送して、受信装置５は、太陽電池に照射している送信装置を識別することができる。
【００３９】
そのため、本願発明は、例えば、レーザ光を用いた対戦ゲームにおいて誰が照射したかを判別して、対戦ゲームをより面白く実現可能となる。さらに、博物館や美術館などにおいて、本願発明の送信装置を各来館者が携帯可能なレーザポインタにより実現し、来館者がレーザポインタで所定の太陽電池を照射すれば、各来館者に応じた説明を行う等のサービスを実現することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１  検出システム、３1，・・・，３N  送信装置、５  受信装置、１１1，・・・，１１N  デジタル信号生成部、１３1，・・・，１３N  電源部、１５1，・・・，１５N  発光部、１７1，・・・，１７N  発光制御部、１９1，・・・，１９N  電圧レベル変換部、２１1，・・・，２１N  混合部、３１  太陽電池発電部、３３  環境光検出部、３５  調整部、３７  差分部、４１  照射判定部、４５  データ抽出部、４７  データ処理部
【図１】
2011114790.tif 000003
【図２】
2011114790.tif 000004
【図３】
2011114790.tif 000005
【図４】
2011114790.tif 000006
【図５】
2011114790.tif 000007
【図６】
2011114790.tif 000008
【図７】
2011114790.tif 000009
【図８】
2011114790.tif 000010