(57)【要約】【課題】照明用の可視光を用いて情報の通信を行う光送信装置および光受信装置において、被照明空間内を暗い状態に保ったままで情報の通信を行うことができる、光送信装置および光受信装置、並びに、該光送信装置を用いた光送信システムおよび光通信システムを提供する。【解決手段】光送信装置２は、白色光を発光する白色発光素子７を備え、該白色光によって照明を行うと共に、該白色光を情報に応じて変調することで情報を送信する。そして、光送信装置２は、白色発光素子７の消灯時に赤外光を発光する赤外ＬＥＤ１１と、上記赤外光を情報に応じて変調することで情報を送信するＬＥＤドライバとをさらに備えている。光受信装置３は、光送信装置２から、情報に応じて変調された上記可視光および赤外光をそれぞれ受光する受光センサ１２と、該受光センサ１２で受光された可視光および赤外光のそれぞれからデータ信号を復調する復調部３１とを備えている。【選択図】図１
2008092303.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可視光を発光する可視光発光素子を備え、該可視光によって照明を行うと共に、該可視光を情報に応じて変調することで情報を送信する光送信装置において、
少なくとも上記可視光発光素子の消灯時に赤外光を発光する赤外発光素子と、
上記赤外光を情報に応じて変調することで情報を送信する変調手段とをさらに備えることを特徴とする光送信装置。
【請求項２】
上記可視光発光素子の消灯時には上記赤外発光素子を発光させ、上記可視光発光素子の発光時には上記赤外発光素子を消灯させるように上記赤外発光素子を制御する制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の光送信装置。
【請求項３】
上記可視光発光素子は、
赤色光を発光する赤色発光素子と、緑色光を発光する緑色発光素子と、青色光を発光する青色発光素子とを含み、全体として白色光を発光することを特徴とする請求項１に記載の光送信装置。
【請求項４】
上記可視光発光素子および上記赤外発光素子はそれぞれ、発光ダイオードであることを特徴とする請求項１に記載の光送信装置。
【請求項５】
上記赤外発光素子は、面発光ダイオードであることを特徴とする請求項１に記載の光送信装置。
【請求項６】
外部から電力線を介して情報を受信する電力線搬送通信手段をさらに備え、
上記可視光および赤外光の変調は、上記電力線搬送通信手段で受信された情報に応じて行われることを特徴とする請求項１に記載の光送信装置。
【請求項７】
外部の制御装置から赤外線通信によって制御信号を受信する赤外線受信手段と、
上記赤外線受信手段で受信された制御信号に応じて、上記可視光発光素子によって発光される可視光の色調および明るさの少なくとも一方を調整する調整手段とをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の光送信装置。
【請求項８】
請求項７に記載の光送信装置と、
上記光送信装置に対して赤外線通信によって上記制御信号を送信する制御装置とを含むことを特徴とする光送信システム。
【請求項９】
上記制御装置は、
上記可視光の色調および明るさの少なくとも一方を検知する光検知手段を備え、
該光検知手段によって検知された可視光の色調および明るさの少なくとも一方に応じて、上記可視光発光素子によって発光される可視光の色調および明るさの少なくとも一方を制御する制御信号を送信することを特徴とする請求項８に記載の光送信システム。
【請求項１０】
可視光によって照明を行うことができる光送信装置から、情報に応じて変調された上記可視光および赤外光をそれぞれ受光する受光手段と、
該受光手段で受光された可視光および赤外光のそれぞれから上記情報を復調する復調手段とを備えることを特徴とする光受信装置。
【請求項１１】
上記受光手段は、可視光を受光するための可視光受光素子と、赤外光を受光するための赤外光受光素子と、可視光を選択的に透過する干渉フィルタとを含み、
上記干渉フィルタは、上記可視光受光素子の受光面上に設けられ、上記赤外光受光素子の受光面上には設けられていないことを特徴とする請求項１０に記載の光受信装置。
【請求項１２】
上記干渉フィルタは、二酸化シリコン層と二酸化チタン層または五酸化タンタル層とを積層することによって形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の光受信装置。
【請求項１３】
上記可視光受光素子は、第１の受光素子、第２の受光素子、および第３の受光素子を含み、
上記第１の受光素子の受光面上には、赤色光を透過する赤色フィルタが設けられ、
上記第２の受光素子の受光面上には、緑色光を透過する緑色フィルタが設けられ、
上記第３の受光素子の受光面上には、青色光を透過する青色フィルタが設けられ、
上記赤外光受光素子の受光面上には、上記赤色フィルタ、緑色フィルタ、および青色フィルタが設けられていないことを特徴とする請求項１０に記載の光受信装置。
【請求項１４】
上記赤外光受光素子のピーク感度波長が、７５０ｎｍ以上１１００ｎｍ以下であり、
上記第１の受光素子のピーク感度波長が、５８０ｎｍ以上７００ｎｍ以下であり、
上記第２の受光素子のピーク感度波長が、５００ｎｍ以上５８０ｎｍ以下であり、
上記第３の受光素子のピーク感度波長が、４００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１３に記載の光受信装置。
【請求項１５】
上記赤色フィルタ、緑色フィルタ、および青色フィルタは、顔料を感光性樹脂中に分散させてなる顔料分散型感光性樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１３に記載の光受信装置。
【請求項１６】
請求項１に記載の光送信装置と、
該光送信装置から可視光および赤外光をそれぞれ受光する請求項１０に記載の光受信装置とを備えることを特徴とする光通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子で発光させた可視光、特に白色発光ダイオード（Light Emitting Diode；以下、適宜、「ＬＥＤ」と略記する）で発光させた白色光を用いて照明および情報送信を行う光送信装置、該光送信装置とそれを制御する制御装置とを備える光送信システム、上記光送信装置から可視光を用いて送信された情報を受信する光受信装置、および上記光送信装置および光受信装置を備える光通信システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、照明光源（ランプ）として電球や蛍光灯が広く用いられている。近年、電球や蛍光灯に比べて長寿命、小型、低消費電力であるＬＥＤを照明光源として用いた照明装置（ＬＥＤ照明装置）が開発されている。さらに、ＬＥＤ照明装置は、応答速度が速く、電気的な制御が簡単であるため、照明光に情報を付加することで照明光による情報（光信号）の送信を行う情報送信機能（光信号送信機能）をＬＥＤ照明装置に持たせることが提案されている。
【０００３】
図６および図７を用いて、従来の情報送信機能をＬＥＤ照明装置に持たせてなる光送信装置およびそれを用いた光通信システムについて説明する。
【０００４】
図６は、従来の照明機能および情報送信機能を有する光送信装置を用いた光通信システムの構成を示すブロック図である。
【０００５】
図６に示すように、従来の光通信システム１００は、送信しようとするデータ信号を光信号に変換し、該光信号を光受信装置１０２に送信するための光送信装置１０１と、該光送信装置１０１から送信される光信号を受信し、データ信号に復調するための光受信装置１０２とからなる。
【０００６】
光送信装置１０１は、分配器１０４、制御部１０５、ＬＥＤドライバ１０６、および白色発光素子１０７からなる。白色発光素子１０７は、赤色光を発光するための赤色ＬＥＤ１０８と、緑色光を発光するための緑色ＬＥＤ１０９と、青色光を発光するための青色ＬＥＤ１１０とからなる。
【０００７】
送信しようとするデータ信号は、分配器１０４および制御部１０５に入力されるようになっている。制御部１０５は、上記データ信号を受信すると、分配器１０４およびＬＥＤドライバ１０６に対してそれぞれの動作を開始させる指示信号を送信する。分配器１０４は、制御部１０５からの指示信号に応じてその動作を開始すると、上記データ信号を、青色ＬＥＤ用データ信号、緑色ＬＥＤ用データ信号、赤色ＬＥＤ用信号の３つのデータ信号に分配（分割）してＬＥＤドライバ１０６へ送る。ＬＥＤドライバ１０６は、制御部１０５からの指示信号に応じてその動作を開始すると、分配器１０４から送られた上記３つのデータ信号に基づいて赤色ＬＥＤ１０８、緑色ＬＥＤ１０９、および青色ＬＥＤ１１０のそれぞれをオン／オフ制御することによって、上記データ信号を、赤色ＬＥＤ１０８、緑色ＬＥＤ１０９、および青色ＬＥＤ１１０のそれぞれから発光された光に対して変調する。これにより、赤色ＬＥＤ１０８、緑色ＬＥＤ１０９、および青色ＬＥＤ１１０のそれぞれにより光受信装置１０２に対して光信号（変調された光）が送信される。
【０００８】
光受信装置１０２は、光送信装置１０１から送信された光信号を受信する受光センサ１１２と、復調器１３０と、制御部１３１とからなる。
【０００９】
受光センサ１１２は、３つのフォトダイオード１１７、１１８、および１１９を備えている。さらに、受光センサ１１２は、フォトダイオード１１７の受光面上に形成され、赤色光を透過する赤色フィルタ１１３と、フォトダイオード１１８の受光面上に形成され、緑色光を透過する緑色フィルタ１１４と、フォトダイオード１１９の受光面上に形成され、青色光を透過する緑色フィルタ１１５と、赤色フィルタ１１３上、緑色フィルタ１１４上、および青色フィルタ１１５上に形成され、赤外光を遮光する赤外カットフィルタ１１６を備えている。これにより、赤色ＬＥＤ１０８により送信された光信号は、赤外カットフィルタ１１６および赤色フィルタ１１３を介してフォトダイオード１１７に入射し、フォトダイオード１１７で電気信号に変換される。また、緑色ＬＥＤ１０９により送信された光信号は、赤外カットフィルタ１１６および緑色フィルタ１１４を介してフォトダイオード１１８に入射し、フォトダイオード１１８で電気信号に変換される。さらに、青色ＬＥＤ１１０により送信された光信号は、赤外カットフィルタ１１６および青色フィルタ１１５を介してフォトダイオード１１９に入射し、電気信号に変換される。
【００１０】
復調器１３０は、フォトダイオード１１７，１１８，１１９のそれぞれにより変換された電気信号を、分配器１０４により３分割される前のデータ信号に復調するためのものである。制御部１３１は、復調器１３０を制御するためのものである。
【００１１】
次に、図７を用いて、従来の受光センサ１１２の構成についてさらに詳細に説明する。図７は、受光センサ１１２の構成を示す断面図である。
【００１２】
図７に示すように、受光センサ１１２は、基板１２２と、基板１２２に形成されているフォトダイオード１１７，１１８，１１９と、フォトダイオード１１７，１１８，１１９の受光面上に形成されたシリコン酸化膜１２６と、シリコン酸化膜１２６を介してフォトダイオード１１７，１１８，１１９の受光面上に形成されている赤色フィルタ１１３、緑色フィルタ１１４、および青色フィルタ１１５を備えている。
【００１３】
基板１２２は、高濃度の不純物を含むｎ型シリコン基板１２０と、ｎ型シリコン基板１２０上に成長された低濃度の不純物を含むｎ型シリコンからなるＮ型エピタキシャル層１２１とからなる。また、Ｎ型エピタキシャル層１２１には、ｐ型シリコンからなり、フォトダイオード１１７，１１８，１１９のそれぞれのアノードとして機能する３つのＰ型アノード１２３が並設されている。３つのＰ型アノード１２３は各々、基板１２２の表面から深い位置まで形成されている深いＰ型拡散部１２４と、基板１２２の表面から浅い位置まで形成されているＰ型拡散部１２５とからなる。
【００１４】
また、Ｎ型半導体基板１２０におけるＮ型エピタキシャル層１２１と逆側の面（裏面）上には、フォトダイオード１１７，１１８，１１９のカソードとして機能するカソード電極１２７が、金（Ａｕ）の蒸着により形成されている。
【００１５】
また、Ｎ型エピタキシャル層１２１におけるＮ型半導体基板１２０と逆側の面上には、シリコン酸化膜１２６が形成されている。３つのＰ型アノード１２３のそれぞれの上には、シリコン酸化膜１２６を介して赤色フィルタ１１３、緑色フィルタ１１４、および青色フィルタ１１５が形成されている。すなわち、フォトダイオード１１７の受光面上には、シリコン酸化膜１２６を介して赤色フィルタ１１３が形成されており、フォトダイオード１１８の受光面上にはシリコン酸化膜１２６を介して緑色フィルタ１１４が形成されており、フォトダイオード１１９の受光面上には、シリコン酸化膜１２６を介して青色フィルタ１１５が形成されている。赤色フィルタ１１３、緑色フィルタ１１４、および青色フィルタ１１５は、シリコン酸化膜１２６の上にフィルタ１１３〜１１５の基材となる樹脂を乗せ、赤色、緑色、および青色の染料で樹脂を染色する方法等によって形成されている。
【００１６】
上記の基板１２２、シリコン酸化膜１２６、赤色フィルタ１１３、緑色フィルタ１１４、および青色フィルタ１１５によって、フォトダイオードチップが構成されている。
【００１７】
さらに、カソード電極１２７におけるＮ型半導体基板１２０と逆側の面上には、金属フレーム１２８がダイボンドされている。また、フォトダイオードチップ全体を覆うように透明樹脂１２９が成形（モールド）されている。さらに、透明樹脂１２９の表面上における、赤色フィルタ１１３、緑色フィルタ１１４、および青色フィルタ１１５を覆う領域には、赤外光を遮光するための赤外カットフィルタ１１６が貼り付けられている。
【００１８】
特許文献１には、図６に示す光送信装置１０１と同様に、送信しようとするデータを３つに分配して、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、および青色ＬＥＤの各々に割り当てる割当器と、該割当器で割り当てられたデータにより変調されて発光する赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、および青色ＬＥＤとを備える照明光送信装置が開示されている。
【００１９】
さらに、特許文献１には、上記照明光送信装置からの光をそれぞれ赤フィルタ、緑フィルタ、青フィルタを介して受光する光電気変換器、および復調器を備える照明光受信装置、並びに、該照明光受信装置および上記照明光送信装置からなる照明光通信システムが開示されている。
【００２０】
なお、特許文献２には、バイアス条件によって可視光の波長を識別するカラーセンサーが開示されている。また、特許文献３には、光電変換用の受光基板上に、低屈折率層および高屈折率層からなる多層膜の赤外カットフィルタを形成した受光素子が開示されている。また、特許文献４には、可視光領域の光信号を色分解して電気信号に変換する複数の光電変換要素を含む複数のセンサアレイと、赤外線を電気信号に変換する複数の光電変換要素を含むセンサアレイが並置して配列されているイメージセンサが開示されている。
【特許文献１】特開２００３−３１８８３６号公報（平成１５年１１月７日公開）
【特許文献２】特開２０００−２２３７３４号公報（平成１２年８月１１日公開）
【特許文献３】特開平６−７７５０７号公報（平成６年３月１８日公開）
【特許文献４】特開平６−２１７０７９号公報（平成６年８月５日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
しかしながら、図５に示す光通信システムや特許文献１に開示されている照明光通信システムのような、照明光源（赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、および青色ＬＥＤ）からの可視光を用いて情報を送信する従来の光通信システムでは、情報の送信を行うためには照明光源（赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、および青色ＬＥＤ）が点灯されている必要があるので、照明光源を消灯しているときには情報の送信を行うことができない。すなわち、上記従来の光送信装置は、照明光源によって照明される空間（被照明空間）を暗い状態に保ったままでは、情報の送信を行うことができない。これは、情報の送信時に被照明空間を暗い状態に保ちたい場合には問題となる。特に、室内の天井などに上記従来の光送信装置を設置し、夜間に、上記光送信装置から光受信装置を備えるパーソナル・コンピュータ（以下「パソコン」と略記する）などの情報機器にデータの送信を行う際には、室内を暗い状態に保ったままでデータを送信したい場合がある。
【００２２】
また、特許文献２〜４には、照明用の可視光を用いた光通信についても、赤外光を用いた光通信についても、何ら開示も示唆もされていない。
【００２３】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、照明用の可視光を用いて情報の通信を行う光送信装置および光受信装置において、被照明空間内を暗い状態に保ったままで情報の通信を行うことができる、光送信装置および光受信装置、並びに、該光送信装置を用いた光送信システムおよび光通信システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明に係る光送信装置は、上記課題を解決するために、可視光を発光する可視光発光素子を備え、該可視光によって照明を行うと共に、該可視光を情報に応じて変調することで情報を送信する光送信装置において、少なくとも上記可視光発光素子の消灯時に赤外光を発光する赤外発光素子と、上記赤外光を情報に応じて変調することで情報を送信する変調手段とをさらに備えることを特徴としている。
【００２５】
上記構成によれば、可視光を発光する可視光発光素子の消灯時には、可視光発光素子によって発光された可視光によって照明を行いながら、上記可視光に情報を変調して送信することができる。さらに、上記構成によれば、可視光発光素子の消灯時、すなわち照明を行っていない時には、赤外発光素子によって発光された赤外光に情報を変調して送信することができる。これにより、被照明空間を照明する可視光を使用することなく、情報を送信することができる。それゆえ、被照明空間内（室内など）にいる人が眠っている夜間時や被照明空間に人がいない時などのように被照明空間内を暗い状態に保ちたい時に、被照明空間内を暗い状態に保ったままで情報の通信を行うことができる。
【００２６】
本発明に係る光送信装置は、上記可視光発光素子の消灯時には上記赤外発光素子を発光させ、上記可視光発光素子の発光時には上記赤外発光素子を消灯させるように上記赤外発光素子を制御する制御手段をさらに備えることが好ましい。
【００２７】
上記構成によれば、上記可視光発光素子の発光時には上記赤外発光素子を消灯させるので、照明時に赤外発光素子から発光された赤外光が人の目に入って目を傷めることを回避できる。
【００２８】
本発明に係る光送信装置において、上記可視光発光素子は、赤色光を発光する赤色発光素子と、緑色光を発光する緑色発光素子と、青色光を発光する青色発光素子とを含み、全体として白色光を発光することが好ましい。
【００２９】
上記構成によれば、赤色光、緑色光、および青色光を用いて３種類の情報を同時に出力できる。それゆえ、１つの情報を３分割して３つの情報とし、これら３つの情報を同一の光受信装置に対してパラレルに送信することで、通信を３倍に高速化できる。また、３種類の光受信装置に対して異なる情報を同時に送信することもできる。さらに、上記構成の可視光発光素子は、可視領域全体にわたって比較的均一な波長スペクトルを持つ白色光を発光できるので、より自然光に近い照明を行うことができる。
【００３０】
なお、本願明細書において「白色光」とは、人間の肉眼では色を感じることのない可視光を指し、より詳細には、人間の網膜の３種類の錐体（赤、青、緑）に対して均等に刺激を与える可視光を指すものとする。
【００３１】
本発明に係る光送信装置において、上記可視光発光素子および上記赤外発光素子はそれぞれ、発光ダイオードであることが好ましい。
【００３２】
上記構成によれば、発光ダイオードを用いたことで、電球や蛍光灯などの照明装置と比較して、長寿命で、小型で、低消費電力の装置を実現できる。また、上記構成によれば、発光ダイオードを用いたことで、発光素子として有機ＥＬ素子などを用いた場合と比較して、長寿命の光送信装置を実現できる。さらに、発光ダイオードは、応答速度が速く、電気的な制御が簡単であるため、高速の情報が可能な光送信装置を簡素な構成で実現できる。
【００３３】
本発明に係る光送信装置において、上記赤外発光素子は、面発光ダイオードであることが好ましい。
【００３４】
面発光ダイオードは、光エネルギーが一点に集中する点発光ダイオードと比較して、光エネルギーが分散している。このため、上記構成によれば、赤外光が人の目に入ったとしても、目の網膜上での光エネルギーを低減し、目を傷付けることを回避できる。
【００３５】
本発明に係る光送信装置は、外部から電力線を介して情報を受信する電力線搬送通信手段をさらに備え、上記可視光および赤外光の変調は、上記電力線搬送通信手段で受信された情報に応じて行われる構成であってもよい。
【００３６】
上記構成によれば、情報を光送信装置に送信するための特別な配線などを新たに用意することなく、電力供給のために一般的な建物に既に設置されている電力線を介して情報を光送信装置に送信することができる。このため、光送信装置に容易に情報を送信することができる。
【００３７】
本発明に係る光送信装置は、外部の制御装置から赤外線通信によって制御信号を受信する赤外線受信手段と、上記赤外線受信手段で受信された制御信号に応じて、上記可視光発光素子によって発光される可視光の色調および明るさの少なくとも一方を調整する調整手段とをさらに備える構成であってもよい。
【００３８】
上記構成によれば、外部の制御装置から照明光の色調および明るさの少なくとも一方を調整することができる。すなわち、例えば、照明光の色調補正や、照明光の好きな色への調光、照明光の明るさ調整などを自動で行うことができる。
【００３９】
本発明に係る光送信システムは、上記赤外線受信手段および調整手段を備える光送信装置と、上記光送信装置に対して赤外線通信によって上記制御信号を送信する制御装置とを含んでいることを特徴としている。
【００４０】
上記構成によれば、システム内の制御装置から照明光の色調および明るさの少なくとも一方を調整することができる。すなわち、例えば、照明光の色調補正や、照明光の好きな色への調光、照明光の明るさ調整などを自動で行うことができる。
【００４１】
本発明に係る光送信システムにおいて、上記制御装置は、上記可視光の色調および明るさの少なくとも一方を検知する光検知手段を備え、該光検知手段によって検知された可視光の色調および明るさの少なくとも一方に応じて、上記可視光発光素子によって発光される可視光の色調および明るさの少なくとも一方を制御する制御信号を送信する構成であることが好ましい。
【００４２】
上記構成によれば、光検知手段によって検知された照明光の色調および明るさの少なくとも一方に基づいて、状況に応じた、照明光の色調補正や、照明光の好きな色への調光、照明光の明るさ調整などを行うことができる。
【００４３】
本発明に係る光受信装置は、上記の課題を解決するために、可視光によって照明を行うことができる光送信装置から、情報に応じて変調された上記可視光および赤外光をそれぞれ受光する受光手段と、該受光手段で受光された可視光および赤外光のそれぞれから上記情報を復調する復調手段とを備えることを特徴としている。
【００４４】
上記構成によれば、光送信装置において可視光による照明が行われていない時には、光送信装置から、情報に応じて変調された赤外光を受光し、復調することができる。これにより、被照明空間内が暗い状態であっても情報の受信を行うことができる。
【００４５】
本発明に係る光受信装置において、上記受光手段は、可視光を受光するための可視光受光素子と、赤外光を受光するための赤外光受光素子と、可視光を選択的に透過する干渉フィルタとを含み、上記干渉フィルタは、上記可視光受光素子の受光面上に設けられ、上記赤外光受光素子の受光面上には設けられていないことが好ましい。
【００４６】
上記構成によれば、上記可視光受光素子の受光面上に可視光を選択的に入射させることができるので、上記可視光受光素子の受光面上に、ノイズ成分となる近赤外線や紫外線が入射することを回避できる。したがって、可視光に変調された情報を可視光受光素子で確実に受信できる。
【００４７】
なお、本願明細書において、「可視光を選択的に透過する」とは、透過光のピーク波長が３８０ｎｍ〜７５０ｎｍの可視領域にあり、このピーク波長の強度に対して、透過光における８５％以上の強度の波長領域が４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視領域にあることを意味するものとする。
【００４８】
本発明に係る光受信装置において、上記干渉フィルタは、二酸化シリコン層と二酸化チタン層または五酸化タンタル層とを積層することによって形成されていることが好ましい。
【００４９】
上記構成によれば、より選択性良く可視光を透過する干渉フィルタを実現できる。したがって、可視光に変調された情報を可視光受光素子で、より確実に受信できる。また、上記シリコン酸化および二酸化チタンは、比較的安価に、容易に入手することができる材料であるため、上記干渉フィルタを安価に容易に製造できる。
【００５０】
本発明に係る光受信装置において、上記可視光受光素子は、第１の受光素子、第２の受光素子、および第３の受光素子を含み、上記第１の受光素子の受光面上には、赤色光を透過する赤色フィルタが設けられ、上記第２の受光素子の受光面上には、緑色光を透過する緑色フィルタが設けられ、上記第３の受光素子の受光面上には、青色光を透過する青色フィルタが設けられ、上記赤外光受光素子の受光面上には、上記赤色フィルタ、緑色フィルタ、および青色フィルタが設けられていないことが好ましい。
【００５１】
上記構成によれば、第１の受光素子、第２の受光素子、および第３の受光素子によってそれぞれ赤色光、緑色光、および青色光を受信できるので、赤色光、緑色光、および青色光を用いて送信された３種類の情報を同時に受信できる。したがって、１種類の可視光しか受光できない場合と比較して、３倍速い速度で情報の受信を行うことができる。
【００５２】
本発明に係る光受信装置において、上記赤外光受光素子のピーク感度波長が、７５０ｎｍ以上１１００ｎｍ以下であり、上記第１の受光素子のピーク感度波長が、５８０ｎｍ以上７００ｎｍ以下であり、上記第２の受光素子のピーク感度波長が、５００ｎｍ以上５８０ｎｍ以下であり、上記第３の受光素子のピーク感度波長が、４００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００５３】
上記構成によれば、赤外光受光素子、第１の受光素子、第２の受光素子、および第３の受光素子のそれぞれにおいて、５８０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の光（赤色光）、５００ｎｍ以上５８０ｎｍ以下の光（緑色光）、４００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の光（青色光）、および７５０ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の近赤外光、を効率良く電気信号に変換することができる。
【００５４】
本発明に係る光受信装置において、上記赤色フィルタ、緑色フィルタ、および青色フィルタは、顔料を感光性樹脂中に分散させてなる顔料分散型感光性樹脂で形成されていることが好ましい。
【００５５】
上記構成によれば、上記赤色フィルタ、緑色フィルタ、および青色フィルタを、フォトリソグラフィなどを使用して容易にすることができるため、製造工程を簡素化し、製造コストを安価にすることができる。
【００５６】
本発明に係る光通信システムは、上記の課題を解決するために、本発明に係る光送信装置と、該光送信装置から可視光および赤外光をそれぞれ受光する本発明に係る光受信装置とを備えることを特徴としている。
【００５７】
上記構成によれば、可視光発光素子の消灯時には、光送信装置で照明を行いながら、可視光を用いて光送信装置から光受信装置へ情報を送信することができる。さらに、上記構成によれば、可視光発光素子の消灯時、すなわち照明を行っていない時には、光送信装置内の赤外発光素子によって発光された赤外光を用いて光送信装置から光受信装置へ情報を送信することができる。それゆえ、被照明空間内を暗い状態に保ったままで、情報の通信を行うことができる。
【発明の効果】
【００５８】
本発明は、以上のように、照明用の可視光を用いて情報の通信を行う光送信装置および光受信装置において、被照明空間内を暗い状態に保ったままで情報の通信を行うことができる、光送信装置および光受信装置、並びに、該光送信装置を用いた光送信システムおよび光通信システムを提供できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５９】
〔実施の形態１〕
本発明の一実施形態について図１ないし図３に基づいて説明すると以下の通りである。
【００６０】
本実施の形態にかかる光通信システムは、白色光によって照明を行うことができ、かつ、情報に応じて変調した白色光または赤外光を発光することで情報の送信を行うことができるものである。
【００６１】
図１は、本実施の形態にかかる光通信システム１の構成を示すブロック図である。図１に示すように、光通信システム１は、外部から入力されたデータ信号を光信号に変換し、該光信号を光受信装置３に送信するための光送信装置２と、該光送信装置２から送信される光信号を受信し、該光信号をデータ信号に復調して出力するための光受信装置３とを備えている。
【００６２】
光送信装置２は、被照明空間内の位置、例えば室内の天井などに設置され、可視光としての白色光によって上記被照明空間の照明を行う照明機能を備えている。さらに、光送信装置２は、上記白色光を情報に応じて変調することで情報を送信する可視光通信機能を備えている。光送信装置２は、分配器４、制御部（制御手段）５、ＬＥＤドライバ（変調手段）６、白色光を発光する白色発光素子（可視光発光素子）７、赤外ＬＥＤ（赤外発光素子）１１、および照明スイッチ２１を備えている。
【００６３】
白色発光素子７は、赤色光（ピーク波長が５８０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の光）を発光するための赤色ＬＥＤ（赤色発光素子）８と、緑色光（ピーク波長が５００ｎｍ以上５８０ｎｍ以下以下の光）を発光するための緑色ＬＥＤ（緑色発光素子）９と、青色光（ピーク波長が４００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の光）を発光するための青色ＬＥＤ（青色発光素子）１０とからなり、全体として白色光を発光するものである。白色発光素子７は、赤色ＬＥＤ８、緑色ＬＥＤ９、および青色ＬＥＤ１０を同時に点灯させることにより、これら赤色ＬＥＤ８、緑色ＬＥＤ９、および青色ＬＥＤ１０から発光される赤色光、緑色光、および青色光の総和（全体）として、白色光を出力するものである。このため、白色発光素子７は、被照明空間を照明する白色照明光源として使用することができる。すなわち、光送信装置２は、赤色ＬＥＤ８、緑色ＬＥＤ９、および青色ＬＥＤ１０を同時に点灯させることにより、白色光によって照明を行うことができる。
【００６４】
赤外ＬＥＤ１１は、データ送信用の赤外光を発光するためのものである。赤外ＬＥＤ１１としては、一般的に使用されている赤外光を発光するＬＥＤを制限なく使用することが可能であるが、アイセーフ（目の安全）を考慮して、点発光ダイオードよりも面発光ダイオードを使用することが好ましい。面発光ダイオードは、光エネルギーが一点に集中する点発光ダイオードと比較して、光エネルギーが分散している。このため、面発光ダイオードは、目の網膜上での光エネルギーを低減し、目を傷付ける可能性を抑えることができる。なお、本実施形態では、赤外ＬＥＤ１１として、７５０ｎｍ以上１１００ｎｍ以下のピーク波長を持つ近赤外光を発光する赤外ＬＥＤを用いた。
【００６５】
赤外ＬＥＤ１１は、後述するように、照明がオフのとき、すなわち白色発光素子７（青色ＬＥＤ８、緑色ＬＥＤ９、および赤色発光ＬＥＤ１０）が消灯しているときのみ、データ送信用の赤外光を発光するように、制御部５およびＬＥＤドライバ６によって制御されている。
【００６６】
照明スイッチ２１は、照明を行うか否か、すなわち白色発光素子７を発光させるか消灯させる（発光させない）かを制御するものである。照明スイッチ２１は、白色発光素子７を発光させるオン状態と、白色発光素子７を消灯させるオフ状態との間で手動または自動で切り替えられる。
【００６７】
送信しようとするデータ信号は、光送信装置２の外部から分配器４および制御部５に入力されるようになっている。制御部５は、上記データ信号を受信すると、分配器４に対してその動作を開始させる指示信号を送信する。
【００６８】
分配器４は、制御部５からの指示信号に応じてその動作を開始すると、照明スイッチ２１がオン状態である場合には、外部から光送信装置２に送信されてきたデータ信号を受信し、赤色ＬＥＤ８、緑色ＬＥＤ９、および青色ＬＥＤ１０のそれぞれに対応した３つのデータ信号に分割し、ＬＥＤドライバ６へ送る。分配器４は、照明スイッチ２１がオフ状態である場合には、外部から光送信装置２に送信されてきたデータ信号を分割することなくそのままＬＥＤドライバ６へ送る。
【００６９】
制御部５は、さらに、照明スイッチ２１がオン状態であるかオフ状態であるかに応じて、ＬＥＤドライバ６を制御する。より詳細には、制御部５は、照明スイッチ２１がオン状態である場合には、分配器４で分割された３つのデータ信号に応じて赤色ＬＥＤ８、緑色ＬＥＤ９、および青色ＬＥＤ１０のそれぞれを発光させる動作を行うように、かつ、赤外ＬＥＤ１１を消灯させる動作を行うように、ＬＥＤドライバ６に指示する。また、制御部５は、照明スイッチ２１がオフ状態である場合には、分配器４から送られたデータ信号に応じて赤外ＬＥＤ１１を発光させる動作を行うように、かつ、赤色ＬＥＤ８、緑色ＬＥＤ９、および青色ＬＥＤ１０を消灯させる動作を行うように、ＬＥＤドライバ６に指示する。
【００７０】
ＬＥＤドライバ６は、制御部５からの指示に応じて、赤色ＬＥＤ８、緑色ＬＥＤ９、および青色ＬＥＤ１０と、赤外ＬＥＤ１１との何れかを、オン（発光）／オフ（消灯）制御（駆動）するものである。
【００７１】
より詳細には、ＬＥＤドライバ６は、照明スイッチ２１がオン状態である場合には、制御部５からの指示に応じて、赤色ＬＥＤ８、緑色ＬＥＤ９、および青色ＬＥＤ１０のそれぞれを発光させ、赤外ＬＥＤ１１を消灯させる。さらに、ＬＥＤドライバ６は、照明スイッチ２１がオン状態である場合には、分配器４で分割された３つのデータ信号に応じて赤色ＬＥＤ８、緑色ＬＥＤ９、および青色ＬＥＤ１０のそれぞれをオン／オフ制御することによって赤色ＬＥＤ８、緑色ＬＥＤ９、および青色ＬＥＤ１０のそれぞれから発光される３種類の可視光を変調する。これにより、光送信装置２は、データ信号に応じて変調された３種類の可視光（赤色光、緑色光、および青色光）を光信号（情報）としてパラレルに送信できる。
【００７２】
このように、光送信装置２では、被照明空間を照明する白色発光素子７（赤色ＬＥＤ８、緑色ＬＥＤ９、および青色ＬＥＤ１０）を発光させることにより、可視光の光信号を送信できる。したがって、被照明空間を照明しながら情報を送信することができる。また、この情報の送信は、３種類の可視光の光信号をパラレルに送信することによって行われるので、１種類の光信号を送信する場合と比較して３倍の速度で情報を送信できる。
【００７３】
赤色ＬＥＤ８、緑色ＬＥＤ９、および青色ＬＥＤ１０による可視光の光信号による情報の送信は、照明スイッチ２１がオン状態で、すなわち白色発光素子７によって白色照明が行われている状態で行われる。このため、可視光のオン／オフが人の目には認識することができない程度の高速で可視光を変調することが好ましい。従って、例えば、１Ｍｂｐｓ程度の高速で光信号による情報の送信が行われることが好ましい。
【００７４】
ＬＥＤドライバ６において赤色ＬＥＤ８、緑色ＬＥＤ９、および青色ＬＥＤ１０のそれぞれから発光される３種類の可視光を変調するための光変調方式としては、一般的に使用されているさまざまな変調方式を用いることが可能であるが、例えば赤色ＬＥＤ８、緑色ＬＥＤ９、および青色ＬＥＤ１０のオン／オフで光強度変調を行うＯＯＫ(On-Off-Keying)方式や、ＰＰＭ(Pulse Position Modulation)方式などを用いることができる。
【００７５】
一方、ＬＥＤドライバ６は、照明スイッチ２１がオフ状態である場合には、制御部５からの指示に応じて、赤色ＬＥＤ８、緑色ＬＥＤ９、および青色ＬＥＤ１０のそれぞれを消灯させ、赤外ＬＥＤ１１を発光させる。さらに、ＬＥＤドライバ６は、照明スイッチ２１がオフ状態である場合には、分配器４から送られた分割されていないデータ信号に応じて赤外ＬＥＤ１１をオン／オフ制御することによって赤外ＬＥＤ１１から発光される赤外光を変調する。これにより、光送信装置２は、データ信号に応じて変調された１種類の赤外光を光信号（情報）として送信できる。
【００７６】
ＬＥＤドライバ６において赤外ＬＥＤ１１から発光される赤外光を変調するための光変調方式としても、前述した可視光の変調方式と同様に、ＯＯＫ方式やＰＰＭ方式などを使用することができる。
【００７７】
このように、光送信装置２では、被照明空間を照明する白色発光素子７（赤色ＬＥＤ８、緑色ＬＥＤ９、および青色ＬＥＤ１０）の消灯時に、赤外光の光信号により情報を送信するようになっている。これにより、被照明空間を照明する可視光を使用することなく情報を送信することができる。それゆえ、被照明空間内（室内など）にいる人が眠っている夜間時や被照明空間に人がいない時などのように被照明空間内を暗い状態に保ちたい時に、被照明空間内を暗い状態に保ったままで情報の通信を行うことができる。
【００７８】
なお、可視光の光信号による情報の送信は、３つのＬＥＤ（赤色ＬＥＤ８、緑色ＬＥＤ９、および青色ＬＥＤ１０）からパラレルに行われるのに対し、赤外光の光信号による情報の送信は、１つのＬＥＤ（赤外ＬＥＤ１１）のみから行われる。このため、可視光の光信号による情報の送信速度と比較して、赤外光の光信号による情報の送信速度は１／３となる。しかしながら、赤外光の光信号による情報の送信は、被照明空間内（室内など）にいる人が眠っている夜間時や被照明空間に人がいない時などに行われるので、光受信装置３のユーザは、受信したデータを受信時にリアルタイムで利用するのではなく、受信後、時間がたってからまとめて利用することが多い。このため、赤外光の光信号による情報の送信時に、可視光の光信号による情報を送信する場合と比較して、情報の送信速度が１／３となることによる実用上の問題は生じない。
【００７９】
光受信装置３は、受光センサ（受光手段）１２と、復調器（復調手段）３０と、制御部３１とを備えている。
【００８０】
受光センサ１２は、光送信装置２から、情報に応じて変調された可視光（赤色光、緑色光、および青色光）および赤外光を受光して電気信号に変換し、該変換した電気信号を復調器３０に送信するものである。受光センサ１２は、赤色光を受光するためのフォトダイオード（可視光受光素子、第１の受光素子）１７と、緑色光を受光するためのフォトダイオード（可視光受光素子、第２の受光素子）１８と、青色光を受光するためのフォトダイオード（可視光受光素子、第３の受光素子）１９と、赤外光を受光するためのフォトダイオード（赤外光受光素子）２０とを備えている。
【００８１】
フォトダイオード２０のピーク感度波長が７５０ｎｍ以上１１００ｎｍ以下であり、フォトダイオード１７のピーク感度波長が５８０ｎｍ以上７００ｎｍ以下であり、フォトダイオード１８のピーク感度波長が５００ｎｍ以上５８０ｎｍ以下であり、フォトダイオード１９のピーク感度波長が、４００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが好ましい。このような４波長にピーク感度を持つフォトダイオード１７〜２０を用いることにより、フォトダイオード１７〜２０のそれぞれにおいて、５８０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の光（赤色光）、５００ｎｍ以上５８０ｎｍ以下の光（緑色光）、４００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の光（青色光）、および７５０ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の近赤外光を効率良く電気信号に変換することができる。上記要件を満たすフォトダイオード１７〜１９としては、例えば、それぞれ６２０ｎｍ、５４０ｎｍ、および４６０ｎｍのピーク感度波長を持つフォトダイオードを用いることができる。
【００８２】
フォトダイオード１７〜１９の受光面上には、可視光を選択的に透過する干渉フィルタである可視光透過フィルタ１６が設けられている。フォトダイオード１７の受光面上には、可視光透過フィルタ１６を介して、赤色光を透過する赤色フィルタ１３が設けられている。フォトダイオード１８の受光面上には、可視光透過フィルタ１６を介して、緑色光を透過する緑色フィルタ１４が設けられている。フォトダイオード１９の受光面上には、可視光透過フィルタ１６を介して、青色光を透過する青色フィルタ１５が設けられている。フォトダイオード２０の受光面上には、可視光透過フィルタ１６、赤色フィルタ１３、緑色フィルタ１４、および青色フィルタ１５は、設けられていない。
【００８３】
なお、可視光透過フィルタ１６に代えて赤外光を遮断するフィルタを用いてもよいが、ノイズ成分となる紫外光がフォトダイオード１７〜１９に入射することを防止するために可視光透過フィルタ１６を用いる方が好ましい。
【００８４】
これらにより、赤色光が受光センサ１２に入射すると、赤色フィルタ１３および可視光透過フィルタ１６を透過し、フォトダイオード１７の受光面により受光される。また、緑色光が受光センサ１２に入射すると、緑色フィルタ１４および可視光透過フィルタ１６を透過し、フォトダイオード１８の受光面により受光される。さらに、青色光が受光センサ１２に入射すると、青色フィルタ１５および可視光透過フィルタ１６を透過し、フォトダイオード１９の受光面により受光される。そして、赤外光が受光センサ１２に入射すると、フォトダイオード２０の受光面により受光される。
【００８５】
制御部３１は、復調器３０による復調を制御する。復調器３０は、フォトダイオード１７，１８，１９のそれぞれにより変換された電気信号を、光送信装置２の分配器４により入力される前のデータ信号に復調し、出力する。また、フォトダイオード２０により変換された電気信号を、光送信装置２の分配器４により入力される前のデータ信号に復調し、出力する。これらにより、光受信装置３は、光受信装置２から可視光および赤外光に変調されて送信されたデータ信号をそれぞれ復元し、出力することができる。
【００８６】
次に、図２を用いて受光センサ１２の構成について説明する。図２は、受光センサ１２の構成を示す断面図である。
【００８７】
図２に示すように、受光センサ１２は、１チップで構成されているものであり、前述した赤色フィルタ１３、緑色フィルタ１４、青色フィルタ１５、および可視光透過フィルタ１６と、前述したフォトダイオード１７，１８，１９，２０を含むシリコンからなる半導体基板２１とを備えている。また、本実施の形態においては、フォトダイオード１７，１８，１９とフォトダイオード２０とは、１つの半導体基板２１内に並設されている。このようにフォトダイオード１７，１８，１９とフォトダイオード２０とを１つの半導体基板２１内に並設して１チップ化することにより、受光センサ１２の小型化を図ることができる。なお、半導体基板２１は、シリコン以外の半導体で形成してもよい。
【００８８】
フォトダイオード１７，１８，１９，２０のそれぞれは、キャリアを受け取って光を受光して光電流を発生させるためのｐ型シリコンからなる３つのＰ型拡散部２４および１つのＰ型拡散部３０と、Ｐ型拡散部２４およびＰ型拡散部３０で発生した光電流を出力するための、Ｐ型拡散部２４上に形成されたアルミニウム（Ａｌ）などからなる図示しないアノードとを備えている。また、フォトダイオード１７，１８，１９，２０は、金（Ａｕ）などからなるカソード電極２７を共通のカソードとして備えている。
【００８９】
半導体基板２１は、ｎ型シリコンからなるＮ型基板２２と、Ｎ型基板２２よりも不純物濃度が低いｎ型シリコンからなるＮ型エピタキシャル層２３とからなる。フォトダイオード１７，１８，１９，２０のカソードとして機能するカソード電極２７は、Ｎ型基板２２におけるＮ型エピタキシャル層２３が形成されている側と逆側の面上に、蒸着などにより形成されている。
【００９０】
Ｐ型拡散部２４およびＰ型拡散部３０は、Ｎ型エピタキシャル層２３上に並設されている。Ｐ型拡散部２４およびＰ型拡散部３０は、Ｎ型基板２２内で生成したキャリアを受け取って光電流を発生させるためのものであり、Ｎ型エピタキシャル層２３上の一部領域（フォトダイオード１７，１８，１９，２０のそれぞれの受光面を形成すべき領域）に形成されている。Ｐ型拡散部２４およびＰ型拡散部３０とＮ型エピタキシャル層２３とを合わせたものが平板状となるように、Ｐ型拡散部２４およびＰ型拡散部３０は、Ｎ型エピタキシャル層２３に食い込む形態で形成されている。このＰ型拡散部２４およびＰ型拡散部３０におけるＮ型基板２２と逆側の面が、フォトダイオード１７，１８，１９，２０のそれぞれの受光面として機能する。
【００９１】
Ｐ型拡散部２４は、ｐ型シリコンからなり、Ｎ型エピタキシャル層２３に深く食い込む形態で形成されている深い拡散部２５と、深い拡散部２５と比較してＮ型エピタキシャル層２３に浅く形成されている浅い拡散部２６とからなる。Ｐ型拡散部３０は、ｐ型シリコンからなり、ほぼ均一な深さで形成されている。
【００９２】
Ｎ型エピタキシャル層２３におけるＰ型拡散部２４およびＰ型拡散部３０で覆われていない領域並びにＰ型拡散部２４およびＰ型拡散部３０の全面に、シリコン酸化膜２８が被膜されている。シリコン酸化膜２８上における、フォトダイオード１７，１８，１９，２０のそれぞれの受光面の周囲には、遮光メタル２９が形成されている。
【００９３】
遮光メタル２９は、フォトダイオード１７，１８，１９，２０のそれぞれの受光面の周囲からフォトダイオード１７，１８，１９，２０に入射する光を遮光する。これにより、フォトダイオード１７，１８，１９，２０の周囲からフォトダイオード１７，１８，１９，２０に入射する光によるノイズの影響を低減することができる。また、遮光メタル２９の材質は、金属からなる。このため、配線、表面電位シールドといった、電気的機能を有することもできる。
【００９４】
可視光透過フィルタ１６は、シリコン酸化膜２８を介してＰ型拡散部２４を覆うように形成されている。すなわち、フォトダイオード１７，１８，１９の受光面を覆うようにシリコン酸化膜２８上に形成されている。また、可視光透過フィルタ１６は、スパッタ蒸着法などにより高屈折材料の膜と低屈折材料の膜とを積層してなり、光の干渉作用を利用することにより可視光を透過する構成となっている。上記高屈折材料として、屈折率が２．４である二酸化チタン（ＴｉＯ２）または、屈折率が２．１６である五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）を使用し、上記低屈折材料として屈折率が１．４６である二酸化シリコン（ＳｉＯ２；シリコン酸化物）を使用することが好ましい。これにより、さらに、可視光透過フィルタ１６は、二酸化チタンまたは五酸化タンタルと二酸化シリコンとを、交互に数ｎｍ〜数百ｎｍずつ、４０〜７０層、好ましくは５０〜６０層、積層してなることが好ましい。本実施形態では、可視光透過フィルタ１６として、４００〜７００ｎｍの可視光を透過し、３００〜４００ｎｍの紫外光および７００〜１１００ｎｍの近赤外線を透過しない干渉フィルタを用いている。
【００９５】
赤色フィルタ１３、緑色フィルタ１４、および青色フィルタ１５のそれぞれは、染料で樹脂を染めたものであってもよいが、フォトリソグラフィ工程を用いて容易にパターニングできるという利点を有することから、本実施形態では、感光性樹脂中に顔料を分散させてなる顔料分散型感光性樹脂によって形成されている。
【００９６】
また、フォトダイオード２０の受光面上には、可視光透過フィルタ１６、赤色フィルタ１３、緑色フィルタ１４、および青色フィルタ１５など、一部波長域の光を選択的に透過させるフィルタは、何も形成されていない。このため、赤外光（特に波長７５０ｎｍ〜１１００ｎｍの近赤外光）は、フィルタによって遮断されることなくフォトダイオード２０に入射し、電気信号に変換される。なお、フォトダイオード２０の受光面上に、可視光を遮断するフィルタ、例えば赤外光を選択的に透過する干渉フィルタを追加してもよい。これにより、ノイズ成分となる可視光がフォトダイオード２０に入射することを防止することができる。
【００９７】
次に、本実施の形態にかかる受光センサ１２の製造方法の一例について説明する。
【００９８】
まず、ＣＺ法（チョクラルスキー法）などにより作成されたｎ型シリコン基板の片面を熱酸化することにより、ｎ型シリコン基板の片面上にシリコン酸化膜を成長させる。
【００９９】
次に、ｎ型エピタキシャル層２３を上記ｎ型シリコン基板中に形成する処理を行う。すなわち、上記ｎ型シリコン基板に対して、エピタキシャル層形成処理を施すことによりｎ型エピタキシャル層を上記ｎ型シリコン基板の表面に形成し、Ｎ型基板２２とＮ型エピタキシャル層２３とからなる積層構造を得る。
【０１００】
次いで、所要の箇所（Ｐ型拡散部２４およびＰ型拡散部３０を形成すべき領域以外の領域）のシリコン酸化膜をフォトリソグラフィ技術などを用いて取り除き、ボロンなどのｐ型不純物をイオン注入法により高いイオン注入エネルギーで打ち込む（注入する）ことで、ｎ型エピタキシャル層２３における所要の領域（深い拡散部２５およびＰ型拡散部３０を形成すべき領域）に拡散させ、深い拡散部２５およびＰ型拡散部３０を形成する。
【０１０１】
さらに、ボロン等のｐ型不純物をイオン注入法により低いイオン注入エネルギーで打ち込むことで、ｎ型エピタキシャル層２３における所要の領域（浅い拡散部２６を形成すべき領域）にｐ型不純物を拡散させる。このとき、ｐ型不純物の拡散深さは、前記高いイオン注入エネルギーのイオン注入による拡散深さよりも浅くなる。ｐ型不純物を拡散させることにより、Ｐ型拡散部２４の浅い拡散部２６が形成される。そして深い拡散部２５および浅い拡散部２６にスパッタ蒸着などによりＡｌなどを蒸着することにより図示しないアノード電極が形成される。
【０１０２】
次に、Ｎ型エピタキシャル層２３におけるＰ型拡散部２４およびＰ型拡散部３０で覆われていない領域、並びにＰ型拡散部２４およびＰ型拡散部３０の全面に、ＣＶＤ（化学気相成長）法によりシリコン酸化膜２８を成長させ、熱処理を行う。これにより、Ｎ型エピタキシャル層２３におけるＰ型拡散部２４およびＰ型拡散部３０で覆われていない領域、並びにＰ型拡散部２４およびＰ型拡散部３０の全面に、シリコン酸化膜２８が再度形成される。
【０１０３】
次に、遮光メタル２９を形成すべき領域のシリコン酸化膜２８をフォトリソグラフィ技術などにより取り除く。さらに、蒸着などによりアルミニウムなどの電極材料（導電材料）を、シリコン酸化膜２８およびシリコン酸化膜２８が取り除かれた領域（遮光メタル２９を形成すべき領域）の全面に形成する。次いで、既存のパターニング技術を用いて電極材料のパターニング（部分的除去）を行うことで、遮光メタル２９を半導体基板２１上に形成する。この後、半導体基板２１の裏面（シリコン酸化膜１７側と反対側の面）に金（Ａｕ）等の電極材料を蒸着し、カソード電極２７を形成する。
【０１０４】
さらに、シリコン酸化膜２８上および遮光メタル２９上に、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）層（いわゆるシリコン酸化膜）と、二酸化チタン（ＴｉＯ２）層または五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）層とを数ｎｍ〜数百ｎｍの厚さで５０〜６０層交互にスパッタ蒸着により積層することにより、シリコン酸化膜２８および遮光メタル２９上に干渉フィルタを形成する。次いで、Ｐ型拡散部３０上およびパッド部（不図示）の干渉フィルタを除去する。この除去方法としては、感光性樹脂によるリフトオフ法もしくはドライエッチング法などを用いることができる。また、上記干渉フィルタを形成する前にＰ型拡散部３０上およびパッド部（不図示）の領域を金属材料によりマスクしておき、上記干渉フィルタを形成後、金属材料を取り除く方法などを用いることもできる。これにより、可視光透過フィルタ１６が形成される。
【０１０５】
この後、赤色顔料を感光性樹脂中に分散させてなる顔料分散型感光性樹脂を可視光透過フィルタ１６上の全面に塗布する。次いで、フォトリソグラフィ技術（感光性樹脂をパターン露光した後、露光された部分あるいは露光されなかった部分の感光性樹脂を現像液によって除去する）により感光性樹脂のパターニングを行った後、熱処理を行い、赤色フィルタ１３を形成する。同様にして、緑色顔料を感光性樹脂中に分散させてなる顔料分散型感光性樹脂、および青色顔料を感光性樹脂中に分散させてなる顔料分散型感光性樹脂をそれぞれ用いて、緑色フィルタ１４および青色フィルタ１５を形成する。
【０１０６】
上記赤色顔料を含む顔料分散型感光性樹脂は、それによって形成される赤色フィルタ１３の透過光のピーク波長がフォトダイオード１７のピーク感度波長（例えば６２０ｎｍ）に適合する（すなわちフォトダイオード１７のピーク感度波長に近くなる）ように上記赤色顔料の配合が調整されている。同様に、上記緑色顔料を含む顔料分散型感光性樹脂は、それによって形成される緑色フィルタ１４の透過光のピーク波長がフォトダイオード１８のピーク感度波長（例えば５４０ｎｍ）に適合する（すなわちフォトダイオード１８のピーク感度波長に近くなる）ように上記緑色顔料の配合が調整されている。さらに、上記青色顔料を含む顔料分散型感光性樹脂は、それによって形成される青色フィルタ１５の透過光のピーク波長がフォトダイオード１９のピーク感度波長（例えば４６０ｎｍ）に適合する（すなわちフォトダイオード１９のピーク感度波長に近くなる）ように上記青色顔料の配合が調整されている。
【０１０７】
以上の工程により、本実施の形態の受光センサ１２は製造される。
【０１０８】
また、本実施の形態において、ｎ型シリコンからなる半導体基板２１およびｐ型シリコンからなるＰ型拡散部２４，３０によりフォトダイオード１７，１８，１９，２０が形成されているが、ｐ型シリコンからなる半導体基板にｎ型シリコンからなる拡散部を形成することによりフォトダイオードを形成することもできる。
【０１０９】
さらに、本実施の形態において、Ｐ型拡散部２４は、深い拡散部２５と浅い拡散部２６とから構成された形状を有している。これにより、フォトダイオード１７，１８，１９の短波長の光に対する感度を向上することができる。しかしながら、Ｐ型拡散部２４は、一回の拡散技術により形成される、Ｐ型拡散部３０と同様の形状の拡散部としてもよい。
【０１１０】
さらに、本実施の形態では、受光センサ１２を図１に示す復調器３０および制御部３１とは別個の素子（ディスクリート素子）として形成していたが、図１に示す復調器３０および制御部３１を半導体基板２１上に形成することにより、受光センサ１２を図１に示す復調器３０および制御部３１と１つのＩＣ（集積回路）上に集積してもよい。この場合、集積したＩＣ上に、可視光透過フィルタ１６、赤色フィルタ１３、緑色フィルタ１４、および青色フィルタ１５を形成することができる。
【０１１１】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態にかかる光通信システムについて図３に基づいて説明する。図３は、本実施の形態に係る光通信システムの概略構成を示す模式図である。なお、説明の便宜上、前記実施の形態１にて示した各部材と同一の機能を有する部材には、同一の符号を付記し、その説明を省略する。
【０１１２】
本実施の形態に係る光通信システムは、図３に示すように、部屋の天井に設置された光送信装置２Ａと、電池駆動装置であるリモートコントローラ（以下「リモコン」と略記する）５１、携帯電話機５２、およびゲーム機５３とを備えている。
【０１１３】
光送信装置２Ａは、実施の形態１に係る光送信装置２に対して、電力線搬送通信装置（電力線搬送通信手段）５０を追加した構成である。電力線搬送通信装置５０は、電力線５４を介して外部の電力線搬送通信装置５５と電力線搬送通信を行うものであり、電力線搬送通信によって外部の電力線搬送通信装置５５から電力線５４を介してデータ信号を受信し、光送信装置２Ａ内の分配器４および制御部５（図１参照）へ送る。また、光送信装置２Ａには、電力線５４から電力（図３では１００Ｖの交流電圧）が供給されるようになっている。上記構成によれば、データ信号を光送信装置２Ａに送信するための特別な配線などを新たに設けることなく、光送信装置２Ａへの電力供給のために既に設置されている電力線５４を介してデータ信号を光送信装置２Ａに送信できる。光送信装置２Ａは、この電力線５４を介して受信したデータ信号を３種類の可視光または赤外光に変調してリモコン５１、携帯電話機５２、およびゲーム機５３の少なくとも１つへ送信する。
【０１１４】
リモコン５１、携帯電話機５２、およびゲーム機５３は、実施の形態１に係る光送信装置３を含むものである。したがって、リモコン５１、携帯電話機５２、およびゲーム機５３は、光送信装置２Ａから出力された４波長の変調光（赤色光、緑色光、青色光、および赤外光）を受光センサ１２で受光してデータ信号に復調し、復調されたデータ信号を、リモコン５１、携帯電話機５２、およびゲーム機５３の本体部（光送信装置３以外の部分）に送ることができる。したがって、リモコン５１、携帯電話機５２、およびゲーム機５３は、部屋のどこかに置いておくだけで、白色光による照明を行っているか否かにかかわらず、外部の電力線搬送通信装置５５から電力線５４を介して光送信装置２に送信されたデータ信号を受信することができる。
【０１１５】
なお、上述した実施の形態では、光送信装置２Ａは、データ転送の高速化のために、送信しようとするデータ信号を、赤色光用のデータ信号、緑色光用のデータ信号、および青色光用のデータ信号の３つに分配し、この分配したデータを電池駆動装置（リモコン５１、携帯電話機５２、およびゲーム機５３の少なくとも１つ）に対して同時に送信していた。
【０１１６】
しかしながら、本実施の形態においては、さらに、赤色光、緑色光、および青色光のそれぞれに３つの電池駆動装置（リモコン５１、携帯電話機５２、およびゲーム機５３）に送信するデータ信号を専属に割当て、上記３つの電池駆動装置のそれぞれに、異なるデータを同時に送信してもよい。これにより、上述した実施の形態と比較してデータ送信速度は１／３になるものの、３つの電池駆動装置のそれぞれに、同時に異なるデータ信号を送信することができる。
【０１１７】
また、上述した実施の形態では、電池駆動装置としてリモコン５１、携帯電話機５２、およびゲーム機５３を用いていたが、ＰＤＡ(Personal Digital Assistance；携帯情報端末)やノート型パソコンなどのような他の電池駆動装置を用いてもよい。また、電池駆動装置に代えて電力線５４からの電力によって駆動される装置、例えば据置型パソコンなどを用いてもよい。
【０１１８】
〔実施の形態３〕
本発明のさらに他の実施の形態にかかる光送信システムについて図４および図５を用いて説明する。図４および図５は、本実施の形態にかかる光送信システムの概略構成を示す模式図およびブロック図である。
【０１１９】
図４に示すように、本実施の形態に係る光送信システム６０は、天井等に設置された照明を行うことが可能な光送信装置２Ｂと、光送信装置２Ｂに対して赤外線通信によって制御信号を送信するパソコン６２およびモニター６３とを備えている。パソコン６２およびモニター６３は、互いに接続されており、図５に示すように、光送信装置２Ｂを制御する制御装置６４を構成している。
【０１２０】
光送信装置２Ｂは、図５に示すように、実施の形態２にかかる光送信装置２Ａに対して、後述する外部のパソコン６２内の赤外光発光装置６２ａから赤外線通信によって制御信号（補正のための信号）を受信する赤外光受光装置（赤外線受信手段）６１を追加したものである。赤外光受光装置６１は、例えば、フォトダイオード２０および復調器３０と同様の、近赤外領域に感度を持つフォトダイオードおよび復調器によって構成できる。
【０１２１】
また、光送信装置２Ｂでは、制御部５が、赤外光受光装置６１で受信された制御信号に応じて、白色発光素子７によって発光される白色光の色調および明るさの少なくとも一方を補正（調整）する。
【０１２２】
モニター６３は、光送信装置２Ｂから出力された白色光の色調および明るさの少なくとも一方を検知し、検知結果をパソコン６２に送る受光装置（光検知手段）６３ａを備えている。受光装置６３ａは、光の色調および明るさを検知できるカラーセンサ（例えば受光センサ１２からフォトダイオード２０を取り除いた構成のセンサ）、可視領域に感度を持ち、光の明るさを検知できる光センサなどによって実現できる。
【０１２３】
パソコン６２は、モニター６３内の受光装置６３ａによって検知された白色光の色調および明るさの少なくとも一方に応じて、光送信装置２Ｂ内の白色発光素子７によって発光される白色光の色調および明るさの少なくとも一方を制御する制御信号を生成する制御信号生成部６２ｂと、制御信号生成部６２ｂで生成された制御信号を赤外線通信によって光送信装置２Ｂへ送信する赤外光発光装置６２ａとを備えている。赤外光受光装置６１は、例えば、赤外ＬＥＤ１１およびＬＥＤドライバ６と同様の、赤外ＬＥＤおよびＬＥＤドライバによって構成できる。
【０１２４】
以上のように、本実施形態にかかる光送信システム６０では、受光装置６３ａにより光送信装置２Ｂによる照明の色調や明るさを感知し、照明光の色調および明るさの少なくとも一方を補正するための制御信号をパソコン６２内の赤外光発光装置６２ａから、光送信装置２Ｂ内の赤外光受光装置６１へ送信することにより、照明光の色調補正、ユーザの好きな色への調光（照明光の色調変更）、照明光の明るさ調整などを自動で行うことができる。
【０１２５】
なお、上述した各実施の形態では、赤外ＬＥＤ１１は、白色発光素子７の消灯時にのみ赤外光を発光するようになっていたが、赤外ＬＥＤ１１は、白色発光素子７が発光しているかにかかわらず、赤外光を発光するものであってもよい。ただし、照明時に赤外ＬＥＤ１１から発光された赤外光が人の目に入って目を傷めることを回避するために、赤外ＬＥＤ１１が白色発光素子７の消灯時にのみ赤外光を発光するようになっていることが好ましい。
【０１２６】
また、上述した各実施の形態では、白色発光素子７を発光させるか否かの制御は、照明スイッチ２１によって行われるようになっていたが、光送信装置２外部からの制御信号、例えばパソコン６２からの制御信号によって行われるようにしてもよい。また、制御部５を光送信装置２外部に設けてもよい。
【０１２７】
また、上述した各実施の形態では、光送信装置は、光送信装置の外部から入力されたデータ信号（デジタル信号）を光に変調して送信するものであった。しかしながら、光送信装置は、光送信装置内部で生成されたデータ信号やアナログ信号、光送信装置の外部から入力されたアナログ信号などを光に変調して送信するものであってもよい。
【０１２８】
また、上述した各実施の形態では、可視光発光素子および赤外光発光素子として（無機の）ＬＥＤを用いていたが、可視光発光素子および赤外光発光素子として、有機ＥＬ（電界発光）素子などのような他の発光素子を用いてもよい。ただし、電気的な制御が容易であり、応答速度が速く、かつ寿命が長いことから、可視光発光素子および赤外光発光素子として（無機の）ＬＥＤを用いることが好ましい。
【０１２９】
また、白色発光素子７は、光送信装置を誘導灯や非常用照明器具等として使用する場合には、赤色光や緑色光を発光するものであってもよい。ただし、室内などの空間を照明する光として適している白色光を発光するもの（白色発光素子）であることが好ましい。また、白色発光素子として、赤色ＬＥＤ８、緑色ＬＥＤ９、および青色ＬＥＤ１０を組み合わせた白色発光素子７に代えて、青色ＬＥＤの周囲に、青色光によって励起されてオレンジ色（青色の補色）を発する蛍光体を配置した蛍光体タイプの白色発光素子を用いてもよい。ただし、複数の光信号をパラレルに送信して高速の通信を実現するために、また、より自然光に近い照明を行うために、白色発光素子として、３色の発光素子を組み合わせたものを用いることが好ましい。また、白色発光素子として、４色以上の発光素子を組み合わせたものを用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１３０】
本発明の光送信装置、光送信システム、光受信装置、および光通信システムは、照明用の可視光を用いて情報の通信を行うことができ、被照明空間内を暗い状態に保ったまま情報の通信を行うこともできる。このため、本発明の光送信装置、光送信システム、光受信装置、および光通信システムは、照明の必要な場所で使用され、かつ、照明が不要な時にも情報の通信が要求される各種の情報通信機器に広く応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【図１】本発明の実施の一形態にかかる光通信システムの構成を示すブロック図である。
【図２】図１の光通信システムが備える光センサの構成を示す断面図である。
【図３】本発明の他の実施の形態にかかる光通信システムの概略構成を示す模式図である。
【図４】本発明のさらに他の実施の形態にかかる光送信システムの概略構成を示す模式図である。
【図５】本発明のさらに他の実施の形態にかかる光送信システムの構成を示すブロック図である。
【図６】従来の照明機能および情報送信機能を有する光送信装置を用いた光通信システムの構成を示すブロック図である。
【図７】図６の光送信装置が備える受光センサの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１３２】
１    光通信システム
２    光送信装置
２Ａ  光送信装置
２Ｂ  光送信装置
３    光受信装置
５    制御部（制御手段、調整手段）
６    ＬＥＤドライバ（変調手段）
７    白色発光素子（可視光発光素子）
８    赤色ＬＥＤ（赤色発光素子）
９    緑色ＬＥＤ（緑色発光素子）
１０    青色ＬＥＤ（青色発光素子）
１１    赤外ＬＥＤ（赤外発光素子）
１２    受光センサ（受光手段）
１３    赤色フィルタ
１４    緑色フィルタ
１５    青色フィルタ
１６    可視光透過フィルタ（干渉フィルタ）
１７    フォトダイオード（可視光受光素子、第１の受光素子）
１８    フォトダイオード（可視光受光素子、第２の受光素子）
１９    フォトダイオード（可視光受光素子、第３の受光素子）
２０    フォトダイオード（赤外光受光素子）
３０    復調器（復調手段）
５０    電力線搬送通信装置（電力線搬送通信手段）
５４    電力線
６０    光送信システム
６１    赤外光受光装置（赤外線受信手段）
６２ａ  赤外光発光装置
６２ｂ  制御信号生成部
６３ａ  受光装置（光検知手段）
６４    制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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