(57)【要約】【課題】低消費電力の光受信型半導体装置を構成要素とする光送受信システム及び低消費電力の光受信型半導体装置を提供すること。【解決手段】駆動回路１７によって発光強度が変調される白色ＬＥＤ１６を有する送信器であるライト１２と、白色ＬＥＤ１６が放射する白色光を太陽電池１３によって電力に変換して動作のためのエネルギー源とし、前記白色光が搬送する信号を光強度検知器１５によって再生する光受信型半導体装置である受信器１１とを構成要素とする光送受信システムであって、受信器１１が、前記白色光を電力に変換するために、光応答速度が異なる少なくとも２つの太陽電池を有することを特徴とする光送受信システムを構成する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光強度が信号によって変調される照明光を放射する送信器と、前記照明光を太陽電池群で受け、該太陽電池群で電力受給と信号受信とを同時に行う光受信型半導体装置とを構成要素とする光送受信システムであって、前記太陽電池群が光応答速度の異なる少なくとも２つの太陽電池で構成されていることを特徴とする光送受信システム。
【請求項２】
請求項１記載の光送受信システムにおいて、上記送信器が、上記照明光を放射する手段として、発光強度が上記信号によって変調される白色発光ダイオードを有することを特徴とする光送受信システム。
【請求項３】
請求項１または２記載の光送受信システムにおいて、上記太陽電池群が第一の太陽電池と、前記第一の太陽電池よりも光応答速度の低い第二の太陽電池とを構成要素とし、前記第一の太陽電池は電源変換回路を介して光強度検知器、ＬＣＤドライバ及び周辺回路に電力を供給し、前記第二の太陽電池は電源変換回路を介するか又は直接に０．５Ｖ動作ＣＰＵコアに電力を供給することを特徴とする光送受信システム。
【請求項４】
光強度が信号によって変調される照明光を太陽電池群で受け、該太陽電池群で電力受給と信号受信とを同時に行う光受信型半導体装置であって、前記太陽電池群が光応答速度の異なる少なくとも２つの太陽電池で構成されていることを特徴とする光受信型半導体装置。
【請求項５】
請求項４記載の光受信型半導体装置において、上記太陽電池群が第一の太陽電池と、前記第一の太陽電池よりも光応答速度の低い第二の太陽電池とを構成要素とし、前記第一の太陽電池は電源変換回路を介して光強度検知器、ＬＣＤドライバ及び周辺回路に電力を供給し、前記第二の太陽電池は電源変換回路を介するか又は直接に０．５Ｖ動作ＣＰＵコアに電力を供給することを特徴とする光受信型半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光送受信システム及び光受信型半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】「特開２００１−９９９６４号公報」
【非特許文献１】「論文“ＳＯＩ  ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｆｏｒ  Ｂａｔｔｅｒｙｌｅｓｓ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｗｉｔｈＧｒｅｅｎ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｓｏｕｒｃｅｓ，”Ｎｏｒｉｏ  Ｈａｍａ，Ａｒｉｔｓｕｇｕ  Ｙａｊｉｍａ，Ｙｏｓｈｉｆｕｍｉ  Ｙｏｓｈｉｄａ，Ｆｕｍｉｙａｓｕ  Ｕｔｓｕｎｏｍｉｙａ，Ｊｕｎｉｃｈｉ  Ｋｏｄａｔｅ，Ｔｓｕｎｅｏ  Ｔｓｕｋａｈａｒａ，ａｎｄ  Ｔａｋａｋｕｎｉ  Ｄｏｕｓｅｋｉ，２００２  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  Ｏｎ  ＶＬＳＩ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ  Ｄｉｇｅｓｔ  ｏｆ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｐａｐｅｒｓ，ｐｐ．２８０−２８３」
最近、環境光をエネルギー源とするバッテリレス端末（電池を使用しない端末）が開発されている。例えば、上記非特許文献１には、環境光をエネルギー源とするバッテリレス端末の一例が報告されている。
【０００３】
室内光をエネルギー源とした場合の従来のバッテリレス端末の構成を図３に示す。このバッテリレス端末である受信器１は太陽電池２、ＲＦ受信器３及び表示器４からなる。ライト５からの光を太陽電池２で受光し、太陽電池２はＲＦ受信器３及び表示器４に電力を給電している。
【０００４】
上記受信器１における太陽電池２から各種ＬＳＩへの電力給電構成を図４に示す。太陽電池２への入射光は太陽電池２によって電力に変換されて電源変換回路６に供給される。電源変換回路６は、必要に応じて電圧を変換して、ＬＣＤドライバ７、ＲＦドライバ８、周辺回路９及び０．５Ｖ動作ＣＰＵコア１０における各種ＬＳＩに電力を供給する。
【０００５】
また、上記特許文献１には、環境光をエネルギー源とし、外部データ送信装置から入力される光信号を受け、その光信号からデータを抽出して記憶する、太陽電池を有する電子時計が記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図３に示した従来のバッテリレス端末（受信器１）では、ＲＦ受信器３を通して無線通信を行なうため、消費電力が１０ｍＷ以上と、バッテリレスシステムとして消費電力が大きくなる問題があった。
【０００７】
さらに、太陽電池２から各種ＬＳＩへの電力給電構成において、各種ＬＳＩは、電源電圧の最高電圧となるＬＣＤドライバ７から最低電圧のＣＰＵコア１０等、異電源電圧のＬＳＩが存在するため、電源変換回路が必要であり、電源変換構成としては、最高電圧のＬＣＤ供給電圧レベルから順次降圧していくため、特に、最低電位の０．５Ｖ動作ＣＰＵコア１０に電力を供給するためには、電源変換効率が低下する問題があった。
【０００８】
また、上記特許文献１に記載の、太陽電池を有する電子時計を使用する場合には環境光とは別の光信号を出射する外部データ送信装置が必要であり、その外部データ送信装置へエネルギーを供給しなければならないという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、低消費電力の光受信型半導体装置を構成要素とする光送受信システム及び低消費電力の光受信型半導体装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明においては、請求項１に記載したように、光強度が信号によって変調される照明光を放射する送信器と、前記照明光を太陽電池群で受け、該太陽電池群で電力受給と信号受信とを同時に行う光受信型半導体装置とを構成要素とする光送受信システムであって、前記太陽電池群が光応答速度の異なる少なくとも２つの太陽電池で構成されていることを特徴とする光送受信システムを構成する。
【００１１】
また、本発明は、請求項２に記載のように、
請求項１記載の光送受信システムにおいて、上記送信器が、上記照明光を放射する手段として、発光強度が上記信号によって変調される白色発光ダイオードを有することを特徴とする光送受信システムを構成する。
【００１２】
また、本発明は、請求項３に記載のように、
請求項１または２記載の光送受信システムにおいて、上記太陽電池群が第一の太陽電池と、前記第一の太陽電池よりも光応答速度の低い第二の太陽電池とを構成要素とし、前記第一の太陽電池は電源変換回路を介して光強度検知器、ＬＣＤドライバ及び周辺回路に電力を供給し、前記第二の太陽電池は電源変換回路を介するか又は直接に０．５Ｖ動作ＣＰＵコアに電力を供給することを特徴とする光送受信システムを構成する。
【００１３】
また、本発明は、請求項４に記載のように、
光強度が信号によって変調される照明光を太陽電池群で受け、該太陽電池群で電力受給と信号受信とを同時に行う光受信型半導体装置であって、前記太陽電池群が光応答速度の異なる少なくとも２つの太陽電池で構成されていることを特徴とする光受信型半導体装置を構成する。
【００１４】
また、本発明は、請求項５に記載のように、
請求項４記載の光受信型半導体装置において、上記太陽電池群が第一の太陽電池と、前記第一の太陽電池よりも光応答速度の低い第二の太陽電池とを構成要素とし、前記第一の太陽電池は電源変換回路を介して光強度検知器、ＬＣＤドライバ及び周辺回路に電力を供給し、前記第二の太陽電池は電源変換回路を介するか又は直接に０．５Ｖ動作ＣＰＵコアに電力を供給することを特徴とする光受信型半導体装置を構成する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の詳細を実施の形態例によって説明する。
【００１６】
以下の実施の形態例においては、光強度が信号によって変調される照明光を放射する送信器として、発光強度が信号によって変調される白色発光ダイオード（白色ＬＥＤ）を有する送信器を用いる。
【００１７】
本発明に係る光送受信システムは、無線通信に、光強度が信号によって変調される照明光を用いたことを特徴とし、電波を用いた従来の無線送受信システムとは大きく異なる。また、本発明に係る光受信型半導体装置は従来の無線情報端末とは大きく異なる。
【００１８】
（実施の形態例）
図１は、本発明の実施の形態例である光送受信システムを説明する図である。本光送受信システムは、光受信型半導体装置である受信器１１と、送信器であるライト１２とを構成要素とする。受信器１１は太陽電池１３、表示器１４及び光強度検知器１５からなる。ライト１２は白色ＬＥＤ１６を構成要素としており、白色ＬＥＤ１６の発光強度を変調するための駆動回路１７が付加されている。本構成では、白色ＬＥＤ１６の光強度を変調させながら、該光を太陽電池１３へ照射させる。太陽電池１３に入射した白色ＬＥＤ１６からの光は太陽電池１３によって電力に変換され、受信器１１を動作させるための電力として使われる。また、その光強度の変化は光強度検知器１５で電気信号に変換される。このようにして、ライト１２と受信器１１とを用いることによって、従来のＲＦ受信器なしに通信を行なうことができる。
【００１９】
特に、ライト１２側の駆動回路１７の消費電力は、ライト１２が消費する電力に比べて、十分に小さい。すなわち、白色ＬＥＤ１６が放射する白色光を信号搬送波として利用するために余分に必要となる電力は、ライト１２が消費する電力に比べて無視しうるほどに小さい。このように、本発明においては、光信号を発生する送信装置を別途設ける必要がなく、システムの簡素化と省エネルギー化が可能となる。
【００２０】
また、受信器１１の光強度検知器１５の消費電力は、太陽電池１３で発生した電位差を検知するだけでよいので、消費電力は２〜３ｍＷと小さい。
【００２１】
表示器１４は、例えばＬＣＤ（液晶表示素子）等で構成され、受信した信号によってもたらされる情報等を表示する。
【００２２】
なお、駆動回路１７は、ＬＥＤ１６の直近に配置してもいいし、ライト１２のライト台に配置してもよい。
【００２３】
図２は、本発明に係る光受信型半導体装置の実施の形態例である受信器１１における電源変換構成の実施の形態例を示す図である。
【００２４】
図２の（ａ）は、第一の太陽電池１８として６段直列の縦積みセル（出力電圧約３Ｖ）を用い、その電力出力を電源変換回路１９経由で光強度検知器１５、表示器１４中の液晶表示素子（ＬＣＤ）を駆動するＬＣＤドライバ２０及び、ＬＣＤドライバ２０等の周辺にある周辺回路２１に供給し、第二の太陽電池２２として２段直列の縦積みセル（出力電圧約１Ｖ）を用い、その電力出力を電源変換回路２３経由で、光検知器１５、ＬＣＤドライバ２０、周辺回路２１等を制御する０．５Ｖ動作ＣＰＵコア２４に供給する電源変換構成を示す。太陽電池の光応答は、セルの縦積み段数に比例して速くなるため、段数削滅により光応答速度を第一の太陽電池１８よりも低くすることにより、ＣＰＵを安定に動作させるとともに、１Ｖから０．５Ｖへの電源変換構成となるため、電源変換効率を高めることができる。
【００２５】
図２の（ｂ）は、第二の太陽電池を単セル構成として、直接０．５Ｖ動作のＣＰＵコアを駆動できるようにしたものである。直列接続した太陽電池から並列接続した単セル構成の太陽電池構成とすることにより光応答時間を遅らせることにより第二の太陽電池が出力する電源変動を第一の太陽電池の電源変動に比べて、小さくすることができる。また、光応答速度が第一の太陽電池１８の応答速度よりも低い第二の太陽電池２２として、太陽電池１８の材質とは異なる材質の太陽電池を用いることもできる。入力光の光応答（伝送速度１ＫＨｚ以上）に追従できる第一の太陽電池１８は、電源変換回路１９を通して、光強度検出器１５、ＬＣＤドライバ２０及び周辺回路２１のＬＳＩに電力を供給する。各種ＬＳＩの電源電圧は、ＬＣＤドライバ２０の電源電圧に近い電位になるため電源変換による損失は小さい。光応答速度が早い第一の太陽電池１８で最低電位のＣＰＵコア２４を直接駆動すると、光強度に応じて電源電圧が変動し誤動作が生じるため、入力の光強度変化に追従しないような第二の太陽電池２２を用い、単セル（出力電圧約０．５Ｖ）で最低電圧のＣＰＵコア２４に電力を供給する。第二の太陽電池２２による出力変動は、光応答速度が遅いため、低レベルに抑えられ、第二の太陽電池２２の出力によって直接ＣＰＵコア２４を駆動しても安定動作が得られる。本構成では、第二の太陽電池２２で直接ＣＰＵコア２４を駆動する構成であるため、太陽電池の電源変換効率を高めることが出来る。
【００２６】
光応答速度の遅い太陽電池（第二の太陽電池２２）としては色素増感太陽電池（光応答速度１ＫＨｚ以下）が、光応答速度の早い太陽電池（第一の太陽電池１８）としては従来のシリコン系のバルク型、多結晶型アモルファスシリコン太陽電池（光応答速度１ＫＨｚ以上）が、それぞれ、有用である。また、ここでは、第二の太陽電池２２で直接ＣＰＵコア２４等を駆動したが、電源変換回路を介して駆動してもよい。なお、最低電圧で動作するＣＰＵコア２４等には、ＳＯＩデバイス、多しきい値回路等を用いることで、極低電圧動作可能なＬＳＩを実現できる。
【００２７】
なお、上記白色ＬＥＤとして、各ＬＥＤが白色光を放射するものを用いる必要はなく、例えば、赤、緑、青、それぞれに発光する単色ＬＥＤを組み合わせて用いてもよく、さらに、複数のＬＥＤのすべてについて発光強度の変調を行う必要もない。
【００２８】
以上説明したように、本発明に係る光送受信システム及び光受信型半導体装置においては、照明光を照明、エネルギー供給及び信号搬送の３手段として用いることを特徴とし、この特徴によって、バッテリーレス端末における消費エネルギの低減とシステムの簡素化を可能としている。また、本発明に係る光受信型半導体装置においては、光応答速度の異なる２種類の太陽電池を用いることを特徴とし、この特徴によって、電力変換効率のよいシステムの構築を可能としている。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の実施によって、低消費電力の光受信型半導体装置を構成要素とする光送受信システム及び低消費電力の光受信型半導体装置を提供することが可能となる。
【００３０】
また、本発明においては、光応答速度の異なる２種類の太陽電池を用いることによって、電力変換効率のよいシステムの構築が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態例である光送受信システムを説明する図である。
【図２】本発明に係る光送受信システムの構成要素である光受信型半導体装置及び本発明に係る光受信型半導体装置における電源変換構成の実施の形態例を示す図である。
【図３】室内光をエネルギー源とした場合の従来のバッテリレス端末の構成を示す図である。
【図４】従来のバッテリレス端末における太陽電池から各種ＬＳＩへの電力給電構成を示す図である。
【符号の説明】
１…受信器、２…太陽電池、３…ＲＦ受信器、４…表示器、５…ライト、６…電源変換回路、７…ＬＣＤドライバ、８…ＲＦ回路、９…周辺回路、１０…０．５Ｖ動作ＣＰＵコア、１１…受信器、１２…ライト、１３…太陽電池、１４…表示器、１５…光強度検知器、１６…白色ＬＥＤ、１７…駆動回路、１８…第一の太陽電池、１９…電源変換回路、２０…ＬＣＤドライバ、２１…周辺回路、２２…第二の太陽電池、２３…電源変換回路、２４…０．５Ｖ動作ＣＰＵコア。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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