Microsoft Word - Ｈ20全テキスト（起案後）

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光技術実習テキスト

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12 版

平成 19・20 年度

静岡県情報教育開発推進事業

工業部会

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-1-第１部

光技術の基礎

Ⅰ 概論１光とは・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・４ Ⅱ 光の性質の観察実験１目的・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・４２関係知識 (1) 直進の法則・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・５ (2) 反射の法則・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・５ (3) 屈折の法則・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・５ (4) 全反射の法則・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・６３実験・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・６ Ⅲ 光の特性実験１目的・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・10 ２関係知識 (1)赤外線発光ダイオードについて・・・・・・・・・・・・・・・・・・・10 (2)半導体レーザについて・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・12 (3)光源の特性について・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・13 ３実験 (1)Ｉ－Ｌ特性実験・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・16 (2)周波数特性実験・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・21 (3)距離と信号の測定・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・23 Ⅳ 赤外線LED活用例（赤外線通信）１目的・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・24 ２関係知識 (1)赤外線LEDによる通信・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・24 (2)赤外線通信・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・24 (3)キャリア波・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・25 (4)PIC ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・26 ３実験 (1)赤外線通信の様子を調べる回路の製作・・・・・・・・・・・・・・・・26 (2)赤外線通信応用回路の製作・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・27 ４マイコンへの組込みについて・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・32 Ⅴ レーザ光の活用例１ LD発信、受信実験・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・32 ２レーザ距離計の実験・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・35

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第１部

光技術の応用

Ⅵ 太陽電池の特性実験１目的・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・38 ２関係知識 (1) 測光・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・38 (2) 太陽電池の原理・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・39 (3) 光電効果・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・40 (4) 光電池・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・40 (5) 太陽電池の種類と特徴・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・40 ア乾式系・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・41 イ湿式系・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・42 (6) 太陽電池の構成・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・43 (7) 太陽電池の出力特性・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・43 (8) 太陽電池の温度特性・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・44 (9) 分光分布・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・44 (10) AM（Air Mass）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・44 (11) 放射照度・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・45 (12) 分光感度・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・45 ３実験・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・45 (1) 太陽電池の接続実験・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・45 (2) 光の色（波長）を変えた実験１・・・・・・・・・・・・・・・・・・47 (3) 光の色（波長）を変えた実験２・・・・・・・・・・・・・・・・・・・50 (4) 光源の種類を変えた時の発電量の実験・・・・・・・・・・・・・・・・51 (5) セルの温度による発電量の実験・・・・・・・・・・・・・・・・・・・53 ４応用 (1) 太陽光発電システム・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・55 (2) 実測値の例・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・57 ５太陽電池の今後について・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・58 Ⅶ LED照明による通信技術実習１可視光通信の概論・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・59 ２ LEDによる光通信基礎実験 (1) 目的・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・60 (2) 関係知識・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・60 ア USB-IO ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・60 イ Usb-An ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・60 ウ A/D変換・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・60 (3) 実験・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・61 ア LED制御実験のための製作実習・・・・・・・・・・・・・・・・・61 イ USB-IOポート基板による出力実習・・・・・・・・・・・・・・・64 ウアナログ伝送実験・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・67 オ応用プログラム・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・72 ３照明に利用されている光を用いた通信技術の基礎実習 (1) はじめに・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・75 (2) 関係知識・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・75

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-3-ア白色LED ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・75 イオペアンプ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・75 ウメロディIC ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・76 (3) メロディICによるデータ通信回路製作・・・・・・・・・・・・・・・77 ア送信回路の製作・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・77 イ受信回路の製作・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・78 ウ通信実験・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・78 (4) 音声データ通信回路の製作・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・79 ア音声データ送信回路の製作・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・79 イ音声データ送信実験・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・81 ウ考察・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・81 Ⅷ フルカラーLEDを利用した画像表示装置１目的・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・82 ２関係知識・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・82 (1) フルカラーLED ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・82 (2) トランジスタ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・82 (3) PIC16F873A ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・83 (4) 74HC154 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・83 (5) ADM3202 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・84 (6) USART ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・84 (7) EasyComm ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・84 ３動作原理・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・84 (1) 概要・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・84 (2) PIC16F873Aの入出力ピンの割り当て・・・・・・・・・・・・・・・・85 (3) ドライブ回路・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・86 (4) ダイナミック点灯制御・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・86 (5) ダイナミック点灯させる行の選択・・・・・・・・・・・・・・・・・86 ４開発環境・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・87 ５使用部品・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・87 ６回路図・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・88 ７画像データ作成ソフト・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・89 (1) 画像の作成・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・89 (2) 「背景セット」ボタン・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・90 (3) 「画像セット」ボタン・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・90 (4) 「送信」ボタン・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・92 ８操作方法・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・93 ９プログラム・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・93 (1) 通信パラメータ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・93 (2) PIC側プログラム・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・93 10 製作上のポイント・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・96 Ⅸ 各校のレーザ加工機の現状・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・97 Ⅹ 参考文献・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・99

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Ⅰ

概論

１光とは光は、電磁波の一種である。テレビやラジオに使われている電波やレントゲン写真を撮るとき用いられるＸ線も電磁波に含まれる。一般的にサブミリ波より波長の短い範囲を光として扱われる場合が多く、中でも目に見える光を可視光線（380～760nm）といい、電磁波全体のごく一部分である。この波長の幅は、人間の目で見えるときの紫色から赤色に対応しており、「光のスペクトル」とも呼ばれている。普段、我々が光として認識しているものである。・・マイクロ波ミリ波サブミリ波赤外線紫外線Ｘ線 γ線遠中近近中遠２インコヒーレントとコヒーレント同じ光源から出た光でも光線の位相がそれぞれ異なると互いに打ち消し合い、なかなか強い光を生み出すことはできない。このような光を一般にインコヒーレント（非干渉性）光という。これに対してレーザ光は波長と位相がよく揃った単一周波数で、さらに指向性が鋭く、高いエネルギーを持った光であり、自然界には存在しない人工的な光である。このような性質を持った光を総称してコヒーレント（可干渉性）光という。レーザ光の最大の特徴はこのコヒーレント性にあり、これを集束すると驚異的な高エネルギー密度を達成することができる。

Ⅱ

光の性質の観察実験

１目的光は「屈折率が等しい媒質中では直進する。」、「屈折率の異なった媒質の境界では屈折あるいは反射する。」性質がある。これらの性質を光の三法則（直進、反射、屈折）という。この光の三法則のうち、反射と屈折について検証実験を行い、更にガラスの屈折率を測定する。この様な実験を通して光の性質について理解する。 10－２ 10－１波長〔ｍ〕 400 500 600 700 800 波長〔nm〕図Ⅰ-1 光とは一般にここからの電磁波を電波という。 10－１２ 10－３ ₁₀－４ ₁₀－８可視光線

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-5-２関係知識 (1) 直進の法則光は均一な媒質の中であれば、直進する（波長≪媒質の大きさの場合）。 (2) 反射の法則光が媒質の境界面で反射するとき、入射角θi と反射角θr は等しくなる（図Ⅱ-１）。 (3) 屈折の法則（スネルの法則）光は屈折率の異なる二つの媒質の境界では屈折する。屈折の法則（スネルの法則）は、光が物体と物体の境界面に対して斜めに入射すると波面の進行方向が変化することである。図Ⅱ-２に示すように水の中で物体が曲がって見える現象も屈折の法則によるものである。屈折する原因は、光が屈折率の異なる媒質に進入するとき、今までの媒質内を進む光の速度が変わるためである。また、屈折の度合いを表す数値を屈折率という。光の屈折では、次式(2･1)が成立する（図Ⅱ-３参照）。このことをスネルの法則という。ｎ1・sinθi ＝ n2・sinθt・・・・・・・・・・・・・・・・(2･1) ｎ1：媒質１の屈折率ｎ2：媒質２の屈折率 θi：入射角 θｔ：屈折角図Ⅱ-２屈折の様子図Ⅱ-３屈折の法則 θ_t θ_i ｎ2（媒質２）ｎ1（媒質１）ｎ₁ ＞ｎ₂ ｎ1：媒質１の屈折率ｎ₂：媒質２の屈折率図Ⅱ-1 反射の法則法線媒質１媒質２入射角反射角 θi θr

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(4) 全反射の法則屈折率が大きい媒質から屈折率の小さい媒体に光を入射させるとき、入射角がある角度まで大きくすると、透過光は境界面に沿う。このときの入射角を臨界角といい、臨界角より入射角をさらに大きくしていくと透過光はなくなり、入射した光はすべて反射する。臨界角を図Ⅱ-４に、全反射を図Ⅱ-５に示す。全反射は屈折率の高い媒質から低い媒質へ光が進むときに起きる現象である。３実験 (1) 反射実験ここではレーザポインタとミラーを使用して光の反射を観察する。被照面は凹凸がないものを使用する。ア実験に必要な機器実験に使用する機器の一覧を表Ⅱ-１と図Ⅱ-６に示す。表Ⅱ-1 実験に使用する機器類イ実験手順 ① レーザポインタおよび方眼紙を準備し、方眼紙は分度器を用いて図Ⅱ-６に示すように事前に０度、20度、30度、45度、60度、70度、90度の線を引く。 ② レーザポインタのボタンを押すと赤いレーザ光が出る。レーザ光が出力されているかどうかを確認する。このとき、レーザ光を人に向けたり、目で覗き込まないこと。 ③ ミラーの中心を方眼紙の入射角０度の位置になるように置く。品名数量レーザポインタ１方眼紙１ミラー１分度器１図Ⅱ-６実験に使用する機器類屈折角 90° ｎ1 （ﾌﾟﾗｽﾁｯｸ）図Ⅱ-４臨界角ｎ₂（空気）臨界角ｎ1 ＞ｎ2 図Ⅱ-５全反射入射角θ_i ｎ2（空気）ｎ1 （ﾌﾟﾗｽﾁｯｸ）ｎ1 ＞ｎ2 反射角θ_r ｎ1：ﾌﾟﾗｽﾁｯｸの屈折率ｎ₂：空気の屈折率０° 20°30° 45° 60° 70° 90°

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-7-④ レーザポインタを０度の位置に置き、レーザ光をミラーに入射する。このときの反射角度を観察する。同様に入射角度を 20 度～70 度にしたときの反射角度を測定する。結果を表Ⅱ-２に記録する。 ※注意：ミラーからの反射光を絶対に直接目で見ないこと。ウ実験結果入射角（度）反射角（度）０° ２０° ３０° ４５° ６０° ７０° (2) 屈折の法則（スネルの法則）ア実験に必要な機器実験に使用する機器を、表Ⅱ-３と図Ⅱ-９に示す。表Ⅱ-３実験に使用する機器類品名数量レーザポインタ１方眼紙１ガラス直方体ブロック１分度器１図Ⅱ-７実験の様子１（入射角 45°の時）図Ⅱ-８実験の様子２（入射角 30°の時）図Ⅱ-９実験に使用する機器類表Ⅱ-２反射実験結果

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イ実験手順 ① 反射の実験で使用した方眼紙にガラスの直方体を置き、レーザポインタを用いてレーザ光を 45 度で入射する。 ② 図Ⅱ-11・図Ⅱ-12のように、レーザ光がガラスの直方体から出てきたポイントに印を付ける。印を付けたら、分度器を用いてθ2の角度を測定する。測定結果を、表Ⅱ-４に記録する。ウ実験結果入射角 θ1 （度）屈折角 θ２（度）４５° エ結果の整理空気の屈折率を n1、ガラスの屈折率をｎ2、入射角をθ1、屈折角をθ2とし、空気の図Ⅱ-10 実験の様子１図Ⅱ-11 実験の様子２ θ₁ ｎ2（ｶﾞﾗｽ）ｎ₁（空気） θ₂ ここに印をつける。図Ⅱ-12 実験の方法表Ⅱ-４屈折角

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-9-屈折率ｎ₁≒1、入射角θ₁＝45°を式(2･1)へ代入すると、１ × sin45° ＝ｎ2 × sinθ2 となり、ここで、先ほど測定した屈折角θ2を上式に代入し、ガラスの屈折率ｎ2を求める。（ガラスの屈折率は約 1.52）今回使用した、ガラスの屈折率を計算するととなる。 (3) 全反射の実験ア実験に使用する機器実験機器を、表Ⅱ-５と図Ⅱ-13 に示す。表Ⅱ-５実験に使用する機器類イ実験手順 ② 反射の実験で使用した方眼紙の上に半円形ブロックを置く。 ② レーザ光の入射角度を０度から90度までゆっくりと変化させ、半円形ブロックから透過するレーザ光を観察する。臨界角度と全反射の角度を記録する。図Ⅱ-14に実験の様子を示す。ここでは、空気からガラスの入射角が０度となるように、半円形ブロックを使用する。ウ実験結果臨界角全反射の角度品名数量レーザポインタ１方眼紙１半円形ブロック（プラスチック）１図Ⅱ-13 実験に使用する機器類図Ⅱ-14 実験の様子

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４使用したレーザポインタについて観察実験で使用したレーザポインタはレンズ付きのものを利用した。このレーザポインタの特徴はレーザ光が点でなくライン状に出力されることである。これにより厚みのあるブロック類にも対応でき、屈折および全反射の実験を容易に観察することができる。図Ⅱ-15は一般的なレーザポインタを使用した場合の反射の結果である。反射の状態をハッキリと見ることが難しい。今回写真に提示した実験装置は、㈱睦コーポレーション製の装置の一部（LPL1-635-1S）を使用している。

Ⅲ

光の特性実験

１目的通信に利用される光として、赤色発光ダイオード（赤色 LED）、赤外線発光ダイオード（赤外線 LED）、半導体レーザダイオード（LD）の三種類について取り上げ、各素子の特性と特徴を知る。また、赤色発光ダイオード（赤色 LED）、赤外線発光ダイオード（赤外線 LED）、半導体レーザダイオード（LD）とフォトトランジスタ（PTr）を用いて、直接変調方式による E（電気信号）／O（光信号），O／E 変換の基礎と光の性質や周波数特性について理解する。２関係知識 (1) 赤外線発光ダイオードについてア赤外線とは赤外線とはその波長が可視光線よりも長く、マイクロ波よりも短い電磁波の総称で、 1800年頃発見された。ある温度の物体はすべて、その温度に応じた波長の光が、自然に放射される。したがって、肉眼で見て光っていない物体も波長の長い赤外線も放射されていることもありうる。赤外線の波長範囲は760nmから１mm程度までの範囲で、直接目で見ることはできないが、太陽や白熱電球、人間や動物の身体、また熱せられた石やセラミックなどからも放射されている。その中でも波長が760nm～1.5μmを近赤外線、1.5μm～5μmを中赤外線、５μm～100μmを遠赤外線、100μm～１mmを極遠赤外線などと呼ばれて区別している。イ赤外線発光ダイオード

発光ダイオード（LED:Light Emitting Diode）はpn接合によって構成され順方向通電を行うことで電子の持つエネルギーを直接光のエネルギーに変換するデバイスである。LEDの中でも波長が、800nmから1000nmの赤外領域で発光するものを赤外線LEDという。赤外線は、可視光線（人間の眼で感じることができる電磁波）ではない。そのため赤外線ダイオードは表示用には使用できない。光を受光するフォトダイオード（PD： Photo Diode）やフォトトランジスタ（PTr：PhotoTrnsistor）といった受光素子と組図Ⅱ-15 出力されるレーザ光の違い

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-11-み合わせて、テレビやエアコン、携帯電話やパソコンのデータ通信などの光通信に用いられている。また、人間の目で確認できる可視光の発光ダイオードに比べて効率がよく、散乱が少ない。短い周期のパルスであれば最大１[A]まで電流を流すことができる製品もあり、電流に比例して発光強度（放射強度）が強くなる特性を持つ。 LEDが世の中に誕生した当初は、この赤外線発光だけで、発光輝度もあまり高くなかった。LEDが誕生して数十年経過した現在では、可視光での発光が可能となり、また電気的エネルギーが少なくかつ長寿命であることから、家電製品のパイロットランプ、自転車の電気や懐中電灯など照明に用いられるようになった。また、青色の高輝度LED も実現してフルカラーディスプレイとして競技場などの大型ディスプレイに使用されるなど、様々な装置の発光光源として幅広く活躍している。ウ構造と発光原理発光ダイオードの基本構造は、pn接合ダイオードである。順方向電圧を加えたときp 型半導体側からは正孔が、n型半導体側からは電子がpn接合部に向かって移動して電流が流れる。この接合部付近で正孔と電子が再結合してその際に自然発光する。正孔と電子がそれぞれ持っていたエネルギー合計と再結合した後のエネルギーの合計を比較すると、再結合した方が小さくなる。このエネルギーの差が光や熱となり放出される。これが発光ダイオードが発光する原理である。発光ダイオードは化学化合物を用いた直接遷移型（上位準位の原子が光エネルギーを放出して下位準位に遷移すること）の半導体を使用する。赤外線発光ダイオードには活性層にインジウム・ガリウム・ヒ素・リンを用い、クラッド層にインジウム・リンなどの材料が用いられる。放射する光の波長（発光色）は、構成される半導体の材質や添加物により決まる。 (2) 半導体レーザについてアレーザとは

レーザ(LASER)とは、発明者の造語で、Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation（誘導放出を利用した光の発振・増幅器）の頭文字である。光をある仕 p 型半導体 n 型半導体電子正孔再結合発光図Ⅲ-1 pn 接合ダイオード

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レーザ光組みで増幅させて、波長や位相などの特性がそろったビーム状の光をレーザ光という。その特徴としては、①指向性が高い②単色性がよい③可干渉性（コヒーレント）が良いなどである。発光は、原子の周りの電子がエネルギーの低い軌道へ落ちるとき、そのエネルギーを光として放出することから生じる。電子の落ち方として、自ら光を放出する場合を自然放出といい、その光は一般に自然光と呼ばれる。自然光はいろいろな波長が混ざり位相もずれている。太陽光や蛍光灯、白熱電球の明かりなど身の周りのほとんどの光がこれに相当する。また、外部の光により電子に刺激を与えて強制的に発光する場合を誘導放出という。この誘導放出によって生じる光は、外部からの光を与えるため、その光を利用して、連鎖的に発光していく。そのため結果的に波長や位相がそろった強い光が発せられる。これがレーザ光である。イ半導体レーザ半導体レーザダイオードのことを単にレーザダイオード(Laser Diode)とも呼ばれ LDと略す。その特徴を幾つか挙げる。小型で、高い強度の光を発生することが可能で他の部品と一体化し光モジュールとして用いることができる。また、電流の強弱で簡単にレーザ出力を制御できるため、変調という操作を行いデータ通信に利用可能である。大量に安価で製造でき、光ディスクドライブやスキャナとして利用されている。また、レーザ光の高い集光性からレーザポインタや計測機器に用いられている。ウ半導体レーザの基本的な構造 p型とn型の半導体を接合させたダイオード型の構造であり、このpn接合部が発光層となる。この発光層のことを活性層と呼び、活性層をはさむ両側の層をクラッド層という。p型とn型のそれぞれあるストライプ状の電極に電圧を加えることによって発光する。図Ⅲ-２に基本的な構造を示す。図Ⅲ-３に半導体ダイオードを示す。エ安全基準レーザ光を使用する場合、特性に合わせた安全対策を十分にとる必要がある。レーザ光の人体への影響を考慮して国際電気標準会議IECで最大許容露光量を設定した安全基準が定められている。特にレーザ光が直接目に入ると網膜に損傷を受ける。使用中に反射したレーザ光線が目に入るという事故や、可視光以外のレーザ光で、気がつかないうちに目にダメージを受ける事故もある。したがってレーザ光を使用する際に図Ⅲ-3 半導体レーザダイオード（左）図Ⅲ-2 基本的な構造 p 型半導体 pn 接合部 n 型半導体発光層電池ｽﾄﾗｲﾌﾟ状の＋電極

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-13-は波長・強さに適合した防護めがねの着用が望ましい。表Ⅲ-１に、概要を示す。これにより、レーザを用いた製品を製造しているメーカは、クラス２以上の製品には警告・説明のラベルを貼ることが義務付けられている。また、JISにおいても許容被曝放出限界が定められている。 (3) 光源の特性について赤外線ダイオードと半導体レーザにおいて基本特性である光学的特性（順電流-光出力特性）と信号を伝送するうえで重要となる周波数特性についての実験を行う。

ア順電流-光出力特性（I-L 特性：Injection current-Light output 特性） (ｱ) 赤外線ダイオードの I-L 特性赤外線発光ダイオードは、pn 接合の順方向電流による正孔と電子の再結合時の発光を利用しているため、定格以内の電流を流した場合、放射束1_{は電流にほぼ比例し} て増加する。図Ⅲ-4 に一般的な順電流―放射束特性を示す。この光出力は周囲の温度に影響されやすい。周囲の温度が高くなるに従い光出力は低くなる。これは温度上昇に伴い、発光するために使われる電流の割合が低くなるためである。ここで放射束をΦ[mW]で表す。 1 _{放射束とは、単位時間あたり光の通過しているある面積を通るエネルギーの量を示す。単位は W} （ワット）を用いる。クラス基準・程度使用例 1 本質的に安全。どのような条件でも最大許容露光量を超えない。レーザポインタ 2 波長400nm～700nm（可視光） 1mW以下の出力（まばたきで保護できる程度） 3A 連続波レーザ5mW以下直視は危険バーコードリーダ 3B 連続波レーザ0.5W以下光ディスクドライブ光ファイバ通信用光源 4A 連続波レーザ0.5W超え散乱反射も危険皮膚障害や著しい人体障害を与える部品加工・溶接用の炭酸ガスレーザ YAGレーザ表Ⅲ-1 レーザ光線の安全基準 0.01 0.1 1 10 1 10 100 1000 順方向電流 IF [mA] 放射束 Φ ［ m W ］図Ⅲ-4 順電流―放射束特性（両対数グラフ）

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(ｲ) 半導体レーザのI-L特性注入した電流に対するレーザ光の出力特性は、最も基本的な特性である。この特性は、半導体レーザの電流を増減し動作させ、フォトダイオードの電圧から光の出力を確認することで計測する。始めは自然発光で少しずつ光出力を増していくが、レーザが発光し始めるしきい値電流Ith（発振開始電流）を超えるとレーザ発振が始まり、加えている電流と供に光出力が急激かつ直線的に増加する。実用上、このしきい値の電流は小さいほど良い。図Ⅲ-5に光出力Lと電流Iとの関係を示した一般的な I-L特性を示す。電流の増加⊿Iに対する光出力の増加⊿Lの比（傾き）を微分量子効率ηp[mW/mA]と呼び、電流を増加させた時にどの程度の光強度が増加するかを表わしている。この傾きが大きいほど特性は良い。半導体レーザを評価する一つの指標として用いられるが、静電気などのサージによって半導体レーザが劣化してしまい光学損傷を起こすと、この傾きが一定でなく途中で折れ曲がる（キンク）。図Ⅲ-6にその例を示す。その他に効率が低く光出力が出ない場合がある。なお、I-L特性は温度上昇に影響を受けやすく、しきい値が上がったり、また、効率が下がって出力が落ちるなど、半導体レーザの劣化を確認することもできる。図Ⅲ-5 I-L特性（一般）図Ⅲ-6 I-L特性（キンク）イ周波数特性周波数特性は、回路の周波数に対応する特性を示している。各デバイスにおいて構成される回路での供給値、測定値などの性能量の値、または応答が周波数によって変化する様子を示す。実際には、増幅器などにおいて各周波数に対応する振幅又は増幅度の関係を示す事が多い。音声を例に挙げると、周波数特性から分かることは、どの周波数からどの周波数まで (低い周波数から高い周波数)の音を再現できるかということに対応している。数値の幅が広いほど、低音域から高音域まで幅広く再現でき音が良く再生されたことになる。 (ｱ) 光通信光通信には、光の伝送路によって、家電用リモコン装置に使われているような空光出力（強度）Ｌ ←キンク注入電流I しきい値Ith 光出力（強度）Ｌ注入電流I しきい値Ith 自然発光レーザ発振 ⊿L ⊿I

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-15-間伝送方式と、通信に使われる光ファイバ伝送方式がある。これまで通信用に使われてきた電線（銅線）や電波による無線通信に比べ、表Ⅲ-２のような特徴がある。 (ｲ) 光ファイバ光ファイバは、図Ⅲ-７の様に鉛筆のような形状をしている。芯に相当する部分がコア、その周りをクラッドと呼ぶ。コアとクラッドでは、屈折率の異なる物資で構成されており、コアの屈折率は、クラッドより高い。コアの部分の屈折率分布の違いからステップ型、グレーテッド型の２種類に分けられる。図Ⅲ-８は、屈折率の分布形状を図式化したものである。グレーテッド型では、コアの外側に行く程屈折率が小さくなることを表している。 (ｳ) フォトトランジスタフォトトランジスタは通常、図Ⅲ-９のようにNPN型の構造で、受光部にはコレクタ・ベース接合となっている。図Ⅲ-10に等価回路を示す。フォトトランジスタとは、フォトダイオードがベースコレクタ間に接続されている構造となっている。・電磁誘導などノイズの影響を受けないため安定した通信が可能である。・レーザ光を使用した場合、高速かつ長距離の伝送が可能である。・電波に比べて大容量の通信が可能である。・高周波信号を電線で伝送すると、伝送距離が長くなるほど減衰が大きくなるが、光ファイバ伝送方式では減衰が非常に少ない。表Ⅲ-２光通信の特徴クラッドコア図Ⅲ-７光ファイバの構造図Ⅲ-８屈折率の分布形状 n１ n２ n１ n１ n２ n１ステップ型グレーデッド型図Ⅲ-10 ﾌｫﾄﾄﾗﾝｼﾞｽﾀとﾌｫﾄﾀﾞｲｵｰﾄﾞを用いた等価回路ＣＥＢフォトダイオードＲＬＩＣＢＬＩＣ＝ｈＦＥ×ＩＣＢＬ図Ⅲ-９ NPN 型ﾌｫﾄﾄﾗﾝｼﾞｽﾀＣ：ｺﾚｸﾀＥ:ｴﾐｯﾀＢ：ﾍﾞｰｽ

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フォトトランジスタに次式(3･１)を満足する光が入射すると、電子はコレクタのn層へ、正孔はベースであるp層へ各々移動する。その結果、ベースエミッタ間は順バイアスされ、通常のトランジスタ同様、エミッタより電子の移動が始まり、ベースを通り抜け、少数キャリアである電子に対し順バイアスされているコレクタに収束される。このように、光の強弱によってベース電流が制御され、増幅されたコレクタ電流が制御される。コレクタ電流I_CELはコレクタ･ベース間の光電流 ICBLのhFE倍された値となる（(3･2）式)。 Eg＜hν＝hc／λ･・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（3･1） Eg：半導体のエネルギーギャップ、h：プランク定数、ν：振動数、λ：波長 ICEL≒ICBL×hFE・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(3･2) hFEは通常のフォトトランジスタで500程度、高出力のものではhFE＝1000以上のものがある。フォトトランジスタの光電流は、フォトダイオードの光電流に比べ、式（3･2）のようにh_FE倍され、数百倍の値となる。フォトトランジスタより更に出力が必要な場合は、ダーリントン接続されたフォトダーリントントランジスタを用いる。フォトダーリントントランジスタは、フォトトランジスタの数百倍の出力を持ち、数Luxの照度で動作する。 (ｴ) フォトダイオード通常逆方向に電圧を加えた時、ダイオードには電流がほとんど流れないが、このダイオードの接合部に光を当てると、光のエネルギーにより、電流が流れるようになる。このような原理で接合部に光が当たりやすくしたダイオードがフォトダイオードである。３実験 (1) I－L 特性実験ア使用機器今回使用した機器一覧を表Ⅲ-３に示す。表Ⅲ-３ I-L 特性実験の使用機器一覧品名数量備考赤色半導体レーザダイオード１ DL-3247-165（三洋電機㈱製）赤外線発光ダイオード１ TLN105（東芝ｾﾐｺﾝﾀﾞｸﾀｰ社製）赤色発光ダイオード（赤色 LED）１ TLSU180P フォトトランジスタ１ TPS603A フォトトランジスタ１ SPS135C 抵抗 51Ω １発信回路に使用する抵抗 2.2kΩ １受信回路に使用する直流電源装置２デジタルマルチメータ２ (ｱ) 赤色半導体レーザダイオード（赤色 LD）使用した赤色LD（DL-3247-165）の主な仕様を表Ⅲ-４に示す。また、形状とピン配置を図Ⅲ-11に示す。

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-17-(ｲ) 赤外線発光ダイオード（赤外線 LED）使用した赤外線LEDは、TLN105（東芝ｾﾐｺﾝﾀﾞｸﾀｰ社製）である。主な仕様を表Ⅲ-５に示し、図Ⅲ-12に形状とピン番号、図Ⅲ-13に波長特性を示した。この製品は廃止品で、代替品としてTLN105B(F)となっている。 (ｳ) 赤色発光ダイオード（赤色 LED） TLSU180P(F)（東芝ｾﾐｺﾝﾀﾞｸﾀｰ社製）を使用した。この主な仕様を表Ⅲ-６に、波長特性を図Ⅲ-10、形状とピン番号を図Ⅲ-11に示す。図Ⅲ-11 DL-3247-165 の形状・発振波長：650nm ・しきい値電流：25mA ・動作電流：35mA ・動作電圧：2.3V 表Ⅲ-４赤色 LD の主な仕様（DL-3247-165：三洋電機製）・直流順方向電流：100mA ・パルス順電流：１A ・ピーク発光波長：950nm 表Ⅲ-５赤外線 LED の主な仕様（TLN105：東芝ｾﾐｺﾝﾀﾞｸﾀｰ社製）図Ⅲ-13 ピーク発光波長 TLN105B（廃止品）出展（東芝セミコンダクター社）・材料：InGaAℓP ・直流順電流：30mA ・発光スペクトル：636nm 表Ⅲ-６赤色 LED の主な仕様（TLSU180P(F)：東芝ｾﾐｺﾝﾀﾞｸﾀｰ社製）図Ⅲ-12 赤外線発光ダイオード（TLN105B）の形状とピン配置

(19)

(ｴ) フォトトランジスタ（PTr）使用したフォトトランジスタは、TPS603A（東芝ｾﾐｺﾝﾀﾞｸﾀｰ社製）である。現在廃止品で、代替品は TPS615(F)である。ピーク感度波長は 720nm である。形状を図Ⅲ -16 に、分光感度特性を図Ⅲ-17 に示す。イ実験回路図測定に使用した発光回路図と受光回路図を、図Ⅲ-18と図Ⅲ-19に示す。図Ⅲ-18の発光回路には、直列に電流計(Ａ)を入れ電流値を測定できるようにする。電流値を変化させるために、直流電源(E₁)を可変させる。図Ⅲ-19の受光回路では、フォトトランジスタ（PTr）により回路に流れる電流が変化するので、抵抗R（2.2KΩ）の両端の電圧を測定するようにした。実際の写真を図Ⅲ-20・図Ⅲ-21に示す。図Ⅲ-14 波長特性（TLSU180P）出展（東芝ｾﾐｺﾝﾀﾞｸﾀｰ社）図Ⅲ-17 分光感度特性 TPS603A（廃止品）（出展（東芝ｾﾐｺﾝﾀﾞｸﾀｰ社））コレクタエミッタ図Ⅲ-16 フォトトランジスタ（PTr） TPS603A（廃止品）形状とピン配置出展（東芝ｾﾐｺﾝﾀﾞｸﾀｰ社） Ⅲ-15 TLSU180P(F)形状とピン番号出展（東芝ｾﾐｺﾝﾀﾞｸﾀｰ社）

(20)

-19-ウ実験手順 ① 図Ⅲ-18、図Ⅲ-19のように結線する。 ② 赤色LEDとフォトトランジスタを約３cm離し、向かい合わせて置く。 ③ 外乱を防ぐためにカバー（図Ⅲ-22）を置く。 ④ 発光回路の直流電源装置の電圧を０Vから次第に上げて、赤色LEDの電流を、３mA ごと変化させて、フォトトランジスタの電圧値を測定する。同様に赤外線LED、LD についても同様に実験を行う。図Ⅲ-20 受信回路と発信回路（上部）図Ⅲ-21 受信回路と発信回路（側部） LD E1 R=51Ω PTr E2=5.0V R=2.2kΩ LD LED 図Ⅲ-19 受光回路図Ⅲ-18 発光回路図Ⅲ-22 遮光用カバー E₁ E2=5.0V

(21)

エ実験結果測定結果を、表Ⅲ-７に記録する。オ結果の整理 ① 横軸に各光源に流れる電流、縦軸にPTrの電圧をとり、グラフを書くこと。 ② グラフより、各光源のI-L特性にしきい値（発振開始電流）を確認すること。 ③ 実験結果の一例を表Ⅲ-８、図Ⅲ-23、図Ⅲ-24、図Ⅲ-25に示す。表Ⅲ-８ I-L 特性例電流 I[mA] PTr の電圧赤色 LED V[mV］赤外線 LED V[V］ LD V[V］ 0 0 0 0 3 58 0.66 0.0002 6 140 1.59 0.0006 9 231 2.48 0.0013 12 330 3.42 0.0031 15 428 4.18 0.0061 18 525 4.76 0.0145 21 623 4.80 0.0532 24 716 4.82 1.2800 27 809 4.82 3.3000 30 898 4.83 4.7300 ④ 各自計測した値と比較し、考察すること。（例えば、しきい値の値とかについて）電流［mA］ PTr の電圧［V］赤色 LED Ｖ [mV] 赤外線 LED ［V］ LD [V] 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 表Ⅲ-７ I-L 特性

(22)

-21-(2) 周波数特性実験ア使用機器測定に使用する機器を、表Ⅲ-９に示す。イ実験回路図ならびに配線図実験基板の回路図を、図Ⅲ-26 に示す。機器の名称記号備考実験基板（自作）図Ⅲ-26に示す。低周波発振器 OSC 10Hz～１MHz 電子電圧計 Vi，Vo ０～200mV オシロスコープ OS ２現象，20MHz 直流電源Ｅ_１，Ｅ_２ 10V 表Ⅲ-９使用機器図Ⅲ-23 I-L 特性(LED)例 I-L特性（LED） 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 LEDの電流［mA］ P T r の電圧［ m V ］図Ⅲ-24 I-L 特性(赤外線 LED)例 I-L特性（赤外線LED） 0 1 2 3 4 5 6 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 赤外線LEDの電流［mA］ P T rの電圧［ V ］図Ⅲ-25 I-L 特性(LD)例 I-L特性（LD） 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 LDの電流［mA］ P T r の電圧［ V ］

(23)

ウ実験手順 ① 図Ⅲ-27、図Ⅲ-28のように、送信用実験基板と受信用実験基板を結線する。全体の配線図を図Ⅲ-29に示す。 ② 送信用実験基板と受信用実験基板に電源電圧 10V を加え、赤外線発光ダイオードとフォトトランジスタの距離を 10cm 程度離して向かい合わせる。 ③ オシロスコープで波形を見ながら、波形が歪まないように低周波発振器の出力電圧を調整する。（実験環境により、かなり値に違いが出る。蛍光灯など消灯し、カーテンを閉め、光素子の部分を囲い、外乱光に対する考慮が必要である。） OSC 1μF 10ｋΩ 15ｋΩ 2SC1815 100Ω TLN105 100μF 10V Vi 10V Vo 100μF LM386B 250μF 0.047 μF 1μF 10ｋΩ SPS135C 10Ω スピーカ OS 図Ⅲ-29 実験装置全体図Ⅲ-27 送信用実験基板 _図Ⅲ-28 _{受信用実験基板} 図Ⅲ-26 実験回路図（a）送信回路 (b)受信回路

(24)

-23-④ 発振器の周波数を20Hz～5kHzまで変化させ、各出力電圧Ｖo［mV］を表Ⅲ-11に記録する。このとき、Vi＝100mVに固定する。同様に光源を可視光LED（赤色）とLD（半導体レーザ）に換えて実験する。 ⑤ 信号波の周波数1kHzのときの波形を、グラフ用紙にスケッチする。波形は2周期以上スケッチする。エ実験結果各素子の測定結果を表Ⅲ-10 に記録する。表Ⅲ-10 各素子の周波数特性周波数ｆ [Hz] 20 30 50 70 100 200 300 500 700 1ｋ 2ｋ 3ｋ 5ｋ出力特性 Vo[mV] 赤色 LED 赤外線 LED LD オ参考例参考に測定した結果を表Ⅲ-11、図Ⅲ-30、図Ⅲ-31 に示す。 Ⅲ-11 光通信の周波数特性（Vi=100mV 一定）周波数ｆ [Hz] 20 30 50 70 100 200 300 500 700 1ｋ 2ｋ 3ｋ 5ｋ出力特性 Vo[mV] 赤色 LED 105 132 161 171 180 183 182 182 181 176 156 132 98 赤外線 LED 66 85 103 110 113 118 118 118 116 112 100 88 63 LD 12 21 22 21 20 21 21 22 21 22 19 16 12 (3) 距離と信号の測定ア実験手順 ① 図Ⅲ-32のように、送信用実験基板と受信用実験基板の距離を５cmを隔てセットする。 ② 送信用実験基盤に、一定の周波数（１kHz）を信号周波数として加え、発信させる。 ③ 受信側の、電圧を表Ⅲ-12に記入する。その後、距離を５cm間隔で変化させ、そのときの出力電圧を測定する。20cmまで測定する。 ④ 測定結果をグラフに記入する。図Ⅲ-31 オシロスコープの波形（参考）図Ⅲ-30 周波数特性（参考）光通信の周波数特性 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 20 30 50 70 100 200 300 500 700 1 ｋ 2ｋ 3ｋ 5ｋ 7ｋ 10ｋ周波数ｆ［Hz］出力電圧 V o ［ m V ］赤色LED 赤外線LED LD(半導体レーザ）図Ⅲ-30 周波数特性（参考）

(25)

⑤ 実験結果の一例を表Ⅲ-13、図Ⅲ-33に示すので、各自が測定したものと比較せよ。イ実験結果距離[cm] ５ 10 15 20 出力電圧 Vo[mV] ウ参考例表Ⅲ-13 と図Ⅲ-33 に参考データを示す。表Ⅲ-13 距離と信号の測定距離[cm] ５ 10 15 20 出力電圧 Vｏ[mV] 289 123 79 55 図Ⅲ-32 距離と信号の測定表Ⅲ-12 距離と信号の測定図Ⅲ-33 距離－出力電圧 0 50 100 150 200 250 300 350 5 10 15 20 距離［ｃｍ

］

出力電力 Vｏ[ｍＶ]

(26)

-25-Ⅳ

赤外線 LED 活用例（赤外線通信）

１目的赤外線の応用例について調べ、簡単な通信実験を行うことで、赤外線通信について理解する。２関係知識 (1) 赤外線 LED による通信様々な光源を利用して情報伝達（通信）を行う場合、どの様な光源でも光の点灯、点滅で情報伝達を行うことができる。しかし、光の種類によっては人間の視覚に不快感を与えることがある。特に、可視光 LED やレーザ光を利用すると点滅や輝度の変化によって不快を感じることがある。そのため、光通信に利用する場合は赤外線の利用や視覚に入る空間中での点滅を避け、光ファイバを使った媒体を利用する。ここでは、赤外線 LED を使って通信技術について実験する。 (2) 赤外線通信実験には、市販の赤外線 LED と赤外線受信モジュールを利用する。図Ⅳ-１に使用する赤外線 LED（OSIR5113A：秋月通商）を示す。また、主な仕様を表Ⅳ-１に示す。赤外線受信モジュール（PL-IRM2121-A538：秋月通商）を図Ⅳ-２に示す。また、主な仕様を表Ⅳ-２に示す。赤外線受信モジュールとは、フォトトランジスタやフォトダイオードと異なり、搬送波で変調された信号を増幅・成形出力まで行う。簡単な動作図を図Ⅳ-３と図Ⅳ-４に示す。利用した赤外線 LED は、赤外線リモコンに適したピーク発光波長λp=940nm の近赤外線を発光する発光ダイオードである。光は電磁波の一種、赤外線領域の中で波長が 700nm から 1.5μm までの範囲を近赤外線と呼ぶ。図Ⅳ-１赤外線 LED （OSIR5113A） 940nm A（アノード）図Ⅳ-３発光回路図Ⅳ-２赤外線受信モジュール（PL-IRM2121-A538）図Ⅳ-４動作原理５V GND 出力入力光があると“０” 波長：940nm 半減角：15° 電流：20mA 表Ⅳ-１赤外線 LED の主な仕様表Ⅳ-２赤外線リモコン受信モジュールの主な仕様周波数：38kHz 電源：５V 消費電力：max2.5mA

(27)

赤外線受信モジュールは、一定時間 ON－OFF 信号を送信してもモジュールは反応しない。これは、次の様な仕組みになっているからである。図Ⅳ-５に示すように、送信したいデータとモジュールで必要なキャリア波の合成された波形を用いている。誤作動防止のため、このような特徴を持つ。この正確なキャリア波をマイコンにより発生させて送信回路に組み込ませている。 (3) キャリア波赤外線受信モジュールを使用して、通信を行う場合、図Ⅳ-５に示すように、キャリア波を作る必要がある。マイコンを使って 1 秒間に約４万回点滅させる方法で、受信モジュールに方形波を送る。このような変調方式を PPM（Pulse Position Modulation - 位置変調信号）という。計算をすると方形波 1 つ分は、12.5μS になる。式(4･1)に具体的な計算式を示す。図Ⅳ-６にパルス波を示す。方形波周期の計算 1秒間に 40,000個点滅信号点灯 1 消灯 0 12.5μS T 12.5S 2  T 方形波の周期の計算

 

μS

25

10

40

1

1 f

1 T

周期

3







周期

１秒間に点滅させたい

・・・・・・・・・・(4･1) 赤外線発光ダイオードの点滅周期（間隔）

 

S

5 .

12

2

25

2 T

_

_

_

_

送信したいデータﾓｼﾞｭｰﾙで必要なｷｬﾘｱ波実際に送信される波形＋図Ⅳ-５モジュールで必要な波形図Ⅳ-６点滅時間と周期の関係

(28)

-27-受信モジュールに信号“１”を入力する場合には 12.5μS の間隔で 600μS の間に赤外線を点滅させて、信号”0”を入力する場合には 600μS の間赤外線を消灯する。図Ⅳ-７は、受信モジュールに 3 ビットデータ”101”を送信している状態を示す。送信側では”101”であるが、受信側では反転した信号になる。

(4) PIC（Peripheral Interface Controller）

PIC とは(Peripheral Interface Controller)の略で米国 Microchip 社の製品で、元は周辺機器接続制御用に開発された IC のことである。今回使用した形式は PIC16F84A である。３実験 (1) 赤外線通信の様子を調べる回路の製作ア使用部品実験に使用する部品を表Ⅳ-３に示す。 No 部品名個数１家庭用電化製品のリモコン１２ブレットボード１３赤外線受信モジュール１４抵抗 430Ω １５信号確認用赤色発光ダイオード１６測定用オシロスコープ１７電池 BOX 単三 4 本１８電池スナップ１９接続ケーブル数本 10 電池４本イ実験回路受信回路図を図Ⅳ-８に示す。また、完成した写真を図Ⅳ-９に示す。 600μS _{600μS 600μS} 点灯 1 消灯 0 12.5μS 600μS _{600μS 600μS} 点灯 1 消灯 0 送信基板側の信号受信基板側の信号（アクティブロー） "0" "1" "1" "0" "1" "0" 受信モジュール図Ⅳ-７受信モジュールの入力信号の様子表Ⅳ-３赤外線通信実験ボード部品表図Ⅳ-９完成基板図Ⅳ-８受信回路図

(29)

ウ実験手順 ① 家電用赤外線リモコンと製作した基板を、図Ⅳ-10 のように配置する。 ② 図Ⅳ-11 のように、オシロスコープをセットし波形を観測する。観測された波形をスケッチする。 ③ 各自の測定波形と、図Ⅳ-12 と比較検討する。エ参考資料赤外線通信の様子をオシロスコープで観測した波形の例を図Ⅳ-12 に示す。 (2)赤外線通信応用回路の製作ア使用部品赤外線送信基板の部品表を表Ⅳ-４に、赤外線受信基板の部品表を表Ⅳ-５に示す。図Ⅳ-10 配置の様子図Ⅳ-11 実験の様子図Ⅳ-12 赤外線通信の波形（参考）

(30)

-29-No 部品名個数１ PIC16F84A １２ユニバーサル基板１３赤外線発光ダイオード１４赤色発光ダイオード１５三端子レギュレータ１６抵抗 430Ω １７抵抗 200Ω ３８電解コンデンサ 47μＦ２９セラミックコンデンサ２ 10 電池スナップ１ 11 錫メッキ線数本 12 006P 電池１ 13 トグルスイッチ１ No 部品名個数１ PIC16F84A １２ユニバーサル基板１３赤外線受信モジュール１４発光ダイオード各４色４５三端子レギュレータ１６抵抗 430Ω ５８電解コンデンサ 47μＦ２９セラミックコンデンサ２ 10 電池スナップ１ 11 錫メッキ線数本 12 006P 電池１イ製作する赤外線通信基板通信制御には送信回路側のマイコンを利用し、押しボタンスイッチにより通信情報を変化させ、受信基板側の４種類のLED点灯を制御するものである。製作する基板の写真を、図Ⅳ-13と図Ⅳ-14に示す。表Ⅳ-４送信基板部品表表Ⅳ-５受信基板部品表図Ⅳ-13 通信基板送信部図Ⅳ-14 通信基板受信部

(31)

ウ赤外線通信によるロボットの制御ロボットは、赤外線LEDから信号を送信し、受信した信号により、各部のモータを制御する。試作したロボットを、図Ⅳ-15と図Ⅳ-16に示す。 (ｱ) 市販のキットワイヤードコントロールキット「シャベルトーザ」（㈱タミヤ製）のワイヤードリモコンの制御部分に、今回製作した赤外線受信基板を取り付ける。受信信号をLEDで確認し、そこに、モータ駆動用ICを追加する。このキットはアームと左右のキャタピラ用モータと合計3個モータが使用されているため、３個のモータドライブ用ICを取り付ける。製作回路図を図Ⅳ-17、図Ⅳ-18に示す。図Ⅳ-17 赤外線通信送信基板回路図図Ⅳ-15 赤外線通信を用いた通信ロボット図Ⅳ-16 市販キットに赤外線通信を装備させたもの

(32)

-31-(ｲ) 制御プログラム通信基板送信プログラムリスト ; **************************************************************** ; 情報教育教材プログラムリスト ; 赤外線送信機プログラム ; **************************************************************** LIST P=PIC16F84A ; 使用する PIC を指定 INCLUDE "P16F84A.INC" ; 読み込む設定ファイルを指定 ; **************************************************************** LEDOFF EQU 0FFH ; ＬＥＤ消灯データ設定 LEDON EQU 00H ; ＬＥＤ点灯データ設定 CNT1 EQU 0CH ; タイマ１用カウント変数 CNT2 EQU 0DH ; タイマ２用カウント変数 CNT3 EQU 0EH ; タイマ３用カウント変数 WWW EQU 0FH ; 搬送波用カウント変数 ; **************************************************************** ORG 0 ; ﾌﾟﾛｸﾞﾗﾑ先頭アドレス BSF STATUS,RP0 ; バンク１を選択

CLRF TRISA ; portA をすべて出力 node に

設定 MOVLW 0FFH ; ポート B 設定用データ MOVWF TRISB ; ポート B をすべて入力モードに設定 BCF OPTION_REG,7 ; ポート B のプルアップ抵抗は有効 BCF STATUS,RP0 ; バンク０を選択 MOVLW LEDOFF ; 消灯データを W レジスタにセット MOVWF PORTA ; 消灯データをポート A に出力 ; スイッチの読み込み ******************************************* REPEAT BTFSS PORTB,4 ; SW4 をチェック

GOTO MAE ; 0(ON)ならば上へ

BTFSS PORTB,3 ; SW3 をチェック

GOTO MIGI ; 0(ON)ならば右へ

GOTO USHIRO ; 0(ON)ならば後へ

GOTO HIDARI ; 0(ON)ならば左へ

GOTO NAKA ; 0(ON)ならば中へ

GOTO REPEAT ; 繰り返し ; 各スイッチのデータ送信 8 ビット（1＋ABCD＋10101） *********** MAE CALL B_1 ; スタートビット 1 CALL B_0 ; データ４個 B0101 CALL B_1 CALL B_0 CALL B_1 CALL B_1 ; ストップビット 10101 CALL B_0 CALL B_1 CALL B_0 CALL B_1 CALL TIMER3 ; 時間かせぎ CALL TIMER3 GOTO REPEAT MIGI CALL B_1 ; スタートビット 1 CALL B_0 ; データ４個 B0010 CALL B_1 CALL B_0 CALL B_0 CALL B_1 ; ストップビット 10101 CALL B_0 CALL B_1 CALL B_0 CALL B_1 CALL TIMER3 ; 時間かせぎ CALL TIMER3 GOTO REPEAT USHIRO CALL B_1 ; スタートビット 1 CALL B_1 ; データ４個 B1010 CALL B_0 CALL B_1 CALL B_0 CALL B_1 ; ストップビット 10101 CALL B_0 CALL B_1 CALL B_0 CALL B_1 CALL TIMER3 ; 時間かせぎ CALL TIMER3 GOTO REPEAT HIDARI CALL B_1 ; スタートビット 1 CALL B_0 ; データ４個 B0001 CALL B_0 CALL B_0 CALL B_1 CALL B_1 ; ストップビット 10101 図Ⅳ-18 赤外線通信受信部回路図

(33)

CALL B_0 CALL B_1 CALL B_0 CALL B_1 CALL TIMER3 ; 時間かせぎ CALL TIMER3 GOTO REPEAT NAKA CALL B_1 ; スタートビット 1 CALL B_0 ; データ４個 B0000 CALL B_0 CALL B_0 CALL B_0 CALL B_1 ; ストップビット 10101 CALL B_0 CALL B_1 CALL B_0 CALL B_1 CALL TIMER3 ; 時間かせぎ CALL TIMER3 GOTO REPEAT ；データ０の送信 ******************************************* B_0 MOVLW D'50' ; 12×50=600μS MOVWF WWW MOVLW LEDOFF ; 消灯データを W レジスタにセット MOVWF PORTA ; 消灯データをポート A に出力 L0 CALL TIMER1 DECFSZ WWW,1 GOTO L0 RETURN ; データ１の送信 ******************************************* B_1 MOVLW D'25' ; 12×25×2=600μS MOVWF WWW L1 MOVLW LEDON ; 点灯ﾃﾞｰﾀを W ﾚｼﾞｽﾀにｾｯﾄ MOVWF PORTA ; 点灯ﾃﾞｰﾀをﾎﾟｰﾄ A に出力 CALL TIMER1 MOVLW LEDOFF ; 消灯ﾃﾞｰﾀを W ﾚｼﾞｽﾀにｾｯﾄ MOVWF PORTA ; 消灯ﾃﾞｰﾀをﾎﾟｰﾄ A に出力 CALL TIMER1 DECFSZ WWW,1 GOTO L1 RETURN ; タイマサブルーチン ******************************** TIMER1 MOVLW D'6' ; 12μ秒ﾀｲﾏｻﾌﾞﾙｰﾁﾝ MOVWF CNT1 LOOP1 NOP NOP DECFSZ CNT1,1 GOTO LOOP1 RETURN TIMER2 MOVLW D'62' ; 0.1 ﾐﾘ秒ﾀｲﾏｻﾌﾞﾙｰﾁﾝ MOVWF CNT2 LOOP2 NOP DECFSZ CNT2,1 GOTO LOOP2 RETURN TIMER3 MOVLW D'100' ; 10 ﾐﾘ秒ﾀｲﾏｻﾌﾞﾙｰﾁﾝ MOVWF CNT3 LOOP3 NOP CALL TIMER2 DECFSZ CNT3,1 GOTO LOOP3 RETURN END ; プログラムの終わり通信基板受信プログラムリスト ; ********************************************************** ; 情報教育教材プログラムリスト ; 赤外線受信機プログラム ; ********************************************************** LIST P=PIC16F84A ;使用する PIC16F84A を指定 INCLUDE "P16F84A.INC";読み込む設定ファイルを指定 ; *************************************************************** LEDOFF EQU 00H ; ＬＥＤ消灯データ設定 CNT1 EQU 0CH ; タイマ用カウント変数 KEEP EQU 0DH ; 受信データ退避 WWW EQU 0EH ; 搬送波用カウント変数 ; ************************************************************** ORG 0 ; ﾌﾟﾛｸﾞﾗﾑ先頭ｱﾄﾞﾚｽ BSF STATUS,RP0 ; バンク１を選択 MOVLW 1FH ; ﾎﾟｰﾄ A 設定用データ MOVWF TRISA ; ﾎﾟｰﾄ A をすべて入力ﾓｰﾄﾞ CLRF TRISB ; ﾎﾟｰﾄ B をすべて出力ﾓｰﾄﾞ BCF STATUS,RP0 ; バンク０を選択 MOVLW LEDOFF ; 消灯ﾃﾞｰﾀを W ﾚｼﾞｽﾀにｾｯﾄ MOVWF PORTB ; 消灯ﾃﾞｰﾀをﾎﾟｰﾄ B に出力 ; 赤外線モジュールの読み込み ********************************* REPEAT BTFSS PORTA,4 ; 赤外線ﾓｼﾞｭｰﾙをﾁｪｯｸ (START_BIT) GOTO RX ; ON ならば受信ルーチンへ GOTO REPEAT ; 繰り返し ; スタートビット２回目のチェック ****************************** RX MOVLW D'35' ; 12×35=420μS MOVWF WWW CH CALL TIMER1 DECFSZ WWW,1 GOTO CH BTFSC PORTA,4 ; 赤外線ﾓｼﾞｭｰﾙをﾁｪｯｸ (START_BIT)

GOTO REPEAT ; OFF ならば間違いなので戻る

CLRF KEEP ; 受信ﾃﾞｰﾀ退避ﾚｼﾞｽﾀ 1 のｸﾘｱ ; 送信データ４ビット分の読み取り ****************************** MOVLW D'50' ; 12×50=600μS 動作ﾃﾞｰﾀ 0 ﾋﾞｯﾄ目 MOVWF WWW L0 CALL TIMER1 DECFSZ WWW,1 GOTO L0 BTFSS PORTA,4 ; 赤外線ﾓｼﾞｭｰﾙをﾁｪｯｸ BSF KEEP,3 ; ON ならば退避ﾚｼﾞｽﾀ１にｾｯﾄ MOVLW D'50' ; 12×50=600μS 動作ﾃﾞｰﾀ 1 ﾋﾞｯﾄ目 MOVWF WWW L1 CALL TIMER1 DECFSZ WWW,1 GOTO L1 BTFSS PORTA,4 ; 赤外線ﾓｼﾞｭｰﾙをﾁｪｯｸ BSF KEEP,2 ; ON ならば退避ﾚｼﾞｽﾀ１にｾｯﾄ MOVLW D'50' ; 12×50=600μS 動作ﾃﾞｰﾀ 2 ﾋﾞｯﾄ目 MOVWF WWW L2 CALL TIMER1 DECFSZ WWW,1 GOTO L2 BTFSS PORTA,4 ; 赤外線ﾓｼﾞｭ-ﾙをﾁｪｯｸ BSF KEEP,1 ; ON ならば退避ﾚｼﾞｽﾀ１にｾｯﾄ MOVLW D'50' ; 12×50=600μS 動作ﾃﾞｰﾀ 3 ﾋﾞｯﾄ目 MOVWF WWW L3 CALL TIMER1 DECFSZ WWW,1 GOTO L3 BTFSS PORTA,4 ; 赤外線ﾓｼﾞｭｰﾙをﾁｪｯｸ BSF KEEP,0 ; ON ならば退避ﾚｼﾞｽﾀ１にｾｯﾄ ; ストップビット５個(10101)のチェック ************************* MOVLW D'50 '; 12×50=600μS 動作ﾃﾞｰﾀ 4 ﾋﾞｯﾄ目(STOP_BIT0) MOVWF WWW L4 CALL TIMER1 DECFSZ WWW,1 GOTO L4 BTFSC PORTA,4 ; 赤外線ﾓｼﾞｭｰﾙをﾁｪｯｸ

MOVLW D'50 ; 12×50=600μS 動作ﾃﾞｰﾀ 5 ﾋﾞｯﾄ目(STOP_BIT1) MOVWF WWW L5 CALL TIMER1 DECFSZ WWW,1 GOTO L5 BTFSS PORTA,4 ; 赤外線ﾓｼﾞｭｰﾙをﾁｪｯｸ GOTO REPEAT ; ON ならば間違いなので戻る MOVLW D'50' ; 12×50=600μS 動作ﾃﾞｰﾀ 6 ﾋﾞｯﾄ目(STOP_BIT2) MOVWF WWW L6 CALL TIMER1 DECFSZ WWW,1 GOTO L6 BTFSC PORTA,4 ; 赤外線ﾓｼﾞｭｰﾙをﾁｪｯｸ

MOVLW D'50' ; 12×50=600μS 動作ﾃﾞｰﾀ 6 ﾋﾞｯﾄ目(STOP_BIT3) MOVWF WWW L7 CALL TIMER1 DECFSZ WWW,1 GOTO L7 BTFSS PORTA,4 ; 赤外線ﾓｼﾞｭｰﾙをﾁｪｯｸ GOTO REPEAT ; ON ならば間違いなので戻る MOVLW D'50' ; 12×50=600μS 動作ﾃﾞｰﾀ 6 ﾋﾞｯﾄ目(STOP_BIT4) MOVWF WWW L8 CALL TIMER1 DECFSZ WWW,1 GOTO L8 BTFSC PORTA,4 ; 赤外線ﾓｼﾞｭｰﾙをﾁｪｯｸ

; データ受信後の処理 ****************************************** MOVF KEEP,0 ; KEEP1 の内容を W ﾚｼﾞｽﾀへ転送 MOVWF PORTB ; OK なら W ﾚｼﾞｽﾀのﾃﾞｰﾀをﾎﾟｰﾄ B に出力 GOTO REPEAT ; タイマサブルーチン ****************************************** TIMER1 MOVLW D'6' ; 12μ秒ﾀｲﾏサブルーチン MOVWF CNT1 LOOP1 NOP NOP DECFSZ CNT1,1 GOTO LOOP1 RETURN END ; プログラムの終わり

(34)

-33-４マイコンへの組込みについてマイコンのプログラミングについては①書込器と②統合開発環境③コンパイラとソースコードエディタが必要となる。今回は、市販品のマイコンプログラム書込器（ライタ）を用意して、マイコン製造メーカから無償で提供されている統合開発環境により、アセンブラのプログラミングを行い書込を行った。詳細は、参考文献（「入門ロボット制御のエレクトロニクス」）を参照のこと。

Ⅴ

レーザ光の活用例

半導体レーザダイオード（LD）の発信、受信実験、レーザ光の活用例として、レーザ距離計について実験を行う。１ LD発信、受信実験 (1) 目的半導体レーザを使用した発信、受信回路を製作し、実際に通信が行われていることを理解する。 (2) 関係知識 PIC16F84Aを使用した発信回路、受信回路を製作する。発信回路には赤色レーザ発光モジュール（LM-101-A：秋月通商）、受信回路にはフォトトランジスタ(TPS603A)を使用した。ア赤色レーザ発光モジュール赤色レーザ発光モジュールは、LM-101-A（秋月通商）を用いる。波長は 650nm、出力は、１mW である。イフォトトランジスタフォトトランジスタについては、TPS603A（東芝ｾﾐｺﾝﾀﾞｸﾀｰ製）を使用する。詳細について、図Ⅲ-12 に形状を、図Ⅲ-13 に分光特性を示す。 (3) 製作ア使用部品発振回路製作に使用した部品を表Ⅴ-１に示す。また、受信回路に使用した部品表を表Ⅴ-２に示す。 No 部品個数備考１赤色ﾚｰｻﾞ発光ﾓｼﾞｭｰﾙ 1 LM-101-A（秋月通商）２ PIC16F84A 1 Microchip 社製３セラミック水晶 1 10MHz ４三端子レギュレータ 1 7805（5V）５電解コンデンサ各 1 個 47μF、100μF ６３Ｐスイッチ 1 ７抵抗 3,1,2 10kΩ、100Ω、330Ω ８ＬＥＤ（赤） 1 赤１、黄１９押しボタンスイッチ 3 10 ＩＣソケット(18 ピン) 1 11 スペーサ（ねじ） 4 12 ユニバーサル基板 1 Sunhayato ICB-293 13 電池スナップ 1 006P 電池用 14 乾電池 1 006P 型 9V 表Ⅴ-１発信回路の部品表

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イ発信回路発信回路の回路図を図Ⅴ-１に示す。製作する発信回路の仕様の一部を、表Ⅴ-３に、完成写真を図Ⅴ-２に示す。 No. 部品個数備考１フォトトランジスタ 1 TPS603A（東芝ｾﾐｺﾝﾀﾞｸﾀｰ製）２ PIC16F84A 1 Microchip 社製３セラミック水晶 1 10MHz ４三端子レギュレータ 1 7805（5V）５電解コンデンサ各 1 47μF、100μF ６３Ｐスイッチ 1 ７抵抗 2 330Ω ８ＬＥＤ（赤）各 1 赤、黄 10 可変抵抗各 1 50k、100k 11 圧電ブザー 1 12 ＩＣソケット(18 ピン) 1 13 スペーサ（ねじ） 4 14 ユニバーサル基板 1 Sunhayato ICB-293 15 電池スナップ 1 006P 電池用 16 乾電池 1 006P 型 9V 図Ⅴ-１発振回路の回路図図Ⅴ-２発振回路完成写真表Ⅴ-２受信回路の部品表・押しボタンスイッチ（RA2 に接続）を押すと、100ms 毎に LD が発信する。・押しボタンスイッチ（RA3 に接続）を押すと、1ms 毎に LD が発信する。・押しボタンスイッチ（RA4 に接続）を押すと、LD の発信が止まる。・ LD の発信と同時に、LED（RB1）も点灯する。表Ⅴ-３発信回路の動作

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-35-ウ受信回路受信回路の回路図を図Ⅴ-３に示す。データ通信が行われている事を音と光（LED）で判断できるように考慮した。主な仕様を表Ⅴ-４に、完成写真を図Ⅴ-４に示す。エプログラム CCS PIC C コンパイラ（PCM）使用の例を以下に示す。 (ｱ) 発信側プログラム 1 #include <16f84a.h> 2 #fuses HS,NOWDT,PUT,NOPROTECT 3 #use delay(CLOCK=10000000) //10MHz 発振子 4 #use fast_io(A) 5 #use fast_io(B) 6 7 void main(){ 8 short b_r2_flg,b_r3_flg,b_r4_flg; 9 int dousa; 10 11 set_tris_a(0x1c); //入出力ピンモード設定（00011100） 12 set_tris_b(0x00); // （00000000） 13 14 output_a(0x00); //出力ピン初期化 15 output_b(0x00); 16 17 b_r2_flg=0; //変数初期化 18 b_r3_flg=0; 19 b_r4_flg=0; 20 dousa=0; 21 22 while(1){

23 if(input(PIN_A2)==1 && b_r2_flg==0){ //RA2 ボタン制御 24 b_r2_flg=1; 25 } 26 if(input(PIN_A2)==0 && b_r2_flg==1){ 27 b_r2_flg=0; 28 dousa=2; 29 }

30 if(input(PIN_A3)==1 && b_r3_flg==0){ //RA3 ボタン制御

31 b_r3_flg=1; 32 } 33 if(input(PIN_A3)==0 && b_r3_flg==1){ 34 b_r3_flg=0; 35 dousa=3; 36 }

37 if(input(PIN_A4)==1 && b_r4_flg==0){ //RA4 ボタン制御

38 b_r4_flg=1; 39 } 40 if(input(PIN_A4)==0 && b_r4_flg==1){ 41 b_r4_flg=0; 42 dousa=4; 43 } 44 if(dousa==2){ 45 //RA2 が押されたとき 46 output_b(0x03); //100ms 毎に LD 発信、LED 点滅 47 delay_ms(100); 48 output_b(0x00); 49 delay_ms(100);

50 }else if(dousa==3){ //RA3 が押されたとき 51 output_b(0x03); //1ms 毎に LD 発信、LED 点滅 52 delay_ms(1);

53 output_b(0x00); 54 delay_ms(1);

55 }else if(dousa==4){ //RA4 が押されたとき 56 output_b(0x00); //LD、LED 停止 57 } 58 } 59 } 図Ⅴ-6 受信回路写真図Ⅴ-３受信回路図・フォトトランジスタ（RA2 に接続）からの入力により、圧電ブザー（RB0 に接続）を鳴らし、同時に LED（RB1 に接続）を点灯させる。・フォトトランジスタの受光感度は、可変抵抗 100kΩにより調整する。・圧電ブザーの音量は、可変抵抗 50kΩにより調整する。表Ⅴ-４受信回路の主な仕様

(37)

(ｲ) 受信プログラム 1 #include <16f84a.h> 2 #fuses HS,NOWDT,PUT,NOPROTECT 3 #use delay(CLOCK=10000000) //10MHz 発振子 4 #use fast_io(A) 5 #use fast_io(B) 6 void main(){ 7 set_tris_a(0x04); //入出力ﾋﾟﾝﾓｰﾄﾞ設定（00000100） 8 set_tris_b(0x00); // 9 output_a(0x00); //出力ﾋﾟﾝ初期化 10 output_b(0x00); 11 12 while(1){

13 if(input(PIN_A2)==1){ //PTr「ON」 → ブザーON、LED 点滅 14 output_b(0x03);

15 }else if(input(PIN_A2)==0){ //PTr「OFF」→ ブザー、LED 停止 16 output_b(0x00); 17 } 18 } 19 } (4) 実験 ① 発信回路と受信回路を５cm 離してセットする（図Ⅴ-７参照）。発信回路の RA2 に接続されている押しボタンスイッチを押し、発信された LD を受信回路の受光部にあてる。そのときの、LED の動きを目で確認する。次に、オシロスコープを接続し、波形を観測しスケッチする。次に、RA3 に接続された押しボタンスイッチを押して同じ内容で行う。測定が完了したら、RA4 に接続された押しボタンスイッチを押し、 LD 発信を停止する。 ② 発信回路と受信回路の距離を離し（１m～２m）、同じ実験を繰り返す。 ③ 光ファイバを使用して、同様に受信されるか確認する。２レーザ距離計の実験 (1) 目的レーザの特徴の一つに、直進性が優れていることが挙げられる。これを利用し、距離測定が可能であるかを実験で確認する。 (2) 関係知識アレーザ距離計とはレーザ距離計は、目標物にレーザを当て、反射したレーザの伝達時間から、距離を測定する。人が入っては行けない狭い所や危険な箇所、離れた場所の測定も行うことができる。測定可能な距離は 0.05ｍ～200ｍ、測定精度は±10mm、測定時間は約 0.5 秒～約 3 秒である。測定距離が 1000ｍ以上可能なものもある。自動車の衝突防止装置として、車間距離を測定する技術にも利用されている。イ光の速度真空中における光の速度は、299,792,458 m/s（≒30 万キロメートル毎秒）である。一般的に記号 c で表わされる。これはラテン語で速さを意味する celeritas の頭文字である。現代の国際単位系ではメートルが光速により定義されている。図Ⅴ-7 全体の様子

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-37-(3) 実験 ① 前述の「LD 発信、受信実験」で使用した発信回路と受信回路、そして鏡を使用し、図Ⅴ-８のようにセットする。距離 x を 0.15m にセットする。図Ⅴ-８鏡を利用したレーザ光の反射実験 ② 発信回路と受信回路のそれぞれのパルス信号に２現象オシロスコープをつなげる。発信回路の RA3 に接続された押しボタンスイッチを押し、LD 発信を行う。このときの発信パルスは、１ms 間隔とする。オシロスコープの波形を観測し記録する。 ③ 距離 x を５m、10m と変えて同じ実験を行う。実験中は、LD の光を直視しないように気をつけること。 (4) 結果の整理測定結果の受信パルス波形を取り上げ、図Ⅴ-９を参考に、それぞれの距離の場合におけるｔを求めて表Ⅴ-５に記録する。距離ｔの値（μs） 0.15m ５m 10m (5) 考察 ① 参考例と各自の測定結果とを比較すること。 ② 表Ⅴ-５から、推測できることを書きなさい。 ③ レーザ距離計の他に、レーザ光の活用例を調べなさい。発信回路受信回路鏡距離 x［ｍ］ｔ図Ⅴ-９受信パルス波形４V 表Ⅴ-５ｔの値

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(6) 参考例受信パルスの波形から、ｔの値を測定した参考例を表Ⅴ-６に示す。オシロスコープに波形を、図Ⅴ-10、図Ⅴ-11、図Ⅴ-12に示す。各波形の、上部が発信パルス、下部が受信パルスである。また、右側の波形は、受信パルスを拡大した波形である。距離 x (m) ｔの値 0.15 20μs 以下５約 100μs 10 約 400μs 図Ⅴ-11 x=5m の波形図Ⅴ-10 x=0.15m の波形図Ⅴ-12 x=10m の波形表Ⅴ-６参考データ 0.2ms TIM/DIV 0.5ms TIM/DIV

上下:５V VOLT/DIV 上：５V_下：２V VOLT/DIV_VOLT/DIV

0.2ms TIM/DIV 0.5ms TIM/DIV