JP2001281425A

JP2001281425A - 拡散発光装置

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Publication number: JP2001281425A
Application number: JP2000099473A
Authority: JP
Inventors: Masahisa Sakai; 雅久境
Original assignee: HITTSU KENKYUSHO KK; Hits Laboratories Inc
Current assignee: HITTSU KENKYUSHO KK; Hits Laboratories Inc
Priority date: 2000-03-31
Filing date: 2000-03-31
Publication date: 2001-10-10
Anticipated expiration: 2020-03-31
Also published as: JP4239357B2

Abstract

(57)【要約】【課題】生産性、放熱性、使用利便性等を向上させ
る。【解決手段】複数のＬＥＤ１４を固定板１１の下面に
直接取り付けるようにする。これにより、従来のように
ＬＥＤをリード線や固定部材により固定することが不要
となるので、生産性、位置精度を向上させることができ
る。また、固定板１１によって、ＬＥＤ１４が発生する
熱が放熱される。ただし、このように各ＬＥＤ１４を固
定板１１の下面に直接取り付けると、光信号の指向角が
鉛直下方の狭い範囲となってしまうので、所定の配光で
光信号を拡散させる拡散レンズ１２を設け、光信号の送
信範囲を広指向角で確保するとともに、所定の範囲で光
信号の強度が略均一に得られるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光信号を拡散させ
て送信する拡散発光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、デジタル機器間でのデータ伝送に
おいて光無線を用いる技術が開発されている。

【０００３】図６は、従来の光無線に用いられる発光装
置の構成を示す斜視図である。同図の発光装置は、天井
３に設置可能に形成された薄い円柱形状の固定板６１
と、固定板６１の下面にリード線６８ｂを介して接続さ
れ環状に配列された複数のＬＥＤ（Light Emitting Dio
de）６４と、各ＬＥＤ６４を固定する固定部６７と、Ｌ
ＥＤ６４が配列された環の外側でさらに環状に配列され
固定板６１の下面にリード線６８ａを介して接続された
複数のＬＥＤ６２と、各ＬＥＤ６２を固定する固定部６
６と、図示していない子機からの光信号を受信する受光
部６３と、受光部６３を固定板６１の下面であって各Ｌ
ＥＤ６２，６４が配列された環状の中央部に所定の高さ
で支持する円柱形状の支持部６５と、天井裏に位置する
ように固定板６１の上面に配置された信号処理装置６９
とを有する構成である。

【０００４】信号処理装置６９は、天井裏に配置された
メタルケーブルや光ファイバ等により形成される伝送ケ
ーブル７０に接続され、伝送ケーブル７０を介してサー
バや情報ネットワークに接続される。なお、同図におい
て天井裏に配置されるものについては点線で示してあ
る。

【０００５】光信号の送信にあっては、信号処理回路６
９は、伝送ケーブル７０から送信されてきたデータ信号
に所定の処理を施して各ＬＥＤ６２，６４へ送信する。
各ＬＥＤ６２，６４では電気的なデータ信号を光信号に
変換して室内の子機へ送信する。

【０００６】光信号の受信にあっては、子機から送信さ
れてきた光信号を受光部６３で受信し、電気信号に変換
する。光電変換されたデータ信号は、信号処理装置６
９、伝送ケーブル７０を介してサーバ等に送信される。

【０００７】この発光装置は、各ＬＥＤ６２，６４のそ
れぞれのリード線６８ａ，６８ｂの形状を変更すること
によって、各ＬＥＤ６２，６４の向きを所望の角度に固
定するようになっている。２重環状の外側に設けられた
ＬＥＤ６２は、光信号が遠方まで届くように向きが定め
られ狭指向角系で光信号を送信する。一方、２重環状の
内側に設けられたＬＥＤ６４は、光信号が鉛直下方ない
し近辺に届くように向きが定められ広指向角系で光信号
を送信する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の発光
装置では、以下のような問題点がある。

【０００９】（１）各ＬＥＤ６２，６４を環状に配列し
てリード線６８ａ，６８ｂ及び固定部６６，６７で固定
しなければならないため、製造行程が複雑で製造効率、
位置精度が低い。

【００１０】（２）各ＬＥＤ６２，６４が熱を発生する
ため、放熱の対策が必要となる。

【００１１】（３）各ＬＥＤ６２，６４の向きを変更す
る際に、各ＬＥＤ６２，６４を固定するリード線６８
ａ，６８ｂの形状を変更する必要があり、大変な手間が
かかる。

【００１２】（４）リード線６８ａ，６８ｂが長いた
め、高速伝送時にリード線がインダクタンス成分をもち
信号波形が劣化する。

【００１３】本発明は、上記に鑑みてなされたものであ
り、その目的とするところは、生産性、放熱性、使用利
便性等の向上に寄与し得る拡散発光装置を提供すること
にある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の本発明に係る拡散発光装置は、固定
板に取り付けられた光信号を送信するための複数の発光
手段と、前記複数の発光手段が発した光信号を所定の配
光で拡散させる拡散手段と、を有することを特徴とする
拡散発光装置。

【００１５】本発明にあっては、複数の発光手段をリー
ド線を介することなく固定板に直接取り付けるようにし
たことで、従来のように発光手段をリード線や固定部材
により固定することが不要となるので、生産性、位置精
度を向上させることができる。

【００１６】また、発光手段が取り付けられた固定板に
よって、発光手段が発生する熱が放熱されるので、簡易
な構成で放熱性を向上させることができる。

【００１７】さらに、リード線が不要となるので、リー
ド線のインダクタンス成分による信号波形の劣化を防止
することができる。

【００１８】また、所定の配光で光信号を拡散させる拡
散手段を設けたことで、光信号の送信範囲を広指向角で
確保できるとともに、所定の範囲では光信号の強度を略
均一にすることができる。

【００１９】請求項２記載の本発明は、請求項１記載の
拡散発光装置において、前記複数の発光手段は、環状に
配列されることを特徴とする。

【００２０】本発明にあっては、複数の発光手段を環状
に配列することによって、光信号が周囲に略均一に送信
されるようにしている。

【００２１】請求項３記載の本発明は、請求項１又は２
記載の拡散発光装置において、前記拡散手段は、所定の
拡散レンズにより形成されることを特徴とする。

【００２２】本発明にあっては、拡散手段を例えばアク
リルやポリカーボネイト等の透明部材を用いた拡散レン
ズにより形成するようにしたことで、光信号が吸収され
にくく、光信号を効率的に利用することができる。

【００２３】請求項４記載の本発明は、請求項３記載の
拡散発光装置において、前記所定の拡散レンズは、前記
固定板に対して略水平に配置され、前記複数の発光手段
が発した光信号を入射させる入射面と、前記固定板に対
して所定の角度で配置され、前記入射面から入射した光
信号を反射させる反射面と、前記固定板に対して略垂直
に配置され、前記反射面で反射した光信号を透過させる
環状の透過面と、を有することを特徴とする。

【００２４】本発明にあっては、拡散レンズの入射面よ
り入射した光信号が、反射面で反射されてから透過面を
透過するようにしたことで、光信号が十分拡散され光信
号の送信可能な範囲を広指向角で確保することができ
る。また、透過面を固定板に対して略垂直に配置すると
ともに環状にしたことで、光信号がもれなく略均一に拡
散されるので、光信号を高効率で利用することができ
る。

【００２５】請求項５記載の本発明は、請求項４記載の
拡散発光装置において、前記所定の角度は、前記拡散レ
ンズと空気との屈折率の比に基づいて前記反射面での光
信号の全反射が可能に定められることを特徴とする。

【００２６】本発明にあっては、反射面で光信号が全反
射するように、拡散レンズと空気との屈折率の比に基づ
いて反射面の設置角度を定めるようにしたことで、アル
ミや金等を反射面に用いる場合に比較して反射面での光
の吸収がなく、光信号を高効率で利用することができ
る。

【００２７】請求項６記載の本発明は、請求項４又は５
記載の拡散発光装置において、前記入射面は、光信号の
入射角を変更する入射角変更手段を有することを特徴と
する。

【００２８】本発明にあっては、入射面に光信号の入射
角を変えるための例えば溝等により形成される入射角変
更手段を設けたことで、この溝等に入射した光信号につ
いては、反射面を透過させたり反射面での反射角度を変
えることができ、光信号を鉛直下方向やその近辺へも拡
散させることができる。

【００２９】請求項７記載の本発明は、請求項１乃至６
記載の拡散発光装置において、前記拡散手段は、前記固
定板に着脱可能に設置されることを特徴とする。

【００３０】本発明にあっては、拡散手段が固定板に着
脱可能に設置されるようにしたことで、この拡散手段を
材質、形状の異なる拡散手段に取り替えることによっ
て、任意の範囲、強度での光信号の配光を容易に実現す
ることができる。

【００３１】請求項８記載の本発明は、請求項１乃至７
記載の拡散発光装置において、子機からの光信号を受光
する受光手段と、前記受光手段を前記複数の発光手段が
取り付けられた中央部に所定の高さで支持する支持手段
と、を有し、前記支持手段は、その表面が鏡面処理され
たことを特徴とする。

【００３２】本発明にあっては、受光手段を設けること
で光信号の受信を可能にするとともに、受光手段を支持
する支持手段の表面を鏡面処理したことで、複数の発光
手段が発した光信号が支持手段の表面で吸収されること
なく反射するので、光信号を高効率で利用することがで
きる。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を用いて説明する。

【００３４】図１（ａ）は、本実施の形態に係る拡散発
光装置の構成を示す斜視図であり、同図（ｂ）は、拡散
レンズ１２を取り外したときの固定板１１の下面の状態
を示す斜視図である。

【００３５】同図に示す拡散発光装置１は、天井３に設
置可能に形成された薄い円柱形状の固定板１１と、固定
板１１の下面に２重環状に配列され面実装により直接取
り付けられた複数のＬＥＤ１４と、図示していない子機
からの光信号を受光する受光部１３と、受光部１３を固
定板１１の下面であってＬＥＤ１４の二重環状の中央部
に所定の高さで支持する円柱形状の支持部１５と、固定
板１１の下面であってＬＥＤ１４の二重環状の外側に着
脱可能に配置された拡散レンズ１２と、天井裏に位置す
るように固定板１１の上面に配置された信号処理装置１
９とを有する構成である。

【００３６】支持部１５は、遮蔽部材により形成され、
その表面には光信号が反射されるように鏡面処理が施さ
れている。

【００３７】拡散レンズ１２は、例えばアクリルやポリ
カーボネイト等の屈折率が１．４５〜１．６５程度の透
明部材により形成され、各ＬＥＤ１４が発した光信号を
拡散させる。

【００３８】信号処理装置１９は、天井裏に配置された
メタルケーブルや光ケーブル等により形成された伝送ケ
ーブル２０に接続され、伝送ケーブル２０を介してサー
バや情報ネットワーク等に接続される。

【００３９】なお、同図（ａ）においては天井裏に配置
されるものについては点線で示し、同図（ｂ）において
は信号処理装置１９と伝送ケーブル２０を省略して示し
てある。

【００４０】同図（ｂ）に示すように、各ＬＥＤ１４
は、リード線や固定部材を介することなく固定板１１に
直接取り付けられている。このため、各ＬＥＤ１４が光
信号を送信する範囲は、鉛直下方への狭い範囲となって
しまう。そこで、光信号を広い範囲に送信可能とすべく
拡散レンズ１２を設けている。

【００４１】図２は、拡散発光装置１の構成を示す断面
図である。同図では、特に拡散レンズ１２の望ましい形
状について示してあり、その詳細については後述する。

【００４２】図３は、拡散発光装置１の利用態様を示す
図である。拡散発光装置１は、天井３に設置され、同じ
室内に子機２が配置されている。子機２は、光無線によ
る送受信機能を有する例えばパソコンやデジタルカメ
ラ、ＡＶ（Audio Visual）機器等に相当するものであ
る。拡散発光装置１は、伝送ケーブル２０を介してサー
バ等から送信されてきたデータ信号を各ＬＥＤ１４で光
信号に変換して拡散レンズ１２により子機２へ送信す
る。また、子機２から送信されてきた光信号について
は、受光部１３で受光して光電変換し、伝送ケーブル２
０を介してサーバ等に送信する。

【００４３】図４は、光無線による光信号の通信範囲の
一例を示す図である。いま、所定の範囲で均一な光信号
の強度が得られるようにすることを考える。ここでは、
拡散発光装置１の位置を指向角０°とし、この位置を中
心に約±５３°までの範囲では拡散発光装置１から鉛直
下方へ距離３ｍの所にある床面４に沿った位置におい
て、指向角が＋５３°〜＋６５°若しくは−５３°〜−
６５°の範囲では拡散発光装置１から距離５ｍの位置に
おいて、光信号の強度が均一に得られるようにする。な
お、同図においては、光信号の強度を均一とする範囲を
太線で示してある。

【００４４】図５は、このような所定の範囲で均一な光
信号の強度が得られるようにするために、拡散発光装置
１が配光すべき必要放射強度の理論値を示すグラフであ
る。同図では、横軸は拡散発光装置１を中心とする指向
角（°）、左縦軸は必要放射強度（指向角０°に対する
相対値）、右縦軸は拡散発光装置１（親機）と子機２と
の距離（ｍ）をそれぞれ示す。

【００４５】床面４に配置された子機２の拡散発光装置
１に対する指向角を０°から徐々に広げていくと、拡散
発光装置１と子機２との距離が同図の破線に示すように
徐々に増加していく。この距離の増加に伴って光信号の
強度は、１／（距離^２）で減衰することが知られてい
る。このことから、拡散発光装置１が配光すべき光信号
の必要放射強度は同図の実線に示すように（距離^２）に
比例して増加するものとなる。

【００４６】次に、このような配光曲線に従って光信号
が配光されるようにするための拡散レンズ１２の形状に
ついて図２に示した断面図を用いて説明する。

【００４７】同図の拡散レンズ１２は、入射面ｅ，ｄ
と、反射面ａ，ｂと、透過面ｃとを有する構成である。

【００４８】入射面ｅは、固定板１１の下面に略平行で
あって上面が中抜きの円形状であり、各ＬＥＤ１４が発
した光信号を拡散レンズ１２に入射させる。

【００４９】入射面ｄは、入射面ｅの外円周および固定
板１１の下面に接する面であり、固定板１１に垂直な面
に対して０〜９０°程度の角度Ｄで設けられる。

【００５０】反射面ａは、入射面ｅの内円周および反射
面ｂに接する面であり、固定板１１に垂直な面に対して
３０〜５０°程度の角度Ａだけ外側に向けられる。反射
面ａは、主に二重環状の内側に配置された各ＬＥＤ１４
により発せられ入射面ｅから入射した光信号を外方向へ
反射させる。角度Ａは、反射面ａでの光信号の全反射が
可能となるように拡散レンズ１２と空気との屈折率の比
に基づいて定められる。

【００５１】反射面ｂは、反射面ａおよび透過面ｃに接
する面であり、固定板１１に垂直な面に対して３５〜５
５°程度の角度Ｂだけ外側に向けられる。反射面ｂは、
主に二重環状の外側に配置された各ＬＥＤ１４により発
せられて入射面ｅから入射した光信号を外方向へ反射さ
せる。角度Ｂは、反射面ｂでの光信号の全反射が可能と
なるように拡散レンズ１２と空気との屈折率の比に基づ
いて定められる。

【００５２】透過面ｃは、反射面ｂおよび固定板１１の
下面に接する環状の面であり、固定板１１に垂直な面に
対して０〜１０°程度の角度Ｃだけ内側に向けられる。
透過面ｃは、入射面ｄから入射した光信号および反射面
ａ，ｂで反射された光信号を透過させる。

【００５３】また、入射面ｅには、光信号の入射角を変
更するための断面がＶ字形の溝となっている切り欠け部
１６が設けられている。この切り欠け部１６は、切り欠
け部１６から入射した光信号が反射面ａ，ｂを透過可能
に、若しくは反射面ａ，ｂでの反射角を変更可能に、入
射面ｅに対する切り欠け部１６の壁面の角度が定められ
る。

【００５４】支持部１５の外径は例えば４０〜５０ｍｍ
程度、支持部１５の中心軸から拡散レンズ１２の内側ま
での距離Ｄ２は３０〜６０ｍｍ程度とする。拡散レンズ
の内側から外側までの距離Ｄ１は２０〜５０ｍｍ程度、
拡散レンズ１２の高さＨは３０〜５０ｍｍ程度とする。
支持部１５の高さは、短い方が望ましいが短かすぎると
子機からの光信号を受信し難くなるので、このことを考
慮して高さＨよりも短い範囲で適切な長さとする。

【００５５】このような拡散レンズ１２においては、入
射面ｅから入射した光信号であって反射面ａ，ｂへ向か
った光信号は全反射され、透過面ｃを透過して外方向へ
拡散する。入射面ｅから入射した光信号であって反射面
ａ，ｂへ向かわなかった光信号は、透過面ｃで反射さ
れ、反射面ｂを透過して鉛直下方若しくはその近辺に拡
散する。入射面ｄから入射した光信号は、透過面ｃを透
過して外方向へ拡散する。切り欠け部１６から入射した
光信号であって反射面ａ，ｂへ向かった光信号は反射面
ａ，ｂを透過して鉛直下方若しくはその近辺に拡散す
る。

【００５６】入射面ｄ，ｅから拡散レンズ１２に入射す
ることなく支持部１５へ向かった光信号は、支持部１５
の鏡面処理された表面で反射され、鉛直下方若しくはそ
の近辺に拡散する。

【００５７】したがって、本実施の形態によれば、複数
のＬＥＤ１４を固定板１１の下面に直接取り付けるよう
にしたことで、従来のようにＬＥＤをリード線や固定部
材により固定することが不要となるので、生産性、位置
精度を向上させることができる。

【００５８】また、本実施の形態によれば、各ＬＥＤ１
４が取り付けられた固定板１１あるいは固定板１１の上
面に備え付けられた信号処理装置６９の表面カバーによ
って、各ＬＥＤ１４が発生する熱が放熱されるので、簡
易な構成で放熱性を向上させることができる。

【００５９】さらに、本実施の形態によれば、ＬＥＤの
リード線が不要となるので、リード線のインダクタンス
成分による信号波形の劣化を防止することができる。

【００６０】また、本実施の形態によれば、所定の配光
に従って光信号を拡散させる拡散レンズ１２を設けたこ
とで、光信号の送信範囲を広指向角で確保できるととも
に、所定の範囲で光信号の強度を略均一にすることがで
きる。

【００６１】さらに、本実施の形態によれば、透過面ｃ
を固定板１１に対して略垂直に配置するとともに環状に
したことで、透過面ｃを透過した光信号がもれなく略均
一に拡散されるので、光信号を高効率で利用することが
できる。

【００６２】また、本実施の形態によれば、反射面ａ，
ｂの設置角度を、光信号が全反射するように拡散レンズ
１２と空気との屈折率の比に基づいて定めるようにした
ことで、アルミ、金等を反射面に用いる場合に比較して
反射面での光の吸収がなく、光信号を高効率で利用する
ことができる。

【００６３】さらに、本実施の形態によれば、入射面ｅ
に光信号の入射角を変更するための切り欠け部１６を設
け、この切り欠け部１６から入射した光信号が反射面
ａ，ｂを透過可能に若しくは反射面ａ，ｂでの反射角を
変更可能に、入射面ｅに対する切り欠け部１６の壁面の
角度を定めるようにしたことで、光信号が鉛直下方向若
しくはその近辺へも拡散されるので、光信号の送信可能
範囲を広く確保することができる。

【００６４】また、本実施の形態によれば、拡散レンズ
１２が固定板１１の下面に着脱可能に設置されるように
したことで、この拡散レンズを材質、形状の異なる拡散
レンズに取り替えることによって、任意の範囲、強度で
の光信号の配光を容易に実現することができる。

【００６５】さらに、本実施の形態によれば、受光部１
３を所定の高さで支持する支持部１５の表面を鏡面処理
したことで、各ＬＥＤ１４が発した光信号が支持部１５
の表面で吸収されることなく反射するので、光信号を高
効率で利用することができる。

【００６６】なお、本実施の形態においては、各ＬＥＤ
１４を二重環状に配列することとしたが、拡散発光装置
を配置する部屋の大きさに応じて一重環状としてもよい
し、多重環状としてもよい。かかる場合には、その環状
の大きさに合せた拡散レンズを用意するようにする。

【００６７】また、本実施の形態においては、拡散発光
装置１が天井に配置されることとしたが、天井に限られ
るものではなく、例えば壁や所定の固定台等に配置され
るようにしてもよい。

【００６８】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、複数の発光手段をリード線を介することなく固定板
に直接取り付けるようにしたことで、従来のように発光
手段をリード線や固定部材により固定することが不要と
なるので、生産性、位置精度を向上させることができ
る。

【００６９】また、発光手段が取り付けられた固定板に
よって、発光手段が発生する熱が放熱されるので、簡易
な構成で放熱性を向上させることができる。

【００７０】さらに、リード線が不要となるので、リー
ド線のインダクタンス成分による信号波形の劣化を防止
することができる。

【００７１】また、所定の配光で光信号を拡散させる拡
散手段を設けたことで、光信号の送信範囲を広指向角で
確保できるとともに、所定の範囲では光信号の強度を略
均一にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態に係る拡散発光装置１の構成を示
す斜視図である。

【図２】本実施の形態に係る拡散発光装置１の構成を示
す断面図である

【図３】拡散発光装置１の利用態様を示す図である。

【図４】光無線による通信範囲の一例を示す図である。

【図５】拡散発光装置１が配光すべき必要放射強度の理
論値を示すグラフである。

【図６】従来の発光装置の構成を示す斜視図である。

【符号の説明】

１拡散発光装置２子機３天井４床面１１固定板１２拡散レンズ１３受光部１４ＬＥＤ１５支持部１９信号処理装置２０伝送ケーブル６１固定板６２狭指向角系のＬＥＤ６３受光部６４広指向角系のＬＥＤ６６ＬＥＤ６２の固定部６７ＬＥＤ６４の固定部６８ａ，６８ｂリード線６９信号処理装置７０伝送ケーブル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固定板に取り付けられた光信号を送信す
るための複数の発光手段と、前記複数の発光手段が発した光信号を所定の配光で拡散
させる拡散手段と、を有することを特徴とする拡散発光装置。
【請求項２】前記複数の発光手段は、環状に配列され
ることを特徴とする請求項１記載の拡散発光装置。
【請求項３】前記拡散手段は、所定の拡散レンズによ
り形成されることを特徴とする請求項１又は２記載の拡
散発光装置。
【請求項４】前記所定の拡散レンズは、前記固定板に
対して略水平に配置され、前記複数の発光手段が発した
光信号を入射させる入射面と、前記固定板に対して所定の角度で配置され、前記入射面
から入射した光信号を反射させる反射面と、前記固定板に対して略垂直に配置され、前記反射面で反
射した光信号を透過させる環状の透過面と、を有することを特徴とする請求項３記載の拡散発光装
置。
【請求項５】前記所定の角度は、前記拡散レンズと空
気との屈折率の比に基づいて前記反射面での光信号の全
反射が可能に定められることを特徴とする請求項４記載
の拡散発光装置。
【請求項６】前記入射面は、光信号の入射角を変更す
る入射角変更手段を有することを特徴とする請求項４又
は５記載の拡散発光装置。
【請求項７】前記拡散手段は、前記固定板に着脱可能
に設置されることを特徴とする請求項１乃至６記載の拡
散発光装置。
【請求項８】子機からの光信号を受光する受光手段
と、前記受光手段を前記複数の発光手段が取り付けられた中
央部に所定の高さで支持する支持手段と、を有し、前記支持手段は、その表面が鏡面処理されたことを特徴
とする請求項１乃至７記載の拡散発光装置。