JP2018026684A

JP2018026684A - 無線システム

Info

Publication number: JP2018026684A
Application number: JP2016156865A
Authority: JP
Inventors: 則之横内; Noriyuki Yokouchi; 拓也古川; Takuya Furukawa; 健吾渡辺; Kengo Watanabe
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2016-08-09
Filing date: 2016-08-09
Publication date: 2018-02-15
Anticipated expiration: 2036-08-09
Also published as: JP6839505B2

Abstract

【課題】移動端末との間で情報を送信または受信、もしくは、送信および受信するための固定端末を電力供給または電池交換が困難である場所に設置すること。【解決手段】固定端末と移動端末との間で情報を無線信号で送信または受信、もしくは、送信および受信する無線システムにおいて、前記固定端末から離れた場所に設置したレーザ光源と、前記レーザ光源から前記固定端末へレーザ光を伝送する光ファイバと、前記固定端末に設けられ、前記光ファイバを介して伝送されたレーザ光を光電変換する光電変換素子と、前記光電変換素子が光電変換した電力で駆動し、前記無線信号を送信または受信、もしくは、送信および受信するための電子回路と、を備えることを特徴とする無線システム。【選択図】図１

Description

本発明は、無線システムに関する。

スマートホンなどの移動端末の高機能化に伴い、いわゆるビーコンシステムが普及している。ビーコンシステムでは、例えば、位置情報と関連付けた情報を発信する固定端末を店舗などに設置し、当該固定端末から受信した位置情報に基づき、スマートホンなどの移動端末が店舗に関連した情報を取得することが可能になる（例えば特許文献１参照）。また、移動端末を保持させた移動体の経路に複数の固定端末を設置し、移動端末が固定端末の固有識別番号を無線により受信し、移動体の動線を記録する動線モニターシステムがある。なお、上記システムの変形として、移動端末から固定端末へ情報を発信するものや、移動端末と固定端末との間で情報を送受信するものもある。

これらのシステムにおける固定端末には、携帯電話網や無線ＬＡＮやＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの小電力の送受信装置が内蔵されており、この駆動用電源としては電池が用いられることが一般的である。あるいは、商用施設などでは建屋内に配線された交流配線から、ＡＣアダプタを介して給電する方法がとられている。また太陽電池を補助的に利用する方式も知られている。

特開２０１６−０９５８４５号公報

しかしながら、上記システムは、固定端末の数が多い場合や、作業者が設置場所へアクセスするのが難しい場合など、定期的に電池交換を行う煩わしさが問題となる。太陽電池を用いる場合は、屋内外を問わず一定の照度がなければならず、太陽電池だけで固定端末を常時安定に駆動することは難しい。また交流配線を用いる場合、固定端末と同程度の大きさのＡＣアダプタが必要になり、固定端末の小型化の障害となる。固定端末は常時通電されていることが望ましく、屋外に設置する場合は雨水などによる漏電対策も必要となり、設置場所も限定される。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、移動端末との間で情報を送信または受信、もしくは、送信および受信するための固定端末を電力供給または電池交換が困難である場所に設置することができる無線システムを提供することにある。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る無線システムは、固定端末と移動端末との間で情報を無線信号で送信または受信、もしくは、送信および受信する無線システムにおいて、前記固定端末から離れた場所に設置したレーザ光源と、前記レーザ光源から前記固定端末へレーザ光を伝送する光ファイバと、前記固定端末に設けられ、前記光ファイバを介して伝送されたレーザ光を光電変換する光電変換素子と、前記光電変換素子が光電変換した電力で駆動し、前記無線信号を送信または受信、もしくは、送信および受信するための電子回路と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る無線システムは、前記固定端末から送信される情報は、前記固定端末が設置された位置の情報に関連付けられていることを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る無線システムは、前記移動端末から送信される情報は、前記移動端末を保持する移動体の情報に関連付けられていることを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る無線システムは、前記固定端末は複数台設置されていることを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る無線システムは、前記レーザ光源は、複数台設けられており、各レーザ光源に対応した前記複数台のレーザ光源のそれぞれが、前記複数の固定端末に対して光を供給するようにすることを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る無線システムは、前記固定端末は、電力を供給可能な電源が周囲に設置されていないところに設けられていることを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る無線システムは、前記固定端末は、前記光電変換素子が光電変換した電力のみで駆動することを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る無線システムは、前記固定端末は、前記光電変換素子が光電変換した電力を補助的に利用して駆動することを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る無線システムは、前記固定端末の各々は、野外、店舗内、病院内、高所、および、水中のうち何れかに設置されていることを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る無線システムは、前記固定端末と前記移動端末との間で送受信される無線信号は、電波、光波、および、音波のうち何れかを搬送波とすることを特徴とする。

本発明に係る無線システムは、移動端末との間で情報を送信または受信、もしくは、送信および受信するための固定端末を電力供給または電池交換が困難である場所に設置することができるという効果を奏する。

図１は、第１実施形態に係る無線システムの概略を示す図である。図２は、第１実施形態に係る無線システムに用いる固定端末の概略構成を示す図である。図３は、固定端末の変形例を示す図である。図４は、第２実施形態に係る無線システムの概略を示す図である。

以下に、本発明の実施形態に係る無線システムを図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る無線システムの概略を示す図である。図１に示すように、無線システム１００は、例えば複合商業施設（ショッピングモール）の各店舗Ａ〜Ｊに、スマートホンやタブレット端末などの移動端末２０を保有した顧客Ｐが接近すると、自動的に店舗情報が移動端末２０に送信されるシステムである。

無線システム１００は、各店舗Ａ〜Ｊに設けられた固定端末１０ａ〜１０ｊと、制御室４０に設けられたレーザ光源４１と、レーザ光源４１から各固定端末１０ａ〜１０ｊへレーザ光を伝送する光ファイバ３０を備えている。なお、固定端末１０ａ〜１０ｊは、各店舗Ａ〜Ｊに設けるために複数（図では１０個）存在しているので、光ファイバ３０は、光カプラ３１、３２、３３によって分岐させることによって、レーザ光源４１から各固定端末１０ａ〜１０ｊへレーザ光を伝送するように構成されている。ここで、制御室４０とは、便宜上名付けた部屋の名称であり、レーザ光源４１の設置に適した固定端末１０ａ〜１０ｊから離れた場所であれば構わない。

制御室４０に設けられたレーザ光源４１は、例えば、波長１０００ｎｍ周辺のレーザ光を発振することが好ましい。後述するように、各固定端末１０ａ〜１０ｊは内部にシリコン系の光電変換素子を備えており、当該光電変換素子における感度が波長１０００ｎｍ周辺で最大となるからである。具体的には、通信用途でも一般に用いられる発振波長が９８０ｎｍ帯の半導体レーザ光源を用いることも可能である。

なお、シリコン系の光電変換素子は、波長１０００ｎｍ周辺にて約３０％程度の光電変換効率を有する。したがって、図１に示される構成例のように、１つのレーザ光源４１から１０個の固定端末１０ａ〜１０ｊへレーザ光を供給する場合、レーザ光源４１の出力を１Ｗとすれば、各固定端末１０ａ〜１０ｊの光電変換素子から出力される電力は約３０ｍＷとなる。１つのレーザ光源から給電する固定端末の個数が増えると、１個当たりの電力は低下する傾向にある。そこで、制御室４０にレーザ光源を複数台設け、複数台のレーザ光源のそれぞれが、各レーザ光源に対応した複数の固定端末に対して光を供給するように構成してもよい。

各店舗Ａ〜Ｊに設けられた固定端末１０ａ〜１０ｊからは、各固定端末１０ａ〜１０ｊに対応した固有識別番号の情報が無線信号で送信されている。固定端末１０ａ〜１０ｊから送信される無線信号の送信範囲は、比較的近距離であり、例えば数ｍ程度である。したがって、各店舗Ａ〜Ｊに設けられた固定端末１０ａ〜１０ｊの送信範囲は、実用上、各店舗Ａ〜Ｊの内部および店舗前に限定されている。したがって、各固定端末１０ａ〜１０ｊに対応した固有識別番号は、各店舗Ａ〜Ｊの位置に関連付けられた情報として利用することが可能である。

顧客Ｐが保持する移動端末２０は、各固定端末１０ａ〜１０ｊが送信する無線信号を受信し、無線信号に含まれる固有識別番号を解釈することが可能に構成されている。すなわち、上述のように各固定端末１０ａ〜１０ｊが送信する固有識別番号は、各固定端末１０ａ〜１０ｊが設置された店舗Ａ〜Ｊに対応している。そこで、移動端末２０は、受信した固有識別番号が各店舗Ａ〜Ｊのうち何れの店舗に関連付けられたものであるかを解釈する。固有識別番号から店舗への解釈方法は、例えば、移動端末２０が有する別途の携帯電話通信網を介してサーバ上のデータベースに問い合わせを行う構成が考えられる。また、移動端末２０にインストールされたアプリケーションソフト内のデータベースを参照する構成としてもよい。

例えば、図１に示すように移動端末２０を保持する顧客Ｐが破線矢印のように移動したとする。この場合、移動端末２０は、店舗Ｅから店舗Ｃの店舗前に設置された固定端末１０ｅ，１０ｄ，１０ｃから固有識別番号を順次受信することができる。したがって、移動端末２０は、その固有識別番号から現在位置が店舗Ｅから店舗Ｃの店舗前または店舗内を移動していることを理解することが可能となる。そこで、移動端末２０は、店舗Ｅから店舗Ｃに関連する情報（店舗名や商品情報など）を順次表示し、顧客Ｐは各店舗に関連する情報を取得することが可能になる。そして、顧客Ｐは、移動端末２０に表示される情報を頼りに所望の店舗（図例では店舗Ｃ）の選択をすることができる。

図２は、第１実施形態に係る無線システムに用いる固定端末の概略構成を示す図である。なお、図１に示す無線システム１００に用いる固定端末１０ａ〜１０ｊは１０台あるが、各固定端末１０ａ〜１０ｊは実質的に同一の構成とすることが可能であるので、図２には、代表的に固定端末１０ａの概略構成を示している。

図２に示すように、固定端末１０ａは、光電変換素子１１と送信回路１３とアンテナ１４とを備えている。

光電変換素子１１は、光ファイバ３０を介して伝送されたレーザ光を光電変換するためのものである。光電変換素子１１は、例えばシリコン系の光電変換素子であり、一般に太陽電池と呼ばれている光電変換素子を用いることができる。先述のように、シリコン系の光電変換素子は、発振波長が１０００ｎｍ程度の半導体レーザ光源との組み合わせが好適である。

送信回路１３は、光電変換素子１１が光電変換した電力で駆動し、アンテナ１４を介して無線信号を送信するための電子回路である。送信回路１３は、固定端末１０ａの固有識別番号を搬送波として用いる電波にエンコードする等の送信処理を行う。なお、ここでは、搬送波として用いる電波を用いる構成例を説明しているが、搬送波として光波や音波などを用いるとしても構わない。搬送波の種類に従い、送信回路１３およびアンテナ１４の構成を適宜変更することで、適切な固定端末の変形例を構成することが可能である。

図２に示されるように、光電変換素子１１と光ファイバ３０との間は、レーザ光が照射できればよいので、透明部材で光電変換素子１１を封止することが可能である。また、光電変換素子１１のみならず、送信回路１３も併せて封止することも可能である。このように、本構成は、固定端末１０ａの内部を封止しても外部から給電可能なので、耐水および耐塵に優れている。

（固定端末の変形例）
図３は、固定端末の変形例を示す図である。ここで、固定端末１０ａ〜１０ｊの変形例である固定端末１０ａ’について図３を参照しながら説明する。図３に示すように、固定端末１０ａ’は、光電変換素子１１と電池１２と送信回路１３とアンテナ１４とを備えている。なお、光電変換素子１１および送信回路１３の機能は固定端末１０ａの説明と重複するので、ここでは説明を省略する。

電池１２は、例えば、光電変換素子１１と送信回路１３との間を繋ぐ電路に並列的に配置され、光電変換素子１１によって光電変換された電力を直接的または補助的に利用しながら、送信回路１３に電力を供給する。

電池１２は、一次電池とすることも二次電池とすることも可能である。電池１２を一次電池とした場合、光電変換素子１１が光電変換した電力を補助的に利用し、電池１２の交換回数を削減することが可能になる。電池１２を二次電池とした場合、光電変換素子１１が光電変換した電力を、蓄電量に応じて充電または補助的に利用し、実質的に、光電変換素子１１が光電変換した電力のみを利用する。

上記構成においても、光電変換素子１１と光ファイバ３０との間は、レーザ光が照射できればよいので、透明部材で光電変換素子１１を封止することが可能である。また、光電変換素子１１のみならず、電池１２や送信回路１３も併せて封止することも可能である。

（第２実施形態）
図４は、第２実施形態に係る無線システムの概略を示す図である。図４に示すように、無線システム２００は、牧場のさまざまな箇所に固定端末１０ｋ〜１０ｐを設置し、固定端末１０ｋ〜１０ｐから無線信号で送信された情報を家畜（図例では牛）に保持させた移動端末２０ａ〜２０ｅで受信することで、家畜が移動した場所やその経路を記録することができるシステムである。

無線システム２００は、牧場のさまざまな箇所に設置された固定端末１０ｋ〜１０ｐと、制御室４２に設けられたレーザ光源４３と、レーザ光源４３から各固定端末１０ｋ〜１０ｐへレーザ光を伝送する光ファイバ３４を備えている。なお、固定端末１０ｋ〜１０ｐは、複数台存在しているので、光ファイバ３４は、光カプラ３５によって分岐させることによって、レーザ光源４３から各固定端末１０ｋ〜１０ｐへレーザ光を伝送するように構成されている。ここで、制御室４２とは、便宜上名付けた部屋の名称であり、レーザ光源４３の設置に適した固定端末１０ｋ〜１０ｐから離れた場所であれば構わない。

なお、第２実施形態に係る無線システム２００に用いる固定端末１０ｋ〜１０ｐは、第１実施形態に係る無線システム１００に用いる固定端末１０ａ〜１０ｊと実質的に同一の構成とすることができる。すなわち、各固定端末１０ｋ〜１０ｐは、図２や図３に示された固定端末１０ａや固定端末１０ａ’の構成と実質的に同一の構成とすることができ、また、同一の効果を奏する。

牧場のさまざまな箇所に設置された固定端末１０ｋ〜１０ｐからは、各固定端末１０ｋ〜１０ｐに対応した固有識別番号の情報が無線信号で送信されている。固定端末１０ｋ〜１０ｐから送信される無線信号の送信範囲は、比較的近距離であり、各固定端末１０ｋ〜１０ｐに対応した固有識別番号は、牧場の位置に関連付けられた情報として利用することが可能である。

移動端末２０ａ〜２０ｅは、各固定端末１０ｋ〜１０ｐが送信する無線信号を受信し、無線信号に含まれる固有識別番号を記録または送信することができるように構成されている。移動端末２０ａ〜２０ｅが固有識別番号を記録するのみである場合、定期的に移動端末２０ａ〜２０ｅを回収し、移動端末２０ａ〜２０ｅに記録された固有識別番号から家畜が移動した経路を解析することが可能である。一方、移動端末２０ａ〜２０ｅが固有識別番号を送信する場合、リアルタイムで家畜の位置を把握することが可能である。

なお、上記の説明は、固定端末１０ｋ〜１０ｐから移動端末２０ａ〜２０ｅに無線信号を送信する方式を採用しているが、無線システム２００は、移動端末２０ａ〜２０ｅが各固定端末１０ｋ〜１０ｐに無線信号を送信する方式を採用することもできる。この場合、移動端末２０ａ〜２０ｅが、牛の個体識別番号を有しており、移動端末２０ａ〜２０ｅが送信した個体識別番号を固定端末１０ｋ〜１０ｐが受信することで、牛の位置を取得する。また、固定端末１０ｋ〜１０ｐと移動端末２０ａ〜２０ｅとの間で無線信号を双方向に送受信する方式を採用することも可能であることは言うまでもない。

本実施形態の例のように、広大なエリアに固定端末１０ｋ〜１０ｐを設置する場合、各固定端末１０ｋ〜１０ｐに電気配線を施すのは困難であるが、光ファイバ３４であれば低電力を低損失で伝送することができる。また、先述のように、固定端末１０ｋ〜１０ｐは、耐水および耐塵に優れているので屋外設置に好適である。また、固定端末１０ｋ〜１０ｐは、電池交換が不要または電池交換の頻度が少なくてよいので、電力を供給可能な電源が周囲に設置されていない広大なエリアに固定端末１０ｋ〜１０ｐを分散させて設置する用途に好適である。

以上、本発明を実施形態に基づいて説明してきたが、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上記各実施形態の各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

例えば、上記実施形態では、１０００ｎｍ付近の波長で発振する半導体レーザと、シリコン系の光電変換素子（太陽電池）を用いた無線システムを示したが、これ以外でも８００ｎｍ帯の高出力レーザ光源とＧａＡｓ系化合物半導体を用いた光電変換素子との組み合わせを用いることでも、高効率な光電変換が得られる。あるいは、１３００ｎｍ波長帯や１５００ｎｍ波長帯の高出力レーザ光源とＧａＩｎＡｓＰなどの化合物半導体を用いた光電変換素子との組み合わせでは、伝送路となるシリカ系ガラスファイバの損失が、前述の１０００ｎｍ以下の波長に対して小さいため、より遠距離（広いエリア）に設置した固定端末に給電することができる。

固定端末の設置箇所においても、上記例に限定されず、野外、店舗内、病院内、高所、水中等、電力を供給可能な電源が設置されていないところに設置することで、電池交換が不要または電池交換の頻度が少なくてよいという効果を享受することができる。

１００，２００無線システム
１０ａ〜１０ｐ，１０ａ’ 固定端末
１１光電変換素子
１２電池
１３送信回路
１４アンテナ
２０，２０ａ〜２０ｅ移動端末
３０，３４光ファイバ
３１，３２，３３，３５光カプラ
４０，４２制御室
４１，４３レーザ光源

Claims

固定端末と移動端末との間で情報を無線信号で送信または受信、もしくは、送信および受信する無線システムにおいて、
前記固定端末から離れた場所に設置したレーザ光源と、
前記レーザ光源から前記固定端末へレーザ光を伝送する光ファイバと、
前記固定端末に設けられ、前記光ファイバを介して伝送されたレーザ光を光電変換する光電変換素子と、
前記光電変換素子が光電変換した電力で駆動し、前記無線信号を送信または受信、もしくは、送信および受信するための電子回路と、
を備えることを特徴とする無線システム。
前記固定端末から送信される情報は、前記固定端末が設置された位置の情報に関連付けられていることを特徴とする請求項１に記載の無線システム。
前記移動端末から送信される情報は、前記移動端末を保持する移動体の情報に関連付けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の無線システム。
前記固定端末は複数台設置されていることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の無線システム。
前記レーザ光源は、複数台設けられており、前記複数台のレーザ光源のそれぞれが、各レーザ光源に対応した前記複数の固定端末に対して光を供給するようにすることを特徴とする請求項４に記載の無線システム。
前記固定端末は、電力を供給可能な電源が周囲に設置されていないところに設けられていることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項に記載の無線システム。
前記固定端末は、前記光電変換素子が光電変換した電力のみで駆動することを特徴とする請求項１から請求項６の何れか１項に記載の無線システム。
前記固定端末は、前記光電変換素子が光電変換した電力を補助的に利用して駆動することを特徴とする請求項１から請求項６の何れか１項に記載の無線システム。
前記固定端末の各々は、野外、店舗内、病院内、高所、および、水中のうち何れかに設置されていることを特徴とする請求項１から請求項８の何れか１項に記載の無線システム。
前記固定端末と前記移動端末との間で送受信される無線信号は、電波、光波、および、音波のうち何れかを搬送波とすることを特徴とする請求項１から請求項８の何れか１項に記載の無線システム。