JP2018511810A - 赤外線測位ノード装置および赤外線測位ノードシステム - Google Patents

Abstract

本発明は、赤外線測位ノード装置および赤外線測位ノードシステムを開示する。赤外線測位ノード装置は、複数の側面を有する光反射カップと、前記光反射カップに嵌合するための赤外線送信管と、を含み、前記赤外線送信管は、前記赤外線送信管から発せられ、且つ、前記複数の側面のうちの一部の光反射側面で反射される光線のなす角度ｍの範囲が０°≦ｍ＜１８０°となるように構成されていることを特徴とする。本発明によれば、赤外線送信信号の方向が０°〜１８０°の範囲で制御することができることにより、信号が安定で均一な強度となる。このように、赤外線送信管の光利用効率を向上させ、ノード装置の消費電力を低減し、均一な赤外線投射を実現し、単一ノードの送信不感帯や隣接ノード間の信号干渉を効果的に回避することが可能になる。

Description

本発明は、無線信号送信装置及び無線信号送信システムに関し、特に、赤外線測位ノード装置及び赤外線測位ノードシステムに関するものである。

無線ネットワーク技術の発展に伴って、無線信号を用いて物体を識別し、正確な測位を行うことが望まれている。例えば、空港などのように旅客が集中する不慣れな環境では、便利で正確な測位に対する要求は特に緊急になっている。従来技術における屋内測位は、通常、測位ノード装置を用いて無線信号を送信することにより対象物をＩＤで識別するものである。理想的な状態は、１つの測位ノード装置が１つのＩＤに対応することである。１つの受信端末は、１つの測位ノード装置の投射領域を通過するとき、１つの信号ＩＤのみを受信するが、他の１つの測位ノード装置を通過する際に、当該他の１つの測位ノード装置のＩＤを受信するようになる。現在広く使用されている測位ノード装置は、通常、信号送信管および電気回路基板を含む。例えば、中国特許出願第２００８２００４９０５４．７号に記載のＩＤ識別装置では、当該装置から送信された信号が制限なく周囲に送信される。当該装置が吊り下げられているとき、当該装置から送信された信号の投射領域は、図１に示すように円錐形になる。図１は、従来の赤外線測位ノード装置の赤外線投射領域の概略図である。ここで、測位ノードＡおよびＢは、天井に吊り下げられており、それぞれが１つの円錐形の赤外線投射領域を形成する。図１からわかるように、測位ノードＡおよびＢの赤外線投射領域の間には、大きな領域の信号不感帯が形成されている。ＡとＢとの距離を狭くすると、その間の信号不感帯が狭くなるが、測位ノードＡと測位ノードＢとの間に形成される円錐形の赤外線投射領域が重なり合うことにより、信号不感帯と信号強度が不均一な領域とが形成されることが予想される。物体を正確に識別して正確な測位を行うために、赤外線信号投射領域を定義して、信号の弱さ、不均一な強度、および信号配向性不良などの欠陥を解決する必要がある。

中国実用新案第２００８２００４９０５４．７号公報

本発明の目的は、信号が安定で、強度が均一で、信号配向性が良好な赤外線測位ノード装置および赤外線測位ノードシステムを提供することである。

本発明の一態様によれば、複数の側面を有する光反射カップと、前記光反射カップに嵌合するための赤外線送信管と、を含み、前記赤外線送信管は、前記赤外線送信管から発せられ、且つ、前記複数の側面のうちの一部の光反射側面で反射された光線のなす角度ｍの範囲が０°≦ｍ＜１８０°となるように構成されていることを特徴とする赤外線測位ノード装置が提供されている。

本発明の一態様によれば、前記赤外線測位ノード装置を複数含み、前記赤外線測位ノード装置の一部と前記赤外線測位ノード装置の他の一部とは、両者の赤外線送信方向が互いに直交するように構成されていることを特徴とする赤外線測位ノードシステムが提供されている。

本発明によれば、赤外線送信信号の方向が０°〜１８０°の範囲で制御することができることにより、送信信号が安定で均一な強度となる。このように、赤外線送信管の光利用効率を向上させ、ノード装置の消費電力を低減し、均一な赤外線投射を実現し、単一ノードの送信不感帯や隣接ノード間の信号干渉を効果的に回避することが可能になる。

従来の赤外線測位ノード装置の赤外線投射領域の概略図である。 本発明の一実施形態による赤外線測位ノード装置の構造の概略図。 本発明の一実施形態による光反射カップの構造の概略図である。 本発明の一実施形態による赤外線測位ノード装置の垂直取り付けの概略図である。 本発明の一実施形態による赤外線測位ノードシステムの垂直取り付けの概略斜視図である。 本発明の一実施形態による赤外線測位ノード装置の水平取り付けの概略図である。 本発明の一実施形態による赤外線測位ノード装置の垂直・水平混合取り付けの概略図である。

以下、添付図面を参照して本発明をより詳細に説明する。

図２は、本発明の一実施形態による赤外線測位ノード装置を概略的に示す。図示のように、この装置は、光反射カップ１（その本体構造がハウジング４内にある）と、赤外線送信管２と、中心制御点３と、ハウジング４と、電源インターフェース５と、アップグレードインターフェース６を含む。

本実施形態において、中心制御点３は、電源と、マイクロプロセッサと、無線モジュールと、感光素子とを含む電気回路基板を内蔵したものであってもよく、上記赤外線測位ノード装置に電力を供給し、信号受信や信号処理、信号送信（例えば、赤外線信号）などを実行するために使用することができる。具体的には、電源は、電源インターフェース５に接続することができ、赤外線測位ノード装置に電力を供給するものである。マイクロプロセッサは、アップグレードインターフェース６に接続することができ、受信した信号を処理し、プログラムをアップグレードすることができるものである。このようにして、赤外線信号が相互に通信可能となり、データの更新を行うことができる。これにより、この装置では、実用性、利便性および機能性が向上する。

この中心制御点３には、感光素子に光を供給する透光孔が設けられている。感光素子は、透光孔を介して周囲の環境光を感知し、赤外線送信管２から送信された赤外線の強度を自動的に調節することにより、赤外線送信管の光利用効率が向上し、赤外線測位ノード装置の消費電力が低減される。さらに、ハウジング４は、光反射カップ１、赤外線送信管２および中心制御点３を収容するための箱形（加工に適した他の形状でもよい）とすることができる。ハウジング４には、電源インターフェース５およびアップグレードインターフェース６に適合する溝が設けられているとともに、光反射カップ１に適合する矩形の開口部が設けられている。また、ハウジング４には、光反射カップ１を異なる角度で取り付けるためのスロットまたは小さな穴が設けられている。光反射カップ１は、赤外線を反射する機能を持っており、そのユニークな構造により、反射された赤外線を０°≦Ｘ＜１８０°の空間に均一に投射することができる。

図３は、本発明の一実施形態による光反射カップ１の構造を示す。図示のように、光反射カップ１は、直平行六面体（底面に垂直な側縁を有する平行六面体）の形状とされており、当該六面体は、上底面１５と、下底面１６と、第１の光反射側面１１と、第２の光反射側面１２と、第３の光透過側面１３と、第４の側面1４と、赤外線送信管２とを含む。上底面１５は、平行四辺形であってもよい。下底面１６は、また平行四辺形であってもよい。隣接する第１の光反射側面１１および第２の光反射側面１２は、第１の角度βを形成することができる。第３の光透過側面１３は、矩形状であってもよく、第１の光反射側面１１に対向して第２の光反射側面１２に隣接してもよい。第４の側面1４は、矩形状であってもよく、第１の光反射側面１１および第３の光透過側面１３にそれぞれ隣接していてもよい。光反射カップ１に嵌合する赤外線送信管２の照射範囲は、第１のエッジ光線と第２のエッジ光線によって形成される第２の角度γによって決定されている。赤外線送信管２は、以下のように構成されている。第１のエッジ光線が第１の光反射側面１１に照射されて第１の入射角度α₁が形成され、第２のエッジ光線が第２の光反射側面１２に照射されて第２の入射角度α₂が形成され、ここで、α₂＝１８０°＋α₁−β-γとし、また、第１のエッジ光線が前記第１の光反射側面で反射されることによって得られる第１の反射光線と、第２のエッジ光線が前記第２の光反射側面で反射されることによって得られる第２の反射光線との間の反射角度ｍは、ｍ＝３６０°−２β−γとし、
ただし、
第１の入射角度α₁＜９０°とし、
第２の入射角度α₂＜９０°とし、
反射角度ｍが０°≦ｍ＜１８０°となる。

平面図の基本的な特性（例えば、三角形の３つの角部の和が１８０°であり、四角形の４つの角部の和が３６０°である）に基づいて、各角度の次の式が導かれる。
ｍ＝１８０°−［１８０°−γ−（１８０°−２α₁）］−｛１８０°−２*［３６０°−γ−（１８０°−α₁）−β］｝
＝３６０°−２β−γ
ｍ＝１８０°−（１８０°−２α₂）−［１８０°−γ−（１８０°−２α₁）］
＝２（α₂−α₁）＋γ
β＝３６０°−α₂−γ−（１８０°−α₁）
＝１８０°−α₂−γ＋α₁
α₂＝３６０°−β−γ−（１８０°−α₁）
＝１８０°＋α₁−β−γ

上記開示された光反射カップと赤外線送信管とを嵌合取り付ける方法により、反射された赤外線を０°≦Ｘ＜１８０°の空間に均一に投射することになる。

実験や計算により示されるように、以下の２つの方法により光反射カップを設置すると、反射された赤外線を９０°の空間に均一に投射し、直方体赤外線光束を形成することができる。
方法一：第１の角度βは１１２．５°であり、第２の角度γは４５°であり、第１の入射角度α₁は４５°であり、第２の入射角度α₂は６７．５°である。
方法二：第１の角度βは９０°であり、第２の角度γは９０°であり、第１の入射角度α₁は６７．５°であり、第２の入射角度α₂は６７．５°である。

このように光反射カップを設置すると、第１のエッジ光線と第２のエッジ光線が第１の光反射側面と第２の光反射側面で反射されることによって形成される第１の反射光線と第２の反射光線のなす角度が９０°となる直方体赤外線光束を得ることになる。上記赤外線測位ノード装置の構成により、投射された赤外線光束は直方体になり、信号不感帯が減少し、信号強度が均一で安定している。

なお、本実施形態において、光の屈折効果を模式的に反映するために赤外線送信管を１本用いているが、赤外線信号の強度を高めるために、ハウジング内に複数の赤外線送信管を設けてもよく、具体的には、光反射カップの上部、下部、または内部に設けてもよいということは、当業者にとって理解されるべきである。

このように、光反射カップを上記赤外線測位ノード装置内に独特的に設けることにより、信号が安定して強度が均一になるように赤外線送信信号の方向を制御することができる。このように、赤外線送信管の光利用効率を向上させ、ノード装置の消費電力を低減し、均一な赤外線投射を実現し、単一ノードの送信不感帯や隣接ノード間の信号干渉を効果的に回避することが可能になる。

いくつかの実施形態において、光反射カップ１は、直平行六面体の形状とされており、この六面体は、平行四辺形の上底面１５と、平行四辺形の下底面１６と、矩形の第４の側面１４とを含み、前記第４の側面１４は、第１の光反射側面１１及び第３の光透過側面１３にそれぞれ隣接している。この設計手法については、設計が簡単で加工が容易である。

いくつかの実施形態において、上底面１５、下底面１６および第４の側面１４には、光吸収材料が塗布されており、第４の側面１４、または第４の側面１４に隣接する下底面１６には、赤外線送信管を収容するための少なくとも１つの孔が設けられている。赤外線送信管の電球は、そのサイズと数量に合った穴に設置されている。この赤外線測位ノード装置の構造によれば、赤外線発光管が反射面に直接光を照射しており、赤外線散乱損失が小さく、反射効果が良好である。

いくつかの実施形態において、赤外線送信管と光反射カップとを嵌合取り付ける方法により、上底面１５および第４の側面１４の両方は光吸収面であり、下底面１６は光透過面であり、光反射カップの外側に中心制御点が設けられ、赤外線送信管は、中心制御点に接続され、且つ、下底面１６の下方に位置している。あるいは、上底面１５および下底面１６の両方は光吸収面であり、第４の側面１４は光透過面であり、赤外線送信管は、中心制御点に接続され、且つ、第４の側面の外側に位置している。上記２種類の赤外線測位ノード装置の構造によれば、赤外線送信管を光反射カップに穿孔することなく光反射カップの外部に取り付けることにより、プロセスが簡単であるばかりでなく、取り付けも容易である。

いくつかの実施形態において、光反射カップの本体は、光透過性材料からなる中実構造である。この構造は、必要に応じて光吸収材料または反射材料を各側にコーティングすることを容易にするので、プロセスが簡単であるだけでなく、品質も信頼できるものとなる。当業者にとって理解されるように、赤外線送信管を光反射カップの外部、例えば光反射カップの上部、下部または第４の側面の外側に取り付けることができる。そのために、側面の光吸収材料または光透過材料を対応して変更することにより、赤外線送信管から送信される赤外線の入射面と、反射後の赤外線を光反射カップから射出させる矩形の第３の光透過側面１３とが光透過材料とされ、また、第１の反射面１１および第２の反射面１２が光反射材料とされ、他の面が光吸収材料とされている。

本発明の赤外線測位ノード装置は、箱形状に設計されており、この形状は、取り付けをさらに容易にする。上記複数の赤外線測位ノード装置からなる赤外線測位ノードシステムは、その取り付け時に異なる取り付け方法により異なる技術的効果をもたらす。

例えば、赤外線測位ノード装置の一部と赤外線測位ノード装置の他の部分とは、両者の赤外線送信方向が互いに直交するように構成されている。あるいは、赤外線測位ノード装置では、その一部における赤外線測位ノード装置間の距離は、各赤外線測位ノード装置の照射領域が重ならないように設定され、その他の部分における赤外線測位ノード装置間の距離は、各赤外線測位ノード装置の照射領域が重ならないように設定されている。

上記例示した六面体の光反射カップは、単に赤外線の入射および反射の効果を概略的に反映しており、様々な角度を計算することは比較的簡単である。当業者にとって理解されるように、光反射カップの形状を変化させることができ、例えば、上底面及び下底面を台形状、五角形状に設けてもよく、また、複数の側面が設けられていてもよい。ただし、次の要件を満たさなければならない。つまり、赤外線送信管から発せられ、且つ、複数の側面のうちの一部の光反射側面で反射された光線のなす角度ｍの範囲は、０°≦ｍ＜１８０°となる。

いくつかの実施形態において、光反射カップの複数の側面は、第１の角度βを形成して隣接する第１の光反射側面と第２の光反射側面と、第１の光反射側面に対向して第２の光反射側面に隣接する矩形状の第３の光透過側面とを含んでもよい。

図４〜図７は、赤外線測位ノード装置（またはシステム）のいくつかの典型的な取り付け方法を概略的に示す。

図４は、赤外線測位ノード装置の垂直基準面への取り付けを示す。図５は、図４の取り付け方法の概略斜視図を示す。図５に示すように、赤外線測位ノードシステム（赤外線測位ノード装置Ａ、Ｂを含む）は、屋内（例えば空港の待機室）の壁に取り付けられている。

使用時には、それら装置は、それぞれ空港の待機室に３次元の赤外線信号投射領域を形成しており、当該３次元の赤外線信号投射領域は、それぞれ壁および地面に矩形の投射断面を形成している。赤外線測位ノード装置Ａ、Ｂは、内部のマイクロプロセッサおよび無線モジュールを介して相互に通信することもでき、そこで当該装置は、機能的により強力であり、使用するのにより便利である。さらに、いくつかのノードを設置して、広範囲の測位認識を達成することが可能である。すなわち、図示の投射幅ｄは、ノード数を変えることによって制御される。この典型的なバッチ式の取り付け方法により、均一な信号強度と、安定した信頼性の高い受信とを実現することができ、送信範囲内の信号不感帯が顕著に減少することになる。

本実施形態において、赤外線測位ノード装置Ａと赤外線測位ノード装置Ｂとが互いに平行に配置されているので、赤外線測位ノード装置の数を節約することができる。

信号不感帯をさらに減らすために、赤外線測位ノード装置の一部と赤外線測位ノード装置の他の一部とは、両者の赤外線送信方向が互いに直交するように構成されてもよい。赤外線測位ノード装置において、その一部における赤外線測位ノード装置間の距離は、各赤外線測位ノード装置の照射領域が重ならないように設定され、その他の一部における赤外線測位ノード装置間の距離は、各赤外線測位ノード装置の照射領域が重ならないように設定されている。

本発明に開示された赤外線測位ノード装置及びシステムでは、光反射カップは、赤外線を反射する機能を持っており、そのユニークな構造により、反射された赤外線を空間に均一に投射することができる。当該装置のハウジングには、光反射カップを最適角度で取り付けるためのスロットが設けられている。

ノードが正常に装着されている場合、ノードから発せられる赤外線は、断面が矩形を呈している、すなわち、水平前向き・垂直下向きの範囲に照射された赤外線であり、強度が均一で、受信が安定して信頼でき、その結果、信号が不感帯のない送信範囲内で受信される。同時に、ノード内の感光素子は、周囲の環境光を感知することにより、赤外線の送信強度を自動的に調節することができる。

図６は、赤外線測位ノード装置が水平基準面上に取り付けられていることを示している。例えば、当該装置は、空港の待機室の天井や地面に取り付けられている。本発明の赤外線測位ノード装置の光反射カップ及び光出射口は特別に設計されているので、発せられる赤外線は、断面が矩形を呈している、すなわち、水平前向き・垂直下向きの範囲に照射された赤外線であり、強度が均一で、受信が安定して信頼でき、その結果、赤外線送信範囲内の信号不感帯が最大限に減少することになる。

図７は、図４および図６の２つの取り付け方法による混合取り付け方法である垂直・水平混合取り付け方法を示す。図７に示すように、この垂直・水平混合取り付け方法によると、単一の赤外線測位ノード装置における信号受信効果が非常に良好であることに基づいて、信号不感帯はほとんどない。再び、矩形の断面で覆われた、均一な赤外線強度を有する赤外線投射領域は形成されている。この投射領域内には、完全に信号不感帯が除去されている。

以上は、本発明のいくつかの実施形態に過ぎない。当業者には、本発明の発明概念から逸脱することなく、本発明の保護範囲に含まれる様々な修正および改良が可能であることが明らかであろう。

Claims (13)

1. 複数の側面を有する光反射カップと、
   前記光反射カップに嵌合するための赤外線送信管と、
   を含み、
   前記赤外線送信管は、前記赤外線送信管から発せられ、且つ、前記複数の側面のうちの一部の光反射側面で反射された光線のなす角度ｍの範囲が０°≦ｍ＜１８０°となるように構成されていることを特徴とする赤外線測位ノード装置。
2. 前記光反射カップの複数の側面は、
   第１の角度βを形成して隣接する第１の光反射側面と第２の光反射側面と、
   前記第１の光反射側面に対向して前記第２の光反射側面に隣接する矩形状の第３の光透過側面とを含むことを特徴とする請求項１に記載の赤外線測位ノード装置。
3. 前記赤外線送信管の照射範囲は、第１のエッジ光線と第２のエッジ光線によって形成される第２の角度γによって決定され、前記第１のエッジ光線は、第１の入射角度α₁で前記第１の光反射側面に照射されて、前記第２のエッジ光線は、第２の入射角度α₂で前記第２の光反射側面に照射され、ここで、α₂＝１８０°＋α₁−β-γとし、また、前記第１のエッジ光線が前記第１の光反射側面で反射されることによって得られる第１の反射光線と、前記第２のエッジ光線が前記第２の光反射側面で反射されることによって得られる第２の反射光線との間の反射角度ｍは、ｍ＝３６０°−２β−γとし、
   ただし、
   前記第１の入射角度α₁＜９０°、
   前記第２の入射角度α₂＜９０°とすることを特徴とする請求項２に記載の赤外線測位ノード装置。
4. 前記第１の角度βは１１２．５°であり、前記第２の角度γは４５°であり、前記第１の入射角度α₁は４５°であり、前記第２の入射角度α₂は６７．５°であることを特徴とする請求項３に記載の赤外線測位ノード装置。
5. 前記第１の角度βは９０°であり、前記第２の角度γは９０°であり、前記第１の入射角度α₁は６７．５°であり、前記第２の入射角度α₂は６７．５°であることを特徴とする請求項３に記載の赤外線測位ノード装置。
6. 前記光反射カップは、直平行の六面体の形状とされており、前記六面体は、平行四辺形の上底面と、平行四辺形の下底面と、矩形の第４の側面とを含み、前記第４の側面は、前記第１の光反射側面及び前記第３の光透過側面にそれぞれ隣接していることを特徴とする請求項２〜５の何れか１項に記載の赤外線測位ノード装置。
7. 前記上底面、前記下底面および前記第４の側面には、光吸収材料が塗布されており、前記第４の側面、または前記第４の側面に隣接する前記下底面には、前記赤外線送信管を収容するための少なくとも１つの孔が設けられていることを特徴とする請求項６に記載の赤外線測位ノード装置。
8. 前記上底面および前記第４の側面の両方は、光吸収面であり、前記下底面は、光透過面であり、前記光反射カップの外側に位置している中心制御点をさらに備え、前記赤外線送信管は、前記中心制御点に接続され、且つ、前記下底面の下方に位置していることを特徴とする請求項６に記載の赤外線測位ノード装置。
9. 前記上底面および前記下底面の両方は、光吸収面であり、前記第４の側面は、光透過面であり、前記光反射カップの外側に位置している中心制御点をさらに備え、前記赤外線送信管は、前記中心制御点に接続され、且つ、前記第４の側面の外側に位置していることを特徴とする請求項６に記載の赤外線測位ノード装置。
10. 前記光反射カップの本体は、光透過性材料からなる中実構造であることを特徴とする請求項７〜９の何れか１項に記載の赤外線測位ノード装置。
11. 前記光反射カップの形状は、箱形であることを特徴とする請求項７〜９の何れか１項に記載の赤外線測位ノード装置。
12. 請求項１〜１１の何れか１項に記載の赤外線測位ノード装置を複数含み、
    前記赤外線測位ノード装置の一部と前記赤外線測位ノード装置の他の一部とは、両者の赤外線送信方向が互いに直交するように構成されていることを特徴とする赤外線測位ノードシステム。
13. 前記赤外線測位ノード装置において、その一部における装置間の距離は、前記赤外線測位ノード装置の各々の照射領域が重ならないように設定され、その他の一部における装置間の距離は、前記赤外線測位ノード装置の各々の照射領域が重ならないように設定されていることを特徴とする請求項１２に記載の赤外線測位ノードシステム。