JP3003947B2 - Optical transmitter and transceiver module - Google Patents

Optical transmitter and transceiver module

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JP3003947B2
JP3003947B2 JP8-509142A JP50914296A JP3003947B2 JP 3003947 B2 JP3003947 B2 JP 3003947B2 JP 50914296 A JP50914296 A JP 50914296A JP 3003947 B2 JP3003947 B2 JP 3003947B2
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リッヒアルト、ハインツ
ヴェイス、ベアト
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インターナシヨナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーシヨン
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【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、光データ伝送のための送信機および送受信
機モジュールに関する。これらのモジュールは、特に、
赤外線データ伝送システムでの使用に適する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a transmitter and a transceiver module for optical data transmission. These modules, in particular,
Suitable for use in infrared data transmission systems.

発明の背景 ビズネス、管理、および製造のすべての分野において
ワークステーションとパーソナル・コンピュータ(たと
えば、デスクトップ型やハンドヘルド型のもの)の数が
急激に増えており、これらのシステムを、フレキシブル
でかつ簡単に相互接続する要求も高まっている。キーボ
ード、コンピュータ・マウス、プリンタ、プロッタ、ス
キャナ、表示装置などの周辺装置の接続や相互接続に関
しても、同様の要求がある。特にシステムおよび周辺装
置の密度が高くなり、システムの位置またはサブシステ
ムの構成を頻繁に変更しなければならない場合には、電
線網やケーブルの利用が問題になる。したがって、その
ような装置やシステムを相互接続するために無線通信シ
ステムを利用して、電気ケーブル網の要件を解消するこ
とが望ましい。
BACKGROUND OF THE INVENTION The proliferation of workstations and personal computers (e.g., desktop and handheld) in all areas of business, management, and manufacturing has made these systems flexible and easy to use. The demand for interconnection is growing. Similar requirements exist for the connection and interconnection of peripheral devices such as keyboards, computer mice, printers, plotters, scanners, and display devices. The use of wire networks and cables becomes a problem, especially when the density of systems and peripherals increases and the location of the system or the configuration of subsystems must be changed frequently. It is therefore desirable to utilize a wireless communication system to interconnect such devices and systems to eliminate the requirements of the electrical cable network.

この何年かの間に、システムと遠隔装置との間で情報
を交換するために光信号を使用することに関心が高まっ
た。そのような無線光通信システムの利点は、従来の配
線の大部分が不要になることである。無線周波数(RF)
の無線伝送に関しては、通信規則が適用されず、PTTとF
CCのどちらのライセンスも必要でない光学的赤外線(I
R)無線伝送が有利である。さらに、電磁干渉による妨
害や他のRFチャネルからの妨害が生じず、放射も室内に
限定されるため、RFシステムよりも良好なデータ・セキ
ュリティが保証される。したがって、隣室で動作してい
る類似システムによる妨害がなく、無線周波数伝送が提
供できるよりも高度なデータ・セキュリティが提供され
る。無線周波数用のアンテナとは対照的に、発光ダイオ
ード(LED)およびフォトダイオードの寸法は、一般に
小さく、これは、携帯型コンピュータの設計には特に重
要である。
During the last years, there has been increased interest in using optical signals to exchange information between systems and remote devices. An advantage of such a wireless optical communication system is that most of the conventional wiring is not required. Radio frequency (RF)
Regarding wireless transmission, the communication rules do not apply and PTT and F
Optical infrared (I
R) Wireless transmission is advantageous. In addition, there is no interference from electromagnetic interference or interference from other RF channels, and radiation is limited to the room, which ensures better data security than RF systems. Thus, there is no interference from similar systems operating in the adjacent room, providing a higher degree of data security than radio frequency transmission can provide. In contrast to antennas for radio frequencies, the dimensions of light emitting diodes (LEDs) and photodiodes are generally small, which is especially important for portable computer design.

そのようなシステムにおける光信号は、受信システム
の光受信機に直接伝播し、または表面における反射や散
乱などのプロセスによって伝播方向が変化した後、受信
機に間接的に到達する。今日、前者の事例は、適切に位
置合わせされcm単位の距離に近づけた光送信機と受信機
との間でデータ転送を行う、携帯型コンピュータ用のド
ッキング・ステーションで実現されている。後者の事例
は、直接経路における摂動が避けられないために、互い
に数メートル離れた送信機と受信機との間で、邪魔され
ずに光信号を直接伝送することが実際的でないかさらに
不可能でさえあるオフィス環境における応用例で典型的
なものである。高いフレキシビリティを達成する既知の
1つの手法は、送信システムからオフィスの天井に光信
号を放射して、そこで、その光信号を反射または散乱さ
せるものである。これにより、放射が、送信機の周辺の
一定領域に分散される。天井から広がる光信号の分散
は、検討中の特定環境で特徴的な多くの細部に依存す
る。しかしながら、この状況で重要なのは主に、伝送有
効範囲、すなわち送信システムと受信システムとの間の
距離がある最終的な値に制限されることである。これ
は、伝送される放射エネルギー・フラックスが、伝播距
離が長くなるにつれて減少し、受信機の感度が、最終的
な信号対雑音比によって制限されるためである。以下こ
れを伝送有効範囲と呼ぶ。光源の性能と露光量の安全要
件によって制限された光出力レベルで動作する典型的な
既知のシステムでは、1Mbpsのデータ伝送速度で数メー
トルの伝送有効範囲が実証されている。
The optical signal in such a system propagates directly to the optical receiver of the receiving system, or arrives indirectly at the receiver after the direction of propagation changes due to processes such as reflection and scattering at the surface. Today, the former case is implemented in a portable computer docking station that transfers data between an optical transmitter and receiver that are well aligned and close to a centimeter in distance. The latter case is impractical or even impossible to transmit optical signals directly between the transmitter and receiver several meters away from each other, because perturbations in the direct path are unavoidable. Even typical in applications in some office environments. One known approach to achieving high flexibility is to radiate an optical signal from the transmitting system to the office ceiling, where the optical signal is reflected or scattered. This spreads the radiation over a certain area around the transmitter. The dispersion of the light signal emanating from the ceiling depends on many details characteristic of the particular environment under consideration. However, what is important in this situation is mainly that the transmission coverage, ie the distance between the transmitting system and the receiving system, is limited to a certain final value. This is because the transmitted radiant energy flux decreases as the propagation distance increases, and the sensitivity of the receiver is limited by the final signal-to-noise ratio. Hereinafter, this is called a transmission effective range. Typical known systems operating at light output levels limited by light source performance and exposure safety requirements have demonstrated transmission coverage of several meters at 1 Mbps data rates.

無線光通信システムの極めて重要なパラメータは、デ
ータを交換するシステム間で実現できるデータ伝送速度
と距離である。オリフィス環境では、従来の光送信機の
伝送有効範囲よりも長い距離でデータを通信しなければ
ならないこともある。
Critical parameters of a wireless optical communication system are the data transmission rates and distances that can be achieved between systems that exchange data. In an orifice environment, data may have to be communicated over a longer distance than the transmission range of a conventional optical transmitter.

今日の無線光データ伝送システムには、いくつかの欠
点がある。第1に、伝送有効範囲が大きな事務室や会議
室などの環境で使用するのに適しておらず、放射特性や
有効範囲が一般に均一でなく、そのために、送信機と受
信機を正確に位置合せする必要がある。
Today's wireless optical data transmission systems have several disadvantages. First, it is not suitable for use in environments such as offices and conference rooms where the effective transmission range is large, and the radiation characteristics and effective range are generally not uniform, so that the transmitter and receiver are accurately positioned. Need to be matched.

さらに、もう1つは、ほとんどの環境では、システム
を真っ暗な環境で使用するように制限しない限り、日光
や電灯の光など、常に光検出器に届く不可避な周囲光が
あることを考慮しなければならない。不可避な周囲光
は、電灯からの交流信号などの時間依存信号を引き起こ
すことがあり、実際上多くの場合、光受信機の雑音の重
要で主要な原因である。したがって、周囲光は、受信機
の信号対雑音比に影響を与え、したがって伝送有効範囲
に影響を与える。不可避な光の出現は、ほとんど統計的
なもので制御が困難なことが多く、その輝度は、日光の
明滅や電灯の点滅で明らかなように、急激に大きく変化
する可能性がある。統計的に信号対雑音比に作用し、し
たがって伝送有効範囲に作用するもう1つの現実的な現
象は、受信機の信号に影響を与える光路障害物の存在で
ある。
Secondly, one must take into account that in most environments, there is inevitable ambient light, such as sunlight or light from the lights, that always reaches the photodetector, unless the system is restricted to use in a dark environment. Must. Unavoidable ambient light can cause time-dependent signals, such as alternating current signals from electric lights, and in fact is often a significant and major source of optical receiver noise. Thus, ambient light affects the signal-to-noise ratio of the receiver, and thus the transmission range. The appearance of unavoidable light is often statistical and difficult to control, and its brightness can change drastically, as evidenced by flickering sunlight or flashing lights. Another realistic phenomenon that statistically affects the signal-to-noise ratio, and thus the transmission range, is the presence of optical path obstructions that affect the signal at the receiver.

これらの問題を克服する第1の手法は、送信機モジュ
ールの出力電力を高めることであろう。これは、いくつ
かの理由で実際的でないことが分かっている。そのよう
な送信機モジュールの電力消費量は、ノートブック型コ
ンピュータやパームトップ型コンピュータなどの携帯型
システムで使用するには大きすぎる。しかし、光無線シ
ステムの開発が直面している最も大きな課題は、光学的
な安全性である。光の放射は、露光が強すぎる場合は目
や肌に有害なことがあると考えられている。危険の度合
は、露光レベル(エネルギーまたは出力)、露光時間、
および波長を含むいくつかの要因によって決まる。
The first approach to overcoming these problems would be to increase the output power of the transmitter module. This has proven impractical for several reasons. The power consumption of such transmitter modules is too high for use in portable systems such as notebook computers and palmtop computers. However, the biggest challenge facing the development of optical wireless systems is optical security. It is believed that light emission can be harmful to eyes and skin if the exposure is too intense. The degree of danger depends on the exposure level (energy or power), exposure time,
And a number of factors, including wavelength.

P.Pスミス(Smyth)他の論文“Optical Wireless:New
Enabling Transmitter Technologies"、IEEE Internat
ional Conference on Communication '93、1993年5月2
3〜26日、スイス、ジュネーブ、テクニカル・プログラ
ム、議事録1/3巻、pp.562〜566では、既存の目の安全基
準の変更と新しい形の送信機技術が検討されている。こ
の新しい形の送信機技術は、網膜損傷の危険を減少させ
るために光源の面積を大きくするという概念に基づくも
のである。この論文では、たとえばコンピュータで生成
した位相ホログラムを利用して、単一のレーザ・ダイオ
ード光源からビーム成形用の複数のビームを得ることを
提案している。
PP Smith (Smyth) et al., “Optical Wireless: New
Enabling Transmitter Technologies ", IEEE Internat
ional Conference on Communication '93, May 2, 1993
Changes in existing eye safety standards and new forms of transmitter technology are discussed in the Technical Program, Proceedings of the Minute, Vol. 562-566, Geneva, Switzerland, March 26-26. This new type of transmitter technology is based on the concept of increasing the area of the light source to reduce the risk of retinal damage. This paper proposes, for example, using a computer-generated phase hologram to obtain multiple beams for beam shaping from a single laser diode light source.

この手法は、正しい方向への第1歩であるが、不十分
な伝送有効範囲と十分な目の安全性の問題はまだ対処さ
れておらず解決されていない。
Although this approach is the first step in the right direction, the problems of poor transmission coverage and sufficient eye safety have not yet been addressed and have not been solved.

発明の要約 本発明の一目的は、改良型の光送信機モジュールを提
供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an improved optical transmitter module.

本発明の他の目的は、寸法が小さく放射パターンが最
適な光送信機モジュールを提供することである。
Another object of the present invention is to provide an optical transmitter module having a small size and an optimal radiation pattern.

本発明の他の目的は、安全基準(IEC825−1)を満た
す光送信機モジュールを提供することである。
Another object of the present invention is to provide an optical transmitter module that meets safety standards (IEC825-1).

本発明の他の目的は、放射パターンが切換え可能な光
送信機モジュールを提供することである。
Another object of the present invention is to provide an optical transmitter module whose radiation pattern can be switched.

上記の目的は、以下に特許請求する光送信機モジュー
ルを実現することにより達成される。
The above objective is accomplished by implementing an optical transmitter module as claimed below.

図面および使用する表記法の説明 本発明を、次の図面を参照して以下詳細に説明する。Description of the drawings and the notation used The invention is described in detail below with reference to the following drawings.

第1図は、本発明による光送信機モジュールの概略断
面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view of an optical transmitter module according to the present invention.

第2図は、発光ダイオードの規則正しく対称的な異な
る3つの構成を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing three regularly and symmetrically different structures of the light emitting diode.

第3図は、本発明による光送信機モジュールの概略断
面図である。
FIG. 3 is a schematic sectional view of an optical transmitter module according to the present invention.

第4図は、本発明による光送信機モジュールの概略断
面図である。
FIG. 4 is a schematic sectional view of an optical transmitter module according to the present invention.

第5図は、本発明による光送信機モジュールの概略断
面図である。
FIG. 5 is a schematic sectional view of an optical transmitter module according to the present invention.

第6A図は、半球形ハウジングの断面図である。 FIG. 6A is a cross-sectional view of the hemispherical housing.

第6B図は、半球形ハウジングの断面図である。 FIG. 6B is a cross-sectional view of the hemispherical housing.

第7図は、本発明による光送信機モジュールの概略断
面図である。
FIG. 7 is a schematic sectional view of an optical transmitter module according to the present invention.

第8図は、本発明による光送信機モジュールの概略平
面図である。
FIG. 8 is a schematic plan view of an optical transmitter module according to the present invention.

第9図は、本発明による光送信機モジュールの概略平
面図である。
FIG. 9 is a schematic plan view of an optical transmitter module according to the present invention.

第10図は、本発明による光送信機モジュールの概略断
面図である。
FIG. 10 is a schematic sectional view of an optical transmitter module according to the present invention.

第11図は、本発明による光送信機モジュールの概略断
面図である。
FIG. 11 is a schematic sectional view of an optical transmitter module according to the present invention.

第12図は、本発明による放射パターンが切換え可能な
光送信機モジュールの概略断面図である。
FIG. 12 is a schematic sectional view of an optical transmitter module capable of switching a radiation pattern according to the present invention.

第13A図は、第12図に示した放射パターンが切換え可
能な光送信機モジュールの概略平面図である。
FIG. 13A is a schematic plan view of the optical transmitter module in which the radiation pattern shown in FIG. 12 can be switched.

第13B図は、第12図に示した放射パターンが切換え可
能な光送信機モジュールの概略平面図である。
FIG. 13B is a schematic plan view of the optical transmitter module in which the radiation pattern shown in FIG. 12 is switchable.

第13C図は、第12図に示した放射パターンが切換え可
能な光送信機モジュールの概略平面図である。
FIG. 13C is a schematic plan view of the optical transmitter module in which the radiation pattern shown in FIG. 12 is switchable.

第14図は、本発明による光送受信機モジュールの概略
断面図である。
FIG. 14 is a schematic sectional view of an optical transceiver module according to the present invention.

第15A図は、本発明による光送受信機モジュールの概
略断面図である。
FIG. 15A is a schematic sectional view of an optical transceiver module according to the present invention.

第15B図は、第15A図に示した光送受信機モジュールの
受信機部分の概略平面図である。
FIG. 15B is a schematic plan view of a receiver portion of the optical transceiver module shown in FIG. 15A.

第16図は、本発明による光送受信機モジュールの概略
断面図である。
FIG. 16 is a schematic sectional view of an optical transceiver module according to the present invention.

第17A図は、本発明による放射パターンが切換え可能
な光送信機モジュールの概略断面図である。
FIG. 17A is a schematic sectional view of an optical transmitter module capable of switching a radiation pattern according to the present invention.

第17B図は、第17A図に示した光送受信機モジュールの
ハウジングおよび反射リングの概略平面図である。
FIG. 17B is a schematic plan view of the housing and the reflection ring of the optical transceiver module shown in FIG. 17A.

第18A図は、本発明による放射パターンが切換え可能
な光送信機モジュールの概略断面図である。
FIG. 18A is a schematic sectional view of an optical transmitter module capable of switching a radiation pattern according to the present invention.

第18B図は、第18A図に示した光送受信機モジュールの
ハウジングおよび反射リングの概略平面図である。
FIG. 18B is a schematic plan view of the housing and the reflection ring of the optical transceiver module shown in FIG. 18A.

第19A図は、本発明による放射パターンが切換え可能
な光送信機/送受信機モジュールを取り付けるための取
付け具の概略図である。
FIG. 19A is a schematic diagram of a fixture for mounting a switchable optical transmitter / receiver module according to the present invention.

第19B図は、第19A図の取付け具の傾斜位置の概略図で
ある。
FIG. 19B is a schematic diagram of the inclined position of the fixture of FIG. 19A.

第20図は、本発明による放射パターンが切換え可能な
光送信機モジュールの概略断面図である。
FIG. 20 is a schematic sectional view of an optical transmitter module capable of switching a radiation pattern according to the present invention.

第21A図は、光送信機または送受信機モジュールを取
り付けたノートブック型コンピュータを示す図である。
FIG. 21A is a diagram showing a notebook computer to which an optical transmitter or a transceiver module is attached.

第21Bは、一体型光送信機または送受信機モジュール
を備えたノートブック型コンピュータを示す図である。
FIG. 21B is a diagram illustrating a notebook computer including an integrated optical transmitter or transceiver module.

第22図は、本発明による送受信機のアナログ・フロン
トエンドの概略ブロック図である。
FIG. 22 is a schematic block diagram of an analog front end of a transceiver according to the present invention.

全般的説明 上記の点を考慮し、無線光送信機モジュールは、次の
基準を満たすことが極めて望ましい。
General Description In view of the above, it is highly desirable that a wireless optical transmitter module meet the following criteria.

1.できるだけ高い目に対する安全性 2.出力を制限した光信号を効率的に分散して、最小限の
ダイナミック・レンジで最大の伝送距離を得る最適な光
源放射パターン。これは光送信機モジュールを普通のオ
フィス環境(低い天井、拡散伝播モード)を用いる場合
に特に有利である。
1. Highest possible eye safety 2. Optimal light source radiation pattern that maximizes transmission distance with minimum dynamic range by efficiently dispersing optical signals with limited output. This is particularly advantageous when using the optical transmitter module in a normal office environment (low ceiling, diffuse propagation mode).

3.送信機と受信機との位置合せが必要でない 4.反射特性が低い(または反射しない)天井が非常に高
い環境(アトリウム付きの建物、大きな階段講堂、屋
外)で、受信機モジュールの位置合せを必要としない見
通し(LOS)伝播が利用できる 第1図と関連して、本発明による送信機モジュールの
基本概念を説明する。この図に示すように、そのような
光送信機モジュールは、規則正しく対称的に配列された
発光ダイオード11のアレイを備える。ダイオード11を適
切な位置に固定するために、取付け台10を利用する。発
光ダイオード・アレイ11は、半球形ハウンジング12内に
配置される。この例では、半球形ハウジング12は、端部
が半球状になった長い円筒状の管である。このハウンジ
ング12は、少なくとも部分的に透明である。さらに、光
源を見掛上拡大するための散光器手段を備える。散光器
手段は、様々な方法で実現することができる。ハウジン
グ12は、ハウジングの少なくとも一部分が散光器として
機能するように、たとえば屈折率が高い懸濁粒子を含む
プラスチック材料から形成することができる。別の実施
形態では、発光ダイオード11から出る光ビームの散乱
を、表面が波形のハウジング12によって実施することも
できる。ガラス・チップ(寸法が100〜150ミクロン)を
使ってサンドブラスタ研磨したプレキシガラスのハウジ
ングは、電力半値角(LEDはStanleyのDN305を使用し
た)が7.5度から10度まで増加(散光器における垂直入
射光)するとき、光軸上の出力を4分の1に小さくす
る。その他の散光器手段は、以下の実施例に関して説明
する。散光器表面の粗さ、あるいは散光器ハウジングに
混ぜた粒子の数および大きさに応じ、全散光器か部分散
光器のいずれかを達成することができる。そのような全
散光器を利用すると、ランベルト光源が得られる。
3. There is no need to align the transmitter and receiver. 4. In environments with very low ceilings (or non-reflective) and very high ceilings (buildings with atriums, large auditoriums, outdoors), the location of the receiver module The basic concept of the transmitter module according to the invention will be explained in connection with FIG. 1 where line of sight (LOS) propagation without alignment is available. As shown in this figure, such an optical transmitter module comprises an array of light emitting diodes 11 arranged regularly and symmetrically. In order to fix the diode 11 in an appropriate position, the mounting base 10 is used. The light emitting diode array 11 is arranged in a hemispherical housing 12. In this example, the hemispherical housing 12 is a long cylindrical tube having a hemispherical end. This housing 12 is at least partially transparent. Further, there is provided a diffuser means for apparently enlarging the light source. The diffuser means can be realized in various ways. The housing 12 can be formed, for example, from a plastic material containing high refractive index suspended particles so that at least a portion of the housing functions as a diffuser. In another embodiment, scattering of the light beam emanating from the light emitting diode 11 can be performed by a housing 12 having a corrugated surface. Plexiglas housing sandblasted with glass chips (100-150 microns in size) increases half-power angle (LED uses Stanley DN305) from 7.5 degrees to 10 degrees (normal incidence at diffuser) (Light), the output on the optical axis is reduced to a quarter. Other diffuser means are described with respect to the following embodiment. Depending on the roughness of the diffuser surface, or the number and size of the particles mixed into the diffuser housing, either a full diffuser or a partial diffuser can be achieved. Utilizing such a full diffuser results in a Lambertian light source.

発光ダイオードの構成および仰角の対称性、ダイオー
ドの放射角度、前記ハウジングの形状、散光器手段、お
よび前記ハウジング内での散光器の相互の位置関係に応
じ、様々な放射パターンを実現することができる。第2
図に、3つの例示的ダイオード構成の平面図を示す。第
2図の左側の取付け台20は、三角形に配置された発光ダ
イオード21を3個だけ支持する。取付け台22は、規則正
しく配置された4個のダイオード23を支持し、取付け台
24は、8個の発光ダイオード25を支持する。この8個の
ダイオード25は、環状に配置されている。この3つの例
から、適切なハウジングおよび散光器に関連して発光ダ
イオードの対称的で規則正しいどんな種類の配置も、高
度な目の安全性と最適な光源放射パターンを実現するの
に適していることは明らかである。
Various radiation patterns can be realized depending on the configuration of the light emitting diode and the symmetry of the elevation angle, the radiation angle of the diode, the shape of the housing, the diffuser means and the mutual positional relationship of the diffuser within the housing. . Second
The figures show plan views of three exemplary diode configurations. The mounting table 20 on the left side of FIG. 2 supports only three light emitting diodes 21 arranged in a triangle. The mounting base 22 supports four regularly arranged diodes 23, and
24 supports eight light emitting diodes 25. These eight diodes 25 are arranged in a ring. From these three examples, it can be seen that any kind of symmetrical and regular arrangement of light emitting diodes in relation to a suitable housing and diffuser is suitable for achieving a high degree of eye safety and an optimal light source emission pattern. Is clear.

他の実施例を説明する前に、発光ダイオードについて
さらに詳しく説明する。本明細書で示す発光ダイオード
は、通常の小型のプラスチック・ハウジングに封入され
ている市販のダイオードである。このようなダイオード
は、様々な寸法と材料のプラスチック・ハウジングに入
った、様々な放射パターンおよび角度を有するものが入
手可能である。たとえば、Stanleyの発光ダイオードDN3
05およびDN304が適している。本発明は、それぞれハウ
ジングに封入された個別のダイオードの使用に限定され
ないことは明らかである。ある状況では、すべてを1つ
の共通のハウジングに封入またはパッケージしたダイオ
ード・アレイを使用した方が有利なこともある。さら
に、ハウジングなしで共通の基板上に成長させた別々の
発光ダイオードまたは発光ダイオード・アレイを使用す
ることも考えられる。この場合は、これらのダイオード
を入れる半球形ハウジングが、ダイオード自体のハウジ
ングの代わりになり、これらのダイオードを保護する働
きをする。
Before describing another embodiment, the light emitting diode will be described in more detail. The light emitting diodes shown here are commercially available diodes enclosed in a regular small plastic housing. Such diodes are available in various sizes and materials in plastic housings with various radiation patterns and angles. For example, Stanley's light emitting diode DN3
05 and DN304 are suitable. Obviously, the invention is not limited to the use of individual diodes, each enclosed in a housing. In some situations, it may be advantageous to use a diode array, all enclosed or packaged in one common housing. It is further conceivable to use separate light emitting diodes or light emitting diode arrays grown on a common substrate without a housing. In this case, the hemispherical housing containing these diodes replaces the housing of the diodes themselves and serves to protect these diodes.

第3図に、本発明によるもう1つの光送信機モジュー
ルを示す。このモジュールは、発光ダイオード31をその
上に規則正しく対称的に配列した取付け台30を備える。
取付け台30は傾いた表面を有し、ダイオード31は、取付
け台30の上に円筒形ハウジング32の中心軸に面するよう
に固定される。散光器は、ハウジング中に、たとえば懸
濁粒子によって組み込まれる。
FIG. 3 shows another optical transmitter module according to the present invention. This module comprises a mounting base 30 on which light emitting diodes 31 are regularly and symmetrically arranged.
The mounting 30 has an inclined surface, and the diode 31 is fixed on the mounting 30 so as to face the central axis of the cylindrical housing 32. The diffuser is incorporated in the housing, for example by suspended particles.

第4図に示す次の実施形態では、コンピュータで生成
した位相ホログラム43を利用して適切なビーム成形を得
る。このホログラムは、円筒形のハウジング42中にあ
り、取付け台40に配置された発光ダイオード・アレイ41
を覆っている。
In the next embodiment shown in FIG. 4, an appropriate beam shaping is obtained by using a phase hologram 43 generated by a computer. This hologram is located in a cylindrical housing 42 and has a light emitting diode array 41
Is covered.

第5図に、半球形ハウジング52を備えた光送信機モジ
ュールを示す。このモジュールはさらに、発光ダイオー
ド・アレイ51を支持する取付け台50を備える。ハウジン
グ52の一部分は、全散光面53を備え、ダイオード51から
出た光ビームの拡散を実現する。同様の効果を、ハウジ
ングに付けられた市松模様の散光パターンによって実現
することもできる。散光面をハウジング52の内側にすれ
ば、指の油やほこりによって散光器が汚れるのを防ぐこ
とができる。散光面の粗さを変化させるか、市松模様の
パターンを変更するか、またはハウジングの内側と外側
に散光面を付けるかすることによって、様々な程度の拡
散を実現することができる。必要な表面の粗さは、プラ
スチック製ハウジングをプレス成形するための金型をサ
ンドブラスタで磨くかエッチングすることによって得る
ことができる。懸濁粒子を含むプラスチック製ハウジン
グの場合は、異なる寸法や形状の粒子を埋め込むことに
よって、拡散の度合を変更することができる。
FIG. 5 shows an optical transmitter module with a hemispherical housing 52. The module further comprises a mounting 50 supporting a light emitting diode array 51. A part of the housing 52 is provided with a full light diffusing surface 53 to achieve diffusion of the light beam emitted from the diode 51. A similar effect can be achieved by a checkered light scattering pattern attached to the housing. By providing the light scattering surface inside the housing 52, it is possible to prevent the light diffuser from being contaminated by oil or dust on the finger. Varying degrees of diffusion can be achieved by changing the roughness of the light scattering surface, changing the checkerboard pattern, or providing light scattering surfaces on the inside and outside of the housing. The required surface roughness can be obtained by sandblasting or etching the mold for pressing the plastic housing. In the case of a plastic housing containing suspended particles, the degree of diffusion can be altered by embedding particles of different sizes and shapes.

第6A図および第6B図に、他の半球状のハウジング60お
よび61を概略的に示す。
Other hemispherical housings 60 and 61 are schematically illustrated in FIGS. 6A and 6B.

第7図に示した光送信機モジュールは、通常の発光ダ
イオード71をその上に配置した平坦な取付け台70を備え
る。これらのダイオードのピンは、ダイオードが半球形
ハウジング72の中心軸74の方に光を出すように曲げられ
ている。この構造は、スペースが限られ送信機モジュー
ル全体を小さくしなければならない応用例で有利であ
る。ダイオードの傾斜角、すなわち半球形ハウジング72
の中心軸74に垂直な面とダイオードの放射円錐の中心軸
75がなす角度は、5〜80度、特に20〜40度であることが
好ましい。LEDの中心軸と取付け台がなす最適な角度
は、本明細書に記述し特許請求するモジュールの使用に
関する限り約25度である。25度の角度にすると、天井が
低い(2.5〜3.5m)オフィスでは最大の散光範囲をもた
らす。
The optical transmitter module shown in FIG. 7 includes a flat mounting base 70 on which a normal light emitting diode 71 is disposed. The pins of these diodes are bent such that the diodes emit light toward a central axis 74 of the hemispherical housing 72. This structure is advantageous in applications where space is limited and the overall transmitter module must be small. Diode tilt angle, i.e. hemispherical housing 72
Plane perpendicular to the central axis 74 of the diode and the central axis of the radiation cone of the diode
The angle formed by 75 is preferably 5 to 80 degrees, particularly preferably 20 to 40 degrees. The optimal angle between the central axis of the LED and the mounting is about 25 degrees as far as the use of the modules described and claimed herein is concerned. An angle of 25 degrees provides the maximum light scattering range in offices with low ceilings (2.5-3.5m).

第8図に、もう1つの構成を示す。この実施形態で
は、それぞれハウジングを有する8個の発光ダイオード
81が、取付け台80に、光がモジュールの中心軸83に対し
て放射状に出るように環状に規則正しく配列されてい
る。この実施例に使用するには、約25度の仰角を有する
狭ビーム発光ダイオードが適している。
FIG. 8 shows another configuration. In this embodiment, eight light emitting diodes each having a housing
81 are regularly arranged in a ring on the mounting base 80 so that light emerges radially with respect to the central axis 83 of the module. A narrow beam light emitting diode having an elevation angle of about 25 degrees is suitable for use in this embodiment.

第9図に、8個のダイオードを備えたこれと類似の星
形の構成を示す。この実施形態では、取付け台90によっ
て支持されたダイオード91が、ハウジングの中心軸に面
している。この図の左側に、全散光面93を有するハウジ
ングを示す。全散光器とは、波形の表面がビームの断面
全体を覆っていることを意味する。散光器は、強く(ラ
ンベルト光源を生み出す)ても、弱く(目の安全性を高
めるためにビームの追加散乱を生み出す)てもよい。こ
の全散光面は、半球形ハウジングの内面に形成する。そ
の隣に、散光器手段93によって実現される当該の放射パ
ターンを示す。右側には、散光器として機能する市松模
様の散光パターン92を備える半球形ハウジングの概略図
を示す。この略図の隣に、当該の放射パターンを示す。
図式的に示したように、光の一部分はほとんど遮られず
に散光器を通過し、残りの光ビームは散乱する。このよ
うな市松模様パターンは、たとえばハウジングに孔を開
けることによって、またはサンドブラスタで研磨すると
きに適切なマスクを使用することによって、実現するこ
とができる。
FIG. 9 shows a similar star configuration with eight diodes. In this embodiment, a diode 91 supported by a mounting 90 faces the central axis of the housing. On the left side of the figure, a housing with a full light scattering surface 93 is shown. Full diffuser means that the corrugated surface covers the entire cross section of the beam. The diffuser can be strong (creating a Lambertian light source) or weak (creating additional scattering of the beam to increase eye safety). This fully diffused surface is formed on the inner surface of the hemispherical housing. Next to this is the relevant radiation pattern realized by the diffuser means 93. On the right, a schematic diagram of a hemispherical housing with a checkered light scattering pattern 92 functioning as a light diffuser is shown. The radiation pattern is shown next to this diagram.
As shown schematically, a portion of the light passes through the diffuser with little or no obstruction, and the remaining light beam is scattered. Such a checkered pattern can be achieved, for example, by drilling holes in the housing or by using a suitable mask when polishing with a sandblaster.

第10図に、半球形ハウジング102と、散光器手段103
と、ハウジング104と一体の追加の環状プリズム部分と
を有する光送信機モジュールを示す。このプリズム・リ
ング104は、破線で示したように、ビーム出力のΔで示
す部分を水平方向に(下向きに)偏向させる。残りの部
分は、散光器103を通って直接出る。プリズム・リング1
04によって、見通し経路通信が改善される。
FIG. 10 shows a hemispherical housing 102 and diffuser means 103
And an optical transmitter module having an additional annular prism portion integral with the housing 104. The prism ring 104 deflects the portion indicated by Δ of the beam output in the horizontal direction (downward), as indicated by the broken line. The rest exits directly through the diffuser 103. Prism ring 1
04 improves line-of-sight communication.

第11図に、本発明のさらに他の実施形態を示す。この
図に示したモジュールは、発光ダイオード・アレイ111
をその上に配置した取付け台110を備える。これらのダ
イオード111は、取付け台110に対して傾斜しており、光
を放射状に出す。半球形ハウジング112は、内面にある
反射リング114と散光器手段113とを備える。この反射リ
ングは、前記ダイオード111から出るビームの少なくと
も一部分を、ビームが散光器113を通過する前に上方に
反射する。
FIG. 11 shows still another embodiment of the present invention. The module shown in this figure is a light emitting diode array 111
Is provided on the mounting table 110. These diodes 111 are inclined with respect to the mount 110 and emit light radially. The hemispherical housing 112 includes a reflective ring 114 and diffuser means 113 on the inner surface. This reflecting ring reflects at least a portion of the beam emanating from the diode 111 upward before the beam passes through the diffuser 113.

第12図に、もう1つの実施例の断面図を示す。この図
には、第13A図ないし第13C図に示すようにビーム・パタ
ーンを切り換えることができる光学モジュールが示され
ている。ビーム切換えの目的は、最大の全方向有効範囲
(第13A図および第13B図を参照)または一定方向(第13
C図)の最大有効範囲を与える放射パターン(たとえ
ば、25度)を備えることである。この切換え式モジュー
ルは、ダイオード・アレイ121がその上に固定される取
付け台120を備える。ダイオードは、散光器手段123と、
反射器手段124と、共に粗面を有する上方偏向プリズム1
25および下方偏向プリズム126とを備える、半球形ハウ
ジング122中に配置される。この切換え式モジュールの
動作モードを、第13A図ないし第13C図に関連して説明す
る。これらの図では、モジュールの平面図を示す。第13
A図に示すように、ハウジング122は、その内面130に沿
って一連の反射器手段124と偏向プリズム125、126とを
備える。分かりやすくするために、反射器手段124を太
線で示す。ビーム・パターンの切換えが実施できるの
は、反射板124と偏向プリズム125、126を備えるハウジ
ングが、発光ダイオード・アレイ121に対してその中心
軸の周りで回転できるためである。偏向角度(水平面)
によって、所望の反射ビームの方向が決まる。(固定し
た)記号134に対する(回転するハウジング122上の)矢
印マーカ132の位置が、選択されたビーム・パターンを
示す。マーカ132が「白丸」の記号を指している場合、
モジュールは、全方向に約25度の仰角αで光を出し、す
なわち、この動作モードでは、モジュールが最大伝送有
効範囲の全方向アンテナとして機能し、周囲光か暗い場
合に適している。この位置は、45度ごとに繰り返す。
FIG. 12 shows a cross-sectional view of another embodiment. This figure shows an optical module that can switch the beam pattern as shown in FIGS. 13A to 13C. The purpose of beam switching is to maximize the omnidirectional coverage (see FIGS. 13A and 13B) or
C) is to have a radiation pattern (eg, 25 degrees) that gives the maximum effective range. The switchable module comprises a mounting 120 on which a diode array 121 is fixed. A diode comprising diffuser means 123;
Reflector means 124 and upper deflection prism 1 both having a rough surface
25 and a lower deflecting prism 126 are disposed in a hemispherical housing 122. The mode of operation of this switchable module will be described with reference to FIGS. 13A to 13C. In these figures, a plan view of the module is shown. Thirteenth
As shown in FIG. A, the housing 122 includes a series of reflector means 124 and deflecting prisms 125, 126 along an inner surface 130 thereof. The reflector means 124 is shown in bold for clarity. The switching of the beam pattern can be performed because the housing with the reflector 124 and the deflecting prisms 125, 126 can rotate about its central axis with respect to the light emitting diode array 121. Deflection angle (horizontal plane)
Determines the direction of the desired reflected beam. The position of the arrow marker 132 (on the rotating housing 122) relative to the (fixed) symbol 134 indicates the selected beam pattern. If the marker 132 points to the symbol of “white circle”,
The module emits light in all directions at an elevation angle α of about 25 degrees, ie, in this mode of operation, the module functions as an omni-directional antenna with maximum transmission coverage and is suitable for ambient light or dark. This position repeats every 45 degrees.

第13B図を参照すると、マーカ132が「黒丸」の記号を
指しているときは、ビーム仰角α約30度〜40度で、周囲
光が明るい環境において、モジュールの近傍で全方向出
力密度が高まる。この位置は、45度ごとに繰り返され
る。第13C図に示す例では、ポインタ132は「矢印」の記
号を指している。これは、選択されたビーム方向で方向
性有効範囲が高まることを示す。ハウジング内のビーム
を、破線の矢印で示す。45度の増分で8つの異なる放射
方向を選択することができる。
Referring to FIG. 13B, when the marker 132 points to the symbol “black circle”, the omnidirectional power density increases in the vicinity of the module in an environment in which the ambient light angle is approximately 30 degrees to 40 degrees and the ambient light is bright. . This position repeats every 45 degrees. In the example shown in FIG. 13C, the pointer 132 points to the symbol “arrow”. This indicates that the directional coverage increases in the selected beam direction. The beams in the housing are indicated by dashed arrows. Eight different radiation directions can be selected in 45 degree increments.

第14図ないし第16図に、本発明による光送受信機モジ
ュールを示す。第14図に示した実施形態は、第3図に示
したモジュールに基づくものである。このモジュール
は、送信機部分の他に、受信機を備える。受信機は、取
付け台140よりも下に配置された4個のフォトダイオー
ド143を有する。これらのフォトダイオードは傾き、モ
ジュールの周囲すべての方向から光を受け取るように様
々な方向に向いている。これらのフォトダイオードの向
きと構成は、各ダイオードの視野、ならびにハウジング
の形状およびハウジング内の位置によって決まる。フォ
トダイオードは、電磁干渉を弱めるためのファラデー箱
として機能する細いワイヤ・メッシュ145によって保護
されている。この実施形態では、このワイヤ・メッシュ
145は、半球形ハウジング142に組み込まれている。この
モジュールには、SMD技法による電子回路用の基板144
が、フォトダイオード143の下方にある。この基板144
は、スペースに余裕があれば、前置増幅器、LEDドライ
バ、または完全なアナログ・チップを支持することがで
きる。
14 to 16 show an optical transceiver module according to the present invention. The embodiment shown in FIG. 14 is based on the module shown in FIG. This module comprises a receiver in addition to a transmitter part. The receiver has four photodiodes 143 located below the mounting 140. These photodiodes are tilted and oriented in different directions to receive light from all directions around the module. The orientation and configuration of these photodiodes depends on the field of view of each diode, as well as the shape and location within the housing. The photodiode is protected by a thin wire mesh 145 that acts as a Faraday box to reduce electromagnetic interference. In this embodiment, the wire mesh
The 145 is incorporated in a hemispherical housing 142. This module includes a substrate 144 for electronic circuits by SMD technology.
Is below the photodiode 143. This board 144
Can support preamplifiers, LED drivers, or complete analog chips if space permits.

第15図に示す次の実施形態では、受信機部分が、送信
機部分の上方、すなわち取付け台150によって支持され
た発光ダイオードの上方にある。受信機は、5個のフォ
トダイオードのアレイ153を備え、それらはすべて、す
べての方向から光を受け取るように配置されている。こ
れらのフォトダイオードは、ハウジング152の半球状の
端部に組み込まれたワイヤ・メッシュ155によって保護
されている。これらのフォトダイオード153の下方に、
電子回路を備えた基板154がある。受信機部分は、反射
板156によって送信機と分離されている。第15B図に、受
信機部分の概略平面図を示す。
In the next embodiment shown in FIG. 15, the receiver part is above the transmitter part, ie above the light emitting diodes supported by the mounting 150. The receiver comprises an array of five photodiodes 153, all of which are arranged to receive light from all directions. These photodiodes are protected by a wire mesh 155 incorporated at the hemispherical end of the housing 152. Below these photodiodes 153,
There is a substrate 154 with electronic circuits. The receiver portion is separated from the transmitter by a reflector 156. FIG. 15B shows a schematic plan view of the receiver portion.

第16図に、もう1つの光送受信機モジュールを示す。
このモジュールは、第7図に示した送信機モジュールに
基づくものであり、受信機が同一のハウジング162に組
み込まれている点が異なる。この受信機は、ベースプレ
ート160に取り付けられたフォトダイオード・アレイ161
を備える。受信機は、発光ダイオードから出たビーム
が、ハウジングと散光器とをほとんど遮らずに通過する
ように配置されている。この実施形態に使用するには、
仰角が約25度の狭ビーム発光ダイオードが適している。
仰角30〜45度の3〜6個のフォトダイオードからなる星
形アレイを備えたモジュールが良好な結果を示した。
FIG. 16 shows another optical transceiver module.
This module is based on the transmitter module shown in FIG. 7, except that the receiver is incorporated in the same housing 162. The receiver includes a photodiode array 161 mounted on a base plate 160.
Is provided. The receiver is arranged such that the beam emanating from the light emitting diode passes through the housing and the diffuser almost without interruption. To use in this embodiment,
A narrow beam light emitting diode with an elevation angle of about 25 degrees is suitable.
Modules with a star array of 3 to 6 photodiodes at 30 to 45 degrees elevation have shown good results.

第17A図および第17B図に、本発明のもう1つの実施形
態を示す。ビーム・パターンが切換え可能なモジュール
の断面図と平面図を示す。発光ダイオード・アレイ201
が、取付け台203上にある。発光ダイオード201は、半球
形の散光ハウジング200の下方に対称的に配置されてい
る。このハウジングが、発光ダイオード201に対して位
置1にある場合(第17A図と第17B図の右側)は、光はハ
ウジング200から垂直に出る。ハウジングのこの部分を
散光器として実現するかどうかに応じて、ビーム・パタ
ーンは収束または拡散する。ハウジング200は、反射リ
ング202を備える。ハウジング200または反射リング202
をダイオード201に対して回転させると(第17A図および
第17B図の左側の位置2)、ダイオードから出る光ビー
ムは、ハウジング200の横切子面の方に反射される。こ
の横切子面は、通常ビームの拡大を達成するための散光
器手段を備える。第17B図に、反射リング202がいくつか
の「舌部」を備えるリングとして実施できることを示
す。反射リング202は、エンボス加工またはパンチ加工
した薄い金属を使って作成することができる。第17A図
および第17Bに示した例では、22.5度の回転により位置
1から位置2に切り換えることができる。
17A and 17B show another embodiment of the present invention. 2A and 2B show a cross-sectional view and a plan view of a module whose beam pattern can be switched. Light emitting diode array 201
Is on the mounting table 203. The light emitting diodes 201 are symmetrically arranged below the hemispherical light scattering housing 200. When the housing is in position 1 with respect to light emitting diode 201 (right side in FIGS. 17A and 17B), light exits vertically from housing 200. Depending on whether this part of the housing is implemented as a diffuser, the beam pattern will converge or diverge. The housing 200 includes a reflection ring 202. Housing 200 or reflector ring 202
Is rotated relative to the diode 201 (position 2 on the left in FIGS. 17A and 17B), the light beam exiting the diode is reflected toward the transverse facet of the housing 200. This transverse facet usually comprises diffuser means for achieving beam expansion. FIG. 17B shows that the reflective ring 202 can be implemented as a ring with several “tongues”. Reflective ring 202 can be made using embossed or punched thin metal. In the example shown in FIGS. 17A and 17B, it is possible to switch from position 1 to position 2 by rotating 22.5 degrees.

第18A図および第18B図に、ビーム・パターンが切換え
可能な光送信機モジュールのもう1つの概念を示す。こ
のモジュールは、取付け台213のバイア・ホールまたは
凹みに配置された発光ダイオード211のアレイを備え
る。ダイオード211は、半球形の散光器ハウジング210で
覆われている。ハウジング210には反射リング212が組み
込まれている。このリング212は、ダイオードから出た
光ビームが散光器ハウジング210の側壁の方に反射する
ように曲げた舌部またはカンチレバーを備える(第18A
図および第18B図の左側の位置2を参照)。反射リング
の付いたハウジングを回転させて、ダイオード211がリ
ング212の反射用舌部またはカンチレバーの下ではなく
なるようにすると、光ビームは、取付け台213に対して
垂直に出る(第18A図および第18B図の右側の位置1を参
照)。
18A and 18B show another concept of an optical transmitter module capable of switching a beam pattern. This module comprises an array of light emitting diodes 211 arranged in via holes or depressions in the mounting 213. The diode 211 is covered by a hemispherical diffuser housing 210. The housing 210 incorporates a reflection ring 212. This ring 212 comprises a tongue or cantilever bent so that the light beam emerging from the diode is reflected toward the side wall of the diffuser housing 210 (18A).
(See position 2 on the left side of the figure and FIG. 18B). When the housing with the reflective ring is rotated so that the diode 211 is no longer under the reflective tongue or cantilever of the ring 212, the light beam exits perpendicular to the mounting 213 (FIGS. 18A and 18B). (See position 1 on the right side of FIG. 18B).

第19A図および第19B図に、ビーム・パターンが切換え
可能なモジュール220を取り付けるための取付け具を示
す。第19A図では、ハウジングと反射リングが位置2に
あり、すなわち光ビームが全方向で出され、送信機は矢
印で示すように放射する。第19B図では、モジュール220
と取付け具211が開き、モジュールは位置1にあり、す
なわち、モジュールは、ダイオードの取付け台に垂直に
光を出す。この取付け具221によって、モジュールが位
置1にあって遠隔受信機の方を向いている場合は、直接
の見通し通信が可能になる。
19A and 19B show a fixture for mounting a module 220 with a switchable beam pattern. In FIG. 19A, the housing and the reflector ring are in position 2, ie the light beam is emitted in all directions and the transmitter emits as indicated by the arrow. In FIG.19B, module 220
And the fixture 211 is open, the module is in position 1, ie the module emits light perpendicular to the mounting of the diode. This fixture 221 allows direct line-of-sight communication when the module is in position 1 and faces the remote receiver.

第20図に、切換え式送信機モジュールのもう1つの構
成を示す。この実施形態では、ダイオード221の中心軸
が、取付け台223に対して約25度傾いている。半球形の
ハウジング220が位置1にある場合(第20図の右側を参
照)は、光ビームは、図示したようにハウジングを通過
する。位置2では、反射板222は、発光ダイオード221の
前に置かれ、光ビームは上方に反射する(第20図の左側
を参照)。この例では、反射板222は、傾斜角約58度の
薄い金属板である。反射板は、ハウジング220に組み込
んだまたはハウジング中に固定した金属リングで支持す
ることができる。
FIG. 20 shows another configuration of the switchable transmitter module. In this embodiment, the center axis of the diode 221 is inclined about 25 degrees with respect to the mount 223. When the hemispherical housing 220 is in position 1 (see right side of FIG. 20), the light beam passes through the housing as shown. In position 2, the reflector 222 is placed in front of the light emitting diode 221 and the light beam is reflected upward (see the left side of FIG. 20). In this example, the reflection plate 222 is a thin metal plate having an inclination angle of about 58 degrees. The reflector may be supported by a metal ring incorporated into or fixed within the housing 220.

第17図、第18図、および第20図に示した反射リングを
プリズム・リングで置き換えることもできる。このリン
グは、プラスチックで作成することができ、発光ダイオ
ードに対するプリズム・リングの位置に応じて異なるビ
ーム放射パターンが得られるように成形され配置された
一連のプリズムを支持する。このプリズム・リングは、
半球形ハウジングの一体部分でもよい。プリズムまたは
反射リングを支持するハウジングをダイオードの位置に
対して回転させる、あるいはリング自体をハウジングお
よびダイオードに対して回転させる、あるいはダイオー
ド自体を回転させるなど様々な手法が考えられる。
The reflecting rings shown in FIGS. 17, 18 and 20 can be replaced by prism rings. The ring can be made of plastic and supports a series of shaped and arranged prisms so that different beam emission patterns are obtained depending on the position of the prism ring with respect to the light emitting diodes. This prism ring
It may be an integral part of a hemispherical housing. Various approaches are conceivable, such as rotating the housing supporting the prism or reflecting ring with respect to the position of the diode, rotating the ring itself with respect to the housing and the diode, or rotating the diode itself.

第11図および第12図の反射板は、第17図、第18図、お
よび第20図に関連して説明したような「舌部」またはカ
ンチレバーを支持する金属リングで置き換えることもで
きる。この場合、切換え式モジュールに対する唯一の違
いは、この金属リング(回転しないように)固定される
ことである。
The reflector in FIGS. 11 and 12 can also be replaced with a "ring" or metal ring supporting the cantilever as described in connection with FIGS. 17, 18, and 20. In this case, the only difference to the switchable module is that the metal ring is fixed (not to rotate).

第21A図および第21Bに、ノートブック型コンピュータ
用の本発明の送信機モジュールおよび送受信機モジュー
ルの2つの異なる組込み方式または取付け方式を示す。
本明細書に記載の光送信機モジュールまたは送受信機モ
ジュールは、それが取り付けられるまたは組み込まれる
コンピュータのハウジングまたは表示パネルによって近
視野で妨げられてはならない。第21A図に、取外し式光
送信機/送受信機モジュール171を備えたノートブック
型コンピュータ170を示す。このモジュール171は、磁石
または面ファスナ(Velcro clip)172で前記コンピュ
ータ170に取り付けられる。モジュール171は、ケーブル
173でコンピュータ・スロットの1つに差し込まれたイ
ンタフェース・カードと相互接続される。第21B図に、
組込み式モジュール175を備えたコンピュータ174を示
す。このモジュールは表示装置に組み込まれ、電気的相
互接続および当該のインタフェース回路は、コンピュー
タ内部に配置される。このモジュール175は、伸張式と
することができる。
FIGS. 21A and 21B show two different mounting or mounting schemes of the transmitter module and transceiver module of the present invention for a notebook computer.
The optical transmitter or transceiver module described herein must not be obstructed in near field by the computer housing or display panel to which it is mounted or incorporated. FIG. 21A shows a notebook computer 170 with a removable optical transmitter / receiver module 171. This module 171 is attached to the computer 170 with a magnet or Velcro clip 172. Module 171, cable
At 173, it is interconnected with an interface card plugged into one of the computer slots. In FIG. 21B,
Shown is a computer 174 with a built-in module 175. This module is integrated into the display device, and the electrical interconnects and their interface circuits are located inside the computer. This module 175 can be extendable.

第22図に、特別に設計したアナログ・フロントエンド
回路のブロック図を示す。この回路は、受信機としてフ
ォトダイオード・アレイ181の各フォトダイオードに結
合された前置増幅器180を備える。スイッチ182は、スイ
ッチ制御ユニット183と共に、それぞれのフォトダイオ
ードで受け取った信号の選択を助ける。受け取った信号
のすべてまたは一部分が、後置増幅器184に転送され、
次にフィルタ185を介して比較器186に送られる。このブ
ロック図では、近接検出手段を含む。近接検出には、発
光ダイオード・アレイ187から出されフォトダイオード1
81で受け取ったエコー信号を観察する。エコー信号が所
定レベルを超えると、発光ダイオード187の電源が自動
的に切れる。この能動的安全インターロックは、n本の
並列線からなるバスによって前置増幅器180の出力に結
合されたピーク信号検出器188によって達成される。制
御回路190が、受信信号を分析して強いエコー信号を検
出する。その後、それ以上光を出さないようにドライバ
191を即座に切り換える。制御回路190は、直流光電流検
出器189およびスイッチ制御ユニット183と共に、信号の
自動選択または組合せあるいはその両方を可能にする。
この選択では、フォトダイオード181の実際の信号強度
または直流電流(日光や卓上ランプなどの有向性周囲光
源から受け取ったショット・ノイズの測定値)あるいは
その両方を考慮に入れる。
FIG. 22 shows a block diagram of a specially designed analog front-end circuit. This circuit comprises a preamplifier 180 coupled to each photodiode of the photodiode array 181 as a receiver. The switches 182, together with the switch control unit 183, help select the signal received at each photodiode. All or part of the received signal is forwarded to post-amplifier 184,
Next, it is sent to the comparator 186 via the filter 185. This block diagram includes a proximity detection unit. For proximity detection, the photodiode 1
Observe the echo signal received at 81. When the echo signal exceeds a predetermined level, the power of the light emitting diode 187 is automatically turned off. This active safety interlock is achieved by a peak signal detector 188 coupled to the output of preamplifier 180 by a bus consisting of n parallel lines. The control circuit 190 analyzes the received signal and detects a strong echo signal. Then the driver will not emit any more light
Switch 191 immediately. The control circuit 190, together with the DC photocurrent detector 189 and the switch control unit 183, allows for automatic selection and / or combination of signals.
This choice takes into account the actual signal strength of the photodiode 181 and / or direct current (a measure of shot noise received from a directional ambient light source such as sunlight or a table lamp).

アナログ・フロントエンド全体は、インタフェース・
ユニット192(PCMCIA)を介してマイクロプロセッサ・
バス193に接続される。
The entire analog front end is
Microprocessor via unit 192 (PCMCIA)
Connected to bus 193.

本明細書に提示した光送信機モジュールおよび送受信
機モジュールは、目に安全な光学システムであり、さら
に他にいくつかの利点を有する。これらのモジュール
は、コンパクトで、コンピュータや他の装置に組み込む
のに適している。本発明のモジュールは、どんなノート
ブック型コンピュータにも簡単に取り付けることができ
る。このモジュールは、最適でほぼ均一な環状の放射特
性を特徴とし、実施形態によっては切り換えることもで
きる。このモジュールにより、最大の伝送距離を得るた
め、出力が制限された光信号を効率的に配布および受信
することができる。第18図に示したようなアナログ・フ
ロントエンドによって、強力な有向性の周囲光を抑制す
ることができる。本発明のモジュールは、発生する全シ
ョット・ノイズが小さく、そのため信号対雑音比および
伝送有効範囲が改善される点が従来の送信機と異なる。
さらに、送受信機モジュールを位置合せする必要がな
い。本発明の1つの特別な実施形態は、2つの伝送モー
ドすなわち拡散通信または見通し通信あるいはその両方
を容易にする。
The optical transmitter modules and transceiver modules presented herein are optical systems that are eye safe and have several other advantages. These modules are compact and suitable for incorporation into computers and other devices. The module of the present invention can be easily attached to any notebook computer. This module features optimal and substantially uniform annular radiation characteristics and can be switched in some embodiments. This module allows for efficient distribution and reception of optical signals with limited power in order to obtain the maximum transmission distance. An analog front end as shown in FIG. 18 can suppress strong directional ambient light. The module of the present invention differs from conventional transmitters in that the total shot noise generated is small, thereby improving the signal to noise ratio and transmission coverage.
Further, there is no need to align the transceiver module. One particular embodiment of the present invention facilitates two transmission modes: spreading and / or line-of-sight communication.

本発明の送信機モジュールおよび送受信機モジュール
は、IEC 825−1規則に適合する。これは、見掛け上十
分に大きく拡大された光源によって、または人の頭が発
光体に近づき過ぎた場合には能動的安全インターロック
によって、あるいはその両方に達成することができる。
前述のように、このインターロック機構は、近くの物体
によって生じる強い反射エコー信号を、発光送受信機モ
ジュールのフォトダイオードで感知するものである(近
接検出)。
The transmitter module and the transceiver module of the present invention comply with IEC 825-1 rules. This can be achieved by an apparently sufficiently large light source and / or by an active safety interlock if the person's head gets too close to the light emitter.
As described above, this interlock mechanism detects a strong reflected echo signal generated by a nearby object with the photodiode of the light emitting / receiving transceiver module (proximity detection).

本発明は、所与のデータ伝送速度の伝送有効範囲を最
適化するために、(卓上ランプ、窓、直射日光からの)
強力な有効性周囲光を遮る自動機構を提供する。この機
能は、様々な空間的方向を指す個々のフォトダイオード
を選択的に組み合わせて(セクタ化)、できる限り最大
の信号対雑音比を選択することによって実施することが
できる。
The invention is designed to optimize the transmission range for a given data rate (from table lamps, windows, direct sunlight).
Strong effectiveness Provides automatic mechanism to block ambient light. This function can be implemented by selectively combining (sectoring) individual photodiodes pointing in different spatial directions and selecting the largest possible signal-to-noise ratio.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヴェイス、ベアト スイス国エトリバッハ、ミューレシュト ラーセ 35 (56)参考文献 特開 昭59−180582(JP,A) 特開 平6−169288(JP,A) 実開 平5−82149(JP,U) 実開 平5−25753(JP,U) 実開 平2−54107(JP,U) 実開 昭63−120437(JP,U) 実開 昭63−40048(JP,U) 実開 昭63−64142(JP,U) 実開 昭62−88639(JP,U) 国際公開94/2873(WO,A1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04B 10/00 - 10/28 H04J 14/00 - 14/08 H01L 33/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Weiss, Beat Mühlestrasse, Etribach, Switzerland 35 (56) References JP-A-59-180582 (JP, A) JP-A-6-169288 (JP, A) Japanese Utility Model No. 5-82149 (JP, U) Japanese Utility Model No. 5-25753 (JP, U) Japanese Utility Model No. 2-54107 (JP, U) Japanese Utility Model No. 63-12037 (JP, U) Japanese Utility Model No. 63-40048 (JP, U) JP-A 63-64142 (JP, U) JP-A 62-88639 (JP, U) WO 94/2873 (WO, A1) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , (DB name) H04B 10/00-10/28 H04J 14/00-14/08 H01L 33/00

Claims (15)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】散光器手段を備えた半球形ハウジングによ
って形成された空洞中に、対称的に配置された、複数の
赤外発光ダイオードのアレイを備えた光データ伝送モジ
ュールにおいて、 前記半球形ハウジングが、ハウジングの内面に環状に配
置された一連の反射板と、偏向プリズムとを備え、前記
半球形ハウジングが前記アレイに対して相対的に回動可
能であり、前記反射板およびプリズムに対する前記発光
ダイオード・アレイに対する相対的位置に応じて、前記
モジュールの放射パターンを切り換えることができるこ
とを特徴とするモジュール。
1. An optical data transmission module comprising an array of a plurality of infrared light emitting diodes symmetrically arranged in a cavity formed by a hemispherical housing with diffuser means, said hemispherical housing. Comprises a series of reflectors arranged annularly on the inner surface of the housing, and a deflecting prism, wherein the hemispherical housing is rotatable relative to the array, and the light emission for the reflectors and prisms A module, wherein the radiation pattern of the module can be switched according to a relative position with respect to the diode array.
【請求項2】前記発光ダイオードが、前記半球形ハウジ
ングの中心軸に対して半径方向に外向きになるように配
置されることを特徴とする請求の範囲第1項に記載のモ
ジュール。
2. The module according to claim 1, wherein the light emitting diodes are arranged so as to be radially outward with respect to a central axis of the hemispherical housing.
【請求項3】前記半球形ハウジングが、散光器手段とし
て機能する高屈折率の懸濁粒子を含むことを特徴とする
請求の範囲第1項ないし第2項のいずれか一項に記載の
モジュール。
3. The module according to claim 1, wherein said hemispherical housing comprises high-refractive-index suspended particles functioning as diffuser means. .
【請求項4】前記半球形ハウジングが、その内面または
外面あるいはその両方に、散光器手段として機能する波
形表面を備えることを特徴とする請求の範囲第1項ない
し第2項のいずれか一項に記載のモジュール。
4. A method according to claim 1, wherein said hemispherical housing has a corrugated surface on its inner surface and / or outer surface which functions as a diffuser means. A module according to.
【請求項5】前記波形表面が、モジュールの発光ダイオ
ードから出る波長と合致する程度の粗面度をもつことを
特徴とする請求の範囲第4項に記載のモジュール。
5. The module of claim 4, wherein said corrugated surface has a roughness such that it matches the wavelength emitted by the light emitting diodes of the module.
【請求項6】前記半球形ハウジングが、その内面または
外面あるいはその両方に、散光器手段として機能する市
松模様パターンを備えることを特徴とする請求の範囲第
1項ないし第2項のいずれか一項に記載のモジュール。
6. The method of claim 1, wherein said hemispherical housing has a checkerboard pattern on its inner surface and / or outer surface that functions as a diffuser means. Module according to the section.
【請求項7】前記半球形ハウジングが、前記発光ダイオ
ード・アレイに対して段階的に回転可能であることを特
徴とする請求の範囲第1項ないし第6項のいずれか一項
に記載のモジュール。
7. The module according to claim 1, wherein said hemispherical housing is rotatable stepwise with respect to said light emitting diode array. .
【請求項8】ハウジングの中心軸に対して傾斜したフォ
トダイオードのアレイを有する受信機をさらに備える請
求の範囲第1項ないし第7項のいずれか一項に記載のモ
ジュール。
8. The module according to claim 1, further comprising a receiver having an array of photodiodes inclined with respect to a central axis of the housing.
【請求項9】前記フォトダイオードが、同一ハウジング
内の前記発光ダイオード・アレイの下方に配置されるこ
とを特徴とする請求の範囲第8項に記載のモジュール。
9. The module according to claim 8, wherein said photodiode is located below said light emitting diode array in the same housing.
【請求項10】前記フォトダイオードが、同一ハウジン
グ内の前記発光ダイオード・アレイの上方に配置される
ことを特徴とする請求の範囲第8項に記載のモジュー
ル。
10. The module according to claim 8, wherein said photodiode is located above said light emitting diode array in the same housing.
【請求項11】請求の範囲第1項ないし第10項のいずれ
か一項に記載の光送信機モジュールと、前記モジュール
をコンピュータのバスに結合するインタフェース手段と
を備えるコンピュータ。
11. A computer comprising: the optical transmitter module according to claim 1; and an interface means for coupling the module to a bus of the computer.
【請求項12】前記モジュールが、クリップによってコ
ンピュータの表示パネルに取り付けられ、ケーブルによ
って前記インタフェース手段に連続されることを特徴と
する請求の範囲第11項に記載のコンピュータ。
12. The computer according to claim 11, wherein said module is attached to a display panel of the computer by a clip and connected to said interface means by a cable.
【請求項13】前記モジュールが、コンピュータの表示
パネルに固定式または伸張式に組み込まれることを特徴
とする請求の範囲第11項に記載のコンピュータ。
13. The computer according to claim 11, wherein said module is fixedly or extendably incorporated into a display panel of the computer.
【請求項14】a)フォトダイオード・アレイと、 b)前記フォトダイオード・アレイが受け取った信号を
増幅するための増幅器と、 c)前記フォトダイオード・アレイが受け取った信号中
で搬送される情報を検出する手段と、 d)前記モジュールの赤外発光ダイオード・アレイを駆
動するドライバ手段と、 e)前記フォトダイオード・アレイの各フォトダイオー
ドが受け取った信号を能動的に選択し別々に組み合わせ
る手段と、 f)エコー信号の強さを決定し、前記エコー信号が所定
の限度を超えた場合に前記モジュールの赤外発光ダイオ
ード・アレイを切断することによって近接検出を行う手
段と を有する請求の範囲第1項ないし第10項に記載の、モジ
ュールと共に使用する無線データ通信用送受信機。
14. A photodiode array; b) an amplifier for amplifying signals received by the photodiode array; and c) information carried in the signals received by the photodiode array. Means for detecting; d) driver means for driving the infrared light emitting diode array of the module; e) means for actively selecting and separately combining the signals received by each photodiode of the photodiode array; f) means for determining the strength of the echo signal and performing proximity detection by disconnecting the infrared light emitting diode array of the module if the echo signal exceeds a predetermined limit. Item 10. A transceiver for wireless data communication used with a module according to any one of Items 10 to 10.
【請求項15】a)前記モジュールのフォトダイオード
・アレイが受け取った信号を増幅するための増幅器と、 b)前記モジュールのフォトダイオード・アレイが受け
取った信号中で搬送される情報を検出する手段と、 c)前記モジュールの赤外発光ダイオード・アレイを駆
動するドライバ手段と、 d)前記モジュールのフォトダイオード・アレイの各フ
ォトダイオードが受け取った信号を能動的に選択し個々
に組み合わせる手段と、 e)エコー信号の強さを決定し、前記エコー信号が所定
の限度を超えた場合に前記モジュールの赤外発光ダイオ
ード・アレイを切断することによって近接検出を行う手
段と を備える請求の範囲第8項ないし第10項に記載の、モジ
ュールと共に使用する無線データ通信用送受信機。
15. An amplifier for amplifying signals received by the photodiode array of the module; and b) means for detecting information carried in the signals received by the photodiode array of the module. C) driver means for driving the infrared light emitting diode array of the module; d) means for actively selecting and individually combining the signals received by each photodiode of the photodiode array of the module; e). Means for determining the strength of the echo signal and performing proximity detection by disconnecting the infrared light emitting diode array of the module if the echo signal exceeds a predetermined limit. Item 11. A transceiver for wireless data communication used with a module according to Item 10.
JP8-509142A 1994-09-03 Optical transmitter and transceiver module Expired - Lifetime JP3003947B2 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP1994/002940 WO1996008090A1 (en) 1994-09-03 1994-09-03 Optical transmitter and transceiver module for wireless data transmission

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH10500546A JPH10500546A (en) 1998-01-13
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