JP3889005B2 - 通信装置およびトランシーバ - Google Patents

Description

本発明の実施形態はトランシーバの分野に関する。具体的には、本発明の実施形態は単一レンズの下に多数の光源を有する通信装置に関する。

電子機器間でデータを共有する従来の方法の１つは、発光ダイオード（ＬＥＤ）と光検出装置を使用する方法である。たとえば、携帯端末、携帯電話、ラップトップ型コンピュータなどの装置は、各々がＬＥＤと光検出装置を伴うトランシーバを有していれば情報を交換することができる。

従来のトランシーバは内部に、受信器回路、送信器回路、信号プロセッサ回路を有する。トランシーバは外面の１つに、受信用の光検出装置とレンズ下の送信用ＬＥＤとを有する。図１は、従来技術における球面レンズ下のＬＥＤの光強度分布（プロファイル）をシミュレーションした結果を例示するグラフ１００である。グラフ１００はレンズの水平軸に沿って測定した光の水平角光強度分布カーブ（ＨＡカーブ）１０２と、レンズの垂直軸に沿って測定した光の垂直角光強度分布カーブ（ＶＡカーブ）１０４とを示す。ＨＡカーブ１０２とＶＡカーブ１０４は、レンズか任意の距離における−９０度から９０度の範囲の光強度分布を示す。ゼロ（０）度は、レンズからまっすぐ出てレンズの中心軸を貫通する線を指す。図１では、ＨＡカーブ１０２とＶＡカーブ１０４の両方が、中心軸（０度）でピークになっていることを示す。さらに、各カーブの半強度ポイントは中心軸から１５度以上の角度になる。したがって、この装置は、側面が中心軸から１５度の角度で延びる円錐形上で良好な強度を提供する。

しかし、単一のＬＥＤが搬送できる情報より多くの情報を送信するニーズがある。従来技術において２つの異なるＬＥＤをトランシーバの同じ外面上に配置する方法がある。このような従来技術の１つでは、追加のレンズをトランシーバ上に配置して追加のＬＥＤに対応させる。この解決法により、図１に描かれたような、良好な光強度分布が得られる。しかし、トランシーバを使用する装置はしばしば非常に小さいため、トランシーバ上の面積は非常に限定されており、第２のＬＥＤのために外面上に別のレンズを追加するという解決法は望ましくない。第２の従来技術の方法では、２つのＬＥＤを単一の球面レンズ下に装着する。しかしこれによって望ましくない光強度分布が生じる結果となる。図２Ａは、単一の球面レンズ２１５下にその垂直軸（軸は図示せず）に沿って装着された２つのＬＥＤ２１０ａと２１０ｂと、その結果得られる光強度分布２２０を示す。ＬＥＤ２１０ａ、２１０ｂの各々からの光は中心軸に対して非対称であり、中心軸２４０からかなり離れた角度でピークになる。たとえば、ＬＥＤ２１０ａでは、光強度は中心軸２４０から約＋１５度でピークになり、ＬＥＤ２１０ｂでは光強度は中心軸２４０から約−１５度でピークになる。

図２Ｂは、従来技術における図２ＡのＬＥＤ２１０ａの光強度を示すグラフ２５０である。ＶＡカーブ２５２の光強度は中心軸から１５度以上離れてピークになり、中心軸（ゼロ度）では相対的に低い。すなわち、強度はピーク強度の半分より小さい。さらに、ＬＥＤが中心軸を中心としていないため、水平カーブ２５４は中心軸で相対的に弱い光強度を示す。さらに、ＶＡカーブ２５２は中心軸から−５度以下では強度が非常に低く、ＨＡカーブ２５４は中心軸の両側で１０度以上離れると強度が非常に低いため、中心周辺の円錐形は望ましくない形である。

標準に適合して正常なデータ転送を行うためには、光強度は中心軸を中心とした円錐形内で規定されたレベルになければならない。必要な光強度は技術に依存する。ＬＥＤに供給する電流を増加し、全体的に光強度を増加させることは可能である。しかしこの方法ではかなり余分な電力が消費されてしまう。トランシーバが目的とする装置の多くはバッテリ作動式であり、電力消費は大きな問題である。

したがって、少なくとも２つのＬＥＤを有する従来のＬＥＤ通信装置に伴う１つの問題は、装置の表面上で占有する面積が広すぎるということである。このような装置のもう１つの問題は、レンズの中心軸付近での光強度分布が弱すぎ、データ送信がその影響を受けることである。このような装置のさらに別の問題は、光強度の不足という問題を解決するために、かなりの電力を消費してしまうことである。本発明の目的は、これらの問題を解決した通信装置やトランシーバの提供にある。

本発明は単一レンズ下に多数の光源を有する光通信装置に関する。本発明の１実施形態では、２つの光源を有する光通信装置を提供する。通信装置は光源に光学的に結合するレンズを有する。レンズは２つの光源からの光をレンズの第１の軸に導くように形成される。通信装置はさらに、レンズの近似中心下に配置された第３の光源を備える。

他の実施形態では、第１、第２、第３の光源を備える通信装置を提供する。レンズは第１、第２、第３の光源に光学的に結合する。レンズは、第１の軸に沿って非球面外形と、第１の軸に対して実質的に垂直な第２の軸に沿って実質的な球面外形とを有する。第１と第２の光源は第１の軸に実質的に沿って配置される。

本明細書に組み込まれ本明細書の一部を形成する付随する図面は本発明による実施形態を図示するものであり、この図面は説明と共に本発明の原理を説明するのに役立つ。

次の、本発明の実施形態の詳細な説明では、本発明の完全な理解を提供するために、単一レンズの下に多数の光源を有する通信装置に関して多くの具体的な詳細が説明されている。しかし、本発明はこれらの特定の詳細がなくても実施でき、代替の要素や方法を使用しても実行できる。他の例では、本発明の実施形態の態様を不必要にあいまいにすることを避けるために、よく知られた方法、手順、構成要素は記述されていない。

本発明による実施形態では、単一レンズ下に多数の光源を有する通信装置が提供される。レンズは、レンズの中心軸に沿った光強度分布が強化されるような形状である。多数の光源に対して単一のレンズを使用することによって、本発明による実施形態は従来の２つのレンズの解決法に比べて占有面積を節約できる。さらに、本発明による実施形態では、レンズの中心軸付近で光強度分布が強化されているため、良好なデータ送信が提供される。さらに、光源に供給する電力を増加させてレンズの中心軸を中心とした円錐形内の弱い光強度分布を補償する必要がないため、電力も節約できる。

本発明による実施形態は、第１の軸に沿って非球面外形を有し、第１の軸に対して実質的に垂直である第２の軸に沿って実質的な球面外形を有するレンズを提供する。このレンズの形状により、完全球面のレンズを使用した場合と比べて、光強度分布が改善される。たとえば、この実施形態では、完全球面のレンズを使用した場合と比べて、より多くの光がレンズの中心軸に向けられるという結果になる。この実施形態については、この実施形態の平面図と側面図である図３Ａから図３Ｃを参照して説明する。

図３Ａは、通信装置３００の平面図であり、レンズ３２５ａの非球面外形を示す。参考のために、水平軸（Ｈ）と垂直軸（Ｖ）を示す。次に説明する図４Ａから図４Ｃは、紙面からそれらの軸を上にずらして形成される平面内で、レンズ３２５ａから任意の距離における−９０度から９０度の範囲にわたる光強度分布を示す。垂直軸に沿って並んだ３つの光源３１０がある。１実施形態では、光源３１０は発光ダイオード（ＬＥＤ）を備える。しかし本発明は他の光源での動作にも適している。本発明の説明において、光源という用語は任意の電磁放射を意味し、可視光に限定しないことが意図されている。図３Ａの実施形態では、２つの外側ＬＥＤ３１０ａを共に使用して同じ信号を送信する。１実施形態では、２つの外側ＬＥＤ３１０ａは、実質的に同じ波長で放射するように動作可能である。本出願の目的のために、「実質的に同じ波長」とは次のように定義される。標準化機関によれば、波長は所与のタイプの信号に割り当てられる。たとえば、第１の波長はデータ信号に割り当てられ、第２の波長は遠隔制御信号に割り当てられる。２つの外側のＬＥＤ３１０ａから別々に送信される波長同士が充分近接しており、光検出装置などが別々のＬＥＤ３１０ａからの信号を単一の送信として正常に受信し復号化できる。

図３Ｂは、水平軸（水平軸は図３Ｂに向かい図３Ｂを突き抜けて伸びる）に沿って見た側面図を示す。３つのＬＥＤ３１０は垂直軸に沿って配置される。レンズ３２５ａはこの視点からは非球面外形を有する。図４Ａから図４Ｂから分かるように、非球面外形は、中央のＬＥＤ３１０ｂの光強度分布を実質的に損なうことなく、２つの外側ＬＥＤ３１０ａの光強度分布を改善する。参考のために、図３Ｂはゼロ（０）度軸を示し、これはレンズ３２５ａの中心軸とも呼ばれる。

図３Ｃは、垂直軸の方向から見た側面図を示す（垂直軸は図３Ｃに向かい図３Ｃを突き抜けて伸びる）。レンズ３２５ａは、この視点からは実質的に球面外形を有する。参考のために、図３Ｃは図３Ｂにも示されたゼロ度の軸を示す。

１実施形態では、２つの外側ＬＥＤ３１０ａは第１の波長で送信し、一致して動作するように設計される。たとえば、両方の外側ＬＥＤ３１０ａを使用して同じ信号を送信する。中央ＬＥＤ３１０ｂは第２の波長で送信し、他の２つのＬＥＤ３１０ａからは独立して動作する。たとえば、２つの外側ＬＥＤ３１０ａは９４０ｎｍで動作し、遠隔制御のために使用する。中央ＬＥＤ３１０ｂは８７５ｎｍで動作し、データ転送のために使用される。しかし、中央ＬＥＤ３１０ｂを遠隔制御に使用し、外側ＬＥＤ３１０ａをデータ転送のために使用してもよい。さらに、外側ＬＥＤ３１０ａまたは中央ＬＥＤ３１０ｂに関して異なる波長を使用してもよい。従来技術の図２Ａから図２Ｂに示された従来技術の解決法とは異なり、２つの外側ＬＥＤ３１０ａを使用して同じ信号を送信することによって、対称な光強度分布が生成される。

２つのＬＥＤ３１０ａからの組み合わされた光強度分布が中心軸に対して実質的に対称になるように、２つのＬＥＤ３１０ａを中心軸に対して配置する。図４Ａは、図３Ａから図３Ｃの２つの外側ＬＥＤ３１０ａに関する光強度グラフ４００を示す。第１のカーブ４０２は水平角（ＨＡ）に対する光強度を示し、第２のカーブ４０４は垂直角（ＶＡ）に対する光強度を示し、軸は図３Ａに画定された通りである。ＨＡカーブ４０２は、図３Ａの水平軸内で、レンズから任意の距離における光強度分布を−９０度から９０度の角度範囲にわたって示す。ＶＡカーブ４０４は、図３Ａの垂直軸内で、レンズから任意の距離における光強度分布を−９０度から９０度の角度範囲にわたって示す。ＨＡカーブ４０２は中心軸に対して対称であることが分かる。ＶＡカーブ４０４も中心軸に対して対称であるが、ＨＡカーブ４０２とは異なる形状を有することが分かる。したがって、互いに関して９０度の方向を向き各々が中心軸に対して対称な２つの別々の分布がある。本出願の目的のために、中心軸に対してほぼ対称ということは、互いに対して９０度の方向を向き各々が中心軸に対してほぼ対称である２つの分布があることを意味する。「ほぼ対称」という用語は、特定の数字値に限定することを意図するものではない。

図３Ａを再び参照すると、２つの外側ＬＥＤ３１０ａは中央ＬＥＤ３１０から実質的に等距離に配置される。「実質的に等距離」という用語は、光強度分布がトランシーバという目的に適合するように、正確な等距離から幾分離れていることを意味する。

本実施形態では、対称性はレンズ３２５ａの中心軸に対する対称性である。ＬＥＤ３１０が送信しているときに、トランシーバ３００がその方向に向くように設計されているため、このような対称性が選択される。しかし、本発明は中心軸に対して対称であるプロファイルに限定されない。対称性は任意の軸に対するものであってよい。従来技術の図２Ａから図２Ｂに示された非対称な光強度分布と比べて、本発明の対称なプロファイルは改良となる。

さらに図３Ｂを参照すると、レンズ３２５ａは２つのＬＥＤ３１０ａからの光を中心軸に向ける形状である。従来技術の図２Ａに示された完全に球面のレンズを使用した従来の解決法など、光を中心軸に向ける形状になっていないレンズと比べた場合、光強度を中心軸に向けることにより、中心軸を中心とした円錐形内の光強度が高まる。したがって、本発明によるこの実施形態は、改善されたデータ通信を提供し、ＬＥＤ３１０は従来の解決法より少ない電力で動作できる。第３のＬＥＤ３１０ｂはレンズ３２５ａのほぼ中心の下に位置し、２つの外側ＬＥＤ３１０ａとは異なる信号を送信するために使用される。しかし、第３のＬＥＤ３１０ｂをレンズ３２５ａのほぼ中央の下に配置することは必ずしも必要ではない。

従来の技術と比べて光強度分布が改善されたことを示すために、図４Ａに光強度分布のシミュレーション結果を示す。ＨＡカーブ４０２は、中心軸の２０度内の光強度が少なくともピーク信号の半分であることを示す。さらに、従来の一部の解決法とは異なり、ＨＡカーブ４０２は中心軸に対して対称である。対称な光強度は、一部の従来の技術に伴う非対称な光強度より効率がよい。したがって、本発明による実施形態は、中央の円錐付近の望ましくない低い強度を解決するためにＬＥＤへ供給する電流を増加させる必要性を除去する。ＨＡカーブ４０２はレンズの中心軸を中心とする単一のピークを有し（たとえばゼロ度の角度に沿っている）、中心軸のどちらの側でも中心軸から３０度の間で相対的に低い強度を有する。したがって、光強度は中心軸付近で集中し、望ましい。

図４ＡのＶＡカーブ４０４は、中心軸から−５０度から５０度の角度の範囲内では光の最大強度の５０パーセント以下になることはない。ＶＡカーブ４０４はまた、中心軸に対して対称になっており望ましい。したがって、光検出装置が最適に並んでいる場合、送信側装置の中心軸が垂直軸に沿って配置された受信側装置の光検出装置の５０度内を向いていれば、受信側装置は最大信号の５０パーセント以上の信号を受信する。ＶＡカーブ４０４とＨＡカーブ４０２から、中心軸を中心とした円錐形は非常に望ましい光強度を有することが明らかであろう。ＶＡカーブ４０４は３つのピークを有し、これは、レンズの形状と光源の位置の結果生じたものである。ＶＡカーブ４０４の１つのピークはレンズの中心軸を中心にしており（たとえばゼロ度の角度に沿っている）、他の２つのピークは中心軸からどちらの側でも約４０度から５０度の位置でピークとなっている。

図４Ａの光強度カーブの形状は、図３Ａから図３Ｃのレンズ３２５ａの形状と光源３１０の位置を確認することによって理解できる。図４ＡのＨＡカーブ４０２は単一のピークを示す。図３Ｃはレンズ３２５ａが水平軸に沿って実質的に球面の形状を有することを示す。本出願の目的のために、「実質的に球面」とは次のように定義される。１実施形態では、この形状は単一の焦点を有し、この結果単一のピークを有する。しかし図３Ｂに見られるように、垂直方向ではレンズ３２５ａは非球面である。非球面のレンズ３２５ａは２つの焦点を有する。各ＬＥＤ３１０ａからの光によって２つのピークが生じる。しかし、各ＬＥＤ３１０ａからの１つのピークは組み合わさって図４ＡのＶＡカーブ４０４の中央ピークを形成する。したがって、同時に放射する２つのＬＥＤ３１０ａから３つのピークを伴うＶＡカーブ４０４が生じる。しかし、本発明は、第１の軸の非球面外形を、第１の軸に垂直な第２の軸の球面外形に組み合わせることに限定されない。さらに、レンズは水平軸でも垂直軸でも、任意の数の焦点を有していてもよい。したがって、ＶＡカーブ４０４とＨＡカーブ４０２には任意の数のピークがあってもよい。

図４Ｂは、図３Ａから図３Ｃの中央ＬＥＤ３１０ｂに関する光強度グラフ４５０を示す。第１のカーブ４５２は水平角の光強度を示し、第２のカーブ４５４は垂直角の光強度を示し、軸は図３Ａで画定された通りである。どちらのカーブも望ましい結果を示す。すなわち、光強度分布は中心軸に対して対称であり、光強度は両方のカーブ４５２、４５４に関して中心軸付近で相対的に高い。したがって、光強度は中心軸を中心とする円錐の中では望ましい強度になることが明らかである。ＨＡカーブ４５２を参照すると、単一のピークはレンズの中心軸を中心にしており（たとえばゼロ度の角度に沿っている）、中心軸のどちらの側でも３０度の位置では相対的に低い。したがって、光強度は中心軸近辺に望ましく集中しており、追加の電流を補償としてＬＥＤに送達する必要がないため、電力が節約できる。さらに、高強度部分が中心軸近傍に寄りすぎることはない。たとえば、中心軸のどちらの側でも中心軸から２５度における強度は、中心軸でのピーク強度の約半分である。

さらに図４Ｂを参照すると、図４ＡのＶＡカーブ４０４とは異なり、垂直な光強度カーブ４５４は２つのピークを有する。この場合中央ピークはないが、中心軸の４０度以内での光強度は常に、最大強度の少なくとも５０パーセントである。さらに、中心軸のどちらの側でも中心軸から約２０度の位置では２つのピークがある。したがって、垂直軸に沿って中心軸の４０度以内における光強度は常に最大強度の５０パーセントより大きい。

図４Ｂの光強度カーブの形状は、図３Ａから図３Ｃのレンズ３２５ａの形状と光源の位置を参照すると理解できる。図４ＢのＨＡカーブ４５２は単一のピークを示す。図３Ｃはレンズ３２５ａが水平方向に球面の形状を有していることを示す。この実施形態では球面の形状は単一の焦点を有し、この結果、ピークは１つとなる。しかし図３Ｂに見られるように、垂直方向ではレンズ３２５ａは非球面である。この実施形態の非球面のレンズ３２５ａは２つの焦点を有する。単一のＬＥＤ３１０ｂがレンズ３２５ａの中心の下の位置から放射すると、結果としてＶＡカーブ４５４に２つのピークが生じる。レンズ３５２ａの形状により２つのピークは中心軸から離れているとはいえ、中心軸に沿った強度は非常に高い。

図５Ａから図５Ｃは、レンズ３２５ｂが、３つの実質的な球面形状の部分３５０ａ、３５０ｂ、３５０ｃから形成される実施形態を示す。図５Ａは平面図を示し、３つの球面の部分３５０ａ、３５０ｂ、３５０ｃから、全体的には非球面であるが図３Ａとは異なる形状ができること示す。この実施形態では、球面部分３５０ａ、３５０ｂ、３５０ｃを形成する３つの球面は同じ半径を有し、中心が異なる位置にある。しかし、本発明は各々が同じ半径を有する球面に限定されない。本出願の目的のために、「実質的な球面形状の部分」という用語は、正確な球面形状に限定することを意図するものではない。

参考のために、水平軸（Ｈ）と垂直軸（Ｖ）を示す。図３Ａから図３Ｃの実施形態に関しては、この実施形態は、垂直方向の軸に沿って並んだ３つのＬＥＤ３１０を有する。２つの外側ＬＥＤ３１０ａは実質的に同じ波長で放射するように動作可能である。レンズ３２５ｂは２つのＬＥＤ３１０ａからの光を中心軸に向ける形状である。第３のＬＥＤ３１０ｂはレンズ３２５ｂのほぼ中心の下に位置する。しかし必ずしも第３のＬＥＤ３１０ｂをレンズ３２５ｂのほぼ中心の下に配置する必要はない。さらに、２つの外側ＬＥＤ３１０ａは垂直方向では軸に沿って配置しなくてもよい。より一般的には、本発明による実施形態では、光強度分布が中心軸に向かうか、および／または、光強度分布が、水平軸または垂直軸のうち少なくとも１つの中心軸に対して対称であるように、適切な形状を有するレンズの下で複数の光源は任意の構成である。

図５Ｂは、水平軸の方向から見た側面図を示す。３つのＬＥＤ３１０は垂直軸に沿って配置される。３つの球面部分３５０ａ、３５０ｂ、３５０ｃは、この視点からははっきり認められる。この視点からのレンズ３２５ｂの全体形状は非球面である。図６Ａから図６Ｂのためにゼロ（０）度の軸が示されている。

図５Ｃは、垂直軸方向から見た側面図を示す。中央の球面部分３５０ｂは、外側球面部分３５０ａの一方の上部、背後に見える。この視点からは、外側球面部分３５０ａが中心的であり他の球面部分３５０ｂと３５０ｃは隠されているため、レンズ３２５ｂの全体の形状は実質的に球面である。図６Ａから図６Ｂのために、ゼロ度の軸が示されている。

図３Ａから図３Ｃの実施形態では、２つの外側ＬＥＤ３１０ａは第１の波長で送信し、一致して動作するように設計されている。たとえば、両方の外側のＬＥＤ３１０ａを使用して同じ信号を送信する。中央ＬＥＤ３１０ｂは第２の波長で送信し、他の２つのＬＥＤ３１０ａからは独立して動作する。たとえば、２つの外側ＬＥＤ３１０ａは８７５ｎｍで動作しデータ転送に使用され、中央ＬＥＤ３１０ｂは９４０ｎｍで動作し遠隔制御に使用される。ＬＥＤ３１０の役割は図３Ａから図３Ｃの実施形態から切り替わっており、ＬＥＤ３１０の使用、波長、構成が特定の実施例に限定されないことを示す。さらに、異なるＬＥＤ同士は同じ電力または強度レベルでの動作に制限されない。

この実施形態に関して従来の技術に比べて光強度分布が改善されたことを示すために、光強度分布のシミュレーション結果を示す。図６Ａは、図５Ａから図５Ｃの２つの外側ＬＥＤ３１０ａに関する光強度グラフ６００を示す。第１のカーブ６０２は水平角での光強度を示し、第２のカーブ６０４は垂直角の光強度を示し、軸は図５Ａで画定された通りである。どちらのカーブ６０２と６０４も望ましい結果を示す。すなわち、ＨＡカーブ６０２は光強度が中心軸付近に望ましく集中していることを示す。この結果、追加の電流を補償としてＬＥＤに送達する必要がないため、電力を節約できる。たとえば、ＨＡカーブ６０２はレンズの中心軸を中心とする（たとえばゼロ度に沿っている）リップルを伴うピークを有し、どちらの側でも中心から４０度の位置で相対的に低い。さらに、中心軸に向けられた強度の強い部分は狭すぎることはない。

ＨＡカーブ６０２に関してと同様に、図６ＡのＶＡカーブ６０４は中心軸に対して対称である。さらに、中心軸から５０度内では光強度は常に最大強度の少なくとも５０パーセントである。したがって、ＶＡカーブ６０４とＨＡカーブ６０２を検討すると、中心軸を中心とした円錐形は望ましい光強度分布を有することが明らかである。図６ＡのＶＡカーブ６０４は５つのピークを有する。１つのピークはレンズの中心軸を中心としており（たとえばゼロ度の角度に沿っている）、４つはどちらの側でも中心軸から２７度と５０度の付近でピークとなっている。

図６Ａの光強度カーブ６０２、６０４の形状は、図５Ａから図５Ｃのレンズ３２５ｂの形状と光源の位置を確認することによって理解できる。この実施形態では、３つの球面部分３５０ａ、３５０ｂ、３５０ｃがあり、各々は単一の焦点を有する。図５Ａの垂直軸（Ｖ）はこれらの３つの球面部分３５０ａ、３５０ｂ、３５０ｃ全部を通過することに注意されたい。示された構成では、垂直角光強度カーブ（ＶＡカーブ）６０４の５つのピークは、３つの球面部分３５０ａ、３５０ｂ、３５０ｃを介して放射する２つのＬＥＤ３１０ａの結果生じることが理解されよう。各ＬＥＤ３１０ａは単独で３つのピークを生じるが、これらのうち２つが組み合わさってＶＡカーブ６０４の中央のピークを形成する。したがって、中心軸付近の光強度が強化される。図６ＡのＨＡカーブ６０２は、リップルを伴う単一のピークを示す。水平軸（Ｈ）は中央の球面部分３５０ｂを貫いていることに注意されたい。２つの外側ＬＥＤ３１０ａの各々からの光は、３つの球面部分３５０ａ、３５０ｂ、３５０ｃを介して通過しているが、中央球面部分３５０ｂがＨＡカーブ６０２の形状を生成するのに最も重要である。しかし、外側球面部分３５０ａと３５０ｃから生じるＨＡカーブ６０４のリップルは、信号の質を低下させるものではない。

図６Ｂは、図５Ａから図５Ｃの中央ＬＥＤ３１０ｂに関する光強度グラフ６５０を示す。第１のカーブ６５２は水平角光強度を示し、第２のカーブ６５４は垂直角光強度を示し、軸は図５Ａで画定された通りである。どちらのカーブも望ましい結果を示す。すなわち、ＨＡカーブ６５２はレンズの中心軸を中心とした単一ピークを有し（たとえばゼロ度の角度に沿っている）、中心のどちらの側でも３０度の位置では相対的に低い。したがって、光強度は中心軸付近に望ましく集中しており、追加の電流を補償としてＬＥＤに送達する必要がないので電力も節約できる。さらに、中心軸近傍の高強部分は狭すぎることはない。たとえば、中心軸の両側の２０度における強度は中央のピークに対してかなり大きい。また、従来の解決法とは異なり、光強度は対称である。

２つのピークを示す図４ＢのＶＡカーブ４５４とは対称に、ＶＡカーブ６５４は３つのピークを有する。本実施形態では、中央のピークがあり中心軸上の光強度が実質的である。さらに、中心軸のどちらの側でも２つのピークは中心軸から約２５度にある。したがって、光強度は中心軸を中心とする有効な円錐形内でかなりのものである。たとえば垂直角強度は、中心軸から３０度内では常に最大強度の少なくとも５０パーセントである。ＨＡカーブ６５２と同様に、ＶＡカーブ６５４の光強度の分布は中心軸を中心として対称である。

図６Ｂの光強度カーブの形状は、図５Ａから図５Ｃのレンズ３２５ｂの形状と光源の位置を確認すると理解できる。図５Ａから図５Ｃに示された実施形態は、３つの球面部分３５０ａ、３５０ｂ、３５０ｃを有し、各々は単一の焦点を有する。この実施形態では、球面部分３５０ａ、３５０ｂ、３５０ｃを形成する球面の中心は垂直軸の異なるポイントに位置する。したがって、中央に配置された１つのＬＥＤ３１０ｂから、垂直軸に３つのピークと水平軸に単一のピークが生じる。しかし、本発明は、異なる数の球面部分を使用した形態にも適しており、この場合、垂直光強度のピークの数も異なる。

本発明は、中心軸付近の光強度が強化された望ましい光強度分布を生じさせるために非球面レンズプロファイルまたは３つの球面部分を使用することに限定されない。本発明の実施形態は他のレンズ形状にも適切である。さらに、中心軸付近の光強度が強化された望ましい光強度分布を作成するために、実施形態によってはレンズの厚さを変える。たとえば、レンズの形状を非球面にしたり多数の球面部分を使用したりする代わりに、レンズの厚さを変えてＬＥＤからの光を中心軸に向けてもよい。

本発明を特定の実施形態で説明したが、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、付随する請求項にしたがって解釈すべきものであることを理解されたい。以下に本発明の実施の参考となる本発明の実施態様のいくつかを例示する。

（実施態様１）：２つの光源と、前記２つの光源と光学的に結合するレンズとを備え、前記レンズは、前記２つの光源からの光を前記レンズの第１の軸に向ける形状である通信装置。

（実施態様２）：前記レンズのほぼ中心の下に配置される第３の光源をさらに備える実施態様１に記載の通信装置。

（実施態様３）：前記２つの光源は、前記第３の光源から実質的に等距離に配置されることを特徴とする実施態様２に記載の通信装置。

（実施態様４）：前記２つの光源は、実質的に同じ波長で放射するように動作可能であることを特徴とする実施態様３に記載の通信装置。

（実施態様５）：前記第３の光源は前記２つの光源とは異なる波長で放射するように動作可能であることを特徴とする実施態様４に記載の通信装置。

（実施態様６）：前記２つの光源は発光ダイオードであることを特徴とする実施態様１に記載の通信装置。

（実施態様７）：前記レンズは複数の実質的に球面の部分を備えることを特徴とする実施態様１に記載の通信装置。

（実施態様８）：前記レンズは３つの実質的に球面の部分を備えることを特徴とする実施態様１に記載の通信装置。

（実施態様９）：前記レンズは前記レンズの第２の軸に沿って非球面外形と、前記第２の軸に対して垂直な前記レンズの第３の軸に沿って実質的に球面外形を有することを特徴とする実施態様１に記載の通信装置。

（実施態様１０）：前記２つの光源は第２の軸に沿った方向を向いていることを特徴とする実施態様９に記載の通信装置。

（実施態様１１）：前記レンズは複数の実質的球面部分を備えることを特徴とする実施態様９に記載の通信装置。

（実施態様１２）：前記２つの光源からの光を前記第１の軸に向けるように、前記レンズの厚さは前記レンズの表面全体で変わることを特徴とする実施態様１に記載の通信装置。

（実施態様１３）：第１と第２の光源と、第３の光源と、前記第１、第２、第３の光源に光学的に結合するレンズであって、前記第１の軸に沿った非球面外形と、前記第１の軸に実質的に垂直な第２の軸に沿った実質的球面外形とを有するレンズとを備え、前記第１と第２の光源は前記第１の軸に実質的に沿って配置される通信装置。

（実施態様１４）：前記第３の光源は前記レンズのほぼ中心の下に配置されることを特徴とする実施態様１３に記載の通信装置。

（実施態様１５）：前記第１と第２の光源は共に、第１の波長で同じ信号を送信するように放射することを特徴とする実施態様１３に記載の通信装置。

（実施態様１６）：前記第３の光源は第２の波長で放射することを特徴とする実施態様１５に記載の通信装置。

（実施態様１７）：前記第１と第２の光源は発光ダイオードであることを特徴とする実施態様１３に記載の通信装置。

（実施態様１８）：前記第３の光源は発光ダイオードであることを特徴とする実施態様１７に記載の通信装置。

（実施態様１９）：前記レンズは複数の実質的に球面の部分を備えることを特徴とする実施態様１３に記載の通信装置。

（実施態様２０）：前記レンズは３つの実質的に球面の部分を備えることを特徴とする実施態様１３に記載の通信装置。

（実施態様２１）：前記第１と第２の光源は前記第３の光源から実質的に等距離に配置されることを特徴とする実施態様１３に記載の通信装置。

（実施態様２２）：前記第１と第２の光源は遠隔制御信号源として動作可能であることを特徴とする実施態様１３に記載の通信装置。

（実施態様２３）：前記第３の光源はデータ信号源として動作可能であることを特徴とする実施態様１３に記載の通信装置。

（実施態様２４）：２つの光源と、前記２つの光源に光学的に結合し中心軸を有するレンズとを備え、前記２つの光源からの組み合わされた光強度分布が前記中心軸に関して対称になるように、前記２つの光源が前記中心軸に対して配置されるトランシーバ。

（実施態様２５）：前記レンズは前記中心軸付近で前記光強度を強化するような形状であることを特徴とする実施態様２４に記載のトランシーバ。

（実施態様２６）：前記トランシーバはほぼ前記中心軸上に配置される第３の光源をさらに備えることを特徴とする実施態様２４に記載のトランシーバ。

（実施態様２７）：前記２つの光源は実質的に同じ波長で送信するように動作可能であることを特徴とする実施態様２４に記載のトランシーバ。

（実施態様２８）：前記第３の光源は前記２つの光源とは異なる波長で放射するように動作可能であることを特徴とする実施態様２７に記載のトランシーバ。

（実施態様２９）：前記２つの光源は第１と第２の発光ダイオードであることを特徴とする実施態様２４に記載のトランシーバ。

（実施態様３０）：前記第３の光源は第３の発光ダイオードであることを特徴とする実施態様２９に記載のトランシーバ。

（実施態様３１）：前記レンズは複数の実質的に球面の部分を備えることを特徴とする実施態様２４に記載のトランシーバ。

（実施態様３２）：前記レンズは３つの実質的に球面の部分を備えることを特徴とする実施態様２４に記載のトランシーバ。

（実施態様３３）：前記レンズは前記レンズの第１の軸に沿った非球面外形と、前記第１の軸に対して垂直な前記レンズの第２の軸に沿った実質的に球面外形とを備えることを特徴とする実施態様２４に記載のトランシーバ。

（実施態様３４）：前記２つの光源は前記第１の軸に沿った方向を向いていることを特徴とする実施態様３３に記載のトランシーバ。

（実施態様３５）：前記レンズは複数の実質的に球面の部分を備えることを特徴とする実施態様３３に記載のトランシーバ。

（実施態様３６）：前記レンズは前記第１の軸に沿って３つの焦点を有することを特徴とする実施態様３５に記載のトランシーバ。

（実施態様３７）：前記レンズは前記第１の軸に沿って２つの焦点を有することを特徴とする実施態様３３に記載のトランシーバ。

（実施態様３８）：前記２つの光源からの光を前記中心軸に向けるように、前記レンズの厚さは前記レンズの表面全体で変わることを特徴とする実施態様２４に記載のトランシーバ。

従来技術の図１は、球面レンズによって覆われた従来のＬＥＤの光強度分布を示す図である。 従来技術の図２Ａは、単一の球面レンズの下で第２のＬＥＤを追加するための従来の技術を示す図である。 従来技術の図２Ｂは、従来技術の図２Ａの従来の技術に関する光強度分布のシミュレーション結果を示す図である。 本発明の１実施形態による、単一レンズ下に多数の光源を有する通信装置の平面図である。 図３Ａの通信装置の水平軸に沿った側面図である。 図３Ａの通信装置の垂直軸に沿った側面図である。 図３Ａの通信装置における２つの外側光源に関する光強度分布のシミュレーション結果を示すグラフである。 図３Ａの通信装置における中心光源に関する光強度分布のシミュレーション結果を示すグラフである。 本発明の１実施形態による、単一レンズ下に多数の光源を有する通信装置の平面図である。 図５Ａの通信装置の水平軸に沿った側面図である。 図５Ａの通信装置の垂直軸に沿った側面図である。 図５Ａの通信装置の２つの外側光源に関する光強度分布のシミュレーション結果を示すグラフである。 図５Ａの通信装置の中心光源に関する光強度分布のシミュレーション結果を示すグラフである。

符号の説明

３００ 通信装置
３１０ 光源
３１０ａ ＬＥＤ
３１０ｂ ＬＥＤ
３２５ａ レンズ
３２５ｂ レンズ
３５０ａ 球面部分
３５０ｂ 球面部分
３５０ｃ 球面部分

Claims (31)

1. ２つの光源と、
   第３の光源と、
   前記２つの光源と光学的に結合するレンズとを備え、
   前記レンズは、前記２つの光源からの光を前記レンズの有する中心軸である第１の軸に向ける形状であり、前記２つの光源からの組み合わされた光強度分布が前記第１の軸に関して対称になるように、前記２つの光源が前記第１の軸に対して配置され、かつ前記第３の光源は、ほぼ前記第１の軸上に配置され、前記２つの光源とは異なる波長で放射するように動作可能であることを特徴とする通信装置。
2. 前記２つの光源は、前記第３の光源から実質的に等距離に配置されることを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
3. 前記２つの光源は、実質的に同じ波長で放射するように動作可能であることを特徴とする請求項２に記載の通信装置。
4. 前記２つの光源は発光ダイオードであることを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
5. 前記レンズは複数の実質的に球面の部分を備えることを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
6. 前記レンズは３つの実質的に球面の部分を備えることを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
7. 前記レンズは前記レンズの第２の軸の方向から見て非球面外形と、前記第２の軸に対して垂直な前記レンズの第３の軸の方向から見て実質的に球面外形とを有し、前記第１の軸は前記第２の軸と前記第３の軸の双方と実質的に直交することを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
8. 前記２つの光源は前記第３の軸に沿って配置されていることを特徴とする請求項７に記載の通信装置。
9. 前記レンズは複数の実質的球面部分を備えることを特徴とする請求項７に記載の通信装置。
10. 前記２つの光源からの光を前記第１の軸に向けるように、前記レンズの厚さは前記レンズの表面全体で変わることを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
11. 第１と第２の光源と、第３の光源と、前記第１、第２、第３の光源に光学的に結合するとともに第１の軸を中心軸として有するレンズであって、該レンズの第２の軸の方向から見て非球面外形と、該第２の軸に対して実質的に垂直な該レンズの第３の軸の方向から見て実質的球面外形とを有する該レンズとを備え、
    前記第１の軸は前記第２の軸と前記第３の軸の双方と実質的に直交し、
    前記第１と第２の光源は前記第３の軸に実質的に沿って配置され、共に、第１の波長で同じ信号を送信するようにかつ前記第１と第２の光源からの組み合わされた光強度分布が前記第１の軸に関して対称になるように放射し、
    前記第３の光源はほぼ前記第１の軸上に位置して第２の波長で放射することを特徴とする通信装置。
12. 前記第１と第２の光源は発光ダイオードであることを特徴とする請求項１１に記載の通信装置。
13. 前記第３の光源は発光ダイオードであることを特徴とする請求項１２に記載の通信装置。
14. 前記レンズは複数の実質的に球面の部分を備えることを特徴とする請求項１１に記載の通信装置。
15. 前記レンズは３つの実質的に球面の部分を備えることを特徴とする請求項１１に記載の通信装置。
16. 前記第１と第２の光源は前記第３の光源から実質的に等距離に配置されることを特徴とする請求項１１に記載の通信装置。
17. 前記第１と第２の光源は遠隔制御信号源として動作可能であることを特徴とする請求項１１に記載の通信装置。
18. 前記第３の光源はデータ信号源として動作可能であることを特徴とする請求項１１に記載の通信装置。
19. ２つの光源と、前記２つの光源に光学的に結合し、第１の軸として中心軸を有するレンズと、ほぼ前記中心軸上に位置する第３の光源とを備え、前記２つの光源からの組み合わされた光強度分布が前記中心軸に関して対称になるように、前記２つの光源が前記中心軸に対して配置され、前記第３の光源は前記２つの光源とは異なる波長で放射するように動作可能であることを特徴とするトランシーバ。
20. 前記レンズは前記中心軸付近で前記光強度を強化するような形状であることを特徴とする請求項１９に記載のトランシーバ。
21. 前記２つの光源は実質的に同じ波長で送信するように動作可能であることを特徴とする請求項１９に記載のトランシーバ。
22. 前記２つの光源は第１と第２の発光ダイオードであることを特徴とする請求項１９に記載のトランシーバ。
23. 前記第３の光源は第３の発光ダイオードであることを特徴とする請求項２２に記載のトランシーバ。
24. 前記レンズは複数の実質的に球面の部分を備えることを特徴とする請求項１９に記載のトランシーバ。
25. 前記レンズは３つの実質的に球面の部分を備えることを特徴とする請求項１９に記載のトランシーバ。
26. 前記レンズは前記レンズの第２の軸の方向から見て非球面外形と、前記第２の軸に対して垂直な前記レンズの第３の軸の方向から見て実質的に球面外形とを備え、前記中心軸は前記第２の軸と前記第３の軸の双方と実質的に直交することを特徴とする請求項１９に記載のトランシーバ。
27. 前記２つの光源は前記第３の軸に沿って配置されていることを特徴とする請求項２６に記載のトランシーバ。
28. 前記レンズは複数の実質的に球面の部分を備えることを特徴とする請求項２６に記載のトランシーバ。
29. 前記レンズは前記第３の軸に沿って３つの焦点を有することを特徴とする請求項２８に記載のトランシーバ。
30. 前記レンズは前記第３の軸に沿って２つの焦点を有することを特徴とする請求項２６に記載のトランシーバ。
31. 前記２つの光源からの光を前記中心軸に向けるように、前記レンズの厚さは前記レンズの表面全体で変わることを特徴とする請求項１９に記載のトランシーバ。

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