JP4829228B2 - 無線周波アンテナを組み込んだ照明機器 - Google Patents

Description

本発明は、無線周波（Radio Frequency）送信機及び受信機が設けられた照明機器（lighting fixture）又は照明器具（luminaire）に関する。

益々、ＲＦシグナリングは、特にストリートランプのような屋外の照明機器といった、照明器具のテレマネージメント（telemanagement）で使用されている。テレマネージメント制御信号を効率的に送信及び受信するため、それぞれの照明機器には、アンテナが設けられていなければならない。それぞれのアンテナの性能は、接地された金属部分により過度に混乱又は妥協される必要がない。多くのかかる照明機器では、これは幾つかの可能性のある理由について問題を表す。

多くの道路の照明機器では、メタルギアトレイがライトエンクロージャに配置される。これらギアトレイは、ランプドライバ、ランプスタータ、フューズ等のような電気的な駆動コンポーネントが搭載される設置されたメタルベースプレートを提供する。これらコンポーネント及びギアトレイは、従来はランプハウジングに搭載され、効果的に重要なＲＦシールドエレメントとなっている。

多くの道路の照明機器は、通常は設置された、主に金属からなるハウジングを有し、したがって、ファラデーケージとして作用することでＲＦ信号の大幅なシールドを提供する。これは、アンテナが慣習的にメタルハウジングの外に搭載されることを意味する。ハウジングの外にアンテナを設けることは、望まれない場合がある幾つかの設計上の妥協となる。

第一に、アンテナは、ハウジングを通して適切なコンジットによりハウジングに対して内部にあるコンポーネントに接続される必要がある。これは、ハウジング（又は他のホールフォーメーションプロセス）に穴を開けることを必要とし、これは、ハウジングにおける亀裂又はハウジングに対する損傷、若しくはウェザーシールにおける弱点となる場合がある。このエンクロージャの破れ目は、ハウジングへの危険な水分の侵入、及び腐食等による内部コンポーネントへの結果的な損傷を明らかに包含する。ハウジングの中にはライトセンサが動作する上面における「ウィンドウ」又は他の開口を既に設けているものがあるが、類似の理由及び／又は美的な理由のために可能な場合には、かかる開口を設けることは回避されることが好ましい。

第二に、ハウジングの外側にアンテナを設けることは、風の強いロケーションにおける更なる障害となる可能性があると同様に、照明機器の視覚的な訴えに悪影響を及ぼす場合がある。

第三に、アンテナが照明機器の製造又は設置後に照明機器のハウジングの外部に追加された場合、これは、高い設置費用及び複雑度と同様に、アンテナの不適切な設置及び／又はアラインメントの危険を招き、乏しいＲＦ受信及び／又は送信となる。

従来技術において、ＵＳ４，５８６，１１５号は、蛍光照明装置を記載しており、爆発性の環境での使用のためにシールドされた蛍光装置に無線で電力を伝送するためにＲＦアンテナが使用される。ＪＰ０９−２９４１０７号は、ストリートライトにより照明されたエリアと実質的に一致するエリアに高度にローカライズされた無線サービスを伝送するために（たとえば、ロードトラフィック情報を通過する自動車に提供するために）位置されるＲＦアンテナを組み込んだストリート照明装置を記載している。ＥＰ１２６３１５０号は、ライトバルブと従来のドメスティックライトソケットとの間に位置される、ライトバルブ又はアダプタに組み込まれた無線通信用のローカルラジオビーコンを記載している。ランプフィラメントは、ＲＦアンテナとして使用される。ＷＯ０３／０７５３９８号は、たとえば移動電話といったパーソナル無線送信機に組み込むためのＲＦアンテナの設計を記載している。

本発明は、上記問題点の少なくとも幾つか又は全部を克服する照明機器又は照明器具を提供することにある。

１態様によれば、本発明は、ランプ及び電気的な制御システムのコンファインメント（confinement）のための外部ハウジングを含む照明機器を提供し、外部ハウジングは、非導電性の金属から形成される第一の部分を含み、第一の部分は、これと一体となって形成される無線周波アンテナを有する。

本発明の実施の形態は、例示により、添付図面を参照して記載される。
本明細書を通して、「上部“upper”」、「下部“lower”」、「水平“horizontal”」、「垂直“vertical”」、「左“left”」、「右“right”」、「上へ“up”」、「下へ“down”」、「前“front”」、「後“back”」のような相対的な方向及び位置に関する記述子は、その形容詞及び副詞と同様に、図面で提供されるような例示的な照明機器の方向の観点で使用される。しかし、かかる記述子は、記載された発明又は特許請求された発明の意図された使用に限定することが意図されていない。

図１及び図２を参照して、ストリートライティング用に使用される場合があるような照明機器１０は、ランプ２１のような照明システム２０のコンファインメントのためのエンクロージャを形成するハウジング１１、リフレクタ２２又はフォーカシングエレメント、及び電気制御システムを有する。電気制御システムは、ランプドライバ回路２３、ランプスタータ、電気安定器、フューズ及びランプスイッチング制御システム２４のような従来の電源装置を含む。

また、電気制御システムは、１以上のアンテナ２６，２７に結合される無線周波インタフェース２５、及びシグナルプロセッサ２８を含む。システムのそれぞれの部分は、コモンサプライ２９からの電源電力が供給される。

ハウジング１１は、金属又はでこぼこのプラスティック材料のような、適切な対候性及び耐熱性材料から製造される上部のエンクロージャ部分１２を有する。上部のエンクロージャ部分１２が金属から製造される場合、通常の電気設備のプラクティスに従って接地されることが好ましい。上部のエンクロージャ部分１２は、実施されるような、光害及び効率規則に従ってそこから漏れる光を阻止するために不透明であることが好ましい。上部のエンクロージャ部分１２は、リフレクタ２２及びランプ２１を受けるソケットと同様に、たとえば電気制御システムエレメント２３，２４，２５及び２８といった照明システム２０の主要なコンポーネントを保持するためのマウンティングアセンブリ（図示せず）を含むことが好ましい。

また、ハウジングは、照明機器の光出力が向けられるように透明又は半透明である下部のエンクロージャ部分１４を含む。好ましくは、光出力は、ストリートレベルに下方向に向けられる。何れか半透明な対候性の材料を使用することができ、何れか適切な製造方法を使用することができるが、好ましくは、下部のエンクロージャ部分１４は、射出成型プロセスを使用して透明なポリカーボネート材料から製造される。

下部のエンクロージャ部分１４と一体として形成されるのは、無線周波アンテナ２６であり、好ましくは、下部のエンクロージャ部分１４の表面に配置されるか、下部のエンクロージャ部分１４の壁に埋め込まれた導電性のパターン又はワイヤの形式である。

アンテナ２６は、ＲＦドライバ回路の適切な動作周波数に対応するために、適切な長さからなる複数の導電性エレメント２８を含むことが好ましい。アンテナのエレメント２８は、最大の伝送効率のため、必要であれば最適な指向性のため、動作波長の適切な分数（fraction）の間隔（たとえばλ／４）で配置される。アンテナ２６が２以上の方向で放射フェースを提供するように、アンテナ２６のエレメント２８は、下部のエンクロージャ部分１４の周りに延びる。代替的に、２つのアンテナ２６，２７が提供される場合があり、一方のアンテナが下部のエンクロージャ部分１４のそれぞれのフェースにある。

別のコンフィギュレーションのアンテナ２６ａは、図３に示されており、特に、以下に説明されるようにサイドエミッティング（side-emitting）アプリケーションに適している。

アンテナ２６は、従来の堆積及びリソグラフィープロセス、スクリーン又はインクジェットプリンティング、若しくは誘電材料に導電性エレメントをボンディング又は接着するための他のプロセスを使用してエンクロージャの表面に堆積される。アンテナは、内部表面が好ましいが、ハウジングの内部又は外部表面に堆積される。導電性エレメントを（ハウジング１１のような）誘電材料の表面に適用する一般的な方法は、当業者に知られている。

アンテナ２６は、押し出しプロセスの間にハウジング材料に組み込まれるか、たとえば階層化プロセスにおいてハウジングを構築することによる。（たとえばラミネートといった）誘電性材料の本体に導電性エレメント２８を形成する一般的な方法は、当業者にとって知られている。

発明者は、従来の照明機器では、下部のエンクロージャ部分１４又は「ドーム」は、半透明なプラスティック又は他の誘電性材料から本質的に形成されており、したがってＲＦアンテナ２６を形成するために適切な基板を形成することに注目する。さらに、かかる「ドーム」は、ランプ２１を通して又はランプ２１に隣接する水平面に沿った少なくとも２つの反対の方向において、ドームがランプ２１に見通し線を与えるように、上部のエンクロージャ部分１２の下部の縁部１５の下方に延びる。

したがって、下部のエンクロージャ部分１４のサイドウォールの表面に形成されるか、サイドウォール内に形成されるアンテナ２６，２７は、多数の水平方向において、放射アンテナフェースを効果的に与える。

道路用の照明機器の通常の配置を考慮して、それぞれの機器は、実質的に同様な高さで、道路のラインに追従する行においてランプ台の上に一般に配置される。したがって、それぞれの照明機器１０は、（たとえば図１に示される垂直のイルミネーション軸１７に実質的に直交するプレーンといった）共通の水平プレーン１６を近似的に占有する。しかし、代替的な軸のコンフィギュレーションが可能である。

好ましくは、それぞれの道路用の照明機器１０にあるそれぞれのアンテナ又はアンテナセットは、イルミネーション軸１７に直交し、隣接する照明機器におけるような、関連される送信又は受信ユニットに向けられる、すなわち道路に近似的に平行なラインに沿った、水平プレーン１６で最適又は最大の指向性の軸を有するように機器に配置される。図１の図面におけるように、最適又は最大の指向性の軸は、紙のプレーンに実質的に垂直であることが好ましい。

これは、図１のビューで提供されるサイドウォールのような、上部又は下部のエンクロージャ部分１２，１４のいずれかのサイドウォールにアンテナ２６を形成するか、サイドウォールの表面にアンテナ２６を形成することで容易に可能である。第二のアンテナ２７（又は同じアンテナ２６の更なるエレメント）は、（図１では目に見えない）反対のサイドウォールに位置されることが好ましいことが理解される。

このような方式で、ストリートの照明機器を実現することができ、複数の照明機器１０列で配置され、それぞれの機器は、照明機器１０の隣接する機器に向けられる放射フェースと位置合わせされるそれぞれのアンテナを有する。このようにして、照明機器のそれぞれ１つは、ＲＦ接続されたネットワークにおいてノードを形成する。それぞれの照明機器１０は、ネットワークを通して受信されたテレマネージメント信号に基づいて、照明機器でランプ２１を切り替えるためのスイッチング制御回路２４を含む。また、それぞれの照明機器１０は、それらテレマネージメント制御信号を受信し、ＲＦインタフェース２５及びアンテナ２６又は２７を介してネットワークにおいて、テレマネージメント制御信号をローカルスイッチング制御回路２４及び隣接する照明機器１０の両者に送出するために適合される無線周波インタフェース２５に結合されるシグナルプロセッサ２８を含む。

なお、道路の照明機器の位置及び指向性は、道路のライン及びランプ台の高さを基準にして特に決定されるため、製造の間でのハウジング１１における指向性又は双指向性アンテナ２６，２７の位置によって、照明機器の設置後に照明機器間で有利にも自動的に高い程度のアンテナアライメントが得られる。したがって、照明機器の設置エンジニアにとって、照明機器間の最適な信号強度のためにアンテナ２６，２７を個々に位置合わせ及び同調する必要がない。

アンテナ２６，２７は、高い指向性をもつ必要がない。特に、たとえばカートヤード又はスクウェアの周りといった、道路のリニアな配置のために必ずしも意図されない照明機器１０について、無指向性アンテナが使用される場合がある。

上部のエンクロージャ部分１２が導電性材料（たとえば金属）から形成されない場合、アンテナ２６，２７は、透明な下部のエンクロージャ部分１４よりはむしろ上部のエンクロージャ部分１２に配置されるか、又は上部のエンクロージャ部分１２の表面に配置されることが理解される。かかるアレンジメントは、水平プレーン１６でかなりのＲＦシールドを提供する多数の数の内部の設置されたコンポーネントが存在する場合には微小な問題点を有する。そうである場合、この問題点は、上部のエンクロージャ部分１４の２以上のサイドに個別のアンテナ２６，２７を位置合わせすることで克服される。

先に記載されたように下方に延びるドーム１４は、最も効率的なサイドエミッティングアンテナを提供するが、通常のフラット又は湾曲ガラスを含む他のドーム形状は、アンテナを収容するために使用され、機器から別のＲＦ機器への通信のために重要な利益を提供するために使用される場合がある。

本発明は、道路の照明のコンテクストで特定の利点として記載されたが、たとえば公衆用ビルディング又はショッピングモールのような大型のインドアコンプレックスで使用されるような、屋内又は屋外照明器具の形式で用途を有することが理解される。
他の実施の形態は、特許請求の範囲で意図されている。

本発明に係るＲＦアンテナを組み込んだ照明機器の側面図である。 図１の照明機器の制御回路のブロック図である。 好適なアレンジメントに係るドーム部分におけるサイドエミッティングＲＦアンテナを組み込んだ照明機器の側面図である。

Claims (14)

1. ランプと電気制御システムを収容するための外部ハウジングを含む照明機器であって、
   前記外部ハウジングは、非導電性の材料から形成される第一の部分を含み、前記第一の部分は、これと一体として形成される無線周波アンテナを有し、
   前記第一の部分は、当該照明機器の光出力が向けられる半透明材料から形成され、
   前記外部ハウジングは、前記照明機器の電気制御システムを収容する第二の不透明な部分を更に有し、
   前記第一の部分は、前記アンテナが該アンテナを通して延びる少なくとも水平面においてシールドされないように、前記第二の不透明な部分の下側の縁部から延びるドーム形状を有する、
   ことを特徴とする照明機器。
2. 前記不透明な部分は、金属から形成される、
   請求項１記載の照明機器。
3. 前記第一の部分は、少なくとも２つの反対方向で前記ハウジングでのランプへのサイトのラインを許容するプロファイルを有する、
   請求項１又は２記載の照明機器。
4. 前記アンテナは、イルミネーション軸に直交する平面での指向性を提供する、
   請求項１乃至３の何れか記載の照明機器。
5. 前記アンテナは、前記平面で２つの反対方向における指向性を提供する、
   請求項４記載の照明機器。
6. 前記第一の部分は、射出成型されたポリカーボネート材料から形成される、
   請求項１乃至５の何れか記載の照明機器。
7. 前記アンテナは、前記第一の部分に固定された、又は前記第一の部分の表面に固定された導電性のある配線から形成される、
   請求項１乃至６の何れか記載の照明機器。
8. 前記アンテナは、前記第一の部分に埋め込まれる、
   請求項１乃至７の何れか記載の照明機器。
9. 前記アンテナは複数のアンテナ素子を含む、
   請求項１乃至８の何れか記載の照明機器。
10. 無線周波スイッチング制御信号を受信し、前記制御信号に従って当該照明機器内のランプのオン及びオフを制御する無線周波送受信機と、これに結合されるランプ制御装置とを更に含む、
    請求項１乃至９の何れか記載の照明機器。
11. 複数の隣接する照明機器から信号を受信し、前記複数の隣接する照明機器に信号を送信する無線周波送受信機を更に含む、
    請求項１乃至１０の何れか記載の照明機器。
12. 当該照明機器は道路の照明に組み込まれる、
    請求項１乃至１１の何れか記載の照明機器。
13. 請求項１乃至１２の何れか記載の複数の照明機器を組み込んだ道路照明システムであって、
    前記照明機器が列に配置され、放射フェースが前記照明機器の隣接する機器に向けられるようにそれぞれのアンテナを提供する、
    ことを特徴とする道路照明システム。
14. 前記複数の照明機器のそれぞれ１つは、無線周波数で接続されるネットワークにおけるノードを形成し、それぞれのノードは、スイッチング制御信号を受信し、前記スイッチング制御信号を前記ネットワークにおける隣接する照明機器に送出するためのスイッチング制御回路を有する、
    請求項１３記載の道路照明システム。

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