(57)【要約】【課題】光通信において、必要最小限の構成で、常に安定した状態で光信号を受信する。【解決手段】受光素子１０３と、受光素子１０３で受光した光から光通信信号として重畳されたデータを復号する受信回路１０７ａと、受信回路１０７ａを駆動する電池１０４と、少なくとも受光素子１０３と電池１０４を、回転軸を中心に予め定められた角度の位置に配置して具備する回転体１０２と、回転体１０２を保持する筐体１０１から構成され、電池１０４が錘となって重力方向へ向くことで、受光素子１０３が常に予め定められた角度の方向に向くことを特徴とする光通信用受信器１００を提供する。【選択図】図１
2014033247.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光素子と、前記受光素子で受光した光から光通信信号を復号する回路と、錘が設けられた回転体と、
前記回転体を保持する筐体から構成され、
前記受光素子は、前記錘によって前記回転体が回転することで所定の方向に向けて配置され、
前記回転体の表面には、前記筐体と接触して前記回転体の回転を所定の角度で止める突起部が設けられた、
光通信用受信器。
【請求項２】
前記錘は、前記回転体に収められると共に前記回路を駆動させる電池である、
請求項１に記載の光通信用受信器。
【請求項３】
前記電池は、前記回転体に設けられた電池ホルダーに収められた状態で前記回転体から露出する、
請求項２に記載の光通信用受信器。
【請求項４】
前記回転体は、前記受光素子、前記回路、前記錘および前記突起部が設けられた第１回転体と、第２回転体とから構成され、
前記第１回転体は、第１回転軸周りに回転自在に前記第２回転体に支持され、
前記第２回転体は、前記第１回転軸と直交する第２回転軸周りに回転自在に前記筐体に支持された、
請求項１から３いずれか１項に記載の光通信用受信器。
【請求項５】
前記突起部は、前記受光素子に対向する側に光を反射する反射部を有する、
請求項１から４いずれか１項に記載の光通信用受信器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信において信号を受信する光通信用受信器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、照明器具から照射される可視光（照明）を変調させることによりデータを送信し、受信器で受信した可視光からデータを復号する光通信の技術が知られている。照明による光通信は、通信装置を別途設置することがないためインテリアデザインに配慮できる点や、可視光を用いるため照射範囲が目視できる点が、利点として挙げられる。また、光通信の利用方法としては、各照明から位置情報をデータとして照射することで、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）の電波が届きにくい屋内での位置情報サービスに用いることが考えられる。
【０００３】
このような光通信の受信器として、受信器本体に受光素子と集光手段が固定されて配置されたものがある（例えば、特許文献１参照）。図１０は、特許文献１に記載された従来の受信器の構成を示す図である。
【０００４】
図１０に示す特許文献１に記載の受信器は、受信器の本体１０、本体１０の開口部を臨むように設けられた集光手段１１、集光手段１１の前面側に設けられた光フィルタ１２、集光手段１１の背面側に設けられた受光素子１３、受光素子１３で受光した可視光から光通信信号として重畳されたデータを復号する受信回路１４とを備える。そして、照明器具Ｌ１〜Ｌ３からの可視光を受光して、光通信信号として重畳されたデータを複合する。
【０００５】
また、このような受信器を物品に取り付けて利用する用途が考えられるが、物品の形状によっては、取付け位置や姿勢に制約を受けることがある。このような場合、受光素子が固定されていると、真上の照明の信号が受信できず、正確な情報を取得することができない場合がある。
【０００６】
このような課題に対して、受光素子ではないが、発光素子が常に鉛直上を向いているように構成した内視鏡のデータ通信用の送信器がある（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
図１１は特許文献２に記載の送信器を示す図である。図１１に示す特許文献２に記載の送信器は、赤外線を透過する略球状のカバー２１内に、赤外線２２を発する送信用ＬＥＤ２３が収容されている。送信用ＬＥＤ２３が先端に取り付けられた棒２４とこの棒２４に回転軸２５を介して取り付けられた棒２６とは、錘２７の自重によって、回転軸２５およびスリップリング２８の回転軸を軸として、矢印Ａ及びＢ方向にそれぞれ回転する。その結果、棒２６は、送信用ＬＥＤ２３が常に鉛直方向上向きとなるように回転する。そして、赤外線２２は、常に鉛直上向きの方向、すなわち天井に設置された受信器２９の方向に照射される。
【０００８】
このような特許文献２に記載の送信器の技術を、特許文献１に記載の受信器に応用することで、受光素子が常に鉛直上を向くように構成することできると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１０−８７６８９号公報
【特許文献２】特開２００７−２６７９６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献２に記載の技術では、送信用ＬＥＤへの配線のねじれや絡まりを防止するために、スリップリング２８を用いている。しかしながら、スリップリングは複雑な構成であるため、スリップリングを用いずに確実な光通信を実現することが望まれている。
【００１１】
本発明は、スリップリングを用いずに、確実な光通信を可能とする受信器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の光通信用受信器は、受光素子と、前記受光素子で受光した光から光通信信号を復号する回路と、錘が設けられた回転体と、前記回転体を保持する筐体から構成され、前記受光素子は、前記錘によって前記回転体が回転することで所定の方向に向けて配置され、前記回転体の表面には、前記筐体と接触して前記回転体の回転を所定の角度で止める突起部が設けられたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、本発明によれば、スリップリングを用いずに、確実な光通信を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１における光通信用受信器の斜視図
【図２】（ａ）本実施の形態１における光通信用受信器の概略断面図、（ｂ）本実施の形態１における回転体の概略平面図
【図３】本実施の形態１における光通信用受信器の６面図及び斜視図
【図４】本実施の形態１における光通信用受信器をスマートフォンに取り付けた図
【図５】（ａ）本発明の実施の形態２における回転体の概略断面図、（ｂ）本実施の形態２における回転体の要部平面図
【図６】（ａ）、（ｂ）本実施の形態２における光通信用受信器の使用例を示す図
【図７】（ａ）、（ｂ）本実施の形態２における光通信用受信器の使用例を示す図
【図８】（ａ）本発明の実施の形態３における光通信用受信器の平面図、（ｂ）本実施の形態３における光通信用受信器のＢ−Ｂ断面図、（ｃ）本実施の形態３における光通信用受信器のＣ−Ｃ断面図
【図９】（ａ）、（ｂ）本実施の形態３における光通信用受信器をノートパソコンへ取り付けた状態を示す図
【図１０】特許文献１に記載の受信器を示す図
【図１１】特許文献２に記載の送信器を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明においては、同じ構成には同じ符号を付けて、適宜、説明を省略する。なお、各図面の対応関係を明確にするために、必要に応じて、図面中にＸＹＺ軸を図示している。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における光通信用受信器の斜視図である。
【００１７】
図２（ａ）は、本実施の形態１における光通信用受信器の概略断面図であり、図１におけるＡ−Ａ断面図である。図２（ｂ）は、本実施の形態１における光通信用受信器の回転体の概略平面図である。
【００１８】
本実施の形態１の光通信用受信器１００は、筐体１０１と、外殻を有する回転体１０２とで構成される。回転体１０２内部には、受光素子１０３及び電池１０４が、配置されている。電池１０４は、回転体１０２に設けられた電池ホルダー１０２ａに収められる。
【００１９】
そして、回転体１０２には、本発明の特徴の一つである突起部１１２が設けられている。詳しくは後述するが、この突起部１１２は、筐体１０１に対して回転体１０２を所定の回転角度で止まるようにするための部材である。突起部１１２を設けることで、回転体１０２の回転量は、３６０°未満に抑えられている。
【００２０】
受光素子１０３は、回転体１０２に設けられた開口部１０５から露出しており、照明光１０６ａを受光して電気信号を出力する。電池１０４を収めるための電池ホルダー１０２ａは、回転体１０２内において、受光素子１０３と反対側の位置に配置されている。
【００２１】
ここで、回転体１０２は、図２（ａ）に示すように、受光素子１０３と反対側において回転体１０２から電池ホルダー１０２ａが露出するように、構成されている。このように構成することで、電池１０４を交換する際に電池ホルダー１０２ａを露出させることができるので、電池１０４の交換が容易になる。なお、このように電池１０４の交換を容易にするために、本実施の形態では、回転体１０２の表面に沿った突起部１１２の長さを、回転体１０２を回転させた際に、電池１０４が露出する程度の長さにしている。
【００２２】
筐体１０１には、受信回路１０７ａおよび通信回路１０７ｂから構成される回路１０７が設置されている。受信回路１０７ａは、受光素子１０３から出力される電気信号から、照明光１０６ａに重畳された信号を復号する。通信回路１０７ｂは、他の機器と通信するための回路である。通信回路１０７ｂには通信接続部１０８が接続されている。通信接続部１０８は、接続された携帯端末３０１（図４（ａ）参照）へ予め定めた通信規約に従って受信信号を送信する。携帯端末３０１は、例えば、ノートＰＣ、携帯電話、スマートフォンまたはタブレットである。本実施の形態１の光通信用受信器１００は、特に、スマートフォンなどの小型の携帯端末３０１に接続された場合に、効果的である。仮に、突起部１１２が存在せずに携帯端末３０１への取付け面側に受光素子１０３が回ってしまった場合、携帯端末３０１に遮られて照明光１０６ａを受光することはできない。従って、特にスマートフォンなどの携帯端末に本実施の形態１の光通信用受信器１００を取り付けた場合、回転体１０２に突起部１１２を設けて回転体１０２の回転に制限を加えても、実際の利用上は問題となる可能性は低いと考えられる。なお、携帯端末３０１は、取付対象物の一例である。
【００２３】
筐体１０１と回転体１０２の中空回転軸１０９は、回転支持部材１１０によって支えられ、中空回転軸１０９の中心を回転中心として相互に回転可能に構成されている。本実施の形態１では、回転体１０２が繰り返し回転することを想定しているため、回転支持部材１１０としてベアリングを用い、回転摩擦を極力小さくしている。
【００２４】
受光素子１０３及び電池１０４からの配線１１１は、中空回転軸１０９の中を通して、回路１０７の内の受信回路１０７ａに接続されている。すなわち、回路１０７は、電池１０４を動力源として駆動している。
【００２５】
ここで、照明光１０６ａを照射するための照明装置１０６は、屋内天井に設置されているとしている。照明装置１０６としては、例えば、光通信用に病院内の天井に取り付けられるＬＥＤ照明、蛍光灯、有機ＥＬ照明などがある。照明から照射する光には、通信情報が重畳されている。また、照明光１０６ａの波長は、可視光域に限らず、それ以外の赤外や紫外領域でも良い。
【００２６】
本実施の形態の光通信用受信器１００では、回転体１０２に設けられた電池１０４が重力の作用により鉛直下方に向かおうとする力で、中空回転軸１０９が、回転支持部材１１０を介して回転摩擦力を上回って回転する。その結果、回転体１０２に設けられた電池１０４が受動的に鉛直下部に位置すると共に、受光素子１０３が鉛直上部に位置し、屋内天井から照射される照明光１０６ａに重畳された信号を受光素子１０３で受信することが可能となる。
【００２７】
また、本実施の形態では、受光素子１０３を鉛直上部に位置させるための錘として、電池１０４を利用している。そのため、錘を別途配置する必要がなく、光通信用受信器１００全体の重量及び容量を小さくすることが可能となる。
【００２８】
また、本実施の形態では、中空回転軸１０９内部に受光素子１０３及び電池１０４からの配線１１１を通し、筐体１０１内の受信回路１０７ａに接続することで、小さく安価に構成することが可能となる。ここで、受光素子１０３及び電池１０４と受信回路１０７ａとの間に配線１１１を用いているため、回転体１０２が１回転あるいはそれ以上回転して配線１１１が捻れて断線する可能性がある。そこで、本実施の形態では、回転体１０２の外殻に突起部１１２を設け、突起部１１２と筐体１０１の一部とを接触させることで回転に制限を加えている。すなわち、突起部１１２により、光通信に必要な角度範囲において回転を制限していることで、スリップリングを用いることなく、配線１１１のねじれや絡まりなどを防止すると共に、受光素子１０３からの微弱な信号に雑音が重畳することを防止し、安定して確実に信号伝送することができる。なお、本実施の形態では、突起部１１２が筐体１０１の一部と接触するように、回転体１０２の回転半径方向への突起部１１２の長さは、回転体１０２と筐体１０１の隙間よりも大きく設定している。
【００２９】
図３は、本実施の形態の光通信用受信器１００の６面図（正面図、背面図、右側面図、左側面図、平面図、底面図）及び斜視図である。図３に示す光通信用受信器１００は、携帯端末３０１としてスマートフォンに取り付けることを想定して設計したものである。
【００３０】
以上説明した本実施の形態の光通信用受信器１００は、図４（ａ）に示すように携帯端末３０１に取付けられ、照明からの光通信信号を受信し、屋内での案内などに利用することができる。図４（ｂ）は回転体１０２の裏側（受光素子１０３と反対側）を示しており、電池ホルダー１０２ａに電池１０４が装着されている様子を示している。
【００３１】
なお、本実施の形態１では、電池１０４を回転体１０２の電池ホルダー１０２ａに収納したが、電池１０４を筐体１０１側に収めて、その代わりに別の錘を回転体１０２の中に収めても良い。この場合、錘の交換は不要であるので、電池ホルダー１０２ａを露出させる必要はない。また、本実施の形態では、回路１０７（受信回路１０７ａ及び通信回路１０７ｂ）を筐体１０１の中に収めたが、回転体１０２の中に収めて、電池１０４と同様に錘の代わりに用いても良い。
【００３２】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２の光通信用受信器は、前述の実施の形態１の光通信用受信器１００と比べて、回転体１０２が回転体１２２に置き換わったものである。そのため、回転体１２２以外の説明は、省略する。
【００３３】
図５（ａ）は、本発明の実施の形態２における回転体１２２の断面図であり、図５（ｂ）は、本実施の形態２における回転体１２２の要部平面図である。
【００３４】
図５（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施の形態２の回転体１２２は、受光素子１０３に対して回転軸周りの両方向に、突起部４０１が設けられたことを特徴とする。さらに、この突起部４０１の受光素子１０３側に、光を反射する素材で形成された反射部４０２を取り付けることで、突起部４０１が筐体１０１の一部に接触して回転が拘束された状態でも、照明光１０６ａを受信できる可能性を高めることができる。ここで、光を反射する反射部４０２は、鏡面反射する素材が望ましい。なお、反射部４０２は、突起部４０１に取り付けて構成しても良いし、突起部４０１に塗布して構成しても良い。
【００３５】
ここで、本実施の形態２の光通信用受信器を様々な角度に回転させた状態で使用する場合の例について、図６（ａ）、（ｂ）、図７（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。
【００３６】
図６（ａ）に示すように筐体１０１を立てた場合、および図６（ｂ）に示すように筐体１０１を水平にした場合は、回転体１２２が回転して、受光素子１０３が鉛直上方を向き、照明光１０６ａを受光および受信することができる。すなわち、回転体１２２が電池１０４を錘として回転することで、受光素子１０３を所定の方向に向けて配置することができる。
【００３７】
さらに、図７（ａ）、（ｂ）に示すように筐体１０１を過度に傾けた場合は、回転体１２２の突起部４０１が筐体１０１に干渉することで回転体１２２の回転が止まった状態で、突起部４０１に取り付けた反射部４０２で照明光１０６ａが反射して反射光１０６ｂとなる。すなわち、図７（ａ）、（ｂ）に示す状態では、反射部４０２を用いることで、照明光１０６ａが受光素子１０３に入射し易くなるように構成している。突起部４０１が無い場合、受光素子１０３は筐体１０１に隠れて信号が受信できないだけでなく、取り付けたスマートフォンなどの携帯端末３０１が使用中に回転し、相対的に回転体１２２が無制限に回転し、中空回転軸１０９を貫通している配線１１１が捻れて断線する可能性がある。一方、突起部４０１を設けることで回転体１２２の回転量は３６０°未満に抑えられ、配線１１１が捻れて切断することもなく、また、その受光素子１０３側に反射部４０２を設けたことで、より広範囲な姿勢での照明光１０６ａの受信を行うことが可能となる。
【００３８】
なお、回転の制限量は、受光素子１０３が露出させる開口部１０５が筐体１０１に隠れないように設定する。具体的には、本実施の形態２の突起部４０１の場合、回転体１２２の半径ｒとし、開口部の回転軸周りの長さをａ、また突起部の厚さをｂとすると、回転体１２２の回転角は、下記（式１）ので求められる。
【００３９】
【数１】
2014033247.tif 000003
【００４０】
ここで、突起部４０１の厚さｂを限りなく小さくすればするほど、回転角を大きくすることが可能となる。また、前述の実施の形態１の突起部１１２の場合、回転体１０２の回転角は、上記（式１）においてｂ＝０とした角度となる。
【００４１】
なお、本実施の形態２では、電池ホルダー１０２ａが露出しない構成を図示しているが、前述のように、電池１０４の交換を容易にするためには、回転角度に応じて電池ホルダー１０２ａが露出するように構成しておくことが望ましい。
【００４２】
（実施の形態３）
図８（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態３における光通信用受信器の構成図である。図８（ａ）は、本実施の形態３における光通信用受信器２００の平面図であり、図８（ｂ）は、本実施の形態３における光通信用受信器２００のＢ−Ｂ断面図であり、図８（ｃ）は、本実施の形態３における光通信用受信器２００のＣ−Ｃ断面図である。すなわち、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＢ−Ｂ断面図であり、図８（ｃ）は、図８（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【００４３】
図８（ａ）〜（ｃ）において、光通信用受信器２００は、大きく固定部２０３と外殻を有する第１回転体２０１及び第２回転体２０２とで構成される。この光通信用受信器２００は、前述の実施の形態１の光通信用受信器１００と異なり、２軸に回転することで、更に広い範囲で照明光１０６ａを受光することを可能とするものである。
【００４４】
第１回転体２０１内部には、受光素子１０３、受信回路２０６、通信回路２０５及び電池１０４が固定されている。受光素子１０３は、第１回転体２０１に設けられた開口部１０５から照明光１０６ａを受け取り、電気信号へ変換する。第２回転体２０２は、第１回転体２０１を支える２つの支柱部２０２ｂ、及び第１回転体２０１の突起部２０７が接触する接触部２０２ｃを備えている。
【００４５】
第１回転体２０１は、第２回転体２０２の支柱部２０２ｂによって第１回転軸２０８を中心に支えられている。第１回転軸２０８は、ベアリング等の回転摩擦を小さくする機構部品を介して支えられるのが望ましい。さらに、第１回転体２０１が第２回転体２０２に対して一定の回転角度で回転が止まるように、第１回転体２０１は突起部２０７を備え、第２回転体２０２は接触部２０２ｃを備える。第２回転体２０２は、固定部２０３に対して第２回転軸２０９を中心に回転する。第２回転体２０２は、ベアリング等の回転摩擦を小さくする機構部品を介して固定部２０３に支えられるのが望ましい。第１回転軸２０８と第２回転軸２０９は、直交する軸である。
【００４６】
本実施の形態では、開口部１０５の周囲に、扇型の突起部２０７を設けている。また、この突起部２０７の内側（受光素子１０３側）に、光を反射する素材（反射部４０２）を取り付けることで、突起部２０７が第２回転体２０２の接触部２０２ｃに接触して回転が止まった状態でも、照明光１０６ａを受光できる可能性を高める。ここで、光を反射する反射部４０２は、鏡面反射する素材が望ましい。
【００４７】
ここで、突起部２０７の第１回転軸２０８周りの高さは、第１回転体２０１と第２回転体２０２の接触部２０２ｃの隙間より大きい。
【００４８】
図９（ａ）（ｂ）は、本実施の形態３による光通信用受信器２００を、ノートＰＣ８０１のディスプレイ裏側に取り付けた図を示している。ノートＰＣ８０１に光通信用受信器２００を取り付け、この光通信用受信器２００で照明装置１０６からの照明光１０６ａを受光することで、ノートＰＣ８０１の所在管理を可能とすることができる。
【００４９】
図９（ａ）、（ｂ）を用いて、受光素子１０３が上方へ向く動作を説明する。ノートＰＣ８０１のディスプレイを開くと、まず受信器２００内部の電池１０４が錘となり、第１回転軸２０８周りに第１回転体２０１が回転し、受光素子１０３が上方を向いて配置される。この時、突起部２０７が第２回転体の接触部２０２ｃに接触することで回転が抑制される。第１回転体２０１が回転するにつれて、錘である電池１０４が下方に向かい、同時に、電池１０４の重心位置が最下点に向かうように第２回転体２０２が第２回転軸２０９周りに回転する。結果として第１回転軸２０８及び第２回転軸２０９周りに、第１回転体２０１及び第２回転体２０２がそれぞれ回転して、電池１０４は最も安定した可能な限り最下点に定位する。したがって、ノートＰＣ８０１の置き方やディスプレイの開閉及び開けているときの角度に関わらず、照明光１０６ａの信号を捉えることができる。また、ノートＰＣ８０１のディスプレイを過度に傾けた場合、第１回転体２０１の突起部２０７が第２回転体２０２に接触することで回転が止まるが、突起部２０７に取り付けた反射部４０２で照明光１０６ａが反射し受光素子１０３に入射するので、より広範囲な姿勢での照明光１０６ａの受信を行うことが可能となる。このように、本実施の形態３の光通信用受信器２００は、ノートＰＣ８０１などの大型の端末に有用である。本実施の形態３のように、２軸に移動可能とすることによって、設置位置の自由度を向上させることができる。
【００５０】
以上のように、本実施の形態によると、光通信用受信器２００を取り付ける対象物の姿勢が３次元的に変わっても、受光素子１０３を鉛直上方に向けることができ、安定して照明光１０６ａを受光することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明の光通信用受信器は、例えば可視光通信などの光通信の受信器として利用できる。
【符号の説明】
【００５２】
１００，２００  光通信用受信器
１０１    筐体
１０２，１２２  回転体
１０２ａ  電池ホルダー
１０３    受光素子
１０４    電池
１０５    開口部
１０６    照明装置
１０６ａ  照明光
１０６ｂ  反射光
１０７    回路
１０７ａ，２０６  受信回路
１０７ｂ，２０５  通信回路
１０８    通信接続部
１０９    中空回転軸
１１０    回転支持部材
１１１    配線
１１２，２０７，４０１  突起部
２０１    第１回転体
２０２    第２回転体
２０２ｂ  支柱部
２０２ｃ  接触部
２０３    固定部
２０８    第１回転軸
２０９    第２回転軸
３０１    携帯端末
４０２    反射部
８０１    ノートＰＣ
【図１】
2014033247.tif 000004
【図２】
2014033247.tif 000005
【図３】
2014033247.tif 000006
【図４】
2014033247.tif 000007
【図５】
2014033247.tif 000008
【図６】
2014033247.tif 000009
【図７】
2014033247.tif 000010
【図８】
2014033247.tif 000011
【図９】
2014033247.tif 000012
【図１０】
2014033247.tif 000013
【図１１】
2014033247.tif 000014