(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面を有した固定部のその平面上に、この平面に直交する軸を中心とした多重円環状に、複数の発光素子を、前記軸と各発光素子の光軸とが略並行となるように配列させて取り付けた発光手段と、
前記複数の発光素子からの射出光を入射させるための第１の面と、前記軸上を光送信先側から光送信元側に近づくにつれて縮径する周面であって、その周面の前記軸に対する角度を、前記第１の面から入射された、円環状に配列された発光素子群からの入射光ごとに異ならせて反射させるための前記周面である第２の面と、この第２の面で反射された反射光を透過させて外部に射出するための第３の面と、を有する拡散レンズを設けた拡散手段と、
を備えた拡散発光装置。
【請求項２】
前記複数の発光素子からの入射光のうち一部の射出光が、前記第２の面から透過して外部に射出されるように導出するための入射角変更手段を、前記第１の面に設けたことを特徴とする請求項１記載の拡散発光装置。
【請求項３】
前記発光手段の多重円環状に配列された複数の発光素子の内側である固定部の部分に、前記拡散レンズの第２の面から射出された射出光を反射させるための反射手段を、設けたことを特徴とする請求項２記載の拡散発光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光信号を拡散させて送信する拡散発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、デジタル機器間でのデータ伝送において光無線を用いる技術が開発されている。
【０００３】
図６は、従来の光無線に用いられる発光装置の構成を示す斜視図である。同図の発光装置は、天井３に設置可能に形成された薄い円柱形状の固定板６１と、固定板６１の下面にリード線６８ｂを介して接続され環状に配列された複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode）６４と、各ＬＥＤ６４を固定する固定部６７と、ＬＥＤ６４が配列された環の外側でさらに環状に配列され固定板６１の下面にリード線６８ａを介して接続された複数のＬＥＤ６２と、各ＬＥＤ６２を固定する固定部６６と、図示していない子機からの光信号を受信する受光部６３と、受光部６３を固定板６１の下面であって各ＬＥＤ６２，６４が配列された環状の中央部に所定の高さで支持する円柱形状の支持部６５と、天井裏に位置するように固定板６１の上面に配置された信号処理装置６９とを有する構成である。
【０００４】
信号処理装置６９は、天井裏に配置されたメタルケーブルや光ファイバ等により形成される伝送ケーブル７０に接続され、伝送ケーブル７０を介してサーバや情報ネットワークに接続される。なお、同図において天井裏に配置されるものについては点線で示してある。
【０００５】
光信号の送信にあっては、信号処理回路６９は、伝送ケーブル７０から送信されてきたデータ信号に所定の処理を施して各ＬＥＤ６２，６４へ送信する。各ＬＥＤ６２，６４では電気的なデータ信号を光信号に変換して室内の子機へ送信する。
【０００６】
光信号の受信にあっては、子機から送信されてきた光信号を受光部６３で受信し、電気信号に変換する。光電変換されたデータ信号は、信号処理装置６９、伝送ケーブル７０を介してサーバ等に送信される。
【０００７】
この発光装置は、各ＬＥＤ６２，６４のそれぞれのリード線６８ａ，６８ｂの形状を変更することによって、各ＬＥＤ６２，６４の向きを所望の角度に固定するようになっている。２重環状の外側に設けられたＬＥＤ６２は、光信号が遠方まで届くように向きが定められ狭指向角系で光信号を送信する。一方、２重環状の内側に設けられたＬＥＤ６４は、光信号が鉛直下方ないし近辺に届くように向きが定められ広指向角系で光信号を送信する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の発光装置では、以下のような問題点がある。
【０００９】
（１）各ＬＥＤ６２，６４を環状に配列してリード線６８ａ，６８ｂ及び固定部６６，６７で固定しなければならないため、製造行程が複雑で製造効率、位置精度が低い。
【００１０】
（２）各ＬＥＤ６２，６４が熱を発生するため、放熱の対策が必要となる。
【００１１】
（３）各ＬＥＤ６２，６４の向きを変更する際に、各ＬＥＤ６２，６４を固定するリード線６８ａ，６８ｂの形状を変更する必要があり、大変な手間がかかる。
【００１２】
（４）リード線６８ａ，６８ｂが長いため、高速伝送時にリード線がインダクタンス成分をもち信号波形が劣化する。
【００１３】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、生産性、放熱性、使用利便性等の向上に寄与し得る拡散発光装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る拡散発光装置は、平面を有した固定部のその平面上に、この平面に直交する軸を中心とした多重円環状に、複数の発光素子を、前記軸と各発光素子の光軸とが略並行となるように配列させて取り付けた発光手段と、前記複数の発光素子からの射出光を入射させるための第１の面と、前記軸上を光送信先側から光送信元側に近づくにつれて縮径する周面であって、その周面の前記軸に対する角度を、前記第１の面から入射された、円環状に配列された発光素子群からの入射光ごとに異ならせて反射させるための前記周面である第２の面と、この第２の面で反射された反射光を透過させて外部に射出するための第３の面と、を有する拡散レンズを設けた拡散手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１５】
本発明にあっては、複数の発光手段をリード線を介することなく固定板に直接取り付けるようにしたことで、従来のように発光手段をリード線や固定部材により固定することが不要となるので、生産性、位置精度を向上させることができる。
【００１６】
また、発光手段が取り付けられた固定板によって、発光手段が発生する熱が放熱されるので、簡易な構成で放熱性を向上させることができる。
【００１７】
さらに、リード線が不要となるので、リード線のインダクタンス成分による信号波形の劣化を防止することができる。
【００１８】
また、所定の配光で光信号を拡散させる拡散手段を設けたことで、光信号の送信範囲を広指向角で確保できるとともに、所定の範囲では光信号の強度を略均一にすることができる。
【００２０】
また、複数の発光手段を環状に配列することによって、光信号が周囲に略均一に送信されるようにしている。
【００２２】
また、拡散手段を例えばアクリルやポリカーボネイト等の透明部材を用いた拡散レンズにより形成するようにしたことで、光信号が吸収されにくく、光信号を効率的に利用することができる。
【００２４】
また、拡散レンズの入射面より入射した光信号が、反射面で反射されてから透過面を透過するようにしたことで、光信号が十分拡散され光信号の送信可能な範囲を広指向角で確保することができる。また、透過面を固定板に対して略垂直に配置するとともに環状にしたことで、光信号がもれなく略均一に拡散されるので、光信号を高効率で利用することができる。
【００２７】
また、本発明は、上記拡散発光装置において、前記複数の発光素子からの入射光のうち一部の射出光が、前記第２の面から透過して外部に射出されるように導出するための入射角変更手段を、前記第１の面に設けたことを特徴とする。
【００２８】
本発明にあっては、入射面に光信号の入射角を変えるための例えば溝等により形成される入射角変更手段を設けたことで、この溝等に入射した光信号については、反射面を透過させたり反射面での反射角度を変えることができ、光信号を鉛直下方向やその近辺へも拡散させることができる。
【００３１】
また、本発明は、上記拡散発光装置において、前記発光手段の多重円環状に配列された複数の発光素子の内側である固定部の部分に、前記拡散レンズの第２の面から射出された射出光を反射させるための反射手段を、設けたことを特徴とする。
【００３２】
本発明にあっては、複数の発光手段が発した光信号が反射手段により吸収されることなく反射するので、光信号を高効率で利用することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００３４】
図１（ａ）は、本実施の形態に係る拡散発光装置の構成を示す斜視図であり、同図（ｂ）は、拡散レンズ１２を取り外したときの固定板１１の下面の状態を示す斜視図である。
【００３５】
同図に示す拡散発光装置１は、天井３に設置可能に形成された薄い円柱形状の固定板１１と、固定板１１の下面に２重環状に配列され面実装により直接取り付けられた複数のＬＥＤ１４と、図示していない子機からの光信号を受光する受光部１３と、受光部１３を固定板１１の下面であってＬＥＤ１４の二重環状の中央部に所定の高さで支持する円柱形状の支持部１５と、固定板１１の下面であってＬＥＤ１４の二重環状の外側に着脱可能に配置された拡散レンズ１２と、天井裏に位置するように固定板１１の上面に配置された信号処理装置１９とを有する構成である。
【００３６】
支持部１５は、遮蔽部材により形成され、その表面には光信号が反射されるように鏡面処理が施されている。
【００３７】
拡散レンズ１２は、例えばアクリルやポリカーボネイト等の屈折率が１．４５〜１．６５程度の透明部材により形成され、各ＬＥＤ１４が発した光信号を拡散させる。
【００３８】
信号処理装置１９は、天井裏に配置されたメタルケーブルや光ケーブル等により形成された伝送ケーブル２０に接続され、伝送ケーブル２０を介してサーバや情報ネットワーク等に接続される。
【００３９】
なお、同図（ａ）においては天井裏に配置されるものについては点線で示し、同図（ｂ）においては信号処理装置１９と伝送ケーブル２０を省略して示してある。
【００４０】
同図（ｂ）に示すように、各ＬＥＤ１４は、リード線や固定部材を介することなく固定板１１に直接取り付けられている。このため、各ＬＥＤ１４が光信号を送信する範囲は、鉛直下方への狭い範囲となってしまう。そこで、光信号を広い範囲に送信可能とすべく拡散レンズ１２を設けている。
【００４１】
図２は、拡散発光装置１の構成を示す断面図である。同図では、特に拡散レンズ１２の望ましい形状について示してあり、その詳細については後述する。
【００４２】
図３は、拡散発光装置１の利用態様を示す図である。拡散発光装置１は、天井３に設置され、同じ室内に子機２が配置されている。子機２は、光無線による送受信機能を有する例えばパソコンやデジタルカメラ、ＡＶ（Audio Visual）機器等に相当するものである。拡散発光装置１は、伝送ケーブル２０を介してサーバ等から送信されてきたデータ信号を各ＬＥＤ１４で光信号に変換して拡散レンズ１２により子機２へ送信する。また、子機２から送信されてきた光信号については、受光部１３で受光して光電変換し、伝送ケーブル２０を介してサーバ等に送信する。
【００４３】
図４は、光無線による光信号の通信範囲の一例を示す図である。いま、所定の範囲で均一な光信号の強度が得られるようにすることを考える。ここでは、拡散発光装置１の位置を指向角０°とし、この位置を中心に約±５３°までの範囲では拡散発光装置１から鉛直下方へ距離３ｍの所にある床面４に沿った位置において、指向角が＋５３°〜＋６５°若しくは−５３°〜−６５°の範囲では拡散発光装置１から距離５ｍの位置において、光信号の強度が均一に得られるようにする。なお、同図においては、光信号の強度を均一とする範囲を太線で示してある。
【００４４】
図５は、このような所定の範囲で均一な光信号の強度が得られるようにするために、拡散発光装置１が配光すべき必要放射強度の理論値を示すグラフである。同図では、横軸は拡散発光装置１を中心とする指向角（°）、左縦軸は必要放射強度（指向角０°に対する相対値）、右縦軸は拡散発光装置１（親機）と子機２との距離（ｍ）をそれぞれ示す。
【００４５】
床面４に配置された子機２の拡散発光装置１に対する指向角を０°から徐々に広げていくと、拡散発光装置１と子機２との距離が同図の破線に示すように徐々に増加していく。この距離の増加に伴って光信号の強度は、１／（距離２）で減衰することが知られている。このことから、拡散発光装置１が配光すべき光信号の必要放射強度は同図の実線に示すように（距離２）に比例して増加するものとなる。
【００４６】
次に、このような配光曲線に従って光信号が配光されるようにするための拡散レンズ１２の形状について図２に示した断面図を用いて説明する。
【００４７】
同図の拡散レンズ１２は、入射面ｅ，ｄと、反射面ａ，ｂと、透過面ｃとを有する構成である。
【００４８】
入射面ｅは、固定板１１の下面に略平行であって上面が中抜きの円形状であり、各ＬＥＤ１４が発した光信号を拡散レンズ１２に入射させる。
【００４９】
入射面ｄは、入射面ｅの外円周および固定板１１の下面に接する面であり、固定板１１に垂直な面に対して０〜９０°程度の角度Ｄで設けられる。
【００５０】
反射面ａは、入射面ｅの内円周および反射面ｂに接する面であり、固定板１１に垂直な面に対して３０〜５０°程度の角度Ａだけ外側に向けられる。反射面ａは、主に二重環状の内側に配置された各ＬＥＤ１４により発せられ入射面ｅから入射した光信号を外方向へ反射させる。角度Ａは、反射面ａでの光信号の全反射が可能となるように拡散レンズ１２と空気との屈折率の比に基づいて定められる。
【００５１】
反射面ｂは、反射面ａおよび透過面ｃに接する面であり、固定板１１に垂直な面に対して３５〜５５°程度の角度Ｂだけ外側に向けられる。反射面ｂは、主に二重環状の外側に配置された各ＬＥＤ１４により発せられて入射面ｅから入射した光信号を外方向へ反射させる。角度Ｂは、反射面ｂでの光信号の全反射が可能となるように拡散レンズ１２と空気との屈折率の比に基づいて定められる。
【００５２】
透過面ｃは、反射面ｂおよび固定板１１の下面に接する環状の面であり、固定板１１に垂直な面に対して０〜１０°程度の角度Ｃだけ内側に向けられる。透過面ｃは、入射面ｄから入射した光信号および反射面ａ，ｂで反射された光信号を透過させる。
【００５３】
また、入射面ｅには、光信号の入射角を変更するための断面がＶ字形の溝となっている切り欠け部１６が設けられている。この切り欠け部１６は、切り欠け部１６から入射した光信号が反射面ａ，ｂを透過可能に、若しくは反射面ａ，ｂでの反射角を変更可能に、入射面ｅに対する切り欠け部１６の壁面の角度が定められる。
【００５４】
支持部１５の外径は例えば４０〜５０ｍｍ程度、支持部１５の中心軸から拡散レンズ１２の内側までの距離Ｄ２は３０〜６０ｍｍ程度とする。拡散レンズの内側から外側までの距離Ｄ１は２０〜５０ｍｍ程度、拡散レンズ１２の高さＨは３０〜５０ｍｍ程度とする。支持部１５の高さは、短い方が望ましいが短かすぎると子機からの光信号を受信し難くなるので、このことを考慮して高さＨよりも短い範囲で適切な長さとする。
【００５５】
このような拡散レンズ１２においては、入射面ｅから入射した光信号であって反射面ａ，ｂへ向かった光信号は全反射され、透過面ｃを透過して外方向へ拡散する。入射面ｅから入射した光信号であって反射面ａ，ｂへ向かわなかった光信号は、透過面ｃで反射され、反射面ｂを透過して鉛直下方若しくはその近辺に拡散する。入射面ｄから入射した光信号は、透過面ｃを透過して外方向へ拡散する。切り欠け部１６から入射した光信号であって反射面ａ，ｂへ向かった光信号は反射面ａ，ｂを透過して鉛直下方若しくはその近辺に拡散する。
【００５６】
入射面ｄ，ｅから拡散レンズ１２に入射することなく支持部１５へ向かった光信号は、支持部１５の鏡面処理された表面で反射され、鉛直下方若しくはその近辺に拡散する。
【００５７】
したがって、本実施の形態によれば、複数のＬＥＤ１４を固定板１１の下面に直接取り付けるようにしたことで、従来のようにＬＥＤをリード線や固定部材により固定することが不要となるので、生産性、位置精度を向上させることができる。
【００５８】
また、本実施の形態によれば、各ＬＥＤ１４が取り付けられた固定板１１あるいは固定板１１の上面に備え付けられた信号処理装置６９の表面カバーによって、各ＬＥＤ１４が発生する熱が放熱されるので、簡易な構成で放熱性を向上させることができる。
【００５９】
さらに、本実施の形態によれば、ＬＥＤのリード線が不要となるので、リード線のインダクタンス成分による信号波形の劣化を防止することができる。
【００６０】
また、本実施の形態によれば、所定の配光に従って光信号を拡散させる拡散レンズ１２を設けたことで、光信号の送信範囲を広指向角で確保できるとともに、所定の範囲で光信号の強度を略均一にすることができる。
【００６１】
さらに、本実施の形態によれば、透過面ｃを固定板１１に対して略垂直に配置するとともに環状にしたことで、透過面ｃを透過した光信号がもれなく略均一に拡散されるので、光信号を高効率で利用することができる。
【００６２】
また、本実施の形態によれば、反射面ａ，ｂの設置角度を、光信号が全反射するように拡散レンズ１２と空気との屈折率の比に基づいて定めるようにしたことで、アルミ、金等を反射面に用いる場合に比較して反射面での光の吸収がなく、光信号を高効率で利用することができる。
【００６３】
さらに、本実施の形態によれば、入射面ｅに光信号の入射角を変更するための切り欠け部１６を設け、この切り欠け部１６から入射した光信号が反射面ａ，ｂを透過可能に若しくは反射面ａ，ｂでの反射角を変更可能に、入射面ｅに対する切り欠け部１６の壁面の角度を定めるようにしたことで、光信号が鉛直下方向若しくはその近辺へも拡散されるので、光信号の送信可能範囲を広く確保することができる。
【００６４】
また、本実施の形態によれば、拡散レンズ１２が固定板１１の下面に着脱可能に設置されるようにしたことで、この拡散レンズを材質、形状の異なる拡散レンズに取り替えることによって、任意の範囲、強度での光信号の配光を容易に実現することができる。
【００６５】
さらに、本実施の形態によれば、受光部１３を所定の高さで支持する支持部１５の表面を鏡面処理したことで、各ＬＥＤ１４が発した光信号が支持部１５の表面で吸収されることなく反射するので、光信号を高効率で利用することができる。
【００６６】
なお、本実施の形態においては、各ＬＥＤ１４を二重環状に配列することとしたが、拡散発光装置を配置する部屋の大きさに応じて一重環状としてもよいし、多重環状としてもよい。かかる場合には、その環状の大きさに合せた拡散レンズを用意するようにする。
【００６７】
また、本実施の形態においては、拡散発光装置１が天井に配置されることとしたが、天井に限られるものではなく、例えば壁や所定の固定台等に配置されるようにしてもよい。
【００６８】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、複数の発光手段をリード線を介することなく固定板に直接取り付けるようにしたことで、従来のように発光手段をリード線や固定部材により固定することが不要となるので、生産性、位置精度を向上させることができる。
【００６９】
また、発光手段が取り付けられた固定板によって、発光手段が発生する熱が放熱されるので、簡易な構成で放熱性を向上させることができる。
【００７０】
さらに、リード線が不要となるので、リード線のインダクタンス成分による信号波形の劣化を防止することができる。
【００７１】
また、所定の配光で光信号を拡散させる拡散手段を設けたことで、光信号の送信範囲を広指向角で確保できるとともに、所定の範囲では光信号の強度を略均一にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る拡散発光装置１の構成を示す斜視図である。
【図２】本実施の形態に係る拡散発光装置１の構成を示す断面図である
【図３】拡散発光装置１の利用態様を示す図である。
【図４】光無線による通信範囲の一例を示す図である。
【図５】拡散発光装置１が配光すべき必要放射強度の理論値を示すグラフである。
【図６】従来の発光装置の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１  拡散発光装置
２  子機
３  天井
４  床面
１１  固定板
１２  拡散レンズ
１３  受光部
１４  ＬＥＤ
１５  支持部
１９  信号処理装置
２０  伝送ケーブル
６１  固定板
６２  狭指向角系のＬＥＤ
６３  受光部
６４  広指向角系のＬＥＤ
６６  ＬＥＤ６２の固定部
６７  ＬＥＤ６４の固定部
６８ａ，６８ｂ  リード線
６９  信号処理装置
７０  伝送ケーブル
【図１】
0004239357.tif 000002
【図２】
0004239357.tif 000003
【図３】
0004239357.tif 000004
【図４】
0004239357.tif 000005
【図５】
0004239357.tif 000006
【図６】
0004239357.tif 000007