JP6493990B2 - 無線送信機を備える照明器具 - Google Patents

Description

本発明は、無線送信機を含む照明器具に関する。

照明器具は、多くの照明ソリューション(lighting solution)、とりわけ、ＬＥＤ照明を取り入れたインテリジェント照明ソリューションの基本的な要素を構成する。インテリジェント照明システムの他の重要な要素は、無線接続を提供するため無線アンテナを備える制御モジュールである。これら制御モジュールは、通信メッシュで動作し、各モジュールは、当該メッシュのノードを構成する。目下、制御モジュールは、照明器具に組み込まれることがよくある。照明器具は、典型的には、金属及びプラスチック材料で製造される。とりわけ、金属パーツは、アンテナの放射特性に大きな影響を与え得る。メッシュ内の通信品質（伝播距離及びパケット誤り率(PER)）は、照明システムに組み込まれたアンテナの放射特性に大きく依存する。

目下、特別に設計されたギャップ及び穴が、電磁エネルギが環境に適切に伝播し得るようにするため照明器具に設けられている。

ギャップ及び穴を設ける代替的なソリューションは、照明器具の外面に外部（例えばパッチ）アンテナを設けることである。斯かる外部アンテナは高価である。

本発明の第１の態様によれば、照らされるべき空間の天井に取り付けるための照明器具であって、ケーシング、照明要素を前記ケーシングに固定するための固定具、前記ケーシング内に配置されるアンテナを有する無線送信モジュール、及び天井板に対して当該照明器具を固定するための固定要素であって、前記ケーシング及び前記天井板の間に空隙を設けるため前記ケーシングを前記天井板から離間するよう構成される固定要素、
を有し、前記ケーシングは、前記アンテナから送信されるＲＦエネルギのための共振キャビティを構成し、前記空隙は、前記アンテナからのＲＦエネルギを前記ケーシング外部の環境に放射するよう寸法付けられる、照明器具が提供される。

本発明の他の態様は、照らされるべき空間の天井に取り付けるための照明システムであって、上述した少なくとも一つの照明器具及び前記固定要素により前記照明器具と固定される天井板を有する、照明システムを提供する。

前記照明システムは、アレイ内で互いに離間される複数の照明器具であって、各々上述したように定義付けられ、自身のアンテナからのＲＦエネルギの放射を通じて互いに通信するよう構成される照明器具を有することができる。

本発明のより良い理解のため及びどのように本発明が実施されるかを示すため、一例として添付の図面を参照する。

図１は、照明システムの概略斜視図である。 図２は、送信モジュールの概略図である。 図３は、放射パターンの概略平面図である。 図４は、下から見た照明システムの概略ブロック図である。 図５は、共振キャビティとして作用する照明器具のケーシングの概略斜視図である。 図６Ａは、３次元の放射パターンの概略図である。 図６Ｂは、横から見た放射パターンの概略図である。

本願の開示において、空隙が、金属の照明器具及び該照明器具が設置される金属の天井板の間に用いられる。本発明者らは、金属の照明器具及び天井板の間に空隙を使用する結果、照明器具自体に穴を用いる場合よりも良好な放射特性を生じることを認識した。さらに、効率的な放射特性が、照明器具に斯かる穴を用いる必要なく且つ高価な外部アンテナに頼る必要なく得られる。照明器具の外壁において穴の使用を避けることは有利である。なぜなら、穴は、付加的な製造工程及び使用時の安全要求のための付加的な対策を必要とするからである。

図１は、一実施例の概略ブロック図である。図１は、任意の適切な材料からなるが、典型的には金属からなる単一の照明器具を示す。この実施例の照明器具は、いわゆるメタルギアトレイ照明器具(metal gear-tray luminary)である。照明器具１は、一枚板のベース(solid base)４及び一枚板の側壁(solid side wall)６を持つ矩形断面のチャネル２を有する。制御モジュール８は、照明器具の内側でベース４上に位置付けられる。制御モジュール８は、ＲＦボード１２（図２参照）上に置かれるアンテナ１０を有する。アンテナ１０は、ＲＦ生成要素１４に接続される。ＲＦ生成要素１４は、モジュール８から送信されるべき制御信号を提供するためＲＦエネルギを生成する。ＲＦ生成器１４は、それ自体は既知であり、本願明細書でさらに述べないが、生成されるべき制御信号を決定するコントローラに応答する又はコントローラを含む。制御信号は、以下さらに十分に述べられるように照明システム内の他の制御モジュールにより受信されることが意図されている。

照明器具１は、ベースの下側に固定される反射器１６を持つ。反射器１６は、内側に反射性材料を持つ傾斜壁を持つ。

照明器具１は、１つ以上の適切な固定具を用いてベース４の下側に固定される少なくとも１つの照明要素を、該照明要素が反射器により下方に反射されるよう光を放つように備える。照明要素は、各照明器具における制御モジュールを介して、当該照明システムの照明器具間でやり取りされる制御信号の制御下にあるように構成され得る。

矩形チャネルは、各上縁において、内方に角度付けられた壁(inwardly angled wall)１８を支持する長手方向に延びる部分を備える。側壁６、長手方向に延びる部分及び内方に角度付けられた壁１８は、全て一枚板(solid)であり、すなわち、これらは、ギャップや穴のない連続的な材料から形成される。これに関連して、例えばねじ穴又は照明器具に挿入されるべき他の固定具及び建具を招いてしまう構造上の事柄があるかもしれないが、放射線放出の目的のため特別に設計されたギャップ及び穴はないことを理解されたい。

照明器具は、固定要素（図示せず）を備える。固定要素は、例えば金属の天井板２０に対して照明器具１を固定する。天井板２０は、天井に固定される又は天井の一部を形成する実質的に平坦で連続的なシート材料、例えば、シートメタルである。照明器具は、天井板２０自体に固定されることができ、天井板に対して固定される天井の他の部分に固定されることもできる。いずれにおいても、空隙２２が、照明器具のチャネルの内側に方向付けられた壁１８の上縁及び天井板２０の下面の間に形成される。

上述したように、本発明者らは、金属の照明器具及び天井板の間に空隙を使用する結果、照明器具自体に穴を用いる場合よりも良好な放射特性を生じることを認識した。この空隙によりアンテナ１０から放射される電磁エネルギは効率よく環境に放射され得るという好ましい効果に加え、当該空隙の使用は、有用な指向性特性を持つ放射パターンも提供する。

図３は、図１の照明器具における放射構造の上から見た放射パターンを示す。図３のパターンは、アンテナ１０が、矩形チャネルの長さに実質的に沿った方向に、例えば、図１を見ている人から離れる方向にＲＦ放射を放つようベース内に位置付けられることを前提としている。横から見て、放射パターンは、下方ローブを持つ。これはまた、天井レベルより下にあるデバイスが照明器具からＲＦ信号を受信することができるため有利である。三次元及び（横から見て）二次元の放射パターンをそれぞれ示す図６Ａ及び図６Ｂを参照されたい。

図３は、上方から見た放射パターンを示す。この放射パターンは、矩形のアレイに配置される照明器具に理想的である実質的に十字型のパターンである。これは、とりわけ、照明器具が例えばオフィス又はパーキングガレージにおいてアレイグリッドに構成される照明ソリューションに関連する。一例が図４に示されている。図４は、下側から見た照明システムを示し、天井２４に対して示されている天井板２０の下側に固定された照明器具１のアレイが示されている。ＴＸが印された照明器具は、放射中であり、該ＴＸが印された照明器具１から放射された信号が、アレイ内の他の照明器具により獲得されることを意図したものであることを示している。斯くして、図３の十字型の放射パターンは、このことを達成するのにとりわけ適し、効率的なソリューションを表している。

図４において、各照明器具は、図１に関連して述べた制御モジュールを有する。制御モジュールは、通信メッシュで動作し、各モジュールは、当該メッシュのノードを構成する。これにより、照明器具は、互いに通信することができ、照明レベルを制御することができる。メッシュ内の通信品質（伝播距離及びパケット誤り率）は、空隙の使用により得られる効率的な放射パターンによりかなり改善される。

天井２４の材料は、金属又はコンクリートであってもよく、金属の天井板を用いることにより、両方の状況に対処することができる。空隙の原理は、矩形チャネルのギアトレイを備えた図１に示される形状の照明器具にとりわけ功を奏する。しかしながら、以下の記載から明らかなように、他のタイプの照明器具にも適用可能である。

空隙コンセプトのメカニズムは、共振キャビティに基づく。照明器具１の金属チャネル２は、天井板２０と共に、共振キャビティを形成する。アンテナ１０を含む制御モジュール８は、キャビティ内のＲＦエネルギ源であり、該エネルギは、図５に示されるようにケーシング上でＴＭ電磁界パターン(transversal magnetic field pattern)にしたがって分布される。点線は、磁力線を示し、表面電流に対応する。次いで、空隙が上記で提案されたように適用される場合、これら表面電流は阻止され、ファラデーの法則にしたがって、誘導電圧（及び対応する電界）が、空隙により生成される開口内に生じる。太線は、電界線(electric field line)を示す。空隙は、制御モジュール８からのＲＦエネルギを生成したワイヤアンテナ１０を増強するスロット／開口タイプのアンテナとして作用する。開口２２は、内側のエネルギから励起され、エネルギを壁６及びベース４により形成されるケーシングの外側に放射する。空隙は、放射波長及びケーシング特性を考慮した任意のサイズの照明器具構造に適宜寸法付けられることができる。一例において、最低３ｍｍの深さの空隙が、図１に示されるギアトレイ照明器具及び図４のアレイで用いられる場合に最適な放射パターンと相まってとりわけ効果的な放射を提供することが分かった。

しかしながら、当該コンセプトは共振キャビティに基づくので、照明器具の精確な形状及び照明器具内の制御モジュール８の位置は、代表的な電界分布(TM)が優勢なままである限り放射効率にとって臨界的ではない。これは、照明器具の断面が、放出された放射の数（約１乃至４）波長を越えない限りそうである。例えば、２．４ＧＨｚ ＩＳＭ帯（波長＝１２．５ｃｍ）の場合、断面は、１５乃至５０ｃｍより小さいべきである。

放射パターンは、照明器具内の送信モジュールの長手方向の位置決めによりわずかに影響され得るが、これは、放射効率及びギアトレイ通信メッシュ性能に悪影響を与えるものではない。さらに、照明器具の長さは、放射パターンに影響を与え得るが、全体的な優位性は依然保たれる。

金属の照明器具及び金属の天井板の間に空隙を用いるコンセプトの固有の利点は、電磁エネルギのための（通信メッシュのノードを含む）環境に対する効率的な経路と、オフィス及びパーキングガレージ等のアレイグリッドに置かれた照明器具に最適である指向性特性とを組み合わせたことにある。特に、メタルギアトレイタイプの照明器具について、空隙の原理は、優れた放射特性を実現するため非常に有効である。さらに、空隙の原理は、穴及び外部アンテナの使用等の照明器具における付加的な対策をなくし、結果として費用対効果の高いソリューションである。

開示された実施例に対する他のバリエーションが、図面、開示及び添付の特許請求の範囲の研究から、特許請求の範囲の発明を実践する当業者によって理解され、実施され得るであろう。請求項において、"有する"という用語は他の要素又はステップを除外するものではなく、単数表記は複数を除外するものではない。単一のプロセッサ又は他のユニットが、請求項に列挙されている幾つかの項目の機能を実現してもよい。特定の手段が、相互に異なる従属請求項において引用されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利になるように使用されることができないと示すものではない。添付請求項における如何なる符号も、範囲を制限するものとしてみなしてはならない。

Claims (15)

1. 照らされるべき空間の天井に取り付けるための照明器具であって、
   ケーシング、
   照明要素を前記ケーシングに固定するための固定具、
   他のデバイスにＲＦエネルギを送信するための無線送信モジュールであって、前記ケーシング内に配置されるアンテナを有する無線送信モジュール、及び
   天井板に対して当該照明器具を固定するための固定要素であって、前記ケーシング及び前記天井板の間に空隙を設けるため前記ケーシングを前記天井板から離間するよう構成される固定要素、
   を有し、
   前記ケーシングは、前記アンテナから送信されるＲＦエネルギのための共振キャビティを構成し、
   前記空隙は、前記アンテナからのＲＦエネルギを前記ケーシング外部の環境に放射するよう寸法付けられる、照明器具。
2. 前記共振キャビティは、前記ケーシング内のＴＭモード電磁界パターンにしたがってＲＦエネルギを分布させるよう作用する、請求項１に記載の照明器具。
3. 放射されたＲＦエネルギの放射パターンは、前記天井板に実質的に平行な平面内で実質的に十字型である、請求項１に記載の照明器具。
4. 前記無線送信モジュールは、前記アンテナから送信されるＲＦエネルギにおいて送信されるべき制御信号を生成するためのＲＦ生成器を有する、請求項１に記載の照明器具。
5. 前記固定具に固定された少なくとも１つの照明要素を有する、請求項１に記載の照明器具。
6. 前記ケーシングは、上方に延びる一枚板の壁を持つ一枚板のベースを有する、請求項１に記載の照明器具。
7. ベースから下方に延び、前記ケーシングの外方に向かって延びる反射器を有する、請求項３に記載の照明器具。
8. 前記ケーシングは、上方に延びる壁部をベース部に備える下面を持つ矩形チャネルを有し、前記無線送信モジュールは、前記下面に固定され、前記アンテナは、前記チャネルに沿った方向にＲＦエネルギを放射する、請求項１に記載の照明器具。
9. 前記空隙は、少なくとも深さ３ｍｍである、請求項１に記載の照明器具。
10. 前記矩形チャネルの幅は、放射の数波長程度である、請求項８に記載の照明器具。
11. 前記放射パターンは、横から見て下方ローブを持つ、請求項３に記載の照明器具。
12. 前記上方に延びる壁部は、ギャップ又は穴のない連続的な材料から形成される、請求項８に記載の照明器具。
13. 照らされるべき空間の天井に固定するための照明システムであって、
    当該照明システムは、
    天井板、及び
    前記天井板に固定される少なくとも１つの照明器具
    を有し、
    前記照明器具は、ケーシングを有し、前記照明器具は、前記ケーシング及び前記天井板の間に空隙を設けるため前記ケーシングを前記天井板から離間するように前記天井板に固定され、前記照明器具は、他のデバイスにＲＦエネルギを送信するための無線送信モジュールであって、前記ケーシング内に配置されるアンテナを有する無線送信モジュール及び照明要素を前記ケーシングに固定するための固定具を有し、前記ケーシングは、前記アンテナから送信されるＲＦエネルギのための共振キャビティを構成し、前記空隙は、前記アンテナからのＲＦエネルギを前記ケーシング外部の環境に放射するよう寸法付けられる、照明システム。
14. アレイに編成され、前記天井板に固定される複数の照明器具を有する、請求項１３に記載の照明システム。
15. 各照明器具は、前記アレイにより構築されるメッシュネットワーク内のノードを有し、これら照明器具は、放射されたＲＦエネルギにおける制御信号を用いて通信するよう構成される、請求項１４に記載の照明システム。

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