JP2009093125A - Illumination using multi-color light emitting element, and information display system and display method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は多色の発光素子と情報記憶素子とデータ処理装置とをふくむ画素を多数用いてネットワーク化し、各種の照明ならびに情報表示を行うための方法および装置に関するものである。 The present invention relates to a method and an apparatus for networking by using a large number of pixels including a multicolor light emitting element, an information storage element, and a data processing device, and performing various kinds of illumination and information display.
発光ダイオード(LED)に代表される半導体を利用した固体発光素子は、高輝度・低消費電力であるため、色々の表示に用いられている。発光色の異なる複数個の発光素子の発光強度を変化させることにより、多数のさまざまな色調を出すことが出来る。とくに赤色、緑色、青色の三原色の発光を用いてそれらの相対輝度を変化させると、多色の光源となることはよく知られている。 A solid-state light-emitting element using a semiconductor typified by a light-emitting diode (LED) has high luminance and low power consumption, and is therefore used for various displays. By changing the emission intensity of a plurality of light emitting elements having different emission colors, a large number of various color tones can be obtained. In particular, it is well known that a multicolor light source can be obtained by changing the relative luminance of the three primary colors of red, green, and blue.
例えば、特許文献1では、3原色のLEDから成る各画素には、各LEDの輝度諧調データを記憶する専用メモリと、専用メモリの出力データに基づいてパルス幅変調(PWM)波を出力するパルス幅変換回路と、PWM波を該当するLEDに供給する出力回路が併設されている。複数の画素からなるLED表示パネル全体を制御するLED調光装置からは、各LEDの諧調データとアドレスデータとが2つのデータバスにより並列に各画素に送られてくる。各画素では、各画素中のLEDに対応する諧調データを、上記の各画素毎に設置されている専用メモリに記憶し、その諧調データをPWM波に変換し各LEDに出力し色々の色調の表示が可能となるように構成されている。また、特許文献1では、パソコンなどから送られてくるRGBアナログ信号は、上記のLED調光装置にて各画素のLEDの発光特性のバラツキを補正した後に、各画素に加えられており、核LEDの特性のバラツキが表示のノイズにならないような対策が施されている。 For example, in
特許文献2では中央プロセッサから複数のプロセッサに照明コマンドを送信し、各プロセッサは受信した照明コマンドをもとに照明制御信号を発生させ、各プロセッサの出力部分に数珠繋ぎ状に接続された複数の画素に照明制御信号を伝達するネットワーク化された照明システムの例が述べられている。また各画素にはセンサを組み込むことが出来、その信号をプロセッサや中央プロセッサにフィードバックし様々な制御機能を実行できる。 In
特許文献3では、1個のマスタデバイスと複数個のスレーブデバイス間をシリアルバス信号線で接続し、各スレーブに駆動部を接続することによりマスタデバイスと駆動部間の接続配線数を大幅に低減したロボット装置について記載されている。 In
特許文献4では、シリアルデータ転送の例として、IIC−bus(Inter−IC Controlバス)を用いる例が記載されている。
特許文献5(Fig.63;「0322」−「0332」)では,照明ショーをリアルタイムにトリガーする手法が記載されている。 Patent Document 5 (FIG. 63; “0322” to “0332”) describes a method of triggering a lighting show in real time.
しかしいずれの公知例も、コントローラに接続された多数の画素に対して、表示情報を変化させる時毎に,画素のアドレス信号と対応する輝度信号を通信により送付する構成となっている。一つのコントローラ(以下ではマスタと称する)あたりの画素(以下ではスレーブと称する)の数が百ないしは千程度以上に増加してくると、通信に要する時間が視覚に検知しうる時間(30ミリ秒程度以上)以上となる場合が生じてくる。同時に表示を変化させたい場合には、これはネックとなる。この欠点を回避するためには、マスタと各スレーブ間の通信速度を高速にするか、マスタの数を増加してひとつのマスタ当たりのスレーブの数を減少させる必要がある。通信速度を増加させると、通信に要する電力が増加し、かつ耐ノイズ性が劣化する。また、マスタの数を増加すると、装置のコストが上昇するなどの欠点がある。常時各スレーブを高速にアドレスする必要がある場合にはこれらの改善も必須となるが、通常の照明表示では、高速のアドレスは常時必要でなく、画面が切り替わる場合や、各種の照明効果を持たせるときにのみ必要となってくる。
また、通常の色彩の各種パターン表示では、スレーブ数として、100ないしは200程度以下でも所望の照明表示が得られる場合が多い。しかし,通常の照明表示に文字表示を組み合わせる場合には、文字表示に要するスレーブ数は500ないしは1000程度以上となる。たとえば、5×7ドットで構成される英数字文字を15文字以上表示する場合には525スレーブ以上が必要になり、16×16ドットで構成された漢字を4文字以上表示する場合には1024画素以上が必要となる。各種パターン表示と文字表示とを混在させて表示させる場合など、表示画素数が数百ないしは千以上となる場合で、常時は、高速で表示を変化させる必要ではないが、瞬時に画面を切替える表示効果が必要である場合に、コストをあまり増加させることなく対応できるようにすることが本発明の目的である。However, any known example has a configuration in which a luminance signal corresponding to an address signal of a pixel is sent by communication to a large number of pixels connected to the controller every time display information is changed. When the number of pixels (hereinafter referred to as slaves) per controller (hereinafter referred to as a master) increases to about one hundred or more than one thousand, the time required for communication can be detected visually (30 milliseconds) It will occur in some cases. This is a bottleneck if you want to change the display at the same time. In order to avoid this drawback, it is necessary to increase the communication speed between the master and each slave or increase the number of masters to decrease the number of slaves per master. If the communication speed is increased, the power required for communication increases and the noise resistance deteriorates. Further, when the number of masters is increased, there is a disadvantage that the cost of the apparatus increases. When it is necessary to always address each slave at high speed, these improvements are also essential. However, in normal lighting display, high-speed address is not always necessary, and the screen changes or has various lighting effects. It is only necessary when
Further, in various pattern displays of normal colors, a desired illumination display is often obtained even when the number of slaves is about 100 or 200 or less. However, when character display is combined with normal illumination display, the number of slaves required for character display is about 500 to 1000 or more. For example, when displaying 15 or more alphanumeric characters composed of 5 × 7 dots, 525 slaves or more are required, and when displaying 4 or more characters composed of 16 × 16 dots, 1024 pixels are displayed. The above is necessary. When the number of display pixels is several hundred or 1000 or more, such as when displaying various pattern displays and character displays together, it is not always necessary to change the display at high speed, but the display can be switched instantaneously. It is an object of the present invention to be able to cope with the case where an effect is required without increasing the cost so much.
現在表示中の表示情報を各スレーブに記憶しかつ表示している間に、次に表示すべき表示情報を通信により各スレーブに記憶させる。その後各スレーブを同時にトリガ(以下ではスレーブ同時トリガと略称する)することにより、各スレーブの表示内容を、次に表示すべき表示情報に同時に変更する。
なお、この手段の発展したものとして、各スレーブに前もって複数種類の表示情報を記憶させておき、スレーブ同時トリガ信号の受信毎に、次の表示すべき内容に表示内容を順次変更させることもできる。また、スレーブ同時トリガ信号の受信前ないしは受信時に、どの表示内容に変更させるかについての情報を各スレーブが受信するようにすれば、その情報に従って、各スレーブに記憶されている情報から次に表示すべき表示内容を選択して、表示内容を瞬時に変更することができる。
なお、スレーブ同時トリガ機能は、以下の実施例にてその例を述べるように,マスタと各スレーブ間に設置されたデータ通信用ケーブルとは別にトリガ専用のラインを設置したり、IICの規格や特開平4−332065などに記載されているようなデータ通信路を流用した同報通信(ジェネラルコール)機能を用いたり,ユーザに解放されている各種オプション機能などを活用して同報通信(ジェネラルコール)機能ないしは同時トリガ機能を具備することなどにより実現できる。While the display information currently being displayed is stored and displayed in each slave, the display information to be displayed next is stored in each slave by communication. Thereafter, by triggering each slave simultaneously (hereinafter abbreviated as slave simultaneous trigger), the display content of each slave is simultaneously changed to display information to be displayed next.
As an extension of this means, it is possible to store a plurality of types of display information in advance in each slave, and sequentially change the display content to the next content to be displayed each time the slave simultaneous trigger signal is received. . In addition, if each slave receives information about which display contents to change before or during reception of the slave simultaneous trigger signal, the information stored in each slave is displayed next according to that information. The display content to be selected can be selected and the display content can be changed instantaneously.
The slave simultaneous trigger function, as described in the following examples, is provided with a dedicated trigger line separately from the data communication cable installed between the master and each slave, Broadcast communication (general call) function using a data communication path as described in JP-A-4-332065, etc., or utilizing various optional functions released to the user, etc. (general communication) Call) function or simultaneous trigger function.
次に表示すべき内容は、前の表示を行っている間に行えばよいので、少々の時間を要しても良いため、スレーブ数が増えても、通信速度を速くする必要はない。各スレーブにおいては、スレーブ同時トリガ信号を受信したときに次の表示に変更すればよく、この表示の変更には、低価格のマイクロコンピュータなどを使用しても、通常1ミリ秒程度以下の短時間で済むため、全画面の表示内容が、視覚に検知しうる時間(30ミリ秒程度以上)以下の瞬時に変更される。なお、各スレーブに次の表示内容あるいはその後の表示内容を記憶する分のメモリ(RAM)を数バイトないしは数百バイト増加させる必要があるが、この程度のメモリの増加は低価格のマイクロコンピュータでも容易に対応できる。したがって、文字表示を含む多画素表示や大画面表示で、表示すべきスレーブ数が100ないしは1000以上に増えても、スレーブ同時トリガ信号に同期して画面全体を瞬時に変更することができるので、表示の効果を増大することができる。また、これらの機能は、低価格のマイクロコンピュータなどで容易に実現できるため、低コストで高品質の表示が得られる効果がある。なお,上記ではマスタ当たりのスレーブ数として百程度以上の場合についてのべたが,本発明はマスタ当たりのスレーブ数として数十程度の場合でも,通信速度を低下できるため消費電力を低下でき,かつ耐ノイズ性を改善でき,小規模の低コストのシステムに対しても効果があることはもちろんである。また,マスタ2が1個のみでメインマスタ1がない小規模でシンプルなシステムにも本発明のスレーブ同時トリガ機能を用いることにより同様の効果が得られる。 Since the contents to be displayed next may be performed while the previous display is being performed, it may take a little time, so even if the number of slaves increases, it is not necessary to increase the communication speed. Each slave only needs to change to the next display when the slave simultaneous trigger signal is received. Even if a low-cost microcomputer or the like is used for this display change, it is usually a short time of about 1 millisecond or less. Since time is sufficient, the display content of the entire screen is changed instantaneously within a time that can be detected visually (about 30 milliseconds or more). In addition, it is necessary to increase the memory (RAM) for storing the next display contents or the subsequent display contents in each slave by several bytes or hundreds of bytes. Can be easily handled. Therefore, even if the number of slaves to be displayed is increased to 100 or 1000 or more in multi-pixel display including character display or large screen display, the entire screen can be instantaneously changed in synchronization with the slave simultaneous trigger signal. The display effect can be increased. In addition, since these functions can be easily realized by a low-cost microcomputer or the like, there is an effect that a high-quality display can be obtained at a low cost. In the above description, the case where the number of slaves per master is about 100 or more has been described. However, even in the case where the number of slaves per master is several tens, the communication speed can be reduced, so that power consumption can be reduced and Of course, noise can be improved and it is effective for small-scale low-cost systems. A similar effect can be obtained by using the slave simultaneous trigger function of the present invention in a small and simple system having only one
図1に本発明の構成の一例を示す。コントローラ機能を有するマスタ2に画素であるスレーブ3が多数個接続されている。また,図1では複数個のマスタ2を統括するメインマスタ1を有している。マスタ2とスレーブ3との間のデータ通信路5は,表示システム10全体のコンパクト化を図るため、ケーブル本数が少ないシリアル通信を用いるのが好ましい。シリアル通信でスピードアップを図るには、シリアルデータラインのほかに同期信号ラインを並置する同期式シリアル通信(IIC通信など)や,非同期のシリアル高速通信(RS422,RS485,MOXA社ADDCなど)などが適している。図1ではマスタ2とスレーブ3との間の通信路5として同期式シリアル通信ラインの一種であるIICバスを使用する例について述べる。また図1ではスレーブの数が数百ないしは数千と多い場合を想定している。マスタ2とスレーブ3間の通信に要する合計時間があまり大きくならないようにするため、一つのマスタ2に対しスレーブ3の数を百程度ないしは数百以下に制限し、複数のマスタ2−1〜2−nを用いている。また複数のマスタを統括するメインマスタ1を設置している。メインマスタ1には表示情報の全データが収納されており、時間的に変化する表示情報はメインマスタ1から各マスタ2を経由して、各スレーブ3に送信される。なお、複数のマスタ2中の一つのマスタ2(例えばマスタ2−1)にメインマスタの機能を持たせることにより、図1中のメインマスタ1を省略することもできる。
メインマスタ1とマスタ2間の通信路4は,高速の通信が可能なパラレルもしくはシリアル通信を用いることができる。図1ではローカルエリアネットワークを用い、マスタ2とスレーブ3間の通信路5は上に述べたようにIICバスを用いる場合を示している。メインマスタ1と各マスタ2との間ならびにマスタ2と各スレーブ間のトリガ信号の送達は,メインマスタ・マスタ間トリガライン6およびマスタ・スレーブ間トリガライン7を,データ通信路4や5とは別に設置する場合を示している。FIG. 1 shows an example of the configuration of the present invention. A large number of
The
図2にスレーブ3の構成例を示す。現在表示中の情報は内部メモリ8−5に記憶されている。マイクロセッサ処理部8−1により,視覚検知時間(30ミリ秒程度)以下の周期でパルス幅変調処理8−7が起動され,内部メモリ8−5の内容に応じたパルス幅信号を出力バッファ9に出力している。この処理は複数の発光素子に対して,実質的には並列的に処理される。パルス変調処理などのソフトの内容は読み出し専用メモリ(ROM)8−6に記憶されており,図示はしていないクロック信号入力をもとに計数された所定の周期(幅変調起動周期)で,マイクロセッサ処理部8−1中の幅変調起動用のタイマ割り込み機能によりパルス変調処理8−7が起動される。各発光素子の明るさとして8ビットのデータを用いる場合には,パルス幅としては0−255の256段階に変化する。パルス幅変調処理8−7の起動周期を例えば10ミリ秒程度とすると,パルス幅変調処理8−7中における幅変調に伴う最小の時間間隔は 10/255=0.04ミリ秒程度となる。すなわち最悪状態では,この時間間隔でパルス幅の制御が必要になる。
なお,内部メモリ8−5としては,マイクロコンピュータ8中のパラレル入出力機能分などを用いたり,ランダムアクセスメモリ(RAM)8−4中の所定部分を用いたり,所定のポインタが指示するランダムアクセスメモリ(RAM)8−4中の部分などを用いる事もできる。FIG. 2 shows a configuration example of the
As the internal memory 8-5, a parallel input / output function in the
パルス幅制御の例を以下に述べる。パルス変調処理8−7が起動されると,まず内部メモリ8−5の内容が3個のワークメモリにコピーされ,それぞれのワークメモリの値から1が引かれる。その結果が正または0であれば1を負であれば0を,各発光色に対応してパラレル出力メモリ中の3ビットに出力する。その後一定周期(例えば0.04ミリ秒)毎に幅制御のタイマ割り込みが起動し,幅制御の各割り込み毎に,各発光色に対応した3個のワークメモリならびに3ビットのパラレル出力メモリに対して,下記の処理を行う。
* ある発光色のワークメモリの値から1を引く。その結果が正または0であれば1を 負であれば0を,その発光色に対応したパラレル出力メモリに出力する。*
このようにして,内部メモリ8−5に記憶された3色の発光強度データに対応して,3ビットのパラレル出力メモリから,パルス幅変調された3個のデジタル信号が出力される。このパルス幅変調処理全体は,先に述べたように,幅変調起動用のタイマ割り込みにより,視覚検知時間(30ミリ秒程度)以下の周期で起動される。なお,パルス幅変調処理は,マイクロコンピュータ8の外でハード的に実行したり,マイクロコンピュタ8中にパルス幅変調専用処理部分を内蔵させることにより,高速化にも対応可能となる。
また,パルス幅変調処理の代わりに,パルス幅が1:2:4:8:16:32:64:128である時間的に重複しない8個のパルスを,内部メモリ8−5中の1,0のデータ内容に応じてオンオフし,8ビットの明るさを変化させるパルス符号変調(PCM)処理(例えば特開昭49−79120参照)を一定周期(例えば10ミリ秒)毎に起動すれば,明るさの制御をより短い時間で行うことができる。An example of pulse width control will be described below. When the pulse modulation processing 8-7 is started, first, the contents of the internal memory 8-5 are copied to three work memories, and 1 is subtracted from the values of the respective work memories. If the result is positive or 0, 1 is output to 3 bits in the parallel output memory corresponding to each light emission color. After that, a width control timer interrupt is activated at regular intervals (for example, 0.04 milliseconds), and for each interrupt of the width control, three work memories corresponding to each emission color and a 3-bit parallel output memory are used. The following processing is performed.
* Subtract 1 from the work memory value of a certain luminescent color. If the result is positive or 0, 1 is output, and if it is negative, 0 is output to the parallel output memory corresponding to the emission color. *
In this way, three digital signals subjected to pulse width modulation are output from the 3-bit parallel output memory corresponding to the emission intensity data of the three colors stored in the internal memory 8-5. As described above, the entire pulse width modulation process is started with a period equal to or shorter than the visual detection time (about 30 milliseconds) by the timer interrupt for starting the width modulation. Note that the pulse width modulation processing can be executed in hardware outside the
Also, instead of the pulse width modulation process, eight pulses having a pulse width of 1: 2: 4: 8: 16: 32: 64: 128 are temporally overlapped with 1 in the internal memory 8-5. If pulse code modulation (PCM) processing (for example, see JP-A-49-79120) that turns on and off according to the data content of 0 and changes the brightness of 8 bits is started at regular intervals (for example, 10 milliseconds), The brightness can be controlled in a shorter time.
表示内容を変更したい場合には,メインマスタ1から通信路4,各マスタ2−n(n=1,2...),通信路5を経由して各スレーブ3−nm(m=1,2...)に対し,次以降に表示すべきデータを送信する。メインマスタ1と各マスタ2−n間では,各マスタ2−nのアドレスと各マスタ2−nー各スレーブ3−nm間の通信内容とを組にし,変更を要するマスタ2−nすべてに対応したデータ列に,スタート信号や終了信号など通信上必要な信号を付加して送信する。マスタ2−nでは,自己のアドレスに対応したデータ,すなわち各マスタ2−nー各スレーブ3−nm間の通信内容を受信し,それに通信上必要な信号を付加し,通信路5−nを経由して各スレーブ3−nmに送信する。各マスタ2−nー各スレーブ3−nm間の通信内容としては,各スレーブ3−nmのアドレス,次以降に表示すべき3色の表示用データおよび表示順序コードなどからなる。 なお,次に表示すべき情報を逐次送信する場合には,表示順序コードは不要となる。そのときの各部分のタイミングは図6a)に示す。
マイクロプロセッサ処理部8−1はこのシリアルデータ中のスタート信号の入力を検知して通信処理を開始し,まずアドレス部分のチェックを行い,アドレス情報が自己のアドレスと一致したときにその後に続く3色の表示用データおよび表示順序コードを読み取る。読み取った後にACK信号をシリアル通信路5を経由してマスタ2に返す。読み取られた3色の表示用データは,マイクロプロセッサ処理部8−1によりランダムアクセスメモリ(RAM)8−4中に記憶される。このRAM8−4中の記憶場所は,表示順序コードで指定された所定部分や,表示順序コードで指定されたポインタの指す部分などである。In order to change the display contents, each slave 3-nm (m = 1, m) is transmitted from the
The microprocessor processing unit 8-1 detects the input of the start signal in the serial data and starts communication processing. First, the address part is checked, and when the address information matches its own address, the subsequent 3 Read color display data and display order code. After reading, an ACK signal is returned to the
次に,表示内容を一斉に変更したいタイミング(後述の図3でt=T1の直前)に,メインマスタ1,メインマスタ・マスタ間トリガライン6,マスタ2−n,マスタ・スレーブ間トリガライン7−nを経由してスレーブ3−nmのすべてにスレーブ同時トリガ信号が同時に送信される。各スレーブ3−nmでは,スレーブ同時トリガ信号を受信すると,次表示用の表示順序コードを示す場所の表示データを内部メモリ8−5にコピーするとともに,パルス幅変調処理8−7を起動する(図3でt=T1)。この後パルス幅変調処理8−7は,新たなタイミングで,一定周期毎に以前と同様に起動される。パルス幅変調処理8−7より後は前述の動作と同じ動作により,新たな表示内容が,3色の発光素子10−1,10−2,10−3により表示される。各スレーブ3−nmがスレーブ同時トリガ信号を受信してから,出力バッファ9に新たなデータが記憶されて新たな表示が始まるまでの時間は,表示画面全体の切り替えを視覚上瞬時で一斉とみなし得るようにするためには,各スレーブ3−nm毎のバラツキを含め,少なくとも視覚検知時間(30ミリ秒程度)の2倍程度以下,好ましくは視覚検知時間程度以下,更に好ましくは視覚検知時間の半分程度以下にする必要がある。市販のマイクロコンピュータとその割り込み機能を使えば,この条件は容易に満足させることができる。3色の発光素子に対するパルス幅変調処理8−7を行っていると,上述したように0.04ミリ秒程度の周期の処理が生じる。しかし,パルス幅変調処理中の空き時間を有効に使ったり,前述したようなパルス幅変調処理の高速化やパルス符号変調の採用などにより,スレーブ同時トリガ信号の受信時の処理に使える期間を増加させることにより,市販の低価格のマイクロコンピュータ(例えばPICシリーズなど)を用いても,容易に数ミリ秒以下にて新データへの変更処理を行うことができる。新データへの変更処理をこのように短い時間で行うようにするには,本発明で述べているように,スレーブに一斉にトリガを行うスレーブ同時トリガ機能が必須条件となる。 Next, the
図1において用いるスレーブ同時トリガ信号のパルス幅としては,耐ノイズ性を良くするためには広い方が好ましい。一方,少なくとも視覚検知時間(30ミリ秒程度)の2倍程度以下,好ましくは視覚検知時間程度以下,更に好ましくは視覚検知時間の半分程度以下に表示画面全体の切り替えるためには,スレーブ同時トリガ信号のパルス幅としては少なくとも視覚検知時間(30ミリ秒程度)程度以下,好ましくは視覚検知時間の半分程度以下にする。ノイズの影響を極力受けないようにするには,トリガ信号のパルス幅としては少なくとも0.5ミリ秒〜30ミリ秒,好ましくは0.7ミリ秒〜15ミリ秒に設定する。なお,各スレーブ3のトリガ入力ポート8−3中に,スレーブ同時トリガ信号に対するノイズの影響を更にに受けないようにするために, バンドパスフィルタないしはローパスフィルタを設置するのが好ましい。スレーブ同時トリガ信号のパルス幅をTW(秒)の場合に,バンドパスフィルタの中心周波数は1/(2・TW)程度で,この値の0.5倍から2倍の範囲内とし,ローパスフィルタのカットオフ周波数は1/TW程度で,この値の0.5倍から2倍の範囲内とするのが好ましい。 The pulse width of the slave simultaneous trigger signal used in FIG. 1 is preferably wider to improve noise resistance. On the other hand, in order to switch the entire display screen to at least about twice the visual detection time (about 30 milliseconds), preferably about the visual detection time or less, more preferably about half the visual detection time or less, the slave simultaneous trigger signal The pulse width is at least about the visual detection time (about 30 milliseconds), preferably about half the visual detection time. In order to minimize the influence of noise, the pulse width of the trigger signal is set to at least 0.5 milliseconds to 30 milliseconds, preferably 0.7 milliseconds to 15 milliseconds. In addition, it is preferable to install a band pass filter or a low pass filter in the trigger input port 8-3 of each
16×64=1024個のスレーブ3よりなる表示面に、1文字当たり16×16=256個のスレーブからなる横4文字の漢字表示や、カラーパターン表示を行う場合について述べる。マスタ2を4個(マスタ2−1〜マスタ2−4)用い、1個のマスタ2−nあたり256個のスレーブ3−nm(スレーブ3−n1〜スレーブ3−n256,n=1,2,3,4)を接続し、マスタ2−nとスレーブ3−nmとの間の通信路5−nの通信速度は100kb/sとする。最初に横8×縦16個のスレーブからなるストライプをひとつの単位として、帯状のカラー表示をおこなっており、横方向8スレーブごとに虹状に色が変化している(図3−a)。この状態が2秒間保持された後,横方向8スレーブ分だけ表示が左に移動する(図3−b)。さらに2秒経過すると,横方向8スレーブ分だけ表示がさらに左に移動する(図3−c)。このような流れる虹の表示を行っている途中で,時刻t=T1に突然4文字の漢字表示を60秒間行い,その後はまたもとの流れる虹の表示に戻す。メインマスタ1と各マスタ2間の通信は高速のパラレル通信であるため,通信に要する時間は,15ミリ秒より十分に短い。マスタから各スレーブへは,アドレス信号(2バイト),R輝度レベル(1バイト),G輝度レベル(1バイト),B輝度レベル(1バイト),発光時間(1バイト),立ち上がり・立下り時間(1バイト)の7バイトの信号を送信する(実際の場合には,その他の表示モード用の付加機能などにより,バイト数は増加する)。マスタから送信開始時のスタート制御,スレーブの受信後のACK信号の返信,その後のストップ制御など,ひとつのスレーブに表示情報を送信した後に次のスレーブに表示情報の送信を開始するまでには無駄時間がはいることになる。この無駄時間を含め1スレーブあたり10バイト分の送信時間を要すると仮定すると,256スレーブ分の信号を送信し終わるまでに要する時間:Taは式(1)となる。
Ta(秒)=(1/100,000)×8×10×256=0.051=205ミリ秒 ・・・・・・・・・式(1)A case will be described in which a horizontal four-character kanji display or color pattern display consisting of 16 × 16 = 256 slaves per character is displayed on a display surface made up of 16 × 64 = 1024
Ta (seconds) = (1 / 100,000) × 8 × 10 × 256 = 0.051 = 205 milliseconds ········· Equation (1)
最初のスレーブの表示の開始と256番目のスレーブの開始が式(1)の時間だけずれると,視覚上時間遅れが検知されるため,瞬間的に表示が変化したようには見えない。そこで,直前の虹の表示を表示している2秒間に,つぎの漢字表示の内容をメインマスタ1からマスタ2−nを経由してスレーブ3−nm(n=1−4,m=1−256)に送信し,各スレーブ中の次の表示情報用のメモリ部分に記憶しておく。送信時間205ミリ秒は,直前の表示の2秒に比べて十分長いため,前の表示中に余裕を持って送信することができる。次に図3のt=T1の時刻ないしはその直前に,メインマスタ1からマスタ2−nを経由してスレーブ3−nmに,スレーブ同時トリガ信号を送信する。各スレーブは,このスレーブ同時トリガ信号を受信すると,次の表示情報のメモリ内容を,現在の表示内容とみなす処理を行うことにより,つぎの表示である漢字の表示が画面上に表示される。実施例1でも述べたように,市販の低価格のマイクロコンピュータ(例えばPICシリーズなど)を用いても,スレーブ同時トリガ信号の受信からつぎのデータ内容の表示までの時間を,容易に数ミリ秒以下にて行うことができる。したがって,全スレーブ
3−nmの表示内容が,視覚検知時間(30ミリ秒程度)以下の瞬時に切り替わり,漢字4文字が同時かつ瞬時に表示される。このため,漢字内容のアピール効果も大きくなる。なお,流れる虹の表示から漢字表示への切り替わりを徐々に行いたい場合(フェード表示)には,表示データ中の立ち上がり立下り時間を所望の値に設定することにより行うこともできる。この場合にもスレーブ同時トリガ信号の採用により,画面の切り替わりのタイミングに全画面を同期させかつ同時進行して表示にできるため,全画面の変化が自然かつスムーズに行える利点がある。When the start of the display of the first slave and the start of the 256th slave are shifted by the time of the expression (1), a visual time delay is detected, so that the display does not appear to change instantaneously. Therefore, the content of the next kanji display is transferred from the
なお,流れる虹の表示は,表示を変えるたび(上記例では2秒)毎に,メインマスタ1からスレーブ3に,データを送信しても良いが,虹の表示などを含む複数種類の基本的表示モードのソフトを各スレーブ3のROM8−6に収納しておけば,表示モードとそのパラメータを一度指定すれば,その後は各スレーブ3がその表示モードの範囲内で自動的に表示内容を変更することもできる。虹の表示基本モードの指定では,色変化の全体色数ないしはアドレス番地毎の色変化の度合,変化の周期,色変更時のフェード効果の有無および速度などのパラメータを表示モードとともに指定すれば,スレーブ3におけるその後の変化は自動的に行われる。全画面の表示を開始するときにも,本発明の全画面を同期かつ同時進行し表示により全画面を同期かつ同時進行し表示開始できる。利点がある。また,各スレーブ3にはタイミング用ないしはマイクロプロセッサ動作用にクロックを内蔵しているが,長時間同一表示モードで動作させていると,各スレーブ3中のクロックの発振周波数の微妙な違いにより,全画面表示の各部分において表示変化のタイミングにずれが生じる場合がある。このような場合でも,ある周期(例えば数分)でスレーブ同時トリガ信号を送信するのみで,再び表示データを送信することなしに,全スレーブ3の同期をとることができる利点もある。
なお,基本的表示モードとして,このほかにも,発光色の点滅ないしは瞬間的色変化を行うストロボ表示,多彩な色のランダムな点灯表示などを具備することができる。The display of the flowing rainbow may be transmitted from the
In addition, as a basic display mode, it is possible to provide a strobe display that performs blinking of light emission color or an instantaneous color change, a random lighting display of various colors, and the like.
図4および図5に,データ通信路を流用した同報通信(ジェネラルコール)を用いてスレーブ同時トリガ機能を具備させた実施例を示す。なお,同報通信は,通信路につながるデバイスの特定アドレス(例えば16進数で“000”)を同報通信用アドレスに採用し,この特定アドレスのデータを各スレーブ3が受信した場合には,各スレーブがそのデータを同報通信と解釈する機能を有するように構成したものである。
図4では図2に比較し,メインマスタ・マスタ間トリガライン6およびマスタ・スレーブ間トリガライン7を削除し,その代わりにデータ通信路4および5として同報通信(ジェネラルコール)機能を有する通信路4’および5’を用いている。また図5では図3に比較し,トリガ入力ポート8−3を削除し,同報通信(ジェネラルコール)機能を有する通信路5’にシリアルデータ&同時通報入力ポート8−2’を接続し,データの受信処理とともに,同報通信の受信処理を行っている。次に表示すべきデータをメインマスタ1から各スレーブに送信後同報通信を行ったときの,各通信路4’および5’上のデータ,ならびに各スレーブ3の表示内容のタイミングを図6b)に示す。同時通信受信後の図5に示す各スレーブ動作は,次に述べる表示順序コード関連以外は図2で説明した内容にほぼ等しい。
なお,メインマスタ1と各マスタ3間の通信路4’に同報通信機能を付加することが困難な場合には,この部分のみ図1のメインマスタ1と各マスタ3間の構成を流用し通信路4とメインマスタ・マスタ間トリガライイン6とを併設する構成を採用しても,システムの複雑さはそれほど増加することなく図4のシステムとほとんど類似の特徴が得られる。4 and 5 show an embodiment in which a slave simultaneous trigger function is provided by using broadcast communication (general call) utilizing a data communication path. In the broadcast communication, when a specific address (for example, “000” in hexadecimal) of the device connected to the communication path is adopted as the broadcast communication address and each
In FIG. 4, compared with FIG. 2, the main master-master trigger line 6 and the master-
If it is difficult to add a broadcast communication function to the communication path 4 'between the
同報通信(ジェネラルコール)では同時トリガ機能にデータを添付することもできる。この機能を活用すると,次以降に表示すべき表示データに表示順序のコードを添付して各スレーブにあらかじめ送信しておき,各スレーブ3では表示順序コードに対応したRAM8−4の番地にあらかじめ記憶しておく。次に表示の変更が必要となったときに,図6c)に示すように,メインマスタ1から各マスタ3を経由して各スレーブ3に,変更すべき表示データの表示順序コードを添付した同報通信を行う。変更すべき表示データの種類があまり多くないときには,表示する可能性の高い表示データにおのおの表示コードを着けて各スレーブに前もって送っておけば,あとは必要なタイミングに表示コードを添付した同報通信の短いデータのみですむため,メインマスタ1と各マスタ3間,ならびにマスタ3と各スレーブ間の通信量を飛躍的に低減することができ,通信に伴う消費電力も飛躍的に低減できる。また,画面に表示を行う前ないしはほとんどのスレーブが表示を行っていない間に,表示する可能性の高い表示データを各スレーブ3に,前もって送信しておけば,画面の表示に伴う発光素子10の駆動ノイズの影響がない状態で主な通信が完了するため,ノイズによる通信時の誤動作などの悪影響も大幅に改善される。
なお,ここで述べた機能は,図1に示したシステムにおいても,表示順序コードを各スレーブ3に送信した後に,トリガライン6,7を経由して各スレーブ3にトリガ信号を送信すれば,シンプルさは少し劣るが,データ添付の同報通信と類似の機能を具備させることができる。In broadcast communication (general call), data can be attached to the simultaneous trigger function. If this function is utilized, a display order code is attached to display data to be displayed subsequently and transmitted to each slave in advance, and each
Note that the function described here can be obtained by transmitting a display order code to each
データを添付したトリガ機能を有する同報通信(ジェネラルコール)を用いることにより,以下に述べるように簡単に音と同期した表示を行うこともできる。(1)音量の最大レベルに対する周波数を例えば8レベル(3ビット)にコード化し,(2)音量のレベルを例えば8レベル(3ビット)にコード化したデジタル信号(6ビット)を,ある周期(たとえば30−500ミリ秒)で,メインマスタ1に入力する。メインマスタ1では,表示モードに対応する2ビットの信号を上記6ビットのデジタル信号のヘッド部分に追加して1バイトのデータとし,このデータが変化したときに,1バイトデータを添付したトリガ機能を有する同報通信(ジェネラルコール)を,メインマスタから各マスタを経由して各スレーブに送る。各スレーブでは,同報通信(ジェネラルコール)に添付されたデータを受信後RAM 8−4に保管し,各スレーブ中のROM 8−6中にあるソフトウエアにより,受信データ中の周波数レベルの3ビット部分は発光色の変化に,音量レベルの3ビット部分は発光強度の変化に対応させて内部メモリ8−5に出力する。この後は,前にも述べたように,所定周期でパルス幅変調を行い,各発光素子10−1〜10−iを発光させる。すると,音に対応した色と発光強度で,全画面同時に表示が変化する。この変化はメインマスタに入力される信号の変化に対応して表示される。1バイトのデータのみを添付したトリガ機能を有する同じ同報通信(ジェネラルコール)信号を,全スレーブに送信するのみでよいため,表示の変化が100ミリ秒程度あるいはそれ以下の頻度で生じても,メインマスターマスタ間,各マスター各スレーブ間の通信は輻輳することがなく,遅い通信速度(例えば1k−数+kビット/秒)でも可能なため,低価格でかつ安定なシステムが可能となる。なお,2ビットの表示モードは,例えば,00:ここで述べた色および発光強度の指定モード;01:表示順序コード(後述する);10:流れる虹表示モード;11:その他の表示モード,であり,下位の6ビットの信号により,表示内容を変えることができる。 By using broadcast communication (general call) having a trigger function with data attached, it is possible to easily display in synchronization with sound as described below. (1) A frequency corresponding to the maximum level of the sound volume is encoded to, for example, 8 levels (3 bits), and (2) a digital signal (6 bits) in which the sound volume level is encoded to, for example, 8 levels (3 bits) is For example, in 30-500 milliseconds), the
図7は各マスタ3と各スレーブ3間の一つの通信路(たとえば5’−1)に接続できるアドレスの数が制限されている場合の構成例である。図4と異なる点は,メインマスタ1からひとつのマスタ2−J(J=1,2..)に送信されたデータは,マスタ2−J内において分割されて,2個(一般的には複数個)の通信路5’−(2J−1),5’−(2J)を経由して各スレーブ3に送信される。マスタ2−Jが,2つの通信路を同時に使用して,各スレーブ3にデータを送信できる場合には,その動作は,図4の場合と大きな違いはない。しかしマスタ2として低価格のマイクロコンピュータで構成した場合には,複数通信路を用いて同時通信処理を行うことが困難である場合がある。この場合には複数の通信路に対して順次に処理を行うことになる。前にも述べたように変更すべき表示内容は前もって各スレーブ3に送信して置けばよいため,2つ(一般に複数個)の通信路5’−(2J−1),5’−(2J)間のデータの遅れはほとんど問題とはならない。しかしこの2つの通信路を経由して各スレーブ3に送信される同報通信間で,視覚検知時間(30ミリ秒程度)程度以上の遅れが生じると,全画面表示に不自然な表示が生じる可能性がでてくる。図8に図7の構成で,通信路5’−1,5’−2間のデータならびに同報通信の伝達タイミングの概略を示している。同報通信用データは,同報通信用の共通のアドレス(例えば16進数で“000”)と若干のデータのみからなる数バイトの短い共通データであるため,例えばマスタ2−1から各通信路5’−1(あるいは5’−2)を経由して各スレーブに通信する時間は1ミリ秒以下の瞬時に終了する。また,通信路5’−1,5’−2を切り替える時間も1ミリ秒より十分短い時間で完了できる。したがって図8中の△tで示した,2つの通信路5’−1,5’−2に送信される同報通信データの遅れ時間は1ミリ秒程度以下の短い値となる。このため,2つの通信路を使って順次に同報通信処理を行っても,その遅れ時間は,視覚検知時間(30ミリ秒程度)に比べて十分小さい値となる。
なお,一つのマスタ2からスレーブ3に送信される通信路5’の分割数が増えると,上記の同報通信データ間の遅れ時間の最大値は通信路の分割数にほぼ比例して増加するが,通信路の分割数が10程度以下であれば,低価格のマイクロコンピュータ(例えばPICシリーズなど)を用いても視覚検知時間(30ミリ秒程度)の4分の1程度以下にできるため,視覚上の表示内容の切り替わりは,瞬時かつ同時に行われる。すなわち分割された通信路間においても,視覚的には全画面に対しスレーブ同時トリガ機能が満足される。このことは,図1,図4のケースと何ら変わることがない。FIG. 7 shows a configuration example when the number of addresses that can be connected to one communication path (for example, 5′-1) between each
As the number of divisions of the
図9にIIC規格のシリアル通信路にスレーブ同時トリガ機能を具備させる他の例を示す。IIC通信路はSCLと名づけられている同期用クロックラインとSDAと名づけられているデーターラインとにより構成されている。IICの規格では,ストップ信号を受けてから次のスタート信号を受けるまでの間におけるSDAラインがハイレベルのときの動作については,特に規定されていない。この間はSCLラインは通常ハイレベルに保たれている。ストップ信号を受けてから次のスタート信号を受けるまでのSDAがハイレベルの間に,SCLラインをハイレベルからローレベルにした後再度ハイレベルに戻す動作を追加し,この動作をスレーブ同時トリガとして用いることができる。このトリガのローレベルの期間としては1ないし数ミリ秒とすると,スレーブ3として低価格のマイクロコンピュータを用いる場合においても,このスレーブ同時トリガ信号に容易に応答させることができる。 FIG. 9 shows another example in which the slave simultaneous trigger function is provided in the IIC standard serial communication path. The IIC communication path is composed of a synchronization clock line named SCL and a data line named SDA. In the IIC standard, the operation when the SDA line is at a high level between the time when the stop signal is received and the time when the next start signal is received is not particularly specified. During this time, the SCL line is normally kept at a high level. While the SDA from when the stop signal is received until when the next start signal is received, the SCL line is changed from high level to low level and then returned to high level. This operation is used as a slave simultaneous trigger. Can be used. When the low level period of the trigger is 1 to several milliseconds, even when a low-cost microcomputer is used as the
図1,図4,図7では,メインマスタ1と各マスタ2−n間の通信路4,4’は,共通の通信路により接続している例を示した。しかし本発明は,これに限定されるものではない。たとえば図10に示すように,メインマスタ1と各マスタ2−n間は別々の高速通信路を用いて順次にデータを送ることもできる。この構成で各通信路に,同報通信機能を付加できない場合や,同報通信機能は付加できるが各マスタ2−n間の同報通信受信タイミングの遅れの最大値が視覚検知時間(30ミリ秒程度)半分程度あるいはそれ以上になる場合には,図10に示すようにメインマスタ・マスタ間トリガライン6を設置するのが好ましい。
また,メインマスタ1と各マスタ2−n間の通信路の構成としては,このほか図11に示すようなシリアル接続も採用できる。この場合にも上に述べたように,各マスタ2−n間の同報通信受信タイミングの遅れの最大値が視覚検知時間(30ミリ秒程度)半分程度あるいはそれ以上になる場合には,図10に示すようにメインマスタ・マスタ間トリガライン6によりスレーブ同時トリガ信号を伝達するのが好ましい。
なお,マスタ2−nとスレーブ−nm間も図12に示すようにシリアル接続の通信路を採用することもできる。ただし同報通信受信タイミングの遅れの最大値が視覚検知時間(30ミリ秒程度)程度あるいはそれ以上になる場合には,図1に示したマスタ・スレーブ間トリガライン7を設置するのが望ましい。1, FIG. 4 and FIG. 7 show an example in which the
Further, as the configuration of the communication path between the
Note that a serial connection communication path can also be adopted between the master 2-n and the slave-nm as shown in FIG. However, when the maximum delay of the broadcast reception timing is about the visual detection time (about 30 milliseconds) or longer, it is desirable to install the master-
本発明によれば,次に表示すべき内容は、一つ前の表示を行っている間あるいはそれ以前に行えばよいので、少々の時間を要しても良い。このため、スレーブ数が増えても、通信速度を速くする必要はない。これにともない消費電力が低減できるとともに,ノイズによる悪影響が大幅に改善される。各スレーブにおいては、スレーブ同時トリガ信号ないしは同報通信情報を受信したときに次の表示に変更すればよく、この表示の変更処理には、低価格のマイクロコンピュータなどを使用しても、通常1ミリ秒程度以下の短時間で済むため、全画面の表示内容が、視覚に検知しうる時間(30ミリ秒程度以上)程度以下の瞬時に変更される。なお、各スレーブに次の表示内容あるいはその後の表示内容を記憶する分のメモリ(RAM)を数バイトないしは数百バイト増加させる必要があるが、この程度のメモリの増加は低価格のマイクロコンピュータでも容易に対応できる。したがって、文字表示を含む多画素表示や大画面表示で、表示すべきスレーブ数が100ないしは1000以上に増えても、スレーブ同時トリガ信号に同期して画面全体を瞬時に変更することができるので、表示の効果を増大することができる。また、これらの機能は、低価格のマイクロコンピュータなどで容易に実現できるため、低コストで高品質の表示が得られる効果がある。なお,上記ではマスタ当たりのスレーブ数として百程度以上の場合について述べたが,本発明はマスタ当たりのスレーブ数として数十程度の場合でも,通信速度を低下できるため消費電力を低下でき,かつノイズの影響を大幅に低減でき,小規模で低コストのシステムに対しても効果があることはもちろんである。また,マスタ2が1個のみでメインマスタ1がない小規模でシンプルなシステムにも本発明のスレーブ同時トリガ機能を用いることにより同様の効果が得られる。 According to the present invention, the content to be displayed next may be performed while the previous display is being performed or before it, so that a little time may be required. For this reason, even if the number of slaves increases, it is not necessary to increase the communication speed. As a result, power consumption can be reduced and the adverse effects of noise can be greatly improved. In each slave, when the slave simultaneous trigger signal or the broadcast communication information is received, the display may be changed to the next display. This display change processing is usually performed even if a low-cost microcomputer is used. Since a short time of about millisecond or less is sufficient, the display content of the entire screen is instantly changed to a time that can be detected visually (about 30 milliseconds or more). In addition, it is necessary to increase the memory (RAM) for storing the next display contents or the subsequent display contents in each slave by several bytes or hundreds of bytes. Can be easily handled. Therefore, even if the number of slaves to be displayed is increased to 100 or 1000 or more in multi-pixel display including character display or large screen display, the entire screen can be instantaneously changed in synchronization with the slave simultaneous trigger signal. The display effect can be increased. In addition, since these functions can be easily realized by a low-cost microcomputer or the like, there is an effect that a high-quality display can be obtained at a low cost. Although the case where the number of slaves per master is about 100 or more has been described above, the present invention can reduce the communication speed and reduce the power consumption even when the number of slaves per master is about several tens. Of course, it can significantly reduce the impact of the system and is effective for small-scale and low-cost systems. A similar effect can be obtained by using the slave simultaneous trigger function of the present invention in a small and simple system having only one
本発明によれば,マスタからスレーブへの表示変更内容データの送信と,スレーブ同時トリガ信号ないしは同報通信情報による表示画面切替用情報の送信とは分離して行える特長がある。例えば,表示開始前ないしはほとんど(9割以上)のスレーブが非発光状態のときに,表示変更内容データと表示順序情報とを組にして,マスタからスレーブに前もって送っておけば,あとは,表示内容を変更するタイミング毎に,スレーブ同時トリガ信号ないしは同報通信情報による表示画面切替用情報のみを送れば良い。表示開始前ないしはほとんど(7割以上,好ましくは9割以上)のスレーブが非発光状態では,発光素子10の駆動に伴うノイズの発生がないかもしくは非常に少ないため,データ通信のノイズの影響は大幅に改善される。また,スレーブ同時トリガ信号ないしは同報通信情報は,一個のパルスないしは1〜数バイトの短いデータを,視覚検知時間(30ミリ秒程度)程度あるいはその1/2ないしは1/20程度の比較的長い時間内に送れば良いため,同報通信時の通信速度も1k〜数十kビット/秒程度に大幅に低下することができ,さらに,スレーブ3内の受信ポートにバンドパスフィルタやローパスフィルタないしはフィルタ機能を有する素子(RC回路など)を設置すれば,ノイズの影響を大幅に改善することができる。 According to the present invention, the transmission of display change content data from the master to the slave and the transmission of display screen switching information by the slave simultaneous trigger signal or broadcast communication information can be performed separately. For example, if the display change contents data and display order information are paired and sent in advance from the master to the slave before the display starts or almost (90% or more) of the slaves are in the non-lighting state, the display It is only necessary to send only the slave simultaneous trigger signal or the display screen switching information based on the broadcast communication information every time the contents are changed. When the display starts or almost (70% or more, preferably 90% or more) of slaves are in a non-light emitting state, noise due to driving of the
本発明の多色発光素子を用いた照明ならびに情報表示システムおよび表示方法は,家庭内のクリスマスツリーや飾りなどのの小型のシステムから,展示用表示ないしはイルミネーション・各種イベント等における背景やテーマ表示や各種照明,さらには橋や建物などの建造物に対する各種イルミネーションなどの大型のシステムにまで,時間的に色を変化させる表示ないしは照明に利用し,低コスト化や安定動作化ならびにアピール効果の増大などを図ることができる。 The illumination and information display system and display method using the multi-color light emitting device of the present invention can be used for a background or theme display in a display for display, illumination, various events, etc. from a small system such as a Christmas tree or decoration in the home. Various displays, and even large systems such as various illuminations for buildings such as bridges and buildings, can be used for display or lighting that changes color over time, reducing costs, stabilizing operation, and increasing appeal effects, etc. Can be achieved.
1…メインマスタ。2…マスタ。3…スレーブ。4…メインマスタ・マスタ間通信路。4’…同報通信機能付メインマスタ・マスタ間通信路。5…マスタ・スレーブ間通信路。5’…同報通信機能付マスタ・スレーブ間通信路。6…メインマスタ・マスタ間トリガライン。7…マスタ・スレーブ間トリガライン。8…マイクロプロセッサ。8−1…マイクロプロセッサ処理部。8−2…シリアルデータ入力ポート。8−2’…シリアルデータ&同時通報入力ポート。8−2”シリアルデータ&同時通報入出力ポート。8−3…トリガ入力ポート。8−4…RAM。8−5…内部メモリ。8−6…ROM。8−7…パルス幅変調部。9…出力バッファ。10…発光素子。 1 ... Main master. 2 ... Master. 3 ... Slave. 4: Main master-master communication path. 4 ': Main master-master communication path with broadcast communication function. 5: Master-slave communication path. 5 ': Master-slave communication path with broadcast communication function. 6: Main master-master trigger line. 7: Master-slave trigger line. 8: Microprocessor. 8-1. Microprocessor processing unit. 8-2: Serial data input port. 8-2 '... Serial data & simultaneous report input port. 8-2 "Serial data & simultaneous report input / output port. 8-3 ... Trigger input port. 8-4 ... RAM. 8-5 ... Internal memory. 8-6 ... ROM. 8-7 ... Pulse width modulation section.9 ...
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