JP2009100063A - 色温度可変式可視光通信システム - Google Patents
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Abstract
【課題】色温度可変式可視光通信システムにおいて、光の色温度を所望の色温度に設定できると共に、設定した色温度に保ったまま、送信データ量を大きくする。
【解決手段】色温度可変式可視光通信システム1は、赤、緑、青の各色の光を発光するLED21、22、23と、LED21、22、23による光の色温度を設定する操作部5と、設定された色温度になるように、各LED21、22、23に供給される矩形波電流のデューティ比を制御するLED制御部6と、通信信号を設定する通信設定部7と、通信信号に応じて、LED21、22、23の光を変調する送信制御部81、82、83とを備える。送信制御部81、82、83は、LED21、22、23に供給される矩形波電流のデューティ比に応じて、通信信号のパケット長を調整したうえで、LED21、22、23に供給される矩形波電流に、通信信号に応じた信号電流を重畳する。
【選択図】図1
【解決手段】色温度可変式可視光通信システム1は、赤、緑、青の各色の光を発光するLED21、22、23と、LED21、22、23による光の色温度を設定する操作部5と、設定された色温度になるように、各LED21、22、23に供給される矩形波電流のデューティ比を制御するLED制御部6と、通信信号を設定する通信設定部7と、通信信号に応じて、LED21、22、23の光を変調する送信制御部81、82、83とを備える。送信制御部81、82、83は、LED21、22、23に供給される矩形波電流のデューティ比に応じて、通信信号のパケット長を調整したうえで、LED21、22、23に供給される矩形波電流に、通信信号に応じた信号電流を重畳する。
【選択図】図1
Description
本発明は、可視光を利用して信号を伝送する色温度可変式可視光通信システムに関するものである。
従来から、可視光通信システムとして、例えば、特許文献1に示されるように、赤、緑、青の各色の光を発光する3つのLEDを持ち、それらの各LEDを個別の点灯パターンで点灯させて信号を送信し、赤色の光のみを検出するフォトダイオード、緑色の光のみを検出するフォトダイオード、及び青色の光のみを検出するフォトダイオードにて、各LEDの光により送信される信号を受信するようにしたものが知られている。また、例えば、特許文献2に示されるように、信号を送信しない通常時と信号を送信する通信時とで可視光の明るさが変わらないように、平均電流が一定となるように通信信号を変調した変調信号を、LEDの発光時間比率を調整する調光信号に重畳するようにした可視光通信システムが知られている。
特開2003−318836号公報
特開2007−104722号公報
しかしながら、上述した特許文献1に記載の可視光通信システムにおいては、赤、緑、青の光を発光する各LEDを個別の点灯パターンで点灯させて信号を送信しているため、送信データ量は多くなるが、赤色の光のみを検出するフォトダイオード、緑色の光のみを検出するフォトダイオード、及び青色の光のみを検出するフォトダイオードの合計3つのフォトダイオードが必要であり、コストが増える。また、送信する信号に応じて各LEDを個別の点灯パターンで点灯させるため、LEDを発光させたときの光の色温度を所望の色温度に設定することも困難である。
光の色温度を所望の色温度に設定して、その設定した所望の色温度に保ったまま、信号を送信するには、LEDに供給する電流をPWM制御して、そのオンデューティの区間に、送信する信号を重畳させる方法が考えられる。しかしながら、LEDに供給する電流をPWM制御すると、オンデューティの区間は信号を送信できるが、オフデューティの区間は信号を送信できず、しかも、各LEDに供給する電流のデューティ比は設定した色温度によって異なるものとなる。このため、単に、LEDに供給する電流をPWM制御して、送信する信号を重畳させるだけでは、送信データ量が少なくなってしまう。
なお、特許文献2に記載の可視光通信システムにおいては、赤、緑、青の各色の光を発光する複数のLEDを持っておらず、LEDを発光させたときの光の色温度を所望の色温度に設定できるようにはなっていない。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、光の色温度を所望の色温度に設定できると共に、設定した色温度に保ったまま、送信データ量を大きくすることができる色温度可変式可視光通信システムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために請求項1の発明は、赤、緑、青の各色の光を発光する複数のLEDと、複数のLEDを発光させたときの光の色温度を設定する操作部と、操作部により設定された色温度になるように、各LEDへ供給される矩形波電流のデューティ比を制御するLED制御部と、LEDから発光される光を利用して伝送する通信信号を設定する通信設定部と、LED制御部によりデューティ比が制御された矩形波電流に、通信設定部により設定された通信信号に応じた信号電流を重畳する送信制御部と、LEDから発光された光を受信する受信部とを備え、受信部の受信出力信号を解析して、通信設定部により設定された通信信号を復元する色温度可変式可視光通信システムであって、送信制御部は、LED制御部により制御された矩形波電流のデューティ比に応じて、通信設定部により設定された通信信号のパケット長を調整するパケット長調整手段を有するものである。
請求項1の発明によれば、操作部により光の色温度が設定されると、LEDを発光させたときの光の色温度がその設定色温度となるように、LEDに供給される矩形波電流のデューティ比が制御され、そして、そのデューティ比が制御された矩形波電流に、通信信号に応じた信号電流が重畳される。これにより、LEDを発光させたときの光の色温度を所望の色温度に設定できると共に、LEDを発光させたときの光の色温度をその設定色温度に保ったまま、LEDの光によって信号を送信することができる。しかも、LEDに供給される矩形波電流のデューティ比に応じて、通信信号のパケット長が調整されたうえで、LEDに供給される矩形波電流に通信信号に応じた信号電流が重畳される。従って、LEDに供給される矩形波電流のオンデューティの区間に無駄なく信号電流を重畳できるように、通信信号のパケット長を調整することが可能であり、LEDの光によって送信する信号の送信データ量を多くすることができる。
以下、本発明を具体化した実施形態による色温度可変式可視光通信システムについて図面を参照して説明する。図1は、色温度可変式可視光通信システムの構成を示す。色温度可変式可視光通信システム1は、可視光を利用して信号を伝送するシステムであり、例えば、地下などの電波の届かない場所において、可視光による照明を兼ねて用いられる。この色温度可変式可視光通信システムは、可視光の色温度を任意の色温度に設定できるようになっている。
色温度可変式可視光通信システム1は、赤(R)、緑(G)、青(B)の各色の光を発光する3つのLED21、22、23(図示のR−LED、G−LED、B−LED)と、これら3つのLED21、22、23を点灯させるための電源3と、LED21、22、23に駆動電流を供給/切断するスイッチング素子41、42、43と、LED21、22、23を同時に点灯させたときに得られる合成光の色温度を設定するための操作部5と、LED21、22、23の点灯を制御するLED制御部6とを備える。また、色温度可変式可視光通信システム1は、通信信号を設定する通信設定部7と、通信信号に応じてLED21、22、23の光を変調する送信制御部81、82、83と、LED21、22、23の光を受信する受信部9等を備える。
LED21は、赤色の光を発光するLEDであり、LED22は、緑色の光を発光するLEDであり、LED23は、青色の光を発光するLEDである。電源3は、LED21、22、23を点灯駆動するための駆動電流を、スイッチング素子41、42、43及び送信制御部81、82、83を経由して、LED21、22、23に供給する。
スイッチング素子41、42、43は、各々、LED制御部6からの矩形波信号によって、オン/オフ制御される。スイッチング素子41がオンのとき、電源3から送信制御部81を経由してLED21に駆動電流が供給され、スイッチング素子41がオフのとき、電源3からLED21への駆動電流の供給が断たれる。また、スイッチング素子42がオンのとき、電源3から送信制御部82を経由してLED22に駆動電流が供給され、スイッチング素子42がオフのとき、電源3からLED22への駆動電流の供給が断たれる。また、スイッチング素子43がオンのとき、電源3から送信制御部83を経由してLED23に駆動電流が供給され、スイッチング素子43がオフのとき、電源3からLED23への駆動電流の供給が断たれる。
操作部5は、ユーザに操作されるようになっており、ユーザの操作を受けて、LED21、22、23を発光させたときの光の色温度を設定し、その設定色温度を示す色温度設定信号をLED制御部6に与える。
LED制御部6は、スイッチング素子41、42、43に矩形波信号を与えて、スイッチング素子41、42、43をオン/オフ制御することにより、LED21、22、23への駆動電流の供給を制御して、LED21、22、23の点灯を制御する。このとき、LED制御部6は、スイッチング素子41、42、43のオン/オフによるPWM制御により、LED21、22、23に供給される駆動電流の電流値を制御して、LED21、22、23の発光強度を制御する。すなわち、LED21、22、23に供給される駆動電流は、スイッチング素子41、42、43のオン/オフによるPWM制御により、矩形波電流となり、そして、その駆動電流(矩形波電流)のデューティ比が制御されることにより、駆動電流の電流値が制御されて、LED21、22、23の発光強度が制御される。
LED21、22、23による光の色温度は、LED21、22、23の各々の発光強度、すなわち、LED21、22、23の各々に供給される駆動電流の電流値に依存する。従って、LED21、22、23の各々に供給される駆動電流のデューティ比が制御されることにより、LED21、22、23による光の色温度が制御される。
LED制御部6は、操作部5から与えられた色温度設定信号に基いて、LED21、22、23による光の色温度が操作部5の操作により設定された設定色温度となるように、スイッチング素子41、42、43のオン/オフを制御して、LED21、22、23の各々に供給される駆動電流のデューティ比を制御する。LED制御部6による駆動電流のデューティ比の制御方法については後述する。また、LED制御部6は、LED21、22、23に供給される駆動電流のデューティ比を示すデューティ比信号を通信設定部7に与える。
通信設定部7は、例えば、画像、音声、現在位置情報等を含んだ通信信号を設定して、その通信信号を送信制御部81、82、83のいずれか1つに供給する。このとき、通信設定部7は、LED制御部6から与えられるデューティ比信号に基いて、送信制御部81、82、83のうち、オンデューティの区間の最も大きい駆動電流が供給される送信制御部に、通信信号を供給する。
送信制御部81、82、83は、各々、LED21、22、23に供給される駆動電流(LED制御部6によりデューティ比が制御された矩形波電流)に、通信設定部7により設定された通信信号に応じた信号電流を重畳する。すなわち、送信制御部81は、通信設定部7から通信信号が供給されると、その通信信号に応じた信号電流を生成し、その信号電流をLED21に供給される駆動電流に重畳する。これにより、LED21から発光される光は、通信信号に応じた信号電流によって変調された光となり、LED21から発光される光によって通信信号が送信される。また、送信制御部82は、通信設定部7から通信信号が供給されると、その通信信号に応じた信号電流を生成し、その信号電流をLED22に供給される駆動電流に重畳する。これにより、LED22から発光される光は、通信信号に応じた信号によって変調された光となり、LED22から発光される光によって通信信号が送信される。また、送信制御部83は、通信設定部7から通信信号が供給されると、その通信信号に応じた信号電流を生成し、その信号電流をLED23に供給される駆動電流に重畳する。これにより、LED23から発光される光は、通信信号に応じた信号によって変調された光となり、LED23から発光される光によって通信信号が送信される。送信制御部81、82、83による駆動電流への通信信号に応じた信号電流の重畳方法については後述する。
受信部9は、LED21、22、23から発光された光を受信し、その受信出力信号を解析して、LED21、22、23の光によって送信された通信信号(すなわち通信設定部7により設定された通信信号)を復元する。受信部9は、赤色の光から青色の光に亘る受信帯域を有する1つのフォトダイオードと、フォトダイオードの受信出力信号を増幅する増幅部と、増幅部により増幅された受信出力信号を解析する信号解析部等から成っている。
図2、図3は、上記LED制御部6による、LED21、22、23に供給される駆動電流のデューティ比の制御方法を示す。LED制御部6は、マイコンを有しており、マイコンは、3つのタイマ出力を持っている。LED制御部6は、この3つのタイマ出力に基いて、スイッチング素子41、42、43に矩形波信号を与えることにより、スイッチング素子41、42、43をオン/オフ制御して、LED21、22、23に供給される駆動電流をPWM制御する。
すなわち、LED制御部6は、図2に示すように、スイッチング素子41、42、43に与える各矩形波信号(PWM1、PWM2、PWM3)のPWM周期を1msに設定すると共に、各矩形波信号(PWM1、PWM2、PWM3)のオンデューティ時間に対応する3つのタイマ出力値(タイマ値1、タイマ値2、タイマ値3)を設定する。ここで、PWM1は、スイッチング素子41に与える矩形波信号であり、PWM2は、スイッチング素子42に与える矩形波信号であり、PWM3は、スイッチング素子43に与える矩形波信号である。また、タイマ値1は、矩形波信号(PWM1)のオンデューティ時間として設定される時間であり、タイマ値2は、矩形波信号(PWM2)のオンデューティ時間として設定される時間であり、タイマ値3は、矩形波信号(PWM3)のオンデューティ時間として設定される時間である。
そして、LED制御部6は、PWM周期で(すなわち1ms毎に)、各矩形波信号(PWM1、PWM2、PWM3)をH(ハイレベル)にすると共に、タイマ値1として設定された時間が経過すると、矩形波信号(PWM1)をL(ローレベル)にし、タイマ値2として設定された時間が経過すると、矩形波信号(PWM2)をLにし、タイマ値3として設定された時間が経過すると、矩形波信号(PWM3)をLにする。
これにより、スイッチング素子41に与えられる矩形波信号(PWM1)は、タイマ値1として設定された時間がオンデューティ時間となる矩形波が、1msの周期で繰り返される信号となる。また、スイッチング素子42に与えられる矩形波信号(PWM2)は、タイマ値2として設定された時間がオンデューティ時間となる矩形波が、1msの周期で繰り返される信号となり、スイッチング素子43に与えられる矩形波信号(PWM3)は、タイマ値3として設定された時間がオンデューティ時間となる矩形波が、1msの周期で繰り返される信号となる。
スイッチング素子41、42、43は、与えられる信号がHのときに、オンになり、与えられる信号がLのときに、オフになる。すなわち、スイッチング素子41、42、43は、与えられる矩形波信号(PWM1、PWM2、PWM3)のオンデューティ時間だけオンになり、それ以外の時間(オフデューティの時間)は、オフになる。
従って、LED21に供給される駆動電流は、スイッチング素子41のオン/オフに応じて、PWM制御され、タイマ値1として設定された時間がオンデューティ時間となる矩形波が、1msの周期で繰り返される矩形波電流となる。また、LED22に供給される駆動電流は、スイッチング素子42のオン/オフに応じて、PWM制御され、タイマ値2として設定された時間がオンデューティ時間となる矩形波が、1msの周期で繰り返される矩形波電流となり、LED23に供給される駆動電流は、スイッチング素子43のオン/オフに応じて、PWM制御され、タイマ値3として設定された時間がオンデューティ時間となる矩形波が、1msの周期で繰り返される矩形波電流となる。
また、LED制御部6は、図3に示すように、設定色温度とLED21、22、23に供給される各駆動電流のオンデューティ時間との対応を定めたテーブルを持っている。LED制御部6は、このテーブルに従ってタイマ値1、タイマ値2、タイマ値3を設定して、スイッチング素子41、42、43のオン/オフ(オンデューティ時間)を制御する。これにより、LED21、22、23に供給される各駆動電流は、設定色温度に対応して定められたオンデューティ時間(デューティ比)でPWM制御された矩形波電流となり、LED21、22、23による光の色温度は、操作部5の操作により設定された設定色温度となる。
図3に示す例では、設定色温度が3000kを示している場合には、LED21に供給する駆動電流のオンデューティ時間は900μs、LED22に供給する駆動電流のオンデューティ時間は500μs、LED23に供給する駆動電流のオンデューティ時間は300μsとなっている。従って、操作部5の操作により設定された色温度が3000kを示している場合には、LED制御部6は、タイマ値1を900μs、タイマ値2を500μs、タイマ値3を300μsに設定する。これにより、LED21に供給される駆動電流のオンデューティ時間は900μs、LED22に供給される駆動電流のオンデューティ時間は500μs、LED23に供給される駆動電流のオンデューティ時間は300μsとなり、LED21、22、23による光の色温度は、操作部5の操作により設定された設定色温度である3000kとなる。LED制御部6は、このようにして、LED21、22、23に供給される駆動電流のデューティ比を制御する。
図4、図5、図6、図7は、上記送信制御部81、82、83による、LED21、22、23に供給される駆動電流への通信信号に応じた信号電流の重畳方法を示す。送信制御部81、82、83は、各々、LED21、22、23に供給される駆動電流に通信信号に応じた信号電流を重畳する。送信制御部81による信号電流の重畳方法、送信制御部82による信号電流の重畳方法、及び送信制御部83による信号電流の重畳方法は同様であり、以下に、送信制御部81による信号電流の重畳方法について説明する。
送信制御部81は、通信設定部7から通信信号が供給されると、まず、図4に示すように、通信信号(メインデータ)をn個(複数個)の分割データ(分割データ1、分割データ2、・・・、分割データn)に分割して、n個のパケットを作成する。各パケットは、図5に示すように、スタートコード(8bit)、送信ID(8bit)、分割データ(8〜128bit可変長)、エンドコード(8bit)により構成される。
そして、送信制御部81は、各パケットを変調して信号電流を生成し、信号電流に変調した各パケットを、LED21に供給される(LED制御部6によりデューティ比が制御された)駆動電流(PWM−R)に重畳する。このとき、送信制御部81は、図6に示すように、1つのパケットを、LED21に供給される駆動電流の1つのオンデューティ区間に重畳する。すなわち、送信制御部81は、図7に示すように、通信信号を分割して作成したn個のパケットを、LED21に供給される駆動電流のn個のオンデューティ区間に重畳する。これにより、LED21から発光される光は、通信信号に応じて変調された光となり、LED21の光によって通信信号が送信される。
送信制御部81は、通信信号を分割してパケットを作成するとき、LED21に供給される駆動電流のオンデューティ時間の長さ(すなわち駆動電流のデューティ比)に応じて、パケット長(分割データ長(8〜128bit))を調整する。すなわち、送信制御部81は、LED21に供給される駆動電流のオンデューティ時間の長さを測定して、オンデューティ区間に無駄なくデータを重畳できるパケット長を算出し、その算出したパケット長となるように、通信信号をn個の分割データに分割してn個のパケットを作成する。これにより、送信する信号のデータ量を多くすることができる。
なお、送信制御部81は、図8に示すように、駆動電流のオンデューティ時間と通信信号のパケット分割数との対応を定めたテーブルを持っていて、そのテーブルに従って、通信信号を分割データに分割してパケットを作成するようにしてもよい。
また、送信制御部81は、LED21に供給される駆動電流の電流値が変化しないように、各パケットをLED21に供給される駆動電流の各オンデューティ区間に重畳する。これにより、LED21の発光強度が一定に保たれたまま(従って、LED21、LED22、及びLED23による光の色温度が一定に保たれたまま)、LED21の光によって通信信号が送信される。送信制御部81は、このようにして、LED21に供給される駆動電流に通信信号に応じた信号電流を重畳する。
送信制御部82、83は、送信制御部81と同様にして、LED22、23に供給される駆動電流に通信信号に応じた信号電流を重畳する。受信部9は、LED21、22、23の光を受信し、信号電流の重畳部分を解析して各分割データを復元し、各分割データを結合して通信信号を復元する。
このような構成の色温度可変式可視光通信システム1によれば、操作部5により光の色温度が設定されると、LED21、22、23を発光させたときの光の色温度がその設定色温度となるように、LED21、22、23に供給される矩形波電流(駆動電流)のデューティ比が制御され、そして、そのデューティ比が制御された矩形波電流に、通信信号に応じた信号電流が重畳される。これにより、LED21、22、23を発光させたときの光の色温度を所望の色温度に設定できると共に、LED21、22、23を発光させたときの光の色温度をその設定色温度に保ったまま、LED21、22、23の光によって信号を送信することができる。
しかも、LED21、22、23に供給される矩形波電流のデューティ比に応じて、通信信号のパケット長が調整されたうえで、LED21、22、23に供給される矩形波電流に通信信号に応じた信号電流が重畳される。従って、LED21、22、23に供給される矩形波電流のオンデューティの区間に無駄なく信号電流を重畳できるように、通信信号のパケット長を調整することが可能であり、LED21、22、23の光によって送信する信号の送信データ量を多くすることができる。
また、LED21、22、23のうち、いずれか1つのLEDの光によって信号が送信されるため、受信部9は、フォトダイオードを1つ有していればよく、コストダウンになる。しかも、LED21、22、23のうち、オンデューティ時間の最も長い駆動電流が供給されるLEDの光によって信号が送信されるため、受信部9がフォトダイオードを1つ有する構成において、送信する信号のデータ量を多くすることができる。
なお、本発明は、上記実施形態の構成に限られず、種々の変形が可能である。例えば、LED21、22、23に供給される駆動電流のデューティ時間の長短に関わらず、LED21、22、23のいずれのLEDの光によって信号を送信するようにしてもよい。また、LED21、22、23の全てのLEDの光によって同時(多重)に信号を送信するようにしてもよい。この場合、通信設定部7が、送信制御部81、82、83の全てに並行して通信信号を供給するようにし、また、受信部9に、赤色の光のみを検出するフォトダイオード、緑色の光のみを検出するフォトダイオード、及び青色の光のみを検出するフォトダイオードの合計3つのフォトダイオードを設ければよい。
1 色温度可変式可視光通信システム
21、22、23 LED
3 電源
41、42、43 スイッチング素子
5 操作部
6 LED制御部
7 通信設定部
81、82、83 送信制御部
9 受信部
21、22、23 LED
3 電源
41、42、43 スイッチング素子
5 操作部
6 LED制御部
7 通信設定部
81、82、83 送信制御部
9 受信部
Claims (1)
- 赤、緑、青の各色の光を発光する複数のLEDと、
前記複数のLEDを発光させたときの光の色温度を設定する操作部と、
前記操作部により設定された色温度になるように、前記各LEDへ供給される矩形波電流のデューティ比を制御するLED制御部と、
前記LEDから発光される光を利用して伝送する通信信号を設定する通信設定部と、
前記LED制御部によりデューティ比が制御された矩形波電流に、前記通信設定部により設定された通信信号に応じた信号電流を重畳する送信制御部と、
前記LEDから発光された光を受信する受信部とを備え、
前記受信部の受信出力信号を解析して、前記通信設定部により設定された通信信号を復元する色温度可変式可視光通信システムであって、
前記送信制御部は、前記LED制御部により制御された矩形波電流のデューティ比に応じて、前記通信設定部により設定された通信信号のパケット長を調整するパケット長調整手段を有することを特徴とする色温度可変式可視光通信システム。
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Cited By (1)
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WO2022215257A1 (ja) * | 2021-04-09 | 2022-10-13 | 日本電信電話株式会社 | 中継装置、光アクセスシステム及び中継方法 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20110104 |