JP2009176674A - 非常用照明装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】電池により点灯する光源を通信信号に従って点灯制御する非常用照明装置において、非常時直後の通信距離を長くし、かつ、非常時に所定の平均輝度以上となる点灯時間の拡大を図る。
【解決手段】非常用照明装置は、電池2により点灯する光源3、通信信号に従って光源3を点灯制御する点灯制御部4、電圧を測定する電圧測定部5、各部を制御する制御部6、停電時に通信信号を発生する通信信号発生部7、及び記憶部8を備える。点灯制御部4は、点灯電流を制御する定電流制御部41と通信信号により駆動される駆動部42とを有する。制御部6は、電池電圧に応じて定電流制御部41により通信信号期間の電流を制御し、通信信号で駆動部42を駆動して、電池電圧が低下したとき、光源3の通信電流を低下させて電池2の消費を抑制する。これにより、非常時直後の通信距離を長くし、かつ、非常時に所定の平均輝度以上となる点灯時間の拡大を図ることができる。
【選択図】図1
【解決手段】非常用照明装置は、電池2により点灯する光源3、通信信号に従って光源3を点灯制御する点灯制御部4、電圧を測定する電圧測定部5、各部を制御する制御部6、停電時に通信信号を発生する通信信号発生部7、及び記憶部8を備える。点灯制御部4は、点灯電流を制御する定電流制御部41と通信信号により駆動される駆動部42とを有する。制御部6は、電池電圧に応じて定電流制御部41により通信信号期間の電流を制御し、通信信号で駆動部42を駆動して、電池電圧が低下したとき、光源3の通信電流を低下させて電池2の消費を抑制する。これにより、非常時直後の通信距離を長くし、かつ、非常時に所定の平均輝度以上となる点灯時間の拡大を図ることができる。
【選択図】図1
Description
本発明は、電池によって点灯される光源を通信信号により点滅制御して可視光通信を行う非常用照明装置に関する。
この種の非常用照明装置として、非常時に電池で光源を点灯すると共に、データメモリに記憶された非常時に伝送するデータに基いて、光源の発光量または点滅を制御して可視光通信を行う非常用照明装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。ここで、この種の非常用照明装置における光源の点灯制御について、図7を参照して説明する。図7の縦軸は光源に供給される定電流Iを示し、横軸は時間を示す。この装置の光源は、停電発生前までは、商用AC電源をAC/DC変換して得られる直流電源から電流I1が供給され、所定の明るさで点灯している。停電が発生すると、光源は、その電源が直流電源から電池に切替えられ、電流I1よりも低い電流I2が供給されて点灯する。一般に、非常灯や誘導灯等では、非常時に所定の範囲の平均輝度で、所定の時間以上に亘って点灯する必要があり、非常時には常用時(非停電時)に比べて照明出力を下げ、平均輝度を低下させるようにしている。このとき、可視光通信が開始されるが、可視光通信の伝送特性上、受信端末への通信距離を延ばすために、照明出力を大きくすることが必要である。特に、通信信号として点滅を繰り返すことを考慮すると、通信時の点灯出力を大きくすることが望ましく、光源に流す通信電流は、電流I1より大きい電流I3をピーク電流としている。
しかしながら、可視光通信のために通信電流を大きくして流し続けると電池消費が増大し、電池残量は一定で限られていることから、非常時に必要な所定の平均輝度以上で点灯を継続するための点灯時間が短くなり、非常用照明装置としての役割を十分に果たせなくなる。
特許第3922560号公報
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、電池によって点灯する光源を通信信号に従って点灯制御して可視光通信を行う非常用照明装置において、電池電圧に応じて、光源の光による通信電力を制御することにより、非常時直後は通信距離を長くし、かつ、非常時直後の通信距離を長くし、かつ、非常時に所定の平均輝度以上となる点灯時間の拡大を図ることができる非常用照明装置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、電池によって点灯する光源と、通信信号に従って前記光源を点灯制御する点灯制御部と、を備え、前記光源の光により通信する非常用照明装置であって、前記電池の電圧を測定する電圧測定手段を有し、前記点灯制御部は、前記電圧測定手段によって測定された電池電圧に応じて、前記光源の光による通信電力を制御するものである。
請求項2の発明は、請求項1に記載の非常用照明装置において、前記点灯制御部は、前記電圧測定手段によって測定された電池電圧が低下したとき、前記通信信号に基く光源の光の輝度を低下させるように制御するものである。
請求項3の発明は、請求項1又は請求項2に記載の非常用照明装置において、前記点灯制御部は、前記電圧測定手段によって測定された電池電圧が所定のしきい値を下回ったとき、通信信号に無関係に予め定められた出力によって前記光源を点灯制御するものである。
請求項4の発明は、請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の非常用照明装置において、前記点灯制御部は、前記電圧測定手段によって測定された電池電圧が低下したとき、通信信号の通信頻度を低下させるように制御するものである。
請求項1の発明によれば、電池電圧に応じて、通信電力を制御することができるので、電池電圧の高い非常時直後の間は通信電力を高くできて通信距離を長くできると共に、電池電圧が低くなれば通信電力を抑制して電池の消耗を抑制することができる。これにより、非常時直後はユーザに確実に位置情報、避難情報などを伝えるだけの輝度で点灯させることができ、非常時に必要な所定の平均輝度以上となる点灯時間の拡大を図ることができる。
請求項2の発明によれば、電池電圧が低下したとき、通信信号に基く光源の光の輝度を低下させるので、通信電力を確実に低減することができ、電池の消費を抑制することができる。
請求項3の発明によれば、電池電圧が所定のしきい値を下回ったとき、通信信号による電力消費を無くすことができるので、さらに電池の消費を抑制することができる。
請求項4の発明によれば、電池電圧が低下したとき、通信信号に基く光源からの光の出力回数を減少させることができるので、光源の光による通信電力を簡単に、精度良く低下させることができる。
以下、本発明の第1の実施形態に係る非常用照明装置について、図1乃至図3を参照して説明する。図1は、本実施形態の非常用照明装置(本装置という)1の構成を示す。本装置1は、電池2、電池2によって点灯する光源3、光源3を点灯制御する点灯制御部4、電池電圧を測定する電圧測定部5、本装置1の各部を制御する制御部6、通信信号を発生する通信信号発生部7、通信信号で送るデータを記憶する記憶部8、及びAC商用電源10から電源が供給されるAC/DCコンバータ9を備える。本装置1は、停電時などに、非常用照明を行うと共に、非常用の情報を可視光通信で送信し、この可視光通信を受信する光受信機を有するユーザに避難情報等を提供するものである。
電池2は、ニッカド・ニッケル水素・リチウムイオン電池などの2次電池が使用され、停電時に本装置1を駆動するための電源となる。また、電池2は、常用時には、AC/DCコンバータ9から電力供給されて充電され、停電時には、放電して光源3を点灯する。
光源3は、照明のための発光源であり、ここでは、小型、長寿命で消費電力が少なく、かつ、応答速度が速くて光変調が可能なLED素子を用いる。このLED素子の点灯制御部4による点灯制御により、照明と通信が同時に行われる。
点灯制御部4は、光源3を定電流駆動するための定電流制御部41と、通信信号発生部7で発生された通信信号でスイッチング駆動される駆動部42とを有する。定電流制御部41は、AC/DCコンバータ9または電池2から電力供給を受け、定電流制御を行い、後段の駆動部42に定電流を供給する。定電流制御部41における定電流制御は、例えば、カレントミラーやシャントレギュレータなどの電流フィードバック制御を用いた定電流制御回路等を用いて行うことができる。また、定電流制御部41の定電流値は、制御部6からの制御信号により制御されて、その定電流値の設定が可変されるようになっている。また、制御部6により、定電流値の設定は、通信信号発生器7の通信信号発生期間のみ所定の定電流値になるようにすることができる。
駆動部42は、FETやトランジスタなどの半導体スイッチ素子からなり、定電流制御部41から定電流が供給され、通信信号発生部7で発生された通信信号によりスイッチング駆動される。この通信信号でスイッチングされた駆動部42のスイッチング出力は、光源3に印加され、光源3を点滅制御し、光源3から通信信号で光変調された可視光通信信号を出力する。また、駆動部42は、通信信号がないときは、スイッチング動作をしないので、定電流制御部41からの出力をそのまま光源3に印加する。
電圧測定部5は、電池2の両端に接続され、電池電圧をリアルタイムで測定する。この電圧測定部5は、通常の電圧計と同様に、高抵抗などを電池2と並列に接続してその抵抗に流れる電流を高精度で検出することにより電圧測定して電池残量を把握する。また、電圧測定部5は、測定した電池電圧データからなる電池電圧信号を制御部6と通信信号発生部7に送出する。
制御部6は、マイコンやロジックICなどから構成され、電圧測定部5で測定された電池電圧信号と、通信信号発生部7で発生した通信信号が入力される。制御部6は電圧測定部5で測定された電池電圧信号から電池電圧を検出し、この電池電圧を基に点灯制御部4、通信信号発生部7等を制御する。制御部6は、電池電圧を検出すると、この電池電圧と予め設定された所定の基準値と比較し、その比較結果に応じて点灯制御部4の定電流制御部41を制御する。さらに、制御部6は、通信信号発生部7からの通信信号に基いて、その通信信号期間のみ定電流制御部41を制御し、電池電圧に応じて駆動部42に流れる通信ピーク電流を制御する。これにより、光源3は、非常時に点灯制御部4の点灯電流出力で点滅制御され、可視光通信信号を送出する。
通信信号発生部7は、制御部6と同様にマイコンやロジックICから構成され、電圧測定部5からの電池電圧信号を監視しており、電池2の充電・放電状態を検出し、同時に、この充電・放電検出情報を制御部6に伝える。通信信号発生部7は、電池2が充電状態であれば動作しないが、放電状態にある場合(非常時など)は、記憶部8に予め記憶された非常時の情報を示す通信データに応じた通信信号を発生する。この通信データはバイナリデータからなり、通信信号はマンチェスタなどに代表される符号化方式により符号化をされていてもよい。また、通信信号発生部7は、制御部6及び駆動部42に接続され、それら各部に通信信号発生部7で発生された通信信号が供給する。なお、通信信号発生部7は、制御部6と同じマイコンやロジックICで構成してもよい。
記憶部8は、フラッシュメモリやEEPROMなどの不揮発性メモリ等の半導体メモリで形成される。この記憶部8の半導体メモリには、非常時の通信情報を可視光通信により伝送するための通信データが予め格納されている。また、記憶部8に記憶される通信データの半導体メモリへの記憶方法としては、例えば、工場の製造工程で予めデータを書き込んだメモリ素子を回路基板に直接実装したり、装置組み立て工程で電気的にメモリ素子に書き込んだり、装置の初期稼動時に外部通信手段(リモコンなど)を用いて書き込むなどにより行うことができる。
AC/DCコンバータ9は、商用AC電源(例えば交流100ボルト)10から直流定電圧に変換する交流直流変換器である。一般的にはIPD(インテリジェントパワーデバイス)を代表するパワースイッチング素子を用いたスイッチング電源が用いられる。このAC/DCコンバータ9の直流電圧は、電池2及び点灯制御部4等に供給される。
上記ように構成された本装置1の点灯制御動作について説明する。本装置1は、常用時は、AC/DCコンバータ9から直流電源が供給され、制御部6は、点灯制御部4の定電流制御部41を制御して所定の電流を光源3に供給し、所定の明るさ(ここでは、平均輝度L1)で光源3を照明する。このとき、停電が発生していないので、通信信号発生部7は、非常用の通信信号を発生しない。次に、停電が発生すると、AC/DCコンバータ9の出力電圧がゼロとなるため、本装置1の電源は、電池2からの出力に切替えられ、通信信号発生部7は、充電・放電検出情報を基に停電を検知し、通信信号を発生する。
このとき、制御部6は、通信信号発生部7からの充電・放電検出情報を基に、電源の電池2への切替えを判定し、光源の明るさが所定の平均輝度となるように、電池電圧に応じて、定電流制御部41を予め定めた所定の定電流値に設定する。また、制御部6は、電圧測定部5で測定された電池電圧と比較するための基準電圧として予め定められた複数の所定値を有する。制御部6は、電池電圧と所定値との比較結果により、電池電圧が所定値になったことを検出すると、電池電圧の所定値に応じて、定電流制御部41を制御して、通信信号で駆動される駆動部42の動作電流を制御する。ここでは、通信信号発生器7で発生させる通信信号が通信間隔をおいて繰返して発生する間欠信号とする。このとき、制御部6は、通信信号が間欠信号であるので、通信信号の発生している間だけ、定電流制御部41の定電流の設定を制御して、通信ピーク電流を制御し、光源3の可視光通信信号のピーク輝度を制御する。これにより、点灯制御部4に流れる通信信号のピーク電流が制御され、低下する電池電圧、即ち電池2の電池残量に応じて、光源3から出力される可視光通信信号のピーク輝度が制御されることにより、通信電力が抑制される。
ここで、電池電圧の変動と、電池電圧の変動に伴って制御される通信電流の関係について、図2(a)(b)を参照して説明する。図2(a)は、電池電圧Vの放電に伴う電圧の時間変化を示す。電池電圧Vは、電池の初期電圧値をV0とし、時間と共に低下する。ここで、測定された電池電圧Vと比較するための基準電圧となる予め設定された所定値をV3、V2(V3>V2)とする。また、このとき、電池電圧Vが時間と共に低下して所定値V3、V2となる時間をそれぞれT1,T2とする。また、電池電圧Vは、所定値V2(しきい値)より小さくなる時間T2以降は、時間と共に低下してゼロとなる。図2(b)は、停電時に、図2(a)に示される電池電圧Vの変化に対応して発生される通信電流Iの時間変化を示す。通信電流Iは、時間t=0からT1での間は、一定の電流I3となり、時間T1からT2までの間は、電流I1に低下される。また、時間T2以降は、通信信号の発信が停止され、通信電流Iはゼロとなり、可視光通信は行われない。また、電流I3及び電流I1は、それぞれ各期間における通信電流Iが最大となる通信ピーク電流となる。
上記の電池電圧の低下に応じて通信電流を変化させた場合の光源の光の輝度変化について、図3を参照して説明する。図3の縦軸は、光源の平均輝度Lを表し、横軸は、時間tを表し、停電発生時をt=0とする。また、図2(a)で示したように、電池電圧は、t=0からT1までの間は、電圧の低下が少なくて電池残量が大きい状態であり、時間T1からT2までの間は、電圧の低下が大きくなり電池残量が小さい状態であり、時間T2以降は、電圧の低下がさらに大きくなり電池残量が微小の状態となる。また、復電すると停電前の状態に戻る。
このような電池残量の推移に対して、光源の平均輝度Lは、停電前は、平均輝度L1に設定されおり、停電発生時には、一旦、平均輝度L2に低下される。このとき、同時に可視光通信信号が発生され、時間t=0からT1の電池残量大の期間では、可視光通信信号のピーク輝度は、通信距離を長くできるように、平均輝度L1より大きい平均輝度L3の値に近くに設定される。このときのt=0からT1における光源の可視光通信信号を含む平均輝度をLaとすると、可視光通信信号は連続した信号波ではなく、間欠的に繰り返す間欠信号となっているので、平均輝度Laは、平均輝度L1とL2の間になる。なお、平均輝度Laは、平均輝度L2とL3の間の値を取り得る。
また、時間T1からT2の電池残量小の期間では、通信電力を落とすため、通信ピーク電流を低減させて可視光通信信号のピーク輝度を平均輝度L1の値に近くに低下している。このときの光源の可視光通信信号を含む平均輝度をLbとすると、平均輝度Lbは平均輝度L1とL2の間にあって平均輝度Laより低く平均輝度L2より高い平均輝度レベルとなる。また、時間T2以降では、通信信号を停止させるため、平均輝度はL2となり、復電すれば、停電前の状態に戻る。
即ち、本装置1は、停電発生する前の通常時は低出力で点灯するため明るさを平均輝度L1で点灯し、停電が発生すると明るさを一旦平均輝度L2に落とし、電池残量が多い時は通信ピーク電流を多く流し、可視光通信信号のピーク輝度を平均輝度L3の値にして通信レベルを高くして可視光通信ができるように制御する。また、電池残量が少なくなると通信ピーク電流を低減することにより可視光通信信号のピーク輝度を平均輝度L1の値に落として電池消耗を節約し、電池残量が微少な状態になると通信を停止し、平均輝度L2の一定の明るさで点灯する。このような点灯制御を行うことにより、停電直後の可視光通信の通信距離を伸ばすとともに、電池残量に応じて通信電力を抑制し、電池の消耗を抑えて、一定時間の非常点灯を可能とする。
このように、本実施形態によれば、電池電圧に応じて、通信信号の電流を制御して光源3の可視光通信信号の輝度を点灯制御することにより、光源3の平均輝度を抑制し、電池2の消費を軽減することができる。これにより、電池残量が大きいときは、通信輝度を高めることにより可視光通信の距離を延ばし、非常時の情報を広く伝達すると共に、電池残量が小さくなれば、可視光通信信号の輝度を小さく、または、可視光通信を停止して通信電力を抑制することにより電池2の消費を低減し、光源3が所定の輝度で点灯する点灯時間の拡大を図ることができる。これにより、非常時発生直後には、通信信号の輝度レベルを高くして、ユーザに確実に位置情報、避難情報などを伝えるだけの輝度で点灯させることができ、電池電圧が低下した段階では、通信の輝度を抑えることにより、必要な所定の平均輝度(例えば、平均輝度L2)以上で所定の時間、継続して点灯照明させることができる。
次に、本発明の第2の実施形態に係る非常用照明装置について、図4(a)(b)及び図5を参照して説明する。図4(a)(b)は、電池電圧の時間変化と、電池電圧の時間変化に伴う通信頻度N(通信回数/秒)の変化をそれぞれ示し、図5は、電池電圧の低下に応じて通信頻度Nを変化させた場合の平均輝度の変化を示す。本実施形態の構成は、前記第1の実施形態と同様であり、図面は省略する。本実施形態において、点灯制御部は、電圧測定部によって測定された電池電圧が低下したとき、通信信号の通信頻度を低下させるように制御するものである。
本実施形態においては、図4(a)(b)に示すように、電池残量が大きい時間t=0から時間T1までの期間においては、通信信号の通信頻度N(通信回数/秒)を通信頻度N3とし、電池残量が小さくなる時間T1〜T2の期間では、通信頻度Nを通信頻度N3からN1に低下する。これにより、通信電力を低減する。
また、図5に示すように、光源の平均輝度Lは、停電前は、平均輝度L1に設定されおり、停電発生時には、一旦、平均輝度L2に低下される。このとき、同時に可視光通信信号が送信され、時間t=0からT1の電池残量大の期間では、可視光通信信号のピーク輝度は、通信距離を長くできるように、平均輝度L1より大きい平均輝度L3の値に近くに設定される。このとき、可視光通信信号は間欠的に繰り返す間欠信号となっており、この繰り返す可視光通信信号の通信頻度NはN3に設定されている。時間t=0からT1における光源の可視光通信信号を含む平均輝度をLaとすると、平均輝度Laは、平均輝度L1とL2の間になる。次に、時間T1〜T2の間では、可視光通信信号のピーク輝度を時間t=0からT1の期間と同じとし、通信頻度NをN3からN1に低下させる。このときの可視光通信信号を含む光源の平均輝度LをLcとすると、平均輝度Lcは、平均輝度Laより小さく、平均輝度L2より大きくなる。また、時間T2以降は、前記実施形態と同様に可視光通信は停止される。これにより、通信頻度Nを変えるだけで、通信電力を制御できるので電力制御が簡単になると共に、通信頻度Nの数字で制御できるので、その制御精度が良くなる。
このように、本実施形態によれば、光源からの可視光通信信号の通信頻度Nを低下させるだけで、通信電力を制御して光源の平均輝度を抑制できるので、可視光通信による電池の消費を簡単に、精度良く抑制することができる。
次に、本発明の第3の実施形態に係る非常用照明装置について、図6を参照して説明する。図6は、電池残量に応じて通信頻度N及び可視光通信信号のピーク輝度を変化させた場合の光源の平均輝度変化を示す。本実施形態の構成は、前記第1の実施形態と同様であり、図面は省略する。本実施形態において、点灯制御部は、電圧測定部によって測定された電池電圧が低下したとき、通信信号の通信頻度と共に通信輝度を低下させるように制御するものである。
本実施形態においては、時間t=0からT1までの電池残量が大きい期間は、前記実施形態と同様に、可視光通信信号のピーク輝度を平均輝度L3の値とし、通信頻度NをN3として、光源の平均輝度をLaとする。そして、電池残量が小さくなる時間T1〜T2の期間は、通信頻度NをN3からN1に低減すると共に、通信ピーク電流を変化させて可視光通信信号のピーク輝度を平均輝度L1の値に下げる。このときの時間T1〜T2における平均輝度LをLdとすると、平均輝度Ldは、平均輝度Lcより小さく、平均輝度L2より大きくなるように制御される。
このように、本実施形態によれば、通信ピーク電流を変化させる制御と通信頻度を変化させる制御とを組み合わせて点灯制御することができるので、可視光通信信号の通信電力の制御をより細かく行うことができる。これにより、光源の平均輝度の調整及び電池の消耗の抑制をよりきめ細かく行うことができる。
なお、本発明は上記各種の実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨を変更しない範囲で適宜に種々の変形が可能である。上述した各種実施形態では、電池電圧の低下を判断する所定の基準電圧値をV2、V3の2箇所としたが、3箇所以上設けることにより、より精度良く輝度制御を行うことができる。また、通信信号の輝度レベルをL2、L3の2段階以上に設けることにより、よりきめ細かな輝度制御を行うことができる。また、通信信号として高圧縮符合化や多重化通信方式を用いることにより、1回の通信で多く情報量を送信することにより、通信頻度を低減し、通信による電池の消耗を抑制することができる。また、記憶部の半導体メモリに記憶される情報を適宜書き換えることにより、非常時以外にも可視光通信によりユーザに必要な各種情報サービスを行うことができる。
1 非常用照明装置
2 電池
3 光源
4 点灯制御部
5 電圧測定部(電圧測定手段)
6 制御部
41 定電流制御部(点灯制御部)
42 駆動部(点灯制御部)
2 電池
3 光源
4 点灯制御部
5 電圧測定部(電圧測定手段)
6 制御部
41 定電流制御部(点灯制御部)
42 駆動部(点灯制御部)
Claims (4)
- 電池によって点灯する光源と、通信信号に従って前記光源を点灯制御する点灯制御部と、を備え、前記光源の光により通信する非常用照明装置であって、
前記電池の電圧を測定する電圧測定手段を有し、
前記点灯制御部は、前記電圧測定手段によって測定された電池電圧に応じて、前記光源の光による通信電力を制御することを特徴とする非常用照明装置。 - 前記点灯制御部は、前記電圧測定手段によって測定された電池電圧が低下したとき、前記通信信号に基く光源の光の輝度を低下させるように制御することを特徴とする請求項1に記載の非常用照明装置。
- 前記点灯制御部は、前記電圧測定手段によって測定された電池電圧が所定のしきい値を下回ったとき、通信信号に無関係に予め定められた出力によって前記光源を点灯制御することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の非常用照明装置。
- 前記点灯制御部は、前記電圧測定手段によって測定された電池電圧が低下したとき、通信信号の通信頻度を低下させるように制御することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の非常用照明装置。
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2008
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