JP2016143561A - モジュールシステム - Google Patents

Abstract

【課題】制御装置による処理、信号の伝送等による遅延時間の影響がなく、複数の機能モジュール（ＬＥＤ、センサ等）の動作を正確に同期させることが可能なモジュールシステムを提供する。
【解決手段】コントローラ１と２以上の制御装置２を含み、コントローラと各制御装置は直列に接続している。各制御装置は、コントローラから各制御装置に送信される信号を制御装置の配列に従って順次受信し、各制御装置は、制御装置間の信号受信の遅延時間Ａを補正してそれぞれの機能モジュール３を制御する機能を有する。数百個以上の多数のＬＥＤ３の発光を同期することが可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、配線数が少なく、ＬＥＤ、センサ等の機能モジュールを効率的に制御することができるモジュールシステムに関し、特に、複数のＬＥＤによる発光または複数のセンサによる検知を正確に同期させることができるモジュールシステムに関する。

発光ダイオード（ＬＥＤ）は、長寿命、高信頼性、低消費電力、低発熱性等の特徴を有し、近年、各種イルミネーションや展示用、広告用の照明に広く使用されている。イルミネーション等の光の時系列変化を利用した芸術性の高い装飾を目的としたシステムでは、コントローラ（例えばプロセッサ）等の機器より点灯制御データをデータバスやシリアルデータ伝送により各制御装置（例えばマイクロプロセッサ）に送信する方式が一般的である。

図１０は、マイクロプロセッサ２と複数のＬＥＤ３（制御回路を含む）とをアドレスバス３１およびデータバス３２によって繋ぐ従来のシステムである。アドレスバス３１によりマイクロプロセッサ２のメモリの読み出し場所のアドレスを送信し、データバス３２によりマイクロプロセッサ２のメモリ内のデータを各ＬＥＤの制御回路に送信する。しかし、この方式では、アドレスバスおよびデータバスの信号線は、それぞれ８ビットであれば８本、１６ビットであれば１６本必要になる。また、電気的特性により信号線の長さを長くすることができず、使用するＬＥＤの数にも制限がある。

少ない配線数で効率的にＬＥＤを制御する手段として複数のマイクロプロセッサを直列に接続する方式が知られている。例えば、特表２００５−５１０００７号の図３には、入力端子３２Ａおよび出力端子３２Ｂを介してコントローラ２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃを直列に接続した照明システムが開示されている。しかし、一般にマイクロプロセッサを直列に接続すると、信号線によって信号を伝送するときの伝送遅延およびマイクロプロセッサで信号を処理するときの処理遅延により、マイクロプロセッサがコントローラからの信号を受信する際に遅延が発生する。

マイクロプロセッサを直列に接続したモジュールシステムの模式図を図１１に示す。コントローラ１にｎ個のマイクロプロセッサ２が信号線を介して直列に接続しており、コントローラからのデータ信号Ｄが、ｎ個のマイクロプロセッサ２に送信される。その際、１番目のマイクロプロセッサ（１）では、プロセッサからマイクロプロセッサ（１）までの距離に伴う伝送遅延ｄ１−１、およびマイクロプロセッサ（１）の入力端子で受信し、出力端子から送信するまでの間のマイクロプロセッサの処理に伴う遅延ｄ２−１が発生する。２番目のマイクロプロセッサ（２）においては、マイクロプロセッサ（１）からマイクロプロセッサ（２）までの距離に伴う伝送遅延ｄ１−２が発生し、マイクロプロセッサの処理に伴う遅延ｄ２−２が発生する。マイクロプロセッサ（３）〜（ｎ）についても同様の遅延が発生する。このように、多くのマイクロプロセッサを直列に接続すると発生する遅延時間は無視し得ない程度に大きくなる。したがって、多数の制御装置を直列に接続した場合には、各制御装置の信号の受信に伴い発生する遅延により各ＬＥＤの発光を同時に制御する（同期させる）のが困難になる。

ＬＥＤの発光を制御する別の方式としてＤＭＸ５１２プロトコルによる方式が知られている。特開２０１１−１７５９７６号には、２次元アレイ状に配列したＬＥＤをＤＭＸ５１２プロトコルにより制御するパネル照明装置が記載されている。しかし、この方式では、ＬＥＤ間を送信する間に信号の波形が次第に劣化していくという問題がある。したがって、５１２チャンネルを超える多数のＬＥＤを接続する場合には不向きである。

また、従来のモジュールシステムでは、使用環境の照度、人の接近、温度、ドア開閉等の外部からの情報により、機能モジュールの出力等（例えば、ＬＥＤの輝度、色彩、発光時間）を制御する場合に、情報源となる外部データを出力する別の機器が必要であり、モジュールシステムのコントローラには、予めインタフェース仕様を満たす入力機能が必要であった。また、データを変換、転送処理等する電子回路を付加しなければ、外部からの情報をモジュールシステムに反映させることができなかった。

さらに、モジュールシステムは、センサ等を備えた検知システム等として用いる場合があり、複数のセンサ等を使用して同時に測定する場合、センサ等を互いに離れた位置に配置する場合もある。このような場合に多数の信号線を配線するのでは不便である。そこで、１本のケーブル線で多機能を果たすモジュールシステムが望まれている。

特表２００５−５１０００７号公報 特開２０１１−１７５９７６号公報

したがって、本発明の目的は、従来の方式に比べ配線数が少なく、ＬＥＤ、センサ等の機能モジュールを効率的に制御することができ、しかも、制御装置による処理、信号の伝送等による遅延時間の影響がなく、複数の機能モジュール（ＬＥＤ、センサ等）の動作を正確に同期させることが可能なモジュールシステムを提供することにある。

また、本発明の別の目的は、コントローラと各機能モジュールを制御する制御装置との間の双方向通信を可能にし、機能モジュールで得られた情報をコントローラに送信することが可能なモジュールシステム、またはシステムの異常等をコントローラにフィードバックすることが可能なモジュールシステムを提供することにある。

本発明のさらに別の目的は、双方通信機能を活用することにより、外部からの情報を入力するための専用の機器や電子回路を必要とせずに、外部からの情報をモジュールシステムに取り入れる機能を持たせ、取り入れた情報に基づき、機能モジュールの出力等を変更することが可能なモジュールシステムを提供することにある。

本発明のさらに別の目的は、複雑な配線を必要とせず、１本のケーブル線を配置するだけで目的とする機能を実現することが可能なモジュールシステムを提供することにある。

本発明者等は上記目的に鑑み鋭意検討した結果、コントローラと２以上の制御装置を直列に接続するとともに、各制御装置に時計機能を持たせ、コントローラから各制御装置へ信号を送信する際に、各制御装置において発生するデータ受信の遅延時間を補正することにより、制御装置を直列に接続した場合に見られた遅延時間の問題を解消し、ＬＥＤ、センサ等の各機能モジュールを同時に制御する（同期させる）ことができ、しかも信号線の本数を低減し、機能モジュールを効率的に制御できることを見出し、本発明を完成させた。

本発明のモジュールシステムは、コントローラと、２以上の制御装置を含むモジュールシステムであって、上記コントローラと２以上の制御装置は直列に接続しており、各制御装置は、コントローラから各制御装置に送信される信号を制御装置の配列に従って順次受信し、各制御装置は、制御装置間の信号受信の遅延時間を補正して制御する機能を有する。

制御装置間の信号受信の遅延時間（時間差）は、各制御装置において発生する信号受信の遅延時間に基づいて補正遅延時間を算出し、該補正遅延時間により補正することができる。補正遅延時間は各制御装置の信号処理時間を含む遅延時間、または各制御装置の信号処理時間およびコントローラからの伝送時間を含む遅延時間に基づいて算出することができる。

本発明のモジュールシステムの別の形態は、コントローラと各制御装置の間で双方向通信機能を有し、各制御装置は、コントローラからの信号を受信するとともに、各制御装置からの信号をコントローラに送信する、モジュールシステムである。

モジュールシステムが双方向通信機能を有する場合、コントローラから送信された信号を各制御装置が順次受信し、各制御装置が受信完了信号をコントローラに送信することにより、各制御装置における信号受信の遅延時間を計測し、コントローラは、計測された遅延時間に基づいて、各制御装置において制御タイミングを補正するための補正遅延時間を算出し、算出した補正遅延時間を各制御装置に送信し、各制御装置は、送信された補正遅延時間に基づいて、制御装置間の信号受信の遅延時間を補正して制御することができる。

コントローラから送信された信号を各制御装置が順次受信し、最後に受信した制御装置または各制御装置が受信完了信号をコントローラに送信することにより、システムの異常を検知することができる。

本発明のモジュールシステムは、機能モジュールが少なくとも１つの情報収集モジュールを含み、コントローラからの指令により制御装置が情報収集モジュールを制御し、情報収集モジュールからの情報をコントローラに送信することが可能である。コントローラは、制御装置から送信された情報に基づいて、さらに制御装置に指令を送信することも可能である。

本発明のモジュールシステムは、場合によりコントローラからの信号に基づいて各制御装置により制御される機能モジュールをさらに含む。

本発明の１つの形態において、制御装置はマイクロプロセッサを含み、また、機能モジュールは、照明モジュール、情報収集モジュール、およびディスプレイモジュールからなる群から選択される少なくとも１つである。好ましい形態において、本発明のモジュールシステムは照明システム、検知システム、セキュリティシステム、撮影システム、表示システム、または制御システムである。

また、本発明のモジュールシステムの別の形態は、２以上の制御装置がケーブル線内に収容されているモジュールシステムである。好ましい形態では、２以上の制御装置が実装されたフレキシブル基板が、ケーブル線内に収容されている。

本発明の第１のモジュールシステムの一例を示す模式図である。 片方向通信のモジュールシステムの模式図であり、コントローラから各制御装置（マイクロプロセッサ）へのデータ信号が正常に伝送される場合を示す。 片方向通信のモジュールシステムの模式図であり、コントローラからのデータの流れが途中で障害のために途絶えた場合を示す。 双方向通信機能を有する本発明の第２のモジュールシステムの一例を示す模式図である。 本発明の第２のモジュールシステムの補正メカニズムの一例を示す模式図であり、コントローラに制御装置が１段接続した場合を示す。 本発明の第２のモジュールシステムの補正メカニズムの一例を示す模式図であり、コントローラに制御装置がｎ段接続した場合を示す。 情報収集モジュールを備えた、本発明の第２のモジュールシステムの模式図である。 ２以上の制御装置がケーブル線内に収容されているモジュールシステムの一実施形態を示す概略図であり、コントローラとケーブル線、およびケーブル線と機能モジュールの接続を示す。 ２以上の制御装置がケーブル線内に収容されているモジュールシステムの一実施形態を示す概略図であり、ケーブル線が延長用コネクタまたは分岐用コネクタにより連結している状態を示す。 ２以上の制御装置がケーブル線内に収容されているモジュールシステムの一実施形態を示す概略図であり、無線モジュールを用いた例を示す。 ２以上の制御装置がケーブル線内に収容されているモジュールシステムの一実施形態を示す概略図であり、ケーブル線の内部の状態を示す部分破断概略斜視図である。 本発明の照明システムの構成の一例を示す概略図である。 本発明の照明システムの一例における、ＦＰＧＡ内部機能ブロック図である。 本発明の照明システムの一例における、ＬＥＤバーの構成を示す概略図である。 アドレスバスおよびデータバスを用いてＬＥＤを制御する、従来の方式を示す模式図である。 マイクロプロセッサを直列に接続したときの遅延の発生を示す模式図である。

本明細書において、用語「モジュールシステム」は、目的とする機能を実現するための、複数のモジュールを含む構成要素の集合体を意味する。用語「モジュール」はシステムを構成する要素となる機能単位を意味し、コントローラ、制御装置、機能モジュール等を含む。用語「コントローラ」は、システムの他の要素を制御する機能を持った要素を意味し、プロセッサ、電子回路、制御プログラム等のソフトウェア、外部機器とのコネクタ等を包含する。用語「機能モジュール」は、制御装置によって制御されるモジュールを意味する。用語「制御装置」は、コントローラからの指示に基づいて機能モジュールまたは外部機器を制御する装置を意味し、マイクロプロセッサ、集積回路、電子回路、制御プログラム等のソフトウェア等を包含する。

本発明のモジュールシステムは、モジュールシステムが接続する機能モジュールまたは外部機器によって特徴付けられる機能を実現するためのシステムであり、例えば、図１に示すように各制御装置が時計機能を有し、制御装置の時計機能により、コントローラから各制御装置へ送信される信号の信号受信に伴う遅延時間を補正して機能モジュール等を制御することができる。モジュールシステムは、本発明の構成を満たすものであればよく、特定の用途のものに限定されない。例えば、本発明のモジュールシステムには、照明システム、検知システム、セキュリティシステム、撮影システム、表示システム、制御システム等が含まれる。照明システムは、ＬＥＤバー、ＬＥＤケーブル、イルミネーション等を含み、表示システムは、各種ディスプレイ、広告パネル、交通標識等を含む。

本発明において、機能モジュールは、制御装置（マイクロプロセッサ等を含む）によって制御され、独立した機能を有するものであればよく、特に限定されない。機能モジュールは、例えば、照明モジュール、情報収集モジュール、音響モジュール、ディスプレイモジュール等を含む。照明モジュールとしては、ＬＥＤ、有機ＥＬ、白熱電球、蛍光灯等の光源が挙げられ、情報収集モジュールとしては、各種センサ、ビデオカメラ、写真カメラ等のカメラ、各種計測器等が挙げられる。また、ディスプレイモジュールとしては、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＣＲＴディスプレイ、プロジェクションディスプレイ等が挙げられる。

本発明の照明システムに用いる光源はＬＥＤに限られず、電球、蛍光灯等であってもよく、ＬＥＤとこれらを組み合わせたものであってもよい。光源としてＬＥＤを使用する場合、各制御装置により制御されるＬＥＤは１種であっても、２種以上であってもよい。例えば、１つの制御装置によって制御されるＬＥＤが赤色のＬＥＤ、青色のＬＥＤ、および緑色のＬＥＤを含んでいてもよい。ＬＥＤモジュールに含まれるＬＥＤは、色ごとに適宜その数を選択して構成することができる。制御装置は各色のＬＥＤをそれぞれ独立に制御することができ、例えば、各色のＬＥＤに対する電流を制御することにより、放射する光の強度を制御することができる。本発明の照明システムは、制御装置によりＬＥＤの発光を制御することにより、所望の輝度および色調の光を生成することができる。

本発明に用いる機能モジュールはＬＥＤ等の照明モジュールに限られず、センサ、カメラ等の情報収集モジュールであってもよいし、オーディオ、ステレオ、レコードプレーヤー、ＣＤプレーヤー、カセットレコーダー、マイクロホン、スピーカー等の音響モジュール、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイ、プロジェクタ等のディスプレイモジュールであってもよい。センサは、物理、化学、時間等の情報を計測または判別し、信号に置き換えることができるものであればよく、例えば、温度、圧力、加速度、ひずみ、振動、流量、磁場、電場、電流、電圧、光線、放射線、ガス、煙、イオン、人感、開閉、湿度等を検知するセンサが挙げられる。また、本発明のモジュールシステムは、種類、機能が異なる複数の機能モジュールを含んでいてもよい。モジュールシステムに含まれる各制御装置は、種類が異なる複数の機能モジュールを独立に制御することが可能である。例えば、１つの制御装置にＬＥＤと光センサが接続し、センサにより周囲の明るさを検知し、この情報を基に制御装置内のプログラムによりＬＥＤの輝度や点灯を制御することが可能である。

本発明のモジュールシステムに用いる制御装置は、情報収集モジュール（センサ等）、照明モジュール（ＬＥＤ等）等の機能モジュールを制御するだけでなく、モジュールシステムと接続する外部機器、例えば、空調システム、計測機器、工作機械、製造装置等を制御してもよい。

本発明の第１のモジュールシステムは、コントローラと、機能モジュール等を制御する２以上の制御装置を含み、コントローラと２以上の制御装置が直列に接続している。各制御装置は、コントローラから各制御装置に送信される信号を制御装置の配列に従って順次受信し、制御装置間の信号受信の遅延時間を補正して機能モジュール等を制御することができる。本発明の第１のモジュールシステムの一形態を図１に示す。図１に示す形態は照明システムであり、ｎ個のマイクロプロセッサ２が信号線４を介しコントローラ１と直列に接続している。また、各マイクロプロセッサ２は時計機能を有し、マイクロプロセッサにより遅延時間を補正してＬＥＤ光源３の点灯を制御することができる。

直列に多段接続された各マイクロプロセッサ２は、電源投入時にコントローラ１からの指令により、コントローラから何番目に位置するかを把握する機能を有しており、コントローラ１から各マイクロプロセッサ２にそれぞれ何番目に該当するかを示すＩＤ番号が付与される。次にコントローラ１より、各マイクロプロセッサ２宛てのＬＥＤの制御データ（Ｄ１〜Ｄｎ）を連続して送信し、コントローラから最も近い第１段のマイクロプロセッサ（１）は、受信したデータから当該マイクロプロセッサに宛てられたデータＤ１のみを取り込み、他のデータ列は次段のマイクロプロセッサ（２）に送信する。次段のマイクロプロセッサ（２）は、当該マイクロプロセッサに宛てられたデータＤ２のみを取り込み、他のデータ列はさらに次段のマイクロプロセッサ（３）に送信する。この手順を最終段のマイクロプロセッサ（ｎ）まで繰り返し、制御データの送受信を終了する。

複数のマイクロプロセッサを直列に接続した場合には、コントローラからの伝送に伴う伝送遅延（コントローラからの距離に比例する）と各マイクロプロセッサの処理に伴う処理遅延が発生する。本発明のモジュールシステムでは、各マイクロプロセッサにおいて遅延時間を補正して機能モジュールを制御することができる。以下に、本発明の第１のモジュールシステムの遅延時間の補正メカニズムを図１を参照しながら説明する。図１に示すモジュールシステムでは、コントローラ１からマイクロプロセッサ２までの距離と各マイクロプロセッサ２間の距離はいずれも同じであり、また、各マイクロプロセッサの処理遅延も同じである。この場合、第１段のマイクロプロセッサ（１）において発生する遅延時間Ａ_１は、伝送遅延ｄ_ｔ＋マイクロプロセッサの処理遅延ｄ_ｐであり、第２段のマイクロプロセッサ（２）において発生する遅延時間Ａ_２は２×（ｄ_ｔ＋ｄ_ｐ）であり、第３段のマイクロプロセッサ（３）において発生する遅延時間は３×（ｄ_ｔ＋ｄ_ｐ）であり、第ｎ段のマイクロプロセッサ（ｎ）において発生する遅延時間Ａ_ｎはｎ×（ｄ_ｔ＋ｄ_ｐ）である。

各マイクロプロセッサは遅延時間を補正する時計機能を備えており、各マイクロプロセッサは、取り込んだデータを所望の制御タイミングでＬＥＤに更新させるタイミング信号を内部で生成する。各マイクロプロセッサは、ＩＤ番号ごとに遅延時間に応じて補正した制御タイミングを設定する。図１に示すモジュールシステムにおいて、第１〜ｎ段のマイクロプロセッサと接続するすべてのＬＥＤを同時に制御する（同期させる）場合、第１段のマイクロプロセッサ（１）から最終段のマイクロプロセッサ（ｎ）までの間の信号受信の遅延時間を補正すればよい。第１段のマイクロプロセッサ（１）と第２段のマイクロプロセッサ（２）の間の遅延時間（時間差）はｄ_ｔ＋ｄ_ｐであり、第１段のマイクロプロセッサ（１）と第３段のマイクロプロセッサ（３）の間の遅延時間は２×（ｄ_ｔ＋ｄ_ｐ）であり、第１段のマイクロプロセッサ（１）と第４段のマイクロプロセッサ（４）の間の遅延時間は３×（ｄ_ｔ＋ｄ_ｐ）であり、第１段のマイクロプロセッサ（１）と第２段のマイクロプロセッサ（ｎ）の間の遅延時間は、（ｎ−１）×（ｄ_ｔ＋ｄ_ｐ）である。したがって、第１段からｎ段までのすべてのマイクロプロセッサを時間Ｔ間隔で同期させる場合、制御装置間の遅延時間を補正する１つの態様は、各マイクロプロセッサにおいて、時間Ｔから当該マイクロプロセッサの遅延時間を差し引くことにより、各マイクロプロセッサの遅延時間を補正する。すなわち、最初に受信するマイクロプロセッサ（１）の遅延時間は０であり、したがって、マイクロプロセッサ（１）はコントローラからの信号を受信してから時間Ｔ（補正遅延時間）後にＬＥＤを制御する。マイクロプロセッサ（２）の補正遅延時間は、マイクロプロセッサ（１）からの遅延時間ｄ_ｔ＋ｄ_ｐであり、したがって、マイクロプロセッサ（２）はコントローラからの信号を受信してから時間Ｔ−（ｄ_ｔ＋ｄ_ｐ）後にＬＥＤを制御する。マイクロプロセッサ（３）の補正遅延時間は、マイクロプロセッサ（１）からの遅延時間２×（ｄ_ｔ＋ｄ_ｐ）であり、したがって、マイクロプロセッサ（３）はコントローラからの信号を受信してから時間Ｔ−２×（ｄ_ｔ＋ｄ_ｐ）後にＬＥＤを制御する。同様にして、マイクロプロセッサ（ｎ）の補正遅延時間は、マイクロプロセッサ（１）からの遅延時間（ｎ−１）×（ｄ_ｔ＋ｄ_ｐ）であり、したがって、マイクロプロセッサ（ｎ）はコントローラからの信号を受信してから時間Ｔ−（ｎ−１）×（ｄ_ｔ＋ｄ_ｐ）後にＬＥＤを制御する。

総接続段数がｎ段で、各段の遅延時間が等しい場合、各制御装置の機能モジュールへデータ更新する間隔（Ｔ）は、下記式に示すように（ｄ_ｔ＋ｄ_ｐ）×ｎまたはこれ以上の間隔で可能となる。

式中、Ｔは各制御装置のデータ更新周期時間を表し、ｎは制御装置の接続段数を表す。

図１に示すモジュールシステムでは、コントローラに直列に配列したマイクロプロセッサの列（例えばＬＥＤバー）が１本接続しているが、コントローラが複数のポートを有し、複数のＬＥＤバーが接続している（コントローラから各ＬＥＤバーまでの距離がそれぞれ異なる）場合も考えられる。このような場合には、複数のＬＥＤバーのすべてのマイクロプロセッサを同期させるために、コントローラの各ポートから各ＬＥＤバーの第１番目のマイクロプロセッサまでの伝送遅延についても考慮する必要がある。例えば、２つのポートに接続された２本のＬＥＤバーのマイクロプロセッサを時間Ｔ間隔で同期させる場合、第１のポートに接続された第１のＬＥＤバーの第１番目のマイクロプロセッサ（１）の遅延時間はコントローラからの伝送遅延（ｄｔ１）であり、補正遅延時間はＴ−ｄｔ１となる。第２番目のマイクロプロセッサ（２）の遅延時間は、ｄｔ１＋ｄ_ｔ＋ｄ_ｐであり、補正遅延時間はＴ−（ｄｔ１＋ｄ_ｔ＋ｄ_ｐ）となる。第３番目のマイクロプロセッサ（３）の遅延時間は、ｄｔ１＋２×（ｄ_ｔ＋ｄ_ｐ）であり、補正遅延時間はＴ−ｄｔ１−２×（ｄ_ｔ＋ｄ_ｐ）となる。同様に、第ｎ番目のマイクロプロセッサ（ｎ）の遅延時間は、ｄｔ１＋（ｎ−１）×（ｄ_ｔ＋ｄ_ｐ）であり、補正遅延時間はＴ−ｄｔ１−（ｎ−１）×（ｄ_ｔ＋ｄ_ｐ）となる。また、第２のポートに接続された第２のＬＥＤバーにおいて、第１番目のマイクロプロセッサ（１）の遅延時間はコントローラからの伝送遅延（ｄｔ２）であり、補正遅延時間はＴ−ｄｔ２となる。第２番目のマイクロプロセッサ（２）の遅延時間は、ｄｔ２＋ｄ_ｔ＋ｄ_ｐであり、補正遅延時間はＴ−（ｄｔ２＋ｄ_ｔ＋ｄ_ｐ）となる。第３番目のマイクロプロセッサ（３）の遅延時間は、ｄｔ２＋２×（ｄ_ｔ＋ｄ_ｐ）であり、補正遅延時間はＴ−ｄｔ２−２×（ｄ_ｔ＋ｄ_ｐ）となる。同様に、第ｎ番目のマイクロプロセッサ（ｎ）の遅延時間は、ｄｔ２＋（ｎ−１）×（ｄ_ｔ＋ｄ_ｐ）であり、補正遅延時間はＴ−ｄｔ２−（ｎ−１）×（ｄ_ｔ＋ｄ_ｐ）となる。

上記の補正方法において、マイクロプロセッサ間の伝送遅延ｄ_ｔ、マイクロプロセッサの処理遅延ｄ_ｐ、コントローラの各ポートごとに接続されたマイクロプロセッサの、各ポートからマイクロプロセッサ（１）への伝送遅延（ｄｔ１、ｄｔ２、・・・）は予め求められており、これらの遅延時間を各マイクロプロセッサに予め設定しておくことが可能である。各マイクロプロセッサはコントローラから与えられたＩＤ番号により、自分が何段目に位置するかを知ることができ、それにより補正遅延時間を算出することができる。また、各制御装置間で伝送遅延が異なる場合、または各制御装置の処理遅延が異なる場合にも、これらの値を個々の制御装置に設定することにより補正可能である。さらに、上記の補正方法では、各制御装置において伝送遅延ｄ_ｔとマイクロプロセッサの処理遅延ｄ_ｐの両方を補正しているが、制御装置間の間隔が短い等、伝送遅延ｄ_ｔを実質的に無視できる場合もある。このような場合には、マイクロプロセッサの処理遅延ｄ_ｐのみを考慮して補正遅延時間を設定することも可能である。

本発明の第１のモジュールシステムの別の形態は、センサ等の情報収集モジュールを備えた検知システムである。モジュールシステムが検知システムである場合、各制御装置の遅延時間に基づいて補正遅延時間を求めることにより各観測点の情報を正確に同時に検出することができる。例えば、本発明の検出システムを反応装置または燃焼装置に用いた場合、各部位の温度、圧力等の情報を正確に同時に測定することができ、得られた情報に基づいて反応または燃焼を精密に制御することができる。また、地震活動や火山活動の観測のように、離れた地点の情報を同時に測定したい場合にも有用である。

本発明の第２のモジュールシステムは、コントローラと２以上の制御装置が直列に接続しており、コントローラと各制御装置との間で相互に通信可能な双方向通信機能を有する。本発明の第２のモジュールシステムは、例えば、コントローラから各制御装置へデータ信号を送信する信号線と、各制御装置の情報をコントローラへ送信する信号線と有し、コントローラと各制御装置は信号線を通して双方向通信できる。

図２Ａおよび図２Ｂは、片方向通信のモジュールシステムの模式図であり、図２Ａは、コントローラ１から各制御装置（マイクロプロセッサ）２へのデータ信号Ｄが正常に伝送される場合である。各マイクロプロセッサ２はコントローラ１から送信されるデータ信号Ｄ１〜Ｄｎから当該マイクロプロセッサに割り当てられたデータのみを取り込み、それ以外を次段のマイクロプロセッサ２に送信する。最終的に第ｎ段までのすべてのマイクロプロセッサが割り当てられたデータを取り込む。一方、図２Ｂでは、コントローラ１からのデータの流れが途中で障害のために途絶え、後段のマイクロプロセッサ２はデータ信号を取り込むことができない。このように、伝送障害や外部からのノイズによるデータの擾乱、マイクロプロセッサの故障等の要因により正常な送信データが最終段まで到達しない場合でも、片方向通信のモジュールシステムでは、送信側のコントローラは異常を検知することができない。

これに対し、本発明の第２のモジュールシステムは双方向通信機能を有する。図３に示す形態では、コントローラから各マイクロプロセッサへＬＥＤ制御のデータ信号を送信する信号線とは別に、直列された最終段のマイクロプロセッサより、受信完了信号をコントローラ側に送信する信号線を有し、これによりコントローラと各マイクロプロセッサの間で双方向通信が可能である。例えば、コントローラ１から各マイクロプロセッサ２へデータ信号Ｄを送信する場合、各マイクロプロセッサ２は、コントローラ１から送信されるデータ信号Ｄ１〜Ｄｎから各ＩＤのマイクロプロセッサに割り当てられたデータを順次取り込み、ＩＤｎの最終のマイクロプロセッサは受信完了信号ＤＣをコントローラへ送信する。したがって、伝送障害や外部からのノイズによるデータの擾乱、マイクロプロセッサの故障等の要因により正常な送信データが最終段まで到達せず、コントローラが最終段のマイクロプロセッサから送信される受信完了信号ＤＣを受信することができない場合には、コントローラは、システム異常と判断し、異常検出が可能となる。また、各マイクロプロセッサが回路情報等を送信できるように設定されている場合には、各マイクロプロセッサは異常が生じたときの回路情報等をコントローラへ送信し、コントローラは、どの箇所で障害が生じたかを診断することも可能である。なお、図３に示す形態では、説明の便宜上コントローラから各マイクロプロセッサへ送信する信号線と、各マイクロプロセッサからコントローラへ送信する信号線の２本の信号線を用いているが、１本の信号線によりコントローラとマイクロプロセッサの間で双方向通信を行うことも可能である。

第２のモジュールシステムの別の形態は、コントローラと各制御装置との間の双方向通信機能により、システム自身が各制御装置の信号受信の遅延時間を計測し、各制御装置において補正する補正遅延時間を生成する機能を有する。すなわち、各制御装置は計測された遅延時間を補正して機能モジュールまたは外部機器を制御することができる。例えば、電源立ち上げ時にコントローラから直列に接続した各制御装置へ測定コマンドを送信し、各制御装置はコントローラからの信号を受信し、受信完了コマンドをコントローラに送信する。コントローラは各制御装置からの受信完了信号を受信し、これにより各制御装置の遅延時間を計測する。コントローラは計測した遅延時間に基づいて各制御装置の補正遅延時間を算出し、これを各制御装置に送信する。各制御装置は送信された補正遅延時間に基づいて制御タイミングを生成し、機能モジュール（例えばＬＥＤ）または外部機器を制御する。

上述の第１のモジュールシステムでは、各制御装置において発生する信号受信の遅延時間に基づいて補正遅延時間を各制御装置に算出し、各制御装置は算出された補正遅延時間に基づいて機能モジュールを制御する。この方式では、コントローラから第１番目の制御装置までの距離と連続した各制御装置の間隔が等しく、かつ各制御装置の処理時間が等しい場合には、ｎ段目の制御装置の遅延時間は、第１番目の制御装置の遅延時間に制御装置の数ｎを掛けた値により容易に求まる。しかし、各制御装置間の長さが均等ではなく、途中に長い伝送線路（ケーブル線）等がある場合、または各制御装置の処理時間が異なる場合には、遅延時間を制御装置毎に求める必要があり、制御装置の数が多い場合には操作が煩雑になる。これに対し、モジュールシステム自身がシステム内の各制御装置の遅延時間を自動的に計測する場合には、各制御装置を任意の位置に配置しても、または一連のモジュール列（例えばＬＥＤバー）を任意の位置に、任意の本数を連結して配置しても、モジュールシステムによる計測により補正遅延時間が簡単に求まり、機能モジュールを全体として同期させることが容易になる。

遅延時間をモジュールシステム自身の遅延時間計測により補正する補正メカニズムの一例を、図４を参照しながら以下に説明する。まず、図４Ａに示すように、コントローラに１つの制御装置（例えばマイクロプロセッサ）が接続している場合は、コントローラ１より制御装置２に対し測定コマンドを送信し、制御装置２はそのコマンド受信後に受信完了コマンドをコントローラ１に送信する。例えば、コントローラ１は送信コマンドを時刻ｔ_１に送信し、制御装置２は制御装置内部でコマンドを処理した後、受信完了コマンドをコントローラ１に送信する。コントローラがその受信完了コマンドを受信する時刻をｔ_２とすると、制御装置内部での処理時間は一定量の固定値として把握可能であるため、下記式に示すように、ｔ_１とｔ_２の差分（ＮＤｔ_１）からそのプロセッサ処理時間ｔｄを差し引いた時間の１／２が制御装置までの伝送遅延時間となる。遅延時間の測定は、実際には、受信タイミングのばらつき等による変動要素を考慮して、この計測動作を数回〜数十回繰り返し、各回数のばらつき時間を平均化して実遅延量に近い遅延時間を算出するのが望ましい。

式中、ＮＤｔ_１は制御装置１段接続時の合計遅延時間を表し、ｔ_１ａはコントローラから制御装置へ送信するときの伝送遅延時間を表し、ｔ_１ｂは制御装置からコントローラへ送信するときの伝送遅延時間を表し、ｔｄは制御装置の処理時間を表し、ｄ_１はコントローラと制御装置の間の補正遅延時間を表す。

上式に示すように、コントローラに１つの制御装置を接続した場合は、コントローラから制御装置へ時刻ｔ_１にデータ信号を送信してからｄ_１の時間が経過した後に制御装置での制御が可能になる。

図４Ｂに複数の制御装置を接続した場合の遅延時間計測の概念図を示す。まず、制御装置を２段接続する場合、コントローラより制御装置（１）および制御装置（２）に対し測定コマンドを送信し、制御装置（１）および制御装置（２）はそれぞれコマンド受信後に受信完了コマンドをコントローラに送信する。コントローラは制御装置（１）および制御装置（２）からの受信完了コマンドを受信し、制御装置（１）の合計遅延時間（ＮＤｔ_１）および制御装置（２）の合計遅延時間（ＮＤｔ_２）を計測する。コントローラは下記式に基づいて、各制御装置の遅延時間から制御装置（１）と制御装置（２）の間の信号受信の補正遅延時間（ｄ_２）を求める。コントローラは、この遅延時間（時間差）を補正遅延時間として制御装置（１）へ送信し、制御装置（１）は送信された補正遅延時間に基づいて制御タイミングを生成する。したがって、モジュールシステムが制御装置（１）および制御装置（２）の制御を同期させる場合、制御装置（１）および制御装置（２）はコントローラから送信されるデータ信号をそれぞれ受信し、制御装置（１）は、制御装置（１）内部の時計機能により、コントローラからのデータ信号を受信してから、例えば、補正遅延時間（ｄ_２）が経過した後に機能モジュール（例えばＬＥＤ）に制御信号を送信する。制御装置（２）は、コントローラからのデータ信号を受信した後、直ちに機能モジュールに制御信号を送信することにより（補正遅延時間０）、制御装置（１）と制御装置（２）の制御を同期させることができる。

式中、ＮＤｔ_１は制御装置１段接続時の合計遅延時間を表し、ｔ_２ａは制御装置（１）から制御装置（２）へ送信するときの伝送遅延時間を表し、ｔ_２ｂは制御装置（２）から制御装置（１）へ送信するときの伝送遅延時間を表し、ｔｄは制御装置（２）の処理時間を表し、ＮＤｔ_２は制御装置２段接続時の合計遅延時間を表し、ｄ_２は制御装置（１）と制御装置（２）の間の補正遅延時間を表す。

制御装置をｎ段接続する場合は、コントローラより制御装置（１）〜制御装置（ｎ）の各制御装置に対し測定コマンドを送信し、制御装置（１）〜制御装置（ｎ）はそれぞれコマンド受信後に受信完了コマンドをコントローラに送信する。コントローラは制御装置（１）〜制御装置（ｎ）からの受信完了コマンドを受信し、制御装置（１）〜制御装置（ｎ）の各合計遅延時間（ＮＤｔ_１〜ＮＤｔ_ｎ）を計測する。コントローラは下記式に基づいて、制御装置（ｎ−１）と制御装置（ｎ）の間の信号受信の補正遅延時間（ｄ_ｎ）を求める。

ＮＤｔ_ｎは制御装置ｎ段接続時の合計遅延時間を表し、ＮＤｔ_ｎ−１は制御装置ｎ−１段接続の合計遅延時間を表し、ｔ_ｎａは制御装置（ｎ−１）から制御装置（ｎ）へ送信するときの伝送遅延時間を表し、ｔ_ｎｂは制御装置（ｎ）から制御装置（ｎ−１）へ送信するときの伝送遅延時間を表し、ｔｄは制御装置（ｎ）の処理時間を表し、ｄ_ｎは制御装置（ｎ−１）と制御装置（ｎ）の間の補正遅延時間を表す。

制御装置（１）と制御装置（２）の間の遅延時間、またはそれ以降の各制御装置間の遅延時間については、同様の方法で実測が可能となるが、上記式で示されるように制御装置（２）以降については、前段までの制御装置の合計遅延時間が加算されるため、その値を差し引くことにより制御装置（ｎ−１）と制御装置（ｎ）の間の補正遅延時間を求めることができる。コントローラは、上記手順により計測された各制御装置の合計遅延時間から、各制御装置における補正遅延時間を算出し、補正コマンドと共に各制御装置に送信する。各制御装置は補正コマンド受信時に当該制御装置までの遅延時間を内部タイミング時間の補正値として記憶し、データ信号（例えば点灯データ）受信後、その補正値分の時間補正をして制御タイミングを設定する。

例えば、制御装置ｎ段接続時において、制御装置（１）から制御装置（ｎ）のすべての制御装置の制御を同期させる場合、コントローラからのデータ信号を最終段のマイクロプロセッサ（ｎ）が受信したときに合わせて各制御装置を制御するように補正するとすると（各マイクロプロセッサの待ち時間を補正遅延時間とする）、制御装置（１）は、次段以降の制御装置（２）から制御装置（ｎ）で発生する遅延時間を補正し、制御装置（２）は次段以降の制御装置（３）〜制御装置（ｎ）で発生する遅延時間を補正する。したがって、ｎ個の制御装置を同期させるときの、制御装置（１）から制御装置（ｎ−１）において補正する補正遅延時間（ｎｄ_１〜ｎｄ_ｎ−１）は下記式で示される。

総接続段数ｎ段の各制御装置の機能モジュールへデータ更新する間隔（Ｔ）は、下記式に示すようにｄ_１＋ｄ_２＋ｄ_３＋・・・＋ｄ_ｎ−１＋ｄ_ｎまたはこれ以上の間隔で可能となる。

上記説明では、各制御装置の処理時間を一定（ｔｄ）としたが、各制御装置の処理時間が異なる場合でも、同様に遅延時間を計測することにより補正遅延時間を求めることが可能である。本発明の第２のモジュールシステムでは、コントローラにより各制御装置の遅延時間を計測することが可能であるため、適宜、任意の制御装置間で制御のタイミングを同期させることも可能である。例えば、ｎ個の制御装置を数個のグループに分け、グループごとに機能モジュール（例えばＬＥＤ）の作動を同期させることも可能である。また、時系列的に同期させる制御装置の組み合わせを変えることも可能である。補正遅延時間をデータ信号毎に生成してデータ信号とともに各制御装置へ送信することも可能である。なお、上記説明ではモジュールシステム自身の遅延時間計測により補正する方式について説明したが、双方向通信機能を有する場合であっても、システム自身の遅延時間計測によらずに、予め求めた伝送遅延および制御装置の処理遅延に基づいて補正遅延時間を算出し、それにより制御装置の制御タイミングを補正してもよい。

本発明のモジュールシステムでは、各制御装置のデータ受信に伴う遅延時間を補正することができるため、各制御装置の正確な同期が可能であり、従来のシステムにはない機能モジュール等に対するより高度の制御を行うことが可能である。例えば、モジュールシステムがＬＥＤを備えた照明システムである場合、ＬＥＤの輝度、色彩等の変化タイミングをすべてのＬＥＤに対し時系列的に一致させることができる。また、一部またはすべてのＬＥＤを同時に点滅させたり、色を連続的に変化させてグラデーションを演出したりすることができ、各ＬＥＤの点灯のタイミングをずらして、光が流れるような効果を演出したりすることもできる。さらに、外部機器と接続することにより、例えば音楽に合わせてＬＥＤの発光を変化させる等の演出も可能である。

本発明の第２のモジュールシステムのさらに別の形態は、少なくとも１つの情報収集モジュールを含む。コントローラと２以上の制御装置が直列に接続しており、コントローラと制御装置は双方向通信が可能である。各制御装置は、コントローラからの指令により情報収集モジュールを制御し、適切なタイミングで情報収集モジュールに情報を収集させ、得られた情報をコントローラに送信する。制御装置は、制御装置に入力する情報収集モジュール（センサ等）の情報、デジタル入力信号等のインプット側の情報データ生成機能を有しており、インプット側に該当するセンサデバイス類を付加することにより、各種情報データ（照度、人の接近、温度、ドア開閉等）を生成し、コントローラに情報データを伝送することができる。制御装置はインプット側の機能ばかりでなく、照明モジュール（ＬＥＤ等）、撮影モジュール（カメラ等）等の機器を制御するアウトプット側の機能を有していてもよい。コントローラは、制御装置から送信された情報収集モジュールからの情報に基づいて、制御装置へさらに指令を送ることができる。

情報収集モジュールを備えた、本発明の第２のモジュールシステムの模式図を図５に示す。図５の模式図では、コントローラ１とｎ個の制御装置（マイクロプロセッサ）２が直列に接続しており、各マイクロプロセッサ２はセンサ等の情報収集モジュール５と接続している。各マイクロプロセッサ２は、コントローラに近い側から順にＩＤ番号が付されている。コントローラ１から各マイクロプロセッサ２へ情報要求信号を送信すると、各マイクロプロセッサは初段から最終段まで順次信号を受信し、当該マイクロプロセッサに宛てられた情報要求信号を取り込む。各マイクロプロセッサ２は情報要求信号に基づいて情報収集モジュール５に制御信号を送信する。その際、各マイクロプロセッサは受信した信号の遅延時間を補正して制御することができる。それにより、マイクロプロセッサの制御を同期させ、センサ等の情報を同時に得ることができる。各マイクロプロセッサ２は取得した情報を取り込み、最終段から順にＤｎ〜Ｄ１までの情報をコントローラ１まで転送する。コントローラ１はプロセッサにより得られた情報を処理し、それに基づいて他のモジュールを作動させる等のさらなる信号をマイクロプロセッサに送信することも可能である。

本発明で用いる情報収集モジュールは、温度、圧力、加速度、ひずみ、振動、流量、磁場、電場、電流、電圧、光線、放射線、ガス、煙、イオン、人感、ドア開閉、湿度等を検知するセンサまたは計測機器、ビデオカメラ、写真用カメラ、録画装置等の撮影機器、各種録音機器、監視カメラ、防犯カメラ、赤外線センサ等のセキュリティ機器等を含むが、これらに限定されない。本発明のモジュールシステムは、各制御装置がそれぞれセンサ等の情報収集モジュールと接続し、コントローラとの間で信号をやりとりして情報収集を行うので、外部の情報収集機器と接続する必要がない。したがって、従来のシステムにおいて見られるような、コントローラが外部の情報収集機器と接続するためのインタフェースを備える必要がなく、また、外部からのデータを変換、転送処理等をする電子回路を付加する必要もない。

本発明のモジュールシステムの一実施形態は、情報収集モジュール（例えば、照度センサ）を備え、情報収集モジュールからの情報に基づいて照明モジュールを制御する照明システムである。コントローラと２以上の制御装置が直列に接続しており、コントローラと各制御装置の間で双方向通信機能を有し、制御装置および照度センサのユニットが、例えば建物内の各部に配置される。コントローラから制御装置に情報要求信号を送信すると、制御装置は照度センサに信号を送信し、建物の各部の照度を計測する。制御装置は計測した照度情報をコントローラに送信する。コントローラは、送信された照度情報をプロセッサにより処理し、指示信号を生成して各制御装置に送信する。制御装置は、指示信号に基づいて照明モジュールを制御し、建物の各部の照度を調節する。本発明の照明システムは他の情報収集モジュールと組み合わせて用いることもできる。例えば、人感センサ、ドア開閉センサ等により人の接近を検知し、制御装置により人を検知した箇所または区域の照度を調節することもできる。

本発明のモジュールシステムを応用した別の実施形態は、赤外線センサ、マイクロ波センサ等のセンサを有するセキュリティシステムである。例えば、赤外線センサにより人の侵入を検知すると、制御装置は検知情報をコントローラへ送信し、コントローラからの指令により、制御装置は、警報装置、照明装置等を同時に作動させることができる。

本発明のモジュールシステムを応用したさらに別の実施形態は、撮影タイミングの制御が可能な撮影システムである。コントローラと２以上の制御装置が直列に接続しており、各制御装置はそれぞれ撮影用カメラと接続している。カメラは、被写体を所望の位置、角度で撮影できるよう、ケーブル線で繋いで任意の位置に配置することができる。センサが被写体を検知すると、制御装置は検知情報をコントローラに送信する。コントローラは検知情報に基づいて各制御装置に指示信号を送信し、各制御装置は遅延時間を補正してカメラに撮影信号を送信する。本発明のモジュールシステムによれば、被写体を様々な位置、角度から複数のカメラによりそれぞれ任意のタイミングで撮影することができる。

本発明のモジュールシステムを応用したさらに別の例は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイ、プロジェクタ等の映像機器が接続されている表示システムである。コントローラと２以上の制御装置が直列に接続しており、各制御装置はそれぞれ映像機器と接続している。コンサート会場、サッカー場、野球場等に複数のディスプレイを配置し、映像を同時に映し出すことができる。本発明のモジュールシステムによれば、各ディスプレイの映像を正確に同期させることができる。

本発明のモジュールシステムを応用したさらに別の例は、温度、圧力等のセンサを備えた制御システムである。コントローラと２以上の制御装置が直列に接続しており、各制御装置は温度、圧力等のセンサと接続している。本発明の制御システムを反応装置または燃焼装置に用いた場合、装置の各部の温度、圧力等の情報を正確に同時に測定することができ、そのため、反応または燃焼の状態を正確に把握することが可能である。したがって、温度、圧力等の情報に基づいてコントローラから制御装置に指示信号を送信し、制御装置により、例えば反応物質（または燃料）の供給量を制御することにより、反応または燃焼を精密に制御することができる。また、本発明の制御システムをロボット、工作機械等に適用することもできる。コントローラと直列に接続した２以上の制御装置を、ロボットや工作機械のアームや関節部分に配置し、複数のアームや関節の動きを正確に同期させることができる。

本発明のモジュールシステムは外部機器と接続してもよい。外部機器は接続用コネクタ等を介し制御装置と接続してもよいし、コントローラと接続してもよい。本発明のモジュールシステムの制御装置はコントローラから指令により外部機器を制御することができる。コントローラまたは制御装置により外部情報を処理して、外部情報に基づいて機能モジュールを制御することもできる。外部機器は、特に限定されず、計測器等の情報収集機器、音響機器（オーディオ、ステレオ、レコードプレーヤー、ＣＤプレーヤー、カセットレコーダー、楽器、マイクロホン、スピーカー等）、映像機器等を含むことができる。外部機器をコントローラに接続する場合、コントローラは外部機器と接続するためのインタフェースを備えたコネクタを有し、内部の変換プログラムにより、外部機器から入力された信号（例えば音響信号）をモジュールシステムの制御信号に変換する。変換した制御信号を各制御装置に送信することにより、例えば、イルミネーションや映像を音楽に同期させることができる。

上記の本発明のモジュールシステムの実施形態は、いずれもコントローラと各制御装置が信号線を介して接続するものとして説明しているが、本発明のモジュールシステムは信号線により接続するものに限定されない。例えば、無線ＬＡＮモジュール等の無線モジュールを用い、一部またはすべての制御装置間の通信を無線システムにより行うこともできる。無線システムに基づく遅延が発生する場合には、この遅延を含めて遅延時間を補正することも可能である。

本発明の第３のモジュールシステムは、コントローラと２以上の制御装置を含むモジュールシステムであって、２以上の制御装置がケーブル線内に収容されている。２以上の制御装置は直列に接続しており、各制御装置は、コントローラから各制御装置に送信される信号を制御装置の配列に従って順次受信し、各制御装置は、制御装置間の信号受信の遅延時間を補正して各機能モジュールを制御することができる。遅延時間を補正する方法は、本発明の第１のモジュールシステムのように、補正遅延時間を予め求めた遅延時間に基づいて算出してもよいし、本発明の第２のモジュールシステムのように、コントローラと各制御装置の間で双方向通信し、各制御装置の信号受信の遅延時間を計測することにより制御装置間の補正遅延時間を求めてもよい。本発明の第３のモジュールシステムは好ましくは双方向通信機能を有する。

２以上の制御装置がケーブル線内に収容されているモジュールシステムの実施形態を図７に示す。図６Ａに示す実施形態は、コントローラ１と、ケーブル線７が信号線４を介して接続しており、ケーブル線７のコントローラ１側の末端には、接続用コネクタ２３が設けられており、接続用コネクタ２３に信号線４の一方の末端を接続し、信号線４の他の末端をコントローラ１の接続用コネクタ２３に接続している。モジュールシステムの２以上の制御装置はケーブル線７の被覆の内側に直列に接続している。ケーブル線７の被覆の外側には、機能モジュールと制御装置を接続するためのモジュール実装用端子６が設けられており、モジュール実装用端子６には、ＬＥＤ３、センサ５等の機能モジュールを着脱可能に装着することができる。また、モジュール実装用端子６には計測器等の外部機器１６を接続することができ、外部機器１６からの情報を受信することができる。コントローラは、電池等の供給電源（図示せず）を収容できるようになっており、屋外でもモジュールシステムを容易に使用することができる。

図６Ｂに示す実施形態は、複数のケーブル線をコネクタを介して連結したモジュールシステムである。ケーブル線７の端部には接続端子９が設けられており、ケーブル線７の接続端子９を延長用コネクタ２１に挿着することにより、延長用コネクタ２１を介して２本のケーブル線を連結することができる。また、ケーブル線７を分岐させて使用することもできる。分岐用コネクタ２２を用い、３本以上のケーブル線７をそれぞれ分岐用コネクタ２２に挿着し、分岐用コネクタ２２を介してケーブル線を分岐させることができる。これによりモジュールシステムを２次元または３次元に配置することができる。

図６Ｃに示す実施形態は、無線ＬＡＮモジュール等の無線モジュールを用いるモジュールシステムであり、２以上のケーブル線の間を接続せずに用いることができる。この方式では、２本のケーブル線の間が接続されていない場合でも、それぞれのケーブル線に無線モジュール１５を装着することにより、無線モジュール間で信号を送受信し、それにより制御装置間で片方または双方向通信することができる。

図６Ｄに示す実施形態では、２以上の制御装置２がフレキシブル基板２０上に実装され、ケーブル線の被覆１０の内側に収容されている。フレキシブル基板は、一般に樹脂フィルムからなる基板上に導体となる電子回路が形成されており、電子回路に従って制御装置（マイクロプロセッサ）２等の電子部品類が実装されている。フレキシブル基板の樹脂フィルムは、ポリイミド、ポリエステル、フッ素樹脂、液晶ポリマー等の一般的な材料からなるものであってよい。フレキシブル基板の使用はケーブル線に柔軟性を与え、ケーブル線の敷設が容易になるという利点がある。なお、本発明の第３のモジュールシステムに用いるケーブル線はフレキシブル基板を用いる構成に限られず、制御装置を信号線で繋いでケーブル線内に収容する構成等であってもよい。

本発明の第３のモジュールシステムは、双方向通信機能を備えることにより、コントローラによりケーブル線に装着されている複数の機能モジュールを統括して制御することができる。例えば、ケーブル線に装着されているセンサ（例えば、温度センサ、照度センサ）からの情報を制御装置がコントローラへ送信し、コントローラはプロッセサによりセンサ情報を処理して指示信号を制御装置へ送信し、ケーブル線に装着されている別の機能モジュール（例えば、ＬＥＤ等の照明モジュール）を制御することができる。また、空調システム等の外部機器と接続してこれを制御することもできる。本発明の第３のモジュールシステムを実施するためには、１本のケーブル線を敷設するだけでよく、目的に応じて機能モジュールを選択することにより、多様な機能を発現し、制御することができる。

次に、本発明のモジュールシステムを以下の実施形態（照明システム）によりさらに詳細に説明する。図７に示す照明システムは、集積回路（ＦＰＧＡ）１１１を備えたコントローラ１０１と、複数の制御装置（ＣＰＵ）１０２が直列に接続したＬＥＤバー１００とから構成されている。コントローラ１０１にはインタフェース変換用ＩＣ（ＲＳ４８５）１１２および接続ポートを介して１０本のＬＥＤバー１００Ａ〜Ｊが接続している。また、コントローラ１０１にはＳＤカード挿入部１１３、ＳＤカードのデータを読み出すＣＰＵ１１４、電源ＪＡＣＫ１１５、電源ＳＷ１１６、電源回路１１７、８ビットＤＩＰスイッチ１１８、およびプッシュスイッチ（リセット用スイッチ）１１９が備えられている。コントローラとは別のアプリケーションにより作成したＬＥＤの点灯制御データを格納したＳＤカードを挿入部１１３に挿入すると、ＣＰＵ１１４の制御によりＬＥＤの点灯制御データを順次読み出し、読み出したデータをＦＰＧＡ１１１に送信する。ＦＰＧＡ１１１では、送信されたデータを該当するポートおよびＬＥＤごとに区分けして、点灯制御コマンドを付加し、シリアルデータとして各ＬＥＤバーに順次送信する。

ＦＰＧＡ１１１は、図８に示すようにその内部にＣＰＵ１１４モード制御インタフェース１２０Ａ、ＣＰＵ１１４外部バスインタフェース１２０Ｂ、制御データ送受信部１２１、仮想メモリ１２２、制御データ処理部１２３、データ保管部１２４、受信データ処理部１２５、データ送信部１２６、データ受信部１２７、ＬＥＤモジュール制御インタフェース１２８、および１００ミリ秒タイマ部１２９、さらに外部スイッチインタフェース１３０、モード制御部１３１を備えている。制御データ送受信部１２１は、ＣＰＵ１１４からＦＰＧＡ１１１に送信されたＳＤカードからの制御データをＣＰＵ１１４モード制御インタフェース１２０ＡおよびＣＰＵ１１４外部バスインタフェース１２０Ｂを介して受信する。仮想メモリ１２２は受信した制御データを一時保管し、制御データ処理部１２３は制御データをＬＥＤ別に分別する。また、制御データ処理部１２３は１００ミリ秒タイマ部１２９で生成した１００ミリ秒タイミング信号を付加することができる。データ保管部１２４は制御データをさらにポート別に分解し、データ送信部１２６からＬＥＤモジュール制御インタフェース１２８を介して各ＬＥＤバー１００Ａ〜Ｊに送信する。

ＬＥＤバー１００の各制御装置（ＣＰＵ）１０２は、コントローラ１０１より送信された制御データのうち各ＬＥＤバーに搭載された各制御装置の該当ＩＤ番号のデータのみを受信し、他のデータ信号は次段の制御装置に送信する。各ポートのＬＥＤバーは同様の手順で最終段のＣＰＵまで点灯制御データを送信し、最終段の制御装置は、データ受信後に受信完了信号をコントローラ１０１に返信する。各制御装置は、自ＩＤ番号のデータを更新させるタイミング信号を内部で生成し、遅延時間を補正する。遅延時間を補正することによりすべての制御装置は同一のタイミングで受信データを更新することができ、その場合、制御データに従いＬＥＤの輝度、色調を変化させる動作を１００ミリ秒周期で連続的に制御することができる。

図９にＬＥＤバーの一例を示す。ＬＥＤバー１００は、ＬＥＤ実装面１００ａに６個のＬＥＤを１つの単位とするＬＥＤのブロック（ＬＥＤモジュール）１１０が６個実装されており、背面側１００ｂにはＬＥＤモジュール１１０のＬＥＤ１６０Ａおよび１６０Ｂを制御するマイクロプロセッサ１０２が実装されている。ＬＥＤモジュール１１０は、マイクロプロセッサ１０２と、マイクロプロセッサ１０２を駆動するための電源インタフェース（ＲＳ４８５を含む）１４１と、マイクロプロセッサ１０２からの信号によりＬＥＤの所望の輝度、色調を構成する表示部１４２Ａ、１４２Ｂとを備えている。マイクロプロセッサ１０２は、ＵＡＲＴ送受信部１５１においてコントローラ１０１からのデータ信号を受信し、受信したデータをデータ処理部１５２で処理し、タイミング部１５３で補正遅延時間を生成する。次に、データバッファ部１５４を介しＰＷＭ１５５において、ＬＥＤ１６０Ａおよび１６０Ｂに対する赤、緑、青の３色の制御データを同期したタイミングでパルス幅変調制御し、表示部１４２Ａ、１４２Ｂの各ＬＥＤに送信し、所望の輝度、色調を構成して点灯させる。

上記照明システムでは以下の手順により１００ミリ秒ごとに同時点滅（同期）するように設定されている。ＬＥＤバーがＬＥＤブロック１（ＣＰＵ１）、ＬＥＤブロック２（ＣＰＵ２）、・・・、ＬＥＤブロックｎ（ＣＰＵｎ）の順で連結し、コントローラからの開始コマンドがＬＥＤブロック１、ＬＥＤブロック２、・・・、ＬＥＤブロックｎの順で送信されるとすると、（１）各ＬＥＤブロックは開始コマンドにより、自分のＬＥＤブロックが先頭からどの位置にあるかをまず認識する。次に（２）１００ミリ秒ごとにコントローラからタイマ開始コマンドと点灯データが送信される。（３）各ＬＥＤブロックは、先頭からの自分の位置とＣＰＵの処理時間により、順次送られてくるデータの遅延時間を計算する。遅延時間（伝送遅延およびＣＰＵの処理遅延）は、先頭のＣＰＵであれば遅延時間０であり、２番目のＣＰＵであれば１×ＣＰＵの処理時間、３番目のＣＰＵであれば２×ＣＰＵの処理時間、ｎ番目のＣＰＵであれば（ｎ−１）×ＣＰＵの処理時間となる。（４）開始コマンドから９０ミリ秒後にＬＥＤを点灯させるとすると、各ＣＰＵは、コマンドを受信後９０ミリ秒から各ＣＰＵにおける遅延時間を差し引いた時間が経過したときにＬＥＤを点灯させればよい。

１、１０１・・・コントローラ
１−ａ・・・メモリ（点灯データ）
２、１０２・・・制御装置（マイクロプロセッサ）
３・・・機能モジュール（ＬＥＤ）
４・・・信号線
５・・・機能モジュール（センサ）
６・・・モジュール実装用端子
７・・・ケーブル線
９・・・接続端子
１０・・・ケーブル線の被覆
１１・・・電源線
１２・・・接地線
１５・・・無線モジュール
１６・・・外部機器
２０・・・フレキシブル基板
２１・・・延長用コネクタ
２２・・・分岐用コネクタ
２３・・・接続用コネクタ
３１・・・アドレスバス
３２・・・データバス
１００・・・ＬＥＤバー
１１０・・・ＬＥＤモジュール
１１１・・・集積回路（ＦＰＧＡ）
１１２・・・インタフェース変換用ＩＣ（ＲＳ４８５）
１１３・・・ＳＤカード挿入部
１１４・・・ＣＰＵ
１２０Ａ、１２０Ｂ・・・インタフェース
１２１・・・制御データ送受信部
１２２・・・仮想メモリ
１２３・・・制御データ処理部
１２４・・・データ保管部
１２５・・・受信データ処理部
１２６・・・データ送信部
１２７・・・データ受信部
１２８・・・ＬＥＤモジュール制御インタフェース
１２９・・・１００ミリ秒タイマ部
１４１・・・電源インタフェース（ＲＳ４８５を含む）
１４２Ａ、１４２Ｂ・・・表示部
１５１・・・ＵＡＲＴ送受信部
１５２・・・データ処理部
１５３・・・タイミング部
１５４・・・データバッファ部
１５５・・・ＰＷＭ
１６０Ａ、１６０Ｂ・・・ＬＥＤ
Ａ_１〜Ａ_ｎ・・・遅延時間
Ｂ・・・点灯データ
Ｃ・・・データ更新タイミング
Ｄ・・・データ信号

Claims (11)

1. コントローラと、２以上の制御装置を含むモジュールシステムであって、
   コントローラと２以上の制御装置は直列に接続しており、各制御装置は、コントローラから各制御装置へ送信される信号を制御装置の配列に従って順次受信し、
   各制御装置は、制御装置間の信号受信の遅延時間を補正して制御する機能を有する、モジュールシステム。
2. 各制御装置が、各制御装置において発生する信号受信の遅延時間に基づいて補正遅延時間を算出し、該補正遅延時間により制御装置間の信号受信の遅延時間を補正するモジュールシステムであって、前記補正遅延時間を各制御装置の信号処理時間を含む遅延時間、または各制御装置の信号処理時間およびコントローラからの伝送時間を含む遅延時間に基づいて算出する、請求項１に記載のモジュールシステム。
3. 各制御装置とコントローラの間で双方向通信機能を有し、各制御装置がコントローラからの信号を受信するとともに、各制御装置からの信号をコントローラに送信する、請求項１または２に記載のモジュールシステム。
4. コントローラから送信された信号を各制御装置が順次受信し、各制御装置が受信完了信号を前記コントローラに送信することにより、各制御装置における信号受信の遅延時間を計測し、前記コントローラは、計測された遅延時間に基づいて、前記各制御装置において制御タイミングを補正するための補正遅延時間を算出し、算出した補正遅延時間を各制御装置に送信し、各制御装置は、送信された補正遅延時間に基づいて、制御装置間の信号受信の遅延時間を補正して制御する、請求項３に記載のモジュールシステム。
5. コントローラから送信された信号を各制御装置が順次受信し、最後に受信した制御装置または各制御装置が受信完了信号をコントローラヘ送信することにより、システムの異常を検知する、請求項３または４に記載のモジュールシステム。
6. 機能モジュールが少なくとも１つの情報収集モジュールを含み、コントローラからの指令により制御装置が前記情報収集モジュールを制御し、前記情報収集モジュールからの情報をコントローラに送信する、請求項３〜５のいずれかに記載のモジュールシステム。
7. コントローラからの信号に基づいて各制御装置により制御される機能モジュールをさらに含む、請求項１〜６のいずれかに記載のモジュールシステム。
8. 機能モジュールが、照明モジュール、情報収集モジュール、音響モジュールおよびディスプレイモジュールからなる群から選択される少なくとも１つである、請求項７に記載のモジュールシステム。
9. モジュールシステムが、照明システム、検知システム、セキュリティシステム、撮影システム、表示システム、または制御システムである、請求項１〜８のいずれかに記載のモジュールシステム。
10. ２以上の制御装置がケーブル線内に収容されている、請求項１〜９のいずれかに記載のモジュールシステム。
11. ２以上の制御装置が実装されたフレキシブル基板が、前記ケーブル線内に収容されている、請求項１０に記載のモジュールシステム。

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