JP5603103B2 - 発光駆動調整システム、可視光受信装置、可視光送信装置、発光駆動調整方法、および装置のプログラム - Google Patents

発光駆動調整システム、可視光受信装置、可視光送信装置、発光駆動調整方法、および装置のプログラム Download PDF

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Description

本発明は、例えばLED(Light Emitting Diode)照明等を用いる可視光通信における発光駆動調整システム、可視光受信装置、可視光送信装置、発光駆動調整方法、および装置のプログラムに関する。
近年、可視光を使って通信を行う可視光通信がある。こうした可視光通信では、例えばLEDなど複数の発光素子から同一データを送信する場合がある。これは、可視光送信機器が照明を兼ねる場合に、照明としての一定の明るさを確保したり、また、通信距離を伸ばすために光の強さを上げる場合などに行われる。
また、1つの発光素子による可視光通信技術として、使用している発光素子による光出力信号の立ち上がり、立ち下がり特性に合わせて光送信信号の変調タイミングを調整し、通信速度を向上させようとするものがある(例えば、特許文献1参照)。
また、発光素子の劣化や汚れに対する対策として、D/A回路を用いることで、発光素子に流れ込む電流値や電圧値を簡便に調整しようとするものがある(例えば、特許文献2参照)。
また、1つ1つの発光素子から出力される発光信号を強くしながらも発熱の問題を回避するために、1つ1つの発光素子を時分割で順番に発光させ、各発光素子が同時に発光することがないようにするものがある(例えば、特許文献3参照)。
特開2009−4841号公報 特開2000−68942号公報 特開平8−186539号公報
しかしながら、上述した一般的な可視光通信機器で、複数の発光素子から同一データを送信する構成を実現するためには、次のような課題があった。
第1の課題は、LEDなどの発光素子において、同一品種の部品であっても発光素子の点滅における応答特性にばらつきが存在するため、送信する光信号の波形特性を最適化することが困難となり、実現できる通信可能距離の低下や、通信可能な伝送速度が低下するという点である。
この問題は、可視光領域の光出力を行う発光素子が、主に照明などの人の目に触れる明かりとしての用途で考えられているため、人の目で感じる色度や照度の精度にのみ重点をおいて製造されていることに一因がある。また、照明を可視光通信として利用する場合、光源を駆動させる駆動回路と複数の光源ごとの距離のばらつきも一因となりうる。また、LEDを発光素子として利用する場合、気温などの環境条件による応答特性の変動など、使用される環境条件に応じても光出力信号の波形特性にばらつきが生じる虞があった。
第2の課題は、この応答特性のばらつきを抑えるために発光素子部品を交換すると、この応答特性を考慮した場合に使えない余剰部品が多くでてしまう点である。また、周辺回路のコンデンサや抵抗値を変更して発光素子に対する電流値や電圧値を調整し、応答特性を向上させようとすると、調整に非常に手間がかかる問題があった。
また、上述した特許文献1のものは、単一の発光素子に合わせて変調タイミングを決定するものであり、複数の発光素子における応答特性のばらつきを調整する場合に用いることについてまで考慮されたものではなかった。
また、上述した特許文献2のものは、人の目に対する光度・照度の調整を目的としたものであり、光出力の波形特性を改善することにつてまで考慮されたものではなかった。また、仮にこの方法で波形特性を改善しようとする場合、照明としての光度・照度の調整とトレードオフの関係になってしまい、照明としてのちらつきや色のばらつきが出てしまう問題があった。
また、上述した特許文献3のものは、各発光素子を時分割で順番に点灯させていくタイミングを調整しようとするものであり、複数の発光素子から出力される発光信号を同じタイミングにして、ばらつきの改善された発光信号を実現することについてまで考慮されたものではなかった。
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、複数の発光素子から同一データを送信する構成において、それぞれの発光素子の光信号における波形特性のばらつきを少なくすることで、照明としてのちらつきや色のばらつきを抑えながら、可視光通信における通信距離や通信速度を向上させることができる発光駆動調整システム、可視光受信装置、可視光送信装置、発光駆動調整方法、および装置のプログラムを提供することを目的とする。
かかる目的を達成するために、本発明に係る発光駆動調整システムは、複数の発光素子と、受光素子と、前記複数の発光素子それぞれについての前記受光素子による受信信号に基づいて、前記各受信信号の波形特性を合わせるように前記複数の発光素子それぞれについての発光制御タイミングの遅延時間を算出する演算手段と、算出された遅延時間に基づいて前記各発光素子に対する発光制御タイミングを設定する設定手段と、を備えたことを特徴とする。
また、本発明に係る可視光受信装置は、複数の発光素子を備えた可視光送信装置に接続されて該可視光送信装置の発光調整を行う可視光受信装置であって、受光素子と、前記複数の発光素子それぞれについての前記受光素子による受信信号に基づいて、前記各受信信号の波形特性を合わせるように前記複数の発光素子それぞれについての発光制御タイミングの遅延時間を算出する演算手段と、を備えたことを特徴とする。
また、本発明に係る可視光送信装置は、受光素子を備えた可視光受信装置に接続されて調整が行われる可視光送信装置であって、複数の発光素子と、前記複数の発光素子それぞれについての前記受光素子による受信信号に基づいて、前記各受信信号の波形特性を合わせるように前記可視光受信装置で算出された前記複数の発光素子それぞれについての発光制御タイミングの遅延時間により、前記各発光素子に対する発光制御タイミングを設定する設定手段と、を備えたことを特徴とする。
また、本発明に係る発光駆動調整方法は、複数の発光素子と、受光素子とを備えたシステムにおける発光駆動調整方法であって、前記複数の発光素子それぞれについての前記受光素子による受信信号に基づいて、前記各受信信号の波形特性を合わせるように前記複数の発光素子それぞれについての発光制御タイミングの遅延時間を算出する演算工程と、算出された遅延時間に基づいて前記各発光素子に対する発光制御タイミングを設定する設定工程と、を備えたことを特徴とする。
また、本発明に係る可視光受信装置のプログラムは、複数の発光素子を備えた可視光送信装置に接続されて該可視光送信装置の発光調整を行う可視光受信装置のプログラムであって、前記可視光受信装置は受光素子を備え、前記複数の発光素子それぞれについての前記受光素子による受信信号に基づいて、前記各受信信号の波形特性を合わせるように前記複数の発光素子それぞれについての発光制御タイミングの遅延時間を算出する演算手順を前記可視光受信装置のコンピュータに実行させることを特徴とする。
以上のように、本発明によれば、複数の発光素子から同一データを送信する構成において、それぞれの発光素子からの光信号における波形特性のばらつきを少なく改善することができる。このため、照明としてのちらつきや色のばらつきを抑えながら、可視光通信における通信距離や通信速度を向上可能とさせることができる。
本発明の実施形態としての発光駆動調整システムの構成例を示すブロック図である。 可視光送信機器1と可視光受信機器5との接続構成例を示す図である。 可視光送信機器1と他の可視光受信機器5との接続構成例を示す図である。 本実施形態としての発光駆動調整システムの動作を示すフローチャートである。 信号比較回路6による波形特性の比較例を説明するための信号波形図である。 調整値記憶・設定回路9のテーブル領域の記憶例を示す表である。 発光駆動調整システムを1台の装置で実現した構成例を示すブロック図である。 発光駆動調整システムを1台の装置で実現した他の構成例を示すブロック図である。
次に、本発明に係る発光駆動調整システム、可視光受信装置、可視光送信装置、発光駆動調整方法、および装置のプログラムを適用した一実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。
まず、本実施形態の主な特徴について説明する。
本実施形態による可視光通信機器の発光駆動調整方法は、複数の発光素子を用いて送信を行う可視光通信機器に対して、それぞれの発光素子の点滅における応答特性や、配線遅延や温度特性により生じる光出力の波形タイミングのばらつきを、簡便な調整方法を用いて軽減でき、通信距離や通信速度の向上を実現できることを特徴としている。
また、この発光駆動調整方法は、可視光通信として利用する光出力を照明光として利用する場合に、人の目で感じる照明としてのちらつきを抑えながら実施することが可能である。
この本実施形態が解決しようとする課題として、従来の技術では、以下の問題があったと考えられる。
まず、可視光領域の光出力を行う発光素子は、主に照明などの人の目に触れる明かりとして利用されるため、人の目で感じる色度や照度の精度に重点が置かれており、製造される時に発光素子の点滅における応答特性はあまり考慮されないことが多い。このため、量産される可視光領域の光出力を行う発光素子では、製品ごとに発光素子の点滅における応答特性のばらつきが生じる。このため、光量を増やし通信距離を向上させるために複数の発光素子を1つの送信部として用いる可視光通信を実現すると、光出力の波形特性が劣化して通信品質が落ちてしまうという問題があった。
また、この問題を解決するために、発光素子や発光素子の周辺回路の抵抗・コンデンサ値を変更しながら調整を行うという方法があるが、調整に時間がかかり、調整交換用の余剰部品を確保する必要などにより、原価コストや作業コストを上げてしまうという問題があった。
また、発光素子の点滅の応答特性のばらつきの調整に、D/A回路を用いることで、発光素子に流れ込む電流値や電圧値を簡便に調整する方法もありうるが、この方法では発光素子の点滅の応答特性のばらつきの調整と発光素子ごとの色合いや明るさの調整とがトレードオフの関係となるため、発光素子の照明光としてのちらつきを大きくしてしまう問題があった。さらには、発光素子ごとに与える電流値・電圧値が一定でなくなることから、発光素子への電気負荷にばらつきが出てしまい、製品としての寿命が縮まるという問題もあった。
また、あらかじめ発光素子の点滅における応答特性のばらつきを抑えるために、高精度な発光素子を使用する方法もあるが、製造時の原価コストが上がるという問題があった。さらには、現状で照明として普及している発光素子がそのまま使えなくなるなどの問題もあった。
これに対し、本実施形態による発光駆動調整システムは、図1に示すように、調整対象となる可視光送信機器1に、調整用機器である可視光受信機器5が接続されて構成される。
この発光駆動調整システムは、発光素子(10〜12)から出力される光出力信号(20〜22)を個別に受光素子(13〜15)で受光し、2値化された受信信号(24〜26)と送信タイミング確認用の送信信号(23)とを比較する信号比較回路(6)と、その比較結果情報(27)を受信することで発光素子(10〜12)への発光駆動信号(17〜19)の最適な送信タイミングをそれぞれ算出する調整値演算回路(7)と、決定された送信タイミング演算値(28)を受信し、送信タイミング設定値として保存する調整値記憶・設定回路(9)と、送信タイミング設定値(29)により、それぞれの発光素子(10〜12)に対する最適な送信タイミングにて発光駆動信号(17〜19)を生成する調整回路(3)とを備える。このことにより、それぞれの発光素子(10〜12)から出力される光出力信号(20〜22)の波形タイミングの最適化を自動で行う機能を有する。
さらに、本実施形態の発光駆動調整システムは、調整値記憶・設定回路(9)にて、複数の送信タイミング設定値を記憶しておく手段(格納手段)を持ち、温度センサや通信速度等の使用環境をセンシングする環境センサ(30)などの情報から、複数の送信タイミング設定値から最適な設定値を選択し、送信タイミング設定値(制御タイミング)(29)として送信することにより、使用環境に応じた最適な送信タイミング調整を行う機能を有する。
次に、本実施形態による発光駆動調整システムの構成について、図1を参照して詳細に説明する。
本実施形態による発光駆動調整システムは、図1に示すように、調整対象となる可視光送信機器1に、調整用機器である可視光受信機器5が接続されて構成される。このことにより、可視光送信機器1に対して、可視光受信機器5を用いて光出力信号20〜22の波形タイミングの調整を行うことができるようになっている。
調整対象となる可視光送信機器1は、光出力としての送信信号を生成する変調回路2と、調整回路3と、光出力を行う発光素子10〜12と、調整値記憶・設定回路9と、環境センサ30とを備えて構成される。
変調回路2は、可視光通信として送信するための変調を行い送信信号16を生成する。調整回路3は、変調回路2より受信する送信信号16に基づいて、調整値記憶・設定回路9から送信される発光素子10〜12ごとの送信タイミング設定値29に応じて、発光駆動信号17〜19を生成する。発光素子10〜12は、調整回路3から出力される発光駆動信号17〜19により動作し、光出力信号20〜22を出力する。
調整値記憶・設定回路9は、可視光受信機器5により算出され可視光送信機器1に送信された発光素子10〜12ごとの送信タイミング演算値28を複数設定分、格納できる機能を有する。調整値記憶・設定回路9は、環境センサ30からの使用環境情報に応じて、格納している複数の送信タイミング演算値28の中から最適なものを選択し、送信タイミング設定値29として調整回路3に送信する。
環境センサ30は、可視光送信機器1を使用している環境の温度や、可視光通信として利用する通信速度の情報を調整値記憶・設定回路9に送信する。
調整用機器となる可視光受信機器5は、可視光送信機器1からの光出力信号20〜22を受信する受光素子13〜15と、信号比較回路6と、調整演算回路7とを備えて構成される。
受光素子13〜15は、発光素子10〜12ごとに対応させて設けられ、受光素子13で発光素子10からの光出力信号20を受信し、受光素子14で発光素子11からの光出力信号21を受信し、受光素子15で発光素子12からの光出力信号22を受信する。
信号比較回路6は、光出力信号20〜22が受信されて2値化された受信信号24〜26と、可視光送信機器1よりケーブル4にて有線接続で通知される2値化された送信確認信号(基準波形)23とを、波形信号としての立ち上がり、立ち下がりタイミングとして比較し、比較結果情報27を調整演算回路7に送信する。
調整演算回路7は、信号比較回路6より送信された比較結果情報27を元に、受信信号24〜26における立ち上がり・立ち下がりのタイミングを合わせるように、可視光送信機器1の発光駆動信号17〜19の送信タイミングを算出する。調整演算回路7は、その算出結果を、送信タイミング演算値28としてケーブル8による有線通信にて可視光送信機器1の調整値記憶・設定回路9に送信する。また、調整演算回路7は、複数回分の比較結果情報27を記憶する機能を有している。
次に、調整対象となる可視光送信機器1と、調整用機器となる可視光受信機器5との詳細な接続構成について、図2、図3を参照して説明する。
図2は、調整対象となる可視光送信機器1に、発光素子の送信タイミング調整を行うために可視光受信機器5を接続する際の構成例を示す。図2の例では、可視光送信機器1の発光素子10〜12ごとに、受光素子13〜15が1つずつ対応付けられており、遮光板41〜44によりそれぞれ光通信としての空間を分割される。つまり、発光素子10からの光出力信号20は、受光素子13でのみ受光され、発光素子11からの光出力信号21は、受光素子14でのみで受光され、発光素子12からの光出力信号22は、受光素子15でのみ受光される。これにより、発光素子10〜12ごとの個別の光出力信号を同時に確認することが可能となる。
また、図3の例のように、可視光受信機器5が1つの受光素子13しか備えていない場合だと、発光素子10〜12ごとの個別の光出力信号を同時に確認することはできないが、調整は可能である。まず、発光素子10と受光素子13とを対応させて、信号比較回路6で比較した結果を調整演算回路7が保管しておき、同様に発光素子11と受光素子13、発光素子12と受光素子13での結果も保管する。こうして調整演算回路7が全ての発光素子での比較結果を保管し、その保管した比較結果を照らし合わせることで送信タイミング調整を実施する事が可能となる。
次に、本実施形態としての発光駆動調整システムの動作について、図4のフローチャートを参照して説明する。
まず、調整対象となる可視光送信機器1に、調整用機器である可視光受信機器5が接続され、送信タイミングの調整が開始されると(ステップS1)、変調回路2からの送信信号16を受信した調整回路3は、発光駆動信号17〜19を送信する(ステップS2)。
この送信の際、調整回路3からは、送信信号16がそのまま発光駆動信号17〜19として送信されるようにする。その制御方法としては、初期状態で調整値記憶・設定回路9にて調整回路3に送信される送信タイミング設定値29の値にて送信タイミング調整を行わない設定にしてもよいし、調整回路3が初期の発光駆動信号の出力のときのみ送信タイミング設定値29を無視し、送信信号16をそのまま発光駆動信号17〜19としてもよい。
また、送信信号16の信号パタンは可視光通信に使用する変調方式に応じたテスト用波形パタンを送信する。
この駆動信号17〜19により発光素子10〜12から出力される光出力信号20〜22を、可視光受信装置5の受光素子13〜15が受信し、信号比較回路6は2値化された受信信号24〜26を取得する(ステップS3)。また、信号比較回路6は、可視光送信機器1での送信信号16をケーブル4により直接受信した送信確認信号23と、受信信号24〜26とを比較することにより、比較結果を発光素子ごとの送信タイミング情報として取得する(ステップS4)。
この送信タイミングの取得情報について、図5の信号波形図を参照して説明する。一例として、受信信号24の例について述べると、信号比較回路6は、送信確認信号23と受信信号24との波形の立ち上がりタイミングでの遅延(A1〜An)と、立ち下がりタイミングでの遅延(AA1〜AAn)とを確認し、それぞれの遅延の平均値を受信信号24についての比較結果情報27として、調整値演算回路7に通知する。立ち上がり遅延、立ち下がり遅延の平均値は以下のように算出する。
立ち上がり遅延平均値:A_av=(A1+A2+・・・+An)/n
立ち下がり遅延平均値:AA_av=(AA1+AA2+・・・+AAn)/n
この遅延タイミング情報の取得が完了すると、信号比較回路6は、次に全ての発光素子に対応する受信信号の比較結果が取得されているかの確認を行う(ステップS5)。
もし、全ての比較結果の取得が行われてなかった場合、信号比較回路6は、まだ取得が行われていない発光素子に切り替えて(ステップS6)、同様の動作(ステップS4)を実施する。結果、受信信号25、26についても、以下のように比較結果が算出される。
立ち上がり遅延平均値:B_av=(B1+B2+・・・+Bn)/n
立ち下がり遅延平均値:BB_av=(BB1+BB2+・・・+BBn)/n
立ち上がり遅延平均値:C_av=(C1+C2+・・・+Cn)/n
立ち下がり遅延平均値:CC_av=(CC1+CC2+・・・+CCn)/n
こうして各受信信号についての比較結果情報27が調整値演算回路7に通知されると、調整値演算回路7は、受信信号24〜26ごとの立ち上がり遅延平均値と立ち下がり遅延平均値の、発光素子10〜12ごとでのばらつきがどの程度あるかを確認する(ステップS7)。
このステップS7の判断では、立ち上がり・立ち下がり遅延の平均値にて、最も値の小さなものと最も値の大きいものとの差が所定の閾値以上であった場合、調整回路3での送信タイミング調整を行うべく、調整値演算回路7による調整値の算出に移行する。また、所定の閾値以下であった場合、調整回路3による現状の駆動信号17〜19が適切であると判断し、調整を終了する(ステップS11)。
この所定の閾値とは、任意に設定できる値であり、送信信号での波形の動作周波数や、どの程度の精度を持たせるかを判断しながらユーザが調整を行う値である。一例として、送信信号で利用する通信周波数の波長の20%以下が妥当である。
こうして調整値演算回路7が調整値の算出を行う場合の算出方法について説明する(ステップS8)。
調整値演算回路7は、全ての受信信号24〜26での立ち上がりタイミング、立ち下がりタイミングが同じになるよう調整するために、最も遅延平均値が大きい値に合わせる形で、発光駆動信号(17〜19)の送信タイミングを遅らせるよう調整することにより、受信信号24〜26での立ち上がりタイミングと立ち下がりタイミングを合わせるようにする。
この調整の際に、立ち上がり遅延と立ち下がり遅延の値に差があると、発光素子のON/OFFのDuty比率が変わってしまい、期待する発光率を実現できない。
そこで、発光駆動信号17〜19を調整するための遅延設定値である立ち上がり遅延設定値をDa、Db、Dcとし、立ち下がり遅延設定値をDaa、Dbb、Dccとした場合、調整値演算回路7は、立ち上がり遅延平均値(A_av、B_av、C_av)と立ち下がり遅延平均値(AA_av、BB_av、CC_av)の全ての値の中で最も大きいものをD_maxとして、以下の算出式で算出する。
発光駆動信号17での立ち上がり遅延設定値:Da=D_max−A_av
発光駆動信号17での立ち下がり遅延設定値:Daa=D_max−AA_av
発光駆動信号18での立ち上がり遅延設定値:Db=D_max−B_av
発光駆動信号18での立ち下がり遅延設定値:Daa=D_max−BB_av
発光駆動信号19での立ち上がり遅延設定値:Dc=D_max−C_av
発光駆動信号19での立ち下がり遅延設定値:Daa=D_max−CC_av
調整値演算回路7は、この立ち上がり遅延設定値(Da〜Dc)、および立ち下がり遅延設定値(Daa〜Dcc)を、発光駆動信号17〜19を調整するための送信タイミング演算値28として可視光送信機器1に送信し、調整値記憶・設定回路9内に格納させる(ステップS9)。
調整値記憶・設定回路9は、こうして更新された情報を元に、調整回路3に対して送信タイミング設定値29を送信し、発光駆動信号17〜19の送信タイミングを調整させる(ステップS10)。この調整は、送信信号16の立ち上がり、立ち下がり時に、それぞれ上述した立ち上がり遅延設定値、立ち下がり遅延設定値の分だけ、調整回路3が動作を遅延させることで実現する。この立ち上がり・立ち下がり遅延の適用は、送信タイミング設定値29に応じて、LSI(Large Scale Integrated circuit)やFPGA(Field Programmable Gate Array)などの集積回路内での遅延バッファを変更できる機能を持たせることで、自動的に送信タイミング調整を変更できる。
この調整動作後に、調整後の送信タイミングで上述したステップS3〜S6と同様の光出力信号の送受信動作を実施し、信号比較回路6が調整後の送信信号での受信比較確認を行うと、調整値演算回路7は、調整後の受信信号24〜26での立ち上がり遅延平均値と立ち下がり遅延平均値の発光素子10〜12ごとでのばらつきがどの程度あるかを確認する(ステップS7)。
このステップS7の判断で、ばらつきが上述した所定の閾値以上であった場合、調整値演算回路7は、再度、送信タイミング調整を行うための調整値遅延値の算出を行う。この2回目以降の発光駆動信号17〜19を調整するための遅延設定値の算出では、算出回数がm回目(m≧2)の立ち上がり遅延設定値をDa(m)、Db(m)、Dc(m)とし、立ち下がり遅延設定値をDaa(m)、Dbb(m)、Dcc(m)とし、m回目の立ち上がり遅延平均値をA_av(m)、B_av(m)、C_av(m)、立ち下がり遅延平均値をAA_av(m)、BB_av(m)、CC_av(m)、最も大きい遅延平均値をD_max(m)とした場合、以下の算出式で算出する。
発光駆動信号17での立ち上がり遅延設定値(m回目):
Da(m)={Da(m-1)+D_max(m)−A_av(m)}/2
発光駆動信号17での立ち下がり遅延設定値(m回目):
Daa(m)={Daa(m-1)+D_max(m)−AA_av(m)}/2
発光駆動信号18での立ち上がり遅延設定値(m回目):
Db(m)={Db(m-1)+D_max(m)−B_av(m)}/2
発光駆動信号18での立ち下がり遅延設定値(m回目):
Dbb(m)={Dbb(m-1)+D_max(m)−BB_av(m)}/2
発光駆動信号19での立ち上がり遅延設定値(m回目):
Dc(m)={Dc(m-1)+D_max(m)−C_av(m)}/2
発光駆動信号19での立ち下がり遅延設定値(m回目):
Dcc(m)={Dcc(m-1)+D_max(m)−CC_av(m)}/2
2回目以降のm回目の算出では、この立ち上がり遅延設定値{Da(m)〜Dc(m)}、および立ち下がり遅延設定値{Daa(m)〜Dcc(m)}を、発光駆動信号17〜19を調整するための送信タイミング演算値28として調整値演算回路7が可視光送信機器1に送信し、調整値記憶・設定回路9内に格納させる(ステップS9)。このことにより、上述したステップS10の動作と同様に、調整値記憶・設定回路9から調整回路3に対する送信タイミング設定値29が更新され、発光駆動信号17〜19の送信タイミングが調整される。
以上のように、2回目以降のm回目の調整動作では、遅延のばらつきが所定の閾値以下になるまで、上述のようにステップS3〜S10の動作を繰り返し続ける。このことにより、光出力の波形特性を改善するための調整が自動で実現できる。
次に、図1に示す環境センサ30を利用した動作について、図1の構成と図6の表を参照して説明する。
調整値記憶・設定回路9内には、光送信部(T1)ごとに、あらかじめ複数の立ち上がり・立ち下がり遅延設定値(T4、T5)の組み合わせを記憶するテーブル領域が設けられている。上述した図4ステップS3〜S10に示す送信タイミング調整動作を行う際、通信速度(T2)や温度(T3)といった環境条件を変更しながらそれぞれの環境条件について調整を行い、それぞれ対応した領域に調整結果としての立ち上がり・立ち下がり遅延設定値(T4、T5)の組み合わせを記憶しておく。
図6に示す例では、調整値記憶・設定回路9のテーブル領域として、通信速度(T2)の環境条件について低速および高速の環境条件区分が設けられ、温度(T3)の環境条件について低温および高温の環境条件区分が設けられ、それぞれの環境条件区分毎に立ち上がり・立ち下がり遅延設定値(T4、T5)の組み合わせが記憶される場合について示す。
この調整動作後に可視光送信機器1が動作している際、環境センサ30による温度情報や通信速度情報といった環境条件値に応じて、調整値記憶・設定回路9がテーブル領域に記憶された環境条件区分毎の立ち上がり・立ち下がり遅延設定値(T4、T5)の組み合わせからどの組み合わせを利用するのが最適かを判断し、その立ち上がり・立ち下がり遅延設定値(T4、T5)の組み合わせを送信タイミング設定値29として調整回路3に送信することで、使用時の環境条件に応じた送信タイミング調整を実現できる。
以上のように、上述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
第1の効果は、部品の交換を行わずに可視光送信部(発光素子)のON/OFFにおける応答特性を調整できるので、光出力信号の波形特性の改善が安価にできることである。
第2の効果は、可視光送信部のON/OFFにおける応答特性を自動で確認でき、調整値を設定できるので、容易に光出力信号の波形特性の改善ができることである。
第3の効果は、使用環境に応じて可視光送信部のON/OFFにおける応答特性を自動で変更できるので、使用している環境の変化に応じて最適な光出力信号の波形特性を提供できることである。
第4の効果は、可視光送信部のON/OFFにおける応答特性の調整を発光素子の光度や照度を変更することなく行えるので、人の目で見える明るさのちらつき抑えなければならない照明などに可視光通信を適用することを容易にできることである。
このように、上述した実施形態では、1つ1つのLEDから出力される発光信号を同じタイミングにするために、LEDの駆動タイミングを微調整し、1つ1つのLEDが同時に発光するようにしている。
こうして、LEDごとの応答特性のばらつきを緩和する微調整を行うことにより、LEDごとのばらつきのない発光信号が実現できるので、高速な通信を実現しながら通信距離を伸ばすことができる。
このように、上述した実施形態では、発光素子の部材に応じた応答特性のわずかな違いを微調整することにより、複数の発光素子を用いてきれいな同時発光を実現した光信号を簡単に生成することができる。
また、上述した実施形態では、送信信号の波形特性調整を行う上で、2値化されたデジタル受信信号を利用する機能を備える。
また、気温などの使用環境に応じて信号送信部の設定変更を行える機能を備える。
このように、上述した実施形態では、複数の発光素子から同一データを送信する構成において、複数の発光素子からの出力として合成された光出力信号の波形特性の改善を行うことで、それぞれの発光素子の光信号における波形特性のばらつきを少なくでき、照明としてのちらつきや色のばらつきを抑えながら、可視光通信における通信距離や通信速度を向上させることができる。
このように、上述した実施形態によれば、複数の発光素子から同一データを送信する可視光通信において、人の目に対する光のちらつきを抑えながら、それぞれの光出力の波形特性のばらつきを改善できる、簡便な方法を提供することができる。
なお、上述した各実施形態は本発明の好適な実施形態であり、本発明はこれに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々変形して実施することが可能である。
例えば、上述した実施形態では、環境センサ30が測定した環境条件について、調整値記憶・設定回路9のテーブル領域には通信速度と温度それぞれについて2種類(高速/低速、高温/低温)ずつしか記憶領域を用意していないが、このものに限定されず、例えばもっと細かく温度や通信速度による組み合わせ記憶する構成であってもよい。
また、上述した実施形態では、環境センサ30が測定する環境条件を通信速度・温度のみとして説明したが、このものに限定されず、使用時の環境条件をセンシングする各種のセンサを組み合わることで環境センサ30が構成されても、上述した実施形態は同様に実現することができる。
また、図1に示す構成例では、発光素子の数が3個となっているが、この数に限定されず、2つ以上任意の個数であってよい。
また、発光素子として蛍光灯やLEDといった可視光のものだけでなく、赤外線の発光素子を用いた通信機器でも、本実施形態は同様に適用することができる。
また、本明細書における「システム」とは、複数の機能部(特定の機能を実現する機能モジュールまたは装置)が論理的に集合したもののことであり、各装置や各機能モジュールが複数の筐体の何れかに含まれるか、単一の筐体内にあるかは特に問われるものではない。
こうした筐体構成についての他の構成例を、図7、図8の例により説明する。
図7、図8は、基本的構成は上述した実施形態による発光駆動調整システムと同様であるが、その発光駆動調整システムを1台の装置で実現した構成例を示す。
図7に示す構成例では、可視光送信機器101自体に受信確認用の受光素子103を備えており、調整回路102は、図1の構成例における信号比較回路6、調整値演算回路7、調整値記憶設定回路9それぞれの機能を有している。可視光送信機器101が動作する際、まず準備動作として発光素子104〜105が個別に順次点滅し、受光素子103で受信確認を行い、その結果を元に、上述の送信タイミング調整方法により発光素子104〜105での送信タイミングを調整して通常の発光動作に移行する。
このことにより、運用時に光送信部の駆動信号の調整を行うための受信確認機能を備えた可視光通信機器を実現できる。
また、図8に示す構成例では、図7の構成例における受光素子103に替えて、可視光送信機器101の発光素子104〜105それぞれに対応した受光素子106〜107を備えると共に、対応する受光素子からの光信号しか入らないように遮光板108〜109を備える構成としている。
このため、通常の発光動作による運用中においても、各受光素子により発光素子ごとの光出力信号を確認できる。このため、発光素子104〜105の送信タイミング調整を通常の発光動作による運用中に実施することが可能となり、常に最適な光出力の波形特性が得られるフィードバック制御を実現できる。
また、図8に示す構成例では、運用開始直前の準備動作や運用中の通常発光動作の間に上述した実施形態による送信タイミング調整を行うことが可能となるので、実際に可視光送信機器101を運用している環境に応じた最適な光出力信号の波形特性を提供することが可能となる。
このため、上述した実施形態によれば、図2、図3に例示したように、製造評価時に送信信号の調整を行い、その調整値を記憶して設定する構成とすることもできる。
また、図7、図8に例示したように、送信機器を利用する度に、送信信号の調整を行い、設定を更新する構成とすることもできる。
また、上述した各実施形態としての発光駆動調整システム、可視光受信装置、可視光送信装置を実現するための処理手順をプログラムとして記録媒体に記録することにより、本発明の各実施形態による上述した各機能を、その記録媒体から供給されるプログラムによって、システムを構成するコンピュータのCPUに処理を行わせて実現させることができる。
この場合、上記の記録媒体により、あるいはネットワークを介して外部の記録媒体から、プログラムを含む情報群を出力装置に供給される場合でも本発明は適用されるものである。
すなわち、記録媒体から読み出されたプログラムコード自体が本発明の新規な機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記録媒体および該記録媒体から読み出された信号は本発明を構成することになる。
この記録媒体としては、例えばハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フロッピー(登録商標)ディスク、磁気テープ、不揮発性のメモリーカード、ROM等を用いてよい。
この本発明に係るプログラムによれば、当該プログラムによって制御される装置に、上述した実施形態における各機能を実現させることができる。
〔付記〕
上記の実施形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下に限定されるものではない。
〔付記1〕
複数の発光素子と、
受光素子と、
前記複数の発光素子それぞれについての前記受光素子による受信信号に基づいて、前記各受信信号の波形特性を合わせるように前記複数の発光素子それぞれについての発光制御タイミングの遅延時間を算出する演算手段と、
算出された遅延時間に基づいて前記各発光素子に対する発光制御タイミングを設定する設定手段と、を備えたことを特徴とする発光駆動調整システム。
〔付記2〕
前記演算手段は、前記各受信信号の波形特性として該受信信号それぞれについての立ち上がりおよび立ち下がりを合わせるように、前記複数の発光素子それぞれについての立ち上がりおよび立ち下がり制御タイミングの遅延時間を算出し、
前記設定手段は、前記各発光素子に対する立ち上がりおよび立ち下がりの制御タイミングを設定することを特徴とする付記1記載の発光駆動調整システム。
〔付記3〕
前記複数の発光素子それぞれについての前記受光素子による受信信号の波形特性を、該複数の発光素子の発光制御に用いる基準波形に対して比較する比較手段を備え、
前記演算手段は、前記比較手段による比較結果に基づいて前記発光制御タイミングの遅延時間を算出することを特徴とする付記1または2記載の発光駆動調整システム。
〔付記4〕
前記比較手段は、前記各受信信号の波形特性として、該受信信号それぞれについての立ち上がりを前記基準波形における立ち上がりと比較すると共に、該受信信号それぞれについての立ち下がりを該基準波形における立ち下がりと比較することを特徴とする付記3記載の発光駆動調整システム。
〔付記5〕
所定の環境条件値が所定の環境条件区分の何れに含まれるかを測定する環境条件測定手段と、
前記演算手段により算出された遅延時間を前記環境条件区分毎に格納する格納手段と、を備え、
前記設定手段は、前記格納手段に格納された遅延時間の内、前記環境条件測定手段により測定された環境条件区分に対応する遅延時間に基づいて前記各発光素子に対する発光制御タイミングを設定することを特徴とする付記1から4の何れか1項に記載の発光駆動調整システム。
〔付記6〕
前記受光素子は、前記複数の発光素子それぞれに対して1対1となるよう設けられ、
前記発光駆動調整システムは、前記受光素子それぞれに1対1に対応付けられた前記発光素子からの光信号しか該受光素子それぞれに入らないように遮光する遮光手段を備え、
予め定められた契機毎に前記演算手段による算出および前記設定手段による設定を行うことを特徴とする付記1から5の何れか1項に記載の発光駆動調整システム。
〔付記7〕
前記比較手段は、前記複数の発光素子それぞれについての前記受光素子による受信信号を2値化した波形特性を、該複数の発光素子の発光制御に用いる2値化された基準波形に対して比較することを特徴とする付記3または4記載の発光駆動調整システム。
〔付記8〕
複数の発光素子を備えた可視光送信装置に接続されて該可視光送信装置の発光調整を行う可視光受信装置であって、
受光素子と、
前記複数の発光素子それぞれについての前記受光素子による受信信号に基づいて、前記各受信信号の波形特性を合わせるように前記複数の発光素子それぞれについての発光制御タイミングの遅延時間を算出する演算手段と、を備えたことを特徴とする可視光受信装置。
〔付記9〕
前記演算手段は、前記各受信信号の波形特性として該受信信号それぞれについての立ち上がりおよび立ち下がりを合わせるように、前記複数の発光素子それぞれについての立ち上がりおよび立ち下がり制御タイミングの遅延時間を算出することを特徴とする付記8記載の可視光受信装置。
〔付記10〕
前記複数の発光素子それぞれについての前記受光素子による受信信号の波形特性を、前記可視光送信装置で該複数の発光素子の発光制御に用いられる基準波形に対して比較する比較手段を備え、
前記演算手段は、前記比較手段による比較結果に基づいて前記発光制御タイミングの遅延時間を算出することを特徴とする付記8または9記載の可視光受信装置。
〔付記11〕
前記比較手段は、前記各受信信号の波形特性として、該受信信号それぞれについての立ち上がりを前記基準波形における立ち上がりと比較すると共に、該受信信号それぞれについての立ち下がりを該基準波形における立ち下がりと比較することを特徴とする付記10記載の可視光受信装置。
〔付記12〕
前記受光素子は、前記複数の発光素子それぞれに対して1対1となるよう設けられ、
前記可視光受信装置は、前記受光素子それぞれに1対1に対応付けられた前記発光素子からの光信号しか該受光素子それぞれに入らないように遮光する遮光手段を備えたことを特徴とする付記8から11の何れか1項に記載の可視光受信装置。
〔付記13〕
前記比較手段は、前記複数の発光素子それぞれについての前記受光素子による受信信号を2値化した波形特性を、該複数の発光素子の発光制御に用いる2値化された基準波形に対して比較することを特徴とする付記10または11記載の可視光受信装置。
〔付記14〕
受光素子を備えた可視光受信装置に接続されて調整が行われる可視光送信装置であって、
複数の発光素子と、
前記複数の発光素子それぞれについての前記受光素子による受信信号に基づいて、前記各受信信号の波形特性を合わせるように前記可視光受信装置で算出された前記複数の発光素子それぞれについての発光制御タイミングの遅延時間により、前記各発光素子に対する発光制御タイミングを設定する設定手段と、を備えたことを特徴とする可視光送信装置。
〔付記15〕
所定の環境条件値が所定の環境条件区分の何れに含まれるかを測定する環境条件測定手段と、
前記可視光受信装置で算出された遅延時間を前記環境条件区分毎に格納する格納手段と、を備え、
前記設定手段は、前記格納手段に格納された遅延時間の内、前記環境条件測定手段により測定された環境条件区分に対応する遅延時間に基づいて前記各発光素子に対する発光制御タイミングを設定することを特徴とする付記14記載の可視光送信装置。
〔付記16〕
複数の発光素子と、受光素子とを備えたシステムにおける発光駆動調整方法であって、
前記複数の発光素子それぞれについての前記受光素子による受信信号に基づいて、前記各受信信号の波形特性を合わせるように前記複数の発光素子それぞれについての発光制御タイミングの遅延時間を算出する演算工程と、
算出された遅延時間に基づいて前記各発光素子に対する発光制御タイミングを設定する設定工程と、を備えたことを特徴とする発光駆動調整方法。
〔付記17〕
前記演算工程では、前記各受信信号の波形特性として該受信信号それぞれについての立ち上がりおよび立ち下がりを合わせるように、前記複数の発光素子それぞれについての立ち上がりおよび立ち下がり制御タイミングの遅延時間を算出し、
前記設定工程では、前記各発光素子に対する立ち上がりおよび立ち下がりの制御タイミングを設定することを特徴とする付記16記載の発光駆動調整方法。
〔付記18〕
前記複数の発光素子それぞれについての前記受光素子による受信信号の波形特性を、該複数の発光素子の発光制御に用いる基準波形に対して比較する比較工程を備え、
前記演算工程では、前記比較工程による比較結果に基づいて前記発光制御タイミングの遅延時間を算出することを特徴とする付記16または17記載の発光駆動調整方法。
〔付記19〕
前記比較工程では、前記各受信信号の波形特性として、該受信信号それぞれについての立ち上がりを前記基準波形における立ち上がりと比較すると共に、該受信信号それぞれについての立ち下がりを該基準波形における立ち下がりと比較することを特徴とする付記18記載の発光駆動調整方法。
〔付記20〕
所定の環境条件値が所定の環境条件区分の何れに含まれるかを測定する環境条件測定工程と、
前記演算工程により算出された遅延時間を前記環境条件区分毎に格納する格納工程と、を備え、
前記設定工程では、前記格納工程により格納された遅延時間の内、前記環境条件測定工程により測定された環境条件区分に対応する遅延時間に基づいて前記各発光素子に対する発光制御タイミングを設定することを特徴とする付記16から19の何れか1項に記載の発光駆動調整方法。
〔付記21〕
前記受光素子は、前記複数の発光素子それぞれに対して1対1となるよう設けられ、
前記システムは、前記受光素子それぞれに1対1に対応付けられた前記発光素子からの光信号しか該受光素子それぞれに入らないように遮光する遮光手段を備え、
前記演算工程による算出および前記設定工程による設定を予め定められた契機毎に行うことを特徴とする付記16から20の何れか1項に記載の発光駆動調整方法。
〔付記22〕
前記比較工程では、前記複数の発光素子それぞれについての前記受光素子による受信信号を2値化した波形特性を、該複数の発光素子の発光制御に用いる2値化された基準波形に対して比較することを特徴とする付記18または19記載の発光駆動調整方法。
〔付記23〕
複数の発光素子を備えた可視光送信装置に接続されて該可視光送信装置の発光調整を行う可視光受信装置のプログラムであって、
前記可視光受信装置は受光素子を備え、
前記複数の発光素子それぞれについての前記受光素子による受信信号に基づいて、前記各受信信号の波形特性を合わせるように前記複数の発光素子それぞれについての発光制御タイミングの遅延時間を算出する演算手順を前記可視光受信装置のコンピュータに実行させることを特徴とする可視光受信装置のプログラム。
〔付記24〕
前記演算手順では、前記各受信信号の波形特性として該受信信号それぞれについての立ち上がりおよび立ち下がりを合わせるように、前記複数の発光素子それぞれについての立ち上がりおよび立ち下がり制御タイミングの遅延時間を算出することを特徴とする付記23記載の可視光受信装置のプログラム。
〔付記25〕
前記複数の発光素子それぞれについての前記受光素子による受信信号の波形特性を、前記可視光送信装置で該複数の発光素子の発光制御に用いられる基準波形に対して比較する比較手順を前記可視光受信装置のコンピュータに実行させ、
前記演算手順では、前記比較手順による比較結果に基づいて前記発光制御タイミングの遅延時間を算出することを特徴とする付記23または24記載の可視光受信装置のプログラム。
〔付記26〕
前記比較手順では、前記各受信信号の波形特性として、該受信信号それぞれについての立ち上がりを前記基準波形における立ち上がりと比較すると共に、該受信信号それぞれについての立ち下がりを該基準波形における立ち下がりと比較することを特徴とする付記25記載の可視光受信装置のプログラム。
〔付記27〕
前記比較手順では、前記複数の発光素子それぞれについての前記受光素子による受信信号を2値化した波形特性を、該複数の発光素子の発光制御に用いる2値化された基準波形に対して比較することを特徴とする付記25または26記載の可視光受信装置のプログラム。
〔付記28〕
受光素子を備えた可視光受信装置に接続されて調整が行われる可視光送信装置のプログラムであって、
前記可視光送信装置は複数の発光素子を備え、
前記複数の発光素子それぞれについての前記受光素子による受信信号に基づいて、前記各受信信号の波形特性を合わせるように前記可視光受信装置で算出された前記複数の発光素子それぞれについての発光制御タイミングの遅延時間により、前記各発光素子に対する発光制御タイミングを設定する設定手順を前記可視光送信装置のコンピュータに実行させることを特徴とする可視光送信装置のプログラム。
〔付記29〕
所定の環境条件値が所定の環境条件区分の何れに含まれるかを測定する環境条件測定手順と、
前記可視光受信装置で算出された遅延時間を前記環境条件区分毎に格納する格納手順と、を前記可視光送信装置のコンピュータに実行させ、
前記設定手順では、前記格納手順に格納された遅延時間の内、前記環境条件測定手順により測定された環境条件区分に対応する遅延時間に基づいて前記各発光素子に対する発光制御タイミングを設定することを特徴とする付記28記載の可視光送信装置のプログラム。
本発明は、複数の発光素子を利用して同一信号を送信する各種の可視光通信機器全般に利用することができる。
1 可視光送信機器
2 変調回路
3 調整回路
5 可視光受信機器
6 信号比較回路
7 調整値演算回路
9 調整値記憶・設定回路
10〜12 発光素子
13〜15 受光素子
17〜19 発光駆動信号
20〜22 光出力信号
23 送信信号
24〜26 受信信号

Claims (8)

  1. 複数の発光素子と、
    受光素子と、
    前記複数の発光素子それぞれについての前記受光素子による受信信号に基づいて、前記各受信信号の波形特性を合わせるように前記複数の発光素子それぞれについての発光制御タイミングの遅延時間を算出する演算手段と、
    算出された遅延時間に基づいて前記各発光素子に対する発光制御タイミングを設定する設定手段と、を備えた発光駆動調整システムであって、
    前記受光素子は、前記複数の発光素子それぞれに対して1対1となるよう設けられ、
    前記発光駆動調整システムは、前記受光素子それぞれに1対1に対応付けられた前記発光素子からの光信号しか該受光素子それぞれに入らないように遮光する遮光手段を備え、
    予め定められた契機毎に前記演算手段による算出および前記設定手段による設定を行う
    ことを特徴とする発光駆動調整システム。
  2. 前記演算手段は、前記各受信信号の波形特性として該受信信号それぞれについての立ち上がりおよび立ち下がりを合わせるように、前記複数の発光素子それぞれについての立ち上がりおよび立ち下がり制御タイミングの遅延時間を算出し、
    前記設定手段は、前記各発光素子に対する立ち上がりおよび立ち下がりの制御タイミングを設定することを特徴とする請求項1記載の発光駆動調整システム。
  3. 前記複数の発光素子それぞれについての前記受光素子による受信信号の波形特性を、該複数の発光素子の発光制御に用いる基準波形に対して比較する比較手段を備え、
    前記演算手段は、前記比較手段による比較結果に基づいて前記発光制御タイミングの遅延時間を算出することを特徴とする請求項1または2に記載の発光駆動調整システム。
  4. 前記比較手段は、前記各受信信号の波形特性として、該受信信号それぞれについての立ち上がりを前記基準波形における立ち上がりと比較すると共に、該受信信号それぞれについての立ち下がりを該基準波形における立ち下がりと比較することを特徴とする請求項記載の発光駆動調整システム。
  5. 所定の環境条件値が所定の環境条件区分の何れに含まれるかを測定する環境条件測定手段と、
    前記演算手段により算出された遅延時間を前記環境条件区分毎に格納する格納手段と、
    を備え、
    前記設定手段は、前記格納手段に格納された遅延時間の内、前記環境条件測定手段により測定された環境条件区分に対応する遅延時間に基づいて前記各発光素子に対する発光制御タイミングを設定することを特徴とする請求項1からの何れか1項に記載の発光駆動調整システム。
  6. 複数の発光素子を備えた可視光送信装置に接続されて該可視光送信装置の発光調整を行う可視光受信装置であって、
    受光素子と、
    前記複数の発光素子それぞれについての前記受光素子による受信信号に基づいて、前記各受信信号の波形特性を合わせるように前記複数の発光素子それぞれについての発光制御タイミングの遅延時間を算出する演算手段と、を備えた可視光受信装置であって、
    前記受光素子は、前記複数の発光素子それぞれに対して1対1となるよう設けられ、
    前記可視光受信装置は、前記受光素子それぞれに1対1に対応付けられた前記発光素子からの光信号しか該受光素子それぞれに入らないように遮光する遮光手段を備えたことを特徴とする可視光受信装置。
  7. 複数の発光素子と、受光素子とを備えたシステムにおける発光駆動調整方法であって、
    前記複数の発光素子それぞれについての前記受光素子による受信信号に基づいて、前記各受信信号の波形特性を合わせるように前記複数の発光素子それぞれについての発光制御タイミングの遅延時間を算出する演算工程と、
    算出された遅延時間に基づいて前記各発光素子に対する発光制御タイミングを設定する設定工程と、を備えた発光駆動調整方法であって、
    前記受光素子は、前記複数の発光素子それぞれに対して1対1となるよう設けられ、
    前記システムは、前記受光素子それぞれに1対1に対応付けられた前記発光素子からの光信号しか該受光素子それぞれに入らないように遮光する遮光手段を備え、
    前記演算工程による算出および前記設定工程による設定を予め定められた契機毎に行うことを特徴とする発光駆動調整方法。
  8. 複数の発光素子を備えた可視光送信装置に接続されて該可視光送信装置の発光調整を行う可視光受信装置のプログラムであって、
    前記可視光受信装置は受光素子を備え、
    前記複数の発光素子それぞれについての前記受光素子による受信信号に基づいて、前記各受信信号の波形特性を合わせるように前記複数の発光素子それぞれについての発光制御タイミングの遅延時間を算出する演算手順を前記可視光受信装置のコンピュータに実行させる可視光受信装置のプログラムであって、
    前記受光素子は、前記複数の発光素子それぞれに対して1対1となるよう設けられ、
    前記可視光受信装置は、前記受光素子それぞれに1対1に対応付けられた前記発光素子からの光信号しか該受光素子それぞれに入らないように遮光する遮光手段を備え、
    前記演算手順による算出を予め定められた契機毎に行うことを特徴とする可視光受信装置のプログラム。
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