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JP5687033B2 - 通信装置 - Google Patents

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JP5687033B2
JP5687033B2 JP2010253121A JP2010253121A JP5687033B2 JP 5687033 B2 JP5687033 B2 JP 5687033B2 JP 2010253121 A JP2010253121 A JP 2010253121A JP 2010253121 A JP2010253121 A JP 2010253121A JP 5687033 B2 JP5687033 B2 JP 5687033B2
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Description

本発明は、赤外光通信や可視光通信などの光通信を用いて親機と子機との間で通信を行うインターカムなどの通信装置に関する。
従来から、放送局、コンサートホール、劇場など、広いスペースを有する構内において、親機と子機とを使用して通話する通信装置が使用されている。このような通信装置の一つに、公衆交換電話網などの外部のネットワークと分離された構内音声通信設備であるインターカムがある。
例えば、特許文献1においては、親機から子機への通信にはLED(Light Emitting Diode)による可視光を用い、子機から親機への通信には赤外光を用い、音声信号をFM変調して光信号として送受信するインターカムが開示されている。このインターカムは、光の照射範囲内であれば子機が移動したときにおいても連続して通信が可能である。また、電波のように外部への漏出が少ないことから高いセキュリティを確保でき、電波使用の禁止・制限エリアを含む構内であっても、良好な使用ができる。また、親機は通信機としての機能に加え、LED照明としても使用できる。
特開2009−260842号公報
特許文献1に記載のようなインターカムは、子機が可搬式であることから、子機の使用者が姿勢を変えたり移動したりしながら通信を行っていることが多い。この使用者の姿勢変動などに応じて、子機からの光の照射方向が変動し、受信側の親機の方向から外れ、通信が途切れてしまうおそれがある。
子機から親機に対する光の情報伝送が、光の照射方向の変動時においても確実に行われるために、この変動する範囲をカバーするように光を広角度に照射することが考えられる。しかし、この場合は、子機からの発光量も多くなり、子機の電源として使用される電池などの充電電力容量がすぐに消耗してしまうという問題がある。
同様な問題点は、インターカム以外の光通信を使用した通信装置においても生じるものであって、車両やロボットなどの移動体に設置された子機からの光の照射方向が、子機の移動に伴い親機の方向からずれてしまい、通信が途切れるおそれがあった。
本発明は、前記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものである。すなわち、本発明は、使用者の姿勢の変化や子機の移動があっても、光の照射方向が親機の方向からずれることを防止して、通信の途切れを解消するとともに、光の照射角度を極力狭いものとして、子機の電源である電池などの電力消耗を抑制することができる通信装置の提供を目的とする。
本発明の通信装置は、次のような特徴を有する。
(1)光通信で情報を送受する親機と子機とを備えた通信装置である。
(2)前記子機は、前記親機に設けられた親機受光部に対して送信用の光を照射する子機発光部と、子機に加えられる加速度を検知する加速度センサと、前記親機送信機の位置を記憶した親機位置記憶部を有する。
(3)前記子機は、前記加速度センサで測定された情報、前記子機の初期の位置、及び前記親機位置記憶部で記憶された親機の位置に基づいて、前記子機発光部からの照射方向を演算する通信方向演算部を有する。
(4)前記子機は、前記通信方向演算部で演算された照射方向に基づいて、前記子機発光部の照射方向を制御する方向制御部を有する。
(α)前記方向制御部は、前記加速度センサからの情報を一定の時間ごとに記憶する加速度情報記憶部を有する。
(β)前記通信方向演算部は、前記加速度情報記憶部に記憶された過去の情報と現在の情報との差分量に基づいて、前記方向制御部に設けられた制御信号出力部に照射方向の制御信号を出力する。
子機発光部の照射方向の切換手段としては、次のような構成を採用できる。
(5)照射方向が異なる複数の発光体と、前記方向制御部に設けられた制御信号出力部から供給された制御信号に応じて、前記複数の発光体から前記親機受光部に向けて光を照射する一の発光体を選択する選択部とを有する。
(6)子機発光部からの光の照射方向が変化するように子機発光部を駆動するアクチュエータを備え、このアクチュエータに対して前記方向制御部に設けられた制御信号出力部からの制御信号を供給し、この制御信号に基づいて、このアクチュエータを駆動し、前記子機発光部をその光が前記親機受光部を照射する方向に変化させる。
本発明において、次のような構成を採用することができる。
(7)前記通信方向演算部は、前記加速度情報記憶部に記憶された過去の情報と現在の情報との差分量の変化を加算して、加算量が一定値を超えた場合に前記方向制御部に設けられた制御信号出力部に照射方向の制御信号を出力する。
(8)前記通信方向演算部は、前記加速度情報記憶部に記憶された過去の情報と現在の情報との差分量が減少傾向にある場合には、前記方向制御部に設けられた制御信号出力部に照射方向の制御信号を出力しない。
(9)それぞれ異なる領域を照射する複数の親機を有し、前記子機に設けられた親機位置記憶部は前記複数の親機の各位置情報を記憶し、前記通信方向演算部は、加速度センサからの情報により、前記子機が他の親機の領域に進入したと判断した場合に、新たな領域に属する親機の方向に子機発光部の照射方向を切り換える。
本発明によれば、子機の使用者が姿勢を変えたり移動したりした場合や子機と親機の相対位置が変更された場合であっても、子機からの光を親機に向かうように照射することができ、親機と子機との通信が途絶えることがない。また、子機からの光の照射範囲を拡大しておく必要もないので、子機の電源である電池などの電力消耗を抑制することができる。
第1実施形態の通信装置の使用状態を示す側面図である。 第1実施形態の通信装置を示す機能ブロック図である。 第2実施形態の通信装置を示す機能ブロック図である。 本発明の他の実施の形態を示す側面図である。
以下、本発明の実施形態を説明する。なお、各実施形態において、同一の内容については、説明を省略する。
[第1実施形態]
(構成)
図1の装置の外観図に示すとおり、第1実施形態の通信装置は、次のような基本的な構成を有する。
(1)建物の天井や壁などに設置された親機10
この親機10には、LEDを用いた光通信で情報の送受信を行う親機発光部11と、親機受光部12とが設けられている。なお、図示してはいないが、この親機発光部11と親機受光部12には、親機10と子機間で送受信する光信号を通話用の音声信号に変換する変調・復調部、送受信する光信号の周波数に応じてLEDを高速で点滅させるLED駆動部などが設けられている。
(2)親機10と光通信で情報を送受信する子機20
この子機20は、使用者の首に固定するようにネックバンド型に形成され、この使用者と共に移動する。なお、本実施形態の子機20はネックバンド型であるが、これに限定されず、例えば、ヘッドセット型でも良い。この子機20には、親機10からの光信号を受信する子機受光部21と、親機10に対して光信号を送信する子機発光部22と、音声を出力するスピーカやイヤホンなどの出力部23と、音声を入力するマイクロホンなどの入力部24が設けられている。また、前記子機発光部22からの光信号の照射方向を親機10の方向に制御する方向制御部40と、親機10に対する子機20の相対位置を検出するために使用する加速度センサ50を有している。
図2の機能ブロック図を用いて、本実施形態の通信装置の内部構成を更に説明する。
前記子機受光部21は、親機10から受信した信号を音声信号に復調する復調部25に接続されている。この復調部25は復調した音声信号を前記出力部23に供給するもので、出力部23は復調された信号を音声として出力する。
前記入力部24は、子機20の使用者の音声を入力するものであって、この入力部24には、音声信号の変調部26が接続されている。この変調部26は、子機発光部22に設けられたLED駆動回路に接続され、LED駆動回路はこの変調信号に基づいてLEDを高速で点滅させる。
本実施形態において、前記子機発光部22は、複数個(一例として2個)のLEDとその駆動回路、すなわち、第1LED33aとその駆動回路32a、第2LED33bとその駆動回路32bを備えている。第1LED33aは、子機を装着した使用者が垂直の姿勢を保っている場合に、その光の照射方向が垂直方向(天井方向)を向いている。一方、第2LED33bは、使用者が垂直の姿勢を保っている場合には光の照射方向が水平方向であり、使用者が前方に屈んだ場合には光の照射方向が垂直になって天井の方向を向くように、子機に装着されている。
前記変調部26と第1駆動回路32aおよび第2駆動回路32bとの間には、変調部26からの信号をいずれかの駆動回路に供給するための選択部31が設けられている。この選択部31には、前記方向制御部40の出力が接続され、方向制御部40からの方向制御用信号に従い、選択部31がいずれか一方のLED33a,33bを選択する。
なお、本実施形態では、子機発光部22は、第1LED33aと第2LED33bの2個であるが、これに限定されず、例えば水平、垂直、斜め方向のように異なる方向を向いた4個、6個などのLEDを設けて良い。また、駆動回路を各LEDに設けたが、駆動回路を1つとして、その駆動回路と複数のLEDとの間に選択部31を設け、駆動信号を供給するLEDを選択することもできる。
前記加速度センサ50は、3軸加速度センサであり、例えば、XYZ軸の3方向の加速度を1デバイスで測定できるMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)センサである。なお、加速度センサには、ピエゾ抵抗方式、静電容量検出方式などがあるが、どの方式であっても良い。
この加速度センサ50は、それを装着した子機20に加わる加速度を、例えば、3軸加速度センサ情報(gX、gY、gZ、wX、wY、wZ)として検出するものである。なお、(gX、gY、gZ)は、X、Y、Z軸の各加速度の各成分である。(wX、wY、wZ)は、各軸回りの角速度の各成分である。
この加速度センサ50は、方向制御部40に設けられた信号入力部51に接続され、前記加速度センサ50で計測された3軸加速度センサ情報がこの信号入力部51に供給される。この信号入力部51は、同じく方向制御部40に設けられた通信方向演算部52に接続されている。
この通信方向演算部52には、前記加速度センサ50と共に、親機位置記憶部53と加速度情報記憶部53が接続されている。すなわち、この通信方向演算部52は、前記加速度センサ50で計測されて加速度情報記憶部53に記憶された3軸加速度センサ情報と、親機位置記憶部53にあらかじめ記憶されている親機10の位置情報(たとえば、親機10が天井に配置されているとか、壁に配置されているといった情報)とに基づいて、子機発光部22と親機受光部12との相対位置関係(子機発光部22から照射する光の方向)を演算する。
加速度情報記憶部54は、加速度センサ50から検出された3軸加速度センサ情報に基づいて、加速度センサ50を取り付けた子機20の移動量を示すベクトル方向量を演算し、このベクトル方向量を予め定めた一定時間ごと(たとえば、10ms単位)に記憶する。前記通信方向演算部52は、この加速度情報記憶部54に記憶された過去のベクトル方向量と現在のベクトル方向量とを加算し、子機発光部22が当初設定された位置からどの方向にどの程度移動したかを演算する。
また、前記通信方向演算部52は、前記加速度情報記憶部54に記憶されている過去のベクトル方向量と現在のベクトル方向量との差分が増加傾向にあるか、減少傾向にあるかを判定する。すなわち、前記通信方向演算部は52、差分量が減少方向にある場合など、後述する制御信号出力部55に対する制御信号の供給を行わないように構成されている。
この通信方向演算部52には制御信号出力部55が接続され、この制御信号出力部55に通信方向演算部52で演算された制御信号が供給される。この制御信号出力部55は、前記制御信号を受信し、この制御信号に基づいて子機発光部22からの光の照射方向を制御する。
(作用)
第1実施形態の作用について説明する。まず、使用者は、図1に示すように、ネックバンド型の子機20を首に装着した状態で、子機20に設けられた親機位置記憶部53に、親機10の設けられている位置を設定する。また、子機20についても、その加速度情報記憶部54に加速度センサ50の初期位置を設定する。
この場合、位置の設定の方法は、親機10と子機20の相対位置をどの程度厳密に検出するかによって異なる。たとえば、単に親機10が天井(子機20の上方)に設けられているか、壁面(子機20の水平方向)に設けられているかを設定する場合には、子機20についても使用者の最初の姿勢が垂直に立っている状態か、前屈みになっているかを設定する。一方、親機と子機が使用される空間を一つの座標系と見なして、夫々についてその座標と、子機20中の最初に通信に使用するLED33a(またはLED33b)の向いている方向を設定することも可能である。
このような初期状態において、親機10と子機20間で通信が開始されると、親機10からの情報は、親機発光部11から光として伝送され、子機受光部21が受光する。受光された情報は、復調部25で音声信号に復調され、使用者は、この復調された音声信号を出力部23を介して聞くことができる。以上が、子機20の受信機能であるが、親機10からの光通信は電力が商用電源などから供給されることから、使用者が動き回る範囲をカバーするのに充分に広い発光範囲である。したがって、使用者の移動や姿勢の変化などによる影響は少ない。
一方、子機20から親機10への通信時には、使用者は、子機20の入力部24に音声信号を入力し、この音声信号は変調部26でFM変調され、子機発光部22に設けられた第1LED33aまたは第2LED33bのいずれかから光信号となって親機受光部12に伝送される。この伝送は可視光、赤外光などの光通信であり直進性が強く、例えば、図1に示すような発光範囲で照射される。この発光範囲は狭いほど、発光にともなう電池などの消耗は小さい。そのため、本実施形態では、前記第1LED33aまたは第2LED33bの照射範囲も比較的狭く設定されており、親機10の方向を向いたいずれかのLEDからのみ通信用の光が照射される。
すなわち、前記の通り、初期設定時には、子機20の親機位置記憶部53に親機10の位置が、また加速度情報記憶部54に子機20の位置が記憶されている。そこで、通信方向演算部52は、その親機10と子機20の位置に基づいて、子機発光部22がどの方向に光を照射するかを演算する。その演算結果を用いて制御信号出力部55は、子機発光部22の方向を制御する情報(いずれのLEDが親機の方向を向いているか)を選択部31に供給する。選択部31は、例えば、親機10の方向が、上方であれば、第1駆動回路32aを選択し、前記変調部26からの変調信号を第1駆動回路32a側に供給する。この第1駆動回路32aからの駆動信号により、第1LED33aを点滅させ、送信用の情報を重畳した光を親機受光部12に向かって照射する。
このような初期状態から、例えば、使用者が前にかがんだ状態で音声を入力するため、子機20の位置及び角度が変化したとする。その状態で、初期状態のまま第1LED33aが光を照射しているとすると、この照射方向は親機受光部12からずれた方向となり、照射範囲を絞った本実施形態の装置では通信が途切れるおそれがある。
しかし、本実施形態では、子機20の位置及び角度の変化を加速度センサ50が検出し、検出した3軸のベクトル方向量を信号入力部51を介して加速度情報記憶部54に記憶する。このベクトル方向量は、たとえば10msごとに加速度情報記憶部54に記憶され、初期状態からの差分が加算されていく。その後、加算されたベクトル方向量が予め定めた一定範囲を超えると、通信方向演算部52は親機10が第1LED33aの照射範囲から外れ、第2LED33bの照射範囲に入って来ると演算する。
この演算結果は、照射方向の制御信号として制御信号出力部55に出力され、制御信号出力部55は選択部31に対して親機受光部12の方向に照射する第2LED33bを選択する制御指令を出力する。この制御指令により、使用者からの音声信号は、第2駆動回路32b及び第2LED33bを介して光信号となり、親機受光部12に伝送される。
ところで、本実施形態では、加速度情報記憶部54は、過去のベクトル方向量と現在のベクトル方向量との差分量も記憶している。そして、この差分量が減少方向にある場合には使用者の姿勢の変化がまもなく停止すると判定し、制御信号出力部55へ切換信号の供給を行わないようにする。逆に、差分量が急速に増加する場合には、使用者の姿勢変化が大きくなるとして、制御信号出力部55への切換信号を増加傾向に応じて早めに出力する。さらに、第1LED33aと第2LED33bの照射範囲を一定の割合で重複しておくことにより、使用者の位置や姿勢が重複範囲にある間は切換信号を出力しないようにすることもできる。これらにより、本実施形態では、過度の切換動作を抑制する。
(効果)
第1実施形態の通信装置は、次のような効果を奏する。
(1)加速度センサ50を用いることにより、親機10と子機20との相対位置を把握することができ、子機発光部22からの照射の方向を、常に親機受光部12の方向にすることができる。その結果、使用者の位置や姿勢に合わせた最適な光通信を行うことができる。
(2)光通信は、電波と異なり直進性が高いため発光部と受光部の動きに影響を受けやすい。しかし、照射の方向が変化できることより、移動に適した通信装置とすることができる。
(3)子機20の消費電力を低減できるため、長時間の連続使用が可能となる。
(4)加速度情報記憶部に記憶されている過去のベクトル方向量と現在のベクトル方向量との差分を利用することで、使用者の位置や姿勢の変化を予測して、過度の切換動作による第1LED33aと第2LED33bの過剰頻度の切換を防止することができ、通信の連続性を確保できる。
[第2実施形態]
図3を用いて第2実施形態の通信装置について説明する。第2実施形態は、複数のLEDを切り換える代わりに、単一あるいは複数のLEDについて、その照射方向を親機10の方向に追従させるものである。
(構成)
第2実施形態の通信装置は、第1実施形態に比べて、子機発光部22の構成が異なっている。すなわち、図3に示すように、子機発光部22は、変調部26に接続されている駆動回路36と、変調部26からの変調信号に基づいて駆動回路36により点滅駆動されるLED37とを有している。このLED37は、子機20に対して傾斜可能(首振り自在)に支持されている。
子機20には、このLED37を所望の方向に傾斜させ、光照射方向を変更するためのアクチュエータ38が設けられている。このアクチュエータ38としては、例えば、2軸(縦、横)を独立に動かすことができ、駆動力として電磁力やモータを用いるものが使用される。アクチュエータ38の制御部(図示せず)には、前記子機発光部22に設けられた制御信号出力部55が接続され、制御信号出力部55からLED37の光の照射方向を変更する制御信号が供給される。
(作用)
前記のような構成を有する本実施形態において、初期状態では、前記第1実施形態と同様に、親機位置記憶部53に親機10の位置を、また加速度情報記憶部54に子機20の初期位置を設定する。これにより、たとえ初期状態においてLED37が親機10の方向を向いていなくても、通信方向演算部52は親機10と子機20の位置に基づいて、LED37から見た親機10の方向を演算することができる。そして、その演算結果を受信した制御信号出力部55からの制御信号により、アクチュエータ38が駆動され、LED38が親機10の方向を向くようにセットされる。
このような初期状態から使用を開始した後、例えば、使用者の姿勢が直立の状態から前にかがんだ状態に変化すると、加速度センサ50はその変化量に応じたベクトル方向量を検出し、これを加速度情報記憶部54に入力する。そして、この加速度情報記憶部54からの子機20の移動情報と親機10の位置情報に基づいて、通信方向演算部52が移動後の子機10から見た新たな親機20の方向を演算する。
制御信号出力部55は、この新たな親機10の方向に基づいた制御情報をアクチュエータ38に供給する。アクチュエータ38は、この制御情報に基づいてLED37の子機20に対する取り付け角度、すなわち通信用の光の照射方向を変化させる。その結果、LED37は、使用者が新たな姿勢に変化した状態においても、親機受光部12に向かって光を照射することが可能になる。
(効果)
本実施形態によれば、前記第1実施形態の効果に加え、LED37の子機20に対する取り付け角度をアクチュエータ38を用いて制御することより、複数のLED37を必要とせず、単一のLED37で常時親機10の方向に光を照射することができる。
[他の実施形態]
本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、以下のような他の実施形態も含有する。
(1)前記実施形態では、親機10と子機20は、単数として説明しているが、これに限定されない、複数の親機10と複数の子機20からなる構成であっても良い。
(2)第1、第2実施形態では、子機20は、使用者である人間の移動とともに、子機発光部22からの光の照射をその領域の親機10に向かうように制御しているが、これに限定されない。例えば、図4に示すように、子機20は、ロボットや自動車Mなど、各種の移動体に使用しても良い。この場合も、子機20は、消費電力を低減することができ、長時間の連続使用が可能となるという効果を奏する。
(3)図4に示すように、親機10が複数設けられている場合に、子機20が異なる親機の間を移動することがある。この場合には、各親機10の存在する各領域を予め子機20の親機位置記憶部53に記憶させておき、加速度センサ50の測定により、子機20の属する領域が変化したことを検出する。通信方向演算部52は、この新たな領域に子機20が進入した情報に基づいて、その領域に属する新たな親機10の方向を演算し、制御信号出力部55は、子機発光部22から新たな親機10に対して光を照射するように制御する。
10…親機
11…親機発光部
12…親機受光部
20…子機
21…子機受光部
23…出力部
24…入力部
25…復調部
26…変調部
30…子機発光部
31…選択部
32a…第1駆動回路
33a…第1LED
32b…第2駆動回路
33b…第2LED
36…駆動回路
37…LED
38…アクチュエータ
40…方向制御部
50…加速度センサ
51…信号入力部
52…通信方向演算部
53…親機位置記憶部
54…加速度情報記憶部
55…制御信号出力部
M…自動車

Claims (6)

  1. 光通信で情報を送受する親機と子機とを備えた通信装置であって、
    前記子機は、
    前記親機に設けられた親機受光部に対して送信用の光を照射する子機発光部と、
    子機に加えられる加速度を検知する加速度センサと、
    前記親機送信機の位置を記憶した親機位置記憶部と、
    前記加速度センサで測定された情報、前記子機の初期の位置、及び前記親機位置記憶部で記憶された親機の位置に基づいて、前記子機発光部からの照射方向を演算する通信方向演算部と、
    前記通信方向演算部で演算された照射方向に基づいて、前記子機発光部の照射方向を制御する方向制御部と、を有し、
    前記方向制御部は、前記加速度センサからの情報を一定の時間ごとに記憶する加速度情報記憶部を有し、
    前記通信方向演算部は、前記加速度情報記憶部に記憶された過去の情報と現在の情報との差分量に基づいて、前記方向制御部に設けられた制御信号出力部に照射方向の制御信号を出力することを特徴とする通信装置。
  2. 前記子機発光部は、
    照射方向が異なる複数の発光体と、前記方向制御部に設けられた制御信号出力部から供給された照射方向に応じて、前記複数の発光体から前記親機受光部に向けて光を照射する一の発光体を選択する選択部とを有することを特徴とする請求項1に記載の通信装置。
  3. 前記子機発光部は、
    子機発光部からの光の照射方向が変化するように子機発光部を駆動するアクチュエータを備え、このアクチュエータに対して前記方向制御部に設けられた制御信号出力部からの制御信号を供給し、この制御信号に基づいて、このアクチュエータを駆動し、前記子機発光部をその光が前記親機受光部を照射する方向に移動させることを特徴とする請求項1に記載の通信装置。
  4. 記通信方向演算部は、前記加速度情報記憶部に記憶された過去の情報と現在の情報との差分量を加算して、加算量が一定値を超えた場合に前記方向制御部に設けられた制御信号出力部に照射方向の制御信号を出力することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の通信装置。
  5. 記通信方向演算部は、前記加速度情報記憶部に記憶された過去の情報と現在の情報との差分量が減少傾向にある場合には、前記方向制御部に設けられた制御信号出力部に照射方向の制御信号を出力しないことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の通信装置。
  6. それぞれ異なる領域を照射する複数の親機を有し、前記子機に設けられた親機位置記憶部は前記複数の親機の各位置情報を記憶し、前記通信方向演算部は、加速度センサからの情報により、前記子機が他の親機の領域に進入したと判断した場合に、新たな領域に属する親機の方向に子機発光部の照射方向を切り換えることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の通信装置。
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