CN116964881A - 发光装置 - Google Patents

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薄田学
泽田昌幸
香山信三
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Abstract

在发光装置中，能够在不影响提供给光源元件的脉冲电流的波形的情况下检测发光电路部的故障。发光装置包括：包括光源元件(22)的发光电路部(20)、和向发光电路部(20)供给电荷的电源部(10)。发光电路部(20)设置在供电节点(n1)和接地节点(n2)之间。电源部(10)经由供电线(15)与供电节点(n1)相连接。监视部(30)通过监视供电线(15)的电压或电源部(10)的内部电压来检测发光电路部(20)的异常状态。

Description

发光装置
技术领域
本公开涉及一种发光装置，其构成为能够检测发光电路部的故障。
背景技术
在专利文献1中，公开了在发光驱动装置中对驱动光源元件的发光驱动部的故障进行检测的结构。在该结构中，从电源部向光源元件的阳极施加规定的电源电压，在光源元件的阴极上连接有具有开关和恒流源的发光驱动部。脉冲电流通过开关的导通/非导通(ON/OFF)操作流过光源元件。故障检测部根据发光驱动部的输出端子的电压检测发光驱动部的故障。
专利文献1：日本公开专利公报特开2020-149831号公报
发明内容
-发明要解决的技术问题-
在专利文献1的结构中，在提供给光源元件的脉冲电流流过的路径的中途连接有故障检测部。因此，故障检测部的存在会对脉冲电流的波形产生影响，而可能会破坏光源元件的正常的发光工作，这就是问题。
本公开正是为解决上述技术问题而完成的，其目的在于：在发光装置中，能够在不影响提供给光源元件的脉冲电流的波形的情况下检测发光电路部的故障。
-用以解决技术问题的技术方案-
本公开的一方面所涉及的发光装置包括发光电路部、电源部以及监视部，所述发光电路部包括光源元件，设置在供电节点与接地节点之间，所述电源部与所述供电节点相连接，向所述发光电路部供给电荷，所述监视部对所述发光电路部的电气状态进行监视。所述电源部经由位于所述发光电路部外侧的供电线与所述供电节点相连接，所述监视部通过监视所述供电线的电压或所述电源部的内部电压，来检测所述发光电路部的异常状态。
-发明的效果-
根据本公开，在发光装置中，能够在不影响提供给光源元件的脉冲电流的波形的情况下检测发光电路部的故障。
附图说明
图1表示实施方式所涉及的发光装置的电路结构；
图2(a)、(b)表示流过光源元件的脉冲电流、以及光源元件的阳极侧电压和阴极侧电压的例子，(a)是实施方式，(b)是比较例；
图3表示实施方式所涉及的发光装置的另一电路结构；
图4表示图1的发光装置的具体结构例；
图5表示检测卡在高电平上的方法；
图6表示检测过剩电压的方法；
图7表示检测开路故障的方法；
图8是表示故障检测的工作例的流程图；
图9表示变形例所涉及的发光装置的电路结构。
具体实施方式
(概要)
本公开的一方面所涉及的发光装置包括发光电路部、电源部以及监视部，所述发光电路部包括光源元件，设置在供电节点与接地节点之间，所述电源部与所述供电节点相连接，向所述发光电路部供给电荷，所述监视部对所述发光电路部的电气状态进行监视，所述电源部经由位于所述发光电路部外侧的供电线与所述供电节点相连接，所述监视部通过监视所述供电线的电压或所述电源部的内部电压，来检测所述发光电路部的异常状态。
根据该结构，发光装置包括：包括光源元件的发光电路部、和向发光电路部供给电荷的电源部。发光电路部设置在供电节点和接地节点之间，电源部经由位于发光电路部外侧的供电线与供电节点相连接。发光装置包括监视部，该监视部通过监视供电线的电压或电源部的内部电压，来检测发光电路部的异常状态。监视部对位于发光电路部外部的节点的电压进行监视，因此不会对使光源元件发光的脉冲电流的波形造成影响。因此，能够在不影响提供给光源元件的脉冲电流的波形的情况下检测发光电路部的故障。
也可以为以下结构：所述发光电路部包括开关和充放电电路部，所述开关根据由信号生成部提供的信号对导通状态和非导通状态进行切换，所述充放电电路部构成为能够蓄积电荷，所述光源元件和所述开关串联在所述供电节点和所述接地节点之间，所述充放电电路部与所述光源元件和所述开关并联在所述供电节点和所述接地节点之间。
这样一来，在发光电路部中，在开关处于导通状态时，蓄积在充放电电路部中的电荷被供给光源元件，光源元件发光；在开关处于非导通状态时，光源元件不发光，由电源部供给的电荷蓄积在充放电电路部中。并且，监视部不连接在使光源元件发光的脉冲电流流过的环形路径内，该监视部对位于环形路径外的节点的电压进行监视，因此不会对脉冲电流的波形造成影响。因此，能够在不影响提供给光源元件的脉冲电流的波形的情况下检测发光电路部的故障。
也可以为以下结构：所述监视部包括分压电阻和比较器，所述分压电阻与所述供电线相连接，所述比较器将由所述分压电阻分压的电压与规定的阈值电压进行比较。
这样一来，监视部通过监视供电线的电压，便能够检测发光电路部的异常状态。
也可以为以下结构：所述电源部包括充电时间常数调整部，该充电时间常数调整部包括用于调整充电时间常数的电阻，所述监视部包括第一分压电阻和第二分压电阻、差动放大器以及比较器，所述第一分压电阻和所述第二分压电阻分别与所述电阻的一端和另一端相连接，所述差动放大器对分别由所述第一分压电阻和所述第二分压电阻分压的电压的差分进行放大，所述比较器对所述差动放大器的输出与规定的阈值电压进行比较。
这样一来，监视部通过监视电源部的内部电压，便能够检测发光电路部的异常状态。
本公开的另一方面所涉及的发光装置包括发光电路部、电源部以及监视部，所述发光电路部包括光源元件，设置在供电节点与接地节点之间，所述电源部与所述供电节点相连接，向所述发光电路部供给电荷，所述监视部对所述发光电路部的电气状态进行监视，所述电源部经由位于所述发光电路部外侧的供电线与所述供电节点相连接，所述发光电路部包括开关和充放电电路部，所述开关根据由信号生成部提供的信号对导通状态和非导通状态进行切换，所述充放电电路部蓄积电荷，所述光源元件和所述开关串联在所述供电节点和所述接地节点之间，所述充放电电路部以与所述光源元件和所述开关并联的方式连接在所述供电节点和所述接地节点之间，所述监视部检测在所述充放电电路部中流动的电流的异常状态。
根据该结构，发光装置包括：包括光源元件的发光电路部、和向发光电路部供给电荷的电源部。发光电路部设置在供电节点和接地节点之间，电源部经由位于发光电路部外侧的供电线与供电节点相连接。在发光电路部中，在开关处于导通状态时，蓄积在充放电电路部中的电荷被供给光源元件，光源元件发光；在开关处于非导通状态时，光源元件不发光，由电源部供给的电荷被蓄积在充放电电路部中。发光装置包括监视部，该监视部检测流过充放电电路部的电流的异常状态。这样一来，便能够在不影响提供给光源元件的脉冲电流的波形的情况下检测发光电路部的故障。
也可以为以下结构：所述监视部检测所述开关被固定为导通状态且电流持续流过所述光源元件的状态、对所述光源元件施加了过剩电压的状态、或者所述开关被固定为非导通状态且电流不流过所述光源元件的状态中的至少任意一种状态作为所述异常状态。
以下，参照附图对实施方式做详细的说明。然而，有时会省略不必要的过度详细的说明。例如，有时省略对已公知的事项的详细说明或对实质上相同的结构的重复说明。这是为了避免以下的说明变得过于冗长，以方便本领域的技术人员理解。
需要说明的是，附图和以下的描述是为了使本领域技术人员能够完全理解本公开，而不是为了限制所要求保护的主题。
(实施方式)
图1表示实施方式所涉及的发光装置的电路结构。例如，图1的发光装置用在利用TOF法(TOF：Time Of Flight/飞行时间)获得与物体的距离信息的系统中。图1的发光装置包括电源部10、发光电路部20、信号生成部25、监视部30以及故障检测部40。
发光电路部20包括激光二极管即光源元件22，设置在供电节点n1与接地节点n2之间。光源元件22在供电节点n1与接地节点n2之间与开关23和恒流源24串联。光源元件22的阳极与供电节点n1相连接，阴极与开关23相连接。开关23例如是FET(Field EffectTransistor：场效应晶体管)，从信号生成部25向栅极提供信号。开关23构成为根据由信号生成部25提供的信号来切换ON(导通状态)和OFF(非导通状态)。
充放电电路部21在供电节点n1与接地节点n2之间与光源元件22和开关23并联。充放电电路部21构成为能够蓄积电荷，例如由电容器构成。
通过布置恒流源24，流过发光电路部20的最大电流量能够得到调节。
电源部10经由供电线15与供电节点n1相连接，向发光电路部20供给电荷。由电源部10供给的电荷蓄积在充放电电路部21中。电源部10包括：充电时间常数调整部11，其调整充电时亦即供给电荷时的时间常数；以及电源12。
当开关23为ON时，蓄积在充放电电路部21中的电荷被供给到光源元件22，光源元件22由此而发光。另一方面，在开关23为OFF时，由于没有电流流过光源元件22，光源元件22便不发光，由电源部10供给的电荷蓄积在充放电电路部21中。在发光电路部20形成有环形路径，使光源元件22发光的脉冲电流在该环形路径中流动。
监视部30监视发光电路部20的电气状态。监视部30与供电线15相连接(监视节点A1)，通过监视供电线15的电压来检测发光电路部20的异常状态。监视部30包括：与供电线15相连接的分压电阻R1、R2；对由分压电阻R1、R2分压的电压Vao与规定的阈值电压Vth1进行比较的比较器31。比较器31的输出被发送给故障检测部40。
此处，监视节点A1的电压与光源元件22的阳极侧电压VA相同。因此，通过对监视节点A1的电压进行监视，便能够监视发光电路部20的电气状态。此外，若设发光电路部20的阻抗为Zc，电源部10的阻抗为Zp，则Zc与Zp的关系为：
Zc<<Zp
监视节点A1位于发光电路部20的脉冲电流流动的环形路径之外。因此，即使监视部30对监视节点A1的电压进行监视，也不会对脉冲电流的波形造成影响。
图2是表示流过光源元件22的脉冲电流Ipulse、以及光源元件22的阳极侧电压VA和阴极侧电压VK之例的曲线图。图2(a)是图1的结构，即监视部30对监视节点A1的电压进行监视的情况，图2(b)是作为比较例，监视部30监视位于发光电路部20内的光源元件22与开关23之间的节点的电压的情况。
从图2(b)可知，在将监视部30连接在发光电路部20的环形路径内的情况下，流过光源元件22的脉冲电流Ipu]se的波形毁坏，此外，光源元件22的阳极侧电压VA发生电压变动，而产生多余的功耗。相对于此，根据本实施方式，由于监视部30监视位于发光电路部20的环形路径外的监视节点A的电压，因此不会对流过光源元件22的脉冲电流Ipulse的波形产生影响，如图2(a)所示。
图3表示实施方式所涉及的发光装置的另一电路结构。图3的发光装置构成为：负电源从电源部10A供给发光电路部20A。
在发光电路部20A中，光源元件22在供电节点n1与接地节点n2之间与开关23和恒流源24串联。光源元件22的阴极与供电节点n1相连接，光源元件22的阳极与开关23相连接。充放电电路部21在供电节点n1与接地节点n2之间与光源元件22和开关23并联。
电源部10A经由供电线15与供电节点n1相连接，向发光电路部20A供给电荷。由电源部10A供给的电荷蓄积在充放电电路部21中。电源部10A包括充电时间常数调整部11和负电源12A。
当开关23为ON时，蓄积在充放电电路部21中的电荷被供给光源元件22，光源元件22由此而发光。另一方面，在开关23为OFF时，由于没有电流流过光源元件22，光源元件22便不发光，由电源部10供给的电荷蓄积在充放电电路部21中。该工作与图1的结构相同。在发光电路部20中也形成有环形路径，使光源元件22发光的脉冲电流在该环形路径中流动。
监视部30与供电线15相连接(监视节点A2)，通过监视供电线15的电压来检测发光电路部20A的异常状态。
根据图3的电路结构，也能够得到与图1的电路结构相同的作用效果。也就是说，监视节点A2的电压与光源元件22的阴极侧电压VK相同。因此，通过对监视节点A2的电压进行监视，能够监视发光电路部20的电气状态。此外，监视节点A2位于发光电路部20A的脉冲电流流动的环形路径之外。因此，即使监视部30对监视节点A2的电压进行监视，也不会对脉冲电流的波形造成影响。
图4是图1的发光装置的具体结构例。图4的结构包括电源板50和光源板60。在光源板60上布置有图1所示的发光电路部20。电源板50和光源板60经由连接器61相连接。在电源板50上布置有：使输入电压VIN上升的升压部51；和对将升压部51的输出发送给光源板60还是不将升压部51的输出发送给光源板60这两种情况进行切换的开关52。在光源板60上，除了发光电路部20以外，还布置有充电时间常数调整部11和旁路电容器62。包括电源板50、布置在光源板60上的充电时间常数调整部11和旁路电容器62的结构，相当于图1所示的电源部10。故障检测部40包括电源控制部41，该电源控制部41接受监视部30的输出，控制电源板50中的升压部51和开关52。电源控制部41例如通过微处理器来实现。
参照图4的结构，对检测发光电路部20的异常状态的方法进行说明。在本实施方式中，作为发光电路部20的异常状态，检测的是卡在高电平(stuck high)、过剩电压、开路故障。此处，卡在高电平表示开关23的栅极电压卡在高电平上，开关23被固定为ON的状态。在这种情况下，由于开关23被固定在导通状态，因此而成为电流持续流过光源元件22的状态。需要说明的是，也存在因开关23出了故障而被固定为导通状态的情况。过剩电压表示对光源元件22施加了比正常情况高的过剩电压的状态。开路故障表示开关23不成为ON而被固定为OFF的状态。在该情况下，由于开关23被固定为非导通状态，因此而成为电流不流过光源元件22的状态。
图5表示检测卡在高电平的方法。在该情况下，监视部30的比较器31用阈值电压Vth1输出信号FAULT_High。当Vao＜Vth1时，比较器31使信号FAULT_High为高电平。电源控制部41对信号FAULT_High为高电平的期间tON与上限时间tlimit进行比较。当期间tON比上限时间tlimit长时，判断为卡在高电平上，将信号RUN_OUT设为低电平，发送给电源板50。升压部51由此而停止升压工作，并且开关52成为OFF，停止向光源板60供给电源。
图6表示检测过剩电压的方法。在该情况下，监视部30的比较器31用阈值电压Vth2输出信号FAULT_VOLT。当Vao>Vth2时，比较器31使信号FAULT_VOLT为高电平。电源控制部41对信号FAULT_VOLT为高电平的期间tON与上限时间tlimit进行比较。当期间tON比上限时间tlimit长时，判断为过剩电压，使信号RUN_OUT为低电平，发送给电源板50。升压部51由此而停止升压工作，并且开关52成为OFF，停止向光源板60供给电源。
图7表示检测开路故障的方法。在该情况下，监视部30的比较器31用阈值电压Vth1输出信号FAULT_High。当Vao<Vth1时，比较器31使信号FAULT_High为高电平。电源控制部41在提供给开关23的信号PULSE_sig变成高电平以后且信号FAULT_High未变成高电平的期间比上限时间tlimit长时，判断为开路故障，使信号RUN_OUT为低电平，发送给电源板50。升压部51由此而停止升压工作，并且开关52成为OFF，停止向光源板60供给电源。
图8是表示图4的结构例中的故障检测工作的例子的流程图。在该工作例中，监视部30针对卡在高电平、过剩电压以及开路故障分别包括比较器31。
当故障检测开始时(S11)，电源控制部41确认由信号生成部25输出的信号RUN_IN为ON(高电平)(S12)。当确认信号RUN_IN为ON(高电平)时，监视部30和电源控制部41通过上述方法分别对卡在高电平、过剩电压以及开路故障进行检测(S13、S14、S15)。在卡在高电平、过剩电压以及开路故障的任一个都未被检测到时，结束工作。另一方面，在检测到卡在高电平、过剩电压以及开路故障中的至少一个时，电源控制部41判断为发光电路部20发生了故障(S16)，使信号RUN_OUT为OFF(低电平)(S17)。由此而停止向电源板50供给电源(S18)。在S12中，在没有确认出信号RUN_IN为ON(高电平)时，电源控制部41也判断为发光电路部20已发生故障(S16)，使信号RUN_OUT为OFF(低电平)(S17)。
(变形例)
图9表示变形例所涉及的发光装置的电路结构。在图9的电路结构中，监视部30A并非监视供电线15的电压，而是监视电源部10的内部电压，由此而检测发光电路部20的异常状态。
在图9中，电源部10所包括的充电时间常数调整部11包括电阻11a和电容器11b。监视部30A监视充电时间常数调整部11所具有的电阻11a两端的电压。监视部30A包括：与电阻11a的一端(监视节点A31)相连接的第一分压电阻R11、R12；与电阻11a的另一端(监视节点A32)相连接的第二分压电阻R21、R22；对由第一分压电阻R11、R12分压的电压和由第二分压电阻R21、R22分压的电压的差分进行放大的差动放大器32；以及对差动放大器32的输出VOUT和规定的阈值电压Vth1进行比较的比较器33。
此处，监视节点A31和监视节点A32之间的电位差是根据追随在电阻器11a中流动的电流分量的信号。因此，通过对监视节点A31、A32的电位差进行监视，便能够监视发光电路部20的电气状态。此外，监视节点A31、A32位于电源部10的内部，且位于发光电路部20的脉冲电流流动的环形路径之外。因此，即使监视部30A对监视节点A31、A32的电压进行监视，也不会对脉冲电流的波形造成影响。进而，通过获取电阻11a两端的电压的差分，便能够去除噪声成分，所以能够降低噪声的影响。
-产业实用性-
根据本发明所涉及的发光装置，能够在不影响提供给光源元件的脉冲电流的波形的情况下检测发光电路部的故障。因此，例如在提升发光装置的安全性方面是有用的。
-符号说明-
10、10A 电源部
11 充电时间常数调整部
11a 电阻
15 供电线
20、20A 发光电路部
21 充放电电路部
22 光源元件
23 开关
30、30A 监视部
31 比较器
32 差动放大器
33 比较器
n1 供电节点
n2 接地节点
R1、R2 分压电阻
R11、R12 第一分压电阻
R21、R22 第二分压电阻。

Claims (6)

1.一种发光装置，其特征在于：包括发光电路部、电源部以及监视部，
所述发光电路部包括光源元件，设置在供电节点与接地节点之间，
所述电源部与所述供电节点相连接，向所述发光电路部供给电荷，
所述监视部对所述发光电路部的电气状态进行监视，
所述电源部经由位于所述发光电路部外侧的供电线与所述供电节点相连接，
所述监视部通过监视所述供电线的电压或所述电源部的内部电压，来检测所述发光电路部的异常状态。
2.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于：
所述发光电路部包括开关和充放电电路部，
所述开关根据由信号生成部提供的信号对导通状态和非导通状态进行切换，
所述充放电电路部构成为能够蓄积电荷，
所述光源元件和所述开关串联在所述供电节点和所述接地节点之间，所述充放电电路部与所述光源元件和所述开关并联在所述供电节点和所述接地节点之间。
3.根据权利要求1或2所述的发光装置，其特征在于：
所述监视部包括分压电阻和比较器，
所述分压电阻与所述供电线相连接，
所述比较器对由所述分压电阻分压的电压与规定的阈值电压进行比较。
4.根据权利要求1或2所述的发光装置，其特征在于：
所述电源部包括充电时间常数调整部，该充电时间常数调整部包括用于调整充电时间常数的电阻，
所述监视部包括第一分压电阻和第二分压电阻、差动放大器以及比较器，
所述第一分压电阻和所述第二分压电阻分别与所述电阻的一端和另一端相连接，
所述差动放大器对分别由所述第一分压电阻和所述第二分压电阻分压的电压的差分进行放大，
所述比较器对所述差动放大器的输出与规定的阈值电压进行比较。
5.一种发光装置，其特征在于：包括发光电路部、电源部以及监视部，所述发光电路部包括光源元件，设置在供电节点与接地节点之间，
所述电源部与所述供电节点相连接，向所述发光电路部供给电荷，
所述监视部对所述发光电路部的电气状态进行监视，
所述电源部经由位于所述发光电路部外侧的供电线与所述供电节点相连接，
所述发光电路部包括开关和充放电电路部，
所述开关根据由信号生成部提供的信号对导通状态和非导通状态进行切换，
所述充放电电路部蓄积电荷，
所述光源元件和所述开关串联在所述供电节点和所述接地节点之间，所述充放电电路部以与所述光源元件和所述开关并联的方式连接在所述供电节点和所述接地节点之间，
所述监视部检测在所述充放电电路部中流动的电流的异常状态。
6.根据权利要求5所述的发光装置，其特征在于：
所述监视部检测所述开关被固定为导通状态且电流持续流过所述光源元件的状态、对所述光源元件施加了过剩电压的状态或者所述开关被固定为非导通状态且电流不流过所述光源元件的状态中的至少任意一种状态作为所述异常状态。
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