JP2000029400A - 光学表示装置 - Google Patents
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Abstract
できない状態で伝送することができる光学表示装置を提
供する。 【解決手段】 負荷は直列接続したLED9を有し、こ
のLED9に制御回路11が直列接続されている。論理
回路8は、ライン12によって制御回路11の入力端に
接続され、また制御回路11によって電流を温度の関数
として調整するための温度センサ13と接続されてい
る。LED9に流れる定電流は、作動中のLED9の数
にかかわらず、論理回路8によって制御回路11を通じ
て調整されて設定される。論理回路8はライン7を介し
て制御回路に接続され、この制御回路が電流設定の関数
として全体のLED9の電圧を調節する。論理回路8
が、異なる周波数のパルスを制御回路11に送出し、ス
イッチ10により1個のLED9を周期的にスイッチン
グして、人が目視できる光学信号と同時に人が目視でき
ない光学信号を生成する。
Description
は並列接続した複数の発光ダイオード( light-emittin
g diode,LED)(以下、一式のLEDと記載する)を
制御回路に接続して制御を行うための光学表示装置( o
ptical device )に関する。
示装置は、自動車における第3のブレーキライトとして
知られている。このブレーキライトでは、最大3〜4個
のLEDを直列接続し、更に、この直列接続のn本を並
列接続したマトリクス配列( matrix circuit )によっ
て構成され、又は、同一の順電圧クラスのn個のLED
を並列接続し、更に、この並列接続を更に最大3〜4個
をもって直列接続したマトリクス配列によって構成され
ている。このマトリクス配列の構成では、所定の電流に
設定するためにLEDに抵抗器を直列接続しているが、
この抵抗値はそれぞれのLEDの順電圧クラスの関数と
して、すなわち、順電圧クラスに対応して選択される。
イト、後退ランプ、点滅表示ランプ等として、過去に利
用されたた白熱電球に代えてLEDライトを用いること
が有利である。なお、白熱電球は、発光変換効率が悪
く、かつ、寿命が短いと共に、所望の対応する色(波
長)の発光を実現するためにはフィルタが必要となり、
その発光照度に対する損失が発生する。また、白熱電球
は体積が大きく、このため、自動車に、その形状が薄い
(奥行きが小さい)状態で配置できない。
易に交換できるようにランプソケット( lamp socket)
を配置する必要がある。したがって、自動車での多大な
配置空間を占めることになる。また、白熱電球はターン
オン応答( turn-on response )が遅い。すなわち、特
にブレーキ操作時でのターンオン応答が遅いのため、そ
の問題が顕著である。白熱電球に直流電圧を用いた場合
の発光照度調整( brightness control )は、損失が生
じる抵抗器を用いることによって、その発光照度調整を
行うものであり発熱する。
点とは対照的に、LEDライトは、長時間の寿命を有
し、更に、小型かつその形状が薄い(奥行きが小さい)
状態での配置が可能であり、省スペースを達成できる。
例えば、乗用車のトランクの中に配置する場合に、LE
D(点灯素子)の三次元による配置が可能になる。
混合、又は、異なる色のLEDの発光によってどのよう
な発光色も実現できる。この場合のLEDライトの発光
では迅速なターンオンが可能であるために安全性が高く
なる。特にブレーキライトとして用いられる場合、例え
ば、時速120キロで走行していた場合に、先行車のブ
レーキ操作の動作を、より早くに察知して、そのブレー
キ操作によるLEDライトの発光を後続車に伝えること
が可能になる。この場合、後続車との停止距離が約5メ
ートル程伸びることなり、その安全性が高くなる。更
に、LEDライトは、低い固有温度で発光し、同時に衝
撃及び振動に対する高い保護性を有している。また、白
熱電球と同一の発光照度が得られる電力が1/4〜1/
5程度である。
かわらず、LEDライトをブレーキライト及びテールラ
ンプに適用する具現化においては、実用例が過去にある
ものの、その電力消費が大きい。すなわち、大きな消費
電力の略全てが抵抗器及び半導体部品における熱発生と
なっていた(例えば、代表的には3〜5ワット)。この
ため、自動車内での使用した場合の従来の設置条件下で
は、許容範囲を越える125℃以上の高い熱発生を伴う
ことがある。
ブレーキライトの熱発生の問題を阻止するために、1ラ
イトあたりのLED数は3個又は4個の整数倍を選択す
るのが好ましい。LED回路板上の抵抗器及び/又は半
導体部品の配置が、LEDライトを使用する際の更なる
熱応力( thermal stress )の問題が生じることにな
る。このような自動車ライトの量産での他の問題は、L
EDの異なる順電圧クラスである。これは、特に前記し
た同一の順電圧クラスのLEDのn個の並列接続を更に
3〜4個の直列接続したマトリクス配列において、その
異なる順電圧クラス混合組み合わせができないためであ
る。
を、LEDライトの設計ごとに決定する必要があり、好
ましくない変異が多発することになる。過去に用いられ
た直列接続による抵抗器を利用した構成では、LEDの
動作点を車両のオンボード電圧( on-board voltage )
の1電圧値に対してのみしか設定できないため、抵抗器
を用いた場合、1順電圧クラス中のLEDの順電圧の広
域分布において常に動作点があいまいな設定となってし
まう。
lector quality)、幾何学的許容差( geometric toler
ance)、発光照度クラスの帯域幅( band width )、抵
抗の許容差、順電圧クラスの帯域幅、光ディスク及び光
学的有効素子の透過率)の重ね合わせが、量産において
は総じて発光照度値の大きなばらつきの原因となってし
まう。
車分野に限らず、あらゆる通信手段として利用可能であ
り、又は、動く装置やその他の警告装置を使用する製造
工場においても、その警告表示に使用可能である。白熱
電球とは対照的にLEDは、迅速な(ナノセカンド;n
secの)オン/オフの切り替え、すなわち、スイッチ
イグ動作が可能である。また、これは特に全ての通信手
段において、更に、製造工場においても情報を中継する
ために必要である。例えば、適切に制御されたコンピュ
ータシステムによる自動化に関連して、ガソリンスタン
ドや交通制御システムにおいては、駐車料金、有料道
路、車両検査、搭乗者等々、車及び/又は工場の取付台
などの、あらゆる情報を伝送することが必要な場合があ
る。
送は、例えば、空港の滑走路における航空交通を制御す
るためや、航空機を適切な停止位置に導くために利用す
ることができる。このような場合、赤外線による不可視
データ伝送では、伝送リンクが遮断されてしまうと共
に、更に、専用の検知測定装置を用いた場合にしかその
検知ができないという欠点がある。
課題を解決するものであり、情報を同時に人が目視でき
ると共に、人が目視できない状態で伝送でき、この情報
の同時伝送によって伝送経路が遮断されているかを容易
に確認することが可能な光学表示装置の提供を目的とす
る。
LEDは、マトリクス配列であり、このマトリクス配列
は、少なくとも1個のLEDが1列で構成されており、
また、1列に複数のLEDが直列接続されると共に、こ
の直列接続を更に並列接続することを特徴としている。
な電流源としての役割を果たす第1制御回路に接続さ
れ、そして一式のLEDを電流設定( current set)の
関数として、全体のLEDの電圧を調整するための電圧
源となる第2制御回路に接続している。マトリクス配列
の結果、各列(例えば、各LEDの接続ライン)におけ
る定電流動作を行い、かつ、これが順電圧の異なるクラ
スへの分割を阻止し、異なる順電圧クラスを一つのライ
ンで配列(接続)できるようになる。
危険性、及び、組合わせにおける変異動作の発生が低減
する。定電流はLEDの正確な動作設定を可能にする。
個々のLEDの発光(電流設定)に対する調整用として
の抵抗器が不要となるため、抵抗器での発熱も防止され
る。LED数は自由に設定可能である。例えば、3又は
4の倍数個の段階的な構成が不要になる。この結果、総
合的に全電力消費量が低減する。
LED1個であり、又は、各列中で複数のLEDの直列
接続である。複数の列、すなわち、ラインは並列接続が
可能である。この並列接続においては、(発光の目視角
度( angle of observation)により)LEDの配置を
列ではなく、行の系列とすることもできる。
の中にあるか、又は、LEDが直列接続した複数の並列
接続の列であるかのいずれかの配列によって、これに対
応する数の電流源を有する。制御可能な電流源による電
流設定によって、所要の発光照度に設定できる。第1制
御回路で制御される第2制御回路は、必要な適正の電圧
を配列及び電流設定によって自動的に設定する。したが
って、小数のLEDを備える複数の並列の配列において
は電圧を低減するのに対して、直列接続した複数のLE
Dを備える列1本のみを使用する場合、電圧は、第2制
御回路によって配線系から供給される電圧と比較して高
い電圧に設定する必要がある。更に、この高い電圧及び
低い電圧の変換組み合わせも可能である。
適正に機能するために必要な、可能な限り低い電圧が第
2制御回路で設定される。
数のパルスを送出して少なくとも1個のLEDをスイッ
チングすることにより、人が目視できる光学信号を生成
して、通信を行うと共に、人が目視できない光学信号も
生成する。これによってLEDが人が目視できる光学信
号を送出した場合には、例えば、伝送される光学信号に
基づいて他の装置を制御するための受信機( receiver
)に適切なデジタル情報を伝送できるようになる。情
報の同時伝送によって伝送経路が遮断されているかを確
認を容易に行うことができる。したがって、個別のLE
Dをパルスでスイッチングすることによって幅広いアプ
リケーションが可能となる。
を有しており、定電流源のプログラミング及び設定は、
これらの論理回路に対して行われる。第2制御回路にお
ける電圧は、例えば、DC−DC変換器によってパルス
幅変調(PWM)で設定される。
の配列によって光学表示装置全体が動作不能となるか、
又は、対応する発光照度を肩代わりしながら操作を継続
できるかのいずれかである。他の一つの実施形態におい
ては、論理回路はいずれの場合にも、交換の必要性又は
補償の可能性を示す信号を送出する。
ては、最終検査において製造許容差( manufacturing t
olerance)に対する補償及び同一発光照度値における異
なる発光照度クラスへの設定を行うことが必要となる。
このために、第1制御回路はLED中を流れる電流を外
部から設定できる接続手段を有している。実用例では、
その構成を集積回路としているため、この目的のため
に、例えば、更なる入力端子を有している。
EDの近くに配列された温度センサが、論理回路と接続
して対応する温度信号( temperature signal )を送出
する。このためLEDの電流を論理回路によって温度に
対する関数として設定できるようになる。
は、論理回路は、人が目視できないような周波数のパル
スでLEDをスイッチングして切り替え、昼間及び夜間
での動作における発光照度を調整し、そしてテールライ
トを停止ライトへと切り替え、また、この逆の動作も行
う。これは均一の負荷とすることによって、寿命の均一
化を図るようにしている。
色の異なる3個のLEDによって構成されるのが好まし
く、論理回路はそれらの発光色に対する駆動を行う。こ
の結果、光に全ての色を実現することができるようにな
り、更にカラーフィルタが不要になる。
イトの配置場所又はそれぞれのライトのプラグコネクタ
中に配置することが出来る。また、中央制御装置( cen
trallocation )の配置場所中のいずれかに配列するこ
とが出来る。
施の形態を図面を参照して詳細に説明する。図1は第1
の実施の形態における直列接続したLEDを有する負荷
1を備えた基本回路の構成を示すブロック図である。図
1においてこの基本回路は、直列接続したLEDを有し
た負荷1を備えており、この負荷1にキャパシタ2が並
列接続されている。この並列接続は信号トリガ源( sig
nal triggering source )、例えば、中央制御装置(図
示せず)に、ダイオード3及びコイル4の直列接続を介
して接続されている。制御回路5はコイル4及びダイオ
ード3との直列接続点に設けたスイッチ6のオン/オフ
(スイッチング)の駆動を行うように設けられている。
制御回路5は、負荷1の駆動に必要な電圧を、パルス幅
変調(PWM)によるでスイッチ6に対するスイッチン
グによって設定する。制御回路5はライン7によって図
2に示す論理回路8に接続される。
を備えた負荷の構成を示すブロック図である。図2にお
いて、LED9としては周知の高性能(高輝度)LED
を利用できる。しかしながら、基本的に赤色、緑色及び
青色の3個のLED素子が一つの発光点を形成し、適切
なトリガを与えることによってライトの所望の色を発生
させるものでも可能である。図2に示されるように各L
ED9は、論理回路8の出力信号に基づいてスイッチ1
0によって短絡できる。このため、1個のLED9に不
具合が生じた際に、このLED9を論理回路8によって
短絡させて、他のLED9は動作を継続することができ
る。また、LED9を環状変化( circular variation
)させる短絡によって発光照度を低下させることがで
きる。
ED9と直列接続されている。また、論理回路8は、ラ
イン12によって制御回路11の入力端(入力端子)に
接続されている。LED9に流れる定電流は、作動中の
LED9がいくつであるかにかかわらず、論理回路8に
よって制御回路11を通じて調整されて、その設定が行
われる。制御回路5は、制御回路11および電流設定
( set current)の関数として、LED9全てを直列接
続した代表例として直列接続したLED9の一つの支線
に対してのみ電圧を設定する。したがって、LED9に
対する別個の電流源が不要になる。
続であるために、全てのLED9における電圧は、例え
ば、12V又は20Vのより低い基板上電圧と比較し
て、例えば、高電圧の60Vに調整する必要がある。ま
た、論理回路8は、制御回路11によって電流を温度の
関数として調整するための温度センサ13と接続されて
いる。
を備えた基本回路の構成を示すブロック図であり、ここ
での基本回路には、図1と同一の構成要素には同一の参
照符号を付した。図3において、図1による基本回路と
比較すると、ここでは負荷1の設計を変更しているため
に、コイル4を、図1におけるキャパシタ2及び負荷1
の並列接続に対して、直列接続している。ダイオード3
はコイル4とスイッチ6との接続点と接地間に接続され
ている。コイル4にスイッチ6が直列接続され、かつ、
このスイッチ6を制御回路5が、そのスイッチング(オ
ン/オフ、パルス幅変調)によって駆動する。前記した
実施形態と同様に、負荷1への電圧は制御回路5及びラ
イン14のパルス幅変調でのスイッチ6の動作で設定さ
れる。
を備えた負荷1の構成を示すブロック図である。図4に
おいて、負荷1における各直列接続のLED9は、論理
回路8が接続された電流源15に接続されている。論理
回路8は制御回路5とライン7で接続されている。個々
のLED9が支線( branch )で並列接続するために、
各支線の定電流は電流源15で決定されており、この定
電流が制御回路11に接続される電流源15によって供
給される。
列を並列接続するために、制御回路5はオンボード車両
ネットワーク(on-board vehicle network)よりも低い、
例えば、8.5Vの電圧が印加される。図1/図2及び
図3/図4の実施形態において、所望の発光照度を得る
ために「必要となる電流」は、配列構成の製造を行った
後に製造許容差を考慮しながら設定される。その後に、
対応する電圧を印加された際の電流の関数として設定す
るが、ここでは制御回路5は常にLED9の最適作動に
必要な最低電圧に設定する。
帯域幅における端部など)の外部設定及びプログラミン
グのために論理回路8のライン16の入力端子を用いて
製造許容差を補償し、又は、同一の発光照度をLED9
の異なる発光照度に設定する。個々のLED9の不具合
はライン(図示せず)を通じて中央処理装置(図示せ
ず)に通知することができる。
作を詳細に説明する。ナノセカンド(nsec)の領域
にあるLED9のターンオン時間に基づいて、論理回路
8及びスイッチ10のそれぞれによって個々のLED9
を100kHzより高い周波数で周期的にスイッチング
することが可能である。このオン/オフのスイッチング
は人が目視できないが、適切な受信システムによって検
知(受信)できる。これは不可視のデジタル化情報の中
継を可能にするものである。
テム又はその他の車両情報の伝送、あるいは製造工場に
用いることができる。例えば、工場における通信手段の
診断や、ガソリンスタンドの自動給油、駐車料金や通行
料の判定、車両検査等に使用できる。LED9は、その
データ伝送と同時に可視光を送るため、伝送経路に問題
がある場合は即時、その確認が可能となる。点滅ライト
又は持続ライトの形態の光学表示装置がいずれにしても
必要とされ、そして特に移動する装置又は通信手段を制
御するために情報が必要となるデータ伝送用としての設
計が可能な用途は数多いものである。
囲明度の関数としての設定において、LED9のオン/
オフの切り替えは、全てのLED9に均一に分布させる
か、又は、周期的な反転( cyclic reversal)によっ
て、全てのLED9上の負荷を均一に補償し、LED9
の寿命の消耗をなるべく少なく抑えている。これらの全
処理によって、LED9を流れる電流が、制御回路11
の制御で一定に保持される。図4による回路に対しても
対応する操作が可能である。
波数で周期的にスイッチングすることによって、この光
学表示装置を点滅ライトとして作動させることも可能で
ある。
一式のLEDを備える光学表示装置において、少なくと
も1個のLEDにより構成される少なくとも1つの列を
有し、また、各列において複数のLEDを直列接続し、
更にその直列接続した列を並列接続した複数のLEDを
有するマトリックス配列を備えるマトリクス配列の一式
のLEDと、少なくとも前記各列に接続し、対応する列
を定電流に設定するための電流源としての動作を制御す
る第1制御手段(8,11,15)と、少なくとも1個
のLED(9)を周期的にスイッチングして人が目視で
きる光学信号と、同時に人が目視できない光学信号を生
成するために、異なる周波数のパルスを前記第1制御手
段(8,11,15)に送出する論理手段(8)と、前
記マトリクス配列及び前記第1制御手段(8,11,1
5)に接続され、LED(9)全体に印加する電圧を供
給される電流の関数として調整するための制御を行う第
2制御手段(5,6)と、を備える光学表示装置。
て、LEDが最低電力消費となる適正な動作に必要な低
電圧を設定する上記1記載の光学表示装置。
(10)で短絡可能する上記1又は2記載の光学表示装
置。
に不具合が生じた際に、論理手段(8)が、対応する信
号を送出する上記1〜3のいずれかに記載の光学表示装
置。
きない周波数でLEDを周期的にスイッチングして昼間
及び夜間の動作時における発光照度に設定する上記1〜
4のいずれかに記載の光学表示装置。
号化方法( digitally coded manner)でLED(9)
を、周期的にスイッチングして、情報を対応する受信機
に伝送する上記1〜5のいずれかに記載の光学表示装
置。
青色の3個のLED素子で構成され、論理手段(8)が
それぞれのLED素子を所定色に対応して駆動する上記
1〜6のいずれかに記載の光学表示装置。
列された一式のLEDを有し、一式のLEDが論理手段
を有する制御手段に接続された光学表示装置の操作方法
において、前記一式のLEDが論理手段によって人が目
視できない周波数で周期的にスイッチングされ、かつ、
同時に人が目視できる光学信号を送出し、符号化された
デジタル信号が適切な読取装置( reading device )に
送出される光学表示装置の操作方法。
いて、少なくとも一つのLEDに不具合が生じた際に、
この不具合のLEDを短絡して、この直列接続のLED
における電流を一定に保持する上記8記載の光学表示装
置の操作方法。
グして、周囲の明るさに適合するようにLEDの発光照
度を変化させる上記8記載の光学表示装置の操作方法。
によれば、情報を同時に人が目視できると共に人が目視
できない状態で伝送することができ、この情報の同時伝
送によって伝送経路が遮断されているかを容易に確認す
ることが可能な光学表示装置を提供することができると
いう効果がある。
を有する負荷を備えた基本回路の構成を示すブロック図
である。
成を示すブロック図である。
を有する負荷を備えた基本回路の構成を示すブロック図
である。
成を示すブロック図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 直列接続及び/又は並列接続された一式
のLEDを備える光学表示装置において、 少なくとも1個のLEDにより構成される少なくとも1
つの列を有し、また、各列において複数のLEDを直列
接続し、更にその直列接続した列を並列接続した複数の
LEDを有するマトリックス配列を備えるマトリクス配
列の一式のLEDと、 少なくとも前記各列に接続し、対応する列を定電流に設
定するための電流源としての動作を制御する第1制御手
段(8,11,15)と、 少なくとも1個のLED(9)を周期的にスイッチング
して人が目視できる光学信号と、同時に人が目視できな
い光学信号を生成するために、異なる周波数のパルスを
前記第1制御手段(8,11,15)に送出する論理手
段(8)と、 前記マトリクス配列及び前記第1制御手段(8,11,
15)に接続され、LED(9)全体に印加する電圧を
供給される電流の関数として調整するための制御を行う
第2制御手段(5,6)と、 を備えることを特徴とする光学表示装置。
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