JP2007531252A

JP2007531252A - 照明手段を制御する回路配置

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Publication number: JP2007531252A
Application number: JP2006549971A
Authority: JP
Inventors: グートブロート・トーマス; リュッティガー・アントン; ブリシュケ・ハーラルト; ハウブ・ミヒァエル
Original assignee: プレー・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング
Priority date: 2004-01-24
Filing date: 2005-01-13
Publication date: 2007-11-01
Also published as: DE102004003698B4; DE102004003698A1; US7235767B2; WO2005072015A1; US20060273236A1

Abstract

【課題】
本発明は、車両の操作機器内の照明手段（４）、特に発光ダイオードを制御する回路配置に関する。この回路配置は、半導体素子（３）を有する回路内に組み込まれている少なくとも１つの照明手段（４）及び特に組み込まれた不揮発性の記憶装置を有しパルス幅変調信号（Ｕ_S，Ｕ_F）を生成するマイクロプロセッサ（１）から構成される。この場合、パルス幅変調信号（Ｕ_S，Ｕ_F）は、半導体素子（３）の制御電極に接続されている。この場合、マイクロプロセッサ（１）が、少なくとも２つのパルス幅変調信号（Ｕ_S，Ｕ_F）を生成する。これらのパルス幅変調信号（Ｕ_S，Ｕ_F）を論理部（２）を介して半導体素子（３）に入力する。追加の制御信号（Ｕ_Z）が、マイクロコンピュータ（１）によって論理部（２）に入力可能である。

Description

本発明は、車両の操作機器内の照明手段、特に発光ダイオードを制御する回路配置に関する。この回路配置は、半導体素子を有する回路内に組み込まれている少なくとも１つの照明手段及び特に組み込まれた不揮発性の記憶装置を有しパルス幅変調信号を生成するマイクロプロセッサから構成される。この場合、パルス幅変調信号は、半導体素子の制御電極に接続されている。

車両内の操作要素は、一般に照明を有する。操作要素の照明又はより良好なバック照明及び外部の光作用に関する表示を適合させるため、照明が調整可能である。この場合、一方では日中照明と夜間照明との間で区別され、他方では誘導照明と機能照明との間で区別される。この場合、車両の装備形態に応じて、これらのいろいろな照明の種類を光電センサによって操作要素に直接照射される光に適合させることが同様に公知である。この場合、照明手段を制御するため、いろいろな方法が公知である。

今日、発光ダイオード（ＬＥＤ）が、照明手段として操作装置内で一般に使用される。この場合、操作装置の外観を、調和をとって均質にくまなく照らすことが熱心に試みられている。これに対してＬＥＤ又はランプは、その輝度において非常に大きい幅を有する。その結果、操作要素において自動車産業によって要求される許容差は、さらなる手段なしには多くの場合に達成不可能である。したがってドイツ連邦共和国特許第196 02 891号明細書から、操作装置の製造後に照明手段の輝度に応じて、補正係数が決定されることが公知である。照明手段の制御電圧又は制御電流が、この補正係数によって調整される。

説明した照明の種類が、場合によってはさらに連続して調整可能でありかつ制御可能であるように、照明手段を半導体素子によって、特にパルス幅変調信号（ＰＷＭ）を用いて制御することがこの明細書から公知である。例えばトランジスタが、マイクロプロセッサの出力部で出力されるＰＷＭ信号によって周期的に制御される。これによって、発光ダイオードの輝度が非常に正確に調整可能である。したがって、照明手段の光の輝度が、パルス幅変調によって変更され得る。この場合、デューティー比、すなわち周期に対するパルス期間の比が、照明手段の輝度に対する直接の目安を示す。

組み合わされた誘導記号及び機能記号を例えばマイクロプロセッサであり得る制御装置のＰＷＭ信号によって太陽の照射に応じて制御できるようにするため、ドイツ連邦共和国特許第102 09 622号明細書から、輝度を光電センサによって操作要素の範囲内で直接算出することが公知である。この場合、大電流時、例えばＬＥＤの自己加熱時に発生するそれぞれのＬＥＤの光−電流特性の非線形性の影響が、制御部のソフトウェア中に記憶された特性曲線によって補整され得る。この場合、特にＰＷＭ比が適合される。

未公開の特許出願ドイツ連邦共和国特許出願第102 54 741号明細書から、ＬＥＤを制御するパルス幅変調信号のデューティー比に影響を及ぼすことが公知である。そのため、ＰＷＭ信号のかく２番目のパルスだけが、照明手段に伝達されるように、マイクロプロセッサ内で生成されたＰＷＭ信号が、論理接続部を有する回路内で影響を受ける。
ドイツ連邦共和国特許第196 02 891号明細書ドイツ連邦共和国特許第102 09 622号明細書ドイツ連邦共和国特許出願第102 54 741号明細書

本発明の課題は、回路を最小の構造経費で改良することにある。１つのＬＥＤだけによる誘導照明及び機能照明を実現するが、この回路によって可能である。さらに、操作機器内の照明装置の非常に正確な調整が、この回路によって可能になる。

この課題は、本発明により、マイクロプロセッサが、少なくとも２つのパルス幅変調信号を生成し、これらのパルス幅変調信号を論理部を介して半導体素子に入力し、追加の制御信号が、マイクロコンピュータによって論理部に入力可能であることによって解決される。１つ又は多数の照明手段の輝度を正確に調整することが可能である。したがって誘導照明及び機能照明が、それぞれただ１つのＬＥＤによって実現できる。今日まで操作要素の照明に対して、例えばその輝度が非常に異なるＬＥＤが、誘導照明及び機能照明を実現するために使用される場合、個々のＬＥＤが、本発明の概念によって誘導照明及び機能照明にも使用され得る。表示チェーンが使用される場合、別の利点が得られる。例えば温度目盛用の表示チェーンが使用される場合、ただ１つのＬＥＤを各目盛値の後方に配置すれば済む。またこのＬＥＤを表示チェーン内に直接組み込めれば、操作要素が小さくなる。したがってここで例示的に説明した温度目盛は、異なる周囲条件でも、例えば誘導照明による照明でも個々に調整可能であり、同じ照明手段によって同様に制御可能な機能照明を提供できる。

以下に、本発明を図面に基づいて詳しく説明する。

図１の回路は、本発明の基本的な実施形を示す。この場合、この図は、本発明の概念の本質を示すために使用される。明らかに図１は、本発明の手段によって実現するための１つの実施形にすぎない。このことは、ほぼ同じ構造を含むものの別の回路構造も有するその他の回路配置も当然に含む。

図１中に示されている実施の形態は、パルス幅変調信号を生成するマイクロコンピュータ１，組み込まれた論理部２を有するシステム，半導体素子３及び照明手段４から構成される。マイクロコンピュータ１は、発振器５をクロックを生成するタイムベースとして有する。この場合、両パルス幅変調信号（ＰＷＭ）は、同じタイムベースから生成される。誘導照明用の第１パルス幅信号６及び機能照明用の第２パルス幅信号７が、マイクロプロセッサ１内の発振器５で生成された周波数によって生成される。さらにマイクロコンピュータ１は、出力部を有するインターフェース８を有する。使用者は、このインターフェース８によって照明手段４を誘導照明と機能照明との間で切り替えることができる。照明手段４の輝度の利便を向上させ制御するため、光電センサ９が、マイクロコンピュータ１に接続されている。この場合、好ましくは信号評価部を有する照明センサが使用される。例えば機能照明の輝度が、この光電センサ９によって周囲の輝度に適合され得る。照明手段４を内蔵している操作要素が、例えば太陽の照明に直接曝されている時に、このような光電センサ９が有効である。直接の太陽の照明の場合、機能照明がついている車両内の操作要素の操作者にとって、機能照明を認識することは非常に困難である。この場合、照明手段４の輝度の適合する再調整が、照明センサ９によって実施される。したがって操作者は、任意に処理可能な機能を認識できる。

組み込まれた論理部を有するシステム２が、マイクロコンピュータ１に後続接続されている。説明した回路配置を有するこの実施の形態では、システム２は、ＡＮＤ接続部１０及びＯＲ接続部１１から構成される。両信号６，７及び操作制御部８用の出力信号が、ＡＮＤ接続部１０及びＯＲ接続部１１によって半導体素子３の入力信号と結合されている。照明手段４が、半導体素子３によってスイッチングされている。また照明手段４は、一方では電源網、例えば端子３０に接続されていて、他方では半導体素子３に接続されている。その結果、照明手段４は、オン状態で光Ｌを放出できる。保護抵抗１２が、照明手段４の前方にオプションで接続可能である。使用される半導体素子３に応じて、電圧制御器１３が、電源網である端子３０と照明手段４との間の導線内に接続され得る。例えばトランジスタの形態の半導体スイッチが、例えば半導体素子３として使用される場合、電源網の端子３０の電圧変動を除去するため、電圧制御器１３が、照明手段４に対する導線内で必要である。半導体の電流源３を使用する場合、電圧制御器１３は不要であり、保護抵抗１２だけがオプションで使用可能である。

誘導照明に相当するＰＷＭ信号６が、マイクロコンピュータ内で場合によってはさらに分割され得る発振器５で生成されたクロックから生成され、電圧Ｕ_Sとして論理部のＯＲ接続部１１に対して転送される。誘導照明に相当するＰＷＭ信号Ｕ_Sが、図２中でタイムチャートで示されている。誘導照明だけが作動している場合、照明手段４用の電流Ｉ_LEDが、ＰＷＭ信号６つまり電圧Ｕ_SによるＯＲ接続部によって半導体素子３を介して調整される。時点ｔ₁までの期間の電流Ｉ_LEDの経時変化が、図２中にタイムチャートで示されている。機能照明用の第２ＰＷＭ信号７が、マイクロコンピュータ１内の発振器５によって生成される。生成された機能照明用の電圧Ｕ_Fの経時変化が、同様に図２中に示されている。論理的なＡＮＤ接続部１０が、一方では機能照明用の電圧で印加され、他方ではマイクロコンピュータ１の出力部８に接続されている。車両の操作者が、時点ｔ₁まで誘導照明を提供している操作装置を切り替えると、マイクロコンピュータ１のインターフェース８の出力部が、電圧Ｕ_Zを出力する。したがって２つの電圧が、時点ｔ₁に対してＡＮＤ接続部１０の入力部に入力される。その結果、ＡＮＤ接続部１０の出力部が、同様に信号を生成する。図２から見て取れるように、誘導照明信号Ｕ_Sが、ＡＮＤ接続部１０の出力部のこの信号によってＯＲ接続部１１で機能照明信号Ｕ_Fに上書きされると、電流Ｉ_LEDが、照明手段４に通電する。この電流Ｉ_LEDは、機能照明Ｕ_F用の電圧の変化に対応する。より大きい輝度及び機能照明としての表示が、特にＬＥＤでもよい照明手段４のより長いオン時間から得られる。

図２中に示されたタイムチャートの例は、デューティー比だけによる照明手段４の輝度の調整を示す。しかし照明手段４の輝度は、この照明手段４を通電する矩形電流の量によっても決定可能である。誘導照明及び機能照明に対して同じ電流を使用するこの概念は、例えば温度の変動によって起こりうる非線形性が制御中に回避される利点を呈する。図３中には、電流の切り替えを使用した概念が示されている。同様に信号Ｕ_Zが、時点ｔ₁に対して出力部８を通じて論理部に対して出力され、時点ｔ₂まで同様に誘導照明と機能照明との間で切り替えられる。この時点ｔ₂内では、同様に機能照明から誘導照明に切り替えられる。時点ｔ₂は、両図では操作者が操作要素を新たに操作し、機能がオフにされる時点に相当する。図３では、この場合、照明手段４を通電する電流Ｉ_LEDのデューティー比だけが変化するのではなくて、電流量も上昇する。したがって、照明手段４の輝度又はこの照明手段４の調整可能性をその全ての範囲にわたって利用することの可能性が提供されている。電流回路の概念の場合、電流Ｉ_LEDが、約３対１から10対１の比で変化する。好ましくは、５対１の電流切替比が設定される。この場合、誘導照明の間に通電する電流は、約５mA及び25mAである。電流切替比の調整は、例えば光電センサ９によっても制御可能である。

照明手段４の誘導照明と機能照明との間を切り替える信号Ｕ_Zが、マイクロコンピュータ１で直接降圧され得る。又は非常に多くの出力部がマイクロコンピュータ１で処理する必要があるときの操作装置内で非常に多くの照明手段を使用する場合、シフトレジスタ１４が、マイクロコンピュータ１に接続され得る。この場合、シフトレジスタ１４を必ずしも使用する必要はなく、デマルチプレクサ，ビットアドレス指定可能なレジスタ又はブロックレジスタを有する若しくは有しないカウンタを使用してもよい。このとき、レジスタ１４は、対応する多くの出力部を有する。これらの出力部は、独立したＡＮＤ接続部の入力部に同様に別々に接続される。このとき、図１中にＬＥＤに対して基本的に示されているように、機能照明用の電圧Ｕ_Fが、各ＡＮＤ接続部１０に印加される。このとき、独立したＯＲ接続部の入力部が、ＡＮＤ接続部の各出力部に接続されている。同時に各ＯＲ接続部１１は、誘導照明の電圧Ｕ_S用の第２入力部を有する。したがって、対応する多くの論理ユニット１０，１１及び半導体素子３が、使用される照明手段４の数に応じて存在する。その結果、各照明手段４は別々に制御可能である。当然に全ての回路の概念は説明できないものの、例えば独立した論理部又はダイオードネットワーク又はプログラミング論理部が使用できる。

誘導照明の分解能を上げるため、誘導照明の信号Ｕ_Zの各ｘ番目の周期だけを制御のために使用してもよい。これに対して、１つ又は多数の２安定フリップフロップ段又は分周器(Teiler)から構成される外部回路が使用される。この外部回路は、例えば誘導照明の信号Ｕ_Sの各立ち上がりエッジが使用される。そして誘導照明の信号Ｕ_Sが、ゲート回路を通じて１周期に対するｘ番目のこのようなイベント後に解除又はブロックされる。これに対して、例えばＡＮＤゲートの使用が考えられる。この回路は、プログラミング可能な論理部又はカスタム仕様回路（ＡＳＩＣ）内に組み込んでもよい。約80Hzで始まる誘導照明の目視可能な点滅が回避されるように、次いで機能照明の信号Ｕ_F及び誘導照明のＵ_Sに対する周期を係数ｘだけ上げる必要がある。

表示部のコントラストを照明時にも可能にするため、光電センサ９が、例えば操作ボタンによる影を有さない適切な場所で計器盤の表面内に組み込まれる。このとき、ＰＷＭ信号Ｕ_S，Ｕ_Fのデューティー比が、マイクロコントローラ１によって照明時に補正表等で適合され得る。したがってより高い輝度が、照明手段４内で調整される。輝度は、類似の手段によって照明手段４の温度に応じて補正されてもよい。例えば、周囲の温度が上昇するか、又は、電流加熱が原因で、構成要素が加熱される場合に、補正が十分に必要になりうる。温度センサをマイクロコンピュータにオプションで接続してもよい。

誘導照明及び機能照明の実現が、本発明で提唱されている回路を用いてそれぞれただ１つの照明手段４によって可能である点が本発明に対して重要である。さらに、個人的な操作が、回転可能な操作ボタンと組み合わせて可能である。例えば車両が多数の人によって利用される場合、車両の個々の機能の表示部を含めた個人的な調整が、車両の起動後又は運転の間にプリセット可能である。

本発明の照明手段を制御する回路の基本構成を示す。回路内の電圧及び照明手段を流れる電流の可能な経時変化を示す。回路内の電圧及び照明手段を流れる電流の別の可能な経時変化を示す。

符号の説明

１マイクロプロセッサ
２論理部
３半導体素子，半導体の電流源
４照明手段
５発振器
６ＰＷＭ信号
７ＰＷＭ信号
８インターフェース
９光電センサ
１０ＡＮＤ接続部
１１ＯＲ接続部
１２保護抵抗
１３電圧制御器
１４シフトレジスタ

Claims

車両の操作機器内の照明手段（４）、特に発光ダイオードを制御する回路配置にあって、
−半導体素子（３）を有する回路内に組み込まれている少なくとも１つの照明手段（４），
−特に組み込まれた不揮発性の記憶装置を有しパルス幅変調信号を生成するマイクロプロセッサ（１）から構成され、この場合、パルス幅変調信号は、半導体素子（３）の制御電極に接続されている回路配置において、
−マイクロプロセッサ（１）が、少なくとも２つのパルス幅変調信号（Ｕ_S，Ｕ_F）を生成し、
−これらのパルス幅変調信号（Ｕ_S，Ｕ_F）を論理部（２）を介して半導体素子（３）に入力し、
−追加の制御信号（Ｕ_Z）が、マイクロコンピュータ（１）によって論理部（２）に入力可能であることを特徴とする回路配置。
回路は、保護抵抗（１２）及び半導体スイッチ（３）から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の回路配置。
電圧制御器（１３）が、照明手段（４）の回路内に組み込まれていることを特徴とする請求項２に記載の回路配置。
回路は、制御可能な半導体電流源（３）から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の回路配置。
マイクロコンピュータ（１）は、照明センサ（９）に接続されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の回路配置。
−機能照明を生成する第１パルス幅変調信号（Ｕ_F）が、論理「ＡＮＤ」接続部（１０）によってマイクロコンピュータ（１）の出力部（９）と「ＯＲ」接続部（１４）とに接続されていること、及び
−誘導照明を生成する第２パルス幅変調信号（Ｕ_S）が、論理「ＯＲ」接続部（１１）によって半導体素子（３）と「ＡＮＤ」接続部（１０）とに接続されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の回路配置。
スイッチ構成群（１４）が、マイクロコンピュータ（１）と論理部（２）との間に配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の回路配置。
パルス幅変調信号（Ｕ_S，Ｕ_F）は、同じ周期を有するものの相違するデューティー比を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の回路配置。
ｎ番目ごとの周期を転送する分周回路が、誘導照明に対するパルス幅変調信号（Ｕ_S）用の導線内でマイクロコンピュータ（１）に後続接続されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の回路配置。