JP2011517026A

JP2011517026A - フラッシュランプ等のための制御回路

Info

Publication number: JP2011517026A
Application number: JP2011502437A
Authority: JP
Inventors: ジェイムスフィッシャー，シモン
Original assignee: サイデンリミテッド
Priority date: 2008-03-31
Filing date: 2009-03-31
Publication date: 2011-05-26
Also published as: EP2281423A1; US20110029046A1; WO2009122209A1; GB0805785D0

Abstract

【課題】
パルス化された電気出力を提供するために単純化した制御回路を提供すること。
【解決手段】
制御回路がコンデンサを荷電するための充電路と、コンデンサを前記フラッシュランプに放電するための放電路とを備えており、充電路は、放電路の一部と共通かつ共有する複数の電子部品とコンダクターを含む経路を備えている。この制御回路は、充電路または放電路のいずれかを介して電位源から電流を流す選択的な流路（チャンネル）を含む。係る共有される共通の電子部品を使用することにより制御回路の大きさおよび重量を減少させることができ、コンデンサをより早く充電および放電することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、制御回路、特に（しかし限定するものではない）、フラッシュランプ（医療目的および美容目的のための処置に用いられるのに適したインテンスパルスライト機器など）のための制御回路に関し、更に、インテンスパルスライト機器といったフラッシュランプの動作を制御する制御回路の使用に関する。

フラッシュランプ（放電管としても知られる）は、低圧ガスを含有する密封されたガラス・チャンバを一般的に備えている。更にこのチャンバは、チャンバ内に放電を生じさせるためにその各端部に電極と、ガスをイオン化するための外部電極とを備え、これらの電極間に導電経路またはアークを作る。これらの電極はチャンバの内部からチャンバの外部に延び、放電の動作を制御するための回路への外部接続を可能にする。

これらの電極間の電位差は重要であり、ガスのイオン化状態を保持するために電圧は適切な充電回路を用いて増大される。最初のイオン化は電極間にトリガ電圧を印加することによりトリガされ、これにはトリガ電圧で増大された電圧の印加のタイミングを調整するためにタイミング回路の使用が必要となる。

パルス出力のフラッシュランプは、皮膚または他の組織（一般的には哺乳類の組織）のインテンスパルスライト照射療法のために従来用いられている（例えば、コラーゲン治療などの医療目的のため、または脱毛、しわの除去もしくは肌の染み（ポートワイン母斑（ぶどう酒様血管腫）等）の治療などの光学美容術（ｏｐｔｏｃｏｓｍｅｔｏｌｏｇｉｃａｌ）の目的のため）。その動作において、係るインテンスパルスライトフラッシュランプは光の離散的なインテンスパルスを発し、これは、準連続的に動作することを目的とする従来の蛍光灯器具とは対照的である。

フラッシュランプ２０のための従来の制御回路１０が図１に示されており、充電回路３０および放電回路４０を備えている。フラッシュランプ２０はＡＣ／ＤＣコンバータ６０を介して幹線給電から電力を供給され、このＡＣ／ＤＣコンバータ６０は低い直流（ＤＣ）電圧を充電回路３０に印加する。主コンデンサ７０の充電の間、充電回路３０はこの低いＤＣ電圧を著しく高い電圧に上げる。

図２に更に詳細に示されるように、充電回路３０はマイクロプロセッサ８０によって制御される（図１を参照）。このマイクロプロセッサ８０は、例えば可変の「オン（ＯＮ）」および「オフ（ＯＦＦ）」持続期間の矩形波制御信号９０を駆動回路１００に送る。駆動回路１００はこの信号をマイクロプロセッサ８０から金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）１１０を駆動するのに適した電圧に変換する。

ＭＯＳＦＥＴ１１０が「オン」に切り替えられた時、図２に示されるように電流が経路Ａに従って流れる。電流が大きくなるにつれてエネルギーは増大する磁界の形態でインダクタ１２０に保存される。ＭＯＳＦＥＴ１１０が「オフ」に切り替えられた時、インダクタ磁界エネルギーは、図２に電流路Ｂで示されるように、ダイオード１３０を介してコンデンサ７０を充電する電流にインダクタ１２０によって変換される。この電流の値は、ＭＯＳＦＴ１１０が「オフ」に切り替えられる直前のレベルから始まり、直線的にゼロまで減衰する。そしてこのサイクル全体が繰り返される。

電流Ｉは、ＭＯＳＦＥＴ１１０が最初に「オン」に切り替えられたときは最初はゼロであるが、次ぎの式によって与えられる値に増える。
Ｉ＝Ｖ．ｔ／Ｌ
ここで、ｔは秒数であり、Ｖは入力電圧（一般的に１９Ｖ）であり、Ｌはインダクタ１２０のインダクタンス（ヘンリー）である。

マイクロプロセッサ８０はＭＯＳＦＥＴ１１０の「オン」および「オフ」時間を制御し、「オン」時間の間に、電流が、インダクタ１２０が飽和するレベルあるいは他の回路部分が定格電流値を超えて動作するレベルまで上昇しないようにする。更に、「オフ」期間の間、インダクタ１２０は、インダクタ電流が飽和するのを防ぐためあるいはサイクルの繰り返しによって回路１０に過負荷が掛かる（一般的に「飽和まで進む（ｗａｌｋｔｏｓａｔｕｒａｔｉｏｎ）」といわれる。）のを防ぐためにサイクルが再開される前にゼロに減衰することができなければならない。加えて、マイクロプロセッサ８０は、回路不動時間（すなわちゼロインダクター電流と新たな充電期間の開始との間の時間）を最小限にすべきである。

この回路は「オン」状態においてＭＯＳＦＥＴ１１０から充電シーケンスを始め、コンデンサ電圧が低いＤＣ電圧で始まるようにする。次にＭＯＳＦＥＴ１１０は、インダクタ電流が完全にゼロに減衰するのに十分な時間「オフ」に切り替えられる。インダクタ電流の減衰によってコンデンサ７０に充電を加えるために用いられる電圧ノイズが生成される。電圧ノイズは、完全に充電されたときのコンデンサの端子の間の電位差よりも大きい。しかしながら、インダクタ電流の減衰の間、増加する電荷および電圧のみがコンデンサに印加される。従って、インダクタ電流が完全にゼロに減衰した後に、ＭＯＳＦＥＴ１１０は所定時間「オン」に切り替えて戻され、そして再び「オフ」に戻され、これによりコンデンサ７０により多くの電荷を加え、よってコンデンサの端子間の電圧を上げることができる。この工程は、フラッシュランプ２０からの光出力を生成するためにコンデンサの端子間に十分な電位差が生じるまで繰り返される。

公知の構成において、図３に示されるように、コンデンサ７０は放電回路４０を通してフラッシュランプ２０に放電する。放電回路４０は降圧コンバータ回路またはバックコンバータ回路を用いる。この降圧コンバータ回路またはバックコンバータ回路は、更なるＭＯＳＦＥＴ１４０のソース端子１４０ａがダイオード１６０を介してインダクタ１５０に接続されるように構成されている。放電は、ＭＯＳＦＥＴ１４０が「オン」に切り替えられたときになされ、これはマイクロプロセッサ８０によって再び制御され、これによりフラッシュランプ２０への放電のタイミングを制御する。

この更なるＭＯＳＥＴ１４０が「オン」に切り替えられると、コンデンサはフラッシュランプに放電し、電流がインダクタ１５０に流れる。しかしながら、ＭＯＳＦＥＴ１４０は、インダクタ電流が飽和するのを防ぐために、限られた時間だけ「オン」に切り替えられる。インダクタ電流が飽和になる前に、ＭＯＳＦＥＴ１４０は「オフ」に切り替えられ、これによりコンデンサの更なる放電を防ぎ、続いてインダクタ１５０内の電流が減衰し、これによりフラッシュランプ２０から光出力を維持するために電圧ノイズを生成する。次ぎにＭＯＳＦＥＴ１４０は「オン」に切り替えられ、コンデンサ７０を更に放電し、よってフラッシュランプ２０への電圧を維持する。この工程はコンデンサ７０に蓄積される電荷のわずかな減少を伴う後続する各ステップにおいて繰り返される。フラッシュランプ２０に印加される電圧波形を平滑にするために、一般的にコンデンサ１７０が放電回路の出力端子間に配置される。

コンデンサ７０がフラッシュランプ２０に完全に放電されたとき、コンデンサ７０を再充電するために全工程を上記のようにＭＯＳＦＥＴ１１０の「オン」「オフ」切替によって繰り返すことができる。

特許文献１は、フラッシュランプを動作させるためにコンデンサを充電および放電するための制御回路を開示している。しかしながら、充電回路および放電回路は本質的に２つの独立した回路であり、上記のものに類似し、それぞれが充電機能あるいは放電機能のための別個の部品からなる。従って、これらの充電／放電回路が完成した制御回路の大きさおよび重量に加わる。

加えて、上記充電／放電シーケンスは複雑であることが分かっている。それはタイミングの不都合、および比較的長い充電時間（放電時間より長い）を伴う。

米国特許第６８８８３１９号

出願人は、パルス化された電気出力を提供するために単純化した制御回路を開発した。これは、上記問題を解決するものである。

本発明によると、パルス化された電気入力をフラッシュランプに供給するための制御回路であって、コンデンサを荷電するための充電路と、前記コンデンサを前記フラッシュランプに放電するための放電路と、を備えており、前記充電路は、前記放電路の一部と共通かつ共有する複数の電子部品とコンダクターを含む経路を備えており、前記制御回路は、前記経路を含む前記充電路を介して電位源からの電流を選択的に流し、または前記経路を含む前記放電経路を介して前記コンデンサからの電流を選択的に流し、前記コンデンサの放電の間、前記電位源の電位が前記フラッシュランプ（放電管）の陰極端子の電位よりも少ない制御回路が提供される。

好ましくは、コンデンサを充電するために用いられる上記充電路の上記経路において用いられる部品のそれぞれは、上記放電路の一部と共通かつ共有するものである。

好ましくは、コンデンサを放電するために用いられる上記放電路の一部の部品は上記経路において用いられる部品のそれぞれは、上記充電路の上記経路と共通かつ共有するものである。

充電路および放電路は、制御回路のために電位源に接続可能またはこれに接続されたソース端子を備える、共通（共有）のトランジスタを含むことが好ましい。係るトランジスタは駆動回路から駆動信号を用いて制御されるように構成されていることが好ましい。

本発明の制御回路は、インテンスパルスライト機器といった電気フラッシュランプの動作を制御するために用いられる。

トランジスタへの駆動信号は、フラッシュランプを通して流れる実質的に定電流を提供するために、係るフラッシュランプの光出力の間に変更することができる。

好ましくは制御回路は、整流した幹線電圧源などの供給電圧を用いて電力が供給される。好ましくは整流はＡＣ／ＤＣコンバータによってなされる。あるいは、供給電圧はバッテリまたは他のＤＣ源からから提供することができる。

制御回路がフラッシュランプを制御するために用いられる場合、電位源（または電圧）は、フラッシュランプの陰極端子に印加されることが好ましい。

駆動信号を提供することができ、この駆動信号はコンデンサの充電および放電の前に前もって事前に計算することができる。あるいは、駆動信号はコンデンサの充電および放電の間に動的に計算することができる。

本発明は、発光（インテンスパルスライト）を生成するためにフラッシュランプにパルス化された電気入力を提供する方法であって、上記のように本発明の制御回路を提供するステップと、充電路を用いて第１の所定の時間間隔において前記コンデンサを選択的に充電するステップと、前記充電路を用いて第２の所定の時間間隔において前記コンデンサを前記フラッシュランプに選択的に放電するステップと、を含んでおり、前記第１の所定の時間間隔および前記第２の所定の時間間隔は異なる（重複しない）時間に生じることを特徴とする方法を更に含む。

本発明は、医学用途または光学皮膚科的治療用途のための可視スペクトルにおける波長域において発光を生成することができる少なくとも一つのフラッシュランプであって、発光のための所定の時間間隔と所定の合計電気エネルギー入力を有しており、発光を生成するためにこのフラッシュランプにパルス化された電気入力を供給するための本発明の制御回路を組み合わせた、フラッシュランプを更に含む。

本発明の更なる態様によると、治療用光学美容方法であって、所定の時間間隔を有する発光を生成するために電気エネルギー入力をフラッシュランプに提供するステップを含んでおり、前記発光は哺乳類の皮膚または他の組織に向けられ、前記電気エネルギー入力は上記の本発明の制御回路によって提供される、治療用光学美容方法が提供される。

本発明は、本発明の制御回路を用いてパルス化された電気入力が供給されるフラッシュランプによって組織を照射するステップを含む、動物の組織に光を送る方法を更に含む。

本発明は、添付の図面を参照にして例示の目的で以下に詳細に記載される。

フラッシュランプ用の従来の制御回路の概略図である。上述した従来の充電回路の回路図である。上述した更なる従来の充電回路の回路図である。本発明による例示的な制御回路の回路図である。充電‐放電回路工程の概略図である。

図４および図５を参照すると、符号２００で表される制御回路が示されている。この制御回路２００は駆動回路２１０を備えており、この駆動回路２１０はマイクロプロセッサー（図示せず）からの入力として信号Ｓ１を受信し、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）への制御信号として信号を出力する。マイクロプロセッサー（図示せず）は、制御回路２００が充電回路および放電回路として動作するときに制御する。

回路２００への入力電圧Ｖ_ｉｎは、例えばＡＣ／ＤＣコンバータ（図示せず）を用いて交流電流（ＡＣ）を整流することによって、例えばバッテリから供給されるか、幹線給電から得られる、１９ＶのＤＣ電源である。この入力電圧Ｖ_ｉｎは、ダイオード２５０を介してフラッシュランプ２４０の陰極端子２３０に印加される。ダイオード２５０はフラッシュランプ２４０の点火（パルシング）の間、入力電圧の電源への導通を回避する。

回路２００は２つの異なるモード、すなわち、異なる時間（非重複時間）で起きる充電モードと放電モードとで動作する。この回路は充電モードまたは放電モードのいずれかで動作するが、両方同時にではない。

充電回路としての電流路は、ＭＯＳＦＥＴ２２０が「オン」のとき、インダクタ２６０を通してダイオード２５０から、そしてＭＯＳＦＥＴ２２０を通してアース２７０まで延びる。ＭＯＳＦＥＴ２２０が「オフ」のとき、回路は、やはりインダクタ２６０を通してダイオード２５０から、そして第２のダイオード２９０を介してコンデンサ２８０まで延びる。電流がフラッシュランプ２４０を通ることを妨げられる。なぜなら、供給電位はフラッシュランプ２４０内のガス原子をイオン化するのに不十分であり、よって分離された電極間に導電路を作るには不十分だからである。電源からの電流はインダクタ２６０における磁界の減衰から生じる電流で補われ、これによりコンデンサ２８０に与えられる高電圧ノイズを生じる。

インダクタ電流の減衰の間、増大する電荷そして電圧がコンデンサ２８０に印加されるのみである。従って、インダクタ電流は完全にゼロに減衰した後、ＭＯＳＦＥＴ２２０は次ぎに所定の時間「オン」に切り返され、そして再び「オフ」に切り返され、これにより、コンデンサ２８０にさらなる電荷を加え、コンデンサ２８０の端子間の電圧を増加させる。各充電ステップにおいて、コンデンサ２８０は、ダイオード２９０によってインダクタ２６０に放電するのを妨げられ、放電のための唯一の別の道はフラッシュランプ２４０を通過することである。充電工程は、フラッシュランプ２４０から出る光出力パルスを生成するためにコンデンサ２８０の端子間に十分な電位差が生じるまで、所定の時間繰り返される。

ＭＯＳＦＥＴ２２０が「オン」のとき、放電回路として、電流はコンデンサ２８０から得られ、フラッシュランプ２４０を通過し、インダクタ２６０へ、更にＭＯＳＦＥＴ２２０を通してアース２７０に行く。しかしながら、ＭＯＳＦＥＴ２２０は、インダクタ電流が飽和するまで増加するのを防ぐために限定された時間だけ「オン」に切り替えられる。

インダクタ電流が飽和に達する前に、ＭＯＳＦＥＴ２２０は「オフ」に切り替えられ、これによりコンデンサ２８０の更なる放電を防ぎ、インダクタ２６０内の電流が減衰して電圧ノイズを生成することができるようにする。インダクタ２６０内の磁界の減衰によって電流がダイオード２９０を通して流れ、そしてフラッシュランプ２４０を通して戻り、これにより放電を維持しようとし、よって光出力を維持しようとする。

インダクタ２６０内の電流が完全にゼロに減衰した後、ＭＯＳＦＥＴ２２０は次ぎに「オン」に切り替えられ、コンデンサ２８０を更に放電し、よってフラッシュランプ２４０への電圧を維持する。放電工程は、コンデンサ２８０に蓄積された電荷のわずかな減少を伴う各連続ステップを伴って所定時間繰り返される。

放電工程の間、平滑コンデンサ３００はフラッシュランプ２４０への出力電圧を平滑化し、フラッシュランプ２４０から実質的に一定の光出力が出るようにする。

マイクロプロセッサー（図示せず）はフラッシュランプ２４０の陰極端子に少なくとも９０Ｖの電圧を維持し、フラッシュランプ２４０内のガス原子を部分的に励起した状態に維持する。これは更に、電流がフラッシュランプ２４０を通して供給電圧から流れるのを防ぎ、しかしフラッシュランプ２４０内のプラズマ放電を維持し、これは低強度グローとして明白である。制御回路２００がコンデンサ２８０の放電によって強度の放電アークを生成することを可能にする前に、マイクロプロセッサー（図示せず）はトリガ電圧３１０をフラッシュランプ２４０に印加し、その中のガス原子をイオン化する。マイクロプロセッサー（図示されず）は、（信号Ｓ２を用いて）ランプ２４０へのトリガ電圧３１０のタイミングを制御し、（信号Ｓ１を用いて）放電ランプ２４０へのコンデンサ２８０の後続する放電を制御し、それらが正確な時間に確実に行なわれるようにする。

放電（すなわち出力パルス）の間、ＭＯＳＦＥＴ２２０への駆動信号は継続して変更され、定電流がコンデンサを通してフラッシュランプ２４０内に流れ、電圧は放電によって減少する。ＭＯＳＦＥＴ２２０への駆動信号のこの継続的な変更は、予め計算された、あるいは動的に計算されたアルゴリズム（コンデンサの値、必要なパルス持続時間負荷特性および電圧といった入力パラメータに基づく）に従う。

上記から、本発明の制御回路は、駆動回路、インダクタおよびトランジスタをそれぞれ二つ必要とする従来の制御回路に比して、駆動回路、インダクタおよびトランジスタがそれぞれ一つでよいことは明らかである。加えて、本発明の制御回路のトランジスタ、インダクタおよびダイオードによって、充電時間が短くなり、かつ部品を荷電する量が減るので、信頼性が増すのである。

Claims

パルス化された電気出力をフラッシュランプに供給するための制御回路であって、
コンデンサを充電するための充電路と、
前記コンデンサが前記フラッシュランプに放電するための放電路と、
を備えており、
前記充電路は、前記放電路の一部と共通かつ共有する複数の電子部品と導体を含む経路を備えており、
前記制御回路は、前記経路を含む前記充電路を介して電位源からの電流を選択的に流し、または前記経路を含む前記放電経路を介して前記コンデンサからの電流を選択的に流し、
前記コンデンサの放電の間、前記電位源の電位が前記フラッシュランプの陰極端子の電位よりも少ないことを特徴とする制御回路。
前記電子部品の少なくとも一つは、前記電位に接続されたソース端子を有するトランジスタを備えることを特徴とする請求項１に記載の制御回路。
前記トランジスタは、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）であることを特徴とする請求項２に記載の制御回路。
駆動回路からの駆動信号を用いて前記トランジスタを制御する手段を含む請求項２または３に記載の制御回路。
前記駆動信号は、前記コンデンサの充電および放電の前に事前に計算されることを特徴とする請求項４に記載の制御回路。
前記コンデンサの充電および放電の間、前記駆動信号を動的に計算する手段を含むことを特徴とする請求項４に記載の制御回路。
前記電位源は、整流された家庭用電源電圧を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の制御回路。
前記電位源は、バッテリを有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の制御回路。
フラッシュランプのためにパルス化された電気入力を提供する方法であって、
請求項１〜８のいずれか一項に記載の制御回路を提供するステップと、
充電路を用いて第１の所定の時間間隔において前記コンデンサを選択的に充電するステップと、
前記充電路を用いて第２の所定の時間間隔において前記コンデンサを前記フラッシュランプに選択的に放電するステップと、
を含んでおり、前記第１の所定の時間間隔および前記第２の所定の時間間隔は異なる時間に生じることを特徴とする方法。
少なくとも一つの電気フラッシュランプと、このフラッシュランプにパルス化された電気入力を供給するための請求項１〜８のいずれか一項に記載の制御回路と、の組合せであって、前記少なくとも一つの電気フラッシュランプは、医学用途または光学皮膚科的治療もしくは組織治療用途のための可視スペクトルにおける波長域において発光出力を生成することができ、この発光出力は所定の時間間隔と所定の合計電気エネルギー入力を有していることを特徴とする組合せ。
治療用光学美容方法であって、所定の時間間隔を有する発光を生成するために電気エネルギー入力をフラッシュランプに提供するステップを含んでおり、前記発光は哺乳類の皮膚または他の組織に向けられ、前記電気エネルギー入力は請求項１〜８のいずれか一項に記載の制御回路によって提供されることを特徴とする治療用光学美容方法。
請求項９に記載のパルス化された電気入力が供給されるフラッシュランプによって組織を照射するステップを含む、動物の組織に光を送る方法。