JP2012130748A - エネルギーレベル調節が可能なｉｐｌ機器 - Google Patents

Abstract

【課題】使用者の皮膚に伝達されるエネルギー量を精密に調節することができるＩＰＬ機器を提供する。
【解決手段】倍電圧用コンデンサを備え、入力される商用電源１０と倍電圧用コンデンサに充電された電圧とを重ね合わせて高電圧を出力する倍電圧部１１０と、倍電圧部から供給される電荷を蓄積してゼノンランプをつけるためのエネルギーを充電する充電キャパシタ８０と、充電キャパシタに充電される充電電圧レベルを設定する基準電圧発生部９０と、倍電圧部と充電キャパシタとの間に設けられ、基準電圧発生部の出力を制御信号とし、倍電圧部から充電キャパシタに電荷移動をオン／オフスイッチするスイッチ部１２０と、を備える構成とする。
【選択図】図８

Description

本発明は、エネルギーレベル調節が可能なＩＰＬ（Intense Pulsed Light）機器に関し、より詳しくは、大電力の出力電圧制御型定電圧電源供給器、及びノイズフィルタが不要であり、電圧分配器またはスイッチ部を用いた電圧調節型エネルギーレベル調節が可能なゼノンランプフラッシュ駆動回路を有するＩＰＬ機器に関する。

皮膚疾患を治療する機器としては、レーザ機器が初期多く導入されていた。レーザ機器は、特定の疾患を治療するのに必要な波長のレーザを選択した後、治療しようとする該当皮膚部位に局部照射する機器であり、特定の皮膚疾患を治療するのに適合している。ところが、レーザ機器は、副作用が多く、特に様々な皮膚疾患が含まれた皮膚には照射し難い機器である。すなわち、それぞれの疾患に応じて、それに適合したレーザが必要であるので、顔にそばかすやしみがあり、伸びた血管があり、さらに小じわや伸びた毛穴が問題となって治療しようとすると、三、四つのレーザを用いて治療しなければならなかった。

このような短所を解決するために、いろんな波長の光を一度に照射し、様々な疾患を有した皮膚を簡便に治療するＩＰＬ（Intense Pulsed Light）機器が米国のビーター(Bitter)博士によって開発され、現在広く用いられている。ＩＰＬ機器は、３５０ｎｍ〜１２００ｎｍの波長の光を放射させるランプフラッシュを用い、フィルタを用いて、出る光の波長を調節し、照射ランプとしては、通常、ゼノンランプを用いて短時間の間に１回〜数回程度の皮膚に照射するようになる。

上述のように、ＩＰＬ機器は、ゼノンランプを照射するが、この際、一度に照射されるエネルギー量は、所望のレベルに調整されなければならない。レベルが決定された照射エネルギーを出射するために、ＩＰＬ機器は、ゼノンフラッシュ回路に定められた一定の分圧で電源を供給しなければならない。ＩＰＬ機器のランプフラッシュ駆動回路としては、ＰＡＭ（Pulse Amplitude Modulation）駆動回路方式、ＰＷＭ（Pulse
Width Modulation）駆動回路方式、及び両方の混合方式が用いられている。

図１は、ＰＡＭ駆動方式を用いる従来のＩＰＬ機器の駆動回路である。１００Ｖ〜２４０Ｖの商用電源１０から供給される電源は、ノイズフィルタ部２０によってノイズが除去された後、出力電圧制御型定電圧供給器３０（例えば、SMPS: Switching Mode Power Supply）に入力される。出力電圧制御型定電圧供給器３０は、入力された電源を安定的な直流電源に変換した後、これを充電キャパシタ８０に供給する。使用者が、ユーザインタフェース６０を通じて、ゼノンランプの放射エネルギーを調節すると、該当調節信号が制御部５０に入力され、制御部５０は、これに適合するように出力電圧制御型定電圧供給器３０の出力電圧を精密に調節するようになる。また、制御部５０は、出力電圧制御型定電圧供給器３０から充電キャパシタ８０に供給されるエネルギーを用いて、適時に、トリガー７０を用いてゼノンランプフラッシュ部４０を駆動させると、充電キャパシタ８０に保存されたエネルギーが瞬間ゼノンランプフラッシュ部４０に供給される。従って、充電キャパシタ８０に印加される電圧を調節すると、ゼノンランプフラッシュ部４０に供給される所望のエネルギーレベルが得られる。図１のＰＡＭ駆動方式では、ゼノンランプフラッシュ部４０に供給されるエネルギー量のピーク値（すなわち、充電キャパシタ８０の両端の電圧値）を調節することにより、使用者の皮膚に伝達されるエネルギー量を精密に調節することができる。

図２は、ＰＷＭ駆動方式を用いる従来のＩＰＬ機器の駆動回路図である。１００Ｖ〜２４０Ｖの商用電源１０から供給される電源は、ノイズフィルタ部２０によってノイズが除去された後、出力電圧制御型定電圧供給器３０（例えば、SMPS;Switch Mode Power Supply）に入力される。出力電圧制御型定電圧供給器３０は、入力された電源を安定的な直流電源に変換した後、これを充電キャパシタ８０に供給する。使用者が、ユーザインタフェース６０を通じて、ゼノンランプの放射エネルギーを調節すると、該当調節信号が制御部５０に入力され、制御部５０は、これに適合したＰＷＭ駆動をするためのトリガー信号をトリガー７０に出力し、ゼノンランプフラッシュ部４０に供給されるエネルギー量を精密に調節することができるようになる。この際、制御部５０は、必要に応じて、出力電圧制御型定電圧供給器３０にも制御信号を加え、充電電圧の調節を平行することもできる。図３は、図２のＰＷＭ駆動方式を用いる従来のＩＰＬ機器において、ゼノンランプフラッシュ部４０の経時により充電及び放電されるエネルギー量を示すグラフである。図３に示すように、０時刻からトリガー時刻Ｔｔまでエネルギーが充電されてから、トリガーＴｔ信号が加えられる瞬間から、ゼノンランプフラッシュ部４０は、斜線の区間の間だけ駆動されることが分かる。すなわち、図２のＰＷＭ駆動方式では、ゼノンランプフラッシュ部４０に供給されるエネルギー量は、斜線の時間の間隔と幅を調節することにより、使用者の皮膚に伝達されるエネルギー量を精密に調節することができる。

ところが、図１のＰＡＷ駆動方式を用いる従来のＩＰＬ機器、及び図２のＰＷＭ駆動方式を用いる従来のＩＰＬ機器、及び両方の混合方式を用いる従来のＩＰＬ機器は、充電キャパシタ８０に安定的な電源を供給するために、出力電圧制御型定電圧供給器３０を用いているが、ＩＰＬ機器の特性上、出力電圧制御型定電圧供給器３０から出力される直流電流値は、数百ｍＡから数Ａを用いるので、大容量の電源をスイッチングしなければならないので、高価の出力電圧制御型定電圧供給器３０が必要である。さらには、大容量の出力電圧制御型定電圧供給器３０に供給される電源のノイズを除去するために、高価のノイズフィルタ部２０を使用しなければならないという問題点があった。このような問題点は、毎秒、ゼノンランプフラッシュ部４０をさらに頻繁に点灯させるために、充電キャパシタ８０をさらに早く充電する必要がある場合、さらに高価の大容量のノイズフィルタ部２０と出力電圧制御型定電圧供給器３０を使用しなければならないという問題点として台頭してきている。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、出力電圧制御型定電圧供給器無しに、簡単なスイッチ部を用いて、充電キャパシタに電源を供給し、または充電キャパシタに印加された電圧をモニタリングし、安定的にゼノンランプフラッシュ部にエネルギーを提供することができるエネルギーレベルの調節が可能なＩＰＬ機器を提供することにある。

また、他の目的は、入力される電源の電圧が安定的ではなく、変動が伴われ、電源電圧の範囲が高いエネルギーを得るのに足りない１００〜１２０Ｖの地域でも、比較的に短時間内にＩＰＬ機器の出力を安定的に高めることができるエネルギーレベル調節が可能なＩＰＬ機器を提供することにある。

本発明の上記目的は、使用者の皮膚にゼノンランプ光を周期的に照射して皮膚疾患を治療するＩＰＬ機器において、商用電源を整流する整流部と、整流部で整流された電源が出力される度にキャパシタ容量の範囲内で電荷を蓄積する充電キャパシタと、キャパシタの充電電圧を分配する電圧分配器と、電圧分配器によって出力されるキャパシタ充電電圧をデジタル値に変換するアナログデジタル変換機と、アナログデジタル変換機から出力されるキャパシタ充電電圧値を用いてトリガー信号を出力する制御部と、制御部から出力されるトリガー信号によってトリガー動作信号を出力するトリガー部と、トリガー動作信号によってフラッシュが発光するゼノンランプフラッシュ部と、を備えることを特徴とするＩＰＬ機器によって達成可能である。

好ましくは、前記商用電源と整流部との間に商用電源のノイズを除去するノイズフィルタ部がさらに設けられ、前記整流部は、ノイズフィルタ部から出力される電源を整流することがよく、整流部とキャパシタとの間に平滑部を有し、より安定的な電源をキャパシタに印加させることがよい。

制御部にさらに安定的な直流電源を供給するために、ノイズフィルタ部から出力される電源を入力とし、電源を制御部に供給する定電圧供給部をさらに備えることがよいが、本発明に用いられる定電圧供給部は、制御部電源を安定的に供給しようとするものであるので、略数Ｗ容量を有する小さいものを用いるとよいので、安価にゼノンランプフラッシュ部駆動回路を設計することができる。

本発明によるゼノンランプフラッシュ部駆動回路は、制御部をＰＡＭ（Pulse Amplitude Mode）方式またはＰＷＭ（Pulse Width
Mode）方式でトリガーを動作させることができることは勿論である。

本発明の上記他の目的は、使用者の皮膚にゼノンランプ光を周期的に照射し、皮膚疾患を治療しまたは除毛器として用いるＩＰＬ機器において、倍電圧用コンデンサを備え、入力される商用電源と前記倍電圧用コンデンサに充電された電圧を重ね合わせて高電圧を出力する倍電圧部と、倍電圧部から供給される電荷を蓄積し、ゼノンランプをつけるためのエネルギーを充電する充電キャパシタと、充電キャパシタに充電される充電電圧レベルを設定する基準電圧発生部と、倍電圧部と前記充電キャパシタとの間に設けられ、前記基準電圧発生部の出力を制御信号とし、前記倍電圧部から前記充電キャパシタに電荷移動をオン／オフするスイッチ部と、を備えることを特徴とするＩＰＬ機器によって達成される。好ましくは、基準電圧発生部の前端には、前記基準電圧発生部に一定の電流を供給する定電流供給部をさらに備えてもよい。

本発明によると、大出力の出力電圧制御型定電圧電源供給器無しに、充電キャパシタに印加される電圧を正確に測定し、該当電圧が一定の値に到達したとき、ゼノンランプフラッシュ部にエネルギーを供給するＩＰＬ機器を提供することができる。

また、本発明では、出力電圧制御型定電圧電源供給器無しにも、充電キャパシタに蓄積されるエネルギー量をサイリスタ等のスイッチ部を用いて正確に調節することができるので、安定的にエネルギーを放射することができるＩＰＬ機器を提供することができる。また、本発明によるＩＰＬ機器は、同一の回路構成で、ＰＡＭ及びＰＷＭ駆動方式で容易に具現することができるという利点がある。

さらには、本発明によるＩＰＬ機器は、倍電圧部を用いることにより、供給される商用電源の電圧値が不安定な地域または１００Ｖ〜１２０Ｖの低い商用電源を用いる地域にかかわらず、比較的短時間内に十分なエネルギーを供給され、円滑にゼノンランプフラッシュ部を駆動させることができるという利点がある。

ＰＡＭ駆動方式を用いる従来のＩＰＬ機器の駆動回路図である。 ＰＷＭ駆動方式を用いる従来のＩＰＬ機器の駆動回路図である。 図２のＰＷＭ駆動方式を用いる従来のＩＰＬ機器において、ゼノンランプフラッシュ部の経時により充電または放電されるエネルギー量を示したグラフである。 本発明によるＩＰＬ機器の駆動回路図の一実施例である。 図４の本発明によるＩＰＬ機器において、ゼノンランプフラッシュ部の経時により充電または放電される三つの形態のエネルギー量を示したグラフである。 図４によるＩＰＬ機器の駆動回路図の変形例である。 図４によるＩＰＬ機器の駆動回路図の変形例である。 本発明によるＩＰＬ機器の駆動回路図の一実施例である。 本発明によるＩＰＬ機器の駆動回路図の一実施例である。 本発明によるＩＰＬ機器の駆動回路図の一実施例である。 経時により充電キャパシタに充電及び放電されるエネルギー量を示したグラフである。 入力波タイミング部がノイズフィルタ部から入力される入力波を用いて、入力波タイミング信号を出力することを示した波形図である。 本発明によるＩＰＬ機器の駆動回路図の一実施例である。 図１０の一部の回路として、倍電圧を説明するための回路図である。 ツェナーダイオードの電圧対電流の動作特性グラフである。

以下、本発明の長所、特徴、及び好適な実施例について添付図面を参照して詳述する。

図４は、本発明によるＩＰＬ機器の駆動回路図の一実施例である。本発明によるＩＰＬ機器は、ノイズフィルタ部２０、整流部９１、平滑部９３、充電キャパシタ８０、電圧分配器９５、アナログデジタル変換機９７、定電圧供給部３５、制御部５０、ユーザインタフェース部６０、トリガー部７０、及びゼノンランプフラッシュ部４０を備えることを特徴とする。

ノイズフィルタ部２０は、入力される１００Ｖ〜２４０Ｖの商用電源１０でノイズを除去するための回路素子であり、ノイズフィルタ部２０の出力は、整流部９１と平滑部９３を経ながら、ある程度平滑化した直流成分に変換された後、充電キャパシタ８０を充電させるのに用いられる。また、ノイズフィルタ部２０の出力は、定電圧供給部３５を経て制御部５０に安定的な電源を供給するのに用いられる。

電圧分配器９５は、電力消耗を最小化すると共に、充電キャパシタ８０の充電電圧を測定するための回路素子であり、本発明では、充電キャパシタ８０の電圧Ｖｃを１／１０〜１／３００程度内外で分配した後、これをアナログデジタル変換機９７を介して制御部５０に入力する。

ユーザインタフェース部６０は、操作スイッチ等で構成され、使用者からＩＰＬ駆動に必要なパワー等を調節されるために用いられる。制御部５０は、ユーザインタフェース部６０から出力される制御信号と入力される充電キャパシタ８０の充電電圧を感知し、これに適合したタイミングを演算し、短時間の間１回〜数回程度のトリガー信号を生成する。トリガー部７０は、制御部５０から入力されるトリガー信号により、ゼノンランプフラッシュ部４０をトリガーさせるトリガー動作信号を出力し、ゼノンランプフラッシュ部４０は、トリガー動作信号により、使用者の皮膚にゼノン光を照射するようになる。

図４の本発明の一実施例によるＩＰＬ機器の駆動回路において、定電圧供給部３５を用いているが、定電圧供給部３５は、図１及び図２に示した従来のＩＰＬ機器に用いられる出力電圧制御型定電圧供給器３０の機能とは異なり、単に制御部５０に安定的な電源を供給する目的で使用される。本発明における定電圧供給部３５との用語は、一名アダプタと呼ばれる程度のものであり、商用交流電源を入力され、比較的に安定的な直流電圧を供給する回路素子である。定電圧供給部３５は、出力制御型定電圧供給器（ＳＭＰＳ）を含む包括的な用語であり、定電圧供給部３５のうち、出力制御型定電圧供給器（ＳＭＰＳ）を除いた出力制御機能が設けられていない定電圧供給部３５を便宜上、一方向定電圧供給部と称することとする。本発明の一実施例として示された図４、後述する図６及び図７に用いられる定電圧供給部３５は、出力制御型定電圧供給器（ＳＭＰＳ）を用いると、より安定的な電圧を制御部５０に供給することができるが、一方向定電圧供給部を用いてもよいことは勿論である。

通常、制御部５０は、５Ｖの低い動作電圧を用いるので、数Ｗ容量の低価の定電圧供給部３５を用いてもよく、こりにより、定電圧供給部３５に供給される電源でノイズを除去するノイズフィルタ部２０も、容量の小さい低価のものを用いることができるという利点がある。

また、図４に示した本発明の一実施例によるＩＰＬ機器の駆動回路は、回路構成を変更することなく、すなわち、同一の回路構成で制御部５０のトリガー信号生成方式を変換すると、ＰＡＭ方式またはＰＷＭ方式のいずれかの方式でも容易に変換して用いることができるという利点がある。

以下、図４の回路動作について説明する。１００Ｖ〜２４０Ｖの商用電源１０が入力され、ノイズフィルタ部２０によってノイズが除去された後、整流部９１及び平滑部９３に入力され、ある程度平滑化した直流成分に変換された後、充電キャパシタ８０を充電させる。この際、整流部９１及び平滑部９３から入力される電荷があった場合は、充電キャパシタに充電された電圧値にかかわらず、キャパシタの容量が許す範囲内で、充電キャパシタ８０を充電させる。経時により、充電キャパシタ８０に充電される電圧は上昇し、充電キャパシタ８０の充電電圧Ｖｃ値は、電圧分配器９５により読み取られた後、アナログデジタル変換機９７によってデジタル値に変換された後、制御部５０に入力される。制御部５０は、充電キャパシタ８０の充電電圧Ｖｃが、ユーザインタフェース部６０によるエネルギー調節値によって演算された電圧値に到達すると、トリガー信号を出力する。トリガー部７０は、制御部５０から入力されるトリガー信号により、ゼノンランプフラッシュ部４０を動作させ、使用者の皮膚にゼノンランプを照射する。

図５は、図４の本発明によるＩＰＬ機器において、ゼノンランプフラッシュ部の経時により充電または放電される三つの形態のエネルギー量を示したグラフである。図５は、ＰＡＭ駆動方式を用いたものであり、充電時間は、「ｔｃ１＞ｔｃ３＞ｔｃ２」の関係にあり、この際、完全放電後にトリガー信号が再度加えられるまで、所要した時間で表示されるトリガータイミングも「Ｔｔ１＞Ｔｔ３＞Ｔｔ２」に変わることを示す。使用者が必要とするゼノンランプから放射されるエネルギー量も「Ｔｔ１＞Ｔｔ３＞Ｔｔ２」の順であることが分かる。

図６は、図４によるＩＰＬ機器の駆動回路図の変形例である。図６によるＩＰＬ機器は、ノイズフィルタ部２０、整流部９１、充電キャパシタ８０、電圧分配器９５、アナログデジタル変換機９７、定電圧供給部３５、制御部５０、ユーザインタフェース部６０、トリガー部７０、及びゼノンランプフラッシュ部４０を備えることを特徴とする。図６の回路構成は、図４とほぼ類似しているので、図４の回路構成との差異点についてのみ説明する。構成上の第一の差異点は、ノイズフィルタ部２０を定電圧供給部３５に供給される電源のノイズのみを除去するように構成し、商用電源１０は、ノイズフィルタ部２０を経ずに直ちに整流部９１に供給されるようにした。構成上の第二の差異点は、整流部９１によって生成した直流電源が平滑部９３を用いず、直接的に充電キャパシタ８０に印加されるようにするものである。本発明は、電圧分配器９５を用いて、充電キャパシタ８０に印加される電圧値を把握することができるので、比較的安定的ではない電圧が供給されてもよいので、図６のような変形回路も可能になる。しかし、充電キャパシタ８０に安定的な電源を供給するためには、図６の回路構成において、ノイズフィルタ部２０の構成は、図４に示した位置に構成することが好ましい。

図７は、図４によるＩＰＬ機器の駆動回路図の変形例である。図７によるＩＰＬ機器は、ノイズフィルタ部２０、整流部９１、平滑部９３、充電キャパシタ８０、定電圧供給部３５、制御部５０、ユーザインタフェース部６０、トリガー部７０、及びゼノンランプフラッシュ部４０を備えることを特徴とする。図７の回路構成は、図４とほぼ類似しているので、図４の回路構成との差異点についてのみ説明する。構成上の差異点は、電圧分配器９５とアナログデジタル変換機９７を用いていないことである。すなわち、制御部５０は、充電キャパシタ８０の充電電圧をフィードバックされず、使用者がユーザインタフェース部６０を通じて必要とするエネルギーレベルを把握し、該当エネルギーレベルに適合したトリガー信号の幅と間隔を調節した後、トリガー部７０をＰＡＭ方式またはＰＷＭ方式で動作させる方式である。図７に示した回路図の制御部５０は、トリガー信号を発生させた後、入力された基地の回路値（充電キャパシタの容量及び放電抵抗等）を用いて、放電時間を計算することができるので、一定の時間後、放電が終了し、充電が開始するタイミングを把握することができる。また、既知の回路素子値を用いた演算により、充電開始タイミングからある程度時間が経ると、所望のエネルギー量の充電が完了したことが分かるので、制御部５０は、エネルギーレベルによる正確なトリガー信号を生成することができるようになる。図７に示した回路は、ゼノンランプフラッシュ部４０に供給される電源が入力電源電圧により変わる短所があるが、回路が簡単になる長所がある。

図１及び図２に示した従来技術によるＩＰＬ回路図は、出力電圧制御型定電圧供給器３０を用いるので、所定時間の間、充電キャパシタ８０に充電されるエネルギー量を正確に演算することができる。これに比べて、図４乃至図６に示した回路図は、所定時間の間、充電キャパシタ８０に充電されるエネルギー量を正確に演算することができないので、電圧分配器９５とアナログデジタル変換機９７を用いて、充電キャパシタ８０に充電されるエネルギー量を正確に把握する回路図を提示したものである。以下では、サイリスタまたはトライアック等のスイッチ部を用いて、充電キャパシタ８０に供給されるエネルギー量を比較的精密に制御することができる本発明によるＩＰＬ回路図を提示しようとする。

図８は、本発明によるＩＰＬ機器の駆動回路図の一実施例である。図８によるＩＰＬ機器は、ノイズフィルタ部２０、倍電圧部１１０、スイッチ部１２０、充電キャパシタ８０、基準電圧発生部９０、制御部５０、ユーザインタフェース部６０、トリガー部７０、及びゼノンランプフラッシュ部４０を備えることを特徴とする。さらに、整流部９１、平滑部９３、定電圧供給部３５、及び定電流供給部３８を備えてもよい。

ノイズフィルタ部２０は、入力される１００Ｖ〜２４０Ｖの商用電源１０でノイズを除去するための回路素子であり、ノイズフィルタ部２０の出力は、整流部９１と平滑部９３を経ながら、ある程度平滑化した直流成分に変換された後、倍電圧部１１０に供給される。勿論、整流部９１と平滑部９３を備えていない回路では、ノイズフィルタ部２０の出力が倍電圧部１１０に供給される。倍電圧部１１０は、入力される商用電源と前記倍電圧用コンデンサに充電された電圧とを重ね合わせて高電圧を出力する回路である。スイッチ部１２０は、基準電圧発生部９０の出力信号により、オン／オフされると共に、充電キャパシタ８０を充電する。基準電圧発生部９０は、様々なレベルの基準電圧のうち一つを設定するための回路であり、ユーザインタフェース部６０は、操作スイッチ等で構成され、使用者からＩＰＬ出力パワー等を入力されるために用いられる。制御部５０は、ユーザインタフェース部６０から出力される制御信号により、基準電圧発生部９０の基準電圧を制御し、適合したタイミングにトリガー信号を生成する。トリガー部７０は、制御部５０から入力されるトリガー信号により、ゼノンランプフラッシュ部４０をトリガーさせるトリガー動作信号を出力し、ゼノンランプフラッシュ部４０は、トリガー動作信号により、使用者の皮膚にゼノン光を照射するようになる。また、ノイズフィルタ部２０の出力は、定電圧供給部３５を経て制御部５０に安定的な電源を供給するのに用いられる。通常、制御部５０は、５Ｖの低い動作電圧を用いるので、数Ｗ容量の低価の定電圧供給部３５を用いることができ、これにより、定電圧供給部３５に供給される電源でノイズを除去するノイズフィルタ部２０も容量の小さい低価のものを用いることができるという利点がある。

以下、図８に示した回路動作について説明する。図８についての説明時、選択的に具備可能な整流部９１，平滑部９３、定電流供給部３８、定電圧供給部３５が備えられた回路について説明する。使用者がユーザインタフェース部６０を介して出力レベルを入力すると、制御部５０を経て基準電圧発生部９０の電圧レベルが設定される。

入力された商用電源１０は、ノイズフィルタ部２０でノイズが除去された後、整流部９１、定電流供給部３８、定電圧供給部３５に供給される。整流部９１に入力される電源は、直流成分で整流された後、平滑部９３によって平滑された後、倍電圧部１１０に提供される。ノイズが除去された電源は、定電流供給部３８に入力された後、基準電圧発生部９０に定電流を出力する。ノイズが除去された電源は、定電圧供給部３５に入力された後、制御部５０に安定的な電源を供給する。

平滑化した電源を入力された倍電圧部１１０は、入力される商用電源と前記倍電圧用コンデンサに充電された電圧とを重ね合わせて高電圧を出力し、スイッチ部１２０は、倍電圧部１１０から入力される電圧と基準電圧発生部９０に入力される電圧と出力端（充電キャパシタの入力端）の電圧とを比較した後、一定の条件が満たされる場合、オン状態に転換し、充電キャパシタ８０を充電する。制御部５０は、適合したタイミングを演算してトリガー信号を生成する。トリガー部７０は、制御部５０から入力されるトリガー信号により、ゼノンランプフラッシュ部４０をトリガーさせるトリガー動作信号を出力し、ゼノンランプフラッシュ部４０は、トリガー動作信号により、使用者の皮膚にゼノン光を出力する。

一方、図８の回路図において、ノイズフィルタ部２０にスイッチが付加されており、制御部５０からノイズフィルタ部２０のスイッチをオン／オフさせる制御信号を受けるものと示されている。これについて説明する。スイッチが付加されていないノイズフィルタ部２０を用いる場合、充電キャパシタ８０に充電されたエネルギーをゼノンランプフラッシュ部４０に放電するときも、不規則的に充電され、使用者の皮膚に供給されるエネルギーが一定とならないという問題点が生じる。このような問題点を図１１を用いて説明する。図１１は、経時により充電キャパシタに充電及び放電されるエネルギー量を示したグラフであり、横軸は時間を示し、縦軸はエネルギー量を示す。充電は、０秒からＴｔ時間まで進行され、以降、トリガー動作信号により放電が開始される。好ましい放電は、(n)で表示された滑らかな曲線に沿って放電されるものであるが、図８の回路図において、ノイズフィルタ部２０にスイッチがない場合は、入力される商用電源による充電が進行され、図１１の(a)曲線のようなエネルギー量が使用者に供給されるものである。

このような放電期間の間充電される問題点を解決するために、本発明では、２つの方式を提案した。その一つの方式は、図８に示した入力遮断スイッチＳＷを有するノイズフィルタ部２０と制御部５０を用いて、放電中に入力される商用電源を遮断するものであり、他の方式は、図９に示されたように入力される商用電源の一定の周期と一致する時点に放電を開始するようにするものである。

図８の回路では、制御部５０において、放電時間の間、ノイズフィルタ部２０をスイッチングする入力遮断スイッチＳＷをオフさせる制御信号を生成し、このような制御信号により、放電時間の間、ノイズフィルタ部２０を遮断することにより、入力される商用電源が供給されないようにした。入力遮断スイッチとしては、電磁石で動作するリレーまたは半導体で動作するＳＳＲ（Solid State Relay）を用いた。図８に示した回路図は、後述する図９の回路図に比べて、タイミングを一致させるための別途のディレイが発生しないという利点がある。入力遮断スイッチＳＷは、充電キャパシタ８０が放電する間、入力される商用電源１０によって充電キャパシタ８０が充電されることを防止するためのスイッチであるので、ノイズフィルタ部２０以外にも、商用電源１０と充電キャパシタ８０との間の電気的な流れを遮断することができるいずれの位置に設置されてもよいことは勿論である。すなわち、入力遮断スイッチＳＷは、商用電源と充電キャパシタとの間の電気的な流れをスイッチングすることができるいずれの位置にも設置可能である。例えば、入力遮断スイッチＳＷは、倍電圧部１１０とスイッチ部１２０との間に設置してもよい。

図９は、本発明によるＩＰＬ機器の駆動回路図の一実施例である。図９に示した回路図は、図８に示した回路図とほぼ類似した構成を有するので、図８に示した回路図と異なる構成についてのみ説明する。図９の回路図は、スイッチが除去されたノイズフィルタ部２０を用いるので、図８に示した制御部５０からノイズフィルタ部２０に入力される制御信号線が不要となる。その代わりに、図９の回路図では、ノイズフィルタ部２０の出力信号を入力され、入力波形のアップ時点またはダウン時点等の一定の時点毎に入力波タイミング信号を生成する入力波タイミング部１１５を、制御部５０とノイズフィルタ部２０との間に付加した。入力波タイミング部１１５は、図１２に示すように、ノイズフィルタ部２０から入力される入力波形を把握し、一定の時点毎に入力波タイミング信号Ｓを制御部５０に出力するものであり、簡単にフォトカプラーを用いて具現することができる。フォトカプラーの入力端として用いられる光ダイオードには、ノイズフィルタ部２０の出力を連結し、一定の電圧以上が印加されると、光ダイオードオンさせて光を発生させ、フォトカプラーの出力端を構成する受光トランジスタは、光ダイオードから発生する光を受光し、受光トランジスタをオンさせて、入力波タイミング信号Ｓを生成する。

図１２（ａ）は、入力波タイミング部１１５にノイズフィルタ部２０からサイン波が入力される場合、サイン波が上昇する時点毎に入力波タイミング信号Ｓを出力することを示し、図１２（ｂ）は、入力波タイミング部１１５が、ノイズフィルタ部２０から入力される入力波として矩形波を生成し、矩形波が上昇する時点毎に入力波タイミング信号Ｓを生成して制御部５０に印加する例を示している。

図９の回路を構成する制御部５０は、入力波タイミング部１１５から入力波タイミング信号Ｓが入力されると、適時に放電を開始するためのトリガー信号を生成してトリガー部７０に伝送する。

図８及び図９に示した本発明の一実施例によるＩＰＬ機器の駆動回路は、回路構成を変更することなく、すなわち、同一の回路構成で、制御部５０のトリガー信号生成方式を変換すると、ＰＡＭ方式またはＰＷＭ方式のいずれかの方式でも用いることができるという利点がある。

図１０は、本発明によるＩＰＬ機器の駆動回路図の一実施例である。図１０に示した回路図は、図９に示した回路図とほぼ類似した構成を有するので、図９に示した回路図と異なる構成についてのみ説明する。図８及び図９に示した回路図の制御部５０は、適合した充電時間と放電時間を演算した後、図８の回路図は、ノイズフィルタ部２０の入力信号を遮断し、トリガー信号を生成し、または、図９の回路図は、入力波タイミング部１１５から出力される入力波タイミング信号Ｓと一致する時点にトリガー信号を生成する。図１０の回路図では、充電キャパシタ８０の電圧を正確に感知するために、電圧分配器９５とアナログデジタル変換機９７を、さらに充電キャパシタ８０と制御部５０との間に備えたことを特徴とする。図１０に示した回路図の制御部５０は、アナログデジタル変換機９７から入力される電圧レベルを感知した後、入力波タイミング部１１５から出力される入力波タイミング信号Ｓと一致する時点に、トリガー信号を生成する。勿論、このような電圧分配器９５とアナログデジタル変換機９７は、図９に示した回路図にも備えられてもよいことはもちろんであり、この場合、制御部５０は、充電キャパシタ８０が所望の電圧レベルとなったとき、ノイズフィルタ部２０の入力信号を遮断し、トリガー信号を生成するようにする。

図１３は、本発明によるＩＰＬ機器の駆動回路図の一実施例である。図１３の回路図では、説明の便宜上、主要回路構成である倍電圧部、定電流供給部３８、基準電圧発生部、スイッチ部、充電キャパシタ、制御部５０、及びゼノンランプフラッシュ部４０のみを示し、残りの回路素子は省略した。図１３の回路図において、商用電源１０は、図８の商用電源に対応し、キャパシタＣ１及びダイオードＤ１は、図８の倍電圧部１１０に対応し、ツェナーダイオードＤ３及び電圧分配器９５は、図８の基準電圧発生部９０に対応し、ＳＣＲ１は、図８のスイッチ部１２０に対応し、キャパシタＣ３は、図８の充電キャパシタ８０にそれぞれ対応する。

先ず、倍電圧回路について説明する。図１４では、図１３の回路のうち、商用電源１０、キャパシタＣ１、Ｃ３、ダイオードＤ１、及びＳＣＲ１のみで構成される倍電圧回路のみを別途に示したものである。図１４において、(1)は、図示したキャパシタＣ１に蓄積されるエネルギーの流れを示すものであり、商用電源１０に−電圧極性が印加されると、ダイオードＤ１を介してキャパシタＣ１に電荷が充電され、図１４のような極性を有する商用電源のピーク値電圧値Ｖｃが充電される。以降、商用電源の極性が変更され、＋極性の電圧が印加されると、図１４において、(2)で示した流れのように、ＳＣＲ１が導通すると共に、充電キャパシタＣ３には、商用電源のピーク電圧ＶｃとキャパシタＣ１に蓄積された電圧Ｖｃが合わせられた２Ｖｃを形成するように充電される。

さらに図１３について説明すると、ツェナーダイオードＤ３及び電圧分配器９５は、基準電圧発生部を形成する。ツェナーダイオードＤ３は、常時一定の電圧を維持する回路素子であり、ツェナーダイオードＤ３に印加される一定の電圧は、複数個のスイッチ素子と複数個の抵抗で形成される電圧分配器９５によって、サイリスタＳＣＲ１のゲート端子にユーザインタフェースを介して入力されるエネルギーレベルによる基準電圧を発生させる。とろこが、ツェナーダイオードは、印加される電流値が一定ではない場合、電圧変動をもたらす。このような問題点を図１５を用いて説明する。図１５は、ツェナーダイオードの電圧対電流の動作特性グラフであるが、図１５に示すように、ツェナーダイオードに流れる電流がＩ１からＩ２に変わると、これに印加される電圧値もＶz１からＶz２に変わることが分かる。このような問題点を解決するために、図１３において定電流供給部３８を用いており、簡単な定電流供給部３８は、抵抗及び定電流ダイオードで構成することができる。

ツェナーダイオードＤ３のまた他の問題点は、周辺温度が上昇するに従い、電圧が高くなるドラフトが発生することである。このような温度上昇による電圧ドラフトの問題は、図１３の回路図において、電圧分配器９５と接地との間に設けられ、周辺温度の上昇により抵抗値が低くなる特性を有するツェナー温度補償回路部１２５を用いて解決することができる。ツェナー温度補償回路部１２５としては、サーミスタを用いることができ、サーミスタは、温度上昇により、ツェナーダイオードＤ３で発生する電圧上昇を補償する機能をし、ツェナーダイオードＤ３が周辺温度の変化にかかわらず、安定的な基準電圧源として動作するようにする。

図１３の回路図において、基準電圧発生部をツェナーダイオードと電圧分配器で構成するものと説明しているが、基準電圧の精密度を若干犠牲する場合は、ツェナーダイオード無しに、電圧分配器のみで構成してもよいことはもちろんであり、また他の構成としては、制御部とサイリスタゲート端子との間にデジタルアナログ変換機を備え、制御部から入力される電圧レベル値をデジタルアナログ変換機で変換した後、サイリスタゲート端子に印加することもできることはもちろんである。

次に、サイリスタＳＣＲ１の動作について説明する。図１３の回路図において、スイッチとしてサイリスタを用いているが、これをトライアック素子に代替してもよい。サイリスタＳＣＲ１のアノードは、倍電圧部を形成するキャパシタＣ１の一端子と連結されており、アノードの電圧を「Ｖ１」と表記し、サイリスタＳＣＲ１のカソードは、キャパシタＣ３の一端子と連結されており、カソード電圧を「Ｖ３」と表記し、サイリスタＳＣＲ１の残りの端子であるゲート端子の電圧を「Ｖ２」と表記することとする。サイリスタＳＣＲ１のゲート電圧「Ｖ２」に設定可能な基準電圧は、アノード端子に印加される「Ｖ１」電圧の最小値と最大値との間の値に決定される。図１３に示したサイリスタＳＣＲ１は、「Ｖ１」が「Ｖ３」よりも大きな値を有し、「Ｖ２」が「Ｖ３」よりもしきい電圧だけ大きな電圧を有するときにオンとなる。サイリスタＳＣＲ１が「オン」となった以降は、ゲートに印加される電圧にかかわらず、「オン」状態を続けて維持してから、「Ｖ２」が「Ｖ３」よりも小さい値を有する場合、サイリスタＳＣＲ１がオフされ、充電を止めることになる。

以下、図１３に示した回路の動作について説明する。先ず、商用電源として、６０Ｈｚの１１０Ｖ電源を用い、使用者がユーザインタフェースを介してセットしたエネルギーレベルによる電圧分配器の組合せにより、サイリスタＳＣＲ１のゲートには、１５０Ｖの基準電圧が印加され、初期状態の充電キャパシタには、電荷が全く蓄積されていない状態であり、サイリスタＳＣＲ１のしきい電圧は、０Ｖであると仮定する。このような仮定下で、該当商用電源の最大ピーク値は１５５Ｖ程度となる。商用電源１０によって供給された電圧をキャパシタＣ１に蓄電された電荷と一緒に倍電圧させるので、「Ｖ１」端子には、バイアス電圧が１５５Ｖであり、振幅が１５５Ｖであり、３１０Ｖの最大ピーク電圧を有するサイン波形の電圧が印加されるので、「Ｖ１」端子には０Ｖ〜３１０Ｖまで変化する電圧が印加されるものである。

このような条件で商用電源が印加されると、サイリスタＳＣＲ１のアノード電圧がカソード電圧よりも高く（Ｖ１＞Ｖ３）、ゲート電圧Ｖ２が、カソード電圧Ｖ３に比べて、サイリスタをオンさせるためのしきい電圧よりも高く形成されるので、サイリスタは、導通しながら、充電キャパシタを充電させるようになる。Ｖ１端子に印加される波形が頂点を経てから下がり、カソード電圧（充電キャパシタの充電電圧）よりも低くなると、サイリスタＳＣＲ１は、動作を止める。以降、入力波形が次のサイクルの上昇サイクルを開始しながら、サイリスタＳＣＲ１のカソード電圧Ｖ１が、サイリスタＳＣＲ１のカソード端子電圧Ｖ３よりも高くなると、再度サイリスタＳＣＲ１が導通され、充電を進行するようになる。

上記のような動作を充電キャパシタＣ３に充電された電圧が、サイリスタＳＣＲ１のゲートに印加される基準電圧からサイリスタＳＣＲ１をオンさせるためのしきい電圧だけを差し引いた電圧に到達するまで、繰り返しながら充電が進行され、以降、図１３には図示されていないトリガー動作信号により、ゼノンランプフラッシュ部４０に電源が供給されるものである。

以上、本発明の特定の実施例が説明及び図示されているが、本発明の技術的な思想を逸脱しない範囲内で、当業者により様々に変形され実施される可能性があることは自明なことである。このように変形された実施例は、本発明の思想及び範囲から個別的に理解されてはならず、本発明に添付の請求の範囲内に属するものと理解されなければならない。

１０ 商用電源
２０ ノイズフィルタ
３０ 出力電圧制御型定電圧供給器
３５ 定電圧供給部
３８ 定電流供給部
４０ ゼノンランプフラッシュ部
５０ 制御部
６０ ユーザインタフェース部
７０ トリガー部
８０ 充電キャパシタ
９０ 基準電圧発生部
９１ 整流部
９３ 平滑部
９５ 電圧分配器
９７ アナログデジタル変換機
１１０ 倍電圧部
１１５ 入力波タイミング部
１２５ ツェナー温度補償回路部

Claims (6)

1. 使用者の皮膚にゼノンランプ光を周期的に照射して皮膚疾患を治療し、または脱毛器として用いるＩＰＬ機器において、
   倍電圧用コンデンサを備え、入力される商用電源と前記倍電圧用コンデンサに充電された電圧とを重ね合わせて高電圧を出力する倍電圧部と、
   前記倍電圧部から供給される電荷を蓄積してゼノンランプをつけるためのエネルギーを充電する充電キャパシタと、
   前記充電キャパシタに充電される充電電圧レベルを設定する基準電圧発生部と、
   前記倍電圧部と前記充電キャパシタとの間に設けられ、前記基準電圧発生部の出力を制御信号とし、前記倍電圧部から前記充電キャパシタに電荷移動をオン／オフスイッチするサイリスタまたはトライアックで構成されるスイッチ部と、
   使用者から所望のゼノンランプ光エネルギー量に対する調節信号を入力されるユーザインタフェース部と、
   前記ユーザインタフェース部を介して入力される調節信号により、幅と間隔が調節されたトリガー信号を出力する制御部と、
   前記制御部から出力されるトリガー信号により、トリガー動作信号を出力するトリガー部と、
   前記トリガー動作信号により、前記充電キャパシタに充電されたエネルギーを用いてゼノンランプフラッシュを発光させるゼノンランプフラッシュ部と、を備えることを特徴とするＩＰＬ機器。
2. 前記基準電圧発生部の前端には該基準電圧発生部へ一定な電流を供給する定電流供給部を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のＩＰＬ機器。
3. 前記商用電源と前記充電キャパシタとの間に設けられ、前記商用電源と前記充電キャパシタとの間の電気的な連結をスイッチングする入力遮断スイッチをさらに備え、前記制御部は、前記充電キャパシタを放電させる間、前記入力遮断スイッチをオフさせることを特徴とする請求項１又は２に記載のＩＰＬ機器。
4. 前記商用電源と制御部との間に、商用電源の波形を把握し、商用電源が一定の波形を示す時点に発生する入力波タイミング信号を生成する入力波タイミング部をさらに備え、前記制御部は、前記入力波タイミング信号と一致させてトリガー信号を出力することを特徴とする請求項１又は２に記載のＩＰＬ機器。
5. 前記制御部は、前記ユーザインタフェース部を介して入力される使用者の入力値により、前記基準電圧発生部の電圧を可変とすることを特徴とする請求項１又は２に記載のＩＰＬ機器。
6. 前記充電キャパシタの出力端子と前記ゼノンランプフラッシュ部との間、及び前記充電キャパシタの出力端子と前記制御部との間に、電圧分配器９５とアナログデジタル変換機を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のＩＰＬ機器。

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