JP2014158008A - 光源装置及び解析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源装置の電源としてスイッチング電源を用いた場合においても、光量がばらつくことを抑制する。
【解決手段】光源１１０は、電力が入力されることにより発光する。光源１１０は、例えば半導体レーザ光源である。スイッチング電源１２０は、クロック生成部１４０が生成したクロックに基づいて動作する。具体的には、スイッチング電源１２０は、クロックがハイのときには電力を出力し、クロックがローの時には電力を出力しない。制御部１３０は、クロック生成部１４０が出力するクロックに基づいて動作し、スイッチング電源１２０から出力された電力を光源に入力するタイミングを制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源装置及び解析装置に関する。

近年、医療機器や分析装置などの解析装置の光源として、レーザを用いる場合が増えてきている。このような用途の光源には、小型化や低コスト化が求められている。例えば特許文献１には、電源に対して複数のレーザ光源を直列に接続し、かつ、各レーザ光源に対してスイッチを並列に接続することが記載されている。このような構成によれば、発光させないレーザ光源に対応するスイッチを閉じることにより、ユーザは、所望するレーザ光源を選択することができる。

特開２００３−２９０３６７号公報

本発明者は、光源の電源としてスイッチング電源を用いることを検討した。スイッチング電源は、小型化及び低コスト化に向いているためである。しかし、本発明者が検討した結果、スイッチング電源を用いると、スイッチング時に発生するノイズによって、光源から出射する光の量がばらつく可能性があることがわかった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、スイッチング電源を電源として用いた場合においても、光量がばらつくことを抑制できる光源装置及び解析装置を提供することにある。

本発明に係る光源装置は、光源、スイッチング電源、及び制御部を備えている。光源は、電力が入力されることにより発光する。スイッチング電源は、クロック生成部が生成したクロックに基づいて動作する。制御部は、上記したクロック生成部が生成したクロックに基づいて動作し、スイッチング電源から出力された電力を前記光源に入力するタイミングを制御する。

また本発明に係る解析装置は、光源部、受光部、及び処理部を備えている。光源部は、上記した光源装置と同様の構成を有しており、被写体に向けて光を照射する。受光部は、被照射体からの光、又は被照射体を透過した光を受光して電気信号に変換する。処理部は、受光部が生成した電気信号を演算処理する。

本発明によれば、光源装置の電源としてスイッチング電源を用いた場合においても、光量がばらつくことを抑制できる。

第１の実施形態に係る光源装置の機能構成を示すブロック図である。 スイッチング電源で発生するスイッチングノイズ及びそれに起因する問題点について説明するためのチャートである。 第１の実施形態におけるスイッチングノイズ、光源に供給される電力、及びスイッチング電源に供給されるクロックのタイミングチャートである。 図３の変形例を示す図である。 第２の実施形態に係る光源装置の機能構成を示すブロック図である。 第２の実施形態におけるスイッチングノイズ、光源に供給される電力、及びスイッチング電源に供給されるクロックのタイミングチャートである。 第３の実施形態に係る光源装置の機能構成を示すブロック図である。 第５の実施形態に係る解析装置の機能構成を示すブロック図である。 第４の実施形態に係る光源装置の機能構成を示すブロック図である。 スペクトルの拡散を模式的に説明する図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る光源装置１０の機能構成を示すブロック図である。本実施形態に係る光源装置１０は、光源１１０、スイッチング電源１２０、及び制御部１３０を備えている。光源１１０は、電力が入力されることにより発光する。光源１１０は、例えば半導体レーザ光源である。スイッチング電源１２０は、クロック生成部１４０が生成したクロックに基づいて動作する。具体的には、スイッチング電源１２０は、クロックがハイのときには電力を出力し、クロックがローの時には電力を出力しない。制御部１３０は、クロック生成部１４０が出力するクロックに基づいて動作し、スイッチング電源１２０から出力された電力を光源に入力するタイミングを制御する。すなわち本実施形態では、スイッチング電源１２０に入力されるクロックと、制御部１３０に入力されるクロックは同期している。

本実施形態において、制御部１３０は、スイッチング電源１２０から出力された電力のうち光源１１０に供給される割合も制御する。すなわち制御部１３０は、光源１１０に供給される電力の大きさ及びタイミングを制御する。

なお、クロック生成部１４０は、光源装置１０のベースクロックである。クロック生成部１４０は、光源装置１０に内蔵されていても良いし、光源装置１０の外部に設けられていても良い。

次に、本実施形態の作用及び効果を説明する。まず、図２を用いて、スイッチング電源１２０で発生するスイッチングノイズ及びそれに起因する問題点について説明する。ａは、スイッチング電源１２０から出力される電力に重畳するスイッチングノイズの発生タイミングを示している。ｂは、光源１１０に入力される電力（電圧）を示しており、ｃはクロック生成部１４０からスイッチング電源１２０に入力されるクロックを示している。本図に示す例では、スイッチング電源１２０に入力されるクロックと、制御部１３０に入力されるクロックは同期していない。

本図のａ及びｃに示すように、スイッチング電源１２０から出力される電力（電圧）には、クロックがローからハイに切り替わるタイミングでノイズが発生する。このノイズは、正方向の三角波と負方向の三角波を一波長ずつ並べた構成を有している。このため、制御部１３０に入力されるクロックにおいてローからハイに切り替わるタイミング、又はハイからローに切り替わるタイミングが、このスイッチングノイズと重なる（本図のａおよびｂを参照）と、光源１１０に供給される電力の積分値が所望する値と異なってしまう。さらに、制御部１３０に入力されるクロックにおいてローからハイに切り替わるタイミング、又はハイからローに切り替わるタイミングが、スイッチングノイズのどの部分と重なるかによって、光源１１０に供給される電力の積分値が変化してしまう。従って、光源１１０から出力される光の量はばらついてしまう。

図３は、本実施形態におけるスイッチングノイズ、光源１１０に供給される電力、及びスイッチング電源１２０に供給されるクロックのタイミングチャートである。上記したように本実施形態では、スイッチング電源１２０に入力されるクロックと、制御部１３０に入力されるクロックは同期している。このため、スイッチングノイズの発生タイミングを基準にした場合、制御部１３０に入力されるクロックにおいてローからハイに切り替わるタイミング、又はハイからローに切り替わるタイミングは常に一定である。このため、光源１１０に供給される電力の積分値は変化しない。従って、光源１１０から出力される光の量がばらつくことを抑制できる。

特に図３に示す例のように、時間軸で見た場合において１回のスイッチングノイズの全てが光源１１０に供給される電力の一波長分に含まれる場合、スイッチングノイズのうち光源１１０に供給される部分（スイッチングノイズのうちｂのハイと重なっている部分）の積分値は０に近くなる。このため、光源１１０から出力される光の量がばらつくことをさらに抑制できる。

なお、図３に示す例では、制御部１３０は、クロック生成部１４０からハイが入力されるときにのみ、光源１１０に供給する電力をオンしている。ただし、図４に示すように、制御部１３０は、クロック生成部１４０からのクロックが予め定められた数（図４の例では１クロック）で入力されたタイミングにより、光源１１０に供給する電力のオンオフを切り替えても良い。

（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態に係る光源装置１０の機能構成を示すブロック図である。本実施形態に係る光源装置１０は、分周部１４２を備えている点を除いて第１の実施形態に係る光源装置１０と同様の構成である。分周部１４２は、クロック生成部１４０が出力したクロックを分周してスイッチング電源１２０に入力する。すなわち本実施形態では、制御部１３０に入力されるクロックの周波数は、スイッチング電源１２０に入力されるクロックの周波数の整数倍になっている。

図６は、本実施形態におけるスイッチングノイズ、光源１１０に供給される電力、及びスイッチング電源１２０に供給されるクロックのタイミングチャートの一例である。本実施形態では、制御部１３０に入力されるクロックの周波数は、スイッチング電源１２０に入力されるクロックの周波数の偶数倍、例えば２^ｎ倍（ただしｎは正数）になっている。このため、本図に示すように、スイッチング電源１２０で発生するスイッチングノイズを避けたタイミングで光源１１０に電力を供給することができる。

以上、本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、スイッチング電源１２０で発生するスイッチングノイズを避けたタイミングで光源１１０に電力を供給することができる。

（第３の実施形態）
図７は、第３の実施形態に係る光源装置１０の機能構成を示すブロック図である。本実施形態に係る光源装置１０は、以下の点を除いて第２の実施形態に係る光源装置１０と同様の構成である。

まず、制御部１３０は、制御信号生成部１３２、ＤＡ変換部１３４、及び電力制御部１３６を備えている。制御信号生成部１３２は、クロック生成部１４０から入力されるクロックに基づいて、光源１１０に入力される電力を制御するための制御信号を生成する。この制御信号はデジタル信号である。ＤＡ変換部１３４は、制御信号生成部１３２から出力されたデジタル信号をアナログ信号に変換する。電力制御部１３６は、ＤＡ変換部１３４から出力されたアナログ信号に従って、スイッチング電源１２０から出力された電力を光源１１０に入力する。例えば電力制御部１３６は、電力制御用のバイポーラトランジスタ又はＭＯＳトランジスタを有している。ＤＡ変換部１３４から出力されたアナログ信号は、バイポーラトランジスタのベース又はＭＯＳトランジスタのゲートに入力される。そしてアナログ信号の電圧の大きさによって、光源１１０に電力が供給されるタイミング及び供給される電力の大きさが決定される。

また、光源装置１０は、受光部１５２及びＡＤ変換部１５４を有している。受光部１５２は、光源１１０から出力される光の一部を受光してアナログ信号に変換する。ＡＤ変換部１５４は、このアナログ信号をデジタル信号に変換して制御信号生成部１３２に入力する。そして制御信号生成部１３２は、ＡＤ変換部１５４から入力されたデジタル信号を用いて、光源１１０から出射される光の量が所望の値となるように、ＤＡ変換部１３４に出力する信号を制御する。

本実施形態によっても、第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、光源１１０から出力される光の量を制御部１３０にフィードバックしているため、光源１１０から出力される光の量を安定させることができる。

（第４の実施形態）
図９は、第４の実施形態に係る光源装置１０の構成を示す図である。本実施形態に係る光源装置１０は、クロック生成部１４０の代わりにスペクトラム拡散型のクロック生成部１４４を有している点、及び拡散率制御部１４６を有している点を除いて、第１〜第３の実施形態のいずれかに係る光源装置１０と同様の構成である。本図は、第１の実施形態と同様の場合を示している。

クロック生成部１４４は、生成するクロックの帯域を調整することができる。クロック生成部１４４は、例えば周波数ホッピング方式又は直接拡散方式でクロックの帯域を制御する。ただし、クロック生成部１４４が行うクロックの拡散処理は、これらに限定されない。そして、図１０に示すようにクロック生成部１４４が生成するクロックの帯域は、拡散率が高くなるにつれて広がり、また、エネルギー（電界強度）のピーク値は小さくなる。

拡散率制御部１４６は、光源１１０の動作に従って、クロック生成部１４４におけるクロックの帯域幅の広がり（拡散率）を制御する。具体的には、拡散率制御部１４６は、制御部１３０から、光源１１０に電力が入力されるタイミングを示す情報を受信する。そして拡散率制御部１４６は、制御部１３０が光源１１０に電力を入力している間の拡散率を、制御部１３０が光源１１０に電力を入力していない間の拡散率よりも低くする。例えば、制御部１３０は、光源１１０に電力を入力し始めるとき、及び光源１１０への電力の供給を止めるときのそれぞれにおいて、拡散率制御部１４６にその旨を示す情報を出力する。拡散率制御部１４６は、制御部１３０から受信する情報に従って、クロック生成部１４４の拡散率を制御する。クロック生成部１４４におけるクロックの拡散率は、光源１１０に電力が供給されている間は、例えば１％以上２％以下となり、光源１１０に電力が供給されていない間は、例えば４％以上６％以下となる。

本実施形態によっても、第１〜第３の実施形態と同様の効果が得られる。また、スペクトラム拡散型のクロック生成部１４４を用いているため、クロック生成部１４４が生成したクロックによって光源装置１０の周囲に放射されるノイズのエネルギーを低くすることができる。特に本実施形態では、拡散率制御部１４６は、制御部１３０が光源１１０に電力を入力している間の拡散率を、制御部１３０が光源１１０に電力を入力していない間の拡散率よりも低くする。従って、光源１１０が動作している間、クロック生成部１４４がスイッチング電源１２０に出力するクロックの帯域は広くならないため、放射されるノイズのエネルギーを抑制しつつ、上記したスイッチングノイズの抑制も十分に行える。

（第５の実施形態）
図８は、第５の実施形態に係る解析装置２００の機能構成を示すブロック図である。本実施形態に係る解析装置２００は、光源装置１０、受光部２０、及び処理部３０を有している。解析装置２００は、例えば医療機器又は分析装置である。

光源装置１０は、第１の実施形態〜第４の実施形態のいずれかと同様の構成を有している。本図に示す例では、光源装置１０は、第２の実施形態と同様の構成を有している。光源装置１０は、被照射体に向けて光を照射する。

受光部２０は、被照射体からの光、又は被照射体を透過した光を受光して電気信号に変換する。処理部３０は、受光部２０が生成した電気信号を演算処理する。

解析装置２００が分析装置である場合、被照射体には、予め蛍光体の分子が含浸されている。この蛍光体の分子は、光源装置１０からの光で励起されることにより蛍光発光する。この蛍光発光した光を、受光部２０でアナログ信号に変換する。

また解析装置２００が眼底検査装置などの医療装置である場合、光源装置１０からの光で被照射体（例えば患部）を照らし出した光は、受光部２０により、アナログ信号に変換される。そしてこのアナログ信号は、処理部３０により画像データに変換される。

また、分周部１４２で分周されたクロックは、受光部２０に入力される。受光部２０は、入力されたクロックに基づいて、アナログ信号を生成するタイミングを決定する。

本実施形態によれば、光源装置１０は、第１の実施形態〜第３の実施形態のいずれかと同様の構成を有している。このため、光源装置１０から出射される光の量はバラツキが少ない。従って、解析装置２００による分析結果は誤差（画像の場合はノイズ）が少なくなる。

また、受光部２０は、分周部１４２が分周したクロックに基づいて、アナログ信号を生成するタイミングを決定する。すなわち受光部２０がアナログ信号を生成するタイミングは、スイッチング電源１２０のスイッチングタイミングに同期している。従って、解析装置２００による分析結果は、さらに誤差が少なくなる。

なお、解析装置２００は複数の光源装置１０を有していても良い。この場合、各光源装置１０は、互いに異なる波長の光を出射するようにしてもよい。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

１０ 光源装置
２０ 受光部
３０ 処理部
１１０ 光源
１２０ スイッチング電源
１３０ 制御部
１３２ 制御信号生成部
１３４ ＤＡ変換部
１３６ 電力制御部
１４０ クロック生成部
１４２ 分周部
１５２ 受光部
１５４ ＡＤ変換部
２００ 解析装置

Claims (11)

1. 電力が入力されることにより発光する光源と、
   クロック生成部が生成したクロックに基づいて動作するスイッチング電源と、
   前記クロックに基づいて動作し、前記スイッチング電源から出力された電力を前記光源に入力するタイミングを制御する制御部と、
   を備える光源装置。
2. 請求項１に記載の光源装置において、
   前記クロックを分周して分周後クロックを生成する分周部をさらに備え、
   前記スイッチング電源は、前記分周後クロックに基づいて動作する光源装置。
3. 請求項２に記載の光源装置において、
   前記制御部は、前記スイッチング電源がオフからオンに切り替わるタイミングを避けて、前記スイッチング電源から出力された電力を前記光源に供給する光源装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の光源装置において、
   前記クロック生成部は、スペクトラム拡散型のクロック生成部である光源装置。
5. 請求項４に記載の光源装置において、
   前記クロック生成部の拡散率を設定する拡散率設定部を備え、
   前記拡散率設定部は、前記電力を前記光源に入力している間の前記拡散率を、前記電力を前記光源に入力していない間の前記拡散率よりも低くする光源装置。
6. 被照射体に向けて光を照射する光源部と、
   前記被照射体からの光、又は前記被照射体を透過した光を受光して電気信号に変換する受光部と、
   前記受光部が生成した前記電気信号を演算処理する処理部と、
   を備え、
   前記光源部は、
   電力が入力されることにより発光する光源と、
   クロック生成部が生成したクロックに基づいて動作するスイッチング電源と、
   前記クロックに基づいて動作し、前記スイッチング電源から出力された電力を前記光源に入力するタイミングを制御する制御部と、
   を備える解析装置。
7. 請求項６に記載の解析装置において、
   前記受光部は、前記スイッチング電源に入力される前記クロックに基づいて前記電気信号を生成するタイミングを定める解析装置。
8. 請求項６又は７に記載の解析装置において、
   前記光源部は、前記クロックを分周して分周後クロックを生成する分周部をさらに備え、
   前記スイッチング電源は、前記分周後クロックに基づいて動作する解析装置。
9. 請求項８に記載の解析装置において、
   前記制御部は、前記スイッチング電源がオフからオンに切り替わるタイミングを避けて、前記スイッチング電源から出力された電力を前記光源に供給する解析装置。
10. 請求項６〜９のいずれか一項に記載の解析装置において、
    前記クロック生成部は、スペクトラム拡散型のクロック生成部である解析装置。
11. 請求項１０に記載の解析装置において、
    前記光源は、前記クロック生成部の拡散率を制御する拡散率制御部を備え、
    前記拡散率制御部は、前記電力が前記光源に入力されている間の前記拡散率を、前記電力が前記光源に入力されていない間の前記拡散率よりも低くする解析装置。

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