JP2016012475A - 光源駆動装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】消費電力を軽減しつつ、ダイナミックレンジを大きくすることができる光源駆動装置を提供する。【解決手段】直流電源80に、インダクタ51rと、光源11rと、第一スイッチ40rとを直列に接続し、第一スイッチ40rをオンさせることで光源11rに第一電流を供給する主経路L1と、第一スイッチ40rをオフさせることでインダクタ51に生じる逆起電力による第二電流を光源11rに供給する補助経路L2と、インダクタ51rと光源11rとの間に第二スイッチ60rを接続し、第二スイッチ60rをオンさせ光源11rとは異なる方に電流を放出し光源11rの光量を減少させる光量低減経路L3と、を有する。制御回路90が、主経路L1と補助経路L2とを交互に切り替える第一駆動と、主経路L1と光量低減経路L3とを交互に切り替える第二駆動とを切り替える。【選択図】図3
Description
本発明は、光源駆動装置に関する。
従来の光源駆動装置として、例えば特許文献1に開示されたものがある。特許文献1に開示された光源駆動装置(同文献にいう表示装置)は、光源を有する表示器と、光源を駆動する駆動回路と、外部照度を検出する照度検出回路と、照度検出回路が検出した外部照度に応じた輝度調整データを駆動回路に供給する制御回路と、を備え、光源を所望の光強度の光を出力させるものである。
ところで、特許文献1に係る光源駆動装置のように外部照度に応じて光源の出力を調整する場合、昼間の明るい環境や夜間の暗い環境で表示を視認可能にするため、光源駆動回路としては、光源を高出力から低出力まで幅広い制御を行う必要がある。特に光源を高出力させる際の消費電力が大きいという問題があった。
上述したような消費電力を低減するために、逆起電力を用いて光源を光輝させることで、消費電力を軽減しつつ、光源を高出力駆動させるものが特許文献2に開示されている。
しかしながら、特許文献2に開示されている光源駆動装置は、光源を低出力駆動させる際、インダクタにより生じる僅かな逆起電力により光源の出力が上昇してしまい、所望の低出力駆動ができず、光源のダイナミックレンジを十分に確保できないという問題があった。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、消費電力を軽減しつつ、ダイナミックレンジを大きくすることができる光源駆動装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明に係る光源駆動装置は、光源と、前記光源に光源駆動電力を供給して前記光源を駆動する駆動手段と、逆起電力を発生させる逆起電力発生手段と、前記逆起電力発生手段が発生させた逆起電力による電流を前記光源に供給して発光させる第一経路と前記逆起電力による電流を前記光源とは異なる方へ供給する第二経路とを切り替える経路切替手段と、前記駆動手段と前記経路切替手段とを制御することで前記光源を目標輝度で発光させる制御手段と、を備え、前記制御手段は、目標輝度が所定の閾値よりも小さい場合には、前記経路切替手段により電流を前記第二経路へ供給し、前記光源駆動電力によって前記光源を駆動し、目標輝度が前記閾値以上の場合には、前記経路切替手段により電流を前記第二経路へ供給し、前記逆起電力と前記光源駆動電力とによって前記光源を駆動する、ことを特徴とする。
本発明によれば、消費電力を軽減しつつ、ダイナミックレンジを大きくすることができる。
本発明の一実施形態に係る光源駆動装置を、図面を参照して説明する。
本実施形態に係る光源駆動装置100(図3参照)は、図1に示すヘッドアップディスプレイ(HUD)装置1の一部として構成されるものである。このHUD装置1は、例えば、車両2のダッシュボード内に設けられ、車両情報を報知するための報知画像を表す光(表示光K)をウインドシールド3(フロントガラス)で反射させることにより、報知画像の虚像Vをユーザ4(主に、車両2の運転者)に視認させる装置である。これにより、ユーザ4は、運転中に前方から視線を逸らさずに車両情報を認識することができる。
HUD装置1は、図2に示す、表示手段10、光学系20、回路基板30、及びハウジングHと、図3に示す光源駆動装置100と、を備える。
表示手段10は、光源11が出射した光により、報知画像を表す光(表示光K)を光学系20に向けて出射する。光源11は、例えばLED(Light Emitting Diode)からなる。 表示手段10は、光源11、光源11からの光を反射させる可動式の複数のマイクロミラーを有するDMD(Digital Micro-mirror Device)と、このDMDで反射した光を受光して報知画像を表示するスクリーン等から構成されている。これにより、表示手段10は、表示光Kを光学系20に向け出射する。なお、表示手段10は、バックライトとして機能する光源11を備えた公知の透過型の液晶表示装置や、光源11を配列して構成される自発光型ディスプレイ装置等から構成されていてもよい。
光学系20は、表示手段10が投影する報知画像が、所望の位置に、所望の大きさで、虚像Vとして結ばれるように、表示手段10とウインドシールド3の光路間に設けられる光学系である。本実施形態に係る光学系20は、平面鏡21及び凹面鏡22の2つの反射部材から構成されている。 平面鏡21は、表示手段10からの表示光Kを受ける位置に配置され、入射した表示光Kを凹面鏡22に向け効率良く反射させる。 凹面鏡22は、平面鏡21で反射した表示光Kをウインドシールド3に向かって反射させる。これにより、結ばれる虚像Vの大きさは、表示手段10が表示している報知画像が拡大された大きさになる。
回路基板30は、ガラス繊維を含む樹脂等からなる板状の基材に、所定の配線パターンが形成されたプリント回路板である。回路基板30には、後述の制御回路90(図3参照)等が実装されている。回路基板30は、例えば、図示しないFPC(Flexible Printed Circuit)を介して、表示手段10、後述の外光強度検出手段70の各々と導通接続されている。
ハウジングHは、表示手段10、光学系20、回路基板30、及び、光源駆動装置100を所定の位置に収納するものであり、遮光性の部材により形成される。
以上の構成からなるHUD装置1は、運転者に、所定の報知画像を虚像Vとして視認させることを可能とする。これを可能とする機構の一連の流れを簡潔に述べれば、i)制御回路90の制御の下、表示手段10は、報知画像を表示する、つまり、表示光Kを出射する。ii)表示光Kは、光学系20で反射され、反射光はウインドシールド3に向けて出射される。このようにして、HUD装置1は表示光Kを出射する。iii)HUD装置1が出射した表示光Kが、ウインドシールド3で反射されることで、図1に示すように、運転者から見て、ウインドシールド3の前方に報知画像の虚像Vが結ばれる、という流れになる。
(光源駆動装置の構成) 以下に、本実施形態における光源駆動装置100の構成を説明する。 光源駆動装置100は、図3に示すように、第一スイッチ40と、インダクタ51とダイオード52とからなる逆起電力回路50と、第二スイッチ60と、外光強度検出手段70と、直流電源80と、制御回路90と、を備える。 光源駆動装置100の駆動回路は、(1)直流電源80に、インダクタ51、光源11、第一スイッチ40を直列接続し、第一スイッチ40がオンした際に光源11に第一電流Iaを供給する主経路L1と、(2)ダイオード52のカソード側を直流電源80とインダクタ51との間に接続し、アノード側を光源11のカソード側に接続し、インダクタ51が生成する逆起電力による第二電流Ibを光源11に供給する補助経路L2と、(3)光源11に並列に第二スイッチ60を接続し、光源11に電流が流れることを阻止する(光源11に流れる電流を減少させる)光量低減経路L3と、を有する。
制御回路90は、マイクロコントローラ、FPGA(Field Programmable Gate Array)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)等からなる。制御回路90は、車両2のECU(Electronic Control Unit)等の外部装置(図示せず)から通信ラインにより伝送される車両2の状態情報(速度、燃費等)を表示手段10に表示するための駆動信号を、光源11用の第一スイッチ40及び表示制御用の駆動回路(図示せず)に出力し、表示手段10を駆動する。
特にこの実施形態では、制御回路90は、外光強度検出手段70から取得した外光強度情報に応じて、所望の明るさで光源11が発光するように、適宜、PWM(Pulse Width Modulation)制御方式により光源11を駆動する。具体的には、制御回路90は、取得した外光強度情報に応じて光源11の出力を定めるための目標輝度を設定し、光源11の出力が目標輝度に応じるようにパルス幅を調整した駆動信号(後述の第一駆動信号Sa)を生成して第一スイッチ40に供給する。また、制御回路90は、後述の第二駆動信号Sbを生成して第二スイッチ60の動作も制御する。 なお、制御回路90は、PWM制御方式とPAM(Pulse Amplitude Modulation)制御方式とを適宜併用して光源11を駆動してもよい。また、制御回路90が輝度を調整する契機は、外光強度情報によらず、車両2側からの切り替え信号、ユーザ4の操作に基づく操作信号等によってもよい。
制御回路90は、CPU(Central Processing Unit)と、CPUによる処理の手順を定義したプログラムを記憶するROM(Read Only Memory)、ユーザによる適当な数値入力等を受けて実行されるプログラム及び必要な情報を一時的に記憶しておくRAM(Random Access Memory)等からなる記憶手段と、から構成される。ROM内には、後述する光源駆動制御処理を実行するためのプログラムが予め記憶されており、CPUは、これらプログラムを読み出し、実行する。
第一スイッチ40は、例えば、バイポーラトランジスタやFETなどからなるトランジスタスイッチであり、制御回路90から第一駆動信号Saを入力してオンまたはオフのスイッチング動作を行う。第一スイッチ40は、オンすることで、直流電源80の直流電力に基づいた第一電流Iaを光源11に供給し、オフすることで、光源11に第一電流Iaが流れないようにする。 ここで、光源11は、例えば、図3に示すように、赤色光を発する光源11r、緑色光を発する光源11g、及び青色光を発する光源11bからなり、PWM制御方式により、各々が所定の光強度及びタイミングで発光する。この実施形態では、これらの各発光色を基本色として加法混合方式による混色を利用し、HUD装置1は、報知画像をフルカラーで表示する。
逆起電力回路50は、逆起電力発生用のインダクタ51と、電流方向を制御し、インダクタ51に生じた逆起電力を光源11に供給するために設けられたダイオード52と、からなる。 インダクタ51とダイオード52とは、具体的には、図3に示すように、各色の光源11に対応して設けられている。すなわち、光源11rに対応してインダクタ51r及びダイオード52rが設けられ、光源11gに対応してインダクタ51g及びダイオード52gが設けられ、光源11bに対応してインダクタ51b及びダイオード52bが設けられている。各光源に対応するインダクタ及びダイオードの構成は同様であるため、以下では、ある発光色の光源11に対応するインダクタとダイオードとを、単に符号51、52を用いて説明する。
インダクタ51は、光源11と後述の直流電源80との間に直列接続されている。なお、詳しくは後述するが、インダクタ51は、第一スイッチ40がオンの時には直流電源80からの電力を蓄積し、第一スイッチ40がオフの時には蓄積した電力を逆起電力として放出する。
ダイオード52は
、アノード側が光源11に接続され、カソード側がインダクタ51に接続されている。これにより、次に説明する第一スイッチ40がオフとなった際に、インダクタ51の逆起電力による第二電流Ibを利用して光源11を発光させる。
、アノード側が光源11に接続され、カソード側がインダクタ51に接続されている。これにより、次に説明する第一スイッチ40がオフとなった際に、インダクタ51の逆起電力による第二電流Ibを利用して光源11を発光させる。
第二スイッチ60は、例えば、パイポーラトランジスタやFETなどからなるトランジスタスイッチであり、制御回路90から第二駆動信号Sbを入力してオンまたはオフのスイッチング動作を行うことで、光源11に供給される逆起電力に基づいた第二電流Ibの量を調整する。具体的には、第二スイッチ60がオンした場合、インダクタ51により生成される逆起電力に基づいた電流の多くが第二スイッチ60側の光量低減経路L3を流れ、光源11にはほとんど電流を流さない。すなわち、光源11が発する光量を減少させることができる。一方、第二スイッチ60がオフした場合、インダクタ51により生成される逆起電力に基づいた第二電流Ibが補助経路L2の経路で光源11に供給される。
外光強度検出手段70は、外光の強度(明るさ)を検出するものであり、フォトトランジスタ、フォトダイオード等を含む受光センサー素子、A/D変換器等からなる。具体的には、外光強度検出手段70は、受光センサー素子で検出した外光強度に応じた検出信号(電圧)を、A/D変換器によりデジタル値に変換して、外光強度情報として、制御回路90に出力する。外光強度検出手段70の受光センサー素子は、外光を受けることができる適宜の位置(例えば、ハウジングHの一部に穴が設けられ、その穴から入り込む外光を受光できる位置)に配設されている。
直流電源80は、電源IC(Integrated Circuit)からなり、車両2に搭載されるバッテリーからの電圧を降圧して、所定の直流電圧を制御回路90、表示手段10等に印加する。例えば、直流電源80は、表示手段10の光源11に一定電圧を印加し、光源11を点灯させる。
以上が光源駆動装置100の構成であり、光源駆動装置100が行う光源駆動制御処理を、図4,5のタイミングチャートを用いて以下に説明する。
(光源駆動制御処理) 制御回路90は、外光強度検出手段70の外光強度情報に応じて設定した目標輝度が予め記憶している閾値以上の場合、インダクタ51が生成する逆起電力を使用して光源11を高出力駆動(第一駆動)させ、前記目標輝度が予め記憶している閾値以下の場合、インダクタ51が生成する逆起電力を使用しないで光源11を低出力駆動(第二駆動)させる。図4は、光源駆動装置100を高出力駆動させた際のタイミングチャートであり、(a)が第一駆動信号Sa、(b)が第二駆動信号Sb、(c)が光源11の駆動電流Iを示す。また、図5は、光源駆動装置100を低出力駆動させた際のタイミングチャートであり、(a)が第一駆動信号Sa、(b)が第二駆動信号Sb、(c)が光源11の駆動電流Iを示す。
(高出力駆動) 高出力駆動において、制御回路90は、光源11の出力が前記目標輝度になるように第一駆動信号Saのパルス幅を調整して、第一スイッチ40をパルス駆動する。なお、第二スイッチ60は、常にオフの状態とする(図4参照)。 第一駆動信号Saが第一スイッチ40をオンさせた際、直流電源80の直流電力に基づいた第一電流Iaが主経路L1に沿って光源11に供給される。また、第一駆動信号Saが第一スイッチ40をオフさせた際、インダクタ51により生成される逆起電力に基づいた第二電流Ibが補助経路L2に沿って光源11に供給される。すなわち、光源11を第一電流Ia及び逆起電力による第二電流Ibによって駆動することができるため、光源11に直列に制限抵抗を設けた場合と比較して消費電力を抑えることができ、光源11が出射する光量を多くすることができる。
(低出力駆動) 低出力駆動において、制御回路90は、光源11の出力が前記目標輝度になるように第一駆動信号Saのパルス幅を調整して、第一スイッチ40をパルス駆動する。なお、第二スイッチ60は、第一駆動信号Saをオンオフ反転させた信号とする(図5参照)。 第一駆動信号Saが第一スイッチ40をオンさせた際、直流電源80の直流電力に基づいた第一電流Iaが主経路L1に沿って光源11に供給される。また、第一駆動信号Saが第一スイッチ40をオフさせた際、第二駆動信号Sbが第二スイッチ60をオンさせ、インダクタ51により生成される逆起電力に基づいた第二電流Ibを光量低減経路L3に沿って流す。すなわち、第一スイッチ40がオンした際は、光源11を第一電流Iaで駆動し、第一スイッチ40がオフした際は、光源11に電流を流さない(低減を含む)ようにすることができるため、光源11が出射する光量を少なくすることができる。すなわち、本実施形態における光源駆動装置100は、高出力駆動において、消費電力を抑えつつ光源11の光量を多くすることができ、また、低出力駆動において、逆起電力の影響なく光源11の光量を少なくすることができるため、消費電力を抑えつつ、ダイナミックレンジを大きくすることができる。
また、本実施形態における光源駆動装置100において、制御回路90は、第一スイッチ40をオフさせた際に第二スイッチ60をオンさせることで、逆起電力による電流を光源11に流さないので、光源11の光量を抑えることができ、延いてはダイナミックレンジを大きくすることができる。
また、制御回路90は、第一スイッチ40をオンさせた際に第二スイッチ60をオフさせることで、直流電源80からの第一電流Iaを光量低減経路L3に流さないので、無駄な消費電力を抑えて光源11を駆動することができる。
また、制御回路90は、第一スイッチ40を駆動する第一駆動信号Saを反転させた第二駆動信号Sbにより第二スイッチ60を駆動することにより、直流電源80からの電流が光量低減経路L3の経路に大量に流れることによる消費電力の増大を確実に防止することができる。
また、光量低減経路L3は、補助経路L2に接続され、第二電流Ibを光量低減経路L3と補助経路L2とでループさせることにより、補助経路L2と光量低減経路L3で逆起電力を消費することができ、光源11に確実に逆起電力による電流を流さずに光源11の光量を少なく抑えることができ、ダイナミックレンジを大きくすることができる。
なお、本発明は、以上の実施形態及び図面によって限定されるものではない。本発明の要旨を変更しない範囲で、適宜、実施形態及び図面に変更(構成要素の削除も含む)を加えることが可能である。また、以上の説明では、本発明の理解を容易にするために、重要でない公知の技術的事項の説明を適宜省略した。
1 HUD装置10 表示手段20 光学系30 回路基板 100 光源駆動装置40 第一スイッチ50 逆起電力回路60 第二スイッチ70 外光強度検出手段80 直流電源90 制御回路(制御手段)
Claims (6)
- 直流電源に、インダクタと、光源と、第一スイッチとを直列に接続し、前記第一スイッチをオンさせることで前記光源に第一電流を供給する主経路と、 前記第一スイッチをオフさせることで前記インダクタに生じる逆起電力による第二電流を前記光源に供給する補助経路と、 前記インダクタと前記光源との間に第二スイッチを接続し、前記第二スイッチをオンさせ前記光源とは異なる方に電流を放出し前記光源の光量を減少させる光量低減経路と、 前記主経路と前記補助経路とを交互に切り替えて前記光源を光輝させる第一駆動と、前記主経路と前記光量低減経路とを交互に切り替えて前記光源を光輝させる第二駆動とを切り替え可能な制御手段と、を備える、 ことを特徴とする光源駆動装置。
- 前記制御手段は、前記第一スイッチをオフさせた際に前記第二スイッチをオンさせる、 ことを特徴とする請求項1に記載の光源駆動装置。
- 前記制御手段は、前記第一スイッチをオンさせた際に前記第二スイッチをオフさせる、 ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光源駆動装置。
- 前記補助経路は、前記第一スイッチがオンした際に前記直流電源からの電流が前記補助経路に流れないようにするダイオードを直列に接続する、 ことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の光源駆動装置。
- 前記制御手段は、前記第一スイッチを駆動する第一駆動信号を反転させた第二駆動信号により前記第二スイッチを駆動する、 ことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の光源駆動装置。
- 前記光量低減経路は、前記補助経路に接続され、前記第二電流を前記光量低減経路と前記補助経路とでループさせる、 ことを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の光源駆動装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2014133684A JP2016012475A (ja) | 2014-06-30 | 2014-06-30 | 光源駆動装置 |
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JP2014133684A Pending JP2016012475A (ja) | 2014-06-30 | 2014-06-30 | 光源駆動装置 |
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