JP2016012475A - 光源駆動装置 - Google Patents

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。

特開２００６−１０６５３８号公報 特開２０１４−１０７４４０号公報

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ヘッドアップディスプレイ装置の車両への搭載態様を説明するための図である。 ヘッドアップディスプレイ装置の概略構成図である。 本発明の一実施形態に係る光源駆動装置の構成を示す図である。 上記実施形態の光源駆動装置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、（ｂ）が第二駆動信号、（ｃ）が光源の駆動電流を示す。 上記実施形態の光源駆動装置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、（ｂ）が第二駆動信号、（ｃ）が光源の駆動電流を示す。

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。

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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。

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