JP2021034682A - パルス照明回路基板 - Google Patents
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Abstract
Description
照明用の光源としては、発光ダイオード(LED)やエレクトロルミネッセンス(EL)素子、半導体レーザなどの半導体発光素子が用いられている。なかでもLEDは、応答性が高く、光量が大きく、取り扱いが容易で比較的安価あり、パルス照明の光源として多用されている。
例えば、LED光源素子に、コンデンサ、スイッチング素子を含む充放電回路を接続し、外部電源からコンデンサに充電し、所定のタイミングでスイッチング素子を導通させ、コンデンサからLEDに大電流を流す構成が用いられている。
なお、特許文献1の測定装置などの高速パルス照明を行う場合、パルス照明の発光タイミングを高精度に制御する必要があり、充放電回路には充放電状態の検出抵抗が設置される。また、LEDには、必要に応じて導通方向が逆向きの保護ダイオードが並列に設置される。
しかし、特許文献1では、70kHz程度の高速パルス照明を高精度に行う必要があり、このような高速・高精度な用途においては、パルス照明回路基板の充放電回路に配置される各素子の寄生抵抗や寄生インダクタンスが問題になる。
このような本発明では、複数の素子を並列接続して回路要素とするため、回路要素としての寄生抵抗や寄生インダクタンスを低減し、高速なパルス照明を高精度に行えるパルス照明回路基板として好適である。
このような本発明では、回路要素を構成する複数の素子が、基準線に沿って整列され、各々の接続経路を短く揃えることができ、回路としての寄生抵抗や寄生インダクタンスを低減し、高速なパルス照明を高精度に行えるパルス照明回路基板として好適である。
このような本発明では、別の回路要素がそれぞれ多数の素子で構成される素子群であっても、それぞれを基準線に沿って整列させつつ、互いの接続を確保することができる。従って、充放電回路40の経路を短縮でき、高速なパルス照明を高精度に行えるパルス照明回路基板1とすることができる。
このような本発明では、基板上のスペースを有効に利用して充放電回路の経路を短縮でき、高速なパルス照明を高精度に行えるパルス照明回路基板として好適である。
このような本発明では、基板の表裏のスペースを有効に利用して充放電回路の経路を短縮でき、高速なパルス照明を高精度に行えるパルス照明回路基板として好適である。
このような本発明では、コンデンサ要素およびスイッチング素子要素により、光源素子をパルス発光させる充放電回路の基本機能が得られるとともに、検出抵抗要素により発光タイミングの検出機能が得られ、保護ダイオード要素により光源素子としてLEDを用いた場合の保護機能が得られる。
このような本発明では、光源基板により、光源素子の接続端子を基板に接続しつつ、光源素子の背面に放熱体を設置することができ、放熱体により光源素子を冷却して発光効率を高めることができる。
図1および図2には、本発明に基づくパルス照明回路基板1が示されている。
図1および図2において、パルス照明回路基板1は基板10を有する。基板10は表面実装用のプリント基板である。基板10の上面101には図示省略した回路部品が多数実装されている。基板10の下面102には光源基板20が下向きに接続されている。
光源基板20は、これらの接続端子22およびソケット12により基板10に支持されている。光源基板20は、接続端子22をソケット12から抜き出すことで、基板10から取り外し可能である。
放熱体30は、外面に図示省略した多数の放熱フィンを有する。放熱体30と光源基板20の後面との隙間には伝熱性材料31が充填されている。これにより、光源素子21の動作発熱が放熱体30に伝達され、放熱体30から外気に放散できる。
なお、伝熱性材料31は、基板10の下面102に設置された発熱部品(後述するスイッチング素子42)との間にも充填されている。
図3において、充放電回路40は、回路要素として充放電コンデンサ41、スイッチング素子42、電流検出抵抗43、保護ダイオード44を有する。
充放電コンデンサ41には、充電用の直流電源45および入力段フィルタ46が接続され、電流検出抵抗43とともに環状に直列接続され、これらにより充電ループ402が形成されている。
スイッチング素子42は、FET(電界効果トランジスタ)などの半導体スイッチであり、制御回路47に入力される外部トリガに従って駆動回路48により遮断状態および導通状態が切り替えられる。
放電ループ401においては、スイッチング素子42を遮断した状態で充放電コンデンサ41が充電され、スイッチング素子42を導通させた際に充放電コンデンサ41からの電流が光源素子21に供給され、所定のタイミングでのパルス発光を行うことができる。
保護ダイオード44は、LEDである光源素子21に並列逆向きに接続されている。
直流電源部51は、充放電回路40の直流電源45(図3参照)に接続されている。
直流電源部51と光源正極部52との間には、充放電回路40の入力段フィルタ46としてのフィルタ素子461が接続されている。
光源正極部52と光源負極部53との間には、保護ダイオード素子441が2個並列に接続されている。各保護ダイオード素子441には、それぞれ抵抗442が直列に接続されている。
中継部55とこれに対向する光源正極部52の辺縁との間には、8個のコンデンサ素子411が並列接続されている。8個のコンデンサ素子411は、基準線Rに沿って均等に配列されている。
中継部55とこれに対向するグランド部54の辺縁との間には、4個の電流検出抵抗素子431が並列接続されている。4個の電流検出抵抗素子431は、基準線Rに沿って均等に配列されている。
これら下面102の光源正極部56、光源負極部57、グランド部58、および中継部59は、上面101の光源正極部52、光源負極部53、グランド部54、および中継部55とそれぞれ対応するものどうしがスルーホールなどで電気的に導通されている。
中継部59とこれに対向する光源正極部56の辺縁との間には、8個のコンデンサ素子412が並列接続されている。8個のコンデンサ素子412は、基準線Rに沿って均等に配列されている。
中継部59とこれに対向するグランド部58の辺縁との間には、4個の電流検出抵抗素子432が並列接続されている。4個の電流検出抵抗素子432は、基準線Rに沿って均等に配列されている。
光源負極部57とグランド部58との間には、2個の半導体スイッチ422が接続されている。2個の半導体スイッチ422は、基準線Rに沿って均等に配列されている。
上面101に設置された8個のコンデンサ素子411および下面102に設置された8個のコンデンサ素子412により、充放電コンデンサ41が構成されている。この際、コンデンサ素子411およびコンデンサ素子412は、充放電コンデンサ41として必要な容量値の16分の1とされ、16個を並列接続することで所期の性能の充放電コンデンサ41が構成される。
本実施形態では、複数の回路要素(充放電コンデンサ41、スイッチング素子42、電流検出抵抗43、保護ダイオード44)により基板10上に充放電回路40が形成され、この充放電回路40により光源素子21をパルス発光させることができる。
この際、複数の回路要素が、光源素子21の一対の接続端子22を通る基準線Rに沿って配置されているため、複数の回路要素を一対の接続端子22の近傍に配置し、充放電回路40を短縮でき、高速なパルス照明を高精度に行えるパルス照明回路基板1とすることができる。
このため、素子群つまり回路要素を構成する複数の素子が、基準線Rに沿って整列され、各々の接続経路を短く揃えることができ、充放電回路40における寄生抵抗403および寄生インダクタンス404を低減し、高速なパルス照明を高精度に行えるパルス照明回路基板1とすることができる。
このため、別の回路要素がそれぞれ多数の素子で構成される素子群であっても、それぞれを基準線Rに沿って整列させつつ、互いの接続を確保することができる。従って、充放電回路40の経路を短縮でき、高速なパルス照明を高精度に行えるパルス照明回路基板1とすることができる。
このため、基板10の上面101でのスペースを有効に利用して充放電回路40の経路を短縮でき、高速なパルス照明を高精度に行えるパルス照明回路基板1とすることができる。
このため、基板10の表裏のスペースを有効に利用して充放電回路40の経路を短縮でき、高速なパルス照明を高精度に行えるパルス照明回路基板1とすることができる。
とくに、大電流が通る充放電コンデンサ41および電流検出抵抗43を構成する素子群を表裏に分配することで、コンデンサ素子411,412および電流検出抵抗素子431,432を細分化しつつ、基板10の上面101および下面102の光源素子21に近い領域を最大限に利用して経路短縮を図ることができる。
このため、コンデンサ要素およびスイッチング素子要素により、光源素子21をパルス発光させる充放電回路40の基本機能が得られるとともに、検出抵抗要素により発光タイミングの検出機能が得られ、保護ダイオード要素により光源素子21としてLEDを用いた場合の保護機能が得られる。
このため、光源基板20により、光源素子21の接続端子22を基板10に接続しつつ、光源素子21の背面に放熱体30を設置することができ、放熱体30により光源素子21を冷却して発光効率を高めることができる。
前記実施形態では、充放電コンデンサ41、スイッチング素子42、電流検出抵抗43、保護ダイオード44を、それぞれ複数の素子(上下各8個のコンデンサ素子411,412、2個の半導体スイッチ422、上下各4個の電流検出抵抗素子431,432、2個の保護ダイオード素子441)を並列接続して形成された素子群であるとした。ただし、充放電コンデンサ41、スイッチング素子42、電流検出抵抗43、保護ダイオード44は、いずれかを複数の素子群とし、他は単体の素子で構成してもよく、いずれも単体の素子であるとしてもよい。一方、前記実施形態では単体のフィルタ素子461とされていた入力段フィルタ46を、複数の素子で構成してもよい。
前記実施形態では、光源素子21を発光させる回路として、充放電コンデンサ41、スイッチング素子42、電流検出抵抗43、保護ダイオード44を含む充放電回路40を用いたが、これらの回路要素は光源素子21の形式などによって適宜変更してよい。
前記実施形態では、基板10から交差方向に起立する光源基板20、および、光源基板20の後面に接続される放熱体30を有するパルス照明回路基板1を構成したが、放熱体30の形式や基板10における配置などは適宜変更してよい。
Claims (8)
- 基板と、前記基板に一対の接続端子が接続された光源素子と、前記基板に充放電回路を形成する複数の回路要素と、を有し、
複数の前記回路要素は、一対の前記接続端子を通る基準線に沿って配置されていることを特徴とするパルス照明回路基板。 - 請求項1に記載したパルス照明回路基板において、
複数の前記回路要素のうち少なくともいずれかは、複数の素子を並列接続して形成された素子群であることを特徴とするパルス照明回路基板。 - 請求項2に記載したパルス照明回路基板において、
前記回路要素を形成する前記素子群のうち少なくともいずれかは、前記基準線に沿って整列されていることを特徴とするパルス照明回路基板。 - 請求項3に記載したパルス照明回路基板において、
前記回路要素を形成するいずれかの前記素子群と、他のいずれかの前記素子群とが、前記基準線に沿って延びる中継部で接続されていることを特徴とするパルス照明回路基板。 - 請求項1から請求項4のいずれか一項に記載したパルス照明回路基板において、
複数の前記回路要素のうち少なくともいずれかは、他の前記回路要素に対して前記基準線を挟んで反対側に配置されていることを特徴とするパルス照明回路基板。 - 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載したパルス照明回路基板において、
複数の前記回路要素のうち少なくともいずれかは、他の前記回路要素に対して前記基板の反対側に配置されていることを特徴とするパルス照明回路基板。 - 請求項1から請求項6のいずれか一項に記載したパルス照明回路基板において、
複数の前記回路要素は、コンデンサ要素、スイッチング素子要素、検出抵抗要素、および保護ダイオード要素を含むことを特徴とするパルス照明回路基板。 - 請求項1から請求項7のいずれか一項に記載したパルス照明回路基板において、
前記光源素子は、前記基板から交差方向に起立する光源基板の前面に配置され、
前記接続端子は、前記光源素子から前記光源基板を経由して前記基板に接続され、
前記光源基板の後面には、放熱体が接続されていることを特徴とするパルス照明回路基板。
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