JP5833081B2 - 点灯装置 - Google Patents

Description

本発明は、ダイナミック駆動方式により複数の点灯素子の作動を制御する点灯装置に関する。

マイクロコンピュータは基準クロックに同期して作動するため、基準クロックの周波数を高くすることによってマイクロコンピュータの処理能力が向上するが、その反面、マイクロコンピュータの消費電力が増加する。

そこで、従来より、マイクロコンピュータを用いた機器においては、例えば、機器の動作中は基準クロックの周波数を高くしてマイクロコンピュータの処理能力を向上させ、機器の待機中は基準クロックの周波数を低くしてマイクロコンピュータの消費電力を低減させる処理が行われている（例えば、特許文献１参照）。また、電池を電源とする機器においては、基準クロックの周波数が低く消費電力が少ないマイクロコンピュータが、一般的に採用されている。

また、マイクロコンピュータの出力ポートを用いて、複数の点灯素子（ＬＥＤ等）の作動（点灯／消灯）を制御するときに、複数のコモン側ポート及びセグメント側ポートをマトリクス状に接続して交点に点灯素子を配置した回路を形成して、各点灯素子を時分割点灯させるダイナミック駆動方式が採用されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００９−４４４３３号公報 特開平５−３３３７９３号公報

本願発明者らは、上述したように、マイクロコンピュータの出力ポートを用いて点灯素子をダイナミック駆動方式により作動させる構成として、マイクロコンピュータの演算負荷に応じて基準クロックの周波数を切り替えたときに、点灯素子がちらついて使用者に見難くなるという不都合があることを知見した。

本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであり、マイクロコンピュータの出力ポートを用いて点灯素子をダイナミック駆動方式により点灯させるときに、点灯素子がちらつくことを防止した点灯装置を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、本発明の点灯装置は、
複数の出力ポートを有し、基準クロックに同期して作動するマイクロコンピュータと、
前記基準クロックの周波数を第１周波数と該第１周波数よりも高い第２周波数とに切り替えるクロック周波数切替部と、
前記複数の出力ポートのいずれかに個別に割当てられた複数のコモン側ポートと複数のセグメント側ポートとをマトリクス状に接続して、該マトリクスの交点に点灯素子を接続した点灯回路とを備え、
前記マイクロコンピュータは、
前記複数のコモン側ポートから一つのコモン側ポートを順次選択して、該選択したコモン側ポートからコモン信号を出力すると共に、前記複数のセグメント側ポートから、いずれかの前記コモン信号の出力期間内に設定された前記各点灯素子の制御期間に、点灯制御用又は消灯制御用のデータ信号を順次出力することによって、前記各点灯素子の点灯と消灯とを制御する点灯制御部と、
前記複数のコモン側ポートの選択を切替えるときに、全てのセグメント側ポートからの前記データ信号の出力を停止する出力停止期間を設定し、前記基準クロックの周波数が前記第２周波数であるときの該出力停止期間である第２出力停止期間の長さを、前記基準クロックの周波数が前記第１周波数であるときの該出力停止期間である第１出力停止期間に合わせて設定する出力停止期間設定部と
して機能することを特徴とする。

かかる本発明によれば、前記マトリクス回路を構成する点灯素子が、前記点灯制御部により、前記複数のコモン側ポートから前記コモン信号を順次出力すると共に、前記複数のセグメント側ポートから前記データ信号を順次出力する、いわゆるダイナミック駆動方式により駆動される。

そして、前記コモン側ポート及び前記セグメント側ポートにおける出力切替えの所要時間は、前記基準クロックの周波数が高くなるに従って短くなるが、前記基準クロックの周波数の切替えに応じて前記出力停止期間の長さが変化すると、ダイナミック駆動方式による点灯素子の点灯期間が変化して点灯素子がちらついてしまう。

そこで、前記出力停止期間設定部により、前記基準クロックの周波数が前記第１周波数よりも高い前記第２周波数であるときの前記出力停止期間の長さを、前記基準クロックの周波数が前記第１周波数であるときの前記出力停止期間の長さに合わせて設定することにより、点灯素子のちらつきを防止することができる。

なお、前記基準クロックの周波数が前記２周波数であるときの前記出力停止期間の長さを、前記基準クロックの周波数が前記第１周波数であるときの前記出力停止期間の長さに合わせるとは、この二つの出力停止期間の差を、前記点灯素子のばらつきが問題にならない程度にまで減少させることを意味し、二つの出力停止期間の長さを完全に同一にすることまでを要求するものではない。

また、前記第１出力停止期間の長さは、前記コモン側ポート及び前記セグメント側ポートの出力切替時に設定される所定の待ち時間と、前記コモン側ポート及び前記セグメント側ポートの出力切替えの所要時間とに応じて定まり、
前記出力停止期間設定部は、前記基準クロックの周波数が前記第２周波数であるときの前記待ち時間を、前記基準クロックの周波数が前記第１周波数であるときの前記待ち時間よりも、前記第１周波数と前記第２周波数との差に応じて長くすることによって、前記第２出力停止期間の長さを前記第１出力停止期間の長さに合わせることを特徴とする。

この構成によれば、前記基準クロックの周波数に応じて変化する前記コモン側ポート及び前記セグメント側ポートにおける信号の出力と停止の切替え時間の影響を減少させて、前記第２出力停止期間の長さを前記第１出力停止期間に容易に合わせることができる。

また、前記マイクロコンピュータは、電池から供給される電力により作動することを特徴とする。

この構成によれば、電池を電源とするために特に省電力が要求される場合に、前記点灯素子のちらつきを防止しつつ、前記マイクロコンピュータの消費電力を抑制することができる。

点灯装置の構成図。 点灯装置の主要部の構成図。 出力停止期間を設定する処理の説明図（第１周波数）。 出力停止期間を設定する処理の説明図（第２周波数）。

本発明の実施形態の一例について、図１〜図４を参照して説明する。

図１を参照して、本実施形態の点灯装置は、電池７０から供給される電力によって作動し、マイクロコンピュータ１０と、スイッチ回路２０と、音声出力回路３０と、スピーカ３１と、通信回路４０と、点灯回路５０とを備えている。

点灯回路５０は、マイクロコンピュータ１０の複数の出力ポートに個別に割り当てられたコモン側ポートＣＯＭ１〜ＣＯＭ３及びセグメント側ポートＳＥＧ１〜ＳＥＧ３に接続されている。点灯回路５０の構成の詳細については後述する。

スイッチ回路２０は、マイクロコンピュータ１０の出力ポートに割り当てられたスイッチ出力ポートＳＷＯ１〜ＳＷＯ３、及びスイッチ入力ポートＳＷＩ１〜ＳＷＩ３に接続されている。スイッチ回路２０は、スイッチ出力ポートＳＷＯ１〜ＳＷＯ３とスイッチ入力ポートＳＷＩ１〜ＳＷ３をマトリクス状に接続して、マトリクスの交点に操作スイッチの接点を接続して構成されている。

マイクロコンピュータ１０は、スイッチ出力ポートＳＷＯ１〜ＳＷＯ３から選択信号を順次切り替えて出力し、各選択信号が出力されている状態でスイッチ入力ポートＳＷＩ１〜ＳＷＩ３に入力される信号を読み取ることにより、各操作スイッチの操作状況を認識する。

音声出力回路３０は、マイクロコンピュータ１０の出力ポートに割り当てられた音声制御ポートＳＣ１〜ＳＣ３に接続されている。マイクロコンピュータ１０は、音声制御ポートＳＣ１〜ＳＣ３から出力する音声制御信号により、音声出力回路３０からスピーカ３１を介して種々の音声を出力する。

通信回路４０は、マイクロコンピュータ１０の通信ポートＳＩＯに接続されている。マイクロコンピュータ１０は、通信ポートＳＩＯを介して外部の機器等との間で信号の送受信を行う。

マイクロコンピュータ１０は、クロック回路１４から出力される基準クロックに同期して作動し、図示しないメモリに保持された点灯装置の制御用プログラムを実行することによって、クロック周波数切替部１１、点灯制御部１２、及び出力停止期間設定部１３として機能する。なお、クロック回路１４は、マイクロコンピュータ１０に内蔵されていてもよく、マイクロコンピュータ１０の外部に設けられていてもよい。

クロック周波数切替部１１は、マイクロコンピュータ１０の処理負荷に応じて、クロック回路１４から出力される基準クロックの周波数を第１周波数（例えば２ＭＨｚ）と第２周波数（例えば３２ＭＨｚ）とに切り替える。

具体的には、クロック周波数切替部１１は、マイクロコンピュータ１０が通信回路４０を介して通信を行う場合と、マイクロコンピュータ１０が音声出力回路３０に音声制御信号を出力して、音声出力回路３０からスピーカ３１を介して音声を出力する場合に、基準クロックの周波数を第２周波数に切替える。

基準クロックの周波数を第２周波数にして、マイクロコンピュータ１０の動作速度を上げることにより、マイクロコンピュータ１０の処理能力を高めて、処理負荷の高い通信処理及び音声出力処理に対応することができる。

また、クロック周波数切替部１１は、マイクロコンピュータ１０が通信回路４０を介した通信、及び音声出力回路３０による音声の出力を行っておらず、マイクロコンピュータ１０の処理負荷が低いときには、基準クロックの周波数を第１周波数に切替える。基準クロックの周波数を第１周波数にして、マイクロコンピュータ１０の動作速度を下げることにより、マイクロコンピュータ１０の消費電力を低減して電池７０の消耗を抑えることができる。

次に、図２を参照して、点灯回路５０は、６点の出力ポートに割り当てられた、３点のコモン側ポートＣＯＭ１〜ＣＯＭ３と３点のセグメント側ポートＳＥＧ１〜ＳＥＧ３とを、マトリクス状に接続したマトリクス回路６０の交点に、９個のＬＥＤ（本発明の点灯素子に相当する）６１〜６９を接続した構成となっている。

コモン側ポートＣＯＭ１は、トランジスタ５１を介してＬＥＤ６１〜６３のアノード端子に接続されている。コモン側ポートＣＯＭ１からトランジスタ５１の制御端子にコモン信号を出力することにより、トランジスタ５１が導通状態となってＬＥＤ６１〜６３のアノード端子がＶｄ電位に接続される。また、コモン側ポートＣＯＭ１からコモン信号が出力されていないときには、トランジスタ５１が遮断状態となって、ＬＥＤ６１〜６３のアノード端子がＶｄ電位から遮断される。

同様に、コモン側ポートＣＯＭ２は、トランジスタ５２を介してＬＥＤ６４〜６６のアノード端子に接続されている。コモン側ポートＣＯＭ２からトランジスタ５２の制御端子にコモン信号を出力することにより、トランジスタ５２が導通状態となってＬＥＤ６４〜６６のアノード端子がＶｄ電位部に接続される。また、コモン側ポートＣＯＭ２からコモン信号が出力されていないときには、トランジスタ５２が遮断状態となって、ＬＥＤ６４〜６６のアノード端子がＶｄ電位から遮断される。

同様に、コモン側ポートＣＯＭ３は、トランジスタ５３を介してＬＥＤ６７〜６９のアノード端子に接続されている。コモン側ポートＣＯＭ３からトランジスタ５３の制御端子にコモン信号を出力することにより、トランジスタ５３が導通状態となってＬＥＤ６７〜６９のアノード端子がＶｄ電位部に接続される。また、コモン側ポートＣＯＭ３からコモン信号が出力されていないときには、トランジスタ５３が遮断状態となって、ＬＥＤ６７〜６９のアノード端子がＶｄ電位部から遮断される。

セグメント側ポートＳＥＧ１は、トランジスタ５４及び抵抗５７を介して、ＬＥＤ６１，６４，６７のカソード端子に接続されている。セグメント側ポートＳＥＧ１から点灯制御用のデータ信号（トランジスタ５４のオン制御信号）を出力することにより、トランジスタ５４が導通状態となってＬＥＤ６１，６４，６７のカソード端子がＧＮＤに接続される。また、セグメント側ポートＳＥＧ１から消灯制御用のデータ信号（トランジスタ５４のオフ制御信号）が出力されているときには、トランジスタ５４が遮断状態となって、ＬＥＤ６１，６４，６７のカソード端子がＧＮＤから遮断された状態となる。

同様に、セグメント側ポートＳＥＧ２は、トランジスタ５５及び抵抗５８を介して、ＬＥＤ６２，６５，６８のカソード端子に接続されている。セグメント側ポートＳＥＧ２から点灯制御用のデータ信号（トランジスタ５５のオン制御信号）を出力することにより、トランジスタ５５が導通状態となってＬＥＤ６２，６５，６８のカソード端子がＧＮＤに接続される。また、セグメント側ポートＳＥＧ２から消灯制御用のデータ信号（トランジスタ５５のオフ制御信号）が出力されているときには、トランジスタ５５が遮断状態となって、ＬＥＤ６２，６５，６８のカソード端子がＧＮＤから遮断された状態となる。

同様に、セグメント側ポートＳＥＧ３は、トランジスタ５６及び抵抗５９を介して、ＬＥＤ６３，６６，６９のカソード端子に接続されている。セグメント側ポートＳＥＧ３から点灯制御用のデータ信号（トランジスタ５６のオン制御信号）を出力することにより、トランジスタ５６が導通状態となってＬＥＤ６３，６６，６９のカソード端子がＧＮＤに接続される。また、セグメント側ポートＳＥＧ３から消灯制御用のデータ信号（トランジスタ５６のオフ制御信号）が出力されているときには、トランジスタ５６が遮断状態となって、ＬＥＤ６３，６６，６９のカソード端子がＧＮＤから遮断された状態となる。

点灯制御部１２は、コモン側ポートＣＯＭ１〜ＣＯＭ３を一つずつ順次選択して（ＣＯＭ１→ＣＯＭ２→ＣＯＭ３→ＣＯＭ１→…）コモン信号を出力する。そして、点灯制御部１２は、このようにコモン信号を順次切り替えて出力した状態で、セグメント側ポートＳＥＧ１〜ＳＥＧ３からＬＥＤ６１〜６９の点灯又は消灯制御用のデータ信号を順次出力することにより、以下の表１に示したように、ＬＥＤ６１〜６９の点灯と消灯を制御する。

次に、図３，４を参照して、出力停止期間設定部１３による処理について説明する。図３は、基準クロックの周波数が第１周波数であるときのコモン側ポートＣＯＭ１，ＣＯＭ２，及びセグメント側ポートＳＥＧ１からの出力と、ＬＥＤ６４の点灯及び消灯の制御状態とを示したタイミングチャートである。

図３に示したように、コモン側ポートＣＯＭ１からコモン信号が出力された状態（図中ＯＮで表示）から、コモン側ポートＣＯＭ２からコモン信号が出力された状態に切り替えるときには、コモン信号の出力重複によるＬＥＤ６４の誤点灯を防止するために、セグメント側ポートＳＥＧ１〜ＳＥＧ３からのデータ信号の出力を停止する出力停止期間（ｔ₁₀〜ｔ₁₃）が設定される。

図３では、コモン側ポートＣＯＭ１，ＣＯＭ２及びセグメント側ポートＳＥＧ１の出力切替時に設定される、プログラムにより設定された一定の待ち時間Ｔd1と、基準クロックの周波数が２Mhzであるときのコモン側ポートＣＯＭ１，ＣＯＭ２及びセグメント側ポートＳＥＧ１の出力切り替え時間（コモン信号の出力と停止の切り替えに要する時間）Ｔe1との合計時間（Ｔd1＋Ｔe1）×３が、出力停止期間（第１出力停止期間）となる。

そして、コモン側ポートＣＯＭ２からコモン信号が出力されている期間（ｔ₁₂〜ｔ₁₅，本発明のコモン信号の出力期間に相当する）と、セグメント側ポートＳＥＧ１からオン制御用のデータが出力されている期間（ｔ₁₃〜ｔ₁₄，本発明の点灯素子の制御期間に相当する）との重複期間であるＴa1（ｔ₁₃〜ｔ₁₄）に、ＬＥＤ６４が点灯状態となる。

なお、コモン側ポートＣＯＭ２からＣＯＭ３への切替え、及びコモン側ポートＣＯＭ３からＣＯＭ１への切替えについても、同様にして出力停止期間が設定される。

ここで、コモン側ポートＣＯＭ１〜ＣＯＭ３及びセグメント側ポートＳＥＧ１〜ＳＥＧ３の出力切替え時間は、基準クロックの周波数が高くなるに従って短くなる。そこで、出力停止期間設定部１３は、クロック周波数切替部１１により、基準クロックの周波数が第１周波数（２ＭＨｚ）から第２周波数（３２ＭＨｚ）に切り替えられたときに、図４に示したように、待ち時間をＴd1からＴd2に変更する処理を行う。

図４は、基準クロックの周波数が第２周波数であるときのコモン側ポートＣＯＭ１，ＣＯＭ２、及びセグメント側ポートＳＥＧ１からの出力と、ＬＥＤ６４の点灯及び消灯の制御状態とを示したタイミングチャートである。図４において、Ｔd2がプログラムによって設定された待ち時間であり、Ｔe2がコモン側ポートＣＯＭ１，ＣＯＭ２及びセグメント側ポートＳＥＧ１における出力切替え時間である。

基準クロックの周波数を第１周波数から第２周波数に切り替えると、それに伴ってコモン側ポート及びセグメント側ポートの出力切替え時間がＴe1（図３参照）からＴe2へと短縮される。そのため、待ち時間がＴd1のままであると、出力停止時間が（Ｔd1＋Ｔe1）×３から（Ｔd1＋Ｔe2）×３へと短縮され、コモン信号の切替え周期（図３のｔ₁₀〜ｔ₁₄，図４のｔ₂₀〜ｔ₂₄）が一定である場合は、ＬＥＤ６４の点灯時間が長くなって使用者がＬＥＤ６４のちらつきを感じるおそれがある。

そこで、出力停止期間設定部１３は、図４に示したように、基準クロックの周波数が第２周波数であるときの待ち時間Ｔd2を、基準クロックの周波数が第１周波数であるときの待ち時間Ｔd1から延長して、基準クロックの周波数が第１周波数から第２周波数に切り替えられても出力停止時間の長さが変わらないようにしている。

すなわち、出力停止期間設定部１３は、基準クロックの周波数が第２周波数であるときの第２出力停止期間（ｔ₂₀〜ｔ₂₃）の長さを、基準クロックの周波数が第１周波数であるときの出力停止期間（ｔ₁₀〜ｔ₁₃）に合わせて、Ｔd2＋Ｔe2＝Ｔd1＋Ｔe1となるように、待ち時間Ｔd2を設定する。

このようにして、基準クロックの周波数が第２周波数であるときの第２出力停止期間を、基準クロックの周波数が第１周波数であるときの第１出力停止期間に合わせて設定することにより、図４に示したように、ＬＥＤ６４（他のＬＥＤ６１〜６３，６５〜６９についても同様）の点灯時間Ｔa2（ｔ₂₃〜ｔ₂₄）を、基準クロックの周波数が第１周波数であるときのＬＥＤ６４の点灯時間Ｔa1（図３参照）と、同じ長さにすることができる。

そのため、ＬＥＤの点灯時間が変化することにより、使用者がＬＥＤのちらつきを感じることを防止することができる。

なお、本実施形態では、基準クロックの周波数が第２周波数であるときの待ち時間Ｔd2を、第１周波数と第２周波数との差に応じて、基準クロックの周波数が第１周波数であるときの待ち時間Ｔd1よりも長くすることによって、基準クロックが第２周波数であるときの出力停止期間（第２出力停止期間）の長さを、基準クロックが第１周波数であるときの出力停止期間（第１出力停止期間）に合わせたが、他の方法により第２出力停止期間の長さを第１出力停止期間に合わせるようにしてもよい。

例えば、第１出力停止期間については、待ち時間を設けずにコモン側ポートの出力切替え時間Ｔe1を第１出力停止期間とし、第２出力停止期間については、コモン側ポートの出力切替時間Ｔe2に第１周波数と第２周波数の差に応じた待ち時間を加算することによって、第２出力停止期間の長さを第１出力停止期間に合わせてもよい。

また、本実施形態では、本発明の点灯素子としてＬＥＤを示したが、他の種類の点灯素子に対しても本発明の適用が可能である。

１０…マイクロコンピュータ、１１…クロック周波数切替部、１２…点灯制御部、１３…出力停止期間設定部１３、１４…クロック回路、２０…スイッチ回路、３０…音声出力回路、３１…スピーカ、４０…通信回路、５０…点灯回路、６０…マトリクス回路、６１〜６９…ＬＥＤ、７０…電池、ＣＯＭ１〜ＣＯＭ３…コモン側ポート、ＳＥＧ１〜ＳＥＧ３…セグメント側ポート。

Claims (3)

1. 複数の出力ポートを有し、基準クロックに同期して作動するマイクロコンピュータと、
   前記基準クロックの周波数を第１周波数と該第１周波数よりも高い第２周波数とに切り替えるクロック周波数切替部と、
   前記複数の出力ポートのいずれかに個別に割当てられた複数のコモン側ポートと複数のセグメント側ポートとをマトリクス状に接続して、該マトリクスの交点に点灯素子を接続した点灯回路とを備え、
   前記マイクロコンピュータは、
   前記複数のコモン側ポートから一つのコモン側ポートを順次選択して、該選択したコモン側ポートからコモン信号を出力すると共に、前記複数のセグメント側ポートから、いずれかの前記コモン信号の出力期間内に設定された前記各点灯素子の制御期間に、点灯制御用又は消灯制御用のデータ信号を順次出力することによって、前記各点灯素子の点灯と消灯とを制御する点灯制御部と、
   前記複数のコモン側ポートの選択を切替えるときに、全てのセグメント側ポートからの前記データ信号の出力を停止する出力停止期間を設定し、前記基準クロックの周波数が前記第２周波数であるときの該出力停止期間である第２出力停止期間の長さを、前記基準クロックの周波数が前記第１周波数であるときの該出力停止期間である第１出力停止期間に合わせて設定する出力停止期間設定部と
   して機能することを特徴とする点灯装置。
2. 請求項１に記載の点灯装置において、
   前記第１出力停止期間の長さは、前記コモン側ポート及び前記セグメント側ポートの出力切替時に設定される所定の待ち時間と、前記コモン側ポート及び前記セグメント側ポートの出力切替えの所要時間とに応じて定まり、
   前記出力停止期間設定部は、前記基準クロックの周波数が前記第２周波数であるときの前記待ち時間を、前記基準クロックの周波数が前記第１周波数であるときの前記待ち時間よりも、前記第１周波数と前記第２周波数との差に応じて長くすることによって、前記第２出力停止期間の長さを前記第１出力停止期間の長さに合わせることを特徴とする点灯装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の点灯装置において、
   前記マイクロコンピュータは、電池から供給される電力により作動することを特徴とする点灯装置。