JP6016347B2 - 光電スイッチ - Google Patents
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Description
緑のLED2のみ点灯する場合(図2(c),(d)のII)、制御信号B”がハイレベルの間、入力端子12からトランジスタQ2へベース電流が流れてオン状態となり、直流電源VccからLED2に電流が流れて点灯する。
この構成の他、並列接続の従来例としては例えば特許文献1がある。
これらの問題を解決するためには、光電スイッチ本体の消費電力を下げることが必要である。
一方、橙LEDと緑LEDを直列に接続すると、橙LEDと緑LEDの発光効率が異なるために、発光効率の悪いLED色(この場合、緑)に電流値を合わせる必要があった。そのため、橙LEDには必要以上の電流が流れることになり、最適化ができなかった。即ち、緑LEDに合わせて、消費電流を過剰に設計する必要があるという課題があった。一方、橙LEDに合わせた電流を流すと、緑LEDは十分な光量が得られない。
特に光電スイッチの場合、利用状況からして、出力表示灯(橙LED)の点灯回数は安定入光表示灯(緑LED)よりも多いため、点灯頻度が低く、かつ、発光効率の悪い緑LEDに合わせた電流を流す必要があった。そのため、低消費電力への最適化の観点では、さらに問題が大きくなっていた。
図1は、この発明の実施の形態1に係るLED点灯装置の駆動回路を示す回路図である。なお、図1において、先立って説明した従来例の図6と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。
なお、図示例では、LED1として1個のLEDを用いているが、これに限定されるものではなく、LEDを複数個直列に接続したLEDアレイをLED1として用いてもよい。同様に、LED2をLEDアレイにしてもよい。
人間の目の時間分解能は、50ms(20Hz)から100ms(10Hz)程度といわれている。例えば白色電球は50Hzの商用周波数の交流信号で点灯するため、1秒間に100回点滅しているが、人間は点滅の知覚ができず残像として認識している。
そこで、LED1,2を、残像として認識できる程度に、最低でも50Hzで間欠点灯させ、これを点灯状態とする。なお、LED1,2を光電スイッチの表示灯に用いる場合は光電スイッチそのものの動作速度とLED素子の応答速度などから10kHz程度で間欠点灯させることが、より好ましい。
図1において、LED1を間欠点灯するための駆動回路101は、カレントミラー回路を構成するNPN型のトランジスタQ1,Q3と、スイッチSW1とから構成されている。トランジスタQ1,Q3のベースは共通接続され、エミッタは接地電位側に接続されている。また、入力電流I1側のトランジスタQ1のベース−コレクタ間は短絡されており、トランジスタQ3のコレクタ電圧が、出力電流を生じさせる側のトランジスタQ1のべースに印加される。出力電流を生じさせる側のトランジスタQ1と直流電源Vccの間にはLED1が接続されている。
スイッチSW1はトランジスタQ1,Q3のベースに接続され、入力端子11からの制御信号Aに従ってこれらベースの接続状態を切り換える。このスイッチSW1としては、バイポーラトランジスタおよび電界効果トランジスタなどのスイッチング素子を用いればよい。
(I)は、LED1のみを点灯する期間の例である。この(I)において、周波数50Hz〜10kHz程度の制御信号AがロウレベルになるとスイッチSW1がオフ(開放)し、入力電流I1がトランジスタQ1,Q3のベースへ流れ、トランジスタQ3に流れる入力電流I1とトランジスタQ1に流れる電流が等しくなり、LED1が点灯する。制御信号AがハイレベルになるとスイッチSW1がオン(短絡)し、入力電流I1が接地電位側へ流れるので、LED1が消灯する。このように、スイッチSW1がオフするとLED1が点灯し、オンすると消灯して間欠点灯するので、連続点灯する場合に比べて消費電流を低減することができる。また、残像として処理される程度の周波数での間欠点灯のため、見かけ上は連続して点灯している状態になり、視認性を損なうことがない。
このようにして、駆動回路101,102それぞれの電流増幅率を調整することにより、発光効率の異なる橙LED1と緑LED2をそれぞれ適切な通電電流で点灯することができる。
図3は、本実施の形態1に係るLED点灯装置の駆動回路の変形例である。この駆動回路101において、トランジスタQ1,Q3のエミッタに抵抗R1,R3がそれぞれ追加された構成である。この抵抗R1,R3の各一端はトランジスタQ1,Q3のエミッタに接続され、各他端は接地電位側に接続されている。このように抵抗R1,R3を追加し、その比率も変更することで、電流I1の数倍〜数百倍の電流をLED1に流すことができる。
駆動回路102も同様に、トランジスタQ2,Q4のエミッタに抵抗R2,R4を追加して、電流I2を増幅した電流をLED2に流すことができる。
図4は、本実施の形態1に係るLED点灯装置の駆動回路の変形例である。この駆動回路101において、トランジスタQ1,Q3へベース電流を供給するためのNPN型のトランジスタQ5が追加された構成である。このトランジスタQ5のベースは電流入力側のトランジスタQ3のコレクタに接続され、トランジスタQ5のコレクタは直流電源Vccに接続され、トランジスタQ5のエミッタはトランジスタQ1,Q3の各ベースに接続され、トランジスタQ5で増幅したエミッタ電流をトランジスタQ1,Q3のベースへ出力する。
スイッチSW3がオン、かつ、スイッチSW5がオフすると、電流I1がトランジスタQ5のベースに流れてコレクタ−エミッタ間が導通する。そして、トランジスタQ5で増幅した電流がトランジスタQ1,Q3のベースに流れて、トランジスタQ1,Q3の各コレクタ−エミッタ間が導通してLED1が点灯する。一方、スイッチSW3がオフ、かつ、スイッチSW5がオンすると、トランジスタQ5のコレクタ−エミッタ間が遮断され、トランジスタQ1,Q3にベース電流が供給されないのでLED1が消灯する。
駆動回路102も同様に、トランジスタQ6、スイッチSW4,SW6を追加して、ベース電流補償型のカレントミラー回路を構成すればよい。
例えば3つのLED1〜3を並列に接続して、それぞれに駆動回路を設けた場合の具体例を説明する。図5はLED1〜3を同時点灯する場合の点灯動作のタイミングチャートであり、ハイレベルが点灯、ロウレベルが消灯を示す。例えば、図5(a)に示すようにLED1〜3をそれぞれ間欠点灯する場合に、点灯タイミングが互いに重ならないように制御すれば、消費電流を効果的に低減することができる。
または、図5(b)に示すように、消費電流の最も大きいLED1が点灯する期間は、消費電流の比較的小さいLED2,3を消灯し、反対にLED2,3が点灯する期間はLED1を点灯するように、間欠点灯の点灯タイミングをずらしてもよい。この場合にも、LED1〜3を同時に連続点灯する場合に比べて、消費電流を低減することができる。
また例えば、このLED点灯装置を適用する電子機器の一例として光電スイッチを説明したが、これに限定されるものではなく、近接スイッチ等に適用してもよい。
10 制御回路
11 入力端子
12 入力端子
101,102 駆動回路
Q1〜Q6 トランジスタ
R1〜R4 抵抗
SW1〜SW6 スイッチ
Claims (3)
- 電源に対して並列に接続された発光効率の異なる2個のLEDと、
前記LED毎に設けられ、前記電源から前記LEDへの電流の供給と停止を切り換える駆動回路と、
前記駆動回路を独立に制御して、前記LED毎に点灯と消灯を行う制御回路とを備え、
前記制御回路は、前記LEDを点灯する場合、人間が視覚的に残像として認識できる程度の速度で点灯と消灯を繰り返して間欠点灯させ、かつ、前記2個のLEDを同時にそれぞれ間欠点灯する場合、一方の前記LEDが点灯している間は他方の前記LEDが消灯するように間欠点灯のタイミングをずらし、
前記駆動回路は、それぞれ2個のトランジスタを備えるカレントミラー回路で構成され、一方の前記LEDに電流を供給する前記カレントミラー回路のトランジスタサイズはN対1(Nは2以上の整数)で、他方の前記LEDに電流を供給する前記カレントミラー回路のトランジスタサイズはM対1(Mは2以上の整数)であり、前記2個のLEDそれぞれに供給する電流を異なる大きさに調整し、
前記制御回路は、前記カレントミラー回路を形成する信号経路内に置かれたスイッチにより前記カレントミラー回路が接地されることで前記LEDを消灯させる
ことを特徴とする光電スイッチ。 - 前記カレントミラー回路の前記トランジスタのエミッタに抵抗を有することを特徴とする請求項1記載の光電スイッチ。
- 間欠点灯の速度は、50Hzから10kHzの範囲内とすることを特徴とする請求項1記載の光電スイッチ。
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