JP6179212B2 - 光源駆動装置および光照射装置 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば、被照射面に対し、規定したパワー密度分布で可視または紫外、赤外の光を照射するための光照射装置などの光学装置において使用可能な、可視または紫外、赤外の、複数個のLEDやLDなどの光源素子を点灯するための光源駆動装置に関する。
例えば紫外の波長領域であれば、これまで、接着剤やインク等の硬化、あるいは有機物分解や殺菌などのための光照射装置の光源としては、水銀などを発光物質とする放電ランプが用いられて来た。しかしながら、放電ランプの場合、駆動回路の回路構成はインバータのような複雑なものとなるし、始動・点灯に際して高い電圧が必要なため取扱いが難しい、あるいはランプでの発熱損失が比較的大きい、寿命が短い、などの欠点を有していた。
これらの欠点を克服した代替光源として、近年、LED等の固体光源素子が注目されている。特にLEDの場合、点灯のための駆動回路については、基本的に直流定電流回路によって実現が可能であるため、放電ランプ用のものに比して回路構成が比較的簡単で、低コスト化し易いという利点がある。しかし、広い面積に対して高いパワー密度で光照射を行う場合は、多数の光源素子を同時に駆動する必要があり、その実現に向けては、解決すべき幾つかの課題が存在している。
先ず、従来の光源駆動装置の一種を簡略化して示すブロック図である図17を用いて従来技術について説明する。光源駆動装置は、複数の光源素子(Y1,Y2,Y3,…)を点灯するため、それぞれに対応する光源駆動回路(P1’,P2’,P3’,…)を備えている。前記光源駆動回路(P1’,P2’,P3’,…)は、前記光源素子(Y1,Y2,Y3,…)それぞれに所定の電力を供給するため、直流電源(Mx)からの出力を変換するためのコンバータ(Ux1’,Ux2’,Ux3’,…)をそれぞれ有している。
前記直流電源(Mx)からの出力を、オン状態またはオフ状態の何れかに切換えるため、前記コンバータ(Ux1’,Ux2’,Ux3’,…)は、それぞれFET等を用いたスイッチ素子(図示を省略)を具備しており、制御回路(Fx’)から送信される目標電力信号(Ss1’,Ss2’,Ss3’,…)に基づく目標電力が実現されるよう、前記スイッチ素子のオン・オフ周期に対するオン状態期間の比、すなわちデューティサイクル比をフィードバック制御する。前記したスイッチ素子のオン遷移タイミングおよびオン・オフ周期は、前記光源駆動回路(P1’,P2’,P3’,…)それぞれに設けられている発振器(Osc1,Osc2,Osc3,…)それぞれからのスイッチタイミング信号(Ec1’,Ec2’,Ec3’,…)によって規定される。
ところが、前記発振器(Osc1,Osc2,Osc3,…)は独立に動作するため、前記スイッチタイミング信号(Ec1’,Ec2’,Ec3’,…)は互いに非同期であり、例えば前記光源駆動回路(P1’,P2’,P3’,…)のなかの任意の2個に注目すると、それぞれが有する2個のスイッチ素子のオン遷移が重なる現象が、それぞれの前記スイッチタイミング信号の周波数差で決まる周波数で、周期的に発生し、このとき、大きなノイズを生じることになる。
前記したフィードバック制御を実現するための回路方式には種々のものがあるが、特に、近年多用されるようになったカレントモードに基づくフィードバック制御方式の場合、回路に流れるピーク電流を検出して動作させるが、損失増大や特性劣化を避けるために、電流検出抵抗は小さい値のものを使う必要があり、そのため、電流検出信号は微弱にならざるを得ず、特に複数のスイッチングコンバータを並列動作させた場合は、スイッチングノイズの相互干渉を受けて、電流波形の擾乱を生じ易い欠点を有しており、そのため、前記した2個のスイッチ素子のオン遷移が重なる際に発生するノイズに起因して、電力制御の擾乱が発生してしまう。そしてこの擾乱は、前記したように、2個のスイッチタイミング信号の周波数差によってビート的に発生することになる。
この様子は、従来の光源駆動装置の一種の一部の動作を簡略化して示す概念図である図18に示すようである。図18のaは光源素子(Y1)の電流波形、bは光源素子(Y2)の電流波形、cは光源素子(Y3)の電流波形の、本来のスイッチング動作に起因する正常な変動成分(細かなリプル等)を除去して描いたものである。前記発振器(Osc1,Osc2,Osc3,…)それぞれの発振周波数をいくら正確に合わせても周波数差は不可避的に発生するため、前記発振器(Osc1,Osc2,Osc3,…)が独立である限り、いま述べた電力制御の擾乱がビート的に発生する現象が避けられず、安定した電力制御が困難であるという問題があった。
前記した問題を解決するために、前記光源駆動回路(P1’,P2’,P3’,…)それぞれに前記発振器(Osc1,Osc2,Osc3,…)を独立に設ける代わりに、1個の信号に基づいて全てのコンバータを動作させることが考えられる。これを実現するものとして、従来よりも改善された光源駆動装置の一種を簡略化して示すブロック図である図19を用いて説明する。制御回路(Fx’)は、コンバータ(Ux1’,Ux2’,Ux3’,…)それぞれの動作に必要なスイッチタイミング信号(Ec’)を生成し、光源駆動回路(P1’,P2’,P3’,…)に送信するように構成することにより、前記した、2個のスイッチ素子のオン遷移が重なる場合と重ならない場合の複数の場合が発生しなくなるため、前記した、電力制御の擾乱がビート的に発生する現象をある程度は抑制することができるかも知れない。
しかしながら、この構成の光源駆動装置では、前記コンバータ(Ux1’,Ux2’,Ux3’,…)が同じタイミングで動作するため、依然としてそれぞれのスイッチ素子のオン遷移が同じタイミングであり、大きなノイズが発生することに変わりは無く、さらに前記コンバータ(Ux1’,Ux2’,Ux3’,…)の全てが同じタイミングで前記直流電源(Mx)から電流を引出す、新たな課題が生じることになる。そのため、その瞬間に、前記直流電源(Mx)の出力電圧の低下が発生する問題があり、またこれを避けるために、前記直流電源(Mx)の出力部、または前記コンバータ(Ux1’,Ux2’,Ux3’,…)それぞれの入力部に大容量の平滑コンデンサを搭載する必要が生じる。その結果、前記直流電源(Mx)または前記光源駆動回路(P1’,P2’,P3’,…)が大型化し、かつ高コスト化する問題がある。
そして、制御回路(Fx’)から光源駆動回路(P1’,P2’,P3’,…)を統合的に制御するために、それぞれに対して個別に目標電力信号やスイッチタイミング信号を送信する方式の構成の場合は、前記光源駆動回路(P1’,P2’,P3’,…)の個数が大きくなると、信号線の本数や制御回路(Fx’)のIOポートの数が多数になり、必要な回路リソースが増して、高コスト化する問題がある。
一方、特開2011−192399号公報には、所定の発振周波数でスイッチング素子を継続的にオン・オフ制御してLEDに給電する期間と、発振を停止してLEDに給電しない期間とを交互に設け、それら期間の比を設定することにより、調光が可能なLED給電回路があって、その複数個(n個)を並列運転するものにおいて、所定の周期Tのなかで、それぞれのLED給電回路の発振期間の開始タイミングに対し、T/nづつの時間差を設けるものが記載されている。しかし、この技術では、全部のLED給電回路の巨視的な動作期間が同一期間に集中しないように制御できるため、ノイズの発生や、DC電源からの電流の引出しが、巨視的な一時期に集中ことを避けることができ、一定の効果は期待できるが、複数あるLED給電回路のオン・オフ動作は互いに非同期であるため、前記したスイッチング素子の微視的なオン遷移タイミングの重なりは回避できず、前記した問題は解決できなかった。
特開2011−192399号
本発明が解決しようとする課題は、複数個の光源駆動回路を統合的に制御して、前記光源駆動回路それぞれに対して独立に目標出力電力を設定し、それがフードバック制御によって達成されるようにした光源駆動装置を提供することにある。
本発明における第1 の発明の光源駆動装置は、複数の光源素子( Y 1 a , Y 1 b , … ,Y 2 a , … ) を駆動するために前記光源素子( Y 1 a , Y 1 b , … , Y 2 a , … ) それぞれに対応して設けられ、少なくとも1 個のスイッチ素子( Q 1 a , … ) を有し、直流電源( M x ) からの電流に対する前記スイッチ素子( Q 1 a , … ) を用いたスイッチング動作によって前記光源素子( Y 1 a , Y 1 b , … , Y 2 a , … ) それぞれに対する出力電力を制御する複数の光源駆動回路( P 1 a , P 1 b , … , P 2 a , … ) と、前記光源駆動回路( P 1 a , P 1 b , … , P 2 a , … ) それぞれのスイッチング動作のオン遷移のタイミングを規定するオン遷移タイミング信号( E t 1 , E t 2 , … ) と、前記光源駆動回路( P1 a , P 1 b , … , P 2 a , … ) それぞれの出力電力の目標値を規定する目標電力情報(E z 1 , E z 2 , … ) とを前記光源駆動回路( P 1 a , P 1 b , … , P 2 a , … ) に対して送信する統合制御回路( F x ) と、を具備する光源駆動装置であって、前記光源駆動回路( P 1 a , P 1 b , … , P 2 a , … ) のそれぞれは、複数設けた光源駆動グループ( U1 , U 2 , … ) の何れかに属しており、同じ前記光源駆動グループ( U 1 ) に属する前記光源駆動回路( P 1 a , P 1 b , … ) のそれぞれは、同じ前記オン遷移タイミング信号(E t 1 ) と同じ前記目標電力情報( E z 1 ) を受信するよう構成されており、前記統合制御回路( F x ) は、前記光源駆動グループ( U 1 , U 2 , … ) の何れの2 個の前記オン遷移も同時にはならないよう、前記オン遷移タイミング信号( E t 1 , E t 2 , … ) の生成を行うとともに、前記光源駆動グループ( U 1 , U 2 , … ) それぞれに対して独立に前記目標電力情報( E z 1 , E z 2 , … ) の生成を行うことによって、前記光源駆動回路( P1 a , P 1 b , … , P 2 a , … ) を統合的に制御するものであって、前記光源駆動回路(P 1 a , P 1 b , … , P 2 a , … ) は、さらに自身の出力電力に相関する量を検出して電力相関信号( S p 1 , S p 2 , … ) を生成する電力検出手段( P x 1 , … ) を有しており、前記光源駆動回路( P 1 a , P 1 b , … , P 2 a , … ) は、自身に割り当てられた前記目標電力情報( E z 1 , E z 2 , … ) を取得して目標電力信号( S s 1 , S s 2 , … ) を生成し、さらに自身に割り当てられた前記オン遷移タイミング信号( E t 1 , E t 2 , …
) に従って前記スイッチ素子( Q 1 a , … ) をオン遷移させた後、前記スイッチ素子( Q1 a , … ) をオフ遷移させるタイミングを、前記目標電力信号( S s 1 , S s 2 , … ) と前記電力相関信号( S p 1 , S p 2 , … ) との差異が小さくなるようフィードバック制御によって決定するオフ遷移タイミング回路( U f 1 , … ) を前記光源駆動回路( P 1 a ,P 1 b , … , P 2 a , … ) がさらに有し、前記光源駆動回路は平滑コンデンサを備えるスイッチングコンバータ回路であることを特徴とするものである。
本発明における第2の発明の光源駆動装置は、前記統合制御回路(Fx)は、前記光源駆動グループ(U1,U2,…)のうちの1個に対する前記オン遷移から、その次に前記オン遷移を生ずる前記光源駆動グループ(U1,U2,…)に対する前記オン遷移までの時間間隔が、全て略等間隔となるよう、前記オン遷移タイミング信号(Et1,Et2,…)の生成を行うことを特徴とするものである。
本発明における第3の発明の光源駆動装置は、前記オン遷移タイミング信号(Et1,Et2,…)は、前記光源駆動グループ(U1,U2,…)それぞれに対して別個の信号が送信されることを特徴とするものである。
本発明における第4の発明の光源駆動装置は、前記オン遷移タイミング信号(Et1,Et2,…)は前記光源駆動グループ(U1,U2,…)の全てに対して共通の信号が送信され、さらに前記光源駆動グループ(U1,U2,…)のうちの特定の1個に対する前記オン遷移に同期したシーケンス初期化信号(Si)が前記光源駆動回路(P1a,P1b,…,P2a,…)の全てに対し共通に送信されることを特徴とするものである。
本発明における第5の発明の光源駆動装置は、前記目標電力情報(Ez1,Ez2,…)は、前記オン遷移タイミング信号(Et1,Et2,…)のパルス幅として前記オン遷移タイミング信号(Et1,Et2,…)に乗せられることを特徴とするものである。
本発明における第6の発明の光源駆動装置は、前記目標電力情報(Ez1,Ez2,…)は、前記オン遷移タイミング信号(Et1,Et2,…)の振幅として前記オン遷移タイミング信号(Et1,Et2,…)に乗せられることを特徴とするものである。
本発明における第7の発明の光源駆動装置は、さらに目標電力規定信号(Sa)が前記光源駆動回路(P1a,P1b,…,P2a,…)の全てに対し共通に送信され、前記目標電力情報(Ez1,Ez2,…)は、前記オン遷移タイミング信号(Et1,Et2,…)のオン遷移タイミングにおける振幅として前記目標電力規定信号(Sa)に乗せられることを特徴とするものである。
本発明における第8の発明の光源駆動装置は、前記統合制御回路(Fx)は、さらに前記光源駆動グループ(U1,U2,…)それぞれに対する出力電力の目標値の設定パターンについての複数の設定パターンデータ(Sr)を記憶する電力設定パターンデータ記憶部(Um)と、外部装置(Uo)と通信を行うための外部インターフェイス(Ut)と、を有し、前記統合制御回路(Fx)は、前記外部インターフェイス(Ut)を介して電力設定パターン選択信号(Sg)を受信すると、該電力設定パターン選択信号(Sg)に基づき前記電力設定パターンデータ記憶部(Um)より前記設定パターンデータ(Sr)のうちの1個を読出し、読出された前記設定パターンデータ(Sr)に基づいて、前記光源駆動グループ(U1,U2,…)それぞれに対する前記オン遷移タイミング信号(Et1,Et2,…)の生成と前記目標電力情報(Ez1,Ez2,…)の生成とを行うことを特徴とするものである。
本発明における第9の発明の光源駆動装置は、前記光源素子(Y1a,Y1b,…,Y2a,…)とそれを駆動する前記光源駆動回路(P1a,P1b,…,P2a,…)からなる組の何れかの故障を検知した場合、前記統合制御回路(Fx)は、故障を検知した前記組の前記光源駆動回路(P1a,P1b,…,P2a,…)の動作を停止させるとともに、故障による光量の低下を補うために前記光源駆動回路(P1a,P1b,…,P2a,…)それぞれに対する出力電力の目標値の設定パターンを変更することを特徴とするものである。
複数個の光源駆動回路を統合的に制御して、前記光源駆動回路それぞれに対して独立に目標出力電力を設定し、それがフードバック制御によって達成されるようにした光源駆動装置を提供することができる。
本発明の光源駆動装置を簡略化して示すブロック図を表す。 本発明の光源駆動装置の一部を簡略化して示す模式図を表す。 本発明の光源駆動装置の一部の動作を簡略化して示す概念図を表す。 本発明の光源駆動装置の一部を簡略化して示す模式図を表す。 本発明の光源駆動装置の一部の動作を簡略化して示す概念図を表す。 本発明の光源駆動装置の一部の動作を簡略化して示す概念図を表す。 本発明の光源駆動装置を簡略化して示すブロック図を表す。 本発明の光源駆動装置の一部の動作を簡略化して示す概念図を表す。 本発明の光源駆動装置の一部を簡略化して示す模式図を表す。 本発明の光源駆動装置の一部の動作を簡略化して示す概念図を表す。 本発明の光源駆動装置の一部の動作を簡略化して示す概念図を表す。 本発明の光源駆動装置を簡略化して示すブロック図を表す。 本発明の光源駆動装置の一部の動作を簡略化して示す概念図を表す。 本発明の光源駆動装置を簡略化して示すブロック図を表す。 本発明の光源駆動装置の一部を簡略化して示す模式図および概念図を表す。 本発明の光源駆動装置の一部を簡略化して示す概念図を表す。 従来の光源駆動装置の一種を簡略化して示すブロック図を表す。 従来の光源駆動装置の一種の一部の動作を簡略化して示す概念図を表す。 従来よりも改善された光源駆動装置の一種を簡略化して示すブロック図を表す。
先ず、本発明の光源駆動装置を簡略化して示すブロック図である図1を用いて本発明を実施するための形態について説明する。本発明の光源駆動装置は、LED等からなる、複数の光源素子(Y1a,Y1b,Y2a,…)それぞれに対応して、独立に駆動するための光源駆動回路(P1a,P1b,P2a,…)を備えている。ここでは、前記光源素子(Y1a,Y1b,Y2a,…)それぞれが、LDやLED等の発光素子の複数個の直列接続であるものを例として挙げたが、当然、1個単独、または複数個の並列接続、複数個の並列接続の複数個の直列接続などであっても構わない。
前記光源駆動回路(P1a,P1b,P2a,…)は、それぞれ光源駆動グループ(U1,U2,…)に所属しており、図においては、前記光源駆動グループ(U1)には2個の前記光源駆動回路(P1a,P1b)を、前記光源駆動グループ(U2)には1個の前記光源駆動回路(P2a)を配置する例を示している。前記光源駆動回路(P1a,P1b,P2a,…)は、それぞれコンバータ(Ux1a,Ux1b,Ux2a,…)を備えており、光源素子(Y1a,Y1b,Y2a,…)に電流を供給する。
後述する図2に示すように、前記コンバータ(Ux1a,Ux1b,Ux2a,…)は、それぞれスイッチ素子(Q1a,…)を備えており、そのスイッチング動作によって、直流電源(Mx)からの電流を前記光源素子(Y1a,Y1b,Y2a,…)に供給することができる。また前記コンバータ(Ux1a,Ux1b,Ux2a,…)の前記スイッチ素子(Q1a,…)は、スイッチゲート駆動回路(Uv1a,…)により駆動され、また前記スイッチゲート駆動回路(Uv1a,…)は、前記スイッチ素子(Q1a,…)それぞれに対応するスイッチタイミング信号(Ec1,Ec2,…)と、前記光源素子(Y1a,Y1b,Y2a,…)それぞれに対応する目標電力信号(Ss1,Ss2,…)とを、タイミング信号受信回路(Uw1a,Uw1b,Uw2a,…)から供給される。
前記タイミング信号受信回路(Uw1a,Uw1b,Uw2a,…)それぞれは、統合制御回路(Fx)から、1個のオン遷移タイミング信号(Et1,Et2,…)を受信することにより、前記スイッチタイミング信号(Ec1,Ec2,…)と、目標電力情報たる前記目標電力信号(Ss1,Ss2,…)との2個の信号を生成する。すなわち、前記オン遷移タイミング信号(Et1,Et2,…)は、前記スイッチ素子(Q1a,…)のオン遷移のタイミングを規定する機能に加え、前記コンバータ(Ux1a,Ux1b,Ux2a,…)におけるフィードバック制御の目標を規定する機能の2つの機能を担っている。
言い換えれば、前記統合制御回路(Fx)は、オン遷移のタイミングを規定するタイミング信号に乗せて、あるいは関連付けて、目標電力情報(Ez1,Ez2,…)が前記タイミング信号受信回路(Uw1a,Uw1b,Uw2a,…)に届くよう、前記オン遷移タイミング信号(Et1,Et2,…)を生成する。その意味で、前記目標電力情報(Ez1,Ez2,…)は独立した信号とは言い難く、よって図においては破線で記載してある。ただし、前記目標電力情報(Ez1,Ez2,…)の送り方には、後述するように複数の形態がある。
このようにして、前記目標電力情報(Ez1,Ez2,…)を送るようにすることにより、前記光源駆動グループ(U1,U2,…)毎に前記目標電力信号(Ss1,Ss2,…)を送る場合に比べて、信号線の本数を減らすことができるため、特に前記光源駆動グループ(U1,U2,…)の個数が大きい場合に、回路リソースの低減に効果を発揮する。なお、前記統合制御回路(Fx)は、いま述べたような高度な機能を実現する必要があるため、マイクロプロセッサなどを用いて構成することが好適である。
本光源駆動装置の、前記光源駆動回路(P1a,P1b,…,P2a,…)は、前記光源駆動グループ(U1,U2,…)でグルーピングされており、前記統合制御回路(Fx)は、前記光源駆動グループ(U1,U2,…)のそれぞれに対応した前記オン遷移タイミング信号(Et1,Et2,…)を送出する。1個の前記光源駆動グループ(U1)に複数の前記光源駆動回路(P1a,P1b)を配置する場合もあれば、また1個の前記光源駆動グループ(U2)に1個の前記光源駆動回路(P2a)を配置する場合があってもよく、配置形態のパターンは、各設計事案に応じて自由に設定できる。
ただし、前記光源駆動グループの何れの2個をとっても、それらのオン遷移が同時になることがないように前記オン遷移タイミング信号(Et1,Et2,…)を送出することが重要である。このようにすることにより、前記した、電力制御の擾乱がビート的に発生する現象を抑制することができる。前記したように、特に、近年多用されるようになったカレントモードに基づくフィードバック制御方式の場合、回路に流れるピーク電流を検出して動作させるが、損失増大や特性劣化を避けるために、電流検出抵抗は小さい値のものを使う必要があり、そのため、電流検出信号は微弱にならざるを得ず、特に複数のスイッチングコンバータを並列動作させた場合は、スイッチングノイズの相互干渉を受けて、電流波形の擾乱を生じ易い欠点を有しているが、本発明の技術は、このような条件において適用することが好適である。
なお、図1においては、前記光源駆動グループ(U1)の前記光源駆動回路(P1a,P1b)それぞれに対して前記タイミング信号受信回路(Uw1a,Uw1b)を設けるものを例示してあるが、これらは、同じ前記オン遷移タイミング信号(Et1)と前記目標電力情報(Ez1)を受けて、同じ前記スイッチタイミング信号(Ec1)と前記目標電力信号(Ss1)を生成するため、共通の1個のもので処理させるようにすることにより、部品点数を削減することが可能である。逆に、図1の構成のように、前記光源駆動回路(P1a,P1b,P2a,…)それぞれに前記タイミング信号受信回路(Uw1a,Uw1b,Uw2a,…)を設ける場合は、もし前記光源素子(Y1a,Y1b,Y2a,…)の仕様が全て同じであれば、前記光源駆動回路(P1a,P1b,P2a,…)は全て同一仕様のモジュール(差異は実装オプションにより対応)を並べることで実現することができる利点がある。
また、図1においては前記直流電源(Mx)の図示は省略してあるが、前記直流電源(Mx)は、前記光源駆動回路(P1a,P1b,P2a,…)毎に配置しても良いし、前記光源駆動グループ(U1,U2,…)毎に配置しても良く、また、前記光源駆動グループ(U1,U2,…)の全てに対し、一括して単独のものを配置しても良い。
次に、本発明の光源駆動装置の一部を簡略化して示す模式図である図2を用いて前記コンバータ(Ux1a)の構成について説明する。前記コンバータ(Ux1a)は、昇圧チョッパ方式のスイッチングコンバータ回路によって実現され、前記直流電源(Mx)を電源として、前記光源素子(Y1a)の状態あるいは点灯シーケンスに応じて、適合する電圧・電流を出力する。
スイッチングコンバータ回路は、インダクタ(Lx)と前記スイッチ素子(Q1a)、平滑コンデンサ(Cx)、およびスイッチゲート駆動回路(Uv1a)から構成される。なお、スイッチングコンバータ回路として、ここで示した昇圧チョッパ方式のもの以外にも、前記直流電源(Mx)の出力電圧と前記光源素子(Y1a)への印加電圧との大小関係などの諸条件に応じて、例えば降圧チョッパ方式や反転チョッパ方式など、最適の方式の回路を採用すればよい。
前記コンバータ(Ux1a)は、フィードバック制御のために電力検出手段(Px1,…)を備えており、前記光源素子(Y1a)に流れる電流を、シャント抵抗(R3)の両端の電位差によって検出し、これを前記コンバータ(Ux1a)による前記光源素子(Y1a)への投入電力に相関する電力相関信号(Sp1)として前記スイッチゲート駆動回路(Uv1a)に送出する。ただし、図においては、前記電力相関信号(Sp1)は、前記シャント抵抗(R3)の両端の電位である抵抗両端電位信号(Sip,Sin)により代用し、電位差の算出は、前記スイッチゲート駆動回路(Uv1a)内のアナログ演算で実現するものとしている。また必要に応じ、前記光源素子(Y1a)に印加される電圧を分圧抵抗(R1,R2)によって検出して光源素子印加電圧信号(Sv)を生成し、前記スイッチゲート駆動回路(Uv1a)に送出する。
なお、電力相関信号として前記光源素子(Y1a)に流れる電流を採用する理由は、特に前記光源素子(Y1a)がLEDやLD等のダイオード素子の場合、光源素子に流す電流を変化させても、その両端に発生する電圧の変化は小さく、これを近似的に一定と見れば、電力値は流れる電流値に近似的に比例するし、一定と見なせない場合でも、正確な比例ではないが、電力値が電流値に強く相関するからである。前記光源素子(Y1a)の電流に対する発生電圧の特性のバラツキを含め、正確な投入電力値によって制御を行いたい場合は、前記光源素子印加電圧信号(Sv)と前記抵抗両端電位信号(Sip,Sin)に基づく電流値との積によって電力相関信号(Sp1)を生成すればよい。
前記スイッチゲート駆動回路(Uv1a)においては、前記電力相関信号(Sp1)と目標電力信号(Ss1)との差異が小さくなるようにフィードバック制御を行う。具体的には、前記スイッチ素子(Q1a)のオン状態のデューティサイクル比を制御して前記光源素子(Y1a)に所望の目標電力が投入されるように出力電流を制御する。
前記スイッチゲート駆動回路(Uv1a)は、前記スイッチ素子(Q1a)のオンタイミングを規定した前記オン遷移タイミング信号(Et1)を受信する度に、これに同期して前記スイッチ素子(Q1a)をオン遷移させ、ある時間長さを有するオン期間(τ1)の後に前記スイッチ素子(Q1a)をオフ遷移させることを繰り返す。そして、前記電力相関信号(Sp1)と目標電力信号(Ss1)との差異が小さくなるように前記オン期間(τ1)の長さに対してフィードバック制御を行う。なお、後述するようにカレントモードによるフィードバック制御に必要な、前記スイッチ素子(Q1a)に流れる電流値に相関するスイッチ電流検出信号(Siq)を生成するために、シャント抵抗(R4)を設けてある。
さらに、本発明の光源駆動装置の一部の動作を簡略化して示す概念図である図3を用いて前記コンバータ(Ux1a)の動作について説明する。図3のaは前記スイッチ素子(Q1a)に流れる電流波形、bは前記スイッチ素子(Q1a)を駆動するためのゲート信号(Sq)、cは前記インダクタ(Lx)に流れる電流波形を模式的に示す。
前記コンバータ(Ux1a)では、前記スイッチゲート駆動回路(Uv1a)からの前記スイッチ素子(Q1a)を駆動するための前記ゲート信号(Sq)を受けて、前記スイッチ素子(Q1a)をオン遷移させる。すると、前記スイッチ素子(Q1a)は、前記インダクタ(Lx)を介して電流が増加するように流れ、前記インダクタ(Lx)に磁気エネルギーが蓄えられる。その後、前記スイッチ素子(Q1a)がオフ遷移すると、蓄えられた磁気エネルギーを解放しながら前記インダクタ(Lx)から減少するように電流が流れ続け、この電流は、平滑コンデンサ(Cx)を充電する。
図に記載した波形は連続モードと呼ばれる動作様式のものであり、その場合は前記コンバータ(Ux1a)の出力電圧は、前記スイッチ素子(Q1a)のデューティサイクル比により決定される。すなわち、出力電圧は、前記スイッチ素子(Q1a)のオン期間(τ1)およびオフ期間(τ2)に対し、(τ1+τ2)/τ2 と入力電源電圧との積で決まるから、スイッチング周期 τ1+τ2 が一定であれば、オン期間(τ1)またはオフ期間(τ2)を調整することにより、前記光源素子(Y1a)への投入電力が調整可能であることが判る。そして前記したように、前記電力相関信号(Sp1)と目標電力信号(Ss1)との差異が小さくなるように前記オン期間(τ1)の長さに対してフィードバック制御することができる。
次に、本発明の光源駆動装置の一部を簡略化して示す模式図である図4を用いて前記スイッチゲート駆動回路(Uv1a)の構成について説明する。本図は、カレントモードでの代表的なスイッチングLEDコントローラIC(例えば、Linear Technology Corporation製のLT3755など)の簡略化した構成を示しており、前記スイッチ素子(Q1a)を制御する前記ゲート信号(Sq)の出力端子、および前記スイッチタイミング信号(Ec1)の入力端子、前記スイッチ素子(Q1a)に流れる電流を検出する前記スイッチ電流検出信号(Siq)の入力端子、前記電力相関信号(Sp1)たる前記抵抗両端電位信号(Sip,Sin)の入力端子、そして前記目標電力信号(Ss1)の入力端子を備える。
前記スイッチ素子(Q1a)はゲート回路(Gg)を介してフリップフロップ(FF)の動作により制御される。モノステーブルマルチバイブレータ(MM)は、前記スイッチタイミング信号(Ec1)を受信する度毎に短い一定の期間だけアクティブな初期化信号(Sfs)を生成する。前記フリップフロップ(FF)のセット端子に前記初期化信号(Sfs)が接続されているため、前記フリップフロップ(FF)の出力は、前記スイッチタイミング信号(Ec1)を受信する度毎にオン遷移する。オン遷移した前記フリップフロップ(FF)は、そのリセット端子においてオフ遷移タイミング回路(Uf1)で生成される電流超過信号(Sfr)を受信するとオフ遷移する。
ところで、前記スイッチ電流検出信号(Siq)は、図3のaと相似の波形を有するが、これは、増幅器(Amp1)によって必要な振幅に増幅された後、前記オフ遷移タイミング回路(Uf1)に入力される。前記オフ遷移タイミング回路(Uf1)内では、傾斜補正信号生成回路(Ramp)が、前記初期化信号(Sfs)を受けて、前記スイッチ電流検出信号(Siq)と似た波形を有する傾斜補正信号を生成し、これを前記した前記スイッチ電流検出信号(Siq)の増幅された信号に対し、加算器(Σ)によって加算して電流ピーク信号(St)を生成し、これと誤差変換回路(Uh1)からの誤差変換信号(Sir)とを、比較器(Cmp)によって比較し、前記電流ピーク信号(St)が前記誤差変換信号(Sir)を超えた時点で前記電流超過信号(Sfr)を送出する。
前記誤差変換回路(Uh1)では、前記電力相関信号(Sp1)たる前記抵抗両端電位信号(Sip,Sin)が差動増幅器(Amp2)によって電位差信号、すなわち光源電流信号(Sj)に変換され、前記誤差変換回路(Uh1)に入力される。前記誤差変換回路(Uh1)には、さらに前記目標電力信号(Ss1)が入力され、これと前記光源電流信号(Sj)との大小関係に依存した前記誤差変換信号(Sir)を生成する。もし、前記光源電流信号(Sj)が前記目標電力信号(Ss1)より小さい場合、即ち光源の電力が目標より不足する場合は、前記誤差変換信号(Sir)を大きくするように動作し、逆に前記光源電流信号(Sj)が前記目標電力信号(Ss1)より大きい場合、即ち光源の電力が目標より超過する場合は、前記誤差変換信号(Sir)を小さくするように動作する。
その結果、前記スイッチ素子(Q1a)のオフ遷移は、光源の電力が目標より不足する場合は遅くなり、逆に光源の電力が目標より超過する場合は早くなるように動作するため、結局、前記電力相関信号(Sp1)と目標電力信号(Ss1)との差異が小さくなるようにフィードバック制御が達成される。
次に、本発明の光源駆動装置の一部の動作を簡略化して示す概念図である図5を用いて本発明を実施するための形態について説明する。ここでは、一例として、光源駆動装置が3個の光源駆動グループ(U1,U2,U3)で構成されるものとする。図5のaは前記光源駆動グループ(U1)に対するオン遷移タイミング信号(Et1)、bは前記光源駆動グループ(U2)に対するオン遷移タイミング信号(Et2)、cは前記光源駆動グループ(U3)に対するオン遷移タイミング信号(Et3)それぞれの波形を模式的示す。
この場合、前記統合制御回路(Fx)は、3個の光源駆動グループ(U1,U2,U3)それぞれに対して、矩形波の3相のオン遷移タイミング信号(Et1,Et2,Et3)を送信する。前記光源駆動グループ(U1,U2,U3)それぞれは、受信した前記オン遷移タイミング信号(Et1,Et2,Et3)の立ち上りにて、自身に属するスイッチ素子(Q1a,…)をオン遷移させる。このとき、前記統合制御回路(Fx)は、前記光源駆動グループ(U1)のオン遷移から前記光源駆動グループ(U2)のオン遷移までの期間(t1)、前記光源駆動グループ(U2)のオン遷移から前記光源駆動グループ(U3)のオン遷移までの期間(t2)、前記光源駆動グループ(U3)のオン遷移から前記光源駆動グループ(U1)のオン遷移までの期間(t3)について、t1=t2=t3 の関係が概ね成り立つように前記オン遷移タイミング信号(Et1,Et2,Et3)を生成することが好適である。
このようにすると、前記直流電源(Mx)を、前記光源駆動グループ(U1,U2,…)の全てに対し、一括して単独のものを配置する場合においても、前記光源駆動回路(P1a,P2a,…)が発生させる、前記直流電源(Mx)の出力におけるリプル変動を均等にでき、前記直流電源(Mx)の出力部に設置する平滑コンデンサの負担を軽減できるし、コンバータ(Ux1a,Ux2a,…)の入力部に大きな平滑コンデンサを設ける必要もない。
当然ながら、前記光源駆動グループの何れの2個をとっても、それらのオン遷移が同時になることがないため、前記した、電力制御の擾乱がビート的に発生する現象を抑制することができる。この様子については、本発明の光源駆動装置の一部の動作を簡略化して示す概念図である図6に示すようである。これは、図5に示した前記オン遷移タイミング信号(Et1,Et2,Et3)に基づき動作する本発明の光源駆動装置による光源素子の電流波形を表している。図6のaは光源素子(Y1a)の電流波形、bは光源素子(Y2a)の電流波形、cは光源素子(Y3a)の電流波形であり、前記した従来技術に基づく光源駆動装置による光源素子の電流波形を表した図18と同様に本来のスイッチング動作に起因する正常な変動成分(細かなリプル等)を除去して描いたものであり、両図を比較すれば判るように、前記した擾乱の抑制効果が見られた。
次に、本発明の光源駆動装置を簡略化して示すブロック図である図7を用いて本発明を実施するための形態について説明する。本形態の光源駆動装置では、統合制御回路(Fx)は、光源駆動グループ(U1,U2,…)の全てに対し、共通のオン遷移タイミング信号(Et)を供給する。ただし、前記オン遷移タイミング信号(Et)に加えて、同じく光源駆動グループ(U1,U2,…)の全てに対し、共通のシーケンス初期化信号(Si)を供給する。
さらに、本発明の光源駆動装置の一部の動作を簡略化して示す概念図である図8を用いて本形態について説明する。ここでは、一例として、光源駆動装置が3個の光源駆動グループ(U1,U2,U3)で構成されるものとする。図8のaは前記統合制御回路(Fx)からの前記オン遷移タイミング信号(Et)、bは前記統合制御回路(Fx)からの前記シーケンス初期化信号(Si)、cは前記光源駆動グループ(U1)におけるスイッチタイミング信号(Ec1)、dは前記光源駆動グループ(U2)におけるスイッチタイミング信号(Ec2)、eは前記光源駆動グループ(U3)におけるスイッチタイミング信号(Ec3)の波形を示す。
前記光源駆動グループ(U1,U2,…)それぞれのタイミング信号受信回路(Uw1a,Uw2a,…)は、オン遷移タイミング信号(Et)に含まれるパルスのうち、自身に割り当てられたものが何れであるかを判別できるようにする必要がある。そのために、前記統合制御回路(Fx)は、特定の光源駆動グループに対するパルスに先立って前記シーケンス初期化信号(Si)を送出することとし、前記タイミング信号受信回路(Uw1a,Uw2a,…)のそれぞれは、前記オン遷移タイミング信号(Et)の立ち上り信号をカウントするカウンタを具備しており、該カウンタは、前記シーケンス初期化信号(Si)を受信するとリセットされる。
このように構成することにより、前記シーケンス初期化信号(Si)の受信を起点として、前記光源駆動グループ(U1)の統合信号解析部は1回目のパルスを自身に対するものと認識し、前記光源駆動グループ(U2)の統合信号解析部は2回目のパルスを自身に対するものと認識し、前記光源駆動グループ(U3)の統合信号解析部は3回目のパルスを自身に対するものと認識することにより、前記統合制御回路(Fx)から前記光源駆動グループ(U1,U2,U3)それぞれに対して送達すべきパルスが混乱無く受信される。このようにして、前記タイミング情報を送るようにすることにより、前記光源駆動グループ(U1,U2,…)毎に前記オン遷移タイミング信号(Et1,Et2,…)を送る場合に比べて、信号線の本数を減らすことができるため、特に前記光源駆動グループ(U1,U2,…)の個数が大きい場合に、回路リソースの低減に効果を発揮する。
次に、本発明の光源駆動装置の一部を簡略化して示す模式図である図9を用いて本発明を実施するための形態について説明する。本図は、先に図1に関して説明した前記タイミング信号受信回路(Uw1a,Uw1b,Uw2a,…)のうちの1個の構成を示すものである。
タイミング信号受信回路(Uw1a)は、前記統合制御回路(Fx)から送信された矩形波パルスの前記オン遷移タイミング信号(Et1)を、バッファ(B1)で受信して、機能的には同一の信号であるスイッチタイミング信号(Ec1)に変換するとともに、抵抗(R20,R21)とコンデンサ(C20)とから構成されるローパスフィルタ回路により、実質的にDCのアナログ電圧に変換し、バッファ(Amp4)を介して、目標電力信号(Ss1)を生成する。前記スイッチタイミング信号(Ec1)は、前記したように、前記スイッチ素子(Q1a)のオン遷移のタイミングを規定するために使用する。
図9の前記タイミング信号受信回路(Uw1a)における、本発明の光源駆動装置の一部の動作を簡略化して示す概念図である図10を用いて本発明を実施するための形態について説明する。図10のaは目標電力信号(Ss1)が大きく設定された時のオン遷移タイミング信号(Et1)、bは目標電力信号(Ss1)が小さく設定された時のオン遷移タイミング信号(Et1)、cは目標電力信号(Ss1)がさらに小さく設定された時のオン遷移タイミング信号(Et1)を示す。
前記統合制御回路(Fx)は、前記光源駆動グループ(U1)の出力電力を大きくする場合、即ち、目標電力信号(Ss1)を大きく設定する場合は、図10のaのように前記オン遷移タイミング信号(Et1)のデューティサイクル比を大きく、逆に、前記目標電力信号(Ss1)を小さく設定する場合は、図10のcのように前記オン遷移タイミング信号(Et1)のデューティサイクル比を小さくするよう、いわゆるPWM変調によって目標電力情報を伝送する手法を用いている。図9の前記タイミング信号受信回路(Uw1a)においては、前記ローパスフィルタの働きにより、前記オン遷移タイミング信号(Et1)のデューティサイクル比が大きくなれば、目標電力信号(Ss1)の電圧は増加する。なお、図10の前記オン遷移タイミング信号(Et1)の形態の場合は、図9の前記バッファ(B1)は、バッファ(B1’)の位置に移すことができる。
図9の前記タイミング信号受信回路(Uw1a)における、さらなる本発明の光源駆動装置の一部の動作を簡略化して示す概念図である図11を用いて本発明を実施するための形態について説明する。図11のaは目標電力信号(Ss1)が大きく設定された時のオン遷移タイミング信号(Et1)、bは目標電力信号(Ss1)が小さく設定された時のオン遷移タイミング信号(Et1)、cは目標電力信号(Ss1)がさらに小さく設定された時のオン遷移タイミング信号(Et1)を示す。
前記統合制御回路(Fx)は、前記光源駆動グループ(U1)の出力電力を大きくする場合、即ち、目標電力信号(Ss1)を大きく設定する場合は、図11のaのように前記オン遷移タイミング信号(Et1)の電圧振幅を大きく、逆に、前記目標電力信号(Ss1)を小さく設定する場合は、図11のcのように前記オン遷移タイミング信号(Et1)の電圧振幅を小さくするよう、いわゆる振幅変調によって目標電力情報を伝送する手法を用いている。図9の前記タイミング信号受信回路(Uw1a)においては、前記ローパスフィルタの働きにより、前記オン遷移タイミング信号(Et1)の電圧振幅が大きくなれば、目標電力信号(Ss1)の電圧は増加する。
次に、本発明の光源駆動装置を簡略化して示すブロック図である図12を用いて本発明を実施するための形態について説明する。本形態の光源駆動装置では、統合制御回路(Fx)は、光源駆動グループ(U1,U2,…)の全てに対し、共通の目標電力規定信号(Sa)を供給する。
さらに、本発明の光源駆動装置の一部の動作を簡略化して示す概念図である図13を用いて本形態について説明する。図13のaは光源駆動グループ(U1)におけるオン遷移タイミング信号(Et1)、bは光源駆動グループ(U2)におけるオン遷移タイミング信号(Et2)、cは光源駆動グループ(U3)におけるオン遷移タイミング信号(Et3)、dは目標電力規定信号(Sa)の波形を示す。
前記光源駆動グループ(U1,U2,U3)それぞれのタイミング信号受信回路(Uw1a,Uw2a,…)は、自身の目標電力信号(Ss1,Ss2,…)を取得するために、自身の前記オン遷移タイミング信号(Et1,Et2,Et3)に基づくオン遷移のタイミングに同期して、前記目標電力規定信号(Sa)を読み取り、その電圧値を保持する。例えば、前記オン遷移タイミング信号(Et1)の立ち上がりタイミングで前記目標電力規定信号(Sa)の電圧値(V1)を読み込み、目標電力信号(Ss1)として保持すればよく、同様に、前記オン遷移タイミング信号(Et1)の立ち上がりタイミングで前記目標電力規定信号(Sa)の電圧値(V2)を読み込み、目標電力信号(Ss2)として保持し、前記オン遷移タイミング信号(Et1)の立ち上がりタイミングで前記目標電力規定信号(Sa)の電圧値(V3)を読み込み、目標電力信号(Ss3)として保持する。
ここで述べた、アナログの前記目標電力規定信号(Sa)の電圧値の読み込みと保持のためには、サンプル・ホールド回路(またはトラック・ホールド回路)を用いて構成することが可能であるし、AD変換器によってディジタル数値に変換し、メモリに保持するように構成してもよい。なお、当然ながら本形態は、先に図7に関して説明した形態と組み合わせることが可能である。
次に、本発明の光源駆動装置を簡略化して示すブロック図である図14を用いて本発明を実施するための形態について説明する。統合制御回路(Fx)は、光源駆動グループ(U1,U2,…)それぞれに対するオン遷移タイミング信号(Et1,Et2,…)および目標電力情報(Ez1,Ez2,…)を出力するマイクロプロセッサ(MPU)を備え、前記光源駆動グループ(U1,U2,…)それぞれに対する出力電力の目標値の設定パターンについての、複数の設定パターンデータ(Sr)を保存する電力設定パターンデータ記憶部(Um)を備える。前記電力設定パターンデータ記憶部(Um)は前記設定パターンデータ(Sr)を記憶しており、前記マイクロプロセッサ(MPU)は、適合したパターンを選択してデータを読み出すことができる。選択するパターンは外部装置(Uo)から選択できるようにするために、例えば、シリアル通信を行うための外部インターフェイス(Ut)を備える。
前記統合制御回路(Fx)は、外部装置(Uo)から外部インターフェイス(Ut)を介して電力設定パターン選択信号(Sg)を受信すると、それに基づき前記電力設定パターンデータ記憶部(Um)より前記設定パターンデータ(Sr)のうちの1個を読み出す。前記統合制御回路(Fx)は、読み出した前記設定パターンデータ(Sr)に基づいて、光源駆動グループ(U1,U2,…)それぞれに対するオン遷移タイミング信号(Et1,Et2,…)および目標電力情報(Ez1,Ez2,…)を出力する。
さらに、本発明の光源駆動装置の一部を簡略化して示す模式図および概念図である図15を用いて本形態について具体的に説明する。図15のaは本発明の光源駆動装置を用いた光照射装置の一部を簡略化して示す模式図、
bは、aに記載した光照射装置に含まれる本発明の光源駆動装置が保持する設定パターンデータ(Sr)の一例を示す。以下において、この光照射装置と設定パターンデータ(Sr)について具体的に説明する。
図15のaに示した、本発明の光源駆動装置を用いた光照射装置は、5個の光源実装基板(Pcb1,Pcb2,Pcb3,Pcb4,Pcb5)と5個の光源駆動グループ(U1,U2,U3,U4,U5)とを含んでおり、1個の光源実装基板は、1個の光源駆動グループから給電を受ける。前記光源実装基板(Pcb1,Pcb2,…)それぞれの上には、光源素子(Y1a,Y2a,Y3a,Y4a,Y5a)が実装されており、該光源素子(Y1a,Y2a,…)のそれぞれは、例えば16個のLEDが直列接続されて構成されている。また、前記光源実装基板(Pcb1,Pcb2,…)は、光源素子による発熱を逃がすためのヒートシンク(Hs)上に実装されている。光源駆動グループ(U1,U2,…)のそれぞれは、光源駆動回路(P1a,P1b,…)の1個づつを含んでいる。
図15のbに記載のパターン番号が1の行には、左3個の光源駆動グループ(U1,U2,U3)は最大出力電力の80%で調光し、残る2個の光源駆動グループ(U4,U5)は消灯する設定パターンデータが記憶されていることを示す。またパターン番号が2の行には、右3個の光源駆動グループ(U3,U4,U5)は最大出力電力の80%で調光し、残る2個の光源駆動グループ(U1,U2)は消灯する設定パターンデータが記憶されていることを示す。パターン番号が3の行には、全ての光源駆動グループ(U1,U2,U3,U4,U5)を最大出力電力の半分の50%で調光する設定パターンデータが記憶されていることを示す。パターン番号が4の行には、全ての光源駆動グループ(U1,U2,U3,U4,U5)を最大出力電力で調光する設定パターンデータが記憶されていることを示す。パターン番号が5の行には、全ての光源駆動グループ(U1,U2,U3,U4,U5)を最大出力電力の10%で調光する設定パターンデータが記憶されていることを示しており、例えば光照射装置の待機モードで使用される。パターン番号が6の行には、光照射装置の左から右に向かって少しづつ光量を減少させる設定パターンデータが記憶されていることを示す。このように予め電力設定パターンデータ記憶部(Um)を保存することで外部装置(Uo)から光源の駆動パターンを自由に且つ簡単に選択することができる。
次に、本発明の光源駆動装置の一部を簡略化して示す概念図である図16を用いて本発明を実施するための形態について説明する。本形態は、光源素子(Y1a,Y1b,…,Y2a,…)とそれを駆動する光源駆動回路(P1a,P1b,…,P2a,…)からなる光照射装置の何れかの故障を検知した場合に対応するためのものである。
統合制御回路(Fx)は、故障を検知した場合、前記光源素子(Y1a,Y1b,…,Y2a,…)または前記光源駆動回路(P1a,P1b,…,P2a,…)のうちの故障したものに対する光源駆動回路の動作を停止させるとともに、故障による光量の低下を補うために前記光源駆動回路(P1a,P1b,…,P2a,…)それぞれに対する出力電力の目標値の設定パターンを変更する。図16のaは故障をする以前の設定パターン、bは、光源駆動グループ(U3)に含まれる光源駆動回路(P3a,P3b,…)が破損した場合について、出力電力の目標値の設定パターンを変更する時の設定パターンを示す。この場合は、破損した光源駆動グループ(U3)の動作を停止させると共に、光源駆動グループ(U3)と隣り合う光源駆動グループ(U1,U2)を、故障前よりも増光させるように設定することとしている。このようにすることで、光源素子(Y1a,Y1b,…,Y2a,…)の一部が故障した場合でも、光照射装置の機能を直ちに停止させることなく、稼動を続けることを可能にすることができる。
本明細書においては、主として光照射装置における用途について説明してきたが、本発明の光源駆動装置は、LEDやLD等の光源素子を点灯するための光源駆動装置であれば、どのような用途に対しても適用可能であり、良好に効果を発揮する。
本明細書に記載の回路構成は、本発明の光源装置の動作や機能、作用を説明することを目的として、必要最少限のものを記載したものである。したがって、説明した回路構成や動作の詳細事項、例えば、信号の極性であるとか、具体的な回路素子の選択や追加、省略、或いは素子の入手の便や経済的理由に基づく変更などの創意工夫は、実際の装置の設計時に遂行されることを前提としている。
とりわけ過電圧や過電流、過熱などの破損要因から給電装置のFET等のスイッチ素子などの回路素子を保護するための機構、または、給電装置の回路素子の動作に伴って発生する放射ノイズや伝導ノイズの発生を低減したり、発生したノイズを外部に出さないための機構、例えば、スナバ回路やバリスタ、クランプダイオード、(パルスバイパルス方式を含む)電流制限回路、コモンモードまたはノーマルモードのノイズフィルタチョークコイル、ノイズフィルタコンデンサなどは、必要に応じて、実施例に記載の回路構成の各部に追加されることを前提としている。本発明になる光源駆動装置の構成は、本明細書に記載の回路方式のものに限定されるものではなく、また、記載の波形やタイミング図に限定されるものではない。
本発明は、被照射面に対し、規定したパワー密度分布で可視または紫外、赤外の光を照射するための光照射装置などの光学装置において使用可能な、可視または紫外、赤外の、複数個のLEDやLDなどの光源素子を点灯するための光源駆動装置を設計・製造する産業において利用可能である。
Amp1 増幅器
Amp2 差動増幅器
Amp4 バッファ
B1 バッファ
B1’ バッファ
C20 コンデンサ
Cmp 比較器
Cx 平滑コンデンサ
Ec’ スイッチタイミング信号
Ec1 スイッチタイミング信号
Ec1’ スイッチタイミング信号
Ec2 スイッチタイミング信号
Ec2’ スイッチタイミング信号
Ec3 スイッチタイミング信号
Ec3’ スイッチタイミング信号
Et オン遷移タイミング信号
Et1 オン遷移タイミング信号
Et2 オン遷移タイミング信号
Et3 オン遷移タイミング信号
Ez1 目標電力情報
Ez2 目標電力情報
FF フリップフロップ
Fx 統合制御回路
Fx’ 制御回路
Gg ゲート回路
Hs ヒートシンク
Lx インダクタ
MM モノステーブルマルチバイブレータ
MPU マイクロプロセッサ
Mx 直流電源
Osc1 発振器
Osc2 発振器
Osc3 発振器
P1’ 光源駆動回路
P1a 光源駆動回路
P1b 光源駆動回路
P2’ 光源駆動回路
P2a 光源駆動回路
P3’ 光源駆動回路
P3a 光源駆動回路
P3b 光源駆動回路
Pcb1 光源実装基板
Pcb2 光源実装基板
Pcb3 光源実装基板
Pcb4 光源実装基板
Pcb5 光源実装基板
Px1 電力検出手段
Q1a スイッチ素子
R1 分圧抵抗
R2 分圧抵抗
R20 抵抗
R21 抵抗
R3 シャント抵抗
R4 シャント抵抗
Ramp 傾斜補正信号生成回路
Sa 目標電力規定信号
Sfr 電流超過信号
Sfs 初期化信号
Sg 電力設定パターン選択信号
Si シーケンス初期化信号
Sin 抵抗両端電位信号
Sip 抵抗両端電位信号
Siq スイッチ電流検出信号
Sir 誤差変換信号
Sj 光源電流信号
Sp1 電力相関信号
Sp2 電力相関信号
Sq ゲート信号
Sr 設定パターンデータ
Ss1 目標電力信号
Ss1’ 目標電力信号
Ss2 目標電力信号
Ss2’ 目標電力信号
Ss3 目標電力信号
Ss3’ 目標電力信号
St 電流ピーク信号
Sv 光源素子印加電圧信号
t1 期間
t2 期間
t3 期間
U1 光源駆動グループ
U2 光源駆動グループ
U3 光源駆動グループ
U4 光源駆動グループ
U5 光源駆動グループ
Uf1 オフ遷移タイミング回路
Uh1 誤差変換回路
Um 電力設定パターンデータ記憶部
Uo 外部装置
Ut 外部インターフェイス
Uv1a スイッチゲート駆動回路
Uw1a タイミング信号受信回路
Uw1b タイミング信号受信回路
Uw2a タイミング信号受信回路
Ux1’ コンバータ
Ux1a コンバータ
Ux1b コンバータ
Ux2’ コンバータ
Ux2a コンバータ
Ux3’ コンバータ
V1 電圧値
V2 電圧値
V3 電圧値
Y1 光源素子
Y1a 光源素子
Y1b 光源素子
Y2 光源素子
Y2a 光源素子
Y3 光源素子
Y3a 光源素子
Y4a 光源素子
Y5a 光源素子
Σ 加算器
τ1 オン期間
τ2 オフ期間

Claims (9)

  1. 複数の光源素子( Y 1 a , Y 1 b , … , Y 2 a , … ) を駆動するために前記光源素子(Y 1 a , Y 1 b , … , Y 2 a , … ) それぞれに対応して設けられ、少なくとも1 個のスイッチ素子( Q 1 a , … ) を有し、直流電源( M x ) からの電流に対する前記スイッチ素子( Q 1 a , … ) を用いたスイッチング動作によって前記光源素子( Y 1 a , Y 1 b , … ,Y 2 a , … ) それぞれに対する出力電力を制御する複数の光源駆動回路( P 1 a , P 1 b, … , P 2 a , … ) と、前記光源駆動回路( P 1 a , P 1 b , … , P 2 a , … ) それぞれのスイッチング動作のオン遷移のタイミングを規定するオン遷移タイミング信号( E t 1 , E t 2 , … ) と、前記光源駆動回路( P 1 a , P 1 b , … , P 2 a , … ) それぞれの出力電力の目標値を規定する目標電力情報( E z 1 , E z 2 , … ) とを前記光源駆動回路( P 1 a , P 1 b , … , P2 a , … ) に対して送信する統合制御回路( F x ) と、を具備する光源駆動装置であって、前記光源駆動回路( P 1 a , P 1 b , … , P 2 a , … ) のそれぞれは、複数設けた光源駆動グループ( U 1 , U 2 , … ) の何れかに属しており、同じ前記光源駆動グループ( U 1) に属する前記光源駆動回路( P 1 a , P 1 b , … ) のそれぞれは、同じ前記オン遷移タイミング信号( E t 1 ) と同じ前記目標電力情報( E z 1 ) を受信するよう構成されており、前記統合制御回路( F x ) は、前記光源駆動グループ( U 1 , U 2 , … ) の何れの2 個の前記オン遷移も同時にはならないよう、前記オン遷移タイミング信号( E t 1 , E t 2 ,… ) の生成を行うとともに、前記光源駆動グループ( U 1 , U 2 , … ) それぞれに対して独立に前記目標電力情報( E z 1 , E z 2 , … ) の生成を行うことによって、前記光源駆動回路( P 1 a , P 1 b , … , P 2 a , … ) を統合的に制御するものであって、前記光源駆動回路( P 1 a , P 1 b , … , P 2 a , … ) は、さらに自身の出力電力に相関する量を検出して電力相関信号( S p 1 , S p 2 , … ) を生成する電力検出手段( P x 1, … ) を有しており、前記光源駆動回路( P 1 a , P 1 b , … , P 2 a , … ) は、自身に割り当てられた前記目標電力情報( E z 1 , E z 2 , … ) を取得して目標電力信号( S s 1 , S s 2 , … ) を生成し、さらに自身に割り当てられた前記オン遷移タイミング信号( E t 1 , E t 2 , … )に従って前記スイッチ素子( Q 1 a , … ) をオン遷移させた後、前記スイッチ素子( Q 1a , … ) をオフ遷移させるタイミングを、前記目標電力信号( S s 1 , S s 2 , … ) と前記電力相関信号( S p 1 , S p 2 , … ) との差異が小さくなるようフィードバック制御によって決定するオフ遷移タイミング回路( U f 1 , … ) を前記光源駆動回路( P 1 a , P1 b , … , P 2 a , … ) がさらに有し、前記光源駆動回路は平滑コンデンサを備えるスイッチングコンバータ回路であることを特徴とする光源駆動装置。
  2. 前記統合制御回路(Fx)は、前記光源駆動グループ(U1,U2,…)のうちの1個に対する前記オン遷移から、その次に前記オン遷移を生ずる前記光源駆動グループ(U1,U2,…)に対する前記オン遷移までの時間間隔が、全て略等間隔となるよう、前記オン遷移タイミング信号(Et1,Et2,…)の生成を行うことを特徴とする請求項1に記載の光源駆動装置。
  3. 前記オン遷移タイミング信号(Et1,Et2,…)は、前記光源駆動グループ(U1,U2,…)それぞれに対して別個の信号が送信されることを特徴とする請求項1または2に記載の光源駆動装置。
  4. 前記オン遷移タイミング信号(Et1,Et2,…)は前記光源駆動グループ(U1,U2,…)の全てに対して共通の信号が送信され、さらに前記光源駆動グループ(U1,U2,…)のうちの特定の1個に対する前記オン遷移に同期したシーケンス初期化信号(Si)が前記光源駆動回路(P1a,P1b,…,P2a,…)の全てに対し共通に送信されることを特徴とする請求項1かまたは2に記載の光源駆動装置。
  5. 前記目標電力情報(Ez1,Ez2,…)は、前記オン遷移タイミング信号(Et1,Et2,…)のパルス幅として前記オン遷移タイミング信号(Et1,Et2,…)に乗せられることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の光源駆動装置。
  6. 前記目標電力情報(Ez1,Ez2,…)は、前記オン遷移タイミング信号(Et1,Et2,…)の振幅として前記オン遷移タイミング信号(Et1,Et2,…)に乗せられることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の光源駆動装置。
  7. さらに目標電力規定信号(Sa)が前記光源駆動回路(P1a,P1b,…,P2a,…)の全てに対し共通に送信され、前記目標電力情報(Ez1,Ez2,…)は、前記オン遷移タイミング信号(Et1,Et2,…)のオン遷移タイミングにおける振幅として前記目標電力規定信号(Sa)に乗せられることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の光源駆動装置。
  8. 前記統合制御回路(Fx)は、さらに前記光源駆動グループ(U1,U2,…)それぞれに対する出力電力の目標値の設定パターンについての複数の設定パターンデータ(Sr)を記憶する電力設定パターンデータ記憶部(Um)と、外部装置(Uo)と通信を行うための外部インターフェイス(Ut)と、を有し、前記統合制御回路(Fx)は、前記外部インターフェイス(Ut)を介して電力設定パターン選択信号(Sg)を受信すると、該電力設定パターン選択信号(Sg)に基づき前記電力設定パターンデータ記憶部(Um)より前記設定パターンデータ(Sr)のうちの1個を読出し、読出された前記設定パターンデータ(Sr)に基づいて、前記光源駆動グループ(U1,U2,…)それぞれに対する前記オン遷移タイミング信号(Et1,Et2,…)の生成と前記目標電力情報(Ez1,Ez2,…)の生成とを行うことを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の光源駆動装置。
  9. 前記光源素子(Y1a,Y1b,…,Y2a,…)とそれを駆動する前記光源駆動回路(P1a,P1b,…,P2a,…)からなる組の何れかの故障を検知した場合、前記統合制御回路(Fx)は、故障を検知した前記組の前記光源駆動回路(P1a,P1b,…,P2a,…)の動作を停止させるとともに、故障による光量の低下を補うために前記光源駆動回路(P1a,P1b,…,P2a,…)それぞれに対する出力電力の目標値の設定パターンを変更することを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載の光源駆動装置。
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