JP7114974B2 - 点灯装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、点灯装置に関する。

ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの光源を有するランプに直流電流を供給してランプを点灯させる点灯装置がある。こうした点灯装置において、定電流回路と調光回路とを設けることが知られている（例えば特許文献１）。

定電流回路は、インダクタとスイッチング素子とを有し、スイッチング素子のスイッチングにより、ランプに供給する直流電流が一定になるようにする。調光回路は、スイッチング素子を有し、スイッチング素子のスイッチングによってランプへの直流電流の供給及び供給の停止を周期的に切り替えることにより、ランプから照射される光の調光を行う。これにより、所望の明るさで実質的に一定となるようにランプを点灯させることができる。

しかしながら、調光回路のスイッチング素子に電流を流す経路では、ランプに電流を流す経路と比べて、定電流回路のインダクタに蓄積されたエネルギーの消費量が少ない。このため、調光下限側では、定電流回路のスイッチング素子の非導通状態の期間において、インダクタに蓄積されたエネルギーが適切に消費されなくなってしまう可能性が生じる。

このように、インダクタに蓄積されたエネルギーが適切に消費されていない場合には、次の定電流回路のスイッチング素子の導通状態の期間において、ランプ又は調光回路のスイッチング素子（インダクタ）に流れる電流が、すぐに所定値に達してしまう。このため、ランプに流れる電流の大きさにバラツキが生じ、例えば、高速カメラなどの撮影装置によって連続的に撮影を行った際に、連続的に撮影された複数の撮影画像の明るさが異なってしまう可能性がある。例えば、動画像においてチラツキとなって観察されてしまう可能性がある。

このため、点灯装置では、定電流回路と調光回路とを有する場合に、調光下限側においても、撮影装置によって連続的に撮影された複数の撮影画像の明るさの変化を抑制できるようにすることが望まれる。

特開２０１７－５９５００号公報

本発明の実施形態は、定電流回路と調光回路とを有する場合に、調光下限側においても、撮影装置によって連続的に撮影された複数の撮影画像の明るさの変化を抑制できる点灯装置を提供する。

本発明の実施形態によれば、ランプに直流電流を供給することにより、前記ランプを点灯させる点灯装置において、前記ランプと接続される出力部と、インダクタと、前記インダクタに流れる電流を制御する第１スイッチング素子と、を有し、前記第１スイッチング素子のスイッチングによって、前記直流電流の電流値が一定になるように制御する定電流回路と、前記ランプに対して並列に接続される第２スイッチング素子を有し、外部から入力された調光信号に応じて前記第２スイッチング素子をスイッチングすることにより、前記ランプから照射される光の調光制御を行う調光回路と、前記第２スイッチング素子を短絡させた状態において、前記第２スイッチング素子に前記直流電流が流れる経路の負荷を増大させる負荷調整部と、を備え、前記負荷調整部は、前記第２スイッチング素子と直列に接続された負荷部と、前記負荷部を前記第２スイッチング素子に直列に接続した状態と、前記負荷部を前記第２スイッチング素子に接続していない状態と、を切り替える切替部と、を有する点灯装置が提供される。

本発明の実施形態によれば、定電流回路と調光回路とを有する場合に、調光下限側においても、撮影装置によって連続的に撮影された複数の撮影画像の明るさの変化を抑制できる点灯装置を提供することができる。

実施形態に係る点灯装置を模式的に表すブロック図である。 図２（ａ）～図２（ｄ）は、実施形態に係る点灯装置の動作の一例を模式的に表すグラフ図である。 図３（ａ）～図３（ｄ）は、点灯装置の参考の動作を模式的に表すグラフ図である。 図４（ａ）～図４（ｄ）は、点灯装置の参考の動作を模式的に表すグラフ図である。 実施形態に係る点灯装置の変形例を模式的に表すブロック図である。 実施形態に係る点灯装置の変形例を模式的に表すブロック図である。 実施形態に係る点灯装置の変形例を模式的に表すブロック図である。 実施形態に係る点灯装置の変形例を模式的に表すブロック図である。

以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

図１は、実施形態に係る点灯装置を模式的に表すブロック図である。
図１に表したように、点灯装置１０は、出力部１２と、定電流回路１４と、調光回路１６と、制御部１８と、を備える。

点灯装置１０は、例えば、交流電源２と電気的に接続される。点灯装置１０には、交流電源２から交流電力が供給される。交流電源２は、例えば、商用電源である。交流電源２は、例えば、自家発電機などでもよい。なお、点灯装置１０に供給される電力は、交流電力に限ることなく、直流電力などでもよい。また、本願明細書において、「電気的に接続」には、直接接触して接続される場合の他に、他の導電性部材などを介して接続される場合も含むものとする。

点灯装置１０は、ランプ４と電気的に接続される。点灯装置１０は、交流電源２から供給される交流電力をランプ４に対応した直流電力に変換し、ランプ４に直流電流を供給する。これにより、点灯装置１０は、ランプ４を点灯させる。制御部１８は、点灯装置１０の各部を統括的に制御する。換言すれば、制御部１８は、ランプ４の点灯及び消灯を制御する。

ランプ４は、光源５を含む。ランプ４は、例えば、複数の光源５を含む。各光源５は、例えば、直列に接続される。各光源５は、例えば、直列接続と並列接続とを組み合わせてもよい。光源５の数は、任意でよい。光源５の数は、例えば、１つでもよい。

光源５には、例えば、発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）が用いられる。光源５は、例えば、有機発光ダイオード（Organic Light Emitting Diode：ＯＬＥＤ）、無機エレクトロルミネッセンス（Inorganic ElectroLuminescence）発光素子、有機エレクトロルミネッセンス（Organic ElectroLuminescence）発光素子、または、その他の電界発光型の発光素子などでもよい。光源５は、例えば、電球などでもよい。以下では、光源５をＬＥＤとして説明を行う。

出力部１２は、ランプ４との電気的な接続に用いられる。出力部１２は、ランプ４の高圧側の端子４ａと接続される第１端子１２ａと、ランプ４の低圧側の端子４ｂと接続される第２端子１２ｂと、を有する。ランプ４の高圧側の端子４ａは、換言すれば、ＬＥＤである光源５のアノードである。ランプ４の低圧側の端子４ｂは、換言すれば、ＬＥＤである光源５のカソードである。ランプ４は、出力部１２を介して点灯装置１０に着脱可能に接続される。点灯装置１０は、これに限ることなく、配線などによってランプ４と直接的に接続してもよい。

点灯装置１０は、例えば、フィルタ回路２０、整流回路２２、力率改善回路２４、及び検出部２６などを、さらに備える。

フィルタ回路２０は、交流電源２と電気的に接続される。フィルタ回路２０は、例えば、交流電源２から供給される交流電力に含まれるノイズを抑制する。

整流回路２２は、フィルタ回路２０に電気的に接続される。整流回路２２は、フィルタ回路２０を介して入力された交流電圧を整流して整流電圧に変換する。整流回路２２には、例えば、４つの整流素子を組み合わせたダイオードブリッジが用いられる。すなわち、整流回路２２は、全波整流器である。整流電圧は、例えば、脈流電圧である。

整流回路２２は、一対の入力端子２２ａ、２２ｂと、高電位出力端子２２ｃと、低電位出力端子２２ｄと、を有する。入力端子２２ａ、２２ｂは、フィルタ回路２０と電気的に接続されている。整流回路２２は、入力端子２２ａ、２２ｂを介して入力される交流電圧を整流電圧に変換し、高電位出力端子２２ｃ及び低電位出力端子２２ｄから出力する。低電位出力端子２２ｄの電位は、基準電位（例えば接地電位）に設定される。高電位出力端子２２ｃの電位は、低電位出力端子２２ｄの電位よりも高い電位に設定される。

整流回路２２は、半波整流器などでもよい。整流電圧は、全波整流された脈流でもよいし、半波整流された脈流でもよい。整流回路２２には、例えば、ショットキーバリアダイオードが用いられる。これにより、例えば、良好な応答性を得ることができる。

力率改善回路２４は、整流回路２２の出力側と電気的に接続される。力率改善回路２４は、整流電圧において、電源周波数の整数倍の高調波の発生を抑制する。これにより、力率改善回路２４は、整流電圧の力率を改善する。

力率改善回路２４は、例えば、スイッチング素子３０と、インダクタ３１と、ダイオード３２と、平滑コンデンサ３３と、を含む。スイッチング素子３０は、電極３０ａ～電極３０ｃを有する。インダクタ３１の一端は、高電位出力端子２２ｃと電気的に接続されている。インダクタ３１の他端は、電極３０ａと電気的に接続されている。電極３０ｂは、低電位出力端子２２ｄと電気的に接続されている。ダイオード３２のアノードは、電極３０ａと電気的に接続されている。ダイオード３２のカソードは、平滑コンデンサ３３の一端と電気的に接続されている。平滑コンデンサ３３の他端は、低電位出力端子２２ｄと電気的に接続されている。すなわち、この例において、力率改善回路２４は、昇圧チョッパ回路である。力率改善回路２４は、これに限ることなく、整流電圧の力率を改善することができる任意の回路でよい。

電極３０ｃは、制御部１８と電気的に接続されている。電極３０ｃは、いわゆる制御電極である。スイッチング素子３０は、制御部１８からの信号に応じてスイッチングする。力率改善回路２４は、例えば、スイッチング素子３０をスイッチングさせ、入力電流を正弦波に近づけることにより、力率を改善する。

スイッチング素子３０は、例えば、ｎチャネル形のＦＥＴである。例えば、電極３０ａは、ドレインであり、電極３０ｂは、ソースであり、電極３０ｃは、ゲートである。スイッチング素子３０は、例えば、ｐチャネル形のＦＥＴでもよいし、バイポーラトランジスタなどでもよい。

平滑コンデンサ３３は、力率改善後の脈流電圧を平滑化することにより、脈流電圧を直流電圧に変換する。

例えば、点灯装置１０に供給される電力が直流電力である場合には、フィルタ回路２０、整流回路２２、及び力率改善回路２４を省略してもよい。このように、フィルタ回路２０、整流回路２２、及び力率改善回路２４は、必要に応じて設けられ、省略可能である。

定電流回路１４は、出力部１２に接続されたランプ４に供給される直流電流が一定になるように、出力電流を制御する。定電流回路１４は、一対の入力端子１４ａ、１４ｂと、一対の出力端子１４ｃ、１４ｄと、を有する。高電位側の入力端子１４ａは、平滑コンデンサ３３の高電位側の一端と電気的に接続されている。低電位側の入力端子１４ｂは、低電位出力端子２２ｄと電気的に接続されている。すなわち、定電流回路１４においては、一対の入力端子１４ａ、１４ｂに直流電力が供給される。出力端子１４ｃは、出力部１２の第１端子１２ａと電気的に接続されている。出力端子１４ｄは、出力部１２の第２端子１２ｂと電気的に接続されている。これにより、定電流回路１４から出力された電流が、ランプ４に供給される。

定電流回路１４は、例えば、スイッチング素子４０（第１スイッチング素子）と、インダクタ４１と、ダイオード４２と、を有する。スイッチング素子４０は、電極４０ａ～４０ｃを有する。電極４０ａは、入力端子１４ａと電気的に接続されている。電極４０ｂは、インダクタ４１の一端に接続されている。インダクタ４１の他端は、高電位側の出力端子１４ｃと電気的に接続されている。ダイオード４２のカソードは、スイッチング素子４０の電極４０ｂと電気的に接続されている。ダイオード４２のアノードは、低電位側の入力端子１４ｂ及び出力端子１４ｄと電気的に接続されている。

電極４０ｃは、制御部１８と電気的に接続されている。スイッチング素子４０は、制御部１８からの信号に応じてスイッチングする。スイッチング素子４０は、インダクタ４１に流れる電流を制御する。定電流回路１４は、スイッチング素子４０をスイッチングさせることにより、ランプ４に供給される直流電流が一定になるように制御する。

また、この例において、定電流回路１４は、いわゆる降圧チョッパ回路である。定電流回路１４は、力率改善回路２４によって昇圧された直流電圧の電圧値を、ランプ４に対応した電圧値に降圧する。なお、定電流回路１４の構成は、上記に限ることなく、ランプ４に実質的に一定な電流を供給可能な任意の構成でよい。定電流回路１４は、少なくともスイッチング素子４０とインダクタ４１とを有する電流型の変換器であればよい。

調光回路１６は、ランプ４に対して並列に接続されるスイッチング素子４４（第２スイッチング素子）を有する。スイッチング素子４４は、電極４４ａ～４４ｃを有する。電極４４ｃは、一対の主電極である電極４４ａ、４４ｂに流れる電流を制御する制御電極である。

定電流回路１４のスイッチング素子４０及び調光回路１６のスイッチング素子４４には、例えば、シリコン、窒化ガリウム、及び酸化ガリウムの少なくともいずれかを含む半導体素子（半導体スイッチング素子）が用いられる。より具体的には、シリコンを用いたトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴや、窒化ガリウムを用いたＧａＮ－ＨＥＭＴなどが用いられる。

電極４４ａは、定電流回路１４の出力端子１４ｃと電気的に接続されている。電極４４ｂは、定電流回路１４の出力端子１４ｄと電気的に接続されている。これにより、スイッチング素子４４が、ランプ４と並列に接続される。電極４４ｃは、制御部１８と電気的に接続されている。スイッチング素子４４は、制御部１８からの信号に応じてスイッチングする。

調光回路１６及び制御部１８は、外部から入力された調光信号に応じてスイッチング素子４４の導通状態・非導通状態を切り替え、ランプ４への直流電流の供給及び供給の停止を周期的に切り替えることにより、ランプ４から照射される光の調光制御を行う。このため、点灯装置１０では、調光回路１６よりもランプ４側（出力側）には、電圧を平滑するような比較的大きな容量の電荷蓄積素子（例えばコンデンサなど）が設けられていない。これにより、例えば、パルス状に変化する直流電圧（直流電流）の立上りや立下りが遅れ、不本意な調光度となってしまうことを抑制することができる。

調光回路１６では、ランプ４と並列に接続されるスイッチング素子４４を非導通状態にすることにより、ランプ４に直流電流を供給することができる。一方、スイッチング素子４４を導通状態にすると、スイッチング素子４４に電流が流れることにより、ランプ４側への直流電流の供給が停止される。

検出部２６は、ランプ４及びスイッチング素子４４の下流側に設けられ、スイッチング素子４４が非導通状態になり、ランプ４に直流電流が流れた時に、ランプ４に流れる直流電流の電流値を検出し、スイッチング素子４４が導通状態になり、ランプ４への直流電流の供給が停止された時に、スイッチング素子４４に流れる直流電流の電流値を検出する。検出部２６は、制御部１８と電気的に接続され、制御部１８に検出結果を入力する。

検出部２６は、例えば、ランプ４の低圧側の端子４ｂ及びスイッチング素子４４の電極４４ｂの接続点と低電位出力端子２２ｄとの間に設けられる。検出部２６は、例えば、直流電流の電流値を検出するための検出抵抗である。検出部２６は、例えば、磁束の変化などを計測するクランプ型の電流計などでもよい。なお、検出部２６は、ランプ４の電圧及びスイッチング素子４４の電圧を検出する構成としてもよい。検出部２６は、電流及び電圧の双方を検出する構成でもよい。

制御部１８は、制御回路５０と、コンパレータ５２と、抵抗素子５４と、整流素子５６と、コンパレータ５８と、ドライバ６０と、を有する。制御回路５０は、例えば、マイクロコンピュータ、専用制御ＩＣ（Integrated Circuit）、及びＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）の少なくともいずれかを含む。制御回路５０は、１つの素子で構成してもよいし、複数の素子を組み合わせて構成してもよい。

ドライバ６０は、力率改善回路２４の動作を制御する。ドライバ６０は、スイッチング素子３０の電極３０ｃと電気的に接続され、スイッチング素子３０をスイッチングさせることにより、力率改善回路２４の動作を制御する。

コンパレータ５２の非反転入力端子は、検出部２６と電気的に接続されている。コンパレータ５２の非反転入力端子には、検出部２６の検出結果が入力される。一方、コンパレータ５２の反転入力端子には、第１参照電圧ＲＥＦ１が設定されている。これにより、ランプ４又はスイッチング素子４４に流れる電流が所定値未満の場合に、コンパレータ５２の出力がローになり、ランプ４又はスイッチング素子４４に流れる電流が所定値以上の場合に、コンパレータ５２の出力がハイになる。

コンパレータ５２の出力端子は、抵抗素子５４及び整流素子５６を介してコンパレータ５８の反転入力端子と電気的に接続されている。コンパレータ５２の非反転入力端子には、第２参照電圧ＲＥＦ２が設定されている。これにより、コンパレータ５２の出力がローの場合に、コンパレータ５８の出力がハイになり、コンパレータ５２の出力がハイの場合に、コンパレータ５８の出力がローになる。

コンパレータ５８の出力端子は、スイッチング素子４０の電極４０ｃと電気的に接続されている。従って、コンパレータ５８の出力がローの場合に、スイッチング素子４０が非導通状態となり、コンパレータ５８の出力がハイの場合に、スイッチング素子４０が導通状態となる。すなわち、制御部１８は、ランプ４又はスイッチング素子４４に流れる電流が所定値未満の場合に、コンパレータ５２の出力をロー、コンパレータ５８の出力をハイとして、スイッチング素子４０を導通状態とし、ランプ４又はスイッチング素子４４に流れる電流が所定値以上の場合に、コンパレータ５２の出力をハイ、コンパレータ５８の出力をローとして、スイッチング素子４０を非導通状態とする。

また、コンパレータ５８の反転入力端子は、制御回路５０と電気的に接続されている。制御回路５０は、ハイ・ローを周期的に繰り返すパルス信号をコンパレータ５８の反転入力端子に入力する。

パルス信号のローの期間では、コンパレータ５８の出力がハイになって、スイッチング素子４０が導通状態となり、インダクタ４１に電流が供給され、パルス信号のハイの期間では、コンパレータ５８の出力がローになって、スイッチング素子４０が非導通状態となり、インダクタ４１への電流の供給が停止される。また、パルス信号のローの期間において、ランプ４又はスイッチング素子４４に流れる電流が所定値以上になると、前述のように、スイッチング素子４０が非導通状態となり、インダクタ４１への電流の供給が停止される。これにより、ランプ４又はスイッチング素子４４に流れる電流が一定になるように制御される。

このように、制御回路５０は、スイッチング素子４４のスイッチング及び検出部２６の検出結果などに関わらず、スイッチング素子４０のスイッチングのみを制御する。制御回路５０は、スイッチング素子４０の導通状態と非導通状態とを周期的に切り替えるための制御のみを行う。

また、制御回路５０は、スイッチング素子４４の電極４４ｃと電気的に接続されている。制御回路５０は、スイッチング素子４４をスイッチングさせることにより、調光回路１６の動作を制御する。

制御部１８は、通信制御装置６と電気的に接続されている。通信制御装置６は、ネットワークなどを介して外部機器８と通信可能に接続されている。通信制御装置６は、例えば、外部機器８との相互通信が可能である。通信制御装置６は、外部機器８から調光信号を受信する。通信制御装置６は、例えば、外部機器８からの調光信号の受信のみを可能とする構成でもよい。

制御部１８は、例えば、通信制御装置６との相互通信が可能である。制御部１８は、通信制御装置６から調光信号を受信する。制御部１８は、通信制御装置６からの調光信号の受信のみを可能とする構成でもよい。また、調光信号は、例えば、点灯装置１０に設けられたダイヤルやスライドスイッチなどの操作部から制御部１８に入力してもよい。

制御部１８は、受信した調光信号を制御回路５０に入力する。制御回路５０は、調光信号に基づいてスイッチング素子４４をスイッチングさせることにより、調光回路１６の調光制御を行う。これにより、調光信号の調光度に応じた所望の明るさで、ランプ４を点灯させることができる。

制御回路５０及び調光回路１６の行う調光制御は、例えば、パルス幅変調方式、パルス密度変調方式、及び振幅変調方式のいずれかを含む。パルス幅変調方式では、例えば、調光度が大きい程、スイッチング素子４４の導通状態の期間を長くすることにより、ランプ４から照射される光の明るさを調光する。パルス密度変調方式では、例えば、調光度が大きい程、スイッチング素子４４の導通状態の期間の密度を高くすることにより、ランプ４から照射される光の明るさを調光する。振幅変調方式では、例えば、調光度が大きい程、力率改善回路２４において昇圧される直流電圧を高くすることにより、ランプ４から照射される光の明るさを調光する。以下では、制御回路５０及び調光回路１６が、パルス幅変調方式の調光制御を行うものとして説明を行う。

図２（ａ）～図２（ｄ）は、実施形態に係る点灯装置の動作の一例を模式的に表すグラフ図である。
図３（ａ）～図３（ｄ）は、点灯装置の参考の動作を模式的に表すグラフ図である。
図２（ａ）、図３（ａ）は、定電流回路１４のスイッチング素子４０の電極４０ｃの制御電圧Ｖｇ１の一例を模式的に表す。
図２（ｂ）、図３（ｂ）は、インダクタ４１に流れる電流Ｉ_Ｌの一例を模式的に表す。 図２（ｃ）、図３（ｃ）は、調光回路１６のスイッチング素子４４の電極４４ｃの制御電圧Ｖｇ２の一例を模式的に表す。
図２（ｄ）、図３（ｄ）は、ランプ４に流れる電流Ｉ_Ｖの一例を模式的に表す。
また、図２（ａ）～図２（ｄ）及び図３（ａ）～図３（ｄ）において、横軸は、時間ｔである。

図２（ａ）～図２（ｄ）に表したように、スイッチング素子４４のスイッチングによって調光を行う場合、ランプ４に流れる電流Ｉ_Ｖは、間欠的になる。このため、高速カメラなどの撮影装置で連続的に撮影を行う場合に、ランプ４の点灯の回数が、１回の撮影おいて変化してしまうと、連続する複数の撮影画像毎に明るさが異なってしまう。例えば、１つ目の撮影画像の撮影中にランプ４が４回点灯し、連続する２つ目の撮影画像の撮影中にランプ４が３回点灯した場合、２つ目の撮影画像が１つ目の撮影画像よりも暗くなってしまう。

従って、制御回路５０は、例えば、調光回路１６のスイッチング素子４４のスイッチングの周波数を、撮影装置の撮影間隔の整数倍にする。図２（ａ）～図２（ｄ）では、調光回路１６のスイッチング素子４４のスイッチングの周波数を、撮影装置の撮影間隔の４倍に設定した状態を例示している。これにより、撮影装置で連続的に撮影を行う場合にも、１回の撮影中にランプ４の点灯する回数を一定にすることができる。連続する複数の撮影画像毎に明るさが異なってしまうことを抑制することができる。

あるいは、スイッチング素子４４のスイッチングの周波数が、撮影装置の撮影間隔に対して十分に高くなるようにしてもよい。スイッチング素子４４のスイッチングの周波数は、例えば、撮影装置の撮影間隔の１０倍以上、または１を超える整数倍に設定してもよい。これにより、ランプ４の１回の点灯時間を短くし、または撮影と点灯のタイミングを合わせることで撮影装置の露光に対する影響を抑制することができる。すなわち、スイッチング素子４４のスイッチングの周波数を撮影装置の撮影間隔の１０倍以上にする場合にはランプ４の点灯する回数が、１回の撮影において異なってしまったとしても、撮影画像の明るさに与える影響を抑制することができ、スイッチング素子４４のスイッチングの周波数を撮影装置の撮影間隔に対して１を超える整数の倍数に設定する場合には１回の撮影における点灯の回数を合わせるこができるため撮影画像の明るさに与える影響を抑制することができる。

但し、撮影装置の撮影間隔は、撮影装置の機種や設定によって異なる。そこで、制御回路５０は、例えば、スイッチング素子４４のスイッチングの周波数を１５ｋＨｚ程度（１０ｋＨｚ以上２０ｋＨｚ以下）に設定する。これにより、例えば、１０００ＦＰＳ（Frames Per Second）程度までの撮影において、連続する複数の撮影画像毎に明るさが異なってしまうことを抑制することができる。

図２（ａ）～図２（ｄ）及び図３（ａ）～図３（ｄ）に表したように、インダクタ４１に流れる電流Ｉ_Ｌは、スイッチング素子４０を導通状態にすることによって増加し、スイッチング素子４０を非導通状態にすることによって減少する。

このため、図３（ａ）～図３（ｄ）の参考例に表したように、スイッチング素子４４のスイッチングによって調光を行う場合に、定電流回路１４のスイッチング素子４０のスイッチングのタイミングと、調光回路１６のスイッチング素子４４のスイッチングのタイミング（周波数）とが合っていないと、スイッチング素子４４を非導通状態にしたタイミングによってランプ４に流れる電流の大きさが変化し、撮影画像の明るさに影響を与えてしまう可能性がある。特に、調光下限側においては、その傾向が強くなる。

従って、制御回路５０は、図２（ａ）～図２（ｄ）に表したように、スイッチング素子４０を導通状態にしたタイミングに応じて、スイッチング素子４４を導通状態にするタイミングを制御することにより、スイッチング素子４０とスイッチング素子４４との制御のタイミングを同期させるように制御する。制御回路５０は、例えば、スイッチング素子４０を導通状態としたタイミングから任意のタイミング後にスイッチング素子４４を導通状態とする。

これにより、スイッチング素子４４を非導通状態にした際に、ランプ４に流れる電流の大きさにバラツキが生じることを抑制することができる。スイッチング素子４４を非導通状態にしたタイミングによってランプ４に流れる電流の大きさが変化し、撮影画像の明るさに影響を与えてしまうことを抑制することができる。

制御回路５０は、例えば、スイッチング素子４０のスイッチングの周波数を、スイッチング素子４４のスイッチングの周波数の整数倍にする。これにより、上記のように、スイッチング素子４０とスイッチング素子４４とを同期させることができる。

制御回路５０は、例えば、調光信号で設定された調光度などに関わらず、スイッチング素子４０及びスイッチング素子４４のスイッチングの周波数を一定に制御する。制御回路５０は、例えば、スイッチング素子４０、４４のスイッチングの周波数を１５ｋＨｚ程度で一定に制御する。これにより、スイッチング素子４０、４４を同期させつつ、高速撮影などにも対応することができ、連続的に撮影された複数の撮影画像の明るさの変化を適切に抑制することができる。

このように、本実施形態に係る点灯装置１０では、定電流回路１４と調光回路１６とを有する場合にも、撮影装置によって連続的に撮影された複数の撮影画像の明るさの変化を抑制することができる。

なお、制御回路５０は、スイッチング素子４０のスイッチングの周波数を、スイッチング素子４４のスイッチングの周波数に対して十分に高くなるようにしてもよい。例えば、スイッチング素子４０のスイッチングの周波数を、スイッチング素子４４のスイッチングの周波数の１０倍以上、または１を超える整数倍にしてもよい。

この場合、スイッチング素子４４を非導通状態にしてランプ４に電流を流す際に、スイッチング素子４０が導通状態と非導通状態とを複数回繰り返すようになる。従って、調光下限側などにおいて、スイッチング素子４４を非導通状態にしたタイミングによってランプ４に流れる電流の大きさが変化してしまうことを、より確実に抑制することができる。また、この場合には、必ずしもスイッチング素子４０とスイッチング素子４４とを同期させなくてもよい。

図４（ａ）～図４（ｄ）は、点灯装置の参考の動作を模式的に表すグラフ図である。
上記の実施形態では、スイッチング素子４４のスイッチングの周波数を１５ｋＨｚ程度（１０ｋＨｚ以上２０ｋＨｚ以下）としている。しかしながら、２０ｋＨｚ以下の周波数は、人間の可聴領域であるため、例えば、スイッチング素子４４をスイッチングさせた際に、インダクタ４１が振動し、異音が発生してしまう可能性が生じる。このため、異音発生の抑制の観点においては、スイッチング素子４４のスイッチングの周波数を２０ｋＨｚよりも高くすることが好ましい。

制御回路５０は、例えば、スイッチング素子４４のスイッチングの周波数を２４ｋＨｚ程度に設定する。これにより、連続する複数の撮影画像毎に明るさが異なってしまうことを抑制しつつ、異音の発生なども抑制することができる。例えば、３０００ＦＰＳ程度までの撮影において、連続する複数の撮影画像毎に明るさが異なってしまうことを抑制することができる。

一方で、スイッチング素子４４に電流を流す経路では、ランプ４に電流を流す経路と比べて、インダクタ４１に蓄積されたエネルギーの消費量が少ない。このため、スイッチング素子４４のスイッチングの周波数を２０ｋＨｚよりも高く設定すると、図４（ａ）～図４（ｄ）に表したように、調光下限側では、スイッチング素子４０の非導通状態の期間において、インダクタ４１に蓄積されたエネルギーが適切に消費されなくなってしまう可能性が生じる。

このように、インダクタ４１に蓄積されたエネルギーが適切に消費されていない場合には、次のスイッチング素子４０の導通状態の期間において、ランプ４又はスイッチング素子４４（インダクタ４１）に流れる電流が、すぐに所定値に達してしまう。このため、スイッチング素子４０とスイッチング素子４４とを同期させたとしても、ランプ４に流れる電流の大きさにバラツキが生じ、連続的に撮影された複数の撮影画像の明るさに影響を与えてしまう可能性が生じる。

従って、制御回路５０は、例えば、スイッチング素子４４のスイッチングの周波数を２０ｋＨｚよりも高くする場合には、調光信号で設定された調光度が所定値以下である場合に、スイッチング素子４４に流れる直流電流を調整することによって、スイッチング素子４４に直流電流が流れる経路の負荷を増大させる。制御回路５０は、例えば、調光度が所定値以下である場合に、スイッチング素子４４の電極４４ｃに印加する電圧を低くする。これにより、スイッチング素子４４を短絡させた状態よりも、スイッチング素子４４に直流電流が流れる経路の負荷を増大させることができる。制御回路５０は、スイッチング素子４４の能動領域を使用することによって、スイッチング素子４４に直流電流が流れる経路の負荷を調整する。このように、この例では、制御回路５０が、負荷調整部として機能する。

これにより、調光度が所定値以下の場合においても、スイッチング素子４０、４４のスイッチングの周波数を維持したまま、インダクタ４１に蓄積されたエネルギーを適切に消費することができる。例えば、調光度が所定値以下の場合においても、スイッチング素子４０、４４のスイッチングの周波数を２０ｋＨｚよりも高く設定したまま、インダクタ４１に蓄積されたエネルギーを適切に消費することができる。従って、スイッチング素子４０、４４のスイッチングの周波数を高くし、連続する複数の撮影画像毎に明るさが異なってしまうことを適切に抑制しつつ、異音の発生なども抑制することができる。

このように、本実施形態にかかる点灯装置１０では、定電流回路１４と調光回路１６とを有する場合に、調光下限側においても、撮影装置によって連続的に撮影された複数の撮影画像の明るさの変化を抑制することができる。

なお、電極４４ｃに印加する電圧は、例えば、調光度の低下に応じて段階的に低くなるようにしてもよいし、調光度の低下に応じて連続的に低くなるようにしてもよい。あるいは、電極４４ｃに印加する電圧を変化させることなく、調光下限側においてもインダクタ４１に蓄積されたエネルギーを適切に消費できる電圧に予め設定しておいてもよい。

図５は、実施形態に係る点灯装置の変形例を模式的に表すブロック図である。
なお、上記実施形態と機能・構成上実質的に同じものについては、同符号を付し、詳細な説明は省略する。
図５に表したように、点灯装置１０ａでは、検出部２６の検出結果が、制御回路５０に入力される。点灯装置１０ａでは、制御回路５０が、検出部２６と電気的に接続されている。制御回路５０は、配線などを介して直接的に、あるいはスイッチング素子などを介して間接的に検出部２６と接続される。検出部２６の検出結果は、例えば、マイコンなどの他の制御回路から制御回路５０に入力してもよい。

制御回路５０は、検出部２６の検出結果に基づいて、ランプ４又はスイッチング素子４４に流れる直流電流の電流値が一定になるように、定電流回路１４のスイッチング素子４０のスイッチングを制御する。

制御回路５０は、例えば、スイッチング素子４０を非導通状態にした状態から検出部２６の検出値が下限値以下になった場合に、スイッチング素子４０を非導通状態から導通状態に切り替える。そして、制御回路５０は、例えば、スイッチング素子４０を導通状態にした状態から検出部２６の検出値が上限値以上になった場合に、スイッチング素子４０を導通状態から非導通状態に切り替える。また、制御回路５０は、スイッチング素子４０に同期させてスイッチング素子４４のスイッチングを制御する。

これにより、スイッチング素子４４のスイッチングや調光度などに応じてインダクタ４１に蓄積されたエネルギーの消費量が変化した場合にも、連続的に撮影された複数の撮影画像の明るさに影響を与えてしまうことを、より確実に抑制することができる。すなわち、インダクタ４１に蓄積されたエネルギーの消費量の変化に対応させて、スイッチング素子４０及びスイッチング素子４４のスイッチングの周波数を任意に変化させることができる。また、コンパレータ５２、５８などを設ける必要をなくすことができ、制御部１８における部品点数の削減や回路構成の簡単化などを図ることもできる。

図６は、実施形態に係る点灯装置の変形例を模式的に表すブロック図である。
図６に表したように、点灯装置１０ｂは、負荷調整部７０をさらに備える。負荷調整部７０は、調光回路１６のスイッチング素子４４と直列に接続された負荷部７２を有する。負荷部７２は、例えば、抵抗器、可変抵抗器、半導体スイッチ素子、及び抵抗スイッチ素子の少なくともいずれかを含む。

このように、負荷部７２を設けた場合にも、スイッチング素子４４を短絡させた状態よりも、スイッチング素子４４に直流電流が流れる経路の負荷を増大させることができる。従って、この点灯装置１０ｂによっても、上記実施形態と同様に、調光下限側においても、スイッチング素子４０、４４のスイッチングの周波数を維持したまま、インダクタ４１に蓄積されたエネルギーを適切に消費することができ、スイッチング素子４０、４４のスイッチングの周波数を高くし、連続する複数の撮影画像毎に明るさが異なってしまうことを適切に抑制しつつ、異音の発生なども抑制することができる。

スイッチング素子４４に直流電流が流れる経路の負荷を、スイッチング素子４４と直列に接続された負荷部７２によって増大させる場合、負荷調整部７０は、負荷部７２及びスイッチング素子４４の両端に生じる電圧によって、ランプ４が点灯しないように設定される。例えば、負荷部７２及びスイッチング素子４４の両端に生じる電圧が、ランプ４の光源５であるＬＥＤの順方向電圧を超えないように、負荷部７２の抵抗値などが設定される。これにより、インダクタ４１に蓄積されたエネルギーを適切に負荷部７２によって適切に消費できるようにしつつ、スイッチング素子４４を導通状態にした際に、ランプ４が点灯してしまうことを抑制することができる。例えば、ランプ４を消灯状態まで適切に調光することが可能となる。

但し、例えば、調光制御によってランプ４を消灯状態にする必要が無い場合などには、スイッチング素子４４を導通状態にした際にも、ランプ４側に直流電流が流れるように、負荷部７２の抵抗値などを設定してもよい。換言すれば、スイッチング素子４４を導通状態にした際に、定電流回路１４から供給された直流電流をランプ４側及びスイッチング素子４４側に分流するように、負荷部７２の抵抗値などを設定してもよい。

図６では、スイッチング素子４４の高電位側の電極４４ａに負荷部７２を接続している。これに限ることなく、スイッチング素子４４の低電位側の電極４４ｂに負荷部７２を接続してもよい。この場合には、例えば、検出部２６の検出抵抗を負荷部７２として用いてもよい。また、負荷部７２を設けつつ、さらにスイッチング素子４４に流れる直流電流を調整することによって、スイッチング素子４４に直流電流が流れる経路の負荷を増大させてもよい。

図７は、実施形態に係る点灯装置の変形例を模式的に表すブロック図である。
図７に表したように、点灯装置１０ｃは、負荷調整部７０が、切替部７４をさらに有する。切替部７４は、負荷部７２をスイッチング素子４４に直列に接続した接続状態と、負荷部７２をスイッチング素子４４に接続していない非接続状態と、を切り替える。切替部７４は、制御回路５０と電気的に接続されている。切替部７４の各状態は、制御回路５０によって切り替えられる。

制御回路５０は、例えば、調光信号で設定された調光度が所定値以上である場合に、切替部７４を非接続状態とし、調光信号で設定された調光度が所定値未満である場合に、切替部７４を接続状態とする。

このように、切替部７４を設け、高い調光度が設定されている場合など、負荷部７２が不要な状態の時に、負荷部７２をスイッチング素子４４に接続しないようにする。これにより、例えば、負荷部７２での電力の消費を抑え、点灯装置１０ｃの省電力化を図ることができる。なお、切替部７４の各状態の切り替えは、例えば、制御回路５０とは別の制御回路などで行ってもよい。

図８は、実施形態に係る点灯装置の変形例を模式的に表すブロック図である。
図８に表したように、点灯装置１０ｄは、負荷調整部７０が、切替部７６をさらに有する。切替部７６は、負荷部７２の両端を短絡した短絡状態と、負荷部７２の両端を短絡していない非短絡状態と、を切り替える。切替部７６は、制御回路５０と電気的に接続されている。切替部７６の各状態は、制御回路５０によって切り替えられる。

制御回路５０は、例えば、調光信号で設定された調光度が所定値以上である場合に、切替部７６を短絡状態とし、調光信号で設定された調光度が所定値未満である場合に、切替部７６を非短絡状態とする。

このように、切替部７６を設け、高い調光度が設定されている場合など、負荷部７２が不要な状態の時に、負荷部７２の両端を短絡する。これにより、例えば、負荷部７２での電力の消費を抑え、点灯装置１０ｄの省電力化を図ることができる。なお、切替部７６の各状態の切り替えは、例えば、制御回路５０とは別の制御回路などで行ってもよい。

本発明のいくつかの実施形態および実施例を説明したが、これらの実施形態または実施例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態または実施例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態または実施例やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

２…交流電源、 ４…ランプ、 ５…光源、 ６…通信制御装置、 ８…外部機器、 １０、１０ａ～１０ｄ…点灯装置、 １２…出力部、 １４…定電流回路、 １６…調光回路、 １８…制御部、 ２０…フィルタ回路、 ２２…整流回路、 ２４…力率改善回路、 ２６…検出部、 ３０…スイッチング素子、 ３１…インダクタ、 ３２…ダイオード、 ３３…平滑コンデンサ、 ４０…スイッチング素子、 ４１…インダクタ、 ４２…ダイオード、 ４４…スイッチング素子、 ５０…制御回路、 ５２…コンパレータ、 ５４…抵抗素子、 ５６…整流素子、 ５８…コンパレータ、 ６０…ドライバ、 ７０…負荷調整部、 ７２…負荷部、 ７４、７６…切替部

Claims (12)

1. ランプに直流電流を供給することにより、前記ランプを点灯させる点灯装置において、
   前記ランプと接続される出力部と、
   インダクタと、前記インダクタに流れる電流を制御する第１スイッチング素子と、を有し、前記第１スイッチング素子のスイッチングによって、前記直流電流の電流値が一定になるように制御する定電流回路と、
   前記ランプに対して並列に接続される第２スイッチング素子を有し、外部から入力された調光信号に応じて前記第２スイッチング素子をスイッチングすることにより、前記ランプから照射される光の調光制御を行う調光回路と、
   前記第２スイッチング素子を短絡させた状態において、前記第２スイッチング素子に前記直流電流が流れる経路の負荷を増大させる負荷調整部と、
   を備え、
   前記負荷調整部は、前記第２スイッチング素子と直列に接続された負荷部と、前記負荷部を前記第２スイッチング素子に直列に接続した状態と、前記負荷部を前記第２スイッチング素子に接続していない状態と、を切り替える切替部と、を有する点灯装置。
2. ランプに直流電流を供給することにより、前記ランプを点灯させる点灯装置において、
   前記ランプと接続される出力部と、
   インダクタと、前記インダクタに流れる電流を制御する第１スイッチング素子と、を有し、前記第１スイッチング素子のスイッチングによって、前記直流電流の電流値が一定になるように制御する定電流回路と、
   前記ランプに対して並列に接続される第２スイッチング素子を有し、外部から入力された調光信号に応じて前記第２スイッチング素子をスイッチングすることにより、前記ランプから照射される光の調光制御を行う調光回路と、
   前記第２スイッチング素子を短絡させた状態において、前記第２スイッチング素子に前記直流電流が流れる経路の負荷を増大させる負荷調整部と、
   を備え、
   前記負荷調整部は、前記第２スイッチング素子と直列に接続された負荷部を有し、前記負荷部及び前記第２スイッチング素子の両端に生じる電圧によって、前記ランプが点灯しないように設定されている点灯装置。
3. 前記負荷調整部の前記負荷部は、抵抗器、可変抵抗器、半導体スイッチ素子、及び抵抗スイッチ素子の少なくともいずれかを含む請求項１又は２に記載の点灯装置。
4. 前記負荷部は、前記ランプに流れる前記直流電流及び前記ランプの電圧の少なくとも一方を検出する検出抵抗である請求項１～３のいずれか１つに記載の点灯装置。
5. 前記第１スイッチング素子を導通状態にしたタイミングに応じて、前記第２スイッチング素子を導通状態にするタイミングを制御することにより、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との制御のタイミングを同期させるように制御する制御回路をさらに備えた請求項１～４のいずれか１つに記載の点灯装置。
6. 前記定電流回路は、前記第２スイッチング素子のスイッチングに関わらず動作し、前記第２スイッチング素子の非導通状態においては前記ランプに流れる前記直流電流が一定になるように制御し、前記第２スイッチング素子の導通状態においては前記第２スイッチング素子に流れる前記直流電流が一定になるように制御する請求項１～５のいずれか１つに記載の点灯装置。
7. 前記ランプに流れる前記直流電流及び前記ランプの電圧の少なくとも一方を検出する検出部をさらに備え、
   前記制御回路は、前記検出部の検出結果に基づいて、前記直流電流の電流値が一定になるように前記第１スイッチング素子のスイッチングを制御する請求項５記載の点灯装置。
8. 前記調光回路の行う前記調光制御は、パルス幅変調方式を含む請求項１～７のいずれか１つに記載の点灯装置。
9. 前記第２スイッチング素子のスイッチングの周波数は、２０ｋＨｚよりも高い請求項１～８のいずれか１つに記載の点灯装置。
10. 前記第２スイッチング素子のスイッチングの周波数は、１０ｋＨｚ以上２０ｋＨｚ以下である請求項１～８のいずれか１つに記載の点灯装置。
11. 前記第２スイッチング素子のスイッチング周波数は、撮影装置の撮影間隔の整数倍又は１０倍以上である請求項１～１０のいずれか１つに記載の点灯装置。
12. 前記第１スイッチング素子のスイッチングの周波数は、前記第２スイッチング素子のスイッチングの周波数の整数倍又は１０倍以上である請求項１～１１のいずれか１つに記載の点灯装置。

Images