JPWO2020012630A1 - 撮像装置 - Google Patents
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Abstract
実施形態の撮像装置は、撮像回路、可変電圧電源、発光素子、定電流駆動回路、制御回路を備え、前記可変電圧電源の出力端子は、前記発光素子の入力端子に、前記発光素子の出力端子は、前記定電流駆動回路の入力端子に、それぞれ接続されており、前記制御回路は、前記定電流駆動回路に流れ込む電流を制御し、前記撮像回路が撮像している期間、前記発光素子を点灯させ、前記撮像回路が撮像していない期間、前記発光素子を消灯させ、前記発光素子を点灯させている期間、前記定電流駆動回路の入力端子の電圧に基づいて、前記可変電圧電源が印加する電圧を制御し、前記発光素子を消灯させている期間、前記可変電圧電源を制御し、前記発光素子のコンプライアンス電圧以上の電圧を印加させる。
Description
本発明は、撮像装置に関する。
半導体発光素子を使った照明機器において、その半導体発光素子に電流を流す駆動回路が知られている。
図7Aは、半導体発光素子の発光を制御する照明機器の概略構成を示すブロック図である。図7Aに示す照明機器1は、バッテリ2、電源回路3、電圧制御回路4、発光素子5、定電流駆動回路6を含んで構成されている。
電源回路3は、バッテリ2に蓄電された直流電圧を電源電圧に変換して、変換した電源電圧VDDを発光素子5に印加する。
定電流駆動回路6は、発光素子5を駆動し、発光素子5を発光させる。
電圧制御回路4は、定電流駆動回路6が発光素子5を駆動した場合の定電流駆動回路6における電力損失を最小限にするために、電源回路3が発光素子5に印加する電源電圧VDDを適正に制御する。
図7Aは、半導体発光素子の発光を制御する照明機器の概略構成を示すブロック図である。図7Aに示す照明機器1は、バッテリ2、電源回路3、電圧制御回路4、発光素子5、定電流駆動回路6を含んで構成されている。
電源回路3は、バッテリ2に蓄電された直流電圧を電源電圧に変換して、変換した電源電圧VDDを発光素子5に印加する。
定電流駆動回路6は、発光素子5を駆動し、発光素子5を発光させる。
電圧制御回路4は、定電流駆動回路6が発光素子5を駆動した場合の定電流駆動回路6における電力損失を最小限にするために、電源回路3が発光素子5に印加する電源電圧VDDを適正に制御する。
図7Bは、図7Aに示す発光素子5に必要な電源電圧VDDを説明するための図である。
発光素子5の発光に必要な電源電圧VDDとは、発光素子で必要な電圧(発光素子5の発光に必要な電圧Vreq)と、定電流回路降下電圧(定電流駆動回路6の降下電圧Vdrop)の合計である。なお、発光素子5の発光に必要な電圧Vreqとは、発光素子5の順方向電圧(Vf、或いはコンプライアンス電圧とも呼ぶ)である。
発光素子5の発光に必要な電源電圧VDDとは、発光素子で必要な電圧(発光素子5の発光に必要な電圧Vreq)と、定電流回路降下電圧(定電流駆動回路6の降下電圧Vdrop)の合計である。なお、発光素子5の発光に必要な電圧Vreqとは、発光素子5の順方向電圧(Vf、或いはコンプライアンス電圧とも呼ぶ)である。
ここで、電源電圧VDDが低すぎると、必要な電流を発光素子5に流すことができない。そのため、電源電圧VDDを少し高めにしておく必要がある。つまり、マージン電圧Vmgnを電源電圧VDDに加える必要がある。すなわち、発光素子5の発光に必要な電源電圧VDDは、図7Bに示すように、発光素子5の発光に必要な電圧Vreqと、マージン電圧Vmgnと、降下電圧Vdropとの合計となる。
一方、電源電圧VDDが高すぎると、電流は十分流せるが、マージン電圧Vmgnと、降下電圧Vdropとの合計分は、定電流駆動回路6での電力損失(発熱)になってしまう。
つまり、定電流駆動回路6での電力損失を最少にするには、電源電圧VDDを制御して、マージン電圧Vmgnを必要最小な電源電圧VDDにする必要がある。
しかし、発光素子5の順方向電圧は、デバイスの個体差、経年劣化、動作温度などによってバラつきが生じるため、一意に電源電圧VDDを決めることができない。そのため、電源電圧VDDを適正電圧へ制御するフィードバック制御することが求められる。なお、適正電圧への制御とは、図7Bに於いて、マージン電圧Vmgnを常に小さくすることと同義である。
つまり、定電流駆動回路6での電力損失を最少にするには、電源電圧VDDを制御して、マージン電圧Vmgnを必要最小な電源電圧VDDにする必要がある。
しかし、発光素子5の順方向電圧は、デバイスの個体差、経年劣化、動作温度などによってバラつきが生じるため、一意に電源電圧VDDを決めることができない。そのため、電源電圧VDDを適正電圧へ制御するフィードバック制御することが求められる。なお、適正電圧への制御とは、図7Bに於いて、マージン電圧Vmgnを常に小さくすることと同義である。
この電源電圧VDDの制御に関する制御方法が、例えば下記先行技術文献において、提案されている。特許文献1に示された制御方法では、FET(M1)のゲートとソースとの電位差を検出して、電源電圧VDDの制御を行っている(特許文献1の図1参照)。また、特許文献2に示された制御方法では、オペアンプ4の出力、すなわち、FET5のゲート電圧を検出して、電源電圧VDDの制御を行っている(特許文献2の図1参照)。
ここで、上述した照明機器として、所定の露光周期と露光期間を持つ撮像回路を使った撮像装置を考える。撮像回路は、その露光周期の中で、露光期間のみ画像として被写体光を取り込む。このことは、露光期間以外では被写体光を取り込まないことを意味する。
従って、照明に要する電力を必要最小限に抑えるため、露光期間のみ照明光を出力する事が望ましい。つまり、発光周期の中で、照明光が点灯、消灯を繰り返すことになる。
従って、照明に要する電力を必要最小限に抑えるため、露光期間のみ照明光を出力する事が望ましい。つまり、発光周期の中で、照明光が点灯、消灯を繰り返すことになる。
ここで照明の光源として、半導体発光素子を用いた場合、駆動回路の消費電力も抑える制御方法も併せて考慮する必要がある。
しかしながら、従来の制御方法では、発光素子への電流値に応じて駆動電圧(上述の電源電圧VDD)を制御していたため、消灯期間を経て再び点灯期間に移行した直後では点灯に必要な電源電圧VDDが不足して、発光素子への所望の電流値に至るまで時間がかかるという問題があった。
しかしながら、従来の制御方法では、発光素子への電流値に応じて駆動電圧(上述の電源電圧VDD)を制御していたため、消灯期間を経て再び点灯期間に移行した直後では点灯に必要な電源電圧VDDが不足して、発光素子への所望の電流値に至るまで時間がかかるという問題があった。
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、その目的は、点灯と消灯とを繰り返し行なう発光素子の発光制御において、消費電力を低減しつつ、再点灯開始直後の発光量の低減を少なくすることにある。
本発明の第1の態様に係る撮像装置は、撮像回路、可変電圧電源、発光素子、定電流駆動回路、および制御回路を備え、前記可変電圧電源の出力端子は、前記発光素子の入力端子に接続され、前記発光素子の出力端子は、前記定電流駆動回路の入力端子に接続され、前記制御回路は、前記定電流駆動回路に流れ込む電流を制御し、前記撮像回路が撮像している期間、前記発光素子を点灯させ、前記撮像回路が撮像していない期間、前記発光素子を消灯させ、前記発光素子を点灯させている期間、前記定電流駆動回路の入力端子の電圧に基づいて、前記可変電圧電源が印加する電圧を制御し、前記発光素子を消灯させている期間、前記可変電圧電源を制御し、前記発光素子のコンプライアンス電圧以上の電圧を印加させる。
本発明の第2の態様に係る撮像装置は、上記第1の態様において、前記撮像回路による撮像で得られた撮像画像の明るさを算出する検波回路を更に備え、前記制御回路は、前記検波回路が算出した明るさに基づいて、前記発光素子に流す電流を増加させるか否かを決定し、増加させると決定した場合、前記発光素子を消灯させている期間、前記可変電圧電源が印加する電圧を制御し、前記発光素子のコンプライアンス電圧よりも大きい電圧を印加させる。
本発明の第3の態様に係る撮像装置は、上記第2の態様において、メモリを更に備え、前記メモリは、前記検波回路が算出した明るさと前記可変電圧電源が印加する電圧値との関係を示す第1情報を記憶しており、前記制御回路は、前記明るさと、前記第1情報と、に基づいて、前記可変電圧電源が印加する電圧を特定し、前記発光素子を消灯させている期間、前記可変電圧電源が印加する電圧を制御し、特定した前記電圧を印加させる。
本発明の第4の態様に係る撮像装置は、上記第1の態様において、前記定電流駆動回路の入力端子と、前記制御回路が前記定電流駆動回路の入力端子の電圧に基づいて前記可変電圧電源が印加する電圧を制御する際に使用されるコンパレータの入力端子と、の間に、前記コンパレータの入力端子の電圧を所定の電圧にクリップする電圧クリップ回路を備える。
本発明の各態様によれば、点灯と消灯とを繰り返し行なう発光素子の発光制御において、消費電力を低減しつつ、再点灯開始直後の発光量の低減を少なくすることができる。
<第1の実施形態>
以下、本発明の第1の実施形態について図面を参照して説明する。図1は、本発明の第1実施形態に係る撮像装置の構成例を示すブロック図である。
図1に示す撮像装置100は、撮像回路7、可変電圧電源30、発光素子5、定電流駆動回路60、マイコン40(制御回路)を含んで構成されている。
可変電圧電源30の出力端子は、発光素子5の入力端子に、発光素子5の出力端子は、定電流駆動回路60の入力端子に、それぞれ接続されている。
以下、本発明の第1の実施形態について図面を参照して説明する。図1は、本発明の第1実施形態に係る撮像装置の構成例を示すブロック図である。
図1に示す撮像装置100は、撮像回路7、可変電圧電源30、発光素子5、定電流駆動回路60、マイコン40(制御回路)を含んで構成されている。
可変電圧電源30の出力端子は、発光素子5の入力端子に、発光素子5の出力端子は、定電流駆動回路60の入力端子に、それぞれ接続されている。
可変電圧電源30は、電源回路3、抵抗素子R1、抵抗素子R2、抵抗素子R3を含んで構成されている。電源回路3は、バッテリ2に蓄電された直流電圧を電源電圧に変換して、変換した電源電圧VDD(以下駆動電圧と呼ぶこともある)を発光素子5に印加する。抵抗素子R1と抵抗素子R2とは、電源電圧VDDとGND(接地)との間に直列に接続されている。この直列に接続された抵抗素子R1と抵抗素子R2との共通接点は、電源回路3のFB端子へ接続されている。また、抵抗素子R3は、当該共通接点とマイコン40の電圧DAC(c)を出力する端子T3との間に設けられている。すなわち、電源回路3は、マイコン40の出力する電圧DAC(c)に応じて、バッテリ2に蓄電された直流電圧を電源電圧に変換して、変換した電源電圧VDDを発光素子5に印加する。つまり、電源回路3は、マイコン40が出力する電圧DAC(c)の出力値を下げることによって、変換した電源電圧VDDを上昇させ、一方、マイコン40が出力する電圧DAC(c)の出力値を上げることによって、変換した電源電圧VDDを下降させる。
発光素子5は、LED、LDなどの半導体発光素子である。すなわち、発光素子5は、発光ダイオード(Light Emitting Diode:LED)であって、ダイオードの一種であり、順方向に電圧を加えた際に発光する半導体素子である。また、発光素子5は、レーザーダイオード(Laser Diode:LD)であって、半導体の構成元素によって発振する中心周波数、つまりレーザー光の色が決まる半導体素子である。
定電流駆動回路60は、オペアンプOP、バイポーラトランジスタBip、シャント抵抗Rsを含んで構成されている。
バイポーラトランジスタBipは、NPN型バイポーラトランジスタである。バイポーラトランジスタBipは、コレクタ端子が発光素子5の出力端子に接続され、ベース端子がオペアンプOPの出力端子に接続され、エミッタ端子がシャント抵抗Rsの一端に接続されている。シャント抵抗Rsの他端は接地されている。オペアンプOPは、正極(+)端子がスイッチSWの出力端子に接続され、負極(−)端子がバイポーラトランジスタBipのエミッタ端子とシャント抵抗Rsの一端との共通接点に接続されている。なお、スイッチSWは図1に示すように、2つの入力端子(第1入力端子と第2入力端子とする)と、1つの出力端子を有するスイッチであり、マイコン40の端子T4から出力される信号が出力端子へ入力されることにより、第1入力端子と出力端子とが接続され(導通され)るか、第2入力端子と出力端子とが接続されるかを決定する。
バイポーラトランジスタBipは、NPN型バイポーラトランジスタである。バイポーラトランジスタBipは、コレクタ端子が発光素子5の出力端子に接続され、ベース端子がオペアンプOPの出力端子に接続され、エミッタ端子がシャント抵抗Rsの一端に接続されている。シャント抵抗Rsの他端は接地されている。オペアンプOPは、正極(+)端子がスイッチSWの出力端子に接続され、負極(−)端子がバイポーラトランジスタBipのエミッタ端子とシャント抵抗Rsの一端との共通接点に接続されている。なお、スイッチSWは図1に示すように、2つの入力端子(第1入力端子と第2入力端子とする)と、1つの出力端子を有するスイッチであり、マイコン40の端子T4から出力される信号が出力端子へ入力されることにより、第1入力端子と出力端子とが接続され(導通され)るか、第2入力端子と出力端子とが接続されるかを決定する。
マイコン40は、定電流駆動回路60に流れ込む駆動電流Idrvを制御する。マイコン40は、マイコン40が端子T4から出力し、スィッチSWの出力端子へと入力するPWM(パルス幅変調信号)に応じて、オペアンプOPの+端子への入力信号を制御する。定電流駆動回路60は、オペアンプOPの+端子への当該入力信号の電圧値が、オペアンプOPの−端子への入力信号の電圧値(バイポーラトランジスタBipのエミッタ端子とシャント抵抗Rsの一端との共通接点の電圧値)より大きい場合、当該入力信号の電圧値を増幅して、増幅後の電圧値をバイポーラトランジスタBipのベース端子へと入力させ、バイポーラトランジスタBipがコレクタ端子からエミッタ端子へと流す電流(発光素子5の駆動電流)を制御する。なお、本実施形態の説明において、発光素子5の駆動電流Idrvを発光素子5へ流すパルス電流と呼ぶこともある。
ここで、図2を参照して、定電流駆動回路60の動作について説明する。
図2は、図1に示す定電流駆動回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。図2においては、撮像回路7がマイコン40へ出力する撮像同期信号、マイコン40が端子T4から出力するPWM信号、発光素子5へ流すパルス電流を示している。
撮像回路7は、所定の露光周期(図2において1フレームで示されている周期)と露光期間を有している。撮像装置100におけるマイコン40は、定電流駆動回路60に流れ込むパルス電流を制御し、撮像回路7が撮像している期間(図2に示す露光期間)、発光素子5を点灯させ、撮像回路7が撮像していない期間(図2に示すブランク期間)、発光素子5を消灯させる。
図2は、図1に示す定電流駆動回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。図2においては、撮像回路7がマイコン40へ出力する撮像同期信号、マイコン40が端子T4から出力するPWM信号、発光素子5へ流すパルス電流を示している。
撮像回路7は、所定の露光周期(図2において1フレームで示されている周期)と露光期間を有している。撮像装置100におけるマイコン40は、定電流駆動回路60に流れ込むパルス電流を制御し、撮像回路7が撮像している期間(図2に示す露光期間)、発光素子5を点灯させ、撮像回路7が撮像していない期間(図2に示すブランク期間)、発光素子5を消灯させる。
そのため、撮像装置100におけるマイコン40は、図2に示すように、撮像回路7の撮像期間に対応する、発光素子5を点灯させている発光期間において、所定のデューティーを有するPWM信号を出力端子T4からスイッチSWの出力端子に対して出力する。ここで、所定のデューティーを有するPWM信号とは、例えばハイ(High)レベルの期間とロウ(Low)レベルの期間とからなる周期に対して、所定のデューティーを乗算した値がHレベルの期間であり、残りの期間がLレベルとなる信号を言う。なお、本実施形態において、PWM信号がHレベルであるときをPWMがONであると言い、LレベルであるときをPWMがOFFであると言うことがある。
また、撮像回路7のブランク期間に対応する、発光素子5を消灯させている消灯期間において、図2に示すように、PWM信号はLレベルであるものとする。
すなわち、スイッチSWの出力端子に入力されるPWM信号がHレベルであるとき、スイッチSWは、第1入力端子と出力端子との間で導通し、マイコン40が端子T1から出力する電圧DAC(a)(駆動電流指示値)がオペアンプOPの+端子へ入力する。一方、スイッチSWに入力されるPWM信号がLレベルであるとき、第2入力端子と出力端子との間で導通し、第2入力端子に接続される接地レベル(Lレベル)の電圧がオペアンプOPの+端子へ入力する。
また、撮像回路7のブランク期間に対応する、発光素子5を消灯させている消灯期間において、図2に示すように、PWM信号はLレベルであるものとする。
すなわち、スイッチSWの出力端子に入力されるPWM信号がHレベルであるとき、スイッチSWは、第1入力端子と出力端子との間で導通し、マイコン40が端子T1から出力する電圧DAC(a)(駆動電流指示値)がオペアンプOPの+端子へ入力する。一方、スイッチSWに入力されるPWM信号がLレベルであるとき、第2入力端子と出力端子との間で導通し、第2入力端子に接続される接地レベル(Lレベル)の電圧がオペアンプOPの+端子へ入力する。
これにより、定電流駆動回路60は、図2に示すように、発光素子5を点灯させている発光期間中は、短いパルスの駆動電流Idrvを発光素子5に流す。
すなわち、定電流駆動回路60は、マイコン40が端子T4から出力するPWM(信号)と端子T1から出力するDAC(a)(駆動電流指示値)によってパルス電流を発光素子5に流す。
すなわち、定電流駆動回路60は、マイコン40が端子T4から出力するPWM(信号)と端子T1から出力するDAC(a)(駆動電流指示値)によってパルス電流を発光素子5に流す。
図1に戻って、発光素子5の出力端子と定電流駆動回路60の入力端子(バイポーラトランジスタBipのコレクタ端子)とは接続されており、この接続された共通接続点の電圧レベルを、定電流駆動回路60の降圧電圧Vdropと呼ぶこととする。
図1に示すように、電圧クリップ回路42が、定電流駆動回路60の入力端子と、マイコン40が定電流駆動回路60の入力端子の電圧に基づいて可変電圧電源30が印加する電圧を制御する際に使用されるコンパレータCMPの入力端子(正極(+)端子)と、の間に設けられていてもよい。電圧クリップ回路42は、コンパレータの入力端子の電圧を所定の電圧にクリップする回路である。電圧クリップ回路42は、電圧リミッタ回路、電圧クランプ回路とも言う回路である。電圧クリップ回路42は、コンパレータCMPの定格電圧以上の過電圧(発光素子5の消灯期間における降圧電圧Vdrop)がコンパレータCMPに加わることを防ぐための保護回路である。なお、本実施形態においては、コンパレータCMPの入力端子(正極(+)端子)の電圧は、降圧電圧Vdropであるものとして、以下説明を続ける。
コンパレータCMPは、正極(+)端子が定電流駆動回路60の入力端子に接続され、定電流駆動回路60の降圧電圧Vdropが入力され、負極(−)端子が所定値である電圧DAC(b)を出力するマイコン40の端子T2に接続され、前記所定値である電圧DAC(b)が入力され、両電圧の比較を行う。
フリップフロップ(Flip Flop:FF)回路41は、コンパレータCMPの出力である比較結果が入力端子SETに入力され、入力される比較結果に応じて、出力結果である信号Qを、マイコン40のQ端子へ出力する。
図1に示すように、電圧クリップ回路42が、定電流駆動回路60の入力端子と、マイコン40が定電流駆動回路60の入力端子の電圧に基づいて可変電圧電源30が印加する電圧を制御する際に使用されるコンパレータCMPの入力端子(正極(+)端子)と、の間に設けられていてもよい。電圧クリップ回路42は、コンパレータの入力端子の電圧を所定の電圧にクリップする回路である。電圧クリップ回路42は、電圧リミッタ回路、電圧クランプ回路とも言う回路である。電圧クリップ回路42は、コンパレータCMPの定格電圧以上の過電圧(発光素子5の消灯期間における降圧電圧Vdrop)がコンパレータCMPに加わることを防ぐための保護回路である。なお、本実施形態においては、コンパレータCMPの入力端子(正極(+)端子)の電圧は、降圧電圧Vdropであるものとして、以下説明を続ける。
コンパレータCMPは、正極(+)端子が定電流駆動回路60の入力端子に接続され、定電流駆動回路60の降圧電圧Vdropが入力され、負極(−)端子が所定値である電圧DAC(b)を出力するマイコン40の端子T2に接続され、前記所定値である電圧DAC(b)が入力され、両電圧の比較を行う。
フリップフロップ(Flip Flop:FF)回路41は、コンパレータCMPの出力である比較結果が入力端子SETに入力され、入力される比較結果に応じて、出力結果である信号Qを、マイコン40のQ端子へ出力する。
これにより、マイコン40は、発光素子5を点灯させている期間、降圧電圧Vdropが所定値である電圧DAC(b)より大きい場合は、判定結果であるQ値を0から1に変えて、可変電圧電源へ入力する電圧DAC(c)を上昇させて発光素子5の駆動電圧(電源電圧VDD)を下降させ、可変電圧電源30の出力する発光素子5の駆動電圧(電源電圧VDD)を電源電圧VDD(M)に近づける制御を行う。
一方、マイコン40は、発光素子5を点灯させている期間、降圧電圧Vdropが所定値であるDAC(b)以下の場合は、判定結果であるQ値を0のまま維持し、可変電圧電源30へ入力する電圧DAC(c)を下降させて発光素子5の駆動電圧(電源電圧VDD)を上昇させ、可変電圧電源30の出力する発光素子の駆動電圧(電源電圧VDD)を電源電圧VDD(M)に近づける制御を行う。
すなわち、マイコン40は、発光素子5を点灯させている期間、定電流駆動回路60の入力端子の電圧(降圧電圧Vdrop)に基づいて、可変電圧電源30が印加する電圧を制御する。
なお、マイコン40は、発光素子5を消灯させている期間、可変電圧電源30を制御し、発光素子5のコンプライアンス電圧以上(電源電圧VDD(M)以上)の電圧を印加させる。
一方、マイコン40は、発光素子5を点灯させている期間、降圧電圧Vdropが所定値であるDAC(b)以下の場合は、判定結果であるQ値を0のまま維持し、可変電圧電源30へ入力する電圧DAC(c)を下降させて発光素子5の駆動電圧(電源電圧VDD)を上昇させ、可変電圧電源30の出力する発光素子の駆動電圧(電源電圧VDD)を電源電圧VDD(M)に近づける制御を行う。
すなわち、マイコン40は、発光素子5を点灯させている期間、定電流駆動回路60の入力端子の電圧(降圧電圧Vdrop)に基づいて、可変電圧電源30が印加する電圧を制御する。
なお、マイコン40は、発光素子5を消灯させている期間、可変電圧電源30を制御し、発光素子5のコンプライアンス電圧以上(電源電圧VDD(M)以上)の電圧を印加させる。
ここで、電源電圧VDDがハイ(High:H)レベルであるときの電源電圧VDD(H)、電源電圧VDDが中間(Medium:M)レベルであるときの電源電圧VDD(M)、電源電圧VDDがロウ(Low:L)レベルの時の定電流駆動回路60での降圧電圧Vdropと駆動電流Idropを測定すると、図3に示すような波形が得られる。なお、電源電圧VDD(H)>電源電圧VDD(M)>電源電圧VDD(L)の関係である。
図3は、図1に示す撮像装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。図3においては、マイコン40が発光素子5を点灯させている期間における降圧電圧Vdrop、駆動電流Idropの時間変化を電源電圧VDD(H)、電源電圧VDD(M)、電源電圧VDD(L)それぞれについて示している。
なお、電源電圧VDD(H)の波形を破線、電源電圧VDD(M)の波形を実線、電源電圧VDD(L)の波形を点線で示している。
図3は、図1に示す撮像装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。図3においては、マイコン40が発光素子5を点灯させている期間における降圧電圧Vdrop、駆動電流Idropの時間変化を電源電圧VDD(H)、電源電圧VDD(M)、電源電圧VDD(L)それぞれについて示している。
なお、電源電圧VDD(H)の波形を破線、電源電圧VDD(M)の波形を実線、電源電圧VDD(L)の波形を点線で示している。
電源電圧VDD(H)は、駆動に必要な電圧より高い。そのため、電源電圧VDD(H)の時は、駆動電流Idrvは1パルスのHレベルのときにIdrv適正値に到達しているためOKだが、このときの降圧電圧Vdropが高く、電力損失が大きい。
また、電源電圧VDD(M)は、ほぼ適正値である。なぜなら、電源電圧VDD(M)の時は、駆動電流Idrvは、ほぼ適正値であり(駆動電流Idrvが1パルスのHレベルのときにIdrv適正値に到達しているため、OKである)、このときの降圧電圧Vdropが電源電圧VDD(H)より低く、電源電圧VDD(H)に比べると電力損失は小さいからである。
また、電源電圧VDD(L)は、電圧が不足している。そのため、駆動電流Idrvは1パルスのHレベルのときに、降圧電圧Vdropが電源電圧VDD(M)より低く、十分な電流(Idrv適正値)を流すことができない。
また、電源電圧VDD(M)は、ほぼ適正値である。なぜなら、電源電圧VDD(M)の時は、駆動電流Idrvは、ほぼ適正値であり(駆動電流Idrvが1パルスのHレベルのときにIdrv適正値に到達しているため、OKである)、このときの降圧電圧Vdropが電源電圧VDD(H)より低く、電源電圧VDD(H)に比べると電力損失は小さいからである。
また、電源電圧VDD(L)は、電圧が不足している。そのため、駆動電流Idrvは1パルスのHレベルのときに、降圧電圧Vdropが電源電圧VDD(M)より低く、十分な電流(Idrv適正値)を流すことができない。
ここで、定電流駆動回路60の降圧電圧Vdropは、定電流駆動回路60を構成するバイポーラトランジスタBipの特性と、シャント抵抗Rsの抵抗値と、駆動電流Idrvから事前に所定値として知ることができる。そして、定電流駆動回路60の降圧電圧Vdropがその所定値であるとき、最も電力損失が少ない状態になっている。従って、定電流駆動回路60の降圧電圧Vdropを測定し判定することで電源電圧VDDが適正であるのかを判断を行うことができる。
すなわち、図1、図3に示すように、マイコン40が出力端子T2から出力するDAC(b)を所定値DAC(b)とすることにより、降圧電圧Vdropと所定値DAC(b)とを比較判定し、判定結果により電源電圧VDDが適正である電源電圧VDD(M)であるのかを判断することができる。
すなわち、図1、図3に示すように、マイコン40が出力端子T2から出力するDAC(b)を所定値DAC(b)とすることにより、降圧電圧Vdropと所定値DAC(b)とを比較判定し、判定結果により電源電圧VDDが適正である電源電圧VDD(M)であるのかを判断することができる。
そして、定電流駆動回路60の降圧電圧Vdropが所定値DAC(b)に満たない場合は、電源電圧VDDが不足していたと判断できる。一方、定電流駆動回路60の降圧電圧Vdropが所定値DAC(b)を越えていた場合は、電源電圧が高すぎたと判断できる。
定電流駆動回路60の降圧電圧Vdropと所定値DAC(b)との比較は、上述のコンパレータCMPを用いる。そして、マイコン40は、所定値DAC(b)を端子T2から出力し、比較結果を上述のフリップフロップ回路41(FF)にセットする。この方法により、数usと短いパルス駆動でも正しく比較処理を行うことができる。
定電流駆動回路60の降圧電圧Vdropと所定値DAC(b)との比較は、上述のコンパレータCMPを用いる。そして、マイコン40は、所定値DAC(b)を端子T2から出力し、比較結果を上述のフリップフロップ回路41(FF)にセットする。この方法により、数usと短いパルス駆動でも正しく比較処理を行うことができる。
そして、マイコン40は、発光素子5を点灯させている期間、電源電圧VDDが不足していたと判断した場合は、上述のように、端子T3から出力する電圧DAC(c)の出力値を下げることによって、電源電圧VDDを上昇させる。一方、マイコン40は、発光素子5を点灯させている期間、電源電圧VDDが高すぎたかも知れないと判断した場合は、電圧DAC(c)の出力値を上げることによって、電源電圧VDDを下降させる。増幅電流Idrvであるパルス電流が数パルス経過すると、やがて適正な電源電圧VDD(M)に収束する。
また、マイコン40は、発光素子5を消灯させる期間である消灯期間に移行した場合は、発光素子5の駆動を停止させる。すなわち、マイコン40は、図2に示すように、撮像回路7のブランク期間に対応する、発光素子5を消灯させている消灯期間(図2に示す発光期間から移行した消灯期間)において、図2に示すように、PWM信号をLレベルにする。また、マイコン40は、定電流駆動回路60の降圧電圧Vdropの所定値DAC(b)との比較結果による可変電圧電源30の電源電圧VDDの変更も停止させる。すなわち、マイコン40が、端子T3から出力する電圧DAC(c)の出力値を変更しないことによって電源電圧VDDは維持される。
そして、再び、点灯期間に移行した場合は、前回の点灯期間最後の適正な電源電圧VDD(M)のまま発光が再開される。
そして、再び、点灯期間に移行した場合は、前回の点灯期間最後の適正な電源電圧VDD(M)のまま発光が再開される。
続いて、マイコン40内の処理をフローチャートで示した図4を参照しつつ説明する。図4は、図1に示す制御回路の処理を説明するためのフローチャートである。
マイコン40は発光指示待ちを行う(ステップST1)。具体的には、マイコン40は、撮像回路7の出力する撮像同期信号がHレベルのとき、撮像回路7が発光指示を出力したと判定する。これにより、発光素子5は、点灯期間に移行する。
マイコン40は、駆動電流指示値をDAC(a)に設定する(ステップST2)。具体的には、マイコン40は、電圧値DAC(a)を端子T1に設定する。ここで、電圧値DAC(a)とは、PWM信号がON(Hレベル)のとき、定電流駆動回路60の駆動電流(パルス電流)を、図3に示すIdrv適正値とする電圧値である。
マイコン40は発光指示待ちを行う(ステップST1)。具体的には、マイコン40は、撮像回路7の出力する撮像同期信号がHレベルのとき、撮像回路7が発光指示を出力したと判定する。これにより、発光素子5は、点灯期間に移行する。
マイコン40は、駆動電流指示値をDAC(a)に設定する(ステップST2)。具体的には、マイコン40は、電圧値DAC(a)を端子T1に設定する。ここで、電圧値DAC(a)とは、PWM信号がON(Hレベル)のとき、定電流駆動回路60の駆動電流(パルス電流)を、図3に示すIdrv適正値とする電圧値である。
マイコン40は、CLRを’1’にしてFFのQを’0’にする(ステップST3)。具体的には、マイコン40は、出力端子CLRを’0’から’1’にして、フリップフロップ回路41(FF)の入力端子CLRを’0’から’1’にし、フリップフロップ回路41の出力端子Qを’0’にする。
マイコン40は、PWM ONを待つ(ステップST4)。具体的には、マイコン40は、端子T4からHレベルとなるPWM信号をスイッチSWに送信し、定電流駆動回路60は、端子T1に設定された電圧値DAC(a)に対応する駆動電流Idrv(パルス電流)の最適値を発光素子5に流す。コンパレータCMPは、駆動電流Idrvの最適値が流れた時の、すなわちPWM信号がHレベルであるときの降圧電圧Vdropと、マイコン40が端子T2から出力した所定値DAC(b)とを比較し、降圧電圧Vdropが所定値DAC(b)より大きい場合は、判定結果であるフリップフロップ回路41の出力端子Qから出力されるQ値を0から1に変化させる。
一方、コンパレータCMPは、降圧電圧Vdropが所定値であるDAC(b)以下の場合は、判定結果であるフリップフロップ回路41の出力端子Qから出力されるQ値を0のまま維持させる。
マイコン40は、PWM ONを待つ(ステップST4)。具体的には、マイコン40は、端子T4からHレベルとなるPWM信号をスイッチSWに送信し、定電流駆動回路60は、端子T1に設定された電圧値DAC(a)に対応する駆動電流Idrv(パルス電流)の最適値を発光素子5に流す。コンパレータCMPは、駆動電流Idrvの最適値が流れた時の、すなわちPWM信号がHレベルであるときの降圧電圧Vdropと、マイコン40が端子T2から出力した所定値DAC(b)とを比較し、降圧電圧Vdropが所定値DAC(b)より大きい場合は、判定結果であるフリップフロップ回路41の出力端子Qから出力されるQ値を0から1に変化させる。
一方、コンパレータCMPは、降圧電圧Vdropが所定値であるDAC(b)以下の場合は、判定結果であるフリップフロップ回路41の出力端子Qから出力されるQ値を0のまま維持させる。
次に、マイコン40は、PWM OFFを待つ(ステップST5)。具体的には、マイコン40は、端子T4からLレベルとなるPWM信号をスイッチSWに送信し、定電流駆動回路60は、スィッチSWの第2入力端子の接地レベルに対応する0Aの駆動電流Idrv(パルス電流)を発光素子5に流す。コンパレータCMPは、発光素子5が消灯期間にある時と同様に、0Aの駆動電流Idrvが流れた時の、すなわちPWM信号がLレベルであるときの降圧電圧Vdropと、マイコン40が端子T2から出力した所定値DAC(b)とを比較しない。つまり、コンパレータCMPは、PWM信号がLレベルであるとき、図3に示すように降圧電圧Vdropが所定値DAC(b)より大きい場合となるが、PWM信号がHレベルであるときの、降圧電圧Vdropが所定値であるDAC(b)以下の場合と同様に、判定結果であるフリップフロップ回路41の出力端子Qから出力されるQ値を0のまま維持させる。
以上のステップST4とステップST5の処理が、図3に示す駆動電流(パルス電流)の1パルス期間におけるマイコン40が制御するコンパレータCMPの処理である。この処理の結果を基に、マイコン40は、次に説明する可変電圧電源30の制御を行う。
マイコン40は、FFの出力Q=’1’であるか否かを判定する(ステップST6)。具体的には、マイコン40は、入力端子Qに入力されるフリップフロップ回路41の出力端子Qから出力されるQ値が’1’か’0’のいずれであるかを判定する。
マイコン40は、ST6の判定結果が’1’である場合(ステップST6−Yes)、DAC(c)値を上げて、駆動電圧を下げる(ステップST7)。具体的には、マイコン40は、電源電圧VDDが高すぎたと判断し、端子T3から出力する電圧DAC(c)を上げて、可変電圧電源30を制御し、発光素子5を駆動する電圧である駆動電圧(電源電圧VDD)を下げる。
一方、マイコン40は、ST6の判定結果が’0’である場合(ステップST7−No)、DAC(c)値を下げて、駆動電圧を上げる(ステップST8)。具体的には、マイコン40は、電源電圧VDDが低すぎたと判断し、端子T3から出力する電圧DAC(c)を下げて、可変電圧電源30を制御し、発光素子5を駆動する電圧である駆動電圧(電源電圧VDD)を上げる。
すなわち、マイコン40は、発光素子5を点灯させている期間、定電流駆動回路60の入力端子の電圧(降圧電圧Vdrop)に基づいて、可変電圧電源30が印加する電圧を制御し、電源電圧VDDを電源電圧VDD(M)に近づける制御を行う。
マイコン40は、FFの出力Q=’1’であるか否かを判定する(ステップST6)。具体的には、マイコン40は、入力端子Qに入力されるフリップフロップ回路41の出力端子Qから出力されるQ値が’1’か’0’のいずれであるかを判定する。
マイコン40は、ST6の判定結果が’1’である場合(ステップST6−Yes)、DAC(c)値を上げて、駆動電圧を下げる(ステップST7)。具体的には、マイコン40は、電源電圧VDDが高すぎたと判断し、端子T3から出力する電圧DAC(c)を上げて、可変電圧電源30を制御し、発光素子5を駆動する電圧である駆動電圧(電源電圧VDD)を下げる。
一方、マイコン40は、ST6の判定結果が’0’である場合(ステップST7−No)、DAC(c)値を下げて、駆動電圧を上げる(ステップST8)。具体的には、マイコン40は、電源電圧VDDが低すぎたと判断し、端子T3から出力する電圧DAC(c)を下げて、可変電圧電源30を制御し、発光素子5を駆動する電圧である駆動電圧(電源電圧VDD)を上げる。
すなわち、マイコン40は、発光素子5を点灯させている期間、定電流駆動回路60の入力端子の電圧(降圧電圧Vdrop)に基づいて、可変電圧電源30が印加する電圧を制御し、電源電圧VDDを電源電圧VDD(M)に近づける制御を行う。
次に、マイコン40は、発光指示があるか否かを判定する(ステップST9)。具体的には、マイコン40は、撮像回路7の出力する撮像同期信号がHレベルであり、撮像回路7が発光指示を出力しているか否かを判定する。
そして、マイコン40は、撮像回路7が発光指示を出力している(発光素子5が点灯している)と判定した場合(ステップST9−Yes)、ステップST3に戻り、ステップST3〜ST9の処理を行う。すなわち、図3に示す駆動電流(パルス電流)の1パルス期間におけるマイコン40が制御するコンパレータCMPの処理を複数回行うことにより、すなわち数パルス経過することにより、発光素子5を点灯させている期間における電源電圧VDDを適正な電源電圧VDD(M)に収束させるこができる。
一方、マイコン40は、撮像回路7が発光指示を出力していない(発光素子5が消灯している)と判定した場合(ステップST9−No)、DAC(c)値を変更しない(ステップST10)。具体的には、マイコン40は、撮像同期信号がLレベルであり、撮像回路7が発光指示を出力していない(発光素子5が消灯している)と判定し、端子T3から出力する電圧DAC(c)を変更しない。そして、マイコン40は、再び点灯期間に移行した場合に、変更されない電圧DAC(c)により可変電圧電源30を制御し、前回の点灯期間最後の適正電圧である、適正な電源電圧VDD(M)に収束させた電源電圧VDDを発光素子5に印加させ、発光素子5の発光を再開することができる。
そして、マイコン40は、撮像回路7が発光指示を出力している(発光素子5が点灯している)と判定した場合(ステップST9−Yes)、ステップST3に戻り、ステップST3〜ST9の処理を行う。すなわち、図3に示す駆動電流(パルス電流)の1パルス期間におけるマイコン40が制御するコンパレータCMPの処理を複数回行うことにより、すなわち数パルス経過することにより、発光素子5を点灯させている期間における電源電圧VDDを適正な電源電圧VDD(M)に収束させるこができる。
一方、マイコン40は、撮像回路7が発光指示を出力していない(発光素子5が消灯している)と判定した場合(ステップST9−No)、DAC(c)値を変更しない(ステップST10)。具体的には、マイコン40は、撮像同期信号がLレベルであり、撮像回路7が発光指示を出力していない(発光素子5が消灯している)と判定し、端子T3から出力する電圧DAC(c)を変更しない。そして、マイコン40は、再び点灯期間に移行した場合に、変更されない電圧DAC(c)により可変電圧電源30を制御し、前回の点灯期間最後の適正電圧である、適正な電源電圧VDD(M)に収束させた電源電圧VDDを発光素子5に印加させ、発光素子5の発光を再開することができる。
<第2の実施形態>
次に、本発明の第2の実施形態について図面を参照して説明する。図5は、本発明の第2実施形態に係る撮像装置の構成例を示すブロック図である。なお、図5において図1に示す構成と同一あるいは対応する構成には同一の数字の符号を付けて説明を適宜省略する。
図5に示す撮像装置100aは、撮像回路7、検波回路8、可変電圧電源30、発光素子5、定電流駆動回路60、マイコン40a(制御回路)を含んで構成されている。
検波回路8は、撮像回路7が撮影した画像(撮像データ)の明るさを算出、評価して、照明を担う発光素子5の駆動電流Idrvの値の増減を、マイコン40aに指示する。ここで、検波回路8は、撮像回路7が撮影した画像が暗いと評価(判断)したとき、検波回路8は、もっと発光素子5の照明光を増やすべく、マイコン40aが端子T1から出力する駆動電流指示値DAC(a)を上げる。
このマイコン40aが上げた駆動電流指示値DAC(a)を、本実施形態においては、駆動電流指示値DAC’(a)と呼ぶことにする。
次に、本発明の第2の実施形態について図面を参照して説明する。図5は、本発明の第2実施形態に係る撮像装置の構成例を示すブロック図である。なお、図5において図1に示す構成と同一あるいは対応する構成には同一の数字の符号を付けて説明を適宜省略する。
図5に示す撮像装置100aは、撮像回路7、検波回路8、可変電圧電源30、発光素子5、定電流駆動回路60、マイコン40a(制御回路)を含んで構成されている。
検波回路8は、撮像回路7が撮影した画像(撮像データ)の明るさを算出、評価して、照明を担う発光素子5の駆動電流Idrvの値の増減を、マイコン40aに指示する。ここで、検波回路8は、撮像回路7が撮影した画像が暗いと評価(判断)したとき、検波回路8は、もっと発光素子5の照明光を増やすべく、マイコン40aが端子T1から出力する駆動電流指示値DAC(a)を上げる。
このマイコン40aが上げた駆動電流指示値DAC(a)を、本実施形態においては、駆動電流指示値DAC’(a)と呼ぶことにする。
発光素子5の消灯期間中に駆動電流指示値DAC’(a)が上がった場合、次回の発光素子5の点灯期間中において、前回の点灯時と同じ電源電圧(第1の実施形態における電源電圧VDD(M)が対応する)のままでは、定電流駆動回路60の降圧電圧Vdropが不足して十分な駆動電流Idrvを発光素子5に流すことができない。そこで、マイコン40aは可変電圧電源30を制御し、可変電圧電源30が発光素子5に印加する電源電圧VDD(M)を一定値分上昇させる。または、可変電圧電源30の出力上限電圧まで上昇させる。この上昇された電源電圧VDD(M)を、本実施形態においては、電源電圧VDD’(M)と呼ぶことにする。
すなわち、マイコン40aは、発光素子5の消灯期間中に、駆動電流指示値DAC’(a)に上げたとき、定電流駆動回路60の降圧電圧Vdropを上げる。この定電流駆動回路60が上げた降圧電圧Vdropを、本実施形態においては、降圧電圧Vdrop’と呼ぶことにする。
また、この定電流駆動回路60の降圧電圧Vdrop’により、次回の発光素子5の点灯期間中において、発光素子5に流れる電流は、Idrv適正値から増加して、Idrv’適正値になるものとする。
さらに、マイコン40aは、端子T2から出力する所定値DAC(b)を、降圧電圧Vdrop’に応じて上げなければならない。このマイコン40aが上げた所定値DAC(b)を、本実施形態においては、所定値DAC’(b)と呼ぶことにする。
また、この定電流駆動回路60の降圧電圧Vdrop’により、次回の発光素子5の点灯期間中において、発光素子5に流れる電流は、Idrv適正値から増加して、Idrv’適正値になるものとする。
さらに、マイコン40aは、端子T2から出力する所定値DAC(b)を、降圧電圧Vdrop’に応じて上げなければならない。このマイコン40aが上げた所定値DAC(b)を、本実施形態においては、所定値DAC’(b)と呼ぶことにする。
これにより、本実施形態における撮像装置100aは、撮像回路7による撮像で得られた撮像画像の明るさを算出する検波回路8を更に備え、マイコン40aは、撮像回路7による撮像で得られた撮像画像の検波回路8が算出した明るさに基づいて、発光素子5に流す電流を増加させるか否かを決定し、増加させると決定した場合、発光素子5を消灯させている期間、可変電圧電源30が印加する電圧を制御し、発光素子5のコンプライアンス電圧よりも大きい電圧(電源電圧VDD’(M))を印加させる撮像装置となる。
続いて、マイコン40a内の処理をフローチャートで示した図6を参照しつつ説明する。図6は、図4に示す制御回路の処理を説明するためのフローチャートである。
なお、発光素子5の1回目の点灯時間におけるマイコン40aの処理(ステップST1〜ST9−Yes)は、図4に示すマイコン40の処理と同じ処理であるので、説明を省略する。
マイコン40aは、撮像回路7が発光指示を出力していない(発光素子5が消灯している)と判定した場合(ステップST9−No)、駆動電流指示値が増加したか否かを判定する(ステップST11)。
具体的には、マイコン40aは、端子T1から出力するDAC(a)が増加したか、あるいはDAC(a)が増加していないか(DAC(a)に変化がないか、またはDAC(a)が減少した)否かを判定する。
マイコン40aは、DAC(a)が増加していない場合(ステップST11−No)、DAC(c)値を変更しない(ステップST11−No)。
具体的には、マイコン40は、撮像同期信号がLレベルであり、撮像回路7が発光指示を出力していない(発光素子5が消灯している)と判定し、端子T3から出力する電圧DAC(c)を変更しない。そして、マイコン40は、再び点灯期間に移行した場合に、変更されない電圧DAC(c)により可変電圧電源30を制御し、前回の点灯期間最後の適正電圧である、適正な電源電圧VDD(M)に収束させた電源電圧VDDを発光素子5に印加させ、発光素子5の発光を再開する(ステップST1)ことができる。
一方、マイコン40aは、DAC(a)が増加した場合(ステップST11−Yes)、DAC(c)値を下げて、駆動電圧を上げる(ステップST12)。
具体的には、マイコン40は、撮像同期信号がLレベルであり、撮像回路7が発光指示を出力していない(発光素子5が消灯している)と判定し、端子T3から出力する電圧DAC(c)を電圧DAC’(c)に上げる。そして、マイコン40は、再び点灯期間に移行した場合に、上げられた電圧DAC’(c)により可変電圧電源30を制御し、次回の点灯期間の適正電圧である、適正な電源電圧VDD’(M)を発光素子5に印加させ、発光素子5の発光を再開する(ステップST1)ことができる。
以下、電源電圧VDD’(M)を発光素子5に印加させる処置(ステップST12からST1に移行した後の処置)について、説明する。
なお、発光素子5の1回目の点灯時間におけるマイコン40aの処理(ステップST1〜ST9−Yes)は、図4に示すマイコン40の処理と同じ処理であるので、説明を省略する。
マイコン40aは、撮像回路7が発光指示を出力していない(発光素子5が消灯している)と判定した場合(ステップST9−No)、駆動電流指示値が増加したか否かを判定する(ステップST11)。
具体的には、マイコン40aは、端子T1から出力するDAC(a)が増加したか、あるいはDAC(a)が増加していないか(DAC(a)に変化がないか、またはDAC(a)が減少した)否かを判定する。
マイコン40aは、DAC(a)が増加していない場合(ステップST11−No)、DAC(c)値を変更しない(ステップST11−No)。
具体的には、マイコン40は、撮像同期信号がLレベルであり、撮像回路7が発光指示を出力していない(発光素子5が消灯している)と判定し、端子T3から出力する電圧DAC(c)を変更しない。そして、マイコン40は、再び点灯期間に移行した場合に、変更されない電圧DAC(c)により可変電圧電源30を制御し、前回の点灯期間最後の適正電圧である、適正な電源電圧VDD(M)に収束させた電源電圧VDDを発光素子5に印加させ、発光素子5の発光を再開する(ステップST1)ことができる。
一方、マイコン40aは、DAC(a)が増加した場合(ステップST11−Yes)、DAC(c)値を下げて、駆動電圧を上げる(ステップST12)。
具体的には、マイコン40は、撮像同期信号がLレベルであり、撮像回路7が発光指示を出力していない(発光素子5が消灯している)と判定し、端子T3から出力する電圧DAC(c)を電圧DAC’(c)に上げる。そして、マイコン40は、再び点灯期間に移行した場合に、上げられた電圧DAC’(c)により可変電圧電源30を制御し、次回の点灯期間の適正電圧である、適正な電源電圧VDD’(M)を発光素子5に印加させ、発光素子5の発光を再開する(ステップST1)ことができる。
以下、電源電圧VDD’(M)を発光素子5に印加させる処置(ステップST12からST1に移行した後の処置)について、説明する。
マイコン40は発光指示待ちを行う(ステップST1)。具体的には、マイコン40は、撮像回路7の出力する撮像同期信号がHレベルのとき、撮像回路7が発光指示を出力したと判定する。これにより、発光素子5は、点灯期間に移行する。
マイコン40は、駆動電流指示値をDAC’(a)に設定する(ステップST2)。具体的には、マイコン40は、電圧値DAC’(a)を端子T1に設定する。ここで、電圧値DAC’(a)とは、PWM信号がON(Hレベル)のとき、定電流駆動回路60の駆動電流(パルス電流)を、Idrv’適正値とする電圧値である。
マイコン40は、駆動電流指示値をDAC’(a)に設定する(ステップST2)。具体的には、マイコン40は、電圧値DAC’(a)を端子T1に設定する。ここで、電圧値DAC’(a)とは、PWM信号がON(Hレベル)のとき、定電流駆動回路60の駆動電流(パルス電流)を、Idrv’適正値とする電圧値である。
マイコン40は、CLRを’1’にしてFFのQを’0’にする(ステップST3)。具体的には、マイコン40は、出力端子CLRを’0’から’1’にして、フリップフロップ回路41(FF)の入力端子CLRを’0’から’1’にし、フリップフロップ回路41の出力端子Qを’0’にする。
マイコン40は、PWM ONを待つ(ステップST4)。具体的には、マイコン40は、端子T4からHレベルとなるPWM信号をスイッチSWに送信し、定電流駆動回路60は、端子T1に設定された電圧値DAC’(a)に対応する駆動電流Idrv(パルス電流)のIdrv’最適値を発光素子5に流す。コンパレータCMPは、駆動電流IdrvのIdrv’最適値が流れた時の、すなわちPWM信号がHレベルであるときの降圧電圧Vdrop’と、マイコン40が端子T2から出力した所定値DAC’(b)とを比較し、降圧電圧Vdrop’が所定値DAC’(b)より大きい場合は、判定結果であるフリップフロップ回路41の出力端子Qから出力されるQ値を0から1に変化させる。
一方、コンパレータCMPは、降圧電圧Vdrop’が所定値であるDAC’(b)以下の場合は、判定結果であるフリップフロップ回路41の出力端子Qから出力されるQ値を0のまま維持させる。
マイコン40は、PWM ONを待つ(ステップST4)。具体的には、マイコン40は、端子T4からHレベルとなるPWM信号をスイッチSWに送信し、定電流駆動回路60は、端子T1に設定された電圧値DAC’(a)に対応する駆動電流Idrv(パルス電流)のIdrv’最適値を発光素子5に流す。コンパレータCMPは、駆動電流IdrvのIdrv’最適値が流れた時の、すなわちPWM信号がHレベルであるときの降圧電圧Vdrop’と、マイコン40が端子T2から出力した所定値DAC’(b)とを比較し、降圧電圧Vdrop’が所定値DAC’(b)より大きい場合は、判定結果であるフリップフロップ回路41の出力端子Qから出力されるQ値を0から1に変化させる。
一方、コンパレータCMPは、降圧電圧Vdrop’が所定値であるDAC’(b)以下の場合は、判定結果であるフリップフロップ回路41の出力端子Qから出力されるQ値を0のまま維持させる。
次に、マイコン40は、PWM OFFを待つ(ステップST5)。具体的には、マイコン40は、端子T4からLレベルとなるPWM信号をスイッチSWに送信し、定電流駆動回路60は、スィッチSWの第2入力端子の接地レベルに対応する0Aの駆動電流Idrv(パルス電流)を発光素子5に流す。コンパレータCMPは、発光素子5が消灯期間にある時と同様に、0Aの駆動電流Idrvが流れた時の、すなわちPWM信号がLレベルであるときの降圧電圧Vdrop’と、マイコン40が端子T2から出力した所定値DAC’(b)とを比較しない。つまり、コンパレータCMPは、PWM信号がLレベルであるとき、降圧電圧Vdrop’が所定値DAC’(b)より大きい場合となるが、PWM信号がHレベルであるときの、降圧電圧Vdrop’が所定値であるDAC’(b)以下の場合と同様に、判定結果であるフリップフロップ回路41の出力端子Qから出力されるQ値を0のまま維持させる。
以上のステップST4とステップST5の処理が、駆動電流(パルス電流)の1パルス期間におけるマイコン40が制御するコンパレータCMPの処理である。この処理の結果を基に、マイコン40は、次に説明する可変電圧電源30の制御を行う。
マイコン40は、FFの出力Q=’1’であるか否かを判定する(ステップST6)。具体的には、マイコン40は、入力端子Qに入力されるフリップフロップ回路41の出力端子Qから出力されるQ値が’1’か’0’のいずれであるかを判定する。
マイコン40は、ST6の判定結果が’1’である場合(ステップST6−Yes)、DAC’(c)値を上げて、駆動電圧を下げる(ステップST7)。具体的には、マイコン40は、電源電圧VDDが高すぎたと判断し、端子T3から出力する電圧DAC’(c)を上げて、可変電圧電源30を制御し、発光素子5を駆動する電圧である駆動電圧(電源電圧VDD)を下げる。
一方、マイコン40は、ST6の判定結果が’0’である場合(ステップST7−No)、DAC’(c)値を下げて、駆動電圧を上げる(ステップST8)。具体的には、マイコン40は、電源電圧VDDが低すぎたと判断し、端子T3から出力する電圧DAC’(c)を下げて、可変電圧電源30を制御し、発光素子5を駆動する電圧である駆動電圧(電源電圧VDD)を上げる。
すなわち、マイコン40は、発光素子5を点灯させている期間、定電流駆動回路60の入力端子の電圧(降圧電圧Vdrop’)に基づいて、可変電圧電源30が印加する電圧を制御し、電源電圧VDDを電源電圧VDD’(M)に近づける制御を行う。
マイコン40は、FFの出力Q=’1’であるか否かを判定する(ステップST6)。具体的には、マイコン40は、入力端子Qに入力されるフリップフロップ回路41の出力端子Qから出力されるQ値が’1’か’0’のいずれであるかを判定する。
マイコン40は、ST6の判定結果が’1’である場合(ステップST6−Yes)、DAC’(c)値を上げて、駆動電圧を下げる(ステップST7)。具体的には、マイコン40は、電源電圧VDDが高すぎたと判断し、端子T3から出力する電圧DAC’(c)を上げて、可変電圧電源30を制御し、発光素子5を駆動する電圧である駆動電圧(電源電圧VDD)を下げる。
一方、マイコン40は、ST6の判定結果が’0’である場合(ステップST7−No)、DAC’(c)値を下げて、駆動電圧を上げる(ステップST8)。具体的には、マイコン40は、電源電圧VDDが低すぎたと判断し、端子T3から出力する電圧DAC’(c)を下げて、可変電圧電源30を制御し、発光素子5を駆動する電圧である駆動電圧(電源電圧VDD)を上げる。
すなわち、マイコン40は、発光素子5を点灯させている期間、定電流駆動回路60の入力端子の電圧(降圧電圧Vdrop’)に基づいて、可変電圧電源30が印加する電圧を制御し、電源電圧VDDを電源電圧VDD’(M)に近づける制御を行う。
次に、マイコン40は、発光指示があるか否かを判定する(ステップST9)。具体的には、マイコン40は、撮像回路7の出力する撮像同期信号がHレベルであり、撮像回路7が発光指示を出力しているか否かを判定する。
そして、マイコン40は、撮像回路7が発光指示を出力している(発光素子5が点灯している)と判定した場合(ステップST9−Yes)、ステップST3に戻り、ステップST3〜ST9の処理を行う。すなわち、駆動電流(パルス電流)の1パルス期間におけるマイコン40が制御するコンパレータCMPの処理を複数回行うことにより、すなわち数パルス経過することにより、発光素子5を点灯させている期間における電源電圧VDDを適正な電源電圧VDD’(M)に収束させるこができる。
一方、マイコン40は、撮像回路7が発光指示を出力していない(発光素子5が消灯している)と判定した場合(ステップST9−No)、駆動電流指示値が増加したか否かを判定する(ステップST11)。
具体的には、マイコン40aは、端子T1から出力するDAC’(a)が増加したか、あるいはDAC’(a)が増加していないか(DAC’(a)に変化がないか、またはDAC’(a)が減少した)否かを判定する。
マイコン40aは、DAC’(a)が増加していない場合(ステップST11−No)、DAC’(c)値を変更しない(ステップST11−No)。
具体的には、マイコン40は、撮像同期信号がLレベルであり、撮像回路7が発光指示を出力していない(発光素子5が消灯している)と判定し、端子T3から出力する電圧DAC’(c)を変更しない。そして、マイコン40は、再び点灯期間に移行した場合に、変更されない電圧DAC’(c)により可変電圧電源30を制御し、前回の点灯期間最後の適正電圧である、適正な電源電圧VDD’(M)に収束させた電源電圧VDDを発光素子5に印加させ、発光素子5の発光を再開する(ステップST1)ことができる。
一方、マイコン40aは、DAC’(a)が増加した場合(ステップST11−Yes)、DAC’(c)値を下げて、駆動電圧を上げる(ステップST12)。
具体的には、マイコン40は、撮像同期信号がLレベルであり、撮像回路7が発光指示を出力していない(発光素子5が消灯している)と判定し、端子T3から出力する電圧DAC’(c)を電圧DAC’’(c)に上げる。そして、マイコン40は、再び点灯期間に移行した場合に、上げられた電圧DAC’’(c)により可変電圧電源30を制御し、次回の点灯期間の適正電圧である、適正な電源電圧VDD’’(M)を発光素子5に印加させ、発光素子5の発光を再開する(ステップST1)ことができる。
そして、マイコン40は、撮像回路7が発光指示を出力している(発光素子5が点灯している)と判定した場合(ステップST9−Yes)、ステップST3に戻り、ステップST3〜ST9の処理を行う。すなわち、駆動電流(パルス電流)の1パルス期間におけるマイコン40が制御するコンパレータCMPの処理を複数回行うことにより、すなわち数パルス経過することにより、発光素子5を点灯させている期間における電源電圧VDDを適正な電源電圧VDD’(M)に収束させるこができる。
一方、マイコン40は、撮像回路7が発光指示を出力していない(発光素子5が消灯している)と判定した場合(ステップST9−No)、駆動電流指示値が増加したか否かを判定する(ステップST11)。
具体的には、マイコン40aは、端子T1から出力するDAC’(a)が増加したか、あるいはDAC’(a)が増加していないか(DAC’(a)に変化がないか、またはDAC’(a)が減少した)否かを判定する。
マイコン40aは、DAC’(a)が増加していない場合(ステップST11−No)、DAC’(c)値を変更しない(ステップST11−No)。
具体的には、マイコン40は、撮像同期信号がLレベルであり、撮像回路7が発光指示を出力していない(発光素子5が消灯している)と判定し、端子T3から出力する電圧DAC’(c)を変更しない。そして、マイコン40は、再び点灯期間に移行した場合に、変更されない電圧DAC’(c)により可変電圧電源30を制御し、前回の点灯期間最後の適正電圧である、適正な電源電圧VDD’(M)に収束させた電源電圧VDDを発光素子5に印加させ、発光素子5の発光を再開する(ステップST1)ことができる。
一方、マイコン40aは、DAC’(a)が増加した場合(ステップST11−Yes)、DAC’(c)値を下げて、駆動電圧を上げる(ステップST12)。
具体的には、マイコン40は、撮像同期信号がLレベルであり、撮像回路7が発光指示を出力していない(発光素子5が消灯している)と判定し、端子T3から出力する電圧DAC’(c)を電圧DAC’’(c)に上げる。そして、マイコン40は、再び点灯期間に移行した場合に、上げられた電圧DAC’’(c)により可変電圧電源30を制御し、次回の点灯期間の適正電圧である、適正な電源電圧VDD’’(M)を発光素子5に印加させ、発光素子5の発光を再開する(ステップST1)ことができる。
<第2の実施形態の変形例>
次に、本発明の第2の実施形態の変形例について説明する。
第2の実施形態の変形例において、図5に示す撮像装置100aは、更にメモリ(図5においては不図示)を含んで構成されている。
メモリは、検波回路8が算出した明るさと可変電圧電源30が印加する電圧値(VDD(M))との関係を示す第1情報を記憶している。
また、マイコン40a(制御回路)は、明るさと、第1情報と、に基づいて、可変電圧電源30が印加する電圧を特定し、発光素子5を消灯させている期間、可変電圧電源30が印加する電圧を制御し、特定した電圧を印加させる。
次に、本発明の第2の実施形態の変形例について説明する。
第2の実施形態の変形例において、図5に示す撮像装置100aは、更にメモリ(図5においては不図示)を含んで構成されている。
メモリは、検波回路8が算出した明るさと可変電圧電源30が印加する電圧値(VDD(M))との関係を示す第1情報を記憶している。
また、マイコン40a(制御回路)は、明るさと、第1情報と、に基づいて、可変電圧電源30が印加する電圧を特定し、発光素子5を消灯させている期間、可変電圧電源30が印加する電圧を制御し、特定した電圧を印加させる。
ここで、第1の情報とは、例えば、撮像装置100aが過去において、マイコン40aが、明るさに応じたデータ(定電流駆動回路60に与えたDAC(a)、コンパレータCMPに与えたDAC(b)、および可変電圧電源30に与えたDAC(c))により、可変電圧電源30を制御して、可変電圧電源30が発光素子5に電源電圧VDD(M)を印加して発光させた実績データである。
これにより、本変形例の撮像装置100aでは、第2の実施形態の撮像装置100aに比べて、発光素子5に印加する電源電圧VDD(M)を、マイコン40aが精度よく大きくすることができる。
これにより、本変形例の撮像装置100aでは、第2の実施形態の撮像装置100aに比べて、発光素子5に印加する電源電圧VDD(M)を、マイコン40aが精度よく大きくすることができる。
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態およびその変形例に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付のクレームの範囲によってのみ限定される。
上記各態様の撮像装置によれば、点灯期間、消灯期間を繰り返す半導体発光素子の駆動回路において、点灯期間中に駆動電源電圧をできるだけ低くして駆動回路の電力損失が最小になるように制御すると共に、消灯期間を経て再び点灯を開始したときに必要な駆動電源電圧を確保して、光量不足を抑えることができる。
5 発光素子
7 撮像回路
8 検波回路
30 可変電圧電源
40,40a マイコン
41 フリップフロップ回路
60 定電流駆動回路
100,100a 撮像装置
CMP コンパレータ
SW スイッチ
7 撮像回路
8 検波回路
30 可変電圧電源
40,40a マイコン
41 フリップフロップ回路
60 定電流駆動回路
100,100a 撮像装置
CMP コンパレータ
SW スイッチ
本発明の第1の態様に係る撮像装置は、撮像回路、可変電圧電源、発光素子、定電流駆動回路、および制御回路を備え、前記可変電圧電源の出力端子は、前記発光素子の入力端子に接続され、前記発光素子の出力端子は、前記定電流駆動回路の入力端子に接続され、前記制御回路は、前記撮像回路が撮像している期間、パルス幅変調信号を前記定電流駆動回路に出力して前記定電流駆動回路に流れ込む電流を制御することにより前記発光素子を点灯させ、前記撮像回路が撮像していない期間、前記定電流駆動回路への前記パルス幅変調信号の出力を停止することにより前記発光素子を消灯させ、前記発光素子を点灯させている期間、前記定電流駆動回路の前記入力端子の電圧に基づいて、前記可変電圧電源が前記発光素子に印加する駆動電圧を変更し、前記駆動電圧を所定の電源電圧に近づける制御を実行し、前記発光素子を消灯させている期間、前記可変電圧電源を制御し、前記発光素子のコンプライアンス電圧以上の所定の電圧を前記発光素子に印加させる。
本発明の第2の態様に係る撮像装置は、上記第1の態様において、前記撮像回路による撮像で得られた撮像画像の明るさを算出する検波回路を更に備え、前記制御回路は、前記明るさに基づいて、前記発光素子に流す電流を増加させるか否かを決定し、前記電流を増加させると決定した場合、前記発光素子を消灯させている期間、前記駆動電圧を制御し、前記コンプライアンス電圧よりも大きい電圧を前記発光素子に印加させる。
本発明の第3の態様に係る撮像装置は、上記第2の態様において、メモリを更に備え、前記メモリは、前記明るさと前記可変電圧電源が印加する電圧値との関係を示す情報を記憶しており、前記制御回路は、前記明るさと、前記情報と、に基づいて、前記可変電圧電源が印加する電圧を特定し、前記発光素子を消灯させている前記期間、特定した前記電圧を前記発光素子に印加させる。
本発明の第4の態様に係る撮像装置は、上記第1の態様において、前記定電流駆動回路の前記入力端子と、前記制御回路が前記駆動電圧を制御する際に使用されるコンパレータの入力端子と、の間に、前記コンパレータの前記入力端子の電圧を所定の電圧にクリップする電圧クリップ回路を備える。
本発明の第5の態様に係る撮像装置は、上記第1の態様において、前記制御回路は、前記発光素子を消灯させている前記期間において、前記発光素子が点灯している前回の点灯期間の最後に前記発光素子に印加した電圧を前記所定の電圧として前記発光素子に印加し、前回の点灯期間の最後に前記発光素子に印加した前記電圧を次回の点灯期間に前記発光素子に印加することにより発光を再開する。
本発明の第5の態様に係る撮像装置は、上記第1の態様において、前記制御回路は、前記発光素子を消灯させている前記期間において、前記発光素子が点灯している前回の点灯期間の最後に前記発光素子に印加した電圧を前記所定の電圧として前記発光素子に印加し、前回の点灯期間の最後に前記発光素子に印加した前記電圧を次回の点灯期間に前記発光素子に印加することにより発光を再開する。
Claims (4)
- 撮像回路、可変電圧電源、発光素子、定電流駆動回路、および制御回路を備え、
前記可変電圧電源の出力端子は、前記発光素子の入力端子に接続され、
前記発光素子の出力端子は、前記定電流駆動回路の入力端子に接続され、
前記制御回路は、
前記定電流駆動回路に流れ込む電流を制御し、前記撮像回路が撮像している期間、前記発光素子を点灯させ、前記撮像回路が撮像していない期間、前記発光素子を消灯させ、
前記発光素子を点灯させている期間、前記定電流駆動回路の入力端子の電圧に基づいて、前記可変電圧電源が印加する電圧を制御し、
前記発光素子を消灯させている期間、前記可変電圧電源を制御し、前記発光素子のコンプライアンス電圧以上の電圧を印加させる
撮像装置。 - 前記撮像回路による撮像で得られた撮像画像の明るさを算出する検波回路を更に備え、
前記制御回路は、
前記検波回路が算出した明るさに基づいて、前記発光素子に流す電流を増加させるか否かを決定し、
増加させると決定した場合、前記発光素子を消灯させている期間、前記可変電圧電源が印加する電圧を制御し、前記発光素子のコンプライアンス電圧よりも大きい電圧を印加させる
請求項1記載の撮像装置。 - メモリを更に備え、
前記メモリは、前記検波回路が算出した明るさと前記可変電圧電源が印加する電圧値との関係を示す第1情報を記憶しており、
前記制御回路は、
前記明るさと、前記第1情報と、に基づいて、前記可変電圧電源が印加する電圧を特定し、
前記発光素子を消灯させている期間、前記可変電圧電源が印加する電圧を制御し、特定した前記電圧を印加させる
請求項2記載の撮像装置。 - 前記定電流駆動回路の入力端子と、前記制御回路が前記定電流駆動回路の入力端子の電圧に基づいて前記可変電圧電源が印加する電圧を制御する際に使用されるコンパレータの入力端子と、の間に、前記コンパレータの入力端子の電圧を所定の電圧にクリップする電圧クリップ回路を備える
請求項1記載の撮像装置。
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