JP2011253957A

JP2011253957A - 発光装置

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Publication number: JP2011253957A
Application number: JP2010127163A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Iwabori; 裕岩堀
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2010-06-02
Filing date: 2010-06-02
Publication date: 2011-12-15
Also published as: WO2011152480A1

Abstract

【課題】電源電圧の変動に対する損失の変化を抑制するとともに回路構成の簡素化を図る。
【解決手段】電源電圧Vsが変動(低下)すると光源１に流れる駆動電流Ｉ_LDが減少する。しかしながら、電源電圧Vsの変動量(定格電圧に対する低下量)が大きくなるにつれて、制御手段４が選択手段２によって駆動電流Ｉ_LDを流さない方に選択(短絡)する発光ダイオードLDiの個数を増やすとともに駆動電流Ｉ_LDを流す方に選択する発光ダイオードLDjの個数を減らす。つまり、本実施形態の発光装置では、発光ダイオードLDに内在する抵抗成分を限流要素として活用し、入力電圧(電源電圧Vs)の変動量に応じて駆動電流Ｉ_LDが流れる発光ダイオードLDjの個数を減らしているので、電源電圧Vsの変動に対する損失の変化(増大)を抑制するとともに回路構成の簡素化を図ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオードのような固体発光素子を光源とする発光装置に関する。

従来、固体発光素子の１種である発光ダイオードを光源とした発光装置が種種提供されている。例えば、特許文献１には、バッテリの容量を点灯表示するＬＥＤ表示装置が記載されている。この従来装置は、バッテリの正負両極間に複数個の発光ダイオードの直列回路が接続されるとともに、バッテリの正極と各発光ダイオードのカソードの間にそれぞれスイッチが接続され、同時にオンするスイッチの個数を切り換えて発光ダイオードの発光個数を増減することにより、バッテリの容量を表示するものである。なお、特許文献１には、バッテリの電圧を安定化するための電源回路を設ける代わりに、発光ダイオードの直列回路に限流用の抵抗を直列接続することにより、発光ダイオードに流れる電流の安定化を図るようにした実施形態も開示されている。

特開２００４−２７９６６８号公報(段落００４９〜段落００５３及び図４参照)

しかしながら、特許文献１記載の従来装置では、発光ダイオードに流す電流(駆動電流)を安定化するために電源回路や限流抵抗が必要である。近年、発光ダイオードの高出力化に伴って駆動電流も増加する傾向に有り、駆動電流の増加に伴って、電源回路に使用される電子部品(特に、インダクタやトランスなどの受動部品)が大型化するとともに電源回路の回路構成が複雑化するといった問題や、電源電圧変動によって限流抵抗の損失が大きく変化するといった問題があった。

本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、電源電圧の変動に対する損失の変化を抑制するとともに回路構成の簡素化を図ることができる発光装置の提供を目的とする。

本発明の発光装置は、直列接続された複数個の固体発光素子からなる光源と、前記光源において駆動電流を流す固体発光素子と当該駆動電流を流さない固体発光素子を選択する選択手段と、前記光源の状態を検出する検出手段と、当該検出手段の検出結果に変動が生じたときに当該検出結果の変動を抑制するように前記選択手段を制御して、駆動電流を流す固体発光素子と当該駆動電流を流さない固体発光素子を選択させる制御手段とを備えたを特徴とする。

この発光装置において、前記検出手段は、前記駆動電流を検出し、前記制御手段は、前記検出手段が検出する前記駆動電流の変動を抑制するように前記選択手段を制御することが好ましい。

この発光装置において、前記検出手段は、前記光源の光出力を検出し、前記制御手段は、前記検出手段が検出する前記光出力の変動を抑制するように前記選択手段を制御することが好ましい。

この発光装置において、前記検出手段は、前記光源に入力される入力電圧を検出し、前記制御手段は、前記検出手段が検出する前記入力電圧の変動を抑制するように前記選択手段を制御することが好ましい。

この発光装置において、前記検出手段は、前記光源に入力される入力電力を検出し、前記制御手段は、前記検出手段が検出する前記入力電力の変動を抑制するように前記選択手段を制御することが好ましい。

この発光装置において、前記選択手段は、前記固体発光素子の両端を各別に短絡する１乃至複数のスイッチ要素を有し、前記制御手段は、前記スイッチ要素をオン・オフ制御して駆動電流を流す固体発光素子と当該駆動電流を流さない固体発光素子を選択させることが好ましい。

この発光装置において、前記スイッチ要素が全ての前記固体発光素子毎に設けられていることが好ましい。

この発光装置において、前記選択手段は、前記光源の一端と前記固体発光素子の一端に接続されて当該固体発光素子の両端を短絡する１乃至複数のスイッチ要素を有し、前記制御手段は、前記スイッチ要素をオン・オフ制御して駆動電流を流す固体発光素子と当該駆動電流を流さない固体発光素子を選択させることが好ましい。

この発光装置において、前記光源と直列に接続されるインダクタを備え、前記選択手段は、直列接続された複数の前記固体発光素子を一括して短絡する１乃至複数のスイッチ要素を有し、前記制御手段は、前記スイッチ要素をオン・オフ制御して駆動電流を流す固体発光素子と当該駆動電流を流さない固体発光素子を選択させることが好ましい。

この発光装置において、前記光源を構成する前記固体発光素子の個数は、当該固体発光素子の順電圧の総和が入力電圧の最大値よりも大きくなる個数であることが好ましい。

この発光装置において、前記スイッチ要素で一括して短絡される前記固体発光素子の個数は、当該固体発光素子の順電圧の総和が入力電圧の変動値よりも大きくなる個数であることが好ましい。

この発光装置において、前記固体発光素子が実装される実装基板を備え、前記スイッチ要素で一括して短絡される前記固体発光素子と、前記スイッチ要素で一括して短絡されない前記固体発光素子とが前記実装基板の実装面に略均等に配置されることが好ましい。

この発光装置において、前記インダクタは、前記固体発光素子と直列に接続された複数のインダクタンス要素からなることが好ましい。

この発光装置において、前記制御手段は、複数の前記スイッチ要素を時分割でオン・オフ制御することが好ましい。

この発光装置において、前記制御手段は、複数の前記スイッチ要素のオン期間の総和が略一定となるようにオン・オフ制御することが好ましい。

この発光装置において、前記スイッチ要素は、前記制御手段から出力される光信号によってオン・オフすることが好ましい。

この発光装置において、前記制御手段は、前記スイッチ要素のオンデューティ比を制御することが好ましい。

この発光装置において、前記制御手段は、オン・オフ制御する前記スイッチ要素を逐次交替させることが好ましい。

この発光装置において、前記制御手段は、オン・オフ制御する前記スイッチ要素をランダムに切り換えることが好ましい。

この発光装置において、前記制御手段は、１乃至複数個の前記固体発光素子の両端から整流素子を介して動作電源を得ることが好ましい。

この発光装置において、外部電源の電源電圧を変換して前記光源の入力電圧とする電圧変換手段を備えたことが好ましい。

この発光装置において、前記電圧変換手段は、前記外部電源によって充電される１乃至複数のキャパシタと、当該キャパシタへの充電経路と当該キャパシタからの放電経路をそれぞれ開閉する開閉素子と、前記開閉素子を開閉制御する開閉制御手段とを有し、前記キャパシタの放電電圧を前記光源の入力電圧とすることが好ましい。

この発光装置において、前記電圧変換手段は、前記外部電源によって充電される１乃至複数のキャパシタと、当該キャパシタへの充電経路と当該キャパシタからの放電経路をそれぞれ開閉する開閉素子と、前記開閉素子を開閉制御する開閉制御手段とを有し、前記キャパシタの放電電圧を前記外部電源の電源電圧に重畳した電圧を前記光源の入力電圧とすることが好ましい。

この発光装置において、前記キャパシタは、充電時に前記外部電源に対して前記光源と直列に接続されることが好ましい。

本発明の発光装置は、電源電圧の変動に対する損失の変化を抑制するとともに回路構成の簡素化を図ることができるという効果がある。

本発明の実施形態１を示し、(ａ)は回路構成図、(ｂ)は制御部の回路構成図である。同上における制御部の動作を説明するための真理値表である。同上の別構成の選択手段を含む回路構成図である。同上の別構成の選択手段を含む回路構成図である。同上における制御部の動作を説明するための説明図である。本発明の実施形態２を示す回路構成図である。同上の別構成の選択手段を含む回路構成図である。本発明の実施形態３を示す回路構成図である。同上にインダクタを追加した回路構成図である。本発明の実施形態４を示す回路構成図である。同上にインダクタを追加した回路構成図である。本発明の実施形態５を示す回路構成図である。同上にインダクタを追加した回路構成図である。

以下、固体発光素子として発光ダイオードを用いた実施形態について説明する。但し、光源を構成する固体発光素子は発光ダイオードに限定されるものではなく、例えば、有機ＥＬ素子などであっても構わない。

(実施形態１)
本実施形態の発光装置は、図1(a)に示すように直列接続された複数個の発光ダイオードLD1,LD2,…,LDn-1,LDnからなる光源１と、光源１において駆動電流Ｉ_LDを流す発光ダイオードLDi(i=1,2,…,n-1,n)と駆動電流Ｉ_LDを流さない発光ダイオードLDj(j=1,2,…,n-1,n、但し、i+j≦n)を選択する選択手段２と、光源１の状態を検出する検出手段３と、検出手段３の検出結果に変動が生じたときに検出結果３の変動を抑制するように選択手段２を制御して、駆動電流Ｉ_LDを流す発光ダイオードLDiと駆動電流Ｉ_LDを流さない発光ダイオードLDjを選択させる制御手段４とを備えている。

光源１は、直流電源からなる外部電源PSの正極に、一方の末端の発光ダイオードLDnのアノードが接続され、外部電源PSの負極に、他方の末端の発光ダイオードLD1のカソードが接続されている。但し、これら複数個の発光ダイオードLD1〜LDｎは、全て同一定格のものを使用することが望ましい。また、外部電源PSは、例えば、商用交流電源を整流平滑して作成されるものであって、商用交流電源の電源電圧変動に伴って電源電圧Vsが変動する。

選択手段２は、複数個(図示例では４個)の発光ダイオードLD1〜LD4の両端(アノードとカソード)を各別に短絡する複数(図示例では４つ)のスイッチ要素S1〜S4を有している。なお、本実施形態におけるスイッチ要素S1〜S4はフォトトランジスタで構成されており、後述するように制御手段４から出力される光信号によってオン・オフされる。

検出手段３は光源１に流れる駆動電流Ｉ_LDの大きさを検出するものであって、例えば、外部電源PSの負極と光源１との間に挿入される微少な抵抗(図示せず)で構成されている。すなわち、前記抵抗の両端には駆動電流Ｉ_LDの大きさに比例した電圧降下が生じるので、検出手段３では前記電圧降下を検出電圧として制御手段４に出力している。

制御手段４は制御部40と、制御部40によって点滅制御される複数(図示例では４つ)の発光素子(発光ダイオード)41とを具備している。これら４つの発光素子41は、選択手段２のスイッチ要素S1〜S4とそれぞれ光結合されている。

制御部40は、図1(b)に示すように検出手段３の検出電圧を増幅する増幅器と、マイクロコントローラ(以下、マイコンと略す。)MCと、複数(図示例では４つ)の論理回路(アンドゲート)G1〜G4とを具備している。増幅器はオペアンプOPと抵抗R1,R2からなる反転増幅器である。増幅器で増幅された検出電圧は、マイコンMCの入力ポートP0に入力される。マイコンMCの出力ポートP1〜P4にはそれぞれアンドゲートG1〜G4の一方の入力端が接続されている。また、アンドゲートG1〜G4の他方の入力端にはマイコンMCのタイマ出力ポートP5が接続され、アンドゲートG1〜G4の出力端にそれぞれ発光素子41が接続されている。つまり、アンドゲートG1〜G4の出力がＬレベルのときは発光素子41が発光せず、アンドゲートG1〜G4の出力がＨレベルのときにのみ発光素子41が発光する。そして、発光素子41が発する光が光信号としてスイッチ要素S1〜S4に入力され、光信号が入力されたスイッチ要素S1〜S4がオンして発光ダイオードLD1〜LD4の両端を短絡する。

次に、検出手段３の検出結果(検出電圧)に応じた制御手段４の制御動作について説明する。

本実施形態の発光装置においては、外部電源PSの電源電圧Vsが低下すると、光源１の入力電圧も低下し、その結果、光源１に流れる駆動電流Ｉ_LDが減少して検出手段３の検出電圧も低下する。ここで、外部電源PSの電源電圧Vsが定格電圧に等しいときの検出手段３の検出電圧をV0とし、電源電圧Vsが変動して定格電圧よりも低下するにつれて検出電圧がV1、V2、V3、V4と低下すると想定する(但し、V0>V1>V2>V3>V4)。制御手段４は、検出手段３の検出電圧が低下すると、その低下の度合いに応じた個数のスイッチ要素S1〜S4をオンする。具体的には、制御手段４のマイコンMCは、図２の真理値表に示すように検出電圧がV0のときは全ての出力ポートP１〜P4をＬレベルとし、検出電圧がV1のときは出力ポートP1のみをＨレベルとし、検出電圧がV2のときは出力ポートP1,P2をＨレベルとし、検出電圧がV3のときは出力ポートP1,P2,P3をＨレベルとし、検出電圧がV4のときは全ての出力ポートP1〜P4をＨレベルとする。

而して、電源電圧Vsが変動(低下)すると光源１に流れる駆動電流Ｉ_LDが減少するが、上述のように電源電圧Vsの変動量(定格電圧に対する低下量)が大きくなるにつれて、制御手段４が選択手段２によって駆動電流Ｉ_LDを流さない方に選択(短絡)する発光ダイオードLDiの個数を増やすとともに駆動電流Ｉ_LDを流す方に選択する発光ダイオードLDjの個数を減らしている。つまり、本実施形態の発光装置では、発光ダイオードLDに内在する抵抗成分を限流要素として活用し、上述のように入力電圧(電源電圧Vs)の変動量に応じて駆動電流Ｉ_LDが流れる発光ダイオードLDjの個数を減らしているので、電源電圧Vsの変動に対する損失の変化(増大)を抑制するとともに回路構成の簡素化を図ることができる。

また、本実施形態では選択手段２のスイッチ要素S1〜S4を制御手段４から出力する光信号でオン・オフ制御する構成とし、選択手段２と制御手段４との間を電気的に絶縁しているので、駆動電流Ｉ_LDが誤って制御手段４に流れてマイコンMCが破壊されてしまうような不具合の発生を防ぐことができる。

ところで、本実施形態における選択手段２は、光源１を構成する発光ダイオードLD1〜LDnの一部(４個の発光ダイオードLD1〜LD4)のみにスイッチ要素S1〜S4を接続して選択の対象としている。しかしながら、図３に示すように光源１を構成する全ての発光ダイオードLD1〜LDnにスイッチ要素S1〜Snを接続してもよい。このように選択手段２が全ての発光ダイオードLD1〜LDnを選択対象とすれば、より大きな電源電圧変動に対処することができる。

また、本実施形態における選択手段２は、スイッチ要素Siと発光ダイオードLDiとを１対１に対応させて各発光ダイオードLDi毎に短絡させるか否かを選択している。しかしながら、この構成においては複数の発光ダイオードLDiを短絡するためにそれと同数のスイッチ要素Siをオンし続けなければならない。そこで、図４に示すようにスイッチ要素S1〜S4の一端を光源１の一端(発光ダイオードLD1のカソード)に接続するとともに、スイッチ要素S1〜S4の他端を発光ダイオードLD1〜LD4のアノードにそれぞれ接続してもよい。この構成であれば、複数の発光ダイオードLDiを短絡する場合でもスイッチ要素S2〜S4の何れか１つのみをオンすればよいので、制御手段４や選択手段２における電力消費が削減できるという利点がある。

ところで、図1(a)や図３に示すように選択手段２のスイッチ要素Siが複数個の発光ダイオードLDiの両端(アノード−カソード間)に各別に接続されている場合において、例えば、検出手段３の検出電圧に応じて２つのスイッチ要素Siをオンするとき、所定時間(例えば、数秒間)毎にオンするスイッチ要素Siを交替させてもよい。つまり、最初にスイッチ要素S1,S2をオンした後、所定時間が経過したら、スイッチ要素S1,S2に替えてスイッチ要素S3,S4をオンし、同様に所定時間が経過する毎に、スイッチ要素S5,S6、S7,S8、…というように順番に交替させればよい。このようにすれば、発光ダイオードLDi間並びにスイッチ要素Si間の寿命のばらつきを抑えることができる。なお、上述のようにスイッチ要素Siを順番にオンする代わりに、マイコンMCで発生させた乱数に応じて、オンするスイッチ要素Siをランダムに切り換えても構わない。但し、所定時間毎にオンするスイッチ要素Siを交替させる代わりに、任意の時間でオンするスイッチ要素Siを交替させるとともに単位時間当たりにスイッチ要素Siがオンしている期間の総和が略一定となるように制御手段４が選択手段２をオン・オフ制御しても構わない。

さらに、制御手段４によってスイッチ要素Siのオンデューティ比を制御しても構わない。例えば、図５に示すように横軸を検出電圧、縦軸をタイマ出力ポートP5のオンデューティ比としたとき、検出電圧が低下するにつれてタイマ出力ポートP5のオンデューティ比を高くする、すなわち、スイッチ要素Siをオンして発光ダイオードLDiに駆動電流Ｉ_LDを流さない期間を長くすればよい。このようにすれば、単純にスイッチ要素Siをオンするだけの場合と比較して、スイッチ要素Siのオンデューティ比に応じて駆動電流Ｉ_LDを細かく調整することができる。

ここで、制御手段４を構成するマイコンMCの動作電源を、１乃至複数個の発光ダイオードLDiの両端から整流素子を介して得るようにすれば、別途動作電源を設ける必要が無く、回路構成を簡素化することができる。

(実施形態２)
本実施形態の発光装置は、図６に示すように光源１と直列に接続されるインダクタＬを備えた点に特徴がある。但し、本実施形態の基本構成は実施形態1とほぼ共通であるから、共通の構成要素には同一の符号を付して説明及び図示は適宜省略する。

本実施形態における選択手段２は、図６に示すように５個の発光ダイオードLD1〜LD5を一括して短絡するスイッチ要素Ｓで構成されている。このスイッチ要素Ｓは電界効果トランジスタからなり、制御手段４(マイコンMC)によってオン・オフ制御される。

マイコンMCは、電源電圧Vsの変動(低下)によって検出手段３の検出電圧が所定のしきい値を下回ると、選択手段２のスイッチ要素Ｓをオンして５個の発光ダイオードLD１〜LD5の両端を短絡する。このとき、外部電源Vsと光源１の間に挿入されているインダクタＬの作用により、駆動電流Ｉ_LDは徐々に増加する。一方、電源電圧Vsの変動が収まって検出手段３の検出電圧が所定のしきい値を下回ると、マイコンMCは、選択手段２のスイッチ要素Ｓをオンして５個の発光ダイオードLD１〜LD5に駆動電流Ｉ_LDを流す。このとき、外部電源Vsと光源１の間に挿入されているインダクタＬの作用により、駆動電流Ｉ_LDは徐々に減少する。

上述のように光源１と直列にインダクタＬを接続したことにより、選択手段２のスイッチ要素Ｓをオンからオフ及びオフからオンに切り換えたときに駆動電流Ｉ_LDを緩やかに変化させて光源１の発光量の変化を目立ちにくくすることができる。但し、図７に示すように光源１を構成する全ての発光ダイオードLD1〜LD18を６個ずつ３つのグループに振り分け、それぞれのグループ毎に一括して短絡する３つのスイッチ要素S1,S2,S3を設けてもよい。また、図７に示すように制御手段４がこれら３つのスイッチ要素S1,S2,S3を光信号でオン・オフ制御するようにしても構わない。

ここで、光源１を構成する発光ダイオードLDの個数ｎは、発光ダイオードLDの順電圧(順方向電圧)の総和が入力電圧(電源電圧Vs)の最大値よりも大きくなる個数とすることが望ましい。また、１つのスイッチ要素Ｓで一括して短絡される発光ダイオードLDの個数は、これら一括して短絡される発光ダイオードLDの順電圧の総和が入力電圧(電源電圧Vs)の変動値(定格値と最小値との差分)よりも大きくなる個数とすることが望ましい。

ところで、図７に示すように選択手段２が複数(図示例では３つ)のスイッチ要素S1〜S3を有している場合において、検出手段３の検出電圧に応じて制御手段４が１つ又は２つのスイッチ要素S1〜S3をオンするときに所定時間(例えば、数秒間)毎にオンするスイッチ要素S1〜S3を交替させてもよい。あるいは、スイッチ要素S1〜S3を順番にオンする代わりに、マイコンMCで発生させた乱数に応じて、オンするスイッチ要素S1〜S3をランダムに切り換えても構わない。但し、所定時間毎にオンするスイッチ要素S1〜S3を交替させる代わりに、任意の時間でオンするスイッチ要素S1〜S3を交替させるとともに単位時間当たりにスイッチ要素S1〜S3がオンしている期間の総和が略一定となるように制御手段４が選択手段２をオン・オフ制御しても構わない。

なお、本実施形態では１つのインダクタＬを光源１と外部電源PSの間に接続したが、図７に示す構成において、光源１を構成する発光ダイオードLDi間にそれぞれインダクタンス要素(インダクタ)を接続しても構わない。この場合、それぞれのインダクタンス要素のインダクタンス値は、その合成インピーダンスが１つのインダクタＬと等しくなる値とすることが望ましい。このことにより、個々のインダクタンス要素の形状を小型化し、より薄型の回路実装が実現できる。

ところで、光源１は複数の発光ダイオードLD1〜LDnが実装基板(図示せず)に実装されて構成されている。この場合、選択手段２のスイッチ要素Ｓが並列に接続されている発光ダイオードLDのグループ(以下、第１グループと呼ぶ。)と、選択手段２のスイッチ要素Ｓが並列に接続されていない発光ダイオードLDのグループ(以下、第２グループと呼ぶ。)とが、実装基板の実装面に略均等に配置されることが望ましい。例えば、全ての発光ダイオードLDが実装面に縦横に並べて配置される場合、第１グループの発光ダイオードLDの縦横両隣には第２グループの発光ダイオードLDを配置し、斜め両隣には同じグループの発光ダイオードLDを配置すればよい。このようにすれば、第１グループの発光ダイオードLDがスイッチ要素Ｓによって短絡されたとき、実装基板の実装面における発光輝度を均斉化することができる。

ところで上述した実施形態１，２では、検出手段３が光源１の状態として駆動電流Ｉ_LDの大きさを検出しているが、光源１に印加される入力電圧の大きさや光源１に入力される入力電力の大きさ、あるいは光源１の光出力(輝度あるいは照度)を検出するようにしても構わない。

(実施形態３)
本実施形態の発光装置は、図８に示すように外部電源PSの電源電圧Vsを変換(昇圧又は降圧)して光源１の入力電圧とする電圧変換手段５を備えた点に特徴がある。但し、光源１や選択手段２、検出手段３、制御手段４については、実施形態１又は２と共通であるから、共通する構成要素には同一の符号を付して適宜図示並びに説明を省略する。

本実施形態における電圧変換手段５は、外部電源PSの正負両極間に直列接続された一対の開閉素子SW1,SW2と、外部電源PSの正極と開閉素子SW1の接続点にアノードが接続されたダイオードD1と、ダイオードD1のカソードと開閉素子SW1,SW2の接続点の間に挿入されたキャパシタ(コンデンサ)C1とを具備した昇圧(倍電圧)型のスイッチトキャパシタ回路(以下、ＳＣ回路と略す。)からなる。開閉素子SW1,SW2はトランジスタなどの半導体スイッチング素子からなり、開閉制御手段によって各別に開閉制御される。但し、この開閉制御手段は、制御手段４を構成するマイコンMCで兼用できるため、図示は省略している。

次に、電圧変換手段５の動作を説明する。まず、開閉制御手段がハイサイドの開閉素子SW1を開いた状態でローサイドの開閉素子SW2を閉じる(オンする)と、外部電源PSの正極→ダイオードD1→キャパシタC1→開閉素子SW2→外部電源PSの負極の閉回路(充電経路)が形成される。そして、この閉回路を流れる電流(直流電流)によってキャパシタC1が充電される。続いて、開閉制御手段がハイサイドの開閉素子SW1を閉じる(オンする)とともにローサイドの開閉素子SW2を開く(オフする)と、キャパシタC1→光源１→外部電源PS→開閉素子SW1→キャパシタC1の閉回路(放電経路)が形成される。このとき、キャパシタC1の充電電圧は外部電源PSの電源電圧Vsと等しいので、光源１の両端には外部電源PSの電源電圧VsにキャパシタC1の充電電圧が重畳された電圧、すなわち、電源電圧Vsの２倍の電圧(入力電圧)が印加されることになる。以降、開閉制御手段が一対の開閉素子SW1,SW2を交互に開閉することにより、電源電圧Vsの２倍の入力電圧を光源１に安定して供給することができる。

上述のように本実施形態によれば、電圧変換手段５によって電源電圧Vsを２倍に昇圧して光源１に印加しているので、光源１を構成する発光ダイオードLDの個数を、発光ダイオードLDの順方向電圧の総和が外部電源PSの電源電圧Vsよりも高くなる(最大２倍)まで増やすことができる。なお、図９に示すように電圧変換手段５と光源１との間にインダクタＬを挿入しても構わない。また、選択手段２の構成は図示したものに限定する趣旨ではなく、実施形態１，２で説明した何れの選択手段２の構成でも適用可能である。

(実施形態４)
本実施形態における電圧変換手段５は、外部電源PSの正負両極間にカソードを正極側として直列接続された一対のダイオードD2,D3と、外部電源PSの負極とローサイドのダイオードD3のアノードの間に直列接続された一対の開閉素子SW3,SW4と、ダイオードD2,D3の接続点と開閉素子SW3,SW4の接続点の間に挿入されたキャパシタ(コンデンサ)C2とを具備した降圧型のＳＣ回路からなる。開閉素子SW3,SW4はトランジスタなどの半導体スイッチング素子からなり、開閉制御手段によって各別に開閉制御される。但し、この開閉制御手段は、制御手段４を構成するマイコンMCで兼用できるため、図示は省略している。

次に、電圧変換手段５の動作を説明する。まず、開閉制御手段が開閉素子SW4を開いた状態で開閉素子SW3を閉じる(オンする)と、外部電源PSの正極→光源１→ダイオードD3→キャパシタC2→開閉素子SW3→外部電源PSの負極の閉回路(充電経路)が形成される。そして、この閉回路を流れる電流(駆動電流Ｉ_LD)によってキャパシタC2が充電される。このとき、キャパシタC2は、電源電圧Vsから光源１を構成する発光ダイオードLD1〜LD18の順電圧の総和を差し引いた電圧まで充電される。続いて、開閉制御手段が開閉素子SW4を閉じる(オンする)とともに開閉素子SW3を開く(オフする)と、キャパシタC2→ダイオードD2→光源１→開閉素子SW4→キャパシタC2の閉回路(放電経路)が形成され、キャパシタC2の充電電圧が入力電圧として光源１に印加される。このとき、キャパシタC2から光源１に駆動電流Ｉ_LDを流すためには、キャパシタC2の充電電圧が発光ダイオードLD1〜LD18の順電圧の総和よりも高いことが必要である。したがって、外部電源PSの電源電圧Vsは発光ダイオードLD1〜LD18の順電圧の総和の２倍以上であることが必要である。以降、開閉制御手段が一対の開閉素子SW3,SW4を交互に開閉することにより、電源電圧Vsの略半分の入力電圧を光源１に安定して供給することができる。

なお、図１１に示すように電圧変換手段５と光源１との間にインダクタＬを挿入しても構わない。また、選択手段２の構成は図示したものに限定する趣旨ではなく、実施形態１，２で説明した何れの選択手段２の構成でも適用可能である。

(実施形態５)
本実施形態における電圧変換手段５は、キャパシタC3とダイオードD3の直列回路と、ダイオードD4とキャパシタC4の直列回路と、これら２つの直列回路の中点間に挿入されたダイオードD5と、外部電源PSの正極とキャパシタC3の一端及びダイオードD4のカソードの間に挿入された開閉素子SW5と、光源１の一端とキャパシタC3の一端及びダイオードD4のカソードの間に挿入された開閉素子SW6とを具備し、ダイオードD3のアノードとキャパシタC4の一端が外部電源PSの負極及び光源１の他端に接続された降圧型のＳＣ回路で構成されている。開閉素子SW5,SW6はトランジスタなどの半導体スイッチング素子からなり、開閉制御手段によって各別に開閉制御される。但し、この開閉制御手段は、制御手段４を構成するマイコンMCで兼用できるため、図示は省略している。

次に、電圧変換手段５の動作を説明する。まず、開閉制御手段が開閉素子SW6を開いた状態で開閉素子SW5を閉じる(オンする)と、外部電源PSの正極→開閉素子SW5→キャパシタC3→ダイオードD5→キャパシタC4→外部電源PSの負極の閉回路(充電経路)が形成される。そして、この閉回路を流れる電流によってキャパシタC3,C4が充電される。このとき、キャパシタC3,C4は互いに静電容量値が等しいので、電源電圧Vsを２等分した電圧までそれぞれ充電される。続いて、開閉制御手段が開閉素子SW6を閉じる(オンする)とともに開閉素子SW5を開く(オフする)と、キャパシタC3→開閉素子SW6→光源１→ダイオードD3→キャパシタC3の閉回路(放電経路)と、キャパシタC4→ダイオードD4→開閉素子SW6→光源１→キャパシタC4の閉回路(放電経路)とが形成され、キャパシタC3,C4の充電電圧がそれぞれ入力電圧として光源１に印加される。このとき、キャパシタC3,C4から光源１に駆動電流Ｉ_LDを流すためには、キャパシタC3，C4の充電電圧が発光ダイオードLD1〜LD18の順電圧の総和よりも高いことが必要である。したがって、外部電源PSの電源電圧Vsは発光ダイオードLD1〜LD18の順電圧の総和の２倍以上であることが必要である。以降、開閉制御手段が一対の開閉素子SW5,SW6を交互に開閉することにより、電源電圧Vsの半分の入力電圧を光源１に安定して供給することができる。

なお、図１３に示すように電圧変換手段５と光源１との間にインダクタＬを挿入しても構わない。また、選択手段２の構成は図示したものに限定する趣旨ではなく、実施形態１，２で説明した何れの選択手段２の構成でも適用可能である。

１光源
２選択手段
３検出手段
４制御手段
LD 発光ダイオード(固体発光素子)
PS 外部電源

Claims

直列接続された複数個の固体発光素子からなる光源と、前記光源において駆動電流を流す固体発光素子と当該駆動電流を流さない固体発光素子を選択する選択手段と、前記光源の状態を検出する検出手段と、当該検出手段の検出結果に変動が生じたときに当該検出結果の変動を抑制するように前記選択手段を制御して、駆動電流を流す固体発光素子と当該駆動電流を流さない固体発光素子を選択させる制御手段とを備えたことを特徴とする発光装置。
前記検出手段は、前記駆動電流を検出し、前記制御手段は、前記検出手段が検出する前記駆動電流の変動を抑制するように前記選択手段を制御することを特徴とする請求項１記載の発光装置。
前記検出手段は、前記光源の光出力を検出し、前記制御手段は、前記検出手段が検出する前記光出力の変動を抑制するように前記選択手段を制御することを特徴とする請求項１記載の発光装置。
前記検出手段は、前記光源に入力される入力電圧を検出し、前記制御手段は、前記検出手段が検出する前記入力電圧の変動を抑制するように前記選択手段を制御することを特徴とする請求項１記載の発光装置。
前記検出手段は、前記光源に入力される入力電力を検出し、前記制御手段は、前記検出手段が検出する前記入力電力の変動を抑制するように前記選択手段を制御することを特徴とする請求項１記載の発光装置。
前記選択手段は、前記固体発光素子の両端を各別に短絡する１乃至複数のスイッチ要素を有し、前記制御手段は、前記スイッチ要素をオン・オフ制御して駆動電流を流す固体発光素子と当該駆動電流を流さない固体発光素子を選択させることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の発光装置。
前記スイッチ要素が全ての前記固体発光素子毎に設けられていることを特徴とする請求項６記載の発光装置。
前記選択手段は、前記光源の一端と前記固体発光素子の一端に接続されて当該固体発光素子の両端を短絡する１乃至複数のスイッチ要素を有し、前記制御手段は、前記スイッチ要素をオン・オフ制御して駆動電流を流す固体発光素子と当該駆動電流を流さない固体発光素子を選択させることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の発光装置。
前記光源と直列に接続されるインダクタを備え、前記選択手段は、直列接続された複数の前記固体発光素子を一括して短絡する１乃至複数のスイッチ要素を有し、前記制御手段は、前記スイッチ要素をオン・オフ制御して駆動電流を流す固体発光素子と当該駆動電流を流さない固体発光素子を選択させることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の発光装置。
前記光源を構成する前記固体発光素子の個数は、当該固体発光素子の順電圧の総和が入力電圧の最大値よりも大きくなる個数であることを特徴とする請求項９記載の発光装置。
前記スイッチ要素で一括して短絡される前記固体発光素子の個数は、当該固体発光素子の順電圧の総和が入力電圧の変動値よりも大きくなる個数であることを特徴とする請求項９又は１０記載の発光装置。
前記固体発光素子が実装される実装基板を備え、前記スイッチ要素で一括して短絡される前記固体発光素子と、前記スイッチ要素で一括して短絡されない前記固体発光素子とが前記実装基板の実装面に略均等に配置されることを特徴とする請求項９〜１１の何れか１項に記載の発光装置。
前記インダクタは、前記固体発光素子と直列に接続された複数のインダクタンス要素からなることを特徴とする請求項９〜１２の何れか１項に記載の発光装置。
前記制御手段は、複数の前記スイッチ要素を時分割でオン・オフ制御することを特徴とする請求項９〜１３の何れか１項に記載の発光装置。
前記制御手段は、複数の前記スイッチ要素のオン期間の総和が略一定となるようにオン・オフ制御することを特徴とする請求項１４記載の発光装置。
前記スイッチ要素は、前記制御手段から出力される光信号によってオン・オフすることを特徴とする請求項１〜１５の何れか１項に記載の発光装置。
前記制御手段は、前記スイッチ要素のオンデューティ比を制御することを特徴とする請求項１〜１６の何れか１項に記載の発光装置。
前記制御手段は、オン・オフ制御する前記スイッチ要素を逐次交替させることを特徴とする請求項１〜１６の何れか１項に記載の発光装置。
前記制御手段は、オン・オフ制御する前記スイッチ要素をランダムに切り換えることを特徴とする請求項１〜１６の何れか１項に記載の発光装置。
前記制御手段は、複数の前記スイッチ要素のオン期間の総和が略一定となるようにオン・オフ制御することを特徴とする請求項１８又は１９記載の発光装置。
前記制御手段は、１乃至複数個の前記固体発光素子の両端から整流素子を介して動作電源を得ることを特徴とする請求項１〜２０の何れか１項に記載の発光装置。
外部電源の電源電圧を変換して前記光源の入力電圧とする電圧変換手段を備えたことを特徴とする請求項１〜２１の何れか１項に記載の発光装置。
前記電圧変換手段は、前記外部電源によって充電される１乃至複数のキャパシタと、当該キャパシタへの充電経路と当該キャパシタからの放電経路をそれぞれ開閉する開閉素子と、前記開閉素子を開閉制御する開閉制御手段とを有し、前記キャパシタの放電電圧を前記光源の入力電圧とすることを特徴とする請求項２２記載の発光装置。
前記電圧変換手段は、前記外部電源によって充電される１乃至複数のキャパシタと、当該キャパシタへの充電経路と当該キャパシタからの放電経路をそれぞれ開閉する開閉素子と、前記開閉素子を開閉制御する開閉制御手段とを有し、前記キャパシタの放電電圧を前記外部電源の電源電圧に重畳した電圧を前記光源の入力電圧とすることを特徴とする請求項２２記載の発光装置。
前記キャパシタは、充電時に前記外部電源に対して前記光源と直列に接続されることを特徴とする請求項２３記載の発光装置。