特許 6971738 光源の制御装置、車両用灯具

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6971738

(24)【登録日】2021年11月5日

(45)【発行日】2021年11月24日

(54)【発明の名称】光源の制御装置、車両用灯具

(51)【国際特許分類】

   H05B 45/32 20200101AFI20211111BHJP

   B60Q 1/34 20060101ALI20211111BHJP

   H05B 45/10 20200101ALI20211111BHJP

   H05B 47/105 20200101ALI20211111BHJP

   H05B 47/16 20200101ALI20211111BHJP

【ＦＩ】

   H05B45/32

   B60Q1/34 A

   H05B45/10

   H05B47/105

   H05B47/16

【請求項の数】4

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2017-181220(P2017-181220)

(22)【出願日】2017年9月21日

(65)【公開番号】特開2019-57419(P2019-57419A)

(43)【公開日】2019年4月11日

【審査請求日】2020年8月6日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002303

【氏名又は名称】スタンレー電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001184

【氏名又は名称】特許業務法人むつきパートナーズ

(72)【発明者】

【氏名】廣瀬 洋一

【審査官】 野木 新治

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−１９９９１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５４−０３２４４８（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｂ ４５／００、４７／００

Ｂ６０Ｑ １／３４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも１つの発光素子を含む光源の点灯状態を制御するための装置であって、
三角波、サイン波又は鋸波である特定波形の電圧を発生させる特定波形発生部と、
抵抗素子とコンデンサの直列回路、前記抵抗素子の一端に接続された定電圧源、及び当該コンデンサに並列接続された第１スイッチ素子を有する第１回路部と、
互いの電流経路を直列に接続された第２スイッチ素子及び第３スイッチ素子を有しており、当該第２スイッチ素子の制御端子が前記特定波形発生部の出力端子に接続され、当該第３スイッチ素子の制御端子が前記第１回路部の前記抵抗素子と前記コンデンサとの間の節点に接続された第２回路部と、
電流経路を前記光源と直列に接続された第４スイッチ素子を有しており、当該第４スイッチ素子のオン／オフが前記第２回路部によって制御される第３回路部と、
を含み、
前記第１回路部は、前記第１スイッチ素子がオフのときに前記抵抗素子と前記コンデンサとの間の前記節点の電圧が前記定電圧源の電圧に近づくように増加し、
前記第２回路部は、前記節点の電圧の大きさにより前記第２スイッチ素子がオンとなる期間が変化し、
前記第３回路部は、前記第２回路部の前記第２スイッチがオンとなる期間において前記第４スイッチがオンとなり前記光源に電流が流れる、
光源の制御装置。

【請求項2】

前記第１回路部は、一定期間毎にパルス信号を発生させるパルス信号源を更に含み、
前記パルス信号は、前記光源の点灯を開始させるトリガーとなる、
請求項１に記載の光源の制御装置。

【請求項3】

前記節点の電圧は、前記パルス信号に応じて前記第１スイッチ素子がオンとなる期間に減少し、前記パルス信号に応じて前記第１スイッチ素子がオフとなる期間において増加する、
請求項２に記載の光源の制御装置。

【請求項4】

請求項１〜３の何れかに記載の制御装置と当該制御装置によって制御される光源とを含んで構成される、車両用灯具。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＬＥＤ等の発光素子を含んで構成される光源の点灯状態を制御するための技術に関する。

【背景技術】

【0002】

車両用灯具における発光パターンとして、例えば、一旦、光強度を一定値にした後、時間経過とともに光強度を漸減させる発光パターンが検討されている。このような発光パターンを実現する方法として、例えば特開２０１４−１８２９８３号公報（特許文献１）には、三角波を利用して点灯率を可変する発光装置が提案されている。この先行技術に係る発光装置では、オペアンプの非反転入力端への入力電圧として、温度依存性の異なる２つの抵抗素子によって電源電圧を分圧した電圧を印加している。このオペアンプの非反転入力端への入力電圧を三角波など時間とともに変化するものとすることで、時間とともにパルス幅の小さくなるパルス信号を発生させる。そして、このパルス信号をスイッチングレギュレータに対して制御用ＰＷＭ信号として入力することにより、スイッチングレギュレータに接続された発光素子の点灯率を時間経過とともに漸減させることができる。

【0003】

ところで、特許文献１に係る発光装置では、パルス信号を発生させるためにオペアンプを使用しているが、例えば車両用灯具など比較的簡易な構成の回路を用いるものに適用した場合には、元々の回路規模に比してオペアンプを用いることによるコスト増や回路面積の増加による影響が大きい。他方で、マイコン等を用いた演算により点灯率を可変することも考えられるが、やはりコスト増を招く。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１４−１８２９８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明に係る具体的態様は、発光素子の光強度を時間経過とともに漸減させる発光パターンを実現するための回路構成を簡略化することを目的の１つとする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

［１］本発明に係る一態様の光源の制御装置は、（ａ）少なくとも１つの発光素子を含む光源の点灯状態を制御するための装置であって、（ｂ）三角波、サイン波又は鋸波である特定波形の電圧を発生させる特定波形発生部と、（ｃ）抵抗素子とコンデンサの直列回路、及び当該コンデンサに並列接続された第１スイッチ素子を有する第１回路部と、（ｄ）互いの電流経路を直列に接続された第２スイッチ素子及び第３スイッチ素子を有しており、当該第２スイッチ素子の制御端子が前記特定波形発生部の出力端子に接続され、当該第３スイッチ素子の制御端子が前記第１回路部の前記抵抗素子と前記コンデンサとの間の節点に接続された第２回路部と、（ｅ）電流経路を前記光源と直列に接続された第４スイッチ素子を有しており、当該第４スイッチ素子のオン／オフが前記第２回路部によって制御される第３回路部を含み、（ｆ）前記第１回路部は、前記第１スイッチ素子がオフのときに前記抵抗素子と前記コンデンサとの間の前記節点の電圧が前記定電圧源の電圧に近づくように増加し、（ｇ）前記第２回路部は、前記節点の電圧の大きさにより前記第２スイッチ素子がオンとなる期間が変化し、（ｈ）前記第３回路部は、前記第２回路部の前記第２スイッチがオンとなる期間において前記第４スイッチがオンとなり前記光源に電流が流れる、光源の制御装置である。なお、本明細書において回路要素同士が「接続」するとは、直接的に接続する場合のほか、回路要素同士の間に他の受動素子等が介在する場合も含むものとする。
［２］本発明に係る一態様の車両用灯具は、上記の制御装置と当該制御装置によって制御される光源を含んで構成される、車両用灯具である。

【0007】

上記構成によれば、発光素子の光強度を時間経過とともに漸減させる発光パターンを実現するための回路構成を簡略化することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、一実施形態の光源の制御装置の構成を示す回路図である。

【図2】図２は、本実施形態の光源による点灯パターンを説明するための図である。

【図3】図３は、図１に示した光源の制御装置の動作を説明するための波形図である。

【図4】図４は、本実施形態の光源の制御装置の動作をシミュレーションした結果を示す図（波形図）である。

【図5】図５は、他の実施形態の光源の制御装置の構成を示す回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

図１は、一実施形態の光源の制御装置の構成を示す回路図である。図示の制御装置２は、直列に接続された複数の発光素子（ＬＥＤ）１０を含んで構成された光源１の点灯状態を制御するためのものである。この光源１は、例えば車両用灯具として用いられるものである。

【0010】

点灯開始トリガー信号源２１は、光源１の点灯を開始させるトリガーとなるパルス信号を発生する。

【0011】

ＭＯＳトランジスタ２２は、ゲート（制御端子）が点灯開始トリガー信号源２１と接続され、ソースが抵抗素子２６とコンデンサ２７の間の節点と接続されており、ドレインが基準電位端（接地端）と接続されている。すなわち、ソース・ドレイン間の電流経路がコンデンサ２７と並列に接続されている。

【0012】

なお、点灯開始トリガー信号源２１、ＭＯＳトランジスタ（第１スイッチ素子）２２、抵抗素子２６、コンデンサ２７を含んで第１回路部が構成されている。

【0013】

ＰＮＰトランジスタ２３は、ベース（制御端子）が抵抗素子２６とコンデンサ２７の間の節点と接続されており、エミッタがＮＰＮトランジスタ２４のエミッタと接続されており、コレクタが基準電位端と接続されている。

【0014】

ＮＰＮトランジスタ２４は、ベース（制御端子）が三角波信号源２８と接続されており、エミッタがＰＮＰトランジスタ２４のエミッタと接続されており、コレクタが抵抗素子２９と接続されている。すなわち、ＰＮＰトランジスタ２３とＮＰＮトランジスタ２４は、互いの電流経路（エミッタ・コレクタ間）が直列に接続されている。

【0015】

抵抗素子２６とコンデンサ２７は、直列接続されており、抵抗素子２６の一端が定電圧源２５と接続され、コンデンサ２７の一端が基準電位端と接続されている。これらの抵抗素子２６とコンデンサ２７は、ＲＣ直列回路を構成しており、その時定数に応じて点灯時間を設定するためのものである。

【0016】

なお、ＰＮＰトランジスタ（第３スイッチ素子）２３、ＮＰＮトランジスタ（第２スイッチ素子）２４を含んで第２回路部が構成されている。

【0017】

三角波信号源２８は、ＮＰＮトランジスタ２４のベース（制御端子）と接続されており、当該ベースに三角波信号を供給する。なお、この三角波信号源２８が特定波形発生部に対応する。

【0018】

抵抗素子２９、３０は、直列接続されており、抵抗素子２９の一端がＮＰＮトランジスタ２４のコレクタに接続され、抵抗素子３０の一端が電源３３と接続されている。

【0019】

ＰＮＰトランジスタ３１は、ベース（制御端子）が抵抗素子２９と抵抗素子３０の間の節点に接続されており、エミッタが電源３３に接続されており、コレクタが光源１の各発光素子１０からなる直列回路の一端に接続されている。なお、このＰＮＰトランジスタ（第４スイッチ素子）３１と抵抗素子２９、３０を含んで第３回路部が構成されている。

【0020】

抵抗素子３２は、光源１の各発光素子１０からなる直列回路の他端と基準電位端との間に接続されている。

【0021】

なお、抵抗素子２９、３０、３２と、ＮＰＮトランジスタ３１と、電源３３により、光源駆動回路が構成されている。

【0022】

図２は、本実施形態の光源による点灯パターンを説明するための図である。同図では、光源１の点灯率の時間変化の様子が示されている。本実施形態では、光源の制御回路２によって光源１を駆動することにより、光源１から周期的に点滅を繰り返すように光を出射させている。そして、図２では周期的な点滅を繰り返す光の１周期分の光度変化を示している。図示のように、１周期の光度変化パターンは、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの４つの区間を含んで構成されている。

【0023】

区間Ａは、１周期中の始点（０秒時）から実質的に瞬時に光度が０％から１００％へ変化する区間である。詳細には、区間Ａとは、回路動作上のタイムラグなどの要因で、光源２の出射光の光度が０％から１００％へ達するまでの間に必然的に発生する立ち上がり時間に対応している。

【0024】

区間Ａに要する時間は、主に光源１に含まれるＬＥＤの発光時の立ち上がり時間に対応した時間であるため、１周期に対応する時間よりも極めて短い。具体的には、本実施形態では、例えば光の繰り返し周波数として１Ｈｚ〜２Ｈｚの範囲を想定しており、この場合における１周期は０．５秒間〜１秒間（５００ミリ秒間〜１０００ミリ秒間）となる。これに対して、区間Ａの時間は、例えば数百マイクロ秒間〜１ミリ秒間程度となる。すなわち、区間Ａの時間は、周期に対して少なくとも周期の１／５００以下の長さに設定される。

【0025】

ここで、本明細書において「光度１００％」とは、光源１の通常の点消灯動作時において最大値と設定している光度が出射している状態をいい、例えば光源１の各ＬＥＤの定格における最大光度が出射している状態をいう。また、本明細書において「光度０％」とは、光源１の点消灯動作時において消灯している状態をいい、例えば光源１の各ＬＥＤの光度が０となっている状態をいうが、これ以外にも人間の目で点灯を感得できない程度に光度が低くなった状態であってもよい。

【0026】

区間Ｂは、区間Ａに続く区間であり、光源１の出射光の光度が１００％へ達した後、その状態（光度１００％の状態）が維持される区間である。区間Ｂは、１周期の始点である時刻０から始まり区間Ａを挟んで予め定めた終点である時刻ｔ１まで継続する。なお、光度については、実際には電源電圧の増減などの影響により光度が増減する場合も考えられるが、そのような本来意図していない光度の増減がある場合も含めて光度１００％の状態が維持されているものとみなす。具体的には、例えば、光源１の点消灯動作時において最大値と設定している光度を基準に±１０％の範囲内で光度が保たれている場合には、光度１００％の状態が維持されているものとする。

【0027】

区間Ｃは、区間Ｂに続く期間であり、光源の出射光の光度が１００％から０％へ漸減する区間である。区間Ｃは、区間Ｂの終点である時刻ｔ１を始点とし、予め定めた終点である時刻ｔ２まで継続する。図示のように、この区間Ｃは区間Ａ，Ｂの合計時間よりも時間が長いことが好ましく、例えば区間Ａ，Ｂの合計時間よりも区間Ｃの時間を３倍以上とすることが好ましい。なお、図示の例では、区間Ｃにおける光度変化は、区間Ｃの始点からの光度の減少率が大きく、区間Ｃの終点に向かうにつれて光度の減少率が小さくなる曲線状の変化であるが、これに限定されない。例えば、区間Ｃの始点からの光度の減少率が小さく、区間Ｃの終点に向かうにつれて光度の減少率が大きくなる曲線状の変化であってもよいし、光度が一定割合で減少する直線状の変化であってもよい。

【0028】

区間Ｄは、区間Ｃに続く期間であり、光源１の出射光の光度が０％に達した後、その状態（光度０％の状態）が維持される区間である。区間Ｄは、区間Ｃの終点である時刻ｔ２を始点とし、１周期の終わりまで継続する。この区間Ｄが終了した後は、次の１周期の区間Ａへ続く。

【0029】

上記した１周期の光度変化の特徴は以下の通りである。まず、区間Ａ〜Ｂでは、光源１に含まれる各ＬＥＤの本来的な特徴である発光の立ち上がりの急峻さを活かして、速やかに光度１００％の状態とし、その状態が維持される。それにより、従来の一般的なＬＥＤを用いたターンランプと同等の視認性を得られるようにすることができる。すなわち他者がターンランプにより早く気づくことができるようにすることができる。

【0030】

ここで、単純な矩形波を用いた駆動方法によってＬＥＤを駆動するターンランプでは、光度１００％の状態が点灯時から消灯時まで継続するため、１周期内での全体的な光量（積分値としての光量）が大きくなり、観察者へ鋭い眩しさを感じさせてしまう。これに対して、区間Ｃでは、光度を１００％から０％へ漸減させているので、眩しさが低減される。さらに、区間Ｄとして光度を０％の状態で維持する期間を設けているので、次周期の区間Ａ（瞬時に点灯が開始される区間）がより際だち、点滅が分かりやすくなる。これらにより、観察者の目に優しい点滅状態を実現することができる。

【0031】

また、区間Ａ〜Ｄの全体として見れば、光度が急峻に立ち上がった後、相対的に長い時間をかけて光度が漸減するので、従来の単純にＬＥＤを用いたターンランプの光度変化とは異なり、またバルブランプを用いたターンランプやそれを模したターンランプの光度変化とも異なる新規な点滅発光表現が実現される。なお、上記した光度変化における時刻ｔ１、ｔ２の基準値は、例えばそれぞれ１００ミリ秒、４６０ミリ秒に設定し、１周期を６６７ミリ秒間（周波数１．５Ｈｚに対応）に設定することができる。

【0032】

図３は、図１に示した光源の制御装置の動作を説明するための波形図である。三角波発生源２８から三角波が出力され、ＮＰＮトランジスタ２４のベースに入力される。このとき、三角波発生源２８とＮＰＮトランジスタ２４の間のノード４１における電圧Ｖ１は、図示のように三角波となる。また、ＭＯＳトランジスタ２２のソースとＰＮＰトランジスタ２３のベースとの間のノード４２における電圧をＶ２とし、ＰＮＰトランジスタ２３およびＮＰＮトランジスタ２４のそれぞれがオンとなるベース・エミッタ間電圧をそれぞれＶｂｅ１、Ｖｂｅ２とすると、ＮＰＮトランジスタ２４がオンとなるために必要なノード４１の電圧Ｖ１は次式のようになる。
Ｖ１≧Ｖ２＋Ｖｂｅ１＋Ｖｂｅ２＝Ｖ３ …（１）
Ｖ３＝Ｖ２＋Ｖｂｅ１＋Ｖｂｅ２

【0033】

ここで、点灯トリガー信号源２１の出力電圧４３をＶ４とし、電圧Ｖ４がハイ（相対的に高電位）の場合にＭＯＳトランジスタ２２がオン、電圧Ｖ４がロー（相対的に低電位）の場合にＭＯＳトランジスタ２２がオフになるものとする。電圧Ｖ４がハイの状態でのノード４２の電圧Ｖ２は０ボルトであり、その状態から電圧Ｖ４をローとすることでＭＯＳトランジスタ２２をオフ状態に切り替えると、ノード４２の電圧Ｖ２は増加し、定電圧源２５の電圧に近づいていく。

【0034】

ここで、ノード４２の電圧Ｖ２が飽和するまでの時間は三角波信号源２８の発振周期に対して十分長い時間となるよう設定する。ノード４２の電圧Ｖ２が上昇する時定数は、抵抗素子２６およびコンデンサ２７の値を増減することによって設定できる。

【0035】

ノード４１の電圧Ｖ１およびノード４２の電圧Ｖ２は共に時間とともに変化するが、電圧Ｖ１および電圧Ｖ２の関係が上記した（１）式を満たす期間ではＮＰＮトランジスタ３１がオンとなり、光源１の各発光素子１０に電流Ｉ１が流れ、その期間のみ発光する。

【0036】

実際の動作例として、図３の波形の生成を考える。定電圧源２５の電圧をＶ５、三角波信号源２８のローレベル出力電圧およびハイレベル出力電圧をそれぞれＶ６、Ｖ７、三角波信号源２８の発振周期をＴ１１とする。図４に、点灯時の動作波形を示す。

【0037】

光源１を点灯させる場合には、点灯開始トリガー信号源２１より単発のパルスを印加する。すると、点灯開始トリガー信号源２１の出力がハイの期間ではノード４２の電圧Ｖ２は０ボルトとなり、その後、点灯開始トリガー信号源２１の出力がローとなると、電圧Ｖ２は、抵抗素子２６およびコンデンサ２７の値により決定される時定数に従い、電圧Ｖ６へ近づいていく。

【0038】

電圧Ｖ３が電圧Ｖ６に達するまでの時間をＴ１２とすると、全発光となる期間Ｔ１３は以下の範囲となる。
Ｔ１２≦Ｔ１３≦Ｔ１１＋Ｔ１２

【0039】

ここで、全発光の期間Ｔ１３を１００ミリ秒と設定しているのに対し、電圧Ｖ１の周期は人間の視覚が点滅を認識できない領域とする必要があるため、例えば１０ミリ秒以下に設定される。従って、電圧Ｖ１の周期が全発光の期間に与える影響は１０％以下であり、Ｔ１２＝Ｔ１３とみなすことができる。期間Ｔ１２については、電圧Ｖ６の大きさ、抵抗素子２６およびコンデンサ２７の値により決定される。この期間Ｔ１２は、図２における期間Ｔ１に相当する。

【0040】

Ｖ６＜Ｖ３＜Ｖ７の範囲では、電圧Ｖ３が上昇するに従い、点灯率は低下する。本例では、電圧Ｖ３は時間と共に上昇していくので、点灯率も時間と共に低下していく。電圧Ｖ３が上記したＶ６＜Ｖ３＜Ｖ７の範囲となる期間Ｔ１４は、電圧Ｖ７と電圧Ｖ６の電位差、抵抗素子２６およびコンデンサ２７の値により決定される。この期間Ｔ１４は、図２における期間Ｔ２に相当する。

【0041】

さらに電圧Ｖ３が上昇し、Ｖ３＞Ｖ７になると、発光素子は完全に消灯する。以上のプロセスにより、図２に示した発光パターンなる動作の１周期分が実現される。

【0042】

図４は、本実施形態の光源の制御装置の動作をシミュレーションした結果を示す図（波形図）である。ノード４１からは三角波発生源２８により生成されたフリーランの信号が出力される。この状態で、ノード４２から単発パルスが印加されると、発光素子に対し、１００ｍ秒程度全点灯となり、その後時間と共に点灯率が低下するような電流が注入される。このように、本実施形態の点灯の制御装置２では、光源１を点滅させる周期と等しい周期の単発パルスを印加するのみで、一定時間全点灯させたのち、時間と共に点灯率が低下する波形を生成できる。

【0043】

以上のような実施形態によれば、トランジスタを主体とした回路構成で発光素子の光強度を時間経過とともに漸減させる発光パターンを実現しているので、回路構成を簡略化することが可能となる。

【0044】

なお、本発明は上記した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。例えば、上記した実施形態においては三角波信号源から発生する三角波を利用していたが、三角波以外にも、出力電圧をある閾値によって二値化した場合、その閾値電圧よりデューティが変化する波形（例えば、サイン波、鋸波）であれば利用可能である。

【0045】

また、上記した実施形態ではバイポーラトランジスタと電界効果型トランジスタを併用していたが、バイポーラトランジスタをすべて電界効果型トランジスタに置き換えてもよい。その場合の光源の制御装置の回路構成例を図５に示す。図１の制御装置と比較して部品点数の削減が可能となる。

【符号の説明】

【0046】

１：光源
２：制御装置
１０：発光素子（ＬＥＤ）
２１：点灯開始トリガー信号源２１
２２：ＭＯＳトランジスタ２２
２３、３１：ＰＮＰトランジスタ２３
２４：ＮＰＮトランジスタ２４
２５、３３：電源
２６、２９、３０、３２：抵抗素子
２７：コンデンサ
２８：三角波信号源
４１、４２、４３：ノード

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】