(57)【要約】【課題】クロック周波数を増大させることなく高い分解能で安定した光量調節を行う。【解決手段】複数の発光素子２と、該発光素子２からの光を略一定の領域Ａに照射する照射光学系４と、発光素子２の発光を制御する制御部３とを備え、該制御部３は、照射光学系４から照射する光量が、各発光素子２の発光デューティと発光量とが比例する限界発光デューティ以上の発光デューティで全ての発光素子２を発光可能な光量である場合には、全ての発光素子２を点灯してその発光デューティを調節し、限界発光デューティ以上の発光デューティでは全ての発光素子２を発光不可能な光量である場合には、一部の発光素子２のみを点灯してその発光デューティを限界発光デューティ以上で調節するよう制御する光源装置１を提供する。【選択図】図１
2010009982.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光素子と、
該発光素子からの光を略一定の領域に照射する照射光学系と、
前記発光素子の発光を制御する制御部とを備え、
該制御部は、前記照射光学系から照射する光量が、各発光素子の発光デューティと発光量とが比例する限界発光デューティ以上の発光デューティで全ての前記発光素子を発光可能な光量である場合には、全ての前記発光素子を点灯してその発光デューティを調節し、限界発光デューティ以上の発光デューティでは全ての発光素子を発光不可能な光量である場合には、一部の発光素子のみ点灯してその発光デューティを限界発光デューティ以上で調節するよう制御する光源装置。
【請求項２】
複数の発光素子と、
該発光素子からの光を略一定の領域に照射する照射光学系と、
前記発光素子の発光を制御する制御部とを備え、
該制御部は、前記照射光学系から照射する光量が、より少ない数の発光素子を最大発光デューティで発光させることにより得られる光量である場合には、最小限の発光素子のみを点灯させてその発光デューティを調節するよう制御する光源装置。
【請求項３】
複数の発光素子と、
該発光素子からの光を略一定の領域に照射する照射光学系と、
前記発光素子の発光を制御する制御部とを備え、
該制御部は、前記発光素子の発光デューティに対する前記照射光学系から照射する光量の比率が、前記発光素子の最大発光デューティに対する前記照射光学系から照射する最大光量の比率に対して、所定の閾値割合以下となる場合には、全ての前記発光素子を点灯してその発光デューティを調節し、前記閾値割合より大きくなる場合には、一部の発光素子のみを点灯してその発光デューティを調節するよう制御する光源装置。
【請求項４】
前記制御部が、前記発光素子に入力するパルス電流のパルス幅により発光デューティを制御する請求項１から請求項３のいずれかに記載の光源装置。
【請求項５】
前記制御部が、前記発光素子に入力するパルス電流の振幅値により、各発光素子からの発光量を調節する請求項４に記載の光源装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記照射光学系から照射する光量が、単一の前記発光素子のみによる前記限界発光デューティ以上の発光デューティでは発光不可能な光量である場合には、限界発光デューティより小さい発光デューティで単一の前記発光素子の発光を制御する請求項１から請求項５のいずれかに記載の光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、発光ダイオード等の発光素子を備える光源装置の光量調節は、発光素子を駆動するパルス電流をパルス幅変調（ＰＷＭ）制御することにより行われている（例えば、特許文献１、２参照。）。これら特許文献１，２に記載された光源装置は、ＰＷＭ制御を行う一方で、パルス信号を間引くことにより光量調節を行うようになっている。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１９５６９５号公報
【特許文献２】特開２００５−１４９１３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＰＷＭ制御による光量調節の場合には、パルス電流のパルス幅に比例した発光量を達成するので、その分解能はパルス幅の調整量、例えば、パルス数に依存し、最小パルス幅を達成するためのクロック周波数に依存している。したがって、高い分解能で光量調節を行うためにクロック周波数を高くする必要がある。
【０００５】
しかしながら、発光ダイオードのような発光素子においては、入力電流のパルス幅を短くし過ぎると、立ち上がりの非線形性から正確な光量が得られない場合がある。特に、蛍光体を利用した疑似白色ＬＥＤの場合には、蛍光体の光吸収や蛍光体の残光により発光光量の波形が発光を制御するパルス波形に追従しない。このため、安定した発光を得るには最小限のパルス幅が必要となり、クロック周波数を高くして調節可能なパルス幅を短くしても、この最小限のパルス幅を超える分解能での安定した光量調節を行うことはできないという不都合がある。
【０００６】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、クロック周波数を増大させることなく高い分解能で安定した光量調節を行うことができる光源装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、複数の発光素子と、該発光素子からの光を略一定の領域に照射する照射光学系と、前記発光素子の発光を制御する制御部とを備え、該制御部は、前記照射光学系から照射する光量が、各発光素子の発光デューティと発光量とが比例する限界発光デューティ以上の発光デューティで全ての前記発光素子を発光可能な光量である場合には、全ての前記発光素子を点灯してその発光デューティを調節し、限界発光デューティ以上の発光デューティでは全ての発光素子を発光不可能な光量である場合には、一部の発光素子のみを点灯してその発光デューティを限界発光デューティ以上で調節するよう制御する光源装置を提供する。
【０００８】
本発明によれば、複数の発光素子から発せられた光が照射光学系により略一定の領域に照射されることにより、発光している全ての発光素子からの光の総和に比例する光量の光を照射することができる。制御部は、照射光学系から照射する光量が十分に大きい場合には、全ての発光素子を点灯させてその発光デューティを調節することにより光量を調節する。
【０００９】
そして、必要な光量が低下して各発光素子が限界発光デューティより低い発光デューティとなる場合には、１以上の発光素子を消灯し、他の発光素子を限界発光デューティ以上の発光デューティで点灯させてその発光デューティを調節する。これにより、高い分解能で安定した光量調節を行うことができる。例えば、単一の発光素子を１００パルスの分解能で制御する場合において、１０パルス以下となるとパルス数と発光量とが比例しなくなる場合には最大光量の１／１０の光量の領域では安定した光量調節が困難となるが、１０個の発光素子を１００パルスの分解能で制御する場合には、最大光量の１／１０の光量の領域においてもいずれかの発光素子を消灯することで、他の発光素子を１０パルス以上のパルス数で発光させることができ、高い分解能で安定した光量調節を行うことができる。
【００１０】
また、本発明は、複数の発光素子と、該発光素子からの光を略一定の領域に照射する照射光学系と、前記発光素子の発光を制御する制御部とを備え、該制御部は、前記照射光学系から照射する光量が、より少ない数の発光素子を最大発光デューティで発光させることにより得られる光量である場合には、最小限の発光素子のみを点灯させてその発光デューティを調節するよう制御する光源装置を提供する。
【００１１】
本発明によれば、所定の光量範囲内において各発光素子が小さい発光デューティで点灯されることが防止され、高い分解能で安定した光量調節を行うことができる。
例えば、発光素子数をＮ、最大発光デューティをＰとすると、以下の発光デューティｐの範囲で点灯する発光素子の個数を減らすことになる。
Ｐ／Ｎ≦ｐ≦Ｐ（Ｎ−１）／Ｎ
【００１２】
例えば、Ｎ＝１０の場合には、０．１Ｐ≦ｐ≦０．９Ｐの範囲で発光素子の個数が減らされる。
すなわち、照射する光量が、１０個の発光素子を最大発光デューティＰの９０％の発光デューティｐで発光させる程度の光量となったとき、９個の発光素子のみを最大発光デューティＰで点灯させて１個を消灯することにより、同等の光量を照射することができる。また、１０個の発光素子を最大発光デューティＰの１０％の発光デューティｐで発光させる程度の光量となったとき、１個の発光素子のみを最大発光デューティＰで点灯させて９個を消灯することにより、同等の光量を照射することができる。
【００１３】
また、本発明は、複数の発光素子と、該発光素子からの光を略一定の領域に照射する照射光学系と、前記発光素子の発光を制御する制御部とを備え、該制御部は、前記発光素子の発光デューティに対する前記照射光学系から照射する光量の比率が、前記発光素子の最大発光デューティに対する前記照射光学系から照射する最大光量の比率に対して、所定の閾値割合以下となる場合には、全ての前記発光素子を点灯してその発光デューティを調節し、前記閾値割合より大きくなる場合には、一部の発光素子のみを点灯してその発光デューティを調節するよう制御する光源装置を提供する。
【００１４】
本発明によれば、所定の光量範囲内において各発光素子が小さい発光デューティで点灯されることが防止され、高い分解能で安定した光量調節を行うことができる。
例えば、全ての発光素子が最大発光デューティＰで発光したときの光量をＩＭＡＸ、所定の発光デューティｐで発光したときの光量をＩｐとすると、
Ｉｐ／ｐ≦０．７ＩＭＡＸ／Ｐ
となるように発光デューティｐを選択することを例示することができる。この場合には、パルス幅を短くして線形から３０％以上ずれる場合に発光素子の点灯個数を減らすことにより、高い分解能で安定した光量調節を行うことができる。
【００１５】
上記発明においては、前記制御部が、前記発光素子に入力するパルス電流のパルス幅により発光デューティを制御することとしてもよい。
これにより、パルス幅により簡易に発光デューティを制御することができる。
【００１６】
また、上記発明においては、前記制御部が、前記発光素子に入力するパルス電流の振幅値により、各発光素子からの発光量を調節することとしてもよい。
このようにすることで、発光素子の個体差による発光量をパルス電流の振幅値によりバランスさせ、個別に点灯制御しても、より安定した光量調節を行うことができる。
【００１７】
また、上記発明においては、前記制御部は、前記照射光学系から照射する光量が、単一の前記発光素子のみによる前記限界発光デューティ以上の発光デューティでは発光不可能な光量である場合には、限界発光デューティより小さい発光デューティで単一の前記発光素子の発光を制御してもよい。
このようにすることで、より小さい光量範囲で光量調節を行う際にのみ発光デューティに比例しない光量調節を許容することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、クロック周波数を増大させることなく高い分解能で安定した光量調節を行うことができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の一実施形態に係る光源装置１について、図１および図２を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る光源装置１は、図１に示されるように、複数、例えば、１０個のＬＥＤ（発光素子）２と、該ＬＥＤ２を点灯制御する制御部３と、ＬＥＤ２から発せられた光Ｌを導光して略同一の領域Ａに照射するインテグレータロッド（照射光学系）４とを備えている。
【００２０】
ＬＥＤ２は、一般に、入力されるパルス電流のパルス幅および振幅値にほぼ比例する発光量で発光させられるようになっている。しかし、発光量の小さい領域では、各ＬＥＤ２の発光量は一般にはパルス幅および振幅値には比例しない。
インテグレータロッド４により導光された各ＬＥＤ２からの光Ｌは、インテグレータロッド４の内側面で反射を繰り返しながら導光されることにより、均一な光量分布を有し、各ＬＥＤ２の発光量の総和の光量の光Ｌとして照射されるようになっている。
【００２１】
制御部３は、ＬＥＤ２に入力するパルス電流の最大パルス幅（最大発光デューティ）Ｐ、最小パルス幅ＰＭＩＮとして、ｎ＝Ｐ／ＰＭＩＮの階調分解能で各ＬＥＤ２の発光量を制御することができるようになっている。また、制御部３は、光量が大きな領域においては、全てのＬＥＤ２を同じ発光デューティで駆動し、光量が比較的小さな領域においては、点灯するＬＥＤ２の数を減らすように制御するようになっている。
【００２２】
具体的には、インテグレータロッド４から射出する光Ｌの光量が、全てのＬＥＤ２を、入力パルス電流のパルス幅と発光量とが比例する限界パルス幅（限界発光デューティ）ｐｓ以上のパルス幅で点灯させることができる光量である場合には、全てのＬＥＤ２を同一のパルス幅で点灯させて、パルス幅の調節のみによって光量調節を行うようになっている。一方、インテグレータロッド４から射出する光Ｌの光量が、全てのＬＥＤ２を限界パルス幅ｐｓ以上のパルス幅で点灯させることができない光量である場合には、点灯するＬＥＤ２の数を減らして、点灯している全てのＬＥＤ２を限界パルス幅ｐｓ以上のパルス幅で点灯させ、さらにパルス幅の調節によって光量調節を行うようになっている。
【００２３】
例えば、ＬＥＤ２数が１０個、各ＬＥＤ２の最大パルス幅Ｐ＝１００、最小パルス幅ＰＭＩＮ＝１、限界パルス幅ｐｓ＝１０である場合、１０個のＬＥＤ２を全て最大パルス幅Ｐで点灯している場合の最大光量を１００％として、光量が１００％〜１０％までは、パルス幅の調節によって１０個のＬＥＤ２を全て同じ発光量で発光させる。光量が１０％以下となる場合、例えば、９．５％となる場合には、点灯するＬＥＤ２を１個減らして、９個のＬＥＤ２の内、５個のＬＥＤ２についてはパルス幅ｐ＝１１とし、４個のＬＥＤ２についてはパルス幅ｐ＝１０とする。
【００２４】
このように本実施形態に係る光源装置１によれば、全てのＬＥＤ２を限界パルス幅ｐｓ以上のパルス幅で点灯させることができるような比較的光量の大きな領域においては、制御部が、全てのＬＥＤ２を同じパルス幅で発光させるように制御する。したがって、単一のＬＥＤ２を同じ最小パルス幅ＰＭＩＮで制御する場合と比較して、同等の階調分解能でインテグレータロッド４から照射される光Ｌの光量を調節することができる。
【００２５】
一方、全てのＬＥＤ２を限界パルス幅ｐｓ以上のパルス幅で点灯させることができないような比較的光量の小さな領域においては、制御部３は、点灯するＬＥＤ２を減らして、点灯している全てのＬＥＤ２が限界パルス幅ｐｓ以上のパルス幅で点灯するように個別に制御する。その結果、単一のＬＥＤ２を同じ最小パルス幅ＰＭＩＮで制御する場合と比較して、高い階調分解能でインテグレータロッド４から照射される光Ｌの光量を調節することができる。
【００２６】
具体的には、図２に示されるように、所望の光量が得られるまで、光量を減らしていく方法において、限界パルス幅ｐｓを定め（ステップＳ１）、所望の光量が得られているか否かが判定され（ステップＳ２）、所望の光量が得られていない場合には、パルス幅が減らされる（ステップＳ３）。その後、再度、所望の光量が得られているか否かが判定され（ステップＳ４）、得られていない場合には、パルス幅が限界パルス幅ｐｓ以下か否かが判定される（ステップＳ５）。限界パルス幅ｐｓ以下ではない場合には、ステップＳ３〜Ｓ５が繰り返される。
【００２７】
パルス幅ｐが限界パルス幅ｐｓ以下の場合には、ＬＥＤ２の点灯個数が１個か否かが判定され（ステップＳ６）、ＬＥＤ２の点灯個数が１個ではない場合には点灯個数を減らしてパルス幅を広げる（ステップＳ７）。点灯個数が１個の場合には、パルス幅が減らされる（ステップＳ８）。そして、所望の光量が得られていない場合には、ステップＳ３〜Ｓ８が繰り返される（ステップＳ９）。
ステップＳ２，Ｓ４，Ｓ９において、所望の光量が得られた場合には処理は終了する。
【００２８】
なお、本実施形態に係る光源装置１においては、単一の光量を境界として、ＬＥＤ２を駆動するパルス電流が限界パルス幅ｐｓ以下とならないようにＬＥＤ２の点灯パターンを切り替えることとしたが、これに代えて、より少ない数のＬＥＤ２を最大パルス幅で発光させることにより得られる光量である場合には、最小限のＬＥＤ２のみを点灯させてその発光パルス幅を調節するよう制御することにしてもよい。
【００２９】
例えば、ＬＥＤ２数Ｎ、最大パルス幅Ｐとすると、以下の発光パルス幅ｐの範囲で点灯するＬＥＤ２の個数を減らすことになる。
Ｐ／Ｎ≦ｐ≦Ｐ（Ｎ−１）／Ｎ
例えば、Ｎ＝１０の場合には、０．１Ｐ≦ｐ≦０．９Ｐの範囲で点灯するＬＥＤ２の個数が減らされる。
【００３０】
すなわち、照射する光量が、１０個のＬＥＤ２を最大パルス幅Ｐの９０％のパルス幅ｐで発光させる程度の光量となったとき、９個のＬＥＤ２のみを最大パルス幅Ｐで点灯させて１個を消灯することにより、同等の光量を照射することができる。また、１０個のＬＥＤ２を最大パルス幅Ｐの１０％のパルス幅ｐで発光させる程度の光量となったとき、１個のＬＥＤのみを最大パルス幅Ｐで点灯させて９個を消灯することにより、同等の光量を照射することができる。
このようにすることで、所定の光量範囲内において各ＬＥＤ２が限界パルス幅ｐｓより短いパルス幅ｐで点灯されることが防止され、高い分解能で安定した光量調節を行うことができる。
【００３１】
また、ＬＥＤ２の所定のパルス幅に対するインテグレータロッド４から照射する光量の比率が、ＬＥＤ２の最大パルス幅に対するインテグレータロッド４から照射する最大光量の比率に対して、所定の閾値割合以下となる場合には、全てのＬＥＤ２を点灯してそのパルス幅を調節し、上記閾値割合より大きくなる場合には、一部のＬＥＤ２のみを点灯してそのパルス幅を調節するよう制御することとしてもよい。
【００３２】
例えば、全てのＬＥＤ２が最大パルス幅Ｐで発光したときの光量をＩＭＡＸ、所定のパルス幅ｐで発光したときの光量をＩｐとすると、
Ｉｐ／ｐ≦０．７ＩＭＡＸ／Ｐ
となるように発光デューティｐを選択することを例示することができる。
この場合には、パルス幅ｐを短くして線形から３０％以上ずれる場合にＬＥＤ２の点灯個数を減らすことにより、高い分解能で安定した光量調節を行うことができる。閾値割合は７０％に限定されるものではなく、任意に設定することができる。
【００３３】
また、本実施形態において、複数のＬＥＤ２を個別に点灯制御する場合には、ＬＥＤ２の個体差により、その発光量が異なる場合も生ずるので、ＬＥＤ２に入力するパルス電流の振幅値により、各ＬＥＤ２からの発光量を調節することにしてもよい。このようにすることで、全てのＬＥＤ２からの発光量をバランスさせて、高い精度で光量調節を行うことができるという利点がある。
【００３４】
また、インテグレータロッド４から照射する光量が、単一のＬＥＤ２のみによる限界パルス幅ｐｓ以上のパルス幅ｐでは発光不可能な光量である場合には、限界パルス幅ｐｓより小さいパルス幅ｐで単一のＬＥＤ２の発光を制御することとしてもよい。より小さい光量範囲で光量調節を行う際にのみ発光デューティに比例しない光量調節を許容することができる。
【００３５】
また、本実施形態においては、複数のＬＥＤ２を直線状に並べて、全てのＬＥＤ２からの光をインテグレータロッド４によって導光する場合について説明したが、これに代えて、図３に示されるように、複数のＬＥＤ２を円環状に配列して、半径方向内方に照明光を射出させ、ＬＥＤ２の点灯タイミングに同期させて、円環の中心軸線回りに導光部材５を回転させて中心軸に沿う方向に照明光を導光させる方式の光源装置１に適用することにしてもよい。
この場合には、消灯あるいは点灯制御されるＬＥＤ２を周方向に均等に分布させることにより、導光部材５によって導光される光Ｌのちらつきを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態に係る光源装置を示すブロック図である。
【図２】図１の光源装置を用いた光源の制御フローを説明するフローチャートである。
【図３】図１の光源装置の変形例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３７】
Ａ  領域
Ｌ  光
１  光源装置
２  ＬＥＤ（発光素子）
３  制御部
４  インテグレータロッド（照射光学系）
【図１】
2010009982.tif 000003
【図２】
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【図３】
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