(57)【要約】【課題】電池及び素子の劣化を抑制するとともに、素子の応答速度の最適化、及び消費電流の低減が可能な素子制御装置の提供。【解決手段】通電により駆動される素子と、前記素子に電気的に接続され、前記素子に電流を供給する電池と、前記電池から供給される電流の値を測定する電流測定部と、前記電流を調整する電流調整部と、前記電流測定部が測定した前記電流の値に基づき、前記電流調整部により、前記電流を調整させる制御部とを有する素子制御装置である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
通電により駆動される素子と、
前記素子に電気的に接続され、前記素子に電流を供給する電池と、
前記電池から供給される電流の値を測定する電流測定部と、
前記電流を調整する電流調整部と、
前記電流測定部が測定した前記電流の値に基づき、前記電流調整部により、前記電流を調整させる制御部とを有することを特徴とする素子制御装置。
【請求項２】
前記素子が、エレクトロクロミック素子であって、
前記電池から前記素子に供給される電流の正負の向きを切り換える複数のスイッチ部を更に有する請求項１に記載の素子制御装置。
【請求項３】
前記制御部が、前記電流調整部により、前記電池から前記素子に供給される電流の値を前記電池の最大放電電流の値以下になるように調整させる請求項１から２のいずれかに記載の素子制御装置。
【請求項４】
前記制御部が、前記素子の着色濃度が最も高い状態であっても、前記電流調整部により、前記電池の最大放電電流の値の電流を前記素子に供給するように調整させる請求項１から３のいずれかに記載の素子制御装置。
【請求項５】
前記制御部が、前記電流調整部により、前記電流の供給を停止するように調整させる請求項１から４のいずれかに記載の素子制御装置。
【請求項６】
前記制御部が、前記電流調整部により、前記素子に通電させる際に発生する突入電流を抑制するように調整させる請求項１から５のいずれかに記載の素子制御装置。
【請求項７】
通電により駆動される素子と、電池と、電流測定部と、電流調整部と、制御部とを有する素子制御装置において、
前記電池により前記素子に電流を供給し、
前記電池から供給される電流の値を、前記電流測定部を用いて測定し、
前記電流測定部が測定した前記電流の値に基づき、前記制御部により前記電池から供給される電流を、前記電流調整部を用いて調整させることを含むことを特徴とする素子制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、素子制御装置及び素子制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気信号により光の透過率を制御する電気調光素子は、紫外線などの光照射によって光の透過率が変化するフォトクロミック現象を利用した調光素子とは異なり、ユーザが自由に光の透過率を制御できるなどのメリットを有している。
【０００３】
前記電気調光素子の中でも、エレクトロクロミック素子等の通電により駆動される素子は、中性状態で透明性が高く、高い光学的濃度を示すことができるため、高コントラスト比を得られるだけでなく、供給する電圧値により着色濃度を制御することにより階調表現が可能であることから、これまで様々な開発が行われている。
【０００４】
前記エレクトロクロミック素子等の通電により駆動される素子の劣化（サイクル寿命）を防止する目的で、前記素子に過大な電流が流れないようにするため、定電流回路や電流保護回路を用いて、前記素子に流れる電流の調整を行う駆動装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、近年においては、電池駆動のウェアラブル機器や携帯機器の開発が進められており、例えば、前記エレクトロクロミック素子等の通電により駆動される素子を用いた調光サングラスなどが提案されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、電池及び素子の劣化を抑制するとともに、素子の応答速度の最適化、及び消費電流の低減が可能な素子制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するための手段としての本発明の素子制御装置は、通電により駆動される素子と、前記素子に電気的に接続され、前記素子に電流を供給する電池と、前記電池から供給される電流の値を測定する電流測定部と、前記電流を調整する電流調整部と、前記電流測定部が測定した前記電流の値に基づき、前記電流調整部により、前記電流を調整させる制御部とを有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によると、電池及び素子の劣化を抑制するとともに、素子の応答速度の最適化、及び消費電流の低減が可能な素子制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の素子制御装置の一例を示すブロック図である。
【図２】図２は、図１に示す電流調整部の一例を示す概略図である。
【図３】図３は、図１に示す素子制御装置を用いて、エレクトロクロミック素子を着色させる通電状態を説明するためのブロック図である。
【図４】図４は、図１に示す素子制御装置を用いて、エレクトロクロミック素子を消色させる通電状態を説明するためのブロック図である。
【図５】図５は、図１に示す素子制御装置を用いて、電池から供給される電流の値を電池の最大放電電流の値以下で制御する流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（素子制御装置）
本発明の素子制御装置は、通電により駆動される素子と、前記素子に電気的に接続され、前記素子に電流を供給する電池と、前記電池から供給される電流の値を測定する電流測定部と、前記電流を調整する電流調整部と、前記電流測定部が測定した前記電流の値に基づき、前記電流調整部により、前記電流を調整させる制御部とを有し、更に必要に応じてその他の部材を有する。
【００１０】
本発明の素子制御装置は、特許文献１に記載のエレクトロクロミック素子（以下、「ＥＣ素子」と称することもある）の駆動装置では、電源と前記ＥＣ素子との間に電流保護回路を接続して、単に前記ＥＣ素子に流す電流の調整を行うのみであるため、前記ＥＣ素子がウェアラブル機器などに構成されて電源として電池を使用した場合、前記ＥＣ素子の着消色時に発生する突入電流により消費電流が増大するとともに、電圧値の低下（ドロップ）や電池性能を超える過大な放電電流が発生し、前記電池及び前記ＥＣ素子にダメージを与えてしまい、着消色を繰り返した際に前記電池及び前記ＥＣ素子の寿命が低下する場合があるという知見に基づくものである。
また、前記突入電流を低減するため、定電流回路などにより着消色時に前記ＥＣ素子に供給する電流を低く制限し過ぎると、前記ＥＣ素子に電流が流れる速度が遅くなり、着消色に対する応答速度が悪化する場合があるという知見に基づくものである。
更に、定電流回路などを用いた場合に前記ＥＣ素子を取り替えたとき、前記ＥＣ素子の個体差により定電流回路の電流の設定値を逐次変更する必要があるとともに、前記ＥＣ素子の応答速度を最適に制御できないという知見に基づくものである。
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の素子制御装置を説明する。
なお、本発明の素子制御装置における制御部が行う素子の制御は、本発明の素子制御方法を実施することと同義であるので、本発明の素子制御装置の説明を通して本発明の素子制御方法の詳細についても明らかにする。
【００１２】
図１は、本発明の素子制御装置の一例を示すブロック図である。
図１に示すように、本発明の素子制御装置１０は、前記素子としてのＥＣ素子１１０と、電池１５０と、電流測定部１２０と、前記電流調整部１６０と、制御部１４０とを有し、前記複数のスイッチ部としての第１のスイッチ部１３１、第２のスイッチ部１３２、第３のスイッチ部１３３、及び第４のスイッチ部１３４を有することが好ましい。
【００１３】
ＥＣ素子１１０は、通電により駆動され、両電極に供給される電圧に基づく電荷の注入及び放出により着色濃度を変更可能であり、応答速度や消費電流の点から、着色状態及び消色状態を保持できるメモリー性を有することが好ましい。
【００１４】
ＥＣ素子１１０は、第１の電極と、前記第１の電極に対向して配置された第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に充填される電解質と、前記第１の電極と前記第２の電極とが対向する面のうち少なくともいずれかに接するように配置されるエレクトロクロミック層とを有する。
ＥＣ素子１１０は、前記第１の電極を酸化極、前記第２の電極を還元極とした場合、前記第１の電極を＋電位とし、前記第２の電極を基準電位（ＧＮＤ）とすると、ＥＣ素子１１０内に電荷が注入されて着色状態となる。また、前記第２の電極を＋電位、前記第１の電極を前記基準電位とすると、着色時に注入された電荷がＥＣ素子１１０内から放出されて消色状態となる。また、ＥＣ素子１１０内に注入された電荷の量に応じて、ＥＣ素子１１０の着色濃度が変化し、前記第１の電極と前記第２の電極との間の電圧も変化する。
なお、ＥＣ素子１１０を着色状態にするために供給される電圧を「着色電圧」と称し、消色状態にするために供給される電圧を「消色電圧」と称することもある。
【００１５】
ＥＣ素子１１０は、前記着色電圧及び前記消色電圧が印加される際に、即ち、電流が供給されて着消色される際に、構造的にコンデンサと類似する特性を有しているため、電池１５０からの突入電流を発生させやすい。なお、前記突入電流の値は、ＥＣ素子の構造などにより固有の値となる。
【００１６】
電池１５０は、ＥＣ素子１１０の前記第１の電極及び前記第２の電極に接続され、ＥＣ素子１１０に電流を供給することができる。
電池１５０としては、例えば、一次電池、二次電池などが挙げられる。
前記一次電池としては、例えば、マンガン乾電池、アルカリマンガン乾電池、オキシライド乾電池などが挙げられる。
前記二次電池としては、例えば、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンポリマー二次電池などが挙げられる。
【００１７】
前記複数のスイッチ部は、電池１５０からＥＣ素子１１０に供給される電流の正負の向きを切り換えることができる。
第１のスイッチ部１３１、第２のスイッチ部１３２、第３のスイッチ部１３３、及び第４のスイッチ部１３４としては、例えば、リレー等のメカニカルスイッチ、半導体によるアナログスイッチ、トランジスタなどが挙げられる。
前記第１のスイッチ部としては、電池１５０の一方の端子とＥＣ素子１１０の一方の電極との間に直列に接続され、入力される第１のスイッチ制御信号に応じて通電状態をオンオフに切り換えられる。
前記第２のスイッチ部としては、電池１５０の他方の端子とＥＣ素子１１０の他方の電極との間に直列に接続され、入力される第２のスイッチ制御信号に応じて通電状態をオンオフに切り換えられる。
前記第３のスイッチ部としては、ＥＣ素子１１０の一方の電極と基準電位との間に直列に接続され、入力される第３のスイッチ制御信号に応じて通電状態をオンオフに切り換えられる。
前記第４のスイッチ部としては、ＥＣ素子１１０の他方の電極と前記基準電位との間に直列に接続され、入力される第４のスイッチ制御信号に応じて通電状態をオンオフに切り換えられる。
【００１８】
電流測定部１２０は、ＥＣ素子１１０に並列に接続され、入力される電流測定制御信号１４２に応じて電池１５０から供給される電流の値を測定し、測定した前記電流の値を制御部１４０に出力する。
電流測定部１２０が測定した前記電流の値のデータの形式は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、アナログ値であっても、オペアンプ、Ａ／Ｄコンバータなどによりアナログ−デジタル変換して、電池１５０の最大放電電流の値と比較できれば、どのような形式でもよい。
前記アナログ−デジタル変換をするには、制御部１４０で使用するマイクロコントローラ等に内蔵されているＡ／Ｄコンバータを用いてもよく、制御部１４０に外付けとしたＡ／Ｄコンバータを用いてもよい。
なお、電流測定部１２０の接続箇所は、前記電流の値の測定ができれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
【００１９】
電流調整部１６０は、電池１５０とＥＣ素子１１０との間で電流が流れる箇所に接続され、入力される電流調整信号に応じて、電池１５０から供給される電流を調整することができる。
電流調整部１６０としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、回路や素子により構成されるものが挙げられるが、ＥＣ素子１１０の着色濃度が最も高い状態であっても、電池１５０の最大放電電流の値の電流をＥＣ素子１１０に供給可能であるものが好ましい。具体的には、電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）、可変定電流ドライバー（ＩＣ）などが挙げられる。
なお、ＥＣ素子１１０の着色濃度が最も高い状態とは、透過率１０％以下、又はＥＣ素子１１０が有する最大負荷電圧を印加している状態を意味する。
前記回路としては、例えば、定電流回路、定電圧回路などが挙げられる。
前記素子としては、例えば、トランジスタ、ダイオード、集積回路等の半導体素子などが挙げられる。
【００２０】
前記その他の部材としては、ユーザにより押下される着色ボタン、消色ボタン、階調ボタン、電源ボタンなどが挙げられる。
【００２１】
図２は、図１に示す電流調整部の一例を示す概略図である。
図２に示すように、電流調整部１６０としては、電池１５０と直列に接続される定電流回路１６１と、定電流回路１６１の出力にドレイン端子が接続された電界効果トランジスタ１６２とを有することが好ましい。
電界効果トランジスタ１６２は、その性質上、ゲートに与えられた電圧（以下、「ゲート電圧」と称することもある）に応じた電流をソース−ドレイン間に流す制御が可能となる。例えば、前記ゲート電圧を０．５Ｖとした場合、ソース−ドレイン間に流れる電流が４０ｍＡとなり、前記ゲート電圧を１．０Ｖとした場合、ソース−ドレイン間に流れる電流が２０ｍＡとなり、前記ゲート電圧を１．５Ｖとした場合、ソース−ドレイン間に流れる電流が１０ｍＡとなる電界効果トランジスタ１６２を用いて、最大許容電流量が２０ｍＡであるＥＣ素子１１０を制御する場合を考える。
前記ゲート電圧を０．５Ｖとした場合、ソース−ドレイン間に流れる電流が４０ｍＡとなり、ＥＣ素子１１０の最大許容電流量を超えてしまい、ＥＣ素子１１０の劣化が進行してしまう。このため、前記ゲート電圧を０．５Ｖに設定しないようにする。
前記ゲート電圧を１．０Ｖとした場合、ソース−ドレイン間に流れる電流が２０ｍＡとなり、即ちＥＣ素子１１０の最大許容電流量となり、ＥＣ素子１１０の応答速度を最速とすることができる。
前記ゲート電圧を１．５Ｖとした場合、ソース−ドレイン間に流れる電流は１０ｍＡであり、通常のＥＣ素子１１０の着消色ではこの前記ゲート電圧を用いるようにし、消費電流を低減させる。
【００２２】
制御部１４０は、電流測定部１２０が測定した電流の値に基づき、電流調整部１６０により電流調整信号１４１を出力して、ＥＣ素子１１０に供給される電流を制御する。
制御部１４０が行うＥＣ素子１１０に供給される電流の制御は、電流調整部１６０により、電池１５０から供給される電流の値を電池１５０の最大放電電流の値以下になるように調整させることできる。このようにすることで、ＥＣ素子１１０に通電させる際に発生する突入電流を抑制させることができる。
また、制御部１４０は、電流調整部１６０により、電流の供給を停止するように調整させることができる。
制御部１４０としては、素子制御装置１０の各動作を制御するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）などを有し、素子制御装置１０全体の動作を制御するための制御プログラムに基づいて各種処理を実行する。
【００２３】
制御部１４０は、電池１５０の前記最大放電電流の値を記憶する記憶手段を有することが好ましい。
前記記憶手段としては、例えば、ハードディスク、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙｓ）などが挙げられる。
【００２４】
次に、本発明の素子制御装置を用いて、前記エレクトロクロミック素子を着色状態、及び消色状態にする制御方法について説明する。
【００２５】
図３は、図１に示す素子制御装置を用いて、エレクトロクロミック素子を着色させる通電状態を説明するためのブロック図である。
図３に示すように、ＥＣ素子１１０を着色状態するには、制御部１４０が、前記第１のスイッチ制御信号及び前記第４のスイッチ制御信号を出力して、第１のスイッチ部１３１及び第４のスイッチ部１３４の通電状態をオンに切り換え、前記第２のスイッチ制御信号及び前記第３のスイッチ制御信号を出力して、第２のスイッチ部１３２及び第３のスイッチ部１３３の通電状態をオフに切り換えることにより、電池１５０からＥＣ素子１１０に電流を供給することができる。
【００２６】
図４は、図１に示す素子制御装置を用いて、エレクトロクロミック素子を消色させる通電状態を説明するためのブロック図である。
図４に示すように、ＥＣ素子１１０を消色状態とするには、制御部１４０が、前記第１のスイッチ制御信号及び前記第４のスイッチ制御信号を出力して、第１のスイッチ部１３１及び第４のスイッチ部１３４の通電状態をオフに切り換え、前記第２のスイッチ制御信号及び前記第３のスイッチ制御信号を出力して、第２のスイッチ部１３２及び第３のスイッチ部１３３の通電状態をオンに切り換えることにより、電池１５０からＥＣ素子１１０に電流を供給することができる。
【００２７】
次に、本発明の素子制御装置を用いて、電池から供給される電流の値を電池の最大放電電流の値以下で制御する流れを、図５に示すフローチャートの図中Ｓで表すステップにしたがって図１、図３、及び図４を参照しながら説明する。
【００２８】
Ｓ１０１：制御部１４０は、電流測定部１２０に電流測定制御信号１４２を出力して、電流の値の測定を開始させ、得られた電流の値の信号を出力させる。
Ｓ１０２：制御部１４０は、所定の指示、判定などに基づき、本処理を終了させるか否かを判定し、本処理を終了させないと判定すると、処理をＳ１０３に移行する。
前記所定の指示、判定とは、ユーザからの指示、制御部１４０の判定などである。前記ユーザからの指示は、着色ボタン、消色ボタン、階調ボタン、電源ボタンの押下などにより発せられる。また、制御部１４０の判定は、電流測定部１２０により測定した電流の値に基づき、最大着色状態、消色状態、処理終了などに移行する判定などである。
Ｓ１０３：制御部１４０は、前記所定の指示、判定などに基づき、ＥＣ素子１１０を着色させるか否かを判定し、ＥＣ素子１１０を着色させると判定すると処理をＳ１０４に移行し、ＥＣ素子１１０を着色させないと判定すると処理をＳ１０５に移行する。
Ｓ１０４：制御部１４０は、前記第１のスイッチ制御信号及び前記第４のスイッチ制御信号を出力して、第１のスイッチ部１３１及び第４のスイッチ部１３４の通電状態をオンに切り換え、前記第２のスイッチ制御信号及び前記第３のスイッチ制御信号を出力して、第２のスイッチ部１３２及び第３のスイッチ部１３３の通電状態をオフに切り換える。即ち、図３に示すように、各スイッチ部を切り換えて、電池１５０からＥＣ素子１１０に電流を供給させる。
Ｓ１０５：制御部１４０は、前記第１のスイッチ制御信号及び前記第４のスイッチ制御信号を出力して、第１のスイッチ部１３１及び第４のスイッチ部１３４の通電状態をオフに切り換え、前記第２のスイッチ制御信号及び前記第３のスイッチ制御信号を出力して、第２のスイッチ部１３２及び第３のスイッチ部１３３の通電状態をオンに切り換える。即ち、図４に示すように、各スイッチ部を切り換えて、電池１５０からＥＣ素子１１０に電流を供給させる。
Ｓ１０６：制御部１４０は、電流測定部１２０により測定された前記電流の値が電池１５０の最大放電電流の値以上であると判定すると処理をＳ１０７に移行し、前記電流の値が電池１５０の最大放電電流の値以上でないと判定すると処理をＳ１０８に移行する。
Ｓ１０７：制御部１４０は、電流調整信号１４１を出力して、電池１５０から供給される電流の値を電池１５０の最大放電電流の値未満となるように電流調整部１６０を制御する。
Ｓ１０８：制御部１４０は、前記所定の指示、判定などに基づき、前記電流の上限値を設定する指示の有無を判定し、「電流の上限値を設定する指示がある」と判定すると処理をＳ１０７に移行し、「電流の上限値を設定する指示がない」と判定すると本処理を終了する。
前記電流の上限値を設定する場合、電池１５０の最大放電電流の値の範囲内で着消色の応答速度を最速化することができる。前記電流の上限値を設定しない場合、消費電流を軽減することができる。また、使用目的により、着消色の応答速度と消費電流とのトレードオフを調整し、システム的に前記電流の上限値を調整可能することもできる。
【００２９】
本発明の態様としては、例えば、以下のとおりである。
＜１＞  通電により駆動される素子と、前記素子に電気的に接続され、前記素子に電流を供給する電池と、前記電池から供給される電流の値を測定する電流測定部と、前記電流を調整する電流調整部と、前記電流測定部が測定した前記電流の値に基づき、前記電流調整部により、前記電流を調整させる制御部とを有することを特徴とする素子制御装置である。
＜２＞  前記素子が、着色状態及び消色状態を保持できるメモリー性を有する前記＜１＞に記載の素子制御装置である。
＜３＞  前記素子が、エレクトロクロミック素子であって、前記電池から前記素子に供給される電流の正負の向きを切り換える複数のスイッチ部を更に有する前記＜１＞から＜２＞のいずれかに記載の素子制御装置である。
＜４＞  前記制御部が、前記電流調整部により、前記電池から前記素子に供給される電流の値を前記電池の最大放電電流の値以下になるように調整させる前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の素子制御装置である。
＜５＞  前記制御部が、前記素子の着色濃度が最も高い状態であっても、前記電流調整部により、前記電池の最大放電電流の値の電流を前記素子に供給するように調整させる前記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載の素子制御装置である。
＜６＞  前記制御部が、前記電流調整部により、前記電流の供給を停止するように調整させる前記＜１＞から＜５＞のいずれかに記載の素子制御装置である。
＜７＞  前記制御部が、前記電流調整部により、前記素子に通電させる際に発生する突入電流を抑制するように調整させる前記＜１＞から＜６＞のいずれかに記載の素子制御装置である。
＜８＞  前記制御部が、前記電池の前記最大放電電流の値を記憶する記憶手段を有する前記＜１＞から＜７＞のいずれかに記載の素子制御装置である。
＜９＞  通電により駆動される素子と、電池と、電流測定部と、電流調整部と、制御部とを有する素子制御装置において、前記電池により前記素子に電流を供給し、前記電池から供給される電流の値を、前記電流測定部を用いて測定し、前記電流測定部が測定した前記電流の値に基づき、前記制御部により前記電池から供給される電流を、前記電流調整部を用いて調整させることを含むことを特徴とする素子制御方法である。
【００３０】
前記＜１＞から＜８＞のいずれかに記載の素子制御装置、及び前記＜９＞に記載の素子制御方法は、従来における前記諸問題を解決し、前記本発明の目的を達成することができる。
【符号の説明】
【００３１】
１０  素子制御装置
１１０  ＥＣ素子
１２０  電流測定部
１４０  制御部
１４１  電流調整信号
１４２  電流測定制御信号
１４３  スイッチ制御信号
１５０  電池
１６０  電流調整部
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３２】
【特許文献１】特開平０２−０４６４２８号公報
【図１】
2017211620.tif 000003
【図２】
2017211620.tif 000004
【図３】
2017211620.tif 000005
【図４】
2017211620.tif 000006
【図５】
2017211620.tif 000007