しかしながら、特許文献１のＬＤ駆動回路は、モニタＰＤに異常が発生して検出信号が取得できなくなった場合等に、ＬＤが正常に発光している状態であってもＬＤが発光していない、又は出力が目標値より低くなったと判定することがある。
このような場合、電流制御回路は、ＬＤの出力を引き上げようとして駆動電流を大きくするため、結果的にＬＤが故障するレベルまで駆動電流を大きくする可能性がある。従って、医療機器等の場合には、人体に悪影響を及ぼしかねない光量が出射されるおそれがある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、安全性の高い発光駆動装及びその駆動方法を提供することを目的とする。
第１発明の発光駆動装置は、発光部と、前記発光部に駆動信号に応じた駆動電流を供給する駆動電流生成部と、前記発光部からの出射光を検出する光検出部と、前記光検出部の検出光強度に応じて前記駆動電流生成部への前記駆動信号を調整し、前記出射光の強度を所定の目標光強度に制御する第１自動光出力制御回路及び第２自動光出力制御回路と、切替信号に応答して前記第１自動光出力制御回路と第２自動光出力制御回路とを切り替えるスイッチ回路と、前記第１自動光出力制御回路及び前記第２自動光出力制御回路に前記目標光強度を指示する制御部と、を備え、前記第１自動光出力制御回路は、前記目標光強度に到達するための第１時定数を有し、前記第２自動光出力制御回路は、前記目標光強度に到達するための前記第１時定数よりも大きい第２時定数を有し、前記制御部は、起動時に前記スイッチ回路に前記第１自動光出力制御回路を指定する前記切替信号を出力し、前記出射光の強度が前記目標光強度に到達してから所定時間が経過したとき、前記スイッチ回路に前記第２自動光出力制御回路を指定する前記切替信号を供給し、前記第２自動光出力制御回路に前記目標光強度に対応する前記駆動信号を出力させる初期信号を供給することを特徴とする。
本発明の発光駆動装置は、目標光強度に到達するための第１時定数を有する第１自動光出力制御回路と、第１時定数よりも大きい第２時定数を有する第２自動光出力制御回路とを備えている。制御部は、装置の起動時に、スイッチ回路により第１自動光出力制御回路を指定するので、迅速に目標光強度に到達させて装置の使用開始を早めることができる。
また、制御部は、出射光の強度が目標光強度に到達してから所定時間が経過した後には、スイッチ回路により第２自動光出力制御回路を指定する。このとき、第２自動光出力制御回路が目標光強度に対応する駆動信号を出力する初期信号を供給するので、第２自動光出力制御回路について迅速に目標光強度に到達させることができる。
第２自動光出力制御回路による制御に切り替えた後には、光検出部に異常が発生して出射光を引き上げる制御が行われた場合でも、出射光の強度が緩やかにしか上昇しない。このため、人体に悪影響を及ぼしかねない出射光が外部に漏れることがなく、安全性の高い発光駆動装置とすることができる。
第１発明の発光駆動装置において、前記出射光を遮る遮蔽部と、前記制御部により制御され、前記遮蔽部を駆動する遮蔽駆動部と、を備え、前記制御部は、前記光検出部の前記検出光強度が前記目標光強度よりも高い異常光強度以上となった場合に、前記遮蔽駆動部に前記遮蔽部を駆動する遮蔽部駆動信号を供給することが好ましい。
制御部は、光検出部の検出光強度が異常光強度以上となった場合に、遮蔽駆動部に遮蔽部駆動信号を供給するので、遮蔽部が発光部の出射光を遮る。これにより、異常光強度が外部に漏れることが防止されるので、発光駆動装置の安全性をより高めることができる。
また、第１発明の発光駆動装置において、前記回路切替部としてスイッチ回路を有し、前記制御部は、前記第１自動光出力制御回路と前記第２自動光出力制御回路とを切り替えるとき、前記スイッチ回路に切替信号を供給することが好ましい。
この構成によれば、制御部は、スイッチ回路に切替信号を供給して第１自動光出力制御回路と第２自動光出力制御回路とを切り替える。これにより、簡易な構成で、２つの光出力制御回路を切り替え可能な装置とすることができる。
また、第１発明の発光駆動装置において、前記制御部は、前記所定時間が経過した後において、前記目標光強度を変更する変更信号に応答して、前記スイッチ回路に前記第１自動光出力制御回路を指定する前記切替信号を供給することが好ましい。
出射光の強度が目標光強度に到達してから所定時間が経過した後には、第２自動光出力制御回路によりレーザダイオードの駆動電流が生成される。本発明の構成によれば、目標光強度を変更する場合、スイッチ回路に第１自動光出力制御回路を指定する切替信号を供給して、第２自動光出力制御回路から第１自動光出力制御回路に切り替える。これにより、迅速に新たな目標光強度に切り替えて、装置を使用することができる。
第２発明の発光駆動部の駆動方法は、発光部と、前記発光部からの出射光を検出する光検出部と、前記光検出部の検出光強度に応じて前記発光部を駆動する駆動信号を調整し、前記出射光の強度を所定の目標光強度に制御する駆動制御部と、を備えた発光駆動装置の駆動方法であって、第１時定数により前記出射光の強度を前記目標光強度に制御する第１自動光出力制御工程と、前記第１自動光出力制御工程の後に、前記第１時定数よりも大きい第２時定数により前記出射光の強度を前記目標光強度に制御する第２自動光出力制御工程と、を有し、前記第２自動光出力制御工程は、前記目標光強度に対応する光強度から駆動を開始することを特徴とする。
本発明の発光駆動装置の駆動方法は、第１時定数の第１自動光出力制御工程において出射光の強度を目標光強度に制御するので、比較的迅速に目標光強度に到達させて、装置の使用開始を早めることができる。
第１自動光出力制御工程の後の第２自動光出力制御工程では、第１時定数よりも大きい第２時定数により出射光の強度を目標光強度に制御する。第２自動光出力制御工程は、第１自動光出力制御工程よりも目標光強度に到達するのが遅いため、目標光強度に対応する光強度から駆動を開始するようにする。これにより、迅速に目標光強度に到達させることができる。
その後も、第２時定数により出射光の強度を目標光強度に制御する。ここで、光検出部に異常が発生して出射光を引き上げる制御が行われることがあるが、出射光の強度が緩やかにしか上昇しない。このため、人体に悪影響を及ぼしかねない出射光が外部に漏れることがなく、安全に発光駆動装置を駆動させることができる。
第２発明の発光駆動装置の駆動方法において、前記目標光強度を変更する変更信号に応答して、前記第１自動光出力制御工程を行う切替工程をさらに備えていることが好ましい。
目標光強度を変更する場合、切替工程により第１自動光出力制御工程を行う。これにより、迅速に新たな目標光強度に切り替えて、装置を使用することができる。
以下では、図面を参照して、本発明の発光駆動装置の実施形態について説明する。
まず、図１を参照して、実施形態の発光駆動装置１の構成を説明する。レーザダイオード３（本発明の「発光部」）は、後述するＬＤドライバ１７からの駆動電流に応じて光量が変化する半導体発光素子である。用途により波長は異なるが、眼底カメラの場合には、赤色（波長：約６３０ｎｍ）や緑色（波長：約５３０ｎｍ）が用いられる。
フォトダイオード５（本発明の「光検出部」）は、レーザダイオード３から出射されたレーザ光（光検出信号）を受光し、光強度に応じた光検出電流を生成する。そして、後述する増幅器７に光検出電流を供給する。
増幅器７は、フォトダイオード５からの光検出電流を一定の比率で電圧の変換し、後述する高速ＡＰＣ回路１１及び低速ＡＰＣ回路１３に検出光強度として供給する。増幅器７の例として、ＴＩＡ（Trans Impedance Amplifier）を用いることができる。
制御部９は、入力された光出力指示信号に応じて高速ＡＰＣ回路１１及び低速ＡＰＣ回路１３に目標光強度を供給する。光出力指示信号とは、レーザ発光許可信号かつ光出力強度信号である。また、制御部９は、後述するスイッチ回路１５に高速ＡＰＣ回路１１と低速ＡＰＣ回路１３との切り替えを指示するスイッチ信号を供給する。
制御部９の安定判定部９ａは、高速ＡＰＣ回路１１からのフィードバック信号に基づいて、高速ＡＰＣ回路１１の出力が安定したか否かを確認する。詳細は後述するが、制御部９は、高速ＡＰＣ回路１１の出力が目標光強度で安定し、所定時間が経過したとき、高速ＡＰＣ回路１１から低速ＡＰＣ回路１３への切り替えを指示するスイッチ信号を出力する。
また、制御部９は、後述するＬＤドライバ１７からもフィードバック信号を受ける。安定判定部９ａでは、安定状態のときであって、かつ単位時間当たりの駆動電流の変化量が所定値以上となった場合に異常と判定する。電流の変化量を基準に異常の判定をするため、異常光強度に到達する前に異常を検出することができる。
制御部９は、シャッタ駆動部１０に制御信号を供給する。シャッタ駆動部１０は、例えば、ソレノイドコイルであり、レーザ光のフォトダイオード５への入射を遮蔽するシャッタ１０ａと接続されている。
例えば、フォトダイオード５の故障等により検出感度が低下したとき、高速ＡＰＣ回路１１又は低速ＡＰＣ回路１３が一定出力を維持しようとして出力を引き上げることがある。このような場合に、異常光強度のレーザ光が外部に漏れて人体に悪影響を及ぼすことがないように、シャッタ駆動部１０は、シャッタ１０ａにシャッタ駆動信号（本発明の「遮蔽部駆動信号」）を供給してシャッタ１０ａを駆動し、レーザ光を遮蔽する。
高速ＡＰＣ回路１１(本発明の「第１自動光出力制御回路」)は、増幅器７からの検出光強度と制御部９からの目標光強度とを比較する。そして、高速ＡＰＣ回路１１は、レーザ光の光出力強度が目標光強度となるようなＬＤ駆動信号（本発明の「駆動信号」）を生成し、スイッチ回路１５を介してＬＤドライバ１７に供給する。また、高速ＡＰＣ回路１１は、ＬＤ駆動信号を生成するため、制御部９に対してフィードバック信号を出力するが、低速ＡＰＣ回路１３と比較して時定数が小さいため、迅速に目標光強度に到達して定常状態となる。
低速ＡＰＣ回路１３(本発明の「第２自動光出力制御回路」)は、高速ＡＰＣ回路１１と同様に検出光強度と目標光強度とを比較し、レーザ光の光出力強度が目標光強度となるようなＬＤ駆動信号を生成する。低速ＡＰＣ回路１３は、高速ＡＰＣ回路１１と比較して時定数が大きいため、目標光強度に到達するまでに時間がかかる。このため、低速ＡＰＣ回路１３は、制御部９から目標光強度に対応する駆動信号（電圧値）の初期信号を受けて起動する。
スイッチ回路１５は、制御部９から供給されたスイッチ信号に基づいて、高速ＡＰＣ回路１１又は低速ＡＰＣ回路１３を指定する回路である。そして、高速ＡＰＣ回路１１又は低速ＡＰＣ回路１３から出力されるＬＤ駆動信号をＬＤドライバ１７に供給する。
なお、高速ＡＰＣ回路１１と低速ＡＰＣ回路１３との間の切り替えは、ハードウェア的な手法に限られるものではなく、ソフトウェア的な手法であってもよい。例えば、制御部９がフィードバック信号を受けて動作するＣＰＵである場合には、スイッチ回路１５がなくてもＣＰＵの１つの処理として、ＡＰＣ回路を切り替えることができる。
ＬＤドライバ１７（本発明の「駆動電流生成部」）は、レーザダイオード３を駆動するための駆動電流を生成、出力する回路である。ＬＤドライバ１７は、高速ＡＰＣ回路１１又は低速ＡＰＣ回路１３から入力された電圧値に応じて、駆動電流を生成する。
次に、図２を参照して、高速ＡＰＣ回路１１と低速ＡＰＣ回路１３の回路応答特性について説明する。
図２の実線は、高速ＡＰＣ回路１１が増幅器７から検出光強度に関する信号を受けた場合に、高速ＡＰＣ回路１１の光強度（ＬＤ駆動信号）が上昇していく様子を示している。目標光強度は、発光駆動装置１で使用する標準の出力である。
高速ＡＰＣ回路１１は光強度の立ち上がりが急峻であり、一度目標光強度を越えた後、徐々に安定状態に落ち着く。ここでは、高速ＡＰＣ回路１１が検出光強度の信号を受けてから目標光強度の６３％の値に到達するまでの時間を時定数τ１としているが、目標光強度の値に到達するまでの時間でも同じである。
一方、図２の一点鎖線は、低速ＡＰＣ回路１３が増幅器７からの検出光強度に関する信号を受けた場合に、光強度（ＬＤ駆動信号）が上昇していく様子を示している。図示するように、低速ＡＰＣ回路１３は、高速ＡＰＣ回路１１と比較して光強度の立ち上がりが緩やかであり、目標光強度を越えることなく、徐々に安定状態に落ち着く。
なお、低速ＡＰＣ回路１３が検出光強度の信号を受けてから目標光強度の６３％の値に到達するまでの時間が時定数τ２であり、時定数τ１の４〜５倍長い時間となっている。
本発明の発光駆動装置１は、高速ＡＰＣ回路１１と低速ＡＰＣ回路１３の特徴をうまく利用して、レーザダイオード３からレーザ光を出力する。例えば、発光駆動装置１の起動時に低速ＡＰＣ回路１３を用いる動作とした場合、目標光強度に到達するまでの時間が長くなり、発光駆動装置１を使用する使用者の待ち時間が生じてしまう。このため、発光駆動装置１の起動時には、高速ＡＰＣ回路１１を用いる。
また、本発明の発光駆動装置１は眼底カメラ等の医療機器に用いられることがあるが、常に高速ＡＰＣ回路１１で動作させた場合、以下のような問題が生じることがある。例えば、レーザ光を受光するフォトダイオード５の感度が悪化した場合、制御部９は、レーザダイオード３の出力を上げようとするので、レーザ光の光強度がすぐに異常光強度以上に上昇してしまう。従って、このレーザ光が外部に漏れて、人の目に入ることがある。
そこで、本発明の発光駆動装置１では、高速ＡＰＣ回路１１に切り替えて起動した後、光強度が目標光強度で安定して所定時間が経過したタイミングにおいて、低速ＡＰＣ回路１３の動作に切り替える。低速ＡＰＣ回路１３は、上述のようなフォトダイオード５の故障が発生した場合でも、光強度が緩やかにしか上昇しないため、高速ＡＰＣ回路１１で動作している場合よりも人体に安全な装置とすることができる。
また、発光駆動装置１の使用中にレーザ光の出力を変化させる場合があるが、このような場合には、一度高速ＡＰＣ回路１１に切り替えて新たな目標光強度にセットする。そして、光強度が新たな目標光強度で安定したタイミングにおいて、低速ＡＰＣ回路１３に切り替える。これにより、使用者の待ち時間を極力抑えて、その後の使用時にはフォトダイオード５等の故障に対して対処することができる。
最後に、図３を参照して、フォトダイオード５に異常が発生した場合の異常停止処理について説明する。
フォトダイオード５の光検出信号の変化について、横軸を時間Ｔ、縦軸をフォトダイオード５の光検出信号としたグラフに示す。時間Ｔ＝ｔ０にてレーザダイオード３をオンとし、光検出信号が目標光強度のレベルに到達した後、時間Ｔ＝ｔ２にてフォトダイオード５に異常が発生したとする。このとき、図示するように、時間Ｔ＝ｔ２のタイミングで光検出信号が０となる。
また、このときの発光駆動装置１の制御について、横軸を時間Ｔ、縦軸をレーザダイオード３の駆動信号（ＬＤ駆動信号）としたグラフに示す。まず、時間Ｔ＝ｔ０からＬＤ駆動信号が徐々に上昇して、やがて目標光強度に到達する。このとき、発光駆動装置１は、高速ＡＰＣ回路１１による動作となっている。そして、ＬＤ駆動信号が目標光強度で安定した時間Ｔ＝ｔ１にて、制御部９からの切替信号により高速ＡＰＣ回路１１から低速ＡＰＣ回路１３に切り替える。その後は、発光駆動装置１は、低速ＡＰＣ回路１３による動作となる。
そして、時間Ｔ＝ｔ２にてフォトダイオード５に異常が発生すると、低速ＡＰＣ回路１３は、レーザダイオード３のＬＤ駆動信号を引き上げて光強度を一定に維持しようとする。しかし、現在、低速ＡＰＣ回路１３による動作となっているため、光強度は少しずつしか上昇しない。
一方、従来例において、起動や切り替えを早くするため高速ＡＰＣ回路による動作としていた場合、時間Ｔ＝t２にてレーザダイオード３の出力が急激に引き上げられる。すなわち、一瞬で異常光強度を越えてレーザダイオード３の電流制限にまで到達する。
その後、時間Ｔ＝ｔ３で異常停止処理が行われるとする。本発明の異常停止処理は、シャッタ１０ａを駆動してレーザ光を遮蔽する機械的手法であるので、時間Ｔ＝ｔ２〜ｔ３の期間は約２０ｍｓと短い。この期間において、従来例では人体に悪影響を及ぼしかねない光量が出力されるが、本発明では異常光強度を越えないうちに異常停止処理が完了する。このような制御は、特に、発光駆動装置１を眼底カメラや光干渉断層計等の医療機器に適用した場合に重要となる。
仮に、発光駆動装置１において、電気系統の故障によりシャッタ１０ａへの電力供給が停止した場合でも、シャッタ１０ａがバネで自動的にレーザ光を遮光する位置に移動する。このため、発光駆動装置１は、極めて安全な装置といえる。本実施形態の異常停止処理は、シャッタ１０ａを駆動する機械的手法であったが、これに限られるものではなく、例えば、回路的にオフしてレーザダイオード３の出力を停止することも可能である。
以上で説明したように、本発明の発光駆動装置１は、目標光強度に到達するための時定数τ１を有する高速ＡＰＣ回路１１と、目標光強度に到達するための時定数τ２（＞時定数τ１）を有する低速ＡＰＣ回路１３とを備えている。制御部９は、発光駆動装置１の起動時に高速ＡＰＣ回路１１で動作させ、レーザ光の光強度が目標光強度に到達して安定してからは、低速ＡＰＣ回路１３に切り替え、その後は低速ＡＰＣ回路１３により駆動信号を生成する。これにより、発光駆動装置の安全性を高めることができる。
上述の実施形態は一例に過ぎず、用途に応じて適宜変更することができる。例えば、ＡＰＣ回路の応答速度は２種類に限られず、高速、中速、低速の３種類としてもよい。このとき、発光駆動装置の駆動時は高速ＡＰＣ回路を用いて、目標光強度に到達して安定したタイミングで中速ＡＰＣ回路又は低速ＡＰＣ回路に切り替えるようにしてもよい。また、通常時は低速ＡＰＣ回路を用いて、新たな目標光強度に切り替える際に、中速ＡＰＣ回路を用いるようにしてもよい。
また、本発明のシャッタ駆動部１０はソレノイドコイルであったが、これに限られない。モータによりシャッタ１０ａを駆動してもよいし、カメラ等で用いられる複数の薄板を組み合せて光を遮蔽する遮蔽部材を用いてもよい。