JP6635701B2 - Ｌｅｄ照明システム、ｌｅｄ照明装置及びｌｅｄ照明装置の明るさ調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤを用いた調光可能なＬＥＤ照明システム及びＬＥＤ照明装置に関し、例えば、表面検査や形状認識、露光、樹脂硬化等に用いられるものに関する。

この種のＬＥＤ照明システムにおいては、調光に応じた明るさで、各ＬＥＤ照明装置が発光することを求められる。例えば、電源装置側での調光度が１００％なら、どのＬＥＤ照明装置でも、同じ明るさが得られるだけでなく、調光度が５０％なら、どのＬＥＤ照明装置でもその半分の同じ明るさが得られるように構成する必要がある。
一方、順電流−相対光度特性はＬＥＤ毎にばらつくため、電源装置から同じ値の電流を供給しても、各ＬＥＤ照明装置によって、明るさは異なる場合がある。
そこで従来は、出荷前に各ＬＥＤ照明装置の明るさをそれぞれ測定し、その明るさに関する明るさ特性情報を各ＬＥＤ照明装置にもたせるようにしている。

そして、電源装置において、ＬＥＤ照明装置と通信することにより、そのＬＥＤ照明装置の明るさ特性情報を取得し、各調光度において各ＬＥＤ照明装置が、それぞれ同じ明るさで発光するように、供給電流をＬＥＤ照明装置毎に変えるようにしている（特許文献１、特許文献２参照）。

特開２００５−９３１９６ 特開２０１２−１６９０８６

しかしながら、このような方式では、各ＬＥＤ照明装置の明るさ特性情報を得るために、電源装置にＬＥＤ照明装置と通信する機能が必要となる。さらに、指令された調光度が同じであっても、その明るさ特性情報に基づいてＬＥＤ照明装置毎に異なる電流を流すための特別な回路が必要となる。

本発明は、上記問題点を一挙に解決するためになされたものであり、電源装置側で画一的な電流制御をするだけで、各ＬＥＤ照明装置の明るさを、各調光度に対してそれぞれ等しくなるようにし、電源装置側での通信機能や複雑な調光機能を不要にすべく図ったものである。

すなわち、本発明に係るＬＥＤ照明システムは、供給電流を可変に設定できる電源装置と、前記電源装置に接続されるＬＥＤ照明装置とを具備したＬＥＤ照明システムにおいて、前記ＬＥＤ照明装置が、ＬＥＤ回路と、バイパス回路と、前記電源装置から供給された電流を、その値にかかわらず予め定められた一定の比率で分配し、一方を前記ＬＥＤ回路に、他方を前記バイパス回路に供給する分配回路とを具備することを特徴とするものである。

このような構成によれば、電源装置側で、例えば１００％といった１つの調光度（１つの電流値）に設定しておき、その状態で、各ＬＥＤ照明装置の明るさが同じになるように、ＬＥＤ照明装置毎に、前記比率をそれぞれ設定しておきさえすれば、全てのＬＥＤ照明装置において、各調光度での明るさが互いに等しくなる。

したがって、電源装置に各ＬＥＤ照明装置を認識するための通信機能を設ける必要はなくなり、かつ、各ＬＥＤ照明装置に応じて異なる調光制御をする必要もなくなるので、構成の大幅な簡単化を図ることができる。
なお、ここでいう明るさとは、ＬＥＤ照明装置から射出される光の輝度や強度であってよいし、場合によっては、光が照射される対象(ワーク）での照度であってもよい。また、ＬＥＤ照明装置から射出される光は、可視光に限らず、例えば、紫外光や赤外光であっても構わない。

前記分配回路を簡単な構成で実現するには、該分配回路が、前記ＬＥＤ回路と直列に配置された第１抵抗素子と、前記バイパス回路と直列に配置された第２抵抗素子と、前記第１抵抗素子及び第２抵抗素子に印加される電圧が略等しくなるように維持する電圧維持回路とを具備し、前記第１抵抗素子の抵抗値と前記第２抵抗素子の抵抗値とによって前記比率が定まるように構成してあるものが好ましい。

前記電源装置が、一定電圧を発生する定電圧回路と、電流を可変に設定できる定電流回路とを具備したものであり、前記ＬＥＤ照明装置が、前記定電圧回路に接続される第１端子と、前記定電流回路に接続される第２端子とを具備し、前記定電流回路で設定された電流が供給されるようにしたものにおいて、簡単な構成で本発明を実現するための具体的態様としては、前記電圧維持回路が、ベース電位を等しく保持された一対のトランジスタを具備したものであり、第１トランジスタのエミッタと前記第１端子との間に前記第１抵抗素子が配置され、該第１トランジスタのコレクタと前記第２端子との間に前記ＬＥＤ回路が配置されるとともに、前記第２トランジスタのエミッタと前記第１端子との間に前記第２抵抗素子が配置され、該第２トランジスタのコレクタと前記第２端子との間に前記バイパス回路が配置されるように構成してあるものを挙げることができる。

より正確な比率で、電流をバイパス回路とＬＥＤ回路に分配できるようにするには、前記電圧維持回路が、一対の入力端子を有する差動増幅回路と、各入力端子の電位が等しく保たれるように帰還動作する帰還回路と、前記各入力端子にそれぞれのエミッタが接続されてベース電位が等しくなるように保持された一対のトランジスタとを具備したものであり、前記第１トランジスタのベースと前記第１端子との間に前記第１抵抗素子が配置され、該第１トランジスタのベースと前記第２端子との間に前記ＬＥＤ回路が配置されるとともに、前記第２トランジスタのベースと前記第１端子との間に前記第２抵抗素子が配置され、該第２トランジスタのベースと前記第２端子との間に前記バイパス回路が配置されるように構成してあるものが望ましい。

本発明の実施形態の構成を示すブロック図。 本発明の第１実施形態の構成を示す回路図。 本発明の第２実施形態の構成を示す回路図。

本発明の第１実施形態を、図面を参照して説明する。

この実施形態におけるＬＥＤ照明システムは、図１に示すように、電源装置２００と、該電源装置２００に接続されるＬＥＤ照明装置１００とを具備したものであり、例えば、種々のワークの表面検査に用いられる。

電源装置２００は、図２に示すように、定電圧回路１０と、この定電圧回路１０から前記ＬＥＤ照明装置１００に供給される電流を制御する定電流回路２０と、一対の電源端子６、８とを具備したものである。
定電圧回路１０は、一定電圧を発生するものであり、この一定電圧がこの電源装置２００に設けられた第１電源端子６に印加されるように構成してある。

定電流回路２０は、この電源装置２００に設けられた第２電源端子８に流れ込む電流値が、所定の目標電流値となるように制御するものである。なお、ここでいう電流とは連続電流のことである。

第２電源端子８に流れ込む電流値は、抵抗素子Ｒ９によって発生する電圧によって検出される。一方、前記目標電流値は、この電源装置２００に設けられた第３端子１３に入力される指令信号の電圧値によって設定することができる。すなわち、この定電流回路２０は、外部からの指令信号によって、ＬＥＤ照明装置に供給される電流を調整・制御することができる。

検出された電流値は、前記目標電流値と比較回路Ｕ１で比較され、その偏差を打ち消すように、第２電源端子８に接続された電流制御素子（ここではＭＯＳＦＥＴ）Ｍ１が動作して、検出電流値が目標電流値となるように制御される。この目標電流値が、ユーザにとっての調光度（明るさの度合い）である。なお、本実施形態では、上述のように連続電流としているが、第３端子１３に入力される間欠電圧に従った間欠電流で駆動するようにしても構わない。

ＬＥＤ照明装置１００は、前記第１電源端子６に接続されて一定電圧が印加される第１端子７と、前記第２電源端子８に接続されて前記目標電流値に設定された電流が流れ出す第２端子９と、これら第１端子７及び第２端子９の間に並列に設けられたＬＥＤ回路１及びバイパス回路２と、前記電源装置２００から供給された電流を予め定められた一定の比率で分配し、一方を前記ＬＥＤ回路１に、他方を前記バイパス回路２に供給する分配回路３とを具備するものである。
前記ＬＥＤ回路１は、１又は直列乃至並列に接続された複数のＬＥＤからなるものである。前記バイパス回路２は、ここでは、接続線である。

前記分配回路３は、前記ＬＥＤ回路１と直列に配置された第１抵抗素子Ｒ１と、前記バイパス回路２と直列に配置された第２抵抗素子Ｒ２と、前記第１抵抗素子Ｒ１及び第２抵抗素子Ｒ２に印加される電圧が略等しくなるように維持する電圧維持回路４とを具備したものである。
この電圧維持回路４は、ベース同士を接続することによってそれらの電位が互いに等しくなるようにした一対のトランジスタＱ１、Ｑ２を具備したものである。

これら一対のトランジスタのうちの第１トランジスタＱ１は、そのベースとコレクタとが同電位となるように接続されたものである。そして、そのエミッタには、前記第１抵抗素子Ｒ１を介して前記第１端子７が接続され、そのコレクタには、前記ＬＥＤ回路１を介して前記第２端子９が接続されている。

また、前記一対のトランジスタのうちの第２トランジスタＱ２は、１個のトランジスタ乃至ベース、エミッタ、コレクタがそれぞれ接続された複数のトランジスタ群からなるものである。この第２トランジスタＱ２のエミッタには、前記第２抵抗素子Ｒ２を介して前記第１端子７が接続されており、そのコレクタには、前記バイパス回路２を介して前記第２端子９が接続されている。第１トランジスタＱ１と第２トランジスタＱ２との特性は等しいことが好ましい。
このような電圧維持回路４の構成によって、前記第１抵抗素子Ｒ１及び第２抵抗素子Ｒ２に印加される電圧が略等しくなる理由を以下に簡単に説明する。

各トランジスタＱ１、Ｑ２のエミッタ電位をそれぞれＶ_１ｅ、Ｖ_２ｅ、ベース電位をそれぞれＶ_ｂ１、Ｖ_ｂ２、ベース−エミッタ間電圧をそれぞれｖ_１ＢＥ、ｖ_２ＢＥとすると、以下の式が成り立つ。
Ｖ_１ｅ＝Ｖ_ｂ１＋ｖ_１ＢＥ・・・（１）
Ｖ_２ｅ＝Ｖ_ｂ２＋ｖ_２ＢＥ・・・（２）

前述したように、各トランジスタＱ１、Ｑ２のベース電位は等しく（Ｖ_ｂ１＝Ｖ_ｂ２）、また、各トランジスタＱ１、Ｑ２のベース−エミッタ間電圧も、ダイオードの降下電圧であるから実質的に等しいとみなせる（ｖ_１ＢＥ＝ｖ_２ＢＥ）。
したがって、式（１）、（２）より、各トランジスタＱ１、Ｑ２のエミッタ電位Ｖ_１ｅ、Ｖ_２ｅは、互いに等しくなる。

そして、各抵抗素子Ｒ１、Ｒ２は、その一端が、それぞれ前記定電圧回路１０に接続されて等電位Ｖ_ｃｃに維持されており、一方、その他端が、電位が互いに等しく保持された各トランジスタＱ１、Ｑ２のエミッタに接続されている。したがって、各抵抗素子Ｒ１、Ｒ２に印加される電圧は常に等しく保たれることになる。
次に、上述した構成のＬＥＤ照明システムの動作について説明する。

電源装置２００において目標電流値が設定され、定電圧回路１０から電圧Ｖ_ｃｃが印加されると、ＬＥＤ照明装置１００の第１端子７から流れ込んだ電流は、ＬＥＤ回路１及びバイパス回路２を通って、第２端子９から流れ出す。
このとき、ＬＥＤ回路１を流れる電流は、第１抵抗素子Ｒ１を流れる電流と等しく、バイパス回路２を流れる電流は、第２抵抗素子Ｒ２を流れる電流と等しい。

しかして、ＬＥＤ回路１を流れる電流とバイパス回路２を流れる電流との比率、すなわち、第１抵抗素子Ｒ１を流れる電流と第２抵抗素子Ｒ２を流れる電流との比率は、これら各抵抗素子Ｒ１、Ｒ２に印加されている電圧が等しいことから、各抵抗素子Ｒ１、Ｒ２の抵抗比率の逆比となる。

したがって、前記電源装置２００において、ＬＥＤ照明装置１００に供給する電流の値（目標電流値）をどのように調整しようとも、その供給された電流は、各抵抗素子Ｒ１、Ｒ２の抵抗値で定まる一定の比率でＬＥＤ回路１とバイパス回路２とに分配されることになる。
次に、このようなＬＥＤ照明システムを用いて、複数のＬＥＤ照明装置１００の明るさ特性を合致させる方法について説明する。
まず、電源装置２００から等しい値の電流を各ＬＥＤ照明装置１００に供給してその明るさ（ここでは輝度）を光センサなどを用いてそれぞれ測定する。

次に、各ＬＥＤ照明装置１００の明るさが互いに等しくなるように、各ＬＥＤ照明装置１００について第１抵抗素子Ｒ１の抵抗値と第２抵抗素子Ｒ２の抵抗値とのいずれか若しくは双方を調整する。
より実際的には以下のような手順が考えられる。
まず、明るさの最も低いＬＥＤ照明装置１００（以下、最低光装置ともいう。）を抽出する。

次に、残りのＬＥＤ照明装置１００について、最低光装置に流した電流と等しい電流を流したときの明るさが、最低光装置と等しくなるように第１抵抗素子Ｒ１または第２抵抗素子Ｒ２いずれか一方の抵抗値をそれぞれ調整する。調整対象は、第２抵抗素子Ｒ２が好ましいであろう。このとき、調整すべき抵抗素子を可変抵抗にしておけば、調整作業が容易になる。

以上のように構成した本実施形態によれば、電源装置２００側で、例えば１００％といった１つの調光度（１つの目標電流値）に設定しておき、その状態で、各ＬＥＤ照明装置１００の明るさ（輝度）が同じになるように、ＬＥＤ照明装置１００毎に、前記比率をそれぞれ設定しておきさえすれば、調光度を変えても前記比率は維持されるので、全てのＬＥＤ照明装置１００において、各調光度での明るさが互いに等しくなる。

その結果、電源装置２００に各ＬＥＤ照明装置１００を認識するための通信機能を設ける必要はなくなり、かつ、各ＬＥＤ照明装置１００に応じて異なる調光制御をする必要もなくなるので、構成の大幅な簡単化を図ることができる。
次に図３を参照して本発明の第２実施形態を説明する。なお、第１実施形態と同じ構成要素については、同一の符号を付して説明は割愛する。

この第２実施形態においては、第１実施形態同様、ＬＥＤ回路１とバイパス回路２とに分配される電流に比率を規定する前記一対の抵抗素子（第１抵抗素子Ｒ１及び第２抵抗素子Ｒ２）に印加される電圧を等しく保つ電圧維持回路４を有しているが、この電圧維持回路４の構成が、第１実施形態とはやや異なる。

この電圧維持回路４は、一対の入力端子ａ、ｂを有した差動増幅回路４１と、前記各入力端子ａ、ｂの電位が等しく保たれるように帰還動作する帰還回路４２と、前記各入力端子ａ、ｂにそれぞれのエミッタが接続されてベース電位が等しくなるように保持された一対のトランジスタＱ１、Ｑ２とを具備したものである。

そして、前記第１トランジスタＱ１のベースと前記第１端子７との間に前記第１抵抗素子Ｒ１が配置され、該第１トランジスタＱ１のベースと前記第２端子９との間に前記ＬＥＤ回路１が配置されている。

また、前記第２トランジスタＱ２のベースと前記第１端子７との間に前記第２抵抗素子Ｒ２が配置され、該第２トランジスタＱ２のベースと前記第２端子９との間に、前記帰還回路４２を構成する電流制御素子（ここではＭＯＳＦＥＴ）Ｍ２を介して前記バイパス回路２が配置されるように構成してある。

このような構成において、第１実施形態同様、電源装置２００において目標電流値が設定され、定電圧回路１０から電圧Ｖ_ｃｃが印加されると、ＬＥＤ照明装置１００の第１端子７から流れ込んだ電流は、ＬＥＤ回路１及びバイパス回路２を通って、第２端子９から流れ出す。

このとき、前述したように、差動増幅回路４１と帰還回路４２の作用によって、第１トランジスタＱ１と第２トランジスタＱ２とのベース電位は互いに等しくなるように保たれる。

そして、ＬＥＤ回路１及びバイパス回路２に流れる電流の比率を定める各抵抗素子Ｒ１、Ｒ２は、その一端をそれぞれ前記定電圧回路１０に接続され、その他端を電圧が等しく保たれた各トランジスタＱ１、Ｑ２のベースにそれぞれ接続されているから、この第２実施形態による電圧維持回路４によって、各抵抗素子Ｒ１、Ｒ２に印加される電圧は常に等しく保たれることになる。

したがって、第１実施形態同様、前記電源装置２００において、ＬＥＤ照明装置１００に供給する電流の値（目標電流値）をどのように調整しようとも、その供給された電流は、各抵抗素子Ｒ１、Ｒ２の抵抗値で定まる一定の比率でＬＥＤ回路１とバイパス回路２とに分配されることになる。

しかして、この第２実施形態によれば、差動増幅回路４１を用いることにより、第１実施形態におけるトランジスタＱ１のベース電流によるカレントミラー回路の誤差をより小さくすることができ、各調光度における各ＬＥＤ照明装置１００の明るさを、より高い精度で合致させることができるようになる。
なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではない。

図示では、ＬＥＤ回路１が１つのＬＥＤからなるものであったが、ＬＥＤ回路１が複数のＬＥＤを直列接続、並列接続あるいは直並列接続した複数のＬＥＤからなるものであってもよい。トランジスタを、ＦＥＴ等の増幅素子に適宜置き換えても構わない。
その他、本発明は上記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

２００・・・電源装置
１００・・・ＬＥＤ照明装置
１・・・ＬＥＤ回路
２・・・バイパス回路
３・・・分配回路
４・・・電圧維持回路
４１・・・差動増幅回路
４２・・・帰還回路
Ｒ１・・・第１抵抗素子
Ｒ２・・・第２抵抗素子
Ｑ１・・・第１トランジスタ
Ｑ２・・・第２トランジスタ
１０・・・定電圧回路
２０・・・定電流回路

Claims (4)

1. 供給電流を可変に設定できる電源装置と、前記電源装置に接続されるＬＥＤ照明装置とを具備したＬＥＤ照明システムにおいて、
   前記ＬＥＤ照明装置が、ＬＥＤ回路と、バイパス回路と、前記電源装置から供給された電流を、その値にかかわらず、予め定められた一定の比率で分配し、一方を前記ＬＥＤ回路に、他方を前記バイパス回路に供給する分配回路とを具備し、
   前記分配回路が、前記ＬＥＤ回路と直列に配置された第１抵抗素子と、前記バイパス回路と直列に配置された第２抵抗素子と、前記第１抵抗素子及び第２抵抗素子に印加される電圧が略等しくなるように維持する電圧維持回路とを具備し、前記第１抵抗素子の抵抗値と前記第２抵抗素子の抵抗値によって前記比率が定まるように構成されており、
   前記電源装置が、一定電圧を発生する定電圧回路と電流を可変に設定できる定電流回路とを具備したものであり、前記ＬＥＤ照明装置が、前記定電圧回路に接続される第１端子と、前記定電流回路に接続される第２端子とを具備したものにおいて、
   前記電圧維持回路が、一対の入力端子を有する差動増幅回路と、前記各入力端子の電位が等しく保たれるように帰還動作する帰還回路と、前記各入力端子にそれぞれのエミッタが接続されてベース電位が等しくなるように保持された一対のトランジスタとを具備したものであり、
   第１トランジスタのベースと前記第１端子との間に前記第１抵抗素子が配置され、該第１トランジスタのベースと前記第２端子との間に前記ＬＥＤ回路が配置されるとともに、
   第２トランジスタのベースと前記第１端子との間に前記第２抵抗素子が配置され、該第２トランジスタのベースと前記第２端子との間に前記バイパス回路が配置されるように構成してあることを特徴とするＬＥＤ照明システム。
2. 供給電流を可変に設定できる電源装置に接続されるＬＥＤ照明装置において、
   ＬＥＤ回路と、バイパス回路と、前記電源装置から供給された電流を、その値にかかわらず予め定められた一定の比率で分配し、一方を前記ＬＥＤ回路に、他方を前記バイパス回路に供給する分配回路とを具備し、
   前記分配回路が、前記ＬＥＤ回路と直列に配置された第１抵抗素子と、前記バイパス回路と直列に配置された第２抵抗素子と、前記第１抵抗素子及び第２抵抗素子に印加される電圧が略等しくなるように維持する電圧維持回路とを具備し、前記第１抵抗素子の抵抗値と前記第２抵抗素子の抵抗値によって前記比率が定まるように構成されており、
   前記電源装置が、一定電圧を発生する定電圧回路と電流を可変に設定できる定電流回路とを具備したものであり、前記ＬＥＤ照明装置が、前記定電圧回路に接続される第１端子と、前記定電流回路に接続される第２端子とを具備したものにおいて、
   前記電圧維持回路が、一対の入力端子を有する差動増幅回路と、前記各入力端子の電位が等しく保たれるように帰還動作する帰還回路と、前記各入力端子にそれぞれのエミッタが接続されてベース電位が等しくなるように保持された一対のトランジスタとを具備したものであり、
   第１トランジスタのベースと前記第１端子との間に前記第１抵抗素子が配置され、該第１トランジスタのベースと前記第２端子との間に前記ＬＥＤ回路が配置されるとともに、
   第２トランジスタのベースと前記第１端子との間に前記第２抵抗素子が配置され、該第２トランジスタのベースと前記第２端子との間に前記バイパス回路が配置されるように構成してあることを特徴とするＬＥＤ照明装置。
3. 請求項２記載のＬＥＤ照明装置の明るさ調整方法であって、
   複数のＬＥＤ照明装置に、等しい値の電流をそれぞれ供給してその明るさをそれぞれ測定し、
   各ＬＥＤ照明装置の明るさが互いに等しくなるように、前記比率をそれぞれ設定することを特徴とする明るさ調整方法。
4. 明るさの最も低いＬＥＤ照明装置を抽出し、他のＬＥＤ照明装置については、前記明るさの最も低いＬＥＤ照明装置に流した電流と等しい電流を流したときの明るさが、当該明るさの最も低いＬＥＤ照明装置と等しくなるように前記比率をそれぞれ設定することを特徴とする請求項３記載の明るさ調整方法。