JP2008016302A - 光照射システム - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成でしかも確実にＬＥＤの故障を自動判別できる光照射システム等を提供する．
【解決手段】電圧ラインＬ＋とコモンラインＬ−との間に介在させたＬＥＤ直列回路１３と，前記ＬＥＤ直列回路１３を，それぞれが複数のＬＥＤ１１を含むＬＥＤ直列回路要素１２からなるものとしたときの，各ＬＥＤ直列回路要素１２に作用している電圧の比が，前記各ＬＥＤ直列回路要素１２にそれぞれ含まれるＬＥＤ１１の数の比に所定範囲内で合致しているかどうかを判断する判断回路５と，を設けるようにした．
【選択図】図４

Description

本発明は，例えば製品検査等に用いられる，複数のＬＥＤを有した光照射システム等に関するものである．

従来，特許文献１に示すように，表面検査等のために，多数のＬＥＤによって製品等（以下ワークとも言う）を照明する光照射システムが開発されている．その回路構成としては，例えば，電圧ラインとコモンラインとの間に，電流制限抵抗や或いは定電流駆動回路を介在させつつ，数個のＬＥＤを直列接続し，さらにそのＬＥＤ直列回路を複数並列接続するようにしている．

ところで，このようなシステムにおける故障の代表的例として，ＬＥＤの玉切れがある．ＬＥＤの一部にでも玉切れが発生すると，照度が変化して検査に不具合が生じ得る他，その玉切れが特に短絡故障である場合は，他のＬＥＤに余分に電流が流れて連鎖的な玉切れを引き起こすため，この玉切れ故障を初期段階で確実に発見することが必要となる．

しかしながら，このシステムの構成上，目視でＬＥＤ不良を発見することが難しい．なぜなら，
（１）多数のＬＥＤのうちの１個や２個のＬＥＤが不点灯となっても，目視ですぐに判別できるほど明るさが変わらない
（２）光照射面がワークに近接されて配置されるので直視でＬＥＤの玉切れを確認できない
（３）光拡散板などでＬＥＤが覆われているものでは，やはり直視でＬＥＤの玉切れを確認できない
などの理由による．

そこで近時では，玉切れ自動判別機能を備えたシステムも開発されてきている．例えば，ＬＥＤに流れる電流又は電圧を常時監視し，その値が急激に変化したときを故障と自動判別するようにしたものや，照明関連の装置ではないが，特許文献２に示すように，１乃至複数個ごとに，ＬＥＤから出る放射熱を測定しておき，その放射熱が弱まったときに故障と自動判別するようにしたものなどがある．

ところが，光の強さをユーザが任意設定できる調光機能を付加した場合，前述した構成であると，調光時において，電流や電圧，あるいは放熱量が変動してこれを故障と誤判断してしまう．

かといって，これを避けるために，調光時には故障判別機能をキャンセルする機能を付加などすると，構成がやたら複雑になるうえ，今度は調光時に玉切れが発生した場合（実際には，環境が変化する調光時等にこそ，玉切れ等が発生しやすい）に，これを検出することができないという問題点が生じる．
特開平１０−２１７２９号公報 特開２００５−２５９７２４号公報

そこで本発明は，かかる不具合を解決し，簡単な構成でしかも確実にＬＥＤの故障を自動判別できる光照射システム或いはその光照射システム用のＬＥＤ異常検出装置を提供すべく図ったものである．

本発明に係る光照射システムは，
電圧ラインとコモンライン間に介在させたＬＥＤ直列回路と，
前記ＬＥＤ直列回路を，それぞれが複数のＬＥＤを含むＬＥＤ直列回路要素からなるものとしたときの，各ＬＥＤ直列回路要素に作用している電圧の比が，前記各ＬＥＤ直列回路要素にそれぞれ含まれるＬＥＤの数の比に所定範囲内で合致しているかどうかを判断し，その判断結果を出力する判断回路と，を備えている．

このような構成によれば，ＬＥＤ直列回路を構成するＬＥＤのうちの１つにでも短絡乃至断線故障が生じれば，各ＬＥＤ直列回路要素に作用する電圧比が，それぞれのＬＥＤ数の比と合致しなくなるため，判断回路による異常検出を行える．しかも，その異常判断の基礎となる電圧比，ＬＥＤ数の比は，いずれも絶対的な電圧値や電流値に依存しないので，調光機能によって電圧や電流が変動しても，あるいは変動最中であっても，特に別の回路を付加することなく，その異常検出を常時，確実に行うことができる．また，ＬＥＤ個々ではなく，ＬＥＤ直列回路要素ごとの電圧等を監視しているので，ＬＥＤ直列回路要素に含まれるＬＥＤの数を適宜に設定することによって，その構成を可及的に簡単化できる．

１つのＬＥＤ直列回路要素に含まれるＬＥＤ数を数十個など多すぎる設定にすると，そのうちの１つが短絡故障しても，作用している電圧の変動率が小さくなるため誤判断の可能性が生じる．したがって，その数はぜいぜい数個（９個以下くらい）が好ましく，逆にいえば，ＬＥＤ直列回路に含まれるＬＥＤの総数に応じて，各ＬＥＤ直列回路要素に含まれるＬＥＤ数が数個になるように分ければよい．

実用的には，前記ＬＥＤ直列回路を２つのＬＥＤ直列回路要素，すなわち電圧ライン側から連続する１又は複数のＬＥＤからなる電圧側ＬＥＤ直列回路要素と，その他のＬＥＤからなるコモン側ＬＥＤ直列回路要素とに分けたものが望ましい．

前記判断回路で合致していないと判断された場合に，ＬＥＤに異常が生じている旨を出力する異常出力回路をさらに設けておき，その異常出力回路の出力によって，システム全体または一部の動作を自動停止させたり，あるいはランプを点灯させる等して異常が生じた旨を報知したりするように構成しておくことが好ましい．

回路構成をより簡単化するためには，各ＬＥＤ直列回路要素に含まれるＬＥＤの数を同じとなるように設定しておくことが望ましい．前記判断回路において，前記各ＬＥＤ直列回路要素に作用している電圧が所定範囲内で合致しているかどうかを判断すればよいだけになり，例えば実質的にコンパレータだけで済むなど，回路構成を簡単化できる．

また，本発明は，
電圧ラインとコモンライン間に並列に介在させた，ＬＥＤ直列回路及びそのＬＥＤ直列回路への電流を制御する電流制御回路からなる，複数の発光回路と，
前記各ＬＥＤ直列回路にそれぞれ作用している電圧の比が，各ＬＥＤ直列回路を構成するＬＥＤ数の比に，所定範囲内で合致しているかどうかを判断し，その判断結果を出力する判断回路と，を備えている光照射システムである．

このように並列回路構成をとるものであっても，電圧比とＬＥＤ数の比との比較によって異常検出を行うという本発明の本質的な部分を適用して，前述同様の効果を得ることができる．すなわち，ＬＥＤ直列回路を構成するＬＥＤのうちの１つにでも短絡乃至断線故障が生じれば，各ＬＥＤ直列回路に作用する電圧比が，それぞれのＬＥＤ数の比と合致しなくなるため，判断回路による異常検出を行える．しかも，その異常判断の基礎となる電圧比，ＬＥＤ数の比は，いずれも絶対的な電圧値や電流値に依存しないので，調光機能によって電圧や電流が変動しても，あるいは変動最中であっても，特に別の回路を付加することなく，その異常検出を常時，確実に行うことができる．また，ＬＥＤ個々ではなく，ＬＥＤ直列回路ごとの電圧等を監視しているので，ＬＥＤ直列回路に含まれるＬＥＤの数を適宜に設定することによって，その構成を可及的に簡単化できる．

ＬＥＤ異常検出のためだけに必要な部分を切り出してＬＥＤ異常検出装置として用いた場合の構成としては，電圧ラインとコモンライン間に介在させたＬＥＤ直列回路を，それぞれが複数のＬＥＤを含むＬＥＤ直列回路要素からなるものとしたときの，各ＬＥＤ直列回路要素に作用している電圧の比が，前記各ＬＥＤ直列回路要素にそれぞれ含まれるＬＥＤの数の比に所定範囲内で合致しているかどうかを判断し，その判断結果を出力する判断回路と，前記判断回路で合致していないと判断された場合に，ＬＥＤに異常が生じている旨を出力する異常出力回路と，を備えているものを挙げることができる．

その他の例としては，ＬＥＤ直列回路とそのＬＥＤ直列回路への電流を制御する電流制御回路とからなる発光回路を，電圧ラインとコモンライン間に複数並列に介在させた構成におけるＬＥＤの異常を検出するためのＬＥＤ異常検出装置であって，前記各ＬＥＤ直列回路にそれぞれ作用している電圧の比が，それら各ＬＥＤ直列回路を構成するＬＥＤ数の比に，所定範囲内で合致しているかどうかを判断し，その判断結果を出力する判断回路と，前記判断回路で合致していないと判断された場合に，ＬＥＤに異常が生じている旨を出力する異常出力回路と，を備えているものを挙げることができる．

このような構成の本発明によれば，複数のＬＥＤ直列回路（要素）に作用する電圧比と各ＬＥＤ直列回路（要素）に含まれるＬＥＤ数の比との比較によって異常検出を行うようにしているので，調光機能等によって絶対的な電圧値や電流値が変動しても，あるいは変動最中であっても，特に別の回路を付加することなく，しかも簡単な構成で，その異常検出を確実に行うことができる．

以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する．

＜第１実施形態＞
図１は，本実施形態にかかる光照射システム１００の全体を示す模式図である．この光照射システム１００は，照明装置１と，その照明装置１とは別体をなし，電気ケーブル４によって接続された電源装置２と，前記電源装置２と同一筐体内に収納された光制御装置３とを備えている．

最初に照明装置１の簡単な構造説明をする．照明装置１は，例えば図１〜図３に示すように，底面に多数のＬＥＤ１１を同心円状に敷設し，その底面が面発光するように構成した円盤状のものであり，ワークの表面検査やマーク検出をするために，その底面をワークに近接させてこれを照明する．この照明装置１の中央には観察孔Ｈが貫通させてあり，この観察孔Ｈを介して照明されているワーク表面の撮像又は目視を行うことができる．

次に，電源装置２及び光制御装置３の説明を兼ねて，この光照射システム全体の電気回路構成（図４参照）につき説明する．なお，この図４の電気回路構成は，本光照射システム１００の特徴や性質を理解しやすくするための模式的なものであり，実際の電気回路構成をこれと異なったものにすることができるのは言うまでもない．

電源装置２は，電圧ラインＬ＋とコモンラインＬ−間に，一定の電圧を出力する定電圧直流タイプのものである．

この電圧ラインＬ＋とコモンラインＬ−との間には，前記ＬＥＤ１１を数個（５〜９個）直列に並べてなるＬＥＤ直列回路１３が，複数並列接続されて介在させてある．各ＬＥＤ直列回路１３にはさらに電流制限抵抗８が接続してある．また，ＬＥＤ直列回路１３とコモンラインＬ−との間には，例えばＰＷＭ制御による調光を行うための調光回路（ＰＷＭコントローラ）７が設けてある．

しかしてこの実施形態では，前記ＬＥＤ直列回路１３を２分割した各ＬＥＤ直列回路要素１２に作用している電圧を測定する電圧測定回路４と，測定された各電圧の比が前記各ＬＥＤ直列回路要素１２にそれぞれ含まれるＬＥＤ数の比に所定範囲内で合致しているかどうかを判断し，その判断結果を出力する判断回路５と，前記判断回路５で合致していないと判断された場合に，ＬＥＤ１１に異常が生じている旨を出力する異常出力回路６と，をさらに設けている．

各回路を詳述する

電圧測定回路４は，１つのＬＥＤ直列回路１３を，同数のＬＥＤ１１が含まれるＬＥＤ直列回路要素１２に２分割したときの，各ＬＥＤ直列回路要素１２それぞれに作用している電圧を測定するものである．ここでは各ＬＥＤ直列回路要素１２に作用している電圧を，オペアンプ等を利用してアナログ測定し，それらアナログ信号をそれぞれＡＤコンバータでデジタル化し，出力するようにしている．なお，この電圧測定回路４を構成する部品であるオペアンプやＡＤコンバータを照明装置１側に実装しているが，その配置態様はこの例に限られるものではない．

判断回路５は，ＣＰＵの所定プログラムに基づく演算処理によって実現されるものであり，前記ＡＤコンバータから出力された各測定電圧が，前記各ＬＥＤ直列回路要素１２にそれぞれ含まれるＬＥＤ数の比に所定範囲内で合致しているかどうかを判断するものである．この実施形態では，上述したように，各ＬＥＤ直列回路要素１２に含まれるＬＥＤ１１の数が同数であるため，この判断回路５は，各測定電圧値が所定範囲内で合致するかどうかを判断するようにしている．

所定範囲とは，例えばＬＥＤ１１の１つが短絡故障して電圧に変動が生じたときには判断回路５で合致していないと判断でき，ＬＥＤ個々のＶｆのばらつきによる電圧の違いは無視して合致していると判断できる範囲という意味である．なお，ＬＥＤ直列回路要素１２に含まれるＬＥＤ数が多すぎると，所定範囲を小さくせざるをえず，ＬＥＤ１１個々のＶｆの違いによるものとの判別ができなくなって誤判断する恐れが増加するので，ＬＥＤ直列回路要素１２に含まれるＬＥＤ数は，数個が好ましい．

異常出力回路６は，判断回路５からの合致していないという旨の出力信号を受け取った場合に，図示しない異常ランプを点灯させたり，警報を鳴らしたり，あるいは，ＬＥＤ１１を消灯させたりするものである．

このとき，異常が生じたＬＥＤ直列回路１３（又は要素１２）を特定できるように構成しても構わない．この実施形態では，ＬＥＤ直列回路要素１２ごとにＡＤコンバータが設けられており，それらＡＤコンバータからの出力信号をＣＰＵ側のＩ／Ｏポート番号で特定することができるので，異常が生じている出力信号を受け取ったＩ／Ｏポートの番号から，ＬＥＤ直列回路１３（又は要素１２）を特定することができる．

以上のような構成によれば，ＬＥＤ１１のうちの１つにでも短絡乃至断線故障が生じれば，各ＬＥＤ直列回路要素１２に作用する電圧の比が，それぞれのＬＥＤ数の比と合致しなくなるため，判断回路５，異常出力回路６による異常検出を行える．

しかも，その異常判断の基礎となるのは，電圧比とＬＥＤ数の比であって，いずれも絶対的な電圧値や電流値に依存しないので，調光によってＬＥＤ１１に作用する電圧や電流が変動しても，あるいは変動最中であっても，特に別の回路を付加することなく，その異常検出を常時，確実に行うことができる．

また，ＬＥＤ１１個々ではなく，ＬＥＤ直列回路要素１２ごとの電圧等を監視しているので，ＬＥＤ直列回路要素１２に含まれるＬＥＤ１１の数を適宜に設定することによって，その構成を可及的に簡単化できる．

＜第２実施形態＞
この実施形態では，図５に示すように，並列接続したＬＥＤ直列回路１３ごとに，電流制限回路９（ＦＢ式定電流駆動回路や電流制限抵抗など）が設けられている構成のものにつき説明する．なお，前記第１実施形態に対応する構成要素は同一の符号を付すこととする．また，ＬＥＤ直列回路１３と電流制限回路９とをユニットにして発光回路１４と称する場合もある．

この実施形態で電圧測定回路４は，各ＬＥＤ直列回路１３それぞれに作用している電圧を測定し，その測定結果を判断回路５に出力するものである．

判断回路５は，電圧測定回路４から出力された各測定電圧が，前記各ＬＥＤ直列回路１３にそれぞれ含まれるＬＥＤ１１の数の比に所定範囲内で合致しているかどうかを判断するものである．この実施形態では，各ＬＥＤ直列回路１３にそれぞれ含まれるＬＥＤ１１の数を同数にしているため，この判断回路５は，各測定電圧値が所定範囲内で全て互いに合致するかどうかを判断する．

その他の構成については前記第１実施形態と同様であるので，説明は省略する．

このような回路構成をとるものであっても，電圧比とＬＥＤ数の比との比較によって異常検出を行うという本発明の本質的な部分を適用して，前述同様の効果を得ることができる．

＜その他の変形例＞
なお，本発明は前記実施形態に限られるものではない．例えば各ＬＥＤ直列回路（要素）に含まれるＬＥＤ数は互いに同数でなくともよく，また，ＬＥＤ直列回路を３以上のＬＥＤ直列回路要素に分割しても構わない．

例えば図６に示すような場合は，各ＬＥＤ直列回路要素１２に作用している電圧の比（Ｖ１：Ｖ２：Ｖ３）が，前記各ＬＥＤ直列回路要素１２にそれぞれ含まれるＬＥＤ１１の数の比（ｎ：ｍ：ｋ）に所定範囲内で合致しているかどうかを判断するようにすればよい．

また，前記各実施形態では，ＬＥＤ直列回路１３（ＬＥＤ直列回路要素１２）に作用している電圧を，高入力インピーダンス素子であるオペアンプを介して測定していたが，オペアンプを用いず，低コスト化を促進するために，図７に示すような回路構成にしてもよい．この図７では，ＬＥＤ直列回路１３（ＬＥＤ直列回路要素１２）に並列に抵抗器Ｒ１，Ｒ２（Ｒ３，Ｒ４）を配設して，測定回路（例えばＡＤコンバータ）で直接電圧を測定することができるようにしている．つまり測定回路側からみたＬＥＤ直列回路１３（ＬＥＤ直列回路要素１２）の見かけ上のインピーダンスを低くして，オペアンプを省略した測定を可能にしている．なお，ここではＡＤコンバータの入力電圧範囲に合致するように抵抗器を２分して（Ｒ１，Ｒ２又はＲ３，Ｒ４）その中間値を測定するようにしている．また，ＬＥＤ直列回路１３全体の電圧と，その１つの構成要素であるＬＥＤ直列回路要素１２の電圧を測定して，その電圧比が，それぞれのＬＥＤ数の比に合致するかどうか，すなわちここでは２：１になっているかどうかを判断するようにしている．ただし，この図７で前記第１実施形態に対応する部品には同一の符号を付している．

さらに，回路には必ずしもＣＰＵを用いる必要はなく，アナログ／デジタルを混在させた，あるいはアナログのみのディスクリート部品を用いて構成してもよい．

その他，本発明は，各説明の構成を適宜組み合わせるなど，その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である．

本発明にかかる光照射システムの一実施形態を示す全体概略構成図． 同実施形態における光制御装置の平面図． 同実施形態における光制御装置の縦断面図． 同実施形態における光照射装置の概略回路図． 第２実施形態における光照射装置の概略回路図． 本発明にかかる光照射システムの変形例を示す概略部分回路図． 本発明にかかる光照射システムのさらに他の変形例を示す概略回路図．

符号の説明

１ ・・・照明装置
１１ ・・・発光ダイオード（ＬＥＤ）
１２ ・・・ＬＥＤ直列回路要素
１３ ・・・ＬＥＤ直列回路
２ ・・・電源
３ ・・・光制御装置
５ ・・・判断回路
６ ・・・異常出力回路

Claims (10)

1. 電圧ラインとコモンラインとの間に介在させたＬＥＤ直列回路と，
   前記ＬＥＤ直列回路を，それぞれが複数のＬＥＤを含むＬＥＤ直列回路要素からなるものとしたときの，各ＬＥＤ直列回路要素に作用している電圧の比が，前記各ＬＥＤ直列回路要素にそれぞれ含まれるＬＥＤの数の比に所定範囲内で合致しているかどうかを判断する判断回路と，を備えている光照射システム．
2. 電圧ラインとコモンラインとの間に介在させたＬＥＤ直列回路と，
   前記ＬＥＤ直列回路において，電圧ライン側から連続する１又は複数のＬＥＤからなる電圧側ＬＥＤ直列回路要素及びその他のＬＥＤからなるコモン側ＬＥＤ直列回路要素にそれぞれ作用している電圧の比が，前記各ＬＥＤ直列回路要素にそれぞれ含まれるＬＥＤの数の比に所定範囲内で合致しているかどうかを判断し，その判断結果を出力する判断回路と，を備えている光照射システム．
3. 前記判断回路で合致していないと判断された場合に，ＬＥＤに異常が生じている旨を出力する異常出力回路をさらに備えている請求項１又は２記載の光照射システム．
4. 各ＬＥＤ直列回路要素に含まれるＬＥＤの数が同じであり，
   前記判断回路が，前記各ＬＥＤ直列回路要素に作用している電圧が，所定範囲内で合致しているかどうかを判断するものである請求項１乃至３いずれか記載の光照射システム．
5. 前記ＬＥＤ直列回路要素に含まれるＬＥＤの数が５個以内である請求項１乃至４いずれか記載の光照射システム．
6. 電圧ラインとコモンラインとの間に並列に介在させた，ＬＥＤ直列回路及びそのＬＥＤ直列回路への電流を制御する電流制御回路からなる複数の発光回路と，
   前記各ＬＥＤ直列回路にそれぞれ作用している電圧の比が，各ＬＥＤ直列回路を構成するＬＥＤ数の比に，所定範囲内で合致しているかどうかを判断し，その判断結果を出力する判断回路と，を備えている光照射システム．
7. 各ＬＥＤ直列回路に含まれるＬＥＤ数が同数であり，
   前記判断回路が，前記各ＬＥＤ直列回路に作用している電圧が，所定範囲内で合致しているかどうかを判断するものである請求項６記載の光照射システム．
8. 前記ＬＥＤ直列回路に含まれるＬＥＤ数が５個以内である請求項６又は７記載の光照射システム．
9. 電圧ラインとコモンラインとの間に介在させたＬＥＤ直列回路を，それぞれが複数のＬＥＤを含むＬＥＤ直列回路要素からなるものとしたときの，各ＬＥＤ直列回路要素に作用している電圧の比が，前記各ＬＥＤ直列回路要素にそれぞれ含まれるＬＥＤの数の比に所定範囲内で合致しているかどうかを判断し，その判断結果を出力する判断回路と，
   前記判断回路で合致していないと判断された場合に，ＬＥＤに異常が生じている旨を出力する異常出力回路と，を備えているＬＥＤ異常検出装置．
10. 電圧ラインとコモンラインとの間に並列に介在させた，ＬＥＤ直列回路及びそのＬＥＤ直列回路への電流を制御する電流制御回路からなる複数の発光回路の異常を検出するためのものであって，
    前記各ＬＥＤ直列回路にそれぞれ作用している電圧の比が，それら各ＬＥＤ直列回路を構成するＬＥＤ数の比に，所定範囲内で合致しているかどうかを判断し，その判断結果を出力する判断回路と，
    前記判断回路で合致していないと判断された場合に，ＬＥＤに異常が生じている旨を出力する異常出力回路と，を備えているＬＥＤ異常検出装置．