JP2009054433A - 光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子が安定するまでの時間を短縮することができる光源装置を実現する。
【解決手段】発光素子の駆動電圧を検出する電圧モニタ手段と、前記電圧モニタ手段の出力に基づいて前記発光素子を定電流駆動する定電流制御手段と、前記電圧モニタ手段の出力に基づいて前記発光素子を定電圧駆動する定電圧制御手段と、前記発光素子の目標照度に応じて前記定電流制御手段と前記定電圧制御手段を切り替える切り替え手段と、を備えたことを特徴とする光源装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子に駆動電流を供給して発光させる光源装置に関するものである。

図３は従来の光源装置の一例を示す図である。
ＬＥＤ１は発光素子であり、電流源２から駆動電流Ｉを供給され発光する。ＬＥＤ１の目標照度は目標照度設定部６からＣＰＵ５に与えられる。ＣＰＵ５において、電流演算部５２は、与えられた目標照度に応じて駆動電流Ｉの初期電流の電流値を決定する。電流演算部５２は駆動電流Ｉの電流値に対応するデジタルデータをＤ／Ａ変換器３に出力する。

電流源２は、たとえばトランジスタで、Ｄ／Ａ変換器３からベース電流を供給されることにより駆動電流Ｉが制御される。Ｄ／Ａ変換器３はＣＰＵ５から入力されるデジタルデータに応じてベース電流を電流源２に出力する。

Ａ／Ｄ変換器４は電圧モニタ手段である。Ａ／Ｄ変換器４は、ＬＥＤ１の駆動電圧Ｖｆが入力され、駆動電圧Ｖｆに対応するデジタルデータをＣＰＵ５に出力する。

ＬＥＤ１の順電圧は、周囲温度やＬＥＤ１自身の発熱により変化する。ＣＰＵ５において、定電流制御手段５１は、Ａ／Ｄ変換器４の出力からＬＥＤ１の順電圧変化を把握する。定電流制御手段５１は、ＬＥＤ１の順電圧変化に応じた補正信号を電流演算部５２に出力し、ＬＥＤ１の光出力Ｌが一定に保たれるように動作する。ＬＥＤ１は電流を一定に制御していてもその明るさが変化してしまう。このため、電流を意図的に増減させる。

電流演算部５２は、補正信号を受けてＤ／Ａ変換器３に出力するデジタルデータを補正する。これによりＬＥＤ１の照度が一定に制御される。

特開２００５−１９５４４４号公報

しかしながら、ハイパワーＬＥＤをダイナミックレンジを広く使用すると、発光するかしないかの微小電流（たとえばＬＥＤに供給する電流を定格電流の１／１００００以下としたような場合）では照度安定性が悪くなるという問題がある。

図４はＬＥＤ１の低照度時における照度測定結果の一例を示す図である。ＬＥＤ１の第一照度を１００％とし、第１照度から６００秒間の照度特性を規格化して示している。

第一照度に対する変動量を下記の（１）式で求めると、図４の測定結果では８．７９％（概ね１０％程度）となり、第一照度に対する変動量が大きい。しかも、常に１０％程度となるわけでもなく、またＬＥＤ毎の個体差も大きい。第一照度に対する変動量が大きいと、照度が安定するまでの時間が長くなってしまう。

照度が安定するまでの時間を測定照度が平均照度の１％以内になる時間と定義する。図４では、照度が安定するまでの時間は約６０秒であり、設定照度までの立上がりに長時間要している。このため、このような光源装置を検査装置に組み込んだ場合、検査装置は照度が安定するまで待機する必要があり、検査装置のスループットが悪化してしまう。

本発明は、上記のような従来の装置の欠点をなくし、発光素子が安定するまでの時間を短縮することができる光源装置を実現することを目的としたものである。

上記のような目的を達成するために、本発明の請求項１では、発光素子の駆動電圧を検出する電圧モニタ手段と、
前記電圧モニタ手段の出力に基づいて前記発光素子を定電流駆動する定電流制御手段と、
前記電圧モニタ手段の出力に基づいて前記発光素子を定電圧駆動する定電圧制御手段と、
前記発光素子の目標照度に応じて前記定電流制御手段と前記定電圧制御手段を切り替える切り替え手段と、
を備えた光源装置であることを特徴とする。

請求項２では、請求項１に記載の光源装置において、前記切り替え手段は、前記発光素子の目標照度が低い場合に前記定電圧制御手段に切り替えることを特徴とする。

請求項３では、請求項１または２に記載の光源装置において、前記電流制御手段は、前記電圧モニタ手段の出力から前記発光素子の駆動電圧、温度および光出力のそれぞれの変化量に順次変換していく変換部を有することを特徴とする。

請求項４では、請求項１乃至３のいずれかに記載の光源装置において、前記定電圧制御手段はＰＩＤ制御により前記発光素子の駆動電圧を一定に制御することを特徴とする。

このように、目標照度に応じて発光素子の駆動を定電流制御手段と定電圧制御手段との間で切り替えることにより、発光素子が安定するまでの時間を短縮することができる光源装置を実現することができる。

低照度の場合に切り替え手段を定電圧制御手段に切り替えることによって、低照度時において安定照度までの立上がり時間を大きく短縮することができる。

電流制御手段において電圧モニタ手段の出力から発光素子の駆動電圧、温度および光出力のそれぞれの変化量に順次変換していくことにより、温度のパラメータによる影響も含め効果的に発光素子の定電流駆動をすることができる。

定電圧制御手段による駆動電圧の一定制御にはＰＩＤ制御が好適である。

以下、図面を用いて本発明の光源装置を説明する。

図１は本発明による光源装置の一実施例を示す図である。図３の従来例と同じ構成要素には同じ符号を付す。

図１（ａ）のように、ＣＰＵ５にさらに定電圧制御手段５３を設ける。定電圧制御手段５３はＡ／Ｄ変換器４の後段に設けられている。Ａ／Ｄ変換器４の出力は、切り替え手段５５によって定電流制御手段５１と定電圧制御手段５３のいずれかに入力される。

定電流制御手段５１と電流演算部５４によるＬＥＤ１の定電流駆動について説明する。図１（ｂ）は定電流制御回路５１の機能ブロック図である。あらかじめＬＥＤ１の環境温度−Ｖｆ特性、環境温度−照度特性を取得してパラメータ化しておき、定電流制御手段５１に保持させておく。定電流制御回路５１は、Ａ／Ｄ変換器４の出力に基づいてＬＥＤ１の駆動電圧Ｖｆの変化を求める。この駆動電圧Ｖｆの変化は、ＬＥＤ１の順電圧変化に起因するものである。次に、駆動電圧Ｖｆの変化に基づいてＬＥＤ１の温度Ｔの変化を求める。さらに、温度Ｔの変化量に基づいてＬＥＤ１の光出力Ｌの変化を求める。

定電流制御手段５１は、ＬＥＤ１の光出力Ｌの変化を打ち消すための補正信号を電流演算部５４に出力する。電流演算部５４は、補正信号を受けて、ＬＥＤ１の光出力Ｌが一定となるような駆動電流Ｉになるよう、Ｄ／Ａ変換器３に出力するデジタルデータを補正する。これによりＬＥＤ１は定電流で駆動される。

次に定電圧制御手段５３と電流演算部５４によるＬＥＤ１の定電圧駆動について説明する。定電圧制御回路５３は、Ａ／Ｄ変換器４の出力から駆動電圧Ｖｆを把握し、測定したＶｆが所定の目標値に一致するように電流演算部に補正信号を出力する。

あらかじめＬＥＤ１の光出力−Ｖｆ−駆動電流の特性データを取得してパラメータ化しておき、定電圧制御手段５３に保持させておく。駆動電圧Ｖｆの目標値は、ＬＥＤ１の目標照度とこの特性データに基づいて決定する。

定電圧制御手段５３は、駆動電圧Ｖｆが目標電圧に一定になるようにＬＥＤ１の駆動電流を制御する。制御手法はＰＩＤ制御が有効である。電流演算部５４は、定電圧制御手段５３からの補正信号を受けて、Ｄ／Ａ変換器３に出力するデジタルデータを補正する。これによりＬＥＤ１は定電圧駆動される。

目標照度が低い場合には切り替え手段５５は定電圧制御手段５３に切り替えられ、それ以外の場合には切り替え手段５５は定電流制御手段５１に切り替えられる。すなわち、目標照度が低い場合にはＬＥＤ１は定電圧駆動され、目標照度が中〜高の場合にはＬＥＤ１は定電流駆動される。

図２は本発明による光源装置の効果を示す図である。本図は図４と同条件でＬＥＤ１の低照度時における照度を測定した結果である。

図２の測定結果では、第一照度に対する変動量は０．４３％と非常に小さく、従来の光源装置に比べ８．３６％の改善となった。また、照度が安定するまでの時間も、従来は約６０秒であったのに対し、定電圧駆動では第一照度から安定し、照度立上がり時間の大幅な短縮となる。

なお、低照度時に定電圧駆動とすることで照度安定性を向上させることができるのは、低照度時においては駆動電流−光出力特性（Ｉ−Ｌ特性）よりも、駆動電圧−光出力（Ｖｆ−Ｌ特性）の方がリニアリティが良いためである。

本実施例では、発光素子を駆動する電流源と、電流源による発光素子の駆動電圧を検出する電圧モニタ手段と、この電圧モニタ手段からの電圧に基づいて電流源の電流を変化させることのできる制御手段を具備し、光出力が低い領域では駆動電圧が一定になるように電流を制御し、光出力が高い領域では光出力が一定になるように電流を制御する構成とした。
しかし、本発明の応用例として、発光素子を駆動する電圧源と、電圧源による発光素子の駆動電流を検出する電流モニタ手段と、この電流モニタ手段からの電流に基づいて電圧源の電圧を変化させることのできる制御手段を具備し、光出力が低い領域では駆動電圧が一定になるように電圧を制御し、光出力が高い領域では光出力が一定になるように電圧を制御する構成としてもよい。

本発明の適用例としては、イメージセンサ検査装置に用いる光源部や、半導体発光素子バックライト、受光素子検査などの標準半導体発光素子光源などが考えられる。

図１は本発明による光源装置の一実施例を示す図。 図２は本発明による光源装置の効果を示す図。 図３は従来の光源装置の一例を示す図。 図４はＬＥＤ１の低照度時における照度測定結果の一例を示す図。

符号の説明

１ ＬＥＤ（発光素子）
２ 電流源
３ Ｄ／Ａ変換器
４ Ａ／Ｄ変換器（電圧モニタ手段）
５ ＣＰＵ
５１ 定電流制御手段
５３ 定電圧制御手段
５４ 電流演算部
５５ 切り替え手段
５１１ 変換部
６ 目標照度設定部

Claims (4)

1. 発光素子の駆動電圧を検出する電圧モニタ手段と、
   前記電圧モニタ手段の出力に基づいて前記発光素子を定電流駆動する定電流制御手段と、
   前記電圧モニタ手段の出力に基づいて前記発光素子を定電圧駆動する定電圧制御手段と、
   前記発光素子の目標照度に応じて前記定電流制御手段と前記定電圧制御手段を切り替える切り替え手段と、
   を備えたことを特徴とする光源装置。
2. 前記切り替え手段は、前記発光素子の目標照度が低い場合に前記定電圧制御手段に切り替えることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記電流制御手段は、前記電圧モニタ手段の出力から前記発光素子の駆動電圧、温度および光出力のそれぞれの変化量に順次変換していく変換部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の光源装置。
4. 前記定電圧制御手段はＰＩＤ制御により前記発光素子の駆動電圧を一定に制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光源装置。

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