JP2011114306A - Ｌｅｄ駆動回路及び照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤの個体差に関わらず安定して光量調整することができるＬＥＤ駆動回路及び照明装置を提供する。
【解決手段】デジタル信号によりＬＥＤ６を駆動する電流が設定されるＬＥＤ駆動回路１０において、デジタル信号をＤ／Ａ変換し、ＬＥＤ６の駆動電流を設定するためのアナログ電圧値を出力するデジタルポテンショメータ１４と、デジタルポテンショメータ１４に印加される基準電圧を可変する可変抵抗１２と、ＬＥＤに流れる最大電流を制限する最大電流調整回路２０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤの光量を調整可能なＬＥＤ駆動回路、及びこの駆動回路を備えた照明装置に関するものである。

近年、省電力化、輝度性、耐久性等を考慮して、ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）を光源とした照明装置が多く用いられている。ＬＥＤ光源を備えた照明装置は、光学読み取り装置、光学検査装置、プロジェクター又はプロジェクションテレビ等をはじめとして、各種照明装置に幅広く使用されている。
しかしながら、この照明装置に用いられるＬＥＤ素子には個体差があり、同一メーカー、同一型式であっても同一条件下での発光において明るさのばらつきがあった。図５はＬＥＤ素子の光度のばらつきを説明する図で、電流値と光度の関係を示すグラフである。同図に示すように、ＬＥＤ素子に同一電流値を流した場合でも２〜３倍程度の光度差を生じることがわかる。

そこで、従来の照明装置では光量調整を行なうために、拡散板やＮＤフィルタ等の減光板を設置して位置調整したり、光源の位置調整を行なうことによって機械的に被写体上の輝度を略一定に維持していた。
一例として、従来の照明装置を図６に示す。図６はＬＥＤ光源を用いた従来の照明装置の構成図であり、この照明装置は顕微鏡装置等の光学検査装置に設けられている。光学検査装置は、プリズム５２を透過した被写体５３の像をカメラ５１で撮像し、このとき、ＬＥＤ５６からの光をプリズム５２を介して被写体５３に照射している。ＬＥＤ５６はＬＥＤ駆動回路５５により制御されており、このＬＥＤ５６を光照射方向に移動させることによって、光量調整するようになっている。また、ＬＥＤ５６とプリズム５２との間に減光調整用光学素子５７を配置し、この素子５７を移動させることによって光量調整するものもあった。

このような照明装置では、一例としてユーザにより入力された入力データに基づきＬＥＤ光源を制御するＬＥＤ駆動回路を備えている。例えば特許文献１（特開２００７−２０８１０９号公報）に開示されるＬＥＤ駆動回路は、入力データに基づいて所定のクロックを選択して出力するクロック選択回路と、クロックに従ってデータ信号を生成するカウンタ回路と、データ信号に応じた電圧を出力するＤＡＣ回路と、ＤＡＣ回路の出力に応じた電流をＬＥＤに流す電流駆動回路とを備えている。このＬＥＤ駆動回路によれば、ＬＥＤを複雑なパターンで点灯または点滅させる際に、既に動作パターンが組み込まれたクロック選択回路とカウンタ回路及びＤ／Ａ変換器の電源を、ＣＰＵにより動作パターン指定と最大電流値を設定するのみで、輝度勾配および輝度調節の電流制御を可能としている。

特開２００７−２０８１０９号公報

しかしながら、図６に示す従来の照明装置では、光量調整を機械的に行なっており、減光板や光源の位置調整を行なうために複雑な駆動機構が必要となり、装置が大型化してしまうという問題があった。さらに、機械的な光量調整では微調整が困難であるという問題も有していた。

また、特許文献１に開示されるＬＥＤ駆動回路は、ＬＥＤの点灯や点滅において、動作パターンに基づいてＬＥＤ光源を制御することを可能としたものであり、ＬＥＤ素子が有している製品ごとの光度のばらつきを解消するものではなかった。さらに、このＬＥＤ駆動回路は、最大電流の設定をＤ／Ａ変換器の電源の最大電圧として設定しているため、Ｄ／Ａ変換器の電源がＬＥＤの最大使用電流に相当する電圧を超える値に設定された場合に、ＬＥＤに過大電流が流れて発熱・破壊等の不具合が発生するおそれがあった。

そのため本発明においては、ＬＥＤの個体差に関わらず安定して光量調整することができるＬＥＤ駆動回路及び照明装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係るＬＥＤ駆動回路は、デジタル信号によりＬＥＤを駆動する電流が設定されるＬＥＤ駆動回路において、前記デジタル信号をＤ／Ａ変換し、前記ＬＥＤの駆動電流を設定するためのアナログ電圧値を出力するデジタルポテンショメータと、前記デジタルポテンショメータに印加される基準電圧を可変する電源回路と、前記ＬＥＤに流れる最大電流を制限する最大電流調整回路とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、デジタルポテンショメータに印加される基準電圧を可変することにより、１ディジット当たりの駆動電流値を調整することが可能となり、ＬＥＤの個体差による光度のばらつきや光学光路系の感度のばらつきがあっても、同一のデジタル設定値において一定の光度を得ることができ、照度のばらつきを抑えることが可能となる。さらに、最大電流調整回路を備えることによりＬＥＤの通電電流がその最大許容電流を超えることを防止し、ＬＥＤの発熱や破壊等の不具合を防ぐことが可能となる。

また、前記ＬＥＤと並列に接続され、前記ＬＥＤの点灯開始電流を設定する分流素子をさらに備えることが好ましい。
これにより、ＬＥＤの個体差に関わらず、一定の電流値においてＬＥＤを点灯開始することが可能となる。

さらに、前記分流素子が、前記ＬＥＤに流れる電流値を調整可能な可変分流素子であることが好ましい。
このように可変分流素子を備え、ＬＥＤの個体差に基づいて電流値を調整することにより、光度にばらつきのあるＬＥＤにおいても一定の電流値においてＬＥＤを点灯開始することが可能となり、汎用性が高くなる。

さらにまた、前記最大電流調整回路は、前記ＬＥＤに直列に接続され前記ＬＥＤに流れる電流を調整する可変抵抗と、前記可変抵抗に並列に接続され、予め設定された最大電流値以上のときにターンオンし前記最大電流値未満のときにターンオフする第１のスイッチング素子と、前記可変抵抗に直列に接続され、前記最大電流値以上のときにターンオフし前記最大電流値未満のときにターンオンする第２のスイッチング素子とを有することが好ましい。
これにより、簡単な構成によってＬＥＤの最大許容電流を設定することが可能となる。

また、前記ＬＥＤ駆動回路と、前記ＬＥＤ駆動回路に接続された前記ＬＥＤを用いた光源とを備えることを特徴とする照明装置を提案する。
この照明装置によれば、同一のデジタル設定値に対して安定した光量の照明とすることができ、製品価値を向上することが可能である。

本発明によれば、デジタルポテンショメータに印加される基準電圧を可変することにより、１ディジット当たりの駆動電流値を調整することが可能となり、ＬＥＤの個体差による光度のばらつきや光学光路系の感度のばらつきがあっても、同一のデジタル設定値において一定の光度を得ることができ、照度のばらつきを抑えることが可能となる。さらに、最大電流調整回路を備えることによりＬＥＤの通電電流がその最大許容電流を超えることを防止し、ＬＥＤの発熱や破壊等の不具合を防ぐことが可能となる。

本発明の実施形態に係るＬＥＤ駆動回路の構成図である。 本発明の実施形態に係るＬＥＤ駆動回路のデジタル設定値とＬＥＤ光束の関係を示すグラフである。 最大電流調整回路を備えたＬＥＤ駆動回路のデジタル設定値とＬＥＤ光束の関係を示すグラフである。 可変分流素子を備えたＬＥＤ駆動回路のデジタル設定値とＬＥＤ光束の関係を示すグラフである。 ＬＥＤ素子の光度のばらつきを説明する図で、電流値と光度の関係を示すグラフである。 ＬＥＤ光源を用いた従来の照明装置の構成図である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実例に記載されている構成部品の形状等は、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１は本発明の実施形態に係るＬＥＤ駆動回路１０の構成図である。同図では、一例として光学検査装置１に具備されるＬＥＤ駆動回路１０を示している。光学検査装置１は、被写体２を撮像するカメラ３と、被写体２とカメラ３の間に配置されたプリズム４及びレンズ５と、プリズム４を介して被写体２を照明するＬＥＤ６とを有している。この光学検査装置１では、ＬＥＤ６からの光をプリズム４により屈折させて被写体２に照射しながら、カメラ３により被写体２の像を撮像する。

本発明の実施形態に係るＬＥＤ駆動回路１０は、ＬＥＤ６に接続されており、デジタル信号により定電流駆動回路の駆動電流を設定し、デジタル信号の１ディジット当たりの駆動電流値を調整するものである。
ＬＥＤ６は、回路内におけるＬＥＤ負荷の全体を示すものであり、単一のＬＥＤ素子から構成されていてもよいし、複数のＬＥＤ素子が目的に応じて直列に又は並列に接続されて構成されていてもよい。

ＬＥＤ駆動回路１０は、主に、ＬＥＤ６に電圧を供給する基準電圧源１１と、この基準電圧源１１からの電圧を可変する可変抵抗１２と、可変抵抗１２からの電圧が印加されるデジタルポテンショメータ１４と、ＬＥＤ６に直列に接続された最大電流調整回路２０とを備える。

可変抵抗１２のワイプ端子はバッファアンプ１３に接続され、残りの一方の端子はＧＮＤに接続され、もう一方の端子は基準電圧源１１に接続されている。基準電圧源１１で出力された電圧Ｖ１は可変抵抗１２により分圧される。
デジタルポテンショメータ１４は、ワイプ端子がオペアンプ１５に接続され、残りの一方の端子はＧＮＤピンに接続され、他の端子はバッファアンプ１３の出力（出力電圧Ｖ２）が接続される。又、バッファアンプ１３の入力には可変抵抗１２で分圧された電圧Ｖ２が印加される。
デジタルポテンショメータ１４は、Ｉ２Ｃバス等のデジタルインタフェース（図示略）によって選択されたタップ位置に基づいて電圧Ｖ２が分圧され、デジタル信号ＡのＤ／Ａ変換動作がなされてアナログ電圧Ｖ３が出力される。

デジタルポテンショメータ１４とＬＥＤ６の間には、オペアンプ１５とトランジスタ１６が接続されている。
オペアンプ１５は、駆動電流検出用抵抗１７に発生する電圧Ｖ４とデジタルポテンショメータ１４のワイプ端子から出力される電圧Ｖ３が等しくなるように、トランジスタ１６のベース電圧を制御する。

ＬＥＤ６に流れる定電流駆動電流Ｉ１は、電圧Ｖ４を駆動電流検出用抵抗１７で割った値におおむね等しい。したがって、可変抵抗１２のワイプ位置を調整し、電圧Ｖ１を分圧することにより、デジタルポテンショメータ１４におけるワイプ１ディジット当たりの電圧Ｖ３が決定され、定電流駆動電流Ｉ１が決定される。

ここで、ＬＥＤ６について説明する。図２はデジタル設定値とＬＥＤ光束の関係を示すグラフである。同グラフに示されるように、ＬＥＤ素子には個体差があり、同一メーカ、同一型式であっても同一条件下での発光において照度のばらつきがあることは上述した。

本実施形態では、予め図２に示されるようにＬＥＤ光束とデジタル設定値との関係を取得しておき、このＬＥＤ光束とデジタル設定値の関係に基づいて、所望の傾きが得られるように可変抵抗１２の抵抗値を設定することが好ましい。この傾きを一定に維持するように可変抵抗１２を制御することで、同一のデジタル設定値に対して同一のＬＥＤ光束を得ることができ、個体差のあるＬＥＤ６においても照度が一定で安定した照明装置を提供することが可能となる。

最大電流調整回路２０は、ＬＥＤ６に直列に接続された可変抵抗２１を有し、可変抵抗２１を調整することによりＬＥＤ６に流れる電流の最大値を調整するものである。
具体的には、最大電流調整回路２０は、可変抵抗２１と、可変抵抗２１に並列に接続されたトランジスタ（第１のスイッチング素子）２３と、可変抵抗２１に直列に接続されたトランジスタ（第２のスイッチング素子）２２とを有しており、定電流駆動電流Ｉ１と可変抵抗２１の抵抗の積である電圧Ｖ５が、予め設定された電圧値以上であるとき、トランジスタ２３はターンオンし、トランジスタ２２はターンオフすることによって、定電流駆動電流Ｉ１が制限されるため、図３の範囲ｂに示すようにデジタル設定値にかかわらずＬＥＤ光束が制限され、ＬＥＤの異常発熱、破壊から保護することができる。

一方、電圧Ｖ５が予め設定された電圧値未満であるとき、トランジスタ２３はターンオフし、トランジスタ２２はターンオンする。したがって、電流Ｉ１は可変抵抗２１を流れることとなる。このときの定電流駆動電流Ｉ１は、可変抵抗２１で予め設定した最大電流未満であるため、図３の範囲ａに示すようにデジタル設定値に応じた一定のＬＥＤ光束に維持することができる。
図３に示すように折れ線特性を設定することで、電圧Ｖ１を過大に設定したり、何らかの不具合でＬＥＤ６の通電電流がその最大許容電流を超過してしまうことを防止できる。

上記したように本実施形態によれば、デジタルポテンショメータ１４に印加される基準電圧を可変抵抗１２で可変することにより、１ディジット当たりの駆動電流値を調整することが可能となり、ＬＥＤ６の個体差による光度のばらつきや光学光路系の感度のばらつきがあっても、同一のデジタル設定値において一定の光度を得ることができ、照度のばらつきを抑えることが可能となる。
さらに、最大電流調整回路２０を備えることによりＬＥＤ６の通電電流がその最大許容電流を超えることを防止し、ＬＥＤ６の発熱や破壊等の不具合を防ぐことが可能となる。

また、本実施形態のＬＥＤ駆動回路は、ＬＥＤの点灯開始電流を設定する分流素子をさらに備えることが好ましい。
分流素子は、ＬＥＤ６に並列に接続された抵抗であり、好適には可変分流素子である可変抵抗２５とする。可変抵抗２５をＬＥＤ６と並列に接続することにより、ＬＥＤ６の駆動電流Ｉ１に対する点灯開始点を調整できる。ここでいう点灯開始点とは、電流Ｉ１を０から増加させていった場合、ＬＥＤ６が点灯を開始するデジタル設定値をいう。

微小な電流値では殆ど全ての電流が可変抵抗２５側に流れ、可変抵抗２５の抵抗値に発生する電圧Ｖ６がＬＥＤ６の順方向電圧を超えた点から点灯が開始され、その時点からＬＥＤ６の動作抵抗と可変抵抗２５の抵抗値による分流動作がなされる。電圧Ｖ６は可変抵抗２５の抵抗値と電流Ｉ３をかけた数値であり、可変抵抗２５の抵抗値によりデジタル設定値に対するＬＥＤ点灯開始点の調整ができることとなる。

ここで、可変抵抗２５の抵抗値に発生する電圧Ｖ６はＬＥＤ順方向電圧に等しく、またＬＥＤ順方向電圧のばらつきとオペアンプの出力振幅限界値の影響により、ＬＥＤ６の点灯開始点にばらつきが発生する。
図４は可変抵抗２５を備えたＬＥＤ駆動回路２０のデジタル設定値とＬＥＤ光束の関係を示すグラフである。図中、特性ｃはデジタル設定値０で消灯しそれを超えた設定値で点灯する。特性ｅはデジタル設定値が０より大きい値で点灯する。特性ｄはデジタル設定値０で既に点灯している。例えばここで目標とする特性を実線で描かれた特性ｃとする場合、可変抵抗２５を調整することにより、特性ｄまたは特性ｅを目標特性ｃに調整することができる。

このように、ＬＥＤ６と並列に可変抵抗２５を接続し、ＬＥＤ６の個体差に基づいて電流値を調整することにより、光度にばらつきのあるＬＥＤ６においても一定の電流値においてＬＥＤ６を点灯開始することができ、汎用性が高くなる。

１ 光学検査装置
６ ＬＥＤ
１０ ＬＥＤ駆動回路
１１ 基準電圧源
１２ 可変抵抗
１３ バッファアンプ
１４ デジタルポテンショメータ
１５ オペアンプ
１６ トランジスタ
１７ 抵抗
２０ 最大電流調整回路
２１ 可変抵抗
２２ トランジスタ（第２のスイッチング素子）
２３ トランジスタ（第１のスイッチング素子）
２４ 抵抗
２５ 可変抵抗

Claims (5)

1. デジタル信号によりＬＥＤを駆動する電流が設定されるＬＥＤ駆動回路において、
   前記デジタル信号をＤ／Ａ変換し、前記ＬＥＤの駆動電流を設定するためのアナログ電圧値を出力するデジタルポテンショメータと、
   前記デジタルポテンショメータに印加される基準電圧を可変する電源回路と、
   前記ＬＥＤに流れる最大電流を制限する最大電流調整回路とを備えることを特徴とするＬＥＤ駆動回路。
2. 前記ＬＥＤと並列に接続され、前記ＬＥＤの点灯開始電流を設定する分流素子をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ駆動回路。
3. 前記分流素子が、前記ＬＥＤに流れる電流値を調整可能な可変分流素子であることを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤ駆動回路。
4. 前記最大電流調整回路は、前記ＬＥＤに直列に接続され前記ＬＥＤに流れる電流を調整する可変抵抗と、前記可変抵抗に並列に接続され、予め設定された最大電流値以上のときにターンオンし前記最大電流値未満のときにターンオフする第１のスイッチング素子と、前記可変抵抗に直列に接続され、前記最大電流値以上のときにターンオフし前記最大電流値未満のときにターンオンする第２のスイッチング素子とを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のＬＥＤ駆動回路。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載のＬＥＤ駆動回路と、
   前記ＬＥＤ駆動回路に接続されたＬＥＤ光源とを備えることを特徴とする照明装置。

Images