JP2015215961A

JP2015215961A - 照明装置の制御方法、および照明装置

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Publication number: JP2015215961A
Application number: JP2014096622A
Authority: JP
Inventors: 慶太檀; Keita Dan
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2014-05-08
Filing date: 2014-05-08
Publication date: 2015-12-03

Abstract

【課題】短パルス発光など、輝度のフィードバック制御が難しい発光制御条件においても、高精度にＬＥＤ光源の発光輝度を管理できるようにする。【解決手段】初期化工程において、制御回路１０４が駆動回路１０２を介してＬＥＤ光源１０１を連続点灯させ、ＬＥＤ光源の温度および輝度を温度計測回路１０５、輝度計測回路１０３により計測し、計測した温度において計測した輝度を補正するためのＬＥＤ駆動補正量を第１の光源制御データとして記憶回路１０６に記憶させる。補正工程においては、ＬＥＤ光源の温度と輝度を計測し、計測した温度により記憶回路１０６を参照して得た当該温度における第１の光源制御データと、計測した輝度に基づき、その時点以降、記憶回路１０６の第１の光源制御データを用いる場合に作用させるＬＥＤ駆動補正量を生成して第２の光源制御データとして記憶回路１０６に記憶させる。【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤ光源の輝度制御を行う照明装置の制御方法、および照明装置に関する。

近年、照明光源として、消費電力が少なくて済むＬＥＤ素子が住居用の照明や、自動車のヘッドライト、カメラの照明光源など幅広い用途で広く用いられるようになってきた。また、カメラの照明光源としては、民生用のデジタルカメラの他、産業用ロボットの撮像系などにおいてもＬＥＤ光源が利用されている。産業用ロボットの場合、例えば、製造ライン上の特定位置に配置されたロボットアームの稼働空間を撮影できるようカメラおよびＬＥＤ照明が配置される。カメラにより撮像された画像データは、例えば所定の画像処理を経て、生産物の状態を確認したり、ロボットアームの動作を制御するために用いられる。

特に、産業用ロボットの場合、工程全体のタクトタイムの短縮が重要視されており、撮影に要する所要時間を短縮するため、ＬＥＤ照明を照明系に用いる場合、極めて発光時間の短い短パルス発光制御が求められることがある。

一方、蛍光灯などの他の光源素子でも同様であるが、ＬＥＤ光源素子の輝度は経時的に変化する。これは、ＬＥＤチップから放射される光によってＬＥＤ内部の蛍光体や封止樹脂などの有機系部材が劣化を起こし、透過率や反射率が変化するためである。また、光源の温度変化によっても、発光効率が低下し、輝度が変化する。そして、この意図しない輝度の変化は、産業用ロボットのように、照明および撮像系を介して得られた画像に対する画像処理の精度がシステム全体の動作精度に影響を与えるような構成において大きな問題となる場合がある。

経年変化や温度条件によって生じる光源素子の輝度変化の問題を解決しようとする技術は古くから知られている。例えば、輝度データをフィードバックして、調光値を制御し、光源の輝度をほぼ一定に保つ手法が知られている（下記の特許文献１）。しかしながら、このように輝度の現在値を実時間で検出し、光源の駆動量にフィードバックする制御方式は、光検出信号を電気信号へ変換する工程などが必要であり、発光時間が短く限定されている場合には向いていない。例えば、上記のように近年の産業用ロボットで要求されるようなＬＥＤ光源の短パルス駆動による発光制御では実施不可能であることも考えられる。これに対して、光源周辺の温度情報を測定し、また光源の累積点灯時間を計時しておき、これらの温度や点灯時間の情報に基づき点灯前に調光値を補正し、輝度をほぼ一定に保つ技術も知られている（例えば下記の特許文献２）。

特開平５−３１２６３７号公報特開２００９―２０５８４３号公報

従来技術（例えば特許文献２）では、温度や累積点灯時間と輝度値や調光（補正）値を関連づけたデータベースを予め用意しておき、温度や累積点灯時間から間接的に光源の駆動量を決定する。このような制御方式は、光源素子の温度依存ないし経時依存の輝度変化を推測して光源素子の駆動量を決定するものである。

上記のような従来技術では、累積点灯時間と輝度値や調光（補正）値を関係づけるデータベースは固定的な特性カーブに基いて構成されている場合が多い。しかしながら、実際には、ＬＥＤ素子の累積点灯時間と輝度を関係づける特性カーブは例えばＬＥＤ素子周辺の温度にも依存して変化する。特に、ＬＥＤ素子を発光させた場合、素子自体の発熱によって光源周辺の温度は刻々と変化する。従って、予めＬＥＤ素子の規格表などから求めた特性カーブを補正せず、固定的に使い続けることは現実的ではない。すなわち、従来技術のように累積点灯時間〜輝度（あるいは調光値）を関係づけた固定のデータベースを用いてＬＥＤの駆動量を管理する方式では、例えば温度要因が反映されず、光源の経時輝度変化を正確に見積もることができない、という問題がある。

本発明の課題は、産業用ロボットの撮像系の照明などにおいて必要になる短パルス発光など、輝度の現在値を用いたフィードバック制御が難しい発光制御条件においても、高精度にＬＥＤ光源の発光輝度を管理できるようにすることにある。

上記課題を解決するため、本発明においてはＬＥＤ光源と、前記ＬＥＤ光源を駆動する駆動回路と、前記ＬＥＤ光源またはその近傍の温度を計測する温度計測回路と、前記ＬＥＤ光源の輝度を計測する輝度計測回路と、前記ＬＥＤ光源の駆動制御のための制御データを格納する記憶回路と、前記駆動回路を介して前記ＬＥＤ光源を点灯させ、その輝度を制御する制御回路と、を備えた照明装置の制御方法において、前記制御回路が、前記駆動回路を介して前記ＬＥＤ光源を連続点灯させ、前記温度計測回路により前記ＬＥＤ光源の温度を監視しつつ前記輝度計測回路により前記ＬＥＤ光源の輝度を計測し、前記温度計測回路により計測した温度に関連して、その温度において前記輝度計測回路により計測した輝度を補正するためのＬＥＤ駆動補正量を第１の光源制御データとして前記記憶回路に記憶させる初期化工程と、前記制御回路が、前記駆動回路を介して前記ＬＥＤ光源を点灯させ、前記温度計測回路により前記ＬＥＤ光源の温度を計測するとともに前記輝度計測回路により前記ＬＥＤ光源の輝度を計測し、前記温度計測回路により計測した温度により前記初期化工程で前記記憶回路に記憶されている第１の光源制御データを参照して得た当該温度におけるＬＥＤ駆動補正量と、前記輝度計測回路により計測した前記ＬＥＤ光源の輝度に基づき、その時点以降、前記記憶回路に記憶されている第１の光源制御データを用いる場合に作用させるＬＥＤ駆動補正量を生成して第２の光源制御データとして前記記憶回路に記憶させる補正工程と、前記制御回路が、外部からの指令に基づき前記ＬＥＤ光源を点灯させる場合、前記温度計測回路により計測した温度により前記記憶回路に記憶されている第１の光源制御データを参照して得た当該温度におけるＬＥＤ駆動補正量、および前記補正工程で第２の光源制御データとして前記記憶回路に記憶させたＬＥＤ駆動補正量を用いて前記駆動回路が前記ＬＥＤ光源を駆動するＬＥＤ駆動量を決定する点灯制御工程と、を含む構成を特徴とする。

あるいは、ＬＥＤ光源と、前記ＬＥＤ光源を駆動する駆動回路と、前記ＬＥＤ光源またはその近傍の温度を計測する温度計測回路と、前記ＬＥＤ光源の輝度を計測する輝度計測回路と、前記ＬＥＤ光源の駆動制御のための制御データを格納する記憶回路と、前記駆動回路を介して前記ＬＥＤ光源を点灯させ、その輝度を制御する制御回路と、を備えた照明装置において、前記制御回路は、装置設置時に前記駆動回路を介して前記ＬＥＤ光源を連続点灯させ、前記温度計測回路により前記ＬＥＤ光源の温度を監視しつつ前記輝度計測回路により前記ＬＥＤ光源の輝度を計測し、前記温度計測回路により計測した温度に関連して、その温度において前記輝度計測回路により計測した輝度を補正するためのＬＥＤ駆動補正量を第１の光源制御データとして前記記憶回路に記憶させた後、前記駆動回路を介して前記ＬＥＤ光源を点灯させ、前記温度計測回路により前記ＬＥＤ光源の温度を計測するとともに前記輝度計測回路により前記ＬＥＤ光源の輝度を計測し、前記温度計測回路により計測した温度により前記記憶回路に記憶されている第１の光源制御データを参照して得た当該温度におけるＬＥＤ駆動補正量と、前記輝度計測回路により計測した前記ＬＥＤ光源の輝度に基づき、その時点以降、前記記憶回路に記憶されている第１の光源制御データを用いる場合に作用させるＬＥＤ駆動補正量を生成して第２の光源制御データとして前記記憶回路に記憶させ、前記制御回路が、外部からの指令に基づき前記ＬＥＤ光源を点灯させる場合、前記温度計測回路により計測した温度により前記記憶回路に記憶されている第１の光源制御データを参照して得た当該温度におけるＬＥＤ駆動補正量、および第２の光源制御データとして前記記憶回路に記憶させたＬＥＤ駆動補正量を用いて前記駆動回路が前記ＬＥＤ光源を駆動するＬＥＤ駆動量を決定する構成を特徴とする。

上記の特徴的な構成により、本発明は、例えばＬＥＤ点灯時間を蓄積、管理することを必要とせず、小演算資源、低演算コストでＬＥＤ光源の点灯時間やＬＥＤ素子（近傍）の温度に依存する輝度変動を補正し、ＬＥＤ光源の輝度を正確に管理することができる。本発明の輝度制御は、ＬＥＤ光源の点灯中の輝度現在値をフィードバックする閉ループ制御などを必要とせず、ＬＥＤ光源を点灯させる直前の簡単な演算によって実施することができる。従って、短パルス点灯が必要な用途にも好適に実施することができる。

本発明の第１実施例に係わるＬＥＤ照明装置のブロック図である。本発明の第１実施例に係わるＬＥＤ駆動回路とＬＥＤ光源の一例を示した回路図である。本発明の第１実施例に係わる輝度計測回路とＬＥＤ光源の位置関係の一例を示した斜視図である。本発明の第１実施例において、記憶回路に記憶するデータを示した説明図である。本発明の第１実施例に係わるＬＥＤ光源の内部構造を示した側面図である。本発明の第１実施例に係わるＬＥＤ光源の輝度の温度特性を示した線図である。本発明の第１実施例において、初期データ記憶時の制御手順を示したフローチャート図である。本発明の第１実施例において、第１の光源制御データ記憶時の制御手順を示したフローチャート図である。本発明の第１実施例において、第２の光源制御データ記憶時の制御手順を示したフローチャート図である。本発明の第１実施例において、ＬＥＤ光源の通常使用モードにおける制御手順を示したフローチャート図である。本発明の第２実施例に係わるＬＥＤ照明装置のブロック図である。本発明の第２実施例において、ＬＥＤ光源の順方向電圧計測を行う構成を示した回路図である。本発明の第２実施例において、ＬＥＤ光源の順方向電圧計測を行う異なった構成を示した回路図である。本発明の第２実施例において、ＬＥＤ光源の順方向電圧計測を行うに際して、遮光ＬＥＤを用いる構成を示した外観図である。本発明の第２実施例において、記憶回路に記憶するデータを示した説明図である。本発明の第２実施例において、第１の光源制御データ記憶時の制御手順を示したフローチャート図である。本発明の第３実施例において、照明装置を産業用ロボットシステムに利用する場合の構成を示した説明図である。本発明の第３実施例において、照明装置を含む産業用ロボットシステムの設置および通常稼働の様子を示したフローチャート図である。

以下、添付図面を参照し、本発明に係るＬＥＤ照明の制御を利用した好適な実施形態につき、詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図１は本発明を採用した照明装置１００の一例を示している。図１の照明装置１００は、ＬＥＤ光源１０１と、このＬＥＤ光源１０１を点灯させる駆動回路１０２を備えている。後述のように、ＬＥＤ光源１０１は、ＬＥＤ素子の数は１個に限ることなく、複数個のＬＥＤ素子によって構成されていてもよい。なお、本実施形態では、照明装置１００の光源としてＬＥＤ光源１０１を例示するが、本実施形態の技術は蛍光灯、白熱灯や有機ＥＬ、冷陰極線管などの光源を用いる場合でも好適に実施できる。

図１において、制御回路１０４は駆動回路１０２を介してＬＥＤ光源１０１を発光させる駆動量を制御することにより、ＬＥＤ光源１０１の発光輝度を管理する。

図１の制御回路１０４は輝度計測回路１０３、および温度計測回路１０５の出力値に応じて記憶回路１０６に記憶させた制御データを参照し、ＬＥＤ光源１０１の発光輝度を制御する。

記憶回路１０６は、例えば記憶内容をバッテリバックアップされたＲＡＭや、ＥＥＰＲＯＭなどの記憶素子を用いて構成され、後述するＬＥＤ光源１０１の駆動制御のための各種制御データを記憶するために用いられる。輝度計測回路１０３、および温度計測回路１０５の詳細な構成例については後述する。

図１の照明装置１００は、例えば他のＬＥＤ照明を利用する他の装置の一部として組み込むことができる。図１において、照明装置１００の外部のコントローラ２００は照明装置１００を含む他の装置の制御部である。照明装置１００の外部のコントローラ２００は、制御回路１０４との通信を介して照明装置１００のＬＥＤ光源１０１の発光タイミングなどを制御することができる。なお、照明装置１００を産業用ロボットシステムの視覚系の照明手段として用いる場合にはそのロボットシステムの制御部をコントローラ２００とすることができる。この構成については第３実施形態として後で詳述する。

以下、図１の各部につき説明する。

図２に、ＬＥＤ光源１０１を複数個のＬＥＤ素子によって構成する場合の駆動回路１０２の構成例を示す。駆動回路１０２は制御回路１０４からの点灯指令に基づいて、ＬＥＤ光源１０１の点灯を制御する。図２の駆動回路１０２は、駆動量（駆動電流）を制御するトランジスタＱ_ｉ（Ｑ_１〜Ｑ_ｎ）によって、各列に直列接続されたＬＥＤ光源１０１を構成するＬＥＤ素子を駆動する。各ＬＥＤ素子の駆動ラインには電流制限用の抵抗Ｒｉ（Ｒ_１〜Ｒ_ｎ）が直列に挿入されている。以下、ｉ列目の構成に一般化して説明する。

図２のｉ列目のトランジスタＱｉのコレクタにはそれぞれＬＥＤ駆動用の定電圧Ｖｃｃが接続され、トランジスタＱｉのベースにはそれぞれ駆動回路１０２内部のデコーダ回路１０２ａの出力する駆動信号Ｓｉ（Ｓ_１〜Ｓ_ｎ）が入力される。デコーダ回路１０２ａは、制御回路１０４からＰＷＭ制御信号をデコードし、ＬＥＤ点灯が必要なｉ列目のトランジスタＱｉのベースに高周波に変換した駆動信号Ｓｉを印加することにより、当該の列のＬＥＤ群を点灯させる。

駆動回路１０２は、デコーダ回路１０２ａに入力するＰＷＭ制御信号を介してトランジスタＱｉのベース電流をＰＷＭ制御し、これにより、当該列のＬＥＤに流れる電流量を制御することによって発光輝度を制御することができる。駆動回路１０２はｎ本の駆動信号Ｓｉを介して各列のＬＥＤの輝度を個別に制御することができる。

なお、駆動回路１０２の構成は図２の構成に限定されるものではない。例えば、駆動回路１０２内にＬＥＤと直列に接続された可変抵抗を備え、この可変抵抗の抵抗値を制御することにより、ＬＥＤへ流れる電流量を制御し、ＬＥＤの輝度を制御する構成も考えられる。

図１ではその内部構成は詳細に示していないが、制御回路１０４は少なくともマイクロプロセッサなどのＣＰＵ（不図示）と、後述の制御手順を実現するための制御プログラムを格納するＲＯＭ１０４ａを含む。ＲＯＭ１０４ａは、例えば制御回路１０４を構成するＣＰＵのプログラムメモリを構成するが、このようなコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、ＲＯＭに限定されず、ＨＤＤやＳＳＤ、各種フラッシュメモリや光ディスクなどから構成することができる。着脱式ＨＤＤやＳＳＤ、各種フラッシュメモリや光ディスクなどの記録媒体は、照明装置１００に後述の制御手順を実現する制御プログラムを供給するために用いることができる。

また、制御回路１０４は、現在時刻を計時する計時手段としてＲＴＣ（リアルタイムクロック）１０４ｂを有する。ＲＴＣ１０４ｂの計時情報に基づき、制御回路１０４は、システム設置後の経過時間などに関する時間情報を取得することができる。また、タイマ割り込みにより第２の光源制御データを生成する処理（後述の図９）の契機などとしてＲＴＣ１０４ｂの計時情報を利用できる。また、本実施形態の制御では、本質的には必要ないが、例えばＬＥＤ光源１０１の（累積）点灯時間の記録や、後述の第１、第２の光源制御データとともに記憶回路１０６に格納するタイムスタンプ情報を生成するのにＲＴＣ１０４ｂの計時情報を利用できる。

その他に、制御回路１０４にはプログラム実行時のワークエリアなどとして用いられるＲＡＭ、制御回路１０４に接続された各ブロックと通信するための入出力回路（ＤＡ／ＡＤ変換回路や入出力インターフェース）などが設けられる。前述のように、制御回路１０４は外部のコントローラ２００からの指令に基づいて照明装置１００を制御することができる。

本実施形態の制御回路１０４は、「初期データ保存モード」、「第２の光源制御データ算出モード」と、「通常使用モード」の３つの制御モードを有し、これらの各モードによってＬＥＤ光源１０１の発光輝度を管理する。また、制御回路１０４のこれらの制御モードは、外部のコントローラ２００の指定によって選択、決定するよう構成できる（例えば後述の第３実施形態）。これら各制御モードの詳細については後述する。

図１の輝度計測回路１０３は、フォトダイオードやフォトトランジスタで構成でき、ＬＥＤ光源１０１の発光輝度を測定する。輝度計測回路１０３は、ＬＥＤ光源１０１からの光信号を電気信号に変換して、その計測結果をアナログ電圧の形で出力する。輝度計測回路１０３の出力信号は、制御回路１０４内でＡＤ変換を介してデジタルデータに変換される。制御回路１０４はデジタルデータに変換された輝度値を用いて後述の制御を行う。

図３は、輝度計測回路１０３の構成例を示している。図３は、ＬＥＤ光源１０１を構成するＬＥＤ素子として４つのＬＥＤ１〜ＬＥＤ４を基板１０１ａ上に実装した例を示している。各ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４は、発光面ＬＥＤａを図の上面に向けて基板１０１ａ上に配置されている。基板１０１ａ上、ＬＥＤ１の近傍には、輝度計測回路１０３がＬＥＤ１からの光出力を受光するよう、その受光面１０３ａをＬＥＤ１の方向を向くよう装着されている。この場合、ＬＥＤ１の照射角の範囲内に、輝度計測回路１０３の受光面１０３ａの全部もしくは一部が入るように、輝度計測回路１０３を設置する。

なお、図３では輝度計測回路１０３の受光部のみしか具体的に示していないが、輝度計測回路１０３の回路部分などは基板１０１ａ（あるいは他の実装部位）上に必要に応じて配置することができる。また、図３では輝度計測回路１０３（の受光部）を１個しか図示していないが、例えばＬＥＤ１〜ＬＥＤ４のそれぞれの近傍に輝度計測回路１０３を配置するなど複数個の輝度計測回路１０３を用いる構成であってもよい。このような構成により、例えば複数のＬＥＤの輝度情報を測定でき、さらに経時輝度変化のデータを計測可能となる。ＬＥＤ素子は、経時輝度変化量などの特性に関して多少の個体差を有するため、上記のように複数のＬＥＤの輝度情報を測定する構成では、複数のＬＥＤの計測結果の平均値を取るなどの手法によってＬＥＤ素子の個体差の影響を軽減できる。

図１の温度計測回路１０５はＬＥＤ光源１０１の温度（ないしその近傍の温度）を電気信号に変換する。温度計測回路１０５の計測結果はアナログ電圧の形で出力され、上記の輝度情報と同様に制御回路１０４内でデジタルデータの形式にＡＤ変換される。温度計測回路１０５のサーミスタ、サーモパイル、熱電対によって構成されたプローブ部（不図示）は、例えば図３のＬＥＤ１のチップ内部、ＬＥＤ１近傍の基板１０１ａ上などに配置することができる。また、温度計測回路１０５はＬＥＤ光源１０１を構成するＬＥＤ素子の順方向電圧を計測する回路によって構成することもできる。順方向電圧を介して温度計測を行う構成については後述の第２実施形態で説明する。

なお、輝度計測回路１０３の場合と同様、温度計測回路１０５の個数は１個でも複数個でもよく、必要に応じて例えば図３のＬＥＤ１〜ＬＥＤ４のうち任意のＬＥＤに関して配置することができる。また、例えば図３のＬＥＤ１〜ＬＥＤ４が配置される基板１０１ａ上を複数の領域に分割して、それぞれに温度計測回路１０５のプローブを配置してもよい。例えば、照明装置１００、例えば図３の基板上面の空間において温度ばらつきが生じた場合、それにより生じる輝度変化量は基板上面の領域ごとに異なる分布を示すことになる。この問題は、例えば図３のＬＥＤ１〜ＬＥＤ４ごとに、あるいは基板１０１ａ上を複数に分割した領域ごとに温度計測回路１０５（のプローブ）を複数設置することにより解決できる。すなわち、温度計測回路１０５によって、ＬＥＤごとに、あるいは領域ごとに温度を計測すれば、その計測値に基づきＬＥＤごとに、あるいは領域ごとに調光値を補正し、輝度ばらつきを軽減するような制御が可能となる。

図１の記憶回路１０６はＬＥＤ光源１０１の制御データを記憶する回路である。制御回路１０４が記憶回路１０６内のデータの読み書きを行なう。記憶回路１０６は、後述の制御例に示すように、装置の主電源が遮断されている間もその記憶内容を保持できるよう構成しておく。このため、記憶回路１０６は例えば書き換え可能な不揮発性メモリ（バッテリバックアップされたＲＡＭや、ＥＥＰＲＯＭなど）で構成する。

図４は、本実施形態における記憶回路１０６のメモリ割り当て例を示している。図４は、記憶回路１０６に、ＬＥＤ光源１０１の温度変化に依存した第１の光源制御データＤ１、ＬＥＤ光源１０１の経時変化（経時劣化）に依存した第２の光源制御データＤ２を記憶させた状態を示している。また、記憶回路１０６には使用開始時の初期輝度データＤ３、その際の初期温度データＤ４を格納する領域も割り当てられる。

図１のコントローラ２００は、照明装置１００を制御する装置で、照明装置１００とともに配置されるカメラ（の主制御部）や、画像処理システムの主制御部によって構成される。後述の第３実施例では、照明装置１００が配置される産業用ロボットシステムの主制御部によってコントローラ２００が構成されている。

コントローラ２００と制御回路１０４は、任意のインターフェース回路によって接続することができる。例えば、コントローラ２００と制御回路１０４はトリガ信号路とシリアル信号路で接続する。その場合、コントローラ２００は、照明装置１００の点灯指令をトリガ信号路を介して制御回路１０４に送信できる。また、コントローラ２００は照明装置１００の調光値指令やモード遷移指令をシリアル通信路を用いて制御回路１０４に送信することができる。

ここで、ＬＥＤ素子の発光輝度の温度依存性、および経時依存性（経時変化）につき説明する。

図５は、ＬＥＤ素子の内部構造の一例を示している。図５は基板５０１上にＬＥＤ素子が実装された状態を示しており、図５のＬＥＤ素子は発光部としてのＬＥＤチップ５０２と、ＬＥＤチップ５０２を封入する蛍光体や封入樹脂等の有機系部材５０３で構成されている。ＬＥＤチップ５０２から出力された光は、透明ないし半透明の有機系部材５０３を通過して外部に照射される。

ＬＥＤチップ５０２ないしその近傍の温度が変化すると、ＬＥＤチップ５０２それ自体の発光効率が変化し、輝度変化が生じる。また、ＬＥＤ素子の発光輝度の温度依存特性には個体差もあり、その補正を行うには個々のＬＥＤ素子ごとに特性を測定する必要がある。なお、本実施形態では、温度変化の情報から輝度変化を補正するためのデータを「第１の光源制御データ」と呼ぶ。

また、他の光源でも同様であるが、ＬＥＤ素子にも経時的に、特に点灯時間に依存して発光輝度が変化する特性がある。例えば、図５において、ＬＥＤチップ５０２を封入する有機系部材５０３は光に晒されることにより劣化し、透過率が変化し、結果としてＬＥＤ素子の発光輝度が変化する。また、この経時変化の特性もＬＥＤ素子で個体差があり、さらに発光輝度は光源の累積点灯時間だけではなく、光源周辺の温度（従って発光時の輝度）にも依存する。従って、前述のように、固定的に定めた累積点灯時間と輝度や発光駆動量を関係づけたデータベースなどを用いた発光輝度管理では高精度な補正は困難である。なお、本実施形態では、点灯時間に依存して生じる輝度変化を補正するためのデータを「第２の光源制御データ」と呼ぶ。

以上のように、ＬＥＤ素子の発光輝度は、（周囲）温度および時間特性（点灯時間のような経時条件）の２つの要因により大きく変化する。輝度の温度特性は主にＬＥＤチップ５０２それ自体の特性に依存し、時間特性は主に有機系部材５０３に依存する。ＬＥＤチップ５０２と有機系部材５０３は図５のごとく別部材であって、上記の特性も独立の関係にある。

ここで、ＬＥＤ光源（ないしそれを構成するＬＥＤ素子）の各点灯時間ｔ（ｔ_０，ｔ_１，ｔ_２（…））における温度〜発光輝度の特性をプロットすると、一般に図６に示すような特性カーブになる。この発光輝度の温度特性を示す特性カーブは、概略、経過時間によって平行移動するよう変位し、特性の傾きや変化率はほぼ等しいと考えてよい。

また、ＬＥＤ光源１０１の輝度変化と駆動量（例えば図２のトランジスタＱｉのＰＷＭ制御による電力量）はほぼリニアな関係にあるものと考えてよい。従って、例えば、輝度低下に相当する比の逆数をＬＥＤ駆動量に乗算することによりその輝度変化を補正できる。

後述するように、本実施形態の第１および第２の光源制御データ（上記α（Ｔ（ｔ））、下記のβ（ｔ））は、温度ないし点灯時間に応じた輝度変化を補正するための、比率表現（単位なし）の輝度補正値である。後述のように、これらの第１および第２の光源制御データを外部のコントローラ２００から送信される調光データで指定されるＬＥＤ駆動量（調光値）に乗算することにより所期の輝度補正を行うことができる。

以下、図７〜図１０のフローチャートを参照して、本実施形態におけるＬＥＤ光源１０１の輝度変化の補正方式につき説明する。図７〜図１０の制御手順は、例えば制御回路１０４の一部を構成するＲＯＭ１０４ａに格納され、制御回路１０４のＣＰＵ（不図示）によって実行される。以下では、時間（時刻）データをｔ、また、特に点灯時間ｔによって変化するＬＥＤ光源１０１（ないしその近傍の）温度データをＴ（ｔ）と記述する。

図７は、照明装置１００の初期設定時に行う「初期データ保存モード」の制御手順を示している。図７の処理では、使用開始時の初期輝度データ（図４のＤ３）、その際の初期温度データ（図４のＤ４）が求められ、記憶回路１０６に格納される。

図８は、ＬＥＤ光源１０１の温度変化に依存した第１の光源制御データを取得する制御手順を示している。この処理は、上記の「第１の光源制御データ算出モード」の処理に該当する。図８の処理は、例えば図７の「初期データ保存モード」の直後などにおいて一度、実行され、取得されたＬＥＤ光源１０１の温度変化に依存した第１の光源制御データＤ１は記憶回路１０６に格納される（図４）。

上記の図７および図８の処理は、照明装置１００の製造直後など、照明装置１００の納入前（装置設置前）の適当な時期に実行される。

図９は、ＬＥＤ光源１０１の経時変化に依存した第２の光源制御データＤ２を取得する制御手順を示している。この処理は、上記の「第２の光源制御データ算出モード」の処理に該当する。図９の処理は、例えば１日〜数日ないし十数日に１度であるとか、照明装置１００または照明装置１００が組み込まれた装置全体の起動初期化時などに実行すればよい。そして、図９の処理で生成、記憶された第２の光源制御データはその後の「通常使用モード」において用いられる。図９の処理により取得されたＬＥＤ光源１０１の経時変化に依存した第２の光源制御データＤ２は記憶回路１０６に格納される（図４）。

図１０の処理は、上記の「通常使用モード」の処理に該当し、照明装置１００が組み込まれたシステムにおいて、ＬＥＤ光源１０１の点灯が必要になった時に実行される。図１０の処理では、上記の第１および第２の光源制御データを用いてＬＥＤ光源１０１の駆動量が制御され、これによりＬＥＤ光源１０１の発光輝度が所定値に制御される。

なお、以下の各制御において、ｔ、ｔ_０、ｔ_１、ｔ_ｂといった文字式により示される時間（時刻）情報は、点灯時間（例えば累積点灯時間）であるものとする。以下の説明では、数式などにおける文字式では、「Ｂ（ｔ）」のような表現を用いている。ただし、この点灯時間ｔの関数のような文字式の形式は、例えば輝度変動が点灯時間という経時現象に依存する点を表現したものに過ぎない。そして、以下で説明する本実施形態の輝度補正制御（ないし輝度管理）は、例えばＲＴＣ１０４ｂの計時に基づきＬＥＤ点灯時間を取得したり、またその時間値を用いて数値演算やテーブル演算を行うことなく実施することができる点に特徴がある。

図７の「初期データ保存モード」の制御手順は照明装置１００（および照明装置１００の組み込まれたシステム）の納入前、例えば照明装置１００（および照明装置１００の組み込まれたシステム）が組み上げられた段階で実行する。この場合、例えば、外部のコントローラ２００から制御回路１０４にシリアル通信路経由で、「初期データ保存モード遷移指令」が送信され、その後、図７の処理が実行され、初期輝度データと初期温度データの計測および記憶を行う。

図７の初期データ保存モードの処理において、まず、制御回路１０４は輝度計測回路１０３の暗電流や外乱光による初期オフセット出力Ｂ_ｏｆｆ（ｔ_０）と、温度計測回路１０５により初期温度データ（Ｔ（ｔ_０））を計測する（ステップＳ７０１、Ｓ７０２）。ここでは、初期データ計測時の時刻をｔ_０とする。

次に、制御回路１０４は駆動回路１０２経由でＬＥＤ光源１０１を点灯させる（ステップＳ７０３）。そして、その直後に輝度計測回路１０３から輝度データＢ_ｍｅａｓ（ｔ_０）を計測する（ステップＳ７０４）。

続いて、輝度データＢ_ｍｅａｓ（ｔ_０）とオフセット出力Ｂ_ｏｆｆ（ｔ_０）の差分から、初期輝度データＢ（ｔ_０）＝（Ｂ_ｍｅａｓ（ｔ_０）−Ｂ_ｏｆｆ（ｔ_０））を算出する（ステップＳ７０５）。そして、制御回路１０４は初期輝度データＢ（ｔ_０）と初期温度データＴ（ｔ_０）を記憶回路１０６に保存する（ステップＳ７０６）。

次に、制御回路１０４は、図８の「第１の光源制御データ算出モード」の処理を実行する。ここでは、ＬＥＤ光源１０１の温度に関連する第１の光源制御データα（Ｔ（ｔ_１））を計測、記憶する。なお、ここでいう時刻ｔ_１は、第１の光源制御データを計測する時刻ｔ_１を意味する。

まず、制御回路１０４はＬＥＤ光源１０１を点灯する（ステップＳ８０１）。ＬＥＤ光源１０１は下記のステップＳ８０３〜Ｓ８０７の測定の間、連続点灯される。温度計測回路１０５から温度データＴを読み出し（ステップＳ８０２）、温度データＴが初期温度データＴ（ｔ_０）からほぼ１℃上昇しているか否かを判断する（ステップＳ８０３）。初回以降は初期温度データＴ（ｔ_０）ではなく、前回記憶時の温度データと比較する。また、本実施形態では１℃刻みで輝度測定を行うが、他の温度ステップで輝度測定を行うようにしてもよい。

ステップＳ８０３で温度がほぼ１℃上昇していない場合には、温度データの計測工程（ステップＳ８０２）に戻る。一方、ステップＳ８０３で温度がほぼ１℃上昇していた場合、制御回路１０４は輝度計測回路１０３から輝度データＢ_ｍｅａｓ（ｔ_１）を計測する（ステップＳ８０４）。

そして、輝度データＢ_ｍｅａｓ（ｔ_１）と、初期オフセット出力Ｂｏｆｆ（ｔ０）、初期輝度データＢ（ｔ_０）、下記の式（１）を用いて、制御回路１０４は相対輝度変化量Ｒα（ｔ_１）を算出する（ステップＳ８０５）。

このＲα（ｔ_１）は、当該温度（Ｔ）における輝度の変化比率（単位なし）で、現在の輝度値と初期輝度データ（Ｂ（ｔ_０））との比である。なお、ここでは、点灯時間ｔ_０の時の初期オフセット出力Ｂ_ｏｆｆ（ｔ_０）を用いているが、ほぼ１℃上がるたびに、照明を一旦消灯し、オフセット出力Ｂ_ｏｆｆ（ｔ_１）を計測し、この値を上式の初期オフセット出力Ｂ_ｏｆｆ（ｔ_０）の代りに用いてもよい。

続いて、ステップＳ８０６において、相対輝度変化量Ｒα（ｔ_１）から、第１の光源制御データα（Ｔ（ｔ_１））を算出する。本実施形態では、この第１の光源制御データα（Ｔ（ｔ_１））は、ＬＥＤ駆動量に乗算（後述の式（４））して利用するため、上記式（１）のＲα（ｔ_１）の逆数（＝１／Ｒα（ｔ_１））として求める。

さらに、制御回路１０４は、上記のようにして取得した第１の光源制御データα（Ｔ（ｔ_１））と温度データＴ（ｔ_１）を記憶回路１０６に記憶する（ステップＳ８０７）。

以上のようにして、図８の処理によって、温度（Ｔ）が（ほぼ）１℃ステップ変化するごとにその温度における第１の光源制御データα（Ｔ（ｔ_１））を求め、温度データＴ（ｔ_１）と関連づけて記憶回路１０６に記憶する（ステップＳ８０７）。温度データＴ（ｔ_１）との関連づけに関しては、たとえば記憶回路１０６に温度値に対応づけられたアドレスを有する記憶領域を用意しておく手法が考えられる。その場合、温度値に対応する記憶回路１０６のアドレスにその温度における第１の光源制御データα（Ｔ（ｔ_１））を格納していく。このような格納形式によれば、ある温度に対応する第１の光源制御データα（Ｔ（ｔ_１））が必要な場合（例えば後述の図１０のステップＳ１００４）、温度値をキーとして低演算コストで読み出すことができる。

なお、図８では、ステップＳ８０３〜Ｓ８０７のループ脱出条件の図示を省略しているが、例えば、温度データＴ（ｔ_１）がＬＥＤ光源１０１の最大定格動作温度のほぼ９０％の範囲で測定を行うよう制御すればよい。例えば、温度データＴがＬＥＤ光源１０１の最大定格動作温度のほぼ９０％以下ならば、温度データＴ計測工程（ステップＳ８０２）に戻る。また、最大定格動作温度のほぼ９０％を超えていたら、制御回路１０４はＬＥＤ光源１０１を消灯し、第１の光源制御データα（Ｔ（ｔ_１））の計測および記憶を終了する。ステップＳ８０７では例えば上記のような処理終了判定を行う。

なお、上記の第１の光源制御データα（Ｔ（ｔ_１））は必ずしも最大定格動作温度のほぼ９０％の範囲に渡り測定および記憶する必要はない。例えば、図８の第１の光源制御データ取得処理は最大定格動作温度の９０％程度を超えないような無理のない範囲で、あるいは装置の用途などに応じて必要な温度範囲において適宜実行すればよい。また、図８ではＬＥＤ光源１０１の温度変化による相対輝度変化量を実測し、それに基づき輝度補正量である第１の光源制御データを取得している。しかしながら、ＬＥＤ素子のカタログ等から同等の温度〜輝度特性データを得られる場合はそのデータを利用して第１の光源制御データを取得することもできる。

なお、上記図７、図８の処理に続き、通常使用モードに入る前に、制御回路１０４は初期時のＬＥＤ光源１０１の調光可能範囲をＬＥＤ光源１０１の輝度の温度特性および時間特性の補正を考慮して決定しておく。例えば、現実には第１の光源制御データα（Ｔ（ｔ_１））計測時に、相対輝度変化によって輝度変化量Ｒα（Ｔ（ｔ_１））が最大８０％（０．８ｘ）まで低下し、経時輝度変化によって輝度が最大９０％（０．９ｘ）まで低下する、といった特性が予想される。これらの値は事前に耐久試験を行い計測しておくことが望ましい。上記の２つの要因による輝度変化量は最大７２％となり得るが、この場合、制御回路１０４から駆動回路１０２に送信する初期時の最大調光値は７２％に設定される。

上記の図８の処理によって、記憶回路１０６に格納される第１の光源制御データα（Ｔ（ｔ_１））のデータ列は、例えば図６においてｔ＝ｔ_１の特性カーブで表現された温度〜輝度特性を補正するような補正量（比）のデータ列に相当する。この第１の光源制御データα（Ｔ（ｔ_１））のデータ列は、図６でいえば時刻（点灯時間）ｔ_１における温度〜輝度特性に対応するもので、例えば時刻（点灯時間）ｔ_２においては温度〜輝度特性のカーブは図示のように変位することになる。

従って、記憶回路１０６に格納した時刻（点灯時間）ｔ_１における温度〜輝度特性に相当する第１の光源制御データα（Ｔ（ｔ_１））のデータ列は、時刻（点灯時間）ｔ_２においてはそのまま利用できない。例えば、ここで図６において、時刻（点灯時間）ｔ_２（に近い時間範囲）において、ＬＥＤ光源１０１の温度がＴｘである場合を考える。その温度に対応して記憶回路１０６から読み出した第１の光源制御データ（α（Ｔｘ（ｔ_１）））は、図６においてｔ＝ｔ_２の特性カーブで表現された温度〜輝度特性を補正するような補正量（比）の値に変換しなければならない。

このように、図８の処理によって記憶回路１０６に格納した時刻（点灯時間）ｔ_１における温度〜輝度特性に相当する第１の光源制御データα（Ｔ（ｔ_１））のデータ列は、時刻（点灯時間）ｔ_２ではそのままでは正確に輝度制御に用いることができない。

本実施形態においては、下記の図９の処理により取得する第２の光源制御データ（β（ｔ））は、図８の処理によって記憶回路１０６に格納した第１の光源制御データα（Ｔ（ｔ_１））のデータを補正するためのものである、といえる。

本実施形態では、図９の処理により、例えば図６の点灯時間ｔ_２（に近い時間範囲）において求めた第２の光源制御データ（β（ｔ））を生成しておく。そして、点灯時間ｔ_２において図６の温度Ｔ_ｘに対応する第１の光源制御データα（Ｔ（ｔ_１））のデータを読み出した場合、点灯時間ｔ_２（に近い時間範囲）において求めた第２の光源制御データ（β（ｔ））を用いられることになる（図１０の処理）。これにより、ｔ＝ｔ_２における特性カーブで表現された温度〜輝度特性を補正するような値に光源制御データを補正し、例えば調光値に作用させることができる。以下、図９の第２の光源制御データ（β（ｔ））の生成、および、図１０の通常使用モードにおける処理につき説明する。

図９は、経時輝度変化を補正する「第２の光源制御データ算出モード」の制御を、また、図１０は「通常使用モード」における輝度補正制御を示している。図９、図１０の処理は照明装置１００の納入後に実行されるものである。

まず、図９の第２の光源制御データの生成であるが、この処理は比較的長期的周期で実施すれば足りる。というのは、ＬＥＤ光源の経時輝度変化は、例えば４０００時間点灯でほぼ１５％の輝度低下が生じる、といったレートの長期的な変動現象であるためである。

例えば、図９の第２の光源制御データの計測処理は、数日、１週間、１カ月単位などの周期で、例えばＲＴＣ１０４ｂの計時情報を用いたタイマ割り込みを契機として実行するような構成が考えられる。また、照明装置を第３実施形態に示すような生産装置で使用する場合、第２の光源制御データの計測処理（図９）を初期化動作時やオフライン時を選んで実行するよう制御すれば、生産工程に影響を与えることなく光源制御データを更新することができる。

図９の第２の光源制御データβ（ｔ）計測時の制御手順は以下のように実行される。図９の処理は、例えば、コントローラ２００が制御回路１０４を「第２の光源制御データ算出モード」に遷移させることにより開始される。例えば、第３実施形態では、コントローラ２００に相当するロボット制御部６００がシステムブート時の初期化の際に制御回路１０４に「第２の光源制御データ算出モード」を指令することになる。

まず、図９のステップＳ９０１において、制御回路１０４は輝度計測回路１０３の暗電流や外乱光によるオフセット出力Ｂ_ｏｆｆ（ｔ）を計測し、続いてステップＳ９０２において温度計測回路１０５から温度（Ｔ（ｔ））を計測する。

次に、制御回路１０４は初期輝度データＢ（ｔ_０）の計測時と同じ調光値でＬＥＤ光源１０１を点灯させ（ステップＳ９０３）、その時点における輝度計測回路１０３から輝度データＢ_ｍｅａｓ（ｔ）を計測する（ステップＳ９０４）。

この輝度データＢ_ｍｅａｓ（ｔ）は、初期輝度データＢ（ｔ_０）に対して、経時輝度変化のみならず、初期温度データＴ（ｔ_０）からの温度変化による輝度変化の影響も受けている。従って、この温度変化による輝度変化量ΔＢ_α（Ｔ（ｔ））を算出する必要がある。このため、ステップＳ９０５において、記憶回路１０６から初期輝度データＢ（ｔ_０）（図４のＤ３）を読み出す。また、ステップＳ９０２で測定した温度（Ｔ（ｔ））を用いて、記憶回路１０６を参照し、その温度に対応する第１の光源制御データα（Ｔ（ｔ））（図４のＤ１）を読み出す。そして、読み出した初期輝度データＢ（ｔ_０）、および第１の光源制御データα（Ｔ（ｔ））を用いて、下記の式（２）により温度変化に応じた輝度変化量ΔＢ_α（Ｔ（ｔ））を算出する。

ここで、ステップＳ９０１およびＳ９０４で計測したオフセット出力Ｂ_ｏｆｆ（ｔ）と、輝度データＢ_ｍｅａｓ（ｔ）からオフセットを除いた計測輝度は（Ｂ_ｍｅａｓ（ｔ）−Ｂ_ｏｆｆ（ｔ））である。この計測輝度から次に、制御回路１０４は、下記の式（３）に示すように、温度変化による輝度変化量ΔＢ_α（Ｔ（ｔ））を差し引き、初期輝度データＢ（ｔ_０）で除算することにより輝度変化量Ｒβ（ｔ）を算出する（ステップＳ９０６）。

この変化量Ｒβ（ｔ）は、点灯時間ｔに依存して生じる輝度変化の比（単位なし）である。

さらに、制御回路１０４は、現時点で点灯時間ｔに依存して生じている輝度変化量Ｒβ（ｔ）から、第２の光源制御データβ（ｔ）を算出し（ステップＳ９０７）、記憶回路１０６に記憶する。第２の光源制御データβ（ｔ）は、第１の光源制御データα（Ｔ（ｔ_１））と同様、ＬＥＤ駆動量に乗算（後述の式（４））して利用するため、経時輝度変化量Ｒβ（ｔ）の逆数（β（ｔ）＝１／Ｒβ（ｔ））として求める。図９の処理後、制御回路１０４はＬＥＤ光源１０１を消灯させる。以上が第２の光源制御データβ（ｔ）の算出工程である。

次に、図１０の「通常使用モード」の制御手順につき説明する。当然ながら、「通常使用モード」遷移前に、「初期データ保存モード」、「第２の光源制御データ算出モード」を実行し、第１、第２の光源制御データを記憶回路１０６に記憶させておく必要がある。ここでは、第２の光源制御データを計測した時間をｔ_ｂとする。まず、コントローラ２００が制御回路１０４を「通常使用モード」に遷移させる。

制御回路１０４はコントローラ２００から調光値ｄを受信するまで待機し、この調光値ｄは、具体的には例えば図２に示した駆動回路１０２のトランジスタＱｉのＰＷＭ制御値などの形式で表現されたＬＥＤ駆動量である。この調光値ｄは、例えばコントローラ２００から所定形式の調光データに格納されて送信される。なお、コントローラ２００から送信される調光データは、調光値ｄの他、点灯輝度や点灯時期やタイミング（発光時間）などの情報を含んでいてよい。

受信後、制御回路１０４は受信した調光値ｄを内部のＲＡＭに保存する（ステップＳ１００１）。次に、コントローラ２００から点灯指令を受信するまで待機する（ステップＳ１００２）。コントローラ２００から点灯指令を受信すると、温度計測回路１０５から温度データＴ（ｔ）を計測する（ステップＳ１００３）。

続いて、温度がＴ（ｔ）における第１の光源制御データα（Ｔ（ｔ））と、第２の光源制御データβ（ｔ_ｂ）を記憶回路１０６から読み出す（ステップＳ１００４、１００５）。第１および第２の光源制御データα（Ｔ（ｔ））、β（ｔ_ｂ）（図４のＤ１、Ｄ２）と、下記の式（４）から、補正調光値ｄ’を算出する（ステップＳ１００６）。

その後、算出した補正調光値ｄ’を駆動回路１０２に送信し、ＬＥＤ光源１０１を点灯させる（ステップＳ１００７）。

本実施形態においては、上記の輝度補正に必要な第１の光源制御データα（Ｔ（ｔ））と、第２の光源制御データβ（ｔ_ｂ）は上記の通常使用モード（図１０）の動作に入る前のいずれかの時点で測定し、記憶回路１０６に記憶させておく。従って、通常使用モード（図１０）において、輝度を補正する際に必要となるデータは、その時点におけるＬＥＤ光源１０１の温度データＴ（ｔ）のみである。この温度データＴ（ｔ）を計測する時刻ｔは、制御回路１０４が点灯指令を受信してから、ＬＥＤ光源１０１を点灯させるまでの間の任意のタイミングでよい。

以上のようにして、ＬＥＤ光源１０１の温度変化および経時劣化の両方を補正し、極めて精度よくＬＥＤ光源１０１の発光輝度を所定値に制御（管理）することができる。本実施形態によれば、照明装置の設置前の初期化工程において、制御回路１０４が駆動回路１０２を介してＬＥＤ光源１０１を連続点灯させ、温度計測回路１０５によりＬＥＤ光源の温度を監視しつつ、輝度計測回路１０３によりＬＥＤ光源の輝度を計測する。そして、その間、計測した温度に関連して、その温度において計測した輝度を補正するためのＬＥＤ駆動補正量を第１の光源制御データとして記憶回路に記憶させる（図７、図８）。

そして、装置の起動初期化時や、数日、数週間に１度などの比較的長期の周期で行う補正工程（図９）において、駆動回路１０２を介してＬＥＤ光源１０１を点灯させ、温度計測回路１０５、輝度計測回路１０３によりＬＥＤ光源の温度と輝度を計測する。さらに、計測した温度により上記の初期化工程で記憶回路１０６に記憶させた第１の光源制御データを参照し、当該温度におけるＬＥＤ駆動補正量を読み出す。このＬＥＤ駆動補正量と、計測したＬＥＤ光源１０１の輝度に基づき、その時点以降、記憶回路１０６に記憶されている第１の光源制御データを用いる場合に作用させるＬＥＤ駆動補正量を生成して第２の光源制御データとして記憶回路１０６に記憶させる。

そして、実際に外部のコントローラ２００からの指令に基づきＬＥＤ光源１０１を点灯させる点灯制御工程においては、計測した温度により記憶回路１０６の第１の光源制御データを参照して当該温度におけるＬＥＤ駆動補正量を取得する。そして、この第１の光源制御データを参照して得たＬＥＤ駆動補正量と、上記補正工程で第２の光源制御データとして記憶回路１０６に記憶させたＬＥＤ駆動補正量を用いて駆動回路１０２がＬＥＤ光源を駆動するＬＥＤ駆動量を決定する。

以上のようにして、本実施形態によれば、ＬＥＤ光源１０１の点灯時間やＬＥＤ素子（近傍）の温度に依存する輝度変動を補正し、ＬＥＤ光源１０１の輝度を正確に管理することができる。本実施形態の輝度制御は、ＬＥＤ光源１０１の点灯中の輝度現在値をフィードバックする閉ループ制御などを必要とせず、ＬＥＤ光源１０１を点灯させる直前の簡単な演算によって実施することができる。従って、短パルス点灯が必要な用途にも好適に実施することができる。本実施形態は、（累積）点灯時間のような経時現象に依存する輝度変動を補償する技術であるが、上述のフローチャートや数式で示したように、ＲＴＣ１０４ｂの計時に基づきＬＥＤ点灯時間を蓄積、管理することなく低演算コストで実施することができる。

＜第２実施形態＞
以上の第１実施形態では、温度計測回路１０５がサーミスタ、サーモパイル、熱電対を用いて構成する例を示した。本実施形態では、温度計測回路１０５をＬＥＤ光源１０１を構成するＬＥＤ素子の順方向電圧を計測する回路によって構成する例を示す。本実施形態は順方向電圧計測回路１０５ａによりＬＥＤの順方向電圧を計測することによって、簡単安価な構成により高精度に輝度の温度特性を補正できる。

図１１は、第１実施形態の図１と同様の形式で本実施形態における照明装置１００の構成を示している。図１１では、温度計測回路１０５はＬＥＤ光源１０１を構成するＬＥＤ素子の順方向電圧を計測する順方向電圧計測回路１０５ａにより構成されている。図１１のその他の構成、駆動回路１０２、輝度計測回路１０３、制御回路１０４、記憶回路１０６、コントローラ２００の構成は上述の第１実施形態と同様であり、ここでは詳細な説明は省略する。

一般に、ＬＥＤ素子に流れる駆動電流が一定である場合、ＬＥＤ素子のジャンクション温度と順方向電圧降下の関係性は一意に定まる。また、ＬＥＤ素子の輝度はジャンクション温度に依存して変化し、このためＬＥＤ素子の順方向電圧降下と輝度には相関性がある。そこで本実施形態では、順方向電圧計測回路１０５ａによる順方向電圧降下計測を介して、より直接的に発光輝度に影響する温度の情報を計測し、ＬＥＤ光源１０１の発光輝度を制御することを考える。

図１２は第１実施形態の図２と同様の形式で、ＬＥＤ光源１０１の駆動回路の構成を示している。図１２において図２と同一ないし相当する部材には同一符号を付してある。図２では、温度計測回路１０５に相当する回路は示さなかったが、図１２では、温度計測回路１０５に相当する構成として順方向電圧計測回路１０５ａを図示してある。

図１２において、順方向電圧計測回路１０５ａは、トランジスタＱ_１により駆動されるＬＥＤ素子の１つの順方向電圧降下を測定するよう接続されている。順方向電圧計測回路１０５ａは、オペアンプ素子などを利用した差動増幅器のような公知の回路により構成することができる。

また、図１３に示すように、順方向電圧計測回路１０５ａは複数個のＬＥＤ素子の順方向電圧をまとめて測定するよう接続してもよい。また、ＬＥＤ光源１０１を構成する複数個のＬＥＤ素子の順方向電圧を個別に測定するよう構成することも考えられる。このように複数個のＬＥＤ素子の順方向電圧を個別に測定するよう構成すれば、照明装置１００内で温度ばらつきが生じた際、ＬＥＤ素子ごとにＬＥＤの順方向電圧の計測を介して調光値を補正できるので、ＬＥＤ光源１０１全体の輝度ばらつきを軽減できる。

以下では、図１２のようにＬＥＤ素子一個の順方向電圧を測定した場合の制御につき主に説明する。一般に、ＬＥＤ素子一個の順方向電圧は、ＬＥＤ素子の温度が１００℃上昇した際にほぼ１Ｖ降下する。また、温度と順方向電圧はほぼリニアな比例関係にあり、ＬＥＤ素子の温度の１℃上昇につき、ほぼ１０ｍＶの順方向電圧降下が発生する。

なお、順方向電圧計測回路１０５ａで順方向電圧を測定する際、ＬＥＤに一旦電流を流す必要があるので、順方向電圧を測定されるＬＥＤ素子が点灯する。このため、図１４に示すように、装置の用途などに応じて順方向電圧計測用のＬＥＤ１の表面等に遮光板１３０１を設け、外部に光を出力させないような措置を講じるとよい。図１４は図３と同等の形式で本実施形態の基板１０１ａ上におけるＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の配置構成を示している。図１４では、遮光板１３０１を設けたＬＥＤ１が順方向電圧の測定対象である。

また、順方向電圧計測回路１０５ａで順方向電圧計測時のＬＥＤ光源１０１の発光輝度を小さくすることも望ましい。例えば、装置の用途などに応じて順方向電圧計測時にはＬＥＤ調光値を十分小さくすることや、順方向電圧計測用のＬＥＤのみに電流を流し点灯させるような制御を行うとよい。

図１５は、図４と同等の形式で本実施形態において記憶回路１０６に格納すべき制御データを示している。図４の比較から明らかなように、図４における温度に相当するデータはＬＥＤ素子の順方向電圧に相当するデータに置き換えられている。すなわち、記憶回路１０６に格納する第１の光源制御データＤ１は、順方向電圧（Ｖ_ｆ）に依存した値α（Ｖ_ｆ（ｔ））、初期温度データＤ４は、初期順方向電圧データＶ_ｆ（ｔ_０）となる。

本実施形態では、図７および図９に示した「初期データ保存モード」、「第２の光源制御データ算出モード」は、上述の第１実施形態と同様に実行することができる。ただし、その場合、温度計測回路１０５で行なう温度計測処理は、順方向電圧計測回路１０５ａに置き換えられる。

従って、例えば図７においては、初期温度データ（図４のＤ４）としては、初期順方向電圧データＶ_ｆ（ｔ_０）が格納される（ステップＳ７０２、Ｓ７０６）。また、図９においては、温度データは順方向電圧（Ｖ_ｆ（ｔ））の形式で検出される（ステップＳ９０２）。また、図９のステップＳ９０５においては、初期温度に相当する初期順方向電圧データＶ_ｆ（ｔ_０）からの温度変化に相当する輝度変化量ΔＢ_α（Ｖ_ｆ（ｔ））が順方向電圧を介して算出される。

図８に示した「第１の光源制御データ算出モード」は、本実施形態では図１６のように構成する。図１６においては、図８の１℃上昇の判定ステップ（Ｓ８０３）は、１℃に対応する順方向電圧ステップである１０ｍＶの変化を検出する判定ステップ（ステップＳ１５０３）に置き換えられる。

以下、図１６を用いて、制御回路１０４が実施する第１の光源制御データα（Ｖ_ｆ（ｔ_１））の算出方法について、第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。

まず、制御回路１０４はＬＥＤ光源１０１を点灯する（ステップＳ１５０１）。順方向電圧計測回路１０５ａから順方向電圧データＶ_ｆ（ｔ_１）を読み出し（ステップＳ１５０２）、順方向電圧データＶ_ｆ（ｔ_１）が初期順方向電圧データＶ_ｆ（ｔ_０）から（温度１℃に対応する）ほぼ１０ｍＶ降下したか判断する（ステップＳ１５０３）。初回以降は初期順方向電圧データＶ_ｆ（ｔ_０）ではなく、前回記憶（下記ステップＳ１５０７）時の順方向電圧データと比較する。なお、本実施形態では１０ｍＶ刻みで温度判定を行っているが、必ずしもこのように１℃に対応するステップで温度判定を行う必要はない。順方向電圧がほぼ１０ｍＶ降下していない場合には、順方向電圧データＶｆ計測工程（ステップＳ１５０２）に戻る。ほぼ１０ｍＶ降下していた場合、制御回路１０４は輝度計測回路１０３から輝度データＢ_ｍｅａｓ（ｔ_１）を計測する（ステップＳ１５０４）。なお、本実施形態では、順方向電圧がほぼ１０ｍＶ降下した際の時間をｔ_１としている。

ステップＳ１５０５、Ｓ１５０６の処理は、順方向電圧データＶｆにより表現された温度データが用いられる点を除き、基本的には図８のステップＳ８０５、Ｓ８０６と同じである。

ステップＳ１５０７では、制御回路１０４は、ステップＳ１５０６で算出した第１の光源制御データα（Ｖ_ｆ（ｔ_１））、および順方向電圧データＶ_ｆ（ｔ_１）をペアで記憶回路１０６に記憶する（図１５のＤ１）。図１６において、ステップＳ１５０３〜Ｓ１５０７のループ脱出条件には、ＬＥＤ素子の最大定格動作温度時の順方向電圧降下量の（ほぼ）９０％を用いる。例えば、順方向電圧データＶ_ｆ（ｔ_１）がＬＥＤ素子の最大定格動作温度における順方向電圧降下量のほぼ９０％以下ならば、温度データＴ計測工程（ステップＳ１５０２）に戻り、上記のステップを繰り返す。一方、順方向電圧データＶ_ｆ（ｔ_１）がＬＥＤ素子の最大定格動作温度時の順方向電圧降下量のほぼ９０％を超えていたら、制御回路１０４はＬＥＤ光源１０１を消灯し、第１の光源制御データα（Ｖ_ｆ（ｔ_１））の計測および記憶を終了する。

なお、上記の第１の光源制御データα（Ｖ_ｆ（ｔ_１））は必ずしも最大定格動作温度のほぼ９０％の範囲に渡り測定および記憶する必要はない。例えば、図８の第１の光源制御データ取得処理は最大定格動作温度の９０％程度を超えないような無理のない範囲で、あるいは装置の用途などに応じて必要な温度範囲において適宜実行すればよい。

また、本実施形態では、順方向電圧変化が上記の１℃あたり１０ｍＶのレートであることを前提とし、ＬＥＤ素子の順方向電圧変化を介して温度ないし相対輝度変化量を取得している。しかしながら、ＬＥＤ素子の温度（輝度）〜順方向電圧の特性が上記と異なる場合には、ＬＥＤ素子のカタログなどの記載を利用して上記と異なるレートを用いて制御を行えばよい。

第２の光源制御データ計測時や通常使用時の第１実施形態との相違点は、温度データＴの代わりに順方向電圧データＶ_ｆを用いることである。しかしながら、第１実施形態の図１０に示した「通常使用モード」は制御データの単位が上記のよう異なっているだけで、上記同様に実行することができる。そして、本実施形態によれば、第１実施形態で述べた作用効果に加え、ＬＥＤ素子の順方向電圧降下計測を介して、より直接的かつ簡単安価な構成により発光輝度に影響する温度の情報を計測し、ＬＥＤ光源１０１の発光輝度を精度よく制御することができる。

＜第３実施形態＞
図１７は、上述の照明装置１００を産業用ロボットシステム視覚系の照明手段として組み込んだ例を示している。図１７の照明装置１００は、第１実施形態ないし第２実施形態で説明したように構成することができる。産業用ロボットシステムにおいては、タクトタイム短縮などの目的で上述のように照明装置１００に発光時間の短い短パルス発光制御が要求される場合がある。そのような用途においても、上述の各実施形態で説明したように記憶回路１０６に格納した第１および第２の光源制御データを用いて、現在値の輝度を用いた閉ループ制御などを用いることなく、極めて高精度に発光輝度を管理することができる。

図１７において、照明装置１００のＬＥＤ光源１０１は特に照明装置１００のブロックの外側に示してある。ＬＥＤ光源１０１は、ロボットアーム８００が生産ライン９０２上の対象物９０１をロボットハンド８０１を介して操作する作業空間の例えば上方にカメラ９００とともに配置される。

カメラ９００は、例えばロボットアーム８００や対象物９０１の特定のタイミングにおける制御状態を撮像するため、デジタルスチルカメラなどから構成される。

ロボット制御部６００のＣＰＵ６０１は、不図示のインターフェース回路を介してカメラ９００の撮像制御部７００と通信し、カメラ９００の撮影タイミングを決定し、また、カメラ９００から撮像データを取得する。また、ＣＰＵ６０１は不図示のインターフェース回路を介してロボットアーム８００の各関節に組み込まれたサーボモータ（不図示）を制御することにより、ロボットアーム８００およびそのロボットハンド８０１の動作を制御する。

ロボット制御部６００のＣＰＵ６０１には、ＣＰＵ６０１が実行するロボット制御プログラムを格納したプログラムメモリ６０２（例えばＲＯＭや各種外部記憶装置）が接続されている。また、ＣＰＵ６０１には、ＣＰＵ６０１のプログラム実行の際、ワークエリアとして用いられるＲＡＭ６０３が接続されている。また、ロボット制御部６００には、実時間制御などのためＲＴＣ（リアルタイムクロック）６０４が設けられている。

図１の照明装置におけるコントローラ２００は、図１７のロボットアーム８００を制御するロボット制御部６００（またはそのＣＰＵ６０１）に対応させることができる。ただし、図１７の撮像制御部７００を図１のコントローラ２００として動作させる構成であっても良い。コントローラ２００は、撮像制御部７００を介してカメラ９００による撮像を制御する場合、これに同期して発光制御信号（例えば上述の調光値ｄ）を照明装置１００の制御回路１０４に送信し、ＬＥＤ光源１０１を発光させる。

図１８は、図１７のように構成されたロボットシステムを、照明装置１００の初期化を経て設置し、その後、通常稼働させる様子を示している。

図１８のステップＳ１８０１は、図１７のロボットシステムの製造時に行われる照明装置１００の初期データ保存処理を示している。このステップＳ１８０１の処理は、図７に示した「初期データ保存モード」の制御手順に相当する。また、ステップＳ１８０２は、図８（第１実施形態）ないし図１６（第２実施形態）に示した「第１の光源制御データ算出モード」の処理に該当する。以上のようにして、照明装置１００を構成するＬＥＤ光源１０１に固有の初期輝度データＤ３、その際の初期温度データＤ４、ＬＥＤ光源１０１の温度変化に依存した第１の光源制御データＤ１が記憶回路１０６に格納される（図４ないし図１５）。その後、ロボットシステムは所定の設置場所に設置（ステップＳ１８０３）される。

図１８のステップＳ１９０１以降の処理は、図１７に示したロボットシステムの通常稼働制御（ただし照明装置１００の制御も一部含む）を示している。このロボットシステムの通常稼働制御の全体は、ロボット制御部６００のＣＰＵ６０１によって制御され、そのための制御プログラムはプログラムメモリ６０２にあらかじめ格納しておく。

図１８のステップＳ１９０１は、ロボットシステムの起動（システムブート）処理で、ロボットシステムの設置された生産設備の運営スケジュールに従い、主電源投入などに応じて実行される。例えばステップＳ１９０１の起動（システムブート）処理は、例えば、ある週の初日、毎日の定時などに実行される。ステップＳ１９０１の起動（システムブート）処理では、ワークエリアとして用いられるＲＡＭ６０３の初期化やロボットシステムを構成する各部の初期化が行なわれる。

ステップＳ１９０１の初期化処理の際、特にステップＳ１９０２として別ステップとして示した第２の光源制御データ取得処理も実行される。ステップＳ１９０２の処理は、上述の第２の光源制御データ取得処理（図９）に相当するものである。

これに続いて、ロボット制御部６００は予めプログラムされた制御プログラムに応じてロボットアーム８００およびロボットハンド８０１を制御し、生産ライン９０２上の対象物９０１を操作させる。その際、必要に応じてカメラ９００を動作させ、ロボットアーム８００およびロボットハンド８０１の作業空間（ないし対象物９０１）の撮影を行う。この時、カメラ９００の撮像に同期して照明装置１００のＬＥＤ光源１０１を発光させるよう、ＣＰＵ６０１は照明装置１００の制御回路１０４に対して発光制御信号を送信する。

この発光制御信号の受信に応じて図１８のステップＳ１９０３で実行される照明装置１００のＬＥＤ光源１０１の発光制御は、上述の通常使用モードの制御（図１０）に相当する。すなわち、照明装置１００はステップＳ１９０２で取得した第２の光源制御データと、記憶回路１０６に格納されている第１の光源制御データα（Ｔ（ｔ））を用いてＬＥＤ光源１０１の発光輝度を制御する。これにより、発光時間の短い短パルス発光制御が要求される場合でも、現在値の輝度を用いた閉ループ制御などを用いることなく、極めて高精度に発光輝度を管理することができる。

ステップＳ１９０４では、ロボットシステムをシャットダウンするか否かを判定する。この判定は、不図示の操作系を介してロボットシステム全体を停止させるための所定操作が行われたか否かを検出することにより行われる。このロボットシステムのシャットダウンの条件には、システムを非常停止するための何らかの非常事態の発生を含めてもよい。ステップＳ１９０４でシャットダウン条件が成立している場合は所定の終了処理（不図示）を実行してシステム全体を停止させる。

一方、ステップＳ１９０４でシャットダウン条件が成立していない場合はステップＳ１９０３の通常稼働動作が繰り返し実行される。その場合、照明装置１００の第２の光源制御データとしては、ステップＳ１９０２で取得した値が引き続き用いられる。

以上のようにして、産業用ロボットシステムにおいてＬＥＤ光源を用いた照明装置を視覚系のカメラとともに用いる場合、第１実施形態ないし第２実施形態で説明した構成および制御手順を実施することができる。これにより、産業用ロボットシステムの撮像の際、照明装置に発光時間の短い短パルス発光制御が要求される場合でも、現在値の輝度を用いた閉ループ制御などを用いることなく、極めて高精度に発光輝度を管理することができる。

以上では、照明装置１００の第２の光源制御データの取得、更新は、ロボットシステムのブート時の初期化処理の一部として実行するよう説明した。例えば、毎日、ないし週に１度などの頻度でロボットシステムをリブートするような運用であれば、図１８のような制御により、システムのブートごとに第２の光源制御データが取得され、その値で記憶回路１０６の格納値が更新される。

ただし、照明装置１００の第２の光源制御データの取得、更新は、ロボットシステムのブート時に限らず、ロボットシステムの稼働中、（数時間ないし数日程度を単位とした）一定時間おきに実行してもよい。このためには、例えば、ＲＴＣ６０４の計時情報に応じてＣＰＵ６０１が照明装置１００に指令を与え、図９に示した第２の光源制御データの取得、更新処理を実行させる構成が考えられる。また、ＲＴＣ６０４に限らず、照明装置１００側に設けた同様の計時手段（不図示）によって照明装置１００の制御回路１０４側で周期的に図９の第２の光源制御データの生成および更新処理を実行するようにしてもよい。図９の第２の光源制御データの生成および更新処理を周期的に実行する場合、その周期は数時間〜数十時間、数日〜１ヶ月単位など、比較的長期間の任意の周期であってよい。

１００…照明装置、１０１…ＬＥＤ光源、１０２…駆動回路、１０３…輝度計測回路、１０４…制御回路、１０５…温度計測回路、１０６…記憶回路、６００…ロボット制御部、８００…ロボットアーム、９００…カメラ

Claims

ＬＥＤ光源と、前記ＬＥＤ光源を駆動する駆動回路と、前記ＬＥＤ光源またはその近傍の温度を計測する温度計測回路と、前記ＬＥＤ光源の輝度を計測する輝度計測回路と、前記ＬＥＤ光源の駆動制御のための制御データを格納する記憶回路と、前記駆動回路を介して前記ＬＥＤ光源を点灯させ、その輝度を制御する制御回路と、を備えた照明装置の制御方法において、
前記制御回路が、前記駆動回路を介して前記ＬＥＤ光源を連続点灯させ、前記温度計測回路により前記ＬＥＤ光源の温度を監視しつつ前記輝度計測回路により前記ＬＥＤ光源の輝度を計測し、前記温度計測回路により計測した温度に関連して、その温度において前記輝度計測回路により計測した輝度を補正するためのＬＥＤ駆動補正量を第１の光源制御データとして前記記憶回路に記憶させる初期化工程と、
前記制御回路が、前記駆動回路を介して前記ＬＥＤ光源を点灯させ、前記温度計測回路により前記ＬＥＤ光源の温度を計測するとともに前記輝度計測回路により前記ＬＥＤ光源の輝度を計測し、前記温度計測回路により計測した温度により前記初期化工程で前記記憶回路に記憶されている第１の光源制御データを参照して得た当該温度におけるＬＥＤ駆動補正量と、前記輝度計測回路により計測した前記ＬＥＤ光源の輝度に基づき、その時点以降、前記記憶回路に記憶されている第１の光源制御データを用いる場合に作用させるＬＥＤ駆動補正量を生成して第２の光源制御データとして前記記憶回路に記憶させる補正工程と、
前記制御回路が、外部からの指令に基づき前記ＬＥＤ光源を点灯させる場合、前記温度計測回路により計測した温度により前記記憶回路に記憶されている第１の光源制御データを参照して得た当該温度におけるＬＥＤ駆動補正量、および前記補正工程で第２の光源制御データとして前記記憶回路に記憶させたＬＥＤ駆動補正量を用いて前記駆動回路が前記ＬＥＤ光源を駆動するＬＥＤ駆動量を決定する点灯制御工程と、
を含むことを特徴とする照明装置の制御方法。
請求項１に記載の照明装置の制御方法において、前記制御回路が周期的に前記補正工程を実行することを特徴とする照明装置の制御方法。
請求項１または２に記載の照明装置の制御方法において、前記制御回路が、照明装置または照明装置が含まれる装置全体の起動初期化時に前記補正工程を実行することを特徴とする照明装置の制御方法。
請求項１から３のいずれか１項に記載の照明装置の制御方法において、前記温度計測回路が前記ＬＥＤ光源を構成するＬＥＤ素子の順方向電圧降下を介して前記ＬＥＤ光源またはその近傍の温度を計測することを特徴とする照明装置の制御方法。
請求項１から４のいずれか１項に記載の照明装置の制御方法の各工程を前記制御回路に実行させるための照明装置の制御プログラム。
請求項５に記載の照明装置の制御プログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
ＬＥＤ光源と、前記ＬＥＤ光源を駆動する駆動回路と、前記ＬＥＤ光源またはその近傍の温度を計測する温度計測回路と、前記ＬＥＤ光源の輝度を計測する輝度計測回路と、前記ＬＥＤ光源の駆動制御のための制御データを格納する記憶回路と、前記駆動回路を介して前記ＬＥＤ光源を点灯させ、その輝度を制御する制御回路と、を備えた照明装置において、
前記制御回路は、
装置設置前に前記駆動回路を介して前記ＬＥＤ光源を連続点灯させ、前記温度計測回路により前記ＬＥＤ光源の温度を監視しつつ前記輝度計測回路により前記ＬＥＤ光源の輝度を計測し、前記温度計測回路により計測した温度に関連して、その温度において前記輝度計測回路により計測した輝度を補正するためのＬＥＤ駆動補正量を第１の光源制御データとして前記記憶回路に記憶させた後、
前記駆動回路を介して前記ＬＥＤ光源を点灯させ、前記温度計測回路により前記ＬＥＤ光源の温度を計測するとともに前記輝度計測回路により前記ＬＥＤ光源の輝度を計測し、前記温度計測回路により計測した温度により前記記憶回路に記憶されている第１の光源制御データを参照して得た当該温度におけるＬＥＤ駆動補正量と、前記輝度計測回路により計測した前記ＬＥＤ光源の輝度に基づき、その時点以降、前記記憶回路に記憶されている第１の光源制御データを用いる場合に作用させるＬＥＤ駆動補正量を生成して第２の光源制御データとして前記記憶回路に記憶させ、
前記制御回路が、外部からの指令に基づき前記ＬＥＤ光源を点灯させる場合、前記温度計測回路により計測した温度により前記記憶回路に記憶されている第１の光源制御データを参照して得た当該温度におけるＬＥＤ駆動補正量、および第２の光源制御データとして前記記憶回路に記憶させたＬＥＤ駆動補正量を用いて前記駆動回路が前記ＬＥＤ光源を駆動するＬＥＤ駆動量を決定することを特徴とする照明装置。
請求項７に記載の照明装置において、前記制御回路は、周期的に第１の光源制御データを用いる場合に作用させるＬＥＤ駆動補正量を生成して第２の光源制御データとして前記記憶回路に記憶させることを特徴とする照明装置。
請求項７または８に記載の照明装置において、前記制御回路は、照明装置または照明装置が含まれる装置全体の起動初期化時に第１の光源制御データを用いる場合に作用させるＬＥＤ駆動補正量を生成して第２の光源制御データとして前記記憶回路に記憶させることを特徴とする照明装置。
請求項７から９のいずれか１項に記載の照明装置をロボットアームの作業空間を撮像する際の照明手段として含むことを特徴とするロボット装置。