JP2020107802A - 光照射器用電源装置及び光照射システム - Google Patents

Abstract

【課題】電流目標値（調光目標値）に関わらず、安定して、しかも応答性良くＬＥＤ光照射器を動作させる光照射器用電源装置を提供する。【解決手段】ＬＥＤ１１に対する電流目標値と、ＬＥＤ１１に流れている電流計測値との偏差が小さくなるように、ＬＥＤ１１に流す電流をフィードバック制御する電流制御回路５２とを備えた光照射器用電源装置２００において、前記電流制御回路５２に、電流目標値に応じて伝達関数が変化する位相補償回路７を設けた。【選択図】図３

Description

本発明は、表面検査や露光等に用いられるＬＥＤ光照射器に電流を供給してこれを点灯させる光照射器用電源装置等に関するものである。

従来、この種の光照射器用電源装置（Ｂ）（以下、単に電源装置（Ｂ）ともいう。）として、例えば図１に示すように、光照射器（Ａ）のＬＥＤ（Ａ１）に流れる電流を制御して調光する電流制御回路（Ｂ１）を有したものが知られている。

この電流制御回路（Ｂ１）は、光照射器のＬＥＤ（Ａ１）に流したい電流目標値（すなわち調光目標値）と、ＬＥＤ（Ａ１）に流れている電流を計測した電流計測値との偏差が小さくなるようにＬＥＤ（Ａ１）の駆動電流を増減させるフィードバック制御を行うものである。

具体的に説明すると、この電流制御回路（Ｂ１）は、
（１）ＬＥＤ（Ａ１）に直列に設けられた電流計測用抵抗素子（Ｂ２）と
（２）ＬＥＤ（Ａ１）に直列に設けられてこれを駆動するＦＥＴ（Ｂ３）と
（３）オペレータ等によって設定された前記電流目標値に対する前記電流計測値の偏差を前記ＦＥＴ（Ｂ３）のゲートに出力し、該偏差が小さくなる向きにＬＥＤ（Ａ１）の駆動電流を増減させるオペアンプなどを利用した比較器（Ｂ４）と
（４）位相補償を行うＲＣ等を利用した位相補償回路（Ｂ５）と、
を備えている。

ところで、このような電流制御回路の応答性、すなわち発光応答性は、電源装置と光照射器とを接続するケーブルの長さや前記ＦＥＴ、比較器などといった回路素子等の各応答性によって一意的に定まり、例えば任意の電流目標値（調光目標値）において、安定かつ可及的速やかに動作する（すなわち、最適な応答性が得られる）ように位相補償回路によって位相補償さえしておけば、どのような調光目標値であってもほぼ同様に安定して動作すると考えられていた。

しかしながら、実際には、例えばストロボ発光などのオンオフ時に、電流目標値が小さいときには発振しないが、電流目標値が大きくなると発振するなどといった不具合が発生することを本願発明者は見出した。

その例として、オン時の電流目標値を大小３パターンで変えて、オンオフ発光させた場合の電流計測値の波形を図２に示す。

図２（ｂ）に示すように、電流目標値が大のときに立ち上がりが早く、かつ発振しないように、位相補償回路のＲＣ値を設定すると、電流目標値が小のときには、同図（ａ）に示すように、発振はしないが、応答が遅すぎて電流が十分なパルス波形にならないし、逆に電流目標値を小に合わせて位相補償回路を設定すると、同図（ｃ）に示すように、電流目標値が大のときには、応答が早すぎて発振してしまうことがわかる。

特開２０１７−１３５２２５公報

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、電流目標値（調光目標値）に関わらず、安定して、しかも応答性良く光照射器を動作させることのできる光照射器用電源装置等を提供すべく図ったものである。

すなわち、本発明に係る光照射器用電源装置は、ＬＥＤを光源とする光照射器に電流を供給してこれを点灯させるものであって、
前記ＬＥＤに対する電流目標値と、前記ＬＥＤに流れている電流計測値との偏差が小さくなるように、前記ＬＥＤに流す電流をフィードバック制御する電流制御回路とを備えており、
該電流制御回路が、前記電流目標値に応じて伝達関数が変化する位相補償回路を有していることを特徴とするものである。

このようなものであれば、電流目標値（あるいは調光目標値）に応じて、最適な位相補償をすることができるので、安定して、しかも応答性良く、光照射器を発光させることができるようになる。

前述したＦＥＴ、比較器などの回路素子において、入出力される信号の電圧又は電流が大きいほど応答性がやや悪化する傾向があるのは技術常識として知られている。とすれば、ＬＥＤのフィードバック電流制御回路において、電流目標値を大きくすると、各素子の応答性が悪くなり、発光応答性も悪化するはずである。しかしながら前述したように実際には電流目標値を大きくすると、発光応答性は良くなり、発振にまで至ることを本願発明者は見出している。

これを改善するには、位相補償回路において、前記電流目標値が大きくなるほど位相を遅らせるように構成しておくことが望ましい。
具体的な実施態様として、前記位相補償回路が、抵抗素子及びキャパシタからなるＲＣ回路を利用したものにおいては、前記抵抗素子の抵抗値又はキャパシタの容量を前記電流目標値に応じて変化させる調整回路をさらに備えているものを挙げることができる。

その場合、前記調整回路が、前記電流目標値が大きくなるほど前記抵抗素子の抵抗値又はキャパシタの容量が大きくなるように変化させるものが好ましい。

本発明に係る光照射器用電源装置によれば、電流目標値（あるいは調光目標値）に関わらず、安定して、しかも応答性良く、光照射器を発光させることができるようになる。

従来の光照射システムを示す全体回路図。 従来の光照射システムにおいて、調光目標値を変えたときの計測電流のパルス応答波形の一例。 本発明の一実施形態における光照射システムの全体回路図。 同実施形態の光照射システムにおいて従来と同様に調光目標値を変えたときの計測電流のパルス応答波形の一例。

以下に、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

本実施形態に係る光照射システム１００は、図３に示すように、ＬＥＤを光源とする表面検査用乃至露光用の光照射器３００と、この光照射器３００に電流を供給する光照射器用電源装置２００（以下、単に電源装置２００ともいう。）と、これら光照射器及び電源装置とを電気的に接続する接続ケーブル４００とを備えたものである。

前記光照射器３００は、直列乃至並列に接続した１又は複数のＬＥＤ１１からなるＬＥＤ回路１と、前記接続ケーブル４００に接続される一対の接続端子２ａ、２ｂ（以下、そのうちの一方を光照射器側第１端子２ａ、他方を光照射器側第２端子２ｂともいう。）とを備えたものである。そして、前記光照射器側第１端子２ａがＬＥＤ回路１のアノード側に、光照射器側第２端子２ｂがＬＥＤ回路１のカソード側に接続されている。

前記電源装置２００は、同図に示すように、筐体３と、該筐体３の正面に設けられたパネル部４と、筐体３の内部に収容された電源回路５と、一対の接続端子６ａ、６ｂ（以下、そのうちの一方を電源装置側第１端子６ａ、他方を電源装置側第２端子６ｂともいう。）とを備えているものである。

前記筐体３は、例えば直方体状をなす金属製のものである。

前記パネル部４は、ここでは、デジタルパネルメータや各種操作キーからなり、このパネル部４をオペレータ等が操作することにより、光照射器３００の光量を示す調光目標値（すなわち、ＬＥＤ回路１に流したい電流目標値）が、例えばデジタル信号で出力されるように構成してある。なお、同図中符号４ａは、前記電流目標値をアナログ値に変換する変換器である。また、この電流目標値は、パネル部４のみならず、他の端末からも設定できるようにしてある。

前記電源回路５は、図３に示すように、商用ＡＣ電源の交流電圧を直流定電圧に変換するＡＣ−ＤＣコンバータ等からなる定電圧源５１と、この定電圧源５１から出力される電流を制御する電流制御回路５２とを備えたものであり、前記定電圧源５１が前記電源装置側第１端子６ａに、また、前記電流制御回路５２が前記電源装置側第２端子６ｂにそれぞれ接続されている。

そして、前記電源装置側の各端子６ａ、６ｂが、前記接続ケーブル４００によって前記光照射器側の各端子２ａ、２ｂにそれぞれ接続されることによって、前記定電圧源５１のプラスコモンから出力された電流が、ＬＥＤ回路１を経て、前記電流制御回路５２によって制御されながら流れ、マイナスコモン（グラウンド）に至るように構成してある。

次にこの電源回路５の各部について詳述する。

前記電流制御回路５２は、ＬＥＤ回路１に流れている電流を計測する電流計測回路たる抵抗素子５２１（以下、計測用抵抗素子５２１ともいう。）と、前記ＬＥＤ回路１を駆動する（駆動電流を流す）駆動回路たるＭＯＳＦＥＴ５２２と、オペレータ等によって設定された前記電流目標値に対する前記電流計測値の偏差を前記駆動素子５２２に出力してこれを制御し、該偏差が小さくなる向きに駆動電流を増減させる駆動制御回路たる比較器５２３と、位相補償回路７とを備えたものである。

各部を説明する。

前記計測用抵抗素子５２１は、前記ＬＥＤ回路１に直列に配設することによって、その端子間電圧が前記電流計測値を示すように構成したものである。ここでは、その一端がグラウンドに接続してあって、その他端の電圧が前記電流計測値を示すようにしてある。

前記ＭＯＳＦＥＴ５２２は、そのドレンが前記電源装置側第２端子６ｂを介してＬＥＤ回路１のカソード側に接続されており、また、そのソースが前記計測用抵抗素子５２１を介してグラウンドに接続されている。そして、そのゲートに印加される電圧によって、ドレン―ソース間を流れる電流、すなわちＬＥＤ回路１を流れる電流を増減させ得るように構成してある。

前記比較器５２３は、オペアンプ（増幅器）を利用したものである。そのプラス入力ポートには、前記変換器４ａの出力端子が接続されて前記電流目標値が入力されるようにしてあるとともに、そのマイナス入力ポートには、前記計測用抵抗素子５２１の他端が接続されて電流計測値が入力されるようにしてあって、その出力ポートから前記電流目標値に対する電流計測値の偏差（にオペアンプのゲインを乗じた値）が出力され、前記ＭＯＳＦＥＴ５２２のゲートに入力されるように構成してある。

前記位相補償回路７は、ここでは位相遅れ補償するものであり、抵抗素子７１（以下、位相補償用抵抗素子ともいう。）と、キャパシタ７２（以下、位相補償用キャパシタ７２ともいう。）とを利用したＲＣ回路によって構成されている。

前記位相補償用抵抗素子７１は、ここでは、前記計測用抵抗素子５２１と比較器５２３のマイナス入力端子との間に配設してある。また、前記位相補償用キャパシタ７２は、ここでは、前記比較器５２３のマイナス入力端子と出力端子との間に配設してある。

しかして、この実施形態では、前記位相補償用抵抗素子７１を、例えばデジタルポテンショメータと称される可変型のものとする一方、その抵抗値を前記電流目標値に応じて変化させ、前記位相補償回路７の伝達関数を変える調整回路８を設けている。

この調整回路８は、ＰＬＤやマイコンなどによって構成したものであり、前記電流目標値を受け付けて、その値に応じた前記抵抗設定信号の値を定め、これを前記位相補償用抵抗素子７１の調整端子（ワイパー端子）に出力してその抵抗値を設定する。

この実施形態での調整回路８は、電流目標値が大きくなるほど抵抗値が大きくなるように、つまり、電流目標値が大きくなるほど、位相遅れが大きくなるように動作するようにしてある。電流目標値と抵抗設定信号値との関係は、例えば実験やシミュレーションによって定め、数式やテーブル形式でメモリ（図示しない）に予め記憶させてある。該調整回路８は、この関係に基づいて、電流目標値から抵抗設定信号値を演算して出力する。なお、この関係は、機種によっては線形の場合もあれば、非線形の場合もあり得る。

しかしてこのようなものであれば、図４に示すように、電流目標値（あるいは調光目標値）に関わらず、安定して、しかも同様な応答性で、光照射器３００の光源であるＬＥＤ１１を発光させることができるようになる。

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、光照射器の発光応答性を、前記実施形態のように調光目標値に関わらずほぼ等しくするだけでなく、例えば、調光目標値が小さいほど発光応答性が高くなる（あるいは遅くなる）ようにするなど、調光目標値に応じて発光応答性が変動するように構成しても構わない。

また、前記実施形態では、調光目標値に応じて位相補償用抵抗素子の値を変えていたが、位相補償用キャパシタの値を変えてもよいし、位相補償回路にインダクタを用いている場合は、その値を変えるようにしてもよい。

位相補償回路としては、遅れ位相補償のみならず、進み位相補償するものにも適用可能であるし、位相補償回路を構成する各素子の配設箇所も、前記実施形態に限られるものではない。

その他、本発明は、ＭＯＳＦＥＴをトランジスタに変更したり、ＬＥＤ回路をグラウンド側に、電流制御回路をプラスコモン側に配設したりするなど、前記実施形態に限らず、その趣旨に反しない限りにおいて種々変形が可能である。

１００ 光照射システム
２００ 光照射器用電源装置
３００ 光照射器
１１ ＬＥＤ
５２ 電流制御回路
７ 位相補償回路
７３ 抵抗素子
７２ キャパシタ
８ 調整回路

Claims (5)

1. ＬＥＤを光源とする光照射器に電流を供給してこれを点灯させるものであって、
   前記ＬＥＤに対する電流目標値と、前記ＬＥＤに流れている電流計測値との偏差が小さくなるように、前記ＬＥＤに流す電流をフィードバック制御する電流制御回路とを備えており、
   該電流制御回路が、前記電流目標値に応じて伝達関数が変化する位相補償回路を有していることを特徴とするものである光照射器用電源装置。
2. 前記位相補償回路が、位相遅れ補償型のものであり、前記電流目標値が大きくなるほど位相を遅らせるものである請求項１記載の光照射器用電源装置。
3. 前記位相補償回路が、抵抗素子及びキャパシタからなるＲＣ回路を利用したものであって、前記抵抗素子の抵抗値又はキャパシタの容量を前記電流目標値に応じて変化させる調整回路をさらに備えている請求項１記載の光照射器用電源装置。
4. 前記調整回路は、前記電流目標値が大きくなるほど前記抵抗素子の抵抗値又はキャパシタの容量が大きくなるように変化させる請求項３記載の光照射器用電源装置。
5. 請求項１乃至４いずれか記載の光照射器用電源装置と、これに接続された光照射器とを備えていることを特徴とする光照射システム。