JP4791299B2 - Ｌｅｄ破壊検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤ破壊検出装置に関し、就中、画像処理用照明器具あるいは機器検査用照明器具に組み込むのに有用なＬＥＤ破壊検出装置に関する。

従来、ＬＥＤ照明器具のオープン（断線）破壊検出装置がＬＥＤ信号灯の場合について知られている（例えば、特許文献１参照。）。この装置では、同文献1の図３に示されるように、直列接続されたＬＥＤ素子群を一直列単位とし、この直列単位の複数組が駆動電源に並列接続されている。その際、各直列単位には、さらにフォトカプラを検知素子として直列接続することにより、直列単位毎のオープン破壊を検知可能としている。つまり、この装置は、ＬＥＤの駆動電圧が一定のときに限り、ＬＥＤ素子群のオープン破壊に対応できるように設定されている。

一方、画像処理用照明器具あるいは機器検査用照明器具では、検査物の色、サイズ、および反射率などに応じて、ＬＥＤの駆動電圧を変化させて所望の照射光量を得ることが多い。しかし、従来の検出装置では、ＬＥＤの駆動電圧が大きく変化した際に、ＬＥＤ破壊を確実に検知することは困難である。しかも、ＬＥＤ破壊モードには、オープン破壊に加えてショート（短絡）破壊も高い確率で含まれるので、ショート破壊の検知も重要になる。ちなみに、上記文献１では、オープン破壊の検知に終始し、ショート破壊の検知についての解決策は何等開示されていない。

特開平７−２８７０４３号公報

したがって、本発明の課題は、調光によりＬＥＤの駆動電圧が変化した際にも、ＬＥＤ破壊を正確に検知できるＬＥＤ破壊検出装置を提供することにある。さらに、本発明の他の課題は、ＬＥＤのオープン破壊検知機能に加えて、ＬＥＤのショート破壊をも検知できるＬＥＤ破壊検出装置を提供することにある。

本発明者等は、直列接続されたＬＥＤ素子群を一直列単位とし、この直列単位の複数組を駆動電源に並列接続した際に、各直列単位中の一部のＬＥＤ素子を導通検知用素子として兼用させることに注目した。そして、該検知素子から出力されるアノード側電位を、該直列単位に印加される最大駆動電圧および最小駆動電圧（いずれも固定電圧）に対応する２つの固定基準電圧と比較することにより、従来の問題を解消するに至った。また、本発明のさらに好ましい態様によれば、該最大駆動電圧および最小駆動電圧を維持しながら、これら２つの基準電圧に対応する最大側可変駆動電圧および最小側可変駆動電圧を併用することにより、全てのＬＥＤ破壊が破壊モード毎に特定される。

本発明のＬＥＤ破壊検出装置にあっては、以下のような顕著な効果が奏される。
（１）調光時にＬＥＤの駆動電圧を変化させた場合でも、ＬＥＤ破壊を正確に検知できる。
（２）各直列単位中の一部のＬＥＤ素子を検知素子として兼用しているので、追加的検出素子を必要とせず、装置が簡略化される。
（３）該２つの基準電圧に加えて、さらに対応する２つの可変基準電圧を併用することにより、ショート破壊およびオープン破壊が区別されて検知される。
（４）上記（３）において、破壊モード毎の破壊表示素子ないし破壊警告ブザーを併用することにより、ＬＥＤ破壊が瞬時にしかも破壊モードまでが判別できるので、修複等の対処が迅速になる。

以下、本発明のＬＥＤ破壊検出装置の一例について、添付図面を参照しながら述べる。
図１は、本発明のＬＥＤ破壊検出装置の一例を示すブロック図である。
図２は、図１のＬＥＤ破壊検出装置の回路図である。
図３は、図１〜図２の装置において、モニタ信号と基準電圧の関係を示すグラフである。
図４は、本発明の別の態様において、モニタ信号と基準電圧の関係を示すグラフである。
図５は、本発明のさらに別の態様において、モニタ信号と基準電圧の関係を示すグラフである。
図６は、上記のさらに別の態様における回路図である。
図７は、本発明のＬＥＤ破壊検出装置を組込んだ検査用のライン状ＬＥＤ照明装置用の斜視図である。

図１〜図２には、本発明の第一の態様が示されている。これらの図において、（１）はＬＥＤ破壊検出部で、検知素子（２）と比較回路（３）と基準電圧回路（４）と破壊判定回路（５）と駆動回路（６）と破壊表示・警告音処理回路（７）とを含む検知回路、ならびに破壊表示素子（８）および／または破壊警告ブザー（９）から構成されている。また、図１のＬＥＤ素子直並列回路では、直列接続されたＬＥＤ素子群を一直列単位とし、この直列単位の複数組が駆動電源に並列接続されている。そして、各直列単位の導通検知素子（２）としては、その直列単位の終端（最下段）のＬＥＤ素子が兼用されている。

図１のＬＥＤ素子直並列回路、さらには導通検知素子（２）、比較回路（３）、および基準電圧回路（４）の詳細は、図２に示されている。

図２において、（Ｃ１）〜（Ｃ１２）は各直列単位、（Ｄ１−１〜Ｄ１−９）〜（Ｄ１２−１〜Ｄ１２−９）は、各直列単位（Ｃ１）〜（Ｃ１２）で直列接続されたＬＥＤ素子群で、その際、各直列単位の終端の（Ｄ１−９）〜（Ｄ１２−９）がそれぞれに導通検知素子（２）として機能する。したがって、ここでは、各直列単位（一列）に９個のＬＥＤ素子が直列接続され、さらに、この直列単位が１２個並列配置されている。なお、各直列単位（Ｃ１）〜（Ｃ１２）のＬＥＤ素子群には、図示するように、電流制限抵抗（Ｒ１）〜（Ｒ１２）が直列接続されている。これらは、ＬＥＤ駆動電圧との兼ね合いで、通常数十Ω〜数百Ωに設定される。

さらに、（Ｖ１）〜（Ｖ１２）は各直列単位（Ｃ１）〜（Ｃ１２）において、導通検知素子（２）のアノード（陽極）側電位を示すモニタ信号、（０１）〜（０１２）は比較回路（３）からの出力信号、（ＶＲ１）および（ＶＲ２）はそれぞれに、比較回路（３）内にてモニタ信号（Ｖ１）〜（Ｖ１２）との比較を行なう最大基準電圧および最小基準電圧、そして、（ＶＬ）は各直列単位（Ｃ１）〜（Ｃ１２）に印加される駆動電圧である。

各直列単位の最下段に位置するＬＥＤ（Ｄ１−９）〜（Ｄ１２−９）をそれぞれに導通検知素子（２）として兼用するには、例えば、それらのアノード電位（Ｖ１）〜（Ｖ１２）をモニタ信号として常時出力させればよい。このモニタ信号が入力される検知回路には、調光時に各直列単位（Ｃ１）〜（Ｃ１２）への印加電圧が変化したときでも、ＬＥＤ破壊検出に対応できる機能が付与されている。具体的には、調光度合いに応じて各直列単位（Ｃ１）〜（Ｃ１２）に印加される駆動電圧（ＶＬ）の最大駆動電圧（ＶＬmax）および最小駆動電圧（ＶＬmin）に対応して、基準電圧回路（４）内に２つの基準電圧、すなわち最大基準電圧（ＶＲ１）および最小基準電圧（ＶＲ２）を設けている。このような最大基準電圧（ＶＲ１）および最小基準電圧（ＶＲ２）は、電源電圧（ＶＣＣ）を、グランド（Ｇ）に接続された高精度の抵抗（Ｒａ〜Ｒｄ）にて抵抗分圧して固定電圧にすればよい。

上述したモニタ信号の電圧（Ｖ１）〜（Ｖ１２）はそれぞれに、最大基準電圧（ＶＲ１）および最小基準電圧（ＶＲ２）と比較される。この動作は、図２に示すような、汎用のコンパレータからなる比較回路（３）によりなされる。

モニタ信号の電圧（Ｖ１）を例にとって説明すると、この電圧（Ｖ１）は、比較回路（３）内でウインドウコンパレータを構成している２つのコンパレータ（ＣＰ１−１）および（ＣＰ１−２）にてそれぞれ最大基準電圧（ＶＲ１）および最小基準電圧（ＶＲ２）と比較される。比較回路（３）の出力電圧は、正常な場合をＨレベル、ＬＥＤ破壊時をＬレベルとして出力端子から出力される。このとき、モニタ信号の電圧（Ｖ１）レベルが最大基準電圧（ＶＲ１）と最小基準電圧（ＶＲ２）との間に入り、その出力電圧（０１）がＨレベルとなった場合を全てのＬＥＤ素子が正常状態にあると判定する。逆に、その出力電圧（０１）がＬレベルになった場合は、オープン破壊やショート破壊が発生したものと判定する。このオープン破壊やショート破壊の詳細については、後述する。

以上の態様は、直列単位（Ｃ１）についての破壊検知例であるが、他の直列単位（Ｃ２）〜（Ｃ１２）も同様に適用される。したがって、各直列単位（Ｃ２）〜（Ｃ１２）に対応する各モニタ信号の電圧（Ｖ２）〜（Ｖ１２）を最大基準電圧（ＶＲ１）および最小基準電圧（ＶＲ２）と比較することにより、同様にＬＥＤ破壊が検知される。

そして、比較回路（３）からの各出力電圧（０１）〜（０１２）は、次段の１２入力１出力ＡＮＤ回路からなる破壊判定回路（５）に入力される。したがって、この破壊判定回路（５）では、入力する出力電圧（０１）〜（０１２）の内、一つでもＬレベルがあれば破壊の判定がなされる。さらに、この破壊判定回路（５）からの破壊判定出力電圧（Ｌレベル）は、次段の駆動回路（６）を経由して破壊表示・破壊警告音処理回路（７）にて処理され、破壊表示用素子、例えばＬＥＤ（８）を点灯させ、あるいは破壊警告ブザー（９）を作動させる。

図３には、図２の直列単位（Ｃ1）に印加する駆動電圧（ＶＬ）と、導通検出素子であるＬＥＤ素子（Ｄ１−９）のモニタ信号の電圧（Ｖ１）との一般的関係が示されている。図３における直線Ａ〜Ｅはそれぞれに、以下のケースに該当する。
ａ．直線（Ａ）：直列単位（Ｃ１）の全てのＬＥ素子（Ｄ１−１）〜（Ｄ１−９）がオープン破壊もショート破壊も無い、すなわち正常な点灯状態のケース。
ｂ．直線（Ｂ）：ＬＥＤ素子群（Ｄ１−１）〜（Ｄ１−８）のいずれかの素子がショート破壊したケース。
ｃ．直線（Ｃ）：検出素子を兼用するＬＥＤ（Ｄ１−９）がオープン破壊したケース。
ｄ．直線（Ｄ）：ＬＥＤ素子群（Ｄ１−１）〜（Ｄ１−８）のいずれかの素子がオープン破壊したケース。
ｅ．直線（Ｅ）：検出素子を兼用するＬＥＤ素子（Ｄ１−９）がショート破壊したケース。

この図３から、以下のａおよびｂの判定がなされる。
ａ．直線（Ｂ）および（Ｃ）におけるモニタ信号の電圧（Ｖ１）は、全調光範囲（駆動電圧ＶＬ）で最大基準電圧（ＶＲ１）を上回っている。これに対して、正常状態のモニタ信号の電圧（Ｖ１）は、直線（Ａ）で示すように、全調光範囲（駆動電圧ＶＬ）で、この最大基準電圧（ＶＲ１）と最小基準電圧（ＶＲ２）の間にある。このことから、モニタ信号の電圧（Ｖ１）と最大基準電圧（ＶＲ１）とを比較し、モニタ信号の電圧（Ｖ１）＞最大基準電圧（ＶＲ１）を満足する場合には、直線（Ｂ）、（Ｃ）のいずれかのケースであることが検知できる。なお、直線（Ｂ）のケースが発生する確率は、他の直線（Ｃ）、（Ｄ）、および直線（Ｅ）のケースに比べて、極めて低い。
ｂ．一方、直線（Ｄ）、直線（Ｅ）のケースでは、モニタ信号の電圧（Ｖ１）は、全調光範囲（駆動電圧ＶＬ）で最小基準電圧（ＶＲ２）を下回っている。このことから、モニタ信号の電圧（Ｖ１）と最小基準電圧（ＶＲ２）とを比較し、モニタ信号の電圧（Ｖ１）＜最小基準電圧（ＶＲ２）を満足する場合には、直線（Ｄ）、あるいは直線（Ｅ）のいずれかのケースであることが検知できる。

以上に述べた第一の態様で特徴的なことは、各直列単位（Ｃ１）〜（Ｃ１２）において、一部のＬＥＤ素子が検出回路へモニタ信号を出力する導通検知素子（２）として兼用され、且つ該検出回路には、各直列単位（Ｃ１）〜（Ｃ１２）に印加される駆動電源の電圧（ＶＬ）の変化に対応できる機能が付与されていることに在る。こうすることにより、照射光量を変化させる調光モードにおいて、ＬＥＤの駆動電圧が変化しても、ＬＥＤ破壊が検知できる。また、一部のＬＥＤ素子を導通検知素子として兼用しているので、フォトカプラのような追加的検出素子を必要とせず、構成が簡略化される。

上述の第一の態様においては、ＬＥＤ素子間の電圧―電流特性の違い、素子のばらつき、さらには駆動電圧の影響等で、図４に示すように、直線（Ａ）と直線（Ｂ）の間隔が接近してしまうことがある。この場合には、固定された最大基準電圧（ＶＲ１）では両者を区別するのが困難になる。この区別が必要なときは、以下に述べる参考となる態様を採用される。

本発明の参考となる態様にあっては、図４に示すように、最大基準電圧（ＶＲ１）を各直列単位（Ｃ１）〜（Ｃ１２）に印加される駆動電圧（ＶＬ）に連動した最大側可変基準電圧（ＶＲ３）に変更する。

この際、この最大側可変基準電圧（ＶＲ３）は、直線（Ａ）と直線（Ｂ）のケースを判別するために、同図に示すように全調光範囲で、直線（Ａ）と直線（Ｂ）のほぼ中間の値に設定する。図４の場合のように、直線（Ａ）と直線（Ｂ）が互いに平行な場合には、駆動電圧（ＶＬ）を高精度の抵抗で抵抗分圧するだけで、直線（Ａ）と直線（Ｂ）のほぼ中間に最大側可変基準電圧（ＶＲ３）を容易に設定できる。また、直線（Ａ）と直線（Ｂ）が曲線の場合には、各曲線の形状に応じて、公知のオペアンプ等による曲線補正回路を利用して、曲線状の最大側可変基準電圧（ＶＲ３）を直線（Ａ）と直線（Ｂ）のほぼ中間に入るように設定すればよい。これにともない、図１および図２の比較回路（３）では、最大基準電圧（ＶＲ１）のみ最大側可変基準電圧（ＶＲ３）に変更されるとともに、基準電圧回路（４）の最大基準電圧（ＶＲ１）側の電源端子（ＶＣＣ）のみ駆動電圧（ＶＬ）に変更される。

同様にして、他の直列単位列（Ｃ２）〜（Ｃ１２）についても、最大基準電圧（ＶＲ１）を最大側可変基準電圧（ＶＲ３）に変更することにより、ＬＥＤ破壊が検知される。

この参考となる態様では、ショート破壊とオープン破壊は一括検知される。すなわち、直線（Ｂ）と直線（Ｃ）は共に、最大側可変基準電圧（ＶＲ３）の上側に位置しているので、ショート破壊（直線（Ｂ））とオープン破壊（直線（Ｃ））の区別はされない。同様に、直線（Ｄ）と直線（Ｅ）は共に最小基準電圧（ＶＲ２）の下側に位置しているので、両者も互いに区別されない。これらの破壊モード毎に区別が必要な際には、以下に述べる第二の態様が採用される。

本発明の第二の態様にあっては、図５において、最大基準電圧（ＶＲ１）を維持しながら、その下側にさらに最大側可変基準電圧（ＶＲ３）を設け、且つ最小基準電圧（ＶＲ２）を維持しながら、その下側にさらに最小側可変基準電圧（ＶＲ４）が追加・併用される。この際、最小側可変基準電圧（ＶＲ４）の電圧レベルは、全調光範囲で直線（Ｄ）と直線（Ｅ）との中間に設ける。最大側可変基準電圧（ＶＲ３）については、参考となる態様の場合と同じである。

要するに、第二の態様では、最大基準電圧（ＶＲ１）および最小基準電圧（ＶＲ２）に加えて、最大側可変基準電圧（ＶＲ３）と最小側可変基準電圧（ＶＲ４）を併用し、これら４個の基準電圧を組み込んだ比較回路が採用される。これにより、破壊モード（直線（Ｂ）〜直線（Ｅ））毎の判別が可能になり、より高精度な破壊検出が実現される。

この場合の検知回路の例は図６に示されている。この例では、４段のコンパレータ（ＣＰ１−１）〜（ＣＰ１−４）と３個のアナログスイッチ（ＳＷ１）〜（ＳＷ３）とからなる比較回路（３）、ならびに最大基準電圧（ＶＲ1）および最小基準電圧（ＶＲ2）に加えて、ＬＥＤ駆動電圧（ＶＬ）を高精度の４個の抵抗（Ｒｅ〜Ｒｈ）にて抵抗分圧した最大側可変基準電圧（ＶＲ３）および最小側可変基準電圧（ＶＲ４）からなる基準電圧回路（４）により実現できる。

この図６の回路では、各破壊モード（直線（Ｂ）〜直線（Ｅ））の破壊状態が４段のコンパレータ（ＣＰ１−１）〜（ＣＰ１−４）から出力されるので、破壊モード毎の識別が可能になる。具体的に言えば、初段のコンパレータ（ＣＰ１−１）の出力（０Ｐ１）がＬレベルの場合には、直線（Ｅ）に関するショート破壊と識別でき、二段目のコンパレータ（ＣＰ１−２）の出力（０Ｐ２）がＬレベルの場合には、直線（Ｄ）に関するオープン破壊と識別できる。同様に、３段目のコンパレータ（ＣＰ１−３）の出力（０Ｐ３）がＬレベルの場合には、正常と識別でき、逆にＨレベルの場合には、直線（Ｂ）に関するショート破壊あるいは直線（Ｃ）に関するオープン破壊と識別できる。さらに、４段目のコンパレータ（ＣＰ１−４）の出力（０Ｐ４）がＬレベルの場合には、直線（Ｂ）に関するショート破壊と識別でき他方、Ｈレベルの場合には直線（Ｃ）に関するオープン破壊と識別できる。その結果、全ての破壊モード毎が検知され、より高精度なＬＥＤ破壊検出が実現する。

さらに、比較回路（３）から出力される、破壊モード毎の出力信号を利用して検出時の破壊内容に応じて多色ＬＥＤ素子あるいは複数色のＬＥＤ素子を用い、破壊モード毎に色を変えて表示し、あるいは破壊内容に応じて圧電ブザー等の警告音を変えることにより、さらに高機能化が図られる。

そして、上記の回路を他の直列単位（Ｃ２）〜（Ｃ１２）に適用することにより、全ての直列単位毎に全ての破壊モードについてオープン破壊とショート破壊を区別しながら検知できる。

図７には、本発明のＬＥＤ破壊検出装置を組込んだ検査用のライン状ＬＥＤ照明装置（１０）の斜視図が示されている。この例では、パネル前面に破壊表示素子（８）、破壊警告ブザー（９）、調光（光量調整）ボリューム（１１）、および、ライン状のＬＥＤ照射部（１２）が設けてある。このＬＥＤ照射部（１２）は、図１のＬＥＤ素子直並列回路に対応し、ここでは、横２段に直列単位（Ｃ１）および（Ｃ２）が配されている。

本発明において、各直列単位におけるＬＥＤの接続数、および直列単位の並列配置数は、最終製品の仕様に応じて任意に設定すればよいことは言うまでもない。また、導通検知素子（２）についても必ずしも、各直列単位の最下段に固定する必要はなく、印加電圧あるいは検知方法に応じて選定すればよい。

本発明のＬＥＤ破壊検出装置は、オープン破壊のみならずショート（ショート）破壊が検知できるので、画像処理照明用や光学機器照明用のみならず信号機等の屋外表示灯用あるいは商品展示用等の屋内照明用あるいは医療用照明装置の用途にも適用できる。

本発明のＬＥＤ破壊検出装置の一例を示すブロック図。 図１のＬＥＤ破壊検出装置の回路図。 図１〜図２の装置において、モニタ信号と基準電圧の関係を示すグラフ。 本発明の参考となる態様において、モニタ信号と基準電圧の関係を示すグラフ。 本発明の別の態様において、モニタ信号と基準電圧の関係を示すグラフ。 上記の別の態様における回路図。 本発明のＬＥＤ破壊検出装置を組込んだ検査用のライン状ＬＥＤ照明装置用の斜視図。

符号の説明

１ ＬＥＤ破壊検出部
２ 導通検知素子
３ 比較回路
４ 基準電圧回路
５ 破壊判定回路
６ 駆動回路
７ 破壊表示・警告音処理回路
８ 破壊表示素子
９ 破壊警告ブザー
１０ 本発明のＬＥＤ破壊検出装置を組込んだ検査用のライン状ＬＥＤ 照明装置
１１ 調光（光量調節）ボリューム
１２ ライン状ＬＥＤ素子群
Ｃ１〜Ｃ１２ ＬＥＤ素子群の直列接続単位（各列）
Ｄ１−１〜Ｄ１２−９ 各直列接続単位を構成するＬＥＤ素子群
Ｖ１〜Ｖ１２ モニタ信号
０１〜０１２ 出力信号
Ｒ１〜Ｒ１２ 電流制限抵抗
ＶＲ１ 最大基準電圧（固定電圧）
ＶＲ２ 最小基準電圧（固定電圧）
ＶＲ３ 最大側可変基準電圧
ＶＲ４ 最小側可変基準電圧
ＶＬ ＬＥＤ駆動電圧
Ｇ グランド（アース）

Claims (2)

1. 直列接続されたＬＥＤ素子群を一直列単位とし、この直列単位の複数組が駆動電源に並列接続され、且つ該直列単位毎にＬＥＤ破壊検知回路が接続されたＬＥＤ破壊検出装置において、各直列単位の一部のＬＥＤ素子がその直列回路の導通検知素子として兼用され、その検知信号が入力される各検知回路は、各直列単位に印加される駆動電源の最大駆動電圧および最小駆動電圧のそれぞれに対応した最大基準電圧と最小基準電圧とを発生する最大基準電圧回路および最小基準電圧回路、並びに、該各検知信号と該最大基準電圧および該最小基準電圧とを各直列単位で比較する比較回路とを有し、対応した直列単位に印加される駆動電源の電圧変化に対応することを特徴とするＬＥＤ破壊検出装置。
2. 該各検知回路に、さらに、以下に示す回路（ａ）、（ｂ）のうち、少なくとも１つが併設されている請求項１に記載のＬＥＤ破壊検出装置。
   
   （ａ）該最大駆動電圧に連動した最大側可変基準電圧を発生させる最大側可変基準電圧回路
   
   （ｂ）該最小駆動電圧に連動した最小側可変基準電圧を発生させる最小側可変基準電圧回路