(57)【要約】【課題】定電流回路が一つだけ済む簡単な構成でありながら、各ＬＥＤラインに流れる電流を均等化でき、しかも電流ロスのないＬＥＤ光射出装置１００を提供する。【解決手段】予め定めた一定電流を流す単一の定電流回路１と、並列配置された複数のＬＥＤライン２とを具備し、これらＬＥＤライン２に、前記定電流回路１のみから、かつ、該定電流回路１の電流が全て流れるように構成しておき、全てのＬＥＤライン２を流れる電流の総和を変動させずに、かつ、各ＬＥＤライン２を流れる電流が等しくなる向きに制御する電流分配回路１０を設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め定めた一定電流を流す単一の定電流回路と、並列配置された複数のＬＥＤラインとを具備し、これらＬＥＤラインに、前記定電流回路のみから、かつ、該定電流回路の電流が全て流れるように構成されたものであって、
全てのＬＥＤラインを流れる電流の総和を変動させずに、かつ、各ＬＥＤラインを流れる電流が等しくなる向きに制御する電流分配回路を備えていることを特徴とするＬＥＤ光射出装置。
【請求項２】
前記電流分配回路が、各ＬＥＤラインを流れる電流をそれぞれ検出する電流検出回路と、該電流検出回路で検出された各ＬＥＤラインの電流に差異が検出された場合には、その差異を減少させる向きに、各ＬＥＤラインを流れる電流を制御する電流制御回路とを具備したものである請求項１記載のＬＥＤ光射出装置。
【請求項３】
２列のＬＥＤラインが設けられたものであって、
前記電流制御回路が、各ＬＥＤラインに設けられ、当該ＬＥＤラインの電流及び他方のＬＥＤラインの電流を比較してその差分を示す値を有した出力信号を出力する差分回路と、
各ＬＥＤラインに設けられ、対応する差分回路の出力信号によって当該ＬＥＤラインの電流を増減駆動するドライブ回路とを具備したものである請求項２記載のＬＥＤ光射出装置。
【請求項４】
３列以上のＬＥＤラインが設けられたものであって、
全てのＬＥＤラインの電流の平均電流を出力する平均化回路をさらに具備し、
前記電流制御回路が、
各ＬＥＤラインに設けられ、当該ＬＥＤラインの電流及び前記平均電流とを比較してその差分を示す値を有した出力信号を出力する差分回路と、
各ＬＥＤラインに設けられ、対応する差分回路の出力信号によって当該ＬＥＤラインの電流を増減駆動するドライブ回路とを具備したものである請求項２記載のＬＥＤ光射出装置。
【請求項５】
前記差分回路の出力値にＬＥＤラインの電流を増加させる向きのオフセットを与える起動回路をさらに具備している請求項３又は４記載のＬＥＤ光射出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面検査や露光等に用いられるＬＥＤ光射出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種のＬＥＤ光射出装置として、定電流回路とコモンとの間に、ＬＥＤラインを複数並列させ、定電流駆動によってＬＥＤを発光させるものが知られている。このとき、個々のＬＥＤの器差などに起因して、各ＬＥＤラインに流れる電流がばらつき、結果、ＬＥＤライン毎に明るさ（輝度）が異なるといった現象が生じる。この現象は、例えば、表面検査や露光、分析など用途においては好ましいものではない。
【０００３】
そこで、各ＬＥＤラインに流れる電流を均等化すべく、バイパス回路を設け、多くの電流が流れるＬＥＤラインの電流を低減する機構が考えられているが、このようなものではロスが生じることを避け得ない。
【０００４】
一方、例えば前記特許文献１、２に示されているように、各ＬＥＤラインに定電流回路をそれぞれ設け、ＬＥＤライン毎に電流を独立して制御することも行われている。しかしながら、このような構成では、定電流回路がＬＥＤライン毎に必要になるうえ、例えば明るさを調整したい場合など、各定電流回路をそれぞれ別途制御しなければならず、制御装置にも負担がかかる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２０１５−５３３０１８
【特許文献２】特開２０１３−１４３４６８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はかかる不具合に鑑みてなされたものであって、定電流回路が一つだけで済む簡単な構成でありながら、各ＬＥＤラインに流れる電流を均等化でき、しかも電流ロスのないＬＥＤ光射出装置を提供することをその主たる所期課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち、本発明に係るＬＥＤ光射出装置は、予め定めた一定電流を流す単一の定電流回路と、並列配置された複数のＬＥＤラインとを具備し、これらＬＥＤラインに、前記定電流回路のみから、かつ、該定電流回路の電流が全て流れるように構成されたものであって、全てのＬＥＤラインを流れる電流の総和を変動させずに、かつ、各ＬＥＤラインを流れる電流が等しくなる向きに制御する電流分配回路を備えていることを特徴とするものである。
【０００８】
より具体的には、前記電流分配回路が、各ＬＥＤラインを流れる電流をそれぞれ検出する電流検出回路と、該電流検出回路で検出された各ＬＥＤラインの電流に差異が検出された場合には、その差異を減少させる向きに、各ＬＥＤラインを流れる電流を制御する電流制御回路とを具備したものを挙げることができる。
【０００９】
かかる電流制御回路の具体的な実施態様として、ＬＥＤラインが２列の場合には、各ＬＥＤラインに設けられ、当該ＬＥＤラインの電流及び他方のＬＥＤラインの電流を比較してその差分を示す値を有した出力信号を出力する差分回路と、各ＬＥＤラインに設けられ、対応する差分回路の出力信号によって当該ＬＥＤラインの電流を増減駆動するドライブ回路とを具備したものを挙げることができる。
【００１０】
また、ＬＥＤラインが３列以上の場合には、全てのＬＥＤラインの電流の平均電流を出力する平均化回路をさらに具備しており、前記電流制御回路が、各ＬＥＤラインに設けられ、当該ＬＥＤラインの電流及び前記平均電流を比較してその差分を示す値を有した出力信号を出力する差分回路と、各ＬＥＤラインに設けられ、対応する差分回路の出力信号によって当該ＬＥＤラインの電流を増減駆動するドライブ回路とを具備したものが好ましい。
【００１１】
ところで、上述した電流制御回路であると、各ＬＥＤラインに電流が流れ始める前の電源投入時において、各ＬＥＤラインの電流が０だから、その差異が検出されず、当該電流制御回路が動作を始めない、すなわち起動できない状態が生じ得る。
【００１２】
これを好適に解消するには、前記差分回路の出力値にＬＥＤラインの電流を増加させる向きのオフセットを与える起動回路をさらに具備しているものが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
このようなものであれば、定電流回路が一つだけ済む簡単な構成であるうえ、例えば明るさ調整のために定電流回路の電流を変化させても、それに自動的に追随して、目標電流の指示なく、各ＬＥＤラインに流れる電流が自己収束しながら均等に分配されるので、制御装置にソフト・ハード上の負担がかかることもない。しかも、定電流回路の電流は全て、かつ、定電流回路の電流のみが、各ＬＥＤラインに流れるため、電流ロスが生じ得ない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ光射出装置の概略回路図。
【図２】本発明の第２実施形態におけるＬＥＤ光射出装置の概略回路図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１６】
＜第１実施形態＞
この実施形態におけるＬＥＤ光射出装置１００は、表面検査や露光に用いられるものであって、図１に示すように、単一の定電流回路１と、基準となる電位を有するコモンライン９と、前記定電流回路１及びコモンライン９の間に並列に接続されたＬＥＤライン２とを具備したものである。前記定電流回路１の出力端にはＬＥＤライン２のみが接続されており、該定電流回路１から出力される全ての電流が分岐して各ＬＥＤライン２を流れ、該ＬＥＤライン２を構成するＬＥＤが点灯するように構成してある。
次に各部を説明する。
【００１７】
前記定電流回路１は、図示しないバイポーラトランジスタやＭＯＳＦＥＴなどを利用して一定の電流を流せるようにしたものである。この実施形態では、例えば、ゲートやベース電圧をコントロールすることによって、この定電流回路１を流れる電流を変化させ、前記ＬＥＤの明るさ調整、すなわち調光ができるように構成してある。なお、定電流回路として、定電圧源で負荷に従って一定の電流で駆動できるものでもよい。また、定電流回路が見かけ上存在せず、電圧源に定電流機能が内蔵されたものを用いてもよい。
【００１８】
この定電流回路１は、例えばＤＣ−ＤＣコンバータやＡＣ−ＤＣコンバータなどに代表される第１直流定電圧源ＰＳ１に接続されている。この第１直流定電圧源ＰＳ１は、外部から入力された電圧指令信号の値に応じてその出力電圧を変えることができるようにしたものである。
【００１９】
なお、このＬＥＤ光射出装置１００には、前記第１直流定電圧源ＰＳ１の発生する電圧や、前記定電流回路１を流れる電流を可変に制御するための図示しない制御回路が設けられている。この制御回路は、例えば、ＣＰＵ、メモリ、ＡＤコンバータ、ＤＡコンバータ、増幅器などを具備したアナログ、デジタル混在回路であり、メモリに記憶させた所定のプログラムにしたがってＣＰＵ及びその周辺機器が協働することにより、電圧指令信号を出力して前記定電圧源の出力電圧を制御する電圧制御部や、電流指令信号を出力して前記定電流回路１が流す電流を制御する電流制御部等としての機能を発揮する。
【００２０】
前記コモンライン９は、ここではグラウンドラインである。
前記ＬＥＤライン２は、１又は直列接続された複数のＬＥＤからなるものであり、ここでは２ラインが設けられている。
【００２１】
しかしてこの実施形態のＬＥＤ光射出装置１００は、同図に示すように、各ＬＥＤライン２を流れる電流が等しくなるように制御する電流分配回路１０をさらに備えている。
【００２２】
この電流分配回路１０は、各ＬＥＤライン２を流れる電流をそれぞれ検出する電流検出回路３と、各ＬＥＤライン２を流れる電流に差異が検出された場合には、その差異を減少させる向きに各ＬＥＤライン２を流れる電流を制御する電流制御回路５と、初期電源投入時に回路動作を強制的に起動する起動回路４とを具備したものである。
【００２３】
電流検出回路３は、それぞれのＬＥＤライン２に対応して設けられた対称的なものである。具体的には、各ＬＥＤライン２（のカソード側）に、後述するドライブ回路５２を介して一端が接続され、他端がコモンライン９にそれぞれ接続された電流検出用抵抗素子Ｒ１がその機能を担う。そして、該電流検出用抵抗素子Ｒ１の一端が出力端となり、その電圧が、対応するＬＥＤライン２の電流を示す電流指標値となる。
【００２４】
なお、この明細書において「対称的」とは、回路を構成する各素子の値や型式が実質的に同一であることを示す。例えば、この電流検出回路３でいえば、各ＬＥＤライン２にそれぞれ接続された抵抗素子Ｒ１の抵抗値は同じである。
【００２５】
電流制御回路５は、前記電流検出回路３同様、それぞれのＬＥＤライン２に対応して設けられた対称的なものであり、前記電流検出回路３で検出された各ＬＥＤライン２の電流（電流指標値）を比較してその差分を増幅出力する差分回路５１と、この差分回路５１の出力によってＬＥＤを点灯駆動するドライブ回路５２とを具備している。
【００２６】
前記差分回路５１は、ここではオペアンプＩＣがその機能を担う。このオペアンプＩＣ５１のマイナス入力端子には、当該ＬＥＤライン２の電流検出用抵抗素子Ｒ１の出力端が、後述する起動回路４を介して接続され、プラス入力端子には、他方のＬＥＤライン２の電流検出用抵抗素子Ｒ１の出力端が、該起動回路４を介して接続されている。これら各入力端子は、出力端子とは接続されておらず、このオペアンプＩＣ５１は、裸のゲインで差動増幅を営むコンパレータに近いものである。
【００２７】
ドライブ回路５２は、ここでは各ＬＥＤライン２のカソード及び対応する抵抗素子Ｒ１の間に設けられたＭＯＳＦＥＴ素子がその機能を担う。そして、このＭＯＳＦＥＴ素子５２のゲートに、前記オペアンプＩＣ５１の出力端子が（抵抗素子を介して）接続されている。
【００２８】
起動回路４は、前記オペアンプＩＣ５１の差分増幅出力値に、ＭＯＳＦＥＴ素子５２をオンする向きの所定のオフセットを与えるものである。
仮にオフセットを与えなければ、電源を投入しても、オペアンプＩＣ５１の各入力端子は０Ｖで差がなく、その出力も０となるから、ＭＯＳＦＥＴ素子５２はオフ状態が維持される。したがって、ＬＥＤライン２には電流が流れず、起動できない状態となってしまう。
【００２９】
この起動回路４は、これを解消するものである。なお、前記オフセットにより、各ＬＥＤライン２に流れる電流間に、前記オフセットに起因する偏差が必ず生じるが、ここでは、その偏差が、ＬＥＤ光射出装置１００において予め定められた許容値以下となるように、前記オフセットの値を設定している。
【００３０】
より具体的に説明する。
この起動回路４は、前記オフセットを生成するために、各ＬＥＤライン２に流れる電流が同じであったとしても、オペアンプＩＣ（差分回路５１）の入力端子間に所定の電圧差が生じるようにしたものであり、オフセット生成用第１抵抗素子Ｒ２とオフセット生成用第２抵抗素子Ｒ３とを具備している。
【００３１】
前記オフセット生成用第１抵抗素子Ｒ２は、オペアンプＩＣ５１のマイナス入力端子にその一端が接続され、その他端が、第１直流電圧源Ｖｃｃ１とは別に設けた第２直流定電圧源Ｖｃｃ２に接続されている。
また、前記オフセット生成用第２抵抗素子Ｒ３は、オペアンプＩＣ５１のプラス入力端子にその一端が接続され、その他端が第２直流電圧源Ｖｃｃ２に接続されている。
【００３２】
そして、これらオフセット生成用第１抵抗素子Ｒ２とオフセット生成用第２抵抗素子Ｒ３との値をわずかに異ならせる（実際にはＲ２＞Ｒ３とする）ことにより、同じ電流が各ＬＥＤライン２に流れても、オペアンプＩＣ５１のプラス入力端子の電圧の方がわずかに大きくなり、結果、オペアンプＩＣ５１の出力が前記オフセット分だけプラスとなって、ＭＯＳＦＥＴ素子５２がオン側に駆動されるように構成してある。
【００３３】
なお、これらオフセット生成用抵抗素子Ｒ２、Ｒ３の値は、電流検出用抵抗素子Ｒ１の値よりも十分大きい（例えば１０３倍以上である。）。また、この実施形態では、図１に示すように、オフセット生成用抵抗素子Ｒ２、Ｒ３と電流検出用ＩＣとの間に中間抵抗Ｒ５、Ｒ６をそれぞれ介在させているが、これは必ずしも必要ではない。
【００３４】
次に、この電流分配回路１０の動作を説明する。
まず、初期動作について説明する。電源を投入すると、前記起動回路４によって、差分回路５１の入力端子に差分が生じ、このことによって、ＭＯＳＦＥＴ素子５２がオン側に駆動されて各ＬＥＤライン２に電流が流れ始める。
【００３５】
次に、この初期動作の次に生じる過渡動作について説明する。
上述したように各ＬＥＤライン２に電流が流れ始め、仮に各ＬＥＤライン２の電流が一致するときが生じたとする。この状態では、前記起動回路４によるオフセットが加わるので、各差分回路５１の出力が０になることはなく、ＭＯＳＦＥＴ素子５２がオン側にさらに駆動されて各ＬＥＤライン２に流れる電流はさらに増加する。
【００３６】
また、仮に一方のＬＥＤライン２に流れる電流が、他方のＬＥＤライン２よりも大きくなると、当該一方のＬＥＤライン２に設けられた差分回路５１の入力端子間電圧（プラス入力端子電圧からマイナス入力端子電圧を差し引いた値）が小さくなって、その出力が低下し、対応するＭＯＳＦＥＴ素子はオフ側に動作して、当該一方のＬＥＤライン２に流れる電流は小さくなる。
【００３７】
その一方で、他方のＬＥＤライン２に設けられた差分回路５１の入力端子間電圧（プラス入力端子電圧からマイナス入力端子電圧を差し引いた値）は大きくなって、その出力が増加し、対応するＭＯＳＦＥＴ素子５２はさらにオン側に動作して、当該他方のＬＥＤライン２に流れる電流は大きくなる。
【００３８】
このことによって、電流の逆転が生じるところ、前記オフセットがあるため、前記一方のＬＥＤライン２に流れる電流の減少度合いよりも、他方のＬＥＤライン２に流れる電流の増加度合いの方が大きくなる。したがって、各ＬＥＤライン２に流れる電流は、過渡状態において、互いに逆転しながらも増加していく。なお、そのときの互いの電流の間に生じる最大偏差（絶対値）は、オフセットと回路応答性によって定まる。
【００３９】
最終的には、各ＬＥＤライン２に流れる電流の総和が、前記定電流回路１の流せる一定電流に到達し、しばらくの期間、互いに逆位相の揺らぎは生じる場合はあるものの、互いの電流がオフセットで定まる偏差以内となった時点で自動的に安定する。なお、安定までの期間は、前記最大偏差同様、オフセットと回路応答性によって定まる。
【００４０】
したがって、このような構成であれば、定電流回路１が一つだけで済む簡単な構成であるうえ、各ＬＥＤライン２に目標電流を与えることなく、自己収束して、定電流回路１を流れる電流が均等分配される。したがって、例えば、明るさ調整のために定電流回路１の電流を変化させても、それに自動的に追随して各ＬＥＤライン２に流れる電流が均等に分配されるので、制御装置にソフト・ハード上の負担がかかることがない。しかも、定電流回路１の電流は全て、かつ、定電流回路１の電流のみが、各ＬＥＤライン２に流れるため、電流ロスが生じ得ない。
【００４１】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、この実施形態で前記第１実施形態に対応する構成要素については同一の符号を付すこととする。
この実施形態では、前記第１実施形態と異なり、３本のＬＥＤライン２が並列に設けられている。そのため、第１実施形態と比べて、電流分配回路１０の構成がやや相違する。
以下では、その相違点について説明する。
【００４２】
この実施形態での電流分配回路１０は、電流検出回路３で検出された各ＬＥＤライン２の電流（電流指標値）を平均化し、平均値（を示す平均指標値）を出力する平均化回路６をさらに具備している。
【００４３】
また、差分回路５１が、それぞれのＬＥＤライン２に対応して対称的に設けられ、前記平均値（平均指標値）と各ＬＥＤライン２の電流（電流指標値）とを比較してその差分を増幅出力するものである点で前記第１実施形態と相違する。
さらに、起動回路４の構成も異なる。
【００４４】
平均化回路６は、各電流検出用抵抗素子Ｒ１の電流検出端に一端がそれぞれ接続され、他端が互いに接続された３つの平均化用抵抗素子１３と、前記他端の出力インピーダンスを変換するバッファＩＣ６１とを具備したものである。そして、このバッファＩＣ６１の出力端子が、この平均化回路６の出力端となり、その電圧が各ＬＥＤライン２を流れる電流の平均値を示す平均指標値となる。
【００４５】
差分回路５１は、前記第１実施形態同様、オペアンプＩＣ５１がその機能を担う。このオペアンプＩＣ５１のマイナス入力端子には、当該ＬＥＤライン２の電流検出用抵抗素子Ｒ１の電流検出端が接続され、プラス入力端子には、後述する起動回路４を介して、前記平均化回路６の出力端が接続されている。これら入力端子は、前記第１実施形態同様、出力端子と接続されておらず、このオペアンプＩＣ５１は、裸のゲインで差動増幅を営むコンパレータに近い動作をする。
ドライブ回路５２は、第１実施形態と同様の構成なので、ここでの説明は省略する。
【００４６】
起動回路４は、第１実施形態同様、前記オペアンプＩＣ５１の差分増幅出力値に、ＭＯＳＦＥＴ素子５２をオンする向きの所定のオフセットを与えるものである。
【００４７】
より具体的に説明する。
この起動回路４は、前記オフセットを生成するために、平均指標値（電圧）に所定の値（電圧）を加えるものである。このようにして、オペアンプＩＣ（差分回路）５１の入力端子に入力される平均指標値と電流指標値とが同じ値であっても、オペアンプＩＣ（差分回路）５１の入力端子間に所定の電圧が生じ、オペアンプＩＣから前記オフセットが出力されるように構成してある。
【００４８】
さらに詳述すると、この起動回路４は、図１に示すように、前記平均化回路６の出力値に、所定値を加算するものであり、前記所定値に相当する電圧を生成する電圧生成回路４１と、抵抗素子Ｒ７、Ｒ８によって生成された電圧を平均化回路６の出力値に加算する加算回路４２とから構成されている。
電圧生成回路４１は、第２直流定電圧源Ｖｃｃ２とグラウンドとの間に直列に設けた抵抗素子Ｒ７、Ｒ８からなる。前記第１実施形態同様、加算する値は微小なので、Ｒ７≫Ｒ８（例えば１０３以上）である。
加算回路４２は、ゲイン１の増幅回路４１（オペアンプＩＣ４３及び抵抗素子Ｒ９〜Ｒ１２）により構成されている。
【００４９】
この構成により、同じ電流が各ＬＥＤライン２に流れても、オペアンプＩＣ５１のプラス入力端子の電圧の方がわずかに大きくなり、結果、オペアンプＩＣ５１の出力がオフセット分だけプラスとなって、ＭＯＳＦＥＴ素子５２がオン側に駆動されるように構成してある。なお、この構成はＬＥＤラインが４列以上にも適用できる。
【００５０】
しかして、このような構成によれば、前記第１実施形態とはＬＥＤライン２の数が異なるとはいえ、該第１実施形態同様、電源投入から前記起動回路４によって各ＭＯＳＦＥＴ素子５２が、ＬＥＤライン２に流れる電流のバランスをある程度保ちながら、オン側に駆動され続け、最終的には、各ＬＥＤライン２に流れる電流の総和が、前記定電流回路１の流せる一定電流に到達した後、互いの電流がオフセットで定まる偏差以内となった時点で自動的に安定する。
【００５１】
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、定電流回路１をＬＥＤライン２のカソード側に配置してもよいし、電流分配回路１０をＬＥＤライン２のアノード側に配置してもよい。そのような場合は、適宜、トランジスタやＭＯＳＦＥＴ素子等において、ｎｐ極性の異なるものを用いればよい。
【００５２】
ドライブ回路５２としては、ＭＯＳＦＥＴ素子のみならず、バイポーラトランジスタを用いてもよい。
【００５３】
さらに言えば、ドライブ回路５２として、インダクタ、コンデンサ、スイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ等）を組み合わせたスイッチング昇圧回路を利用してもよい。例えば、前記各実施形態では、ＬＥＤの初期時あるいは経年使用によるＶｆ特性のばらつきを吸収すべく、ドライブ回路５２に予めある程度の電位差が発生するように第１直流電源の電圧を高くするなどしなければならず、その結果、ドライブ回路５２での無視できない電力損失が生じることがあるが、スイッチング昇圧回路を利用したものであれば、これを未然に回避して、電力損失を低減させることができる。
【００５４】
起動回路として、差分回路５１の出力端子側にオフセットを発生するような回路構成としても構わない。
オペアンプＩＣを利用せず、トランジスタやＦＥＴを利用してディスクリートで回路を構成してもよい。
【００５５】
ＬＥＤライン２のＬＥＤは１つでもよい。
ＬＥＤ光射出装置は、ワーク表面検査用のもののみならず、例えば、露光用や分光計用、その他一般照明用のものでも構わない。
その他、本発明は上記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１００・・・ＬＥＤ光射出装置
１・・・定電流回路
２・・・ＬＥＤライン
１０・・・電流分配回路
３・・・電流検出回路
４・・・起動回路
５・・・電流制御回路
５１・・・差分回路
５２・・・ドライブ回路
６・・・平均化回路
【図１】
2018018708.tif 000003
【図２】
2018018708.tif 000004