特許 7278171 ＬＥＤ玉切れ検知機構及びこれを用いたＬＥＤ光照射システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-05-11

(45)【発行日】2023-05-19

(54)【発明の名称】ＬＥＤ玉切れ検知機構及びこれを用いたＬＥＤ光照射システム

(51)【国際特許分類】

   H05B 45/54 20200101AFI20230512BHJP

【ＦＩ】

H05B45/54

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2019146266

(22)【出願日】2019-08-08

(65)【公開番号】P2021026984

(43)【公開日】2021-02-22

【審査請求日】2021-12-09

(73)【特許権者】

【識別番号】596099446

【氏名又は名称】シーシーエス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100121441

【弁理士】

【氏名又は名称】西村 竜平

(74)【代理人】

【識別番号】100154704

【弁理士】

【氏名又は名称】齊藤 真大

(74)【代理人】

【識別番号】100129702

【弁理士】

【氏名又は名称】上村 喜永

(74)【代理人】

【識別番号】100206151

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 惇志

(74)【代理人】

【識別番号】100218187

【弁理士】

【氏名又は名称】前田 治子

(72)【発明者】

【氏名】中川 優作

【審査官】田中 友章

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１０／０２６４８２８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１０－１２３２７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１２１４４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１０１９８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／０１６１６４９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｂ ４５／００

Ｈ０５Ｂ ４７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

直列に接続した複数のＬＥＤからなるＬＥＤ列全体の順方向電圧である列電圧に基づいて、当該ＬＥＤ列に属するＬＥＤの玉切れを検知するものであって、
前記列電圧から一定の降下電圧だけ降下させた電圧、又は、前記列電圧から一定の降下電圧だけ降下させた電圧を所定比で分圧した電圧を出力する検知回路と、
前記検知回路から出力された電圧とメモリ内に設定された正常値とを比較してＬＥＤに玉切れが生じているか否かを判断する玉切れ判断回路とを備えていることを特徴とする玉切れ検知機構。

【請求項2】

前記検知回路は、１又は直列させた複数のツェナーダイオードを有した定電圧降下回路と、該定電圧降下回路に直列に接続された１又は複数の抵抗素子とを備えたものであり、
該検知回路が前記ＬＥＤ列と並列に接続されて、前記抵抗素子のいずれかに印加されている電圧を出力するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の玉切れ検知機構。

【請求項3】

前記検知回路において、降下電圧の互いに異なる複数の前記定電圧降下回路が設けてあり、いずれか一の定電圧降下回路を選択可能に構成してあることを特徴とする請求項２記載の玉切れ検知機構。

【請求項4】

前記列電圧を測定する電圧測定回路をさらに備えており、
その測定した列電圧よりも小さく、かつ列電圧に最も近い降下電圧が設定された前記定電圧降下回路を選択して動作させることを特徴とする請求項３記載の玉切れ検知機構。

【請求項5】

請求項１～４のいずれか記載の玉切れ検知機構と、前記ＬＥＤ列を備えたＬＥＤ光照射装置とを備えていることを特徴とするＬＥＤ光照射システム。

【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光照射装置におけるＬＥＤの玉切れを検知する玉切れ検知機構に関するものである。

【背景技術】

【0002】

表面検査や露光用のＬＥＤ光照射装置には、多数のＬＥＤが用いられている。その回路は、例えば、数個～十数個のＬＥＤを直列接続したＬＥＤ列を、さらに並列に複数接続した構成となっている。

【0003】

また、このようなＬＥＤ光照射装置においては、多数のＬＥＤが用いられているため、また、ＵＶなど可視外の光を射出するＬＥＤが用いられているものでは特に、いくつかのＬＥＤが玉切れによって消灯してもそれに気づきにくく、しかも消灯を放置すると検査精度や露光の均一度に悪影響を及ぼすので、ＬＥＤの玉切れを検知する玉切れ検知機構が設けられている場合がある。

【0004】

かかる玉切れ検知機構の代表的なタイプとして、特許文献１に示すような、電圧検知型のものが知られている。この電圧検知型玉切れ検知機構の原理は、ＬＥＤ列に含まれるいずれかのＬＥＤに玉切れが生じると、そのＬＥＤの順方向電圧が変動し、結果としてＬＥＤ列全体の順方向電圧（以下、全体電圧ともいう。）が変動するので、この全体電圧を監視してその変動を検知することにより、ＬＥＤの玉切れを検知するというものである。

【0005】

しかしながら、このようなタイプの玉切れ検知機構では、ショートによりＬＥＤが玉切れした場合の確実な検知が難しい。実用的には、少なくとも同一列で複数個のＬＥＤがショートによる玉切れを起こして初めてそれを検知できる程度というのが精々であり、１つのＬＥＤの玉切れは検知できないというのが実情である。

【0006】

その理由の大きな一つに、（ＬＥＤ個々の順方向電圧のばらつきなど他にもあるが、）分圧測定がある。

【0007】

分圧測定とは、ＬＥＤ列全体での順方向電圧（以下、列電圧ともいう。）を、電圧検出回路（例えばオペアンプやＡ／Ｄコンバータ）で直接測定するのではなく、列電圧を抵抗で形成した分圧回路によって分圧して電圧検出回路に入力するという方式である。というのも、前記列電圧が、ＬＥＤの直列接続数やＬＥＤの種類にもよるが、一般的な電圧検出回路の入力レンジをはるかに超える場合があるためである。

【0008】

例えば、列電圧が数十ボルトとなる場合の前記分圧回路による分圧比は０．１以下である。このような場合において、１つのＬＥＤがショートすることによって玉切れしたときの電圧検出回路の入力段での電圧変動は、１つのＬＥＤの順方向電圧に分圧比をかけた非常に小さな値（例えば１００ｍＶ～２００ｍＶ）となり、ノイズによる変動との区別が付けられないレベルとなる。そのため、前述したように、少なくとも同一ＬＥＤ列で複数個のＬＥＤがショートによる玉切れを起こして初めてそれを検知できるような設定にしないと、ノイズによる誤検知が生じ、実用に耐えない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【文献】特開2014-135167号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明は、上述した課題を解決すべくなされたものであって、たとえ１つのＬＥＤが玉切れを起こしても、これをより確実に検知できる玉切れ検知機構を提供すべく図ったものである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

すなわち本発明に係る玉切れ検知機構は、直列に接続した複数のＬＥＤからなるＬＥＤ列全体の順方向電圧である列電圧に基づいて、当該ＬＥＤ列に属するＬＥＤの玉切れを検知するものであって、前記列電圧から一定の降下電圧だけ降下させた電圧又は該電圧を所定比で分圧した電圧を出力する検知回路と、前記検知回路から出力された電圧に基づいてＬＥＤに玉切れが生じているか否かを判断する玉切れ判断回路とを備えていることを特徴とする。

【0012】

より簡単な構成で本発明を実現するための具体的な実施態様としては、前記検知回路は、１又は直列させた複数のツェナーダイオードを有した定電圧降下回路と、該定電圧降下回路に直列に接続された１又は複数の抵抗素子とを備えたものであり、該検知回路が前記ＬＥＤ列と並列に接続されて、前記抵抗素子のいずれかに印加されている電圧を出力するように構成されているものを挙げることができる。

【0013】

互いに列電圧の異なる複数種類のＬＥＤ光照射装置に対応できるようにするためには、前記検知回路において、降下電圧の互いに異なる複数の前記定電圧降下回路が設けてあり、いずれか一の定電圧降下回路を選択可能に構成してあるものが好適である。

【0014】

列電圧の異なる複数種のＬＥＤ光照射装置に自動的に対応できるようにするには、前記列電圧を測定する電圧測定回路をさらに備えており、その測定した列電圧よりも小さく、かつ列電圧に最も近い降下電圧が設定された定電圧降下回路を選択して動作させるものが好ましい。

【0015】

また、本発明は、前記玉切れ検知機構と、前記ＬＥＤ列を備えたＬＥＤ光照射装置とを備えたＬＥＤ光照射システムでもよい。

【発明の効果】

【0016】

このように構成した本発明によれば、従来のように、列電圧そのものを分圧して検知電圧とし、それを玉切れ判断に用いるのではなく、列電圧から所定の降下電圧分を差し引いた電圧を生成してそれを分圧し、それを検知電圧として玉切れ判断に用いるようにしている。

【0017】

したがって、おおもとの検知電圧が小さくなるので、分圧比を大きくしても、玉切れ判断回路の許容入力電圧レンジ内に収めることができる。そして分圧比を大きくできるということは、例えばＬＥＤがショートして玉切れしたときの検知電圧の変動をより大きな電圧として検出できることとなる。

【0018】

その結果、ＬＥＤ玉切れ時の検知電圧の変動を、ノイズによる変動と確実に区別することができ、従来のように、同一列で複数個のＬＥＤがショートによる玉切れをおこして初めてそれを検知できるようなものではなく、例えば、１つのＬＥＤがショートによる玉切れをおこしてもこれをより確実に検知できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本実施形態のＬＥＤ光照射システム及び玉切れ検知機構の全体構成を模式的に示す回路図。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下に本発明の一実施形態につき、図１を参照して説明する。

【0021】

本実施形態に係るＬＥＤ光照射システムＳは、例えばＵＶ光をワークに照射してこれを露光するＬＥＤ光照射装置２００と、該ＬＥＤ光照射装置２００に電力を供給する電源装置３００と、前記ＬＥＤ光照射装置２００に用いられているＬＥＤ１１の玉切れを検知する玉切れ検知機構１００とを備えたものである。なお、この実施形態において、電源装置３００と玉切れ検知機構１００とは同一筐体に内蔵されているが、別々でもかまわない。

【0022】

さて、前記ＬＥＤ光照射装置２００は、直列に接続した複数のＬＥＤ１１からなるＬＥＤ列１を備えたものであり、前記電源装置３００は、定電流回路Ａを備えたものである。そして、この定電流回路ＡからＬＥＤ列１に電流が供給されて各ＬＥＤ１１が点灯する。具体的にいえば、定電流回路Ａの出力端子が前記ＬＥＤ列１のアノード端子、すなわち、該ＬＥＤ列１の他方の端にあるＬＥＤ１１のアノード端子１１ａに、電源供給ケーブルを介して接続されている。他方、このＬＥＤ列１のカソード端子、すなわち該ＬＥＤ列１の一方の端にあるＬＥＤ１１のカソード端子１１ｂはグラウンドに接続してある。

【0023】

前記玉切れ検知機構１００は、前記ＬＥＤ列１に属する各ＬＥＤ１１の順方向電圧の総和である列電圧に基づいて、当該ＬＥＤ１１の玉切れを検知するものである。より具体的にこの玉切れ検知機構１００は、前記列電圧を一定の降下電圧だけ降下させ、その降下させた電圧を所定比で分圧した電圧（以下、検知電圧ともいう。）を出力する検知回路２と、該検知電圧に基づいてＬＥＤ１１に玉切れが生じているか否かを判断する玉切れ判断回路３とを備えている。

【0024】

次に、この玉切れ検知機構１００の各部を詳細に説明する。

【0025】

前記検知回路２は、定電圧降下回路２１と抵抗回路２２とを備えている。

【0026】

前記定電圧降下回路２１は、入力端子２１ｂ、出力端子２１ｃ及びこれら入出力端子２１ｂ、２１ｃ間に配置された１又は複数（ここでは２個）のツェナーダイオード２１ａを有したものである。より具体的に説明すると、一端にあるツェナーダイオード２１ａのカソード端子が前記入力端子に接続してあるとともに、他端にあるツェナーダイオード２１ａのアノード端子が前記出力端子に接続してあって、入力端子に印加された電圧から２つのツェナーダイオード２１ａの合計した降伏電圧（前記降下電圧）を差し引いた電圧が、出力端子から出力されるようにしてある。この実施形態では、この定電圧降下回路２１の入力端子２１ｂには、前記ＬＥＤ列１のカソード端子が接続されて列電圧が印加されるようにしてあるので、出力端子２１ｃには、列電圧から降下電圧を差し引いた値の電圧が現れることとなる。

【0027】

前記抵抗回路２２は、１又は複数（ここでは２個）の直列接続した抵抗素子２２ａからなるものであり、この抵抗回路２２の一端が、前記定電圧降下回路２１の出力端子２１ｃに接続されているとともに、その他端がグラウンドに接続されている。さらに、前記各抵抗素子２２ａ同士を接続する接続点が当該検知回路２の出力端子２ａとなっている。また、この構成により、抵抗回路２２が分圧回路として動作するようにしてある。

【0028】

前記玉切れ判断回路３は、例えばＣＰＵ（あるいはＰＬＤ等）やメモリ、ＡＤコンバータ、ＤＡコンバータ、オペアンプ、コンパレータなどからなる制御処理回路７に組み込まれたものである。そして、メモリに格納されたプログラムにしたがってＣＰＵやその周辺機器が動作することにより、この制御処理回路７が、玉切れ判断回路３としての以下の機能を発揮する。

【0029】

すなわち、この玉切れ判断回路３は、前記検知回路２から出力される検知電圧をバッファ８を介して受信し、その検知電圧が、正常値よりも一定値以上低い値となった場合には、玉切れと判断しその旨を報知出力するとともに、そうでない場合は正常と判断して、その旨を報知出力する。

【0030】

ここでの正常値とは、全てのＬＥＤ１１が正常に点灯している場合に測定される検知電圧のことであり、通常であれば、製品出荷時やメンテナンス時あるいは校正時等に測定されてメモリ内に設定される。

【0031】

前記一定値とは、この実施形態では、１つのＬＥＤ１１の順方向電圧のことである。したがって、正常値よりも一定値以上低い値とは、１つのＬＥＤ１１がショートにより不点灯になり、その順方向電圧分だけ列電圧が下がったときの検知電圧のこととなる。この値は、前記正常値から前記順方向電圧に分圧比を乗じた値を差し引くことによって算出され、メモリ内に設定される。

【0032】

しかして、このような構成によれば、従来のように、列電圧そのものを分圧して検知電圧とし、それを玉切れ判断に用いるのではなく、列電圧から所定の降下電圧分を差し引いた電圧を生成してそれを分圧し、それを検知電圧として玉切れ判断に用いるようにしている。

【0033】

したがって、おおもとの検知電圧が小さくなるので、分圧比を大きくしても、玉切れ判断回路３の入力段における許容レンジ内に収めることができる。そして分圧比を大きくできるということは、例えばＬＥＤ１１がショートして玉切れしたときの検知電圧の変動が当該ＬＥＤ１１の順方向電圧に分圧比を乗じた値になることから、従来に比べ、その変動をより大きな電圧として検出できる。具体的には、分圧比を従来の３～５倍以上にでき、ＬＥＤ１１玉切れを、従来の３～５倍以上の電圧変動として検知することができる。

【0034】

したがって、ＬＥＤ１１玉切れ時の検知電圧の変動を、ノイズと確実に区別することができ、従来のように、同一列で複数個のＬＥＤ１１がショートによる玉切れを起こして初めてそれを検知できるようなものではなく、この実施形態では、１つのＬＥＤ１１がショートによる玉切れを起こしてもこれをより確実に検知できるようになる。

【0035】

なお、２つ以上の任意の数のＬＥＤ１１の順方向電圧の総和をもって、前記一定値としてもよい。その場合は、ＬＥＤ列１１において、当該数のＬＥＤ１１が不点灯になった時にこれを検出できることとなる。

【0036】

ところで、この実施形態では、降下電圧の異なる複数（ここでは３つ）の定電圧降下回路２１が並列に設けてあるとともに、各定電圧降下回路２１のいずれか１つを選択して動作させる選択回路４が設けられている。

【0037】

この選択回路４は、各定電圧降下回路２１上にそれぞれ設けられたＦＥＴなどを用いたスイッチ素子４１を有したものであり、いずれかのスイッチ素子４１をＯＮすることによって、対応する定電圧降下回路２１が動作するように構成してある。ただし、最も降下電圧の大きな定電圧降下回路２１上には、スイッチ素子４１は設けられていない。それよりも降下電圧の低いスイッチ素子４１をＯＮすることによって、最も降下電圧の大きな定電圧降下回路２１は実質的に動作しないからである。

【0038】

さらに、この実施形態では、前記列電圧を測定して、その列電圧を示す値である列電圧測定値を出力する電圧測定回路５と、列電圧測定値に基づいて、どの定電圧降下回路２１を動作させるかを指示する指示回路６とが設けられている。

【0039】

前記電圧測定回路５は、前記列電圧を分圧して出力するものである。したがって列電圧測定値は、列電圧に分圧比を乗じた値となる。ここではＬＥＤ列１のアノード端子とグラウンド間に設けられた２つの抵抗素子５１によって構成されており、これら抵抗素子５１間に現れる分圧が前記列電圧測定値として出力される。

【0040】

前記指示回路６は、前記制御処理回路７に組み込まれたものである。すなわち、該制御処理回路７が前記メモリに格納されたプログラムに従って動作することにより、前記列電圧測定値から換算される列電圧よりも小さく、かつ列電圧に最も近い降下電圧が設定された定電圧降下回路２１を選択して、その定電圧降下回路２１が動作するよう、前記選択回路４に指示信号を出力して、対応するスイッチ素子４１をＯＮにする指示回路６としての機能を発揮するように構成してある。

【0041】

このような構成によれば、列電圧の異なる複数種のＬＥＤ光照射装置に対応できる。

【0042】

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

【0043】

例えば、前記実施形態においては、指示回路６によりどの定電圧降下回路２１を用いるか、指示回路６が電圧測定回路５の出力電圧に基づき選択、設定していたが、指示回路６が受け付けた調光値に応じて選択、設定するようにしてもよく、その他、自動的に設定するのではなく、指示回路６を設けず、オペレータによる入力で設定できるようにしてもよい。

【0044】

また、前記実施形態においては、検知電圧とあらかじめ定めた一定の正常値とを比較することによって玉切れを判断していたが、この正常値を検知電圧によって次々更新してもよい。すなわち、例えば、検知電圧を、一定時間間隔でサンプリングし、前回乃至数回前にサンプリングした検知電圧を正常値として次々メモリの内容を書き換えてゆき、その正常値と現在検知電圧とを比較して玉切れを検知するようにしてもよい。このようにすれば、正常に点灯しているにもかかわらず、経年変化で順方向電圧が徐々に変動することによって、玉切れと誤判断される事態を回避することができる。

【0045】

その他、例えば、前記抵抗回路２２の抵抗素子２２ａを１つとしてもよい。このようなものであれば、分圧比は１（分圧されない）となるので、耐ノイズ性が最大となる。また、検知回路２において、分圧比の異なる複数の抵抗回路２２を設けて、いずれかの抵抗回路２２を用いるようにしてもよい。定電圧降下回路２１は、ツェナーダイオード２１ａを用いず、例えばトランジスタやＦＥＴによって構成してもよいし、ツェナーダイオード２１ａの降伏電圧を増減して降下電圧を変更すべく、トランジスタやＦＥＴなどの回路を付加してもよい。

【0046】

その他、本発明は前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のは言うまでもない。

【符号の説明】

【0047】

Ｓ・・・ＬＥＤ光照射システム
１００・・・玉切れ検知機構
２００・・・ＬＥＤ光照射装置
１・・・ＬＥＤ列
１１・・・ＬＥＤ
２・・・検知回路
２１・・・定電圧降下回路
２１ａ・・・ツェナーダイオード
２２・・・抵抗回路
２２ａ・・・抵抗素子
３・・・玉切れ判断回路
４・・・選択回路
５・・・電圧測定回路

【図1】