JP6520469B2 - Ｌｅｄ点灯装置及び照射装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤ点灯装置及びそれを用いた照射装置に関する。

特許文献１は、各種キノコ類の育成用の発光ダイオード照明器具を開示する。この照明器具は、発光ダイオードからなる光源、及び光源を点滅するためのパルス電流を光源に供給するＰＷＭ回路を備える。そして、パルス電流の波形は所定周波数及び所定オンデューティの矩形波、鋸波、山形波からなる群から選ばれる１つであることが好ましいことが開示されている。

特開２００９−１７１９０４号公報

特許文献１に開示されるように、特定のパルス電流が反復的にＬＥＤに投入され、そのＬＥＤ電流に応じてＬＥＤの照度が増減される特殊用途のＬＥＤ点灯装置が知られている。このようにＬＥＤ点灯装置の照射対象物あるいは用途に応じてＬＥＤに特定波形の電流を投入する場合、電流平均値、電流実効値及び電流ピーク値といった各要素を考慮してＬＥＤ電流波形を決定する必要がある。例えば、電流平均値は照射対象物において実質的に得られる光量を決定し、電流実効値はＬＥＤの定格電流値（寿命）による制約を受け、電流ピーク値は照射対象物における光学的な反応性に影響する。したがって、反復的に増減するＬＥＤ電流によって光照射を行う場合には、上記電流の各値のバランスを考慮してＬＥＤ電流波形が決定されることが望ましい。

そこで、本発明は、平均値、実効値及びピーク値のバランスを考慮して最適に決定される出力電流をＬＥＤに供給可能なＬＥＤ点灯装置及びそれを用いた照射装置を提供することを課題とする。

本発明の第１の形態のＬＥＤ点灯装置は、ＬＥＤに出力電流を供給する直流電源回路と、ＬＥＤの光出力を検出して光出力の平均値を光量検出値として出力する光量検出部と、振幅がゼロ−ピークの連続する三角波又は鋸波の出力基準波を生成し、光量検出値が目標値に一致するように出力基準波のピーク値を決定する基準波処理部と、出力電流が出力基準波の増幅波形となるように直流電源回路を駆動する駆動部とを備える。

上記ＬＥＤ点灯装置によると、ゼロ−ピークを振幅とする連続する三角波又は鋸波の電流がＬＥＤに供給され、電流平均値に依存する光量が一定に制御される。これにより、パルス矩形波のＬＥＤ電流に比べて、ＬＥＤ電流実効値の定格値に対して大きなマージンを得た状態での光量のフィードバック制御が可能となり、ＬＥＤ電流の制御性が向上する。別の見方をすると、パルス矩形波のＬＥＤ電流を用いるＬＥＤ点灯装置に比べて、ＬＥＤ点灯装置（直流電源回路）の電流容量を増加させることなく、又はＬＥＤの素子数を増加させることなく、すなわち、小型かつ簡素な構成でより多くの光量を得ることが可能となる。このように、ＬＥＤ点灯装置において、平均値、実効値及びピーク値のバランスを考慮して最適に決定される出力電流をＬＥＤに供給することが可能となる。

また、上記ＬＥＤ点灯装置は、出力電流を検出して出力電流の実効値を電流検出値として出力する電流検出部を更に備え、基準波処理部は、電流検出値が上限値以下となる範囲で出力基準波のピーク値を制御するように構成される。これにより、三角波電流がＬＥＤに通電される構成においても確実にＬＥＤの寿命が確保される。

本発明の第２の形態のＬＥＤ点灯装置は、ＬＥＤに出力電流を供給する直流電源回路と、ＬＥＤの光出力を検出して光出力の平均値を光量検出値として出力する光量検出部と、出力電流を検出して出力電流の実効値を電流検出値として出力する電流検出部と、三角波又は鋸波からなる第１の基準波が、一定直流波からなる第２の基準波以上である期間においては第１の基準波を、第１の基準波が第２の基準波未満である期間においては第２の基準波を出力基準波として出力し、電流検出値が上限値に達した場合に、光量検出値が目標値に一致しかつ電流検出値が上限値に一致するように、第１の基準波におけるピーク値及びオンデューティの少なくとも一方並びに第２の基準波の値を決定する基準波処理部と、出力電流が出力基準波の増幅波形となるように直流電源回路を駆動する駆動部とを備える。

上記ＬＥＤ点灯装置によると、ＬＥＤの発光効率が低下した場合であっても、三角波又は鋸波の電流がＬＥＤに供給されつつ、電流平均値に依存する光量及び電流実効値が一定に制御されるので、ＬＥＤ電流の制御性が向上する。このように、ＬＥＤ点灯装置において、平均値、実効値及びピーク値のバランスを考慮して最適に決定される出力電流がＬＥＤに供給可能となる。

また、基準波処理部は、電流検出値が上限未満となる範囲においては、第１の基準波を振幅がゼロ−ピークの三角波又は鋸波とするとともに第２の基準波の値をゼロとするように構成される。これにより、三角波又は鋸波のＬＥＤ電流において、発光効率の変化にかかわらず常に最大のピーク値が得られる。

上記第１又は第２の形態のＬＥＤ点灯装置において、電流検出値が上限値に達したことを報知する報知手段が更に設けられてもよい。電流検出値が上限値に達する状況はＬＥＤの発光効率が低下した状態であることから、ユーザは上記報知によってＬＥＤの寿命又はＬＥＤ設置環境（温度状態）の適否を判断することができる。

また、上記第１又は第２の形態のＬＥＤ点灯装置において、直流電源回路がＤＣ／ＤＣコンバータを備え、出力基準波の周波数が１ｋＨｚ以上１０ｋＨｚ以下であることが好ましい。このように、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力段において一般的に使用される駆動周波数よりも低い周波数で出力電流の増減の制御が行われるので、簡素な構成で確実に電流波形が制御可能となる。

本発明の照射装置は、上記いずれかのＬＥＤ点灯装置と、ＬＥＤとを備える。これにより、上記ＬＥＤ点灯装置と同様に、平均値、実効値及びピーク値のバランスを考慮して最適に決定される出力電流がＬＥＤに供給可能な照射装置が実現される。また、パルス矩形波のＬＥＤ電流を採用するものに比べて、ＬＥＤ点灯装置（直流電源回路）の電流容量を増加させることなく、又はＬＥＤの素子数を増加させることなく、すなわち、小型かつ簡素な構成でより多くの光量を得ることが可能な照射装置が実現される。

本発明の第１及び第２の実施形態によるＬＥＤ点灯装置及びそれを用いた照射装置のブロック図である。 第１の実施形態におけるＬＥＤ電流波形を示す図である。 図１のＬＥＤ点灯装置における電源回路の一例を示す図である。 第１の実施形態のＬＥＤ点灯装置における制御回路の一例を示す図である。 第１の実施形態のＬＥＤ点灯装置における制御回路の一例を示す図である。 第２の実施形態のＬＥＤ点灯装置における制御回路の一例を示す図である。 第２の実施形態におけるＬＥＤ電流波形例を説明する図である。 第２の実施形態におけるＬＥＤ電流波形例を説明する図である。 第２の実施形態におけるＬＥＤ電流波形例を説明する図である。 第２の実施形態におけるＬＥＤ電流波形例を説明する図である。 本発明の変形例によるＬＥＤ電流波形を示す図である。 本発明の変形例によるＬＥＤ点灯装置を示す図である。 比較例のＬＥＤ電流波形を示す図である。

＜第１の実施形態＞
図１に、本発明の第１の実施形態によるＬＥＤ点灯装置１及びそれを用いた照射装置３のブロック図を示す。照射装置３はＬＥＤ点灯装置１及びＬＥＤ２を備える。ＬＥＤ点灯装置１は、主電流回路からなる直流電源回路１０及び小信号回路からなる制御回路２０を備え、交流電源ＡＣからの交流電流を直流変換し、図２に示すような反復的な三角波の直流電流をＬＥＤ２に供給する。この三角波の詳細については後述する。なお、図１においては、ＬＥＤ２として直列接続された２個のＬＥＤ素子を図示するが、任意数のＬＥＤ素子が直列接続又は直並列接続され得る。このような三角波のＬＥＤ電流によってＬＥＤ２を発光させる照射装置３は、例えば、印刷、キュア分野等において紫外線によって被照射物を硬化又は変質させる照射装置、蛍光観察において蛍光物質への励起光を照射する照射装置といった種々の照射装置として採用される。

ここで、図９（比較例）及び図２を参照して、同じ実効値Ｉｒｍｓを有するパルス矩形波及び三角波（振幅がゼロ−ピークの連続する三角波）について検討する。図９にピーク値Ｉｐｐ、オンデューティＤ（％）及び周期Ｔのパルス矩形波を示し、図２にピーク値Ｉｔｐ及び周期Ｔの三角波を示す（周期Ｔは各波形の実効値、平均値及びピーク値に影響しない）。なお、本明細書において、連続する三角波又は連続三角波とは、図２に示すような振幅値がゼロとなる期間が継続することのない三角波をいうものとする。

図９に示すようなパルス矩形波の平均値Ｉｐａ及びピーク値Ｉｐｐは、
Ｉｐａ＝√Ｄ×Ｉｒｍｓ
Ｉｐｐ＝１／√Ｄ×Ｉｒｍｓ
である。
図２に示すような連続三角波の平均値Ｉｔａ及びピーク値Ｉｔｐは、
Ｉｔａ＝√３／２×Ｉｒｍｓ
Ｉｔｐ＝√３×Ｉｒｍｓ
である。
そして、連続三角波と同じピーク値を得るためのパルス矩形波のオンデューティＤは、
Ｄ＝１／３
となる。したがって、パルス矩形波と連続三角波とが同じ実効値Ｉｒｍｓ及び同じピーク値√３×Ｉｒｍｓを有する場合に、パルス矩形波の平均値Ｉｐａは、
Ｉｐａ＝１／√３×Ｉｒｍｓ≒０．５８×Ｉｒｍｓ
であるのに対して、連続三角波の平均値Ｉｔａは、
Ｉｔａ＝√３／２×Ｉｒｍｓ≒０．８７×Ｉｒｍｓ
であり、パルス矩形波の平均値Ｉｐａよりも高い。

これは、同じピーク電流（ピーク照度）でＬＥＤ２の定格実効電流まで電流を投入する場合、パルス矩形波の平均電流Ｉｐａよりも連続三角波の平均電流Ｉｔａの方が高く（約１．５倍）、連続三角波のＬＥＤ電流によってより多くの光量が得られることを意味している。したがって、振幅をゼロ−ピークとする連続三角波のＬＥＤ電流は、上述した照射装置３における電流波形として有用である。

直流電源回路１０は、整流回路１１及びＤＣ／ＤＣコンバータ１２を含む。図３に、直流電源回路１０の一例を示す。整流回路１１はダイオードブリッジからなり、入力電圧を全波整流する。なお、必要に応じてダイオードブリッジの前段にノイズフィルタ、電流ヒューズ等が接続される。また、入力電源が直流電源の場合には整流回路１１はなくてもよい。本例では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、力率改善回路１２０（昇圧チョッパ回路）及び降圧チョッパ回路１３０を含む。

力率改善回路１２０は、入力コンデンサ１２１、インダクタ１２２、スイッチング素子１２３、ダイオード１２４及びコンデンサ１２５を含む。降圧チョッパ回路１３０は、スイッチング素子１３１、インダクタ１３２、ダイオード１３３、コンデンサ１３４及び電流検出抵抗１３５を含む。詳細は後述するように、スイッチング素子１２３及び１３１は、制御回路２０の駆動部２８によってそれぞれ所定のオン幅でＰＷＭ駆動される。力率改善回路１２０においては、スイッチング素子１２３のオン期間にインダクタ１２２にエネルギーが蓄えられ、スイッチング素子１２３のオフ期間にそのエネルギーがダイオード１２４を介してコンデンサ１２５に充電される。降圧チョッパ回路１３０においては、スイッチング素子１３１がオンの期間においては、コンデンサ１３４→スイッチング素子１３１→インダクタ１３２→ＬＥＤ２→電流検出抵抗１３５に出力電流が流れ、インダクタ１３２にエネルギーが蓄えられる。スイッチング素子１３１がオフの期間においては、インダクタ１３２に蓄えられたエネルギーをもとに、インダクタ１３２→ＬＥＤ２→電流検出抵抗１３５→ダイオード１３３に出力電流が流れる。コンデンサ１３４は出力電圧及び電流を平滑化する。

電流検出抵抗１３５は低抵抗素子からなり、ＬＥＤ２のカソード端とコンデンサ１３４の低電位端との間に接続される。電流検出抵抗１３５の両端にはＬＥＤ２に流れる電流に応じた電圧が発生し、その電圧値が実質的にＤＣ／ＤＣコンバータ１２の出力電流（ＬＥＤ電流）の実効値の検出値となる。なお、電流検出抵抗１３５は後述の電流検出部２３の一部を構成する。

図１に戻り、制御回路２０を説明する。制御回路２０は三角波発生部２１、光量検出部２２、電流検出部２３、基準波処理部２４及び駆動部２８を有し、基準波処理部２４は光量帰還部２５、電流帰還部２６及び演算部２７を含む。制御回路２０による処理の目的は、上述したように、ＬＥＤ電流を連続三角波とする前提において、ＬＥＤ電流の実効値がＬＥＤ２の定格を超えないようにする（寿命を確保する）とともに、ＬＥＤ電流の平均値に依存する光量を所望の値とすることにある。

三角波発生部２１は、連続的な三角波の入力基準波を生成し、基準波処理部２４の演算部２７に入力する。三角波発生部２１は、例えば、発振器によって生成されたパルス矩形波を積分回路によってフィルタリングして三角波の入力基準波を生成する。入力基準波の周波数は１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚ程度であればよい。

光量検出部２２は、検出光の強度を電気信号に変換する受光素子及びその電気信号を積分（平滑化）する積分回路を含む。受光素子は、ＬＥＤ２の照射光の一部を取り込むことができる位置に配置される。光量検出部２２によって得られる平滑化された電気信号はＬＥＤ２の光出力の平均値（光量）を示し、これはＬＥＤ電流の平均値に依存する。光量検出部２２によって得られる検出値（以下、「光量検出値」という）は基準波処理部２４の光量帰還部２５に入力される。

電流検出部２３は、上述した電流検出抵抗１３５に発生する電圧を取得する。電流検出部２３によって得られる電圧は実質的にＬＥＤ電流の実効値を示す。電流検出部２３によって得られる検出値（以下、「電流検出値」という）は基準波処理部２４の電流帰還部２６に入力される。

基準波処理部２４は、三角波発生部２１から入力された入力基準波に基づいて、振幅がゼロ−ピークの出力基準波を生成して駆動部２８に入力し、この際に、電流検出値が上限値以下となる範囲で光量検出値が目標値に一致するように出力基準波のピーク値を決定する。すなわち、出力基準波はゼロ−ピークを振幅とする連続三角波であり、そのピーク値が制御される。出力基準波の周波数は入力基準波と同じ周波数（１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚ）であるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１のスイッチングにおいて一般的に使用される駆動周波数（数１０ｋＨｚ〜数１００ｋＨｚ）よりも低い周波数で出力電流の増減の制御が行われることになり、電流波形が簡素な構成で確実に制御可能となる。

図４Ａ及び図４Ｂに基準波処理部２４の構成例を示す。概略として、基準波処理部２４において、光量帰還部２５は光量（実質的にＬＥＤ電流の平均値）のフィードバック制御用の回路であり、電流帰還部２６は出力電流（実質的にＬＥＤ電流の実効値）のフィードバック制御用の回路であり、演算部２７において、いずれか一方のフィードバック制御が選択される。そして、演算部２７において、三角波発生部２１からの入力基準波及び光量帰還部２５又は電流帰還部２６のフィードバックの結果に応じて出力基準波が生成される。なお、コンデンサ１３４の容量は、駆動周波数に起因する電流リップルをフィルタリング（平滑化）しつつも出力基準波に起因する電流リップルをフィルタリングせずに通過させるように適宜設定される。

まず、図４Ａに示す構成について説明する。
光量帰還部２５はオペアンプ２５０を含む。オペアンプ２５０の負入力端子（−）には光量検出部２２によって検出された光量検出値が入力され、正入力端子（＋）には電圧源２５１から光量の目標値に対応する電圧が入力される。オペアンプ２５０の負入力端子と出力端子間には帰還素子２５２（抵抗、コンデンサ、又はこれらの直列回路若しくは並列回路、以下同じ）が接続される。オペアンプ２５０は、負入力端子に入力される電流検出値と、正入力端子に入力される電流目標値との誤差を増幅して出力する。言い換えると、選択回路２７４のダイオード２７５がオンされて光量フィードバックが選択されている場合には、オペアンプ２５０及び演算部２７によって、光量検出値が目標値に一致するように出力基準波のピーク値が決定される。

電流帰還部２６はオペアンプ２６０を含む。オペアンプ２６０の負入力端子（−）には電流検出部２３によって検出された電流検出値が入力され、正入力端子（＋）には電圧源２６１からＬＥＤ電流実効値の上限値に対応する電圧が入力される。オペアンプ２６０の負入力端子と出力端子間にも帰還素子２６２が接続される。オペアンプ２６０は、負入力端子に入力される電圧検出値と、正入力端子に入力される充電設定値との誤差を増幅して出力する。言い換えると、選択回路２７４のダイオード２７６がオンされて出力電流フィードバックが選択されている場合には、オペアンプ２６０及び演算部２７によって、電流検出値が上限値に一致するように出力基準波のピーク値が決定される。

演算部２７は、ＣＰＵ２７０、メモリ２７３及び選択回路２７４を含む。上述したように、選択回路２７４は、ダイオード２７５及び２７６からなるダイオードＯＲ回路からなり、オペアンプ２５０の出力端子電圧又はオペアンプ２６０の出力端子電圧のいずれか低い方に対してオンする。ダイオードＯＲ回路の共通アノードはＣＰＵ２７０の入力ポートに接続される。ＣＰＵ２７０は、例えばマイコンからなり、メモリ２７３は、データ、プログラム等を記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリである。

図４Ｂに示す構成は、上記の光量帰還部２５によるフィードバックと電流帰還部２６によるフィードバックの選択がＣＰＵ２７０内でソフトウェアによって行われる点が、図４Ａに示す構成と異なる。したがって、図４Ｂに示す構成において実行される処理は、図４Ａに関して上述した処理と実質的に同じである。

図４Ａ又は図４Ｂのいずれの場合においても、オペアンプ２５０による光量フィードバックが実行されている間はオペアンプ２６０による出力電流フィードバックの出力値は実質的に論理ハイに固定され、オペアンプ２６０による出力電流フィードバックが実行されている間はオペアンプ２５０による光量フィードバックの出力値は実質的に論理ハイに固定される。そして、ＣＰＵ２７０は、実行されているフィードバック制御におけるオペアンプ２５０又は２６０の出力値の増／減に対して出力基準波のピーク値を減／増させる。

駆動部２８は、出力電流が、基準波処理部２４（演算部２７）から入力される出力基準波の増幅波形となるようにＤＣ／ＤＣコンバータ１２を駆動する。すなわち、ゼロ−ピークを振幅とし、光量フィードバック又は出力電流フィードバックの結果によるピーク値を有する連続三角波の出力電流をＤＣ／ＤＣコンバータ１２が出力するように、駆動部２８がスイッチング素子１３１をＰＷＭ駆動する。より具体的には、スイッチング素子１３１のＰＷＭ制御において、駆動部２８は、出力基準波の三角波における上りエッジにおいて（ゼロからピークにかけて）オン幅を増加させていき、下りエッジにおいて（ピークからゼロにかけて）オン幅を減少させていく。なお、駆動部２８は、力率改善回路１２０の出力電圧がＬＥＤ２の順方向電圧Ｖｆの合計値以上となるようにスイッチング素子１２３をＰＷＭ駆動する。

実際の動作においては、例えば、ＬＥＤ２の累積使用時間、周囲温度変化等に起因する発光効率の変化に応じてフィードバック制御が切り換えられる。一般的に、ＬＥＤにおいて、同じＬＥＤ電流に対する光量は、経時的に減少し、温度上昇に対して減少する。概略として、ＬＥＤ２の累積使用時間が比較的短く、又は周囲温度が比較的低い場合には発光効率が相対的に高く、ＬＥＤ電流実効値の上限に対してマージンがある状態であるため、光量フィードバック（実質的に電流平均値のフィードバック）が選択される。一方、ＬＥＤ２の累積使用時間が比較的長く、又は周囲温度が比較的高い場合には発光効率が相対的に低く、出力電流フィードバック（実質的に電流実効値のフィードバック）が選択される。上述したように、光量フィードバックが選択されている間は出力基準波のピーク値が増減されるように制御され、出力電流フィードバックが選択されている間は出力基準波が固定される。

以上のように、本実施形態のＬＥＤ点灯装置１において、直流電源回路１０がＬＥＤ２に出力電流を供給し、光量検出部２２がＬＥＤ２の光出力を検出して光出力の平均値を光量検出値として出力する。そして、基準波処理部２４は、振幅がゼロ−ピークの連続する三角波の出力基準波を生成し、光量検出値が目標値に一致するように出力基準波のピーク値を決定し、駆動部２８により、出力電流が出力基準波の増幅波形となるように直流電源回路１０を駆動する。このように、ゼロ−ピークを振幅とする連続三角波の電流がＬＥＤ２に供給され、電流平均値に依存する光量が一定に制御される。これにより、パルス矩形波のＬＥＤ電流に比べて、ＬＥＤ電流実効値の定格値に対して大きなマージンを得た状態での光量のフィードバック制御が可能となり、ＬＥＤ電流の制御性が向上する。別の見方をすると、パルス矩形波のＬＥＤ電流が採用されるＬＥＤ点灯装置に比べて、ＬＥＤ点灯装置１（直流電源回路１０）の電流容量を増加させることなく、又はＬＥＤ２の素子数を増加させることなく、すなわち、小型かつ簡素な構成でより大きな光量を得ることが可能となる。このように、ＬＥＤ点灯装置１及び照射装置３において、平均値、実効値及びピーク値のバランスを考慮して最適に決定される出力電流をＬＥＤ２に供給することが可能となる。

また、基準波処理部２４が、電流検出部２３によって検出されるＬＥＤ電流の実効値が上限値（定格値）以下となる範囲で出力基準波のピーク値を制御するように構成されるので、三角波電流がＬＥＤ２に通電される構成においても確実にＬＥＤ２の寿命が確保される。

＜第２の実施形態＞
上記第１の実施形態ではＬＥＤ電流がゼロ−ピークを振幅とする連続三角波からなる構成を示したが、本実施形態では、特定の場合にＬＥＤ電流が三角波と一定直流波の合成波形からなる構成を示す。本実施形態のＬＥＤ点灯装置１においては、制御回路２０の演算部における基準波に関する処理、特に、電流検出値が上限値に達した後の処理が第１の実施形態のものと異なる。

本実施形態のＬＥＤ点灯装置１及びそれを用いた照射装置３のブロック図は、制御回路２０において演算部２７の代わりに演算部２９が採用される点を除いて、第１の実施形態に関して示した図１のブロック図と同様である。以降において、同様の構成には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。また、基準波処理部２４（演算部２９）において、ＬＥＤ電流の実効値が上限値に達するまでは第１の実施形態と同様の処理、すなわち、光量帰還部２５による光量フィードバック（実質的にＬＥＤ電流の平均値のフィードバック）が実行される。

図５に示すように、演算部２９はＣＰＵ２９０及びメモリ２９３からなり、ＣＰＵ２９０は基準波合成部２９１及び合成比調整部２９２を含む。ＣＰＵ２９０は、例えばマイコンからなり、メモリ２９３は、データ、プログラム等を記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリである。

基準波合成部２９１は、三角波発生部２１からの入力基準波に基づくゼロ−ピークを振幅とする三角波からなる三角基準波と、一定直流波（一定値）からなる一定基準波とを合成する。具体的には、基準波合成部２９１は、三角基準波が一定基準波以上である期間においては三角基準波を、三角基準波が一定基準波未満である期間においては一定基準波を、出力基準波として出力する。これにより、三角波と一定直流波が交互に出現する合成波、又は三角波が一定直流波に重畳された合成波が出力基準波として生成される（これらの出力基準波に対応する出力電流波形は後述の図６Ａ〜図６Ｄに示される）。三角基準波によって決まる出力基準波の周波数は、第１の実施形態と同様に入力基準波の周波数と同じ１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚ程度であればよい。

合成比調整部２９２は、電流検出値が上限値に達した場合に、光量検出値が目標値に一致しかつ電流検出値が上限値に一致するように、三角基準波におけるピーク値及びオンデューティの少なくとも一方並びに一定基準波の値を決定する。

ここで、同じ実効値Ｉｒｍｓを有する一定直流波（振幅がゼロであるもの）及び連続三角波（振幅がゼロ−ピークであるもの）について検討する。
一定直流波の平均値Ｉｃａは、
Ｉｃａ＝Ｉｒｍｓ
である。
三角波の平均値Ｉｔａは、第１の実施形態において説明したように、
Ｉｔａ＝√３／２×Ｉｒｍｓ
であり、一定直流波の平均値Ｉｃａよりも小さい。

すなわち、ＬＥＤ電流の実効値が上限値に達している状態（すなわち、上限値で一定となっている状態）においては、一定のＬＥＤ電流の方が連続三角波のＬＥＤ電流よりもその平均値が高く、より多くの光量が一定のＬＥＤ電流によって得られることになる。したがって、ＬＥＤ電流の実効値が上限値一定に固定されるという前提の下、出力基準波において三角基準波に対する一定基準波の割合が大きいほど、ピーク値は低減されるものの平均値は上昇する。すなわち、発光効率が低下することに起因してＬＥＤ電流の実効値が上限値に固定された状態であっても、三角基準波に対する一定基準波の割合を増加させることによって、ＬＥＤ２の目標の光出力の平均値（目標の電流平均値による光量）が得られることになる。

上記を踏まえて、合成比調整部２９２は、ＬＥＤ２の発光効率が所定値（電流実効値の上限値に対応する値）未満となって更に低下するにつれて、電流検出値（電流実効値）及び光量検出値（電流平均値）が一定となるように、三角基準波におけるピーク値又はオンデューティを減少させるとともに一定基準波の値を上昇させる。図６Ａ〜図６Ｄに、基準波処理部２４（特に、合成比調整部２９２）によって制御される出力電流（ＬＥＤ電流）の例を示す。なお、各図において、図面は寸法通りとは限らない。

図６Ａの例において、上段（Ｓ１）から下段（Ｓ３）にかけて、ＬＥＤ２の発光効率が低下していくものとする。ＬＥＤ電流の実効値が上限値に達した状態（Ｓ１）では、三角基準波の増幅電流ｉ１のみが現われ、そのピーク値はＩ１である（状態（Ｓ１）よりも発光効率が高い状態においては、ピーク値はＩ１よりも低いものとする（以下同じ））。その後、ＬＥＤ２の発光効率が低下した状態（Ｓ２）において、三角基準波の増幅電流ｉ１のピーク値がＩ１からＩ２に低減され、一定基準波による一定値Ｉ３の増幅電流ｉ２が現われ、出力電流（ＬＥＤ電流）は増幅電流ｉ１及びｉ２の合成波形となる。その後、ＬＥＤ２の発光効率が更に低下した状態（Ｓ３）では、上記合成波形において三角基準波の増幅電流ｉ１のピーク値がＩ２からＩ４に更に低減され、一定基準波の増幅電流ｉ２の値がＩ３からＩ５に上昇される。

図６Ｂの例において、上段（Ｓ１）から下段（Ｓ３）にかけて、ＬＥＤ２の発光効率が低下していくものとする。ＬＥＤ電流の実効値が上限値に達した状態（Ｓ１）では、三角基準波の増幅電流ｉ１のみが現われ、そのピーク値はＩ１である。その後、ＬＥＤ２の発光効率が低下した状態（Ｓ２）において、三角基準波の増幅電流ｉ１のピーク値はＩ１に維持された状態でそのオンデューティが１００％からＤ１％に低減される。また、一定基準波による一定値Ｉ６の増幅電流ｉ２が現われ、出力電流（ＬＥＤ電流）は増幅電流ｉ１及びｉ２の合成波形となる。その後、ＬＥＤ２の発光効率が更に低下した状態（Ｓ３）では、上記合成波形において、三角基準波の増幅電流ｉ１のピーク値はＩ１に維持された状態でそのオンデューティがＤ１％からＤ２％に更に低減され、一定基準波の増幅電流ｉ２の値がＩ６からＩ７に上昇される。

図６Ｃの例において、上段（Ｓ１）から下段（Ｓ３）にかけて、ＬＥＤ２の発光効率が低下していくものとする。ＬＥＤ電流の実効値が上限値に達した状態（Ｓ１）では、三角基準波の増幅電流ｉ１のみが現われ、そのピーク値はＩ１である。その後、ＬＥＤ２の発光効率が低下した状態（Ｓ２）において、三角基準波の傾斜が維持された状態でそのピーク値がＩ１からＩ８に低減される（言い換えると、三角基準波の傾斜が維持された状態でそのオンデューティが低減される）。また、一定基準波による一定値Ｉ９の増幅電流ｉ２が現われ、出力電流（ＬＥＤ電流）は増幅電流ｉ１及びｉ２の合成波形となる。その後、ＬＥＤ２の発光効率が更に低下した状態（Ｓ３）では、上記合成波形において三角基準波の傾斜が維持された状態でそのピーク値がＩ８からＩ１０に更に低減され（言い換えると、三角基準波の傾斜が維持された状態でそのオンデューティが更に低減され）、一定基準波の増幅電流ｉ２の値がＩ９からＩ１１に上昇される。

図６Ｄの例において、上段（Ｓ１）から下段（Ｓ３）にかけて、ＬＥＤ２の発光効率が低下していくものとする。ＬＥＤ電流の実効値が上限値に達した状態（Ｓ１）では、三角基準波の増幅電流ｉ１のみが現われ、そのピーク値はＩ１である。その後、ＬＥＤ２の発光効率が低下した状態（Ｓ２）において、三角基準波の増幅電流ｉ１のピーク値がＩ１からＩ１２に低減されるとともにボトム値が０からＩ１３に上昇され、その振幅が低減される。言い換えると、出力電流（ＬＥＤ電流）は、振幅Ｉ１２−Ｉ１３の増幅電流ｉ１が、一定値Ｉ１３の増幅電流ｉ２でオフセットされた合成波形となる。その後、ＬＥＤ２の発光効率が更に低下した状態（Ｓ３）において、三角基準波の増幅電流ｉ１のピーク値がＩ１２からＩ１４に更に低減されるとともにボトム値がＩ１３からＩ１５に更に上昇され、その振幅が低減される。言い換えると、出力電流（ＬＥＤ電流）は、振幅Ｉ１４−Ｉ１５の増幅電流ｉ１が、一定値Ｉ１５の増幅電流ｉ２でオフセットされた合成波形となる。

なお、上記いずれの出力電流の処理においても、ＬＥＤ２の発光効率が著しく低下した場合には、ＬＥＤ電流波形における三角波の占める割合が大幅に減少し、本来の目的である三角波電流によるＬＥＤ照射の効果が減殺される可能性がある。したがって、例えば図６Ａ〜図６Ｄの各状態（Ｓ３）のように、ＬＥＤ２の発光効率が下限値を下回った場合（例えば、三角基準波のピーク値が所定値を下回った場合又は一定基準波の値が所定値を超えた場合）には、制御回路２０がＤＣ／ＤＣコンバータ１２を動作させないようにすることが好ましい。

以上のように、本実施形態のＬＥＤ点灯装置１において、直流電源回路１０がＬＥＤ２に出力電流を供給し、光量検出部２２がＬＥＤ２の光出力を検出して光出力の平均値を光量検出値として出力し、電流検出部２３が出力電流を検出して出力電流の実効値を電流検出値として出力する。そして、基準波処理部２４は、三角基準波が一定基準波以上である期間においては三角基準波を、三角基準波が一定基準波未満である期間においては一定基準波を出力基準波として出力し、電流検出値が上限値に達した場合に、光量検出値が目標値に一致しかつ電流検出値が上限値に一致するように、三角基準波におけるピーク値及びオンデューティの少なくとも一方並びに一定基準波の値を決定する。そして、駆動部２８が、出力電流が出力基準波の増幅波形となるように直流電源回路１０を駆動する。このように、ＬＥＤ２の発光効率が低下した場合であっても、三角波又は鋸波の電流がＬＥＤ２に供給されつつ、電流平均値に依存する光量及び電流実効値が一定に制御されるので、ＬＥＤ電流の制御性が向上する。したがって、ＬＥＤ点灯装置１及び照射装置３において、平均値、実効値及びピーク値のバランスを考慮して最適に決定される出力電流をＬＥＤ２に供給することが可能となる。

また、上記のように、電流検出値が上限未満となる範囲においては、三角基準波がゼロ−ピークを振幅とする連続する三角波となり、一定基準波の値がゼロとなるように基準波処理部２４が動作する。これにより、三角波のＬＥＤ電流において、発光効率の変化にかかわらず常に最大のピーク値が得られる。

＜変形例＞
以上に本発明の好適な実施形態を示したが、本発明は、例えば以下に示すように種々の態様に変形可能である。

（１）ＬＥＤ電流波形の変形
上記第１の実施形態においては、立上りの傾斜と立下りの傾斜の絶対値が等しい対称的な連続三角波のＬＥＤ電流を示したが、立上りの傾斜と立下りの傾斜の絶対値は異なる非対称な連続三角波のＬＥＤ電流が採用されてもよい。また、ＬＥＤ電流は、図７に示すようなゼロ−ピークを振幅とする連続する鋸波であってもよい。また、第２の実施形態においても、三角基準波は、立上りの傾斜と立下りの傾斜の絶対値が異なる非対称な三角波であってもよいし、鋸波であってもよい。

（２）直流電源回路１０の変形
上記実施形態においては、直流電源回路１０のＤＣ／ＤＣコンバータ１２が力率改善回路１２０及び降圧チョッパ回路１３０を備える構成としたが、直流電源回路１０の構成はこれに限られない。例えば、降圧チョッパ回路１３０の代わりにフライバック回路を用いてもよい。また、比較的短時間（１００ｍｓ〜５００ｍｓ程度）での閃光照射を目的として、力率改善回路１２０の代わりに蓄電素子及びその充電回路を設け、その蓄電素子から降圧チョッパ回路１３０が給電されるようにしてもよい。ただし、これらの場合も、出力電流の制御性（１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚ程度での増減）を考慮して出力側のコンデンサの容量が適切に設定されるものとする。また更に、直流電源回路１０は、出力電流をプログラミング可能な安定化電源装置等であってもよい。

（３）報知手段の追加
図９に示すように、上記各実施形態において、電流検出値（ＬＥＤ電流実効値）が上限値に達した場合に、その旨をユーザに報知する報知部３０が設けられてもよい。この場合、電流帰還部２６の出力に基づいて電流検出値が上限値に達したと判定される場合に演算部２７及び２９が報知部３０を作動させ、これにより報知部３０が報知動作を実行する。また、第２の実施形態においては、合成比調整部２９２の動作によって三角基準波のピーク値が所定値を下回った場合又は一定基準波の値が所定値を超えた場合に演算部２９が報知部３０を作動させ、報知部３０が更なる報知動作を実行してもよい。

報知部３０は、ＬＥＤ等による発光表示、液晶表示等による視覚的表示、ブザー、音声等による聴覚的表示、又はこれらの組合せによる報知手段であればよい。例えば、照射装置３に操作パネルの画面が設けられている場合には、その画面上において上記報知が行われればよい。上述したように、電流検出値が上限値に達する状況はＬＥＤ２の発光効率が低下した状態であることから、報知部３０による報知によってユーザはＬＥＤ２の寿命（ＬＥＤ２の交換タイミング）又は設置環境の適否（温度状態の適否）を判断することができる。

１ ＬＥＤ点灯装置
２ ＬＥＤ
３ 照射装置
１０ 直流電源回路
１２ ＤＣ／ＤＣコンバータ
２０ 制御回路
２２ 光量検出部
２３ 電流検出部
２４ 基準波処理部
２８ 駆動部
３０ 報知部

Claims (5)

1. ＬＥＤ点灯装置であって、
   ＬＥＤに出力電流を供給する直流電源回路と、
   前記ＬＥＤの光出力を検出して該光出力の平均値を光量検出値として出力する光量検出部と、
   前記出力電流を検出して該出力電流の実効値を電流検出値として出力する電流検出部と、
   三角波又は鋸波からなる第１の基準波が、一定直流波からなる第２の基準波以上である期間においては前記第１の基準波を、前記第１の基準波が前記第２の基準波未満である期間においては前記第２の基準波を出力基準波として出力し、前記電流検出値が上限値に達した場合に、前記光量検出値が目標値に一致しかつ前記電流検出値が前記上限値に一致するように、前記第１の基準波におけるピーク値及びオンデューティの少なくとも一方並びに前記第２の基準波の値を決定する基準波処理部と、
   前記出力電流が前記出力基準波の増幅波形となるように前記直流電源回路を駆動する駆動部と
   を備えたＬＥＤ点灯装置。
2. 請求項１に記載のＬＥＤ点灯装置において、前記基準波処理部が、前記電流検出値が前記上限未満となる範囲においては、前記第１の基準波を振幅がゼロ−ピークの連続する三角波又は鋸波として前記第２の基準波の値をゼロとするように構成された、ＬＥＤ点灯装置。
3. 前記電流検出値が前記上限値に達したことを報知する報知手段を更に備えた請求項２に記載のＬＥＤ点灯装置。
4. 前記直流電源回路がＤＣ／ＤＣコンバータを備え、前記出力基準波の周波数が１ｋＨｚ以上１０ｋＨｚ以下である、請求項１から３のいずれか一項に記載のＬＥＤ点灯装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載のＬＥＤ点灯装置と、前記ＬＥＤとを備えた照射装置。

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