東日本大震災の影響による電力不足が社会的な大きな問題となり、電力消費の抑制が喫緊の課題になっている。国内電力使用量の約2 割が照明用途であり、一般照明としてのLED 照明が節電・省エネの即効性のある対策として関心が高まっている。

LED 照明の普及を後押しするのが白色LED の技術進歩である。白色LED パッケージの発光効率はすでに150lm/W に達するものもあり、蛍光灯を上回る効率となっている。蛍光灯の4倍近いLED 照明の寿命を考えると、総合コストで十分蛍光灯の代替照明となる。

マシンビジョン用の光源は大きくは、LED、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、蛍光灯に分類される。古くはハロゲンランプや蛍光灯が主役であったが、LEDの高輝度化によりその領域を拡大し続け、今や最も多く利用されている光源となっている。これは近年の凄まじい高輝度化に加え、点光源の組み合わせによる形状の自由度、高い指向性による高効率照射、波長の選択性、スイッチングに強く高速な応答性、高効率で低消費電力そして長寿命、これらの利点が幅広く支持された結果であろう。

マシンビジョンでLED照明を採用する上でのさまざまな利点を上げたが、さらなる品質向上のためにはいくつか課題もある。

2.1  LED個々の明るさのバラツキ

ひとつは複数光源の集合であるがゆえの個々の明るさのバラツキである。原因のひとつはLED個々の光度のバラツキである。これにはLEDメーカーが光度測定による選別を行い、ランクを設けることで同一ランク内でのバラツキ幅を小さくすることで対応している。

もうひとつは順電圧のバラツキである。LED照明は通常数個直列に接続し、これを複数並列で接続した回路で構成されている。順電圧のバラツキによりこの並列回路間で電流のバラツキが生じ、結果明るさのバラツキに直結する。

2.2  自己発熱や周囲環境の変化による明るさの変動

LEDは点灯により発光層の温度が上昇し、温度が高くなるほど発光効率は低下する。特に赤色で顕著に低下する。これにはLEDチップから筐体までの熱抵抗を下げる、筐体の表面積を増やして熱放射を増やすなどの放熱対策を行ってきた。それでも満足のいく十分な効果は得られていなかった。

2.3  長期的な変動に対する明るさの管理

LEDの性能が向上し寿命も飛躍的に延びた。最近のLED単体では４万時間で30％の光度低下と言われている。マシンビジョンシステムでは照明が一定の明るさレベルを維持することで、画像処理の性能を担保している。よって長期的な光量の低下には調光値の調整によってそのシステムを維持している。LED 照明は高速な応答性でON/OFF 制御が可能であるため、必要なタイミングのみ点灯することで、点灯の積算時間を短くし光量の低下を遅らせている。しかし調光値の調整が不要になるわけではなく、ユーザーはシステム維持のための明るさ管理を強いられている。

これらの課題解決に向けて、より高精度な調光設定および明るさ管理に対するオプテックス・エフエーの取り組みについて紹介する。