JP2004030927A - フィラメントランプ光量制御方法及びフィラメントランプ光量制御装置並びにフィラメントランプ光源装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】制御電圧に対してほぼ比例する光量変化特性を有するフィラメントランプを具える光源装置の制御方法及び光源制御装置並びに光源装置に関する。
【解決手段】ランプに直列に接続される電流検出センサーと、ランプの端子電圧Ｖと前記電流検出センサーの出力電圧ＶＩの積に比例する電圧ＶＷを生成する掛算回路と、制御電圧Ｖ１の平方根に比例する電圧Ｖ２を生成する平方根回路と、前記掛算回路の出力電圧ＶＷと前記平方根回路の出力電圧Ｖ２ とを比較して、誤差を最小に抑える誤差アンプ回路と、該誤差アンプ回路の出力端子に接続されて、該ランプに電力を供給する定電圧電源装置とにより構成し、制御電圧を制御することによりランプの光量を制御する。
【選択図】 図１
【解決手段】ランプに直列に接続される電流検出センサーと、ランプの端子電圧Ｖと前記電流検出センサーの出力電圧ＶＩの積に比例する電圧ＶＷを生成する掛算回路と、制御電圧Ｖ１の平方根に比例する電圧Ｖ２を生成する平方根回路と、前記掛算回路の出力電圧ＶＷと前記平方根回路の出力電圧Ｖ２ とを比較して、誤差を最小に抑える誤差アンプ回路と、該誤差アンプ回路の出力端子に接続されて、該ランプに電力を供給する定電圧電源装置とにより構成し、制御電圧を制御することによりランプの光量を制御する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィラメントランプを具える光源装置の制御方法及び光源制御装置並びに光源装置に関するものであり、特に、制御電圧に対してほぼ比例する光量変化特性を有するフィラメントランプを具える光源装置の制御方法及び光源制御装置並びに光源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
フィラメントランプを具える光源装置において、フィラメントランプの照度を変化させる場合の電源装置としては、定電圧装置を用いるのが一般的な方法であり、第２図は、ランプの印加電圧Ｖ７を制御電圧１５Ｖｃで変化させてフィラメントランプの光束１０Ｌｍを変化させる最も簡単な方法を示している。
図２において、ランプに印加される電圧７Ｖは制御電圧１５ＶＣの電圧に比例し、最大制御電圧時にランプに印加される電圧がランプの定格電圧となるように設定されている。この様な光源装置は、安価ではあるが、制御電圧１５ＶＣに対するランプの照度Ｌｘは、図で示されるように非線形で且つ急激に光量が変化し、所定の光量に設定するための微調整がしにくい欠点があった。
一方制御電圧に比例するようにこのランプの照度を変化させるには、２つの方法が考えられる。１つは、制御電圧に対する光量の非線形性に対応した逆変換を制御電圧にする方法であり、他の１つは、光量をフィードバックして、モニター光を制御電圧に比例させる方法である。しかし、これらの方法では、その装置が複雑となり、制御装置を安価に製造することが困難であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、制御電圧に対してランプの光量が比例関係になる光源の電源制御方法を確立し、特に調整の容易な廉価な光源制御方法及びその制御装置並びに光源装置を提供することである。
【０００４】
本発明の基本原理を説明するための基本的な説明ブロック図を図４に示してある。
第１制御電圧１Ｖ１とその電圧を平方根に変換する平方根回路２と平方根回路の出力電圧である第２制御電圧３Ｖ２と第２制御電圧Ｖ２に比例する電力をフィラメントランプ９に供給する定電力制御電源装置１６から構成されている。この構成によってランプの光束１０Ｌｍが第１制御電圧１Ｖ１に比例させることが可能となる。
【０００５】
一般に、ランプの定格電圧、定格電力、定格光束をそれぞれ、 Ｖ０，Ｗ０、Ｌｍ０とすると、フィラメントランプの印加電圧Ｖに対してその消費電力Ｗ、光束Ｌｍは、
【数１】
と表される。
式（１）の両式からランプの電圧比を消去すると
【数２】
となって、定格値に対するランプの光束比はランプで消費される電力比の２乗に近い値となる。図５は、消費電力の２乗と照度の関係を示しており、横軸にランプの消費電力の２乗、縦軸にランプの照度Ｌｘを表した時の定格電力１５０Ｗのハロゲンランプでの測定データを示してある。実線が実測値を表し、点線は（２．ｂ）式の理論値である。図５において破線の直線に近いほど（２．ｂ）式の近似式がランプの光の放射特性を忠実に再現していることになる。図５のグラフから（２．ｂ）式の点線の近似式でランプの光放射特性を表しても多少の誤差は有るものの、実用上十分に耐え得るものと考えられる。
【０００６】
フィラメントランプの物理的な光の放射特性（光束は、消費電力の２乗に比例する）と従来技術の電子回路を用いて、フィラメントランプを制御電圧に比例するように点灯出来る基本原理と手段を図４を用いて説明する。
図４の定電力制御電源１６において、ランプの定格電力Ｗ０に対応する第２制御電圧３Ｖ２を Ｖ２ｆとし、第２制御電圧３Ｖ２がゼロの時の供給電力をゼロとする。この定電力制御電源１６は第２制御電圧３Ｖ２に比例してランプに電力を供給する。よって、（２．ａ）式を第２制御電圧３Ｖ２で表すと、
【数３】
となる。
図４において、２は、第１制御電圧１Ｖ１の平方根を取ってＶ２として出力する平方根回路である。ここで第２制御電圧３Ｖ２の最大値をＶ２ｆとすると、その時の第１制御電圧１Ｖ１をＶ１ ｆとすると、
【数４】
の関係になっている。よって、（４）式を（３）式に代入し（３）式を第１制御電１Ｖ１で表すと、
【数５】
と表される。よって、図４のブロック図の回路構成でランプを駆動すると、第１制御電圧１Ｖ１の変化に対してランプの光束１０Ｌｍはほぼ比例することとなる。
以上の説明から、平方根回路２と定電力制御電源１６を図４のブロック図の様に組み合わせることによって、フィラメントランプの光放射特性の物理的な性質からフィラメントランプの光束Ｌｍ１０を第１制御電圧１Ｖ１に比例するようにフィラメントランプを点灯すことが出来ることとなる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、フィラメントランプの光量を制御するフィラメントランプ光量制御方法において、ランプの光量変化が消費電力の２乗にほぼ比例する特性を有するフィラメントランプに直列に接続される電流検出センサーと、該フィラメントランプの端子電圧Ｖと前記電流検出センサーの出力電圧ＶＩの積に比例する電圧ＶＷを生成する掛算回路と、制御電圧Ｖ１の平方根に比例する電圧Ｖ２を生成する平方根回路と、前記掛算回路の出力電圧ＶＷと前記平方根回路の出力電圧Ｖ２ とを比較して、誤差を最小に抑える誤差アンプ回路と、該誤差アンプ回路の出力端子に接続されて、該フィラメントランプに電力を供給する定電圧電源装置とにより構成し、前記制御電圧を制御することによりフィラメントランプの光量を制御することを特徴とする。
本発明は、フィラメントランプの光量を制御するフィラメントランプ光量制御方法において、電流検出センサーを電流検出抵抗Ｒにより構成したことを特徴とする。
本発明は、フィラメントランプの光量を制御するフィラメントランプ光量制御装置において、 ランプの光量変化が消費電力の２乗にほぼ比例する特性を有するフィラメントランプに直列に接続される電流検出センサーと、該フィラメントランプの端子電圧Ｖと前記電流検出センサーの出力電圧ＶＩの積に比例する電圧ＶＷを生成する掛算回路と、制御電圧Ｖ１の平方根に比例する電圧Ｖ２を生成する平方根回路と、前記掛算回路の出力電圧ＶＷと前記平方根回路の出力電圧Ｖ２ とを比較して、誤差を最小に抑える誤差アンプ回路と、該誤差アンプ回路の出力端子に接続されて、該フィラメントランプに電力を供給する定電圧電源装置とを具えたことを特徴とする。
本発明は、フィラメントランプの光量を制御するフィラメントランプ光量制御装置において、電流検出センサーを電流検出抵抗Ｒにより構成したことを特徴とする。
本発明は、フィラメントランプ光源装置において、ランプの光量変化が消費電力のほぼ比例する特性を有するフィラメントランプと、該フィラメントランプに直列に接続された電流検出センサーと、該フィラメントランプの電圧Ｖと前記電流検出センサーの出力電圧ＶＩの積に比例する電圧ＶＷを生成する掛算回路と、制御電圧Ｖ１の平方根に比例する電圧Ｖ２を生成する平方根回路と、前記掛算回路の出力電圧ＶＷと前記平方根回路の出力電圧Ｖ２ とを比較して、誤差を最小に抑える誤差アンプ回路と、該誤差アンプ回路の出力端子に接続されて、該フィラメントランプに電力を供給する定電圧電源装置とを具えたことを特徴とする。
本発明は、フィラメントランプ光源装置において、電流検出センサーを電流検出抵抗Ｒにより構成したことを特徴とする。
本発明は、フィラメントランプ光量制御方法において、フィラメントランプをハロゲンランプとしたことを特徴とする。
本発明は、フィラメントランプ光量制御装置において、フィラメントランプをハロゲンランプとしたことを特徴とする。
本発明は、フィラメントランプ光源装置において、フィラメントランプをハロゲンランプとしたことを特徴とする。
本発明は、フィラメントランプ光源装置において、フィラメントランプをハロゲンランプとするとともに、電流検出抵抗Ｒを０．０１オームとしたことを特徴とする。
本発明は、ハロゲンランプの光量を制御する顕微鏡用ハロゲンランプ光源装置において、光量変化が消費電力にほぼ比例する特性を有するハロゲンランプと、該ランプに直列に接続された電流検出センサーと、該ランプの電圧Ｖと前記電流検出センサーの出力電圧ＶＩの積に比例する電圧ＶＷを生成する掛算回路と、制御電圧Ｖ１の平方根に比例する電圧Ｖ２を生成する平方根回路と、前記掛算回路の出力電圧ＶＷと前記平方根回路の出力電圧Ｖ２ とを比較して、誤差を最小に抑える誤差アンプ回路と、該誤差アンプ回路の出力端子に接続されて、該ランプに電力を供給する定電圧電源装置とを具えたことを特徴とする。
本発明は、ハロゲンランプの光量を制御する顕微鏡用ハロゲンランプ光源装置において、電流検出センサーを電流検出抵抗Ｒにより構成したことを特徴とする。
【０００８】
図４に示される基本原理説明ブロック図に基ずいて、更に具体的な構成で示したブロックが、図１本発明のブロック図である。
フィラメントランプに直列に接続される電流検出センサーと、該フィラメントランプの電圧Ｖと前記電流検出センサーの出力電圧ＶＩの積に比例する電圧ＶＷを生成する掛算回路と、制御電圧Ｖ１の平方根に比例する電圧Ｖ２を生成する平方根回路と、該ランプで消費される電力に比例する電圧ＶＷと前記平方根回路の出力電圧Ｖ２ とを比較して、誤差を最小に抑える誤差アンプ回路と、その誤差アンプ回路の出力端子に接続された定電圧電源装置ととにより構成する。
この回路において、ランプ電流Ｉは、電流検出センサーとフィラメントランプ電流Ｉの積に比例する電圧ＶＩに変換されて、掛算回路１３において電圧ＶＩとランプ電圧Ｖの積に比例した電圧ＶＷが生成される。この電圧ＶＷはランプの消費電力Ｗに比例している。
さて、第１制御電圧Ｖ１は、平方根回路２で平方根演算を施され第２制御電圧Ｖ２が生成される。誤差アンプ４で第２制御電圧Ｖ２と電圧ＶＷが比較され、この電圧差が最小に成るように定電圧電源装置６がコントロールされランプ９に印加される電圧Ｖが生成される。
【０００９】
【実施例】
実施例−Ｉ
図６は、本発明の一実施例を示す。
図１の本発明のブロック図において、定格（１００Ｗ、１２Ｖ）のハロゲンランプを用いた場合の光量制御装置が図６の構成である。図６において、定電圧電源装置６からランプに印加された電圧７Ｖは、電流８Ｉを生成しランプと電流検出センサーである抵抗１１Ｒ（０．０１オーム）を通過し定電圧電源装置に還流する。この時、ランプにおいて消費される電力１０Ｗは、
【数６】
と表される。この電力は、光となって空間に放出されその関係は（２ａ）式に近似される。
ランプに流れる電流８Ｉは電流検出抵抗１１Ｒ（０．０１オーム）で電流検出電圧１２ＶＩ（＝Ｒ×Ｉ＝０．０１・Ｉ）に変換され、掛算回路１１において電流検出電圧１２ＶＩとランプ端子電圧７Ｖの積に比例した電圧１４ＶＷが生成される。電圧１４ＶＷはランプの消費電力１０Ｗに比例している。この電圧１４ＶＷは掛算回路１１で次式の様な定数
【数７】
で、ランプの定格電圧Ｖ０（１２Ｖ）、定格電力Ｗ０（１００Ｗ）、定格電流Ｉ０（８．３３Ａ）に対してＶｗが５Ｖに成るように掛算回路において正規化されている。
【００１０】
さて、入力範囲０Ｖ〜５Ｖの第１制御電圧１Ｖ１は平方根回路２で平方根演算を施され第２制御電圧３Ｖ２が生成される。この時、
【数８】
と変換されＶ１が５Ｖの時Ｖ２が５Ｖになるように設定されている。このためＶ１の入力範囲（０〜５Ｖ）に対してＶ２も０Ｖから５Ｖに変化する。
誤差アンプ４で第２制御電圧３Ｖ２と電圧１４ＶＷが比較され、この電圧差が最小に成るように定電圧電源装置がコントロールされて、ランプに印加される電圧７Ｖが生成される。この時、
【数９】
が成立する。（６）式、（７）式、（８）式、（９）式からＩ×Ｖ，ＶＷ，Ｖ２を消去すると第１制御電圧１Ｖ１に対して、ランプの消費電力１０Ｗは
【数１０】
と表される。よって、図６の実施例−１の制御回路を用いることによって、ランプの消費電力１０Ｗは、第１制御電圧１Ｖ１の平方根をとった値に比例する。ランプの消費電力１０Ｗに対するランプの放射光束１０Ｌｍの関係は（２）式で表され、測定データ図５に拠ってその関係が成立する事が証明されている。
（１０）式の両辺を２乗して式（２）に代入し、この（２）式からランプの消費電力Ｗを消去し（２）式のＬｍ０を１００Ｗハロゲンランプの定格放射光束Ｌｍ１００Ｗとすると
【数１１】
が得られ、ランプの放射光束１０Ｌｍは第１制御電圧１Ｖ１に比例するようになる。
なお、図６において、１５は、ＰＷＭＣを示し、Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ ＭｏｄｕｌａｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒである。
【００１１】
図７が、図６の実施例−Ｉの制御装置において、定格電圧１２Ｖ、定格電力１００Ｗのハロゲンランプでの測定データである。横軸に第１制御電圧１Ｖ１、左縦軸にランプの照度Ｌｘ、右縦軸にランプの印加電圧７Ｖを示す。実線がランプ照度をＬｘで測定した測定データ、破線がランプ印加電圧の測定データ、一点鎖線が第１制御電圧１Ｖ１に対するランプ照度Ｌｘの変化の理論値（１１）式を表している。図７のデータから、第１制御電圧１Ｖ１に対してランプの照度Ｌｘを比例させる本発明の図６の実施例−Ｉの制御装置において、ほぼ１．５％乃至ほぼ−６．５％の精度で目的が達成されたこと示している。
【００１２】
実施例−ＩＩ
図８は、本発明の実施例−ＩＩを示し、定格１５０Ｗ、１５Ｖのハロゲンランプを用いた制御回路である。回路構成は、図６とほぼ同様であり、
掛算回路１３の正規化定数をＲ４の抵抗を変えることによって１００Ｗ定格での正規化定数（７）式が
【数１２】
となり、前項と同様に第１制御電圧１Ｖ１に対してランプの消費電力１０Ｗは
【数１３】
と表される。
一方、（２）式のＬｍ０を１５０Ｗハロゲンランプの定格放射光束Ｌｍ１５０Ｗとすると、第１制御電圧１Ｖ１に対する光量変化は前項と同様の議論から
【数１４】
と表される。
なお、図８において、１５は、ＰＷＭＣを示し、Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ ＭｏｄｕｌａｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒである。
【００１３】
図８の実施例−ＩＩの回路構成において、第１制御電圧１に対するランプ電圧７とランプ光量Ｌｘを測定した１５０Ｗ定格のハロゲンランプでの測定結果が図９である。
即ち、横軸は、第１制御電圧、左縦軸は、ランプ照度（ルックスＬｘ）、右縦軸は、ランプ電圧を示し、実線が第１制御電圧Ｖ１に対するランプ光量の変化を表し、破線がランプ電圧を表している。
一点鎖線が第１制御電圧に対するランプ光量の理論値（１４）式を表す。
１５０Ｗハロゲンランプでの実施例である図９は、１００Ｗハロゲンランプでの実施例より誤差が多少大きく、ほぼ４％乃至−８％の精度ではあるが、同様に目的が達成されたことを示している。
【００１４】
画像処理技術の発達により画像処理による検査装置や製造装置が、広く使用されるようになってきている。適切な画像処理を精度良く行うためには、検査対象の鮮明な画像を得る事が必要不可欠であり、そのためには適切な光量の制御調整が求められる。従来のランプ駆動方法での非線形で急激に光量が増加する様な光量変化図３では、適切な光量の制御調整が難しかった。本発明の光源装置の応用装置の１例として、これら装置の画像入力部であるＣＣＤを組み込んだ顕微鏡の照明がある。その使用方法として、顕微鏡の鏡体内にハロゲンランプを組み込み本発明の光量制御装置で光量の調整する方法と本発明の光源装置から光ファイバーを介して検査対象に適切な照明行う方法等である。これらの光量制御装置又は光源装置が画像処理装置の光量制御系に組み込まれ、その制御電圧によって光量を調節する。その場合、光量が制御電圧に比例する図７及び図９に見る様な本発明の光量制御装置又は光源装置を用いることによって、その効果として検査精度の向上、制御系の簡素化，制御の数値化、制御スピードの向上等が図られる。
【発明の効果】
【００１５】
図１の回路ブロック図の回路構成によって、第１制御電圧Ｖ１に比例してランプに電力の２乗Ｗ２をランプに供給する。この第１制御電圧Ｖ１で制御されたランプの消費電力Ｗは（２）式で表されるフィラメントランプの物理的な光の放射特性によって光束Ｌｍを放射する。
【００１６】
この時、１００Ｗ定格のハロゲンランプに対して図６の回路構成によって（２）式と（１０）式から放射光束Ｌｍは、（１１）式と表され、ほぼ直線状に変化する。
１５０Ｗ定格のハロゲンランプに対して図８の回路構成によって（２）式と（１３）式から放射光束Ｌｍは、（１４）式で表される。
（１１）式及び（１４）式のように制御電圧Ｖ１に対して放射光束Ｌｍは直線状に変化する。制御電圧ＶＣに比例する電圧Ｖをランプに供給した時の照度変化を表した図３に対して、１００Ｗ定格のハロゲンランプを駆動する実施例−Ｉの図６の制御装置による測定例図７及び、１５０Ｗ定格のハロゲンランプを駆動する実施例−ＩＩの図８の制御装置による測定例図９を比べると、１００Ｗの実施例では、ほぼ１．５％乃至ほぼー６．５％、１５０Ｗの実施例では、ほぼ４％乃至ほぼ−８％の精度の誤差はあるものの本発明の効果には顕著なものがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のブロック図
【図２】従来のランプ駆動回路
【図３】ランプ電圧に対するランプ光量の変化（１５０Ｗハロゲンランプ）
横軸：ランプ電圧、縦軸：ランプ照度（ルックスＬｘ）
【図４】本発明の基本原理説明ブロック図
【図５】ランプ電力に対するランプ光量の変化（１５０Ｗハロゲンランプ）
横軸：ランプ消費電力の２乗、縦軸：ランプ照度（ルックスＬｘ）
実線が測定値、破線が理論値
【外１】
のグラフ
【図６】本発明の制御回路 （定格１００Ｗのハロゲンランプ）
【図７】図６で定格１００Ｗのハロゲンランプを駆動した時の第１制御電圧に対するランプの光量とランプ電圧。
横軸：第１制御電圧、左縦軸：ランプ照度（ルックスＬｘ）、右縦軸：ランプ電圧実線が第１制御電圧Ｖ１に対するランプ光量の変化を表し、破線がランプ電圧を表している。
一点鎖線が第１制御電圧に対するランプ光量の理論値（１１）式を表す。
【図８】本発明の制御回路 （定格１５０Ｗのハロゲンランプ）
【図９】図８で定格１５０Ｗのハロゲンランプを駆動した時の第１制御電圧に対するランプの光量とランプ電圧。
横軸：第１制御電圧、左縦軸：ランプ照度（ルックスＬｘ）、右縦軸：ランプ電圧実線が第１制御電圧Ｖ１に対するランプ光量の変化を表し、破線がランプ電圧を表している。
一点鎖線が第１制御電圧に対するランプ光量の理論値（１４）式を表す。
【符号の説明】
１ 第１制御入力電圧値
２ 平方根回路
３ 第２制御電圧
４ 誤差アンプ
５ フィードバック電圧
６ 定電圧電源装置
７ ランプ印加電圧
８ ランプ電流
９ ランプ
１０ ランプ消費電力と光束
１１ 電流検出センサー（変換係数：ｂ）
１２ ランプ電流検出電圧
１３ 掛算回路
１４ ランプ電力を示す電圧
１５ ＰＷＭＣ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィラメントランプを具える光源装置の制御方法及び光源制御装置並びに光源装置に関するものであり、特に、制御電圧に対してほぼ比例する光量変化特性を有するフィラメントランプを具える光源装置の制御方法及び光源制御装置並びに光源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
フィラメントランプを具える光源装置において、フィラメントランプの照度を変化させる場合の電源装置としては、定電圧装置を用いるのが一般的な方法であり、第２図は、ランプの印加電圧Ｖ７を制御電圧１５Ｖｃで変化させてフィラメントランプの光束１０Ｌｍを変化させる最も簡単な方法を示している。
図２において、ランプに印加される電圧７Ｖは制御電圧１５ＶＣの電圧に比例し、最大制御電圧時にランプに印加される電圧がランプの定格電圧となるように設定されている。この様な光源装置は、安価ではあるが、制御電圧１５ＶＣに対するランプの照度Ｌｘは、図で示されるように非線形で且つ急激に光量が変化し、所定の光量に設定するための微調整がしにくい欠点があった。
一方制御電圧に比例するようにこのランプの照度を変化させるには、２つの方法が考えられる。１つは、制御電圧に対する光量の非線形性に対応した逆変換を制御電圧にする方法であり、他の１つは、光量をフィードバックして、モニター光を制御電圧に比例させる方法である。しかし、これらの方法では、その装置が複雑となり、制御装置を安価に製造することが困難であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、制御電圧に対してランプの光量が比例関係になる光源の電源制御方法を確立し、特に調整の容易な廉価な光源制御方法及びその制御装置並びに光源装置を提供することである。
【０００４】
本発明の基本原理を説明するための基本的な説明ブロック図を図４に示してある。
第１制御電圧１Ｖ１とその電圧を平方根に変換する平方根回路２と平方根回路の出力電圧である第２制御電圧３Ｖ２と第２制御電圧Ｖ２に比例する電力をフィラメントランプ９に供給する定電力制御電源装置１６から構成されている。この構成によってランプの光束１０Ｌｍが第１制御電圧１Ｖ１に比例させることが可能となる。
【０００５】
一般に、ランプの定格電圧、定格電力、定格光束をそれぞれ、 Ｖ０，Ｗ０、Ｌｍ０とすると、フィラメントランプの印加電圧Ｖに対してその消費電力Ｗ、光束Ｌｍは、
【数１】
式（１）の両式からランプの電圧比を消去すると
【数２】
【０００６】
フィラメントランプの物理的な光の放射特性（光束は、消費電力の２乗に比例する）と従来技術の電子回路を用いて、フィラメントランプを制御電圧に比例するように点灯出来る基本原理と手段を図４を用いて説明する。
図４の定電力制御電源１６において、ランプの定格電力Ｗ０に対応する第２制御電圧３Ｖ２を Ｖ２ｆとし、第２制御電圧３Ｖ２がゼロの時の供給電力をゼロとする。この定電力制御電源１６は第２制御電圧３Ｖ２に比例してランプに電力を供給する。よって、（２．ａ）式を第２制御電圧３Ｖ２で表すと、
【数３】
図４において、２は、第１制御電圧１Ｖ１の平方根を取ってＶ２として出力する平方根回路である。ここで第２制御電圧３Ｖ２の最大値をＶ２ｆとすると、その時の第１制御電圧１Ｖ１をＶ１ ｆとすると、
【数４】
【数５】
以上の説明から、平方根回路２と定電力制御電源１６を図４のブロック図の様に組み合わせることによって、フィラメントランプの光放射特性の物理的な性質からフィラメントランプの光束Ｌｍ１０を第１制御電圧１Ｖ１に比例するようにフィラメントランプを点灯すことが出来ることとなる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、フィラメントランプの光量を制御するフィラメントランプ光量制御方法において、ランプの光量変化が消費電力の２乗にほぼ比例する特性を有するフィラメントランプに直列に接続される電流検出センサーと、該フィラメントランプの端子電圧Ｖと前記電流検出センサーの出力電圧ＶＩの積に比例する電圧ＶＷを生成する掛算回路と、制御電圧Ｖ１の平方根に比例する電圧Ｖ２を生成する平方根回路と、前記掛算回路の出力電圧ＶＷと前記平方根回路の出力電圧Ｖ２ とを比較して、誤差を最小に抑える誤差アンプ回路と、該誤差アンプ回路の出力端子に接続されて、該フィラメントランプに電力を供給する定電圧電源装置とにより構成し、前記制御電圧を制御することによりフィラメントランプの光量を制御することを特徴とする。
本発明は、フィラメントランプの光量を制御するフィラメントランプ光量制御方法において、電流検出センサーを電流検出抵抗Ｒにより構成したことを特徴とする。
本発明は、フィラメントランプの光量を制御するフィラメントランプ光量制御装置において、 ランプの光量変化が消費電力の２乗にほぼ比例する特性を有するフィラメントランプに直列に接続される電流検出センサーと、該フィラメントランプの端子電圧Ｖと前記電流検出センサーの出力電圧ＶＩの積に比例する電圧ＶＷを生成する掛算回路と、制御電圧Ｖ１の平方根に比例する電圧Ｖ２を生成する平方根回路と、前記掛算回路の出力電圧ＶＷと前記平方根回路の出力電圧Ｖ２ とを比較して、誤差を最小に抑える誤差アンプ回路と、該誤差アンプ回路の出力端子に接続されて、該フィラメントランプに電力を供給する定電圧電源装置とを具えたことを特徴とする。
本発明は、フィラメントランプの光量を制御するフィラメントランプ光量制御装置において、電流検出センサーを電流検出抵抗Ｒにより構成したことを特徴とする。
本発明は、フィラメントランプ光源装置において、ランプの光量変化が消費電力のほぼ比例する特性を有するフィラメントランプと、該フィラメントランプに直列に接続された電流検出センサーと、該フィラメントランプの電圧Ｖと前記電流検出センサーの出力電圧ＶＩの積に比例する電圧ＶＷを生成する掛算回路と、制御電圧Ｖ１の平方根に比例する電圧Ｖ２を生成する平方根回路と、前記掛算回路の出力電圧ＶＷと前記平方根回路の出力電圧Ｖ２ とを比較して、誤差を最小に抑える誤差アンプ回路と、該誤差アンプ回路の出力端子に接続されて、該フィラメントランプに電力を供給する定電圧電源装置とを具えたことを特徴とする。
本発明は、フィラメントランプ光源装置において、電流検出センサーを電流検出抵抗Ｒにより構成したことを特徴とする。
本発明は、フィラメントランプ光量制御方法において、フィラメントランプをハロゲンランプとしたことを特徴とする。
本発明は、フィラメントランプ光量制御装置において、フィラメントランプをハロゲンランプとしたことを特徴とする。
本発明は、フィラメントランプ光源装置において、フィラメントランプをハロゲンランプとしたことを特徴とする。
本発明は、フィラメントランプ光源装置において、フィラメントランプをハロゲンランプとするとともに、電流検出抵抗Ｒを０．０１オームとしたことを特徴とする。
本発明は、ハロゲンランプの光量を制御する顕微鏡用ハロゲンランプ光源装置において、光量変化が消費電力にほぼ比例する特性を有するハロゲンランプと、該ランプに直列に接続された電流検出センサーと、該ランプの電圧Ｖと前記電流検出センサーの出力電圧ＶＩの積に比例する電圧ＶＷを生成する掛算回路と、制御電圧Ｖ１の平方根に比例する電圧Ｖ２を生成する平方根回路と、前記掛算回路の出力電圧ＶＷと前記平方根回路の出力電圧Ｖ２ とを比較して、誤差を最小に抑える誤差アンプ回路と、該誤差アンプ回路の出力端子に接続されて、該ランプに電力を供給する定電圧電源装置とを具えたことを特徴とする。
本発明は、ハロゲンランプの光量を制御する顕微鏡用ハロゲンランプ光源装置において、電流検出センサーを電流検出抵抗Ｒにより構成したことを特徴とする。
【０００８】
図４に示される基本原理説明ブロック図に基ずいて、更に具体的な構成で示したブロックが、図１本発明のブロック図である。
フィラメントランプに直列に接続される電流検出センサーと、該フィラメントランプの電圧Ｖと前記電流検出センサーの出力電圧ＶＩの積に比例する電圧ＶＷを生成する掛算回路と、制御電圧Ｖ１の平方根に比例する電圧Ｖ２を生成する平方根回路と、該ランプで消費される電力に比例する電圧ＶＷと前記平方根回路の出力電圧Ｖ２ とを比較して、誤差を最小に抑える誤差アンプ回路と、その誤差アンプ回路の出力端子に接続された定電圧電源装置ととにより構成する。
この回路において、ランプ電流Ｉは、電流検出センサーとフィラメントランプ電流Ｉの積に比例する電圧ＶＩに変換されて、掛算回路１３において電圧ＶＩとランプ電圧Ｖの積に比例した電圧ＶＷが生成される。この電圧ＶＷはランプの消費電力Ｗに比例している。
さて、第１制御電圧Ｖ１は、平方根回路２で平方根演算を施され第２制御電圧Ｖ２が生成される。誤差アンプ４で第２制御電圧Ｖ２と電圧ＶＷが比較され、この電圧差が最小に成るように定電圧電源装置６がコントロールされランプ９に印加される電圧Ｖが生成される。
【０００９】
【実施例】
実施例−Ｉ
図６は、本発明の一実施例を示す。
図１の本発明のブロック図において、定格（１００Ｗ、１２Ｖ）のハロゲンランプを用いた場合の光量制御装置が図６の構成である。図６において、定電圧電源装置６からランプに印加された電圧７Ｖは、電流８Ｉを生成しランプと電流検出センサーである抵抗１１Ｒ（０．０１オーム）を通過し定電圧電源装置に還流する。この時、ランプにおいて消費される電力１０Ｗは、
【数６】
ランプに流れる電流８Ｉは電流検出抵抗１１Ｒ（０．０１オーム）で電流検出電圧１２ＶＩ（＝Ｒ×Ｉ＝０．０１・Ｉ）に変換され、掛算回路１１において電流検出電圧１２ＶＩとランプ端子電圧７Ｖの積に比例した電圧１４ＶＷが生成される。電圧１４ＶＷはランプの消費電力１０Ｗに比例している。この電圧１４ＶＷは掛算回路１１で次式の様な定数
【数７】
【００１０】
さて、入力範囲０Ｖ〜５Ｖの第１制御電圧１Ｖ１は平方根回路２で平方根演算を施され第２制御電圧３Ｖ２が生成される。この時、
【数８】
誤差アンプ４で第２制御電圧３Ｖ２と電圧１４ＶＷが比較され、この電圧差が最小に成るように定電圧電源装置がコントロールされて、ランプに印加される電圧７Ｖが生成される。この時、
【数９】
【数１０】
（１０）式の両辺を２乗して式（２）に代入し、この（２）式からランプの消費電力Ｗを消去し（２）式のＬｍ０を１００Ｗハロゲンランプの定格放射光束Ｌｍ１００Ｗとすると
【数１１】
なお、図６において、１５は、ＰＷＭＣを示し、Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ ＭｏｄｕｌａｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒである。
【００１１】
図７が、図６の実施例−Ｉの制御装置において、定格電圧１２Ｖ、定格電力１００Ｗのハロゲンランプでの測定データである。横軸に第１制御電圧１Ｖ１、左縦軸にランプの照度Ｌｘ、右縦軸にランプの印加電圧７Ｖを示す。実線がランプ照度をＬｘで測定した測定データ、破線がランプ印加電圧の測定データ、一点鎖線が第１制御電圧１Ｖ１に対するランプ照度Ｌｘの変化の理論値（１１）式を表している。図７のデータから、第１制御電圧１Ｖ１に対してランプの照度Ｌｘを比例させる本発明の図６の実施例−Ｉの制御装置において、ほぼ１．５％乃至ほぼ−６．５％の精度で目的が達成されたこと示している。
【００１２】
実施例−ＩＩ
図８は、本発明の実施例−ＩＩを示し、定格１５０Ｗ、１５Ｖのハロゲンランプを用いた制御回路である。回路構成は、図６とほぼ同様であり、
掛算回路１３の正規化定数をＲ４の抵抗を変えることによって１００Ｗ定格での正規化定数（７）式が
【数１２】
【数１３】
一方、（２）式のＬｍ０を１５０Ｗハロゲンランプの定格放射光束Ｌｍ１５０Ｗとすると、第１制御電圧１Ｖ１に対する光量変化は前項と同様の議論から
【数１４】
なお、図８において、１５は、ＰＷＭＣを示し、Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ ＭｏｄｕｌａｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒである。
【００１３】
図８の実施例−ＩＩの回路構成において、第１制御電圧１に対するランプ電圧７とランプ光量Ｌｘを測定した１５０Ｗ定格のハロゲンランプでの測定結果が図９である。
即ち、横軸は、第１制御電圧、左縦軸は、ランプ照度（ルックスＬｘ）、右縦軸は、ランプ電圧を示し、実線が第１制御電圧Ｖ１に対するランプ光量の変化を表し、破線がランプ電圧を表している。
一点鎖線が第１制御電圧に対するランプ光量の理論値（１４）式を表す。
１５０Ｗハロゲンランプでの実施例である図９は、１００Ｗハロゲンランプでの実施例より誤差が多少大きく、ほぼ４％乃至−８％の精度ではあるが、同様に目的が達成されたことを示している。
【００１４】
画像処理技術の発達により画像処理による検査装置や製造装置が、広く使用されるようになってきている。適切な画像処理を精度良く行うためには、検査対象の鮮明な画像を得る事が必要不可欠であり、そのためには適切な光量の制御調整が求められる。従来のランプ駆動方法での非線形で急激に光量が増加する様な光量変化図３では、適切な光量の制御調整が難しかった。本発明の光源装置の応用装置の１例として、これら装置の画像入力部であるＣＣＤを組み込んだ顕微鏡の照明がある。その使用方法として、顕微鏡の鏡体内にハロゲンランプを組み込み本発明の光量制御装置で光量の調整する方法と本発明の光源装置から光ファイバーを介して検査対象に適切な照明行う方法等である。これらの光量制御装置又は光源装置が画像処理装置の光量制御系に組み込まれ、その制御電圧によって光量を調節する。その場合、光量が制御電圧に比例する図７及び図９に見る様な本発明の光量制御装置又は光源装置を用いることによって、その効果として検査精度の向上、制御系の簡素化，制御の数値化、制御スピードの向上等が図られる。
【発明の効果】
【００１５】
図１の回路ブロック図の回路構成によって、第１制御電圧Ｖ１に比例してランプに電力の２乗Ｗ２をランプに供給する。この第１制御電圧Ｖ１で制御されたランプの消費電力Ｗは（２）式で表されるフィラメントランプの物理的な光の放射特性によって光束Ｌｍを放射する。
【００１６】
この時、１００Ｗ定格のハロゲンランプに対して図６の回路構成によって（２）式と（１０）式から放射光束Ｌｍは、（１１）式と表され、ほぼ直線状に変化する。
１５０Ｗ定格のハロゲンランプに対して図８の回路構成によって（２）式と（１３）式から放射光束Ｌｍは、（１４）式で表される。
（１１）式及び（１４）式のように制御電圧Ｖ１に対して放射光束Ｌｍは直線状に変化する。制御電圧ＶＣに比例する電圧Ｖをランプに供給した時の照度変化を表した図３に対して、１００Ｗ定格のハロゲンランプを駆動する実施例−Ｉの図６の制御装置による測定例図７及び、１５０Ｗ定格のハロゲンランプを駆動する実施例−ＩＩの図８の制御装置による測定例図９を比べると、１００Ｗの実施例では、ほぼ１．５％乃至ほぼー６．５％、１５０Ｗの実施例では、ほぼ４％乃至ほぼ−８％の精度の誤差はあるものの本発明の効果には顕著なものがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のブロック図
【図２】従来のランプ駆動回路
【図３】ランプ電圧に対するランプ光量の変化（１５０Ｗハロゲンランプ）
横軸：ランプ電圧、縦軸：ランプ照度（ルックスＬｘ）
【図４】本発明の基本原理説明ブロック図
【図５】ランプ電力に対するランプ光量の変化（１５０Ｗハロゲンランプ）
横軸：ランプ消費電力の２乗、縦軸：ランプ照度（ルックスＬｘ）
実線が測定値、破線が理論値
【外１】
【図６】本発明の制御回路 （定格１００Ｗのハロゲンランプ）
【図７】図６で定格１００Ｗのハロゲンランプを駆動した時の第１制御電圧に対するランプの光量とランプ電圧。
横軸：第１制御電圧、左縦軸：ランプ照度（ルックスＬｘ）、右縦軸：ランプ電圧実線が第１制御電圧Ｖ１に対するランプ光量の変化を表し、破線がランプ電圧を表している。
一点鎖線が第１制御電圧に対するランプ光量の理論値（１１）式を表す。
【図８】本発明の制御回路 （定格１５０Ｗのハロゲンランプ）
【図９】図８で定格１５０Ｗのハロゲンランプを駆動した時の第１制御電圧に対するランプの光量とランプ電圧。
横軸：第１制御電圧、左縦軸：ランプ照度（ルックスＬｘ）、右縦軸：ランプ電圧実線が第１制御電圧Ｖ１に対するランプ光量の変化を表し、破線がランプ電圧を表している。
一点鎖線が第１制御電圧に対するランプ光量の理論値（１４）式を表す。
【符号の説明】
１ 第１制御入力電圧値
２ 平方根回路
３ 第２制御電圧
４ 誤差アンプ
５ フィードバック電圧
６ 定電圧電源装置
７ ランプ印加電圧
８ ランプ電流
９ ランプ
１０ ランプ消費電力と光束
１１ 電流検出センサー（変換係数：ｂ）
１２ ランプ電流検出電圧
１３ 掛算回路
１４ ランプ電力を示す電圧
１５ ＰＷＭＣ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）
Claims (12)
- ランプの光量変化が消費電力の２乗にほぼ比例する特性を有するフィラメントランプに直列に接続される電流検出センサーと、
該フィラメントランプの端子電圧Ｖと前記電流検出センサーの出力電圧ＶＩの積に比例する電圧ＶＷを生成する掛算回路と、
制御電圧Ｖ１の平方根に比例する電圧Ｖ２を生成する平方根回路と、
前記掛算回路の出力電圧ＶＷと前記平方根回路の出力電圧Ｖ２ とを比較して、誤差を最小に抑える誤差アンプ回路と、
該誤差アンプ回路の出力端子に接続されて、該フィラメントランプに電力を供給する定電圧電源装置と
により構成し、前記制御電圧を制御することによりフィラメントランプの光量を制御することを特徴とするフィラメントランプの光量を制御するフィラメントランプ光量制御方法。 - 電流検出センサーを電流検出抵抗Ｒにより構成したことを特徴とする請求項１記載のフィラメントランプの光量を制御するフィラメントランプ光量制御方法。
- ランプの光量変化が消費電力の２乗にほぼ比例する特性を有するフィラメントランプに直列に接続される電流検出センサーと、
該フィラメントランプの端子電圧Ｖと前記電流検出センサーの出力電圧ＶＩの積に比例する電圧ＶＷを生成する掛算回路と、
制御電圧Ｖ１の平方根に比例する電圧Ｖ２を生成する平方根回路と、
前記掛算回路の出力電圧ＶＷと前記平方根回路の出力電圧Ｖ２ とを比較して、誤差を最小に抑える誤差アンプ回路と、
該誤差アンプ回路の出力端子に接続されて、該フィラメントランプに電力を供給する定電圧電源装置と
を具えたことを特徴とするフィラメントランプの光量を制御するフィラメントランプ光量制御装置。 - 電流検出センサーを電流検出抵抗Ｒにより構成したことを特徴とする請求項３記載のフィラメントランプの光量を制御するフィラメントランプ光量制御装置。
- ランプの光量変化が消費電力のほぼ比例する特性を有するフィラメントランプと、
該フィラメントランプに直列に接続された電流検出センサーと、
該フィラメントランプの電圧Ｖと前記電流検出センサーの出力電圧ＶＩの積に比例する電圧ＶＷを生成する掛算回路と、
制御電圧Ｖ１の平方根に比例する電圧Ｖ２を生成する平方根回路と、
前記掛算回路の出力電圧ＶＷと前記平方根回路の出力電圧Ｖ２ とを比較して、誤差を最小に抑える誤差アンプ回路と、
該誤差アンプ回路の出力端子に接続されて、該フィラメントランプに電力を供給する定電圧電源装置と
を具えたことを特徴とするフィラメントランプの光量を制御するフィラメントランプ光源装置。 - 電流検出センサーを電流検出抵抗Ｒにより構成したことを特徴とする請求項５記載のフィラメントランプの光量を制御するフィラメントランプ光源装置。
- フィラメントランプをハロゲンランプとしたことを特徴とする前記請求項１記載のフィラメントランプ光量制御方法
- フィラメントランプをハロゲンランプとしたことを特徴とする前記請求項３記載のフィラメントランプ光量制御装置。
- フィラメントランプをハロゲンランプとしたことを特徴とする前記請求項５記載のフィラメントランプ光源装置。
- フィラメントランプをハロゲンランプとするとともに、電流検出抵抗Ｒを０．０１オームとしたことを特徴とする前記請求項９記載のフィラメントランプ光源装置。
- 光量変化が消費電力にほぼ比例する特性を有するハロゲンランプと、
該ランプに直列に接続された電流検出センサーと、
該ランプの電圧Ｖと前記電流検出センサーの出力電圧ＶＩの積に比例する電圧ＶＷを生成する掛算回路と、
制御電圧Ｖ１の平方根に比例する電圧Ｖ２を生成する平方根回路と、
前記掛算回路の出力電圧ＶＷと前記平方根回路の出力電圧Ｖ２ とを比較して、誤差を最小に抑える誤差アンプ回路と、
該誤差アンプ回路の出力端子に接続されて、該ランプに電力を供給する定電圧電源装置と
を具えたことを特徴とするハロゲンランプの光量を制御する顕微鏡用ハロゲンランプ光源装置。 - 電流検出センサーを電流検出抵抗Ｒにより構成したことを特徴とする請求項１１記載のハロゲンランプの光量を制御する顕微鏡用ハロゲンランプ光源装置。
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