JP2007042383A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
照明用ライトガイドを交換したときでも、正確に照明光の光強度をコントロールできるようにする。
【解決手段】
光源（２）の光を照明光として出射させる照明用ライトガイド（３）から分岐されたモニタ光の光強度（ＭＢ）を検出し、出射させようとする照明光の光強度（ＬＢ）に応じて入力された操作信号（ＤＳ）と検出信号（ＭＳ）とを比較して光源光量をフィードバック制御する際に、モニタ光の検出信号（ＭＳ）を、実測した照明光の光強度に対応する操作信号（ＤＳ）と同レベルに初期設定する信号強度調整手段（９）を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、照明光の光源光量をフィードバック制御して所望の光強度で照明することができる照明装置に関する。

工場の生産ラインなどで、検査対象物をテレビカメラで撮像し、画像認識や画像処理を行って製品検査を行う場合、検査精度を一定に維持するためには同一条件で撮影する必要があり、そのためには、照明光強度も一定に維持しなければならずない。
このため、モニタ光の光強度に基づいて光源の光強度を一定に維持するフィードバック制御を備えた照明装置が提案されている。
特公平８−１２３００号公報 特開２００１−３０７５２３号公報

図５はそのような従来の照明装置５１を示し、光源５２から照射された光を導いて照明光として出射させるバンドルファイバからなる照明用ライトガイド５３と、そのバンドルファイバから分岐させた光ファイバからなるモニタ用ライトガイド５４を備え、モニタ用ライトガイド５４から出力されたモニタ光の光強度を光センサ５５で検出して、この検出信号ＭＳと操作信号設定器５６から出力される操作信号ＤＳを比較して、制御装置５７から光源５２の点灯装置５８に光源光量をフィードバック制御する制御信号ＣＳを出力するようにしている。
これによれば、光源５２の光量が変化したときにモニタ光強度が変化するので、モニタ光強度が一定になるように光源５２の光量をフィードバック制御すれば、照明光の光強度が一定に維持される。

しかしながら、照明用ライトガイド５３を交換したときに、モニタ光強度が一定に維持されるようにフィードバック制御しても、照明用ライトガイド５３の光透過率の変化により、その出射端から照射される照明光の強度を一定に維持することができないという問題があった。

例えば、照明用ライトガイド５３を交換してその光透過率が変化したときに、モニタ用ライトガイドの光透過率が同様に変化しても照明光の制御に影響し、実際には、夫々の長さが異なることなどに起因して光透過率は同様には変化せず、例えば、照明用ライトガイド５３の光透過率の変化が５％であるのに対して、モニタ用ライトガイド５４の光透過率の変化が３％となる場合がある。

したがって、モニタ光の照度（光強度）が１０［ｌｕｘ］となるように光源５２の光量を制御したときの光源５２の照度が１１０００［ｌｕｘ］、照明光の照度が１万［ｌｕｘ］であった場合に、交換した照明用ライトガイド５３の透過効率が５％高く、モニタ用ライトガイド５４の透過効率が３％高ければ、光源５２の照度は、
１１０００／１.０３＝１０６８０［ｌｕｘ］
になり、照明光の照度は、
（１００００／１１０００×１.０５）×１０６８０＝１万１９４［ｌｕｘ］
になる。

逆に、交換した照明用ライトガイド５３の透過効率が５％低く、モニタ用ライトガイド５４の透過効率が３％低ければ、光源５２の照度は、
１１０００／０.９７＝１１３４０［ｌｕｘ］
になり、照明光の照度は、
（１００００／１１０００×０.９５）×１１３４０＝９７９４［ｌｕｘ］
になる。

また、照明光を所定の光強度に設定しようとする場合、照明光の光強度に対応する操作信号と、モニタ光の検出信号を比較するようにしているが、照明光の光強度を検出せずにモニタ光の検出信号に基づいて制御しているので、既定の光照度が得られている保証がない。
さらに、工場出荷時はそのように設定されていたとしても、照明用ライトガイド５３を交換したときは、光源５２の光強度に対するモニタ光の出力が変動してしまうので、やはり正確な制御を行うことができないという問題があった。

そこで本発明は、照明用ライトガイドを交換したときでも、正確に照明光の光強度をコントロールできるようにすることを技術的課題としている。

この課題を解決するために、本発明は、光源と、その光を出射端まで導き照明光として出射させる照明用ライトガイドと、光源から照明用ライトガイドの出射端に至るまでの光路からモニタ光を分岐させて出力させるモニタ光分岐光学系と、出力されたモニタ光の光強度を検出してその検出信号を出力する検出増幅器と、出射させようとする照明光の光強度に応じて設定された操作信号と前記検出信号とを比較して光源光量をフィードバック制御する制御装置とを備えた照明装置において、前記光源を点灯した際に検出増幅器から出力される検出信号を、実測した照明光の光強度に対応する操作信号と同レベルに初期設定する信号強度調整手段を備えたことを特徴としている。

本発明の照明装置によれば、光源を点灯させると、その光が照明用ライトガイドの出射端から照明光として出射され、一部がモニタ光分岐光学系で分岐されて、検出増幅器によりモニタ光の光強度を検出した検出信号が出力され、出射させようとする照明光の光強度に応じて設定された操作信号と検出信号が比較されて光源光量がフィードバック制御される。

このとき、信号強度調整手段により、検出増幅器から出力される検出信号を実測した照明光の光強度に対応する操作信号と同レベルに初期設定することができるので、モニタ光強度に対応する検出信号と照明光の光強度との間には正確な相関関係をもたせることができる。

したがって、照明用ライトガイドの交換などにより光透過率が変化しても、初期設定を行えばモニタ光強度は照明光の光強度との間には正確な相関関係を有するので、出射させようとする照明光の光強度に応じて設定された操作信号とモニタ光強度を検出した検出信号が一致するように光源光量をフィードバック制御することにより、出射させようとする所望の光強度で正確に照明光の照射させることができるという効果がある。

本例では、照明用ライトガイドを交換したときでも正確に照明光の光強度をコントロールできるようにするという目的を達成するため、光源を点灯した際に検出増幅器から出力される検出信号を、実測した照明光の光強度に対応する操作信号と同レベルに初期設定できるようにした。

図１は本発明に係る照明装置の一例を示す説明図、図２〜４は他の実施形態を示す説明図である。

図１に示す照明装置１は、光源装置Ｌに照明用ライトガイド３を装着して、その出射端３outから照明光を出射させるものである。
光源装置２は、ハロゲンランプなどの光源２と、その光源２から照明用ライトガイド３の出射端３outに至るまでの光路からモニタ光分岐光学系４により分岐されたモニタ光の光強度を検出してその検出信号を出力する検出増幅器５と、出射させようとする照明光の光強度に応じて入力された操作信号と前記検出信号とを比較して光源光量をフィードバック制御する制御装置８を備えると共に、光源２を点灯した際に検出増幅器５から出力される検出信号ＭＳを、実測した照明光の光強度に対応する操作信号ＤＳと同レベルに初期設定する信号強度調整手段９を備えている。

照明用ライトガイド３は、多数の光ファイバを束ねたバンドルファイバでなり、光源２から照射された光を出射端まで導き照明光として出射させるようになされている。
モニタ光分岐光学系４は、光源２から照明用ライトガイド３の出射端３outに至るまでの光路からモニタ光を分岐させるもので、本例では、照明用ライトガイド３の出射端３outに配された透光板１０と、その内部で反射した光を検出増幅器５まで案内する光ファイバからなるモニタ用ライトガイド１１で構成されている。

検出増幅器５は、ホトダイオードなどの光センサ５Ｓを備え、この光センサ５Ｓにモニタ用ライトガイド１１の出射端１１outが接続され、モニタ用ライトガイド１１から出力されるモニタ光の照度（光強度）ＭＢ［ｌｕｘ］に応じて、例えば、検出信号ＭＳ［ｍＶ］が、
ＭＳ＝１００×ＭＢ…………（１）
となるように出力され、モニタ光の照度（光強度）ＭＢ＝１０［ｌｕｘ］に対して検出信号ＭＳ＝１０００［ｍＶ］を出力する。
操作信号設定器６は、出射させようとする照明光の照度に応じたレベルの操作信号ＤＳが設定され、例えば照明光を照度ＬＢ＝１００００［ｌｕｘ］で出射させようとする場合に、操作信号ＤＳ＝１０００［ｍＶ］が設定されるようになっている。

制御装置８は、検出信号ＭＳと操作信号ＤＳとを比較して光源光量をフィードバック制御するもので、操作信号ＤＶ＝１０００［ｍＶ］を入力したときに、検出信号ＭＳ＝１０００［ｍＶ］になるように、すなわちモニタ光の照度１０［ｌｕｘ］となるように光源光量のフィードバック制御を行う。
したがって、照明光の照度ＬＢと、モニタ光の照度ＭＢとの間に、
ＭＢ＝１／１０００×ＬＢ…………（２）
の相関関係があれば、操作信号ＤＳで設定された照明光の照度が得られるが、工場出荷時にそのように設定されていても、照明用ライトガイド３を交換したときには、必ずしもその相関関係が維持されているとは限らない。

このため、照明用ライトガイド３を交換したときなどは、信号強度調整手段９により初期設定を行う。
この信号調整手段９として、本例では、モニタ用ライトガイド１１から出射されるモニタ光の光強度ＭＢを調整する光学的調整手段９Ａと、検出増幅器５から出力される検出信号のレベルを電気的に調整する電気的調整手段９Ｂとを備えている。

光学的調整手段９Ａは、モニタ用ライトガイド１１の入射端１１inと透光体１０との間隔調整を行うことによりモニタ用ライトガイド１１に入射される光強度を調整することによりモニタ光の光強度ＭＢを調整する位置調整機構１２からなり、具体的には、モニタ用ライトガイド１１の入射端１１inを摺動可能に支持するスリーブ１３と、モニタ用ライトガイド１１を任意の位置で固定する止めネジ１４を備えている。
電気的調整手段９Ｂは、検出増幅器５から出力する検出信号ＭＳのレベルを増減する信号強度調整用ボリューム１５からなる。

光学的調整手段９Ａと電気的調整手段９Ｂの双方を備えている場合は、まず、照明光の照度ＬＢとモニタ光の照度ＭＢを実測しながら、式（２）の関係を満たすように、位置調整機構１２でモニタ用ライトガイド１１の位置を調整する。
例えば、照明光ライトガイド３を交換したときに制御装置８をオフした状態で測定された照明光の照度ＬＢ＝９０００［ｌｕｘ］だったときに、モニタ光の照度ＭＢ＝９［ｌｕｘ］となるようにモニタ用ライトガイド１１を調整すればよい。

次いで、これを検出増幅器５で検出したときに、検出信号ＭＳとモニタ光の光強度ＭＢが、式（１）の関係になければ、そのような関係となるように、信号強度調整用ボリューム１５を調整する。
例えば、モニタ光の照度ＭＢ＝９［ｌｕｘ］のときに検出信号ＭＳ＝９００［ｍＶ］となるように調整される。

このように初期設定されていれば、照明光を照度ＬＢ＝１００００で出射させようとするときは、操作信号設定器６から操作信号ＤＳ＝１０００［ｍＶ］を出力して光源２を点灯させると、その光が照明用ライトガイド３を通ってその出射端３outから照明光として照射されるとともに、モニタ光分岐光学系４で分岐されたモニタ光の照度ＭＢが光センサ５Ｓで検出され、検出増幅器５から出力された検出信号ＭＳが、操作信号ＤＳと一致するように光源光量が制御される。

点灯直後の照明光の照度ＬＢ＝９０００［ｌｕｘ］だとすると、モニタ光の照度ＭＢ＝９［ｌｕｘ］となるから、検出信号ＭＳ＝９００［ｍＶ］となり、操作信号ＤＳ＝１０００［ｍＶ］より低いので、光源２の照度を増加させ、モニタ光の照度ＭＢ＝１０［ｌｕｘ］となった時点で、検出信号ＭＳ＝１０００［ｍＶ］となり、その差が０になるので、光源２の照度を維持する。
このときモニタ光の照度ＭＢ＝１０［ｌｕｘ］であり、モニタ光の照度ＭＢと照明光の照度ＬＢは、式（２）の関係があるから、照明光の照度ＬＢは、
ＬＢ＝１０００×ＭＢ＝１００００［ｌｕｘ］
となり、照明用ライトガイド３を交換しても照明光の照度を正確にコントロールできていることがわかる。

なお、照明用ライトガイド３が光学的調整手段９Ａを備えているので、照明用ライトガイド３の光学特性のばらつきに拘わらず、照明光の照度１００００［ｌｕｘ］に対してモニタ光の照度ＭＢ＝１０［ｌｕｘ］となるように出荷時に設定することができ、光源装置Ｌが電気的調整手段９Ｂをそなえているので、光センサ５Ｓやその他のパーツの電気特性のバラツキに拘わらず、モニタ光の照度１０［ｌｕｘ］に対して検出信号ＭＳ＝１０００［ｍＶ］を出力するように出荷時に設定できる。
そして、このように予め初期設定された照明用ライトガイド３や光源装置Ｌを使用すれば、ユーザは初期設定が一切不要となる。

また、式（１）及び（２）より、
ＭＳ＝１／１０×ＬＢ…………（３）
の関係が満たされていれば、必ずしも夫々の式（１）及び（２）の関係が維持されている必要はない。
例えば、式（１）及び（２）の比例定数を夫々α、βとすると、
ＭＳ＝α×ＭＢ…………（４）
ＭＢ＝β×ＬＢ…………（５）
となり、αは電気的調整手段９Ｂの信号強度調整用ボリューム１５で設定し得る係数であり、βは光学的調整手段９Ａの位置調整機構１２で設定し得る係数である。
また、式（３）、（４）及び（５）より、αとβは、
α×β＝１／１０…………（６）
の関係を有する。

したがって、信号調整手段９として、光学的調整手段９Ａしかない場合は、電気的調整手段９Ｂで設定しうる係数αが定数と考えられるから、光学的調整手段９Ａの位置調整機構１２で設定しうる係数βのみを調整すれば足り、逆に、電気的調整手段９Ｂしかない場合は、光学的調整手段９Ａで設定しうる係数βが定数と考えられるから、電気的調整手段９Ｂの信号強度調整用ボリューム１５で設定しうる係数αのみを調整すれば足りる。

図２は本発明の他の実施形態を示す。
本例の照明装置２１は、照明用ライトガイド３が入射側バンドルファイバ２２と出射側バンドルファイバ２３の間に透光体２４を配して成り、モニタ光分岐光学系４が、前記照明用ライトガイド３の中間に配された透光体２４から漏れる光を検出増幅器５まで案内するモニタ用ライトガイド１１で構成されている以外は、図１に示す照明装置１と同様である。

本例でも、信号強度調整手段９として、モニタ光分岐光学系４に備えられた光学的調整手段９Ａと、検出増幅器５に備えられた電気的調整手段９Ｂとを備えている。
そして、光学的調整手段９Ａは、モニタ用ライトガイド１１の入射端１１inと透光体１０との間隔調整を行うことによりモニタ用ライトガイド１１に入射される光強度を調整する位置調整機構１２からなり、具体的には、モニタ用ライトガイド１１の入射端１１inを摺動可能に支持するスリーブ１３と、モニタ用ライトガイド１１を任意の位置で固定する止めネジ１４を備えている。
電気的調整手段９Ｂは、検出増幅器５から出力する検出信号ＭＳのレベルを増減する信号強度調整用ボリューム１５からなる。
光源光量のフィードバック制御の作用効果についても、実施例１の照明装置１と同様である。

図３は本発明の他の実施形態を示す。
本例の照明装置３１は、照明用ライトガイド３の入射端３inに透光体３２を配して成り、モニタ光分岐光学系４が、前記透光体３２から漏れる光を検出増幅器５まで案内するモニタ用ライトガイド１１で構成されている以外は、図１に示す照明装置１と同様である。

本例でも、信号強度調整手段９として、モニタ光分岐光学系４に備えられた光学的調整手段９Ａと、検出増幅器５に備えられた電気的調整手段９Ｂとを備えており、光源光量のフィードバック制御の作用効果についても、実施例１の照明装置と同様である。

図４は本発明の他の実施形態を示す。
本例の照明装置４１は、照明用ライトガイド３の入射端３inに透光体３２を配して成り、モニタ光分岐光学系４が前記透光体３２でなり、前記検出増幅器５に接続された光センサ５Ｓが前記透光体３２に対向配設され、その漏れ光を直接検出するようになされると共に、前記信号強度調整手段９が、前記検出増幅器５から出力される検出信号ＭＳのレベルを電気的に調整する電気的調整手段９Ｂのみからなる以外は、図１に示す照明装置１と同様である。

本例では、信号強度調整手段９として、検出増幅器５に備えられた電気的調整手段９Ｂのみを備えており、検出増幅器５から出力する検出信号ＭＳのレベルを増減する信号強度調整用ボリューム１５からなる。
光源光量のフィードバック制御の作用効果についても、実施例１の照明装置１において電気的調整手段９Ｂしかない場合と同様、電気的調整手段９Ｂの信号強度調整用ボリューム１５で設定しうる係数αを調整することとなる。

以上述べたように、本発明は、照明光の光源光量をフィードバック制御して、照明光を所望の光強度で照射する用途に適用することができる。

本発明に係る照明装置の一例を示す説明図。 他の実施形態を示す説明図。 他の実施形態を示す説明図。 他の実施形態を示す説明図。 従来装置を示す説明図。

符号の説明

１ 照明装置
２ 光源
３ 照明用ライトガイド
３out 出射端
４ モニタ光分岐光学系
５ 検出増幅器
８ 制御装置
９ 信号強度調整手段
９Ａ 光学的調整手段
９Ｂ 電気的調整手段
１０ 透光板
１１ モニタ用ライトガイド
ＭＳ 検出信号
ＤＳ 操作信号
ＣＳ 制御信号

Claims (4)

1. 光源と、その光を出射端まで導き照明光として出射させる照明用ライトガイドと、光源から照明用ライトガイドの出射端に至るまでの光路からモニタ光を分岐させて出力させるモニタ光分岐光学系と、モニタ光の光強度を検出してその検出信号を出力する検出増幅器と、出射させようとする照明光の光強度に応じて入力された操作信号と前記検出信号とを比較して光源光量をフィードバック制御する制御装置とを備えた照明装置において、
   前記光源を点灯した際に検出増幅器から出力される検出信号を、実測した照明光の光強度に対応する操作信号と同レベルに初期設定する信号強度調整手段を備えたことを特徴とする照明装置。
2. 前記信号強度調整手段として、モニタ光分岐光学系から出射されるモニタ光の光強度を調整する光学的調整手段、又は、前記検出増幅器から出力される検出信号のレベルを電気的に調整する電気的調整手段のいずれか一方又は双方を有する請求項１記載の照明装置。
3. 前記モニタ光分岐光学系が、前記照明用ライトガイドの入射端から出射端までの間に配された透光板から漏れる光を検出増幅器まで案内するモニタ用ライトガイドでなる請求項１又は２記載の照明装置。
4. 前記モニタ光分岐光学系が、前記照明用ライトガイドの入射端から出射端までの間に配された透光板からなり、前記検出増幅器に接続された光センサが前記透光体に対向配設されてその漏れ光を直接検出するようになされると共に、前記信号強度調整手段が、前記検出増幅器から出力される検出信号のレベルを電気的に調整する電気的調整手段である請求項１記載の照明装置。
   

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