JP2010015772A

JP2010015772A - 光源装置

Info

Publication number: JP2010015772A
Application number: JP2008173568A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Ikeda; 吉徳池田
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2008-07-02
Filing date: 2008-07-02
Publication date: 2010-01-21

Abstract

【課題】光学的特徴物を要することなく、パルス点灯する光源に導光ロッドの入射面を対向させることができる光源装置を提供することを目的とする。
【解決手段】円環状に並んで配置された複数のＬＥＤ１と、ＬＥＤ１からの照明光を導光する導光部材１１と、導光部材１１の入射面１３と隣接して周方向に並んで配置された反射部１５と、導光部材１１および反射部１５を中心軸線Ｏ回りに一体的に回転駆動するモーター２と、反射部１５からの反射光を検出する光センサー７と、いずれかのＬＥＤ１を常時点灯させて光センサー７により検出される反射光の検出周期に基づいてモーター２の回転数を調節するとともに、入射面１３に対向する位置のＬＥＤ１をパルス点灯させて光センサー７により検出される反射光の波形における極大値と極小値との位置関係に基づいてモーター２の位相を調節する制御部１７とを備える光源装置１０を採用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の光源を備えた光源装置に関するものである。

従来、円環状に配置したＬＥＤ等の光源を高出力で順次パルス点灯させ、その点灯周期に合わせて導光ロッドを回転させることにより、高輝度の照明光を射出する光源装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
このような光源装置では、光源の点灯タイミングを制御するために導光ロッドの入射面の位置を検出する必要がある。そのため、導光ロッドの側面に光学的特徴物を貼り付け、フォトリフレクタで検出することで入射面の位置を検出している。
特開２００４−１９９０２４号公報

しかしながら、光学的特徴物をフォトリフレクタで検出する方法では、導光ロッドの入射面と光学的特徴物の位置関係を得る必要があり、この位置関係を得るためには高い精度で光学的特徴物を貼り付けなければならず、その作業が困難であるという不都合があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、光学的特徴物を要することなく、光源がパルス点灯により照明光を射出するタイミングと、パルス点灯する光源に導光ロッドの入射面を対向させるタイミングとを高精度に同期させることができる光源装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を採用する。
本発明は、円環状に並んで配置され、前記円環の半径方向内方に照明光を射出する複数の光源と、該光源から射出された照明光を入射させる入射面を有し、入射させた照明光を前記円環の中心軸線に沿う方向に導光する導光部と、該導光部の前記入射面と隣接して周方向に並んで配置された反射部と、前記導光部および前記反射部を前記中心軸線回りに一体的に回転駆動する回転部と、前記光源から射出され、前記反射部により反射された反射光を検出する光検出部と、いずれかの前記光源を常時点灯させて前記光検出部により検出される反射光の検出周期に基づいて前記回転部の回転数を調節するとともに、前記入射面に対向する位置の前記光源をパルス点灯させて前記光検出部により検出される反射光の波形における極大値と極小値との位置関係に基づいて前記回転部の位相を調節する制御部とを備える光源装置を採用する。

本発明によれば、制御部によりいずれかの光源が常時点灯させられて、該光源から射出され反射部により反射された反射光が光検出部により検出され、この反射光の検出周期に基づいて回転部の回転数が調節される。また、制御部により導光部の入射面に対向する位置の光源がパルス点灯させられて、該光源から射出され反射部により反射された反射光が光検出部により検出され、この反射光の波形のおける極大値と極小値との位置関係、すなわち、パルス点灯した光源に反射部が正対したタイミングと該光源に導光部の入射面が正対したタイミングとの関係に基づいて回転部の位相が調節される。
これにより、光源がパルス点灯により照明光を射出するタイミングと、パルス点灯する光源に導光部の入射面を対向させるタイミングとを高精度に同期させることができ、光源から射出された照明光を安定的に導光部から射出することが可能となる。

上記発明において、前記反射部が、前記導光部の前記入射面の周方向両側に配置されていることとしてもよい。
このようにすることで、パルス点灯した光源に導光部の入射面が対向する前後において、該光源に反射部が正対するタイミングを検出することができる。これにより、より高精度に、光源がパルス点灯により照明光を射出するタイミングと、パルス点灯する光源に導光部の入射面を対向させるタイミングとを同期させることができる。

上記発明において、前記反射部が、前記導光部の前記入射面を外周面の一部とする円柱部材の表面に設けられ、前記光源から射出された照明光を前記半径方向と交差する方向に反射する傾斜面であることとしてもよい。
このようにすることで、光源から射出された照明光が傾斜面により半径方向と交差する方向に反射され、その反射光を光検出部により検出することができる。また、光検出部として、フォトダイオードのような単純な受光素子とすることで、装置のコストダウンを図ることができる。

上記発明において、前記制御部が、前記光検出部により検出される反射光の光量が低下する周期が、全ての前記光源を順次パルス点灯させる際の各前記光源の点灯周期となるように前記回転部の回転数を調節することとしてもよい。
このようにすることで、光検出部により検出された反射光の光量が低下する周期、すなわち、回転部の回転周期と、全ての光源を順次パルス点灯させる際の各光源の点灯周期とを同期させることができる。

上記発明において、前記制御部が、前記光検出部により検出される反射光の波形において極小値をとる時刻と、いずれかの前記光源の点灯期間の中心時刻とを一致させるように前記回転部の位相を調節することとしてもよい。
このようにすることで、光検出部により検出される反射光の波形において極小値をとる時刻、すなわち、導光部の入射面がパルス点灯した光源に正対した時刻と、いずれかの光源の点灯期間の中心時刻、すなわち、いずれかの光源から射出された照明光の光量が極大となる時刻とを一致させるように回転部の位相が調節される。これにより、照明光の光量が極大となる時刻に、パルス点灯する光源に導光部の入射面を正対させることができ、導光部から射出する照明光の照度を向上させることができる。

上記発明において、前記制御部が、前記光検出部により検出される反射光の波形における２つの極大値の大きさを一致させるように前記回転部の位相を調節することとしてもよい。
このようにすることで、パルス点灯した光源に導光部の入射面が対向する前後において、光検出部により検出される反射光の光量を等しくすることができる。これにより、照明光の光量が極大となる時刻に、パルス点灯する光源に導光部の入射面を正対させることができ、導光部から射出する照明光の照度を向上させることができる。

本発明によれば、光学的特徴物を要することなく、光源がパルス点灯により照明光を射出するタイミングと、パルス点灯する光源に導光ロッドの入射面を対向させるタイミングとを高精度に同期させることができるという効果を奏する。

以下、本発明の一実施形態に係る照明装置について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の本実施形態の光源装置の概略構成を説明する模式図である。
図１に示すように、光源装置１０は、円環状に並んで配置された複数のＬＥＤ（光源）１と、円環の半径方向内方に配置され、ＬＥＤ１から射出された照明光を導光する導光部材（導光部）１１と、ＬＥＤ１から射出された照明光を反射する反射部１５を有し、導光部材１１を支持する円柱状のロッドベース３と、導光部材１１およびロッドベース３を中心軸線Ｏ回りに一体的に回転駆動するモーター２（回転部）と、反射部１５の反射方向に配置された光センサー（光検出部）７と、これらを制御する制御部１７とを備えている。

ＬＥＤ１は、円環状に並んで複数配置されており、円環の半径方向内方に照明光を射出するようになっている。
導光部材１１は、ＬＥＤ１から射出された照明光を入射させる入射面１３を有し、円環の半径方向内方に導光する導光ロッド４と、導光ロッド４により導光された照明光を中心軸線Ｏに沿う方向に反射する反射プリズム５と、反射プリズム５により反射された照明光を導光するライトガイド６とを有している。このような構成を有することにより、導光部材１１は、ＬＥＤ１から半径方向内方に射出された照明光を中心軸線Ｏに沿う方向に導光するようになっている。

ロッドベース３は、導光部材１１の入射面１３を外周面の一部として、導光部材１１を中心軸線Ｏ回りに回転自在に支持する円柱状の部材である。
反射部１５は、ロッドベース３の外周面に設けられた傾斜面であり、ＬＥＤ１から半径方向内方に射出された照明光を中心軸線Ｏに沿う方向に反射するようになっている。

モーター２は、中心軸線Ｏに沿う方向に配置されており、導光部材１１およびロッドベース３を中心軸線Ｏ回りに一体的に回転駆動するようになっている。
光センサー７は、光エネルギーを電力に変換する光電変換素子であり、反射部１５の中心軸線Ｏに沿う方向に配置されることで、反射部１５により反射された反射光を検出するようになっている。

図２は、図１に示す光源装置の側面図であり、基準のＬＥＤ１ａからの照明光のうち、導光ロッド４の入射面１３に入射する光はライトガイド６へと導かれ、入射面１３に入射しない光は反射部１５により光センサー７に導かれる構成となっていることを示す。ここで、基準のＬＥＤ１ａは、反射部１５による反射光が光センサー７により検出可能な位置に配置されたＬＥＤ１である。

上記構成を有する光源装置１０の基本的な動作について以下に説明する。
図３に示すように、基準のＬＥＤ１ａを点灯させるとともに、モーター２を回転駆動させると、ＬＥＤ１ａからの照明光は、反射部１５により中心軸線Ｏに沿う方向に反射され、光センサー７により検出される。
基準のＬＥＤ１ａに導光ロッド４の入射面１３が正対したときは、基準のＬＥＤ１ａからの照明光は反射部１５により反射されずに導光ロッド４により導光されるため、光センサー７により検出される反射光の光量が変化することとなる。

次に、制御部１７により実行される処理について以下に説明する。
図４は、制御部１７が有する機能を展開して示した機能ブロック図である。
図４に示すように、制御部１７は、ユーザーによる操作が行われるユーザーＩ／Ｆ部１０１と、ユーザーの命令または撮像装置１０３からの輝度情報に基づいて輝度制御信号を出力する明るさ制御部１０２と、輝度制御信号に基づいてパルス点灯時のパルス幅を生成するパルス幅生成部１０４と、光センサー７により検出される反射光の波形のピークを検出するピーク検出部１０５と、光センサー７からの情報に基づいてモーター２の回転周期を検出する周期検出部１０６と、ＬＥＤ１の点灯を制御するＬＥＤ制御部１０７と、ピーク検出部１０５により検出されたピークの大きさを比較する比較器１０８と、モーター２の回転を制御するモーター制御部１０９とを備えている。

ＬＥＤ制御部１０７は、パルス幅生成部１０４から出力されたパルス幅およびユーザーＩ／Ｆ部１０１から出力された信号に基づいて、基準のＬＥＤ１ａを常時点灯させる第１のモード、または、基準のＬＥＤ１ａを含む全てのＬＥＤをパルス点灯させる第２のモードでＬＥＤ１を制御するようになっている。

モーター制御部１０９は、周期検出部１０６から出力されたモーター２の回転周期、比較器１０８から出力された比較結果、およびユーザーＩ／Ｆ部１０１から出力された信号に基づいて、モーター２の回転数および位相を以下のように調節するようになっている。

第１のモードでは、図６に示すように、ロッド入射期間、すなわち、基準のＬＥＤ１ａが導光ロッド４の入射面１３と対向する期間には、基準のＬＥＤ１ａからの照明光は反射されずに導光ロッド４に入射するため、光センサー７の出力レベルは低下する。モーター制御部１０９は、この出力レベルが低下する周期をモーター２の回転周期として検出し、モーター２の回転周期が全てのＬＥＤ１を順次パルス点灯させる際の各ＬＥＤ１の点灯周期となるようにモーター２の回転数を調節する。このようにすることで、モーター制御部１０９は、モーター２の回転周期と各ＬＥＤ１の点灯周期とを同期させる。

第２のモードでは、図７に示すように、基準のＬＥＤ１ａを含む全てのＬＥＤ１をパルス点灯させると、光センサー７により検出される反射光の出力レベルは極大値と極小値とを有する波形となる。
まず、導光ロッド４の入射面１３が基準のＬＥＤ１ａと離れた位置において、基準のＬＥＤ１ａがパルス点灯を開始すると、光センサー７により検出される反射光の出力レベルは上昇して極大値Ａをとる。

次に、基準のＬＥＤ１ａがパルス点灯している間に導光ロッド４の入射面１３が基準のＬＥＤ１ａに近づくと、基準のＬＥＤ１ａから射出された照明光の一部は導光ロッド４に導かれるため、光センサー７により検出される反射光の出力レベルが低下する。特に、導光ロッド４の入射面１３が基準のＬＥＤ１ａに正対すると、基準のＬＥＤ１ａから射出された照明光の大部分は導光ロッド４に導かれるため、光センサー７により検出される反射光の出力レベルは極小値Ｂをとる。

その後、導光ロッド４の入射面１３が基準のＬＥＤ１ａの正対位置を過ぎると、光センサー７により検出される反射光の出力レベルは上昇して極大値Ｃをとる。
そして、基準のＬＥＤ１ａがパルス点灯を終了することにより、光センサー７により検出される反射光の出力レベルが低下する。

モーター制御部１０９は、このようにして光センサー７により検出される反射光の波形における極大値ＡおよびＣと極小値Ｂとの位置関係に基づいてモーター２の位相を調節する。このようにすることで、モーター制御部１０９は、パルス点灯するＬＥＤに導光ロッド４の入射面１３を正対させる。

上記構成を有する光源装置１０において、モーター２の回転数および位相の制御方法について、主に図５に示すフローチャートを用いて以下に説明する。
ユーザーによるユーザーＩ／Ｆ部１０１の操作により光源装置１０の電源がＯＮにされると、モーター制御部１０９によりモーター２が回転駆動させられるとともに、ＬＥＤ制御部１０７により基準のＬＥＤ１ａが定格以下の電流値で発光させられる（Ｓ１０１）。

次に、光センサー７により反射光を検出した周期、すなわち、モーター２の回転周期と所定の周期とを比較する（Ｓ１０４）。ここで、所定の周期とは、全てのＬＥＤ１を順次パルス点灯させる際の各ＬＥＤ１の点灯周期である。
比較した結果、反射光を検出した周期が、所定の周期よりも長い場合にはモーター２を加速し（Ｓ１０２）、所定の周期よりも短い場合にはモーター２を減速する（Ｓ１０３）。

このようにして、反射光を検出した周期と所定の周期とが一致したら、第２のモードに移行して、全てのＬＥＤ１を定格以上の電流値でパルス点灯させる（Ｓ１０５）。
次に、ピーク検出部１０５により反射光のピーク（極大値）を検出し（Ｓ１０６）、ピークが２つあるか否かを判定する（Ｓ１０７）。２つのピークが検出されなかった場合は、基準のＬＥＤ１ａの点灯タイミングと、基準のＬＥＤ１ａに導光ロッド４の入射面１３が対向するタイミングとが大きくずれている可能性がある。したがって、Ｓ１０１に戻って再びモーター２の回転数と大まかな位相を調節する。一方、２つのピークが検出された場合には２つのピーク値を比較する（Ｓ１０８）。

次に、２つのピーク値の比較結果に基づいてモーター２の位相が調節される。
ここで、図８から図１０は、光源装置１０が動作し、基準のＬＥＤ１ａがパルス点灯した時の光センサー７により検出した反射光の波形であり、図８は基準のＬＥＤ１ａのパルス点灯に対して導光ロッド４の位相が遅れている場合、図９は基準のＬＥＤ１ａのパルス点灯に対して導光ロッド４の位相が一致している場合、図１０は基準のＬＥＤ１ａのパルス点灯に対して導光ロッド４の位相が進んでいる場合を示している。

照明光の光量を向上させるためには、基準のＬＥＤ１ａの点灯期間の中心時刻に、導光ロッド４の入射面１３を基準のＬＥＤ１ａに正対させる必要がある。したがって、図８に示すように、極大値Ｃよりも極大値Ａが大きい場合には、導光ロッド４の位相が遅れていると判断し、モーター２を加速する（Ｓ１０９）。また、図１０に示すように、極大値Ｃよりも極大値Ａが小さい場合には、導光ロッド４の位相が進んでいると判断し、モーター２を減速する（Ｓ１１０）。図９に示すように、極大値Ｃと極大値Ａとの大きさが一致した場合は、モーター２の速度を維持し、ＬＥＤ１のパルス点灯を繰り返す。

以上説明してきたように、本実施形態に係る光源装置１０によれば、光センサー２により検出される反射光に基づいて制御部１７によりモーター２の回転数と位相を調節することで、ＬＥＤ１がパルス点灯により照明光を射出するタイミングと、パルス点灯するＬＥＤ１に導光ロッド４の入射面１３を対向させるタイミングとを高精度に同期させることができ、ＬＥＤ１から射出された照明光を安定的にライトガイド６から射出することが可能となる。

また、モーター制御部１０９が、光センサー７により検出される反射光の波形における２つの極大値の大きさを一致させるようにモーター２の位相を調節することで、パルス点灯したＬＥＤ１に導光ロッド４の入射面１３が対向する前後における反射光の光量を等しくすることができる。これにより、照明光の光量が極大となる時刻に、パルス点灯するＬＥＤ１に導光ロッド４の入射面１３を正対させることができ、ライトガイド６から射出する照明光の照度を向上させることができる。

なお、モーター制御部１０９は、光センサー７により検出される反射光の波形において極小値Ｂをとる時刻と、基準のＬＥＤ１ａの点灯期間の中心時刻とを一致させるようにモーター２の位相を調節することとしてもよい。
このようにすることで、光センサー７により検出される反射光の波形において極小値Ｂをとる時刻、すなわち、導光ロッド４の入射面１３が基準のＬＥＤ１ａに正対した時刻と、基準のＬＥＤ１ａの点灯期間の中心時刻、すなわち、基準のＬＥＤ１ａから射出された照明光の光量が極大となる時刻とを一致させるようにモーター２の位相が調節される。これにより、照明光の光量が極大となる時刻に、パルス点灯するＬＥＤ１に導光ロッド４の入射面１３を正対させることができ、ライトガイド６から射出する照明光の照度を向上させることができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、反射部１５はロッドベース３の外周面に設けられた傾斜面であるとして説明したが、これに代えて、導光ロッド４の入射面１３と隣接して周方向両側に配置された反射板としてもよい。
また、反射部１５は、ＬＥＤ１から射出された照明光を中心軸線Ｏに沿う方向に反射するとして説明したが、ＬＥＤ１の射出方向と交差する方向に照明光を反射して、光センサー７を当該反射方向に設けることとしてもよい。
また、モーター２の位相を調節するにあたり、全てのＬＥＤ１をパルス点灯させることとして説明したが、基準のＬＥＤ１ａのみをパルス点灯させることとしてもよい。

また、反射面１５を有しないようなロッドベースを用いることもできる。たとえば、図１１に示すように、ロッドベース８の側面１６の反射率をライトガイド４の入射面１３の反射率と異ならせることで、基準のＬＥＤ１ａの近傍に配置した光センサー７が検出する受光レベルは、基準のＬＥＤ１ａからの照射光がライトガイド４の入射面１３に照射した時と入射しない時とで変化する。よって、図１から図３で示したような反射面１５を設けていない図１１のような形状のロッドベース８を用いても、ライトガイド４の入射面１３を同様に検出することができる。

本発明の一実施形態に係る光源装置の模式図である。図１の光源装置の側面図である。図１の光源装置の動作を説明する図である。図１の制御部の機能ブロック図である。図１の光源装置の動作を説明するフローチャートである。第１のモードにおける反射光の波形を示す図である。第２のモードにおける反射光の波形を示す図である。図７の波形において導光ロッドの位相が遅れた場合を説明する図である。図７の波形において導光ロッドの位相がＬＥＤの点灯タイミングと一致した場合を説明する図である。図７の波形において導光ロッドの位相が進んだ場合を説明する図である。本発明の一実施形態に係る光源装置の模式図の変形例である。

符号の説明

１ＬＥＤ
１ａ基準のＬＥＤ
２モーター
３、８ロッドベース
４導光ロッド
５反射プリズム
６ライトガイド
７光センサー
１０光源装置
１１導光部材
１３入射面
１５、１６反射部
１７制御部
１０７ＬＥＤ制御部
１０９モーター制御部
Ｏ中心軸線

Claims

円環状に並んで配置され、前記円環の半径方向内方に照明光を射出する複数の光源と、
該光源から射出された照明光を入射させる入射面を有し、入射させた照明光を前記円環の中心軸線に沿う方向に導光する導光部と、
該導光部の前記入射面と隣接して周方向に並んで配置された反射部と、
前記導光部および前記反射部を前記中心軸線回りに一体的に回転駆動する回転部と、
前記光源から射出され、前記反射部により反射された反射光を検出する光検出部と、
いずれかの前記光源を常時点灯させて前記光検出部により検出される反射光の検出周期に基づいて前記回転部の回転数を調節するとともに、前記入射面に対向する位置の前記光源をパルス点灯させて前記光検出部により検出される反射光の波形における極大値と極小値との位置関係に基づいて前記回転部の位相を調節する制御部とを備える光源装置。
前記反射部が、前記導光部の前記入射面の周方向両側に配置されている請求項１に記載の光源装置。
前記反射部が、前記導光部の前記入射面を外周面の一部とする円柱部材の表面に設けられ、前記光源から射出された照明光を前記半径方向と交差する方向に反射する傾斜面である請求項１または請求項２に記載の光源装置。
前記制御部が、前記光検出部により検出される反射光の光量が低下する周期が、全ての前記光源を順次パルス点灯させる際の各前記光源の点灯周期となるように前記回転部の回転数を調節する請求項１から請求項３のいずれかに記載の光源装置。
前記制御部が、前記光検出部により検出される反射光の波形において極小値をとる時刻と、いずれかの前記光源の点灯期間の中心時刻とを一致させるように前記回転部の位相を調節する請求項１から請求項４のいずれかに記載の光源装置。
前記制御部が、前記光検出部により検出される反射光の波形における２つの極大値の大きさを一致させるように前記回転部の位相を調節する請求項１から請求項４のいずれかに記載の光源装置。