JP5103835B2 - 放射温度測定装置および放射温度測定方法 - Google Patents
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Description
本発明の実施の形態1による放射温度測定装置を図1に示す。図1において、100は放射温度測定装置、200は放射温度測定装置100の温度測定の対象を含む光源部である。以下では光源として放電ランプを例に取り説明する。光源部200は、光源となる放電ランプ1と、光源駆動回路4と、両者をつなぐケーブルとで構成されている。放電ランプ1には、電極2と電極2の先端部である電極先端部3とが対になり対向して配置されている。この対向した電極2若しくは電極先端部3間には光駆動回路4を介して電圧が印加されることにより、対向する電極先端部3間で放電を生じさせ、この放電により発光を生じさせる。従って、電極部2若しくは電極先端部3が光源光として利用される放電光の発光端となり、この部分の温度が本願発明に係る測定対象となる。以下では、温度測定対象となる光源光の発光端は電極部2であるとして説明するが、電極部2は電極先端部3を含む概念である。
図3に、重畳パルスが加えられた場合の、光源駆動回路4から放電ランプ1に供給される駆動電流の時間波形を示す。電流極性の反転直前にそれぞれの極性で加えられている電流の増加分が重畳パルスによるものである。図4は、重畳パルスが加えられた図3に示す電流時間波形で交流駆動されているランプでの放電発光強度の時間変化を示している。図4から、重畳パルスが加えられている時間に対応して放電発光強度が増大することがわかる。本実施の形態に係る発明は、重畳パルスを加えた場合の発光強度の時間変化を利用することにより、迷光として測定対象光に混入してくる放電発光の寄与分を評価することにより、熱輻射スペクトルの寄与分を分離して評価し、その結果から、電極部の温度を求めるというものである。
重畳パルスを電極部2に加えた場合は、放電発光強度が増大するだけでなく電極温度も理論的には増加する。しかし、重畳パルス印加時には放電発光強度は即応して増加するが、電極部2の温度変化の応答性はけた違いに悪く、図3に示すような短パルス低波高の重畳パルスを加えた駆動電流波形の場合、実質的には温度は変化しないとして扱っても良い。例えば、電流の交流周波数を150Hzであるとすると、図4からわかるように、発光強度の1周期は電流の交流周波数の2倍となるので、300Hzとなり、一周期わずか3.3msである。重畳パルスはこれと同じ周期で重畳されるが、その時間幅は更にこの周期の数分の1である。従って、このような短い時間では電極部2の温度は一定と仮定してもよい。図5は、図3、図4と同じ横軸時間スケールで重畳パルスを加えた場合の電極先端部温度の時間変化を示したものである。図5からわかるように、電極部2の温度は放電発光周期の時間オーダーでは、時間によらず一定と見なすことができる。従って、電極部2から発せられる熱輻射光強度及びスペクトルも、放電発光周期の時間オーダーでは時間によらず一定と見なすことができる。
光検出器9と10とについては同様の説明となるため、以下では、光検出器9と、光検出器24の時間波形信号について説明する。課題は光検出器9からの信号に混入する放電発光による寄与分を除去し、熱輻射光成分のみを評価することである。
a1は次式で表現できる。
a1=I1+d1 (1)
ここで、I1は熱輻射光の寄与を、d1は放電発光の寄与を示す。
((b1−a1)+d1)/d1=b0/a0 (2)
(2)式から、d1の表式として次式を導くことができる。
d1=a0×r (3)
r=(b1−a1)/(b0−a0) (4)
ここでrは、副測定系52で測定した放電発光強度を基準としたときの主測定系51で
の測定に迷光として混入した放電発光の寄与の割合、即ち放電発光寄与率を示している。
よって、波長帯λ1についての測定値a1に含まれる熱輻射光の寄与分であるI1は下式で求まる。
I1=a1−a0×(b1−a1)/(b0−a0) (5)波長帯λ2についての測定値a2に含まれる熱輻射光の寄与分であるI2も同様に、次式で求めることができる。
I2=a2−a0×(b2−a2)/(b0−a0) (6)
次式に示すとおり、両者の比である強度比Rを求める。
R=I1/I2 (7)
例えば、2つの測定波長を、λ1=700nmとλ2=800nmの近傍とする。このように2波長を選択すると先に示した図15から分かるように、放電発光スペクトルのピーク領域を外しているので、放電発光の迷光をより小さくできる。もちろんより高波長の波長帯を選択しても良いし、放電ピークの谷間に当たる530nm付近の波長を選択しても良い。但し、光検出器の感度スペクトル特性と、測定対象温度域での温度変化により熱輻射スペクトルの変化の大きな波長帯であるということを考慮する必要もある。これらの点を考慮すると、放電発光スペクトルが図15に示すようなものであれば、近赤外の2波長帯を選ぶのが最善であろう。
本実施の形態は、実施の形態1で放電発光強度の測定専用に設置した副検出系52の機能を主検出系51で兼ねるというものである。図11は本実施の形態の構成図を示すもので、検出系は主検出系51のみで、その空間分解部30の位置若しくは方向を可変とする駆動機構部20を装備している。この駆動機構部20により、投影装置5での測定対象部位を時間分割することにより電極部2と放電発光部との間で切り替えられるようにしたものである。
本実施の形態は重畳パルスを加えない点に特徴を有する。重畳パルスを加えないランプ駆動法もよく用いられるが、そのような場合でも本実施の形態に記載の発明によれば、実施の形態1又は2に記載の場合と同様に、光強度測定値時間波形から熱輻射に起因する分を分離評価できる。重畳パルスを加えない場合の駆動電流波形は既に説明した通り図2に示すようになっている。図12はそのときの放電ランプ1の、放電発光強度の時間波形を示したものである。図12と図2とは時間スケールを揃えてあり、図12によると、図2に示す電流反転時に放電発光強度が小さくなることがわかる。本実施の形態はこの放電発光強度の時間変化を利用して、電極部の熱輻射スペクトルの測定値寄与分を分離するというものである。
実施の形態1では同極性の重畳パルスを交流駆動電流に加えていたが、本実施の形態に係る発明は、重畳パルス電流の極性を交流駆動電流の極性と逆にしたものである。従って、重畳パルスを加えた時間帯での放電発光強度は実施の形態1の時とは逆に減少する。この場合でも、実施の形態1と同様の原理により、式(1)から(7)はそのまま成立する。従って、これらの式に基づき放電発光に起因する寄与を除去することができ、電極部の熱輻射光の寄与分を分離評価できる。
本実施の形態に係る発明は、上述の実施の形態1乃至4のいずれかの温度測定装置を用いて、放電ランプ1の電極部2の温度を測定しつつ、その温度をある一定温度範囲内に抑えることを特徴とする光源温度制御装置に関するものである。
図13に本実施の形態に係る装置の構成を示す。本光源温度制御装置はこれまで説明した放射温度測定装置100と、ランプ部200の設置近傍に配置した、冷却ファンなどの放電ランプ電極部2の温度を調節する機能を有する冷却手段80と、この冷却手段80と温度値計算機70とを接続する温度値信号フィードバックケーブル81とで構成されている。
まず、温度値計算機70には制御すべき電極部2の温度範囲が設定温度範囲として予め入力されているものとする。そして温度値計算機70では実施の形態1から4に記載のいずれかの装置によって電極部2の温度を測定評価する。温度値計算機70では、測定評価して得られた電極部2の温度が、予め入力されている設定温度範囲内にあるかどうかを判断する。測定評価した温度が設定温度範囲内にあれば温度値計算機70は冷却手段80に対しては何も行わない。従って、冷却手段80は現在の運転状態をそのまま継続する。冷却手段80が冷却ファンである場合は冷却ファンの風量をそのまま維持することになる。
測定評価した温度が設定温度範囲よりも高ければ、温度値計算機70は温度値信号フィードバックケーブル81を介して冷却手段80に対して冷却能力を増強するように制御信号を送る。冷却手段80が冷却ファンである場合は冷却ファンの風量を増強する。一方、測定評価した温度が設定温度範囲よりも低ければ、温度値計算機70は温度値信号フィードバックケーブル81を介して冷却手段80に対して冷却能力を低減するように制御信号を送る。冷却手段80が冷却ファンである場合は冷却ファンの風量を低減する。
本実施の形態にかかる発明は画像投影装置で、その構成を図14に示す。図14に示す画像投影装置は、ランプ部200と、ランプの電極部温度を測定し、測定された電極部温度に基づき、電極部温度を所定の温度範囲に制御する実施の形態5に記載の光源温度制御装置と、ランプ部200からの光を画像表示素子に照射投影する画像投影光学系90とで構成される。
Claims (5)
- 所定の周期でステップ状に変化する交流駆動電流に前記周期の重畳パルスが重畳された放電ランプ駆動電流が供給される放電ランプと、
前記放電ランプの発光端から放出される光の強度を2つの波長帯で測定する第1の光測定手段と、
前記放電ランプの放電光のみの光強度を測定する第2の光測定手段と、
前記重畳パルスが重畳されていない第1のタイミングおよび前記重畳パルスが重畳されている第2のタイミングで前記第1の光測定手段の出力および前記第2の光測定手段の出力を取得する時間波形測定手段と、
前記時間波形測定手段の出力から前記2つの波長帯のそれぞれにおける熱輻射光を求め、前記2つの波長帯のそれぞれにおける熱輻射光の強度の比から前記発光端の温度を算出する温度算定手段と
を備え、
前記温度算定手段は、
前記第1のタイミングおよび前記第2のタイミングで第1の波長帯で測定された前記第1の光測定手段の出力と
前記第1のタイミングおよび前記第2のタイミングで取得された前記第2の光測定手段の出力とから
第1の波長帯における熱輻射光の強度を求め、
前記第1のタイミングおよび前記第2のタイミングで第2の波長帯で測定された前記第1の光測定手段の出力と
前記第1のタイミングおよび前記第2のタイミングで取得された前記第2の光測定手段の出力とから
第2の波長帯における熱輻射光の強度を求める
ことを特徴とする放射温度測定装置。 - 所定の周期でステップ状に変化する交流駆動電流が供給される放電ランプと、
前記放電ランプの発光端から放出される光の強度を2つの波長帯で測定する第1の光測定手段と、
前記放電ランプの放電光のみの光強度を測定する第2の光測定手段と、
前記交流駆動電流の値が一定である第1のタイミングおよび前記交流駆動電流の値が変化する第2のタイミングで前記第1の光測定手段の出力および前記第2の光測定手段の出力を取得する時間波形測定手段と、
前記時間波形測定手段の出力から前記2つの波長帯のそれぞれにおける熱輻射光を求め、前記2つの波長帯のそれぞれにおける熱輻射光の強度の比から前記発光端の温度を求める温度算定手段と
を備え、
前記温度算定手段は、
前記第1のタイミングおよび前記第2のタイミングで第1の波長帯で測定された前記第1の光測定手段の出力と
前記第1のタイミングおよび前記第2のタイミングで取得された前記第2の光測定手段の出力とから
第1の波長帯における熱輻射光の強度を求め、
前記第1のタイミングおよび前記第2のタイミングで第2の波長帯で測定された前記第1の光測定手段の出力と
前記第1のタイミングおよび前記第2のタイミングで取得された前記第2の光測定手段の出力とから
第2の波長帯における熱輻射光の強度を求める
ことを特徴とする放射温度測定装置。 - 温度算定手段は、
第1のタイミングにおける第1の光測定手段の出力のうち、第1の波長帯で測定された光強度をa(λ1)、第2の波長帯で測定された光強度をa(λ2)、
第1のタイミングにおける第2の光測定手段の出力をa0、
第2のタイミングにおける第1の光測定手段の出力のうち、第1の波長帯で測定された光強度をb(λ1)、第2の波長帯で測定された光強度をb(λ2)、
第2のタイミングにおける第2の光測定手段の出力をb0としたときに、
以下の式によって熱輻射光の強度比Rを求め、前記熱輻射光の強度比Rから発光端の温度を求めることを特徴とする請求項1または2に記載の放射温度測定装置。
R=I1/I2
I1=a(λ1)−a0×(b(λ1)−a(λ1))/(b0−a0)
I2=a(λ2)−a0×(b(λ2)−a(λ2))/(b0−a0) - 第1の光測定手段の位置又は方向を変える駆動部を備え、
第1の光測定手段を用いて放電ランプの放電光のみの光強度を測定した結果を第2の光測定手段の出力とすることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の放射温度測定装置。 - 所定の繰り返し光強度時間変動パターンを有する光源光の発光端から放射される波長帯λ1及び波長帯λ2の光の強度を、光測定手段が、繰り返し光強度時間変動パターンに基づくタイミング1で測定し、その結果a(λ1)、a(λ2)を求める第1のステップと、前記光測定手段が、前記第1のステップと熱輻射条件が同じと見なせる時間幅内にあり、前記光源の繰り返し光強度時間変動パターンに基づき、前記タイミング1に対応する光強度に対して所定時間増加又は減少する光強度に対応するタイミング2で、前記発光端から放射される波長帯λ1及び波長帯λ2の光の強度を測定し、その結果b(λ1)、b(λ2)を求める第2のステップと、前記光測定手段若しくは他の光測定手段が、前記第1のステップと熱輻射条件が同じと見なせる時間幅内にあり、前記光源の繰り返し光強度時間変動パターンに基づく前記タイミング1及び前記タイミング2で、放電光の光強度のみを測定し、その結果a0、b0を求める第3のステップと、温度算定手段が、前記測定結果a(λ1)、a(λ2)、b(λ1)、b(λ2)、a0及びb0を入力し、次式により波長帯λ1、λ2での熱輻射光測定値の強度比Rを求め、
R=I1/I2
I1=a(λ1)−a0×(b(λ1)−a(λ1))/(b0−a0)
I2=a(λ2)−a0×(b(λ2)−a(λ2))/(b0−a0)
前記算定した強度比Rに基づき、保持している強度比Rと温度との関係を示すデータを参照して光源発光端温度を求める第4のステップとからなる放射温度測定方法。
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