(57)【要約】【課題】  任意の分光分布が設定可能であり、特にハロゲン光源の分光分布やＤ６５標準光等の既存の各種光源の分光分布に近似制御することが可能な光源装置を実現する。【解決手段】  所定の発光分布を持つ複数の多色発光源と、これら多色発光源の発光量を夫々制御する光源制御手段とを具備する光源装置において、  所定の波長範囲における目標の分光分布データを保持する目標分光分布保持手段と、  前記発光源毎の駆動電流及び発光分布に対する発光出力の相関関係に基づく特性データを保持する特性データ保持手段と、  前記目標分光分布保持手段から取得する前記分光分布データと、前記特性データ保持手段から取得する前記特性データとを比較し、各波長における前記分光分布データと前記特性データの偏差が最小となる前記多色発光源の発光量の指令値を計算し、前記光源制御手段に渡す分光分布制御手段と、を備える。【選択図】                    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の発光分布を持つ複数の多色発光源と、これら多色発光源の発光量を夫々制御する光源制御手段とを具備する光源装置において、
所定の波長範囲における目標の分光分布データを保持する目標分光分布保持手段と、
前記発光源毎の駆動電流及び発光分布に対する発光出力の相関関係に基づく特性データを保持する特性データ保持手段と、
前記目標分光分布保持手段から取得する前記分光分布データと、前記特性データ保持手段から取得する前記特性データとを比較し、各波長における前記分光分布データと前記特性データの偏差が最小となる前記多色発光源の発光量の指令値を計算し、前記光源制御手段に渡す分光分布制御手段と、
を備えることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
所定の波長範囲における前記目標の分光分布データを、前記目標分光分布保持手段に設定する分光分布設定手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記分光分布制御手段は、前記目標分光分布保持手段より複数の分光分布データを切替えて取得することを特徴とする請求項１または２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記分光分布制御手段は、前記目標分光分布保持手段よりハロゲン光源の分光分布データまたはＣＩＥ規格のＤ６５標準光の分光分布データを取得することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光源装置。
【請求項５】
前記分光分布制御手段は、最小二乗法により前記偏差を最小とする計算を実行することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光源装置。
【請求項６】
前記分光分布制御手段は、絶対偏差最小法により前記偏差を最小とする計算を実行することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光源装置。
【請求項７】
前記多色発光源は、全て自己発光の光を用いて所定の分光分布を与えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の光源装置。
【請求項８】
前記多色発光源は、同一発光源を一つ以上の色フィルターを用いて不要な波長を制限した光により、所定の分光分布を与えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の光源装置。
【請求項９】
前記多色発光源は、自己発光の光及び色フィルターを用いて不要な波長を制限した光を混在させた光により、所定の分光分布を与えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の発光分布を持つ複数の多色発光源と、これら多色発光源の発光量を夫々制御する光源制御手段とを具備する光源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤを多色発光源として用いた光源で最も多い構成が、ＲＧＢの３原色による加法混色を用いる手法である。この手法によれば、ＸＹ色度図（ＣＩＥ（国際照明委員会）により制定されている）上においてＲＧＢの三角形の内側であれば所望する色を再現することが可能であり、分光分布を問題視しない光源であれば最小構成の３原色で十分である。
【０００３】
ところが、撮像素子（ＣＣＤ，ＣＭＯＳ等）の検査用光源や、色の再現性を厳密に評価する標準光源等の分光分布を問われる光源では、ハロゲン光や白熱灯光源、太陽光等の可視外から可視光にかけて広域になだらかな分光分布が必要とされる。
【０００４】
分光分布に偏りや抜けを生じさせない光源を得るため、特許文献１では、青色、緑色、黄色、赤色の４色のＬＥＤを用いた光源が提案されている。
【０００５】
また特許文献２では、青色、水色、緑色、黄色、赤色の５色のＬＥＤ、更にはこれら５色のＬＥＤに白色を加えた６色のＬＥＤとして、できるだけ分光分布に抜けがないように工夫された光源が提案されている。
【０００６】
図６は、特許文献２に開示されている、６色のＬＥＤを用いた光源装置の回路構成図である。各色のＬＥＤは、１個または複数個が直列接続され、トランジスタによるドライバにより定電流で駆動される。
【０００７】
図７は、青色、水色、緑色、黄色、赤色の５色のＬＥＤにより、ハロゲン光源（色温度3400K、図では黒色の細線）に近似するように各ＬＥＤの発光量をそれぞれ決定して加算した分光分布（図では黒色の太線）を示したものである。
【０００８】
図８は、同様に５色でＣＩＥによって規定されているＤ６５標準光（6,500K、図では黒色の細線）に対して近似するように計算した分光分布（図では黒色の太線）である。
【０００９】
図９は、前記色に加えて白色を加えた６色のＬＥＤにより、ハロゲン光源（色温度3400K、図では黒色の細線）に近似するように各ＬＥＤの光出力をそれぞれ決定して加算した分光分布（図では黒色の太線）を示したものである。
【００１０】
図１０は、同様に６色でＣＩＥによって規定されているＤ６５標準光（6,500K、図では黒色の細線）に対して近似するように計算した分光分布（図では黒色の太線）である。
【００１１】
【特許文献１】特開２００２−０５６９９２号公報
【特許文献２】特開２００５−２５９４２６号公報
【特許文献３】特開２００５−１９５４４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１で開示されている、青、緑、赤の３原色に黄色を加えた４色では、各色の間には相対光出力が３０％以下の大きな谷間が３箇所開いてしまい、分光分布を揃えられるレベルにない。また、可視外側も不足してしまう問題がある。
【００１３】
特許文献２で開示されている、５色を用いてハロゲン光源に近似させた例（図７）では、更に改善されるが主に以下の問題が残る。
440nm付近の短波長側が足りない
500nm付近が足りない
610nm付近が足りない
【００１４】
特に500nm付近での谷間は、相対光出力が５０％程度で必要十分とは言えない。
更に白色を加えた６色の例（図９）では、一般的に高出力が望めるＧａＮ系半導体を用いた白色ＬＥＤを選んだ場合、青色ＬＥＤで黄色蛍光体（ＹＡＧ＝イットリウム・アルミニウム・ガーネット）を励起しているため、別に入れている青色ＬＥＤ、黄色ＬＥＤと重複してしまう結果、分光分布改善にあまり寄与していない。
【００１５】
原理的には、更に発光色を増やせば分布は均一になるが、上記で問題視した波長のＬＥＤは出力が弱く、図６に示すように複数本を直列に接続して点灯せざるを得ない。
【００１６】
発光量に合わせて複数のＬＥＤを直列に接続することは、ＬＥＤ駆動電圧が回路毎に異なることになり、制御回路の広範囲なリニアリティーを確保するために大掛かりな制御部とならざるを得ない。
【００１７】
ＬＥＤの駆動電圧を概ね４Ｖとすれば、図６の従来装置では、最大６０Ｖ（＝４Ｖ×１５本）になる。更に、高精度に光量制御が必要な場合には、ドライバに定電流を設定するためのＤ／Ａ変換器は精度が求められる。
【００１８】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、任意の分光分布が設定可能であり、特にハロゲン光源の分光分布やＤ６５標準光等の既存の各種光源の分光分布に近似制御することが可能な光源装置の実現を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
このような課題を達成するために、本発明は次の通りの構成になっている。
（１）所定の発光分布を持つ複数の多色発光源と、これら多色発光源の発光量を夫々制御する光源制御手段とを具備する光源装置において、
所定の波長範囲における目標の分光分布データを保持する目標分光分布保持手段と、
前記発光源毎の駆動電流及び発光分布に対する発光出力の相関関係に基づく特性データを保持する特性データ保持手段と、
前記目標分光分布保持手段から取得する前記分光分布データと、前記特性データ保持手段から取得する前記特性データとを比較し、各波長における前記分光分布データと前記特性データの偏差が最小となる前記多色発光源の発光量の指令値を計算し、前記光源制御手段に渡す分光分布制御手段と、
を備えることを特徴とする光源装置。
【００２０】
（２）所定の波長範囲における前記目標の分光分布データを、前記目標分光分布保持手段に設定する分光分布設定手段を備えることを特徴とする（１）に記載の光源装置。
【００２１】
（３）前記分光分布制御手段は、前記目標分光分布保持手段より複数の分光分布データを切替えて取得することを特徴とする（１）または（２）に記載の光源装置。
【００２２】
（４）前記分光分布制御手段は、前記目標分光分布保持手段よりハロゲン光源の分光分布データまたはＣＩＥ規格のＤ６５標準光の分光分布データを取得することを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載の光源装置。
【００２３】
（５）前記分光分布制御手段は、最小二乗法により前記偏差を最小とする計算を実行することを特徴とする（１）乃至（４）のいずれかに記載の光源装置。
【００２４】
（６）前記分光分布制御手段は、絶対偏差最小法により前記偏差を最小とする計算を実行することを特徴とする（１）乃至（４）のいずれかに記載の光源装置。
【００２５】
（７）前記多色発光源は、全て自己発光の光を用いて所定の分光分布を与えることを特徴とする（１）乃至（６）のいずれかに記載の光源装置。
【００２６】
（８）前記多色発光源は、同一発光源を一つ以上の色フィルターを用いて不要な波長を制限した光により、所定の分光分布を与えることを特徴とする（１）乃至（６）のいずれかに記載の光源装置。
（９）前記多色発光源は、自己発光の光及び色フィルターを用いて不要な波長を制限した光を混在させた光により、所定の分光分布を与えることを特徴とする（１）乃至（６）のいずれかに記載の光源装置。
【発明の効果】
【００２７】
従来装置の分光分布の問題点として前記した、440nm付近の短波長側が足りない、500nm付近が足りない、610nm付近が足りない問題については、いずれも改善が図られており、合成分光分布を目標の分光分布に近似できている。
【００２８】
図４は、目標の分光分布（ハロゲン光源の色温度3400K）に対し合成分光分布の偏差が最小になるよう、例えば最小二乗法によりそれぞれのＬＥＤ発光量を計算した結果を示したものである。図５は、同様に目標の分光分布（Ｄ６５標準光）に対して偏差が最小になるように計算を示したものである。
【００２９】
分光分布の近似例として２例あげたが、ＬＥＤ光源であるために単色光の発光も可能であり、所望の単色光または指定の分光波長を発生させることも可能である。例えばＣＣＤやＣ−ＭＯＳセンサー等の撮像素子検査用の光源では、テスト項目の一つにキズ検査があるが、この場合、分光分布の狭い単色光の方が検出能力が高く、分光分布の広い白色光より精度の高い測定が可能となる。
【００３０】
一方ＣＣＤ面上に撮像素子単位で生成されるＲＧＢカラーフィルターの分光特性測定では、分光分布に抜けの無い白色光が必須である。本発明によれば、相反する測定条件に対しても予め目標分光分布を設定することで、瞬時に切替えが可能である。
【００３１】
特定の目標分光分布だけに近似できるのではなく、目標分光分布を複数任意に設定することで、単色光〜中範囲の分光〜広範囲な白色光まで、無数の制御が可能である。
【００３２】
従来装置で分光分布抜の問題とした、波長440nm、500nm、620nmに、その主波長で発光するＬＥＤを加えることでの解決策もあるが、現在のところ、その波長で十分明るい製品はなく、数十本〜百本も加えなければ必要とする光量は得られない。
【００３３】
近年、白色ＬＥＤの光量は飛躍的に改善され、白色ＬＥＤに色フィルターをかけて所望の波長を得られるようにすることで、合成時に最適な分光分布にできると共に、その光量も稼ぐことができる。また、色フィルターをかけるＬＥＤは全て共通の白色光としたことでＬＥＤの種類を少なくまとめることができる。
【００３４】
また、図３のテーブルに示すように、Ｄ１６はフィルターをかけない白色ＬＥＤである。このＬＥＤを入れることで、分光分布の改善は白色を除く８色で制御し、大光量を得るときはこの白色ＬＥＤを点灯することで、微妙な色制御とダイナミックな光量制御の両方を改善することができる。
【００３５】
大電流は短時間使われることが多いため、定格電流を超えて瞬時点灯することにより、相当大きな光量が得られる。一般に、ＬＥＤを定格電流近辺で使うと発熱が大きく、自己発熱及び周囲温度変化から微弱な照度制御をする場合の光量安定性が不十分となるが、瞬時点灯の場合では問題とならない。
【００３６】
このように、大光量を担当するＬＥＤと色制御を担当するＬＥＤとを分けることで、極微弱光量から大光量までダイナミックな安定制御が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明を図面により詳細に説明する。図１は、本発明を適用した光源装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。１６回路に各１個設けられたＬＥＤ光源の光量制御の手法は、特許文献３に開示されている技術を利用している。
【００３８】
１６個のＬＥＤ（Ｄ１乃至Ｄ１６）は、トランジスタによるドライバＱ１乃至Ｑ１６により定電流駆動され、発光量が制御される。駆動電流を制御する設定値は、制御装置４００に設けられた光源制御手段４０１内の定電流駆動手段４０１ａより、Ｄ／Ａ変換器１０１乃至１１６を介して各ドライバＱ１乃至Ｑ１６に出力される。Ｄ１乃至Ｄ１６の印加電圧は、Ａ／Ｄ変換器２０１乃至２１６を介して光源制御手段４０１にデジタルデータとして取り込まれる。
【００３９】
制御装置４００に設けられた特性データ保持手段４０２は、発光源毎の駆動電流及び発光分布に対する発光出力の相関関係に基づく特性データを、外部測定手段５００より予めオフラインデータとして取得し、テーブル化して装置内の不揮発性メモリやハードディスクに記憶保持する。
【００４０】
外部測定手段５００は、フォトダイオード５０１で測定されたＤ１，Ｄ２，…Ｄ１６夫々の光出力による出力電流Ｉを、Ｉ／Ｖ変換回路５０２で電圧値Ｖに変換し、Ａ／Ｄ変換器５０３を介してオフラインデータとして前記特性データ保持手段４０２に渡たす。
【００４１】
図２は、特性データ保持手段４０２に保持されるＬＥＤ毎の特性データの一例を、Ｄ１の特性を代表として示すテーブルである。このテーブルは、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，…Ｄ１６毎に印加電圧に対する駆動電流及び発光分布毎の発光量の相関関係を保持する。データ収集手法の詳細については、特許文献３に開示されている。
【００４２】
本発明の構成上の特徴部として、ＬＥＤ毎に配置されたフィルター手段Ｆ１乃至Ｆ１６を備えている。このフィルター手段は、有色ＬＥＤでは透過（またはなし）とされ、白色ＬＥＤに対してのみ有効とされている。例外は白色ＬＥＤのＤ１６であり、フィルターなしの構成となっている。
【００４３】
図３は、１６回路に割り付けたＬＥＤの、色、フィルター色、フィルター透過色、ピーク波長の関係を示すテーブルである。ＬＥＤの色の選定及びフィルター手段の色の選定により、１６回路のＬＥＤより、濃青，青，水色，青緑，緑，黄，オレンジ，赤，白の９色を抽出している。
【００４４】
９色の内３色（濃青，黄，オレンジ）に関しては、同一の白色ＬＥＤに夫々別の色フィルターをかけて特定波長の透過を抑え所望する分光分布となるようにしている。このように、白色を３色に分解したり、Ｄ１６のように、フィルターをかけないでそのまま白色として使うことで、ＬＥＤの種類は６種類にまとめている。
【００４５】
フィルター手段を介して抽出される濃青，黄，オレンジは、透過波長の制限を行うことにより透過光量が不足するので、必要光量に対して足りないことから複数回路の並列接続構成となっている。
【００４６】
この実施形態では、１回路１個のＬＥＤ構成により、ドライブ回路の共通化、低駆動電圧化を図っているが、電源電圧の範囲で１色１回路になるようＬＥＤを複数個直列接続して、９色に対応した９回路構成にすることもできる。
【００４７】
次に、本発明の構成上の特徴部である分光分布の制御手法について説明する。制御装置４００に設けられた分光分布制御手段４０３は、所定の波長範囲における目標の分光分布データを保持する目標分光分布保持手段（４０４ａ乃至４０４ｎ）から取得する目標の分光分布データと、特性データ保持手段４０２から取得する９色のＬＥＤの分光分布毎の特性データを取得する。
【００４８】
分光分布制御手段４０３は、取得した目標の分光分布データと特性データとを比較し、各波長における分光分布データと特性データの偏差が最小となるように、各ＬＥＤの発光量の指令値を計算して光源制御手段４０１に渡す。
【００４９】
分光分布制御手段４０３は、偏差を最小にする計算を実行するために、各波長の偏差の二乗が最小となる演算を行なう最小二乗計算手段４０３ａを備える。偏差を最小にする計算手法としては、絶対偏差の最大値を最小とする手法を採用することも可能である。
【００５０】
目標分光分布保持手段４０４ａ乃至４０４ｎは、分光分布設定手段４０５で設定される複数の目標分光分布データを記憶保持しており、所望の分光分布データを瞬時に切り替えて分光分布制御手段４０３に渡すように構成している。
【００５１】
目標の分光分布に選ぶものは、ハロゲン光源の分光分布データまたはＣＩＥ規格のＤ６５標準光（相関色温度6504K、昼光の可視・紫外波長域を代表）の分光分布データの他、例えば、ＣＩＥ規格の標準Ａ光源（温度2865Kの黒体が発する光で白熱電球を代表する）、標準Ｃ光源（相関色温度：6774K、平均的な昼光の可視波長域を代表する）等を任意に決めて記憶保持することができる。
【００５２】
図４は、ハロゲン光源の分光分布を目標の分光分布（細実線）に選定した場合の本発明の最小二乗法による９色の制御結果の合成分光分布（太実線）である。図７、図９に示した従来装置の合成分光分布に比較して目標の分光分布への一致度が改善されていることが分かる。
【００５３】
図５は、Ｄ６５標準光の分光分布を目標の分光分布（細実線）に選定した場合の本発明の最小二乗法による９色の制御結果の合成分光分布（太実線）である。図８、図１０に示した従来装置の合成分光分布に比較して目標の分光分布への一致度が改善されていることが分かる。
【００５４】
実施形態では、９色のＬＥＤにより分光分布を制御する光源装置について説明したが、白色を除く８色のＬＥＤにより分光分布を制御する構成でもよい。また、多色発光源としてＬＥＤを採用した場合を説明したが、レーザーダイオードを採用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明を適用した光源装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。
【図２】特性データ保持手段に保持されるＬＥＤ毎の特性データの一例を示すテーブルである。
【図３】１６回路に割り付けたＬＥＤの、色、フィルター色、フィルター透過色、ピーク波長の関係を示すテーブルである。
【図４】ハロゲン光源の分光分布を目標の分光分布に選定した場合の、本発明の制御結果の合成分光分布である。
【図５】Ｄ６５標準光の分光分布を目標の分光分布に選定した場合の、本発明の制御結果の合成分光分布である。
【図６】特許文献２に開示されている、６色のＬＥＤを用いた光源装置の回路構成図である。
【図７】５色のＬＥＤにより、ハロゲン光源の色温度に近似するように各ＬＥＤの発光量をそれぞれ決定し加算した分光分布である。
【図８】５色のＬＥＤにより、Ｄ６５標準光に対して近似するように計算した分光分布である。
【図９】６色のＬＥＤにより、ハロゲン光源の色温度に近似するように各ＬＥＤの発光量をそれぞれ決定し加算した分光分布である。
【図１０】６色のＬＥＤにより、Ｄ６５標準光に対して近似するように計算した分光分布である。
【符号の説明】
【００５６】
Ｄ１〜Ｄ１６  ＬＥＤ
Ｆ１〜Ｆ１６  フィルター手段
Ｑ１〜Ｑ１６  ドライバ
１０１〜１１６  Ｄ／Ａ変換器
２０１〜２１６  Ａ／Ｄ変換器
４００  制御装置
４０１  光源制御手段
４０１ａ  定電流駆動手段
４０２  特性データ保持手段
４０３  分光分布設制御手段
４０３ａ  最小二乗計算手段
４０４ａ，４０４ｂ，…４０４ｎ  目標分光分布設保持手段
４０５  分光分布設定手段
５００  外部測定手段
５０１  フォトダイオード
５０２  Ｉ／Ｖ変換回路
５０３  Ａ／Ｄ変換器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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