(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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。
【請求項１１】
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。
【請求項１２】
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。
【発明の詳細な説明】
【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】
0003999570.tif 000002
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】
0003999570.tif 000003
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】
0003999570.tif 000004
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Ｖ１fとすると、
【数４】
0003999570.tif 000005
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】
0003999570.tif 000006
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２乗に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の２乗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】
0003999570.tif 000007
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】
0003999570.tif 000008
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】
0003999570.tif 000009
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】
0003999570.tif 000010
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】
0003999570.tif 000011
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】
0003999570.tif 000012
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  Modulation
Controller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】
0003999570.tif 000013
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】
0003999570.tif 000014
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】
0003999570.tif 000015
と表される。
なお、図８において、１５は、PWMCを示し、Pulse  Width  Modulation
Controller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】
0003999570.tif 000016
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）
【図１】
0003999570.tif 000017
【図２】
0003999570.tif 000018
【図３】
0003999570.tif 000019
【図４】
0003999570.tif 000020
【図５】
0003999570.tif 000021
【図６】
0003999570.tif 000022
【図７】
0003999570.tif 000023
【図８】
0003999570.tif 000024
【図９】
0003999570.tif 000025