JP3565772B2 - ライン光源装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、安定した光量で発光する高速画像処理用の長尺のライン光源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光学検査に使用する光源として安定した光量の光源が要求され、さまざまな工夫がなされ、均一な照度分布を実現する光源として本出願人による面光源装置が提案されている。この光源は並設された複数の蛍光灯に対しそれぞれ点灯電源を設け、各光源ランプの放電電流を調整することにより蛍光灯の光量のばらつきを補正するとともに、蛍光灯電極部付近の照度低下を補う補助光源蛍光灯を設け、発光面全体が均一の照度になるようにしたものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、蛍光灯は管内面に塗布された蛍光体を発光させる為に微量の水銀が封入され、水銀の蒸気圧との関係で発光効率は温度特性があり周囲温度（管壁温度）の影響を受け、恒温室などで使用する場合はよいが、使用環境によっては所望の光量が得られない問題があった。
【０００４】
また、照明の長さを確保するためには長い蛍光管を必要とするが、蛍光管の作成能力の限界から２メートルが限界であり、それ以上の長さの照明を得ることは難しかった。
【０００５】
そして、常に安定した光量の光源を得るために出力をフィードバックする必要があるが、その為には灯具外部のフォトセンサ、被写体からの反射光強度をカメラなどで受光し、その検出結果をフィードバックしているが、灯具外部での検出では灯具カバーの汚れや、被写体の状況で変化し安定した検出結果が得られなかった。
【０００６】
本発明は上記問題点を解消し、使用環境の温度に左右されず安定した光量で発光する長尺のライン光源装置を提供することをその課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明に係るライン光源装置は、複数の蛍光灯と、該蛍光灯 の光をライン状に集光するロッドレンズとを備えた光源部と、上記蛍光灯を点灯させる点灯制御装置とを有する以下の要件を備えることを特徴とする。
（イ）上記蛍光灯は照度の低下する電極部近傍が他の蛍光灯の照度の安定した中央部近傍に重複且つ所定間隔をおいて交互に並設されるとともに、蛍光灯と蛍光灯との間には該蛍光灯の光を上記ロッドレンズに反射させる反射板が上記蛍光灯のそれぞれに対応して同数配置されていること
（ロ）上記反射板は長手方向端部同士が当接するとともに、当接部分が上記蛍光灯の重複部分に位置し、対応する蛍光灯の光を選択的に上記ロッドレンズに反射させるように配置されていること
【０００８】
なお、前記光源部には前記蛍光灯の周囲温度を検出する温度センサと蛍光灯の光量を検出する光量センサと空調装置とを設け、前記点灯制御装置は上記温度センサの検出結果に基づいて上記空調装置を制御して上記蛍光灯の周囲温度を所定の温度に保つとともに、上記光量センサの検出結果に基づいて放電電流を制御し、蛍光灯の光量を所定の光量にすることが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係るライン光源装置を示し、このライン光源装置は蛍光灯を光源とする光源部Ａと、蛍光灯の点灯を制御する点灯制御装置Ｂと、光源部Ａに異常が発生した場合使用者に異常を知らせるとともに異常信号を出力する警告ユニットＣとで構成されている。
【００１０】
光源部Ａは、断面略逆台形の筒状に形成されたハウジング１の内部に配置された複数の直管の蛍光灯２（本発明では２本の蛍光灯２ａ、２ｂ）と、蛍光灯２と同数の反射板３（本発明では２枚の反射板３ａ、３ｂ）と、一本のロッドレンズ４とで構成され、図２に示すように、ロッドレンズ４は、ハウジングの天板５に固定された支持部材６によって支持され、ハウジング１の下面に長手方向に形成された開口部７から周面の一部４ａが露出し（図４（ａ）参照）、ハウジング１の天板５から上方に突設された空調室８には空調装置９が設けられている。
【００１１】
なお、図１において、符号１０ａは、ハウジングの上面に形成されたネジ孔を示し、このネジ孔１０ａは、光源部Ａを図示しない支持部材に固定する為のものであり、符号１０ｂはサイドカバー１ａを固定する簡易型脱着ラッチ（ナイラッチ）を示し、この簡易型脱着ラッチ１０ｂをとってサイドカバー１ａを外すことにより蛍光灯２の交換が容易にできるようになっている。
【００１２】
蛍光灯２ａ、２ｂは長手方向にライン状の照射口（アパーチュア部）ａｐを設けたアパーチュア蛍光灯で構成され、ロッドレンズ４に平行に、しかも、蛍光灯２ａと蛍光灯２ｂとは所定間隔をおいて、ロッドレンズ４を逆頂点とする側面視略２等辺三角形を構成するように配置されている。そして、蛍光灯２は照度の低下する電極部近傍ａが他の蛍光灯２の照度の安定した中央部近傍ｂに重複し、照度の低下する電極部近傍を除いて、安定した照度の部分が連続するように、所定間隔をおいて平行に配置されている（図３（ｂ）参照）。
【００１３】
そして、蛍光灯２ａ、２ｂの照度をそれぞれ検出する光量センサ（フォトセンサ）１４ａ、１４ｂが、外乱光が入らないように反射板３ａ、３ｂから外れた位置で、しかも蛍光灯２ａ、２ｂ端部より中央寄りでアパーチュア部ａｐに密着して設置されている。
【００１４】
反射板３ａ、３ｂは、鏡で構成され、蛍光灯２ａと蛍光灯２ｂとの間に配置され、それぞれ鏡面が蛍光灯２ａ、２ｂのアパーチュア部ａｐから照射される光をロッドレンズ４に照射できるように配置されている。反射板３ａは、図４（ａ）に示すように、蛍光灯２ａの光を鏡面でロッドレンズ４に向かって反射し、反射板３ｂは、図４（ｂ）に示すように、蛍光灯２ｂの光を鏡面でロッドレンズ４に向かって反射するようにそれぞれ傾斜している。さらに、図３（ｂ）に示すように、反射板３ａと反射板３ｂとの端部同士は当接し、当接部分ｃが蛍光灯２ａ、２ｂの重複部分ｄの中央になるように配置され、反射板３ａ、３ｂで反射された光は途中で途切れることのない１本の長い光になるように、２本の蛍光灯の光をあたかも１本の蛍光灯（疑似蛍光灯）の光としてロッドレンズ４に照射できるようになっている。なお、図４（ａ）（ｂ）において、符号１８は長尺のロッドレンズ４が撓まないようにハウジング内に保持する保持板、符号２０は外部温度の影響を受けないようにする断熱板を示す。
【００１５】
そして、更に長い光源部が必要であれば必要な長さに形成した１本のロッドレンズと３本以上の蛍光灯２と、蛍光灯２の数に等しい反射板３とで光源部を構成すればよく、短いライン光源であれば、反射板を設けることなく１本のロッドレンズの上方に１本の蛍光灯を平行に配置して光源部を構成すればよい。
【００１６】
空調装置９は印加する電流の向きによって熱の発生・吸収が行われるペルチェ素子１１と、このペルチェ素子１１を両側からはさむように設けられた２つのファン１２、１３とで構成され、ハウジング１の上部の空調室８上に長手方向に所定間隔をおいて多数（本発明では９ａ〜９ｐの１６個）並設されている。外側のファン１２はペルチェ素子１１の上面に取り付けられたヒートシンク１９ａに重合して固定され、ペルチェ素子１１の上面に発生した熱を冷却するようにハウジング１の外方に向かって吹き出し、内側のファン１３はペルチェ素子１１の下面に取り付けられたヒートシンク１９ｂに重合して固定され、ペルチェ素子１１の下面の熱吸収による冷却熱又は発熱を天板５に形成された開口部５ａからハウジング１内に吹き込んで蛍光灯２の周囲の温度を下げたり、上げたりするもので、ペルチェ素子１１に流れる電流の方向と大きさを変えることによってハウジング１内に冷たい空気や暖かい空気を送り込んで、ハウジング１内を周囲の温度に影響されずに一定の温度に保つことができるようにしたものである。なお、この空調装置９はファン１２又は１３が停止した時に、停止したことを知らせるファンアラーム信号が出力できるようになっている。
【００１７】
図５は、点灯制御装置Ｂのブロック図を示し、この点灯制御装置Ｂは、蛍光灯２を点灯させるとともに、蛍光灯２のアパーチュア部に密着して設置したフォトセンサ１４ａ、１４ｂにより蛍光灯２ａ、２ｂの照度をそれぞれ検出し、照度が低下すると照度低下警報回路２１ａ、２１ｂはフォトカプラからなる絶縁回路２２ａ、２２ｂを介して照度警告信号ｓ１、ｓ２をアイソレート出力するようになっている。このことにより、接続する外部機器に電気的ノイズやアースレベルの変動によって誤動作を誘発させることがない。
【００１８】
なお、この照度警告信号ｓ１、ｓ２が出力される照度低下の基準はスイッチ１５ａ、１５ｂで設定（本発明では１０％〜５０％の５段階）できるようになっている。また、アークの偏り現象をなくす為に極性切り替え回路１６ａ、１６ｂで定期的に放電電流の極性を変えている。この極性切り替えは出射光に影響の少ない内蔵発振器と同期してスイッチする半導体高速自動切り替え回路を採用している。
【００１９】
なお、本発明では、上記極性の変更周期を５秒以内、切り替え時間を残光時間の範囲内に設定した。このことにより、蛍光灯境界部での照度の時間変化を低減させることができる。
【００２０】
また、電流検出抵抗１７ａ、１７ｂで蛍光灯２ａ、２ｂの放電電流をそれぞれ監視し、蛍光灯２ａ、２ｂが立ち消えして放電電流が流れなくなったことを検出すると、立ち消え警報回路２４ａ、２４ｂはフォトカプラからなる絶縁回路２５ａ、２５ｂを介して立ち消え警告信号ｓ３、ｓ４をアイソレート出力するようになっている。このことにより、接続する外部機器に電気的ノイズやアースレベルの変動によって誤動作を誘発させることがない。
【００２１】
照度警告信号ｓ１、ｓ２、立ち消え警告信号ｓ３、ｓ４はリモートコントローラ（例えば、パソコン等）２７に送信され、適宜の処理（例えば、検査ラインの停止、警報の発生など）がなされればよい。
【００２２】
図６は、空調装置９及び空調装置を制御するコントロールユニットＤのブロック図を示し、コントロールユニットＤは点灯制御装置Ｂの筐体内に組み込まれている。
【００２３】
コントロールユニットＤはハウジング１内に配置された温度センサ２８（２８ａ、２８ｂ）の検出結果に基づいて、空調装置９の作動を制御するもので、温度センサ２８ａ、２８ｂの出力信号ｓ９、ｓ１０は警告ユニットＣを経由してコントロールユニットＤに入力され、ハウジング１内の温度が設定温度より上昇していれば、ペルチェ素子１１が熱を吸収する方向に電流を流し、ハウジング１内に冷風を送り込んでハウジング内の温度を下げ、ハウジング１内の温度が設定温度より降下していれば、リレー２９ａ〜２９ｐを切り換えてペルチェ素子１１が熱を発生する方向に電流を流し、ハウジング１内に温風を送り込んでハウジング１内の温度を上げ、周囲温度や蛍光灯の発熱の影響を受けずにハウジング内の温度が常に一定になるように制御している。
【００２４】
このことにより、蛍光灯２の周囲温度特性（封入された水銀の蒸気圧と管壁温度との関係）に対し最適な管壁温度（約４０℃）に保つことにより高い光出力を継続して得ることができる。そして、ファン１２ａ〜１２ｐ又は１３ａ〜１３ｐの何れかでも停止するとファンアラーム信号ｓ１１〜ｓ２６が出力され、このファンアラーム信号は警告ユニットＣに入力される。
【００２５】
図７は、警告ユニットＣを示し、この警告ユニットＣはファン１２ａ〜１２ｐ又は１３ａ〜１３ｐの何れかが停止して発生するファンアラーム信号ｓ１１〜ｓ２６が入力されると、該当するファンに対応する表示ランプ２３ａ〜２３ｐを点滅させるとともに、ファンが停止したことを知らせるファン停止信号ｓ２７を出力するようになっている。このファン停止信号ｓ２７は上述のリモートコントローラに送信され、リモートコントローラで適宜の処理（例えば、検査ラインの停止、警報の発生など）がなされればよい。なお、図７において、符号２６ａ〜２６ｐは、入力されたファンアラーム信号ｓ１１〜ｓ２６に対応して表示ランプ２３ａ〜２３ｐのいずれかを点滅させるワンショットマルチバイブレータである。
【００２６】
上述のライン光源装置によれば、蛍光灯の数を増減させることにより任意の長さのライン光源を作ることができる。しかも、蛍光灯の電極部近傍を他の蛍光灯用の反射板で遮蔽するとともに、その反射板で他の蛍光灯の光をロッドレンズに照射するので、単純に２本の蛍光灯を並べてロッドレンズで集光した場合は、図８（ｂ）に示すように、蛍光灯押さえ金具周辺ではどのようにしても光の出力されない領域があり、幅方向に均一な照度分布を得ることができなかったが、蛍光灯の電極部近傍の暗部を除いた中央部分のみを反射板でロッドレンズに向けて反射することにより、蛍光灯の有効発光領域を連続させることができ、図８（ａ）に示すように、幅方向に暗部のない安定した照度分布が得られる長尺のライン光源を作ることができる。
【００２７】
そして、温度制御をしない場合は時間とともに、蛍光灯周辺の温度が高くなり、それに対応して蛍光灯の発光効率が低下するので、数十分〜１時間レベルでの照度の時間変化をみると、図９の点線で示すように照度が時間に比例して低下するが、空調装置で蛍光灯周辺の温度を全幅方向に渡って常に一定の温度に保っているので、温度上昇による発光効率の低下を招くことがなく、図９の実線に示すように、時間が経過しても温度影響を受けない安定した照度を維持することが可能になる。
【００２８】
また、直流点灯電源の極性変換周期を３０秒にした場合は、時間とともに正極に電子が局在化するために、図１０の点線で示すように、幅方向の発光効率に不均一を生じるが、１秒周期で極性変更を行なった場合は、正極に電子が局在化する前に極性変更を施すために、図１０の実線で示すように、照度の不均一は発生しない。なお、極性変換の繰り返しは蛍光管の寿命に影響を与えるので極性変換周期は０．５秒以上とし、図１０の点線で示されているように、極性変換周期が５秒以内であれば照度の変化がないので、極性変換周期を５秒以内に設定するとともに、極性切り換え時間を残光時間内にすればよい。
【００２９】
そして、照度低下、ランプの立ち消え、ファンの停止等を警告信号として出力することができるようにしたので、自動検査装置等のライン光源に用いた時には、リモートコントローラ側でライン光源の状態を把握することができるので、ライン光源に異常を抱えたまま検査システムを連続稼動するようなトラブルを発生させることはない。
【００３０】
ところで、リモートコントローラからのバイナリー４ｂｉｔ信号（０〜Ｆ）ｓ５、ｓ６は、図５に示すように、フォトカプラからなる絶縁回路３５ａ、３５ｂを介してアイソレート入力されＤ／Ａコンバータ３６ａ、３６ｂでアナログ信号に変換され、レベル調整回路（図示せず）を経て電流制御回路３７ａ、３７ｂの基準電圧となり、電流制御回路３７ａ、３７ｂはフォトセンサ１４ａ、１４ｂで検出した光量信号ｓ７、ｓ８と、上記基準電圧とを比較して光量信号ｓ７、ｓ８が基準電圧と一致するように放電電流を制御するようになっている。したがって、光量可変範囲の上限から下限までを４ｂｉｔのデジタル信号で１６段階に設定することができる。
【００３１】
なお、図５において、符号３８ａ、３８ｂは、電流制御回路３７ａ、３７ｂの基準電圧のレベルを可変に調整するボリュームを示し、符号３９ａ、３９ｂは光源照度をリモートコントローラ２７から４ｂｉｔの照度設定信号で設定するのかボリューム３８ａ、３８ｂによるマニアルで設定するのかを選択する切換スイッチを示す。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、蛍光灯の数を増やすことにより任意の長さのライン光源装置を実現することができる。しかも、蛍光灯は照度の低下する電極部近傍が他の蛍光灯の照度の安定した中央部近傍に重複するように連続して配置され、しかも蛍光灯の重複部分で反射板が連続するようにしたので、照度の安定した蛍光灯の中央部分のみを連続させた長尺の光源を作ることができ、長尺の光源であっても照度むらのない均一の明るさの光源を実現することができる。
【００３３】
なお、空調装置を設けることにより、蛍光灯の周囲の温度を一定に保つことができるので環境温度の影響を受けることのない、安定した光量の光源にすることができる。
【００３４】
しかも、光量センサを配置し、光量が常に一定になるように放電電流を制御するので、さらに安定した光量の光源を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るライン光源装置の構成を示す斜視図
【図２】光源部の構成を説明する斜視図
【図３】（ａ）（ｂ）は光源部の側面図及びハウジング内に配置された蛍光灯と反射板との関係を説明する底面図
【図４】（ａ）（ｂ）は図３（ａ）のＸーＸ線要部端面図及びＹーＹ線要部端面図
【図５】点灯制御装置のブロック図
【図６】空調装置のブロック図
【図７】警告ユニットのブロック図
【図８】（ａ）（ｂ）は反射鏡を設けたときと、設けないときのライン光源の全幅方向における照度分布を示すグラフ図
【図９】ライン光源に空調設備を設けた場合と、設けない場合との照度変化を説明するグラフ図
【図１０】極性変更周期の時間と照度との関係を示すグラフ図
【符号の説明】
１ ハウジング
２ 蛍光灯
３ 反射板
４ ロッドレンズ
９ 空調装置
１４ 光量センサ
２８ 温度センサ
Ａ 光源部
Ｂ 点灯制御装置

Claims (2)

1. 複数の蛍光灯と、該蛍光灯の光をライン状に集光するロッドレンズとを備えた光源部と、上記蛍光灯を点灯させる点灯制御装置とを有する以下の要件を備えることを特徴とするライン光源装置。
   （イ）上記蛍光灯は照度の低下する電極部近傍が他の蛍光灯の照度の安定した中央部近傍に重複且つ所定間隔をおいて交互に並設されるとともに、蛍光灯と蛍光灯との間には該蛍光灯の光を上記ロッドレンズに反射させる反射板が上記蛍光灯のそれぞれに対応して同数配置されていること
   （ロ）上記反射板は長手方向端部同士が当接するとともに、当接部分が上記蛍光灯の重複部分に位置し、対応する蛍光灯の光を選択的に上記ロッドレンズに反射させるように配置されていること
2. 前記光源部には前記蛍光灯の周囲温度を検出する温度センサと蛍光灯の光量を検出する光量センサと空調装置とを設け、前記点灯制御装置は上記温度センサの検出結果に基づいて上記空調装置を制御して上記蛍光灯の周囲温度を所定の温度に保つとともに、上記光量センサの検出結果に基づいて放電電流を制御し、蛍光灯の光量を所定の光量にする請求項１記載のライン光源装置。

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