JPH09283086A

JPH09283086A - 放電灯投光装置

Info

Publication number: JPH09283086A
Application number: JP11698096A
Authority: JP
Inventors: Noboru Hasegawa; 昇長谷川; Manabu Kuninaga; 学國永; Koichi Ishida; 耕一石田
Original assignee: NITSUKAN KOHAN KK; Nippon Steel Corp
Current assignee: NITSUKAN KOHAN KK; Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-04-15
Filing date: 1996-04-15
Publication date: 1997-10-31

Abstract

(57)【要約】〔課題〕安定動作が可能な高輝度の直流点灯式放電灯
投光装置を提供する。〔解決手段〕放電灯(10)と、この放電灯(10)に放電の開
始に必要な放電開始電圧を供給しこののち放電状態を持
続するための直流電圧を供給する電源回路(20)と、放電
灯(10)の電極(12,13) の長手方向と直交する向きの磁界
をこの電極の先端部に発生する磁界発生手段(31a,31b)
とを備え、電極(31a,31b) 表面に沿うアーク端部の間欠
的な移動とこれに伴う輝度の変動を抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、製品の外観検査用
撮影装置や、高速撮影装置の高輝度照明装置、あるい
は、投射型テレビの光源などとして利用される放電灯投
光装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】工業製品の製造現場では、搬送中の製品
の外観をテレビカメラなどの撮像装置で撮影し、これを
電子計算機で処理することにより、その良否を判定する
という自動外観検査が採用されている。この場合、製品
の搬送と検査の高速化とを図るために、検査対象の製品
の搬送を中断させることなく搬送状態に保ったままで撮
影を行おうとすると、ぶれを回避するために高速の撮影
が必要になる。

【０００３】また、ある種の外観検査装置では一つの製
品について、異なるパターンやフィルターを通した異な
る色成分の照明を用いるなどして多数回の撮影を反復す
ることが必要になる場合があり、このような場合、１回
ごとの撮影を一層高速化する必要がある。最近では、上
述のような理由から撮影の一層の高速化（露光時間の短
縮）が要求されており、これに伴い必要最小限の露光量
を確保するために極めて高輝度の照明装置が要求されつ
つある。また、高分解能を実現するという目的からも、
高輝度の照明装置が要求されつつある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来、高輝度、高効率
の照明装置として、水銀灯やメタルハライドランプなど
の冷陰極高圧放電灯を数十KHz の高周波の電圧で点灯さ
せる交流点灯方式のものが汎用されてきている。また、
この種の高圧放電灯を使用する高輝度の照明装置では、
照度の確保と照明効率の向上とを図るために、反射鏡を
付加したり（特開平４ー174902号公報) 、この反射鏡に
さらにレンズを付加したものなどが併用される。

【０００５】しかしながら、本発明者の実験結果によれ
ば、交流点灯式の放電灯照明装置を撮影装置の照明装置
として使用すると、撮影画面に横方向のノイズが出現し
たり、画面全体にテレビカメラの垂直同期周波数と点滅
周波数の差などによるフリッカーが出現したりして、高
品質の映像が得られなくなるという問題が生じた。

【０００６】本発明者は、上記交流点灯方式の問題点を
解決するために、高電圧のイグナイターを用いて放電を
開始させ、その後は交流ではなく直流電圧を印加するこ
とによって点灯状態を持続させるという周知の直流点灯
方式を試みた。しかしながら、従来周知の直流点灯方式
を、本発明者が必要とした極めて高輝度（大出力) の照
明装置、特に高いエネルギー密度のショートアーク管を
用いた照明装置で実現しようとすると、動作の安定化を
図るうえで解決しなければならないいくつかの問題点が
あることが判明した。

【０００７】ちみに、通常の照明装置用の放電灯では直
流点灯はあまり行われていない。とりわけ、本発明者が
必要とした極めて高輝度の放電灯（光源から２メートル
ほど離れた箇所の照度が太陽光線の照度の１０倍程度の
１００万ルックスにもなるような高輝度の放電灯）につ
いては、直流点灯が行われた例はないと考えられる。従
って、本発明の一つの目的は、高輝度の放電灯を用いた
直流点灯方式の照明装置装置の安定動作を実現すること
にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる直流点灯
方式の放電灯投光装置は、放電灯と、この放電灯に放電
の開始に必要な放電開始電圧を供給しこの後放電状態を
持続するための直流電圧を供給する電源回路とに加え
て、放電灯の電極の長手方向と直交する向きの磁界をこ
の電極の先端部に発生する磁界発生手段を備えている。

【０００９】本発明者の実験結果によれば、電極の表面
から伸びる紐状のアークの先端部が電極の表面上をある
箇所から他の箇所へと瞬間的かつ間欠的に移動し、これ
に伴ってアークの輝度、従って照明装置としての照度が
瞬間的かつ間欠的に変動するという現象が生じた。この
現象は、イオンの衝突によって高温になる陰極側で高頻
度で発生した。そして、この紐状のアークの先端部の瞬
間的かつ間欠的な移動の頻度は、電極の先端部分に、か
つ、この電極の長手方向と直交する方向に磁界を印加す
ることによって低減できた。

【００１０】従来、交流点灯方式ではアークの中心部分
に磁界を印加し、ローレンツ力を発生させてアークの変
形（形状の変化）を抑制し、放電の安定化を図るという
構成が知られている（特開昭60ー235392号) 。しかしな
がら、直流点灯方式では、紐状のアークの変形に伴う輝
度の変動だけでなく、その端部の間欠的な移動に伴って
発生する輝度の変動の方が問題であった。これは、交流
点灯においては、直流点灯状態のもとで発生するアーク
の端部の移動の頻度よりも高頻度でアークの発生と消滅
とが反復されることから、アークの発生から消滅までの
短時間内に先端部の移動が発生する確率が直流点灯の場
合よりも小さくなるためと考えられる。

【００１１】従って、アークの端部の間欠的な移動に伴
う輝度の揺らぎは、主として直流点灯方式、特に高エネ
ルギー密度のショートアーク管で目立つ現象であり、こ
れをローレンツ力によって抑制するには、アークの中央
部分ではなく、その端部、すなわち電極の近傍に磁界を
発生させることが有効である。

【００１２】

【発明の実施の態様】本発明の実施の態様によれば、磁
界発生手段は陰極のみ又は陰極と陽極の双方の長手方向
に直交する方向に磁界を発生させる１対の磁界発生手段
を備える。

【００１３】

【実施例】図１は、本発明の一実施例の放電灯照明装置
の全体の構成を示すブロック図であり、１０はメタルハ
ライド放電灯、２０は電源回路、３１ａ，３１ｂは磁石
である。本図においては、煩雑化を避けるため、反射鏡
やレンズなどの光学系の図示が省略されている。本実施
例の放電灯照明装置は、工業製品の外観を撮影して良否
を判定する自動検査装置の撮影用照明装置などとして使
用される。

【００１４】メタルハライド放電灯１０は、金属のハロ
ゲン化物と、水銀と、始動用の稀ガスが封入された楕円
形状の石英管１１と、この楕円形状の石英管の長軸方向
に沿って対向して配列される陰極１２と、陽極１３とか
ら構成されている。このメタルハライド放電灯は、電極
間の距離が比較的短くてショートアーク管と称されるも
のが一般的である。電源回路２０は、イグナイター２
１、直流安定化電源２２、電流計２３、コントローラ２
４、直流阻止コンデンサ２５及びチョークコイル２６か
ら構成されている。

【００１５】放電灯１０の点灯の開始に際しては、電源
回路２０のコントローラ２４は、まず、直流安定化電源
２２を起動し、放電灯１０に放電開始電圧には達しない
が一旦開始された放電を維持できる程度の数百Ｖの直流
電圧を供給する。次に、コントローラ２４は、イグナイ
ター２１を起動して数十ＫＶのパルス状の放電開始電圧
を発生させ、これをメタルハライド放電灯１０に供給す
る。

【００１６】コントローラ２４は電流計２３を流れる電
流値の増加からメタルハライド放電灯１０の内部で放電
が開始されたことを検出すると、イグナイター２１の動
作を停止させ、直流安定化電源２２が発生した直流電圧
のみをメタルハライド放電灯１０に供給することにより
放電を持続させる。

【００１７】本実施例の装置における極めて高輝度の直
流点灯状態のもとでは、石英管１１の中心部分の管壁温
度は1000^oC 近くもの高温になり、陰極１２と陽極１３
のそれぞれに連なる外部電極端子においてもそれぞれの
温度は300 ^oC もの高温になる。そして、各外部電極端
子は細い電線を介して電源回路に接続されているため、
そのような細い電線中を伝導モードによって放電灯外部
に放散される熱量は無視できる程度に小さい。

【００１８】従って、放電灯１０から放散される熱は、
石英管１１の管壁から自然対流によって放散される対流
成分と、アークや石英管の管壁などの高温箇所から輻射
によって放散される照明には寄与しない赤外線による輻
射成分から成る。そして、放熱量が温度差に比例すると
いう伝導モードとは異なり、輻射や対流による放熱量は
放電ガスや管壁の温度に対して巾乗で増減し、また、放
電の容易さを定める電離係数もガス温度に対して指数関
数的に変化することなどから、放電の状態がかなり不安
定になり易い。

【００１９】前述したように、直流点灯に特有の問題と
して、紐状のアークの先端部分が電極の表面上をある箇
所から他の箇所に瞬間的かつ間欠的に移動し、これに伴
ってアークの輝度が変動する。この現象を防止するため
に、本実施例では、電磁石や永久磁石で構成される互い
に逆極性の磁石の対３１ａ，３１ｂが対向して配置され
ている。これにより、陰極１２の先端部分において、こ
の陰極１２の長手方向と直交する方向の磁界が発生され
る。この結果、陰極１２の先端部にアークとこれに直交
する磁束のいずれとも直交する向きのローレンツ力が発
生する。

【００２０】この結果、アークの先端部は、ローレンツ
力と同じ向きには動き易くなるがこれと逆向きには動き
難くなる。すなわち、動きに方向性が生じる結果、電極
先端部においてある方向に、次には逆方向にという具合
に繰り返されていた紐状のアークの先端部の瞬間的かつ
間欠的な動きが有効に抑圧される。

【００２１】図２は本発明の他の実施例の放電灯照明装
置の構成を示すブロック図である。本図においても煩雑
化を避けるため、反射鏡の図示が省略されている。この
実施例では、陰極１２側だけでなく陽極１３側にも磁界
を発生させるための磁石の対３２ａ，３２ｂが追加され
ており、これによって陽極１３の長手方向と直交する向
きの磁界が陽極１３の先端部に発生される。この結果、
陽極１３の先端部における紐状のアークの先端部の間欠
的な動きも抑圧される。

【００２２】以上、電極の長手方向と直交する一方向だ
けに磁界を発生させる構成を例示した。しかしながら、
電極の長手方向と直交しかつ互いに直交する二方向のそ
れぞれに磁界を発生させる構成とすることより、アーク
の先端部の移動を一層効果的に抑圧できる。

【００２３】また、製品の外観検査用撮影装置のための
照明装置として使用する場合を例にとって本発明を説明
した。しかしながら、本発明の用途はそのようなものに
限られず、投写型テレビやＯＨＰ等の光源や、高速撮影
装置の照明装置など、高輝度を必要とする種々の照明装
置や光源として利用できる。

【００２４】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
係わる放電灯照明装置は、電極の先端部分に磁界を発生
させることにより紐状のアークの端部が瞬間的かつ間欠
的に移動する現象を抑圧する構成であるから、そのよう
な移動に伴う輝度の変動が抑圧され、良質の照明装置が
実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の放電灯照明装置の構成図で
ある。

【図２】本発明の他の実施例の放電灯照明装置の構成図
である。

【符号の説明】

10 メタルハライド放電灯 11 石英管 12 陰極 13 陽極 20 電源回路 21 イグナイター 22 直流安定化電源 23 コントローラ 31a,31b,32a,32b 磁石

フロントページの続き (72)発明者石田耕一東京都杉並区梅里１丁目19番12号日環工販株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】放電灯と、この放電灯に放電の開始に必要
な放電開始電圧を供給しこの後放電状態を持続するため
の直流電圧を供給する電源回路とを備えた直流点灯式の
放電灯照明装置において、前記放電灯の電極の長手方向と直交する向きの磁界をこ
の電極の先端部に発生する磁界発生手段を備えたことを
特徴とする放電灯照明装置。
【請求項２】請求項１において、前記磁界発生手段は、互いに直交する方向に磁界を発生
させる１対の磁界発生手段を備えたことを特徴とする放
電灯投光装置。
【請求項３】請求項１又は２において、前記放電灯はショートアーク管であることを特徴とする
放電灯投光装置。