JPH09283087A

JPH09283087A - 放電灯投光装置

Info

Publication number: JPH09283087A
Application number: JP11698196A
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(20)と、放電灯
(10)の近傍に配置されこの放電灯が放射した光線を所望
の投光方向に反射させる反射鏡(40)と、放電灯の電極(1
2,13) に形成されるアークの延長方向と直交しかつ互い
に直交する二方向の磁界をこのアークの中央部に発生す
る磁界発生手段を備え、ローレンツ力に基づきアークの
変形を抑圧して放電の安定化を実現する。

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
述した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】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】また、放電灯の電極対間に形成される紐状
のアーク変形に伴う輝度の揺らぎを抑圧するため、アー
クの中心部分に磁界を印加することによりローレンツ力
を発生させてアークの変形を抑制し、放電の安定化を図
るという構成も知られている（特開昭60ー235392号) 。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者の実験結果によれば、従来汎用されてきた交流点灯式
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。

【０００７】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。

【０００８】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。

【０００９】

【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、反射鏡
とに加えて、放電灯の電極間に形成される紐状のアーク
の延長方向と直交しかつ互いに直交する二方向の磁界を
このアークの中央部に発生する磁界発生手段を備えてい
る。

【００１０】従来、交流点灯方式ではアークの中心部に
アークと直交する一方向のみの磁界を印加し、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共に、アークの位置を反射鏡
の光学的な特性を考慮した最適位置に保つという構成が
知られている（特開昭60ー235392号公報) 。しかしなが
ら、アークは二次元的に複雑な変形を生ずるので、アー
クと直交する一方向の磁界を印加しただけではそのよう
な複雑な変形を十分には抑制できない。そこで、本発明
では、アークの延長方向と直交しかつ互いに直交する二
方向の磁界が印加され、アークの変形が有効に防止され
る。

【００１１】

【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、電磁石と、この電磁石に極性と大きさの
変更が可能な直流電流を供給する直流電流回路とから構
成される。また、反射鏡は、放電灯を中心として、かつ
磁界発生手段に阻止されることなく所定範囲にわたって
回転可能に設置される。

【００１２】

【実施例】図１は本発明の一実施例の放電灯照明装置の
うち反射鏡のみを除いた部分のブロック図、図２は放電
灯と反射鏡と電磁石との配置の関係を示す斜視図であ
る。図１において、１０はメタルハライド放電灯、２０
は電源回路、３０は磁界発生装置である。この実施例の
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。

【００１３】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１０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
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。磁界発生装置３０は、電磁石３１，
３２とこれらの電磁石に直流電流を供給する直流電流源
３３とから構成されている。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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１１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。

【００１８】前述したように、紐状のアークが二次元的
に変形し、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３１と３
２が互いに直交しかついずれもがアークの延長方向と直
交するように配置される。電磁石３１、３２のそれぞれ
の一方の端面から出た磁力線は、放電灯１０内に形成さ
れるアークに直交したのち、それぞれの他方の端面に戻
るというループ状の経路をたどる。

【００１９】この結果、アークの中央部においてアーク
と磁束のいずれにも直交する向きの二方向のローレンツ
力が発生し、アークの変形と反射鏡の焦点位置などの最
適位置からの位置ずれが抑圧される。アークの変形と位
置ずれの状況に応じて、直流電流源３３から電磁石３１
と３２に供給される電流の極性と大きさが調整され、各
電磁石で発生される磁界の方向と強さが調整される。

【００２０】図２、上記実施例の放電灯照明装置の構成
を、放電灯、磁石及び反射鏡の三者の配置の関係につい
て示す斜視図である。まず、電磁石の対３１、３２は互
いに直交する方向から、内面に金属の真空蒸着によって
鏡面が形成されたガラスなどで構成される反射鏡４０を
通過して放電灯１０の陰極の近傍にその長手方向に直交
する磁界を発生させる配置となっている。

【００２１】この反射鏡４０には、放電灯１０の陰極と
陽極のそれぞれに連なる外部電極端子を通過させる開口
４１，４２が形成されると共に、全体がこれらの開口を
連結する仮想的な直線の回りに回転可能であると共に、
電磁石の対３１、３２は、この反射鏡４０の回転を、
（Ｂ）示すように、所望の範囲にわたって許容できる位
置に配置されている。

【００２２】以上、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。

【００２３】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
係わる放電灯投光装置は、アークの延長方向と直交しか
つ互いに直交する二方向の磁界をこのアークの中央部に
発生する構成であるから、アークの複雑な変形と位置ず
れと、これに伴う輝度の変動が有効に防止でき、極めて
高輝度の直流点灯方式の投光装置、特に高エネルギー密
度のショートアーク管を用いた投光装置の動作の安定化
を実現できるという効果が奏される。

【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うち反射
鏡を除く部分の構成図である。

【図２】上記実施例の放電灯照明装置のうち、放電灯と
電磁石と反射鏡の配置の関係を説明するための斜視図で
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 24 コントローラ 40 反射鏡 41,42 開口

───────────────────────────────────────────────────── 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、前記放電灯の近傍に
配置されこの放電灯が放射した光線を所望の投光方向に
反射させる反射鏡とを備えた直流点灯式の放電灯投光装
置において、前記放電灯の電極間に形成される紐状のアークの延長方
向と直交しかつ互いに直交する二方向の磁界をこのアー
クの中央部に発生する磁界発生手段を備えたことを特徴
とする放電灯投光装置。
【請求項２】請求項１において、前記磁界発生手段は、電磁石と、この電磁石に極性と大
きさの変更が可能な直流電流を供給する直流電流回路と
から構成される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、前記反射鏡は、前記放電灯を中心として、かつ前記磁界
発生手段に阻止されることなく所定範囲にわたって回転
可能に設置されたことを特徴とする放電灯投光装置。
【請求項４】請求項１乃至３のそれぞれにおいて、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。