CN1462164A - 灯丝灯管的光量控制方法、光量控制装置以及光源装置 - Google Patents

Abstract

一种面对控制电压大致成比例的光量变化特性的灯丝灯管的光源装置的控制方法、光源控制装置以及光源装置，它是由被串联连接于该灯管的电流检测传感器，生成与该灯管的终端电压V和该电流检测传感器的输出电压V_I的积成比例的电压V_w的乘法电路，生成与控制电压V₁的平方根成比例的电压V₂的平方根电路，比较该乘法电路的输出电压V_w和该平方根电路的输出电压V₂，将误差控制在最小的误差放大器电路，以及接续于该误差放大器电路的输出终端，向该灯管供给电力的稳压电源装置而构成，并由对控制电压进行控制而控制灯管的光量。

Description

灯丝灯管的光量控制方法、光量控制装置以及光源装置

技术领域

本发明关于一种具备灯丝灯管的光源装置的控制方法、光源控制装置以及光源装置，特别是关于具备带有对控制电压大致成比例的光量变化特性的灯丝灯管的光源装置的控制方法、光源控制装置及光源装置。

背景技术

在具有灯丝灯管的光源装置中，作为使灯丝灯管的照度变化的场合的电源装置，使用稳压装置是一般性的方法，图2所示为借由控制电压15V_C使灯管的外加电压7V变化并使灯丝灯管的光束10Lm变化的最简单的方法。

在图2中，外加于灯管的电压7V和控制电压15V_C的电压成比例，且在最大控制电压时外加于灯管的电压被设定成为灯管的额定电压。这种光源装置虽然廉价，但是对控制电压15V_C的灯管的照度Lx存在如图所示光量非线性且急剧地进行变化，为了设定为所定光量的微调整难以进行的缺点。

另一方面，为了使该灯管的照度与控制电压成比例变化，考虑有两个方法。一个是使与对控制电压的光量的非线性对应的逆变换为控制电压的方法，另一个是将光量反馈而使监控光与控制电压成比例的方法。但是在这些方法中，其装置变得复杂，要廉价地制造控制装置是困难的。

发明内容

本发明的目的是确立一种对控制电压使灯管的光量成比例关系的光源的电源控制方法，特别是提供一种调整容易的廉价的光源控制方法、其控制装置以及光源装置。

图4所示为用于说明本发明的基本原理的基本说明框图。

由第一控制电压1V₁、将其电压进行平方根变换的平方根电路2、平方根电路的输出电压的第二控制电压3V₂、向灯丝灯管9供给与第二控制电压V₂成比例的电力的恒功率控制电源装置16构成。借由该构成，可使灯管的光束10Lm与第一控制电压1V₁成比例。

一般来说，当设灯管的额定电压、额定功率、额定光束分别为V₀、W₀、Lm₀时，对灯丝灯管的外加电压V，其消耗功率W、光束Lm表示为[数1] $\frac{W}{W_0}={\[\frac{V}{V_0}\]}^{1.54},\frac{\mathrm{Lm}}{{\mathrm{Lm}}_0}={\[\frac{V}{V_0}\]}^{3.19}---\left(1\right)$

从式(1)的两式将灯管的电压比消去后，变成[数2] $\frac{\mathrm{Lm}}{{\mathrm{Lm}}_0}={\[\frac{W}{W_0}\]}^{2.07}---(2.a)$ $\≈{\[\frac{W}{W_0}\]}^2---(2.b)$ 对额定值的灯管的光束比则为由灯管所消耗功率比的平方的接近值。图5所示为消耗功率的平方和照度的关系，以横轴表示灯管的消耗功率的平方，以纵轴表示灯管的照度Lx时借由额定功率150W的卤素灯的测定数据。实线表示实测值，虚线表示(2.b)式的理论值。在图5中大致接近虚线的直线的(2.b)式的近似式可忠实地再现灯管的光的放射特性。从图5的图表，借由(2.b)式的虚线的近似式来表示灯管的光放射特性，虽然多少有些误差但在实用上还是十分有效的。

将灯丝灯管的物理性的光的放射特性(光束与消耗功率的平方成比例)利用原来技术的电子电路，将灯丝灯管与控制电压成比例而启动的基本原理和手段，使用图4进行说明。

在图4的恒功率控制电源16中，设与灯管的额定功率W₀对应的第二控制电压3V₂为V_2f，第二控制电压3V₂为0时的供给电力为0。该恒功率控制电源16与第二控制电压3V₂成比例向灯管供给电力。借此利用第二控制电压3V₂表示(2.a)式，则变成[数3] $\mathrm{Lm}={\mathrm{Lm}}_0\×{\[\frac{V_2}{V_{2f}}\]}^{2.07}\≈{\mathrm{Lm}}_0\×{\[\frac{V_2}{V_{2f}}\]}^2,0\≤V_2\≤V_{2f}---\left(3\right)$ 在图4中，2为取第一控制电压1V₁的平方根作为V₂输出的平方根电路。这里，如设第二控制电压3V₂的最大值为V_2f，届时的第一控制电压1V₁为V_1f则形成[数4] $V_2=a\·\sqrt{V_1},V_{2f}=a\·\sqrt{V_{1f}}---\left(4\right)$ 的关系。借此将(4)式代入(3)式并利用第一控制电压1V₁表示(3)式，则表示为[数5] $\mathrm{Lm}={\mathrm{Lm}}_0\×{\[\frac{V_1}{V_{1f}}\]}^{1.035}\≈{\mathrm{Lm}}_0\×\frac{V_1}{V_{1f}},0\≤V_1\≤V_{1f}---\left(5\right)$

借此，当由图4中的框图电路构成驱动灯管时，对于第一控制电压1V₁的变化，灯管的光束10Lm变得大致成比例。

由以上的说明，借由将平方根电路2和恒功率控制电源16，如图4的框图进行组装，变得可以由灯丝灯管的光放射特性的物理性质，使灯丝灯管的光束Lm10与第一控制电压1V₁成比例而起动灯丝灯管。

本发明是一种控制灯丝灯管的光量的灯丝灯管光量控制方法，其特征在于由被串联连接于具有灯管的光量变化与消耗功率的平方大致成比例的特性的灯丝灯管的电流检测传感器，生成与该灯丝灯管的终端电压V和该电流检测传感器的输出电压V_I的积成比例的电压V_W的乘法电路，生成与控制电压V₁的平方根成比例的电压V₂的平方根电路，比较该乘法电路的输出电压V_W和该平方根电路的输出电压V₂，将误差控制在最小的误差放大器电路，以及接续于该误差放大器电路的输出终端，向该灯丝灯管供给电力的稳压电源装置而构成，并借由控制该控制电压而控制灯丝灯管的光量。

本发明是一种控制灯丝灯管的光量的灯丝灯管光量控制方法，其特征在于由电流检测电阻R构成电流检测传感器。

本发明是一种控制灯丝灯管的光量的灯丝灯管光量控制装置，其特征在于具备有被串联连接于具有灯管的光量变化与消耗功率的平方大致成比例的特性的灯丝灯管的电流检测传感器，生成与该灯丝灯管的终端电压V和该电流检测传感器的输出电压V_I的积成比例的电压V_W的乘法电路，生成与控制电压V₁的平方根成比例的电压V₂的平方根电路，比较该乘法电路的输出电压V_W和该平方根电路的输出电压V₂，将误差控制在最小的误差放大器电路，接续于该误差放大器电路的输出终端，向该灯丝灯管供给电力的稳压电源装置。

本发明是一种控制灯丝灯管的光量的灯丝灯管光量控制装置，其特征在于借由电流检测电阻R构成电流检测传感器。

本发明是一种灯丝灯管光源装置，其特征在于具备带有灯管的光量变化与消耗功率大致成比例的特性的灯丝灯管，被串联连接于该灯丝灯管的电流检测传感器，生成与该灯丝灯管的电压V和该电流检测传感器的输出电压V_I的积成比例的电压V_W的乘法电路，生成与控制电压V₁的平方根成比例的电压V₂的平方根电路，比较该乘法电路的输出电压V_W和该平方根电路的输出电压V₂，将误差控制在最小的误差放大器电路，接续于该误差放大器电路的输出终端，向该灯丝灯管供给电力之稳压电源装置。

本发明是一种灯丝灯管光源装置，其特征在于借由电流检测电阻R构成电流检测传感器。

本发明是一种灯丝灯管光量控制方法，其特征在于以卤素灯作为灯丝灯管。

本发明是一种灯丝灯管光量控制装置，其特征在于以卤素灯作为灯丝灯管。

本发明是一种灯丝灯管光源装置，其特征在于以卤素灯作为灯丝灯管。

本发明是一种灯丝灯管光源装置，其特征在于以卤素灯作为灯丝灯管，且使电流检测电阻R为0.01欧姆。

本发明是一种控制卤素灯的光量的显微镜用卤素灯光源装置，其特征在于具备光量变化与消耗功率大致成比例的特性的卤素灯，被串联连接于该灯管的电流检测传感器，生成与该灯管的电压V和该电流检测传感器的输出电压V_I的积成比例的电压V_W的乘法电路，生成与控制电压V₁的平方根成比例的电压V₂的平方根电路，比较该乘法电路的输出电压V_W和该平方根电路的输出电压V₂，将误差控制在最小的误差放大器电路，以及接续于该误差放大器电路的输出终端，向该灯管供给电力的稳压电源装置。

本发明是一种控制卤素灯的光量的显微镜用卤素灯光源装置，其特征在于借由电流检测电阻R构成电流检测传感器。

根据图4所示的基本原理的说明框图，由更具体的构成而表示的方框是图1的本发明的框图。

由被串联连接于该灯丝灯管的电流检测传感器，生成与该灯丝灯管的电压V和该电流检测传感器的输出电压V_I的积成比例的电压V_W的乘法电路，生成与控制电压V₁的平方根成比例的电压V₂的平方根电路，比较与该灯管所消耗功率成比例的电压V_W和该平方根电路的输出电压V₂，以及将误差控制在最小的误差放大器电路，接续于该误差放大器电路的输出终端的稳压电源装置而构成。

在该电路中，灯管电流I被变换为与电流检测传感器和灯丝灯管电流I的积成比例的电压V_I，在乘法电路13中生成与电压V_I和灯管电压V的积成比例的电压V_W。该电压V_W与灯管的消耗功率W成比例。

然后，第一控制电压V₁借由平方根电路2实施平方根运算生成第二控制电压V₂。借由误差放大器4比较第2控制电压V₂和电压V_W，控制稳压电源装置6以使该电压差为最小，生成外加于灯管9的电压V。

附图说明

图1为本发明的框图。

图2为原来的灯管驱动电路。

图3为对灯管电压的灯管光量的变化(150W卤素灯)，其中横轴是灯管电压，纵轴是灯管照度(勒克斯L_X)。

图4为本发明的基本原理说明框图。

图5为对灯管电压的灯管光量的变化(150W卤素灯)，其中横轴是灯管消耗功率的平方，纵轴是灯管照度(外观L_X)，实线为测定值，虚线为理论值[外式1]： $\mathrm{Lm}={\mathrm{Lm}}_0{(\frac{W}{W_0})}^2$ 的图表。

图6为本发明的控制电路(额定值100W的卤素灯)。

图7为由图6驱动额定100W的卤素灯时，对第一控制电压的灯管的光量和灯管电压，其中横轴是第一控制电压，左纵轴是灯管照度(外观L_X)，右纵轴是灯管电压，实线表示对第一控制电压V₁的灯管光量的变化，虚线表示灯管电压，点划线表示对第一控制电压的灯管光量的理论值(11)式。

图8为本发明的控制电路(额定150W的卤素灯)。

图9为由图8驱动额定150W的卤素灯时，对第一控制电压的灯管的光量和灯管电压，其中横轴是第一控制电压，左纵轴是灯管照度(外观L_X)，右纵轴是灯管电压，实线表示对第一控制电压V₁的灯管光量的变化，虚线表示灯管电压，点划线表示对第一控制电压的灯管光量的理论值(14)式。

符号说明

    1             第一控制输入电压值

    2             平方根电路

    3             第二控制电压

    4             误差放大器

    5             反馈电压

    6             稳压电源装置

    7             灯管外加电压

    8             灯管电流

    9             灯管

    10            灯管消耗功率和光束

    11            电流检测传感器(变换系数：b)

    12            灯管电流检测电压

    13            乘法电路

    14            表示灯管功率的电压

    15            PWMC

    (Pulse Width Modulation Controller：脉波宽度调制控制器)

具体实施方式

实施例-I

图6所示为本发明的一个实施例。

在图1的本发明的框图中，使用额定值(100W、12V)的卤素灯的场合的光量控制装置为图6的构成。在图6中，来自稳压电源装置6的外加于灯管的电压7V生成电流8I，并通过灯管和电流检测传感器即电阻11R(0.01欧姆)而回流稳压电源装置。此时在灯管中所消耗的功率10W表示为[数6]

              W＝I×(V-0.01·I)    (6)该电力变为光向空间放出，其关系近似于(2a)式。

在灯管中流动之电流8I借由电流检测电阻11R(0.01欧姆)被变换为电流检测电压12V_I(＝R×I＝0.01·I)，在乘法电路中生成与电流检测电压12V_I和灯管终端电压7V的积成比例的电压14V_W。电压14V_W与灯管的消耗功率10W成比例。该电压14V_W在乘法电路11中借由如下式的常数[数7]

          V_W＝5.0V_I×V＝5.0·10^-2I×V    (7)在乘法电路中被正规化以对灯管的额定电压V₀(12V)、额定功率W₀(100W)、额定电流I₀(8.33A)使V_W成5V。

然后，输入范围0～5V的第一控制电压1V₁在平方根电路2中被施以平方根运算，生成第二控制电压3V₂。此时，设定为经[数8] $V_2=2.236\sqrt{V_1}---\left(8\right)$ 的变换，当V₁为5V时V₂变成5V。所以对V₁的输入范围(0～5V)，V₂也在0～5V内变化。

借由误差放大器4比较第二控制电压3V₂和电压14V_W，控制稳压电源装置以使该电压差成最小，生成外加于灯管的电压7V。此时，[数9]

               V₂＝V_W    (9)成立。从(6)式、(7)式、(8)式、(9)式消去I×V、V_W、V₂后，对第一控制电压1V₁，灯管的消耗功率10W可表示为[数10] $W=44.721\sqrt{V_1}-0.01\·I^2\≈44.721\sqrt{V_1},0V\≤V_1\≤5V---\left(10\right)$ 借此，借由利用图6的实施例-I的控制电路，灯管的消耗功率10W与取第一控制电压1V₁的平方根的值成比例。对灯管的消耗功率10W的灯管的放射光束10Lm的关系借由(2)式表示，依据测定数据图5可证明该关系成立。

将(10)式的两边进行平方代入式(2)，并从该(2)式消去灯管的消耗功率W，设(2)式的Lm_o为100W卤素灯的额定值放射光束Lm_100W，则可得[数11]

        Lm＝0.2Lm_100W×V₁，0V≤V₁≤5V    (11)灯管的放射光束10Lm变得与第一控制电压1V₁成比例。另外，在图6中，15表示PWMC，即(Pulse Width Modulation Controller)脉波宽度调制控制器。

图7为在图6的实施例-I的控制装置中，有额定电压12V、额定功率100W的卤素灯的测定数据。以横轴表示第一控制电压1V₁，左纵轴表示灯管的照度Lx，右纵轴表示灯管的外加电压7V。实线表示将灯管照度借由Lx测定的测定数据，虚线表示灯管外加电压的测定数据，点划线表示对第一控制电压1V₁的灯管照度Lx的变化的理论值(11)式。由图7的数据显示，在对第一控制电压1V₁使灯管的照度Lx成比例的本发明的图6的实施例-I的控制装置中，以大致1.5％乃至大致-6.5％的精度达成目的。

实施例-II

图8所示为本发明的实施例-II，是使用额定值150W、15V的卤素灯的控制电路。电路构成与图6大致相同，使乘法电路13的正规化常数借由变化R4的电阻而为100W额定值时，正规化常数(7)式变成[数12]

        V_W＝3.333·Vi×V＝3.333·10^-2I×V    (12)与前项相同，对第一控制电压1V₁，灯管的消耗功率10W可表示为[数13] $W=67.086\sqrt{V_1}-0.01\·I^2\≈67.086\sqrt{V_1},0V\≤V_1\≤5V---\left(13\right)$

另一方面，当设(2)式的Lm_o为150W卤素灯的额定放射光束Lm_150W时，对第一控制电压1V₁的光量变化出于与前项同样的议论，可表示为[数14]

        Lm＝0.2Lm_150W×V₁，    0V≤V₁≤5V    (14)

另外，在图8中，15表示PWMC，即(Pulse Width ModulationController)脉波宽度调制控制器。

在图8的实施例-II的电路构成中，由测定对第一控制电压1的灯管电压7和灯管光量Lx的150W额定值的卤素灯的测定结果为图9。

即，横轴所示为第一控制电压，左纵轴所示为灯管照度(外观L_X)，右纵轴所示为灯管电压，实线表示对第一控制电压V₁的灯管光量的变化，虚线表示灯管电压。

点划线表示对第一控制电压的灯管光量的理论值(14)式。

借由150W卤素灯的实施例即图9所示，与借由100W卤素灯的实施例相比误差多少大一些，大致为4％乃至-8％的精度，但是同样可达成目的。

借由图像处理技术的发达，利用图像处理的检查装置和制造装置得到了广泛应用。为了精度良好地进行适当的图像处理，得到检查对象的鲜明的图像是必不可缺的，所以要求适当的光量控制调整。在借由原来的灯管驱动方法的、光量非线性且急剧增加的光量变化图3中，难以进行适当的光量控制调整。作为本发明的光源装置的应用装置的一例，有将这些装置的图像输入部，即CCD组入的显微镜的照明。作用其使用方法，有在显微镜的镜体内组入卤素灯并借由本发明的光量控制装置调整光亮的方法，借由本发明的光源装置通过光纤对检查对象进行适当地照明之方法等。这些光量控制装置或光源装置被组入图像处理装置的光量控制系统，借由其控制电压而调节光量。届时，借由使用如光量与控制电压成比例的图7及图9中所见到的本发明的光量控制装置或光源装置，作为其效果可谋求检查精度的提高、控制系统的简洁化、控制的数值化、控制速度的提高等。

借由图1的电路框图的电路构成，与第一控制电压V₁成比例向灯管供给电力的平方W²。借由该第1控制电压V₁所控制的灯管的消耗功率W，借由利用(2)式所表示的灯丝灯管之物理性的光的放射特性而放射光束Lm。

此时，对100W额定值的卤素灯，借由图6的电路构成由(2)式和(10)式，放射光束Lm被表示为(11)式，大致成直线形变化。

对150W额定值的卤素灯，借由图8的电路构成由(2)式和(13)式，放射光束Lm由(14)式表示。

如(11)式及(14)式，对控制电压V₁，放射光束Lm成直线形变化。对表示将与控制电压Vc成比例的电压V向灯管供给时的照度变化的图3，如将借由驱动100W额定值的卤素灯的实施例-I的图6的控制装置的测定例图7，及将借由驱动150W额定值的卤素灯的实施例-II的图8的控制装置的测定例图9进行比较，则在100W的实施例中存在大致为1.5％乃至-6.5％的精度误差，在150W的实施例中存在大致为4％乃至-8％的精度误差，但是在本发明的效果上都有显著之处。

Claims (12)

1.一种灯丝灯管光量控制方法，其特征在于：

由被串联连接于具有灯管的光量变化与消耗功率的平方大致成比例的特性的灯丝灯管的电流检测传感器；

生成与该灯丝灯管的终端电压V和该电流检测传感器的输出电压V_I的积成比例的电压V_W的乘法电路；

生成与控制电压V₁的平方根成比例的电压V₂的平方根电路；

比较该乘法电路的输出电压V_W和该平方根电路的输出电压V₂，将误差控制在最小的误差放大器电路；以及

接续于该误差放大器电路的输出终端，向该灯丝灯管供给电力的稳压电源装置而构成，并借由控制该控制电压而控制灯丝灯管的光量。

2.如权利要求1所述的灯丝灯管光量控制方法，其特征在于由电流检测电阻R构成电流检测传感器。

3.一种灯丝灯管光量控制装置，其特征是包括：

被串联连接于具有灯管的光量变化与消耗功率的平方大致成比例的特性的灯丝灯管的电流检测传感器；

生成与该灯丝灯管的终端电压V和该电流检测传感器的输出电压V_I的积成比例的电压V_W的乘法电路；

生成与控制电压V₁的平方根成比例的电压V₂的平方根电路；

比较该乘法电路的输出电压V_W和该平方根电路的输出电压V₂，将误差控制在最小的误差放大器电路；以及

接续于该误差放大器电路的输出终端，向该灯丝灯管供给电力的稳压电源装置。

4.如权利要求3所述的灯丝灯管光量控制装置，其特征在于由电流检测电阻R构成电流检测传感器。

5.一种灯丝灯管光源装置，適用于控制灯丝灯管的光量，其特征是包括：

灯管的光量变化与消耗功率大致成比例的特性的灯丝灯管；

被串联连接于该灯丝灯管的电流检测传感器；

生成与该灯丝灯管的电压V和该电流检测传感器的输出电压V_I的积成比例的电压V_W的乘法电路；

生成与控制电压V₁的平方根成比例的电压V₂的平方根电路；

比较该乘法电路的输出电压V_W和该平方根电路的输出电压V₂，将误差控制在最小的误差放大器电路；以及

接续于该误差放大器电路的输出终端，向该灯丝灯管供给电力的稳压电源装置。

6.如权利要求5所述的灯丝灯管光源装置，其特征在于由电流检测电阻R构成电流检测传感器。

7.如权利要求1所述的灯丝灯管光量控制方法，其特征在于以卤素灯作为灯丝灯管。

8.如权利要求3所述的灯丝灯管光量控制装置，其特征在于以卤素灯作为灯丝灯管。

9.如权利要求5所述的灯丝灯管光源装置，其特征在于以卤素灯作为灯丝灯管为卤素灯。

10.如权利要求9所述的灯丝灯管光源装置，其特征在于以卤素灯作为灯丝灯管，并使电流检测电阻R为0.01欧姆。

11.一种控制卤素灯光量的显微镜用卤素灯光源装置，其特征是包括：

光量变化与消耗功率大致成比例的特性的卤素灯；

被串联连接于该灯管的电流检测传感器；

生成与该灯管的电压V和该电流检测传感器的输出电压V_I的积成比例的电压V_W的乘法电路；

生成与控制电压V₁的平方根成比例的电压V₂的平方根电路；

比较该乘法电路的输出电压V_W和该平方根电路的输出电压V₂，将误差控制在最小的误差放大器电路；以及

接续于该误差放大器电路的输出终端，向该灯管供给电力的稳压电源装置。

12.如权利要求11所述的控制卤素灯光量的显微镜用卤素灯光源装置，其特征在于由电流检测电阻R构成电流检测传感器。

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