発光制御装置
【課題】位置検出器や受光素子を用いずに対象物の運動周期に閃光発光周期を合わせ込む。
【解決手段】閃光の周期最小値と、周期最大値と、周期更新時間とを記憶する手段と、加算を行うか減算を行うかを示す周期演算モードを有し、周期更新時間に達した周期の終わりにおいて、周期演算モードが加算の場合は周期加減算量を現在の周期時間に加算し、周期演算モードが減算の場合は周期加減算量を現在の周期時間から減算する演算手段と、加算結果を周期最大値と比較し、加算結果が周期最大値以下の場合には加算結果を新たな周期に更新し、減算結果が周期最小値を以上の場合には減算結果を新たな周期に更新する更新手段と、加算結果が周期最大値を超えた場合には周期の更新を行わずに周期演算モードを減算に変更し、減算結果を周期最小値と比較し、減算結果が周期最小値を下回った場合には周期の更新を行わずに周期演算モードを加算に変更する前記周期演算モードの変更手段とを備える。
【解決手段】閃光の周期最小値と、周期最大値と、周期更新時間とを記憶する手段と、加算を行うか減算を行うかを示す周期演算モードを有し、周期更新時間に達した周期の終わりにおいて、周期演算モードが加算の場合は周期加減算量を現在の周期時間に加算し、周期演算モードが減算の場合は周期加減算量を現在の周期時間から減算する演算手段と、加算結果を周期最大値と比較し、加算結果が周期最大値以下の場合には加算結果を新たな周期に更新し、減算結果が周期最小値を以上の場合には減算結果を新たな周期に更新する更新手段と、加算結果が周期最大値を超えた場合には周期の更新を行わずに周期演算モードを減算に変更し、減算結果を周期最小値と比較し、減算結果が周期最小値を下回った場合には周期の更新を行わずに周期演算モードを加算に変更する前記周期演算モードの変更手段とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はストロボ効果を用いた発光制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一瞬だけ点灯する光源を一定間隔で繰り返し発光させ、発光周期と同一速度で動作する移動体や回転体を静止状態で観察・撮像することができるストロボ効果は、様々な分野で使われている。観察・撮像の対象物として、一定周期で高速回転する内燃機関・モータや、プリンタ・燃料噴出装置等、一定時間間隔で射出され一定速度で飛翔運動を行う液滴がこれに該当する。更には、チップ部品・半導体・飲料缶・印刷輪転機・錠剤・注射剤等が一定速度にて移動または回転するワーク上にて形状欠陥・周期運動ぶれ・異物混入等の検査を行う場合にも静止状態での観察・撮像が必要となる。
【０００３】
高速で移動する対象物の撮像する方法として、ハイスピードカメラを用いる手法が知られている。ハイスピードカメラでは、通常のカメラより多くの画像フレームを撮像する。そのためには、多くの回数のシャッターを切る必要が生じる。シャッター機構と発光タイミングの制御が複雑となるばかりではなく、高輝度の照明が必要となる。LED照明では照度不足で、キセノンランプ等が使われる。照明が高価になるばかりではなく、LED照明と比較して寿命が短い為、メンテナンス性の低下を招く要因となる。
【０００４】
ストロボ効果を応用し、一定周期にて回転運動あるいは飛翔運動を行う対象物を静止状態と同じ状態で観察・撮像するためには、閃光発光の周期と観察対象物の回転・動作周期を合致させることが課題となっている。
【０００５】
特許文献１では、ストロボ発光タイミングと対象物の回転数を設定する設定器の存在を示している。静止画像位置をずらすために、発光速度に増減を行うことを示している。
特許文献２において、被搬送物駆動体に撮像マークを置き、撮像マークの位置検出装置に基づいてストロボ発光制御する手法が開示されている。
【０００６】
内燃機関の燃料噴射測定装置に関して、エンジンとストロボ発光タイミング合致方法については、特許文献３に開示されている。エンジンの振動を測定する光学式振動測定器の出力をストロボ発光装置に伝達する手法が示されている。
【０００７】
特許文献４で開示されるストロボ装置では、高速で動く物体に対し同期検出信号を得るための同期検出器を備えて、カメラシャッターとストロボ発光タイミングを制御する方式が示されている。同期検出装置として、特許文献４ではプロペラシャフトに検出片を取り付ける手法が示されている。
【０００８】
特許文献５において、内部でストロボ発光タイミング生成を行う手法を開示されている。設定された発光条件に基づいて発光周期を演算する発光周期演算手段と、演算結果に基づいて発光タイミングパルスを生成する手段を具備したものである。
【０００９】
特許文献６は、ストロボ効果を用いた検査装置におけるシャッター開閉とストロボ発光の制御手法を開示している。ストロボ発光を検出する受光素子を備えてストロボ発光を捕らえ、発光タイミングを起点としてシャッターを閉とする制御を行うことによって、露光時間の短縮を行っている。
【００１０】
特許文献７は、動的形状測定に関して、干渉縞のピーク検出波検出と被測定物動作−光源発光のタイミング調整と、干渉縞撮像とを連動させる手法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平５−１９６６２８号
【特許文献２】特許４２９２９７９号
【特許文献３】特開平１１−６２７８８号
【特許文献４】特許３８８９４７９号
【特許文献５】特開２００１−９６７２５号
【特許文献６】特開２００８−２１７３０３号
【特許文献７】特開２００５−３３１３４９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１では、増減量が一定であり、増減が１周期を越えて連続的に行われた場合の処理や、増減状態から通常状態の復帰状態を示してはいない。
【００１３】
特許文献２から特許文献４までは、いずれも対象物の移動・回転とストロボ発光のタイミングを合致させるために、外部から同期信号を供給する手法を採用している。撮像対象物の搬送体・駆動体や位置検出のマークを付加あるいは対象物の移動・回転と相関のある振動情報等を利用して、タイミング合致を計っている。外部にフォトセンサー等の位置検出器が必要となるばかりではなく、位置検出タイミングと発光タイミングの遅延調整処理が必要となる。
【００１４】
引用文献５は、予め与える発光条件に基づいて発光周期の演算を行う方式であって、対象物の移動速度・回転数が未知である場合、温度等周囲条件や機種変更に伴う移動速度・回転ブレを検出したい場合に、その方法を示したものではない。
【００１５】
引用文献６は、露光時間が短時間に制限し、ブレの少ない画像を得ることができるものの、高輝度照明が必要となる。
【００１６】
引用文献７は、ピーク波数が所定の範囲内あるか否かの判定方法も開示しているが、閃光発光周期を規則的な往復変化として、対象物の運動周期に発光周期を合わせ込む方法を示していない。また、特許文献７の方法によれば受光素子を必要とし、受光素子の出力結果に基づいて演算を行うものである為、特許文献２から特許文献４までの手法と同様に、受光素子と発光タイミングで遅延調整処理が必要となる。本発明は、周期運動を行う対象物に対して閃光を一定間隔で発光させ、対象物を静止状態で観察あるいは画像を撮像する装置において、位置検出器や受光素子を用いずに対象物の運動周期に閃光発光周期を合わせ込むことができる発光制御装置を提供することを目的とする。
【００１７】
またさらに本発明は、観察・撮像対象を所望位置に移動させるとともに、複数周期に跨る長時間の観察・撮像対象を移動させる発光制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、光源から所定周期ごとに閃光を発光させて、周期運動する対象物を静止状態で観察あるいは画像を撮像するための発光制御装置において、前記閃光の周期最小値と、周期最大値と、周期更新時間と、を記憶する手段と、加算を行うか減算を行うかを示す周期演算モードを有し、前記周期更新時間に達した周期の終わりにおいて、前記周期演算モードが加算の場合は周期加減算量を現在の周期時間に加算し、前記周期演算モードが減算の場合は周期加減算量を現在の周期時間から減算する演算手段と、加算結果を前記周期最大値と比較し、加算結果が前記周期最大値以下の場合には加算結果を新たな周期に更新し、減算結果が周期最小値を以上の場合には減算結果を新たな周期に更新する更新手段と、加算結果が周期最大値を超えた場合には周期の更新を行わずに周期演算モードを減算に変更し、減算結果を周期最小値と比較し、減算結果が周期最小値を下回った場合には周期の更新を行わずに周期演算モードを加算に変更する前記周期演算モードの変更手段と、を備えてなることを特徴とする。
【００１９】
上記においてさらに、周期加減算量の記憶手段を備えることが好ましい。
【００２０】
または、あるいはさらに加えて、周期初期値の記憶手段を備えることが好ましい。
【００２１】
またさらに、発光開始時間と発光時間を前記周期時間の割合で記憶する手段と、前記周期時間内で前記周期時間との乗算を行い該乗算結果を保持する手段と、次の周期時間の開始時点で前記保持値で発光開始時間、発光時間を更新する手段と、を備えることが好ましい。
【００２２】
またさらに、前記発光開始時間と発光時間を微調整するため、前記周期時間の割合で微調整加減算量を記憶する手段と、微調整加減算パラメータｎ(ｎ≧１）を記憶する手段と、ｎ個の周期を検出した時点で発光開始時間に対して微調整量の加減算を行う手段と、微調整加算時は、加算結果が前記周期時間を超えない場合、加算結果を新たな発光開始時間に更新し、超えた場合、加算結果から周期時間を減じた値を新たな発光開始時間に更新し、微調整減算時は、減算結果が負でない場合、減算結果を新たな発光開始時間に更新し、負の場合は周期時間から減算結果の絶対値を減じた値を新たな発光開始時間に更新する手段と、を備えることが好ましい。
【００２３】
さらに加えて、前記加算結果が周期時間を超えた場合、及び減算結果に負が発生した直後は発光を１周期分抑制する手段を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、対象物の周期が未知であった場合でも、位置検出器や受光素子を用いずに、対象物の運動周期に閃光発光周期を容易に合わせ込むことができる。
【００２５】
また、本発明では、周期は周期更新時間毎に規則正しく変化し、さらに周期最小値と周期最大値間の規則的な往復変化となる。発光周期の往復変化中、発光周期と対象物の運動周期が一致、即ち対象物が静止したように観測される機会が必ず存在する。往復変化の為、何度も合致機会が規則的な間隔で発生させることにより、発光周期と対象物の運動周期を一致させることができる。
【００２６】
さらに、発光開始時間の微調整を連続して時間の制限なく行うことにより、実際の速度よりもゆっくりとした速度での画像観察・撮像を時間制限なく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態を示す機能ブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態における周期時間生成処理を説明するフローチャート図である。
【図３】本発明の一実施形態における発光開始時間・発光時間処理を説明するフローチャート図である。
【図４】対象物の運動周期と発光周期の同期が取れていない状態での撮像画像写真である。
【図５】本発明を用いて、対象物の運動周期と発光周期の同期を取って撮像した画像写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の一実施形態を図に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態の機能的なブロック構成を示している。破線で囲んだ１が発光制御回路であり、周知のマイクロコンピュータ（ＣＰＵ，ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含む）により構成可能である。
【００２９】
２はパラメータ入力部であり、入力ボタンとキャラクタディスプレイから構成される操作盤、パソコン、プログラマブルコントローラなどがパラメータ入力部に相当する。パラメータ入力部２から、発光制御回路１の設定部（記憶部）３０に周期初期値３、周期加減算量４、周期更新時間５、周期最小値６、周期最大値７等が設定（記憶）可能である。パラメータの設定順は任意の設定順で構わない。上記パラメータ値は周期時間生成部１２に送出される。周期時間生成中にパラメータの一部を書き換えても良い。
【００３０】
他に後述するが、パラメータ入力部２から発光制御回路１の設定部３０に、さらに発光開始時間割合８、発光時間割合９、および微調整加減算値割合１０、微調整加減算パラメータｎ(ｎ≧１）１１が設定可能である。なお、周期時間に占める発光時間等の割合が変動すると、照度が異なり観測・撮像の妨げになる。そこで、ここでは、発光開始時間や発光時間、これを微調整するための微調整加減算値を周期時間の割合（％）で設定するようにしている。
【００３１】
周期時間生成部１２は、周期更新時間に達した事を検出する手段を持っている。一例として、周期更新検出用カウンタを持ち、カウンタ値と周期更新時間値と比較し、一致した場合、更に周期の終わりを待って加減算処理を行う。また、周期時間生成部１２は、加算を行うか減算を行うかを示す周期演算モードフラグを持っている。
【００３２】
周期演算モードが加算の場合は、周期加減算量を現在の周期時間に加算する。加算結果を最小値／最大値比較部１４にて周期最大値と比較し、加算結果が周期最大値以下の場合には加算結果を新たな周期に更新する。加算結果が周期最大値を超えた場合には周期の更新を行わずに周期演算モードを減算に変更する。周期演算モードが減算の場合は周期加減算量を現在の周期時間から減算する。
【００３３】
最小値/最大値比較部１４にて周期最小値と比較し、減算結果が周期最小値以上の場合には減算結果を新たな周期に更新する。減算結果が周期最小値を下回った場合には周期の更新を行わずに周期演算モードを加算に変更する。
【００３４】
このように周期は周期更新時間毎に規則正しく変化する。また周期は周期最小値と周期最大値間で往復して変化する。
【００３５】
次に、パラメータ入力部２から発光制御回路１の設定部３０に設定する発光開始時間割合８、発光時間割合９、および微調整加減算値割合１０、微調整加減算パラメータｎ(ｎ≧１）１１について説明する。
【００３６】
発光開始時間割合８は、発光開始時間乗部１５にて周期時間生成部１２の出力と乗算処理が行われて発光開始時間が求められる。１周期内で乗算結果を得る必要があるので、好ましくは並列乗算にて乗算処理することが望ましい。同様に、発光時間割合９は、発光時間乗算部１３にて周期時間生成部１２の出力と乗算処理が行われて発光時間が求められる。
【００３７】
微調整加減値割合１０は、微調整乗算部１６にて周期時間生成部１２の出力と乗算処理が行われて微調整値が求められる。微調整加減算パラメータｎ(ｎ≧１）１１は発光開始時間加減算部１７に送られて、ｎ個の周期が繰り返された毎に、発光開始時間乗算部１５の出力と、微調整乗算部１６の出力の加減算が行われる。加減算結果は、発光開始時間微調整補正部１８に送られる。
【００３８】
発光開始時間微調整補正部１８の出力と発光時間乗算部１３の出力から、発光制御信号生成部１９で発光信号が生成される。発光制御信号生成部１９の出力は、PWM(Pulse Width Modulation)制御信号として、LEDドライバ２０に入力する。LEDドライバ２０の出力がLED照明２１をドライブし、対象物２２を照射する。図１では、撮像カメラ２３で撮像し、表示装置２４に表示する構成であるが、目視にて対象物２２を観察する構成でも良い。
【００３９】
図２は、図１の周期時間生成部１２および最小/最大値比較部１４による、周期時間生成処理を説明するフローチャートである。
【００４０】
ステップＳ１において、設定部３０に、周期初期値３、周期加減算量４、周期更新時間５、周期最小値６、周期最大値７の各周期パラメータが設定（記憶）される。各パラメータは、Ｓ２以降のステップで書き換えても良い。ステップＳ２で周期更新時間に達したかどうかの判定が行われる。達しない場合はステップＳ２をループする。周期更新時間に達した場合は、ステップＳ３に進み、周期の終わりを待つ。ステップＳ３によって、周期の途中での変化を防いでいる。続くステップＳ４で、周期演算モードに基づく演算が現在の周期時間に対して行われる。周期演算モードが加算モードの場合は加算、減算モードの場合は減算が行われる。
【００４１】
ステップＳ５では、最小値／最大値比較部１４において、加算結果が設定された周期最大値７を超えていないか、減算結果が周期最小値６を下回っていないかを判定する。演算結果が最小値と最大値の範囲内の場合は、ステップＳ６で周期時間を演算結果に更新する。演算結果が最小値と最大値の範囲外の場合は、ステップＳ７に進み、周期時間の更新を行わずに演算モードの加減算を反転させる。
【００４２】
ステップＳ７によって、周期変化は折り返して以後往復変化となる。ステップＳ８は周期確定の判定ステップである。周期確定がなされていない場合はステップＳ９の周期パラメータが更新されているかどうかを判定するステップに進む。パラメータが更新されている場合はステップＳ１に移行する。更新されていない場合は、ステップＳ２に移行して周期時間生成処理が繰り返される。
【００４３】
図３は、発光時間乗算部１３、発光開始時間乗算部１５、微調整値乗算部１６、発光開始時間加減算部１７等による、発光開始時間・発光時間を求める処理を説明するフローチャートである。
【００４４】
ステップＳ９において、設定部３０に、発光開始時間割合８、発光時間割合９、微調整加減算割合１０、微調整加減算パラメータｎ１１からなる発光開始時間・発光時間パラメータが設定（更新）される。次のステップＳ１０で、周期時間生成部１２により周期時間生成が行われたかどうかの判定が行われる。周期時間時間生成が行われている場合は、ステップＳ１１に進む。この時、周期確定を必要としない。図２の周期時間生成処理フローのステップＳ８まで進み、確定していない場合でもステップＳ１１に進むことができる。ステップＳ１１において周期時間と発光開始時間割合との乗算処理（図１；発光開始時間乗算部１５）、ステップＳ１２において周期時間と発光時間割合との乗算処理(図１；発光時間乗算部１３)、ステップＳ１３において周期時間と微調整加減算割合との乗算処理(図１；微調整値乗算回路１６)が行われる。 ステップＳ１１からステップＳ１３まで処理順序を入れ換えても良いし、並列に同時処理されても良い。
【００４５】
上記の発光開始時間乗算部１５、微調整値乗算部１６の出力は微調整加減算パラメータｎとともに発光開始時間加減算部１７に入力される。そして、ステップＳ１４で周期が微調整パラメータｎ回分繰り返されたかが、判定される。例えばｎ＝１０の時、周期が１０回繰り返されたかを判定する。微調整パラメータｎは、対象物を静止状態から実速度よりもゆっくりとした速度で観察する時の速度調整に用いることができる。ｎ＝２０と設定すると、ｎ＝１０の設定の半分の速度で動いているように観察される。ステップＳ１４で周期がｎ回繰り返されたことが判定されると、ステップＳ１５でステップＳ１１による周期時間と発光開始時間割合との乗算結果と、ステップＳ１３による周期時間と微調整加減算割合との乗算結果の加減算処理が行われる。
【００４６】
尚、ステップ１２における周期時間と発光時間割合との乗算結果(図１；発光時間乗算部１３の出力、参照)は、図１の発光制御信号生成部１９に入力されて、発光制御ＰＷＭ信号生成に使われる。ステップＳ１５の加減算結果(図１；発光開始時間加減算部１７の出力、図１の発光開始時間微調整補正部１８に入力)は、ステップＳ１６にて、加算結果が周期を超えたオーバーフローや減算結果が負の数となるアンダーフローを発生させていないかが判定される。オーバーフローまたはアンダーフローが発生した場合は、ステップＳ１７にて発光開始時間の微調整補正処理が行われる。オーバーフローが発生した場合は、加算結果から周期時間を減じた値を新たな発光開始時間とする。アンダーフローが発生した場合は、周期時間から減算結果の絶対値を減じた値を新たな発光開始時間とする。この補正によって、時間制限のない加減算を可能としている。
【００４７】
ところが、この補正によれば隣接した発光が生じる。オーバーフローを例に取ると、オーバーフローが発生する直前の発光開始時間は、周期時間に接近した大きな値である。これに微調整量を加算して周期時間よりも大きくなる現象がオーバーフローで、加算結果から周期時間を減じた値を新たな発光開始時間とする。加算結果から周期時間を減じた値は、十分に小さな値となる。大きな時間値で発光し、次の周期で小さな時間値で発光させると、二つの発光時間が接近し、２倍の輝度となって照明が発光する。オーバーフロー、アンダーフローは周期的に発生するので、周期的な輝度上がりが生じる。これは観察・撮像の妨げとなるので、オーバーフローやアンダーフローが生じた時は、ステップ１７ではさらに、発光開始時間の更新は行うものの、１周期分発光を抑制する。抑制方法の一例として、オーバーフロー、アンダーフローが発生した１周期分のマスク信号を生成し、発光制御信号を１周期だけ抑制する。
【００４８】
ステップＳ１８において、微調整処理終了判定を行い、微調整処理を継続する場合はＳ９からの処理を繰り返す。
【００４９】
本発明の一実施形態によれば、周期初期値３を開始周期とし、周期最小値６と周期最大値７間で周期を規則正しく往復変化させる。周期更新時間５を大きく取れば周期変化はゆっくりで、周期更新時間５を小さくすれば周期変化は速くなる。
【００５０】
そして、周期の往復変化の途中で対象物２２の運動周期と発光周期が合致する機会が１回は発生する。合致判定が行えなかった場合でも、周期が往復変化しているため、合致の機会は繰り返し発生する。繰り返し発生する合致機会を利用して、対象物２２の運動周期と発光周期を合致させる。合致した後、対象物２２の運動周期が変動する場合もある。この場合も周期の往復変化により、再同期を計ることができる。周期が合致したタイミングで画像取得を行うことができるので、発光タイミングから遅延がない静止画像を得ることができる。撮像カメラのシャッターを開としたまま、画像取得を行うことができるので、複雑なシャッター制御機構を不要とすることができる。また、周期運動を行う対象物２２に対して、同一周期の閃光を一定間隔で発光させ、対象物２２を静止状態で観察あるいは画像を撮像する装置において、位置検出器や受光素子は不要である。
【００５１】
さらに詳細に説明する。周期更新時間５は、周期時間に周期加減算量４を加減算する時間間隔を示しており、このパラメータの設定により、観測する対象物２２の運動周期に合致させるための周期変化を任意に選ぶことができる。また、一実施形態のように、周期更新時間５に達しても、直ちに加減算を行わず、周期の終わりを待つようにすることにより、周期の途中での更新で発光時間、間隔が乱れるのを防いでいる。
【００５２】
周期初期値３は、発光周期の初期値を与える。周期最小値６と周期最大値７は、対象物２２の運動周期を挟み込むように設定する。通常は、凡その対象物の運動周期が予め判っているか、工場・工程での運用では、試作・試験運転で対象物周期データを予め測定しておき、測定したデータを目標値とするケースが多い。実際の工程では、目標値を周期初期値３とし、目標値からの許容誤差を周期最小値６と周期最大値７として設定できる。対象物２２の運動周期が未知の場合は、周期最小値６と周期最大値７の差を大きく設定し、徐々に差を狭めた最小値・最大値設定を行って発光周期を対象物運動周期に近付けて行くことができる。このような設定によって、最小値６・最大値８間で閃光周期が往復変化する。周期が合致しない状態で周期合わせを開始したとしても、徐々に合致状態に向かう。合致周期を通り過ぎたあとも往復変化の効果で繰り返し合致機会を得ることができる。
【００５３】
図４は、回転する対象物２２と閃光発光周期が合致していない状態での撮像画像で、円形状領域に影が出ているように分離して撮像されている。目視で観測すると円形状の領域を判別することができない。図５は対象物２２の回転周期と閃光発光周期を合致させた場合の撮像画像で、円形状領域は回転移動しているのにも関わらず、停止したさせた場合と同じ状態での画像が得られている。目視の場合も停止させた場合と同じ状態で円形状領域を観察することができる。
【００５４】
また、発光周期の往復変化中、発光周期と対象物２２の運動周期が一致、即ち対象物２２が静止したように観測される機会が必ず存在する。往復変化の為、何度も合致機会が規則的な間隔で発生させることにより、発光周期と対象物２２の運動周期を一致させることができる。
【００５５】
周期初期値３は目標値近辺から合致条件を観測できる利便さがあるが、固定値としてもよい。周期初期値を固定する場合は、周期最小値と最大値の範囲内の値が適切であり、開始値として、最小値、最大値あるいは最小・最大値の平均値を選択することができる。
【００５６】
また、本発明の一実施形態において、図１、図３に基づいて詳細に説明したように、パラメータ設定において発光開始時間と発光時間を発光開始時間割合８と発光時間割合９で設定するようにしている。周期時間に占める発光時間の割合が変動すると、照度が異なり観測・撮像の妨げになる。一実施形態では、発光開始時間と発光時間を周期時間の割合で設定しており、発光周期が変化した場合でも、照明の輝度を一定に保つようにしている。さらに、周期時間との乗算を周期時間内で完了して乗算結果を保持し、次の周期時間の開始時点で保持値を発光開始時間、発光時間、微調整加減算量に導入、反映させるようにしている。従って、次の周期時間の開始時点で保持値を発光開始時間、発光時間、微調整加減算量に反映させる周期が変化した場合でも、照明の輝度を一定に保つ効果がある。
【００５７】
図５において、対象物２２の円形状領域の一つが最上部に位置している。対象物２２の移動開始と閃光発光装置（ＬＥＤ照明２１）の開始は非同期の為、同期合わせを行った際、観察対象は所望位置で停止するとは限らない。本発明の一実施形態では、発光開始時間をずらして、観察・撮像対象の移動を行うようにしている。また、発光開始時間をずらして、観察・撮像対象を所望位置に移動させるばかりではなく、複数周期に跨る長時間の観察・撮像対象を移動させている。これにより、長時間に渡って連続的に対象物２２を実際の速度よりもゆっくりとした速度で観察・撮像することができる。例えば、対象物２２が図示のように複数の歯車から構成されているような場合、実際の速度では速くて観察できない歯車の噛み合わせをゆっくりとした速度で動いているように、観察・撮像することができる。
【００５８】
ビデオカメラで撮像し、後からスロー再生する方法と違って、リアルタイムで目視による観察が行える。記録媒体を使えば、容量に基づく時間制限が生じるが、本実施の形態では、時間制限なく実速度よりもゆっくりとした速度での観察ができる。図５で円形状領域が識別できる状態で、右回り方向・左回り方向にゆっくりとした一定速度で回転させることができる。対象物を静止状態から実速度よりもゆっくりとした速度で観察する時の速度調整に用いることができる。
【００５９】
図１、図３で説明したように、パラメータ入力部２から設定されたは発光開始時間加減算部１７において、ｎ個の周期が繰り返されたことを検出する。微調整加減算パラメータｎは大きく設定するほど、ゆっくりした速度で動いているように観察される。検出された時点は周期の終わりなので、直ちに微調整量の加減算を行う。微調整加算時は、加算結果が前記周期時間を超えない場合は、加算結果を新たな発光開始時間に更新する。超えた場合、加算結果から周期時間を減じた値を新たな発光開始時間に更新する。微調整減算時は、減算結果が負でない場合、減算結果を新たな発光開始時間に更新する。負の場合は周期時間から減算結果の絶対値を減じた値を新たな発光開始時間に更新する。以上により、微調整を連続して時間の制限なく行うことを可能として、実際の速度よりもゆっくりとした速度での画像観察・撮像を時間制限なく可能とする。
【００６０】
なお、発光開始時間の微調整は、次のように使うことができる。運動周期と発光周期を合致させ、対象物を静止した状態で観察できるようにした後、微調整加減算の処理を開始させ、対象物がゆっくりと運動を開始したように観察することができる。更には、静止・微調整を繰り返して行うことができるので、対象物２２は運動を継続しているのにも関わらず、静止状態・運動状態のように対象物を観察することができる。
【００６１】
また、発光開始時間に、微調整量を連続して加減算を繰り返すと、周期を超えるオーバーフローや、負の数になるアンダーフローが発生する。一実施形態では、発光開始時間微調整補正部１８において、オーバーフロー、またはアンダーフローが発生した場合は新たな発光開始時間となるよう補正を行うので、時間制限なく微調整加減算を行え、さらには補正を行った周期のみ１周期分のマスク信号を生成して発光を抑制することができる。
【００６２】
以上、一実施形態では、マイクロコンピュータ（ＣＰＵ，ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含む）により構成したが、本発明は、レジスタやカウンタ、さらには加算回路、減算回路、乗算回路など個別回路素子を組み合わせて構成してもよい。また、ゆっくりとした速度での画像観察・撮像は必要に応じて組み合わせればよく、周期最小値と周期最大値間の規則的な往復変化中、発光周期と対象物の運動周期が一致、即ち対象物が静止したように観測される装置のみでもよい。さらに、ゆっくりとした速度での画像観察・撮像を可能とした場合、微調整加減算パラメータｎをｎ≧１の範囲で設定するようにしたが、０「ゼロ」を含めてもよい。０「ゼロ」の設定を可能とすることで微調整動作を停止させる機能を持つ構成とすることができる。
【符号の説明】
【００６３】
１ 発光制御回路
２ パラメータ入力部
３ 周期初期値
４ 周期加減算量
５ 周期更新時間
６ 周期最小値
７ 周期最大値
８ 発光開始時間割合
９ 発光時間割合
１０ 微調整加減算値割合
１１ 微調整加減算パラメータｎ
１２ 周期時間生成部
１３ 発光時間乗算部
１４ 最小値/最大値比較部
１５ 発光開始時間乗算部
１６ 微調整値乗算回路
１７ 発光開始時間加減算部
１８ 発光開始時間微調整補正部
１９ 発光制御信号生成部
２０ ＬＥＤドライバ
２１ ＬＥＤ照明
２２ 観察・撮像対象物
２３ 撮像カメラ
２４ 表示装置
３０ 設定部
【技術分野】
【０００１】
本発明はストロボ効果を用いた発光制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一瞬だけ点灯する光源を一定間隔で繰り返し発光させ、発光周期と同一速度で動作する移動体や回転体を静止状態で観察・撮像することができるストロボ効果は、様々な分野で使われている。観察・撮像の対象物として、一定周期で高速回転する内燃機関・モータや、プリンタ・燃料噴出装置等、一定時間間隔で射出され一定速度で飛翔運動を行う液滴がこれに該当する。更には、チップ部品・半導体・飲料缶・印刷輪転機・錠剤・注射剤等が一定速度にて移動または回転するワーク上にて形状欠陥・周期運動ぶれ・異物混入等の検査を行う場合にも静止状態での観察・撮像が必要となる。
【０００３】
高速で移動する対象物の撮像する方法として、ハイスピードカメラを用いる手法が知られている。ハイスピードカメラでは、通常のカメラより多くの画像フレームを撮像する。そのためには、多くの回数のシャッターを切る必要が生じる。シャッター機構と発光タイミングの制御が複雑となるばかりではなく、高輝度の照明が必要となる。LED照明では照度不足で、キセノンランプ等が使われる。照明が高価になるばかりではなく、LED照明と比較して寿命が短い為、メンテナンス性の低下を招く要因となる。
【０００４】
ストロボ効果を応用し、一定周期にて回転運動あるいは飛翔運動を行う対象物を静止状態と同じ状態で観察・撮像するためには、閃光発光の周期と観察対象物の回転・動作周期を合致させることが課題となっている。
【０００５】
特許文献１では、ストロボ発光タイミングと対象物の回転数を設定する設定器の存在を示している。静止画像位置をずらすために、発光速度に増減を行うことを示している。
特許文献２において、被搬送物駆動体に撮像マークを置き、撮像マークの位置検出装置に基づいてストロボ発光制御する手法が開示されている。
【０００６】
内燃機関の燃料噴射測定装置に関して、エンジンとストロボ発光タイミング合致方法については、特許文献３に開示されている。エンジンの振動を測定する光学式振動測定器の出力をストロボ発光装置に伝達する手法が示されている。
【０００７】
特許文献４で開示されるストロボ装置では、高速で動く物体に対し同期検出信号を得るための同期検出器を備えて、カメラシャッターとストロボ発光タイミングを制御する方式が示されている。同期検出装置として、特許文献４ではプロペラシャフトに検出片を取り付ける手法が示されている。
【０００８】
特許文献５において、内部でストロボ発光タイミング生成を行う手法を開示されている。設定された発光条件に基づいて発光周期を演算する発光周期演算手段と、演算結果に基づいて発光タイミングパルスを生成する手段を具備したものである。
【０００９】
特許文献６は、ストロボ効果を用いた検査装置におけるシャッター開閉とストロボ発光の制御手法を開示している。ストロボ発光を検出する受光素子を備えてストロボ発光を捕らえ、発光タイミングを起点としてシャッターを閉とする制御を行うことによって、露光時間の短縮を行っている。
【００１０】
特許文献７は、動的形状測定に関して、干渉縞のピーク検出波検出と被測定物動作−光源発光のタイミング調整と、干渉縞撮像とを連動させる手法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平５−１９６６２８号
【特許文献２】特許４２９２９７９号
【特許文献３】特開平１１−６２７８８号
【特許文献４】特許３８８９４７９号
【特許文献５】特開２００１−９６７２５号
【特許文献６】特開２００８−２１７３０３号
【特許文献７】特開２００５−３３１３４９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１では、増減量が一定であり、増減が１周期を越えて連続的に行われた場合の処理や、増減状態から通常状態の復帰状態を示してはいない。
【００１３】
特許文献２から特許文献４までは、いずれも対象物の移動・回転とストロボ発光のタイミングを合致させるために、外部から同期信号を供給する手法を採用している。撮像対象物の搬送体・駆動体や位置検出のマークを付加あるいは対象物の移動・回転と相関のある振動情報等を利用して、タイミング合致を計っている。外部にフォトセンサー等の位置検出器が必要となるばかりではなく、位置検出タイミングと発光タイミングの遅延調整処理が必要となる。
【００１４】
引用文献５は、予め与える発光条件に基づいて発光周期の演算を行う方式であって、対象物の移動速度・回転数が未知である場合、温度等周囲条件や機種変更に伴う移動速度・回転ブレを検出したい場合に、その方法を示したものではない。
【００１５】
引用文献６は、露光時間が短時間に制限し、ブレの少ない画像を得ることができるものの、高輝度照明が必要となる。
【００１６】
引用文献７は、ピーク波数が所定の範囲内あるか否かの判定方法も開示しているが、閃光発光周期を規則的な往復変化として、対象物の運動周期に発光周期を合わせ込む方法を示していない。また、特許文献７の方法によれば受光素子を必要とし、受光素子の出力結果に基づいて演算を行うものである為、特許文献２から特許文献４までの手法と同様に、受光素子と発光タイミングで遅延調整処理が必要となる。本発明は、周期運動を行う対象物に対して閃光を一定間隔で発光させ、対象物を静止状態で観察あるいは画像を撮像する装置において、位置検出器や受光素子を用いずに対象物の運動周期に閃光発光周期を合わせ込むことができる発光制御装置を提供することを目的とする。
【００１７】
またさらに本発明は、観察・撮像対象を所望位置に移動させるとともに、複数周期に跨る長時間の観察・撮像対象を移動させる発光制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、光源から所定周期ごとに閃光を発光させて、周期運動する対象物を静止状態で観察あるいは画像を撮像するための発光制御装置において、前記閃光の周期最小値と、周期最大値と、周期更新時間と、を記憶する手段と、加算を行うか減算を行うかを示す周期演算モードを有し、前記周期更新時間に達した周期の終わりにおいて、前記周期演算モードが加算の場合は周期加減算量を現在の周期時間に加算し、前記周期演算モードが減算の場合は周期加減算量を現在の周期時間から減算する演算手段と、加算結果を前記周期最大値と比較し、加算結果が前記周期最大値以下の場合には加算結果を新たな周期に更新し、減算結果が周期最小値を以上の場合には減算結果を新たな周期に更新する更新手段と、加算結果が周期最大値を超えた場合には周期の更新を行わずに周期演算モードを減算に変更し、減算結果を周期最小値と比較し、減算結果が周期最小値を下回った場合には周期の更新を行わずに周期演算モードを加算に変更する前記周期演算モードの変更手段と、を備えてなることを特徴とする。
【００１９】
上記においてさらに、周期加減算量の記憶手段を備えることが好ましい。
【００２０】
または、あるいはさらに加えて、周期初期値の記憶手段を備えることが好ましい。
【００２１】
またさらに、発光開始時間と発光時間を前記周期時間の割合で記憶する手段と、前記周期時間内で前記周期時間との乗算を行い該乗算結果を保持する手段と、次の周期時間の開始時点で前記保持値で発光開始時間、発光時間を更新する手段と、を備えることが好ましい。
【００２２】
またさらに、前記発光開始時間と発光時間を微調整するため、前記周期時間の割合で微調整加減算量を記憶する手段と、微調整加減算パラメータｎ(ｎ≧１）を記憶する手段と、ｎ個の周期を検出した時点で発光開始時間に対して微調整量の加減算を行う手段と、微調整加算時は、加算結果が前記周期時間を超えない場合、加算結果を新たな発光開始時間に更新し、超えた場合、加算結果から周期時間を減じた値を新たな発光開始時間に更新し、微調整減算時は、減算結果が負でない場合、減算結果を新たな発光開始時間に更新し、負の場合は周期時間から減算結果の絶対値を減じた値を新たな発光開始時間に更新する手段と、を備えることが好ましい。
【００２３】
さらに加えて、前記加算結果が周期時間を超えた場合、及び減算結果に負が発生した直後は発光を１周期分抑制する手段を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、対象物の周期が未知であった場合でも、位置検出器や受光素子を用いずに、対象物の運動周期に閃光発光周期を容易に合わせ込むことができる。
【００２５】
また、本発明では、周期は周期更新時間毎に規則正しく変化し、さらに周期最小値と周期最大値間の規則的な往復変化となる。発光周期の往復変化中、発光周期と対象物の運動周期が一致、即ち対象物が静止したように観測される機会が必ず存在する。往復変化の為、何度も合致機会が規則的な間隔で発生させることにより、発光周期と対象物の運動周期を一致させることができる。
【００２６】
さらに、発光開始時間の微調整を連続して時間の制限なく行うことにより、実際の速度よりもゆっくりとした速度での画像観察・撮像を時間制限なく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態を示す機能ブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態における周期時間生成処理を説明するフローチャート図である。
【図３】本発明の一実施形態における発光開始時間・発光時間処理を説明するフローチャート図である。
【図４】対象物の運動周期と発光周期の同期が取れていない状態での撮像画像写真である。
【図５】本発明を用いて、対象物の運動周期と発光周期の同期を取って撮像した画像写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の一実施形態を図に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態の機能的なブロック構成を示している。破線で囲んだ１が発光制御回路であり、周知のマイクロコンピュータ（ＣＰＵ，ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含む）により構成可能である。
【００２９】
２はパラメータ入力部であり、入力ボタンとキャラクタディスプレイから構成される操作盤、パソコン、プログラマブルコントローラなどがパラメータ入力部に相当する。パラメータ入力部２から、発光制御回路１の設定部（記憶部）３０に周期初期値３、周期加減算量４、周期更新時間５、周期最小値６、周期最大値７等が設定（記憶）可能である。パラメータの設定順は任意の設定順で構わない。上記パラメータ値は周期時間生成部１２に送出される。周期時間生成中にパラメータの一部を書き換えても良い。
【００３０】
他に後述するが、パラメータ入力部２から発光制御回路１の設定部３０に、さらに発光開始時間割合８、発光時間割合９、および微調整加減算値割合１０、微調整加減算パラメータｎ(ｎ≧１）１１が設定可能である。なお、周期時間に占める発光時間等の割合が変動すると、照度が異なり観測・撮像の妨げになる。そこで、ここでは、発光開始時間や発光時間、これを微調整するための微調整加減算値を周期時間の割合（％）で設定するようにしている。
【００３１】
周期時間生成部１２は、周期更新時間に達した事を検出する手段を持っている。一例として、周期更新検出用カウンタを持ち、カウンタ値と周期更新時間値と比較し、一致した場合、更に周期の終わりを待って加減算処理を行う。また、周期時間生成部１２は、加算を行うか減算を行うかを示す周期演算モードフラグを持っている。
【００３２】
周期演算モードが加算の場合は、周期加減算量を現在の周期時間に加算する。加算結果を最小値／最大値比較部１４にて周期最大値と比較し、加算結果が周期最大値以下の場合には加算結果を新たな周期に更新する。加算結果が周期最大値を超えた場合には周期の更新を行わずに周期演算モードを減算に変更する。周期演算モードが減算の場合は周期加減算量を現在の周期時間から減算する。
【００３３】
最小値/最大値比較部１４にて周期最小値と比較し、減算結果が周期最小値以上の場合には減算結果を新たな周期に更新する。減算結果が周期最小値を下回った場合には周期の更新を行わずに周期演算モードを加算に変更する。
【００３４】
このように周期は周期更新時間毎に規則正しく変化する。また周期は周期最小値と周期最大値間で往復して変化する。
【００３５】
次に、パラメータ入力部２から発光制御回路１の設定部３０に設定する発光開始時間割合８、発光時間割合９、および微調整加減算値割合１０、微調整加減算パラメータｎ(ｎ≧１）１１について説明する。
【００３６】
発光開始時間割合８は、発光開始時間乗部１５にて周期時間生成部１２の出力と乗算処理が行われて発光開始時間が求められる。１周期内で乗算結果を得る必要があるので、好ましくは並列乗算にて乗算処理することが望ましい。同様に、発光時間割合９は、発光時間乗算部１３にて周期時間生成部１２の出力と乗算処理が行われて発光時間が求められる。
【００３７】
微調整加減値割合１０は、微調整乗算部１６にて周期時間生成部１２の出力と乗算処理が行われて微調整値が求められる。微調整加減算パラメータｎ(ｎ≧１）１１は発光開始時間加減算部１７に送られて、ｎ個の周期が繰り返された毎に、発光開始時間乗算部１５の出力と、微調整乗算部１６の出力の加減算が行われる。加減算結果は、発光開始時間微調整補正部１８に送られる。
【００３８】
発光開始時間微調整補正部１８の出力と発光時間乗算部１３の出力から、発光制御信号生成部１９で発光信号が生成される。発光制御信号生成部１９の出力は、PWM(Pulse Width Modulation)制御信号として、LEDドライバ２０に入力する。LEDドライバ２０の出力がLED照明２１をドライブし、対象物２２を照射する。図１では、撮像カメラ２３で撮像し、表示装置２４に表示する構成であるが、目視にて対象物２２を観察する構成でも良い。
【００３９】
図２は、図１の周期時間生成部１２および最小/最大値比較部１４による、周期時間生成処理を説明するフローチャートである。
【００４０】
ステップＳ１において、設定部３０に、周期初期値３、周期加減算量４、周期更新時間５、周期最小値６、周期最大値７の各周期パラメータが設定（記憶）される。各パラメータは、Ｓ２以降のステップで書き換えても良い。ステップＳ２で周期更新時間に達したかどうかの判定が行われる。達しない場合はステップＳ２をループする。周期更新時間に達した場合は、ステップＳ３に進み、周期の終わりを待つ。ステップＳ３によって、周期の途中での変化を防いでいる。続くステップＳ４で、周期演算モードに基づく演算が現在の周期時間に対して行われる。周期演算モードが加算モードの場合は加算、減算モードの場合は減算が行われる。
【００４１】
ステップＳ５では、最小値／最大値比較部１４において、加算結果が設定された周期最大値７を超えていないか、減算結果が周期最小値６を下回っていないかを判定する。演算結果が最小値と最大値の範囲内の場合は、ステップＳ６で周期時間を演算結果に更新する。演算結果が最小値と最大値の範囲外の場合は、ステップＳ７に進み、周期時間の更新を行わずに演算モードの加減算を反転させる。
【００４２】
ステップＳ７によって、周期変化は折り返して以後往復変化となる。ステップＳ８は周期確定の判定ステップである。周期確定がなされていない場合はステップＳ９の周期パラメータが更新されているかどうかを判定するステップに進む。パラメータが更新されている場合はステップＳ１に移行する。更新されていない場合は、ステップＳ２に移行して周期時間生成処理が繰り返される。
【００４３】
図３は、発光時間乗算部１３、発光開始時間乗算部１５、微調整値乗算部１６、発光開始時間加減算部１７等による、発光開始時間・発光時間を求める処理を説明するフローチャートである。
【００４４】
ステップＳ９において、設定部３０に、発光開始時間割合８、発光時間割合９、微調整加減算割合１０、微調整加減算パラメータｎ１１からなる発光開始時間・発光時間パラメータが設定（更新）される。次のステップＳ１０で、周期時間生成部１２により周期時間生成が行われたかどうかの判定が行われる。周期時間時間生成が行われている場合は、ステップＳ１１に進む。この時、周期確定を必要としない。図２の周期時間生成処理フローのステップＳ８まで進み、確定していない場合でもステップＳ１１に進むことができる。ステップＳ１１において周期時間と発光開始時間割合との乗算処理（図１；発光開始時間乗算部１５）、ステップＳ１２において周期時間と発光時間割合との乗算処理(図１；発光時間乗算部１３)、ステップＳ１３において周期時間と微調整加減算割合との乗算処理(図１；微調整値乗算回路１６)が行われる。 ステップＳ１１からステップＳ１３まで処理順序を入れ換えても良いし、並列に同時処理されても良い。
【００４５】
上記の発光開始時間乗算部１５、微調整値乗算部１６の出力は微調整加減算パラメータｎとともに発光開始時間加減算部１７に入力される。そして、ステップＳ１４で周期が微調整パラメータｎ回分繰り返されたかが、判定される。例えばｎ＝１０の時、周期が１０回繰り返されたかを判定する。微調整パラメータｎは、対象物を静止状態から実速度よりもゆっくりとした速度で観察する時の速度調整に用いることができる。ｎ＝２０と設定すると、ｎ＝１０の設定の半分の速度で動いているように観察される。ステップＳ１４で周期がｎ回繰り返されたことが判定されると、ステップＳ１５でステップＳ１１による周期時間と発光開始時間割合との乗算結果と、ステップＳ１３による周期時間と微調整加減算割合との乗算結果の加減算処理が行われる。
【００４６】
尚、ステップ１２における周期時間と発光時間割合との乗算結果(図１；発光時間乗算部１３の出力、参照)は、図１の発光制御信号生成部１９に入力されて、発光制御ＰＷＭ信号生成に使われる。ステップＳ１５の加減算結果(図１；発光開始時間加減算部１７の出力、図１の発光開始時間微調整補正部１８に入力)は、ステップＳ１６にて、加算結果が周期を超えたオーバーフローや減算結果が負の数となるアンダーフローを発生させていないかが判定される。オーバーフローまたはアンダーフローが発生した場合は、ステップＳ１７にて発光開始時間の微調整補正処理が行われる。オーバーフローが発生した場合は、加算結果から周期時間を減じた値を新たな発光開始時間とする。アンダーフローが発生した場合は、周期時間から減算結果の絶対値を減じた値を新たな発光開始時間とする。この補正によって、時間制限のない加減算を可能としている。
【００４７】
ところが、この補正によれば隣接した発光が生じる。オーバーフローを例に取ると、オーバーフローが発生する直前の発光開始時間は、周期時間に接近した大きな値である。これに微調整量を加算して周期時間よりも大きくなる現象がオーバーフローで、加算結果から周期時間を減じた値を新たな発光開始時間とする。加算結果から周期時間を減じた値は、十分に小さな値となる。大きな時間値で発光し、次の周期で小さな時間値で発光させると、二つの発光時間が接近し、２倍の輝度となって照明が発光する。オーバーフロー、アンダーフローは周期的に発生するので、周期的な輝度上がりが生じる。これは観察・撮像の妨げとなるので、オーバーフローやアンダーフローが生じた時は、ステップ１７ではさらに、発光開始時間の更新は行うものの、１周期分発光を抑制する。抑制方法の一例として、オーバーフロー、アンダーフローが発生した１周期分のマスク信号を生成し、発光制御信号を１周期だけ抑制する。
【００４８】
ステップＳ１８において、微調整処理終了判定を行い、微調整処理を継続する場合はＳ９からの処理を繰り返す。
【００４９】
本発明の一実施形態によれば、周期初期値３を開始周期とし、周期最小値６と周期最大値７間で周期を規則正しく往復変化させる。周期更新時間５を大きく取れば周期変化はゆっくりで、周期更新時間５を小さくすれば周期変化は速くなる。
【００５０】
そして、周期の往復変化の途中で対象物２２の運動周期と発光周期が合致する機会が１回は発生する。合致判定が行えなかった場合でも、周期が往復変化しているため、合致の機会は繰り返し発生する。繰り返し発生する合致機会を利用して、対象物２２の運動周期と発光周期を合致させる。合致した後、対象物２２の運動周期が変動する場合もある。この場合も周期の往復変化により、再同期を計ることができる。周期が合致したタイミングで画像取得を行うことができるので、発光タイミングから遅延がない静止画像を得ることができる。撮像カメラのシャッターを開としたまま、画像取得を行うことができるので、複雑なシャッター制御機構を不要とすることができる。また、周期運動を行う対象物２２に対して、同一周期の閃光を一定間隔で発光させ、対象物２２を静止状態で観察あるいは画像を撮像する装置において、位置検出器や受光素子は不要である。
【００５１】
さらに詳細に説明する。周期更新時間５は、周期時間に周期加減算量４を加減算する時間間隔を示しており、このパラメータの設定により、観測する対象物２２の運動周期に合致させるための周期変化を任意に選ぶことができる。また、一実施形態のように、周期更新時間５に達しても、直ちに加減算を行わず、周期の終わりを待つようにすることにより、周期の途中での更新で発光時間、間隔が乱れるのを防いでいる。
【００５２】
周期初期値３は、発光周期の初期値を与える。周期最小値６と周期最大値７は、対象物２２の運動周期を挟み込むように設定する。通常は、凡その対象物の運動周期が予め判っているか、工場・工程での運用では、試作・試験運転で対象物周期データを予め測定しておき、測定したデータを目標値とするケースが多い。実際の工程では、目標値を周期初期値３とし、目標値からの許容誤差を周期最小値６と周期最大値７として設定できる。対象物２２の運動周期が未知の場合は、周期最小値６と周期最大値７の差を大きく設定し、徐々に差を狭めた最小値・最大値設定を行って発光周期を対象物運動周期に近付けて行くことができる。このような設定によって、最小値６・最大値８間で閃光周期が往復変化する。周期が合致しない状態で周期合わせを開始したとしても、徐々に合致状態に向かう。合致周期を通り過ぎたあとも往復変化の効果で繰り返し合致機会を得ることができる。
【００５３】
図４は、回転する対象物２２と閃光発光周期が合致していない状態での撮像画像で、円形状領域に影が出ているように分離して撮像されている。目視で観測すると円形状の領域を判別することができない。図５は対象物２２の回転周期と閃光発光周期を合致させた場合の撮像画像で、円形状領域は回転移動しているのにも関わらず、停止したさせた場合と同じ状態での画像が得られている。目視の場合も停止させた場合と同じ状態で円形状領域を観察することができる。
【００５４】
また、発光周期の往復変化中、発光周期と対象物２２の運動周期が一致、即ち対象物２２が静止したように観測される機会が必ず存在する。往復変化の為、何度も合致機会が規則的な間隔で発生させることにより、発光周期と対象物２２の運動周期を一致させることができる。
【００５５】
周期初期値３は目標値近辺から合致条件を観測できる利便さがあるが、固定値としてもよい。周期初期値を固定する場合は、周期最小値と最大値の範囲内の値が適切であり、開始値として、最小値、最大値あるいは最小・最大値の平均値を選択することができる。
【００５６】
また、本発明の一実施形態において、図１、図３に基づいて詳細に説明したように、パラメータ設定において発光開始時間と発光時間を発光開始時間割合８と発光時間割合９で設定するようにしている。周期時間に占める発光時間の割合が変動すると、照度が異なり観測・撮像の妨げになる。一実施形態では、発光開始時間と発光時間を周期時間の割合で設定しており、発光周期が変化した場合でも、照明の輝度を一定に保つようにしている。さらに、周期時間との乗算を周期時間内で完了して乗算結果を保持し、次の周期時間の開始時点で保持値を発光開始時間、発光時間、微調整加減算量に導入、反映させるようにしている。従って、次の周期時間の開始時点で保持値を発光開始時間、発光時間、微調整加減算量に反映させる周期が変化した場合でも、照明の輝度を一定に保つ効果がある。
【００５７】
図５において、対象物２２の円形状領域の一つが最上部に位置している。対象物２２の移動開始と閃光発光装置（ＬＥＤ照明２１）の開始は非同期の為、同期合わせを行った際、観察対象は所望位置で停止するとは限らない。本発明の一実施形態では、発光開始時間をずらして、観察・撮像対象の移動を行うようにしている。また、発光開始時間をずらして、観察・撮像対象を所望位置に移動させるばかりではなく、複数周期に跨る長時間の観察・撮像対象を移動させている。これにより、長時間に渡って連続的に対象物２２を実際の速度よりもゆっくりとした速度で観察・撮像することができる。例えば、対象物２２が図示のように複数の歯車から構成されているような場合、実際の速度では速くて観察できない歯車の噛み合わせをゆっくりとした速度で動いているように、観察・撮像することができる。
【００５８】
ビデオカメラで撮像し、後からスロー再生する方法と違って、リアルタイムで目視による観察が行える。記録媒体を使えば、容量に基づく時間制限が生じるが、本実施の形態では、時間制限なく実速度よりもゆっくりとした速度での観察ができる。図５で円形状領域が識別できる状態で、右回り方向・左回り方向にゆっくりとした一定速度で回転させることができる。対象物を静止状態から実速度よりもゆっくりとした速度で観察する時の速度調整に用いることができる。
【００５９】
図１、図３で説明したように、パラメータ入力部２から設定されたは発光開始時間加減算部１７において、ｎ個の周期が繰り返されたことを検出する。微調整加減算パラメータｎは大きく設定するほど、ゆっくりした速度で動いているように観察される。検出された時点は周期の終わりなので、直ちに微調整量の加減算を行う。微調整加算時は、加算結果が前記周期時間を超えない場合は、加算結果を新たな発光開始時間に更新する。超えた場合、加算結果から周期時間を減じた値を新たな発光開始時間に更新する。微調整減算時は、減算結果が負でない場合、減算結果を新たな発光開始時間に更新する。負の場合は周期時間から減算結果の絶対値を減じた値を新たな発光開始時間に更新する。以上により、微調整を連続して時間の制限なく行うことを可能として、実際の速度よりもゆっくりとした速度での画像観察・撮像を時間制限なく可能とする。
【００６０】
なお、発光開始時間の微調整は、次のように使うことができる。運動周期と発光周期を合致させ、対象物を静止した状態で観察できるようにした後、微調整加減算の処理を開始させ、対象物がゆっくりと運動を開始したように観察することができる。更には、静止・微調整を繰り返して行うことができるので、対象物２２は運動を継続しているのにも関わらず、静止状態・運動状態のように対象物を観察することができる。
【００６１】
また、発光開始時間に、微調整量を連続して加減算を繰り返すと、周期を超えるオーバーフローや、負の数になるアンダーフローが発生する。一実施形態では、発光開始時間微調整補正部１８において、オーバーフロー、またはアンダーフローが発生した場合は新たな発光開始時間となるよう補正を行うので、時間制限なく微調整加減算を行え、さらには補正を行った周期のみ１周期分のマスク信号を生成して発光を抑制することができる。
【００６２】
以上、一実施形態では、マイクロコンピュータ（ＣＰＵ，ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含む）により構成したが、本発明は、レジスタやカウンタ、さらには加算回路、減算回路、乗算回路など個別回路素子を組み合わせて構成してもよい。また、ゆっくりとした速度での画像観察・撮像は必要に応じて組み合わせればよく、周期最小値と周期最大値間の規則的な往復変化中、発光周期と対象物の運動周期が一致、即ち対象物が静止したように観測される装置のみでもよい。さらに、ゆっくりとした速度での画像観察・撮像を可能とした場合、微調整加減算パラメータｎをｎ≧１の範囲で設定するようにしたが、０「ゼロ」を含めてもよい。０「ゼロ」の設定を可能とすることで微調整動作を停止させる機能を持つ構成とすることができる。
【符号の説明】
【００６３】
１ 発光制御回路
２ パラメータ入力部
３ 周期初期値
４ 周期加減算量
５ 周期更新時間
６ 周期最小値
７ 周期最大値
８ 発光開始時間割合
９ 発光時間割合
１０ 微調整加減算値割合
１１ 微調整加減算パラメータｎ
１２ 周期時間生成部
１３ 発光時間乗算部
１４ 最小値/最大値比較部
１５ 発光開始時間乗算部
１６ 微調整値乗算回路
１７ 発光開始時間加減算部
１８ 発光開始時間微調整補正部
１９ 発光制御信号生成部
２０ ＬＥＤドライバ
２１ ＬＥＤ照明
２２ 観察・撮像対象物
２３ 撮像カメラ
２４ 表示装置
３０ 設定部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から所定周期ごとに閃光を発光させて、周期運動する対象物を静止状態で観察又は画像を撮像するための発光制御装置において、
前記閃光の周期最小値と、周期最大値と、周期更新時間と、を記憶する手段と、
加算を行うか減算を行うかを示す周期演算モードを有し、前記周期更新時間に達した周期の終わりにおいて、前記周期演算モードが加算の場合は周期加減算量を現在の周期時間に加算し、前記周期演算モードが減算の場合は周期加減算量を現在の周期時間から減算する演算手段と、
加算結果を前記周期最大値と比較し、加算結果が前記周期最大値以下の場合には加算結果を新たな周期に更新し、減算結果が周期最小値を以上の場合には減算結果を新たな周期に更新する更新手段と、
加算結果が周期最大値を超えた場合には周期の更新を行わずに周期演算モードを減算に変更し、減算結果を周期最小値と比較し、減算結果が周期最小値を下回った場合には周期の更新を行わずに周期演算モードを加算に変更する前記周期演算モードの変更手段と、
を備えてなることを特徴とする発光制御装置。
【請求項２】
周期加減算量の記憶手段を備えてなることを特徴とする請求項１に記載の発光制御装置。
【請求項３】
周期初期値の記憶手段を備えてなることを特徴とする請求項１または２に記載の発光制御装置。
【請求項４】
発光開始時間と発光時間を前記周期時間の割合で記憶する手段と、
前記周期時間内で前記周期時間との乗算を行い該乗算結果を保持する手段と、
次の周期時間の開始時点で前記保持値で発光開始時間、発光時間を更新する手段と、
を備えてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の発光制御装置。
【請求項５】
前記発光開始時間と発光時間を微調整するため、前記周期時間の割合で微調整加減算量を記憶する手段と、
微調整加減算パラメータｎ(ｎ≧１）を記憶する手段と、
ｎ個の周期を検出した時点で発光開始時間に対して微調整量の加減算を行う手段と、
微調整加算時は、加算結果が前記周期時間を超えない場合、加算結果を新たな発光開始時間に更新し、超えた場合、加算結果から周期時間を減じた値を新たな発光開始時間に更新し、微調整減算時は、減算結果が負でない場合、減算結果を新たな発光開始時間に更新し、負の場合は周期時間から減算結果の絶対値を減じた値を新たな発光開始時間に更新する手段と、を備えてなることを特徴とする請求項４に記載の発光制御装置。
【請求項６】
前記加算結果が周期時間を超えた場合、及び減算結果に負が発生した直後は発光を１周期分抑制する手段を備えてなることを特徴とする請求項５に記載の発光制御装置。
【請求項１】
光源から所定周期ごとに閃光を発光させて、周期運動する対象物を静止状態で観察又は画像を撮像するための発光制御装置において、
前記閃光の周期最小値と、周期最大値と、周期更新時間と、を記憶する手段と、
加算を行うか減算を行うかを示す周期演算モードを有し、前記周期更新時間に達した周期の終わりにおいて、前記周期演算モードが加算の場合は周期加減算量を現在の周期時間に加算し、前記周期演算モードが減算の場合は周期加減算量を現在の周期時間から減算する演算手段と、
加算結果を前記周期最大値と比較し、加算結果が前記周期最大値以下の場合には加算結果を新たな周期に更新し、減算結果が周期最小値を以上の場合には減算結果を新たな周期に更新する更新手段と、
加算結果が周期最大値を超えた場合には周期の更新を行わずに周期演算モードを減算に変更し、減算結果を周期最小値と比較し、減算結果が周期最小値を下回った場合には周期の更新を行わずに周期演算モードを加算に変更する前記周期演算モードの変更手段と、
を備えてなることを特徴とする発光制御装置。
【請求項２】
周期加減算量の記憶手段を備えてなることを特徴とする請求項１に記載の発光制御装置。
【請求項３】
周期初期値の記憶手段を備えてなることを特徴とする請求項１または２に記載の発光制御装置。
【請求項４】
発光開始時間と発光時間を前記周期時間の割合で記憶する手段と、
前記周期時間内で前記周期時間との乗算を行い該乗算結果を保持する手段と、
次の周期時間の開始時点で前記保持値で発光開始時間、発光時間を更新する手段と、
を備えてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の発光制御装置。
【請求項５】
前記発光開始時間と発光時間を微調整するため、前記周期時間の割合で微調整加減算量を記憶する手段と、
微調整加減算パラメータｎ(ｎ≧１）を記憶する手段と、
ｎ個の周期を検出した時点で発光開始時間に対して微調整量の加減算を行う手段と、
微調整加算時は、加算結果が前記周期時間を超えない場合、加算結果を新たな発光開始時間に更新し、超えた場合、加算結果から周期時間を減じた値を新たな発光開始時間に更新し、微調整減算時は、減算結果が負でない場合、減算結果を新たな発光開始時間に更新し、負の場合は周期時間から減算結果の絶対値を減じた値を新たな発光開始時間に更新する手段と、を備えてなることを特徴とする請求項４に記載の発光制御装置。
【請求項６】
前記加算結果が周期時間を超えた場合、及び減算結果に負が発生した直後は発光を１周期分抑制する手段を備えてなることを特徴とする請求項５に記載の発光制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−６１３７８（Ｐ２０１３−６１３７８Ａ）
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９７９５９（Ｐ２０１１−１９７９５９）
【出願日】平成２３年９月１２日（２０１１．９．１２）
【出願人】（５９３１２２７８９）ユーテック株式会社 (118)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１２日（２０１１．９．１２）
【出願人】（５９３１２２７８９）ユーテック株式会社 (118)
【Ｆターム（参考）】
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