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HOME > 技術情報 > LED照明・電源まるわかりガイド-LED照明の基礎知識 > LED照明・電源まるわかりガイド-LED照明・電源 選定ガイド
 
照明色選定ガイド
光と色の三原色について
 
 
光の三原色
色は、Red(R)、Green(G)、Blue(B)の光を合成することで様々な色を表現できるため、RGBを“光の三原色”と呼びます。
GとBでCyan(C)、BとRでMagenta(M)、RとGでYellow(Y)、RGBを同じ強度で合成することでWhite(W)となります。
このように足し算で色が決定するため、加法混色と呼びます。
液晶ディスプレイなどはこの加法混色を利用し、色を表示しています。
色の三原色
一方、物体の色は一部の光を吸収することで色が決定します。
CはRを、MはGを、YはBを吸収します。CMYですべての光を吸収し、Black(K)となります。
このように引き算で色が決定するため、減法混色と呼び、CMYを“色の三原色”と呼びます。
インクジェットプリンタではこの減法混色を利用し、色を表現しています。
マシンビジョンシステムでは、物体に光を当てて、その反射光を観察するので、色の三原色(減法混色)をイメージする必要があります。
以下のカラーパターンを参考に、検査画像内のS/N比が高くなるように物体と光源の色から最適な照明色(波長)を選択してください。
特徴抽出のための照明法
直接光と散乱光
マシンビジョンシステムでは、照明で物体(検査ワーク)を照らし、物体から返ってくる光によって、キズや異物といった特徴情報を画像内で濃淡として抽出します。この「物体から返ってくる光」を「物体光」と呼びます。物体光は「直接光」と「散乱光」の2つに分類することができ、正反射方向・正透過方向の光が「直接光」、方向が変わる光を「散乱光」と呼びます。
明視野照明法と暗視野照明法
マシンビジョンにおける照明法は、この「直接光」を観察する「明視野照明法」と、「散乱光」を観察する「暗視野照明法」の2つに分かれます。照射する物体の形状・材質・表面状態などによって「直接光」と「散乱光」の強さ(明るさ)が変化するため、検査ワークの特性を把握した上で照明法を選択する必要があります。

・ 明視野照明法・・・直接光の観察
・ 暗視野照明法・・・散乱光の観察
反射光の観察
例えば、検査ワークがキズの無いミラーの場合、照射光の全てがミラー表面で正反射します。反射光軸とカメラの観察軸が同一であれば、照射光が直接カメラに取り込まれます。そのため、照明には明るさよりも均一性が求められます。なお、反射光軸からずれた方向では真っ暗な画像となります。それに対し、表面にキズがあるミラーの場合、キズによって光が散乱するので反射光軸上で観察するとキズの部分が暗く撮像されます。また、反射光軸以外からの観察ではキズの部分で散乱した光を取り込むことができるので、キズの部分だけが明るく撮像されます。
一方、検査ワークが光沢のない白い紙の場合では、紙の表面で散乱反射します。あらゆる方向に光が散乱するので、反射光軸からずれた方向でも明るく撮像され、カメラの観察軸は限定されません。この場合、観察軸上に散乱反射した光のみを観察することになるので、照明には明るさが要求されます。
正反射光の観察(明視野)
散乱反射光の観察(暗視野)
次に、金属表面にある刻印を明視野と暗視野で撮像した例を示します。
上段のように、刻印以外のフラットな面を明視野で撮像した場合、直接光が返ってくるフラットな面が明るく撮像されますが、刻印部は凹凸があるため直接光が返ってこず、暗く撮像されています。一方で、下段のように暗視野で撮像した場合、フラットな面からは直接光が返ってこず、ごく弱い散乱光のみ返ってくるので暗く撮像されています。対して刻印部やエッジなど段差のある部分は相対的に散乱光が強いため、白く撮像されます。



透過光の観察
透過観察の場合でも同様に明視野照明法と暗視野照明法があります。
透明なガラスワークがあった場合に、照射光がワークを透過し、その透過光軸上にカメラの観察軸があれば明視野照明法となり、照射光が直接取り込まれます。この場合も均一性が求められ、ワーク内に異物などがあると、その部分だけ暗く撮像されます。
ワークが擦りガラスのように光を散乱する材質の場合、ワークの裏面で散乱した光をカメラで取り込みます。透過光軸とずれた方向での観察であれば、暗視野照明法となります。ワークの透過率・散乱率によって観察できる光量が変わりますので、明るさが求められます。

正透過光の観察(明視野)
散乱透過光の観察(暗視野)

LED照明の選定ポイント

画像処理用LED照明の選定を行うには、様々な要素を考慮する必要があります。同じ照明でも設置する高さや角度が違えば撮像画像は全く変わります。また、照明の色(波長)・検査ワークの色(分光反射率)が変わっても撮像画像は変わります。
このように照明はその形状と波長を決めるだけでは十分な選定とは言えません。画像処理における照明の役割は特徴情報の抽出なので、照明・カメラ・検査ワークの位置関係も含めた全体の最適化まで考慮した照明の選定が必要です。
その上でまず初めに考えるべきは「検査対象としている特徴情報が何か」と「そこからどのような光を観察するか」の二点です。
何を検出したいのか、そのためにどのような光を照射すれば検査対象からの光を観察できるのか、を意識する必要があります。
その上で下記の要素を考慮して照明を選定します。
またできるだけ実環境に近い環境下でワークの撮像実験を行い、照明を選定して下さい。
LED照明を使う際のポイント

① 光量低下/劣化を早めないために、高温での使用は避ける
LED素子は従来の素子と異なりフィラメントの断線などによる不点灯はほぼ起こりませんが、パッケージング材料の劣化などにより光量が低下することがあります。
特に発熱によって劣化が早まる性質がありますので、高温状態での連続使用は避けるようにして下さい。
② 劣化を抑えるために、発熱を抑える
発熱による劣化を抑えるためには以下の3つの手法が有効です。
照明本体の放熱性を高める。
熱伝導率の高い金属ブラケットに取り付ける等により、熱を逃がすことができます。
連続点灯ではなく、ON/OFF制御を利用する。
LEDは高速応答ができ、スイッチングに強い素子です。
撮像のタイミングに合わせて照明のON/OFFをさせることで、LED自身の発熱が抑えられ、照明の劣化の抑制、長寿命化が図れます。
光量を下げて使用する。
LED照明用電源の調光値を低く設定し光量を下げて使用しますと、LED素子に流れる電流が少なくなり、素子の発熱を抑えることができます。
また、予め光量を下げて使用いただくと調光値の上げ幅に余裕がありますので、照明の光量低下の場合にも調光値の調整で初期の光量を維持することが可能です。
③ 照明と対象物はできるだけ近づけて取り付ける
LEDに限らず照度は距離の2乗に反比例しますので、対象物との距離を近づけると大幅な光量UPが見込めます。
同軸照明の有効視野について

同軸照明とは、LEDの面発光部をハーフミラーを介してカメラ光軸と同軸に照射させる照明です。
同軸照明の有効視野は、カメラとワークの距離(WD)、照明とワークとの距離(LWD)、照明の発光面サイズにより決まります。WDを大きくすると有効視野は大きくなり、LWDを大きくすると有効視野は小さくなります。
以下に有効視野の計算方式を記します。
反射率の高いワークほど、ワークサイズを有効視野内に納める必要があります。
本有効視野は発光面サイズより計算されますので、周辺部の輝度低下を考慮して余裕をもった視野設定としてください。
電源選定ガイド

ラインナップ
FALUX sensing 対応LED 照明コントローラ  fulux

FALUX sensing*対応のLED 照明とコントローラの組み合わせでご利用いただくと、LED照明の明るさのモニタリングとフィードバックが可能です。
連続点灯、点灯制御による間欠点灯でも照明の明るさを常にモニタリングし、照明の明るさ変化をデータとして"見える化"できます。
数値データはイーサネット通信、RS232通信を用いて収集できるため、IoTによる照明の管理としてもお使いいただけます。
シリーズ 特徴 照明出力 調光設定 調光制御 チャン
ネル
容量
[W]
外部調光制御 入力電圧
OPPF
センシング対応
ストロボオーバードライブ
4台連結
アラーム出力
トリガ同期
PWM:DC12V デジタル1,000階調 PWM 制御
100kHz/
500kHz
2 30
48
10bitパラレル
RS232
アナログ0-5V
DC24V
ストロボ:DC18V
(1ms以下)
デジタル1,000階調
ストロボ設定:
10μs~999ms
OPPD-30 センシング対応
イーサネット簡単接続
専用Utilityソフト
iQSS 対応*
トリガ同期
DC12V デジタル1,000階調 PWM 制御
100kHz
2 30 イーサネット

※iQSS: 三菱電機iQSS(IQ Sensor Solution)。 対象となる同社製シーケンサMELSEQとの連携・管理が容易に行えます



LED照明コントローラ・電源
シリーズ 特徴 照明出力 調光設定 調光制御 チャン
ネル
容量
[W]
外部調光制御 入力電圧
OPPD-15 超小型電源
(W42xH72xD30mm)
トリガ同期
DC12V デジタル1,000階調 PWM 制御
100kHz/
500kHz/
1MHz
1 15 なし DC24V
OPPE イーサネット通信
最大8ch
トリガ同期
DC12V
DC24V
デジタル256階調 PWM 制御
125kHz
2
4
8
30
50
100
8bitパラレル
イーサネット
AC100
~240V
OPPCW PWMと定電流の
デュアル出力電源
PWM:DC12V デジタル256階調 PWM 制御
78.125kHz
2 26.4 8bitパラレル
アナログ0-5V
定電流:700mA 最大電流7段階レンジ切替
デジタル256階調
定電流
OPPW アナログ調光タイプ DC12V アナログボリューム PWM 制御
約80kHz
2
6
30
50
100
なし
OPPV ライン照明・大型照明
用DC24V 電源
イーサネット通信
DC24V デジタル1,000階調 電圧可変
(13~24V)
1 100
300
10bitパラレル
イーサネット

※すべてのコントローラ・電源は照明の点灯制御(ON/OFF)が可能です。

電源の容量について
電源は各CHに接続する照明の消費電力の合計が、電源の容量を越えないものをお選びください。
(例)2CHの電源で照明15Wと6Wを接続する時は、15W+6W= 21W → 容量30W電源 
PWM調光電源の調光方式
コントローラ・電源には、約80k~1MHzのパルス幅変調(PWM)のラインナップがあります。
パルスのデューティー比(ON時間の比率)を可変させることで調光しています。
長所
調光のリニアリティが高い。
低い調光値でもLEDの輝度バラつきなく安定性が高い。
短所
カメラのシャッターが高速になるにつれて、撮影画像の明るさが変動します。
シャッタースピード 1/4000時の変動率 78.125kHz:5.1%、100kHz:4.0%
これはカメラ側の撮像開始と電源側のパルスが同期しないためです。
※OPPD、OPPF、OPPEシリーズはトリガにPWMが同期するため変動がありません。
外部点灯制御について

LEDは半導体のため、電気特性に優れています。「ON・OFF」を繰り返しても寿命が短くなることはありません。
LEDの発熱を抑え長期間お使いいただくために、外部点灯制御での使用をお勧めします。

 

外部点灯制御接続例
・OPPD、OPPF、OPPCW、OPPE、OPPVシリーズ
(電圧入力タイプ)
・OPPWシリーズ
( 無電圧入力タイプ)

外部制御コネクタの”外部制御切替”と”GND”を短絡(ショート)保持状態にすると外部制御に切り替わります。
(このとき、全チャンネル消灯します)
上記状態で、”LAMP* ON/OFF”と”GND”を短絡している間”LAMP*”が点灯します。
注:100〜240V入力の電源に付属の電源コードは100V用です。
  電源コードの定格125Vを超える電圧で使用される場合は、お客様にてご用意ください。