(57)【要約】【課題】イグニッションモードでも高圧放電灯の電極を温めつつ、高圧放電灯に適した予熱モードに移行させ、その後、通常点灯モードに移行してアーク放電を持続させ安定点灯させる。【解決手段】極性反転回路３から共振回路４を介して高圧放電灯Ｌａに高周波電圧を印加するイグニッションモードと、イグニッションモードの後に高圧放電灯の電極を予熱する予熱モードと、予熱モードの後に高圧放電灯にアーク放電を継続して起こるように低周波の矩形波電圧を印加させる通常点灯モードを具備した高圧放電灯点灯装置において、イグニッションモード区間に予熱モード区間の周波数以下の低い周波数を１回又は複数回挿入する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源と、前記直流電源の電圧を降圧するダウンコンバータと、前記ダウンコンバータの直流出力を極性反転して高圧放電灯へ印加する極性反転回路と、前記極性反転回路の出力に接続されて高圧放電灯に始動電圧を供給するインダクタとコンデンサの直列共振回路と、極性反転回路の駆動周波数を制御する制御回路と備え、
前記制御回路は、前記極性反転回路により高周波電圧を前記高圧放電灯に印加するイグニッションモードと、イグニッションモードの後に高圧放電灯の電極を予熱する予熱モードと、予熱モードの後に高圧放電灯にアーク放電を継続して起こるように低周波の矩形波電圧を印加させる通常点灯モードを具備した高圧放電灯点灯装置において、イグニッションモード区間に予熱モード区間の周波数以下の低い周波数を１回又は複数回挿入することを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
【請求項２】
直流電源と、前記直流電源の出力を極性反転させる極性反転回路と、極性反転回路の出力と高圧放電灯の間に接続された降圧チョッパ用のフィルタ回路と、前記極性反転回路に接続されて高圧放電灯に始動電圧を供給するインダクタとコンデンサの直列共振回路と、極性反転回路の駆動周波数を制御する制御回路と備え、
前記制御回路は、前記極性反転回路により高周波電圧を前記高圧放電灯に印加するイグニッションモードと、イグニッションモードの後に高圧放電灯の電極を予熱する予熱モードと、予熱モードの後に高圧放電灯にアーク放電を継続して起こるように低周波の矩形波電圧を印加させる通常点灯モードを具備した高圧放電灯点灯装置において、イグニッションモード区間に予熱モード区間の周波数以下の低い周波数を１回又は複数回挿入することを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
【請求項３】
直流電源と、前記直流電源を極性反転させる極性反転回路と、前記直流電源に並列接続された２つのキャパシタの直列回路と、前記極性反転回路の一方の出力端と前記２つのキャパシタの接続点間に接続された降圧チョッパ用のインダクタと、前記２つのキャパシタの接続点と前記極性反転回路の他方の出力端に接続された負荷回路と、前記極性反転回路の出力に接続されて高圧放電灯に始動電圧を供給するインダクタとコンデンサの直列共振回路と、極性反転回路の駆動周波数を制御する制御回路と備え、
前記制御回路は、前記極性反転回路により高周波電圧を前記高圧放電灯に印加するイグニッションモードと、イグニッションモードの後に高圧放電灯の電極を予熱する予熱モードと、予熱モードの後に高圧放電灯にアーク放電を継続して起こるように低周波の矩形波電圧を印加させる通常点灯モードを具備した高圧放電灯点灯装置において、イグニッションモード区間に予熱モード区間の周波数以下の低い周波数を１回又は複数回挿入することを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、イグニッションモードでは極性反転回路の駆動周波数を、共振回路のインダクタとコンデンサの共振周波数の奇数分の一の周波数に近づくように周波数掃引することを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、共振回路のインダクタをトランスの一次巻線と二次巻線が加極性となるオートトランス構造とし、一次巻線を共振回路のコンデンサと直列に接続すると共に、二次巻線を高圧放電灯と直列に接続したことを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかにおいて、イグニッションモード時に高圧放電灯の点灯を検出する手段を備え、点灯検出後直ちに又は所定時間の経過後に予熱モードへ移行させることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置を備える照明器具。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置を備えるプロジェクタ用の光源点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高圧水銀ランプやメタルハライドランプなど高輝度高圧放電灯を点灯させる高圧放電灯点灯装置及びそれを用いた照明器具とプロジェクタ用の光源点灯装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１は高圧放電灯点灯装置の基本構成を示す回路図である。直流電源１から供給される電圧をダウンコンバータ２により降圧し、その出力を極性反転回路３により矩形波交流電圧に変換する。始動時には極性反転回路３の出力に接続されたコンデンサＣ２とインダクタＬ２で構成された共振回路４により高電圧を発生させる。電圧検出回路５は高圧放電灯Ｌａに印加される電圧を検出する。
【０００３】
このような高圧放電灯点灯装置は、高圧放電灯の点灯を開始する場合には、極性反転回路３の対角位置に配置されたスイッチング素子Ｑ２とＱ５、Ｑ３とＱ４のペアを高周波で交互にオン・オフすることによって、共振回路４の両端間に数１０ｋＨｚ〜数１００ｋＨｚの高周波電圧を発生させる。この高周波電圧を共振回路４の共振作用により昇圧させ、コンデンサＣ２が所望の電圧に到達するまで、スイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５の駆動周波数をスイープさせ、所望の高圧の共振電圧になると、駆動周波数を固定にし、高電圧を維持し発生させる。そして、この高圧の共振電圧によって高圧放電灯Ｌａをブレイクダウンさせる。
【０００４】
上述のように、始動時に共振回路４により高周波電圧を印加する共振始動型の高圧放電灯点灯装置においては、高圧放電灯をブレイクダウンさせる高い共振電圧を得るために、共振回路４のインダクタＬ２とコンデンサＣ２の共振周波数（もしくは共振周波数の奇数分の１の周波数）で極性反転回路３をスイッチングさせ、ある一定時間、その共振により高圧放電灯の始動電圧を発生させている。これを始動（イグニッション）モードと呼んでいる。
【０００５】
その後、高圧放電灯の電極を素早く予熱するために、イグニッションモードで動作する駆動周波数より比較的低めの駆動周波数に極性反転回路３の周波数を下げることにより、高圧放電灯に流す電流を増加させ、高圧放電灯の電極を予熱する。これを予熱モードと呼んでいる。
【０００６】
この予熱モードの後、低周波の矩形波電圧を高圧放電灯に印加してアーク放電を継続し、高圧放電灯の点灯を維持させている。これを通常点灯モードあるいは定常モードと呼んでいる。以下、従来の制御例について説明する。
【０００７】
（従来例１）
図１９はイグニッションモード区間でブレイクダウンしなかった場合の高圧放電灯に印加される電圧及び、極性反転回路の駆動周波数の時間的変化を示したものである。図２０はイグニッションモード区間でブレイクダウンした場合の高圧放電灯に印加される電圧、高圧放電灯に流れる電流及び、極性反転回路の駆動周波数の時間的変化を示したものである。イグニッションモード区間では、高圧放電灯Ｌａに印加される電圧を、定常点灯時の点灯周波数よりも十分に高い周波数とし、極性反転回路３のスイッチング素子Ｑ２とＱ５、Ｑ３とＱ４のペアを交互に高周波でスイッチング動作させる。
【０００８】
しかしながら、イグニッションモード区間のような比較的高い周波数で極性反転回路３を駆動させると、負荷回路のインピーダンスが高くなり、高圧放電灯を予熱するだけの電流を流すことが難しい。そのため、高圧放電灯をブレイクダウンさせるイグニッションモードの区間は、高圧放電灯の個体ばらつき、再始動時の消灯後の経過時間による高圧放電灯の温度や気圧により、ブレイクダウンするまでの時間にばらつきが生じるため、通常、イグニッションモード区間の後に、高圧放電灯の電極を予熱するために、極性反転回路の駆動周波数をイグニッションモード区間の周波数よりも低く設定して、負荷回路のインピーダンスを下げ、高圧放電灯に流れる電流を増やし、高周波電流が正負対称に流れるようになる動作を予め想定した固定の時間は継続して、高周波電流を流すための予熱モード区間を設けている。
【０００９】
そして、高圧放電灯の電極が予熱できた後、通常点灯モード区間である定常モードに移行し、高圧放電灯の両端に数１０Ｈｚ〜数１００Ｈｚの低周波電圧が発生するように、スイッチング素子Ｑ２とＱ５、Ｑ３とＱ４のペアを低周波で交互にオン・オフさせて点灯を維持する。
【００１０】
上述のように、始動時に高圧放電灯をブレイクダウンさせるイグニッションモードと高圧放電灯の電極を予熱する予熱モードを予め固定時間で設定しているような制御において、高圧放電灯の電極を適切に予熱する予熱モードへの移行は、イグニッションモードを終えてからのため、制御を切替えるタイムラグが発生してしまい、始動性の悪化が懸念されていた。
【００１１】
（従来例２）
図２１、図２２に示す従来例２の制御では、高圧放電灯の製品ばらつきや寿命末期に始動電圧が上昇した場合においても良好な始動動作を確保するために、極性反転回路３の対角位置に配置されたスイッチング素子Ｑ２、Ｑ５及びスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４のペアを交互にオン・オフし、駆動周波数を共振回路４の共振点を通るように、所定の周波数範囲で掃引（スイープ）しながら始動制御を行っている。また、上記周波数で駆動した場合と略同一の電圧振幅を得ながら共振回路４を構成する部品を小型化する観点から、共振周波数の奇数分の一（１／（２ｎ＋１）、ｎは自然数）の周波数を極性反転回路４の始動制御時の駆動周波数としている場合もある。奇数倍の周波数による共振電圧の振幅は、倍率が高くなるほど漸減するが、特に３倍に設定すると、高圧放電灯に直列に接続されたインダクタＬ２と並列に接続されたコンデンサＣ２とで決まる共振周波数で駆動した場合と略同等の電圧振幅を得ることができ、共振回路４の小型化も可能となる。
【００１２】
従来例２は従来例１の制御に比べると、イグニッションモードにおいて、共振点を通るスイープを行うため、イグニッションモードでの点灯回路へのストレスは大きい。しかしながら、１／３倍、１／５倍といった共振回路の共振周波数の奇数分の一の駆動周波数を使用することにより、略同等の電圧振幅を得ながら、ストレスを軽減できる。
【００１３】
イグニッションモードで高圧放電灯が点灯した場合、従来例１の制御に比べ、共振点（あるいは、共振点の奇数分の１）より低い周波数まで駆動制御されているため、高圧放電灯に流れる電流を大きくすることが出来る効果がある。しかし、従来例２の制御であっても始動直後の高圧放電灯の電極を温めるには十分ではなく、更なる始動性の向上が必要であった。
【００１４】
特許文献１（特表２００５−５０７５５３号公報）には、図１の基本構成に示すように、ダウンコンバータ２の出力に極性反転回路３を接続し、極性反転回路３の出力にインダクタＬ２とコンデンサＣ２を直列接続してなる共振回路４を接続し、共振用のコンデンサＣ２と並列に高圧放電灯Ｌａを接続した高圧放電灯点灯装置が開示されている。また、始動時に極性反転回路３の駆動周波数を共振回路４の共振周波数の奇数分の一に近い周波数に設定することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特表２００５−５０７５５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
上述のように、共振始動型の高圧放電灯点灯装置において、高圧放電灯をブレイクダウンさせるイグニッションモードの区間は、高圧放電灯の個体ばらつき、再始動時の消灯後の経過時間による高圧放電灯の温度や気圧により、ブレイクダウンするまでの時間にばらつきが生じるため、通常、数秒程度の固定時間に設定している。そのため、その区間は高圧放電灯がブレイクダウンした後も比較的駆動周波数が高いため、高圧放電灯に流せる電流が少なくなり、予熱モードに移行するまでの時間は、高圧放電灯を有効に予熱できない場合があり、最悪の場合、高圧放電灯が立消えを起こし、消灯とイグニッションを繰返し、高圧放電灯に多大なストレスを与える場合があった。
【００１７】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、イグニッションモード区間において、消灯とイグニッションを繰り返す現象を避け、且つ高電圧を発生させるイグニッションモード区間の時間を大幅に増やすことなく、高圧放電灯の電極を最適に予熱出来る予熱モードへ移行させることが可能な高圧放電灯点灯装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
請求項１の高圧放電灯点灯装置は、上記の課題を解決するために、図１に示すように、直流電源１と、前記直流電源１の電圧を降圧するダウンコンバータ２と、前記ダウンコンバータ２の直流出力を極性反転して高圧放電灯Ｌａへ印加する極性反転回路３と、前記極性反転回路３の出力に接続されて高圧放電灯Ｌａに始動電圧を供給するインダクタＬ２とコンデンサＣ２の直列共振回路４と、極性反転回路３の駆動周波数を制御する制御回路６と備え、前記制御回路６は、前記極性反転回路３により高周波電圧を前記高圧放電灯Ｌａに印加するイグニッションモードと、イグニッションモードの後に高圧放電灯Ｌａの電極を予熱する予熱モードと、予熱モードの後に高圧放電灯Ｌａにアーク放電を継続して起こるように低周波の矩形波電圧を印加させる通常点灯モードを具備した高圧放電灯点灯装置において、図２〜図５に示すように、イグニッションモード区間に予熱モード区間の周波数以下の低い周波数を１回又は複数回挿入することを特徴とするものである。
【００１９】
請求項２の高圧放電灯点灯装置は、同じ課題を解決するために、図７に示すように、直流電源１と、前記直流電源１の出力を極性反転させる極性反転回路３と、極性反転回路３の出力と高圧放電灯Ｌａの間に接続された降圧チョッパ用のフィルタ回路（Ｌ１、Ｃ１）と、前記極性反転回路３に接続されて高圧放電灯Ｌａに始動電圧を供給するインダクタＬ２とコンデンサＣ２の直列共振回路４と、極性反転回路３の駆動周波数を制御する制御回路６と備え、前記制御回路６は、前記極性反転回路３により高周波電圧を前記高圧放電灯Ｌａに印加するイグニッションモードと、イグニッションモードの後に高圧放電灯Ｌａの電極を予熱する予熱モードと、予熱モードの後に高圧放電灯Ｌａにアーク放電を継続して起こるように低周波の矩形波電圧を印加させる通常点灯モードを具備した高圧放電灯点灯装置において、図２〜図５に示すように、イグニッションモード区間に予熱モード区間の周波数以下の低い周波数を１回又は複数回挿入することを特徴とするものである。
【００２０】
請求項３の高圧放電灯点灯装置は、同じ課題を解決するために、図９に示すように、直流電源１と、前記直流電源１を極性反転させる極性反転回路３と、前記直流電源１に並列接続された２つのキャパシタＣ４、Ｃ５の直列回路と、前記極性反転回路３の一方の出力端と前記２つのキャパシタＣ４、Ｃ５の接続点間に接続された降圧チョッパ用のインダクタＬ１と、前記２つのキャパシタＣ４、Ｃ５の接続点と前記極性反転回路３の他方の出力端に接続された負荷回路と、前記極性反転回路３の出力に接続されて高圧放電灯Ｌａに始動電圧を供給するインダクタＬ２とコンデンサＣ２の直列共振回路４と、極性反転回路３の駆動周波数を制御する制御回路６と備え、前記制御回路６は、前記極性反転回路３により高周波電圧を前記高圧放電灯Ｌａに印加するイグニッションモードと、イグニッションモードの後に高圧放電灯Ｌａの電極を予熱する予熱モードと、予熱モードの後に高圧放電灯Ｌａにアーク放電を継続して起こるように低周波の矩形波電圧を印加させる通常点灯モードを具備した高圧放電灯点灯装置において、図２〜図５に示すように、イグニッションモード区間に予熱モード区間の周波数以下の低い周波数を１回又は複数回挿入することを特徴とするものである。
【００２１】
請求項４の発明は、請求項１〜３の発明において、イグニッションモードでは極性反転回路３の駆動周波数を、共振回路４のインダクタＬ２とコンデンサＣ２の共振周波数の奇数分の一の周波数に近づくように周波数掃引することを特徴とする。
【００２２】
請求項５の発明は、請求項１〜４の発明において、図１０〜図１２に示すように、共振回路４のインダクタＬ２をトランスの一次巻線ｎ１と二次巻線ｎ２が加極性となるオートトランス構造とし、一次巻線ｎ１を共振回路４のコンデンサＣ２と直列に接続すると共に、二次巻線ｎ２を高圧放電灯Ｌａと直列に接続したことを特徴とする。
【００２３】
請求項６の発明は、請求項１〜５の発明において、イグニッションモード時に高圧放電灯Ｌａの点灯を検出する手段を備え、図１５に示すように、点灯検出後直ちに、又は図１６に示すように、点灯検出後所定時間の経過後に予熱モードへ移行させることを特徴とする。
【００２４】
請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置を備える照明器具である（図１８）。
【００２５】
請求項８の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置を備えるプロジェクタ用の光源点灯装置である（図１７）。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、高圧放電灯を点灯させるイグニッションモードにおいて、比較的短い間隔で予熱モード以下の低い周波数を挟み込むように挿入したので、イグニッションモード区間でも高圧放電灯の電極を温めつつ、高圧放電灯を適切に予熱出来る予熱モードに移行させ、その後、通常点灯モードに移行してアーク放電を持続させ安定点灯させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態１の回路図である。
【図２】本発明の実施形態１の動作説明図である。
【図３】本発明の実施形態１の動作説明図である。
【図４】本発明の実施形態１の動作説明図である。
【図５】本発明の実施形態１の動作説明図である。
【図６】本発明の実施形態１の一変形例の回路図である。
【図７】本発明の実施形態２の回路図である。
【図８】本発明の実施形態２の動作説明図である。
【図９】本発明の実施形態２の一変形例の回路図である。
【図１０】本発明の実施形態３の回路図である。
【図１１】本発明の実施形態３の一変形例の回路図である。
【図１２】本発明の実施形態４の回路図である。
【図１３】本発明に用いる直流電源の一例を示す回路図である。
【図１４】本発明の実施形態５の動作説明図である。
【図１５】本発明の実施形態５の動作説明図である。
【図１６】本発明の実施形態５の動作説明図である。
【図１７】本発明の高圧放電灯点灯装置を用いたプロジェクタの概略構成図である。
【図１８】本発明の高圧放電灯点灯装置を用いた照明器具の斜視図である。
【図１９】従来例１の動作説明図である。
【図２０】従来例１の動作説明図である。
【図２１】従来例２の動作説明図である。
【図２２】従来例２の動作説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１の制御を適用される高圧放電灯点灯装置の基本構成を示す回路図である。直流電源１にダウンコンバータ２が接続され、ダウンコンバータ２の出力に、極性反転回路３が接続されている。極性反転回路３のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の接続点と、スイッチング素子Ｑ４，Ｑ５の接続点の間には、インダクタＬ２とコンデンサＣ２の直列回路が接続されている。インダクタＬ２とコンデンサＣ２の直列回路は共振回路４を構成している。コンデンサＣ２の両端には高圧放電灯Ｌａが並列的に接続されている。インダクタＬ２とコンデンサＣ２の接続点には、電圧検出回路５が接続されている。スイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５は制御回路６によりオン・オフを制御される。
【００２９】
ダウンコンバータ２は、スイッチング素子Ｑ１とインダクタＬ１とダイオードＤ１を備えている。制御回路７によりスイッチング素子Ｑ１が高周波で断続的にオン・オフ駆動されることにより、直流電源１の電圧を降圧した電圧がコンデンサＣ１に充電される。ダウンコンバータ２のスイッチング素子Ｑ１に流れる電流は、電流検出抵抗Ｒｓにより検出されている。また、コンデンサＣ１の直流電圧は抵抗分圧回路により検出されている。これらの検出値は制御回路７に入力されてスイッチング素子Ｑ１のオン時間幅の制御に用いられる。なお、ゼロクロススイッチング動作を行うためにダイオードＤ１の回生電流を抵抗分圧回路により検出しても良い。
【００３０】
極性反転回路３はダウンコンバータ２の出力電圧の極性を周期的に反転させて高圧放電灯Ｌａに印加するための回路であり、図１ではフルブリッジ回路で構成されている。フルブリッジ回路の出力は共振回路４を介して高圧放電灯Ｌａに供給されている。
【００３１】
図２はイグニッションモードでブレイクダウンしない場合の高圧放電灯Ｌａに印加される電圧、極性反転回路３の駆動周波数を示したものである。図３はイグニッションモードでブレイクダウンした場合の高圧放電灯Ｌａに印加される電圧、高圧放電灯Ｌａに流れる電流、極性反転回路３の駆動周波数を示したものである。
【００３２】
図２、図３では一例として、イグニッションモード区間を約１秒、予熱モード区間を約３秒とし、その後、通常の点灯動作である定常モードへ移行する動作を示している。
【００３３】
イグニッションモード区間において、共振回路４で高電圧を発生させるために、極性反転回路３の対角位置に配置されたスイッチング素子Ｑ２、Ｑ５及びスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４のペアを高周波で交互にオン・オフし、その駆動周波数が共振回路４の共振点を通るように、約１２０ｋＨｚから約１００ｋＨｚの周波数範囲で掃引（スイープ）しながら制御し、その高電圧を発生させる時間を約１００ｍｓ継続し、その直後に予熱モード区間の駆動周波数（約５２ｋＨｚ）よりも低い周波数（約４５ｋＨｚ）で約２０ｍｓ動作させ、この動作をイグニッションモード区間において繰り返すように制御している。上述の設定時間は一例であり、高圧放電灯の種類（電力、大きさ）により適宜設定する。
【００３４】
イグニッションモードの終了後、高圧放電灯Ｌａの電極を予熱する最適な電流を流せるように極性反転回路３の駆動周波数と駆動時間を設定する。例えば、予熱モードの駆動周波数は約５２ｋＨｚとし、駆動時間は約３秒とする。
【００３５】
本例では、イグニッション区間に挿入する周波数を約４５ｋＨｚとしているが、予熱モード時と同じ約５２ｋＨｚとしても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００３６】
イグニッションモードの高電圧を発生させる区間において、周波数掃引する約１００ｍｓの後に短時間（約２０ｍｓ程度）ではあるが、予熱モード時（約５２ｋＨｚ）以下の駆動周波数（約４５ｋＨｚ）で動作させることにより、短時間であっても比較的大きな電流を流し、且つ、短時間であるため高圧放電灯に大きなストレスを与えることなく、高圧放電灯がブレイクダウンした直後に押し込みの電流を流すことができ、イグニッションモード時の高圧放電灯の不安定なグロー状態を乗り切ることが可能になる。
【００３７】
また、さらなる回路のストレス低減のために、図１に示す高圧放電灯点灯装置の共振回路４に発生する電圧を電圧検出回路５により検出し、スイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５の駆動周波数を共振回路４の共振点よりも低くならないように制御し、所望の始動電圧を確保しつつ、スイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５等の電気的ストレス及び熱的ストレスを低減させることが可能である。その場合の動作を図４、図５に示す。
【００３８】
図４はイグニッションモードでブレイクダウンしない場合の高圧放電灯Ｌａに印加される電圧、極性反転回路３の駆動周波数を示したものである。図５はイグニッションモードでブレイクダウンした場合の高圧放電灯Ｌａに印加される電圧、高圧放電灯Ｌａに流れる電流、極性反転回路３の駆動周波数を示したものである。
【００３９】
（実施形態１’）
図６は本発明の実施形態１の一変形例を示す回路図である。本例では、極性反転回路３を構成する４つのスイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５のうち、スイッチング素子Ｑ４、Ｑ５をコンデンサＣ４、Ｃ５に置き換えたものである。スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３の制御は実施形態１と同じで良く、同様の効果が得られる。図１に示したフルブリッジ回路に比べると、共振回路４に印加される電圧は半分となるが、図６に示したハーフブリッジ回路では、スイッチング素子Ｑ４、Ｑ５を省略できるので、安価に構成できる。
【００４０】
（実施形態２）
図７は本発明の実施形態２の回路図である。本実施形態は、図１のダウンコンバータ２の機能を極性反転型降圧チョッパ回路３で兼用したものである。極性反転型降圧チョッパ回路３は、直流電源１を降圧された電圧振幅の矩形波交流電圧に変換して、高圧放電灯Ｌａに印加する機能を有している。
【００４１】
極性反転型降圧チョッパ回路３は４つのスイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５で構成されるフルブリッジ回路の出力端間に、降圧チョッパ用インダクタＬ１と平滑用コンデンサＣ１の直列回路を接続して構成されている。降圧チョッパ用インダクタＬ１と平滑用コンデンサＣ１の直列回路はローパスフィルタ回路を構成している。平滑コンデンサＣ１の両端にインダクタＬ２と高圧放電灯Ｌａの直列回路を接続し、インダクタＬ２とコンデンサＣ２の直列回路がフルブリッジ回路の１つのスイッチング素子Ｑ３の両端に接続されている。インダクタＬ２とコンデンサＣ２の直列回路は、極性反転型降圧チョッパ回路３のスイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５のスイッチング動作により、高圧放電灯Ｌａに印加される始動・再始動のための共振電圧を発生する共振回路４を構成している。
【００４２】
本実施形態の動作を図８に示す。極性反転型降圧チョッパ回路３は、高圧放電灯Ｌａの非点灯時には、高圧放電灯Ｌａを始動するための高い共振電圧を発生させるべく、スイッチング素子Ｑ２とＱ５のペアとスイッチング素子Ｑ３とＱ４のペアを所定の高い駆動周波数（数百ｋＨｚ程度）で交互にオン・オフする動作を繰り返す。好ましくは、極性反転型降圧チョッパ回路３を時間的に変動する駆動周波数で動作させて、周波数変動の途中のある時点で、駆動周波数が共振回路４のインダクタＬ２とコンデンサＣ２の共振周波数に近づくように制御する。または、共振回路４のインダクタＬ２とコンデンサＣ２の共振周波数の奇数分の一（１／（２ｎ＋１）、ｎは自然数）の周波数に近づくように駆動周波数を制御する。その高電圧を発生させる時間を約１００ｍｓに設定し、その直後に予熱モード区間の駆動周波数以下の周波数で約２０ｍｓ動作させ、この動作をイグニッションモード区間において繰り返すように制御している。上述の設定時間は一例であり、高圧放電灯の種類（電力、大きさ）により適宜設定する。
【００４３】
イグニッションモードの終了後、予熱モードでは、高圧放電灯Ｌａの電極を予熱する最適な電流を流せるように極性反転回路３の駆動周波数（例えば約５２ｋＨｚ）と駆動時間（例えば約３秒）を設定する。
【００４４】
その後、定常モードでは、極性反転型降圧チョッパ回路３のスイッチング素子Ｑ２とＱ３が低い駆動周波数（数百Ｈｚ程度）で、交互にスイッチングする。その際、スイッチング素子Ｑ４とＱ５は、スイッチング素子Ｑ２がＯＮの時は、スイッチング素子Ｑ５が高い周波数（数十ｋ〜数百Ｈｚ程度）でスイッチングし、スイッチング素子Ｑ３がＯＮの時は、スイッチング素子Ｑ４が高い周波数（数十ｋ〜数百Ｈｚ程度）でスイッチングする動作を繰り返す。この動作により高圧放電灯Ｌａには、周波数が数百Ｈｚ程度の矩形波交流電力が供給される。
【００４５】
例えば、イグニッションモード時において、図２〜図５に示すように、極性反転型降圧チョッパ回路３を約１２０ｋＨｚから約１００ｋＨｚの高周波で周波数掃引（スイープ）しながら動作させて、その動作を約１００ｍｓ継続し、その直後に極性反転回路３の駆動周波数（約４５ｋＨｚ）を約２０ｍｓ程度挿入し、その繰り返しをイグニッションモード区間の約１秒間継続し、その後、予熱モードの周波数（約５２ｋＨｚ）で約３秒動作させる。ここでは、イグニッション区間に挿入する周波数を約４５ｋＨｚとしているが、予熱モードと同様の約５２ｋＨｚとしても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００４６】
本実施形態においても、イグニッションモードの高電圧を発生させる区間において、高電圧を発生させる約１００ｍｓの後に短時間（約２０ｍｓ程度）ではあるが、予熱モード時以下の駆動周波数（約４５ｋＨｚ）で動作させることにより、短時間であっても比較的大きな電流を流すことができ、且つ、短時間であるため高圧放電灯に大きなストレスを与えることなく、高圧放電灯がブレイクダウンした直後に押し込みの電流を流すことができ、イグニッションモード時の高圧放電灯の不安定なグロー状態を乗り切ることが可能になる。
【００４７】
（実施形態２’）
図９は本発明の実施形態２の一変形例を示す回路図である。本例では、図７の平滑用コンデンサＣ１の代わりに、スイッチング素子Ｑ４と降圧チョッパ用インダクタＬ１と並列になるように平滑用コンデンサＣ４を接続し、また、スイッチング素子Ｑ５と降圧チョッパ用インダクタＬ１と並列になるように平滑用コンデンサＣ５を接続したものである。また、図７のスイッチング素子Ｑ３と並列に接続されていたインダクタＬ２とコンデンサＣ２の直列回路よりなる共振回路４を、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の接続点とコンデンサＣ４，Ｃ５の接続点の間に接続している。このような構成であっても実施形態２と同様の制御により、極性反転型降圧チョッパ回路３を駆動することにより、同様の効果が得られる。
【００４８】
（実施形態３）
図１０は本発明の実施形態３の回路図である。図７に示した実施形態２と異なる点は、共振回路４を構成するインダクタＬ２を１次巻線ｎ１と２次巻線ｎ２を有するオートトランスの構成とした点である。インダクタＬ２の１次巻線ｎ１と共振用コンデンサＣ２がフルブリッジ回路の１つのスイッチング素子Ｑ３の両端に並列接続されている。２次巻線ｎ２は共振用コンデンサＣ２と高圧放電灯Ｌａの間に挿入されている。１次巻線ｎ１と２次巻線ｎ２は加極性となるように巻かれており、１次巻線ｎ１の共振電圧を昇圧した高電圧が高圧放電灯Ｌａに印加される。
【００４９】
高圧放電灯の非点灯時において、高圧放電灯に矩形波交流出力を供給する極性反転型降圧チョッパ回路３を時間的に変動する駆動周波数で動作させて、周波数変動の途中のある時点で駆動周波数が共振回路４のインダクタＬ２の１次巻線ｎ１とコンデンサＣ２の共振周波数、または、共振周波数の奇数分の一（１／（２ｎ＋１）、ｎは自然数）の周波数に近づくように制御する。その他の構成及び動作は図７に示した回路と同じである。
【００５０】
（実施形態３’）
図１１は本発明の実施形態３の一変形例を示す回路図である。図９に示した構成において、共振回路４を構成するインダクタＬ２を１次巻線ｎ１と２次巻線ｎ２を有するオートトランスの構成とした点が異なる。インダクタＬ２の１次巻線ｎ１と共振用コンデンサＣ２の直列回路がスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の接続点とコンデンサＣ４，Ｃ５の接続点の間に接続されている。２次巻線ｎ２は共振用コンデンサＣ２と高圧放電灯Ｌａの間に挿入されている。１次巻線ｎ１と２次巻線ｎ２は加極性となるように巻かれており、１次巻線ｎ１の共振電圧を昇圧した高電圧が高圧放電灯Ｌａに印加される。その他の構成及び動作は図９に示した回路と同じである。
【００５１】
（実施形態４）
図１２は本発明の実施形態４の回路図である。図１の実施形態と異なる点は、共振回路４を構成するインダクタを２個使用し、オートトランスの構造とした点である。第１のインダクタＬ１の１次巻線ｎ１をスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の接続点に接続し、第２のインダクタＬ２’の１次巻線ｎ１’をスイッチング素子Ｑ４，Ｑ５の接続点に接続している。インダクタＬ２の１次巻線ｎ１と共振用コンデンサＣ２とインダクタＬ２’の１次巻線ｎ１’の直列回路がスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の接続点とスイッチング素子Ｑ４，Ｑ５の接続点の間に接続されている。また、各インダクタＬ２，Ｌ２’の２次巻線ｎ２，ｎ２’を高圧放電灯Ｌａと直列に接続し、高圧放電灯Ｌａと２次巻線ｎ２，ｎ２’と共振用のコンデンサＣ２とで閉回路を構成している。その他の構成及び動作は図１に示した回路と同じである。
【００５２】
図１３は上述の各実施形態において使用する直流電源１の一例を示す回路図である。商用交流電源Ｖｓを全波整流するダイオードブリッジＤＢと、ダイオードブリッジＤＢからの整流電圧を入力し、直流電圧を生成する昇圧チョッパ回路を具備している。スイッチング素子Ｑ６とインダクタＬ３、ダイオードＤ３は昇圧チョッパ回路を構成している。ラインフィルタＬＦとコンデンサＣ６，Ｃ７は雑音防止用フィルタ回路を構成している。コンデンサＣ８は高周波バイパス用であり、ダイオードブリッジＤＢの出力には脈流電圧が出力されている。制御回路８はスイッチング素子Ｑ６を高周波でオン・オフすることで入力力率を改善しながら、昇圧された平滑な直流電圧をコンデンサＣ３に充電するように昇圧チョッパ回路を制御する。なお、直流電源１は図１３に例示した構成に限定されるものではなく、直流電圧を出力できる電源であれば何でも良い。
【００５３】
以上の実施形態では、複数の回路例を用いて説明したが、本発明は、高圧放電灯を点灯させるために、始動時に共振回路により高周波電圧を印加し、高圧放電灯を点灯させるような高圧放電灯点灯装置において、イグニッション区間に、極性反転回路の駆動周波数を所定の周波数範囲でスイープし、各スイープ間に予熱モード区間の駆動周波数以下の周波数を挿入することにより、始動性を改善するものであれば良く、点灯回路の形態については特に限定されない。
【００５４】
（実施形態５）
本発明の実施形態５の制御動作について、図１４〜図１６を用いて説明する。図１４はイグニッションモードでブレイクダウンしない場合の高圧放電灯に印加される電圧及び極性反転回路の駆動周波数を示したものである。図１５、図１６はイグニッションモードでブレイクダウンした場合の高圧放電灯に印加される電圧、高圧放電灯に流れる電流及び、極性反転回路の駆動周波数を示したものである。本実施形態では、実施形態１で述べたイグニッションモード区間（約１秒）は確保しているが、高圧放電灯の点灯状態を監視し、高圧放電灯が点灯したことを電圧検出回路５によって検出すると、イグニッションモード区間から予熱モード区間へ移行させている。
【００５５】
図１５の制御例では、イグニッションモード区間の約１００ｍｓ程度で高圧放電灯が点灯したことを検出したため、直ぐに予熱モードに移行させることにより、高圧放電灯への押し込み電流を増加させている。
【００５６】
また、図１６の制御例では、イグニッションモード区間の約１００ｍｓ程度で高圧放電灯が点灯したことは同じであるが、直ぐに予熱モードへは移行させず、イグニッションモード区間をある程度（本例では約６００ｍｓ）継続させ、予熱モードへ移行させている。
【００５７】
高圧放電灯が点灯したことは、電圧検出回路５による検出のほか、高圧放電灯に流れる電流の増加、高圧放電灯の光出力の検出などでも判定可能である。なお、本実施形態の制御は実施形態１〜４のいずれの回路構成においても適用できることは言うまでもない。
【００５８】
（実施形態６）
図１７は本発明の実施形態６の概略構成図である。この装置は、リフレクタ２１を備えた高圧放電灯Ｌａと、実施形態１〜５のいずれかの高圧放電灯点灯装置２０と、画像を表示する画像表示素子２２と、画像表示素子２２からの光を集光してスクリーンに投射する光学系２３と、これらの構成要素を収納するケース（図示せず）を備えた画像表示装置である。画像表示素子２２は透過型であっても良いし、反射型であっても良い。
【００５９】
（実施形態７）
図１８は本発明の高圧放電灯点灯装置を用いた照明器具の構成例を示す。（ａ）、（ｂ）はそれぞれスポットライトに高圧放電灯を用いたトラックライト対応器具、（ｃ）はダウンライトに高圧放電灯を用いた例であり、図中、１５は点灯装置の回路を格納した電子バラスト、１６は高圧放電灯を装着した灯体、１７は配線である。これらの照明器具を複数組み合わせて照明システムを構築しても良い。これらの点灯装置として前述の実施形態１〜５の高圧放電灯点灯装置を用いることで立ち消えなく、確実に高圧放電灯を安定点灯することが可能な照明器具を提供することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１    直流電源
２    ダウンコンバータ
３    極性反転回路
４    共振回路
５    電圧検出回路
６    制御回路
Ｌａ  高圧放電灯
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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