【手続補正書】
【提出日】平成17年9月8日(2005.9.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】明細書
【発明の名称】高圧金属蒸気放電ランプ点灯装置および自動車用前照灯装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】  発光金属のハロゲン化物からなる第１のハロゲン化物およびランプ電圧形成用の第２のハロゲン化物を含み、本質的に水銀を含ない高圧金属蒸気放電ランプと；
高圧金属蒸気放電ランプを付勢する点灯回路手段と；
定格ランプ電力の２倍より大きいランプ電力が点灯回路手段から供給されて高圧金属蒸気放電ランプが始動した後において、少なくとも高圧金属蒸気放電ランプに封入されている金属ハロゲン化物が急激に蒸発するときに、点灯回路手段を制御してランプ電力を絞り込み、その後定格のランプ電力に順次減衰させる制御手段と；
を具備していることを特徴とする高圧金属蒸気放電ランプ点灯装置。
【請求項２】  車両用前照灯装置本体と；
車両車用前照灯装置本体に配設された請求項１記載の高圧金属蒸気放電ランプ点灯装置と；
を具備していることを特徴とする車両用前照灯装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水銀フリーの高圧金属蒸気放電ランプをその光量の立ち上がりが早くなるように点灯させる高圧金属蒸気放電ランプ点灯装置およびこれを用いた車両用前照灯装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
直流電圧から交流電圧を形成し、高圧ガス放電ランプを点弧するため点弧装置に交流電圧を供給し、ランプ電圧および／またはランプ電流を測定し、ランプ電圧および／またはランプ電流の実際値を目標値と比較し、かつ高圧ガス放電ランプの点弧後に所定の期間にわたって、交流電圧の変化により高圧ガス放電ランプの動作電力に加えて補助電力を供給し、この交流電圧を、一方において許容最大ランプ電流により制限し、かつ他方において所定の期間の経過後に低下させる、自動車における高圧ガス放電ランプを始動する方法において、値「ランプオン」と「ランプオフ」をとる状態値を形成し、点弧後に形成すべき補助電力（ＺＬ）を、遮断時間の増加とともに、かつ前回の投入時間の期間の減少とともに増加し、かつ補助電力（ＺＬ）が有効になる期間（Ｔ）を、遮断時間の増加とともに、かつ高圧ガス放電ランプの前回の投入時間の期間の減少とともに増加することを特徴とする、自動車における高圧ガス放電ランプを始動する方法は、既知である（特許文献１参照。）。
【０００３】
一方、現在、自動車用前照灯装置に用いられている高圧放電ランプは、主としてランプ電圧を形成するために水銀を、また白色光を得るために主要な発光物質としてナトリウムＮａおよびスカンジウムＳｃをハロゲン化物として、さらに始動ガスおよびバッファガスとして作用するとともに、点灯直後の発光を補うためにキセノンを、その発光管の内部にそれぞれ封入している。したがって、上記の高圧放電ランプは、いわゆる高圧金属蒸気放電ランプの一種であるメタルハライドランプを構成している。なお、高圧放電ランプは、主たる放電媒体が金属蒸気であるものについては高圧金属蒸気放電ランプと区分され、主たる放電媒体がガスであるものについては高圧ガス放電ランプと区分されている。
【０００４】
他方、水銀は、環境負荷が大きい物質であることから、これを排除するための発明がなされている（特許文献２参照。）。すなわち、特許文献２に開示されている発明は、比較的蒸気圧が高くて、しかも比較的可視域に発光しにくい金属のハロゲン化物を第２のハロゲン化物として発光金属のハロゲン化物である第１のハロゲン化物に添加するとともに、少なくとも大気圧以上のキセノンを耐火性で透光性の気密容器内に封入してなり、気密容器中の第１および第２のハロゲン化物ならびにキセノンの組み合わせが点灯直後から白色の色度範囲内の光を放射させるようにしたメタルハライドランプすなわち高圧金属蒸気放電ランプである。この発明により、水銀を本質的に封入しない高圧金属蒸気放電ランプ（以下、便宜上「水銀フリーランプ」という。）を備えた自動車前照灯が実現することになった。
【０００５】
自動車用前照灯に用いる高圧金属蒸気放電ランプのように、短時間に所定値以上の光量が必要とされる場合に、低温状態における始動時に定格ランプ電力より大きなランプ電力を投入することにより、光量の立ち上がり時間を短縮する技術が例えば特許文献１などによって知られている。このような手法をランプ電圧形成のために水銀を用いる従来の高圧金属蒸気放電ランプ（以下、便宜上「水銀入りランプ」という。）に応用しようとする場合、最初に沸点が低い水銀が蒸発して発光し、管内温度が上昇するのに伴って発光金属のハロゲン化物が蒸発して所期の発光に寄与してくる。このため、始動当初に水銀発光で得られる光量が所定値以上であれば、比較的長い時間をかけて初期の発光金属の発光寄与を待つことができる。例えば、始動直後は７０Ｗ程度の大電力で点灯しても、水銀の蒸気圧が約１〜２秒程度で飽和状態となり、その後は７０Ｗよりも少ないランプ電力で点灯しても安定時と同等な光量を期待することができ、発光金属のハロゲン化物が蒸発を開始してから、当該発光金属による発光が支配的になるまでに数十秒をかけることができる。
【０００６】
したがって、水銀入りランプを自動車用前照灯に用いる場合には、高圧放電ランプの形状、発光金属のハロゲン化物の封入量、管内に付着しているハロゲン化物の分布状態などのばらつきがあっても、比較的安定した光量の立ち上がり特性を得ることができる。しかし、さらに安定した光量の立ち上がり特性が得られることは、望ましいことである。
【０００７】
【特許文献１】  特許第３２４９１４５号公報
【特許文献２】  米国特許第６３５３２８９号明細書
【発明が解決しようとする課題】
これに対して、水銀フリーランプの場合、始動初期に水銀の発光を期待することができないので、まず始めにキセノンなどの希ガスが発光し、続いてハロゲン化物として封入している発光金属の発光が始まる。
【０００８】
ところが、水銀フリーランプにおいては、発光金属のハロゲン化物が蒸発するには、水銀に比較して非常に高い温度が要求される。そのため、水銀入りランプと同等な光量を同等な時間で得ようとする場合、定格ランプ電力の２．５倍以上の高いランプ電力での点灯を、しかも水銀入りランプの場合よりさらに長い時間投入しなくてはならない。このように大きなランプ電力を上記の時間投入して始動させると、暫くして封入されている金属ハロゲン化物が急激に蒸発して、発光量が定格ランプ電力の下で安定しているときの２〜３倍になる現象が発生する。
【０００９】
水銀フリーランプにおいては、上記のように、金属ハロゲン化物の激しい蒸発がこのように無制御の下で発生すると、定格光量を遥かに上回る大きな光量の発光が生じる。その結果、自動車用前照灯装置の場合、対向車のドライバに激しい幻惑を与え、甚だ危険である。
【００１０】
本発明は、水銀フリーの高圧金属蒸気放電ランプの始動時に、金属ハロゲン化物が急激に蒸発して、発光量が定格ランプ電力の下で安定しているときの２〜３倍になる現象が発生するのを抑制した高圧金属蒸気放電ランプ点灯装置およびこれを用いた車両用前照灯装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を達成するための手段】
本発明の高圧金属蒸気放電ランプ点灯装置は、発光金属のハロゲン化物からなる第１のハロゲン化物およびランプ電圧形成用の第２のハロゲン化物を含み、本質的に水銀を含ない高圧金属蒸気放電ランプと；高圧金属蒸気放電ランプを付勢する点灯回路手段と；定格ランプ電力の２倍より大きいランプ電力が点灯回路手段から供給されて高圧金属蒸気放電ランプが始動した後において、少なくとも高圧金属蒸気放電ランプに封入されている金属ハロゲン化物が急激に蒸発するときに、点灯回路手段を制御してランプ電力を絞り込み、その後定格のランプ電力に順次減衰させる制御手段と；を具備していることを特徴としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１３】
図１ないし図４は、本発明の高金属蒸気放電ランプ点灯装置の一実施形態を示し、図１はブロック回路図、図２は目標ランプ電力を示すグラフ、図３は高圧金属蒸気放電ランプの縦断面図、図４は金属蒸気の投入ランプ電力および光量の点灯時間に対する変化を示し、図４（ａ）は光量の立ち上がり特性が中間的な場合のグラフ、図４（ｂ）は光量の立ち上がり特性が遅い場合のグラフ、図４（ｃ）は光量の立ち上がり特性が早い場合のグラフである。
【００１４】
本実施の形態の高圧金属蒸気放電ランプ点灯装置は、高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬ、点灯回路手段ＯＣおよび制御手段ＣＣを具備して構成され、自動車用前照灯装置に用いられる。また、図１において、ＤＣは直流電源、ＳＷ１は電源スイッチ、ＩＧはイグナイタである。以下、上記構成要素ごとに説明する。
【００１５】
まず、高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬについて説明する。
【００１６】
本発明により点灯される高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬは、その放電媒体中の金属蒸気の高圧放電により発光する高圧放電ランプであり、水銀に代えて第２のハロゲン化物を含むいわゆる水銀フリーランプである。
【００１７】
水銀フリーランプにおける放電媒体は、本質的に水銀が封入されていないが、金属ハロゲン化物および希ガスを含む。本質的に水銀が封入されていないというのは、水銀を全く封入していない場合および気密容器１の内容積１ｃｃ当たり２ｍｇ未満、好ましくは１ｍｇ以下の水銀が存在している場合のいずれをも含む。しかし、水銀を全く封入しないことは環境上望ましいことである。従来のように水銀蒸気によって放電ランプの電気特性を維持する場合、電極間距離が比較的小さくて小形の高圧金属蒸気放電ランプにおいては、気密容器の内容積１ｃｃ当たり２０〜４０ｍｇ、さらに場合によっては５０ｍｇ以上封入していたことからすれば、水銀量が実質的に少ないといえる。
【００１８】
希ガスは、好適にはキセノンである。希ガスを封入している理由は、始動ガスとして作用するとともに、点灯直後の光量の立ち上がりを早め、さらに安定点灯中のバッファガスとして作用させるためである。このために、希ガスは、高い圧力、例えば一般的には５〜２０気圧、好適には８〜１６気圧で封入されている。この範囲であれば、点灯直後４秒までの光量の立ち上がりを早めて自動車用前照灯装置に必要なその前面の代表点での光度８０００ｃｄを容易に得ることができる。
【００１９】
金属ハロゲン化物は、少なくとも発光金属のハロゲン化物である第１のハロゲン化物およびランプ電圧形成用の第２のハロゲン化物を含むものとする。車両用前照灯装置に用いるのに好適な白色発光のための第１のハロゲン化物としては、例えばナトリウム（Ｎａ）、スカンジウム（Ｓｃ）および希土類金属、例えばジスプロシウム（Ｄｙ）などからなるグリープの中から選択された少なくとも１種を含む発光金属のハロゲン化物を用いることができる。また、ナトリウム（Ｎａ）、スカンジウム（Ｓｃ）およびインジウム（Ｉｎ）のハロゲン化物を発光金属のハロゲン化物として封入することもできる。
【００２０】
第２のハロゲン化物としては、蒸気圧が相対的に高くて、かつ可視域における発光が相対的に少ない金属のハロゲン化物からなる。第２のハロゲン化物に用いる金属としては、例えばマグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、アンチモン（Ｓｂ）、ベリリウム（Ｂｅ）、レニウム（Ｒｅ）、ガリウム（Ｇａ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）およびハフニウム（Ｈｆ）からなるグループの中から選択された１種または複数種の金属を用いることができる。
【００２１】
以上説明したように、水銀フリーランプは、その放電媒体として従来の水銀に代えて金属ハロゲン化物を封入しているため、定格ランプ電力の２倍より大きいランプ電力で点灯を開始すると、暫くして金属ハロゲン化物が急激に蒸発する。そして、その際に格別の制御を行わない場合、光出力が著しく大きくて、しかも急激に増大するという特性を有している。
【００２２】
本発明において点灯する高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬにおいて必須要件ではないが、所望により以下の構成を加味することにより、特に車両用前照灯装置の場合に効果的である。
【００２３】
１．（気密容器１について）    気密容器１は、その内部に放電空間が形成されるとともに、放電空間を包囲する部分の肉厚が比較的大きくて、耐火性で、かつ、透光性の材料、例えば石英ガラス、透光性セラミックスなどからなる。放電空間は、好ましくはほぼ円柱状をなし、軸方向の中央部の肉厚がその両側の肉厚より大きい。
【００２４】
図３において、気密容器１は、包囲部１ａ、および一対の封止部１ｂ、１ｂにより構成されている。包囲部１ａは、中空の紡錘形状に成形されてなり、内部に軸方向に細長い円柱状の放電空間１ｃが形成されている。一対の封止部１ｂ、１ｂは、包囲部１ａの両端に一体に形成されている。封止部１ｂの内部には封着金属箔２が配置されている。
【００２５】
封着金属箔２は、リボン状のモリブデン箔からなり、減圧封止法により気密容器１の一対の封止部１ｂ、１ｂの内部に気密に埋設されている。封止部１ｂから外部へ導出されている外部導入線４は、先端が封着金属箔２の他端に溶接されている。
【００２６】
気密容器１ａ内には、放電媒体として前述の発光金属およびランプ電圧形成用の金属のハロゲン化物および希ガスとしてキセノンが封入されている。
【００２７】
２．（電極３について）    電極３は、気密容器１の両端内部にその一対が対向して封装され、好ましくは電極間距離が５ｍｍ以下、好適には４．２±０．６ｍｍになるように設定される。また、始動時に直流点灯を行うことが許容されるが、一対の電極３、３は、アノードとして作用するときに、定格ランプ電力の約２倍以上のランプ電力が供給された際であっても、例えば電極３の先端に軸部より径大の球状部分を形成することにより、これに耐えるように構成することができる。
【００２８】
図３において、一対の電極３、３は、軸部３ａが直棒状をなし、かつ、アークの起点となる先端３ｂが、軸部３ａの直径の１／２以下の半径を有する半球状の曲面をその全体に形成している。そして、基端部３ｃが気密容器１の一対の封止部１ｂ、１ｂに埋設して支持され、先端部側が気密容器１の包囲部１ａの両端から放電空間１ｃ内に突出することにより、電極間距離５ｍｍ以下になるように対向している。また、一対の電極３、３は、それぞれ基端が封着金属箔２の一端に接続している。
【００２９】
３．（定格ランプ電力について）    定格ランプ電力は、一般的には２５０Ｗ以下、好ましくは１００Ｗ以下、最適には６０Ｗ以下である。また、自動車用前照灯装置に用いる高圧金属蒸気放電ランプの場合においては、一般的には８０Ｗ以下、好ましくは６０Ｗ以下、最適には３５Ｗ程度である。
【００３０】
４．（外管について）    外管は、内部に放電空間を備えた気密容器を外側から包囲するように配設される透光性容器状手段であり、気密容器から外部へ放射される紫外線を遮断したり、気密容器を保護したりする。外管の内部は、外気に連通していてもよいし、気密になっていてもよい。
【実施例】
気密容器１        ：石英ガラス製で、外径６ｍｍ、内径２．７ｍｍ、包囲部の
長さ７．０ｍｍ
電極３            ：タングステン製で、軸部の直径０．３５ｍｍ、
アークの起点となる先端の曲面の半径０．１７５ｍｍ、
電極間距離４．２ｍｍ、突出長１．４ｍｍ
放電媒体    
金属ハロゲン化物：ＳｃＩ３−ＮａＩ−ＺｎＩ２＝０．４ｍｇ
キセノン        ：２５℃で１０気圧
電気特性          ：ランプ電力３５Ｗ、ランプ電圧４２Ｖ（いずれも安定時）
次に、点灯回路手段ＯＣについて説明する。
【００３１】
点灯回路手段ＯＣは、水銀フリーの高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬを点灯するための回路手段であり、上記ランプを点灯状態に維持するのに必要な電気エネルギーを所要に制御しながら供給する。そのために、点灯回路手段ＯＣは、後述する制御手段ＣＣによる制御に応じて高圧金属蒸気放電ランＨＰＬに供給するランプ電力を変化するとともに、バラスト機能によってランプ電流を限流することにより、高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬを安定に点灯するように構成されている。なお、高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬの点灯は、直流および交流のいずれによる付勢であってもよい。例えば、始動時から所要時間の間は直流点灯で、その後交流点灯に切り換えることもできる。
【００３２】
いずれにしても、点灯回路手段ＯＣは、その制御の容易性、正確性および応答性の故に電子式に構成されていることが好ましい。また、交流電圧は、その波形を矩形波にすることができる。さらに、高圧金属蒸気放電ランプの安定点灯中には、定電力制御を行うことができるように構成することが好ましい。
【００３３】
次に、高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬの限流手段は、それぞれ高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬに印加される電圧の態様に応じて適切なインピーダンスを有していなければならない。しかし、直流電源電圧値を所望に制御したり、アクティブフィルタ作用をさせたりするために、スイッチングレギュレータを用いる場合、構成要素の一部であるインダクタがスイッチングにより限流作用をも担当するので、見かけ上の限流手段を省略することができる。
【００３４】
また、交流点灯の際の周波数は、高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬが音響的共鳴現象を生じないように配慮する必要がある。高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬが車両用前照灯装置に用いるような比較的小さなサイズの放電容器を備える場合においては、約２ｋＨｚ以下の周波数であれば、実際上問題を生じるようなことはない。
【００３５】
さらに、点灯回路手段ＯＣは、その無負荷出力電圧を２００〜６００Ｖ程度に設定することができる。
【００３６】
図１において、点灯回路手段ＯＣは、上述の構成を実現するために、スイッチングレギュレータDC/DCおよびインバータDC/ACを備えている。
【００３７】
スイッチングレギュレータDC/DCは、出力トランスＴ、スイッチング手段Ｑ１、ゲートドライブ信号発生回路ＧＤＣＳ、ダイオードＤ１および平滑コンデンサＣ２により主体として構成されている。なお、スイッチングレギュレータDC/DCの入力端には、電解コンデンサＣ１が並列に接続している。
【００３８】
出力トランスＴの１次巻線ｗｐおよびスイッチング手段Ｑ１は、電解コンデンサＣ１の両端間に直列接続している。スイッチング手段Ｑ１は、ＭＯＳＦＥＴからなる。なお、スイッチング手段Ｑ１と直列に挿入されている抵抗器Ｒ１は、スイッチング電流検出用である。ゲートドライブ信号発生回路ＧＤＧＳは、ゲートドライブ信号を発生して、スイッチング手段Ｑ１のゲート・ソース間に印加する。そして、外部から制御入力する制御信号に応じてゲートドライブ信号をＰＷＭ制御することができる。出力トランスＴの２次巻線ｗｓの両端にダイオードＤ１および平滑コンデンサＣ２が直列接続している。
【００３９】
そうして、スイッチングレギュレータDC/DCの昇圧され、制御され、かつ平滑化された直流出力電圧が平滑コンデンサＣ２の両端間に得られる。
【００４０】
インバータDC/ACは、フルブリッジ形インバータからなり、４つのスイッチング手段Ｑ２〜Ｑ５、ゲートドライブ回路ＧＤＣ１〜ＧＤＣ４、矩形波発振回路ＯＳＣ、切換手段ＳＷ２、反転回路Ｎおよび非反転回路Ｙからなる。４つのスイッチング手段Ｑ２〜Ｑ５は、それぞれＭＯＳＦＥＴからなり、ブリッジ回路を構成するように接続されている。そして、ブリッジ回路の入力端は、スイッチングレギュレータDC/DCの直流出力端間に接続している。
【００４１】
ゲートドライブ回路ＧＤＣ１〜ＧＤＣ４は、反転回路Ｎまたは非反転回路Ｙを経由した後述の矩形波発振回路ＯＳＣの出力信号または直流電位に同期してゲートドライブ信号を形成して、それぞれ対応するスイッチング手段Ｑ２〜Ｑ５のゲート・ソース間にゲートドライブ信号を供給し、それらをオンさせる。矩形波発振回路ＯＳＣは、周波数１００Ｈｚ〜２ｋＨｚの矩形波の出力信号を発振する。
【００４２】
切換手段ＳＷ２は、矩形波発振回路ＯＳＣの出力信号と直流電位とを選択的にゲートドライブ信号発生回路ＧＤＣ１およびＧＤＣ３に対して反転回路Ｎを介して接続し、またゲートドライブ信号発生回路ＧＤＣ２およびＧＤＣ４に対して非反転回路Ｙを介して接続している。
【００４３】
そうして、矩形波発振回路ＯＳＣの出力が切換手段ＳＷ２および反転回路Ｎまたは非反転回路Ｙを介してゲートドライブ信号発生回路ＧＤＣ１〜ＧＤＣ４に印加されることにより、４つのスイッチング手段のうちＱ２およびＱ５とＱ３およびＱ４とが交互にスイッチングしてインバータ動作を行い、それらが構成するブリッジ回路の出力端から交流出力電圧が得られる。
【００４４】
また、直流電位が切換手段ＳＷ２および反転回路Ｎまたは非反転回路Ｙを介してゲートドライブ信号発生回路ＧＤＣ１〜ＧＤＣ４に印加されることにより、４つのスイッチング手段のうちＱ２およびＱ５がオンし、Ｑ３およびＱ４がオフするので、ブリッジ回路の出力端から直流出力電圧が得られる。
【００４５】
要約すれば、点灯手段ＯＣは、直流出力および交流出力のいずれか一方が選択されることにより、後述する高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬを直流点灯または交流点灯することができる。
【００４６】
次に、制御手段ＣＣについて説明する。
【００４７】
制御手段ＣＣは、高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬにランプ電力を供給する前述の点灯回路手段ＯＣを制御するための手段である。
【００４８】
水銀フリーの高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬをその光量の立ち上がりが早くなるように点灯させる場合の制御は、金属ハロゲン化物が急激に蒸発する時間帯の制御を分けて、始動による点灯開始から安定点灯までの経過を時間で区分すれば、以下の３つの時間帯に分かれる。
【００４９】
すなわち、始動時、したがって点灯開始時に定格ランプ電力より大きな電力すなわち最大電力を継続して投入する第１の時間帯、次に金属ハロゲンが急激に蒸発するときに、点灯回路手段ＯＣを制御してランプ電力を絞り込む第２の時間帯、およびその後光量の立ち上がりに伴って順次低減していき、やがて定格ランプ電力に到達させて安定点灯状態に移行する第３の時間帯に分けることができる。
【００５０】
第１の時間帯には、始動時の制御が行われる。始動時の制御は、文字どおり高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬの始動時すなわち点灯開始時に行う制御であって、許容最低照度までの光量の立ち上がりを早くするのが主な目的である。このために、最大電力を投入する。水銀入りランプにおいて、最大電力は、定格ランプ電力の約２倍の電力に設定するのが一般的である。これに対して、水銀フリーランプにおいては、最大電力を定格ランプ電力の２倍より大きくて３倍未満の範囲で適当な値のランプ電力を設定するのが好ましい。すなわち、定格ランプ電力が３５Ｗの場合、７６〜１１０Ｗ程度の範囲で高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬを点灯させるのがよい。始動時は、主として希ガスであるキセノンによる放電が生起していて、そのガス圧がほぼ一定ないし徐々に上昇する程度であるから、定電流点灯の場合、投入されるランプ電力はほぼ一定となる。また、始動時の制御により高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬは、希ガスの放電によって定格点灯時における光出力の約５０％程度の光出力を生じる。なお、始動時の制御すなわち最大電力を投入する制御が行なわれる時間は、一般的には１〜５秒程度、好適には２〜４秒程度である。実際には、水銀入りランプと水銀フリーランプとで異なる。前者の場合、始動時の最大電力投入時間は、１〜２秒程度であるが、後者の場合は、２〜５秒程度で前者より長い。
【００５１】
第２の時間帯には、本発明における特徴的構成であるところの水銀フリーランプに特有のハロゲン化物が急激に蒸発するときのための制御が行われる。この第２の時間帯は、上述した第１の時間帯と後述する第３の時間帯との間に位置する。そして、その時間幅は、一般的に０．４〜４秒程度（始動後１．４〜１０秒程度）、好適には１〜２秒程度（始動後３〜６秒程度）である。
【００５２】
第２の時間帯に行われる制御は、以下のとおりである。すなわち、金属ハロゲン化物が急激に蒸発したときにランプ電力を絞り込む。その絞込みの程度は、好ましくは光出力が安定時のそれに比較して著しく大きくなくて、しかも急激に増大することのないように供給するランプ電力を制御する。
【００５３】
しかし、ランプ電力の絞込みのタイミングが早すぎて、金属ハロゲン化物が急激に蒸発する前に大きく絞り込むと、光出力が安定時のそれより大幅に低下してしまうので、絞込みのタイミングまたは絞込みの程度を適切に行う必要がある。なお、金属ハロゲン化物が急激に蒸発したときに、光出力が安定時のそれに比較して著しく大きくない程度を数値で表現すれば、安定時の光出力の５０〜２００％の範囲、好適には５０〜１５０％の範囲である。
【００５４】
また、絞込みのタイミングを適切に行うことにより良好な制御を行うための好適な手段は、金属ハロゲン化物が急激に蒸発したときを検出して、その検出の際に速やかに投入するランプ電力を上記のように絞り込む構成である。そうすれば、高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬ個々で特性にばらつきがあったとしても、その影響が反映することなく、所望の光出力になるように制御することができる。また、この制御の場合には、ランプ電力を所要の程度まで十分に絞り込むことが可能になる。
【００５５】
上記の構成に加えて、所望に応じて高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬ個々の特性のばらつきを考慮し、上記絞込みの程度を適切に行うように構成することができる。すなわち、金属ハロゲン化物が急激に蒸発するタイミングを含むように予め適当で、なるべく狭い範囲の時間幅を設定しておき、かつその時間幅中において、慎重に考慮された適当な値の減衰率をもって始動時に投入するランプ電力を減衰させていくことができる。この第２の時間帯中に適用されるランプ電力の好ましい減衰率としては、後述する第３の時間帯の開始時に適用される低減率より小さい値を適用するのがよく、またその低減率を一定にするのが好ましい。そうすれば、金属ハロゲン化物が急激に蒸発するタイミングのわずかに前でランプ電力が絞り込まれても、所要の範囲を超えて極端に光出力が増減することがなく、すなわち許容範囲内に収めることができるようになる。
【００５６】
第３の時間帯は、投入ランプ電力を定格ランプ電力へ落ち着かせるために、ランプ電力を順次低減する時間帯である。この時間帯は、始動後１分間程度の間である。
【００５７】
また、ランプ電力を低減するには、予め時間の経過に対してランプ電力が低減していくような目標値を設定しておき、実際のランプ電力を目標値と比較しながら、実際値を目標値に接近させるように点灯回路手段を制御することにより、これを行うことができる。その制御は、図２に示すように最初低減率が大きくて、順次低減率が小さくなるように行う。
【００５８】
ところで、本発明の必須要件ではないが、実施に際して高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬにおける光量の立ち上がり特性のばらつき補正が適合されることを所望する場合には、この第３の時間帯の制御にランプ電力の低減率特性に応じた制御を付加することができる。すなわち、光量の立ち上がり特性の早い高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬに対しては、一般にランプ電力の低減が早くなる低減率特性を選択する。また、光量の立ち上がり特性の遅い高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬに対しては、一般にランプ電力の低減が遅くなる低減率特性を選択する。
【００５９】
したがって、光量の立ち上がり特性のばらつき補正に際しては、低減率特性を少なくとも２種類以上に選択することが可能なように構成することができる。好ましくは光量の立ち上がり特性が上記の中間の場合には、ランプ電力の低減が中間程度になる低減率特性を選択できるように構成することができる。より一層好ましくは中間の低減率特性が複数の異なるレベルになっていて、その中の適当する低減率特性を所要に応じて選択できるように構成することができる。
【００６０】
また、第３の時間帯におけるランプ電力の低減率特性の変化は、段階的および連続的のいずれであってもよい。低減率特性を変化させるには、手動であってもよいが、好ましくは光量の立ち上がり特性を判定して自動的に適合する低減率に変化させるように構成することができる。
【００６１】
なお、光量の立ち上がり特性の判定は、例えばランプ電圧またはランプ電圧に相当する電圧を検出するとともに、検出値からその変化の度合すなわち変化率を演算するなど点灯回路手段における電気的な変化を監視することによって間接的に行うことができる。光量の立ち上がり特性を光学的に直接検出することも許容されるが、上記のように間接的に行うことによって高圧金属蒸気放電ランプ点灯装置を相対的に安価にすることができる。
【００６２】
さらに、ランプ電力の低減率特性は、ランプ電力の目標値の低減率により決定する。しかし、この低減率は、例えば設計者が予め設定した標準的なものであり、必ずしも個々の高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬに適合するものではない。個々の高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬが有する光量の立ち上がり特性に適合するランプ電力の低減率特性が一例として次のように設定される。例えば、制御手段ＣＣは、ランプ電力の低減率特性を補正する可変の低減率補正手段ＬＷＶＣを備える。この低減率補正手段ＬＷＶＣは、予め設定されたランプ電力の目標値（例えば、目標ランプ電力）による低減率を個々の高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬに適合するように補正する。
【００６３】
ランプ電力は、負帰還形定電力制御方式において、基準電力を変更することにより制御することができる。なお、本発明に用いる高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬの場合、金属ハロゲン化物の蒸気圧によってランプ電圧が決定されるので、定ランプ電流制御を行うことにより、定ランプ電力制御を行うことができる。また、制御手段ＣＣを、そこから点灯回路手段ＯＣに対して負帰還制御のための例えばＰＷＭ制御信号を送出するように構成することができる。
【００６４】
本発明は、前述のように低温始動の際のランプ電力制御における課題を解決する手段を提供するものであるから、高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬの高温始動の際には、どのような構成であってもよいが、好ましくは以下の構成を採用するのがよい。なお、高温始動は、室温程度より高い温度、例えば高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬの安定時の温度に近い温度下での始動であり、したがっていわゆるホットリスタートはこれに該当する。
【００６５】
すなわち、高温始動時には定格ランプ電力に近いランプ電力を高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬ供給する。なお、定格ランプ電力に近い状態を数値で表現すれば、定格ランプ電力に対して１０５〜１５０％の範囲である。また、低温始動時および高温始動時の判別は、高圧放電ランプの温度、消灯してからの経過時間であるところの消灯時間または点灯時に流れるランプ電流の大きさなどに応じて行うことができる。さらに、高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬに供給するランプ電力の制御は、例えば高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬに印加する電圧を変化することにより、容易にこれを行うことができる。また、要すれば、高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬの消灯時間に応じて連続的に供給ランプ電力ＨＰＬに対してどの程度のランプ電力を供給するかは、予め実験またはシミュレーションなどにより決定することができる。そして、低温および高温の程度とランプ電力時間との関係を予めテーブルデータとしてメモリに記憶しておき、演算に基づいて必要なデータをメモリから読み出して、点灯手段を自動的に制御するように構成することができる。
【００６６】
図１において、制御手段ＣＣは、上述の構成を実現するために、ランプ電圧検出手段ＬＶＤ、ランプ電流検出手段ＬＣＤ、点灯検出手段ＬＤ、点灯時間タイマＯＴ、消灯時間タイマＬＯＴ、目標ランプ電力演算手段ＬＷＧ、実ランプ電力演算手段ＬＷＯおよびランプ電力調整手段ＬＰＲを備えている。
【００６７】
また、前記第３の時間帯において、高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬ個々の特性のばらつきに対応させるために、ランプ電圧変化率検出手段ＶＬＲＤおよびランプ電力変化率補正手段ＬＷＶＣを付加している。
【００６８】
ランプ電圧検出手段ＬＶＤは、スイッチングレギュレータDC/DCの直流出力電圧が得られる平滑コンデンサＣ２の両端間に接続された一対の抵抗器Ｒ２、Ｒ３の直列回路からなり、抵抗器Ｒ３の両端に高圧放電ランプＨＰＬのランプ電圧に比例した分電圧が得られる。
【００６９】
ランプ電流検出手段ＬＣＤは、スイッチングレギュレータDC/DCの直流出力およびインバータDC/ACの直流入力端の間に直列に挿入された抵抗器Ｒ４からなり、抵抗器Ｒ４の電圧降下がランプ電流に比例する。
【００７０】
点灯検出手段部ＬＤは、ランプ電圧検出手段ＬＶＤの検出出力に応動する。すなわち、高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬは、放電開始すると、その電極３、３間に現れる電圧がそれ以前に現れる無負荷電圧より明らかに低いランプ電圧になる。そこで、点灯検出手段ＬＤは、ランプ電圧検出手段部ＬＶＤの検出出力を監視していて、例えば検出出力が急減したことをもって高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬが点灯したことを検出することができる。
【００７１】
点灯時間タイマＯＴは、点灯検出手段ＬＤの出力を得てタイマ動作を開始して、高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬの点灯時間を計時する。そして、タイマ出力を後述する目標ランプ電力設定回路ＴＬＰおよび切り換え手段ＳＷ２に送出する。
【００７２】
消灯時間タイマＬＯＴは、点灯検出手段ＬＤの出力が消滅したときにタイマ動作を開始して、高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬの消灯時間を計時する。そして、そのタイマ出力を点灯時間タイマＯＴに送出して、点灯時間タイマＯＴの初期値を消灯時間に応じて変更する。
【００７３】
目標ランプ電力演算手段ＬＷＧは、目標ランプ電力を求めるために配設されている。また、目標ランプ電力演算手段ＬＷＧは、目標ランプ電圧のデータをも有していて、目標ランプ電圧のデータが後述するランプ電力変化率補正手段ＬＷＶＣを経由して、ランプ電力調整手段ＬＰＲに入力する。
【００７４】
さらに、目標ランプ電力演算手段ＬＷＧは、図２に示すように室温以下の低温における始動の際からの目標ランプ電力特性が予め付与されている。なお、目標ランプ電力特性は、図に表れていないが、細かな段階状に変化するように設定されている。この目標ランプ電力特性は、第１の時間帯における目標ランプ電力ａ、金属ハロゲン化物が急激に蒸発する第２の時間帯における目標ランプ電力ｂおよび第３の時間帯における目標ランプ電力ｃからなる。
【００７５】
第１の時間帯における目標ランプ電力ａは、点灯から５秒までの第１の時間帯に投入されるべき最大電力を規定する。そして、その最大電力は、高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬの定格ランプ電力が３５Ｗであるのに対して、２．５倍の８５Ｗ一定に設定されている。
【００７６】
第２の時間帯における目標ランプ電力ｂは、目標ランプ電力ａの期間に続く１．５秒間からなり、金属ハロゲン化物が急激に蒸発する第２の時間帯に投入されるべきランプ電力を規定し、４Ｗ／秒の減衰率で直線的に、すなわち低減率一定で低減して、目標ランプ電力ｂの終期にはランプ電力は７９Ｗまで低減する。
【００７７】
第３の時間帯における目標ランプ電力ｃは、第２の時間帯における目標ランプ電力ｂの期間に続く４４秒間からなる第３の時間帯に投入されるべきランプ電力を規定し、図２に示すように最初は低減率が目標電力ｂの低減率より大きくて、以下順次低減率が小さくなっていき、目標ランプ電力ｃの終期には、定格ランプ電力の３５Ｗまで順次低減している。なお、第３の時間帯における目標ランプ電力ｃは、前述の第１の低減率を規定していることになる。
【００７８】
したがって、高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬが標準的な光量の立ち上がり特性を有している場合、点灯開始後の光量の立ち上がり開始からスムーズに光量が増大して５０秒間で安定点灯になるように設定されている。
【００７９】
実ランプ電力演算手段ＬＷＯは、ランプ電圧検出手段ＬＶＤと、ランプ電流検出手段ＬＣＤの検出出力に基づいて実ランプ電力を演算するように配設されている。そして、実ランプ電力演算手段ＬＷＯの出力は、後述するランプ電力調整手段ＬＰＲの一方の入力端に入力する。
【００８０】
ランプ電圧変化率検出手段ＶＬＲＤは、ランプ電圧検出手段ＬＶＤの検出出力と、目標ランプ電力演算手段ＬＷＧから得た目標ランプ電圧とを比較演算してランプ電圧の変化率を検出する手段である。そして、得られたランプ電圧の変化率に相当する電圧は、ランプ電圧検出手段の検出出力の変化率に応じて上記低減率特性を変化させるために、後述するランプ電力変化率補正手段ＬＷＶＣに制御入力する。ランプ電圧の変化率は、例えばランプ電圧検出手段ＬＶＤの検出値を短い単位時間ごとにメモリに記憶し、次の単位時間における検出値とメモリから読み出したその前の検出値を比較演算することにより、ランプ電圧の変化率を求めることができる。また、ランプ電圧検出手段ＬＶＤの検出値と、そのときの目標ランプ電力から求めた目標ランプ電圧とを比較演算することにより、ランプ電圧の変化率を求めることもできる。
【００８１】
ランプ電力変化率補正手段ＬＷＶＣは、高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬにおける光量の立ち上がり特性のばらつきに適合したランプ電力の低減率によってランプ電力を低減していくのに好適な手段である。すなわち、制御手段ＣＣは、第３の時間帯において、予め所定の第１の低減率で高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬのランプ電力を低減していくように構成されているとともに、第１の低減率を第２の低減率に補正する。この場合、第１の低減率は、例えば標準的な低減率とするのがよい。しかし、要すれば、標準的な低減率より相対的に大きいか、反対に小さい方へ偏った低減率を第１の低減率とすることも許容される。
【００８２】
また、第１の低減率は、例えば目標ランプ電力の形で設定しておくことができる。この場合、目標ランプ電力は、テーブルデータとして時間の経過に対する目標ランプ電力の推移がメモリに記憶され、点灯時間の経過にしたがってテーブルデータが順次メモリから読み出され、実ランプ電力と比較されるように構成される。そして、両ランプ電力の差分に応じて点灯回路手段に投入される電力が目標ランプ電力に接近するように制御される。その結果、第１の低減率に沿ってランプ電力が低減される。
【００８３】
第２の低減率は、第１の低減率をランプ電力変化率補正手段ＬＷＶＣによって補正した結果得られる低減率である。したがって、第２の低減率は、点灯される高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬにおける光量の立ち上がり特性に適合するランプ電力の低減率になっている。
【００８４】
ランプ電力変化率補正手段ＬＷＶＣの具体的な構成は特段限定されないが、例えば時定数回路により構成することができる。そして、その時定数を可変に構成している。時定数を可変にするには、例えば図１に示すように電子ボリュームを備えた時定数回路を用いることができる。この時定数回路は、電子ボリュームＥＶＲおよび電解コンデンサＣの直列回路からなり、その両端間に目標ランプ電力演算手段ＬＷＧから出力される目標ランプ電力に相当する電圧が動作電源として印加される。
【００８５】
また、電子ボリュームＥＶＲの制御端子には、ランプ電圧変化率検出手段ＶＬＲＤの出力端が接続している。そして、ランプ電圧の変化率に相当する電子ボリュームＥＶＲに制御入力する。なお、電子ボリュームＥＶＲの制御量とランプ電圧の変化率との関係については、予め所定の相関動作をするように構成するか、所望により都度操作により変更できるように構成される。
【００８６】
さらに、手動によって変化率信号に相当する制御入力を与えてもよい。あるいは、それぞれ時定数の異なる複数の時定数回路を並列的に、かつ切り換え可能に配設して、ランプ電圧の変化率に応じて適当する時定数回路を選択するように構成することもできる。
【００８７】
そうして、目標ランプ電力をランプ電力変化率補正手段ＬＷＶＣによって補正してから、後述するように実ランプ電力と補正された目標ランプ電力との差分をランプ電力調整手段ＬＰＲで求め、当該差分により点灯回路手段ＯＣを負帰還制御することによって、高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬの光量の立ち上がり特性に適合する低減率でランプ電力を低減していくことができる。
【００８８】
さらにまた、制御手段ＣＣにマイクロコンピュータを用いる場合には、予め目標ランプ電力の他に、補正用の異なる複数の低減率データをテーブルデータとして予めメモリに記憶させておくことができる。そして、ランプ電圧の変化率に応じて補正用のテーブルデータの中から適合するものを選択して読み出し、上記と同様に補正することもできる。
【００８９】
ランプ電力調整手段ＬＰＲは、作動増幅器ＤＦＡからなる。そして、その他方の入力端である反転入力端にランプ電力変化率補正手段ＬＷＶＣの出力電圧が入力する。また、前述したように一方の入力端である非反転入力端に実ランプ電力の相当する電圧が入力する。そうして、その出力端に補正された目標ランプ電力と実ランプ電力との差分が出力される。出力端は、スイッチングレギュレータDC/DCのゲートドライブ信号発生回路ＧＤＣＳの制御入力端に接続している。
【００９０】
図１において、直流電源ＤＣは、直流電圧１２Ｖのバッテリーからなる。
【００９１】
電源スイッチＳＷ１は、直流電源ＤＣと後述する点灯回路手段ＯＣとの間に直列接続されていて、高圧放電ランプＨＤＬの点滅を司る。
【００９２】
イグナイタＩＧは、慣用の構成であり、電源スイッチＳＷ１が投入されることにより動作を開始して、所要の始動パルスを発生する。発生した始動パルスは、後述する高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬに印加される。
【００９３】
次に、本発明における回路動作について説明する。
【００９４】
ランプ電力演算手段ＬＷＯから得る実ランプ電力の出力と、目標ランプ電力演算手段ＬＷＧからの目標ランプ電力の出力とは、ランプ電力調整手段ＬＰＲの差動増幅回路ＤＦＡにおけるそれぞれの入力端に入力し、それらの差に応じた出力がスイッチングレギュレータDC/DCのゲートドライブ信号発生回路ＧＤＣＳのＰＷＭ制御端子に制御入力するように構成されている。その結果、スイッチングレギュレータDC/DCの直流出力電圧がＰＷＭ制御されて、実ランプ電力が目標ランプ電力に接近するように変化する。なお、目標ランプ電力は、点灯開始から安定点灯に到達するまでの時間が、図２に示すように第１の時間帯、第２の時間帯および第３の時間帯に区分され、それぞれの区分に応じて予め所定値に定められている。
【００９５】
また、高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬにおける光量の立ち上がり特性のばらつきに対応してランプ電力の低減率を変化させる構成を付加した場合には、次のように動作する。すなわち、光量の立ち上がりが早くなる特性の場合には、ランプ電圧の変化率が大きいときにランプ電力の低減率が大きくなるように補正する。反対に、光量の立ち上がりが遅くなる特性の場合には、変化率が小さいときに低減率が小さくなるように補正する。しかし、高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬにおける光量の立ち上がり特性のばらつきは、その要因が例えば気密容器の形状によるものが支配的なのか、金属ハロゲン化物の比率によるものであるのかなどによって、ランプ電圧の変化率との相関が上記と逆になったりすることがあるので、場合によってはランプ電圧の変化率とランプ電力の低減率との関係を上記と逆にすることも許容される。
【００９６】
なお、制御手段ＣＣは、前述のようにランプ電圧検出手段ＬＶＤに加えてランプ電流検出手段ＬＣＤをも含んでいることが許容されるが、これによって高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬに投入される実際のランプ電力すなわち実ランプ電力を演算により求めることが可能になる。この場合、制御手段ＣＣにマイクロコンピュータを用いることにより、上記演算を容易に行うことができる。また、マイクロコンピュータ内のメモリに予め点灯時間に対する目標ランプ電力のテーブルデータを記憶させておき、点灯時間の経過にしたがってテーブルデータを読み出して実ランプ電力と対比してその差をなくすように負帰還制御を行うことによって、高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬを目標ランプ電力に沿って点灯することが可能になる。
【００９７】
図１に示す形態においては、制御手段ＣＣによりランプ電圧の変化率を監視して、高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬの光量の立ち上がり特性を判定し、その判定結果に応じてランプ電力の低減率が光量の立ち上がり特性に適合するように変化するように制御手段ＣＣを構成しておくことにより、高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬにおける光量の立ち上がり特性のばらつきに対して、ランプ電力の投入が自動的に、しかも、適切に調整される。その結果、光量の立ち上がりが特別な操作を加えることなく、スムーズに行われるとともに光量の立ち上がりが早くなる。
【００９８】
次に、図１に示す回路構成における低温始動時の回路動作について説明する。
【００９９】
室温以下の低温始動時においては、前回の消灯時から十分に時間が経過しているため、高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬが少なくとも室温程度まで冷却している。
【０１００】
上記の状態において、電源スイッチＳＷ１が投入されると、点灯手段ＯＣのスイッチングレギュレータDC/DCが作動して所要に制御された直流電圧がインバータDC/ACの入力端間に印加される。切換手段ＳＷ２は、図において下側に切り換わっているので、インバータDC/ACのスイッチング手段Ｑ３、Ｑ４がオンし、Ｑ２、Ｑ５がオフする。
【０１０１】
したがって、インバータDC/ACは、単なる直流スイッチ回路として作用して、イグナイタＩＧおよび高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬの直流電圧を印加する。そして、イグナイタＩＧから高圧パルス電圧が発生して高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬに印加される。
【０１０２】
その結果、高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬは始動して直流電圧の下で点灯する。すなわち、直流点灯する。なお、イグナイタＩＧは、高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬがいったん点灯すると、入力端の電圧がランプ電圧まで低下するので、高電圧パルス発生動作を停止する。
【０１０３】
高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬが点灯すると、点灯検出手段ＬＤがそれを検出し、点灯時間タイマＯＴがタイマ動作を開始すると同時に、消灯時間タイマＬＯＴがタイマ動作を終了し、点灯時間タイマＯＴの初期値を消灯時間に応じて変更する。なお、低温始動時の初期値は、点灯時間０秒とされる。
【０１０４】
次に、点灯時間タイマＯＴが所定時間タイマ動作すると、切換手段ＳＷ２に点灯時間タイマＯＴから制御入力が入り、切換手段ＳＷ２は図１において上側へ切り換わる。これにより、矩形波発振回路ＯＳＣの出力信号が切換手段ＳＷ２、反転回路Ｎおよび非反転回路Ｙを経由してインバータDC/ACのゲートドライブ信号発生回路ＧＤＣ１〜ＧＤＣ４に印加される。
【０１０５】
そうして、矩形波発振回路ＯＳＣの出力信号のオン、オフに応じてスイッチング手段Ｑ２、Ｑ５とＱ３、Ｑ４とがゲートドライブ信号によってドライブされて交互にオン、オフするので、インバータ動作が開始する。その結果、高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬは交流点灯に切り換わる。
【０１０６】
一方、点灯時間タイマＯＴは、点灯時間を積算していきながらその積算値すなわち点灯時間を都度目標ランプ電力演算手段ＬＷＧに送出する。目標ランプ電力演算手段ＬＷＧは、点灯時間を受けてその時間に対応する目標ランプ電力を出力するとともに、目標ランプ電圧を出力する。そして、目標ランプ電力は、ランプ電力の低減率補正手段ＬＷＶＣに、その動作電源として印加される。また、目標ランプ電圧は、後述するランプ電圧変化率検出手段ＶＬＲＤに入力する。
【０１０７】
ランプ電圧変化率検出手段ＶＬＲＤには、ランプ電圧検出手段ＬＶＤの検出出力と、また目標ランプ電力演算手段ＬＷＧからの目標ランプ電圧とが入力するために、ランプ電圧の変化率が出力される。そして、ランプ電圧の変化率は、可変の低減率補正手段ＬＷＶＣに制御入力する。その結果、低減率補正手段ＬＷＶＣから出力される目標ランプ電力は、高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬの光量の立ち上がり特性に適合するように補正されて、ランプ電力調整手段ＬＰＲの他方の入力端に入力する。
【０１０８】
他方、ランプ電圧検出手段ＬＶＤおよびランプ電流検出手段ＬＣＤの検出出力は、実ランプ電力演算手段ＬＷＯに入力するので、演算により実ランプ電力が算出され、ランプ電力調整手段ＬＰＲの一方の入力端に入力する。
【０１０９】
ランプ電力調整手段ＬＰＲにおいては、補正された目標ランプ電力と実ランプ電力とがそれぞれの入力端に入力されて、それらの差分が出力される。そして、その差分はさらにスイッチングレギュレータDC/DCのゲートドライブ信号発生回路ＧＤＣＳの制御入力端に入力する。
【０１１０】
スイッチングレギュレータDC/DCのゲートドライブ信号発生回路ＧＤＣＳの制御入力端に上記差分が入力すると、スイッチングレギュレータDC/DCは、ＰＷＭ制御されて、差分が０になる方向に直流出力が変化する。その結果、高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬは、その光量の立ち上がり特性に適合するように補正された目標ランプ電力が投入される。
【０１１１】
したがって、高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬは、図４に示すように点灯時間の経過に伴って点灯する高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬが有する光量の立ち上がり特性に適合するように補正された目標ランプ電力に沿って変化するランプ電力の下に所望に制御されながら点灯する。その結果、高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬの光量の立ち上がりは、スムーズで、しかも早くなる。
【０１１２】
次に、図４を参照して高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬの光量の立ち上がり特性に適合するように補正されたときの投入ランプ電力と光量の立ち上がりの関係を説明する。なお、図４において、横軸は時間を、縦軸はＷが付されているものが投入ランプ電力を、ｌｘが付されているものが光量の立ち上がりを、それぞれ示すグラフである。また、図４（ａ）は中間的な光量の立ち上がり特性を有する高圧金属蒸気放電ランプの場合、図４（ｂ）は遅い光量の立ち上がり特性を有する高圧金属蒸気放電ランプの場合、図４（ｃ）は早い光量の立ち上がり特性を有する高圧金属蒸気放電ランプの場合である。
【０１１３】
目標ランプ電力が、図４（ａ）に示すように光量の立ち上がりが中間的な早さの高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬに合わせて設定されている場合について以下説明する。すなわち、図４（ａ）の場合、高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬの実ランプ電圧が目標ランプ電圧にほぼ等しく変化する。そのため、ランプ電圧変化率検出手段ＶＬＲＤの出力が小さくなる。これに伴って、低減率補正手段ＬＷＶＣに制御入力が低減するので、その時定数回路の抵抗値が中間的な値をほぼ維持する。そして、目標ランプ電力に対する補正が全く行われないか、若干程度の補正が行われる程度に止まる。なお、ランプ電力の低減開始から定格ランプ電力に到達するまでを示すランプ電力の低減時間は、ｔ１で、中間的な値である。
【０１１４】
次に、図４（ｂ）に示すように高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬの光量の立ち上がりが遅い場合は、目標ランプ電圧より実ランプ電圧の方が小さくなり、それに応じた出力がランプ電圧変化率検出手段ＶＬＲＤから生じる。このため、低減率補正手段ＬＷＶＣの電子ボリュームの抵抗値が大きくなり、時定数が大きくなる。その結果、高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬに対する投入電力の増加が緩慢になる。なお、ランプ電力の低減時間は、ｔ２で、相対的に大きな値である。
【０１１５】
さらに、図４（ｃ）に示すように高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬの光量の立ち上がりが早い場合は、目標ランプ電圧より実ランプ電圧の方が大きくなり、それに応じた出力がランプ電圧変化率検出手段ＶＬＲＤから生じる。このため、低減率補正手段ＬＷＶＣの電子ボリュームの抵抗値が小さくなり、時定数が小さくなる。その結果、高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬに対する投入電力の増加が早くなる。なお、ランプ電力の低減時間は、ｔ３で、相対的に小さな値である。
【０１１６】
図４（ａ）ないし（ｃ）のいずれの場合においても、高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬの光量の立ち上がり特性に適合するようにランプ電力が低減される結果、光量の立ち上がりがスムーズに行われるとともに、それなりに早くなる。
【０１１７】
図５および図６は、本発明の車両用前照灯装置の一実施形態を示し、図５は背面側斜視図、図６は高圧金属蒸気放電ランプの正面図である。各図において、１１は車両用前照灯装置本体、１２は高圧金属蒸気放電ランプ、１３Ａ、１３Ｂは高圧放電ランプ点灯装置である。
【０１１８】
上記車両用前照灯装置本体１１は、車両用前照灯装置から高圧金属蒸気放電ランプ１２および点灯装置１３Ａ、１３Ｂを除いた残余の部分である。そして、前面透過パネル１１ａ、リフレクタ１１ｂ、１１ｃ、ランプソケット１１ｄおよび取付部１１ｅなどから構成されている。前面レンズ１１ａは、自動車の外面と合わせた形状をなし、所要の光学的手段たとえばプリズムを備えている。リフレクタ１１ｂ、１１ｃは、各高圧金属蒸気放電ランプ１２ごとに配設されていて、それぞれに要求される配光特性を得るように構成されている。ランプソケット１１ｄは、高圧金属蒸気放電ランプ点灯装置の出力端に接続し、高圧金属蒸気放電ランプ１２の口金１２ｄに接続する。取付部１１ｅは、車両用前照灯装置本体１１を自動車などの車両の所定の位置に取り付けるための手段である。
【０１１９】
高圧金属蒸気放電ランプ１２は、発光管１２ａ、外管１２ｂ、リード線１２ｃおよび口金１２ｄなどから構成されている。発光管１２ａは、図３に示す構造を備え、一方の端部で口金１２ｄに指示されている。外管１２ｂは、発光管１２ａの外側を包囲している。リード線１２ｃは、発光管１２ａの他方の端部から導出され、発光管１２ａに沿って口金に接続している。なお、１２ｃ１は、絶縁チューブである。口金１２ｄは、車両用前照灯装置本体１１のリフレクタ１１ｂ、１１ｃに、その背面から装着されるとともに、口金１２ｄの背面からランプソケット１１ｄを接続する。そうして、２灯の高圧金属蒸気放電ランプ１２が車両用前照灯装置本体１１に装着されて、４灯式の車両用前照灯装置が構成される。各高圧金属蒸気放電ランプ１２の発光部は、前照灯装置本体１１のリフレクタ１１ｂ、１１ｃの焦点にほぼ位置する。
【０１２０】
高圧金属蒸気放電ランプ点灯装置１３Ａ、１３Ｂは、その高圧金属蒸気放電ランプを除いた残余の部分からなり、それぞれ図１に示す構成を備えていて、金属製容器１３ａ内に収納されているとともに、高圧金属蒸気放電ランプ１２を付勢して点灯させる。
【０１２１】
【発明の効果】
本発明によれば、水銀フリーの高圧金属蒸気放電ランプに封入された金属ハロゲン化物が急激に蒸発するときに、点灯回路手段を制御してランプ電力を絞り込み、さらにその後定格ランプ電力に落ち着くようにランプ電力を順次減衰させていくことにより、金属ハロゲン化物が急激に蒸発して、発光量が定格ランプ電力の下で安定しているときの２〜３倍になる現象が発生するのを抑制した高圧金属蒸気放電ランプ点灯装置およびこれを用いた車両用前照灯装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の高金属蒸気放電ランプ点灯装置の一実施形態を示すブロック回路図
【図２】  同じく目標ランプ電力を示すグラフ
【図３】  同じく高圧金属蒸気放電ランプの縦断面図
【図４】  同じく高圧金属蒸気放電ランプの投入ランプ電力および光量の点灯時間に対する変化を示すグラフ
【図５】  本発明の車両用前照灯装置の一実施形態を示す背面側斜視図
【図６】  同じく高圧金属蒸気放電ランプを示す正面図
【符号の説明】
ＣＣ…制御手段、ＤＣ…直流電源、DC/AC…インバータ、DC/DC…スイッチングレギュレータ、ＨＰＬ…高圧金属蒸気放電ランプ、ＬＣＤ…ランプ電流検出手段、ＬＤ…点灯検出手段、ＩＧ…イグナイタ、ＬＯＴ…消灯時間タイマ、ＬＰＲ…ランプ電力調整手段、ＬＶＤ…ランプ電圧検出手段、ＬＷＧ…目標ランプ電力演算手段、ＬＷＯ…実ランプ電力演算手段、ＬＷＶＣ…ランプ電力変化率補正手段、ＯＣ…点灯回路手段、ＯＴ…点灯時間タイマ、ＳＷ１…電源スイッチ、ＶＬＲＤ…ランプ電圧変化率検出手段
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】削除
【補正の内容】