(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力直流電圧を矩形波交流電圧に変換して放電灯に供給するインバータと、
前記インバータからの供給電圧を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出電圧値、および、この検出電圧値から得る電圧波形に応じて前記インバータの電圧供給を制御する制御手段と、を備える放電灯点灯装置において、
前記制御手段は、
検出電圧値から得られる電圧波形の歪みの有無を判別する歪み判別手段と、
前記歪み判別手段が歪みの有無を判別した直後に、検出電圧値に基づく無負荷電圧の有無を検知することで放電灯が放電しているかどうかを判別する無負荷電圧判別手段と、
前記インバータの供給時間(Ｔ1)を計時するためのカウンタと、を有し、
電圧波形の歪みに関わらず、少なくとも前記無負荷電圧判別手段が無負荷電圧を検知するときは、前記カウンタは通常のカウントを実行して、
前記歪み判別手段が電圧波形の歪みを検知し、かつ、前記無負荷電圧判別手段が無負荷電圧を検知するときは、前記カウンタは通常のカウントと高速のカウントの両方を実行し、
電圧波形の歪みに関わらず、少なくとも前記無負荷電圧判別手段が無負荷電圧を検知しないときは、前記カウンタはいずれのカウントも実行しないこととし、
前記カウンタの合計カウント数が予め定める値に達することで、前記供給時間(Ｔ1)の計時を完了して、放電灯への矩形波交流電圧の供給を休止することを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項２】
請求項１記載の放電灯点灯装置において、前記歪み判別手段は、無負荷電圧であると判断される電圧下限値を基準値(Ｖ0)として用いて、検出電圧値が前記基準値(Ｖ0)未満であるときに、電圧波形の歪みが有ると判別することを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の放電灯点灯装置において、前記制御手段は、さらに、カウント数が予め定める値に達することで休止時間(Ｔ2)を計時する休止時間用カウンタを有し、休止時間(Ｔ2)の計時が完了したときは放電灯への矩形波交流電圧の供給を再開することを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の放電灯点灯装置において、前記検出手段は、前記インバータで交流変換前の直流電圧を検出することを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項５】
入力直流電圧を矩形波交流電圧に変換して放電灯に供給するインバータと、
前記インバータからの供給電流を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出電流値、および、この検出電流値から得る電流波形に応じて前記インバータの電圧供給を制御する制御手段と、を備える放電灯点灯装置において、
前記制御手段は、
検出電流値から得られる電流波形の歪みの有無を判別する歪み判別手段と、
前記歪み判別手段が歪みの有無を判別した直後に、検出電流値に基づく供給電流の有無を検知することで放電灯が放電しているかどうかを判別する供給電流判別手段と、
前記インバータの供給時間(Ｔ1)を計時するためのカウンタと、を有し、
電流波形の歪みに関わらず、少なくとも前記供給電流判別手段が供給電流を検知しないときは、前記カウンタは通常のカウントを実行して、
前記歪み判別手段が電流波形の歪みを検知し、かつ、前記供給電流判別手段が供給電流を検知しないときは、前記カウンタは通常のカウントと高速のカウントの両方を実行し、
電流波形の歪みに関わらず、少なくとも前記供給電流判別手段が供給電流を検知するときは、前記カウンタはいずれのカウントも実行しないこととし、
前記カウンタの合計カウント数が予め定める値に達することで、前記供給時間(Ｔ1)の計時を完了して、放電灯への矩形波交流電圧の供給を休止することを特徴とする放電灯点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＨＩＤランプ（高輝度放電ランプ）の放電灯点灯装置、特に、その始動時間の短縮を図るとともに、始動時におけるランプ電極の摩耗を抑制することができる機能に関する。
【背景技術】
【０００２】
放電灯点灯装置は、その始動時および再始動時に、放電開始すなわちランプ電極間の絶縁破壊を行うための高圧パルス電圧を発生する。また、点灯後にはランプ電極間電圧の急激な低下に伴う過剰電流の導通を抑制する役目を担っている。さらに、最近では放電灯のチラツキなどを防止するために高周波点灯や矩形波点灯が汎用されている。これらの点灯方式を実現するために半導体スイッチング素子によって形成されたＰＷＭ降圧回路やブリッジ回路などを備えた、いわゆる電子式安定器が汎用され、所望の周期で交番する矩形波交流電圧をランプに供給するようになっている。
【０００３】
従来の点灯装置の点灯制御モードおよび再始動モードについて簡単に説明する。放電灯点灯装置は、整流回路、力率改善回路、ＰＷＭ降圧回路、ブリッジ回路、および、スタータ回路を備えた代表的なものとする。ＰＷＭ降圧回路からは電流制御された直流電圧が出力され、ブリッジ回路によって矩形波電圧に変換される。点灯制御モードでは、ＰＷＭ降圧回路の出力は点灯電圧になり、ブリッジ回路により所定の周波数（例えば、数１０〜数１００Ｈｚ）の矩形波交流電圧に変換されて、点灯電圧としてランプに供給される。点灯制御モードでは矩形波交流電圧の供給が常時オンになる。
【０００４】
点灯中にランプの立ち消えなどが生じた場合、放電灯点灯装置は、再始動モードに移行して、再始動用の高圧パルスの印加を開始する。再始動モードでは、図６(Ａ)の供給パターンのようにＰＷＭ降圧回路の出力は、ブリッジ回路によって間欠的な矩形波交流電圧に変換された後に、ランプに供給される。つまり、矩形波交流を印加する時間（供給時間Ｔ1：間欠オン時間とも呼ぶ）と、ランプに電圧を印加しない時間（休止時間Ｔ2：間欠オフ時間とも呼ぶ）とを交互に繰り返す。同図(Ｂ)に、供給時間Ｔ1におけるランプ電圧波形の一例を合わせて示す。この電圧波形のように供給時間Ｔ1中は、ＰＷＭ降圧回路の出力が無負荷電圧になる。無負荷電圧は、点灯電圧よりも高くなるため、スタータ回路にて高圧パルスを誘起する。この高圧パルスによる電極間の放電が生じない限り、数１０〜数１００Ｈｚで交番する無負荷電圧が常に供給される。供給時間Ｔ1中は、連続供給される矩形波のそれぞれに重畳した高圧パルス電圧（単に高圧パルスとも呼ぶ）が次々にランプに印加される。なお、図６には、矩形波電圧に重畳される高圧パルスの波形は省略している。供給時間Ｔ1に続いて、ランプに電圧が印加されない休止時間Ｔ2が開始する。このように、点灯制御モードから再始動モードへの移行によって、ランプの供給電圧およびその供給パターンが変わるが、再始動モードの供給時間Ｔ1における矩形波交流電圧の周波数は、点灯制御モードの矩形波交流の周波数と同じ（数１０〜数１００Ｈｚ）である。
【０００５】
一般的に、ランプの発光管内部の温度が未だ高い状態での再始動（ホット・リスタート）は失敗しやすい。発光管の電極間に高圧パルスを繰り返し印加しても放電が生じないためである。確実に再始動させるには、発光管内部の温度が下がるまで待つ必要がある。つまり、供給時間Ｔ1内で放電が生じないと、無負荷電圧の矩形波が繰り返されるだけである。そこで、従来は、図６(Ａ)に示したように、再始動モードに休止時間Ｔ2を設けて、無負荷電圧の矩形波交流を間欠的に印加させるようにして、発光管内部の温度低下を促して、より早く再始動できるようにしていた。
【０００６】
これに関連する技術内容が、例えば、特許文献１に示されている。特許文献１の点灯装置も同様に、供給時間Ｔ1に矩形波交流電圧をランプに印加する。矩形波交流電圧が反転する毎に、スタータ回路による高圧パルス電圧が発生し、矩形波交流電圧に重畳した高圧パルスが繰り返してランプに印加される。また、矩形波交流電圧の供給時間Ｔ1の後、休止時間Ｔ2を設けている点も共通する。いずれの方法においても、供給時間Ｔ1と休止時間Ｔ2による間欠的な矩形波交流電圧の出力を所定期間継続して、点灯に至った場合は点灯制御モードに移行するようになっていた。
【０００７】
発光管内部が再始動可能な状態になれば、図６(Ｃ)に示すように、供給時間Ｔ1内でアーク放電（点灯放電とも呼ぶ）に移行し、アーク放電が繰り返し生じることによって、ランプが点灯する。同図(Ｃ)は、正常に始動した場合のランプ電圧波形の推移を示す。供給時間Ｔ1中の開始から４回目の高圧パルス印加で生じたアーク放電が、その後、繰り返し起きて、アーク放電による点灯が維持されている状態を示す。このランプ電圧波形のように、アーク放電へ移行する際のランプ電圧は、電極間の絶縁破壊により一旦低下し、その後徐々に点灯電圧まで回復していく。制御回路は、このようなランプ電圧の変化を捉えることにより、アーク放電への移行が確認できれば、矩形波交流電圧の供給を継続させ、点灯制御モードに移行する。アーク放電への移行後の交番する電圧の１周期分は、ブリッジ回路の出力電圧の１周期分と同じであり、電極間に再点弧が安定して生じている結果、ランプ電圧はこのような波形を繰り返し示すようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−１０８８００号公報（図４、５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、矩形波交流の供給時間Ｔ1でのランプ電圧波形を調べると、図６(Ｂ)に示したような一様に交番する無負荷電圧の波形が生じるケースは稀である。現実には、連続した高圧パルスの印加によって供給時間Ｔ1内での一時的な放電（アーク放電またはグロー放電）現象が生じている。一時的な放電現象は、連続的なアーク放電に至らないため、ランプ電圧波形がいびつな形状になる。そのような電圧波形の代表例を図６(Ｄ)に示す。
【００１０】
例えば、図６(Ｄ)中に示す期間ａ、ｂのように、一回ないし数回限りの一時的なアーク放電が生じることがあるが、それ以上はアーク放電が繰り返されない。そして、一旦、低電圧になった電圧波形が高電圧の無負荷電圧に戻ってしまう。このケースは、反転する電圧負荷の方向がいずれの方向であっても、生じ得る。
また、同図の期間ｃのように、一時的なアーク放電が生じた後、アーク放電よりも電流の少ないグロー放電に変化し、一回ないし数回限りの一時的なグロー放電が生じることがある。グロー放電中のランプ電圧は、無負荷電圧とアーク放電時の電圧との中間程度の電圧になる。そして、グロー放電が止まると、ランプ電圧は再び高電圧の無負荷電圧に戻ってしまう。
また、同図の期間ｄのように、アーク放電を経由しないでグロー放電が一時的に生じる場合もある。この場合も、グロー放電が止まると、中間程度のランプ電圧から高電圧の無負荷電圧に戻ってしまう。
ここで、一時的な放電（アーク放電、グロー放電）とは、その放電が一回ないし数回限り発生することを言う。
【００１１】
以上のように、正常なアーク放電に至らず、グロー放電が一時的に生じる場合（期間ｃ，ｄ）は、発光管内の電極の負担が大きくなる。グロー放電は、その性質上、電極を磨耗させやすい。そのため、正常なアーク放電に至っていないにも関わらず、一時的なグロー放電が頻繁に生じることによって、ランプ電流が流れ続けてしまうと、電極を極度に磨耗させてしまう。未だ発光管内の温度が高い状態での再始動（ホット・リスタート）において多く見られる現象であるが、通常の始動時にもこのような現象が生じ得る。
【００１２】
このように従来、供給時間Ｔ1中の連続的な高圧パルスの印加を休止時間Ｔ2ごとに間欠的に行なうことで、始動性の向上を図ってきたが、図６(Ａ)の供給パターンのように、連続的なアーク放電の維持に至るまでに、無負荷電圧の印加が供給時間Ｔ1ごとに何度も繰り返される可能性がある。しかも、その供給時間Ｔ1において一時的なグロー放電が頻繁に生じてしまうため、放電管内の電極の磨耗が必要以上に生じてしまう。
【００１３】
さらに、未だ発光管内の温度が高い状態で、供給時間Ｔ1中に一時的な放電（期間ａ〜ｄ）が繰り返し生じることは、発光管内の温度のスムーズな低下を妨げてしまう。従って、始動に掛かる時間が思うように短縮されない。
【００１４】
本発明は前記従来技術に鑑みなされたものであり、ランプ始動の際に、グロー放電が繰り返し生じることを阻止してランプ電極の摩耗を抑制することができるとともに、一時的な放電の繰り返しによる発光管温度の上昇をできる限り抑えて始動時間を効率よく短縮させて良好な始動性が得られる放電灯点灯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】
【００１５】
発明者は、放電灯の始動までの間欠的な矩形波交流電圧の出力中、つまり、始動（再始動）モードにおいて、放電灯への供給電圧または供給電流の出力波形を監視して、その出力波形に「歪み」があるかないかを判別する制御回路を設けた。また、出力波形に歪みが生じた場合には、その時点で放電灯が無負荷状態であるかどうかを判別し、無負荷状態が検出されることを条件として、供給時間Ｔ1を早期に完了させるように設定したところ、前述の課題を解決して本発明の完成に至った。
【００１６】
すなわち、前記目的を達成するために本発明の放電灯点灯装置は、
入力直流電圧を矩形波交流電圧に変換して放電灯に供給するインバータと、
前記インバータからの供給電圧を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出電圧値、および、この検出電圧値から得る電圧波形に応じて前記インバータの電圧供給を制御する制御手段と、を備えている。
前記制御手段は、
検出電圧値から得られる電圧波形の歪みの有無を判別する歪み判別手段と、
前記歪み判別手段が歪みの有無を判別した後に、検出電圧値に基づく無負荷電圧の有無を検知することで放電灯が放電しているかどうかを判別する無負荷電圧判別手段と、
前記インバータの供給時間(Ｔ1)を計時するためのカウンタと、を有する。
そして、電圧波形の歪みに関わらず、少なくとも前記無負荷電圧判別手段が無負荷電圧を検知するときは、前記カウンタは通常のカウントを実行する。
さらに、前記歪み判別手段が電圧波形の歪みを検知し、かつ、前記無負荷電圧判別手段が無負荷電圧を検知するときは、前記カウンタは通常のカウントと高速のカウントの両方を実行する。
または、電圧波形の歪みに関わらず、少なくとも前記無負荷電圧判別手段が無負荷電圧を検知しないときは、前記カウンタはいずれのカウントも実行しないこととする。
そして、前記カウンタの合計カウント数が予め定める値に達することで、前記供給時間(Ｔ1)の計時を完了して、放電灯への矩形波交流電圧の供給を休止することを特徴とする。
【００１７】
また本発明において、前記歪み判別手段は、無負荷電圧であると判断される電圧下限値を基準値(Ｖ0)として用いて、検出電圧値が前記基準値(Ｖ0)未満であるときに、電圧波形の歪みが有ると判別することが好適である。このような判断基準を用いれば、放電灯の電極間電圧がグロー放電に相当する中間レベルの電圧である場合、および、アーク放電に相当する短絡電圧である場合の両方について、電圧波形の歪みとして検出されるようになる。なお、本発明では、アーク放電時の短絡電圧よりも大きく、無負荷電圧よりも小さい電圧範囲を中間レベルの電圧と呼ぶ。
【００１８】
また本発明において、前記制御手段は、さらに、カウント数が予め定める値に達することで休止時間(Ｔ2)を計時する休止時間用カウンタを有し、休止時間(Ｔ2)の計時が完了したときは放電灯への矩形波交流電圧の供給を再開することが好適である。このような構成によって、始動時・再始動時における矩形波交流電圧の間欠的な供給を実行することができる。
【００１９】
また本発明において、前記検出手段は、前記インバータで交流変換前の直流電圧を検出することが好ましい。検出対象が交流電圧ではなく直流電圧となるので、検出電圧値の処理が容易となり、波形の歪みおよび無負荷電圧の検知を瞬時にかつ正確に実行することができる。
【００２０】
また、本発明の放電灯点灯装置は、入力直流電圧を矩形波交流電圧に変換して放電灯に供給するインバータと、
前記インバータからの供給電流を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出電流値、および、この検出電流値から得る電流波形に応じて前記インバータの電圧供給を制御する制御手段と、を備えている。
前記制御手段は、
検出電流値から得られる電流波形の歪みの有無を判別する歪み判別手段と、
前記歪み判別手段が歪みの有無を判別した後に、検出電流値に基づく供給電流の有無を検知することで放電灯が放電しているかどうかを判別する供給電流判別手段と、
前記インバータの供給時間(Ｔ1)を計時するためのカウンタと、を有する。
そして、電流波形の歪みに関わらず、少なくとも前記供給電流判別手段が供給電流を検知しないときは、前記カウンタは通常のカウントを実行する。
さらに、前記歪み判別手段が電流波形の歪みを検知し、かつ、前記供給電流判別手段が供給電流を検知しないときは、前記カウンタは通常のカウントと高速のカウントの両方を実行する。
または、電流波形の歪みに関わらず、少なくとも前記供給電流判別手段が供給電流を検知するときは、前記カウンタはいずれのカウントも実行しないこととする。
そして、前記カウンタの合計カウント数が予め定める値に達することで、前記供給時間(Ｔ1)の計時を完了して、放電灯への矩形波交流電圧の供給を休止することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
以上、説明したように、本発明にかかる放電灯点灯装置は、歪み判別手段、無負荷電圧判別手段、および、カウンタを有する制御手段を備え、次の２ステップの動作を実行する。すなわち、１ステップ目は、制御手段が検出手段の出力波形を見て、出力波形の歪みが有るか無いかを判断する。２ステップ目は、制御手段が歪み有りと判断した場合、その判断後に、もう一度、検出電圧を見て、その時点で無負荷電圧が有るか無いかを判断する。そして、歪み有り、かつ、無負荷電圧有りと判断した場合には、カウンタに通常のカウントと高速のカウントの両方を実行させてインバータの供給時間(Ｔ1)のカウントを早く進行させる。これによって、無負荷電圧の矩形波交流を放電灯に供給するときに、一時的な放電現象（一時的なアーク放電またはグロー放電）が生じたならば、供給時間のカウントが早く進むようになり、早期にインバータによる放電灯への電圧供給を休止させることができる。
【００２２】
例えば、本発明に用いるカウンタを次のように設定した場合で説明する。カウンタの合計カウント数が閾値に達したら供給時間の計時を完了させるとして、この閾値を３０とする。通常のカウントを実行した場合にはカウント数が１増え、高速のカウントを実行した場合にもカウント数が１だけ増えるとする。仮に、波形の歪みや無負荷電圧の有無の判別が１秒間に１回の速さで実行されるとする。波形の歪みがない状態が続くときは、カウンタは通常のカウントだけを実行するので、１秒毎にカウント数は１ずつ増えていき、３０秒で閾値に達する。一方、波形の歪みがある状態が続くときは、カウンタは通常のカウントと高速のカウントの両方を実行するので、１秒毎にカウント数は（１＋１＝）２ずつ増えていき、１５秒で閾値に達することになる。実際には、閾値に達するまでに、歪みが発生したり、しなかったりを繰り返すので、その都度、1秒間でのカウント数は１になったり、２になったりする。つまり、波形の歪みの発生割合に応じて、合計カウント数が閾値に達するまでの時間が決まる。
【００２３】
また、高速のカウントを実行した場合のカウント数の増分を２に設定すれば、波形の歪みがある状態でのカウント速度が通常時の３倍になり、供給時間(Ｔ１)つまり間欠オン時間は通常時の３分の１である１０秒まで短縮され得る。さらに、高速のカウント時の増分を３に設定することでカウント速度が通常時の４倍になり、間欠オン時間は７．５秒まで短縮され得る。
【００２４】
このように本発明によれば、例えば、図６(Ｄ)を使って説明したような各種のランプ電圧波形が「歪み」として判別されることとなり、このような電圧波形が生じた場合は、放電灯への電圧供給が従来よりも早い段階で休止する。従って、放電灯の始動・再始動の際に、グロー放電が繰り返し生じることを阻止してランプ電極の摩耗を抑制することができるとともに、一時的な放電の繰り返しによる発光管温度の上昇をできる限り抑えて始動時間を効率よく短縮させることができる。その結果、ランプ電極の保護と良好な始動性の両方が得られる放電灯点灯装置を提供することができる。
【００２５】
本発明では、放電灯への供給電圧の波形に限らず、供給電流の電流波形の歪みに基づいて供給時間の計時速度を変化させるものであってもよい。すなわち、検出手段がインバータからの供給電流を検出するものであってもよい。この場合、歪み判別手段は電流波形の歪みの有無を判別し、また、無負荷電圧判別手段に代えて、供給電流の有無によって放電灯が放電しているかどうかを判別する供給電流判別手段を用いる。そして、制御手段が、歪み有り、かつ、供給電流無しと判断した場合には、カウンタに通常のカウントと高速のカウントの両方を実行させてインバータの供給時間(Ｔ1)のカウントを早く進行させることにより、前述の供給電圧の波形の歪みに基づく場合と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の放電灯点灯装置の回路概要図を示す図である。
【図２】波形の歪みに応じて、供給時間の計時速度を変化させる仕組みを説明するための図である。
【図３】前記放電灯点灯装置の制御フロー図である。
【図４】代表的な電圧波形に応じた処理ルートを図３に基づいて説明するための図。
【図５】本発明の効果を説明するためのタイムチャートおよび電圧波形の図。
【図６】従来の放電灯点灯装置での矩形波交流電圧の供給パターンを示すタイムチャート、および、ランプ電圧波形の代表例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面に基づき本発明に係る放電灯点灯装置の実施形態について説明する。
図１に、放電灯点灯装置１０の一実施形態を示す回路概略図を記載する。放電灯点灯装置（単に安定器とも呼ばれる。）１０の主な構成回路は、整流回路１４、力率改善回路１６、ＰＷＭ降圧回路１８、ブリッジ回路２０、および、スタータ回路４６である。このうち、ＰＷＭ高圧回路１８とブリッジ回路２０とを合わせて、本発明のインバータと呼ぶ。
【００２８】
整流回路１４は、商用交流電源１２の交流電流を整流し直流化する。力率改善回路１６は、アクティブフィルタとも呼ばれ、整流回路１４の出力する低電圧直流電流を十分に昇圧して出力直流電圧を一定に制御するとともに、入力電流の高調波成分を低減する。ＰＷＭ降圧回路１８は、スイッチング素子２８のパルス幅変調により電流制御を行う。ブリッジ回路２０は、ＰＷＭ降圧回路１８の出力する直流の点灯電力を、フルブリッジ構成されたスイッチング素子３６，３８，４０，４２により矩形波交流の点灯電力に変換する。スタータ回路４６は、ランプ４８に始動用の高圧パルス電圧を印加する。
【００２９】
力率改善回路１６やＰＷＭ降圧回路１８の具体的な回路構成は、特に限定されない。例えば、力率改善回路１６は、図１のように昇圧トランス２２、スイッチング素子２４、ダイオードＤ１、出力側コンデンサＣ２、および、スイッチング素子用のドライバー２６を備える回路であってもよい。ドライバー２６によるスイッチング素子２４の作動制御により出力側コンデンサＣ２の端子間に、昇圧された一定の直流電圧を発生させる。
【００３０】
また、ＰＷＭ降圧回路１８は、例えば図１のように、平均電流をパルス幅変調により制御するスイッチング素子２８と、その変調電流を平滑化するチョークコイル３０、ダイオードＤ２、出力側コンデンサ３２、および、スイッチング素子用のドライバー３４を備える回路であってもよく、スイッチング素子２８をドライバー３４により作動制御する。
【００３１】
ブリッジ回路２０は、ブリッジ接続されたスイッチング素子３６，３８，４０，４２と、該スイッチング素子のオン／オフを制御するドライバー４４とを備え、一般的に数１０〜数１００Ｈｚで交番する矩形波交流の点灯電力を出力する。
【００３２】
スタータ回路４６としては、ランプ４８に直列接続されたコイル、ランプに並列接続されたコンデンサなどを有するＬＣ振動型回路を採用してもよい。始動または再始動の際、ブリッジ回路２０の出力電圧が所定値（無負荷電圧）に達すると、コンデンサに蓄積された電荷が一気に放出されてＬＣ振動を生じ、コイルから高圧パルスが発せられるようになっている。その後、スタータ回路４６のコンデンサが再充電されることによって次の高圧パルスが発せられるが、充電に必要な時間については、使用するコイルやコンデンサを変えて様々に設定できる。このようにして、矩形波交流電圧の各矩形波に重畳された高圧パルス電圧が次々にランプ４８に印加される。
【００３３】
なお、ＰＷＭ降圧回路１８とブリッジ回路２０の両機能を合わせ持つ、フルブリッジ型のＰＷＭ降圧回路や、ハーフブリッジ型のＰＷＭ降圧回路を用いた放電灯点灯装置とすることもできる。これらの回路も本発明のインバータに相当する。また、各回路のスイッチング素子の駆動手段にドライバーを使用するのではなく、駆動手段としてアナログ制御ＩＣを使用するものであってもよい。
【００３４】
放電灯点灯装置１０は、さらに、マイクロコンピュータ（マイコン）を用いた制御手段５２と、点灯電圧を検出する電圧検出手段５０とを備える。制御手段５２は、各スイッチング素子のドライバー２６，３４，４４にオン／オフのタイミング信号を与える。電圧検出手段５０は、例えば、ブリッジ回路２０の前段、すなわちＰＷＭ降圧回路１８の出力する直流出力電圧をインバータからの供給電圧としてディジタル検出するＡＤコンバータを有する。制御手段５２はランプ電圧の検出値に応じて各ドライバーへのタイミング信号を演算して出力している。このようにして、接続されるランプ４８に最適な電流値、電圧値および矩形波周波数がマイコンにより設定される。スイッチング素子用のドライバー２６，３４，４４は、タイミング信号に基づいて、そのタイミングでオン／オフする駆動電圧をスイッチング素子のゲートに印加する。
【００３５】
電圧検出手段５０のサンプリング時間は、少なくともブリッジ回路２０が矩形波電圧を交番させる間隔以下であることが好ましい。これにより矩形波交流電圧の少なくとも半周期ごとの供給電圧が検出されることになり、供給電圧の変動を瞬時に検出することができ、判別手段５４，５６の判別精度が向上する。
【００３６】
＜通常のカウント処理と高速のカウント処理を組み合せた供給時間の計時処理＞
本発明で特徴的なことは、上記の制御手段５２が、電圧検出手段５０の検出値とこの検出値から得られる電圧波形に応じて、インバータ（ＰＷＭ降圧回路１８およびブリッジ回路２０）の電圧供給を制御することである。すなわち、制御手段５２は、歪み判別手段５４、無負荷電圧判別手段５６、カウンタ５８および休止時間用カウンタ６２を有する。
【００３７】
歪み判別手段５４は、検出値から得られる電圧波形の歪みの有無を判別する。歪みの有無の判別基準は、無負荷電圧であると判断される電圧下限値を基準値Ｖ0として、検出値が基準値Ｖ0未満であるときを、電圧波形の歪み有りとする。
【００３８】
無負荷電圧判別手段５６は、歪み判別手段５４が歪みの有無を判別した後に、検出値に基づく無負荷電圧の有無を検知して、無負荷電圧を検知しない場合はランプ４８が放電していると判別し、無負荷電圧を検知する場合はランプ４８が放電していないと判別する。無負荷電圧の有無の判別基準は、歪み判別手段で用いる基準値Ｖ0を用いて、検出値が基準値Ｖ0以上であるときを、無負荷電圧有りとする。
【００３９】
カウンタ５８は、歪み判別手段５４および無負荷電圧判別手段５６の判別結果の組合せに応じて動作して、通常のカウント処理と高速のカウント処理とを組合せることにより、供給時間Ｔ1の計時速度を変化させる。すなわち、判別手段５４，５６の判別結果に応じて、カウンタ５８の動作を変えることにより、その合計カウント数が予め定める値（閾値）に達することで、インバータの供給時間Ｔ1の計時が完了したと判断する。供給時間Ｔ1の計時が完了したときはランプ４８への矩形波交流電圧の供給を休止させる。
【００４０】
ここで、カウンタ５８は、１回のカウント処理でインクリメントするカウント数を判別結果に応じて２、３としてもよい。つまり、カウンタ５８が通常のカウント処理ではインクリメントするカウント数を１として、高速のカウント処理ではカウント数をこれより大きく設定してもよい。高速のカウント処理でのカウント数を、通常のカウント処理のカウント数に対して２倍、３倍、４倍として、倍速のカウント処理を実行するようにしてもよい。さらには、カウンタ５８のカウント数を調整できるようにすれば、ランプの種類や出力および使用時間に応じて、供給時間Ｔ1の計時速度を変更することができ、汎用性が高まる。本実施形態では、再始動の供給時間Ｔ1中にランプ電極間に放電が生じない場合に、供給時間Ｔ1が例えば１秒以上、１分以下となるように、カウンタ５８の通常のカウント処理でのカウント数が設定されている。
【００４１】
休止時間用カウンタ６２は、供給時間Ｔ1の計時が完了した場合に動作を開始する。休止時間用カウンタ６２のカウント数が予め定める値に達することで、インバータの休止時間Ｔ2の計時が完了したと判断される。休止時間Ｔ2の計時が完了したときはランプ４８への矩形波交流電圧の供給を再開する。本実施形態では、例えば１０秒以上、１０分以下の休止時間Ｔ2になるように、休止時間用カウンタ６２のカウント数が調整されている。
【００４２】
＜具体的な歪みの判別方法＞
ここで、具体的な電圧波形の歪みを判別する方法について説明する。図２に、電圧検出手段からの検出値に基づく電圧波形の例を示す。同図は、図６(Ｄ)に示したランプ電極間の電圧波形に対応している。つまり、検出される電圧波形は、ブリッジ回路２０に入力される極性反転前の直流電圧の波形になる。
【００４３】
本実施形態では、無負荷電圧であると判断される電圧下限値を基準値Ｖ0として用いて、検出値が基準値Ｖ0未満であるときに、「歪み有り」と判断する。同図で丸く囲んだ期間に生じる基準値Ｖ0未満の電圧、つまり、一時的なグロー放電が生じたときの中間レベルの電圧、および、一時的なアーク放電が生じたときの短絡電圧が検出された場合に、歪み有りと判断する。
【００４４】
さらに、歪み有りと判断した直後の検出値を見て、その検出値が無負荷電圧である場合に、カウンタ５８が、通常のカウント処理と高速のカウント処理の両方を実行して、供給時間Ｔ1の計時速度を早くするようにした。供給時間Ｔ1の計時速度との違いを同図にて説明する。説明を分かりやすくするため、図２の波形の上方にマークした点によりカウントのタイミングを示した。ここで、カウンタ５８の２通りのカウント処理、つまり、「通常のカウント処理」を実行するタイミングと、「高速のカウント処理」を実行するタイミングとを分けて説明すると、通常のカウント処理は、同図のグラフ上のＡで示す点列のタイミングで実行される。高速のカウント処理は、Ｂで示すタイミングで実行される。カウンタ５８は、供給電圧の検出値が無負荷電圧であると判断されたときには、通常のカウント処理を実行する。よって、同図のＡで示す点列のタイミングでカウント数が増えていき、カウント数が予め定める値に達することで、供給時間Ｔ1の計時が完了する。この場合に計時される供給時間をＴ1Aで示す。一方、カウンタ５８は、波形の歪みが検出され、かつ、直後の検出値が無負荷電圧である場合に、通常のカウント処理だけでなく高速のカウント処理も実行する。よって、同図のＢで示す点列のタイミングで高速のカウント処理も同時に実行される。このことから、高速のカウント処理が実行される場合は、合計カウント数が速く増えていき、例えば供給時間がＴ1Bとなるときには合計カウント数が予め定める値に達することになる。このように、検出値に応じて高速のカウント処理の実行回数が多くなれば、その分だけ、供給時間Ｔ1の計時が早く完了するのである。
【００４５】
＜供給時間のカウント処理の制御フロー＞
次に、本実施形態の放電灯点灯装置１０を用いて、ランプ４８を始動・再始動させるときの制御フローについて図３，４を使って説明する。
図３において、まず、電源オンまたは休止時間Ｔ2の経過によりインバータが矩形波交流電圧の供給を開始する（Ｓ１）と、電圧検出手段５０が所定のサンプリング時間ごとの供給電圧を検出する（Ｓ２）。検出値に基づいて歪み判別手段が出力波形の歪みの有無を判別する（Ｓ３）。ここでは、電圧検出手段５０の検出の都度、歪み有無を判別してもよいし、検出値を一旦データファイルなどに記憶させてから判別のタイミングに合わせて記憶データを読み出して歪みの有無を判別してもよい。
【００４６】
次に、歪み有無の判別をした直後の検出値に基づいて、無負荷電圧の有無を判別する（Ｓ４，Ｓ５）。処理フロー上は、工程がＳ４とＳ５に分かれているが、同じ無負荷電圧判別手段５６がこれを実行する。工程Ｓ３で歪み有りと判別され、次の工程Ｓ４で無負荷電圧が検知されれば、カウンタ５８が高速のカウント処理を実行し（Ｓ６）、さらに通常のカウント処理も実行する（Ｓ７）。その後、次の処理が実行される（Ｓ８）。工程Ｓ８で例えば、カウンタ５８の合計カウント数が予め定める値（閾値）に達した場合は、インバータの電圧供給を休止し、休止時間Ｔ2の計時を開始する。合計カウント数が予め定める値に達していなければ工程Ｓ１に戻って電圧供給を継続し、供給電圧の検出へと進む。
【００４７】
工程Ｓ３で歪み無しと判別され、次の工程Ｓ５で無負荷電圧が検知される場合は、カウンタ５８は通常のカウント処理を実行して（Ｓ７）、次の処理へと進む（Ｓ８）。一方、工程Ｓ５で無負荷電圧が検知されない場合は、カウント動作を行なわずに、次の処理へと進む（Ｓ８）。
【００４８】
また、工程Ｓ４で無負荷電圧が検知されなかった場合は、カウンタ５８は高速のカウント処理も通常のカウント処理も両方とも実行しないで、次の処理へと進む（Ｓ８）。次表に示す判別基準を用いることによって、以上の処理フローの動作を説明することができる。これらの処理フローについて、歪み判別手段５４と無負荷電圧判別手段５６の判別結果の組合せに応じたカウンタ５８のカウント処理の実行パターンの観点で説明すると、次表のようになる。
【００４９】
（表１）
―――――――――――――――――――――――――――――――――――――――
波形の歪み  無負荷電圧  →  通常カウント処理  高速カウント処理  図４での処理
―――――――――――――――――――――――――――――――――――――――
有            有    →    実行する          実行する        ルート２  
有            無    →    実行しない        実行しない      ルート３  
無            有    →    実行する          実行しない      ルート１  
無            無    →    実行しない        実行しない      ルート４  
―――――――――――――――――――――――――――――――――――――――
【００５０】
つまり、少なくとも無負荷電圧判別手段５６が無負荷電圧を検知するときは、カウンタ５８は通常のカウント処理でのカウント数を進める。特に、無負荷電圧判別手段５６が無負荷電圧を検知し、かつ、歪み判別手段５８が電圧波形の歪みを検知するときは、カウンタ５８は通常のカウント処理と高速のカウント処理の両方のカウント数を進める。一方、少なくとも無負荷電圧判別手段５６が無負荷電圧を検知しないときは、カウンタ５８は通常のカウント処理も高速のカウント処理もいずれも実行しないこととする。ここで、歪み有りと判別され、かつ、無負荷電圧有りと判別されるケースというのは、例えば、一旦、中間レベル（または短絡電圧）の電圧が検知されることによって「歪み有り」と判断されたときに、その判断を行なった直後の検出値を見たら、既に無負荷電圧に戻っているというような場合が該当する。逆に、中間レベルの電圧を検知して「歪み有り」と判断されたとしても、その判断直後の検出値がまだ中間レベルの電圧のままで、無負荷電圧に戻っていない場合は、無負荷電圧が検知されないため、いずれのカウント処理も実行しない。
【００５１】
電圧波形を３つの代表的なパターンに分けて制御フローの流れを説明したものを図４に記載した。代表的なパターンとは、いずれも矩形波交流電圧を供給したときに、ランプ電極間に放電が生じていない場合（ケース１）と、グロー放電が生じている場合（ケース２）と、アーク放電が生じている場合（ケース３）の３パターンである。図４中のルート１〜３は、各ケースに対応する処理ルートである。
【００５２】
（ケース１）
電圧供給にも関わらず電極間に放電が生じていない場合として、ランプが消灯した後など発光管内の温度がまだ高く、すぐに再始動できず、無負荷電圧の検知が続く場合がある。また、一時的な放電が生じた後、再び無負荷電圧の検知が続く場合もこれに該当する。制御フローでは処理ルート１となる。検出値が無負荷電圧であるので、工程Ｓ３では歪み無しと判別され、次の工程Ｓ５では無負荷電圧が検知されるので、工程Ｓ７でカウンタ５８が通常のカウント処理を実行する。この状態が続いてカウンタ５８の通常のカウント処理の実行が繰り返されれば、カウント数が通常の速度で増えていって供給時間Ｔ1が進行していく。
【００５３】
（ケース２）
ランプ電極間に一時的なグロー放電が生じる場合として、発光管内が十分に冷めておらず、一時的な放電を繰り返す場合がある。制御フローでは処理ルート２となる。電圧波形は、無負荷電圧から中間レベルの電圧に低下するので、工程Ｓ３では歪み有りと判別される。次の工程Ｓ４で、すでにグロー放電が止まっていれば、無負荷電圧が検知されて、カウンタ５８が高速のカウント処理と通常のカウント処理の両方を実行する。一時的なグロー放電が何度も生じれば、処理ルート２が繰り返されて、カウント数が速く増えていって供給時間Ｔ1の計時が早期に終了することになる。
【００５４】
なお、グロー放電による歪みが検出されても、その直後の検出値が無負荷電圧に戻っていなければ、図４のルート３の処理になり、供給時間Ｔ1のカウントは進まずに、再び工程Ｓ３での歪み判別が実行される。通常は、グロー放電は長期間継続するものではなく、すぐに無負荷電圧に戻るため、グロー放電が生じた場合のほとんどはルート２で処理されることになる。
【００５５】
（ケース３）
ランプ電極間にアーク放電が継続して生じて正常点灯する場合は、電圧波形は図６（Ｃ）に示したように一旦短絡電圧（例えば瞬時的に２０〜３０Ｖ）に低下した後、序々に点灯電圧（定格ランプ電圧）まで上昇していく。制御フローでは処理ルート３となる。電圧波形は一旦短絡電圧に低下するので、工程Ｓ３では歪み有りと判別される。次の工程Ｓ４でアーク放電が維持されていれば、無負荷電圧は検知されないので、カウンタ５８は高速のカウント処理も通常のカウント処理もいずれも動作しないで、次の動作に進む。従って、アーク放電が継続する場合は、処理ルート３が繰り返されて、供給時間Ｔ1のカウント数は止まったままとなり、供給時間Ｔ1の計時が終了することはない。このように、正常点灯では、「歪み有り」かつ「無負荷電圧検知」の判定が続くので、矩形波交流電圧の供給が継続され、自動的にランプ点灯制御へと移行することになる。
【００５６】
なお、アーク放電が一時的なものである場合は、工程Ｓ４で無負荷電圧が検知されるので、前述の処理ルート２となり、一時的なアーク放電はグロー放電と同様に一時的な放電として処理される。
【００５７】
本実施形態によれば、始動・再始動のときに無負荷電圧の矩形波交流がランプ４８に供給されるときに、一時的な放電現象（一時的なアーク放電またはグロー放電）が生じたならば、供給時間Ｔ1のカウントが早く進むようになり、早期にインバータによるランプ４８への電圧供給を休止させて、休止時間Ｔ2に入ることができる。
【００５８】
例えば、図５に示すように、高速のカウント処理を実行しない場合は、歪みが繰り返し生じる電圧波形（同図の波形Ｂ）に対しても、歪みのない電圧波形（同図の波形Ａ）と同じ供給時間Ｔ1Aとなってしまう。これに対して本実施形態のようにカウンタ５８が高速のカウント処理と通常のカウント処理とを組み合せて実行することによって計時速度が上がるので、同図の波形Ｃのように供給時間Ｔ1Bが短縮される。
【００５９】
また、カウンタ５８の１回のカウント処理でのカウント数を調整することにより、供給時間Ｔ1の計時速度を所望の早さに設定することができる。具体的な供給時間Ｔ1が短縮される時間は、波形の歪みの発生割合に応じて変化する。例えば、供給時間Ｔ1の設定値を３０秒とする。また、高速のカウント処理でのカウント数を調整し、波形歪み有りかつ無負荷電圧検知の場合に、２倍の速度で合計カウント数が増えていくようにする。間欠的な矩形波交流電圧の供給中、電圧波形の歪みが継続して検知される条件では、供給時間が１５秒程度に短縮される。また、間欠的な矩形波交流電圧の供給中、電圧波形の歪みが５０％検知される条件では、供給時間が２０秒程度に短縮される。
【００６０】
従って、ランプ４８への電圧供給が早い段階で休止するので、始動・再始動の際に、グロー放電が繰り返し生じることを阻止してランプ電極の摩耗を抑制することができる。さらに、アーク放電やグロー放電などの一時的な放電の繰り返しによる発光管温度の上昇をできる限り抑えて始動時間を効率よく短縮させることができる。その結果、ランプ電極の保護と良好な始動性の両方が得られる。
【００６１】
なお、本実施形態の変形例として、ランプ４８への供給電圧の波形ではなくて、供給電流の電流波形の歪みに基づいて供給時間Ｔ1の計時速度を変化させてもよい。すなわち、電圧検出手段の代わりにインバータからの供給電流を検出する検出手段を用いる。この場合、歪み判別手段は電流波形の歪みの有無を判別する。例えば、放電の発生によって流れる電流値の基準電流値を設定して、その基準電流値以上の電流値を検出した場合は「歪み有り」と判断する。また、無負荷電圧判別手段に代えて、供給電流の有無によってランプ４８が放電しているかどうかを判別する供給電流判別手段を用いる。
【００６２】
制御手段５２は、電流波形の歪みに関わらず、少なくとも供給電流を検出しなければ、カウンタ５８を通常のカウント処理でインクリメントさせる。さらに、電流波形の歪みが有りと判断し、かつ、供給電流を検出しなければ、カウンタ５８を通常のカウント処理と高速のカウント処理の両方でインクリメントさせる。一方、電流波形の歪みに関わらず、少なくとも供給電流を検出した場合は、カウンタ５８をインクリメントさせない。このように、歪み有り、かつ、供給電流無しと判断した場合には、カウンタ５８が通常および高速の２つのカウント処理を両方とも実行してインバータの供給時間Ｔ1のカウントを早く進行させることができるので、本実施形態の放電灯点灯装置と同様の効果を奏することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１０      放電灯点灯装置
１２      交流電源
１４      整流回路
１６      力率改善回路
１８      ＰＷＭ降圧回路
２０      ブリッジ回路
４６      スタータ回路
４８      ランプ（放電灯）
５０      電圧検出手段
５２      制御手段
５４      歪み判別手段
５６      無負荷電圧判別手段
５８      カウンタ
６２      休止時間用カウンタ
【図１】
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【図２】
0005993618.tif 000003
【図３】
0005993618.tif 000004
【図４】
0005993618.tif 000005
【図５】
0005993618.tif 000006
【図６】
0005993618.tif 000007