(57)【要約】【課題】  高輝度放電ランプの点灯始動から定常点灯に至る全期間に亘って光のちらつきの発生を招くことなく、安定的に点灯させることができる放電ランプ点灯装置を得ることを目的とする。【解決手段】  ランプ電圧に対応する点灯周波数が記憶されている周波数設定テーブルを参照して、放電安定性判定回路４の電圧検出回路により検出された電圧に対応する点灯周波数を特定し、放電安定性判定回路４の電圧変動分抽出回路により抽出された電圧の変動分に応じて当該点灯周波数をシフトし、そのシフトした点灯周波数でＨＩＤランプ１を点灯する。【選択図】        図１
2006185808.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高輝度放電ランプに印加されている電圧を検出する電圧検出手段と、上記電圧検出手段により検出された電圧の変動分を抽出する電圧変動分抽出手段と、ランプ電圧に対応する点灯周波数が記憶されている周波数設定テーブルを参照して、上記電圧検出手段により検出された電圧に対応する点灯周波数を特定し、上記電圧変動分抽出手段により抽出された電圧の変動分に応じて当該点灯周波数を補正する周波数補正手段と、上記周波数補正手段により補正された点灯周波数で上記高輝度放電ランプを点灯するランプ点灯手段とを備えた放電ランプ点灯装置。
【請求項２】
周波数補正手段により点灯周波数が補正された場合、周波数設定テーブルに記憶されている点灯周波数を補正後の点灯周波数に書き換えるテーブル更新手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の放電ランプ点灯装置。
【請求項３】
周波数補正手段は、電圧検出手段により検出された電圧が基準電圧より低い場合、その電圧が基準電圧より高い場合より、点灯周波数の補正量が大きいことを特徴とする請求項１または請求項２記載の放電ランプ点灯装置。
【請求項４】
周波数設定テーブルには、光束立ち上げ期間における低インピーダンス期間ではランプ電圧の上昇に伴って点灯周波数を高め、光束立ち上げ期間における高インピーダンス期間ではランプ電圧の上昇に伴って点灯周波数を下げる内容が初期設定されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の放電ランプ点灯装置。
【請求項５】
高輝度放電ランプの点灯周波数をスイングさせる周波数スイング手段と、高輝度放電ランプに印加されている電圧を検出する電圧検出手段と、上記電圧検出手段により検出された電圧が最小電圧になるタイミングを検出し、そのときの上記周波数スイング手段によるスイング量をホールドするスイング量ホールド手段と、ランプ電圧に対応する点灯周波数が記憶されている周波数設定テーブルを参照して、上記電圧検出手段により検出された電圧に対応する点灯周波数を特定し、上記スイング量ホールド手段によりホールドされたスイング量に応じて当該点灯周波数を補正する周波数補正手段と、上記周波数補正手段により補正された点灯周波数で上記高輝度放電ランプを点灯するランプ点灯手段とを備えた放電ランプ点灯装置。
【請求項６】
高輝度放電ランプに印加されている電圧を検出する電圧検出手段と、光束立ち上げ期間における低インピーダンス期間ではランプ電圧の上昇に伴って点灯周波数を高め、光束立ち上げ期間における高インピーダンス期間ではランプ電圧の上昇に伴って点灯周波数を下げる内容が初期設定されている周波数設定テーブルを参照して、上記電圧検出手段により検出された電圧に対応する点灯周波数を特定する点灯周波数特定手段と、上記点灯周波数特定手段により特定された点灯周波数で上記高輝度放電ランプを点灯するランプ点灯手段とを備えた放電ランプ点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、自動車のヘッドライトなどの光源として用いられるメタルハライドランプ等の高輝度放電ランプ（ＨＩＤランプ：  Ｈｉｇｈ  Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  Ｌａｍｐ）を安定して点灯させる放電ランプ点灯装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車用のヘッドライトなどに用いられるハロゲン化金属等が含まれたＨＩＤランプは、音響的共鳴現象を回避するために、数１００Ｈｚの低周波の点灯周波数で駆動される。
しかし、低周波の点灯周波数でＨＩＤランプを駆動する場合、トランスの２次側に低周波用のインバータが必要となり、装置価格が高価になる。
【０００３】
これに対して、一次側のプッシュプルコンバータと昇圧トランスを組み合わせて、トランスの２次側にダイレクトに高周波を発生させてＨＩＤランプを駆動する方式では、２次側にインバータ回路が不要となり、低コスト化を図ることができる。
しかしながら、高周波の点灯周波数でＨＩＤランプを駆動する場合、音響的共鳴現象により放電が不安定になり易く、ＨＩＤランプの安定的な点灯が困難になり、光束にふらつきが生じることがある。
【０００４】
そこで、従来の放電ランプ点灯装置は、点灯始動から定常点灯に至るまでの期間において、ハロゲン化金属等が含まれたＨＩＤランプの駆動周波数を単調に低下させるようにして、常にＨＩＤランプのアークをストレートに維持して放電を安定にするようにしている（例えば、特許文献１参照）。
ただし、メタルハライドランプの点灯始動直後から点灯初期の状態において、管内希ガス（例えば、キセノンガス）放電が支配的な期間では、放電アークの揺らぎが発生して、メタルハライドランプを安定的に点灯することができない。
これは、ＨＩＤランプの内部温度の状態とガス組成が、時間の経過に伴って複雑に変化するためである。最適な点灯周波数が時間の経過に伴って増加する場合などもある。
なお、ＨＩＤランプ毎に点灯周波数の変化が異なり、その変化は様々である。
【０００５】
【特許文献１】特開平９−６３７８３号公報（段落番号［００１９］から［００２４］、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の放電ランプ点灯装置は以上のように構成されているので、メタルハライドランプの点灯始動直後から点灯初期の状態において、管内希ガス（例えば、キセノンガス）放電が支配的な期間では、放電アークの揺らぎが発生して、メタルハライドランプを安定的に点灯することができないなどの課題があった。
【０００７】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、高輝度放電ランプの点灯始動から定常点灯に至る全期間に亘って光のちらつきの発生を招くことなく、安定的に点灯させることができる放電ランプ点灯装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る放電ランプ点灯装置は、ランプ電圧に対応する点灯周波数が記憶されている周波数設定テーブルを参照して、電圧検出手段により検出された電圧に対応する点灯周波数を特定し、電圧変動分抽出手段により抽出された電圧の変動分に応じて当該点灯周波数を補正する周波数補正手段を設け、その周波数補正手段により補正された点灯周波数で高輝度放電ランプを点灯するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、ランプ電圧に対応する点灯周波数が記憶されている周波数設定テーブルを参照して、電圧検出手段により検出された電圧に対応する点灯周波数を特定し、電圧変動分抽出手段により抽出された電圧の変動分に応じて当該点灯周波数を補正する周波数補正手段を設け、その周波数補正手段により補正された点灯周波数で高輝度放電ランプを点灯するように構成したので、高輝度放電ランプの点灯始動から定常点灯に至る全期間に亘って光のちらつきの発生を招くことなく、安定的に点灯させることができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による放電ランプ点灯装置を示す構成図であり、図１では、メタルハライドランプなどの高輝度放電ランプ（以下、ＨＩＤランプ１という）を点灯する例を示している。
図において、電源２は電力を高周波インバータ装置３に供給する。高周波インバータ装置３は電源２から電力の供給を受けると動作し、ＤＵＴＹ設定回路８の指示の下、高周波の点灯周波数でＨＩＤランプ１を点灯する。
【００１１】
放電安定性判定回路４はＨＩＤランプ１に印加されている電圧を検出する電圧検出回路と、その電圧検出回路により検出された電圧の変動分を抽出する電圧変動分抽出回路とから構成され、ＨＩＤランプ１に印加されている電圧を示すランプ電圧信号と、その電圧の変動分を示す放電不安定性信号とを周波数シフト量決定回路５に出力する。
なお、放電安定性判定回路４は電圧検出手段及び電圧変動分抽出手段を構成している。
【００１２】
周波数シフト量決定回路５は放電安定性判定回路４から出力されたランプ電圧信号が示す電圧と基準電圧Ｖｘを比較し、その比較結果と放電安定性判定回路４から出力された放電不安定性信号から、点灯周波数の周波数シフト量を決定する。
周波数設定回路６はランプ電圧に対応する点灯周波数を示す周波数設定テーブルを記憶しており、その周波数設定テーブルを参照して、放電安定性判定回路４から出力されたランプ電圧信号が示す電圧に対応する点灯周波数を特定するとともに、周波数シフト量決定回路５により決定された周波数シフト量を当該点灯周波数に加算することにより、その点灯周波数を補正する。ただし、周波数設定回路６は零以外の周波数シフト量を点灯周波数に加算して、その点灯周波数を補正したときは、周波数設定テーブルに記憶されている点灯周波数を補正後の点灯周波数に書き換える処理を実施する。
なお、周波数シフト量決定回路５及び周波数設定回路６から周波数補正手段が構成されている。また、周波数設定回路６はテーブル更新手段を構成している。
【００１３】
電圧／周波数変換回路７は周波数設定回路６から周波数シフト量が加算された点灯周波数を示す周波数設定信号を受けると、その周波数設定信号に応じた基本周波数をＤＵＴＹ設定回路８に出力する。
ＤＵＴＹ設定回路８は電圧／周波数変換回路７から出力された基本周波数とＤｕｔｙ設定値にしたがって高周波インバータ装置３のデューティを設定することにより、周波数シフト量が加算された点灯周波数でＨＩＤランプ１が点灯されるように高周波インバータ装置３を制御する。
なお、電源２、高周波インバータ装置３、電圧／周波数変換回路７及びＤＵＴＹ設定回路８からランプ点灯手段が構成されている。
【００１４】
次に動作について説明する。
最初に、ハロゲン化金属や水銀を含むＨＩＤランプ１の一般的特性と、音響的共鳴現象についても説明する。
図２はＨＩＤランプ１を点灯する際のランプインピーダンスの変化と、各インピーダンスにおけるランプの状態を示す説明図である。
ＨＩＤランプ１の点灯は、ランプの状態に応じて４つの期間に分けられる。
即ち、放電待機期間Ａ、ブレークダウンＢ、光束立ち上げ期間Ｃ、定常放電期間Ｄである。以下、各放電期間の現象とランプの状態について簡単に説明する。
【００１５】
Ａ．放電待機期間
放電待機期間では、ランプの負荷状態がコンデンサと同等であり、ランプインピーダンスが数ＭΩから数十ＭΩ程度と大きい。この期間では、点灯装置は、ブレークダウンが発生する電圧までランプを昇圧する。
Ｂ．ブレークダウン
ランプ電圧が絶縁破壊電圧に達すると、絶縁破壊が起こってランプに電流が流れ、放電を開始する。
【００１６】
Ｃ．光束立ち上げ期間
ブレークダウンの後にアーク放電が始まると、光束立ち上げ期間となる。光束立ち上げ期間では、ランプを所定の光束まで立ち上げる。特に、車載用のヘッドランプとして使用される場合、光束立ち上げを急速に行う必要があり、ランプに定格電力３５Ｗ以上（例えば、７０Ｗ程度）の電力を投入する。
この期間中、ランプの管内状態が大幅に変化するため、Ｃ１〜Ｃ３の３つの期間に分けて説明する。
【００１７】
Ｃ１．低インピーダンス期間
放電始動から数秒間の比較的管内温度が低い期間では、管内希ガス（例えば、キセノン）放電が支配的であり、ランプのインピーダンスが比較的低い期間となる。
Ｃ２．平衡期間
管内温度が上昇して水銀の気化が促進され、管内希ガスと水銀の圧力割合がほぼ同等となる。水銀の気化が促進されることにより、管内圧力が上昇して、ランプのインピーダンスが徐々に高くなる。
Ｃ３．高インピーダンス期間
管内温度が上昇して、水銀による放電が支配的となる。ランプインピーダンスがＣ２の平衡期間と比べて更に上昇する。
Ｄ．定常放電
管内封入物質であるハロゲン化金属が蒸発して、光束、管内温度及びランプインピーダンスが平衡状態に達する。
【００１８】
Ａ〜Ｄの各期間において、ＨＩＤランプ１を安定的に点灯するためには、各期間のランプ状態に応じた波形で点灯する必要がある。
ＨＩＤランプ１を高周波で点灯する場合、点灯周波数によっては、音響的共鳴現象によって発生する定在波による力と、重力に起因する管内対流による力との相対的な関係によって、放電アークが湾曲して、ゆらぐ現象が発生する場合がある。
放電アークがゆらぐ現象が発生すると、ランプ光がちらついて目視され、照明として使用することが困難となる。ランプ光をちらつきなく点灯するには、放電アークの形状を変化させずに放電を維持することが必要である。
【００１９】
この実施の形態１では、上述したランプ光のちらつきの発生を防止するため、点灯の各期間において、音響的共鳴現象により、放電アークの形状を一定に保つ定在波が発生するように点灯周波数を定める方式を用いている。
以下、この方式を具体的に説明する。
ＨＩＤランプ１の音響的共鳴現象が発生する周波数は、一般的に以下の式（１）で表される。
ｆ＝ｍｖ／２Ｌ                                                （１）
ただし、Ｌは音波の発生源から反射面までの幾何学的距離、ｖは管内音速、ｍは共鳴周波数の次数である。
【００２０】
式（１）において、ＬはＨＩＤランプ１の個体差によって定まるものである。したがって、ＨＩＤランプ１を点灯しているときの音響的共鳴周波数の変化は管内音速の変化のみで決定される。
管内音速は、一般的に以下の式（２）で表される。
ｖ＝（γＲＴ／Ｍ）１／２                                        （２）
ただし、γは比熱比、Ｒは気体定数、Ｍは平均分子量、Ｔは管内温度である。
式（２）から音響的共鳴周波数は、管内温度と平均分子量の変化によって決定されることがわかる。即ち、音響的共鳴周波数は、放電の各期間に応じて変化することがわかる。
【００２１】
ここで、図３はランプインピーダンスと音響的共鳴周波数の関係の測定結果を示す説明図である。
図３は各点灯周波数でＨＩＤランプ１を点灯したとき、安定点灯可能なランプインピーダンスを示しており、斜線内が放電アークの形状を一定に保つ音響的共鳴現象が発生する領域、即ち、安定点灯領域である。
音響的共鳴周波数は、ランプインピーダンスの増加に応じて、Ｃ１の低インピーダンス区間では上昇する傾向を示し、Ｃ２の平衡期間ではほぼ一定の傾向を示し、Ｃ３の高インピーダンス期間では下降する傾向を示している。
【００２２】
図３の特性と各期間における現象を比較する。
Ｃ１の低インピーダンス期間のランプ状態は、管内希ガスの圧力割合が大きいため、平均分子量Ｍの変化が小さい。
したがって、管内音速ｖが管内温度Ｔの上昇に伴って増加するため、音響的共鳴周波数ｆが上昇する。ただし、この期間においても、管内希ガスに比べると圧力割合が小さいが、水銀蒸気が存在するため、ランプインピーダンスが少しずつ上昇する。
【００２３】
Ｃ２の平衡期間では、水銀の気化が徐々に促進され、管内温度Ｔの上昇と平均分子量Ｍの増加の割合がほぼ等しくなり、音響的共鳴周波数ｆの変化がほぼなくなる。
Ｃ３の高インピーダンス期間では、管内温度Ｔの上昇率が低下し、水銀やハロゲン化金属の気化が更に促進されるため、平均分子量Ｍの増加量が管内温度Ｔの上昇に比べて大きくなる。これにより、管内音速ｖが低下して、音響的共鳴周波数ｆが低下する。
【００２４】
以上より、点灯始動から、各期間の管内状態に応じて音響的共鳴周波数ｆが変化し、更に各期間の水銀やハライド金属の気化状態により異なるが、ランプインピーダンスも管内温度Ｔの上昇に応じて高くなるため、ランプインピーダンスに応じて、低インピーダンス期間では点灯周波数を上昇させ、平衡期間では点灯周波数を変化させず、高インピーダンス期間では点灯周波数を下降させることにより、光束立ち上げ期間を通じてＨＩＤランプ１をちらつきなく点灯することができる。
【００２５】
したがって、一般的には、点灯後に音響的共鳴周波数が一旦増加して、その後、飽和傾向を示し、それ以降は単調に減少する特性が得られる。
ただし、図４に示すように、それらの特性は、ランプの種別はもちろんのこと、ランプ個々の間にも差があり、さらには経時劣化により変化する。
なお、上記のような放電期間と音響的共鳴周波数の関係は、上記の特許文献１に示されているものとは全く異なるものであり、特許文献１に示されているように、点灯始動直後から点灯周波数を下げていくという方策だけでは、ストレートアークを常に維持することができない。
【００２６】
以下、この実施の形態１の放電ランプ点灯装置の動作を具体的に説明する。
まず、高周波インバータ装置３が電源２から電力の供給を受けて、ＤＵＴＹ設定回路８の指示の下、高周波の点灯周波数でＨＩＤランプ１の点灯を開始する。
放電安定性判定回路４は、高周波インバータ装置３がＨＩＤランプ１の点灯を開始すると、ＨＩＤランプ１の放電が安定しているか否かを判定する。なお、放電が不安定になる要因として主たるものは、音響的共鳴によってアークがストレートを維持できなくなる場合がある。
具体的には、次のようにして、放電の安定性を指標化している。図５は放電安定性判定回路４の処理内容を示すフローチャートである。
【００２７】
放電安定性判定回路４の電圧検出回路は、高周波インバータ装置３がＨＩＤランプ１の点灯を開始すると、図６（ａ）に示すように、そのＨＩＤランプ１に印加されている電圧を検出する（ステップＳＴ１）。
なお、この実施の形態１では、電圧検出回路がＨＩＤランプ１の実効電圧を検出することを想定しているが、ランプの実効電圧以外でも、平均電圧や最大電圧など、交流電圧の大きさを示すものであれば何でもよい。
【００２８】
放電安定性判定回路４の電圧変動分抽出回路は、例えば、ハイパスフィルタなどから構成され、その電圧検出回路がＨＩＤランプ１に印加されている電圧を検出すると、図６（ｂ）に示すように、その電圧の変動分を抽出する（ステップＳＴ２）。
なお、放電ランプの電圧は、ストレートアークが維持されている状態では、安定でありほとんど変化しない。しかし、一旦、ストレートアークが維持されなくなると、図６（ａ）に示すように激しく電圧が変化し、電圧変動分抽出回路から図６（ｂ）に示すような信号が出力される。
放電安定性判定回路４は、電圧検出回路により検出された電圧を示すランプ電圧信号と、電圧変動分抽出回路により抽出された電圧の変動分を示す放電不安定性信号Ｖｕとを周波数シフト量決定回路５に出力する。
【００２９】
周波数シフト量決定回路５は、放電安定性判定回路４からランプ電圧信号と放電不安定性信号Ｖｕを受けると、次のようにして、点灯周波数の周波数シフト量を決定する。図７は周波数シフト量決定回路５の処理内容を示すフローチャートである。
即ち、周波数シフト量決定回路５は、放電安定性判定回路４からランプ電圧信号と放電不安定性信号Ｖｕを受けると、そのランプ電圧信号が示す電圧と基準電圧Ｖｘを比較する（ステップＳＴ１１）。
【００３０】
ここで、基準電圧Ｖｘは、図８（ａ）のランプ特性図が示すように、ストレートアークを形成する周波数の中で、最大の周波数に対応するランプ電圧に相当するものである。
図８（ａ）のランプ特性図からも分かるように、ＨＩＤランプ１のランプ電圧が基準電圧Ｖｘより小さい領域では、ストレートアークを形成する周波数がランプ電圧の増加に伴って単調に増加する傾向にある。一方、ランプ電圧が基準電圧Ｖｘより大きい領域では、ストレートアークを形成する周波数がランプ電圧の増加に伴って単調に減少する傾向にある。
【００３１】
周波数シフト量決定回路５は、ランプ電圧信号が示す電圧が基準電圧Ｖｘより小さい場合、点灯周波数のシフト方向を増加の方向に設定するため、係数Ｖｖを“１”に設定する（ステップＳＴ１２）。
一方、ランプ電圧信号が示す電圧が基準電圧Ｖｘより大きい場合には、点灯周波数のシフト方向を減少の方向に設定するため、係数Ｖｖを“−１”に設定する（ステップＳＴ１３）。
周波数シフト量決定回路５は、上記のようにして、係数Ｖｖを設定すると、その係数Ｖｖを放電安定性判定回路４から出力された放電不安定性信号Ｖｕに乗算し（ステップＳＴ１４）、乗算後の放電不安定性信号Ｖｕ×Ｖｖを点灯周波数の周波数シフト量として周波数設定回路６に出力する。
なお、放電安定性判定回路４から出力された放電不安定性信号Ｖｕに係数Ｖｖが乗算されることにより、周波数シフト量に正負の符号が付けられることになる。このため、ランプ電圧が基準電圧Ｖｘより小さいときは、後段の処理で点灯周波数を増加するように割り当てられ、ランプ電圧が基準電圧Ｖｘより大きいときは、後段の処理で点灯周波数を減少するように割り当てられる。
【００３２】
ここでは、基準電圧Ｖｘが１つであるものについて示したが、ＨＩＤランプ１のランプ特性図が図８（ｂ）のような特性である場合、基準電圧Ｖｘの他に、基準電圧Ｖｙを設けるようにする。
図８（ｂ）のような特性である場合、ＨＩＤランプ１のランプ電圧が基準電圧Ｖｘより小さい領域では、ストレートアークを形成する周波数がランプ電圧の増加に伴って単調に増加する傾向する。また、ランプ電圧が基準電圧Ｖｘより大きく、かつ、基準電圧Ｖｙより小さい領域では、ストレートアークを形成する周波数はほとんど変化しない。
ランプ電圧が基準電圧Ｖｙより大きい領域では、ストレートアークを形成する周波数がランプ電圧の増加に伴って単調に減少する傾向にある。
【００３３】
そこで、周波数シフト量決定回路５は、ランプ電圧信号が示す電圧が基準電圧Ｖｘより小さい場合、点灯周波数のシフト方向を増加の方向に設定するため、係数Ｖｖを“１”に設定する。
また、ランプ電圧信号が示す電圧が基準電圧Ｖｘより大きく、かつ、ランプ電圧信号が示す電圧が基準電圧Ｖｙより小さい場合、点灯周波数を一定量スイープさせて安定性を増すため、係数Ｖｖを“０”に設定する。
また、ランプ電圧信号が示す電圧が基準電圧Ｖｙより大きい場合には、点灯周波数のシフト方向を減少の方向に設定するため、係数Ｖｖを“−１”に設定する。
【００３４】
周波数設定回路６は、図９に示すように、予めランプ電圧に対応する点灯周波数を示す周波数設定テーブルを記憶している。即ち、ストレートアークを維持する音響的共鳴周波数（例えば、図４の特性の周波数）のガイドラインを示す周波数設定テーブルを記憶している。
周波数設定回路６は、放電安定性判定回路４から周波数シフト量決定回路５を介してランプ電圧信号を受けると、その周波数設定テーブルを参照して、そのランプ電圧信号が示す電圧に対応する点灯周波数を特定する。
例えば、ランプ電圧信号が示す電圧が３０Ｖであれば、点灯周波数を“８５”に特定し、ランプ電圧信号が示す電圧が４０Ｖであれば、点灯周波数を“９０”に特定する。
【００３５】
周波数設定回路６は、周波数シフト量決定回路５により決定された周波数シフト量が零であれば、その特定した点灯周波数を示す周波数設定信号を電圧／周波数変換回路７に出力する。
一方、周波数シフト量決定回路５により決定された周波数シフト量が零でなければ、その特定した点灯周波数を補正するため、その周波数シフト量を当該点灯周波数に加算し、加算後の点灯周波数を示す周波数設定信号を電圧／周波数変換回路７に出力する。
なお、周波数設定回路６は、零以外の周波数シフト量を点灯周波数に加算して、その点灯周波数を補正したときは、周波数設定テーブルに記憶されている点灯周波数を補正後の点灯周波数に書き換える処理を実施する。
補正後の点灯周波数に書き換えられた周波数設定テーブルは、次回の点灯時のガイドラインとして利用されるため、次回からより安定的にストレートアークを維持することができるようになる。
【００３６】
電圧／周波数変換回路７は、周波数設定回路６から周波数設定信号を受けると、その周波数設定信号に応じた基本周波数をＤＵＴＹ設定回路８に出力する。
ＤＵＴＹ設定回路８は、電圧／周波数変換回路７から基本周波数を受けると、その基本周波数とＤｕｔｙ設定値にしたがって高周波インバータ装置３のデューティを設定することにより、周波数シフト量が加算された点灯周波数でＨＩＤランプ１が点灯されるように高周波インバータ装置３を制御する。
【００３７】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、ランプ電圧に対応する点灯周波数が記憶されている周波数設定テーブルを参照して、放電安定性判定回路４の電圧検出回路により検出された電圧に対応する点灯周波数を特定し、放電安定性判定回路４の電圧変動分抽出回路により抽出された電圧の変動分に応じて当該点灯周波数をシフトし、そのシフトした点灯周波数でＨＩＤランプ１を点灯するように構成したので、ＨＩＤランプ１の点灯始動から定常点灯に至る全期間に亘って光のちらつきの発生を招くことなく、安定的に点灯させることができる効果を奏する。
【００３８】
また、この実施の形態１によれば、周波数設定テーブルには、光束立ち上げ期間における低インピーダンス期間ではランプ電圧の上昇に伴って点灯周波数を高め、光束立ち上げ期間における高インピーダンス期間ではランプ電圧の上昇に伴って点灯周波数を下げる内容が初期設定されているので、１回目の点灯時から安定的にストレートアークを維持することができる効果を奏する。
【００３９】
また、この実施の形態１によれば、周波数設定回路６が零以外の周波数シフト量を点灯周波数に加算して、その点灯周波数を補正したときは、周波数設定テーブルに記憶されている点灯周波数を補正後の点灯周波数に書き換える処理を実施するように構成したので、次回の点灯時には更新された周波数設定テーブルが参照されて、次回からより安定的にストレートアークを維持することができる効果を奏する。
また、ＨＩＤランプ１の経時劣化に対しても適宜周波数設定テーブルが書き換えられるので、寿命末期まで確実にストレートアークを維持していくことが可能になる。
なお、周波数設定テーブルの初期値として、仮に、ランプ電圧に関わらず一定値が設定されているとしても、電圧変動を検出して必要な周波数シフト量を随時決定しているので、２回目以降の点灯時においては、ランプ電圧が基準電圧Ｖｘまでは周波数が上昇するような設定値に周波数設定テーブルが更新され、ランプ電圧が基準電圧Ｖｘ以降では周波数が低下するような設定値に周波数設定テーブルが更新されているはずである。
【００４０】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、周波数シフト量決定回路５から出力される周波数シフト量の符号については、放電安定性判定回路４の電圧検出回路により検出された電圧を示すランプ電圧信号に応じて変化するが、その周波数シフト量の絶対値は、放電安定性判定回路４から出力された放電不安定性信号Ｖｕと同じであるものについて説明している。
したがって、放電不安定性信号Ｖｕが大きければ、点灯周波数のシフト量も大きくなり、放電の不安定性がより速く改善される。
しかしながら、放電不安定性信号Ｖｕが大きくても、必ずしも周波数シフト量を大きくすべきとは限らない。
【００４１】
そこで、この実施の形態２では、周波数シフト量決定回路５が、次のようにして、周波数シフト量を決定するようにしている。図１０は周波数シフト量決定回路５の処理内容を示すフローチャートである。
即ち、周波数シフト量決定回路５は、放電安定性判定回路４から放電不安定性信号Ｖｕを受けると、その放電不安定性信号ＶｕがＶｕ＞０であれば（ステップＳＴ２１）、その放電不安定性信号Ｖｕを一律に“１”に設定する（ステップＳＴ２２）。
一方、放電不安定性信号ＶｕがＶｕ≦０であれば（ステップＳＴ２１）、その放電不安定性信号Ｖｕを一律に“０”に設定する（ステップＳＴ２３）。
【００４２】
また、周波数シフト量決定回路５は、放電安定性判定回路４から出力されたランプ電圧信号が示す電圧と基準電圧Ｖｘを比較する（ステップＳＴ２４）。
周波数シフト量決定回路５は、ランプ電圧信号が示す電圧が基準電圧Ｖｘより小さい場合、点灯周波数のシフト方向を増加の方向に設定するため、係数Ｖｖを“Ｋ”に設定する（ステップＳＴ２５）。ただし、Ｋは正の定数である。
一方、ランプ電圧信号が示す電圧が基準電圧Ｖｘより大きい場合には、点灯周波数のシフト方向を減少の方向に設定するため、係数Ｖｖを“−Ｍ”に設定する（ステップＳＴ２６）。ただし、Ｍは正の定数である。
【００４３】
周波数シフト量決定回路５は、上記のようにして、係数Ｖｖを設定すると、その係数Ｖｖを“１”又は“０”に設定した放電不安定性信号Ｖｕに乗算し（ステップＳＴ２７）、乗算後の放電不安定性信号Ｖｕ×Ｖｖを点灯周波数の周波数シフト量として周波数設定回路６に出力する。
これにより、周波数設定回路６においては、一定量の周波数シフト量が入力されることになるため、応答は遅れるが、より確実に放電をストレートアークに誘導することが可能になる。
【００４４】
また、周波数シフト量決定回路５が、次のようにして、周波数シフト量を決定するようにしてもよい。図１１は周波数シフト量決定回路５の処理内容を示すフローチャートである。
図４（ａ）は、ランプ電圧が基準電圧Ｖｘより低い場合、放電をストレートアークにするための点灯周波数の変化が大きいが、ランプ電圧が基準電圧Ｖｘより大きい場合、放電をストレートアークにするための点灯周波数の変化が小さくなる。
図１１の周波数シフト量決定回路５は、図４（ａ）に示す特性を考慮して処理を実施する。
【００４５】
即ち、周波数シフト量決定回路５は、周波数シフト量決定回路５は、放電安定性判定回路４から出力されたランプ電圧信号が示す電圧と基準電圧Ｖｘを比較する（ステップＳＴ３１）。
周波数シフト量決定回路５は、ランプ電圧信号が示す電圧が基準電圧Ｖｘより小さい場合、点灯周波数のシフト方向を増加の方向に設定するため、係数Ｖｖを“Ｋ”に設定する（ステップＳＴ３２）。ただし、Ｋは正の定数である。
一方、ランプ電圧信号が示す電圧が基準電圧Ｖｘより大きい場合には、点灯周波数のシフト方向を減少の方向に設定するため、係数Ｖｖを“−Ｍ”に設定する（ステップＳＴ３３）。ただし、Ｍは正の定数であり、Ｋ＞Ｍである。
【００４６】
周波数シフト量決定回路５は、上記のようにして、係数Ｖｖを設定すると、放電安定性判定回路４から出力された放電不安定性信号Ｖｕに乗算する（ステップＳＴ３４）。即ち、ランプ電圧信号が示す電圧が基準電圧Ｖｘより小さい場合、絶対値が大きな係数Ｖｖ＝Ｋを乗算し、ランプ電圧信号が示す電圧が基準電圧Ｖｘより大きい場合、絶対値が小さな係数Ｖｖ＝−Ｍを乗算する。
これにより、ランプ電圧信号が示す電圧が基準電圧Ｖｘより小さい場合には、周波数シフト量がより大きくなり、放電をストレートアークに誘導する応答を速くすることができる。
なお、図１２は図１０と図１１の処理を組み合わせたものであり、放電不安定性信号を“１”又は“０”に変換し、さらに、ランプ電圧に対して重みをつけたものである。これにより、図７の応答性を改善することが可能となる。
【００４７】
周波数シフト量決定回路５の処理内容を図１０〜図１２のようにすれば、図１３や図１４のような特性が得られることになる。
図１３はランプ電圧が基準電圧Ｖｘより小さい場合の放電不安定性信号と周波数の変化の様子を示す説明図である。
放電不安定性信号が発生すると周波数が増加し、放電をストレートアークに誘導して安定化する。
図１４はランプ電圧に対する点灯周波数の特性を示す説明図である。
第１回目の放電では、初期設定で定められたガイドラインにしたがって点灯周波数が設定され、放電の途中で発生する放電不安定性信号によって点灯周波数がシフトされていく様子を示している。
【００４８】
そのタイミング毎に周波数設定テーブルが書き換えられる。第２回目の点灯時には、書き換えられた周波数設定テーブルにより放電の点灯周波数が設定され、さらに放電の途中で発生する放電不安定性信号によって点灯周波数がシフトされ、また周波数設定テーブルが書き換えられる。この操作を繰り返していくことにより、より安定な周波数設定テーブルが形成され、確実にストレートアークを維持していくことが可能となる。
【００４９】
実施の形態３．
上記実施の形態１では、基準電圧Ｖｘ，Ｖｙを定めて、点灯周波数をシフトする方向を予め定めているものについて示した。これは、周波数設定テーブルのガイドラインを各ＨＩＤランプの最も小さいであろう点灯周波数に設定していることによる。
つまり、ランプ電圧が基準電圧Ｖｘより小さいときは、点灯周波数を増加する方向がより確かなものとなり、基準電圧Ｖｘ以降のポイントにおいては、点灯周波数を減少する方向がより確かなものとなるとの考えに基づいている。
しかしながら、ＨＩＤランプ１によっては、これらの考え方に当てはまらないものも想定されるし、経時的な劣化が発生すると、基準電圧Ｖｘ，Ｖｙの値そのものが変化してくることも十分に想定される。
したがって、周波数シフトの方向を一義的に決めてしまうのは非常に危険であり、放電をストレートアークに維持できるＨＩＤランプの範囲を狭めてしまう可能性も否定できない。
【００５０】
そこで、この実施の形態３では、初期設定で決められたガイドラインにしたがって第１回目の放電を実施し、常に、ランプ電圧が最小となるように点灯周波数をシフトし、そのシフト量にしたがって周波数設定テーブルを書き換えていくように構成している。
これにより、ストレートアークは、湾曲したアークよりアーク長が短くなるため、ランプ電圧としては小さくなる。
したがって、ランプ電圧が小さくなるように周波数をシフトしていくことができれば、放電をストレートアークに維持することができる。
【００５１】
図１５はこの発明の実施の形態３による放電ランプ点灯装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
図において、周波数スイング回路１１は点灯周波数のスイング量を示すスイング信号を加算器１２に出力する一方、ＨＩＤランプ１に印加されている電圧のうち最小電圧をとる点灯周波数を検出し、その点灯周波数のスイング量を周波数シフト量として周波数設定回路６に出力する。
加算器１２は周波数設定回路６から出力された周波数設定信号と周波数スイング回路１１から出力されたスイング信号を加算して、その加算信号を電圧／周波数変換回路７に出力する。
【００５２】
図１６は周波数スイング回路１１の内部を示す構成図であり、図において、スイング信号発振回路２１は点灯周波数のスイング量を示すスイング信号を発振する。なお、スイング信号発振回路２１及び加算器１２から周波数スイング手段が構成されている。
電圧検出回路２２はＨＩＤランプ１に印加されている電圧を検出する。なお、電圧検出回路２２は電圧検出手段を構成している。
【００５３】
最小電圧タイミング判定回路２３はＨＩＤランプ１に印加されている電圧のうち最小電圧をとる点灯周波数の検出処理を実施し、最小電圧をとる点灯周波数を検出すると、タイミング信号ＴＬｍｉｎをサンプルホールド回路２４に出力する。
サンプルホールド回路２４は最小電圧タイミング判定回路２３からタイミング信号ＴＬｍｉｎを受けると、そのときスイング信号発振回路２１から発振されたスイング信号が示すスイング量をホールドし、そのスイング量を周波数シフト量として周波数設定回路６に出力する。
なお、最小電圧タイミング判定回路２３及びサンプルホールド回路２４からスイング量ホールド手段が構成されている。
【００５４】
次に動作について説明する。
まず、周波数スイング回路１１のスイング信号発振回路２１は、点灯周波数のスイング量を示すスイング信号を発振する。
加算器１２は、周波数設定回路６から周波数設定信号が出力され、かつ、周波数スイング回路１１からスイング信号が出力されると、その周波数設定信号とスイング信号を加算して、その加算信号を電圧／周波数変換回路７に出力する。
これにより、点灯周波数がスイングされた高周波電圧によってＨＩＤランプ１が駆動される。
図１７は点灯周波数のスイングによってランプ電圧が最小になる様子を示しており、放電がストレートアークでない場合に点灯周波数をスイングすると、その点灯周波数の変化に応じてアークの状態が変化し、必ず最低の電圧をとる点灯周波数が存在する。
【００５５】
周波数スイング回路１１の電圧検出回路２２は、ＨＩＤランプ１に印加されている電圧を検出する。
周波数スイング回路１１の最小電圧タイミング判定回路２３は、電圧検出回路２２により検出された電圧のうち、最小電圧をとる点灯周波数の検出処理を実施する。
即ち、最小電圧タイミング判定回路２３は、図１８に示すように、最小電圧の検出を容易にするために、ＨＩＤランプ１に印加されている電圧を反転して、その反転電圧の最大電圧を検出することにより、ＨＩＤランプ１に印加されている電圧の最小電圧を検出する。
最小電圧タイミング判定回路２３は、反転電圧の最大電圧の検出タイミングをトリガにして、タイミング信号ＴＬｍｉｎをサンプルホールド回路２４に出力する。
【００５６】
周波数スイング回路１１のサンプルホールド回路２４は、最小電圧タイミング判定回路２３からタイミング信号ＴＬｍｉｎを受けると、そのときスイング信号発振回路２１から発振されたスイング信号が示すスイング量をホールドし、そのスイング量を周波数シフト量として周波数設定回路６に出力する。
周波数設定回路６は、サンプルホールド回路２４からスイング量である周波数シフト量を受けると、上記実施の形態１と同様に、ランプ電圧に対応する点灯周波数に当該周波数シフト量を加算し、加算後の点灯周波数を示す周波数設定信号を電圧／周波数変換回路７に出力する。
また、周波数設定回路６は、零以外の周波数シフト量を点灯周波数に加算して、その点灯周波数を補正したときは、上記実施の形態１と同様に、周波数設定テーブルに記憶されている点灯周波数を補正後の点灯周波数に書き換える処理を実施する。
【００５７】
このような動作によって、放電が常に最小電圧となる点灯周波数に誘導され、常にストレートアークを維持し続けることになる。
図１９はこの実施の形態３の構成によって得られるランプ電圧と点灯周波数の関係を示している。
上記実施の形態１では、例えば、ランプ電圧が基準電圧Ｖｘ以下のときは、点灯周波数のシフトが増加方向のみであったが、この実施の形態３では、ランプ電圧が基準電圧Ｖｘ以下の領域で点灯周波数がガイドラインより低下することもある。また、基準電圧Ｖｙ以上の領域でも点灯周波数が増加することもあり得る。
この実施の形態３によれば、いかなるＨＩＤランプ１であっても、また、ＨＩＤランプ１に経時変化があっても、確実にストレートアークを維持することができ、安定した放電特性を得ることが可能となる。
【００５８】
実施の形態４．
上記実施の形態１では、ランプ電圧に対応する点灯周波数が記憶されている周波数設定テーブルを参照して、放電安定性判定回路４の電圧検出回路により検出された電圧に対応する点灯周波数を特定し、放電安定性判定回路４の電圧変動分抽出回路により抽出された電圧の変動分に応じて当該点灯周波数をシフトするものについて示したが、周波数設定テーブルに記憶されているランプ電圧と点灯周波数の対応関係が適正であれば、電圧の変動分に応じて点灯周波数をシフトする処理を実施しなくても、ＨＩＤランプ１の点灯始動から定常点灯に至る全期間に亘って光のちらつきの発生を招くことなく、安定的に点灯させることができる。
【００５９】
そこで、この実施の形態４では、周波数設定回路６が放電安定性判定回路４の電圧検出回路により検出された電圧に対応する点灯周波数を特定するに際して、光束立ち上げ期間における低インピーダンス期間ではランプ電圧の上昇に伴って点灯周波数を高め、光束立ち上げ期間における高インピーダンス期間ではランプ電圧の上昇に伴って点灯周波数を下げる内容が初期設定されている周波数設定テーブルを参照するようにしている。
これにより、上記実施の形態１よりも、周波数設定テーブルの設定内容を厳格に定める必要があるが、電圧の変動分の抽出処理や点灯周波数のシフト処理などが不要になり、構成の簡略化を図ることができる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】この発明の実施の形態１による放電ランプ点灯装置を示す構成図である。
【図２】ＨＩＤランプを点灯する際のランプインピーダンスの変化と、各インピーダンスにおけるランプの状態を示す説明図である。
【図３】ランプインピーダンスと音響的共鳴周波数の関係の測定結果を示す説明図である。
【図４】ＨＩＤランプの特性を示す説明図である。
【図５】放電安定性判定回路の処理内容を示すフローチャートである。
【図６】共鳴の不安定による電圧変動を示す説明図である。
【図７】周波数シフト量決定回路の処理内容を示すフローチャートである。
【図８】ＨＩＤランプのランプ特性図と基準電圧を示す説明図である。
【図９】周波数設定テーブルを有する周波数設定回路を示す説明図である。
【図１０】周波数シフト量決定回路の処理内容を示すフローチャートである。
【図１１】周波数シフト量決定回路の処理内容を示すフローチャートである。
【図１２】周波数シフト量決定回路の処理内容を示すフローチャートである。
【図１３】ランプ電圧が基準電圧Ｖｘより小さい場合の放電不安定性信号と周波数の変化の様子を示す説明図である。
【図１４】ランプ電圧に対する点灯周波数の特性を示す説明図である。
【図１５】この発明の実施の形態３による放電ランプ点灯装置を示す構成図である。
【図１６】周波数スイング回路の内部を示す構成図である。
【図１７】点灯周波数のスイングによってランプ電圧が最小になる様子を示す説明図である。
【図１８】最小電圧タイミング判定回路の処理内容を示す説明図である。
【図１９】ランプ電圧と点灯周波数の関係を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６１】
１  ＨＩＤランプ（高輝度放電ランプ）、２  電源（ランプ点灯手段）、３  高周波インバータ装置（ランプ点灯手段）、４  放電安定性判定回路（電圧検出手段、電圧変動分抽出手段）、５  周波数シフト量決定回路（周波数補正手段）、６  周波数設定回路（周波数補正手段、テーブル更新手段、点灯周波数特定手段）、７  電圧／周波数変換回路（ランプ点灯手段）、８  ＤＵＴＹ設定回路（ランプ点灯手段）、１１  周波数スイング回路、１２  加算器（周波数スイング手段）、２１  スイング信号発振回路（周波数スイング手段）、２２  電圧検出回路（電圧検出手段）、２３  最小電圧タイミング判定回路（スイング量ホールド手段）、２４  サンプルホールド回路（スイング量ホールド手段）。
【図１】
2006185808.tif 000003
【図２】
2006185808.tif 000004
【図３】
2006185808.tif 000005
【図４】
2006185808.tif 000006
【図５】
2006185808.tif 000007
【図６】
2006185808.tif 000008
【図７】
2006185808.tif 000009
【図８】
2006185808.tif 000010
【図９】
2006185808.tif 000011
【図１０】
2006185808.tif 000012
【図１１】
2006185808.tif 000013
【図１２】
2006185808.tif 000014
【図１３】
2006185808.tif 000015
【図１４】
2006185808.tif 000016
【図１５】
2006185808.tif 000017
【図１６】
2006185808.tif 000018
【図１７】
2006185808.tif 000019
【図１８】
2006185808.tif 000020
【図１９】
2006185808.tif 000021