(57)【要約】【課題】電極に付着するタングステンの付着量を制御して、電力を一定に保つために、制限電流値を越える電流を通電する必要がなく、高圧放電灯の明るさを低下させることなく一定に保つことができる点灯装置を提供することを目的としている。【解決手段】交流変換回路２３には、交流ランプ電圧の電圧値に応じて、交流ランプ電圧の電圧周波数を変化させる周波数制御回路３４を設けており、交流ランプ電圧の電圧値が基準値よりも低下した場合は、交流ランプ電圧の電圧周波数を上昇させるよう制御する構成である。【選択図】図１
2006185663.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧放電灯に交流ランプ電圧を印加する交流変換回路を備え、前記交流ランプ電圧の電圧値に応じて、前記交流ランプ電圧の電圧周波数を変化させる周波数制御回路を設けた点灯装置。
【請求項２】
前記周波数制御回路では、前記交流ランプ電圧の電圧値が基準値よりも低下した場合は、前記交流ランプ電圧の電圧周波数を上昇させる請求項１記載の点灯装置。
【請求項３】
前記周波数制御回路では、前記交流ランプ電圧の電圧値が基準値よりも上昇した場合は、前記交流ランプ電圧の電圧周波数を低下させる請求項１記載の点灯装置。
【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等の高圧放電灯を各種電子機器に搭載した点灯装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
以下、従来の点灯装置について図面を参照しながら説明する。
【０００３】
図７は従来の点灯装置のブロック図、図８は同点灯装置の等価回路図、図９は同点灯装置の動作波形図である。
【０００４】
図７、図８において、従来の点灯装置は、高圧水銀ランプ等の高圧放電灯１と、高圧放電灯１の初期始動用の交流始動電圧を印加するイグナイタ回路２と、高圧放電灯１の通常始動用の交流ランプ電圧を印加する交流変換回路３とを備えている。
【０００５】
また、上記の交流変換回路３には、駆動用の駆動回路４を接続するとともに、制御回路５からのＰＷＭ制御信号によって、直流電源の電圧を数十ｋＨｚの高周波の電圧に変換し平滑して、所望の出力電圧を発生させるＤＣ−ＤＣコンバータ回路６を接続している。
【０００６】
この交流変換回路３は、直列に接続した第１スイッチ７および第２スイッチ８と、直列に接続した第３スイッチ９および第４スイッチ１０とを互いに並列接続し、かつ、高圧放電灯１の一端側を第１スイッチ７と第２スイッチ８との間に接続するとともに、高圧放電灯１の他端側を第３スイッチ９と第４スイッチ１０との間に接続して形成したものである。
【０００７】
さらに、この交流変換回路３には直流電圧を印加するが、交流変換回路３に接続した駆動回路４によって、第１スイッチ７〜第４スイッチ１０の通電の切り替えタイミングを制御して駆動させており、第１スイッチ７から高圧放電灯１を介して第４スイッチ１０へ通電する第１通電と、第３スイッチ９から高圧放電灯１を介して第２スイッチ８へ通電する第２通電とを交互に切り替えることによって、通常始動用の交流ランプ電圧を高圧放電灯に印加している。
【０００８】
このとき、点灯装置の動作波形は、図９に示すようになる。
【０００９】
高圧放電灯１に印加される通常始動用の交流ランプ電圧の電圧波形と、高圧放電灯１に通電される通常始動用の交流ランプ電流の電流波形とは、略相似形であって、ともに矩形状となる。
【００１０】
上記の高圧放電灯の一般的な構成は、以下の通りである。
【００１１】
一般的な高圧放電灯は、図１０に示すように、石英ガラスからなる発光管１１と、この発光管１１の両端から延在する封止部１２と、この封止部１２からリード部１３を介して発光管１１に突出させた一対の電極１４とを有している。
【００１２】
発光管１１の内部には、水銀、アルゴン等の希ガス、臭素等の微量のハロゲンが封入されており、電極１４は、タングステンからなっている。
【００１３】
この高圧放電灯１の動作原理は、一対の電極１４間に初期始動用の交流始動電圧が印加されると、電極１４間が絶縁破壊して放電路が形成され、その後、通常始動用の交流ランプ電圧の印加によって、電極１４間にアーク放電が発生する。この放電によって、発光管１１内の温度が上昇し、水銀が加熱・気化され、電極１４間のアーク中心部で水銀原子が励起されて発光するものである。高圧放電灯１の水銀蒸気圧が高いほど、プロジェクタ等の光源として適しているが、発光管１１の物理的耐圧強度の観点から、１５〜２０ＭＰａ（１５０〜２００気圧）程度の範囲の水銀蒸気圧に設計されることが多い。
【００１４】
この発光管１１内では、アーク放電による電極の温度上昇によって、タングステンが蒸発して発光管１１の内壁に付着する。この発光管１１内に付着したタングステンは、発光管１１内に封入したハロゲンと反応して、ハロゲン化タングステンになるとともに、このハロゲン化タングステンは発光管１１内を浮遊し、温度の高い電極１４の先端に達すると、再び、もとのハロゲンとタングステンに解離して、タングステンは電極１４の先端に戻る。いわゆるハロゲンサイクルが繰り返される。
【００１５】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１、特許文献２が知られている。
【特許文献１】特開２００４−８７４７３号公報
【特許文献２】特開２００４−１３４１７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
上記構成では、いわゆるハロゲンサイクルの過程において、再び、タングステンが電極１４の先端に戻る際、図１１に示すように、一対の電極１４間が短くなる方向にタングステンの付着物１５が形成されると、高圧放電灯１に印加される交流ランプ電圧の電圧値が低下し、高圧放電灯１に通電される電流が大きくなる。
【００１７】
一般的に、点灯装置では、図１２に示すように、高圧放電灯１に印加される交流ランプ電圧が変化した場合、高圧放電灯の明るさを一定に保つように、高圧放電灯に通電される交流ランプ電流を制御（電力が一定になるように制御）している。この際、交流ランプ電圧の電圧特性波１６と交流ランプ電流の電流特性波１７とは互いに相関関係を有する。しかし、交流ランプ電圧の電圧値が低下しすぎて（底電圧値（Ｌ））、交流ランプ電流が過剰に大きくなると（高電流値（Ｈ））、点灯装置に用いる電子部品を破壊する可能性があるために、交流ランプ電流には制限電流値（Ｉ（ｍａｘ））が規定されている。
【００１８】
すなわち、ハロゲンサイクルの過程において、一対の電極１４間が短くなる方向にタングステンの付着物１５が形成された場合は、付着量によって、交流ランプ電圧の電圧値が非常に低下し、電力を一定に保つために、交流ランプ電流の制限電流値（Ｉ（ｍａｘ））を越える電流を通電する必要の生じる場合がある。
【００１９】
しかし、この場合、制限電流値（Ｉ（ｍａｘ））を越える電流は電子部品の保護のために通電されないよう制御されるため、電力が低下して、高圧放電灯の明るさが低下するという問題点を有していた。
【００２０】
本発明は上記問題点を解決するもので、電極に付着するタングステンの付着量を制御して、電力を一定に保つために、制限電流値を越える電流を通電する必要がなく、高圧放電灯の明るさを低下させることなく一定に保つことができる点灯装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明は上記問題点を解決するために、特に、交流ランプ電圧の電圧値に応じて、前記交流ランプ電圧の電圧周波数を変化させる周波数制御回路を設けた構成である。
【発明の効果】
【００２２】
上記構成により、交流ランプ電圧の電圧値が基準値よりも低下した場合、交流ランプ電圧の電圧周波数を上昇させると、電極に付着するタングステンの付着量を減少させることができ、また、交流ランプ電圧の電圧値が基準値よりも上昇した場合、交流ランプ電圧の電圧周波数を低下させると、電極に付着するタングステンの付着量を増加させることができる。
【００２３】
すなわち、交流ランプ電圧の電圧周波数を変化させることにより、タングステンの付着量を制御することができ、電力を一定に保つために、制限電流値を越える電流を通電する必要がなく、高圧放電灯の明るさを低下させることなく一定に保つことができる点灯装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を用いて、本発明の全請求項に記載の発明について図面を参照しながら説明する。
【００２５】
図１は本発明の一実施の形態における点灯装置のブロック図、図２は同点灯装置の等価回路図である。
【００２６】
図１、図２において、本発明の一実施の形態における点灯装置は、高圧水銀ランプ等の高圧放電灯２１と、高圧放電灯２１の初期始動用の交流始動電圧を印加するイグナイタ回路２２と、高圧放電灯２１の通常始動用の交流ランプ電圧を印加する交流変換回路２３とを備えている。
【００２７】
イグナイタ回路２２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路２６から発生した所望の電圧を、バリスタ、アレスタ等スイッチ素子とコンデンサを用いて交流変換し、一次巻線２７と二次巻線２８を有するトランス２９を用いて、初期始動用の交流ランプ電圧として高圧放電灯２１に印加している。
【００２８】
また、交流変換回路２３には、駆動用の駆動回路２４を接続するとともに、制御回路２５からのＰＷＭ制御信号によって、直流電源の電圧を数十ｋＨｚの高周波の電圧に変換し平滑して、所望の出力電圧を発生させる上記のＤＣ−ＤＣコンバータ回路２６を接続している。
【００２９】
この交流変換回路２３は、直列に接続した第１スイッチ３０および第２スイッチ３１と、直列に接続した第３スイッチ３２および第４スイッチ３３とを互いに並列接続し、かつ、高圧放電灯２１の一端側をトランス２９の二次巻線２８を介して第１スイッチ３０と第２スイッチ３１との間に接続するとともに、高圧放電灯２１の他端側を第３スイッチ３２と第４スイッチ３３との間に接続して形成したものである。第１スイッチ３０〜第４スイッチ３３にはＦＥＴを用いている。
【００３０】
さらに、この交流変換回路２３には直流電圧を印加するが、交流変換回路２３に接続した駆動回路２４によって、第１スイッチ３０〜第４スイッチ３３の通電の切り替えタイミングを制御して駆動させており、第１スイッチ３０から高圧放電灯２１を介して第４スイッチ３３へ通電する第１通電と、第３スイッチ３２から高圧放電灯２１を介して第２スイッチ３１へ通電する第２通電とを交互に切り替えることによって、通常始動用の交流ランプ電圧を高圧放電灯２１に印加している。
【００３１】
特に、交流変換回路２３には、交流ランプ電圧の電圧値に応じて、交流ランプ電圧の電圧周波数を変化させる周波数制御回路３４を設けており、交流ランプ電圧の電圧値が基準値よりも低下した場合は、交流ランプ電圧の電圧周波数を上昇させるように制御している。交流ランプ電圧の電圧値は、常時、モニタ回路３５によって検知しており、検知した電圧値を周波数制御回路３４にフィードバックして、基準値の電圧値よりも低下していれば、交流ランプ電圧の電圧周波数を上昇させるようにしている。
【００３２】
上記の高圧放電灯２１の一般的な構成は、図１０に示すような構成であって、動作原理等は背景技術で述べた通りであるが、ハロゲンサイクルの過程において、ハロゲン化タングステンが、ハロゲンとタングステンに解離して、再び、タングステンが電極１４の先端に戻る際、交流ランプ電圧の電圧周波数が大きければ、図３に示すように、微量のタングステンが電極１４の先端に付着物３６として付着し、交流ランプ電圧の電圧周波数が小さければ、図４に示すように、多量のタングステンが電極１４の先端に付着物３６として付着する。
【００３３】
このとき、点灯装置の動作波形は、図５に示すようになる。
【００３４】
図５（ａ）は同点灯装置の高圧放電灯に印加する通常始動用の交流ランプ電圧の電圧波形図、図５（ｂ）は同点灯装置の高圧放電灯に印加する通常始動用の交流ランプ電流の電流波形図、図５（ｃ）は同点灯装置の交流変換回路の第１スイッチのＯＮ−ＯＦＦ切り替えを示す信号波形図、図５（ｄ）は同点灯装置の交流変換回路の第２スイッチのＯＮ−ＯＦＦ切り替えを示す信号波形図、図５（ｅ）は同点灯装置の交流変換回路の第３スイッチのＯＮ−ＯＦＦ切り替えを示す信号波形図、図５（ｆ）は同点灯装置の交流変換回路の第４スイッチのＯＮ−ＯＦＦ切り替えを示す信号波形図である。
【００３５】
交流ランプ電圧の電圧値が低下した際には、図５（ｃ）〜図５（ｆ）に示すように、第１スイッチ３０〜第４スイッチ３３のＯＮ-ＯＦＦ切り替えを制御することによって、図５（ａ）に示すように、交流ランプ電圧波３７の電圧周波数を上昇させるとともに（高周波数帯（Ｈ））、図５（ｂ）に示すように、交流ランプ電流波３８の電流周波数を上昇させている（高周波数帯（Ｈ））。高圧放電灯２１に印加される通常始動用の交流ランプ電圧の電圧波形と、高圧放電灯２１に通電される通常始動用の交流ランプ電流の電流波形とは、略相似形であって、ともに矩形状となる。
【００３６】
交流ランプ電圧の電圧周波数は、通常時は１５０Ｈｚ程度とし、電圧値が基準値よりも低下した場合は、交流ランプ電圧の電圧周波数を上昇させ、通常時の倍の３００Ｈｚ程度になるように制御されている。また、電圧値が基準値より上昇したら、再び、通常時の１５０Ｈｚ程度に戻している。
【００３７】
上記構成によれば、交流ランプ電圧の電圧周波数に応じたタングステンの付着量の制御によって、電極１４から蒸発するタングステンの蒸発量と、ハロゲンサイクルの過程で、再び、電極１４に付着するタングステンの付着量との割合を変化させることができる。
【００３８】
すなわち、交流ランプ電圧の電圧値が基準値よりも低下した場合、交流ランプ電圧の電圧周波数を上昇させれば、電極１４に付着するタングステンの付着量を意図的に減少させることができ、一対の電極１４間が短くなる方向にタングステンが付着しても、タングステンの付着量よりも蒸発量が多くなるように、交流ランプ電圧の電圧周波数を上昇させるように制御すれば、交流ランプ電圧の電圧値の低下を抑制できる。
【００３９】
図６に示すように、交流ランプ電圧の電圧値の低下を抑制できるので、電力を一定に保つために、制限電流値（Ｉ（ｍａｘ））を越える電流を通電する必要もなくなり、高圧放電灯２１の明るさを低下させることなく一定に保てる点灯装置を提供することができる（交流ランプ電圧の電圧特性波３７と交流ランプ電流の電流特性波３８とを正常値の範囲に保持できる）。
【００４０】
なお、交流ランプ電圧の電圧値が基準値よりも上昇した場合、交流ランプ電圧の電圧周波数を低下させれば、電極１４に付着するタングステンの付着量を増加させることができる。
【００４１】
特に、整数分周して、交流ランプ電圧の電圧周波数を低下させれば、交流ランプ電圧の電圧周波数にバラツキが生じていても（各々の矩形波の波長が完全に一致せず、バラツキが生じていても）、そのバラツキを吸収することができる。すなわち、各々の矩形波の波長にバラツキが生じていると、高圧放電灯２１の左右の電極に印加される交流ランプ電圧が異なり、電極１４に付着するタングステンの量も左右の電極１４によって異なるようになる。そして、電極１４間の光点（中心位置）がずれて、高圧放電灯２１から照射される光の焦点がずれるという問題を生じるが、分周することによって、これを抑制できる。
【００４２】
また、高圧放電灯２１は高圧水銀ランプの他、メタルハライドランプ等でも良い。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
以上のように本発明にかかる点灯装置は、高圧放電灯の明るさを低下させることなく一定に保つことができるので、各種電子機器に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施の形態における点灯装置のブロック図
【図２】同点灯装置の等価回路図
【図３】微量のタングステン付着時における高圧放電灯の断面図
【図４】多量のタングステン付着時における高圧放電灯の断面図
【図５】同点灯装置の動作波形図
【図６】同点灯装置の交流ランプ電圧と交流ランプ電流の関係を示す特性波形図
【図７】従来の点灯装置のブロック図
【図８】同点灯装置の等価回路図
【図９】同点灯装置の動作波形図
【図１０】高圧放電灯の断面図
【図１１】多量のタングステン付着時における高圧放電灯の断面図
【図１２】同点灯装置の交流ランプ電圧と交流ランプ電流の関係を示す特性波形図
【符号の説明】
【００４５】
２１  高圧放電灯
２２  イグナイタ回路
２３  交流変換回路
２４  駆動回路
２５  制御回路
２６  ＤＣ−ＤＣコンバータ回路
３４  周波数制御回路
３５  モニタ回路
【図１】
2006185663.tif 000003
【図２】
2006185663.tif 000004
【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】
2006185663.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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