(57)【要約】【課題】高輝度放電ランプの取り付け構造を変えることなく、二個の高輝度放電ランプの色合いのばらつきを簡単に合わせることができる高輝度放電ランプの点灯装置を提供する。【解決手段】矩形波電圧のパルス幅を調整する調整装置を設け、この調整装置で、矩形波電圧のパルス幅を制御することで、高輝度放電ランプに印加される矩形波電圧のパルス幅を換え、これにより高輝度放電ランプの発光色を調整するように構成した。【選択図】図１
2006040854.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高輝度放電ランプに低周波矩形波電圧を印加して、前記高輝度放電ランプを駆動する高輝度放電ランプの点灯装置において、
前記矩形波電圧のパルス幅を調整する調整装置を設け、前記調整装置で、前記矩形波電圧のパルス幅を制御することで、前記高輝度放電ランプの色合いを調整するように構成したことを特徴とする高輝度放電ランプの点灯装置。
【請求項２】
高輝度放電ランプに低周波矩形波電圧を印加して、前記高輝度放電ランプを駆動する高輝度放電ランプの点灯駆動方法であって、
前記高輝度放電ランプから出力されるスペクトルは、前記矩形波電圧の信号極性変換点（転流点）から所定の期間に出力される第一のスペクトルと、前記第一のスペクトルの発光に続いて出力される第二のスペクトルとからなり、
前記矩形波電圧のパルス幅を調整する調整装置を設け、前記調整装置で、前記矩形波電圧のパルス幅を制御することで、前記第一のスペクトルと第二のスペクトルとの混合比を変え、前記高輝度放電ランプの色合いを制御することを特徴とする高輝度放電ランプの点灯駆動方法。
【請求項３】
高輝度放電ランプに矩形波電圧を印加して、前記高輝度放電ランプを駆動する高輝度放電ランプの点灯装置であって、
前記矩形波電圧の信号極性変換点（転流点）を基準に、第一の信号期間と前記第一の信号期間に続く第二の信号期間を定め、前記第一の信号期間と前記第二の信号期間の合計を第三の信号期間と定めた高輝度放電ランプの点灯装置において、
前記第三の信号期間を周期的に発生せしめる信号発生手段と、
前記第一の信号期間と前記第二の信号期間の比率を変える比率変更手段とを有し、
前記比率変更手段により、前記信号発生手段から出力される矩形波電圧の前記第一の信号期間と前記第二の信号期間との比率を変えることで、前記高輝度放電ランプの色合いを制御するように構成したことを特徴とする高輝度放電ランプの点灯装置。
【請求項４】
高輝度放電ランプに矩形波電圧を印加して、前記高輝度放電ランプを駆動する高輝度放電ランプの点灯駆動方法であって、
前記矩形波電圧の信号極性変換点（転流点）を基準に、第一の信号期間と前記第一の信号期間に続く第二の信号期間を定め、前記第一の信号期間と前記第二の信号期間の合計を第三の信号期間と定めた高輝度放電ランプの点灯駆動方法において、
前記第三の信号期間を周期的に発生せしめ、
前記第一の信号期間で発生する前記高輝度放電ランプの第一のスペクトルと前記第二の信号期間で発生する前記高輝度放電ランプの第二のスペクトルとの割合を調整し、
これにより、前記第一の発光スペクトルと前記第二の発光スペクトルとのスペクトル混合比を変えることで、前記高輝度放電ランプの色合いを制御するように構成したことを特徴とする高輝度放電ランプの点灯駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動四輪車、自動二輪車のヘッドランプなど車両用に代表される、照明灯具の光源を点灯する高輝度放電ランプの点灯装置及びその点灯駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
照明灯具の光源は、高輝度放電ランプ（以下、ＨＩＤランプ（High Intensity Discharge）と略称する）と呼ばれている放電管である。以下、このＨＩＤランプを含む照明灯具を高輝度放電ランプの点灯装置（以下、ＨＩＤ点灯装置と略称する）と呼ぶ。
【０００３】
図４は、従来技術の交流点灯方式の構成図であり、図４に沿って背景技術を説明する。
【０００４】
通常、ＨＩＤランプ４は、二つの電極を具備し、電極間に定常的に放電を維持する為に、定格電圧数十Ｖから数百Ｖの電圧が信号路７０を経て印加される。さらには、ＨＩＤランプ４には、放電開始時点で、電極間に約２０ｋＶ程度の高電圧を短時間加えて絶縁破壊を起こし、放電を開始をさせる引き金的回路が必要となり、このために、イグナイタ７が設けられている。
【０００５】
自動車の電源は、図４で示す電池１であり、出力電圧は、直流１２Ｖ、大型では２４Ｖが一般的である。定格電圧数十Ｖの電圧から数百Ｖの電圧を得るために、直流１２Ｖを数百Ｖに昇圧する直流・直流変換回路（ＤＣ―ＤＣコンバータ）２が設けられている。
【０００６】
交流点灯方式の場合、ＨＩＤランプ４は、通常点灯時は、繰り返し周波数２５０Ｈｚ前後の交流電圧が加えられる。この交流信号は、直流・矩形波交流変換回路３により、直流電圧を交流電圧に変換している。これによりＨＩＤランプ４は、ＨＩＤランプ固有の色合いで発光することとなる。なお、ここで示した交流の周波数は、一例である。
【０００７】
ＨＩＤランプの発光原理は、発光管内にある電極間に高圧パルスを印加し、封入ガス内で放電させることにより、発光管内にある水銀・金属化合物が蒸発し、安定発光するものである。
【０００８】
また、ＨＩＤランプの色合いは、封入ガスの種類、電極材料、電極構造、触媒等で発光スペクトルで決まり、ＨＩＤランプそれ自体の特性で決定される。
【０００９】
特に、二個同時点灯するＨＩＤ点灯装置では、二個の色合いのばらつきを合わせることが困難であるという問題があった。このため二個の色合いのばらつきを合わせるには、個々にＨＩＤランプの試行錯誤的な交換作業が必要であった。
【００１０】
色合いを物理的、客観的に表した尺度は、色温度であり、Ｋ（ケルビン）で表され、色温度が低いと赤味のある色合いとなり、色温度が高いと青味がかった色合いとなる。人間の視覚では、赤味がかった発光色は、視認性が上がるとされており、特に、路面の凹凸の視認性は顕著である。
【００１１】
なお、一つのランプで複数の灯色を切り替えるものとしては、以下の特許文献１の「灯色切替装置」がある。しかしながら、この装置は、機械的構成が複雑であり、取り付け構造を変えることなく、組み付けることができないという欠点がある。
【００１２】
又、高輝度放電ランプの点灯装置に関するものとしては、以下の非特許文献１に示されたような文献が知られている。
【非特許文献１】松下電工技報（２００１年５月号）第１３頁〜第１９頁「自動車用ＨＩＤ式ヘッドライト点灯装置」（塩見  務、神原  隆他）
【特許文献１】特開平７−１３４９０２号公報（第１頁、要約）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上記した点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高輝度放電ランプの取り付け構造を変えることなく、二個の色合いのばらつきを簡単に合わせることが可能で、更に、取り付けられる高輝度放電ランプの数に関わりなく、個別に色合いを調整可能にした新規な高輝度放電ランプの点灯装置及びその点灯駆動方法を提供することであり、特に、ＨＩＤの発光色合いを、使用者の操作によって、可変できるようにした新規な高輝度放電ランプの点灯装置とその点灯駆動方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上記した目的を達成するために、以下に記載されたような技術構成を採用するものである。
【００１５】
即ち、本発明に係わる高輝度放電ランプの点灯装置の態様は、
高輝度放電ランプに低周波矩形波電圧を印加して、前記高輝度放電ランプを駆動する高輝度放電ランプの点灯装置において、
前記矩形波電圧のパルス幅を調整する調整装置を設け、前記調整装置で、前記矩形波電圧のパルス幅を制御することで、前記高輝度放電ランプの色合いを調整するように構成したことを特徴とするものであり、
又、高輝度放電ランプに矩形波電圧を印加して、前記高輝度放電ランプを駆動する高輝度放電ランプの点灯装置であって、
前記矩形波電圧の信号極性変換点（転流点）を基準に、第一の信号期間と前記第一の信号期間に続く第二の信号期間を定め、前記第一の信号期間と前記第二の信号期間の合計を第三の信号期間と定めた高輝度放電ランプの点灯装置において、
前記第三の信号期間を周期的に発生せしめる信号発生手段と、
前記第一の信号期間と前記第二の信号期間の比率を変える比率変更手段とを有し、
前記比率変更手段により、前記信号発生手段から出力される矩形波電圧の前記第一の信号期間と前記第二の信号期間との比率を変えることで、前記高輝度放電ランプの色合いを制御するように構成したことを特徴とするものである。
【００１６】
又、本発明に係わる高輝度放電ランプの点灯駆動方法の態様は、
高輝度放電ランプに低周波矩形波電圧を印加して、前記高輝度放電ランプを駆動する高輝度放電ランプの点灯駆動方法であって、
前記高輝度放電ランプから出力されるスペクトルは、前記矩形波電圧の信号極性変換点（転流点）から所定の期間に出力される第一のスペクトルと、前記第一のスペクトルの発光に続いて出力される第二のスペクトルとからなり、
前記矩形波電圧のパルス幅を調整する調整装置を設け、前記調整装置で、前記矩形波電圧のパルス幅を制御することで、前記第一のスペクトルと第二のスペクトルとの混合比を変え、前記高輝度放電ランプの色合いを制御することを特徴とするものであり、
又、高輝度放電ランプに矩形波電圧を印加して、前記高輝度放電ランプを駆動する高輝度放電ランプの点灯駆動方法であって、
前記矩形波電圧の信号極性変換点（転流点）を基準に、第一の信号期間と前記第一の信号期間に続く第二の信号期間を定め、前記第一の信号期間と前記第二の信号期間の合計を第三の信号期間と定めた高輝度放電ランプの点灯駆動方法において、
前記第三の信号期間を周期的に発生せしめ、
前記第一の信号期間で発生する前記高輝度放電ランプの第一のスペクトルと前記第二の信号期間で発生する前記高輝度放電ランプの第二のスペクトルとの割合を調整し、
これにより、前記第一の発光スペクトルと前記第二の発光スペクトルとのスペクトル混合比を変えることで、前記高輝度放電ランプの色合いを制御するように構成したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
ＨＩＤ点灯装置を車両に取り付けた後でも、使用者の操作で、ＨＩＤランプ発光の色合いを随時変更できるため、自動車の周囲環境に応じて、適切な明るさや色合いに設定でき、新規な機能が実現できた。
【００１８】
光源によって物の見え方が変わって見える性質を演色性と言われている。本発明は、この演色性を一つのＨＩＤ点灯装置で、ランプの取換えをすることなしに、随時変更できるようにしたものである。例えば、本発明のランプを、通常はケルビン温度が高い色温度にして使い、霧の中では、ケルビン温度を下げて、視認性をあげることができる。これにより、運転の安全性が向上する。
【００１９】
さらに、色合いを調整することができるので、左右２つの前照灯の発光色を容易に合わすことができ、ＨＩＤランプを交換した場合の作業も簡単になる。特に、左右２つの前照灯の色合わせの為の試行錯誤的なＨＩＤランプの交換作業が必要なくなり、取り付けが短時間になるなど、優れた特徴を有する。
【００２０】
又、ランプの構造は、特別な構造でなく、従来の標準的な構造を用いることができるから、安価で、且つ、実施が容易であるという特徴を有する。
【００２１】
更に、本発明を、商品の展示場やショーウインドウ等の照明に使い、自然光、例えば、「晴天昼光」、「曇天光」、「正午の太陽光」と同じスペクトルを出して、光に敏感な商品の見栄えを演出できる等、多くの利用分野に本発明を利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
次に、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００２３】
はじめに、本発明の動作原理を、図２、図３を用いて説明する。
【００２４】
図２は、本発明の装置のＨＩＤランプに印加する駆動信号の波形図である。
【００２５】
図２において、駆動信号は矩形波の交流信号である。この矩形波は、繰り返し周期Ｔｂを持ち半周期Ｔａでプラス・マイナスの極性が切り替わる信号である。
【００２６】
信号極性変換点（転流点）（パルスの立上り、立下り）から波形が山状（又は谷状）に過渡的に変化する期間をＴ１とし、それに続く定常的期間をＴ２とする。この時、期間Ｔ１においては、信号極性変換点（転流点）直後にＨＩＤランプに依存して発生する過渡現象があり、この現象が発生する期間Ｔ１は、夫々のＨＩＤランプに固有の値で、ほぼ一定の値（期間）となる。
【００２７】
ＨＩＤランプの期間Ｔ１で発生する光スペクトルは、色温度が低い赤味を帯びた発光をし、期間Ｔ２で発生する光スペクトルは、期間Ｔ１より色温度が高い発光をする特性を保有している。このため、人間の視覚は、期間Ｔ１と期間Ｔ２の２つの光スペクトルの混合された光スペクトルを知覚することになる。この混合による色合いの変化は、過渡応答期間である期間Ｔ１と定常的期間である期間Ｔ２の割合を変化させることで制御できる。即ち、期間Ｔ２を可変することにより、２つの光スペクトルの混合された光スペクトルを変化させることが可能になる。この場合、期間Ｔ２を連続的に可変するように構成してもいいし、又、離散的に可変するように構成しても良い。
【００２８】
具体的事例を示すと、駆動するＨＩＤランプの期間Ｔ１が１５０μＳ、期間Ｔ２が２ｍＳで駆動した時、ＨＩＤランプの色温度が４０００Ｋであったとすると、期間Ｔ２を２ｍＳから順次大きくすると、色温度は、４０００Ｋから５０００Ｋ方向に上昇し、期間Ｔ２を２ｍＳから順次小さくすると、色温度は、４０００Ｋから３０００Ｋ方向に下降する。
【００２９】
本発明は、それぞれのＨＩＤランプの期間Ｔ１に固有の光スペクトルをもつことに着目し、期間Ｔ２を可変する調整手段を設け、期間Ｔ２の変化に応じて、ＨＩＤランプ４の発光スペクトル成分を変えることで、ＨＩＤランプ４の発光色を調整可能にした従来技術にない点灯装置を提供するものである。
【００３０】
図３は、色合いを可変するＨＩＤランプの駆動方法を説明する駆動信号波形図である。
【００３１】
前述の過渡応答期間Ｔ１と定常的期間Ｔ２を、図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の波形にあてはめると、
（Ａ）では、Ｔ１とＴ２の比
（Ｂ）では、Ｔ１とＴ２´の比
（Ｃ）では、Ｔ１とＴ２´´の比
となり、Ｔ２＜Ｔ２´＜Ｔ２´´であるから、この順に発光色は青い方向すなわち色温度が高くなる。
【００３２】
駆動信号の期間Ｔ１、Ｔ２、半周期Ｔａと周期Ｔｂの関係は、
Ｔａ＝Ｔ１＋Ｔ２、……………………（式１）
Ｔｂ＝Ｔａ×２＝（Ｔ１＋Ｔ２）×２  ………（式２）
（式１）と（式２）をＴ２で割ると
Ｔａ／Ｔ２＝Ｔ１／Ｔ２＋１………………（式３）  Ｔｂ／Ｔ２＝（Ｔ１／Ｔ２＋１）×２………（式４）
但し、Ｔ２＞＞Ｔ１となり、Ｔ１が固定値で、Ｔ２、Ｔ２´、Ｔ２´´……と変えると（式１）〜（式４）からＴ１とＴ２の比、即ち、Ｔ１／Ｔ２が変わる。
【００３３】
上記した説明では、Ｔ２＜Ｔ２´＜Ｔ２´´と増やす方向で説明したが、逆に、Ｔ２＞Ｔ２´＞Ｔ２´´と減らすと、発光色は、赤い方向、即ち、色温度が低くなる。
【００３４】
以上説明したように、本発明の原理である過渡応答期間Ｔ１と定常的期間Ｔ２との比率の制御は、容易に且つ任意に行うことができる。
【００３５】
図５、図６は、本発明の装置の分光分布特性（光スペクトル図）の実測の一例を示す図である。分光分布特性とは、光のエネルギーを波長毎にわけて表したものであり、図５、図６において、横軸は光の波長（単位：ｎｍ）を、縦軸は光のエネルギーを示している。図５と図６とは、共に同一のＨＩＤランプを同一の回路で駆動したものであり、すべての条件は同一であるが、条件の違いは、駆動期間のみである。両図を比較すると、光の波長別のエネルギー分布が異なることがわかり、本発明の有効性が示されている。
【００３６】
この説明では、矩形波のデュティ比５０％の例で説明したが、他の値であってもよい。
【００３７】
次に、上記動作を実現するための、本発明の構成について説明する。
【００３８】
図１は、本発明の一実施の形態の構成を示すブロック図であり、図４に示した従来技術の構成とほぼ同じ構成であるので、同一部分には同一番号を付す。
【００３９】
図１において、図４との違いは、直流・矩形波交流変換回路３の一部と、スイッチング駆動するスイッチング信号発振回路８である。
【００４０】
電池１は、信号路１１、信号路１２を経て直流１２Ｖの電圧を直流・直流変換回路２に供給する。直流・直流変換回路２は、１２Ｖの直流電圧を、数十Ｖから数百Ｖの直流電圧に変換して、信号路２１と信号路２２に出力する。
【００４１】
直流・矩形波交流変換回路３は、信号路２１と信号路２２の数十Ｖから数百Ｖの直流電圧を、２５０〜５００Ｈｚの矩形交流に変換して信号路６１と信号路６２に出力する回路である。信号路６１と信号路６２の信号は、図２及び図３で示した信号波形である。スイッチング信号発振回路８は、２５０〜５００Ｈｚの信号を生成するための発振回路であり、このスイッチング信号発振回路８は、矩形波発振回路８２と駆動回路８１とで構成されている。矩形波発振回路８２は、その繰り返し周期即ち周波数を操作盤９にて任意に設定できるように構成されている。矩形波発振回路８２から出力される矩形波信号は、駆動回路８１を介して、直流・矩形波交流変換回路３のスイッチング素子３１、３２、３３、３４に供給され、スイッチング素子３１、３２、３３、３４のスイッチングを制御し、図２、３に示すような矩形波信号を信号路６１、６２間に出力する。イグナイタ７は、ＨＩＤバルブ４点灯の始動時点のみ、ＨＩＤバルブ４に高電圧パルスを供給するものである。
【００４２】
これらの構成と動作により、ＨＩＤバルブ４には、信号路７１と信号路７２を経て、図２及び図３で示した信号が加えられ、これにより、ＨＩＤバルブ４の発光色を変えることが出来る。
【００４３】
また、本実施例の操作盤９は、ボタンによるオンオフ切替え、スライド抵抗器のような連続可変の切替え、数種類を選択する多点切替え等であってもよい。更に、切替の設定は、ドライバー等の道具を使う半固定式であってもよい。又、この切替は連続可変であっても、離散的に切り替える方法どちらであってもよい。
【００４４】
更に、操作盤９の代わりにＨＩＤランプの色温度検出手段を設け、予め定めた色温度と同じとなるように制御してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の装置のＨＩＤランプに印加する駆動信号の波形図である。
【図３】色合いを可変するための制御方法を説明する駆動信号波形図である。
【図４】従来例のＨＩＤ交流点灯装置の構成図である。
【図５】本発明の装置の分光分布特性の測定例を示す図である。
【図６】本発明の装置の分光分布特性の測定例を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  電池
２  直流・直流変換回路
３  直流・矩形波交流変換回路
４  ＨＩＤランプ
５  制御回路
６  インバータ１０
７  イグナイタ
８  スイッチング信号発振回路
９  操作盤
１０、１１、１２、２０、２１、２２  信号路
３１〜３４  スイッチング素子６０、６１、６２、７０、７１、７２  信号路
８１  駆動回路
８２  矩形波発振回路
【図１】
2006040854.tif 000003
【図２】
2006040854.tif 000004
【図３】
2006040854.tif 000005
【図４】
2006040854.tif 000006
【図５】
2006040854.tif 000007
【図６】
2006040854.tif 000008