(57)【要約】【課題】誘電体バリア放電灯を確実に始動させると共に、安定的に駆動する。【解決手段】チョッパ回路２８の出力はプッシュプル回路２３によって矩形波に変換して、昇圧トランス２４に与える。スイッチＳＷ１１投入時、チョッパ回路２８の制御電圧は比較的低く、高い出力電圧をトランスに与える。これにより、放電灯６は確実に始動する。放電灯６が始動すると、トランジスタＱ１２，Ｑ１１がオンとなり、抵抗Ｒ１５に抵抗Ｒ１２が並列接続されることになり、制御電圧は高くなる。これにより、チョッパ回路２８の出力は低下し、以後、定電圧となる。これにより、安定的に点灯が継続する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体バリア放電灯に点灯電圧を供給するトランスと、
前記トランスの１次側に電圧を供給するための電圧制御回路と、
前記電圧制御回路の出力を前記トランスの１次側に正相又は逆相で供給するプッシュプル回路と、
前記誘電体バリア放電灯の点灯電流を検出して、前記電圧制御回路の出力電圧を前記誘電体バリア放電灯の始動時と始動時以外とで切換える始動制御回路と、を具備したことを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項２】
前記電圧制御回路は、降圧チョッパ回路又は昇圧チョッパ回路であることを特徴とする請求項１に記載の放電灯点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容量性を有する放電灯を点灯させる放電灯点灯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複写機、スキャナー等の読み取り用光源として、外面電極蛍光ランプを採用することがある。外面電極蛍光ランプは、環境負荷が高い水銀を使用していない点、周囲温度による光量変化が少ない点、発熱が少ない点、蛍光体を選択することにより発光色をかえることが出来る点等の特徴を有する。
【０００３】
外面電極蛍光ランプの点灯電圧波形としては、例えば正弦波形を採用することができる。更に、近年、発光効率を向上させるために、パルス波形や矩形波形等を採用することもある。原稿照明用光源に適した外面電極蛍光ランプとして、例えば、特許文献１に記載のものがある。
【特許文献１】特開２００１−２８３７８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、外面電極蛍光ランプは、バルブ外面に電極を有しており、電極とバルブとによって容量負荷を構成する。なお、バルブの内外面に電極を構成した内外面電極放電灯、或いはバルブの対向する内面に電極を構成した内内面電極放電灯においても、容量負荷となる。これらのランプは誘電体バリア放電によって点灯しており、誘電体バリア放電灯と呼ばれる。
【０００５】
このような誘電体バリア放電灯においては、始動時に高電圧を印加する必要がある。ところが、ランプ点灯電圧として、矩形波形又はパルス波形を用いた場合には、十分な点灯電圧が得られず、点灯開始時間がばらついたり、正常な点灯が行われないことがある。
【０００６】
本発明は、誘電体バリア放電灯の確実な始動を可能にすることができ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】
【０００７】
本発明に係る放電灯点灯装置は、誘電体バリア放電灯に点灯電圧を供給するトランスと、前記トランスの１次側に電圧を供給するための電圧制御回路と、前記電圧制御回路の出力を前記トランスの１次側に正相又は逆相で供給するプッシュプル回路と、前記誘電体バリア放電灯の点灯電流を検出して、前記電圧制御回路の出力電圧を前記誘電体バリア放電灯の始動時と始動時以外とで切換える始動制御回路と、を具備したことを特徴とするものである。
【０００８】
本発明においては、プッシュプル回路は、電圧制御回路の出力をトランスの１次側に正相又は逆相で供給する。始動制御回路は、誘電体バリア放電灯の始動時には、電圧制御回路の出力電圧を高くして、確実に誘電体バリア放電灯を点灯させる。誘電体バリア放電灯が点灯すると、始動制御回路は、点灯電流を検出して、電圧制御回路の出力電圧を低い所定の電圧に切換える。以後、電圧制御回路は、誘電体バリア放電灯を安定に定電圧駆動する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、誘電体バリア放電灯の確実な始動を可能にすることができるという効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る放電灯点灯装置を示す回路図である。また、図２は誘電体バリア放電灯である外面電極放電灯を一部切断して示す断面図であり、図３はその縦断面図である。図４は透光性樹脂シート１５の展開図であり、図５は放電灯６の等価回路図である。
【００１１】
本実施の形態においては、図１の放電灯６として誘電バリア放電灯である外面電極放電灯を採用する。なお、放電灯６として、内外面電極放電灯や内内面電極放電灯を採用してもよい。
【００１２】
先ず、図２乃至図５を参照して外面電極放電灯の構造について説明する。
【００１３】
放電灯６は、透光性バルブであるガラスバルブ１１ａ内に放電を生起させるための１対の電極１３，１３を有している。誘電体バリア放電灯では、電極１３，１３の少なくとも１つをガラスバルブ１１ａの外面又は内面に設けている。ガラスバルブ１１ａの内面には発光層を設け、ガラスバルブ１１ａの内部に希ガスを封入する。
【００１４】
即ち、図３の断面図に示すように、放電灯６は、放電容器１１、蛍光体層１２、１対の外部電極１３，１３、アパーチャ１４、透光性樹脂シート１５及び透光性絶縁チューブ１６を有している。
【００１５】
放電容器１１は、細長く、両端が気密に封止された直径１０ｍｍ、実効長さ３７０ｍｍのガラスバルブ１１ａからなり、一端に排気チップオフ部１１ｂを有する。放電容器１１の内部には、放電媒体としてキセノンを封入している。蛍光体層１２は、放電容器１１の内面に長手方向に沿ったスリット状の部分以外の部分に形成する。
【００１６】
１対の外部電極１３，１３は、夫々アルミ箔からなり、図２に示すように、平行に離間対向させて放電容器１１の外面に貼着する。外部電極１３は、予め後述する透光性樹脂シート１５の一面に粘着し、透光性樹脂シート１５を放電容器１１の外周に巻き付けることによって放電容器１１の外面の所定位置に配設するようになっている。
【００１７】
また、外部電極１３は、図５に示すように、波形状の電極主部１３ａ、端子接続部１３ｂ及び端子１３ｃを有する。電極主部１３ａは、波形状をなして放電容器１１の長手方向の大部分にわたり延在するように構成している。端子接続部１３ｂは、電極主部１３ａの一端に接続して配設し、端子１３ｃとの接触面積が大きくなるように方形状に形成している。端子１３ｃは、端子接続部１３ｂに導電性接着剤により接着する。端子１３ｃは、透光性樹脂シート１５及び透光性熱収縮チューブである透光性絶縁チューブ１６から外部に突出している。
【００１８】
アパーチャ１４は、放電容器１１の長手方向に沿って、蛍光体層１２を形成していないスリット状部分である。従って、放電容器１１のアパーチャ１４の部分は、ガラスバルブ１１ａを介して放電容器１１の内部が素通しになって見える。
【００１９】
透光性樹脂シート１５は、透明なＰＥＴからなり、放電容器１１の実質的全長にわたる長さで、かつ放電容器１１の周囲方向に対してアパーチャ１４の上から被覆するような幅を有している。上述したように、一面に１対の外部電極１３，１３を所定間隔で貼着している。更に、その上にアクリル系粘着材を塗布して、放電容器１１の外面に貼着している。これにより１対の外部電極１３，１３は、アパーチャ１４を挟んでその両側の位置に配設され、アパーチャ１４の上に透光性樹脂シート１５が貼着される。
【００２０】
透光性絶縁チューブ１６は、透明フッ素系樹脂からなり、外部電極１３，１３及びアパーチャ１４の上から放電容器１１の全周を被覆している。
【００２１】
放電灯６の等価回路は、図５に示すように、コンデンサＣｉｎ１と負荷抵抗ＲＬ及びコンデンサＣｉｎ２の直列回路と、コンデンサＣｏｕｔ１とコンデンサＣｏｕｔ２の並列回路によって構成している。コンデンサＣｉｎ１，Ｃｉｎ２は、外部電極１３と放電容器１１の内面との間に形成される静電容量である。従って、コンデンサＣｉｎ１，ｉｎ２の静電容量は、外部電極１３の面積、放電容器１１の構成材料であるガラスの比誘電率及び厚さにより決定する。このように、放電灯６は、少なくとも容量性を有する。
【００２２】
図１において、放電灯点灯装置２１は、電圧制御回路２２と、この電圧制御回路２２に接続された直流電源ＤＰ１１と、点灯スイッチＳＷ１１と、ＮＰＮトランジスタＱ１１，Ｑ１２と、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２と、プッシュプル回路２３と、昇圧トランス２４と、この昇圧トランス２４の２次コイル側に接続された放電灯６と、この放電灯６と昇圧トランス２４の２次コイルの一方に接続された抵抗Ｒ１３と、放電灯６と抵抗Ｒ１３の接続点にアノードが接続されたダイオードＤ１１と、このダイオードＤ１１のカソードに接続された時定数回路２６とによって構成する。時定数回路２６は、抵抗Ｒ１６とコンデンサＣ１１を直列接続して構成する。
【００２３】
電圧制御回路２２は、チョッパ回路２８と抵抗Ｒ１４と抵抗Ｒ１５とによって構成する。チョッパ回路２８に直流電源ＤＰ１１及び点灯スイッチＳＷ１１を接続している。直流電源ＤＰ１１は例えば電圧２４Ｖであるが、この電圧は±数％程度変動することもあるので、電圧制御回路２２により電圧の安定化を図っている。即ち、直流電源ＤＰ１１の出力はチョッパ回路２８に供給する。チョッパ回路２８は入力電圧を昇圧又は降圧する。チョッパ回路２８の出力電圧は、抵抗Ｒ１４と抵抗Ｒ１５とで分圧し、抵抗Ｒ１４，Ｒ１５の接続点の電圧をチョッパ回路２８に制御電圧として供給する。
【００２４】
チョッパ回路２８は、制御電圧の電位が高くなると、出力電圧Ｖｂを上昇させ、制御電圧の電位が低くなると、出力電圧Ｖｂを下降させる。抵抗Ｒ１１〜Ｒ１６、コンデンサＣ１１、ダイオードＤ１１及びトランジスタＱ１１，Ｑ１２は、チョッパ回路２８の出力を、ランプ６の始動時とそれ以外とで切換える始動制御回路を構成する。
【００２５】
抵抗Ｒ１４と抵抗Ｒ１５の接続点には、抵抗Ｒ１２を接続し、この抵抗Ｒ１２の他端はＮＰＮトランジスタ Ｑ１１のコレクタに接続する。ＮＰＮトランジスタＱ１１のベースはＮＰＮトランジスタＱ１２のコレクタと抵抗Ｒ１１に接続している。ＮＰＮトランジスタＱ１２、Ｑ１１のエミッタは接地し、ＮＰＮトランジスタＱ１２のベースは時定数回路２６の抵抗Ｒ１６とコンデンサＣ１１Ｊの接続点に接続する。
【００２６】
プッシュプル回路２３は並列に２個の電界効果トランジスタ（図示せず）を有し、この出力端子は昇圧トランス２４の一次側コイルの両端に接続する。昇圧トランス２４の２次側には、放電灯６及び抵抗Ｒ１３の直列回路を接続する。
【００２７】
次に、この点灯装置２１の動作を図６の波形図を用いて説明する。図６（ａ）乃至（ｆ）は夫々図１中の（ａ）乃至（ｆ）点における電圧波形を示している。図１の点灯スイッチＳＷ１１を時点ｔ１でオンすると、図６（ａ）に示すように、チョッパ回路２８の制御電圧が接地電位になり、チョッパ回路２８の出力である（ｂ）点の電位Ｖｂが、時点ｔ１から少し遅れた時点ｔ２から点灯開始時の所定電圧Ｖｂ１となる。この電圧は昇圧トランス２４の１次側中点に印加する。
【００２８】
チョッパ回路２８の出力電圧が出力される前には、ＮＰＮトランジスタＱ１１はオフの状態にある。この状態で、図６（ｂ）に示すように、チョッパ回路２８の出力電圧Ｖｂが上がると、ＮＰＮトランジスタＱ１１のベース電位が上昇し、このトランジスタがオン状態となる。すると、抵抗Ｒ１５に抵抗Ｒ１２が並列接続されたことになり、抵抗Ｒ１４，Ｒ１５の中点の電圧検出レベルが低下し、チョッパ回路２８出力の電位Ｖｂが上がる。
【００２９】
一方、プッシュプル回路２３は、トランス２４の１次側コイルの両端に、図６（ｄ），（ｅ）に示すように、互いに逆極性の駆動パルスを加えている。これにより、図６（ｃ）に示すように、昇圧トランス２４にて昇圧された電圧が所定の電圧に達して、その時点ｔ３で、放電灯６が点灯する。
【００３０】
放電灯６が点灯すると抵抗Ｒ１３に電流が流れ、ダイオードＤ１１を介して時定数回路２６に電流が流れる。そして、抵抗Ｒ１６とコンデンサＣ１１の接続点の電位Ｖｔが上昇していき、時点ｔ４でＮＰＮトランジスタＱ１２がオンする。このＮＰＮトランジスタＱ１２がオンまでの時間は、時定数即ち、時定数回路２６の抵抗Ｒ１６とコンデンサＣ１１の積により定まる。
【００３１】
ＮＰＮトランジスタＱ１２がオンすると、ＮＰＮトランジスタＱ１１のベース電位は接地電位になるので、再びこのトランジズタＱ１１はオフ状態になる。従って、チョッパ回路２８の制御電圧は、抵抗Ｒ１４，Ｒ１５による分圧によって得られるものとなる。これにより、チョッパ回路２８の出力電位Ｖｂは上記電位Ｖｂ１より少し低い電位Ｖｂ２になる。従って、放電灯６に加えられる波形のピーク電位Ｖｐは、図６（ｆ）に示すように、これ以降はＶｐ１よりも低い電位Ｖｐ２になる。
【００３２】
このように、点灯開始から所定時間（ｔ１〜ｔ４）までは、放電灯６には比較的高い電圧が印加されるが、時点ｔ４以降ではこの電圧よりも低い電圧が放電灯６に印加されることになる。
【００３３】
図７は出力電圧Ｖｂの特性を示す説明図である。図７（ａ）は横軸に時間をとり縦軸に電圧をとって、従来例における無負荷出力電圧波形を示し、図７（ｂ）は横軸に時間をとり縦軸に電圧をとって、本実施の形態における無負荷出力電圧波形を示している。
【００３４】
図７に示すように、本実施の形態においては、始動時において十分に大きいレベルの電圧が供給されることが分かる。これにより、本実施の形態においては、放電灯６の確実な点灯が可能である。
【００３５】
このように本実施の形態においては、別の高電圧回路など特別の回路を必要とせずに、外面電極放電灯等の誘電体バリア放電灯に高い始動電圧を供給すると共に、始動後は所定の定電圧を加えて安定した点灯を継続させることができる。即ち、光入射がほとんどない暗黒状態や、寿命末期の放電灯を用いる場合でも、安定した点灯が可能である。
【００３６】
図８は図１に示した本発明の一実施の形態に係る放電灯点灯装置の更に詳しい回路構成例を示す。図８の例はチョッパ回路として降圧チョッパ回路を採用した例である。図８では、回路簡素化のために降圧チョッパのモジュールを用いた回路例を示している。同図において、番号３１〜３７は図１における番号２１〜２７の各部に対応し、直流電源ＤＰ３１は直流電源ＤＰ１１に、点灯スイッチＳＷ３１は点灯スイッチＳＷ１１に、抵抗Ｒ３２、Ｒ３３、Ｒ３４、Ｒ３５、Ｒ３６は抵抗Ｒ１２、Ｒ１３，Ｒ１４，Ｒ１５，Ｒ１６に対応する。またＮＰＮトランジスタＱ３１，Ｑ３２はＮＰＮトランジスタＱ１１，Ｑ１２に対応する。符号３３’は電界効果トランジスタＦＱ３１、ＦＱ３２を逆極性に駆動するＦＥＴ駆動回路であり、電界効果トランジスタＦＱ３１，ＦＱ３２とこのＦＥＴ駆動回路３３’が、図１のプッシュプル回路２３に相当する。
【００３７】
図８の実施の形態では、点灯装置３１の電圧制御回路３２は、集積回路ＩＣ３５を用いて構成している。直流電源ＤＰ３１から略２４Ｖの電圧を電圧制御回路３２に供給する。電圧制御回路３２は図８に示す端子電圧Ａを供給する。出力電位Ｖｂは図１の実施の形態の場合と同様に、点灯開始時には所定の電位Ｖｂ１になる。
【００３８】
点灯スイッチＳＷ３１がオフのときには、ＮＰＮトランジスタＱ３１はオフ状態にあるが、点灯スイッチＳＷ３１がオンになると電位Ｖｂが上昇し、トランジスタＱ３１はオンとなる。従って抵抗Ｒ３５と抵抗Ｒ３２の並列抵抗が抵抗Ｒ３４と直列接続された形となり、電圧検出レベルが下がるので電圧制御回路３２の出力電位Ｖｂが上がる。
【００３９】
一方、ＦＥＴ駆動回路３３’の制御の下に、昇圧トランス３４の１次コイル側には、電界効果トランジスタＦＱ３１，ＦＱ３２によるパルスを逆相で加えており、出力電圧が高くなると放電灯６が点灯し抵抗Ｒ３３に電流が流れる。この電流の一部がダイオードＤ３１から時定数回路３６に入力され、時定数回路３６を構成する抵抗Ｒ３６とコンデンサＣ３１の接続点に電位が上昇する。この接続点電位はＮＰＮトランジスタＱ３２のベースに供給されており、トランジスタＱ３２はオフ状態からオン状態に変化する。
【００４０】
ＮＰＮトランジスタＱ３２のコレクタは抵抗を介してＮＰＮトランジスタＱ３１のベースに接続しており、ＮＰＮトランジスタＱ３１もオンからオフの状態に変化する。従って、抵抗Ｒ１４に直列接続される抵抗は抵抗Ｒ１５のみとなり、電圧検出レベルが上がるので、電圧制御回路２２の出力電位Ｖｂは若干低くなる。電圧制御回路２２の出力電圧が昇圧トランス３４に入力され、トランス３４の出力側の電圧が若干低下する。こうして、点灯開始時には、比較的高い電圧を放電灯６に印加し、所定時間経つと、点灯開始時よりも低い定常電圧を放電灯６に印加することになる。
【００４１】
このように、暗黒状態に用いる場合でもあるいは寿命末期に近い放電灯であっても、特別の回路を付加することなく、誘電体バリア放電灯を確実に始動させ、以後安定した点灯を行うことが可能である。また、この実施の形態では、降圧チョッパ回路を１個の集積回路（ＩＣ）により構成できる効果がある。
【００４２】
ところで、図８においては、降圧チョッパ回路を用いた点灯装置について説明した。更に、本発明において降圧チョッパ回路でなく、昇圧チョッパ回路を用いることも可能である。図９はこの場合の構成を示す回路図である。
【００４３】
図９において、符号４１，４４は図８における符号３１，３４に対応し、直流電源ＤＰ４１は直流電源ＤＰ３１に、抵抗Ｒ４２，Ｒ４３，Ｒ４４，Ｒ４５，Ｒ４６は抵抗Ｒ３２，Ｒ３３、Ｒ３４，Ｒ３５，Ｒ３６に対応し、コンデンサＣ４１はコンデンサＣ３１に対応する。抵抗Ｒ４６とコンデンサＣ４１は時定数回路を構成する。
【００４４】
また、電界効果トランジスタＦＱ４１，ＦＱ４２は図８における電界効果トランジスタＦＱ３１，ＦＱ３２に対応し、ＮＰＮトランジスタＱ４１，Ｑ４２はＮＰＮトランジスタＱ３１，Ｑ３２に対応し、ＦＥＴ駆動回路５３はＦＥＴ駆動回路３３’に対応する。コイルＬ４１、ダイオードＤ４１、電界効果トランジスタＦＱ４３、抵抗Ｒ４２，Ｒ４４，Ｒ４５，Ｒ４７、ＮＰＮトランジスタＱ４１，Ｑ４２及び昇圧チョッパ制御回路５２は、昇圧チョッパ回路５１を構成する。
【００４５】
点灯スイッチＳＷ４１をオンにすると、ＮＰＮトランジスタＱ４１はオン、ＮＰＮトランジスタＱ４２はオフ状態になる。また昇圧チョッパ制御回路５２とＦＥＴ駆動回路５３が作動し昇圧チョッパ回路５１にて昇圧された直流電圧が抵抗Ｒ４４と抵抗Ｒ４５に印加される。電位Ｖｎを昇圧チョッパ制御回路５２に与え、これにより、昇圧チョッパ制御回路５２は、トランジスタＦＱ４３のゲート電圧を変化させ、出力電位Ｖｂを定電位に保つ。昇圧チョッパ回路５１は、トランジスタＦＱ４３がオンになっているとき、コイルＬ４１にエネルギーを蓄え、トランジスタＦＱ４３がオフすると蓄えたエネルギーを負荷側へ放出し、ダイオードＤ４１，コンデンサＣ４２により整流平滑して高い直流電圧を出力する。
【００４６】
ＮＰＮトランジスタＱ４１がオンになると、抵抗Ｒ４５に抵抗Ｒ４２が並列となり、抵抗値が小さくなるので電圧検出レベルが低くなり、出力電位Ｖｂが高くなる。
【００４７】
一方、ＦＥＴ駆動回路５３により制御される電界効果トランジスタＦＱ４１，ＦＱ４２の出力パルスは昇圧トランス４４に供給する。トランス４４の電圧が高くなると、放電灯６が点灯する。このとき抵抗Ｒ４３に電流が流れ、抵抗Ｒ４６を介してＮＰＮトランジスタＱ４２のベース電位を上昇させる。これにより、トランジスタＱ４２はオフからオンに変化する。ＮＰＮトランジスタＱ４２がオンになるとＮＰＮトランジスタＱ４１のベース電位が低くなり、トランジスタＱ４１はオンからオフ状態に変化する。従って、抵抗Ｒ４４に接続される抵抗は抵抗Ｒ４５のみとなり、電圧検出レベルが上がるので出力電位Ｖｂが低くなる。
【００４８】
このように、図９の例においても、点灯開始時には、電位Ｖｂは高くなるが、放電灯６が点灯して所定時間経過した後には、出力電位Ｖｂは通常の少し低い電位になる。従って、この実施の形態においても、誘電体バリア放電灯が暗黒状態で使用される場合や、寿命末期であっても、特別な回路を設置することなく安定して点灯させることが可能である。
【００４９】
上記実施の形態においては、トランジスタはＮＰＮ型を用いる例について述べたが、本発明の点灯装置において、ＰＮＰ型トランジスタを用いることも可能であり、一般的にはスイッチング素子であればよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る放電灯点灯装置を示す回路図。
【図２】誘電体バリア放電灯である外面電極放電灯を一部切断して示す断面図。
【図３】誘電体バリア放電灯の縦断面図。
【図４】図２中の透光性樹脂シート１５の展開図。
【図５】図２乃至図４に示す放電灯の等価回路図である。
【図６】点灯装置の動作を示すタイミングチャート。
【図７】出力電圧Ｖｂの特性を示す説明図。
【図８】放電灯点灯装置の更に詳しい回路構成例を示す回路図。
【図９】昇圧チョッパ回路を用いた例を示す回路図。
【符号の説明】
【００５１】
６…放電灯、２１…放電灯点灯装置、２２…電圧制御回路、２３…プッシュプル回路、２４…昇圧トランス、２６…時定数回路、２８…チョッパ回路、Ｒ１１〜Ｒ１６…抵抗、Ｑ１１，Ｑ１２…トランジスタ。
【００５２】
代理人      弁理士      伊  藤    進
【図１】
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【図２】
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【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】
2006127859.tif 000009
【図８】
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【図９】
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