(57)【要約】【課題】ＨＩＤランプが所定の周波数でフリッカモードの動作を行うためのＨＩＤランプのフリッカモード制御システムを提供する。【解決手段】本発明によるフリッカモード制御システムは、ＨＩＤランプにフリッカモードの動作をさせる。フリッカモードにおいて、ＨＩＤランプの発光状態は可視周波数で相対的明状態と相対的暗状態の間で交替変化し、上記相対的明状態の照度は上記相対的暗状態の照度より大きく、且つ上記相対的暗状態の照度は０以上である。ＨＩＤランプのフリッカモードの相対的暗状態における照度は極めて小さいため、観察者からはＨＩＤランプがすでに消灯して発光していないように見える。このため、熱再起動装置を使用せずにＨＩＤランプに可視周波数で相対的明状態と相対的暗状態の間で交替変化するフリッカモードの動作を実現させ、ＨＩＤランプの使用寿命と動作の安全性を向上する。【選択図】  図１
2004265804.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＨＩＤランプの発光状態が可視周波数で相対的明状態と相対的暗状態の間で交替変化するフリッカモードで前記ＨＩＤランプを動作させ、前記相対的明状態の照度が前記相対的暗状態の照度より大きく、且つ前記相対的暗状態の照度が０以上であり、
直流電源の供給信号を受け、その供給信号を直流信号に変換して出力するために設けられ、スイッチを有し且つ前記スイッチを制御するためのＯＮ／ＯＦＦクロックパルス信号に基づいて前記直流信号の電力を決める出力電力制御可能な変圧器と、
前記直流信号を受け、且つその直流信号を交流信号に変換して出力するための直流−交流変換器と、
前記交流信号を受け、且つ前記ＨＩＤランプの発光を起動する駆動信号を前記ＨＩＤランプに出力するためのランプ駆動ユニットと、
前記出力電力制御可能な変圧器と前記直流−交流変換器との間からのランプ電流フィードバック信号、及び前記ＨＩＤランプに前記フリッカモード動作をさせるための外部からのフリッカ起動信号に基づいて、前記ＯＮ／ＯＦＦクロックパルス信号として前記出力電力制御可能な変圧器の前記スイッチに電力変調信号を出力することにより、前記可視周波数で変動する前記直流信号の電力を制御するためのフリッカ制御ユニットと、
を備えるフリッカモード制御システムであって、
前記直流信号の電力が相対的高い場合は、前記ＨＩＤランプの発光状態が前記相対的明状態にあり、前記直流信号の電力が相対的低い場合は、前記ＨＩＤランプの発光状態が相対的暗状態にある、フリッカモード制御システム。
【請求項２】
交流電源の供給信号を受け、その供給信号を直流信号に変換して前記出力電力制御可能な変圧器に出力する交流−直流変換器とを、さらに備える、請求項１に記載のフリッカモード制御システム。
【請求項３】
前記フリッカ制御ユニットが前記フリッカ起動信号を受けていない場合、又は前記フリッカ起動信号がインアクティブ状態にある場合、前記ＨＩＤランプは発光状態が固定して且つその照度が０以上である安定モードの動作を行う、請求項１に記載のフリッカモード制御システム。
【請求項４】
前記ＯＮ／ＯＦＦクロックパルス信号とする前記電力変調信号は前記可視周波数で変動する使用率を有し、前記直流信号の電力が前記可視周波数で変動するように制御される、請求項１に記載のフリッカモード制御システム。
【請求項５】
前記ＯＮ／ＯＦＦクロックパルス信号とする前記電力変調信号は前記可視周波数で変動するパルス周波数を有し、前記直流信号の電力が前記可視周波数で変動するように制御される、請求項１に記載のフリッカモード制御システム。
【請求項６】
前記フリッカ制御ユニットは、
前記フリッカ起動信号を受け、且つ前記可視周波数を有するフリッカクロックパルス信号を出力するフリッカクロック生成器と、
前記フリッカクロックパルス信号を受け、且つフリッカ電流設定信号を出力するフリッカ電流設定器と、
前記ランプ電流フィードバック信号と前記フリッカ電流設定信号を比較して、前記比較の結果に基づいてフリッカ電流信号を出力する比較回路と、
前記フリッカ電流信号を受け、且つ前記電力変調信号を出力する電力変調器と、を含む、請求項１に記載のフリッカモード制御システム。
【請求項７】
光源とするＨＩＤランプと、
前記ＨＩＤランプの発光状態が可視周波数で相対的明状態と相対的暗状態の間で交替変化するフリッカモードで前記ＨＩＤランプを動作させ、前記相対的明状態の照度が前記相対的暗状態の照度より大きく、且つ前記相対的暗状態の照度が０以上であり、
直流電源の供給信号を受け、その供給信号を直流信号に変換して出力するために設けられ、スイッチを有し且つ前記スイッチを制御するためのＯＮ／ＯＦＦクロックパルス信号に基づいて前記直流信号の電力を決める出力電力制御可能な変圧器と、
前記直流信号を受け、且つその直流信号を交流信号に変換して出力するための直流−交流変換器と、
前記交流信号を受け、且つ前記ＨＩＤランプの発光を起動する駆動信号を前記ＨＩＤランプに出力するためのランプ駆動ユニットと、
前記出力電力制御可能な変圧器と前記直流−交流変換器との間からのランプ電流フィードバック信号、及び前記ＨＩＤランプに前記フリッカモード動作をさせるための外部からのフリッカ起動信号に基づいて、前記ＯＮ／ＯＦＦクロックパルス信号として前記出力電力制御可能な変圧器の前記スイッチに電力変調信号を出力することにより、前記可視周波数で変動する直流信号の電力を制御するためのフリッカ制御ユニットと、
を備えるフリッカモード制御システムを備えるフリッカモードを有する発光装置であって、
前記直流信号の電力が相対的高い場合は、前記ＨＩＤランプの発光状態が前記相対的明状態にあり、前記直流信号の電力が相対的低い場合は、前記ＨＩＤランプの発光状態が相対的暗状態にある、フリッカモードを有する発光装置。
【請求項８】
前記フリッカモードにより指示、警告、防衛若しくは攻撃の機能性目的を実現する、請求項７に記載のフリッカモードを有する発光装置。
【請求項９】
前記可視周波数が１Ｈｚ〜１０Ｈｚの範囲である、請求項７に記載のフリッカモードを有する発光装置。
【請求項１０】
前記相対的明状態で前記ＨＩＤランプを流れるランプ電流が前記相対的暗状態で前記ＨＩＤランプを流れるランプ電流の２倍又はそれ以上である、請求項７に記載のフリッカモードを有する発光装置。
【請求項１１】
前記フリッカ制御ユニットが前記フリッカ起動信号を受けていない場合又は前記フリッカ起動信号がインアクティブ状態にある場合、前記ＨＩＤランプの発光状態が固定して、且つその照度が０以上である安定モードで動作する、請求項７に記載のフリッカモードを有する発光装置。
【請求項１２】
前記ＨＩＤランプの前記安定モードにおける照度が前記相対的明状態の照度より小さく、かつ前記相対的暗状態の照度より大きい、請求項１１に記載のフリッカモードを有する発光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＨＩＤランプのフリッカモード制御システムに関し、特にＨＩＤランプが所定の周波数でフリッカモードの動作（あるいは操作）を行うためのＨＩＤランプのフリッカモード制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
商業と工業の応用上、メタルハライドランプ（Ｍｅｔａｌ  Ｈａｌｉｄｅ，  ＭＨ）、高圧ナトリウム（Ｈｉｇｈ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｏｄｉｕｍ，  ＨＰＳ）ランプや高圧キセノン（Ｈｉｇｈ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｘｅｎｏｎ，  ＨＰＸ）ランプなどの高輝度照明装置（Ｈｉｇｈ  Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  Ｌａｍｐ：ＨＩＤランプ）は、すでに次第に白熱灯（Ｉｎｃａｎｄｅｓｃｅｎｔ  Ｌａｍｐ）や蛍光灯（Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ  Ｌａｍｐ）に比べて広く応用されている。建築現場、運動場、広場、駐車場、倉庫及び交通道路沿いの照明など、広い開放空間を照らす照明として、ＨＩＤランプは白熱灯や蛍光灯よりも更に効率的でコストも安い。然しながら、従来のＨＩＤランプは所定の周波数で明暗を交互にするフリッカモードの動作を行うことができず、ＨＩＤランプの応用範囲を大幅に制限している。
【０００３】
米国特許第６，４４８，７２０号に開示されているＨＩＤランプは、起動（点火）後は単に安定モードの動作ができ、即ち発光照度が一定に維持される。米国特許第６，３２９，７６７号に開示されているＨＩＤランプは起動（点火）後、ディンマ（ｄｉｍｍｅｒ）を使用して照度を暗くするが、その機能はただ照度を完全に消灯するまで下げ続いて、所定の周波数でフリッカ発光させることができない。米国特許第６，４４８，７１３号及び係わる先行技術に開示されているＨＩＤランプは、トライアック位相制御ディンマ（Ｔｒｉａｃ−ｂａｓｅｄ  ｐｈａｓｅ−ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｄｉｍｍｅｒ）を設け、トライアックの出力波形の使用率を利用して電圧のクランプ度（Ｄｅｇｒｅｅ  ｏｆ  Ｃｌａｍｐｉｎｇ）を制御することにより、ＨＩＤランプの発光照度を制御している。然しながら、ＨＩＤランプは交流電流により駆動されるので、ディンマに対する電圧電流の反応特徴曲線は非線形変化曲線になるため、安易に所望する発光照度のレベルに調光することができない。この他、この従来のＨＩＤランプは使用者により手動で発光照度を調整しなければならず、所定の周波数でフリッカの動作を行うことができない。
【０００４】
一般に、ＨＩＤランプは一個又は複数の、二電極、化学化合物及び充填ガスなどを含むアークチューブを備える。充填ガスは一種またはそれ以上のガスからなる。ＨＩＤランプの動作を初期化するため、充填ガスをイオン化して電極間の導電性を促進する必要がある。従来のＨＩＤランプ、例えば高圧ナトリウムランプは２５００から４０００ボルトのパルスを用いて起動する。起動（点火）後、もし消灯又は電力中断の場合、再起動するためにはＨＩＤランプを暫く冷却させてから充填ガスをイオン化しなければならない。多くのＨＩＤランプは、このランプの冷却時間が約４０秒から２．５分の間である。
【０００５】
他の再起動方式は米国特許第６，０９１，２０８号に開示された熱起動（Ｈｏｔ  Ｒｅｓｔｒｉｋｅ）装置を設けたＨＩＤランプである。熱再起動点火器は標準の点火器より高い電圧を発生し、且つより多いエネルギーを有するパルスを含む。従って、もしＨＩＤランプが従来の導電−消灯−導電の方式で明暗交替のフリッカモード動作を実現すると、ＨＩＤランプの寿命の短縮につながる。なお、動作の安全性からみると、毎回の起動にかなりの高電圧が必要となり、非常に危険である。
【０００６】
このため、白熱灯や蛍光灯と比較すると、ＨＩＤランプはフリッカ発光の機能を実現することが難しい。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の欠点に鑑みてなされたものであり、ＨＩＤランプが所定の周波数でフリッカモードの動作を行うためのＨＩＤランプのフリッカモード制御システムを提供することを目的とする。
【０００８】
本発明は、白熱灯や蛍光灯を完全に取り替えるように、ＨＩＤランプを光源とし、フリッカモードを利用し指示、警告、防衛又は攻撃などの機能性目的を実現し、ＨＩＤランプの応用範囲を拡大する、フリッカモードを有する発光装置を提供することをもう一つの目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の実施の形態によれば、ＨＩＤランプのフリッカモード制御システムは、交流−直流変換器と、出力電力制御可能な変圧器と、直流−交流変換器と、ランプ駆動ユニットと、フリッカ制御ユニットとを備える。出力電力制御可能な変圧器は直流電源の供給信号を受け、その供給信号をもう一つの直流信号に変換して出力する。出力電力制御可能な変圧器にはスイッチが設けられ、且つ上記スイッチを制御するためのＯＮ／ＯＦＦクロックパルス信号に基づいて上記出力直流信号の電力を決める。上記出力電力制御可能な変圧器と上記直流−交流変換器との間からのランプ電流フィードバック信号、及び上記ＨＩＤランプに上記フリッカモードの動作をさせるための外部からのフリッカ起動信号に基づいて、フリッカ制御ユニットは上記ＯＮ／ＯＦＦクロックパルス信号として電力変調信号を出力する。よって、可視周波数で変動するように上記直流信号の電力を制御する。
【００１０】
本発明の他の実施の形態によれば、フリッカモードを有する発光装置は、光源とするＨＩＤランプと、上記フリッカモードにより指示、警告、防衛又は攻撃などの機能性目的を実現するフリッカモード制御システムと、を備える。
【００１１】
本発明のフリッカモード制御システムによれば、ＨＩＤランプは可視周波数で相対的明状態と相対的暗状態の間で交替変化するフリッカモードの動作を行うことができる。ＨＩＤランプのフリッカモードの相対的暗状態における照度は極めて小さいため、観察者からはＨＩＤランプが消灯して発光していないように見える。然しながら、実際にはＨＩＤランプは相対的暗状態にあり消灯していないので、再起動の問題は生じない。このため、熱再起動装置を使用せずにＨＩＤランプはフリッカモードの動作を実現でき、ランプの使用寿命と動作の安全性を向上できる。
【００１２】
なお、フリッカモードは指示、警告、防衛又は攻撃などの機能性目的に使用されることができるので、ＨＩＤランプの応用範囲を拡大する。このため、本発明のＨＩＤランプは、白熱灯や蛍光灯を完全に取り替えることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１４】
図１は本発明によるフリッカモード制御システム１０のブロック図である。本発明によるフリッカモード制御システム１０は、ＨＩＤランプ２０にフリッカモードの動作をさせる。フリッカモードにおいて、ＨＩＤランプ２０の発光状態は可視周波数で相対的明状態と相対的暗状態の間で交替変化し、上記相対的明状態の照度は上記相対的暗状態の照度より大きく、上記相対的暗状態の照度は０以上である。つまり、フリッカモードの相対的暗状態において、ＨＩＤランプ２０は完全に消灯しているのではなく、なお電流が流れ続いて発光している。本発明のフリッカモード制御システム１０によればＨＩＤランプ２０のフリッカモードの相対的暗状態における照度は極めて小さいため、観察者からはＨＩＤランプ２０がすでに消灯して発光していないように見える。然しながら、実際にはＨＩＤランプ２０はフリッカモードの相対的暗状態にあり消灯していないので、再起動の問題が生じない。このため、熱再起動装置を使用せずにＨＩＤランプ２０に可視周波数で相対的明状態と相対的暗状態の間で交替変化するフリッカモードの動作を実現させ、ＨＩＤランプ２０の使用寿命と動作の安全性を向上する。
【００１５】
図１を参照すると、フリッカモード制御システム１０は、交流−直流変換器１１と、出力電力制御可能な変圧器１２と、直流−交流変換器１３と、ランプ駆動ユニット１４と、フリッカ制御ユニット１５とを備える。
【００１６】
交流−直流変換器１１は交流電源３０の供給信号を受け、その供給信号を直流信号に変換して出力する。出力電力制御可能な変圧器１２は交流−直流変換器１１が出力した直流信号を受けてもう一つの直流信号に変換して出力する。さらに、出力電力制御可能な変圧器１２にはスイッチ１６が設けられ、且つスイッチ１６を制御するＯＮ／ＯＦＦクロックパルス信号に基づいて上記直流信号の電力を決める。直流−交流変換器１３は出力電力制御可能な変圧器１２が出力した直流信号を受け、その直流信号を交流信号に変換して出力する。ランプ駆動ユニット１４は直流−交流変換器１３が出力した交流信号を受け、ＨＩＤランプ２０に駆動信号を出力してＨＩＤランプ２０の発光を起動する。
【００１７】
出力電力制御可能な変圧器１２と直流−交流変換器１３の間からのランプ電流フィードバック信号Ｓ１、及びＨＩＤランプ２０にフリッカモードの動作をさせ、外部からのフリッカ起動信号Ｓ２に基づいて、フリッカ制御ユニット１５は上記ＯＮ／ＯＦＦクロックパルス信号として電力変調信号Ｓ３を出力電力制御可能な変圧器１２のスイッチ１６に出力する。よって、可視周波数で変動するように上記直流信号の電力を制御する。例えば、可視周波数は１Ｈｚから１０Ｈｚの範囲内とする。ここで、直流信号の電力が相対的に高い場合、ＨＩＤランプ２０の発光状態は相対的明状態にあり、直流信号の電力が相対的に低い場合、ＨＩＤランプ２０の発光状態は相対的暗状態にある。例えば、相対的明状態におけるＨＩＤランプ２０を流れるランプ電流は、例えば相対的暗状態におけるＨＩＤランプ２０を流れるランプ電流の２倍またはそれ以上である。
【００１８】
フリッカ制御ユニット１５がフリッカ起動信号Ｓ２を受けていない場合、又はフリッカ起動信号Ｓ２がインアクティブ状態にある場合は、ＨＩＤランプ２０は安定モードの動作を行う。安定モードにおいて、ＨＩＤランプ２０の発光状態は一定して且つその照度は０以上である。例えば、ＨＩＤランプ２０の安定モードにおける照度は相対的明状態の照度より小さく且つ相対的暗状態の照度より大きい。フリッカモード制御システム１０により、ＨＩＤランプ２０は起動（点火）後、安定モードとフリッカモードの間で切り換えることができる。
【００１９】
図２（ａ）、図２（ｂ）と図２（ｃ）はそれぞれ本発明による電力変調信号の安定モードとフリッカモードにおけるパルス波形のタイムチャートを示す。図２（ａ）を参照すると、安定モードにおいて、電力変調信号Ｓ３の使用率は固定して時間の推移と共に変化しない。このため、図２（ａ）に示す電力変調信号Ｓ３を上記ＯＮ／ＯＦＦクロックパルス信号として出力電力制御可能な変圧器１２のスイッチ１６に入力すると、出力電力制御可能な変圧器１２から出力された上記直流信号の電力も固定して時間の推移と共に変化しない。結果、ＨＩＤランプ２０は安定モードの動作を行う。
【００２０】
図２（ｂ）を参照すると、フリッカモードにおいて、電力変調信号Ｓ３の使用率は可視周波数で変動している。このため、図２（ｂ）に示す電力変調信号Ｓ３を上記ＯＮ／ＯＦＦクロックパルス信号として出力電力制御可能な変圧器１２のスイッチ１６に入力すると、出力電力制御可能な変圧器１２から出力された上記直流信号の電力も可視周波数で変動する。具体的には、電力変調信号Ｓ３における使用率がより小さい部分をスイッチ１６に入力すると、出力電力制御可能な変圧器１２から出力された上記直流信号の電力はより小さく、上記相対的暗状態を達成する。一方、電力変調信号Ｓ３における使用率がより大きい部分をスイッチ１６に入力すると、出力電力制御可能な変圧器１２から出力された上記直流信号の電力はより大きく、上記相対的明状態を達成する。
【００２１】
電力変調信号Ｓ３の使用率を変更する他に、本発明のフリッカモードは電力変調信号Ｓ３のパルス周波数を変えることにより達成することもできる。図２（ｃ）を参照すると、相対的明状態と相対的暗状態における電力変調信号Ｓ３の使用率は同じであるが、相対的明状態における電力変調信号Ｓ３のパルス周波数は相対的暗状態における電力変調信号Ｓ３のパルス周波数の２分の１である。このような情況では、出力電力制御可能な変圧器１２から出力された上記直流信号の電力の大きさは電力変調信号Ｓ３のパルス周波数により決定され、本発明によるフリッカモードを達成する。
【００２２】
なお、本発明によるフリッカモードを達成する電力変調信号Ｓ３は図２（ｂ）や図２（ｃ）に示す例に限らない。例えば、同時に電力変調信号Ｓ３の使用率と周波数を変えることにより、本発明のフリッカモードを達成できる。
【００２３】
図３は本発明によるフリッカモード制御システム１０におけるフリッカ制御ユニット１５のブロック図である。図３を参照すると、フリッカ制御ユニット１５はフリッカクロック生成器１５１と、フリッカ電流設定器１５２と、比較回路１５３と電力変調器１５４とを備える。
【００２４】
フリッカクロック生成器１５１はフリッカ起動信号Ｓ２を受け、可視周波数を有するフリッカクロックパルス信号を出力する。フリッカ電流設定器１５２は上記フリッカクロックパルス信号を受け、フリッカ電流設定信号を出力する。比較回路１５３はランプ電流フィードバック信号Ｓ１とフリッカ電流設定信号を比較して、上記比較の結果に基づいてフリッカ電流信号を出力する。電力変調器１５４は上記フリッカ電流信号を受け、電力変調信号Ｓ３を出力電力制御可能な変圧器１２のスイッチ１６へ出力する。
【００２５】
【発明の効果】
本発明のフリッカモード制御システム１０によれば、ＨＩＤランプ２０はフリッカモードの動作を行うことができる。フリッカモードは指示、警告、防衛または攻撃などの機能性目的に用いられることができるので、ＨＩＤランプ２０の応用範囲を拡大できる。従って、本発明は、白熱灯や蛍光灯を完全に取り替えるようなＨＩＤランプを提供することができる。
【００２６】
以上、本発明の実施例を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるフリッカモード制御システムのブロック図である。
【図２】図２（ａ）乃至図２（ｃ）は、それぞれ本発明による電力変調信号の安定モードとフリッカモードにおけるパルス波形のタイムチャートである。
【図３】本発明によるフリッカモード制御システムにおけるフリッカ制御ユニットのブロック図である。
【符号の説明】
１０  フリッカモード制御システム
１１  交流−直流変換器
１２  出力電力制御可能な変圧器
１３  直流−交流変換器
１４  ランプ駆動ユニット
１５  フリッカ制御ユニット
１５１  フリッカクロックパルス生成器
１５２  フリッカ電流設定器
１５３  比較回路
１５４  電力変調器
１６  スイッチ
２０  ＨＩＤランプ
３０  交流電源供給
Ｓ１  ランプ電流フィードバック信号
Ｓ２  フリッカ起動信号
Ｓ３  電力変調信号
【図１】
2004265804.tif 000003
【図２】
2004265804.tif 000004
【図３】
2004265804.tif 000005