(57)【要約】【課題】高圧金属蒸気放電ランプの光量の立上り特性にばらつきに対応してランプ電力の提言率を変化させることにより、点灯開始から安定点灯までの光量の立上りがスムーズになるとともに、比較的早くなる高圧金属蒸気放電ランプ点灯装置およびこれを用いた車両用前照灯装置を提供する。【解決手段】高圧金属蒸気放電ランプ点灯装置は、定格ランプ電力より大きいランプ電力を点灯回路手段ＯＣから供給させて高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬを点灯し、その後ランプ電力を所定の低減率特性にしたがって順次低減して定格ランプ電力に落ち着くように点灯回路手段ＯＣを制御するとともに、高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬにおける光量の立上り特性のばらつきに応じて上記低減率特性を変化できるように構成された制御手段ＣＣを具備している。【選択図】図１
2004259519.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧金属蒸気放電ランプと；
高圧金属蒸気放電ランプを付勢する点灯回路手段と；
定格ランプ電力より大きいランプ電力を点灯回路手段から供給させて高圧金属蒸気放電ランプを点灯し、その後ランプ電力を所定の低減率特性にしたがって順次低減して定格ランプ電力に落ち着くように点灯回路手段を制御するとともに、高圧金属蒸気放電ランプにおける光量の立上り特性のばらつきに応じて上記低減率特性を変化できるように構成された制御手段と；
を具備していることを特徴とする高圧金属蒸気放電ランプ点灯装置。
【請求項２】
高圧金属蒸気放電ランプと；
高圧金属蒸気放電ランプを付勢する点灯回路手段と；
高圧金属蒸気放電ランプのランプ電圧に相当する電圧を検出するランプ電圧検出手段を含み、定格ランプ電力より大きいランプ電力を点灯回路手段から供給させて高圧金属蒸気放電ランプを点灯し、その後ランプ電力を所定の低減率特性にしたがって順次低減して定格ランプ電力に落ち着くように点灯手段を制御するとともに、ランプ電圧検出手段の検出出力の変化率に応じて上記低減率特性を変化させるように構成された制御手段と；
を具備していることを特徴とする高圧金属蒸気放電ランプ点灯装置。
【請求項３】
制御手段は、ランプ電力の低減率特性を補正する可変の低減率補正手段を備えていることを特徴とする請求項１または２記載の高圧金属蒸気放電ランプ点灯装置。
【請求項４】
高圧金属蒸気放電ランプは、発光金属のハロゲン化物からなる第１のハロゲン化物およびランプ電圧形成用の第２のハロゲン化物を含み、本質的に水銀を含ないことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一記載の高圧金属蒸気放電ランプ点灯装置。
【請求項５】
制御手段は、点灯開始後の所定時間の間ランプ電力を最高電力に維持し、その後所定の低減率特性にしたがって順次低減することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一記載の高圧金属蒸気放電ランプ点灯装置。
【請求項６】
車両用前照灯装置本体と；
車両車用前照灯装置本体に配設された請求項１ないし５のいずれか一記載の高圧金属蒸気放電ランプ点灯装置と；
を具備していることを特徴とする車両用前照灯装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧金属蒸気放電ランプをその光量の立上りが早くなるように点灯させる高圧金属蒸気放電ランプ点灯装置およびこれを用いた車両用前照灯装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
直流電圧から交流電圧を形成し、高圧ガス放電ランプを点弧するため点弧装置に交流電圧を供給し、ランプ電圧および／またはランプ電流を測定し、ランプ電圧および／またはランプ電流の実際値を目標値と比較し、かつ、高圧ガス放電ランプの点弧後に所定の期間にわたって、交流電圧の変化により高圧ガス放電ランプの動作電力に加えて補助電力を供給し、この交流電圧を、一方において許容最大ランプ電流により制限し、かつ、他方において所定の期間の経過後に低下させる、自動車における高圧ガス放電ランプを始動する方法において、値「ランプオン」と「ランプオフ」をとる状態値を形成し、点弧後に形成すべき補助電力（ＺＬ）を、遮断時間の増加とともに、かつ、前回の投入時間の期間の減少とともに増加し、かつ、補助電力（ＺＬ）が有効になる期間（Ｔ）を、遮断時間の増加とともに、かつ、高圧ガス放電ランプの前回の投入時間の期間の減少とともに増加することを特徴とする、自動車における高圧ガス放電ランプを始動する方法は、既知である（特許文献１参照。）。
【０００３】
一方、現在、自動車用前照灯装置に用いられている高圧放電ランプは、主としてランプ電圧を形成するために水銀を、また白色光を得るために主要な発光物質としてナトリウムＮａおよびスカンジウムＳｃをハロゲン化物として、さらに始動ガスおよびバッファガスとして作用するとともに、点灯直後の発光を補うためにキセノンを、その発光管の内部にそれぞれ封入している。したがって、上記の高圧放電ランプは、いわゆる高圧金属蒸気放電ランプの一種であるメタルハライドランプを構成している。なお、高圧放電ランプは、主たる放電媒体が金属蒸気であるものについては高圧金属蒸気放電ランプと区分され、主たる放電媒体がガスであるものについては高圧ガス放電ランプと区分されている。
【０００４】
他方、水銀は、環境負荷が大きい物質であることから、これを排除するための発明がなされている（特許文献２参照。）。すなわち、特許文献２に開示されている発明は、比較的蒸気圧が高くて、しかも、比較的可視域に発光しにくい金属のハロゲン化物を第２のハロゲン化物として発光金属のハロゲン化物である第１のハロゲン化物に添加するとともに、少なくとも大気圧以上のキセノンを耐火性で透光性の気密容器内に封入してなり、気密容器中の第１および第２のハロゲン化物ならびにキセノンの組み合わせが点灯直後から白色の色度範囲内の光を放射させるようにしたメタルハライドランプすなわち高圧金属蒸気放電ランプである。この発明により、水銀を本質的に封入しない高圧金属蒸気放電ランプ（以下、便宜上「水銀フリーランプ」という。）を備えた自動車前照灯が実現することになった。
【０００５】
自動車用前照灯に用いる高圧金属蒸気放電ランプのように、短時間に所定値以上の光量が必要とされる場合に、低温状態における始動時に定格ランプ電力より大きなランプ電力を投入することにより、光量の立上がり時間を短縮する技術が例えば特許文献１などによって知られている。このような手法をランプ電圧形成のために水銀を用いる従来の高圧金属蒸気放電ランプ（以下、便宜上「水銀入りランプ」という。）に応用しようとする場合、最初に沸点が低い水銀が蒸発して発光し、管内温度が上昇するのに伴って発光金属のハロゲン化物が蒸発して所期の発光に寄与してくる。このため、始動当初に水銀発光で得られる光量が所定値以上であれば、比較的長い時間をかけて初期の発光金属の発光寄与を待つことができる。例えば、始動直後は７０Ｗ程度の大電力で点灯しても、水銀の蒸気圧が約１〜２秒程度で飽和状態となり、その後は７０Ｗよりも少ないランプ電力で点灯しても安定時と同等な光量を期待することができ、発光金属のハロゲン化物が蒸発を開始してから、当該発光金属による発光が支配的になるまでに数十秒をかけることができる。このため、高圧放電ランプの形状、発光金属のハロゲン化物の封入量、管内に付着しているハロゲン化物の分布状態などのばらつきがあっても、比較的安定した光量の立上り特性を得ることができる。しかし、さらに安定した光量の立上り特性が得られることは、望ましいことである。
【０００６】
【特許文献１】
特許第３２４９１４５号公報
【特許文献２】
米国特許第６３５３２８９号明細書
【発明が解決しようとする課題】
これに対して、水銀フリーランプの場合、始動初期に水銀の発光を期待することができないので、まず始めにキセノンなどの希ガスが発光し、続いてハロゲン化物として封入する発光金属の発光が始まる。
【０００７】
ところが、水銀フリーランプにおいては、発光金属のハロゲン化物が蒸発するには、水銀に比較して非常に高い温度が要求される。そのため、水銀入りランプと同等な光量を同等な時間で得ようとする場合、定格ランプ電力の２．５倍以上の高いランプ電力での点灯を、しかも、水銀入りランプの場合よりさらに長い時間投入しなくてはならない。ところが、このような高いランプ電力を投入していると、封入されている金属ハロゲン化物が急激に蒸発して、発光量が定格ランプ電力の下で安定しているときの２〜３倍になる現象が発生する。
【０００８】
水銀フリーランプにおいては、上記のように、金属ハロゲン化物の激しい蒸発がこのように無制御の下で発生すると、定格光量を遥かに上回る大きな光量の発光が生じる。その結果、自動車用前照灯装置の場合、対向車のドライバに激しい幻惑を与え、甚だ危険である。
【０００９】
また、水銀フリーランプにおいては、水銀による発光がないために、たとえ投入するランプ電力が一定であったとしても、高圧金属蒸気放電ランプにおける光量の立上り特性にばらつきが顕著に現れる。すなわち、高圧放電ランプの製造公差を考慮した場合、光量の立上り特性のばらつきは、必ずしも同一ではない。むしろ、気密容器の加工精度、放電媒体のハロゲン化物の封入量やその構成比、および希ガス封入圧など厳密な管理を行い難いとともに、光量の立上り特性にばらつきを与えやすい要素によって高圧放電ランプが構成されているために、光量の立上り特性はばらつきを生じやすい。この光量の立上り特性のばらつきは、水銀入りランプおよび水銀フリーランプのいずれにおいても基本的には同様に生じる。しかし、水銀フリーランプは、水銀入りランプに比較して上述したように始動時に大電力を必要とするのに加えて、第２のハロゲン化物の蒸気圧が水銀に比べて高いため、ランプ特性が上記ばらつきの影響を受けやすい。
【００１０】
そうして、高圧金属蒸気放電ランプにおいては、その光量の立上り特性のばらつきのために、光量が立上るまでの時間に遅速が生じるとともに、光量の立上り方が順次スムーズに行なわれなくなる。例えば、図７に示すように、高圧放電ランプを点灯したときに光量が定格値を大きく上回る期間が生じたり、逆に一時的に光量が低下したりする場合が生じる。
【００１１】
図７は、本発明によらない場合における高圧金属蒸気放電ランプに対する投入ランプ電力および光量の点灯時間に対する変化を示し、図７（ａ）は光量の立上りが遅い場合のグラフ、図７（ｂ）は過発光が生じる場合のグラフである。なお、縦軸にＷが付されているグラフは投入ランプ電力の時間（ｔ）の経過に対する変化を示し、縦軸にｌｘが付されているグラフは照度したがって光量の時間（ｔ）の経過に対する変化を示している。
【００１２】
すなわち、図７（ａ）においては、水銀フリーランプの光量の立上り特性が遅い場合であり、ランプ電力の低減早すぎるために、光量がいったん低下してしまうために、再び光量が回復するまでの時間が余分にかかってしまい、結局、光量が立上って安定するまでの時間が長くなる。これに対して、図７（ｂ）は、水銀フリーランプの光量の立上り特性が早い場合であり、ランプ電力が低減し始めても、光量の増加が早すぎるために、ランプ電力の低減が追い付かないことによって過発光が生じてしまう。なお、図７（ａ）および図７（ｂ）において、ランプ電力の低減開始から定格ランプ電力に到達するまでを示すランプ電力の低減時間は、いずれもｔ１で、等しくなっている。
【００１３】
そうして、高圧金属蒸気放電ランプを自動車前照灯装置に用いた場合、図７（ａ）に示すように、前照灯装置を点灯したにもかかわらず光量が低下しているのでは、視認性の低下をもたらして危険な状態になる。また、図７（ｂ）のように、一時的とはいえ過発光が発生すると、対向車に強い幻惑をもたらして危険である。
【００１４】
一方、光量の立上り特性は、安定時の特性と異なり、動的または過渡的な現象であるため、高圧金属蒸気放電ランプの製造時に管理しにくいという面がある。したがって、高圧金属蒸気放電ランプの製造面から光量の立上り特性のばらつきを低減しようとすると、気密容器の形状を厳密に管理したり、放電媒体のハロゲン化物の封入量を層別管理したり、封入ガス圧を微妙に調整したりするために、非常に手間と時間を要することになる。
【００１５】
以上述べた問題に対処するために、特許文献１に示す始動方法によれば、水銀フリーランプにおいては、金属ハロゲン化物の激しい蒸発が生じる平均的な時間を想定して投入ランプ電力の低減を開始させることになる。しかし、高圧金属蒸気放電ランプの光量の立上り特性のばらつきが影響してしまう。すなわち、特許文献１においては、高圧金属蒸気放電ランプの光量の立上り特性のばらつきに対する配慮がなされていない。したがって、特許文献１は、高圧金属蒸気放電ランプのランプ特性のばらつきに起因する問題に対する解決手段にはなり得ない。
【００１６】
これに対して、本発明者は、水銀フリーランプにおける上述した問題を解決するための発明をなした。この発明は、特願２００２−５４０８０（以下、便宜上「先行出願」という。）として出願されている。先行出願の発明は、定格ランプ電力の２倍より大きいランプ電力が点灯手段から供給されて高圧放電ランプが始動した後において、少なくとも高圧放電ランプに封入された金属ハロゲン化物が急激に蒸発するときに、点灯手段を制御して光出力が安定時のそれに比較して著しく大きくなくて、しかも、急激に増大しない程度にランプ電力を絞り込み、さらにその後定格ランプ電力に落ち着くようにランプ電力を順次減衰させていく制御手段を具備していることを特徴としている。この先行出願の発明は、水銀フリーランプのランプ特性のばらつきに起因する問題に対して有効な解決手段となるものである。
【００１７】
しかしながら、高圧金属蒸気放電ランプの前述した光量の立上り特性のばらつきに起因する問題点に対する効果的な解決手段が、より一層簡単な構成で、および／またはより一層安価に得られるならば、実用上の価値は高い。
【００１８】
本発明は、高圧金属蒸気放電ランプの光量の立上り特性にばらつきに対応してランプ電力の低減率を変化させることにより、点灯開始から安定点灯までの光量の立上りがスムーズになるとともに、比較的早くなる高圧金属蒸気放電ランプ点灯装置およびこれを用いた車両用前照灯装置を提供することを目的とする。
【００１９】
また、本発明は、高圧金属蒸気放電ランプの有する光量の立上り特性のばらつきに自動的に対応することにより、格別な操作なしに点灯開始から安定点灯までの光量の立上りがスムーズになるとともに、比較的早くなる高圧金属蒸気放電ランプ点灯装置を提供することを他の目的とする。
【００２０】
さらに、本発明は、光量の立上り特性にばらつきが生じやすいが、環境負荷が小さい水銀フリーランプを用いる場合に、点灯開始から安定点灯までの光量の立上りがスムーズになるとともに、比較的早くなる高圧金属蒸気放電ランプ点灯装置およびこれを用いた車両用前照灯装置を提供することを他の目的とする。
【００２１】
【課題を達成するための手段】
請求項１の発明の高圧金属蒸気放電ランプ点灯装置は、定格ランプ電力より大きいランプ電力を点灯回路手段から供給させて高圧金属蒸気放電ランプを点灯し、その後ランプ電力を所定の低減率特性にしたがって順次低減して定格ランプ電力に落ち着くように点灯回路手段を制御するとともに、高圧金属蒸気放電ランプにおける光量の立上り特性のばらつきに応じて上記低減率特性を変化できるように構成された制御手段を具備していることによって特徴付けされている。
【００２２】
＜制御手段について＞    制御手段は、高圧金属蒸気放電ランプの後述する点灯回路手段を制御するための手段である。
【００２３】
高圧金属蒸気放電ランプをその光量の立上りが早くなるように点灯させる場合、始動時すなわち点灯開始時に定格ランプ電力より大きな電力すなわち最大電力を投入し、その後光量の立上りに伴って順次低減していき、やがて定格ランプ電力に到達させて安定点灯状態に移行する。点灯開始から安定点灯までの経過を時間で区分すれば、最大電力を投入する第１の時間帯およびランプ電力を順次低減する第２の時間帯に大別することができる。なお、水銀フリーランプの場合、第１の時間帯と第２の時間帯の間に金属ハロゲン化物が急激に蒸発する時間帯が介在する。後者の時間帯における制御については後述する。
【００２４】
（第１の時間帯における制御について）    第１の時間帯は、始動時の制御が行われる。始動時の制御は、文字どおり高圧金属蒸気放電ランプの始動時すなわち点灯開始時に行う制御であって、許容最低照度までの光量の立上りを早くするのが主な目的である。このために、最大電力を投入する。水銀フリーランプにおいて、最大電力は、定格ランプ電力の約２倍の電力に設定するのが一般的である。これに対して、水銀フリーランプにおいては、最大電力を定格ランプ電力の２倍より大きくて３倍未満の範囲で適当な値のランプ電力を設定するのが好ましい。すなわち、定格ランプ電力が３５Ｗの場合、７６〜１１０Ｗ程度の範囲で高圧金属蒸気放電ランプを点灯させるのがよい。始動時は、主として希ガスであるキセノンによる放電が生起していて、そのガス圧がほぼ一定ないし徐々に上昇する程度であるから、定電流点灯の場合、投入されるランプ電力はほぼ一定となる。また、始動時の制御により高圧金属蒸気放電ランプは、希ガスの放電によって定格点灯時における光出力の約５０％程度の光出力を生じる。なお、始動時の制御すなわち最大電力を投入する制御が行なわれる時間は、一般的には１〜５秒程度、好適には２〜４秒程度である。実際には、水銀入りランプと水銀フリーランプとで異なる。前者の場合、始動時の最大電力投入時間は、１〜２秒程度であるが、後者の場合は、２〜５秒程度である。
【００２５】
（第２の時間帯における制御について）    第２の時間帯は、本発明における特徴的な構成が作用する時間帯であるとともに、また定格ランプ電力へ落ち着かせるためにランプ電力を順次低減する時間帯である。この時間帯は、始動後１分間程度の間である。本発明において、この期間の制御においては、高圧金属蒸気放電ランプにおける光量の立上り特性のばらつきに適合するランプ電力の低減率特性が適用される。すなわち、光量の立上り特性の早い高圧金属蒸気放電ランプに対しては、一般にランプ電力の低減が早くなる低減率特性が選択される。また、光量の立上り特性の遅い高圧金属蒸気放電ランプに対しては、一般にランプ電力の低減が遅くなる低減率特性が選択される。したがって、本発明において、低減率特性は、少なくとも２種類以上に選択することが可能なように構成される。好ましくは光量の立上り特性が上記の中間の場合に、ランプ電力の低減が中間程度になる低減率特性を選択できるように構成される。より一層好ましくは中間の低減率特性が複数の異なるレベルになっていて、その中の適当する低減率特性を所要に応じて選択できるように構成される。
【００２６】
また、第２の時間帯におけるランプ電力の低減率特性の変化は、段階的および連続的のいずれであってもよい。低減率特性を変化させるには、手動であってもよいが、好ましくは光量の立上り特性を判定して自動的に適合する低減率に変化させるように構成することができる。なお、光量の立上り特性の判定は、例えばランプ電圧またはランプ電圧に相当する電圧を検出するとともに、検出値からその変化の度合すなわち変化率を演算するなど点灯回路手段における電気的な変化を監視することによって間接的に行うことができる。光量の立上り特性を光学的に直接検出することも許容されるが、上記のように間接的に行うことによって高圧金属蒸気放電ランプ点灯装置を相対的に安価にすることができる。
【００２７】
さらに、ランプ電力を低減するには、予め時間の経過に対してランプ電力が低減していくような目標値を設定しておき、実際のランプ電力を目標値と比較しながら、実際値を目標値に接近させるように点灯回路手段を制御することにより、これを行うことができる。したがって、このときのランプ電力の低減率特性は、目標値の低減率により決定される。しかし、この低減率は、例えば設計者が予め設定した標準的なものであり、必ずしも個々の高圧金属蒸気放電ランプに適合するものではない。本発明によれば、個々の高圧金属蒸気放電ランプが有する光量の立上り特性に適合するランプ電力の低減率特性が一例として次のように設定される。例えば、制御手段は、ランプ電力の低減率特性を補正する可変の低減率補正手段を備える。低減率補正手段は、予め設定されたランプ電力の目標値（例えば、目標ランプ電力）による低減率を個々の高圧金属蒸気放電ランプに適合するように補正する。
【００２８】
制御手段についての本発明における特徴的な構成ではないが、制御手段におけるその他の構成について以下説明する。これらの構成は、所望により任意に選択して採用することができるものである。
【００２９】
（金属ハロゲン化物が急激に蒸発するときの制御について）    水銀フリーランプにおいては、上述した第１の時間帯と第２の時間帯の間に金属ハロゲン化物が急激に蒸発するときが存在する。このときには以下説明する制御を行うのが好ましい。すなわち、金属ハロゲン化物が急激に蒸発するときの制御は、ランプ電力を絞り込んで金属ハロゲン化物が急激に蒸発したときに光出力が安定時のそれに比較して著しく大きくなくて、しかも、急激に増大することのないようにするのが重要である。しかし、ランプ電力の絞込みのタイミングが早すぎて、金属ハロゲン化物が急激に蒸発する前に大きく絞り込むと、光出力が安定時のそれより大幅に低下してしまうので、絞込みのタイミングまたは絞込みの程度を適切に行なう必要がある。なお、金属ハロゲン化物が急激に蒸発したときに「光出力が安定時のそれに比較して著しく大きくない」とは、安定時の光出力の２倍、好適には１．５倍を超えない範囲をいう。
【００３０】
すなわち、絞込みのタイミングを適切に行うことにより良好な制御を行おうとする場合には、金属ハロゲン化物が急激に蒸発したときを検出して、その検出の際に速やかに投入するランプ電力を絞り込むようにすればよい。そうすれば、高圧放電ランプ個々で特性にばらつきがあったとしても、その影響が反映することなく、所望の光出力になるように制御することができる。また、この制御の場合には、ランプ電力を所要の程度まで十分に絞り込むことが可能になる。
【００３１】
これに対して、絞込みの程度を適切に行うことにより良好な制御を行おうとする場合には、高圧放電ランプ個々の特性のばらつきを考慮して、金属ハロゲン化物が急激に蒸発するタイミングを含むように予め適当で、なるべく狭い範囲の時間幅を設定しておき、かつ、その時間幅中において、慎重に考慮された適当な値の減衰率をもって始動時に投入するランプ電力を減衰させていけばよい。この期間中に適用されるランプ電力の減衰率としては、前述した減衰率より小さい中間的な値が適用される。なお、上記時間幅は、一般的に０．４〜４秒程度（始動後１．４〜１０秒程度）、好適には１〜２秒程度（始動後３〜６秒程度）である。
【００３２】
そうすれば、金属ハロゲン化物が急激に蒸発するタイミングのわずかに前でランプ電力が絞り込まれても、所要の範囲を超えて極端に光出力が増減することがなく、すなわち許容範囲内に収めることができるようになる。また、光出力の「許容範囲」とは、安定時のそれの５０〜２００％の範囲、好適には５０〜１５０％の範囲をいう。
【００３３】
（ランプ電力を制御する方法について）    ランプ電力は、負帰還形定電力制御方式において、基準電力を変更することにより制御することができる。なお、本発明の高圧放電ランプの場合、金属ハロゲン化物の蒸気圧によってランプ電圧が決定されるので、定ランプ電流制御を行うことにより、定ランプ電力制御を行うことができる。また、制御手段から点灯回路手段に対して負帰還制御のための例えばＰＷＭ制御信号を送出するように構成する。
【００３４】
（高温始動について）    本発明は、前述のように低温始動の際のランプ電力制御における課題を解決する手段を提供するものであるから、高圧金属蒸気放電ランプの高温始動の際には、どのような構成であってもよいが、好ましくは以下の構成を採用するのがよい。なお、「高温始動」とは、室温程度より高い温度、たとえば高圧放電ランプの安定時の温度に近い温度下での始動を意味し、したがっていわゆるホットリスタートはこれに該当する。
【００３５】
すなわち、高温始動時には定格ランプ電力に近いランプ電力を供給する。なお、「定格ランプ電力に近い」とは、定格ランプ電力に対して１０５〜１５０％の範囲とする。また、低温始動時および高温始動時の判別は、高圧放電ランプの温度、消灯してからの経過時間であるところの消灯時間または点灯時に流れるランプ電流の大きさなどに応じて行うことができる。さらに、高圧放電ランプに供給するランプ電力の制御は、たとえば高圧放電ランプに印加する電圧を変化することにより、容易にこれを行なうことができる。また、要すれば、高圧放電ランプの消灯時間に応じて連続的に供給ランプ電力を制御するように構成することができる。さらに、高温始動時に高圧放電ランプに対してどの程度のランプ電力を供給するかは、予め実験またはシミュレーションなどにより決定することができる。そして、低温および高温の程度とランプ電力時間との関係を予めテーブルデータとしてメモリに記憶しておき、演算に基づいて必要なデータをメモリから読み出して、点灯手段を自動的に制御するように構成することができる。
【００３６】
＜高圧金属蒸気放電ランプについて＞    本発明により点灯される高圧金属蒸気放電ランプは、その放電媒体の中の金属蒸気の高圧放電により発光する高圧放電ランプである。そして、放電媒体に水銀を含むいわゆる水銀入りランプと、水銀に代えて第２のハロゲン化物を含むいわゆる水銀フリーランプとがあり、本発明は、そのいずれであってもよい。以下、光量の立ち上がり特性のばらつきが大きいので、本発明を適当するのが特に効果的な水銀フリーランプにおける放電媒体について説明する
（水銀フリーランプにおける放電媒体について）    水銀フリーランプにおける放電媒体は、本質的に水銀が封入されていない。「本質的に水銀が封入されていない」とは、水銀を全く封入していないだけでなく、気密容器の内容積１ｃｃ当たり２ｍｇ未満、好ましくは１ｍｇ以下の水銀が存在していることを許容するという意味である。しかし、水銀を全く封入しないことは環境上望ましいことである。従来のように水銀蒸気によって放電ランプの電気特性を維持する場合、電極間距離が比較的小さくて小形の高圧金属蒸気放電ランプにおいては、気密容器の内容積１ｃｃ当たり２０〜４０ｍｇ、さらに場合によっては５０ｍｇ以上封入していたことからすれば、水銀量が実質的に少ないといえる。
【００３７】
次に、希ガスが封入されている。希ガスは、好適にはキセノンである。希ガスを封入している理由は、始動ガスとして作用するとともに、点灯直後の光量の立上りを早め、さらに安定点灯中のバッファガスとして作用させるためである。このために、希ガスは、高い圧力、例えば一般的には５〜２０気圧、好適には８〜１６気圧で封入されている。この範囲であれば、点灯直後４秒までの光量の立上りを早めて自動車用前照灯装置に必要なその前面の代表点での光度８０００ｃｄを容易に得ることができる。
【００３８】
さらに、金属ハロゲン化物が封入されている。金属ハロゲン化物は、少なくとも発光金属のハロゲン化物である第１のハロゲン化物およびランプ電圧形成用の第２のハロゲン化物を含むものとする。車両用前照灯に用いるのに好適な白色発光のための第１のハロゲン化物としては、例えばナトリウムＮａ、スカンジウムＳｃおよび希土類金属、例えばジスプロシウムＤｙなどからなるグリープの中から選択された少なくとも１種を含む発光金属のハロゲン化物を用いることができる。また、ナトリウムＮａ、スカンジウムＳｃおよびインジウムＩのハロゲン化物を発光金属のハロゲン化物として封入することもできる。
【００３９】
第２のハロゲン化物としては、蒸気圧が相対的に高くて、かつ、可視域における発光が相対的に少ない金属のハロゲン化物からなる。第２のハロゲン化物に用いる金属としては、例えばマグネシウムＭｇ、鉄Ｆｅ、コバルトＣｏ、クロムＣｒ、亜鉛Ｚｎ、ニッケルＮｉ、マンガンＭｎ、アルミニウムＡｌ、アンチモンＳｂ、ベリリウムＢｅ、レニウムＲｅ、ガリウムＧａ、チタンＴｉ、ジルコニウムＺｒおよびハフニウムＨｆからなるグループの中から選択された１種または複数種の金属を用いることができる。
【００４０】
以上説明したように、水銀フリーランプは、その放電媒体として従来の水銀に代えて金属ハロゲン化物を封入しているため、定格ランプ電力の２倍より大きいランプ電力で点灯を開始すると、暫くして金属ハロゲン化物が急激に蒸発する。そして、その際に格別の制御を行わない場合、光出力が著しく大きくて、しかも急激に増大するという特性を有している。
【００４１】
（高圧金属蒸気放電ランプのその他の構成について）
本発明において点灯する高圧金属蒸気放電ランプにおいて必須要件ではないが、所望により以下の構成を加味することにより、特に車両用前照灯装置の場合に効果的である。
１．（気密容器について）    気密容器は、その内部に放電空間が形成されるとともに、放電空間を包囲する部分の肉厚が比較的大きくて、耐火性で、かつ、透光性の材料たとえば石英ガラス、透光性セラミックスなどからなる。放電空間は、好ましくはほぼ円柱状をなし、軸方向の中央部の肉厚がその両側の肉厚より大きい。
２．（電極について）    電極は、気密容器の両端内部にその一対が対向して封装され、好ましくは電極間距離が５ｍｍ以下、好適には４．２±０．６ｍｍになるように設定される。また、始動時に直流点灯を行なうことが許容されるが、一対の電極は、アノードとして作用するときに、定格ランプ電力の約２倍以上のランプ電力が供給された際であっても、例えば電極の先端に軸部より径大の球状部分を形成することにより、これに耐えるように構成することができる。
３．（定格ランプ電力について）    定格ランプ電力は、一般的には２５０Ｗ以下、好ましくは１００Ｗ以下、最適には６０Ｗ以下である。また、自動車用前照灯装置に用いる高圧金属蒸気放電ランプの場合においては、一般的には８０Ｗ以下、好ましくは６０Ｗ以下、最適には３５Ｗ程度である。
４．（外管について）    外管は、内部に放電空間を備えた気密容器を外側から包囲するように配設される透光性容器状手段であり、気密容器から外部へ放射される紫外線を遮断したり、気密容器を保護したりする。外管の内部は、外気に連通していてもよいし、気密になっていてもよい。
【００４２】
＜点灯回路手段について＞    点灯回路手段は、高圧金属蒸気放電ランプを点灯するための回路手段であり、点灯状態を維持するのに必要な電気エネルギーを高圧金属蒸気放電ランプに対して所要に制御しながら供給する。そのために、点灯回路手段は、前述した制御手段による制御に応じて高圧金属蒸気放電ランプに供給するランプ電力を変化できるとともに、バラスト機能によってランプ電流を限流することにより、高圧金属蒸気放電ランプを安定に点灯するように構成されている。なお、高圧金属蒸気放電ランプの点灯は、直流および交流のいずれによる付勢であってもよい。例えば、始動時から所要時間の間は直流点灯で、その後交流点灯に切り換えることもできる。いずれにしても、点灯回路手段は、その制御の容易性、正確性および応答性の故に電子式に構成されていることが好ましい。また、交流電圧は、その波形を矩形波にすることができる。さらに、高圧金属蒸気放電ランプの安定点灯中には、定電力制御を行うことができるように構成することが好ましい。
【００４３】
次に、高圧金属蒸気放電ランプの限流手段は、それぞれ高圧金属蒸気放電ランプに印加される電圧の態様に応じて適切なインピーダンスを有していなければならない。しかし、直流電源電圧値を所望に制御したり、アクティブフィルタ作用をさせたりするために、スイッチングレギュレータを用いる場合、構成要素の一部であるインダクタがスイッチングにより限流作用をも担当するので、見かけ上の限流素子を省略することができる。
【００４４】
また、交流点灯の際の周波数は、高圧放電ランプが音響的共鳴現象を生じないように配慮する必要がある。高圧金属蒸気放電ランプが車両用前照灯装置に用いるような比較的小さなサイズの放電容器を備える場合においては、約２ｋＨｚ以下の周波数であれば、実際上問題を生じるようなことはない。
【００４５】
さらに、点灯手段は、その無負荷出力電圧を２００〜６００Ｖ程度に設定することができる。
【００４６】
＜本発明におけるその他の構成について＞    所望によりイグナイタを付加することができる。水銀フリーランプを用いる場合、イグナイタのパルス出力電圧を水銀入りランプにおけるより多少高くする必要があるとしても、コスト、大きさおよび重量などにおいて実現を困難にするほどのことはない。
【００４７】
＜本発明の作用について＞    本発明においては、高圧金属蒸気放電ランプにおける光量の立上り特性のばらつきに応じて点灯回路手段を制御する制御手段のランプ電力の低減率特性を当該光量の立上り特性に適合するように変化させるので、高圧金属蒸気放電ランプを室温程度以下の低温状態で始動するときに、光量を過不足なくスムーズに、すなわち順次増加するように立上げることができる。また、光量の立ち上がりの途中で光量がいったん低下するようなことがなくなるので、立上りが早くなる。
【００４８】
請求項２の発明の高圧金属蒸気放電ランプ点灯装置は、高圧金属蒸気放電ランプのランプ電圧に相当する電圧を検出するランプ電圧検出手段を含み、定格ランプ電力より大きいランプ電力を点灯回路手段から供給させて高圧金属蒸気放電ランプを点灯し、その後ランプ電力を所定の低減率特性にしたがって順次低減して定格ランプ電力に落ち着くように点灯手段を制御するとともに、ランプ電圧検出手段の検出出力の変化率に応じて上記低減率特性を変化させるように構成された制御手段とを具備していることにより特徴付けられている。
【００４９】
制御手段は、ランプ電圧に相当する電圧を検出するランプ電圧検出手段を含んでいる。ランプ電圧検出手段が「高圧金属蒸気放電ランプのランプ電圧に相当する電圧を検出する」とは、高圧金属蒸気放電ランプのランプ電圧を直接検出するだけでなく、点灯回路手段の電源側などに現れるランプ電圧に比例的な電圧を検出するような構成であってもよいことを意味する。
【００５０】
また、制御手段は、ランプ電圧検出手段の検出出力の変化率に応じてランプ電力の低減率特性を変化させるように構成されている。すなわち、高圧金属蒸気放電ランプの光量の立上り特性は、そのランプ電圧の変化率を求めて、その変化率を監視することによって、これを判定することができる。ランプ電圧の変化率は、例えばランプ電圧検出手段の検出値を短い単位時間ごとにメモリに記憶し、次の単位時間における検出値とメモリから読み出したその前の検出値を比較演算することにより、ランプ電圧の変化率を求めることができる。また、ランプ電圧検出手段の検出値と、そのときの目標ランプ電力から求めた目標ランプ電圧とを比較演算することにより、ランプ電圧の変化率を求めることもできる。
【００５１】
そうして、ランプ電圧の変化率が大きいときに、光量の立上りが早くなるときは、ランプ電力の低減率を大きくなるように補正する。反対に変化率が小さときに、光量の立上りが遅くなるとには、低減率を小さくなるように補正する。しかし、高圧金属蒸気放電ランプにおける光量の立上り特性のばらつきは、その要因が例えば気密容器の形状によるものが支配的なのか、金属ハロゲン化物の比率によるものであるのかなどによって、ランプ電圧の変化率との相関が上記と逆になったりすることがあるので、場合によってはランプ電圧の変化率とランプ電力の低減率との関係を上記と逆にすることも許容される。
【００５２】
さらに、制御手段は、ランプ電圧検出手段に加えてランプ電流検出手段をも含んでいることを許容する。なお、ランプ電流検出手段は、実際に高圧金属蒸気放電ランプに流れるランプ電流を直接検出するだけでなく、ランプ電流に比例的な電流を検出することにより、間接的にランプ電流を検出するのであってもよい。
【００５３】
そうして、制御手段がランプ電圧検出手段およびランプ電流検出手段を含んでいることによって、高圧金属蒸気放電ランプに投入される実際のランプ電力すなわち実ランプ電力を演算により求めることが可能になる。
【００５４】
一方、制御手段にマイクロコンピュータを用いることにより、上記演算を容易に行うことができる。また、マイクロコンピュータ内のメモリに予め点灯時間に対する目標ランプ電力のテーブルデータを記憶させておき、点灯時間の経過にしたがってテーブルデータを読み出して実ランプ電力と対比してその差をなくすように負帰還制御を行うことによって、高圧金属蒸気放電ランプを目標ランプ電力に沿って点灯することが可能になる。
【００５５】
本発明においては、制御手段によりランプ電圧の変化率を監視して、高圧金属蒸気放電ランプの光量の立上り特性を判定し、その判定結果に応じてランプ電力の低減率が光量の立上り特性に適合するように変化するように制御手段を構成しておくことにより、高圧金属蒸気放電ランプにおける光量の立上り特性のばらつきに対して、ランプ電力の投入が自動的に、しかも、適切に調整される。その結果、光量の立上りが特別な操作を加えることなく、スムーズに行われ、かつ、光量の立上りが早くなる。
【００５６】
請求項３の発明の高圧金属蒸気放電ランプ点灯装置は、制御手段がランプ電力の低減率特性を補正する可変の低減率補正手段を備えていることによって特徴付けられている。
【００５７】
本発明は、高圧金属蒸気放電ランプにおける光量の立上り特性のばらつきに適合したランプ電力の低減率によってランプ電力を低減していくのに好適な構成を規定している。すなわち、制御手段は、請求項１の発明において述べた第２の時間帯において、予め所定の第１の低減率で高圧金属蒸気放電ランプのランプ電力を低減していくように構成されているとともに、第１の低減率を第２の低減率に補正するための可変の低減率補正手段を備えている。
【００５８】
第１の低減率は、例えば標準的な低減率とするのがよい。しかし、要すれば、標準的な低減率より相対的に大きいか、反対に小さい方へ偏った低減率を第１の低減率とすることも許容される。また、第１の低減率は、例えば目標ランプ電力の形で設定しておくことができる。この場合、目標ランプ電力は、テーブルデータとして時間の経過に対する目標ランプ電力の推移がメモリに記憶され、点灯時間の経過にしたがってテーブルデータが順次メモリから読み出され、実ランプ電力と比較されるように構成される。そして、両ランプ電力の差分に応じて点灯回路手段に投入される電力が目標ランプ電力に接近するように制御される。その結果、第１の低減率に沿ってランプ電力が低減される。
【００５９】
第２の低減率は、第１の低減率を可変の低減率補正手段によって補正した結果得られる低減率である。したがって、第２の低減率は、点灯される高圧金属蒸気放電ランプにおける光量の立上り特性に適合するランプ電力の低減率になっている。可変の低減率補正手段は、その具体的な構成は特段限定されないが、例えば時定数回路により構成することができる。そして、その時定数を可変に構成している。時定数を可変にするには、例えば電子ボリュームを用いて、その制御端子にランプ電圧の変化率信号を入力するか、手動によって変化率信号に相当する制御入力を与えればよい。また、それぞれ時定数の異なる複数の時定数回路を並列的に、かつ、切り換え可能に配設して、ランプ電圧の変化率に応じて適当する時定数回路を選択するように構成することもできる。そうして、目標ランプ電力を可変の低減率補正手段によって補正してから、実ランプ電力と補正された目標ランプ電力との差分を作動増幅器で求め、当該差分により点灯回路手段を負帰還制御することによって、高圧金属蒸気放電ランプの光量の立上り特性に適合する低減率でランプ電力を低減していくことができる。
【００６０】
さらに、制御手段にマイクロコンピュータを用いる場合には、予め目標ランプ電力の他に、補正用の異なる複数の低減率データをテーブルデータとして予めメモリに記憶させておくことができる。そして、ランプ電圧の変化率に応じて補正用のテーブルデータの中から適合するものを選択して読み出し、上記と同様に補正することもできる。
【００６１】
本発明においては、高圧金属蒸気放電ランプが始動後に第２の時間帯に達したときに、制御手段による制御にしたがって定格ランプ電力へ向かってランプ電力低減を開始する際に、予め設定された第１の低減率に対して、可変の低減率補正手段により低減率を補正して、点灯する高圧金属蒸気放電ランプの光量の立上り特性に適合する第２の低減率でランプ電力を順次低減する。その結果、ランプ電力の低減がスムーズで、しかも、早く行われる。また、低減率の補正を容易、かつ、確実に補正することができる。
【００６２】
請求項４の発明の高圧金属蒸気放電ランプは、発光金属のハロゲン化物からなる第１のハロゲン化物およびランプ電圧形成用の第２のハロゲン化物を含み、本質的に水銀を含ないことにより特徴付けられている。
【００６３】
本発明は、高圧金属蒸気放電ランプとしていわゆる水銀フリーランプを用いることを規定している。既述のとおり水銀フリーランプの場合、光量の立上り特性のばらつきが多いので、請求項１無いしに規定する発明が特に効果的となる。
【００６４】
請求項５の発明の高圧金属蒸気放電ランプ点灯装置は、制御手段が点灯開始後の所定時間の間ランプ電力を最高電力に維持し、その後所定の低減率特性にしたがって順次低減することによって特徴付けられている。
【００６５】
本発明において、「所定時間の間」とは、請求項１の発明に対する説明における第１の時間帯であり、既述のように一般的には１〜５秒程度、好適には２〜４秒程度である。実際には、水銀入りランプと水銀フリーランプとで異なる。前者の場合、始動時の最大電力投入時間は、１〜２秒程度であるが、後者の場合は、２〜５秒程度である。そして、この時間帯において、始動時の制御が行われる。
【００６６】
また、「最高電力」とは、予め設定された許容範囲内での最高電力をいい、水銀入りランプに対しては定格ランプ電力の２倍程度、また水銀フリーランプに対しては２倍より大きくて３倍未満の範囲が、それぞれ適当な値である。始動時すなわち点灯開始時に行う制御において、最高電力を投入することにより、光量の立上りを早くするものである。さらに、「所定の低減率特性」とは、点灯する高圧金属蒸気放電ランプの有する光量の立上り特性に適合するランプ電力の低減率特性をいう。
【００６７】
そうして、本発明においては、上記のように構成されていることにより、始動時の光量の立上りを早くすることができる。
【００６８】
請求項６の発明の車両用前照灯装置は、車両用前照灯装置本体と；車両用前照灯装置本体に配設された請求項１ないし５のいずれか一記載の高圧金属蒸気放電ランプ点灯装置と；を具備していることを特徴としている。
【００６９】
「車両用前照灯装置本体」とは、車両用前照灯装置から高圧金属蒸気放電ランプ点灯装置を除いた残余の部分をいう。
【００７０】
そうして、本発明においては、請求項１ないし５の発明の高圧金属蒸気放電ランプ点灯装置を備えていることにより、個々の高圧金属蒸気放電ランプに光量の立上り特性のばらつきがあっても、光量の立上り時にそれぞれの高圧金属蒸気放電ランプが有する光量の立上り特性に適合するランプ電力の低減率でランプ電力を低減することができる。その結果、光量の立上りがスムーズで、しかも、早い車両用前照灯装置が得られる。
【００７１】
【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説明する。
【００７２】
図１ないし図４は、本発明の高金属蒸気放電ランプ点灯装置の一実施の形態を示し、図１はブロック回路図、図２は目標ランプ電力を示すグラフ、図３は高圧金属蒸気放電ランプの縦断面図、図４は金属蒸気の投入ランプ電力および光量の点灯時間に対する変化を示し、図４（ａ）は光量の立上り特性が中間的な場合のグラフ、図４（ｂ）は光量の立上り特性が遅い場合のグラフ、図４（ｃ）は光量の立上り特性が早い場合のグラフである。
【００７３】
本実施の形態は、自動車用前照灯装置に用いる水銀フリーランプを点灯する高圧金属蒸気放電ランプ点灯装置である。図１において、ＤＣは直流電源、ＳＷ１は電源スイッチ、ＯＣは点灯回路手段、ＣＣは制御手段、ＩＧはイグナイタ、ＨＰＬは高圧金属蒸気放電ランプである。以下、構成要素ごとに説明する。
【００７４】
直流電源ＤＣは、直流電圧１２Ｖのバッテリーからなる。
【００７５】
電源スイッチＳＷ１は、直流電源ＤＣと後述する点灯回路手段ＯＣとの間に直列接続されていて、高圧放電ランプＨＤＬの点滅を司る。
【００７６】
＜点灯回路手段ＯＣについて＞    点灯回路手段ＯＣは、スイッチングレギュレータＤＣ／ＤＣおよびインバータＤＣ／ＡＣから構成されている。
【００７７】
（スイッチングレギュレータＤＣ／ＤＣについて）    スイッチングレギュレータＤＣ／ＤＣは、出力トランスＴ、スイッチング手段Ｑ１、ゲートドライブ信号発生回路ＧＤＣＳ、ダイオードＤ１および平滑コンデンサＣ２により主体として構成されている。なお、スイッチングレギュレータＤＣ／ＤＣの入力端には、電解コンデンサＣ１が並列に接続している。
出力トランスＴの１次巻線ｗｐおよびスイッチング手段Ｑ１は、電解コンデンサＣ１の両端間に直列接続している。スイッチング手段Ｑ１は、ＭＯＳＦＥＴからなる。なお、スイッチング手段Ｑ１と直列に挿入されている抵抗器Ｒ１は、スイッチング電流検出用である。ゲートドライブ信号発生回路ＧＤＧＳは、ゲートドライブ信号を発生して、スイッチング手段Ｑ１のゲート・ソース間に印加する。そして、外部から制御入力する制御信号に応じてゲートドライブ信号をＰＷＭ制御することができる。出力トランスＴの２次巻線ｗｓの両端にダイオードＤ１および平滑コンデンサＣ２が直列接続している。
【００７８】
そうして、スイッチングレギュレータＤＣ／ＤＣの昇圧され、制御され、かつ、平滑化された直流出力電圧が平滑コンデンサＣ２の両端間に得られる。
【００７９】
（インバータＤＣ／ＡＣについて）    インバータＤＣ／ＡＣは、フルブリッジ形インバータからなり、４つのスイッチング手段Ｑ２〜Ｑ５、ゲートドライブ回路ＧＤＣ１〜ＧＤＣ４、矩形波発振回路ＯＳＣ、切換手段ＳＷ２、反転回路Ｎおよび非反転回路Ｙからなる。４つのスイッチング手段Ｑ２〜Ｑ５は、それぞれＭＯＳＦＥＴからなり、ブリッジ回路を構成するように接続されている。そして、ブリッジ回路の入力端は、スイッチングレギュレータＤＣ／ＤＣの直流出力端間に接続している。ゲートドライブ回路ＧＤＣ１〜ＧＤＣ４は、反転回路Ｎまたは非反転回路Ｙを経由した後記矩形波発振回路ＯＳＣの出力信号または直流電位に同期してゲートドライブ信号を形成して、それぞれ対応するスイッチング手段Ｑ２〜Ｑ５のゲート・ソース間にゲートドライブ信号を供給し、それらをオンさせる。矩形波発振回路ＯＳＣは、周波数１００Ｈｚ〜２ｋＨｚの矩形波の出力信号を発振する。切換手段ＳＷ２は、矩形波発振回路ＯＳＣの出力信号と直流電位とを選択的にゲートドライブ信号発生回路ＧＤＣ１およびＧＤＣ３に対して反転回路Ｎを介して接続し、またゲートドライブ信号発生回路ＧＤＣ２およびＧＤＣ４に対して非反転回路Ｙを介して接続している。
【００８０】
そうして、矩形波発振回路ＯＳＣの出力が切換手段ＳＷ２および反転回路Ｎまたは非反転回路Ｙを介してゲートドライブ信号発生回路ＧＤＣ１〜ＧＤＣ４に印加されることにより、４つのスイッチング手段のうちＱ２およびＱ５とＱ３およびＱ４とが交互にスイッチングしてインバータ動作を行い、それらが構成するブリッジ回路の出力端から交流出力電圧が得られる。
【００８１】
また、直流電位が切換手段ＳＷ２および反転回路Ｎまたは非反転回路Ｙを介してゲートドライブ信号発生回路ＧＤＣ１〜ＧＤＣ４に印加されることにより、４つのスイッチング手段のうちＱ２およびＱ５がオンし、Ｑ３およびＱ４がオフするので、ブリッジ回路の出力端から直流出力電圧が得られる。要約すれば、点灯手段ＯＣは、直流出力および交流出力のいずれか一方が選択されることにより、後述する高圧放電ランプＨＰＬを直流点灯または交流点灯することができる。
【００８２】
＜制御手段ＣＣについて＞    制御手段ＣＣは、ランプ電圧検出手段ＬＶＤ、ランプ電流検出手段ＬＣＤ、点灯検出手段ＬＤ、点灯時間タイマＯＴ、消灯時間タイマＬＯＴ、目標ランプ電力演算手段ＬＷＧ、実ランプ電力演算手段ＬＷＯ、ランプ電圧変化率検出手段ＶＬＲＤ、ランプ電力変化率補正手段ＬＷＶＣおよびランプ電力調整手段ＬＰＲにより構成されている。
【００８３】
（ランプ電圧検出手段ＬＶＤについて）    ランプ電圧検出手段ＬＶＤは、スイッチングレギュレータＤＣ／ＤＣの直流出力電圧が得られる平滑コンデンサＣ２の両端間に接続された一対の抵抗器Ｒ２、Ｒ３の直列回路からなり、抵抗器Ｒ３の両端に高圧放電ランプＨＰＬのランプ電圧に比例した分電圧が得られる。
【００８４】
（ランプ電流検出手段ＬＣＤについて）    ランプ電流検出手段ＬＣＤは、スイッチングレギュレータＤＣ／ＤＣの直流出力およびインバータＤＣ／ＡＣの直流入力端の間に直列に挿入された抵抗器Ｒ４からなり、抵抗器Ｒ４の電圧降下がランプ電流に比例する。
【００８５】
（点灯検出手段ＬＤについて）    点灯検出手段部ＬＤは、ランプ電圧検出手段ＬＶＤの検出出力に応動する。すなわち、高圧放電ランプＨＰＬは、放電開始すると、その電極間に現れる電圧がそれ以前に現れる無負荷電圧より明らかに低いランプ電圧になる。そこで、点灯検出手段ＬＤは、ランプ電圧検出手段部ＬＶＤの検出出力を監視していて、たとえば検出出力が急減したことをもって高圧放電ランプＨＰＬが点灯したことを検出することができる。
【００８６】
（点灯時間タイマＯＴについて）    点灯時間タイマＯＴは、点灯検出手段ＬＤの出力を得てタイマ動作を開始して、高圧放電ランプＨＰＬの点灯時間を計時する。そして、タイマ出力を後述する目標ランプ電力設定回路ＴＬＰおよび切り換え手段ＳＷ２に送出する。
【００８７】
（消灯時間タイマＬＯＴについて）    消灯時間タイマＬＯＴは、点灯検出手段ＬＤの出力が消滅したときにタイマ動作を開始して、高圧放電ランプＨＰＬの消灯時間を計時する。そして、そのタイマ出力を点灯時間タイマＯＴに送出して、点灯時間タイマＯＴの初期値を消灯時間に応じて変更する。
【００８８】
（目標ランプ電力演算手段ＬＷＧについて）    目標ランプ電力演算手段ＬＷＧは、目標ランプ電力を求めるために配設されている。また、目標ランプ電力演算手段ＬＷＧは、目標ランプ電圧のデータをも有していて、目標ランプ電圧のデータが後述するランプ電力変化率補正手段ＬＷＶＣを経由して、ランプ電力調整手段ＬＰＲに入力する。
【００８９】
さらに、目標ランプ電力演算手段ＬＷＧは、図２に示すように、室温以下の低温における始動の際からの目標ランプ電力特性が予め付与されている。なお、目標ランプ電力特性は、図に表れていないが、細かな段階状に変化するように設定されている。この目標ランプ電力特性は、第１の時間帯における目標ランプ電力ａ、金属ハロゲン化物が急激に蒸発する時間帯における目標ランプ電力ｂおよび第２の時間帯における目標ランプ電力ｃからなる。
【００９０】
目標ランプ電力ａは、点灯から５秒までの第１の時間帯に投入されるべき最大電力を規定する。そして、最大電力は、高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬの定格ランプ電力が３５Ｗであるのに対して、２．５倍の８５Ｗ一定に設定されている。
【００９１】
目標ランプ電力ｂは、目標ランプ電力ａの期間に続く１．５秒間からなる金属ハロゲン化物が急激に蒸発する時間帯に投入されるべきランプ電力を規定する。そして、４Ｗ／秒の減衰率で直線的に低減して、目標ランプ電力ｂの終期にはランプ電力は７９Ｗまで低減する。
【００９２】
目標ランプ電力ｃは、目標ランプ電力ｂの期間に続く４４秒間からなる第２の時間帯に投入されるべきランプ電力を規定する。そして、目標ランプ電力ｃの終期には、定格ランプ電力の３５Ｗまで順次低減している。したがって、第２の時間帯における目標ランプ電力ｃは、請求項３の発明において説明している第１の低減率を規定していることになる。この第１の低減率は、最初大きくて順次小さくなっている。したがって、高圧金属蒸気放電ランプが標準的な光量の立上り特性を有している場合、点灯開始後の光量の立ち上がり開始からスムーズに光量が増大して５０秒間で安定点灯になるように設定されている。
【００９３】
（実ランプ電力演算手段ＬＷＯについて）    実ランプ電力演算手段ＬＷＯは、ランプ電圧検出手段ＬＶＤと、ランプ電流検出手段ＬＣＤの検出出力に基づいて実ランプ電力を演算するように配設されている。そして、実ランプ電力演算手段ＬＷＯの出力は、後述するランプ電力調整手段ＬＰＲの一方の入力端に入力する。
【００９４】
（ランプ電圧変化率検出手段ＶＬＲＤについて）    ランプ電圧変化率検出手段ＶＬＲＤは、ランプ電圧検出手段ＬＶＤの検出出力と、目標ランプ電力演算手段ＬＷＧから得た目標ランプ電圧とを比較演算してランプ電圧の変化率を検出する手段である。そして、得られたランプ電圧の変化率に相当する電圧は、後述するランプ電力変化率補正手段ＬＷＶＣに制御入力する。
【００９５】
（ランプ電力変化率補正手段ＬＷＶＣについて）    ランプ電力変化率補正手段ＬＷＶＣは、電子ボリュームを備えた時定数回路からなる。時定数回路は、電子ボリュームＥＶＲおよび電解コンデンサＣの直列回路からなり、その両端間に目標ランプ電力演算手段ＬＷＧから出力される目標ランプ電力に相当する電圧が動作電源として印加される。また、電子ボリュームＥＶＲの制御端子には、ランプ電圧変化率検出手段ＶＬＲＤの出力端が接続している。そして、ランプ電圧の変化率に相当する電子ボリュームＥＶＲに制御入力する。なお、電子ボリュームＥＶＲの制御量とランプ電圧の変化率との関係については、予め所定の相関動作をするように構成するか、所望により都度操作により変更できるように構成される。
【００９６】
（ランプ電力調整手段ＬＰＲについて）    ランプ電力調整手段ＬＰＲは、作動増幅器ＤＦＡからなる。そして、その他方の入力端である反転入力端にランプ電力変化率補正手段ＬＷＶＣの出力電圧が入力する。また、前述したように一方の入力端である非反転入力端に実ランプ電力の相当する電圧が入力する。そうして、その出力端に補正された目標ランプ電力と実ランプ電力との差分が出力される。出力端は、スイッチングレギュレータＤＣ／ＤＣのゲートドライブ信号発生回路ＧＤＣＳの制御入力端に接続している。
【００９７】
そうして、ランプ電力演算手段ＬＷＯから得る実ランプ電力の出力とランプ電力変化率補正手段ＬＷＶＣによって補正された目標ランプ電力演算手段ＬＷＧの出力とは、ランプ電力調整手段ＬＰＲの差動増幅回路ＤＦＡのそれぞれの入力端に入力し、それらの差に応じた出力がスイッチングレギュレータＤＣ／ＤＣのゲートドライブ信号発生回路ＧＤＣＳのＰＷＭ制御端子に制御入力するように構成されている。その結果、スイッチングレギュレータＤＣ／ＤＣの直流出力電圧がＰＷＭ制御されて、実ランプ電力が補正された目標ランプ電力に接近するように変化する。
【００９８】
＜イグナイタＩＧについて＞    イグナイタＩＧは、慣用の構成であり、電源スイッチＳＷ１が投入されることにより動作を開始して、所要の始動パルスを発生する。発生した始動パルスは、後述する高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬに印加される。
【００９９】
＜高圧放電ランプＨＰＬについて＞    高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬは、図３に示す構造を備えている。すなわち、高金属蒸気放電ランプＨＰＬは、気密容器１、放電媒体、封着金属箔２、一対の電極３、３および外部導入線４を備えて構成されている。
【０１００】
気密容器１は、包囲部１ａ、および一対の封止部１ｂ、１ｂにより構成されている。包囲部１ａは、中空の紡錘形状に成形されてなり、内部に軸方向に細長い円柱状の放電空間１ｃが形成されている。一対の封止部１ｂ、１ｂは、包囲部１ａの両端に一体に形成されている。
【０１０１】
封着金属箔２は、リボン状のモリブデン箔からなり、減圧封止法により気密容器１の一対の封止部１ｂ、１ｂの内部に気密に埋設されている。
【０１０２】
一対の電極３、３は、軸部３ａが直棒状をなし、かつ、アークの起点となる先端３ｂが軸部３ａの直径の１／２以下の半径の半球状の曲面を電極軸部の先端の全体に形成している。そして、基端部３ｃが気密容器１の一対の封止部１ｂ、１ｂに埋設して支持され、先端部側が気密容器１の包囲部１ａの両端から放電空間１ｃ内に突出することにより、電極間距離５ｍｍ以下になるように対向している。また、一対の電極３、３は、それぞれ基端が封着金属箔２の一端に接続している。
【０１０３】
外部導入線４は、先端が封着金属箔２の他端に溶接されて、気密容器１の封止部１ｂから外部へ導出されている。
【０１０４】
気密容器１ａ内には、放電媒体として発光金属およびランプ電圧形成用の金属のハロゲン化物およびキセノンが封入されている。
【実施例】
2004259519.tif 000003
＜回路動作について＞
（低温始動時の回路動作について）
室温以下の低温始動時においては、前回の消灯時から十分に時間が経過しているため、高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬが少なくとも室温程度まで冷却している。この状態において、電源スイッチＳＷ１が投入されると、点灯手段ＯＣのスイッチングレギュレータＤＣ／ＤＣが作動して所要に制御された直流電圧がインバータＤＣ／ＡＣの入力端間に印加される。切換手段ＳＷ２は、図において下側に切り換わっているので、インバータＤＣ／ＡＣのスイッチング手段Ｑ３、Ｑ４がオンし、Ｑ２、Ｑ５がオフする。したがって、インバータＤＣ／ＡＣは、単なる直流スイッチ回路として作用して、イグナイタＩＧおよび高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬの直流電圧を印加する。そして、イグナイタＩＧから高圧パルス電圧が発生して高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬに印加される。その結果、高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬは始動して直流電圧の下で点灯する。すなわち、直流点灯する。なお、イグナイタＩＧは、高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬがいったん点灯すると、入力端の電圧がランプ電圧まで低下するので、高電圧パルス発生動作を停止する。
【０１０５】
高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬが点灯すると、点灯検出手段ＬＤがそれを検出し、点灯時間タイマＯＴがタイマ動作を開始すると同時に、消灯時間タイマＬＯＴがタイマ動作を終了し、点灯時間タイマＯＴの初期値を消灯時間に応じて変更する。なお、低温始動時の初期値は、点灯時間０秒とされる。
【０１０６】
次に、点灯時間タイマＯＴが所定時間タイマ動作すると、切換手段ＳＷ２に点灯時間タイマＯＴから制御入力が入り、切換手段ＳＷ２は図において上側へ切り換わる。これにより、矩形波発振回路ＯＳＣの出力信号が切換手段ＳＷ２、反転回路Ｎおよび非反転回路Ｙを経由してインバータＤＣ／ＡＣのゲートドライブ信号発生回路ＧＤＣ１〜ＧＤＣ４に印加される。これにより、矩形波発振回路ＯＳＣの出力信号のオン、オフに応じてスイッチング手段Ｑ２、Ｑ５とＱ３、Ｑ４とがゲートドライブ信号によってドライブされて交互にオン、オフするので、インバータ動作が開始する。その結果、高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬは交流点灯に切り換わる。
【０１０７】
一方、点灯時間タイマＯＴは、点灯時間を積算していきながらその積算値すなわち点灯時間を都度目標ランプ電力演算手段ＬＷＧに送出する。目標ランプ電力演算手段ＬＷＧは、点灯時間を受けてその時間に対応する目標ランプ電力を出力するとともに、目標ランプ電圧を出力する。そして、目標ランプ電力は、ランプ電力の低減率補正手段ＬＷＶＣに、その動作電源として印加される。また、目標ランプ電圧は、後述するランプ電圧変化率検出手段ＶＬＲＤに入力する。
【０１０８】
ランプ電圧変化率検出手段ＶＬＲＤには、ランプ電圧検出手段ＬＶＤの検出出力と、また、目標ランプ電力演算手段ＬＷＧからの目標ランプ電圧とが入力するために、ランプ電圧の変化率が出力される。そして、ランプ電圧の変化率は、可変の低減率補正手段ＬＷＶＣに制御入力する。その結果、低減率補正手段ＬＷＶＣから出力される目標ランプ電力は、高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬの光量の立上り特性に適合するように補正されて、ランプ電力調整手段ＬＰＲの他方の入力端に入力する。
【０１０９】
他方、ランプ電圧検出手段ＬＶＤおよびランプ電流検出手段ＬＣＤの検出出力は、実ランプ電力演算手段ＬＷＯに入力するので、演算により実ランプ電力が算出され、ランプ電力調整手段ＬＰＲの一方の入力端に入力する。
【０１１０】
ランプ電力調整手段ＬＰＲにおいては、補正された目標ランプ電力と実ランプ電力とがそれぞれの入力端に入力されて、それらの差分が出力される。そして、その差分はさらにスイッチングレギュレータＤＣ／ＤＣのゲートドライブ信号発生回路ＧＤＣＳの制御入力端に入力する。
【０１１１】
スイッチングレギュレータＤＣ／ＤＣのゲートドライブ信号発生回路ＧＤＣＳの制御入力端に上記差分が入力すると、スイッチングレギュレータＤＣ／ＤＣは、ＰＷＭ制御されて、差分が０になる方向に直流出力が変化する。その結果、高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬは、その光量の立上り特性に適合するように補正された目標ランプ電力が投入される。このため、高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬは、図４に示すように、点灯時間の経過に伴って点灯する高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬが有する光量の立上り特性に適合するように補正された目標ランプ電力に沿って変化するランプ電力の下に所望に制御されながら点灯する。その結果、高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬの光量の立上りは、スムーズで、かつ、早くなる。
【０１１２】
次に、図４を参照して、本発明により高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬの光量の立上り特性に適合するように補正されたときの投入ランプ電力（縦軸にＷが付されている。）と光量の立上り（縦軸にｌｘが付されている。）の関係について説明する。なお、図４は、図７と同様の形式に基づくグラフである。図４（ａ）は中間的な光量の立上り特性を有する高圧金属蒸気放電ランプの場合、図４（ｂ）は遅い光量の立上り特性を有する高圧金属蒸気放電ランプの場合、図４（ｃ）は早い光量の立上り特性を有する高圧金属蒸気放電ランプの場合である。
【０１１３】
目標ランプ電力が図４（ａ）に示すように、光量の立上りが中間的な早さの高圧金属蒸気放電ランプＫＰＬに合わせて設定されている場合について以下説明する。すなわち、図４（ａ）の場合、高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬの実ランプ電圧が目標ランプ電圧にほぼ等しく変化する。そのため、ランプ電圧変化率検出手段ＶＬＲＤの出力が小さくなる。これに伴って、低減率補正手段ＬＷＶＣに制御入力が低減するので、その時定数回路の抵抗値が中間的な値をほぼ維持する。そして、目標ランプ電力に対する補正が全く行われないか、若干程度の補正が行われる程度に止まる。なお、ランプ電力の低減開始から定格ランプ電力に到達するまでを示すランプ電力の低減時間は、ｔ１で、中間的な値である。
【０１１４】
図４（ｂ）に示すように、高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬの光量の立上りが遅い場合は、目標ランプ電圧より実ランプ電圧の方が小さくなり、それに応じた出力がランプ電圧変化率検出手段ＶＬＲＤから生じる。このため、低減率補正手段ＬＷＶＣの電子ボリュームの抵抗値が大きくなり、時定数が大きくなる。その結果、高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬに対する投入電力の増加が緩慢になる。なお、ランプ電力の低減時間は、ｔ２で、相対的に大きな値である。
【０１１５】
図４（ｃ）に示すように、高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬの光量の立上りが早い場合は、目標ランプ電圧より実ランプ電圧の方が大きくなり、それに応じた出力がランプ電圧変化率検出手段ＶＬＲＤから生じる。このため、低減率補正手段ＬＷＶＣの電子ボリュームの抵抗値が小さくなり、時定数が小さくなる。その結果、高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬに対する投入電力の増加が早くなる。なお、ランプ電力の低減時間は、ｔ３で、相対的に小さな値である。
【０１１６】
図４（ａ）ないし（ｃ）のいずれの場合においても、高圧金属蒸気放電ランプＨＰＬの光量の立上り特性に適合するようにランプ電力が低減される結果、光量の立上りがスムーズに行われるとともに、それなりに早くなる。
【０１１７】
図５および図６は、本発明の車両用前照灯装置の一実施の形態としての自動車用前照灯装置を示し、図５は背面側斜視図、図６は高圧金属蒸気放電ランプを示す正面図である。各図において、１１は車両用前照灯装置本体、１２は高圧金属蒸気放電ランプ、１３Ａ、１３Ｂは高圧放電ランプ点灯装置である。
【０１１８】
車両用前照灯本体１１は、前面透過パネル１１ａ、リフレクタ１１ｂ、１１ｃ、ランプソケット１１ｄおよび取付部１１ｅなどから構成されている。前面レンズ１１ａは、自動車の外面と合わせた形状をなし、所要の光学的手段たとえばプリズムを備えている。リフレクタ１１ｂ、１１ｃは、各高圧金属蒸気放電ランプ１２ごとに配設されていて、それぞれに要求される配光特性を得るように構成されている。ランプソケット１１ｄは、高圧金属蒸気放電ランプ点灯装置の出力端に接続し、高圧金属蒸気放電ランプ１２の口金１２ｄに接続する。取付部１１ｅは、車両用前照灯装置本体１１を自動車などの車両の所定の位置に取り付けるための手段である。
【０１１９】
高圧金属蒸気放電ランプ１２は、発光管１２ａ、外管１２ｂ、リード線１２ｃおよび口金１２ｄなどから構成されている。発光管１２ａは、図３に示す構造を備え、一方の端部で口金１２ｄに指示されている。外管１２ｂは、発光管１２ａの外側を包囲している。リード線１２ｃは、発光管１２ａの他方の端部から導出され、発光管１２ａに沿って口金に接続している。なお、１２ｃ１は、絶縁チューブである。口金１２ｄは、車両用前照灯装置本体１１のリフレクタ１１ｂ、１１ｃに、その背面から装着されるとともに、口金１２ｄの背面からランプソケット１１ｄを接続する。そうして、２灯の高圧金属蒸気放電ランプ１２が車両用前照灯装置本体１１に装着されて、４灯式の車両用前照灯装置が構成される。各高圧金属蒸気放電ランプ１２の発光部は、前照灯装置本体１１のリフレクタ１１ｂ、１１ｃの焦点にほぼ位置する。
【０１２０】
高圧金属蒸気放電ランプ点灯装置１３Ａ、１３Ｂは、その高圧金属蒸気放電ランプを除いた残余の部分からなり、それぞれ図１に示す構成を備えていて、金属製容器１３ａ内に収納されているとともに、高圧金属蒸気放電ランプ１２を付勢して点灯させる。
【０１２１】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、定格ランプ電力より大きいランプ電力を点灯回路手段から供給させて高圧金属蒸気放電ランプを点灯し、その後ランプ電力を所定の低減率特性にしたがって順次低減して定格ランプ電力に落ち着くように点灯回路手段を制御するとともに、高圧金属蒸気放電ランプにおける光量の立上り特性のばらつきに応じて上記低減率特性を変化できるように構成された制御手段を具備していることにより、高圧金属蒸気放電ランプの光量の立上り特性にばらつきに対応してランプ電力の提言率を変化させることができ、これにより点灯開始から安定点灯までの光量の立上りがスムーズに、かつ、比較的早くなる高圧金属蒸気放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【０１２２】
請求項２の発明によれば、高圧金属蒸気放電ランプのランプ電圧に相当する電圧を検出するランプ電圧検出手段を含み、定格ランプ電力より大きいランプ電力を点灯回路手段から供給させて高圧金属蒸気放電ランプを点灯し、その後ランプ電力を所定の低減率特性にしたがって順次低減して定格ランプ電力に落ち着くように点灯手段を制御するとともに、ランプ電圧検出手段の検出出力の変化率に応じて上記低減率特性を変化させるように構成された制御手段を具備していることにより、高圧金属蒸気放電ランプの有する光量の立上り特性に対して自動的に対応することができ、格別な操作なしに点灯開始から安定点灯までの光量の立上りがスムーズに、かつ、比較的早くなるように制御される高圧金属蒸気放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【０１２３】
請求項３の発明によれば、加えて制御手段が、ランプ電力の低減率特性を補正する可変の低減率補正手段を備えていることにより、点灯開始から安定点灯までの光量の立上りがスムーズに、かつ、比較的早くするための構成が比較的簡単な高圧金属蒸気放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【０１２４】
請求項４の発明によれば、加えて高圧金属蒸気放電ランプが、ランプ電圧形成用の第２のハロゲン化物を含み、本質的に水銀を含ないことにより、光量の立上り特性にばらつきが生じやすいが、環境負荷が小さい高圧金属蒸気放電ランプを用いる場合に、点灯開始から安定点灯までの光量の立上りがスムーズになるとともに、比較的早くなる高圧金属蒸気放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【０１２５】
請求項５の発明によれば、加えて制御手段が点灯開始後の所定時間の間ランプ電力を最高電力に維持し、その後所定の低減率特性にしたがって順次低減することにより、始動時の光量の立上りが早くなる高圧金属蒸気放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【０１２６】
請求項６の発明によれば、車両用前照灯装置本体と、車両用前照灯装置本体に配設された請求項１ないし５のいずれか一記載の高圧金属蒸気放電ランプ点灯装置とを具備していることにより、請求項１ないし５の効果を有する車両用前照灯装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高金属蒸気放電ランプ点灯装置の一実施の形態を示すブロック回路図
【図２】同じく目標ランプ電力を示すグラフ
【図３】同じく高圧金属蒸気放電ランプの縦断面図
【図４】同じく高圧金属蒸気放電ランプの投入ランプ電力および光量の点灯時間に対する変化を示し、図４（ａ）は光量の立上り特性が中間的な場合のグラフ、図４（ｂ）は光量の立上り特性が遅い場合のグラフ、図４（ｃ）は光量の立上り特性が早い場合のグラフ
【図５】本発明の車両用前照灯装置の一実施の形態としての自動車用前照灯装置を示す背面側斜視図
【図６】同じく高圧金属蒸気放電ランプを示す正面図
【図７】本発明によらない場合における高圧金属蒸気放電ランプの投入ランプ電力および光量の点灯時間に対する変化を示し、図７（ａ）は光量の立上りが遅い場合のグラフ、図７（ｂ）は過発光が生じる場合のグラフ
【符号の説明】
ＣＣ…制御手段、ＤＣ…直流電源、ＤＣ／ＡＣ…インバータ、ＤＣ／ＤＣ…スイッチングレギュレータ、ＨＰＬ…高圧金属蒸気放電ランプ、ＬＣＤ…ランプ電流検出手段、ＬＤ…点灯検出手段、ＩＧ…イグナイタ、ＬＯＴ…消灯時間タイマ、ＬＰＲ…ランプ電力調整手段、ＬＶＤ…ランプ電圧検出手段、ＬＷＧ…目標ランプ電力演算手段、ＬＷＯ…実ランプ電力演算手段、ＬＷＶＣ…ランプ電力変化率補正手段、ＯＣ…点灯回路手段、ＯＴ…点灯時間タイマ、ＳＷ１…電源スイッチ、ＶＬＲＤ…ランプ電圧変化率検出手段
【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】
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