(57)【要約】【課題】直流電源電圧の投入と同時にランプのＯＮ信号を出力しても、電流ヒューズが溶断する等の異常動作を発生させることなく、ランプの立ち上がり時間の短縮化を図ること。【解決手段】直流電源１と、変圧器３と、直流電源１と変圧器３の１次側間に直列に接続されたスイッチング素子１０と、変圧器３の２次側に接続された希ガス放電ランプ４と、希ガス放電ランプ４の点灯開始信号を入力するための入力端子５と、入力端子５から入力された点灯開始信号に基づいて動作を開始し、出力電圧、出力電流、および出力電力のうち、少なくとも１つの要素を演算して、スイッチング素子１０に制御信号を出力する制御回路９とを備えた希ガス放電ランプ点灯装置において、入力端子５と前記点灯開始信号に基づいて制御回路９が動作を開始するための電圧が入力される動作電圧入力端子Ｖｃｃとの間に遅延手段７を設けたことを特徴とする。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源と、変圧器と、前記直流電源と前記変圧器の１次側間に直列に接続されたスイッチング素子と、前記変圧器の２次側に接続された希ガス放電ランプと、前記希ガス放電ランプの点灯開始信号を入力するための入力端子と、前記入力端子から入力された点灯開始信号に基づいて動作を開始し、出力電圧、出力電流、および出力電力のうち、少なくとも１つの要素を演算して、前記スイッチング素子に制御信号を出力する制御回路とを備えた希ガス放電ランプ点灯装置において、
前記入力端子と前記点灯開始信号に基づいて前記制御回路が動作を開始するための電圧が入力される動作電圧入力端子との間に遅延手段を設けたことを特徴とする希ガス放電ランプ点灯装置。
【請求項２】
前記入力端子と前記動作電圧入力端子間を、第１の制御素子が前記直流電源と前記動作電圧入力端子間に接続され、前記入力端子と前記第１の制御素子の制御端子との間に前記遅延手段を設けるように構成したことを特徴とする請求項１に記載の希ガス放電ランプ点灯装置。
【請求項３】
前記入力端子と前記動作電圧入力端子間を、第１の制御素子が前記直流電源と前記動作電圧入力端子間に接続され、前記第１の制御素子の制御端子とアース間に第２の制御素子が接続され、前記入力端子が前記第２の制御素子の制御端子に接続され、前記第２の制御素子とアース間に前記遅延手段を設けるように構成したことを特徴とする請求項１に記載の希ガス放電ランプ点灯装置。
【請求項４】
前記遅延手段をツェナーダイオードで構成したことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つの請求項に記載の希ガス放電ランプ点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、ファクシミリ、スキャナー等の画像読み取り用の光源として使用される希ガス放電ランプの点灯装置に係わり、特に、フライバックトランス方式で点灯させるインバータ回路を備えた希ガス放電ランプ点灯装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＯＡ機器の読み取り用光源、液晶表示装置のバックライト等に使用される放電ランプとして、ガラス管の内部に希ガスを封入し、該ガラス管の外壁面に略帯状の１対の外部電極を配設した希ガス放電ランプが好適に使用されている。
【０００３】
図４は、上記の希ガス放電ランプの構造の一例を示す図であり、図４（ａ）は希ガス放電ランプの管軸方向に垂直な方向の断面図を示し、図４（ｂ）はその側面図である。同図に示すように、この希ガス放電ランプは、ガラス等の誘電体からなる放電容器と、管軸方向の側面に略全長にわたり配設されたアルミニウム等の材質からなる１対の帯状電極と、放電容器に形成された蛍光物質層とから構成されている。
【０００４】
上記希ガス放電ランプの電極間に、図示されていない給電装置から電圧を印加すると、入力電流は、１対の電極間に誘電体が介在しているために、直接放電空間内には流れることなく、前記誘電体が１種のコンデンサとして機能する電流が流れ、いわゆる誘電体バリヤ放電が発生して放電ガスが発光し紫外光を得ることができる。
【０００５】
この誘電体バリヤ放電により効率的に紫外光を獲得するためには、放電後に一定の休止期間を設けて、一度生成したエキシマ放電を次の電圧印加で消滅させることなく利用することが好ましい。このため、この種の放電ランプに対しては、高周波交流電圧を印加するのではなくて、電圧あるいは電流に一定の休止期間を設けたパルス発光する方式が一般的に採用されている。
【０００６】
パルス発光させる方式としては、例えば、フライバックトランスのフライバック電圧を利用した方式が知られており、特開平１１−３１２５９６号公報には、係る方式の希ガス放電ランプ点灯装置が開示されている。
【０００７】
図５は従来技術に係る希ガス放電ランプ点灯装置の一例を示す図であり、図６はこの希ガス放電ランプ点灯装置の各部のシーケンスを示す図である。
図５に示すように、図示していない直流電源装置から供給されたＤＣ２４Ｖがインバータ回路に入力されると、図６（ａ）に示すように、平滑コンデンサの両端には、直流電源装置、インバータ回路、および平滑コンデンサ等のインピーダンスによって決定される時定数に従って徐々に上昇する充電電圧が得られる。この希ガス放電ランプ点灯装置を正常に動作させるためには、通常、図６（ｄ）に示すように、インバータ回路の外部に設けられたオープンコレクタの入力端子から、ＤＣ２４Ｖの直流電圧が入力されてから所定の時間△ｔ２経過後に、ランプＯＮ／ＯＦＦ信号のＯＮ信号を入力するように構成されている。従来、この時間△ｔ２は十分なマージンを持って設定されるため、約５００ｍｓ以上とされている。
【０００８】
ランプＯＮ／ＯＦＦ信号のＯＮ信号が入力されると、外部オープンコレクタのトランジスタＴｒ１においてＬＯＷレベルに信号が落ちることによって、トランジスタＴｒ２がＯＮし、図６（ｂ）に示すように、制御回路に電圧Ｖｃｃが入力される。電圧Ｖｃｃが入力されると、制御回路内に設けられた発振回路が動作し、制御回路のＤＲＶ端子からは、図６（ｃ）に示すように、ＦＥＴからなるスイッチング素子のゲートに矩形波からなるゲート信号が出力される。
【０００９】
ゲート信号がＨＩＧＨの期間はＦＥＴはＯＮ期間となり、この間フライバックトランスの１次側に電磁エネルギーが蓄積され、次にゲート信号がＬＯＷ期間となって、ＦＥＴがＯＦＦした瞬間に１次側に蓄積されていた電磁エネルギーが２次側に放出され、これによって２次側に誘起された出力電圧が希ガス放電ランプに印加され、希ガス放電ランプを点灯する。以降は、検出回路によりドレイン電圧が所定の電圧になるように制御回路がＦＥＴをフィードバック制御する。この間、インバータ回路に入力される電流は、図６（ｅ）に示すように、例えば、１Ａに制御されている。
【００１０】
【特許文献１】特開平１１−３１２５９６号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＯＡ機器においては、光源（ランプ）の立ち上がり時間の短縮が求められており、上記のインバータ回路を備える希ガス放電ランプ点灯装置においても、一層のランプ点灯に要する時間の短縮が求められる。
【００１２】
そのため、例えば、上記の希ガス放電ランプ点灯装置において、ランプ点灯に要する時間を短縮するために、上記の時間△ｔ２を０に近づけることが要望される。しかし、上記の希ガス放電ランプ点灯装置において、時間△ｔ２を０に近づけようとして、ＤＣ２４Ｖの直流電圧の投入と同時に、ランプＯＮ／ＯＦＦ信号のＯＮ信号を出力すると、以下に示すような問題が発生する。
【００１３】
図７は、ＤＣ２４Ｖの投入と同時にランプＯＮ／ＯＦＦ信号のＯＮ信号を出力した時の上記希ガス放電ランプ点灯装置各部における異常動作を示すシーケンスである。
まず、図７（ａ）、（ｄ）に示すように、ＤＣ２４Ｖの直流電圧印加と同時にランプＯＮ／ＯＦＦ信号のＯＮ信号を出力すると、図７（ｂ）に示すように、制御回路はＶｃｃ＝６Ｖで動作を開始するために、平滑コンデンサ両端の電圧が６Ｖに充電された時点ｔ２において制御回路が動作を開始する。その結果、図７（ｃ）に示すように、制御回路は、検出回路によって検出されたドレイン電圧に基づいて、ドレイン電圧がある一定の電圧に上昇するまでインバータ回路に電力を投入できるように、ＦＥＴを制御しようとする。そのため、平滑コンデンサの充電電圧が低い時点では、図７（ｅ）に示すように、過大な電流を流すように動作する。
【００１４】
例えば、インバータ回路への入力電圧が２４Ｖにおいて入力電流が１Ａに設定されているような場合は、入力電圧が６Ｖのときは電力的に同じになるためには４Ａの入力電流を流すことになる。
【００１５】
通常、インバータ回路には電流ヒューズが装着されているが、そのヒューズ定格は定格電流の２倍程度であるので、結果として、前記電流ヒューズが溶断するという不具合が発生する。
【００１６】
以上のような事情から、上記の従来の希ガス放電ランプ点灯装置においては、ＤＣ２４Ｖを定格電圧として入力する場合、５００ｍｓ以上の時間を置いた後に、ランプＯＮ／ＯＦＦ信号のＯＮ信号を出力するという構成が採られていた。
【００１７】
本発明の目的は、上記の問題点に鑑み、ＤＣ２４Ｖの直流電源電圧の投入と同時にランプＯＮ／ＯＦＦ信号のＯＮ信号を出力しても、希ガス放電ランプ点灯装置の電流ヒューズが溶断する等の異常動作の発生を防止し、ＤＣ２４Ｖの電圧投入と同時にランプＯＮ／ＯＦＦ信号のＯＮ信号を出力することによってランプの立ち上がり時間を短縮することを可能にした希ガス放電ランプ点灯装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するために、次のような手段を採用した。
第１の手段は、直流電源と、変圧器と、前記直流電源と前記変圧器の１次側間に直列に接続されたスイッチング素子と、前記変圧器の２次側に接続された希ガス放電ランプと、前記希ガス放電ランプの点灯開始信号を入力するための入力端子と、前記入力端子から入力された点灯開始信号に基づいて動作を開始し、出力電圧、出力電流、および出力電力のうち、少なくとも１つの要素を演算して、前記スイッチング素子に制御信号を出力する制御回路とを備えた希ガス放電ランプ点灯装置において、前記入力端子と前記点灯開始信号に基づいて前記制御回路が動作を開始するための電圧が入力される動作電圧入力端子との間に遅延手段を設けたことを特徴とする。
【００１９】
第２の手段は、第１の手段において、前記入力端子と前記動作電圧入力端子間を、第１の制御素子が前記直流電源と前記動作電圧入力端子間に接続され、前記入力端子と前記第１の制御素子の制御端子との間に前記遅延手段を設けるように構成したことを特徴とする。
【００２０】
第３の手段は、第１の手段において、前記入力端子と前記動作電圧入力端子間を、第１の制御素子が前記直流電源と前記動作電圧入力端子間に接続され、前記第１の制御素子の制御端子とアース間に第２の制御素子が接続され、前記入力端子が前記第２の制御素子の制御端子に接続され、前記第２の制御素子とアース間に前記遅延手段を設けるように構成したことを特徴とする。
【００２１】
第４の手段は、第１の手段ないし第３の手段のいずれか１つの手段において、前記遅延手段をツェナーダイオードで構成したことを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施形態を図１および図２を用いて説明する。
図１は、本実施形態の発明に係る希ガス放電ランプ点灯装置の構成を示す図である。
【００２３】
同図において、１は図示されていない直流電源装置からＤＣ２４Ｖが供給される電源端子、２は平滑コンデンサ、３はフライバックトランス、４は希ガス放電ランプ、５はランプＯＮ／ＯＦＦ信号が入力される入力端子、６は第２の制御素子としてのトランジスタ、７は遅延手段として機能させるために設けられたツェナーダイオード、８は第１の制御素子としてのトランジスタ、９は制御用ＩＣ等から構成され、入力端子５から入力された点灯開始信号に基づいて動作を開始し、出力電圧、出力電流、および出力電力を演算して、ＦＥＴのゲートにゲート信号を出力する制御回路、９１は制御回路９が動作を開始するための電圧Ｖｃｃが入力される動作電圧入力端子、９２は制御回路９からＦＥＴ１０のゲートに矩形波からなるゲート信号を出力するＤＲＶ端子、１０はインバータ回路のスイッチング素子として機能するＦＥＴ、１１はＦＥＴ１０のドレイン電圧を検出し、制御回路９にフィードバックする検出回路、１２はヒューズである。
【００２４】
なお、希ガス放電ランプ４は、図４において説明したように、ガラス等の誘電体からなる放電容器と、管軸方向の側面に略全長にわたり配設されたアルミニウム等の材質からなる１対の帯状電極と、放電容器に形成された蛍光物質とから構成されている。
【００２５】
また、検出回路１１はＦＥＴ１０のドレイン電圧を検出するように構成されているが、フライバックトランス３の２次側のランプ電流やドレイン電流等のフィードバック制御、および入力電圧によるフィードフォワード制御等の制御を用いるようにしてもよい。
【００２６】
遅延手段とされるツェナーダイオードは、制御回路が動作を開始するための電圧以上のツェナー電圧を有している。また、上記遅延手段としてツェナーダイオードを用いる場合について説明したが、その他の遅延手段を用いてもよいことはいうまでもない。
【００２７】
図２は、本実施形態の発明に係る希ガス放電ランプ点灯装置の各部のシーケンスを示す図である。
【００２８】
次に、この希ガス放電ランプ点灯装置の動作について説明すると、まず、図１に示すように、電源端子１からＤＣ２４Ｖがインバータ回路に入力されると、図２（ａ）に示すように、平滑コンデンサ２の両端の電圧には、図示していな直流電源装置、インバータ回路、および平滑コンデンサ２等のインピーダンスによって決定される時定数に従って上昇する充電電圧が得られる。この希ガス放電ランプ点灯装置を動作させるために、図２（ｄ）に示すように、インバータ回路の外部に設けられたオープンコレクタの入力端子５から、上記のＤＣ２４Ｖの直流電圧を入力すると同時に、ランプＯＮ／ＯＦＦ信号のＯＮ信号を入力する。
【００２９】
入力端子５にランプＯＮ／ＯＦＦ信号のＯＮ信号が入力されると、トランジスタ６はＬＯＷレベルに信号が落ちるが、ツェナーダイオード７がＯＮするまでの間、トランジスタ８はＯＮすることはできず、その結果、制御回路９は動作することはない。つまり、図２（ｂ）に示すように、ツェナーダイオード７の作用によりツェナーダイオード７が所定時間△ｔ４遅延後にＯＮすることによって、トランジスタ８も遅延してＯＮし、制御回路９の動作電圧入力端子９１にも遅延して電圧Ｖｃｃが入力されて、制御回路９の動作が開始される。
【００３０】
動作電圧入力端子９１に電圧Ｖｃｃが供給されると、制御回路９内に設けられた発振回路が動作し、制御回路０のＤＲＶ端子９２からは、図２（ｃ）に示すように、ＦＥＴ１０のゲートにゲート信号が出力される。
【００３１】
ゲート信号のＨＩＧＨ期間はＦＥＴ１０はＯＮ期間となり、フライバックトランス３の１次側に電磁エネルギーが蓄積され、次にゲート信号がＬＯＷ期間となって、ＦＥＴ１０がＯＦＦした瞬間には１次側に蓄積されていた電磁エネルギーが２次側に放出され、これによって２次側に誘起された出力電圧が希ガス放電ランプ４に印加され、希ガス放電ランプ４を点灯することができる。以降は、検出回路１１により出力電圧が所定の電圧になるように制御回路９がＦＥＴ１０をフィードバック制御する。この間、インバータ回路に入力される入力電流は、図２（ｅ）に示すような経過を示す。
【００３２】
上記のツェナーダイオード７として、例えば、ツェナー電圧１５Ｖの素子を使用した場合には、制御回路９の動作電圧入力端子９１に入力される電圧Ｖｃｃを１５Ｖに高めることができる。そのため、インバータ回路の入力電圧がＤＣ２４Ｖで１Ａの入力電流に設定されているような場合には、入力電圧が１５Ｖのとき電力的に同じなるようになるためには、１．６Ａの入力電流で制御できることになり、希ガス放電ランプ４を迅速に点灯できると共に、電流ヒューズの定格を越えることなく、安定した動作を行わせることが可能となる。
【００３３】
なお、ここでは、遅延時間△ｔ４は約５０ｍｓとなるため、ランプの立ち上げ時間を従来の５００ｍｓに比べて約１／１０に短縮することが可能となる。
【００３４】
このように本実施形態の発明によれば、従来においては、制御回路を構成する制御用ＩＣとランプのＯＮ操作が同一のスイッチ回路で行われているために、外部直流電源（ＤＣ２４Ｖ）の駆動後、制御用ＩＣの動作開始を問題なく行える電圧となるまでランプのＯＮ操作ができず、そのため、ランプを素早く点灯させることが出来なかったが、本発明によれば、ランプのＯＮ操作の入力端子と制御用ＩＣとの間に遅延手段を設け、制御用ＩＣのみ動作の開始時間を遅延させるようにしたので、制御用ＩＣの駆動に先立ってランプのＯＮ操作が可能となり、ランプの立ち上がり時間を短縮することが可能となる。
【００３５】
次に、本発明の第２の実施形態を図３を用いて説明する。
図３は、本実施形態に係る希ガス放電ランプ点灯装置の構成を示す図である。
【００３６】
同図において、１３はトランジスタ６のエミッタとアース間に接続されたツェナーダイオードである。その他の構成は図１に示した同符号の構成に対応するので説明を省略する。
【００３７】
次に、この希ガス放電ランプ点灯装置の動作を図３および図２に基づいて説明する。
まず、図３に示すように、電源端子１からＤＣ２４Ｖがインバータ回路に入力されると、図２（ａ）に示すように、平滑コンデンサ２の両端の電圧には、インバータ回路等のインピーダンスによって決定される時定数に従って上昇する充電電圧が得られる。この希ガス放電ランプ点灯装置を動作させるために、図２（ｄ）に示すように、インバータ回路の外部に設けられたオープンコレクタの入力端子５から、上記のＤＣ２４Ｖの直流電圧が入力されると同時に、ランプＯＮ／ＯＦＦ信号のＯＮ信号を入力する。
【００３８】
入力端子５にランプＯＮ／ＯＦＦ信号のＯＮ信号が入力されると、第２の制御素子であるトランジスタ６は、ツェナーダイオード１３がＯＮするまでの間はＯＮすることはできず、その結果、第１の制御素子であるトランジスタ８、さらには制御回路９も動作することはない。即ち、図２（ｂ）に示すように、ツェナーダイオード１３の作用によりツェナーダイオード１３が所定時間△ｔ４遅延後にＯＮすることによって、トランジスタ６，８も遅延してＯＮし、さらに制御回路９の動作電圧入力端子９１にも電圧Ｖｃｃが遅延して入力されて、制御回路９の動作が開始される。
【００３９】
動作電圧入力端子９１に電圧Ｖｃｃが供給されると、制御回路９内に設けられた発振回路が動作し、制御回路０のＤＲＶ端子９２からは、図２（ｃ）に示すように、ＦＥＴ１０のゲートにゲート信号が出力される。
それ以降の動作は第１の実施形態の場合と同様であるので、説明を省略する。
【００４０】
このように、本実施形態の発明によれば、第１の実施形態のものと同様に、ＤＣ２４Ｖの直流電源電圧の投入操作とほぼ同時に希ガス放電ランプを点灯できると共に、電流ヒューズの定格を越えることなく、安定した動作を行わせることが可能となる。
【００４１】
以上、入力電圧がＤＣ２４Ｖの場合について説明したが、更に入力電圧が高い場合においても有効であることは言うまでもない。また、ドレイン電圧を検出して制御する方式の場合について説明したが、他の要素、例えばドレイン電流、ランプ電流を検出する方式においても本願は有効である。
【００４２】
【発明の効果】
請求項１ないし請求項３に記載の発明によれば、遅延手段を設けることにより、動作電圧入力端子の電圧が一定値以上になった後で制御回路を動作させることができるので、直流電源電圧の投入と同時にランプＯＮ／ＯＦＦ信号のＯＮ信号を出力しても、希ガス放電ランプ点灯装置の異常動作の発生を防止し、ランプの立ち上がり時間を短縮することが可能となる。
【００４３】
請求項４に記載の発明によれば、遅延手段としてツェナーダイオードを用いることにより、簡便に遅延手段を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の発明に係る希ガス放電ランプ点灯装置の構成を示す図である。
【図２】第１および第２の実施形態の発明に係る希ガス放電ランプ点灯装置の各部のシーケンスを示す図である。
【図３】第３の実施形態に係る希ガス放電ランプ点灯装置の構成を示す図である。
【図４】希ガス放電ランプの構造の一例を示す図である。
【図５】従来技術に係る希ガス放電ランプ点灯装置の一例を示す図である。
【図６】従来技術に係る希ガス放電ランプ点灯装置の各部のシーケンスを示す図である。
【図７】ＤＣ２４Ｖの投入と同時にランプＯＮ／ＯＦＦ信号をＯＮした時の上記希ガス放電ランプ点灯装置各部における異常動作を示すシーケンスである。
【符号の説明】
１　電源端子
２　平滑コンデンサ
３　フライバックトランス
４　希ガス放電ランプ
５　入力端子
６　トランジスタ
７　ツェナーダイオード
８　トランジスタ
９　制御回路
９１　動作電圧入力端子
９２　ＤＲＶ端子
１０　ＦＥＴ
１１　検出回路
１２　ヒューズ
１３　ツェナーダイオード
【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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