(57)【要約】【課題】複数の定格電力の放電灯を点灯可能で、しかも放電灯の定格電力を自動的に判別し、放電灯の定格電力で点灯させることが可能な放電灯点灯装置において、ランプの初始動、再始動のいずれの場合でも確実に負荷判別を可能とする。【解決手段】直流電源からの電力を変換し、高圧放電灯に電力を供給する電力変換回路と、電力変換回路の供給電力を制御する点灯制御回路とを備えた放電灯点灯装置において、放電灯点灯装置は複数種類の高圧放電灯を対象とし、高圧放電灯の種類を判別し、該高圧放電灯を定格点灯させる定格点灯手段を設けた放電灯点灯装置であって、少なくとも放電灯の始動過程の電気量を検出する手段を有し、放電灯の始動過程の電気量の立ち上がり特性のうち、特有の変曲点以下の領域で負荷を判別する。【選択図】図１
2005310677.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源からの電力を変換し、高圧放電灯に電力を供給する電力変換回路と、電力変換回路の供給電力を制御する点灯制御回路とを備えた放電灯点灯装置において、放電灯点灯装置は複数種類の高圧放電灯を対象とし、高圧放電灯の種類を判別し、該高圧放電灯を定格点灯させる定格点灯手段を設けた放電灯点灯装置であって、少なくとも放電灯の始動過程の電気量を検出する手段を有し、放電灯の始動過程の電気量の立ち上がり特性のうち、特有の変曲点以下の領域で負荷を判別することを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項２】
請求項１において、負荷の判別は、放電灯の始動過程の電気量が第１の特性値から別の第２の特性値に変化するまでにかかる時間を計測した値で判別することを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項３】
直流電源からの電力を変換し、高圧放電灯に電力を供給する電力変換回路と、電力変換回路の供給電力を制御する点灯制御回路とを備えた放電灯点灯装置において、放電灯点灯装置は複数種類の高圧放電灯を対象とし、高圧放電灯の種類を判別し、該高圧放電灯を定格点灯させる定格点灯手段を設けた放電灯点灯装置であって、少なくとも放電灯の始動過程の電気量を検出する手段を有し、放電灯の始動過程の電気量の立ち上がり特性のうち、特有の変曲点となる特性値で負荷を判別することを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、判別に使用する特性はランプ電圧またはランプ電力であることを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項５】
直流電源からの電力を変換し、高圧放電灯に電力を供給する電力変換回路と、電力変換回路の供給電力を制御する点灯制御回路とを備えた放電灯点灯装置において、放電灯点灯装置は複数種類の高圧放電灯を対象とし、高圧放電灯の種類を判別し、該高圧放電灯を定格点灯させる定格点灯手段を設けた放電灯点灯装置であって、特定波長のスペクトル検出センサを複数有し、各センサによる検出出力を所定レベルと比較する手段を備え、第１の波長のスペクトルの発光が所定レベルを超えてから、第２の波長のスペクトルの発光が所定レベルを超えるまでの時間で負荷を判別することを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項６】
請求項５において、放電灯は少なくとも水銀とタリウムを含み、第１の波長は水銀の特定波長であり、第２の波長はタリウムの代表スペクトルであることを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項７】
請求項５において、放電灯は少なくとも水銀とナトリウムを含み、第１の波長は水銀の特定波長であり、第２の波長はナトリウムの代表スペクトルであることを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項８】
請求項５において、放電灯は少なくとも水銀とタリウムとナトリウムを含み、第１の波長はタリウムの代表スペクトルであり、第２の波長はナトリウムの代表スペクトルであることを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項９】
直流電源からの電力を変換し、高圧放電灯に電力を供給する電力変換回路と、電力変換回路の供給電力を制御する点灯制御回路とを備えた放電灯点灯装置において、放電灯点灯装置は複数種類の高圧放電灯を対象とし、高圧放電灯の種類を判別し、該高圧放電灯を定格点灯させる定格点灯手段を設けた放電灯点灯装置であって、少なくとも放電灯の始動過程の電気量を検出する手段と、特定波長のスペクトル検出センサと、該センサによる検出出力を所定レベルと比較する手段を備え、特定波長のスペクトルの発光が所定レベルを超えたときの電気量の値で負荷を判別することを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項１０】
請求項９において、放電灯は少なくとも水銀とタリウムを含み、特定波長はタリウムの代表スペクトルであることを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項１１】
請求項９において、放電灯は少なくとも水銀とナトリウムを含み、特定波長はナトリウムの代表スペクトルであることを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項１２】
請求項２において、放電灯の始動過程の電気量が第２の特性値になった後、別の第３の特性値に変化するまでにかかる時間を計測し、再度負荷を判別することを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項１３】
請求項２において、放電灯の始動過程の電気量が第２の特性値になった後、所定時間経過後の特性値を計測することで、再度負荷を判別することを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項１４】
請求項３において、放電灯の始動過程の電気量の時間変化が所定値を超えたことで変曲点と判定することを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項１５】
請求項３において、放電灯の始動過程の電気量が所定値を超え、その時間変化が所定値を超えたことで変曲点と判定することを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項１６】
請求項３において、放電灯の始動過程の特定波長のスペクトルが所定レベルを超えたことで変曲点と判定することを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれかにおいて、マイクロコントローラを有し、マイクロコントローラに組み込まれたプログラムで負荷の判別を行うことを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項１８】
請求項３または１４〜１６のいずれかにおいて、変曲点となる特性値が所定値を超えたことでランプの寿命と判断することを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれかに記載の放電灯点灯装置を備えた照明器具。
【請求項２０】
請求項１〜１９のいずれかに記載の放電灯点灯装置を備えた照明器具を複数組み合わせて構成される照明システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の定格電力の放電灯を点灯可能で、しかも放電灯の定格電力を自動的に判別し、放電灯の定格電力で点灯させることが可能な放電灯点灯装置及びそれを使用した照明器具、照明システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図２１は特許文献１（特開２００３−２２９２８９号公報）に開示された従来例のブロック図を示しており、図２２、図２３はその具体的な回路構成を示している。以下、各部の構成について説明する。直流電源１は、交流電源ＡＣとダイオードブリッジＤＢとを備えている。交流電源ＡＣは商用の交流電源であり、電圧は、たとえば、１００Ｖ、２００Ｖ又は２４０Ｖである。
【０００３】
ダイオードブリッジＤＢは、交流電源ＡＣからの交流電圧を脈流状の直流電圧に整流し出力するものである。ここで、交流電源ＡＣの電圧が１００Ｖの場合、ダイオードブリッジの代わりに、たとえば、倍電圧整流回路を用いてもよい。倍電圧整流回路を用いると、交流電源の電圧が実質的に２００Ｖと同等とみなせ、倍電圧整流回路以後に接続されている回路に流れる電流が、ダイオードブリッジを用いた場合と比べ約半分となるので、放電灯点灯装置の効率を上げることができる。
【０００４】
また、ダイオードブリッジＤＢの前段にコンデンサ及びインダクタ等から構成される入力フィルタ回路（図示しない）を挿入してもよい。このような入力フィルタ回路をダイオードブリッジＤＢの前段に挿入しておくと、交流電源ＡＣからの雑音を後述する電力変換回路２に漏れるのを防止したり、あるいは逆に、電力変換回路２からの雑音が電源側に漏れるのを防止することができる。
【０００５】
電力変換回路２は、昇圧チョッパ回路２ａ１と降圧チョッパ回路２ａ２とフルブリッジインバータ回路２ｂとを備えている。昇圧チョッパ回路２ａ１は、力率改善用であってダイオードブリッジＤＢからの脈流状の直流電圧を所望の直流電圧に変換し出力するものであり、スイッチング素子Ｑ１、ダイオードＤ１、インダクタＬ１及びコンデンサＣ１から構成されている。そして、スイッチング素子Ｑ１を、たとえば、昇圧チョッパ回路２ａ１の制御回路ＩＣ２ａ１であるモトローラ社製の集積回路ＭＣ３４２６１の１番ピンをスイッチング素子Ｑ１のゲートに接続し制御する。このＭＣ３４２６１の１番ピンは、スイッチング素子Ｑ１の駆動周波数を決定するピンである。
【０００６】
ここで昇圧チョッパ回路２ａ１は、その他、降圧チョッパ、昇降圧チョッパ等であっても構わない。要は、ある直流電圧を別の直流電圧に変換するものであれば、どのような回路構成でも構わない。
【０００７】
降圧チョッパ回路２ａ２は、後述する高圧放電灯３への供給電力を制御するものであり、スイッチング素子Ｑ２、ダイオードＤ２、インダクタＬ２及びコンデンサＣ２から構成されている。そして、スイッチング素子Ｑ２を、たとえば、降圧チョッパ回路２ａ２の制御回路ＩＣ２ａ２である日本電気製の集積回路μＰＣ１０９４で制御する。
【０００８】
ここで、降圧チョッパ回路２ａ２は、その他、昇圧チョッパ、昇降圧チョッパ回路等であっても構わない。昇圧チョッパ回路２ａ１と同様に、要は、ある直流電圧を別の直流電圧に変換するものであれば、どのような回路構成でも構わない。
【０００９】
フルブリッジインバータ回路２ｂは、降圧チョッパ回路２ａ２からの直流電圧をスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ６のオン／オフ動作により矩形波電圧に変換するものであり、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ６は、たとえば、電界効果トランジスタから構成されている。ここではフルブリッジ型のインバータ回路を採用したが、インバータ回路はその他ハーフブリッジ型、１石型、あるいは、プッシュプル型であってもよい。要は、直流電圧を交流の矩形波電圧に変換するものであれば、どのような回路構成でも構わない。そして、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ６のゲートａ、ｂ、ｅ及びｄに、たとえば、フルブリッジインバータ回路２ｂの制御回路ＩＣ２ｂである三菱電機製の集積回路Ｍ６３９９１ＦＰを接続し制御する。
【００１０】
イグナイタ回路２ｃは高圧放電灯３に数ＫＶピークのパルス電圧を与え始動させるものであり、コンデンサやパルストランス等から構成されている。
【００１１】
高圧放電灯３は、セラミック又はガラス容器内に不活性ガス（たとえば、アルゴン、クリプトン）や水銀（その他、ナトリウム、カドミウム）蒸気等の放電ガスが封入されており、励起された封入金属に電子が衝突することにより可視光を発生するものである。高圧放電灯３としては、外形寸法が略同一で、発光管内のアーク間距離が５ｍｍ、７ｍｍ、９ｍｍとそれぞれ異なるメタルハライドランプを想定している。このメタルハライドランプの電気特性は、アーク間距離が５ｍｍのもので、ランプ電力３５Ｗ、ランプ電圧９０Ｖ、ランプ電流０．５Ａであり、アーク間距離が７ｍｍのもので、ランプ電力７０Ｗ、ランプ電圧９０Ｖ、ランプ電流１Ａであり、アーク間距離が９ｍｍのもので、ランプ電力１５０Ｗ、ランプ電圧９５Ｖ、ランプ電流１．８Ａである。なお、ここでは、メタルハライドランプを想定しているが、高圧放電灯３は高圧ナトリウム灯等のどのようなＨＩＤランプでもよい。
【００１２】
点灯制御回路４は、図２２（ｂ）に示すように、コンパレータＣＯＭＰ１及びコンパレータＣＯＭＰ２等から構成されており、後述するＩｌａ検出回路５ａからの信号とコンパレータＣＯＭＰ１等から構成される発振回路の基準出力信号とを比較し、制御回路ＩＣ２ａ２を介してスイッチング素子Ｑ２を制御する。
【００１３】
検出手段５は、図２２（ａ）に示すようにランプ電流を検出するＩｌａ検出回路５ａとランプ電圧を検出するＶｌａ検出回路５ｂとから構成されている。
【００１４】
Ｖｌａ検出回路５ｂは、増幅器ＯＰＡＭＰ１等から構成されており、ランプ電圧に比例する抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との分圧電圧Ｖｌａが抵抗を介して増幅器ＯＰＡＭＰ１の反転入力端子に入力されている。そして、ランプ電圧に応じた電圧値としてのランプ電流の目標値電圧Ｖｉを生成する。
【００１５】
Ｉｌａ検出回路５ａは、増幅器ＯＰＡＭＰ２等から構成されており、目標値電圧Ｖｉと抵抗Ｒ３に流れるランプ電流Ｉｌａとの誤差に基づく電圧を増幅し、点灯制御回路４のコンパレータＣＯＭＰ２の非反転入力端子に入力する。コンパレータＣＯＭＰ２は非反転入力端子に入力される電圧を、反転入力端子に入力される三角波電圧と比較することで、スイッチング素子Ｑ２をオン・オフ制御するパルス電圧を発生する。
【００１６】
タイマー手段６は、図２３に示すようにコンパレータＣＯＭＰ３、ツェナーダイオードＺＤ、コンデンサＣ０及び抵抗Ｒ５、Ｒ６から構成されている。そして、抵抗Ｒ５及び抵抗Ｒ６の一端は制御電源電圧Ｖｃｃに接続されている。もちろん、タイマー手段６は図示したものに限らず、たとえば、シグネティクス社製の８ピンタイプのＩＣであるＮＥ５５５を使用してもよい。このＮＥ５５５の動作は周知なので詳しい動作説明は省略する。
【００１７】
判別手段７は、図２３に示すように、ラッチ回路ＲＳ、コンパレータＣＯＭＰ４、スイッチ素子ＳＷ、ダイオードＤ０、基準電圧Ｖｃ及び抵抗Ｒ３、Ｒ４、Ｒｗ７０、Ｒｗ１５０とから構成されている。
【００１８】
つぎに、従来例の動作を説明する。ここで、図２４（ａ）は、放電灯点灯装置が７０Ｗを出力するときに定格電力が７０ＷのＨＩＤランプ及び１５０ＷのＨＩＤランプをそれぞれ接続したときのランプ電圧Ｖｌａの変化を示しており、図２４（ｂ）は、放電灯点灯装置に１５０ＷのＨＩＤランプが接続されたときのコンパレータＣＯＭＰ３、コンパレータＣＯＭＰ４及びラッチ回路ＲＳのＱ出力を示しており、さらに図２４（ｃ）は、放電灯点灯装置に７０ＷのＨＩＤランプが接続されたときのコンパレータＣＯＭＰ３、コンパレータＣＯＭＰ４及びラッチ回路ＲＳのＱ出力を示している。
【００１９】
いま、放電灯点灯装置に定格電力が１５０ＷのＨＩＤランプが接続されている場合を考える。交流電源ＡＣが投入されると、昇圧チョッパ回路２ａ１、降圧チョッパ回路２ａ２及びフルブリッジインバータ回路２ｂに電力が供給され、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ６のオン／オフ動作を開始する。すると、イグナイタ回路２ｃにより絶縁破壊電圧が印加され、ＨＩＤランプ３が始動する。ＨＩＤランプ３が始動すると、イグナイタ回路２ｃは動作を停止すると共に、ＨＩＤランプ３に電力が供給され、ランプ電圧は図２４（ａ）に示すように上昇を開始する。また、交流電源ＡＣの投入と同時にコンデンサＣ０の充電が開始される。そして、図２４（ａ）に示すｔ＝ｔ１でコンデンサＣ０の充電電圧がコンパレータＣＯＭＰ３の閾値電圧を超え、コンパレータＣＯＭＰ３がオンする。コンパレータＣＯＭＰ３がオンすると、その出力、つまり、ダイオードＤ０のカソード側の電位がＨレベルとなり、ダイオードＤ０のアノード側、すなわち、ラッチ回路ＲＳのセット入力ＳはコンパレータＣＯＭＰ４の出力により決定される。
【００２０】
次に、ｔ＝ｔ４にてランプ電圧がＶｃに達すると、コンパレータＣＯＭＰ４の反転入力が非反転入力Ｖｃよりも大きくなり、この時点でコンパレータＣＯＭＰ４がオフする。つまり、ｔ＝ｔ４において、コンパレータＣＯＭＰ４の出力はＨレベルからＬレベルに変化するが、それよりも早いｔ＝ｔ１において、既にコンパレータＣＯＭＰ３がオンしているので、ｔ＝ｔ１の時点で、ラッチ回路ＲＳのセット入力ＳにＨ信号が入力され、図２４（ｂ）に示すように、ラッチ回路ＲＳの出力ＱがＨ信号を出力する。これにより、スイッチ素子ＳＷがオンするので、Ｉｌａ検出回路５ａに入力される電流は抵抗Ｒ３、Ｒｗ７０、Ｒｗ１５０の並列抵抗で決まる値となる。すなわち、目標値電圧Ｖｉは定格電力が１５０ＷのＨＩＤランプの電圧となり、この目標値電圧Ｖｉに基づいて点灯制御回路４により定格電力が１５０ＷのＨＩＤランプを定格電力の１５０Ｗで点灯させる。
【００２１】
また、放電灯点灯装置に定格電力が７０ＷのＨＩＤランプが接続されている場合には、コンパレータＣＯＭＰ３がオンになるｔ＝ｔ１よりも早いｔ＝ｔ３の時点でコンパレータＣＯＭＰ４の反転入力が非反転入力Ｖｃよりも大きくなり、この時点でコンパレータＣＯＭＰ４がオフする。つまり、ｔ＝ｔ３において、コンパレータＣＯＭＰ４の出力はＨレベルからＬレベルに変化するから、それよりも遅いｔ＝ｔ１において、コンパレータＣＯＭＰ３がオンしても、ラッチ回路ＲＳのセット入力ＳにＨ信号が入力されることはない。したがって、ラッチ回路ＲＳの出力ＱはＬ信号を出力するので、スイッチ素子ＳＷはオフとなり、Ｉｌａ検出回路５ａに入力される電流は抵抗Ｒ３とＲｗ７０で決まる値となる。すなわち、目標値電圧Ｖｉは定格電力が７０ＷのＨＩＤランプの電圧となり、この目標値電圧Ｖｉに基づいて点灯制御回路４により定格電力が７０ＷのＨＩＤランプを定格電力の７０Ｗで点灯させる。
【００２２】
なお、高圧放電灯の種類に応じて、スイッチ素子ＳＷ、抵抗Ｒｗ７０及び抵抗Ｒｗ１５０の数を適宜増加させると、定格電力の異なる複数の高圧放電灯を該高圧放電灯の定格電力で点灯できることになる。
【００２３】
以上のようにして、１台の放電灯点灯装置により高圧放電灯の種類に応じて各高圧放電灯をそれぞれ定格点灯させることができるのである。
【００２４】
次に、図２５に示す放電灯点灯装置は、図２１に示す放電灯点灯装置において、タイマー手段６の積算時間を補正する補正手段１０を付加した構成としている。放電灯点灯装置を再始動した場合には、高圧放電灯３の温度は上昇しており、したがって、初始動時よりも点灯しやすい状態となっている。すなわち、図２６（Ａ）に示すように判定手段７に設けた所定の閾値電圧Ｖａに達するまでの時間ｔ＝ｔ１は、初始動時の閾値電圧Ｖａに達するまでの時間ｔ＝ｔ２と比較して、短くなる。したがって、この場合は補正手段１０により（ｔ２−ｔ１）の時間を補正してやると、再始動時の高圧放電灯の種類の判別間違いを防止することができる。
【００２５】
このように、特許文献１の点灯装置にあっては、複数の定格電力のＨＩＤランプを対象負荷とし、点灯させたときの過渡特性または定常特性から、負荷種別を判別し、いずれのランプについても定格点灯させるものであり、一台の点灯装置で定格電力の異なるランプが使用可能である。このため、例えば、省エネのために、通常よりも低い定格電力のランプに切り替えることが容易である。或いは、店舗の改装などで、光学設計が変更になる場合などにもランプの交換だけで良いなどの利点がある。
【特許文献１】特開２００３−２２９２８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
上述の特許文献１では、負荷の判別手法として、過渡特性が所定値を超えるまでの時間を計測することが提案されており、再始動時においては上記の時間を補正することが提案されている。ここで、再始動時に上記の時間を補正するのは、初始動特性に比べて立ち上がりが早いためである。
【００２７】
ところが、特許文献１では、初始動と再始動の区別の方法については開示されていない。また、初始動と再始動の特性の立ち上がり状態は、図２６（Ａ），（Ｂ）に示すような２つの状態だけで無く、ランプの冷え具合によって、中間的な様々な状態を取りうる。よって、より確実な負荷判別手段が必要であり、特に初始動、再始動の違いを前提にした負荷判別手段が必要である。
【００２８】
本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、複数の定格電力の放電灯を点灯可能で、しかも放電灯の定格電力を自動的に判別し、放電灯の定格電力で点灯させることが可能な放電灯点灯装置において、ランプの初始動、再始動のいずれの場合でも確実に負荷判別を可能とすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
上記の解決を課題するべく、本発明者らは高圧放電灯の立ち上がり特性を詳細に観察した。図１はＰｈｉｌｉｐｓ社製のＣＤＭ−３５とＣＤＭ−７０の各３本について、初始動時のランプ電圧Ｖｌａの立ち上がり特性を測定した結果を示す図であり、図２は同じランプについて再始動時のランプ電圧Ｖｌａの立ち上がり特性を測定した結果を示す図である。この場合の再始動は、一旦、ランプを定格点灯し、約５分間点灯させた後、約５分間消灯して再度点灯させた時の特性である。図１、図２の何れにおいても使用したバラストの特性は図３に示す通りである。
【００３０】
本発明者らは、初始動時、再始動時のランプ電圧Ｖｌａの立ち上がり特性を詳細に検討した結果、以下のことを見出した。
（１）再始動時の特性は、初始動時の特性を時間軸方向で左に移動したものとほぼ同一である。
（２）定格電力が異なると（ＣＤＭ−３５とＣＤＭ−７０とで）ランプ電圧Ｖｌａの立ち上がり特性は明らかに異なる。
（３）定格電力の違いにより位置は異なるが、ランプ電圧Ｖｌａの立ち上がり特性には変曲点（特性の変化の仕方に変化が現れる点）が存在し、その後の特性には乱れ（大きな特性変動）が生じ、ばらつきが大きい。逆に言えば、変曲点以下では、特性のばらつきが少ない。したがって、検出に適する。
（４）変曲点のランプ電圧Ｖｌａは定格電力が同じであれば、略一定である。
【００３１】
以上のことから、点灯開始からランプ電圧Ｖｌａの立ち上がり特性が変曲点に到達するまでの間で、所定の特性値Ｖ１から別の所定の特性値Ｖ２に到るまでの時間を計測して、負荷の種別を判別することができることを発見した。特に、特性値としてはランプ電圧またはランプ電力が望ましい。
【００３２】
従来例との比較では、検出の場所を特定したことが相違点であり、この場合は、変曲点以前の特性値に特定している。さらに、検出の対象を所定の特性値から別の所定の特性値への変化時間としたことが特徴である。
【００３３】
（変曲点発生のメカニズム考察）
本発明で扱う放電灯は、ＨＩＤランプ、特にメタルハライドランプである。メタルハライドランプには、緩衝ガスとしてのＨｇおよび所望の発光スペクトルを得るためのハロゲン化金属が封入されている。ＣＤＭ−３５、ＣＤＭ−７０の場合にはハロゲン化金属として、ナトリウム（Ｎａ）、タリウム（Ｔｌ）等が封入されている。ＨＩＤランプの始動直後のランプ電圧が低い期間は、Ｈｇ蒸気のみの発光である。ランプ電流を流すことで、徐々に発光管内の温度が上昇し、ハロゲン化金属が発光を開始する。この発光スペクトルの立ち上がりの様子を示したのが、図４〜図７である。横軸は始動後の経過時間［秒］、縦軸は発光スペクトルの波長λ［ｎｍ］を示す。図４はＣＤＭ−３５の初始動時、図５はＣＤＭ−３５の再始動時、図６はＣＤＭ−７０の初始動時、図７はＣＤＭ−７０の再始動時である。上記各図からナトリウムとタリウムの発光スペクトルが所定レベル（相対エネルギー値で０．１）を超えた時間を読みとり、図１、図２のランプ電圧Ｖｌａの立ち上がり特性から変曲点の時間を読みとり、プロットしたものが図８である。
【００３４】
これから、次のことが判明した。
イ）変曲点に達する時間とナトリウムまたはタリウムの発光スペクトルが所定レベルを超えるまでの時間には、強い相関がある。
ロ）変曲点以下で比較的特性が揃っているのは、Ｈｇ単体の発光のためであり、変曲点以後、特性に乱れが生じているのは、Ｈｇ、ナトリウム、タリウムの発光が混在するためである。
ハ）変曲点のランプ電圧Ｖｌａの値は、定格電力が同じであればほぼ同一、異なる定格電力のランプ間ではその値は異なる。
以上のことから、ランプ電圧Ｖｌａの立ち上がり特性上の変曲点は、Ｈｇ単体の発光から、ハロゲン化金属が発光を始める点であると言える。
【００３５】
また、定格電力が異なると、変曲点となるランプ電圧Ｖｌａが異なる理由としては以下のことが考えられる。上述のように、変曲点はＨｇ以外のハロゲン化金属（Ｔｌ、Ｎａ）が発光を始める点であり、そのときの発光管の最冷点温度は、含まれるハロゲン化金属が同じであれば、負荷の定格電力によらずほぼ一定である。一方、発光管のサイズは定格電力によって異なる。従って、２つの定格電力の異なるランプを図３のような同一のバラスト特性で点灯させると、ランプ電圧に対する発光管の温度上昇の特性は異なってくる。よって、ハロゲン化金属が発光を開始するときのランプ電圧の違いが生じる。
【００３６】
Ｈｇ，Ｎａ，Ｔｌ等の封入物はランプメーカによって微妙に異なることが考えられるが、Ｈｇはどのメーカのランプでも封入されており、このＨｇが単体で発光している期間のランプ電圧Ｖｌａの立ち上がり特性で負荷を判別することで、より確実な判別が可能になる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、複数の定格電力の放電灯を点灯可能であって、しかも、放電灯の定格電力を自動的に判別し、放電灯の定格電力で点灯させることが可能な放電灯点灯装置において、ランプの始動時のＨｇが主として発光する領域で、立ち上がり特性の所定値から別の所定値になるまでの時間を計測することで、ランプの初始動、再始動に関係なく、確実に負荷判別が可能になるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
（実施の形態１）
図９は本発明の実施の形態１の回路図である。電力制御回路４ａの構成については、従来例の図２２のＩｌａ検出回路５ａ、Ｖｌａ検出回路５ｂ、点灯制御回路４と同様であるので、詳細は省略する。抵抗Ｒ１、Ｒ２はランプ電圧Ｖｌａに相当する電圧を分圧した電圧をマイコン７ａのアナログポート（７番ピン）に入力する。マイコンとしては、例えばマイクロチップ社製ＰＩＣ１２Ｆ６７５（Ａ／Ｄ変換機能・フラッシュメモリ付き８ビットマイコン）を使用する。このマイコンは、８ピンのパッケージで内部クロック回路を持っており、外付け部品がほとんど必要なく、制御回路を構成する上で有利である。
【００３９】
ランプ点灯前は、ランプ電圧Ｖｌａの検出電圧はほぼツェナーダイオードＺＤ２でクランプされており、Ｖｃｃ＝５Ｖになるように設定している。ランプが点灯するとランプ電圧Ｖｌａの検出電圧は低レベルになる。この低レベルに移行したのをマイコンのアナログポート（７番ピン）の入力で監視しておき、点灯を判別する。
【００４０】
次に、ランプ電圧Ｖｌａが３０Ｖに相当する検出電圧に達するまで監視する。そして、ランプ電圧が３０Ｖに相当する検出電圧に達してから、ランプ電圧が４０Ｖに相当する検出電圧に達するまで時間をマイコンで計測する。
【００４１】
具体的な計測手段はプログラムに依存するが、例えば、アナログポート（７番ピン）の検出電圧の値を一定間隔でＡ／Ｄ変換器で読み込み、検出電圧がランプ電圧Ｖｌａの３０Ｖ相当から４０Ｖ相当に移行するまでに、何回Ａ／Ｄ変換器で値を読み込んだかをカウントすることで、経過時間に相当する計測値が得られる。当然、マイコンのクロック周波数とＡ／Ｄ変換器を作動させる間隔から、実際の時間を計測しても良い。
【００４２】
この時間を予めプログラミングされた値と大小を比較し、小さいときは３５Ｗ、大きいときは７０Ｗと判別し、相当する電力制御に切り替える。図９の回路では、マイコンの５番、６番ピンによりスイッチ素子ＳＷ２，ＳＷ１のオン・オフが制御され、負荷判別の結果によって、ランプ電流の検出抵抗を切り替えることによって、電力制御の切換を実現している。
【００４３】
上記プログラミングされた値とは、図１０のｔ１，ｔ２の値を考慮して決定される。図１０は、ＣＤＭ−３５とＣＤＭ−７０の各３本について、初始動時のランプ電圧Ｖｌａの立ち上がり特性を示している。
【００４４】
図１０を用いて本発明の実施の形態１の動作を説明する。図１０よりＣＤＭ−３５の変曲点となるランプ電圧ＶｌａはＶ３≒４７Ｖ、ＣＤＭ−７０の変曲点となるランプ電圧Ｖｌａは約７０Ｖとなるので、ランプ電圧Ｖｌａが４７Ｖ以下の特性の立ち上がりでランプ種別を判別する。
【００４５】
具体的には、ランプ電圧ＶｌａがＶ１＝３０ＶからＶ２＝４０Ｖに達するまでに要する時間を計測する。この時間ｔｌ，ｔ２にはＣＤＭ−３５とＣＤＭ−７０とで明らかに違いが生じており、定格電力が判別可能である。
【００４６】
図１１は同一ランプの再始動時の特性であるが、ランプ電圧ＶｌａがＶ１＝３０ＶからＶ２＝４０Ｖに達するまでに要する時間ｔ１’，ｔ２’は、図１０のｔ１，ｔ２とほぼ同じであり、変曲点となるランプ電圧Ｖｌａの値もほぼ同じであるので、同様の手法でランプ種別の判別が可能である。
【００４７】
以上より、変曲点以下で特性がある所定値から別の所定値に達するまでの時間を計測し、その値を予め設定された値と比較することにより、初始動、再始動に関係なく、現在動作させているランプの定格電力が判別できる。
【００４８】
尚、ここでランプ電圧の値は、図３のバラスト特性を用いた場合の値であって、バラスト特性が変われば検出に使うランプ電圧値が変更されるのは言うまでもない。以上の説明では、特性値としてランプ電圧を用いているが、ランプ電力でも同様のことが言える。
【００４９】
図１２にＣＤＭ−３５とＣＤＭ−７０の各３本について、初始動時のランプ電力Ｗｌａの立ち上がり特性を示す。これから明らかなように、Ｗｌａ＝３０ＷからＷｌａ＝４０Ｗに達するまでに要する時間ｔ７，ｔ８を計測し、予めプログラミングされた値と大小を比較し、小さいときは３５Ｗ、大きいときは７０Ｗと判別し、相当する電力制御に切り替えることが可能である。なお、ランプ電力の再始動時の立ち上がり特性については図示しないが、初始動時の特性を時間軸方向で左方向にシフトした特性となり、ランプ電圧の場合と同じである。
【００５０】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２の回路構成は図９と同様である。本実施の形態では、ランプ電圧Ｖｌａの立ち上がり特性における変曲点のランプ電圧Ｖｌａの違いに着目してランプ種別を判別する。上述のように、ランプ電圧Ｖｌａの検出電圧をマイコンのアナログポート（７番ピン）の入力で監視しており、図１０、図１１より、変曲点のランプ電圧Ｖｌａが４７Ｖ付近なら３５Ｗのランプと判別し、変曲点のランプ電圧Ｖｌａが７０Ｖ付近なら７０Ｗのランプと判別し、適正な電力制御に切り替える。
【００５１】
（実施の形態３）
図１３は本発明の実施の形態３の回路図である。図中、１は直流電源、２は電力変換回路、３は高圧放電灯、４は点灯制御回路、８はスペクトル検出手段、７は判別手段である。判別手段７はスペクトル検出手段８による発光スペクトルの検出値を所定値と比較する比較器を備えており、その比較結果に基づいてランプ種別を判別し、判別したランプ種別に応じた供給電力となるように、点灯制御回路４により電力変換回路２の動作を制御する。スペクトル検出用のセンサＳ１，Ｓ２は高圧放電灯３の発光を検出できる位置に配置されており、特定の波長を選択的に透過する光学フィルタと、透過した光量に応じた電気量を発生する光電センサとからなる。スペクトル検出手段８は波長検出センサＳ１，Ｓ２の出力を検出するオペアンプ等を備え、各波長ごとの検出値を出力する。
【００５２】
本実施の形態では、図４〜図７の発光スペクトルの違いに着目して、ランプ種別を判別するものであり、所定の２つの波長検出センサＳ１，Ｓ２を持つ。第１の波長検出センサＳ１は先に発光スペクトルのレベルが所定値を超えるものとする。第１の波長検出センサＳ１の検出値が所定値を超えてから、第２の波長検出センサＳ２の検出値が所定値を超えるまでの時間を計測することで、ランプの定格電力が判別可能である。ここで、所定値としては、例えば、図４〜図７の発光スペクトルが相対エネルギー値で０．１を超える値などを用いることができる。
【００５３】
第１の波長検出センサＳ１には、Ｈｇの代表輝線の５４６ｎｍを検出するセンサを、第２の波長検出センサＳ２にはＴｌの発光輝線である５３５ｎｍを検出するセンサを用いることができる。或いは、第２の波長検出センサＳ２にはＮａの発光輝線である５８９ｎｍを検出するセンサを用いることができる。
【００５４】
（実施の形態４）
図１４は本発明の実施の形態４の動作説明図である。点灯装置の構成は実施の形態３の図１３と同様であるが、本実施の形態では、Ｔｌ発光レベルが所定値を超えてからＮａ発光レベルが所定値を超えるまでに掛かる時間で負荷を判別するべく、第１の波長検出センサＳ１として、Ｔｌの発光輝線である５３５ｎｍを検出するセンサを用いると共に、第２の波長検出センサＳ２としてＮａの発光輝線である５８９ｎｍを検出するセンサを用いている点が異なる。
【００５５】
図１４において、▲は初始動時のＣＤＭ−３５のＴｌ発光レベルが所定値を超える時間、△は初始動時のＣＤＭ−３５のＮａ発光レベルが所定値を超える時間、ｔ３は初始動時のＣＤＭ−３５のＴｌ発光レベルが所定値を超えてからＮａ発光レベルが所定値を超えるまでに掛かる時間である。また、■は初始動時のＣＤＭ−７０のＴｌ発光レベルが所定値を超える時間、□は初始動時のＣＤＭ−７０のＮａ発光レベルが所定値を超える時間、ｔ４は初始動時のＣＤＭ−７０のＴｌ発光レベルが所定値を超えてからＮａ発光レベルが所定値を超えるまでに掛かる時間である。
【００５６】
次に、◆は再始動時のＣＤＭ−３５のＴｌ発光レベルが所定値を超える時間、◇は再始動時のＣＤＭ−３５のＮａ発光レベルが所定値を超える時間、ｔ３’は再始動時のＣＤＭ−３５のＴｌ発光レベルが所定値を超えてからＮａ発光レベルが所定値を超えるまでに掛かる時間である。また、●は再始動時のＣＤＭ−７０のＴｌ発光レベルが所定値を超える時間、○は再始動時のＣＤＭ−７０のＮａ発光レベルが所定値を超える時間、ｔ４’は再始動時のＣＤＭ−７０のＴｌ発光レベルが所定値を超えてからＮａ発光レベルが所定値を超えるまでに掛かる時間である。
【００５７】
このように、図１４において、ｔ３，ｔ４はＣＤＭ−３５とＣＤＭ−７０の初始動時のＴｌ発光レベルが所定値を超えてからＮａ発光レベルが所定値を超えるまでに掛かる時間であり、再始動時の時間ｔ３’，ｔ４’はそれぞれ初始動時のｔ３，ｔ４とほぼ同一であることが分かる。従って、実施の形態１〜３と同様に、初始動、再始動に関係なく、現在動作させているランプの定格電力が判別できる。
【００５８】
（実施の形態５）
実施の形態５は、Ｔｌ又はＮａの発光レベルが所定値を超えたときのランプ電圧Ｖｌａの値を検出し、負荷の定格電力を判別するものである。回路構成については、図９に示すように、ランプ電圧Ｖｌａの検出電圧をマイコンのアナログポート（７番ピン）の入力で監視する構成を用いると共に、さらに、図１３に示したスペクトル検出手段として、Ｔｌの発光輝線である５３５ｎｍまたはＮａの発光輝線である５８９ｎｍを検出する波長検出センサを用いる点が異なる。
【００５９】
図４〜図７及び図１０、図１１より明らかなように、定格電力により変曲点でのランプ電圧Ｖｌａの値に違いがあるので、Ｔｌ又はＮａの発光レベルが所定値を超えたときのランプ電圧Ｖｌａの値を検出することで、負荷の判別が可能である。
【００６０】
（実施の形態６）
実施の形態６は、変曲点到達後の一定時間後の発光スペクトルの状態で定格電力を判別するものである。回路構成については、例えば、実施の形態３（図１３）と同様である。図４〜図７より明らかなように、変曲点到達後の一定時間後の発光スペクトルの状態でも定格電力は判別可能である。具体的に上げると、特定波長スペクトルの強度、複数波長のスペクトルの強度、スペクトル全体の形状、色温度又はｄｕｖ（ｕｖ座標上の黒体軌跡からの距離）、照度などが候補として挙げられる。これらの全部または一部を監視することで、変曲点到達後の一定時間後の発光スペクトルの状態で定格電力を判別する。
【００６１】
（実施の形態７）
図１５は実施の形態７の動作説明図である。本実施の形態では、まず、実施の形態１の判別手法で負荷の定格電力を判別する。すなわち、ランプ電圧ＶｌａがＶ１＝３０ＶからＶ２＝４０Ｖに達するまでに要する時間ｔ１，ｔ２を計測することで、負荷の定格電力を判別する。そして、ランプ電圧ＶｌａがＶ２＝４０Ｖに到達した後、更にＶｌａ＝８０Ｖに到達するまでの時間を計測する。負荷が３５Ｗの場合の時間をｔ５、７０Ｗの場合の時間をｔ６とすると、ｔ５＞ｔ６の関係があり、負荷の判別が可能である。このように二重に判別するメリットとしては、いったん判別した後の誤判別防止の機能として使える。
【００６２】
また、ランプ電圧ＶｌａがＶ２＝４０Ｖに到達した後の一定時間後のランプ電圧Ｖｌａの値でも負荷の判別が可能である。この判別手法も前記と同様に、いったん判別した後の誤判別防止の機能として使える。以降の実施の形態は変曲点の検出手段に関するものである。
【００６３】
（実施の形態８）
本実施の形態では、変曲点検出手段の一例を示す。ここで用いる変曲点検出手段は、発光スペクトルの傾向から変曲点を検出する手法であり、例えば、Ｔｌ（５３５ｎｍ）あるいはＮａ（５８９ｎｍ）のような特定スペクトルが所定値を超えたことで変曲点と判断する。このために必要な構成は、実施の形態３（図１３）に示したように、特定スペクトルの検知センサとそのレベルを所定値と比較する比較器となる。
【００６４】
（実施の形態９）
本実施の形態では、変曲点検出手段の他の一例を示す。ここで用いる変曲点検出手段は、ランプ電圧Ｖｌａの立ち上がり特性から変曲点を検出する手法であり、ランプ電圧Ｖｌａの立ち上がりをモニタリングしておき、ランプ電圧Ｖｌａの時間変化の傾向が大きく変わったことを計算等で検知する。
【００６５】
図１６と図１７は、それぞれ図１で示したＣＤＭ−３５とＣＤＭ−７０の初始動時のランプ電圧Ｖｌａの立ち上がり特性とその時間変化をプロットしたものである。ランプ電圧Ｖｌａの立ち上がり特性は０．５秒間隔でサンプリングされており、ランプ電圧Ｖｌａの時間変化は０．５秒前のデータと現在のデータの差をプロットしている。
【００６６】
この図１６、図１７を見ると、各ランプの変曲点近傍の時間において、ランプ電圧Ｖｌａの時間変化が大きくなっていることが分かる。よって、ランプ電圧Ｖｌａを検出して、ｄＶｌａ／ｄｔないしは△Ｖｌａ／△ｔを逐次計算する。そして、その変化をとらえれば、変曲点に到ったことを検出することが可能である。
【００６７】
このために必要な構成は、実施の形態１（図９）に示したように、ランプ電圧Ｖｌａの検出回路と、その時間変化率の計算手段である。時間変化率の計算手段は、オペアンプ等を用いて構成することも可能ではあるが、回路の規模等を考慮すると、マイクロコントローラを使用するのが妥当といえる。
【００６８】
（実施の形態１０）
本実施の形態では、実施の形態１（図９）に示した構成を用いて、ランプの寿命末期を検出するものである。変曲点となるランプ電圧Ｖｌａの値は、バラスト特性を固定すると、定格電力、発光管形状・サイズ、封入物の種類により固有の値となる。したがって、ランプの始動時に変曲点となるランプ電圧Ｖｌａの値を検出し、規定値から大きく外れた場合、ランプに異常が発生したことが分かる。一般的に寿命末期のランプの変曲点となるランプ電圧Ｖｌａの値は高くなっている。従って、変曲点のランプ電圧Ｖｌａの値によって、寿命末期が検出できる。
【００６９】
（実施の形態１１）
図１８〜図２０は本発明の放電灯点灯装置を用いた照明器具の構成例を示す。図１８、図１９はスポットライトに適用した例、図２０はダウンライトに適用した例であり、図中、１１は点灯装置の回路を格納した電子バラスト、１２は高圧放電灯を装着した灯体、１３は配線である。いずれの照明器具も３５Ｗ、７０Ｗのような複数の種類の高圧放電灯を適宜選択して装着することができる。これらの照明器具を複数組み合わせて照明システムを構築しても良く、必要な照度、発光色、デザイン等に応じて、種類の異なる複数の高圧放電灯が混在して用いられても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】初始動時の高圧放電灯のランプ電圧の立ち上がり特性を測定した結果を示す特性図である。
【図２】再始動時の高圧放電灯のランプ電圧の立ち上がり特性を測定した結果を示す特性図である。
【図３】図１と図２の立ち上がり特性の測定に用いたバラストの出力特性を示す特性図である。
【図４】３５ワットＨＩＤランプの初始動時の発光スペクトルの立ち上がりの様子を示す図である。
【図５】３５ワットＨＩＤランプの再始動時の発光スペクトルの立ち上がりの様子を示す図である。
【図６】７０ワットＨＩＤランプの初始動時の発光スペクトルの立ち上がりの様子を示す図である。
【図７】７０ワットＨＩＤランプの再始動時の発光スペクトルの立ち上がりの様子を示す図である。
【図８】ＨＩＤランプのナトリウムとタリウムの発光開始時間を測定した図である。
【図９】本発明の実施の形態１に係る高圧放電灯点灯装置の回路図である。
【図１０】初始動時のランプ電圧立ち上がり特性からランプを判別する原理の説明図である。
【図１１】再始動時のランプ電圧立ち上がり特性からランプを判別する原理の説明図である。
【図１２】初始動時のランプ電力立ち上がり特性からランプを判別する原理の説明図である。
【図１３】本発明の実施の形態３に係る高圧放電灯点灯装置の回路図である。
【図１４】本発明の実施の形態４の動作説明図である。
【図１５】本発明の実施の形態７の動作説明図である。
【図１６】３５ワットＨＩＤランプの初始動時のランプ電圧の立ち上がりとその変化率を示す図である。
【図１７】７０ワットＨＩＤランプの初始動時のランプ電圧の立ち上がりとその変化率を示す図である。
【図１８】本発明の高圧放電灯点灯装置を用いた照明器具の一例を示す斜視図である。
【図１９】本発明の高圧放電灯点灯装置を用いた照明器具の他の一例を示す斜視図である。
【図２０】本発明の高圧放電灯点灯装置を用いた照明器具のさらに他の一例を示す斜視図である。
【図２１】従来の高圧放電灯点灯装置のブロック図である。
【図２２】従来の高圧放電灯点灯装置の具体回路図である。
【図２３】従来の高圧放電灯点灯装置の要部構成を示す具体回路図である。
【図２４】従来の高圧放電灯点灯装置の動作説明図である。
【図２５】従来の高圧放電灯点灯装置の他の構成例を示すブロック図である。
【図２６】図２５の従来例の動作説明図である。
【符号の説明】
【００７１】
１  直流電源
２  電力変換回路
３  放電ランプ
４  点灯制御回路
５  検出手段
７  判別手段
【図１】
2005310677.tif 000003
【図２】
2005310677.tif 000004
【図３】
2005310677.tif 000005
【図４】
2005310677.tif 000006
【図５】
2005310677.tif 000007
【図６】
2005310677.tif 000008
【図７】
2005310677.tif 000009
【図８】
2005310677.tif 000010
【図９】
2005310677.tif 000011
【図１０】
2005310677.tif 000012
【図１１】
2005310677.tif 000013
【図１２】
2005310677.tif 000014
【図１３】
2005310677.tif 000015
【図１４】
2005310677.tif 000016
【図１５】
2005310677.tif 000017
【図１６】
2005310677.tif 000018
【図１７】
2005310677.tif 000019
【図１８】
2005310677.tif 000020
【図１９】
2005310677.tif 000021
【図２０】
2005310677.tif 000022
【図２１】
2005310677.tif 000023
【図２２】
2005310677.tif 000024
【図２３】
2005310677.tif 000025
【図２４】
2005310677.tif 000026
【図２５】
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【図２６】
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