(57)【要約】【課題】  高圧放電ランプの異常放電を防止し、光束立ち上がり特性を改善する。【解決手段】  直流電源回路１と、直流電源回路１からの直流電圧出力を１ｋＨｚ以上の高周波に変換するインバータ回路２と、インバータ回路２の出力を高圧放電ランプ６に印加するための負荷回路５と、インバータ回路２の出力周波数を、第１の周波数と第１の周波数より高い第２の周波数とにＰＷＭ変調する周波数切換回路８とを備え、周波数切換回路８は、第１のタイミング（ｔ０１）以前には、第１の周波数のＰＷＭ幅を最大とし、第２のタイミング（ｔ０２）以降には、第１の周波数のＰＷＭ幅を最小とし、第１の周波数の最小ＰＷＭ幅を０より大きい値とした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源回路と、
前記直流電源回路からの直流電圧出力を１ｋＨｚ以上の高周波に変換するインバータ回路と、
前記インバータ回路の出力を高圧放電ランプに印加するための負荷回路と、
前記インバータ回路の出力周波数を、第１の周波数と第１の周波数より高い第２の周波数とにＰＷＭ変調する周波数切換回路とを備え、
前記周波数切換回路は、第１のタイミング（ｔ０１）以前には、第１の周波数のＰＷＭ幅を最大とし、第２のタイミング（ｔ０２）以降には、第１の周波数のＰＷＭ幅を最小とし、第１の周波数の最小ＰＷＭ幅は０より大きい値であることを特徴とする高圧放電ランプ点灯装置。
【請求項２】
前記周波数切換回路は、前記第１のタイミング（ｔ０１）と第２のタイミング（ｔ０２）との間、第１の周波数のＰＷＭ幅を徐々に減少させることを特徴とする請求項１記載の高圧放電ランプ点灯装置。
【請求項３】
前記第１のタイミング（ｔ０１）は、前記高圧放電ランプが放電を開始してから所定時間を経過した時、前記高圧放電ランプの両端電圧が所定の電圧を越えた時、前記高圧放電ランプ内において音響共鳴現象が発生した時のいずれかであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の高圧放電ランプ点灯装置。
【請求項４】
前記第１の周波数は、高圧放電ランプに特有の音響共鳴現象を引き起こす周波数帯より低い周波数帯に属する周波数であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項記載の高圧放電灯点灯装置。
【請求項５】
前記周波数切換回路は、前記第２のタイミング（ｔ０２）以降には、前記第１の周波数のＰＷＭ幅を、音響共鳴現象の発生に要する時間より短くしたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項記載の高圧放電ランプ点灯装置。
【請求項６】
直流電源回路と、
前記直流電源回路からの直流電圧出力を１ｋＨｚ以上の高周波に変換するインバータ回路と、
前記インバータ回路の出力を高圧放電ランプに印加するための負荷回路と、
前記直流電源回路の出力電圧を段階的に切り換える電圧切換回路と、
前記インバータ回路の出力周波数を、第１の周波数と第１の周波数より高い第２の周波数とにＰＷＭ変調する周波数切換回路とを備え、
前記周波数切換回路は、点灯開始後の第１のタイミング（ｔ１１）で前記電圧切換回路の切換動作を有効とし、第２のタイミング（ｔ１２）以降は前記周波数切換回路によるＰＷＭ変調幅を変化させることを特徴とする高圧放電ランプ点灯装置。
【請求項７】
前記高圧放電ランプの電圧を検出するランプ電圧検出回路を更に備え、
前記ランプ電圧検出回路の出力値に応じて、前記電圧切換回路による出力電圧を決定することを特徴とする請求項６記載の高圧放電ランプ点灯装置。
【請求項８】
前記高圧放電ランプの電圧を検出するランプ電圧検出回路を更に備え、
前記ランプ電圧検出回路の出力値に応じて、前記周波数切換回路によるＰＷＭ変調幅を決定することを特徴とする請求項６記載の高圧放電ランプ点灯装置。
【請求項９】
前記インバータ回路又は前記高圧放電ランプに流れる電流を検出する負荷電流検出回路を更に備え、
前記負荷電流検出回路で検出した負荷電流を前記周波数切換回路によるＰＷＭ変調幅でフィードバックすることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか一項に記載の高圧放電ランプ点灯装置。
【請求項１０】
前記周波数切換回路は、前記第２のタイミング（ｔ１２）以降には、前記第１の周波数のＰＷＭ幅を、音響共鳴現象の発生に要する時間より短くしたことを特徴とする請求項６から請求項９のいずれか一項記載の高圧放電ランプ点灯装置。
【請求項１１】
前記周波数切換回路は、前記第２のタイミング（ｔ１２）以降には、前記第２の周波数のＰＷＭ幅を可変としたことを特徴とする請求項６から請求項１０のいずれか一項記載の高圧放電ランプ点灯装置。
【請求項１２】
前記第２の周波数のＰＷＭ幅が所定の上限値又は下限値に達した場合、再度、前記電圧切換回路による電圧切換動作を行うことを特徴とする請求項６から請求項１２のいずれか一項記載の高圧放電ランプ点灯装置。
【請求項１３】
前記第２の周波数のＰＷＭ幅が所定の上限値又は下限値に所定の時間留まった場合、再度、前記電圧切換回路による電圧切換動作を行うことを特徴とする請求項６から請求項１２のいずれか一項記載の高圧放電ランプ点灯装置。
【請求項１４】
前記周波数切換回路は、前記第２の周波数のＰＷＭ幅の上限値を２０ｍｓ以下にしたことを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか一項記載の高圧放電ランプ点灯装置。
【請求項１５】
前記周波数切換回路は、前記第２の周波数のＰＷＭ幅の下限値を１ｍｓ以上にしたことを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれか一項記載の高圧放電ランプ点灯装置。
【請求項１６】
前記第２の周波数は、前記高圧放電ランプに特有の音響共鳴現象を引き起こさない周波数帯に含まれる周波数であることを特徴とする請求項１から請求項１５のいずれか一項記載の高圧放電ランプ点灯装置。
【請求項１７】
前記周波数切換回路によるＰＷＭ変調周期は、２０ｍｓ以下であることを特徴とする請求項１から請求項１６のいずれか一項記載の高圧放電ランプ点灯装置。
【請求項１８】
高圧放電ランプと、
直流電源回路と、
前記直流電源回路からの直流電圧出力を１ｋＨｚ以上の高周波に変換するインバータ回路と、
前記インバータ回路の出力を前記高圧放電ランプに印加するための負荷回路と、
前記インバータ回路の出力周波数を、第１の周波数と第１の周波数より高い第２の周波数とにＰＷＭ変調する周波数切換回路と、
前記高圧放電ランプが取り付けられたリフレクターとを備え、
前記周波数切換回路は、第１のタイミング（ｔ０１）以前には、第１の周波数のＰＷＭ幅を最大とし、第２のタイミング（ｔ０２）以降には、第１の周波数のＰＷＭ幅を最小とし、第１の周波数の最小ＰＷＭ幅は０より大きい値であることを特徴とする照明器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧放電ランプ（以下、「ランプ」という）を高周波で点灯する高圧放電ランプ点灯装置およびこの高圧放電ランプ点灯装置を備えた照明器具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の高圧放電ランプ点灯装置においては、放電アークの起点が電極の先端から基端に向けて前後方向（高圧放電ランプの長手方向）に移動した場合に、周期的に高圧パルスを印加して放電アークの起点位置を電極先端に戻している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特許第３２７９３２２号公報（第５〜７頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、放電アークの起点が電極上を前後方向に移動する以外にも、電極上を左右方向（高圧放電ランプの長手方向に直交する方向）に移動し、電極中心部から外れて放電してしまう場合があった。この現象により、放電アークが不安定となり、ちらつきや立ち消えが引き起こされることがあった。このような現象に対しては、従来技術のように、周期的に高圧パルスを印加しても、放電アークの起点を電極中心部に戻すことができず、問題であった。
また、上記のような制御をする場合、制御の開始時又は終了時の制御の切れ目が視認されてしまうという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような問題を解決し、放電アークの起点が電極中心部から外れて左右方向に移動した場合であっても、放電アークの起点を容易に電極中心部に戻すとともに、上記の制御の切れ目が視認できないようにすることができる高圧放電ランプ点灯装置および照明器具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】
【０００６】
本発明の高圧放電ランプ点灯装置は、直流電源回路と、直流電源回路からの直流電圧出力を１ｋＨｚ以上の高周波に変換するインバータ回路と、インバータ回路の出力を高圧放電ランプに印加するための負荷回路と、インバータ回路の出力周波数を、第１の周波数と第１の周波数より高い第２の周波数とにＰＷＭ変調する周波数切換回路とを備え、周波数切換回路は、第１のタイミング（ｔ０１）以前には、第１の周波数のＰＷＭ幅を最大とし、第２のタイミング（ｔ０２）以降には、第１の周波数のＰＷＭ幅を最小とし、第１の周波数の最小ＰＷＭ幅を０より大きい値とした。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る高圧放電ランプ点灯装置によれば、光束立ち上がり時の音響共鳴現象を回避するとともに、安定点灯以降後のアーク起点ずれの異常放電を防止し、かつ、両制御の切り換えが視覚的に違和感のないものとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明に係る高圧放電ランプ点灯装置および照明器具の好適な実施の形態について添付図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る高圧放電ランプ点灯装置の構成を示す回路図である。同図に示すように、直流電源回路１の両端にＭＯＳＦＥＴ２ａ，２ｂからなるインバータ回路２が接続され、インバータ回路２はドライバ回路３によって駆動制御されている。インバータ回路２の出力点には、コンデンサ４、チョークコイル５、高圧放電ランプ６（以下、「ランプ」という）が直列接続されている。なお、図示していないが、ＭＯＳＦＥＴ２ａ、２ｂには回生ダイオードが内蔵されている。
【０００９】
チョークコイル５の１次巻線と２次巻線とは磁気的に結合され、チョークコイル５の２次巻数には、電源投入後にランプ６に高圧パルスを印加し、放電を開始させる始動回路７が接続されている。また、ドライバ回路３には周波数切換回路８が接続され、ドライバ回路３の出力周波数をＰＷＭ変調し、ランプ電流を周期的に増減させるものである。インバータ回路２には検出抵抗９１に発生する電圧を負荷電流として検出する負荷電流検出回路９が接続されている。
【００１０】
次に、本実施の形態の動作について説明する。まず、直流電源回路１からの直流電圧出力は、交互にオン／オフされるＭＯＳＦＥＴ２ａ，２ｂからなるインバータ回路２によって高周波に変換される。ドライバ回路３によって、インバータ回路２は出力周波数ｆ１で駆動され、コンデンサ４とチョークコイル５の直列回路によって出力調整された電力がランプ６に印加される。ドライバ回路３の出力周波数は、周波数切換回路８によって周波数ｆ１と周波数ｆ２（ｆ１＜ｆ２）でＰＷＭ変調される。
【００１１】
図２（ａ）は、点灯開始からのＰＷＭ変調制御を説明するものである。点灯開始からの所定の時間ｔ０１までは周波数ｆ１で点灯し、ｔ０１〜ｔ０２間で周波数ｆ１のＰＷＭ幅ｄ１を徐々に減少させ、周波数ｆ２のＰＷＭ幅ｄ２を徐々に増大させる。なお、図２（ｂ）は、ｔ０１〜ｔ０２間の任意の時間ｔｘにおける点灯周波数とランプ電流を示すものである。
ｔ０２以降は、周波数ｆ１のＰＷＭ幅ｄ１を所定値に保ち、周波数ｆ２のＰＷＭ幅ｄ２を変動させる。ＰＷＭ幅ｄ２は、負荷電流検出回路９の出力値、すなわち、ランプ６に投入される実効電力の平均値が一定となるように周波数切換回路８で制御される。
【００１２】
次に、出力周波数ｆ１，ｆ２及びそれぞれのＰＷＭ幅ｄ１，ｄ２の設定について説明する。
一般に高圧放電ランプを高周波で点灯する場合、ランプ内の音波の進行波と反射波の干渉作用により放電アークが曲げられ、立ち消えやランプ破壊などを引き起こすいわゆる音響共鳴現象が生じやすいことが知られている。従って、特に１ｋＨｚ以上の高周波点灯時においては、音響共鳴現象が起こらない非共鳴周波数帯（以下、「窓」という）を選んで点灯すれば安定点灯が可能となる。
【００１３】
図３は、定格電力３５Ｗのセラミック製メタルハライドランプの共鳴周波数帯と窓との分布を示す図である。図のＡ部は窓であり、Ｂ部は弱共鳴周波数帯である。弱共鳴周波数帯とは、わずかにアークが揺れる場合があるので安定点灯用の周波数としては使用できないが、光束立ち上がり時のように明るさそのものが変化している時間帯においては、点灯周波数として問題なく使用できる周波数帯である。Ｃ部は中度の共鳴周波数帯、Ｄ部は強度の共鳴周波数帯であり、両者とも点灯周波数がこの周波数帯に含まれるとアークが激しく揺れたり、ちらついたりする。また、Ｄ部の場合は立ち消える場合もあるので、Ｃ部又はＤ部に含まれる周波数は点灯周波数としては適さない。また、各周波数帯は、光束立ち上がり時はランプ内部の状態の変化に応じて多少移動するので、それを考慮して周波数ｆ１及び周波数ｆ２を設定又は制御する必要がある。
本実施の形態においては、出力周波数ｆ２は、４１〜４５ｋＨｚの窓に含まれるいずれかの周波数に設定されている。また、周波数ｆ１は、３０〜３８ｋＨｚの窓又は弱共鳴周波数帯に含まれるいずれかの周波数に設定されている。
【００１４】
点灯開始後、アルゴン放電が継続する最初の３０秒程度は、図３のような周波数分布は確認できないが、その後各周波数帯の分布は徐々に降下していき、図３のような分布に落ち着くまでは点灯開始から約２分かかることが分かっている。そこで、ｔ０２を２分程度、（ｔ０２−ｔ０１）は光量の変化に違和感のない程度にする必要があり、１０〜３０秒程度に設定するのが望ましく、本実施の形態においては、ｔ０１＝９０ｓ、ｔ０２＝１１０ｓとしている。
【００１５】
なお、本実施の形態においては、ｔ０１を固定値としているが、ランプ６の電圧、電流等の電気量を検出して音響共鳴現象の有無を判別する手段を設け、その手段が音響共鳴現象を検出した時をｔ０１としてもよいし、単にランプ電圧、ランプ電流又はランプ電力が所定値を超えた時をｔ０１としてもよい。
【００１６】
図３の分布においては、Ｂ部は広く、ｔ０１までの間に図３の分布が多少移動してもＢ部中心付近に設定された周波数ｆ１が、Ｃ部やＤ部に含まれる可能性はほとんどない。従って、図３の分布が不安定な期間ｔ０１までは、周波数ｆ１で点灯し、完全に安定するｔ０２以降は音響共鳴現象の影響がない周波数ｆ２を主な周波数として点灯するものである。また、周波数ｆ１から周波数ｆ２へ移行する際、明るさの変化が違和感のないようにするため、ｔ０１〜ｔ０２間は周波数ｆ１と周波数ｆ２のＰＷＭ幅を徐々に変えていくものである。
【００１７】
また、ｔ０２以前は、光束そのものが変動しているので多少の音響共鳴現象によるちらつきは許容されるが、ｔ０２以降は、音響共鳴現象によるちらつきを完全になくす必要がある。
ｆ１が窓に属していない場合にｆ１による音響共鳴現象を回避するためには、ＰＷＮ幅ｄを短くして、ｆ２からｆ１に切り換えた後に音響共鳴現象が発生する前にｆ２に戻す必要がある。
通常、点灯周波数が共鳴周波数帯に含まれた場合、音響共鳴現象が発生するまでは１ｍｓ〜２ｍｓを要することから、ＰＷＭ幅ｄをこれより短くすればｆ１の属する周波数帯にかかわらず音響共鳴現象を回避できる。
さらに、切換周期Ｔは、出力周波数ｆの切換が視覚的に認識できない程度に短くする必要があり、２０ｍｓ以下とするのが望ましい。
そこで、本実施の形態においては、ｄ＝１ｍｓ、ｆ１＝４１ｋ〜４４ｋ（Ｈｚ）、ｆ２＝３２ｋ〜３７ｋ（Ｈｚ）、ｄ１＋ｄ２＝１１ｍ（ｓ）としている。
【００１８】
次に、安定点灯到達後（ｔ０２以降）のランプ６内での放電アークの挙動について説明する。
図４はランプ６の模擬的な断面図である。バルブ１０内に電極１１ａ，１１ｂが配置され、両電極間に放電アークが通じる。図４（ｂ）に示すように、放電アークは通常電極の中心部Ｓ０を起点として安定するが、寿命に近づくにつれ電極が劣化し、図４（ｃ）に示すように電極先端がささくれる場合がある。これにより、点灯時のアークの起点がずれ、起点が中心部Ｓ０からＳ１，Ｓ２等の外側の点にずれてしまう。
なお、アーク起点がＳ０にある場合の放電アークのインピーダンスをＺ０、Ｓ１の場合はＺ１、Ｓ２の場合はＺ２とする。
【００１９】
ここで、Ｚ０≒Ｚ１≒Ｚ２の状態で、放電アークの起点がＳ０からＳ１又はＳ２に移動した場合でも、Ｚ０≒Ｚ１≒Ｚ２の状態が続けば、放電アークの起点はＳ０に自然に戻るが、起点がＳ１又はＳ２となった後に、Ｚ１＜Ｚ０又はＺ２＜Ｚ０となってしまった場合、放電アークの起点がＳ０に戻れなくなり、起点Ｓ２はさらに安定な点を追って電極上を移動することになる。
【００２０】
最悪の場合、起点が電極中心部から更に離れた位置に移動し、起点が封入物１２に接触してしまう。この時、封入物１２の温度が急上昇して一気に蒸発してしてしまい、立ち消えることになる。従って、起点がずれかけてしまった場合に何らかのトリガを加え、放電アークの起点を電極中心部Ｓ０に戻すことが必要となる。
【００２１】
本実施の形態では、ドライバ回路３の出力周波数を、周波数切換回路８によって周期的に周波数ｆ２から周波数ｆ１に切り換えているので、Ｓ０時のインピーダンスＺ０が減少し、放電アークの起点が定常的にＺ０＜Ｚｎ（ｎ＝１，２）となる状態を作り出すことができる。その結果、放電アークの起点がＳｎ（ｎ＝１，２）にずれた場合でも、周期的にＺｎ＞Ｚ０となることにより、起点を常にＳｎからＳ０に戻すことができる。
そして、ｔ０２以降も、周波数ｆ１は（０以上の）所定のＰＷＭ幅を維持し、放電アークの起点を常にＳ０に保つようにして、周波数ｆ１と周波数ｆ２とのＰＷＭ変調で点灯するものである。
従って、周波数ｆ１の幅ｄは、期間にかかわらず常に（０以上の）所定の幅を持つ値となる。
【００２２】
以上のように、周波数切換回路８のＰＷＭ変調幅を適切に切り換えることにより、光束立ち上がり時の安定な点灯ができるとともに、光束立ち上がり時の制御から安定点灯時の制御へ違和感なく切り換えることができる。また、ＰＷＭ変調幅を制御することにより、放電アークの起点が電極中心部から外れるのを防止する手段と、ランプ電力を制御する手段とを兼ねることができる。
【００２３】
実施の形態２．
実施の形態１においては、周波数ｆ２のＰＷＭ幅を制御し、ランプ電力を一定にする例を示したが、本実施の形態においては、ランプ電力制御に関して、粗調を直流電源回路において行い、微調を周波数ｆ２のＰＷＭ幅によって行う例を示す。
【００２４】
図５は、実施の形態２に係る高圧放電ランプ点灯装置の構成を示す回路図である。この実施の形態２が図１に示す実施の形態１と異なるのは、直流電源回路１を可変とし、段階的に切り換える電圧切換手段１３及び、ランプ６の両端電圧を検出するランプ電圧検出回路１４を設けた点である。その他の構成については実施の形態１と同一又は同等である。なお、実施の形態１と同一又は同等な構成部分については同一符号を付し、その説明は省略する。
【００２５】
直流電源回路１の一般的な例として、例えば図６に示すような昇圧コンバータが存在する。図６の昇圧コンバータの動作は、商用電源１５を、ダイオードブリッジ１ａで全波整流し、スイッチング素子１ｂのチョッピング動作によりコイル１ｃに蓄積されたエネルギーを、ダイオード１ｄを介して平滑コンデンサ１ｅに充電するものである。これにより商用電源１５のピーク電圧に対して数倍の直流電圧を出力するものである。スイッチング素子１ｂは昇圧制御回路１ｆにより出力電圧が所定値一定になるように保たれるが、出力電圧をリニアに変化させる手段は回路構成が複雑で高コスト化するので、より構成が簡単な段階的切換手段である電圧切換回路１３を設けている。
【００２６】
図７は、点灯開始からのランプ電圧の変化と制御のタイミングを示す図である。点灯開始からの所定の時間（ｔ１１）において、ランプ電圧に応じて直流電源回路１の出力を決定する。通常、ランプ電圧はランプ６の寿命に近づくにつれ上昇し、それに応じてランプ電力も上昇する。即ち、図７に示すように、曲線Ｖａは新品のランプ、曲線Ｖｂは寿命に近づいたランプのランプ電圧の挙動を示すものであり、点灯開始後３０秒程度のｔ１１であっても両者に電圧差が生じる。
【００２７】
そこで、本実施の形態では、ランプ６のランプ電圧をランプ電圧検出回路１４で検出し、この検出信号を入力した電圧切換回路１３は直流電源回路１の出力電圧を段階的に切り換えてランプ電力を予測的に粗調している。このため、ランプ電圧の高いランプに対しては、直流電源回路１の出力を低くしてランプ電力を抑えることができる。また、安定点灯到達後（ｔ１２以降）には、周波数切換回路８による周波数ｆ２のＰＷＭ幅の制御によって微調するようにしたので、ランプ電力を定格範囲に適正に保つことができる。
【００２８】
なお、本実施の形態においては、昇圧コンバータの出力電圧範囲を３５０Ｖ〜４００Ｖとし、その間を５Ｖ〜１０Ｖ間隔程度で切り換えるようにしている。
また、電圧切換の間隔が粗い場合、安定点灯中に直流電源回路１の出力を切り換えると、明るさの段差が視認されてしまう場合があるので、安定点灯に達する前のできるだけ早い段階で切り換えておくのが望ましい。
【００２９】
ｔ１１以降の動作は、実施の形態１のものと同様である（ｔ１１＜ｔ０１）。なお、周波数切換回路８のＰＷＭ変調幅は、マイコン、タイマＩＣ等を用いて簡単にリニアに調整できるものとする。
【００３０】
以上のように、点灯開始後の早い時点（ｔ１１）で直流電源回路１を段階的に切り換えてランプ電力を予測的に粗調し、安定点灯到達後（ｔ１２以降）に周波数ｆ２のＰＷＭ幅の制御によって微調するようにしたので、ランプ電力を定格範囲に適正に保つことができる。また、放電アークの起点が電極中心部から外れるのを防止する手段と、ランプ電力を制御する手段とを兼ねることができる。
【００３１】
実施の形態３．
実施の形態２においては、ランプ電力制御に関して、点灯初期に粗調を行うものを示したが、本実施の形態においては安定点灯後も必要に応じて粗調を行うものを示す。
【００３２】
図８は、実施の形態３に係る高圧放電ランプ点灯装置の構成を示す回路図である。この実施の形態３が図５に示す実施の形態２と異なるのは、ランプ電圧検出回路１４を備えていない点と、電圧切換回路１３が、周波数切換回路８から出力される制御信号を入力している点である。その他の構成については実施の形態２と同一又は同等である。なお、実施の形態２と同一又は同等な構成部分については同一符号を付し、その説明は省略する。
【００３３】
周波数切換回路８は、負荷電流検出回路９からの入力を受け、負荷電流、即ち、ランプ電力が一定になるようにＰＷＭ変調幅を制御する。本実施の形態においては、周波数ｆ１のＰＷＭ幅ｄ１を一定とし、周波数ｆ２のＰＷＭ幅ｄ２を制御している。ここで、ＰＷＭ幅ｄ２が上限値に達した場合、電圧切換回路１３により、直流電源回路１の出力電圧を１段階落としてランプ電力を低下させる。逆に、ＰＷＭ幅ｄ２が下限値に達した場合は、直流電源回路１の出力電圧を１段階上げてランプ電力を上昇させるようにする。
【００３４】
次に、ＰＷＭ幅ｄ２の上限値及び下限値の設定について説明する。
図９は、ＰＷＭ幅ｄ１を実施の形態１と同様に１ｍｓとした場合のＰＷＭ幅ｄ２に対する平均周波数及び平均ランプ電力を示すものである。ｄ１＋ｄ２（ＰＷＭ周期）に関して、明るさの変化が視認できない程度にする必要があり、常にｄ１＋ｄ２＜２０ｍｓとなっているのが望ましい。従って、ＰＷＭ幅ｄ２は１９ｍｓまで許されることになるが、ｄ２＞１０ｍｓにおいては、ＰＷＭ幅ｄ２を増加させても平均周波数はほとんど上昇しなくなるので、むしろ、明るさの変化を少しでも視認しにくくした方がよく、本実施の形態においてはＰＷＭ幅ｄ２の上限値を１０ｍｓとした。また、ＰＷＭ幅ｄ２を減少させた場合、平均周波数の変化範囲は広くなる。しかし、周波数ｆ１が音響共鳴現象を発生させる周波数であった場合、ＰＷＭ幅ｄ１が１ｍｓであるので音響共鳴現象は発生しないが、周波数ｆ１の期間の後に、ランプ内部の状態を周波数ｆ２での正常点灯に戻す必要が生じる。そこで、ＰＷＭ幅ｄ２は所定の幅を持つ必要があり、本実施の形態においてはＰＷＭ幅ｄ２の下限値を３ｍｓとした。
【００３５】
上記において、ｆ１＝３２ｋＨｚ、ｆ２＝４２ｋＨｚとした場合、平均周波数ｆａｖの変動範囲は、３８.７ｋ〜４１.１ｋＨｚとなり、ランプ電力としては±２％程度をカバーできることになる。
また、ＰＷＭ幅ｄ２が上限値又は下限値に所定の時間留まった場合に、電圧切換回路１３を動作させて瞬間的な外乱により電圧切換回路１３が動作しないようにしてもよい。
【００３６】
以上のように、周波数切換回路８によるＰＷＭ変調幅の制御により、ランプ電力を精度良く制御することができるとともに、適宜、電圧切換回路１３による粗調を行うことにより、長時間点灯中にランプ６の放電状態に変化があっても、ランプ電力を定格範囲内に収めることができる。
【００３７】
実施の形態４．
実施の形態１〜３においては、安定点灯後、負荷電流をＰＷＭ変調幅でフィードバックすることでランプ電力を制御していたが、本実施の形態においては、ＰＷＭ変調幅をランプ電圧に対応させ、フィードフォワード的にランプ電力を制御するものを示す。
【００３８】
図１０は、実施の形態４に係る高圧放電ランプ点灯装置の構成を示す回路図である。この実施の形態４が図１に示す実施の形態１と異なるのは、負荷電流検出回路９及び検出抵抗９１を備えていない点と、周波数切換回路８がランプ電圧検出回路１４に接続されている点とである。その他の構成については実施の形態１と同一又は同等である。なお、実施の形態１と同一又は同等な構成部分については同一符号を付し、その説明は省略する。また、安定点灯到達前の制御は実施の形態１と同一であるのでその説明は省略する。
【００３９】
安定点灯到達後の制御について説明する。ランプ６のランプ電圧をランプ電圧検出回路１４で検出し、この検出信号を入力した周波数切換回路８は、ドライバ回路３の出力周波数のＰＷＭ幅ｄ２を、ランプ電圧に対して単調増加する値を取るように制御している。そして、ランプ６が寿命に近づいてランプ電圧が上昇した場合には、周波数切換回路８がＰＷＭ変調による平均周波数を上昇させ、ランプ電力の上昇を抑制している。
【００４０】
また、必要に応じて、図１１及び図１２で示すように電圧切換回路１３を周波数切換回路８に接続し、直流電源回路１の出力を切り換えることにより、さらに大きなランプ電力変動幅を持たせてもよい。
図１１において、実施の形態２で示したように、光束立ち上がり期間の所定の時間に、電圧切換回路による調整を行うようにしてもよいし、図１２において、実施の形態３で示したように、安定点灯到達後にＰＷＭ幅ｄ２の幅が上限又は下限に達したら電圧切換回路による調整を行うようにしてもよい。
【００４１】
以上のように、本実施の形態の構成においては、ランプ電圧の検出のみによりランプ電力を所定の範囲内に保つ制御をしているので、実施の形態１に示した効果を奏しつつ、負荷電流検出回路を省くことができ、回路をより簡素化することができる。
【００４２】
実施の形態５．
次に、実施の形態５に係る照明器具について図１３を用いて説明する。同図に示すように、本実施の形態の照明器具は、ランプ６と、ランプ６が取り付けられたリフレクター２０と、ランプ６を点灯させる点灯装置２１とを備えている。また、点灯装置２１には、少なくとも直流電源回路１と、インバータ回路２と、ドライバ回路３と、コンデンサ４と、チョークコイル５と、始動回路７と、周波数切換回路８と、負荷電流検出回路９、検出抵抗９１が収容されている。その結果、点灯装置２１は、図１に示した実施の形態１に係る高圧放電ランプ点灯装置と同一の回路構成となり、実施の形態１と同等の動作及び効果が得られる。
即ち、ドライバ回路３の出力周波数を、周波数切換回路８によって周期的に周波数ｆ２から周波数ｆ１に切り換えているので、Ｓ０時のインピーダンスＺ０が減少し、図４に示す放電アークの起点が定常的にＺ０＜Ｚｎ（ｎ＝１、２）となる状態を作り出すことができる。その結果、放電アークの起点がＳｎ（ｎ＝１、２）にずれた場合でも、周期的にＺｎ＞Ｚ０となることにより、起点を常にＳｎからＳ０に戻すことができる。
そして、ｔ０２以降も、出力周波数をｆ２で一定にするのではなく、周波数ｆ１を最小ＰＷＭ幅に保ち、周波数ｆ１と周波数ｆ２とのＰＷＭ変調で点灯するものである。
【００４３】
以上のように、周波数切換回路８のＰＷＭ変調幅を適切に切り換えることにより、光束立ち上がり時の安定な点灯ができるとともに、光束立ち上がり時の制御から安定点灯時の制御へ違和感なく切り換えることができる。また、ＰＷＭ変調幅を制御することにより、放電アークの起点が電極中心部から外れるのを防止する手段と、ランプ電力を制御する手段とを兼ねることができる。
【００４４】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内において、例えば以下のように変更することも可能である。
（１）上記実施の形態１〜３において、定格電力３５Ｗのセラミック製メタルハライドランプを用いて実施の形態を説明したが、他の定格や他の材質の高圧放電ランプについて、同様の方法で点灯してもよい。
（２）インバータ回路２はハーフブリッジ型のものを示したが、高周波電力を出力できればプッシュプル型、一石電圧共振型等のものであってもよい。
（３）安定点灯到達前の制御と到達後の制御に関して、独立的に使用できる制御は適宜組み合わせて使用してもよい。例えば、安定点灯到達前は実施の形態２の方法を用い、到達後は実施の形態３の方法を用いる等してもよい。
（４）実施の形態５における点灯装置２１は、図１の高圧放電ランプ点灯装置と同一の回路構成を有していたが、図５、図８、図１０、図１１、図１２にそれぞれ示した高圧放電ランプ点灯装置と同一の回路構成を有してもよい。この場合には、実施の形態２〜４で説明した各回路と同一の動作及び効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】実施の形態１に係る高圧放電ランプ点灯装置の構成を示す回路図である。
【図２】点灯開始からのＰＷＭ変調制御とランプ電流を示す図である。
【図３】定格電力３５Ｗのセラミック製メタルハライドランプの共鳴周波数帯と窓との分布を示す図である。
【図４】ランプの模擬的な断面図である。
【図５】実施の形態２に係る高圧放電ランプ点灯装置の構成を示す回路図である。
【図６】直流電源回路の一例を示す図である。
【図７】点灯開始からのランプ電圧の変化と制御のタイミングを示す図である。
【図８】実施の形態３に係る高圧放電ランプ点灯装置の構成を示す回路図である。
【図９】ＰＷＭ変調幅と平均周波数及び平均ランプ電力を示す図である。
【図１０】実施の形態４に係る高圧放電ランプ点灯装置の構成を示す回路図である。
【図１１】実施の形態４に係る高圧放電ランプ点灯装置の他の構成例を示す回路図である。
【図１２】実施の形態４に係る高圧放電ランプ点灯装置の他の構成例を示す回路図である。
【図１３】実施の形態５に係る照明器具を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１…直流電源回路、２…インバータ回路、２ａ，２ｂ…ＭＯＳＦＥＴ、３…ドライバ回路、４…コンデンサ、５…チョークコイル、６…高圧放電ランプ、７…始動回路、８…周波数切換回路、９…負荷電流検出回路、１０…バルブ、１１ａ，１１ｂ…電極、１２…電圧切換回路、１３，１４…ランプ電圧検出回路、２０…リフレクター、２１…点灯装置、９１…検出抵抗。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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