(57)【要約】【課題】可制御直流電源の直流電圧出力を高精度に制御するとともに寿命判定を可能にした高圧放電ランプ点灯装置およびこれを用いた照明装置を提供する。【解決手段】高圧放電ランプ点灯装置は、可制御直流電源ＣＤＣと、可制御直流電源ＣＤＣから出力される直流電圧を交流電圧に変換するフルブリッジ形インバータＨＩＮＶと、フルブリッジ形インバータＨＩＮＶから出力される交流電圧の印加により付勢されて点灯する高圧放電ランプＨＰＤＬと、点灯時の高圧放電ランプＨＰＤＬのランプ電圧およびランプ電流の少なくともいずれか一方を、その極性反転時の過渡現象部分を含めてサンプリングして制御信号を形成し、可制御直流電源ＣＤＣに供給することにより可制御直流電源ＣＤＣの出力を制御する制御手段ＣＣとを具備している。【選択図】図１
2005071630.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可制御直流電源と；
可制御直流電源から出力される直流電圧を交流電圧に変換するフルブリッジ形インバータと；
フルブリッジ形インバータから出力される交流電圧の印加により付勢されて点灯する高圧放電ランプと；
点灯時の高圧放電ランプのランプ電圧およびランプ電流の少なくともいずれか一方を、その極性反転時の過渡現象部分を含めてサンプリングして制御信号を形成し、可制御直流電源に供給することにより可制御直流電源の出力を制御する制御手段と；
を具備していることを特徴とする高圧放電ランプ点灯装置。
【請求項２】
照明装置本体と；
照明装置本体に配設された請求項１記載の高圧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照明装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流電圧を交流電圧に変換して得た交流電圧により付勢される高圧放電ランプ点灯装置および照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高圧放電ランプを電子化された点灯装置を用いて点灯する場合、直流電圧をフルブリッジ形インバータにより交流電圧に変換して高圧放電ランプに印加する。そして、高圧放電ランプを所望の電力で点灯させるためにランプ電圧およびランプ電圧の少なくとも一方を検出し、さらに検出信号から制御信号を形成して、当該制御信号を用いて直流電源から出力される直流電圧を所望に制御するように構成している。
【０００３】
ランプ電圧またはランプ電流を検出して直流電圧を制御するための制御信号を形成する場合、ランプ電圧またはランプ電流を積分回路により平均化した値として検出するのが従来一般的であった。上記の構成においては、ランプ電圧またはランプ電流の立ち上がり時に生じる過渡現象の部分も平均値に含まれる。したがって、安定状態のランプ電圧またはランプ電流のみを検出して正確な帰還制御を行ったり、過渡現象のみを検出して例えば高圧放電ランプの寿命判定を行ったりすることができない。
【０００４】
これに対して、フルブリッジ形インバータの極性反転に同期して反転初期の過渡現象部分をマスクして過渡現象以外の期間のランプ電圧を検出するようにした構成が提案されている（特許文献１参照。）。特許文献１ににおいては、従来においては昇圧チョッパ回路の平滑回路にチョークコイルを挿入して過渡電圧発生を抑制する必要があったが、特許文献１の発明によれば、チョークコイルを用いる必要がなくなる旨記載されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−３２１３８８号公報
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特許文献１のように過渡現象の部分をマスクする構成の場合、安定時のランプ電圧を検出することはできるが、過渡現象部分をマスクしてしまうために、ランプ電圧の過渡現象部分を利用して、高精度で、しかも迅速な直流電圧の制御を行ったり、また過渡現象部分を検出して高圧放電ランプの寿命判定をも行うなど多様な制御を行ったりするといったことができない。したがって、特許文献１に記載された構成では、柔軟性がないという問題がある。
【０００６】
本発明は、ランプ電圧および／またはランプ電流の極性反転に伴う過渡現象部分および安定部分をサンプリングして可制御直流電源の直流電圧出力を高精度に制御するとともに寿命判定を可能にした高圧放電ランプ点灯装置およびこれを用いた照明装置を提供することを目的とする。
【０００７】
また、本発明は、上記に加えて所望により高圧放電ランプの寿命判定を可能にした高圧放電ランプ点灯装置およびこれを用いた照明装置を提供することを他の目的とする。
【０００８】
【課題を達成するための手段】
請求項１の発明の高圧放電ランプ点灯装置は、可制御直流電源と；可制御直流電源から出力される直流電圧を交流電圧に変換するフルブリッジ形インバータと；フルブリッジ形インバータから出力される交流電圧の印加により付勢されて点灯する高圧放電ランプと；点灯時の高圧放電ランプのランプ電圧およびランプ電流の少なくともいずれか一方を、その極性反転時の過渡現象部分を含めてサンプリングし、可制御直流電源に供給することにより可制御直流電源の出力を制御する制御手段と；を具備していることを特徴としている。
【０００９】
本発明において、特に指定しない限り用語の定義および技術的意味は次による。
【００１０】
＜可制御直流電源について＞    可制御直流電源は、後述するフルブリッジ形インバータに対して交流に変換されるべき直流電力を所要値の電圧で、かつ、安定に供給するとともに、フルブリッジ形インバータの交流出力電力、したがって高圧放電ランプに投入される交流電力を調節するための手段である。また、可制御直流電源は、商用交流電源などの交流電源から得た整流化直流電源、バッテリー電源などの直流電源と、ＤＣ−ＤＣコンバータとで構成することができる。なお、ＤＣ−ＤＣコンバータは、その構成態様を選ばないが、例えばチョッパ機能を有するスイッチングレギュレータなどが所要値の電圧で、かつ、可変直流電力を安定して得るのに有益なので、好適である。チョッパ機能を有するスイッチングレギュレータとしては、昇圧チョッパまたは降圧チョッパなどを用いることができる。
【００１１】
また、可制御直流電源に付設する上記のＤＣ−ＤＣコンバータは、フルブリッジ形インバータの駆動周波数に比較して高い周波数、例えば５０ｋ〜１００ｋＨｚ、好適には７０〜８０ｋＨｚで駆動される。このため、ランプ電圧またはランプ電流のサンプリングの際にＤＣ−ＤＣコンバータの駆動と同期させることが可能となる。
【００１２】
＜フルブリッジ形インバータについて＞    フルブリッジ形インバータは、直流を交流に変換するＤＣ−ＡＣコンバータの一種であり、矩形波の交流電圧を出力する場合に好適な手段である。そして、出力された交流電圧は、点灯維持用電圧として後述する高圧放電ランプの一対の電極間に印加される。高圧放電ランプに印加する交流電圧の波形は、矩形波であると音響的共鳴現象を抑制するのに好適であることは既知である。
【００１３】
また、負特性を有する高圧放電ランプを安定に点灯するには限流インピーダンス手段が必要であるが、限流インピーダンス手段は、フルブリッジ形インバータの出力側および入力側のいずれに挿入されていてもよい。例えば、可制御直流電源として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、見かけ上の限流インピーダンス手段を省略することができる。したがって、このような構成の場合、限流インピーダンス手段は、フルブリッジ形インバータの入力側に挿入されていることになる。
【００１４】
さらに、フルブリッジ形インバータは、高圧放電ランプの安定点灯時において、音響的共鳴現象の発生を回避するために比較的低い周波数、例えば比較的小形の高圧放電ランプの場合には一般的には１００〜１０００Ｈｚ、好適には３００〜５００Ｈｚの範囲である。周波数が１０００Ｈｚを超えると、一般的には音響的共鳴現象が発生しやすくなるので、注意しなければならない。しかし、５００Ｈｚ以下であれば、実際上音響的共鳴現象の問題はなくなる。また、周波数が１００Ｈｚ未満になると、交流電圧の極性の切り換えによる放電電流の反転に伴って高圧放電ランプの明るさの変化がちらつきとして人の眼に感じられやすくなるので、好ましくない。しかし、周波数が３００Ｈｚ以上であれば、全く問題がない。
【００１５】
しかし、点灯直後から安定点灯に至るまでの間は、さらに低い周波数または直流を出力するように特別な制御を行うことができる。例えば、点灯直後には直流点灯または数Ｈｚで駆動したり、点灯直後に１〜数１０Ｈｚでその後徐々に周波数を増加するように駆動したりすることができる。なお、点灯直後の低周波は、安定点灯時の周波数に比較して低いことを意味し、一般的には１００Ｈｚ未満、好ましくは１以上、かつ、１００Ｈｚ未満、より好適には５〜２５Ｈｚの範囲である。すなわち、高圧金属蒸気放電ランプの室温以下の低温状態での始動時において、周波数が１００Ｈｚ以下であれば、電極における放電の起点がほぼ安定するし、始動時の電極物質のスパッタリングによる電極の偏減りが実際上問題にならなくなる。しかし、２５Ｈｚ以下であれば、より一層放電が安定しやすくなる。また、始動時の周波数は、放電の安定の観点からすれば、１Ｈｚ未満であっても問題ないが、実際上制御手段の回路設計の難度が増すとともに電極のスパッタリングによる片減りに対する不安がある。このため、始動時の周波数の下限は、１Ｈｚ以上であるのが好ましい。さらに、周波数が５Ｈｚ以上であれば、回路設計も容易になる。したがって、５〜２５Ｈｚの範囲が好適である。
【００１６】
本発明において、始動時の上述した相対的な低周波から安定点灯時の上述した相対的な高周波に至るまでの周波数の変化は、断続的または連続して行われるように構成することができる。なお、フルブリッジ形インバータの動作周波数の制御は、後述する制御手段により行われるように構成することができる。しかし、要すれば、後述する制御手段とは別の制御回路により制御するように構成することもできる。
【００１７】
＜高圧放電ランプについて＞    本発明において用いることのできる高圧放電ランプは、金属蒸気またはガスを主体とする放電媒体の高圧放電（超高圧放電を含む。）により発光する高圧放電ランプである。金属蒸気を主体とする放電媒体を封入したメタルハライドランプからなる高圧放電ランプとしては、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実用的であり、本発明に用いる高圧放電ランプは、そのいずれであってもよい。
【００１８】
しかしながら、水銀フリーランプは、点灯直後の金属蒸気圧が水銀入りランプのそれに比較して低いので、点灯直後に安定時のランプ電流に対して数倍のランプ電流を数秒間継続して通流させ、その後徐々に安定時のランプ電流へ低減していくような制御を必要する。そして、この間の制御を適切に行うためには、ランプ電圧およびランプ電流の少なくとも一方を高い精度で検出し、その検出信号に基づいて制御信号を作成して迅速な制御を行う必要があるので、本発明は、水銀フリーランプを点灯するのに好適である。以下、水銀フリーランプにおける放電媒体ついて説明する。
【００１９】
水銀フリーランプにおける放電媒体は、希ガスならびに第１および第２の金属ハロゲン化物であり、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。
【００２０】
希ガスは、キセノンを主体とするのが好適である。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ち上がりを早め、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秒までの光量の立ち上が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。
【００２１】
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の金属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、好適には２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。
【００２２】
第２の金属ハロゲン化物は、ランプ電圧形成ようの放電媒体である。この金属ハロゲン化物は、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の金属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。また、上記の金属、例えば亜鉛Ｚｎに加えてインジウムＩｎを添加することができる。
【００２３】
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第２の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２．２〜３倍の大きいランプ電力で点灯を開始すると、暫くして第１および第２の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。
【００２４】
＜制御手段について＞    制御手段は、点灯時の高圧放電ランプのランプ電圧およびランプ電流の少なくともいずれか一方を、その極性反転時の過渡現象部分を含めてサンプリングして制御信号を形成し、可制御直流電源に供給することにより可制御直流電源の出力を制御する手段である。なお、「ランプ電圧およびランプ電流の少なくともいずれか一方」とは、ランプ電圧またはランプ電流のみ、またはランプ電圧およびランプ電流の両方についてサンプリングすることができるという意味である。
【００２５】
過渡現象部分を含めてサンプリングするには、ランプ電圧またはランプ電流の立ち上がりから少なくともランプ電圧またはランプ電流が安定するまで、あるいは所望によりランプ電圧またはランプ電流の立ち下りまで、連続的にサンプリングを行えるように構成するのがよい。例えば、ランプ電圧またはランプ電流の立ち上がりからランプ電圧またはランプ電流の立ち下りまでをサンプリング期間としてその間サンプリングを可能にするとともに、サンプリングデータからそれらの変化を監視して安定するまでの間サンプリングを継続するように構成することができる。そして、安定時に得たサンプリングデータに基づいて制御信号を形成することができる。なお、ランプ電圧またはランプ電流の安定時以外のサンプリングをも行った場合において、制御信号の形成に関しては、安定時以外のサンプリングデータを切り捨てるように構成することができる。しかし、要すれば、ランプ電圧またはランプ電流の過渡現象部分とランプ電圧またはランプ電流の安定時とをサンプリングするように構成することも許容される。
【００２６】
また、上記の構成に代えて極性反転に伴う過渡現象部分を検出した時にタイマ動作を開始するようにタイマを配設して、所定時間経過したときのタイマの時限動作によりサンプリングを開始するように構成することができる。これによりランプ電圧またはランプ電流が安定する時間帯になったときからサンプリングを行うようにすることができる。
【００２７】
制御信号は、可制御直流電源の出力電圧を所要に制御するために用いられる。この制御により高圧放電ランプに投入されるランプ電力を制御することが可能になる。このような制御のために、制御信号は、制御手段に内蔵されるテーブルデータとサンプリング値から認識されたランプ電圧またはランプ電流とを比較してその差に基づいて形成されるように構成することができる。
【００２８】
一方、ランプ電圧またはランプ電流の過渡現象部分のサンプリングは、適当な時定数、好ましくは１５０μ秒以下、より好適には１００μｓ以下の時定数を有するフィルタを用いることにより容易に検出することができる。また、過渡現象部分のサンプリング値は、これをサンプリングのタイミングを決定する信号として利用することができる。例えば、ランプ電圧またはランプ電流の過渡現象を検出に基づいてタイマを作動させ、サンプリング値を得るためのサンプリングを開始するように構成することができる。なお、タイマは、例えば４ｍｓ以内で所望の時間をサンプリング期間として設定可能にすることができる。
【００２９】
また、過渡現象部分のサンプリング値は、これの変化を継続して監視するなどにより、高圧放電ランプの寿命を判定することが可能になる。さらに、フルブリッジ形インバータの出力の半周期ごとに、過渡現象部分を含む極性反転直後とその後の極性反転直前の２回にわたりサンプリングを行うことにより、検出精度を高めることもできる。
【００３０】
さらに、制御手段は、以上説明した可制御直流電源の出力直流電圧の制御を行うのに加えて、所望により以下の制御を行うように構成することが許容される。１．（始動１周期後のランプ電流増加制御について）    始動１周期後にインバータの出力電流すなわち高圧放電ランプのランプ電流を数ｍ秒または約１０Ｈｚ程度の間だけ若干増加するように制御手段を構成する。これにより、電極のスパッタリングによる電極の消耗および放電容器の管壁の黒化を抑制するとともに、アークの立ち消えを防止するのに効果的である。
２．（光量の立ち上がりを早くする制御について）    高圧放電ランプをその光量の立ち上が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、その後光量の立ち上が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始動後約１分間程度の間までに安定点灯状態に移行する。この場合、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、以下に定義する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。すなわち、「水銀フリーランプ」とは、メタルハライドランプにおいて、発光金属のハロゲン化物に加えて主としてランプ電圧を形成するために、従来は水銀を封入しているランプ（以下、便宜上「水銀入りランプ」という。）であったが、近時、主として車両用前照灯として開発されたもので、水銀に代えて比較的蒸気圧が高い例えば亜鉛Ｚｎなどの金属ハロゲン化物を封入した高圧放電ランプをいう。
【００３１】
（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ち上が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２．０〜３倍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、７０〜１０５Ｗ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。
【００３２】
（第２の時間帯における制御について）    第２の時間帯における制御は、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制御である。この時間帯は、始動後１分間程度の間である。
【００３３】
（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。
【００３４】
＜本発明の作用について＞    本発明においては、制御手段が前述の構成を備えているので、以下に示す作用とそれに伴う効果を奏する。
【００３５】
極性反転に伴う過渡現象部分を含めてランプ電圧またはランプ電流をサンプリングし、過渡現象部分を含む立ち上がり時からサンプリングを開始して、ランプ電圧またはランプ電流が安定した時のサンプリング値を用いて制御信号を作成することができるので、可制御直流電源を迅速に、かつ、高精度で制御することができ、またランプ電圧またはランプ電流の安定が早いほど制御が早くなる。
【００３６】
サンプリングした全てのサンプリング値を用いることなく、ランプ電圧またはランプ電流の安定時のサンプリング値のみを用いてその他のサンプリング値を切り捨てることにより、可制御直流電源を迅速に、かつ、高精度で制御することができる。
【００３７】
極性反転に伴う過渡現象部分を検出した時にサンプリングを開始し、タイマにより予め設定された時間の経過後にサンプリングを開始するように構成することにより、サンプリング時間を短縮して、演算速度を向上させることができる。
【００３８】
サンプリングした過渡現象部分を監視することにより、高圧放電ランプの寿命を判定することができる。この場合、フルブリッジ形インバータ出力の半周期ごとの極性反転直後と反転直前と２回サンプリングを行い、それぞれの検出値を比較することにより、高圧放電ランプの作動状態の判定がより一層正確に行うことができる。
【００３９】
サンプリングタイミングを可制御直流電源の駆動と同期させることにより、過渡現象を安定して検出することができる。
【００４０】
請求項２の発明の照明装置は、照明装置本体と；照明装置本体に配設された請求項１記載の高圧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。
【００４１】
本発明において、「照明装置」とは、高圧放電ランプの発光を利用するあらゆる装置を含む広い概念であり、したがって自動車用前照灯、照明器具、液晶プロジェクタ、オーバーヘッドプロジェクタなどの光投射装置、表示装置および光ファイバー照明装置などであることを許容する。もちろん、照明器具は屋内用および屋外用のいずれであってもよい。
【００４２】
自動車用前照灯の場合、前照灯本体の背面における高圧放電ランプ装着部の開閉扉の部分にイグナイタを内蔵した高圧放電ランプ点灯装置を取り付けるとともに、要すれば高圧放電ランプのソケットを高圧放電ランプ点灯装置の前面に一体的に配設することができる。また、所望により反射鏡を高圧放電ランプ点灯装置の前面側に固定することもできる。しかし、ランプソケットまたは／および反射鏡を高圧放電ランプ点灯装置とは別に前照灯本体の内部に収納してもよい。また、高圧放電ランプ点灯装置の外面に放熱フィンを一体的に形成することができる。しかし、放熱フィンは、これを高圧放電ランプ点灯装置の収納容器の外面に配設することができる。上記のいずれかの構成を具備することにより、高圧放電ランプ点灯装置の放熱を促進することができる。
【００４３】
そうして、高圧放電ランプ点灯装置を前照灯本体の開閉蓋の部分に取り付けたことにより、イグナイタと高圧放電ランプとの間を接続して高電圧パルスが印加される高圧絶縁電線を最短距離にすることができるとともに、使用中に高圧絶縁電線が外部に露出するのを回避することができる。
【００４４】
また、高圧放電ランプ点灯装置の前面側にランプソケットまたは／および反射鏡を配設することにより、開閉蓋を外側へ開放すれば、高圧放電ランプまたは／および反射鏡の交換を容易に行うことができる。
【００４５】
そうして、本発明においては、請求項１の発明におけるのと同様な作用、効果を奏する照明装置を得ることができる。
【００４６】
【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。
【００４７】
図１ないし図７は、本発明の高圧放電ランプ点灯装置における第１の実施の形態としての自動車前照灯用の高圧放電ランプ点灯装置を示し、図１は回路ブロック図、図２は主要部を示す回路図、図３は高圧放電ランプの正面図、図４はワイヤバルブの拡大側面図、図５は回路部分の実装配置図、図６は高圧放電ランプのランプ電圧波形図、図７はフルブリッジ形インバータの駆動信号、可制御直流電源の駆動信号およびサンプリング信号の波形図である。
【００４８】
図１ないし図５において、高圧放電ランプ点灯装置は、可制御直流電源ＣＤＣ、フルブリッジ形インバータＨＩＮＶ、高圧放電ランプＨＰＤＬ、制御手段ＣＣおよびイグナイタＩＧを具備している
＜可制御直流電源ＣＤＣ＞    可制御直流電源ＣＤＣは、バッテリーＢＴ、平滑コンデンサＳＣおよび昇圧チョッパＢＵＴからなる。バッテリーＢＴ、平滑コンデンサＳＣおよび昇圧チョッパＢＵＴの入力端は、互いに並列接続している。バッテリーＢＴは、自動車の１２Ｖバッテリーからなる。平滑コンデンサＳＣは、バッテリーＢＴの出力電圧に脈動的な変動があっても平滑化された直流電圧を昇圧チョッパＢＵＴに供給する。昇圧チョッパＢＵＴは、平滑化されたバッテリーＢＴの出力電圧を入力して、高圧放電ランプＨＰＤＬの点灯に必要な電圧まで昇圧した直流電圧を出力する。また、後述する制御手段ＣＣにより制御されて直流出力電圧の制御と安定化作用を行う。
【００４９】
＜フルブリッジ形インバータＨＩＮＶ＞    フルブリッジ形インバータＨＩＮＶは、可制御直流電源ＣＤＣから出力される直流電圧を入力して交流電圧に変換して、高圧放電ランプＨＰＤＬの一対の電極間に印加する。また、フルブリッジ形インバータＨＩＮＶは、図２に示すように、４個のＭＯＳＦＥＴＱ１〜Ｑ４をフルブリッジ接続してなり、その直流入力端が可制御直流電源ＣＤＣの直流出力端に接続している。また、４個のＭＯＳＦＥＴＱ１〜Ｑ４に対してゲートドライブ回路ＧＤＣが配設されている。そして、ゲートドライブ回路ＧＤＣは、一方の対角関係にある一対のＭＯＳＦＥＴＱ１、Ｑ３に対して直接ゲートドライブ信号を供給するが、他方の対角関係にある一対のＭＯＳＦＥＴＱ２、Ｑ４に対してはＮＯＴ回路ＮＣを介してゲートドライブ信号を供給する。したがって、ＭＯＳＦＥＴＱ１、Ｑ３とＭＯＳＦＥＴＱ２、Ｑ４は、互いに位相が１８０°ずれたゲートドライブ信号によって交互にスイッチングを行う。なお、ゲートドライブ回路ＧＤＣは、後述する制御手段ＣＣから送出される矩形波の制御信号に同期してゲートドライブ信号を発生する。また、ＭＯＳＦＥＴＱ１〜Ｑ４のドレイン−ソース間にダイオードＤが逆並列接続しているが、これはＭＯＳＦＥＴＱ１〜Ｑ４の寄生容量である。
【００５０】
＜高圧放電ランプＨＰＤＬ＞    高圧放電ランプＨＰＤＬは、図３および図４に示す構造を備えている。すなわち、高圧放電ランプＨＰＤＬは、発光管ＩＴ、外管ＯＴ、遮光膜ＳＦ、絶縁チューブＩＴおよび口金Ｂを備えている。
【００５１】
発光管ＩＴは、図４に示すように、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。気密容器１は、包囲部１ａ、一対の封止部１ｂ、１ｂおよび封止管１ｄにより構成されている。包囲部１ａは、外形が紡錘形状に成形されてなり、内部に軸方向に細長いほぼ円柱状の放電空間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。封止管１ｄは、図４において左側の封止部１ｂの外端に連続して形成されている。封着金属箔２は、リボン状のモリブデン箔からなり、減圧封止法およびピンチシール法の併用により気密容器１の一対の封止部１ｂ、１ｂの内部に気密に埋設されている。
【００５２】
また、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部３ｂが気密容器１の包囲部１ａの内部に離間対向して配設され、中間部が封止部１ｂに緩く支持され、さらに基端が封着金属箔２に溶接されている。そして、電極間距離５ｍｍ以下になっている。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。包囲部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。
【００５３】
外管ＯＴは、紫外線カット性能を備えており、内部に発光管ＩＴを収納していて、先端側の縮径部５が発光管ＩＴの封止部１ａ１の図に示す位置にガラス溶着している。また、他方の縮径部６は、封止管１ｄにガラス溶着して支持されている。しかし、外管ＯＴの内部は気密ではなく、外気に連通している。
【００５４】
絶縁チューブＴは、電流導入導体４を被覆している。
【００５５】
口金Ｂは、自動車前照灯用として規格化されているもので、放電容器ＩＴおよび外管ＯＴを中心軸に沿って植立して支持していて、自動車前照灯の背面に着脱可能に装着されるように構成されている。また、口金Ｂは、その前面から管軸方向に突出して外管ＯＴの基端部を包持する支持バンド７を備えている。
【００５６】
（高圧放電ランプの仕様例）
気密容器１        ：石英ガラス製で、外径７ｍｍ、内径２．７ｍｍ、包囲部の長さ７．０ｍｍ
電極３            ：タングステン製で、軸部の直径０．３５ｍｍ、電極間距離４．２ｍｍ、突出長１．４ｍｍ
放電媒体
金属ハロゲン化物：ＳｃＩ３−ＮａＩ−ＺｎＩ２−ＩｎＢｒ＝０．４ｍｇ
キセノン        ：２５℃で１０気圧
電気特性          ：ランプ電力３５Ｗ、ランプ電圧４２Ｖ（いずれも安定時）
＜制御手段ＣＣ＞    制御手段ＣＣは、図２に示すように、ランプ電圧検出回路ＶＬＤ、ランプ電流検出回路ＩＬＤ、駆動制御回路ＤＣＣおよび記憶演算回路ＭＡＣからなる。そして、点灯時の高圧放電ランプＨＰＤＬのランプ電圧およびランプ電流を、それらの極性反転時の過渡現象部分を含めてサンプリングして制御信号を形成し、可制御直流電源ＣＤＣに供給することにより可制御直流電源ＣＤＣの出力を制御する。また、図１に示すように、フルブリッジ形インバータＨＩＮＶおよびイグナイタＩＧをも制御するとともに、高圧放電ランプＨＰＤＬの寿命判定を行う。すなわち、フルブリッジ形インバータＨＩＮＶに対しては、高圧放電ランプＨＰＤＬの点灯開始時すなわち始動時から安定点灯時までの駆動周波数制御を行う。イグナイタＩＧに対しては点灯開始時に動作制御を行う。
【００５７】
次に、可制御直流電源ＣＤＣに対する制御信号の形成について説明する。可制御直流電源ＣＤＣに対しては、高圧放電ランプＨＰＤＬの点灯直後からランプ電圧およびランプ電流をサンプリングしてサンプリング値に基づいて制御信号を形成してこれを供給する。なお、図６はランプ電圧Ｖｌを示し、立ち上がり時に過渡現象部分ＶＴがあるが、当該過渡現象部分ＶＴから立ち下り時までサンプリングが行われる。サンプリングは、図７に示すように、可制御直流電源ＣＤＣの駆動信号と同期して行われる。なお、図中（ａ）はフルブリッジ形インバータＨＩＮＶの駆動信号、（ｂ）は可制御直流電源ＣＤＣの駆動信号、（ｃ）はサンプリング信号である。しかし、制御信号は、記憶演算回路ＭＡＣにおいて、ランプ電圧およびランプ電流の各周期中のそれらが安定した時点のサンプリング値を用いて形成されて、駆動制御回路ＤＣＣを経由して可制御直流電源ＣＤＣの駆動信号を制御する。これにより、可制御直流電源ＣＤＣの直流電圧出力が適切に変化する。
【００５８】
高圧放電ランプＨＰＤＬの寿命制御は、ランプ電圧の立ち上がり時の過渡現象部分ＶＴを記憶演算回路ＭＡＣにおいて監視することにより行われる。すなわち、高圧放電ランプＨＰＤＬの寿命末期になると、始動電圧が高くなって過渡現象部分ＶＴが高くなるので、それが所定値を超えた時に寿命と判定される。
【００５９】
＜イグナイタＩＧ＞    イグナイタＩＧは、フルブリッジ形インバータＨＩＮＶから出力される交流電圧が印加されて作動するとともに、制御手段ＣＣから送出される起動信号に基づいて高電圧パルス電圧を発生して、高圧放電ランプＨＰＤＬの一対の電極３、３間に印加することにより一対の電極３、３間の絶縁破壊を行って高圧放電ランプＨＰＤＬを始動させる。
【００６０】
また、イグナイタＩＧは、図５に示すように、絶縁性合成樹脂モールドｍｐの内部に収納されていて、点灯回路ＬＣと一緒に配線基板ＰＢに実装されているが、さらに絶縁性合成樹脂モールドｍｐの周囲に銅の薄板からなる導電性テープｃｔが巻装されている。導電性テープｃｔを上記のように巻装することにより、優れたシールド作用が生じて、イグナイタＩＧの内部から高電圧パルスのエネルギーが外部へ放射されるのを効果的に阻止して、点灯回路ＬＣの実装密度を高めることができるので、装置の小形化を図ることができるとともに、しかもイグナイタＩＧが安価になり、高圧放電ランプ点灯装置全体としてのコストダウンを図ることができる。なお、点灯回路ＬＣは、可制御直流電源ＣＤＣ、フルブリッジ形インバータＨＩＮＶおよび制御手段からなる。
【００６１】
これに対して、従来は、イグナイタＩＧの内部から高電圧パルスのエネルギーが外部へ放射されるのを阻止するために、シールドケースを用いてその内部にイグナイタＩＧを収納したり、イグナイタＩＧの周囲にシールド板を配置したりしていた。ところが、このような従来構造であると、装置の大形化を招くとともに、コストアップになっていた。
【００６２】
図８および図９は、本発明の高圧放電ランプ点灯装置における第２の実施の形態としての自動車前照灯用の高圧放電ランプ点灯装置を示し、図８は高圧放電ランプのランプ電圧波形図、図９はサンプリングのフローチャートである。図８において、図６と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。
【００６３】
本実施の形態は、サンプリングの態様が第１の実施の形態と異なる。すなわち、制御手段ＣＣは、その内部にタイマ（図示しない。）を内蔵し、図８に示すランプ電圧波形の立ち上がり部分の過渡現象部分ＶＴを検出したときに、上記タイマの作動を開始させ、かつ、タイマの時限が時間ｔ１に連続するサンプリング期間ｔ２になったときに、サンプリングを開始するように制御する。なお、タイマは、その時限が０〜４ｍｓの間を自由に可変できるものを用いている。また、上記過渡現象部分ＶＴは、１００μｓ以下の時定数を有するフィルタを介してサンプリングを行うように構成されている。
【００６４】
そうして、時間幅ｔのランプ電圧Ｖｌのうち、過渡現象部分ＶＴを検出してから時間ｔ１が経過して時間ｔ２になると、ランプ電圧が安定するので、制御信号を形成するためのサンプリングを開始すれば、速やかに安定したランプ電圧Ｖｌのサンプリング値を得ることができる。なお、サンプリング期間ｔ２は、半周期のランプ電圧波形の時間幅ｔから最初の時間ｔ１を減算した値である。
【００６５】
制御信号を形成するためのサンプリングは、図９に示すフローチャートに示すような手順で行われる。すなわち、上記のようにタイマが作動して時間ｔ１が終了したときから時間ｔ２の間サンプリングが行われる。サンプリングを行い、次にサンプリングにより得たサンプリング値が安定しているか判断され、Ｙｅｓであれば、そのときのサンプリング値を用いて制御信号が形成される。Ｎｏであれば、さらにサンプリング中であるか判断され、サンプリング期間中であれば、再びサンプリングが行われ、上記の手順が繰り返される。サンプリング期間が終了すると、サンプリングは終了される。
【００６６】
図１０は、本発明の照明装置における第１の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である。図において、自動車用前照灯ＨＬは、前照灯装置本体２１、高圧放電ランプＨＰＤＬ、高圧放電ランプ点灯装置ＯＣから構成されている。
【００６７】
前照灯本体２１は、前面透過パネル２１ａ、リフレクタ２１ｂ、２１ｃ、ランプソケット２１ｄおよび取付部２１ｅなどから構成されている。前面透過パネル２１ａ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２１ｂ、２１ｃは、高圧放電ランプＨＰＤＬ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２１ｄは、高圧放電ランプ点灯装置ＯＣの出力端に接続し、高圧放電ランプＨＰＤＬの口金２１ｄに接続する。取付部２１ｅは、前照灯装置本体２１を自動車などの車両の所定位置に取り付けるための手段である。
【００６８】
高圧放電ランプＨＰＤＬは、図３および図４に示すものと同一である。なお、高圧放電ランプＨＰＤＬは、前照灯装置本体２１のリフレクタ２１ｂ、２１ｃ内に、その背面から装着されるとともに、背面から外部に露出する口金にランプソケット２１ｄを接続する。そうして、２灯の高圧放電ランプＨＰＤＬが前照灯装置本体２１に装着されて、４灯式の自動車用前照灯装置ＨＬが構成される。各高圧放電ランプＨＰＤＬの発光部は、前照灯装置本体２１のリフレクタ２１ｂ、２１ｃの焦点にほぼ位置する。
【００６９】
高圧放電ランプ点灯装置ＯＣは、その高圧放電ランプＨＰＤＬ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２２内に収納されているとともに、高圧放電ランプＨＰＤＬを付勢して点灯させる。
【００７０】
以下、図１１および図１２を参照して本発明の照明装置のその他の実施の形態について説明する。なお、各図において、図１０と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。
【００７１】
図１１は、本発明の照明装置における第２の実施の形態としての自動車用前照灯装置を示す概念図である。本実施の形態においては、高圧放電ランプ点灯装置ＯＣを内部に収納した金属製容器２２を前照灯装置本体２１の背面に配設された開閉扉に配設するとともに、金属製容器２２の前面にランプソケット２１ｄおよびリフレクタ２１ｂを装着している。なお、符号２３はバッテリーに接続する電源リード線である。
【００７２】
図１２は、本発明の照明装置における第３の実施の形態としての自動車用前照灯装置を示す概念図である。本実施の形態においては、図１１に示す第２の実施の形態との対比において、ランプソケット２１ｄおよびリフレクタ２１ｂを金属製容器２２の前面から離間させて前照灯装置本体２１の内部に配置している。ランプソケット２１ｄと高圧放電ランプ点灯装置ＯＣとの間を接続する高圧ケーブル２４は、前照灯装置本体２１の内部に配設される。
【００７３】
そうして、上記の第２および第３の実施の形態においては、いずれも高電圧パルスが印加される高圧ケーブルが外部に露出しない。
【００７４】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、制御手段が点灯時の高圧放電ランプのランプ電圧およびランプ電流の少なくともいずれか一方を、その極性反転時の過渡現象部分を含めてサンプリングして制御信号を形成するので、可制御直流電源の直流電圧出力を高精度に制御するとともに寿命判定を可能にした高圧放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【００７５】
請求項２の発明によれば、請求項１の効果を有する照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高圧放電ランプ点灯装置における第１の実施の形態としての自動車前照灯用の高圧放電ランプ点灯装置を示す回路ブロック図
【図２】同じく主要部を示す回路図
【図３】同じく高圧放電ランプの正面図
【図４】同じくワイヤバルブの拡大側面図
【図５】同じく回路部分の実装配置図
【図６】同じく高圧放電ランプのランプ電圧波形図
【図７】同じくフルブリッジ形インバータの駆動信号、可制御直流電源の駆動信号およびサンプリング信号の波形図
【図８】本発明の高圧放電ランプ点灯装置における第２の実施の形態としての自動車前照灯用の高圧放電ランプ点灯装置を示す高圧放電ランプのランプ電圧波形図
【図９】同じくサンプリングのフローチャート
【図１０】本発明の照明装置における第１の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１１】本発明の照明装置における第２の実施の形態としての自動車用前照灯装置を示す概念図
【図１２】本発明の照明装置における第３の実施の形態としての自動車用前照灯装置を示す概念図
【符号の説明】
ＢＴ…バッテリー、ＢＵＴ…昇圧チョッパ、ＣＣ…制御手段、ＣＤＣ…可制御直流電源段、ＨＩＮＶ…フルブリッジ形インバータ、ＨＰＤＬ…高圧放電ランプ、ＩＧ…イグナイタ、ＳＣ…平滑コンデンサ
【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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