(57)【要約】【課題】  光束立ち上がり時に確実に音響共鳴現象によるちらつきを回避する高圧放電灯点灯装置を提供する。【解決手段】  点灯開始時に特定の周波数範囲外の点灯周波数が設定された場合に、安定点灯までの間、管電圧の上昇に対して点灯周波数が非共鳴領域に収まるように、点灯周波数を変化させるように構成した。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧放電灯と、この高圧放電灯の管電圧を検出する管電圧検出手段と、高圧放電灯に高周波電力を供給する高周波電力供給手段と、この高周波電力供給手段から供給される高周波電力の周波数を制御する制御回路とを備え、前記高圧放電灯を、管電圧とこれに対応する非共鳴周波数帯によって予め定まる非共鳴領域の特定の周波数範囲と特定の電圧範囲とで安定して点灯させる高圧放電灯点灯装置において、
点灯開始時に前記特定の周波数範囲外の点灯周波数が設定された場合に、安定点灯までの間、前記管電圧の上昇に対して点灯周波数が前記非共鳴領域に収まるように、点灯周波数を変化させるように構成したことを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
【請求項２】
前記管電圧検出手段による管電圧の変化をもとに音響共鳴現象による放電アークの揺れの大きさを検出する共鳴強度検出手段を備え、前記高圧放電灯は点灯時において前記特定の周波数範囲の最大周波数より小さい第１の周波数が点灯周波数として印加され、前記共鳴強度検出手段がその点灯後における管電圧の上昇に伴い所定の大きさを超える放電アークの揺れを検出した時に、前記制御回路が点灯周波数を前記第１の周波数から所定量だけ上昇させて、前記非共鳴領域に属する第２の周波数に切替えるように構成したことを特徴とする請求項１記載の高圧放電灯点灯装置。
【請求項３】
点灯動作を開始してから所定時間が経過しても、前記共鳴強度検出手段が、所定の大きさを超える放電アークの揺れを検出しないとき、前記制御回路が、強制的に点灯周波数を前記第１の周波数から前記第２の周波数に切替えるように構成したことを特徴とする請求項２記載の高圧放電灯点灯装置。
【請求項４】
前記高圧放電灯は点灯時において前記特定の周波数範囲の最大周波数より小さい第１の周波数が点灯周波数として印加され、前記管電圧検出手段がその点灯後における前記管電圧が所定値を超えたことを検出した時、若しくは点灯動作を開始してから所定時間が経過したことを検出した時のいずれかである場合に、前記制御回路が、点灯周波数を前記第１の周波数から所定量だけ上昇させて、前記非共鳴領域に属する第２の周波数に切替えるように構成したことを特徴とする請求項１記載の高圧放電灯点灯装置。
【請求項５】
前記制御回路が、点灯周波数を前記第１の周波数から前記第２の周波数に切替えた後、前記非共鳴領域内において、前記第２の周波数を、前記管電圧の上昇に対して段階的、若しくは連続的に減少させるように構成したことを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載された高圧放電灯点灯装置。
【請求項６】
前記管電圧検出手段による管電圧の変化をもとに音響共鳴現象による放電アークの揺れの大きさを検出する共鳴強度検出手段を備え、前記高圧放電灯は点灯時において前記特定の周波数範囲の最大周波数より大きい第１の周波数が点灯周波数として印加され、前記共鳴強度検出手段がその点灯後において所定の大きさを越える放電アークの揺れを検出した時に、前記制御回路が点灯周波数を前記第１の周波数から所定量だけ下降させて、前記非共鳴領域に属する第２の周波数に切替えると共に、その後は、前記非共鳴領域内において、前記第２の周波数を、前記管電圧の上昇に対して段階的、若しくは連続的に減少させるように構成したことを特徴とする請求項１記載の高圧放電灯点灯装置。
【請求項７】
前記高圧放電灯は点灯時において前記特定の周波数範囲の最大周波数より大きい第１の周波数が点灯周波数として印加され、前記管電圧検出手段がその点灯後における前記管電圧が所定値を超えたことを検出した時、若しくは点灯動作を開始してから所定時間が経過したことを検出した時のいずれかである場合に、前記制御回路が、点灯周波数を前記第１の周波数から所定量だけ下降させて、前記非共鳴領域に属する第２の周波数に切替えると共に、その後は、前記非共鳴領域内において、前記第２の周波数を、前記管電圧の上昇に対して段階的、若しくは連続的に減少させるように構成したことを特徴とする請求項１記載の高圧放電灯点灯装置。
【請求項８】
前記第２の周波数を段階的に減少させることを、前記管電圧の上昇に伴って、共鳴強度検出手段が所定の大きさを越える放電アークの揺れを検出した時に、前記制御回路が、点灯周波数を所定量だけ下降させる動作を繰り返すことで、実行するようにしたことを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載された高圧放電灯点灯装置。
【請求項９】
前記第２の周波数を段階的に減少させることを、前記制御回路が、点灯周波数を下降させ、点灯周波数の下降に伴って共鳴強度検出手段が所定の大きさを越える放電アークの揺れを検出した時に、その時の点灯周波数を、所定量だけ上昇させる動作を所定の時間間隔で繰り返すことで、実行するようにしたことを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載された高圧放電灯点灯装置。
【請求項１０】
前記第２の周波数を連続的に減少させることを、前記制御回路が、点灯周波数を、前記管電圧の上昇に対して略一定の変化率で減少させるように制御することで、実行するようにしたことを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載された高圧放電灯点灯装置。
【請求項１１】
前記高圧放電灯は点灯時において前記特定の周波数範囲の最大周波数より大きい第１の周波数が点灯周波数として印加され、前記管電圧の上昇に対して点灯周波数が前記非共鳴領域に収まるように、略一定の変化率で減少させるように構成したことを特徴とする請求項１記載の高圧放電灯点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、高圧放電灯を高周波点灯する高圧放電灯点灯装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図９は、従来における高圧放電灯点灯装置の回路構成図を示す。図９において、１は直流電源、２は直流電源１の直流電圧を高周波電圧に変換する第１のスイッチング素子２ａと第２のスイッチング素子２ｂとから成るハーフブリッジ回路、３はハーフブリッジ回路２を構成する各スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ駆動を制御する制御回路、４は共振コンデンサ５およびチョークコイル６、さらに始動回路７を含む負荷回路、８は負荷回路４から出力される高周波電圧の供給により高周波点灯する高圧放電灯である。
【０００３】
こうした構成を有する高圧放電灯点灯装置は、制御回路３により負荷回路４を介して１ｋＨｚ以上の周波数を有する高周波電圧が高圧放電灯８へ供給するように、各スイッチング素子を駆動制御する。また、制御回路３は一般周知である高圧放電灯８の発光管内の放電アークの湾曲に伴う”立ち消え”或いは”ゆらぎ”の音響共鳴現象の発生を防止するため、高圧放電灯８の点灯周波数を音響共鳴現象が発生しない非共鳴周波数に決めて、各スイッチング素子を駆動制御する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の高圧放電灯点灯装置は、前述のように点灯周波数を非共鳴周波数に決めて高圧放電灯を点灯する構成を採用している。しかしながら、一般に高圧放電灯は累積点灯時間に応じて発光管内の音波の速度が変化したり、或いは電極が消耗することにより非共鳴周波数帯も変化することが知られている。高圧放電灯は前述の各種要因により発光管内の放電アークの湾曲に伴って”立ち消え”或いは”ゆらぎ”という音響共鳴現象を発生し、高圧放電灯の点灯状態を安定に維持することが出来ないという問題点を有していた。
【０００５】
この発明は、前述のような問題点を解決するためになされたもので、前述の各種要因によって非共鳴周波数が変化した場合でも、常に発光管内の放電アークの”立ち消え”或いは”ゆらぎ”を起こすことがなく、高圧放電灯を安定に高周波点灯させる高圧放電灯点灯装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る高圧放電灯点灯装置は、高圧放電灯と、この高圧放電灯の管電圧を検出する管電圧検出手段と、高圧放電灯に高周波電力を供給する高周波電力供給手段と、この高周波電力供給手段から供給される高周波電力の周波数を制御する制御回路とを備え、前記高圧放電灯を、管電圧とこれに対応する非共鳴周波数帯によって予め定まる非共鳴領域の特定の周波数範囲と特定の電圧範囲とで安定して点灯させる高圧放電灯点灯装置において、点灯開始時に前記特定の周波数範囲外の点灯周波数が設定された場合に、安定点灯までの間、前記管電圧の上昇に対して点灯周波数が前記非共鳴領域に収まるように、点灯周波数を変化させるように構成したものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明に係る高圧放電灯点灯装置によれば、高圧放電灯と、この高圧放電灯の管電圧を検出する管電圧検出手段と、高圧放電灯に高周波電力を供給する高周波電力供給手段と、この高周波電力供給手段から供給される高周波電力の周波数を制御する制御回路とを備え、前記高圧放電灯を、管電圧とこれに対応する非共鳴周波数帯によって予め定まる非共鳴領域の特定の周波数範囲と特定の電圧範囲とで安定して点灯させる高圧放電灯点灯装置において、点灯開始時に前記特定の周波数範囲外の点灯周波数が設定された場合に、安定点灯までの間、前記管電圧の上昇に対して点灯周波数が前記非共鳴領域に収まるように、点灯周波数を変化させるように構成したので、光束立ち上がり時に確実に音響共鳴現象によるちらつきを回避することができる。
【０００８】
また、点灯動作を開始してから所定時間が経過しても、共鳴強度検出手段が、所定の大きさを超える放電アークの揺れを検出しなかった場合には、制御回路が、強制的に点灯周波数を前記第１の周波数から前記第２の周波数に切替えるように構成したので、点灯開始直後の過渡的な管電圧の変化による誤検出を防ぐことができ、確実に音響共鳴現象を回避することができる。また、光束立ち上がり時に全く音響共鳴現象が起きなかった場合でも、安定点灯用の制御に移行することができ、点灯の安定性を確保することができる。
【０００９】
また、非共鳴領域内で高圧放電灯を安定して点灯させる特定の周波数範囲の最大周波数より小さい第１の周波数を点灯周波数として動作を開始した後、管電圧が所定値を超えた時、若しくは点灯動作を開始してから所定時間が経過した時のいずれかである場合に、制御回路が、点灯周波数を第１の周波数から所定量だけ上昇させて、非共鳴領域に属する第２の周波数に切替えるように構成したので、点灯開始直後の過渡的な管電圧の変化による誤検出を防ぐことができ、確実に音響共鳴現象を回避することができ、安定点灯用の制御に移行することができる。
【００１０】
また、制御回路が、点灯周波数を第１の周波数から第２の周波数に切替えた後、非共鳴領域内において、第２の周波数を、管電圧の上昇に対して段階的、若しくは連続的に減少させるように構成したので、点灯開始から安定点灯に到達するまでに大きな周波数切換を行う必要がなく、視覚的に違和感のない光束立ち上がり特性を得ることができる。
【００１１】
また、非共鳴領域内で高圧放電灯を安定して点灯させる特定の周波数範囲の最大周波数より大きい第１の周波数を点灯周波数として動作を開始した後、共鳴強度検出手段が、所定の大きさを越える放電アークの揺れを検出した時に、制御回路が、点灯周波数を第１の周波数から所定量だけ下降させて、非共鳴領域に属する第２の周波数に切替えると共に、その後は非共鳴領域内において、第２の周波数を、管電圧の上昇に対して段階的、若しくは連続的に減少させるように構成したので、点灯開始から安定点灯に到達するまでに大きな周波数切換を行う必要がなく、視覚的に違和感のない光束立ち上がり特性を得ることができる。
【００１２】
また、非共鳴領域内で高圧放電灯を安定して点灯させる特定の周波数範囲の最大周波数より大きい第１の周波数を点灯周波数として動作を開始した後、管電圧が所定値を超えた時、若しくは点灯動作を開始してから所定時間が経過した時のいずれかである場合に、制御回路が、点灯周波数を前記第１の周波数から所定量だけ下降させて、非共鳴領域に属する第２の周波数に切替えると共に、その後は非共鳴領域内において、第２の周波数を、管電圧の上昇に対して段階的、若しくは連続的に減少させるように構成したので、点灯開始直後の過渡的な管電圧の変化による誤検出を防ぐことができ、確実に音響共鳴現象を回避することができる。また、点灯開始から安定点灯に到達するまでに大きな周波数切換を行う必要がなく、視覚的に違和感のない光束立ち上がり特性を得ることができる。
【００１３】
また、第２の周波数を段階的に減少させることを、管電圧の上昇に伴い共鳴強度検出手段が所定の大きさを越える放電アークの揺れを検出した時に、制御回路が、点灯周波数を所定量だけ下降させる動作を繰り返すことで、実行するように構成したので、確実に第２の周波数を段階的に減少させることができる。また、点灯開始から安定点灯に到達するまで大きな周波数切換を行う必要がなく、視覚的に違和感のない光束立ち上がり特性を得ることができる。
【００１４】
また、第２の周波数を段階的に減少させることを、制御回路が、点灯周波数を下降させ、点灯周波数の下降に伴って共鳴強度検出手段が所定の大きさを越える放電アークの揺れを検出した時に、その時の点灯周波数を、所定量だけ上昇させる動作を所定の時間間隔で繰り返すことで、実行するように構成したので、確実に第２の周波数を段階的に減少させることができる。また、点灯開始から安定点灯に到達するまで大きな周波数切換を行う必要がなく、視覚的に違和感のない光束立ち上がり特性を得ることができる。
【００１５】
また、第２の周波数を連続的に減少させることを、制御回路が、点灯周波数を、管電圧の上昇に対して略一定の変化率で減少させるように制御することで、実行するように構成したので、確実に第２の周波数を連続的に減少させることができる。また、点灯開始から安定点灯に到達するまで大きな周波数切換を行う必要がなく、視覚的に違和感のない光束立ち上がり特性を得ることができる。
【００１６】
さらにまた、非共鳴領域内で高圧放電灯を安定して点灯させる特定の周波数範囲の最大周波数より大きい第１の周波数を点灯周波数として動作を開始した後、管電圧の上昇に対して、点灯周波数が非共鳴領域に収まるように、略一定の変化率で減少させるように構成したので、確実に音響共鳴現象を回避することができる。また、点灯開始から安定点灯に到達するまで大きな周波数切換を行う必要がなく、視覚的に違和感のない光束立ち上がり特性を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
実施の形態１．
高圧放電灯は、通常、点灯を開始してから約３０秒間、封入されたアルゴンガスによる放電が続き、その後水銀などの金属成分が蒸発し始め、管電圧が急激に上昇するという特性を示す。
本発明は、アルゴンガスによる放電が続いた後、管電圧の上昇に伴って、音響共鳴現象が発生する領域に達するような点灯周波数が、スタート時に設定された場合の制御方法に関するものである。
【００１８】
図１に本実施の形態に係る高圧放電灯点灯装置の回路構成を示す。図１において、従来例との相違点は高圧放電灯８の管電圧を検出する管電圧検出回路９を設け、この管電圧検出回路９の検出値から音響共鳴現象が発生しない非共鳴周波数を抽出し、その周波数に対して点灯周波数を一致させるようにハーフブリッジ回路２を構成するスイッチング素子２ａ，２ｂの駆動周波数を制御する制御回路１０を設け、更に、共鳴強度検出回路１１を設けた点である。
また図２は、定格電力３５Ｗのセラミック製発光管を持つメタルハライド高圧放電灯に対する点灯周波数と管電圧とこれによって発生する音響共鳴現象の関係を具体的に示したものである。図に示すように音響共鳴現象の発生の有無や強弱によって、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇの各領域に分けられる。
【００１９】
ここで、音響共鳴現象が発生する領域、発生しない領域をそれぞれ「共鳴領域」、「非共鳴領域」という。また共鳴領域を、共鳴の強さによって強度、中度、弱度の三つのレベルに分ける。
まず「強度の共鳴領域」では、放電アークが激しく揺れて立ち消える。
また「中度の共鳴領域」では、放電アークが揺れるものの立ち消えを起こす確率は低い。これら二つの共鳴領域は、点灯そのものが成立しない領域と見做すことが出来る。
【００２０】
さらに「弱度の共鳴領域」では、音響共鳴現象はほとんど起きないが、放電アークが完全に安定しているわけではなく、ちらつくことがある。
したがって「弱度の共鳴領域」を、光束が立上るところで使う場合は、問題にはならないが、安定点灯時の領域として使う場合は、ユーザに対して違和感を与えることがあるので不適切である。
【００２１】
このような分類のもと、領域Ａは管電圧が０Ｖから約５０Ｖまでのアルゴンガスの放電によって占有される領域であり、「非共鳴領域」である。また領域Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇは、全て管電圧が約５０Ｖ以上の領域であり、点灯周波数の低い方からこの順番に並んでいる。それぞれ「強度の共鳴領域」、「非共鳴領域」、「弱度の共鳴領域」、「中度の共鳴領域」、「非共鳴領域」、「強度の共鳴領域」に対応している。
【００２２】
また、これら領域Ｂ〜Ｇにおいて、隣合う領域の境界線は、管電圧の上昇に伴って周波数が減少する特性を示す。
図２のケースでは、領域Ｂと領域Ｃ、領域Ｃと領域Ｄ、領域Ｄと領域Ｅ、領域Ｅと領域Ｆ、領域Ｆと領域Ｇの境界線は、それぞれ（３１ＫＨｚ，５０Ｖ）、（３２．５ＫＨｚ，５０Ｖ）、（４４．５ＫＨｚ，５０Ｖ）、（４６ＫＨｚ，５０Ｖ）、（４９．５ＫＨｚ，５０Ｖ）を起点とする傾き（−０．１７ＫＨｚ／Ｖ）の直線で近似される。
【００２３】
このように境界線が管電圧の上昇に対して周波数が減少する特性を示す理由については、以下のように考えられる。
一般に音響共鳴現象が発生する周波数をｆｒとすると、周波数ｆｒは、発光管内の音速と発光管の形状因子の積に比例することが知られている。
一方、音速は管内に封入されたガスの平均分子量と絶対温度をそれぞれＭ、Ｔで表すと、（絶対温度Ｔ）／（平均分子量Ｍ）  の１／２乗に比例することが知られている。
【００２４】
ここで、立上り時における絶対温度Ｔの変化率と、平均分子量Ｍの変化率を比べると、アルゴンガスによる放電以降は、封入されている水銀、ナトリウム、タリウム、スカンジウム、ジスプロチウムなどの金属成分が気化するため、平均分子量Ｍは急激に増大し、変化率の点で絶対温度Ｔを大きく上回る。このことはアルゴンガスによる放電以降、（絶対温度Ｔ）／（平均分子量Ｍ）が減少し、周波数ｆｒが減少することを意味している。この結果、境界線は、図２に示すように、管電圧の上昇に伴って周波数が減少する特性を示すようになる。
【００２５】
また、管電圧はスタート時より増加し始め、中度もしくは強度の共鳴領域を通らないようにすれば、そのまま増加し続け、これ以上増加しなくなる飽和電圧に到達する。図２においてＶｓは、このような飽和電圧が収まる電圧範囲（７５〜８２Ｖ）を示したものである。またこの電圧範囲Ｖｓによって、領域Ｆ（非共鳴領域）が切り取られる部分の周波数範囲（４１〜４５ＫＨｚ）をｆｓで表している。
高圧放電灯をちらつきなく安定に点灯させるためには、これら電圧範囲Ｖｓと周波数範囲ｆｓに囲まれた領域内に、管電圧と点灯周波数を収めるように制御することが重要である。この点に関し、Ｌ１は、本実施の形態に係る高圧放電灯点灯装置の管電圧と点灯周波数によって与えられる動作点が辿る軌跡を示したものである。
【００２６】
次に図１、２をもとに動作を説明する。
スタート時の点灯周波数ｆ１は、周波数範囲ｆｓの近傍で任意に設定するものであるが、本実施の形態では、管電圧が、領域Ａ（非共鳴領域）から領域Ｄ（弱度の共鳴領域）を経て領域Ｅ（中度の共鳴領域）へ移行する周波数を設定した場合について説明する。
【００２７】
まず、制御回路１０は、点灯開始時に周波数ｆ１にて各スイッチング素子２ａ、２ｂを駆動制御し、共鳴強度検出回路１１から切替え信号を受け取るまでは、この周波数ｆ１を維持する。
【００２８】
また、管電圧検出回路９は、管電圧の実効値またはピーク値を直流化して検出し、この検出値を共鳴強度検出回路１１に入力する。直流化された管電圧は、高圧放電灯の放電アークの揺れに起因するちらつきが発生すると、これと同期して振動する。
本実施の形態の場合、管電圧の上昇に伴って、領域Ｄ（弱度の共鳴領域）から領域Ｅ（中度の共鳴領域）へ移行する過程（領域Ｄと領域Ｅの境界近傍）に達した時点よりちらつきが始まる。
【００２９】
一方、共鳴強度検出回路１１は、直流化された管電圧の電圧変動の振幅を算出し、その振幅が所定の値以上になった時、音響共鳴現象による放電アークの揺れが、所定以上の大きさを有するものと判定し、切替え信号を出力し、制御回路１０が出力する周波数ｆ１を所定幅δｆ１だけ上昇させるように設定されている。
【００３０】
したがって、これによって領域Ｄ（弱度の共鳴領域）と領域Ｅ（中度の共鳴領域）の境界近傍が検出され、制御回路１０は、点灯周波数を、周波数ｆ１から領域Ｆ（非共鳴領域）に含まれる新しい周波数ｆ２（＝ｆ１＋δｆ１）へと切替え、出力する。ここで所定幅δｆ１は、実験的に求められた領域区分をもとに、領域Ｅ（中度の共鳴領域）の周波数幅より大きく設定されている。
【００３１】
このようにして管電圧と点灯周波数によって与えられる動作点は、領域Ａ（非共鳴領域）→領域Ｄ（弱度の共鳴領域）→領域Ｆ（非共鳴領域）と移動し、中度または強度の共鳴領域を回避して安定点灯の領域に到達することができる。
【００３２】
また、領域Ｄ（弱度の共鳴領域）と領域Ｅ（中度の共鳴領域）の境界近傍で、管電圧の振動を検知する瞬間や、領域Ｅ（中度の共鳴領域）を通過する瞬間は、放電現象の観点からも視覚的観点からも十分短い時間であるのでちらつきが問題になることはない。なお、点灯周波数をｆ１からｆ２に切替えた後、点灯周波数を非共鳴領域に収める制御については、種々の方法があるが、本発明の主旨とは関係がないので省略する。
【００３３】
以上のように、光束立ち上り時に放電状態の変化に応じて点灯周波数を変化させ、音響共鳴現象を回避するようにしたので、安定点灯到達前のちらつきを回避することができる。
【００３４】
なお、点灯動作を開始してから所定時間が経過しても、共鳴強度検出回路１１により領域Ｄ（弱度の共鳴領域）と領域Ｅ（中度の共鳴領域）の境界近傍が検出されなかった場合には、制御回路１０が、強制的に、点灯周波数をｆ１からｆ２に切替えるように構成しても良い。
【００３５】
このようにすれば、スタート時に点灯周波数ｆ１が低めに設定され、音響共鳴現象が起こり難い領域Ｄ（弱度の共鳴領域）において、光束立ち上がり時に音響共鳴現象が全く起きなかったり、放電アークの揺れが小さく検出され難い場合であっても、確実に安定点灯用の非共鳴領域における制御に移行することができ、点灯の安定性を確保することができる。また、点灯開始直後の過渡的な管電圧の変化による誤検出を防ぐことができ、確実に音響共鳴現象を回避することができる。
【００３６】
また、本実施の形態では、管電圧が、領域Ｄ（弱度の共鳴領域）と領域Ｅ（中度の共鳴領域）の境界近傍に達した時点で、既に電圧範囲Ｖｓに到達しており、点灯周波数をｆ１からｆ２に切替えるだけで済む場合について説明したが、以降の実施の形態の中では管電圧が領域Ｄと領域Ｅの境界近傍に達した時点では、まだ電圧範囲Ｖｓに到達していない場合について説明する。
【００３７】
実施の形態２．
実施の形態１では、管電圧の上昇に伴って、領域Ａ（非共鳴領域）から領域Ｄ（弱度の共鳴領域）へ移行する周波数が、スタート時に選ばれた場合の制御方法について説明したが、本実施の形態では、領域Ａ（非共鳴領域）から領域Ｆ（非共鳴領域）を経て領域Ｇ（強度の共鳴領域）へ移行する周波数が選ばれた場合の制御方法について説明する。
【００３８】
回路構成図は実施の形態１で示したものと同じであるので説明を省略する。また、図３は、図２で示した区画化された領域Ａ〜Ｇをベースに、本実施の形態に係る高圧放電灯点灯装置の管電圧と点灯周波数によって与えられる動作点が辿る軌跡Ｌ２を、書き込んだものである。
【００３９】
次に図１、３をもとに動作を説明する。制御回路１０がスタート時に周波数ｆ１にて各スイッチング素子を駆動制御し、共鳴強度検出回路１１から出力された切替え信号を受け取るまで、この周波数を維持すること、また管電圧検出回路９により直流化された管電圧が、高圧放電灯のアークの揺れに同期して振動すること、及びこの直流化された管電圧が共鳴強度検出回路１１に入力されることは実施の形態１と同じである。
【００４０】
ここで前述の通り、点灯周波数ｆ１は、光束の立ち上り（管電圧の上昇）に伴って領域Ａ（非共鳴領域）から領域Ｆ（非共鳴領域）を経て領域Ｇ（強度の共鳴領域）へ移行するものが設定されている。そして管電圧が領域Ｆ（非共鳴領域）と領域Ｇ（強度の共鳴領域）の境界近傍に達した時点よりちらつきが始まる。
【００４１】
一方共鳴強度検出回路１１は、直流化された管電圧の電圧変動の振幅を算出し、その振幅が所定値以上になったら切替え信号を出力し、制御回路１０がスイッチング素子を駆動制御する周波数ｆ１を、所定幅δｆ２だけ下降させるように設定されている。
【００４２】
したがって、これによって領域Ｆ（非共鳴領域）と領域Ｇ（強度の共鳴領域）の境界近傍が検出され、領域Ｆ（非共鳴領域）内に留まる新しい点灯周波数ｆ２（＝ｆ１−δｆ２）にて制御回路１０は各スイッチング素子を駆動制御する。制御回路１０は、再び切替え信号を受け取るまで、この周波数ｆ２を維持する。ここで所定幅δｆ２は、実験的に求められた領域区分をもとに、領域Ｆ（非共鳴領域）の周波数幅より小さく設定されている。
【００４３】
またこの場合、図から明らかなように、管電圧はまだ安定点灯する電圧範囲Ｖｓに達していないので、その後も増加を続け、再び領域Ｆ（非共鳴領域）と領域Ｇ（強度の共鳴領域）の境界近傍が検出される。検出された後、共鳴強度検出回路１１から切替え信号が出力されると、制御回路１０は点灯周波数をδｆ２だけ下降させ、領域Ｆ（非共鳴領域）に含まれる周波数ｆ３（＝ｆ２−δｆ２）にて各スイッチング素子を駆動制御する。この動作は、管電圧が電圧範囲Ｖｓに達して飽和するまで繰返され、点灯周波数ｆｎは常に領域Ｆ（非共鳴領域）に留まるように段階的に切替えられる。
【００４４】
このようにして管電圧と点灯周波数によって与えられる動作点は、共鳴領域を避けた形で領域Ａ（非共鳴領域）→領域Ｆ（非共鳴領域）へと移動し、安定点灯する領域に到達することができる。
【００４５】
なお、安定点灯後に、点灯周波数を非共鳴領域内に留める制御は、種々の方法があるが、本発明の主旨とは関係がないので説明を省略する。但し、上記動作を繰返し行っても点灯周波数は非共鳴領域に留まることになるので、上記動作を継続して実行するようにしても良い。
【００４６】
以上のように、光束立ち上り時に放電状態の変化に応じて点灯周波数を変化させ、音響共鳴現象を回避するようにしたので、安定点灯到達前を含む点灯中のちらつきを回避することができる。また、安定点灯に到達するまでに共鳴領域を超えるための周波数切換を行う必要がないので、さらに安定感のある光束立ち上りとすることができる。
【００４７】
実施の形態３．
実施の形態２では、管電圧の上昇に伴って、領域Ａ（非共鳴領域）から領域Ｆ（非共鳴領域）を経て領域Ｇ（強度の共鳴領域）へ移行する周波数を設定した場合の周波数制御について説明した。本実施の形態では、実施の形態２と同じケースにつき、管電圧と点灯周波数によって与えられる動作点が異なる軌跡を辿る制御方法について説明する。
【００４８】
回路構成図は実施の形態１で示したものと同じであるので説明を省略する。また、図４は、図２で示した区画化された領域Ａ〜Ｇをベースに、本実施の形態に係る高圧放電灯点灯装置の管電圧と点灯周波数によって与えられる動作点が辿る軌跡Ｌ３を、書き込んだものである。
【００４９】
次に図１、４をもとに動作を説明する。
制御回路１０がスタート時に周波数ｆ１にて各スイッチング素子を駆動制御し、共鳴強度検出回路１１から出力された切替え信号を受け取るまで、この周波数を維持すること、また管電圧検出回路９により直流化された管電圧が、高圧放電灯のアークの揺れに同期して振動すること、及びこの直流化された管電圧が共鳴強度検出回路１１に入力されることは実施の形態４と同じである。
【００５０】
一方、共鳴強度検出回路１１は、直流化された管電圧の電圧変動の振幅を算出し、その振幅が所定値以上になったら切替え信号を出力し、制御回路１０が、各スイッチング素子を駆動制御する周波数ｆ１を、漸減させる。漸減させていくと、やがて領域Ｆ（非共鳴領域）と領域Ｅ（中度の共鳴領域）の境界近傍で再びちらつきが始まる。
【００５１】
これによって領域Ｆ（非共鳴領域）と領域Ｅ（中度の共鳴領域）の境界近傍が検出され、制御回路１０は領域Ｆ（非共鳴領域）内に留まる新しい点灯周波数ｆ２（＝ｆ１−ｆｈ＋δｆ３）にて各スイッチング素子を駆動制御する。ここでｆｈは、領域Ｆ（非共鳴領域）の周波数幅であり、δｆ３は、周波数幅ｆｈより小さく設定された周波数増分である。共に実験的に求められた領域区分をもとに、設定されている。
【００５２】
またこの場合も、図から明らかなように、管電圧は安定点灯する電圧範囲Ｖｓに達していないので、増加を続ける。
ここで点灯周波数ｆ２は所定時間維持され、その間管電圧は増加する。所定時間維持された後、共鳴強度検出回路１１から出力された切替え信号をトリガとして、周波数は再び漸減される。漸減させていくと、領域Ｆ（非共鳴領域）と領域Ｅ（中度の共鳴領域）の境界近傍の周波数が、再び求められる。この求められた周波数からδｆ３だけ増加させ、制御回路１０は領域Ｆ（非共鳴領域）内に含まれる点灯周波数ｆ３にて各スイッチング素子を駆動制御する。
この動作は、管電圧が電圧範囲Ｖｓに達して飽和するまで繰返され、点灯周波数ｆｎは常に領域Ｆ（非共鳴領域）に留まるように段階的に切替えられる。
【００５３】
これにより、管電圧と点灯周波数によって与えられる動作点は共鳴領域を避けて、領域Ａ（非共鳴領域）→領域Ｆ（非共鳴領域）と移動し、安定点灯の領域に到達することができる。
なお、安定点灯到達後に、点灯周波数を非共鳴領域に留める制御は、種々の方法があるが、本発明の主旨とは関係がないので説明を省略する。但し、上記動作を繰返し行っても点灯周波数は非共鳴領域に留まることになるので、上記動作を継続して実行するようにしても良い。
【００５４】
以上のように、光束立ち上り時に放電状態の変化に応じて点灯周波数を変化させ、音響共鳴現象を回避するようにしたので、安定点灯到達前を含む点灯中のちらつきを回避することができる。また、安定点灯に到達するまでに共鳴領域を超えるための周波数切換を行う必要がなく、安定点灯に到達できるので、さらに安定感のある光束立ち上りとすることができる。さらに、安定点灯到達後は上記の動作のインターバルを大きくして同様の制御をしても良く、これによって安定点灯中も点灯周波数が常に領域Ｆ（非共鳴領域）に含まれるようになる。
【００５５】
また、本実施の形態では、点灯周波数ｆｎ（ｎ＞２）を決定する際、点灯周波数を下降させて領域Ｅ（中度の共鳴領域）と領域Ｆ（非共鳴領域）の境界近傍を検出するようにしたが、逆に点灯周波数を上昇させて領域Ｆ（非共鳴領域）と領域Ｇ（強度の共鳴領域）の境界近傍を検出し、点灯周波数ｆｎをその境界からδｆ４だけ低い周波数とする制御としても同様の効果が期待できる。
【００５６】
実施の形態４．
実施の形態２または３では、領域Ｆ（非共鳴領域）と領域Ｅ（中度の共鳴領域）、または領域Ｇ（強度の共鳴領域）の境界近傍を検出し、境界近傍に対応する周波数を少し変位させ、点灯周波数が常に領域Ｆ（非共鳴領域）内に留まるような制御方法について説明したが、本実施の形態では境界近傍を検出することなく点灯周波数を常に領域Ｆ（非共鳴領域）内に留める制御方法について説明する。
【００５７】
回路構成図は実施の形態１で示したものと同じであるので説明を省略する。また、図５は、図２で示した区画化された領域Ａ〜Ｇをベースに、本実施の形態に係る高圧放電灯点灯装置の管電圧と点灯周波数によって与えられる動作点が辿る軌跡Ｌ４を、書き込んだものである。
【００５８】
次に、図１、５をもとに動作を説明する。制御回路１０において、管電圧と点灯周波数によって与えられる動作点が、管電圧の増加に対して点灯周波数が略一定の変化率で減少するような軌跡を、領域Ｆ（非共鳴領域）内で描くような変換式を予め求めておき、この式を制御回路１０内のメモリ（図示せず）に格納する。
【００５９】
そして、管電圧検出回路９による管電圧が、領域Ｆ（非共鳴領域）内に収まったことを確認し、管電圧をもとにメモリに格納された変換式から周波数を算出し、点灯周波数が算出された周波数となるように制御する。
【００６０】
これにより、管電圧と点灯周波数によって与えられる動作点は制御Ｆ（非共鳴領域）に達した後、管電圧の上昇に伴って連続的に漸減しながら常に領域Ｆ（非共鳴領域）内に留まることになる。
即ち、領域Ａ（非共鳴領域）→領域Ｆ（非共鳴領域）へと移動し、共鳴領域を避けて安定点灯に移行することができる。
【００６１】
また、ここでは変換式を用いる場合について説明したが、換算テーブルを予め作っておき、これをメモリに格納するようにしても良い。なお、安定点灯到達後に、点灯周波数を非共鳴領域に留める制御は、種々の方法があるが、本発明の主旨ではないので説明を省略する。但し、上記動作を繰返し行っても点灯周波数は非共鳴領域に留まることになるので、上記動作を継続して実行するようにしても良い。
【００６２】
以上のように、管電圧に応じて点灯周波数を下降させ、音響共鳴現象を回避するようにしたので、安定点灯到達前を含む点灯中のちらつきを回避することができる。
【００６３】
実施の形態５．
実施の形態１乃至４では、安定点灯前のちらつき回避を単一のアルゴリズムによって行っていたが、本実施の形態では上記を組み合わせた場合の周波数制御について説明する。
【００６４】
回路構成図は実施の形態１で示したものと同じであるので説明を省略する。また、図６〜８は、それぞれ図２で示した区画化された領域Ａ〜Ｇをベースに、本実施の形態に係る高圧放電灯点灯装置の管電圧と点灯周波数によって与えられる動作点が辿る軌跡Ｌ５〜Ｌ７を、書き込んだものである。
【００６５】
次にこれら図を基に動作について説明する。動作点が、領域Ａ（非共鳴領域）及び領域Ｄ（弱度の共鳴領域）に含まれている状態では、軌跡Ｌ５、Ｌ６及びＬ７とも、実施の形態１で説明したものと同様の制御が行われる。
【００６６】
動作点が領域Ｄ（弱度の共鳴領域）から領域Ｆ（非共鳴領域）へ移動した後、軌跡Ｌ５は実施の形態２で説明したものと、また軌跡Ｌ６は実施の形態３で説明したものと、また軌跡Ｌ７は実施の形態４で説明したものと同様の制御が行われる。
【００６７】
これにより管電圧と点灯周波数によって与えられる動作点は、領域Ａ（非共鳴領域）→領域Ｄ（弱度の共鳴領域）→領域Ｆ（非共鳴領域）と移動し、中度または強度の共鳴領域を避けて安定点灯に移行することができる。
【００６８】
なお、領域Ｄ（弱度の共鳴領域）と領域Ｅ（中度の共鳴領域）の境界近傍で管電圧の振動を検知する瞬間や、領域Ｅ（中度の共鳴領域）を通過する瞬間は、放電現象の観点からも視覚的観点からも十分短い時間であるのでちらつきが問題になることはない。
【００６９】
以上のように、光束立ち上り時に放電状態の変化に応じて点灯周波数を変化させ、音響共鳴現象を回避するようにしたので、安定点灯到達前のちらつきを回避することができる。
【００７０】
また、複数の制御アルゴリズムを組み合わせることで共鳴領域Ｅ（中度の共鳴領域）や領域Ｆ（非共鳴領域）の幅にかかわらず確実に安定点灯到達前のちらつきを回避することができる。
【００７１】
なお、実施の形態１乃至５において、定格電力３５Ｗのセラミック製発光管を持つメタルハライド高圧放電灯を例に取り上げて説明したが、他の高圧放電灯についても、周波数と管電圧と音響共鳴現象の関係が類似するものであれば、同様の制御で安定点灯前のちらつきを回避できる。
【００７２】
また、実施の形態１乃至５において、誤検出を防ぐために、立上がりの初期の過渡的状態（例えばアルゴンガスによる放電等）は無視しても良い。この場合、管電圧が所定値以上、または点灯動作をスタートしてからの時間が所定値以上となった時を起点として、共鳴強度検出回路１１の検出結果に基づいて制御するアルゴリズムが適切である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】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構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る高圧放電灯装置の動作点が辿る軌跡Ｌ１を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る高圧放電灯装置の動作点が辿る軌跡Ｌ２を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態３に係る高圧放電灯装置の動作点が辿る軌跡Ｌ３を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態４に係る高圧放電灯装置の動作点が辿る軌跡Ｌ４を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態５に係る高圧放電灯装置の動作点が辿る軌跡Ｌ５を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態５に係る高圧放電灯装置の動作点が辿る軌跡Ｌ６を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態５に係る高圧放電灯装置の動作点が辿る軌跡Ｌ７を示す図である。
【図９】従来の高圧放電灯点灯装置の回路構成図である。
【符号の説明】
【００７４】
１  直流電源、２  ハーフブリッジ回路、３  制御回路、４  負荷回路、５  共振コンデンサ、６  チョークコイル、７  始動回路、８  高圧放電灯、９  管電圧検出回路、１０  制御回路、１１  共鳴強度検出回路
【図１】
2007188908.tif 000003
【図２】
2007188908.tif 000004
【図３】
2007188908.tif 000005
【図４】
2007188908.tif 000006
【図５】
2007188908.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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