(57)【要約】【課題】キセノンランプを閃光放電させる際に照度をより安定させることができるキセノンランプ点灯装置を提供する。【解決手段】充電回路及び充電回路の充電電圧を電源としてランプ出力設定値に従ってキセノンランプに電流を投入する電流制御回路を備え、キセノンランプを閃光放電するためのキセノンランプ点灯装置において、キセノンランプに一定電流を投入した場合の照度低下を補償するように、電流制御回路が、ランプ立ち上り期間の終了時と閃光放電の終了時の間の所定の期間において、ランプ出力設定値をランプパラメータに依存させることなく連続的又は段階的に上昇させるように構成した。【選択図】図２Ｂ
2013175388.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電回路及び該充電回路の充電電圧を電源としてランプ出力設定値に従ってキセノンランプに電流を投入する電流制御回路を備え、該キセノンランプを閃光放電するためのキセノンランプ点灯装置であって、
前記キセノンランプに一定電流を投入した場合の照度低下を補償するように、前記電流制御回路が、ランプ立ち上り期間の終了時と前記閃光放電の終了時の間の所定の期間において、前記ランプ出力設定値をランプパラメータに依存させることなく連続的又は段階的に上昇させるように構成されたキセノンランプ点灯装置。
【請求項２】
請求項１に記載のキセノンランプ点灯装置において、前記ランプ出力設定値がｎ段（２≦ｎ）の設定値からなり、任意の設定値よりもその直後の設定値が大きく、前記電流制御回路が、少なくとも１組の連続する設定値について、前記ランプ出力設定値を該連続する設定値の間でランプパラメータに依存することなく連続的又は段階的に上昇させるように構成されたキセノンランプ点灯装置。
【請求項３】
請求項２に記載のキセノンランプ点灯装置において、３≦ｎであり、時間に対する設定値の上昇幅を設定値上昇率と定義した場合に、任意の設定値とその直前の設定値の間の設定値上昇率よりも、当該任意の設定値とその直後の設定値の間の設定値上昇率が低い、キセノンランプ点灯装置。
【請求項４】
請求項１に記載のキセノンランプ点灯装置において、前記電流制御回路が、前記閃光放電の開始から終了までの時間のうちの後半に前記ランプ出力設定値の上昇を終了するように構成されたキセノンランプ点灯装置。
【請求項５】
請求項１に記載のキセノンランプ点灯装置において、前記ランプ出力設定値がランプ電流設定値であるキセノンランプ点灯装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載のキセノンランプ点灯装置、該キセノンランプ点灯装置に接続されたキセノンランプ、及び該キセノンランプを内包する箱体を備えた擬似太陽光照射装置。
【請求項７】
充電回路の充電電圧を電源としてランプ出力設定値に従って電流を出力する電流制御回路を備えたキセノンランプ点灯装置によってキセノンランプを閃光放電させる点灯方法であって、
前記電流制御回路が前記キセノンランプを始動して放電を安定させるランプ立ち上げステップ、及び
前記キセノンランプに一定電流を投入した場合の照度低下を補償するように、前記電流制御回路が、前記ランプ立ち上げステップ終了時から前記閃光放電の終了時までの間の所定の期間にわたって、前記ランプ出力設定値をランプパラメータに依存させることなく連続的又は段階的に上昇させる設定値上昇ステップ
を備える点灯方法。
【請求項８】
請求項７に記載の点灯方法において、前記ランプ出力設定値がｎ個（２≦ｎ）の設定値からなり、任意の設定値よりもその直後の設定値が大きく、
前記設定値上昇ステップが、少なくとも１組の連続する設定値について、前記ランプ出力設定値を該連続する設定値の間でランプパラメータに依存することなく連続的又は段階的に上昇させるステップを含む点灯方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はキセノンランプ点灯装置、擬似太陽光照射装置、及びキセノンランプの点灯方法に関し、特に、キセノンランプを閃光放電させるためのキセノンランプ点灯装置、それを用いた擬似太陽光照射装置、及びその点灯方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池の光電変換特性などの各種太陽エネルギー利用機器の性能測定のために、自然太陽光のスペクトル分布を再現する擬似太陽光を被照射体に照射する擬似太陽光照射装置が知られている。この種の擬似太陽光照射装置においては、キセノンランプ（以下、「ランプ」という）からなる光源が箱体内に設置され、光源からの光が光学フィルタを介して照射されることで放射面から擬似太陽光が放射される。
【０００３】
擬似太陽光照射装置では、例えば、発光長が１０００ｍｍ以上のランプが用いられ、直流のランプ電流が通電され、そのランプ電流値を点灯装置によって調整することにより照射面の照度が制御される。一般的には、点灯時のランプ電流は数十アンペア（例えば７０Ａ）、ランプ電圧は数百ボルト（例えば５００Ｖ）程度であり、このランプ電流／電圧が、１回の点灯あたり数十ｍＳｅｃから数百ｍＳｅｃにわたって通電／印加される。この出力状態が定電流又は定電力で制御され、点灯期間中に被照射体の性能が測定される。例えば、特許文献１にはランプ電流が定電流制御されるものが開示されている。
【０００４】
上記の場合、ランプ電力が３５ｋＷとなり、瞬時（例えば１００ｍＳｅｃ）とはいえ、この電力を商用電源から直接供給すると、同じ商用電源の系統の周辺機器に障害を及ぼすことや、商用電源と照射装置の間に容量の大きい接点及び配線が必要となることが問題となる。そこで一般には、照射装置内に点灯装置を設け、点灯装置において電力を蓄積し、点灯指令に応じてその蓄積された電力をランプに供給する構成が採用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２８３８４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、太陽電池パネルなどの被照射体に擬似太陽光を照射してその太陽電池パネルの特性を測定する際に、正確に特性を測定するためには、擬似太陽光の照度時間変動率は小さい方が望ましい。そのためにランプの点灯制御には定電流制御が用いられる。しかし、実際は図５Ａ及び図５Ｂに示すように、ランプ電流の設定電流を７０Ａで一定としても、ランプ立ち上り後にランプ電流が７０Ａに到達した後その照度は僅かに低下していく。具体的には図５Ｂに示すように、照度は、ランプ立ち上り後の最大値（照度立ち上がり部分のオーバーシュートを除く）を１とすると、最大値到達時の約３０ｍｓ後に１％程度低下してしまう。この照度低下のメカニズムは必ずしも明確ではないがランプ内の封入ガスなど点灯中におけるランプの挙動・特性の変化が影響して起こると推測される。
【０００７】
そこで、本発明は、上記のようなランプの特性を考慮してランプ電流制御を行うことによって閃光放電における照度の変動をさらに減少させ、即ち、照度をより安定させることができるキセノンランプ点灯装置及び点灯方法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】
【０００８】
本発明の第１の側面は、充電回路及び充電回路の充電電圧を電源としてランプ出力設定値に従ってキセノンランプに電流を投入する電流制御回路を備え、キセノンランプを閃光放電するためのキセノンランプ点灯装置である。このキセノンランプ点灯装置において、キセノンランプに一定電流を投入した場合の照度低下を補償するように、電流制御回路が、ランプ立ち上り期間の終了時と閃光放電の終了時の間の所定の期間において、ランプ出力設定値をランプパラメータに依存させることなく連続的又は段階的に上昇させるように構成される。
【０００９】
ここで、ランプ出力設定値はｎ段（２≦ｎ）の設定値からなり、任意の設定値よりもその直後の設定値が大きい。電流制御回路は、少なくとも１組の連続する設定値について、ランプ出力設定値をその連続する設定値の間でランプパラメータに依存することなく連続的又は段階的に上昇させるように構成される。
【００１０】
上記において、３≦ｎであり、時間に対する設定値の上昇幅を設定値上昇率と定義した場合に、任意の設定値とその直前の設定値の間の設定値上昇率よりも、当該任意の設定値とその直後の設定値の間の設定値上昇率が低くなるようにした。
【００１１】
また、電流制御回路は、閃光放電の開始から終了までの時間のうちの後半にランプ出力設定値の上昇を終了するように構成されることが好ましい。
また、ランプ出力設定値はランプ電流設定値であればよい。
【００１２】
本発明の第２の側面は、上記第１の側面のキセノンランプ点灯装置、キセノンランプ点灯装置に接続されたキセノンランプ、及びキセノンランプを内包する箱体を備えた擬似太陽光照射装置である。
【００１３】
本発明の第３の側面は、充電回路の充電電圧を電源としてランプ出力設定値に従って電流を出力する電流制御回路を備えたキセノンランプ点灯装置によってキセノンランプを閃光放電させる点灯方法である。点灯方法は、電流制御回路がキセノンランプを始動して放電を安定させるランプ立ち上げステップ、及びキセノンランプに一定電流を投入した場合の照度低下を補償するように、電流制御回路が、ランプ立ち上げステップ終了時から閃光放電の終了時までの間の所定の期間にわたって、ランプ出力設定値をランプパラメータに依存させることなく連続的又は段階的に上昇させる設定値上昇ステップを備える。
【００１４】
ここで、ランプ出力設定値はｎ個（２≦ｎ）の設定値からなり、任意の設定値よりもその直後の設定値が大きい。設定値上昇ステップは、少なくとも１組の連続する設定値について、ランプ出力設定値をその連続する設定値の間でランプパラメータに依存することなく連続的又は段階的に上昇させるステップを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例によるキセノンランプ点灯装置を示す図である。
【図２Ａ】本発明の第１の実施例を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ａの部分拡大図である。
【図３Ａ】本発明の第１の実施例の変形例を説明する図である。
【図３Ｂ】本発明の第１の実施例の変形例を説明する図である。
【図４】本発明の第２の実施例を説明する図である。
【図５Ａ】従来例を説明する図である。
【図５Ｂ】図５Ａの部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１に本発明の実施例で使用するキセノンランプ点灯装置（以下、「点灯装置」という）を示す。点灯装置では、整流器２及び平滑コンデンサ３で構成される直流電源回路１００で交流電源１が直流電圧に変換され、その直流電圧が充電回路２００に供給される。充電回路２００はトランジスタ４、５、６及び７からなるインバータを含む。充電回路２００への充電指令に応じて、ＰＷＭ制御回路８によってトランジスタ４、７及びトランジスタ５、６の導通時間が制御され、高周波で交互に導通される。これによりトランス９の１次巻線に交流電圧が発生するとともに、トランス９の２次巻線に昇圧比に応じた電圧が発生する。トランス９の２次巻線に発生した電圧は整流器１０で整流され、コイル１１で平滑されて大容量の電解コンデンサ（充電コンデンサ）１３に充電される。ここで、電流検出抵抗１２で検出される充電電流に比例した電圧と基準電圧１５とが誤差増幅器１４に入力され、両者が等しくなるようにＰＷＭ制御回路８によってトランジスタ４〜７の導通時間がＰＷＭ制御される。これにより、大容量の充電コンデンサ１３は所定の電流値で定電流充電されていく。充電コンデンサ１３がランプ電圧よりも充分に高い電圧（例えば、１０００Ｖ）に充電されると、ＰＷＭ制御回路８はインバータの動作を一旦停止（又は充電電圧を保持）し、スタンバイ状態となる。
【００１７】
次に、ランプ点灯指令に応じて電流制御回路３００が動作を開始する。電流制御回路３００は降圧チョッパ回路からなり、降圧チョッパ回路は、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチ１６、ダイオード１７、コイル１８、コンデンサ１９、電流検出抵抗２０、半導体スイッチ１６の導通時間を制御するＰＷＭ制御回路２１、誤差増幅器２２、基準電圧２３及び帰還素子２７で構成される。この時点で、ランプ２５の両端に充電コンデンサ１３の電圧とほぼ等しい直流電圧（１０００Ｖ）が直ちに印加される。その後、イグナイタ（不図示）のパルストランス２４によってパルス電圧が上記直流電圧に重畳され、ランプ２５の絶縁破壊が起こる。
【００１８】
ランプ２５が絶縁破壊を起こすと、コンデンサ１３の充電電圧を電源として電流制御回路３００からの制限された電流がランプ２５に投入される。電流制御回路３００において、点灯指令に応じて、ランプ電流に比例する電圧信号（検出電圧）と、ランプ電流設定値に比例するＣＰＵ２６（制御手段）からの可変の電圧信号が誤差増幅器２２に入力され、両者が等しくなるようにＰＷＭ制御回路２１によって半導体スイッチ１６の導通時間がＰＷＭ制御される。これにより、コンデンサ１３を電源とするランプ２５の直流点灯がランプ電流設定値に従って定電流制御される。なお、ＣＰＵ２６は電流制御回路３００の内部にあっても外部にあってもよい。
【００１９】
上記のキセノンランプ点灯装置、キセノンランプ点灯装置に接続されたランプ２５、及びランプ２５を内包する箱体によって擬似太陽光照射装置が構成される。図１の点灯装置のハードウェア部分は一般的なものであるが、本発明の実施例ではＣＰＵ２６による制御の態様が従来と異なる。なお、以降の説明において、ランプ電流とランプ電力をまとめてランプ出力といい、ランプ電流設定値とランプ電力設定値をまとめてランプ出力設定値というものとする。
【００２０】
本発明の点灯装置においては、ランプ２５に一定電流を投入した場合の照度低下を補償するように、電流制御回路３００は、ランプ立ち上り期間の終了時と閃光放電の終了時の間の所定の期間において、ランプ出力設定値をランプ電圧や照度等のランプパラメータに依存させることなく連続的又は段階的に上昇させる。
【００２１】
実施例１．
図２Ａ及び２Ｂに本発明の第１の実施例を示す。図２Ａは一回の点灯におけるランプ電流と照度の関係を、図２Ｂはその部分拡大図を示す。なお、少なくとも放電が安定した後（即ち、ランプ立ち上り期間経過後）においては、ランプ電流設定値とランプ電流は実質的に一致するものとする。
【００２２】
図２Ａに示すように、点灯装置がランプ始動動作を開始すると、約３ｍｓ付近で閃光放電が開始される。図２Ｂに示すように、本実施例では、ランプ電流設定値は、点灯開始後約１０ｍｓ付近（立ち上り期間終了時）に適用される第１の設定値及び点灯開始後３０ｍｓ経過後時に適用される第２の設定値からなる。具体的には、第１の設定値が６９．９５Ａであり、第２の設定値が７０Ａであり、第１の設定値は第２の設定値より約０．５％低く設定されている。動作開始後３０ｍｓ時にランプ電流設定値が第２の設定値に到達した後は、ランプ電流設定値は第２の設定値に固定される。本実施例では、閃光放電は点灯装置が始動動作を開始してから４０ｍｓで終了するものとする。
【００２３】
なお、ランプ立ち上り期間中のランプ電流設定値は、０Ａから６９．９５Ａまで連続的に上昇されるものであってもよいし、点灯開始直後から６９．９５Ａに固定されるものであってもよい。また、ランプ立ち上り期間中はランプ電流のオーバーシュートを抑制するようなランプ電流設定値の制御を行ってもよい。
【００２４】
また、ランプ出力設定値の上昇終了点が閃光放電期間の後半にくることが好ましい。即ち、第２の設定値を適用するタイミングは閃光放電期間の後半に適用されることが好ましい。これは、閃光放電期間の全体にわたって照度の補償動作を行うことが望まれるからである。
【００２５】
即ち、電流制御回路３００は、ＣＰＵ２６の動作により、点灯指令を受けるとランプを始動させ、ランプ立ち上り期間用のランプ電流設定値を適用し、ランプ立ち上り期間終了後に第１の設定値を適用し、その後ランプ電流設定値を第２の設定値まで連続的に上昇させ、ランプ電流設定値が第２の設定値に到達した後は第２の設定値を維持する。このように、電流制御回路３００において、ランプ電流はランプ電流設定値に一致するようにフィードバック制御されるが、ランプ電流設定値はランプ電圧、照度等のランプパラメータに依存することなくＣＰＵ２６に予め記憶された態様で上昇制御される。
【００２６】
なお、本実施例では、第１の設定値から第２の設定値への移行を連続的なものとしたが、段階的なものとしてもよい。また、本実施例においては、電流制御回路３００はランプ電流設定値の二値間をリニアに上昇させるが、二値間を所定の上昇カーブに従って上昇させる構成としてもよい。例えば、一定のランプ電流を流したときの照度が下に凸の低下カーブとなる場合に（図５Ｂ参照）下に凸となる度合いが大きいランプに対しては、図３Ａに示すようにランプ電流設定値の上昇カーブを上に凸のカーブとすることが好ましい。これにより、ランプ電流の上昇カーブが照度の低下をより適切に補償することになる。
【００２７】
また、本実施例では、ランプ立ち上り期間終了直後に、ランプ電流設定値の第１の設定値から第２の設定値への上昇が開始される。一方、一定ランプ電流を流した場合に照度が比較的リニアに低下する場合は、変形例として図３Ｂに示すように、ランプ電流設定値が第１の設定値に固定された後に第１の設定値から第２の設定値に上昇される構成としてもよい。この際に、第２の設定値が適用されるタイミングが点灯終了時と一致するようにしてもよい。
【００２８】
このように、各設定値を適用するタイミング、設定値上昇にかかる時間幅、設定値の上昇幅、設定値上昇率（上昇幅／時間幅）等の各ファクタは、ランプ電流設定値を一定値に固定して点灯した場合の照度低下カーブを予め測定しておき、その照度低下を補償するように決定されればよい。
【００２９】
図２Ｂに示す本実施例と図５Ｂに示す従来例を比較すると、照度（ランプ電流）の立ち上り期間終了時から点灯終了までの間において、本実施例の方が従来例よりも照度の低下が小さいことが分かる。
【００３０】
以上の構成により、キセノンランプ点灯装置における照度時間変動率を改善することができる。さらに、上記構成は一般的な点灯装置のＣＰＵのプログラム変更だけで対応可能であり、余計なコストがかかることもない（例えば、照度センサを設けて照度をフィードバックする構成を追加する等の必要はない）。これより、安価で高性能かつ信頼性の高い擬似太陽光照射装置を提供することができる。
【００３１】
実施例２．
第１の実施例においては、ランプ電流設定値が二値からなるものを示したが、本実施例ではランプ電流設定値がｎ個（３≦ｎ）の値からなる構成を示す。図４に本実施例におけるランプ電流設定値の変化を示す。電流制御回路３００は、ＣＰＵ２６の動作により、点灯指令を受けるとランプ２５を始動させ、ランプ立ち上り期間用のランプ電流設定値を適用する。ランプ立ち上り期間終了時ｔ１に第１の設定値が適用され、ｔ２に第２の設定値、ｔ３に第３の設定値・・・ｔｎに第ｎの設定値が適用される。ランプ電流設定値が第ｎの設定値に到達した後は第ｎの設定値が維持される。電流制御回路３００は各設定値の間でランプ電流設定値をリニアに上昇させる。
【００３２】
また、第１の実施例と同様に、最後の第ｎの設定値は閃光放電の後半に適用されることが好ましい。これは、閃光放電期間の全体にわたって照度の補償動作を行うことが望まれるからである。また、図４には第ｎの設定値を適用した後は点灯終了時までその設定値を維持する構成を図示したが、第ｎの設定値を適用した後から点灯終了時まで設定値を上昇させる構成としてもよい。
【００３３】
ここで、任意の設定値（ｋ番目の設定値）とその直前の設定値（ｋ−１の設定値）の間の設定値上昇率よりも、当該任意の設定値（ｋ番目の設定値）とその直後の設定値（ｋ＋１番目の設定値）の間の設定値上昇率が低いことが好ましい。これは、ランプ立ち上り期間経過後は、図５Ｂに示すように一定のランプ電流に対して時間に対する照度の低下率が小さくなっていくので、ランプ出力設定値の上昇率も時間に対して小さくしていくことが好ましいからである。
【００３４】
第１の実施例と同様に、各設定値を適用するタイミング、設定値移行の際の時間幅、設定値上昇幅、設定値上昇率（設定値上昇幅／時間幅）等の各ファクタは、ランプ電流設定値を一定値に固定して点灯した場合の照度低下カーブを予め測定しておき、その照度低下を補償するように決定される。
【００３５】
本実施例によると、第１の実施例の有利な効果に加えて、ランプ電流に対する照度変化の挙動が複雑なランプに対しても適切に照度変動を抑制することができるという有利な効果が得られる。
【００３６】
上記第１及び第２実施例から以下のことがいえる。本発明においては、ランプ電流設定値がｎ段（２≦ｎ）の設定値からなるようにし、任意の設定値よりもその直後の設定値が大きくなるようにすればよい。そして、電流制御回路３００が、少なくとも１組の連続する設定値について、ランプ電流設定値をその連続する設定値の間でランプパラメータに依存することなく連続的又は段階的に上昇させるようにすればよい。なお、上記実施例は本発明の代表的実施形態を示したものであり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で以下のように変更可能である。
【００３７】
上記各実施例では、ランプ出力設定値をランプ電流設定値としたが、ランプ出力設定値をランプ電力設定値としてもよい。この場合、電流制御回路３００は、ランプ電圧を検出するランプ電圧検出回路及び検出ランプ電圧と検出ランプ電流を乗算する乗算器を備える必要がある。そして、乗算器の出力信号と、ランプ電力設定値に比例するＣＰＵ２６からの可変の電圧信号が誤差増幅器２２に入力され、両者が等しくなるようにＰＷＭ制御回路２１によって半導体スイッチ１６の導通時間がＰＷＭ制御されるようにすればよい。このように、電流制御回路３００において、ランプ電力はランプ電力設定値に一致するようにフィードバック制御されるが、ランプ電力設定値はランプ電圧、照度等のランプパラメータに依存することなくＣＰＵ２６に予め記憶された態様で上昇制御される。
【００３８】
また、上記各実施例では、最後（第ｎ）のランプ電流設定値が定格電流（例えば７０Ａ）となるようにしたが、それ以外のランプ電流設定値（例えば、最初（第１）のランプ電流設定値）が定格電流となるようにしてもよい。ランプ電力設定値についても同様である。
【００３９】
上記各実施例では、ランプ出力設定値を制御する制御手段としてＣＰＵ２６を一例として示したが、制御手段はパソコン等のコンピュータであってもよい。例えば、ランプ電流に対する照度変化の挙動の異なるランプについて、それぞれランプ出力設定値のプログラムをコンピュータに記憶しておき、コンピュータにおいて所望のプログラムを選択できるようにしてもよい。また、上記プログラムを挿抜可能な記憶媒体に記録しておき、コンピュータがプログラムを記憶媒体から読み込むようにしてもよい。これにより使い勝手の良い擬似太陽光照射装置を構成できる。
【符号の説明】
【００４０】
１６．半導体スイッチ
１７．ダイオード
１８．コイル
１９．コンデンサ
２０．検出抵抗
２１．ＰＷＭ制御回路
２２．誤差増幅器
２５．キセノンランプ（ランプ）
２６．ＣＰＵ（制御手段）
１００．直流電源回路
２００．充電回路
３００．電流制御回路
【図１】
2013175388.tif 000003
【図２Ａ】
2013175388.tif 000004
【図２Ｂ】
2013175388.tif 000005
【図３Ａ】
2013175388.tif 000006
【図３Ｂ】
2013175388.tif 000007
【図４】
2013175388.tif 000008
【図５Ａ】
2013175388.tif 000009
【図５Ｂ】
2013175388.tif 000010