(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱陰極を有する放電灯の点灯状態に応じたランプ電流に対して放電灯の電流−電圧特性により決まる特性電圧よりも振幅の小さい交流電圧と振幅の大きい交流電圧とを放電灯に交互に印加するとともに１回の極性変化毎に振幅を制御することが可能な電源部と、放電灯の熱陰極に設けたエミッタの消耗を検出する寿命検出手段と、寿命検出手段により検出されるエミッタの消耗程度に応じて放電灯への印加電圧を調節することで放電灯の光出力を正常時と同程度に維持するように電源部から出力する電圧の振幅を制御する制御手段とを備えることを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項２】
前記電源部は、複数個のキャパシタと、キャパシタを充電する直流電源と、各キャパシタの充電経路と放電経路とにそれぞれ挿入され時間経過に伴ってキャパシタの接続関係を変化させる複数個のスイッチング素子とを備え、前記制御手段は、電源部の出力電圧が所望の波形となるように各スイッチング素子をオンオフさせることを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
【請求項３】
前記寿命検出手段は、前記放電灯に流れるランプ電流の一方の極性において放電灯のインピーダンスが上昇してあらかじめ設定された第１の閾値に達すると特性電圧に対してランプ電流が減少する寿命第１後期と判断し、前記制御手段は、寿命第１後期が検出されるとランプ電流を正常時と同程度に保つように少なくとも前記極性における放電灯への印加電圧の振幅を正常時よりも大きくすることを特徴とする請求項１または請求項２記載の放電灯点灯装置。
【請求項４】
前記寿命検出手段は、前記放電灯に流れるランプ電流の一方の極性において前記電源部の出力電圧の振幅を最大にしてもランプ電流が正常時よりも低下する程度に放電灯のインピーダンスが上昇してあらかじめ設定された第２の閾値に達すると寿命第２後期と判断し、前記制御手段は、寿命第２後期が検出されると前記極性における放電灯への印加電圧の振幅を正常時よりも小さくするとともに、ランプ電流を正常時と同程度に保つように他極性における放電灯への印加電圧の振幅を正常時よりも大きくすることを特徴とする請求項３記載の放電灯点灯装置。
【請求項５】
前記寿命検出手段は、前記放電灯に流れるランプ電流の一方の極性において放電灯のインピーダンスが第２の閾値よりも高く設定した第３の閾値に達すると寿命末期と判断し、前記制御手段は、寿命末期が検出されるとその極性における放電灯への印加電圧を０Ｖ付近まで低減することを特徴とする請求項４記載の放電灯点灯装置。
【請求項６】
放電灯のインピーダンスとして、ランプ電圧の瞬時値をランプ電流の瞬時値で除算した値を用いることを特徴とする請求項３ないし請求項５のいずれか１項に記載の放電灯点灯装置。
【請求項７】
放電灯のインピーダンスとして、ランプ電圧の実効値をランプ電流の実効値で除算した値を用いることを特徴とする請求項３ないし請求項５のいずれか１項に記載の放電灯点灯装置。
【請求項８】
電源部の出力電圧の極性が反転する毎に放電灯のインピーダンスを複数回ずつ検出することを特徴とする請求項３ないし請求項７のいずれか１項に記載の放電灯点灯装置。
【請求項９】
前記寿命検出手段は、電源部の出力電圧の極性が反転する毎に検出した放電灯のインピーダンスのうち、特性電圧よりも振幅の大きい電圧を印加している期間のインピーダンスと特性電圧よりも振幅の小さい電圧を印加している期間のインピーダンスとの比を求め、この比をエミッタの消耗程度の検出に用いることを特徴とする請求項１または請求項２記載の放電灯点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電灯の点灯状態に応じて決まる特性電圧よりも振幅の大きい電圧と振幅の小さい電圧とを放電灯に交互に印加することによって放電灯を安定に点灯させる放電灯点灯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、放電灯は点灯状態では負性抵抗特性を示すから、放電灯を安定に点灯させるには限流要素を用いて電流増加を抑制する必要がある。このことを以下に考察する。いま、放電灯の点灯状態で放電灯の管軸方向の電界強度をＥとし、電流密度をＪとすると、以下の関係式が得られる。
Ｊ＝σＥ
ただし、σは導電率である。導電率σは固体では定数とみなしてよいが、放電灯では放電プラズマを生じているから、導電率σは次式のように電子の数密度ｎの関数になる。
σ＝ｅｎμ
ただし、ｅは電子電荷、ｎは電子の数密度、μは移動度である。移動度μは電子温度と圧力の関数であるが点灯状態では一定とみなしてよい。上式によれば、電流密度つまりランプ電流は、放電灯内の電子の数密度と電界強度とにより決定されることがわかる。逆に言えば、ランプ電流が決まると電子の数密度と電界強度とが決まることになる。また、ランプ電流が変化したときに、電子の数密度は比較的大きく変化するが、電界強度は電子の数密度に比べて変化の少ないことが知られている。
【０００３】
したがって、限流要素を設けずに放電灯を一定電圧の電源で点灯させたとすると、何らかの原因でランプ電流が少し増加したときに電子の数密度が増加しランプ電流が加速度的に増加することになる。逆に、ランプ電流が少し減少したときにランプ電流はさらに減少することになる。
このような現象を抑制して放電灯を安定に点灯させるには、ランプ電流が変化すると放電灯に印加するランプ電圧も変化させることにより電界強度を変化させ、電子に与えるエネルギを変化させることで、放電灯のランプ電流をほぼ一定に保つ必要がある。そこで、放電灯に交流電圧を印加する場合には放電灯にインダクタよりなる安定器を直列接続するのが一般的である。しかしながら、この種の安定器を用いると点灯装置が大型かつ重量が大きくなるという問題が生じる。
【０００４】
そこで、小型かつ軽量な限流要素を用いることができる点灯装置として、放電灯を所定の点灯状態で点灯させるときのランプ電流に対して放電灯の電流−電圧特性により決定されるランプ電圧（以下、特性電圧という）よりも振幅の大きい電圧と振幅の小さい電圧とを放電灯に交互に印加するようにした点灯装置が提案されている。
【０００５】
いま、放電灯が定常点灯状態であるものとし、このときに特性電圧よりも振幅の大きい電圧を印加すると電流が増加し始めるから、次にはランプ電流を減少させるように印加する電圧を下げ、特性電圧よりも振幅の小さい電圧まで印加電圧を引き下げる。その後、印加電圧を再び引き上げて特性電圧よりも振幅の大きい電圧に到達させ、ランプ電流を増加させるのである。このように放電灯の印加電圧を短時間で上げ下げする動作を繰り返すことによって、ランプ電流をほぼ一定に保つことができ、放電灯を安定に点灯させることができるから、ランプ電流を安定に保つ機能を限流要素のみに依存する場合に比較して小型かつ軽量な限流要素を用いることができる。
【０００６】
上述した動作が可能な点灯装置として、図１９に示す構成が考えられる。この点灯装置は、５個のキャパシタＣ１〜Ｃ５の充放電を複数個のスイッチング素子Ｓ11〜Ｓ16，Ｓ21〜Ｓ26，Ｓ31〜Ｓ36，Ｓ41〜Ｓ46，Ｓ51〜Ｓ56により制御することで放電灯Ｌａへの印加電圧を時間経過に伴って変化させるものである。各スイッチング素子Ｓ11〜Ｓ16，Ｓ21〜Ｓ26，Ｓ31〜Ｓ36，Ｓ41〜Ｓ46，Ｓ51〜Ｓ56は６個を１組とし、各組に１個ずつのキャパシタＣ１〜Ｃ５を接続して単位回路を構成している。各単位回路は、４個のスイッチング素子Ｓ11〜Ｓ14，Ｓ21〜Ｓ24，Ｓ31〜Ｓ34，Ｓ41〜Ｓ44，Ｓ51〜Ｓ54よりなるブリッジ回路を備え、ブリッジ回路の４端子のうちの２端子にそれぞれスイッチング素子Ｓ15，Ｓ16，Ｓ25，Ｓ26，Ｓ35，Ｓ36，Ｓ45，Ｓ46，Ｓ55，Ｓ56の一端を接続し、スイッチング素子Ｓ15，Ｓ16，Ｓ25，Ｓ26，Ｓ35，Ｓ36，Ｓ45，Ｓ46，Ｓ55，Ｓ56を接続した２つの端子間にコンデンサＣ１〜Ｃ５を接続した構成を有している。また、スイッチング素子Ｓ15，Ｓ25，Ｓ35，Ｓ45，Ｓ55の他端同士を共通に接続するとともに、スイッチング素子Ｓ16，Ｓ26，Ｓ36，Ｓ46，Ｓ56の他端同士を共通に接続し、各共通接続点間にインダクタＬ１を介して直流電源Ｅを接続してある。さらに、ブリッジ回路の４端子のうちスイッチング素子Ｓ15，Ｓ16，Ｓ25，Ｓ26，Ｓ35，Ｓ36，Ｓ45，Ｓ46，Ｓ55，Ｓ56を接続していない端子同士を接続することによって各ブリッジ回路を直列的に接続し、直列的に接続された回路の両端間にインダクタＬ２を介して負荷である放電灯Ｌａを接続している。放電灯ＬａにはコンデンサＣ０が並列接続される。
【０００７】
図１９に示す回路では、定常動作状態において各スイッチング素子Ｓ11〜Ｓ16，Ｓ21〜Ｓ26，Ｓ31〜Ｓ36，Ｓ41〜Ｓ46，Ｓ51〜Ｓ56を以下のように制御することによって、単位回路の直列回路の両端間に図２０の階段波形の電圧を発生させ、インダクタＬ２とコンデンサＣ０との作用により放電灯Ｌａに図２０の連続波形状の電圧を印加するように構成されている。
【０００８】
つまり、図２０に示す時刻ｔ０ではスイッチング素子Ｓ11，Ｓ54，Ｓ15，Ｓ16，Ｓ25，Ｓ26，Ｓ35，Ｓ36，Ｓ45，Ｓ46，Ｓ55，Ｓ56をオンにする。このとき、コンデンサＣ１〜Ｃ５の並列回路が形成され、各コンデンサＣ１〜Ｃ５はインダクタＬ１を介して直流電源Ｅにより充電される。また同時に、コンデンサＣ１〜Ｃ５の並列回路がインダクタＬ２を介してコンデンサＣ０に接続され、コンデンサＣ０が充電される。コンデンサＣ０の両端電圧は放電灯Ｌａに印加されるから、放電灯Ｌａのランプ電圧はインダクタＬ２とコンデンサＣ０との作用により時間経過とともに上昇する。
【０００９】
時刻ｔ１になると、スイッチング素子Ｓ15，Ｓ16，Ｓ25，Ｓ26，Ｓ35，Ｓ36，Ｓ45，Ｓ46，Ｓ55，Ｓ56をオフにしてコンデンサＣ１〜Ｃ５の充電を中止し、スイッチング素子Ｓ11，Ｓ12，Ｓ21，Ｓ22，Ｓ31，Ｓ32，Ｓ41，Ｓ44，Ｓ51，Ｓ54をオンにしてコンデンサＣ４，Ｃ５を直列接続する。つまり、両コンデンサＣ４，Ｃ５の加算電圧（直流電源Ｅの約２倍の電圧）がインダクタＬ２とコンデンサＣ０との直列回路に印加される。
【００１０】
時刻ｔ２では、スイッチング素子Ｓ32をオフにし、同時にスイッチング素子Ｓ34をオンにする。このとき、コンデンサＣ３〜Ｃ５が直列接続されてその加算電圧（直流電源Ｅの約３倍の電圧）がインダクタＬ２とコンデンサＣ０との直列回路に印加される。
時刻ｔ３になると、スイッチング素子Ｓ32をオン、スイッチング素子Ｓ34をオフにして、コンデンサＣ４，Ｃ５の直列回路をインダクタＬ２とコンデンサＣ０との直列回路に接続し、直流電源Ｅの約２倍の電圧を印加する。さらに、時刻ｔ４では、スイッチング素子Ｓ42をオン、スイッチング素子Ｓ44をオフにして、コンデンサＣ５のみをインダクタＬ２とコンデンサＣ０との直列回路に接続し、直流電源Ｅにほぼ等しい電圧を印加する。
【００１１】
ところで、放電灯Ｌａには交流電源を印加するから、時刻ｔ５では放電灯Ｌａへの印加電圧の極性を切り換えるために、スイッチング素子Ｓ11，Ｓ54をオフにし、スイッチング素子Ｓ13，Ｓ52をオンにする。また、時刻ｔ０の動作と同様に、スイッチング素子Ｓ15，Ｓ16，Ｓ25，Ｓ26，Ｓ35，Ｓ36，Ｓ45，Ｓ46，Ｓ55，Ｓ56をオンにする。このとき、コンデンサＣ１〜Ｃ５の並列回路は、インダクタＬ１を介して直流電源Ｅにより充電され、インダクタＬ２を介して時刻ｔ０とは逆極性でコンデンサＣ０を充電する。
【００１２】
時刻ｔ６になると、スイッチング素子Ｓ15，Ｓ16，Ｓ25，Ｓ26，Ｓ35，Ｓ36，Ｓ45，Ｓ46，Ｓ55，Ｓ56をオフにしてコンデンサＣ１〜Ｃ５の充電を中止し、スイッチング素子Ｓ13，Ｓ14，Ｓ23，Ｓ24，Ｓ33，Ｓ34，Ｓ42，Ｓ43，Ｓ52，Ｓ53をオンにしてコンデンサＣ４，Ｃ５を直列接続する。つまり、両コンデンサＣ４，Ｃ５の加算電圧が時刻ｔ１とは逆極性でインダクタＬ２とコンデンサＣ０との直列回路に印加される。
【００１３】
時刻ｔ７になると、スイッチング素子Ｓ34をオフにし、同時にスイッチング素子Ｓ32をオンにしてコンデンサＣ３〜Ｃ５の直列回路をインダクタＬ２とコンデンサＣ０との直列回路に接続する。さらに、時刻ｔ８になると、スイッチング素子Ｓ34をオン、スイッチング素子Ｓ32をオフにして、コンデンサＣ４，Ｃ５の直列回路をインダクタＬ２とコンデンサＣ０との直列回路に接続し、時刻ｔ９では、スイッチング素子Ｓ44をオン、スイッチング素子Ｓ42をオフにして、コンデンサＣ５のみをインダクタＬ２とコンデンサＣ０との直列回路に接続する。
【００１４】
ところで、時刻ｔ10になると放電灯Ｌａに印加する電圧極性を再び逆転させなければならないから、スイッチング素子Ｓ11，Ｓ54をオンにするとともにスイッチング素子Ｓ12，Ｓ21，Ｓ22，Ｓ31，Ｓ32，Ｓ41，Ｓ44，Ｓ51をオンにしてコンデンサＣ４，Ｃ５を直列接続する。時刻ｔ11では、スイッチング素子Ｓ22，Ｓ32をオフにするとともにスイッチング素子Ｓ24，Ｓ34をオンにしてコンデンサＣ２〜Ｃ５を直列接続する。さらに、時刻ｔ12では、スイッチング素子Ｓ12をオフにするとともにスイッチング素子Ｓ14をオンにしてコンデンサＣ１〜Ｃ５を直列接続する。
【００１５】
時刻ｔ13ではスイッチング素子Ｓ14をオフにするとともにスイッチング素子Ｓ12をオンにしてコンデンサＣ２〜Ｃ５を直列接続し、時刻ｔ14ではスイッチング素子Ｓ24，Ｓ34をオフにするとともにスイッチング素子Ｓ22，Ｓ32をオンにしてコンデンサＣ４，Ｃ５を直列接続する。
時刻ｔ15では放電灯Ｌａへの印加電圧の極性を反転するために、スイッチング素子Ｓ11，Ｓ54をオフにし、スイッチング素子Ｓ13，Ｓ52をオンにする。また、スイッチング素子Ｓ12，Ｓ22，Ｓ23，Ｓ31，Ｓ32，Ｓ41，Ｓ42，Ｓ51をオンにしてコンデンサＣ１，Ｃ２を直列接続する。以後は、時刻ｔ11〜ｔ14と同様にして、時刻ｔ16では、スイッチング素子Ｓ31，Ｓ41をオフにするとともにスイッチング素子Ｓ33，Ｓ43をオンにしてコンデンサＣ１〜Ｃ４を直列接続し、時刻ｔ17では、スイッチング素子Ｓ51をオフにするとともにスイッチング素子Ｓ53をオンにしてコンデンサＣ１〜Ｃ５を直列接続する。
【００１６】
時刻ｔ18では、スイッチング素子Ｓ53をオフにするとともにスイッチング素子Ｓ51をオンにしてコンデンサＣ１〜Ｃ４を直列接続し、時刻ｔ19ではスイッチング素子Ｓ33，Ｓ43をオフにするとともにスイッチング素子Ｓ32，Ｓ42をオンにしてコンデンサＣ４，Ｃ５を直列接続する。時刻ｔ20になると時刻ｔ０の動作に戻り、コンデンサＣ１〜Ｃ５は直流電源Ｅにより充電される。ここにおいて、期間ｔ10〜ｔ15と期間ｔ15〜ｔ20とで放電灯Ｌａに接続するコンデンサＣ１〜Ｃ５が異なっているのは、期間ｔ10〜ｔ20ではコンデンサＣ１〜Ｃ５が放電のみを行なっているから、各コンデンサＣ１〜Ｃ５の放電をほぼ均等な機会で行なうようにして各コンデンサＣ１〜Ｃ５の両端電圧のばらつきを小さくするためである。なお、各スイッチング素子Ｓ11〜Ｓ16，Ｓ21〜Ｓ26，Ｓ31〜Ｓ36，Ｓ41〜Ｓ46，Ｓ51〜Ｓ56の一組の組み合わせ状態は一定時間ずつ保たれるようにしてあり、また期間ｔ０〜ｔ10と期間ｔ10〜ｔ20とは周期が等しく設定されている。
【００１７】
しかして、コンデンサＣ１〜Ｃ５の容量が放電灯Ｌａでの消費電力に対して十分な大きさを有していれば、コンデンサＣ１〜Ｃ５の両端電圧は直流電源Ｅの電圧に保たれるから、この電圧をＶｂとすると、時刻ｔ０〜ｔ10では、Ｖｂ→２Ｖｂ→３Ｖｂ→２Ｖｂ→Ｖｂ→−Ｖｂ→−２Ｖｂ→−３Ｖｂ→−２Ｖｂ→−Ｖｂというように電圧が変化し、時刻ｔ10〜ｔ20では、２Ｖｂ→４Ｖｂ→５Ｖｂ→４Ｖｂ→２Ｖｂ→−２Ｖｂ→−４Ｖｂ→−５Ｖｂ→−４Ｖｂ→−２Ｖｂというように電圧が変化する。ここに、放電灯Ｌａの特性電圧Ｖｐ，−Ｖｐの絶対値が３Ｖｂと４Ｖｂとの間になるように直流電源Ｅの電圧Ｖｂを設定しておけば、上述の動作によって、放電灯Ｌａに特性電圧よりも振幅の大きい電圧と振幅の小さい電圧とを交互に印加することができる。また、電圧の極性を交番させる周期は商用電源よりも十分に高く設定してあり、小型かつ軽量の限流要素を用いながらも放電灯を安定に点灯させることが可能になっている。
【００１８】
なお、限流要素を用いない場合のランプ電流の微小な増加に伴ってランプ電流が増加し始めるときの時定数は、ランプ電流の微小な減少に伴ってランプ電流が減少し始める時の時定数よりも小さく、ランプ電流の増加の時定数は数μ秒〜数十μ秒、ランプ電流の減少の時定数は数百μ秒〜数ｍ秒である。放電灯Ｌａを安定に点灯させるには、これらの時定数を考慮してスイッチング素子Ｓ11〜Ｓ16，Ｓ21〜Ｓ26，Ｓ31〜Ｓ36，Ｓ41〜Ｓ46，Ｓ51〜Ｓ56を切り換える周期が設定される。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
上述した回路は、安定点灯状態に合わせて設計されるから、放電灯Ｌａのフィラメントのエミッタが消耗すると、放電灯Ｌａからの光出力が減少したり、放電灯Ｌａの点灯状態が不安定になったりするという問題が生じる。
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、エミッタが消耗しても光出力をできるだけ維持できるようにした放電灯点灯装置を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、熱陰極を有する放電灯の点灯状態に応じたランプ電流に対して放電灯の電流−電圧特性により決まる特性電圧よりも振幅の小さい交流電圧と振幅の大きい交流電圧とを放電灯に交互に印加するとともに１回の極性変化毎に振幅を制御することが可能な電源部と、放電灯の熱陰極に設けたエミッタの消耗を検出する寿命検出手段と、寿命検出手段により検出されるエミッタの消耗程度に応じて放電灯への印加電圧を調節することで放電灯の光出力を正常時と同程度に維持するように電源部から出力する電圧の振幅を制御する制御手段とを備えるものである。この構成によれば、放電灯に対して特性電圧よりも振幅の大きい交流電圧と振幅の小さい交流電圧とを交互に印加するから、従来構成と同様に限流要素を小さくしながらも放電灯を安定的に点灯させることが可能になる。しかも、放電灯のエミッタの消耗程度を検出し、エミッタの消耗程度に応じて電源部の出力電圧の振幅を制御するから、エミッタが消耗し始めてからも放電灯の光出力を正常時と同程度に維持することができ、光出力を長期にわたって安定に保つことができる。
【００２１】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、電源部が、複数個のキャパシタと、キャパシタを充電する直流電源と、各キャパシタの充電経路と放電経路とにそれぞれ挿入され時間経過に伴ってキャパシタの接続関係を変化させる複数個のスイッチング素子とを備え、制御手段により、電源部の出力電圧が所望の波形となるように各スイッチング素子をオンオフさせるものである。この構成は望ましい実施態様であって、スイッチトキャパシタを電源部に用いることによって、電源部の出力電圧波形を所望のものに変化させることができ、とくに、出力電圧の極性の反転毎に振幅を変化させる構成を容易に実現することができる。
【００２２】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、放電灯に流れるランプ電流の一方の極性において放電灯のインピーダンスが上昇してあらかじめ設定された第１の閾値に達すると、寿命検出手段が特性電圧に対してランプ電流が減少する寿命第１後期と判断し、寿命第１後期が検出されるとランプ電流を正常時と同程度に保つように制御手段が少なくとも前記極性における放電灯への印加電圧の振幅を正常時よりも大きくするものである。この構成によれば、放電灯のエミッタの消耗程度の少ない期間を寿命第１後期と判断し、ランプ電圧の振幅を大きくすることによってランプ電流を維持するのである。
【００２３】
請求項４の発明は、請求項３の発明において、放電灯に流れるランプ電流の一方の極性において前記電源部の出力電圧の振幅を最大にしてもランプ電流が正常時よりも低下する程度に放電灯のインピーダンスが上昇してあらかじめ設定された第２の閾値に達すると、寿命検出手段が寿命第２後期と判断し、寿命第２後期が検出されると制御手段が前記極性における放電灯への印加電圧の振幅を正常時よりも小さくするとともに、ランプ電流を正常時と同程度に保つように他極性における放電灯への印加電圧の振幅を正常時よりも大きくするものである。この構成によれば、放電灯のエミッタの消耗が進行して一方の極性では電源部の出力電圧の振幅を最大にしても放電灯の光出力を維持することができなくなったときに寿命第２後期と判断し、他方の極性において放電灯の印加電圧の振幅を大きくすることによりランプ電流を維持するのである。
【００２４】
請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記放電灯に流れるランプ電流の一方の極性において放電灯のインピーダンスが第２の閾値よりも高く設定した第３の閾値に達すると、前記寿命検出手段が寿命末期と判断し、寿命末期が検出されると制御手段がその極性における放電灯への印加電圧を０Ｖ付近まで低減するものである。この構成によれば、エミッタの消耗により一方の極性では放電できなくなったときに無駄な電圧印加を停止することによって回路部にストレスがかかるのを防止するのである。
【００２５】
請求項６の発明は、請求項３ないし請求項５の発明において、放電灯のインピーダンスとして、ランプ電圧の瞬時値をランプ電流の瞬時値で除算した値を用いるものである。この構成によれば、放電灯の状態を応答性よく検出して放電灯の状態に応じた迅速な制御が可能になる。
請求項７の発明は、請求項３ないし請求項５の発明において、放電灯のインピーダンスとして、ランプ電圧の実効値をランプ電流の実効値で除算した値を用いるものである。この構成によれば、ランプ電圧やランプ電流の検出値の瞬時値を用いないから瞬時的な異常値に対する誤動作を防止することができ、外乱の影響を受けにくい制御が可能になる。
【００２６】
請求項８の発明は、請求項３ないし請求項７の発明において、電源部の出力電圧の極性が反転する毎に放電灯のインピーダンスを複数回ずつ検出するものである。この構成によれば、瞬時値を用いる場合に比較すると瞬時的な異常値に対する誤動作を抑制することができ、実効値を用いる場合よりも応答性が向上するものである。
【００２７】
請求項９の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記寿命検出手段が、電源部の出力電圧の極性が反転する毎に検出した放電灯のインピーダンスのうち、特性電圧よりも振幅の大きい電圧を印加している期間のインピーダンスと特性電圧よりも振幅の小さい電圧を印加している期間のインピーダンスとの比を求め、この比をエミッタの消耗程度の検出に用いるものである。この構成によれば、放電灯の状態を比較的短時間で検出することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
本実施形態は、図１に示すように、図１９に示した従来構成に放電灯Ｌａのランプ電圧を検出する電圧検出回路ＶＳと、放電灯Ｌａのランプ電流を検出する電流検出回路ＩＳとを設け、電圧検出回路ＶＳと電流検出回路ＩＳとにより検出されたランプ電圧およびランプ電流に基づいてスイッチング素子Ｓ11〜Ｓ16，Ｓ21〜Ｓ26，Ｓ31〜Ｓ36，Ｓ41〜Ｓ46，Ｓ51〜Ｓ56を制御するものである。ここで、図１に示す電力変換部ＰＣは図１９に示したスイッチング素子Ｓ11〜Ｓ16，Ｓ21〜Ｓ26，Ｓ31〜Ｓ36，Ｓ41〜Ｓ46，Ｓ51〜Ｓ56およびコンデンサＣ１〜Ｃ５からなる回路と等価なものであるが、スイッチング素子やコンデンサの個数は限定されるものではなく、さらに多数のスイッチング素子やコンデンサを設けてもよく、単位回路の個数が多いほど精度の高い制御が可能になる。
【００２９】
電力変換部ＰＣの入力側には直流電源ＥがインダクタＬ１を介して接続され、出力側にはインダクタＬ２とコンデンサＣ０との直列回路が接続される。さらに、コンデンサＣ０には放電灯Ｌａが並列接続されている。したがって、直流電源Ｅと電力変換部ＰＣとインダクタＬ１，Ｌ２とコンデンサＣ０とにより電源部が構成される。電力変換部ＰＣのスイッチング素子Ｓ11〜Ｓ16，Ｓ21〜Ｓ26，Ｓ31〜Ｓ36，Ｓ41〜Ｓ46，Ｓ51〜Ｓ56は制御部ＣＮにより制御され、従来構成として説明したものとほぼ同様に動作する。ただし、以下で説明するように、各スイッチング素子Ｓ11〜Ｓ16，Ｓ21〜Ｓ26，Ｓ31〜Ｓ36，Ｓ41〜Ｓ46，Ｓ51〜Ｓ56のオン期間はランプ電圧およびランプ電流に応じて制御部ＣＮが制御している。この制御部ＣＮは制御手段としての機能を持つほか、電圧検出回路ＶＳと電流検出回路ＩＳとともに寿命検出手段としても機能する。また、放電灯Ｌａは蛍光灯のように熱陰極を有し、予熱回路ＰＨ１，ＰＨ２によりフィラメントＦ１，Ｆ２が予熱される。
【００３０】
図２は図１の下側端を基準電位とした場合の放電灯Ｌａのランプ電圧Ｖｌａと、図１の上から下に向かう向きを正とした場合の放電灯Ｌａのランプ電流Ｉｌａとの関係を示すものであって、図２（ａ）は（ランプ電圧／ランプ電流）（以下では、Ｖｌａ／Ｉｌａと記載する）、図２（ｂ）はランプ電圧Ｖｌａを示している。
【００３１】
いま、放電灯Ｌａの寿命後期にフィラメントＦ１のエミッタ（電子放出物質）が消耗してフィラメントＦ１から電子が放出されにくくなったとすると、ランプ電流は負の向きで正常時よりも減少する。このとき、放電灯Ｌａのランプ電圧Ｖｌａが変化しないものとすれば、図２（ａ）の期間ｔ１〜ｔ２の破線で示すように、Ｖｌａ／Ｉｌａの絶対値が正常時よりも大きくなる。つまり、正常時に放電灯Ｌａを安定点灯させるように設計しているにもかかわらず、寿命後期には設計条件と異なる動作になるから、放電灯Ｌａを安定して点灯させることが難しくなることがある。
【００３２】
そこで、本実施形態においては、特性電圧よりも振幅の小さい電圧を印加している期間ｔ０〜ｔ２において、Ｖｌａ／Ｉｌａに対して両極性で適宜の閾値ｔｈ１をそれぞれ設定しておき、Ｖｌａ／Ｉｌａが閾値ｔｈ１を横切るようになったときに、その極性でエミッタが消耗した寿命第１後期と判断し、特性電圧よりも振幅の大きい電圧を印加する期間ｔ２〜ｔ４において同じ極性の電圧を印加するときに、電力変換部ＰＣの出力電圧の振幅を正常時よりも大きくするのである（図２（ｂ）の実線）。ここに、期間ｔ２〜ｔ４における電力変換部ＰＣの出力電圧は、期間ｔ０〜ｔ２における閾値ｔｈ１と電圧振幅（ピーク値）との差に応じて決定される。つまり、期間ｔ０〜ｔ２で求めた差が大きいほど期間ｔ２〜ｔ４における出力電圧のピーク値を大きくする。
【００３３】
電力変換部ＰＣの出力電圧が大きくなれば、図２（ｂ）に実線で示すように、ランプ電圧が大きくなるから、ランプ電流を正常時の値とほぼ等しくすることができ、放電灯Ｌａの光出力をほぼ安定に保つことができる。この状態ではランプ電流は正常時とほぼ等しく、ランプ電圧が正常時よりも高くなるから、Ｖｌａ／Ｉｌａのピーク値は図２（ａ）の期間ｔ３〜ｔ４に破線で示すように正常時よりも大きくなる。
【００３４】
なお、上述の説明のようにランプ電流が負の向きに流れる期間だけではなく、正の向きに流れる期間にも同様の動作を行なうことができる。また、スイッチドキャパシタとして図１９に示した従来構成と同様に各キャパシタＣ１〜Ｃ５の充電終了時の両端電圧を等しくする構成を採用しているが、複数個設けているキャパシタの充電終了時の両端電圧を適宜に変える構成のスイッチドキャパシタを用いることも可能である。
【００３５】
本実施形態では、限流要素を小さくしながらも、放電灯Ｌａのランプ電流の減少が比較的少ない寿命第１後期において放電灯Ｌａを安定に点灯させることができるものである。
（実施形態２）
実施形態１では、Ｖｌａ／Ｉｌａの瞬時値を閾値ｔｈ１と比較することによって寿命第１後期か否かを判断するものであったが、本実施形態では瞬時値ではなく実効値を用いている。すなわち、ランプ電圧Ｖｌａとランプ電流Ｉｌａとの実効値をそれぞれ求め、さらに、ランプ電圧Ｖｌａの実効値をランプ電流Ｉｌａの実効値で除算したものに対して図３（ａ）のように閾値ｔｈ２を設定している。ランプ電圧Ｖｌａの実効値をＶｅ、ランプ電流Ｉｌａの実効値をＩｅとすれば、図３（ａ）に実線で示すようにＶｅ／Ｉｅは正の値であって、Ｖｅ／Ｉｅ≧ｔｈ２になれば、放電灯Ｌａが寿命第１後期になったと判断することができる。他の構成および動作は実施形態１と同様であって、寿命第１後期を検出すると、実施形態１と同様に、特性電圧よりも振幅の大きい電圧を印加する期間において、電力変換部ＰＣの出力電圧の振幅を正常時よりも大きくするのである。
【００３６】
いま、実施形態１と同様に、ランプ電流が負の方向に流れるときに正常時よりもランプ電流が減少したとすると、図３（ａ）の期間ｔ１〜ｔ２に一点鎖線で示すように正常時（破線で示す）よりもＶｌａ／Ｉｌａのピーク値が大きくなる。本実施形態ではランプ電圧Ｖｌａの実効値をランプ電流Ｉｌａの実効値で除算した値を用いており、実効値を求めるには厳密には１周期にわたる平均（定義ではランプ電圧Ｖｌａとランプ電流Ｉｌａとのそれぞれの２乗を１周期にわたって平均し、その平方根を求めたものになる）を行なわなければならないから、瞬時値に比較すると時間遅れが生じる。実際には整流平滑する程度で実効値を簡易的に求めているが、いずれにしても時間遅れが生じる。
【００３７】
したがって、ランプ電圧の実効値をランプ電流の実効値で除算した値は、期間ｔ１〜ｔ２では閾値ｔｈ２に到達せず、期間ｔ３〜ｔ４における時刻ｔ５で閾値ｔｈ２に達している。そこで、図３（ｂ）に実線で示すように、時刻ｔ５から電力変換部ＰＣの出力電圧の振幅を正常時よりも大きくするのである（破線は正常時の振幅を示す）。
【００３８】
このような制御によっても寿命第１後期においてランプ電流Ｉｌａを減少させないように制御することが可能であり、小型の限流要素を用いながらも放電灯Ｌａを安定に点灯させることができる。
（実施形態３）
本実施形態は、実施形態１と同様に放電灯Ｌａの寿命後期を検出するものであるが、特性電圧よりも振幅の小さい電圧を印加する期間にランプ電流Ｉｌａの増加を検出すると、特性電圧よりも振幅の大きい電圧を印加する期間の連続回数を増加させるものである。つまり、特性電圧よりも振幅の小さい電圧を印加する期間と振幅の大きい電圧を印加する期間とは実施形態１においては１対１になっていたが、本実施形態では、図４に示すように、１対多となるように制御する（図示例では期間ｔ３〜ｔ６に特性電圧よりも振幅の大きい電圧を２回連続して印加している）。また、図４に実線で示すように、特性電圧よりも振幅の大きい電圧を印加する期間ｔ３〜ｔ６において、ランプ電流Ｉｌａの増加を検出した極性と同極性の電圧は正常時よりも高くする（破線は正常時の電圧である）。
【００３９】
このような制御を行なうことによって、１周期当たりの振幅の変化を少なくすることができ、全体としての電圧波形の歪を小さくすることができる。しかも実施形態１と同様に寿命後期においてランプ電流Ｉｌａを保つことができ、放電灯Ｌａの光出力を安定に保つことができる。他の構成および動作は実施形態１と同様である。
【００４０】
（実施形態４）
実施形態１では、特性電圧よりも振幅の小さい電圧を印加している期間においてランプ電流Ｉｌａの増加を検出したときに、ランプ電流Ｉｌａの増加を検出した極性と同極性の電圧を印加するときに電力変換部ＰＣの出力電圧の振幅を正常時よりも高くしているが、本実施形態では、図５に実線で示すように、ランプ電流Ｉｌａの増加を検出した極性にかかわらず、電力変換部ＰＣの出力電圧の振幅を両極性において正常時よりも大きく設定するものである（破線は正常時の電圧である）。
【００４１】
この動作によって１周期当たりの振幅の増加量を少なくすることができ、全体としての電圧波形の歪を小さくすることができる。他の構成および動作は実施形態１と同様である。
（実施形態５）
実施形態１では、特性電圧よりも振幅の小さい電圧を印加している期間においてランプ電流Ｉｌａの増加を検出したときに、ランプ電流Ｉｌａの増加を検出した極性と同極性の電圧を印加するときに電力変換部ＰＣの出力電圧の振幅を正常時よりも大きくしているが、本実施形態では、図６に実線で示すように、ランプ電流Ｉｌａの増加を検出した極性にかかわらず、電力変換部ＰＣの出力電圧を両極性において正常時よりも高く設定し、しかも電力変換部ＰＣの出力電圧の振幅を正常時よりも大きくする状態を複数回連続させるものである。この構成は実施形態３と実施形態４との構成を組み合わせたものに相当する。したがって、１周期当たりの電圧振幅の増加量を実施形態３や実施形態４の構成よりもさらに少なくすることができ、波形歪を少なくすることができる。他の構成および動作は実施形態１と同様である。
【００４２】
（実施形態６）
上述した各実施形態では、特性電圧よりも振幅の大きい電圧を印加する期間において、電力変換部ＰＣの出力電圧の振幅を正常時よりも大きく設定することによって、寿命第１後期におけるランプ電流Ｉｌａの減少を抑制する構成を例示したが、本実施形態では、図７に実線で示すように、特性電圧Ｖｐよりも振幅の小さい電圧を印加する期間において電力変換部ＰＣの出力電圧の振幅を大きくしている（破線は正常時）。ただし、この期間においてはランプ電圧Ｖｌａの振幅が特性電圧Ｖｐよりも大きくならないように制御する。また、図７に示すように、本実施形態では両極性ともに電力変換部ＰＣの出力電圧を正常時よりも振幅を大きくしている。
【００４３】
上述の動作によっても、小型の限流要素を用いながらも寿命後期におけるランプ電流の減少を抑制して放電灯Ｌａを安定に点灯させることができる。他の構成および動作は実施形態１と同様である。
（実施形態７）
本実施形態は、寿命第１後期であることが検出されたときに、図８に実線で示すように、ランプ電流が減少した極性における電力変換部ＰＣの出力電圧の振幅を正常時よりも大きく、しかも特性電圧よりも振幅の小さい電圧を印加する期間と振幅の大きい電圧を印加する期間とにかかわらず電力変換部ＰＣの出力電圧の振幅を正常時よりも大きくするものである（破線は正常時）。本実施形態においても、特性電圧よりも振幅の小さい電圧を印加する期間には、ランプ電圧のピーク値が特性電圧よりも小さくなるように制御する。他の構成および動作は実施形態１と同様である。
【００４４】
（実施形態８）
上述した各実施形態は、放電灯Ｌａの寿命後期であって放電灯Ｌａのインピーダンスが上昇し始めてはいるがランプ電流Ｉｌａを減少させずに放電灯Ｌａの点灯を維持することが可能な期間（寿命第１後期）における制御に関するものであったが、本実施形態では、エミッタがさらに消耗して電力変換部ＰＣの出力電圧の振幅を最大にしてもランプ電流Ｉｌａの減少を抑制することができなくなった状態（以下、寿命第２後期という）での制御について説明する。
【００４５】
寿命第２後期では、上述した制御形態ではランプ電流Ｉｌａの減少を抑制することはできないから、図９に実線で示すように、ランプ電流Ｉｌａが減少する極性（図示例ではランプ電流Ｉｌａの負の極性）において電力変換部ＰＣの出力電圧の振幅を小さくし、逆に他方の極性について電力変換部ＰＣの出力電圧の振幅を大きくする。ここに、出力電圧の振幅を大きくするのは特性電圧よりも振幅の大きい電圧と振幅の小さい電圧との一方でも両方でもよい。たとえば、負極性でランプ電流Ｉｌａが減少したときに、図９に示すように、負極性については電力変換部ＰＣの出力電圧の振幅を小さくしてランプ電流Ｉｌａを減少させ（たとえば、期間ｔ１〜ｔ２）、正極性については電力変換部ＰＣの出力電圧の振幅を大きくしてランプ電流Ｉｌａを増加させるのである（たとえば、期間ｔ０〜ｔ１，ｔ２〜ｔ３）。ここで、正極性における放電灯Ｌａの特性電圧Ｖｐ１も引き上げることになる。このような制御によって放電灯Ｌａの光出力を正常時と同程度に保つことができる。なお、図９における破線は正常時のランプ電圧を示す。
【００４６】
本実施形態のような制御を行なえば、ランプ電流Ｉｌａが減少した極性について電力変換部ＰＣの出力電圧を最大にしてもランプ電流Ｉｌａを維持することができなくなる状態でも、放電灯Ｌａの光出力を正常時と同程度に保つことが可能であり、寿命後期における安定点灯期間を実施形態１よりもさらに延長することができる。
【００４７】
（実施形態９）
本実施形態では、エミッタが消耗して電力変換部ＰＣの出力電圧を最大にしてもランプ電流の減少を抑制することができなくなった状態での制御について説明する。実施形態８では、ランプ電流Ｉｌａが流れにくくなった極性について印加電圧を引き下げ、他方の極性では印加電圧を引き上げていたが、本実施形態ではランプ電流Ｉｌａが流れにくくなった極性については、電圧を印加しない点が実施形態８と異なる。たとえば、図１０は負極性においてランプ電流Ｉｌａが流れにくくなったときのランプ電圧Ｖｌａを示しており、このとき、正極性のみで放電灯Ｌａに電圧を印加するのである。電力変換部ＰＣの出力電圧の振幅は、図１０の期間ｔ０〜ｔ１，ｔ２〜ｔ３のように正極性の期間に特性電圧に対して振幅の大きい電圧と小さい電圧との両方とも印加電圧の振幅を増加させる。この場合、正極性における放電灯Ｌａの特性電圧Ｖｐ２も引き上げることになる。このような制御によって放電灯Ｌａの光出力を正常時と同程度に保つことができる。ここに、本実施形態は、実施形態８のような寿命第２後期だけではなく、一方のフィラメントＦ１，Ｆ２のエミッタが完全に消耗した寿命末期でも適用可能である。他の構成および動作は実施形態８と同様である。
【００４８】
（実施形態１０）
実施形態９では、寿命後期においてランプ電流Ｉｌａが減少し電力変換部ＰＣの出力電圧の振幅を最大にしてもランプ電流Ｉｌａを正常時と同程度に保つことができなくなったときに、ランプ電流Ｉｌａが流れやすいほうの極性において、特性電圧よりも振幅の大きい電圧を振幅の小さい電圧とをともに引き上げていたが、本実施形態では特性電圧よりも振幅の大きい電圧のみを引き上げるものである。たとえば、負極性においてランプ電流Ｉｌａが流れにくくなったとすると、図１１に示すように、期間ｔ０〜ｔ１においては放電灯Ｌａへの印加電圧の振幅を変化させず、期間ｔ２〜ｔ３においてのみ印加電圧の振幅を大きくするのである。また、特性電圧Ｖｐ３は実施形態９における特性電圧Ｖｐ２よりもさらに高く設定する。つまり、期間ｔ２〜ｔ３における印加電圧の振幅は特性電圧Ｖｐ３より大きいから、当然ながら実施形態８における特性電圧Ｖｐ２よりも大きくなる。
【００４９】
上述した制御によって放電灯Ｌａの光出力を正常時と同程度に保つことができる。他の構成および動作は実施形態８と同様である。なお、特性電圧よりも振幅の大きいほうの電圧ではなく、振幅の小さいほうの電圧を大きくするような制御も可能である。
（実施形態１１）
本実施形態は、実施形態８と同様に、エミッタが消耗して電力変換部ＰＣの出力電圧を最大にしてもランプ電流Ｉｌａの減少を抑制することができなくなった寿命第２後期の制御であって、実施形態９、１０のようにランプ電流Ｉｌａが減少した極性について電圧を印加しないのではなく、ランプ電流Ｉｌａが減少した極性についても電圧を印加するものである。
【００５０】
たとえば、図１２（ｂ）のように、負極性ではランプ電流Ｉｌａが流れないものとする。この場合に、正極性について期間ｔ０〜ｔ１，ｔ２〜ｔ３，ｔ４〜ｔ５などに実線で示すように印加電圧の振幅を正常時よりも大きくする（正常時を破線で示している）だけではなく、負極性についても同振幅の電圧を放電灯Ｌａに印加するのである。このような制御を行なえば、放電灯Ｌａへの印加電圧の波形歪を低減するとができ、輻射ノイズを低減しながらもランプ電流Ｉｌａの実効値を正常時と同程度に保つことができ、寿命後期においても放電灯Ｌａの光出力を正常時と同程度に保つことができる。
【００５１】
なお、電圧の振幅は特性電圧よりも大きいほうと小さいほうとの一方のみを増加させてもよい。さらに、放電灯Ｌａへのエネルギを減少させて安定にするために、印加電圧を減少させてもよい。他の構成および動作は実施形態８と同様である。
（実施形態１２）
実施形態１１では、放電灯Ｌａの寿命後期においてランプ電流Ｉｌａが流れにくい極性と流れやすい極性とで同じ振幅の電圧を放電灯Ｌａに印加していたが、本実施形態では、ランプ電流Ｉｌａの流れやすい極性よりもランプ電流Ｉｌａの流れにくい極性のほうの放電灯Ｌａへの印加電圧の振幅を大きくしている。
【００５２】
たとえば、ランプ電流Ｉｌａが負極性で流れにくいとすれば、図１３に実線で示すように、破線で示す正常時の印加電圧の振幅よりも放電灯Ｌａに印加する電圧の振幅を両極性で大きくし、しかも、負極性においては正極性よりも振幅を大きくするのである。このような制御によっても、放電灯Ｌａの印加電圧の波形歪を低減して輻射ノイズを低減し、しかもランプ電流の実効値を正常時と同程度に保って光出力を安定に保つことができるのである。他の構成および動作は実施形態８と同様である。
【００５３】
（実施形態１３）
本実施形態は、放電灯Ｌａの寿命末期において放電灯Ｌａの光出力を維持することができない状態に至ったときに、回路にストレスがかからないようにして安全な回路動作を確保するものである。
したがって、ランプ電流Ｉｌａが減少したときに、ランプ電流Ｉｌａが減少した極性においては印加電圧を引き下げ、ランプ電流Ｉｌａが減少していない極性においては印加電圧を変化させないようにしている。たとえば、負極性においてランプ電流Ｉｌａの減少が検出されると、図１４に実線で示すように、負極性における放電灯Ｌａへの印加電圧の振幅を正常時（破線で示す）よりも低減し、正極性における放電灯Ｌａへの印加電圧の振幅は正常時と同じに保つのである。
【００５４】
このような制御を行なうことによって、寿命末期において放電灯Ｌａへのエネルギの供給を減少させ、安全な回路動作を確保することができる。本実施形態では、寿命末期において回路素子にストレスをかけずに回路を安全に動作させることができる。他の構成および動作は実施形態１と同様である。
ところで、上述した各実施形態では、放電灯Ｌａの印加電圧（ランプ電圧）と放電灯Ｌａに流れる電流（ランプ電流）とを検出する必要があり、瞬時値を用いるものと実効値を用いるものとを例示した。瞬時値を用いる場合には、図１５（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、ランプ電圧Ｖｌａ（図１５（ａ））がピーク値となるタイミングＳ１，Ｓ２，……でランプ電圧Ｖｌａとランプ電流Ｉｌａ（図１５（ｂ））とを検出し、このときの検出値を除算して図１５（ｃ）のようにＶｌａ／Ｉｌａを求めればよい。この場合に、Ｖｌａ／Ｉｌａは、実際にはランプ電圧Ｖｌａの極性が変化すると同時に変化するから、ランプ電流Ｉｌａが負極性で正常時よりも減少するとすれば、模式的には図１５（ｃ）の実線のように変化することになる。ただし、ランプ電圧Ｖｌａとランプ電流Ｉｌａとの検出点が実際にはＶｌａ／Ｉｌａの変化点とは所定位相（９０度）ずれているから、検出値を用いた制御は検出点を含む周期の後になる。
【００５５】
また、（ランプ電圧の実効値／ランプ電流の実効値）を用いる場合には、ランプ電圧Ｖｌａおよびランプ電流Ｉｌａをそれぞれ平滑してから除算する。時定数を適宜に大きく設定すれば、図１５（ｄ）のように出力をほぼ一定にすることができる。つまり、時定数を比較的大きく設定すればランプ電流Ｉｌａの瞬時的な変化による誤検出が防止され、回路動作の安定性が高くなり、回路動作の信頼性をより高めることができる。
【００５６】
放電灯Ｌａの動作が不安定であって、印加電圧とランプ電流Ｉｌａとの関係が瞬時的に変化するような場合に、上述のようにランプ電圧Ｖｌａおよびランプ電流Ｉｌａを検出する時定数を比較的大きく設定することによって誤動作を防止することができるが、放電灯Ｌａへの印加電圧の極性が変化するごとに１回ずつランプ電圧Ｖｌａとランプ電流Ｉｌａとを検出するのではなく、複数回ずつ検出するようにしてもランプ電流Ｉｌａの瞬時的に変化に対する誤動作を防止することができる。つまり、図１６に示す例ではランプ電圧Ｖｌａの各極性ごとに２回ずつの検出点Ｓ１，Ｓ２，……を設けてあり、ランプ電圧Ｖｌａの各極性ごとに１回の検出を行なう場合に比較すると検出値の信頼性が向上するものである。なお、ランプ電圧Ｖｌａの極性の変化毎に２回ずつ検出するのではなく３回以上検出してもよい。
【００５７】
ところで、放電灯Ｌａの寿命後期になると放電灯Ｌａへの印加電圧が高いほどランプ電流Ｉｌａが増加し、Ｖｌａ／Ｉｌａの値はランプ電圧Ｖｌａが高いほうが小さくなる。つまり、負極性でランプ電流Ｉｌａが減少したとすると、図１７（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、寿命後期ではランプ電圧Ｖｌａ（図１７（ａ））が高い期間ｔ３〜ｔ４におけるランプ電流Ｉｌａ（図１７（ｂ））は、ランプ電圧Ｖｌａが低い期間ｔ１〜ｔ２に比較するとランプ電圧の比率以上に大きくなる。一方、ランプ電流Ｉｌａが減少していない正極性では、ランプ電圧Ｖｌａとランプ電流Ｉｌａとはほぼ比例する。そこで、特性電圧よりも振幅の小さい電圧を印加する期間と振幅の大きい電圧を印加する期間とで、同極性での検出値同士の比を算出し、この比に基づいて放電灯Ｌａが寿命後期になったか否かを判断することが可能である。つまり、図示例で特性電圧よりも振幅の小さい電圧と大きい電圧とを各極性について１回ずつ印加する期間を１周期とすれば、１周期当たりに４個の検出点Ｓ11，Ｓ12，Ｓ21，Ｓ22，……を設けておき、同極性の検出点Ｓ11とＳ21、Ｓ12とＳ22でのＶｌａ／Ｉｌａの値の比を求める。この比は、特性電圧よりも振幅の大きい電圧を印加する期間における検出値を分母として求める。このような演算を行なうと、図１７（ｄ）のような結果が得られる。したがって、放電灯Ｌａへの印加電圧が負極性である期間において上記比が正極性である期間よりも大きくなることがわかる。そこで、上記比に対して適宜の閾値ｔｈ２を設定しておけば、放電灯Ｌａが寿命後期になったことを検出することができる。
【００５８】
以上説明した実施形態での放電灯Ｌａへの印加電圧の変化をまとめると図１８のようになる。すなわち、放電灯Ｌａの一対のフィラメントのうちの一方のエミッタが消耗することによるランプ電流Ｉｌａの減少が検出される寿命第１後期になると、正常時の電圧Ｖαよりも高い電圧Ｖβを印加する。このような制御によってランプ電流は正常時と同程度に保たれ、放電灯Ｌａの光出力を維持することができる。その後、さらにエミッタが消耗すると、電力変換部ＰＣの出力電圧をそれ以上上昇させることができなくなる寿命第２後期になるから、この段階に達すると、ランプ電流が減少した極性での電圧Ｖγを正常時よりも低減するとともに、ランプ電流が減少していない極性での印加電圧を正常時よりも上昇させる。この制御によっても依然として放電灯Ｌａの光出力が正常時と同程度に維持される。
【００５９】
その後、エミッタがさらに消耗して電力変換部ＰＣの出力電圧の制御では放電灯Ｌａの光出力を維持することができなくなる寿命末期になると、回路要素にストレスがかからなようにするために、放電灯Ｌａに印加する電圧Ｖδを０Ｖ付近として回路の安全性を維持するのである。
【００６０】
【発明の効果】
請求項１の発明の構成によれば、放電灯に対して特性電圧よりも振幅の大きい交流電圧と振幅の小さい交流電圧とを交互に印加するから、従来構成と同様に限流要素を小さくしながらも放電灯を安定的に点灯させることが可能になるという利点があり、しかも、放電灯のエミッタの消耗程度を検出し、エミッタの消耗程度に応じて電源部の出力電圧の振幅を制御するから、エミッタが消耗し始めてからも放電灯への印加電圧を調節することで放電灯の光出力を正常時と同程度に維持することができ、光出力を長期にわたって安定に保つことができるという利点がある。
【００６１】
請求項２の発明のように、電源部が、複数個のキャパシタと、キャパシタを充電する直流電源と、各キャパシタの充電経路と放電経路とにそれぞれ挿入され時間経過に伴ってキャパシタの接続関係を変化させる複数個のスイッチング素子とを備え、制御手段により、電源部の出力電圧が所望の波形となるように各スイッチング素子をオンオフさせるものでは、スイッチトキャパシタを電源部に用いることによって、電源部の出力電圧波形を所望のものに変化させることができ、とくに、出力電圧の極性の反転毎に振幅を変化させる構成を容易に実現することができるという効果がある。
【００６２】
請求項３の発明のように、放電灯に流れるランプ電流の一方の極性において放電灯のインピーダンスが上昇してあらかじめ設定された第１の閾値に達すると、寿命検出手段が特性電圧に対してランプ電流が減少する寿命第１後期と判断し、寿命第１後期が検出されるとランプ電流を正常時と同程度に保つように制御手段が少なくとも前記極性における放電灯への印加電圧の振幅を正常時よりも大きくするものでは、放電灯のエミッタの消耗程度の少ない期間を寿命第１後期と判断し、ランプ電圧の振幅を大きくすることによってランプ電流を維持することができるのである。
【００６３】
請求項４の発明のように、放電灯に流れるランプ電流の一方の極性において前記電源部の出力電圧の振幅を最大にしてもランプ電流が正常時よりも低下する程度に放電灯のインピーダンスが上昇してあらかじめ設定された第２の閾値に達すると、寿命検出手段が寿命第２後期と判断し、寿命第２後期が検出されると制御手段が前記極性における放電灯への印加電圧の振幅を正常時よりも小さくするとともに、ランプ電流を正常時と同程度に保つように他極性における放電灯への印加電圧の振幅を正常時よりも大きくするものでは、放電灯のエミッタの消耗が進行して一方の極性では電源部の出力電圧の振幅を最大にしても放電灯の光出力を維持することができなくなったときに寿命第２後期と判断し、他方の極性において放電灯の印加電圧の振幅を大きくすることによりランプ電流を維持することができるのである。
【００６４】
請求項５の発明のように、放電灯に流れるランプ電流の一方の極性において放電灯のインピーダンスが第２の閾値よりも高く設定した第３の閾値に達すると、前記寿命検出手段が寿命末期と判断し、寿命末期が検出されると制御手段がその極性における放電灯への印加電圧を０Ｖ付近まで低減するものでは、エミッタの消耗により一方の極性では放電できなくなったときに無駄な電圧印加を停止することによって回路部にストレスがかかるのを防止することができるのである。
【００６５】
請求項６の発明のように、放電灯のインピーダンスとして、ランプ電圧の瞬時値をランプ電流の瞬時値で除算した値を用いるものでは、放電灯の状態を応答性よく検出して放電灯の状態に応じた迅速な制御が可能になるという利点を有する。
請求項７の発明のように、放電灯のインピーダンスとして、ランプ電圧の実効値をランプ電流の実効値で除算した値を用いるものでは、ランプ電圧やランプ電流の検出値の瞬時値を用いないから瞬時的な異常値に対する誤動作を防止することができ、外乱の影響を受けにくい制御が可能になるという利点がある。
【００６６】
請求項８の発明のように、電源部の出力電圧の極性が反転する毎に放電灯のインピーダンスを複数回ずつ検出するものでは、瞬時値を用いる場合に比較すると瞬時的な異常値に対する誤動作を抑制することができ、実効値を用いる場合よりも応答性が向上するという利点がある。
請求項９の発明のように、前記寿命検出手段が、電源部の出力電圧の極性が反転する毎に検出した放電灯のインピーダンスのうち、特性電圧よりも振幅の大きい電圧を印加している期間のインピーダンスと特性電圧よりも振幅の小さい電圧を印加している期間のインピーダンスとの比を求め、この比をエミッタの消耗程度の検出に用いるものでは、放電灯の状態を比較的短時間で検出することができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の各実施形態の全体構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態１を示す動作説明図である。
【図３】本発明の実施形態２を示す動作説明図である。
【図４】本発明の実施形態３を示す動作説明図である。
【図５】本発明の実施形態４を示す動作説明図である。
【図６】本発明の実施形態５を示す動作説明図である。
【図７】本発明の実施形態６を示す動作説明図である。
【図８】本発明の実施形態７を示す動作説明図である。
【図９】本発明の実施形態８を示す動作説明図である。
【図１０】本発明の実施形態９を示す動作説明図である。
【図１１】本発明の実施形態１０を示す動作説明図である。
【図１２】本発明の実施形態１１を示す動作説明図である。
【図１３】本発明の実施形態１２を示す動作説明図である。
【図１４】本発明の実施形態１３を示す動作説明図である。
【図１５】本発明の各実施形態における放電灯の状態判定法の一例を示す動作説明図である。
【図１６】本発明の各実施形態における放電灯の状態判定法の他例を示す動作説明図である。
【図１７】本発明の各実施形態における放電灯の状態判定法のさらに他の例を示す動作説明図である。
【図１８】本発明の各実施形態における放電灯の状態判定法の別の例を示す動作説明図である。
【図１９】従来例を示す回路図である。
【図２０】同上の動作説明図である。
【符号の説明】
ＣＮ  制御部
Ｅ  直流電源
ＩＳ  電流検出回路
Ｌａ  放電灯
ＰＣ  電力変換部
ＶＳ  電圧検出回路
【図１】
0003932624.tif 000002
【図２】
0003932624.tif 000003
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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