(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧放電灯と、
該高圧放電灯の管電圧を検出する管電圧検出手段と、
前記高圧放電灯に１ｋＨｚ以上の交流電力を供給する高周波電力供給回路と、
該高周波電力供給回路の出力周波数を制御する制御回路とを備え、
該制御回路は、
前記高圧放電灯に固有な音響共鳴周波数を含まない所定の非共鳴周波数帯に含まれる所定の周波数を出力周波数とするとともに、
前記管電圧検出回路が電圧変動を検知した時、該電圧変動から抽出された振幅情報または周波数情報をもとに、前記出力周波数が前記非共鳴周波数帯の上方の共鳴周波数帯もしくは下方の共鳴周波数帯のどちらの周波数帯で点灯しているか判定し、前記非共鳴周波数帯に向かうように前記出力周波数を所定の周波数だけ移動させたものを新しい出力周波数とす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】
高圧放電灯と、
該高圧放電灯の管電圧を検出する管電圧検出手段と、
前記高圧放電灯に１ｋＨｚ以上の交流電力を供給する高周波電力供給回路と、
該高周波電力供給回路の出力周波数を制御する制御回路とを備え、
該制御回路は、
前記高圧放電灯に固有な音響共鳴周波数を含まない所定の非共鳴周波数帯に含まれる所定の周波数を出力周波数とするとともに、
前記管電圧検出回路の出力を通過帯域の異なる第１、第２のフィルタに入力して得られる第１、第２のフィルタの出力に基づいて、前記出力周波数が前記非共鳴周波数帯の上方の共鳴周波数帯もしくは下方の共鳴周波数帯のどちらの周波数帯で点灯しているか判定し、前記非共鳴周波数帯に向かうように前記出力周波数を所定の周波数だけ移動させたものを新しい出力周波数とす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３】
前記第１、第２のフィルタが、
通過帯域の異なるローパスフィルタである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】
前記制御回路が、
不揮発性メモリを備え、前回消灯直前の出力周波数を記憶し、次回点灯時に記憶された該出力周波数で点灯開始することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置。
【請求項５】
前記制御回路が、
点灯開始から所定の期間は、点灯開始時の出力周波数を維持することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに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、高圧放電灯を高周波点灯するための装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、従来の高圧放電灯点灯装置の回路構成を示すブロック構成図である。
図において１は直流電源、２はＭＯＳＦＥＴ３及び４からなるインバータ回路、５はインバータ回路２を駆動する制御回路、６はチョークコイル７、直流カットコンデンサ８及び始動回路９を含む負荷回路、１０は高圧放電灯（以下、「ランプ」という）である。
【０００３】
次に動作について説明する。
ＭＯＳＦＥＴ３、４は、制御回路５により数１０ｋＨｚで交互にＯＮ・ＯＦＦされ、直流電流１の出力を高周波に変換する。高周波に変換された電力は、チョークコイル７によって減流され、直流カットコンデンサ８との電流共振作用によりランプ１０を点灯する。始動回路９は、ランプ１０に放電を誘起するためのもので、点灯動作がスタートした時点では、ランプ電極に接続され、電極間に数ｋＶの高電圧を印加する。そしてランプ電極間の絶縁が破壊され、放電が始まると切り離される
【０００４】
また、高圧放電灯は一般に、高周波で点灯する場合、ランプ内に発生した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。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周波数帯（以下、「非共鳴周波数帯」という）を選んで点灯するのが一般的である。
【０００５】
ここで音響共鳴現象を生じる周波数をｆｒとすると、周波数ｆｒは発光管内の音速ｖと発光管の形状に依存する関数で表わされる。
また、発光管内の音速ｖは、
ｖ＝(γＲＴ／Ｍ)１/２
但し、γ：比熱比、    Ｒ：気体定数、    Ｔ：絶対温度、    Ｍ：平均分子量
によって与えられる。
【０００６】
制御回路５は、このような関係を満足する共鳴周波数ｆｒを回避した非共鳴周波数帯から、所定の周波数を選択し、この周波数を用いて、インバータ回路２を駆動するように構成されていた。
【０００７】
ところで、非共鳴周波数帯は常に一定とは限らないことが知られている。例えば点灯開始してから安定点灯に達するまでの期間、非共鳴周波数帯は移動していた。また、同じランプでも設置方法によって非共鳴周波数帯は異なっていた。例えば垂直にして点灯した場合と、水平にして点灯した場合とでは、ランプ管内に封入されたガスの対流状態が異なるため、非共鳴周波数帯は異なっていた。さらに、経時変化によって封入されているガス成分が変質して平均分子量Ｍが変化するため、音速ｖが変化し、非共鳴周波数帯は移動していた。
【０００８】
このような非共鳴周波数帯の移動による音響共鳴現象を回避するため、特開昭６０−２３５３９６号公報では、点灯中のランプ電圧を監視し、音響共鳴現象によりランプ電圧が上昇したらランプ電流が減少する方向に周波数を移動するという方法が提案されていた。そしてこの方法によって、音響共鳴現象が発生しても、ランプに投入される電力を軽減し、その影響を回避または最小限にとどめるようにしていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の高圧放電灯点灯装置は以上のように構成されており、以下に示すような課題を有していた。
【００１０】
ランプ電圧の上昇によって音響共鳴現象を感知した時点では、周波数を移動する方向が確定されていないため、誤って共鳴周波数帯の内部へ移動させてしまうケースがあった。この結果、周波数の移動方向を逆転するまでの間、ちらつきや立ち消えが避けられないという課題があった。
【００１１】
本発明は、係る課題を解決するためになされたもので、音響共鳴現象を感知した時点で点灯周波数の移動方向を適切に判断し、音響共鳴現象によるちらつきや立ち消えを回避することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の高圧放電灯点灯装置は、高圧放電灯と、該高圧放電灯の管電圧を検出する管電圧検出手段と、前記高圧放電灯に１ｋＨｚ以上の交流電力を供給する高周波電力供給回路と、該高周波電力供給回路の出力周波数を制御する制御回路とを備え、該制御回路は、前記高圧放電灯に固有な音響共鳴周波数を含まない所定の非共鳴周波数帯に含まれる所定の周波数を出力周波数とするとともに、前記管電圧検出回路が電圧変動を検知した時、該電圧変動から抽出された振幅情報または周波数情報をもとに、前記出力周波数が前記非共鳴周波数帯の上方の共鳴周波数帯もしくは下方の共鳴周波数帯のどちらの周波数帯で点灯しているか判定し、前記非共鳴周波数帯に向かうように前記出力周波数を所定の周波数だけ移動させたものを新しい出力周波数とするように構成したものである。
【００１３】
請求項２記載の高圧放電灯点灯装置は、高圧放電灯と、該高圧放電灯の管電圧を検出する管電圧検出手段と、前記高圧放電灯に１ｋＨｚ以上の交流電力を供給する高周波電力供給回路と、該高周波電力供給回路の出力周波数を制御する制御回路とを備え、該制御回路は、前記高圧放電灯に固有な音響共鳴周波数を含まない所定の非共鳴周波数帯に含まれる所定の周波数を出力周波数とするとともに、前記管電圧検出回路の出力を通過帯域の異なる第１、第２のフィルタに入力して得られる第１、第２のフィルタの出力に基づいて、前記出力周波数が前記非共鳴周波数帯の上方の共鳴周波数帯もしくは下方の共鳴周波数帯のどちらの周波数帯で点灯しているか判定し、前記非共鳴周波数帯に向かうように前記出力周波数を所定の周波数だけ移動させたものを新しい出力周波数とするように構成したものである。
【００１５】
請求項３記載の高圧放電灯点灯装置は、請求項２記載の高圧放電灯点灯装置において、第１、第２のフィルタが、通過帯域の異なるローパスフィルタであるように構成したものである。
【００１６】
請求項４記載の高圧放電灯点灯装置は、請求項１乃至３のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置において、制御回路が不揮発性メモリを備え、前回消灯直前の出力周波数を記憶し、次回点灯時に記憶された出力周波数で点灯開始する構成としたものである。
【００１７】
請求項５記載の高圧放電灯点灯装置は、請求項１乃至４のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置において、制御回路が、点灯開始してから所定の期間は、点灯開始時の出力周波数を維持するように構成したものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は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を示すブロック構成図である。
従来例と同一もしくは相当部分には同じ符号を付し、説明を省略する。図において１１は抵抗１１ａ、１１ｂとダイオード１１ｃ、抵抗１１ｄ、コンデンサ１１ｅからなるランプ電圧検出回路であり、１２はドライバ５の出力周波数を決定する周波数制御回路である。周波数制御回路１２は、電圧検出回路１１から入力された電気信号値に応じて点灯周波数を上方へ補正するか下方へ補正するかを決定する。
【００１９】
次に動作について説明する。
まず検出原理について説明する。
非共鳴周波数帯に含まれる周波数ｆ０で点灯していたランプ１０が、非共鳴周波数帯の移動により共鳴周波数帯で点灯することになった場合を想定する。共鳴周波数帯で点灯すると、ランプ電圧は振動し始める。この時、周波数ｆ０が非共鳴周波数帯よりも高い方に外れているか低い方に外れているかにより、ランプ電圧の振動の振幅は異なる。この点について具体例をもとに説明する。
【００２０】
図２は、定格３５Ｗのセラミック製メタルハライドランプを３５〜５０ｋＨｚ付近の周波数で点灯した時のランプ電圧の振舞い、及びランプ電圧検出回路１１の出力電圧を示したものである。
図において（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ非共鳴周波数帯４０〜４５ｋＨｚ、共鳴周波数帯３５〜４０ｋＨｚ、共鳴周波数帯４５〜５０ｋＨｚで点灯させた場合のランプ電圧波形とランプ電圧検出回路の出力を示したものである。これら図を比較して明らかなように、（ａ）の非共鳴周波数帯４０〜４５ｋＨｚ付近では、ランプ電圧は振動してない（振幅０Ｖ）のに対し、（ｂ）の下方の共鳴周波数帯３５〜４０ｋＨｚ付近では、１０Ｖ程度の振幅で振動し、（ｃ）の上方の共鳴周波数帯４５〜５０ｋＨｚ付近では、数１０Ｖの振幅で振動する。
【００２１】
ここで上方に外れた場合と、下方に外れた場合とで、ランプ電圧振動の振幅が異なるメカニズムについては不明であるが、共鳴モードの違いや共鳴の強さに起因するものと推測される。上方に外れた場合の方が、振幅は大きいので、強く共鳴しており、放電アークに対して大きな影響を与えている。この点については実際に（ｂ）、（ｃ）の共鳴周波数帯で点灯を続けると、下方の共鳴周波数帯では放電アークが揺れるに留まるのに対し、上方の共鳴周波数帯では放電アークが揺れて立ち消える場合があることから明らかである。
【００２２】
以上説明した検出原理をもとに、回路動作について説明する。
この回路は、ランプ電圧振動分を検出して外れた方向を判定し、補正するものである。
図１において、ランプ電圧検出回路１１に入力されたランプ電圧は、抵抗１１ａ、１１ｂで分圧され、ダイオード１１ｃで整流され、抵抗１１ｄ、コンデンサ１１ｅで積分される。積分の結果、電圧変動幅としてｄＶが得られる。ここで周波数制御回路１２には、予め判定閾値Ｖ１とＶ２が設定されている。Ｖ１は外れてない場合のランプ電圧振動振幅（＝０）と下方に外れた場合のランプ電圧振動振幅の中間付近に設定された値であり、Ｖ２は下方に外れた場合のランプ電圧振動振幅と上方に外れた場合のランプ電圧振動振幅の中間付近に設定された値である。そしてこのような設定のもと、周波数制御回路１２は、ランプ電圧検出回路１１から入力された電圧変動幅ｄＶが、Ｖ１≦ｄＶ＜Ｖ２の場合、出力周波数をｄｆだけ上昇させ、Ｖ２≦ｄＶの場合、出力周波数をｄｆだけ下降させる。
【００２３】
従って（ａ）のように振動を検知しない場合はその時の出力周波数を維持し、（ｂ）のように下方の共鳴周波数帯に含まれてしまった場合は周波数をｄｆだけ上方に補正し、（ｃ）のように上方の共鳴周波数帯に含まれてしまった場合は周波数をｄｆだけ下方に補正する。
なお、定格３５Ｗのセラミック製メタルハライドランプの場合、ｄｆは０.５ｋ〜２ｋＨｚに設定するのが好ましい。
【００２４】
以上のように、点灯周波数が共鳴周波数帯に含まれてしまっても、非共鳴周波数帯の上方に外れているか下方に外れているかを判定し点灯周波数を補正するようにしているので、確実に音響共鳴現象を回避することができるとともに、点灯周波数を自ら移動して非共鳴周波数を探す動作を省き光源安定性をより高めることができる。
【００２５】
実施の形態２．
実施の形態１では、非共鳴周波数帯が外れた方向をランプ電圧変動の振幅から検出するようにしたが、本実施の形態では、ランプ電圧変動の周波数から検出するようにした。
図３は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ブロック構成図である。
従来例若しくは実施の形態１と同一若しくは相当部分には同じ符号を付し説明を省略する。
図において１１１は、抵抗１１１ａ、１１１ｂとダイオード１１１ｃからなるランプ電圧検出回路、１３、１４はともに抵抗とコンデンサからなる通過帯域の異なるローパスフィルタである。
ランプ電圧検出回路１１１は、その出力がフィルタ１３と１４に分岐されて接続されている。周波数制御回路１２において、フィルタ１３、１４から入力される値に応じて点灯周波数を上方へ補正するか下方へ補正するかを決定する。
【００２６】
まず検出原理について説明し、次に回路動作について説明する。
非共鳴周波数帯に含まれる周波数ｆ０で点灯していたランプ１０が、非共鳴周波数帯の移動により共鳴周波数帯で点灯することになった場合を想定する。共鳴周波数帯で点灯すると、ランプ電圧は振動し始める。この時、周波数ｆ０が非共鳴周波数帯よりも高い方に外れているか低い方に外れているかにより、ランプ電圧の振動の周波数は異なる。この点につき具体例をもとに説明する。
【００２７】
図４は、定格３５Ｗのセラミック製メタルハライドランプを３５〜５０ｋＨｚ付近の周波数で点灯させた時のランプ電圧の振舞い、及びフィルタ１３、１４の出力電圧を示したものである。
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ非共鳴周波数帯４０〜４５ｋＨｚ、共鳴周波数帯３５〜４０ｋＨｚ、共鳴周波数帯４５〜５０ｋＨｚで点灯させた場合のランプ電圧波形、及びフィルタ１３、１４の出力電圧を示したものである。これら図を比較して明らかなように、（ａ）の非共鳴周波数帯４０〜４５ｋＨｚ付近では、ランプ電圧に振動してないのに対し、（ｂ）の下方の共鳴周波数帯３５〜４０ｋＨｚ付近では、数１０Ｈｚで振動し、（ｃ）の上方の共鳴周波数帯４５〜５０ｋＨｚ付近では、数ｋＨｚで振動する。
【００２８】
以上説明した検出原理をもとに、回路動作について説明する。
この回路は、ランプ電圧振動分を検出して外れた方向を判定し、補正するものである。
図３において、ランプ電圧検出回路１１１に入力されたランプ電圧は、抵抗１１１ａ、１１１ｂで分圧されダイオード１１１ｃで整流され、フィルタ１３及１４に入力される。ここで、ローパスフィルタであるフィルタ１３及び１４のカットオフ周波数をそれぞれ１０Ｈｚ、１ｋＨｚとする。
【００２９】
このような構成により、非共鳴周波数帯が外乱により移動して周波数ｆ０が下方の共鳴周波数帯に掛かった場合には、ランプ電圧の振動は数１０Ｈｚであるので、フィルタ１３及び１４を通過し、周波数制御回路１２ではランプ電圧の振動を双方から検出できる。
一方、周波数ｆ０が上方の共鳴周波数帯に含まれた場合、ランプ電圧の振動は数ｋＨｚとなるので、フィルタ１３は通過せずフィルタ１４のみを通過し、その結果、フィルタ１４からのみランプ電圧の振動を検知することになる。
【００３０】
図５はこのようなフィルタ出力の違いに基づく判定テーブルであり、周波数制御回路１２に格納されている。この判定テーブルでは、フィルタ１３、１４の出力と補正の有無、及び補正の方向とが関係付けられている。そしてこの判定テーブルをもとに、周波数ｆ０が下方の共鳴周波数帯に含まれた場合は、点灯周波数をｄｆだけ上昇させ、上方の共鳴周波数帯に含まれた場合は、点灯周波数をｄｆだけ下降させる。また、フィルタ１３と１４がランプ電圧の振動を検知しない場合は、点灯周波数をｆ０に維持することになる。
【００３１】
また、本実施の形態においては２つのフィルタを通過帯域の異なるローパスフィルタとしたが、通過帯域の異なるハイパスフィルタや、ローパスフィルタとハイパスフィルタの組み合わせ等を用いても同様の動作を得ることができる。
【００３２】
以上のように、点灯周波数が共鳴周波数帯に含まれてしまっても、非共鳴周波数帯の上方に外れているか下方に外れているかを判断し点灯周波数を補正するようにしているので、確実に音響共鳴現象を回避することができるとともに、点灯周波数を自ら移動して非共鳴周波数を探す動作を省き光源安定性をより高めることができる。
【００３３】
また、実施の形態１及び２において、周波数制御回路１２において、不揮発性メモリを内蔵し、前回消灯前の点灯周波数を覚えておき、次回点灯開始時にその周波数からスタートしても良い。
また、点灯開始後、安定点灯に達するまでの数分間は点灯周波数の補正を行わないようにしても良い。
なお、実施の形態１及び２では定格３５Ｗのセラミック製メタルハライドランプを用いた例について説明したが、他の定格や種類のランプについて、非共鳴周波数帯を外れた場合のランプ電圧の振舞いを把握し、同様の制御を適用しても良い。
【００３４】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、高圧放電灯と、該高圧放電灯の管電圧を検出する管電圧検出手段と、前記高圧放電灯に１ｋＨｚ以上の交流電力を供給する高周波電力供給回路と、該高周波電力供給回路の出力周波数を制御する制御回路とを備え、該制御回路は、前記高圧放電灯に固有な音響共鳴周波数を含まない所定の非共鳴周波数帯に含まれる所定の周波数を出力周波数とするとともに、前記管電圧検出回路が電圧変動を検知した時、該電圧変動から抽出された振幅情報または周波数情報をもとに、前記出力周波数が前記非共鳴周波数帯の上方の共鳴周波数帯もしくは下方の共鳴周波数帯のどちらの周波数帯で点灯しているか判定し、前記非共鳴周波数帯に向かうように前記出力周波数を所定の周波数だけ移動させたものを新しい出力周波数とするように構成したので、簡単な構成で確実に音響共鳴現象を回避することができると共に点灯周波数を自ら移動して非共鳴周波数を探す動作が不要となるので光源安定性をより高めることができる。
【００３５】
請求項２記載の発明によれば、高圧放電灯と、該高圧放電灯の管電圧を検出する管電圧検出手段と、前記高圧放電灯に１ｋＨｚ以上の交流電力を供給する高周波電力供給回路と、該高周波電力供給回路の出力周波数を制御する制御回路とを備え、該制御回路は、前記高圧放電灯に固有な音響共鳴周波数を含まない所定の非共鳴周波数帯に含まれる所定の周波数を出力周波数とするとともに、前記管電圧検出回路の出力を通過帯域の異なる第１、第２のフィルタに入力して得られる第１、第２のフィルタの出力に基づいて、前記出力周波数が前記非共鳴周波数帯の上方の共鳴周波数帯もしくは下方の共鳴周波数帯のどちらの周波数帯で点灯しているか判定し、前記非共鳴周波数帯に向かうように前記出力周波数を所定の周波数だけ移動させたものを新しい出力周波数とす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と共に点灯周波数を自ら移動して非共鳴周波数を探す動作が不要となるので光源安定性をより高めることができる。
【００３７】
請求項３記載の発明によれば、請求項２記載の高圧放電灯点灯装置において、第１、第２のフィルタが、通過帯域の異なるローパスフィルタであるように構成したので、簡単な構成で上記の効果を引き出すことができる。
【００３８】
請求項４記載の発明によれば、請求項１乃至３記載の高圧放電灯点灯装置において、制御回路が不揮発性メモリを備え、前回消灯直前の出力周波数を記憶し、次回点灯時に記憶された出力周波数で点灯開始する構成としたので、点灯毎に最少の動作で安定点灯を確保することができる。
【００３９】
請求項５記載の発明によれば、請求項１乃至４記載の高圧放電灯点灯装置において、制御回路が、点灯開始してから所定の期間は、点灯開始時の出力周波数を維持するように構成したので、ランプ始動後に安定点灯に到達するまでの過渡的な期間の誤動作を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【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を示すブロック構成図である。
【図２】  定格３５Ｗのセラミック製メタルハライドランプを３５〜５０ｋＨｚ付近の周波数で点灯させた時のランプ電圧の振舞い、及びランプ電圧検出回路１１の出力電圧を示したものである。
【図３】  本発明の実施の形態２に係る高圧放電灯点灯装置の回路構成を示すブロック構成図である。
【図４】  定格３５Ｗのセラミック製メタルハライドランプを３５〜５０ｋＨｚ付近の周波数で点灯させた時のランプ電圧の振舞い、及びフィルタ１３、１４の出力電圧を示したものである。
【図５】  フィルタ１３、１４の出力と補正の有無、及び補正の方向とが関係付けられた判定テーブルである。
【図６】  従来の高圧放電灯点灯装置の回路構成を示すブロック構成図である。
【符号の説明】
１      直流電源
２      インバータ回路
３、４  ＭＯＳＦＥＴ
５      制御回路
６      負荷回路
７      チョークコイル
８      直流カットコンデンサ
９      始動回路
１０    高圧放電灯
１１    ランプ電圧検出回路
１１ａ、ｂ、ｄ  抵抗
１１ｃ  ダイオード
１１ｅ  コンデンサ
１２    周波数制御回路
１３、１４  フィルタ
１３ａ、１４ａ  抵抗
１１１  ランプ電圧検出回路
１１１ａ、ｂ  抵抗
１１ｃ  ダイオード
【図１】
0004103439.tif 000002
【図２】
0004103439.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0004103439.tif 000007