(57)【要約】【課題】管軸方向の発光の広がり遅れもなく、電力損失も抑制され、バースト調光の際に発生する可聴音を低減することのできる放電ランプ装置を提供すること。【解決手段】スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を交互にスイッチング動作させて直流電圧を交流電圧に変換させる交流変換回路２と、交流変換回路２からの交流電圧を昇圧するトランス５と、トランス５の二次側に接続された放電ランプ６とを備え、放電ランプ６をバースト調光する放電ランプ装置において、バースト調光のオフ期間の間、トランス５のコイルＬ３を短絡する短絡回路４を備えた放電ランプ装置、または該放電ランプ装置において、バースト調光のオン期間の最初にオンするスイッチング素子が、その直前のオン期間終了時の最後にオンしたスイッチング素子Ｑ１（Ｑ２）に対応するスイッチング素子Ｑ２（Ｑ１）であることを特徴とする放電ランプ装置である。【選択図】図１
2009252410.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２個または２組のスイッチング素子を交互にスイッチング動作させて直流電圧を交流電圧に変換させる交流変換回路と、該交流変換回路からの交流電圧を昇圧するトランスと、該トランスの二次側に接続された放電ランプとを備え、前記放電ランプをバースト調光する放電ランプ装置において、
前記バースト調光のオフ期間の間、前記トランスのコイルの少なくとも１つを短絡する短絡回路を備えたことを特徴とする放電ランプ装置。
【請求項２】
前記バースト調光において、オン期間の最初にオンするスイッチング素子またはスイッチング素子の組が、その直前のオン期間終了時の最後にオンした一方のスイッチング素子または一方のスイッチング素子の組に対応する他方のスイッチング素子または他方のスイッチング素子の組であることを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電ランプ装置に係わり、特に、液晶ディスプレイパネルのバックライトや一般照明等に利用される希ガス蛍光ランプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶ディスプレイパネルのバックライト光源や照明用光源として、冷陰極蛍光ランプや、熱陰極蛍光ランプが多く用いられている。これらのランプは、内部に微量の水銀が封入されており、放電により励起された水銀から発生する紫外線により蛍光体を発光させるものであり、高輝度で、かつ効率的な発光が得られる点で優れている。
【０００３】
しかし、環境汚染の防止の観点から、水銀を含まない新しい光源が望まれている。水銀を含まない蛍光ランプとしては、ガラス管の外面に帯状の複数本の電極を配設し、これらの電極に、例えば、トランスで昇圧された高周波の高電圧を印加して点灯する希ガス蛍光ランプが提案されている。
【０００４】
液晶ディスプレイパネルの画面輝度は、一般に、周囲の明るさ、ユーザの好み、画像情報などに応じて適当な大きさに調節可能であることが要請される。この画面輝度の調節はバックライトの調光により行われており、バックライトの調光はバースト調光が一般的である。また、照明用途においても、間接照明などでは使用環境に合わせた明るさに調節するために広い調光範囲が求められる。調光手段としては、バックライトと同じくバースト調光が一般的である。バースト調光は、デューティー調光とも言われるが、点灯期間と消灯期間を６０〜１ｋＨｚ程度で周期的に繰り返し、点灯期間と消灯期間の時間比率の制御により調光するものである。この調光周期は、液晶バックライトでは、６０〜３００Ｈｚ程度、照明用途では、１ｋＨｚ程度が適宜選択されている。
【０００５】
特許文献１には、希ガス蛍光ランプをバースト調光する際に生じる、チラッキやサージ電圧を抑制する手法が開示されている。また、特許文献２には、外面電極型蛍光ランプを使ったバックライト装置において、バースト調光する際に人に耳障りな可聴音を抑制するために、オン期間の立ち上がりをソフトスタートさせることが開示されている。また、特許文献３には、冷陰極蛍光ランプを使ったバックライト装置において、バースト調光する際に耳障りな可聴音の発生を抑制するために、オフ期間中も放電灯が点灯するに至らない程度の電流を流すことが開示されている。
【０００６】
図１７は、特許文献２および特許文献３に記載の技術を併せ持った従来技術に係る放電ランプ装置の回路構成を示す図である。
同図において、直流電源１０１から出力される直流電圧は、ＤＣ−ＤＣコンバーター回路１０２へ入力され、ＤＣ−ＤＣコンバーター回路１０２からの出力電圧は、交流変換回路１０３へ入力される。交流変換回路１０３は、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、ダイオードＤ１、Ｄ２からなり、プッシュプル回路を構成している。スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の一端は、各々直流電源１０１の低電位側に接続される。ダイオードＤ１、Ｄ２は、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の寄生ダイオード、または別に付加したものであり、スイッチング素子に対して、各々個別に並列接続される。方向は低電位から高電位の方向を順方向とする。スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２には、制御回路１０４から出力される信号Ｓ１と信号Ｓ２が各々入力され、同信号がハイレベルの場合にオンとなり、ローレベルの場合にオフとなるように動作する。信号Ｓ１、Ｓ２は周期的なパルス信号で、互いに位相が１８０°ずれて出力される。トランス１０５は、コイルＬ１、Ｌ２が磁気的に結合されたものであり、コイルＬ１の両端は、交流変換回路１０３のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２に接続され、コイルＬ１の中点は、ＤＣ−ＤＣコンバーター回路１０２のプラス出力側に接続される。コイルＬ２の両端は放電ランプ１０６の電極に接続される。明るさ制御信号は、明るさ指示値に対応付けられたデューティー比のＰＷＭ信号であり、同信号はＤＣ−ＤＣコンバーター回路１０２へ入力される。ＤＣ−ＤＣコンバーター回路１０２は、明るさ制御信号に従い、出力電圧を変化させる。
【０００７】
図１８は、図１７に示した放電ランプ装置の各部の電気波形を示す図である。
同図において、明るさ制御信号は、明るさ指示値をデューティー比とするＰＷＭ信号であり、ハイレベルの場合にオン期間となり、ローレベルの場合にオフ期間となる。ＤＣ−ＤＣコンバーター１０２の出力電圧は、オフ期間中は電圧Ｖ１であり、オン期間中は、初期のソフトスタート期間を経て緩やかに上昇し、電圧Ｖ２に至る。オフ期間中の電圧Ｖ１は、放電ランプ６が点灯するに至らない低い電圧とし、オン期間中の電圧Ｖ２は放電ランプ６が正常に点灯する電圧とする。このように動作させることにより、トランス１０５の通電電流の大きな変化が生じなくなり、トランス１０５からの可聴音を減少させることができる。
【特許文献１】特開２００７−２９４３９９号公報
【特許文献２】特開２００６−２０２６８２号公報
【特許文献３】特開２００１−１９６１９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、図１７に示すような従来技術に係る放電ランプ装置において、オン期間の立ち上がりをソフトスタートさせると、放電ランプ１０６が希ガス蛍光ランプの場合、特許文献１で課題とされているような、管軸方向の発光の広がりが遅れるという不具合がある。また、オフ期間中も通電を行うと、トランス１０５の電力損失が生じ、効率が低下してしまい、また、電圧の大きさを変化させるためのＤＣ−ＤＣコンバーター回路１０２が必要となり、装置の大型化、部品数増加の問題が生じる。
【０００９】
本発明の目的は、上記の問題点に鑑みて、管軸方向の発光の広がり遅れもなく、電力損失も抑制され、バースト調光の際に発生する可聴音を低減することのできる放電ランプ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するために、次のような手段を採用した。
第１の手段は、２個または２組のスイッチング素子を交互にスイッチング動作させて直流電圧を交流電圧に変換させる交流変換回路と、該交流変換回路からの交流電圧を昇圧するトランスと、該トランスの二次側に接続された放電ランプとを備え、前記放電ランプをバースト調光する放電ランプ装置において、前記バースト調光のオフ期間の間、前記トランスのコイルの少なくとも１つを短絡する短絡回路を備えたことを特徴とする放電ランプ装置である。
第２の手段は、第１の手段において、前記バースト調光において、オン期間の最初にオンするスイッチング素子またはスイッチング素子の組が、その直前のオン期間終了時の最後にオンした一方のスイッチング素子または一方のスイッチング素子の組に対応する他方のスイッチング素子または他方のスイッチング素子の組であることを特徴とする放電ランプ装置である。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、バースト調光の際、電圧無印加期間において発生していた可聴音の発生を低減することができる。
請求項２に記載の発明によれば、バースト調光の際、電圧無印加期間および電圧印加期間において発生していた可聴音の発生を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の第１の実施形態を図１ないし図４を用いて説明する。
図１は、本実施形態の発明に係る放電ランプ装置の回路構成を示す図である。
同図において、直流電源１から出力される直流電圧は、交流変換回路２へ入力される。交流変換回路２は、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、ダイオードＤ１、Ｄ２からなり、プッシュプル回路を構成する。スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の一端は、各々直流電源１の低電位側に接続される。ダイオードＤ１、Ｄ２は、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の寄生ダイオード、または別に付加したものであり、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２に対して、各々個別に並列接続される。方向は低電位から高電位の方向を順方向とする。スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２は、制御回路３から出力される信号Ｓ１、Ｓ２が各々入力され、同信号がハイレベルの場合にオンとなり、ローレベルの場合にオフとなるように動作する。
【００１３】
コイル短絡回路４は、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４、ダイオードＤ３、Ｄ４からなり、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４の一端は互いに接続される。ダイオードＤ３、Ｄ４は、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４の寄生ダイオード、または別に付加したものであり、スイッチング素子に対して、各々個別に並列接続される。方向はスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４の一端が互いに接続される側をアノードとする。スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４は、制御回路３からのコイル短絡制御信号が入力され、同信号がハイレベルの場合にオンとなり、ローレベルの場合にオフとなるように動作する。
【００１４】
トランス５は、コイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３が磁気的に結合されたものである。コイルＬ１の両端は、交流変換回路２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２に接続され、コイルＬ１の中点は、直流電源１の高電位側に接続される。コイルＬ２の両端は希ガス蛍光ランプやエキシマランプからなる放電ランプ６の電極に接続される。コイルＬ３の両端は、コイル短絡回路４のスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４に接続される。外部機器などから出力された明るさ制御信号は、デュ−ティー比の大きさが明るさ指示値に対応付けられたＰＷＭ信号であり、同信号は制御回路３へ入力される。制御回路３からは、明るさ制御信号に基づき制御される信号Ｓ１、Ｓ２、コイル短絡制御信号が出力される。    
【００１５】
図２は、図１に示した放電ランプ装置の各部の動作を示す電気波形を示す図である。
同図において、電圧印加期間および電圧無印加期間は、明るさ制御信号のオン期間およびオフ期間に基づいて、制御回路３の内部信号に同期させて決められる期間である。電圧印加期間の始まりは、信号Ｓ１または信号Ｓ２のパルス波形の立上り時点に同期し、電圧無印加期間の始まりは、信号Ｓ１または信号Ｓ２のパルス波形の立上りから、時間τが経過した時点に同期する。信号Ｓ１、Ｓ２は、電圧印加期間の間、パルス幅ｔ１のパルス波形が、例えば、１０μｓ〜５０μｓの周期Ｔで繰り返し出力される信号であり、また、互いにパルス波形の位相を１８０°ずらした関係にある。交流変換回路２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２は、信号Ｓ１、Ｓ２に従って動作し、トランス５のコイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３に交流電圧を発生させる。
ここで、電圧印加期間の最後に信号Ｓ１（Ｓ２）のパルス波形が出力されれば、次の電圧印加期間の最初のパルス波形は信号Ｓ２（Ｓ１）から出力されるように制御される。すなわち、電圧印加期間の終わりの交流電圧の極性に対して、次の電圧印加期間の始まりの交流電圧の極性は逆極性になるように制御される。コイル短絡制御信号は、電圧印加期間はローレベルで、電圧無印加期間はハイレベルになる。すなわち、電圧無印加期間中は、コイル短絡回路４は短絡状態となり、コイルＬ３の電圧は０Ｖになり、同時に放電ランプ６の残留電荷も放出され、ランプ電圧も０Ｖになる。
【００１６】
図３は、図１に示した制御回路３の内部構成を示す図である。
同図に示すように、制御回路３は、発振回路３１、同期回路３２、電圧極性記憶回路３３などから構成される。発振回路３１からは、周期的なパルス信号である信号Ａが出力される。同期回路３２は、信号Ａと、明るさ制御信号が入力され、電圧印加期間制御信号を出力する。電圧印加期間制御信号は、明るさ制御信号の立上りを信号Ａの立上りに同期させ、また明るさ制御信号の立下りを信号Ａの立上りから時間τが経過した時点に同期させた信号である。否定回路ＮＯＴ２は、電圧印加期間制御信号が入力され、コイル短絡制御信号を出力する。論理積回路ＡＮＤ１は、信号Ａと電圧印加期間制御信号が入力され、信号Ｂを出力する。電圧極性記憶回路３３は、信号Ｂが入力され、信号Ｃと信号Ｄを出力する。信号Ｃと信号Ｄは互いに否定の関係にあり、信号Ｂの立上りに同期して論理が反転する。論理積回路ＡＮＤ２は、信号Ｂと信号Ｃが入力され、信号Ｓ１を出力し、論理積回路ＡＮＤ３は、信号Ｂと信号Ｄが入力され、信号Ｓ２を出力する。同期回路３２は、Ｄ−ＦＦ（ディレイフリップフロップ回路）、論理和回路ＯＲ１、否定回路ＮＯＴ１、抵抗Ｒ１、コンデンサＣ１で構成される。Ｄ−ＦＦのＤ端子には、明るさ制御信号が入力され、ＣＫ端子には、信号Ａが入力される。Ｑ端子からの信号は、論理和回路ＯＲ１に入力され、Ｑの反転出力端子からの信号は、抵抗Ｒ１、コンデンサＣ１からなる積分回路、否定回路ＮＯＴ１を介して論理和回路ＯＲ１に入力される。時間τの大きさは、この積分回路の時定数により調節する。論理和回路ＯＲ１は、電圧印加期間制御信号を出力する。電圧極性記憶回路３３は、Ｔ−ＦＦ（トグルフリップフロップ回路）から構成されるＴ−ＦＦのＴ端子には、信号Ｂが入力され、Ｑ端子からは信号Ｃが出力され、Ｑの反転出力端子からは信号Ｄが出力される。
【００１７】
図４は、図３に示した制御回路３内各部の動作を示すタイミングチャートである。
明るさ制御信号は、デューティー比の大きさが明るさ指示値に対応付けられたＰＷＭ信号であり、ハイレベルの期間をオン期間、ローレベルの期間をオフ期間とする。信号Ａは、発振回路３１からの出力信号であり、周期Ｔ／２、パルス幅ｔ１のパルス信号である。電圧印加期間制御信号は、明るさ制御信号の立上りを信号Ａの立上りに同期させ、明るさ制御信号の立下りを信号Ａの立上りからτ経過した時点に同期させた信号である。ハイレベルの期間を電圧印加期間、ローレベルの期間を電圧無印加期間とする。信号Ｂは、電圧印加期間は信号Ａと同じで、電圧無印加期間はローレベルとなる信号である。信号Ｃと信号Ｄは、互いに否定の関係にあり、信号Ｂの立上りに同期して反転する信号である。信号Ｓ１、Ｓ２は、論理積回路ＡＮＤ２、ＡＮＤ３の出力信号であり、信号Ｓ１は、信号Ｂと信号Ｃの論理積、信号Ｓ２は信号Ｂと信号Ｄの論理積となる。コイル短絡制御信号は、ＮＯＴ２の出力信号であり、電圧印加期間制御信号の否定になる。
【００１８】
なお、本実施形態の発明に係る放電ランプ装置における、交流変換回路２はプッシュプル方式に限定される必要は無く、ハーフブリッジ方式、フルブリッジ方式でも良い。また、制御回路３の構成は、同じ機能を有すればこれに限定する必要は無く、他の回路構成や、マイコン、ＰＬＤ等を用いて構成しても良い。また、明るさ制御信号は、ＰＷＭ信号以外のアナログ電圧信号や、デジタル信号の形態とし、それらの信号を制御回路内部でＰＷＭ信号に変換する構成でも良い。
【００１９】
本発明の第２の実施形態を図５ないし図８を用いて説明する。
図５は、本実施形態の発明に係る放電ランプ装置の回路構成を示す図である。
同図において、直流電源１から出力される直流電圧は、交流変換回路２Ａに入力される。交流変換回路２Ａは、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４からなり、フルブリッジ回路を構成する。スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４は、各々直列に接続され、それらの両端に直流電源１が接続される。スイッチング素子Ｑ１、Ｑ３はハイサイド側に配置され、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ４はローサイド側に配置される。ダイオードＤ１〜Ｄ４は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の寄生ダイオード、または別に付加したものであり、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４に対して、各々個別に並列接続される。方向は低電位から高電位の方向を順方向とする。スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４には、制御回路３Ａから出力される信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４が各々入力され、同信号がハイレベルの場合にオンとなり、ローレベルの場合にオフとなるように動作する。トランス５Ａは、コイルＬ１、Ｌ２が磁気的に結合されたものである。コイルＬ１の両端は、交流変換回路２Ａのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の接続点とスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４の接続点に接続され、コイルＬ２の両端は、希ガス蛍光ランプやエキシマランプからなる放電ランプ６の電極に接続される。外部機器などから出力された、明るさ制御信号は、デューティー比の大きさが明るさ指示値に対応付けられたＰＷＭ信号であり、同信号は制御回路３Ａへ入力される。制御回路３Ａからは、明るさ制御信号に基づいて制御される、信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４が出力される。
【００２０】
図６は、図５に示した放電ランプ装置の各部の動作を示す電気波形を示す図である。
同図において、電圧印加期間および電圧無印加期間は、ＰＷＭ信号の明るさ制御信号を基づいて、制御回路３Ａの内部信号に同期させて決められた期間である。電圧印加期間の始まりは、信号Ｓ１と信号Ｓ４、または信号Ｓ２と信号Ｓ３のパルス波形の立上り時点に同期し、電圧無印加期間の始まりは、信号Ｓ１と信号Ｓ４、または信号Ｓ２と信号Ｓ３のパルス波形の立上りから、時間τが経過した時点に同期する。信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４は、電圧印加期間の間、パルス幅ｔ１のパルス波形が、周期Ｔで繰り返し出力される信号であり、信号Ｓ１、Ｓ４と、信号Ｓ２、Ｓ３は、互いにパルス波形の位相を１８０°ずらした関係にある。交流変換回路２Ａのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４は、各々信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４に従って動作し、コイルＬ２に交流電圧を発生させる。ここで、電圧印加期間の最後に信号Ｓ１（Ｓ２）とＳ４（Ｓ３）のパルス波形が出力されれば、次の電圧印加期間の最初のパルス波形は信号Ｓ２（Ｓ１）とＳ３（Ｓ４）から出力されるように制御される。すなわち、電圧印加期間の終わりの交流電圧の極性に対して、次の電圧印加期間の始まりの交流電圧の極性は逆極性になるように制御される。また、電圧無印加期間中は信号Ｓ２、Ｓ４がハイレベルに固定され、信号Ｓ１、Ｓ３はローレベルに固定される。つまり、電圧無印加期間中はローサイドのスイッチング素子が同時にオンすることにより、コイルＬ１が短絡状態となり、コイルＬ１の電圧は０Ｖになり、同時に放電ランプ６の残留電荷も放出され、ランプ電圧も０Ｖになる。
【００２１】
図７は、図５に示した制御回路３Ａの内部構成を示す図である。
同図において、制御回路３Ａは、発振回路３１、同期回路３２、電圧極性記憶回路３３などから構成される。発振回路３１からは、周期的なパルス信号である信号Ａが出力される。同期回路３２には、信号Ａと明るさ制御信号が入力され、電圧印加期間制御信号を出力する。電圧印加期間制御信号は、明るさ制御信号の立上りを信号Ａの立上りに同期させ、また明るさ制御信号の立下りを信号Ａの立上りから時間τが経過した時点に同期させた信号である。否定回路ＮＯＴ２は、電圧印加期間制御信号が入力され、コイル短絡制御信号を出力する。論理積回路ＡＮＤ１には、信号Ａと電圧印加期間制御信号が入力され、信号Ｂを出力する。電圧極性記憶回路３３は、信号Ｂが入力され、信号Ｃと信号Ｄを出力する。信号Ｃと信号Ｄは互いに否定の関係にあり、信号Ｂの立上りに同期して論理が反転する。
【００２２】
論理積回路ＡＮＤ２には、信号Ｂと信号Ｃが入力され、信号Ｓ１を出力する。論理和回路ＯＲ２には、信号Ｓ３とコイル短絡制御信号が入力され、信号Ｓ２を出力する。論理積回路ＡＮＤ３には、信号Ｂと信号Ｄが入力され、信号Ｓ３を出力する。論理和回路ＯＲ３には、信号Ｓ２とコイル短絡制御信号が入力され、信号Ｓ４を出力する。同期回路３２は、Ｄ−ＦＦ（ディレイフリップフロップ回路）、論理和回路ＯＲ１、否定回路ＮＯＴ１、抵抗Ｒ１、コンデンサＣ１で構成される。Ｄ−ＦＦのＤ端子には、明るさ制御信号が入力され、ＣＫ端子には、信号Ａが入力される。Ｑ端子からの信号は、論理和回路ＯＲ１に入力され、Ｑの反転出力端子からの信号は、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１からなる積分回路、否定回路ＮＯＴ１を介して論理和回路ＯＲ１に入力される。時間τの大きさは、この積分回路の時定数により調節する。論理和回路ＯＲ１は、電圧印加期間制御信号を出力する。電圧極性記憶回路３３は、Ｔ−ＦＦ（トグルフリップフロツプ回路）から構成される。Ｔ−ＦＦのＴ端子には、信号Ｂが入力され、Ｑ端子からは信号Ｃが出力され、Ｑの反転出力端子からは信号Ｄが出力される。
【００２３】
図８は、図７に示した制御回路３内各部の動作を示すタイミングチャートである。
明るさ制御信号は、デューティー比の大きさが明るさ指示値に対応付けられたＰＷＭ信号であり、ハイレベルの期間をオン期間、ローレベルの期間をオフ期間とする。信号Ａは、発振回路３１からの出力信号であり、周期Ｔ／２、パルス幅ｔ１のパルス信号である。電圧印加期間制御信号は、明るさ制御信号の立上りを信号Ａの立上りに同期させ、明るさ制御信号の立下りを信号Ａの立上りからτ経過した時点に同期させた信号である。ハイレベルの期間を電圧印加期間、ローレベルの期間を電圧無印加期間とする。信号Ｂは、電圧印加期間期間は信号Ａと同じで、電圧無印加期間はローレベルとなる信号である。信号Ｃと信号Ｄは、互いに否定の関係にあり、信号Ｂの立上りに同期して反転する信号である。信号Ｓ１と信号Ｓ３は、論理積回路ＡＮＤ２と論理積回路ＡＮＤ３の出力信号であり、信号Ｓ１は、信号Ｂと信号Ｃの論理積、信号Ｓ３は信号Ｂと信号Ｄの論理積である。信号Ｓ２と信号Ｓ４は、論理和回路ＯＲ１と論理和回路ＯＲ２の出力信号であり、信号Ｓ２は、信号Ｓ３とコイル短絡制御信号の論理和、信号Ｓ４は信号Ｓ１とコイル短絡制御信号の論理和となる。コイル短絡制御信号は、ＮＯＴ２の出力信号であり、電圧印加期間制御信号の否定になる。
【００２４】
なお、本実施形態の発明においては、コイルＬ１を短絡するために、ローサイド側のスイッチング素子を同時にオンにしているが、ハイサイド側のスイッチング素子を同時にオンするようにしても良い。また、制御回路３Ａの構成は、同じ機能を有すればこれに限定する必要は無く、他の回路構成や、マイコン、ＰＬＤ等を用いる構成でも良い。また、明るさ制御信号は、ＰＷＭ信号以外のアナログ電圧信号や、デジタル信号の形態とし、それらの信号を制御回路内部でＰＷＭ信号に変換する構成でも良い。
【００２５】
次に、本発明の放電ランプ装置において可聴音が低減する理由について説明する。
まず、本発明の放電ランプ装置に適用される放電ランプ６の一例としての希ガス蛍光ランプについて説明する。
図９（ａ）は、希ガス蛍光ランプ６の管軸方向に直交する切断面から見た断面図、図９（ｂ）は、希ガス蛍光ランプ６の斜視図である。
これらの図に示すように、希ガス蛍光ランプ６は、例えば、ガラス管６１にて密閉状に構成された直管状の外囲器であって、その内面には希土類蛍光体、ハロリン酸塩蛍光体などの蛍光体よりなる蛍光物質６２が形成されている。ガラス管６１の封着構造はガラス管６１の端部にディスク状の封着ガラス板を封着して構成されているが、例えば、単にガラス管６１を加熱しながら縮径加工し溶断するいわゆるトップシールによって構成することもできる。外部電極６３、６４は、例えば、アルミニウムテープを幅１ｍｍに切断したものが、ガラス管６１の外表面における希ガス蛍光ランプ６の中心軸を挟んだ対向位置に貼り付けられて構成される。また、外部電極６３、６４は、例えば、導電性ペーストをスクリーン印刷し、焼付けて形成したものであってもよい。なお、このガラス管６１の密閉空間には水銀などの金属蒸気を含まないＨｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのいずれか１種類以上を主成分とする希ガスが所定量封入されている。易始動部位６５は、導電性物質もしくは易電子放射物質よりなり、放電開始を容易にするために、ガラス管６１の内部に少なくとも１箇所配置される。放電は易始動部位６５を起点に発生し、そこから連鎖的に希ガス蛍光ランプ６全体に広がる。通常は、ガラス管６１の端部等に設けられ、点灯中における光取出効率に影響を与えないようにする。
【００２６】
図１０は、希ガス蛍光ランプやエキシマランプからなる放電ランプ６の等価回路を示す図である。
放電ランプ６は、ガラス管６１の静電容量Ｃｇと、放電のインピーダンスｐが直列に接続され、放電空間の静電容量Ｃｄが放電のインピーダンスｐと並列に接続された形で表される。このように、希ガス蛍光ランプやエキシマランプからなる放電ランプ６は、ガラス管６１の静電容量を介して放電する、容量性の負荷である。放電が発生すると、ガラス管６１内部の放電により生じた電荷が、外部からの電界に引き寄せられる形でガラス管６１の内壁に蓄積され、逆方向の電界が加えられるまで維持される。そのため、放電ランプ装置からの電力の供給を停止しても、放電ランプ６に蓄積された電荷により、ランプ電圧はすぐには０にならず、充電された大きな容量素子のような性質を持つ。
【００２７】
図１１は、図１７に示した従来技術に係る放電ランプ装置において、ＤＣ−ＤＣコンバーター１０２を有しない放電ランプ装置における、トランス１０５の一次電圧Ｖの波形とトランス１０５の磁束密度Ｂの波形を示した図であり、図１１（ａ）は、電圧印加期間後半部から、電圧無印加期間、電圧印加期間前半部までの全体を示す図であり、図１１（ｂ）は、電圧印加期間から電圧無印加期間への切り替わり時点の拡大図、図１１（ｃ）は、電圧無印加期間から電圧印加期間への切り替わり時点の拡大図である。ここで、トランス１０５のコアの実効断面積をＡｅ、コイルの巻数をｎとすると、磁束密度Ｂと電圧Ｖは、Ｂ＝｛１／（Ａｅ×ｎ）｝×∫Ｖｄｔの関係にある。
これらの図に示すように、電圧無印加期間中は、交流変換回路１０３の動作は停止しているが、主に放電ランプ１０６の容量成分と、浮遊容量と、トランス１０５の二次側コイルのインダクタンスによる共振状態となり、電圧無印加期間の初期において、図１１（ｂ）の拡大図に示すように、共振電圧が発生する。よって、電圧印加期間終了後も、共振電圧のＡの部分に示すように磁束密度Ｂが増加を続け、磁束密度Ｂの振動の中心がプラス側に偏る。このように磁束密度Ｂの振動に偏りが生じ、図１１（ａ）のＢの部分に示すようなピークが生じる場合に、可聴音が発生しており、これが電圧無印加期間初期の可聴音の原因と考えられる。次に、電圧印加期間の初期においては、最初に印加される電圧極性方向に偏励磁されるので、図１１（ａ）のＣの部分に示すような磁束密度Ｂのピークが生じる。これが電圧印加期間初期の可聴音の原因と考えられる。
【００２８】
図１２は、第１（および第２）の実施形態の発明に係る放電ランプ装置における、トランス５（５Ａ）の一次電圧Ｖの波形と、トランス５（５Ａ）の磁束密度Ｂの波形を示した図であり、図１２（ａ）は、電圧印加期間後半部から、電圧無印加期間、電圧印加期間前半部までの全体を示した図であり、図１２（ｂ）は、電圧印加期間から電圧無印加期間への切り替わり時点の拡大図、図１２（ｃ）は、電圧無印加期間から電圧印加期間への切り替わり時点の拡大図である。ここで、トランス５（５Ａ）のコアの実効断面積をＡｅ、コイルの巻数をｎとすると、磁束密度Ｂと電圧Ｖは、Ｂ＝｛１／（Ａｅ×ｎ）｝×∫Ｖｄｔの関係にある。
これらの図に示すように、電圧無印加期間中、トランス５（５Ａ）のコイルＬ３（Ｌ１）が短絡されているので、共振電圧は発生しない。このとき、励磁電流は短絡されたコイルＬ３（Ｌ１）を流れ続け、短期的にみれば、磁束密度Ｂは同じ大きさを保つとみなせる。よって、電圧無印加期間初期に、図１１（ａ）のＢの部分に示すような磁束密度Ｂの高いピークが発生しないので、可聴音が抑制される。また、電圧印加期間の初期の一次電圧の極性は、前回の電圧印加期間終了時の極性と逆になるように制御されるので、磁化される方向は、電圧無印加期間の磁束密度を打ち消す方向となる。よって、電圧印加期間初期に、図１１（ａ）のＣの部分に示すような磁束密度Ｂの高いピークが発生しないので、可聴音が抑制される。
【００２９】
次に、図１２（ｂ）の一次電圧における期間τの大きさの設定法について説明する。
トランス５（５Ａ）の一次電圧（またはランプ電圧）が電圧印加期間の最後に極性反転した時点から、トランス５（５Ａ）のコイルＬ３（Ｌ１）が短絡され、トランス５（５Ａ）の一次電圧が０Ｖになるまでの期間τの大きさは、０．５Ｔよりも小さい大きさで設定するのが望ましい。Ｔは電圧印加期間終了直前におけるランプ電圧の周期に相当する。
図１３は、期間τの大きさを０．１０Ｔから０．５０Ｔまで変化させた場合のトランス５（５Ａ）からの可聴音の大きさを、５人の官能試験により評価した結果を示す表である。ここで、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２（Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４）への信号Ｓ１，Ｓ２（Ｓ１，Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４）の周期Ｔの大きさは２０μｓとした。
同図に示すように、期間τを０．２０Ｔから０．４０Ｔに設定することにより、可聴音は殆ど気にならなくなり、特に０．２５Ｔから０．３０Ｔでは、全く気にならない大きさであった。従って、期間τは０．２０Ｔから０．４０Ｔの範囲で設定することにより、トランス５（５Ａ）からの可聴音を気にならない程度にすることができる。これは、電圧印加期間終了時と開始時の電圧波形の違い、電圧無印加期間の残留磁束密度の大きさの相互関係に起因していると考えられる。電圧印加期間終了時と開始時の電圧波形が違う原因は、開始時の放電が未発達であり、放電ランプの容量成分が小さいためと考えられる。
【００３０】
さらに、期間τの大きさは、τ＞ｔ１としなければならない。ｔ１は、図２（図４）などに示されるスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２（Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４）のオン時間である。図１に示した回路において、τ≦ｔ１とした場合、コイル短絡回路４と、スイッチング素子Ｑ１またはスイッチング素子Ｑ２が一時的に同時にオンする状態が生じる。コイル短絡回路４がオンすると、コイルＬ１は低インピーダンス状態となるので、スイッチング素子Ｑ１またはスイッチング素子Ｑ２がオンすると、大電流が流れ、回路が故障する危険がある。また、図４に示した回路において、τ≦ｔ１とした場合、ローサイド側のスイッチング素子と、スイッチング素子Ｑ１またはＱ３が一時的に同時にオンする状態、いわゆるアーム短絡の状態となり、大電流が流れ、回路が故障する危険がある。
【００３１】
図１４は、図１に示した回路において、信号Ｓ１、Ｓ２、ランプ電流、およびランプ電圧の波形を示す図である。
同図に示すように、ランプの放電は、ランプ電圧の極性が反転し、ランプ電圧が急激に変化した直後に発生し、これに伴い高いピークの放電電流が流れる。続いて、放電が伴わない、小さいピークの共振電流が逆向きに流れる。この共振電流は、主にトランス５のリーケージインダクタンスと、放電ランプ６の静電容量によるものである。この放電電流が流れる時間をｔｄ、共振電流が流れる時間をｔｒとすると、信号Ｓ１、Ｓ２のパルス幅ｔ１は、ｔｄ≦ｔ１≦ｔｄ＋ｔｒの大きさに調整するのが良い。ｔ１＜ｔｄとすると、放電電流の大きさが変わり、出力が不安定になる問題がある。また、ｔ１＞ｔｄ＋ｔｒとすると、放電に関係しない共振電流が流れ続けることになり、損失が増加し、効率が低下する問題がある。
【００３２】
次に、本発明に係る放電ランプ装置と、可聴音低減の機能を有しない従来技術に係る放電ランプ装置との比較について説明する。
図１５は、本発明のコイル短絡機能や電圧極性制御機能、および特許文献２，３に示されているようなＤＣ−ＤＣコンバーターを有しない、いわゆる可聴音低減機能のない放電ランプ装置における可聴音のレベルを示した図、図１６は、第１および第２の実施形態の発明に係る放電ランプ装置における可聴音のレベルを示した図である。縦軸は騒音計からの出力電圧、横軸は時間である。なお、測定に使用した測定器は、リオン株式会社製のＮＡ−４１を用い、放電ランプ装置におけるトランスからの音を測定したものである。
図１５に示すように、可聴音低減機能を有しない従来技術に係る放電ランプ装置では、電圧印加期間の初期と、電圧無印加期間の初期に大きな可聴音が発生していることが分かる。一方、図１６に示すように、本発明に係る放電ランプ装置においては、電圧印加期間初期および電圧無印加期間初期に発生していた可聴音の発生が低減され、改善されていることが分かる。電圧無印加期間初期に発生していた可聴音は、主に電圧無印加期間中にトランスのコイルを短絡することによって改善されたものであり、電圧印加期間の初期に発生していた可聴音は、主に、電圧印加期間の終わりの交流電圧の極性に対して、次の電圧印加期間の始まりの交流電圧の極性を逆極性とすることで改善されたものである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】第１の実施形態の発明に係る放電ランプ装置の回路構成を示す図である。
【図２】図１に示した放電ランプ装置の各部の動作を示す電気波形を示す図である。
【図３】図１に示した制御回路３の内部構成を示す図である。
【図４】図３に示した制御回路３内の各部の動作を示すタイミングチャートである。
【図５】第２の実施形態の発明に係る放電ランプ装置の回路構成を示す図である。
【図６】図５に示した放電ランプ装置の各部の動作を示す電気波形を示す図である。
【図７】図５に示した制御回路３Ａの内部構成を示す図である。
【図８】図７に示した制御回路３内各部の動作を示すタイミングチャートである。
【図９】希ガス蛍光ランプ６の管軸方向に直交する切断面から見た断面図および希ガス蛍光ランプの斜視図である。
【図１０】希ガス蛍光ランプやエキシマランプからなる放電ランプ６の等価回路を示す図である。
【図１１】図１７に示した従来技術に係る放電ランプ装置において、ＤＣ−ＤＣコンバーターを有しない放電ランプ装置における、トランス１０５の一次電圧Ｖの波形とトランス１０５の磁束密度Ｂの波形を示した図である。
【図１２】第１および第２の実施形態の発明に係る放電ランプ装置における、トランス５（５Ａ）の一次電圧Ｖの波形と、トランス５（５Ａ）の磁束密度Ｂの波形を示した図である。
【図１３】期間τの大きさを０．１０Ｔから０．５０Ｔまで変化させた場合のトランス５（５Ａ）からの可聴音の大きさを、５人の官能試験により評価した結果を示す表である。
【図１４】図１に示した回路において、信号Ｓ１、Ｓ２と、ランプ電圧、ランプ電流の波形を示す図である。
【図１５】本発明のコイル短絡機能や電圧極性制御機能、特許文献２，３に示されているようなＤＣ−ＤＣコンバーターを有しない、可聴音低減の機能のない放電ランプ装置における可聴音のレベルを示した図である。
【図１６】第１および第２の実施形態の発明に係る放電ランプ装置における可聴音のレベルを示した図である。
【図１７】特許文献２および特許文献３に記載の技術を併せ持った従来技術に係る放電ランプ装置の回路構成を示す図である。
【図１８】図１７に示した放電ランプ装置の各部の電気波形を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  直流電源
２、２Ａ  交流変換回路
３、３Ａ  制御回路
３１  発振回路
３２  同期回路
３３  電圧極性記憶回路
４  コイル短絡回路
５、５Ａ  トランス
６  放電ランプ
６１  ガラス管
６２  蛍光物質
６３、６４  外部電極
６５  易始動部位
Ｑ１〜Ｑ４  スイッチング素子
Ｄ１〜Ｄ４  ダイオード
Ｌ１〜Ｌ３  コイル
ＡＮＤ１〜ＡＮＤ３  論理積回路
ＯＲ１〜ＯＲ３  論理和回路
ＮＯＴ１、ＮＯＴ２  否定回路
Ｒ１−Ｃ１  積分回路
Ｄ−ＦＦ  ディレイフリップフロップ回路
Ｔ−ＦＦ  トグルフリップフロップ回路
【図１】
2009252410.tif 000003
【図２】
2009252410.tif 000004
【図３】
2009252410.tif 000005
【図４】
2009252410.tif 000006
【図５】
2009252410.tif 000007
【図６】
2009252410.tif 000008
【図７】
2009252410.tif 000009
【図８】
2009252410.tif 000010
【図９】
2009252410.tif 000011
【図１０】
2009252410.tif 000012
【図１１】
2009252410.tif 000013
【図１２】
2009252410.tif 000014
【図１３】
2009252410.tif 000015
【図１４】
2009252410.tif 000016
【図１５】
2009252410.tif 000017
【図１６】
2009252410.tif 000018
【図１７】
2009252410.tif 000019
【図１８】
2009252410.tif 000020