(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定された周波数で発振する水晶発信器からなる固定発振手段と；
固定発振手段で発振される周波数と異なった周波数で発振する第２の発振手段と；
固定発振手段および第２の発振手段の出力を増幅可能な電力増幅手段と；
電力増幅手段の出力を無電極放電灯に供給する結合手段と；
結合手段に供給される電力に応じた電圧または電流を検出する検出手段と；
検出手段の出力に応じて、固定発振手段または第２の発振手段のいずれか一方を選択して電力増幅手段に供給させる選択手段と；
を具備していることを特徴とする無電極放電灯用点灯装置。
【請求項２】
請求項１記載の無電極放電灯用点灯装置と；
無電極放電灯用点灯装置の出力により付勢される無電極放電灯と；
を具備していることを特徴とする無電極放電灯点灯装置。
【請求項３】
固定された周波数で発振する水晶発信器からなる固定発振手段と；
固定発振手段で発振される周波数と異なった周波数で発振する第２の発振手段と；
固定発振手段および第２の発振手段から供給される出力を増幅可能な電力増幅手段と；
電力増幅手段の出力によって電磁波を放射する結合手段と；
結合手段に供給される電力に応じた電圧または電流を検出する検出手段と；
検出手段の出力に応じて、固定発振手段または第２の発振手段のいずれか一方を選択して電力増幅手段に供給させる選択手段と；
結合手段の出力によって発光する無電極放電灯と；
無電極放電灯の発光を反射または透過させて外方に放射させる制光手段と；
を具備していることを特徴とする無電極放電灯照明装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、無電極放電灯を点灯させる点灯装置と、これを用いた無電極放電灯照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、無電極放電灯を点灯させる点灯装置は、例えば水晶発信器等の周波数固定の発信器の出力を受けて、インバータのスイッチング素子を動作させ、このインバータの出力を無電極放電灯と磁気結合した励起コイル等に供給し、その放電灯を、例えばＩＳＭバンド（工業用・科学用および医事用周波数）と称される１３．５６ＭＨｚ付近の周波数帯域で点灯させるように構成されていた。
【０００３】
上記点灯装置は、固定された周波数を受けてスイッチング動作するものであるから、出力に係る周波数が安定し、所要の周波数範囲に発振周波数が収まる。そのため、電波通信等で用いられている周波数帯域に妨害電波が出力されることがないという優れた特徴を有する。
【０００４】
しかしながら、上記点灯装置によると、インダクタンスまたはキャパシタンス成分を有する無電極放電灯の周波数特性の変動、例えば、放電灯の始動時、あるいは、経時変化等による変動によって点灯装置と放電灯とのインピーダンスが整合しなくなり、点灯装置から出力される電圧と電流との位相関係が変化する。
【０００５】
特に、無電極放電灯の場合には、メガＨｚ帯域等の短波長の電磁波により励起されるものであるため、そのインピーダンス特性は急峻になり、上記インピーダンス不整合が生じると、発光効率の低下を招くことは勿論のこと、最悪の場合には、大量の無効電流が流れ、点灯装置の素子が破壊されてしまうという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明者らは、特願平４−１７２１００号に示すように、点灯装置から出力される電流と電圧との位相差を検出して、その位相差を一定にするように点灯周波数を変化させるするものを発明した。
【０００７】
このものによれば、妨害電波の発生を問題とならぬ程度に抑えることができ、かつ、無電極放電灯の周波数変動に的確に対応して素子の破壊を防止できる利点がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のものは、電流検出器および電圧検出器や、位相比較器等の回路構成部品が不可欠であり、そのため回路構成が複雑となり易いものであった。
【０００９】
本発明は、上述した従来の問題点を解決するためなされたもので、その目的は、簡単な回路構成で妨害電波の発生を問題とならぬ程度に抑えることができ、かつ、無電極放電灯の周波数特性の変動に的確に対応して素子の破壊を防止し得る無電極放電灯用点灯装置およびそれを用いた無電極放電灯照明装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の無電極放電灯用点灯装置は、固定された周波数で発振する水晶発信器からなる固定発振手段と、固定発振手段で発振される周波数と異なった周波数で発振する第２の発振手段と、固定発振手段および第２の発振手段の出力を増幅可能な電力増幅手段と、  電力増幅手段の出力を無電極放電灯に供給する結合手段と、結合手段に供給される電力に応じた電圧または電流を検出する検出手段と、検出手段の出力に応じて、固定発振手段または第２の発振手段のいずれか一方を選択して電力増幅手段に供給させる選択手段と、を具備したことを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の無電極放電灯点灯装置は、請求項１記載の無電極放電灯用点灯装置と、無電極放電灯用点灯装置の出力により付勢される無電極放電灯とを具備していることを特徴とする。
【００１４】
請求項３記載の無電極放電灯照明装置は、固定された周波数で発振する水晶発信器からなる固定発振手段と、固定発振手段で発振される周波数と異なった周波数で発振する第２の発振手段と、固定発振手段および第２の発振手段から供給される出力を増幅可能な電力増幅手段と、電力増幅手段の出力によって電磁波を放射する結合手段と、結合手段に供給される電力に応じた電圧または電流を検出する検出手段と、検出手段の出力に応じて、固定発振手段または第２の発振手段のいずれか一方を選択して電力増幅手段に供給させる選択手段と、結合手段の出力によって発光する無電極放電灯と、無電極放電灯の発光を反射または透過させて外方に放射させる制光手段と、を具備したことを特徴とする。
【００１６】
ここで上記において、発振周波数を過渡的に変化させるとは、発振周波数を実質的な定常状態とは異なる周波数に変化させることを意味する。
【００１７】
ここで上記において、無電極放電灯の発光を反射または透過させて外方に放射させる制光手段とは、代表的には例えば所望の配光を得るために放電灯から発せられた光を反射させる反射板やルーバー等の反射部材や、分光特性を変化させる所謂光フィルタや光学的干渉部材、および分光特性の変化を伴わず光を実質的に全透過させる透光性部材などを総称していう。
【００１８】
【作用】
無電極放電灯は、例えば点灯開始前の状態と安定点灯の状態では、そのインピーダンス特性は大きく変わるものであるため、点灯装置から電力が供給されると、そのインピーダンス変化に応動して電圧、あるいは電流が変化する。つまり、点灯開始前の状態において、放電灯のインピーダンスは実質的に無限大を示すのに対し、点灯開始後における放電灯のインピーダンスは小さくなるため、始動開始時における放電灯を負荷として含めた等価回路のＱが低下することになる。したがって、放電灯の始動開始時には、点灯装置から供給される電力の電圧が低下するものである。また、無電極放電灯と点灯装置とのインピーダンスが不整合となると、上記と同様に放電灯を負荷として含めた等価回路のＱが変動することになり、同じく電圧または電流が変動することになる。
【００１９】
本発明においては、回路の複雑化を伴う電流および電圧の位相差を検出することなしに、これらインピーダンス特性の変動に伴う電圧または電流を検出手段が検出し、その検出手段の出力に応じて、選択手段が電力増幅手段に供給する発振周波数を変化させる。すると、無電極放電灯は、インダクタンスまたはキャパシタンス成分を有する負荷であるため供給される電力の周波数に応じてインピーダンスが変化することになり、点灯装置と放電灯とのインピーダンス不整合を改善し得ることになる。
【００２０】
【実施例】
以下，図面を用いて本発明の実施例を説明する。図１に本発明の実施例に係る無電極放電灯用点灯装置および無電極放電灯点灯装置の構成を示す。
【００２１】
この実施例では、１３．５６ＭＨｚに固定された周波数で発振する水晶発振器１と、検出手段２から出力される制御電圧に応じた周波数で発振する電圧制御発振器（ＶＣＯ）３とが備えられている。これら水晶発振器１と電圧制御発振器３との出力はスイッチ４により一方が選択され、電力増幅器５に与えられる。電力増幅器５にはスイッチング素子が含まれ、発振出力を受けてスイッチングがなされ、その出力は例えば励起コイルなどで構成された結合手段６を介して無電極放電灯７に供給される。
【００２２】
電力増幅器５から結合手段６に至るラインには、電圧ピックアップ部８が設けられ、電力増幅器５から結合手段６に供給される電圧に対応した電圧が取り出される。そして、取り出された電圧は、検出手段２に与えられ、結合手段６と磁気的結合をした無電極放電灯７のインピーダンス変動の検出に用いられる。すなわち、無電極放電灯７のインピーダンス特性が変化すると、マッチング状態のずれによって、電力増幅器５の出力に係る電力の電圧量に変化が生ずる。そこで、検出手段２では、電圧量の変化を検出し、この結果に応じた制御電圧を出力する。具体的には、例えば検出した電圧が所定の電圧値を越えているときには、電圧制御発振器３に対して水晶発振器１よりも高めの１５ＭＨｚの周波数を発振するようなレベルを出力し、検出電圧が所定の電圧値に近づくにしたがい発振周波数を下げる方向へ制御電圧を遷移させる。
【００２３】
さらに、この点灯装置には、選択手段９が設けられており、この選択手段９は、検出手段２の出力を入力すると共に、検出手段２の出力に応動してスイッチ４を制御する。つまり、検出手段２から出力される制御電圧が、所定の電圧値に合致するときには、スイッチ４を水晶発振器１側へ切換えるように制御し、また、検出手段２から出力される制御電圧が、所定の電圧値と異なるときには、スイッチ４を電圧制御発振器３側に切換えるように制御して、各々の発振器１，３の一方の出力を電力増幅器５に供給するようにしている。
【００２４】
以上の動作により、点灯装置と無電極放電灯との間にインピーダンスの不整合がある場合には、検出手段で検出される電圧に応じた周波数の電力が供給されて点灯装置と放電灯とのインピーダンス不整合を改善し得ることになる。なお、このような動作は、無電極放電灯の始動時等の僅かな時間であり、妨害電波が生じたとしても電波通信等に及ぼす影響は殆ど無視できる程度のものである。
【００２５】
また、整合性が保たれているときには、固定された周波数の電力が供給されるため、固定周波数による発振の利点である妨害電波の抑制を図ることができる。次に本発明の理解の助けとなる点灯装置について図２を用いて説明する。ここで、図１における構成要素と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略する。この参考例では、結合手段６に供給される電力について、過渡的に変化したときに検出するためのハイパスフィルタ１０を設け、電圧ピックアップ部８により取り出される電圧に過渡的な変化があった場合のみに、検出手段２へその電圧信号が入力されるように構成されている。
【００２６】
検出手段２は、ハイパスフィルタ１０を介して入力される電圧信号がゼロのときは、予め定められた例えば１３．５６ＭＨｚに固定された周波数で電圧制御発振器３が発振するように制御電圧を出力し、ハイパスフィルタ１０を介して電圧信号が与えられると、その電圧信号に応じて電圧制御発振器３の発振周波数を上昇させるような制御電圧を出力する。すなわち、発振手段である電圧制御発振器３は、検出手段２の出力に応じて過渡的にその発振周波数を変化させるように構成されているものである。
【００２７】
以上の構成によって、無電極放電灯７のインピーダンスが過渡的に大きく変動した場合には、電圧制御発信器３により、発振周波数が変化して点灯装置とその放電灯とのインピーダンス不整合を抑制するように働き、無電極放電灯７が安定して点灯してインピーダンスが整合しているときには、上記実施例における固定発振手段と同様に、妨害電波の抑制を図ることができるものである。しかし、電圧制御発信器３がいわゆるフィードバック形の自励発振手段である場合には部品のばらつき等による出力周波数が一定せず、妨害電波の抑制を図ることが困難である。
【００２８】
次に、本発明の無電極放電灯照明装置に係る実施例を図３および４を用いて説明する。すなわち本実施例においては、無電極放電灯７は、中空の石英ガラス球内に例えばクリプトンガスおよびよう化ナトリウム等の発光金属が気密に封入された無電極放電灯本体７ａに、管状のガラス管からなる始動用細管７ｂが接合されて構成されている。ここで、この放電灯７の始動時には、始動用細管７ｂに高電圧を与えてグロー放電を生起させ、放電灯本体７ａにプラズマを誘起させるため、放電灯本体７ａに電磁波として点灯電力を放射する結合手段としての励起コイル６から、コンデンサＣ１を介して、コイルＬ１、コンデンサＣ２、抵抗Ｒ１が並列に接続されて構成されたスタータ回路に電力が供給される。この励起コイル６は、放電灯本体７ａを取り巻くように配置されており、例えばアルミニウム等の導電性金属を２乃至３ターン巻回するようにコイル状に一体成形したものが使用されている。また、スイッチＳＷは、起動用のスイッチを示している。
【００２９】
励起コイル６より電源側には、５３０ｐＦ程度の容量のコンデンサＣｐとコンデンサＣｓとがＴ回路を構成するように接続され、マッチング回路として機能する。スイッチング用の一対の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）Ｔ１，Ｔ２の接続点と一方のトランジスタＴ２のソースとの間から電力増幅器５の出力が、上記マッチング回路を介して結合手段である励起コイル６に供給される。トランジスタＴ１のソースとトランジスタＴ２のドレインとの間には、電源電圧ＶDDが与えられており、またスイッチング用の高周波は、ドライバ１１から各々のトランジスタＴ１，Ｔ２のゲートに供給されている。
【００３０】
また、本実施例においては、励起コイル６に供給される電圧は、トランジスタＴ１のドレインソース間の電圧をコンデンサＣ３，Ｃ４で分圧することにより取り込まれている。検出端８から取り込まれた電圧は、ハイパスフィルタ１０、比較器１２、ローパスフィルタ１３により構成される制御手段１４に出力されている。つまり、上述の実施例と同じくハイパスフィルタ１０を介して、その電圧が過渡的に変化したときにそのハイパスフィルタ１０を通過するようにされ、このハイパスフィルタ１０の出力は、比較器１２の一方の端子に入力される。また比較器１２の他方の端子には、無電極放電灯７が正常の動作をするときに対応した直流電圧が基準電圧ＶREF として与えられている。
【００３１】
そして、比較器１２の出力は、ローパスフィルタ１３に与えられ、このローパスフィルタ１３は、比較器１２の出力を積分して直流電圧信号を作成する。そして、この直流電圧信号は制御電圧として電圧制御発振器３に供給されるように構成されているものである。またここで、上記制御手段１４はハイパスフィルタ１０を介して入力される電圧信号がゼロのときは、予め定められた例えば１３．５６ＭＨｚに固定された周波数で電圧制御発振器３が発振するように直流電圧信号を出力し、ハイパスフィルタ１０を介して電圧信号が与えられると、その電圧信号に応じて電圧制御発振器３の発振周波数を上昇させるような直流電圧信号を出力するようになっている。すなわち、制御手段１４は、励起コイル６に出力される電力に応じた電圧に基づいて電圧制御発振器３の発振周波数を過渡的に変化させ、無電極放電灯７が安定に点灯しているときには、その発振周波数を固定するように直流電圧信号を出力するものである。
【００３２】
また、無電極放電灯の発光を反射または透過させて外方に放射させる制光手段について、図４を用いて説明する。同図にその要部を示すように、無電極放電灯７の始動用細管７ｂを機械的に固定することにより放電灯７を支持するソケット１５は、内面が反射面を呈する碗状の反射笠１６の中央部に取着されている。また、その反射笠１６の開口部には、電磁波が外部に漏れることを防止するために、金属メッシュ（図示せず）が埋め込まれた前面ガラス板１７が配設されており、これら反射笠１６および前面ガラス板１７により制光手段を構成している。
【００３３】
次に、上記のように構成された無電極放電灯照明装置の動作について、その点灯装置部分を中心に説明する。スイッチＳＷを閉じるとコンデンサＣ１を介してコンデンサＣ２、コイルＬ１、抵抗Ｒ１からなる共振回路に電力が供給され共振を生じる。この共振電力は無電極放電灯７に取着された始動用細管７ｂに供給され、グロー放電を生じさせる。このグロー放電は、励起コイル６からの無電極放電灯７への電磁波放射と相まって、無電極放電灯７のプラズマ放電を誘起し、リング状のプラズマが生じて始動状態へと到る。
【００３４】
上記無電極放電灯７の始動から点灯に到るまでの間には、無電極放電灯７のインピーダンス特性が変化し、これに伴いトランジスタＴ１のドレインソース間電圧を分圧用コンデンサＣ３，Ｃ４で分圧され取り込まれた電圧は変動する。そして、その検出端８から取り込まれた電圧は、ハイパスフィルタ１０を介して、その電圧が過渡的に変化したときにそのハイパスフィルタ１０を通過するようにされ、このハイパスフィルタ１０の出力は、比較器１２の一方の端子に入力され、無電極放電灯７が正常の動作をするときに対応した基準電圧ＶREF と比較される。また、この比較器１２の出力は、ローパスフィルタ１３に与えられ、このローパスフィルタ１３は、比較器１２の出力を積分して直流電圧信号を作成し、この直流電圧信号は制御電圧として電圧制御発振器３に供給される。したがって、無電極放電灯７のインピーダンスが変化していないときには、ハイパスフィルタ１０を介して入力される電圧信号がゼロとなっているため、制御手段１４は、予め定められた例えば１３．５６ＭＨｚに固定された周波数で電圧制御発振器３が発振するように直流電圧信号を出力する。また無電極放電灯７の始動時等の過渡的なインピーダンス変動が生じたときには、ハイパスフィルタ１０を介して電圧信号が与えられることになり、その電圧信号に応じて電圧制御発振器３の発振周波数を上昇させるような直流電圧信号を出力するように作用する。つまり、制御手段１４は励起コイルに出力される電力に応じた電圧に基づいて電圧制御発振器３の発振周波数を過渡的に変化させ、無電極放電灯７が安定に点灯しているときには、その発振周波数を固定するように直流電圧信号を出力する。
【００３５】
以上のとおり、無電極放電灯のインピーダンスが過渡的に大きく変動した場合には、電圧制御発振器により、発振周波数が変化して点灯装置とその放電灯とのインピーダンス不整合を抑制するように働き、無電極放電灯が安定して点灯してインピーダンスが整合しているときには、固定発振手段と同様に、妨害電波の抑制を図ることができるものである。
【００３６】
なお、上記実施例においては、結合手段に供給される電圧を検出あるいは、その電圧に基づき発振手段を制御するものについて具体的に説明しているが、結合手段に到る電流経路に電流検出手段を設けて、その電流を検出しても良く、同様にその電流に基づき発振手段を制御してもよい。
【００３７】
また、上記において、結合手段と電力増幅器との間を同軸ケーブルなどの特性インピーダンスの定まった延長ケーブルで接続させて、電気回路部分と、無電極放電灯を含む灯具部分とを分離させることもできる。この際には、コンデンサＣｐとコンデンサＣｓとにより構成されるマッチング回路の回路定数をケーブルの特性インピーダンスに整合させるように変化できるように構成させてもよい。具体的には、例えばコンデンサＣｐとコンデンサＣｓに対して並列に補助コンデンサをスイッチを介して各々接続させ、そのスイッチの入切を制御してもよい。さらには、放電灯の始動時や点灯状態を既存の手段で検出して、その放電灯の動作状態に応じて、マッチング回路の回路定数を変化させてもよい。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、簡単な回路構成で妨害電波の発生を問題とならぬ程度に抑えることができ、かつ、無電極放電灯の周波数特性の変動に的確に対応して素子の破壊を防止し得る無電極放電灯用点灯装置、無電極放電灯点灯装置およびそれを用いた無電極放電灯照明装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の無電極放電灯用点灯装置および無電極放電灯点灯装置に係る実施例を示す回路ブロック図
【図２】本発明の理解の助けとなる点灯装置を示す回路ブロック図
【図３】本発明の無電極放電灯放電灯照明装置に係る実施例の回路を示す図
【図４】本発明の無電極放電灯放電灯照明装置に係る実施例の制光手段を示す概略図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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