JP4211028B2 - 高圧放電ランプ点灯装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧放電ランプ（以下、「ランプ」という）を高周波で点灯する高圧放電ランプ点灯装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の高圧放電ランプ点灯装置においては、放電アークの起点が電極の先端から基端に向けて前後方向（高圧放電ランプの長手方向）に移動した場合に、周期的に高圧パルスを印加して放電アークの起点位置を電極先端に戻している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３２７９３２２号公報（第５−７頁、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、放電アークの起点が電極上を前後方向に移動する以外にも、電極上を左右方向（高圧放電ランプの長手方向に直交する方向）に移動し、電極中心部から外れて放電してしまう場合があった。この現象により、放電アークが不安定となり、ちらつきや立ち消えが引き起こされることがあった。このような現象に対しては、従来技術のように、周期的に高圧パルスを印加しても、放電アークの起点を電極中心部に戻すことができず、問題であった。
【０００５】
本発明は、このような問題を解決し、放電アークの起点が電極中心部から外れて左右方向に移動した場合であっても、放電アークの起点を容易に電極中心部に戻すことが可能な高圧放電ランプ点灯装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の高圧放電ランプ点灯装置は、直流電源回路と、直流電源回路の出力電流を１ｋＨｚ以上の高周波に変換するインバータ回路と、負性抵抗特性を有しインバータ回路の出力電流を通電する高圧放電ランプと、インバータ回路の出力周波数を制御し、高圧放電ランプを高周波点灯した際に発生し得る音響共鳴現象を引き起こさない周波数帯域に維持させる制御回路と、変動手段とを備え、変動手段は、出力周波数を音響共鳴現象を引き起す周波数を含むより低い周波数に切り換えて高圧放電ランプを流れるランプ電流を増大させ、増大したランプ電流と負性抵抗とに基づいて減少するランプ電圧と、ランプ電流とに基づいてインピーダンスを減少させて、放電アークの起点が高圧放電ランプの長手方向とは垂直な方向に電極中心部から外れるのを防止し、音響共鳴現象を引き起こす周波数では、切り換え後の周波数のパルス幅を音響共鳴現象が起こる時間より短くすることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る高圧放電ランプ点灯装置の好適な実施の形態について添付図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る高圧放電ランプ点灯装置の構成を示す回路図である。同図に示すように、直流電源回路１の両端にＭＯＳＦＥＴ２ａ，２ｂからなるインバータ回路２が接続され、インバータ回路２はドライバ回路（制御回路）３によって駆動制御されている。インバータ回路２の出力点には、コンデンサ４、チョークコイル５、高圧放電灯６（以下、「ランプ」という）が直列接続されている。
【０００８】
チョークコイル５の１次巻線と２次巻線とは磁気的に結合され、チョークコイル５の２次巻数には、電源投入後にランプ６に高圧パルスを印加し、放電を開始させる始動回路７が接続されている。また、ドライバ回路３には周波数切換回路（変動手段）８が接続され、周波数切換回路８にはタイマー回路９が接続されている。周波数切換回路８は、タイマー回路９によって決定される周期及び幅でドライバ回路３の出力周波数を切り換えて、ランプ電流を周期的及びパルス的に増大させるものである。
【０００９】
次に、本実施の形態の動作について説明する。まず、直流電源回路１からの直流電圧出力は、交互にオン／オフされるＭＯＳＦＥＴ２ａ，２ｂからなるインバータ回路２によって高周波に変換される。ドライバ回路３によって、インバータ回路２は出力周波数ｆ１で駆動され、コンデンサ４とチョークコイル５の直列回路によって出力調整された電力がランプ６に印加される。ドライバ回路３の出力周波数は、周波数切換回路８によってパルス的にｆ２（ｆ１＞ｆ２）に切り換えられる。
【００１０】
図２に示すように、ドライバ回路３の出力周波数をｆ１からｆ２に切り換えることにより、ランプ６両端のインピーダンスＺＬは減少する。即ち、インピーダンスＺＬは、出力周波数ｆには直接は依存しないが、ランプ６は一般に負性抵抗特性を示すため、出力周波数ｆがｆ１からｆ２に減少してチョークコイル５のインピーダンスが減ると、ランプ電流が増大する。このランプ電流の増大によってランプ電圧が減少し、結果としてインピーダンスＺＬは減少することになる。
【００１１】
次に、出力周波数ｆ１，ｆ２、出力周波数ｆ２のパルス幅ｄ及び切換周期Ｔの設定について説明する。
一般に高圧放電ランプを高周波で点灯する場合、ランプ内の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。従って、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非共鳴周波数帯（以下、「窓」という）を選んで点灯すれば安定点灯が可能となる。
【００１２】
図３は、定格電力３５Ｗのセラミック製メタルハライドランプの共鳴周波数帯と窓との分布を示す図である。本実施の形態においては、出力周波数ｆ１は、４１〜４５ｋＨｚの窓に含まれるいずれかの周波数に設定されている。
【００１３】
また、点灯周波数が共鳴周波数帯に含まれても、音響共鳴現象が起こるまでは１ｍ〜２ｍｓを要するため、パルス幅ｄが１ｍｓ以下であれば、出力周波数ｆ２は出力周波数ｆ１より小さい任意の周波数でよい。
さらに、切換周期Ｔは、出力周波数ｆの切換が視覚的に認識できない程度に短くする必要があり、２０ｍｓ以下とするのが望ましい。
なお、本実施の形態においては、ｆ１＝４１ｋ〜４４ｋ(Ｈｚ)、ｆ２＝ｆ１−１０ｋ(Ｈｚ)、ｄ＝１ｍ(ｓ)、Ｔ＝１１ｍ(ｓ)としている。
【００１４】
次に、ランプ６内での放電アークの挙動について説明する。
図４はランプ６の模擬的な断面図である。バルブ１０内に電極１１ａ、１１ｂが配置され、両電極間に放電アークが通じる。図４（ｂ）に示すように、放電アークは通常電極の中心部Ａ０を起点として安定するが、寿命が進むにつれ電極が劣化し、図４（ｃ）に示すように電極先端がささくれる場合がある。これにより、点灯時のアークの起点がずれ、起点が中心部Ａ０からＡ１、Ａ２等の外側の点にずれてしまう。
なお、アーク起点がＡ０にある場合の放電アークのインピーダンスをＺ０、Ａ１の場合はＺ１、Ａ２の場合はＺ２とする。
【００１５】
ここで、Ｚ０≒Ｚ１≒Ｚ２の状態で、放電アークの起点がＡ０からＡ１又はＡ２に移動した場合でも、Ｚ０≒Ｚ１≒Ｚ２の状態が続けば、放電アークの起点はＡ０に自然に戻るが、起点がＡ１又はＡ２となった後に、Ｚ１＜Ｚ０又はＺ２＜Ｚ０となってしまった場合、放電アークの起点がＡ０に戻れなくなり、起点Ａ２はさらに安定な点を追って電極上を移動することになる。
【００１６】
最悪の場合、起点が電極中心部から更に離れた位置に移動し、起点が封入物１０１に接触してしまう。この時、封入物１０１の温度が急上昇して一気に蒸発してしてしまい、立ち消えることになる。従って、起点がずれかけてしまった場合に何らかのトリガを加え、放電アークの起点を電極中心部Ａ０に戻すことが必要となる。
【００１７】
本実施の形態では、ドライバ回路３の出力周波数を、周波数切換回路８によって周期的にｆ１からｆ２に切り換えているので、放電アークの起点がＡ０時のインピーダンスＺ０が減少し、定常的にＺ０＜Ｚｎ（ｎ＝１、２）となる状態を作り出すことができる。その結果、放電アークの起点がＡｎ（ｎ＝１、２）にずれた場合でも、周期的にＺｎ＞Ｚ０となることにより、起点を常にＡｎからＡ０に戻すことができる。
【００１８】
以上のように、周期的にドライバ回路３の出力周波数を下げ、ランプ６内のインピーダンスを減少させることによって、放電アークの起点が電極中心部から外れるのを効果的に防止することができる。
【００１９】
図５は、放電開始からの放電状態の変化に伴うランプ電圧ＶＬの変化を示す図である。同図によれば、放電開始からｔ１までの期間はアルゴン放電が続き、ｔ１からｔ２までは水銀が蒸発し、ｔ２から安定点灯に達するｔ３までは放電物質を構成する各種金属が蒸発する。なお、放電開始からｔ３までは約２分である。この際、各期間に応じて、出力周波数ｆの降下量（ｆ１―ｆ２）、パルス幅ｄ又は動作周期Ｔを変化させてもよい。
また、本実施の形態においては、出力周波数ｆの降下量（ｆ１―ｆ２）を一定としたが、出力周波数ｆ１の値にかかわらず、出力周波数ｆ２を固定の値としてもよい。
また、出力周波数ｆ２が出力周波数ｆ１の属する窓内の場合(例えば、窓の下限周波数)、又は他の窓に属する場合は、パルス幅ｄは１ｍｓ以上であってもよい。
【００２０】
実施の形態２．
次に、実施の形態２に係る高圧放電ランプ点灯装置を説明する。実施の形態１においては、周期的にドライバ回路３の出力周波数を下げ、ランプ６内のインピーダンスを減少させる例を示したが、本実施の形態においては、周期的に直流電源回路１の出力電圧を上昇させ、ランプ内６のインピーダンスを下げる例を示す。
【００２１】
図６は、実施の形態２に係る高圧放電ランプ点灯装置の構成を示す回路図である。この実施の形態２が図１に示す実施の形態１と異なるのは、周波数切換回路８の代わりに、タイマー回路９によって周期的に直流電源回路１の出力電圧を上昇させる電圧切換回路（変動手段）１２を備えている点である。その他の構成については実施の形態１と同一又は同等である。なお、実施の形態１と同一又は同等な構成部分については同一符号を付し、その説明は省略する。
【００２２】
図７に示すように、電圧切換回路１２によって周期的に直流電源回路１の出力電圧を上昇させることにより、ランプ６両端のインピーダンスＺＬは減少する。即ち、実施の形態１と同様、インピーダンスＺＬは、出力電圧Ｖdcには直接は依存しないが、ランプ６は一般に負性抵抗特性を示すため、出力電圧Ｖdcが上昇してランプ電流が増大すると、ランプ電圧が減少し、結果としてインピーダンスＺＬは減少することになる。
以上のように、放電アークの起点がずれた場合でも、周期的に直流電源回路１の出力電圧を上昇させて、ランプ６内のインピーダンスを減少させることにより、放電アークの起点が電極中心部から外れるのを防止することができる。
【００２３】
なお、図７中の出力電圧Ｖdcの上昇幅ΔＶdc、パルス幅ｄ、切換周期Ｔは、ランプ６の特性に応じて任意に設定できるが、周期Ｔは切換動作が視覚的に認識できない程度に短くする必要があり、２０ｍｓ以下とするのが望ましい。また、周期Ｔにおける実効電力がランプ６の定格電力の範囲に収まるように出力電圧Ｖdc、上昇幅ΔＶdc及びパルス幅ｄを設定する必要がある。
【００２４】
実施の形態３．
次に、実施の形態３に係る高圧放電ランプ点灯装置を説明する。実施の形態１，２においては、周期的にランプ６のインピーダンスを減少させ、アークの起点ずれを予防する例を示したが、本実施の形態においては、起点がずれた場合にそれを検出し、補正手段を動作させる例を示す。
【００２５】
図８は、実施の形態３に係る高圧放電ランプ点灯装置の構成を示す回路図である。この実施の形態３が図１に示す実施の形態１と異なるのは、タイマー回路９の代わりに、ランプ電圧の所定値以上の上昇率又は電圧値を検知した場合に周波数切換回路８に通知するランプ電圧検出回路（変動手段）１３を備えている点である。その他の構成については実施の形態１と同一又は同等である。なお、実施の形態１と同一又は同等な構成部分については同一符号を付し、その説明は省略する。
【００２６】
図９（ａ）（ｂ）は、出力周波数ｆとランプ６の実効電圧ＶＬとの関係を示す図である。図９（ａ）は出力周波数ｆを一定（ｆ１）にした場合の図であり、図９（ｂ）は出力周波数ｆをパルス的にｆ１からｆ２に下げた場合の図である。ここで、ランプ６の実効電圧はアーク長に比例するので、放電アークの起点が電極中心部から外れるに従いアーク長が伸び、ランプ電圧は上昇する。
【００２７】
図９（ａ）の場合には、ランプ電圧が上昇しても出力周波数ｆは一定のままなので、放電アークの起点が一層電極中心部から外れ、最後にはランプ６が立ち消えてしまう。一方、図９（ｂ）の場合には、ランプ電圧検出回路１３でランプ電圧の上昇を検出し、その上昇率又は電圧値が所定値を超えた場合には、検出信号がランプ電圧検出回路１３から周波数切換回路８に出力される。検出信号を入力した周波数切換回路８は出力周波数ｆをパルス的にｆ１からｆ２に切り換える。このため、ランプ６内のインピーダンスが減少し、アークの起点がずれても速やかに元の位置に戻り、ランプ電圧は降下する。
【００２８】
以上のように、アークの起点が電極中心部から外れたのを検知して、パルス的にランプのインピーダンスを下げることにより、放電アークの起点が電極中心部から外れるのを効果的に防止することができる。
【００２９】
なお、図１０に示す回路を用いて、ランプ電圧検出回路１３がランプ電圧の上昇を検知した後に、直流電源回路１の出力電圧をパルス的に上昇させ、ランプ６のインピーダンスＺＬを下げることにより、放電アークの起点を元の位置に戻すようにしてもよい。
【００３０】
実施の形態４．
次に、実施の形態４に係る高圧放電ランプ点灯装置を説明する。実施の形態１〜３においては、周期的又は異常発生時にパルス的にランプのインピーダンスを減少させる例を示したが、本実施の形態においては、双方を使い分ける例を示す。
【００３１】
図１１は、実施の形態４に係る高圧放電ランプ点灯装置の構成を示す回路図である。この実施の形態４が図１に示す実施の形態１と異なるのは、ランプ電圧の所定値以上の上昇率又は電圧値を検知した場合に周波数切換回路８に通知するランプ電圧検出回路１３を更に備えている点である。その他の構成については実施の形態１と同一又は同等である。なお、実施の形態１と同一又は同等な構成部分については同一符号を付し、その説明は省略する。
【００３２】
図１２において、放電開始からｔ３までの期間は、放電アークそのものが不安定であり、出力周波数を大きく変動させた場合、その変動範囲が適切でないと立ち消える場合がある。
また、ランプ電圧検出回路１３による検出で周波数切換回路８を動作させる場合、その検出精度によっては、アークの起点が大きく外れないと検出できない場合があり、対応が遅れた場合にちらつき等が視認されてしまう場合もある。従って、光束の安定が求められるｔ３以降では、周期的に動作させ、アークの起点がずれるのを予防した方が望ましい。一方、ｔ１〜ｔ３の期間は光束そのものが上昇し、変動しているため、多少のちらつきは許容される。
【００３３】
従って、本実施の形態では、ｔ１〜ｔ３の期間はランプ電圧検出回路１３で異常なランプ電圧の上昇を検出した時のみ、周波数切換回路８を動作させ（第１のモード）、ｔ３以降はタイマー回路９によって周期的に周波数切換回路８を動作させている（第２のモード）。
以上のように、放電開始から安定点灯に達するまでの期間とその後で、周波数切換回路８の動作を適正化することにより、適切にアークの起点ずれを防止することができる。
【００３４】
なお、本実施の形態においては、周波数を切り換えるものを示したが、直流電源の出力電圧を変化させるタイプ、若しくは始動回路を動作させるタイプ、又はその組合せを適用してもよい。
また、ｔ１〜ｔ３の期間にランプ電圧検出回路１３に異常なランプ電圧の上昇が検出されない場合は、実質的にｔ３から第２のモードのみが実行される。
さらに、ｔ１〜ｔ３の期間が比較的に安定的に点灯できるランプの場合は、第２のモードのみを有効とする設定としてもよい。
【００３５】
実施の形態５．
次に、実施の形態５に係る高圧放電ランプ点灯装置を説明する。実施の形態３においては、ランプ電圧の上昇率又は電圧値が所定値を超えた瞬間に出力周波数を下げる例を示したが、本実施の形態においては、同様の瞬間に始動回路を動作させる例を示す。
【００３６】
図１３は、実施の形態５に係る高圧放電ランプ点灯装置の構成を示す回路図である。この実施の形態５が図８に示す実施の形態３と異なるのは、周波数切換回路８の代わりに、ランプ電圧の所定値以上の上昇率又は電圧値を検知した場合に始動回路７を動作させるランプ電圧検出回路（変動手段）１４を備えている点である。その他の構成については実施の形態３と同一又は同等である。なお、実施の形態３と同一又は同等な構成部分については同一符号を付し、その説明は省略する。
【００３７】
始動回路７の本来の役割は、放電開始前にランプ６に４ｋＶ０−Ｐ程度の高圧パルスを印加して放電を開始させるものであり、点灯中は非動作状態となっている。点灯中はランプ両端のインピーダンスは数百Ωとなるので、始動回路を動作させても放電開始前ほどの高圧パルスは印加されないが、１２０Ｖ０−Ｐ程度のランプ電圧に対し、７００〜８００Ｖ０−Ｐのパルス電圧を重畳することができる。
【００３８】
図１４は、本実施の形態における高圧パルスの印加とランプ６の実効電圧ＶＬとの関係を示す図である。同図に示すように、放電アークの起点が外れて実効電圧ＶＬが上昇した瞬間に始動回路７を動作させれば、高圧パルスがランプ電圧に重畳され、この高圧パルスをトリガとして放電アークの起点が元の位置に戻り、実効電圧ＶＬは降下する。
【００３９】
以上のように、放電アークの起点が電極中心部から外れたのをランプ電圧検出回路１４で検知して、始動回路７を動作させ、ランプ６に高圧パルスを印加するようにしたので、電極中心部から外れた放電アークの起点を迅速に元の位置に戻すことができる。
【００４０】
実施の形態６．
次に、実施の形態６に係る高圧放電ランプ点灯装置を説明する。実施の形態１〜５においては、単一の手段を用いてアークの起点ずれを防止する例を示したが、本実施の形態においては、複数の手段を使い分ける例を示す。
【００４１】
図１５は、実施の形態６に係る高圧放電ランプ点灯装置の構成を示す回路図である。この実施の形態６が図１に示す実施の形態１と異なるのは、タイマー回路９の出力信号が始動回路７と周波数切換回路８の双方に与えられている点である。その他の構成については実施の形態１と同一又は同等である。なお、実施の形態１と同一又は同等な構成部分については同一符号を付し、その説明は省略する。
【００４２】
図１６は、点灯開始からの数分間における始動回路７による高圧パルス印加動作と、周波数切換回路８による周波数切換動作と、ランプの実効電圧ＶＬとの関係を示す図である。放電開始からｔ３までの期間は、放電アークそのものが不安定であり、出力周波数を大きく変動させた場合、その変動範囲が適切でないとランプ６が立ち消える場合がある。
【００４３】
そこで、放電開始からｔ３までの期間は、タイマー回路９からの出力信号が始動回路７にのみ与えられ、始動回路７からの高圧パルスがランプ６に印加されることにより、放電アークの起点のずれが元に戻る。また、放電アークが安定したｔ３以降は、タイマー回路９からの出力信号が周波数切換回路８にのみ与えられ、周波数切換回路８によってドライバ３の出力周波数ｆがｆ１からｆ２に切り換わることにより、放電アークの起点のずれが元に戻る。
【００４４】
以上のように、放電開始から安定点灯に達するまでの期間とその後で、アークの起点ずれ防止の手段を適正化し、アークの起点ずれを適切に防止することができる。
なお、ｔ３までの期間に周期的にランプ６に高圧パルスを印加するようにしたが、全体の点灯時間に対して点灯開始からの約２分間は十分短いことから、高圧パルス印加によるランプ寿命への影響は無視できる。
【００４５】
なお、本実施の形態においては、高圧パルスを印加する方法と出力周波数を降下させる方法とを組み合わせたが、直流電源回路の出力を上昇させる方法と出力周波数を降下させる方法とを組み合わせてもよい。
【００４６】
実施の形態７．
次に、実施の形態７に係る高圧放電ランプ点灯装置を説明する。実施の形態１〜６においては、放電アークの起点がずれるのを防止する例を示してきたが、本実施の形態においては、アークの起点ずれ防止とランプ電力を一定に保つための定電力制御を兼ねた構成の例を示す。
【００４７】
図１７は、実施の形態７に係る高圧放電ランプ点灯装置の構成を示す回路図である。この実施の形態７が図１に示す実施の形態１と異なるのは、直流電源回路１の負側とインバータ回路２との間に設けられ一端が接地した抵抗１５と、タイマー回路９の出力信号に基づいて抵抗１５に発生する電圧を検出する負荷電流検出回路１６とを備えている点である。その他の構成については実施の形態１と同一又は同等である。なお、実施の形態１と同一又は同等な構成部分については同一符号を付し、その説明は省略する。
【００４８】
負荷電流検出回路１４は、抵抗１５に発生する電圧を検出し、インバータ回路２の負荷電流を検出するものである。タイマー回路９において、負荷電流検出回路１４の出力が一定になるように周波数切換周期Ｔをフィードバックする。即ち、負荷電流が目標値よりも小さい場合には、切換周期Ｔの値を小さくし、周波数ｆ１の期間を短くすることによって（平均周波数を下げ）、負荷電流を増加させる。また、負荷電流が目標値よりも大きい場合には、切換周期Ｔの値を大きくし、出力周波数ｆ１の期間を長くすることによって（平均周波数を上げ）、負荷電流を減少させる。
【００４９】
本実施の形態においては、出力周波数ｆ２の期間ｄは１ｍｓの固定値とし、切換周期Ｔを１.５ｍｓ〜２０ｍｓの範囲で変化させる設定としている。図１８は、この際の切換周期Ｔと負荷電流に比例したランプ電力との関係を示す図である。
上述したように、出力周波数ｆ２のパルス幅ｄを１ｍｓ以内としているので、出力周波数ｆ２が窓に属していなくても音響共鳴現象を引き起こすことがなく、放電アークの起点がずれるのを防止するとともに、ランプ電力を一定に保つことができる。
【００５０】
なお、本実施の形態においては、パルス幅ｄを固定値としたが、切換周期Ｔと連動させて、パルス幅ｄが変動するようにしてもよい。例えば、切換周期Ｔの増加に対して、パルス幅ｄが単調減少するようにすれば、よりランプ電力変動範囲を広げることができる。
【００５１】
実施の形態８．
次に、実施の形態８に係る高圧放電ランプ点灯装置を説明する。実施の形態１〜７においては、電気的なトリガにより放電アークの起点ずれを防止する例を示したが、本実施の形態においては、機械的に放電アークの起点ずれを防止する例を示す。
【００５２】
通常、高圧放電ランプを鉛直方向に設置した場合、下側の電極において、アークの起点ずれが発生する。原因として、図１９に示すようなバルブ１０内部の対流により、アークの下側が大きな圧力を受けることが考えられる。
従って、バルブの向きが上下反転するような機構を設け、定期的に上下反転して点灯するようにして、アークの起点ずれを防止してもよい。
【００５３】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内において、例えば以下のように変更することも可能である。
（１）上記実施の形態１〜８において、定格電力３５Ｗのセラミック製メタルハライドランプを用いて実施の形態を説明したが、他の定格や他の材質の高圧放電ランプについて、同様の方法で点灯してもよい。
【００５４】
（２）インバータ回路２はハーフブリッジ型のものを示したが、高周波電力を出力できればプッシュプル型、一石電圧共振型等のものであってもよい。
【００５５】
（３）点灯開始後、所定のタイミングで、出力周波数の降下量、パルス幅若しくは動作周期、又は直流電源の電圧上昇量を変化させてもよい。
【００５６】
【発明の効果】
本発明に係る高圧放電ランプ点灯装置は、変動手段によって高圧放電ランプ内のインピーダンスをパルス的に減少させているので、放電アークの起点が電極中心部から外れるの効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１に係る高圧放電ランプ点灯装置の構成を示す回路図である。
【図２】ドライバの出力周波数とランプ両端のインピーダンスとの関係を示す図である。
【図３】定格電力３５Ｗのセラミック製メタルハライドランプの共鳴周波数帯と窓との分布を示す図である。
【図４】ランプの模擬的な断面図である。
【図５】放電開始からの放電状態の変化に伴うランプ電圧の変化を示す図である。
【図６】実施の形態２に係る高圧放電ランプ点灯装置の構成を示す回路図である。
【図７】直流電源回路の出力電圧とランプのインピーダンスとの関係を示す図である。
【図８】実施の形態３に係る高圧放電ランプ点灯装置の構成を示す回路図である。
【図９】出力周波数とランプの実効電圧との関係を示す図である。
【図１０】実施の形態３の変形例に係る高圧放電ランプ点灯装置の構成を示す回路図である。
【図１１】実施の形態４に係る高圧放電ランプ点灯装置の構成を示す回路図である。
【図１２】ランプ電圧検出回路及びタイマー回路の動作とランプの実効電圧との関係を示す図である。
【図１３】実施の形態５に係る高圧放電ランプ点灯装置の構成を示す回路図である。
【図１４】高圧パルスの印加とランプの実効電圧との関係を示す図である。
【図１５】実施の形態６に係る高圧放電ランプ点灯装置の構成を示す回路図である。
【図１６】始動回路による高圧パルス印加動作と周波数切換回路による周波数切換動作とランプの実効電圧との関係を示す図である。
【図１７】実施の形態７に係る高圧放電ランプ点灯装置の構成を示す回路図である。
【図１８】切換周期と負荷電流に比例したランプ電力との関係を示す図である。
【図１９】バルブ内の対流を示す図である。
【符号の説明】
１…直流電源回路、２…インバータ回路、２ａ，２ｂ…ＭＯＳＦＥＴ、３…ドライバ回路（制御回路）、４…コンデンサ、５…チョークコイル、６…高圧放電灯、７…始動回路、８…周波数切換回路（変動手段）、９…タイマー回路、１０…バルブ、１１ａ，１１ｂ…電極、１２…電圧切換回路（変動手段）、１３，１４…ランプ電圧検出回路（変動手段）、１５…抵抗、１６…負荷電流検出回路。
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧放電ランプ（以下、「ランプ」という）を高周波で点灯する高圧放電ランプ点灯装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の高圧放電ランプ点灯装置においては、放電アークの起点が電極の先端から基端に向けて前後方向（高圧放電ランプの長手方向）に移動した場合に、周期的に高圧パルスを印加して放電アークの起点位置を電極先端に戻している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３２７９３２２号公報（第５−７頁、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、放電アークの起点が電極上を前後方向に移動する以外にも、電極上を左右方向（高圧放電ランプの長手方向に直交する方向）に移動し、電極中心部から外れて放電してしまう場合があった。この現象により、放電アークが不安定となり、ちらつきや立ち消えが引き起こされることがあった。このような現象に対しては、従来技術のように、周期的に高圧パルスを印加しても、放電アークの起点を電極中心部に戻すことができず、問題であった。
【０００５】
本発明は、このような問題を解決し、放電アークの起点が電極中心部から外れて左右方向に移動した場合であっても、放電アークの起点を容易に電極中心部に戻すことが可能な高圧放電ランプ点灯装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の高圧放電ランプ点灯装置は、直流電源回路と、直流電源回路の出力電流を１ｋＨｚ以上の高周波に変換するインバータ回路と、負性抵抗特性を有しインバータ回路の出力電流を通電する高圧放電ランプと、インバータ回路の出力周波数を制御し、高圧放電ランプを高周波点灯した際に発生し得る音響共鳴現象を引き起こさない周波数帯域に維持させる制御回路と、変動手段とを備え、変動手段は、出力周波数を音響共鳴現象を引き起す周波数を含むより低い周波数に切り換えて高圧放電ランプを流れるランプ電流を増大させ、増大したランプ電流と負性抵抗とに基づいて減少するランプ電圧と、ランプ電流とに基づいてインピーダンスを減少させて、放電アークの起点が高圧放電ランプの長手方向とは垂直な方向に電極中心部から外れるのを防止し、音響共鳴現象を引き起こす周波数では、切り換え後の周波数のパルス幅を音響共鳴現象が起こる時間より短くすることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る高圧放電ランプ点灯装置の好適な実施の形態について添付図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る高圧放電ランプ点灯装置の構成を示す回路図である。同図に示すように、直流電源回路１の両端にＭＯＳＦＥＴ２ａ，２ｂからなるインバータ回路２が接続され、インバータ回路２はドライバ回路（制御回路）３によって駆動制御されている。インバータ回路２の出力点には、コンデンサ４、チョークコイル５、高圧放電灯６（以下、「ランプ」という）が直列接続されている。
【０００８】
チョークコイル５の１次巻線と２次巻線とは磁気的に結合され、チョークコイル５の２次巻数には、電源投入後にランプ６に高圧パルスを印加し、放電を開始させる始動回路７が接続されている。また、ドライバ回路３には周波数切換回路（変動手段）８が接続され、周波数切換回路８にはタイマー回路９が接続されている。周波数切換回路８は、タイマー回路９によって決定される周期及び幅でドライバ回路３の出力周波数を切り換えて、ランプ電流を周期的及びパルス的に増大させるものである。
【０００９】
次に、本実施の形態の動作について説明する。まず、直流電源回路１からの直流電圧出力は、交互にオン／オフされるＭＯＳＦＥＴ２ａ，２ｂからなるインバータ回路２によって高周波に変換される。ドライバ回路３によって、インバータ回路２は出力周波数ｆ１で駆動され、コンデンサ４とチョークコイル５の直列回路によって出力調整された電力がランプ６に印加される。ドライバ回路３の出力周波数は、周波数切換回路８によってパルス的にｆ２（ｆ１＞ｆ２）に切り換えられる。
【００１０】
図２に示すように、ドライバ回路３の出力周波数をｆ１からｆ２に切り換えることにより、ランプ６両端のインピーダンスＺＬは減少する。即ち、インピーダンスＺＬは、出力周波数ｆには直接は依存しないが、ランプ６は一般に負性抵抗特性を示すため、出力周波数ｆがｆ１からｆ２に減少してチョークコイル５のインピーダンスが減ると、ランプ電流が増大する。このランプ電流の増大によってランプ電圧が減少し、結果としてインピーダンスＺＬは減少することになる。
【００１１】
次に、出力周波数ｆ１，ｆ２、出力周波数ｆ２のパルス幅ｄ及び切換周期Ｔの設定について説明する。
一般に高圧放電ランプを高周波で点灯する場合、ランプ内の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。従って、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非共鳴周波数帯（以下、「窓」という）を選んで点灯すれば安定点灯が可能となる。
【００１２】
図３は、定格電力３５Ｗのセラミック製メタルハライドランプの共鳴周波数帯と窓との分布を示す図である。本実施の形態においては、出力周波数ｆ１は、４１〜４５ｋＨｚの窓に含まれるいずれかの周波数に設定されている。
【００１３】
また、点灯周波数が共鳴周波数帯に含まれても、音響共鳴現象が起こるまでは１ｍ〜２ｍｓを要するため、パルス幅ｄが１ｍｓ以下であれば、出力周波数ｆ２は出力周波数ｆ１より小さい任意の周波数でよい。
さらに、切換周期Ｔは、出力周波数ｆの切換が視覚的に認識できない程度に短くする必要があり、２０ｍｓ以下とするのが望ましい。
なお、本実施の形態においては、ｆ１＝４１ｋ〜４４ｋ(Ｈｚ)、ｆ２＝ｆ１−１０ｋ(Ｈｚ)、ｄ＝１ｍ(ｓ)、Ｔ＝１１ｍ(ｓ)としている。
【００１４】
次に、ランプ６内での放電アークの挙動について説明する。
図４はランプ６の模擬的な断面図である。バルブ１０内に電極１１ａ、１１ｂが配置され、両電極間に放電アークが通じる。図４（ｂ）に示すように、放電アークは通常電極の中心部Ａ０を起点として安定するが、寿命が進むにつれ電極が劣化し、図４（ｃ）に示すように電極先端がささくれる場合がある。これにより、点灯時のアークの起点がずれ、起点が中心部Ａ０からＡ１、Ａ２等の外側の点にずれてしまう。
なお、アーク起点がＡ０にある場合の放電アークのインピーダンスをＺ０、Ａ１の場合はＺ１、Ａ２の場合はＺ２とする。
【００１５】
ここで、Ｚ０≒Ｚ１≒Ｚ２の状態で、放電アークの起点がＡ０からＡ１又はＡ２に移動した場合でも、Ｚ０≒Ｚ１≒Ｚ２の状態が続けば、放電アークの起点はＡ０に自然に戻るが、起点がＡ１又はＡ２となった後に、Ｚ１＜Ｚ０又はＺ２＜Ｚ０となってしまった場合、放電アークの起点がＡ０に戻れなくなり、起点Ａ２はさらに安定な点を追って電極上を移動することになる。
【００１６】
最悪の場合、起点が電極中心部から更に離れた位置に移動し、起点が封入物１０１に接触してしまう。この時、封入物１０１の温度が急上昇して一気に蒸発してしてしまい、立ち消えることになる。従って、起点がずれかけてしまった場合に何らかのトリガを加え、放電アークの起点を電極中心部Ａ０に戻すことが必要となる。
【００１７】
本実施の形態では、ドライバ回路３の出力周波数を、周波数切換回路８によって周期的にｆ１からｆ２に切り換えているので、放電アークの起点がＡ０時のインピーダンスＺ０が減少し、定常的にＺ０＜Ｚｎ（ｎ＝１、２）となる状態を作り出すことができる。その結果、放電アークの起点がＡｎ（ｎ＝１、２）にずれた場合でも、周期的にＺｎ＞Ｚ０となることにより、起点を常にＡｎからＡ０に戻すことができる。
【００１８】
以上のように、周期的にドライバ回路３の出力周波数を下げ、ランプ６内のインピーダンスを減少させることによって、放電アークの起点が電極中心部から外れるのを効果的に防止することができる。
【００１９】
図５は、放電開始からの放電状態の変化に伴うランプ電圧ＶＬの変化を示す図である。同図によれば、放電開始からｔ１までの期間はアルゴン放電が続き、ｔ１からｔ２までは水銀が蒸発し、ｔ２から安定点灯に達するｔ３までは放電物質を構成する各種金属が蒸発する。なお、放電開始からｔ３までは約２分である。この際、各期間に応じて、出力周波数ｆの降下量（ｆ１―ｆ２）、パルス幅ｄ又は動作周期Ｔを変化させてもよい。
また、本実施の形態においては、出力周波数ｆの降下量（ｆ１―ｆ２）を一定としたが、出力周波数ｆ１の値にかかわらず、出力周波数ｆ２を固定の値としてもよい。
また、出力周波数ｆ２が出力周波数ｆ１の属する窓内の場合(例えば、窓の下限周波数)、又は他の窓に属する場合は、パルス幅ｄは１ｍｓ以上であってもよい。
【００２０】
実施の形態２．
次に、実施の形態２に係る高圧放電ランプ点灯装置を説明する。実施の形態１においては、周期的にドライバ回路３の出力周波数を下げ、ランプ６内のインピーダンスを減少させる例を示したが、本実施の形態においては、周期的に直流電源回路１の出力電圧を上昇させ、ランプ内６のインピーダンスを下げる例を示す。
【００２１】
図６は、実施の形態２に係る高圧放電ランプ点灯装置の構成を示す回路図である。この実施の形態２が図１に示す実施の形態１と異なるのは、周波数切換回路８の代わりに、タイマー回路９によって周期的に直流電源回路１の出力電圧を上昇させる電圧切換回路（変動手段）１２を備えている点である。その他の構成については実施の形態１と同一又は同等である。なお、実施の形態１と同一又は同等な構成部分については同一符号を付し、その説明は省略する。
【００２２】
図７に示すように、電圧切換回路１２によって周期的に直流電源回路１の出力電圧を上昇させることにより、ランプ６両端のインピーダンスＺＬは減少する。即ち、実施の形態１と同様、インピーダンスＺＬは、出力電圧Ｖdcには直接は依存しないが、ランプ６は一般に負性抵抗特性を示すため、出力電圧Ｖdcが上昇してランプ電流が増大すると、ランプ電圧が減少し、結果としてインピーダンスＺＬは減少することになる。
以上のように、放電アークの起点がずれた場合でも、周期的に直流電源回路１の出力電圧を上昇させて、ランプ６内のインピーダンスを減少させることにより、放電アークの起点が電極中心部から外れるのを防止することができる。
【００２３】
なお、図７中の出力電圧Ｖdcの上昇幅ΔＶdc、パルス幅ｄ、切換周期Ｔは、ランプ６の特性に応じて任意に設定できるが、周期Ｔは切換動作が視覚的に認識できない程度に短くする必要があり、２０ｍｓ以下とするのが望ましい。また、周期Ｔにおける実効電力がランプ６の定格電力の範囲に収まるように出力電圧Ｖdc、上昇幅ΔＶdc及びパルス幅ｄを設定する必要がある。
【００２４】
実施の形態３．
次に、実施の形態３に係る高圧放電ランプ点灯装置を説明する。実施の形態１，２においては、周期的にランプ６のインピーダンスを減少させ、アークの起点ずれを予防する例を示したが、本実施の形態においては、起点がずれた場合にそれを検出し、補正手段を動作させる例を示す。
【００２５】
図８は、実施の形態３に係る高圧放電ランプ点灯装置の構成を示す回路図である。この実施の形態３が図１に示す実施の形態１と異なるのは、タイマー回路９の代わりに、ランプ電圧の所定値以上の上昇率又は電圧値を検知した場合に周波数切換回路８に通知するランプ電圧検出回路（変動手段）１３を備えている点である。その他の構成については実施の形態１と同一又は同等である。なお、実施の形態１と同一又は同等な構成部分については同一符号を付し、その説明は省略する。
【００２６】
図９（ａ）（ｂ）は、出力周波数ｆとランプ６の実効電圧ＶＬとの関係を示す図である。図９（ａ）は出力周波数ｆを一定（ｆ１）にした場合の図であり、図９（ｂ）は出力周波数ｆをパルス的にｆ１からｆ２に下げた場合の図である。ここで、ランプ６の実効電圧はアーク長に比例するので、放電アークの起点が電極中心部から外れるに従いアーク長が伸び、ランプ電圧は上昇する。
【００２７】
図９（ａ）の場合には、ランプ電圧が上昇しても出力周波数ｆは一定のままなので、放電アークの起点が一層電極中心部から外れ、最後にはランプ６が立ち消えてしまう。一方、図９（ｂ）の場合には、ランプ電圧検出回路１３でランプ電圧の上昇を検出し、その上昇率又は電圧値が所定値を超えた場合には、検出信号がランプ電圧検出回路１３から周波数切換回路８に出力される。検出信号を入力した周波数切換回路８は出力周波数ｆをパルス的にｆ１からｆ２に切り換える。このため、ランプ６内のインピーダンスが減少し、アークの起点がずれても速やかに元の位置に戻り、ランプ電圧は降下する。
【００２８】
以上のように、アークの起点が電極中心部から外れたのを検知して、パルス的にランプのインピーダンスを下げることにより、放電アークの起点が電極中心部から外れるのを効果的に防止することができる。
【００２９】
なお、図１０に示す回路を用いて、ランプ電圧検出回路１３がランプ電圧の上昇を検知した後に、直流電源回路１の出力電圧をパルス的に上昇させ、ランプ６のインピーダンスＺＬを下げることにより、放電アークの起点を元の位置に戻すようにしてもよい。
【００３０】
実施の形態４．
次に、実施の形態４に係る高圧放電ランプ点灯装置を説明する。実施の形態１〜３においては、周期的又は異常発生時にパルス的にランプのインピーダンスを減少させる例を示したが、本実施の形態においては、双方を使い分ける例を示す。
【００３１】
図１１は、実施の形態４に係る高圧放電ランプ点灯装置の構成を示す回路図である。この実施の形態４が図１に示す実施の形態１と異なるのは、ランプ電圧の所定値以上の上昇率又は電圧値を検知した場合に周波数切換回路８に通知するランプ電圧検出回路１３を更に備えている点である。その他の構成については実施の形態１と同一又は同等である。なお、実施の形態１と同一又は同等な構成部分については同一符号を付し、その説明は省略する。
【００３２】
図１２において、放電開始からｔ３までの期間は、放電アークそのものが不安定であり、出力周波数を大きく変動させた場合、その変動範囲が適切でないと立ち消える場合がある。
また、ランプ電圧検出回路１３による検出で周波数切換回路８を動作させる場合、その検出精度によっては、アークの起点が大きく外れないと検出できない場合があり、対応が遅れた場合にちらつき等が視認されてしまう場合もある。従って、光束の安定が求められるｔ３以降では、周期的に動作させ、アークの起点がずれるのを予防した方が望ましい。一方、ｔ１〜ｔ３の期間は光束そのものが上昇し、変動しているため、多少のちらつきは許容される。
【００３３】
従って、本実施の形態では、ｔ１〜ｔ３の期間はランプ電圧検出回路１３で異常なランプ電圧の上昇を検出した時のみ、周波数切換回路８を動作させ（第１のモード）、ｔ３以降はタイマー回路９によって周期的に周波数切換回路８を動作させている（第２のモード）。
以上のように、放電開始から安定点灯に達するまでの期間とその後で、周波数切換回路８の動作を適正化することにより、適切にアークの起点ずれを防止することができる。
【００３４】
なお、本実施の形態においては、周波数を切り換えるものを示したが、直流電源の出力電圧を変化させるタイプ、若しくは始動回路を動作させるタイプ、又はその組合せを適用してもよい。
また、ｔ１〜ｔ３の期間にランプ電圧検出回路１３に異常なランプ電圧の上昇が検出されない場合は、実質的にｔ３から第２のモードのみが実行される。
さらに、ｔ１〜ｔ３の期間が比較的に安定的に点灯できるランプの場合は、第２のモードのみを有効とする設定としてもよい。
【００３５】
実施の形態５．
次に、実施の形態５に係る高圧放電ランプ点灯装置を説明する。実施の形態３においては、ランプ電圧の上昇率又は電圧値が所定値を超えた瞬間に出力周波数を下げる例を示したが、本実施の形態においては、同様の瞬間に始動回路を動作させる例を示す。
【００３６】
図１３は、実施の形態５に係る高圧放電ランプ点灯装置の構成を示す回路図である。この実施の形態５が図８に示す実施の形態３と異なるのは、周波数切換回路８の代わりに、ランプ電圧の所定値以上の上昇率又は電圧値を検知した場合に始動回路７を動作させるランプ電圧検出回路（変動手段）１４を備えている点である。その他の構成については実施の形態３と同一又は同等である。なお、実施の形態３と同一又は同等な構成部分については同一符号を付し、その説明は省略する。
【００３７】
始動回路７の本来の役割は、放電開始前にランプ６に４ｋＶ０−Ｐ程度の高圧パルスを印加して放電を開始させるものであり、点灯中は非動作状態となっている。点灯中はランプ両端のインピーダンスは数百Ωとなるので、始動回路を動作させても放電開始前ほどの高圧パルスは印加されないが、１２０Ｖ０−Ｐ程度のランプ電圧に対し、７００〜８００Ｖ０−Ｐのパルス電圧を重畳することができる。
【００３８】
図１４は、本実施の形態における高圧パルスの印加とランプ６の実効電圧ＶＬとの関係を示す図である。同図に示すように、放電アークの起点が外れて実効電圧ＶＬが上昇した瞬間に始動回路７を動作させれば、高圧パルスがランプ電圧に重畳され、この高圧パルスをトリガとして放電アークの起点が元の位置に戻り、実効電圧ＶＬは降下する。
【００３９】
以上のように、放電アークの起点が電極中心部から外れたのをランプ電圧検出回路１４で検知して、始動回路７を動作させ、ランプ６に高圧パルスを印加するようにしたので、電極中心部から外れた放電アークの起点を迅速に元の位置に戻すことができる。
【００４０】
実施の形態６．
次に、実施の形態６に係る高圧放電ランプ点灯装置を説明する。実施の形態１〜５においては、単一の手段を用いてアークの起点ずれを防止する例を示したが、本実施の形態においては、複数の手段を使い分ける例を示す。
【００４１】
図１５は、実施の形態６に係る高圧放電ランプ点灯装置の構成を示す回路図である。この実施の形態６が図１に示す実施の形態１と異なるのは、タイマー回路９の出力信号が始動回路７と周波数切換回路８の双方に与えられている点である。その他の構成については実施の形態１と同一又は同等である。なお、実施の形態１と同一又は同等な構成部分については同一符号を付し、その説明は省略する。
【００４２】
図１６は、点灯開始からの数分間における始動回路７による高圧パルス印加動作と、周波数切換回路８による周波数切換動作と、ランプの実効電圧ＶＬとの関係を示す図である。放電開始からｔ３までの期間は、放電アークそのものが不安定であり、出力周波数を大きく変動させた場合、その変動範囲が適切でないとランプ６が立ち消える場合がある。
【００４３】
そこで、放電開始からｔ３までの期間は、タイマー回路９からの出力信号が始動回路７にのみ与えられ、始動回路７からの高圧パルスがランプ６に印加されることにより、放電アークの起点のずれが元に戻る。また、放電アークが安定したｔ３以降は、タイマー回路９からの出力信号が周波数切換回路８にのみ与えられ、周波数切換回路８によってドライバ３の出力周波数ｆがｆ１からｆ２に切り換わることにより、放電アークの起点のずれが元に戻る。
【００４４】
以上のように、放電開始から安定点灯に達するまでの期間とその後で、アークの起点ずれ防止の手段を適正化し、アークの起点ずれを適切に防止することができる。
なお、ｔ３までの期間に周期的にランプ６に高圧パルスを印加するようにしたが、全体の点灯時間に対して点灯開始からの約２分間は十分短いことから、高圧パルス印加によるランプ寿命への影響は無視できる。
【００４５】
なお、本実施の形態においては、高圧パルスを印加する方法と出力周波数を降下させる方法とを組み合わせたが、直流電源回路の出力を上昇させる方法と出力周波数を降下させる方法とを組み合わせてもよい。
【００４６】
実施の形態７．
次に、実施の形態７に係る高圧放電ランプ点灯装置を説明する。実施の形態１〜６においては、放電アークの起点がずれるのを防止する例を示してきたが、本実施の形態においては、アークの起点ずれ防止とランプ電力を一定に保つための定電力制御を兼ねた構成の例を示す。
【００４７】
図１７は、実施の形態７に係る高圧放電ランプ点灯装置の構成を示す回路図である。この実施の形態７が図１に示す実施の形態１と異なるのは、直流電源回路１の負側とインバータ回路２との間に設けられ一端が接地した抵抗１５と、タイマー回路９の出力信号に基づいて抵抗１５に発生する電圧を検出する負荷電流検出回路１６とを備えている点である。その他の構成については実施の形態１と同一又は同等である。なお、実施の形態１と同一又は同等な構成部分については同一符号を付し、その説明は省略する。
【００４８】
負荷電流検出回路１４は、抵抗１５に発生する電圧を検出し、インバータ回路２の負荷電流を検出するものである。タイマー回路９において、負荷電流検出回路１４の出力が一定になるように周波数切換周期Ｔをフィードバックする。即ち、負荷電流が目標値よりも小さい場合には、切換周期Ｔの値を小さくし、周波数ｆ１の期間を短くすることによって（平均周波数を下げ）、負荷電流を増加させる。また、負荷電流が目標値よりも大きい場合には、切換周期Ｔの値を大きくし、出力周波数ｆ１の期間を長くすることによって（平均周波数を上げ）、負荷電流を減少させる。
【００４９】
本実施の形態においては、出力周波数ｆ２の期間ｄは１ｍｓの固定値とし、切換周期Ｔを１.５ｍｓ〜２０ｍｓの範囲で変化させる設定としている。図１８は、この際の切換周期Ｔと負荷電流に比例したランプ電力との関係を示す図である。
上述したように、出力周波数ｆ２のパルス幅ｄを１ｍｓ以内としているので、出力周波数ｆ２が窓に属していなくても音響共鳴現象を引き起こすことがなく、放電アークの起点がずれるのを防止するとともに、ランプ電力を一定に保つことができる。
【００５０】
なお、本実施の形態においては、パルス幅ｄを固定値としたが、切換周期Ｔと連動させて、パルス幅ｄが変動するようにしてもよい。例えば、切換周期Ｔの増加に対して、パルス幅ｄが単調減少するようにすれば、よりランプ電力変動範囲を広げることができる。
【００５１】
実施の形態８．
次に、実施の形態８に係る高圧放電ランプ点灯装置を説明する。実施の形態１〜７においては、電気的なトリガにより放電アークの起点ずれを防止する例を示したが、本実施の形態においては、機械的に放電アークの起点ずれを防止する例を示す。
【００５２】
通常、高圧放電ランプを鉛直方向に設置した場合、下側の電極において、アークの起点ずれが発生する。原因として、図１９に示すようなバルブ１０内部の対流により、アークの下側が大きな圧力を受けることが考えられる。
従って、バルブの向きが上下反転するような機構を設け、定期的に上下反転して点灯するようにして、アークの起点ずれを防止してもよい。
【００５３】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内において、例えば以下のように変更することも可能である。
（１）上記実施の形態１〜８において、定格電力３５Ｗのセラミック製メタルハライドランプを用いて実施の形態を説明したが、他の定格や他の材質の高圧放電ランプについて、同様の方法で点灯してもよい。
【００５４】
（２）インバータ回路２はハーフブリッジ型のものを示したが、高周波電力を出力できればプッシュプル型、一石電圧共振型等のものであってもよい。
【００５５】
（３）点灯開始後、所定のタイミングで、出力周波数の降下量、パルス幅若しくは動作周期、又は直流電源の電圧上昇量を変化させてもよい。
【００５６】
【発明の効果】
本発明に係る高圧放電ランプ点灯装置は、変動手段によって高圧放電ランプ内のインピーダンスをパルス的に減少させているので、放電アークの起点が電極中心部から外れるの効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１に係る高圧放電ランプ点灯装置の構成を示す回路図である。
【図２】ドライバの出力周波数とランプ両端のインピーダンスとの関係を示す図である。
【図３】定格電力３５Ｗのセラミック製メタルハライドランプの共鳴周波数帯と窓との分布を示す図である。
【図４】ランプの模擬的な断面図である。
【図５】放電開始からの放電状態の変化に伴うランプ電圧の変化を示す図である。
【図６】実施の形態２に係る高圧放電ランプ点灯装置の構成を示す回路図である。
【図７】直流電源回路の出力電圧とランプのインピーダンスとの関係を示す図である。
【図８】実施の形態３に係る高圧放電ランプ点灯装置の構成を示す回路図である。
【図９】出力周波数とランプの実効電圧との関係を示す図である。
【図１０】実施の形態３の変形例に係る高圧放電ランプ点灯装置の構成を示す回路図である。
【図１１】実施の形態４に係る高圧放電ランプ点灯装置の構成を示す回路図である。
【図１２】ランプ電圧検出回路及びタイマー回路の動作とランプの実効電圧との関係を示す図である。
【図１３】実施の形態５に係る高圧放電ランプ点灯装置の構成を示す回路図である。
【図１４】高圧パルスの印加とランプの実効電圧との関係を示す図である。
【図１５】実施の形態６に係る高圧放電ランプ点灯装置の構成を示す回路図である。
【図１６】始動回路による高圧パルス印加動作と周波数切換回路による周波数切換動作とランプの実効電圧との関係を示す図である。
【図１７】実施の形態７に係る高圧放電ランプ点灯装置の構成を示す回路図である。
【図１８】切換周期と負荷電流に比例したランプ電力との関係を示す図である。
【図１９】バルブ内の対流を示す図である。
【符号の説明】
１…直流電源回路、２…インバータ回路、２ａ，２ｂ…ＭＯＳＦＥＴ、３…ドライバ回路（制御回路）、４…コンデンサ、５…チョークコイル、６…高圧放電灯、７…始動回路、８…周波数切換回路（変動手段）、９…タイマー回路、１０…バルブ、１１ａ，１１ｂ…電極、１２…電圧切換回路（変動手段）、１３，１４…ランプ電圧検出回路（変動手段）、１５…抵抗、１６…負荷電流検出回路。
Claims (5)
- 直流電源回路と、
前記直流電源回路の出力電流を１ｋＨｚ以上の高周波に変換するインバータ回路と、
負性抵抗特性を有し前記インバータ回路の出力電流を通電する高圧放電ランプと、
前記インバータ回路の出力周波数を制御し、前記高圧放電ランプを高周波点灯した際に発生し得る音響共鳴現象を引き起こさない周波数帯域に維持させる制御回路と、
変動手段とを備え、
前記変動手段は、出力周波数を音響共鳴現象を引き起す周波数を含むより低い周波数に切り換えて前記高圧放電ランプを流れるランプ電流を増大させ、この増大したランプ電流と前記負性抵抗とに基づいて減少するランプ電圧と、前記ランプ電流とに基づいてインピーダンスを減少させて、放電アークの起点が前記高圧放電ランプの長手方向とは垂直な方向に電極中心部から外れるのを防止し、音響共鳴現象を引き起こす周波数では、切り換え後の周波数のパルス幅を音響共鳴現象が起こる時間より短くすることを特徴とする高圧放電ランプ点灯装置。 - 直流電源回路と、
前記直流電源回路の出力電流を１ｋＨｚ以上の高周波に変換するインバータ回路と、
負性抵抗特性を有し前記インバータ回路の出力電流を通電する高圧放電ランプと、
前記インバータ回路の出力周波数を制御し、前記高圧放電ランプを高周波点灯した際に発生し得る音響共鳴現象を引き起こさない周波数帯域に維持させる制御回路と、
変動手段とを備え、
前記変動手段は、前記直流電源回路の電圧を上昇させて前記高圧放電ランプを流れるランプ電流を増大させ、この増大したランプ電流と前記負性抵抗とに基づいて減少するランプ電圧と、前記ランプ電流とに基づいてインピーダンスを減少させて、放電アークの起点が前記高圧放電ランプの長手方向とは垂直な方向に電極中心部から外れるのを防止することを特徴とする高圧放電ランプ点灯装置。 - 前記変動手段は、周期的に動作することを特徴とする請求項１記載の高圧放電ランプ点灯装置。
- 前記高圧放電ランプの両端電圧を検出する電圧検出回路を備え、
前記変動手段は、前記電圧検出回路によって検出された電圧の上昇率又は上昇値が所定値以上の場合に動作することを特徴とする請求項１記載の高圧放電ランプ点灯装置。 - 前記高圧放電ランプの両端電圧を検出する電圧検出回路を備え、
前記変動手段は、前記電圧検出回路によって検出された電圧の上昇率又は上昇値が所定値以上の場合に動作する第１のモードと、周期的に動作する第２のモードとを有し、点灯開始後、所定のタイミングで、前記第１のモードと前記第２のモードとを切り替えることを特徴とする請求項１記載の高圧放電ランプ点灯装置。
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