JPH11265795A

JPH11265795A - 放電ランプ点灯装置

Info

Publication number: JPH11265795A
Application number: JP10068058A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Kominami; 智小南; Mitsuharu Miyazaki; 光治宮崎
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-03-18
Filing date: 1998-03-18
Publication date: 1999-09-28
Anticipated expiration: 2018-03-18
Also published as: EP0944294A3; DE69920087T2; KR19990078014A; EP0944294A2; KR100333997B1; CN1234720A; US6147461A; JP4024374B2; EP0944294B1; CN1146306C; DE69920087D1

Abstract

(57)【要約】【課題】放電アークを音響共鳴でほぼストレートにす
る点灯装置に関し、カタホレシス現象による放電アーク
の色ムラをなくし、かつ発光管中央部で封入物が帯状に
付着することを防止する。【解決手段】放電ランプの放電空間媒質中の音速と放
電アークに交差する放電空間の長さとで決定され放電ア
ークをストレートにするモードを励起する音響共鳴周波
数の周波数成分を有する波形と音響的共鳴周波数を上限
とする周波数で極性が交互に変化する波形とを合成し、
音響共鳴周波数の周波数成分を有する波形のピークから
ピークまでの値をα、合成波の実効値をβとした場合の
変調深度α／βを、発光管のほぼ中央部に封入物が略帯
状に付着しない値に選定して、放電ランプを点灯する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は放電ランプ特にＨＩ
Ｄランプ（高輝度放電ランプ）の放電アークを音響共鳴
でほぼストレートにできる点灯装置に係り、カタホレシ
ス現象による放電アークの色ムラをなくし、かつ封入物
が発光管のほぼ中央部で放電アークを取り巻くように帯
状に付着することを防止し、発光管の失透を抑制して放
電ランプを長寿命化する放電ランプ点灯装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】ＨＩＤランプは、高輝度、高効率、高演
色性、長寿命などの特徴から屋外照明用光源さらに屋内
照明用光源とくに店舗照明用光源とし注目され、最近で
はより小型低電力のＨＩＤランプが、映像機器用光源、
自動車前照灯用光源としても注目されている。

【０００３】一般にこの種のランプを水平点灯すると、
発光管内に発生する温度分布による対流の影響で放電ア
ークが上方向に湾曲する。放電アークが湾曲すると、約
５０００Ｋの放電アークと発光管上部とが近接するため
発光管上部の温度が上昇し、発光管の劣化すなわち膨
れ、失透が急速に進行し、ランプ寿命に悪影響を与えて
いた。特に小型低電力のＨＩＤランプでは、放電アーク
と発光管との距離がさらに近くなるため、この放電アー
ク湾曲がランプ寿命により大きな影響を与える。また、
湾曲が発生すると放電アークが上下非対称となるため、
反射鏡と組み合わせて使用する場合の光学設計に際し
て、放電アークの湾曲を考慮に入れる必要があり、反射
鏡が非常に複雑になる等の問題も有していた。

【０００４】この放電アークの湾曲を除去する手法とし
て、音響共鳴を利用する点灯方法が特公平７−９８３５
号公報および特開平７−１４６８４号公報において提案
されている。特公平７−９８３５号公報によれば、図１
３に示すような、直流電流５１に音響共鳴で対流の影響
を低減し、放電アークをストレートにする周波数の交流
電流５２が重畳された電流波形をランプに供給すること
によって放電アークの湾曲を低減しほぼストレートの放
電アークにできることを教示している。

【０００５】また、特開平７−１４６８４号公報によれ
ば、１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの周波数範囲で、発光管
内に半径方向の音響共鳴を励起する周波数及び波形の交
流電流をランプに供給し、そのとき交流電流の周波数Ｆ
_Vと半径方向音響波の周波数Ｆ_Rと間にｎ・２Ｆ_V＝ｍ・
Ｆ_R（ｎ、ｍ：整数）、Ｆ_R＝３．８３Ｃ／（２πＲ）
（Ｃ：発光管内の半径方向の音速、Ｒ：発光管の内半
径）の関係が成立するように交流電流の周波数を選定す
ることにより、対流の影響による放電アークの湾曲を除
去できることを開示している。

【０００６】音響共鳴は、ランプを高周波で点灯した
時、封入物と発光管の形状で決まるランプ固有の周波数
とランプに入力される電力の周期的変化の周波数がほぼ
等しくなった時、発光管内に粗密波の定在波が生じるた
め発生する現象であり、放電アークの不安定、立ち消
え、発光管の破裂等の原因となるため、従来はこの音響
共鳴を避ける傾向にあった。一般に音響共鳴には、半径
方向、軸方向、円周方向の３種類のモードがあり、特公
平７−９８３５号公報および特開平７−１４６８４号公
報による手法は、音響共鳴の中でも半径方向の音響共鳴
を利用した点灯方法である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら特公平７
−９８３５号公報による放電ランプ点灯装置では、放電
ランプに一方向の電流が流れるため、放電ランプの放電
空間の電界強度は周期的に変化するものの常に一方向の
電界が発生する。そのため充填物が片寄るカタホレシス
現象により、放電アークに色ムラが発生するという問題
点を有していた。

【０００８】また、特開平７−１４６８４号公報による
放電ランプを点灯装置では、図１４に示すように、発光
管内で蒸発せずに液体状で存在する封入物が発光管の中
央部で放電アークを取り巻くようにほぼ帯状に付着す
る。これは半径方向の音響共鳴によりアークが直線状に
なる一方で、音響共鳴の他のモードである軸方向の音響
共鳴によって発光管中央部での封入物の密度が高くなり
帯状になったと考えられる。

【０００９】封入物が発光管中央部で放電アークを取り
巻くように帯状に付着すると、付着部分で発光管を構成
する石英ガラスと封入物との化学反応が加速され、発光
管に帯状の失透が発生して光束が低下するため、ランプ
寿命を短くする。また、通常ランプは反射鏡と組み合わ
せて使用するため、発光管の中央部に帯状の失透が発生
すると、反射鏡と組み合わせた器具効率を低下させる。

【００１０】本発明はこのような従来の問題点を解決す
るためのもので、その目的とするところはカタホレシス
現象を回避して放電アークの色ムラをなくし、放電アー
クの湾曲を小さくしたほぼストレートで点灯し、かつ発
光管中央部で封入物が帯状になることを防止することで
発光管の帯状の失透を防止し、ランプを長寿命化する点
灯装置を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、放電空間
を画定する発光管を有する放電ランプを点灯する装置で
あって、放電アークをストレートにするモードを励起す
る音響共鳴周波数の周波数成分を有する波形であって、
その波形の中心線が一定レベルに保持されている第１波
形信号を発生する発生手段と、前記第１波形信号の中心
線が、前記音響共鳴周波数よりも低い変調周波数で極性
が交互に変化するように、前記第１波形信号を周期性を
持って変調させると共に変調信号を発生する変調手段と
を有し、前記第１波形信号のピークからピークまでの値
をα、前記変調信号の実効値をβとした場合の変調深度
α／βを、前記発光管のほぼ中央部に封入物が略帯状に
付着しない値に選定する放電ランプ点灯装置である。

【００１２】また、第２の発明は、変調深度α／βが
０．３〜０．６の範囲にある放電ランプ点灯装置であ
る。

【００１３】また、第３の発明は、封入物の発光管への
付着状態を検出し、その付着状態に応じて変調深度α／
βを変化させる変調深度制御手段を有する放電ランプ点
灯装置である。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１に第１波形信号である放電ア
ークをストレートにするモードを励起する音響共鳴周波
数ｆ２の正弦波と、音響共鳴周波数ｆ２より低い変調周
波数で極性が交互に変化する波形である周波数ｆ１（４
００Ｈｚ）の矩形波との合成波を示す。

【００１５】この合成波は、音響共鳴周波数ｆ２の正弦
波と周波数ｆ１の矩形波とを重畳した波形である。図１
に示す波形の電流をランプに供給して水平点灯し、音響
共鳴周波数ｆ２の正弦波の最大値と最小値の差αを変化
させることにより変調深度α／β（βは合成波の実効
値）を変化させたときの放電アークの湾曲の大きさＬと
点灯時の封入物の発光管への付着状態を実験的に求めた
結果を以下に説明する。

【００１６】実験には３５Ｗメタルハライドランプを用
いた。図２（ａ）は、放電アークＡの湾曲の大きさＬの
測定方法を示す図であり、発光間１ｔ内の対向する一対
の電極１ｍ、１ｎ間の中心で電極軸Ｂと直行する断面の
電極軸Ｂと放電アークＡの中心との距離を放電アークＡ
の湾曲の大きさＬとして測定した。

【００１７】尚、実験に使用した３５Ｗメタルハライド
ランプの音響共鳴周波数ｆ２は１５０ｋＨｚである。図
２（ｂ）は放電アークＡの湾曲の大きさＬを求めた結果
を示す。変調深度が増加するに従い徐々に放電アークの
湾曲が小さくなり、変調深度０．３以上では放電アーク
の湾曲の大きさＬが急激に小さくなることがわかる。ま
た、図２（ｃ）は点灯時の封入物の発光管への付着状態
に示す。封入物の発光管への付着状態はほぼ変調深度
０．６を境に変化し、変調深度０．６以下では封入物は
重力による影響で発光管の下部に集まり、変調深度０．
６以上では封入物が発光管の中央部でアークを取り巻く
ようにほぼ帯状に付着することがわかる。

【００１８】ここで、変調深度０．６以上で封入物が発
光管中央部で帯状になり、変調深度０．３以上で放電ア
ークがストレートになる理由について説明する。両者の
発生原因は、発光管内に発生する音響共鳴に起因すると
推定できる。封入物を帯状に付着させるには軸方向の音
響共鳴が、放電アークをストレートにするには半径方向
の音響共鳴が主要因と考えられる。半径方向の音響共鳴
は、電極軸Ｂ付近の空間に放電アークが通過しやすい空
間を、さらにその周囲に放電アークが通過しにくい空間
を形成する。

【００１９】そのため、放電アークは通過しやすい電極
軸Ｂ付近の空間を通過し、ほぼストレートの放電アーク
になる。また同時に、発光管内には軸方向の音響共鳴も
発生する。この軸方向の音響共鳴は、電極間中心の電極
軸と直交する断面に封入物を集める場合があり、これが
封入物を帯状に付着させる原因と考えられる。

【００２０】音響共鳴が封入物を移動させる力は発光管
内に発生する粗密波の強さに比例するはずである。粗密
波はランプ電力の周期的変化がアーク温度の周期的変化
となり、アーク温度の周期的変化が圧力変化となって発
生する。すなわち、音響共鳴が封入物を移動させる力と
ランプ電力の周期的変化の幅は比例し、ランプ電力の周
期的変化の幅が大きければ封入物を移動させる力は大き
くなる。

【００２１】図１に示す電流をランプに供給した場合、
音響共鳴周波数ｆ２の正弦波の最大値と最小値の差αが
大きいほど、すなわち変調深度α／βが大きいほどラン
プ電力の周期的変化の幅が大きくなり、変調深度α／β
が０．６以上で封入物を発光管の中央部に移動させる十
分な力が発生し帯状になると考えられる。

【００２２】また、ガス状（軽い）の放電アークを移動
させる、すなわちストレートにする力と、液体状（重
い）の封入物を移動させる、すなわち発光管中央部に帯
状に付着させる力とでは、後者の方がより大きな力が必
要であると考えられ、比較的小さい力で良い放電アーク
をストレートにするために必要な力は、比較的小さい変
調深度０．３以上十分得られ、そのため、変調深度０．
３以上で急激に放電アークの湾曲Ｌが小さくなると考え
られる。

【００２３】以上の実験結果より、変調深度０．６以下
にすることによって、放電アークの湾曲を小さくできる
と共に発光管の失透の原因となる封入物の帯状の付着を
防止できるためランプを長寿命化できる。また、変調深
度を０．３〜０．６の範囲にすることにより、より放電
アークの湾曲を小さくできるためより長寿命化の効果は
大きい。

【００２４】さらに、図１に示す音響共鳴周波数と矩形
波との合成波をランプに印加するので、４００Ｈｚの矩
形波の周期でランプ電流の極性が変化し、放電空間に発
生する電界の極性が周期的に変化する。そのため、カタ
ホレシス現象を防止でき、放電アークの色ムラを防止で
きる。

【００２５】また、図３に第１波形信号である放電アー
クをストレートにするモードを励起する音響共鳴周波数
ｆ２の正弦波と、音響共鳴周波数ｆ２より低い変調周波
数で極性が交互に変化する波形である周波数ｆ３の三角
波との合成波を示す。この合成波は、音響共鳴周波数ｆ
２の正弦波と周波数ｆ３の三角波とを重畳した波形とな
っている。

【００２６】図３に示す波形で変調深度０．６以下の電
流をランプに供給しても同様に放電アークの湾曲が小さ
くなると共に発光管の失透の原因となる封入物の帯状の
付着を防止できる。さらに、放電空間に発生する電界の
極性が周波数ｆ３で決まる周期で変化するため、カタホ
レシス現象を防止できる。

【００２７】なお、ここでは、第１波形信号を放電アー
クをストレートにするモードを励起する音響共鳴周波数
ｆ２の正弦波したが、放電アークをストレートにするモ
ードを励起する音響共鳴周波数ｆ２の周波数成分を含む
波形であればよく、例えば三角波、鋸波等でもよい。ま
た、所定の周期および幅で周波数を変化させる周波数変
調を加えた正弦波にすると、ランプ特性の経時変化・ば
らつきにより発生する放電アークをストレートにするモ
ードを励起する音響共鳴周波数の変化・ばらつきを吸収
できる。

【００２８】また、音響共鳴周波数ｆ２より低い変調周
波数で極性が交互に変化する波形である周波数ｆ１の矩
形波または周波数ｆ３の三角波との合成波を例に示して
いるが、その他の波形例えば、正弦波・階段波・鋸波な
ど放電アークをストレートにするモードを励起する音響
的共鳴周波数ｆ２を上限とする周波数で極性が交互に変
化する波形との合成波であれば同様の効果が得られる。
また、多少の直流成分を含む波形でも極性が変化すれば
よく、また正負非対称な波形でもよい。要は、放電ラン
プの放電空間の電界が一方向にならないように、カタホ
レシス現象を回避しうる波形であればよい。

【００２９】以下、本発明の実施の形態について図面を
参照しながら説明する。図４は３５Ｗメタルハライドラ
ンプに対する第１の実施の形態を示すものである。図４
において１は放電空間を画定する発光管内に封入物とし
て水銀とハロゲン化金属（Ｓｃ−Ｎａ系）が密封された
放電ランプである上記記載の３５Ｗメタルハライドラン
プである。

【００３０】２は３５Ｗメタルハライドランプ１に所定
の波形の電流を供給して点灯する点灯手段であり、点灯
手段２は放電アークをストレートにするモードを励起す
る音響共鳴周波数の周波数成分を有する第１波形信号の
発生手段である１５０ｋＨｚの正弦波を発生する正弦波
発生回路３と、音響共鳴周波数を上限とする周波数で極
性が変化する波形を出力する極性変化電源である４００
Ｈｚの矩形波を発生する矩形波発生回路４と、正弦波発
生回路３の出力と矩形波発生回路４の出力を合成する合
成回路５とで構成されている。

【００３１】以上のように構成された第１の実施の形態
の各部の波形を図５に示す。図５（ａ）は矩形波発生回
路４の出力波形であり、４００Ｈｚの矩形波である。図
５（ｂ）は、正弦波発生回路３の出力波形であり、１５
０ｋＨｚの正弦波である。図５（ｃ）は、正弦波発生回
路３の出力と矩形波発生回路４の出力とを重畳した合成
回路５の出力波形であり、変調深度は０．６以下になる
ように矩形波発生回路４および正弦波発生回路３の出力
を設定し、図５（ｃ）の波形を３５Ｗメタルハライドラ
ンプ１に印加する。

【００３２】以上のように第１の実施の形態によれば、
３５Ｗメタルハライドランプ１に図５（ｃ）に示す放電
アークをストレートにするモードを励起する音響共鳴周
波数の正弦波（１５０ｋＨｚ）と４００Ｈｚの矩形波と
を重畳した変調深度０．６以下の合成波を印加できるの
で、色ムラのないストレートの放電アークを実現できる
と共に封入物の帯状の付着を防止できる。

【００３３】図６は、第２の実施の形態を示すものであ
る。図６において、１は第１の実施の形態と同様の３５
Ｗメタルハライドランプである。１２は３５Ｗメタルハ
ライドランプ１に所定の波形を供給して点灯する点灯手
段であり、点灯手段１２はアークをストレートにするモ
ードを励起する音響共鳴周波数の周波数成分を有する第
１波形信号の発生手段である１５０ｋＨｚの正弦波を発
生する高周波電源１７と、高周波電源１７の出力を音響
共鳴周波数よりも低い変調周波数で極性が交互に変化す
るように変調させる変調手段１３と、３５Ｗメタルハラ
イドランプ１の放電を開始させるために十分な高電圧を
印加する始動手段１５とで構成されている。

【００３４】変調手段１３は、瞬時値が時間的に変化し
ない直流信号を出力するＤＣ電源１６と、ＤＣ電源１６
の出力に高周波電源１７の出力を重畳する重畳回路１８
と、重畳回路１８からの出力を音響共鳴周波数よりも低
い変調周波数で極性を交互に変化させるインバータ回路
である矩形波変換回路１４とで構成される。以上のよう
に構成された第２の実施の形態の各部の波形を図７に示
す。

【００３５】図７（ａ）は、ＤＣ電源１６の出力電流波
形であり、ＤＣ電源１６は、直流電源１９とトランジス
タ２０とダイオード２１とチョークコイル２２とコンデ
ンサ２３とで降圧チョッパ回路を構成し、抵抗２４・２
５で検出するランプ電圧相当の信号と抵抗２６で検出す
るランプ電流相当の信号から制御回路２７でランプ電力
を演算しランプ電力が３５Ｗ一定になるようにトランジ
スタ２０のオン・オフ比を可変する構成のもので、瞬時
値が時間的に変化しない直流波形を出力する。

【００３６】図７（ｂ）は、高周波電源１７の出力電流
波形であり、高周波電源１７は音響共鳴周波数１５０ｋ
Ｈｚの正弦波を出力する正弦波電源２８と正弦波電源２
８の出力電流を変調深度０．６以下になるように電流を
制限するチョークコイル２９とで構成され、音響共鳴周
波数の正弦波電流を出力する。

【００３７】図７（ｃ）は、重畳回路１８の出力電流波
形であり、重畳回路１８はチョークコイル３０とコンデ
ンサ３１とで構成され、ＤＣ電源１６の出力電流が高周
波電源１７に流れ込まないようにコンデンサ３１で直流
カットし、また高周波電源１７の出力電流がＤＣ電源１
６に流れ込まないようにチョークコイル３０で高周波カ
ットする構成で、チョークコイル３０とコンデンサ３１
の接続点を出力端とし音響共鳴周波数の正弦波を重畳し
た直流を出力する。

【００３８】図７（ｄ）は、矩形波変換回路１４の出力
電流波形であり、矩形波変換回路１４はトランジスタ３
２・３３・３４・３５と駆動回路３６とで構成され駆動
回路３６からの出力信号によりトランジスタ３２・３５
がＯＮする期間とトランジスタ３３・３４がＯＮする期
間を交互に発生させることによって重畳回路１８の出力
である音響共鳴周波数の正弦波を重畳した直流を４００
Ｈｚの交流に変換して３５Ｗメタルハライドランプ１に
供給する。

【００３９】以上のように第２の実施形態によれば、始
動手段１５からの高電圧で３５Ｗメタルハライドランプ
１が点灯すると、その後、図７（ｄ）に示す、変調深度
０．６以下で、放電アークをストレートにするモードを
励起する音響共鳴周波数（１５０ｋＨｚ）の正弦波と音
響共鳴周波数以下の周波数（４００Ｈｚ）の矩形波との
合成波電流を供給することができるので、放電アークに
色ムラのないストレートの放電アークを実現できると共
に封入物の帯状の付着を防止できる。正弦波電源２８の
出力電圧を変化させることによって変調深度を自由に可
変できる。

【００４０】図８は本発明の第３の実施の形態を示すも
のである。図８において、１は第１および第２の実施の
形態と同様の放電ランプである３５Ｗメタルハライドラ
ンプである。４０は３５Ｗメタルハライドランプ１を始
動・点灯するための点灯手段であり、放電アークをスト
レートにするモードを励起する音響共鳴周波数の周波数
成分を有する波形を重畳した直流を出力す第１波形信号
の発生手段である直流電源４１と、１５０ｋＨｚの正弦
波を発生する高周波電源１７と、高周波電源１７の出力
を音響共鳴周波数よりも低い変調周波数で極性が交互に
変化するように変調させる変調手段１３と直流電源４１
の出力を音響共鳴周波数を上限とする周波数で極性を変
化させるインバータ回路である矩形波変換回路１４と、
３５Ｗメタルハライドランプ１の放電を開始させるため
に十分な高電圧を印加する始動手段１５とで構成されて
いる。

【００４１】なお、矩形波変換回路１４と始動手段１５
とは第２の実施の形態と同様の構成のものである。第２
の実施の形態と異なる点は放電アークをストレートにす
るモードを励起する音響共鳴周波数の周波数成分を有す
る第１波形信号の発生手段である直流電源４１の構成で
あり、以下に直流電源４１の構成と動作を説明する。

【００４２】直流電源４１は、直流電源４２とスイッチ
素子であるトランジスタ４３とダイオード４４とチョー
クコイル４５とコンデンサ４６とで降圧チョッパ回路を
構成し、抵抗４７・４８で検出するランプ電圧相当の信
号と抵抗４９で検出するランプ電流相当の信号から制御
回路５０でランプ電力を演算しランプ電力が３５Ｗ一定
になるようにトランジスタ４３のオン・オフ比を可変す
る構成で、トランジスタ４３のオン・オフ周波数を放電
アークをストレートにするモードを励起する音響共鳴周
波数である１５０ｋＨｚに設定し、チョークコイル４５
とコンデンサ４６とで構成するフィルタ回路を１５０ｋ
Ｈｚ成分がカットされない特性で、かつ変調深度が０．
６以下となる所定の値と設定することで直流電源４１の
出力電流波形は１５０ｋＨｚで周期的に変動する変調深
度０．６以下の直流を出力することができる。

【００４３】以上のように構成された第３の実施の形態
の直流電源４１の出力電流波形を図９（ａ）に、また、
矩形波変換回路１４の出力電流波形を図９（ｂ）に示
す。

【００４４】上記第１、第２の実施の形態と同様に、３
５Ｗメタルハライドランプ１に変調深度０．６以下で、
放電アークをストレートにするモードを励起する音響共
鳴周波数（１５０ｋＨｚ）の周波数成分を有する波形と
音響共鳴周波数以下の周波数（４００Ｈｚ）の矩形波と
の合成波電流を供給する構成にできるので、放電アーク
に色ムラのないストレートの放電アークを実現できると
共に封入物の帯状の付着を防止できる。

【００４５】また、チョークコイル４５とコンデンサ４
６を所定の値に設定し、トランジスタ４３のオン・オフ
周波数を音響共鳴周波数で放電アークをストレートにで
きる周波数の１５０ｋＨｚに設定するだけの簡単な構成
で、矩形波に所定の変調深度を加えることができるので
点灯手段の構成が簡単になる。

【００４６】図１０は本発明の第４の実施の形態を示す
ものである。図１０において、第３の実施形態と異なる
のは、封入物の発光管への付着状態を検出し、その付着
状態に応じて変調深度α／βを変化させる変調深度制御
手段５１を有する点と、放電アークをストレートにする
モードを励起する音響共鳴周波数の周波数成分を有する
波形を重畳した直流を出力す第１波形信号の発生手段で
ある直流電源５２内のコンデンサ５３が容量可変タイプ
である点であり、その他の構成は同様であるので説明を
省略する。

【００４７】変調深度制御手段５１は３５Ｗメタルハラ
イドランプの近傍に配置され点灯中の封入物の状態、す
なわち帯であるかないかを検出する検出手段である受光
手段５４と、受光手段５４からの信号によりコンデンサ
５３の容量を変化させ変調深度α／βを変化させる変調
深度制御回路５８とで構成される。受光手段５４は封入
物が帯状になる部分、すなわち発光管中央部を透過して
くる局所的な光を受光するように配置されている。

【００４８】以上のように構成された第４の実施の形態
の放電ランプ点灯装置において、以下その動作を説明す
る。まず封入物が帯状であるかないかを検出する方法に
ついて説明する。

【００４９】放電アークから発する光は発光管を透過し
てくるが、発光管の封入物が帯状に付着するとその部分
で封入物による光の反射及び吸収が発生し、光の透過分
光特性が局所的に変化する。すなわち、封入物が付いて
いるときと付いていないときで顕著に差のでる波長の光
が存在し、この変化を検出できるように受光手段１４を
構成すれば封入物の状態を検出できる。

【００５０】具体的には、図１１に示すようにフォトダ
イオード５５、フィルタ５６、レンズ５７とで受光手段
５４を構成し、封入物が帯状になる部分の局所的な光を
レンズ５７で集光し、フィルタ５６を通してフォトダイ
オード５５で受光する。

【００５１】例えば、封入物がＳｃ−Ｎａ系のヨウ化物
であれば、封入物の色は淡黄色であり、青色の光を吸収
する性質がある。そのため、封入物が帯状になっていれ
ば、そこを透過する光は青色の光が大幅に減少する。す
なわち、青色の光の量により封入物が帯状であるかない
かを検出でき、この青色の光の変化を検出するために、
フィルタ５６には青色透過フィルタを使用する。

【００５２】この構成により、封入物が帯状になってい
る場合は、受光手段５４に入力される光には青色の光が
ほとんど含まれていないためフォトダイオード５５には
光がほとんど入力されず、受光手段５４の出力はほとん
ど０であり、変調深度制御回路５８は封入物が帯状にな
っていると判断する。

【００５３】また、逆に封入物が帯状になっていない場
合、受光手段５４に入力される光には青色の光が含まれ
いるため、フィルタ５６を通過した光がフォトダイオー
ド５５に入力され、受光手段５４はフォトダイオード５
５に入力される光の量に比例した信号を変調深度制御回
路５８に出力し、変調深度制御回路５８はこの信号が所
定の値であればヨウ化物が帯状になっていないと判断す
る。

【００５４】変調深度とコンデンサ５３の容量の関係
は、図１２に示すようになり、変調深度はコンデンサの
容量が大きくなるほど小さくなる。そのため、変調深度
制御回路５８は変調深度を大きくするにはンデンサ５３
の容量を小さく、変調深度を小さくするにはコンデンサ
５３の容量を大きくし、変調深度を制御する。

【００５５】以上のように第４の実施の形態によれば、
受光手段５４で３５Ｗメタルハライドランプ１の点灯中
の封入物の状態を検出し、変調深度制御回路５８により
変調深度を可変することで、封入物が帯状にならない領
域でもっとも放電アークの湾曲が小さくなる変調深度で
３５Ｗメタルハライドランプ１を点灯できる。また３５
Ｗメタルハライドランプ１の製造上の交差および経時変
化によりる、封入物が帯状になる変調深度のばらつきを
吸収できる。

【００５６】なお、以上の実施の形態において、放電ラ
ンプは３５Ｗメタルハライドランプとしたが、封入物が
点灯中に発光管内で液体状で存在するランプであれば他
のランプでもよい。

【００５７】また、矩形波発生回路４は、本実施の形態
では標準的な矩形波を発生させるものとしたが、波形の
立ち上がり・立ち下がりに傾きをもつ台形波を発生させ
る構成でもよく、略矩形波を発生できる構成でもよい。
同様に矩形波変換回路１４は略矩形波に変換できるなら
ば、他の構成でもよい。さらに矩形波発生回路４・矩形
波変換回路１４は、略矩形波以外の正弦波・三角波・階
段波・鋸波など放電アークをストレートにするモードを
励起する音響共鳴周波数を上限とする周波数で極性が交
互に変化する波形を発生できる構成のものでもよく、多
少の直流成分を含む波形でも極性が変化すればよく、ま
た正負非対称な波形でもよい。要は、放電ランプの放電
空間の電界が一方向にならないように、カタホレシス現
象を回避しうる波形であればよい。

【００５８】さらに、矩形波発生回路４および矩形波変
換回路１４の周波数は４００Ｈｚとしたが、放電アーク
をストレートにするモードを励起する音響共鳴周波数を
上限とする周波数であればよい。

【００５９】また、正弦波発生回路３、高周波電源１７
からは１５０ｋＨｚの正弦波を発生する構成としたが、
例えば三角波、鋸波等でもよく音響共鳴周波数の周波数
成分を有する波形ならばよい。正弦波電源２８も同様で
ある。

【００６０】また、正弦波発生回路３、正弦波電源２８
にＦＭ変調機能を追加し発生する正弦波を所定の周期と
幅で周波数可変できる構成にすると、ランプ特性の経時
変化・ばらつきにより発生する放電アークをストレート
にするモードを励起する音響共鳴周波数の変化・ばらつ
きを吸収できる。また同様に第３の実施の形態のトラン
ジスタ４３のオン・オフ周波数を制御回路５０からの信
号でＦＭ変調できるようにすれば同様の効果を得ること
ができる。

【００６１】また、高周波電源１７は正弦波電源２８と
チョークコイル２９とで構成し、チョークコイル２９の
インピーダンスで正弦波電源２８の出力電流を制限し所
定の変調深度にする構成にしたが、チョークコイル以外
の抵抗・コンデンサおよびそれらの複合構成でもよい。

【００６２】また、瞬時値が時間的に変化しない波形を
出力するＤＣ電源１６を降圧チョッパ回路で構成した
が、昇圧チョッパ回路・反転チョッパ回路など他の回路
方式でも同様の構成が可能である。

【００６３】また、制御回路２７、５０はランプ電力が
定格値の３５Ｗ一定になるようにトランジスタ２０、４
３のオン・オフ比を制御する構成にしたが、点灯初期の
光出力を補うため点灯初期に定格値以上の電力を供給す
るように制御してもよいし、調光制御などランプ特性を
可変制御する構成のものでもよい。

【００６４】また、重畳回路１８は、チョークコイル３
０とコンデンサ３１とで構成したが他の構成でもよいこ
とは言うまでもない。

【００６５】また、直流電源４１は音響共鳴周波数の周
波数成分を有する波形を重畳した直流を出力できるなら
昇圧チョッパ回路または反転チョッパ回路またはフォワ
ードコンバータ回路など他の回路方式で構成してもよ
い。

【００６６】また、スイッチ素子としてトランジスタを
用いたが、ＦＥＴ・サイリスタ・ＩＧＢＴなど他の素子
でもよい。

【００６７】また、３５Ｗメタルハライドランプ１の点
灯中の封入物の状態を検出する受光手段５４をフォトダ
イオード５５、フィルタ５６、レンズ５７とで構成した
が、点灯中に封入物が帯状になっているかなっていない
かを検出できる構成であればよく、例えば、ＣＣＤカメ
ラなどで３５Ｗメタルハライドランプ１を撮像し、画像
処理により検出することも可能である。また、フィルタ
５６は封入物が付いているときと付いていないときで顕
著に差のでる波長の光を検出できれば他のフィルタでも
よい。また、封入されている封入物が異なれば、フィル
タ５６を変更する必要があるのは言うまでもない。

【００６８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、放電アー
クをストレートにするモードを励起する音響的共鳴周波
数の周波数成分を有する波形と音響的共鳴周波数を上限
とする周波数で極性が交互に変化する波形との合成波で
放電ランプを点灯し、変調深度を発光管のほぼ中央部に
封入物が帯状に付着しない値に選定することにより、放
電アークに色ムラのないストレートの放電アークを実現
できると共に点灯中に封入物が発光管の中央部で帯状に
なることを防止でき、放電ランプを長寿命化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】放電アークをストレートにするモードを励起す
る音響的共鳴周波数ｆ２の正弦波と周波数ｆ１の矩形波
との合成波を示す図

【図２】（Ａ）ランプ内の放電アークの湾曲を示す図（Ｂ）変調深度を変化させたときの電極軸と放電アーク
中心との距離の変化を示す図（Ｃ）変調深度を変化させたときの封入物の付着状態を
示す模式図

【図３】放電アークをストレートにするモードを励起す
る音響的共鳴周波数ｆ２の正弦波と周波数ｆ３の三角波
との合成波を示す図

【図４】本発明の第１の実施の形態の放電ランプ点灯装
置の構成図

【図５】（Ａ）矩形波発生回路４の出力波形図（Ｂ）正弦波発生回路３の出力波形図（Ｃ）合成回路５の出力波形図

【図６】本発明の第２の実施の形態の放電ランプ点灯装
置の構成図

【図７】（Ａ）ＤＣ電源１６の出力波形図（Ｂ）高周波電源１７の出力波形図（Ｃ）重畳回路１８の出力波形図（Ｄ）矩形波変換回路１４の出力波形図

【図８】本発明の第３の実施の形態の放電ランプ点灯装
置の構成図

【図９】（Ａ）直流電源４１の出力波形図（Ｂ）矩形波変換回路１４の出力波形図

【図１０】本発明の第４の実施の形態の放電ランプ点灯
装置の構成図

【図１１】点灯中の封入物の状態を検出する受光手段５
４の構成図

【図１２】コンデンサ５３の正電容量と変調深度との関
係を示す図

【図１３】従来の放電ランプ点灯装置で放電ランプを点
灯した時のランプ電流波形図

【図１４】従来の放電ランプ点灯装置で放電ランプを点
灯した時の封入物の付着状態を示す模式図

【符号の説明】

１３５Ｗメタルハライドランプ２点灯手段３正弦波発生回路４矩形波発生回路５合成回路１２点灯手段１３変調手段１４矩形波変換回路１５始動手段１６ＤＣ電源１７高周波電源１８重畳回路４０点灯手段４１直流電源５１変調深度制御手段５２直流電源５４受光手段５８変調深度制御回路５９点灯手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】放電空間を画定する発光管を有する放電ラ
ンプを点灯する装置であって、放電アークをストレートにするモードを励起する音響共
鳴周波数の周波数成分を有する波形であって、その波形
の中心線が一定レベルに保持されている第１波形信号を
発生する発生手段と、前記第１波形信号の中心線が、前記音響共鳴周波数より
も低い変調周波数で極性が交互に変化するように、前記
第１波形信号を周期性を持って変調させると共に、変調
信号を発生する変調手段とを有し、前記第１波形信号のピークからピークまでの値をα、前
記変調信号の実効値をβとした場合の変調深度α／β
を、前記発光管のほぼ中央部に封入物が略帯状に付着し
ない値に選定することを特徴とする放電ランプ点灯装
置。
【請求項２】音響共鳴周波数は、放電ランプの放電空間
媒体中の音速と放電アークに交差する放電空間の長さと
で決定されることを特徴とする請求項１記載の放電ラン
プ点灯装置。
【請求項３】前記放電ランプは封入物として少なくとも
ハロゲン化金属または水銀が含まれていることを特徴と
する請求項１または２記載の放電ランプ点灯装置。
【請求項４】変調深度α／βがほぼ０．６以下であるこ
とを特徴とする請求項１記載の放電ランプ点灯装置。
【請求項５】変調深度α／βが０．３〜０．６の範囲に
あることを特徴とする請求項４記載の放電ランプ点灯装
置。
【請求項６】封入物の発光管への付着状態を検出し、そ
の付着状態に応じて変調深度α／βを変化させる変調深
度制御手段を有することを特徴とする請求項１〜５のい
ずれかに記載の放電ランプ点灯装置。
【請求項７】変調深度制御手段が放電ランプの光出力を
検出することを特徴とする請求項６記載の放電ランプの
点灯装置。