JP2001284078A - 無電極放電ランプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 無電極放電ランプの定格の種類に応じて高周
波電源回路の設計変更を容易に行うことができると共
に、放熱や回路実装上において優位性を保持することが
でき、しかも装置の製造コスト低減や電力の高効率化を
達成することができる無電極放電ランプ装置を提供す
る。 【解決手段】 無電極放電ランプ１８と、この無電極放
電ランプに高周波電力を供給する励起コイル１７と、商
用電源１０の交流出力を平滑回路を介して直流出力を得
る直流電源回路１２と、この直流電源回路で平滑された
直流出力を１ＭＨｚ以上の高周波電力に変換する高周波
電源回路１４と、この高周波電源回路の高周波出力を前
記励起コイルに出力する出力回路１６とを備えた無電極
放電ランプ装置であって、前記高周波電源回路と無電極
放電ランプ間において少なくとも１つの電気量を検出す
る検出部を設け、この検出部の出力に基づき高周波電源
回路１４と直流電源回路１２との動作状態を制御する制
御回路２０を設けた構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、トンネル照明や架
橋照明、汚水殺菌処理用の光化学処理装置等に好適に使
用される無電極放電ランプ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】無電極放電ランプは、ガラスバルブ内に
放電性の希ガスと水銀等の金属蒸気を封入した球状ない
し楕円形に形成されると共に、この放電ランプの近傍に
励起コイルを巻装された構造からなり、前記励起コイル
に高周波電源を使用して例えば１３．５６ＭＨｚで交番
する磁界を発生させ、この磁界による電界を利用して前
記放電ランプを点灯するように構成したものである。

【０００３】すなわち、従来の無電極放電ランプ装置
は、例えば透明もしくは内壁に蛍光体が塗布された球状
のガラスバルブ内に、不活性ガス、金属蒸気等の放電ガ
スを封入した無電極放電ランプと、この無電極放電ラン
プの球状の外周に沿って近接配置された高周波電力供給
用コイルすなわち励起コイルと、この励起コイルに接続
されて高周波電力を前記励起コイルに供給する高周波電
源回路と、前記励起コイルと高周波電源回路との両方の
整合を行って反射をなくし無電極放電ランプに効率良く
高周波電力を供給する整合回路とを備えた構成からな
る。

【０００４】この場合、前記高周波電源回路としては、
励起コイルに高周波電力を供給する高周波発振回路と、
商用電源等の交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換
して前記高周波発振回路に供給する直流電源回路とから
構成することが知られている。

【０００５】そして、前記高周波電源回路から励起コイ
ルに数ＭＨｚから数百ＭＨｚの高周波電流を流すことに
より、励起コイルに高周波磁界を発生させて無電極放電
ランプに高周波電力を供給し、無電極放電ランプ内に高
周波プラズマ電流を発生させて紫外線もしくは可視光を
発生するように構成されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、従来におけ
る無電極放電ランプにおいて、無電極放電ランプの点灯
開始から安定点灯するまでの過渡状態では、励起コイル
や無電極放電ランプ等のインピーダンスが時々刻々と変
化するので、これらの変化に応じて高周波電源回路の出
力インピーダンスの少なくとも一方を変化させて、高周
波電源回路と励起コイルとの両方のインピーダンス整合
をとることが必要である。

【０００７】しかし、無負荷状態および整合回路のイン
ピーダンス不整合等の異常状態および周囲温度の変化に
よって、無電極放電ランプの特性が変化する場合等は、
入射電力に対する反射電力の割合が増加してしまい、回
路効率が低下すると共に、高周波発振回路と高周波電源
回路とに大きなストレスが掛かってしまい、これら高周
波発振回路と高周波電源回路とを構成する素子の耐量を
上げなければならなくなり、このため装置の製造コスト
を増大させる難点がある。

【０００８】また、無電極放電ランプの始動開始時（電
源投入時）から点灯時間の経過に対するランプ電力の変
化において、無電極放電ランプの点灯後の初期では、無
電極放電ランプの内部蒸気圧が低く、ランプインピーダ
ンスが低くなっているために、ランプ電力が一時的に著
しく大きくなってしまうという難点がある。

【０００９】このような難点を解決するため、従来にお
いては、無電極放電ランプの出力変動を検出して、その
変動量に応じて高周波発振回路や高周波電源回路等の高
周波回路を制御する制御手段を設けた無電極放電ランプ
の点灯装置が提案されている（特開平８−２６４２８９
号公報）。

【００１０】すなわち、前記提案に係る装置において、
無電極放電ランプの出力変動を検出する具体的手段とし
ては、高周波電力供給用コイルすなわち励起コイルの両
端電圧変動、励起コイルに流れる電流変動、高周波電源
回路の出力電流変動、整合回路を構成する素子の両端電
圧変動、無電極放電ランプの光出力変動の少なくともい
ずれか１つを検出するように構成したものである。

【００１１】従って、前記提案に係る装置においては、
無電極放電ランプの出力変動を検出して、その変動量に
応じて高周波発振回路や高周波電源回路等の高周波回路
を制御することにより、無電極放電ランプの特性が変化
する場合において、装置に対して掛かるストレスを防止
し得ると共に、回路効率を向上させ、点灯時間の経過に
よらず、無電極放電ランプの出力変動を抑制することが
できるものとされている。

【００１２】しかしながら、前記提案に係る装置におい
て、高周波電源回路の出力電圧のみ検出し、出力電圧の
みを一定に保つように、高周波電源回路の作動周波数を
決定しても、無電極放電ランプの電力を一定化し得ると
は限らない。すなわち、これは高周波電源回路の出力電
圧と、無電極放電ランプのランプ電力との間に、偶然的
な相関性が得られない限り、電圧と電力との各変動量が
一致する必然性がないからである。

【００１３】そこで、本発明者等は、鋭意研究並びに検
討を重ねた結果、例えば出力電圧もしくは出力電流のい
ずれか一方を一定と仮定し、その位相差を一定とするこ
とにより、高周波電源回路から見た負荷は、リアクタン
ス成分を持たない、抵抗成分からなる負荷とすることが
でき、また同時に、高周波電源回路への供給電圧を制御
することにより、一定したランプ投入電力を供給するこ
とができることを突き止めた。

【００１４】すなわち、前記高周波電源回路以降におい
て、少なくとも１つの電気量を検出する検出部を設け、
この検出部における検出結果を共用して、高周波電源回
路と直流電源回路との動作状態を制御するように構成す
れば、検出回路と制御回路の実装面積を縮小することが
できると共に、これら回路の部品点数を削減して、装置
構成のコスト低減を達成することができる。

【００１５】また、前述した高周波電源回路の動作周波
数と、直流電源回路の電源電圧を同時に変化させる制御
を行った場合、フィードバック系の構成手段によっては
発振現象を起生し、無電極放電ランプにちらつき等が発
生したり、立ち消え等も生じる可能性がある。

【００１６】このような問題を克服するため、前記高周
波電源回路の動作周波数あるいは直流電源回路の電源電
圧のいずれか一方を制御し、その制御結果（負荷の変
動）に基づいて、他方の制御を行うように構成すれば、
好適であることを突き止めた。この場合、フィードバッ
ク系を２次遅れ系ではなく、１次遅れ系となるような位
相補償回路を使用すれば、好適であることを突き止め
た。

【００１７】さらに、前記高周波電源回路を複数並列に
設けることによって、比較的大きな高周波電力を、比較
的小さな高周波電源回路により実現することができる。
そこで、この場合、複数並列に設けた高周波電源回路を
一括駆動するよう構成することにより、電力の合成効率
を最大化することができることを突き止めた。

【００１８】一方、前記高周波電源回路を複数並列に接
続した増幅回路により構成する場合、各増幅回路の電流
値の差を検出して、その電流値の差をなくすように制御
することにより、増幅回路を高ゲイン化して高周波電源
の高効率化を達成することができることを突き止めた。

【００１９】一方、前述した直流電源回路を、交流（Ａ
Ｃ）／直流（ＤＣ）変換電源回路で構成する場合、前記
ＡＣ／ＤＣ変換電源回路よりも低い直流電圧を発生する
ＡＣ／ＤＣ変換補助電源回路を設けて、このＡＣ／ＤＣ
変換補助電源回路の出力を各回路制御系の電源として、
各回路制御系へ一括して付与するように構成することに
より、各回路制御系の電源電圧を統一し、各回路制御系
において用いる部品定格を共通にすることができ、装置
構成のコスト低減に寄与することができることを突き止
めた。

【００２０】また、前記直流電源回路を、ＡＣ／ＤＣ変
換電源回路で構成する場合、過電流保護機能を有するス
イッチング電源を適用することにより、スイッチング素
子等の破壊を防止することができることを突き止めた。

【００２１】さらに、前記直流電源回路を、ＡＣ／ＤＣ
変換電源回路で構成する場合、整流素子であるダイオー
ドに順方向バイアス電圧を印加するように構成すること
により、入出力間の線形性を有効に保持し得ることを突
き止めた。

【００２２】さらにまた、前述した高周波電源回路は、
高周波発振回路と、この高周波発振回路からの微小信号
を大電力信号に増幅する増幅回路と、前記増幅回路の出
力インピーダンスを負荷インピーダンスに整合させる整
合回路とから構成することにより、無電極放電ランプと
しての負荷インピーダンス条件を固定することなく、負
荷のリアクタンス性をほぼ一定に保持して、電源力率一
定の条件で駆動制御することができることを突き止め
た。

【００２３】また、前記高周波電源回路は、高周波発振
回路と、この高周波発振回路の出力側に並列に接続され
て前記高周波発振回路からの微小信号を大電力信号に増
幅する複数の増幅回路と、前記複数並列の増幅回路の出
力側に接続されて各増幅回路の出力電力を合成する合成
回路と、前記合成回路の出力側に接続されて合成出力イ
ンピーダンスを負荷インピーダンスとほぼ一致するよう
に設定された整合回路とから構成することにより、各増
幅回路の出力インピーダンスを、合成回路の出力インピ
ーダンスおよび負荷のインピーダンスと共にほぼ一致さ
せることができ、簡単な回路構成で大電力化を達成でき
ることを突き止めた。

【００２４】さらに、前記高周波電源回路を複数並列に
設けた場合、これら高周波電源回路に対応して並列に設
けた駆動電源回路のばらつきに応じて、各高周波電源回
路の出力がばらついてしまう不具合が生じるため、前記
複数並列に設けた高周波電源回路に対し、高周波電源回
路の出力の電圧／電流位相差に基づき、各高周波電源回
路を一括駆動する駆動信号を形成する駆動電源回路と、
前記駆動電源回路と高周波電源回路との間に設けた駆動
回路とを設け、前記駆動回路において、複数並列に接続
した高周波電源回路に平均的に適切な駆動信号を付与し
得るように一括して駆動条件を整えるように設定するこ
とにより、前記高周波電源回路の同期運転が可能とな
り、合成回路における電力合成動作を高効率に達成でき
ることを突き止めた。

【００２５】そして、前述した無電極放電ランプ装置に
おける制御回路において、前記高周波電源回路の出力電
圧もしくはその比例量と、出力電流もしくはその比例量
との位相差を検出し、この位相差がほぼ一定となるよう
に高周波電源回路の動作周波数を決定し、制御して、無
電極放電ランプへの投入電力が予め設定された一定値と
なるよう構成する場合、前記高周波電源回路と出力回路
とを接続する伝送線路について、無電極放電ランプの点
灯中の周波数制御の可能な範囲が、中心周波数の正負そ
れぞれの側でほぼ等しくなるように前記伝送線路の線路
長を設定することにより、前記伝送線路を、最も短い線
路長で最も広い周波数制御範囲を得ることができること
を突き止めた。

【００２６】従って、本発明の目的は、無電極放電ラン
プの定格の種類に応じて高周波電源回路の設計変更を容
易に行うことができると共に、放熱や回路実装上におい
て優位性を保持することができ、しかも装置の製造コス
ト低減や電力の高効率化を達成することができる無電極
放電ランプ装置を提供することにある。

【００２７】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明に係る無電極放電ランプ装置は、無電極放電
ランプと、この無電極放電ランプに高周波電力を供給す
る励起コイルと、商用電源の交流出力を平滑回路を介し
て直流出力を得る直流電源回路と、この直流電源回路で
平滑された直流出力を１ＭＨｚ以上の高周波電力に変換
する高周波電源回路と、この高周波電源回路の高周波出
力を前記励起コイルに出力する出力回路とを備えた無電
極放電ランプ装置であって、前記高周波電源回路と無電
極放電ランプ間において少なくとも１つの電気量を検出
する検出部を設け、この検出部の出力に基づき高周波電
源回路と直流電源回路との動作状態を制御する制御回路
を設けたことを特徴とする。

【００２８】この場合、前記制御回路においては、高周
波電源回路の出力電圧もしくはその比例量と、出力電流
もしくはその比例量との位相差を検出し、この位相差に
基づいて高周波電源回路と直流電源回路の平滑回路との
動作状態を制御するよう構成することができる。

【００２９】また、前記制御回路においては、検出部の
出力を共用して、高周波電源回路の動作周波数と直流電
源回路の出力電圧とを制御するよう構成することができ
る。

【００３０】さらに、前記検出部ｋ出力として、高周波
電源回路の出力電圧もしくはその比例量と、出力電流も
しくはその比例量との位相差を検出する位相比較回路
と、この位相比較回路で検出された位相差を基準値と比
較してその差分に応じた出力を得る誤差増幅回路と、こ
の誤差増幅回路の出力を共用し、高周波電源回路の動作
周波数と直流電源回路の出力電圧とを決定するよう構成
することができる。

【００３１】そして、前記制御回路においては、高周波
電源回路の出力電圧もしくはその比例量と、出力電流も
しくはその比例量との位相差を検出する位相比較回路の
検出結果としての出力を共用して、高周波電源回路の動
作周波数と直流電源回路の出力電圧とを、前記位相差検
出信号とそれぞれ基準値とを比較して決定するよう構成
することができる。

【００３２】一方、本発明に係る無電極放電ランプ装置
は、前記高周波電源回路の出力電圧もしくはその比例量
と、出力電流もしくはその比例量との位相差を検出し、
この位相差がほぼ一定となるように高周波電源回路の動
作周波数を制御して、無電極放電ランプへの投入電力を
予め設定された一定値となるように制御する制御回路を
構成したことを特徴とする。

【００３３】この場合、前記制御回路は、前記高周波電
源回路の出力電圧もしくはその比例量と、出力電流もし
くはその比例量との位相差を検出し、この位相差がほぼ
一定となるように高周波電源回路の動作周波数を制御す
ると共に、その制御結果に基づいて、前記高周波電源回
路の進行波電力もしくはその比例量と、反射電力もしく
はその比例量とを検出し、その差（無電極放電ランプへ
の投入電力）が予め設定された一定値となるように直流
電源回路の出力電圧を制御するよう構成することができ
る。

【００３４】また、前記制御回路は、前記高周波電源回
路の進行波電力もしくはその比例量と、反射電力もしく
はその比例量とを検出し、その差（無電極放電ランプへ
の投入電力）が予め設定された一定値となるように直流
電源回路の出力電圧を決定し、制御すると共に、その制
御結果に基づいて、前記高周波電源回路の出力電圧もし
くはその比例量と、出力電流もしくはその比例量との位
相差を検出し、この位相差がほぼ一定となるように高周
波電源回路の動作周波数を制御するよう構成することが
できる。

【００３５】さらに、前記高周波電源回路の動作周波数
を制御する制御回路は、位相比較回路と、誤差増幅回路
と、位相補償回路とから構成することができる。

【００３６】また、前記直流電源回路の出力電圧を制御
する制御回路は、進行波／反射波検出回路と、差動増幅
回路と、位相補償回路とから構成することができる。

【００３７】さらにまた、前記位相補償回路は、比例動
作、比例積分動作、比例微分動作、比例微分積分動作の
いずれかの動作を行うよう構成することができる。

【００３８】そして、前記位相補償回路は、無電極放電
ランプの始動開始からほぼ安定点灯までの動作と、ほぼ
安定点灯後の動作とを切り替えるよう構成することがで
きる。

【００３９】また、本発明に係る無電極放電ランプ装置
においては、高周波電源回路を複数並列に設けると共
に、これら複数並列の高周波電源回路の高周波出力を合
成する合成回路を設け、前記複数並列の高周波電源回路
と無電極放電ランプ間において少なくとも１つの電気量
を検出する検出部を設け、この検出部の出力に基づき複
数並列の高周波電源回路と直流電源回路との動作状態を
制御するように制御回路を構成することができる。

【００４０】この場合、前記直流電源回路の平滑回路
は、商用電源の交流出力から一括して、その整流脈流電
圧を部分平滑し、その平滑率を一括して可変できるよう
構成することができる。

【００４１】また、前記制御回路においては、検出部に
おける出力を共用して、複数並列の高周波電源回路の動
作周波数と直流電源回路の出力電圧とを一括制御するよ
う構成することができる。

【００４２】さらに、前記制御回路においては、高周波
電源回路の出力側からの検出出力を共用して、複数並列
の高周波電源回路の動作周波数と直流電源回路の出力電
圧の平滑率とを一括制御するよう構成することができ
る。

【００４３】さらに、本発明に係る無電極放電ランプ装
置は、前記複数並列の高周波電源回路の出力電力をそれ
ぞれ検出する出力電力センサ回路部と、前記各出力電力
センサ回路部により電流値の差を検出し、この検出され
た電流値の差をなくすように直流電源回路の直流電源電
圧を制御する制御回路と具備した構成とすることができ
る。

【００４４】さらにまた、本発明に係る無電極放電ラン
プ装置は、直流電源回路を複数並列に設けると共に高周
波電源回路を複数並列に設け、これら複数並列の高周波
電源回路の高周波出力を合成する合成回路を設けて、前
記複数並列の高周波電源回路と無電極放電ランプ間にお
いて少なくとも１つの電気量を検出する第１の検出部を
設け、この第１の検出部の出力に基づいて高周波電源回
路の動作周波数を決定するよう制御回路を構成すると共
に、前記直流電源回路以降において少なくとも１つの電
気量を検出する第２の検出部を設け、この第２の検出部
の出力に基づいて直流電源回路の出力電圧を決定するよ
う制御回路を構成することができる。

【００４５】この場合、前記複数並列の高周波電源回路
の高周波出力を合成して一括高周波電力を得て、複数の
励起コイルをそれぞれ付勢するよう構成すると共に、単
一の無電極放電ランプに対し複数の誘導結合型無電極放
電を形成して、前記高周波電力を放電毎に分配するよう
構成することができる。

【００４６】また、本発明に係る無電極放電ランプ装置
は、直流電源回路としての交流（ＡＣ）／直流（ＤＣ）
変換電源回路と、このＡＣ／ＤＣ変換電源回路の出力を
１ＭＨｚ以上の高周波電力に変換して前記励起コイルを
付勢する高周波電源回路としての直流（ＤＣ）／高周波
（ＲＦ）変換回路と、前記ＡＣ／ＤＣ変換電源回路より
も低い直流電圧を形成する交流（ＡＣ）／直流（ＤＣ）
変換補助電源回路と、前記ＤＣ／ＲＦ変換回路に対して
高周波信号を形成する高周波発振回路と、前記高周波発
振回路および前記各回路の制御系のための直流電圧を確
保する制御電源回路とを備え、前記制御電源回路は、Ａ
Ｃ／ＤＣ変換補助電源回路の出力を電源として、前記各
回路の制御系の電源として一括して供給するように構成
することができる。

【００４７】この場合、前記各回路の制御系に電源を供
給するため、前記各回路間もしくはその一部をケーブル
によって接続することができる。

【００４８】さらに、本発明に係る無電極放電ランプ装
置は、前記ＡＣ／ＤＣ変換電源回路をスイッチング素子
を使用してスイッチング電源により構成し、このスイッ
チング電源の過電流保護回路機能によってスイッチング
素子等を保護するよう構成することができる。

【００４９】この場合、前記スイッチング電源は、最大
出力に設定して使用することができる。

【００５０】さらにまた、本発明に係る無電極放電ラン
プ装置は、前記ＡＣ／ＤＣ変換電源回路において、整流
素子としてのダイオードに順方向バイアス電圧を印加す
る回路を設けた構成とすることができる。

【００５１】この場合、前記ダイオードに印加する順方
向バイアス電圧は、ダイオードの電圧−電流特性におい
て、比較的線形性の保持されている部分を使用し得るよ
うに使用最適値を印加するよう設定することができる。

【００５２】代案として、本発明に係る無電極放電ラン
プ装置は、前記高周波電源回路を、高周波発振回路と、
この高周波発振回路からの微小信号を大電力信号に増幅
する増幅回路と、前記増幅回路の出力インピーダンスを
負荷インピーダンスに整合させる整合回路とを備えた構
成とすることができる。

【００５３】この場合、前記高周波電源回路は、ほぼ一
定の高周波電源出力を得るために、負荷のリアクタンス
性をほぼ一定に保持し、電源力率一定の条件で駆動する
制御機能を有するように構成することができる。

【００５４】また、前記高周波電源回路は、負荷の入力
前の電圧／電流検出を行い、それらの位相差を一定に保
持するように動作周波数を決定し、制御するよう構成す
ることができる。

【００５５】また、本発明に係る無電極放電ランプ装置
は、前記高周波電源回路が、高周波発振回路と、この高
周波発振回路の出力側に並列に接続されて前記高周波発
振回路からの微小信号を大電力信号に増幅する複数の増
幅回路と、前記複数並列の増幅回路の出力側に接続され
て各増幅回路の出力電力を合成する合成回路と、前記合
成回路の出力側に接続されてその合成出力インピーダン
スを負荷インピーダンスとほぼ一致するように設定され
た整合回路とを具備した構成とすることができる。

【００５６】この場合、前記高周波電源回路は、高周波
発振回路と、この高周波発振回路の出力側に並列に接続
されて前記高周波発振回路からの微小信号を大電力信号
に増幅する複数の増幅回路と、前記複数並列の増幅回路
の出力側にそれぞれ接続されて各増幅回路の出力インピ
ーダンスがほぼ一致し、かつ次段の合成回路での合成出
力インピーダンスと負荷インピーダンスとがほぼ一致す
るように設定された整合回路と、前記各整合回路の出力
側に接続されて各整合回路の出力電力を合成する合成回
路とから構成することができる。

【００５７】また、前記高周波電源回路は、高周波発振
回路と、この高周波発振回路の出力側に並列に接続され
て前記高周波発振回路からの微小信号を大電力信号に増
幅する複数の増幅回路と、前記複数並列の増幅回路の出
力側にそれぞれ接続されて各増幅回路の出力インピーダ
ンスがほぼ一致するように設定された整合回路と、前記
各整合回路の出力側に接続されて各整合回路の出力電力
を合成する合成回路と、前記合成回路の出力側に接続さ
れて合成出力インピーダンスを負荷インピーダンスとほ
ぼ一致するように設定された整合回路とから構成するこ
とができる。

【００５８】さらにまた、本発明に係る無電極放電ラン
プ装置は、前記高周波電源回路の少なくとも１回路の出
力もしくは出力合成後の電圧／電流位相差に基づき、各
高周波電源回路を一括駆動する駆動信号を形成する駆動
電源回路と、前記駆動電源回路と高周波電源回路との間
に設けた駆動回路とを備え、前記駆動回路において、複
数並列に接続した高周波電源回路に平均的に適切な駆動
信号を付与し得るように一括して駆動条件を整えるよう
に設定した構成とすることができる。

【００５９】この場合、前記駆動回路は、複数並列に接
続した高周波電源回路に対してそれぞれ設け、前記駆動
電源回路から同一の入力を付与するように構成すること
ができる。

【００６０】そして、本発明に係る無電極放電ランプ装
置は、前記高周波電源回路の出力電圧もしくはその比例
量と、出力電流もしくはその比例量との位相差を検出
し、この位相差がほぼ一定となるように高周波電源回路
の動作周波数を制御して、無電極放電ランプへの投入電
力が予め設定された一定値となるように制御する制御回
路と、無電極放電ランプの点灯中の周波数制御の可能な
範囲が、中心周波数の正負それぞれの側でほぼ等しくな
るように線路長が設定され、前記高周波電源回路と出力
回路とを接続する伝送線路とを具備している構成とする
ことができる。

【００６１】この場合、前記伝送線路の最も短い線路長
として、無電極放電ランプの点灯中の周波数制御の可能
な範囲が、中心周波数の正負それぞれの側で１／２以上
等しくなるように設定することができる。

【００６２】

【発明の実施の形態】次に、本発明に係る無電極放電ラ
ンプ装置の実施例につき、添付図面を参照しながら、以
下詳細に説明する。

【００６３】

【実施例１】図１は、本発明に係る無電極放電ランプ装
置の第１の実施例の一構成例を示す概略構成図である。
図１において、参照符号１０は商用電源等からなる交流
電源、１２は前記商用電源１０の交流出力を平滑回路を
介して直流出力を得る直流電源回路、１４は前記直流電
源回路１２で平滑された直流出力を１ＭＨｚ以上の高周
波電力に変換する高周波電源回路、１３は前記高周波電
源回路１４を駆動させるための駆動回路、１６は高周波
電源回路１４の高周波出力を適切に動作させると共に負
荷としての無電極放電ランプ１８に適する電気的条件を
整えて励起コイル１７を付勢する出力回路をそれぞれ示
す。

【００６４】前記高周波電源回路１４に対して、少なく
とも１つの電気量を検出する検出部として、例えば高周
波電源回路１４の出力電圧もしくはその比例量と、出力
電流もしくはその比例量との位相差を検出する位相比較
回路２１と、この位相比較回路２１で検出された位相差
を基準値と比較してその差分に応じた出力を得る誤差増
幅回路２２と、この誤差増幅回路２２の出力に基づいて
高周波電源回路１４の動作周波数を決定する電圧制御発
振回路２３とからなる制御回路２０を設ける。そして、
この制御回路２０は、前記高周波電源回路１４に対し
て、前記電圧制御発振回路２３により動作周波数を決定
し、前記駆動回路１３を介して高周波電源回路１４の動
作周波数を制御するよう構成されている。同時に、前記
直流電源回路１２に対しては、前記誤差増幅回路２１の
出力を共用して直流電源回路１２の出力電圧を決定し
て、平滑回路の動作状態を制御し、その出力電圧を制御
するよう構成されている。

【００６５】図２は、本発明に係る無電極放電ランプ装
置の第１の実施例の別の構成例を示す概略構成図であ
る。なお、説明の便宜上、前記図１に示す無電極放電ラ
ンプ装置の構成要素と同一の構成要素には同一の参照符
号を付し、その詳細な説明は省略する。すなわち、図２
に示す構成においては、前記制御回路２０について、高
周波電源回路１４の出力電圧もしくはその比例量と、出
力電流もしくはその比例量との位相差を検出する位相比
較回路２１に対し、高周波電源回路１４を制御するため
の動作周波数を決定するための誤差増幅回路２１Ａと、
直流電源回路１２の出力電圧を決定するための誤差増幅
回路２１Ｂとを独立して設けた構成からなる。その他の
構成は、図１に示す構成例と全く同じである。

【００６６】従って、本実施例においては、前記高周波
電源回路１４以降において、少なくとも１つの電気量を
検出する検出部として、高周波電源回路１４の出力電圧
もしくはその比例量と、出力電流もしくはその比例量と
の位相差を検出する位相比較回路２１を設け、この検出
結果を共用して高周波電源回路１４の動作周波数と直流
電源回路１２の出力電圧を制御することにより、検出回
路と制御回路の実装面積を縮小することができると共
に、それら回路の部品点数を削減して、装置構成のコス
ト低減を達成することができる。

【００６７】

【実施例２】図３および図４は、本発明に係る無電極放
電ランプ装置の第２の実施例のそれぞれ構成例を示す概
略構成図である。図３および図４において、本実施例の
無電極放電ランプ装置の基本的な構成は、前述した図１
および図２に示す第１の実施例の構成と共通するもので
ある。従って、図１に示す構成要素と同一の構成要素に
は同一の参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。

【００６８】図３においては、高周波電源回路１４の出
力電圧もしくはその比例量と、出力電流もしくはその比
例量との位相差を位相検出回路２１Ａおよび位相比較回
路２１Ｂにより検出し、この位相差がほぼ一定となるよ
うに高周波電源回路１４の動作周波数を決定し、制御し
て、無電極放電ランプ１８への投入電力が予め設定され
た一定値となるよう制御回路２０を構成したものであ
る。

【００６９】この場合、前記制御回路２０は、前記位相
検出回路２１Ａおよび位相比較回路２１Ｂにより前記位
相差を検出し、この位相差を基準値と比較してその差分
に応じた出力を誤差増幅回路２２により得ると共に、こ
の誤差増幅回路２２の出力に基づいて高周波電源回路１
４の動作周波数を位相補償回路２４により決定するよう
に構成される。このようにして、前記高周波電源回路の
出力電圧もしくはその比例量と、出力電流もしくはその
比例量との位相差を検出し、この位相差がほぼ一定とな
るように高周波電源回路の動作周波数を決定し、駆動電
源１３を介して前記高周波電源回路を制御するよう構成
される。

【００７０】また、図４においては、前記高周波電源回
路の制御と同時に、前記制御結果に基づいて、前記高周
波電源回路の進行波電力もしくはその比例量と、反射電
力もしくはその比例量とを進行波／反射波検出回路２５
により検出し、その差（無電極放電ランプ１８への投入
電力）が予め設定された一定値となるように直流電源回
路１２の出力電圧を差動増幅回路２６および位相補償回
路２７により決定し、前記直流電源回路１２を制御する
よう構成される。

【００７１】なお、本実施例において、位相補償回路２
１Ｂは、比例動作、比例積分動作、比例微分動作、比例
微分積分動作のいずれかの動作を行うよう構成すること
ができる。また、前記位相補償回路２１Ｂは、無電極放
電ランプ１８の始動開始からほぼ安定点灯までの動作
と、ほぼ安定点灯後の動作とを切り替えるよう構成する
ことにより、無電極放電ランプ１８の始動特性を向上さ
せることができる。

【００７２】従って、本実施例においては、高周波電源
回路１４の進行波電力もしくはその比例量と、反射電力
もしくはその比例量とを検出し、その差（無電極放電ラ
ンプ１８への投入電力）を予め設定された一定値となる
ように直流電源回路１４の出力電圧を決定し、前記直流
電源回路１４を制御すると共に、その制御結果に基づい
て、前記高周波電源回路１４の出力電圧もしくはその比
例量と、出力電流もしくはその比例量との位相差を検出
し、この位相差がほぼ一定となるように高周波電源回路
１４の動作周波数を制御するよう構成することによっ
て、高周波電源回路１４と直流電源回路１４との制御を
安定化し、無電極放電ランプ１８のちらつき、立ち消え
等が発生する難点を解消することができる。

【００７３】

【実施例３】図５は、本発明に係る無電極放電ランプ装
置の第３の実施例の構成例を示す概略構成図である。図
５において、本実施例の無電極放電ランプ装置の基本的
な構成は、前述した図１および図２に示す第１の実施例
の構成と共通するものである。従って、図１に示す構成
要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その
詳細な説明は省略する。

【００７４】図５においては、直流電源回路１２で平滑
された直流出力を１ＭＨｚ以上の高周波電力に変換する
複数並列に接続配置した高周波電源回路１４Ａ、１４Ｂ
と、これら複数並列の高周波電源回路１４Ａ、１４Ｂの
高周波出力を合成する合成回路１５とを設け、前記複数
並列の高周波電源回路１４Ａ、１４Ｂに対して、少なく
とも１つの電気量を検出する検出部を設け、この検出部
における検出結果を共用して、複数並列の高周波電源回
路１４Ａ、１４Ｂと直流電源回路１２との動作状態を、
一括して制御するように制御回路２０を構成したもので
ある。

【００７５】すなわち、直流電源回路１２の平滑回路
は、商用電源１０の交流出力から一括して、その整流脈
流電圧を部分平滑し、その平滑率を一括して可変できる
よう構成されている。そして、前記制御回路２０におい
ては、検出部における検出結果を共用して、複数並列の
高周波電源回路１４Ａ、１４Ｂの動作周波数と直流電源
回路１２の出力電圧とを一括制御するよう構成される。

【００７６】従って、本実施例においては、複数並列に
設けた高周波電源回路１４Ａ、１４Ｂを一括駆動するこ
とにより、比較的大きな高周波電力を、比較的小さな高
周波電源回路によって実現することができると共に、前
記高周波電力の合成率を最大化することができる。

【００７７】

【実施例４】図６は、本発明に係る無電極放電ランプ装
置の第４の実施例の構成例を示す概略構成図である。図
６において、本実施例の無電極放電ランプ装置の基本的
な構成は、前述した図１および図２に示す第１の実施例
の構成と共通するものである。従って、図１に示す構成
要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その
詳細な説明は省略する。

【００７８】図６においては、直流電源回路１２で平滑
された直流出力を１ＭＨｚ以上の高周波電力に変換する
複数並列に接続配置した高周波電源回路１４Ａ、１４Ｂ
と、これら複数並列の高周波電源回路１４Ａ、１４Ｂの
高周波出力を合成する合成回路１５とを設け、前記複数
並列の高周波電源回路１４Ａ、１４Ｂの出力電力をそれ
ぞれ検出する出力電力センサ回路部２８ａ、２８ｂをそ
れぞれ設け、前記各出力電力センサ回路部２８ａ、２８
ｂにより電流値の差を検出し、この検出された電流値の
差をなくすように直流電源回路１２の直流電源電圧を制
御するように制御回路２０を構成したものである。

【００７９】従って、本実施例においては、複数並列に
設けた高周波電源回路１４Ａ、１４Ｂにより、比較的大
きな高周波電力を、比較的小さな高周波電源回路によっ
て実現することができると共に、各高周波電源回路１４
Ａ、１４Ｂの増幅器を高ゲイン化して高周波電源の高効
率化を達成することができる。

【００８０】

【実施例５】図７および図８は、本発明に係る無電極放
電ランプ装置の第５の実施例のそれぞれ構成例を示す概
略構成図である。図７および図８において、本実施例の
無電極放電ランプ装置の基本的な構成は、前述した図
１、図２および図５に示す第１および第３の実施例の構
成と共通するものである。従って、図１および図５に示
す構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付
し、その詳細な説明は省略する。

【００８１】図７においては、商用電源の交流出力を平
滑回路を介して直流出力を得る複数並列に接続配置した
直流電源回路１２Ａ、１２Ｂと、これらの直流電源回路
１２２Ａ、１２Ｂでそれぞれ平滑された直流出力を１Ｍ
Ｈｚ以上の高周波電力に変換する複数並列に接続配置し
た高周波電源回路１４Ａ、１４Ｂと、これら複数並列の
高周波電源回路１４Ａ、１４Ｂの高周波出力を合成する
合成回路１５とを設けた無電極放電ランプ装置におい
て、前記複数並列の高周波電源回路１４Ａ、１４Ｂの出
力側において、少なくとも１つの電気量を検出する第１
の検出部２８を設け、この第１の検出部２８の検出結果
に基づいて高周波電源回路１４Ａ、１４Ｂの動作周波数
を決定するよう制御回路２０Ａを構成すると共に、前記
複数並列の直流電源回路１２Ａ、１２Ｂの出力側におい
て、少なくとも１つの電気量を検出する第２の検出部２
９を設け、この第２の検出部２９の検出結果に基づいて
直流電源回路１２Ａ、１２Ｂの出力電圧を決定するよう
制御回路２０Ｂを構成したものである。

【００８２】また、図８においては、前記図７に示す制
御回路２０の構成において、複数並列の高周波電源回路
１４Ａ、１４Ｂの高周波出力を合成回路１５により合成
して一括高周波電力を得て、出力回路１６に伝送し、こ
の出力回路１６に接続された複数の励起コイル１７Ａ、
１７Ｂをそれぞれ付勢するよう構成したものである。こ
の場合、前記複数の励起コイル１７Ａ、１７Ｂをそれぞ
れ付勢することにより、単一の無電極放電ランプ１８に
対し複数の誘導結合型無電極放電を形成して、前記高周
波電力を放電毎に分配するように設定することができ
る。

【００８３】従って、本実施例においては、前記複数並
列に設けた高周波電源回路１４Ａ、１４Ｂと、複数並列
に設けた直流電源回路１２Ａ、１２Ｂとの標準化を図る
ことができる。

【００８４】

【実施例６】図９は、本発明に係る無電極放電ランプ装
置の第６の実施例の構成例を示す概略構成図である。図
９において、本実施例の無電極放電ランプ装置の基本的
な構成は、前述した図１および図２に示す第１の実施例
の構成と共通するものである。従って、図１に示す構成
要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その
詳細な説明は省略する。

【００８５】図９においては、直流電源回路１２として
交流（ＡＣ）／直流（ＤＣ）変換電源回路を設け、この
ＡＣ／ＤＣ変換電源回路の出力を１ＭＨｚ以上の高周波
電力に変換して励起コイル１７を付勢する高周波電源回
路１４として直流（ＤＣ）／高周波（ＲＦ）変換回路を
設け、前記ＡＣ／ＤＣ変換電源回路よりも低い直流電圧
を形成する交流（ＡＣ）／直流（ＤＣ）変換補助電源回
路３０を設け、前記ＤＣ／ＲＦ変換回路に対して高周波
信号を形成する高周波発振回路３２を設け、さらに前記
高周波発振回路３２および前記各回路１２、１４の制御
系のための直流電圧を確保する制御電源回路３１Ａ、３
１Ｂ、３１Ｃを設けた構成からなる。

【００８６】この場合、前記制御電源回路３１Ａ、３１
Ｂ、３１Ｃは、ＡＣ／ＤＣ変換補助電源回路３０の出力
を電源として、前記各回路３２、１２、１４の制御系の
電源として一括して供給するように構成することによ
り、前記各回路制御系の電源電圧を統一して、各回路制
御系において用いる部品定格を共通にすることができ、
装置構成のコスト低減に寄与することができる。なお、
前記各回路３２、１２、１４の制御系に電源を供給する
ため、前記各回路間もしくはその一部をケーブルによっ
て接続することによって、回路基板上での配線引き回し
が容易となり、高周波ノイズによる制御系の誤動作等を
低減ないし防止することができる。

【００８７】

【実施例７】本発明に係る無電極放電ランプ装置の第７
の実施例は、前述した図９に示す第６の実施例の基本的
な構成において、直流電源回路１２としての交流（Ａ
Ｃ）／直流（ＤＣ）変換電源回路を、スイッチング素子
を使用してスイッチング電源により構成したものであ
る。この場合、スイッチング電源の過電流保護回路機能
によってスイッチング素子等の破壊を防止することがで
きる。従って、前記スイッチング電源は、最大出力に設
定して使用することが可能となり、電源効率を高めるこ
とができる。

【００８８】

【実施例８】本発明に係る無電極放電ランプ装置の第８
の実施例は、前記第７の実施例において、直流電源回路
１２としての交流（ＡＣ）／直流（ＤＣ）変換電源回路
について、整流素子としてのダイオードに順方向バイア
ス電圧を印加する回路を設けた構成からなるもので。こ
の場合、ダイオードに印加する順方向バイアス電圧は、
ダイオードの電圧−電流特性において、比較的線形性の
保持されている部分を使用することにより、入出力間の
線形性を十分に保持することができる。

【００８９】

【実施例９】本発明に係る無電極放電ランプ装置の第９
の実施例は、前述した図９に示す第６の実施例の基本的
な構成において、高周波発振回路３２と、この高周波発
振回路３２からの微小信号を大電力信号に増幅する増幅
回路からなる高周波電源回路１４について、前記高周波
電源回路１４の増幅回路の出力インピーダンスが、無電
極放電ランプ１８からなる負荷のインピーダンスとほぼ
一定に整合させる整合回路を設けた構成からなるもので
ある。この場合、前記高周波電源回路１４は、ほぼ一定
の高周波電源出力を得るために、負荷のリアクタンス性
をほぼ一定に保持し、電源力率一定の条件で駆動制御す
る機能を達成することができる。また、前記高周波電源
回路１４は、負荷の入力前の電圧／電流検出を行い、そ
れらの位相差を一定に保持するように動作周波数を決定
し、制御するよう構成することもできる。

【００９０】

【実施例１０】図１０ないし図１２は、本発明に係る無
電極放電ランプ装置の第１０の実施例のそれぞれ構成例
を示す概略構成図である。図１０ないし図１２におい
て、本実施例の無電極放電ランプ装置の基本的な構成
は、前述した図５に示す第３の実施例の構成と共通する
ものである。従って、図３に示す構成要素と同一の構成
要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明は省略
する。

【００９１】図１０においては、高周波電源回路１４
が、高周波発振回路３２と、この高周波発振回路３２の
出力側に並列に接続されて前記高周波発振回路３２から
の微小信号を大電力信号に増幅する複数の増幅回路１４
ａ、１４ｂと、前記複数並列の増幅回路１４ａ、１４ｂ
の出力側に接続されて各増幅回路の出力電力を合成する
合成回路１５と、前記合成回路１５の出力側に接続され
てその合成出力インピーダンスを無電極放電ランプ１８
からなる負荷のインピーダンスとほぼ一致するように設
定された整合回路１９とから構成したものである。この
場合、複数の増幅回路１４ａ、１４ｂの出力を合成回路
１５で合成し、整合回路１９を介して無電極放電ランプ
１８に対し出力することにより、増幅回路１４ａ、１４
ｂの出力インピーダンスと整合回路１９の出力インピー
ダンスをほぼ一致させることができ、高周波電源回路の
制御に際しての同一測定系での測定および調整が容易と
なる。

【００９２】また、図１１においては、高周波電源回路
１４が、高周波発振回路３２と、この高周波発振回路３
２の出力側に並列に接続されて前記高周波発振回路３２
からの微小信号を大電力信号に増幅する複数の増幅回路
１４ａ、１４ｂと、前記複数並列の増幅回路１４ａ、１
４ｂの出力側にそれぞれ接続されて各増幅回路の出力イ
ンピーダンスがほぼ一致し、かつ次段の合成回路１５で
の合成出力インピーダンスと負荷インピーダンスとがほ
ぼ一致するように設定された整合回路１９ａ、１９ｂ
と、前記各整合回路１９ａ、１９ｂの出力側に接続され
て各整合回路の出力電力を合成する合成回路１５とから
構成したものである。この場合、増幅回路１４ａ、１４
ｂの次段にそれぞれ整合回路１９ａ、１９ｂを設けるこ
とにより、各増幅回路１４ａ、１４ｂの出力インピーダ
ンスのばらつきを補正することができ、合成回路１５に
おける出力合成効率を向上させることができ。

【００９３】さらに、図１２においては、高周波電源回
路１４は、高周波発振回路３２と、この高周波発振回路
３２の出力側に並列に接続されて前記高周波発振回路３
２からの微小信号を大電力信号に増幅する複数の増幅回
路１４ａ、１４ｂと、前記複数並列の増幅回路１４ａ、
１４ｂの出力側にそれぞれ接続されて各増幅回路の出力
インピーダンスがほぼ一致するように設定された整合回
路１９ａ、１９ｂと、前記各整合回路１９ａ、１９ｂの
出力側に接続されて各整合回路の出力電力を合成する合
成回路１５と、前記合成回路１５の出力側に接続されて
合成出力インピーダンスが負荷インピーダンスとほぼ一
致するように設定された整合回路１９ｃとから構成した
ものである。この場合、前述した図１０および図１２に
示す構成例の利点がそれぞれ得られ、各増幅回路１４
ａ、１４ｂの出力インピーダンスおよび合成回路１５の
出力インピーダンスと負荷インピーダンスとの整合をそ
れぞれ容易化し得ると共に、各増幅回路１４ａ、１４ｂ
および合成回路１５の出力インピーダンスの設計自由度
を拡大し、最適設計が可能となり、高周波電源回路の制
御に際しての同一測定系での測定および調整が容易とな
る。

【００９４】

【実施例１１】図１３および図１４は、本発明に係る無
電極放電ランプ装置の第１１の実施例のそれぞれ構成例
を示す概略構成図である。図１３および図１４におい
て、本実施例の無電極放電ランプ装置の基本的な構成
は、前述した図５に示す第３の実施例の構成と共通する
ものである。従って、図３に示す構成要素と同一の構成
要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明は省略
する。

【００９５】図１３においては、高周波電源回路１４
Ａ、１４Ｂの少なくとも１回路の出力もしくは出力合成
後の電圧／電流位相差に基づき、各高周波電源回路１４
Ａ、１４Ｂを一括駆動する駆動信号を形成する駆動電源
回路３０と、前記駆動電源回路１３と高周波電源回路１
４Ａ、１４Ｂとの間に設けた駆動回路１３とを設け、前
記駆動回路１３において、複数並列に接続した高周波電
源回路１４Ａ、１４Ｂに平均的に適切な駆動信号を付与
し得るように一括して駆動条件を整えるように設定した
構成からなるものである。この場合、各高周波電源回路
１４Ａ、１４Ｂの駆動条件を総合して、その並列合成イ
ンピーダンスを駆動電源回路３０の出力インピーダンス
との整合条件が整えられ、そして各高周波電源回路１４
Ａ、１４Ｂの駆動条件が平均的に整えられて、同期運転
が可能となる。従って、複数並列に設けた高周波電源回
路１４Ａ、１４Ｂの各出力が同期して合成回路１５に入
力され、合成回路１５の電力合成動作を高効率に達成す
ることができる。

【００９６】また、図１４においては、前記駆動回路１
３は、複数並列に接続した高周波電源回路１４Ａ、１４
Ｂに対してそれぞれ複数の駆動回路１３、１３Ｂを設
け、前記駆動電源回路３０から同一の入力を付与するよ
うに構成したものである。この場合においても、前述し
た図１３に示す構成例と全く同様の作用および効果を得
ることができる。

【００９７】

【実施例１２】図１５は、本発明に係る無電極放電ラン
プ装置の第１２の実施例を示す概略電気回路図である。
すなわち、図１５においては、無電極放電ランプへの投
入電力を得るための励起コイルを付勢する電源回路の一
構成例を示すものであって、前述した第２の実施例にお
けるように、出力電圧と出力電流の位相差を一定に保持
するような周波数動作をする高周波電源回路１４と、こ
の高周波電源回路１４と同軸ケーブル等の伝送線路３５
を介して接続される逆Ｌ型整合回路１９とを設けた構成
を示す。

【００９８】そこで、本実施例においては、高周波電源
回路１４において、出力電圧と出力電流の位相差を一定
に保持するような周波数動作を行う場合、無電極放電ラ
ンプが点灯中においての周波数制御（ＰＬＬ制御）の可
能な範囲は、その中心周波数の正負それぞれの側でほぼ
等しくなるような前記伝送線路３５の線路長を設定する
ものである。

【００９９】すなわち、高周波電源回路と励起コイルと
の間に伝送線路を設けた場合、無電極放電ランプの点灯
中において前記高周波電源回路に対し周波数制御を行う
に際しては、前記伝送線路について適切な線路長が存在
する。従って、適切な線路長を設定すれば、無電極放電
ランプやその周辺回路の定数がばらつき、変動に対し
て、装置の信頼向上を図ることができる。

【０１００】そこで、図１５に示す高周波電源回路１４
において、伝送線路３５の長さを適宜変化（物理長ｍ、
遅延時間ｎsec ）させた場合の入力インピーダンスＺと
位相差θとの特性を得るべく実験を行ったところ、図１
６ないし図２０に示すような周波数特性が得られた。図
１６ないし図２０に示す特性結果は、表１に示す通りで
ある。

【０１０１】

【表１】

【０１０２】前記特性結果から明らかなように、無電極
放電ランプの点灯中において、前記伝送線路３５には周
波数制御に適した線路長が存在することが確認された。
すなわち、周波数制御範囲を中心周波数から正負ほぼ等
しくなる線路長を選択することにより、最も短い線路長
で、最も広い周波数制御範囲を得ることが可能となる。
なお、前記伝送線路の最も短い線路長として、無電極放
電ランプの点灯中の周波数制御の可能な範囲が、中心周
波数の正負それぞれの側で１／２以上等しくなるように
設定すれば好適である。

【０１０３】以上、本発明の好適な実施例について説明
したが、本発明は前記各実施例に限定されることなく、
本発明の精神を逸脱しない範囲内において多くの設計変
更が可能である。

【０１０４】

【発明の効果】前述した実施例から明らかな通り、本発
明に係る電極放電ランプ装置によれば、無電極放電ラン
プと、この無電極放電ランプに高周波電力を供給する励
起コイルと、商用電源の交流出力を平滑回路を介して直
流出力を得る直流電源回路と、この直流電源回路で平滑
された直流出力を１ＭＨｚ以上の高周波電力に変換する
高周波電源回路と、この高周波電源回路の高周波出力を
前記励起コイルに出力する出力回路とを備えた無電極放
電ランプ装置であって、前記高周波電源回路と無電極放
電ランプ間において少なくとも１つの電気量を検出する
検出部を設け、この検出部の出力に基づき高周波電源回
路と直流電源回路との動作状態を制御する制御回路を設
けた構成とすることにより、無電極放電ランプの定格の
種類に応じて高周波電源回路の設計変更を容易に行うこ
とができると共に、放熱や回路実装上において優位性を
保持することができ、しかも装置の製造コスト低減や電
力の高効率化を達成することができる。

【０１０５】また、本発明に係る無電極放電ランプ装置
においては、高周波電源回路を複数並列に設けることに
よって、比較的大きな高周波電力を、比較的小さな高周
波電源回路により実現することができる。そして、この
場合、複数並列に設けた高周波電源回路を一括駆動する
よう構成することにより、電力の合成効率を最大化する
ことができる。また、前記高周波電源回路を複数並列に
接続した増幅回路により構成する場合、各増幅回路の電
流値の差を検出して、その電流値の差をなくすように制
御することにより、増幅回路を高ゲイン化して高周波電
源の高効率化を達成することができる。

【０１０６】さらに、本発明に係る無電極放電ランプ装
置においては、直流電源回路を、交流（ＡＣ）／直流
（ＤＣ）変換電源回路で構成し、前記ＡＣ／ＤＣ変換電
源回路よりも低い直流電圧を発生するＡＣ／ＤＣ変換補
助電源回路を設けて、このＡＣ／ＤＣ変換補助電源回路
の出力を各回路制御系の電源として、各回路制御系へ一
括して付与するように構成することにより、各回路制御
系の電源電圧を統一し、各回路制御系において用いる部
品定格を共通にすることができ、装置構成のコスト低減
に寄与することができる。また、前記ＡＣ／ＤＣ変換電
源回路を、過電流保護機能を有するスイッチング電源を
適用することにより、スイッチング素子等の破壊を防止
することができる。さらに、この場合、整流素子である
ダイオードに順方向バイアス電圧を印加するように構成
することにより、入出力間の線形性を有効に保持するこ
とができる等、多くの優れた利点が得られる。

【０１０７】一方、本発明に係る無電極放電ランプ装置
においては、高周波電源回路は、高周波発振回路と、こ
の高周波発振回路からの微小信号を大電力信号に増幅す
る増幅回路と、前記増幅回路の出力インピーダンスを負
荷インピーダンスとほぼ一定に整合させる整合回路とか
ら構成することにより、無電極放電ランプとしての負荷
インピーダンス条件を固定することなく、負荷のリアク
タンス性をほぼ一定に保持して、電源力率一定の条件で
駆動制御することができる。また、前記複数並列の増幅
回路および／または整合回路の出力側に合成回路を設け
ることにより、各増幅器の出力インピーダンスおよび合
成回路の出力インピーダンスを負荷のインピーダンスに
対し容易に一致させることができ、簡単な回路構成で大
電力化を容易に達成することができる。

【０１０８】そして、本発明に係る無電極放電ランプ装
置においては、高周波電源回路の出力電圧と出力電流と
の位相差がほぼ一定となるように高周波電源回路の動作
周波数を制御する場合、前記高周波電源回路と出力回路
とを接続する伝送線路について、無電極放電ランプの点
灯中の周波数制御の可能な範囲が、中心周波数の正負そ
れぞれの側でほぼ等しくなるように前記伝送線路の線路
長を設定することにより、前記伝送線路を、最も短い線
路長で最も広い周波数制御範囲を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る無電極放電ランプ装置の第１の実
施例の構成例を示す概略回路構成図である。

【図２】本発明に係る無電極放電ランプ装置の第１の実
施例の別の構成例を示す概略回路構成図である。

【図３】本発明に係る無電極放電ランプ装置の第２の実
施例の構成例を示す概略回路構成図である。

【図４】本発明に係る無電極放電ランプ装置の第２の実
施例の別の構成例を示す概略回路構成図である。

【図５】本発明に係る無電極放電ランプ装置の第３の実
施例の構成例を示す概略回路構成図である。

【図６】本発明に係る無電極放電ランプ装置の第４の実
施例の構成例を示す概略回路構成図である。

【図７】本発明に係る無電極放電ランプ装置の第５の実
施例の構成例を示す概略回路構成図である。

【図８】本発明に係る無電極放電ランプ装置の第５の実
施例の別の構成例を示す概略回路構成図である。

【図９】本発明に係る無電極放電ランプ装置の第６の実
施例の構成例を示す概略回路構成図である。

【図１０】本発明に係る無電極放電ランプ装置の第１０
の実施例の構成例を示す概略回路構成図である。

【図１１】本発明に係る無電極放電ランプ装置の第１０
の実施例の別の構成例を示す概略回路構成図である。

【図１２】本発明に係る無電極放電ランプ装置の第１０
の実施例のさらに別の構成例を示す概略回路構成図であ
る。

【図１３】本発明に係る無電極放電ランプ装置の第１１
の実施例の構成例を示す概略回路構成図である。

【図１４】本発明に係る無電極放電ランプ装置の第１１
の実施例の別の構成例を示す概略回路構成図である。

【図１５】本発明に係る無電極放電ランプ装置の第１２
の実施例の構成例を示す概略回路構成図である。

【図１６】図１５に示す無電極放電ランプ装置における
高周波電源回路と出力整合回路とを接続する伝送線路の
線路長（９．０９ｍ）に対する周波数制御特性を示す特
性線図である。

【図１７】図１５に示す無電極放電ランプ装置における
高周波電源回路と出力整合回路とを接続する伝送線路の
線路長（２７．３９ｍ）に対する周波数制御特性を示す
特性線図である。

【図１８】図１５に示す無電極放電ランプ装置における
高周波電源回路と出力整合回路とを接続する伝送線路の
線路長（４５．４ｍ）に対する周波数制御特性を示す特
性線図である。

【図１９】図１５に示す無電極放電ランプ装置における
高周波電源回路と出力整合回路とを接続する伝送線路の
線路長（６３．６ｍ）に対する周波数制御特性を示す特
性線図である。

【図２０】図１５に示す無電極放電ランプ装置における
高周波電源回路と出力整合回路とを接続する伝送線路の
線路長（８１．８ｍ）に対する周波数制御特性を示す特
性線図である。

【符号の説明】

１０ 交流電源（商用電源） １２、１２Ａ、１２Ｂ 直流電源回路 １３ 駆動電源 １４、１４Ａ、１４Ｂ 高周波電源回路 １４ａ、１４ｂ 増幅回路 １５ 合成回路 １６ 出力回路 １７、１７Ａ、１７Ｂ 励起コイル １８ 無電極放電ランプ １９、１９Ａ、１９Ｂ 整合回路 １９ａ、１９ｂ、１９ｃ 整合回路 ２０、２０Ａ、２０Ｂ 制御回路 ２１ 位相比較回路 ２１Ａ 位相検出回路 ２１Ｂ 位相比較回路 ２２、２２Ａ、２２Ｂ 誤差増幅回路 ２３ 電圧制御発振回路 ２４ 位相補償回路 ２５ 進行波／反射波検出回路 ２６ 差動増幅回路 ２７ 位相補償回路 ２８ 第１の検出部 ２８ａ、２８ｂ 出力電力センサ回路部 ２９ 第２の検出部 ３０ ＡＣ／ＤＣ変換補助電源回路 ３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ 制御電源回路 ３２ 高周波発振回路 ３３ 駆動電源回路 ３５ 伝送線路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 俊也 東京都品川区東品川四丁目３番地１号 東 芝ライテック株式会社内 (72)発明者 土井 洋幸 東京都品川区東品川四丁目３番地１号 東 芝ライテック株式会社内 (72)発明者 寺井 孝 東京都品川区東品川四丁目３番地１号 東 芝ライテック株式会社内 (72)発明者 川村 雅明 東京都品川区東品川四丁目３番地１号 東 芝ライテック株式会社内 (72)発明者 下川 貞二 東京都品川区東品川四丁目３番地１号 東 芝ライテック株式会社内 Ｆターム(参考） 3K072 AA16 CA16 CB02 DE02 DE03 DE04 EB05 EB06 EB08 EB09 HA04

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 無電極放電ランプと、この無電極放電ラ
   ンプに高周波電力を供給する励起コイルと、商用電源の
   交流出力を平滑回路を介して直流出力を得る直流電源回
   路と、この直流電源回路で平滑された直流出力を１ＭＨ
   ｚ以上の高周波電力に変換する高周波電源回路と、この
   高周波電源回路の高周波出力を前記励起コイルに出力す
   る出力回路とを備えた無電極放電ランプ装置であって、 前記高周波電源回路と無電極放電ランプ間において少な
   くとも１つの電気量を検出する検出部を設け、この検出
   部の出力に基づき高周波電源回路と直流電源回路との動
   作状態を制御する制御回路が設けられていることを特徴
   とする無電極放電ランプ装置。
2. 【請求項２】 無電極放電ランプと、この無電極放電ラ
   ンプに高周波電力を供給する励起コイルと、商用電源の
   交流出力を平滑回路を介して直流出力を得る直流電源回
   路と、この直流電源回路で平滑された直流出力を１ＭＨ
   ｚ以上の高周波電力に変換する高周波電源回路と、この
   高周波電源回路の高周波出力を前記励起コイルに出力す
   る出力回路とを備えた無電極放電ランプ装置であって、 前記高周波電源回路の出力電圧もしくはその比例量と、
   出力電流もしくはその比例量との位相差を検出し、この
   位相差がほぼ一定となるように高周波電源回路の動作周
   波数を制御して、無電極放電ランプへの投入電力を予め
   設定された一定値となるように制御する制御回路を具備
   していることを特徴とする無電極放電ランプ装置。
3. 【請求項３】 制御回路は、前記高周波電源回路の出力
   電圧もしくはその比例量と、出力電流もしくはその比例
   量との位相差を検出し、この位相差がほぼ一定となるよ
   うに高周波電源回路の動作周波数を制御すると共に、 その制御結果に基づいて、前記高周波電源回路の進行波
   電力もしくはその比例量と、反射電力もしくはその比例
   量とを検出し、無電極放電ランプへの投入電力が予め設
   定された一定値となるように直流電源回路の出力電圧を
   制御するよう構成されていることを特徴する請求項２記
   載の無電極放電ランプ装置。
4. 【請求項４】 無電極放電ランプと、この無電極放電ラ
   ンプに高周波電力を供給する励起コイルと、商用電源の
   交流出力を平滑回路を介し一括して直流出力を得る直流
   電源回路と、この直流電源回路で平滑された直流出力を
   １ＭＨｚ以上の高周波電力に変換する複数並列に設けた
   高周波電源回路と、これら複数並列の高周波電源回路の
   高周波出力を合成する合成回路と、この合成回路による
   高周波合成出力を前記励起コイルに出力する出力回路と
   を備えた無電極放電ランプ装置であって、 高周波電源回路と無電極放電ランプ間において少なくと
   も１つの電気量を検出する検出部を設け、この検出部の
   出力に基づき複数並列の高周波電源回路と直流電源回路
   との動作状態を制御するように制御回路を構成したこと
   を特徴とする無電極放電ランプ装置。
5. 【請求項５】 無電極放電ランプと、この無電極放電ラ
   ンプに高周波電力を供給する励起コイルと、商用電源の
   交流出力を平滑回路を介して直流出力を得る直流電源回
   路と、この直流電源回路で平滑された直流出力を１ＭＨ
   ｚ以上の高周波電力に変換する複数並列に設けた高周波
   電源回路と、これら複数並列の高周波電源回路の高周波
   出力を合成する合成回路と、この合成回路による高周波
   合成出力を前記励起コイルに出力する出力回路とを備え
   た無電極放電ランプ装置であって、 前記複数並列の高周波電源回路の出力電力をそれぞれ検
   出する出力電力センサ回路部と、前記各出力電力センサ
   回路部により電流値の差を検出し、この検出された電流
   値の差をなくすように直流電源回路の直流電源電圧を制
   御する制御回路とを具備していることを特徴とする無電
   極放電ランプ装置。
6. 【請求項６】 無電極放電ランプと、この無電極放電ラ
   ンプに高周波電力を供給する励起コイルと、商用電源の
   交流出力を平滑回路を介して直流出力を得る複数並列に
   設けた直流電源回路と、これらの直流電源回路でそれぞ
   れ平滑された直流出力を１ＭＨｚ以上の高周波電力に変
   換する複数並列に設けた高周波電源回路と、これら複数
   並列の高周波電源回路の高周波出力を合成する合成回路
   と、この合成回路による高周波合成出力を前記励起コイ
   ルに出力する出力回路とを備えた無電極放電ランプ装置
   であって、 前記複数並列の高周波電源回路と無電極放電ランプ間に
   おいて少なくとも１つの電気量を検出する第１の検出部
   を設け、この第１の検出部の出力に基づいて高周波電源
   回路の動作周波数を決定するよう制御回路を構成すると
   共に、 前記直流電源回路以降において少なくとも１つの電気量
   を検出する第２の検出部を設け、この第２の検出部の出
   力に基づいて直流電源回路の出力電圧を決定するよう制
   御回路を構成することを特徴とする無電極放電ランプ装
   置。
7. 【請求項７】 無電極放電ランプと、この無電極放電ラ
   ンプに高周波電力を供給する励起コイルと、直流電源回
   路としての交流（ＡＣ）／直流（ＤＣ）変換電源回路
   と、このＡＣ／ＤＣ変換電源回路の出力を１ＭＨｚ以上
   の高周波電力に変換して前記励起コイルを付勢する高周
   波電源回路としての直流（ＤＣ）／高周波（ＲＦ）変換
   回路と、前記ＡＣ／ＤＣ変換電源回路よりも低い直流電
   圧を形成する交流（ＡＣ）／直流（ＤＣ）変換補助電源
   回路と、前記ＤＣ／ＲＦ変換回路に対して高周波信号を
   形成する高周波発振回路と、前記高周波発振回路および
   前記各回路の制御系のための直流電圧を確保する制御電
   源回路とを備え、 前記ＡＣ／ＤＣ変換電源回路をスイッチング素子を使用
   してスイッチング電源により構成し、このスイッチング
   電源の過電流保護回路機能によってスイッチング素子等
   を保護するよう構成したことを特徴とする無電極放電ラ
   ンプ装置。
8. 【請求項８】 無電極放電ランプと、この無電極放電ラ
   ンプに高周波電力を供給する励起コイルと、直流電源回
   路としての交流（ＡＣ）／直流（ＤＣ）変換電源回路
   と、このＡＣ／ＤＣ変換電源回路の出力を１ＭＨｚ以上
   の高周波電力に変換して前記励起コイルを付勢する高周
   波電源回路としての直流（ＤＣ）／高周波（ＲＦ）変換
   回路と、前記ＡＣ／ＤＣ変換電源回路よりも低い直流電
   圧を形成する交流（ＡＣ）／直流（ＤＣ）変換補助電源
   回路と、前記ＤＣ／ＲＦ変換回路に対して高周波信号を
   形成する高周波発振回路と、前記高周波発振回路および
   前記各回路の制御系のための直流電圧を確保する制御電
   源回路とを備えた、 前記ＡＣ／ＤＣ変換電源回路において、整流素子として
   のダイオードに順方向バイアス電圧を印加する回路を設
   けたことを特徴とする無電極放電ランプ装置。
9. 【請求項９】 無電極放電ランプと、この無電極放電ラ
   ンプに高周波電力を供給する励起コイルと、商用電源の
   交流出力から直流出力を得る直流電源回路と、この直流
   電源回路の直流出力を１ＭＨｚ以上の高周波電力に変換
   する高周波電源回路と、この高周波電源回路の高周波出
   力を前記励起コイルに出力する出力回路とを備えた無電
   極放電ランプ装置であって、 前記高周波電源回路は、高周波発振回路と、この高周波
   発振回路からの微小信号を大電力信号に増幅する増幅回
   路と、前記増幅回路の出力インピーダンスを負荷インピ
   ーダンスに整合させる整合回路とを備えることを特徴と
   する無電極放電ランプ装置。
10. 【請求項１０】 無電極放電ランプと、この無電極放電
    ランプに高周波電力を供給する励起コイルと、商用電源
    の交流出力から直流出力を得る直流電源回路と、この直
    流電源回路の直流出力を１ＭＨｚ以上の高周波電力に変
    換する高周波電源回路と、この高周波電源回路の高周波
    出力を前記励起コイルに出力する出力回路とを備えた無
    電極放電ランプ装置であって、 前記高周波電源回路は、高周波発振回路と、この高周波
    発振回路の出力側に並列に接続されて前記高周波発振回
    路からの微小信号を大電力信号に増幅する複数の増幅回
    路と、前記複数並列の増幅回路の出力側に接続されて各
    増幅回路の出力電力を合成する合成回路と、前記合成回
    路の出力側に接続されてその合成出力インピーダンスを
    負荷インピーダンスとほぼ一致するように設定された整
    合回路とを備えることを特徴とする無電極放電ランプ装
    置。
11. 【請求項１１】 無電極放電ランプと、この無電極放電
    ランプに高周波電力を供給する励起コイルと、商用電源
    の交流出力から直流出力を得る直流電源回路と、この直
    流電源回路の直流出力を１ＭＨｚ以上の高周波電力に変
    換する複数並列に接続された高周波電源回路と、前記複
    数並列の高周波電源回路の出力電力を合成する合成回路
    と、前記高周波電源回路の高周波出力を前記励起コイル
    に出力する出力回路と、前記高周波電源回路の動作状態
    を制御する制御回路とを備えた無電極放電ランプ装置で
    あって、 前記高周波電源回路の少なくとも１回路の出力もしくは
    出力合成後の電圧／電流位相差に基づき、各高周波電源
    回路を一括駆動する駆動信号を形成する駆動電源回路
    と、前記駆動電源回路と高周波電源回路との間に設けた
    駆動回路とを備え、 前記駆動回路は、複数並列に接続した高周波電源回路に
    平均的に適切な駆動信号を付与し得るように一括して駆
    動条件を整えるように設定されていることを特徴とする
    無電極放電ランプ装置。
12. 【請求項１２】 無電極放電ランプと、この無電極放電
    ランプに高周波電力を供給する励起コイルと、商用電源
    の交流出力を平滑回路を介して直流出力を得る直流電源
    回路と、この直流電源回路で平滑された直流出力を１Ｍ
    Ｈｚ以上の高周波電力に変換する高周波電源回路と、こ
    の高周波電源回路の高周波出力を前記励起コイルに出力
    する出力回路とを備え、 前記高周波電源回路の出力電圧もしくはその比例量と、
    出力電流もしくはその比例量との位相差を検出し、この
    位相差がほぼ一定となるように高周波電源回路の動作周
    波数を制御して、無電極放電ランプへの投入電力が予め
    設定された一定値となるように制御する制御回路と、 無電極放電ランプの点灯中の周波数制御の可能な範囲
    が、中心周波数の正負それぞれの側でほぼ等しくなるよ
    うに線路長が設定され、前記高周波電源回路と出力回路
    とを接続する伝送線路とを具備していることを特徴とす
    る無電極放電ランプ装置。