JP2004178892A - 光源装置 - Google Patents

Abstract

【目的】始動時に、短時間で高輝度放電ランプの放電を安定状態に移行可能な光源装置を得る。
【構成】高輝度放電ランプ２と、高輝度放電ランプ２のランプ電圧を検出する電圧モニタ６７と、高輝度放電ランプ２を強制冷却する冷却用ファン８と、マイコン１０を備えた光源装置１において、マイコン１０は、ランプ２の放電開始時からランプ電圧がランプ２の定格電圧に達するまでの間は冷却用ファン８の動作を禁止し、該ランプ電圧が定格電圧に達したら冷却用ファン８の動作を開始させる。
【選択図】 図４

Description

【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、メタルハライドランプや水銀ランプ等の高輝度放電（ＨＩＤ）ランプを用いた光源装置に関する。
【０００２】
【従来技術およびその問題点】
例えば内視鏡用の光源装置には、キセノンランプやハロゲンランプが多用されているが、最近では、メタルハライドランプや水銀ランプ等の高輝度放電ランプを用いたものがある。
【０００３】
高輝度放電ランプは、その特性を十分に発揮できるように予め設定された温度範囲内で点灯させることが望ましく、この温度範囲よりも高温ではランプ短寿命化の要因となり、同温度範囲よりも低温では十分な発光量を得られない虞がある。また高輝度放電ランプは、ランプバルブ温度が高過ぎる状態では放電電極間に絶縁破壊が生じないことから、一度消灯されるとランプバルブの温度が所定温度を下回るまで再点灯できないという性質を有している。
【０００４】
このような高輝度放電ランプを用いた光源装置には、例えば特開平１１−４２２１２号公報に記載されているように冷却用ファンが備えられており、この冷却用ファンによって高輝度放電ランプを強制冷却している。しかしながら、従来の光源装置では上記冷却用ファンを常時動作させているため、高輝度放電ランプを始動（放電開始）させたときにランプバルブの温度がすぐに上がらず、高輝度放電ランプの放電が安定状態（ほぼフル発光量が得られる状態）に達するまでに時間がかかっている。
【０００５】
【発明の目的】
本発明は、始動時に、短時間で高輝度放電ランプの放電を安定状態に移行可能な光源装置を得ることを目的とする。
【０００６】
【発明の概要】
本発明は、高輝度放電ランプと、この高輝度放電ランプを強制冷却する冷却用ファンと、上記高輝度放電ランプのランプ電圧を検出する電圧検出手段と、前記高輝度放電ランプの放電開始時から前記ランプ電圧が所定電圧に達するまでは前記冷却用ファンの動作を禁止し、該ランプ電圧が前記所定電圧に達してから前記冷却用ファンを動作させる制御手段とを備えたことを特徴としている。
【０００７】
冷却用ファンを動作開始させる所定電圧は、高輝度放電ランプの放電が安定状態にあるときのランプ電圧であり、実際には高輝度放電ランプの定格電圧とすることが好ましい。あるいは、高輝度放電ランプの定格電圧の８割ないし９割に相当する電圧としてもよい。
【０００８】
上記構成によれば、高輝度放電ランプの放電を開始させてから該放電が安定状態に達するまでは冷却用ファンが動作しないので、高輝度放電ランプのランプバルブは冷却用ファンからの強制冷却を受けることがなく、そのランプバルブ温度の上昇が早まる。これにより、高輝度放電ランプの放電を開始させてから短時間で、該放電を安定状態に移行させることができる。また上記構成によれば、高輝度放電ランプの放電が安定状態に移行した後は冷却用ファンによってランプバルブが強制冷却されるので、ランプ点灯中のランプバルブ温度が高くなり過ぎず、高輝度放電ランプの短寿命化を防止することができる。
【０００９】
冷却用ファンの動作は、例えば、高輝度放電ランプの放電が停止されたときに即座に停止される。あるいは、高輝度放電ランプの放電が一度停止されて再度開始されるとき、高輝度放電ランプの消灯時であって高輝度放電ランプのランプバルブ温度が高輝度放電ランプの再点灯可能な温度まで低下したときに、停止される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明を説明する。本明細書中では、図示した回路構成要素において、ロー（グランド）レベルの電圧を論理値“Ｌ”、ハイレベルの電圧を論理値“Ｈ”とする。
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態による光源装置の主要構成を示すブロック図である。本光源装置１は、光源として、メタルハライドランプや水銀ランプ等の高輝度放電ランプ（以下、単に「ランプ」という。）２を用いている。ランプ２は、図２に示すように外管となるランプバルブ２ａとランプバルブ２ａに嵌めた口金２ｂを備え、このランプバルブ２ａ内に、発光物質（水銀、アルゴンガス、金属ハロゲン化物質など）を封入した発光管や該発光管の両端に挿入した一対の放電電極などを収容している。このランプ２は、口金２ｂを介してランプホルダ３に装着され、反射ミラー４と組み合わせて使用することができる。ランプ２から発せられた光は、反射ミラー４によって反射され、図２に示される集光ポイントＰに集められて外方に射出される。反射ミラー４はランプホルダ３に取り付けられている。上記ランプ２は、周知のように、始動時にランプバルブ２ａの温度が高すぎると、放電電極間に絶縁破壊が生じないため、発光できないという性質を有する。
【００１２】
光源装置１は、装置全体の動作を総括する制御手段としてマイコン１０を備えている。マイコン１０には、ＡＣ電源ラインＶの電圧がＡＣ／ＤＣ電源５により定電圧Ｖｍとされて供給される。
【００１３】
マイコン１０には、光源装置１の外面に設けられた、主電源をオン／オフ操作する電源スイッチＳＷＭ及びランプ２の点灯／消灯を操作するランプスイッチＳＷＬが接続されている。マイコン１０は、電源スイッチＳＷＭのオンにより起動してランプスイッチＳＷＬのスイッチ状態を検知し、ランプスイッチＳＷＬのオン状態ではランプ点灯信号“Ｈ”、オフ状態ではランプ点灯信号“Ｌ”をランプ点灯回路６に出力する。
【００１４】
ランプ点灯回路６は、マイコン１０から出力されたランプ点灯信号“Ｈ”、“Ｌ”に基づいてランプ２を点灯または消灯させる回路である。図３にランプ点灯回路６の回路構成の一例を示す。このランプ点灯回路６には、スイッチ部材ＳＷ、整流平滑回路６１、スイッチング回路６２、絶縁トランス６３、イグナイタ（始動器）６５、イグナイタ起動回路６６及び電圧モニタ６７が備えられている。
【００１５】
スイッチ部材ＳＷは、ランプ点灯信号“Ｈ”が出力されたときランプ点灯回路６とランプ２を電気的に接続し、ランプ点灯信号“Ｌ”が出力されたときランプ点灯回路６とランプ２の接続を遮断する。つまり、ランプ点灯回路６は、ランプ点灯信号“Ｈ”により動作開始し、ランプ点灯信号“Ｌ”により動作停止する。
【００１６】
整流平滑回路６１はＡＣ電源ラインＶに接続されていて、ＡＣ電源ラインＶからの電圧は整流平滑回路６１により整流された後、スイッチング回路６２を介して絶縁トランス６３の一次側へ供給される。スイッチング回路６２はＤＣ／ＤＣコンバータとして機能するもので、このスイッチング回路６２の高速スイッチング動作により、絶縁トランス６３の二次側に高周波交流電圧が発生する。本実施形態のスイッチング回路６２は、主電源がオンされている間（ＡＣ電源ラインＶからの電圧が整流平滑回路６１を介して供給されている間）は常時、スイッチング動作を行なう。イグナイタ６５は、絶縁トランス６３の二次側とランプ２の負極側との間に接続されていて、イグナイタ起動回路６６を介して起動されると、ランプ２の放電電極間（正負電極間）に絶縁破壊を生じさせるパルス電圧をランプ２の負極側に印加する。このパルス電圧印加によりランプ２の放電電極間に絶縁破壊が生じると、絶縁トランス６３側から電流（ランプ電流）が流れ出し、ランプ２が放電（点灯、発光）する。イグナイタ起動回路６６は、マイコン１０からランプ点灯信号“Ｈ”を入力したときイグナイタ６５を起動させる。
【００１７】
電圧モニタ６７は、ランプ２のランプ電圧Ｖｒ及びランプ電流Ｉｒを検出し、該ランプ電圧Ｖｒがランプ２の定格電圧に達していない場合またはランプ電流Ｉｒが流れていない場合に安定状態信号“Ｌ”を、定格電圧に達していて且つランプ電流Ｉｒが流れている場合に安定状態信号“Ｈ”を出力する。この電圧モニタ６７は、分圧器７０、コンパレータ７１、基準電源７２、ＡＮＤ素子７３、ランプ電流検出抵抗７４、トランジスタ７５及びフォトカプラ７６から構成されている。
【００１８】
分圧器７０は、絶縁トランス６３の二次側及びランプ２に対して並列に接続された２つの抵抗７０ａ、７０ｂから構成され、ランプ２のランプ電圧（放電電極間電圧）Ｖｒをランプ電圧Ｖｒ’として取り出す。このランプ電圧Ｖｒ’は、実際のランプ電圧Ｖｒの（１／Ｎ）倍（Ｎ；実数、Ｎ＞０）に相当する。コンパレータ７１は、＋側入力端子が分圧器７０の抵抗７０ａ、７０ｂ間（図３に示す位置Ａ）に接続され、−側入力端子が基準電源７２に接続されていて、＋側入力端子から入力したランプ電圧Ｖｒ’と−側入力端子から入力した基準電圧Ｖｒｅｆとを比較して該比較結果を出力する。ここで、ランプ電圧Ｖｒ’と基準電圧Ｖｒｅｆを比較することは、実際のランプ電圧Ｖｒとランプ２の定格電圧を比較することと同等である。
【００１９】
ＡＮＤ素子７３は、コンパレータ７１の出力とランプ電流検出抵抗７４に発生した電圧との論理積を演算し、この演算結果をトランジスタ７５へ出力する。ランプ電流検出抵抗７４は、分圧器７０とイグナイタ６５の間に設けられていて、このランプ電流検出抵抗７４にランプ電流Ｉｒが流れることによって、該ランプ電流検出抵抗７４の両端に電圧が生じる。トランジスタ７５は、ＡＮＤ素子７３の出力に応じてオンまたはオフし、このトランジスタ７５の出力に応じてフォトカプラ７６がオンまたはオフする。フォトカプラ７６の出力端はマイコン１０に接続されていて、このフォトカプラ７６により電圧モニタ６７側とマイコン１０側は絶縁されている。
【００２０】
本実施形態では、ランプ電流検出抵抗７４にランプ電流Ｉｒが流れていないとき（ランプ２が点灯していないとき）、ＡＮＤ素子７３にはランプ電流検出抵抗７４側から“Ｌ”が入力される。このとき、ＡＮＤ素子７３の出力はコンパレータ７１側の入力にかかわらず“Ｌ”である。また、ランプ電流検出抵抗７４にランプ電流Ｉｒが流れていてもランプ電圧Ｖｒ’が基準電圧Ｖｒｅｆ未満であるとき（ランプ電圧Ｖｒが定格電圧に達していないとき）は、ＡＮＤ素子７３にコンパレータ７１側から“Ｌ”、ランプ電流検出抵抗７４側から“Ｈ”が入力されるので、この場合にもＡＮＤ素子７３の出力は“Ｌ”である。ＡＮＤ素子７３の出力が“Ｌ”であると、トランジスタ７５がオフし、これによりフォトカプラ７６もオフする。フォトカプラ７６のオフ状態では、フォトカプラ７６からの出力がなく、マイコン１０が入力する安定状態信号は“Ｌ”（非安定状態）となる。これに対し、ランプ電流検出抵抗７４にランプ電流Ｉｒが流れていて、且つランプ電圧Ｖｒ’が基準電圧Ｖｒｅｆを超えているとき（ランプ電圧Ｖｒが定格電圧に達しているとき）は、ＡＮＤ素子７３にコンパレータ７１側から“Ｈ”、ランプ電流検出抵抗７４側から“Ｈ”が入力され、ＡＮＤ素子７３の出力は“Ｈ”となる。ＡＮＤ素子７３の出力が“Ｈ”になると、トランジスタ７５がオンし、トランジスタ７５がフォトカプラ７６をオンさせる。フォトカプラ７６のオン状態では、フォトカプラ７６からの出力により、マイコン１０が入力する安定状態信号は“Ｈ”（安定状態）となる。
【００２１】
マイコン１０には、さらに、ファンドライブ回路９を介して冷却用ファン８が接続されている。冷却用ファン８は、図２に示すように、ランプ２、ランプホルダ３及び反射ミラー４を含むランプ周辺部全体に向かって送風可能な位置に設けられている。この冷却用ファン８の送風量及び送風強度は、ランプ２の点灯時にランプバルブ２ａの温度を所定の最適動作温度範囲内で保てるように、予め調整されている。
【００２２】
以上の光源装置１では、ランプ２の放電を開始させてから該放電が安定状態に移行するまでの間、冷却用ファン８の動作を禁止している。図４は光源装置１のメイン動作に関するフローチャートである。マイコン１０は、電源スイッチＳＷＭのオンにより起動し、電源スイッチＳＷＭがオンしている間は以下のメイン動作を繰り返し実行する。
【００２３】
このメイン動作では先ず、ランプスイッチＳＷＬがオンしているか否かをチェックする（Ｓ１１）。ランプスイッチＳＷＬがオンしていれば、ランプ点灯信号“Ｈ”を出力する（Ｓ１１；Ｙ、Ｓ１３）。すると、ランプ点灯回路６内のスイッチ部材ＳＷが閉じてランプ点灯回路６とランプ２が電気的に接続され、ランプ点灯回路６が動作開始する。これと同時に、イグナイタ起動回路６６によりイグナイタ６５が起動され、ランプ２の放電電極間に絶縁破壊を生じさせるパルス電圧がイグナイタ６５からランプ２の負極側に印加される。このパルス電圧印加により、ランプ２の放電電極間に絶縁破壊が生じて絶縁トランス６３側からの電流がランプ２の放電電極間を流れ、ランプ２の放電が開始される。
【００２４】
ランプ点灯信号“Ｈ”を出力したら、電圧モニタ６７からの安定状態信号が“Ｈ”であるか否かをチェックする（Ｓ１５）。ランプ２が放電を開始すると、ランプ電流Ｉｒがランプ電流検出抵抗７４を流れて該ランプ電流検出抵抗７４の両端に電圧が発生すると共に、ランプバルブ２ａの温度が上昇し、この温度上昇に伴ってランプ電圧も徐々に上昇する。そして、ランプ電圧がランプ２の定格電圧に達すると、電圧モニタ６７から出力される安定状態信号が“Ｌ”から“Ｈ”に切り替わる。
【００２５】
安定状態信号“Ｈ”を入力していなければ、ファンドライブ回路９を介して冷却用ファン８の動作を停止させ（冷却用ファン８が元々動作していない場合は何もせず）、Ｓ１５へ戻る（Ｓ１５；Ｎ、Ｓ１７）。このＳ１５及びＳ１７により、ランプ２の放電が開始されてから安定状態に達するまでは、冷却用ファン８が動作されず、ランプ２の強制冷却が禁止される。
【００２６】
安定状態信号“Ｈ”を入力していれば、ファンドライブ回路９を介して冷却用ファン８を動作させてランプ２の強制冷却を開始させ、Ｓ１１へ戻る（Ｓ１５；Ｙ、Ｓ１９）。Ｓ１１へ戻ると、ランプスイッチＳＷＬが継続してオンされていれば、Ｓ１１〜Ｓ１５及びＳ１９が繰り返し実行される。つまり、ランプ２が安定状態で放電している間は、冷却用ファン８により強制冷却が継続され、ランプバルブ２ａの温度が高くなりすぎることもない。
【００２７】
一方、Ｓ１１のチェックにてランプスイッチＳＷＬがオンしていなければ、ランプ点灯信号“Ｌ”を出力する（Ｓ１１；Ｎ、Ｓ２１）。すると、スイッチ部材ＳＷが開いてランプ点灯回路６とランプ２の間が開放され、ランプ２の放電が停止する（消灯する）。このランプ点灯回路６とランプ２の間が開放されることにより、ランプ電流Ｉｒは遮断され、該ランプ電流Ｉｒはランプ電流検出抵抗７４を流れなくなる。よって、電圧モニタ６７から出力される安定状態信号は、ランプ２が消灯すると即時に、“Ｈ”から“Ｌ”に切り替わる。
【００２８】
ランプ点灯信号“Ｌ”を出力したら、安定状態信号が“Ｌ”であることを検知して（Ｓ２３）、冷却用ファン８の動作を停止する（Ｓ２５）。これにより、ランプ２の強制冷却は、ランプ２が再点灯して安定状態信号が“Ｈ”となるまで停止される。
【００２９】
以上のように本実施形態では、ランプ２の放電を開始させてから該放電が安定状態に達するまでは冷却用ファン８を動作させないので、ランプバルブ２ａの温度上昇が早まる。これにより、短時間でランプ２の放電を安定状態に移行させることができる。また、ランプ２の放電が安定状態に移行した後は冷却用ファン８によって強制冷却を行なうので、放電中にランプバルブ２ａの温度が高くなり過ぎず、短寿命化を防止することができる。
【００３０】
以上の本実施形態では、ランプ２のランプ電圧と定格電圧との比較によりランプ２の放電が安定状態にあるか否かを判断しているが、上記ランプ電圧と上記定格電圧の８割ないし９割に相当する電圧との比較により、ランプ２の放電が安定状態にあるか否かを判断してもよい。
【００３１】
また本実施形態では、ランプ２が消灯したらすぐに冷却用ファン８の動作を停止させているが、冷却用ファン８の動作停止タイミングは別の態様も可能である。例えば、ランプ消灯後も継続して冷却用ファン８を動作させ、ランプ２が再点灯されるときに冷却用ファン８の動作を停止させる態様、あるいはランプ消灯後も継続して冷却用ファン８を動作させ、ランプ２の消灯後にランプバルブ２ａの温度がランプ２の再点灯可能な温度まで低下したら、冷却用ファン８の動作を停止させる態様としてもよい。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の光源装置によれば、高輝度放電ランプの放電を開始させてから該放電が安定状態に達するまでは冷却用ファンの動作が禁止されるので、ランプバルブ温度の上昇が早まり、短時間で高輝度放電ランプを安定状態に移行することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光源装置の主要構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示すランプ及び冷却用ファンの配置を説明する図である。
【図３】図１に示すランプ点灯回路の具体的構成を示すブロック図である。
【図４】図１に示す光源装置のメイン動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 光源装置
２ ランプ
２ａ ランプバルブ
２ｂ 口金
３ ランプホルダ
４ 反射ミラー
５ ＡＣ／ＤＣ電源
６ ランプ点灯回路
８ 冷却用ファン
９ ファンドライブ回路
１０ マイコン
６１ 整流平滑回路
６２ スイッチング回路
６３ 絶縁トランス
６５ イグナイタ
６６ イグナイタ起動回路
６７ 電圧モニタ
７０ 分圧器
７１ コンパレータ
７２ 基準電源
７３ ＡＮＤ素子
７４ ランプ電流検出抵抗
７５ トランジスタ
７６ フォトカプラ

Claims (6)

1. 高輝度放電ランプと、
   この高輝度放電ランプを強制冷却する冷却用ファンと、
   前記高輝度放電ランプのランプ電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記高輝度放電ランプの放電開始時から前記ランプ電圧が所定電圧に達するまでは前記冷却用ファンの動作を禁止し、該ランプ電圧が前記所定電圧に達してから前記冷却用ファンを動作させる制御手段と、
   を備えたことを特徴とする光源装置。
2. 請求項１記載の光源装置において、前記冷却用ファンの動作を開始させる所定電圧は、前記高輝度放電ランプの放電が安定状態にあるときのランプ電圧である光源装置。
3. 請求項１記載の光源装置において、前記冷却用ファンの動作を開始させる所定電圧は、前記高輝度放電ランプの定格電圧である光源装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載の光源装置において、前記冷却用ファンの動作は、前記高輝度放電ランプの放電が停止されたときに停止される光源装置。
5. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載の光源装置において、前記冷却用ファンの動作は、前記高輝度放電ランプの放電が一度停止されてから再度開始されるときに、停止される光源装置。
6. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載の光源装置において、前記冷却用ファンの動作は、前記高輝度放電ランプの放電停止時であって前記高輝度放電ランプのランプバルブ温度が前記高輝度放電ランプの再点灯可能な温度まで低下した後に、停止される光源装置。

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