JP2006107890A - 放電灯駆動装置及び照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 低い調光率でも誘電体バリア放電ランプをチラツキなく発光させる。
【解決手段】 誘電体バリア放電ランプLP1の電極に交流の高電圧を印加するための給電装置T1と、この給電装置の交流高電圧出力をスイッチング手段に基づいて制御しかつそのデューティー比を変更することによって誘電体バリア放電ランプの光出力を調光するＰＷＭ調光装置と、ＰＷＭ調光装置による誘電体バリア放電ランプに対する電圧印加期間の最初のサイクルと最終サイクルとで管電流の極性が異極性になるように制御するＰＷＭ調光制御手段10を備えた放電灯駆動装置。
【選択図】 図４

Description

本発明は、例えば、液晶用ディスプレイ光源、ＯＡ用読み取り用光源として利用される誘電体バリア放電ランプを調光点灯させるための放電灯駆動装置及び照明装置に関する。

従来、平面状の誘電体バリア放電ランプとして、特許第３０２６４１６号公報（特許文献１）、特開平１０−２２２０８３号公報（特許文献２）、特開２００３−２１７５１７号公報（特許文献３）、実用新案登録第３０１５２６２号公報（特許文献４）に記載されたものが知られている。これらの従来の誘電体バリア放電ランプでは、少なくとも一方の電極は、平面形放電容器内に封入されている放電媒体と接触しないように電極と放電媒体との間に誘電体層または放電容器を構成するガラスを設けることで、放電媒体のガスがスパッタリングにより消耗する度合いを小さくし、長寿命化を図っている。

他方、蛍光ランプに要求される性能の一つとして“調光性能”があり、ランプの明るさを自由に変化させることができなければならない。特に自動車用途に使用される場合は、調光率２％以下まで安定して点灯できることが要求される。この蛍光ランプの明るさを制御する調光方法としては、ＰＷＭ調光法が知られている。

特開平１１−１６２６９０号公報（特許文献５）には、誘電体バリア放電ランプを調光する方法として、電圧印加期間τｏｎと電圧休止期間を交互に生じさせて、電圧を印加している期間（発光している期間）τｏｎと電圧を印加していない期間（発光していない期間）τｏｆｆとの比率Ｄ＝τｏｎ／（τｏｎ＋τｏｆｆ）を変えることによってランプの明るさを変えるＰＷＭ調光方法について記載されている。

図１２は、誘電体バリア放電ランプをＰＷＭ調光法を用いて矩形波電圧で点灯させたときの電圧印加期間τｏｎにおける管電圧と管電流を示したグラフである。長い電圧休止期間τｏｆｆの後に電圧印加期間τｏｎが始まると管電圧は０Ｖから正極性に上昇し、４周期の矩形波電圧が印加されている。そして最後に、管電圧は負極性から０Ｖに上昇し、その後、再度、長い電圧休止期間τｏｆｆに入っている。管電流については、矩形波電圧の立上り部と立下り部で、パルス状の放電電流が流れている。電圧休止期間τｏｆｆの直後の電圧印加期間τｏｎの最初には正極性の管電流が流れ、その後、負→正→負→正→負→正→負を繰り返し、電圧印加期間τｏｎの終わりは正極性の放電電流で終了している。そして、長い電圧休止期間τｏｆｆの後に再度電圧印加期間τｏｎが始まれば、同様に正極性の管電流でスタートする。

誘電体バリア放電ランプは、放電によって生成された荷電粒子（正イオンや電子）が、電極を覆う誘電体層（ガラス〉表面で充放電を繰り返すことによって放電を維持するものであるため、正極性に流れる管電流の量と負極性に流れる管電流の量とは共に同程度で繰り返されることが好ましい。

ところが従来の調光方法では、上述したように、電圧印加期間の最終放電で、正極性の放電電流が流れて放電が終了したあと、長い電圧休止期間を経て、再度、電圧印加期間になった時にも第１回目の放電電流は前回の電圧印加期間の第１回目と同じく正極性でスタートする。このため、従来の調光方法では、電圧印加期間の終了時の管電流と休止期間を与えた後の第１周期の管電流とが共に正極性であり、また、電流量も不足しているため、発光にちらつきを生じる問題点があった。
特許第３０２６４１６号公報 特開平１０−２２２０８３号公報 特開２００３−２１７５１７号公報 実用新案登録第３０１５２６２号公報 特開平１１−１６２６９０号公報

本発明は、このような従来の技術的課題に鑑みてなされたもので、ＰＷＭ調光において電圧印加期間の最初のサイクルと最終サイクルに流れる管電流の極性を異極性にすることで、低い調光率でも誘電体バリア放電ランプをチラツキなく発光させることができる放電灯駆動装置及び照明装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明の放電灯駆動装置は、放電媒体が充填され、当該放電媒体に放電現象を誘起するための少なくとも一対以上の電極を有し、当該電極の少なくとも一方と前記放電媒体との間に誘電体が介在する構造を有する誘電体バリア放電ランプと、前記電極に交流の高電圧を印加するための給電装置と、前記給電装置の交流高電圧出力をスイッチング手段に基づいて制御しかつそのデューティー比を変更することによって前記誘電体バリア放電ランプの光出力を調光するＰＷＭ調光装置と、前記ＰＷＭ調光装置による前記誘電体バリア放電ランプに対する電圧印加期間の最初のサイクルと最終サイクルとで管電流の極性が異極性になるように制御するＰＷＭ調光制御手段とを備えたものである。

請求項２の発明は、請求項１の放電灯駆動装置において、前記ＰＷＭ調光制御手段は、前記電圧印加期間中に互いに逆極性のパルス状の第１の駆動信号と第２の駆動信号を生成し、かつ、前記電圧印加期間内の最初のサイクルで、前記トランスの１次巻線に正の電圧を印加し、前記誘電体バリア放電ランプへの電圧印加が負の電圧印加から開始する制御を行うことを特徴とするものである。

請求項３の発明の照明装置は、請求項１又は２の放電灯駆動装置をケーシングに収容したものである。

本発明によれば、調光時の誘電体バリア放電ランプに対する電圧印加期間の最初のサイクルと最終サイクルに流れる管電流の極性が異極性になるように制御するので、正極性に流れる管電流の量と負極性に流れる管電流の量とを同程度で繰り返すことができ、低い調光率でも誘電体バリア放電ランプをチラツキなく発光させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。図１、図２は本発明の１つの実施の形態の放電灯駆動装置の回路構成を示している。本実施の形態で用いられる誘電体バリア放電ランプＬＰ１には、少なくとも一方が放電媒体に接触しないように配置された構造のもの、例えば、従来例で用いられているような構成のランプが採用される。このような誘電体バリア放電ランプＬＰ１を点灯させるには、矩形波電圧を印加するのが最適であり、図１、図２に示す放電灯駆動装置を採用し、図３のフローチャートに示した制御によって図４のタイミングチャートに示した駆動信号（１）ＳＧ１、駆動信号（２）ＳＧ２を生成して直流電源ＶｃｃをＰＷＭ制御する。

図１、図２に示す放電灯駆動装置は、１対のインバータ駆動信号（１）ＳＧ１と駆動信号（２）ＳＧ２を生成する制御回路１０を備えている。そして制御回路１０の駆動信号（１）ＳＧ１によってスイッチング素子Ｓ１をスイッチング動作させ、駆動信号（２）ＳＧ２によってスイッチング素子Ｓ２をスイッチング動作させ、これらのスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２のスイッチング動作によってパルストランスＴ１を駆動して誘電体バリア放電ランプＬＰ１を点灯させる。図１、図２において、Ｃ１，Ｃ２はコンデンサ、Ｚ１，Ｚ２は抵抗、インダクタ、ダイオード、トランジスタ、ＦＥＴフォトカプラあるいはこれらの複合素子である。例えば、Ｚ１，Ｚ２にはダイオードとインダクタを直列に接続した素子を用いることがある。

図１は、駆動信号（１）ＳＧ１によりスイッチング素子Ｓ１がオフし、駆動信号（２）ＳＧ２によりスイッチング素子Ｓ２がオンすることで、正の管電流を作成する状態を示している。図２は、駆動信号ＳＧ１によりスイッチング素子Ｓ１がオンし、駆動信号ＳＧ２によりスイッチング素子Ｓ２がオフすることで、負の管電流を作成する状態を示している。すなわち、図４のタイミングチャートに示すように、駆動信号ＳＧ１，ＳＧ２のオン期間でランプ駆動用トランスＴ１の１次巻線電圧が「Ｌ→Ｈ→Ｌ→Ｈ→Ｌ…」を繰り返すことで、トランスＴ１の２次巻線に接続された誘電体バリア放電ランプＬＰ１に正負の管電流ＩＬ，−ＩＬを供給する。これらを繰り返すことで、誘電体バリア放電ランプＬＰ１に矩形波電圧が継続的に印加され、出力効率の高いランプ点灯が実現できる。制御回路１０は、調光信号ＣＳ１から調光率を判定し、本実施の形態のような適切な駆動信号（１）ＳＧ１、駆動信号（２）ＳＧ２を出力し、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２をオン・オフする。この制御回路１０は、マイコンやカスタムＩＣで構成することにより効率的で精度の高い制御が可能となる。

制御回路１０による調光信号ＣＳ１に対する調光率の判定と、ＰＷＭ制御によるＰＷＭ駆動信号（１）ＳＧ１、ＰＷＭ駆動信号（２）ＳＧ２の生成動作について、図３のフローチャート、図４のタイミングチャートを用いてさらに詳しく説明する。調光信号ＣＳ１が入力されると、制御回路１０は調光率を判定し、電圧印加期間τｏｎ、休止期間τｏｆｆを求める（ステップＳ１，Ｓ３）。この電圧印加期間τｏｎは、駆動信号ＳＧ１，ＳＧ２のオン・オフ１サイクル時間で割り切れる最大サイクル数Ｙ（図４ではＹ＝３）＋１サイクルの期間とする。そして駆動信号ＳＧ１に対してはそのサイクル数（Ｙ＋１）だけ、オフタイミングから開始する信号を生成し（ステップＳ５）、駆動信号ＳＧ２に対してはサイクル数Ｙだけ、かつ駆動信号ＳＧ１よりも１サイクル遅れたオンタイミングから逆位相で開始させる信号を生成し（ステップＳ７）、これをＰＷＭ信号に重畳して出力する（ステップＳ９）。

これによって、図４のタイミングチャートに示すようなトランス１次巻線電圧をトランスＴ１に印加し、誘電体バリア放電ランプＬＰ１に対して図示の管電圧波形、管電流波形の電圧電流を印加することができる。図５はこの場合の管電圧、管電流の実波形を示している。

このように本実施の形態の放電灯駆動装置による誘電体バリア放電ランプの調光方法では、図５に示すように、電圧印加期間τｏｎの第１サイクルと最終サイクルに流れる管電流の極性を異極性にすることができる。休止期間τｏｆｆの直後の第１サイクル目の電圧波形Ｑ１については、図１２に示したように従来は０Ｖから正極性に印加されるのに対し、図５では０Ｖから負極性に変化する矩形波Ｑ０を印加している。これにより、管電流は各電圧印加期間τｏｎの最初は負極性、最後は正極性とすることができ、誘電体バリア放電ランプＬＰ１を正極性に流れる管電流の量と負極性に流れる管電流の量とを同程度で繰り返すことができる。よって本実施の形態によれば、特に低調光率の範囲でもチラツキのない安定した点灯が得られ出力効率の高いランプ点灯が実現できる。

なお、駆動信号ＳＧ１，ＳＧ２については、図６のタイミングチャートに示すように駆動信号ＳＧ１にはＹサイクルの直前に短い時間オンとする信号Ｍ１を与える波形を生成するようにし、あるいは図７のタイミングチャートに示すように駆動信号ＳＧ１にはＹサイクルの直前の１サイクルの任意のタイミングで短い時間オンする信号Ｍ２を与える波形を生成するようにしてもよい。これらによっても管電流は各電圧印加期間τｏｎの最初は負極性、最後は正極性とすることができ、誘電体バリア放電ランプＬＰ１を正極性に流れる管電流の量と負極性に流れる管電流の量とを同程度で繰り返すことができ、低調光率の範囲でもチラツキのない安定したランプ点灯が実現できる。

図８は、図６のタイミングチャートによる制御によって得られる管電圧、管電流の実波形を示しており、第１サイクルＱ０′の矩形波のパルス幅をその後の各サイクルの矩形波電圧のパルス幅より短くすることで、管電流は各電圧印加期間τｏｎの最初は負極性、最後は正極性と異極性にすることができている。また図９は、図７のタイミングチャートによる制御によって得られる管電圧、管電流の実波形を示しており、電圧印加期間τｏｎの最初の１サイクルの中間点でパルス幅が短い負極性の電圧Ｑ０″を印加した後に、２サイクル目Ｑ１を正極性からスタートする矩形波電圧を印加するように制御しても、管電流は各電圧印加期間τｏｎの最初は負極性、最後は正極性と異極性にすることができている。

なお、本発明は、前記構造の希ガスを使った外面電極型誘電体バリア放電ランプ全てに適応可能であり、回路方式、駆動方式にも依存しないため、一般的に公知のフルブリッジ方式、ハーフブリッジ方式、プッシュプル方式、片高圧駆動方式や両高圧駆動方式など全てに適応可能である。また、制御回路による駆動信号の生成方法も前述のものに限らず、同様の信号波形が生成できるものであれば他のデジタル方式やアナログ方式であってもかまわない。

次に、本発明の第２の実施の形態の照明装置について、図１０を用いて説明する。図１０はバックライト方式の液晶ディスプレイの照明装置を示し、多数本の誘電体バリア放電ランプＬＰ１を並設してバックライト用の平面光源１０２とし、筐体をなすバックフレーム１０１には第１の実施の形態の放電灯駆動装置の筐体を取り付け、このバックフレーム１０１とバックライト窓枠フレーム１０３との間に上記の平面光源１０２を収容し、バックライト窓枠フレーム１０３とその前方のフロントフレーム１０５との間に液晶ガラス基板１０４を収容した構造をなしている。

このような照明装置では、第１の実施の形態として説明した放電灯駆動装置１００を平面光源１０２の誘電体バリア放電ランプ群の点灯制御に採用しているので、液晶ガラス基板１０４を背面から照明するのに、大きく調光している時（全点灯の２０％以下の調光時）にもチラツキなく照明することができ、液晶ディスプレイを暗くした場合にもその明るさを安定させることができる。

次に、本発明の第３の実施の形態の照明装置を、図１１を用いて説明する。図１１に示す照明装置は、例えばスキャナやコピー機のようなＯＡ機器に原稿読取光源として組み込まれたセンサー光源ユニット２００であり、第１の実施の形態において説明した放電灯駆動装置２０１とこれにて調光制御される光源としての誘電体バリア放電ランプＬＰ１と、光源である誘電体バリア放電ランプＬＰ１から発せられ原稿面ガラス板２１０上の原稿２１１の面に当たって反射して来る反射光を集光するレンズ２０４と反射光の強度を検出するＣＣＤセンサ２０３から構成されている。

このようなＯＡ機器の原稿読取光源としての照明装置でも、第１の実施の形態の放電灯駆動装置により光源としての誘電体バリア放電ランプを調光制御することで、大きく調光している時にも光源がちらつくことがなく、よって読取光源として安定し、ＯＡ機器の原稿読取性能を向上させることができる。

本発明の１つの実施の形態の放電灯駆動装置の回路で、正の管電流を流している状態を示すブロック図。 上記実施の形態の放電灯駆動装置の回路で、負の管電流を流している状態を示すブロック図。 上記実施の形態において制御回路が行うＰＷＭ調光方法のフローチャート。 上記実施の形態による各部の信号のタイミングチャート。 上記実施の形態による管電圧、管電流の実波形図。 上記実施の形態による別例の各部の信号のタイミングチャート。 上記実施の形態によるさらに別例の各部の信号のタイミングチャート。 上記実施の形態による前記別例による管電圧、管電流の実波形図。 上記実施の形態による前記さらに別例による管電圧、管電流の実波形図。 本発明の第２の実施の形態の照明装置の分解斜視図。 本発明の第３の実施の形態の照明装置の一部破断せる斜視図。 従来例による管電圧、管電流の実波形図。

符号の説明

１０ 制御回路
１００ 放電灯駆動装置
１０１ バックフレーム
１０２ 平面光源
１０３ バックライト窓枠フレーム
１０４ 液晶ガラス基板
１０５ フロントフレーム
２００ センサー光源ユニット
２０１ 放電灯駆動装置
２０３ ＣＣＤセンサ
２０４ レンズ
ＬＰ１ 誘電体バリア放電ランプ
Ｔ１ トランス
ＳＧ１ 駆動信号（１）
ＳＧ２ 駆動信号（２）
ＣＳ１ 調光信号
Ｓ１ スイッチング素子
Ｓ２ スイッチング素子

Claims (3)

1. 放電媒体が充填され、当該放電媒体に放電現象を誘起するための少なくとも一対以上の電極を有し、当該電極の少なくとも一方と前記放電媒体との間に誘電体が介在する構造を有する誘電体バリア放電ランプと、
   前記電極に交流の高電圧を印加するためのトランスを含む給電装置と、
   前記給電装置の交流高電圧出力をスイッチング手段に基づいて制御しかつそのデューティー比を変更することによって前記誘電体バリア放電ランプの光出力を調光するＰＷＭ調光装置と、
   前記ＰＷＭ調光装置による前記誘電体バリア放電ランプに対する電圧印加期間の最初のサイクルと最終サイクルとで管電流の極性が異極性になるように制御するＰＷＭ調光制御手段とを備えたことを特徴とする放電灯駆動装置。
2. 前記ＰＷＭ調光制御手段は、前記電圧印加期間中に互いに逆極性のパルス状の第１の駆動信号と第２の駆動信号を生成し、かつ、前記電圧印加期間内の最初のサイクルで、前記トランスの１次巻線に正の電圧を印加し、前記誘電体バリア放電ランプへの電圧印加が負の電圧印加から開始する制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の放電灯駆動装置。
3. 請求項１又は２の放電灯駆動装置をケーシングに収容した照明装置。
   
   

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