JP2006185807A - Discharge lamp lighting device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、例えば、自動車のヘッドライトなどの光源として用いられるメタルハライドランプ等の高輝度放電ランプ(HIDランプ: High Intensity Discharge Lamp)を安定して点灯させる放電ランプ点灯装置に関するものである。 The present invention relates to a discharge lamp lighting device that stably lights a high-intensity discharge lamp (HID lamp: High Intensity Discharge Lamp) such as a metal halide lamp used as a light source for an automobile headlight or the like.
近年、HIDランプは、高効率・高寿命・高演色性などの特徴を有することから、屋内外照明、映像機器用の光源、車両の前照灯用光源などに普及しつつある。
メタルハライドランプの発光管内部には、ナトリウムやスカンジウム等の数種類の金属がヨウ素等のハロゲンと化合されたハロゲン化金属のほか、起動ガスとして用いられる高圧力キセノンや水銀が封入されている。
In recent years, since HID lamps have characteristics such as high efficiency, long life, and high color rendering properties, they are becoming widely used in indoor and outdoor lighting, video equipment light sources, vehicle headlight light sources, and the like.
Inside the arc tube of the metal halide lamp, a high pressure xenon or mercury used as a starting gas is enclosed in addition to a metal halide in which several kinds of metals such as sodium and scandium are combined with a halogen such as iodine.
メタルハライドランプの発光では、まず、常温で気体であるキセノンにより放電を始動し、キセノンのアーク放電によって発光管内部が高温になると、温度上昇にしたがって水銀が蒸発することによりアーク放電に至り、さらに管内が高温になる。
この更なる管内温度の上昇にしたがってハロゲン化金属が蒸発してアーク放電に達し、高発光効率かつ高色温度の発光が得られる。
なお、水銀は、キセノンの放電とハロゲン化金属の放電の繋ぎとしての役割を担うが、近年、水銀が封入されていないメタルハライドランプも提供されている。
In the light emission of a metal halide lamp, first, discharge is started with xenon, which is a gas at room temperature, and when the inside of the arc tube becomes hot due to arc discharge of xenon, mercury vaporizes as the temperature rises, leading to arc discharge. Becomes hot.
As the temperature in the tube further increases, the metal halide evaporates and reaches arc discharge, and light emission with high luminous efficiency and high color temperature is obtained.
Mercury plays a role as a link between the discharge of xenon and the discharge of metal halide, but in recent years, metal halide lamps in which mercury is not enclosed have also been provided.
メタルハライドランプの点灯では、発光管の内部の状態に応じて、放電が立ち消えしないように、放電を持続させることが要求される。即ち、変化するランプの負荷特性に追従して放電を制御する点灯方式と点灯装置(バラスト)が必要となる。
また、メタルハライドランプの点灯には、音響的共鳴現象によって発生する定在波による力と、重力に起因する管内対流による力との相対的な関係によって引き起こされる放電アークの揺らぎによる光のちらつきが観測されない点灯周波数で点灯するという特有の要求がある。
When the metal halide lamp is turned on, it is required to maintain the discharge so that the discharge does not go off according to the state inside the arc tube. That is, a lighting method and a lighting device (ballast) are required to control the discharge following the load characteristics of the changing lamp.
Also, when the metal halide lamp is turned on, light flickering due to fluctuations in the discharge arc caused by the relative relationship between the force due to standing waves generated by acoustic resonance and the force due to convection in the tube due to gravity is observed. There is a unique requirement to light at a lighting frequency that is not.
従来のメタルハライドランプの点灯装置は、例えば、次のような点灯方式を採用している。
放電始動から定常点灯に至る全期間において、メタルハライドランプを安定的に点灯するために、点灯直後の周波数を定常点灯の安定点灯周波数よりも高い周波数に設定し、定常点灯に至るまで、ランプインピーダンスに応じて点灯周波数を除々に低下させていく方式を採用している(例えば、特許文献1参照)。
A conventional metal halide lamp lighting device employs, for example, the following lighting method.
In order to steadily turn on the metal halide lamp during the entire period from the start of discharge to steady lighting, the frequency immediately after lighting is set to a frequency higher than the stable lighting frequency of steady lighting, and the lamp impedance is maintained until steady lighting. Accordingly, a method of gradually lowering the lighting frequency is adopted (for example, see Patent Document 1).
従来の放電ランプ点灯装置は以上のように構成されているので、メタルハライドランプの点灯始動直後から点灯初期の状態において、管内希ガス(例えば、キセノンガス)放電が支配的な期間では、放電アークの揺らぎが発生して、メタルハライドランプを安定的に点灯することができないなどの課題があった。 Since the conventional discharge lamp lighting device is configured as described above, in the initial lighting state immediately after the start of lighting of the metal halide lamp, in the period in which the rare gas (for example, xenon gas) discharge in the tube is dominant, the discharge arc There was a problem that fluctuations occurred and the metal halide lamp could not be lit stably.
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、高輝度放電ランプの点灯始動から定常点灯に至る全期間に亘って光のちらつきの発生を招くことなく、安定的に点灯させることができる放電ランプ点灯装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and allows stable lighting without causing light flicker over the entire period from the start of lighting of a high-intensity discharge lamp to steady lighting. It is an object of the present invention to obtain a discharge lamp lighting device that can be used.
この発明に係る放電ランプ点灯装置は、高輝度放電ランプの特性により決定されるランプ状態と安定点灯周波数帯の関係又はその関係を特定する手段を用いて、ランプ状態検出手段により検出されたランプの状態に対応する安定点灯周波数帯を特定する安定点灯周波数帯特定手段を設け、高輝度放電ランプの点灯始動から定常点灯に至るまで、その安定点灯周波数帯特定手段により特定された安定点灯周波数帯の範囲内の点灯周波数で高輝度放電ランプを点灯するようにしたものである。 The discharge lamp lighting device according to the present invention uses the lamp state determined by the characteristics of the high-intensity discharge lamp and the relationship between the stable lighting frequency band or means for specifying the relationship, and the lamp state detected by the lamp state detection means. Stable lighting frequency band specifying means for specifying the stable lighting frequency band corresponding to the state is provided, and from the start of lighting of the high-intensity discharge lamp to steady lighting, the stable lighting frequency band specified by the stable lighting frequency band specifying means is provided. The high-intensity discharge lamp is lit at a lighting frequency within the range.
この発明によれば、高輝度放電ランプの特性により決定されるランプ状態と安定点灯周波数帯の関係又はその関係を特定する手段を用いて、ランプ状態検出手段により検出されたランプの状態に対応する安定点灯周波数帯を特定する安定点灯周波数帯特定手段を設け、高輝度放電ランプの点灯始動から定常点灯に至るまで、その安定点灯周波数帯特定手段により特定された安定点灯周波数帯の範囲内の点灯周波数で高輝度放電ランプを点灯するように構成したので、高輝度放電ランプの点灯始動から定常点灯に至る全期間に亘って光のちらつきの発生を招くことなく、安定的に点灯させることができる効果がある。 According to the present invention, the relationship between the lamp state determined by the characteristics of the high-intensity discharge lamp and the stable lighting frequency band, or the means for specifying the relationship is used, and the state of the lamp detected by the lamp state detection unit is handled. Stable lighting frequency band specifying means for specifying the stable lighting frequency band is provided, and lighting within the range of the stable lighting frequency band specified by the stable lighting frequency band specifying means from the start of lighting of the high-intensity discharge lamp to steady lighting Since the high-intensity discharge lamp is lit at a frequency, it can be stably lit without causing light flickering over the entire period from the start of lighting of the high-intensity discharge lamp to steady lighting. effective.
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1による放電ランプ点灯装置を示す構成図であり、図1では、メタルハライドランプなどの高輝度放電ランプ(以下、HIDランプ1という)を点灯する例を示している。
図において、メモリ2にはHIDランプ1の特性により決定されるランプ状態と安定点灯周波数帯の関係、即ち、ランプ電圧と安定点灯周波数帯の関係、もしくは、ランプ電圧と安定点灯周波数帯の関係を特定する手段が記憶されている。
1 is a block diagram showing a discharge lamp lighting device according to
In the figure, the
ランプ電流検知回路3はHIDランプ1に流れている電流を検知する。ランプ電圧検知回路4はHIDランプ1の状態を示すものとして、HIDランプ1に印加されている電圧を検知する。なお、ランプ電圧検知回路4はランプ状態検出手段を構成している。
ランプ電力決定回路5はランプ電流検知回路3により検知された電流とランプ電圧検知回路4により検知された電圧に応じて、HIDランプ1に供給する必要がある電力を決定する。
点灯周波数決定回路6はメモリ2に記憶されているランプ電圧と安定点灯周波数帯の関係を参照するか、もしくはメモリ2に記憶されているランプ電圧と安定点灯周波数帯の関係を特定する手段を用いて、ランプ電圧検知回路4により検知された電圧に対応する安定点灯周波数帯を特定する。なお、点灯周波数決定回路6は安定点灯周波数帯特定手段を構成している。
The lamp
The lamp
The lighting
電源7は電力を点灯波形供給回路8に供給する。点灯波形供給回路8は電源7から電力の供給を受けて動作し、ランプ電力決定回路5により決定された電力を供給するための点灯波形を生成する。ただし、点灯波形供給回路8は点灯波形を生成する際、HIDランプ1の点灯始動から定常点灯に至るまで、点灯周波数決定回路6により特定された安定点灯周波数帯の範囲内の点灯周波数でHIDランプ1が点灯するような点灯波形を生成し、その点灯波形をランプ始動回路9に供給する。
ランプ始動回路9は点灯波形供給回路8から供給された点灯波形にしたがってHIDランプ1を点灯する。
なお、電源7、点灯波形供給回路8及びランプ始動回路9からランプ点灯手段が構成されている。
The
The
The
次に動作について説明する。
図2はHIDランプ1を点灯する際のランプインピーダンスの変化と、各インピーダンスにおけるランプの状態を示す説明図である。図2において、管内温度の変化は、放電始動からの投入エネルギーに依存する。このため、図2の横軸は時間レンジとしても同様である。
HIDランプ1の点灯は、ランプの状態に応じて4つの期間に分けられる。
即ち、放電待機期間A、ブレークダウンB、光束立ち上げ期間C、定常放電期間Dである。以下、各放電期間の現象とランプの状態について簡単に説明する。
Next, the operation will be described.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a change in lamp impedance when the
The lighting of the
That is, the discharge waiting period A, breakdown B, luminous flux rising period C, and steady discharge period D. Hereinafter, the phenomenon in each discharge period and the state of the lamp will be briefly described.
A.放電待機期間
放電待機期間では、ランプの負荷状態がコンデンサと同等であり、ランプインピーダンスが数MΩから数十MΩ程度と大きい。この期間では、点灯装置は、ブレークダウンが発生する電圧までランプを昇圧する。
B.ブレークダウン
ランプ電圧が絶縁破壊電圧に達すると、絶縁破壊が起こってランプに電流が流れ、放電を開始する。
A. Discharge standby period In the discharge standby period, the load state of the lamp is equivalent to that of the capacitor, and the lamp impedance is as large as several MΩ to several tens MΩ. During this period, the lighting device boosts the lamp to a voltage at which breakdown occurs.
B. When the breakdown lamp voltage reaches the breakdown voltage, breakdown occurs, current flows through the lamp, and discharge begins.
C.光束立ち上げ期間
ブレークダウンの後にアーク放電が始まると、光束立ち上げ期間となる。光束立ち上げ期間では、ランプを所定の光束まで立ち上げる。特に、車載用のヘッドランプとして使用される場合、光束立ち上げを急速に行う必要があり、ランプに定格電力35W以上(例えば、70W程度)の電力を投入する。
この期間中、ランプの管内状態が大幅に変化するため、C1〜C3の3つの期間に分けて説明する。
C. Luminous flux rising period When arc discharge starts after breakdown, the luminous flux rising period is reached. In the luminous flux rising period, the lamp is raised to a predetermined luminous flux. In particular, when used as an in-vehicle headlamp, it is necessary to rapidly raise the luminous flux, and power with a rated power of 35 W or more (for example, about 70 W) is input to the lamp.
Since the in-pipe state of the lamp changes significantly during this period, the description will be divided into three periods C1 to C3.
C1.低インピーダンス期間
放電始動から数秒間の比較的管内温度が低い期間では、管内希ガス(例えば、キセノン)放電が支配的であり、ランプのインピーダンスが比較的低い期間となる。
C2.平衡期間
管内温度が上昇して水銀の気化が促進され、管内希ガスと水銀の圧力割合がほぼ同等となる。水銀の気化が促進されることにより、管内圧力が上昇して、ランプのインピーダンスが徐々に高くなる。
C3.高インピーダンス期間
管内温度が上昇して、水銀による放電が支配的となる。ランプインピーダンスがC2の平衡期間と比べて更に上昇する。
D.定常放電期間
管内封入物質であるハロゲン化金属が蒸発して、光束、管内温度及びランプインピーダンスが平衡状態に達する。
C1. Low Impedance Period In a period where the temperature in the tube is relatively low for a few seconds after the discharge is started, the discharge of the rare gas in the tube (for example, xenon) is dominant, and the impedance of the lamp is relatively low.
C2. Equilibrium period The temperature in the tube rises and the vaporization of mercury is promoted, and the pressure ratio between the rare gas and mercury in the tube is almost the same. By promoting the vaporization of mercury, the pressure in the tube increases, and the impedance of the lamp gradually increases.
C3. High impedance period The temperature inside the tube rises, and the discharge by mercury becomes dominant. The lamp impedance is further increased compared to the equilibrium period of C2.
D. Steady discharge period The metal halide, which is a substance enclosed in the tube, evaporates, and the luminous flux, the temperature in the tube, and the lamp impedance reach an equilibrium state.
A〜Dの各期間において、HIDランプ1を安定的に点灯するためには、各期間のランプ状態に応じた波形で点灯する必要がある。
HIDランプ1を高周波で点灯する場合、点灯周波数によっては、音響的共鳴現象によって発生する定在波による力と、重力に起因する管内対流による力との相対的な関係によって、放電アークが湾曲して、ゆらぐ現象が発生する場合がある。
放電アークがゆらぐ現象が発生すると、ランプ光がちらついて目視され、照明として使用することが困難となる。ランプ光をちらつきなく点灯するには、放電アークの形状を変化させずに放電を維持することが必要である。
In order to stably light the
When the
When the phenomenon that the discharge arc fluctuates occurs, the lamp light flickers and is visually observed, making it difficult to use as illumination. In order to light the lamp light without flickering, it is necessary to maintain the discharge without changing the shape of the discharge arc.
この実施の形態1では、上述したランプ光のちらつきの発生を防止するため、点灯の各期間において、音響的共鳴現象により、放電アークの形状を一定に保つ定在波が発生するように点灯周波数を定める方式を用いている。
以下、この方式を具体的に説明する。
HIDランプ1の音響的共鳴現象が発生する周波数は、一般的に以下の式(1)で表される。
f=nv/2L (1)
ただし、Lは音波の発生源から反射面までの幾何学的距離、vは管内音速、nは共鳴周波数の次数である。
In this
Hereinafter, this method will be specifically described.
The frequency at which the acoustic resonance phenomenon of the
f = nv / 2L (1)
Where L is the geometric distance from the sound wave source to the reflecting surface, v is the sound velocity in the tube, and n is the order of the resonance frequency.
式(1)において、LはHIDランプ1の個体差によって定まるものである。したがって、HIDランプ1を点灯しているときの音響的共鳴周波数の変化は管内音速の変化のみで決定される。
管内音速は、一般的に以下の式(2)で表される。
v=(γRT/M)1/2 (2)
ただし、γは比熱比、Rは気体定数、Mは平均分子量、Tは管内温度である。
式(2)から音響的共鳴周波数は、管内温度と平均分子量の変化によって決定されることがわかる。即ち、音響的共鳴周波数は、放電の各期間に応じて変化することがわかる。
In Expression (1), L is determined by the individual difference of the
The in-tube sound speed is generally expressed by the following equation (2).
v = (γRT / M) 1/2 (2)
Where γ is the specific heat ratio, R is the gas constant, M is the average molecular weight, and T is the tube temperature.
From Equation (2), it can be seen that the acoustic resonance frequency is determined by changes in the tube temperature and the average molecular weight. That is, it can be seen that the acoustic resonance frequency changes with each discharge period.
ここで、図3はランプインピーダンスと音響的共鳴周波数の関係の測定結果を示す説明図である。
図3は各点灯周波数でHIDランプ1を点灯したとき、安定点灯可能なランプインピーダンスを示しており、斜線内が放電アークの形状を一定に保つ音響的共鳴現象が発生する領域、即ち、安定点灯領域である。
音響的共鳴周波数は、ランプインピーダンスの増加に応じて、C1の低インピーダンス区間では上昇する傾向を示し、C2の平衡期間ではほぼ一定の傾向を示し、C3の高インピーダンス期間では下降する傾向を示している。
Here, FIG. 3 is an explanatory view showing the measurement result of the relationship between the lamp impedance and the acoustic resonance frequency.
FIG. 3 shows the lamp impedance that can be stably lit when the
As the lamp impedance increases, the acoustic resonance frequency tends to increase in the low impedance section of C1, shows a substantially constant tendency in the equilibrium period of C2, and shows a tendency to decrease in the high impedance period of C3. Yes.
図3の特性と各期間における現象を比較する。
C1の低インピーダンス期間のランプ状態は、管内希ガスの圧力割合が大きいため、平均分子量Mの変化が小さい。
したがって、管内音速vが管内温度Tの上昇に伴って増加するため、音響的共鳴周波数fが上昇する。ただし、この期間においても、管内希ガスに比べると圧力割合が小さいが、水銀蒸気が存在するため、ランプインピーダンスが少しずつ上昇する。
The characteristics in FIG. 3 are compared with the phenomena in each period.
In the lamp state in the low impedance period of C1, the change in the average molecular weight M is small because the pressure ratio of the rare gas in the tube is large.
Therefore, since the in-tube sound velocity v increases as the in-tube temperature T increases, the acoustic resonance frequency f increases. However, even during this period, the pressure ratio is small as compared with the rare gas in the tube, but since the mercury vapor exists, the lamp impedance gradually increases.
C2の平衡期間では、水銀の気化が徐々に促進され、管内温度Tの上昇と平均分子量Mの増加の割合がほぼ等しくなり、音響的共鳴周波数fの変化がほぼなくなる。
C3の高インピーダンス期間では、管内温度Tの上昇率が低下し、水銀やハロゲン化金属の気化が更に促進されるため、平均分子量Mの増加率が管内温度Tの上昇率に比べて大きくなる。これにより、管内音速vが低下して、音響的共鳴周波数fが低下する。
During the equilibrium period of C2, the vaporization of mercury is gradually promoted, the rate of increase in the tube temperature T and the increase in the average molecular weight M are substantially equal, and the change in the acoustic resonance frequency f is almost eliminated.
In the high impedance period of C3, the rate of increase of the tube temperature T is reduced, and vaporization of mercury and metal halide is further promoted, so that the rate of increase of the average molecular weight M is larger than the rate of increase of the tube temperature T. As a result, the in-tube sound velocity v decreases and the acoustic resonance frequency f decreases.
以上より、点灯始動から、各期間の管内状態に応じて音響的共鳴周波数fが変化し、更に各期間の水銀やハライド金属の気化状態により異なるが、ランプインピーダンスも管内温度Tの上昇に応じて高くなるため、ランプインピーダンスに応じて、低インピーダンス期間では点灯周波数を上昇させ、平衡期間では点灯周波数を変化させず、高インピーダンス期間では点灯周波数を低下させることにより、光束立ち上げ期間を通じてHIDランプ1をちらつきなく点灯することができる。 As described above, since the acoustic resonance frequency f changes according to the in-tube state of each period from the start of lighting, and further varies depending on the vaporization state of mercury or halide metal in each period, the lamp impedance also increases according to the increase in the in-tube temperature T. Therefore, according to the lamp impedance, the lighting frequency is increased during the low impedance period, the lighting frequency is not changed during the equilibrium period, and the lighting frequency is decreased during the high impedance period. Can be lit without flickering.
また、HIDランプ1の電圧がランプインピーダンスの上昇に伴って上昇する。
したがって、各期間において、光束立ち上げ期間中の各期間のHIDランプ1の状態をランプ電圧から判定することができる。
即ち、ランプ電圧が低い低インピーダンス期間では点灯周波数を上昇し、ランプ電圧が比較的高い高インピーダンス期間では点灯周波数を低下し、中間の平衡期間では点灯周波数をほぼ一定に保つことにより、光束立ち上げ期間を通じてHIDランプ1をちらつきなく点灯することができる。
なお、点灯期間の中で、平衡期間は、HIDランプ1により時間的にほとんど存在しない場合がある。
Further, the voltage of the
Therefore, in each period, the state of the
That is, the luminous frequency rises by increasing the lighting frequency during the low impedance period when the lamp voltage is low, decreasing the lighting frequency during the high impedance period when the lamp voltage is relatively high, and keeping the lighting frequency substantially constant during the intermediate equilibrium period. The
In the lighting period, the equilibrium period may hardly exist in terms of time due to the
上述した安定点灯周波数帯は、HIDランプ1に依存するが、点灯中のランプ電圧の変化に対する安定点灯周波数が低インピーダンス期間で増加し、高インピーダンス期間で減少するという特性は、ランプ毎に同じである。即ち、ランプ毎にランプ電圧と安定点灯周波数の関係通りの点灯を行うことにより、HIDランプ1をちらつきなく点灯することができる。
また、HIDランプ1の劣化などにより、安定点灯周波数が変化した場合には、その時のランプ電圧と安定点灯周波数の特性通りに点灯周波数を定めることにより、HIDランプ1をちらつきなく点灯することができる。
The above-described stable lighting frequency band depends on the
When the stable lighting frequency changes due to deterioration of the
また、図3に示すように、安定点灯周波数は、複数の周波数領域に分布しており、固有のHIDランプ1を点灯する際には、そのHIDランプ1のランプ電圧に対する安定点灯周波数帯の中の、どの周波数領域の安定点灯周波数帯を用いてもよく、HIDランプ1をちらつきなく点灯することが可能である。
また、上述した点灯方式において、点灯周波数は1本の安定点灯周波数帯に沿う必要はなく、他の周波数領域の安定点灯周波数帯に遷移してもよい。
Further, as shown in FIG. 3, the stable lighting frequencies are distributed in a plurality of frequency regions, and when a specific
Further, in the above-described lighting method, the lighting frequency does not need to be along one stable lighting frequency band, and may transition to a stable lighting frequency band in another frequency region.
即ち、点灯始動から定常点灯になるまで、(I)の安定点灯周波数帯に必ず沿うように点灯周波数を決定する必要はなく、例えば、点灯中に(I)から(II)の安定点灯周波数帯、(II)から(I)の安定点灯周波数帯のように、点灯周波数として選ぶべき安定点灯周波数帯を変更するようにしてもよい。
なお、上記のような放電期間と音響的共鳴周波数の関係は、上記の特許文献1に示されているものとは全く異なるものであり、特許文献1に示されているように、点灯始動直後から点灯周波数を下げていくという方策だけでは、放電アークの形状を常にゆらぎなく維持することができない。
That is, it is not necessary to determine the lighting frequency so as to always follow the stable lighting frequency band of (I) from the start of lighting to steady lighting. For example, during the lighting, the stable lighting frequency band of (I) to (II) The stable lighting frequency band to be selected as the lighting frequency may be changed as in the stable lighting frequency band from (II) to (I).
Note that the relationship between the discharge period and the acoustic resonance frequency as described above is completely different from that shown in
HIDランプ1の点灯では、前回点灯からの経過時間により、上記の各放電期間の途中から放電が始まる場合がある。
前回点灯から充分時間が経過して、放電が図2のように移行する場合はコールド状態と呼ばれる。
一方、前回点灯から充分時間が経過しておらず、未だ、水銀蒸気の圧力が高い場合には、その圧力に応じたランプインピーダンスから放電が開始される。このようなランプ状態はホット状態と呼ばれる。
即ち、コールド状態の場合と比較して、図2の放電待機期間からブレークダウンまでは同様であるが、その後の放電が、例えば、C3の高インピーダンス期間から放電が開始する場合や、Dの定常放電期間から放電が開始する場合などがある。
When the
When a sufficient time has elapsed since the previous lighting and the discharge shifts as shown in FIG. 2, it is called a cold state.
On the other hand, when a sufficient time has not elapsed since the previous lighting and the pressure of the mercury vapor is still high, the discharge is started from the lamp impedance corresponding to the pressure. Such a lamp state is called a hot state.
That is, compared with the case of the cold state, it is the same from the discharge standby period to breakdown in FIG. 2, but the subsequent discharge is, for example, when the discharge starts from the high impedance period of C3, In some cases, discharge starts from the discharge period.
上記のコールド状態から点灯を行う場合、図2に示す各点灯期間を順に経て定常放電に至るため、点灯周波数は、上記したようにランプ電圧が低い低インピーダンス期間では上昇し、ランプ電圧が比較的高い高インピーダンス期間では下降し、中間の平衡期間ではほぼ一定に保つことにより、HIDランプ1をちらつきなく点灯することができる。
また、ホット状態からの点灯では、上記した点灯順序の途中から点灯が開始されるが、この実施の形態1の点灯方式を用いると、ランプ電圧から安定点灯周波数を決定するため、安定点灯周波数を外れることがなく、HIDランプ1をちらつきなく点灯することができる。
When lighting is performed from the cold state described above, steady discharge occurs through the lighting periods shown in FIG. 2 in order, so that the lighting frequency increases in the low impedance period where the lamp voltage is low as described above, and the lamp voltage is relatively low. The
In the lighting from the hot state, the lighting starts in the middle of the lighting sequence described above. However, when the lighting method of the first embodiment is used, the stable lighting frequency is determined in order to determine the stable lighting frequency from the lamp voltage. The
以下、この実施の形態1の放電ランプ点灯装置の動作を具体的に説明する。
まず、メモリ2には、HIDランプ1の特性により決定されるランプ電圧と安定点灯周波数帯の関係、もしくは、ランプ電圧と安定点灯周波数の関係の特定手段が記憶される。
図3の例では、ランプインピーダンスと安定点灯周波数帯の関係を表しているが、ランプ電圧と安定点灯周波数帯の関係も図3とほぼ同様になり、C1の期間ではランプ電圧の上昇に伴って安定点灯周波数が上昇し、C2の期間では安定点灯周波数がほぼ一定を保ち、C3の期間ではランプ電圧の上昇に伴って安定点灯周波数が低下する。
電源7は、図示していない点灯始動信号を検知すると、点灯波形供給回路8に対する電力の供給を開始する。
点灯波形供給回路8は、詳細は後述するが、電源7から電力の供給を受けると動作し、後述するランプ電力決定回路5により決定された電力を供給するための点灯波形を生成し、その点灯波形をランプ始動回路9に供給する。
The operation of the discharge lamp lighting device according to the first embodiment will be specifically described below.
First, the
In the example of FIG. 3, the relationship between the lamp impedance and the stable lighting frequency band is shown. However, the relationship between the lamp voltage and the stable lighting frequency band is almost the same as that in FIG. 3, and as the lamp voltage increases during the period C1. The stable lighting frequency is increased, the stable lighting frequency is maintained substantially constant during the period C2, and the stable lighting frequency is decreased as the lamp voltage is increased during the period C3.
When the
As will be described in detail later, the lighting
ランプ始動回路9は、点灯波形供給回路8から点灯波形を受けると、その点灯波形にしたがってHIDランプ1を始動する。
このようにして、ランプ始動回路9がHIDランプ1の始動動作を開始すると、HIDランプ1に印加される電圧が上昇し、そのランプ電圧が絶縁破壊電圧まで到達すると、HIDランプ1が放電を開始する。
When the
In this way, when the
ランプ電流検知回路3は、HIDランプ1に流れている電流を検知し、ランプ電圧検知回路4は、HIDランプ1に印加されている電圧を検知する。
ランプ電力決定回路5は、ランプ電流検知回路3により検知された電流とランプ電圧検知回路4により検知された電圧に応じて、HIDランプ1に供給する必要がある電力を決定する。
即ち、ランプ電力決定回路5には、上述した各期間A〜Dにおいて、予め、HIDランプ1の点灯に必要な電力が設定されるので、ランプ電流検知回路3により検知された電流とランプ電圧検知回路4により検知された電圧から、現在、HIDランプ1に供給されている電力を把握し、その電力が必要な電力と一致するように、電力の増減指令を点灯波形供給回路8に出力する。
The lamp
The lamp
That is, since the lamp
点灯周波数決定回路6は、メモリ2に記憶されているランプ電圧と安定点灯周波数帯の関係を参照するか、もしくはメモリ2に記憶されているランプ電圧と安定点灯周波数帯の関係を特定する手段を用いて、ランプ電圧検知回路4により検知された電圧に対応する安定点灯周波数帯を特定する。
点灯波形供給回路8は、ランプ電力決定回路5から出力される電力の増減指令にしたがって点灯波形を生成する。
ただし、点灯波形供給回路8は、点灯波形を生成する際、HIDランプ1の点灯始動から定常点灯に至るまで、点灯周波数決定回路6により特定された安定点灯周波数帯の範囲内の点灯周波数(例えば、図3の(I)の点灯周波数)でHIDランプ1が点灯するような点灯波形を生成し、その点灯波形をランプ始動回路9に供給する。なお、安定点灯周波数帯の範囲内の点灯周波数であれば、どの周波数でもよいが、例えば、安定点灯周波数帯の中間値の周波数を使用すればよい。
ランプ始動回路9は、点灯波形供給回路8から供給された点灯波形にしたがってHIDランプ1を点灯する。
The lighting
The lighting
However, when generating the lighting waveform, the lighting
The
図4は一定周波数でHIDランプ1を点灯した場合の点灯時の光束変化と、この実施の形態1の点灯方式でHIDランプ1を点灯した場合の点灯時の光束変化の実験結果を示している。
一定周波数で点灯した場合には、放電始動から定常点灯に至るまでの間、何点かの期間において、ランプ光のちらつきが確認される。
これに対して、ランプ特性によって決定されるランプ電圧と安定点灯周波数の関係から点灯周波数を決定する点灯方式を用いると、点灯始動から定常点灯に至るまで、ランプ光のちらつきがみられない。
FIG. 4 shows the experimental results of the luminous flux change when the
When the lamp is lit at a constant frequency, flickering of the lamp light is confirmed in several periods from the start of discharge to steady lighting.
On the other hand, when a lighting method that determines the lighting frequency from the relationship between the lamp voltage determined by the lamp characteristics and the stable lighting frequency is used, no flickering of the lamp light is observed from the start of lighting to the steady lighting.
以上で明らかなように、この実施の形態1によれば、メモリ2に記憶されているランプ電圧と安定点灯周波数帯の関係を参照するか、もしくはメモリ2に記憶されているランプ電圧と安定点灯周波数帯の関係を特定する手段を用いて、ランプ電圧検知回路4により検出された電圧に対応する安定点灯周波数帯を特定する点灯周波数決定回路6を設け、HIDランプ1の点灯始動から定常点灯に至るまで、その点灯周波数決定回路6により特定された安定点灯周波数帯の範囲内の点灯周波数でHIDランプ1を点灯するように構成したので、HIDランプ1の点灯始動から定常点灯に至る全期間に亘って光のちらつきの発生を招くことなく、安定的に点灯させることができる効果を奏する。
As apparent from the above, according to the first embodiment, the relationship between the lamp voltage stored in the
即ち、放電始動直後の管内希ガス(例えば、キセノン)が支配的である低インピーダンス期間では、ランプ電圧の上昇にしたがって安定点灯周波数の影響が大きくなるように点灯周波数を増加させる点灯波形を決定し、水銀やハロゲン化金属が蒸発して、水銀やハロゲン化金属の圧力が支配的になった後、定格点灯までの高インピーダンス期間では、ランプ電圧の上昇にしたがって安定点灯周波数の影響が大きくなるように点灯周波数を減少させる点灯波形を決定する構成にしたので、音響的共鳴現象の影響により、放電アーク形状を固定することができるようになり、その結果、点灯全期間に亘って光のちらつきの発生を招くことなく、安定的に点灯させることができる効果を奏する。 That is, in the low impedance period in which the rare gas in the tube (for example, xenon) immediately after the start of discharge is dominant, the lighting waveform for increasing the lighting frequency is determined so that the influence of the stable lighting frequency increases as the lamp voltage increases. After the mercury or metal halide evaporates and the mercury or metal halide pressure becomes dominant, the influence of the stable lighting frequency increases as the lamp voltage increases during the high impedance period until the rated lighting. Since the lighting waveform that reduces the lighting frequency is determined, the shape of the discharge arc can be fixed due to the influence of the acoustic resonance phenomenon. As a result, the flickering of the light over the entire lighting period There is an effect that can be stably lit without causing the occurrence.
なお、この実施の形態1では、点灯周波数決定回路6がランプ電圧検知回路4により検知された電圧に対応する安定点灯周波数帯を特定し、点灯波形供給回路8が点灯周波数決定回路6により特定された安定点灯周波数帯の範囲内の点灯周波数でHIDランプ1が点灯するような点灯波形を生成するものについて示したが、点灯周波数決定回路6がランプ電圧検知回路4により検知された電圧に対応する安定点灯周波数(例えば、図3の(I)の点灯周波数)を特定し、点灯波形供給回路8が点灯周波数決定回路6により特定された点灯周波数でHIDランプ1が点灯するような点灯波形を生成するようにしてもよい。
In the first embodiment, the lighting
実施の形態2.
上記実施の形態1では、ランプ電圧と安定点灯周波数帯の関係、もしくは、ランプ電圧と安定点灯周波数帯の関係を特定する手段がメモリ2に記憶され、点灯周波数決定回路6がメモリ2に記憶されているランプ電圧と安定点灯周波数帯の関係を参照するか、もしくはメモリ2に記憶されているランプ電圧と安定点灯周波数帯の関係を特定する手段を用いて、ランプ電圧検知回路4により検出された電圧に対応する安定点灯周波数帯を特定するものについて示したが、HIDランプ1に流れている電流も、HIDランプ1の状態を表すので、ランプ電流と安定点灯周波数帯の関係、もしくは、ランプ電流と安定点灯周波数帯の関係を特定する手段がメモリ2に記憶されている場合には、点灯周波数決定回路6がメモリ2に記憶されているランプ電流と安定点灯周波数帯の関係を参照するか、もしくはメモリ2に記憶されているランプ電流と安定点灯周波数帯の関係を特定する手段を用いて、ランプ電流検知回路3により検知された電流に対応する安定点灯周波数帯を特定するようにしてもよい。
なお、図3の例では、ランプインピーダンスと安定点灯周波数帯の関係を表しているが、ランプ電流と安定点灯周波数帯の関係においては、C1の期間ではランプ電流の減少に伴って安定点灯周波数が上昇し、C2の期間では安定点灯周波数がほぼ一定を保ち、C3の期間ではランプ電流の減少に伴って安定点灯周波数が低下する。
In the first embodiment, means for specifying the relationship between the lamp voltage and the stable lighting frequency band or the relationship between the lamp voltage and the stable lighting frequency band is stored in the
In the example of FIG. 3, the relationship between the lamp impedance and the stable lighting frequency band is shown. However, in the relationship between the lamp current and the stable lighting frequency band, the stable lighting frequency is decreased with the decrease of the lamp current in the period C1. In the period of C2, the stable lighting frequency is kept almost constant, and in the period of C3, the stable lighting frequency is lowered as the lamp current is decreased.
実施の形態3.
上記実施の形態1では、ランプ電圧と安定点灯周波数帯の関係、もしくは、ランプ電圧と安定点灯周波数帯の関係を特定する手段がメモリ2に記憶され、点灯周波数決定回路6がメモリ2に記憶されているランプ電圧と安定点灯周波数帯の関係を参照するか、もしくはメモリ2に記憶されているランプ電圧と安定点灯周波数帯の関係を特定する手段を用いて、ランプ電圧検知回路4により検出された電圧に対応する安定点灯周波数帯を特定するものについて示したが、HIDランプ1のインピーダンスも、HIDランプ1の状態を表すので、ランプインピーダンスと安定点灯周波数帯の関係、もしくは、ランプインピーダンスと安定点灯周波数帯の関係を特定する手段がメモリ2に記憶されている場合には、点灯周波数決定回路6がメモリ2に記憶されているランプインピーダンスと安定点灯周波数帯の関係を参照するか、もしくはメモリ2に記憶されているランプインピーダンスと安定点灯周波数帯の関係を特定する手段を用いて、図示せぬランプインピーダンス検知回路により検知されたインピーダンスに対応する安定点灯周波数帯を特定するようにしてもよい。
In the first embodiment, means for specifying the relationship between the lamp voltage and the stable lighting frequency band or the relationship between the lamp voltage and the stable lighting frequency band is stored in the
実施の形態4.
上記実施の形態1では、ランプ電圧と安定点灯周波数帯の関係、もしくは、ランプ電圧と安定点灯周波数帯の関係を特定する手段がメモリ2に記憶され、点灯周波数決定回路6がメモリ2に記憶されているランプ電圧と安定点灯周波数帯の関係を参照するか、もしくはメモリ2に記憶されているランプ電圧と安定点灯周波数帯の関係を特定する手段を用いて、ランプ電圧検知回路4により検出された電圧に対応する安定点灯周波数帯を特定するものについて示したが、HIDランプ1の光束も、HIDランプ1の状態を表すので、ランプ光束と安定点灯周波数帯の関係、もしくは、ランプ光束と安定点灯周波数帯の関係を特定する手段がメモリ2に記憶されている場合には、点灯周波数決定回路6がメモリ2に記憶されているランプ光束と安定点灯周波数帯の関係を参照するか、もしくはメモリ2に記憶されているランプ光束と安定点灯周波数帯の関係を特定する手段を用いて、図示せぬランプ光束検知回路により検知された光束に対応する安定点灯周波数帯を特定するようにしてもよい。
なお、図3の例では、ランプインピーダンスと安定点灯周波数帯の関係を表しているが、ランプ光束と安定点灯周波数帯の関係も図3とほぼ同様になり、C1の期間ではランプ光束の増加に伴って安定点灯周波数が上昇し、C2の期間では安定点灯周波数がほぼ一定を保ち、C3の期間ではランプ光束の増加に伴って安定点灯周波数が低下する。
In the first embodiment, means for specifying the relationship between the lamp voltage and the stable lighting frequency band or the relationship between the lamp voltage and the stable lighting frequency band is stored in the
In the example of FIG. 3, the relationship between the lamp impedance and the stable lighting frequency band is shown. However, the relationship between the lamp luminous flux and the stable lighting frequency band is almost the same as in FIG. 3, and the lamp luminous flux increases during the period C1. Along with this, the stable lighting frequency is increased, the stable lighting frequency is kept substantially constant during the period C2, and the stable lighting frequency is decreased as the lamp luminous flux is increased during the period C3.
実施の形態5.
上記実施の形態1〜4では、ランプ電圧などのランプ状態と安定点灯周波数帯の関係、もしくは、ランプ状態と安定点灯周波数帯の関係の特定手段をメモリ2に記憶するものについて示したが、HIDランプ1が劣化などを起こすと、安定点灯周波数が変化することがあるので、その安定点灯周波数が変化したような場合には、メモリ2に記憶されているランプ電圧などのランプ状態と安定点灯周波数帯の関係を更新するようにしてもよい。
メモリ2の記憶内容の更新方法は、特に限定するものではないが、例えば、図示せぬ外部端子から更新データを入力して、メモリ2の記憶内容を更新すればよい。
この実施の形態1によれば、HIDランプ1が劣化などを起こして、安定点灯周波数が変化しても、光のちらつきの発生を招くことなく、安定的に点灯させることができる効果を奏する。
In the first to fourth embodiments, the relationship between the lamp state such as the lamp voltage and the stable lighting frequency band or the specifying means of the relationship between the lamp state and the stable lighting frequency band is stored in the
The method for updating the storage contents of the
According to the first embodiment, even when the
実施の形態6.
上記実施の形態1〜5では、点灯波形供給回路8がHIDランプ1の点灯始動から定常点灯に至るまで、点灯周波数決定回路6により特定された安定点灯周波数帯の範囲内の点灯周波数(例えば、図3の(I)の点灯周波数)でHIDランプ1が点灯するような点灯波形を生成するものについて示したが、図3に示すように、複数の安定点灯周波数帯が記憶されている場合、(I)以外の点灯周波数、例えば、(II)の点灯周波数でHIDランプ1が点灯するような点灯波形を生成してもよい。
この際、HIDランプ1の点灯を行っている途中で、例えば、(I)の点灯周波数から(II)の点灯周波数に変更してもよいし、(II)の点灯周波数から(I)の点灯周波数に変更してもよい。
これにより、点灯装置における点灯制御の自由度を高めることができる効果を奏する。
In the first to fifth embodiments, the lighting
At this time, during the lighting of the
Thereby, there exists an effect which can raise the freedom degree of the lighting control in a lighting device.
実施の形態7.
上記実施の形態1〜6では、点灯波形供給回路8がHIDランプ1の点灯始動から定常点灯に至るまで、点灯周波数決定回路6により特定された安定点灯周波数帯の範囲内の点灯周波数(例えば、図3の(I)の点灯周波数)でHIDランプ1が点灯するような点灯波形を生成するものについて示したが、図5に示すように、点灯波形供給回路8が点灯周波数決定回路6により特定された安定点灯周波数帯の範囲内の点灯周波数を時間的に変調させるようにしてもよい。
即ち、例えば、図3の(I)の点灯周波数を中心にして、その点灯周波数を時間的に変調させるようにしてもよい。この際、変調後の点灯周波数は、点灯周波数決定回路6により特定された安定点灯周波数帯の範囲を逸脱してもよい。
In the first to sixth embodiments, the lighting
That is, for example, the lighting frequency may be temporally modulated with the lighting frequency shown in FIG. At this time, the modulated lighting frequency may deviate from the range of the stable lighting frequency band specified by the lighting
図5の例では、点灯周波数の波形が、安定点灯周波数を含む周波数スウィープ波形になっている。
このように、周波数スウィープ波形の点灯周波数を用いる場合、HIDランプ1の劣化が起こって安定点灯周波数が変化しても、周波数スウィープ波形の周波数のいずれかが安定点灯周波数であれば、HIDランプ1のちらつきを防止することができるようになり、安定点灯周波数の変化の影響を軽減することができる効果を奏する。
なお、周波数スウィープ波形の周波数変調周期及び周波数変調幅は、どのように選んでもよく、点灯の期間中に変更してもよい。
In the example of FIG. 5, the waveform of the lighting frequency is a frequency sweep waveform including a stable lighting frequency.
Thus, when the lighting frequency of the frequency sweep waveform is used, even if the stable lighting frequency changes due to the deterioration of the
The frequency modulation period and frequency modulation width of the frequency sweep waveform may be selected in any way, and may be changed during the lighting period.
実施の形態8.
図6はHIDランプ点灯後のランプ電圧と点灯波形及び光束の変化の関係を示す説明図である。
この実施の形態8による点灯方式では、点灯全期間における安定点灯周波数を含み、周波数を任意の変調周期で変調する周波数スウィープ波形を用いるようにしている。
図7は図6における点線円内の周波数の変化を示す拡大図であり、変調1周期における周波数の変化を示している。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing the relationship between the lamp voltage after the HID lamp is lit, the lighting waveform, and the change in luminous flux.
In the lighting system according to the eighth embodiment, a frequency sweep waveform that includes a stable lighting frequency in the entire lighting period and modulates the frequency at an arbitrary modulation period is used.
FIG. 7 is an enlarged view showing the change of the frequency in the dotted circle in FIG. 6, and shows the change of the frequency in one modulation period.
この実施の形態8では、周波数スウィープ方式でHIDランプ1を点灯する際、変調周期の1周期に着目したとき、点灯周波数が安定点灯周波数と一致する時間の割合が所定値(例えば、2割)より大きくなるようにしている。
このように、点灯周波数が安定点灯周波数と一致する時間の割合を大きくすることによって、アーク形状を一定に保つ音響的共鳴現象による定在波の発生時間を長くして、不安定周波数でランプを点灯する期間を短くすると、安定点灯を誘起する定在波の影響が大きくなる。これにより、ランプ形状が一定に保たれ、点灯の全期間においてHIDランプ1の光のちらつきを防止することができる。
また、この点灯方式を用いると、HIDランプ1の劣化などによって、ランプ電圧と安定点灯周波数の関係に変化が生じても、HIDランプ1をちらつきなく点灯することができる。
In the eighth embodiment, when the
In this way, by increasing the proportion of time that the lighting frequency matches the stable lighting frequency, the standing wave generation time due to the acoustic resonance phenomenon that keeps the arc shape constant is lengthened, and the lamp is driven at an unstable frequency. When the lighting period is shortened, the influence of the standing wave that induces stable lighting increases. Thereby, the lamp shape is kept constant, and flickering of the light of the
Further, when this lighting method is used, even if the relationship between the lamp voltage and the stable lighting frequency changes due to deterioration of the
なお、この点灯方式において、周波数変調周期及び周波数変調幅を点灯中に変更してもよい。
また、図3に示される安定点灯周波数は、どの領域の安定点灯周波数を用いてもよく、使用する安定点灯周波数の周波数領域を点灯中に変更してもよい。
In this lighting method, the frequency modulation period and the frequency modulation width may be changed during lighting.
Moreover, the stable lighting frequency shown in FIG. 3 may be used in any region of the stable lighting frequency, and the frequency region of the stable lighting frequency to be used may be changed during lighting.
実施の形態9.
上記実施の形態8では、変調周期の1周期に着目したとき、点灯周波数が安定点灯周波数と一致する時間の割合を所定値より大きくするものについて示したが、変調周期の1周期に着目したとき、点灯周波数が安定点灯周波数と一致しているときのランプ電力を、その点灯周波数が安定点灯周波数と一致していないときのランプ電力より大きくするようにしてもよい。
例えば、安定点灯周波数で駆動する際のランプ電力を、不安定周波数で駆動する際の電力(例えば、35W)よりも大きくすることにより、安定点灯を誘起する定在波の影響を大きくすることができる。これにより、HIDランプ1をちらつきなく点灯することができる。
なお、上記実施の形態8における安定点灯周波数で駆動する時間の割合を大きくする方式と、この実施の形態9における安定点灯周波数で駆動する際の電力を大きくする方式とを独立で使用してもよいし、併用で使用してもよく、HIDランプ1をちらつきなく点灯することができる。
In the above-described eighth embodiment, when focusing on one modulation period, the ratio of the time when the lighting frequency matches the stable lighting frequency is shown to be larger than a predetermined value. However, when focusing on one modulation period, The lamp power when the lighting frequency matches the stable lighting frequency may be made larger than the lamp power when the lighting frequency does not match the stable lighting frequency.
For example, the influence of a standing wave that induces stable lighting can be increased by making the lamp power when driving at a stable lighting frequency larger than the power (for example, 35 W) when driving at an unstable frequency. it can. Thereby, the
It should be noted that the method of increasing the proportion of time for driving at the stable lighting frequency in the eighth embodiment and the method for increasing the power for driving at the stable lighting frequency in the ninth embodiment may be used independently. The
1 HIDランプ(高輝度放電ランプ)、2 メモリ、3 ランプ電流検知回路、4 ランプ電圧検知回路(ランプ状態検出手段)、5 ランプ電力決定回路、6 点灯周波数決定回路(安定点灯周波数帯特定手段)、7 電源(ランプ点灯手段)、8 点灯波形供給回路(ランプ点灯手段)、9 ランプ始動回路(ランプ点灯手段)。 1 HID lamp (high-intensity discharge lamp), 2 memory, 3 lamp current detection circuit, 4 lamp voltage detection circuit (lamp state detection means), 5 lamp power determination circuit, 6 lighting frequency determination circuit (stable lighting frequency band identification means) 7 power supply (lamp lighting means), 8 lighting waveform supply circuit (lamp lighting means), 9 lamp starting circuit (lamp lighting means).
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