JP2007317603A - 放電灯点灯回路 - Google Patents

Abstract

【課題】放電灯の個体差や経年変化による電極間電圧のばらつきの影響を抑えつつ、供給電力を再現性良く制御できる放電灯点灯回路を提供する。
【解決手段】放電灯点灯回路１は、電力供給部２及び制御部１０ａを備える。制御部１０ａは、放電灯Ｌのランプ電圧ＶＬに基づいて、電力の大きさを制御するための制御信号Ｓｃを生成する。電力供給部２は、制御部１０ａからの制御信号Ｓｃに基づく電力を放電灯Ｌへ供給する。制御部１０ａは、ランプ電圧相当信号ＶＳを時間微分して第１の微分信号Ｓｄ_１（＝ｄＶＳ／ｄｔ）を生成する微分演算部１５と、第１の微分信号Ｓｄ_１の増減に従って単調に増減する第２の微分信号Ｓｄ_２を時間積分して第１の積分信号Ｓｉ_１を生成する積分演算部１６とを有し、第１の積分信号Ｓｉ_１の増加に応じて電力が減少するように制御信号Ｓｃを生成する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、放電灯点灯回路に関するものである。

車両の前照灯などに用いられるメタルハライドランプ等の放電灯は、おおよそ次のようにして点灯される。すなわち、電極間の絶縁破壊を促すための高圧パルス（数十ｋＶ）を最初に印加して、電極間に放電アークを生じさせ、電極間を導通させる。次に、発光強度を素早く立ち上げるために比較的大きな電力を供給する。その後、管内に封入された金属の蒸発による発光効率の増大に伴って放電灯の電極間電圧（ランプ電圧）が上昇するので、このランプ電圧の上昇に応じて供給電力を徐々に低減する。こうして、放電灯の発光強度を、オーバーシュートを防ぎつつ素早く所定の強度へ収束させる。

現在、メタルハライドランプ等の放電灯には、微量の水銀が封入されている。しかし、廃棄時の環境汚染を防ぐために、水銀を含まない（水銀フリーの）放電灯が開発されつつある。ここで、図１４（ａ）は、水銀が封入された従来の放電灯における光束（グラフＧ１０）、ランプ電圧（グラフＧ１１）、及び供給電力（グラフＧ１２）の点灯開始からの変化の典型例を示すグラフである。また、図１４（ｂ）は、水銀フリーの放電灯における光束（グラフＧ１３）、ランプ電圧（グラフＧ１４）、及び供給電力（グラフＧ１５）の点灯開始からの変化の典型例を示すグラフである。

図１４（ａ）に示すように、水銀が封入された従来の放電灯では、点灯開始直後のランプ電圧は約２７Ｖであり、発光強度の増加に従って約８５Ｖまで徐々に上昇する。点灯回路は、このランプ電圧の変化（変化量５８Ｖ）に応じて、供給電力を約７０Ｗから約３５Ｗへ低下させる。一方、水銀フリーの放電灯では、図１４（ｂ）に示すように、点灯開始直後のランプ電圧は水銀入りの放電灯と同程度（約２７Ｖ）であり、発光強度の増加に従ってランプ電圧は約４５Ｖ程度まで上昇するが、その変化量（１８Ｖ）は水銀入りの放電灯と比較して小さい。また、点灯開始直後のランプ電圧値や発光強度の増加に伴うランプ電圧の変化量は、個体差や経年変化によってばらつきがある。ランプ電圧の変化量が小さいと、個体差や経年変化によるばらつきの影響が相対的に大きくなるので、ランプ電圧の値に応じて供給電力を制御する方式では、オーバーシュートを防ぎつつ発光強度を素早く収束させることが困難となる。

上記のような水銀フリー放電灯への電力供給の問題点に対し、例えば特許文献１に記載された放電灯装置は、点灯開始直後のランプ電圧（ランプ初期電圧）を記憶し、このランプ初期電圧からのランプ電圧の変化量に基づいて供給電力を制御することにより、個々の放電灯のランプ電圧のばらつきによる電力制御への影響を低減しようとしている。

特開２００３−３３８３９０号公報

しかしながら、特許文献１に記載された放電灯装置では、次の問題点がある。上述したように、放電灯を点灯する際には、まず最初に電極間の絶縁破壊を促すための高圧パルスを印加する。点灯開始直後のランプ電圧はこの高圧パルスの影響を受けて不安定になっているので、点灯開始直後のランプ電圧をランプ初期電圧として利用する方式では、記憶されるランプ初期電圧の値が動作毎にばらつき、算出されるランプ電圧の変化量も動作毎にばらついてしまう。従って、特許文献１に記載された放電灯装置では、供給電力を再現性良く制御することが難しい。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、放電灯の個体差や経年変化による電極間電圧のばらつきの影響を抑えつつ、供給電力を再現性良く制御できる放電灯点灯回路を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の放電灯点灯回路は、放電灯を点灯させるための電力を該放電灯へ供給する放電灯点灯回路であって、放電灯の電極間電圧に基づいて、電力の大きさを制御するための制御信号を生成する制御部と、制御部からの制御信号に基づく電力を放電灯へ供給する電力供給部とを備え、制御部は、電極間電圧に応じた信号を時間微分して第１の微分信号を生成する微分演算部、及び、第１の微分信号の増減に従って単調に増減する第２の微分信号を時間積分して第１の積分信号を生成する第１の積分演算部を有し、第１の積分信号の増加に応じて電力が減少するように制御信号を生成することを特徴とする。

本発明者らは、発光強度の増加に伴う放電灯の電極間電圧の変化量が小さく、且つ電極間電圧の大きさにばらつきがある場合であっても、電極間電圧の微分値及びその積分値と発光強度の変化との間には、放電灯の個体差や経時変化の影響が極めて小さい安定した強い相関があることを見出した。上記した放電灯点灯回路においては、制御部が、放電灯の電極間電圧に応じた信号を時間微分して第１の微分信号を生成し、この第１の微分信号の増減に従って単調に増減する第２の微分信号を時間積分して第１の積分信号を生成し、この第１の積分信号の増加に応じて電力が減少するように制御信号を生成している。これにより、放電灯の個体差や経年変化による電極間電圧のばらつきの影響を抑えつつ、供給電力を好適に制御できる。

また、上記した放電灯点灯回路においては、第２の微分信号を積分した第１の積分信号に基づいて供給電力を制御するので、点灯開始直後の電極間電圧が高圧パルスの影響を受けて変動しても、その変動を平均化する作用により電力制御への影響を低減できる。従って、上記した放電灯点灯回路によれば、供給電力を動作毎に再現性良く制御できる。

また、放電灯点灯回路は、第１の積分演算部が、第１の微分信号を時間積分して第２の積分信号を更に生成し、制御部が、第２の積分信号が第１の所定値に到達した後に、第１の積分信号に基づく制御信号を電力供給部へ提供することを特徴としてもよい。これにより、第１の微分信号の積分値が第１の所定値に達するという一定の条件の下で上記した電力制御を開始できるので、点灯開始直後の電極間電圧の個体差が大きい場合であっても、その個体差の影響をより効果的に抑えることができる。

また、放電灯点灯回路は、第１の積分演算部が、第２の微分信号を第２の電流信号に変換する第１の変換部と、第１の微分信号を第１の電流信号に変換する第２の変換部と、第１の電流信号を充電し、その両端電圧を第２の積分信号として出力するとともに、第２の電流信号を充電し、その両端電圧を第１の積分信号として出力する第１の容量素子と、第１の容量素子の両端電圧に基づいて第１の容量素子への第１及び第２の電流信号の供給を制御する第１の電流制御部とを含み、第１の電流制御部が、先ず第１の電流信号が第１の容量素子へ供給され、第１の容量素子の両端電圧が第１の所定値またはその相当値に到達した後に第２の電流信号が第１の容量素子へ供給されるように、第１及び第２の電流信号を制御することを特徴としてもよい。

この放電灯点灯回路においては、先ず第１の電流信号を第１の容量素子へ供給することにより、第１の微分信号の積分演算を行い第２の積分信号を好適に生成できる。そして、第１の容量素子の両端電圧（この場合は第２の積分信号を示す）が第１の所定値またはその相当値に到達した後に、第１の電流信号に代えて第２の電流信号を第１の容量素子へ供給することにより、第２の微分信号の積分演算を行い、第１の積分信号を好適に生成できる。従って、この放電灯点灯回路によれば、上記した制御部、すなわち第２の積分信号が第１の所定値に到達した後に第１の積分信号に基づく制御信号を生成する制御部を好適に実現できる。また、第１の微分信号を積分して第２の積分信号を生成するための容量素子と、第２の微分信号を積分して第１の積分信号を生成するための容量素子とを一つの容量素子（第１の容量素子）が兼ねるので、回路規模をより小さくできる。

また、放電灯点灯回路は、制御部が、第１の微分信号を時間積分して第２の積分信号を生成する第２の積分演算部を更に有し、第２の積分信号が第１の所定値に到達した後に、第１の積分信号に基づく制御信号を電力供給部へ提供することを特徴としてもよい。これにより、第１の微分信号の積分値が第１の所定値に達するという一定の条件の下で上記した電力制御を開始できるので、点灯開始直後の電極間電圧の個体差が大きい場合であっても、その個体差の影響をより効果的に抑えることができる。

また、放電灯点灯回路は、第１の積分演算部が、第２の微分信号を第２の電流信号に変換する第１の変換部と、第２の電流信号を充電し、その両端電圧を第１の積分信号として出力する第１の容量素子とを含み、第２の積分演算部が、第１の微分信号を第１の電流信号に変換する第２の変換部と、第１の電流信号を充電し、その両端電圧を第２の積分信号として出力する第２の容量素子とを含み、制御部が、第２の容量素子の両端電圧が第１の所定値またはその相当値に到達した後に、第２の電流信号が第１の容量素子へ供給されるように第１の容量素子への第２の電流信号の供給を制御する第１の電流制御部を更に有することを特徴としてもよい。

この放電灯点灯回路においては、第１の微分信号を第２の容量素子により積分して第２の積分信号を好適に生成できる。そして、第２の容量素子の両端電圧（すなわち第２の積分信号）が第１の所定値またはその相当値に到達した後に、第２の電流信号が第１の容量素子へ供給されるように第２の電流信号を制御することによって、第２の微分信号の積分演算を行い第１の積分信号を好適に生成できる。従って、この放電灯点灯回路によれば、上記した制御部、すなわち第２の積分信号が第１の所定値に到達した後に第１の積分信号に基づく制御信号を生成する制御部を好適に実現できる。

また、放電灯点灯回路は、第１の積分演算部が、定電圧源と第１の容量素子との間に接続された抵抗素子と、第１の容量素子の両端電圧が第２の所定値より大きい場合に定電圧源からの電流を第１の容量素子へ供給する第２の電流制御部とを更に有することを特徴としてもよい。この放電灯点灯回路においては、第１の容量素子の両端電圧（第１の積分信号）が第２の所定値に到達すると、定電圧源からの電流が第２の電流信号に畳重される。すなわち、経過時間のみに依存して単調に増加する信号が、第１の積分信号に畳重されることとなる。

点灯開始から或る程度の時間が経過すると、放電灯の管内の状態変化が少なくなるので、電極間電圧の時間微分値及びその積分値に基づいて供給電力を制御するよりも、寧ろ経過時間に基づいて供給電力を制御する方が好ましくなる。この放電灯点灯回路によれば、経過時間のみに依存して単調に増加する信号を第１の積分信号に畳重することにより、供給電力を緩やかに目標電力へ収斂させ、目標強度に近い発光強度を維持しながら放電灯を定常状態へ移行させることができる。さらに、経過時間に基づく電力制御の開始タイミングを第１の積分信号に基づいて規定することにより、経過時間に基づく電力制御へ移行する際の発光強度の変化を緩やかにできる。

また、放電灯点灯回路は、第１の電流制御部が、第１の容量素子の両端電圧が第２の所定値よりも大きい第３の所定値に到達した後に第１の容量素子への第２の電流信号の供給を停止し、第３の所定値が、第１の微分信号が極大となる時点での第１の容量素子の両端電圧値以下であることを特徴としてもよい。放電灯には、第１の微分信号が極大になった後に該第１の微分信号が急激に低下するような特性を示すものと、そうでないものとが存在する。この放電灯点灯回路においては、第１の微分信号が極大となる以前より第１の容量素子への第２の電流信号の供給が停止され、以後は定電圧源からの電流のみが第１の容量素子によって積分される。従って、経過時間のみに依存して単調に増加する信号のみに基づいて供給電力を制御することとなり、第１の微分信号が極大となった後の第１の微分信号のばらつきによる制御信号への影響を回避できる。

また、放電灯点灯回路は、第１の積分演算部が、第１の微分信号を受けて第２の微分信号を生成する関数演算部を含み、関数演算部は、第１の微分信号の大きさが第４の所定値より小さい場合には正の第１の傾きを有する関数に従って第１の微分信号を第２の微分信号に変換し、第１の微分信号の大きさが第４の所定値より大きい場合には第１の傾きよりも小さい正の第２の傾きを有する関数に従って第１の微分信号を第２の微分信号に変換することを特徴としてもよい。この放電灯点灯回路によれば、管内の金属の蒸発により電極間電圧が急激に上昇する（すなわち、第１の微分信号が大きくなる）時間領域においても、供給電力を急激に低下させてしまうことを防ぎ、発光強度の収束をより早めることができる。

本発明の放電灯点灯回路によれば、放電灯の個体差や経年変化による電極間電圧のばらつきの影響を抑えつつ、供給電力を再現性良く制御できる。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る放電灯点灯回路の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明による放電灯点灯回路の第１実施形態の構成を示すブロック図である。図１に示す放電灯点灯回路１は、放電灯Ｌを点灯させるための電力を放電灯Ｌへ供給する回路であって、直流電源Ｂからの直流電圧を交流電圧に変換して放電灯Ｌに供給する。放電灯点灯回路１は、主に車輌用の、特に前照灯などの灯具に用いられる。なお、放電灯Ｌとしては、例えば水銀フリーのメタルハライドランプが好適に用いられるが、他の構造をもつ放電灯であってもよい。

放電灯点灯回路１は、直流電源Ｂから電源供給を受けて交流電力を放電灯Ｌに供給する電力供給部２と、放電灯Ｌの電極間電圧（以下、ランプ電圧と記す）に基づいて、放電灯Ｌへの供給電力の大きさを制御する制御部１０ａとを備える。

電力供給部２は、後述する制御部１０ａからの制御信号Ｓｃに基づく大きさの電力を放電灯Ｌへ供給する。電力供給部２は、点灯操作のためのスイッチ２０を介して直流電源Ｂ（バッテリーなど）に接続されており、直流電源Ｂから直流電圧ＶＢを受けて交流変換及び昇圧を行う。本実施形態の電力供給部２は、点灯開始時に放電灯Ｌに高圧パルスを印加するための起動回路３と、２つのトランジスタ５ａ及び５ｂと、トランジスタ５ａ及び５ｂを駆動するブリッジドライバ６とを有する。トランジスタ５ａ，５ｂとしては、例えば図１に示すようにＮチャネルＭＯＳＦＥＴが好適に用いられるが、他のＦＥＴやバイポーラトランジスタでもよい。本実施形態では、トランジスタ５ａのドレイン端子は直流電源Ｂのプラス側端子に接続されており、トランジスタ５ａのソース端子はトランジスタ５ｂのドレイン端子に接続されており、トランジスタ５ａのゲート端子はブリッジドライバ６に接続されている。また、トランジスタ５ｂのソース端子は接地電位線ＧＮＤ（すなわち直流電源Ｂのマイナス側端子）に接続されており、トランジスタ５ｂのゲート端子はブリッジドライバ６に接続されている。ブリッジドライバ６は、トランジスタ５ａ及び５ｂを交互に導通させる。

本実施形態の電力供給部２は、トランス７、コンデンサ８、及びインダクタ９を更に有する。トランス７は、放電灯Ｌへ高圧パルスを印加し、また、電力を伝えると共に該電力を昇圧するために設けられる。また、トランス７、コンデンサ８、及びインダクタ９は、直列共振回路を構成している。すなわち、トランス７の一次巻線７ａと、インダクタ９と、コンデンサ８とが互いに直列に接続されている。そして、その直列回路の一端はトランジスタ５ａのソース端子及びトランジスタ５ｂのドレイン端子に接続されており、他端は接地電位線ＧＮＤに接続されている。この構成においては、トランス７の一次巻線７ａのリーケージ（漏れ）インダクタンス、及びインダクタ９のインダクタンスからなる合成リアクタンスと、コンデンサ８の容量とによって共振周波数が決定される。なお、一次巻線７ａ及びコンデンサ８のみによって直列共振回路を構成し、インダクタ９を省略してもよい。また、一次巻線７ａのインダクタンスをインダクタ９と較べて極めて小さく設定し、共振周波数が、一次巻線７ａのインダクタンスとコンデンサ８の容量とによってほぼ決定されるようにしてもよい。

電力供給部２においては、コンデンサ８及び誘導性要素（インダクタンス成分やインダクタ）による直列共振現象を利用し、トランジスタ５ａ，５ｂの駆動周波数をこの直列共振周波数以上の値に規定して該トランジスタ５ａ，５ｂを交互にオン／オフさせ、トランス７の一次巻線７ａに交流電力を生じさせる。この交流電力は、トランス７の二次巻線７ｂへ昇圧されて伝達され、二次巻線７ｂに接続された放電灯Ｌへ供給される。なお、トランジスタ５ａ，５ｂを駆動するブリッジドライバ６は、トランジスタ５ａ，５ｂが共に接続状態とならないように相反的に各トランジスタ５ａ，５ｂを駆動する。

また、この直列共振回路のインピーダンスは、ブリッジドライバ６によるトランジスタ５ａ，５ｂの駆動周波数によって変化する。従って、放電灯Ｌに供給される交流電力の大きさを、該駆動周波数を変化させることにより制御できる。ここで、図２は、トランジスタ５ａ，５ｂの駆動周波数と供給電力の大きさとの関係を概念的に示すグラフである。図２に示すように、放電灯Ｌに供給される電力の大きさは、駆動周波数が直列共振周波数ｆ_０と等しいときに最大値Ｐｍａｘとなり、駆動周波数が直列共振周波数ｆ_０よりも大きくなる（または小さくなる）に従って減少する。但し、駆動周波数が直列共振周波数ｆ_０よりも小さいと、スイッチング損失が大きくなり電力効率が低下する。従って、ブリッジドライバ６の駆動周波数は、直列共振周波数ｆ_０よりも大きい領域（図中の領域Ａ）においてその大きさが制御される。本実施形態においては、ブリッジドライバ６の駆動周波数は、ブリッジドライバ６に接続された制御部１０ａからの制御信号Ｓｃ（周波数変調されたパルス列を含む信号）のパルス周波数に従って制御される。

起動回路３は、放電灯Ｌに起動用の高圧パルスを印加するための回路であり、起動回路３からトリガー電圧及び電流がトランス７に印加されると、トランス７の二次巻線７ｂにおいて生成される交流電圧に高圧パルスが畳重される。本実施形態の起動回路３は、出力端子の一方がトランス７の一次巻線７ａの途中に接続され、他方の出力端子が一次巻線７ａの接地電位側端子に接続されている。起動回路３への入力電圧については、例えば、トランス７の二次巻線７ｂや始動用の補助巻線（不図示）から得てもよく、或いはインダクタ９と共にトランスを構成する補助巻線を設けて該補助巻線から得てもよい。

制御部１０ａは、放電灯Ｌのランプ電圧に基づいて、放電灯Ｌへの供給電力の大きさを制御する。本実施形態の制御部１０ａは、放電灯Ｌに供給されるべき電力の大きさを演算する電力演算部１１と、電力演算部１１からの出力電圧Ｓｐ_１と所定の基準電圧との差を増幅して出力する誤差増幅器１２と、誤差増幅器１２から出力されたアナログ信号である信号Ｓｐ_２を電圧−周波数変換（Ｖ−Ｆ変換）して制御信号Ｓｃを生成するＶ−Ｆ変換部１３とを有する。

電力演算部１１は、入力端１１ａ及び１１ｂ、及び出力端１１ｃを有する。入力端１１ａは、放電灯Ｌのランプ電圧ＶＬの大きさを示す信号（以下、ランプ電圧相当信号という）ＶＳを入力するために、ピークホールド回路２１を介して二次巻線７ｂの中間タップに接続されている。ランプ電圧相当信号ＶＳは、ランプ電圧ＶＬのピーク値の例えば０．３５倍に設定される。入力端１１ｂは、放電灯Ｌのランプ電流を検出するために設けられた抵抗素子４の一端に、ピークホールド回路２２及びバッファ２３を介して接続されている。抵抗素子４の一端は、更に放電灯点灯回路１の出力端子を介して放電灯Ｌの一方の電極に接続され、抵抗素子４の他端は、接地電位線ＧＮＤに接続されている。そして、バッファ２３からは、ランプ電流の大きさを示すランプ電流相当信号ＩＳが出力される。また、出力端１１ｃは、誤差増幅器１２に接続されている。

ここで、図３は、本実施形態の電力演算部１１の内部及び周辺構成を示すブロック図である。図３を参照すると、電力演算部１１は、微分演算部１５、積分演算部（第１の積分演算部）１６、Ｖ／Ｉ変換部１７、並びに電流源１８及び１９を有する。

微分演算部１５は、ランプ電圧相当信号ＶＳの時間微分値（ｄＶＳ／ｄｔ）を演算して第１の微分信号Ｓｄ_１を生成するための回路部分である。微分演算部１５の入力端１５ａは、電力演算部１１の入力端１１ａと接続されている。微分演算部１５の出力端１５ｂは、積分演算部１６と接続されている。なお、このような微分演算部１５は、例えばランプ電圧相当信号ＶＳを入力とする微分回路によって好適に構成される。

積分演算部１６は、第１の微分信号Ｓｄ_１の増減に従って単調に増減する第２の微分信号Ｓｄ_２を時間積分して第１の積分信号Ｓｉ_１を生成するための回路部分である。積分演算部１６の入力端１６ａは、微分演算部１５の出力端１５ｂと接続されている。積分演算部１６の出力端１６ｂは、Ｖ／Ｉ変換部１７と接続されている。

Ｖ／Ｉ変換部１７は、第１の積分信号Ｓｉ_１から第１の所定値Ｅ_０（後述）を減算するとともに、その減算した値を電流信号Ｉ_１に変換するための回路部分である。Ｖ／Ｉ変換部１７の入力端１７ａは、積分演算部１６の出力端１６ｂと接続されている。Ｖ／Ｉ変換部１７の出力端１７ｂは、抵抗素子２４を介して電力演算部１１の入力端１１ｂと接続されている。なお、このようなＶ／Ｉ変換部１７は、例えば第１の積分信号Ｓｉ_１及び所定値Ｅ_０を入力とする差動増幅器及び電圧−電流変換器によって好適に構成される。

Ｖ／Ｉ変換部１７は、例えば図４に示す関数に応じた電流Ｉ_１を出力する。すなわち、Ｖ／Ｉ変換部１７は、第１の積分信号Ｓｉ_１が第１の所定値Ｅ_０以下のときには電流信号Ｉ_１を零とし、第１の積分信号Ｓｉ_１が第１の所定値Ｅ_０以上のときには、第１の積分信号Ｓｉ_１からＥ_０を差し引いた値に比例する大きさの電流信号Ｉ_１を出力する。

電流源１８及び１９は、点灯開始直後の供給電力（例えば７５［Ｗ］）及び定常電力（例えば３５［Ｗ］）を制御するための回路部分である。電流源１８，１９の入力端１８ａ，１９ａは、電力演算部１１の入力端１１ａと接続されている。電流源１８，１９の出力端１８ｂ，１９ｂは、電力演算部１１の出力端１１ｃを介して誤差増幅器１２の一方の入力端１２ａに接続されている。なお、誤差増幅器１２の他方の入力端１２ｂは、所定の基準電圧を生成する所定の電圧源１４に接続されている。

電流源１８は、例えば図５（ａ）に示す関数に応じた電流Ｉ_２を出力する。すなわち、電流源１８は、ランプ電圧相当信号ＶＳが或る所定値Ｖ_１以下では電流信号Ｉ_２を零とし、或る所定値Ｖ_２（＞Ｖ_１）以上では電流信号Ｉ_２を一定値とし、ランプ電圧相当信号ＶＳがＶ_１以上Ｖ_２以下ではランプ電圧相当信号ＶＳに比例する大きさの電流信号Ｉ_２を出力する。また、電流源１９は、例えば図５（ｂ）に示す関数に応じた電流Ｉ_３を出力する。すなわち、電流源１９は、ランプ電圧相当信号ＶＳに比例する大きさの電流信号Ｉ_３を出力し、その比例係数は、ランプ電圧相当信号ＶＳが高くなるに従って小さくなるように設定されている。

ここで、積分演算部１６について更に詳しく説明する。本実施形態の積分演算部１６は、関数演算部１６１、Ｖ／Ｉ変換部１６２及び１６３、電流制御部１６５、並びに容量素子（第１の容量素子）１６６を含む。

関数演算部１６１は、第１の微分信号Ｓｄ_１の増減に従って単調に増減する第２の微分信号Ｓｄ_２を生成するための回路部分である。関数演算部１６１の入力端１６１ａは、積分演算部１６の入力端１６ａを介して微分演算部１５の出力端１５ｂに接続されている。関数演算部１６１の出力端１６１ｂは、Ｖ／Ｉ変換部１６２に接続されている。

Ｖ／Ｉ変換部１６２は、本実施形態における第１の変換部であり、電圧信号である第２の微分信号Ｓｄ_２を第２の電流信号Ｉｄ_２に変換する。Ｖ／Ｉ変換部１６２の入力端１６２ａは、関数演算部１６１の出力端１６１ｂと接続されている。Ｖ／Ｉ変換部１６２の出力端１６２ｂは、スイッチ１６４ａを介して容量素子１６６の一端と接続されている。容量素子１６６の他端は接地電位線ＧＮＤに接続されている。

Ｖ／Ｉ変換部１６３は、本実施形態における第２の変換部であり、電圧信号である第１の微分信号Ｓｄ_１を第１の電流信号Ｉｄ_１に変換する。Ｖ／Ｉ変換部１６３の入力端１６３ａは、積分演算部１６の入力端１６ａを介して微分演算部１５の出力端１５ｂに接続されている。Ｖ／Ｉ変換部１６３の出力端１６３ｂは、スイッチ１６４ｂを介して容量素子１６６の一端と接続されている。

電流制御部１６５は、本実施形態における第１の電流制御部であり、容量素子１６６の両端電圧Ｖに基づいて第１の電流信号Ｉｄ_１及び第２の電流信号Ｉｄ_２を制御する。電流制御部１６５は、例えばウィンドウコンパレータ１６５ａ及びコンパレータ１６５ｂを含んで構成される。ウィンドウコンパレータ１６５ａの入力端は容量素子１６６の一端と接続されており、出力端はスイッチ１６４ａの制御端子と接続されている。ウィンドウコンパレータ１６５ａは、入力電圧（すなわち容量素子１６６の両端電圧Ｖ）が所定値Ｅ_０（第１の所定値）より小さいとき、または入力電圧が所定値Ｅ_２（第３の所定値）より大きいときには論理０に相当する電圧を出力し、入力電圧が所定値Ｅ_０より大きく且つ所定値Ｅ_２より小さいときには論理１に相当する電圧を出力する。また、コンパレータ１６５ｂの入力端は容量素子１６６の一端と接続されており、出力端はスイッチ１６４ｂの制御端子と接続されている。コンパレータ１６５ｂは、入力電圧（すなわち容量素子１６６の両端電圧Ｖ）が所定値Ｅ_０より小さいときには論理１に相当する電圧を出力し、入力電圧が所定値Ｅ_０より大きいときには論理０に相当する電圧を出力する。なお、スイッチ１６４ａ及び１６４ｂは、論理１に相当する電圧が制御端子に入力されると接続状態となり、論理０に相当する電圧が制御端子に入力されると非接続状態となるものとする。

なお、本実施形態の電流制御部１６５は、スイッチ１６４ａ及び１６４ｂによって第１の電流信号Ｉｄ_１及び第２の電流信号Ｉｄ_２の容量素子１６６への供給を制御しているが、電流制御部１６５は、関数演算部１６１またはＶ／Ｉ変換部１６２を直接的に制御することにより第２の電流信号Ｉｄ_２を制御してもよく、また、Ｖ／Ｉ変換部１６３を直接的に制御することにより第１の電流信号Ｉｄ_１を制御してもよい。また、本実施形態の電流制御部１６５は、第２の電流信号Ｉｄ_２を制御するためにウィンドウコンパレータ１６５ａを含んでいるが、互いに独立した二つのコンパレータを用いて電流信号Ｉｄ_２を制御してもよい。また、上述したスイッチ１６４ａ及び１６４ｂは、例えばＦＥＴ等のトランジスタによって好適に実現される。

積分演算部１６は、上記構成に加えて、スイッチ１６７、抵抗素子１６８、及びコンパレータ１６９を更に含む。スイッチ１６７及び抵抗素子１６８は、定電圧源Ｖｃｃと容量素子１６６の一端との間に直列に接続されている。スイッチ１６７は、例えばＦＥＴ等のトランジスタによって好適に実現される。また、コンパレータ１６９は、本実施形態における第２の電流制御部であり、容量素子１６６の両端電圧Ｖが所定値Ｅ_１（第２の所定値）より大きい場合に定電圧源Ｖｃｃからの電流を容量素子１６６へ供給する。具体的には、コンパレータ１６９の入力端は容量素子１６６の一端と接続されており、出力端はスイッチ１６７の制御端子と接続されている。コンパレータ１６９は、入力電圧（すなわち容量素子１６６の両端電圧Ｖ）が所定値Ｅ_１より小さいときには論理０に相当する電圧を出力し、入力電圧が所定値Ｅ_１より大きいときには論理１に相当する電圧を出力する。なお、スイッチ１６７は、論理１に相当する電圧が制御端子に入力されると接続状態となり、論理０に相当する電圧が制御端子に入力されると非接続状態となる。

以上の構成を備える放電灯点灯回路１の動作について説明する。図６（ａ）〜図６（ｃ）は、点灯開始直後からの時間経過に応じたランプ電圧ＶＬ（図６（ａ））、第１の微分信号Ｓｄ_１（＝ｄＶＳ／ｄｔ）（図６（ｂ））、及び容量素子１６６の両端電圧Ｖ（図６（ｃ））の変化の様子をそれぞれ示している。また、図７（ａ）及び図７（ｂ）は、点灯開始直後からの時間経過に応じた放電灯Ｌへの供給電力（図７（ａ））、及び放電灯Ｌの発光強度（図７（ｂ））の変化の様子をそれぞれ示している。

まず、図１に示すブリッジドライバ６が所定の駆動周波数でトランジスタ５ａ，５ｂを駆動しつつ、起動回路３により、数十［ｋＶ］の高圧パルスが放電灯Ｌの電極間に印加され絶縁破壊を促す。その直後、ブリッジドライバ６の駆動周波数は、制御部１０ａからの制御信号Ｓｃに従い、所定の最大電力（コールドスタート時は７５［Ｗ］）となる駆動周波数に制御される。制御部１０ａでは、電力演算部１１の電流源１８，１９（図３参照）から出力される電流信号Ｉ_２，Ｉ_３によって誤差増幅器１２への出力電圧Ｓｐ_１が制御される。そして、この出力電圧Ｓｐ_１と所定の基準電圧との差である誤差増幅器１２からの出力電圧Ｓｐ_２がＶ−Ｆ変換部１３においてＶ−Ｆ変換され、制御信号Ｓｃとしてブリッジドライバ６へ提供される。

なお、点灯開始直後においては、積分演算部１６の容量素子１６６の両端電圧Ｖはほぼ接地電位となっているので、電流制御部１６５のウィンドウコンパレータ１６５ａはスイッチ１６４ａを非接続状態に制御し、コンパレータ１６５ｂはスイッチ１６４ｂを接続状態に制御する。また、コンパレータ１６９は、スイッチ１６７を非接続状態に制御する。

続いて、電力演算部１１の微分演算部１５からの出力信号が安定すると（図６（ｃ）の時刻ｔ_０）、微分演算部１５から出力された第１の微分信号Ｓｄ_１（＝ｄＶＳ／ｄｔ）は、積分演算部１６のＶ／Ｉ変換部１６３において電流信号Ｉｄ_１に変換され、スイッチ１６４ｂを通って容量素子１６６に充電される。これにより、第１の微分信号Ｓｄ_１が容量素子１６６において時間積分される。このとき、容量素子１６６の両端電圧Ｖは、以下の数式（１）となり、第２の積分信号の大きさを示す。

続いて、容量素子１６６の両端電圧Ｖ（この場合は第２の積分信号）が所定値Ｅ_０に達すると（図６，図７の時刻ｔ_１）、コンパレータ１６５ｂによってスイッチ１６４ｂが非接続状態に制御され、容量素子１６６への第１の電流信号Ｉｄ_１の供給が停止されると同時に、ウィンドウコンパレータ１６５ａによってスイッチ１６４ａが接続状態に制御され、容量素子１６６への第２の電流信号Ｉｄ_２の供給が開始される。すなわち、微分演算部１５から出力された第１の微分信号Ｓｄ_１は、関数演算部１６１によって第２の微分信号Ｓｄ_２に変換され、第２の微分信号Ｓｄ_２は、Ｖ／Ｉ変換部１６２において第２の電流信号Ｉｄ_２に変換され、スイッチ１６４ａを通って容量素子１６６に充電される。これにより、第２の微分信号Ｓｄ_２が容量素子１６６において時間積分される。このとき、容量素子１６６の両端電圧Ｖは、以下の数式（２）となり、第１の積分信号Ｓｉ_１の大きさを示す。なお、数式（２）において、ｆ（ｘ）は関数演算部１６１において演算される関数を表している。

ここで、図８は、本実施形態の関数演算部１６１において演算される、第１の微分信号Ｓｄ_１と第２の微分信号Ｓｄ_２との関数ｆ（ｘ）の一例を示すグラフである。図８に示すように、関数演算部１６１は、第１の微分信号Ｓｄ_１の大きさが所定値（第４の所定値。図８の例では０．３［Ｖ／ｓ］）より小さい場合には或る正の傾き（第１の傾き。図８の例では１）を有する関数ｆ_１に従って第１の微分信号Ｓｄ_１を第２の微分信号Ｓｄ_２に変換し、第１の微分信号Ｓｄ_１の大きさが前記の所定値より大きい場合には第１の傾きよりも小さい正の傾き（第２の傾き。図８の例では０．２）を有する関数ｆ_２に従って第１の微分信号Ｓｄ_１を第２の微分信号Ｓｄ_２に変換する。なお、図８には、関数ｆ_１，ｆ_２の一例として比例関数を示しているが、関数ｆ_１，ｆ_２は、その傾きが第１の微分信号Ｓｄ_１に応じて変化するような関数であってもよい。

容量素子１６６の両端電圧Ｖは、第１の積分信号Ｓｉ_１として積分演算部１６から出力され、Ｖ／Ｉ変換部１７に入力される。そして、第１の積分信号Ｓｉ_１から所定値Ｅ_０（すなわち、上式（２）の右辺第２項）が減算され、減算後の電圧値が電流信号Ｉ_１に変換される。本実施形態の電力演算部１１では、図３に示したように、Ｖ／Ｉ変換部１７からの電流信号Ｉ_１と、電流源１８，１９からの電流信号Ｉ_２，Ｉ_３とが合流されて成る電流信号Ｉ_４は、抵抗素子２４を通過してバッファ２３の入力端へと流れる。他方、抵抗素子４にはランプ電流Ｉ_Ｌが流れるので、この抵抗素子４における電圧降下はランプ電流相当信号ＩＳとしてバッファ２３の出力端に現れる。すなわち、電力演算部１１からの出力電圧Ｓｐ_１は、電流信号Ｉ_４及びランプ電流Ｉ_Ｌによって定まる。第１の積分信号Ｓｉ_１が徐々に増加すると（図６（ｃ））、電流信号Ｉ_１が増加するので抵抗素子２４における電圧降下が増し、Ｖ−Ｆ変換部１３から出力される制御信号Ｓｃの周波数が次第に大きくなる。これにより、放電灯Ｌへの供給電力が徐々に低減される（図７（ａ））。

続いて、容量素子１６６の両端電圧Ｖ（第１の積分信号Ｓｉ_１）が所定値Ｅ_１に達すると（図６，図７の時刻ｔ_２）、コンパレータ１６９によってスイッチ１６７が接続状態に制御される。これにより、第２の電流信号Ｉｄ_２に定電圧源Ｖｃｃからの電流が畳重され、容量素子１６６により積分される（図６（ｃ））。すなわち、経過時間のみに依存して単調に増加する信号（以下、ｇ（ｔ）とする）が第２の微分信号Ｓｄ_２の積分値に畳重され、容量素子１６６の両端電圧Ｖは、次の数式（３）に示す値となる。この両端電圧Ｖは第１の積分信号Ｓｉ_１として出力され、放電灯Ｌへの供給電力から、この第１の積分信号Ｓｉ_１に応じた電力が低減される（図７（ａ））。

続いて、容量素子１６６の両端電圧Ｖ（第１の積分信号Ｓｉ_１）が所定値Ｅ_２（＞Ｅ_１）に達すると（図６，図７の時刻ｔ_３）、ウィンドウコンパレータ１６５ａによってスイッチ１６４ａが非接続状態に制御され、容量素子１６６への第２の電流信号Ｉｄ_２の供給が停止される。これにより、容量素子１６６へは定電圧源Ｖｃｃからの電流のみが供給される。すなわち、放電灯Ｌへの供給電力は、時間関数ｇ（ｔ）のみに従って低減され、次第に目標電力（例えば３５［Ｗ］）へ収斂する（図７（ａ））。なお、所定値Ｅ_２は、第１の微分信号Ｓｄ_１が極大となる時点での容量素子１６６の両端電圧Ｖ（図６（ｃ）に示す値Ｅ_３）以下であることが好ましい。

以上に説明した本実施形態の放電灯点灯回路１によって得られる効果は次のとおりである。［背景技術］欄で説明したように、水銀フリーの放電灯では、点灯開始直後からのランプ電圧の変化量は約１８［Ｖ］と小さく、個体差や経年変化によるばらつきの影響が相対的に大きくなる。本発明者らは、ランプ電圧の変化量が小さく、且つランプ電圧の大きさにばらつきがある場合であっても、ランプ電圧の微分値及びその積分値と発光強度の変化との間には、個体差や経時変化の影響が極めて小さい安定した強い相関があることを見出した。本実施形態の放電灯点灯回路１においては、制御部１０ａが、ランプ電圧相当信号ＶＳを時間微分して第１の微分信号Ｓｄ_１を生成し、この第１の微分信号Ｓｄ_１の増減に従って単調に増減する第２の微分信号Ｓｄ_２を時間積分して第１の積分信号Ｓｉ_１を生成し、この第１の積分信号Ｓｉ_１の増加に応じて駆動周波数が高くなるように（すなわち供給電力が減少するように）制御信号Ｓｃを生成している。これにより、放電灯Ｌの個体差や経年変化によるランプ電圧ＶＬのばらつきの影響を抑えつつ、供給電力を好適に制御できる。

また、本実施形態の制御部１０ａは、第２の微分信号Ｓｄ_２を積分した第１の積分信号Ｓｉ_１に基づいて供給電力を制御するので、点灯開始直後のランプ電圧ＶＬが起動回路３からの高圧パルスの影響を受けて変動しても、その変動を平均化する作用により電力制御への影響を低減できる。従って、本実施形態の放電灯点灯回路１によれば、供給電力を動作毎に再現性良く制御できる。

また、本実施形態のように、積分演算部１６は、第１の微分信号Ｓｄ_１を時間積分して第２の積分信号を生成し、制御部１０ａは、第２の積分信号が所定値Ｅ_０に到達した後に、第１の積分信号Ｓｉ_１に基づく制御信号Ｓｃを電力供給部２へ提供することが好ましい。これにより、第１の微分信号Ｓｄ_１の積分値（第２の積分信号）が所定値Ｅ_０に達するという一定の条件の下で、第１の積分信号Ｓｉ_１に基づく電力制御を開始できるので、点灯開始直後のランプ電圧ＶＬの個体差が大きい場合であっても、その個体差の影響をより効果的に抑えることができる。

また、本実施形態のように、積分演算部１６は、Ｖ／Ｉ変換部１６２及び１６３、電流制御部１６５、並びに容量素子１６６を含んで構成されることが好ましい。そして、電流制御部１６５は、先ず第１の電流信号Ｉｄ_１が容量素子１６６へ供給され、容量素子１６６の両端電圧Ｖが所定値Ｅ_０に到達した後に第２の電流信号Ｉｄ_２が容量素子１６６へ供給されるように、第１及び第２の電流信号Ｉｄ_１及びＩｄ_２を制御することが好ましい。

このように、先ず第１の電流信号Ｉｄ_１を容量素子１６６へ供給することによって、第１の微分信号Ｓｄ_１の積分演算を行い第２の積分信号を好適に生成できる。そして、容量素子１６６の両端電圧Ｖ（第２の積分信号）が所定値Ｅ_０に到達した後に、第１の電流信号Ｉｄ_１に代えて第２の電流信号Ｉｄ_２を容量素子１６６へ供給することにより、第２の微分信号Ｓｄ_２の積分演算を行い、第１の積分信号Ｓｉ_１を好適に生成できる。このように、積分演算部１６によれば、第１の微分信号Ｓｄ_１を積分して第２の積分信号を生成するための容量素子と、第２の微分信号Ｓｄ_２を積分して第１の積分信号Ｓｉ_１を生成するための容量素子とを一つの容量素子１６６が兼ねるので、回路規模をより小さくできる。

また、本実施形態のように、積分演算部１６は、定電圧源Ｖｃｃと容量素子１６６との間に接続された抵抗素子１６８と、容量素子１６６の両端電圧Ｖ（第１の積分信号Ｓｉ_１）が所定値Ｅ_１より大きい場合に定電圧源Ｖｃｃからの電流を容量素子１６６へ供給する第２の電流制御部（コンパレータ１６９）を有することが好ましい。そして、容量素子の両端電圧Ｖ（第１の積分信号Ｓｉ_１）が所定値Ｅ_１に到達すると、経過時間のみに依存して単調に増加する信号ｇ（ｔ）が、第１の積分信号Ｓｉ_１に畳重されることが好ましい。

点灯開始の初期段階においては、放電灯Ｌの管内の状態変化が激しいので、発光強度との相関が高いランプ電圧ＶＬの時間微分値及びその積分値（本実施形態では、ランプ電圧相当信号ＶＳの時間微分値（ｄＶＳ／ｄｔ）及びその積分値）に基づいて供給電力を制御することにより、ランプ電圧ＶＬのばらつきを吸収して供給電力を好適に制御できる。しかし、点灯開始から或る程度の時間が経過すると、放電灯Ｌの管内の状態変化が少なくなるので、ランプ電圧ＶＬの時間微分値及びその積分値に基づいて供給電力を制御するよりも、経過時間に基づいて供給電力を制御する方が好ましくなる。本実施形態の放電灯点灯回路１によれば、経過時間のみに依存して単調に増加する信号ｇ（ｔ）を第１の積分信号Ｓｉ_１に畳重することにより、供給電力を緩やかに目標電力へ収斂させ、目標強度に近い発光強度を維持しながら放電灯Ｌを定常状態へ移行させることができる。さらに、経過時間に基づく電力制御の開始タイミングを第１の積分信号Ｓｉ_１に基づいて規定（所定値Ｅ_１）することにより、経過時間に基づく電力制御へ移行する際の発光強度の変化を緩やかにできる。

また、積分演算部１６が抵抗素子１６８及びコンパレータ１６９を有する場合、電流制御部１６５は、本実施形態のように、容量素子１６６の両端電圧Ｖが所定値Ｅ_１よりも大きい所定値Ｅ_２に到達した後に容量素子１６６への第２の電流信号Ｉｄ_２の供給を停止することが好ましい。そして、所定値Ｅ_２は、第１の微分信号Ｓｄ_１が極大となる時点での容量素子１６６の両端電圧Ｖ（第１の積分信号Ｓｉ_１）以下であることが好ましい。

ここで、図９は、特性が異なる二つの放電灯における、ランプ電圧ＶＬの変化とその時間微分値（ｄＶＬ／ｄｔ）の変化の様子を概念的に示すグラフである。なお、図９において、縦軸はランプ電圧ＶＬまたはその時間微分値を示しており、横軸は点灯開始からの経過時間を示している。また、グラフＧ１及びＧ２は、或る放電灯のランプ電圧ＶＬ及びその時間微分値をそれぞれ示しており、グラフＧ３及びＧ４は、別の放電灯のランプ電圧ＶＬ及びその時間微分値をそれぞれ示している。このグラフに示すように、放電灯には、ランプ電圧ＶＬの時間微分値が、極大になった後に急激に低下するような特性を示すもの（グラフＧ４）と、比較的緩やかに低下するような特性を示すもの（グラフＧ２）とが存在する。仮に、第２の微分信号Ｓｄ_２に基づく電力制御を継続した場合、グラフＧ１，Ｇ２に示すような特性を有する放電灯を用いて制御部１０ａを調整すると、グラフＧ３，Ｇ４に示すような特性を有する放電灯の発光強度がオーバーシュートしてしまうおそれがある。逆に、グラフＧ３，Ｇ４に示すような特性を有する放電灯を用いて制御部１０ａを調整すると、グラフＧ１，Ｇ２に示すような特性を有する放電灯の発光強度がアンダーシュートしてしまうおそれがある。

これに対し、本実施形態の放電灯点灯回路１においては、第１の微分信号Ｓｄ_１が極大となる以前より容量素子１６６への第２の電流信号Ｉｄ_２の供給が停止され、以後は定電圧源Ｖｃｃからの電流のみが容量素子１６６によって積分される。従って、経過時間のみに依存して単調に増加する信号ｇ（ｔ）のみに基づいて供給電力を制御することとなり、第１の微分信号Ｓｄ_１が極大となった後の第１の微分信号Ｓｄ_１のばらつきによる制御信号Ｓｃへの影響を回避できる。

また、図８に示したように、積分演算部１６の関数演算部１６１は、第１の微分信号Ｓｄ_１の大きさが或る所定値より小さい場合には或る正の傾きを有する関数ｆ_１に従って第１の微分信号Ｓｄ_１を第２の微分信号Ｓｄ_２に変換し、第１の微分信号Ｓｄ_１の大きさが前記所定値より大きい場合にはより小さい正の傾きを有する関数ｆ_２に従って第１の微分信号Ｓｄ_１を第２の微分信号Ｓｄ_２に変換することが好ましい。仮に、関数演算部１６１による変換をせずに第１の微分信号Ｓｄ_１に基づいて供給電力の制御を行うと、図１０に示すように、管内の金属の蒸発により発光強度が急激に上昇する時間帯、すなわちランプ電圧ＶＬが急激に上昇する時間帯（図中の領域Ｃ）において、供給電力を必要以上に低下させてしまい、結果的に発光強度の立ち上がりが遅くなる。これに対し、第１の微分信号Ｓｄ_１（＝ｄＶＳ／ｄｔ）が或る所定値を超えた場合に、容量素子１６６への電流信号の増大を抑えるような関数ｆ_１，ｆ_２を第１の微分信号Ｓｄ_１に適用することによって、ランプ電圧ＶＬが急激に上昇する（すなわち、第１の微分信号Ｓｄ_１が大きくなる）時間領域においても、供給電力を必要以上に低下させてしまうことを防ぎ、発光強度の収束をより早めることができる。

（実施例）
ここで、上記第１実施形態に係る関数演算部１６１の具体的な実施例について説明する。なお、以下に示す実施例は上記実施形態に係る関数演算部１６１を実現するための具体的な回路構成の一例であり、関数演算部１６１は下記以外の回路構成によっても実現可能である。

図１１は、関数演算部１６１の構成例を示す回路図である。図１１を参照すると、この関数演算部１６１は、増幅回路２０１、出力制御回路２０２及び２０３、並びに吸い込みバッファ回路２０４を有する。増幅回路２０１は、増幅器２１１を含む。増幅器２１１の非反転入力端２１１ａは、関数演算部１６１の入力端１６１ａに接続されている。増幅器２１１の反転入力端２１１ｂは、抵抗素子２１２を介して増幅器２１１の出力端２１１ｃに接続されており、抵抗素子２１３を介して接地されている。また、反転入力端２１１ｂは、増幅回路２０１の出力端２０１ａに接続されている。

出力制御回路２０２は、ＦＥＴなどのトランジスタ２１４とＮＯＲ回路２１６とを有する。トランジスタ２１４のドレイン端子は、増幅回路２０１の出力端２０１ａに接続されている。トランジスタ２１４のソース端子は接地されており、ゲート端子は抵抗素子２１５を介してＮＯＲ回路２１６の出力端に接続されている。ＮＯＲ回路２１６の一方の入力端はコンパレータ１６５ｃの出力端に接続されている。なお、コンパレータ１６５ｃは、上記第１実施形態のウィンドウコンパレータ１６５ａを独立した二つのコンパレータに分けた場合の一方のコンパレータであり、容量素子１６６（図３参照）の両端電圧Ｖが所定値Ｅ_０より大きい場合に、論理１に相当する電圧を出力する。ＮＯＲ回路２１６の他方の入力端には、ランプ電圧ＶＬが或る基準値を超えたときに論理１となる信号Ｓ_ＶＬが入力される。

出力制御回路２０３は、ＦＥＴなどのトランジスタ２２１を有する。トランジスタ２２１のドレイン端子は、増幅回路２０１の出力端２０１ａに接続されている。トランジスタ２２１のソース端子は接地されており、ゲート端子は抵抗素子２２２を介してコンパレータ１６５ｄの出力端に接続されている。なお、コンパレータ１６５ｄは、上記第１実施形態のウィンドウコンパレータ１６５ａを独立した二つのコンパレータに分けた場合の他方のコンパレータであり、容量素子１６６（図３参照）の両端電圧Ｖが所定値Ｅ_２より大きい場合に、論理１に相当する電圧を出力する。

吸い込みバッファ回路２０４は、増幅器２３１及びダイオード２３２を有する。増幅器２３１の非反転入力端２３１ａには、抵抗分圧された所定電圧Ｅ_４（第４の所定値に相当）が入力される。増幅器２３１の反転入力端２３１ｂはダイオード２３２のアノードに接続されており、増幅器２３１の出力端２３１ｃはダイオード２３２のカソードに接続されている。また、ダイオード２３２のアノードは、抵抗素子２３３及び抵抗素子２１８を介して増幅回路２０１の出力端２０１ａに接続されている。なお、抵抗素子２３３と抵抗素子２１８との接続点は、関数演算部１６１の出力端１６１ｂに接続されている。

この関数演算部１６１においては、容量素子１６６の両端電圧Ｖが所定値Ｅ_０を超えると（図６（ｃ）の時刻ｔ_１に相当）、トランジスタ２１４が非接続状態となり、増幅回路２０１の出力端２０１ａに第１の微分信号Ｓｄ_１に応じた電位が生じる。このとき、増幅回路２０１の出力端２０１ａの電位が所定電圧Ｅ_４以下であるうちは、増幅器２３１が電流を抵抗素子２３３及び２１８へと流そうとするが、ダイオード２３２に妨げられる。従って、出力端１６１ｂの電位（第２の微分信号Ｓｄ_２）は、第１の微分信号Ｓｄ_１とほぼ等しくなる（図８に示した関数ｆ_１に相当）。その後、増幅回路２０１の出力端２０１ａの電位が所定電圧Ｅ_４を超えると、吸い込みバッファ回路２０４が抵抗素子２１８及び２３３を介して電流を吸い込むので、第２の微分信号Ｓｄ_２の値は、次の数式（４）に示す値となる（図８に示した関数ｆ_２に相当）。

なお、数式（４）において、Ｒ_２１８及びＲ_２３３は、それぞれ抵抗素子２１８及び２３３の抵抗値を表している。その後、容量素子１６６の両端電圧Ｖが所定値Ｅ_２を超えると、トランジスタ２２１が接続状態となり、増幅回路２０１の出力端２０１ａが接地され、出力端１６１ｂからの信号出力が停止される。

（第２の実施の形態）
続いて、本発明による放電灯点灯回路の第２実施形態として、制御部の別の形態を説明する。図１２は、本実施形態の制御部１０ｂの構成を示すブロック図である。本実施形態の制御部１０ｂは、第１実施形態の電力演算部１１に代えて、電力演算部３１を有する。電力演算部３１は、入力端３１ａ及び３１ｂ、及び出力端３１ｃを有する。入力端３１ａは、ピークホールド回路２１を介して二次巻線７ｂ（図１参照）の中間タップに接続されている。入力端３１ｂは、放電灯Ｌのランプ電流ＩＳを検出するために設けられた抵抗素子４（図１参照）の一端に、ピークホールド回路２２及びバッファ２３を介して接続されている。出力端３１ｃは、誤差増幅器１２の入力端１２ａに接続されている。

電力演算部３１は、微分演算部１５、第１の積分演算部３２、第２の積分演算部３３、電流制御部３４、Ｖ／Ｉ変換部３５、並びに電流源１８及び１９を有する。これらのうち、微分演算部１５、及び電流源１８，１９については、上記第１実施形態と同様なので詳細な説明を省略する。

第１の積分演算部３２は、微分演算部１５から入力された第１の微分信号Ｓｄ_１に基づく第２の微分信号Ｓｄ_２を時間積分して第１の積分信号Ｓｉ_１を生成するための回路部分である。積分演算部３２の入力端３２ａは、微分演算部１５の出力端１５ｂと接続されている。積分演算部３２の出力端３２ｂは、Ｖ／Ｉ変換部３５と接続されている。

第１の積分演算部３２は、関数演算部１６１、Ｖ／Ｉ変換部１６２（第１の変換部）、スイッチ１６４ａ、容量素子（第１の容量素子）１６６、スイッチ１６７、抵抗素子１６８、及びコンパレータ１６９（第２の電流制御部）を含む。これらの構成は、上記第１実施形態と同様である。

第２の積分演算部３３は、第１の微分信号Ｓｄ_１を時間積分して第２の積分信号Ｓｉ_２を生成するための回路部分である。第２の積分演算部３３は、電圧信号である第１の微分信号Ｓｄ_１を第１の電流信号Ｉｄ_１に変換するＶ／Ｉ変換部３３１（第２の変換部）と、第１の電流信号Ｉｄ_１を充電する容量素子３３２（第２の容量素子）とを含む。Ｖ／Ｉ変換部３３１の入力端３３１ａは、微分演算部１５の出力端１５ｂと接続されている。Ｖ／Ｉ変換部３３１の出力端３３１ｂは、容量素子３３２の一端と接続されている。なお、容量素子３３２の他端は接地されている。

電流制御部３４は、本実施形態における第１の電流制御部であり、容量素子１６６の両端電圧Ｖ（第１の積分信号Ｓｉ_１）、及び容量素子３３２の両端電圧（第２の積分信号Ｓｉ_２）に基づいて、容量素子１６６への第２の電流信号Ｉｄ_２の供給を制御する。電流制御部３４は、例えばコンパレータ３４１及び３４２、並びにＡＮＤ回路３４３を含んで構成される。コンパレータ３４１の入力端は第２の積分演算部３３の容量素子３３２の一端と接続されており、出力端はＡＮＤ回路３４３の一方の入力端と接続されている。コンパレータ３４１は、入力電圧（すなわち容量素子３３２の両端電圧）が所定値Ｅ_０（第１の所定値）より小さいときには論理０に相当する電圧を出力し、入力電圧が所定値Ｅ_０より大きいときには論理１に相当する電圧を出力する。また、コンパレータ３４２の入力端は容量素子１６６の一端と接続されており、出力端はＡＮＤ回路３４３の他方の入力端と接続されている。コンパレータ３４２は、入力電圧（すなわち容量素子１６６の両端電圧Ｖ）が所定値Ｅ_２より小さいときには論理１に相当する電圧を出力し、入力電圧が所定値Ｅ_０より大きいときには論理０に相当する電圧を出力する。なお、ＡＮＤ回路３４３の出力端は、スイッチ１６４ａの制御端子に接続されている。スイッチ１６４ａは、論理１に相当する電圧が制御端子に入力されると接続状態となり、論理０に相当する電圧が制御端子に入力されると非接続状態となる。

なお、本実施形態の電流制御部３４は、スイッチ１６４ａによって第２の電流信号Ｉｄ_２の容量素子１６６への供給を制御しているが、電流制御部３４は、関数演算部１６１またはＶ／Ｉ変換部１６２を直接的に制御することにより第２の電流信号Ｉｄ_２を制御してもよい。

Ｖ／Ｉ変換部３５は、第１の積分信号Ｓｉ_１を電流信号Ｉ_１に変換するための回路部分である。Ｖ／Ｉ変換部３５の入力端３５ａは、第１の積分演算部３２の出力端３２ｂと接続されている。Ｖ／Ｉ変換部３５の出力端３５ｂは、抵抗素子２４を介して電力演算部３１の入力端３１ｂと接続されている。Ｖ／Ｉ変換部３５は、例えば図１３に示す関数に応じた電流Ｉ_１を出力する。すなわち、Ｖ／Ｉ変換部３５は、第１の積分信号Ｓｉ_１に比例する大きさの電流信号Ｉ_１を出力する。

以上の構成を備える電力演算部３１の動作について、図６及び図７を再び参照しつつ説明する。点灯開始後、微分演算部１５からの出力信号が安定すると（図６（ｃ）の時刻ｔ_０）、微分演算部１５から出力された第１の微分信号Ｓｄ_１（＝ｄＶＳ／ｄｔ）は、第２の積分演算部３３のＶ／Ｉ変換部３３１において電流信号Ｉｄ_１に変換され、容量素子３３２に充電される。これにより、第１の微分信号Ｓｄ_１が容量素子３３２において時間積分され、第２の積分信号Ｓｉ_２が生成される。

続いて、容量素子３３２の両端電圧（すなわち第２の積分信号Ｓｉ_２）が所定値Ｅ_０に達すると（図６，図７の時刻ｔ_１）、コンパレータ３４１の出力が論理１となり、スイッチ１６４ａが接続状態に制御され、容量素子１６６への第２の電流信号Ｉｄ_２の供給が開始される。すなわち、微分演算部１５から出力された第１の微分信号Ｓｄ_１は、関数演算部１６１によって第２の微分信号Ｓｄ_２に変換され、第２の微分信号Ｓｄ_２は、Ｖ／Ｉ変換部１６２において第２の電流信号Ｉｄ_２に変換され、スイッチ１６４ａを通って容量素子１６６に充電される。これにより、第２の微分信号Ｓｄ_２が容量素子１６６において時間積分され、第１の積分信号Ｓｉ_１が生成される。

第１の積分信号Ｓｉ_１は、第１の積分演算部３２から出力され、Ｖ／Ｉ変換部３５に入力される。そして、第１の積分信号Ｓｉ_１は、Ｖ／Ｉ変換部３５において電流信号Ｉ_１に変換される。第１の積分信号Ｓｉ_１が徐々に増加すると（図６（ｃ））、電流信号Ｉ_１が増加するので抵抗素子２４における電圧降下が増し、Ｖ−Ｆ変換部１３（図１参照）から出力される制御信号Ｓｃの周波数が次第に大きくなる。これにより、放電灯Ｌへの供給電力が徐々に低減される（図７（ａ））。

続いて、容量素子１６６の両端電圧Ｖ（第１の積分信号Ｓｉ_１）が所定値Ｅ_１に達すると（図６，図７の時刻ｔ_２）、コンパレータ１６９によってスイッチ１６７が接続状態に制御される。これにより、第２の電流信号Ｉｄ_２に定電圧源Ｖｃｃからの電流が畳重され、容量素子１６６の両端電圧Ｖは、第２の微分信号Ｓｄ_２の積分値に時間関数ｇ（ｔ）が畳重された値となる。この両端電圧Ｖは第１の積分信号Ｓｉ_１として出力され、放電灯Ｌへの供給電力から、この第１の積分信号Ｓｉ_１に応じた電力が低減される（図７（ａ））。

続いて、容量素子１６６の両端電圧Ｖ（第１の積分信号Ｓｉ_１）が所定値Ｅ_２（＞Ｅ_１）に達すると（図６，図７の時刻ｔ_３）、コンパレータ３４２の出力が論理０となり、スイッチ１６４ａが非接続状態に制御され、容量素子１６６への第２の電流信号Ｉｄ_２の供給が停止される。これにより、容量素子１６６へは定電圧源Ｖｃｃからの電流のみが供給されることとなり、放電灯Ｌへの供給電力は、時間関数ｇ（ｔ）のみに従って低減され、次第に目標電力（例えば３５［Ｗ］）へ収斂する（図７（ａ））。

以上に説明した本実施形態の放電灯点灯回路（制御部１０ｂ）によって得られる効果は次のとおりである。すなわち、この放電灯点灯回路によれば、上記第１実施形態と同様に、放電灯Ｌの個体差や経年変化によるランプ電圧ＶＬのばらつきの影響を抑えつつ、供給電力を好適に制御できる。また、点灯開始直後のランプ電圧ＶＬが起動回路３からの高圧パルスの影響を受けて変動しても、その変動を平均化する作用により電力制御への影響を低減でき、供給電力を動作毎に再現性良く制御できる。

また、本実施形態のように、制御部１０ｂは、第１の微分信号Ｓｄ_１を時間積分して第２の積分信号Ｓｉ_２を生成する第２の積分演算部３３を有し、第２の積分信号Ｓｉ_２が所定値Ｅ_０に到達した後に、第１の積分信号Ｓｉ_１に基づく制御信号Ｓｃを電力供給部２（図１参照）へ提供してもよい。これにより、第１の微分信号Ｓｄ_１の積分値（第２の積分信号Ｓｉ_２）が所定値Ｅ_０に達するという一定の条件の下で、第１の積分信号Ｓｉ_１に基づく電力制御を開始できるので、点灯開始直後のランプ電圧ＶＬの個体差が大きい場合であっても、その個体差の影響をより効果的に抑えることができる。

また、本実施形態のように、第１の積分演算部３２がＶ／Ｉ変換部１６２及び容量素子１６６を含み、第２の積分演算部３３がＶ／Ｉ変換部３３１及び容量素子３３２を含み、電流制御部３４が、容量素子３３２の両端電圧（すなわち第２の積分信号Ｓｉ_２）が所定値Ｅ_０に到達した後に、第２の電流信号Ｉｄ_２が容量素子１６６へ供給されるように第２の電流信号Ｉｄ_２を制御してもよい。

この構成により、第１の微分信号Ｓｄ_１を容量素子３３２により積分して第２の積分信号Ｓｉ_２を好適に生成できる。そして、容量素子３３２の両端電圧（すなわち第２の積分信号Ｓｉ_２）が所定値Ｅ_０に到達した後に、第２の電流信号Ｉｄ_２が容量素子１６６へ供給されるように第２の電流信号Ｉｄ_２を制御することによって、第２の微分信号Ｓｄ_２の積分演算を行い、第１の積分信号Ｓｉ_１を好適に生成できる。

本発明による放電灯点灯回路は、上記した各実施形態に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記各実施形態では制御部（特に電力演算部）をアナログ回路によって構成しているが、本発明に係る制御部（特に電力演算部）は、ＣＰＵ及びメモリを有するコンピュータにおいて所定のソフトウェアが実行されることにより実現されてもよい。

本発明による放電灯点灯回路の第１実施形態の構成を示すブロック図である。 トランジスタの駆動周波数と供給電力の大きさとの関係を概念的に示すグラフである。 第１実施形態の電力演算部の内部及び周辺構成を示すブロック図である。 第１実施形態のＶ／Ｉ変換部に入力される第１の積分信号と出力電流との関係を示すグラフである。 （ａ），（ｂ）電流源が出力する電流とランプ電圧との関係を示す図である。 （ａ）点灯開始直後からの時間経過に応じたランプ電圧の変化の様子を示すグラフである。（ｂ）点灯開始直後からの時間経過に応じた第１の微分信号の変化の様子を示すグラフである。（ｃ）点灯開始直後からの時間経過に応じた容量素子の両端電圧の変化の様子を示すグラフである。 （ａ）点灯開始直後からの時間経過に応じた放電灯への供給電力の変化の様子を示すグラフである。（ｂ）点灯開始直後からの時間経過に応じた放電灯の発光強度の変化の様子を示すグラフである。 関数演算部において演算される、第１の微分信号と第２の微分信号との関数の一例を示すグラフである。 特性が異なる二つの放電灯における、ランプ電圧の変化とその時間微分値の変化の様子を概念的に示すグラフである。 発光強度、ランプ電圧、及びランプ電圧の時間微分値の時間変化の一例を示すグラフである。 関数演算部の構成例を示す回路図である。 第２実施形態の制御部の構成を示すブロック図である。 第２実施形態のＶ／Ｉ変換部に入力される第１の積分信号と出力電流との関係を示すグラフである。 （ａ）水銀が封入された従来の放電灯における光束（グラフＧ１０）、ランプ電圧（グラフＧ１１）、及び供給電力（グラフＧ１２）の点灯開始からの変化の典型例を示すグラフである。（ｂ）水銀フリーの放電灯における光束（グラフＧ１３）、ランプ電圧（グラフＧ１４）、及び供給電力（グラフＧ１５）の点灯開始からの変化の典型例を示すグラフである。

符号の説明

１…放電灯点灯回路、２…電力供給部、３…起動回路、５ａ，５ｂ…トランジスタ、６…ブリッジドライバ、７…トランス、７ａ…一次巻線、７ｂ…二次巻線、８…コンデンサ、９…インダクタ、１０ａ，１０ｂ…制御部、１１…電力演算部、１２…誤差増幅器、１３…Ｖ−Ｆ変換部、１４…電圧源、１５…微分演算部、１６…積分演算部、１７，３５，１６２，１６３…Ｖ／Ｉ変換部、３１…電力演算部、３２…第１の積分演算部、３３…第２の積分演算部、３４，１６５…第１の電流制御部、１６１…関数演算部、１６５ａ…ウィンドウコンパレータ、１６５ｂ〜１６５ｄ，１６９…コンパレータ、Ｓｃ…制御信号、Ｓｄ_１…第１の微分信号、Ｓｄ_２…第２の微分信号、Ｓｉ_１…第１の積分信号、Ｓｉ_２…第２の積分信号、ＶＬ…ランプ電圧、ＶＳ…ランプ電圧相当信号、Ｖｃｃ…定電圧源。

Claims (8)

1. 放電灯を点灯させるための電力を該放電灯へ供給する放電灯点灯回路であって、
   前記放電灯の電極間電圧に基づいて、前記電力の大きさを制御するための制御信号を生成する制御部と、
   前記制御部からの前記制御信号に基づく前記電力を前記放電灯へ供給する電力供給部と
   を備え、
   前記制御部は、前記電極間電圧に応じた信号を時間微分して第１の微分信号を生成する微分演算部、及び、前記第１の微分信号の増減に従って単調に増減する第２の微分信号を時間積分して第１の積分信号を生成する第１の積分演算部を有し、前記第１の積分信号の増加に応じて前記電力が減少するように前記制御信号を生成することを特徴とする、放電灯点灯回路。
2. 前記第１の積分演算部は、前記第１の微分信号を時間積分して第２の積分信号を更に生成し、
   前記制御部は、前記第２の積分信号が第１の所定値に到達した後に、前記第１の積分信号に基づく前記制御信号を前記電力供給部へ提供することを特徴とする、請求項１に記載の放電灯点灯回路。
3. 前記第１の積分演算部は、
   前記第２の微分信号を第２の電流信号に変換する第１の変換部と、
   前記第１の微分信号を第１の電流信号に変換する第２の変換部と、
   前記第１の電流信号を充電し、その両端電圧を前記第２の積分信号として出力するとともに、前記第２の電流信号を充電し、その両端電圧を前記第１の積分信号として出力する第１の容量素子と、
   前記第１の容量素子の両端電圧に基づいて前記第１の容量素子への前記第１及び第２の電流信号の供給を制御する第１の電流制御部と
   を含み、
   前記第１の電流制御部は、先ず前記第１の電流信号が前記第１の容量素子へ供給され、前記第１の容量素子の両端電圧が前記第１の所定値またはその相当値に到達した後に前記第２の電流信号が前記第１の容量素子へ供給されるように、前記第１及び第２の電流信号を制御することを特徴とする、請求項２に記載の放電灯点灯回路。
4. 前記制御部は、前記第１の微分信号を時間積分して第２の積分信号を生成する第２の積分演算部を更に有し、前記第２の積分信号が第１の所定値に到達した後に、前記第１の積分信号に基づく前記制御信号を前記電力供給部へ提供することを特徴とする、請求項１に記載の放電灯点灯回路。
5. 前記第１の積分演算部は、
   前記第２の微分信号を第２の電流信号に変換する第１の変換部と、
   前記第２の電流信号を充電し、その両端電圧を前記第１の積分信号として出力する第１の容量素子と
   を含み、
   前記第２の積分演算部は、
   前記第１の微分信号を第１の電流信号に変換する第２の変換部と、
   前記第１の電流信号を充電し、その両端電圧を前記第２の積分信号として出力する第２の容量素子と
   を含み、
   前記制御部は、前記第２の容量素子の両端電圧が前記第１の所定値またはその相当値に到達した後に、前記第２の電流信号が前記第１の容量素子へ供給されるように前記第１の容量素子への前記第２の電流信号の供給を制御する第１の電流制御部を更に有することを特徴とする、請求項４に記載の放電灯点灯回路。
6. 前記第１の積分演算部は、
   定電圧源と前記第１の容量素子との間に接続された抵抗素子と、
   前記第１の容量素子の両端電圧が第２の所定値より大きい場合に前記定電圧源からの電流を前記第１の容量素子へ供給する第２の電流制御部と
   を更に有することを特徴とする、請求項３または５に記載の放電灯点灯回路。
7. 前記第１の電流制御部は、前記第１の容量素子の両端電圧が前記第２の所定値よりも大きい第３の所定値に到達した後に前記第１の容量素子への前記第２の電流信号の供給を停止し、
   前記第３の所定値は、前記第１の微分信号が極大となる時点での前記第１の容量素子の両端電圧値以下であることを特徴とする、請求項６に記載の放電灯点灯回路。
8. 前記第１の積分演算部は、前記第１の微分信号を受けて前記第２の微分信号を生成する関数演算部を含み、
   前記関数演算部は、前記第１の微分信号の大きさが第４の所定値より小さい場合には正の第１の傾きを有する関数に従って前記第１の微分信号を前記第２の微分信号に変換し、前記第１の微分信号の大きさが前記第４の所定値より大きい場合には前記第１の傾きよりも小さい正の第２の傾きを有する関数に従って前記第１の微分信号を前記第２の微分信号に変換することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の放電灯点灯回路。

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