JP2009176434A - 放電ランプ点灯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】必要なランプ光量を確実に得ることが可能であり、異なる仕様のランプに対しても点灯周期と照度の適切な制御が可能である放電ランプ点灯装置を提供する。
【解決手段】同期信号のパルス長から電圧変換パルス信号を算出してチョッパー回路である電圧変換回路２に出力し、同期信号の周波数から周波数変換パルス信号を算出してプッシュプル式インバータであるインバータ回路３に出力する。電圧変換回路２は昇圧制御された電圧をインバータ回路３に出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、スキャナやコピー機などに用いられる放電ランプの点灯装置に関する。

従来、スキャナやコピー機などに用いられる放電ランプは、ランプの仕様に合った点灯周期と照度を制御する必要があるが、機種が異なる場合ランプの仕様は異なることが多い。ランプの仕様が異なる場合、制御回路等をそれに合わせて調整しなければならず、ランプ点灯装置の機種が増加し、製造コストが上昇することから、ランプ点灯の同期信号を取り出し、この同期信号に従ってランプの照度を算出して制御する技術が提案されている（例えば、特許文献１）。
特開２００４−２７４３１２号公報

しかし、特許文献１に記載の技術においては、同期信号の周波数とランプの照度が１対１にしか設定できない。例えば、あるタイプのランプは１０ｋＨｚのとき３０ｋｌｘであるが、ほかのタイプのランプは同じく１０ｋＨｚのときでも４０ｋｌｘの照度が必要な場合がある。このような場合、特許文献１に記載の技術では、例えば１０ｋＨｚのときは４０ｋｌｘのように１対１にしか設定できず、仕様の異なるランプ毎の照度の制御をすることが困難であるという問題点があった。

本発明は必要なランプ光量を確実に得ることが可能であり、異なる仕様のランプに対しても点灯周期と照度の適切な制御が可能である放電ランプ点灯装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するために本発明は、パルス信号を制御する信号に基づき出力電圧を設定させる電圧変換回路と、電圧変換回路の出力電圧を交流に変換させるとともに昇圧させ、放電ランプに出力するインバータ回路と、インバータ回路の出力周波数を同期させる同期信号の周波数とパルス信号を求め、該求めたパルス信号に基づいてパルス信号を制御して電圧変換回路の出力電圧を制御するとともに、求めた周波数に基づいて生成される信号をインバータ回路に出力する制御部と、を備える放電ランプ点灯装置を提供する。

本発明によれば、必要なランプ光量を確実に得ることが可能であり、異なる仕様のランプに対しても点灯周期と照度の適切な制御が可能であるという効果がある。

以下、本発明による放電ランプ点灯装置の一実施の形態を、図面を用いて詳細に説明する。なお、各図において同一箇所については同一の符号を付すとともに、重複した説明は省略する。

図１は本実施形態の放電ランプ点灯装置の構成を示した回路図である。図１に示すように、本実施形態の放電ランプ点灯装置は、パルス信号を制御する信号に基づき出力電圧を設定させる電圧変換回路２と、電圧変換回路２の出力電圧を交流に変換させるとともに昇圧させ、放電ランプに出力するインバータ回路３と、制御部１と、を備える。

制御部１は、入力した同期信号の周波数とパルス信号を計測し、計測したパルス信号に従って電圧変換パルス信号のパルス信号を算出し、この算出したパルス信号を有する電圧変換パルス信号を前記電圧変換回路２に出力する。

制御部１で算出されたパルス信号は、あらかじめ設定されたパルス信号を有する電圧変換パルス信号を出力してもよい。

また制御部１は、計測した周波数に従って周波数変換パルス信号の周波数を算出し、この算出した周波数を有する周波数変換パルス信号をインバータ回路３に出力する。

制御部１は、放電ランプ点灯装置の起動及び停止を制御するＯＮ／ＯＦＦ信号を入力し、グランドに接続し、同期信号を入力する。

入力電圧はグランドに接続するコンデンサＣ１と、制御部１に並列に接続し、制御部１に電力を供給している。

制御部１はプロセッサ等の演算装置と、メモリなどの記憶装置を備える。制御部１はいわゆるマイコンを用いることができる。

電圧変換回路２は、制御部１から入力した、パルス信号を制御する信号である電圧変換パルス信号に基づき出力電圧を設定させる。

具体的には、電圧変換回路２は、直流電圧入力端子に直列にインダクタＬ１を接続し、このインダクタＬ１にダイオードＤ２のアノードを直列に接続する。また、制御部１からの信号出力端子に抵抗Ｒ１を直列に接続し、この抵抗Ｒ１にグランドに接続する抵抗Ｒ２とＦＥＴ（電界効果トランジスタ）などのスイッチング素子ＦＥＴ１のゲートとを並列に接続する。スイッチング素子ＦＥＴ１のソースはグランドに接続する。電圧変換回路２はダイオードＤ２のカソードを出力とし、このカソードとグランド間にコンデンサＣ２を並列に接続する。

直列に接続された抵抗Ｒ７及び抵抗Ｒ８は電圧変換回路２の出力電圧検出用であり、抵抗Ｒ７及び抵抗Ｒ８は接続点から検出された出力検出電圧を制御部１に出力している。

インバータ回路３は、プッシュプル式インバータ回路を用いることができる。このプッシュプル式インバータ回路は、制御部１から入力した周波数変換パルス信号によってＯＮ／ＯＦＦ切り替えし、このＯＮ／ＯＦＦ切り替えに従って電圧変換回路２からのトランスへの出力電圧のＯＮ／ＯＦＦを切り替えるスイッチング素子ＦＥＴ２及びスイッチング素子ＦＥＴ３を有する。

具体的には、電圧変換回路２からの入力電圧端子はグランドと制御部１に接続する抵抗を並列に接続しており、インバータ回路３はこの電圧変換回路２からの入力電圧端子が１次コイルに接続するトランスＴ１を有する。

スイッチング素子ＦＥＴ２は、ゲートに抵抗Ｒ３を介して制御部１からの第１の信号出力端子が接続されている。また、スイッチング素子ＦＥＴ２のゲートは抵抗Ｒ４を介してスイッチング素子ＦＥＴ２のソース及びグランド及びトランスＴ１の２次コイルに接続している。スイッチング素子ＦＥＴ２のドレインはトランスＴ１の１次コイルと接続している。

スイッチング素子ＦＥＴ３は、ゲートに抵抗Ｒ５を介して制御部１からの第２の信号出力端子が接続されている。また、スイッチング素子ＦＥＴ３のゲートは抵抗Ｒ６を介してスイッチング素子ＦＥＴ３のソース及びグランド及びトランスＴ１の２次コイルに接続している。スイッチング素子ＦＥＴ３のドレインはトランスＴ１の他の１次コイルと接続している。

トランスＴ１の２次コイルはコネクタＣＮ２を介して放電ランプである外面電極キセノンランプに接続する。

ここで、放電ランプについて説明する。図５は、放電ランプの断面図の例である。図５に示すように、放電ランプは内部にキセノンなどの希ガスを封入し、蛍光体層３４を塗布したガラスバルブ３１と、ガラスバルブ内に電子を放射する外部電極３２、３２と、蛍光性絶縁チューブ３３と、透光性樹脂シート３５と、を有する。このように、放電ランプは内部にキセノンを封入した外面電極キセノンランプを用いることができる。

図１を用いて動作の概要を説明する。ＯＮ／ＯＦＦ信号がコネクタＣＮ１ＣＮＴ２より入力されると制御部１に入力され、制御部１は動作を開始する。

次に同期信号がコネクタＣＮ１ＣＮＴ４より入力されると制御部１に入力する。制御部１は同期信号がＨＩＧＨのとき、スイッチング素子ＦＥＴ２にＨＩＧＨを出力し、次に同期信号がＨＩＧＨのとき、スイッチング素子ＦＥＴ３にＨＩＧＨを出力する。このように、制御部１は周波数変換パルス信号をスイッチング素子ＦＥＴ２とスイッチング素子ＦＥＴ３に交互に出力する。

スイッチング素子ＦＥＴ２とスイッチング素子ＦＥＴ３はこの周波数変換パルス信号がＨＩＧＨのときＯＮとなり、ＬＯＷのときＯＦＦとなるように動作する。

スイッチング素子ＦＥＴ２がＯＮになるとトランスＴ１の１次コイルに電流が流れ、ＯＦＦになると逆向きに電流が流れる。次に、スイッチング素子ＦＥＴ３がＯＮになるとトランスＴ１の１次コイルに電流が流れ、ＯＦＦになると逆向きに電流が流れる。

１次コイルに電流が流れると２次コイルに電流が流れる。これにより周波数と電圧が変換され、外面電極キセノンランプに供給される。

一方、制御部１は、クロック又はタイマを用いて同期信号のパルス信号、すなわちＨＩＧＨの長さを計測する。制御部１は計測した同期信号のパルス信号が増加したとき、電圧変換パルス信号のパルス信号を増加させるように、電圧変換パルス信号のパルス信号を算出し、電圧変換回路２のスイッチング素子ＦＥＴ１に出力する。

電圧変換パルス信号がＨＩＧＨのとき、スイッチング素子ＦＥＴ１はＯＮになり、ＬＯＷのときＯＦＦとなる。スイッチング素子ＦＥＴ１のＯＮ時間が長いと電圧変換回路２は疑似的に電圧を昇圧する。電圧変換回路２は変換された電圧をインバータ回路３に出力し、インバータ回路３は周波数を変換する。

ここで、同期信号の周波数は画像素子の読取周期と同期しているため、放電ランプは画像素子の読取周期と同期して点灯することが可能となる。また、同期信号のパルス長はランプの照度と相関しているため、パルス長を計測して電圧変換パルス信号を算出することにより、電圧変換回路２は適切な電圧を出力することが可能となり、これにより放電ランプは適切な照度にて点灯することが可能となる。

さらに、仕様の異なる放電ランプが装着された時は、制御部１は同期信号のパルス長を可変し、電圧変換回路２の出力電圧を適切なランプ照度となるように調光する。または、制御部１は電圧変換パルス信号の算出方法を装着された放電ランプの仕様に合わせて変更することにより、同期信号の周波数が同一でも放電ランプの仕様に合わせた照度が得られる。

図２は、各信号のタイミングチャートである。図２に示すように、ＯＮ／ＯＦＦ信号２１がＯＮになると制御部１は動作を開始する。同期信号２２に合わせて、制御部１はスイッチング素子ＦＥＴ２とスイッチング素子ＦＥＴ３に、ゲート信号２３、ゲート信号２４として同期させた信号を交互に出力する。

また、制御部１はスイッチング素子ＦＥＴ１に、同期信号のパルス信号に従って算出したパルス信号を有する電圧変換パルス信号２５を出力する。

図３は制御部１の電圧変換パルス信号の出力における動作を表したフローチャートである。図３に示すように、ステップＳ３０１において、制御部１はタイマをリセットする。ステップＳ３０２において、制御部１は同期信号がＨＩＧＨか判定する。同期信号がＨＩＧＨのとき制御部１はステップＳ３０３に進み、ＨＩＧＨでない場合はステップＳ３０２に戻る。

ステップＳ３０３において、制御部１はタイマをＯＮにして時間の計測を開始する。ステップＳ３０４において、制御部１は同期信号がＬＯＷかを判定する。同期信号がＬＯＷであった場合、制御部１はステップＳ３０５に進み、ＬＯＷでなかった場合、制御部１はステップＳ３０３に戻る。

ステップＳ３０５において、制御部１はタイマをＯＦＦにし、計測した時間をメモリに格納する。

ステップＳ３０６において、制御部１はＨＩＧＨ継続時間から電圧変換パルス信号のパルス長であるスイッチング素子ＦＥＴ１のゲート信号長を算出する。算出方法は関数を用いて算出してもテーブル管理してもよい。

ステップＳ３０７において、制御部１はスイッチング素子ＦＥＴ１に電圧変換パルス信号を出力する。

ステップＳ３０８において、制御部１はスイッチング素子ＦＥＴ２及びスイッチング素子ＦＥＴ３に別途算出した周波数変換パルス信号を出力し、ステップＳ３０１に戻る。

制御部１に入力される同期信号１２とインバータ回路３の周波数変換パルス信号と同期が図れない場合は、同期信号１２を図４（ｂ）に示すように、図２の（ｂ）の同期信号に相当する図４（ａ）を分周させた図４（ｂ）のゲート信号でＦＥＴ１を駆動させてもよい。

ここで、同期が図れない場合とは、放電ランプを効率的に駆動させるインバータ回路の出力に合致しない場合をいう。

以上述べたように、本実施形態の放電ランプ点灯装置は、同期信号のパルス長から電圧変換パルス信号を算出して電圧変換回路２に出力し、同期信号の周波数から周波数変換パルス信号を算出してインバータ回路３に出力する。このため、本実施形態の放電ランプ点灯装置は、必要なランプ光量を確実に得ることが可能であり、異なる仕様のランプに対しても点灯周期と照度の適切な制御が可能であるという効果がある。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本実施形態の放電ランプ点灯装置の構成を示した回路図である。 各信号のタイミングチャートである。 制御部の電圧変換パルス信号の出力における動作を表したフローチャートである。 電圧変換パルス信号を分周した場合のパルスの様子を示した図である。 放電ランプの断面図の例である。

符号の説明

１：制御部、
２：電圧変換回路、
３：インバータ回路、
ＦＥＴ１，ＦＥＴ２，ＦＥＴ３：スイッチング素子、
Ｔ１：トランス。

Claims (4)

1. パルス信号を制御する信号に基づき出力電圧を設定させる電圧変換回路と、
   前記電圧変換回路の出力電圧を交流に変換させるとともに昇圧させ、放電ランプに出力するインバータ回路と、
   前記インバータ回路の出力周波数を同期させる同期信号の周波数とパルス信号を求め、該求めたパルス信号に基づいてパルス信号を制御して前記電圧変換回路の出力電圧を制御するとともに、前記求めた周波数に基づいて生成される信号を前記インバータ回路に出力する制御部と、
   を備える放電ランプ点灯装置。
2. 前記制御部が、計測した前記同期信号の前記パルス信号が増加したとき、前記電圧変換パルス信号のパルス信号を増加させることを特徴とする、請求項１記載の放電ランプ点灯装置。
3. 前記電圧変換回路が、前記制御部から入力した前記電圧変換パルス信号によって前記電圧変換回路からの出力電圧の値を設定する昇圧チョッパー回路であることを特徴とする請求項１又は２に記載の放電ランプ点灯装置。
4. 前記インバータ回路が、前記制御部から入力した前記周波数変換パルス信号によって前記電圧変換回路からのトランスへの出力電圧のＯＮ／ＯＦＦを切り替えるスイッチング素子を有するプッシュプル式インバータ回路であることを特徴とする請求項１又は２に記載の放電ランプ点灯装置。

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