JP2009283400A - 放電灯点灯装置、車載用高輝度放電灯点灯装置、車載用前照灯及び車両 - Google Patents

Abstract

【課題】点灯装置の小型化と低コスト化を可能とし、始動時の閃光を低減し、光束立上げ時の違和感を抑制し、また、放電灯毎のばらつきを容易に抑えることが可能な放電灯点灯装置を実現する。
【解決手段】直流電圧を受け、該直流電圧を放電灯５が必要とする出力へ変換する点灯回路部２と、放電灯電圧と放電灯電流の検出値を受けて所定の目標電力値となるよう点灯回路部２を制御する制御部６とから構成され、前記制御部６は、放電灯５の始動後、前記所定の目標電力値を、定格電力値より大きな出力電力値から定格電力値へと数秒ないし数１０秒の間に低減していく制御を行う放電灯点灯装置において、前記制御部６は、放電灯始動後の目標電力値を定格電力値より大きな第１の出力電力値とし、かつ、放電灯始動後の第１の所定時間は、最大出力電力値である第２の出力電力値に向かい目標電力値を上昇させる。
【選択図】図１

Description

本発明はメタルハライドランプなどの高輝度放電灯を点灯させる放電灯点灯装置において、光束を急速に立ち上げるための電力制御に関するものである。

メタルハライドランプなどの高輝度放電灯はその輝度の高さから車載用途にも用いられている。車載用途では特に視認性の早期確保を実現するため、始動時に光束を急速に立ち上げる必要がある。特許第２９４６３８４号（特許文献１）や特開２０００−２３５８９９号（特許文献２）では点灯直後に定格電力より過大な電力を放電灯に供給することで光束の立ち上りを早める技術が開示されている。

図２９に高輝度放電灯を点灯させる回路の一例を示す。これは直流電源１と、直流電源１からの電圧を放電灯５が必要とする電圧に昇降圧するＤＣ−ＤＣコンバータ部２と、ＤＣ−ＤＣコンバータ部２の直流出力電圧を低周波の矩形波電圧に変換するインバータ部３と、放電灯５を始動させる数１０ｋＶの電圧を発生させるイグナイタ部４と、放電灯５と、出力電圧と出力電流を検出し出力電力が目標電力となるようにＤＣ−ＤＣコンバータ部２を制御する制御部６と、から構成される。

各部の回路構成を以下に示す。直流電源１と直列にＤＣ−ＤＣコンバータ部２のトランスＴ１の１次側Ｐ１とトランスＴ１の１次側をスイッチングするスイッチング素子Ｑ１が接続される。トランスＴ１の２次側Ｓ１にはダイオードＤ１と平滑コンデンサＣ１が直列に接続される。なお、ダイオードＤ１の方向はスイッチング素子Ｑ１がＯＮして、トランスＴ１の１次側Ｐ１に電圧が印加されたときに、トランスＴ１の２次側Ｓ１に発生する電流を止める方向である。以上でＤＣ−ＤＣコンバータ部２を構成している。

また、ＤＣ−ＤＣコンバータ部２の平滑コンデンサＣ１と並列にスイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５で構成されるフルブリッジ回路が接続される。以上でインバータ部３を構成している。

つづいて、フルブリッジ回路の出力と並列に、コンデンサＣｓと、トランスＴ２の１次側Ｐ２とスパークギャップＳＧ１の直列回路と、トランスＴ２の２次側Ｓ２と放電灯５の直列回路とが接続される。放電灯５を除く以上の回路でイグナイタ部４を構成している。

また、制御部６は電流目標演算部６１において、電力目標記憶部６２の出力である放電灯５に供給する電力の目標値である出力電力目標値を出力電圧検出値で割ることによって、出力電流目標値を得る。さらに、上記出力電流目標値と出力電流検出値を誤差アンプ６３で比較し、その差が生じなくなるように出力制御信号を出力する。

以上の構成を用いて、光束の立ち上りを早め、かつ光束のオーバーシュートやアンダーシュートを防ぐため、電力目標記憶部６２は図３０に示すように時間に対する出力電力目標値のカーブを記憶しており、放電灯５の始動後、上記カーブに沿った出力電力目標値を出力する（なお、出力電力目標値はコンデンサへの電荷充放電にて作製してもよい）。

上記構成により、図３０の出力電力目標値の電力量を放電灯５に印加する。期間Ａで定格電力の倍以上の電力を放電灯５に印加し、光束を急速に立ち上げる（約４秒間程度）。期間Ｂでは光束がオーバーシュートやアンダーシュートを起こさないように、約４０〜５０秒の間に、滑らかに出力電力目標値を低減し、期間Ｃの定格出力に漸近させる。

ただし、上記の制御は放電灯が冷えた状態（初始動）の場合に行うものであり、点灯していた放電灯を消灯後直ぐに再点灯させる場合（再始動）など、放電灯が温かい状態において上記の制御を行うと、放電灯が期間Ａ〜期間Ｂにおいて過剰発光する。そこで、放電灯の状態に応じて、電力目標記憶部６２は、時間に対する出力電力目標値のカーブを期間Ａ〜期間Ｂの途中の時間から出力し、放電灯５に投入する電力を抑えることで、再始動時の過剰発光を防いでいる。

以下に回路の動作を説明する。電源がＯＮされて、スイッチング素子Ｑ１がオンすると、トランスＴ１の１次側Ｐ１とスイッチング素子Ｑ１を電流が流れる。しかし、トランスの２次側Ｓ１ではダイオードＤ１により電流が阻止されるため、そのエネルギーはトランスＴ１に蓄えられる。次にスイッチング素子Ｑ１をオフすると、トランスＴ１の２次側Ｓ１→コンデンサＣ１→ダイオードＤ１のルートで電流が流れ、トランスＴ１に蓄えられていたエネルギーが平滑コンデンサＣ１へと移される。

放電灯５が始動する前は、放電灯５が開放状態であるため、コンデンサＣ１の電圧は上昇し、フルブリッジインバータ部３をスイッチング素子Ｑ２，Ｑ５がＯＮ、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４がＯＦＦで固定しておくことにより、コンデンサＣｓの電圧も上昇する。上記電圧が所定電圧以上になるとスパークギャップＳＧ１がブレークダウンし、トランスＴ２の１次側Ｐ２に瞬時に電圧がかかり、トランスＴ２の２次側Ｓ２には上記電圧を巻数比倍した高電圧が印加される。この高電圧（数１０ｋＶ程度）により放電灯５がブレークダウンする。その瞬間にＤＣ−ＤＣコンバータ部２から放電灯５に電流が流れ、放電灯５はアーク放電に移行する。

放電灯５の点灯後は、フルブリッジインバータ部３の出力極性を所定時間間隔で交番させながら、電流目標演算部６１において、電力目標記憶部６２からの出力電力目標値を出力電圧検出値で割ることによって、出力電流目標値を得る。この出力電流目標値と、検出される出力電流値を誤差アンプ６３で比較し、その誤差量に応じた出力制御信号によりＤＣ−ＤＣコンバータ部２を制御してその出力を調整する。以上により放電灯５の安定点灯を実現している。
特許第２９４６３８４号公報 特開２０００−２３５８９９号公報

従来の制御にて、図３１（ａ）のように電力を投入したとき、放電灯５の光束は通常図３１（ｂ）のように変化する。しかし、放電灯５は製造上の誤差による個体差等を有しており、一定の出力電力目標値のカーブを用いた制御では、光束の立ち上りにばらつきが生じてしまい、図３２（ｂ）に示すように、標準的な放電灯５の立ち上げである特性αに対して、立ち上りが急であり、オーバーシュートする特性βや立ち上りの遅い特性γが存在するといった課題があった。

また、近年環境負荷低減の観点から、高輝度放電灯より水銀を削除した高輝度放電灯（以下無水銀高輝度放電灯と記載）が開発された。従来の水銀を含む高輝度放電灯（以下有水銀高輝度放電灯と記載）と比較して、無水銀高輝度放電灯は定格点灯時の出力電力は同等であるが、管電圧が約半分である。

例えば、定格電力３５Ｗの場合、有水銀高輝度放電灯では、定格放電灯電圧８５Ｖ、定格放電灯電流０．４Ａに対して、無水銀高輝度放電灯では、定格放電灯電圧４２Ｖ、定格放電灯電流０．８Ａとなる。

また、有水銀高輝度放電灯は、始動後の最大出力電力投入（図３０の期間Ａ：約４秒間）により水銀が発光して光束を立ち上げていたが、無水銀高輝度放電灯は上記発光がないため光束の立ち上がりが遅かった。このため、無水銀高輝度放電灯の点灯装置は、光束を急激に立ち上げるため、有水銀高輝度放電灯と比較して、始動時の最大出力電力を大きくする（最大出力時の電流値も大きい）制御が行われている（図３３）。

このため、有水銀高輝度放電灯の点灯装置と比較して、無水銀高輝度放電灯の点灯装置では、以下のような課題が発生もしくは顕著化した。
《課題１》
上記光束の立ち上がりのばらつきがさらに大きくなる（図３３の特性ｃ）。ランプ毎の光束立ち上がりのばらつきは、始動後４秒の光束が定格点灯時の光束の２５％〜４５％程度も有り、かつ光束のオーバーシュートがないことが望まれる。ばらつきを抑える手段として、特開２００５−１９３３７号に示すような手段が提案されているが、ばらつきが大きくなると補正する量も大きくなり、違和感（光束のオーバーシュートやアンダーシュート、さらにはちらつき）の少ない光束の立ち上がりの実現が困難となる。

《課題２》
始動後４秒程度経過後、一定の最大出力電力を連続的に投入すると、光束の立ち上がりが遅くなったり、最悪の場合は低下してしまう（図３３の特性ｂ）。これにより、始動時の光束立ち上がり時に感じる違和感が大きくなる（光束立ち上がり時の違和感はないことが望まれる）。

《課題３》
最大出力電力を大きく（最大電流を大きく）したために、放電灯の始動時の閃光が大きくなる（図３３の特性ａ）。このため、始動時の違和感が大きくなる（閃光は、極力低いことが望まれる）。

《課題４》
始動後４秒時点での光束を定格点灯時の２５％〜４５％程度確保し、かつその後も立ち上がりが遅れることなく、無水銀高輝度放電灯の光束を立ち上げるためには、より大きな最大出力電力値を長時間、放電灯へ供給する必要がある。これは放電灯点灯装置に使用する各種部品の定格を上げる等により実現可能だが、放電灯点灯装置の大型化や高コスト化の原因となる（放電灯点灯装置の大型化や高コスト化を抑えて、無水銀高輝度放電灯の点灯装置を実現することが望まれる）。

本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、点灯装置の小型化と低コスト化を可能とし、始動時の閃光を低減し、光束立上げ時の違和感を抑制し、また、放電灯毎のばらつきを容易に抑えることが可能な放電灯点灯装置を実現することを目的とする。

請求項１の発明は、上記の課題を解決するために、図２９に示すように、直流電圧を受け、該直流電圧を放電灯５が必要とする出力へ変換する点灯回路部２と、放電灯電圧を検出する放電灯電圧検出部と、放電灯電流を検出する放電灯電流検出部と、検出した放電灯電圧値と放電灯電流値を受けて所定の目標電力値となるよう前記点灯回路部２を制御する制御部６とから構成され、前記制御部６は、放電灯５の始動後、前記所定の目標電力値を、定格電力値より大きな出力電力値から定格電力値へと数秒ないし数１０秒の間に低減していく制御を行う放電灯点灯装置において、前記制御部６は、図２に示すように、放電灯始動後の目標電力値を定格電力値より大きな第１の出力電力値とし、かつ、放電灯始動後の第１の所定時間は、最大出力電力値である第２の出力電力値に向かい目標電力値を上昇させることを特徴とするものである。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、第１の出力電力値は定格電力値の１．５倍以上であり、かつ第２の出力電力値は定格電力値の２倍以上であり、かつ（第２の出力電力値−第１の出力電力値）≧１０Ｗの関係が成り立つことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または２の発明において、第１の所定時間Ｔ１は２秒以上１０秒以下であることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかの発明において、第２の出力電力値から出力を低減し、第１の出力電力値を通過するまでの第２の所定時間Ｔ２は、第１の所定時間Ｔ１よりも短いことを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかの発明において、前記制御部６は、第１の所定時間まで二次関数のような多項関数を用いて出力を上昇させることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１〜４のいずれかの発明において、前記制御部６は、第１の所定時間後、第３の所定時間まで、二次関数のような多項関数を用いて出力を低減させることを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれかの発明において、前記制御部６は、図１１〜図１５に示すように、前記直流電圧が低下するに応じて、第２の出力電力値と放電灯始動時の出力電力値の両方を、第２の出力電力値＞放電灯始動時の出力電力値≧定格電力値の関係が成り立つように低減することを特徴とする。

請求項８の発明は、請求項１〜６のいずれかの発明において、前記制御部６は、図１６〜図２０に示すように、点灯装置の温度が高温となるに応じて、第２の出力電力値と放電灯始動時の出力電力値の両方を、第２の出力電力値＞放電灯始動時の出力電力値≧定格電力値の関係が成り立つように低減することを特徴とする。

請求項９の発明は、請求項１〜８のいずれかの発明において、前記制御部６は、図２１〜図２６に示すように、始動後の経過時間に基準放電灯の目標電圧値を対応付けて記憶した基準放電灯電圧記憶部６７と、一定間隔にて複数回、電圧検出部で検出した電圧の平均値と基準放電灯電圧記憶部６７から読み出した目標電圧値との差分に応じて、差分の絶対値が大きいほど電力補正値の絶対値を大きく設定し、かつ、前記電力補正値を用いて目標電力値を補正目標電力値に補正する電力目標値調整部６４と、を有し、放電灯５の始動より第４の所定時間以降は、前記補正目標電力値となるように制御し、かつ、第１の所定時間＜第４の所定時間の関係が成り立つことを特徴とする。

請求項１０の発明は、請求項１〜９のいずれかの発明において、前記放電灯５が実質的に水銀を封入していない車載用高輝度放電灯であることを特徴とする。
請求項１１の発明は、請求項１〜１０のいずれかに記載の放電灯点灯装置を搭載した車載用前照灯である（図２７）。
請求項１２の発明は、請求項１１記載の車載用前照灯を搭載した車両である（図２８）。

本発明によれば、放電灯始動時の出力電力を最大出力電力値よりも小さな値であり、かつ定格電力よりは大きな値とし、そこから出力電力を最大出力電力値へと上昇させることにより、最大出力電力を出力する時間を短くし点灯装置の小型化と低コスト化を実現することができる。

また、始動時の出力電力値（出力電流値）を低減することにより、始動時の閃光も低減することができる。

さらに、始動時の出力電力値を最大出力電力値よりも小さな値とすることにより、出力電力値を上昇させることが可能となり、特に光束が低減してしまう始動後４秒程度経過頃に出力電力を上昇させることにより、光束を立ち上げている途中に光束が低減してしまう違和感を抑制することができる。

また、始動時の出力電力低減により、同じ電力を投入した際に発生する放電灯毎の光束立ち上がりのばらつきを低減することが可能となり、ばらつきを容易に抑えることが可能となる。

（実施形態１）
図１に本実施形態の制御を実現するマイコン動作を示す。回路動作や回路ブロック図は従来例と同じであるためここでは説明を省略する。図１のマイコンフローは、図２９の定電力制御を行う制御部６をマイコンにより実現した際のフローである。従来例と異なる点は、放電灯５の始動からの出力電力の変化を図２に示す電力カーブのように変更した点である。

図２の電力カーブは、始動から６秒まで（Ｔ１）は、負の二次関数
Ｗ＝−１５（ｔ−６）² ／３６＋８５
にのっとり出力電力を上昇させ、１０秒付近までは負の二次関数
Ｗ＝−１５（ｔ−６）² ／１６＋８５
にのっとり出力を低減させ、その後は従来例と同様にコンデンサの充放電カーブと同様なカーブとなるように出力を低減させるものである。但し、上式において、Ｗは出力電力目標値、ｔは時間である。

以下、マイコンのフローの詳細な説明を記載する。
ステップＡでは、電源ＯＮ（ＲＥＳＥＴ入力）時に、インバータ部３の反転時間や反転回数等の変数を初期化する。

ステップＢでは、放電灯点灯前の無負荷時の制御を設定する。具体的には、イグナイタ部４が動作するように、インバータ部３の極性反転を停止した状態で、ＤＣ−ＤＣコンバータ部２の出力電圧を無負荷二次電圧（数百Ｖ）に設定する。

ステップＣでは、放電灯５が点灯しているかどうかを判断し、点灯していない場合はステップＢに戻る。放電灯５が点灯しているか否かはＤＣ−ＤＣコンバータ部２の出力電圧の低下または出力電流の増大により判定することができる。放電灯５が点灯していた場合は、以下の定電力制御を行うループへと進む。また、放電灯５が始動した時（ステップＣで放電灯５が点灯したと判断した時）から、時間を計測する。

ステップ＃１では、マイコンのＡ／Ｄ変換により放電灯電圧を読込む。
ステップ＃２では、読込み値に過去値を合わせて、平均化を行なう。平均化の一例を挙げると、検出値を最新値から３値記憶しておき（読込み時更新）、次の最新値を読込んだとき、上記３値と足し合わせて４で割る。

ステップ＃３では、マイコン内のＲＯＭに保存しているテーブルからその時の出力電力目標値を読み出す。マイコン内のＲＯＭには図２に示す時間に対する出力電力目標値のカーブを記憶しておく。放電灯５が点灯を開始した時点から計測している時間に対する出力電力の値をＲＯＭから読み出して、読み出した出力電力が放電灯５へ印加されるように制御を行う。

ステップ＃４では、出力電力目標値／放電灯電圧平均値の計算式により、出力電流目標値を演算する。
ステップ＃５では、マイコンのＡ／Ｄ変換により放電灯電流を読込む。

ステップ＃６では、読込み値に過去値を合わせて、上記の例で述べたような平均化を行なう。
ステップ＃７では、出力電流指令値と放電灯電流平均値を比較演算する。

ステップ＃８では、比較結果により、出力制御信号を変更する。
ステップ＃９では、インバータ部３の前回反転時から反転周期が経過しているか否かにより分岐する。時間経過していた場合、インバータ部３の出力極性を反転させる。

ステップ＃１０では、反転周期が経過しているとき、インバータ部３に極性反転命令を出す。
ステップ＃１１では、反転後時間計算を行う。

ステップ＃１２では、その他の制御をおこなう。
本制御により、放電灯５の始動より図２に示した電力カーブにのっとり放電灯５に電力を投入することを実現することができる。

本実施形態による効果を、図３を用いて示す。
まず、始動後すぐの光束は低下するが、安全性の面から光束として求められている始動から４秒時点の光束を変化させることなく出力電力の値を低減することができ、点灯装置の小型化と低コスト化が実現可能となる（特性ａ）。

また、始動から６秒まで出力電力を連続的に上昇させることにより、従来のような４秒以降に発生する光束の低下（特性ｂ）を抑制することが実現可能となる。

始動から６秒までの出力上昇と、その後の始動から１０秒付近までの出力電力のカーブを負の二次関数とし、放電灯始動から最大出力までの時間（Ｔ１）と最大出力到達から放電灯始動時電力までの低減時間（Ｔ２）をＴ１＞Ｔ２とする（放電灯始動後の出力上昇の速度を上昇後低減する速度よりも遅くする）ことにより、オーバーシュート（特性ｃ）の少ない（光束立ち上がりのばらつきの少ない）光束立ち上がりを実現する。

始動から６秒までの出力上昇と、その後の始動から１０秒付近までの出力電力のカーブを負の二次関数とすることにより、最大出力時の出力に不連続点の発生を防ぐことが可能となっている（特性ｄ）。

始動時の出力電力を低減（最大電流を低減）することにより、放電灯始動時の閃光（特性ｅ）を低減することができ、光の立ち上がりの違和感を防止することが可能となっている。

本実施形態は従来例にて示した、放電灯を無水銀高輝度放電灯とした際に、より顕著に発生する課題に対しての効果をメインに記載しているが、有水銀放電灯に対しても同様の効果を得ることができることは言うまでもない（ただし、特性ｂの光束低下は、有水銀放電灯では水銀発光があるため発生しない。このため、本効果は有水銀放電灯では得る必要がない）。

本実施形態では無水銀高輝度放電灯として記載しているが、本特許の請求項にある“実質的に水銀を封入していない放電灯”とは、水銀をまったく封入していないという意味と、気密容器の１ｃｃ当たり２ｍｇ未満（１ｍｇ未満だと、なお望ましい）の水銀を含んでいることの両方を含んでいる。従来の有水銀高輝度放電灯には、気密容器の１ｃｃ当たり数十ｍｇの水銀が封入されていたため、それと比較すると、実質的には水銀を含んでいないと言える。

また、本実施形態では最大出力に達する時間を６秒としているが、これは出力電力を上昇させるカーブを一例として
Ｗ＝−１５（ｔ−６）² ／３６＋８５
としたことから一意に決まった時間であり、最大出力に達する時間は６秒に限っているものではない。初期の出力電力を低減するためには、２秒〜１０秒程度なら同様の効果を得ることができる。始動初期の２秒程度が最も電流値が大きいため、点灯装置の負荷が大きくなる点、また１０秒以上出力を上昇させていると、光束のオーバーシュートが大きくなってしまう点より、任意に決定されるものである。

請求項に示した第１の出力電力値は放電灯始動時（始動後すぐの時点を意昧する。理想的には、放電灯始動後の数ｍ〜数１００ｍｓのランプが不安定な期間を経過し、電力制御を開始した時点を意味する。）の出力電力値のことであり、ｔ＝０での出力電力Ｗ＝７０を意味しており、第２の最大出力電力値はｔ＝６での出力電力値Ｗ＝８５を意味している。

また、本実施形態では始動から６秒まで出力を連続的に上昇させ続けることで特性ａ〜ｅに関する効果を得ているが、特性ｂの効果のみであれば、始動から４秒付近にて出力電力目標値を上昇させるだけで実現可能であり、それ以前にては、出力電力目標値を減少させなければ必ずしも上昇させる必要がないことは言うまでもない。

また、特性ｄ、ｅに関する効果のみであれば、例えば始動から２秒時点までの出力電力目標値を最大出力電力値よりも低いものとするだけで実現可能であることも言うまでもない。

出力電力を低減することで、光束の立ち上がりが遅くなってしまうことが懸念される。しかし、光束の立ち上がりは放電灯の始動から４秒後の光束が、定格点灯時の光束の２５％〜５０％（最適値では４５％）程度あれば、車載用として用いる場合にも安全上問題ないと考えられている。無水銀高輝度放電灯では、放電灯始動時に出力を低減しても、４秒時点の出力を始動後から連続して点灯していた場合と略同等の光束が４秒時点で出力可能であることが確認できており、提案する電力カーブの変更により光束の立ち上がり性能は満足される。

上記効果や懸念点を確認した結果の一例を図４に示す。一定の最大出力電力値を出力した光束立ち上がりの様子と、始動初期２秒間の出力を２段階（最大出力電力値−１０Ｗと−２０Ｗ）に低減した際の光束立ち上がりの様子を同時に図示したものである。

図４より、始動後２秒間の出力電力目標値を低減（１０Ｗ〜２０Ｗ）することにより、始動後２秒間の光束量は出力電力の値に応じ低いものとなっている。しかし、その後出力電力目標値を上昇させ、低減前の出力電力値を放電灯へ投入することで、始動から４秒時点での光束量は、出力低減の有無による影響をほとんど受けない結果となることが分かる。

また、始動から４秒時点での光束量は、ほとんど同等であるが、始動から１０秒付近のオーバーシュート量は、始動初期の出力電力を低減した方が少なくなることも明確であり、本実施形態により光束立ち上がりのばらつきを抑えることができることも分かる。

これにより、求める始動から４秒時点の光束量は変化させずに目標を達成し、出力電力や光束のオーバーシュートや閃光を低減することのできる光束立上り電力カーブが実現できたことが分かる。

また、放電灯始動時の出力電力と最大電力との差分が１０Ｗ未満では、特性ａやｅ、特に特性ｃに関する効果が低くなるため、電力の差分を１０Ｗ〜２０Ｗとすることが望ましい。本実施形態では、最適な１５Ｗで記載している。

それに加えて、始動時出力電力値を低く設定すると、始動後１秒時点での光束が定格点灯時の光束の２５％は必要という目標を達成できなくなる。そればかりか、放電灯の温度上昇が遅くなり、始動性やランプ寿命に悪影響を及ぼすため、始動時出力電力値を“１．５×定格電力値”以上とする必要がある。また、最大出力電力値については、“２×定格電力値”以上に設定しないと、始動後４秒時点での光束を達成できなくなることが分かっている。

これらの結果より、以下の不等式が成り立つように、電力値を設定することで、最適な電力変化を実現することが可能となる。
１０Ｗ＜（最大出力電力値−始動時出力電力値）＜（始動時出力電力値−定格電力値）

（実施形態１’）
図５に、実施形態１（図２９）に示した点灯回路の異なる一例を示す。図２９と異なる点は、商用交流電源をＡＣ−ＤＣコンバータ部（本実施形態では昇圧チョッパ）により電力変換して得た直流電圧を、直流電源１として利用している点である。それに加えて、ＤＣ−ＤＣコンバータ部２をフライバック回路に代えて降圧チョッパ方式により構成している点である。

図５に示した、点灯回路を用いた場合も、実施形態１と同様の電力投入カーブ変化を実現することにより、同様の効果を得ることができることは言うまでもない。

本発明は放電灯５に供給する電力を請求項に示すように変更することを要旨とする発明であり、ＡＣ−ＤＣコンバータ部やインバータ部３やイグナイタ部４といった構成要素の有無によらないことは言うまでもない。

（実施形態２）
図６に本実施形態の時間に対する出力電力目標値のカーブを示す。回路の構成やフローは実施形態１と同様のため、本実施形態での説明を省略する。図６の電力カーブが実施形態１と異なる点は、放電灯始動から最大出力までの時間（Ｔ１）と最大出力到達から放電灯始動時電力までの低減時間（Ｔ２）において一次関数的に出力電力を上昇、下降させている点である。

本実施形態の電力カーブを用いることにより、実施形態１と比較して、一定電力を出している場合からの出力電力低減量を増やすことができ、なおかつ、実施形態１の効果を特性ｄに関する効果を除いて実現可能となる。また、電力カーブをマイコンではなく回路を用いて実現する場合、定電流回路とコンデンサにて１次関数カーブは作製可能であり、比較的容易に実現可能である。

また、図６では時間Ｔ１の間、出力電力を連続的に上昇させているが、図７に示すように、始動初期は一定の出力電力とし、始動後４秒手前から出力を上昇させた場合でも、同様の効果を得ることができる。

また、時間Ｔ１については図６のカーブを用いて、時間Ｔ２については実施形態１のカーブを用いた、図８に示した電力カーブを用いても同様の効果を得ることができる。それだけではなく、始動時出力電力値や最大出力電力値を変更した図９や図１０に示した電力カーブを用いることで、異なるランプにも対応することができることは言うまでもない。定格電力を変更することで、対応の幅を広げることができることも言うまでもない。

本実施形態では１次関数を用い、実施形態１では２次関数を用いて電力カーブを作成しているが、これが３次関数や４次関数といった、さらなる多項関数の一部を用いて実現しても同様の効果を得ることができることは言うまでもない。

放電灯の点灯後に定電流制御を数秒間行った場合、放電灯は点灯時にインピーダンスが低く、安定点灯に近づくにつれてインピーダンスが高くなるため、本特許の制御を実施しなくとも図６の時間Ｔ１に示したカーブと同様に、出力電力が上昇するといった動作をする場合がある。しかし、上記の定電流制御では、時間に応じてではなく、ランプの状態（ランプ電圧の変化）に応じて出力電力が変化しているため、以下の問題が発生する。

まず、寿命末期等のランプ電圧が高くなった場合に、出力電力が大きくなり、光束のオーバーシュートが大きくなる。また、スローリーク等でランプ電圧が低くなった場合、出力電力が低下し、必要な光量を得ることができない。

また、図２９等に示した放電灯点灯装置の回路ブロック図には、放電灯５はイグナイタ部４と別体として記載したが、車載用高輝度放電灯の分野では、放電灯５とイグナイタ部４を一体化したランプも量産化されている。この場合、放電灯点灯装置（図２９では、イグナイタ部４を除く、ＤＣ−ＤＣコンバータ部２、インバータ部３、制御部６を収めた回路ユニット）の出力を一定電力とした場合にも、イグナイタ部４の中にあるトランスＴ２の巻線Ｓ２の抵抗分により電力が消費され、放電灯５へ供給される電力は（上記一定電力−上記消費電力）となる。また、上記消費電力は放電灯５へ供給する電流値により変化する。放電灯は始動時のインピーダンスが低いため電流値が大きくなり、上記消費電力は大きくなる。これにより、上記消費電力は始動時が最大でその後小さくなる。つまり、ランプへ供給される電力は始動時より上昇していく変化を示す。しかし、上記制御でも、上記消費電力がランプの状態に応じて出力電力が変化するため、以下の問題が発生する。

まず、寿命末期等でランプ電流が低下した場合、巻線Ｓ２での消費電力が小さくなる。この結果、ランプへの出力電力が大きくなり、光束のオーバーシュートが大きくなる。また、スローリーク等でランプ電流が増加した場合、巻線Ｓ２での消費電力が大きくなる。この結果ランプへの出力電力が小さくなり、必要な光量を得ることができない。

本実施形態の制御は、始動から数秒間の間、ランプへの出力を上昇していく電力カーブを用いて定電力制御するものであり、上記のようなランプの状態に依存した出力電力の変化はなく、いつでも安定な光束の立上げを実現するものである。

（実施形態３）
図１１に本実施形態の回路構成を示す。実施形態１、２の回路構成（従来例の図２９）と異なる点は、制御部６に電源電圧を検出する機能がある点と、その検出した電圧値に応じて、出力電力目標値を調整する電力目標調整部６４を、電力目標記憶部６２と電流目標演算部６１の間に設けた点である。

図１２に本実施形態の制御部６をマイコンにて実現した際のフローチャートを示す。実施形態１や２と異なる点は、ステップ＃３で出力電力目標値を読み出した後に、ステップαで電源電圧を読み込み、それをステップβで平均化し、平均化した電源電圧の値によりステップγで出力電力目標値を調整する点である。その後は調整した出力電力目標値となるように制御を行う。
なお、実施形態１と同一部分については同一符号を付すことにより本実施形態での説明を省略する。

本実施形態により出力電力目標値を調整する方法の一例を示す。まず、“定格電力値以上の出力電力分”を何％に低減するかを定めたテーブルをマイコンのＲＯＭに記憶しておく。これは、図１３に示すように、電源電圧に対して、“定格電力値以上の出力電力分”を低減する比を定めたものである。“定格電力値以上の出力電力分”とは、本実施形態では以下のようになる。

最大電力値の場合：定格電圧（１２Ｖ）での最大電力８５Ｗ−定格電力３５Ｗ＝５０Ｗ
始動時電力の場合：定格電圧（１２Ｖ）での始動時電力７０Ｗ−定格電力３５Ｗ＝３５Ｗ

平均化した電源電圧値と図１３に示すテーブルにより、低減する出力電力比（％）を読み出す。一例として平均化した電源電圧値を６Ｖと仮定すると、出力電力比は２５％となる。出力電力目標値から定格電力値を減算した結果と、上記出力電力比を積算する。

最大電力値の場合：５０Ｗ×０．２５＝１２．５Ｗ
始動時電力の場合：３５Ｗ×０．２５＝８．７５Ｗ

積算結果に、定格電力値を加える。
最大電力値の場合：１２．５Ｗ＋３５Ｗ＝４７．５Ｗ
始動時電力の場合：８．７５Ｗ＋３５Ｗ＝４３．７５Ｗ
この結果を、調整後の出力電力目標値としてその後の演算に使用する。

これにより、電源電圧に対する最大出力電力と始動時電力は図１４のようになり、最大出力電力＞始動時の出力電力≧定格電力の関係式を保ったまま、それぞれの電力を所定の割合にて低減することが可能となる。

また、上記制御により出力電力の時間変化を示すカーブは、例えば図２の出力電力カーブを例に取ると、電源電圧の高低に応じて図１５のように変化する。
電源電圧が低下すると、点灯装置の効率が悪化し、大きな出力を出そうとする程ロスが増大し、点灯装置が破壊する恐れがある。本実施形態により、定格電源電圧での点灯時には実施形態１の効果を実現することが可能であり、かつ大きなストレスのかかる低電源電圧時には最大出力電力や始動時電力を低減することでストレスを低減し、点灯装置の破壊を防止することを可能としている。

本実施形態では、電源電圧に応じて出力電力比を直線的に低減させたが、多項関数的に減少させたり、段階的に低減させたりしても同様の効果を得ることができることは言うまでもない。

（実施形態４）
図１６に本実施形態の回路構成を示す。実施形態３と異なる点は、制御部６の電源電圧を検出する機能の代わりに温度を検出する機能がある点（温度計測部６５）と、その検出した温度値に応じて、出力電力目標値を調整する電力目標調整部６４を、電力目標記憶部６２と電流目標演算部６１の間に設けた点である。

図１７に本実施形態の制御部６をマイコンにて実現した際のフローチャートを示す。実施形態３と異なる点は、電源電圧を読み込み、それを平均化するステップα、βが、温度を読み込み、それを平均化するステップα’、β’となり、平均化した電源電圧の値により出力電力目標値を調整するステップγが、平均化した温度の値により出力電力目標値を調整するステップγ’となる点である。なお、実施形態３と同一部については同一符号を付すことにより本実施形態での説明を省略する。

本実施形態にある出力電力目標値を調整する方法の一例を以下に示す。放電灯の温度に応じて、出力電力目標値を低減する電力量を定めたテーブルをマイコンのＲＯＭに記憶する。図１８は、温度の変化（横軸）に対して、低減する出力電力値（縦軸）を定めたものである。

ステップγ’の出力電力目標値調整にて、低減する電力量を読み出し、ステップ＃３で読み出した出力電力目標値から減算する。ただし、減算結果が定格電力以下となる場合は、定格電力を出力電力目標値とする。

これにより、平均化した温度の値に対する最大出力電力と始動時電力は図１９のようになり、最大出力電力＞始動時の出力電力≧定格電力の関係を保ったまま、それぞれの電力を低減することが可能となる。

また、上記制御により出力電力の時間変化を示すカーブは、図６の電力カーブを例に取ると、温度の高低に応じて図２０のように変化する。

なお、温度を測定する方法はサーミスタ等を用い、測定する位置は放電灯点灯装置内の発熱部品（図１６のスイッチング素子Ｑ１やトランスＴ１やダイオードＤ１）近傍がよい。

温度が上昇すると、点灯装置の効率が悪化し、大きな出力を出そうとする程、電力ロスが増大し、点灯装置が破損する恐れがある。本実施形態により、通常の温度範囲での点灯時には実施形態１の効果を実現することが可能であり、かつ大きなストレスのかかる、周囲温度の高い時には、最大出力電力や始動時電力を低減することでストレスを低減し、点灯装置の破損を防止することを可能としている。

本実施形態では、放電灯温度に応じて低減する出力電力値を直線的に低減させたが、多項関数的に減少させたり、段階的に低減させたりしても同様の効果を得ることができることは言うまでもない。

（実施形態５）
図２１に本実施形態の回路構成を示す。なお、実施形態１、２の回路構成（従来例の図２９）と同一部については同一符号を振ることにより本実施形態での説明を省略する。

従来例の回路構成と異なる点は、電力目標記憶部６２に記憶した電力カーブにより基準的な放電灯を点灯させた際の放電灯電圧値を記憶しておく基準ランプ電圧記憶部６７を設け、所定時間（所定放電灯電圧値変化毎でも可）間隔にて検出した出力電圧検出値と基準ランプ電圧記憶部６７に記憶した値とを比較して、電力目標調整部６４へ出力電力目標補正値を出力する電圧誤差演算部６６を設け、電力目標記憶部６２が出力し、電流目標演算部６１の入力となる出力電力目標値を出力電力目標補正値により補正する電力目標調整部６４を、電力目標記憶部６２と電流目標演算部６１の間に設けた点である。

図２２に本実施形態の制御部６をマイコンにて実現した際のフローを示す。従来例と異なる点は、出力電力目標値を読み出した後に、以下のフローを追加している点である。

ステップ＃３１では、放電灯始動後の時間を計測し、始動後８秒（始動後１０秒程度以降で光束が急激に立ち上がるため８秒としているが、出力電力の上昇が完了した時間（始動後６秒）以降で始動後１０秒程度までに設定することで、本実施形態の効果を満たすことができる。）以上が経過していた場合にのみ、以下のステップ＃３２〜＃３５のフローを実施する。

ステップ＃３２では、上記した基準放電灯を立ち上げた際の放電灯電圧の変化を記憶したＲＯＭから、基準放電灯電圧値を読出す。
ステップ＃３３では、上記読み出した基準放電灯電圧値とＡ／Ｄ変換で読み込み平均化を行った放電灯電圧値を比較する。
δＶｌａ＝（基準放電灯電圧値）−（平均化放電灯電圧値）

ステップ＃３４では、上記δＶｌａから、出力電力目標値を補正する電力量を演算する。具体的には、上記δＶｌａと出力電力目標値補正値を対応させたテーブルをＲＯＭに記憶しておき、そこから読み出す。
ステップ＃３５では、出力電力目標値と、電力目標値補正値を加算して、補正した結果を補正後の出力電力目標値としてその後の演算に使用する。

図２３に本実施形態の制御を行う際の、放電灯始動後の時間に対する出力電力目標値の変化を示す。
従来例１と同様に、始動後６秒（実施形態１に記載したが２〜１０秒でも良い）まで二次関数的に出力電力目標値を上昇させ、その後出力電力の低減を開始している。

本実施形態により、放電灯電圧値による出力電力目標値の補正の開始を、出力電力の上昇が終了した後に設定することができる。出力電力目標値の補正は、ランプ固有の特性により、光束が急激に立ち上がる現象に対して必要な制御であり、出力電力の上昇は光束が低減するのを防止するのを目的の一つとしている。つまり、目標出力電力値の上昇中に目標出力電力値を補正する必要はなく、放電灯のちらつき等の要因となってしまうため、本実施形態により上記の問題を回避している。

また、出力電力目標値の時間変化を図２３や図２４の上段の図に示した本実施形態の電力カーブのように変化させることにより、実施形態１にて図４を用いて説明したが、一定の最大出力を投入した場合と比べて、必要な光束量を確保しながら、光束のオーバーシュートを低減することが可能となる（図２４の下段の図に示す）。

この時のランプ電圧の変化の様子を、図２５の上段の図に示す。ランプ電圧は光束と同期する形で変化し、図中に示したように本実施形態の電力カーブを用いて出力電力を変化させることにより、従来の電力カーブを用いた場合と比較してランプ電圧の立ち上がりが遅くなる。本実施形態では、基準ランプ電圧と実際のランプ電圧の差分（ランプ電圧誤差）の大きさに応じて、一定時間間隔ごとに出力電力カーブに補正を加えているため、補正後の電力変化は図２５の中段の図のようになる。補正前の電力カーブは、従来例と本実施形態と同様であるが、補正後の電力変化はランプ電圧の差分が本実施形態の方が小さいため、補正電力値が小さくなり、補正前の電力カーブに近い値となっている。

例として、時刻ｔ１での電力補正を考えると、従来の電力カーブの場合の電圧誤差はδＶ１であり、本実施形態の電力カーブの場合δＶ２である。この結果と、図２６に示したランプ電圧誤差と補正電力値の関係を一対一に決めるテーブルにより補正電力値を決定する（図２６のテーブルを用いて、補正電力値を決めることにより、補正前の電力カーブの変化によらず、出力電力をランプ電圧に応じて自由に補正可能としている）。従来例の補正電力値はδＷ１、本実施形態の補正電力値はδＷ２となる。この補正電力値を、補正前の電力カーブより低減することで、実際の出力電力を決めている。

この電力補正の結果、図２４の下段に示した光束の立ち上がりは、従来例の電力カーブの場合も本実施形態の電力カーブの場合も、図２５の下段に示した補正後の光の立ち上がりとなる。

本実施形態の出力電力目標値の補正は、上記オーバーシュートといった光束の立ち上がりのばらつきを補正するためのものであるが、補正量が大きくなるほど補正後電力変化の時間当たりの変化量が大きくなり、安定な光束立ち上げの制御は困難となる。以上のことから、図２３の出力電力カーブを実施してオーバーシュートを低減しておくことで、上記出力電力目標値の補正量を低減することが可能となり、より安定に光束を立ち上げることが可能となる。

本実施形態では、基準ランプ電圧と実際のランプ電圧の差分を用いて補正電力値を求めたが、基準ランプ電圧の傾きと実際のランプ電圧の傾きの差分を用いて補正電力値を求めても良い。また、それらの差分を積算したものを用いて、補正電力値を求めても良い。

（実施形態６）
図２７は本発明の高輝度放電灯点灯装置を搭載した前照灯灯具の構成を示している。図中、１ａは車両用のバッテリ、１０１は点灯スイッチ、１０２はヒューズ、５は高輝度放電ランプ、８は点灯装置、８１はランプソケット、９は前照灯灯具である。イグナイタ部４はランプソケット８１に内蔵しても良い。

図２８に本発明の前照灯灯具を搭載した車両の斜視図を示す。前述の前照灯灯具９を車両２００のヘッドランプ２０１として用いた例である。本実施の形態により、違和感なく光束を立ち上げることのできる前照灯と、運転者の違和感を防止し安全性を向上させた車両を実現することが可能となる。

本発明の実施形態１の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態１の始動過程における出力電力の時間変化を示す説明図である。 本発明の実施形態１と従来例の動作を比較して示した説明図である。 本発明の実施形態１の効果を示す説明図である。 本発明の実施形態１の一変形例の回路図である。 本発明の実施形態２の基本動作を示す説明図である。 本発明の実施形態２の一変形例の動作を示す説明図である。 本発明の実施形態２の他の変形例の動作を示す説明図である。 本発明の実施形態２のさらに他の変形例の動作を示す説明図である。 本発明の実施形態２の別の変形例の動作を示す説明図である。 本発明の実施形態３の回路図である。 本発明の実施形態３の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態３の基本動作を示す説明図である。 本発明の実施形態３の電源電圧に対する最大出力電力と始動時電力の時間変化を示す説明図である。 本発明の実施形態３の始動過程における出力電力の時間変化を示す説明図である。 本発明の実施形態４の回路図である。 本発明の実施形態４の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態４の基本動作を示す説明図である。 本発明の実施形態４の検出温度に対する最大出力電力と始動時電力の時間変化を示す説明図である。 本発明の実施形態４の始動過程における出力電力の時間変化を示す説明図である。 本発明の実施形態５の回路図である。 本発明の実施形態５の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態５の始動過程における出力電力の時間変化を示す説明図である。 本発明の実施形態５と従来例の動作を比較して示した説明図である。 本発明の実施形態５の補正動作による効果を示す説明図である。 本発明の実施形態５の補正電力値とランプ電圧誤差の関係を示す特性図である。 本発明の高輝度放電灯点灯装置を搭載した前照灯灯具の概略構成図である。 本発明の前照灯灯具を搭載した車両の斜視図である。 従来の高輝度放電灯点灯装置の回路図である。 従来例の始動過程における出力電力の時間変化を示す説明図である。 従来例の課題を示す説明図である。 従来例の他の課題を示す説明図である。 従来例のさらに他の課題を示す説明図である。

符号の説明

１ 直流電源
２ ＤＣ−ＤＣコンバータ部
３ インバータ部
４ イグナイタ部
５ 放電灯
６ 制御部
６１ 電流目標演算部
６２ 電力目標記憶部
６３ 誤差アンプ
６４ 電力目標調整部
６５ 温度計測部
６６ 電圧誤差演算部
６７ 基準ランプ電圧記憶部

Claims (12)

1. 直流電圧を受け、該直流電圧を放電灯が必要とする出力へ変換する点灯回路部と、
   放電灯電圧を検出する放電灯電圧検出部と、
   放電灯電流を検出する放電灯電流検出部と、
   検出した放電灯電圧値と放電灯電流値を受けて所定の目標電力値となるよう前記点灯回路部を制御する制御部とから構成され、
   前記制御部は、放電灯始動後、前記所定の目標電力値を、定格電力値より大きな出力電力値から定格電力値へと数秒ないし数１０秒の間に低減していく制御を行う放電灯点灯装置において、
   前記制御部は、放電灯始動後の目標電力値を定格電力値より大きな第１の出力電力値とし、かつ、放電灯始動後の第１の所定時間は、最大出力電力値である第２の出力電力値に向かい目標電力値を上昇させることを特徴とする放電灯点灯装置。
2. 第１の出力電力値は定格電力値の１．５倍以上であり、かつ第２の出力電力値は定格電力値の２倍以上であり、かつ（第２の出力電力値−第１の出力電力値）≧１０Ｗの関係が成り立つことを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
3. 第１の所定時間は２秒以上１０秒以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の放電灯点灯装置。
4. 第２の出力電力値から出力を低減し、第１の出力電力値を通過するまでの第２の所定時間は、第１の所定時間よりも短いことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
5. 前記制御部は、第１の所定時間まで二次関数のような多項関数を用いて出力を上昇させることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
6. 前記制御部は、第１の所定時間後、第３の所定時間まで、二次関数のような多項関数を用いて出力を低減させることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
7. 前記制御部は、前記直流電圧が低下するに応じて、第２の出力電力値と放電灯始動時の出力電力値の両方を、第２の出力電力値＞放電灯始動時の出力電力値≧定格電力値の関係が成り立つように低減することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
8. 前記制御部は、点灯装置の温度が高温となるに応じて、第２の出力電力値と放電灯始動時の出力電力値の両方を、第２の出力電力値＞放電灯始動時の出力電力値≧定格電力値の関係が成り立つように低減することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
9. 前記制御部は、始動後の経過時間に基準放電灯の目標電圧値を対応付けて記憶した基準放電灯電圧記憶部と、一定間隔にて複数回、電圧検出部で検出した電圧の平均値と基準放電灯電圧記憶部から読み出した目標電圧値との差分に応じて、差分の絶対値が大きいほど電力補正値の絶対値を大きく設定し、かつ、前記電力補正値を用いて目標電力値を補正目標電力値に補正する電力目標値制御部と、を有し、放電灯の始動より第４の所定時間以降は、前記補正目標電力値となるように制御し、かつ、第１の所定時間＜第４の所定時間の関係が成り立つことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
10. 前記放電灯が実質的に水銀を封入していない車載用高輝度放電灯であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の車載用高輝度放電灯点灯装置。
11. 請求項１〜１０のいずれかに記載の放電灯点灯装置を搭載した車載用前照灯。
12. 請求項１１記載の車載用前照灯を搭載した車両。

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