JP3189609B2 - 放電ランプ点灯装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、放電ランプ、特にＨＩ
Ｄランプ（高輝度放電ランプ）を点灯する放電ランプ点
灯装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＨＩＤランプは高効率・長寿命と
いう特徴から屋外照明分野などに広く応用されている。
中でもメタルハライドランプは演色性が良く、その特性
をいかし屋外照明分野のみならず、屋内照明分野にも普
及しつつあり、また映像機器用の光源・車両の前照灯用
光源として注目されている。従来の放電ランプ点灯装置
には、昭和５８年照明学会東京支部大会論文集Ｎｏ．１
０に記載されたものがある。この放電ランプ点灯装置を
図１１を用いて詳しく説明する。

【０００３】図１１は、上述した従来の放電ランプ点灯
装置の基本構成図である。図１１において、１０１は放
電ランプであるメタルハライドランプであり、１０２は
メタルハライドランプ１０１を始動・点灯するための点
灯回路である。点灯回路１０２は直流電源１０３とイン
バータ回路であるフルブリッジインバータ回路１０４と
始動回路１０５とで構成されている。直流電源１０３は
商用の交流電源１０６と、商用の交流電源１０６の出力
を整流平滑して直流に変換する整流平滑回路１０７と、
整流平滑回路１０７の出力を入力しメタルハライドラン
プ１０１に供給する電力を所定の値に制御するトランジ
スタ１０８とダイオード１０９とチョークコイル１１０
とコンデンサ１１１と抵抗１１２、１１３、１１４と制
御回路１１５で構成される降圧チョッパ回路１１６とで
構成されており、降圧チョッパ回路１１６は抵抗１１
２、１１３で出力電圧を検出し、抵抗１１４で出力電流
を検出して２つの検出信号を制御回路１１５で演算し、
降圧チョッパ回路１１６の出力電力が所定の値になるよ
うに制御回路１１５の出力信号でトランジスタ１０８を
オン・オフ（ＯＮ・ＯＦＦ）制御する。この時、降圧チ
ョッパ回路１１６の出力電圧は所定の直流電圧であり、
図１２（ａ）に降圧チョッパ回路１１６の出力電圧波形
を示す。

【０００４】フルブリッジインバータ回路１０４はトラ
ンジスタ１１７、１１８、１１９、１２０とドライブ回
路１２１とで構成され、ドライブ回路１２１の出力信号
によってトランジスタ１１７、１２０とトランジスタ１
１８、１１９を交互にＯＮ・ＯＦＦさせることによって
降圧チョッパ回路１１６の出力を交流に変換する構成で
あり、図１２（ｂ）に示す瞬時電圧が時間的に変化しな
い矩形の電圧波形がフルブリッジインバータ回路１０４
から出力される。また、始動回路１０５はメタルハライ
ドランプ１０１を始動させるための高圧パルスを発生す
る構成のものである。

【０００５】以上のような構成により、始動回路１０５
から発生した高圧パルスがメタルハライドランプ１０１
に印加されメタルハライドランプ１０１が点灯すると、
抵抗１１２、１１３で検出するメタルハライドランプ１
０１のランプ電圧に比例した信号と抵抗１１４で検出す
るメタルハライドランプ１０１のランプ電流に比例した
信号を制御回路１１５で演算しメタルハライドランプ１
０１に供給される電力が定格ランプ電力になるようにト
ランジスタ１０８をオン・オフ制御し、降圧チョッパ回
路１１６からは所定の直流電圧が出力される。降圧チョ
ッパ回路１１６の出力を入力したフルブリッジインバー
タ回路１０４で矩形の交流波形に変換するのでメタルハ
ライドランプ１０１は矩形の交流波形で点灯を維持す
る。

【０００６】なお、フルブリッジインバータ回路１０４
によって変換される交流の周波数はＨＩＤランプ特有の
音響的共鳴現象に起因した放電アークのゆらぎ、立消
え、またはメタルハライドランプ１０１の破裂などの問
題を回避するため数１００Ｈｚに設定するのが通常であ
り、図１１の従来の放電ランプ点灯装置は４００Ｈｚに
設定されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来の構成で、
メタルハライドランプ１０１を水平点灯させた時のメタ
ルハライドランプ１０１を側面からみた構成と放電アー
クを図１３（ａ）に示す。図１３（ａ）において１２
２、１２３は電極、１２４はメタルハライドランプ１０
１を形成する石英ガラスであり、１２５は放電アークで
ある。メタルハライドランプ１０１が点灯すると放電ア
ークの中央部の温度は約５０００Ｋに達し、アーク中心
部から所定の温度勾配で温度が低下して管壁付近では約
１０００Ｋになる。そのため、アーク中心部で加熱され
密度が小さくなったガスが上方向へ移動し、管壁付近の
密度の大きいガスがアーク中心へ流れ込む対流現象が発
生する。図１３（ｂ）はメタルハライドランプ１０１の
電極間中心を含む電極軸と直交する断面の対流によるガ
スの流れを示す図であり、１２６が石英ガラス、１２７
が放電アークであり、対流によるガスの流れを矢印で示
す。対流によるガスの流れにより、放電アーク１２７は
電極軸と直交する円形断面の中心より上部に位置するこ
とになる。そのため、図１３（ａ）に示すように放電ア
ーク１２５は上方向に湾曲する。特に近年、映像機器用
の光源・車両の前照灯用光源として注目されているメタ
ルハライドランプは短アーク化が進みつつあり、点灯時
の水銀圧力をより高くする必要がある。水銀圧力の増大
は対流および放電アークの湾曲をさらに増大させる。

【０００８】放電アークが湾曲すると以下のような問題
点がある。放電空間上部の石英ガラスと放電アークとの
距離が小さくなり石英ガラスの温度上昇が大きく、石英
ガラスの劣化すなわち失透による光束低下、反射鏡と組
み合わせた時の集光効率の低下が大きくなる。また石英
ガラスの軟化により変形（膨れ）が発生し放電空間の内
容積が増大して発光特性が変化する。また、放電空間下
部の温度低下を招き、放電空間内の動作圧力を決定する
最冷点温度が低下し発光効率が低下する。また、放電ラ
ンプを反射鏡と組み合わせて使用する時、一般に反射鏡
の光軸上に放電アークを配置するが、反射鏡の光軸に対
して放電アークの形状が上下非対称となり反射鏡の光軸
を含む放電アークの断面形状が、光軸を取り巻く全周方
向ですべて異なる。そのために反射鏡の光軸を取り巻く
全周方向の断面で放電アークの異なる形状を考慮し反射
鏡設計を実施する必要があり設計が非常に複雑で、反射
鏡の形状も複雑になる。

【０００９】また、矩形の交流波形を放電ランプに供給
する点灯回路には、放電ランプに供給する電力を所定の
値に制御するためのランプ電流制限用のパワー回路（降
圧チョッパ回路）と低周波の交流に変換するためのパワ
ー回路（インバータ回路）が必要である。すなわち、放
電ランプの電流制限機能と直流を交流に変換する機能を
実現するため個別パワー回路が必要となるため、点灯回
路の小形化・軽量化・低コスト化が困難であった。この
問題を改善するため、蛍光ランプ用のインバータ回路の
ように電流制限をチョークコイルで行なう方法もある
が、メタルハライドランプなどのＨＩＤランプでは音響
的共鳴現象に起因する放電アークのゆらぎや立消えを回
避するため低周波で点灯するしかなくチョークコイルが
非常に大きくなり点灯回路を小形化できない。

【００１０】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、放電ランプを点灯させた時の放電アークを湾曲させ
ず一直線状にして、石英ガラスの温度分布を均熱化し、
石英ガラスの局所的な温度上昇（水平点灯時は上部の温
度上昇）を小さくして石英ガラスの劣化・変形を防止す
る。また、放電空間下部の最冷点温度を上昇させ発光効
率を向上させる。さらに、反射鏡の光軸を含む断面の放
電アークの断面形状を光軸を取り巻く全周方向ですべて
同一形状にできるので一断面の設計が他の断面に応用で
き反射鏡の設計が非常に簡単で単純な形状にできる放電
ランプ点灯装置を提供することを目的としている。

【００１１】また、放電アークのゆらぎ、立消えなどを
起こすことなく高周波で放電ランプを点灯できるように
し、放電ランプの電流制限機能を小形のリアクターまた
は小形のパワー回路で構成して、点灯回路の小形化・軽
量化・低コスト化できる放電ランプ点灯装置を提供する
ことを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の放電ランプ点灯装置は、放電ランプと、前記
放電ランプに所定の波形を供給し点灯させる点灯回路を
備え、点灯周波数を少なくとも前記放電ランプの放電空
間媒質中の音速と前記放電ランプの放電アークに交差す
る放電空間の長さとで決定される音響的共鳴周波数に選
定したものである。

【００１３】また、点灯回路から放電ランプに点灯周波
数ｆで瞬時電圧または瞬時電流または瞬時電力が時間的
に変化する波形（例えば正弦波・三角波・鋸波・階段波
・指数関数波および複合波など）を供給し、点灯周波数
ｆの一般式が（数１）で示される音響的共鳴周波数に選
定したものである。

【００１４】

【数１】

【００１５】さらに、放電ランプの放電アークに交差す
る放電空間の長さが、前記放電ランプの電極軸と直交す
る断面の長さであり、特に電極間中心を含む電極軸と直
交する断面の長さであることを特徴とするものである。

【００１６】また、放電ランプに供給する波形の点灯周
波数を音響的共鳴周波数を含む所定の範囲で変化させる
ものである。

【００１７】また、点灯回路は、音響的共鳴周波数で出
力電圧または出力電流または出力電力を時間的に変化す
る直流電源Ａと、前記直流電源Ａの出力端に接続され前
記点灯回路の出力端に接続された放電ランプを始動させ
るための始動回路を備えたものである。

【００１８】さらに、直流電源Ａと始動回路との間に前
記直流電源Ａの出力を交流に変換するインバータ回路Ａ
を備えたものである。

【００１９】また、点灯回路は、直流電源Ｂと、前記直
流電源Ｂの出力端に接続され前記直流電源Ｂの出力を少
なくとも音響的共鳴周波数成分を有する交流波形に変換
するインバータ回路Ｂと、前記インバータ回路Ｂの出力
端に接続された放電ランプのランプ電流を制限するリア
クターと、前記リアクターと前記放電ランプの間に前記
放電ランプを始動させるための始動回路を備えたもので
ある。

【００２０】さらに、点灯回路は、放電ランプの点灯直
後は定格ランプ電流以上の電流を前記放電ランプに供給
し、点灯時間の経過とともに供給するランプ電流が所定
の傾斜で減少する特性を備えたものである。

【００２１】さらに、点灯回路は、放電ランプのランプ
特性を検出して点灯周波数を音響的共鳴周波数にあわせ
る制御手段を備えたものである。

【００２２】

【作用】本発明は上記した構成により、放電ランプに音
響的共鳴周波数、特に一般式（数１）で示される点灯周
波数ｆで瞬時電圧または瞬時電流または瞬時電力が時間
的に変化する波形を供給すると、放電アークのゆらぎ、
立消えなどを起こすことなく高周波で安定に点灯するこ
とができ、しかも放電ランプの放電アークを一直線状の
形状にできる。

【００２３】放電アークのゆらぎ、立消えなどを起こす
ことなく安定に点灯することができ、しかも放電アーク
の形状が一直線状になる理由は、放電アークから発生す
る粗密波から推察される。放電ランプに供給する電圧・
電流・電力の周期的な変動によって放電アークにガス圧
力の周期的な変動を生じる。このガス圧力の周期的な変
動が粗密波となり放電アークから全周方向に発する。放
電アークから全周方向に発した粗密波は管壁方向に進行
し（進行波）、管壁で反射される（反射波）。放電アー
ク付近で、この２つの粗密波（進行波と反射波）の変位
に差があると、２つの粗密波の変位が小さくなる位置に
放電アークが移動するはずである。高周波である音響的
共鳴周波数、特に一般式（数１）で示される点灯周波数
ｆの波形を放電ランプに供給すると、放電アークに交差
する放電空間の長さを含む断面において放電アークが管
壁に対して等距離の位置（例えば、放電空間における放
電アークに交差する放電空間の長さを含む断面形状が円
形の時は円の中心）では、放電アークを含むその近傍で
進行波と反射波の変位を常に同レベルに制御でき放電ア
ークが移動することなく安定に点灯できる。この時、放
電アークに交差する放電空間の長さを含む断面では２つ
の粗密波（進行波と反射波）が干渉して定常波が発生し
ている。また放電アークに交差する放電空間の長さを電
極軸と直交する断面の長さとすると管壁に対して等距離
の位置である断面の中心で放電アークが移動することな
く安定になるため放電アークの形状が一直線状になる。

【００２４】以上の結果、放電アークのゆらぎ、立消え
などを起こすことなく高周波で安定に点灯することが可
能になる。また、放電ランプの放電アークの形状が水平
点灯しても湾曲することなく一直線状になるため放電空
間上部の石英ガラスと放電アークとの距離が大きくなり
石英ガラスの局所的な温度上昇が小さくなる。また、逆
に放電空間下部の最冷点温度は上昇する。さらに、反射
鏡の光軸上に放電アークを配置すると光軸を含む放電ア
ークの断面形状が光軸を取り巻く全周方向のすべての断
面で同一形状になる。

【００２５】

【実施例】以下本発明の実施例について図面を参照しな
がら説明する。まず音響的共鳴周波数である一般式（数
１）から求めた点灯周波数ｆ（＝ｎＶ／（２Ｌ）、ただ
しＶは放電空間媒質中の音速、Ｌを放電アークに交差す
る放電空間の長さ）で放電ランプを点灯させた時の実験
結果を説明する。

【００２６】実験に使用した放電ランプは３種類のメタ
ルハライドランプＡ・Ｂ・Ｃである。メタルハライドラ
ンプＡは、電極軸を含む断面が電極間中心部付近に平坦
部を有する俵形で、電極軸と直交する断面がほぼ円形の
放電空間を有するランプであり、またメタルハライドラ
ンプＢ・Ｃは、電極軸を含む断面がほぼ楕円形（メタル
ハライドランプＣは円形に近い楕円形である。）で、電
極軸と直交する断面がほぼ円形の放電空間を有するラン
プである。

【００２７】これらのメタルハライドランプＡ・Ｂ・Ｃ
の電極軸を含む断面の形状と放電アークに交差する放電
空間の長さである電極間中心を含む電極軸と直交する断
面の長さＬ（電極軸と直交する断面が円形であるので円
の直径とする）の実測値と封入物質の種類・その封入量
・放電空間の容積などを考慮し実験的に求めた放電空間
媒質中の音速Ｖの値を（表１）に示す。

【００２８】

【表１】

【００２９】なお、（表１）の電極軸を含む断面の形状
において、１はメタルハライドランプＡの放電空間を形
成する石英ガラスであり、２、３は電極であって放電ア
ークは電極２、３間で発生する。また４はメタルハライ
ドランプＢの放電空間を形成する石英ガラスであり、
５、６は電極であって放電アークは電極５、６間で発生
する。同様に、７はメタルハライドランプＣの放電空間
を形成する石英ガラスであり、８、９は電極であって放
電アークは電極８、９間で発生する。

【００３０】また、メタルハライドランプＡ・Ｂ・Ｃは
放電空間媒質中の音速Ｖが同一で、電極間中心を含む電
極軸と直交する断面長さＬが異なる（放電空間の形状が
異なる）ものである。（表１）に示した条件を一般式
（数１）に代入し、点灯周波数ｆを求めた結果を（表
２）に示す。

【００３１】

【表２】

【００３２】（表２）に示した点灯周波数ｆ（７６．７
ｋＨｚ）の正弦波電流波形をメタルハライドランプＡに
供給し水平点灯させた時と、従来の技術の４００Ｈｚの
矩形波電流波形をメタルハライドランプＡに供給し水平
点灯させた時との放電アークの形状と放電アークの曲が
りの大きさ（電極軸と、電極間中心を含む電極軸と直交
する断面での放電アークの最高輝度点との距離）と発光
効率と石英ガラスの上部表面の最高温度と下部表面の最
低温度を比較検討した結果を図１に示す。点灯周波数７
６．７ｋＨｚの正弦波電流波形でメタルハライドランプ
Ａを点灯すると放電アークのゆらぎ、立消えなどを起こ
すことなく放電アークの曲がりもほとんどなく一直線状
の放電アーク形状で安定に点灯することができた。な
お、本実験では７４．６ｋＨｚ〜７７．７ｋＨｚの周波
数の範囲において放電アークが安定に一直線状になっ
た。

【００３３】また、（表２）に示した点灯周波数（２
３．０ｋＨｚ）の正弦波電流波形および三角波電流波形
をメタルハライドランプＢに供給し水平点灯させた時
と、従来の技術で１２０Ｈｚの矩形波電流波形をメタル
ハライドランプＢに供給し水平点灯させた時との放電ア
ークの形状と放電アークの曲がりの大きさと発光効率と
石英ガラスの上部表面の最高温度と下部表面の最低温度
を比較検討した結果を図２に示す。点灯周波数２３．０
ｋＨｚの正弦波電流波形または三角波電流波形でメタル
ハライドランプＢを点灯すると放電アークのゆらぎ、立
消えなどを起こすことなく放電アークの曲がりもほとん
どなく一直線状の放電アーク形状で安定に点灯すること
ができた。なお、本実験では２２．４ｋＨｚ〜２３．７
ｋＨｚの周波数の範囲において放電アークが安定に一直
線状になった。

【００３４】さらに、（表２）に示した点灯周波数ｆ
（１７．８ｋＨｚ）の正弦波電流波形をメタルハライド
ランプＣに供給し水平点灯させても、同様に放電アーク
のゆらぎ、立消えなどを起こすことなく一直線状の放電
アーク形状で安定に点灯することができた。

【００３５】以上のように、従来の技術の矩形波点灯方
式で点灯した時、放電アークの形状は、対流の作用によ
って上方向に湾曲するのに対して、一般式（数１）から
求めた音響的共鳴周波数である点灯周波数ｆの正弦波電
流波形または三角波電流波形をランプに供給すると放電
アークの形状は、ほぼ一直線状で安定に点灯することが
できた。この理由は、メタルハライドランプＡ・Ｂ・Ｃ
の電極軸と直交する断面が円形であり、放電アークに交
差する放電空間の長さを電極間中心を含む電極軸と直交
する円形断面の直径としているため、放電アークから全
周方向に発した粗密波は電極軸と直交する円形断面の中
心である電極軸上で進行波と反射波の変位を同レベルに
制御でき放電アークが移動することなく安定になり、そ
の結果、従来の技術で対流作用により湾曲し最も電極軸
から離れる電極間中心で電極軸上に放電アークが位置す
るようになるからである。

【００３６】また、メタルハライドランプＡ・Ｂ・Ｃを
反射鏡と組み合わせて配光制御する時、一般に反射鏡の
光軸上に放電アークを配置するが、放電アークの形状が
一直線状になるので、前記反射鏡の光軸に対して放電ア
ークの形状が上下対称形状にでき、反射鏡の光軸を含
む、放電アークの断面形状が、光軸を取り巻く全周方向
ですべて同一形状になる。そのため必要とする配光特性
を反射鏡の光軸を含む１断面で検討した結果が他の断面
に応用可能になり反射鏡の設計が非常に簡単になり、簡
単な構成の反射鏡でよい。

【００３７】また、図１と図２に示す特性比較結果か
ら、従来の技術では、放電アークが上方向に湾曲し放電
アークが石英ガラスの上部に接近するため石英ガラスの
上部表面の温度が９５０℃以上で１０００℃近くになる
が、（表２）に示した点灯周波数ｆで各メタルハライド
ランプを点灯すると放電アークの形状が一直線状になる
ため、石英ガラスの上部表面の最高温度を９０〜１０５
℃低下させることができる。一般に、メタルハライドラ
ンプＡ、Ｂ、Ｃを形成する石英ガラスは１０００℃近く
になると急速に劣化し、石英ガラスの失透や変形（膨
れ）が発生するが、一般式（数１）で求めた点灯周波数
ｆで点灯すると、石英ガラスの最も高温になる石英ガラ
スの上部表面の最高温度を９００℃以下にできるので石
英ガラスの劣化を押さえることができランプの失透や変
形に起因する寿命特性を大幅に改善することができる。
また、放電アークの形状が一直線状になると発光効率が
約１０％向上した。この理由は、石英ガラスの下部表面
の最低温度が上昇している実験結果から判断して、ラン
プの最冷点温度が上昇し放電空間内部の蒸気圧が上昇し
たため発光効率が向上したと推定する。

【００３８】図３はメタルハライドランプＢに２つ以上
の周波数成分を有する波形で、一般式（数１）から求め
られた２３ｋＨｚの周波数成分と他の周波数成分を有す
る波形を供給した時の２３ｋＨｚ成分の割合と放電アー
クの曲がりの大きさの関係を求めた実験結果である。図
３から一般式（数１）で求めた２３ｋＨｚ成分の割合が
増加するほど放電アークの曲がりが小さくなる。すなわ
ち、２３ｋＨｚ成分の割合が増加するほど放電アーク形
状が一直線状に近くなるのである。また、２３ｋＨｚ成
分の割合が３０％以上含まれるならば放電アークの湾曲
が大幅に低減できることがわかる。

【００３９】以上の図３の実験結果から、点灯周波数を
音響的共鳴周波数である一般式（数１）で求められる２
３ｋＨｚを含む所定の範囲で変化させることによって、
２３ｋＨｚ成分の割合は多少減少するが、幅広い周波数
成分を有する波形をランプに供給できるので、ランプば
らつき（放電アークに交差する放電空間の長さＬのばら
つき・放電空間媒質中の音速Ｖのばらつき（封入物質の
封入量のばらつき・温度ばらつきなど））によって、一
般式（数１）から求められる点灯周波数ｆがばらついて
もランプに供給する点灯周波数の変化範囲内では放電ア
ークの湾曲を大幅に低減できる。また放電ランプに供給
する波形は、正弦波でなくても２つ以上の周波数成分を
有する波形（例えば三角波・鋸波・階段波など）でも一
般式（数１）から求められる点灯周波数成分を含む波形
ならば放電アークの形状をほぼ一直線状にできる。

【００４０】以下、本発明の具体的実施例について図面
を参照しながら説明する。音響的共鳴周波数、特に一般
式（数１）から求めた周波数で放電ランプを点灯する放
電ランプ点灯装置の第１の実施例の具体的構成を図４に
示す。

【００４１】図４において、１１は放電ランプであるメ
タルハライドランプＡであり、メタルハライドランプＡ
１１は水平点灯させる。１２はメタルハライドランプＡ
１１を始動・点灯するための点灯回路である。点灯回路
１２は、商用の交流電源１３と交流電源１３の出力を直
流に変換する交流−直流変換回路１４とで構成された直
流電源Ｂ１５と、トランジスタ１６、１７とコンデンサ
１８とトランジスタ１６、１７をＯＮ・ＯＦＦ制御する
駆動回路１９で構成され直流電源１５の直流出力を入力
して交流に変換するインバータ回路Ｂであるシリーズイ
ンバータ回路２０と、メタルハライドランプＡ１１のラ
ンプ電流を定格電流に制限するリアクターであるチョー
クコイル２１と、メタルハライドランプＡ１１を始動さ
せるための高圧パルスを発生する始動回路２２とで構成
されている。始動回路２２はメタルハライドランプＡ１
１が点灯すると高圧パルスの発生を停止する構成のもの
である。また駆動回路１９はシリーズインバータ回路２
０から出力される交流の周波数が音響的共鳴周波数であ
る一般式（数１）で求められた７６．７ｋＨｚになるよ
うにトランジスタ１６、１７をＯＮ・ＯＦＦ制御する構
成のものである。

【００４２】以上のような構成により、交流電源１３の
出力を直流−交流変換回路１４で直流に変換し、シリー
ズインバータ回路２０は駆動回路１９の出力信号でトラ
ンジスタ１６、１７をＯＮ・ＯＦＦ制御して７６．７ｋ
Ｈｚの交流を出力する。メタルハライドランプＡ１１が
点灯するまでは始動回路２２からメタルハライドランプ
Ａ１１に高圧パルスが印加され、メタルハライドランプ
Ａ１１が点灯するとシリーズインバータ回路２０の７
６．７ｋＨｚの交流出力を電源とし、チョークコイル２
１で電流制限されメタルハライドランプＡ１１は点灯を
維持する。

【００４３】図５にメタルハライドランプＡ１１を点灯
した時のランプ電流波形を示す。７６．７ｋＨｚの三角
波波形に近い電流波形がメタルハライドランプＡ１１に
供給される。この時の、放電アークを観測すると、放電
アークのゆらぎ、立消えなどを起こすことなく上記実験
で求めた７６．７ｋＨｚの正弦波波形を印加した時の放
電アーク形状とほぼ同じで、放電アークの曲がりの大き
さは０．０５ｍｍで、放電アーク形状は一直線状で安定
に点灯することができた。

【００４４】以上のように第１の実施例によれば、放電
アークの形状を一直線状にできるので、石英ガラスの上
部の温度が低下し、石英ガラスの劣化すなわち失透や軟
化による変形（膨れ）を防止でき、メタルハライドラン
プＡ１１の寿命を飛躍的に改善することができる。ま
た、発光効率も上昇する。さらに、反射鏡と組み合わせ
て配光制御する時の、反射鏡の設計が非常に簡単になり
構成の簡単な反射鏡でよい。また７６．７ｋＨｚという
非常に高周波での点灯が可能となるのでメタルハライド
ランプＡ１１の電流制限機能を非常に小さいチョークコ
イル２１で構成できるので、電流制限用のパワー回路が
不要になるため点灯回路の構成が簡単になり点灯回路の
小形化、軽量化、低コスト化を実現できる。

【００４５】次に、本発明の第２の実施例について、図
面を参照しながら説明する。第２の実施例の具体的構成
を図６に示す。図６において、３１は放電ランプである
メタルハライドランプＢであり、３２はメタルハライド
ランプＢ３１を始動・点灯するための点灯回路である。
点灯回路３２は直流電源Ａ３３とインバータ回路Ａであ
るフルブリッジインバータ回路３４と始動回路３５とで
構成されている。

【００４６】直流電源Ａ３３は商用の交流電源３６と交
流電源３６の出力を整流平滑して直流に変換する整流平
滑回路３７と、整流平滑回路３７の出力を入力しメタル
ハライドランプＢ３１供給する電力を所定の値に制御す
るトランジスタ３８とダイオード３９とチョークコイル
４０とコンデンサ４１と抵抗４２、４３、４４とトラン
ジスタ３８をＯＮ・ＯＦＦ制御する制御回路４５で構成
される降圧チョッパ回路４６とで構成されており、降圧
チョッパ回路４６は抵抗４２、４３で出力電圧を検出し
て、抵抗４４で出力電流を検出し２つの検出信号を制御
回路４５で演算し、降圧チョッパ回路４６の出力電力が
メタルハライドランプＢ３１の定格ランプ電力値になる
ように制御回路４５の出力信号によりトランジスタ３８
をオン・オフ制御する。制御回路４５の出力信号でトラ
ンジスタ３８のＯＮ・ＯＦＦデュティー比を可変する
が、ＯＮ・ＯＦＦの周波数は、メタルハライドランプＢ
３１の音響的共鳴周波数である一般式（数１）から求め
られた２３．０ｋＨｚに設定する。

【００４７】一般の降圧チョッパ回路の場合、トランジ
スタ３８が２３．０ｋＨｚでＯＮ・ＯＦＦし、チョーク
コイル４０とコンデンサ４１とで構成されるフィルタ回
路によってコンデンサ４１の両端に平滑された直流電圧
が発生するが、本実施例では完全に平滑せずに２３．０
ｋＨｚの周波数成分が３０％以上含まれるようにチョー
クコイル４０のインダクタンスまたはコンデンサ４１の
容量を小さい値に設定し、降圧チョッパ回路４６の出力
電圧を図７（ａ）に示すように、音響的共鳴周波数（２
３ｋＨｚ）で時間的に変化する直流に２３．０ｋＨｚの
交流が重畳された波形にする。

【００４８】フルブリッジインバータ回路３４はトラン
ジスタ４７、４８、４９、５０とドライブ回路５１とで
構成され、ドライブ回路５１の出力信号によってトラン
ジスタ４７、５０がＯＮする期間とトランジスタ４８、
４９がＯＮする期間を交互に発生させることによって降
圧チョッパ回路４６の出力電圧をドライブ回路５１で設
定される周波数の交流に変換して出力する。その結果、
インバータ回路３４の出力電圧は矩形の交流波形に２
３．０ｋＨｚの交流波形が重畳された図７（ｂ）に示す
ような波形になる。また、始動回路３５はメタルハライ
ドランプＢ３１を始動させるための高圧パルスを印加す
る構成のものである。

【００４９】以上のような構成により、始動回路３５か
ら発生する高圧パルスによりメタルハライドランプＢ３
１が点灯すると、その後は抵抗４２、４３で検出するラ
ンプ電圧に比例した信号と抵抗４４で検出するランプ電
流に比例した信号を制御回路４５で演算し、メタルハラ
イドランプＢ３１に定格ランプ電力が供給されるように
トランジスタ３８を２３．０ｋＨｚでＯＮ・ＯＦＦ制御
する。この時、メタルハライドランプＢ３１には、フル
ブリッジインバータ回路３４の出力電圧波形である図７
（ｂ）に示す波形が供給され点灯を維持する。

【００５０】以上のように図３の実験結果から、一般式
（数１）で求めた周波数成分（２３ｋＨｚ）を有する波
形をメタルハライドランプＢ３１に供給すると放電アー
クの曲がりを小さくできることを説明した。第２の実施
例では、矩形波の交流に一般式（数１）で求めた点灯周
波数ｆ（２３．０ｋＨｚ）を重畳した波形をメタルハラ
イドランプＢ３１に供給する構成にできるので放電アー
クの曲がりを小さくすることができる。また、２３．０
ｋＨｚ成分の割合を可変することによって放電アークの
曲がりをコントロールできる。すなわち、チョークコイ
ル４０のインダクタンスまたはコンデンサ４１の容量を
小さくすればするほど２３．０ｋＨｚ成分の割合が大き
くなり、放電アークの曲がりを小さくできるので、チョ
ークコイル４０にインダクタンス可変手段またはコンデ
ンサ４１に容量可変手段を設けると放電アークの形状が
可変できることになり、反射鏡と組み合わせた時、光出
力の配光特性を可変することができる。

【００５１】さらに、２３．０ｋＨｚを重畳した波形を
供給する構成なので従来の技術より放電アークの曲がり
の大きさは小さくでき、石英ガラスの劣化、すなわち失
透や軟化による変形（膨れ）が小さくなって、メタルハ
ライドランプＢ３１の寿命を改善することができる。ま
た、メタルハライドランプＢ３１の発光効率も上昇す
る。さらに、メタルハライドランプＢ３１の電流制限用
のパワー回路を構成する降圧チョッパ回路４６のコンデ
ンサ４１とチョークコイル４０が小形になるので点灯回
路の小形化、軽量化、低コスト化を実現できる。

【００５２】以下、本発明の第３の実施例について、図
面を参照しながら説明する。第３の実施例の具体的構成
を図８に示す。図８において、メタルハライドランプＡ
１１と商用の交流電源１３と交流電源１３の出力を直流
に変換する交流−直流変換回路１４とで構成された直流
電源Ｂ１５とチョークコイル２１と始動回路２２は第１
の実施例と同様のものである。

【００５３】第１の実施例と異なる点は、点灯回路５８
の一部のインバータ回路Ｂであるシリーズインバータ回
路５７の構成であり、シリーズインバータ回路５７はト
ランジスタ５２、５３とコンデンサ５４とトランジスタ
５２、５３をＯＮ・ＯＦＦ制御する駆動回路５５と点灯
回路５８が動作を開始してからの時間（メタルハライド
ランプＡ１１が点灯してからの時間にほぼ等しい）に応
じた信号を出力するタイマー回路５６で構成されてい
る。

【００５４】駆動回路５５とタイマー回路５６は、タイ
マー回路５６の出力信号に応じてトランジスタ５２、５
３をＯＮ・ＯＦＦ制御する周波数を駆動回路５５で可変
できるようにしたものであり、メタルハライドランプＡ
１１の点灯初期には７６．７ｋＨｚより低い周波数の交
流出力がシリーズインバータ回路５７から出力されるよ
うにトランジスタ５２、５３をＯＮ・ＯＦＦ制御する
が、点灯回路５８が動作を開始してからの時間の経過と
ともに点灯周波数を徐々に上昇させ、メタルハライドラ
ンプＡ１１の定格点灯時はシリーズインバータ回路５７
から出力される交流の点灯周波数が音響的共鳴周波数で
ある一般式（数１）で求められた７６．７ｋＨｚになる
ようにトランジスタ５２、５３をＯＮ・ＯＦＦ制御する
構成のものである。なおチョークコイル２１はメタルハ
ライドランプＡ１１の７６．７ｋＨｚの定格点灯時に定
格ランプ電流になるようなインダクタンスにする。

【００５５】以上のような構成により、メタルハライド
ランプＡ１１が点灯するまでは始動回路２２からメタル
ハライドランプＡ１１に高圧パルスが印加され、メタル
ハライドランプＡ１１が点灯するとシリーズインバータ
回路５７の交流出力を電源とし、チョークコイル２１で
電流制限されメタルハライドランプＡ１１は点灯を維持
する。この時、メタルハライドランプＡ１１の点灯初期
には７６．７ｋＨｚより低い周波数になるため、チョー
クコイル２１のインピーダンスが小さくなり、定格ラン
プ電流以上の電流がメタルハライドランプＡ１１に供給
され、点灯時間の経過とともに点灯周波数が徐々に７
６．７ｋＨｚまで上昇するのでランプ電流は所定の傾斜
で定格ランプ電流まで減少する。

【００５６】また、メタルハライドランプＡ１１の定格
点灯時はシリーズインバータ回路５７から出力される交
流の周波数は音響的共鳴周波数である一般式（数１）で
求められた７６．７ｋＨｚになる。このような構成によ
って、メタルハライドランプＡ１１の点灯初期には定格
ランプ電流より大きな電流を流すので、メタルハライド
ランプＡ１１の光出力を速やかに定格値まで立ち上げる
ことができる。また定格点灯時は放電アークの形状が一
直線上になるので第１の実施例と同様の効果も得られ
る。

【００５７】以下、本発明の第４の実施例について、図
面を参照しながら説明する。第４の実施例の具体的構成
を図９に示す。図９において、６１は放電ランプである
メタルハライドランプＡでありメタルハライドランプＡ
６１は水平点灯させる。６２はメタルハライドランプＡ
６１を始動・点灯するための点灯回路であり、出力電圧
可変可能な直流電源Ｃ７０と、直流電源Ｃ７０の出力を
音響的共鳴周波数の交流に変換するインバータ回路Ｃで
あるシリーズインバータ回路７４と、メタルハライドラ
ンプＡ６１のランプ電流を制限するインダクターである
チョークコイル７５と、メタルハライドランプＡ６１を
始動させるための高圧パルスを発生する始動回路７６
と、メタルハライドランプＡ６１に供給されるランプ電
流値を検出するランプ電流検出回路８０と、メタルハラ
イドランプＡ６１に供給されるランプ電力値を検出する
ランプ電力検出回路８１で構成されている。

【００５８】直流電源Ｃ７０はバッテリー６３と、バッ
テリー６３の出力を入力してメタルハライドランプＡ６
１に供給するランプ電力を所定の値に制御するため出力
電圧を可変できるトランジスタ６４とダイオード６５と
チョークコイル６６とコンデンサ６７とトランジスタ６
４をＯＮ・ＯＦＦ制御する制御信号を出力する制御回路
６８で構成された降圧チョッパ回路６９とで構成されて
いる。

【００５９】またシリーズインバータ回路７４はメタル
ハライドランプＡ６１のランプ特性であるランプ電圧を
検出するランプ電圧検出回路７７とランプ電圧が最も低
くなる点灯周波数に制御する構成の駆動回路７８とで構
成される制御手段７９と、駆動回路７８の出力信号でＯ
Ｎ・ＯＦＦ制御されるトランジスタ７１、７２と、コン
デンサ７３とで構成され、直流電源Ｃ７０の出力を入力
しランプ電圧が最も低くなる周波数の交流に変換して出
力する。

【００６０】また、ランプ電力検出回路８１はランプ電
圧検出回路７７の出力信号であるランプ電圧に比例した
信号とランプ電流検出回路８０の出力信号であるランプ
電流に比例した信号を入力しランプ電力を演算する構成
のもので、制御回路６８はランプ電力検出回路８１の出
力信号を入力しトランジスタ６４をＯＮ・ＯＦＦ制御す
る。なお、始動回路７６はメタルハライドランプＡ６１
が点灯すると高圧パルスの発生を停止する構成のもので
ある。また、チョークコイル７５はメタルハライドラン
プＡ６１を定格点灯した時に定格ランプ電流になるよう
なインダクタンスにする。

【００６１】以上のような構成により、始動回路７６か
ら発生する高圧パルスでメタルハライドランプＡ６１が
点灯すると始動回路７６は動作を停止する。メタルハラ
イドランプＡ６１の点灯後は、シリーズインバータ回路
７４からメタルハライドランプＡ６１に第１の実施例と
同様の三角波に近い電流波形が供給され点灯を維持す
る。この時、シリーズインバータ回路７４はランプ電圧
が最も低くなるように点灯周波数が制御される。ランプ
電圧が最も低くなるのは、放電長が最も短くなる時であ
り、放電アークの形状が一直線状になる時には最もラン
プ電圧が低くなるはずである。この特性を利用してラン
プ電圧が最も低くなるように点灯周波数を制御すれば、
常に音響的共鳴周波数である一般式（数１）から求めら
れる点灯周波数で点灯できる。

【００６２】ここで、メタルハライドランプＡ６１の放
電空間媒質中の音速が有する特性について説明する。放
電空間媒質中の音速Ｖはランプ内の封入物質と放電空間
内の温度Ｔなどから決定され、その一般式として（数
２）が知られている。

【００６３】

【数２】

【００６４】図１０はメタルハライドランプＡ６１の封
入物質などの条件と（数２）式から求めた放電空間内の
平均温度と平均音速の関係を示したものである。放電空
間内の平均温度が変化すれば平均音速も変化する。すな
わち、ランプ電流を可変し調光したり、放電空間内の平
均温度が定格点灯時の温度に達するまでの点灯初期の期
間は、放電空間内の平均音速が定格点灯時の音速とは異
なる。またメタルハライドランプＡ６１の封入物質やそ
の封入量が変化すれば放電空間内の平均音速が変化する
のは明かであり、放電空間内の平均音速はランプおよび
その点灯状態によって決まる固有の値を有する。

【００６５】放電空間媒質中の音速が上記のような特性
を有するので、点灯直後の放電空間内の温度が低い時
は、放電空間媒質中の音速が低くなり、一般式（数１）
から求められる点灯周波数も低くなる。この時、シリー
ズインバータ回路７４からの出力周波数は、制御手段７
９によって、低い値に制御されるためチョークコイル７
５のインピーダンスが小さくなり定格ランプ電流以上の
電流がメタルハライドランプＡ６１供給される。その
後、点灯時間の経過とともに放電空間内の温度が上昇す
るので音速も徐々に上昇し、シリーズインバータ回路７
４からの出力周波数も徐々に上昇しチョークコイル７５
のインピーダンスが徐々に大きくなるのでランプ電流が
減少していく。

【００６６】その結果、メタルハライドランプＡ６１の
点灯初期には定格ランプ電流より大きな電流を流すこと
ができ、メタルハライドランプＡ６１の光出力を速やか
に定格値まで立ち上げることができ、しかもランプ電圧
が最低値になる特性から一般式（数１）から求められる
点灯周波数を検出し常に点灯周波数を制御する構成にで
きるので、点灯直後から常に放電アークの形状を一直線
状にできる。

【００６７】また、ランプ個々にばらつきが発生すると
一般式（数１）から求められる点灯周波数がばらつき、
制御手段７９によってシリーズインバータ回路７４の出
力周波数が変化する。このため、ランプ個々のばらつき
によってチョークコイル７５のインピーダンスが変化し
てメタルハライドランプＡ６１に供給されるランプ電力
が変化する。しかしランプ電力検出回路８１でランプ電
力を検出しランプ電力が所定の電力値になるように制御
回路６８でトランジスタ６４をＯＮ・ＯＦＦし降圧チョ
ッパ回路６９の出力電圧を可変することができるので、
同品種ランプで製造ばらつきや経年変化などから放電空
間媒質中の音速と放電アークに交差する放電空間の長さ
にばらつき・変化が発生し、一般式（数１）から求めら
れる点灯周波数にばらつき・変化が発生してもランプ電
力は所定の値に制御することができる。

【００６８】なお、以上の実施例において、メタルハラ
イドランプＡ、Ｂ、Ｃを水平点灯させたが、垂直点灯さ
せてもよいし、任意の方向で点灯させてもよく、どの方
向で点灯させても音響的共鳴周波数である、特に一般式
（数１）で求められる周波数で点灯させることによって
放電アークに交差する放電空間の長さを含む断面におい
て放電アークが管壁に対して等距離の位置（例えば、放
電空間における放電アークに交差する放電空間の長さを
含む断面形状が円形の時は円の中心）では、放電アーク
を含むその近傍で進行波と反射波の変位を常に同レベル
に制御でき放電アークが移動することなく安定になり放
電アークのゆらぎ、立消えなどがなく安定に点灯するこ
とができる。

【００６９】また、一般式（数１）から求めた点灯周波
数の中で自然数ｎ＝１の条件での実験結果で説明したが
ｎ＝２以上の条件でも放電アークに交差する放電空間の
長さを含む断面において放電アークが管壁に対して等距
離の位置（例えば、放電空間における放電アークに交差
する放電空間の長さを含む断面形状が円形の時は円の中
心）では、放電アークを含むその近傍で進行波と反射波
の変位を常に同レベルに制御できるので放電アークが移
動することなく安定になり放電アークのゆらぎ、立消え
などがなく安定に点灯することができるし、放電アーク
の形状も同様に一直線状になる。

【００７０】また、放電アークに交差する放電空間の長
さを放電ランプの電極間中心を含む電極軸と直交する円
形断面の直径としたが、電極間中心を含まない電極軸と
直交する円形断面の直径としても、放電アークは電極軸
と直交する断面の中心にくるので放電アークの曲がりを
小さくでき、放電アークのゆらぎ、立消えなどを起こす
ことなく安定に点灯することができる。

【００７１】また、電極軸と直交する断面がほぼ円形の
放電空間を有する放電ランプをもちいたが、楕円でも一
部に平坦部を有する放電空間でもよく、放電アークから
発生する２つの粗密波（進行波と反射波）の変位を常に
同レベルに制御できるならばよい。

【００７２】また、電極軸を含む断面が俵形または、ほ
ぼ楕円形の放電空間を有する放電ランプをもちいたが、
円形のものでもよいし、長方形・正方形のような４角形
のものでもよい。円形ならば電極間中心を含む電極軸と
直交する断面の中心では電極軸と直交する断面上の粗密
波だけでなく、全方向に発する粗密波（進行波）と管壁
で反射されもどってくる全ての粗密波（反射波）の変位
を常に同レベルに制御できるので、放電アークを電極軸
と直交する断面の中心に固定する力が大きくなり、より
安定に放電アークの形状を一直線状にできる。また長方
形・正方形のような４角形ならば電極軸と直交する断面
の長さが電極間の全ての断面で同じ長さになるので電極
軸と直交する全ての断面の中心に放電アークが位置する
ようになり、さらに安定に放電アークの形状を一直線状
にできる。

【００７３】また、放電ランプに供給する波形は音響的
共鳴周波数、特に一般式（数１）で求められる周波数成
分を有する波形ならばどの様な波形でもよく、正弦波・
三角波のみならず例えば鋸波・階段波・指数関数波や、
それらの複合波でも音響的共鳴周波数、特に一般式（数
１）で求められる周波数成分を含む波形ならば放電アー
クの曲がりを小さくすることができ、放電アークの形状
を一直線状に、また一直線状に近い形状にできる。

【００７４】また、放電ランプとしてメタルハライドラ
ンプを用いたが、高圧水銀ランプや高圧ナトリウムラン
プのような他のＨＩＤランプでもよく、放電空間内部に
粗密波が発生するものであれば蛍光ランプや低圧ナトリ
ウムランプなどの低圧放電ランプでもよい。

【００７５】また、メタルハライドランプＡ・Ｂ・Ｃの
放電空間を形成する材料は石英ガラスであるが、セラミ
ック材料やソーダーガラスなどで形成してもよく、放電
ランプの放電空間を形成する材料が何であっても、高周
波（音響的共鳴周波数）の点灯周波数で点灯すると放電
アークのゆらぎ、立消えなどを起こすことなく安定に点
灯することができる。

【００７６】また、本実施例の点灯回路の構成におい
て、直流電源Ｂ１５は商用の交流電源１３の出力を交流
−直流変換回路１４で直流する構成にしたが、バッテリ
ーや、商用の交流電源または直流電源にスイッチング電
源を付加した構成のものでもよい。また、直流電源Ａ３
３は商用の交流電源３６の出力を整流平滑回路３７で整
流平滑し降圧チョッパ回路４６のトランジスタ３８をＯ
Ｎ・ＯＦＦ制御することによって定格ランプ電力が出力
される構成にしたが、降圧チョッパ回路４６は昇圧チョ
ッパ回路や反転チョッパ回路やフォワードコンバータ回
路でもよく出力電力を所定の値に制御でき、音響的共鳴
周波数で出力電圧または出力電流または出力電力が時間
的に変化する構成のものであれがよく、また、商用の交
流電源３６の出力を整流平滑回路３７で整流平滑する部
分はバッテリーなどの直流電源でもよい。

【００７７】また、直流電源Ａ３３は音響的共鳴周波数
で出力電圧または出力電流または出力電力を時間的に変
化するごとく制御するためチョークコイル４０とコンデ
ンサ４１の値を小さくしてトランジスタ３８の発振周波
数が出力に重畳される構成にしたが、音響的共鳴周波数
が出力の直流に重畳される構成のものであればよい。ま
た直流電源Ａ３３の出力電流を放電ランプの点灯直後は
定格ランプ電流以上の電流を供給し点灯時間の経過とと
もにランプ電流を所定の傾斜で減少させる構成にすると
メタルハライドランプＢ３１の光出力を速やかに定格値
まで立ち上げることができる。

【００７８】また、出力電圧可変可能な直流電源Ｃ７０
はバッテリー６３と降圧チョッパ回路６９とで構成した
が他の構成でもよく、放電ランプのランプ電力を検出し
て所定のランプ電力が供給されるように出力電圧を可変
できる構成のものであればよい。

【００７９】また、インバータ回路Ｂとしてシリーズイ
ンバータ回路２０とシリーズインバータ回路５７を示し
たがハーフブリッジ回路、フルブリッジ回路、１石イン
バータ回路など少なくとも音響的共鳴周波数成分を有す
る交流波形に変換できるものであれば他の構成のもので
もよい。またシリーズインバータ回路５７は放電ランプ
の点灯直後は定格ランプ電流以上の電流を供給し点灯時
間の経過とともにランプ電流を所定の傾斜で減少させる
ためタイマー回路５６で点灯回路５８の動作時間を検出
して、その出力で駆動回路５５の動作周波数を低い周波
数から徐々に上昇させチョークコイル２１のインピーダ
ンスを小さい値から徐々に大きい値の可変しランプ電流
を点灯時間の経過とともに所定の傾斜で減少させる構成
にしているが、直流電源Ｂ１５の出力電圧を可変しても
ランプ電流を可変することができるし、チョークコイル
２１にリアクタンス可変手段を設けリアクタンスを可変
してもランプ電流を可変することができる。

【００８０】また、インバータ回路Ａとして、フルブリ
ッジインバータ回路３４を示したが直流電源３３の出力
を交流に変換するものであれが他の構成でもよく、ま
た、インバータ回路Ａはなくてもよく、ない時は直流点
灯になるが音響的共鳴周波数、特に一般式（数１）で求
められる周波数が直流に重畳される構成になり放電アー
ク形状は一直線状になる。

【００８１】また、インバータ回路Ｃとしてシリーズイ
ンバータ回路７４を示したが、インバータ回路Ｃはラン
プ特性を検出して点灯周波数を音響的共鳴周波数、特に
一般式（数１）から求められる点灯周波数にあわせる制
御手段を有する構成ならばハーフブリッジ回路、フルブ
リッジ回路、１石インバータ回路など他の構成のもので
もよい。

【００８２】また、制御手段７９は放電アークの形状が
一直線状になると放電長が最も短くなるのでランプ電圧
が最も低くなる特性を利用して、ランプ電圧を検出しラ
ンプ電圧が最も低くなる点灯周波数にあわせる構成にし
たが、音響的共鳴現象に起因した放電アークのゆらぎが
発生すると放電長が変化し、ランプ電圧に時間的な変化
が発生するのでランプ電圧に時間的な変化のない点灯周
波数（例えば、ランプ電圧の微分値が最も低くなる点灯
周波数）にあわせる構成にしてもよい。またランプ電圧
以外のランプ特性からも音響的共鳴周波数、特に一般式
（数１）から求められる点灯周波数にあわせることは可
能であり、例えば放電空間媒質中の音速が温度の関数で
あることから管壁温度を検出してたり、また放電空間の
温度により光出力（光束・分光分布・照度・輝度など）
が変化する特性を利用して光出力を検出して、音響的共
鳴周波数、特に一般式（数１）から求められる点灯周波
数を演算し、その演算結果になるようにインバータ回路
Ｃを制御してもよい。

【００８３】また、リアクターはチョークコイル２１で
構成したが、放電ランプのランプ電流を制限するものな
らばコンデンサでも、チョークコイルとコンデンサの複
合回路でもよくランプ電流を制限できる構成のものであ
るならば他の構成のものでもよい。

【００８４】また、始動回路２２、３５、７６はトラン
スで昇圧して高圧パルスを発生させる構成でもよいし、
コンデンサをメタルハライドランプに並列に接続しチョ
ークコイルとの共振作用でコンデンサの両端に高電圧を
発生させてもよく、メタルハライドランプが放電を開始
するための高電圧を発生できる構成のものであればよ
い。

【００８５】また、直流電源Ａ３３またはインバータ回
路Ｂ２０、５７またはインバータ回路Ｃ７４に周波数変
調手段を付加すると、放電ランプの供給する波形の点灯
周波数を音響的共鳴周波数、特に一般式（数１）で求め
られる周波数を含む所定の範囲で変化させる構成にでき
るので、幅広い周波数成分を有する波形を放電ランプに
供給でき、ランプばらつき（放電アークに交差する放電
空間の長さＬのばらつき・放電空間媒質中の音速Ｖのば
らつき（封入物質の封入量のばらつき・温度ばらつきな
ど））によって音響的共鳴周波数がばらついても常に放
電アークの湾曲を大幅に低減できる。

【００８６】

【発明の効果】以下のように本発明は、放電ランプに音
響的共鳴周波数、特に一般式（数１）で示される点灯周
波数ｆで瞬時電圧または瞬時電流または瞬時電力が時間
的に変化する波形を供給すると、放電アークのゆらぎ、
立消えなどを起こすことなく高周波で安定に点灯するこ
とができ、しかも放電ランプの放電アークを一直線状の
形状にできる。

【００８７】そのため、点灯周波数を高周波に設定でき
るので、点灯回路の中の放電ランプの電流制限機能を小
形のリアクターまたは小形のパワー回路で構成でき、点
灯回路の小形化・軽量化・低コスト化が可能となる優れ
た放電ランプ点灯装置を実現できる。

【００８８】また、放電ランプを水平点灯しても放電ア
ークの形状が湾曲することなく一直線状になるため、放
電空間上部の石英ガラスと放電アークとの距離が大きく
なって、石英ガラスの局所的な温度上昇が小さくなるた
め、石英ガラスの劣化・変形による失透・発光特性の変
化を防止できる放電ランプの寿命特性を改善することが
できる。また、放電空間下部の温度が上昇するので放電
空間内の蒸気圧が上昇し、放電ランプの発光効率を向上
させることができる。さらに、放電ランプを反射鏡と組
み合わせて配光制御する場合、反射鏡の光軸上に放電ア
ークを配置すると、光軸を含む光軸に平行な断面の放電
アークの形状が光軸を取り巻く全周方向のすべての断面
で同一形状にできるため、一断面の設計が他のすべての
断面に応用でき反射鏡設計が非常に簡単になって、反射
鏡の構成も簡単なものでできる優れた放電ランプ点灯装
置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】メタルハライドランプＡを従来の放電ランプ点
灯装置と本発明の放電ランプ点灯装置で点灯した時の特
性比較結果を示す図

【図２】メタルハライドランプＢを従来の放電ランプ点
灯装置と本発明の放電ランプ点灯装置で点灯した時の特
性比較結果を示す図

【図３】メタルハライドランプＢに供給する波形の２３
ｋＨｚ成分の割合と放電アークの曲がりの大きさの関係
を示す図

【図４】本発明の第１の実施例の放電ランプ点灯装置の
構成図

【図５】本発明の第１の実施例のランプ電流波形図

【図６】本発明の第２の実施例の放電ランプ点灯装置の
構成図

【図７】（ａ）は降圧チョッパ回路４６の出力電圧波形
図 （ｂ）はフルブリッジインバータ回路３４の出力電圧波
形図

【図８】本発明の第３の実施例の放電ランプ点灯装置の
構成図

【図９】本発明の第４の実施例の放電ランプ点灯装置の
構成図

【図１０】メタルハライドランプＡの放電空間内の平均
温度と放電空間内の平均音速の関係を示す図

【図１１】従来例の放電ランプ点灯装置の構成図

【図１２】（ａ）は降圧チョッパ回路１１６の出力電圧
波形図 （ｂ）はフルブリッジインバータ回路１０４の出力電圧
波形図

【図１３】（ａ）は従来の放電ランプ点灯装置でメタル
ハライドランプ１０１が点灯した時の放電アークの形状
図 （ｂ）は従来の放電ランプ点灯装置でメタルハライドラ
ンプ１０１が点灯した時の電極間中心を含む電極軸と直
交する断面の放電アークの位置と対流によるガスの流れ
を示した図

【符号の説明】

１１、３１、６１ 放電ランプ １２、３２、５８、６２ 点灯回路 １５ 直流電源Ｂ ２０、５７ インバータ回路Ｂ ２１ リアクター ２２、３５、７６ 始動回路 ３３ 直流電源Ａ ３４ インバータ回路Ａ ７０ 直流電源Ｃ ７４ インバータ回路Ｃ ７５ インダクター ７９ 制御手段 ８１ ランプ電力検出回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−90843（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−294751（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−48095（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−141988（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−278695（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−14684（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−312793（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−345791（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−136200（ＪＰ，Ａ) 特公 平５−57693（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H05B 41/14 - 41/298

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】放電ランプと、前記放電ランプに所定の波
   形を供給し点灯させる点灯回路を備え、点灯周波数を少
   なくとも前記放電ランプの放電空間媒質中の音速と前記
   放電ランプの放電アークに交差する放電空間の長さとで
   決定される音響的共鳴周波数に選定した放電ランプ点灯
   装置において、前記点灯回路が、前記音響的共鳴周波数
   で出力電圧または出力電流または出力電力を時間的に変
   化する直流電源と、前記直流電源の出力端に接続され前
   記点灯回路の出力端に接続された放電ランプを始動させ
   るための始動回路を備えた放電ランプ点灯装置。
2. 【請求項２】直流電源と始動回路との間に前記直流電源
   の出力を交流に変換するインバータ回路を備えた請求項
   １記載の放電ランプ点灯装置。
3. 【請求項３】直流電源が周波数変調手段を有し、放電ラ
   ンプに供給する波形の点灯周波数が音響的共鳴周波数を
   含む所定の範囲で変化することを特徴とする請求項１ま
   たは２記載の放電ランプ点灯装置。
4. 【請求項４】点灯回路が、放電ランプの点灯直後は定格
   ランプ電流以上の電流を前記放電ランプに供給し、点灯
   時間の経過とともに供給するランプ電流が所定の傾斜で
   減少することを特徴とする請求項１または２記載の放電
   ランプ点灯装置。
5. 【請求項５】放電ランプと、前記放電ランプに所定の波
   形を供給し点灯させる点灯回路を備え、点灯周波数を少
   なくとも前記放電ランプの放電空間媒質中の音速と前記
   放電ランプの放電アークに交差する放電空間の長さとで
   決定される音響的共鳴周波数に選定した放電ランプ点灯
   装置において、前記点灯回路が、放電ランプのランプ特
   性を検出することにより点灯周波数を音響的共鳴周波数
   にあわせる制御手段を有することを特徴とする放電ラン
   プ点灯装置。
6. 【請求項６】制御手段が、放電ランプのランプ特性とし
   て管壁温度またはランプ電圧または光出力を検出する手
   段を有することを特徴とする請求項５記載の放電ランプ
   点灯装置。
7. 【請求項７】制御手段が、放電ランプのランプ特性とし
   てランプ電圧を検出する手段を有し、ランプ電圧が最も
   低くなる点灯周波数が音響的共鳴周波数であることを特
   徴とする請求項５記載の放電ランプ点灯装置。