JP3814977B2 - 無電極放電灯点灯装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電ガスが封入されたバルブの近傍に誘導コイルを配置した無電極放電灯を点灯させる無電極放電灯点灯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、バルブ内に封入した放電ガスに高周波電磁界を作用させることによって放電ガスを励起して発光させるようにした無電極放電灯は、小型、高出力、長寿命などの特徴を有しており、各所で研究開発がなされ、高出力点光源などとして様々な利用が考えられている。
【０００３】
図１１は無電極放電灯点灯装置の一例を示すもので、無電極放電灯７は、石英やセラミクスなどの透光性材料で気密に形成されたバルブの内部に希ガスあるいは希ガスの放電によって励起発光する物質又は金属蒸気などを封入し、内管面には必要に応じて蛍光体が塗布されている。無電極放電灯７の外周には、導電性の良い金属などで形成された誘導コイル８が近接して配設されている。誘導コイル８には、直流電源Ｅ、該直流電源Ｅの直流出力を高周波出力に変換する高周波回路を具備する高周波電源からマッチング回路４を通して高周波電力が供給される。なお、図１１では、直流電源Ｅは商用電源ＡＣの出力を所定の直流電圧に変換している。
【０００４】
この無電極放電灯点灯装置では、上記高周波電源から誘導コイル８に数ＭＨｚから数百ＭＨｚの高周波電流を流すことにより、誘導コイル８に高周波電磁界を発生させ、無電極放電灯７に高周波電力を供給し、無電極放電灯７内に高周波プラズマ電流を発生させて紫外線もしくは可視光を発生するようになっている。
ここで、マッチング回路４は、無電極放電灯７の点灯安定時に効率良く高周波電力を伝達することができるように、無電極放電灯７の点灯安定時において高周波回路６からみたインピーダンスが適正値になるように設計されている。また、イグナイタ回路９は、無電極放電灯７の近傍に始動用電極９ａを有し、この始動用電極９ａに高電圧を供給して無電極放電灯７の始動を補助する回路である。
【０００５】
図１２にこの種の無電極放電灯点灯装置の具体回路例を示す。図１２に示す無電極放電灯点灯装置は、無電極放電灯７と、無電極放電灯７に近接配置された誘導コイル８と、直流電源Ｅと、水晶振動子Ｘを有する発振回路１と、発振回路１の発振出力を増幅するプリアンプ２と、プリアンプ２の出力を更に高周波増幅するメインアンプ５と、高周波出力が直流電源Ｅに帰還するのを防止するフィルタ回路３と、マッチング回路４と、始動用電極９ａを有するイグナイタ回路９とを備えている。 ここで、発振回路１は、コイルＬ6 とコンデンサＣ15により低Ｑの同調回路を構成し、無調整の発信器としている。また、プリアンプ２は、トランジスタＱ4 によりＣ級増幅を行うようになっており、コイルＬ5 とコンデンサＣ17により発振周波数に同調するように構成されており、抵抗Ｒ8 〜Ｒ10からなる回路は減衰器を構成しており、抵抗Ｒ11はコイルＬ5 のＱを下げるために挿入されている。フィルタ回路３は、チョークコイルＬ3 、コンデンサＣ4 などにより構成されている。メインアンプ５は、パワーＭＯＳＦＥＴなどのトランジスタＱ5 を用いた増幅器となっており、コイルＬ7 はトランジスタＱ5 の入力キャパシタンスを打ち消すために挿入してあり、抵抗Ｒ12はトランジスタＱ5 の入力インピーダンスをプリアンプ２の出力と整合させるために接続してある。マッチング回路４は、コンデンサＣ18〜Ｃ20などにより構成され、メインアンプ５の出力と誘導コイル８及び無電極放電灯７とのインピーダンス整合を行うものである。なお、図１２の回路では、発振回路１、プリアンプ２、フィルタ回路３、メインアンプ５などにより高周波回路６を構成している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、無電極放電灯７は始動（絶縁破壊により放電が開始される状態）から点灯（アーク放電が開始される状態）に至るまでの間にインピーダンスが大きく変化することが知られている。一方、誘導コイル８及びマッチング回路４は、損失をできるだけ小さくして無電極放電灯７の始動に必要な大きな電磁界を作用させるために、Ｑが高く設定されている。したがって、誘導コイル８のインピーダンスの僅かな変動でも上記高周波電源の出力が大きく変化してしまう。また、誘導コイル８は、無電極放電灯７の点灯時には高周波電流が通電されることによる自己発熱と、無電極放電灯７の発熱とにより高温になり、誘導コイル８を構成する電線が熱膨張して線径が変化し、誘導コイル８のインピーダンスが変化する。したがって、無電極放電灯７を点灯させた後に一旦消灯し再び始動する場合（以下、再始動時と称す）の高周波電源の出力電力は、誘導コイル８の温度が低い状態（室温状態）での始動時（以下、この状態を初始動時と称す）の出力電力そとは大きく異なる。
【０００７】
しかしながら、従来の無電極放電灯点灯装置では、上記高周波電源の出力電力により変動する信号を検出して無電極放電灯７の点灯を検知しているので、上記高周波電源の出力の変動が大きくなりすぎると、無電極放電灯７の点灯を検知できないという問題があった。例えば、無電極放電灯７の再始動時で無電極放電灯７が点灯できていないにもかかわらず、異常検知用の制御回路（図示せず）が無電極放電灯７が点灯していると判定し、誘導コイル８への高周波電力の供給が継続され、高周波電源を構成するスイッチング素子に過大なストレスがかかり、場合によってはスイッチング素子が破壊するという問題があった。
【０００８】
この種の問題を解決するために図１３に示すような無電極放電灯点灯装置が提案されている。この図１３に示す無電極放電灯点灯装置は、直流電源Ｅと高周波回路６との間にスイッチング素子Ｑ1 と電流検出用抵抗Ｒ1 との直列回路を直列に挿入してあり、スイッチング素子Ｑ1 とイグナイタ回路９とを制御する制御回路１０’を備えている。この装置では、制御回路１０’によりスイッチング素子Ｑ1 がオンオフされることによって高周波回路６の高周波出力がオンオフされる。すなわち、スイッチング素子Ｑ1 がオンされることによって高周波回路６の高周波出力がマッチング回路４を通して誘導コイル８に供給される。また、制御回路１０’は、直流電源Ｅの出力電流Ｉに比例した信号を検出し、イグナイタ回路９を動作させる前の状態（つまり、無電極放電灯７が点灯していない状態）で、再始動時であるか否かを判定し、再始動時でないと判断されればイグナイタ回路９を動作させるようになっている。ここに、再始動であるか否かの判定は、制御回路１０’に設けられたオペアンプ１１などにより電流検出用抵抗Ｒ1 の電圧と基準電源Ｅｓの電圧（基準電圧）とを比較することにより行っている。
【０００９】
しかしながら、誘導コイル８の点灯直後からの温度変化は連続的なものであり、上記基準電圧（基準信号）のレベル設定によっては、無電極放電灯７を消灯してからある程度の時間が経過しているが、誘導コイル８の温度が室温よりも高い状態で高周波電源から高周波電力を入力しイグナイタ回路９を動作させれば無電極放電灯７を点灯できるにもかかわらず、再始動と判定されて、高周波電源の出力が停止されて無電極放電灯７が点灯しないという問題がある。この問題は、無電極放電灯７が高温で点灯できない再始動時にもかかわらずイグナイタ回路９が動作され、点灯後の状態と検知され高周波電源の出力が継続されるという危険を回避するために、基準信号のレベルを安全をみて設定することによって生じる。
【００１０】
また、無電極放電灯７が長時間点灯された場合、誘導コイル８は徐々にインピーダンスが変化し、上記高周波電源の出力電力が変化する。上記高周波電源の出力電力が変化すると、無電極放電灯７が点灯できるにかかわらず再始動と判定し、上記高周波電源が停止されたり、再始動時で無電極放電灯７が点灯できていないにもかかわらず点灯後であると判定して上記高周波電源の出力を継続するという問題があった。
【００１１】
また、無電極放電灯７の点灯検知を確実に行うために複数の信号を検出して該複数の信号に基づいて点灯検知を行うことも考えられるが、この場合には制御回路の回路構成が複雑になってしまうという問題がある。また、検出信号に高周波信号を用いる場合には、高周波信号を扱いやすい信号に変換する回路を新たに付加する必要が生じ、制御回路がさらに複雑になるという問題がある。
【００１２】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、簡単な回路構成で無電極放電灯の点灯検知を確実に行うことができる無電極放電灯点灯装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、放電ガスを封入したバルブに近接して誘導コイルを設けた無電極放電灯と、直流電源、該直流電源の出力を高周波出力に変換する高周波回路を具備する高周波電源と、該高周波電源を制御する制御手段と、直流電源の出力電流値の所定レベル以上の変化を検出することによって無電極放電灯の点灯を検知する点灯検知手段を備えて成ることを特徴とするものであり、点灯検知手段が、無電極放電灯の点灯移行時のインピーダンスの急変を直流電源の出力電流値をモニタすることで無電極放電灯の点灯を確実に検知することができ、直流電源の出力電流値をモニタするだけでよいので点灯検知手段の回路構成を簡単にすることができる。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、無電極放電灯の始動を補助する始動補助手段を備え、点灯検知手段は、始動補助手段の動作前後の直流電源の出力電流値の比較により点灯検知を行うので、高周波電源投入時における直流電流の急変を無電極放電灯の点灯移行時における直流電源の出力電流値の急変と誤認識することを防止できる。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、点灯検知手段は、微分回路を通過させた上記出力電流値に比例する信号と、基準信号の比較により点灯検知を行うことを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１の発明において、点灯検知手段は、積分回路を通過させた上記出力電流値に比例する信号と、上記出力電流値に比例する信号との比較により点灯検知を行うことを特徴とする。
【００１６】
請求項５の発明は、請求項３又は請求項４の発明において、無電極放電灯の始動を補助する始動補助手段を備え、制御手段は、高周波電源の高周波出力を開始させた後に始動補助手段の出力を開始させることを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項３又は請求項４の発明において、前記制御手段は、高周波電源の高周波出力電力をスローアップさせることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１に本実施形態の無電極放電灯点灯装置の回路ブロック図を示す。
本実施形態の基本構成は従来構成と略同じであって、無電極放電灯７と、無電極放電灯７に近接配置される誘導コイル８と、直流電源Ｅ、該直流電源Ｅの直流出力を高周波出力に変換して誘導コイル８へ供給する高周波回路６を具備する高周波電源と、該高周波電源と誘導コイル８との間のインピーダンスを整合させ無電極放電灯７に高周波電力を効率良く供給するためのマッチング回路４と、無電極放電灯７の始動を補助するための始動電極９ａを有し該始動電極９ａに高電圧を供給して無電極放電灯７の始動を補助する始動補助手段たるイグナイタ回路９とを備えている。
【００１８】
上記高周波電源は、直流電源Ｅと高周波回路６との間にスイッチング素子Ｑ1 と電流検出用抵抗Ｒ1 との直列回路を直列に挿入してあり、スイッチング素子Ｑ1 がオンオフされることによって高周波回路６の高周波出力がオンオフされる。すなわち、スイッチング素子Ｑ1 がオンされることによって高周波回路６の高周波出力がマッチング回路４を通して誘導コイル８に供給される。
【００１９】
ここで、スイッチング素子Ｑ1 及びイグナイタ回路９は制御回路１０によって制御される。電流検出用抵抗Ｒ1 は直流電源Ｅの出力電流Ｉを検出するための抵抗であって、電流検出用抵抗Ｒ1 の高電位側が制御回路１０に接続されている。
本実施形態では、スイッチング素子Ｑ1 がオンの場合、電流検出用抵抗Ｒ1 によって直流電源Ｅの出力電流Ｉを検出し、制御回路１０によって、スイッチング素子Ｑ1 やイグナイタ回路９を制御する。制御回路１０は、電流検出用抵抗Ｒ1 の電圧を分圧する抵抗Ｒ13，Ｒ14の直列回路よりなる第１の分圧回路と、同様に電流検出用抵抗Ｒ1 の電圧を分圧する抵抗Ｒ15，Ｒ16の直列回路よりなる第２の分圧回路とを有する。また、制御回路１０は、オペアンプ１１を有し、オペアンプ１１の非反転入力端子には、スイッチング素子Ｑ6 を介して抵抗Ｒ13と抵抗Ｒ14との接続点が接続され、非反転入力端子とスイッチング素子Ｑ6 との接続点とグランドとの間に信号レベルを蓄積するコンデンサＣ1 が接続されている。一方、オペアンプ１１の反転入力端子には、抵抗Ｒ15とＲ16との接続点が接続されている。ここに、制御回路１０は、オペアンプ１１の出力信号が反転したときに無電極放電灯が点灯したことを検知する。
【００２０】
すなわち、本実施形態では、抵抗Ｒ13〜Ｒ16、スイッチング素子Ｑ6 、コンデンサＣ1 、オペアンプ１１に点灯検知手段を構成している。
以下、本実施形態の動作について図２を参照しながら説明する。ここに、図２（ａ）はスイッチング素子Ｑ1 のオンオフの変化を、同図（ｂ）はイグナイタ回路９の出力のオンオフの変化を、同図（ｃ）はスイッチング素子Ｑ6 のオンオフの変化を、同図（ｄ）は無電極放電灯７の状態の変化を、同図（ｅ）は直流電源Ｅの出力電流Ｉの変化を、同図（ｆ）はオペアンプ１１の入力電圧Ｖａ，Ｖｂの変化を、それぞれ示す。また、同図（ｆ）中の実線イはオペアンプ１１の非反転入力端子への入力電圧Ｖａを示し、一点鎖線ロはオペアンプ１１の反転入力端子への入力電圧Ｖｂを示す。
【００２１】
時刻ｔ1 にてスイッチング素子Ｑ1 をオンする（図２（ａ）参照）と、直流電源Ｅから高周波回路６へ直流電源Ｅの出力が供給されるので、高周波回路６が動作し高周波回路６から誘導コイル８へ電力が供給される。このときの直流電源Ｅの出力電流Ｉの大きさをＩ1 とする（図２（ｅ）参照）。この時刻ｔ1 ではイグナイタ回路９は動作しておらず（図２（ｂ）参照）、無電極放電灯７は点灯できない（アーク放電へ移行できない）。つまり、無電極放電灯７は消灯したままである（図２（ｄ）参照）。また、時刻ｔ1 ではスイッチング素子Ｑ6 がオフとなっている（図２（ｃ）参照）ので、オペアンプ１１の非反転入力端子の入力電圧Ｖａは零であり（図２（ｆ）参照）、一方、オペアンプ１１の反転入力端子の入力電圧Ｖｂは電流検出用抵抗Ｒ1 の電圧を抵抗Ｒ15と抵抗Ｒ16とで分圧した電圧になる。このときの入力電圧Ｖｂの大きさをＶ1 とする（図２（ｆ）参照）。
【００２２】
次に、時刻ｔ2 にてスイッチング素子Ｑ6 をオンする（図２（ｃ）参照）と、コンデンサＣ1 の充電が開始される。このときのコンデンサＣ1 は電流検出用抵抗Ｒ1 に発生する電圧を抵抗Ｒ13と抵抗Ｒ14とで分圧した電圧により充電される。また、オペアンプ１１の入力電圧Ｖａは電流検出用抵抗Ｒ1 の電圧を抵抗Ｒ13と抵抗Ｒ14とで分圧した電圧になる。このときの入力電圧Ｖａの大きさをＶ2 とする（図２（ｆ）参照）。ここに、本実施形態では、Ｖ1 ＞Ｖ2 となるように各抵抗Ｒ13〜Ｒ16の定数を設定してある。
【００２３】
その後、スイッチング素子Ｑ6 はコンデンサＣ1 が完全に充電された後にオフされる（図２（ｃ）参照）。ところで、オペアンプ１１は入力インピーダンスが非常に高いので、コンデンサＣ1 に蓄積された電荷は長時間放電されず、スイッチング素子Ｑ6 がオフされた後もオペアンプ１１の入力電圧Ｖａの大きさは図２（ｆ）に示すように略Ｖ2 を維持する（信号レベルが長時間保持される）。したがって、オペアンプ１１の入力電圧Ｖａを、無電極放電灯７の点灯前の直流電源Ｅの出力電流Ｉ（電流値Ｉ1 ）に応じた値で維持できる（点灯前の出力電流Ｉの状態が保存できる）。
【００２４】
スイッチング素子Ｑ6 がオフ（図２（ｃ）参照）された後に、時刻ｔ3 にてイグナイタ回路９の出力をオンする（図２（ｂ）参照）と、始動用電極９ａに高電圧が供給され、無電極放電灯７がアーク放電に移行する（図２（ｄ）参照）。ここに、時刻ｔ4 にて無電極放電灯７がアーク放電に移行すると、無電極放電灯７が点灯に移行した瞬間にインピーダンスが大きく変化し、高周波回路６の出力電力が変化するとともに直流電源Ｅの出力電流Ｉの大きさも変化する。このときの出力電流Ｉの大きさをＩ2 とする（図２（ｅ）参照）。ここに、本実施形態では、無電極放電灯７が点灯すると、直流電源Ｅの出力電流Ｉが小さくなり（Ｉ2 ＜Ｉ1 ）、抵抗Ｒ1 の電圧も小さくなってオペアンプ１１の反転入力端子の入力電圧Ｖｂも小さくなる。このときの入力電圧Ｖｂの大きさをＶ3 とする（図２（ｆ）参照）と、本実施形態ではＶ3 ＜Ｖ2 となっている。
【００２５】
しかして、本実施形態においては、オペアンプ１１の入力電圧Ｖａ，Ｖｂの大小関係が、無電極放電灯灯７の点灯前にはＶａ＞Ｖｂという関係にあり、点灯後にはＶａ＜Ｖｂという関係になるのである。要するに、本実施形態における制御回路１０では、抵抗Ｒ13〜Ｒ16の定数（抵抗値）を適当に設定しておくことにより、無電極放電灯７の点灯前後でオペアンプ１１の入力電圧Ｖａ，Ｖｂの大小関係が反転するようになっているので、オペアンプ１１の出力電圧の変化により無電極放電灯７の点灯を検知することができるのである。したがって、抵抗Ｒ1 、抵抗Ｒ13〜Ｒ16，コンデンサＣ1 、オペアンプ１１などにより点灯検知手段を構成できるので、簡単な回路構成で無電極放電灯の点灯検知を行うことができる。
【００２６】
本実施形態では、無電極放電灯７の点灯検知をイグナイタ回路９の動作前後（つまり無電極放電灯７の点灯移行前後）の出力電流Ｉの状態を比較することによって行うので、誘導コイル８が温度変化や長時間使用した場合の経時変化によりインピーダンスが変動した場合であっても、無電極放電灯７の点灯検知を確実に行うことができ、制御回路の誤動作を防止することができる。また、従来のように再始動であるか否かを点灯前に検知するものではないので、点灯できる状態にあるにも関わらず停止されるといった事態が発生することもない。なお、無電極放電灯７に異常があってイグナイタ回路９の動作後に点灯できない場合（つまり、点灯が検知されない場合）には、所定の時間が経過した時点で回路を停止するようにすればよい。なお、点灯検知手段の回路構成は本実施形態の構成に限定するものではなく、無電極放電灯７の点灯前後の直流電源Ｅの出力電流値を比較して無電極放電灯７の点灯を検知するものであればよい。
【００２７】
また、本実施形態では、無電極放電灯７の点灯制御をイグナイタ回路９により行っているが、その他の手段により点灯制御を行うようにしてもよいことは勿論である。また、本実施形態における制御回路１０は、イグナイタ回路９の制御と直流電源Ｅの出力の制御とを行っているが、制御対象がこれらに限るものではなく、例えば、マッチング回路４を定数を変えることができる可変マッチング回路として、無電極放電灯７の始動時と点灯時とで可変マッチング回路などを制御するようにしてもよい。
【００２８】
また、無電極放電灯７及び誘導コイル８とマッチング回路４の設計によっては、無電極放電灯７の点灯移行時に直流電源Ｅの出力電流Ｉが増加する場合も考えられるが、この場合にも、制御回路１０の定数や構成を適当に設定することで点灯検知が可能となる。
（実施形態２）
図３に本実施形態の無電極放電灯点灯装置の回路ブロック図を示す。本実施形態の基本構成は実施形態１と略同じなので、同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略し、相違する点についてのみ説明する。
【００２９】
本実施形態における制御回路１０は、オペアンプ１１の非反転入力端子に基準電圧Ｖｓを出力する直流電源Ｅｓが接続され、抵抗Ｒ1 の一端がコンデンサＣ2 と抵抗Ｒ17とで構成される微分回路を介してオペアンプ１１の反転入力端子に接続されている。なお、直流電源Ｅｓは負極側をオペアンプ１１の非反転入力端子に接続してある。
【００３０】
以下、本実施形態の動作について図４を参照しながら説明する。ここに、図４（ａ）はスイッチング素子Ｑ1 のオンオフの変化を、同図（ｂ）はイグナイタ回路９の出力のオンオフの変化を、同図（ｃ）は無電極放電灯７の状態の変化を、同図（ｄ）は直流電源Ｅの出力電流Ｉの変化を、同図（ｅ）はオペアンプ１１の入力電圧の変化を、それぞれ示す。また、同図（ｅ）中の一点鎖線イはオペアンプ１１の非反転入力端子への入力電圧Ｖａを示し、実線ロはオペアンプ１１の反転入力端子への入力電圧Ｖｂを示す。
【００３１】
時刻ｔ11にてスイッチング素子Ｑ1 をオンすると、直流電源Ｅから高周波回路６へ直流電源Ｅの出力が供給されるので、高周波回路６が動作し高周波回路６から誘導コイル８へ電力が供給される。このときの直流電源Ｅの出力電流Ｉの大きさをＩ1 とする（図４（ｅ）参照）。この時刻ｔ11ではイグナイタ回路９は動作しておらず（図４（ｂ）参照）、無電極放電灯７は点灯できない（アーク放電へ移行できない）。つまり、無電極放電灯７は消灯したままである（図４（ｃ）参照）。ところで、オペアンプ１１の非反転入力端子の入力電圧Ｖａは−Ｖｓであり（図４（ｅ）参照）、一方、オペアンプ１１の反転入力端子の入力電圧Ｖｂは、直流電源Ｅの出力電流Ｉ（電流値Ｉ1 ）による抵抗Ｒ1 の電圧がステップ状に微分回路に入力されるので図４（ｅ）に示すような微分電圧となる（このときの入力電圧Ｖｂのピーク値をＶ1 とする）。したがって、オペアンプ１１の入力電圧Ｖａ，ＶｂはＶａ＞Ｖｂという関係にある。
【００３２】
次に、時刻ｔ12にてイグナイタ回路９の出力をオンする（図４（ｂ）参照）と、始動用電極９ａに高電圧が供給され、時刻ｔ13にて無電極放電灯７がアーク放電に移行する（図４（ｃ）参照）。ここに、時刻ｔ13にて無電極放電灯７がアーク放電に移行すると、無電極放電灯７が点灯に移行した瞬間にインピーダンスが大きく変化し、高周波回路６の出力電力が変化するとともに直流電源Ｅの出力電流Ｉの大きさも瞬時に変化する。このときの出力電流Ｉの大きさをＩ2 とする（図４（ｄ）参照）。ここに、本実施形態では、無電極放電灯７が点灯すると、直流電源Ｅの出力電流Ｉが瞬時に小さくなり（Ｉ2 ＜Ｉ1 ）、抵抗Ｒ1 の電圧が瞬時に小さくなるので、オペアンプ１１の反転入力端子の入力電圧Ｖｂが図４（ｅ）に示すようにマイナスピークを有する微分電圧となる（このときの入力電圧ｂのピーク値を−Ｖ2 とする）。ここで、直流電源Ｅｓの電圧Ｖｓを適当に設定しておくことにより、オペアンプ１１の入力電圧Ｖａ，Ｖｂの大小関係が、図４（ｅ）に示すように時刻ｔ13から時刻ｔ14までの間だけ、Ｖａ＞Ｖｂという関係になる。
【００３３】
しかして、本実施形態においては、無電極放電灯７が点灯した直後の短い時間だけ（時刻ｔ13から時刻ｔ14までの間だけ）オペアンプ１１の出力が反転するのである。したがって、本実施形態における制御回路１０では、オペアンプ１１の出力電圧の変化により無電極放電灯７の点灯を検知することができるのである。したがって、抵抗Ｒ1 、コンデンサＣ2 、抵抗Ｒ17、直流電源Ｅｓ、オペアンプ１１などにより点灯検知手段を構成できるので、簡単な回路構成で無電極放電灯の点灯検知を行うことができる。
【００３４】
本実施形態では、無電極放電灯７の点灯移行が瞬間的に行われることに着目し、直流電源Ｅの出力電流値の変化率に対応する信号を用いて無電極放電灯７の点灯検知を行っているので、誘導コイル８が温度変化や長時間使用した場合の経時変化によりインピーダンスが変動した場合であっても、無電極放電灯７の点灯検知を確実に行うことができ、制御回路１０の誤動作を防止することができる。なお、点灯検知手段の回路構成は本実施形態の構成に限定するものではなく、無電極放電灯７の点灯移行時の直流電源Ｅの出力電流Ｉの変化率に基づいて無電極放電灯７の点灯を検知するものであればよい。
【００３５】
また、本実施形態では、無電極放電灯７の点灯制御をイグナイタ回路９により行っているが、その他の手段により点灯制御を行うようにしてもよいことは勿論である。また、本実施形態における制御回路１０は、イグナイタ回路９の制御と直流電源Ｅの出力の制御とを行っているが、制御対象がこれらに限るものではなく、例えば、マッチング回路４を定数を変えることができる可変マッチング回路として、無電極放電灯７の始動時と点灯時とで可変マッチング回路などを制御するようにしてもよい。
【００３６】
また、無電極放電灯７及び誘導コイル８とマッチング回路４の設計によっては、無電極放電灯７の点灯移行時に直流電源Ｅの出力電流Ｉが増加する場合も考えられるが、この場合にも、制御回路１０の定数や構成を適当に設定することで点灯検知が可能となる。
（実施形態３）
図５に本実施形態の無電極放電灯点灯装置の回路ブロック図を示す。本実施形態の基本構成は実施形態２と略同じなので、同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略し、相違する点についてのみ説明する。本実施形態では、実施形態２におけるイグナイタ回路９をなくし、さらに、実施形態２における直流電源Ｅの替わりに、出力電圧が可変である直流電源Ｅｖを用いており、直流電源Ｅｖの出力電圧を制御回路１０により制御している。
【００３７】
以下、本実施形態の動作について図６を参照しながら説明する。ここに、図６（ａ）はスイッチング素子Ｑ1 のオンオフの変化を、同図（ｂ）は無電極放電灯７の状態の変化を、同図（ｃ）は直流電源Ｅｖの出力電圧の変化を、同図（ｄ）は直流電源Ｅｖの出力電流Ｉの変化を、同図（ｅ）はオペアンプ１１の入力電圧の変化を、それぞれ示す。また、同図（ｅ）中の一点鎖線イはオペアンプ１１の非反転入力端子への入力電圧Ｖａを示し、実線ロはオペアンプ１１の反転入力端子への入力電圧Ｖｂを示す。
【００３８】
時刻ｔ21にてスイッチング素子Ｑ1 をオン（図６（ａ）参照）した後に、直流電源Ｅｖの出力電圧を零ボルト付近から所定の電圧値までスローアップする（図６（ｃ）参照）。すると、高周波回路６の出力電力は、直流電源Ｅｖの出力電圧に応じて上昇する。ここに、直流電源Ｅｖの出力電圧が小さくて無電極放電灯７の始動に必要な電圧な高周波出力が得られない状態では無電極放電灯７は点灯に移行しない（図６（ｂ）参照）。このとき、直流電源Ｅｖの出力電圧を直線的に変化させることにより、オペアンプ１１の反転入力端子の入力電圧Ｖｂは略一定の正の電圧となる。このときの入力電圧Ｖｂの大きさをＶ5 とする。一方、オペアンプ１１の非反転入力端子の入力電圧Ｖａは−Ｖｓ（図４（ｅ）参照）なので、オペアンプ１１の入力電圧Ｖａ，ＶｂはＶａ＞Ｖｂという関係にある。
【００３９】
そして、時刻ｔ22にて高周波回路６の高周波出力が無電極放電灯７の始動に必要な値に達すると、無電極放電灯７が点灯し（図６（ｂ）参照）、直流電源Ｅｖの出力電圧は無電極放電灯７の点灯安定時に高周波回路６の出力電力が所定値になる値Ｖ0 に達すると、Ｖ0 で固定される（図６（ｃ）参照）。
ところで、時刻ｔ22にて無電極放電灯７が点灯に移行した瞬間にインピーダンスが大きく変化し、高周波回路６の出力電力が変化するとともに直流電源Ｅの出力電流Ｉの大きさも瞬時に変化する。このときの出力電流Ｉの大きさをＩ2 ’とする（図６（ｄ）参照）。ここに、本実施形態では、無電極放電灯７が点灯すると、直流電源Ｅの出力電流Ｉが瞬時に小さくなり（Ｉ2 ’＜Ｉ1 ）、抵抗Ｒ1 の電圧が瞬時に小さくなるので、オペアンプ１１の反転入力端子の入力電圧Ｖｂが図６（ｅ）に示すようにマイナスピークを有する微分電圧となる（このときの入力電圧ｂのピーク値を−Ｖ2 とする）。ここで、直流電源Ｅｓの電圧Ｖｓを適当に設定しておくことにより、オペアンプ１１の入力電圧Ｖａ，Ｖｂの大小関係が、図６（ｅ）に示すように時刻ｔ22から時刻ｔ23までの間だけ、Ｖａ＞Ｖｂという関係になる。
【００４０】
しかして、本実施形態においては、無電極放電灯７が点灯した直後の短い時間だけ（時刻ｔ22から時刻ｔ23までの間だけ）オペアンプ１１の出力が反転するのである。したがって、本実施形態における制御回路１０では、オペアンプ１１の出力電圧の変化により無電極放電灯７の点灯を検知することができるのである。したがって、抵抗Ｒ1 、コンデンサＣ2 、抵抗Ｒ17、直流電源Ｅｓ、オペアンプ１１などにより点灯検知手段を構成できるので、簡単な回路構成で無電極放電灯の点灯検知を行うことができる。
【００４１】
本実施形態では、実施形態２のように無電極放電灯７の点灯制御をイグナイタ回路９のような始動補助手段を用いて行わずに高周波回路６の高周波出力を制御することによって行っている。したがって、無電極蛍光灯などのように始動補助手段を必要としない負荷でも、高周波電源投入時の直流電源の出力電流の急変を、無電極放電灯の点灯移行と誤認識することを防止でき、本実施形態の点灯検知手段の適用が可能となる。
【００４２】
（実施形態４）
図７に本実施形態の無電極放電灯点灯装置の回路ブロック図を示す。本実施形態の基本構成は実施形態１と略同じなので、同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略し、相違する点についてのみ説明する。本実施形態では、実施形態１におけるスイッチング素子Ｑ6 を省いたものであり、分圧用の抵抗Ｒ13〜Ｒ16のうちの１つである抵抗Ｒ13とコンデンサＣ3 とで積分回路を構成している。
【００４３】
以下、本実施形態の動作について図８を参照しながら説明する。ここに、図８（ａ）はスイッチング素子Ｑ1 のオンオフの変化を、同図（ｂ）はイグナイタ回路９の出力のオンオフの変化を、同図（ｃ）は無電極放電灯７の状態の変化を、同図（ｄ）は直流電源Ｅの出力電流Ｉの変化を、同図（ｅ）はオペアンプ１１の入力電圧の変化を、それぞれ示す。また、同図（ｅ）中の実線イはオペアンプ１１の非反転入力端子への入力電圧Ｖａを示し、一点鎖線ロはオペアンプ１１の反転入力端子への入力電圧Ｖｂを示す。
【００４４】
時刻ｔ31にてスイッチング素子Ｑ1 をオンすると、直流電源Ｅから高周波回路６へ直流電源Ｅの出力が供給されるので、高周波回路６が動作し高周波回路６から誘導コイル８へ電力が供給される。このときの直流電源Ｅの出力電流Ｉの大きさをＩ1 とする（図８（ｄ）参照）。この時刻ｔ31ではイグナイタ回路９は動作しておらず（図８（ｂ）参照）、無電極放電灯７は点灯できない（アーク放電へ移行できない）。つまり、無電極放電灯７は消灯したままである（図８（ｃ）参照）。また、時刻ｔ31でスイッチング素子Ｑ1 がオンすると、オペアンプ１１の反転入力端子の入力電圧Ｖｂは直流電源Ｅの出力電流Ｉ（電流値Ｉ1 ）による抵抗Ｒ1 の電圧を抵抗Ｒ15と抵抗Ｒ16とで分圧した電圧になる。このときの入力電圧Ｖｂの大きさをＶ6 とする（図８（ｅ）参照）。一方、オペアンプ１１の非反転入力端子の入力電圧Ｖａは上述の積分回路を介して入力電圧Ｖｂよりもゆっくりと徐々に立ち上がる（図８（ｅ）参照）。このときの入力電圧Ｖａの最大値をＶ7 とする（図８（ｅ）参照）。ここに、本実施形態では、Ｖ6 ＞Ｖ7 となるように各抵抗Ｒ13〜Ｒ16及びコンデンサＣ3 の定数を設定してある。
【００４５】
次に、時刻ｔ32にてイグナイタ回路９の出力をオンする（図８（ｂ）参照）と、始動用電極９ａに高電圧が供給され、無電極放電灯７がアーク放電に移行する（図８（ｃ）参照）。ここに、時刻ｔ33にて無電極放電灯７がアーク放電に移行すると、無電極放電灯７が点灯に移行した瞬間に負荷のインピーダンスが大きく変化し、高周波回路６の出力電力が変化するとともに直流電源Ｅの出力電流Ｉの大きさも変化する。このときの出力電流Ｉの大きさをＩ2 とする（図８（ｄ）参照）。ここに、本実施形態では、無電極放電灯７が点灯すると、直流電源Ｅの出力電流Ｉが小さくなり（Ｉ2 ＜Ｉ1 ）、抵抗Ｒ1 の電圧も小さくなってオペアンプ１１の反転入力端子の入力電圧Ｖｂも瞬時に小さくなる（立ち下がる）。このときの入力電圧Ｖｂの大きさをＶ8 とする（図８（ｆ）参照）。これに対し、オペアンプ１１の入力電圧Ｖａは、上述の積分回路が設けられていることにより、入力電圧Ｖｂに比べてゆっくりと立ち下がる。完全に下がったときの入力電圧Ｖａの電圧値をＶ9 とする。ここに、本実施形態ではＶ9 ＜Ｖ8 となっているが、入力電圧Ｖａが入力電圧Ｖｂに比べてゆっくりと立ち下がるので、抵抗Ｒ13〜Ｒ16及びコンデンサＣ3 の定数を適当に設定することにより、図８（ｅ）に示すように無電極放電灯７の点灯移行時（時刻ｔ33から時刻ｔ34までの間）だけオペアンプ１１の出力を反転させることができる。
【００４６】
要するに、本実施形態における制御回路１０では、抵抗Ｒ13〜Ｒ16及びコンデンサＣ3 の定数を適当に設定しておくことにより、無電極放電灯７の点灯移行時にオペアンプ１１の入力電圧Ｖａ，Ｖｂの大小関係が反転するようになっているので、オペアンプ１１の出力電圧の変化により無電極放電灯７の点灯を検知することができるのである。本実施形態では、抵抗Ｒ1 、抵抗Ｒ13〜Ｒ16、コンデンサＣ3 、オペアンプ１１などにより点灯検知手段を構成できるので、簡単な回路構成で無電極放電灯の点灯検知を行うことができる。
【００４７】
すなわち、本実施形態では、積分回路を通過した直流電源Ｅの出力電流値に比例する信号と、積分回路を通過していない直流電源Ｅの出力電流値に比例する信号とを比較して無電極放電灯７の点灯検知を行っているので、誘導コイル８が温度変化や長時間使用した場合の経時変化によりインピーダンスが変動した場合であっても、無電極放電灯７の点灯検知を確実に行うことができ、制御回路の誤動作を防止することができる。また、本実施形態では、実施形態１のスイッチング素子Ｑ6 が不要となるので、制御回路１０の回路構成が実施形態１に比べて簡単になる。
【００４８】
また、無電極放電灯７及び誘導コイル８とマッチング回路４の設計によっては、無電極放電灯７の点灯移行時に直流電源Ｅの出力電流Ｉが増加する場合も考えられるが、この場合にも、制御回路１０の定数や構成を適当に設定することで点灯検知が可能となる。
（実施形態５）
図９に本実施形態の無電極放電灯点灯装置の回路ブロック図を示す。本実施形態の基本構成は実施形態４と略同じなので、同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略し、相違する点についてのみ説明する。本実施形態では、実施形態４におけるイグナイタ回路９をなくし、さらに、実施形態２における直流電源Ｅの替わりに、出力電圧が可変である直流電源Ｅｖを用いており、直流電源Ｅｖの出力電圧を制御回路１０により制御している。
以下、本実施形態の動作について図１０を参照しながら説明する。ここに、図１０（ａ）はスイッチング素子Ｑ1 のオンオフの変化を、同図（ｂ）は無電極放電灯７の状態の変化を、同図（ｃ）は直流電源Ｅｖの出力電圧の変化を、同図（ｄ）は直流電源Ｅｖの出力電流Ｉの変化を、同図（ｅ）はオペアンプ１１の入力電圧の変化を、それぞれ示す。また、同図（ｅ）中の実線イはオペアンプ１１の非反転入力端子への入力電圧Ｖａを示し、一点鎖線ロはオペアンプ１１の反転入力端子への入力電圧Ｖｂを示す。
【００４９】
時刻ｔ41にてスイッチング素子Ｑ1 をオン（図１０（ａ）参照）した後に、直流電源Ｅｖの出力電圧を零ボルト付近から所定の電圧値までスローアップする（図１０（ｃ）参照）。すると、高周波回路６の出力電力は、直流電源Ｅｖの出力電圧に応じて上昇する。ここに、直流電源Ｅｖの出力電圧が小さくて無電極放電灯７の始動に必要な電圧な高周波出力が得られない状態では無電極放電灯７は点灯に移行しない（図１０（ｂ）参照）。このとき、直流電源Ｅｖの出力電圧を直線的に変化させることにより、オペアンプ１１の入力電圧Ｖａ，Ｖｂは図１０（ｅ）に示すように略直線的に上昇する。ここに、オペアンプ１１の入力電圧Ｖａ，ＶｂはＶａ＜Ｖｂという関係にある。
【００５０】
そして、時刻ｔ42にて高周波回路６の高周波出力が無電極放電灯７の始動に必要な値に達すると、無電極放電灯７が点灯し（図１０（ｂ）参照）、直流電源Ｅｖの出力電圧は無電極放電灯７の点灯安定時に高周波回路６の出力電力が所定値になる値Ｖ0 に達すると、この時刻ｔ43以降はＶ0 で固定される（図１０（ｃ）参照）。
【００５１】
ところで、時刻ｔ42にて無電極放電灯７が点灯に移行した瞬間に負荷のインピーダンスが大きく変化し、高周波回路６の出力電力が変化するとともに直流電源Ｅｖの出力電流Ｉの大きさも瞬時に変化する。このときの出力電流Ｉの大きさをＩ2 ’とする（図１０（ｄ）参照）。ここに、本実施形態では、無電極放電灯７が点灯すると、直流電源Ｅｖの出力電流Ｉが小さくなり（Ｉ2 ＜Ｉ1 ）、抵抗Ｒ1 の電圧も小さくなってオペアンプ１１の反転入力端子の入力電圧Ｖｂも瞬時に小さくなる（立ち下がる）。このときの入力電圧Ｖｂの大きさをＶ12とする（図１０（ｆ）参照）。これに対し、オペアンプ１１の入力電圧Ｖａは、上述の積分回路が設けられていることにより、入力電圧Ｖｂに比べてゆっくりと立ち下がる。完全に下がったときの入力電圧Ｖａの電圧値をＶ13とする。ここに、本実施形態ではＶ13＜Ｖ12となっているが、入力電圧Ｖａが入力電圧Ｖｂに比べてゆっくりと立ち下がるので、抵抗Ｒ13〜Ｒ16及びコンデンサＣ3 の定数を適当に設定することにより、図１０（ｅ）に示すように無電極放電灯７の点灯移行時（時刻ｔ42から時刻ｔ44までの間）だけオペアンプ１１の出力を反転させることができる。
【００５２】
要するに、本実施形態における制御回路１０では、無電極放電灯７の点灯移行時におけるオペアンプ１１の入力電圧Ｖａ，Ｖｂの大小関係の反転を検出することによって、無電極放電灯７の点灯を検知するようになっている。
本実施形態では、実施形態４のように無電極放電灯７の点灯制御をイグナイタ回路９のような始動補助手段を用いて行わずに高周波回路６の高周波出力を制御することによって行っている。したがって、無電極蛍光灯などのように始動補助手段を必要としない負荷でも、高周波電源投入時の直流電源の出力電流の急変を、無電極放電灯の点灯移行と誤認識することを防止でき、本実施形態の点灯検知手段の適用が可能となる。
【００５３】
【発明の効果】
請求項１の発明は、放電ガスを封入したバルブに近接して誘導コイルを設けた無電極放電灯と、直流電源、該直流電源の出力を高周波出力に変換する高周波回路を具備する高周波電源と、該高周波電源を制御する制御手段と、直流電源の出力電流値の所定レベル以上の変化を検出することによって無電極放電灯の点灯を検知する点灯検知手段を備えているので、点灯検知手段が、無電極放電灯の点灯移行時のインピーダンスの急変を直流電源の出力電流値をモニタすることで無電極放電灯の点灯を確実に検知することができ、直流電源の出力電流値をモニタするだけでよいので点灯検知手段の回路構成を簡単にすることができるという効果がある。
【００５４】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、無電極放電灯の始動を補助する始動補助手段を備え、点灯検知手段は、始動補助手段の動作前後の直流電源の出力電流値の比較により点灯検知を行うので、高周波電源投入時における直流電流の急変を無電極放電灯の点灯移行時における直流電源の出力電流値の急変と誤認識することを防止できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１を示す回路ブロック図である。
【図２】同上の動作説明図である。
【図３】実施形態２を示す回路ブロック図である。
【図４】同上の動作説明図である
【図５】実施形態３を示す回路ブロック図である。
【図６】同上の動作説明図である。
【図７】実施形態４を示す回路ブロック図である。
【図８】同上の動作説明図である。
【図９】実施形態５を示す回路ブロック図である。
【図１０】同上の動作説明図である。
【図１１】従来例を示す回路ブロック図である。
【図１２】同上の具体回路例図である。
【図１３】他の従来例を示す回路ブロック図である。
【符号の説明】
４ マッチング回路
６ 高周波回路
７ 無電極放電灯
８ 誘導コイル
９ イグナイタ回路
１０ 制御回路
１１ オペアンプ
Ｅ 直流電源
Ｑ1 スイッチング素子
Ｑ6 スイッチング素子
Ｒ1 電流検出用抵抗
Ｒ13〜Ｒ16 抵抗
Ｃ1 コンデンサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電ガスが封入されたバルブの近傍に誘導コイルを配置した無電極放電灯を点灯させる無電極放電灯点灯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、バルブ内に封入した放電ガスに高周波電磁界を作用させることによって放電ガスを励起して発光させるようにした無電極放電灯は、小型、高出力、長寿命などの特徴を有しており、各所で研究開発がなされ、高出力点光源などとして様々な利用が考えられている。
【０００３】
図１１は無電極放電灯点灯装置の一例を示すもので、無電極放電灯７は、石英やセラミクスなどの透光性材料で気密に形成されたバルブの内部に希ガスあるいは希ガスの放電によって励起発光する物質又は金属蒸気などを封入し、内管面には必要に応じて蛍光体が塗布されている。無電極放電灯７の外周には、導電性の良い金属などで形成された誘導コイル８が近接して配設されている。誘導コイル８には、直流電源Ｅ、該直流電源Ｅの直流出力を高周波出力に変換する高周波回路を具備する高周波電源からマッチング回路４を通して高周波電力が供給される。なお、図１１では、直流電源Ｅは商用電源ＡＣの出力を所定の直流電圧に変換している。
【０００４】
この無電極放電灯点灯装置では、上記高周波電源から誘導コイル８に数ＭＨｚから数百ＭＨｚの高周波電流を流すことにより、誘導コイル８に高周波電磁界を発生させ、無電極放電灯７に高周波電力を供給し、無電極放電灯７内に高周波プラズマ電流を発生させて紫外線もしくは可視光を発生するようになっている。
ここで、マッチング回路４は、無電極放電灯７の点灯安定時に効率良く高周波電力を伝達することができるように、無電極放電灯７の点灯安定時において高周波回路６からみたインピーダンスが適正値になるように設計されている。また、イグナイタ回路９は、無電極放電灯７の近傍に始動用電極９ａを有し、この始動用電極９ａに高電圧を供給して無電極放電灯７の始動を補助する回路である。
【０００５】
図１２にこの種の無電極放電灯点灯装置の具体回路例を示す。図１２に示す無電極放電灯点灯装置は、無電極放電灯７と、無電極放電灯７に近接配置された誘導コイル８と、直流電源Ｅと、水晶振動子Ｘを有する発振回路１と、発振回路１の発振出力を増幅するプリアンプ２と、プリアンプ２の出力を更に高周波増幅するメインアンプ５と、高周波出力が直流電源Ｅに帰還するのを防止するフィルタ回路３と、マッチング回路４と、始動用電極９ａを有するイグナイタ回路９とを備えている。 ここで、発振回路１は、コイルＬ6 とコンデンサＣ15により低Ｑの同調回路を構成し、無調整の発信器としている。また、プリアンプ２は、トランジスタＱ4 によりＣ級増幅を行うようになっており、コイルＬ5 とコンデンサＣ17により発振周波数に同調するように構成されており、抵抗Ｒ8 〜Ｒ10からなる回路は減衰器を構成しており、抵抗Ｒ11はコイルＬ5 のＱを下げるために挿入されている。フィルタ回路３は、チョークコイルＬ3 、コンデンサＣ4 などにより構成されている。メインアンプ５は、パワーＭＯＳＦＥＴなどのトランジスタＱ5 を用いた増幅器となっており、コイルＬ7 はトランジスタＱ5 の入力キャパシタンスを打ち消すために挿入してあり、抵抗Ｒ12はトランジスタＱ5 の入力インピーダンスをプリアンプ２の出力と整合させるために接続してある。マッチング回路４は、コンデンサＣ18〜Ｃ20などにより構成され、メインアンプ５の出力と誘導コイル８及び無電極放電灯７とのインピーダンス整合を行うものである。なお、図１２の回路では、発振回路１、プリアンプ２、フィルタ回路３、メインアンプ５などにより高周波回路６を構成している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、無電極放電灯７は始動（絶縁破壊により放電が開始される状態）から点灯（アーク放電が開始される状態）に至るまでの間にインピーダンスが大きく変化することが知られている。一方、誘導コイル８及びマッチング回路４は、損失をできるだけ小さくして無電極放電灯７の始動に必要な大きな電磁界を作用させるために、Ｑが高く設定されている。したがって、誘導コイル８のインピーダンスの僅かな変動でも上記高周波電源の出力が大きく変化してしまう。また、誘導コイル８は、無電極放電灯７の点灯時には高周波電流が通電されることによる自己発熱と、無電極放電灯７の発熱とにより高温になり、誘導コイル８を構成する電線が熱膨張して線径が変化し、誘導コイル８のインピーダンスが変化する。したがって、無電極放電灯７を点灯させた後に一旦消灯し再び始動する場合（以下、再始動時と称す）の高周波電源の出力電力は、誘導コイル８の温度が低い状態（室温状態）での始動時（以下、この状態を初始動時と称す）の出力電力そとは大きく異なる。
【０００７】
しかしながら、従来の無電極放電灯点灯装置では、上記高周波電源の出力電力により変動する信号を検出して無電極放電灯７の点灯を検知しているので、上記高周波電源の出力の変動が大きくなりすぎると、無電極放電灯７の点灯を検知できないという問題があった。例えば、無電極放電灯７の再始動時で無電極放電灯７が点灯できていないにもかかわらず、異常検知用の制御回路（図示せず）が無電極放電灯７が点灯していると判定し、誘導コイル８への高周波電力の供給が継続され、高周波電源を構成するスイッチング素子に過大なストレスがかかり、場合によってはスイッチング素子が破壊するという問題があった。
【０００８】
この種の問題を解決するために図１３に示すような無電極放電灯点灯装置が提案されている。この図１３に示す無電極放電灯点灯装置は、直流電源Ｅと高周波回路６との間にスイッチング素子Ｑ1 と電流検出用抵抗Ｒ1 との直列回路を直列に挿入してあり、スイッチング素子Ｑ1 とイグナイタ回路９とを制御する制御回路１０’を備えている。この装置では、制御回路１０’によりスイッチング素子Ｑ1 がオンオフされることによって高周波回路６の高周波出力がオンオフされる。すなわち、スイッチング素子Ｑ1 がオンされることによって高周波回路６の高周波出力がマッチング回路４を通して誘導コイル８に供給される。また、制御回路１０’は、直流電源Ｅの出力電流Ｉに比例した信号を検出し、イグナイタ回路９を動作させる前の状態（つまり、無電極放電灯７が点灯していない状態）で、再始動時であるか否かを判定し、再始動時でないと判断されればイグナイタ回路９を動作させるようになっている。ここに、再始動であるか否かの判定は、制御回路１０’に設けられたオペアンプ１１などにより電流検出用抵抗Ｒ1 の電圧と基準電源Ｅｓの電圧（基準電圧）とを比較することにより行っている。
【０００９】
しかしながら、誘導コイル８の点灯直後からの温度変化は連続的なものであり、上記基準電圧（基準信号）のレベル設定によっては、無電極放電灯７を消灯してからある程度の時間が経過しているが、誘導コイル８の温度が室温よりも高い状態で高周波電源から高周波電力を入力しイグナイタ回路９を動作させれば無電極放電灯７を点灯できるにもかかわらず、再始動と判定されて、高周波電源の出力が停止されて無電極放電灯７が点灯しないという問題がある。この問題は、無電極放電灯７が高温で点灯できない再始動時にもかかわらずイグナイタ回路９が動作され、点灯後の状態と検知され高周波電源の出力が継続されるという危険を回避するために、基準信号のレベルを安全をみて設定することによって生じる。
【００１０】
また、無電極放電灯７が長時間点灯された場合、誘導コイル８は徐々にインピーダンスが変化し、上記高周波電源の出力電力が変化する。上記高周波電源の出力電力が変化すると、無電極放電灯７が点灯できるにかかわらず再始動と判定し、上記高周波電源が停止されたり、再始動時で無電極放電灯７が点灯できていないにもかかわらず点灯後であると判定して上記高周波電源の出力を継続するという問題があった。
【００１１】
また、無電極放電灯７の点灯検知を確実に行うために複数の信号を検出して該複数の信号に基づいて点灯検知を行うことも考えられるが、この場合には制御回路の回路構成が複雑になってしまうという問題がある。また、検出信号に高周波信号を用いる場合には、高周波信号を扱いやすい信号に変換する回路を新たに付加する必要が生じ、制御回路がさらに複雑になるという問題がある。
【００１２】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、簡単な回路構成で無電極放電灯の点灯検知を確実に行うことができる無電極放電灯点灯装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、放電ガスを封入したバルブに近接して誘導コイルを設けた無電極放電灯と、直流電源、該直流電源の出力を高周波出力に変換する高周波回路を具備する高周波電源と、該高周波電源を制御する制御手段と、直流電源の出力電流値の所定レベル以上の変化を検出することによって無電極放電灯の点灯を検知する点灯検知手段を備えて成ることを特徴とするものであり、点灯検知手段が、無電極放電灯の点灯移行時のインピーダンスの急変を直流電源の出力電流値をモニタすることで無電極放電灯の点灯を確実に検知することができ、直流電源の出力電流値をモニタするだけでよいので点灯検知手段の回路構成を簡単にすることができる。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、無電極放電灯の始動を補助する始動補助手段を備え、点灯検知手段は、始動補助手段の動作前後の直流電源の出力電流値の比較により点灯検知を行うので、高周波電源投入時における直流電流の急変を無電極放電灯の点灯移行時における直流電源の出力電流値の急変と誤認識することを防止できる。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、点灯検知手段は、微分回路を通過させた上記出力電流値に比例する信号と、基準信号の比較により点灯検知を行うことを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１の発明において、点灯検知手段は、積分回路を通過させた上記出力電流値に比例する信号と、上記出力電流値に比例する信号との比較により点灯検知を行うことを特徴とする。
【００１６】
請求項５の発明は、請求項３又は請求項４の発明において、無電極放電灯の始動を補助する始動補助手段を備え、制御手段は、高周波電源の高周波出力を開始させた後に始動補助手段の出力を開始させることを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項３又は請求項４の発明において、前記制御手段は、高周波電源の高周波出力電力をスローアップさせることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１に本実施形態の無電極放電灯点灯装置の回路ブロック図を示す。
本実施形態の基本構成は従来構成と略同じであって、無電極放電灯７と、無電極放電灯７に近接配置される誘導コイル８と、直流電源Ｅ、該直流電源Ｅの直流出力を高周波出力に変換して誘導コイル８へ供給する高周波回路６を具備する高周波電源と、該高周波電源と誘導コイル８との間のインピーダンスを整合させ無電極放電灯７に高周波電力を効率良く供給するためのマッチング回路４と、無電極放電灯７の始動を補助するための始動電極９ａを有し該始動電極９ａに高電圧を供給して無電極放電灯７の始動を補助する始動補助手段たるイグナイタ回路９とを備えている。
【００１８】
上記高周波電源は、直流電源Ｅと高周波回路６との間にスイッチング素子Ｑ1 と電流検出用抵抗Ｒ1 との直列回路を直列に挿入してあり、スイッチング素子Ｑ1 がオンオフされることによって高周波回路６の高周波出力がオンオフされる。すなわち、スイッチング素子Ｑ1 がオンされることによって高周波回路６の高周波出力がマッチング回路４を通して誘導コイル８に供給される。
【００１９】
ここで、スイッチング素子Ｑ1 及びイグナイタ回路９は制御回路１０によって制御される。電流検出用抵抗Ｒ1 は直流電源Ｅの出力電流Ｉを検出するための抵抗であって、電流検出用抵抗Ｒ1 の高電位側が制御回路１０に接続されている。
本実施形態では、スイッチング素子Ｑ1 がオンの場合、電流検出用抵抗Ｒ1 によって直流電源Ｅの出力電流Ｉを検出し、制御回路１０によって、スイッチング素子Ｑ1 やイグナイタ回路９を制御する。制御回路１０は、電流検出用抵抗Ｒ1 の電圧を分圧する抵抗Ｒ13，Ｒ14の直列回路よりなる第１の分圧回路と、同様に電流検出用抵抗Ｒ1 の電圧を分圧する抵抗Ｒ15，Ｒ16の直列回路よりなる第２の分圧回路とを有する。また、制御回路１０は、オペアンプ１１を有し、オペアンプ１１の非反転入力端子には、スイッチング素子Ｑ6 を介して抵抗Ｒ13と抵抗Ｒ14との接続点が接続され、非反転入力端子とスイッチング素子Ｑ6 との接続点とグランドとの間に信号レベルを蓄積するコンデンサＣ1 が接続されている。一方、オペアンプ１１の反転入力端子には、抵抗Ｒ15とＲ16との接続点が接続されている。ここに、制御回路１０は、オペアンプ１１の出力信号が反転したときに無電極放電灯が点灯したことを検知する。
【００２０】
すなわち、本実施形態では、抵抗Ｒ13〜Ｒ16、スイッチング素子Ｑ6 、コンデンサＣ1 、オペアンプ１１に点灯検知手段を構成している。
以下、本実施形態の動作について図２を参照しながら説明する。ここに、図２（ａ）はスイッチング素子Ｑ1 のオンオフの変化を、同図（ｂ）はイグナイタ回路９の出力のオンオフの変化を、同図（ｃ）はスイッチング素子Ｑ6 のオンオフの変化を、同図（ｄ）は無電極放電灯７の状態の変化を、同図（ｅ）は直流電源Ｅの出力電流Ｉの変化を、同図（ｆ）はオペアンプ１１の入力電圧Ｖａ，Ｖｂの変化を、それぞれ示す。また、同図（ｆ）中の実線イはオペアンプ１１の非反転入力端子への入力電圧Ｖａを示し、一点鎖線ロはオペアンプ１１の反転入力端子への入力電圧Ｖｂを示す。
【００２１】
時刻ｔ1 にてスイッチング素子Ｑ1 をオンする（図２（ａ）参照）と、直流電源Ｅから高周波回路６へ直流電源Ｅの出力が供給されるので、高周波回路６が動作し高周波回路６から誘導コイル８へ電力が供給される。このときの直流電源Ｅの出力電流Ｉの大きさをＩ1 とする（図２（ｅ）参照）。この時刻ｔ1 ではイグナイタ回路９は動作しておらず（図２（ｂ）参照）、無電極放電灯７は点灯できない（アーク放電へ移行できない）。つまり、無電極放電灯７は消灯したままである（図２（ｄ）参照）。また、時刻ｔ1 ではスイッチング素子Ｑ6 がオフとなっている（図２（ｃ）参照）ので、オペアンプ１１の非反転入力端子の入力電圧Ｖａは零であり（図２（ｆ）参照）、一方、オペアンプ１１の反転入力端子の入力電圧Ｖｂは電流検出用抵抗Ｒ1 の電圧を抵抗Ｒ15と抵抗Ｒ16とで分圧した電圧になる。このときの入力電圧Ｖｂの大きさをＶ1 とする（図２（ｆ）参照）。
【００２２】
次に、時刻ｔ2 にてスイッチング素子Ｑ6 をオンする（図２（ｃ）参照）と、コンデンサＣ1 の充電が開始される。このときのコンデンサＣ1 は電流検出用抵抗Ｒ1 に発生する電圧を抵抗Ｒ13と抵抗Ｒ14とで分圧した電圧により充電される。また、オペアンプ１１の入力電圧Ｖａは電流検出用抵抗Ｒ1 の電圧を抵抗Ｒ13と抵抗Ｒ14とで分圧した電圧になる。このときの入力電圧Ｖａの大きさをＶ2 とする（図２（ｆ）参照）。ここに、本実施形態では、Ｖ1 ＞Ｖ2 となるように各抵抗Ｒ13〜Ｒ16の定数を設定してある。
【００２３】
その後、スイッチング素子Ｑ6 はコンデンサＣ1 が完全に充電された後にオフされる（図２（ｃ）参照）。ところで、オペアンプ１１は入力インピーダンスが非常に高いので、コンデンサＣ1 に蓄積された電荷は長時間放電されず、スイッチング素子Ｑ6 がオフされた後もオペアンプ１１の入力電圧Ｖａの大きさは図２（ｆ）に示すように略Ｖ2 を維持する（信号レベルが長時間保持される）。したがって、オペアンプ１１の入力電圧Ｖａを、無電極放電灯７の点灯前の直流電源Ｅの出力電流Ｉ（電流値Ｉ1 ）に応じた値で維持できる（点灯前の出力電流Ｉの状態が保存できる）。
【００２４】
スイッチング素子Ｑ6 がオフ（図２（ｃ）参照）された後に、時刻ｔ3 にてイグナイタ回路９の出力をオンする（図２（ｂ）参照）と、始動用電極９ａに高電圧が供給され、無電極放電灯７がアーク放電に移行する（図２（ｄ）参照）。ここに、時刻ｔ4 にて無電極放電灯７がアーク放電に移行すると、無電極放電灯７が点灯に移行した瞬間にインピーダンスが大きく変化し、高周波回路６の出力電力が変化するとともに直流電源Ｅの出力電流Ｉの大きさも変化する。このときの出力電流Ｉの大きさをＩ2 とする（図２（ｅ）参照）。ここに、本実施形態では、無電極放電灯７が点灯すると、直流電源Ｅの出力電流Ｉが小さくなり（Ｉ2 ＜Ｉ1 ）、抵抗Ｒ1 の電圧も小さくなってオペアンプ１１の反転入力端子の入力電圧Ｖｂも小さくなる。このときの入力電圧Ｖｂの大きさをＶ3 とする（図２（ｆ）参照）と、本実施形態ではＶ3 ＜Ｖ2 となっている。
【００２５】
しかして、本実施形態においては、オペアンプ１１の入力電圧Ｖａ，Ｖｂの大小関係が、無電極放電灯灯７の点灯前にはＶａ＞Ｖｂという関係にあり、点灯後にはＶａ＜Ｖｂという関係になるのである。要するに、本実施形態における制御回路１０では、抵抗Ｒ13〜Ｒ16の定数（抵抗値）を適当に設定しておくことにより、無電極放電灯７の点灯前後でオペアンプ１１の入力電圧Ｖａ，Ｖｂの大小関係が反転するようになっているので、オペアンプ１１の出力電圧の変化により無電極放電灯７の点灯を検知することができるのである。したがって、抵抗Ｒ1 、抵抗Ｒ13〜Ｒ16，コンデンサＣ1 、オペアンプ１１などにより点灯検知手段を構成できるので、簡単な回路構成で無電極放電灯の点灯検知を行うことができる。
【００２６】
本実施形態では、無電極放電灯７の点灯検知をイグナイタ回路９の動作前後（つまり無電極放電灯７の点灯移行前後）の出力電流Ｉの状態を比較することによって行うので、誘導コイル８が温度変化や長時間使用した場合の経時変化によりインピーダンスが変動した場合であっても、無電極放電灯７の点灯検知を確実に行うことができ、制御回路の誤動作を防止することができる。また、従来のように再始動であるか否かを点灯前に検知するものではないので、点灯できる状態にあるにも関わらず停止されるといった事態が発生することもない。なお、無電極放電灯７に異常があってイグナイタ回路９の動作後に点灯できない場合（つまり、点灯が検知されない場合）には、所定の時間が経過した時点で回路を停止するようにすればよい。なお、点灯検知手段の回路構成は本実施形態の構成に限定するものではなく、無電極放電灯７の点灯前後の直流電源Ｅの出力電流値を比較して無電極放電灯７の点灯を検知するものであればよい。
【００２７】
また、本実施形態では、無電極放電灯７の点灯制御をイグナイタ回路９により行っているが、その他の手段により点灯制御を行うようにしてもよいことは勿論である。また、本実施形態における制御回路１０は、イグナイタ回路９の制御と直流電源Ｅの出力の制御とを行っているが、制御対象がこれらに限るものではなく、例えば、マッチング回路４を定数を変えることができる可変マッチング回路として、無電極放電灯７の始動時と点灯時とで可変マッチング回路などを制御するようにしてもよい。
【００２８】
また、無電極放電灯７及び誘導コイル８とマッチング回路４の設計によっては、無電極放電灯７の点灯移行時に直流電源Ｅの出力電流Ｉが増加する場合も考えられるが、この場合にも、制御回路１０の定数や構成を適当に設定することで点灯検知が可能となる。
（実施形態２）
図３に本実施形態の無電極放電灯点灯装置の回路ブロック図を示す。本実施形態の基本構成は実施形態１と略同じなので、同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略し、相違する点についてのみ説明する。
【００２９】
本実施形態における制御回路１０は、オペアンプ１１の非反転入力端子に基準電圧Ｖｓを出力する直流電源Ｅｓが接続され、抵抗Ｒ1 の一端がコンデンサＣ2 と抵抗Ｒ17とで構成される微分回路を介してオペアンプ１１の反転入力端子に接続されている。なお、直流電源Ｅｓは負極側をオペアンプ１１の非反転入力端子に接続してある。
【００３０】
以下、本実施形態の動作について図４を参照しながら説明する。ここに、図４（ａ）はスイッチング素子Ｑ1 のオンオフの変化を、同図（ｂ）はイグナイタ回路９の出力のオンオフの変化を、同図（ｃ）は無電極放電灯７の状態の変化を、同図（ｄ）は直流電源Ｅの出力電流Ｉの変化を、同図（ｅ）はオペアンプ１１の入力電圧の変化を、それぞれ示す。また、同図（ｅ）中の一点鎖線イはオペアンプ１１の非反転入力端子への入力電圧Ｖａを示し、実線ロはオペアンプ１１の反転入力端子への入力電圧Ｖｂを示す。
【００３１】
時刻ｔ11にてスイッチング素子Ｑ1 をオンすると、直流電源Ｅから高周波回路６へ直流電源Ｅの出力が供給されるので、高周波回路６が動作し高周波回路６から誘導コイル８へ電力が供給される。このときの直流電源Ｅの出力電流Ｉの大きさをＩ1 とする（図４（ｅ）参照）。この時刻ｔ11ではイグナイタ回路９は動作しておらず（図４（ｂ）参照）、無電極放電灯７は点灯できない（アーク放電へ移行できない）。つまり、無電極放電灯７は消灯したままである（図４（ｃ）参照）。ところで、オペアンプ１１の非反転入力端子の入力電圧Ｖａは−Ｖｓであり（図４（ｅ）参照）、一方、オペアンプ１１の反転入力端子の入力電圧Ｖｂは、直流電源Ｅの出力電流Ｉ（電流値Ｉ1 ）による抵抗Ｒ1 の電圧がステップ状に微分回路に入力されるので図４（ｅ）に示すような微分電圧となる（このときの入力電圧Ｖｂのピーク値をＶ1 とする）。したがって、オペアンプ１１の入力電圧Ｖａ，ＶｂはＶａ＞Ｖｂという関係にある。
【００３２】
次に、時刻ｔ12にてイグナイタ回路９の出力をオンする（図４（ｂ）参照）と、始動用電極９ａに高電圧が供給され、時刻ｔ13にて無電極放電灯７がアーク放電に移行する（図４（ｃ）参照）。ここに、時刻ｔ13にて無電極放電灯７がアーク放電に移行すると、無電極放電灯７が点灯に移行した瞬間にインピーダンスが大きく変化し、高周波回路６の出力電力が変化するとともに直流電源Ｅの出力電流Ｉの大きさも瞬時に変化する。このときの出力電流Ｉの大きさをＩ2 とする（図４（ｄ）参照）。ここに、本実施形態では、無電極放電灯７が点灯すると、直流電源Ｅの出力電流Ｉが瞬時に小さくなり（Ｉ2 ＜Ｉ1 ）、抵抗Ｒ1 の電圧が瞬時に小さくなるので、オペアンプ１１の反転入力端子の入力電圧Ｖｂが図４（ｅ）に示すようにマイナスピークを有する微分電圧となる（このときの入力電圧ｂのピーク値を−Ｖ2 とする）。ここで、直流電源Ｅｓの電圧Ｖｓを適当に設定しておくことにより、オペアンプ１１の入力電圧Ｖａ，Ｖｂの大小関係が、図４（ｅ）に示すように時刻ｔ13から時刻ｔ14までの間だけ、Ｖａ＞Ｖｂという関係になる。
【００３３】
しかして、本実施形態においては、無電極放電灯７が点灯した直後の短い時間だけ（時刻ｔ13から時刻ｔ14までの間だけ）オペアンプ１１の出力が反転するのである。したがって、本実施形態における制御回路１０では、オペアンプ１１の出力電圧の変化により無電極放電灯７の点灯を検知することができるのである。したがって、抵抗Ｒ1 、コンデンサＣ2 、抵抗Ｒ17、直流電源Ｅｓ、オペアンプ１１などにより点灯検知手段を構成できるので、簡単な回路構成で無電極放電灯の点灯検知を行うことができる。
【００３４】
本実施形態では、無電極放電灯７の点灯移行が瞬間的に行われることに着目し、直流電源Ｅの出力電流値の変化率に対応する信号を用いて無電極放電灯７の点灯検知を行っているので、誘導コイル８が温度変化や長時間使用した場合の経時変化によりインピーダンスが変動した場合であっても、無電極放電灯７の点灯検知を確実に行うことができ、制御回路１０の誤動作を防止することができる。なお、点灯検知手段の回路構成は本実施形態の構成に限定するものではなく、無電極放電灯７の点灯移行時の直流電源Ｅの出力電流Ｉの変化率に基づいて無電極放電灯７の点灯を検知するものであればよい。
【００３５】
また、本実施形態では、無電極放電灯７の点灯制御をイグナイタ回路９により行っているが、その他の手段により点灯制御を行うようにしてもよいことは勿論である。また、本実施形態における制御回路１０は、イグナイタ回路９の制御と直流電源Ｅの出力の制御とを行っているが、制御対象がこれらに限るものではなく、例えば、マッチング回路４を定数を変えることができる可変マッチング回路として、無電極放電灯７の始動時と点灯時とで可変マッチング回路などを制御するようにしてもよい。
【００３６】
また、無電極放電灯７及び誘導コイル８とマッチング回路４の設計によっては、無電極放電灯７の点灯移行時に直流電源Ｅの出力電流Ｉが増加する場合も考えられるが、この場合にも、制御回路１０の定数や構成を適当に設定することで点灯検知が可能となる。
（実施形態３）
図５に本実施形態の無電極放電灯点灯装置の回路ブロック図を示す。本実施形態の基本構成は実施形態２と略同じなので、同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略し、相違する点についてのみ説明する。本実施形態では、実施形態２におけるイグナイタ回路９をなくし、さらに、実施形態２における直流電源Ｅの替わりに、出力電圧が可変である直流電源Ｅｖを用いており、直流電源Ｅｖの出力電圧を制御回路１０により制御している。
【００３７】
以下、本実施形態の動作について図６を参照しながら説明する。ここに、図６（ａ）はスイッチング素子Ｑ1 のオンオフの変化を、同図（ｂ）は無電極放電灯７の状態の変化を、同図（ｃ）は直流電源Ｅｖの出力電圧の変化を、同図（ｄ）は直流電源Ｅｖの出力電流Ｉの変化を、同図（ｅ）はオペアンプ１１の入力電圧の変化を、それぞれ示す。また、同図（ｅ）中の一点鎖線イはオペアンプ１１の非反転入力端子への入力電圧Ｖａを示し、実線ロはオペアンプ１１の反転入力端子への入力電圧Ｖｂを示す。
【００３８】
時刻ｔ21にてスイッチング素子Ｑ1 をオン（図６（ａ）参照）した後に、直流電源Ｅｖの出力電圧を零ボルト付近から所定の電圧値までスローアップする（図６（ｃ）参照）。すると、高周波回路６の出力電力は、直流電源Ｅｖの出力電圧に応じて上昇する。ここに、直流電源Ｅｖの出力電圧が小さくて無電極放電灯７の始動に必要な電圧な高周波出力が得られない状態では無電極放電灯７は点灯に移行しない（図６（ｂ）参照）。このとき、直流電源Ｅｖの出力電圧を直線的に変化させることにより、オペアンプ１１の反転入力端子の入力電圧Ｖｂは略一定の正の電圧となる。このときの入力電圧Ｖｂの大きさをＶ5 とする。一方、オペアンプ１１の非反転入力端子の入力電圧Ｖａは−Ｖｓ（図４（ｅ）参照）なので、オペアンプ１１の入力電圧Ｖａ，ＶｂはＶａ＞Ｖｂという関係にある。
【００３９】
そして、時刻ｔ22にて高周波回路６の高周波出力が無電極放電灯７の始動に必要な値に達すると、無電極放電灯７が点灯し（図６（ｂ）参照）、直流電源Ｅｖの出力電圧は無電極放電灯７の点灯安定時に高周波回路６の出力電力が所定値になる値Ｖ0 に達すると、Ｖ0 で固定される（図６（ｃ）参照）。
ところで、時刻ｔ22にて無電極放電灯７が点灯に移行した瞬間にインピーダンスが大きく変化し、高周波回路６の出力電力が変化するとともに直流電源Ｅの出力電流Ｉの大きさも瞬時に変化する。このときの出力電流Ｉの大きさをＩ2 ’とする（図６（ｄ）参照）。ここに、本実施形態では、無電極放電灯７が点灯すると、直流電源Ｅの出力電流Ｉが瞬時に小さくなり（Ｉ2 ’＜Ｉ1 ）、抵抗Ｒ1 の電圧が瞬時に小さくなるので、オペアンプ１１の反転入力端子の入力電圧Ｖｂが図６（ｅ）に示すようにマイナスピークを有する微分電圧となる（このときの入力電圧ｂのピーク値を−Ｖ2 とする）。ここで、直流電源Ｅｓの電圧Ｖｓを適当に設定しておくことにより、オペアンプ１１の入力電圧Ｖａ，Ｖｂの大小関係が、図６（ｅ）に示すように時刻ｔ22から時刻ｔ23までの間だけ、Ｖａ＞Ｖｂという関係になる。
【００４０】
しかして、本実施形態においては、無電極放電灯７が点灯した直後の短い時間だけ（時刻ｔ22から時刻ｔ23までの間だけ）オペアンプ１１の出力が反転するのである。したがって、本実施形態における制御回路１０では、オペアンプ１１の出力電圧の変化により無電極放電灯７の点灯を検知することができるのである。したがって、抵抗Ｒ1 、コンデンサＣ2 、抵抗Ｒ17、直流電源Ｅｓ、オペアンプ１１などにより点灯検知手段を構成できるので、簡単な回路構成で無電極放電灯の点灯検知を行うことができる。
【００４１】
本実施形態では、実施形態２のように無電極放電灯７の点灯制御をイグナイタ回路９のような始動補助手段を用いて行わずに高周波回路６の高周波出力を制御することによって行っている。したがって、無電極蛍光灯などのように始動補助手段を必要としない負荷でも、高周波電源投入時の直流電源の出力電流の急変を、無電極放電灯の点灯移行と誤認識することを防止でき、本実施形態の点灯検知手段の適用が可能となる。
【００４２】
（実施形態４）
図７に本実施形態の無電極放電灯点灯装置の回路ブロック図を示す。本実施形態の基本構成は実施形態１と略同じなので、同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略し、相違する点についてのみ説明する。本実施形態では、実施形態１におけるスイッチング素子Ｑ6 を省いたものであり、分圧用の抵抗Ｒ13〜Ｒ16のうちの１つである抵抗Ｒ13とコンデンサＣ3 とで積分回路を構成している。
【００４３】
以下、本実施形態の動作について図８を参照しながら説明する。ここに、図８（ａ）はスイッチング素子Ｑ1 のオンオフの変化を、同図（ｂ）はイグナイタ回路９の出力のオンオフの変化を、同図（ｃ）は無電極放電灯７の状態の変化を、同図（ｄ）は直流電源Ｅの出力電流Ｉの変化を、同図（ｅ）はオペアンプ１１の入力電圧の変化を、それぞれ示す。また、同図（ｅ）中の実線イはオペアンプ１１の非反転入力端子への入力電圧Ｖａを示し、一点鎖線ロはオペアンプ１１の反転入力端子への入力電圧Ｖｂを示す。
【００４４】
時刻ｔ31にてスイッチング素子Ｑ1 をオンすると、直流電源Ｅから高周波回路６へ直流電源Ｅの出力が供給されるので、高周波回路６が動作し高周波回路６から誘導コイル８へ電力が供給される。このときの直流電源Ｅの出力電流Ｉの大きさをＩ1 とする（図８（ｄ）参照）。この時刻ｔ31ではイグナイタ回路９は動作しておらず（図８（ｂ）参照）、無電極放電灯７は点灯できない（アーク放電へ移行できない）。つまり、無電極放電灯７は消灯したままである（図８（ｃ）参照）。また、時刻ｔ31でスイッチング素子Ｑ1 がオンすると、オペアンプ１１の反転入力端子の入力電圧Ｖｂは直流電源Ｅの出力電流Ｉ（電流値Ｉ1 ）による抵抗Ｒ1 の電圧を抵抗Ｒ15と抵抗Ｒ16とで分圧した電圧になる。このときの入力電圧Ｖｂの大きさをＶ6 とする（図８（ｅ）参照）。一方、オペアンプ１１の非反転入力端子の入力電圧Ｖａは上述の積分回路を介して入力電圧Ｖｂよりもゆっくりと徐々に立ち上がる（図８（ｅ）参照）。このときの入力電圧Ｖａの最大値をＶ7 とする（図８（ｅ）参照）。ここに、本実施形態では、Ｖ6 ＞Ｖ7 となるように各抵抗Ｒ13〜Ｒ16及びコンデンサＣ3 の定数を設定してある。
【００４５】
次に、時刻ｔ32にてイグナイタ回路９の出力をオンする（図８（ｂ）参照）と、始動用電極９ａに高電圧が供給され、無電極放電灯７がアーク放電に移行する（図８（ｃ）参照）。ここに、時刻ｔ33にて無電極放電灯７がアーク放電に移行すると、無電極放電灯７が点灯に移行した瞬間に負荷のインピーダンスが大きく変化し、高周波回路６の出力電力が変化するとともに直流電源Ｅの出力電流Ｉの大きさも変化する。このときの出力電流Ｉの大きさをＩ2 とする（図８（ｄ）参照）。ここに、本実施形態では、無電極放電灯７が点灯すると、直流電源Ｅの出力電流Ｉが小さくなり（Ｉ2 ＜Ｉ1 ）、抵抗Ｒ1 の電圧も小さくなってオペアンプ１１の反転入力端子の入力電圧Ｖｂも瞬時に小さくなる（立ち下がる）。このときの入力電圧Ｖｂの大きさをＶ8 とする（図８（ｆ）参照）。これに対し、オペアンプ１１の入力電圧Ｖａは、上述の積分回路が設けられていることにより、入力電圧Ｖｂに比べてゆっくりと立ち下がる。完全に下がったときの入力電圧Ｖａの電圧値をＶ9 とする。ここに、本実施形態ではＶ9 ＜Ｖ8 となっているが、入力電圧Ｖａが入力電圧Ｖｂに比べてゆっくりと立ち下がるので、抵抗Ｒ13〜Ｒ16及びコンデンサＣ3 の定数を適当に設定することにより、図８（ｅ）に示すように無電極放電灯７の点灯移行時（時刻ｔ33から時刻ｔ34までの間）だけオペアンプ１１の出力を反転させることができる。
【００４６】
要するに、本実施形態における制御回路１０では、抵抗Ｒ13〜Ｒ16及びコンデンサＣ3 の定数を適当に設定しておくことにより、無電極放電灯７の点灯移行時にオペアンプ１１の入力電圧Ｖａ，Ｖｂの大小関係が反転するようになっているので、オペアンプ１１の出力電圧の変化により無電極放電灯７の点灯を検知することができるのである。本実施形態では、抵抗Ｒ1 、抵抗Ｒ13〜Ｒ16、コンデンサＣ3 、オペアンプ１１などにより点灯検知手段を構成できるので、簡単な回路構成で無電極放電灯の点灯検知を行うことができる。
【００４７】
すなわち、本実施形態では、積分回路を通過した直流電源Ｅの出力電流値に比例する信号と、積分回路を通過していない直流電源Ｅの出力電流値に比例する信号とを比較して無電極放電灯７の点灯検知を行っているので、誘導コイル８が温度変化や長時間使用した場合の経時変化によりインピーダンスが変動した場合であっても、無電極放電灯７の点灯検知を確実に行うことができ、制御回路の誤動作を防止することができる。また、本実施形態では、実施形態１のスイッチング素子Ｑ6 が不要となるので、制御回路１０の回路構成が実施形態１に比べて簡単になる。
【００４８】
また、無電極放電灯７及び誘導コイル８とマッチング回路４の設計によっては、無電極放電灯７の点灯移行時に直流電源Ｅの出力電流Ｉが増加する場合も考えられるが、この場合にも、制御回路１０の定数や構成を適当に設定することで点灯検知が可能となる。
（実施形態５）
図９に本実施形態の無電極放電灯点灯装置の回路ブロック図を示す。本実施形態の基本構成は実施形態４と略同じなので、同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略し、相違する点についてのみ説明する。本実施形態では、実施形態４におけるイグナイタ回路９をなくし、さらに、実施形態２における直流電源Ｅの替わりに、出力電圧が可変である直流電源Ｅｖを用いており、直流電源Ｅｖの出力電圧を制御回路１０により制御している。
以下、本実施形態の動作について図１０を参照しながら説明する。ここに、図１０（ａ）はスイッチング素子Ｑ1 のオンオフの変化を、同図（ｂ）は無電極放電灯７の状態の変化を、同図（ｃ）は直流電源Ｅｖの出力電圧の変化を、同図（ｄ）は直流電源Ｅｖの出力電流Ｉの変化を、同図（ｅ）はオペアンプ１１の入力電圧の変化を、それぞれ示す。また、同図（ｅ）中の実線イはオペアンプ１１の非反転入力端子への入力電圧Ｖａを示し、一点鎖線ロはオペアンプ１１の反転入力端子への入力電圧Ｖｂを示す。
【００４９】
時刻ｔ41にてスイッチング素子Ｑ1 をオン（図１０（ａ）参照）した後に、直流電源Ｅｖの出力電圧を零ボルト付近から所定の電圧値までスローアップする（図１０（ｃ）参照）。すると、高周波回路６の出力電力は、直流電源Ｅｖの出力電圧に応じて上昇する。ここに、直流電源Ｅｖの出力電圧が小さくて無電極放電灯７の始動に必要な電圧な高周波出力が得られない状態では無電極放電灯７は点灯に移行しない（図１０（ｂ）参照）。このとき、直流電源Ｅｖの出力電圧を直線的に変化させることにより、オペアンプ１１の入力電圧Ｖａ，Ｖｂは図１０（ｅ）に示すように略直線的に上昇する。ここに、オペアンプ１１の入力電圧Ｖａ，ＶｂはＶａ＜Ｖｂという関係にある。
【００５０】
そして、時刻ｔ42にて高周波回路６の高周波出力が無電極放電灯７の始動に必要な値に達すると、無電極放電灯７が点灯し（図１０（ｂ）参照）、直流電源Ｅｖの出力電圧は無電極放電灯７の点灯安定時に高周波回路６の出力電力が所定値になる値Ｖ0 に達すると、この時刻ｔ43以降はＶ0 で固定される（図１０（ｃ）参照）。
【００５１】
ところで、時刻ｔ42にて無電極放電灯７が点灯に移行した瞬間に負荷のインピーダンスが大きく変化し、高周波回路６の出力電力が変化するとともに直流電源Ｅｖの出力電流Ｉの大きさも瞬時に変化する。このときの出力電流Ｉの大きさをＩ2 ’とする（図１０（ｄ）参照）。ここに、本実施形態では、無電極放電灯７が点灯すると、直流電源Ｅｖの出力電流Ｉが小さくなり（Ｉ2 ＜Ｉ1 ）、抵抗Ｒ1 の電圧も小さくなってオペアンプ１１の反転入力端子の入力電圧Ｖｂも瞬時に小さくなる（立ち下がる）。このときの入力電圧Ｖｂの大きさをＶ12とする（図１０（ｆ）参照）。これに対し、オペアンプ１１の入力電圧Ｖａは、上述の積分回路が設けられていることにより、入力電圧Ｖｂに比べてゆっくりと立ち下がる。完全に下がったときの入力電圧Ｖａの電圧値をＶ13とする。ここに、本実施形態ではＶ13＜Ｖ12となっているが、入力電圧Ｖａが入力電圧Ｖｂに比べてゆっくりと立ち下がるので、抵抗Ｒ13〜Ｒ16及びコンデンサＣ3 の定数を適当に設定することにより、図１０（ｅ）に示すように無電極放電灯７の点灯移行時（時刻ｔ42から時刻ｔ44までの間）だけオペアンプ１１の出力を反転させることができる。
【００５２】
要するに、本実施形態における制御回路１０では、無電極放電灯７の点灯移行時におけるオペアンプ１１の入力電圧Ｖａ，Ｖｂの大小関係の反転を検出することによって、無電極放電灯７の点灯を検知するようになっている。
本実施形態では、実施形態４のように無電極放電灯７の点灯制御をイグナイタ回路９のような始動補助手段を用いて行わずに高周波回路６の高周波出力を制御することによって行っている。したがって、無電極蛍光灯などのように始動補助手段を必要としない負荷でも、高周波電源投入時の直流電源の出力電流の急変を、無電極放電灯の点灯移行と誤認識することを防止でき、本実施形態の点灯検知手段の適用が可能となる。
【００５３】
【発明の効果】
請求項１の発明は、放電ガスを封入したバルブに近接して誘導コイルを設けた無電極放電灯と、直流電源、該直流電源の出力を高周波出力に変換する高周波回路を具備する高周波電源と、該高周波電源を制御する制御手段と、直流電源の出力電流値の所定レベル以上の変化を検出することによって無電極放電灯の点灯を検知する点灯検知手段を備えているので、点灯検知手段が、無電極放電灯の点灯移行時のインピーダンスの急変を直流電源の出力電流値をモニタすることで無電極放電灯の点灯を確実に検知することができ、直流電源の出力電流値をモニタするだけでよいので点灯検知手段の回路構成を簡単にすることができるという効果がある。
【００５４】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、無電極放電灯の始動を補助する始動補助手段を備え、点灯検知手段は、始動補助手段の動作前後の直流電源の出力電流値の比較により点灯検知を行うので、高周波電源投入時における直流電流の急変を無電極放電灯の点灯移行時における直流電源の出力電流値の急変と誤認識することを防止できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１を示す回路ブロック図である。
【図２】同上の動作説明図である。
【図３】実施形態２を示す回路ブロック図である。
【図４】同上の動作説明図である
【図５】実施形態３を示す回路ブロック図である。
【図６】同上の動作説明図である。
【図７】実施形態４を示す回路ブロック図である。
【図８】同上の動作説明図である。
【図９】実施形態５を示す回路ブロック図である。
【図１０】同上の動作説明図である。
【図１１】従来例を示す回路ブロック図である。
【図１２】同上の具体回路例図である。
【図１３】他の従来例を示す回路ブロック図である。
【符号の説明】
４ マッチング回路
６ 高周波回路
７ 無電極放電灯
８ 誘導コイル
９ イグナイタ回路
１０ 制御回路
１１ オペアンプ
Ｅ 直流電源
Ｑ1 スイッチング素子
Ｑ6 スイッチング素子
Ｒ1 電流検出用抵抗
Ｒ13〜Ｒ16 抵抗
Ｃ1 コンデンサ
Claims (6)
- 放電ガスを封入したバルブに近接して誘導コイルを設けた無電極放電灯と、直流電源、該直流電源の出力を高周波出力に変換する高周波回路を具備する高周波電源と、該高周波電源を制御する制御手段と、直流電源の出力電流値の所定レベル以上の変化を検出することによって無電極放電灯の点灯を検知する点灯検知手段を備えて成ることを特徴とする無電極放電灯点灯装置。
- 無電極放電灯の始動を補助する始動補助手段を備え、点灯検知手段は、始動補助手段の動作前後の直流電源の出力電流値の比較により点灯検知を行うことを特徴とする請求項１記載の無電極放電灯点灯装置。
- 点灯検知手段は、微分回路を通過させた上記出力電流値に比例する信号と、基準信号の比較により点灯検知を行うことを特徴とする請求項１記載の無電極放電灯点灯装置。
- 点灯検知手段は、積分回路を通過させた上記出力電流値に比例する信号と、上記出力電流値に比例する信号との比較により点灯検知を行うことを特徴とする請求項１記載の無電極放電灯点灯装置。
- 無電極放電灯の始動を補助する始動補助手段を備え、制御手段は、高周波電源の高周波出力を開始させた後に始動補助手段の出力を開始させることを特徴とする請求項３又は請求項４記載の無電極放電灯点灯装置。
- 前記制御手段は、高周波電源の高周波出力電力をスローアップさせることを特徴とする請求項３又は請求項４記載の無電極放電灯点灯装置。
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| JPH11102793A (ja) | 1999-04-13 |
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