JP4306563B2 - 放電灯点灯装置、及びこれを用いた照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、フィラメントを予熱してから放電灯を点灯させる放電灯点灯装置、及びこれを用いた照明装置に関する。

高周波インバータ回路による蛍光灯などの放電灯の調光は、省電力の目的にとどまらず、演出用としても様々な改良がなされてきており、低光束でのちらつきを改善し、調光比数％以下にすることができる放電灯点灯装置が知られている。さらに、放電灯特有の始動時に発生する閃光を低減する試みもなされており、より白熱灯の調光に近づこうとしている。

ところで、放電灯の点灯を開始させるためには、点灯開始前にフィラメントを加熱しておく必要がある。フィラメントの加熱が不足すると、フィラメント表面に塗布されたエミッタ（熱電子放射性物質）からの熱電子放出が少ないため、点灯開始電圧を印加しても放電灯の放電が開始されないからである。また、フィラメントからの熱電子が少ない状態で強制的に放電を開始させると、例えばフィラメントのエミッタに放電空間中のイオンが衝突して電子を叩き出そうとするためにエミッタが飛散するというダメージを与え、放電灯の寿命を短くするという問題もある。そのため従来から、放電灯の点灯開始前にフィラメントを予め加熱する予熱制御がなされている（例えば、特許文献１参照。）。

図１０は、背景技術に係る予熱回路を備えた放電灯点灯装置を示すブロック図である。図１０に示す放電灯点灯装置１００は、商用交流電源電圧ＡＣからノイズを除去するフィルタ回路１０１と、フィルタ回路１０１によりノイズ除去された交流電圧を整流する整流回路１０２と、整流回路１０２で整流された電圧を直流電圧に変換するチョッパ回路１０３及びキャパシタＣＳと、チョッパ回路１０３の動作を制御するチョッパ制御回路１０４と、チョッパ回路１０３の出力電圧を高周波交流電圧に変換するインバータ１０５と、インバータ１０５の動作周波数を制御する制御回路１０６と、インダクタＬ１とキャパシタＣ１とからなるＬＣフィルタとを備え、キャパシタＣ１と並列に放電灯ＦＬが接続されている。

また、キャパシタＣ１の一方の端子は放電灯ＦＬの両端に設けられた二つのフィラメントのうち一方とインダクタＬ１とを介してインバータ１０５の一方の出力端子に接続され、キャパシタＣ１の他方の端子は放電灯ＦＬにおける他方のフィラメントを介してインバータ１０５における他方の出力端子に接続されている。

図１１は、図１０に示す放電灯点灯装置における予熱から点灯までの予熱制御動作を説明するための説明図である。図１１は上から、フィラメントの温度、フィラメントを流れる予熱電流、及び放電灯ＦＬの光出力を示している。

まず、電源が投入されると、制御回路１０６はインバータ１０５に予熱を行うための周波数設定信号とチョッパ回路を起動させる信号とを送出する。インバータ１０５は制御回路１０６からの設定信号に応じた周波数でスイッチング動作をする。その結果、インダクタＬ１とキャパシタＣ１で構成されているＬＣ共振回路にはインバータの動作周波数に応じた電流が生じる。この電流は放電灯ＦＬの二つのフィラメントを流れ、フィラメントを加熱する。フィラメントの加熱電流と加熱時間は、放電灯のフィラメントの構造により設定される。たとえば、ＪＩＳ規格のＦＨＦ３２放電灯では、フィラメントの材質、径、長さ、形状等に基づいて、加熱時間を１秒としたときフィラメントの電流値として５１０ｍＡが推奨値となっている。

やがて、予め設定された所定の予熱時間が経過すると、フィラメントは温度ＴＡとなり、制御回路１０６は予熱から始動モードに移り、インバータの周波数を変更し、ＬＣ共振周波数に近い周波数でインバータを動作させ、キャパシタＣ１に高電圧を生じさせる。ＬＣ共振回路によるＬＣ共振が強まると、フィラメントに流れる電流が増加し、フィラメントの温度はさらに上昇する。やがてフィラメント温度と放電灯への印加電圧が放電灯の点灯条件を満たすと、放電灯ＦＬは放電を開始し、徐々に光出力が上昇して点灯する。
特許第３３２４８６２号公報

ところで、上述のような放電灯点灯装置では、放電灯ＦＬの点灯とともに、それまでキャパシタＣ１に流れていた電流は放電灯ＦＬの放電電流に分流するためフィラメントを加熱する電流が減少する。このとき放電灯ＦＬの光出力は、点灯とともにフィラメントの予熱温度が低下するので一時的に照度が低下し、チラツキが発生するという不都合があった。

図１２は、放電灯ＦＬの消灯直後に再度放電灯ＦＬを点灯させる場合の予熱制御を説明する説明図である。予熱時のＬＣ共振回路は、放電灯ＦＬを点灯させないために共振周波数から離れた周波数で動作する必要があり、共振回路のインピーダンスが高くなっている。そのため、フィラメントの抵抗値が多少変わっても電流値の変化は無く、フィラメントを流れる電流はフィラメントの抵抗値に関わらずほぼ一定である。このように、フィラメントを流れる電流は定電流特性を有し、たとえフィラメント抵抗値が予熱初期の１０倍となってもフィラメントを流れる電流は半分にもならない。一方、放電灯のフィラメントは、例えばタングステンコイルにエミッタといわれる熱電子放射性物質を塗布した構造になっており、このタングステンコイルに電流を流すと発熱が生じる。そして、発熱によりタングステンの抵抗率が変化する。例えば、タングステンの３００ケルビンでの抵抗値をＲ０とすると、タングステンの温度が２００ケルビン上昇して５００ケルビンになると、タングステンの抵抗値は２倍の２・Ｒ０となる。このように、タングステンの抵抗値は、温度が２００ケルビン上昇するごとにＲ０上昇する。

さらに、放電灯ＦＬのフィラメントは消灯直後から温度が低下してゆくが、温度低下の速度は温度時定数が約３秒と極めて遅いため、例えば１０秒程度以内に再点灯の制御が行われた場合には、図１２で示すように予熱モードの開始時にはフィラメントの温度が高温状態になっている。そうすると、予熱モードを開始してフィラメントに上述のようなほぼ定電流の予熱電流が流されると、予熱開始時には既にフィラメントは高温であり、かつ抵抗値が上昇しているのでフィラメントの温度はさらに上昇し、予熱時間の経過後始動モードの開始時におけるフィラメントの温度ＴＢは、図１１に示すようにフィラメントの温度が低温になった状態から予熱を開始した場合の温度ＴＡよりも高温になる。その結果、図１２に示すように、始動モードにおいて放電灯に始動電圧を印加した瞬間に放電灯ＦＬは点灯し、照度が急激に上昇して閃光を発するという不安定な点灯動作をする不都合があった。

上述のような状況は、例えば演出用途で調光操作によりフェードアウト（消灯）制御とフェードイン（点灯）を繰り返す場合に容易に発生し、特に、このような閃光の発生は演出上不都合である。また、フィラメント温度が高い状態で放電灯ＦＬが点灯すると、光出力が上昇してしまうという不安定な動作により、演出で必要となるフェードインといった白熱電球に近い特性を達成することが困難である。

本発明は、このような問題に鑑みて為された発明であり、消灯時間に関わりなく放電灯の点灯動作の安定性を向上させることができる放電灯点灯装置、及びこれを用いた照明器具を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の第１の手段に係る放電灯点灯装置は、フィラメントを備えた放電灯に電圧を供給する電圧供給部と、前記フィラメントに電力を供給して予熱する予熱部と、前記放電灯の点灯前に予め前記フィラメントを予熱するための予熱モードと前記フィラメントが予熱された状態から前記放電灯の点灯状態へと移行させるための始動モードと前記放電灯の点灯状態を維持するための点灯モードとを有して前記電圧供給部と前記予熱部との動作を制御する制御部とを備えた放電灯点灯装置であって、前記制御部は、前記予熱モードにおいて、前記フィラメントが熱電子を放出し始める温度である第１の温度を目標温度として、前記予熱部により前記フィラメントの温度を前記目標温度にさせた後、前記始動モードに移行して前記電圧供給部により前記放電灯へ点灯開始用の電圧を供給させることを特徴としている。

また、上述の放電灯点灯装置において、前記予熱部は、前記予熱モードにおいて、前記フィラメントが前記目標温度で略一定になるように、前記フィラメントへの定電圧の印加を継続することを特徴としている。

さらに、上述の放電灯点灯装置において、前記制御部は、前記放電灯が点灯状態から消灯された後に再び前記放電灯を点灯させる際における前記予熱モードにおいて、前記消灯されていた時間の増減に応じて前記予熱部による予熱時間を増減させることにより、前記フィラメントを前記目標温度にさせることを特徴としている。

また、上述の放電灯点灯装置において、前記放電灯の明るさを指示する調光信号を受信する調光信号受信部をさらに備え、前記制御部は、前記予熱モードにおいて、前記調光信号受信部で受信された調光信号で示される明るさの増減に応じて、前記目標温度を上下させるものであることを特徴としている。

そして、上述の放電灯点灯装置において、前記予熱部から前記フィラメントへ供給される電力値を検出する電力検出部をさらに備え、前記制御部は、前記点灯モードにおいて、前記電力検出部により検出された電力値に基づいて前記予熱部から予め設定された所定の電力を前記フィラメントへ供給させるものであることを特徴としている。

さらに、上述の放電灯点灯装置において、前記制御部は、前記放電灯を消灯させる際に、前記放電灯の点灯状態を維持した状態で前記電圧供給部から放電灯への供給電圧を低下させ、前記予熱部から前記フィラメントへの電力供給を低下させることにより前記放電灯を消灯させ、前記放電灯の消灯後に前記電圧供給部から放電灯への電圧供給を停止させることを特徴としている。

また、本発明の第２の手段に係る照明装置は、放電灯を点灯させるための放電灯点灯装置と、前記放電灯点灯装置を収容する筐体とを備え、前記放電灯点灯装置は、上述の放電灯点灯装置であることを特徴としている。

このような構成の放電灯点灯装置及び照明装置は、制御部によって、予熱モードにおいて、フィラメントが熱電子を放出し始める温度である第１の温度を目標温度として、予熱部によりフィラメントの温度が目標温度にされた後、始動モードに移行して電圧供給部により放電灯へ点灯開始用の電圧が供給され、消灯時間に関わりなく点灯開始時のフィラメントの温度が目標温度にされるので、放電灯の点灯動作の安定性を向上させることができる。

以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の一実施形態に係る照明装置１の外観の一例を示す斜視図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る放電灯点灯装置２の構成の一例を示す回路図である。図１及び図２において、照明装置１は、放電灯点灯装置２と、放電灯点灯装置２を収容する筐体３と、放電灯ＦＬを放電灯点灯装置２に接続するためのソケット４とを備えている。

図２に示す放電灯点灯装置２は、商用交流電源電圧ＡＣからノイズを除去するフィルタ回路５と、フィルタ回路５によりノイズ除去された交流電圧を整流する整流回路６と、整流回路６で整流された電圧を直流電圧ＶＤＣに変換するチョッパ回路７と、直流電圧ＶＤＣを平滑するキャパシタＣＳと、チョッパ回路７の動作を制御するチョッパ制御回路７１と、チョッパ回路７から出力された直流電圧ＶＤＣを高周波交流電圧に変換するインバータ８と、チョッパ回路７及びインバータ８の動作を制御する例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いて構成された制御部９と、放電灯ＦＬのフィラメントｆ１，ｆ２を予熱する予熱回路や放電灯ＦＬに共振電圧を印加して点灯させる共振回路等から構成される予熱点灯回路１０と、を備える。

インバータ８は、チョッパ回路７の出力端子間に接続されたトランジスタＱ１，Ｑ２の直列回路と、制御部９からの周波数制御信号Ｓｉに応じた周波数の周期信号を出力する発振器８１と、発振器８１から出力された周期信号と同期してトランジスタＱ１，Ｑ２を交互にオン、オフさせるドライバ回路８２とを備える。トランジスタＱ１，Ｑ２の直列回路は、トランジスタＱ１側が直流電圧ＶＤＣ、トランジスタＱ２側がグラウンドとなるように、チョッパ回路７に接続されている。さらに、トランジスタＱ２とグラウンド間には、放電灯ＦＬの消灯を検出するためのランプ電力検出部ＰＳが介設されている。ランプ電力検出部ＰＳは、トランジスタＱ２に流れる共振電流を検出し、その検出信号Ｐｓを制御部９へ出力するもので、例えば抵抗器によって構成されており、抵抗器の両端電圧を検出信号Ｐｓとして制御部９へ出力する。

また、トランジスタＱ１，Ｑ２の接続点とグラウンドとの間には、インダクタＬ１とキャパシタＣ１とキャパシタＣＣとの直列回路と、トランスＴ１の一次側巻き線Ｎ１とキャパシタＣ２と電力検出部１２との直列回路とが並列に接続されている。そして、キャパシタＣ１と放電灯ＦＬとが並列に接続されており、キャパシタＣ１の一端と放電灯ＦＬにおける一方のフィラメントｆ１の一端とが接続され、キャパシタＣ１の他端と放電灯ＦＬにおける他方のフィラメントｆ２の一端とが接続されている。電力検出部１２は、フィラメントｆ１，ｆ２へ供給される電力値を検出するもので、例えばキャパシタＣ２と直列に接続された抵抗が用いられる。

また、トランスＴ１における二次巻き線Ｎ２の一端は、キャパシタＣ１とフィラメントｆ１との接続点に接続され、二次巻き線Ｎ２の他端は、インダクタＬ２とキャパシタＣ３とを介してフィラメントｆ１の他端に接続されている。トランスＴ１における二次巻き線Ｎ３の一端は、キャパシタＣ１とフィラメントｆ２との接続点に接続され、二次巻き線Ｎ３の他端は、インダクタＬ３とキャパシタＣ４とを介してフィラメントｆ２の他端に接続されている。この場合、インダクタＬ２とキャパシタＣ３とフィラメントｆ１との直列回路と、インダクタＬ３とキャパシタＣ４とフィラメントｆ２との直列回路とが、フィラメントｆ１，ｆ２のそれぞれ予熱用直列回路を構成し、トランスＴ１が予熱電圧印加部の一例に相当している。

そして、電力検出部１２は、抵抗Ｒ１を介してコンパレータＣＭＰ１のマイナス側端子へ接続され、コンパレータＣＭＰ１のプラス側端子には基準電圧Ｖｒｅｆを出力する基準電圧源が接続され、コンパレータＣＭＰ１の出力端子は抵抗Ｒ２を介してマイナス側端子と接続され、さらにコンパレータＣＭＰ１の出力端子は制御部９に接続されている。

さらに、制御部９には、例えば、放電灯点灯装置２の外部に設けられ、屋内の壁面に取り付けられた調光ダイアルや操作パネル等からなる調光器１１が接続されている。そして、制御部９は、調光器１１から出力された放電灯ＦＬの明るさを指示する調光信号Ｓｔを受信し、その調光信号Ｓｔに応じて、放電灯ＦＬの明るさを設定するべくインバータ８へ周波数制御信号Ｓｉを出力したり、フィラメントｆ１，ｆ２の予熱制御をするべくチョッパ制御回路７１へチョッパ制御信号Ｓｃを出力したりする。この場合、制御部９は、調光信号受信部の一例に相当している。

次に、上述のように構成された放電灯点灯装置２の動作について説明する。図３は、図２に示す放電灯点灯装置２の動作の一例を説明するための説明図である。図３には上から順に、フィラメント電圧、フィラメント温度、放電灯ＦＬに印加される電圧であるランプ電圧、放電灯ＦＬの光出力が示されている。また、調光器１１は、調光下限値に設定されている。

まず、放電灯点灯装置２への商用交流電源電圧ＡＣの供給が開始されると、制御部９により予熱モードの制御が開始され、制御部９からチョッパ制御回路７１へチョッパ制御信号Ｓｃが出力され、チョッパ制御回路７１からの制御信号に応じてチョッパ回路７から直流電圧ＶＤＣが出力される。また、制御部９によって、インバータ８の動作周波数を、フィラメントの予熱を行うための周波数ｆｐｈにすべき旨の制御信号Ｓｉが発振器８１へ出力され、発振器８１からドライバ回路８２へ周波数ｆｐｈの周期信号が出力され、ドライバ回路８２によってトランジスタＱ１，Ｑ２が、周波数ｆｐｈで交互にオン、オフされる。

そして、放電灯ＦＬのフィラメントを加熱するトランスＴ１、キャパシタＣ２、インダクタＬ２、キャパシタＣ３、インダクタＬ３、及びキャパシタＣ４からなる予熱電源回路によって、二次側巻き線Ｎ２からインダクタＬ２、キャパシタＣ３、及びフィラメントｆ１の直列回路へ、二次側巻き線Ｎ３からインダクタＬ３、キャパシタＣ４、及びフィラメントｆ２の直列回路へ、それぞれ周波数ｆｐｈの予熱電圧が供給される。一方、インダクタＬ２、キャパシタＣ３、及びフィラメントｆ１の直列回路と、インダクタＬ３、キャパシタＣ４、及びフィラメントｆ２の直列回路とは、それぞれ周波数ｆｐｈにおいて、フィラメントｆ１，ｆ２の両端に印加される電圧が定電圧である電圧Ｖｆになるように、インピーダンス特性が設定されている。

このときフィラメントｆ１，ｆ２の等価抵抗を抵抗値Ｒｆとすると、
フィラメント電流Ｉｆ＝Ｖｆ／Ｒｆ・・・（１）
となり、フィラメントｆ１，ｆ２には抵抗値Ｒｆに反比例した電流Ｉｆが流れる。そして、定電圧Ｖｆがフィラメントｆ１，ｆ２に印加されることによって、フィラメントｆ１，ｆ２が加熱されて温度が上昇すると、抵抗値Ｒｆが増大する一方、電流Ｉｆは減少する結果、フィラメントｆ１，ｆ２の温度が予め設定された目標温度Ｔ０で安定する。目標温度Ｔ０としては、例えばフィラメントｆ１，ｆ２が熱電子を放出し始める温度である最低加熱温度値（第１の温度）が設定されている。最低加熱温度値は、放電灯の種類やフィラメントの構造の違いによって異なるが、例えばＦＨＦ３２ランプでは、７００〜８００℃付近である。また、電圧Ｖｆがフィラメントｆ１，ｆ２の温度が目標温度Ｔ０で安定する電圧になるように、二次側巻き線Ｎ２，Ｎ３の出力電圧及び、インダクタＬ２、キャパシタＣ３、インダクタＬ３、キャパシタＣ４の回路定数が設定されている。

このように、予熱モードにおいて、制御部９からの制御信号Ｓｉに応じてトランスＴ１によって、インダクタＬ２とキャパシタＣ３とフィラメントｆ１とからなる予熱用直列回路と、インダクタＬ３とキャパシタＣ４とフィラメントｆ２とからなる予熱用直列回路とに周波数ｆｐｈの交流電圧が供給されることにより、フィラメントｆ１，ｆ２に定電圧Ｖｆが印加される。

そして、制御部９によって、フィラメントｆ１，ｆ２への定電圧Ｖｆの印加が予め設定された予熱時間ｔｐだけ継続された後、始動モードに移行する。予熱時間ｔｐは、フィラメントｆ１，ｆ２の温度が目標温度Ｔ０で安定するのに十分な時間が設定されている。

始動モードにおいては、制御部９によって、インバータ８に放電灯ＦＬを点灯させるためのランプ電圧である始動電圧を出力させる旨の制御信号Ｓｉが出力され、インバータ８によって、ランプ電圧が上昇される。放電灯ＦＬへの始動電圧は、パルス状に印加されることが望ましい。また、始動電圧は徐々に上昇させることが望ましい。

一方、始動モードにおいて、制御部９からのチョッパ制御信号Ｓｃによって、例えばチョッパ回路７の出力電圧ＶＤＣが上昇されることにより、フィラメント電圧も徐々に上昇されてフィラメントの温度が最大加熱温度値Ｔmaxに向かって徐々に上昇する。最大加熱温度値Ｔmaxは、フィラメントのタングステンが蒸発せずフィラメントのエミッタが熱電子を十分に放出できる温度で、フィラメントやエミッタの材質、フィラメントの径や形状等によって決まる温度であり、例えばＦＨＦ３２ランプでは、１２００℃付近の温度である。

そして、放電灯ＦＬに始動電圧を印加しつつフィラメントｆ１，ｆ２の温度が徐々に上昇すると、やがて放電灯ＦＬのエミッションが発生し、放電灯ＦＬの放電が開始され、放電灯ＦＬが点灯する。さらにその後もフィラメントｆ１，ｆ２の温度は最大加熱温度値Ｔmaxとなるまで上昇され、所定時間ｔｓが経過してフィラメント電圧が最大加熱温度値Ｔmaxに対応する電圧に達すると、制御部９は点灯モードに移行する。

点灯モードにおいては、制御部９によって、放電灯ＦＬを安定な点灯状態に移行させるべくランプ電圧が低下される。

これにより、背景技術に係る放電灯点灯装置のように、放電灯ＦＬが点灯しても、フィラメントｆ１，ｆ２を流れる電流が減少することがないので、放電灯点灯後にフィラメント温度が低下してチラツキが発生することが低減され、放電灯の点灯動作の安定性を向上させることができる。

また、放電灯ＦＬの消灯直後に再度放電灯ＦＬを点灯させる場合であっても、始動モードへの移行前にフィラメントｆ１，ｆ２の温度が目標温度Ｔ０にされるので、始動モードへの移行時に閃光を発したり、光出力が上昇したりすることが低減され、消灯時間に関わりなく放電灯の点灯動作の安定性を向上させることができる。

そして、始動モード期間中に、放電灯ＦＬに始動電圧を印加しながらフィラメントの温度を目標温度Ｔ０から最大加熱温度値Ｔmaxへ徐々に上昇させるので、放電灯ＦＬをエミッション状態にして放電開始させる確実性が向上されると共に、始動時の光束立ちあがりの滑らかさを向上させることができる。

次に、放電灯点灯装置２の点灯モードにおける動作を説明する。図４は、放電灯点灯装置２の点灯モードにおける動作を説明するための説明図である。図４において、上から順に、フィラメントｆ１，ｆ２へ供給される電力、放電灯ＦＬに流れるランプ電流、フィラメント温度、及びフィラメント状態を示している。フィラメント状態としては、フィラメントｆ１，ｆ２の全体が加熱される全体加熱状態と、フィラメントｆ１，ｆ２の一部分だけが加熱される部分加熱状態とを帯状のグラフで示しており、この帯状グラフにおける縦線の密度の濃淡がそれぞれの状態の程度の強弱を表している。また、図４の横軸は時間の経過を示しているが、点灯モードにおいては時間の経過と共に徐々に調光比を上昇して放電灯ＦＬの発光が明るくされるようになっている。

図４を参照して、点灯モードが開始された後、ユーザが例えば調光器１１を用いて調光比を調光下限から徐々に上昇させるべく、例えば調光ダイアルをゆっくり回転させるなどの操作指示を行った場合、調光器１１から制御部９へ調光比を指示する調光信号Ｓｔが送信され、制御部９で受信される調光信号Ｓｔが、時間と共に調光下限からより高い調光比を指示する信号へと変化する。

このとき、点灯モードにおいては、放電灯ＦＬを点灯させるためのランプ電流と、フィラメントｆ１，ｆ２を予熱するためのフィラメント電流Ｉｆとは、同じフィラメントを流れる。そして、放電灯ＦＬを定格点灯させた場合にフィラメントｆ１，ｆ２を流れる電流がランプ電流とフィラメント電流Ｉｆとを加算した電流値にならないように、ランプ電流とフィラメント電流Ｉｆとは逆位相となるようにされている。そうすると、フィラメントｆ１，ｆ２を加熱する電流は、フィラメント電流Ｉｆからランプ電流を差し引いた電流値となる。

そして、調光比が上昇してランプ電流が例えば１００ｍＡ程度となると、電極を加熱する電流が減少し、フィラメント温度が低下する。また、ランプ電流は、周囲温度によっても数十％程度の範囲で変動する場合があるため、放電灯ＦＬの点灯状態においてフィラメントｆ１，ｆ２の温度が変動し、放電灯ＦＬの発光状態が不安定となる。特に、調光下限から定格出力に至る中間程度の明るさの、中光束領域でランプ電圧が最大となる場合が多く、フィラメントの温度が低下すると放電灯ＦＬの陰極降下電圧の変動を生じ、ちらつきなどが生じる場合がある。さらに、図４に示すように、フィラメント状態は調光下限において全体加熱の傾向が強く、調光比が上昇して定格出力に近づくとスポット加熱の傾向が強くなる。そして、その中間の中光束領域では、スポット加熱と全体加熱とが混在した状態となり、フィラメント温度を適切に制御する困難性が増大する。

そこで、本実施形態においては、電力検出部１２によって、フィラメントｆ１，ｆ２に供給されている電力を検出し、フィラメントｆ１，ｆ２への電力供給を一定にするべくフィードバック制御することにより、フィラメント温度の不安定、特に調光レベルの中光束付近における予熱不足や予熱過多を改善するものである。

具体的には、点灯モードにおいて、電力検出部１２により検出された電力値を表す電圧Ｖｐ、例えばキャパシタＣ２と直列に接続された抵抗の両端電圧が、抵抗Ｒ１を介してコンパレータＣＭＰ１のマイナス側端子に入力され、コンパレータＣＭＰ１により電圧Ｖｐが基準電圧Ｖｒｅｆと比較され、電圧Ｖｐが基準電圧Ｖｒｅｆを超えた場合にコンパレータＣＭＰ１から制御部９へ出力される検出信号Ｓｐがハイレベルにされ、電圧Ｖｐが基準電圧Ｖｒｅｆを超えない場合に検出信号Ｓｐがローレベルにされる。

次に、制御部９によって、検出信号Ｓｐに応じて、フィラメントｆ１，ｆ２へ供給される電力を一定にするべくチョッパ回路７から出力される直流電圧ＶＤＣを調整するためのチョッパ制御信号Ｓｃがチョッパ制御回路７１へ出力される。この場合、直流電圧ＶＤＣが変化するとランプ電流も変化するので、制御部９によって、ランプ電流を一定にするべく周波数制御信号Ｓｉがインバータ８へ出力され、ランプ電圧の周波数が変化されて、ランプ電流が−定にされる。例えば、予熱電力が不足していると、電力検出部１２から出力される電圧Ｖｐが低下し、コンパレータＣＭＰ１から制御部９へ出力される検出信号Ｓｐがローレベルにされ、制御部９によって、直流電圧ＶＤＣを上昇させると共にランプ電流を変化させないようにランプ電圧の周波数を上昇させるべく、チョッパ回路７とインバータ８との動作が制御される。

これにより、図４に示すように、フィラメントｆ１，ｆ２に供給されるフィラメント電力（電力特性Ａ）は、始動から点灯にかけて最大となるが、以降、調光比が上昇してランプ電流が変化しても、その時の加熱電力が一定に維持されるので、放電灯ＦＬ点灯時におけるフィラメント温度の不安定、特に調光レベルの中光束付近における予熱不足や予熱過多が低減される。また、予熱不足や予熱過多が低減されることにより、フィラメントｆ１，ｆ２の劣化が低減される。

なお、放電灯ＦＬの点灯中は、フィラメント電力を常に一定にする例を示したが、調光レベルが上昇して定格出力付近になるとランプ電流によるスポット加熱が強まるため、フィラメント予熱電力は不要となる。そこで、図４のフィラメント電力における破線のグラフ（電力特性Ｂ）で示すように、スポット加熱が強まるとともにフィラメント電力を減少させるようにしてもよい。

次に、放電灯点灯装置２における放電灯ＦＬの消灯時の動作を説明する。図５は、放電灯ＦＬを点灯状態から消灯させる際の動作を説明するための説明図である。図５は上から順に、フィラメント電圧、フィラメント温度、ランプ電圧、光出力を示している。

放電灯点灯装置２は、ランプが点灯している状態で、フェードアウトしながら消灯へ移る場合に、フィラメントｆ１，ｆ２の予熱を低下させるモードを設けたことを特徴としている。すなわち、図５に示すように、放電灯を消灯させる際に、制御部９によって、放電灯ＦＬの点灯状態を維持した状態でインバータ８から放電灯ＦＬへの供給電圧を低下させることにより調光下限値での点灯状態が維持される。

次に、制御部９によって、フィラメント電圧が低下され、フィラメントｆ１，ｆ２の予熱温度が低下される。そして、フィラメントｆ１，ｆ２の温度が、エミッション出来なくなり熱電子を放出できなくなるまで低下すると、放電灯ＦＬは消灯する。さらに、制御部９によって、ランプ電力検出部ＰＳから出力された検出信号Ｐｓが電力ゼロを示すことが検出されることにより放電灯ＦＬの消灯が検出され、制御部９によってインバータ８による始動パルスの出力が停止され、その後インバータ８のスイッチング動作が停止され、インバータ８から放電灯ＦＬへの電力供給が停止される。なお、制御部９による放電灯ＦＬの消灯検出手段としては、例えば、光センサーを用いて放電灯ＦＬの光出力がゼロになったことを検出するようにしてもよい。

これにより、放電灯ＦＬをフェードアウトさせる際の滑らかさを向上させることができる。

なお、制御部９は、予熱モードにおいて、調光器１１から出力された調光信号Ｓｔで示される明るさの増減に応じて、目標温度Ｔ０を上下させてもよい。図６は、調光器１１の調光レベルが調光下限値より高い設定にされている場合の動作を説明するための説明図である。

まず、予熱モードの開始時において、制御部９によって受信された調光信号Ｓｔが、調光下限値よりも高い（明るい）調光比を指示するものである場合、制御部９によって、チョッパ回路７から出力される直流電圧ＶＤＣが上昇され、フィラメント電圧が上昇される。この場合、図３に示す調光器１１が調光下限値に設定されている場合（図６のフィラメント電圧における破線のグラフ）よりも、フィラメント電圧が高くされる。この場合、フィラメント電圧は、フィラメントｆ１，ｆ２が最大加熱温度値になる電圧以下となるようにされている。

これにより、予熱モードの開始時における調光レベルの高低に応じてフィラメントｆ１，ｆ２を予熱する目標温度Ｔ０が上下され、予熱モードの開始時における調光レベルが高ければ目標温度Ｔ０が上昇されるので、始動モードにおける放電開始時の光の立ち上がりが早くなり、調光設定値の照度まで上昇する時間を短縮することが出来る。また、瞬時に定格点灯を行うときは、予熱モードでフィラメントｆ１，ｆ２の温度を最大加熱温度値まで高めることでフィラメントｆ１，ｆ２のストレスを低減することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る放電灯点灯装置について説明する。図７は、本発明の第２の実施形態に係る放電灯点灯装置２ａの構成の一例を示すブロック図である。図７に示す放電灯点灯装置２ａと図２に示す放電灯点灯装置２とでは、下記の点で異なる。すなわち、図７に示す放電灯点灯装置２ａでは、制御部９ａが、消灯検出部９１と、タイマ値生成部９２と、予熱タイマ９３とを備える。

消灯検出部９１は、放電灯点灯装置２ａが消灯状態の場合に、消灯信号Ｓ１をハイレベルにしてタイマ値生成部９２へ出力する。タイマ値生成部９２は、消灯検出部９１からの消灯信号Ｓ１がハイレベルの時間を消灯時間ｔoffとして計測し、計測された消灯時間ｔoffに基づき予熱時間ｔｐを生成し、予熱タイマ９３へ出力する。予熱タイマ９３は、タイマ値生成部９２により計測された予熱時間ｔｐを計時する減算タイマである。

その他の構成は図２に示す放電灯点灯装置２と同様であるのでその説明を省略し、以下本実施形態の動作について説明する。図８は、図７に示す放電灯点灯装置２ａの動作を説明するための説明図である。図８は、上から順に、放電灯点灯装置２ａの動作状態を示す点灯シーケンス、放電灯点灯装置２ａが消灯状態であることを示す消灯信号Ｓ１、タイマ値生成部９２により生成される予熱タイマの設定値ｔｐｈ、及びフィラメントｆ１，ｆ２の温度を示している。

図８は、放電灯点灯装置２ａが、調光器１１からの消灯指示を受けて放電灯ＦＬを消灯し、その後一定時間後に調光器１１から点灯指示を受けた場合のフィラメント加熱制御動作の一例を示している。図８において、まず、放電灯ＦＬが点灯状態で制御部９ａによって、調光器１１からの消灯指示を示す調光信号Ｓｔが受信されると、制御部９ａからの周波数制御信号Ｓｉに応じてインバータ８のスイッチング動作が停止し、放電灯ＦＬが消灯されると共に、消灯検出部９１によって消灯信号Ｓ１がハイレベルにされてタイマ値生成部９２へ出力される。また、放電灯ＦＬが消灯されている間、フィラメントｆ１，ｆ２の温度は徐々に低下する。

タイマ値生成部９２においては、消灯信号Ｓ１がハイレベルの時間が消灯時間ｔoffとして計測され、計測された消灯時間ｔoffに基づき、予熱タイマ９３の設定値ｔｐｈが生成される。具体的には、設定値ｔｐｈは、例えば、下記の式（２）に基づき生成される。
ｔｐｈ＝ＴＫ×｛１−ｅｘｐ（−ｔoff／τｆ）｝・・・（２）
但し、
τｆ：フィラメントｆ１，ｆ２の熱時定数
ＴＫ：先行予熱時間係数
ここで、先行予熱時間係数ＴＫは、一次遅れ系の指数関数である｛１−ｅｘｐ（−ｔoff／τｆ）｝で与えられる値を予熱タイマ９３の設定値に変換するための定数である。

そして、タイマ値生成部９２により生成される設定値ｔｐｈは、消灯信号Ｓ１の立ち上がりから徐々に増加する。この場合、設定値ｔｐｈの増加速度（時定数）は、フィラメントｆ１，ｆ２の熱時定数τｆにより決定される。熱時定数τｆは、例えば、２〜３秒程度となる。

なお、タイマ値生成部９２は、例えば消灯信号Ｓ１を積分するＲＣ積分回路を用いて構成し、その積分値を設定値ｔｐｈとして用いる構成としてもよい。この場合、積分回路の時定数を熱時定数τｆとしてもよい。

次に、制御部９ａによって、調光器１１からの点灯指示を示す調光信号Ｓｔが受信されると、制御部９ａからの周波数制御信号Ｓｉに応じてインバータ８のスイッチング動作が開始され、フィラメントｆ１，ｆ２の温度を目標温度Ｔ０に加熱するべく予熱モードに移行すると共に、消灯検出部９１により消灯信号Ｓ１がローレベルにされる。そうすると、タイマ値生成部９２によって、消灯信号Ｓ１の立ち下がり時における設定値ｔｐｈが、予熱時間ｔｐ１として予熱タイマ９３に設定される。また、予熱モードへの移行時に、フィラメントｆ１，ｆ２は、温度Ｔｘになっている。

次に、予熱モードにおいて、上述の予熱モードにおける動作と同様にしてフィラメントｆ１，ｆ２が予熱され、予熱タイマ９３により予熱時間ｔｐ１が経過したことが検出されると、制御部９ａは始動モードへ移行し、上述の始動モードにおける動作と同様にして、放電灯ＦＬが点灯され、さらに点灯モードへと移行する。

一方、図９は、消灯時間ｔoffが、図８に示す場合よりも短い例を示している。図９において、放電灯ＦＬが点灯状態で制御部９ａによって、調光器１１からの消灯指示を示す調光信号Ｓｔが受信され、インバータ８のスイッチング動作が停止されて放電灯ＦＬが消灯されると共に、消灯検出部９１によって消灯信号Ｓ１がハイレベルにされる。そして、タイマ値生成部９２によって消灯時間ｔoffが計測され、計測された消灯時間ｔoffに基づき、予熱タイマ９３の設定値ｔｐｈが生成される。また、放電灯ＦＬが消灯されている間、フィラメントｆ１，ｆ２の温度は徐々に低下する。

そして、制御部９ａによって、調光器１１からの点灯指示を示す調光信号Ｓｔが受信され、インバータ８のスイッチング動作が再開されると共に、タイマ値生成部９２により消灯信号Ｓ１の立ち上がり時における設定値ｔｐｈが予熱時間ｔｐ２として予熱タイマ９３に設定される。このとき、図９においては、図８の場合（図９において破線で示す）よりも消灯時間ｔoffが短いため、予熱モードへの移行時に、フィラメントｆ１，ｆ２の温度は温度Ｔｘよりも高温の温度Ｔｙになっている。そして、予熱タイマ９３に設定される予熱時間ｔｐ２もまた、予熱時間ｔｐ１よりも短縮される。その結果、予熱モードにおけるフィラメントｆ１，ｆ２の予熱時間ｔｐ２が予熱時間ｔｐ１よりも短くなる。

この場合、予熱モードの開始時にフィラメントｆ１，ｆ２の温度は温度Ｔｘよりも高温の温度Ｔｙとなっているので、温度Ｔｘから目標温度Ｔ０まで昇温する場合よりも温度Ｔｙから目標温度Ｔ０まで昇温するエネルギーの方が少ない。従って、予熱時間ｔｐ１よりも短い予熱時間ｔｐ２で、フィラメントｆ１，ｆ２の温度を目標温度Ｔ０にすることが出来、さらに目標温度Ｔ０を超えて加熱が継続されることが抑制される。

これにより、放電灯ＦＬが点灯状態から消灯された後に再び点灯される場合に、消灯時間ｔoffの増減に応じてフィラメントｆ１，ｆ２の予熱時間が増減されるので、消灯時間に関わりなく予熱開始時におけるフィラメントｆ１，ｆ２の温度が目標温度Ｔ０にされ、消灯時間に関わりなく放電灯ＦＬの点灯動作の安定性を向上させることができる。

なお、予熱モードにおいて、背景技術に係る放電灯点灯装置と同様に定電流性のフィラメント電流を流してフィラメントｆ１，ｆ２を加熱する構成としてもよい。

これにより、放電灯ＦＬの消灯直後に再度放電灯ＦＬを点灯させる場合であっても、始動モードへの移行前にフィラメントｆ１，ｆ２の温度が目標温度Ｔ０にされるので、フィラメントｆ１，ｆ２の過剰な加熱が抑制され、始動モードへの移行時に閃光を発したり、光出力が上昇したりすることが低減され、消灯時間に関わりなく放電灯の点灯動作の安定性を向上させることができる。

なお、放電灯ＦＬの点灯時間を積算し、フィラメントｆ１，ｆ２の劣化に合わせて予熱タイマ９３の設定値ｔｐｈの増加速度（時定数）を減少させることで、経年変化によるフィラメントの熱時定数の変化に関わらず、始動時のフィラメント温度を一定に保つようにしてもよい。

本発明の一実施形態に係る照明装置の外観の一例を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る放電灯点灯装置の構成の一例を示す回路図である。 図２に示す放電灯点灯装置の動作の一例を説明するための説明図である。 図２に示す放電灯点灯装置の点灯モードにおける動作を説明するための説明図である。 放電灯ＦＬを点灯状態から消灯させる際の動作を説明するための説明図である。 調光器の調光レベルが調光下限値より高い設定にされている場合の動作を説明するための説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る放電灯点灯装置の構成の一例を示すブロック図である。 図７に示す放電灯点灯装置の動作を説明するための説明図である。 図７に示す放電灯点灯装置の動作を説明するための説明図である。 背景技術に係る予熱回路を備えた放電灯点灯装置を示すブロック図である。 図１０に示す放電灯点灯装置における予熱から点灯までの予熱制御動作を説明するための説明図である。 図１０に示す放電灯点灯装置における放電灯ＦＬの消灯直後に再度放電灯ＦＬを点灯させる場合の予熱制御を説明する説明図である。

符号の説明

１ 照明装置
２，２ａ 放電灯点灯装置
３ 筐体
４ ソケット
５ フィルタ回路
６ 整流回路
７ チョッパ回路
８ インバータ
９，９ａ 制御部
１０ 電力検出部
１１ 調光器
７１ チョッパ制御回路
８１ 発振器
８２ ドライバ回路
９１ 消灯検出部
９２ タイマ値生成部
９３ 予熱タイマ
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，ＣＣ，ＣＳ キャパシタ
ＣＭＰ１ コンパレータ
ｆ１，ｆ２ フィラメント
ＦＬ 放電灯
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３ インダクタ
Ｎ１ 一次側巻き線線
Ｎ２，Ｎ３ 二次側巻き線線
ＰＳ ランプ電力検出部
Ｑ１，Ｑ２ トランジスタ
Ｔ０ 目標温度
ｔoff 消灯時間
ｔｐ，ｔｐ１，ｔｐ２ 予熱時間

Claims (2)

1. フィラメントを備えた放電灯に電圧を供給する電圧供給部と、前記フィラメントに電力を供給して予熱する予熱部と、前記放電灯の点灯前に予め前記フィラメントを予熱するための予熱モードと前記フィラメントが予熱された状態から前記放電灯の点灯状態へと移行させるための始動モードと前記放電灯の点灯状態を維持するための点灯モードとを有して前記電圧供給部と前記予熱部との動作を制御する制御部とを備えた放電灯点灯装置であって、
   前記制御部は、前記予熱モードにおいて、前記フィラメントが熱電子を放出し始める温度である第１の温度を目標温度として、前記予熱部により前記フィラメントの温度を前記目標温度にさせた後、前記始動モードに移行して前記電圧供給部により前記放電灯へ点灯開始用の電圧を供給させ、
   前記制御部は、前記放電灯を消灯させる際に、前記放電灯の点灯状態を維持した状態で、前記電圧供給部から放電灯への供給電圧を低下させた後に一定に維持することにより、前記フィラメントへの電力供給が、低下した後に一定に維持され、当該電力供給が一定に維持されている期間中に当該フィラメントの予熱温度が低下することで前記放電灯が消灯し、前記放電灯の消灯後に前記電圧供給部から放電灯への電圧供給を停止させることを特徴とする放電灯点灯装置。
2. 放電灯を点灯させるための放電灯点灯装置と、前記放電灯点灯装置を収容する筐体とを備え、
   前記放電灯点灯装置は、請求項１記載の放電灯点灯装置であることを特徴とする照明装置。

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