JP4453302B2 - 無電極放電灯点灯装置、照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、バルブ内に封入された放電ガスに高周波電磁界が印加されることで光を出力する無電極放電灯を点灯させる無電極放電灯点灯装置及び照明装置に関する。

従来、バルブ内に封入された放電ガスと、高周波電圧が供給される誘導コイルとを備え、高周波電圧の供給によって前記誘導コイルに発生する電磁界により、前記放電ガスが電離及び励起し、この電離及び励起によって生じる光を光源として利用した無電極放電灯が知られている（例えば、下記特許文献１）。

この無電極放電灯の点灯動作を制御する放電灯点灯回路は、例えば、交流電源から出力される交流電圧を直流電圧に変換する直流電源回路と、直流電源回路の出力を高周波電圧に変換し、この高周波電圧を無電極放電灯の誘導コイルに供給するインバータ回路と、誘導コイルとインバータ回路との間に配設される共振回路とを備えて構成されている。

このような構成を備えた放電灯点灯回路による無電極放電灯の調光（発光光量の調節）の方法の１つとして、図１７に示すような方法がある。すなわち、図１７に示すように、誘導コイルに高い高周波電圧を印加する期間Ｔ１と低い高周波電圧を印加する期間Ｔ２とを交互に設けて、誘導コイルに印加される高周波電圧（以下、コイル電圧という）を周期的に変化させることで、無電極放電灯は点灯動作（高いコイル電圧の印加時）と消灯動作（低いコイル電圧の印加時）とを繰り返す。これにより、無電極放電灯は、点灯期間と消灯期間との比率に応じた発光光量となる。

このようなコイル電圧の変化をより詳細に表したものを図１８に示す。図１８（ａ）は、インバータ回路の動作周波数ｆinvの時間変化を示し、図１８（ｂ）は、コイル電圧Ｖcoilの時間変化を示す。なお、図１８（ｂ）において、白黒の縞模様に描いた部分は、高周波電圧の波形を示し、この高周波電圧の波形のピークを結ぶ線は振幅の変化を示している。

インバータ回路の動作周波数ｆinvに対するコイル電圧Ｖcoilの特性は、無電極放電灯の放電ガスが安定してアーク状放電状態となる点灯期間（時刻Ｔ＝ｔ２〜ｔ３）と、誘導コイルに始動電圧Ｖｉを印加して前記アーク状放電状態に安定するまでの始動期間（時刻Ｔ＝ｔ１〜ｔ２）とで異なるものとなり（図３参照）、この特性に基づき、無電極放電灯を点灯させる場合、始めに比較的高い電圧（始動電圧）Ｖｉが必要となる始動期間においては、インバータ回路の動作周波数ｆinvを周波数ｆ１に設定してコイル電圧Ｖcoilを電圧Ｖｉとする。なお、一般的に、この始動電圧Ｖｉは無電極放電灯を点灯させるのに必要な最低限の電圧Ｖst（図３参照）より大きい値に設定される。そして、無電極放電灯が点灯すると、コイル電圧Ｖcoilは電圧Ｖｉから低下する。このとき、無電極放電灯の点灯後においてもインバータ回路の動作周波数ｆinvを周波数ｆ１に維持すると、無電極放電灯の発光光量を所望の値まで低下させることができない場合が生じることから、無電極放電灯が点灯すると、直ちにインバータ回路の動作周波数ｆinvを周波数ｆ１から周波数ｆ２（図３参照、ｆ２＞ｆ１）に切り換える。以上の動作により、コイル電圧Ｖcoilは電圧Ｖａとなる。その後、無電極放電灯を消灯させるべきタイミング（時刻Ｔ＝ｔ３）に達するまで、インバータ回路の動作周波数を周波数ｆ２に維持することにより、コイル電圧を一定値Ｖａに維持する。

この点灯期間と消灯期間の時間比率を変えることによって、無電極放電灯の調光を行う調光方式は、時分割調光制御方式と呼ばれており、直流電源回路の出力電圧を昇降圧することで無電極放電灯の調光を行う直流電圧調光制御方式や、インバータ回路のスイッチング素子の周波数を制御することで無電極放電灯の調光を行う周波数調光制御方式に比して優れた特性を有している。

すなわち、無電極放電灯の調光の範囲、特に、無電極放電灯の発光光量を小さくする場合において、調光の下限が低ければ低いほど無電極放電灯としての性能が高いとされ、調光の範囲を広げるために調光の下限をより低く設定できるようにすることが望まれている。このような要求に対し、直流電圧調光制御方式を採用する場合、無電極放電灯の調光を行うために直流電源回路の出力電圧を下げていくと、交流電源のピーク電圧付近から入力電流の歪みが大きくなってくるため、調光の下限を低く設定するのが困難で調光範囲が狭くなる場合がある。また、無電極放電灯の始動性を考慮して始動時にはコイル電圧を高くする必要がある旨前述したが、その高いコイル電圧を生成するために、共振回路の共振の鋭さＱを高く設定すると、周波数調光制御方式を採用した場合、微小な周波数の変化に対しても、誘導コイルの両端の電圧が大きく変化することとなり、調光の下限を低く設定しようとする場合は、精度の高い周波数調整技術が必要となる。このように精度よく周波数を調整することは、無電極放電灯や放電灯点灯回路を構成する各種電子部品の特性のばらつきを考慮すると非常に困難である。

これに対し、前述の時分割調光制御方式を採用する場合には、無電極放電灯を交互に点灯・消灯させており、無電極放電灯からの平均の出力を低下させることで調光を行うものであるから、直流電圧調光制御方式や周波数調光制御方式の場合に生じる前記不具合が発生することがなく、調光の下限を低く設定することができる。
特開２００２−３３４７９７号公報

しかしながら、時分割調光制御方式において、前述のように無電極放電灯を消灯させるべきタイミングに達するまで誘導コイルの電圧を一定値に維持して無電極放電灯を点灯する方法では、調光の下限に限界があった。すなわち、無電極放電灯の調光を低くするため点灯時間を短くする（消灯時間を長くする）と、点灯期間に対する始動期間の割合が大きくなる。点灯期間に対する始動期間の割合が大きくなると、その比較的高い始動電圧Ｖｉによって無電極放電灯から出力される光が人間の目に目立って映ることとなり、無電極放電灯の光の強さが人間の目から見てそれほど小さくなっているとは感じず、これにより、調光の下限をより低く設定することが困難であった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、無電極放電灯の調光の下限をより低く設定できる無電極放電灯点灯装置及び照明装置を提供することを目的とする。

本発明に係る無電極放電灯点灯装置は、無電極放電灯の誘導コイルに印加すべく高周波電圧を出力する無電極放電灯点灯装置であって、直流電源と、前記直流電源に接続され前記直流電源の直流電圧をスイッチング素子のオンオフ動作により高周波電圧に変換する電力変換回路と、前記電力変換回路に接続され、無電極放電灯の誘導コイルに印加される高周波電圧を発生する共振回路と、前記誘導コイルに印加される高周波電圧を周期的にオンオフすることによって、前記無電極放電灯に点灯及び消灯の動作を周期的に行わせる電力制御回路とを備える無電極放電灯点灯装置において、前記電力制御回路は、前記無電極放電灯の点灯期間において、前記誘導コイルに印加される電圧を漸減させる期間を備え、調光の際、前記オンオフのデューティを小さくすることにより前記無電極放電灯の出力を低下させ、さらに当該無電極放電灯の出力を、前記誘導コイルに電圧を印加してアーク状放電状態に安定するまでの始動時間と前記点灯期間とが略一致するときの無電極放電灯の出力よりも小さくするとき、前記点灯期間における前記電力変換回路のスイッチング素子の動作周波数を増大させることにより当該無電極放電灯の出力を低下させる。
また、本発明に係る無電極放電灯点灯装置は、無電極放電灯の誘導コイルに印加すべく高周波電圧を出力する無電極放電灯点灯装置であって、直流電源と、前記直流電源に接続され前記直流電源の直流電圧をスイッチング素子のオンオフ動作により高周波電圧に変換する電力変換回路と、前記電力変換回路に接続され、無電極放電灯の誘導コイルに印加される高周波電圧を発生する共振回路と、前記誘導コイルに印加される高周波電圧を周期的にオンオフすることによって、前記無電極放電灯に点灯及び消灯の動作を周期的に行わせる電力制御回路とを備える無電極放電灯点灯装置において、前記電力制御回路は、前記無電極放電灯の点灯期間において、前記誘導コイルに印加される電圧を漸減させる期間を備え、調光の際、前記オンオフのデューティを小さくすることにより前記無電極放電灯の出力を低下させ、さらに当該無電極放電灯の出力を、前記誘導コイルに電圧を印加してアーク状放電状態に安定するまでの始動時間と前記点灯期間とが略一致するときの無電極放電灯の出力よりも小さくするとき、前記直流電源の直流電圧を低下させることにより当該無電極放電灯の出力を低下させる。

また、上述の無電極放電灯点灯装置において、前記電力制御回路は、前記スイッチング素子の動作周波数を変化させることにより、前記誘導コイルに印加される高周波電圧を漸減させる。

また、上述の無電極放電灯点灯装置において、前記電力制御回路は、前記直流電源の直流電圧を変化させることにより前記誘導コイルに印加される高周波電圧を漸減させる。

また、上述の無電極放電灯点灯装置において、前記電力制御回路は、前記スイッチング素子のオンオフ動作におけるデューティを変化させることにより、前記誘導コイルに印加される高周波電圧を漸減させる。

また、上述の無電極放電灯点灯装置において、前記電力制御回路は、前記無電極放電灯の消灯期間において、前記誘導コイルに印加される高周波電圧を漸増させる期間をさらに備える。

また、前記電力制御回路は、前記スイッチング素子の動作周波数を変化させることにより、前記誘導コイルに印加される高周波電圧を漸増させる。

本発明の第１の手段に係る照明装置は、少なくとも水銀及び希ガスを含む放電ガスと、前記放電ガスを封入するバルブと、高周波電圧を生成する高周波電源回路と、前記バルブに設けられた断面凹形状の空洞部内に配設され、前記高周波電源回路から供給される高周波電圧により前記放電ガスに高周波電磁界を供給する誘導コイルと、磁気性材料からなり、前記誘導コイルが巻回される円筒形状のコアと、熱伝導性材料からなり、前記コアの内側で該コアに接触する部材とを備える照明装置において、前記高周波電源回路は、請求項１ないし６のいずれかに記載の無電極放電灯点灯装置である。

本発明によれば、電力制御回路は、無電極放電灯の点灯期間において、前記誘導コイルに印加される電圧を漸減させる期間を備えたので、無電極放電灯の発光光量が低下する。これにより、無電極放電灯の調光の下限をより低く設定することができる。

以下、本発明に係る照明装置の第１の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、照明装置の構成を示す図である。図１に示すように、照明装置１は、無電極放電灯２と、この無電極放電灯２の点灯動作を制御する放電灯点灯回路３とを有する。

図２は、無電極放電灯２の断面図である。図２に示すように、無電極放電灯２は、バルブ４と、誘導コイル５と、コア６と、熱伝導体７と、基台８とを有する。

バルブ４は、石英ガラス等の透光性を有する材料で略球形状の周面と内部に断面凹形状の空洞部９を形成してなる部材である。バルブ４の内部には、少なくとも金属蒸気（例えば水銀蒸気等）及び希ガスを含む放電ガスが封入されている。バルブ４の内壁には、蛍光体１０及び保護膜１１が塗布されている。

蛍光体１０は、水銀から放射される紫外線を可視光に変換するものであり、ハロ燐酸カルシウム、赤色蛍光体である（Ｙ、Ｇｄ）ＢＯ３：Ｅｕ、緑色蛍光体であるＣａＰＯ４、青色蛍光体であるＢａＭｇＡｌｌ４Ｏ２３：Ｅｕ等の材料が用いられる。保護膜１１は、水銀蒸気と石英ガラス（バルブ４の材質）との反応を抑制して、バルブ４の光束維持率を向上させるためのものであり、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、シリカ（ＳｉＯ２）、チタニア（ＴｉＯ２）、セリア（ＣｅＯ２）、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、マグネシア（ＭｇＯ）等の微粒子が用いられる。保護膜１１は、バルブ４の透過率を向上するため、蛍光体１０に比して薄膜とされている。

誘導コイル５は、銅又は銅合金からなる条材が所定回数巻回されて形成されたものである。誘導コイル５は、巻回された部位がコア６に外嵌される一方、端部は、放電灯点灯回路３（後述の共振回路１４）の出力端子に接続されており、放電灯点灯回路３から供給される高周波電圧により所定の周波数（例えば１３．５６ｋＨｚ）で高周波電磁界を 発振し、その高周波電磁界をバルブ４の内部に封入された放電ガスに付与する。なお、放電ガスに付与する高周波電磁界の周波数は、１３．５６ＭＨｚに限られず、放射雑音による他の電気機器への悪影響を少なくできる２．６ＭＨｚから１５ＭＨｚ程度であれば他の周波数でもよい。

ここで、無電極放電灯２の発光の原理について説明する。放電灯点灯回路３からの高周波電圧の供給により誘導コイル５の周囲に高周波電磁界が発生すると、この高周波電磁界によりバルブ４内部の電子が加速して放電ガスの原子に衝突することにより、放電ガスが電離して新たな電子が発生する。発生した電子は、前記高周波電磁界によりエネルギーを受け取り、放電ガスの原子に衝突してエネルギーを付与する。エネルギーが付与された原子は電離したり励起したりする結果、プラズマが生じ、励起した原子が基底状態に戻るときに発光する。無電極放電灯２は、この光を光源として利用したものである。

コア６は、円筒状に形成された部材であり、一端が空洞部９の内部に向かうように他端が基台８に固定立設されている。コア６は、透磁率が略１５０の軟磁性体であるニッケル亜鉛（ＮｉＺｎ）フィライト等の材料が用いられるが、マンガン亜鉛（Ｍｎ−Ｚｎ）フェライト等、軟磁性金属を含むものであればどのようなものでもよい。また、軟磁性金属単体をコア６の材料として用いてもよい。なお、軟磁性体とはバルク状態での保磁力Ｈｃが１００ｅ程度以下のものである。

熱伝導体７は、径の異なる円筒部を有する断面略凸状の 長尺部材である。熱伝導体７は、大径側の円筒部の下端において基台に支持されている一方、小径側の円筒部の周面がコア６の内周面に接触する。

基台８は、アルミダイキャストにより形成され、上面に開口を有する有底の略円筒状部材である。

図１に戻り、放電灯点灯回路３は、交流電源ＡＣと、直流電源回路１２と、インバータ回路１３と、共振回路１４と、駆動回路１５と、変換回路１６とを有してなる。

交流電源ＡＣは、商用の交流電源であり、その電圧は、例えば１００Ｖ、２００Ｖあるいは２４０Ｖである。

直流電源回路１２は、整流回路１７と昇圧チョッパ回路１８とを備えて構成されており、交流電源ＡＣから供給される交流電圧を所定の直流電圧Ｖ_DCに変換するものである。

整流回路１７は、例えばダイオードブリッジ等からなり、交流電源ＡＣから出力される交流電圧を脈状の直流電圧に整流して出力するものである。なお、交流電源ＡＣの電圧が１００Ｖの場合、ダイオードブリッジの代わりに、例えば倍電圧整流回路を用いてもよい。倍電圧整流回路を用いると、交流電源ＡＣの電圧が実質的に２００Ｖと同等とみなすことができ、倍電圧整流回路以後に接続されている回路に流れる電流が、ダイオードブリッジを用いた場合と比べて約半分となるので、放電灯点灯回路３の効率を上げることができる。

昇圧チョッパ回路１８は、インダクタＬ１と、スイッチング素子Ｑ１と、制御回路１９と、コンデンサＣ１と、ダイオードＤとを備えて構成されている。インダクタＬ１は、整流回路１７の出力端子とスイッチング素子Ｑ１のドレイン端子に接続されており、スイッチング素子Ｑ１がオンのときエネルギーを蓄え、スイッチング素子Ｑ１がオフすると蓄えたエネルギーを放出する。スイッチング素子Ｑ１は、例えばＦＥＴ（Field-Effect-Transistor）からなる素子であり、ドレイン端子がインダクタＬ１に、ソース端子が整流回路１７の出力端子に接続されている。制御回路１９は、その出力がスイッチング素子Ｑ１のゲート端子に接続されており、スイッチング素子のオンオフ動作を制御するものである。コンデンサＣ１は、ダイオードＤのカソードと回路グランドとに接続されており、スイッチング素子Ｑ１がオフのとき充電し、スイッチング素子Ｑ１がオンのとき放電することにより、インダクタＬ１の出力電圧を直流電圧Ｖ_DCに平滑化するものであり、例えば、電解コンデンサである。ダイオードＤは、アノードがインダクタＬ１に、カソードがコンデンサＣ１に接続されており、コンデンサＣ１からの放電電流がインダクタＬ１側に流れる（逆流）のを防止するものである。

このような構成を有する昇圧チョッパ回路１８においては、コンデンサＣ１の両極に、整流回路１７により出力される直流電圧が常時印加されている。また、スイッチング素子Ｑ１がオンされている間、整流回路１７から供給される電流がインダクタＬ１及びスイッチング素子Ｑ１を流れ、インダクタＬ１にはその電流値に応じたエネルギーが蓄積される。そして、スイッチング素子Ｑ１がオフされると、インダクタＬ１に蓄えられたエネルギーがコンデンサＣ１に与えられる。これにより、コンデンサＣ１の両極には、インダクタＬ１により与えられたエネルギーによる電圧が整流回路１７の直流電圧に重畳して印加されることとなり、これにより、整流回路１７により出力される脈状の直流電圧が昇圧された直流電圧Ｖ_DCが生成される。

なお、本実施形態では、昇圧チョッパ回路を採用したが、降圧チョッパ回路を用いてもよい。要は、ある直流電圧を別の直流電圧に変換して出力するものであれば、どのような回路構成でもよい。また、図示しないが、昇圧チョッパ回路１８の後段に降圧チョッパ回路をさらに接続し、交流電源ＡＣ、整流回路１７、昇圧チョッパ回路１８及び降圧チョッパ回路によって直流電源回路を構成してもよい。昇圧チョッパ回路１８の後段に降圧チョッパ回路を接続していると、例えば交流電源ＡＣが１００Ｖから２４２Ｖのマルチ電源で、かつ定格消費電力の異なる複数の無電極放電灯にも、１の放電灯点灯回路で対応できることとなる。すなわち、昇圧チョッパ回路１８によってマルチ電源を直流電圧の一定とし、降圧チョッパ回路によって無電極放電灯に供給する電力を調整し、複数の交流電源及び種類の異なる無電極放電灯にも、１の放電灯点灯回路で対応することができる。

インバータ回路１３は、例えば電界効果トランジスタで構成されるスイッチング素子Ｑ２とスイッチング素子Ｑ３との直列回路を備えて構成されており、スイッチング素子Ｑ２は、ドレイン端子がコンデンサＣ１の一方の電極（陽極）に、ゲート端子が後述する駆動回路１５のＨout端子に、ソース端子が駆動回路１５のH−GND端子に接続されている一方、スイッチング素子Ｑ３は、ドレイン端子がH−GND端子に、ゲート端子が駆動回路１５のＬout端子に、ソース端子が駆動回路１５のコンデンサＣ１の他方の電極（陰極）に接続されている。なお、電界効果トランジスタは、そのドレイン端子がその内蔵ダイオードのカソードと接続されるように、ソース端子とドレインとの間に並列にダイオードが内蔵されているので、別途ダイオードを外付けする必要がない。電界効果トランジスタに代えて、トランジスタとトランジスタに逆並列に接続されるダイオードとの組合せを用いてもよい。また、本実施形態では、所謂ハーフブリッジ型のインバータ回路を用いているが、フルブリッジ型、あるいはプッシュプル型であってもよい。

インバータ回路１３は、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３を数十ｋＨｚから数百ＭＨｚの周波数で交互にオンオフすることで、昇圧チョッパ回路１８の出力電圧Ｖ_DCを数十ｋＨｚから数百ＭＨｚの高周波電圧に変換し、この高周波電圧を誘導コイル５に供給することで、誘導コイル５に高周波電磁界を発生させて、無電極放電灯２に高周波電圧を供給する。なお、インバータ回路１３は、特許請求の範囲における電力変換回路を構成するものである。

共振回路１４は、インダクタＬｓとコンデンサＣｐとが直列に接続されてなる直列共振回路を備えて構成されており、インバータ回路１３から出力される高周波電圧からその共振特性を用いて数ｋＶ〜数十ｋＶの高電圧を生成し、この高電圧を誘導コイル５に印加して無電極放電灯２を点灯させる。なお、共振回路１４は、インダクタＬｓに対してコンデンサＣｐと並列接続されたコンデンサＣｓを備え、このコンデンサＣｓによりインバータ回路１３と誘導コイル５との間のインピーダンスを整合し、インバータ回路１３からの高周波電力を効率よく誘導コイル５に供給するインピーダンスマッチングの機能も果たす。

ここで、インバータ回路１３から供給される高周波電圧の周波数（誘導コイル５に発生させる高周波電磁界の周波数、以下、動作周波数という）ｆinvに対する誘導コイル５に印加する電圧Ｖcoil（以下、コイル電圧Ｖcoilという）の特性について、図３に示す共振曲線を参照して説明する。

図３に示すように、インバータ回路１３の動作周波数ｆinvに対するコイル電圧Ｖcoilの特性は、誘導コイル５への高周波電圧の印加を開始してからバルブ４内に一定量以上のプラズマが速やかに生じてアーク状放電状態となるまでの始動期間と、アーク状放電状態を維持する点灯期間とで異なる。

すなわち、始動期間における共振曲線Ｌ１は、動作周波数ｆinvが共振回路１４のインピーダンスが最小となる共振周波数ｆ_Qと一致するときコイル電圧Ｖcoilは理論上無限大となり、周波数ｆinvが周波数ｆｐから離れるにしたがって低下していく。一方、点灯期間においては、始動期間に比して放電ガスのインピーダンスが小さくなるため、点灯期間における共振曲線Ｌ２は、始動期間の共振曲線Ｌ１に比してコイル電圧Ｖcoilが全体的に低いものとなり、コイル電圧Ｖcoilは前記共振周波数ｆ_Qで最大となり、動作周波数ｆinvが周波数ｆｐから離れるにしたがって低下していく。

本実施形態では、無電極放電灯２に点灯と消灯とを非常に短い時間で複数回交互に行わせ、その点灯時間と消灯時間との比率により無電極放電灯２の出力を決定する所謂時分割調光方式を採用している。すなわち、点灯時間の割合が大きくなるほど無電極放電灯２の発光光量が大きくなる。なお、後述するように、この点灯時間と消灯時間との比率は、後述の変換回路１６に入力されるＰＷＭ信号（調光信号）のデューティにより決定する。

そして、無電極放電灯２を点灯状態から消灯状態に移行させるためには、誘導コイル５に印加する電圧を所定の閾値Ｖoff（以下、消灯電圧Ｖoffという）以下の電圧に設定する必要がある。このようなコイル電圧Ｖcoilの制御を行うため、本実施形態では、図３に示すように、インバータ回路１３の動作周波数ｆinvを周波数ｆ３に設定することで、コイル電圧Ｖcoilを前記消灯電圧Ｖoff以下の電圧Ｖｃに設定する（点ａ）。

また、消灯状態からバルブ４内部の放電ガスをアーク状放電状態にするためには、誘導コイル５への電圧の印加を開始する時のコイル電圧Ｖcoilを所定の閾値Ｖst以上に設定する必要がある。このようなコイル電圧Ｖcoilの制御を行うため、図３に示すように、誘導コイル５に電圧の印加を開始するときのインバータ回路１３の動作周波数ｆinvを例えば周波数ｆ１に設定することで、コイル電圧Ｖcoilを前記閾値Ｖst以上の電圧Ｖｉに設定する（点ｂ）。また、無電極放電灯２が点灯する（放電ガスがアーク状放電状態となる）と、コイル電圧Ｖcoilの特性は共振曲線Ｌ２に示す特性に移行し、周波数がｆ１に維持されているとき、コイル電圧Ｖcoilは点ｃに対応する電圧に低下する。

なお、図３に示す共振特性において、共振周波数ｆ_Qを通る直線Ｘの右側の領域Ａ、すなわちコイル電圧Ｖcoilの位相に対して誘導コイル５に流れる電流の位相が遅れる遅相領域Ａを利用して、コイル電圧Ｖcoilの制御を行うのは、共振周波数ｆ_Qを通る直線Ｘの左側の進相領域Ｂを利用してコイル電圧Ｖcoilの制御を行った場合に、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３が同時にオンするタイミングが生じることで、非常に大きな電流が誘導コイル５に流れる虞があるためである。

以上の構成に加えて、本実施形態では、無電極放電灯２の発光光量の調節（以下、調光という）の範囲を広げる、特に調光の下限をより低く設定する（無電極放電灯２の発光光量をより小さくする）ことができるように、無電極放電灯２の点灯期間におけるコイル電圧Ｖcoilを、インバータ回路１３の動作周波数ｆinvを変えることで制御するようにしている。なお、この点については後述する。

変換回路１６は、図略のＰＷＭ制御信号発生装置から出力されるＰＷＭ信号（調光信号）Ｖpwm及びコイル電圧Ｖcoilに基づき、インバータ回路１３の動作周波数ｆinvを制御するための制御信号（出力電圧）Ｖｆを生成するものである。この出力電圧Ｖｆについては後述する。変換回路１６は、誘導コイル５の端子に接続されており、コイル電圧Ｖcoilを検出するようになっている。本実施形態では、コイル電圧Ｖcoilを検出することで、主に放電ガスがアーク状放電状態になったか否かを検出する。

なお、ＰＷＭ信号の周波数は、小さいほうが１周期（点灯期間＋消灯期間）における前記始動期間の割合が小さくなり、始動期間の大きなコイル電圧Ｖcoilによる無電極放電灯２の発光が目立つのが抑制されることにより、調光下限を低く設定することができるが、ＰＷＭ信号の周波数が小さ過ぎて消灯期間が長くなると、人間の目にちらつき感を与えることから、それらのバランスを考えて１２０ｋＨｚ程度に設定されている。

駆動回路１５は、変換回路１６の出力電圧Ｖｆに応じた周波数で、Ｈout端子とH‐ＧＮＤ端子との間、及びＬout端子とＬ‐ＧＮＤ端子との間に、それぞれ位相差が略１８０°の矩形波状の駆動信号を出力するものである。これにより、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３が交互にオンオフする。なお、本実施形態では、Ｈout端子とH‐ＧＮＤ端子との間、及びＬout端子とＬ‐ＧＮＤ端子との間に出力される各駆動信号のデューティは略同一とされている。

図４（ａ）は、ＰＷＭ信号Ｖpwmを示す図、図４（ｂ）は、変換回路１６の出力電圧Ｖｆを示す図、図４（ｃ）は、インバータ回路１３の動作周波数ｆinvを示す図、図４（ｄ）は、コイル電圧Ｖcoilの波形を示す図である。

まず、時刻Ｔ＝ｔ１で、ＰＷＭ信号ＶpwmがＨ（ハイ）からＬ（ロー）に切り換わると、変換回路１６は、出力電圧Ｖｆを瞬間的にＶ３からＶ１に下げることで、インバータ回路１３の動作周波数ｆinvを、瞬間的に周波数ｆ３から周波数ｆ１まで下げる。これにより、コイル電圧Ｖcoilは、前述の電圧Ｖst（図３参照）以上の電圧Ｖｉとなる。周波数ｆ１，ｆ３及び電圧Ｖｉは、図３に示す「ｆ１」，「ｆ３」及び「Ｖｉ」に相当するものである。

そして、時刻Ｔ＝ｔ２で、無電極放電灯２が点灯開始する（アーク状放電状態となる）と、コイル電圧Ｖcoilは低下し、また、これを検出した変換回路１６は、出力電圧Ｖｆを瞬間的に電圧Ｖ１から電圧Ｖ２（Ｖ２＜Ｖ３）に上げることで、インバータ回路１３の動作周波数ｆinvを、瞬間的に周波数ｆ１から周波数ｆ２（ｆ２＜ｆ３）に瞬間的に上げる。これにより、前述の始動電圧Ｖstより小さく消灯電圧Ｖoff（図３参照）より大きな電圧Ｖａとなる。なお、周波数ｆ２は、図３に示す「ｆ２」に相当するものである。

次に、ＰＷＭ信号がＨ（ハイ）に時刻Ｔ＝ｔ３で切り換わるまでの期間、従来では、コイル電圧Ｖcoilを電圧Ｖａで一定にしていたところ、本実施形態では、変換回路１６が出力電圧Ｖｆを電圧Ｖ２から電圧Ｖ４（Ｖ４＜Ｖ３）まで逓増することにより、インバータ回路１３の動作周波数ｆinvを、周波数ｆ２から周波数ｆ４（ｆ４＜ｆ３）まで逓増させる。これにより、コイル電圧Ｖcoilが電圧Ｖａから電圧Ｖｂ（Ｖｂ＞Ｖoff）まで逓減する。なお、時刻Ｔ＝ｔ１からＴ＝ｔ３までの期間が無電極放電灯２の点灯期間Ｔonとなる。

その後、時刻Ｔ＝ｔ３でＰＷＭ信号がＬ（ロー）からＨ（ハイ）に切り換わると、変換回路１６は、出力電圧Ｖｆを瞬間的にＶ４からＶ３に上げることで、インバータ回路１３の動作周波数ｆinvを瞬間的に周波数ｆ４から周波数ｆ３に上げる。これにより、コイル電圧Ｖcoilは、前記消灯電圧Ｖoff以下の電圧Ｖｃとなり、無電極放電灯２は消灯する。なお、電圧Ｖｃは、図３に示す「Ｖｃ」に相当するものである。また、時刻Ｔ＝ｔ３から次にＰＷＭ信号ＶpwmがＨ（ハイ）からＬ（ロー）に切り換わる時刻Ｔ＝ｔ４までの期間が、無電極放電灯２の消灯期間Ｔoffとなる。

以降、時刻Ｔ＝ｔ１から時刻Ｔ＝ｔ４までの動作が繰り返し行われることで、無電極放電灯２は点灯と消灯を繰り返し、点灯期間Ｔonと消灯期間Ｔoffとの比率に応じた光量が無電極放電灯２から出力される。

このように、無電極放電灯２の点灯期間Ｔonにおいて、コイル電圧Ｖcoilを逓減するようにしたから、従来に比して、調光の下限をより低く設定することができる。その結果、発光光量が比較的小さい範囲で無電極放電灯２の調光を行う場合でも、無電極放電灯２の出力（発光光量）を所望の出力に近づけることができる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。

本実施形態においては、第１の実施形態と無電極放電灯２の点灯期間Ｔonにおけるコイル電圧Ｖcoilの制御が異なるだけで、放電灯点灯回路３を始めとするその他の点については第１の実施形態と略同様であるから、相違点についてのみ説明する。

図５（ａ）は、ＰＷＭ信号Ｖpwmを示す図、図５（ｂ）は、変換回路１６の出力電圧Ｖｆを示す図、図５（ｃ）は、インバータ回路１３の動作周波数ｆinvを示す図、図５（ｄ）は、コイル電圧Ｖcoilの波形を示す図である。

前記第１の実施形態においては、無電極放電灯２の点灯期間Ｔonにおいて、コイル電圧Ｖcoilを逓減するように制御した。

これに対し、本実施形態においては、図５に示すように、時刻Ｔ＝ｔ２から点灯期間Ｔonにおける途中の時刻Ｔ＝ｔ５までの期間だけ、変換回路１６は出力電圧Ｖｆを逓増（電圧Ｖ２から電圧Ｖ５に逓増）することで、インバータ回路１３の動作周波数ｆinvを周波数ｆ２から周波数ｆ５に逓増させる。これにより、コイル電圧Ｖcoilが電圧Ｖｄから電圧Ｖｅに逓減する。

また、時刻Ｔ＝ｔ５からＰＷＭ信号がＬ（ロー）からＨ（ハイ）に切り換わる時刻Ｔ＝ｔ３までの期間は、変換回路１６は、出力電圧Ｖｆを一定の電圧Ｖ５に維持することで、インバータ回路１３の動作周波数ｆinvを周波数ｆ５に維持する。これにより、コイル電圧Ｖcoilを一定の電圧値Ｖｅに維持する。

次に、本発明の第３の実施形態について説明する。

本実施形態においても、第１の実施形態と無電極放電灯２の点灯期間Ｔonにおけるコイル電圧Ｖcoilの制御が異なるだけで、放電灯点灯回路３を始めとするその他の点については第１の実施形態と略同様であるから、相違点についてのみ説明する。

図６（ａ）は、ＰＷＭ信号Ｖprmを示す図、図６（ｂ）は、変換回路１６の出力電圧Ｖｆを示す図、図６（ｃ）は、インバータ回路１３の動作周波数ｆinvを示す図、図６（ｄ）は、コイル電圧Ｖcoilの波形を示す図である。

前記第２の実施形態においては、無電極放電灯２の点灯が開始すると、点灯期間Ｔonの途中の時刻（時刻Ｔ＝ｔ５）までコイル電圧Ｖcoilを逓減し、その後、コイル電圧Ｖcoilを一定値に維持するように制御した。

これに対し、本実施形態においては、図６に示すように、時刻Ｔ＝ｔ２から点灯期間Ｔonにおける途中の時刻Ｔ＝ｔ６までの期間は、変換回路１６は、出力電圧Ｖｆを一定の電圧Ｖ６に維持することで、インバータ回路１３の動作周波数ｆinvを周波数ｆ６に維持する。これにより、コイル電圧Ｖcoilを一定の電圧値Ｖｇに維持する。

また、時刻Ｔ＝ｔ６からＰＷＭ信号がＬ（ロー）からＨ（ハイ）に切り換わる時刻Ｔ＝ｔ３までの期間は、変換回路１６は、出力電圧Ｖｆを電圧Ｖ２から電圧Ｖ６に逓増することで、インバータ回路１３の動作周波数ｆinvを周波数ｆ２から周波数ｆ６に逓増させる。これにより、コイル電圧Ｖcoilを電圧Ｖｇから電圧Ｖｈまで逓減するようにしている。

前記第２、第３の実施形態のように、無電極放電灯２の点灯期間Ｔonに、コイル電圧Ｖcoilを逓減する期間と一定に維持する期間とを任意の比率で設ける制御によっても、前記第１の実施形態と同様、調光の下限をより低く設定することができ、発光光量が比較的小さい範囲で無電極放電灯２の調光を行う場合でも、無電極放電灯２の出力（発光光量）を所望の出力に近づけることができる。

次に、本発明の第４の実施形態について説明する。

本実施形態においても、第１の実施形態と無電極放電灯２の点灯期間Ｔonにおけるコイル電圧Ｖcoilの制御が異なるだけで、放電灯点灯回路３を始めとするその他の点については第１の実施形態と略同様であるから、相違点についてのみ説明する。

図７（ａ）は、ＰＷＭ信号Ｖpwmを示す図、図７（ｂ）は、変換回路１６の出力電圧Ｖｆを示す図、図７（ｃ）は、インバータ回路１３の動作周波数ｆinvを示す図、図７（ｄ）は、コイル電圧Ｖcoilの波形を示す図である。

前記第１の実施形態においては、無電極放電灯２の点灯期間Ｔonにおいて、コイル電圧Ｖcoilを逓減するように制御した。

これに対し、本実施形態においては、図７に示すように、無電極放電灯２の点灯期間Ｔonにおいて、コイル電圧Ｖcoilを段階的に低下させるようにしている。

すなわち、図７においては、無電極放電灯２の点灯期間Ｔonにおいて、コイル電圧Ｖcoilを途中で切換える時刻Ｔ＝ｔ７，ｔ８を設定し、時刻Ｔ＝ｔ２から時刻Ｔ＝ｔ７までの期間、変換回路１６は出力電圧ＶｆをＶ２に維持することで、インバータ回路１３の動作周波数ｆinvを周波数ｆ２に維持する。これにより、コイル電圧Ｖcoilを一定の電圧Ｖｊに維持する。

また、時刻Ｔ＝ｔ７から時刻Ｔ＝ｔ８までの期間、変換回路１６は出力電圧Ｖｆを電圧Ｖ２から電圧Ｖ６（Ｖ６＜Ｖ３）に上げることで、インバータ回路１３の動作周波数ｆinvを周波数ｆ２から周波数ｆ６に上げる。これにより、コイル電圧Ｖcoilを電圧Ｖｊから電圧Ｖｋに低下させる。

さらに、時刻Ｔ＝ｔ８から時刻Ｔ＝ｔ３までの期間、変換回路１６は出力電圧Ｖｆを電圧Ｖ６から電圧Ｖ７（Ｖ７＜Ｖ３）に上げることで、インバータ回路１３の動作周波数ｆinvを周波数ｆ６から周波数ｆ７（ｆ７＜ｆ３）に上げる。これにより、コイル電圧Ｖcoilを電圧Ｖｋから電圧Ｖｍに低下させる。

このように、コイル電圧Ｖcoilを点灯期間Ｔonにおいて段階的に低下させる制御によっても、前記第１の実施形態と同様、調光の下限をより低く設定することができ、発光光量が比較的小さい範囲で無電極放電灯２の調光を行う場合でも、無電極放電灯２の出力（光量）を所望の出力に近づけることができる。

次に、本発明の第５の実施形態について説明する。

本実施形態においては、前述の第１〜第４の実施形態における放電灯点灯回路３に対し、さらに変換回路１６と制御回路１９とが接続されている点が異なり、それ以外の構成については第１〜第４の実施形態における照明装置と略同様であるから、相違点についてのみ説明する。

図８は、第５の実施形態に係る照明装置の構成を示す図である。

図８に示すように、本実施形態においては、前述したように変換回路１６と制御回路１９とを接続し、制御回路１９を介してスイッチング素子Ｑ１によるスイッチング動作の周波数（またはデューティ）を制御することで直流電源回路１２の出力電圧Ｖ_DCを制御可能に構成するとともに、前記第１の実施形態においては、変換回路１６から駆動回路１５への出力電圧Ｖｆを制御することでコイル電圧Ｖcoilを制御したが、本実施形態では、直流電源回路１２の出力電圧Ｖ_DCを制御することでコイル電圧Ｖcoilを制御するようにしている。

図９（ａ）は、ＰＷＭ信号Ｖpwmを示す図、図９（ｂ）は、変換回路１６から制御回路１９への出力電圧Ｖｔ（または直流電源回路１２の出力電圧Ｖ_DC）を示す図、図９（ｃ）は、インバータ回路１３の動作周波数ｆinvを示す図、図９（ｄ）は、コイル電圧Ｖcoilの波形を示す図である。

まず、時刻Ｔ＝ｔ１でＰＷＭ信号ＶpwmがＨ（ハイ）からＬ（ロー）に切り換わると、第１の実施形態と同様に、変換回路１６は、出力電圧Ｖｆを瞬間的に電圧Ｖ３から電圧Ｖ１に下げる（図４（ｂ）参照）ことで、インバータ回路１３の動作周波数ｆinvを瞬間的に周波数ｆ３から周波数ｆ１に下げる。これにより、コイル電圧Ｖcoilは、前述の電圧Ｖst以上の電圧Ｖｉとなる。

そして、時刻Ｔ＝ｔ２で無電極放電灯２が点灯開始する（アーク状放電状態となる）と、コイル電圧Ｖcoilは低下し、また、これを検出した変換回路１６は、出力電圧Ｖｆを瞬間的に電圧Ｖ１から電圧Ｖ２（Ｖ２＜Ｖ３）に上げる（図４参照）ことで、インバータ回路１３の動作周波数ｆinvを瞬間的に周波数ｆ１から周波数ｆ２に上げる。これにより、前述の始動電圧Ｖstより小さく消灯電圧Ｖoff（図３参照）より大きな電圧Ｖａとなる。なお、時刻Ｔ＝ｔ２まで、変換回路１６から制御回路１９への出力電圧ＶｔはＶｔ１に維持されるため、直流電源回路１２の出力電圧Ｖ_DCが電圧Ｖ_DC1に維持される。

次に、ＰＷＭ信号がＨ（ハイ）に時刻Ｔ＝ｔ３で切り換わるまでの期間、前記第１の実施形態では、変換回路１６から駆動回路１５への出力電圧Ｖｆを逓増することで、コイル電圧Ｖcoilを逓減するようにしたが、本実施形態では、この出力電圧Ｖｆを電圧Ｖ２に維持しておき、代わりに変換回路１６から制御回路１９への出力電圧Ｖｔを電圧Ｖｔ１から電圧Ｖｔ２に逓減することで、直流電源回路１２の出力電圧Ｖ_DCを電圧Ｖ_DC1から電圧Ｖ_DC2に逓減させる。これにより、コイル電圧Ｖcoilは電圧Ｖａから電圧Ｖｂに逓減する。なお、変換回路１６は、出力電圧Ｖｆを電圧Ｖ２に維持するため、インバータ回路１３の動作周波数ｆinvは一定の周波数ｆ２に維持される。

その後、ＰＷＭ信号がＬ（ロー）からＨ（ハイ）に時刻Ｔ＝ｔ３で切り換わると、変換回路１６は、駆動回路１５への出力電圧Ｖｆを瞬間的に電圧Ｖ２から電圧Ｖ３に上げるとともに、制御回路１９への出力電圧Ｖｔを瞬間的に電圧Ｖｔ２から電圧Ｖｔ１に上げる。これにより、インバータ回路１３の動作周波数ｆinvは、瞬間的に周波数ｆ２から周波数ｆ３に上昇するとともに、直流電源回路１２の出力電圧Ｖ_DCが瞬間的に電圧Ｖ_DC2から電圧Ｖ_DC1に上昇する。この結果、コイル電圧Ｖcoilは、前記消灯電圧Ｖoff以下の電圧となり、無電極放電灯２は消灯する。

このように、直流電源回路１２の出力電圧Ｖ_DCを制御することでコイル電圧Ｖcoilを制御することによっても、前記第１の実施形態と同様、調光の下限をより低く設定することができ、発光光量が比較的小さい範囲で無電極放電灯２の調光を行う場合でも、無電極放電灯２の出力（発光光量）を所望の出力に近づけることができる。

次に、本発明の第６の実施形態について説明する。

本実施形態においては、変換回路１６が前述の第１〜第４の実施形態における出力電圧Ｖｆに加えて出力電圧Ｖｐを生成し、これら２種類の出力電圧Ｖｆ，Ｖｐを駆動回路１５に出力するように構成している点が異なり、それ以外の構成については第１〜第４の実施形態における放電灯点灯回路３と略同様であるから、相違点についてのみ説明する。

図１０は、第６の実施形態に係る照明装置の構成を示す図である。

図１０に示すように、本実施形態においては、前述したように変換回路１６から２種類の出力電圧Ｖｆ，Ｖｐが駆動回路１５に出力されるようになっており、この２種類の出力電圧Ｖｆ，Ｖｐによりコイル電圧Ｖcoilを制御するようにしている。すなわち、出力電圧Vｆは、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３によるスイッチング動作の周波数を制御するものであり、前述したように、この周波数を大きくすることで、コイル電圧Ｖcoilは低下し、無電極放電灯２の出力が低下する。一方、出力電圧Ｖｐは、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３によるスイッチング動作のデューティを制御するものであり、このデューティを小さくすることで、コイル電圧Ｖcoilは低下し、無電極放電灯２の出力が低下する。なお、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４によるスイッチング動作のデューティは、その１周期に対する、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３のゲート・ソース間電圧Ｖ_GS(Q3)，Ｖ_GS(Q4)がＨ（ハイ）レベルとなる時間の割合を変えることで制御することができる。

図１１（ａ）は、ＰＷＭ信号Ｖpwmを示す図、図１１（ｂ）は、変換回路１６の駆動回路１５への出力電圧Ｖｐ（またはスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４のデューティＤＵＴＹ）を示す図、図１１（ｃ）は、インバータ回路１３の動作周波数ｆinvを示す図、図１１（ｄ）は、コイル電圧Ｖcoilの波形を示す図である。

まず、時刻Ｔ＝ｔ１でＰＷＭ信号ＶpwmがＨ（ハイ）からＬ（ロー）に切り換わると、第１の実施形態と同様に、変換回路１６は出力電圧Ｖｆを電圧Ｖ３から電圧Ｖ１に下げる（図４参照）ことで、インバータ回路１３の動作周波数ｆinvを瞬間的に周波数ｆ３から周波数ｆ１に下げる。これにより、コイル電圧Ｖcoilは、前記電圧Ｖst以上の電圧Ｖｉとなる。

そして、時刻Ｔ＝ｔ２で無電極放電灯２が点灯開始すると、コイル電圧Ｖcoilは低下し、また、それを検出した変換回路１６は、出力電圧Ｖｆを電圧Ｖ１から電圧Ｖ２（Ｖ２＜Ｖ３）に瞬間的に上げる（図４参照）ことで、インバータ回路１３の動作周波数ｆinvを瞬間的に周波数ｆ１から周波数ｆ２に上げる。これにより、コイル電圧Ｖcoilは、前記始動電圧Ｖstより小さく消灯電圧Ｖoffより大きな電圧Ｖａとなる。

次に、ＰＷＭ信号がＨ（ハイ）に時刻Ｔ＝ｔ３で切り換わるまでの期間、前記第１の実施形態では、変換回路１６から駆動回路１５への出力電圧Ｖｆを逓増することで、コイル電圧Ｖcoilを逓減するようにしたが、本実施形態では、この出力電圧Ｖｆを電圧Ｖ２に維持しておき、代わりに出力電圧Ｖｐを電圧Ｖｐ１から電圧Ｖｐ２に逓減する。これにより、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３によるスイッチング動作のデューティＤＵＴＹはＤＵＴＹ１からＤＵＴＹ２に逓減し、その結果、コイル電圧Ｖcoilは電圧Ｖａから電圧Ｖｂに逓減する。なお、変換回路１６は、出力電圧Ｖｆを電圧Ｖ２に維持するため、インバータ回路１３の動作周波数ｆinvは一定の周波数ｆ２に維持される。

その後、ＰＷＭ信号がＬ（ロー）からＨ（ハイ）に時刻Ｔ＝ｔ３で切り換わると、変換回路１６は、出力電圧Ｖｆを瞬間的に電圧Ｖ２から電圧Ｖ３に上げる一方、出力電圧Ｖｐを瞬間的に電圧Ｖｐ２から電圧Ｖｐ１に上げる。これにより、インバータ回路１３の動作周波数ｆinvは、瞬間的に周波数ｆ２から周波数ｆ３に上昇するとともに、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３によるスイッチング動作のデューティＤＵＴＹが瞬間的にＤＵＴＹ２からＤＵＴＹ１まで上昇する。この結果、コイル電圧Ｖcoilは、前記消灯電圧Ｖoff以下の電圧Ｖｃとなり、無電極放電灯２は消灯する。

このように、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３によるスイッチング動作のデューティＤＵＴＹを変えることでコイル電圧Ｖcoilを制御することによっても、前記第１の実施形態と同様、調光の下限をより低く設定することができ、発光光量が比較的小さい範囲で無電極放電灯２の調光を行う場合でも、無電極放電灯２の出力（発光光量）を所望の出力に近づけることができる。

次に、本発明の第７の実施形態について説明する。

本実施形態においては、前述の第１〜第４の実施形態の照明装置とコイル電圧Ｖcoilの制御方法が異なり、放電灯点灯回路３や無電極放電灯２を始めとする他の構成については第１〜第４の実施形態と略同様であるから、相違点についてのみ説明する。

本実施形態においては、無電極放電灯２の始動性を向上する（できるだけ速やかにアーク状放電状態にする）等のため、コイル電圧Ｖcoilに始動電圧Ｖｉを印加するまでに、コイル電圧Ｖcoilを所定の電圧まで逓増するようにしている。

図１２（ａ）は、ＰＷＭ信号Ｖpwmを示す図、図１２（ｂ）は、変換回路１６から駆動回路１５への出力電圧Ｖｆを示す図、図１２（ｃ）は、インバータ回路１３の動作周波数ｆinvを示す図、図１２（ｄ）は、コイル電圧Ｖcoilの波形を示す図である。

図１２（ａ）に示すように、ＰＷＭ信号ＶpwmがＨ（ハイ）からＬ（ロー）に時刻Ｔ＝ｔ１で切り換わると、変換回路１６は、出力電圧Ｖｆを電圧Ｖ６（Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ６＜Ｖ４＜Ｖ３）から電圧Ｖ１に下げることで、インバータ回路１３の動作周波数ｆinvを、瞬間的に周波数ｆ６から周波数ｆ１に下げる（ｆ１＜ｆ２＜ｆ６＜ｆ４＜ｆ３）。これにより、コイル電圧Ｖcoilは、前記電圧Ｖst以上の電圧Ｖｉとなる。

そして、時刻Ｔ＝ｔ２で、無電極放電灯２が点灯開始する（アーク状放電状態となる）と、コイル電圧Ｖcoilは低下し、また、これを検出した変換回路１６は、出力電圧Ｖｆを瞬間的にＶ１からＶ２（Ｖ２＜Ｖ３）に上げることで、インバータ回路１３の動作周波数ｆinvは、瞬間的に周波数ｆ１からｆ２（ｆ２＜ｆ３）に上げる。これにより、コイル電圧Ｖcoilは、前述の始動電圧Ｖstより小さく消灯電圧Ｖoff（図３参照）より大きな電圧Ｖａとなる。

次に、時刻Ｔ＝ｔ３でＰＷＭ信号がＨ（ハイ）に切り換わるまでの期間、変換回路１６は、出力電圧Ｖｆを逓増することにより、インバータ回路１３の動作周波数ｆinvを、周波数ｆ２からｆ４（ｆ４＜ｆ３）まで逓増させる。これにより、コイル電圧Ｖcoilが電圧Ｖａから電圧Ｖｂまで逓減する。

その後、ＰＷＭ信号がＬ（ロー）からＨ（ハイ）に時刻Ｔ＝ｔ３で切り換わると、変換回路１６は、出力電圧Ｖｆを瞬間的にＶ４から電圧Ｖ３に上げることで、インバータ回路１３の動作周波数ｆinvを瞬間的に周波数ｆ４から周波数ｆ３に瞬間的に上げる。これにより、コイル電圧Ｖcoilは、前記消灯電圧Ｖoff以下の電圧Ｖｃとなり、無電極放電灯２は消灯する。

また、ＰＷＭ信号がＨ（ハイ）からＬ（ロー）に切り換わる時刻Ｔ＝ｔ４までの途中の時刻Ｔ＝ｔ９までは、変換回路１６は、駆動回路１５への出力電圧Ｖｆを電圧Ｖ３で一定とすることで、インバータ回路１３の動作周波数ｆinvを、周波数ｆ３に維持する。これにより、コイル電圧Ｖcoilが電圧Ｖｃに維持される。

さらに、本実施形態では、時刻Ｔ＝ｔ９から時刻Ｔ＝ｔ４までの期間、変換回路１６は、駆動回路１５への出力電圧Ｖｆを電圧Ｖ３から電圧Ｖ６に逓減することで、インバータ回路１３の動作周波数Ｖinvは周波数ｆ３から周波数ｆ６に逓減する。これにより、コイル電圧Ｖcoilは、電圧Ｖｃから電圧Ｖａまで逓増する。なお、このときに上昇させるコイル電圧Ｖcoilの目標値は、電圧Ｖａに限られず、始動電圧Ｖｉより小さい電圧であれば適宜設定可能である。

このように、消灯期間Ｔoffにおいて予めコイル電圧Ｖcoilを上昇させておくことで、消灯期間Ｔoffに、プラズマが生成される前の一定量のエネルギーが無電極放電灯２の放電ガスに蓄積されることとなる。これにより、始動電圧Ｖｉを第１の実施形態に比して低く設定することができ、その結果、低温時や暗黒状態における始動時の始動性を向上することができるとともに、始動電圧Ｖｉが低く設定できる分、放電灯点灯回路３からの出力電圧に生じるノイズを低減することができる。

次に、本発明の第８の実施形態について説明する。

本実施形態においては、前述の第１〜第４の実施形態における照明装置とコイル電圧Ｖcoilの制御方法が異なり、放電灯点灯回路３や無電極放電灯２を始めとする他の構成については第１〜第４の実施形態と略同様であるから、相違点についてのみ説明する。

本実施形態においては、前記第７の実施形態と略同様の目的のため、消灯期間Ｔoffの一部を利用してコイル電圧Ｖcoilを一定の割合で始動電圧Ｖｉまで逓増させ、無電極放電灯２を点灯させるようにしている。

図１３（ａ）は、ＰＷＭ信号Ｖpwmを示す図、図１３（ｂ）は、変換回路１６から駆動回路１５への出力電圧Ｖｆを示す図、図１３（ｃ）は、インバータ回路１３の動作周波数ｆinvを示す図、図１３（ｄ）は、コイル電圧Ｖcoilの波形を示す図である。

まず、時刻Ｔ＝ｔ１０でＰＷＭ信号がＨ（ハイ）からＬ（ロー）に切り換わると、変換回路１６は、無電極放電灯２が点灯するまで（時刻Ｔ＝ｔ１１まで）駆動回路１５への出力電圧Ｖｆを周波数Ｖ３から所定の割合で低下することで、インバータ回路１３の動作周波数ｆinvを周波数ｆ３から下げる。これにより、コイル電圧Ｖcoilは、電圧Ｖｃから上昇する。

そして、時刻Ｔ＝ｔ１２でコイル電圧Ｖcoilが始動電圧Ｖｉとなり無電極放電灯２が点灯開始する（アーク状放電状態となる）と、コイル電圧Ｖcoilは低下し、また、無電極放電灯２が点灯したとき（時刻Ｔ＝ｔ１２）の出力電圧Ｖｆが電圧Ｖ１、インバータ回路１３の動作周波数ｆinvがｆ１となったものとすると、無電極放電灯２の点灯開始を検出した変換回路１６は、駆動回路１５への出力電圧Ｖｆを瞬間的にＶ１からＶ２に上げることで、インバータ回路１３の動作周波数ｆinvを、瞬間的に周波数ｆ１からｆ２に上げる。これにより、コイル電圧Ｖcoilは、瞬間的に前記始動電圧Ｖｉより小さく消灯電圧Ｖoffより大きい電圧Ｖａに下がる。

さらに、時刻Ｔ＝ｔ１１からＰＷＭ信号がＬ（ロー）からＨ（ハイ）に切り換わる時刻Ｔ＝ｔ１２までの期間、変換回路１６は、駆動回路１５への出力電圧Ｖｆを電圧Ｖ２から電圧Ｖ４（＜Ｖ３）まで逓増することで、インバータ回路１３の動作周波数ｆinvを、周波数ｆ２から周波数ｆ４に逓増させる。これにより、コイル電圧Ｖcoilは、前記電圧Ｖａから電圧Ｖｂ（Ｖｂ＞Ｖoff）まで逓減する。

そして、時刻Ｔ＝ｔ１２でＰＷＭ信号がＬ（ロー）からＨ（ハイ）に切り換わると、変換回路１６は、駆動回路１５への出力電圧Ｖｆを瞬間的にＶ４からＶ３に上げることで、インバータ回路１３の動作周波数ｆinvを、瞬間的に周波数ｆ４から周波数ｆ３に上げる。これにより、コイル電圧Ｖcoilは、前記消灯電圧Ｖoff以下の電圧Ｖｃとなり、無電極放電灯２は消灯する。

このように、コイル電圧Ｖcoilが始動電圧Ｖｉとなるまで、消灯期間Ｔoffの一部を利用して一定の割合でコイル電圧Ｖcoilを上昇させるようにしたから、無電極放電灯２の点灯開始直前におけるコイル電圧Ｖcoilは、前記第７の実施形態の場合に比して高い電圧となる。したがって、第７の実施形態に比して電圧Ｖｉをより低く設定することができ、その結果、低温時や暗黒状態における始動時の始動性を向上することができるとともに、始動電圧Ｖｉをより低く設定できる分、放電灯点灯回路３からの出力電圧に発生するノイズを低減することができる。

また、誘導コイル５から無電極放電灯２を見たときのインピーダンスが、無電極放電灯２の周囲の環境（周辺温度や無電極放電灯２の周囲にある構造体）の影響により変動した場合であっても、無電極放電灯２を安定して始動することができる。

次に、本発明の第９の実施形態について説明する。

本実施形態においては、前述の第１〜第４の実施形態における照明装置とコイル電圧Ｖcoilの制御方法が異なり、放電灯点灯回路３や無電極放電灯２を始めとする他の構成については第１〜第４の実施形態と略同様であるから、相違点についてのみ説明する。

本実施形態では、変換回路１６がコイル電圧Ｖcoilを検出する構成を利用して、無電極放電灯２の消灯期間Ｔoffにおけるコイル電圧Ｖcoilを、前述の消灯電圧Ｖoffに非常に近い電圧値に設定するようにしている。

図１４（ａ）は、ＰＷＭ信号Ｖpwmを示す図、図１４（ｂ）は、変換回路１６から駆動回路１５への出力電圧Ｖｆを示す図、図１４（ｃ）は、インバータ回路１３の動作周波数ｆinvを示す図、図１４（ｄ）は、コイル電圧Ｖcoilの波形を示す図である。

ＰＷＭ信号ＶpwmがＨ（ハイ）からＬ（ロー）に切り換わる時刻Ｔ＝ｔ１から、ＰＷＭ信号がＬ（ロー）からＨ（ハイ）に切り換わる時刻Ｔ＝ｔ３までの変換回路１６から駆動回路１５への出力電圧Ｖｆ、インバータ回路１３の動作周波数ｆinvの変化、コイル電圧Ｖcoilの変化は前記第１の実施形態と略同様であるから説明は省略する。

そして、時刻Ｔ＝ｔ３でＰＷＭ信号がＬ（ロー）からＨ（ハイ）に切り換わると、本実施形態では、変換回路１６は、駆動回路１５への出力電圧Ｖｆを瞬間的に電圧Ｖ４から電圧Ｖ３に上げることで、インバータ回路１３の動作周波数ｆinvを、周波数ｆ４から周波数ｆ８に上げる。これにより、コイル電圧Ｖcoilは、前記消灯電圧Ｖoffを超えない範囲で該消灯電圧Ｖoffに非常に近い電圧値となる。

すなわち、前記第１の実施形態では、無電極放電灯２を確実に消灯させるため、インバータ回路１３の動作周波数ｆinvを、照明装置内の回路素子の特性が照明装置ごとにばらつくことを考慮して高めに設定する必要があり、そのため、消灯期間Ｔoffにおけるコイル電圧Ｖcoilは前記消灯電圧Ｖoffを大きく下回る電圧値に設定されていた。

これに対し、本実施形態では、無電極放電灯２の消灯を検出してインバータ回路１３の動作周波数ｆinvを設定するようにしたから、回路素子の特性のばらつきを考慮してインバータ回路１３の動作周波数ｆinvを高めに設定する必要がない。これにより、コイル電圧Ｖcoilが消灯電圧Ｖoffを超えないように監視しながらインバータ回路１３の動作周波数ｆinvを適当な値（周波数ｆ８）に設定することで、前述のように、無電極放電灯２の消灯期間Ｔoffにおいて、コイル電圧Ｖcoilを、前記消灯電圧Ｖoffに非常に近い電圧値に設定することができる。この結果、前述の第７の実施形態と同様に、始動電圧Ｖｉを第１の実施形態に比して低く設定することができ、低温時や暗黒状態における無電極放電灯２の始動性を向上することができる。

なお、無電極放電灯２の点灯期間Ｔonにおけるコイル電圧Ｖcoilを逓減すれば、無電極放電灯２が消灯したときのコイル電圧Ｖcoilを検出しやすくなるとともに、消灯期間Ｔoffにおけるコイル電圧Ｖcoilを、消灯電圧Ｖoffを超えない範囲でより高い電圧に設定することができる。

次に、本発明の第１０の実施形態について説明する。

本実施形態においては、前記第１〜第９の実施形態に係る照明装置に、さらに以下の構成を備えたものである。

無電極放電灯２の調光の下限は、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３によるスイッチング動作のデューティを小さくする（スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３のオン時間を短くする）ことによっても低く設定することが可能である。しかし、前記第１〜第９の実施形態に係る照明装置において、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３によるスイッチング動作のデューティを小さくすることで、無電極放電灯２の出力を点灯期間Ｔonと始動時間とが略一致するときの無電極放電灯２の出力ＴＨからさらに小さくする（さらに無電極放電灯２の調光の下限を低く設定する）と、点灯時間Ｔonが始動時間よりも短くなることにより、無電極放電灯２が立ち消えすることがある。

この問題を解消するため、本実施形態においては、図１５（ａ）に示すように、前記第１〜第９の実施形態に係る照明装置において、無電極放電灯２の出力を前記出力ＴＨからさらに小さくするにあたり、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３によるスイッチング動作のデューティを前記出力ＴＨのときのデューティからさらに小さくする制御は行わず、代わりに、図１５（ｂ）に示すように、前記出力ＴＨと無電極放電灯２の所望の出力との差に応じて、点灯期間Ｔonにおけるインバータ回路１３の動作周波数ｆinvを全体的に大きくすることで、コイル電圧Ｖcoilをさらに下げるようにしている。

例えば、前記第１の実施形態におけるコイル電圧Ｖcoilの制御方法とスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３によるスイッチング動作のデューティを小さくする制御方法とを併用することにより、無電極放電灯２の出力が前記閾値ＴＨになった（無電極放電灯２の出力を点灯期間Ｔonと始動時間とが略一致する）とし、図１５（ｂ）に示すように、さらにその無電極放電灯２の調光の下限を低く設定したい場合、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３によるスイッチング動作のデューティを小さくすることでさらにその出力ＴＨから小さくすると、無電極放電灯２が立ち消えする虞があるので、図４における時刻Ｔ＝ｔ２から時刻Ｔ＝ｔ３におけるインバータ回路１３の動作周波数ｆinvを、前記出力ＴＨと無電極放電灯２の所望の出力との差Δｘに対応する分Δｆだけ全体的にさらに大きくする。

これにより、無電極放電灯２の立ち消えを防止又は抑制しつつ、無電極放電灯２の調光の下限をより低く設定することができる。

次に、本発明の第１１の実施形態について説明する。

前記第１０の実施形態においては、無電極放電灯２の発光光量を前記出力ＴＨからさらに小さくするにあたり、前記出力ＴＨと無電極放電灯２の所望の出力との差に応じた分だけ、点灯期間Ｔonにおけるインバータ回路１３の動作周波数ｆinvを全体的に大きくすることで、コイル電圧Ｖcoilをさらに下げるようにしたが、本実施形態においては、無電極放電灯２の調光の下限を、直流電源回路１２の出力電圧Ｖ_DCを小さくすることによって低く設定するようにしている。

すなわち、本実施形態においては、図１６（ａ）に示すように、前記第１〜第９の実施形態に係る照明装置において、無電極放電灯２の出力を前記出力ＴＨからさらに小さくするにあたり、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３によるスイッチング動作のデューティを前記出力ＴＨのときのデューティからさらに小さくする制御は行わず、代わりに、図１６（ｂ）に示すように、前記出力ＴＨと無電極放電灯２の所望の出力との差に応じて、点灯期間Ｔonにおける直流電源回路１２の出力電圧Ｖ_DCを全体的に小さくすることで、コイル電圧Ｖcoilをさらに下げるようにしている。

例えば、前記第１の実施形態におけるコイル電圧Ｖcoilの制御方法とスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３によるスイッチング動作のデューティを小さくする制御方法とを併用することにより、無電極放電灯２の出力が前記閾値ＴＨになった（無電極放電灯２の出力を点灯期間Ｔonと始動時間とが略一致する）とし、さらにその無電極放電灯２の調光の下限を低く設定したい場合に、図１６（ａ）に示すように、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３によるスイッチング動作のデューティを小さくすることでさらにその出力ＴＨから小さくすると、無電極放電灯２が立ち消えする虞がある。そこで、図１６（ｂ）に示すように、図４における時刻Ｔ＝ｔ２から時刻Ｔ＝ｔ３における直流電源回路１２の出力電圧Ｖ_DCを、前記出力ＴＨと無電極放電灯２の所望の出力との差Δｘに対応する分ΔＶ_DCだけ全体的にさらに小さくする。

これにより、前記第１０の実施形態と同様、無電極放電灯２の立ち消えを防止又は抑制しつつ、無電極放電灯２の調光の下限をより低く設定することができる。

本発明の照明装置の構成を示す図である。 無電極放電灯の断面図である。 インバータ回路の動作周波数ｆinvに対するコイル電圧Ｖcoilの特性を示す図である。 第１の実施形態において、（ａ）は、ＰＷＭ信号Ｖpwmを示す図、（ｂ）は、変換回路の出力電圧Ｖｆを示す図、（ｃ）は、インバータ回路の動作周波数ｆinvを示す図、（ｄ）は、コイル電圧Ｖcoilの波形を示す図である。 第２の実施形態において、（ａ）は、ＰＷＭ信号Ｖpwmを示す図、（ｂ）は、変換回路の出力電圧Ｖｆを示す図、（ｃ）は、インバータ回路の動作周波数ｆinvを示す図、（ｄ）は、コイル電圧Ｖcoilの波形を示す図である。 第３の実施形態において、（ａ）は、ＰＷＭ信号Ｖprmを示す図、（ｂ）は、変換回路の出力電圧Ｖｆを示す図、（ｃ）は、インバータ回路の動作周波数ｆinvを示す図、（ｄ）は、コイル電圧Ｖcoilの波形を示す図である。 第４の実施形態において、（ａ）は、ＰＷＭ信号Ｖpwmを示す図、（ｂ）は、変換回路の出力電圧Ｖｆを示す図、（ｃ）は、インバータ回路の動作周波数ｆinvを示す図、（ｄ）は、コイル電圧Ｖcoilの波形を示す図である。 第５の実施形態に係る照明装置の構成を示す図である。 第５の実施形態において、（ａ）は、ＰＷＭ信号Ｖpwmを示す図、（ｂ）は、変換回路の出力電圧Ｖｆを示す図、（ｃ）は、インバータ回路の動作周波数ｆinvを示す図、（ｄ）は、コイル電圧Ｖcoilの波形を示す図である。 第６の実施形態に係る照明装置の構成を示す図である。 第６の実施形態において、（ａ）は、ＰＷＭ信号Ｖpwmを示す図、（ｂ）は、変換回路の出力電圧Ｖｆを示す図、（ｃ）は、インバータ回路の動作周波数ｆinvを示す図、（ｄ）は、コイル電圧Ｖcoilの波形を示す図である。 第７の実施形態において、（ａ）は、ＰＷＭ信号Ｖpwmを示す図、（ｂ）は、変換回路の出力電圧Ｖｆを示す図、（ｃ）は、インバータ回路の動作周波数ｆinvを示す図、（ｄ）は、コイル電圧Ｖcoilの波形を示す図である。 第８の実施形態において、（ａ）は、ＰＷＭ信号Ｖpwmを示す図、（ｂ）は、変換回路の出力電圧Ｖｆを示す図、（ｃ）は、インバータ回路の動作周波数ｆinvを示す図、（ｄ）は、コイル電圧Ｖcoilの波形を示す図である。 第９の実施形態において、（ａ）は、ＰＷＭ信号Ｖpwmを示す図、（ｂ）は、変換回路の出力電圧Ｖｆを示す図、（ｃ）は、インバータ回路の動作周波数ｆinvを示す図、（ｄ）は、コイル電圧Ｖcoilの波形を示す図である。 本発明の第１０の実施形態の照明装置における調光制御の説明図である。 本発明の第１１の実施形態の照明装置における調光制御の説明図である。 従来の照明装置における調光制御の説明図である。 従来の照明装置における調光制御の説明図である。

符号の説明

１ 照明装置
２ 無電極放電灯
３ 放電灯点灯回路
４ バルブ
５ 誘導コイル
６ コア
７ 熱伝導体
１２ 直流電源回路
１３ インバータ回路
１４ 共振回路
１５ 駆動回路
１６ 変換回路
１７ 整流回路
１８ 昇圧チョッパ回路
１９ 制御回路

Claims (8)

1. 無電極放電灯の誘導コイルに印加すべく高周波電圧を出力する無電極放電灯点灯装置であって、直流電源と、前記直流電源に接続され前記直流電源の直流電圧をスイッチング素子のオンオフ動作により高周波電圧に変換する電力変換回路と、前記電力変換回路に接続され、無電極放電灯の誘導コイルに印加される高周波電圧を発生する共振回路と、前記誘導コイルに印加される高周波電圧を周期的にオンオフすることによって、前記無電極放電灯に点灯及び消灯の動作を周期的に行わせる電力制御回路とを備える無電極放電灯点灯装置において、
   前記電力制御回路は、前記無電極放電灯の点灯期間において、前記誘導コイルに印加される電圧を漸減させる期間を備え、調光の際、前記オンオフのデューティを小さくすることにより前記無電極放電灯の出力を低下させ、さらに当該無電極放電灯の出力を、前記誘導コイルに電圧を印加してアーク状放電状態に安定するまでの始動時間と前記点灯期間とが略一致するときの無電極放電灯の出力よりも小さくするとき、前記点灯期間における前記電力変換回路のスイッチング素子の動作周波数を増大させることにより当該無電極放電灯の出力を低下させること
   を特徴とする無電極放電灯点灯装置。
2. 無電極放電灯の誘導コイルに印加すべく高周波電圧を出力する無電極放電灯点灯装置であって、直流電源と、前記直流電源に接続され前記直流電源の直流電圧をスイッチング素子のオンオフ動作により高周波電圧に変換する電力変換回路と、前記電力変換回路に接続され、無電極放電灯の誘導コイルに印加される高周波電圧を発生する共振回路と、前記誘導コイルに印加される高周波電圧を周期的にオンオフすることによって、前記無電極放電灯に点灯及び消灯の動作を周期的に行わせる電力制御回路とを備える無電極放電灯点灯装置において、
   前記電力制御回路は、前記無電極放電灯の点灯期間において、前記誘導コイルに印加される電圧を漸減させる期間を備え、調光の際、前記オンオフのデューティを小さくすることにより前記無電極放電灯の出力を低下させ、さらに当該無電極放電灯の出力を、前記誘導コイルに電圧を印加してアーク状放電状態に安定するまでの始動時間と前記点灯期間とが略一致するときの無電極放電灯の出力よりも小さくするとき、前記直流電源の直流電圧を低下させることにより当該無電極放電灯の出力を低下させること
   を特徴とする無電極放電灯点灯装置。
3. 前記電力制御回路は、前記スイッチング素子の動作周波数を変化させることにより、前記誘導コイルに印加される高周波電圧を漸減させることを特徴とする請求項１又は２に記載の無電極放電灯点灯装置。
4. 前記電力制御回路は、前記直流電源の直流電圧を変化させることにより前記誘導コイルに印加される高周波電圧を漸減させることを特徴とする請求項１又は２に記載の無電極放電灯点灯装置。
5. 前記電力制御回路は、前記スイッチング素子のオンオフ動作におけるデューティを変化させることにより、前記誘導コイルに印加される高周波電圧を漸減させることを特徴とする請求項１又は２に記載の無電極放電灯点灯装置。
6. 前記電力制御回路は、前記無電極放電灯の消灯期間において、前記誘導コイルに印加される高周波電圧を漸増させる期間をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の無電極放電灯点灯装置。
7. 前記電力制御回路は、前記スイッチング素子の動作周波数を変化させることにより、前記誘導コイルに印加される高周波電圧を漸増させることを特徴とする請求項６に記載の無電極放電灯点灯装置。
8. 少なくとも水銀及び希ガスを含む放電ガスと、前記放電ガスを封入するバルブと、高周波電圧を生成する高周波電源回路と、前記バルブに設けられた断面凹形状の空洞部内に配設され、前記高周波電源回路から供給される高周波電圧により前記放電ガスに高周波電磁界を供給する誘導コイルと、磁気性材料からなり、前記誘導コイルが巻回される円筒形状のコアと、熱伝導性材料からなり、前記コアの内側で該コアに接触する部材とを備える照明装置において、
   前記高周波電源回路は、請求項１ないし７のいずれかに記載の無電極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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