JP4770289B2 - 放電灯点灯装置、照明器具、画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、放電灯点灯装置、照明器具、画像表示装置に関するものである。

従来から、高輝度放電灯（ＨＩＤランプ）などの放電灯を点灯させるための放電灯点灯装置（以下、「点灯装置」と略称する）として、図１２に示すように、交流電源Ｖｓに接続される直流電源回路と、直流電源回路に接続され直流電源回路の出力を交番電圧に変換し放電灯ＤＬに印加する極性反転回路２’とを備えたものが提供されている。

直流電源回路は、交流電源Ｖｓに接続されるダイオードブリッジＤＢと、ダイオードブリッジＤＢの出力端間に接続された昇圧チョッパ回路１’と、昇圧チョッパ回路１’のスイッチング素子Ｑ１１のオンオフを制御する電圧制御回路３とで構成される。昇圧チョッパ回路１’は、電圧制御回路３が昇圧チョッパ回路１’の出力電圧Ｅに基づいてスイッチング素子Ｑ１１をフィードバック制御することにより、ダイオードブリッジＤＢからの入力電圧を所望の大きさに昇圧して出力する。

極性反転回路２’は、昇圧チョッパ回路１’の出力端間に、２個のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２からなる直列回路と、２個のコンデンサＣｓ１，Ｃｓ２からなる直列回路とが並列に接続された構成を有する所謂ハーフブリッジ形のインバータ回路である。両スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続点と両コンデンサＣｓ１，Ｃｓ２の接続点との間には、共振回路を構成するインダクタＬ１とコンデンサＣ１との直列回路が接続され、コンデンサＣ１の両端間に抵抗Ｒ４とイグナイタ回路のパルストランスＰＴとを介して放電灯ＤＬが接続される。イグナイタ回路は放電灯ＤＬを始動する際に放電灯ＤＬに対して高圧パルスを印加する。放電灯ＤＬへの供給電力は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を駆動する駆動回路を備えた制御回路４により制御される。

上述した点灯装置は、少なくとも放電灯ＤＬへの電力供給が開始されてから放電灯ＤＬが安定点灯状態に移行するまでの所定期間には、放電灯ＤＬに交番電圧が印加されるように制御回路４が動作する（たとえば特許文献１参照）。

この種の点灯装置では、放電灯ＤＬへの電力供給の開始直後に、放電灯ＤＬの寿命などの異常に起因するのではなく、放電灯ＤＬの放電現象が成長過程にあることによって半波放電が発生することがある。ここでいう半波放電は、放電灯ＤＬの両電極間の一方向にしか電流が流れない状態のほか、放電灯ＤＬの両電極間を流れる各向きの電流のピーク値が同等ではなく片方の電流のピーク値が閾値を超えない状態も含む。この半波放電は、放電灯ＤＬが消弧してから、放電灯ＤＬ内部のガスが安定するのに十分な時間が経過した後に放電灯ＤＬを始動する場合に特に発生し易い。そして、半波放電が発生していても放電灯ＤＬへの電力供給が継続され放電灯ＤＬのランプ温度（電極の温度など）が上昇すると、次第に両電極間の双方向に電流が流れ始め全波（両波）放電に移行する。ここでいう全波放電は、放電灯ＤＬの両電極間を流れる各向きの電流のピーク値が共に閾値を超える状態をいう。

なお、特許文献１に記載の点灯装置では、この種の半波放電が発生した場合にコンデンサＣｓ１，Ｃｓ２に過剰なストレスが加わることを防止する補正回路１１が設けられている。補正回路１１は、放電灯ＤＬへの電力供給の開始後に所定の時間だけスイッチング素子Ｑ１２をオンすることにより各コンデンサＣｓ１，Ｃｓ２の両端電圧をそれぞれ一定値（Ｅ／２）に維持する。
特開２００２−４３０７６号公報（第４−５頁、図１）

ところで、上述したような半波放電が生じる間には、放電灯ＤＬの電極がスパッタされ当該電極が劣化することにより放電灯ＤＬの寿命が短縮されてしまう可能性があるので、半波放電の発生時間を極力短くすることが望ましい。しかし、特許文献１の点灯装置であっても半波放電の発生時間を短縮することはできない。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであって、放電灯への電力供給の開始直後における半波放電の発生時間を従来構成に比較して短縮することができる放電灯点灯装置、照明器具、画像表示装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明では、放電灯に電力を供給する点灯手段と、少なくとも放電灯への電力供給が開始されてから放電灯が安定点灯状態に移行するまでの所定期間は放電灯に交番電圧が印加されるように点灯手段を制御する制御手段と、前記所定期間において放電灯の両電極間に流れる電流を検出する検出手段と、検出手段の出力を閾値と比較し放電灯の両電極間を流れる各向きの電流のピーク値が共に前記閾値を超えていれば全波放電と判断し、片方の電流のピーク値が前記閾値を超えていなければ半波放電と判断する判断手段とを備え、前記制御手段は、前記所定期間において、判断手段が全波放電と判断すると定電流を放電灯に供給し、判断手段が半波放電と判断すると前記定電流よりピーク値の大きい電流を放電灯に供給するように放電灯の両電極間に流す電流を切替える切替え部を有し、前記点灯手段は前記放電灯とインダクタとの直列回路に電力を供給し、前記制御手段は、放電灯への電力供給の開始後に前記半波放電を生じた累積時間が第１の設定時間に達する時点、または放電灯への電力供給の開始後に前記全波放電を生じた累積時間が第２の設定時間に達する時点を、前記所定期間の終了時点として用いており、当該所定期間に放電灯に高周波電流が供給されるように点灯手段を制御し、前記第１の設定時間の長さと前記第２の設定時間の長さとは個別に設定され、前記第２の設定時間は消灯状態にある放電灯が安定点灯状態に移行するまでに要する時間に設定されていることを特徴とする。

この構成によれば、放電灯への電力供給が開始されてから放電灯が安定点灯状態に移行するまでの所定期間に半波放電が生じると、放電灯に供給する電流のピーク値を大きくするので、放電灯における放電現象の成長が促進され、半波放電が発生してから全波放電に移行するまでの時間が従来構成に比べて短くなる。つまり、半波放電の発生時間が従来構成に比べて短縮されることになる。結果的に、放電灯の電極の劣化が抑制され、従来構成に比べて放電灯の寿命が長くなるという効果が期待できる。

また、この構成によれば、実際に全波放電を生じた累積時間が第２の設定時間に達するまで放電灯に高周波電流が供給されることになるので、放電灯への電力供給を開始してから放電灯が始動するまでの時間に関係なく、前記所定期間の終了時点における放電灯の電極の温度が殆ど変化しなくなる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記制御手段が、前記放電灯が消弧してからの経過時間を計時する計時部を有し、計時部により計時された経過時間が短いほど前記第２の設定時間を短くすることを特徴とする。

放電灯が消弧してからの経過時間が短いほど放電灯のランプ温度は高いが、請求項３の構成によれば、放電灯が消弧してからの経過時間が短いほど放電灯に高周波電流を供給する時間を短くするので、放電灯が消弧してから放電灯が再始動するまでの時間に関係なく、前記所定期間の終了時点における放電灯の電極の温度が殆ど変化しなくなる。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記検出手段が、前記点灯手段の出力端間において前記放電灯と直列に接続されていることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３の発明において、前記放電灯として短アークの高圧放電灯を用いることを特徴とする。

放電灯が短アークの高圧放電灯である場合には、放電灯への電力供給の開始直後に半波放電が発生し易いので、請求項４の構成によれば、放電灯の寿命が従来構成より長くなるという効果が特に顕著になる。

請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかの放電灯点灯装置と、放電灯点灯装置を収納する器体と、放電灯点灯装置から電力が供給される放電灯とを備えることを特徴とする。

この構成によれば、照明器具の放電灯の寿命が従来の照明器具よりも長くなるので、照明器具の放電灯の交換頻度が従来構成に比べて低減する。

請求項６の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかの放電灯点灯装置と、リフレクタを有し放電灯点灯装置から電力が供給される放電灯と、放電灯の出力光を利用して画像を表示する画像表示手段と、画像表示手段を通った光を集光しスクリーンに投射する光学装置とを器体内に備えることを特徴とする。

この構成によれば、画像表示装置の放電灯の寿命が従来の画像表示装置よりも長くなるので、画像表示装置の放電灯の交換頻度が従来構成に比べて低減する。

本発明は、放電灯への電力供給が開始されてから放電灯が安定点灯状態に移行するまでの所定期間に半波放電が生じると、放電灯に供給する電流のピーク値を大きくするので、放電灯における放電現象の成長が促進され、半波放電が発生してから全波放電に移行するまでの時間が従来構成に比べて短くなるという利点がある。つまり、半波放電の発生時間が従来構成に比べて短縮されることになる。結果的に、放電灯の電極の劣化が抑制され、従来構成に比べて放電灯の寿命が長くなるという効果が期待できる。

（実施形態１）
本実施形態の放電灯点灯装置（以下、「点灯装置」と略称する）は、図１に示すように、直流電源ＶＤＣに接続された降圧チョッパ回路１と、降圧チョッパ回路１に接続され降圧チョッパ回路１の出力を交番電圧に変換し放電灯ＤＬに印加する極性反転回路２とを備えている。降圧チョッパ回路１および極性反転回路２は後述する電圧制御回路３と共に、放電灯ＤＬに電力を供給する点灯手段を構成する。

降圧チョッパ回路１は、直流電源ＶＤＣの両端間に、スイッチング素子Ｑ１０（ＭＯＳＦＥＴ）およびダイオードＤ１０の直列回路がダイオードＤ１０のアノード端子を直流電源ＶＤＣの負極に接続する形で接続され、ダイオードＤ１０の両端間に、インダクタＬ１０および平滑コンデンサＣ１０の直列回路がインダクタＬ１０をダイオードＤ１０のカソード端子に接続する形で接続された構成を有する。この降圧チョッパ回路１は、平滑コンデンサＣ１０の両端間に出力電圧Ｖｂｕｓを出力するものであって、当該出力電圧Ｖｂｕｓと降圧チョッパ回路１を流れる電流とを検出する電圧制御回路３がスイッチング素子Ｑ１０を高周波でオンオフすることにより、直流電源ＶＤＣからの入力電圧を所望の大きさに降圧して出力する。また、詳しくは後述するが、電圧制御回路３は、後述の制御回路４（制御手段）に接続されており、制御回路４からの電圧制御信号Ｖｂがアクティブになると当該電圧制御信号Ｖｂが非アクティブの場合に比べて降圧チョッパ回路１の出力電圧Ｖｂｕｓを低下させる。

極性反転回路２は、降圧チョッパ回路１の出力端間に抵抗Ｒ１を介して、２個のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２（ＭＯＳＦＥＴ）からなる直列回路と、別の２個のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４（ＭＯＳＦＥＴ）からなる直列回路とが並列に接続された構成を有する所謂フルブリッジ形のインバータ回路である。スイッチング素子Ｑ１およびスイッチング素子Ｑ２の接続点とスイッチング素子Ｑ３およびスイッチング素子Ｑ４の接続点との間には、共振回路を構成するインダクタＬ１とコンデンサＣ１との直列回路が接続され、コンデンサＣ１の両端間にパルストランスＰＴの２次巻線ｓ３と後述する検出用トランスＣＴの１次巻線ｐ１とを介して放電灯ＤＬが接続される。パルストランスＰＴは、コンデンサＣ１の両端間に接続されたパルス電圧発生回路５が１次巻線ｐ２に接続されることにより、パルス電圧発生回路５とともにイグナイタ回路を構成しており、イグナイタ回路は放電灯ＤＬを始動する際に放電灯ＤＬに対して高圧パルスを印加する。

また、極性反転回路２には、スイッチング素子Ｑ１およびスイッチング素子Ｑ２をそれぞれオンオフする駆動回路６と、スイッチング素子Ｑ３およびスイッチング素子Ｑ４をそれぞれオンオフする駆動回路７とが設けられ、両駆動回路６，７がスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をオンオフするタイミングは制御回路４によって制御される。ここで、制御回路４は、スイッチング素子Ｑ１およびスイッチング素子Ｑ４を１組とするとともに、スイッチング素子Ｑ２およびスイッチング素子Ｑ３を１組とし、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４およびスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の各組がそれぞれ同時にオンあるいはオフするように両駆動回路６，７を制御する。駆動回路６，７は制御回路４からの駆動信号により制御される。

以下に、放電灯ＤＬが始動し安定点灯状態に移行するまでの本実施形態の基本的な動作について図２を参照して説明する。図２においては、制御回路４から両駆動回路６，７に出力される駆動信号のうち、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４をオンさせるものを「Ｑ１，Ｑ４」に示し、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３をオンさせるものを「Ｑ２，Ｑ３」に示す。

まず、放電灯ＤＬが始動する前つまり放電灯ＤＬが消灯状態にあるとき（ｔ０）に、制御回路４は、インダクタＬ１とコンデンサＣ１とで構成された共振回路が共振するように、２組のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４およびスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３を高周波ｆＡで交互にオンさせる駆動信号を各駆動回路６，７にそれぞれ出力する。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４およびスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の各組のオンデューティは約５０％とする。このとき、コンデンサＣ１の両端間には共振による高電圧が発生するので、イグナイタ回路はこの高電圧を利用して放電灯ＤＬに高圧パルスを印加する。これにより、放電灯ＤＬの両電極間で放電が開始し放電灯ＤＬが始動する（ｔ０’）。

スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を高周波ｆＡで駆動することにより放電灯ＤＬに高周波電圧を印加する期間は、放電灯ＤＬへの電力供給を開始した時点ｔ０から時点ｔ２までの所定期間Ｔ１である。所定期間Ｔ１の長さは、少なくとも放電灯ＤＬへの電力供給を開始してから放電灯ＤＬを安定点灯状態に移行させるまでに必要な時間に設定される。本実施形態では、放電灯ＤＬへの電力供給を開始してから放電灯ＤＬが始動するまでの時間に関係なく所定期間Ｔ１の長さを一定にできるように、所定期間Ｔ１の長さ（具体的には所定期間Ｔ１の終了時点ｔ２）を制御回路４で決定している。制御回路４が所定期間Ｔ１の長さを決定する動作については後に詳述する。

そして、所定期間Ｔ１の終了時点ｔ２以降の期間Ｔ２においては、制御回路４が２組のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４およびスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３を低周波ｆＣで交互にオンさせる駆動信号を各駆動回路６，７にそれぞれ出力する。このとき、放電灯ＤＬには低周波矩形波電圧が印加され、放電灯ＤＬは安定点灯状態に移行する。なお、期間Ｔ２においては、放電灯ＤＬに直流電圧を印加する（所謂ＤＣ点灯）ようにしてもよい。

ところで、本実施形態の点灯装置は、上述した構成に加え、放電灯ＤＬの両電極間を流れる電流を検出する検出回路８（検出手段）と、検出回路８の出力に基づいて放電灯ＤＬに全波放電・半波放電のいずれが生じているのかを判断する判断回路９（判断手段）とを備えている。さらに、制御回路４は、判断回路９の出力端子に接続されるとともに、所定期間Ｔ１において放電灯ＤＬに半波放電が生じている場合に、放電灯ＤＬに全波放電が生じている場合よりもピーク値の大きい電流が放電灯ＤＬに供給されるように、両電極間に流す電流を切替える切替え部（図示せず）を有する。

この構成によれば、所定期間Ｔ１において放電灯ＤＬに半波放電が生じると、放電灯ＤＬに供給される電流のピーク値が大きくなるので、放電灯ＤＬにおける放電現象の成長が促進され、半波放電が発生してから全波放電に移行するまでの時間が従来構成に比べて短縮されることになる。つまり、半波放電の発生時間が従来構成に比べて短縮されることになる。

具体的に説明すると、検出回路８は、上述した検出用トランスＣＴにより放電灯ＤＬの両電極間に流れる電流を監視するものであって、検出用トランスＣＴに設けた一対の２次巻線ｓ１，ｓ２のそれぞれに、ダイオードＤ１，Ｄ２を介して２個の抵抗Ｒ１ａ，Ｒ１ｂもしくは抵抗Ｒ２ａ，Ｒ２ｂからなる直列回路が接続された構成を有する。ここで、一対の２次巻線ｓ１，ｓ２のうち、一方の２次巻線ｓ１により検出用トランスＣＴの１次巻線ｐ１を一方向に流れる電流を検出し、他方の２次巻線ｓ２により１次巻線ｐ１を他方向に流れる電流を検出できるように、各２次巻線ｓ１，ｓ２に接続されるダイオードＤ１，Ｄ２の向きをそれぞれ設定してある。この構成により、放電灯ＤＬの両電極間を一方向（図１の右向き）に流れる電流に対応する電圧が一方の２次巻線ｓ１に接続された抵抗Ｒ１ｂの両端間に発生するとともに、放電灯ＤＬの両電極間を他方向（図１の左向き）に流れる電流が他方の２次巻線ｓ２に接続された抵抗Ｒ２ｂの両端間に発生することになる。一対の２次巻線ｓ１，ｓ２のそれぞれに接続されたダイオードＤ１，Ｄ２および抵抗Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ、Ｒ２ａ，Ｒ２ｂの値は、両方の２次巻線ｓ１，ｓ２について同等の値に設定されている。

さらに、各抵抗Ｒ１ｂ，Ｒ２ｂの両端電圧をそれぞれ閾値電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２と比較し、各抵抗Ｒ１ｂ，Ｒ２ｂの両端電圧が閾値電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２を超える期間にそれぞれの出力がＨレベルとなる一対のコンパレータＣＰ１，ＣＰ２が設けられている。両閾値電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２は同等の値に設定されている。一方のコンパレータＣＰ１の後段に設けられたＤフリップフロップＦＦ１は、コンパレータＣＰ１の出力がＨレベルになると、所定期間Ｔ１にスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を駆動する前記高周波ｆＡの１周期分だけ、出力端子Ｑからの出力をＨレベルとするものである。このため、コンパレータＣＰ１の出力端子はＤフリップフロップＦＦ１のクロック端子ＣＬに接続され、ＤフリップフロップＦＦ１の入力端子Ｄは定電位ＶＤＤに維持される。また、ＤフリップフロップＦＦ１は、制御回路４と一方の駆動回路６との接続点に対し、コンデンサＣ２および抵抗Ｒ２からなる微分回路を介してリセット端子Ｒが接続されており、スイッチング素子Ｑ１をオンさせる駆動信号が立ち上がるごと、つまり前記高周波ｆＡの１周期ごとに出力端子Ｑの出力をリセットする。

一方、判断回路９は、検出回路８におけるＤフリップフリップＦＦ１の出力とコンパレータＣＰ２の出力との論理積を判断信号Ｖａとして出力する論理積回路ＩＣ１からなる。ここで、放電灯ＤＬに半波放電が生じている期間には、放電灯ＤＬの両電極間を流れる各向きの電流のいずれか片方のピーク値は閾値を超えないから、ＤフリップフロップＦＦ１の出力とコンパレータＣＰ２の出力とのいずれかがＬレベルとなり、判断信号ＶａがＬレベルとなる。逆に、放電灯ＤＬに全波放電が生じている期間には、放電灯ＤＬの両電極間を流れる各向きの電流のピーク値は共に閾値を超えるから、ＤフリップフロップＦＦ１の出力とコンパレータＣＰ２の出力とが共にＨレベルとなり、判断信号ＶａがＨレベルとなる。ただし、放電灯ＤＬに全波放電が生じている場合でも、放電灯ＤＬの両端子間を一方向（図１の右向き）に電流が流れる期間にはコンパレータＣＰ２の出力がＬレベルであるから、判断信号ＶａがＬレベルとなる期間が存在する。

論理積回路ＩＣ１の出力端子は制御回路４に接続されており、制御回路４においては、判断信号ＶａがＨレベルになると、電圧制御回路３に対して出力する前記電圧制御信号ＶｂをＬレベル（非アクティブ）からＨレベル（アクティブ）に切替える。ここで、電圧制御信号Ｖｂは、判断信号ＶａがＨレベルになることによってトリガされ、以降Ｈレベルに維持されるものとする。これにより、判断信号ＶａがＨレベルとなる全波放電の期間には、判断信号ＶａがＬレベルとなる半波放電の期間に比べて降圧チョッパ回路１の出力電圧Ｖｂｕｓが小さくなる。言い換えると、半波放電の期間には、全波放電の期間よりも大きい出力電圧Ｖｂｕｓが降圧チョッパ回路１から出力されることになる。降圧チョッパ回路１の出力電圧Ｖｂｕｓが大きいほど放電灯ＤＬに印加される電圧は大きくなるので、結果的に、半波放電の期間に放電灯ＤＬの両電極間に流れる電流のピーク値は全波放電の期間に比較して大きくなる。

以下に、検出回路８および判断回路９を含めた本実施形態の動作について図２を参照して説明する。図２においては、ＤフリップフロップＦＦ１の出力を「ＦＦ１」に示し、コンパレータＣＰ２の出力を「ＣＰ２」に示す。

図２に示す例では、放電灯ＤＬの始動後、放電灯ＤＬにはまず半波放電が生じる。このとき、コンパレータＣＰ２の出力はＬレベルであって判断信号ＶａはＬレベルのままであるから、電圧制御信号ＶｂはＬレベルである。これにより、降圧チョッパ回路１の出力電圧Ｖｂｕｓは電圧Ｖｂｕｓ１に設定される。この電圧Ｖｂｕｓ１は、放電灯ＤＬに全波放電が生じているときに降圧チョッパ回路１の出力電圧Ｖｂｕｓとして適用する電圧Ｖｂｕｓ２よりも大きく設定されている。一方、全波放電が生じている場合には、前記所定期間Ｔ１内に放電灯ＤＬを安定点灯状態に移行させる定電流を放電灯ＤＬに供給する必要があるので、電圧Ｖｂｕｓ２は放電灯ＤＬに当該定電流を供給できる大きさに設定される。したがって、放電灯ＤＬに半波放電が生じている期間には、放電灯ＤＬの両電極間に前記定電流よりピーク値の大きい電流が供給され、放電灯ＤＬの放電現象の成長が促進されることにより、半波放電の発生時間が短縮されることになる。

その後、時点ｔ１において放電灯ＤＬが全波放電に移行する。このとき、ＤフリップフロップＦＦ１とコンパレータＣＰ２との両方の出力がＨレベルになり判断信号ＶａがＨレベルになるから、電圧制御信号ＶｂはＨレベルになる。これにより、降圧チョッパ回路１の出力電圧Ｖｂｕｓは電圧Ｖｂｕｓ２（＜Ｖｂｕｓ１）に切替えられる。したがって、全波放電の期間には、放電灯ＤＬの両電極間に流れる電流のピーク値が上述した半波放電の期間に比べて小さくなる。なお、所定期間Ｔ１の終了時点ｔ２以降の期間Ｔ２では、降圧チョッパ回路１の出力電圧Ｖｂｕｓは、放電灯ＤＬの光出力を安定させるために放電灯ＤＬへの供給電力を略一定とするように制御される。

上述したように、本実施形態の構成によれば、半波放電の発生時間を従来構成に比べて短縮することができるので、結果的に、放電灯ＤＬの電極の劣化が抑制され、放電灯ＤＬの寿命が従来構成に比べて長くなるという効果が期待できる。

また、制御回路４は所定期間Ｔ１において判断信号Ｖａにより両電極間に流す電流を切替えるものであるから、検出回路８は、所定期間Ｔ１にのみ両電極間に流れる電流を検出する構成であってもよいが、所定期間Ｔ１に限らず両電極間に流れる電流を検出するようにして、判断回路９からの判断信号Ｖａの出力を半波放電などの放電灯ＤＬの異常あるいは寿命の検出に利用することもできる。

さらに、判断回路９においては、ノイズの混入による誤った判断（つまり半波放電であるのに全波放電として判断信号ＶａがＨレベルとなること）を防止するために、論理積回路ＩＣ１の後段にカウンタを設け、論理積回路ＩＣ１の出力が所定の回数Ｈレベルになったときにはじめて判断信号ＶａをＨレベルとするようにしてもよい。制御回路４においては、全波放電の期間に半波放電の期間より両電極間に流す電流のピーク値を小さくする切替え部として、上述したように電圧制御信号Ｖｂを用いて降圧チョッパ回路１の出力電圧Ｖｂｕｓを低下させる構成のほか、たとえば、極性反転回路２のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を駆動する駆動信号の周波数を上昇させる構成を採用することもできる。

次に、本実施形態の制御回路４の具体的な動作について図３を参照して説明する。制御回路４にはマイコン（マイクロコンピュータ）を用いている。

まず、電源が投入されると、制御回路４に設けた第１のカウンタの値（カウント値Ａ）が初期化され（Ｓ１０）、同じく制御回路４に設けた第２のカウンタの値（カウント値Ｂ）が初期化される（Ｓ１１）。詳しい説明は後述するが、第２のカウンタは放電灯ＤＬに全波放電が生じた累積時間に応じて所定期間Ｔ１の終了時点ｔ２を決定し、一方、第１のカウンタは放電灯ＤＬに全波放電が生じない場合に所定期間Ｔ１の終了時点ｔ２を決定する。カウント値Ａ，Ｂの初期化後、判断回路９の判断信号Ｖａおよび電圧制御信号Ｖｂをそれぞれ初期化、つまりＬレベルとする（Ｓ１２、Ｓ１３）。

その後、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４をオンするとともにスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３をオフとする駆動信号を両駆動回路６，７に出力し（Ｓ１４−１Ａ）、続いてスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４をオフとするとともにスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３をオンする駆動信号を両駆動回路６，７に出力する（Ｓ１４−１Ｂ）。これにより、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４およびスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の各組が交互にオンすることになる。ここで、２種類の駆動信号のうち一方の出力を開始してから他方の出力を終了するまでの時間が、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を駆動する高周波ｆＡの周期に相当するので、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４が所望の高周波ｆＡで駆動するように各駆動信号を出力する（Ｓ１４−１Ａ、Ｓ１４−１Ｂ）時間の長さは設定される。

それから、電圧制御信号Ｖｂを読み込み（Ｓ１５）、電圧制御信号ＶｂがＬレベルか否かを判断する（Ｓ１６）。電圧制御信号ＶｂがＬレベルであれば（Ｓ１６：Ｙ）、判断信号Ｖａを読み込み（Ｓ１７）、判断信号ＶａがＨレベルか否かを判断する（Ｓ１８）。判断信号ＶａがＬレベルであれば（Ｓ１８：Ｎ）、つまり放電灯ＤＬに半波放電が生じているのであれば、第１のカウンタのカウント値Ａをインクリメントする（Ｓ２０−１）。そして、カウント値Ａとあらかじめ設定された第１のカウンタの設定時間（閾値）とを比較し（Ｓ２１−１）、カウント値Ａが設定時間未満であれば（Ｓ２１−１：Ｎ）、駆動信号を出力するステップ（Ｓ１４−１Ａ）に戻る。逆に、カウント値Ａが設定時間以上であれば（Ｓ２１−１：Ｙ）、所定期間Ｔ１を終了し放電灯ＤＬを安定点灯状態で点灯させる期間Ｔ２に移行する。

一方、判断信号ＶａがＨレベルであれば（Ｓ１８：Ｎ）、つまり全波放電が生じているのであれば、電圧制御信号ＶｂをＨレベルとし（Ｓ１９）、第２のカウンタのカウント値Ｂをインクリメントする（Ｓ２０−２）。そして、カウント値Ｂとあらかじめ設定された第２のカウンタの設定時間（閾値）とを比較し（Ｓ２１−２）、カウント値Ｂが設定時間未満であれば（Ｓ２１−２：Ｎ）、駆動信号を出力するステップ（Ｓ１４−１Ａ）に戻る。ここにおいて、１度でも全波放電が検出されると、電圧制御信号ＶｂがＨレベルとされる（Ｓ１９）ので、以降、電圧制御信号ＶｂはＨレベルと判断され（Ｓ１６：Ｎ）、前記高周波ｆＡの１周期ごとにカウント値Ｂがインクリメントされる（Ｓ２０−２）ことになる。カウント値Ｂが設定時間以上になれば（Ｓ２１−２：Ｙ）、所定期間Ｔ１を終了し放電灯ＤＬを安定点灯状態で点灯させる期間Ｔ２に移行する。

すなわち、所定期間Ｔ１内において全波放電が生じた場合には、第２のカウンタのカウント値Ｂが第２のカウンタの設定時間に達した時点ｔ２が所定期間Ｔ１の終了時点となり、所定期間Ｔ１内において全波放電が生じなかった場合には、第１のカウンタのカウント値Ａが第１のカウンタの設定時間に達した時点ｔ２が所定期間Ｔ１の終了時点となる。ここで、第１のカウンタの設定時間と第２のカウンタの設定時間とは個別に設定されており、少なくとも、第２のカウンタの設定時間は、放電灯ＤＬの始動後に全波放電を生じた累積時間が、消灯状態にある放電灯ＤＬが安定点灯状態に移行するまでに要する所定時間に達する時点ｔ２を所定期間Ｔ１の終了時点とするようにあらかじめ設定される。つまり、第２のカウンタの設定時間は、放電灯ＤＬの始動後に全波放電を生じた累積時間が前記所定時間に達する時点でカウント値Ｂと等しくなる値に設定される。これにより、実際に全波放電を生じた累積時間が所定時間に達するまで放電灯ＤＬに高周波電流が供給されることになるので、放電灯ＤＬへの電力供給を開始してから放電灯ＤＬが始動するまでの時間に関係なく、所定期間Ｔ１の終了時点における放電灯ＤＬの電極の温度が殆ど変化しなくなる。

なお、所定期間Ｔ１内に全波放電が生じなかった場合には、（所定期間Ｔ１の長さ）＝（高周波ｆＡの周期）×（第１のカウンタの設定時間）であるから、第１のカウンタの設定時間は、全波放電が生じなかった場合に放電灯ＤＬへの高周波電圧の印加を継続する最大時間が所望の長さとなるように設定される。これにより、放電灯ＤＬへの電力供給の開始後、全波放電が生じなかったとしても、放電灯ＤＬへの高周波電圧の印加が無制限に継続されることはない。

また、放電灯ＤＬを安定点灯状態で点灯させる期間Ｔ２においては、まず、制御回路４に設けたタイマによる計時を開始する（Ｓ２２）。次に、タイマの値とあらかじめ設定された設定時間（閾値）とを比較し（Ｓ２３）、タイマの値が設定時間未満であれば（Ｓ２３：Ｎ）、タイマの値と設定時間とを比較するステップ（Ｓ２３）を繰り返す。そして、タイマの値が設定時間以上になれば（Ｓ２３：Ｙ）、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４をオンするとともにスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３をオフとする駆動信号と、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４をオフとするとともにスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３をオンする駆動信号とを切替える（Ｓ２４）。その後、タイマの値をリセットし（Ｓ２５）、タイマの値と設定時間とを比較するステップ（Ｓ２３）に戻る。

したがって、期間Ｔ２においては、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４およびスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の各組を駆動する低周波ｆＣの１／２周期は、タイマの設定時間に相当する。つまり、タイマの設定時間を変更することにより、期間Ｔ２においてスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４およびスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の各組を駆動する低周波ｆＣの周期を変更することができる。

ところで、本実施形態の点灯装置を器体（図示せず）内に収納し、当該点灯装置から電力供給される放電灯ＤＬを設けることにより照明器具を構成することができる。このように構成される照明器具においては、放電灯ＤＬの寿命が従来品よりも長くなるので、放電灯ＤＬの交換頻度が低減し、ランニングコストを低く抑えることができるという利点がある。また、本実施形態の点灯装置を、リフレクタを有した放電灯ＤＬと、放電灯ＤＬの光出力を利用して画像を表示する画像表示手段（図示せず）と、画像表示手段を通った光を集光しスクリーンに投射する光学装置（図示せず）と共に器体内に収納すれば、投影型の高精細度テレビジョン（ＨＤＴＶ）システムやビデオプロジェクタなどに使用される所謂投影型の画像表示装置を構成することができる。この種の画像表示装置においても、放電灯ＤＬの寿命が従来品よりも長くなるので、放電灯ＤＬの交換頻度が低減し、ランニングコストを低く抑えることができるという照明器具と同様の利点がある。

また、この種の画像表示装置では、短アークの（アーク長が短い)高圧放電灯などの高輝度放電灯（ＨＩＤランプ）を放電灯ＤＬとして用いることが多い。この種の放電灯ＤＬにおいては放電灯ＤＬへの電力供給の開始直後に半波放電が生じ易いので、この種の放電灯ＤＬを用いる画像表示装置などの器具に本実施形態の点灯装置を採用した場合には、放電灯ＤＬの寿命が従来構成よりも長くなるという効果が特に顕著になる。

なお、本発明を実施できる点灯装置の構成は上述したものに限らず、たとえば従来構成として示したハーフブリッジ形のインバータ回路を極性反転回路２として用いたものであってもよい。また、本実施形態では直流電源ＶＤＣを電源として用いるが、図１２の従来構成と同様に、交流電源Ｖｓを全波整流し、かつ力率改善回路としての昇圧チョッパ回路１’を用いて放電灯ＤＬへの供給電力を得ることもできる。

（実施形態２）
本実施形態の点灯装置は、図４に示すように、インダクタＬ１を検出用トランスＣＴ（図１参照）の１次巻線ｐ１に兼用している点が実施形態１の点灯装置とは相違する。つまり、インダクタＬ１と検出用トランスＣＴとを１個の部品で構成することができるので、回路構成が簡単になる。その他の構成および機能は実施形態１と同様である。

（実施形態３）
本実施形態の点灯装置は、放電灯ＤＬが消弧してからの経過時間を計時し、制御回路４と共に制御手段を構成する計時回路（計時部）を設けた点が実施形態１の点灯装置とは相違する。

計時回路は、図５に示すように、ダイオードＤ３およびコンデンサＣ３の直列回路を備え、直流電源ＶＤＣから点灯装置への電力供給が行われている期間に、当該直列回路の両端間に定電圧ＶＣＣが印加されダイオードＤ３を通してコンデンサＣ３が充電される構成を有する。また、制御回路４は、コンデンサＣ３とダイオードＤ３との接続点に接続され、コンデンサＣ３の放電経路を形成する。コンデンサＣ３の両端電圧は、直流電源ＶＤＣから点灯装置への電力供給が停止し放電灯ＤＬが消弧してからの経過時間（以下、「消灯時間」という）に応じて減少するので、制御回路４は、点灯装置の電源投入時にコンデンサＣ３の両端電圧を消灯時間信号ＶＯＦＦとして読み込むことにより消灯時間を検出することができる。

以下、本実施形態の制御回路４の動作について説明する。

本実施形態では、図３において、第２のカウンタのカウント値Ｂを初期化するステップ（Ｓ１１）と、判断信号Ｖａを初期化するステップ（Ｓ１２）との間に、図６に示す動作（Ｔ１０〜Ｔ１２）を割り込ませている。つまり、カウント値Ｂを初期化した後、まず、メモリ（図示せず）内の消灯時間信号ＶＯＦＦを初期化する（Ｔ１０）。それから、コンデンサＣ３の両端電圧に相当する消灯時間信号ＶＯＦＦを新たに読み込み（Ｔ１１）、読み込んだ消灯時間信号ＶＯＦＦの大きさに基づいて第２のカウンタの設定時間を設定する（Ｔ１２）。第２のカウンタの設定時間は、前記所定期間Ｔ１内において全波放電が生じた場合の所定期間Ｔ１の終了時点ｔ２を決定する値であるから、結果的に、全波放電が生じている放電灯ＤＬに対して高周波電流を供給する時間の長さが、消灯時間の長さに基づいて決定されることになる。ここでは、図７に示すように、消灯時間が短いほど第２のカウンタの設定時間（図中「カウンタＢ時間」で表す）を短くすることにより、消灯時間が短いほど放電灯ＤＬに高周波電流を供給する時間が短くなるようにしている。

ところで、一般に消灯時間が長くなるほど放電灯ＤＬのランプ温度は低下するので、本実施形態のように消灯時間が短いほど放電灯ＤＬに高周波電流を供給する時間を短くすると、消灯時間に関係なく、所定期間の終了時点における放電灯ＤＬのランプ温度（電極の温度など）が殆ど変化しなくなる。ただし、消灯時間がある時間を超えるとそれ以降は放電灯ＤＬのランプ温度が変化しないので、本実施形態では、図７のように消灯時間がある時間を超えると消灯時間に対する第２のカウンタの設定時間を一定とする。

また、図８に示すように、直流電源ＶＤＣから点灯装置１０への電力供給が停止している期間であっても、点灯装置１０に制御電源（常時電源）が供給される構成を採用する場合には、上述した構成の計時回路に代えて、たとえば放電灯ＤＬが点灯している期間にアクティブになる点灯信号を制御回路４に入力し、制御回路４に設けたタイマを計時回路として点灯信号が非アクティブになる消灯時間を検出することもできる。その他の構成および機能は実施形態１と同様である。

（実施形態４）
本実施形態の制御回路４は、判断信号ＶａがＨレベルであると一旦判断しても、それ以降電圧制御信号ＶｂをＨレベルに維持し続けるのではなく、所定期間Ｔ１にスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を駆動する高周波ｆＡの１周期ごとに、判断信号ＶａがＨレベルか否かを判断し、判断信号ＶａがＨレベルであれば電圧制御信号ＶｂをＨレベルとする。ここで、制御回路４は、高周波ｆＡの１周期ごとに電圧制御信号Ｖｂのオンデューティ（電圧制御信号ＶｂをＨレベルとする時間に相当）を可変とするＰＷＭ制御を行う。

さらに、本実施形態の点灯装置は、図９に示すように、抵抗Ｒ３およびコンデンサＣ４からなり制御回路４から電圧制御回路３への経路に挿入される積分回路を付加した点が実施形態１の点灯装置とは相違する。すなわち、電圧制御回路３に入力される信号は、２値的に変化するのではなく、電圧制御信号Ｖｂのオンデューティに従って変化することになり、当該オンデューティが大きくなるほど大きくなる。

また、電圧制御回路３においては、制御回路４からの入力信号（積分回路を通した電圧制御信号Ｖｂ）によって２値的に降圧チョッパ回路１の出力電圧Ｖｂｕｓを切替えるのではなく、制御回路４からの入力信号の大きさに応じて降圧チョッパ回路１の出力電圧Ｖｂｕｓの大きさを決定する。ここでは、制御回路４からの入力信号が大きいほど降圧チョッパ回路１の出力電圧Ｖｂｕｓが小さくなるような関係を採用する。

以下、本実施形態の制御回路４の動作について説明する。

本実施形態では、図３において、電圧制御信号ＶｂをＨレベルとするステップ（Ｓ１９）に代えて、判断信号ＶａがＨレベルか否かを判断するステップ（Ｓ１８）と、第２のカウンタのカウント値Ｂをインクリメントするステップ（Ｓ２０−２）との間に、図１０に示す動作（Ｕ１０〜Ｕ１１）を割り込ませている。つまり、判断信号ＶａがＨレベルであると判断すると、まず、第２のカウンタのカウント値Ｂを読み込む（Ｕ１０）。それから、カウント値Ｂに基づいて電圧制御信号Ｖｂのオンデューティ（Ｖｂ指令値）を設定する（Ｕ１１）。ここでは、カウント値Ｂが大きくなるほど電圧制御信号Ｖｂのオンディーティが大きくなるように設定する。カウント値Ｂは所定期間Ｔ１内に全波放電が生じた累計時間に相当する値であるから、結果的に、全波放電に移行した後、電圧制御回路３に入力される信号は徐々に大きくなり、降圧チョッパ回路１の出力電圧Ｖｂｕｓが徐々に小さくなる。

この構成によれば、放電灯ＤＬの両電極間を流れる電流は、図１１に示すように、始動（ｔ０’）後、半波放電を経て全波放電に移行した時点ｔ１から、所定期間Ｔ１を終了し放電灯ＤＬを安定点灯状態で点灯させる期間Ｔ２に移行する時点ｔ２までの期間に、ピーク値が徐々に低下することになる。

また、制御回路４において、両電極間に流す電流のピーク値を切替える切替え部として、極性反転回路２のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を駆動する駆動信号の周波数を上昇させる構成を採用している場合には、カウント値Ｂが大きくなるほど当該駆動信号の周波数が高くなるように当該駆動信号の周波数をスイープ（掃引）させれば、両電極間に流す電流のピーク値を徐々に低下させることができる。その他の構成および機能は実施形態１と同様である。

本発明の実施形態１の構成を示す回路図である。 同上の動作説明図である。 同上の制御回路の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態２の構成を示す回路図である。 本発明の実施形態３の構成の要部を示す回路図である。 同上の動作の要部を示すフローチャートである。 同上に用いる設定時間と消灯時間との関係を示す説明図である。 同上の他の例を示すブロック図である。 本発明の実施形態４の構成の要部を示す回路図である。 同上の動作の要部を示すフローチャートである。 同上の動作説明図である。 従来例を示す回路図である。

符号の説明

４ 制御回路（制御手段）
８ 検出回路（検出手段）
９ 判断回路（判断手段）
１０ 放電灯点灯装置
ＤＬ 放電灯
Ｌ１ インダクタ
Ｔ１ 所定期間
ｔ２ 所定期間の終了時点

Claims (6)

1. 放電灯に電力を供給する点灯手段と、少なくとも放電灯への電力供給が開始されてから放電灯が安定点灯状態に移行するまでの所定期間は放電灯に交番電圧が印加されるように点灯手段を制御する制御手段と、前記所定期間において放電灯の両電極間に流れる電流を検出する検出手段と、検出手段の出力を閾値と比較し放電灯の両電極間を流れる各向きの電流のピーク値が共に前記閾値を超えていれば全波放電と判断し、片方の電流のピーク値が前記閾値を超えていなければ半波放電と判断する判断手段とを備え、前記制御手段は、前記所定期間において、判断手段が全波放電と判断すると定電流を放電灯に供給し、判断手段が半波放電と判断すると前記定電流よりピーク値の大きい電流を放電灯に供給するように放電灯の両電極間に流す電流を切替える切替え部を有し、
   前記点灯手段は前記放電灯とインダクタとの直列回路に電力を供給し、前記制御手段は、放電灯への電力供給の開始後に前記半波放電を生じた累積時間が第１の設定時間に達する時点、または放電灯への電力供給の開始後に前記全波放電を生じた累積時間が第２の設定時間に達する時点を、前記所定期間の終了時点として用いており、当該所定期間に放電灯に高周波電流が供給されるように点灯手段を制御し、
   前記第１の設定時間の長さと前記第２の設定時間の長さとは個別に設定され、前記第２の設定時間は消灯状態にある放電灯が安定点灯状態に移行するまでに要する時間に設定されていることを特徴とする放電灯点灯装置。
2. 前記制御手段は、前記放電灯が消弧してからの経過時間を計時する計時部を有し、計時部により計時された経過時間が短いほど前記第２の設定時間を短くすることを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
3. 前記検出手段は、前記点灯手段の出力端間において前記放電灯と直列に接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の放電灯点灯装置。
4. 前記放電灯として短アークの高圧放電灯を用いることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の放電灯点灯装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の放電灯点灯装置と、放電灯点灯装置を収納する器体と、放電灯点灯装置から電力が供給される放電灯とを備えることを特徴とする照明器具。
6. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の放電灯点灯装置と、リフレクタを有し放電灯点灯装置から電力が供給される放電灯と、放電灯の出力光を利用して画像を表示する画像表示手段と、画像表示手段を通った光を集光しスクリーンに投射する光学装置とを器体内に備えることを特徴とする画像表示装置。

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