JPH09312200A - 放電ランプ点灯装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 初期減衰率が小さく、使用に適した調光可能
範囲が広い放電ランプ点灯装置を提供すること。 【解決手段】 スイッチング素子８を駆動して、トラン
ス９の二次側に図１Ａに示す繰り返し電圧波形を発生さ
せ、外部電極式蛍光放電ランプ１に印加して点灯させ
る。そして、上記繰り返し電圧波形の一周期内の唯一の
最大ピーク値を有する波形の大きさ、もしくは、周波数
を変化させて外部電極式蛍光放電ランプ１を調光する。
上記繰り返し電圧波形は、その一周期内の最大ピークを
有する波形の電圧が０Ｖにおける幅Ｗ0 が繰り返し周期
ｔに対して２Ｗ0 ＜ｔとなるように設定することによ
り、高照度領域での調光が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ファクシミリ、複
写機、イメージリーダなどの情報機器の原稿読み取り照
明用や、液晶ディスプレイのバックライト装置用等に利
用される外部電極式蛍光放電ランプの点灯装置に関し、
特に、本発明は高照度領域で広範囲に調光できるように
した放電ランプ点灯装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＯＡ機器の原稿照明やＯＡ機器の液晶画
面のバックライト等に使用されている蛍光ランプとし
て、外部電極式蛍光放電ランプが知られている。上記外
部電極式蛍光放電ランプはガラス管外面に帯状の一対の
外部電極を配設し、該電極に連続的に高周波電圧やパル
ス的高周波電圧を印加して点灯させるものである。

【０００３】図４は上記した外部電極式蛍光放電ランプ
の構造を示す図であり、同図（ａ）は外部電極式蛍光放
電ランプの管軸方向に垂直な方向の断面図を示し、
（ｂ）はその側面図を示している。図４に示すように外
部電極式蛍光放電ランプ１は、ガラス等の誘電体からな
る放電容器３と、その管軸方向の側面に略全長にわたり
配設されたアルミニュウム等の材質からなる一対の帯状
もしくは線状の電極２，２’と、放電容器３の内面に形
成された蛍光物質層４から構成されている。

【０００４】上記外部電極式蛍光放電ランプ１の点灯
は、内部電極式の冷陰極蛍光放電ランプと同様、高周波
電圧を外部電極に印加することで行っていた。すなわ
ち、図５に示すように、外部電極式蛍光放電ランプ１の
一対の電極２，２’に高周波電源回路５を接続し、電極
２，２’に正弦波の高周波交流電圧を印加する。これに
より、外部電極２，２’で挟まれた放電容器３の内部の
放電空間に放電容器３の側面を介して高周波電圧が印加
され放電を生ずる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記した情報機器の原
稿読み取り照明用途においては、近年、上記外部電極式
蛍光放電ランプ（以下、放電ランプという）の調光の要
求が高まっている。従来においては、原稿読み取りを行
うＣＣＤの感度を調整することにより光量調整を行って
いたが、上記放電ランプの光量は放電ランプ毎にバラツ
キがあり、ＣＣＤの感度調整だけで上記放電ランプの光
量のバラツキに十分対応することができなかった。

【０００６】そこで、上記放電ランプの調光が試みられ
たが、従来の点灯方式により上記放電ランプを調光する
にはランプの入力電圧を変える方法しかとることができ
ず、次のような理由で広範囲な調光を行うことができな
かった。 (1) 照度の高くなるランプ電力領域では点灯中のランプ
温度ひいては蛍光物質の温度も高くなり、蛍光物質の温
度特性によって発光効率が低下し、照度の初期減衰率が
大きくなり使用に際して支障をきたした。なお、上記初
期減衰率は、点灯直後における放電ランプの光量の減衰
率であり、点灯直後（点灯後１秒以内）の光量をａ、点
灯５分後の光量をｂとすると、次の式で定義される。 初期減衰率（％）＝｛（ａ−ｂ）／（ａ＋ｂ）｝×１０
０ (2) 照度が低くなるランプ電力領域では発光管内に縞が
発生するといった不具合が発生した。このため、縞の発
生もなく照度の初期減衰率も１０％以下の使用に適した
調光可能範囲は非常に狭いものであった。

【０００７】本発明は上記した従来技術の問題点を解決
するためになされたものであって、初期減衰率が小さ
く、使用に適した調光可能範囲が広い放電ランプ点灯装
置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】正弦波状の高周波交流電
圧を印加して点灯させる従来の点灯方式においては、上
記したように照度が低くなるランプ電力領域では発光管
内部に縞が発生する。これは、次の理由によるものと考
えられる。すなわち、ガラスを介して点灯する放電ラン
プはガラスそのものが誘電体であるため、ランプに電圧
を印加すると、このガラス表面が帯電し、ブレークダウ
ン電圧に達したとき放電を開始する。この放電はすぐに
ガラス表面を中和させ、電位勾配がなくなってしまうの
で放電が停止する。そして、次の放電が開始すると、同
様にガラス表面が中和し放電が停止するという動作を繰
り返す。この現象はガラス表面状態やそのときの帯電状
態によって、ガラス表面のあらゆる部分で発生する。

【０００９】ランプに印加される電圧が正弦波の場合、
電圧は比較的緩やかに上昇し、同様な電圧波形が連続的
に繰り返し現れるのでこれらの現象が絶えず生じる。し
たがって、ランプ電力を低下させた場合には、上記プロ
セスが局所的に生じ、局所的な発光集中部位が生ずるた
め、発光状態が縞状に観察されるものと考えられる。そ
こで、実験を行い検討した結果、図１Ａに示すように、
幅が所定値以下の立ち上がりが早く高周波成分を多く含
む電圧波形を放電ランプに印加すれば、ランプ電力を小
さくしても上記のような縞が見えなくなることが明らか
となった。

【００１０】これは、次の理由によるものと考えられ
る。高周波成分を多く含む立ち上がりの早い電圧波形を
放電ランプに印加した場合には、誘電体の表面が帯電す
ることなく、ガスそのものに直接ランプ電圧を印加して
いる状態に近くなり、上記した誘電体表面が中和すると
いう現象が少なくなり、このため、ランプ電力を小さく
しても縞状の放電が発生せず、安定した発光が得られる
ためと考えられる。したがって、上記高周波成分を多く
含む立ち上がりの早い電圧波形を放電ランプに印加し
て、ランプに入力される電力を変化させれば（上記電圧
波形の周期を大きくしたり、電圧のピーク値を小さくす
る）、照度の低い領域まで安定した発光が得られ広範囲
の調光が可能となる。

【００１１】なお、上記電圧波形の幅を周期ｔに対して
所定値以下とすることにより、従来の正弦波高周波電圧
を印加する場合に比してランプ照度を大きくすることが
できる（同一のランプ入力電力を与えた場合）。実験等
により、従来の正弦波高周波電圧を印加する場合より照
度が大きくなる電圧波形の幅を調べたところ、放電ラン
プの両端で測った電圧（図１におけるＰ−Ｑ間電圧）波
形において、一周期内の電圧の最大ピークを有する波形
が電圧０Ｖと交差する位置から最大ピーク値（同図にお
いてＨ）の半分の電圧（同図においてＨ／２）をとる２
点ａ，ｂの幅を半値幅と定義したとき、該半値幅Ｗが所
定値以内の繰り返し電圧波形を放電ランプ１に印加する
ことにより照度を高めることができることが明らかとな
った。ランプ電力を変える方法としては、ランプ電圧
を一定にして周波数を変える方法、点灯周波数を一定
にしてランプ電圧を変える方法を用いることができ、い
ずれの方法を用いても広範囲な調光が可能である。

【００１２】以上の考え方に基づき、本発明は、ガラス
管内部にＨe ，Ｎe ，Ａr ，Ｋr ，Ｘe の少なくとも１
種類以上の希ガスを所定量封入密閉し、前記ガラス管内
部に蛍光物質を塗布し、前記ガラス管外面の管軸方向に
帯状電極を少なくとも２本以上配設している外部電極式
蛍光放電ランプを、繰り返し波形を有するランプ電圧で
点灯させる放電ランプ点灯装置において、上記外部電極
式蛍光放電ランプに、一周期内の唯一の最大ピークを有
する電圧の０での幅Ｗ0 が、電圧波形の繰り返し周期ｔ
に対して２Ｗ0 ＜ｔである繰り返し波形を印加し、上記
繰り返し波形の大きさ、および／または、周波数を変化
させることにより、上記外部電極式蛍光放電ランプを調
光するように構成したものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は本発明の放電ランプ点灯装
置の一実施例を示す図である。同図において、１は前記
した外部電極式蛍光放電ランプ、６は直流電源、７は駆
動回路、８はスイッチング素子、９はトランスである。
同図において、スイッチング素子８は、駆動回路７が出
力する所定の周波数の駆動信号でオン／オフする。該駆
動信号によりスイッチング素子８がオンになると直流電
源６→トランス９の一次側巻線→スイッチング素子８→
グランドＧの経路で電流が流れ、トランス９にエネルギ
ーが蓄えられる。そして、スイッチング素子８がオフに
なると、トランス９に流れていた電流が遮断されるた
め、上記トランス９に蓄えられたエネルギーが放出さ
れ、トランス９の１次側、２次側に同図Ａに示す急峻な
立ち上がりを持つ電圧波形が発生する。

【００１４】この電圧波形は、回路定数に応じた減衰定
数で減衰し、次にスイッチング素子８がオンになったの
ちオフになると、上記と同様、再び急峻な立ち上がりを
持つ電圧波形が発生する。上記のように駆動回路７が出
力する駆動信号により所定の周波数でスイッチング素子
８をオン／オフする毎に、トランス９の二次側には同図
Ａに示すように急峻な立ち上がりを持つ電圧波形が繰り
返し発生し、この電圧波形が放電ランプ１に印加され
る。なお、上記回路において、スイッチング素子８とし
て、ＭＯＳＦＥＴのようにドレインとソース間にダイオ
ードが設けられているものを用いる場合には、スイッチ
ング素子８に直列に順方向にダイオードを接続し、スイ
ッチング素子８の逆方向に流れる電流を阻止するのが望
ましい。これにより、トランス９の一次側に発生する逆
起電力により生ずる逆電流がスイッチング素子８に流れ
るのを阻止することができ効率を向上させることができ
る。

【００１５】上記放電ランプ点灯装置において、回路定
数を適切に選定して上記電圧波形の半値幅Ｗを所定値以
内にし、かつ、図２（ａ）の，の周期ｔ1 ，ｔ2 に
示すように、上記電圧波形の繰り返し周期ｔを変化させ
たり、図２（ｂ）の，の電圧値ＶP1，ＶP2に示すよ
うに上記電圧波形の電圧値ＶP を変化させることによ
り、放電ランプ１の調光を行うことができる。上記繰り
返し周期の変更は、駆動回路７の駆動周波数を変えるこ
とにより実現することができ、また、電圧値の変更は直
流電源６の電圧値を変えることにより実現することがで
きる。

【００１６】図３は本実施例により放電ランプを調光し
た場合と、従来のように正弦波の高周波電圧の電圧値を
変えて調光した場合（以下従来の調光方式という）の照
度を示す図である。同図において、縦軸は照度（ｌx
）、横軸はランプ電力（Ｗ）である。同図中の丸印は
本実施例の点灯回路において、ランプ電圧を固定して
（電圧１．６ｋＶo-p ）、周波数を４０ｋＨｚ〜１００
ｋＨｚの範囲で変化させた場合、四角印は点灯周波数を
固定して（周波数７１ｋＨｚ）、ランプ電圧を１１４０
Ｖo-p 〜１９００Ｖo-p の範囲で変化させた場合の照度
を示しており、また、同図の菱形印は、従来の調光方式
による照度を示している。

【００１７】なお、上記実験では、管径がφ８ｍｍ、ラ
ンプ長３６０ｍｍ、ランプのガラスの肉厚が０．５５ｍ
ｍのランプを使用した。また、ランプに印加する電圧波
形の半値幅Ｗ（図１Ａ参照）は、前記したように所定値
以下であることが望ましく、上記放電ランプに１３Ｗお
よび７Ｗのランプ電力を与えて、半値幅を変化させて照
度を調べたところ、半値幅Ｗを２．５μsec 以下とした
とき、同一電力の正弦波高周波電圧を印加した場合より
照度が大きくなることが明らかとなった。そこで、本実
施例では、半値幅Ｗ≦２．５μsec の電圧波形を印加し
て放電ランプを点灯させた。

【００１８】その結果、図３に示すように、本実施例の
放電ランプ点灯装置を用い、周波数を上記範囲で変化さ
せた場合、照度を２９％変化させても放電ランプを安定
に点灯させることができた。また、電圧値を上記範囲で
変化させた場合には、照度を３８％変化させても放電ラ
ンプを安定に点灯させることができた。なお、周波数も
しくは電圧値をある程度以上大きくすると初期減衰率が
１０％以上となり（同図中の斜線Ａの範囲）、また、周
波数もしくは電圧値をある程度以下にすると放電ランプ
は消灯した。初期減衰率に対する要求は通常１０％以下
であるので、初期減衰率が１０％を越えないようにする
とすれば、調光範囲は上記のように２９％（周波数を変
化）、３８％（電圧値を変化）程度となる。一方、従来
の調光方式で放電ランプを調光した場合には、ランプ電
力をある程度以上大きくすると初期減衰率が１０％を越
え、また、ランプ電力をある程度以下にすると前記した
ように縞が発生し、結局図３に示すように調光範囲は１
１％であった。しかも、照度は本発明の実施例に比して
大幅に低下した。

【００１９】上記実験より、本実施例の調光方式によれ
ば、従来の調光方式に比して高照度領域で広範囲に調光
を行うことができることが分かった。なお、図３の例で
は、ランプ電力が１０Ｗ以下になるとランプが不点灯に
なったが、上記実験に使用した放電ランプより肉厚の薄
いガラス管を用いた放電ランプを用いることにより、放
電ランプが不点灯となるランプ電力を小さくすることが
でき、調光範囲を広くすることができるものと考えられ
る。すなわち、放電ランプが不点灯になるランプ電力
は、放電ランプのインピーダンスに依存し、インピーダ
ンスが小さくなると不点灯となるランプ電力は小さくな
る。そして、放電ランプのインピーダンスは放電ランプ
のガラス管の肉厚に応じて定まるので、ガラス管の肉厚
の薄い放電ランプを使用すれば、ランプが不点灯になる
ランプ電力を小さくすることができ調光範囲を広くする
ことができる。

【００２０】上記実施例では、ガラス管の肉厚が０．５
５ｍｍの放電ランプを用いたが、放電ランプのガラス管
の肉厚は０．３ｍｍ程度まで使用可能であり、ガラス管
の肉厚を０．３ｍｍ程度にすると、肉厚が０．５５ｍｍ
の放電ランプのインピーダンスの約０．３倍となる。上
記したように、ガラス管の肉厚が０．５５ｍｍの放電ラ
ンプは１０Ｗ程度で不点灯になるので、ガラス管の肉厚
が０．３ｍｍの放電ランプを用いた場合には、３Ｗ（＝
１０Ｗ×０．３）まで、放電ランプが点灯するものと考
えられる。すなわち、図３において、ガラス管の肉厚が
０．３ｍｍの放電ランプを用いた場合には約１７００ｌ
x まで点灯可能であり、調光範囲は約５０％となる。

【００２１】なお、上記実施例では、図１Ａに示した電
圧波形を放電ランプに印加して点灯させたが、その他の
形状の電圧波形を放電ランプに印加しても同様に調光す
ることが可能である。放電ランプに印加する電圧波形と
しては、例えば、一周期内の最大ピーク波形に続く電圧
波形の減衰率がより大きい、もしくは、より小さい電圧
波形を用いたり、あるいは正負に交互に最大ピーク波形
が現れる電圧波形を用いることもできる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、外部電
極式蛍光放電ランプに、一周期内の唯一の最大ピークを
有する電圧の０での幅Ｗ0 が、電圧波形の繰り返し周期
ｔに対して２Ｗ0 ＜ｔである繰り返し波形を印加し、上
記繰り返し波形の大きさ、および／または、周波数を変
化させることにより上記外部電極式蛍光放電ランプを調
光しているので、高照度領域で調光幅を広く選択するこ
とができる。このため、例えば前記した情報機器の原稿
読み取り照明用に使用した場合、原稿読み取り感度の調
整を幅広く行うことができ、また、ＣＣＤの感度調整に
より原稿読み取り感度の調整を効果的に行うことができ
るようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の放電ランプ点灯装置の一実施例を示す
図である。

【図２】印加電圧の周波数／電圧を変化させる様子を説
明する図である。

【図３】本発明の実施例と従来例のランプ電力と照度の
関係を示す図である。

【図４】外部電極式蛍光放電ランプの構造を示す図であ
る。

【図５】外部電極式蛍光放電ランプの従来の正弦波高周
波点灯方式の回路図である。

【符号の説明】

１ 外部電極式蛍光放電ランプ ２，２’ 外部電極 ３ 放電容器 ４ 蛍光物質層 ５ 高周波電源回路 ６ 直流電源 ７ スイッチング素子の駆動回路 ８ スイッチング素子 ９ トランス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉岡 正樹 兵庫県姫路市別所町佐土1194番地 ウシオ 電機株式会社内 (72)発明者 五十嵐 龍志 兵庫県姫路市別所町佐土1194番地 ウシオ 電機株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガラス管内部にＨe ，Ｎe ，Ａr ，Ｋr
   ，Ｘe の少なくとも１種類以上の希ガスを所定量封入
   密閉し、前記ガラス管内部に蛍光物質を塗布し、前記ガ
   ラス管外面の管軸方向に帯状電極を少なくとも２本以上
   配設している外部電極式蛍光放電ランプを、繰り返し波
   形を有するランプ電圧で点灯させる放電ランプ点灯装置
   であって、 上記外部電極式蛍光放電ランプに、一周期内の唯一の最
   大ピークを有する電圧の０での幅Ｗ0 が、電圧波形の繰
   り返し周期ｔに対して２Ｗ0 ＜ｔである繰り返し波形を
   印加し、 上記繰り返し波形の大きさ、および／または、周波数を
   変化させることにより、上記外部電極式蛍光放電ランプ
   を調光することを特徴とする放電ランプ点灯装置。