JPH0963783A - 放電ランプ点灯装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 特に高輝度放電ランプを点灯する装置に関
し、全ての点灯期間（点灯直後〜定格点灯）、ストレー
トの放電アークを形成し維持できる放電ランプ点灯装置
を提供する。 【構成】 放電ランプ、特に高輝度放電ランプの全ての
点灯期間、ストレートの放電アークを形成し維持するた
め、放電ランプにランプ特性（例えばランプインピーダ
ンス）の変化に応じて変化する放電アークをストレート
にするモードを励起する音響的共鳴周波数成分を有する
点灯波形を供給し、さらに放電ランプの充填物の蒸気圧
が低い期間（例えばランプインピーダンスの小さい期
間）の放電アークから発する疎密波の振幅を増幅するた
め音響的共鳴周波数成分の電流の振幅を増幅した定格値
以上のランプ電流を供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特にＨＩＤランプ（高
輝度放電ランプ）に有用な放電ランプ点灯装置に関し、
放電ランプに有害な重力誘導対流による放電アークの湾
曲を低減するため、音響的共鳴が放電アークをストレー
トにするモードを励起する周波数成分を有する点灯波形
で、しかもハロゲン化金属または水銀のような充填物の
蒸気圧が低い期間の放電アークから発する疎密波の振幅
を増幅する点灯波形で放電ランプを点灯させる放電ラン
プ点灯装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＨＩＤランプは高効率・長寿命と
いう特徴から屋外照明分野などに広く応用されている。
中でもメタルハライドランプは演色性が良く、その特性
をいかし屋外照明分野のみならず、屋内照明分野にも普
及しつつあり、さらに映像機器用の光源・車両の前照灯
用光源として注目されている。

【０００３】従来の放電ランプの点灯方式には、特公平
５−５７６９３号公報に記載されたものがある。特公平
５−５７６９３号公報には、約２０ｋＨｚないし約１０
０ｋＨｚの範囲内の所定の帯域の周波数で放電ランプを
水平点灯させると放電ランプの充填物に音響的共鳴振動
を励起し重力誘導対流の影響を低減し放電アークの上方
向への湾曲を防止してほぼストレートの放電アークにで
きることを教示している。放電アークをストレートにす
ると、いくつかの利点が考えられる。すなわち反射鏡と
組み合わせた時の光の利用効率の向上、また放電ランプ
の寿命を短くする放電空間上部の高温点の温度低下によ
る長寿命化、また放電空間下部の最冷点の温度上昇によ
る発光効率の向上などの利点がある。しかし、定格点灯
時に音響的共鳴振動を励起する周波数で放電ランプを点
灯させると点灯初期の数十秒間は放電アークが変動・湾
曲または立消えを起こし安定なストレートの放電アーク
を得ることができない。

【０００４】この問題点を解決する点灯方式として、特
公平７−９８３５号公報に記載されたものがある。この
放電ランプの点灯方式を図７を用いて説明する。図７
は、上述した従来の放電ランプの点灯方式（特公平７−
９８３５号公報）で放電ランプが点灯してからのランプ
電流の時間変化を示した図である。図７においてランプ
電流は、直流電流４１に音響的共鳴で放電ランプの充填
物の重力誘導対流の影響を低減し、放電アークをストレ
ートにする周波数の交流成分４２が重畳された電流であ
る。放電ランプが放電を開始した直後は高レベルの直流
電流４１を流し時間経過とともに直流電流のレベルが低
下するものである。この時、交流成分４２の周波数と振
幅の絶対値は全ての期間でほぼ一定にするため、交流成
分４２の変調深度（最大電流から最低電流を引いたもの
を平均電流の２倍で割ったもの）は放電を開始した直後
は小さく点灯時間が経過するとともに増加する。以上の
ようなランプ電流を供給することによって放電ランプの
点灯直後の放電アークを不安定にする交流成分４２の割
合を最小限にし、直流電流で安定な放電アークを形成す
る。その後、時間経過とともに変調深度が大きくなり音
響的共鳴効果で放電アークをストレートにする。以上の
ようなランプ電流波形で点灯直後から定格点灯まで安定
な放電アークを目指したものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の点灯方式で放電ランプを点灯させると、放電ランプ
の点灯直後は音響的共鳴を励起する交流成分４２の割合
が小さく、ほぼ直流電流４１のみのランプ電流になる。
放電ランプは放電アークを形成すると放電空間内に温度
差が発生し重力誘導対流が発生するため、定格点灯時に
比べて小さいものの点灯初期の水平点灯された放電ラン
プの放電アークは上方向に湾曲する。特に直流電流は放
電アークの湾曲を一層増大させる。このため、放電ラン
プの点灯直後は放電アークが湾曲し、時間経過とともに
音響的共鳴を励起する交流成分の変調深度が大きくなる
ため徐々にストレートの放電アークに近づいていく。す
なわち放電アークの形状が変化する欠点がある。特に近
年、注目されている映像機器用の光源・車両の前照灯用
光源は短アーク化が進みつつあり、点灯時の水銀圧力が
より高く、また点灯直後の光出力を補うためキセノンを
高圧で封入する場合がある。水銀圧力の増大・高圧のキ
セノンの存在は重力誘導対流を一層増大させ、点灯直後
の放電アークの湾曲を大きくし、放電アークの形状変化
がさらに大きくなる。

【０００６】放電アークの形状が変化すると以下のよう
な問題点がある。放電ランプを反射鏡と組み合わせて使
用する際、放電アークの形状は反射鏡の光軸上に直線で
あることが反射鏡での集光効率をよくするという点で好
ましく、放電アーク形状が変化する点灯初期の集光効率
を低下されるとともに照射面への配光特性が変化すると
いう問題点を有していた。また、放電アークに湾曲する
期間があることは、ランプ寿命ならびに点灯初期の発光
効率に悪影響を与えるという問題点があった。

【０００７】本発明は、上記従来の問題点を解決するも
ので、放電ランプの全ての点灯期間（点灯直後〜定格点
灯）、ストレートの放電アークを形成し維持できる放電
ランプ点灯装置を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の放電ランプ点灯装置は、放電空間を画定する
ガラスエンベロープ内に充填物として少なくともハロゲ
ン化金属または水銀が密封された放電ランプと、放電ラ
ンプに供給する点灯波形を放電空間媒質中の音速と放電
アークに交差する放電空間の長さとで決定され放電アー
クをストレートにするモードを励起する音響的共鳴周波
数の周波数成分を有する点灯波形に選定する手段を有す
る点灯回路とを備え、放電ランプの点灯以降の定格点灯
に達するまでに音響的共鳴周波数が低下する期間を有す
ることを特徴とするものである。

【０００９】また、放電ランプと、放電ランプに供給す
る点灯波形を放電空間媒質中の音速と放電アークに交差
する放電空間の長さとで決定され放電アークをストレー
トにするモードを励起する音響的共鳴周波数の周波数成
分を有する点灯波形に選定する手段と放電ランプの充填
物の蒸気圧が低い期間に放電アークから発する疎密波の
振幅を増幅する点灯波形に選定する手段を有する点灯回
路との構成を有している。

【００１０】さらに、点灯回路が放電ランプの点灯以降
の放電ランプを暖める点灯初期の期間に定格値以上のラ
ンプ電流またはランプ電力を供給し定格値まで減少させ
る手段を備え、光出力の立ち上がりを速める構成と有し
てしる。

【００１１】さらに、音響的共鳴周波数の周波数成分を
有する点灯波形に選定する手段と、放電アークから発す
る疎密波の振幅を増幅する点灯波形に選定する手段と、
点灯初期の期間に定格値以上のランプ電流またはランプ
電力を供給し定格値まで減少させる手段の中の少なくと
も１つの手段を放電ランプのランプ特性の変化に応じて
変化させるため、点灯回路がランプ特性を検出するラン
プ特性検出手段を備えたものであり、ランプ電圧または
ランプインピーダンスまたは光出力または発光管温度ま
たは点灯以降の経過時間を検出するものである。

【００１２】また、点灯回路が放電アークをストレート
にするモードを励起する音響的共鳴周波数の周波数成分
を有するリップル波形が重畳された直流を出力する直流
電源を備え、リップル波形を有する点灯波形が放電ラン
プに供給されることを特徴とするものである。

【００１３】さらに、直流電源の出力を交流に変換する
インバータ回路を備えたものである。

【００１４】また、直流電源が、オン・オフ動作する少
なくとも１つ以上のスイッチ素子を有し、スイッチ素子
のオン・オフ周期を変化させ放電ランプに供給するリッ
プル波形の周波数成分を可変し、オン期間の比率を変化
させ放電ランプに供給する電流または電力を可変する構
成を有している。

【００１５】

【作用】本発明は上記のように放電ランプの放電空間媒
質中の音速と放電アークに交差する放電空間の長さとで
決定され放電アークをストレートにするモードを励起す
る音響的共鳴周波数の周波数成分を有し、点灯直後の点
灯周波数を定格点灯時の音響的共鳴周波数より高く設定
し、さらに放電空間内の充填物の蒸気圧が低い期間の放
電アークから発する疎密波の振幅を増幅する点灯波形を
供給することによって放電ランプの全ての点灯期間、放
電アークの変動・湾曲を起こすことなく常にストレート
の放電アークを形成する。

【００１６】図２は、実験検討した３５Ｗメタルハライ
ドランプのランプ電圧の変化に対する放電空間媒質中の
音速の変化率を実験から求めた図である（定格点灯時の
音速を１とする）。点灯直後のランプ電圧は小さく時間
経過とともに上昇する。なお、定格点灯時のランプ電圧
は８５Ｖである。放電空間の形状はランプ固有の定数な
ので全ての点灯期間で放電空間の長さは不変である。ま
た音速と音響的共鳴周波数は比例関係になるため、放電
アークをストレートにするモードを励起する音響的共鳴
周波数も図２に示す特性で変化する。すなわち音響的共
鳴周波数は点灯以降の定格点灯に達するまでに低下する
特性を有している。なお７５ｋＨｚの正弦波電流波形の
時に定格点灯時の放電アークがストレートになった。す
なわち音響的共鳴周波数は約７５ｋＨｚである。

【００１７】図３に正弦波電流波形でランプを点灯した
時の放電アークの形状の変化を測定評価した結果を示
す。一定点灯周波数（７５ｋＨｚ）で一定ランプ電流
（定格ランプ電流）で点灯した時（図３ａ）と、点灯周
波数を図２の特性で変化させ一定ランプ電流（定格ラン
プ電流）で点灯した時（図３ｂ）と、点灯周波数を図２
の特性で変化させ、ランプ電流を点灯直後は定格ランプ
電流以上の電流を供給し、その後は定格点灯まで減少さ
せた時（図３ｃ）の結果である。図３ａの条件では点灯
初期の最初の約１５秒間は放電アークが大きく変動して
安定なストレートの放電アークを得ることができない
が、その後は安定なストレートの放電アークを得ること
ができた。また図３ｂの条件では点灯初期の放電アーク
の変動が小さくなり、変動する期間も短くなる。さら
に、図３ｃの条件では全ての点灯期間、放電アークの変
動・湾曲を起こすことなく常にストレートの放電アーク
を維持できる。点灯直後から安定なストレートの放電ア
ークを得るためには定格ランプ電流の約３倍以上の電流
を点灯直後に供給することが好ましい。

【００１８】放電アークをストレートにする現象は、重
力誘導対流によって発生する放電アークを湾曲させる浮
力より音響的共鳴の励起で放電アークをストレートにす
る力が大きい時に発生する。点灯初期の放電アークの変
動および湾曲を回避し、安定なストレートの放電アーク
を形成するためには、第１として点灯周波数を点灯以降
の定格点灯に達するまで低下させることが有効である。
第２として点灯初期は放電空間内の充填物の蒸気圧が低
いため放電アークから発する疎密波の振幅が小さく、音
響的共鳴の励起レベルが小さくなり放電アークをストレ
ートにする力が小さく、音響的共鳴の励起レベルを大き
くするためランプ電流を点灯直後は、定格ランプ電流以
上にし点灯初期の放電アークから発する疎密波の振幅を
増幅することが有効である。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。第１の実施例の構成を示すブロック図
を図４に示す。

【００２０】図４において、１は放電空間を画定するガ
ラスエンベロープ内に充填物として水銀とハロゲン化金
属であるヨウ化ナトリウムとヨウ化スカンジウムが密封
された放電ランプである上記記載の３５Ｗメタルハライ
ドランプである。２は３５Ｗメタルハライドランプ１に
所定の波形を供給して点灯する点灯回路であり、点灯回
路２は３５Ｗメタルハライドランプ１の放電を開始させ
るために十分な電圧を３５Ｗメタルハライドランプ１に
印加する始動手段３と、３５Ｗメタルハライドランプ１
のランプ特性であるランプインピーダンスを検出するラ
ンプ特性検出手段４と、放電アークをストレートにする
モードを励起する音響的共鳴周波数の周波数成分を有す
る点灯波形に選定する手段であるランプ電流の周波数を
決定する周波数可変手段５と、放電アークから発する疎
密波の振幅を増幅する点灯波形に選定する手段であるラ
ンプ電流の実効値を決定するランプ電流値可変手段６
と、周波数可変手段５・ランプ電流値可変手段６で決定
された周波数と実効値のランプ電流波形を３５Ｗメタル
ハライドランプ１に供給する点灯波形供給手段７と点灯
波形供給手段７に電力を供給する電源８とで構成されて
いる。

【００２１】周波数可変手段５とランプ電流値可変手段
６はランプ特性検出手段４で検出させるランプインピー
ダンスの変化に応じてランプ電流波形を所定の周波数と
実効値に決定する構成のものである。３５Ｗメタルハラ
イドランプ１に供給されるランプ電流波形は放電アーク
から疎密波が発生するように瞬時値が常に変化する例え
ば正弦波または三角波の交流波形を供給する。図１ａお
よび図１ｂは３５Ｗメタルハライドランプ１の点灯以降
の定格点灯までのランプインピーダンスの変化に対する
放電アークをストレートにする音響的共鳴周波数の変化
率を実験から求めた結果（図１ａ）とランプインピーダ
ンスの変化に対するランプ電流実効値の変化（図１ｂ）
を示したものである。

【００２２】点灯直後のランプインピーダンスは小さく
点灯時間の経過とともに上昇する。なお定格点灯時のラ
ンプインピーダンスは２００Ωである。図１ａより音響
的共鳴周波数は３５Ｗメタルハライドランプ１の点灯以
降の定格点灯に達するまで所定の傾斜で低下する。なお
定格点灯時に放電アークをストレートにする音響的共鳴
周波数は上記と同様に約７５ｋＨｚである。図１ａの関
係になるごとく周波数可変手段５はランプ特性検出手段
４で検出させるランプインピーダンスの変化に応じて点
灯周波数を変化させる。また同時に図１ｂの関係になる
ごとくランプ電流値可変手段６はランプ特性検出手段４
で検出させるランプインピーダンスの変化に応じてラン
プ電流の実効値を変化させる。

【００２３】以上のような構成により、３５Ｗメタルハ
ライドランプ１が点灯するとランプインピーダンスが低
レベルから徐々に定格点灯時のランプインピーダンスの
２００Ωまで上昇する。ランプ特性検出手段４で検出し
ランプインピーダンスに応じたランプ電流波形が３５Ｗ
メタルハライドランプに供給される。この時、供給され
るランプ電流波形は、放電アークをストレートにする音
響的共鳴周波数の変化と同様に点灯以降の定格点灯に達
するまで点灯周波数を低下させ、さらに放電空間内の充
填物の蒸気圧が低い点灯初期に定格ランプ電流以上の電
流を供給して放電アークから発する疎密波の振幅を増幅
し音響的共鳴の励起レベルを大きくする構成であり、３
５Ｗメタルハライドランプ１は全ての点灯期間（点灯直
後〜定格点灯）でストレートの放電アークを形成し維持
できる。

【００２４】その結果、放電アークに湾曲や変動が発生
する期間がないのでランプの長寿命化を実現できるとと
もに点灯初期の発光効率が向上し、反射鏡と組み合わせ
て使用する時も配光特性を全ての点灯期間でほぼ一定に
できる。なお疎密波の振幅を増幅して点灯直後から安定
なストレートの放電アークにするためには、定格ランプ
電流の３倍の電流を点灯直後に供給し、ランプインピー
ダンスの上昇に応じて定格ランプ電流まで減少させるこ
とで十分であるが光出力の立ち上がりを速めるとともに
光出力が定格値に達した後はその出力をほぼ一定に制御
するため点灯直後６〜７倍の電流を供給し、定格インピ
ーダンスまで連続的に減少させる図１ｂの特性でランプ
電流実効値を変化させた。また、図１ａおよび図１ｂの
特性で３５Ｗメタルハライドランプを点灯させると点灯
以降の定格点灯に達する（ランプインピーダンスが２０
０Ωに達する）までの時間は約３０秒であり、光出力は
点灯後約５秒で定格値に達する。

【００２５】以下、本発明の第２の実施例の具体的構成
を図５に示す。図５において、１１は放電ランプである
第１の実施例と同様の３５Ｗメタルハライドランプであ
り、１２は３５Ｗメタルハライドランプ１１に所定の点
灯波形を供給して点灯するための点灯回路である。点灯
回路１２は放電アークをストレートにするモードを励起
する音響的共鳴周波数の周波数成分を有するリップル波
形が重畳された直流を出力する直流電源１３と直流電源
１３の出力を交流に変換するインバータ回路であるフル
ブリッジインバータ回路１４と始動手段１５と３５Ｗメ
タルハライドランプ１１のランプ特性であるランプイン
ピーダンスを検出するランプ特性検出手段であるランプ
インピーダンス検出回路１６とで構成されている。

【００２６】直流電源１３は商用の交流電源１７と交流
電源１７の出力を整流平滑して直流に変換する整流平滑
回路１８と、整流平滑回路１８の出力を音響的共鳴周波
数の周波数成分を有するリップル波形が重畳された直流
に変換する降圧チョッパ回路２４とで構成され、降圧チ
ョッパ回路２４はスイッチ素子であるトランジスタ１９
とダイオード２０とチョークコイル２１とコンデンサ２
２とトランジスタ１９をオン・オフ制御する制御回路２
３で構成されている。フルブリッジインバータ回路１４
はトランジスタ２５、２６、２７、２８とドライブ回路
２９とで構成され、ドライブ２９の出力信号によってト
ランジスタ２５、２８がＯＮする期間とトランジスタ２
６、２７がＯＮする期間を交互に発生させることによっ
て降圧チョッパ回路２４の出力を４００Ｈｚの交流に変
換して３５Ｗメタルハライドランプ１１に供給する。

【００２７】また、ランプインピーダンス検出回路１６
は抵抗３０、３１、３２とランプインピーダンス演算回
路３３とで構成され、抵抗３０、３１でランプ電圧に比
例した信号を検出し、抵抗３２でランプ電流に比例した
信号を検出して２つの信号からランプインピーダンス演
算回路３３でランプインピーダンスを演算する構成のも
ので、ランプインピーダンスの演算結果に応じて制御回
路２３がトランジスタ１９をオン・オフ制御する信号を
出力する。また、チョークコイル２１とコンデンサ２２
は降圧チョッパ回路２４の出力を平滑するフィルタの役
割を有するが本実施例では完全に平滑せず降圧チョッパ
回路２４は直流成分にリップル波形が重畳した波形を出
力するためチョークコイル２１のインダクタンスまたは
コンデンサ２２の容量を小さいものに設定する。

【００２８】その結果、降圧チョッパ回路２４の出力波
形は図６ａに示す波形となり、インバータ回路１４の出
力波形は４００Ｈｚの交流に変換された図６ｂに示す波
形になる。また、始動手段１５は３５Ｗメタルハライド
ランプ１１を始動させるための高圧パルスを印加する構
成のものである。降圧チョッパ回路２４の出力波形はト
ランジスタ１９のオン・オフ周期を変化させるとリップ
ル波形の周波数だけが可変可能であり、オン期間の比率
を変化させると直流成分のレベルが可変可能である。な
お、音響的共鳴効果は交流電流の場合と直流電流に交流
電流が重畳された場合を比較すると、交流電流の場合２
倍の周波数でランプ電力が変調されるのに対して、直流
電流に交流電流が重畳された場合は交流電流と同じ周波
数で電力が変調されるので本実施例におけるリップル波
形の周波数は第１の実施例の２倍にする必要がある。

【００２９】すなわち本実施例において３５Ｗメタルハ
ライドランプ１１の定格点灯時に放電アークがストレー
トになるリップル波形の周波数は約１５０ｋＨｚであ
る。よってトランジスタ１９のオン・オフ周期を３５Ｗ
メタルハライドランプ１１の定格点灯時に約１５０ｋＨ
ｚになるように設定し、ランプインピーダンスの変化に
応じて図１ａの特性になるようにトランジスタ１９のオ
ン・オフ周期を変化させる。また同時にランプ電流の実
効値がランプインピーダンスの変化に応じて図１ｂの特
性になるようにトランジスタ１９のオン期間の比率を変
化させる。

【００３０】以上のような構成により、始動手段１５か
ら発生する高圧パルスにより３５Ｗメタルハライドラン
プ１１が点灯すると、ランプインピーダンス検出回路１
６でランプインピーダンスを演算しランプインピーダン
スの変化に応じた図１ａとよび図１ｂの特性になるよう
にトランジスタ１９のオン・オフ周期とオン期間の比率
を変化させて３５Ｗメタルハライドランプ１１を点灯さ
せる。この時チョークコイル２１のインダクタンスとコ
ンデンサ２２の容量は全ての点灯期間で値が変化するこ
とはないのでランプインピーダンスが小さいほどリップ
ル波形の振幅が大きくなる。その結果、点灯初期のラン
プインピーダンスの小さい時にはリップル波形成分の変
調深度が大きくなり、ランプインピーダンスの上昇に応
じて変調深度が小さくなる。なお、３５Ｗメタルハライ
ドランプ１１の定格点灯時に放電アークがストレートに
なる変調深度を確保できるようにチョークコイル２１の
インダクタンスとコンデンサ２２の容量を所定の値に設
定する。

【００３１】以上の結果、放電アークをストレートにす
るモードを励起するリップル波形の周波数を音響的共鳴
周波数の変化と同様に点灯以降の定格点灯に達するまで
低下させ、充填物の蒸気圧の低い点灯初期にはリップル
波形の変調深度の大きいランプ電流を供給し疎密波の振
幅を増幅する構成にできる。その結果、３５Ｗメタルハ
ライドランプ１１は全ての点灯期間（点灯直後〜定格点
灯）で、ストレートの放電アークを形成し維持できるの
で第１の実施例と同様の効果を実現できる。さらに本実
施例ではランプ電流の実効値は主に４００Ｈｚの交流成
分で決定されるため、ランプ電流実効値の大きさに関係
なくチョークコイル２１とコンデンサ２２で変調深度を
自由に設定できるという利点があり、正弦波電流波形で
点灯した時に重力誘導対流によって発生する浮力に対し
て音響的共鳴の励起レベルが小さく定格点灯時ストレー
トの放電アークが形成できない放電ランプでも変調深度
を大きくして音響的共鳴の励起レベルを大きくできるの
でストレートの放電アークを形成できる。またランプ電
流の実効値を大きくしなくても変調深度だけを可変して
大きくできるので放電ランプのダメージが小さくランプ
寿命を長寿命にできる。

【００３２】なお、以上の実施例において、３５Ｗメタ
ルハライドランプ１、１１の光出力の立ち上がりを速め
るとともに光出力が定格値に達した後は、その出力をほ
ぼ一定に制御するため定格値の６〜７倍のランプ電流を
点灯直後供給しランプインピーダンスの上昇に応じて定
格ランプインピーダンスまで連続的に減少させるように
制御したが、全ての点灯期間でストレートの放電アーク
を形成するためには３倍の電流を点灯直後に供給し定格
ランプ電流まで減少させるようにすれば十分であり、連
続的に減少させる必要はなく階段状に減少させてもよい
し、所定の期間は定格値以上のランプ電流を供給するが
その後は定格ランプ電流で点灯するようにしてもよい。
全ての点灯期間ストレートの放電アークを形成できる最
低限のランプ電流を供給した場合、点灯以降の定格点灯
に達するまでの時間は約６０秒になる。以上の点から、
放電アークから発する疎密波の振幅を増幅する点灯波形
に選定する手段で定格値の３倍程度のランプ電流を供給
し、別途点灯初期の所定の期間定格値以上のランプ電流
またはランプ電力を供給し定格値まで減少させる手段を
設けて光出力の立ち上げを速める構成にしてもよい。

【００３３】また、放電アークから発する疎密波の振幅
を増幅する点灯波形に選定する手段は、音響的共鳴周波
数の周波数成分の波形から発生する疎密波の振幅を増幅
する必要があるが、光出力の立ち上げを速めるための点
灯初期の所定の期間定格値以上のランプ電流またはラン
プ電力を供給し定格値まで減少させる手段は音響的共鳴
周波数の周波数成分の波形で制御してもよいし、他の周
波数成分の波形で制御してもよい。

【００３４】また、ランプ特性検出手段はランプインピ
ーダンスを検出するのではなく他のランプ特性、例えば
ランプ電圧、光出力（光束・分光分布・照度・輝度な
ど）、発光管温度、点灯以降の経過時間などの変化を検
出しても同様の効果を実現することが可能である。

【００３５】また、放電アークからの疎密波の振幅を増
幅するためランプ電流を制御する構成にしたが、疎密波
の発生に直接関係するランプ電力を制御する構成にして
もよい。

【００３６】また、使用した３５Ｗメタルハライドラン
プの音響的共鳴周波数はランプインピーダンスの変化に
対して点灯以降の定格点灯に達するまで所定の傾斜で直
線状に低下する特性であったが、音響的共鳴周波数は少
なくとも放電空間の温度と充填物の原子量の関数である
のでランプ電流の供給量を変化させたり、充填物の種類
・組成比などを変化させると音響的共鳴周波数の変化特
性が変わることは言うまでもない。

【００３７】さらに、放電ランプは３５Ｗメタルハライ
ドランプでなくても高圧水銀ランプや高圧ナトリイムラ
ンプのような他のＨＩＤランプでもよく、放電アークか
ら疎密波が発生する放電ランプであるならば他の放電ラ
ンプでもよく、特に水銀圧力が増大し、高圧のキセノン
が存在する短アーク化した小形のメタルハライドランプ
である、０．２立方センチメートルを越えない放電空間
を画定するガラスエンベロープ内に充填物として少なく
とも３気圧以上の冷温圧力を有するキセノンガスと水銀
と０．０２ミリグラムないし０．５ミリグラムの範囲の
量のハロゲン化金属が密封され前記金属として少なくと
もナトリウムとスカンジウムを有する放電ランプに有効
である。

【００３８】また、３５Ｗメタルハライドランプは水平
点灯でも、垂直点灯でもよく、どの方向で点灯させても
放電アークが変動することなく安定な放電アークを形成
することができる。

【００３９】また、放電ランプに供給する波形は音響的
共鳴周波数の周波数成分を有する波形ならばどのような
波形でもよく、正弦波・三角波または矩形にリップル波
形を重畳した波形以外の例えば鋸波・階段波・指数関数
波や、それらの複合波でも放電アークをストレートにす
るモードを励起する音響的共鳴周波数成分を含む波形な
らば安定でストレートの放電アークを形成できる。

【００４０】また、音響的共鳴で放電アークをストレー
トにするモードを励起する周波数成分を周波数変調でき
る構成にすればランプ個々のばらつきによって音響的共
鳴周波数がばらついても、そのばらつきを吸収できる。

【００４１】また、第２の実施例の点灯回路の構成にお
いて、直流電源１３は商用の交流電源１７の出力を整流
平滑回路１８で直流に変換し整流平滑回路１８の出力を
音響的共鳴周波数の周波数成分を有するリップル波形が
重畳した直流に変換する降圧チョッパ回路２４とで構成
したが、商用の交流電源１７の出力を整流平滑回路１８
で直流に変換する部分はバッテリーなどの直流電源でも
よいし、降圧チョッパ回路２４は昇圧チョッパ回路や反
転チョッパ回路やフォワードコンバータ回路でもよく音
響的共鳴周波数の周波数成分を有するリップル波形が重
畳した直流波形が出力できる構成のものであればよい。

【００４２】また、フルブリッジインバータ回路１４は
ハーフブリッジ回路でもよく直流電源１３の出力を交流
に変換できるものであれば他の構成のものでもよいし、
またフルブリッジインバータ回路１４は、なくても放電
ランプには音響的共鳴で放電アークをストレートにする
モードを励起する周波数成分を有するリップル波形が供
給されるので放電アークは常時ストレートにできる。ま
た、フルブリッジインバータ回路１４の変換周波数は４
００Ｈｚの交流に変換する構成にしたが、４００Ｈｚ以
外でもよく重畳するリップル波形の周波数以下ならばよ
い。

【００４３】また、始動手段１５はトランスで昇圧して
高圧パルスを発生させる構成でもよいし、コンデンサと
チョークコイルとの共振作用で高電圧を発生させる構成
でもよく高電圧をランプに印加できるものであればよ
い。

【００４４】また、スイッチ素子としてトランジスタを
用いたがＦＥＴ・ＩＧＢＴまたはサイリスタなど他の素
子を用いてもよい。

【００４５】

【発明の効果】以下のように本発明は、放電ランプに放
電アークをストレートにするモードを励起する音響的共
鳴周波数成分を有し、さらに放電ランプの充填物の蒸気
圧が低い期間の放電アークから発する疎密波の振幅を増
幅する点灯波形を供給することによって、放電ランプの
全ての点灯期間（点灯直後〜定格点灯）、ストレートの
放電アークを形成し維持できる。

【００４６】そのため、放電アークに湾曲や変動が発生
する期間がなくなるので放電ランプの長寿命化を実現で
きるとともに点灯初期の発光効率も改善することができ
る。また、放電ランプを反射鏡と組み合わせて使用する
時、全ての点灯期間で反射鏡に対して理想的なストレー
トの放電アーク形状にできるので、点灯初期の集光効率
の低下や配光特性の変化がない放電ランプ点灯装置を実
現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は３５Ｗメタルハライドランプの点灯以
降の定格点灯までのランプインピーダンスの変化に対す
る音響的共鳴周波数の変化率を示す図 （ｂ）は３５Ｗメタルハライドランプの点灯以降の定格
点灯までのランプインピーダンスの変化に対するランプ
電流実効値の変化を示す図

【図２】３５Ｗメタルハライドランプのランプ電圧の変
化に対する放電空間媒質中の音速の変化率を示す図

【図３】３５Ｗメタルハライドランプを正弦波電流波形
で点灯した時の放電アーク形状の変化を測定評価した結
果を示す図

【図４】本発明の第１の実施例の放電ランプ点灯装置の
構成を示すブロック図

【図５】本発明の第２の実施例の放電ランプ点灯装置の
構成図

【図６】（ａ）は降圧チョッパ回路２４の出力波形図 （ｂ）はフルブリッジインバータ回路１４の出力波形図

【図７】従来例の放電ランプの点灯方式のランプ電流の
時間変化を示す図

【符号の説明】

１、１１ 放電ランプ ２、１２ 点灯回路 ４ ランプ特性検出手段 １６ ランプインピーダンス検出回路 １３ 直流電源 １４ フルブリッジインバータ回路 ３、１５ 始動手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 樋口 龍司 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】放電空間を画定するガラスエンベロープ内
   に充填物として少なくともハロゲン化金属または水銀が
   密封された放電ランプと、少なくとも前記放電ランプに
   供給する点灯波形を前記放電ランプの放電空間媒質中の
   音速と放電アークに交差する放電空間の長さとで決定さ
   れ放電アークをストレートにするモードを励起する音響
   的共鳴周波数の周波数成分を有する点灯波形に選定する
   手段を有する点灯回路とを備え、前記放電ランプの点灯
   以降の定格点灯に達するまでに前記音響的共鳴周波数が
   低下する期間を有することを特徴とする放電ランプ点灯
   装置。
2. 【請求項２】放電空間を画定するガラスエンベロープ内
   に充填物として少なくともハロゲン化金属または水銀が
   密封された放電ランプと、少なくとも前記放電ランプに
   供給する点灯波形を前記放電ランプの放電空間媒質中の
   音速と放電アークに交差する放電空間の長さとで決定さ
   れ放電アークをストレートにするモードを励起する音響
   的共鳴周波数の周波数成分を有する点灯波形に選定する
   手段と前記充填物の蒸気圧が低い期間に放電アークから
   発する疎密波の振幅を増幅する点灯波形に選定する手段
   を有する点灯回路とを備えた放電ランプ点灯装置。
3. 【請求項３】放電アークから発する疎密波の振幅を増幅
   する点灯波形に選定する手段が、放電ランプに供給する
   音響的共鳴周波数の周波数成分の電流または電力の振幅
   を増幅することを特徴とする請求項２記載の放電ランプ
   点灯装置。
4. 【請求項４】放電ランプの点灯以降の定格点灯に達する
   までに音響的共鳴周波数が低下する期間を有することを
   特徴とする請求項２または３記載の放電ランプ点灯装
   置。
5. 【請求項５】放電ランプの点灯以降の定格点灯に達する
   までの時間が、６０秒を上限とすることを特徴とする請
   求項１または４記載の放電ランプ点灯装置。
6. 【請求項６】点灯回路が、放電ランプの点灯以降の前記
   放電ランプを暖める点灯初期の所定の期間定格値以上の
   ランプ電流またはランプ電力を供給し定格値まで減少さ
   せる手段を備え、前記放電ランプの光出力の立ち上がり
   を速める請求項１〜５のいずれかに記載の放電ランプ点
   灯装置。
7. 【請求項７】音響的共鳴周波数の周波数成分を有する点
   灯波形に選定する手段と、放電アークから発する疎密波
   の振幅を増幅する点灯波形に選定する手段と、点灯初期
   の所定の期間定格値以上のランプ電流またはランプ電力
   を供給し定格値まで減少させる手段の中の少なくとも１
   つの手段を放電ランプのランプ特性の変化に応じて変化
   させるため、点灯回路が前記ランプ特性を検出するラン
   プ特性検出手段を備えた請求項１〜６のいずれかに記載
   の放電ランプ点灯装置。
8. 【請求項８】ランプ特性検出手段が、ランプ電圧または
   ランプインピーダンスまたは光出力または発光管温度ま
   たは点灯以降の経過時間を検出することを特徴とする請
   求項７記載の放電ランプ点灯装置。
9. 【請求項９】点灯回路が、少なくとも放電アークをスト
   レートにするモードを励起する音響的共鳴周波数の周波
   数成分を有するリップル波形が重畳された直流を出力す
   る直流電源を備え、前記リップル波形を有する点灯波形
   が放電ランプに供給されることを特徴とする請求項１〜
   ８のいずれかに記載の放電ランプ点灯装置。
10. 【請求項１０】直流電源の出力を交流に変換するインバ
    ータ回路を備えた請求項９記載の放電ランプ点灯装置。
11. 【請求項１１】直流電源が、オン・オフ動作する少なく
    とも１つ以上のスイッチ素子を有し、前記スイッチ素子
    のオン・オフ周期を変化させ放電ランプに供給するリッ
    プル波形の周波数を可変し、前記スイッチ素子のオン期
    間の比率を変化させ前記放電ランプに供給する電流また
    は電力を可変することを特徴とする請求項９または１０
    記載の放電ランプ点灯装置。
12. 【請求項１２】０．２立方センチメートルを越えない放
    電空間を画定するガラスエンベロープ内に充填物として
    少なくとも３気圧以上の冷温圧力を有するキセノンガス
    と水銀と０．０２ミリグラムないし０．５ミリグラムの
    範囲の量のハロゲン化金属が密封され前記金属として少
    なくともナトリウムとスカンジウムを有する放電ランプ
    と、前記放電ランプに点灯波形を供給して点灯する点灯
    回路を備え、前記点灯波形を前記放電ランプの放電アー
    クをストレートにするモードを励起する音響的共鳴周波
    数が点灯以降の定格点灯に達するまでの期間に５％ない
    し１５％低下する特性に応じて変化させ、前記充填物の
    蒸気圧が低い前記期間の少なくとも一部で放電アークか
    ら発する疎密波の振幅を増幅するため前記放電ランプに
    供給する前記音響的共鳴周波数の周波数成分の振幅を少
    なくとも定格点灯時の３倍以上にすることを特徴とする
    放電ランプ点灯装置。