KR100583485B1 - 고압 방전 램프 점등 장치 및 자동차용 헤드라이트 장치 - Google Patents

고압 방전 램프 점등 장치 및 자동차용 헤드라이트 장치 Download PDF

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하리슨 도시바 라이팅 가부시키가이샤
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Abstract

고압 방전 램프 점등 장치는 점등 회로 OC와 제어 수단 CC를 구비하고 있다. 점등 회로 OC는, 희가스 및 금속 할로겐화물을 포함하고 수은을 본질적으로 포함하지 않는 고압 방전 램프 HPL을 활성화할 수 있다. 제어 수단 CC는, 고압 방전 램프 HPL을 점등 회로 OC에 의해 점등시켜, 정격 램프 전력의 2배보다 큰 램프 전력을 공급하고, 적어도 고압 방전 램프 HPL에 봉입된 금속 할로겐화물이 급격히 증발할 때에, 점등 회로 OC를 제어하여, 광 출력이 안정시의 그것에 비하여 현저하게 크지 않고, 또한, 급격히 증대하지 않을 정도로 램프 전력을 줄이고, 그 후 정격 램프 전력으로 안정되도록 램프 전력을 순차적으로 감쇠시킨다.

Description

고압 방전 램프 점등 장치 및 자동차용 헤드라이트 장치{HIGH PRESSURE DISCHARGE LAMP STARTER DEVICE AND AN AUTOMOTIVE HEADLIGHT DEVICE}
본 발명은 수은을 본질적으로 포함하지 않는 고압 방전 램프를 점등하는 고압 방전 램프 점등 장치 및 이것을 이용한 자동차용 헤드라이트 장치에 관한 것이다.
일본 특허 공개 평성 제11-238488호(종래기술 1)에는, 필요로 하는 발광 금속의 할로겐화물인 제 1 할로겐화물, 제 1 할로겐화물의 금속에 비하여 가시 영역으로 발광하기 어려운 금속의 할로겐화물인 제 2 할로겐화물 및 희가스를 포함하는 방전 매체를 봉입하고, 수은이 본질적으로 봉입되어 있지 않은 메탈할라이드 방전 램프가 기재되어 있다. 이 고압 방전 램프는, 종래의 메탈할라이드 방전 램프와 같이 환경 부하가 큰 수은을 본질적으로 이용하지 않음에도 불구하고, 램프 전압을 높게 하여 필요로 하는 램프 전력을 투입할 수 있기 때문에, 매우 우수한 것이다. 또, 일본 특허 공개 평성 제11-86795호 공보에도 종래기술 1과 거의 동일한 기술이 개시되어 있다.
또한, 2000년 12월 4일에 발표된 조명학회·제 15 회 광원물성 응용 연구회 자료(사단법인 조명학회 발행)의 제 69∼73 페이지(종래기술 2)에는, NaI-ScI3계 금속 할로겐화물에 InI를 첨가한 무(無)수은의 자동차용 메탈할라이드 램프가 개시되어 있다.
한편, 자동차용 헤드라이트에 이용되는 메탈할라이드 램프 등의 고압 방전 램프와 같이, 단시간에 소정값 이상의 광량이 필요로 되는 경우에, 저온 상태에서의 시동시에 정격 램프 전력보다 큰 램프 전력을 투입함으로써, 광량 상승 시간을 단축하는 기술이 알려져 있다. 전형적으로는, 35W의 정격 램프 전력에 대하여 70W 정도의 램프 전력을 시동 초기에 투입하고, 시간 경과에 따라 또는 램프 전압의 상승에 따라 램프 전력을 감쇠시켜, 최종적으로 정격 램프 전력으로 이행한다. 이 경우, 종래의 수은을 포함하는 고압 방전 램프(이하, 편의상 「수은 포함 램프」라고 함)에서는, 최초에 비점이 낮은 수은이 증발하여 발광하고, 관내 온도가 상승함에 따라 발광 금속의 할로겐화물이 증발하여 초기의 발광에 기여하게 된다. 이 때문에, 시동 당초에 수은 발광으로 얻어지는 광량이 소정값 이상이면, 비교적 긴 시간을 들여 초기의 발광 금속의 발광에 기여할 수 있게 된다. 즉, 시동 직후는 70W 정도의 큰 전력으로 점등하더라도, 수은의 증기압이 2초 정도에서 포화 상태로 된다. 그리고, 그 후는 70W보다도 적은 램프 전력으로 점등하더라도 안정시와 동등한 광량을 기대할 수 있다. 따라서, 발광 금속의 할로겐화물이 증발을 개시하고 나서, 당해 발광 금속에 의한 발광이 지배적으로 될 때까지 수 십초가 걸릴 수 있다. 이 때문에, 고압 방전 램프의 형상, 발광 금속의 할로겐화물의 봉입량, 관내에 부착되어 있는 할로겐화물의 분포 상태 등의 편차가 있더라도, 비교적 안정한 광량의 상승 특성을 얻을 수 있다.
이에 반하여, 수은을 포함하지 않는 고압 방전 램프(이하, 편의상 「수은 프리 램프」라고 함)의 경우, 시동 초기에 수은의 발광을 기대할 수가 없기 때문에, 우선 처음에 크세논 등 희가스가 발광하고, 연속해서 할로겐화물로서 봉입하고 있는 발광 금속의 발광이 시작된다.
그런데, 수은 프리 램프에서는, 발광 금속의 할로겐화물이 증발하기 위해서는 수은에 비하여 매우 높은 온도가 요구된다. 그 때문에, 수은 포함 램프와 동등한 광량을 동등한 시간에 얻고자 하는 경우, 정격 램프 전력의 2.5배 이상의 고램프 전력을 수은 포함 램프보다 더 장시간 투입해야 한다. 이러한 고램프 전력을 투입하고 있으면, 봉입되어 있는 금속 할로겐화물이 급격히 증발하여, 발광량이 정격 램프 전력 하에서 안정화되어 있을 때의 2∼3배로 되는 현상이 발생한다.
도 1은 수은 프리 램프에 정격 램프 전력의 2.5배의 전력을 투입했을 때의, 시동시의 램프 전압(V1), 램프 전류(I1) 및 광 출력(L)의 변화를 나타내는 그래프이다. 도면에서, 가로축은 시간을, 세로축은 V1, I1 및 L의 크기를 각각 나타내고 있다. 광 출력 L이 급격히 증대하고 있는 영역은 금속 할로겐화물이 급격히 증발한 것을 나타내고 있다.
수은 프리 램프에 있어서는, 상기한 바와 같이, 금속 할로겐화물의 급격한 증발이 이와 같이 무(無)제어적으로 발생하면, 정격 광량을 훨씬 상회하는 큰 광량의 발광이 발생한다. 그 결과, 자동차용 헤드라이트 장치의 경우, 대향차의 운전자에게 심한 환혹(幻惑)을 부여하여 매우 위험하다.
또한, 수은 프리 램프에 있어서는, 수은에 의한 발광이 없기 때문에, 가령 투입하는 램프 전력이 일정하였다고 하여도, 고압 방전 램프의 광량 상승 특성의 편차가 현저하게 나타난다. 또, 광량 상승 특성의 편차는, 상술한 바와 같이 고압 방전 램프의 형상, 발광 금속의 할로겐화물의 봉입량 또는 관내에 부착되어 있는 할로겐화물의 분포 상태 등의 편차에 기인하고, 그 때문에 시동 후 금속 할로겐화물이 급격히 증발할 때까지의 시간에 편차가 발생한다.
이상 설명한 문제에 대처하기 위해서, 금속 할로겐화물의 급격한 증발이 발생하는 시간을 예정하여 투입 램프 전력을 저감시키는 것을 생각할 수 있다. 그런데, 고압 방전 램프의 광량 상승 특성의 편차에 영향을 미쳐, 금속 할로겐화물의 급격한 증발이 발생하기 전에 투입 램프 전력이 저감되면, 상기와 반대로 발생 광량이 안정화시의 그것을 훨씬 하회하게 된다. 그리고, 노면(路面) 조도가 대폭 부족하기 때문에, 이것 또한 매우 위험하다.
본 발명은, 수은 프리 램프를 점등함에 있어서, 금속 할로겐화물의 급격한 증발에 대하여 적절한 제어를 행하고, 광량이 허용 범위 내의 변화로 수렴되도록 한 고압 방전 램프 점등 장치 및 이것을 이용한 자동차용 헤드라이트 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 수은 프리 램프의 광량 상승 특성의 편차에 영향을 주기 어렵게 한 고압 방전 램프 점등 장치 및 이것을 이용한 자동차용 헤드라이트 장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
본 발명의 실시예 1의 고압 방전 램프 점등 장치는, 희가스 및 금속 할로겐화물을 포함하고 수은을 본질적으로 포함하지 않는 고압 방전 램프를 활성화(energize)할 수 있는 점등 회로와, 고압 방전 램프를 점등 회로에 의해 점등시켜, 정격 램프 전력의 2배보다 큰 램프 전력을 공급하고, 적어도 고압 방전 램프에 봉입된 금속 할로겐화물이 증발할 때에, 점등 회로를 제어하여, 광 출력이 안정화시의 그것에 비하여 어느 정도 크고, 또한, 필요 이상으로 증대하지 않도록 램프 전력을 줄이고, 그 후 정격 램프 전력으로 귀결되도록 램프 전력을 순차적으로 감쇠시켜 나가는 제어 수단을 구비하고 있다.
본 발명의 실시예 1 및 이하의 각 실시예에서, 특별히 지정하지 않는 한 용어의 정의 및 기술적 의미는 다음에 의거한다. 실시예 1은, 고압 방전 램프를 필수구성 요건으로 하는 것이 아니지만, 수은을 본질적으로 포함하지 않는 고압 방전 램프를 안정하게 점등하는 것을 전제로 한다. 따라서, 고압 방전 램프의 내용에 대하여 요점을 설명하고, 다음에 실시예 1의 구성 요건에 대하여 설명한다.
<고압 방전 램프에 대하여>
(방전 매체에 대하여)
실시예 1에서 점등되는 고압 방전 램프는 특정 방전 매체를 구비하고 있다. 즉, 우선 본질적으로 수은이 봉입되어 있지 않다. 실시예 1에서, 「본질적으로 수은이 봉입되어 있지 않다.」란, 수은을 전혀 봉입하고 있지 않을 뿐만 아니라, 기밀 용기의 내용 체적 1㏄당 2㎎ 미만, 바람직하게는 1㎎ 이하의 수은이 존재하고 있는 것을 허용한다고 하는 의미이다. 그러나, 수은을 전혀 봉입하지 않는 것은 환경적으로 바람직한 것이다. 종래와 같이 수은 증기에 의해서 방전 램프의 전기 특성을 유지하는 경우에는, 단(短) 아크형에 있어서는 기밀 용기의 내용적 1㏄당 20∼40㎎, 또한 경우에 따라서는 50㎎ 이상 봉입하고 있었던 것으로 하면, 수은량이 실질적으로 적다고 할 수 있다.
다음에, 희가스가 봉입되어 있다. 희가스는, 적합하게는 크세논이다. 희가스를 봉입하고 있는 이유는, 시동 가스로서 작용하고, 또한, 점등 직후의 광량 상승을 빠르게 하고, 안정 점등 중인 버퍼 가스로서 더욱 작용시키기 때문이다. 따라서, 희가스는 높은 압력, 예컨대, 5∼15기압으로 봉입되어 있는 것이 바람직하다. 이 범위이면, 점등 직후 4초까지 광속 상승을 빠르게 할 수 있어, 자동차용 헤드라이트 전면의 대표점에서 광도 8000㏅를 용이하게 얻을 수 있다.
또한, 금속 할로겐화물이 봉입되어 있다. 금속 할로겐화물은 적어도 발광 금속의 할로겐화물을 포함하는 것으로 한다. 발광 금속의 할로겐화물로서는, 예컨대, 나트륨 Na, 스칸듐 Sc 및 희토류 금속, 예를 들면 디스프로슘 Dy 등을 포함하는 복수종의 발광 금속의 할로겐화물을 이용할 수 있다. 또한, 나트륨 Na, 스칸듐 Sc 및 인듐 In의 할로겐화물을 발광 금속의 할로겐화물로서 봉입할 수도 있다.
또한, 증기압이 상대적으로 높고, 또한, 가시 영역에서의 발광이 상대적으로 적은 금속의 할로겐화물을 제 2 금속 할로겐화물로서 발광 금속의 할로겐화물의 외에 포함하고 있다. 제 2 금속 할로겐화물로서는, 예컨대, 마그네슘 Mg, 철 Fe, 코발트 Co, 크롬 Cr, 아연 Zn, 니켈 Ni, 망간 Mn, 알루미늄 Al, 안티몬 Sb, 베릴륨 Be, 레늄 Re, 갈륨 Ga, 티탄 Ti, 지르코늄 Zr 및 하프늄 Hf로 이루어지는 그룹 중에서 선택된 1종 또는 복수종의 금속의 할로겐화물을 이용할 수 있다.
그렇게 하여, 실시예 1에서 이용하는 고압 방전 램프는, 이상 설명한 바와 같이, 종래의 수은 대신에 제 2 금속 할로겐화물을 봉입하고 있기 때문에, 정격 램프 전압의 2배보다 큰 램프 전력으로 점등을 개시하면, 잠시 후 제 2 금속 할로겐화물이 급격히 증발한다. 그리고, 그 때에 각별한 제어를 실행하지 않는 경우, 광 출력이 현저하게 커지고, 또한 급격히 증대한다고 하는 특성을 갖고 있다.
(고압 방전 램프의 그 밖의 구성에 대하여)
실시예 1에서 점등하는 고압 방전 램프에서 필수 요건은 아니지만, 필요에 따라 이하의 구성을 가미하면, 특히 자동차용 헤드라이트 장치에 효과적이다.
1. 기밀 용기에 대하여
기밀 용기는 그 내부에 방전 공간이 형성된다. 기밀 용기는 방전 공간을 포위하는 부분의 두께가 비교적 크고, 내화성이면서, 또한, 투광성의 재료, 예컨대, 석영 유리, 투광성 세라믹 등으로 이루어진다. 방전 공간은, 바람직하게는 거의 원주 형상을 이루고, 축 방향의 중앙부의 두께가 그 양측의 두께보다 크다.
2. 전극에 대하여
한 쌍의 전극은 기밀 용기의 양단에 대향하여 배치되고, 바람직하게는 전극간 거리가 6㎜ 이하로 되도록 설정된다. 또한, 시동시에 직류 점등을 실행하는 것이 허용된다. 한 쌍의 전극이 애노드로서 작용할 때에, 정격 램프 전력의 대략 2배 이상의 램프 전력이 공급되었을 경우라도, 예컨대, 전극의 선단에 축부보다 직경이 큰 구상(球狀) 부분을 형성함으로써, 정격 램프 전력의 대략 2배 이상의 램프 전력에 견디도록 할 수 있다.
3. 정격 램프 전력에 대하여
정격 램프 전력은, 일반적으로는 250W 이하, 바람직하게는 100W 이하, 최적으로는 60W 이하이다. 또한, 자동차용 헤드라이트 장치에 이용하는 고압 방전 램프의 경우에는, 일반적으로는 80W 이하, 바람직하게는 60W 이하, 최적으로는 35W 정도이다.
<점등 회로에 대하여>
점등 회로는 점등 상태를 유지하는 데 필요한 전기 에너지를 고압 방전 램프에 대하여 소요에 따라 제어하면서 공급하는 수단이다. 그 때문에, 점등 회로는, 제어 수단에 의한 제어에 따라 고압 방전 램프에 공급하는 램프 전력을 변화시킬 수 있고, 또한, 램프 전류를 전류 제한하여 고압 방전 램프를 안정하게 점등하도록 구성되어 있다. 또, 고압 방전 램프의 점등은 직류 및 교류 중 어느 것에 따른 활성화이어도 무방하다. 예컨대, 시동시로부터 소요 시간 동안은 직류 점등에서, 그 후 교류 점등으로 전환할 수도 있다. 어떻든 간에, 점등 회로는 그 제어의 용이성, 정확성 및 응답성으로 인해 전자식으로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 교류 전압은 그 파형을 구형파로 할 수 있다. 또한, 고압 방전 램프의 안정 점등 중에는, 정전력 제어를 할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.
다음에, 고압 방전 램프의 전류 제한 수단은 각각 고압 방전 램프에 인가되는 전압의 형태에 따라 적절한 임피던스를 갖고 있어야 한다. 그러나, 직류 전원 전압값을 필요에 따라 제어하기 위해서, 스위칭 레귤레이터를 이용하는 경우, 구성 요소의 일부인 인덕터가 스위칭에 의해 전류 제한 작용도 담당하기 때문에, 외견상의 전류 제한 소자를 생략할 수 있다.
또한, 교류 점등시의 주파수는 고압 방전 램프가 음향적 공명 현상을 발생시키지 않도록 배려해야 한다. 고압 방전 램프가 자동차용 헤드라이트 장치에 이용하는 것과 같은 비교적 작은 사이즈의 방전 용기를 구비하는 경우에는, 대략 2㎑ 이하의 주파수이면, 실제로 문제를 발생시키는 경우는 없다.
또한, 점등 회로는 그 무부하 출력 전압을 200∼600V 정도로 설정할 수 있다.
<제어 수단에 대하여>
제어 수단은 점등 회로에 대하여 이하의 램프 전력 제어를 한다. 즉, (1) 시동시의 제어, (2) 금속 할로겐화물이 급격히 증발할 때의 제어, (3) 정격 램프 전력으로 귀결되어 안정 점등을 실행하기 위한 제어를 각각 실행한다. 이하, 각 제어에 대하여 설명한다. 또한, (4) 램프 전력을 제어하는 방법 및 (5) 고온 시동에 대해서도 설명한다.
(1) 시동시의 제어에 대하여
시동시의 제어는, 문자 그대로 고압 방전 램프의 시동시, 즉 점등 개시 시에 실행하는 제어로서, 광속 상승을 신속하게 하는 기능을 갖는다. 이 때문에, 정격 램프 전력의 2배보다 크고 3배 미만의 범위에서 적당한 값의 램프 전력을 고압 방전 램프에 투입하는 것이 바람직하다. 즉, 정격 램프 전력이 35W인 경우, 76∼110W 정도의 범위에서 고압 방전 램프를 점등시키는 것이 좋다. 시동시에는, 주로 희가스에 따른 방전이 일어나고 있고, 그 가스압이 거의 일정하게 또는 서서히 상승한다. 따라서, 정전류 점등의 경우, 투입되는 램프 전력은 거의 일정하게 된다. 또한, 시동시의 제어에 의해 고압 방전 램프는 희가스의 방전에 의해서 정격 점등시의 광 출력의 대략 50% 정도의 광 출력을 발생한다. 또, 시동시의 제어가 행해지는 시간은, 일반적으로는 1∼5초 정도, 적합하게는 2∼4초 정도이다.
(2) 금속 할로겐화물이 급격히 증발할 때의 제어에 대하여
금속 할로겐화물이 급격히 증발할 때의 제어는, 금속 할로겐화물이 급격히 증발했을 때에 광 출력이 안정시의 그것에 비하여 현저하게 크지 않고, 또한, 급격히 증대되는 경우가 없도록, 램프 전력을 감소시키는 기능을 갖는다. 그러나, 램프 전력의 감소 타이밍이 지나치게 빨라서, 금속 할로겐화물이 급격히 증발하기 전에 크게 줄이면, 광 출력이 안정시의 그것보다 대폭 저하해 버리기 때문에, 감소 타이밍 또는 감소 정도를 적절히 해야 한다. 또, 금속 할로겐화물이 급격히 증발했을 때에 「광 출력이 안정시의 그것에 비하여 현저하게 크지 않다.」란, 안정시의 광 출력의 2배를 초과하지 않는 범위를 말한다.
즉, 감소 타이밍을 적절히 실행하는 것에 의해 양호한 제어를 실행하고자 하는 경우에는, 금속 할로겐화물이 급격히 증발했을 때를 검출하고, 그 검출시에 조속히 투입 램프 전력을 줄이도록 하면 된다. 그렇게 하면, 고압 방전 램프 각각에서 특성에 편차가 있었다고 해도, 그 영향이 반영되는 일 없이, 필요로 하는 광 출력으로 되도록 제어할 수 있다. 또한, 이 제어의 경우에는, 램프 전력을 필요로 하는 정도까지 충분히 줄일 수 있게 된다.
한편, 감소 정도를 적절히 실행하는 것에 의해 양호한 제어를 실행하는 다른 방법에서는, 고압 방전 램프 각각의 특성의 편차를 고려하여, 금속 할로겐화물이 급격히 증발하는 타이밍을 포함하도록 미리 적당한, 가능한 한 좁은 범위의 시간폭을 설정하고, 또한, 그 시간폭 중에 있어서, 신중히 고려된 적당한 값의 감쇠율을 갖고 시동시에 투입된 램프 전력을 감쇠시킨다. 이 기간 동안에 적용되는 램프 전력의 감쇠율로서는, 후술하는 (3)에서의 감쇠율보다 작은 중간적인 값이 적용된다. 또, 상기 시간폭은, 일반적으로 0.4∼4초 정도(시동 후 1.4∼10초 정도), 적합하게는 1∼2초 정도(시동 후 3∼6초 정도)이다. 그러면, 금속 할로겐화물이 급격히 증발하는 타이밍의 조금 전에 램프 전력이 줄어도, 소요의 범위를 넘어 극단적으로 광 출력이 증감하는 경우가 없고, 즉 허용 범위 내로 수렴할 수 있다.
또한, 광 출력의 「허용 범위」란, 안정시의 그것의 50∼200%의 범위를 말한다.
(3) 정격 램프 전력으로 귀결시키기 위한 제어에 대하여
정격 램프 전력으로 귀결시키기 위한 제어는, 시동 후 1분간 정도의 시간 동안에 안정 점등, 환언하면 안정 광 출력 상태로 이행시키기 위한 제어이다. 이 기간의 제어는 (2)의 금속 할로겐화물이 급격히 증발할 때의 제어의 형태에 따라 변경할 수 있다.
즉, 금속 할로겐화물이 급격히 증발했을 때를 검출하고, 그 검출시에 조속히 투입된 램프 전력을 줄인다. 그 감소시, 연속적인 감쇠율에 의해서 정격 램프 전력까지 감쇠시켜 갈 수 있다.
이에 반하여, 감쇠 타이밍을 적절히 실행하는 것에 의해, 금속 할로겐화물이 급격히 증발할 때의 제어를 실행하기 위해서는, (2)에서의 감쇠율보다 큰 감쇠율에서 출발하여 순차적으로 감쇠율을 작게 해 가는 것이 좋다.
또, 「시동 후 1분간 정도의 시간 동안」이란, 시동 후 40∼70초의 사이를 말하는 것으로 한다. 또한, 상기 (2) 및 (3)의 제어에 있어서, 투입하는 램프 전력의 감쇠는 연속적 및 단계적 중 어느 것이어도 무방하다.
(4) 램프 전력을 제어하는 방법에 대하여
램프 전력은 귀환형 정전력 제어 방식을 이용하여, 기준 전력을 변경함으로써 제어할 수 있다. 또, 실시예 1의 고압 방전 램프의 경우, 금속 할로겐화물의 증기압에 의해 램프 전압이 결정되기 때문에, 정램프 전류 제어를 실행하는 것에 의해 정램프 전력 제어를 실행할 수 있다.
(5) 고온 시동에 대하여
실시예 1은, 상술한 바와 같이 저온 시동시의 램프 전력 제어에서의 과제를 해결하는 수단을 제공하는 것이므로, 고압 방전 램프의 고온 시동시는, 어떠한 구성으로 해도 무방하지만, 바람직하게는 이하의 구성을 채용하는 것이 좋다.
또, 「고온 시동」이란, 실온 정도보다 높은 온도, 예컨대, 고압 방전 램프의 안정시의 온도에 가까운 온도 하에서의 시동을 의미하고, 따라서 이른바 핫 리스타트(hot restart)가 이것에 해당한다.
즉, 고온 시동시에는 정격 램프 전력에 가까운 램프 전력을 공급한다. 또, 「정격 램프 전력에 가까움」이란, 정격 램프 전력에 대하여 105∼150%의 범위로 한다. 또, 바람직하게는 120∼140%의 범위이다.
또한, 저온 시동시 및 고온 시동시의 판별은 고압 방전 램프의 온도, 소등하고 나서부터의 경과 시간 즈음인 소등 시간 또는 점등시에 흐르는 램프 전류의 크기 등에 따라 실행할 수 있다.
또한, 고압 방전 램프에 공급하는 램프 전력의 제어는, 예컨대, 고압 방전 램프에 인가하는 전압을 변화시킴으로써, 용이하게 이것을 실행할 수 있다. 또한, 필요하면, 고압 방전 램프의 소등 시간에 따라 연속적으로 공급 램프 전력을 제어하도록 구성할 수 있다.
또한, 고온 시동시에 고압 방전 램프에 대하여 어느 정도의 램프 전력을 공급할지는 미리 실험 또는 시뮬레이션 등에 의해 결정할 수 있다. 그리고, 저온 및 고온의 정도와 램프 전력 시간의 관계를 미리 테이블 데이터로서 메모리에 기억해 두고, 연산에 근거하여 필요한 데이터를 메모리로부터 판독하여, 점등 회로를 자동적으로 제어하도록 구성할 수 있다.
<그 밖의 구성에 대하여>
필요에 따라 점화기를 부가할 수 있다. 본 발명의 경우, 점화기의 펄스 출력 전압을 수은을 봉입한 고압 방전 램프에서보다 다소 높게 해야 한다고 해도, 비용, 크기 및 중량 등에서 실현을 곤란하게 할 정도의 경우는 없다.
<실시예 1의 작용에 대하여>
실시예 1에서는, 실온 정도 이하의 저온 시동에 있어서, 희가스 및 금속 할로겐화물을 포함하고, 본질적으로 수은을 포함하지 않는 고압 방전 램프를, 시동 직후, 정격 램프 전력의 2배보다 큰 램프 전력을 공급하여, 금속 할로겐화물이 급격히 증발할 때에, 광 출력이 안정시의 그것에 비하여 현저하게 크지 않고, 또한, 급격히 증대하지 않도록 램프 전력을 줄이고 있다. 따라서, 금속 할로겐화물이 급격히 증발했을 때에 정격 광량을 훨씬 상회하는 광량이 발생하거나, 반대로 광량이 정격 광량을 훨씬 하회하거나 하는 일이 없다. 이 때문에, 대향차의 운전자에게 심한 환혹을 부여하거나, 노면 조도가 대폭 부족하거나 하는 위험이 없다.
또한, 금속 할로겐화물이 급격히 증발한 후, 정격 램프 전력으로 귀결되도록 램프 전력을 순차적으로 감쇠시켜 가기 때문에, 위화감 없이 안정 상태로 이행한다. 그 때문에, 시동시로부터 안정 점등까지 안전한 노면 조명을 실행할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 실시예 1에서는, 수은을 본질적으로 포함하지 않는 고압 방전 램프를 이용하고 있기 때문에, 환경 부하의 문제가 없고, 또한, 광속 상승이 신속하기 때문에, 자동차용 헤드라이트 장치에 적용하여 그 규격을 충분히 만족할 수 있다.
그러나, 실시예 1은 그 용도가 자동차용 헤드라이트 장치에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지의 용도에 적응된다.
본 발명의 실시예 2의 고압 방전 램프 점등 장치는, 희가스 및 금속 할로겐화물을 포함하고 수은을 본질적으로 포함하지 않는 고압 방전 램프를 활성화할 수 있는 점등 회로와, 고압 방전 램프의 시동 직후 1∼20초의 범위 내로 설정된 시간을 제 1 시간대로 하고, 제 1 시간대에 연속하는 0.4∼9초 사이의 범위 내로 설정된 시간을 제 2 시간대로 하며, 또한, 제 2 시간대에 연속하면서 시동 직후로부터 40∼70초의 범위 내로 설정된 시간을 제 3 시간대로 하며, 고압 방전 램프에 대하여 공급하는 램프 전력을, 제 1 시간대에 대해서는 정격 램프 전력의 2배보다 큰 제 1 램프 전력으로 하고, 제 2 시간대에 대해서는 제 1 램프 전력이 1∼8W/초의 감쇠율로 감쇠하는 제 2 램프 전력으로 하고, 제 3 시간대에 대해서는 제 2 램프 전력이 정격 램프 전력까지 순차적으로 더 감쇠하는 제 3 램프 전력이 되도록 점등 회로를 제어하는 제어 수단을 구비하고 있다.
실시예 2는, 수은을 본질적으로 포함하지 않는 고압 방전 램프에 포함되는 금속 할로겐화물의 증발 특성에 편차가 있었다고 해도, 그것들을 미리 예상하고 나서, 일률적으로 제어 가능한 고압 방전 램프 점등 장치를 제공한다. 또한, 정격 광량을 향해서 광속이 원활하게 상승하는 것이 가능한 고압 방전 램프 점등 장치를 제공하기 때문에, 안전한 노면 조명을 실행할 수 있다. 즉, 고압 방전 램프의 시동 직후로부터 40∼70초의 범위 내로 설정된 시간 내에서 금속 할로겐화물의 급격한 증발의 영향에 대한 보호와 안정 점등으로의 이행을 실행하기 위해서, 제어의 패턴을 이하의 3개로 나누고 있다.
제 1 패턴은 제 1 시간대에서의 제 1 램프 전력의 투입이다. 제 1 시간대는 시동 직후의 1∼20초의 범위 내에서 설정된다. 또, 적합하게는 2∼4초의 범위이다. 제 1 램프 전력은 정격 램프 전력의 2배보다 크고, 적합하게는 3배보다 작은 램프 전력이 점등 회로로부터 고압 방전 램프에 공급된다. 그 결과, 제 1 시간대에서는, 주로 희가스 방전이 행해지고, 안정시의 광량의 대략 50% 정도의 거의 일정한 광량의 발광을 얻을 수 있다.
제 2 패턴은 제 1 시간대에 연속하고 있으며, 제 2 시간대에서의 제 2 램프 전력의 투입이다. 또, 적합하게는 1∼2초의 범위이다. 제 2 시간대는 0.4∼9초의 범위 내에서 설정된다. 이 시간대에는 금속 할로겐화물의 급격한 증발이 행해지는 시간이 포함되어 있다. 그리고, 고압 방전 램프 각각의 편차를 고려하여 시간폭이 설정된다. 제 2 램프 전력은 제 1 램프 전력으로부터 1∼8W/초의 감쇠율로 공급되는 램프 전력이 감쇠된다. 그 결과, 제 2 시간대에서는, 금속 할로겐화물의 급격한 증발이 발생하더라도 광 출력은 완만하게 정격 광량을 향해서 증가하지만, 다소의 오버슈트를 경유하여 정격 광량을 향해서 변화하여 간다.
제 3 패턴은 제 2 시간대에 연속하고 있으며, 제 3 시간대에서의 제 3 램프 전력의 투입이다. 제 3 시간대는 시동 직후로부터 40∼70초의 범위 내로 설정된다. 이 시간대는 금속 할로겐화물의 급격한 증발이 광 출력에서 억제되면서 실행된 후에, 투입 램프 전력이 정격 램프 전력을 향해서 안정해 가기 위한 이행의 시간대이다. 그리고, 투입하는 램프 전력을 정격 램프 전력에 순차적으로 가까이 하기 위해서, 소요에 따라 제 2 램프 전력의 감쇠율의 상한보다 큰 8W/초를 초과하는 감쇠율로 투입 램프 전력을 감쇠시킬 수 있다. 그 결과, 제 3 패턴에 의해, 시동 직후로부터 제 3 시간대의 말미에는, 정격 램프 전력으로 이행하여 정격 광량이 발생한다.
그렇게 하여, 실시예 2에서는, 고압 방전 램프에 고려된 범위 내의 금속 할로겐화물이 급격히 증발하는 특성에 편차가 있어도, 일률적인 회로 동작에 의해서, 시동시로부터 정격 광량을 향해서, 광속이 안정하게 상승해 가는 고압 방전 램프 점등 장치를 얻을 수 있다.
본 발명의 실시예 3의 고압 방전 램프 점등 장치는, 상기 실시예 2의 고압 방전 램프 점등 장치에 있어서, 제어 수단은, 제 1 시간대에 대해서는 고압 방전 램프의 정격 램프의 전력의 2배보다 큰 제 1 목표 램프 전력을, 제 2 시간대에 대해서는 제 1 램프 전력으로부터 시간의 경과에 따라 1∼8W/초의 감쇠율로 감쇠하는 제 2 목표 램프 전력을, 제 3 시간대에 대해서는 제 2 목표 램프 전력으로부터 정격 램프 전력까지 순차적으로 감쇠하는 제 3 목표 램프 전력을, 각각 점등 시간에 대하여 미리 기억시킨 목표 램프 전력 설정 회로와, 고압 방전 램프의 점등 시간을 계시하고, 또한 점등 시간에 따른 목표 램프 전력을 목표 램프 전력 설정 회로로부터 출력시키는 점등 시간 타이머와, 고압 방전 램프에 공급되고 있는 실제 램프 전력을 검출하는 실제 램프 전력 검출 수단과, 목표 램프 전력과 실제 램프 전력을 비교하여 그 차에 따라 실제 램프 전력을 조정하는 램프 전력 조정 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
실시예 3은 실시예 2의 발명을 실시하는 데 적합한 회로 구성을 규정하고 있다. 즉, 제 1 내지 제 3 각 시간대와, 그 각 시간대에서의 투입 램프 전력과의 관계를 미리 목표 램프 전력 설정 회로에 예컨대, 테이블 데이터로서 기억시켜 놓는다. 또한, 시동 직후부터의 시간 경과를 점등 시간 타이머에 의해서 계시한다. 그렇게 하면, 점등 시간 타이머의 출력을 목표 램프 전력 설정 회로로 출력함으로써, 시동 직후부터의 경과 시간에 따른 목표 램프 전력을 목표 램프 전력 설정 회로로부터 출력시킬 수 있다.
한편, 고압 방전 램프에 실제로 투입되고 있는 램프 전력을 실제 램프 전력 검출 수단에 의해 검출할 수 있다. 실제 램프 전력 검출 수단은, 예컨대, 램프 전압을 램프 전압 검출 수단을 이용하고, 또한 램프 전류를 램프 전류 검출 수단을 이용하여 각각 검출하고, 승산 회로를 이용하여 상기 각각의 검출값을 승산함으로써, 실제 램프 전력을 검출할 수 있다. 또, 램프 전압 및 램프 전류의 검출은 그것들에 대략 비례하는 전기 신호를 검출하도록 해도 무방하다. 예컨대, 초퍼 회로 및 초퍼 회로의 직류 출력을 교류로 변환하는 DC-AC 변환 회로를 이용하여 고압 방전 램프에 교류 램프 전력을 공급하는 점등 회로가 이용되는 경우, 초퍼 회로의 출력 전압은 램프 전압에, 또한 출력 전류는 램프 전류에 비례하기 때문에, 이것들의 출력 전압 및 출력 전류를 검출해도 무방하다. 또한, 목표 램프 전력 설정 회로로부터 판독한 목표 램프 전력을 램프 전압으로 제산함으로써, 목표 램프 전류를 계산할 수 있기 때문에, 이러한 경우에는 실제 램프 전력 대신에 실제 램프 전류를 검출하도록 해도 무방하다.
다음에, 목표 램프 전력과 실제 램프 전력을 비교하여 그 차에 따라 실제 램프 전력을 조정하는 램프 전력 조정 수단은 귀환 제어에 의해 목표 램프 전력과 동등한 램프 전력을 고압 방전 램프에 투입하기 위한 수단이다. 이것을 확실히 실행하기 위해서, 차동 증폭기를 이용할 수 있다. 즉, 차동 증폭기의 한쪽의 입력단에 목표 램프 전력 또는 그것에 비례하는 값을 입력하고, 다른 쪽의 입력단에 실제 램프 전력 또는 그것에 비례하는 값을 입력하면, 그들간의 차분이 출력되기 때문에, 그 출력에 의해서 점등 회로의 출력인 램프 전력을 상기의 차분이 0으로 되는 방향으로 변화시키면 된다. 예컨대, 초퍼 및 DC-AC 변환 회로를 이용하는 경우, 점등 회로의 출력을 변화시키기 위해서는 초퍼를 PWM 제어함으로써 실행할 수 있다.
그렇게 하여, 실시예 3에서는, 비교적 간단한 회로 구성으로, 각 시간대에서의 램프 전력 제어를 정확하고 또한 신속하게 실행하는 것에 의해, 안정하고 적절한 조명을 실행하는 고압 방전 램프 점등 장치를 얻을 수 있다.
본 발명의 실시예 4의 고압 방전 램프 점등 장치는, 실시예 3의 고압 방전 램프 점등 장치에 있어서, 제어 수단은 고압 방전 램프의 점등을 검출하고, 또한, 점등을 검출했을 때에 점등 시간 타이머에 점등 시간의 계시를 시작시키는 점등 검출 수단을 구비하고 있다.
실시예 4는 점등 검출 수단에 의해 고압 방전 램프의 점등을 검출하고, 그 검출에 의해서 점등 시간 타이머의 계시를 시작시키도록 한 구성을 규정하고 있다. 고압 방전 램프의 점등을 검출하는 수단은 특별히 한정되지 않는다. 예컨대, 고압 방전 램프의 발광을 검출하거나, 발광에 따른 발열을 검출하거나 할 수 있다. 그러나, 전기 회로의 전기 신호의 변화에 의해 점등을 검출할 수도 있고, 예컨대, 램프 전압 또는 그것에 비례하는 전압이나 램프 전류 또는 그것에 비례하는 전류를 검출함으로써 점등을 검출할 수 있다.
또한, 점등 시간 타이머는 점등 검출 수단에 의한 점등 검출에 의해 타이머 동작을 개시하도록 구성된다.
그렇게 하여, 실시예 4에서는, 고압 방전 램프가 실제로 점등하고 나서 점등 시간 타이머가 작동을 개시하기 때문에, 점등 시간을 정확히 계시할 수 있고, 나아가서는 램프 전력 제어를 정확히 실행할 수 있다.
본 발명의 실시예 5의 고압 방전 램프 점등 장치는, 실시예 1의 고압 방전 램프 점등 장치에 있어서, 제어 수단은, 시동시로부터 고압 방전 램프에 봉입된 금속 할로겐화물이 급격히 증발할 때까지의 시간을 제 1 시간대로 하고, 또한, 제 1 시간대에 연속하여 시작되어 시동 직후로부터 40∼70초의 범위 내로 설정된 시간을 제 2 시간대로 하며, 제 1 시간대에 대해서는 고압 방전 램프의 정격 램프 전력에 대하여 2배보다 큰 제 1 목표 램프 전력을, 제 2 시간대에 대해서는 제 1 목표 램프 전력으로부터 시간의 경과에 따라 정격 램프 전력까지 순차적으로 감쇠하는 제 2 목표 램프 전력을, 각각 미리 기억시킨 목표 램프 전력 설정 회로와, 고압 방전 램프의 시동으로부터의 점등 시간을 계시하는 점등 시간 타이머와, 시동 후에 고압 방전 램프에 봉입된 금속 할로겐화물이 급격히 증발할 때를 검출하는 할로겐화물 급격 증발 검출 수단과, 고압 방전 램프의 점등을 검출하는 점등 검출 수단을 구비하되, 점등 시간 타이머는, 점등 검출 수단 및 할로겐화물 급격 증발 검출 수단의 협조에 의해서 점등 검출 수단이 고압 방전 램프의 점등을 검출했을 때에, 목표 램프 전력 설정 회로로부터 제 1 목표 램프 전력을 출력시키고, 할로겐화물 급격 증발 검출 수단이 금속 할로겐화물의 급격한 증발을 검출했을 때에 점등 시간을 제 2 시간대로 전환하여 제 2 목표 램프 전력을 출력시키며, 이후 점등 시간에 따른 목표 램프 전력을 출력시키는 것을 특징으로 하고 있다.
실시예 5는 실시예 1의 발명을 실시하는 데 적합한 회로 구성을 규정하고 있다. 즉, 할로겐화물 급격 증발 검출 수단을 이용하여 고압 방전 램프에 봉입되어 있는 금속 할로겐화물의 급격한 증발을 검출하도록 구성하고 있다. 금속 할로겐화물의 급격한 증발을 검출하기 위한 구체적인 수단은 특별히 한정되지 않는다. 금속 할로겐화물의 급격한 증발이 발생하면, 내부 압력이 증가하기 때문에, 램프 전압이 상승하고, 램프 전력이 증대함과 동시에 광 출력이 순간적으로 증대한다. 그래서, 램프 전압, 램프 전력 또는 광 출력 등 중 어느 하나의 변화량을 검출하면, 금속 할로겐화물의 급격한 증발을 검출할 수 있다.
또한, 실시예 5에서는, 램프 전력의 제어를 제 1 및 제 2 시간대로 나누고, 전자에는 제 1 목표 램프 전력이, 또한 후자에는 제 2 목표 램프 전력이 설정된다. 단, 제 1 시간대는 금속 할로겐화물의 급격한 증발이 발생하기 전까지이며, 제 2 시간대는 금속 할로겐화물의 급격한 증발이 발생했을 때로부터 안정화될 때까지이므로, 그들의 시간적 경계는 고압 방전 램프의 특성의 편차에 의해 일정하지 않다. 그래서, 할로겐화물 급격 증발 검출 수단에 의한 검출로 시간적 경계가 결정된다.
또한, 제 1 및 제 2 목표 램프 전력은 목표 램프 전력 설정 회로에 미리 기억되지만, 실시예 5에서는, 제 2 목표 램프 전력에는 금속 할로겐화물의 급격한 증발에 수반되는 광 출력의 증대를 억제할 수 있을 정도로 큰 감쇠율을 설정할 수 있다.
또한, 점등 시간 타이머는 점등 검출 수단 및 할로겐화물 급격 증발 검출 수단에 의해 제어된다. 즉, 제 1 시간대에서는, 점등 검출 수단에 의해 제어되어 목표 램프 전력 설정 회로로부터 제 1 목표 램프 전력을 출력시킨다. 이에 반하여, 제 2 시간대는, 할로겐화물 급격 증발 검출 수단이 금속 할로겐화물의 급격한 증발이 발생했을 때를 검출하기 때문에, 그 때에는 점등 시간을 제 2 시간대로 전환하도록 구성한다. 제 2 시간대로 전환하면, 목표 램프 전력 설정 회로로부터 제 2 목표 램프 전력이 출력된다. 그 결과, 점등 회로는 제어 수단의 제어를 받아 순차적으로 감쇠하는 제 2 목표 램프 전력을 출력하기 때문에, 고압 방전 램프의 광 출력이 줄고, 즉시 정격 광량까지 귀결되어, 안정 점등으로 이행한다.
그렇게 하여, 실시예 5에서는, 비교적 간단한 회로 구성에 의해 제어 패턴이 간략화되며, 또한, 확실하고 정확하게 램프 전력을 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예 6의 고압 방전 램프 점등 장치는, 실시예 5의 고압 방전 램프 점등 장치에 있어서, 할로겐화물 급격 증발 검출 수단은, 적어도 고압 방전 램프의 램프 전압에 상당하는 전압을 감시함으로써, 할로겐화물의 급격한 증발을 검출하는 것을 특징으로 하고 있다.
실시예 6은 할로겐화물의 급격한 증발을 전기적으로 검출하는 데 바람직한 구성을 규정하고 있다. 즉, 고압 방전 램프의 내부에서의 금속 할로겐화물의 급격한 증발은 램프 전압의 상승을 수반하기 때문에, 이것을 직접 또는 램프 전압에 상당하는 전압을 감시함으로써 검출할 수 있다. 단, 고압 방전 램프의 시동 직후의 제 1 시간대에서의 램프 전압은, 고압 방전 램프 각각에 편차가 있어, 예컨대, 25∼30V의 사이에 분포하고 있어, 반드시 절대적으로 일정한 것은 아니다. 따라서, 제 1 시간대에서, 시동 후 0.4∼0.6초 사이의 적당한 시간에 램프 전압이 상대적으로 1∼3V 정도 상승한 경우에, 할로겐화물의 급격한 증발이 있었다면, 상대적으로 검출하는 것은 바람직한 일이다. 또, 시동 후 0.3초 정도까지의 시간 동안은, 시동시의 러시 전류의 영향으로 금속 할로겐화물의 비산 등이 발생하여, 그 동안 램프 전압이 안정화되지 않기 때문에, 이러한 불안정한 기간의 경과 후 가능하면 빠른 시기에 램프 전압의 변화를 검출하는 것이 바람직하다.
또한, 실시예 6은, 램프 전압 또는 이것에 상당하는 전압에만 한정되는 것이 아니라, 필요에 따라 다른 전기적 변수와의 상관에 의해 금속 할로겐화물의 급격한 증발을 검출하도록 구성할 수도 있다. 예컨대, 금속 할로겐화물의 급격한 증발에 따라 램프 전류가 감소하는 경향이 있기 때문에, 램프 전압 또는 그것에 상당하는 전압의 상승과, 램프 전류 또는 그것에 상당하는 전류의 감소가 동시에 감시되었을 때에 금속 할로겐화물의 급격한 증발이 발생했다고 판정하도록 구성할 수 있다. 이에 따라, 검출의 정밀도 및 신뢰성이 한층 더 향상한다.
또한, 재시동시에는, 약간의 시간만큼 최대 전력을 투입해야 하고, 그 후 즉시 램프 전력을 감쇠시켜야 한다. 그 때문에, 재시동 직후의 램프 전압은 가능한 한 일찍 검출하려는 것이지만, 재시동으로부터 안정화되기까지의 시간에 편차(고압 방전 램프간의 편차 및 점등마다의 편차)가 있다. 최적의 조건을 설정하기 위해서는, 어느 정도의 램프 수량과 재시동 회수에 대한 실험을 실행하는 것이 바람직하다.
그렇게 하여, 실시예 6에서는, 금속 할로겐화물의 급격한 증발을 비교적 간단한 회로 구성으로 전기적으로 검출할 수 있다.
본 발명의 실시예 7의 고압 방전 램프 점등 장치는, 희가스 및 금속 할로겐화물을 포함하고 수은을 본질적으로 포함하지 않는 고압 방전 램프를 활성화할 수 있는 점등 회로와, 고압 방전 램프를 점등시켜, 정격 램프 전력의 2배보다 큰 램프 전력이 점등 회로단으로부터 공급된 후에, 램프 전력의 순차적인 저감화의 가부 판정을 하여, 램프 전력의 저감을 가능하다고 판정한 경우에는, 램프 전압이 거의 연속적으로 증가하면서 정격 램프 전력으로 귀결되도록, 점등 회로를 제어하여 램프 전력을 순차적으로 감쇠시켜 가는 제어 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.
실시예 7은, 고압 방전 램프의 광량 상승 특성에 편차가 있기 때문에, 시동 직후에 큰 램프 전력을 투입한 후에, 정격 램프 전력까지 순차적으로 램프 전력을 감쇠시켜 가는 이행 시기(이하, 편의상 「감쇠 시기」라고 함)가 고압 방전 램프 개개에서 서로 다른 점에 착안하여 이루어진 것이다. 즉, 감쇠 시기가 지나치게 이르면, 램프 전력을 감쇠해 가는 과정에서 일시적으로 광량이 저하해 버려, 광량의 상승이 지연되어 버린다. 광량의 저하가 크면 자동차용 헤드라이트 등의 용도에서는, 안전상 지장을 초래한다는 문제가 있다. 반대로, 감쇠 시기가 너무 늦으면, 상술한 바와 같이 광량이 급격히 증대하여 정격 램프 전력에서의 광량의 2∼3배로도 도달해 버린다.
그래서, 실시예 7에서는 램프 전력의 순차적인 저감화에 있어서 그 가부의 판정을 실행한다. 이 가부 판정의 빈도 및 그 수단은 특별히 한정되지 않는다. 즉, 판정의 빈도는, 저감을 단계적으로 실행하는 과정에서 저감 시마다 실행하도록 해도 되고, 복수 회의 저감마다 판정하도록 할 수도 있다. 또한, 저감을 연속적으로 실행하는 중에 간헐적으로 판정하도록 구성할 수도 있다. 또, 판정의 주기는 0.01∼0.5초의 범위 내에서 적당한 값으로 설정할 수 있다. 그러나, 적합하게는 0.1∼0.2초의 범위이며, 이 경우, 판정을 반복하여 행하고, 그 때마다 불가이면, 램프 전력은 거의 일정하게 유지된다. 판정은, 예컨대, 램프 전력을 저감했을 때의 램프 전압, 광량 등의 변화를 측정함으로써 실행할 수 있다. 램프 광량을 측정하여 판정하는 경우, 램프 광량의 변화를 직접 감시하면서 판정할 수 있기 때문에 바람직하다. 그러나, 전압의 변화를 측정하여 판정하는 경우이더라도, 미리 광량과 램프 전압의 상관 관계를 구하여 놓으면 램프 광량을 간접적으로 측정하는 것이 가능하게 된다. 그렇게 하여, 램프 전압이 저하 내지 보합 상태이면, 램프 전력의 저감은 불가라고 판정된다.
또, 상기의 판정은, 안정 점등으로 귀결되기까지의 기간에 걸쳐 실행할 필요가 없고, 램프 전력의 감쇠율이 큰 기간 동안 실행하도록 구성할 수 있다. 그러나, 필요하면, 안정 점등으로 귀결되기까지의 기간에 걸쳐 판정을 실행하도록 구성할 수도 있다. 또한, 「램프 전압이 거의 연속적으로 증가」한다는 것은, 평균치의 변화로서 연속하여 증가하는 것을 의미하고, 따라서 얼마 안 되는 단시간에 걸친 램프 전압의 증감을 허용한다.
다음에, 램프 전력의 저감화에 대하여 설명하면, 램프 전력의 저감이 가능하다고 판정된 경우, 점등 회로를 제어하여 고압 방전 램프에 투입하는 램프 전력을 저감하지만, 광량이 일시적으로도 저하하는 일 없이 저감되어 즉시 정격 램프 전력으로 귀결되도록 순차적으로 감쇠시켜 가는 것으로 한다. 램프 전력의 저감은 단계적 및 연속적 중 어느 것이어도 무방하다. 또, 램프 전력의 제어는 어떠한 회로 수단을 이용하여 실행해도 무방하고, 예컨대, 실제 램프 전력 연산 수단 및 목표 램프 전력 연산 수단을 배치하고, 양 수단의 출력을 비교하여, 실제 램프 전력을 목표 램프 전력과 동등하게 되도록 제어하는 구성을 채용할 수 있다. 또한, 목표 램프 전력 연산 수단, 제산 수단, 실제 램프 전압 검출 수단 및 실제 램프 전류 검출 수단을 배치하고, 목표 램프 전력 연산 수단으로부터 얻어지는 목표 램프 전력을 제산 수단에 의해 실제 램프 전압으로 제산함으로써 목표 램프 전류를 산출하며, 실제 램프 전류 및 목표 램프 전류를 비교하여, 실제 램프 전류를 목표 램프 전류와 동등하게 되도록 제어하는 구성을 채용할 수도 있다.
그렇게 하여, 실시예 7에서는, 가부를 판정하고 나서 램프 전력을 저감하기 때문에, 고압 방전 램프의 광량 상승 특성의 편차가 있었다고 해도, 램프 전압이 거의 연속적으로 증가하면서 램프 전력의 저감이 행해지고, 즉시 정격 램프 전력으로 귀결시키는 것이 가능해진다. 따라서, 광량의 상승이 빨라짐과 아울러, 자동차용 헤드라이트 등의 용도이더라도, 안전한 조명을 실행할 수 있다.
본 발명의 실시예 8의 고압 방전 램프 점등 장치는, 희가스 및 금속 할로겐화물을 포함하고 수은을 본질적으로 포함하지 않는 고압 방전 램프를 활성화할 수 있는 점등 회로와, 고압 방전 램프를 점등 회로에 의해 시동한 후, 정격 램프 전력의 2배보다 큰 램프 전력을 점등 회로로부터 공급하고, 고압 방전 램프의 광량이 안정시의 광량에 비하여 적은 상태에서 램프 전력을 저감했을 때의 고압 방전 램프의 점등 상태에 근거하여, 램프 전력 저감의 가부를 그때마다 판정하고, 램프 전력 저감 가능시에는 계속해서 램프 전력을 순차적으로 감쇠시켜 정격 램프 전력으로 귀결되도록 제어하고, 저감 불가시에는 램프 전력 저감 전의 램프 전력까지 되돌리도록, 점등 회로를 제어하는 제어 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
실시예 8은 램프 전력의 저감화의 가부 판정을 계속적으로 실행하는 데 적합한 구성을 규정하고 있다. 즉, 전원 투입 후 시동 펄스 전압의 인가에 의해 고압 방전 램프가 시동하고 나서부터의 광량은 최초 펄스 형상으로 광량이 순간 증가하지만, 그 직후에 광량은 저하하고, 그 후 시간의 경과와 함께 상승하여, 즉시 정격 램프의 광량으로 귀결된다. 그리고, 광량이 가장 적은 단계는 시동 후 1초 전후로 되는 경우가 많다. 실시예 8에서는 광량이 비교적 적은 단계로부터 램프 전력의 저감화의 가부 판정을 실행하는 것이다. 단, 「광량이 비교적 적은 단계」란, 시동 후 4초 정도까지 허용된다. 또, 요컨대, 광량이 비교적 적은 단계 이전부터 판정을 개시하더라도, 상기 광량이 비교적 적은 단계가 판정 기간에 포함되어 있으면 되는 것으로 한다.
램프 전력을 저감했을 때에 램프 전력의 저감화의 가부 판정을 행하고, 그 결과가 불가이면, 램프 전력을 저감 전의 상태로 되돌리는 것에 의해, 램프 전력의 저감은 실행되지 않는다. 램프 전력의 저감은 소정의 시간 간격으로 반복하여 실행되기 때문에, 그 때마다 판정이 행해진다. 따라서, 고압 방전 램프의 광량 상승 특성에 편차가 있었다고 해도, 광량이 증가하면서 램프 전력의 저감이 행해지고, 곧 정격 램프 전력으로 귀결된다.
램프 전력의 저감은 단계적 및 연속적 중 어느 것이라도 무방하지만, 판정은 적당한 시간 간격으로 실행된다. 가능하면 램프 전력의 변화가 원활하게 실행되고, 또한, 판정도 빈번히 실행되는 것이 바람직하기 때문에, 전술한 바와 같이 0.01∼0.5초, 적합하게는 0.1∼0.2초의 주기로 실행하도록 하는 것이 좋다.
또한, 판정의 수단은, 상술한 바와 같이 고압 방전 램프의 램프 전압 또는 광량의 변화를 측정하여 실행할 수 있다. 즉, 저감 전의 측정값과 저감 후의 측정값을 비교하여, 그 차에 의해 판정하면 된다. 또한, 판정의 종기에 대해서는 실시예 7에서의 것과 마찬가지이다.
그렇게 하여, 실시예 8에서는, 고압 방전 램프의 광량 상승 특성에 맞추어 램프 전력의 감쇠가 행해지기 때문에, 그 동안 적어도 점등 후 40초까지는 광량이 증가하면서 원활하게 정격 램프 전력까지 귀결시킬 수 있고, 그 결과 광량의 상승이 빨라진다.
본 발명의 실시예 9의 고압 방전 램프 점등 장치는, 실시예 8의 고압 방전 램프 점등 장치에 있어서, 램프 전력 저감의 가부 판정은 램프 전압의 상승 유무에 의해 실행하는 것을 특징으로 한다.
실시예 9는 램프 전력 저감의 가부를 판정하는 데 적합한 수단을 규정하고 있다. 즉, 램프 전압은 그 측정을 위한 구성이 광량을 사용하는 경우에 비하여 간단하고 용이하다. 또한, 램프 전압의 상승 유무는 램프 전력 저감의 전후의 램프 전압을 비교함으로써 용이하게 측정할 수 있다. 예컨대, 램프 전력 저감 전의 램프 전압 데이터를 기억 수단에 기억시켜 놓고, 램프 전력 저감 후의 램프 전압을 측정했을 때에 판독하여, 양자와 비교하면 된다. 또, 점등 회로의 제어를 마이크로 컴퓨터를 이용하여 디지털적으로 제어하도록 구성하면, 섬세하고 치밀한 제어가 용이하게 되지만, 그 때에 마이크로 컴퓨터의 메모리를 이용하여 상기의 기억·판독을 실행하도록 할 수 있다.
본 발명자는 수은 프리 램프에서의 광량과 램프 전압의 변화에 명확한 상관 관계가 존재하는 것을 실험에 의해 발견하였다. 본 실시예 9는 이 발견에 근거하여 이루어진 것이다. 이하, 수은 프리 램프에서의 광량 상승 특성의 편차와 상기 상관 관계에 대하여 도 2 내지 도 7을 참조하여 설명한다.
도 2 내지 도 7은 광량 상승 특성이 다른 3등(燈)의 수은 프리 램프를 출력 특성이 동등한 고압 방전 램프 점등 장치를 이용하여 점등했을 때의 점등 시간에 대한 광량 및 램프 전압의 변화를 나타낸다. 도 2는 제 1 수은 프리 램프의 그래프, 도 3은 마찬가지로 주요부를 확대하여 나타내는 그래프, 도 4는 제 2 수은 프리 램프의 그래프, 도 5는 마찬가지로 주요부를 확대하여 나타내는 그래프, 도 6은 제 3 수은 프리 램프의 그래프이다. 각 도면에서, 가로축은 점등 시간[초]을, 세로축은 광량 및 램프 전압의 상대값을, 곡선 R은 광량을, 곡선 V는 램프 전압을 각각 나타낸다. 또한, 각 수은 프리 램프는 모두 동일 제조 공정에서 거의 동시에 제조된 것으로서, 도 9(상세에 대해서는 후술함)에 나타내는 구조를 구비하고 있으며, 정격 램프 전력이 35W, 램프 전압은 시동 초기에 대략 31V 정도이며, 개체차가 ±3V 정도 있다.
도 7은 제 1 내지 제 3 수은 프리 램프의 점등에 이용한 고압 방전 램프 점등 장치에 설정된 목표 램프 전력 특성을 나타내는 그래프이다. 도면에서, 가로축은 시간[초]을, 세로축은 출력 전력[W]을 각각 나타낸다. 즉, 점등 후 5.5초까지의 제 1 시간대에 정격 램프 전력의 2.5배 일정한 제 1 목표 램프 전력을 공급하고, 대략 7초까지의 1.5초 동안으로 되는 제 2 시간대에 2.3W/초의 감쇠율로 감쇠하는 제 2 목표 램프 전력을 공급하고, 또한 그 후 정격 램프 전력으로 안정 점등하기까지의 제 3 시간대에는 제 2 목표 램프 전력으로부터 정격 램프 전력까지 순차적으로 감쇠하는 제 3 램프 전력을 공급한다. 즉, 도 7에는 고압 방전 램프에 투입하는 램프 전력의 목표값이 프로그램되어 있다. 도면으로부터 명백한 바와 같이, 제 3 시간대에서의 램프 전력의 감쇠는 최초 감쇠율이 크고, 순차적으로 감쇠율이 저하하고 있다.
그렇게 하여, 제 1 수은 프리 램프는, 도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 광량 상승 특성이 중위(中位)인 것이다. 대략 7초로부터 시작되는 제 3 시간대로 되어, 램프 전력이 정격 램프 전력을 향하도록 순차적으로 저감이 시작되고, 점등 후 10초까지의 시간대에서 광량이 평균적으로 완만하게 상승하고 있다. 그리고, 이 기간에서의 램프 전압도 평균적으로 거의 직선적으로 상승하고 있다.
이에 반하여, 제 2 수은 프리 램프는, 도 4 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 광량 상승 특성이 느린 것이다. 제 3 시간대로 되어 램프 전력이 정격 램프 전력을 향하도록 순차적으로 저감이 시작되고, 점등 후 10초까지의 시간대에서 광량이 일시적으로 저하하고, 그 후 증가하고 있다. 그리고, 이 기간에서의 램프 전압은 광량이 저하하고 있는 기간 동안 거의 보합 상태이다.
또한, 제 3 수은 프리 램프는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 대략 2초부터 광량이 급격히 상승하기 시작하여, 제 2 시간대 중에도 상승을 계속하여, 제 3 시간대로 되어 처음으로 저하하기 시작하고 있다. 따라서, 점등 후 7초까지의 동안에 급격히 매우 밝은 상태로 되기 때문에, 자동차용 헤드라이트의 경우, 대향차의 운전자 등에 강한 환혹을 야기하는 등의 문제가 있다. 이러한 경우에 있어서도, 제 3 시간대의 초기의 램프 전압은 상승하고 있다.
이상의 설명으로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 램프 전력을 저감했을 때의 램프 전압의 상승 유무에 따라 고압 방전 램프에 투입하는 램프 전력의 저감 가부를 판정하여 램프 전력을 저감하도록 하면, 광량의 저하나 급격한 증대 없이 정격 램프 전력까지 램프 전력을 원활하게 저감하는 것이 가능하게 된다.
또, 램프 전압의 절대값에 의해 제어하고자 하면, 이하에 나타내는 문제가 있다. 광량이 증가하여 처음으로 안정시의 광량에 도달하기까지의 기간의 램프 전압의 변화가 2∼3V이다. 상술한 바와 같이 개체차는 ±3V이다. 예컨대, 램프 전압이 34V를 초과했을 때에 램프 전력을 저감하기 시작하는 제어를 실행하는 것으로 한다. 수은 프리 램프의 초기의 램프 전압이 28V이면, 램프 전압이 6V 상승하지 않으면 램프 전력이 저감하지 않게 된다. 이렇게 하면, 램프 전압이 34V에 도달했을 때에는, 이미 현저한 과전력 상태가 되어 있다.
그렇게 하여, 실시예 9에서는, 램프 전압의 상승 유무에 의해 판정을 실행하기 때문에, 가령 수은 프리 램프의 광량 상승 특성에 편차가 있었다고 해도, 적절한 판정을 실행할 수 있다. 또한, 판정을 위한 구성이 간단하고, 비교적 염가에 얻을 수 있다.
본 발명의 실시예 10의 고압 방전 램프 점등 장치는, 실시예 1 내지 9 중 어느 하나의 고압 방전 램프 점등 장치에 있어서, 희가스 및 금속 할로겐화물을 포함하고 수은을 본질적으로 포함하지 않는 고압 방전 램프를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
실시예 10은 수은을 본질적으로 포함하지 않는 고압 방전 램프, 점등 회로 및 제어 수단을 요소로서 구성되어 있다.
본 발명의 실시예 11의 자동차용 헤드라이트 장치는 자동차용 헤드라이트 장치 본체와, 자동차용 헤드라이트 장치 본체에 배치된 청구항 10에 따른 고압 방전 램프 점등 장치를 구비하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.
「자동차용 헤드라이트 장치 본체」는 자동차용 헤드라이트 장치로부터 고압 방전 램프 점등 장치를 제외한 나머지의 부분을 말한다.
그렇게 하여, 실시예 11에서는, 수은을 포함하지 않는 고압 방전 램프 및 실시예 1 내지 9의 고압 방전 램프 점등 장치를 구비하고 있는 것에 의해, 환경 부하가 큰 수은을 봉입하지 않아도 광속 상승이 빠르고, 또한 고압 방전 램프의 수명 단축이 발생하기 어려운 자동차용 헤드라이트 장치를 얻을 수 있다.
도 1은 수은을 포함하지 않는 메탈할라이드 램프의 시동시에 있어서의 램프 전압(V1), 램프 전류(I1) 및 광 출력(L)의 변화를 나타내는 그래프,
도 2는 제 1 수은 프리 램프를 출력 특성이 동등한 고압 방전 램프 점등 장치를 이용하여 점등했을 때의 점등 시간에 대한 광량 및 램프 전압의 변화를 나타내는 그래프,
도 3은 도 2의 주요부를 확대하여 나타내는 그래프,
도 4는 제 2 수은 프리 램프에서의 도 2와 마찬가지의 그래프,
도 5는 도 4의 주요부를 확대하여 나타내는 그래프,
도 6은 제 3 수은 프리 램프에서의 도 2와 마찬가지의 그래프,
도 7은 제 1 내지 제 3 수은 프리 램프의 점등에 이용한 고압 방전 램프 점등 장치에 설정된 목표 램프 전력 특성을 나타내는 그래프,
도 8은 본 발명의 고압 방전 램프 점등 장치인 실시예 1을 나타내는 블록 회로도,
도 9는 마찬가지로 고압 방전 램프를 나타내는 종단면도,
도 10은 마찬가지로 점등 시간과 출력 전압의 관계를 나타내는 그래프,
도 11은 마찬가지로 점등 시간에 대한 광 출력 및 램프 전류의 변화를 나타내는 그래프,
도 12는 본 발명의 고압 방전 램프 점등 장치의 실시예 2를 나타내는 블록 회로도,
도 13은 할로겐화물 급격 증발 검출 수단을 나타내는 블록 회로,
도 14는 마찬가지로 점등 시간과 출력 전압의 관계를 나타내는 그래프,
도 15는 본 발명의 고압 방전 램프 점등 장치의 실시예 3을 나타내는 블록 회로도,
도 16은 마찬가지로 목표 램프 전력 특성을 나타내는 그래프,
도 17은 마찬가지로 소등 시간 타이머의 출력 특성을 나타내는 그래프,
도 18은 마찬가지로 시간폭을 확대하여 목표 램프 전력과 실제 램프 전력의 변화의 상관 관계를 나타내는 그래프,
도 19는 마찬가지로 서로 다른 광량 상승 특성을 갖는 3등의 고압 방전 램프를 점등시킨 경우의 광량 상승을 나타내는 그래프,
도 20은 마찬가지로 램프 전압의 변화를 나타내는 그래프,
도 21은 마찬가지로 램프 전류의 변화를 나타내는 그래프,
도 22는 본 발명의 고압 방전 램프 점등 장치의 실시예 4를 나타내는 블록 회로도,
도 23은 본 발명의 자동차용 헤드라이트 장치의 일 실시예를 나타내는 사시도,
도 24는 마찬가지로 고압 방전 램프를 나타내는 정면도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 8 내지 도 11은 본 발명의 고압 방전 램프 점등 장치의 실시예 1을 나타내고, 도 8은 블록 회로도, 도 9는 고압 방전 램프의 종단면도, 도 10은 점등 시간과 출력 전압의 관계를 나타내는 그래프, 도 11은 점등 시간에 대한 광 출력 및 램프 전류의 변화를 나타내는 그래프이다.
본 실시예는 자동차용 헤드라이트 장치에 이용하는 고압 방전 램프 점등 장치이다. 도면에서, DC는 직류 전원, SW1은 전원 스위치, C1은 전해 콘덴서, OC는 점등 회로, CC는 제어 수단, IG는 점화기, HPL은 고압 방전 램프이다. 이하, 구성 요소마다 설명한다.
직류 전원 DC는 직류 전압 12V의 배터리로 이루어진다.
전원 스위치 SW1은 직류 전원 DC와 후술하는 점등 회로 OC 사이에 직렬 접속되어 있고, 고압 방전 램프 HDL의 점멸을 담당한다.
전해 콘덴서 C1은 전원 스위치 SW를 거쳐서 직류 전원 DC와 병렬로 접속되어 있다.
<점등 회로 OC에 대하여>
점등 회로 OC는 스위칭 레귤레이터 DC/DC 및 인버터 DC/AC로 구성되어 있다.
(스위칭 레귤레이터 DC/DC에 대하여)
스위칭 레귤레이터 DC/DC는 출력 트랜스 T, 스위칭 수단 Q1, 게이트 드라이브 신호 발생 회로 GDCS, 다이오드 D1 및 평활 콘덴서 C2를 주체로서 구성되어 있다. 출력 트랜스 T의 1차 코일 wp 및 스위칭 수단 Q1은 전해 콘덴서 C1의 양단 사이에 직렬 접속되어 있다. 스위칭 수단 Q1은 MOSFET로 이루어진다. 또, 스위칭 수단 Q1과 직렬로 삽입되어 있는 저항기 R1은 스위칭 전류 검출용이다. 게이트 드라이브 신호 발생 회로 GDGS는 게이트 드라이브 신호를 발생하여, 스위칭 수단 Q1의 게이트·소스 사이에 인가된다. 그리고, 외부로부터 제어 입력하는 제어 신호에 따라 게이트 드라이브 신호를 PWM 제어할 수 있다. 출력 트랜스 T의 2차 코일 ws의 양단에 다이오드 D1 및 평활 콘덴서 C2가 직렬 접속되어 있다.
그렇게 하여, 스위칭 레귤레이터 DC/DC가 승압되어, 제어되고, 또한, 평활화된 직류 출력 전압이 평활 콘덴서 C2의 양단 사이에서 얻어진다.
(인버터 DC/AC에 대하여)
인버터 DC/AC는 풀 브리지형 인버터로 이루어지고, 4개의 스위칭 수단 Q2∼Q5, 게이트 드라이브 신호 발생 회로 GDC1∼GDC4, 구형파 발진 회로 OSC, 전환 수단 SW2, 반전 회로 N 및 비(菲) 반전 회로 Y로 이루어진다. 4개의 스위칭 수단 Q2∼Q5는 각각 MOSFET로 이루어지고, 브리지 회로를 구성하도록 접속되어 있다. 그리고, 브리지 회로의 입력단은 스위칭 레귤레이터 DC/DC의 직류 출력단 사이에 접속되어 있다. 게이트 드라이브 신호 발생 회로 GDC1∼GDC4는 반전 회로 N 또는 비 반전 회로 Y를 경유한 후 구형파 발진 회로 OSC의 출력 신호 또는 직류 전위에 동기하여 게이트 드라이브 신호를 형성하고, 각각 대응하는 스위칭 수단 Q2∼Q5의 게이트·소스 사이에 게이트 드라이브 신호를 공급하여, 그것들을 온시킨다. 구형파 발진 회로 OSC는 주파수 100㎐∼2㎑의 구형파의 출력 신호를 발진한다. 전환 수단 SW2는 구형파 발진 회로 OSC의 출력 신호와 직류 전위를 선택적으로 게이트 드라이브 신호 발생 회로 GDC1 및 GDC3에 대하여 반전 회로 N을 거쳐 접속하고, 또한 게이트 드라이브 신호 발생 회로 GDC2 및 GDC4에 대하여 비 반전 회로 Y를 거쳐서 접속하고 있다.
그렇게 하여, 구형파 발진 회로 OSC의 출력이 전환 수단 SW2 및 반전 회로 N 또는 비 반전 회로 Y를 거쳐서 게이트 드라이브 신호 발생 회로 GDC1∼GDC4에 인가되는 것에 의해 4개의 스위칭 수단 중 Q2 및 Q5와, Q3 및 Q4가 교대로 스위칭하여 인버터 동작을 행하고, 그것들이 구성하는 브리지 회로의 출력단으로부터 교류 출력 전압을 얻을 수 있다. 또한, 직류 전위가 전환 수단 SW2 및 반전 회로 N 또는 비 반전 회로 Y를 거쳐서 게이트 드라이브 신호 발생 회로 GDC1∼GDC4에 인가되는 것에 의해, 4개의 스위칭 수단 중 Q2 및 Q5가 온되고, Q3 및 Q4가 오프되기 때문에, 브리지 회로의 출력단으로부터 직류 출력 전압을 얻을 수 있다. 요약하면, 점등 회로 OC는 직류 출력 및 교류 출력 중 어느 한쪽이 선택되는 것에 의해, 후술하는 고압 방전 램프 HPL을 직류 점등 또는 교류 점등할 수 있다.
<제어 수단 CC에 대하여>
제어 수단 CC는 램프 전압 검출 수단 LVD, 램프 전류 검출 수단 LCD, 점등 검출 수단 LD, 점등 시간 타이머 OT, 소등 시간 타이머 LOT, 목표 램프 전력 설정 회로 TLP, 실제 램프 전력 검출 수단 RLPD 및 램프 전력 조정 수단 LPR에 의해 구성되어 있다.
(램프 전압 검출 수단 LVD에 대하여)
램프 전압 검출 수단 LVD는 스위칭 레귤레이터 DC/DC의 직류 출력 전압을 얻을 수 있는 평활 콘덴서 C2의 양단 사이에 접속된 한 쌍의 저항기 R2, R3의 직렬 회로로 이루어지고, 저항기 R3의 양단에 고압 방전 램프 HPL의 램프 전압에 비례한 만큼 전압을 얻을 수 있다.
(램프 전류 검출 수단 LCD에 대하여)
램프 전류 검출 수단 LCD는 스위칭 레귤레이터 DC/DC의 직류 출력 및 인버터 DC/AC의 직류 입력단의 사이에 직렬로 삽입된 저항기 R4로 이루어지고, 저항기 R4의 전압 강하가 램프 전류에 비례한다.
(점등 검출 수단 LD에 대하여)
점등 검출 수단부 LD는 램프 전압 검출 수단 LVD의 검출 출력에 따라 동작한다. 즉, 고압 방전 램프 HPL은, 방전을 개시하면, 그 전극 사이에 나타나는 전압이 그 이전에 나타나는 무부하 전압보다 명백히 낮은 램프 전압으로 된다. 그래서, 점등 검출 수단 LD는 램프 전압 검출 수단부 LVD의 검출 출력을 감시하고 있고, 예컨대, 검출 출력이 급감하여 고압 방전 램프 HPL이 점등된 것을 검출할 수 있다.
(점등 시간 타이머 OT에 대하여)
점등 시간 타이머 OT는 점등 검출 수단 LD의 출력을 얻어 타이머 동작을 개시하여, 고압 방전 램프 HPL의 점등 시간을 계시한다. 그리고, 타이머 출력을 후술하는 목표 램프 전력 설정 회로 TLP 및 전환 수단 SW2에 송출한다.
(소등 시간 타이머 LOT에 대하여)
소등 시간 타이머 LOT는 점등 검출 수단 LD의 출력이 소멸했을 때 타이머 동 작을 개시하여, 고압 방전 램프 HPL의 소등 시간을 계시한다. 그리고, 그 타이머 출력을 점등 시간 타이머 OT에 송출하여, 점등 시간 타이머 OT의 초기값을 소등 시간에 따라 변경한다.
(목표 램프 전력 설정 회로 TLP에 대하여)
목표 램프 전력 설정 회로 TLP는 목표 램프 전력 메모리 LPM, 제산 회로 DVC 및 적분 회로 ICC로 이루어진다. 목표 램프 전력 메모리 LPM은 점등 시간에 대한 고압 방전 램프 HPL에 투입해야 할 목표 램프 전력을 기억하고 있다. 그리고, 후술하는 램프 전력 조정 수단 LPR에 점등 시간에 따른 목표 램프 전력의 값을 송출한다. 본 실시예에서, 목표 램프 전력은 제 1 내지 제 3 시간대로 나뉘어지고 표 1에 도시하는 바와 같이 설정되어 있다.
Figure 112003031170054-pct00001
표 1을 보충 설명하면, 0.0∼3.4초가 제 1 시간대이고, 그 때의 제 1 목표 램프 전력이 85W, 감쇠율 0.00(W/초)이다. 마찬가지로, 3.4∼5.0초가 제 2 시간대이고, 그 때의 제 2 목표 램프 전력이 85W로부터 감쇠율 3.13(W/초)으로 일정한 감쇠를 개시하여 80W까지, 또한 5.0∼48초가 제 3 시간대이며, 그 때의 제 3 목표 램프 전력이 최초 80W로부터 감쇠율 9(W/초)로 감쇠를 개시하고, 그 후 순차적으로 감쇠율이 감소하고 48초에서 35W, 감쇠율 0.00, 즉 안정 점등으로 되도록 설정되어 있다.
제산 회로 DVC는 목표 램프 전력 메모리 LPM으로부터 송출된 목표 램프 전력을 램프 전압 검출부 LVD로부터 얻어지는 램프 전압으로 제산하고, 상당하는 목표 램프 전류로 변환한다. 적분 회로 ICC는 저항기 R5 및 콘덴서 C3으로 이루어져, 안정한 목표 램프 전류를 얻는다.
(실제 램프 전력 검출 수단 RLPD에 대하여)
실제 램프 전력 검출 수단 RLPD는 램프 전류 검출 수단 LCD에 의해 구성되어 있다. 즉, 실제 램프 전력에 상당하는 실제 램프 전류를 검출한다.
(램프 전력 조정 수단부 LPR에 대하여)
램프 전력 조정부 LPR는 제 1 차동 증폭 회로 DFA1 및 제 2 차동 증폭 회로 DFA2로 이루어진다. 제 1 차동 증폭 회로 DFA1은 연산 증폭기로 이루어지고, 그 반전 입력단에 목표 램프 전류에 따라서 목표 램프 전력을 입력하고, 비 반전 입력단에 실제 램프 전류에 따라서 실제 램프 전력을 입력한다. 그리고, 그 출력단에 목표 램프 전류(목표 램프 전력)와 실제 램프 전류(실제 램프 전력)의 차분이 출력된다. 출력단은 스위칭 레귤레이터 DC/DC의 게이트 드라이브 신호 발생 회로 GDCS의 제어 입력단에 접속되어 있다. 제 2 차동 증폭 회로 DFA2는 제 1 차동 증폭 회로 DFA1에 병렬로 접속하고 있으며, 그 반전 입력단에 기준 전압원 E가 접속되고, 비 반전 입력단에 램프 전압 검출부 LVD의 출력단이 접속되어 있다. 그리고, 무부하 전압의 부(負)귀환 제어 회로로서 작용하여, 고압 방전 램프 HPL의 시동 전의 출력 전압을 일정하게 유지한다.
<점화기 IG에 대하여>
점화기 IG는 관용의 구성이며, 전원 스위치 SW1이 투입되는 것에 의해 동작을 개시하여, 소요의 시동 펄스를 발생한다. 발생한 시동 펄스는 후술하는 고압 방전 램프 HPL에 인가된다.
<고압 방전 램프 HPL에 대하여>
고압 방전 램프 HPL은 도 9에 나타내는 구조를 구비하고 있다. 즉, 고압 방전 램프 HPL은 기밀 용기(1), 방전 매체, 시일(封着) 금속박(2), 한 쌍의 전극(3, 3) 및 외부 도입선(4)을 구비하여 구성되어 있다.
기밀 용기(1)는 포위부(1a) 및 한 쌍의 봉지부(1b, 1b)에 의해 구성되어 있다. 포위부(1a)는 중공의 방추 형상으로 성형되어 이루어지며, 내부에 축 방향으로 가늘고 긴 원주 형상의 방전 공간(1c)이 형성되어 있다. 한 쌍의 봉지부(1b, 1b)는 포위부(1a)의 양단에 일체적으로 형성되어 있다.
시일 금속박(2)은 리본 형상의 몰리브덴박으로 이루어지고, 감압 봉지법에 의해 기밀 용기(1)의 한 쌍의 봉지부(1b, 1b)의 내부에 기밀하게 매설되어 있다.
한 쌍의 전극(3, 3)은, 축부(3a)가 곧은 막대 형상을 이루고고, 또한, 아크의 기점으로 되는 선단(3b)이 축부(3a)의 직경의 1/2 이하의 반경의 반구(半球) 형상의 곡면을 전극 축부의 선단 전체에 형성하고 있다. 그리고, 기단부(3c)가 기밀 용기(1)의 한 쌍의 봉지부(1b, 1b)에 의해 매설되어 지지되고, 선단부측이 기밀 용기(1)의 포위부(1a)의 양단으로부터 방전 공간(1c) 내로 돌출함으로써, 전극간 거리 5㎜ 이하로 되도록 대향하고 있다. 또한, 한 쌍의 전극(3, 3)은 각각 기단이 시일 금속박(2)의 일단에 접속되어 있다.
외부 도입선(4)은 선단이 시일 금속박(2)의 타단에 용접되고, 기밀 용기(1)의 봉지부(1b)로부터 외부로 도출되어 있다.
기밀 용기(1a) 내에는, 방전 매체로서 발광 금속 및 램프 전압 형성용의 금속의 할로겐화물 및 크세논이 봉입되어 있다.
[실시예]
기밀 용기(1) : 석영 유리제이고, 외경 6㎜, 내경 2.7㎜, 포위부의 길이 7.0㎜
전극(3) : 텅스텐제이고, 축부의 직경 0.35㎜, 아크의 기점으로 되는 선단의 곡면의 반경 0.175㎜, 전극간 거리 42㎜, 돌출 길이 1.4㎜
방전 매체
금속 할로겐화물 : ScI3 - NaI - ZnI2 = 0.8㎎
크세논 : 25℃에서 10기압
전기 특성 : 램프 전력 35W, 램프 전압 42V(모두 안정시)
<회로 동작에 대하여>
(저온 시동시의 회로 동작에 대하여)
저온 시동시에 있어서는, 전회의 소등시로부터 충분히 시간이 경과하고 있기 때문에, 고압 방전 램프 HPL이 적어도 실온 정도까지 냉각되어 있다. 이 상태에서, 전원 스위치 SW1이 투입되면, 점등 회로 OC의 스위칭 레귤레이터 DC/DC가 작동하여 필요에 따라 제어된 직류 전압이 인버터 DC/AC의 입력단 사이에 인가된다. 전환 수단 SW2는, 도면에서 하측으로 전환되어 있기 때문에, 인버터 DC/AC의 스위칭 수단 Q3, Q4가 온되고, Q2, Q5가 오프된다. 따라서, 인버터 DC/AC는 단순한 직류 스위치 회로로서 작용하여, 점화기 IG 및 고압 방전 램프 HPL의 직류 전압을 인가한다. 그리고, 점화기 IG로부터 고압 펄스 전압이 발생하여 고압 방전 램프 HPL에 인가된다. 그 결과, 고압 방전 램프 HPL은 시동되어 직류 전압 하에서 점등된다. 즉, 직류 점등된다. 또, 점화기 IG는, 고압 방전 램프 HPL이 일단 점등되면, 입력단의 전압이 램프 전압까지 저하하기 때문에, 고 전압 펄스 발생 동작을 정지한다.
고압 방전 램프 HPL이 점등되면, 점등 검출 수단 LD가 그것을 검출하고, 점등 시간 타이머 OT가 타이머 동작을 개시함과 동시에, 소등 시간 타이머 LOT가 타이머 동작을 종료하여, 점등 시간 타이머 OT의 초기값을 소등 시간에 따라 변경한다. 또, 저온 시동시의 초기값은 점등 시간 0초로 된다.
다음에, 점등 시간 타이머 OT가 소정 시간 타이머 동작하면, 전환 수단 SW2에 점등 시간 타이머 OT로부터 제어 입력이 들어가고, 전환 수단 SW2는 도면에서 상측으로 전환된다. 이에 따라, 구형파 발진 회로 OSC의 출력 신호가 전환 수단 SW2, 반전 회로 N 및 비 반전 회로 Y를 경유하여 인버터 DC/AC의 게이트 드라이브 신호 발생 회로 GDC1∼GDC4에 인가된다. 이에 따라, 구형파 발생 회로 OSC의 출력 신호의 온, 오프에 따라 스위칭 수단 Q2, Q5와 Q3, Q4가 게이트 드라이브 신호에 의해서 드라이브되어 교대로 온, 오프되기 때문에, 인버터 동작이 개시된다. 그 결과, 고압 방전 램프 HPL은 교류 점등으로 전환된다.
한편, 점등 시간 타이머 OT는 점등 시간을 적산해 가면서 그 적산값, 즉 점등 시간을 그때마다 목표 램프 전력 설정 회로 TLP의 목표 램프 전력 메모리 LPM에 송출한다. 목표 램프 전력 메모리 LPM은 점등 시간을 받아 대응하는 목표 램프 전력을 제산 회로 DVC로 송출한다. 제산 회로 DVC는 목표 램프 전력을 램프 전압으로 제산하여 목표 램프 전류로 변환해서 적분 회로 ICC로 출력한다. 적분 회로 ICC는 목표 램프 전류를 안정화시키고 나서, 램프 전력 조정 수단 LPR에서의 제 1 차동 증폭 회로 DFA1의 반전 입력단에 목표 램프 전류에 따라서 목표 램프 전류를 입력한다. 한편, 비 반전 입력단에는 실제 램프 전류(실제 램프 전력)가 입력되기 때문에, 제 1 차동 증폭 회로 DFA1의 출력단에는 목표 램프 전류(목표 램프 전력)와 실제 램프 전류(실제 램프 전력)의 차분이 출력되고, 그 차분은 또한 스위칭 레귤레이터 DC/DC의 게이트 드라이브 신호 발생 회로 GDCS의 제어 입력단에 입력된다.
스위칭 레귤레이터 DC/DC의 게이트 드라이브 신호 발생 회로 GDCS의 제어 입력단에 상기 차분이 입력되면, 스위칭 레귤레이터 DC/DC는 PWM 제어되어, 차분이 0으로 되는 방향으로 직류 출력이 변화한다. 그 결과, 고압 방전 램프 HPL은 목표 램프 전력이 투입된다. 이 때문에, 고압 방전 램프는, 도 10에 도시하는 바와 같이, 점등 시간의 경과에 따라 미리 설정된 목표 램프 전력에 따라 변화하는 램프 전력 이하로 요구되는 바만큼 제어되면서 점등하게 된다.
본 실시예에서의 점등 시간마다의 출력 전력의 변화는 도 10에 도시되어 있다. 도면에서, 가로축은 점등 시간(초)을, 세로축은 출력 전압(W)을, 각각 나타낸다. 또한, 시간 a가 제 1 시간대, 시간 b가 제 2 시간대, 시간 c가 제 3 시간대이다. 또한, 제 2 시간대 b의 기간 동안에 금속 할로겐화물이 급격히 증발하도록 예정되어 있다. 도면으로부터 명백한 바와 같이, 표 1에 나타내는 목표 램프 전력에 따라 램프 전력이 변화하고 있다.
본 실시예에서의 점등 시간에 대한 광 출력 및 램프 전류의 변화는 도 11에 도시되어 있다. 도면에서, 가로축은 시간을, 세로축은 광 출력 L 및 램프 전류 I1을, 각각 임의값으로 나타낸다. 또한, 곡선 L은 광 출력, IL은 램프 전류를 각각 나타낸다. 또한, 시간 a, b, c가 각각 제 1 시간대, 제 2 시간대, 제 3 시간대이다. 도면으로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 본 실시예에서는, 금속 할로겐화물이 급격히 증발하고 있는 제 2 시간대이더라도, 램프 전력의 제어가 적절히 실행되고 있기 때문에, 제 1 시간대에서의 희가스 방전에 의한 대략 50% 정도의 광 출력으로부터 제 3 시간대에서의 안정 점등 상태로서의 100%의 광 출력을 향해서 원활하게 이행하고 있다. 또, 점등 초기에 펄스 형상 발광이 발생하고 있지만, 이것은 글로우·아크 전이시의 발광이며, 지극히 짧은 시간이기 때문에, 이 정도이면 조명에 실질적인 영향을 미치지 않는다. 또한, 이 때의 에너지는 주로 전해 콘덴서 C2로부터 공급된다.
(고온 시동시의 회로 동작에 대하여)
고온 시동시에 있어서는, 고압 방전 램프 HPL이 단시간(예컨대, 10초간) 소등하고 재시동될 때이다. 이 때문에, 전회의 소등시로부터의 경과 시간이 적기 때문에, 실온 정도에 비하여 고압 방전 램프 HPL이 고온 상태에 있고, 관내의 금속 증기압도 높다. 이 경우, 소등 시간 타이머 LOT의 타이머 출력이 상대적으로 작기 때문에, 점등 시간 타이머 OT의 초기값이 10초까지 늦추어진다. 이에 따라, 목표 램프 전력 설정 회로 TLP로부터 제어 출력되는 목표 램프 전력의 값이 54W로 되어, 정격 램프 전력에 상대적으로 근접하게 된다.
한편, 전원 스위치 SW1의 온에 따라 스위칭 레귤레이터 DC/DC의 직류 출력 전압에 의해서 점화기 IG가 동작하여 시동 펄스가 발생하면, 고압 방전 램프 HPL이 시동하여 점등된다. 점등될 때, 램프 전압 검출 수단 LVD가 그것을 검출하면, 이것에 연동하여 점등 시간 타이머 OT가 타이머 동작을 개시하고, 소등 시간 타이머 LOT가 타이머 동작을 종료한다.
다음에, 도 12 내지 도 14는 본 발명의 고압 방전 램프 점등 장치의 실시예 2를 나타내고, 도 12는 블록 회로도, 도 13은 할로겐화물 급격 증발 검출 수단을 나타내는 블록 회로, 도 14는 점등 시간과 출력 전압의 관계를 나타내는 그래프이다. 각 도면에서, 도 8 및 도 10과 동일 부분에 대해서는 동일 부호를 부여하고 설명은 생략한다. 본 실시예는 할로겐화물 급격 증발 검출 수단 HVD 및 보정 회로 CC를 부가하고, 또한, 목표 램프 전력이 서로 다르다는 점에서 상이하다.
즉, 할로겐화물 급격 증발 검출 수단 HVD를 점등 검출 수단 LD와 병렬적으로 접속하고 있다. 할로겐화물 급격 증발 검출 수단 HVD는, 도 13에 도시하는 바와 같이, 시동 직후 램프 전압 기억 장치 LVM 및 비교 장치 CPC로 이루어진다. 시동 직후 램프 전압 기억 장치 LVM은 고압 방전 램프 HPL의 시동 직후의 램프 전압을 기억한다. 또, 「시동 직후」란, 시동 후 0.4∼0.6초 정도이다. 비교 장치 CPC는, 그 한쪽의 입력단에 시동 직후 램프 전압 기억 장치 LVM의 기억 데이터가, 또한 다른 쪽의 입력단에 그때마다 변화하는 램프 전압이, 각각 인가된다. 그리고, 입력단 사이의 전압차가 소정값, 예컨대, 1∼3V의 범위로 설정된 값으로 되면, 출력을 발생한다. 또한, 보정 회로 CRC를 점등 검출 수단 LD와 점등 시간 타이머 OT 사이에 개재시키고, 또한, 할로겐화물 급격 증발 검출 수단 HVD의 검출 출력에 의해 보정 회로 CRC를 제어하도록 구성하고 있다.
한편, 본 실시예에서, 목표 램프 전력은 제 1 및 제 2 시간대로 나뉘어지고, 표 2에 도시하는 바와 같이 설정되어 있다.
Figure 112003031170054-pct00002
표 2를 보충 설명하면, 0.0∼4.6초가 제 1 시간대이고, 그 때의 제 1 목표 램프 전력이 85W, 감쇠율 0.00(W/초)으로 일정하다. 마찬가지로 4.6∼48.0초가 제 2 시간대이고, 그 때의 제 2 목표 램프 전력이 85W로부터 최초로 감쇠율 9.38(W/초)로 감쇠를 개시하고, 그 후 순차적으로 감쇠율이 감소하여 48초에 35W, 감쇠율 0.00, 즉 안정 점등으로 되도록 설정되어 있다.
본 실시예에서의 점등 시간마다의 출력 전력의 변화는 도 13에 도시되어 있다. 도면에서, 가로축은 점등 시간(초)을, 세로축은 출력 전압(W)을, 각각 나타낸다. 또한, 시간 a가 제 1 시간대, 시간 b가 제 2 시간대이다. 또한, 제 2 시간대 b의 기간은 할로겐화물 급격 증발 검출 수단 HVD가 금속 할로겐화물의 급격한 증발을 검출했을 때에 보정되는 것에 의해, 점등 시간 타이머 OT가 전환되어 시작된다. 도면으로부터 명백한 바와 같이, 표 2에 나타내는 목표 램프 전력에 따라 램프 전력이 변화하고 있다.
그렇게 하여, 본 실시예에서는, 할로겐화물 급격 증발 검출 수단 HVD가 금속 할로겐화물의 급격한 증발을 검출하면, 보정 회로 CRC가 제어되어 점등 시간 타이머 OT의 타이머 동작을 앞당겨 제 1 시간대를 종료시키고, 제 2 시간대를 시작시킨다. 이에 따라, 목표 램프 전력 설정 회로 TLP로부터 제 2 목표 램프 전력이 제 1 목표 램프 전력 대신에 램프 전력 조정 수단 LPR로 출력된다.
도 15 내지 도 21은 본 발명의 고압 방전 램프 점등 장치의 실시예 3을 나타내고, 도 15는 블록 회로도, 도 16은 목표 램프 전력 특성을 나타내는 그래프, 도 17은 소등 시간 타이머의 출력 특성을 나타내는 그래프, 도 18은 시간폭을 확대하여 목표 램프 전력과 실제 램프 전력의 변화의 상관 관계를 나타내는 그래프, 도 19는 서로 다른 광량 상승 특성을 갖는 3등의 고압 방전 램프를 점등시킨 경우의 광량 상승을 나타내는 그래프, 도 20은 마찬가지로 램프 전압의 변화를 나타내는 그래프, 도 21은 마찬가지로 램프 전류의 변화를 나타내는 그래프이다. 각 도면에서, 도 8과 동일 부분에 대해서는 동일 부호를 부여하고 설명은 생략한다.
본 실시예는 판정 수단 JC를 구비하고 있는 점에서 가장 상이하다. 판정 수단 JC는, 램프 전압 검출 수단 LVD의 검출 출력이 입력되어 제 1 램프 전압을 얻는 수단과, 그 측정값을 제 1 램프 전압으로서 기억하는 수단과, 다음에 램프 전력이 저감했을 때의 램프 전압을 제 2 램프 전압으로서 얻는 수단과, 기억 수단으로부터 제 1 램프 전압을 판독하여, 제 2 램프 전압으로부터 제 1 램프 전압을 감산하는 수단과, 감산 결과가 소정값 이상이면 램프 전압이 상승하고 있다고 판단하여 램프 전력의 저감 가능으로 판정하고, 소정값에 도달하고 있지 않으면 램프 전력의 저감은 불가능하다고 판정하는 수단을 포함하고 있다. 그리고, 판정 수단 JC는 점등 시간 타이머 OT로부터 점등 시간 데이터가 공급되는 것에 의해 램프 전력의 저감과 동기하여 램프 전압을 측정한다. 판정 수단 JC의 램프 전력 저감 불가의 판정 출력은 점등 시간 타이머 OT에 제어 입력하고, 카운트값을 원래대로 되돌린다.
한편, 램프 전력의 제어는, 본 실시예의 경우, 이하의 구성에 의해 실행된다. 즉, 실제 램프 전력과 목표 램프 전력을 비교하여, 실제 램프 전력을 목표값과 동등하게 하도록 스위칭 레귤레이터를 제어한다. 실제 램프 전력을 측정하기 위해서, 램프 전압 검출 수단 LVD와 램프 전류 검출 수단 LCD의 검출 출력에 근거하여 실제 램프 전력을 연산하는 램프 전력 연산 수단 LWO가 배치되어 있다. 목표 램프 전력을 구하기 위해서, 목표 램프 전력 연산 수단 LWG가 배치되어 있다. 그리고, 램프 전력 연산 수단 LWO로부터 얻는 실제 램프 전력의 출력과 목표 램프 전력 연산 수단 LWG의 출력은 차동 증폭 회로 DFA의 각각의 입력단에 입력된다. 그들의 차에 따른 출력이 스위칭 레귤레이터 DC/DC의 게이트 드라이브 신호 발생 회로 CDCS의 PWM 제어 단자에 제어 입력된다. 그 결과, 스위칭 레귤레이터 DC/DC의 직류 출력 전압이 PWM 제어되어, 실제 램프 전력이 목표 램프 전력에 접근하도록 변화된다.
목표 램프 전력 연산 수단 LWG는, 도 16에 도시하는 바와 같이, 목표 램프 전력 특성이 미리 설정되어 있다. 또, 목표 램프 전력 특성은, 도면에 도시하고 있지 않지만, 미세한 계단 형상으로 변화하도록 설정되어 있다. 이 목표 램프 전력 특성은 제 1 목표 램프 전력 a, 제 2 목표 램프 전력 b 및 제 3 목표 램프 전력 c로 이루어진다. 제 1 목표 램프 전력 a는, 점등으로부터 5초까지의 기간에서, 고압 방전 램프 HPL의 정격 램프 전력 35W에 대하여 2.5배의 85W로 일정하게 설정되어 있다. 제 2 목표 램프 전력 b는, 제 1 목표 램프 전력 a의 기간에 계속되는 1.5초 동안에, 4W/초의 감쇠율로 직선적으로 79V까지 저감하고 있다. 제 3 목표 램프 전력 C는, 제 2 목표 램프 b의 기간에 계속되는 44초 동안에, 정격 램프 전력의 35W까지 순차적으로 저감하고 있다. 그 저감의 감쇠율은 최초에 크고 순차적으로 작아지고 있다. 따라서, 점등 개시 후 50초 동안에 안정 점등으로 되도록 설정되어 있다.
이상 설명한 본 실시예에서의 목표 램프 전력 특성은 도 7에 나타내는 목표 램프 전력 특성과 대비하면 한층 더 이해하기 쉽다. 즉, 제 1 목표 램프 전력 a의 기간이 0.5초 단축되어 있고, 또한, 제 2 목표 램프 전력 b에서의 램프 전력의 감쇠율이 커져 있다. 이것은 고압 방전 램프의 상정되는 광량 상승 특성의 편차를 고려하여, 가장 광량 증대가 빠른 고압 방전 램프에 맞추어 설정되어 있기 때문이다.
한편, 도 17에 나타내는 바와 같이, 소등 시간 타이머 LOT는, 소등 시간이 길수록 시간에 대한 타이머 출력이 작아지도록 설정되어 있고, 소등 시간이 최초의 10초까지 출력 전체의 80% 이상이 변화한다. 그렇게 하여, 예컨대, 소등 5초 후에 재시동하는 경우를 예로서 설명하면, 소등 시간 5초에서의 소등 타이머 LOT의 출력값이 64이므로, 그 값을 0.2배한 수치 12.8이 실온 상태로부터 점등(cold start)했을 때의 점등 시간(초)에 상당한다. 그리고, 소등 시간 타이머 LOT는 점등 시간 타이머 OT를 12.8초로부터 동작하도록 카운트값을 설정한다. 따라서, 도 16에 나타내는 목표 램프 전력 특성에서의 12.8초 시의 목표 램프 전력 46W에서 고압 방전 램프 HPL이 시동되어 점등을 개시한다. 그리고, 12.8초 이후의 목표 램프 전력 특성에 따라 실제 램프 전력이 정격 램프 전력을 향하여 저감되고, 안정 점등으로 이행한다.
다음에, 도 18을 참조하여, 실제 램프 전력이 목표 램프 전력 특성에 따라 저감해 가는 과정에 대하여 설명한다. 도면에서, 실선은 실제 램프 전력, 짧은 점선은 목표 램프 전력 특성, 긴 점선은 판정에 의해 저감 불가의 제어가 행해진 경우의 실제 램프 전력을 각각 나타내고, 왼쪽으로부터 오른쪽으로 시간이 경과하는 그래프이다. 또, 시간축은 도 16과 비교하면, 현저히 확대되어 있다. 즉, 목표 램프 전력은 단계적으로 설정되어 있지만, 실제 램프 전력은 하나의 목표 램프 전력값이 유지되는 시간 동안에 복수 회에 걸쳐 판정이 행해지면서 제어되고, 또한, 실제 램프 전력이 변화하는 데에는 관성을 수반하기 때문에, 전력은 상대적으로 조금씩 거의 연속적으로 변화한다.
이상의 동작의 결과, 가령 고압 방전 램프에 광량 상승 특성에 상정되는 편차가 있었다고 해도, 콜드 스타트(cold start)했을 때에, 도 19의 광량, 도 20의 램프 전압 및 도 21의 램프 전류의 변화로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 고램프 전력 상태로부터 정격 램프 전력까지 적절히 램프 전력이 순차적으로 저감하여, 안정 점등으로 귀결된다. 또, 도면에서, 곡선 A는 도 2 및 도 3에 나타내는 제 1 수은 프리 램프, 곡선 B는 도 4 및 도 5에 나타내는 제 2 수은 프리 램프, 곡선 C는 도 6에 나타내는 제 3 수은 프리 램프이다.
도 22는 본 발명의 고압 방전 램프 점등 장치의 실시예 4를 나타내는 블록 회로도이다. 도면에서, 도 15와 동일 부분에 대해서는 동일 부호를 부여하고 설명은 생략한다. 본 실시예는, 판정 수단 JC로부터의 램프 전력 저감 불가의 판정 출력에 의해 직접 목표 램프 전력 연산 수단 LWG을 제어하여, 목표 램프 전력을 저감 전의 값으로 되돌리도록 구성하고 있다.
다음에, 도 23 및 도 24는 본 발명의 자동차용 헤드라이트 장치의 일 실시예를 나타내고, 도 23은 사시도, 도 24는 고압 방전 램프를 나타내는 정면도이다. 각 도면에서, 참조 부호 11은 헤드라이트 장치 본체, 참조 부호 12는 고압 방전 램프, 참조 부호 13A, 13B는 고압 방전 램프 점등 장치이다.
헤드라이트 본체(11)는 전면(前面) 투과 패널(11a), 리플렉터(11b, 11c), 램프 소켓(11d) 및 부착부(11e) 등으로 구성되어 있다. 전면 렌즈(11a)는 자동차의 외면과 맞춘 형상을 이루고, 소요의 광학적 수단, 예컨대, 프리즘을 구비하고 있다. 리플렉터(11b, 11c)는 각 고압 방전 램프(12)마다 배치되어 있고, 각각 요구되는 배광 특성을 얻도록 구성되어 있다. 램프 소켓(11d)은 고압 방전 램프 점등 장치의 출력단에 접속되고, 고압 방전 램프(12)의 구금(口金)(12d)에 접속한다. 부착부(11e)는 헤드라이트 장치 본체(11)를 자동차의 소정 위치에 부착하기 위한 수단이다.
고압 방전 램프(12)는 발광관(12a), 외관(12b), 리드선(12c) 및 구금(12d) 등으로 구성되어 있다. 발광관(12a)은 도 15에 나타내는 구조를 구비하고, 한쪽 단부에서 구금(12d)에 지시되어 있다. 외관(12b)은 발광관(12a)의 외측을 포위하고 있다. 리드선(12c)은 발광관(12a)의 다른 쪽의 단부로부터 도출되고, 발광관(12a)을 따라 꼭지쇠에 접속되어 있다. 또, 참조 부호 12c1은 절연 튜브이다. 꼭지쇠(12d)는 헤드라이트 장치 본체(11)의 리플렉터(11b, 11c)에, 그 배면으로부터 장착되고, 또한, 꼭지쇠(12d)의 배면으로부터 램프 소켓(11d)을 접속한다. 그렇게 하여, 2등(燈)의 고압 방전 램프(12)가 헤드라이트 장치 본체(11)에 장착되어, 4등(燈)식의 헤드라이트 장치가 구성된다. 각 고압 방전 램프(12)의 발광부는 헤드라이트 장치 본체(11)의 리플렉터(11b, 11c)의 초점에 거의 위치한다.
고압 방전 램프 점등 장치(13A, 13B)는 각각 도 8에 나타내는 구성을 구비하고 있어, 금속제 용기(13a) 내에 수납되어 있고, 또한, 고압 방전 램프(12)를 활성화하여 점등시킨다.
시동시로부터 안정 점등까지 위화감 없이 광속이 상승되기 때문에, 안전한 조명을 실행하는 것이 가능하고, 또한 환경 문제가 없는 고압 방전 램프 점등 장치로서 이용할 수 있다.
자동차용 헤드라이트 장치에 응용할 수 있다.

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 희가스 및 금속 할로겐화물을 포함하고 수은을 본질적으로 포함하지 않는 고압 방전 램프를 활성화할 수 있는 점등 회로와,
    고압 방전 램프의 시동 직후 1∼20초의 범위 내로 설정된 시간을 제 1 시간대로 하고, 제 1 시간대에 연속하는 0.4∼9초 사이의 범위 내로 설정된 시간을 제 2 시간대로 하며, 또한, 제 2 시간대에 연속하고 또한 시동 직후로부터 40∼70초의 범위 내로 설정된 시간을 제 3 시간대로 하고, 고압 방전 램프에 대하여 공급하는 램프 전력을, 제 1 시간대에 대해서는 정격 램프 전력의 2배보다 큰 제 1 램프 전력으로 하고, 제 2 시간대에 대해서는 제 1 램프 전력이 1∼8W/초의 감쇠율로 감쇠하는 제 2 램프 전력으로 하며, 제 3 시간대에 대해서는 제 2 램프 전력이 정격 램프 전력까지 순차적으로 더 감쇠하는 제 3 램프 전력으로 되도록 점등 회로를 제어하는 제어 수단
    을 구비하고 있는 고압 방전 램프 점등 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    제어 수단은,
    제 1 시간대에 대해서는 고압 방전 램프의 정격 램프의 전력의 2배보다 큰 제 1 목표 램프 전력을, 제 2 시간대에 대해서는 제 1 램프 전력으로부터 시간의 경과에 따라 1∼8W/초의 감쇠율로 감쇠하는 제 2 목표 램프 전력을, 제 3 시간대에 대해서는 제 2 목표 램프 전력으로부터 정격 램프 전력까지 순차적으로 감쇠하는 제 3 목표 램프 전력을, 각각 점등 시간에 대하여 미리 기억시킨 목표 램프 전력 설정 회로와,
    고압 방전 램프의 점등 시간을 계시(計時)하고 또한 점등 시간에 따른 목표 램프 전력을 목표 램프 전력 설정 회로로부터 출력시키는 점등 시간 타이머와,
    고압 방전 램프에 공급되고 있는 실제 램프 전력을 검출하는 실제 램프 전력 검출 수단과,
    목표 램프 전력과 실제 램프 전력을 비교하여 그 차에 따라 실제 램프 전력을 조정하는 램프 전력 조정 수단
    을 구비하고 있는 고압 방전 램프 점등 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    제어 수단은 고압 방전 램프의 점등을 검출하고, 또한, 점등을 검출했을 때에 점등 시간 타이머에 점등 시간의 계시를 시작시키는 점등 검출 수단을 구비하고 있는 고압 방전 램프 점등 장치.
  5. 희가스 및 금속 할로겐화물을 포함하고 수은을 본질적으로 포함하지 않는 고압 방전 램프를 활성화(energize)할 수 있는 점등 회로와,
    이 점등 회로를 제어하는 제어 수단
    을 구비하되,
    상기 제어 회로는,
    시동시로부터 고압 방전 램프에 봉입된 금속 할로겐화물이 증발할 때까지의 시간을 제 1 시간대로 하고, 또한, 제 1 시간대에 연속하여 시작되어 시동 직후로부터 40∼70초의 범위 내로 설정된 시간을 제 2 시간대로 하며, 제 1 시간대에 대해서는 고압 방전 램프의 정격 램프 전력에 대하여 2배보다 큰 제 1 목표 램프 전력을, 제 2 시간대에 대해서는 제 1 목표 램프 전력으로부터 시간의 경과에 따라 정격 램프 전력까지 순차적으로 감쇠하는 제 2 목표 램프 전력을, 각각 미리 기억시킨 목표 램프 전력 설정 회로와,
    고압 방전 램프의 시동으로부터의 점등 시간을 계시하는 점등 시간 타이머와,
    시동 후에 고압 방전 램프에 봉입된 금속 할로겐화물이 증발할 때를 검출하는 할로겐화물 급격 증발 검출 수단과,
    고압 방전 램프의 점등을 검출하는 점등 검출 수단을 구비하며,
    점등 검출 수단 및 할로겐화물 급격 증발 검출 수단과의 협조에 의해서 점등 검출 수단이 고압 방전 램프의 점등을 검출했을 때에, 목표 램프 전력 설정 회로로부터 제 1 목표 램프 전력을 출력시키고,
    할로겐화물 급격 증발 검출 수단이 금속 할로겐화물의 증발을 검출했을 때에 점등 시간을 제 2 시간대로 전환하여 제 2 목표 램프 전력을 출력시키며,
    이후 점등 시간에 따른 목표 램프 전력을 출력시키는
    고압 방전 램프 점등 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    할로겐화물 급격 증발 검출 수단은, 적어도 고압 방전 램프의 램프 전압에 상당하는 전압을 감시함으로써, 할로겐화물의 급격한 증발을 검출하는 고압 방전 램프 점등 장치.
  7. 희가스 및 금속 할로겐화물을 포함하고 수은을 본질적으로 포함하지 않는 고압 방전 램프를 활성화할 수 있는 점등 회로와,
    고압 방전 램프를 점등시켜, 정격 램프 전력의 2배보다 큰 램프 전력이 점등 회로로부터 공급된 후에, 램프 전력의 순차적 저감화의 가부(可否) 판정을 하고, 램프 전력의 저감이 가능하다고 판정한 경우에는, 램프 전압이 거의 연속적으로 증가하면서 정격 램프 전력으로 안정화되도록, 점등 회로를 제어하여 램프 전력을 순차적으로 감쇠시켜 가는 제어 수단
    을 구비하고 있는 고압 방전 램프 점등 장치.
  8. 희가스 및 금속 할로겐화물을 포함하고 수은을 본질적으로 포함하지 않는 고압 방전 램프를 활성화할 수 있는 점등 회로와,
    고압 방전 램프를 점등 회로에 의해 시동한 후, 정격 램프 전력의 2배보다 큰 램프 전력을 점등 회로로부터 공급하고, 고압 방전 램프의 광량이 안정시의 광량과 비교하여 적은 상태에서 램프 전력을 저감했을 때의 고압 방전 램프의 점등 상태에 근거하여, 램프 전력 저감의 가부를 그때마다 판정하고, 램프 전력 저감 허용(可)일 때에는 계속해서 램프 전력을 순차적으로 감쇠시켜 정격 램프 전력으로 안정화되도록 점등 회로를 제어하는 제어 수단
    을 구비하고 있는 고압 방전 램프 점등 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    램프 전력 저감의 가부 판정은 램프 전압의 상승 유무에 따라 실행하는 고압 방전 램프 점등 장치.
  10. 제 2 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    희가스 및 금속 할로겐화물을 포함하고 수은을 본질적으로 포함하지 않는 고압 방전 램프를 구비하고 있는 고압 방전 램프 점등 장치.
  11. 자동차용 헤드라이트 장치 본체와,
    자동차용 헤드라이트 장치 본체에 마련된 청구항 10에 기재된 고압 방전 램프 점등 장치
    를 구비하고 있는 자동차용 헤드라이트 장치.
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