KR20240013161A - 광원 장치, 유전체 배리어 방전 램프의 점등 회로, 유전체 배리어 방전 램프의 점등 방법 - Google Patents
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Abstract
장치 전체를 대형화시키지 않고, 전력 절약화와 신뢰성의 향상이 실현된 광원 장치, 장치 전체를 대형화시키지 않고, 전력 절약화와 신뢰성의 향상을 실현하기 위한 유전체 배리어 방전 램프의 점등 회로 및 점등 방법을 제공한다. 직류 전원과, 트랜스와, 스위칭 소자를 포함하고, 스위칭 소자의 ON 상태와 OFF 상태가 전환됨으로써, 트랜스의 2차측 권선에 기전력을 발생시키는 점등 회로와, 트랜스의 2차측 권선에 접속되는 유전체 배리어 방전 램프와, 스위칭 소자의 ON/OFF 제어를 행하는 제어부를 구비하고, 제어부는, 시동시에, 소정의 주파수로 스위칭 소자의 ON/OFF 제어를 반복하는 시동시 모드와, 유전체 배리어 방전 램프의 시동 후, 소정의 주파수로 스위칭 소자의 ON/OFF 제어를 반복하는 제1 제어와, 스위칭 소자를 OFF 상태로 유지하는 제2 제어를 번갈아 행하는 정상 동작시 모드를 실행한다.
Description
본 발명은, 광원 장치에 관한 것으로, 특히 유전체 배리어 방전 램프를 구비한 광원 장치에 관한 것이다. 또, 본 발명은, 유전체 배리어 방전 램프의 점등 회로 및 점등 방법에 관한 것이다.
종래, 유전체 배리어 방전 램프의 점등에 관해서는, 플라이백 방식의 점등 회로에 의한 제1 제어 기술이 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조). 또, 유전체 배리어 방전 램프의 점등 회로는, 플라이백 방식 외에도, 푸시풀 방식이나 풀 브릿지 방식 등의 점등 회로가 알려져 있다.
근년, 균이나 바이러스 등(이하, 「균 등」이라고 약기하는 경우가 있다.)의 불활화에, 자외광을 이용하는 기술의 개발이 진행되고 있다. 본 출원인도, 유전체 배리어 방전 램프의 일종인 엑시머 램프를 이용하여, 균 등의 불활화를 행하는 기술을 개발하고 있다(예를 들면, 상기 특허 문헌 2 참조).
또, 최근에는, 코로나 바이러스 감염증의 유행 등에 의해, 엑시머 램프를 이용한 불활화 처리 기술로서, 균 등의 불활화 처리가 가능함과 함께, 사람이나 동물에 대한 영향이 매우 낮은, 파장이 190nm~240nm의 자외광을 이용한 균 등의 불활화 처리가 주목받고 있다.
당해 파장 범위의 광을 출사하는 엑시머 램프는, 발광관 내에 발광 가스로서 희가스와 할로겐 가스가 봉입된 엑시머 램프가 알려져 있다. 이와 같은 엑시머 램프로서는, 예를 들면, 발광관 내에 크립톤(Kr)과 염소(Cl)가 봉입된, 주된 피크 파장이 222nm 근방인 엑시머 램프, 발광관 내에 크립톤(Kr)과 브롬(Br)이 봉입된, 주된 피크 파장이 207nm 근방인 엑시머 램프, 발광관 내에 아르곤(Ar)과 불소(F)가 봉입된, 주된 피크 파장이 파장 193nm 근방인 엑시머 램프 등이 알려져 있다.
유전체 배리어 방전 램프는, 초기 방전을 발생시켜 점등 동작을 개시시키기 때문에, 시동시에 있어서, 정상(定常) 동작시에 인가되는 전압보다 높은 전압의 인가를 필요로 하는 경우가 있다. 이 때문에, 유전체 배리어 방전 램프를 탑재하는 광원 장치의 대부분은, 시동시와 정상 동작시에서, 유전체 배리어 방전 램프에 인가하는 전압치를 전환하는 제어나 기구가 설치되어 있는 경우가 있다.
특히, 상술한 바와 같은, 전자 친화력이 높은 할로겐 가스가 발광 가스에 포함되는 엑시머 램프는, 할로겐 가스가 발광 가스에 포함되지 않는 엑시머 램프에 비해 발광관 내에서의 초기 방전이 발생하기 어렵다. 이 때문에, 할로겐 가스가 발광 가스에 포함되는 엑시머 램프를 구비하는 광원 장치는, 초기 방전을 보다 확실히 발생시킬 수 있도록, 시동시에 정상 동작시보다 높은 전압을 인가할 수 있는 구성이 보다 많이 채용되고 있다.
그러나, 유전체 배리어 방전 램프에 인가하는 전압의 값을 전환하는 제어는, 단순한 ON/OFF 제어 만으로 실현되는 것이 어렵고, 점등 회로의 방식에 따라서는, 아날로그 회로에 의한 출력 전압 제어나, 전압 레벨을 변환하기 위한 DC/DC 컨버터가 필요하다. 이 때문에, 전압을 전환하는 기구를 구비하는 광원 장치는, 출력 전압이나 과도 특성 등에 대해서 원하는 특성이 얻어지도록, 고도의 회로 설계 기술이 요구된다.
또, 아날로그 회로는, 경시적인 열화 등에 의해, 출력하는 전압 등이 변동되어 버릴 가능성이 있기 때문에, 신뢰성에 있어서의 과제가 발생하기 쉽고, 높은 신뢰성을 확보하려고 하면, 복잡한 보정 회로 등을 탑재해야 한다. 즉, 유전체 배리어 방전 램프에 인가하는 전압을 전환하는 기구를 탑재하는 것은, 광원 장치 전체의 대형화나 제조 비용의 증대나, 또한 신뢰성에 있어서의 과제의 요인이 되고 있었다.
상술한 바와 같이, 파장이 190nm~240nm인 자외광을 출사하는 엑시머 램프가 탑재된 광원 장치는, 사람이나 동물에 대한 영향이 매우 낮기 때문에, 의료 시설, 학교, 관공서 등, 빈번하게 사람이 모이는 시설이나, 자동차, 전철, 버스, 비행기, 배 등의 탈 것 등, 다양한 장면에서 활용되는 것이 기대되고 있다. 이 때문에, 이와 같은 광원 장치는, 전력 절약화와 함께, 장치 전체를 보다 소형화하는 것이나, 높은 신뢰성이 강하게 요구되고 있다.
본 발명은, 상기 과제를 감안하여, 장치 전체를 대형화시키지 않고, 전력 절약화와 신뢰성의 향상이 실현된 광원 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또, 본 발명은, 장치 전체를 대형화시키지 않고, 전력 절약화와 신뢰성의 향상을 실현하기 위한 유전체 배리어 방전 램프의 점등 회로 및 점등 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 광원 장치는,
직류 전원과, 1차측 권선과 2차측 권선을 갖는 트랜스와, 적어도 1개의 스위칭 소자를 포함하고, 상기 스위칭 소자의 ON 상태와 OFF 상태가 전환됨으로써, 상기 직류 전원으로부터 상기 트랜스의 상기 1차측 권선으로의 전류의 공급과 정지를 전환하거나, 또는 상기 1차측 권선을 흐르는 전류의 방향을 변화시켜, 상기 트랜스의 상기 2차측 권선에 기전력을 발생시키도록 구성된 점등 회로와,
상기 트랜스의 상기 2차측 권선에 접속되는 유전체 배리어 방전 램프와,
상기 스위칭 소자의 ON/OFF 제어를 행하는 제어부를 구비하고,
상기 제어부는,
시동시에, 소정의 주파수로 상기 스위칭 소자의 ON/OFF 제어를 반복함으로써 상기 유전체 배리어 방전 램프에 대해 소정의 전압을 인가하는 시동시 모드와,
상기 유전체 배리어 방전 램프의 시동 후, 상기 소정의 주파수로 상기 스위칭 소자의 ON/OFF 제어를 반복함으로써 상기 유전체 배리어 방전 램프에 대해 상기 소정의 전압을 인가하는 제1 제어와, 상기 스위칭 소자의 ON/OFF 제어의 주기보다 긴 기간에 걸쳐, 상기 스위칭 소자를 OFF 상태로 유지하는 제2 제어를 번갈아 행하는 정상 동작시 모드를 실행하는 것을 특징으로 한다.
시동시 모드는, 스위칭 소자의 ON/OFF 제어를 실행하여, 트랜스의 2차측 권선에 접속된 유전체 배리어 방전 램프에서 초기 방전이 발생하기 위해 필요한 기전력을 발생시킨다. 또한, 트랜스의 2차측 권선에 발생시키는 기전력의 크기는, 유전체 배리어 방전 램프의 종류나 크기 등에 따라, 직류 전원의 출력 전압, 트랜스의 각 권선의 권수, 스위칭 소자의 ON 상태를 유지하는 시간 등을 조정함으로써 미리 설정된다.
정상 동작시 모드는, 단위 시간당 소비 전력의 억제와, 유전체 배리어 방전 램프나 점등 회로로의 부하를 경감하기 위해, 시동시 모드와 같도록 스위칭 소자를 ON/OFF 제어하는 제1 제어와, 스위칭 소자를 OFF 상태로 유지하는 제2 제어를 번갈아 실행한다.
즉, 시동시 모드와 정상 동작시 모드는, 스위칭 소자를 ON/OFF 제어하는 같은 제1 제어가 행해지나, 스위칭 소자를 OFF 상태로 유지하는 제어(제2 제어)가 포함되는지 여부와 같은 점에서 상이하다. 그리고, 시동시 모드와, 정상 동작시 모드의 제1 제어는, 스위칭 소자의 ON/OFF 제어를 반복하는 주파수와, 유전체 배리어 방전 램프에 인가되는 전압이 대략 동일해진다. 또한, 여기서의 「대략 동일」은, 제어부에서 발생하는 노이즈나, 장치를 구성하는 소자의 불균일에 의해 발생하는 미소한 오차 정도가 존재하고 있어도 동일한 범위에 포함하는 의미로 이용된다.
또한, 상기 광원 장치는, 시동 후에 있어서, 끊어짐 방지 등을 위해, 정상 동작시 모드가 실행되고 있는 도중에 일시적으로 시동시 모드가 실행되도록 구성되어 있어도 상관없다. 또, 상기 광원 장치는, 점등 상태가 보다 확실히 안정되도록, 유전체 배리어 방전 램프의 점등이 확인된 후에도, 소정의 시간에 걸쳐 시동시 모드가 계속되도록 구성되어 있어도 상관없다.
본 발명의 광원 장치는, 상기 구성에 의해, 유전체 배리어 방전 램프의 점등 후에도 시동시 모드가 계속해서 실행되는 경우와 비교해, 점등 동작시에 유전체 배리어 방전 램프에 공급되는 단위 시간당 전력량이 적어지기 때문에, 소비 전력이 억제된다. 또, 시동 후에 유전체 배리어 방전 램프의 발광관 내에서 초기 방전의 발생에 필요한 정도의 높은 전압 인가를 계속하게는 되지만, 제2 제어가 실행됨으로써 시동시 모드에 비해 전압 인가의 빈도가 저감되기 때문에, 유전체 배리어 방전 램프나 점등 회로로의 부하가 경감된다.
또, 제1 제어와 제2 제어를 반복하는 정상 동작시 모드는, 스위칭 소자에 입력되는 제어 신호를 전환함으로써 실현된다. 즉, 출력 전압을 변경하는 것과 같은 아날로그 회로 구성의 전환이 아니라, 디지털 신호 처리에 의한 전환으로 실현할 수 있다.
또한, 제어부가 프로그래머블 디바이스나 MCU 등으로 구성되어 있는 경우, 상기 구성의 광원 장치는, 회로 구성의 변경 등을 필요로 하지 않고, 제어 신호의 패턴을 규정한 프로그램을 재기록함으로써 실현할 수 있다. 또, 상기 구성의 광원 장치가, 소정의 주기로 스위칭 소자를 ON/OFF 제어하는 제어 신호와, 스위칭 소자의 제어 신호와는 별도로 제어부로부터 출력되는 마스크용 신호의 조합으로 실현되는 경우여도, 논리 게이트 소자(예를 들면, 제어 신호와 마스크용 신호의 논리곱을 취하기 위한 AND 게이트 소자)가 적어도 하나 있으면 실현할 수 있다.
즉, 상기 구성의 광원 장치는, 복잡한 기구나 회로를 필요로 하지 않기 때문에, 종래의 장치와 비교해 장치 전체가 대형화하지 않고 실현 가능하며, 점등 회로의 구성 등에 따라서는, 부재의 점수를 삭감하여, 장치 전체를 소형화할 수 있다. 또, 디지털 신호 처리 만으로 실현 가능하기 때문에, 출력치의 불균일이나, 경시적인 열화에 의한 특성 변동을 신경쓸 필요가 없어져, 신뢰성에 대한 염려가 적어진다.
상기 광원 장치는,
상기 제어부가, 상기 정상 동작시 모드에 있어서, 상기 제1 제어와 상기 제2 제어를 주기적으로 실행하도록 구성되어 있어도 상관없다.
정상 동작시 모드에 있어서, 특정 주기로 제1 제어와 제2 제어가 반복되면, 유전체 배리어 방전 램프로부터 출사된 광이 조사되어 있는 영역이나 물품에 대한 적산 조사량이, 당해 주기 마다에 있어서 거의 일정해진다. 따라서, 광원 장치는, 상기 구성으로 함으로써, 정상 동작시 모드에 있어서 제1 제어와 제2 제어의 실행 시간이 임의로 변경되는 경우와 비교해, 자외광이 조사되어 있는 영역이나 물품에 있어서의, 불활화 처리의 진행 상태를 관리하기 쉬워진다.
또, 상기 제어는, 단순하게 소정의 주기로 제1 제어와 제2 제어를 반복하도록 구성하면 되기 때문에, 불활화 처리 상황이나 사용 환경에 따라 주기를 변화시키는 복잡한 제어를 구성하는 경우에 비해, 간단하게 실현할 수 있다.
상기 광원 장치는,
상기 제어부가, 상기 제1 제어에 있어서 상기 스위칭 소자의 ON/OFF 제어를 반복하는 횟수가, 각각의 상기 제2 제어의 전후에서 상이하도록 상기 정상 동작시 모드를 실행하도록 구성되어 있어도 상관없다.
트랜스는, 주기적인 전류의 공급이 행해지면, 주기적인 자왜(磁歪)가 발생함으로써, 전류의 주파수에 대응한 미소한 진동이 발생한다. 그리고, 당해 진동의 주파수가, 사람의 가청 대역(약 20Hz~20kHz)의 범위 내인 경우, 「소리 울림」이라고 칭해지는 이음(異音) 현상을 일으키는 경우가 있다. 본 발명에서는, 특히, 정상 동작시 모드에 있어서의 제1 제어와 제2 제어를 전환하는 동작의 주파수가 사람의 가청 대역 내의 주파수로 설정될 가능성이 있어, 소리 울림을 발생시키는 하나의 요인이 될 수 있다.
이에, 상기 구성으로 함으로써, 정상 동작시 모드에 있어서의 제1 제어와 제2 제어를 전환하는 동작이 특정 주파수에서의 동작은 아니게 되어, 자왜에 의해 트랜스에 발생하는 진동의 강도가 복수의 주파수 성분에 분산되기 때문에, 소리 울림이 억제된다. 또한, 정상 동작시 모드에 있어서의 제1 제어와 제2 제어를 전환하는 동작이 특정 주파수에서의 동작이 되지 않도록 하는 방법은, 각각의 제1 제어의 전후에서 제2 제어의 실행 시간을 상이하게 하는 방법 등이어도 상관없다.
상기 광원 장치는,
상기 제어부가, 상기 제1 제어의 실행 시간과 직후의 상기 제2 제어의 실행 시간의 합계가, 상기 소정의 주파수에 대응하는 주기의 4배 이상이며, 또한, 상기 제2 제어의 실행 시간이 100ms 이하가 되도록 상기 정상 동작시 모드를 실행하도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.
제2 제어의 실행 시간이 너무 짧으면, 유전체 배리어 방전 램프의 형상이나 사이즈에 따라서는 과잉한 전력 공급에 의해 발열이 문제가 되는 경우가 있다. 이에, 제2 제어의 실행 시간은, 유전체 배리어 방전 램프로의 발열이 충분히 억제되도록, 제1 제어에 있어서 스위칭 소자를 ON/OFF 제어하는 주기의 4배 이상인 것이 바람직하고, 8배 이상인 것이 보다 바람직하다.
또, 제2 제어의 실행 시간이 너무 길면, 유전체 배리어 방전 램프의 발광관 내의 플라스마가 소멸 또는 감쇠되어 버려, 유전체 배리어 방전 램프가 소등되어 버릴 가능성이 있다. 또한, 본 발명의 광원 장치에 관해서는, 정상 동작시 모드에 있어서의 제1 제어는, 스위칭 소자의 ON/OFF 제어를 반복하는 주파수와, 유전체 배리어 방전 램프에 인가되는 전압이 시동시 모드와 같기 때문에, 유전체 배리어 방전 램프에 초기 방전을 발생시키기 위해 필요한 전압이 인가된다. 즉, 유전체 배리어 방전 램프는, 제2 제어가 너무 길어 소등되어 버린 경우여도, 제어부가 다음 제1 제어를 개시했을 때에, 재점등할 수 있을 가능성이 있다.
또, 정상 동작시 모드의 제1 제어는, 소비 전력이나 부하의 경감 등의 관점에서, 유전체 배리어 방전 램프의 점등 상태를 유지하기 위해 필요 충분한 횟수만 펄스 형상의 전압 인가를 하는 제어여도 상관없다. 그러나, 소등되어 버린 유전체 배리어 방전 램프는, 정상 동작시 모드의 제1 제어에서 초기 방전은 발생하지만, 다음 제2 제어로 이행하기까지 발광 상태가 안정되지 않아 점등 상태를 유지할 수 없을 가능성이 있다. 따라서, 유전체 배리어 방전 램프의 점등 상태를 안정적으로 유지시키기 위해, 정상 동작시 모드의 제2 제어의 실행 시간은, 100ms 이하인 것이 바람직하고, 80ms 이하인 것이 보다 바람직하고, 10ms 이하인 것이 특히 바람직하다.
상기 광원 장치는,
상기 점등 회로가 플라이백 방식의 회로여도 상관없다.
또, 상기 광원 장치는,
상기 점등 회로가 푸시풀 방식의 회로여도 상관없다.
또, 상기 광원 장치는,
상기 점등 회로가 풀 브릿지 방식의 회로여도 상관없다.
상기의 각 방식의 점등 회로는, 직류 전원과, 1차측 권선과 유전체 배리어 방전 램프가 접속되는 2차측 권선을 갖는 트랜스와, 적어도 1개의 스위칭 소자를 포함한다.
플라이백 방식의 점등 회로는, 스위칭 소자의 ON 상태와 OFF 상태가 전환됨으로써, 직류 전원으로부터 트랜스의 1차측 권선으로의 전류의 공급과 정지를 전환하여, 트랜스의 2차측 권선에 기전력을 발생시키도록 구성된 점등 회로이다.
플라이백 방식의 점등 회로는, 기본적으로 FET 등의 스위칭 소자를 1개 밖에 필요로 하지 않기 때문에, 다른 방식의 점등 회로에 대해, 저비용으로 구성할 수 있다는 경제적 이점이 있다.
푸시풀 방식과 풀 브릿지 방식의 점등 회로는, 스위칭 소자의 ON 상태와 OFF 상태가 전환됨으로써, 트랜스의 1차측 권선을 흐르는 전류의 방향을 변화시켜, 트랜스의 2차측 권선에 기전력을 발생시키도록 구성된 점등 회로이다. 각각의 상세한 회로 구성과 동작은, 「발명을 실시하기 위한 형태」의 항목에 있어서 후술된다.
푸시풀 방식의 점등 회로는, 2개의 스위칭 소자가 번갈아 ON 상태로 전환되어, 당해 전환 동작에 따라 트랜스가 번갈아 구동되어 동작하기 때문에, 플라이백 방식의 점등 회로와 비교해, 전력 효율이 높다는 이점이 있다.
풀 브릿지 방식의 점등 회로는, 4개의 스위칭 소자가 번갈아 ON 상태로 전환되어, 당해 전환 동작에 따라 트랜스가 번갈아 구동되어 동작하기 때문에, 플라이백 방식의 점등 회로와 비교해, 전력 효율이 높다는 이점이 있다. 또, 풀 브릿지 방식의 점등 회로는, 푸시풀 방식의 점등 회로보다 스위칭 소자의 수가 많아져 버리지만, 트랜스의 1차측 권선의 양단자 사이에 직류 전원의 전압이 양음 번갈아 인가되기 때문에, 푸시풀 방식의 점등 회로보다 전력 변환 효율이 더 높다는 이점이 있다.
점등 회로가 플라이백 방식의 회로인 상기 광원 장치에 있어서,
상기 스위칭 소자는 기생 다이오드를 구비하고 있어도 상관없다.
점등 회로가 플라이백 방식의 회로인 경우의 가장 단순한 구성은, 직류 전원과, 트랜스의 1차측 권선과, 1개의 스위칭 소자가 직렬로 접속된 구성이다(도 3 참조). 당해 구성의 회로는, 스위칭 소자의 ON/OFF 제어에 의해, 트랜스의 1차측 권선에 유입되는 전류(이하, 「1차측 전류」와 같은 경우가 있다.)의 공급과 정지를 전환함으로써 2차측 권선에 기전력을 발생시킨다.
플라이백 방식의 점등 회로는, 스위칭 소자가 OFF 상태가 된 후, 트랜스의 2차측 권선에 흐르는 전류(이하, 「2차측 전류」와 같은 경우가 있다.)가 정지되면, 트랜스의 1차측 권선에 직류 전원과는 극성이 반대인 전압이 유기된다. 이 유기 전압이 발생했을 때에, 직류 전원과, 트랜스의 1차측 권선과, 스위칭 소자가 직렬로 접속된 회로가, 스위칭 소자가 OFF 상태임으로써 개(開)회로가 되어 있는 경우, 스위칭 소자의 입출력 단자 간에 높은 전압이 인가되게 되고, 최악의 경우, 스위칭 소자가 파손되어 버린다.
이에, 상기 구성으로 함으로써, 트랜스의 1차측 권선에 유기된 전압이, 직류 전원이 인가하는 전압보다 커졌을 때에, 직류 전원의 음극측으로부터 양극측으로 전류가 흐르는 경로가 형성된다. 이 때, 스위칭 소자의 입출력 단자 간에 인가되는 전압은, 기생 다이오드의 순서 방향 전압과 같은 전압이 되기 때문에, 스위칭 소자의 파손이 억제된다. 또한, 당해 기생 다이오드를 통하여, 트랜스의 1차측 권선에 흐르는 전류는, 「회생 전류」라고 칭해지는 경우가 있다.
점등 회로가 플라이백 방식의 회로인 상기 광원 장치는,
상기 제어부가, 상기 제1 제어에 있어서,
상기 스위칭 소자를 ON 상태에서 OFF 상태로 천이시키는 제1 단계와,
상기 제1 단계 후, 상기 1차측 권선을 흐르는 회생 전류가 제로값에 도달한 시점부터, 소정의 OFF 유지 시간의 경과 후에, 상기 스위칭 소자를 OFF 상태에서 ON 상태로 천이시키는 제2 단계를 실행하도록 구성되어 있어도 상관없다.
유전체 배리어 방전 램프에는 점등에 적절한 인가 전압이 존재하지만, 플라이백 방식의 점등 회로는, 조도 조정의 목적으로 인가 전압을 변경하는 것은 현실적으로 곤란하다는 사정이 존재한다. 그 이유는, 단순하게 플라이백 방식의 점등 회로가, ON 상태와 OFF 상태를 전환하는 주파수(전환 주파수)를 변경하면, 유전체 배리어 방전 램프에 인가되는 전압도 연동하여 변화되어 버린다는 특징에 의한 것이다. 즉, 플라이백 방식의 점등 회로는, 조도를 조정하기 위해, ON 상태와 OFF 상태를 전환하는 타이밍을 조정하여, 스위칭 소자의 ON 상태를 유지하는 시간과 OFF 상태를 유지하는 시간의 비를 적절히 조정할 필요가 있다.
트랜스의 1차측 전류의 상승량은, 이 제2 단계가 실행된 후, 제로값으로부터 상승을 개시하여, 다시 스위칭 소자가 OFF 상태로 천이하기까지의 시간에 의존한다. 이에, 상기 구성에 의하면, 스위칭 소자가 OFF 상태에서 ON 상태로 천이하는 제2 단계의 실행 타이밍이, 회생 전류가 제로값에 이르는 시점보다 나중이 된다. 그리고, 소정의 OFF 유지 시간을 조정함으로써, 스위칭 소자를 ON 상태로 유지하는 시간과 OFF 상태로 유지하는 시간의 비가 조정된다.
이와 같이, 스위칭 소자의 ON 상태를 유지하는 시간과 OFF 상태를 유지하는 시간의 비가 조정되기 때문에, 유전체 배리어 방전 램프의 점등 조도가 원하는 값이 되도록 조정된다.
또한, 이 효과는, 특히 유전체 배리어 방전 램프가 자외광을 발하는 엑시머 램프인 경우에, 현저하게 나타난다.
예를 들면, 발광 가스에 KrCl이 포함되는 경우에는, 엑시머 램프로부터 주된 피크 파장이 222nm 근방인 자외광이 출사된다. 또, 예를 들면, 발광 가스에 KrBr이 포함되는 경우에는, 엑시머 램프로부터는 주된 피크 파장이 207nm 근방인 자외광이 출사된다. 주된 피크 파장이 190nm~240nm의 범위 내인 자외광은, 저압 수은 램프로부터의 파장 254nm의 성분을 포함하는 자외선과는 달리, 인체에 조사되어도, 피부의 각질층에서 흡수되고, 그것보다 내측(기저층측)으로는 진행되지 않기 때문에, 세포에 흡수되어 DNA가 파괴된다는 리스크가 낮다. 이 때문에, 인간이 존재할 가능성이 있는 공간 내의 균이나 바이러스의 불활화의 용도로, 상기 엑시머 램프를 이용할 수 있다.
단, 저압 수은 램프로부터 출사되는 자외광에 비하면 인체에 대한 영향이 매우 낮다고는 해도, 이용자에 따라서는, 장시간에 걸쳐 높은 조도로 상기 엑시머 램프로부터의 자외광이 인체에 계속 조사되는 상황은 회피하고 싶은 경우를 생각할 수 있다. 또, 본원 출원 시에 있어서는, 인체에 조사되는 자외선의 적산 조사량은, ACGIH(American Conference of Governmental Industrial Hygienists： 아메리카 합중국 산업 위생 전문관 회의)에서 정해져 있는 규제치 이내로 하는 것이 추천되고 있다.
이들 자외광을 출사하는 엑시머 램프를 실제로 설치하는 방법으로서는, 예를 들면, 천정에 설치하는 방법을 생각할 수 있다. 이 때, 비교적 높은 천정에 엑시머 램프를 설치하는 경우는, 인체와의 거리는 충분히 확보되어 자외광의 적산 조사량은 적어지지만, 비교적 낮은 천정에 엑시머 램프를 설치하는 경우는, 인체와의 거리가 가까워져, 적산 조사량이 많아진다. 만약, 조도가 높은 채로, 인체와의 거리가 가까운 환경에서 엑시머 램프를 운용하려고 하면, 소정의 적산 조사량이 되도록 점등과 소등을 그에 따른 비율로 반복되게 된다(예： 10초 점등, 300초 소등). 이와 같은 방법에서는, 300초에 걸친 소등 시간대에 살균이나 불활화가 행해지지 않아, 그 동안의 감염의 리스크가 잔존되어 버린다.
이에, 이와 같은 경우는, 출사되는 자외광의 조도를 줄여 엑시머 램프를 운용하는 것이 바람직하다. 상기 구성에 의하면, 엑시머 램프의 조도를 낮게 점등할 수 있으면, 인체에 영향 없어, 보다 긴 시간 연속해서 조사함으로써, 보다 한층 감염의 리스크를 저감하는 것이 가능하다.
또한, 여기서의 「불활화」란, 균이나 바이러스를 사멸시키거나 또는 감염력이나 독성을 잃게 하는 것을 포괄하는 개념을 가리키고, 「균」이란 세균이나 진균류(곰팡이) 등의 미생물을 가리킨다.
또, 점등 회로가 플라이백 방식의 회로인 상기 광원 장치는,
상기 제어부가, 상기 제1 제어에 있어서,
상기 스위칭 소자를 ON 상태에서 OFF 상태로 천이시키는 제1 단계와,
상기 제1 단계 후, 상기 1차측 권선을 흐르는 회생 전류가 제로값에 도달하기 전, 또는 제로값에 도달함과 동시에, 상기 스위칭 소자를 OFF 상태에서 ON 상태로 천이시키는 제2 단계를 실행하도록 구성되어 있어도 상관없다.
상기 구성으로 함으로써, 스위칭 소자가 OFF 상태에서 ON 상태로 천이한 순간은, 회생 전류가 거의 제로값이 된다. 이 때문에, 스위칭 소자가 OFF 상태에서 ON 상태로 전환되었을 때에, 스위칭 소자에 돌연 큰 전류가 유입되는 일이 없다. 즉, 상기 전환 제어는, ON 상태와 OFF 상태가 전환될 때에 스위칭 소자에 가해지는 부하가 경감되기 때문에, 스위칭 소자의 장수명화에 기여한다.
또한, 이와 같이 스위칭 소자의 양단의 전압이 거의 제로값인 타이밍으로, ON 상태와 OFF 상태를 천이시키는 방법은, 「제로 전압 스위칭(ZVS)」이라고 칭해지는 경우가 있다.
본 발명의 점등 회로는,
유전체 배리어 방전 램프를 점등시키기 위한 점등 회로로서,
직류 전원과,
1차측 권선과 상기 유전체 배리어 방전 램프에 접속되는 2차측 권선을 갖는 트랜스와,
상기 직류 전원과 상기 트랜스의 상기 1차측 권선에 직렬로 접속되어, ON 상태와 OFF 상태가 전환됨으로써, 상기 직류 전원으로부터 상기 트랜스의 상기 1차측 권선으로의 전류의 공급과 정지를 전환하거나, 또는 상기 1차측 권선을 흐르는 전류의 방향을 변화시키는, 적어도 1개의 스위칭 소자와,
상기 스위칭 소자의 ON/OFF 제어를 행하는 제어부를 구비하고,
상기 제어부는,
시동시에, 소정의 주파수로 상기 스위칭 소자의 ON/OFF 제어를 반복함으로써 상기 유전체 배리어 방전 램프에 대해 소정의 전압을 인가하는 시동시 모드와,
상기 유전체 배리어 방전 램프의 시동 후, 상기 소정의 주파수로 상기 스위칭 소자의 ON/OFF 제어를 반복함으로써 상기 유전체 배리어 방전 램프에 대해 상기 소정의 전압을 인가하는 제1 제어와, 상기 스위칭 소자의 ON/OFF 제어의 주기보다 긴 기간에 걸쳐, 상기 스위칭 소자를 OFF 상태로 유지하는 제2 제어를 번갈아 행하는 정상 동작시 모드를 실행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유전체 배리어 방전 램프의 점등 방법은,
점등 회로를 이용한 유전체 배리어 방전 램프의 점등 방법으로서,
상기 점등 회로는,
직류 전원과,
1차측 권선과 상기 유전체 배리어 방전 램프에 접속된 2차측 권선을 갖는 트랜스와,
적어도 1개의 스위칭 소자를 구비하고,
상기 스위칭 소자의 ON 상태와 OFF 상태가 전환됨으로써, 상기 직류 전원으로부터 상기 트랜스의 상기 1차측 권선으로의 전류의 공급과 정지를 전환하거나, 또는 상기 1차측 권선에 공급되는 전류의 방향의 변화를 발생시켜, 상기 트랜스의 상기 2차측 권선에 기전력을 발생시키도록 구성되어 있으며,
시동시에, 소정의 주파수로 상기 스위칭 소자의 ON/OFF 전환을 반복함으로써 상기 유전체 배리어 방전 램프에 대해 소정의 전압을 인가하는 제1 단계와,
상기 제1 단계의 실행 후, 상기 유전체 배리어 방전 램프의 점등 상태를 유지하기 위해, 상기 제1 단계와 마찬가지로, 소정의 주파수로 상기 스위칭 소자의 ON/OFF 전환을 반복하는 것과, 상기 제1 단계에 있어서의 상기 스위칭 소자의 ON/OFF 전환의 주기보다 긴 기간에 걸쳐, 상기 스위칭 소자를 OFF 상태로 유지하는 것을 번갈아 행하는 제2 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 광원 장치에 의하면, 장치 전체를 대형화시키지 않고, 전력 절약화와 신뢰성의 향상이 실현된다. 또, 본 발명의 점등 회로 및 점등 방법에 의하면, 광원 장치 전체를 대형화시키지 않고, 전력 절약화와 신뢰성의 향상을 실현할 수 있다.
도 1은 광원 장치의 외관의 일례를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 광원 장치의 외관의 일례를 모식적으로 나타내는 사시도이며, 도 1로부터 일부의 요소를 제거한 도면이다.
도 3은 유전체 배리어 방전 램프용의, 플라이백 방식의 점등 회로의 일 구성예를 나타내는 회로도이다.
도 4는 플라이백 방식의 점등 회로의, 제어 신호(G(t)), 및 2차측 전압(V2)의 시간 변화를 모식적으로 나타내는 타이밍 차트이다.
도 5는 제어부가 스위칭 소자의 ON/OFF 제어를 실행하고 있을 때의, 제어 신호(G(t)), 1차측 전류(I1), 2차측 전압(V2), 및 2차측 전류(I2)의 시간 변화를 모식적으로 나타내는 타이밍 차트이다.
도 6은 유전체 배리어 방전 램프용의, 푸시풀 방식의 점등 회로의 일 구성예를 나타내는 회로도이다.
도 7은 푸시풀 방식의 점등 회로의, 제어 신호(G(t)), 및 2차측 전압(V2)의 시간 변화를 모식적으로 나타내는 타이밍 차트이다.
도 8은 유전체 배리어 방전 램프용의, 풀 브릿지 방식의 점등 회로의 일 구성예를 나타내는 회로도이다.
도 9는 플라이백 방식의 점등 회로의, 제어 신호(G(t)), 및 2차측 전압(V2)의 시간 변화를 모식적으로 나타내는 타이밍 차트이다.
도 10은 제어부가 스위칭 소자(22)의 ON/OFF 제어를 실행하고 있을 때의, 제어 신호(G(t)), 1차측 전류(I1), 2차측 전압(V2), 및 2차측 전류(I2)의 시간 변화를 모식적으로 나타내는 타이밍 차트이다.
도 2는 광원 장치의 외관의 일례를 모식적으로 나타내는 사시도이며, 도 1로부터 일부의 요소를 제거한 도면이다.
도 3은 유전체 배리어 방전 램프용의, 플라이백 방식의 점등 회로의 일 구성예를 나타내는 회로도이다.
도 4는 플라이백 방식의 점등 회로의, 제어 신호(G(t)), 및 2차측 전압(V2)의 시간 변화를 모식적으로 나타내는 타이밍 차트이다.
도 5는 제어부가 스위칭 소자의 ON/OFF 제어를 실행하고 있을 때의, 제어 신호(G(t)), 1차측 전류(I1), 2차측 전압(V2), 및 2차측 전류(I2)의 시간 변화를 모식적으로 나타내는 타이밍 차트이다.
도 6은 유전체 배리어 방전 램프용의, 푸시풀 방식의 점등 회로의 일 구성예를 나타내는 회로도이다.
도 7은 푸시풀 방식의 점등 회로의, 제어 신호(G(t)), 및 2차측 전압(V2)의 시간 변화를 모식적으로 나타내는 타이밍 차트이다.
도 8은 유전체 배리어 방전 램프용의, 풀 브릿지 방식의 점등 회로의 일 구성예를 나타내는 회로도이다.
도 9는 플라이백 방식의 점등 회로의, 제어 신호(G(t)), 및 2차측 전압(V2)의 시간 변화를 모식적으로 나타내는 타이밍 차트이다.
도 10은 제어부가 스위칭 소자(22)의 ON/OFF 제어를 실행하고 있을 때의, 제어 신호(G(t)), 1차측 전류(I1), 2차측 전압(V2), 및 2차측 전류(I2)의 시간 변화를 모식적으로 나타내는 타이밍 차트이다.
이하, 본 발명의 광원 장치, 유전체 배리어 방전 램프의 점등 회로, 및 유전체 배리어 방전 램프의 점등 방법으로 대해서, 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 광원 장치에 관한 이하의 각 도면은, 모두 모식적으로 도시한 것이며, 도면 상의 치수비나 개수는, 실제의 치수비나 개수와 반드시 일치하고 있지 않다.
[구성]
(광원 장치(1))
도 1 및 도 2는, 광원 장치(1)의 외관을 모식적으로 나타내는 사시도이다. 단, 도 1 및 도 2에 도 나타나는 구조는, 어디까지나 일례이며, 본 발명에 따른 광원 장치(1)의 구조는 임의이다.
도 1 및 도 2는, 각각 광원 장치(1)의 외관의 일례를 모식적으로 나타내는 사시도이며, 도 2에서는, 설명을 위해, 도 1로부터 일부의 요소가 제거되어 있다. 광원 장치(1)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 점등 회로(2)와, 한쪽의 면에 광취출면(7)이 형성된 덮개부(5)와, 본체 케이싱부(6)를 구비한다. 도 2에 나타내는 예에서는, 광원 장치(1)는, 복수의 발광관(13)과, 각 발광관(13)에 대해 전압을 인가하기 위한 전극(11, 12)으로 이루어지는, 유전체 배리어 방전 램프(10)를 구비한다. 전극(11, 12)은, 각각 접속부(11a, 12a)를 통하여 전원선(3, 4)에 접속된다. 그리고, 전원선(3, 4)은, 점등 회로(2)에 접속되어 있다.
발광관(13)은, 석영 유리 등의 유전체로 구성되어 있으며, 내부에는 소정의 발광 가스가 봉입되어 있다. 전극(11, 12)에 대해, 예를 들면 1kHz~5MHz 정도의 고주파 전압이 인가되면, 발광관(13)을 통하여 발광 가스에 대해 당해 전압이 인가된다. 이 때, 발광 가스가 봉입되어 있는 방전 공간 내에서 방전 플라스마가 발생하여, 발광 가스의 원자가 여기되어 엑시머 상태가 되고, 이 원자가 기저 상태로 이행할 때에 엑시머 발광을 일으킨다. 이 엑시머 발광에 의해 유전체 배리어 방전 램프(10)로부터 출사된 광이, 광취출면(7)으로부터 광(Ry1)으로서 광원 장치(1)의 외측으로 출사된다.
광원 장치(1)로부터 출사되는 광(Ry1)의 파장은, 발광관(13) 내에 봉입되는 발광 가스의 물질에 의존하여 결정된다. 예를 들면, 발광 가스로서 KrCl을 포함하는 경우, 광원 장치(1)로부터 출사되는 광(Ry1)은, 주된 피크 파장이 222nm 근방인 스펙트럼을 나타낸다. 발광 가스에 KrBr이 포함되는 경우에는, 광(Ry1)은, 주된 피크 파장이 207nm 근방인 스펙트럼을 나타낸다. 발광 가스에 ArF가 포함되는 경우에는, 광(Ry1)은, 주된 피크 파장이 193nm 근방인 스펙트럼을 나타낸다.
단, 본 발명에 있어서, 유전체 배리어 방전 램프(10)의 발광관(13) 내에 봉입되는 가스종은 임의이며, 얻고 싶은 광(Ry1)의 파장에 따라 적절히 선택되는 것으로 해도 상관없다. 또, 광원 장치(1)는, 파장을 장파장측으로 변환하는 목적으로, 발광관(13)의 관벽이나 광취출면(7)에, 형광체가 도포되어 있는 것으로 해도 상관없다.
또, 발광관(13)의 관벽이나 광취출면(7)은, 인체에 대한 영향이 작은 파장대의 자외광을 투과하고, 인체에 대한 영향이 큰 파장대의 자외광을 투과하지 않는 필터가 구성되어 있어도 상관없다. 당해 필터는, 예를 들면, 파장이 190nm~240nm인 자외광을 투과시키고, 파장이 240nm 이상인 자외광을 투과시키지 않도록 구성된, 유전체 다층막 필터 등을 채용할 수 있다.
(플라이백 방식의 점등 회로(2a))
도 3은, 유전체 배리어 방전 램프용의, 플라이백 방식의 점등 회로(2a)의 일 구성예를 나타내는 회로도이다. 플라이백 방식의 점등 회로(2a)는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 직류 전원(21)과, 1개의 스위칭 소자(22)와, 트랜스(30)를 구비하는, 유전체 배리어 방전 램프(10)를 점등시키기 위한 점등 회로(2)의 일 실시예이다.
트랜스(30)는, 1차측 권선(L1)과 2차측 권선(L2)을 구비한다. 트랜스(30)의 1차측 권선(L1)이 구비하는 단자 중, 제1 단자(a1)는 직류 전원(21)의 양극측 단자에 접속되고, 제2 단자(a2)는 스위칭 소자(22)를 통하여 직류 전원(21)의 음극측 단자에 접속되어 있다.
본 실시 형태의 스위칭 소자(22)는, 전계 효과 트랜지스터(FET)로 구성되어 있으며, 어노드가 직류 전원(21)의 음극측 단자, 캐소드가 트랜스(30)의 1차측 권선(L1)에 접속된 기생 다이오드(23)가 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 이 기생 다이오드(23)가 회생 회로로서 기능한다. 또한, 스위칭 소자(22)는, 전계 효과 트랜지스터(FET) 이외의 소자가 채용되어도 상관없다. 또, 스위칭 소자(22)는, 기생 다이오드(23)를 구비하지 않는 IGBT나 릴레이 소자 등을 채용하여, 다이오드 소자 단체를 스위칭 소자(22)와 병렬로 접속함으로써 회생 회로를 구성해도 상관없다.
직류 전원(21)은, 예를 들면, 도시하지 않은 상용 전원을 AC/DC 변환하는 AC/DC 컨버터에 의해 구성되는 것으로 해도 상관없다. 점등 회로(2a)가 구비하는 평활 콘덴서(25)는, 전압 파형을 평활화하기 위해 설치되어 있다. 또, 직류 전원(21)은, 전지로 구성되어도 상관없다.
본 실시 형태의 점등 회로(2a)는, 스위칭 소자(22)에 대한 ON/OFF 제어를 행하기 위한 제어부(24)를 구비한다. 제어부(24)는, 원하는 패턴의 제어 신호(G(t))를 출력할 수 있는 것이면 되고, 예를 들면, 제어 유닛인 CPU나 MPU 등을 채용할 수 있다. 이하, 제어부(24)가 행하는 제어 내용에 대해서, 타이밍 차트도 아울러 참조하면서 설명한다.
도 4는, 플라이백 방식의 점등 회로(2a)의, 제어 신호(G(t)), 및 2차측 전압(V2)의 시간 변화를 모식적으로 나타내는 타이밍 차트이다. 도 4에 나타내는 타이밍 차트는, 유전체 배리어 방전 램프(10)의 시동시부터의 제어 신호(G(t))와 2차측 전압(V2)의 변동을 나타내고 있다. 또, 도 4의 제어 신호(G(t))의 그래프는, High 레벨(이하, 「H 레벨」이라고 한다.)이 스위칭 소자(22)의 ON 제어에 대응하고, Low 레벨(이하, 「L 레벨」이라고 한다.)이 스위칭 소자(22)의 OFF 제어에 대응하고 있다. 또, 도 4에 있어서 나타나는 2차측 전압(V2)의 그래프는, 도 3에 나타내는 유전체 배리어 방전 램프(10)의 전극(12)에 접속된 제2 전극 단자(b2)의 전위를 기준으로 했을 때의, 전극(11)에 접속된 제1 전극 단자(b1)의 전위차를 나타내고 있다.
이하의 설명에 있어서 참조되는 도면에 도시된 전압이나 전류의 변동을 나타내는 그래프는, 도 4의 2차측 전압(V2)의 그래프와 마찬가지로, 본 발명의 주된 동작의 설명에 거의 영향을 주지 않는 오프셋 등은 표시되지 않고, 이상적인 파형의 일례가 모식적으로 표시되어 있다. 또, 2차측 전압(V2)이 소정의 기준 전압(본 실시 형태에서는 0V)에 대해 +측으로 변화되도록 구성할지, -측으로 변화되도록 구성할지는, 유전체 배리어 방전 램프(10)의 사양이나 점등 회로(2)의 구성 등에 따라 적당히 임의로 설정해도 상관없다.
제어부(24)는, 광원 장치(1)에 전원이 투입되어 동작이 개시하면, 유전체 배리어 방전 램프(10)를 점등시키기 위한 시동시 모드(X1)로 전환된다.
시동시 모드(X1)는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 소정의 주파수로 스위칭 소자(22)의 ON/OFF 제어를 반복하는 제어를 계속적으로 실행한다. 시동시 모드(X1)는, 유전체 배리어 방전 램프(10)의 발광관(13) 내에서 방전 플라스마를 발생시키고, 유전체 배리어 방전 램프(10)의 발광 상태가 안정될 때까지 실행된다.
제어부(24)는, 시동시 모드(X1)를 실행하여, 유전체 배리어 방전 램프(10)의 발광 상태가 안정된 후, 즉, 유전체 배리어 방전 램프(10)의 시동 후, 유전체 배리어 방전 램프(10)의 점등 상태를 유지하기 위한 정상 동작시 모드(X2)로 전환된다.
정상 동작시 모드(X2)는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 소정의 주파수로 스위칭 소자(22)의 ON/OFF 제어를 반복해서 소정의 전압을 인가하는 제1 제어(C1)와, 스위칭 소자(22)를 OFF 상태로 유지하는 제2 제어(C2)를 번갈아 반복해서, 유전체 배리어 방전 램프(10)의 점등 상태를 유지시킨다. 또한, 제1 제어(C1)의 스위칭 소자(22)의 ON/OFF 제어를 반복하는 주파수와, 유전체 배리어 방전 램프(10)에 인가하는 소정의 전압은, 시동시 모드(X1)에 있어서의 스위칭 소자(22)의 ON/OFF 제어를 반복하는 주파수와, 유전체 배리어 방전 램프(10)에 인가하는 소정의 전압과 대략 동일하게 되어 있다.
본 실시 형태에 있어서의 정상 동작시 모드(X2)는, 소정의 주파수로 H/L 레벨을 전환하는 기본 제어 신호(S1)에 대해, 제2 제어(C2)를 실행하는 기간만, 기본 제어 신호(S1)의 출력을 L 레벨로 고정하도록 마스크 처리된 제어 신호(G(t))(도 4에 있어서, 마스크 처리 부분이 일부 파선으로 도시되어 있다.)에 의해 스위칭 소자(22)가 제어된다. 이 때문에, 도 4에 나타내는 바와 같이, 제1 제어(C1)는, 시동시 모드(X1)와 정상 동작시 모드(X2)에 있어서, 실행 시간이 상이할 뿐이며, 도 3에 나타내는, 유전체 배리어 방전 램프(10)의 전극(11, 12) 간에는, 어느 쪽에 있어서도 같은 패턴의 2차측 전압(V2)이 인가된다.
여기서 말하는 마스크 처리는, 예를 들면, 프로그램 상의 처리에 의해, 주기적으로 소정의 기간에 걸쳐 제어 신호(G(t))를 L 레벨로 고정하는 처리나, 당해 기본 제어 신호(S1)와, 제1 제어(C1)가 실행되는 구간은 H 레벨, 제2 제어(C2)가 실행되는 구간은 L 레벨이 되는 마스크용 신호를, AND 게이트 소자에 입력하여 논리곱을 취하는 처리이다.
본 실시 형태에서는, 스위칭 소자(22)의 ON/OFF 제어를 반복하기 위한 기본 제어 신호(S1)의 주기(P1)가 17μs, 시동시 모드(X1)의 실행 시간이 10s, 정상 동작시 모드(X2)의 제1 제어(C1)의 실행 시간이 170μs, 정상 동작시 모드(X2)의 제2 제어(C2)에 실행 시간이 200μs로 설정되어 있다. 즉, 정상 동작시 모드(X2)의 제2 제어(C2)의 실행 시간은, 기본 제어 신호(S1)의 주기(P1)의 12배이며, 정상 동작시 모드(X2)의 제1 제어(C1)와 제2 제어(C2)를 반복하는 주기(T1)가, 기본 신호 주파수의 주기(P1)의 22배가 되어 있다.
정상 동작시 모드(X2)의 제1 제어(C1)와 제2 제어(C2)를 반복하는 주기(T1)는, 유전체 배리어 방전 램프(10)에서의 발열이 억제되도록, 기본 제어 신호(S1)의 주기(P1)의 4배 이상인 것이 바람직하고, 8배 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한, 정상 동작시 모드(X2)에 있어서, 제1 제어(C1)와 제2 제어(C2)가 비주기적으로 반복되는 경우는, 제1 제어(C1)와 직전의 제2 제어(C2)의 실행 시간의 합계가, 기본 제어 신호(S1)의 주기(P1)의 4배 이상인 것이 바람직하고, 8배 이상인 것이 보다 바람직하다.
또, 제2 제어(C2)의 실행 시간이 너무 길면, 유전체 배리어 방전 램프(10)의 발광관(13) 내의 플라스마가 소멸 또는 감쇠되어 버려, 유전체 배리어 방전 램프(10)가 소등되어 버릴 가능성이 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 정상 동작시 모드(X2)의 제1 제어(C1)는, 유전체 배리어 방전 램프(10)에 대해 시동시 모드(X1)와 같은 주기로, 같은 전압을 인가하기 때문에, 소등한 유전체 배리어 방전 램프(10)를 재점등시킬 수 있을 가능성이 있다. 그러나, 전압 인가를 계속하는 시간이 불충분하여, 다음 제2 제어(C2)로 이행하기까지 발광 상태가 안정되지 않아 점등 상태를 유지할 수 없을 가능성이 있다. 따라서, 유전체 배리어 방전 램프(10)의 점등 상태를 안정적으로 유지시키기 위해, 정상 동작시 모드(X2)의 제2 제어(C2)의 실행 시간은, 100ms 이하인 것이 바람직하고, 80ms 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 점등 상태의 안정성을 보다 높이기 위해, 정상 동작시 모드(X2)의 제2 제어(C2)의 실행 시간은, 10ms 이하인 것이 바람직하고, 1ms 이하인 것이 보다 바람직하다.
여기서, 유전체 배리어 방전 램프(10)로부터 출사되는 광의 강도에 관해서 설명한다. 유전체 배리어 방전 램프(10)로부터 출사되는 광의 강도는, 단위 시간당 제1 제어(C1)의 실행 시간과 제2 제어(C2)의 실행 시간의 비율에 의해 조정된다. 구체적으로는, 정상 동작시 모드(X2)에 있어서의 주기(T1)에 있어서, 제1 제어(C1)의 실행 시간의 비율이 커지면, 유전체 배리어 방전 램프(10)로부터 출사되는 광의 강도는 높아지고, 반대로, 제2 제어(C2)의 실행 시간의 비율이 커지면, 유전체 배리어 방전 램프(10)로부터 출사되는 광의 강도는 낮아진다.
이하는, 참고로서의 단순한 일례이지만, 시동시 모드(X1)에 있어서의 유전체 배리어 방전 램프(10)의 발광관(13) 부근의 광 강도를 100%로 했을 때에, 제1 제어(C1)의 실행 시간이 1ms, 제2 제어(C2)의 실행 시간이 100μs로 조정된 정상 동작시 모드(X2)에 있어서의 유전체 배리어 방전 램프(10)의 발광관(13) 부근의 광 강도는, 약 91%가 된다. 또, 제1 제어(C1)의 실행 시간이 1ms, 제2 제어(C2)의 실행 시간이 1ms로 조정된 정상 동작시 모드(X2)에 있어서의 유전체 배리어 방전 램프(10)의 발광관(13) 부근의 광 강도는, 약 50%가 된다.
따라서, 광원 장치(1)는, 정상 동작시 모드(X2)에 있어서의 주기(T1)에 있어서의, 제1 제어(C1)의 실행 시간과 제2 제어(C2)의 실행 시간을 조정함으로써, 사용 장소나 사용 용도에 따라 원하는 강도의 광을 출사하도록 구성할 수 있다. 또한, 정상 동작시 모드(X2)에 있어서의 제1 제어(C1)의 실행 시간과 제2 제어(C2)의 실행 시간은, 미리 조정되어 고정되어 있어도 되고, 사용 용도나 동작하는 시간대에 따라 가변될 수 있거나, 또는 항상 변동하도록 구성되어 있어도 상관없다.
또, 유전체 배리어 방전 램프(10)로부터 출사되는 광의 강도를 조정하는 방법으로서는, 정상 동작시 모드(X2)에 있어서의, 제1 제어(C1)에 실행 시간을 변동시키는 방법이 채용되어도 상관없다. 구체적인 예로서는, 제2 제어(C2)의 실행 시간은 1ms로 고정하고, 제1 제어(C1)의 실행 시간을, 1ms와 0.5ms를 번갈아, 소정의 횟수 마다, 또는 소정의 시간에 전환하는 모드로 해도 상관없다.
또한, 제어부(24)는, 예를 들면, 끊어짐 방지 등을 목적으로 하여, 정상 동작시 모드(X2)가 실행되고 있는 도중에, 일시적으로 시동시 모드(X1)로 전환되도록 구성되어 있어도 상관없다. 또, 제어부(24)는, 점등 상태가 보다 확실히 안정되도록, 유전체 배리어 방전 램프(10)의 점등이 확인된 후에도, 소정의 시간에 걸쳐 시동시 모드(X1)가 계속되도록 구성되어 있어도 상관없다.
또, 본 실시 형태에서는, 2차측 전압(V2)의 피크 전압의 크기가 5~6kV가 되도록, 기본 제어 신호(S1)의 ON 시간과 OFF 시간이 조정되어 있다. 2차측 전압(V2)의 피크 전압은, 유전체 배리어 방전 램프(10)의 형상이나 사이즈, 발광관(13) 내에 봉입되는 발광 가스에 따라 적절히 조정된다.
다음으로, 시동시 모드(X1) 및 정상 동작시 모드(X2)의 제1 제어(C1)의 동작의 상세에 대해서, 도 3의 점등 회로(2a)의 구성과 타이밍 차트를 참조하면서 설명한다. 도 5는, 제어부(24)가 스위칭 소자(22)의 ON/OFF 제어를 실행하고 있을 때의, 제어 신호(G(t)), 1차측 전류(I1), 2차측 전압(V2), 및 2차측 전류(I2)의 시간 변화를 모식적으로 나타내는 타이밍 차트이다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 시각 t1에 제어 신호(G(t))가 L 레벨에서 H 레벨로 전환되면, 스위칭 소자(22)가 OFF 상태에서 ON 상태로 천이하고, 트랜스(30)의 1차측 전류(I1)가 시간의 경과와 함께 상승한다.
그 후, 시각 t2에 제어 신호(G(t))가 H 레벨에서 L 레벨로 변화하면, 스위칭 소자(22)가 ON 상태에서 OFF 상태로 천이한다. 이 때, 트랜스(30)의 2차측 권선(L2)에는 역기 전력이 발생하여, 펄스 형상의 2차측 전압(V2)이 발생한다. 이 2차측 전압(V2)이, 한 쌍의 전극(11, 12)을 통하여 유전체 배리어 방전 램프(10)의 발광관(13) 내에 인가되면, 유전체 배리어 방전 램프(10)로부터 광(Ry1)이 출사된다.
또한, 트랜스(30)의 2차측 권선(L2)에 발생하는 2차측 전압(V2)의 크기는, 시각 t2에 있어서의 1차측 전류(I1)의 변화량에 의존한다. 그리고, 시각 t2에 있어서의 1차측 전류(I1)의 변화량은, 제어 신호(G(t))의 H 레벨을 유지하는 시간(시간 TH)에 의존한다. 이 때문에, 본 실시 형태의 제어 신호(G(t))의 시간 TH는, 2차측 전압(V2)이 유전체 배리어 방전 램프(10)의 발광관(13) 내에 있어서 초기 방전을 발생시키기 위해 필요한 전압치가 되는 시간으로 설정되어 있다.
2차측 전압(V2)의 인가에 따라 트랜스(30)의 2차측 권선(L2)에는 2차측 전류(I2)가 흐른다. 이 2차측 전류(I2)는, 트랜스(30)에 축적된 에너지를 방출하면서 흐르기 때문에, 시간의 경과와 함께 제로값에 가까워진다(시각 t2~ta).
이 때, 유전체 배리어 방전 램프(10)는, 발광관(13)이 유전체로 구성되어 있으며, 발광관(13)을 사이에 끼우도록 한 쌍의 전극(11, 12)을 구비하고 있으므로, 등가적으로 전하를 축적하는 캐패시터 소자로 간주할 수 있다. 즉, 트랜스(30)에 축적된 에너지의 방출에 의해, 이번에는 서서히 유전체 배리어 방전 램프(10)에 전하가 축적된다.
2차측 전류(I2)에 의해, 트랜스(30)에 축적된 에너지의 방출이 완료되면, 유전체 배리어 방전 램프(10)에 축적된 전하가 방전된다. 이 방전에 의해, 트랜스(30)의 2차측 권선(L2)에는, 조금 전과는 역방향의 전류(2차측 전류(I2))가 흘러, 2차측 전압(V2)은 제로값에 가까워지도록 변화한다(시각 ta~tb).
유전체 배리어 방전 램프(10)의 방전이 완료된 후에도, 트랜스(30)의 2차측 권선(L2)이 전압원이 되어, 유전체 배리어 방전 램프(10)로의 충전을 행하면서 계속해서 2차측 전류(I2)를 계속 흐르게 한다. 이윽고, 2차측 전류(I2)의 흐름이 없어지면, 트랜스(30)의 1차측 권선(L1)에 1차측 전압(V1)이 유기된다.
이 유기 전압은, 직류 전원(21)과는 역극성의 전압이지만, 상술한 바와 같이, 스위칭 소자(22)에는, 기생 다이오드(23)가 설치되어 있기 때문에, 이 기생 다이오드(23)를 통하여, 1차측 권선(L1)에는 역방향의 1차측 전류(I1)가 흐른다. 이 1차측 전류(I1)는, 「회생 전류」라고 칭해지는 경우가 있다. 이와 같은 회생 전류가 발생하는 것은, 유전체 배리어 방전 램프(10)에 의해 구성되는 부하 특유의 사정이다.
1차측 전류(I1)는, 서서히 제로값에 가까워지지만, 시각 t3에 있어서 스위칭 소자(22)가 다시 ON 상태가 되면, 계속해서, 시각 t1~t2와 마찬가지로, 1차측 전류(I1)의 값이 증가해 간다. 이후에는, 동일한 제어가 반복해서 행해진다.
본 실시 형태에서는, 1차측 전류(I1)가 제로값에 도달함과 동시에, 스위칭 소자(22)를 OFF 상태에서 ON 상태로 천이시키는 제어를 행한다(시각 t3). 즉, 제로 전압 스위칭이 실시된다. 또한, 제어 신호(G(t))의 전송 지연이나, 스위칭 소자(22)가 ON 상태에서 OFF 상태로 전환될 때까지의 시간을 고려하여, 스위칭 소자(22)를 OFF 상태에서 ON 상태로 천이시키는 제어는, 1차측 전류(I1)가 제로값에 도달하기 전에 행해져도 상관없다.
스위칭 소자(22)를 ON 상태에서 OFF 상태로 천이시키는 제어(예를 들면, 도 5에 나타내는, 시각 t2, t4, t6에 있어서의 제어)가 「제1 단계」에 대응하고, 스위칭 소자(22)를 OFF 상태에서 ON 상태로 천이시키는 제어(예를 들면, 도 5에 나타내는, 시각 t1, t3, t5, t7에 있어서의 제어)가 「제2 단계」에 대응한다.
상기 구성의 광원 장치(1)는, 출력 전압을 변경하는 아날로그 회로 구성의 전환을 필요로 하지 않고, 디지털 신호 처리에 의한 전환으로 실현할 수 있다. 따라서, 복잡한 기구나 회로를 필요로 하지 않기 때문에, 종래의 장치와 비교해 장치 전체가 대형화하는 일이 없고, 경우에 따라서는, 부재의 점수를 삭감할 수 있어, 장치 전체를 소형화할 수 있다.
또, 상기 구성의 광원 장치(1)는, 디지털 신호 처리 만으로 실현 가능하기 때문에, 출력치의 불균일이나, 경시적인 열화에 의한 특성 변동 등의 아날로그 특성을 신경 쓸 필요가 없어, 신뢰성의 문제가 생기기 어렵다.
이하, 플라이백 방식 이외의 점등 회로(2)의 구성예와, 주로 각각의 점등 회로(2)에 의한 시동시 모드(X1) 및 정상 동작시 모드(X2)의 제1 제어(C1)의 동작에 대해서 설명한다.
(푸시풀 방식의 점등 회로(2b))
도 6은, 유전체 배리어 방전 램프용의, 푸시풀 방식의 점등 회로(2b)의 일 구성예를 나타내는 회로도이다. 푸시풀 방식의 점등 회로(2b)는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 직류 전원(21)과, 2개의 스위칭 소자(22a, 22b)와, 트랜스(30)를 구비하는, 유전체 배리어 방전 램프(10)를 점등시키기 위한 점등 회로(2)의 일 실시예이다. 트랜스(30)의 1차측은, 권선(L1a)과 스위칭 소자(22a)가 직렬로 접속된 회로와, 권선(L1b)과 스위칭 소자(22b)가 직렬로 접속된 회로가, 직류 전원(21)에 대해 병렬로 접속되어 있다.
본 실시 형태의 트랜스(30)는, 권선(L1a)과 권선(L1b)에 의해, 트랜스(30)의 1차측 권선(L1)이 구성되어 있다. 또한, 본 구성에 있어서의 트랜스(30)는, 설명의 편의를 위해, 1차측 권선(L1)이 2개의 권선(L1a, L1b)으로 나누어진 구성으로 되어 있지만, 하나의 1차측 권선(L1)으로 구성되어 있어도 상관없다.
도 7은, 푸시풀 방식의 점등 회로(2b)의, 제어 신호(G1(t)), 제어 신호(G2(t)), 및 2차측 전압(V2)의 시간 변화를 모식적으로 나타내는 타이밍 차트이다. 푸시풀 방식의 점등 회로(2b)는, 시동시 모드(X1) 및 정상 동작시 모드(X2)의 제1 제어(C1)에 있어서, 제어부(24)가, 스위칭 소자(22a)에 대해 제어 신호(G1(t)), 스위칭 소자(22b)에 대해 제어 신호(G2(t))를 출력하고, 각각의 스위칭 소자(22a, 22b)를 번갈아 ON 상태로 전환하도록 제어한다. 이하, 도 6과 도 7을 참조하면서, 푸시풀 방식의 점등 회로(2b)에 있어서의, 시동시 모드(X1) 또는 정상 동작시 모드(X2)의 제1 제어(C1)의 동작에 대해서 설명한다.
푸시풀 방식의 점등 회로(2b)가 구비하는 제어부(24)는, 시동시 모드(X1) 또는 정상 동작시 모드(X2)의 제1 제어(C1)를 개시하면, 제어 신호(G1(t))를 L 레벨에서 H 레벨로 전환하여, 스위칭 소자(22a)를 ON 상태로 전환한다(시각 t1). 스위칭 소자(22a)가 ON 상태로 전환됨으로써, 직류 전원(21)으로부터 권선(L1a)측으로 전류(I1a)가 흐르기 시작한다. 그리고, 권선(L1a)에 전류(I1a)가 흐르기 시작함으로써, 트랜스(30)의 2차측 권선(L2)에, 도 7에 나타내는 바와 같은 2차측 전압(V2)이 발생한다.
다음으로, 제어부(24)는, 제어 신호(G1(t))를 H 레벨에서 L 레벨로 전환하여, 스위칭 소자(22a)를 OFF 상태로 전환하고(시각 t2), 그 후에, 제어 신호(G2(t))를 L 레벨에서 H 레벨로 전환하여, 스위칭 소자(22b)를 ON 상태로 전환한다(시각 t3). 스위칭 소자(22b)가 ON 상태로 전환됨으로써, 직류 전원(21)으로부터 권선(L1b)측으로 전류(I1b)가 흐르기 시작한다. 그리고, 전류(I1b)가 권선(L1b)을 흐르기 시작함으로써, 트랜스(30)의 2차측 권선(L2)에, 도 7에 나타내는 바와 같은 2차측 전압(V2)이 발생한다.
시각 t3에 있어서의 동작으로 트랜스(30)의 1차측 권선(L1)에 발생하는 전류(I1b)는, 시각 t1에 있어서의 동작으로 1차측 권선(L1)에 발생하는 전류(I1a)와는 흐르는 방향이 반대이다. 이 때문에, 시각 t3에 있어서의 동작으로 트랜스(30)의 2차측 권선(L2)에 발생하는 2차측 전압(V2)은, 도 7에 나타내는 바와 같이, 시각 t1에 있어서의 동작으로 발생하는 2차측 전압(V2)과는 극성이 반대가 된다.
그 후, 제어부(24)가, 스위칭 소자(22b)를 OFF 상태로 전환하는 제어 신호(G2(t))를 출력한다(시각 t4). 이후는, 정상 동작시 모드(X2)로 전환될 때까지, 또는 제2 제어(C2)로 전환될 때까지 동일한 제어가 반복해서 행해진다.
또한, 스위칭 소자(22b)를 ON 상태로 전환하는 제어(시각 t3)는, 스위칭 소자(22a)를 OFF 상태로 전환하는 제어(시각 t2)에 대해, 미소하게 지연되어 실행되는 것이 바람직하다. 이 이유는, 2개의 스위칭 소자(22a, 22b)가 동시에 ON 상태가 되는 기간이 발생하여, 직류 전원(21)의 양극측 단자와 음극측 단자가 쇼트되어 버리는 것을 회피하기 위해서이다.
(풀 브릿지 방식의 점등 회로(2c))
도 8은, 유전체 배리어 방전 램프용의, 풀 브릿지 방식의 점등 회로(2c)의 일 구성예를 나타내는 회로도이다. 풀 브릿지 방식의 점등 회로(2c)는, 도 8에 나타내는 바와 같이, 직류 전원(21)과, 4개의 스위칭 소자(22a, 22b, 22c, 22d)와, 트랜스(30)를 구비하는, 유전체 배리어 방전 램프(10)를 점등시키기 위한 점등 회로(2)의 일 실시예이다. 트랜스(30)의 1차측은, 2개의 스위칭 소자(22a, 22b)가 직렬로 접속된 회로와, 2개의 스위칭 소자(22c, 22d)가 직렬로 접속된 회로가, 직류 전원(21)에 대해 병렬로 접속된 회로 구성이다. 트랜스(30)의 1차측 권선(L1)은, 스위칭 소자(22a, 22b) 사이의 제1 노드(n1)와, 스위칭 소자(22c, 22d) 사이의 제2 노드(n2)에 접속되어 있다. 도 8에서는, 도시의 형편 상, 제어부(24)가 4개로 분할되어 있지만, 다른 방식의 점등 회로(2a, 2b)와 마찬가지로 제어부(24)가 1개 뿐이어도 상관없다.
풀 브릿지 방식의 점등 회로(2c)는, 푸시풀 방식의 점등 회로(2b)와 회로 구성이 상이하고, 트랜스(30)의 2차측 권선(L2)에 발생하는 2차측 전압(V2)의 크기도 상이하지만, 2개의 제어 신호(G1(t), G2(t))에 의해, 쌍이 되는 스위칭 소자(22a, 22b, 22c, 22d)를 ON/OFF 제어함으로써, 1차측 권선(L1)에 흐르는 전류(I1a, I1b)의 방향을 변화시켜, 2차측 전압(V2)에 극성이 반대인 기전력을 번갈아 발생시킨다는 점은 같다. 이 때문에, 도 8에 나타내는 제어 신호(G1(t), G2(t))와 2차측 전압(V2)의 타이밍 차트는, 2차측 전압(V2)의 스케일이 상이한 것 등을 무시하면, 도 7에 나타내는 푸시풀 방식의 점등 회로(2b)의 타이밍 차트와 거의 같다. 이하, 도 7과 도 8을 참조하면서, 풀 브릿지 방식의 점등 회로(2c)에 있어서의, 시동시 모드(X1) 또는 정상 동작시 모드(X2)의 제1 제어(C1)의 동작에 대해서 설명한다.
풀 브릿지 방식의 점등 회로(2c)의 제어부(24)는, 시동시 모드(X1) 또는 정상 동작시 모드(X2)의 제1 제어(C1)를 개시하면, 제어 신호(G1(t))를 L 레벨에서 H 레벨로 전환하여, 스위칭 소자(22a, 22c)를 ON 상태로 전환한다(시각 t1). 스위칭 소자(22a, 22c)가 ON 상태로 전환됨으로써, 직류 전원(21)으로부터 스위칭 소자(22a), 1차측 권선(L1), 스위칭 소자(22c)의 경로로 전류(I1a)가 흐르기 시작한다. 그리고, 1차측 권선(L1)에 전류(I1a)가 흐르기 시작함으로써, 2차측 전압(V2)이 발생한다.
다음으로, 제어부(24)는, 제어 신호(G1(t))를 H 레벨에서 L 레벨로 전환하여, 스위칭 소자(22a, 22c)를 OFF 상태로 전환하고(시각 t2), 그 후에, 제어 신호(G2(t))를 L 레벨에서 H 레벨로 전환하여, 스위칭 소자(22b, 22d)를 ON 상태로 전환한다(시각 t3). 스위칭 소자(22b, 22d)가 ON 상태로 전환됨으로써, 직류 전원(21)으로부터 스위칭 소자(22d), 1차측 권선(L1), 스위칭 소자(22b)의 경로로 전류(I1b)가 흐르기 시작한다. 그리고, 1차측 권선(L1)에 전류(I1b)가 흐르기 시작함으로써, 2차측 전압(V2)이 발생한다.
시각 t3에 있어서의 동작으로 트랜스(30)의 1차측 권선(L1)에 발생하는 전류(I1b)는, 시각 t1에 있어서의 동작으로 1차측 권선(L1)에 발생하는 전류(I1a)와는 흐르는 방향이 반대이다. 이 때문에, 시각 t3에 있어서의 동작으로 트랜스(30)의 2차측 권선(L2)에 발생하는 2차측 전압(V2)은, 도 7에 나타내는 바와 같이, 시각 t1에 있어서의 동작으로 발생하는 2차측 전압(V2)과는 극성이 반대가 된다.
그 후, 제어부(24)는, 스위칭 소자(22b, 22d)를 OFF 상태로 전환하기 위해, 제어 신호(G2(t))를 H 레벨에서 L 레벨로 전환한다(시각 t4). 이후는, 정상 동작시 모드(X2)로 전환될 때까지, 또는 제2 제어(C2)로 전환될 때까지 동일한 제어가 반복해서 행해진다.
또한, 스위칭 소자(22b, 22d)를 ON 상태로 전환하는 제어(시각 t3)는, 스위칭 소자(22a, 22c)를 OFF 상태로 전환하는 제어(시각 t2)에 대해, 미소하게 지연되어 실행되는 것이 바람직하다. 이 이유는, 푸시풀 방식의 점등 회로(2b)와 동일하며, 스위칭 소자(22a, 22b, 22c, 22d)가 동시에 ON 상태가 되는 기간이 발생하여, 직류 전원(21)의 양극측 단자와 음극측 단자가 쇼트되어 버리는 것을 회피하기 위해서이다.
이상, 3개의 방식의 점등 회로(2a, 2b, 2c)에 대해서 설명했지만, 점등 회로(2)는, 예를 들면, 하프 브릿지 방식 등의 상술한 점등 회로(2a, 2b, 2c) 이외의 방식을 채용해도 상관없다.
[다른 실시 형태]
이하에, 본 발명에 따른 광원 장치(1) 또는 점등 회로(2)의 다른 실시 형태를 설명한다.
〈1〉 도 9는, 플라이백 방식의 점등 회로(2a)(도 3 참조)에 있어서의, 도 4와는 상이한, 제어 신호(G(t)), 및 2차측 전압(V2)의 시간 변화를 모식적으로 나타내는 타이밍 차트이다. 본 실시 형태의 제어부(24)는, 정상 동작시 모드(X2)의 제1 제어(C1)에 있어서, 스위칭 소자(22)의 ON/OFF 제어를 반복하는 횟수가, 제2 제어(C2)를 실행하는 전후에서 상이하도록 제어한다. 예를 들면, 도 9에 나타내는 바와 같이, 정상 동작시 모드(X2)로 전환되어 최초의 제1 제어(C1)는, 스위칭 소자(22)의 ON/OFF 제어가 3회 반복되고, 다음 제1 제어(C1)는, 스위칭 소자(22)의 ON/OFF 제어가 2회 반복된다. 본 실시 형태에서는, 그 후, 제1 제어(C1)에 있어서 스위칭 소자(22)의 ON/OFF 제어를 반복하는 횟수가, 3회→2회→3회→2회→…가 되도록 실행된다. 또한, 제1 제어(C1)에 있어서 스위칭 소자(22)의 ON/OFF 제어를 반복하는 횟수는, 몇가지의 패턴이 주기적으로 반복되는 것이 아니라, 랜덤으로 변화하도록 구성되어 있어도 상관없다.
상술한 바와 같이, 트랜스는, 주기적인 전류의 공급이 행해지면, 주기적인 자왜가 발생함으로써, 전류의 주파수에 대응한 미소한 진동이 발생한다. 그리고, 당해 진동의 주파수가, 사람의 가청 대역(약 20Hz~20kHz)의 범위 내인 경우, 소리 울림을 일으키는 경우가 있다.
이에, 상기와 같이, 정상 동작시 모드(X2)에 있어서의 각각의 제2 제어(C2)의 전후에 있어서, 제1 제어(C1)에서 스위칭 소자(22)의 ON/OFF 제어를 반복하는 횟수를 변화시킴으로써, 제1 제어(C1)와 제2 제어(C2)를 전환하는 동작이 특정 주파수에서의 동작은 아니게 된다. 따라서, 제1 제어(C1)와 제2 제어(C2)의 전환 동작에 유래하는 자왜에 의해 트랜스에 발생하는 진동의 강도가, 복수의 주파수 성분에 분산되기 때문에, 소리 울림이 억제된다.
〈2〉 도 10은, 제어부(24)가 스위칭 소자(22)의 ON/OFF 제어를 실행하고 있을 때의, 제어 신호(G(t)), 1차측 전류(I1), 2차측 전압(V2), 및 2차측 전류(I2)의 시간 변화를 모식적으로 나타내는, 도 5와는 다른 타이밍 차트이다. 본 실시 형태의 플라이백 방식의 점등 회로(2a)(도 3 참조)는, 도 10에 나타내는 바와 같이, 의도적으로 OFF 유지 시간(Ts)을 설치함으로써, 스위칭 소자(22)를 OFF 상태에서 ON 상태로 천이시키는 타이밍을 지연시키고 있다.
보다 상세하게는, 도 10에 나타내는 바와 같이, 회생 동작 중의 1차측 전류(I1)(회생 전류)가 제로값에 이르는 시각 t2a보다 뒤의 시각 t3에 있어서, 제어부(24)는 제어 신호(G(t))를 L 레벨에서 H 레벨로 변화시켜, 스위칭 소자(22)를 OFF 상태에서 ON 상태로 천이시키고 있다.
이에 따라, 단위 시간 내에, 유전체 배리어 방전 램프(10)에 대해 고전압(2차측 전압(V2))이 인가되는 빈도가 저하되기 때문에, 광(Ry1)의 조도가 저하된다. 그리고, 이 OFF 유지 시간(Ts)이 적절히 조정됨으로써, 광(Ry1)의 조도를 조정하는 것이 가능해진다. 즉, 마이크로초 단위(1000μ초 이하)의 짧은 점등 주기에 있어서의 OFF 유지 시간(Ts)이 가변됨으로써, 광(Ry1)의 조도를 조정하는 것이 가능해진다.
이는, 유전체 배리어 방전 램프(10)로부터 방사되는 광(Ry1)의 광량을, 초단위의 ON/OFF 제어에 의존하지 않고 조정할 수도 있게 된다. 또, 이 방법에 의하면, 스위칭 소자(22)의 ON/OFF의 전환 주파수가 저하되기 때문에, 스위칭 소자(22)에 있어서의 전력 손실의 문제도 완화된다.
〈3〉 상술한 실시 형태에서는, 직류 전원(21)의 음극측 단자와, 트랜스(30)의 1차측 권선(L1)의 사이에 스위칭 소자(22)가 접속되어 있는 경우에 대해서 설명했지만, 이 극성은 반전되어 있어도 상관없다. 즉, 직류 전원(21)의 양극측 단자와, 트랜스(30)의 1차측 권선(L1)의 사이에 스위칭 소자(22)가 접속되어 있어도 상관없다. 여기서, 스위칭 소자(22)가 MOSFET로 구성되는 경우, n채널형으로 할지 p채널형으로 할지는, 접속되는 직류 전원(21)의 극성에 따라 적절히 선택된다.
1 광원 장치
2, 2a, 2b, 2c 점등 회로
3, 4 전원선 5 덮개부
6 본체 케이싱부 7 광취출면
10 유전체 배리어 방전 램프 11, 12 전극
11a, 12a 접속부 13 발광관
21 직류 전원 22, 22a, 22b, 22c, 22d 스위칭 소자
23 기생 다이오드 24 제어부
25 평활 콘덴서 30 트랜스
C1 제1 제어 C2 제2 제어
G, G1, G2 제어 신호 I1, I1a, I1b 1차측 전류
I2 2차측 전류 L1 1차측 권선
L1a, L1b 권선 L2 2차측 권선
Ry1 광 S1 기본 제어 신호
Ts OFF 유지 시간 V1 1차측 전압
V2 2차측 전압 X1 시동시 모드
X2 정상 동작시 모드 a1 제1 단자
a2 제2 단자 b1 제1 전극 단자
b2 제2 전극 단자 n1 제1 노드
n2 제2 노드
3, 4 전원선 5 덮개부
6 본체 케이싱부 7 광취출면
10 유전체 배리어 방전 램프 11, 12 전극
11a, 12a 접속부 13 발광관
21 직류 전원 22, 22a, 22b, 22c, 22d 스위칭 소자
23 기생 다이오드 24 제어부
25 평활 콘덴서 30 트랜스
C1 제1 제어 C2 제2 제어
G, G1, G2 제어 신호 I1, I1a, I1b 1차측 전류
I2 2차측 전류 L1 1차측 권선
L1a, L1b 권선 L2 2차측 권선
Ry1 광 S1 기본 제어 신호
Ts OFF 유지 시간 V1 1차측 전압
V2 2차측 전압 X1 시동시 모드
X2 정상 동작시 모드 a1 제1 단자
a2 제2 단자 b1 제1 전극 단자
b2 제2 전극 단자 n1 제1 노드
n2 제2 노드
Claims (12)
- 직류 전원과, 1차측 권선과 2차측 권선을 갖는 트랜스와, 적어도 하나의 스위칭 소자를 포함하고, 상기 스위칭 소자의 ON 상태와 OFF 상태가 전환됨으로써, 상기 직류 전원으로부터 상기 트랜스의 상기 1차측 권선으로의 전류의 공급과 정지를 전환하거나, 또는 상기 1차측 권선을 흐르는 전류의 방향을 변화시켜, 상기 트랜스의 상기 2차측 권선에 기전력을 발생시키도록 구성된 점등 회로와,
상기 트랜스의 상기 2차측 권선에 접속되는 유전체 배리어 방전 램프와,
상기 스위칭 소자의 ON/OFF 제어를 행하는 제어부를 구비하고,
상기 제어부는,
시동 시에, 소정의 주파수로 상기 스위칭 소자의 ON/OFF 제어를 반복함으로써 상기 유전체 배리어 방전 램프에 대해 소정의 전압을 인가하는 시동시 모드와,
상기 유전체 배리어 방전 램프의 시동 후, 상기 소정의 주파수로 상기 스위칭 소자의 ON/OFF 제어를 반복함으로써 상기 유전체 배리어 방전 램프에 대해 상기 소정의 전압을 인가하는 제1 제어와, 상기 스위칭 소자의 ON/OFF 제어의 주기보다 긴 기간에 걸쳐, 상기 스위칭 소자를 OFF 상태로 유지하는 제2 제어를 번갈아 행하는 정상(定常) 동작시 모드를 실행하는 것을 특징으로 하는 광원 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 제어부가, 상기 정상 동작시 모드에 있어서, 상기 제1 제어와 상기 제2 제어를 주기적으로 실행하는 것을 특징으로 하는 광원 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 제어부가, 상기 제1 제어에 있어서 상기 스위칭 소자의 ON/OFF 제어를 반복하는 횟수가, 각각의 상기 제2 제어의 전후에서 상이하도록 상기 정상 동작시 모드를 실행하는 것을 특징으로 하는 광원 장치. - 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어부가, 상기 제1 제어의 실행 시간과 직후의 상기 제2 제어의 실행 시간의 합계가, 상기 소정의 주파수에 대응하는 주기의 4배 이상이며, 또한, 상기 제2 제어의 실행 시간이 100ms 이하가 되도록 상기 정상 동작시 모드를 실행하는 것을 특징으로 하는 광원 장치. - 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 점등 회로가 플라이백 방식의 회로인 것을 특징으로 하는 광원 장치. - 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 점등 회로가 푸시풀 방식의 회로인 것을 특징으로 하는 광원 장치. - 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 점등 회로가 풀 브릿지 방식의 회로인 것을 특징으로 하는 광원 장치. - 청구항 5에 있어서,
상기 스위칭 소자는 기생 다이오드를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 광원 장치. - 청구항 8에 있어서,
상기 제어부가, 상기 제1 제어에 있어서,
상기 스위칭 소자를 ON 상태에서 OFF 상태로 천이시키는 제1 단계와,
상기 제1 단계 후, 상기 1차측 권선을 흐르는 회생 전류가 제로값에 도달한 시점부터, 소정의 OFF 유지 시간의 경과 후에, 상기 스위칭 소자를 OFF 상태에서 ON 상태로 천이시키는 제2 단계를 실행하는 것을 특징으로 하는 광원 장치. - 청구항 8에 있어서,
상기 제어부가, 상기 제1 제어에 있어서,
상기 스위칭 소자를 ON 상태에서 OFF 상태로 천이시키는 제1 단계와,
상기 제1 단계 후, 상기 1차측 권선을 흐르는 회생 전류가 제로값에 도달하기 전, 또는 제로값에 도달함과 동시에, 상기 스위칭 소자를 OFF 상태에서 ON 상태로 천이시키는 제2 단계를 실행하는 것을 특징으로 하는 광원 장치. - 유전체 배리어 방전 램프를 점등시키기 위한 점등 회로로서,
직류 전원과,
1차측 권선과 상기 유전체 배리어 방전 램프에 접속되는 2차측 권선을 갖는 트랜스와,
상기 직류 전원과 상기 트랜스의 상기 1차측 권선에 직렬로 접속되어, ON 상태와 OFF 상태가 전환됨으로써, 상기 직류 전원으로부터 상기 트랜스의 상기 1차측 권선으로의 전류의 공급과 정지를 전환하거나, 또는 상기 1차측 권선을 흐르는 전류의 방향을 변화시키는, 적어도 하나의 스위칭 소자와,
상기 스위칭 소자의 ON/OFF 제어를 행하는 제어부를 구비하고,
상기 제어부는,
시동 시에, 소정의 주파수로 상기 스위칭 소자의 ON/OFF 제어를 반복함으로써 상기 유전체 배리어 방전 램프에 대해 소정의 전압을 인가하는 시동시 모드와,
상기 유전체 배리어 방전 램프의 시동 후, 상기 소정의 주파수로 상기 스위칭 소자의 ON/OFF 제어를 반복함으로써 상기 유전체 배리어 방전 램프에 대해 상기 소정의 전압을 인가하는 제1 제어와, 상기 스위칭 소자의 ON/OFF 제어의 주기보다 긴 기간에 걸쳐, 상기 스위칭 소자를 OFF 상태로 유지하는 제2 제어를 번갈아 행하는 정상 동작시 모드를 실행하는 것을 특징으로 하는 유전체 배리어 방전 램프의 점등 회로. - 점등 회로를 이용한 유전체 배리어 방전 램프의 점등 방법으로서,
상기 점등 회로는,
직류 전원과,
1차측 권선과 상기 유전체 배리어 방전 램프에 접속된 2차측 권선을 갖는 트랜스와,
적어도 하나의 스위칭 소자를 구비하고,
상기 스위칭 소자의 ON 상태와 OFF 상태가 전환됨으로써, 상기 직류 전원으로부터 상기 트랜스의 상기 1차측 권선으로의 전류의 공급과 정지를 전환하거나, 또는 상기 1차측 권선에 공급되는 전류의 방향의 변화를 발생시켜, 상기 트랜스의 상기 2차측 권선에 기전력을 발생시키도록 구성되어 있으며,
시동 시에, 소정의 주파수로 상기 스위칭 소자의 ON/OFF 전환을 반복함으로써 상기 유전체 배리어 방전 램프에 대해 소정의 전압을 인가하는 제1 단계와,
상기 제1 단계의 실행 후, 상기 유전체 배리어 방전 램프의 점등 상태를 유지하기 위해, 상기 제1 단계와 마찬가지로, 소정의 주파수로 상기 스위칭 소자의 ON/OFF 전환을 반복하는 것과, 상기 제1 단계에 있어서의 상기 스위칭 소자의 ON/OFF 전환의 주기보다 긴 기간에 걸쳐, 상기 스위칭 소자를 OFF 상태에서 유지하는 것을 번갈아 행하는 제2 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유전체 배리어 방전 램프의 점등 방법.
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