WO1993019570A1

WO1993019570A1 - Regulateur de tension de lampe a decharge et appareil d'eclairage en couleur modulable mettant en ×uvre ce regulateur

Info

Publication number: WO1993019570A1
Application number: PCT/JP1993/000353
Authority: WO
Inventors: Nobuyuki Yamada; Takahiro Douke; Hidetoshi Tsuji
Original assignee: Toto Ltd.
Priority date: 1992-03-25
Filing date: 1993-03-24
Publication date: 1993-09-30
Also published as: EP0633711A1; AU3767493A; KR100187755B1; US5491388A; KR950701185A; EP0633711A4; CA2132435A1

Description

- 明細書放電灯の電力調節装置およびこれを利用した可変色照明装置【技術分野】

本発明は、メタルハライドランプ等の放電灯を点灯及び調光するための放電灯の電力調節装置、および、この電力調節装置を利用した可変色照明装置に関するものである。

【背景技術】 *

放電灯を点灯するには、交流を通電する必要があるが、従来より、こうした放電灯を点灯及び調光するための調光装置付き放電灯点灯装置として、特開平 2— 1 9 7 0 9 3号公報に示す技術がある。

この放電灯点灯装置は、商用の交流電源からの交流を整流器により直流に変換し、この直流をフルブリヅジ形のィンバータ回路に送って、該ィンバータ回路のゲート端子に、交流制御信号を送ることにより、上記直流から交流の矩形波を形成し、この矩形波で放電灯を点灯するように構成されている。

そして、上記放電灯点灯装置には、調光装置として、インバー夕回路のゲート端子に交流制御信号を送る制御回路を備えている。すなわち、制御回路は、インバー夕回路のオンオフ動作中に、減光量に応じたオフ時間を重畳させて、実質的に周波数制御を行なうことにより調光を行っている。

しかし、上記調光装置では、周波数制御を行っているので、放電灯への電力調節により減光する際に、放電^ "に電力が供給されないオフ期間が長くなつてしまい、この期間にて消灯しやすいという問題があった。

したがって、上記調光装置では、減光する調光を安定して行なうことができず，よって、調光範囲が非常に狭いという問題があった。

しかも、上記制御回路は、オンオフ動作を行なうと共に、そのオンオフ動作期間中に休止期間を重畳させるという交流制御信号を作成する回路構成をとつているので、回路構成が複雑であり、コストアツプになっているという問題があった _t また、他の従来の技術として、蛍光灯のような放電灯の場合には、比較的高い周波数で周波数制御するィンバータ回路で輝度を制御する技術が知られているが, この技術をメタルハライドランプのような高輝度ランプに用いた場合には、ランプ自体に共鳴現象を生じて消灯するので、このような一定高周波数で行なう制御は適用できない。

このようにメタルハライドランブでは限られた周波数しか安定した点灯を得ることができず、周波数制御による調光が難しいという問題があつた。

ところで、発生色の色度を変化できる可変色照明装置についても、調光を行ないたいという要望が'あつた。

放電灯の発生光の色度を連続的に変化させる装置としては、特公昭 5 3— 4 2 3 8 6号公報や特開昭 6 3— 1 9 8 2 9 5号公報に開示されたものが知られている。これらの装置では、放電灯内に封入する発光材料として、放電灯内の電子ェネルギ一に依存して発光色が変化する気体や蒸気を用い、放電灯の通電パルスの波形を変化させることによって発光色を変化させている。例えば、通電パルスの通電時間と休止時間との比を比較的大きくすると青色の発光色が得られ、その比を比較的小さくすると赤色の発光色が得られる。

しかし、このような装置では、例えば赤色の発色光を得る際には通電パルスの休止時間を長くするので、放電灯に投入される電力が小さくなり、照明用光源として安定した輝度が得られない場合があるという問題があった。

本発明は、放電灯への供給電力を小さくするような調光を行なっても、消灯することなく、安定した調光を広い範囲で行なうことができる放電灯の電力調節装置を提供することを第 1の目的とする。

また、十分な輝度を安定した状態にて得ることができるとともに、発生光の色度を広範囲で変更できる可変色照明装置を提.供することを第 2の目的とする。

[発明の開示】

上述の課題を解決するため、この発明の第 1の構成による電力調節装置は、第 1の交流電力を直流電力に変換するコンバータと、前記直流電力を第 2の交流電力に変換して放電灯に前記第 2の交流電力を供給するインバー夕と、前記ィンバ一夕を制御するインバータ制御回路とを備えている。この電力調節装置は、前記放電灯の電流値に対応する所望の電流値を設定するための設定信号を出力する電力量設定手段と、前記電力量設定手段によって設定された電流値に基づいて、前記放電灯の電力を調節する謂光手段とを備えている。また、この調光手段は、前記コンバータと前記ィンバータとの間に接続されるとともに、電流制御端子を有し、該電流制御端子に与えられる電流制御信号に応じて電流値制御を行なう電流調節手段と、前記電流調節手段の出力電流を検出する電流検出手段と、該電流検出手段の検出信号が前記電力量設定手段から与えられた設定信号に一致するように、上記電流調節手段の電流制御端子に電流制御信号を出力する電流値制御手段とを備え、前記ィンバータ制御回路は、所定め周波数で前記直流電力を前記第 2 の交流電力に変換する。

放電灯に供給される交流電流の電力量制御は、電力量設定手段の設定電流値 (設定信号）を変更することにより行なえる。すなわち、電力量設定手段により設定電流値を設定すると、設定電流値に対応した設定信号が電流制御手段に入力される。電流制御手段は、電流検出手段の検出信号、つまり電流調節手段の出力電流が電力量設定手段からの設定信号に一致するように、上記電流調節手段の電流制御端子に電流制御信号を出力する。したがって、放電灯に供給される電力量の調節は、電流調節手段による電流制御により行なわれ、インバータによる周波数の制御により行なわれない。つまり、放電灯に供給される電流は、その周波数が一定であって、最高レベル値だけが変更される。その結果、放電灯に供給される電力は、立ち消えの原因となるような休止時間をもつことなく、電流調節手段の調節により電流レベルだけで行なわれるので、放電灯を減光しても消灯することなく、広い調光範囲で安定して点灯させることができる。

この発明の第 2の構成による電力調節装置では、調光手段は、前記コンバータの出力電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段の検出信号が電力量設定手段から与えられた設定信号に一致するように、前記コンバータに含まれる半導体スィツチ素子の位相制御を行なうコンバータ制御手段とを備えており、前記ィンバータ制御回路は、所定の周波数で前記直流電力を前記第 2の交流電力に変換することを特徴とする。半導体スィツチ素子を含むコンバータとコンバータ制御手段の組合わせによって、この発明や第 1の構成における電流靉節手段と同等な機能を果たすことができる。

なお、電力調節装置の出力電圧と出力電流が直線関係にあり、前記直線関係の傾きが電力量設定手段における設定電流値に応じて変化することが好ましい。こうすれば、前記直線関係における短絡電流値に応じて直線的に調光することができる。

さらに好ましくは、電力閡節装置の出力電圧と出力電流との直線関係における無負荷電圧値は電力量設定手段における設定電流値に係わらず一定であり、前記直線関係の短絡電流値を電力量設定手段における設定電流値に応じて直線的に変化させる。こうすれば、電力量設定手段における設定電力量に応じて直線的に調光することができる。

また、放電灯の定格電圧の約 1 0 0 %から約 1 3 0 %の範囲内で前記放電灯の出力を制御するようにして¹ ¾よい。この範囲で電圧を制御するようにすれば、放電灯の寿命を過度に短縮すること無く調光することができる。

なお、放電灯電流波形は矩形波が適している。

この発明は、さらに、互いに異なる色度で発光する複数個の放電灯を有する可変色灯に対し、各々の放電灯に供給する電力を調節することにより、前記可変色灯から発光する色度を変更可能な可変色照明装置にも向けられている。この可変色照明装置は、前記複数の放電灯の電流値に対応する所望の電流値をそれぞれ設定するための設定信号を出力する電力量設定手段と、前記電力量設定手段によつて設定された電流値に基づいて、前記複数の放電灯のそれぞれの電力を調節する調光手段を複数組備えることを特徴とする。この可変色照明装置では、複数組の調光手段によつて各放電灯を広い調光範囲で安定して点灯させることができるので、各種の発光色を十分な輝度で安定して得ることができる。

【図面の簡単な説明】

図 1は、本発明の一実施例に係る放電灯の電力調節装置を示す構成図、図 2は、同実施例に係る電力調節装置の動作を示す波形図、

図 3は、同実施例に係る電力調節装置に純抵抗を接続したときの電圧と電流との関係を示す特性図、

図 4は、放電灯と電力調節装置の電圧/電流特性を示す特性図、

図 5は、放電灯の電圧、電流及び電力量の実験結果を示す特性図、図 6は、同実施例に係る電力調節装置の電力と照度との関係を調べるための実験装置を示す説明図、

図 7は、電力調節装置の電力と照度との関係を示す特性図、

図 8は、放電灯と電力調節装置の電圧/電流特性の他の例を示す特性図、図 9は、定格設定時の放電灯の点灯開始時の動作を示す特性図、

図 1 0は、調光時の放電灯の点灯開始時の動作を示す特性図、

図 1 1は、点灯開始時において電力調節装置の電圧/電流特性を変換するための回路を示すプロック図、

図 1 2は、放電灯の点灯開始時において設定可能な電力調節装置の電圧 Z電流特性の範囲を示す特性図、

図 1 3は、点灯開始時において電力調節装置の電圧 Z電流特性を変換するための他の回路を示すプロック図、

図 1 4は、本究明の他の実施例に係る放電灯の電力調節装置を示す構成図、図 1 5は、本発明の実施例の可変色照明装置を示す概略構成図、

図 1 6は、可変色灯及びそれに内される放電灯の配置等を説明する説明図、図 1 7は、放電灯 2 1 2 Bの照度、電力、電圧、電流及び色度の関係を示すグラフ、

図 1 8は、放電灯 2 1 2 Gの照度、電力、電圧、電流及び色度の関係を示すグラフ、

図 1 9は、放電灯 2 1 2 Rの照度、電力、電圧、電流及び色度の関係を示すグラフ、

図 2 0は、同実施例に係る可変色灯の色度を説明するグラフ、

図 2 1は、 3色の放電灯の電力と照明装置の発行色との関係を示す表、図 2 2は、他の実施例に係る可変色灯の色度を説明するグラフである。

【発明を実施するための最良の形態】以上説明した本発明の構成 ·作用を一層明らかにするために、以下本発明の好適な実施例について説明する。

図 1は本発明の一実施例に係る放電灯の電力調節装置を示す。図 1において、放電灯の電力謁節装置 1は、チ S パ回路及びィンバータ回路を中心とし、これらの回路を制御する各種の制御回路等を備えて構成されている。

図 1において、 10は AC 100Vで、 50112または60112の商用交流電源である。こめ商用交流電源 10には、整流器 20が接耪されている。整流器 2 0は、ダイオードをプリッジに構成した周知の回路であり、図示しない変圧器を内蔵している。一上記整流器 20の雨端には、矩形波の直流電流を平滑な直流とする平滑コンデンサ 25が接続されている。また、整流器 20の出力端子には、チ _aツバ回路 4 0が接続されている。チヨツバ回路 40は、サイリスタゃトランジスタ等のスィツチング素子を有し、後述するチヨツバ制御回路 130からの制御信号をゲート端子 41に入力することでオンオフして、 100 kHzのパルス状の電圧波形に変換することにより、その電流値を一定に保持する定電流回路のスイツチ要素を構成する回路である。

チヨツバ回路 40の出力端子には、直流リアクトル 50が直列に接続されている。また、直流リアクトル 50の入力側にはフリーホイールダイォード 55が並列に接続され、出力側には平滑コンデンサ 26が並列に接铙されている。直流リァクトル 50と平滑コンデンサ 26は、チヨツバ回路 40から出力されるリップルを含んだ直流電流を平滑化するものである。

直流リアクトル 50の出力側には、後述する電流検出器 110を介してインバ一夕回路 70が接続されている。インバータ回路 70は、チヨツバ回路 40から出力された直流電流を 50Hz ： 120Hzの交流電流に変換する直流交流変換器であり、 4'個のスイッチングトランジスタ 71A， 71B, 71 C, 71Dをフルブリツジ型に接続し、かつ各スイッチングトランジスタ 71A, 71 B , 7 1 C, 71Dの間に還流ダイオード 73 A， 73B, 73C, 73Dを接続して構成されている。

また、インバー夕回路 70には、各スイッチングトランジスタ 71Aと 71D 及び 7 I Bと 7 1 Cとを交互に所定周期でオンオフ制御するインバータ制御回路 8 0が接続されている。インバータ制御回路 8 0は、発振器（図示省略）で所定周期の矩形波を作成し、この矩形波をスィツチングトランジスタ 7 1 A~ 7 1 D に送ることにより、各ィンバータ回路 7 0から矩形波の交流を出力させるものである。

インバー夕回路 7 0の出力端子には、高圧放電灯 1 0 0が接较されている。高圧放電灯 1 0 0は、例えば、 2 5 0 Wのメタルハライドラン.プであり、 5 0 H z〜 l 2 0 H zの周波数で点灯させることが適している。

高圧放電灯 1 0 0には、点灯用ィグナイタ 9 0が接铳されている。こ ©点灯用ィグナイタ 9 0は、スィツチ路 9 1の開閉により高圧放電^ T 1 0 0に高電圧を印加し（2 7 k V以上のパルス電圧）、点灯させ、高圧放電灯 1 0 0が点灯した後、パルス電圧の印加を停止する。

上述した高圧放電灯 1 0 0への電力量を調節する回路は、電流検出器 1 1 0、出力輝度調節器 1 2 0及びチヨツバ制御回路 1 3 0によって構成されている。すなわち、チヨツバ回路 4 0の出力側には、電流検出器 1 1 0が接続されており、その検出信号は、チヨツバ制御回路 1 3 0に入力される。チヨツバ制御回路 1 3 0には、出力輝度調節器 1 2 0からの信号も入力される。

出力輝度調節器 1 2 0は、高圧放電灯 1 0 0の明るさを調節するためのものであり、例えば、調節つまみ（図示省略）の角度を調節することにより、高圧放電灯 1 0 0の輝度レベルに対応した設定電流値を出力するものである。

チヨツバ制御回路 1 3 0は、例えば、発振器からの周波数信号を分周することにより異なった周波数のパルス信号を発生する周波数発生器を備え、出力輝度調節器 1 2 0で設定された設荦電流値を出力するように、電流検出器 1 1 0にて検出される検出電流をフイードバックしながら、チョツバ回路 4 0のゲート端子 4 1に対して、オンオフ制御信号を出力して、チヨツバ回路 4 0を定電流制御する < したがって、上記チヨッパ回路 4 0、電流検出器 1 1 0及びチヨツバ制御回路 1 3 0により、出力輝度調節器 1 2 0で設定された設定電流値を保持するように定電流回路を構成すると共に、出力輝度調節器 1 2 0の設定電流値の変更により , 出力電流の出力レベルを変更することができるように構成されている。次に、上記放電灯の電力調節装置 1の動作について、図 2に示す波形図を併用して説明する。

図 2の（A)に示す商用交流電源 10からの交流は、整流器 20に内蔵される変圧器によって変圧され、その変圧された出力電圧が直流に整流される（図 2 (B) ) 。さらに、整流された波は平滑コンデンサ 25により平滑化された直流になってチヨツバ回路 40に入力される（図 2 (C) ) 。

チ aツバ回路 40は、チ sツバ制御回路 130により作成されたオンオフ信号 (100 kHz)をゲート端子 41に受けて、チ sツバ回路 40からの直流電圧を、オンオフ制御信号の周期に応じたパルス状の電圧出力に変換して出力する (図 2 (D) ) 。このとき、チ sツバ制御回路 130は、出力輝度調節器 120 で設定された設定電流値を出力するように、電流検出器 110にて検出される検出電流をフィードバックしながら、チ aツバ回路 40の制御端子に対して、オンオフ制御信号を出力する。よって、チヨッパ回路 40から出力される電流は、設定電流値を出力することになる。

この電流出力は、直流リアクトル 50と平滑コンデンサ 26により平滑化されて（図 2 (E) ) 、インバータ回路 70側に送られる。

インバータ回路 70は、インバータ制御回路 80からスィツチングトランジスタ 71 Aと 71D及びスィツチングトランジスタ 71Bと 71Cとに交互に所定周波数 (5 OHz-12 OH.z)の交流制御信号を受けることにより、直流リアクトル 50からの直流を所定の周波数の矩形波の交流電流に変換して、これを高圧放電灯 100に供給する（図 2 (F) ) 。

ここで、高圧放電灯 100に供耠される電流は、インバータ回路 70により変換された所定周期の交流であるが、その電流値の制御は、出力輝度調節器 120 の設定値を変更することにより行なえる。

すなわち、出力輝度調節器 120により設定値を変更すると、該変更された設定値がチ s ヅバ制御回路 130に入力される。チヨヅパ制御回路 130は、電流検出器 110からの検出電流をフィードバックしながら、上記設定値に対応した周期のオンオフ制御信号をチヨツバ回路 40のゲート端子 41に出力する。チヨッパ回路 40は、上記オンオフ制御信号を受けることにより、その出力電流値を変更する。

なお、図 2では、事例として、時点 T 1及び時点 T 2にて設定値を下げる調節が行なわれている。

したがって、放電灯の電力調節装置 1の電力量の調整は、チ s ツバ回路 4 0による電流制御により行なわれ、ィンバータ回路 7 0による周波数の制御により行なわれない。よって、供給される電力は、その交流電流のレベル値だけが変更され、その周期は変わらない。

その結果、高圧放電灯 1 0 0に供給される電力は、立ち消えの原因となるような休止時間の重畳が行なわれず、広い調光範囲で高圧放電灯 1 0 0を点灯させることができる。

また、上記の回路は、電流調節手段の電流値を変更するという回路であり、ィンパータ回路の周波数は一定であり、従来のィンバータ回路の周波数を変更する回路より、簡単な回路構成ですむという効果もある。

さらに、高圧放電灯 1 0 0は、一定の低い周波数にて制御するので、従来の技術で説明したように、共鳴現象を生じて立ち消えすることもない。

図 3は、高圧放電灯 1 0 0の代わりに純抵抗負荷を電力調節装置 1に接続して、出力電圧と出力電流の関係を調べた結果を示すグラフである。図 3に示すように、純負荷特性 F 1は、一定の無負荷電圧 V 0 (ここでは 2 5 0 V) を切片とする負の勾配の直線である。また、出力輝度調節器 1 2 0の設定値を変えることによつて、純負荷特性の直線の傾きが F 1 ~ F 3に示すように変化する。このとき、電圧 Z電流特性 F 1〜 F 3の短絡電流値 I s 1 ~ I s 3 (電圧 Z電流特性直線と横軸との交点）が出力輝度調節器 1 2 0の設定値に応じて直線的に変化する。

図 4は、高圧放電灯 1 0 0を接続した場合の特性を示すグラフであり、曲線 G 1は高圧放電灯 1 0 0の負荷特性である。定常状態では、放電灯 1 0 0の出力電圧/出力電流間の位相のズレはほとんど無いので、放電灯 1 0 0を近似的に純抵杭と見なすことが可能である。従って、電力調節装置 1の電圧 Z電流特性 F 1との交点 P 1が点灯維持条件となる。ここで、電力調節装置 1の電圧/電流特性 F 1は、定格ランプ電圧 V rと定格ランプ電流 I rを与える定格電圧 Z電流特性である。放電灯の負荷特性 G 1は、図 4に示ように定格ランプ電圧 V rの付近ではランプ電流が変化してもランプ電圧はほとんど変化せず、点 P 1と点 P 4の間の範囲 R Lではランプ電圧はほぽ一定である。また、電力調節装置 1の電圧/電流特性 F 1 ， F 4における短絡電流値 I s 1， I s 4は出力輝度篛節器 1 2 0の設定値に応じて直線的に変化するので、点 P 1と点 P 4の範囲 R Lにおけるランブ電流は出力輝度瘸節器 1 2 0の設定値に比例する。

放電灯 1 0 0の輝度はランプ電圧が一定め場合にはランプ電流に比例する。従つて、図 4の範囲 R Lで放電灯 1 0 0の出力を制御すれば、出力輝度調節器 1 2 0における設定値に応じて放電灯 1 0 0の輝度を直線的に変化させることが可能である。すなわち、出力輝度讕節器 1 2 0の設定値（例えば調節つまみの角度）に応じて直線的に調光することが可能である。

直線的調光範囲 R Lにおいて、出力輝度調節器 1 2 0の設定値に応じて放電灯 1 0 0の輝度を直線的に変化させることが可能なのは、次の 3つの事実に起因している。（ 1 )電力閾節装置 1の電圧/電流特性が、無負荷電圧 V 0が一定で傾きが変化する直線で表わされること、（2 ) 出力輝度調節器 1 2 0の設定値に応じて電力調節装置 1の電圧/電流特性の短絡電流値 I sが直線的に変化すること，及び、（3 ) ランプを近似的に純抵抗と見なせること。

図 5は、出力輝度調節器 1 2 0の設定電流値を変化させてランブの電圧/電流特性を測定した実験結果を示すグラフである。ランプ電流が 1 . 3 A以上の条件では、ランプ電圧はほぼ一定に保たれている。なお、ランプ電圧が定格ランプ電圧の 1 3 0 %以上で点灯を維持するとランプの寿命が短くなるので、ランプ電圧が定格ランプ電圧の 1 0 0〜1 3 0 %の範囲で点灯するのが好ましい。

. 図 6は、高圧放電灯（2 5 0 Wのメタルハライドランプ） 1 0 0を調光させてその照度を測定するための実験装置を示す概念図である。

高圧放電灯 1 0 0を、窓 1 6 2付きのボックス 1 6 0で覆って、窓 1 6 2から出る光の照度を照度計 1 5 0により測定した。その結果を図 7に示す。ここで、図 7の横軸は高圧放電灯 1 0 0に供給される電力値を示し、縦軸は照度の値である。放電灯と照度計の距離は 0 . 5 mである。

この結果によれば、上 β放電灯の電力調節装置 1を用いることにより、電力値と照度との間に直線関係（相関係数 0 . 9 8 9 ) をもたせることが可能となり、しかも、 5 ~ 1 0 0 %の範囲にて、安定して調光させることができた。

図 8は、ランプ定格電圧が 8 0 Vの高圧放電灯 1 0 0を使用した場合の直線的調光範囲 R Lを示すグラフである。図 4と図 8とを比較すれば解るように、同じ電力調節装置 1を使用していても、異なる定格電圧の放電灯を使用すると直線的調光範囲 R Lも異なる。なお、放電灯 1 0 0の定格電圧の範囲としては、 7 0~ 1 3 0 Vのものが好ましい。

以上の特性はランプが定常状態にある場合のものであり、点灯開始時から定常状態に至るまではランプの電流/電圧の関係は異なる挙動を示す。図 9は、ランプの点灯開始時の挙動を示すグラフである。点灯用ィグナイタ 9 0 (図 1 ) によつて点灯を開始させるとまずグロ一放電が起こり、次いでアーク放電に移行すると、点 Q 1のように大きな電流がながれ始める。その後、点 Q 1から特性 F 1を逆にをたどって定格点 P 1に至り、定常状態となる。このように、グロ一放電からアーク放電に移行させるには初期に大きな電流を必要とし、図 9の例では点 Q 1における電流値（約 5 A) はランプ定格電流 I rの約 2倍である。

出力輝度調節器 1 2 0の設定値を定格（電圧/電流特性 F 1 ) に設定して点灯を開始した場合には、点 Q 1のように大きな初期電流値を確保することができるので確実に点灯を開始することができる。一方、電圧/電流特性 F 4のように、出力輝度調節器 1 2 0の設定値を低く設定している場合には、点灯開始時の電流が約 3 Aしか流れず、点灯を開始できない場合がある。

図 1 0は、出力輝度調節器 1 2 0の設定値を低くした場合にも確実に点灯を開始できるようにした動作を示すグラフである。図 1 0においては、出力輝度調節器 1 2 0の設定値が特性 F 4に相当する値に設定されていても、点灯開始時にはチヨツバ制御回路 1 3 0が定格電圧/電流特性 F 1に従って制御を行なっている ₍ そして、点 Q 1においてアーク放電が開始されたことを確認すると、チヨツバ制御回路 1 3 0における設定が定格電圧/電流特性 F 1から特性 F 4に変更され、点灯条件が点 Q 1から点 Q 2に変更される。この後、特性 F 4に沿って点 Q 2から点 P 4に向かってランプ特性が変化する。こうして、点 P 4において定常状態でランブの点灯が維持される。図 1 1ほ図 1 0の動作を実現するための回路を示すプロック図である。図 1 1 の回路は、図 1における電流検出器 1 1 0と出力輝度調節器 1 2 0とチ₃ツバ制御回路 1 3 0とを含む部分に、切換スィツチ 1 4 0とコンパレータ 1 42を追加したものである。切換スィツチ 1 40の一方の入力端子には、出力輝度調節器 1 2 0の設定信号 S sが入力されており、他方の入力端子には定格電圧 Z電流特性 F 1に相当する基準電圧 V Iが入力されている。コンパレータ 1 4 2は、所定の基準電圧 V 2と鼋流検出器 1 1 0からの検出信号 S dとを比較する。検出信号 S dのレベルが基準電圧 V 2未溝の場合にはコンパレータ 1 4 2の出力は Lレベルであり、検出信号 S dのレベルが基準電圧 V 2以上の場合にはコンパレータ 1 4 2の出力が Hレベルになる。

コンパレータ 1 4 2の基準電圧 V 2は、グロ一放電からアーク放電に移行した際の電流検出器 1 1 0の信号レベルよりも小さな値に設定される。グロ一放電でのランプ電流は数十 m Aであり、アーク放電では数 Aである。従って、基準電圧 V 2としては、例えば電流検出器 1 1 0における電流値で約 0 . 5 ~ 1 Aに相当する電圧に設定すればよい。

電流検出器 1 1 0からの検出信号 S dのレベルが基準電圧 V 2未満の場合には基準電圧 V 1がチョッパ制御回路 1 3 0に入力され、チヨッパ制御回路 1 3 0は定格電圧/電流特性 F 1に従って制御を行なう。一方、電流検出器 1 1 0からの検出信号 S dのレベルが基準電圧 V 2以上の場合にはコンパレータ 1 4 2の出力が Hレベルになって切換スィツチ 1 4 0が切換えられ、出力輝度調節器 1 2 0の設定値がチヨヅパ制御回路 1 3 0に入力される。これに応じて、チヨツバ制御回路 1 3 0は電圧/電流特性 F 4に従って制御を行なう。この結果、図 1 0の点 Q 1 ， Q 2 , P 4をたどって点灯が開始される。

なお、上述のように電流検出器.1 1 0における電流値に応じて電力制御特性を切換える代わりに、ランプ電圧の測定値に応じて電力制御特性を切換えるようにしてもよい。この場合には、ランプ電圧が所定のレベル（例えば定格電圧の 1 / 5 ) に達した時に、電力制御特性を切換えるようにすればよい。

上記の例では、出力輝度調節器 1 2 0の設定値に係わらず、点灯開始時には定格電圧 Z電流特性 F 1で制御するようにしていたが、定格電圧/電流特性 F 1よりも低い電圧 Z電流特性で点灯するようにしてもよい。図 1 2は、点灯開始時の設定可能範囲を斜線で示している。ランプ定格電流 I rの 1 . 5倍の短絡電流値を示す特性 F 5と定格電圧/電流特性 F 1 との間が点灯開始時の設定可能範囲 (基準電圧 V 1のレベルに相当する）である。点灯初期の特性をこの斜線の範囲に設定しておけば、出力輝度調節器 1 2 0における設定値をこれよりも低くした場合にも確実に点灯を開始することが可能である。

また、出力輝度翻節器 1 2 0の設定値が図 1 2の斜線の範囲内に入っている場合にはその設定値に応じた電圧 Z電流特性で点灯を開始し、一方、出力輝度調節器 1 2 0の設定値が斜線の範囲外の場合には、斜線内にある所 ¾の電圧/電流特性（例えば定格特性）で点灯专開始するようにしてもよい。

図 1 3は、このように電圧/電流特性を切換-えるための回路を示すプロック図である。図 1 3の回路は、図 1 1の回 ¾にコンパレータ 1 4 4と O Rゲート 1 4 6とを加えた回路である。コンパレータ 1 4 4は出力輝度調節器 1 2 0の設定信号 S sのレベルと基準電圧 V 3とを比較する。設定信号 S sのレベルが基準信号 V 3未満の場合にはコンパレータ 1 4 4の出力は Lレベルになり、一方、設定信号 S sのレベルが基準信号 V 3以上の場合にはコンパレータ 1 4 4の出力は Hレベルになる。 O Rゲート 1 4 6には、第 1 と第 2のコンパレータ 1 4 2， 1 4 4 の出力が与えられており、 O Rゲート 1 4 6の出力は切換スィツチ 1 4 0に与えられている。第 2のコンパレータ 1 4 4の基準電圧 V 3は、図 1 2に示す電圧/ 電流特性 F 5に相当する。

電流検出器 1 1 0からの検出信号 S dのレベルが第 1 のコンパレータ 1 4 2の基準電圧 V 2未満であって、かつ、出力輝度調節器 1 2 0の設定信号 S sのレべルが第 2のコンパレータ 1 4 4の基準電圧 V 3未満の場合には、切換スィッチ 1

4 0は基準電圧 V 1側に切換えられる。一方、電流検出器 1 1 0からの検出信号

5 dのレベルが第 1のコンパレータ 1 4 2の基準電圧 V 2以上か、または、出力輝度調節器 1 2 0の設定信号 S sのレベルが第 2のコンパレータ 1 4 4の基準電圧 V 3以上の場合には、切換スィツチ 1 4 0が出力輝度調節器 1 2 0の設定信号 S s側に切換えられる。図 1 3の回路を使用した場合にも、図 1 1の回路と同様に、出力輝度調節器 1 2 0の設定値に係わらずに確実に点灯を開始することができる。

なお、上記実施例に係る放電灯の電力調節装置では、電流諝節手段としては、外部入力により設定電流値に一致するように作動する定電流回路であつて、かつその電流値を変更可能な回路であれば、上記実施例に説明したチ sツバ回路のほか、フライバックコンパ一夕等の直流一直流変換器であってもよい。

また、半導体スィッチ（サイリスタなど）を有するコンバータを用いて、電流検出器 1 1 0で検出された電流に応じて半導体スィツチの位相を制御するようにしてもよい。この場合にはチョツバ回路 40ほ不要である。図 1 4は、図 1の電力調節装置 1におる整流器 2 0と平滑コンデンサ 2 5とチヨツバ制御回路 1 3 0の代わりに、サイリスタを有するコンバータ 1 7 0と、サイリスタの位相を制御するコンバータ制御回路 1 8 0とを用いた電力調節装置 1 aを示すプロック図である。こめ電力調節装置 1 aも図 1の装置と同様な効果がある。

上記実施例では、直流交流変換手段としてフルブリッジ型のィンバータ回路を用いたが、これに限らず、プシュプル等の各種のインバータ回路等を用いることができる。

なお、 H I Dランプ高輝度放電灯としては、フィラメントを内蔵する蛍光灯等を除く放電灯であればよく、例えば、メタルハライドランプ、水銀ランプ、キセノンランプ、高圧ナトリゥムランプ等の放電ランプであればよい。

上記実施例の電力調節装置 1では、図 3に示すように、直線状の電圧/電流特性の切片（無負荷電圧 V 0 ) が一定で、出力輝度調節器 1 2 0の設定値に応じて直線の傾きが変化するものとしていた。しかし、出力輝度調節器 1 2 0の設定値に応じて、電圧 Z電流特性直線の傾きが一定で切片が変化するようにチヨツバ制御回路 1 3 0を構成しても良い。

次に、上記の電力調節装置で構成される調光回路を組み込んだ可変色照明装置 2 0 0の構成について図 1 5を用いて説明する。

図 1 5において、可変色照明装置 2 0 0は、可変色灯 2 1 0と、電力調節回路 2 2 0と、色調制御回路 2 5 0と、遠隔操作装置 2 8 0とを備えている。

図 1 6の平面図にも示すように、上記可変色灯 2 1 0は、アルミナ製のベース 2 1 3上に外管 2 1 4が封止されており、この外管 2 1 4内には、 3本の放電灯 212 R , 212 G, 212 Bが配置されている。放電灯 212 R， 212 G， 212Bは、図 16の一点鎖線で示す仮想的な正三角形の各辺の上に存在するように配置されている。これらの放電灯 212R, 212 G, 212Bには、後述するようにそれぞれ異なる 2元以上の多元のアマルガムが封入されており、 3原色に近い色で発光する。

すなわち、放電灯 212Bには、 Hgr— I n系の 2元アマルガムが封入されており、 41 111111ぉょび451 nmの線スぺクトルの光（青紫色の光）を発光する。放電灯 212Gには、 Hsr-T 1系の 2元アマルガムが封入されており、 5 35 nmの線スぺクトルの光（緑色の光）を発光する。また、放電灯 212Rには、 H g— N a系の 2元アマルガムが封入されており、 589 nmの線スぺクトルの光（黄赤色の光）を発光する。

なお、日本工業規格（J I S Z81 10)では、単色の光源光の色名と波長範囲との関係を次のように規定している。

380〜455 nm

455—485nm

485~495 nm

495~548 nm

548~573 nm

573〜584 nm

584~610 nm 黄赤

610〜780 nm 赤

ただし、この発明において、「青の波長域の光」とは 380nm~495nm の波長範囲の光をいい、「緑の波長域の光」とは 485 nm~573 nmの波長範囲の光をいい、「赤の波長域の光」とは 573 nm— 780 nmの波長範囲の光をいう。

上記放電灯 212R, 212G, 212Bの調光特性につき、 250Wの放電灯を用いたときの特性について、図 17ないし図 19にそれぞれ示す。図 17 (A) 、図 18 (A) 、図 19 (A) は、縦軸に照度、横軸に電力をそれぞれ示す。図 17 (B) 、図 18 (B) 、図 19 (B) は、縦軸に放電灯の電圧及び電流、横軸に電力を示す。また、図 17 、図 18 (C) 、図 19 (C) は、縦軸に色度 x， y、横軸に電力を示す。

これらの図 17ないし図 19から明らかなように、供給電力の增加に対して、各々の放電灯 212R, 212G, 2128は、色度を， yの値がほとんど変化することなく、輝度を直線的に連続して変化させることができる。

上記電力謁節回路 220は、放電灯 212 R, 212G, 212Bへの電力をそれぞれ供給する調光回路 222 R, 222 G , 222Bを備えている。この調光回路 222R, 222G, 222 Bは、上述した電力調節装置 1と同一の回路構成である。

上記色羈制御回路 250は、入力部 252と、出力配分算定部 254と、放電灯出力算定部 256とを備えている。

また、遠隔操作装置 280は、色度設定部 282と、放電灯出力設定部 284 とを傭えている。なお、遠痛操作装置 280は、指令を入力するためのキーと、可変色灯 210の運転状態を表示するための表示部とを有している。

可変色灯 210の発光色や光束を変化させる場合には、オペレータが遠隔操作装置 280のキーを押すことによって放電灯の色度と出力とを設定する。色度は、例えば、後述する X y色度座標系の座標値で入力する。放電灯の出力は、例えば各色度における放電灯の最大出力に対する相対出力（パーセント）で入力する。遠隔操作装置 280の色度設定部 282と放電灯出力設定部 284とは、それぞれキー入力された値に応じて、色度信号 S cと放電灯出力信号 S Pとをそれぞれ発生し、色調制御回路 250の入力部 252に伝送する。

色度信号 S cは入力部 252から出力配分算定部 254に与えられる。出力配分算定部 254は、色度信号 S cで表わされる色度を実現するための 3本の放電灯 212R, 212G, 212 Bの全光束の相対値を、色の加法則に従って決定する。

放電灯出力算定部 256は、出力配分算定部 254で算出された各放電灯の全光束の相対値（すなわち、出力の相対値）と、放電灯出力信号 S Pとに基づいて、各放電灯の出力レベルを算出する。この際、出力配分算定部 254で算定された相対出力値がもっとも大きな放電灯の出力レベルを、その放電灯の定格出力と、放電灯出力信号 S Pで表わされる相対出力（バーセント）とを乗じたレベルに合わせる。例えば、 3本の放電灯の出力の相対値が 0. 6 : 0. 4 : 1. 0であり，放電灯出力信号 S Pで表わされる相対出力が 70%である場合には、各放電灯の出力レベルはそれぞれ 42%、 28%、 70%と設定される。

各放電灯の出力レベルを示す信号は、放電灯出力算定部 256から 3つの調光回路 222R, 222G, 222 Bに与えられる。調光回路 222 R , 222G, 222Bは、上述した動作に従って、色篛制御回路 250から与えられた信号に基づいて、電流レベルの制御により調光を行なう。

このような可変色照明装置 200において、可変色灯 210の放電灯 212R, 212G, 212 Bに供給する電力を変更して色度を変更する実験を行ない、その結果を図 20に示す。

図 20は、放電灯 212R, 212G, 212 Bの相対出力と発光色との関係を説明するための X y色度図である。図 20において、 R点、 G点、 B点は、それぞれ放電灯 212R, 212G, 212 Bの発色点を示している。可変色灯 2 10の発光色は、色の加法則（加法混色）に従って、 3つの点 A、 B、 Cを頂点とする三角形め範囲において変更することが可能である。

ここで、下記の図 21に示すように、放電灯 212R, 212G, 212Bに対して、 150W~250Wの間で N 0. 1 ~N o . 7の組み合わせで 150W 〜250Wの電力供給すると、図 20の No . l〜No. 7に対応する色度で発光することが分かった。

なお、発光管 212R, 212G, 212Bは、図 15に示すように、ベース 213から各放電灯の^端に向かう方向、つまり、点灯方向 Tに向かう方向に光を出射する。したがって、発光管 2.12R, 212G, 212Bは、他の放電灯の光を妨害しないから、可変色灯 210は、点灯方向 Tに対して大きな光束を得ることができると同時に、各放電灯 212R， 212G， 212Bの相対出力を調整することよって、点灯方向 Tにおける発光色を色度座標系の等色関数で示される通りに変化する。

このように、上記実施例では、 RGBの 3原色に近い発光色を有する 3本の放電灯 212R, 212G, 212 Bを用い、各放電灯の相対出力を変化させることによって、放電灯の発光色を讕整することができる。

本実施例において、異なる色度の発光色を有する 3本の放電灯を用い、各放電灯の相対出力を本回路で連続的に襲整することにより、可変色灯 210の輝度を著しく低下させることなく、連緣的に色度及び色温度を可変させることが明らかになった。

また、上記実施例において、電力節回路 220の一部を構成するインバータ回路 70 (図 1)は、放電灯 212R, 212G, 212Bに矩形波電流を供給している。矩形波は、正弦波等に比べて、時間に依存する電力の変化がまったくないので、放電灯の輝度の変化は少ない。したがって、可変色照明装置 2ΌΌにより、可変色灯 210から揺らぎのない発光を、広い範囲の色度で行なわせることができる。

なお、この発明は上記実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

(1) 上記実施例では、 3本の異なる光を有する放電灯 212R， 212G,

212 Bを用いた場合について説明したが、異なる色度を発する放電灯であれば、その本数は、特に限定されない。例えば、上記実施例で示した放電灯 212R， 212G, 212Bの他に、 Hgr— L i系の 2元アマルガムが封入されており、 650 nmの線スペクトル（赤色の光） R 2を発する放電灯をさらに加えて 4本- で出力調整を行なうことにより、図 22で示すように、色座標におけるの 1点鎖線で表わす 4角形領域で可変色が得られる。

このように、放電灯の本数は特に限られず、放電灯の組み合わせに応じて色座標が決められ、この色座標に基づいて、可変色範囲を変更することができる。

(2) 各放電灯の色度は、該放.電灯内に封入される蒸発材料に依存する固有の発生色の色度-と異なる場合のみでなく、各放電灯固有の発生色の色度は同じであつても、放電灯自体に着色したり、また、放電灯の外側に色付きフィルタを設けることによって、外部に取捨される光の色度と異なるようにした場合であってもよい。

以上説明したように、この発明による電力調節装置によれば、放電灯に供給される電力の制御において、立ち消えの原因となるような休止時間の重畳が行なわれず、かつ周波数が一定で電流値だけが変更される。従って、調光により消灯することなく、広い調光範囲で安定して放電灯を点灯させることができるという効果がある。また、この電力調節装置を利用した可変色照明装置では、各種の発光色を十分な輝度で安定して得ることができるという効果がある。

【産業上の利用可能性】

この発明にかかる放電灯の電力調節装置および可変色照明装置は、放電灯を用いる屋内用や屋外用の各種の照明器具に適用可能である。

Claims

請求の範囲

1 . 第 1の交流電力を直流電力に変換するコンバータと、前記直流電力を第 2の交流電力に変換して放電灯に前記第 2の交流電力を供給するインバー夕と、前記ィンバータを制御するインバータ制御回路とを備えた放電灯の電力調節装置にお V、て、

前記放電灯の電流値に対応する所望の電流値を設定するための設定信号を出力する電力量設定手段と、 - 前記電力量設定手段によって設定された電流値に基づいて、前記放電灯の電力を調節する調光手段とを備え、

前記調光手段は、

前記コンバータと前記インバー夕との間に接続されるとともに、電流制御端子を有し、該電流制御端子に与えられる電流制御信号に応じて電流値制御を行なう電流調節手段と、

前記電流調節手段の出力電流を検出する電流検出手段と、

該電流検出手段の検出信号が前記電力量設定手段から与えられた設定信号に一致するように、上記電流調節手段の電流制御端子に電流制御信号を出力する電流値制御手段とを傭え、

前記ィンバータ制御回路は、所定の周波数で前記直流電力を前記第 2の交流電力に変換することを特徴とする放電灯の電力調節装置。

2 . 第 1の交流電力を直流電力に変換するコンバータと、前記直流電力を第 2の交流電力に変換して放電灯に前記第 2の交流電力を供給するインバータと、前記ィンバータを制御するィンバータ制御回路とを備えた放電灯の電力諝節裝置において、

前記放電灯の電流値に対応する所望の電流値を設定するための設定信号を出力する電力量設定手段と、

前記電力量設定手段によって設定された電流値に基づいて、前記放電灯の電力を調節する調光手段とを備え、前記調光手段は、

前記コンパータの出力電流を検出する電流検出手段と、

前記電流検出手段の検出信号が電力量設定手段から与えられた設定信号に一致するように、前記コンバータに含まれる半導体スツチ素子の位相制御を行なうコンバータ制御手段とを備えており、

3 . 請求項 1または 2のいずれかに記載の放電灯の電力調節装置であって、電力調節装置の出力電圧と出力電流が直線関係にあり、前記直線関係の傾きが電力量設定手段における設定電流値に応じて変化する放電灯の電力調節装置。

4 . 請求項 3記載の放電灯の電力調節装置であって、

電力調節装置の出力電圧と出力電流との直線関係における無負荷電圧値は電力量設定手段における設定電流値に係わらず一定であり、前記直線関係の短絡電流値が電力量設定手段における設定電流値に応じて直線的に変化する放電灯の電力調節装置。

5 . 請求項 1ないし 4のいずれかに記載の放電灯の電力調節装置であって、放電灯の定電圧の約 1 0 0 %から約1 3 0 %の範囲内で前記放電灯の出力を制御する放電灯の電力調節装置。

6 . 請求項 1ないし 5のいずれかに記載の放電灯の電力調節装置であって、放電灯電流波形が矩形波である放電灯の電力調節装置。

7 . 互いに異なる色度で発光する複数個の放電灯を有する可変色灯に対し、各々の放電灯に供給する電力を調節することにより、前記可変色灯から発光する色度を変更可能な可変色照明装置であって、

前記複数の放電灯の電流値に対応する所望の電流値をそれぞれ設定するための設定信号を出力する電力量設定手段と、，

前記電力量設定手段によって設定された電流値に基づいて、前記複数の放電灯のそれぞれの電力を賙節する請求項 1ないし 6のいずれかに記載の調光手段を複数組備えることを特徴とする可変色照明装置。