希ガス蛍光ランプ点灯装置
【課題】希ガス蛍光ランプを周波数変調することで、直流電源電圧の変動に拘わらず、規定光量での点灯を可能にする。
【解決手段】希ガス蛍光ランプの点灯周波数をランプ電流に応じて制御する。これにより、希ガス蛍光ランプの放電は安定し、点灯周波数に比例した光量を得ることができる。点灯周波数を希ガス蛍光ランプの光量に基づいてフィードバック制御することで、光量を常に一定に維持することができる。
【解決手段】希ガス蛍光ランプの点灯周波数をランプ電流に応じて制御する。これにより、希ガス蛍光ランプの放電は安定し、点灯周波数に比例した光量を得ることができる。点灯周波数を希ガス蛍光ランプの光量に基づいてフィードバック制御することで、光量を常に一定に維持することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、スキャナー等の読み取り用光源の点灯装置として好適な希ガス蛍光ランプ点灯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、外部電極希ガス蛍光ランプは、環境負荷が高い水銀を使用していない点、周囲温度による光量変化が少ない点、発熱が少ない点、蛍光体を選択することにより発光色をかえることが出来る点等の特徴により、複写機、スキャナー等の読み取り用光源として広く利用されている。
【０００３】
原稿照明用光源に適した希ガス蛍光ランプとして、例えば、特許文献１に記載のものがある。
【０００４】
外部電極希ガス蛍光ランプの点灯電圧波形としては、正弦波形、パルス波形及び矩形波形等を採用している。
【特許文献１】特開２００１−２８３７８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、点灯電圧は、従来、自励式のプッシュプル回路や他励式の回路を採用した点灯装置によって生成している。この点灯装置に直流電圧を供給する直流電源は、一般的に、点灯装置を組み込むシステム側に設けられる。システムに組み込まれた直流電源では、出力電圧の変動が比較的大きいことがある。例えば、複写機等においてもこのような直流電源が設けられており、その出力電圧は、例えば、２４Ｖであって、約１０％程度の変動がある。
【０００６】
このような直流電源の電圧変動によって、点灯装置によって発生する点灯電圧も変動し、希ガス蛍光ランプの光量が不安定となる。そこで、従来、希ガス蛍光ランプの点灯装置においては、直流電源から供給される直流電圧を安定化させるための定電圧回路を設ける必要がある。このため、装置規模が増大するという問題点があった。
【０００７】
本発明は変調周波数を適宜設定することにより、規定光量を維持した安定な駆動を可能にすることができる希ガス蛍光ランプ点灯装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る希ガス蛍光ランプ点灯装置は、希ガスを封入したバルブ内面に蛍光体を塗布し、前記バルブに一対の電極を設けた希ガス蛍光ランプの前記電極に対して、点灯電圧を供給する出力部と、前記希ガス蛍光ランプのランプ電流を検出するランプ電流検出手段と、前記ランプ電流検出手段の検出結果に基づいて、前記出力部からの前記点灯電圧の周波数を変化させて、前記希ガス蛍光ランプを周波数変調する周波数制御手段とを具備したことを特徴とするものであり、
本発明において、出力部は、希ガス蛍光ランプの電極に対して、点灯電圧を供給する。希ガス蛍光ランプはこの点灯電圧によって駆動されて発光する。希ガス蛍光ランプは発光量に応じたランプ電流を発生する。ランプ電流検出手段はこのランプ電流を検出する。周波数制御手段は、ランプ電流の検出結果に基づいて、出力部からの点灯電圧の周波数を変化させて、希ガス蛍光ランプを周波数変調する。これにより、希ガス蛍光ランプの発光量を常に一定値に維持する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、変調周波数を適宜設定することにより、規定光量を維持した安定な駆動を可能にすることができるという効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る希ガス蛍光ランプ点灯装置を示す回路図である。また、図２は外部電極を有する希ガス蛍光ランプを一部切断して示す断面図である。
【００１１】
本実施の形態においては、図１の負荷端子ＣＮ２に接続する負荷として希ガス蛍光ランプを採用する。先ず、図２を参照して外部電極を有する希ガス蛍光ランプの構造について説明する。
【００１２】
外部電極希ガス蛍光ランプ１０は、希ガス１２が封入された透明硝子バルブ１１によって構成している。例えば、透明硝子バルブ１１としては、外径が８ｍｍで管長が３８０ｍｍのものを用いることができる。希ガス１２としては、例えばキセノンガスやキセノン及びアルゴンの混合ガス等を用いる。例えば、xe：Ne＝70%：30%で、ガス圧力が８０Ｔorrの希ガスを用いることができる。
【００１３】
透明硝子バルブ１１の内面には蛍光体１３を塗布し、外面には一対の平行電極１４を設ける。なお、硝子バルブ１１は、蛍光体１３が設けられていない開口部１５を有し、一対の外部電極１４は開口部１５を避けて、ランプ軸に沿って平行に設けている。この外部電極の幅は例えば８ｍｍである。透明硝子バルブ１１は、透明絶縁膜（チューブ）１６で被覆している。
【００１４】
なお、本実施の形態において採用する希ガス蛍光ランプとしては、電極がバルブ外部に設けられたものだけでなく、電極が内部に設けられたものや電極が外部と内部とに設けられたものを採用することも可能である。
【００１５】
外部電極１４間に電圧を印加することによって、透明硝子バルブ１１に封入された希ガス２が放電し、希ガス２から紫外線が発生する。この紫外線によって蛍光体３が励起されて、可視光が取り出されるようになっている。
【００１６】
図１において、負荷端子ＣＮ２には、希ガス蛍光ランプを接続するようになっている。一方、直流電源端子ＣＮ１には、図示しない直流電源からの直流電圧を供給するようになっている。直流電源端子ＣＮ１に供給される直流電圧は、例えば、２４Ｖであり、約１０％の電圧変動がある。直流電源端子ＣＮ１は１，２番ピン（正極性端子）から正極性電圧を供給し、４，５番ピン（負極性端子）は基準電位となる。
【００１７】
本実施の形態においては、希ガス蛍光ランプに供給するランプ電圧として矩形波を発生する自励式のプッシュプル回路を採用する。そして、直流電源電圧の変動分を相殺して安定した点灯を可能にするために、矩形波の周波数（点灯周波数）を制御するようになっている。
【００１８】
周波数制御回路２１は、希ガス蛍光ランプの点灯周波数を制御するためのスイッチング信号を発生する。周波数制御回路２１からのスイッチング信号はプッシュプル構成のスイッチングトランジスタＦＥＴ１，ＦＥＴ２のゲートに印加する。周波数制御回路２１はＩＣ化されており、周波数制御回路２１は１０番ピン及び９番ピンからスイッチング信号を出力する。１０番ピンからのスイッチング信号はダイオードＤ１及び抵抗Ｒ２を介してトランジスタＦＥＴ１のゲートに印加し、９番ピンからのスイッチング信号はダイオードＤ２及び抵抗Ｒ６を介してトランジスタＦＥＴ２のゲートに印加する。トランジスタＦＥＴ１のゲートとソースとの間には抵抗Ｒ３を接続する。トランジスタＦＥＴ２のゲートとソースとの間には抵抗Ｒ７を接続する。
【００１９】
トランジスタＦＥＴ１のドレインは昇圧トランスＴ１の一端に接続し、ソースは、直流電源端子ＣＮ１の負極性端子に接続する。直流電源端子ＣＮ１の正極性端子は、トランスＴ１の１次巻線の中点に接続する。直流電源端子ＣＮ１の正極性端子と負極性端子との間には、リプル分除去用のコンデンサＣ１を接続する。
【００２０】
トランジスタＦＥＴ２のドレインは昇圧トランスＴ１の１次巻線の他端に接続し、ソースは直流電源端子ＣＮ１の負極性端子に接続する。トランスＴ１の２次巻線の一端は負荷端子ＣＮ２の１番ピンに接続し、他端はランプ電流検出用の抵抗（ランプ電流検出抵抗）Ｒ９を介して負荷端子ＣＮ２の４番ピンに接続する。負荷端子ＣＮ２の１番ピンと４番ピンとの間に希ガス蛍光ランプを接続するようになっている。
【００２１】
トランジスタＦＥＴ１のソースとドレインとの間には、コンデンサＣ３，Ｃ４及び抵抗Ｒ４の直列回路を接続し、この直列回路によってトランジスタＦＥＴ１のスイッチング時のリプル分を除去するようになっている。また、トランジスタＦＥＴ２のソースとドレインとの間には、コンデンサＣ５，Ｃ６及び抵抗Ｒ８の直列回路を接続し、この直列回路によってトランジスタＦＥＴ２のスイッチング時のリプル分を除去するようになっている。
【００２２】
トランジスタＦＥＴ１のソースとゲートとの間には、ＰＮＰ型のトランジスタＱ１のコレクタ・エミッタ路を接続している。トランジスタＱ１は、ベースを周波数制御回路２１の１０番ピンに接続し、コレクタとベースとの間には抵抗Ｒ１を接続する。トランジスタＱ２は、ベースを周波数制御回路２１の９番ピンに接続し、コレクタとベースとの間には抵抗Ｒ５を接続する。トランジスタＱ１，Ｑ２は、トランジスタＦＥＴ１，ＦＥＴ２のゲートに保持された電荷を除去する。
【００２３】
周波数制御回路２１の１０番ピンからのスイッチング信号（方形波）の極性が正極性になると、トランジスタＦＥＴ１がオンとなる。トランジスタＦＥＴ１のオン期間に、直流電源端子ＣＮ１、トランスＴ１の１次巻線の中点、１次巻線の一端及びトランジスタＦＥＴ１に流れる電流によって、トランスＴ１の２次巻線に電圧が発生する。また、周波数制御回路２１の９番ピンからのスイッチング信号（方形波）の極性が正極性になると、トランジスタＦＥＴ２がオンとなる。トランジスタＦＥＴ２のオン期間には、直流電源端子ＣＮ１、トランスＴ１の１次巻線の中点、１次巻線の他端及びトランジスタＦＥＴ２に電流が流れて、トランジスタＦＥＴ１のオン期間とは逆向きに２次電圧が発生する。
【００２４】
周波数制御回路２１の１０番ピンと９番ピンとは、交互に正極性の方形波を出力し、トランジスタＦＥＴ１，ＦＥＴ２を交互にオンにする。これにより、周波数制御回路２１は、トランスＴ１の２次巻線に、周波数が例えば２０ＫＨｚ−１００ＫＨｚの出力を発生させるようになっている。この出力を希ガス蛍光ランプの駆動信号として外部電極１４に供給する。
【００２５】
なお、トランジスタＦＥＴ２のオン期間には、トランジスタＱ１がオンとなって、トランジスタＦＥＴ１のゲート電荷を除去し、トランジスタＦＥＴ１のオン期間には、トランジスタＱ２がオンとなって、トランジスタＦＥＴ２のゲート電荷を除去する。
【００２６】
周波数制御回路２１は１２番ピンに直流電源端子ＣＮ１から直流電圧が供給されて動作する。周波数制御回路２１の１３乃至１５番ピンは５Ｖ等の所定の電圧を出力する。周波数制御回路２１の７番ピン及び１６番ピンは直流電源端子ＣＮ１の基準電位点に接続する。周波数制御回路２１の５番ピンと基準電位点との間には、スイッチング信号の周波数を決定するためのコンデンサＣ９を接続している。また、周波数制御回路２１の６番ピンと基準電位点との間には、スイッチング信号の周波数を制御するための抵抗Ｒ１４，Ｒ１５の直列回路を接続する。周波数制御回路２１は、６番ピンに印加される電圧が低いほどスイッチング信号の周波数を高くし、電圧が高いほどスイッチング周波数を低くするようになっている。
【００２７】
本実施の形態においては、ランプ電流検出抵抗Ｒ９の一端には、ダイオードＤ３，Ｄ４のアノードを共通接続している。ランプ電流検出抵抗Ｒ９によって、ランプ電流を電圧に変換する。ダイオードＤ４は、カソードが抵抗Ｒ１４，Ｒ１５の接続点に接続されており、ランプ電流の検出結果を周波数制御回路２１の６番ピンに供給する。即ち、ランプ電流が大きくなって抵抗Ｒ９の端子電圧が大きくなると、周波数制御回路２１の６番ピンに印加される電圧が高くなって、周波数制御回路２１が発生するスイッチング信号の周波数が低くなる。逆に、ランプ電流が小さくなって抵抗Ｒ９の端子電圧が小さくなると、周波数制御回路２１の６番ピンに印加される電圧が低下して、周波数制御回路２１が発生するスイッチング信号の周波数が高くなる。
【００２８】
また、抵抗Ｒ１４，Ｒ１５の接続点は、ＮＰＮトランジスタＱ３のコレクタ・エミッタ路を介して基準電位点にも接続している。トランジスタＱ３のベースとエミッタとの間には抵抗Ｒ１６を接続し、ベースは抵抗Ｒ１７を介して周波数制御回路２１の１３〜１５番ピンに接続する。また、この周波数制御回路２１の１３〜１５番ピンは、トランジスタＱ４のコレクタ・エミッタ路を介して基準電位点に接続している。トランジスタＱ４のベースとエミッタとの間には抵抗Ｒ１８を接続し、ベースは、抵抗１９を介してダイオードＤ３のアノードに接続する。抵抗Ｒ１９とダイオードＤ３のアノードとの接続点は、抵抗Ｒ２０及びコンデンサＣ８の並列回路を介して基準電位点に接続する。
【００２９】
これらのトランジスタＱ３，Ｑ４、抵抗Ｒ１６〜Ｒ２０及びコンデンサＣ８によって、初期出力制御部２２が構成される。初期出力制御部２２は、ランプ電流が極めて小さい場合には、トランジスタＱ４がオフとなって、トランジスタＱ３がオンとなる。これにより、周波数制御回路２１の６番ピンの電圧を十分に低下させて、スイッチング周波数を十分に高くするようになっている。また、初期出力制御部２２は、ランプ電流が所定の範囲内にある場合には、トランジスタＱ４がオンとなって、トランジスタＱ３がオフとなる。これにより、周波数制御回路２１の６番ピンの電圧を、ダイオードＤ４の出力電圧に基づくものとしている。
【００３０】
次に、このように構成された実施の形態の動作について図３のフローチャートを参照して説明する。
【００３１】
周波数制御回路２１は、例えば２０−１００ＫＨｚの周波数のスイッチング信号をトランジスタＦＥＴ１，ＦＥＴ２に出力する。トランジスタＦＥＴ１，ＦＥＴ２は、スイッチング信号に応じてオン，オフして、トランスＴ１の１次巻線に電流を流す。これにより、トランスＴ１の２次巻線に、スイッチング信号の周波数に応じた周波数の出力が発生する。この出力を負荷端子ＣＮ２に接続された希ガス蛍光ランプの外部電極１４（図２参照）に印加する。
【００３２】
本実施の形態においては、フィードバック制御によって、希ガス蛍光ランプの光量を常に所定の規定光量に維持させることができるようになっている。即ち、希ガス蛍光ランプのランプ電流をランプ電流検出抵抗Ｒ９によって検出し、検出結果を周波数制御回路２１の６番ピンにフィードバックすることで、希ガス蛍光ランプの光量を一定に維持させるのである。
【００３３】
図３のステップＳ1 では、入力電圧が２４Ｖ±１０％の範囲内にあるか否かを判定する。直流電源端子ＣＮ１に供給される入力電圧がこの範囲内にない場合には、所定光量を得る調光を行うことはできない。入力電圧が２４Ｖ±１０％の範囲内にある場合には、処理をステップＳ２に移行してランプ電流の検出を行う。
【００３４】
希ガス蛍光ランプが点灯することによってランプ電流がランプ電流検出抵抗Ｒ９を流れ、これにより、ランプ電流検出抵抗Ｒ９にはランプ電流に応じた電圧降下が発生する。この電圧がダイオードＤ３を介して抵抗Ｒ１９，Ｒ２０の接続点に印加されると共に、ダイオードＤ４を介して抵抗Ｒ１４，Ｒ１５の接続点に印加される。
【００３５】
例えば、電源投入直後においては、希ガス蛍光ランプは、十分に高い周波数の駆動信号が供給されることで、点灯が始まる。従って、希ガス蛍光ランプを確実に始動させるためには、駆動信号の周波数を十分に高くする必要がある。希ガス蛍光ランプが点灯していない段階では、ランプ電流は流れず、処理はステップＳ３からステップＳ９に移行する。ステップＳ９では、ランプを点灯させるように駆動信号の制御を行う。駆動信号の周波数を高くするために、初期出力制御部２２によって周波数制御回路２１の６番ピンの電圧を十分に低下させる。
【００３６】
即ち、希ガス蛍光ランプの点灯前にはランプ電流が流れないことから、抵抗Ｒ１９，Ｒ２０の接続点の電位は低レベルとなる。そうすると、トランジスタＱ４はオフとなり、周波数制御回路２１の１４番ピンからの電圧によってトランジスタＱ３がオンとなる。そうすると、６番ピンの電圧が十分に低下して、周波数制御回路２１は、９，１０番ピンからのスイッチング信号の周波数を十分に高くする（ステップＳ１０）。そうすると、トランジスタＦＥＴ１，ＦＥＴ２のスイッチングが高速に行われて、駆動信号の周波数が十分に高くなる。これにより、希ガス蛍光ランプは点灯する（ステップＳ１１）。
【００３７】
希ガス蛍光ランプの点灯によって、ランプ電流検出抵抗Ｒ９にはランプ電流が流れる。ランプ電流検出抵抗Ｒ９に発生した電圧は、ダイオードＤ３を介して抵抗Ｒ１９，Ｒ２０の接続点に供給される。希ガス蛍光ランプの点灯時には、ランプ電流によって発生する電圧により、トランジスタＱ４はオンとなり、トランジスタＱ３はオフとなる。これにより、周波数制御回路２１の６番ピンは、ダイオードＤ４の出力に基づくものとなる。こうして、ステップＳ４の定常状態での周波数制御が行われる。
【００３８】
例えば、希ガス蛍光ランプの発光量が比較的小さく、ランプ電流が少ない場合には、周波数制御回路２１の６番ピンの電圧は比較的低い。そうすると、周波数制御回路２１の９，１０番ピンからのスイッチング信号の周波数は高くなり、トランスＴ１の２次巻線に現れる駆動信号の周波数は高くなる。これにより、希ガス蛍光ランプの発光量は大きくなる。
【００３９】
逆に、希ガス蛍光ランプの発光量が比較的大きい場合には、ランプ電流も大きくなって、周波数制御回路２１の６番ピンの電圧は比較的高くなる。そうすると、周波数制御回路２１の９，１０番ピンからのスイッチング信号の周波数は低くなり、トランスＴ１の２次巻線に現れる駆動信号の周波数も低くなる。これにより、希ガス蛍光ランプの発光量は小さくなる。
【００４０】
このように、ダイオードＤ４からのランプ電流に基づく電圧を周波数制御回路２１の６番ピンにフィードバックさせることで、希ガス蛍光ランプの発光量を、所定の規定量に維持させることができる。なお、ステップＳ５において、ランプ電流が一定になっていない場合には、ステップＳ４に処理を戻して、調光制御を繰返す。
【００４１】
このように本実施の形態においては、ランプ電流の検出結果に基づいて、希ガス蛍光ランプの駆動信号の周波数を２０−１００ＫＨｚの範囲で変化させることで、希ガス蛍光ランプの発光量を一定値に維持させており、入力直流電圧の変動に拘わらず、安定した発光を可能にすることができる。
【００４２】
例えば、本実施の形態を原稿読み取り装置の光源を点灯させるための点灯装置に適用した場合には、電源投入直後から、長時間に亘り確実に規定光量に維持することができ、安定した原稿読み取りを実現することができる。
【００４３】
図４は本発明の第２の実施の形態を示す回路図である。図４において図１と同一の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。本実施の形態は異常動作時にランプ及び回路を保護する保護回路を備えた例である。
【００４４】
本実施の形態はダイオードＤ５、保護回路２５及びスイッチ回路ＳＷ１を付加した点が第１の実施の形態と異なる。ダイオードＤ５はランプ電流検出抵抗Ｒ９に発生する電圧を保護回路２５に与える。保護回路２５は、ランプ電流が異常である場合、例えば、ランプ電流の検出結果が上限の閾値よりも大きい場合、又は下限の閾値よりも小さい場合において、停止信号を出力するようになっている。スイッチ回路ＳＷ１は、直流電源端子ＣＮ１の１，２番ピンと周波数制御回路２１の１２番ピンとの間に接続する。スイッチ回路ＳＷ１は、保護回路２５から停止信号が出力されるとオフとなり、周波数制御回路２１への電源電圧の供給を停止させることができるようになっている。
【００４５】
次に、このように構成された実施の形態の動作について図５のフローチャートを参照して説明する。図５において図３と同一の処理については同一符号を付して説明を省略する。
【００４６】
例えば、負荷端子ＣＮ２が短絡して、ランプ電流検出抵抗Ｒ９に過大な電流が流れるものとする。そうすると、ランプ電流検出抵抗Ｒ９の電圧降下は著しく増大し、ダイオードＤ５によって大きな電圧が保護回路２５に供給される。保護回路２５は、ステップＳ７において、負荷が短絡しているものと判定して、保護動作を開始する。即ち、保護回路２５は、停止信号をスイッチ回路ＳＷ１に出力して、スイッチ回路ＳＷ１をオフさせる（ステップＳ８）。そうすると、直流電源端子ＣＮ１からの周波数制御回路２１への直流電圧の供給が停止し、周波数制御回路２１は動作を停止する。即ち、ランプ点灯を停止させて、回路及びランプを保護する。
【００４７】
また、例えば、ランプの不良によってランプが点灯しないことや負荷端子ＣＮ２にランプが接続されていないこともある。この場合には、ランプ電流は流れない。初期出力制御部２２は、点灯開始時と同様に、トランジスタＱ３をオンにして、ランプを比較的高い起動時周波数で駆動しようとする（ステップＳ１０）。しかし、この場合には、駆動信号の周波数を高くしてもランプは点灯しない。保護回路２５は、ランプ電流の検出結果に基づいて、ランプが不良によって点灯しないか又はランプが接続されていないものと判定し、停止信号をスイッチ回路ＳＷ１に供給する（ステップＳ８）。こうして、この場合にも、周波数制御回路２１は動作を停止し、回路及びランプが保護される。
【００４８】
このように構成された実施の形態においては、負荷の短絡、ランプ不良による不点又はランプの非接続等が生じている場合には、保護回路によって、周波数制御回路への直流電源の供給が停止される。これにより、回路及びランプに異常な電流，電圧が印加されることを防止して、回路及びランプを保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る希ガス蛍光ランプ点灯装置を示す回路図。
【図２】外部電極を有する希ガス蛍光ランプを一部切断して示す断面図。
【図３】第１の実施の形態の動作を説明するためのフローチャート。
【図４】本発明の第２の実施の形態を示す回路図。
【図５】第２の実施の形態の動作を説明するためのフローチャート。
【符号の説明】
【００５０】
２１…周波数制御回路、２２…初期出力制御部、Ｒ９…ランプ電流検出抵抗、ＦＥＴ１，ＦＥＴ２…スイッチングトランジスタ、Ｒ１４，Ｒ１５…抵抗、Ｄ３〜Ｄ５…ダイオード、２５…保護回路。
【００５１】
代理人 弁理士 伊 藤 進
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、スキャナー等の読み取り用光源の点灯装置として好適な希ガス蛍光ランプ点灯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、外部電極希ガス蛍光ランプは、環境負荷が高い水銀を使用していない点、周囲温度による光量変化が少ない点、発熱が少ない点、蛍光体を選択することにより発光色をかえることが出来る点等の特徴により、複写機、スキャナー等の読み取り用光源として広く利用されている。
【０００３】
原稿照明用光源に適した希ガス蛍光ランプとして、例えば、特許文献１に記載のものがある。
【０００４】
外部電極希ガス蛍光ランプの点灯電圧波形としては、正弦波形、パルス波形及び矩形波形等を採用している。
【特許文献１】特開２００１−２８３７８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、点灯電圧は、従来、自励式のプッシュプル回路や他励式の回路を採用した点灯装置によって生成している。この点灯装置に直流電圧を供給する直流電源は、一般的に、点灯装置を組み込むシステム側に設けられる。システムに組み込まれた直流電源では、出力電圧の変動が比較的大きいことがある。例えば、複写機等においてもこのような直流電源が設けられており、その出力電圧は、例えば、２４Ｖであって、約１０％程度の変動がある。
【０００６】
このような直流電源の電圧変動によって、点灯装置によって発生する点灯電圧も変動し、希ガス蛍光ランプの光量が不安定となる。そこで、従来、希ガス蛍光ランプの点灯装置においては、直流電源から供給される直流電圧を安定化させるための定電圧回路を設ける必要がある。このため、装置規模が増大するという問題点があった。
【０００７】
本発明は変調周波数を適宜設定することにより、規定光量を維持した安定な駆動を可能にすることができる希ガス蛍光ランプ点灯装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る希ガス蛍光ランプ点灯装置は、希ガスを封入したバルブ内面に蛍光体を塗布し、前記バルブに一対の電極を設けた希ガス蛍光ランプの前記電極に対して、点灯電圧を供給する出力部と、前記希ガス蛍光ランプのランプ電流を検出するランプ電流検出手段と、前記ランプ電流検出手段の検出結果に基づいて、前記出力部からの前記点灯電圧の周波数を変化させて、前記希ガス蛍光ランプを周波数変調する周波数制御手段とを具備したことを特徴とするものであり、
本発明において、出力部は、希ガス蛍光ランプの電極に対して、点灯電圧を供給する。希ガス蛍光ランプはこの点灯電圧によって駆動されて発光する。希ガス蛍光ランプは発光量に応じたランプ電流を発生する。ランプ電流検出手段はこのランプ電流を検出する。周波数制御手段は、ランプ電流の検出結果に基づいて、出力部からの点灯電圧の周波数を変化させて、希ガス蛍光ランプを周波数変調する。これにより、希ガス蛍光ランプの発光量を常に一定値に維持する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、変調周波数を適宜設定することにより、規定光量を維持した安定な駆動を可能にすることができるという効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る希ガス蛍光ランプ点灯装置を示す回路図である。また、図２は外部電極を有する希ガス蛍光ランプを一部切断して示す断面図である。
【００１１】
本実施の形態においては、図１の負荷端子ＣＮ２に接続する負荷として希ガス蛍光ランプを採用する。先ず、図２を参照して外部電極を有する希ガス蛍光ランプの構造について説明する。
【００１２】
外部電極希ガス蛍光ランプ１０は、希ガス１２が封入された透明硝子バルブ１１によって構成している。例えば、透明硝子バルブ１１としては、外径が８ｍｍで管長が３８０ｍｍのものを用いることができる。希ガス１２としては、例えばキセノンガスやキセノン及びアルゴンの混合ガス等を用いる。例えば、xe：Ne＝70%：30%で、ガス圧力が８０Ｔorrの希ガスを用いることができる。
【００１３】
透明硝子バルブ１１の内面には蛍光体１３を塗布し、外面には一対の平行電極１４を設ける。なお、硝子バルブ１１は、蛍光体１３が設けられていない開口部１５を有し、一対の外部電極１４は開口部１５を避けて、ランプ軸に沿って平行に設けている。この外部電極の幅は例えば８ｍｍである。透明硝子バルブ１１は、透明絶縁膜（チューブ）１６で被覆している。
【００１４】
なお、本実施の形態において採用する希ガス蛍光ランプとしては、電極がバルブ外部に設けられたものだけでなく、電極が内部に設けられたものや電極が外部と内部とに設けられたものを採用することも可能である。
【００１５】
外部電極１４間に電圧を印加することによって、透明硝子バルブ１１に封入された希ガス２が放電し、希ガス２から紫外線が発生する。この紫外線によって蛍光体３が励起されて、可視光が取り出されるようになっている。
【００１６】
図１において、負荷端子ＣＮ２には、希ガス蛍光ランプを接続するようになっている。一方、直流電源端子ＣＮ１には、図示しない直流電源からの直流電圧を供給するようになっている。直流電源端子ＣＮ１に供給される直流電圧は、例えば、２４Ｖであり、約１０％の電圧変動がある。直流電源端子ＣＮ１は１，２番ピン（正極性端子）から正極性電圧を供給し、４，５番ピン（負極性端子）は基準電位となる。
【００１７】
本実施の形態においては、希ガス蛍光ランプに供給するランプ電圧として矩形波を発生する自励式のプッシュプル回路を採用する。そして、直流電源電圧の変動分を相殺して安定した点灯を可能にするために、矩形波の周波数（点灯周波数）を制御するようになっている。
【００１８】
周波数制御回路２１は、希ガス蛍光ランプの点灯周波数を制御するためのスイッチング信号を発生する。周波数制御回路２１からのスイッチング信号はプッシュプル構成のスイッチングトランジスタＦＥＴ１，ＦＥＴ２のゲートに印加する。周波数制御回路２１はＩＣ化されており、周波数制御回路２１は１０番ピン及び９番ピンからスイッチング信号を出力する。１０番ピンからのスイッチング信号はダイオードＤ１及び抵抗Ｒ２を介してトランジスタＦＥＴ１のゲートに印加し、９番ピンからのスイッチング信号はダイオードＤ２及び抵抗Ｒ６を介してトランジスタＦＥＴ２のゲートに印加する。トランジスタＦＥＴ１のゲートとソースとの間には抵抗Ｒ３を接続する。トランジスタＦＥＴ２のゲートとソースとの間には抵抗Ｒ７を接続する。
【００１９】
トランジスタＦＥＴ１のドレインは昇圧トランスＴ１の一端に接続し、ソースは、直流電源端子ＣＮ１の負極性端子に接続する。直流電源端子ＣＮ１の正極性端子は、トランスＴ１の１次巻線の中点に接続する。直流電源端子ＣＮ１の正極性端子と負極性端子との間には、リプル分除去用のコンデンサＣ１を接続する。
【００２０】
トランジスタＦＥＴ２のドレインは昇圧トランスＴ１の１次巻線の他端に接続し、ソースは直流電源端子ＣＮ１の負極性端子に接続する。トランスＴ１の２次巻線の一端は負荷端子ＣＮ２の１番ピンに接続し、他端はランプ電流検出用の抵抗（ランプ電流検出抵抗）Ｒ９を介して負荷端子ＣＮ２の４番ピンに接続する。負荷端子ＣＮ２の１番ピンと４番ピンとの間に希ガス蛍光ランプを接続するようになっている。
【００２１】
トランジスタＦＥＴ１のソースとドレインとの間には、コンデンサＣ３，Ｃ４及び抵抗Ｒ４の直列回路を接続し、この直列回路によってトランジスタＦＥＴ１のスイッチング時のリプル分を除去するようになっている。また、トランジスタＦＥＴ２のソースとドレインとの間には、コンデンサＣ５，Ｃ６及び抵抗Ｒ８の直列回路を接続し、この直列回路によってトランジスタＦＥＴ２のスイッチング時のリプル分を除去するようになっている。
【００２２】
トランジスタＦＥＴ１のソースとゲートとの間には、ＰＮＰ型のトランジスタＱ１のコレクタ・エミッタ路を接続している。トランジスタＱ１は、ベースを周波数制御回路２１の１０番ピンに接続し、コレクタとベースとの間には抵抗Ｒ１を接続する。トランジスタＱ２は、ベースを周波数制御回路２１の９番ピンに接続し、コレクタとベースとの間には抵抗Ｒ５を接続する。トランジスタＱ１，Ｑ２は、トランジスタＦＥＴ１，ＦＥＴ２のゲートに保持された電荷を除去する。
【００２３】
周波数制御回路２１の１０番ピンからのスイッチング信号（方形波）の極性が正極性になると、トランジスタＦＥＴ１がオンとなる。トランジスタＦＥＴ１のオン期間に、直流電源端子ＣＮ１、トランスＴ１の１次巻線の中点、１次巻線の一端及びトランジスタＦＥＴ１に流れる電流によって、トランスＴ１の２次巻線に電圧が発生する。また、周波数制御回路２１の９番ピンからのスイッチング信号（方形波）の極性が正極性になると、トランジスタＦＥＴ２がオンとなる。トランジスタＦＥＴ２のオン期間には、直流電源端子ＣＮ１、トランスＴ１の１次巻線の中点、１次巻線の他端及びトランジスタＦＥＴ２に電流が流れて、トランジスタＦＥＴ１のオン期間とは逆向きに２次電圧が発生する。
【００２４】
周波数制御回路２１の１０番ピンと９番ピンとは、交互に正極性の方形波を出力し、トランジスタＦＥＴ１，ＦＥＴ２を交互にオンにする。これにより、周波数制御回路２１は、トランスＴ１の２次巻線に、周波数が例えば２０ＫＨｚ−１００ＫＨｚの出力を発生させるようになっている。この出力を希ガス蛍光ランプの駆動信号として外部電極１４に供給する。
【００２５】
なお、トランジスタＦＥＴ２のオン期間には、トランジスタＱ１がオンとなって、トランジスタＦＥＴ１のゲート電荷を除去し、トランジスタＦＥＴ１のオン期間には、トランジスタＱ２がオンとなって、トランジスタＦＥＴ２のゲート電荷を除去する。
【００２６】
周波数制御回路２１は１２番ピンに直流電源端子ＣＮ１から直流電圧が供給されて動作する。周波数制御回路２１の１３乃至１５番ピンは５Ｖ等の所定の電圧を出力する。周波数制御回路２１の７番ピン及び１６番ピンは直流電源端子ＣＮ１の基準電位点に接続する。周波数制御回路２１の５番ピンと基準電位点との間には、スイッチング信号の周波数を決定するためのコンデンサＣ９を接続している。また、周波数制御回路２１の６番ピンと基準電位点との間には、スイッチング信号の周波数を制御するための抵抗Ｒ１４，Ｒ１５の直列回路を接続する。周波数制御回路２１は、６番ピンに印加される電圧が低いほどスイッチング信号の周波数を高くし、電圧が高いほどスイッチング周波数を低くするようになっている。
【００２７】
本実施の形態においては、ランプ電流検出抵抗Ｒ９の一端には、ダイオードＤ３，Ｄ４のアノードを共通接続している。ランプ電流検出抵抗Ｒ９によって、ランプ電流を電圧に変換する。ダイオードＤ４は、カソードが抵抗Ｒ１４，Ｒ１５の接続点に接続されており、ランプ電流の検出結果を周波数制御回路２１の６番ピンに供給する。即ち、ランプ電流が大きくなって抵抗Ｒ９の端子電圧が大きくなると、周波数制御回路２１の６番ピンに印加される電圧が高くなって、周波数制御回路２１が発生するスイッチング信号の周波数が低くなる。逆に、ランプ電流が小さくなって抵抗Ｒ９の端子電圧が小さくなると、周波数制御回路２１の６番ピンに印加される電圧が低下して、周波数制御回路２１が発生するスイッチング信号の周波数が高くなる。
【００２８】
また、抵抗Ｒ１４，Ｒ１５の接続点は、ＮＰＮトランジスタＱ３のコレクタ・エミッタ路を介して基準電位点にも接続している。トランジスタＱ３のベースとエミッタとの間には抵抗Ｒ１６を接続し、ベースは抵抗Ｒ１７を介して周波数制御回路２１の１３〜１５番ピンに接続する。また、この周波数制御回路２１の１３〜１５番ピンは、トランジスタＱ４のコレクタ・エミッタ路を介して基準電位点に接続している。トランジスタＱ４のベースとエミッタとの間には抵抗Ｒ１８を接続し、ベースは、抵抗１９を介してダイオードＤ３のアノードに接続する。抵抗Ｒ１９とダイオードＤ３のアノードとの接続点は、抵抗Ｒ２０及びコンデンサＣ８の並列回路を介して基準電位点に接続する。
【００２９】
これらのトランジスタＱ３，Ｑ４、抵抗Ｒ１６〜Ｒ２０及びコンデンサＣ８によって、初期出力制御部２２が構成される。初期出力制御部２２は、ランプ電流が極めて小さい場合には、トランジスタＱ４がオフとなって、トランジスタＱ３がオンとなる。これにより、周波数制御回路２１の６番ピンの電圧を十分に低下させて、スイッチング周波数を十分に高くするようになっている。また、初期出力制御部２２は、ランプ電流が所定の範囲内にある場合には、トランジスタＱ４がオンとなって、トランジスタＱ３がオフとなる。これにより、周波数制御回路２１の６番ピンの電圧を、ダイオードＤ４の出力電圧に基づくものとしている。
【００３０】
次に、このように構成された実施の形態の動作について図３のフローチャートを参照して説明する。
【００３１】
周波数制御回路２１は、例えば２０−１００ＫＨｚの周波数のスイッチング信号をトランジスタＦＥＴ１，ＦＥＴ２に出力する。トランジスタＦＥＴ１，ＦＥＴ２は、スイッチング信号に応じてオン，オフして、トランスＴ１の１次巻線に電流を流す。これにより、トランスＴ１の２次巻線に、スイッチング信号の周波数に応じた周波数の出力が発生する。この出力を負荷端子ＣＮ２に接続された希ガス蛍光ランプの外部電極１４（図２参照）に印加する。
【００３２】
本実施の形態においては、フィードバック制御によって、希ガス蛍光ランプの光量を常に所定の規定光量に維持させることができるようになっている。即ち、希ガス蛍光ランプのランプ電流をランプ電流検出抵抗Ｒ９によって検出し、検出結果を周波数制御回路２１の６番ピンにフィードバックすることで、希ガス蛍光ランプの光量を一定に維持させるのである。
【００３３】
図３のステップＳ1 では、入力電圧が２４Ｖ±１０％の範囲内にあるか否かを判定する。直流電源端子ＣＮ１に供給される入力電圧がこの範囲内にない場合には、所定光量を得る調光を行うことはできない。入力電圧が２４Ｖ±１０％の範囲内にある場合には、処理をステップＳ２に移行してランプ電流の検出を行う。
【００３４】
希ガス蛍光ランプが点灯することによってランプ電流がランプ電流検出抵抗Ｒ９を流れ、これにより、ランプ電流検出抵抗Ｒ９にはランプ電流に応じた電圧降下が発生する。この電圧がダイオードＤ３を介して抵抗Ｒ１９，Ｒ２０の接続点に印加されると共に、ダイオードＤ４を介して抵抗Ｒ１４，Ｒ１５の接続点に印加される。
【００３５】
例えば、電源投入直後においては、希ガス蛍光ランプは、十分に高い周波数の駆動信号が供給されることで、点灯が始まる。従って、希ガス蛍光ランプを確実に始動させるためには、駆動信号の周波数を十分に高くする必要がある。希ガス蛍光ランプが点灯していない段階では、ランプ電流は流れず、処理はステップＳ３からステップＳ９に移行する。ステップＳ９では、ランプを点灯させるように駆動信号の制御を行う。駆動信号の周波数を高くするために、初期出力制御部２２によって周波数制御回路２１の６番ピンの電圧を十分に低下させる。
【００３６】
即ち、希ガス蛍光ランプの点灯前にはランプ電流が流れないことから、抵抗Ｒ１９，Ｒ２０の接続点の電位は低レベルとなる。そうすると、トランジスタＱ４はオフとなり、周波数制御回路２１の１４番ピンからの電圧によってトランジスタＱ３がオンとなる。そうすると、６番ピンの電圧が十分に低下して、周波数制御回路２１は、９，１０番ピンからのスイッチング信号の周波数を十分に高くする（ステップＳ１０）。そうすると、トランジスタＦＥＴ１，ＦＥＴ２のスイッチングが高速に行われて、駆動信号の周波数が十分に高くなる。これにより、希ガス蛍光ランプは点灯する（ステップＳ１１）。
【００３７】
希ガス蛍光ランプの点灯によって、ランプ電流検出抵抗Ｒ９にはランプ電流が流れる。ランプ電流検出抵抗Ｒ９に発生した電圧は、ダイオードＤ３を介して抵抗Ｒ１９，Ｒ２０の接続点に供給される。希ガス蛍光ランプの点灯時には、ランプ電流によって発生する電圧により、トランジスタＱ４はオンとなり、トランジスタＱ３はオフとなる。これにより、周波数制御回路２１の６番ピンは、ダイオードＤ４の出力に基づくものとなる。こうして、ステップＳ４の定常状態での周波数制御が行われる。
【００３８】
例えば、希ガス蛍光ランプの発光量が比較的小さく、ランプ電流が少ない場合には、周波数制御回路２１の６番ピンの電圧は比較的低い。そうすると、周波数制御回路２１の９，１０番ピンからのスイッチング信号の周波数は高くなり、トランスＴ１の２次巻線に現れる駆動信号の周波数は高くなる。これにより、希ガス蛍光ランプの発光量は大きくなる。
【００３９】
逆に、希ガス蛍光ランプの発光量が比較的大きい場合には、ランプ電流も大きくなって、周波数制御回路２１の６番ピンの電圧は比較的高くなる。そうすると、周波数制御回路２１の９，１０番ピンからのスイッチング信号の周波数は低くなり、トランスＴ１の２次巻線に現れる駆動信号の周波数も低くなる。これにより、希ガス蛍光ランプの発光量は小さくなる。
【００４０】
このように、ダイオードＤ４からのランプ電流に基づく電圧を周波数制御回路２１の６番ピンにフィードバックさせることで、希ガス蛍光ランプの発光量を、所定の規定量に維持させることができる。なお、ステップＳ５において、ランプ電流が一定になっていない場合には、ステップＳ４に処理を戻して、調光制御を繰返す。
【００４１】
このように本実施の形態においては、ランプ電流の検出結果に基づいて、希ガス蛍光ランプの駆動信号の周波数を２０−１００ＫＨｚの範囲で変化させることで、希ガス蛍光ランプの発光量を一定値に維持させており、入力直流電圧の変動に拘わらず、安定した発光を可能にすることができる。
【００４２】
例えば、本実施の形態を原稿読み取り装置の光源を点灯させるための点灯装置に適用した場合には、電源投入直後から、長時間に亘り確実に規定光量に維持することができ、安定した原稿読み取りを実現することができる。
【００４３】
図４は本発明の第２の実施の形態を示す回路図である。図４において図１と同一の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。本実施の形態は異常動作時にランプ及び回路を保護する保護回路を備えた例である。
【００４４】
本実施の形態はダイオードＤ５、保護回路２５及びスイッチ回路ＳＷ１を付加した点が第１の実施の形態と異なる。ダイオードＤ５はランプ電流検出抵抗Ｒ９に発生する電圧を保護回路２５に与える。保護回路２５は、ランプ電流が異常である場合、例えば、ランプ電流の検出結果が上限の閾値よりも大きい場合、又は下限の閾値よりも小さい場合において、停止信号を出力するようになっている。スイッチ回路ＳＷ１は、直流電源端子ＣＮ１の１，２番ピンと周波数制御回路２１の１２番ピンとの間に接続する。スイッチ回路ＳＷ１は、保護回路２５から停止信号が出力されるとオフとなり、周波数制御回路２１への電源電圧の供給を停止させることができるようになっている。
【００４５】
次に、このように構成された実施の形態の動作について図５のフローチャートを参照して説明する。図５において図３と同一の処理については同一符号を付して説明を省略する。
【００４６】
例えば、負荷端子ＣＮ２が短絡して、ランプ電流検出抵抗Ｒ９に過大な電流が流れるものとする。そうすると、ランプ電流検出抵抗Ｒ９の電圧降下は著しく増大し、ダイオードＤ５によって大きな電圧が保護回路２５に供給される。保護回路２５は、ステップＳ７において、負荷が短絡しているものと判定して、保護動作を開始する。即ち、保護回路２５は、停止信号をスイッチ回路ＳＷ１に出力して、スイッチ回路ＳＷ１をオフさせる（ステップＳ８）。そうすると、直流電源端子ＣＮ１からの周波数制御回路２１への直流電圧の供給が停止し、周波数制御回路２１は動作を停止する。即ち、ランプ点灯を停止させて、回路及びランプを保護する。
【００４７】
また、例えば、ランプの不良によってランプが点灯しないことや負荷端子ＣＮ２にランプが接続されていないこともある。この場合には、ランプ電流は流れない。初期出力制御部２２は、点灯開始時と同様に、トランジスタＱ３をオンにして、ランプを比較的高い起動時周波数で駆動しようとする（ステップＳ１０）。しかし、この場合には、駆動信号の周波数を高くしてもランプは点灯しない。保護回路２５は、ランプ電流の検出結果に基づいて、ランプが不良によって点灯しないか又はランプが接続されていないものと判定し、停止信号をスイッチ回路ＳＷ１に供給する（ステップＳ８）。こうして、この場合にも、周波数制御回路２１は動作を停止し、回路及びランプが保護される。
【００４８】
このように構成された実施の形態においては、負荷の短絡、ランプ不良による不点又はランプの非接続等が生じている場合には、保護回路によって、周波数制御回路への直流電源の供給が停止される。これにより、回路及びランプに異常な電流，電圧が印加されることを防止して、回路及びランプを保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る希ガス蛍光ランプ点灯装置を示す回路図。
【図２】外部電極を有する希ガス蛍光ランプを一部切断して示す断面図。
【図３】第１の実施の形態の動作を説明するためのフローチャート。
【図４】本発明の第２の実施の形態を示す回路図。
【図５】第２の実施の形態の動作を説明するためのフローチャート。
【符号の説明】
【００５０】
２１…周波数制御回路、２２…初期出力制御部、Ｒ９…ランプ電流検出抵抗、ＦＥＴ１，ＦＥＴ２…スイッチングトランジスタ、Ｒ１４，Ｒ１５…抵抗、Ｄ３〜Ｄ５…ダイオード、２５…保護回路。
【００５１】
代理人 弁理士 伊 藤 進
【特許請求の範囲】
【請求項１】
希ガスを封入したバルブ内面に蛍光体を塗布し、前記バルブに一対の電極を設けた希ガス蛍光ランプの前記電極に対して、点灯電圧を供給する出力部と、
前記希ガス蛍光ランプのランプ電流を検出するランプ電流検出手段と、
前記ランプ電流検出手段の検出結果に基づいて、前記出力部からの前記点灯電圧の周波数を変化させて、前記希ガス蛍光ランプを周波数変調する周波数制御手段とを具備したことを特徴とする希ガス蛍光ランプ点灯装置。
【請求項２】
前記ランプ電流が異常値になった場合には、前記周波数制御手段への電力の供給を阻止して前記点灯電圧の発生を停止させる保護手段を更に具備したことを特徴とする請求項１に記載の希ガス蛍光ランプ点灯装置。
【請求項１】
希ガスを封入したバルブ内面に蛍光体を塗布し、前記バルブに一対の電極を設けた希ガス蛍光ランプの前記電極に対して、点灯電圧を供給する出力部と、
前記希ガス蛍光ランプのランプ電流を検出するランプ電流検出手段と、
前記ランプ電流検出手段の検出結果に基づいて、前記出力部からの前記点灯電圧の周波数を変化させて、前記希ガス蛍光ランプを周波数変調する周波数制御手段とを具備したことを特徴とする希ガス蛍光ランプ点灯装置。
【請求項２】
前記ランプ電流が異常値になった場合には、前記周波数制御手段への電力の供給を阻止して前記点灯電圧の発生を停止させる保護手段を更に具備したことを特徴とする請求項１に記載の希ガス蛍光ランプ点灯装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−４０７６５（Ｐ２００６−４０７６５Ａ）
【公開日】平成１８年２月９日（２００６．２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２２０８０１（Ｐ２００４−２２０８０１）
【出願日】平成１６年７月２８日（２００４．７．２８）
【出願人】（０００１１１６７２）ハリソン東芝ライティング株式会社 (995)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月９日（２００６．２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月２８日（２００４．７．２８）
【出願人】（０００１１１６７２）ハリソン東芝ライティング株式会社 (995)
【Ｆターム（参考）】
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