放電ランプ装置
【課題】希ガス蛍光ランプ等を使用した放電ランプ装置において、無負荷時と点灯時を確実に峻別し検知すること。
【解決手段】第１スイッチ素子と第２スイッチ素子を交互に動作させて交流電圧に出力する交流変換回路２と、前記交流電圧を昇圧するトランス３の２次側に希ガス蛍光ランプ４を備えた放電ランプ装置において、第１スイッチ素子のオン時に流れる第１電流経路と第２スイッチ素子のオン時に流れる第２電流経路とが重なると共に、第１電流経路と第２電流経路を流れる電流が互いに逆方向である電流経路に接続された電流波形検出回路５１と、第１スイッチ素子のオン期間を含み第２スイッチ素子のオン期間を含まない略半周期間、電流波形検出回路の検出電流を通過させるスイッチ回路５２と、スイッチ回路を通過した電流を平均化する平均化回路５３と、平均化回路の出力値を基準値と比較する比較回路５４とからなる無負荷検知回路５を設けたことを特徴とする。
【解決手段】第１スイッチ素子と第２スイッチ素子を交互に動作させて交流電圧に出力する交流変換回路２と、前記交流電圧を昇圧するトランス３の２次側に希ガス蛍光ランプ４を備えた放電ランプ装置において、第１スイッチ素子のオン時に流れる第１電流経路と第２スイッチ素子のオン時に流れる第２電流経路とが重なると共に、第１電流経路と第２電流経路を流れる電流が互いに逆方向である電流経路に接続された電流波形検出回路５１と、第１スイッチ素子のオン期間を含み第２スイッチ素子のオン期間を含まない略半周期間、電流波形検出回路の検出電流を通過させるスイッチ回路５２と、スイッチ回路を通過した電流を平均化する平均化回路５３と、平均化回路の出力値を基準値と比較する比較回路５４とからなる無負荷検知回路５を設けたことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電ランプ装置に係わり、特に、放電ランプとして希ガス蛍光ランプを用いた、液晶ディスプレイパネルのバックライト光源や照明用光源等に用いられる放電ランプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶ディスプレイパネルのバックライト光源や照明用光源として、冷陰極蛍光ランプや熱陰極蛍光ランプが多く用いられている。これらのランプは、内部に微量の水銀が封入されており、放電により励起された水銀から発生する紫外線により蛍光体を発光させるものであり、高輝度で、かつ効率的な発光が得られる点で優れている。
【０００３】
しかし、近年、環境汚染の防止の観点から、水銀を含まない新しい光源が望まれている。水銀を含まない蛍光ランプとしては、ガラス管の外面に帯状の複数本の電極を配設し、これらの電極に、例えば、トランスで昇圧された高周波の高電圧を印加して点灯する希ガス蛍光ランプが提案されている。
【０００４】
ところで、希ガス蛍光ランプは、何等かの事情で配線が外れたり、発光管の破損でガスリークが生じ、点灯ができなくなるような、いわゆる無負荷状態になることも想定しておかなければならない。無負荷状態になると、回路中の寄生容量、寄生インダクタンスによる共振で高電圧が生じ、装置内の高周波電源が破損したり、装置内の回路の絶縁部を破壊するような異常事態が引き起こされるおそれがある。そのため、このような無負荷状態を迅速に検知して装置を停止させる等の処置が必要である。
【０００５】
特許文献１には、出力トランスの２次側に希ガス蛍光ランプを接続し、出力トランスの２次側に流れる電流を検出して、無負荷状態を検出する放電ランプ点灯装置が記載されている。しかし、特許文献１に記載の無負荷検知手段は、希ガス蛍光ランプのハーネス、トランス等の浮遊容量を流れる高周波振動電流により、無負荷時を点灯時として誤検知しやすい問題がある。そこで、特許文献２には、無負荷時に浮遊容量を流れる高周波電流により、無負荷検知が妨げられることを防ぐために、無負荷検知手段に高周波電流バイパス手段を付加した放電ランプ点灯装置が記載されている。より具体的には、無負荷検知手段の電流検出部分に対して、コンデンサまたはコンデンサ及び抵抗器の直列回路を並列接続して、無負荷時に流れる高周波電流を分路させる構成が示されている。
【０００６】
図１８は、特許文献２に記載されているような従来技術に係る放電ランプ装置の回路構成を示す図である。
同図において、直流電源１０１から出力される直流電圧は、交流変換回路１０２に入力される。交流変換回路１０２は、スイッチング素子Ｑ１１、Ｑ１２、Ｑ２１、Ｑ２２、ダイオードＤ１１、Ｄ１２、Ｄ２１、Ｄ２２からなり、フルブリッジ回路を構成する。スイッチング素子Ｑ１１、Ｑ２２と、スイッチング素子Ｑ２１、Ｑ１２は、各々直列に接続され、それらの両端に直流電源１が接続される。スイッチング素子Ｑ１１、Ｑ２１はハイサイド側に配置され、スイッチング素子Ｑ２２、Ｑ１２はローサイド側に配置される。ダイオードＤ１１、Ｄ１２、Ｄ２１、Ｄ２２は、スイッチング素子Ｑ１１、Ｑ１２、Ｑ２１、Ｑ２２に対して各々個別に並列接続される。方向は低電位側から高電位側を順方向とする。スイッチング素子Ｑ１１、Ｑ１２、Ｑ２１、Ｑ２２には、スイッチング素子駆動回路２１から出力される信号Ｓ１、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ２が各々入力され、同信号がハイレベルの場合にオンとなり、ローレベルの場合にオフとなるように動作する。トランス１０３の１次側両端は、交流変換回路１０２のスイッチング素子Ｑ１１、Ｑ２１の接続点とスイッチング素子Ｑ２２、Ｑ１２の接続点に接続され、トランス１０３の２次側両端には、希ガス蛍光ランプ１０４と無負荷検知回路１０５の電流波形検出回路１０６とからなる直列回路が接続される。
【０００７】
図１９は、図１８に示した無負荷検知回路１０５の具体的構成を示す回路図である。
同図において、電流波形検出回路１０６は抵抗Ｒｓからなり、点灯時または無負荷時に流れる電流に比例する電流波形信号を出力する。電流波形信号は、抵抗Ｒ１、コンデンサＣ１によるローパスフィルターからなる高周波バイパス回路１０７へ入力される。高周波バイパス回路１０７からの出力信号は、ダイオードＤ１からなる整流回路１０８により半波整流され、抵抗Ｒ２、コンデンサＣ２からなる平均化回路１０９へ入力される。平均化回路１０９で平均化された信号は、比較回路１１０に入力される。比較回路１１０に入力された入力信号は、抵抗Ｒ３、Ｒ４の直列回路へ入力され、抵抗Ｒ３とＲ４で分圧された電圧がトランジスタＱ１のベース、エミッタ間に入力される。ベース、エミッタ間電圧が約０．６Ｖを上回ると、トランジスタＱ１がオンになり、無負荷検知信号をハイレベルからローレベルへ変化させる。
【０００８】
図２０（ａ）は、図１８に示した放電ランプ装置における、希ガス蛍光ランプ１０４の点灯時における、無負荷検知回路１０５の平均化回路１０９に入力される信号波形を示す図である。同信号波形は、整流回路１０８により半波整流されるので、マイナス成分はカットされ、周期Ｔで時間平均を行うと、平均値は正である一定以上の大きさを持つ。図２０（ｂ）は、図１８に示した放電ランプ装置の、無負荷時における、無負荷検知回路１０５の平均化回路１０９に入力される入力信号の信号波形を示す図である。同信号波形は整流回路１０８により半波整流されるので、マイナス成分はカットされ、周期Ｔで時間平均を行うと、平均値はある一定以上の大きさを持つ。
【特許文献１】特開２００２−２３１４７８号公報
【特許文献２】特開２００３−３６９８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献２に記載の無負荷検知手段は、ランプ電流と高周波振動電流の周波数成分の差が小さい場合は、無負荷時と点灯時の区別が困難であり、誤検知の可能性がある。そのため、誤検知を回避しようすると、ランプ電流と高周波振動電流の周波数の差を大きく保つために、希ガス蛍光ランプの放電に関わる静電容量と、ハーネスやトランス等の浮遊容量との大きさの関係に制約を設ける必要がある。しかし、これではハーネスの長さや希ガス放電ランプの大きさ等を自由に決めることが出来ないという問題がある。また、希ガス放電ランプやハーネスの近くに導体が設置される等、設計時においては想定し得ない条件下で使用されると、浮遊容量の大きさが変化し、誤検知を防ぐことが困難になるという問題がある。
【００１０】
本発明の目的は、上記の問題点に鑑みて、光源として希ガス蛍光ランプを使用したような場合において、無負荷時と点灯時を確実に峻別して検知することのできる放電ランプ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記の課題を解決するために、次のような手段を採用した。 第１の手段は、一方または一方の組の第１のスイッチング素子と他方または他方の組の第２のスイッチング素子を交互にスイッチング動作させて直流電圧を交流電圧に変換させる交流変換回路と、該交流変換回路からの交流電圧を昇圧するトランスと、該トランスの２次側に接続された希ガス蛍光ランプを備えた放電ランプ装置において、前記第１のスイッチング素子のオン期間を含み前記第２のスイッチング素子のオン期間を含まない前記交流電圧の略半周期間流れる電流を検出する手段と、前記検出された電流を平均化する平均化回路と、該平均化回路の出力値を基準値と比較する比較回路と、からなる無負荷検知回路を設けたことを特徴とする放電ランプ装置である。
第２の手段は、一方または一方の組の第１のスイッチング素子と他方または他方の組の第２のスイッチング素子を交互にスイッチング動作させて直流電圧を交流電圧に変換させる交流変換回路と、該交流変換回路からの交流電圧を昇圧するトランスと、該トランスの２次側に接続された希ガス蛍光ランプを備えた放電ランプ装置において、第１のスイッチング素子がオンの時に流れる第１の電流経路と第２のスイッチング素子がオンの時に流れる第２の電流経路とが重なると共に、前記第１の電流経路と前記第２の電流経路を流れる電流が互いに逆方向である電流経路に直列に接続された電流波形検出回路と、前記第１のスイッチング素子のオン期間を含み前記第２のスイッチング素子のオン期間を含まない前記交流電圧の略半周期間、前記電流波形検出回路で検出された電流波形信号を通過させるスイッチ回路と、該スイッチ回路を通過した電流波形信号を平均化する平均化回路と、該平均化回路の出力値を基準値と比較する比較回路と、からなる無負荷検知回路を設けたことを特徴とする放電ランプ装置である。
第３の手段は、第２の手段において、前記無負荷検知回路の電流波形検出回路を、前記トランスの２次側に接続したことを特徴とする放電ランプ装置である。
第４の手段は、一方または一方の組の第１のスイッチング素子と他方または他方の組の第２のスイッチング素子を交互にスイッチング動作させて直流電圧を交流電圧に変換させる交流変換回路と、該交流変換回路からの交流電圧を昇圧するトランスと、該トランスの２次側に接続された希ガス蛍光ランプを備えた放電ランプ装置において、第１のスイッチング素子がオンの時に流れる第１の電流経路と第２のスイッチング素子がオンの時に流れる第２の電流経路とが重ならない電流経路に直列に接続された電流波形検出回路と、前記電流波形検出回路で検出された電流波形信号を平均化する平均化回路と、該平均化回路の出力値を基準値と比較する比較回路と、からなる無負荷検知回路を設けたことを特徴とする放電ランプ装置である。
第５の手段は、一方または一方の組の第１のスイッチング素子と他方または他方の組の第２のスイッチング素子を交互にスイッチング動作させて直流電圧を交流電圧に変換させる交流変換回路と、該交流変換回路からの交流電圧を昇圧するトランスと、該トランスの２次側に接続された希ガス蛍光ランプを備えた放電ランプ装置において、第１のスイッチング素子がオンの時に流れる第１の電流経路と第２のスイッチング素子がオンの時に流れる第２の電流経路とが重なると共に、前記第１の電流経路と前記第２の電流経路を流れる電流が互いに同方向である電流経路に直列に接続された電流波形検出回路と、前記電流波形検出回路で検出された電流波形信号を平均化する平均化回路と、該平均化回路の出力値を基準値と比較する比較回路と、からなる無負荷検知回路を設けたことを特徴とする放電ランプ装置である。
第６の手段は、第１の手段ないし第５の手段のいずれか１つの手段において、前記希ガス蛍光ランプに代えて紫外線を照射するエキシマランプを用いたことを特徴とする放電ランプ装置である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、光源として希ガス蛍光ランプからなる放電ランプを使用したような場合において、無負荷時と点灯時を確実に峻別して検知することができ、従来の無負荷状態の誤検知を無くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の第１の実施形態を図１ないし図５を用いて説明する。
図１は、本実施形態の発明に係る放電ランプ装置の回路構成を示す図である。
同図において、１は直流電源、２は交流変換回路、２１はスイッチング素子駆動回路、２２はＲＳフリップフロップ、３はトランス、４は希ガス蛍光ランプ、５は無負荷検知回路、５１はトランス３の２次側を流れる電流を検出する電流波形検出回路、５２はスイッチ回路、５３は平均化回路、５４は比較回路である。
【００１４】
図２は、図１に示した希ガス蛍光ランプ４の構成を示す図であり、図２（ａ）は、希ガス蛍光ランプの管軸方向に直交する切断面から見た断面図、図２（ｂ）は、希ガス蛍光ランプの斜視図である。
これらの図に示すように、希ガス蛍光ランプ４は、例えば、ガラス管４１にて密閉状に構成された直管状の外囲器であって、その内面には希土類蛍光体、ハロリン酸塩蛍光体等の蛍光体よりなる蛍光物質４２が形成されている。ガラス管４１の封着構造はガラス管４１の端部にディスク状の封着ガラス板を封着して構成されているが、例えば、単にガラス管４１を加熱しながら縮径加工し溶断するいわゆるトップシールによって構成することもできる。外部電極４３、４４は、例えば、アルミニウムテープを幅１ｍｍに切断したものが、ガラス管４１の外表面における希ガス蛍光ランプの中心軸を挟んだ対向位置に貼り付けられている。また、外部電極４３、４４は、例えば、導電性ペーストをスクリーン印刷し、焼付けて形成したものであってもよい。なお、このガラス管４１の密閉空間には水銀等の金属蒸気を含まないＨｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのいずれか１種類以上を主成分とする希ガスが所定量封入されている。易始動部位４５は、導電性物質もしくは易電子放射物質よりなり、放電開始を容易にするために、ガラス管４１の内部に少なくとも１箇所配置される。放電は易始動部位４５を起点に発生し、そこから連鎖的に希ガス蛍光ランプ全体に広がる。通常は、ガラス管４１の端部等に設けられ、点灯中における光取出効率に影響を与えないようにする。
【００１５】
図３は、希ガス蛍光ランプ４の等価回路を示す図である。
同図に示すように、希ガス蛍光ランプ４は、ガラス管４１の静電容量Ｃｇと、放電のインピーダンスｐが直列に接続され、放電空間の静電容量Ｃｄが放電のインピーダンスｐと並列に接続された形で表される。静電容量Ｃｓはハーネスやトランス等の浮遊容量である。このように、希ガス蛍光ランプ４は、ガラス管４１の静電容量を介して放電する、容量性の負荷である。無負荷時は、放電のインピーダンスｐは無限大になるので、希ガス蛍光ランプ４はコンデンサと等価とみなせる。
【００１６】
次に、図１に戻り、本実施形態の放電ランプ装置の回路構成を詳しく説明する。
同図において、直流電源１から出力される直流電圧は、交流変換回路２に入力される。交流変換回路２は、スイッチング素子Ｑ１１、Ｑ１２、Ｑ２１、Ｑ２２、ダイオードＤ１１、Ｄ１２、Ｄ２１、Ｄ２２からなり、フルブリッジ回路を構成する。スイッチング素子Ｑ１１、Ｑ２２と、スイッチング素子Ｑ２１、Ｑ１２は、各々直列に接続され、それらの両端に直流電源１が接続される。スイッチング素子Ｑ１１、Ｑ２１はハイサイド側に配置され、スイッチング素子Ｑ２２、Ｑ１２はローサイド側に配置される。ダイオードＤ１１〜Ｄ２２は、各々スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ２２の寄生ダイオード、または別に付加したものであり、スイッチング素子Ｑ１１、Ｑ１２、Ｑ２１、Ｑ２２に対して、各々個別に並列接続される。方向は低電位側から高電位側を順方向とする。スイッチング素子Ｑ１１、Ｑ１２、Ｑ２１、Ｑ２２には、スイッチング素子駆動回路２１から出力される信号Ｓ１、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ２が各々入力され、同信号がハイレベルの場合にオンとなり、ローレベルの場合にオフとなるように動作する。トランス３の１次側両端には、交流変換回路２のスイッチング素子Ｑ１１、Ｑ２２の接続点とスイッチング素子Ｑ２１、Ｑ１２の接続点に接続され、トランス３の２次側両端には、希ガス蛍光ランプ４と無負荷検知回路５の電流波形検出回路５１とからなる直列回路が接続される。無負荷検知回路５から出力された無負荷検知信号は、スイッチング素子駆動回路２１に入力される。
【００１７】
同図において、スイッチング素子Ｑ１１、Ｑ１２を第１のスイッチング素子とし、スイッチング素子Ｑ２１、Ｑ２２を第２のスイッチング素子とする。また、第１のスイッチング素子Ｑ１１、Ｑ１２がオンの時に電流が流れる経路を第１の電流経路とし、具体的には、直流電源１の高電位側から、スイッチング素子Ｑ１１、トランス３の１次側、スイッチング素子Ｑ１２、直流電源１の低電位側までを周回する経路と、トランス３の２次側の高電位端子（以下、ＨＶ端子という）から、希ガス蛍光ランプ４、無負荷検知回路５の電流波形検出回路５１、トランス３の低電位端子（以下、ＬＶ端子という）までを周回する経路とする。また、第２のスイッチング素子Ｑ２１、Ｑ２２がオンの時に電流が流れる経路を第２の電流経路とし、具体的には、直流電源１の高電位側から、スイッチング素子Ｑ２１、トランス３の１次側、スイッチング素子Ｑ２２、直流電源１の低電位側までを周回する経路と、トランス３の２次側のＬＶ端子から、無負荷検知回路５の電流波形検出回路５１、希ガス蛍光ランプ４、トランス３の２次側のＨＶ端子までを周回する経路とする。
【００１８】
ここで、無負荷検知回路５の電流波形検出回路５１は、第１の電流経路と第２の電流経路が重なり、かつ第１のスイッチング素子がオンになって最初に流れる電流の方向と、第２のスイッチング素子がオンになって最初に流れる電流の方向とが互いに逆となる経路内であればどこに設けても良い。
【００１９】
図４は、図１に示した無負荷検知回路５の具体的構成を示す回路図である。
同図において、電流波形検出回路５１は抵抗Ｒｓからなり、電流に比例した大きさの電流波形信号を出力する。電流経路が接地できない場合は抵抗Ｒｓの代わりにカレントトランスを用いても良い。電流波形信号はスイッチ回路５２に入力される。スイッチ回路５２に入力される入力信号は、一端が直流電圧Ｖａに接続された抵抗Ｒ１、Ｒ２の直列回路の他端へ接続される。抵抗Ｒ１とＲ２の接続点は、スイッチＡＳ１の一端へ接続される。ここでは、単電源入力のアナログスイッチを用いるため、電流波形信号のゼロ点をＲ２×Ｖａ／（Ｒ１＋Ｒ２）とし、振動波形が正の範囲に収まるように調節されている。ただし、Ｒ１、Ｒ２≫Ｒｓとする。スイッチＡＳ１には制御信号として図１に示したＲＳフリップフロップ２２からスイッチ回路制御信号が入力され、スイッチ回路制御信号がハイレベルの場合に導通状態となり、ローレベルの場合に非導通状態となる。スイッチ回路５２の出力信号は、平均化回路５３へ入力される。平均化回路５３に入力される入力信号は、一端が接地されたコンデンサＣ１の他端に入力され、平均化される。平均化された信号は、比較回路５４へ入力される。比較回路５４は、オペアンプＯＰ１，抵抗Ｒ３〜Ｒ１１、トランジスタＱ１、直流電圧Ｖａから構成される。比較回路５４へ入力された信号は、スイッチ回路５２でシフトしたゼロ点を元に戻すための差動増幅回路へ入力される。差動増幅回路は、抵抗Ｒ３、Ｒ４、Ｒ７、Ｒ８とオペアンプから構成され、Ｒ３＝Ｒ７、Ｒ４＝Ｒ８の関係である。差動増幅回路のプラス入力側（Ｒ３側）には、コンデンサＣ１で平均化された信号が入力され、マイナス入力側（Ｒ７側）には、電圧Ｖａを抵抗Ｒ５、Ｒ６により分圧した大きさの電圧が入力される。ここで、Ｒ５＝Ｒ１、Ｒ６＝Ｒ２とすることにより、電圧Ｖａの大きさが変化しても、電流波形信号のゼロ点をシフトする大きさと元に戻す大きさが同じになるので、電圧Ｖａのバラツキをキャンセルすることができる。差動増幅回路の出力信号、すなわちオペアンプＯＰ１の出力信号は、抵抗Ｒ９、Ｒ１０の直列回路へ入力され、抵抗Ｒ９とＲ１０で分圧された電圧がトランジスタＱ１のベース、エミッタ間に入力される。ベース、エミッタ間電圧が約０．６Ｖを上回ると、トランジスタＱ１がオンになり、無負荷検知信号をハイレベルからローレベルに変化させる。図１において、無負荷検知信号がローレベルの時は、スイッチング素子駆動回路２１の発振を持続するように働き、無負荷検知信号がハイレベルの場合は、スイッチング素子駆動回路２１の発振を停止するように働く。
【００２０】
図５は、図１に示した放電ランプ装置の回路動作を説明するためのタイミングチャートである。
同図において、信号Ｓ１は、パルス幅ｔｏｎのハイレベル信号が周期Ｔで繰り返される、繰り返し信号である。信号Ｓ２もパルス幅ｔｏｎ、周期Ｔの繰り返し信号であり、信号Ｓ１に対して位相が１８０°ずれて出力される。スイッチ回路制御信号は、信号Ｓ１がハイレベルになってから、信号Ｓ２がハイレベルになるまでの間がハイレベルで、信号Ｓ２がハイレベルになってから、信号Ｓ１がハイレベルになるまでの間がローレベルとなる信号である。希ガス蛍光ランプ４のランプ電圧波形は、信号Ｓ１がハイレベルになると負から正に極性反転し、信号Ｓ２がハイレベルになると正から負に極性反転する。ここで、電流波形検出回路５１によって検出される電流波形信号は、第１、第２の電流経路を流れる電流に比例する信号である。電流波形信号がスイッチ回路５２によって制御され平均化回路５３に入力される入力信号は、スイッチ回路制御信号がハイレベルの間だけを抜き出した電流波形信号に相当する。なお、本実施形態では、スイッチ回路制御信号は、信号Ｓ１がハイレベルになってから、信号Ｓ２がハイレベルになるまでの間がハイレベルで、信号Ｓ２がハイレベルになってから、信号Ｓ１がハイレベルになるまでの間がハイレベルになるように制御されているが、スイッチ回路制御信号のオン期間は、信号Ｓ１のオン期間を全て含む、凡そ半周期（Ｔ／２）の期間であれば、これに限定する必要は無い。
【００２１】
次に、本発明の第２の実施形態を図６ないし図８を用いて説明する。
図６は、本実施形態の発明に係る放電ランプ装置の回路構成を示す図である。なお、同図において、無負荷検知回路６の構成および回路への挿入位置以外は、図１に示した同符号の構成に対応するので説明は省略する。
同図において、スイッチング素子Ｑ１１、Ｑ１２を第１のスイッチング素子とし、スイッチング素子Ｑ２１、Ｑ２２を第２のスイッチング素子とする。第１のスイッチング素子Ｑ１１、Ｑ１２がオンの時に電流が流れる経路を第１の電流経路とし、具体的には、直流電源１の高電位側から、スイッチング素子Ｑ１１、トランス３の１次側、スイッチング素子Ｑ１２、無負荷検知回路６の電流波形検出回路６１、直流電源１の低電位側までを周回する経路と、トランス３の２次側のＨＶ端子から、希ガス蛍光ランプ４、トランス３のＬＶ端子までを周回する経路とする。また、第２のスイッチング素子Ｑ２１、Ｑ２２がオンの時に電流が流れる経路を第２の電流経路とし、具体的には、直流電源１の高電位側から、スイッチング素子Ｑ２１、トランス３の１次側、スイッチング素子Ｑ２２、直流電源１の低電位側までを周回する経路と、トランス３の２次側のＬＶ端子から、希ガス蛍光ランプ４、トランス３の２次側のＨＶ端子までを周回する経路とする。
【００２２】
同図において、無負荷検知回路６の電流波形検出回路６１は、第１の電流経路に設けられているが、第１の電流経路と第２の電流経路が互いに重ならない経路内であればどこでも良い。
【００２３】
図７は、図６に示した無負荷検知回路６の具体的構成を示す回路図である。
同図において、電流波形検出回路６１は抵抗Ｒｓからなり、電流に比例した大きさの電流波形信号を出力する。電流経路が接地できない場合は抵抗Ｒｓの代わりにカレントトランスを用いても良い。電流波形検出回路６１からの出力信号は、抵抗Ｒ１、コンデンサＣ１からなる平均化回路６２に入力され、平均化される。平均化回路６２からの出力信号は、比較回路６３に入力される。比較回路６３に入力された入力信号は、抵抗Ｒ２、Ｒ３の直列回路へ入力され、抵抗Ｒ２とＲ３で分圧された電圧がトランジスタＱ１のベース、エミッタ間に入力される。ベース、エミッタ間電圧が約０．６Ｖを上回ると、トランジスタＱ１がオンになり、無負荷検知信号をハイレベルからローレベルへ変化させる。
【００２４】
図８は、図６に示した放電ランプ装置の回路動作を説明するためのタイミングチャートである。
同図において、信号Ｓ１は、パルス幅ｔｏｎのハイレベル信号が周期Ｔで繰り返される、繰り返し信号である。信号Ｓ２もパルス幅ｔｏｎ、周期Ｔの繰り返し信号であり、信号Ｓ１に対して位相が１８０°ずれて出力される。ランプ電圧波形は、信号Ｓ１がハイレベルになると負から正に極性反転し、信号Ｓ２がハイレベルになると正から負に極性反転する。ここで、電流波形検出回路６１によって検出される電流波形信号は、第１または第２の電流経路の何れか一方の電流に比例する信号である。
【００２５】
次に、本発明の第３の実施形態を図９および図１０を用いて説明する。
図９は、本実施形態の発明に係る放電ランプ装置の回路構成を示す図である。なお、同図において、無負荷検知回路７の構成および回路への挿入位置以外は、図１に示した同符号の構成に対応するので説明を省略する。また、無負荷検知回路７の具体的構成は、図７において説明した回路図と同様であるので説明を省略する。
同図において、スイッチング素子Ｑ１１、Ｑ１２を第１のスイッチング素子とし、スイッチング素子Ｑ２１、Ｑ２２を第２のスイッチング素子とする。また、第１のスイッチング素子Ｑ１１、Ｑ１２がオンの時に電流が流れる経路を第１の電流経路とし、具体的には、直流電源１の高電位側から、スイッチング素子Ｑ１１、トランス３の１次側、スイッチング素子Ｑ１２、無負荷検知回路７の電流波形検出回路７１、直流電源１の低電位側までを周回する経路と、トランス３の２次側のＨＶ端子から、希ガス蛍光ランプ４、トランス３のＬＶ端子までを周回する経路とする。また、第２のスイッチング素子Ｑ２１、Ｑ２２がオンの時に電流が流れる経路を第２の電流経路とし、具体的には、直流電源１の高電位側から、スイッチング素子Ｑ２１、トランス３の１次側、スイッチング素子Ｑ２２、無負荷検知回路７の電流波形検出回路７１、直流電源１の低電位側までを周回する経路と、トランス３の２次側のＬＶ端子から、希ガス蛍光ランプ４、トランス３の２次側のＨＶ端子までを周回する経路とする。
【００２６】
同図において、無負荷検知回路７の電流波形検出回路７１は、第１の電流経路と第２の電流経路が重なり、かつ、第１のスイッチング素子がオンになって最初に流れる電流の方向と、第２のスイッチング素子がオンになって最初に流れる電流の方向が互いに同じとなる経路内であれば、どこでも良い。
【００２７】
図１０は、図９に示した放電ランプ装置の回路動作を説明するためのタイミングチャートである。
同図において、信号Ｓ１は、パルス幅ｔｏｎのハイレベル信号が周期Ｔで繰り返される、繰り返し信号である。信号Ｓ２もパルス幅ｔｏｎ、周期Ｔの繰り返し信号であり、信号Ｓ１に対して位相が１８０°ずれて出力される。ランプ電圧波形は、信号Ｓ１がハイレベルになると負から正に極性反転し、信号Ｓ２がハイレベルになると正から負に極性反転する。ここで、電流波形検出回路７１によって検出される電流波形信号は、第１、第２の電流経路を流れる電流に比例する信号である。
【００２８】
次に、第１ないし第３の実施形態の発明に係る放電ランプ装置における、希ガス蛍光ランプ４の点灯時および無負荷時における各部の電流波形について説明する。
図１１（ａ）は、第１ないし第３の実施形態の発明に係る放電ランプ装置における、希ガス蛍光ランプ４の点灯時におけるトランス３の２次側に流れる電流波形を示す図である。
図１１（ｂ）は、第１ないし第３の実施形態の発明に係る放電ランプ装置における、希ガス蛍光ランプ４の無負荷時におけるトランス３の２次側に流れる電流波形を示す図である。
【００２９】
図１２（ａ）は、第１の実施形態（または第２の実施形態）の発明に係る放電ランプ装置の、希ガス蛍光ランプ４の点灯時における、無負荷検知回路５の平均化回路５３（または無負荷検知回路６の平均化回路６２）に入力される入力信号の波形を示す図であり、周期Ｔで波形の時間平均を行うと、平均値はある一定以上の大きさを持つ。なお、ゼロ点をシフトしている場合は、シフトした大きさを差し引いて考える。
図１２（ｂ）は、第１の実施形態（または第２の実施形態）の発明に係る放電ランプ装置の無負荷時における、無負荷検知回路５の平均化回路５３（または無負荷検知回路６の平均化回路６２）に入力される入力信号の波形を示す図であり、無負荷時に流れる振動電流は、希ガス蛍光ランプ４の静電容量や浮遊容量を流れる振動電流である。直流成分は含まれていない。そのため、周期Ｔで波形の時間平均を行なうと、平均値は略０になる。なお、ゼロ点をシフトしている場合は、シフトした大きさを差し引いて考える。
【００３０】
図１３（ａ）は、第３の実施形態の発明に係る放電ランプ装置の、希ガス蛍光ランプ４の点灯時における、無負荷検知回路７の平均化回路７２に入力される入力信号の波形を示す図であり、周期Ｔで波形の時間平均を行うと、平均値はある一定以上の大きさを持つ。なお、
図１３（ｂ）は、第３の実施形態の発明に係る放電ランプ装置の無負荷時における、無負荷検知回路７の平均化回路７２に入力される入力信号の波形を示す図である。無負荷時に流れる振動電流は、希ガス蛍光ランプ４の静電容量や浮遊容量を流れる振動電流であり、直流成分は含まれていない。そのため、周期Ｔで波形の時間平均を行なうと、平均値は略０になる。
【００３１】
上記のごとく、第１の実施形態（または第２の実施形態）の発明に係る放電ランプ装置によれば、図１２（ａ）に示すように、点灯時の無負荷検知回路５の平均化回路５３（または無負荷検知回路６の平均化回路６２）の出力はある一定以上の大きさを持ち、一方、図１２（ｂ）に示すように、無負荷時の無負荷検知回路５の平均化回路５３（または無負荷時の無負荷検知回路６の平均化回路６２）の出力は略０になる。この平均化回路５（または平均化回路６）の出力を測定することにより、点灯状態にあるか、無負荷状態にあるかを知ることができる。点灯時と無負荷時における平均化回路５（または平均化回路６）の出力差は大きく、区別は容易であり、また、浮遊容量等の大きさが変化し、振動電流波形の周波数が変化しても、無負荷時の積分値は略０であり、不点灯検知の正確性に影響を及ぼさない。
【００３２】
また、上記のごとく、第３の実施形態の発明に係る放電ランプ装置によれば、図１３（ａ）に示すように、点灯時の無負荷検知回路７の平均化回路７２の出力はある一定以上の大きさを持ち、一方、図１３（ｂ）に示すように、無負荷時の無負荷検知回路７の平均化回路７２の出力は略０になる。この平均化回路７の出力を測定することにより、点灯状態にあるか、無負荷状態にあるかを知ることができる。点灯時と無負荷時における平均化回路７２の出力差は大きく、区別は容易であり、また、浮遊容量等の大きさが変化し、振動電流波形の周波数が変化しても、無負荷時の積分値は略０であり、不点灯検知の正確性に影響を及ぼさない。
【００３３】
図１４は、第１ないし第３の各実施形態の発明に係る放電ランプ装置の平均化回路における点灯時の時間平均値に対する無負荷時の時間平均値の相対値と、図１８に示した従来技術に係る放電ランプ装置の平均化回路における、点灯時の時間平均値に対する無負荷時の時間平均値の相対値と、を示した表である。
同図に示すように、各実施形態の発明に係る放電ランプ装置においては、何れも相対値は９％台であり、点灯時と無負荷時の差は９０％以上あるので、バラツキに対する許容範囲は大きい。また、浮遊容量の大きさが変化しても無負荷時の積分値の大きさに殆ど影響を及ぼさないので、点灯時と無負荷時の差が縮まることは無い。このことは、図１２（ａ）と図１２（ｂ）、または図１３（ａ）に示す平均化回路に入力される入力信号波形を対比観察することによっても明らかである。一方、従来技術に係る放電ランプ装置においては、相対値は６５．３％であり、点灯時と無負荷時の差は約３５％であるので、バラツキに対する許容範囲は小さい。また、浮遊容量等の大きさが変化すると、無負荷時の電流波形が変わり、積分値が変化するので、点灯時と無負荷時の差が縮まるおそれがある。このことは、図２０（ａ）と図２０（ｂ）に示す平均化回路に入力される入力信号波形を対比観察することによっても明らかである。
【００３４】
なお、第１ないし第３の実施形態においては、交流変換回路２をフルブリッジ方式で構成したが、これに限定されず、交流変換回路２をプッシュプル方式で構成してもよい。
図１５は、交流変換回路２をプッシュプル方式で構成し、無負荷検知回路が省略されて示されている放電ランプ装置の回路構成を示す図である。
同図において、ここでは、一方のスイッチング素子Ｑ１を第１のスイッチング素子とし、他方のスイッチング素子Ｑ２を第２のスイッチング素子とする。第１の電流経路は、第１のスイッチング素子Ｑ１がオンの時に電流が流れる経路であり、この電流は、直流電源１の高電位側から、トランス３、スイッチング素子Ｑ１、直流電源１の低電位側までを周回とする経路と、トランス３の２次側のＨＶ端子から、希ガス蛍光ランプ４、トランス３の２次側のＬＶ端子までを周回とする経路を流れる。第２の電流経路は、第２のスイッチング素子Ｑ２がオンの時に電流が流れる経路であり、この電流は、直流電源１の高電位側から、トランス３、スイッチング素子Ｑ２、直流電源１の低電位側までを周回とする経路と、トランス３の２次側のＬＶ端子から、希ガス蛍光ランプ４、トランス３の２次側のＨＶ端子までを周回とする経路を流れる。
【００３５】
また、交流変換回路２をハーフブリッジ方式で構成してもよい。
図１６は、交流変換回路２をハーフブリッジ方式で構成し、無負荷検知回路が省略されて示されている放電ランプ装置の回路構成を示す図である。
同図において、ここでは、一方のスイッチング素子Ｑ１を第１のスイッチング素子とし、他方のスイッチング素子Ｑ２を第２のスイッチング素子とする。第１の電流経路は、第１のスイッチング素子Ｑ１がオンの時に電流が流れる経路であり、この電流は、コンデンサＣ１の高電位側から、スイッチング素子Ｑ１、トランス３、コンデンサＣ１の低電位側までを周回とする経路と、トランス３の２次側のＨＶ端子から、希ガス蛍光ランプ４、トランス３の２次側のＬＶ端子までを周回とする経路を流れる。第２の電流経路は、第２のスイッチング素子Ｑ２がオンの時に電流が流れる経路であり、この電流は、コンデンサＣ２の高電位側から、トランス３の１次側、スイッチング素子Ｑ２、コンデンサＣ２の低電位側までを周回とする経路と、トランス３の２次側のＬＶ端子から、希ガス蛍光ランプ４、トランス３の２次側のＨＶ端子までを周回とする経路を流れる。
【００３６】
図１５および図１６において、第１の実施形態の放電ランプ装置における無負荷検知回路５に相当する無負荷検知回路が挿入される箇所は、第１の電流経路と第２の電流経路が重なり、かつ、第１のスイッチング素子がオンになって最初に流れる電流と、第２のスイッチング素子がオンになって最初に流れる電流の方向が互いに逆となる経路内であれば、どこに設けても良い。また、第２の実施形態の放電ランプ装置における無負荷検知回路６に相当する無負荷検知回路が挿入される箇所は、第１の電流経路と第２の電流経路で互いに重ならない経路内であればどこでも良い。さらに、第３の実施形態の放電ランプ装置における無負荷検知回路７に相当する無負荷検知回路が挿入される箇所は、第１の電流経路と第２の電流経路が重なり、かつ、第１のスイッチング素子がオンになって最初に流れる電流と、第２のスイッチング素子がオンになって最初に流れる電流の方向が互いに同じとなる経路内であれば、どこに設けても良い。
【００３７】
なお、本発明の放電ランプ装置は、希ガス蛍光ランプに代えて、エキシマランプにも適用可能である。
図１７は、エキシマランプの一例を示す概略断面図である。同図に示すように、このエキシマランプは、円筒外部放射型のもので、放電容器４６は石英ガラス等の誘電体で構成されている。放電容器４６は、円筒状をした外壁４６１と、その内側に筒軸を共通にした円筒状の内壁４６２と、この外壁４６１と内壁４６２とを両端で封止する封止壁４６３、４６４からなり、これらの各壁で囲まれた円筒状の領域が放電空間Ｓとなる。外壁４６１の表面に密着して網状の第１の電極４７が設けられ、内壁４６２の筒軸側の表面に密着してアルミニウム等からなる第２の電極４８が密着して設けられている。これらの第１、第２電極間には高周波電源８が接続される。高周波電源８により第１の電極４７と第２の電極４８との間に高周波電圧が印加されると、放電空間Ｓ内には誘電体バリア放電による直径０．０２〜０．２ｍｍ程度の多数のマイクロプラズマが発生する。これにより放電空間Ｓ内にエキシマが生成され、エキシマ光が放出される。このエキシマ光は、外壁４６１を透過し第１の電極４７の網目を通って外部に放射される。放電空間Ｓ内に封入される放電ガスとしては、希ガスまたは希ガスとハロゲンガスとの混合ガスが用いられるが、放電ガスの種類を変えることによって、それぞれ発光中心波長が異なるエキシマ光を放射させることができる。放電ガスとして、キセノン（Ｘｅ）、クリプトン（Ｋｒ）、アルゴン（Ａｒ）等の希ガスを用いた場合には、それぞれ１７２ｎｍ、１４６ｎｍ、１２６ｎｍの発光中心波長をもつエキシマ光を得ることができる。また、クリプトン（Ｋｒ）と塩素（Ｃｌ）ガスとの混合ガスを用いた場合には、発光中心波長が２２２ｎｍのエキシマ光が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】第１の実施形態の発明に係る放電ランプ装置の回路構成を示す図である。
【図２】図１に示した希ガス蛍光ランプ４の構成を示す図である。
【図３】希ガス蛍光ランプ４の等価回路を示す図である。
【図４】図１に示した無負荷検知回路５の具体的構成を示す回路図である。
【図５】図１に示した放電ランプ装置の回路動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図６】第２の実施形態の発明に係る放電ランプ装置の回路構成を示す図である。
【図７】図６に示した無負荷検知回路６の具体的構成を示す回路図である。
【図８】図６に示した放電ランプ装置の回路動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図９】第３の実施形態の発明に係る放電ランプ装置の回路構成を示す図である。
【図１０】図９に示した放電ランプ装置の回路動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１１】第１ないし第３の実施形態の発明に係る放電ランプ装置における、希ガス蛍光ランプ４の点灯時におけるトランス３の２次側に流れる電流波形、および希ガス蛍光ランプ４の無負荷時におけるトランス３の２次側に流れる電流波形を示す図である。
【図１２】第１（または第２）の実施形態の発明に係る放電ランプ装置における、希ガス蛍光ランプ４の点灯時および無負荷時における、無負荷検知回路５の平均化回路５３（または無負荷検知回路６の平均化回路６２）に入力される入力信号の電流波形を示す図である。
【図１３】第３の実施形態の発明に係る放電ランプ装置における、希ガス蛍光ランプ４の点灯時におよび無負荷時における、無負荷検知回路７の平均化回路７２に入力される入力信号の電流波形を示す図である。
【図１４】第１ないし第３の各実施形態の発明に係る放電ランプ装置および図１７に示した従来技術に係る放電ランプ装置の平均化回路における、点灯時の時間平均値に対する無負荷時の時間平均値の相対値を示した表である。
【図１５】交流変換回路２をプッシュプル方式で構成し、無負荷検知回路が省略されて示されている放電ランプ装置の回路構成を示す図である。
【図１６】交流変換回路２をハーフブリッジ方式で構成し、無負荷検知回路が省略されて示されている放電ランプ装置の回路構成を示す図である。
【図１７】エキシマランプの一例を示す概略断面図である。
【図１８】従来技術に係る放電ランプ装置の回路構成を示す図である。
【図１９】図１８に示した無負荷検知回路１０５の具体的構成を示す回路図である。
【図２０】図１８に示した放電ランプ装置における、希ガス蛍光ランプ１０４の点灯時における無負荷検知回路１０５の平均化回路１０８に入力される入力信号の電流波形、および希ガス蛍光ランプ１０４の無負荷時における無負荷検知回路１０５の平均化回路１０８に入力される入力信号の電流波形を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１ 直流電源
２ 交流変換回路
２１ スイッチング素子駆動回路
２２ ＲＳフリップフロップ
３ トランス
４ 希ガス蛍光ランプ
４１ ガラス管
４２ 蛍光物質
４３，４４ 外部電極
４５ 易始動部位
４６ 放電容器
４６１ 外壁
４６２ 内壁
４６３、４６４ 封止壁
４７ 第１の電極
４８ 第２の電極
５ 無負荷検知回路
５１ 電流波形検出回路
５２ スイッチ回路
５３ 平均化回路
５４ 比較回路
６ 無負荷検知回路
６１ 電流波形検出回路
６２ 平均化回路
６３ 比較回路
７ 無負荷検知回路
７１ 電流波形検出回路
７２ 平均化回路
７３ 比較回路
８ 高周波電源
Ｑ１１、Ｑ１２、Ｑ２１、Ｑ２２ スイッチング素子
Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ２１、Ｄ２２ ダイオード
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電ランプ装置に係わり、特に、放電ランプとして希ガス蛍光ランプを用いた、液晶ディスプレイパネルのバックライト光源や照明用光源等に用いられる放電ランプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶ディスプレイパネルのバックライト光源や照明用光源として、冷陰極蛍光ランプや熱陰極蛍光ランプが多く用いられている。これらのランプは、内部に微量の水銀が封入されており、放電により励起された水銀から発生する紫外線により蛍光体を発光させるものであり、高輝度で、かつ効率的な発光が得られる点で優れている。
【０００３】
しかし、近年、環境汚染の防止の観点から、水銀を含まない新しい光源が望まれている。水銀を含まない蛍光ランプとしては、ガラス管の外面に帯状の複数本の電極を配設し、これらの電極に、例えば、トランスで昇圧された高周波の高電圧を印加して点灯する希ガス蛍光ランプが提案されている。
【０００４】
ところで、希ガス蛍光ランプは、何等かの事情で配線が外れたり、発光管の破損でガスリークが生じ、点灯ができなくなるような、いわゆる無負荷状態になることも想定しておかなければならない。無負荷状態になると、回路中の寄生容量、寄生インダクタンスによる共振で高電圧が生じ、装置内の高周波電源が破損したり、装置内の回路の絶縁部を破壊するような異常事態が引き起こされるおそれがある。そのため、このような無負荷状態を迅速に検知して装置を停止させる等の処置が必要である。
【０００５】
特許文献１には、出力トランスの２次側に希ガス蛍光ランプを接続し、出力トランスの２次側に流れる電流を検出して、無負荷状態を検出する放電ランプ点灯装置が記載されている。しかし、特許文献１に記載の無負荷検知手段は、希ガス蛍光ランプのハーネス、トランス等の浮遊容量を流れる高周波振動電流により、無負荷時を点灯時として誤検知しやすい問題がある。そこで、特許文献２には、無負荷時に浮遊容量を流れる高周波電流により、無負荷検知が妨げられることを防ぐために、無負荷検知手段に高周波電流バイパス手段を付加した放電ランプ点灯装置が記載されている。より具体的には、無負荷検知手段の電流検出部分に対して、コンデンサまたはコンデンサ及び抵抗器の直列回路を並列接続して、無負荷時に流れる高周波電流を分路させる構成が示されている。
【０００６】
図１８は、特許文献２に記載されているような従来技術に係る放電ランプ装置の回路構成を示す図である。
同図において、直流電源１０１から出力される直流電圧は、交流変換回路１０２に入力される。交流変換回路１０２は、スイッチング素子Ｑ１１、Ｑ１２、Ｑ２１、Ｑ２２、ダイオードＤ１１、Ｄ１２、Ｄ２１、Ｄ２２からなり、フルブリッジ回路を構成する。スイッチング素子Ｑ１１、Ｑ２２と、スイッチング素子Ｑ２１、Ｑ１２は、各々直列に接続され、それらの両端に直流電源１が接続される。スイッチング素子Ｑ１１、Ｑ２１はハイサイド側に配置され、スイッチング素子Ｑ２２、Ｑ１２はローサイド側に配置される。ダイオードＤ１１、Ｄ１２、Ｄ２１、Ｄ２２は、スイッチング素子Ｑ１１、Ｑ１２、Ｑ２１、Ｑ２２に対して各々個別に並列接続される。方向は低電位側から高電位側を順方向とする。スイッチング素子Ｑ１１、Ｑ１２、Ｑ２１、Ｑ２２には、スイッチング素子駆動回路２１から出力される信号Ｓ１、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ２が各々入力され、同信号がハイレベルの場合にオンとなり、ローレベルの場合にオフとなるように動作する。トランス１０３の１次側両端は、交流変換回路１０２のスイッチング素子Ｑ１１、Ｑ２１の接続点とスイッチング素子Ｑ２２、Ｑ１２の接続点に接続され、トランス１０３の２次側両端には、希ガス蛍光ランプ１０４と無負荷検知回路１０５の電流波形検出回路１０６とからなる直列回路が接続される。
【０００７】
図１９は、図１８に示した無負荷検知回路１０５の具体的構成を示す回路図である。
同図において、電流波形検出回路１０６は抵抗Ｒｓからなり、点灯時または無負荷時に流れる電流に比例する電流波形信号を出力する。電流波形信号は、抵抗Ｒ１、コンデンサＣ１によるローパスフィルターからなる高周波バイパス回路１０７へ入力される。高周波バイパス回路１０７からの出力信号は、ダイオードＤ１からなる整流回路１０８により半波整流され、抵抗Ｒ２、コンデンサＣ２からなる平均化回路１０９へ入力される。平均化回路１０９で平均化された信号は、比較回路１１０に入力される。比較回路１１０に入力された入力信号は、抵抗Ｒ３、Ｒ４の直列回路へ入力され、抵抗Ｒ３とＲ４で分圧された電圧がトランジスタＱ１のベース、エミッタ間に入力される。ベース、エミッタ間電圧が約０．６Ｖを上回ると、トランジスタＱ１がオンになり、無負荷検知信号をハイレベルからローレベルへ変化させる。
【０００８】
図２０（ａ）は、図１８に示した放電ランプ装置における、希ガス蛍光ランプ１０４の点灯時における、無負荷検知回路１０５の平均化回路１０９に入力される信号波形を示す図である。同信号波形は、整流回路１０８により半波整流されるので、マイナス成分はカットされ、周期Ｔで時間平均を行うと、平均値は正である一定以上の大きさを持つ。図２０（ｂ）は、図１８に示した放電ランプ装置の、無負荷時における、無負荷検知回路１０５の平均化回路１０９に入力される入力信号の信号波形を示す図である。同信号波形は整流回路１０８により半波整流されるので、マイナス成分はカットされ、周期Ｔで時間平均を行うと、平均値はある一定以上の大きさを持つ。
【特許文献１】特開２００２−２３１４７８号公報
【特許文献２】特開２００３−３６９８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献２に記載の無負荷検知手段は、ランプ電流と高周波振動電流の周波数成分の差が小さい場合は、無負荷時と点灯時の区別が困難であり、誤検知の可能性がある。そのため、誤検知を回避しようすると、ランプ電流と高周波振動電流の周波数の差を大きく保つために、希ガス蛍光ランプの放電に関わる静電容量と、ハーネスやトランス等の浮遊容量との大きさの関係に制約を設ける必要がある。しかし、これではハーネスの長さや希ガス放電ランプの大きさ等を自由に決めることが出来ないという問題がある。また、希ガス放電ランプやハーネスの近くに導体が設置される等、設計時においては想定し得ない条件下で使用されると、浮遊容量の大きさが変化し、誤検知を防ぐことが困難になるという問題がある。
【００１０】
本発明の目的は、上記の問題点に鑑みて、光源として希ガス蛍光ランプを使用したような場合において、無負荷時と点灯時を確実に峻別して検知することのできる放電ランプ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記の課題を解決するために、次のような手段を採用した。 第１の手段は、一方または一方の組の第１のスイッチング素子と他方または他方の組の第２のスイッチング素子を交互にスイッチング動作させて直流電圧を交流電圧に変換させる交流変換回路と、該交流変換回路からの交流電圧を昇圧するトランスと、該トランスの２次側に接続された希ガス蛍光ランプを備えた放電ランプ装置において、前記第１のスイッチング素子のオン期間を含み前記第２のスイッチング素子のオン期間を含まない前記交流電圧の略半周期間流れる電流を検出する手段と、前記検出された電流を平均化する平均化回路と、該平均化回路の出力値を基準値と比較する比較回路と、からなる無負荷検知回路を設けたことを特徴とする放電ランプ装置である。
第２の手段は、一方または一方の組の第１のスイッチング素子と他方または他方の組の第２のスイッチング素子を交互にスイッチング動作させて直流電圧を交流電圧に変換させる交流変換回路と、該交流変換回路からの交流電圧を昇圧するトランスと、該トランスの２次側に接続された希ガス蛍光ランプを備えた放電ランプ装置において、第１のスイッチング素子がオンの時に流れる第１の電流経路と第２のスイッチング素子がオンの時に流れる第２の電流経路とが重なると共に、前記第１の電流経路と前記第２の電流経路を流れる電流が互いに逆方向である電流経路に直列に接続された電流波形検出回路と、前記第１のスイッチング素子のオン期間を含み前記第２のスイッチング素子のオン期間を含まない前記交流電圧の略半周期間、前記電流波形検出回路で検出された電流波形信号を通過させるスイッチ回路と、該スイッチ回路を通過した電流波形信号を平均化する平均化回路と、該平均化回路の出力値を基準値と比較する比較回路と、からなる無負荷検知回路を設けたことを特徴とする放電ランプ装置である。
第３の手段は、第２の手段において、前記無負荷検知回路の電流波形検出回路を、前記トランスの２次側に接続したことを特徴とする放電ランプ装置である。
第４の手段は、一方または一方の組の第１のスイッチング素子と他方または他方の組の第２のスイッチング素子を交互にスイッチング動作させて直流電圧を交流電圧に変換させる交流変換回路と、該交流変換回路からの交流電圧を昇圧するトランスと、該トランスの２次側に接続された希ガス蛍光ランプを備えた放電ランプ装置において、第１のスイッチング素子がオンの時に流れる第１の電流経路と第２のスイッチング素子がオンの時に流れる第２の電流経路とが重ならない電流経路に直列に接続された電流波形検出回路と、前記電流波形検出回路で検出された電流波形信号を平均化する平均化回路と、該平均化回路の出力値を基準値と比較する比較回路と、からなる無負荷検知回路を設けたことを特徴とする放電ランプ装置である。
第５の手段は、一方または一方の組の第１のスイッチング素子と他方または他方の組の第２のスイッチング素子を交互にスイッチング動作させて直流電圧を交流電圧に変換させる交流変換回路と、該交流変換回路からの交流電圧を昇圧するトランスと、該トランスの２次側に接続された希ガス蛍光ランプを備えた放電ランプ装置において、第１のスイッチング素子がオンの時に流れる第１の電流経路と第２のスイッチング素子がオンの時に流れる第２の電流経路とが重なると共に、前記第１の電流経路と前記第２の電流経路を流れる電流が互いに同方向である電流経路に直列に接続された電流波形検出回路と、前記電流波形検出回路で検出された電流波形信号を平均化する平均化回路と、該平均化回路の出力値を基準値と比較する比較回路と、からなる無負荷検知回路を設けたことを特徴とする放電ランプ装置である。
第６の手段は、第１の手段ないし第５の手段のいずれか１つの手段において、前記希ガス蛍光ランプに代えて紫外線を照射するエキシマランプを用いたことを特徴とする放電ランプ装置である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、光源として希ガス蛍光ランプからなる放電ランプを使用したような場合において、無負荷時と点灯時を確実に峻別して検知することができ、従来の無負荷状態の誤検知を無くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の第１の実施形態を図１ないし図５を用いて説明する。
図１は、本実施形態の発明に係る放電ランプ装置の回路構成を示す図である。
同図において、１は直流電源、２は交流変換回路、２１はスイッチング素子駆動回路、２２はＲＳフリップフロップ、３はトランス、４は希ガス蛍光ランプ、５は無負荷検知回路、５１はトランス３の２次側を流れる電流を検出する電流波形検出回路、５２はスイッチ回路、５３は平均化回路、５４は比較回路である。
【００１４】
図２は、図１に示した希ガス蛍光ランプ４の構成を示す図であり、図２（ａ）は、希ガス蛍光ランプの管軸方向に直交する切断面から見た断面図、図２（ｂ）は、希ガス蛍光ランプの斜視図である。
これらの図に示すように、希ガス蛍光ランプ４は、例えば、ガラス管４１にて密閉状に構成された直管状の外囲器であって、その内面には希土類蛍光体、ハロリン酸塩蛍光体等の蛍光体よりなる蛍光物質４２が形成されている。ガラス管４１の封着構造はガラス管４１の端部にディスク状の封着ガラス板を封着して構成されているが、例えば、単にガラス管４１を加熱しながら縮径加工し溶断するいわゆるトップシールによって構成することもできる。外部電極４３、４４は、例えば、アルミニウムテープを幅１ｍｍに切断したものが、ガラス管４１の外表面における希ガス蛍光ランプの中心軸を挟んだ対向位置に貼り付けられている。また、外部電極４３、４４は、例えば、導電性ペーストをスクリーン印刷し、焼付けて形成したものであってもよい。なお、このガラス管４１の密閉空間には水銀等の金属蒸気を含まないＨｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのいずれか１種類以上を主成分とする希ガスが所定量封入されている。易始動部位４５は、導電性物質もしくは易電子放射物質よりなり、放電開始を容易にするために、ガラス管４１の内部に少なくとも１箇所配置される。放電は易始動部位４５を起点に発生し、そこから連鎖的に希ガス蛍光ランプ全体に広がる。通常は、ガラス管４１の端部等に設けられ、点灯中における光取出効率に影響を与えないようにする。
【００１５】
図３は、希ガス蛍光ランプ４の等価回路を示す図である。
同図に示すように、希ガス蛍光ランプ４は、ガラス管４１の静電容量Ｃｇと、放電のインピーダンスｐが直列に接続され、放電空間の静電容量Ｃｄが放電のインピーダンスｐと並列に接続された形で表される。静電容量Ｃｓはハーネスやトランス等の浮遊容量である。このように、希ガス蛍光ランプ４は、ガラス管４１の静電容量を介して放電する、容量性の負荷である。無負荷時は、放電のインピーダンスｐは無限大になるので、希ガス蛍光ランプ４はコンデンサと等価とみなせる。
【００１６】
次に、図１に戻り、本実施形態の放電ランプ装置の回路構成を詳しく説明する。
同図において、直流電源１から出力される直流電圧は、交流変換回路２に入力される。交流変換回路２は、スイッチング素子Ｑ１１、Ｑ１２、Ｑ２１、Ｑ２２、ダイオードＤ１１、Ｄ１２、Ｄ２１、Ｄ２２からなり、フルブリッジ回路を構成する。スイッチング素子Ｑ１１、Ｑ２２と、スイッチング素子Ｑ２１、Ｑ１２は、各々直列に接続され、それらの両端に直流電源１が接続される。スイッチング素子Ｑ１１、Ｑ２１はハイサイド側に配置され、スイッチング素子Ｑ２２、Ｑ１２はローサイド側に配置される。ダイオードＤ１１〜Ｄ２２は、各々スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ２２の寄生ダイオード、または別に付加したものであり、スイッチング素子Ｑ１１、Ｑ１２、Ｑ２１、Ｑ２２に対して、各々個別に並列接続される。方向は低電位側から高電位側を順方向とする。スイッチング素子Ｑ１１、Ｑ１２、Ｑ２１、Ｑ２２には、スイッチング素子駆動回路２１から出力される信号Ｓ１、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ２が各々入力され、同信号がハイレベルの場合にオンとなり、ローレベルの場合にオフとなるように動作する。トランス３の１次側両端には、交流変換回路２のスイッチング素子Ｑ１１、Ｑ２２の接続点とスイッチング素子Ｑ２１、Ｑ１２の接続点に接続され、トランス３の２次側両端には、希ガス蛍光ランプ４と無負荷検知回路５の電流波形検出回路５１とからなる直列回路が接続される。無負荷検知回路５から出力された無負荷検知信号は、スイッチング素子駆動回路２１に入力される。
【００１７】
同図において、スイッチング素子Ｑ１１、Ｑ１２を第１のスイッチング素子とし、スイッチング素子Ｑ２１、Ｑ２２を第２のスイッチング素子とする。また、第１のスイッチング素子Ｑ１１、Ｑ１２がオンの時に電流が流れる経路を第１の電流経路とし、具体的には、直流電源１の高電位側から、スイッチング素子Ｑ１１、トランス３の１次側、スイッチング素子Ｑ１２、直流電源１の低電位側までを周回する経路と、トランス３の２次側の高電位端子（以下、ＨＶ端子という）から、希ガス蛍光ランプ４、無負荷検知回路５の電流波形検出回路５１、トランス３の低電位端子（以下、ＬＶ端子という）までを周回する経路とする。また、第２のスイッチング素子Ｑ２１、Ｑ２２がオンの時に電流が流れる経路を第２の電流経路とし、具体的には、直流電源１の高電位側から、スイッチング素子Ｑ２１、トランス３の１次側、スイッチング素子Ｑ２２、直流電源１の低電位側までを周回する経路と、トランス３の２次側のＬＶ端子から、無負荷検知回路５の電流波形検出回路５１、希ガス蛍光ランプ４、トランス３の２次側のＨＶ端子までを周回する経路とする。
【００１８】
ここで、無負荷検知回路５の電流波形検出回路５１は、第１の電流経路と第２の電流経路が重なり、かつ第１のスイッチング素子がオンになって最初に流れる電流の方向と、第２のスイッチング素子がオンになって最初に流れる電流の方向とが互いに逆となる経路内であればどこに設けても良い。
【００１９】
図４は、図１に示した無負荷検知回路５の具体的構成を示す回路図である。
同図において、電流波形検出回路５１は抵抗Ｒｓからなり、電流に比例した大きさの電流波形信号を出力する。電流経路が接地できない場合は抵抗Ｒｓの代わりにカレントトランスを用いても良い。電流波形信号はスイッチ回路５２に入力される。スイッチ回路５２に入力される入力信号は、一端が直流電圧Ｖａに接続された抵抗Ｒ１、Ｒ２の直列回路の他端へ接続される。抵抗Ｒ１とＲ２の接続点は、スイッチＡＳ１の一端へ接続される。ここでは、単電源入力のアナログスイッチを用いるため、電流波形信号のゼロ点をＲ２×Ｖａ／（Ｒ１＋Ｒ２）とし、振動波形が正の範囲に収まるように調節されている。ただし、Ｒ１、Ｒ２≫Ｒｓとする。スイッチＡＳ１には制御信号として図１に示したＲＳフリップフロップ２２からスイッチ回路制御信号が入力され、スイッチ回路制御信号がハイレベルの場合に導通状態となり、ローレベルの場合に非導通状態となる。スイッチ回路５２の出力信号は、平均化回路５３へ入力される。平均化回路５３に入力される入力信号は、一端が接地されたコンデンサＣ１の他端に入力され、平均化される。平均化された信号は、比較回路５４へ入力される。比較回路５４は、オペアンプＯＰ１，抵抗Ｒ３〜Ｒ１１、トランジスタＱ１、直流電圧Ｖａから構成される。比較回路５４へ入力された信号は、スイッチ回路５２でシフトしたゼロ点を元に戻すための差動増幅回路へ入力される。差動増幅回路は、抵抗Ｒ３、Ｒ４、Ｒ７、Ｒ８とオペアンプから構成され、Ｒ３＝Ｒ７、Ｒ４＝Ｒ８の関係である。差動増幅回路のプラス入力側（Ｒ３側）には、コンデンサＣ１で平均化された信号が入力され、マイナス入力側（Ｒ７側）には、電圧Ｖａを抵抗Ｒ５、Ｒ６により分圧した大きさの電圧が入力される。ここで、Ｒ５＝Ｒ１、Ｒ６＝Ｒ２とすることにより、電圧Ｖａの大きさが変化しても、電流波形信号のゼロ点をシフトする大きさと元に戻す大きさが同じになるので、電圧Ｖａのバラツキをキャンセルすることができる。差動増幅回路の出力信号、すなわちオペアンプＯＰ１の出力信号は、抵抗Ｒ９、Ｒ１０の直列回路へ入力され、抵抗Ｒ９とＲ１０で分圧された電圧がトランジスタＱ１のベース、エミッタ間に入力される。ベース、エミッタ間電圧が約０．６Ｖを上回ると、トランジスタＱ１がオンになり、無負荷検知信号をハイレベルからローレベルに変化させる。図１において、無負荷検知信号がローレベルの時は、スイッチング素子駆動回路２１の発振を持続するように働き、無負荷検知信号がハイレベルの場合は、スイッチング素子駆動回路２１の発振を停止するように働く。
【００２０】
図５は、図１に示した放電ランプ装置の回路動作を説明するためのタイミングチャートである。
同図において、信号Ｓ１は、パルス幅ｔｏｎのハイレベル信号が周期Ｔで繰り返される、繰り返し信号である。信号Ｓ２もパルス幅ｔｏｎ、周期Ｔの繰り返し信号であり、信号Ｓ１に対して位相が１８０°ずれて出力される。スイッチ回路制御信号は、信号Ｓ１がハイレベルになってから、信号Ｓ２がハイレベルになるまでの間がハイレベルで、信号Ｓ２がハイレベルになってから、信号Ｓ１がハイレベルになるまでの間がローレベルとなる信号である。希ガス蛍光ランプ４のランプ電圧波形は、信号Ｓ１がハイレベルになると負から正に極性反転し、信号Ｓ２がハイレベルになると正から負に極性反転する。ここで、電流波形検出回路５１によって検出される電流波形信号は、第１、第２の電流経路を流れる電流に比例する信号である。電流波形信号がスイッチ回路５２によって制御され平均化回路５３に入力される入力信号は、スイッチ回路制御信号がハイレベルの間だけを抜き出した電流波形信号に相当する。なお、本実施形態では、スイッチ回路制御信号は、信号Ｓ１がハイレベルになってから、信号Ｓ２がハイレベルになるまでの間がハイレベルで、信号Ｓ２がハイレベルになってから、信号Ｓ１がハイレベルになるまでの間がハイレベルになるように制御されているが、スイッチ回路制御信号のオン期間は、信号Ｓ１のオン期間を全て含む、凡そ半周期（Ｔ／２）の期間であれば、これに限定する必要は無い。
【００２１】
次に、本発明の第２の実施形態を図６ないし図８を用いて説明する。
図６は、本実施形態の発明に係る放電ランプ装置の回路構成を示す図である。なお、同図において、無負荷検知回路６の構成および回路への挿入位置以外は、図１に示した同符号の構成に対応するので説明は省略する。
同図において、スイッチング素子Ｑ１１、Ｑ１２を第１のスイッチング素子とし、スイッチング素子Ｑ２１、Ｑ２２を第２のスイッチング素子とする。第１のスイッチング素子Ｑ１１、Ｑ１２がオンの時に電流が流れる経路を第１の電流経路とし、具体的には、直流電源１の高電位側から、スイッチング素子Ｑ１１、トランス３の１次側、スイッチング素子Ｑ１２、無負荷検知回路６の電流波形検出回路６１、直流電源１の低電位側までを周回する経路と、トランス３の２次側のＨＶ端子から、希ガス蛍光ランプ４、トランス３のＬＶ端子までを周回する経路とする。また、第２のスイッチング素子Ｑ２１、Ｑ２２がオンの時に電流が流れる経路を第２の電流経路とし、具体的には、直流電源１の高電位側から、スイッチング素子Ｑ２１、トランス３の１次側、スイッチング素子Ｑ２２、直流電源１の低電位側までを周回する経路と、トランス３の２次側のＬＶ端子から、希ガス蛍光ランプ４、トランス３の２次側のＨＶ端子までを周回する経路とする。
【００２２】
同図において、無負荷検知回路６の電流波形検出回路６１は、第１の電流経路に設けられているが、第１の電流経路と第２の電流経路が互いに重ならない経路内であればどこでも良い。
【００２３】
図７は、図６に示した無負荷検知回路６の具体的構成を示す回路図である。
同図において、電流波形検出回路６１は抵抗Ｒｓからなり、電流に比例した大きさの電流波形信号を出力する。電流経路が接地できない場合は抵抗Ｒｓの代わりにカレントトランスを用いても良い。電流波形検出回路６１からの出力信号は、抵抗Ｒ１、コンデンサＣ１からなる平均化回路６２に入力され、平均化される。平均化回路６２からの出力信号は、比較回路６３に入力される。比較回路６３に入力された入力信号は、抵抗Ｒ２、Ｒ３の直列回路へ入力され、抵抗Ｒ２とＲ３で分圧された電圧がトランジスタＱ１のベース、エミッタ間に入力される。ベース、エミッタ間電圧が約０．６Ｖを上回ると、トランジスタＱ１がオンになり、無負荷検知信号をハイレベルからローレベルへ変化させる。
【００２４】
図８は、図６に示した放電ランプ装置の回路動作を説明するためのタイミングチャートである。
同図において、信号Ｓ１は、パルス幅ｔｏｎのハイレベル信号が周期Ｔで繰り返される、繰り返し信号である。信号Ｓ２もパルス幅ｔｏｎ、周期Ｔの繰り返し信号であり、信号Ｓ１に対して位相が１８０°ずれて出力される。ランプ電圧波形は、信号Ｓ１がハイレベルになると負から正に極性反転し、信号Ｓ２がハイレベルになると正から負に極性反転する。ここで、電流波形検出回路６１によって検出される電流波形信号は、第１または第２の電流経路の何れか一方の電流に比例する信号である。
【００２５】
次に、本発明の第３の実施形態を図９および図１０を用いて説明する。
図９は、本実施形態の発明に係る放電ランプ装置の回路構成を示す図である。なお、同図において、無負荷検知回路７の構成および回路への挿入位置以外は、図１に示した同符号の構成に対応するので説明を省略する。また、無負荷検知回路７の具体的構成は、図７において説明した回路図と同様であるので説明を省略する。
同図において、スイッチング素子Ｑ１１、Ｑ１２を第１のスイッチング素子とし、スイッチング素子Ｑ２１、Ｑ２２を第２のスイッチング素子とする。また、第１のスイッチング素子Ｑ１１、Ｑ１２がオンの時に電流が流れる経路を第１の電流経路とし、具体的には、直流電源１の高電位側から、スイッチング素子Ｑ１１、トランス３の１次側、スイッチング素子Ｑ１２、無負荷検知回路７の電流波形検出回路７１、直流電源１の低電位側までを周回する経路と、トランス３の２次側のＨＶ端子から、希ガス蛍光ランプ４、トランス３のＬＶ端子までを周回する経路とする。また、第２のスイッチング素子Ｑ２１、Ｑ２２がオンの時に電流が流れる経路を第２の電流経路とし、具体的には、直流電源１の高電位側から、スイッチング素子Ｑ２１、トランス３の１次側、スイッチング素子Ｑ２２、無負荷検知回路７の電流波形検出回路７１、直流電源１の低電位側までを周回する経路と、トランス３の２次側のＬＶ端子から、希ガス蛍光ランプ４、トランス３の２次側のＨＶ端子までを周回する経路とする。
【００２６】
同図において、無負荷検知回路７の電流波形検出回路７１は、第１の電流経路と第２の電流経路が重なり、かつ、第１のスイッチング素子がオンになって最初に流れる電流の方向と、第２のスイッチング素子がオンになって最初に流れる電流の方向が互いに同じとなる経路内であれば、どこでも良い。
【００２７】
図１０は、図９に示した放電ランプ装置の回路動作を説明するためのタイミングチャートである。
同図において、信号Ｓ１は、パルス幅ｔｏｎのハイレベル信号が周期Ｔで繰り返される、繰り返し信号である。信号Ｓ２もパルス幅ｔｏｎ、周期Ｔの繰り返し信号であり、信号Ｓ１に対して位相が１８０°ずれて出力される。ランプ電圧波形は、信号Ｓ１がハイレベルになると負から正に極性反転し、信号Ｓ２がハイレベルになると正から負に極性反転する。ここで、電流波形検出回路７１によって検出される電流波形信号は、第１、第２の電流経路を流れる電流に比例する信号である。
【００２８】
次に、第１ないし第３の実施形態の発明に係る放電ランプ装置における、希ガス蛍光ランプ４の点灯時および無負荷時における各部の電流波形について説明する。
図１１（ａ）は、第１ないし第３の実施形態の発明に係る放電ランプ装置における、希ガス蛍光ランプ４の点灯時におけるトランス３の２次側に流れる電流波形を示す図である。
図１１（ｂ）は、第１ないし第３の実施形態の発明に係る放電ランプ装置における、希ガス蛍光ランプ４の無負荷時におけるトランス３の２次側に流れる電流波形を示す図である。
【００２９】
図１２（ａ）は、第１の実施形態（または第２の実施形態）の発明に係る放電ランプ装置の、希ガス蛍光ランプ４の点灯時における、無負荷検知回路５の平均化回路５３（または無負荷検知回路６の平均化回路６２）に入力される入力信号の波形を示す図であり、周期Ｔで波形の時間平均を行うと、平均値はある一定以上の大きさを持つ。なお、ゼロ点をシフトしている場合は、シフトした大きさを差し引いて考える。
図１２（ｂ）は、第１の実施形態（または第２の実施形態）の発明に係る放電ランプ装置の無負荷時における、無負荷検知回路５の平均化回路５３（または無負荷検知回路６の平均化回路６２）に入力される入力信号の波形を示す図であり、無負荷時に流れる振動電流は、希ガス蛍光ランプ４の静電容量や浮遊容量を流れる振動電流である。直流成分は含まれていない。そのため、周期Ｔで波形の時間平均を行なうと、平均値は略０になる。なお、ゼロ点をシフトしている場合は、シフトした大きさを差し引いて考える。
【００３０】
図１３（ａ）は、第３の実施形態の発明に係る放電ランプ装置の、希ガス蛍光ランプ４の点灯時における、無負荷検知回路７の平均化回路７２に入力される入力信号の波形を示す図であり、周期Ｔで波形の時間平均を行うと、平均値はある一定以上の大きさを持つ。なお、
図１３（ｂ）は、第３の実施形態の発明に係る放電ランプ装置の無負荷時における、無負荷検知回路７の平均化回路７２に入力される入力信号の波形を示す図である。無負荷時に流れる振動電流は、希ガス蛍光ランプ４の静電容量や浮遊容量を流れる振動電流であり、直流成分は含まれていない。そのため、周期Ｔで波形の時間平均を行なうと、平均値は略０になる。
【００３１】
上記のごとく、第１の実施形態（または第２の実施形態）の発明に係る放電ランプ装置によれば、図１２（ａ）に示すように、点灯時の無負荷検知回路５の平均化回路５３（または無負荷検知回路６の平均化回路６２）の出力はある一定以上の大きさを持ち、一方、図１２（ｂ）に示すように、無負荷時の無負荷検知回路５の平均化回路５３（または無負荷時の無負荷検知回路６の平均化回路６２）の出力は略０になる。この平均化回路５（または平均化回路６）の出力を測定することにより、点灯状態にあるか、無負荷状態にあるかを知ることができる。点灯時と無負荷時における平均化回路５（または平均化回路６）の出力差は大きく、区別は容易であり、また、浮遊容量等の大きさが変化し、振動電流波形の周波数が変化しても、無負荷時の積分値は略０であり、不点灯検知の正確性に影響を及ぼさない。
【００３２】
また、上記のごとく、第３の実施形態の発明に係る放電ランプ装置によれば、図１３（ａ）に示すように、点灯時の無負荷検知回路７の平均化回路７２の出力はある一定以上の大きさを持ち、一方、図１３（ｂ）に示すように、無負荷時の無負荷検知回路７の平均化回路７２の出力は略０になる。この平均化回路７の出力を測定することにより、点灯状態にあるか、無負荷状態にあるかを知ることができる。点灯時と無負荷時における平均化回路７２の出力差は大きく、区別は容易であり、また、浮遊容量等の大きさが変化し、振動電流波形の周波数が変化しても、無負荷時の積分値は略０であり、不点灯検知の正確性に影響を及ぼさない。
【００３３】
図１４は、第１ないし第３の各実施形態の発明に係る放電ランプ装置の平均化回路における点灯時の時間平均値に対する無負荷時の時間平均値の相対値と、図１８に示した従来技術に係る放電ランプ装置の平均化回路における、点灯時の時間平均値に対する無負荷時の時間平均値の相対値と、を示した表である。
同図に示すように、各実施形態の発明に係る放電ランプ装置においては、何れも相対値は９％台であり、点灯時と無負荷時の差は９０％以上あるので、バラツキに対する許容範囲は大きい。また、浮遊容量の大きさが変化しても無負荷時の積分値の大きさに殆ど影響を及ぼさないので、点灯時と無負荷時の差が縮まることは無い。このことは、図１２（ａ）と図１２（ｂ）、または図１３（ａ）に示す平均化回路に入力される入力信号波形を対比観察することによっても明らかである。一方、従来技術に係る放電ランプ装置においては、相対値は６５．３％であり、点灯時と無負荷時の差は約３５％であるので、バラツキに対する許容範囲は小さい。また、浮遊容量等の大きさが変化すると、無負荷時の電流波形が変わり、積分値が変化するので、点灯時と無負荷時の差が縮まるおそれがある。このことは、図２０（ａ）と図２０（ｂ）に示す平均化回路に入力される入力信号波形を対比観察することによっても明らかである。
【００３４】
なお、第１ないし第３の実施形態においては、交流変換回路２をフルブリッジ方式で構成したが、これに限定されず、交流変換回路２をプッシュプル方式で構成してもよい。
図１５は、交流変換回路２をプッシュプル方式で構成し、無負荷検知回路が省略されて示されている放電ランプ装置の回路構成を示す図である。
同図において、ここでは、一方のスイッチング素子Ｑ１を第１のスイッチング素子とし、他方のスイッチング素子Ｑ２を第２のスイッチング素子とする。第１の電流経路は、第１のスイッチング素子Ｑ１がオンの時に電流が流れる経路であり、この電流は、直流電源１の高電位側から、トランス３、スイッチング素子Ｑ１、直流電源１の低電位側までを周回とする経路と、トランス３の２次側のＨＶ端子から、希ガス蛍光ランプ４、トランス３の２次側のＬＶ端子までを周回とする経路を流れる。第２の電流経路は、第２のスイッチング素子Ｑ２がオンの時に電流が流れる経路であり、この電流は、直流電源１の高電位側から、トランス３、スイッチング素子Ｑ２、直流電源１の低電位側までを周回とする経路と、トランス３の２次側のＬＶ端子から、希ガス蛍光ランプ４、トランス３の２次側のＨＶ端子までを周回とする経路を流れる。
【００３５】
また、交流変換回路２をハーフブリッジ方式で構成してもよい。
図１６は、交流変換回路２をハーフブリッジ方式で構成し、無負荷検知回路が省略されて示されている放電ランプ装置の回路構成を示す図である。
同図において、ここでは、一方のスイッチング素子Ｑ１を第１のスイッチング素子とし、他方のスイッチング素子Ｑ２を第２のスイッチング素子とする。第１の電流経路は、第１のスイッチング素子Ｑ１がオンの時に電流が流れる経路であり、この電流は、コンデンサＣ１の高電位側から、スイッチング素子Ｑ１、トランス３、コンデンサＣ１の低電位側までを周回とする経路と、トランス３の２次側のＨＶ端子から、希ガス蛍光ランプ４、トランス３の２次側のＬＶ端子までを周回とする経路を流れる。第２の電流経路は、第２のスイッチング素子Ｑ２がオンの時に電流が流れる経路であり、この電流は、コンデンサＣ２の高電位側から、トランス３の１次側、スイッチング素子Ｑ２、コンデンサＣ２の低電位側までを周回とする経路と、トランス３の２次側のＬＶ端子から、希ガス蛍光ランプ４、トランス３の２次側のＨＶ端子までを周回とする経路を流れる。
【００３６】
図１５および図１６において、第１の実施形態の放電ランプ装置における無負荷検知回路５に相当する無負荷検知回路が挿入される箇所は、第１の電流経路と第２の電流経路が重なり、かつ、第１のスイッチング素子がオンになって最初に流れる電流と、第２のスイッチング素子がオンになって最初に流れる電流の方向が互いに逆となる経路内であれば、どこに設けても良い。また、第２の実施形態の放電ランプ装置における無負荷検知回路６に相当する無負荷検知回路が挿入される箇所は、第１の電流経路と第２の電流経路で互いに重ならない経路内であればどこでも良い。さらに、第３の実施形態の放電ランプ装置における無負荷検知回路７に相当する無負荷検知回路が挿入される箇所は、第１の電流経路と第２の電流経路が重なり、かつ、第１のスイッチング素子がオンになって最初に流れる電流と、第２のスイッチング素子がオンになって最初に流れる電流の方向が互いに同じとなる経路内であれば、どこに設けても良い。
【００３７】
なお、本発明の放電ランプ装置は、希ガス蛍光ランプに代えて、エキシマランプにも適用可能である。
図１７は、エキシマランプの一例を示す概略断面図である。同図に示すように、このエキシマランプは、円筒外部放射型のもので、放電容器４６は石英ガラス等の誘電体で構成されている。放電容器４６は、円筒状をした外壁４６１と、その内側に筒軸を共通にした円筒状の内壁４６２と、この外壁４６１と内壁４６２とを両端で封止する封止壁４６３、４６４からなり、これらの各壁で囲まれた円筒状の領域が放電空間Ｓとなる。外壁４６１の表面に密着して網状の第１の電極４７が設けられ、内壁４６２の筒軸側の表面に密着してアルミニウム等からなる第２の電極４８が密着して設けられている。これらの第１、第２電極間には高周波電源８が接続される。高周波電源８により第１の電極４７と第２の電極４８との間に高周波電圧が印加されると、放電空間Ｓ内には誘電体バリア放電による直径０．０２〜０．２ｍｍ程度の多数のマイクロプラズマが発生する。これにより放電空間Ｓ内にエキシマが生成され、エキシマ光が放出される。このエキシマ光は、外壁４６１を透過し第１の電極４７の網目を通って外部に放射される。放電空間Ｓ内に封入される放電ガスとしては、希ガスまたは希ガスとハロゲンガスとの混合ガスが用いられるが、放電ガスの種類を変えることによって、それぞれ発光中心波長が異なるエキシマ光を放射させることができる。放電ガスとして、キセノン（Ｘｅ）、クリプトン（Ｋｒ）、アルゴン（Ａｒ）等の希ガスを用いた場合には、それぞれ１７２ｎｍ、１４６ｎｍ、１２６ｎｍの発光中心波長をもつエキシマ光を得ることができる。また、クリプトン（Ｋｒ）と塩素（Ｃｌ）ガスとの混合ガスを用いた場合には、発光中心波長が２２２ｎｍのエキシマ光が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】第１の実施形態の発明に係る放電ランプ装置の回路構成を示す図である。
【図２】図１に示した希ガス蛍光ランプ４の構成を示す図である。
【図３】希ガス蛍光ランプ４の等価回路を示す図である。
【図４】図１に示した無負荷検知回路５の具体的構成を示す回路図である。
【図５】図１に示した放電ランプ装置の回路動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図６】第２の実施形態の発明に係る放電ランプ装置の回路構成を示す図である。
【図７】図６に示した無負荷検知回路６の具体的構成を示す回路図である。
【図８】図６に示した放電ランプ装置の回路動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図９】第３の実施形態の発明に係る放電ランプ装置の回路構成を示す図である。
【図１０】図９に示した放電ランプ装置の回路動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１１】第１ないし第３の実施形態の発明に係る放電ランプ装置における、希ガス蛍光ランプ４の点灯時におけるトランス３の２次側に流れる電流波形、および希ガス蛍光ランプ４の無負荷時におけるトランス３の２次側に流れる電流波形を示す図である。
【図１２】第１（または第２）の実施形態の発明に係る放電ランプ装置における、希ガス蛍光ランプ４の点灯時および無負荷時における、無負荷検知回路５の平均化回路５３（または無負荷検知回路６の平均化回路６２）に入力される入力信号の電流波形を示す図である。
【図１３】第３の実施形態の発明に係る放電ランプ装置における、希ガス蛍光ランプ４の点灯時におよび無負荷時における、無負荷検知回路７の平均化回路７２に入力される入力信号の電流波形を示す図である。
【図１４】第１ないし第３の各実施形態の発明に係る放電ランプ装置および図１７に示した従来技術に係る放電ランプ装置の平均化回路における、点灯時の時間平均値に対する無負荷時の時間平均値の相対値を示した表である。
【図１５】交流変換回路２をプッシュプル方式で構成し、無負荷検知回路が省略されて示されている放電ランプ装置の回路構成を示す図である。
【図１６】交流変換回路２をハーフブリッジ方式で構成し、無負荷検知回路が省略されて示されている放電ランプ装置の回路構成を示す図である。
【図１７】エキシマランプの一例を示す概略断面図である。
【図１８】従来技術に係る放電ランプ装置の回路構成を示す図である。
【図１９】図１８に示した無負荷検知回路１０５の具体的構成を示す回路図である。
【図２０】図１８に示した放電ランプ装置における、希ガス蛍光ランプ１０４の点灯時における無負荷検知回路１０５の平均化回路１０８に入力される入力信号の電流波形、および希ガス蛍光ランプ１０４の無負荷時における無負荷検知回路１０５の平均化回路１０８に入力される入力信号の電流波形を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１ 直流電源
２ 交流変換回路
２１ スイッチング素子駆動回路
２２ ＲＳフリップフロップ
３ トランス
４ 希ガス蛍光ランプ
４１ ガラス管
４２ 蛍光物質
４３，４４ 外部電極
４５ 易始動部位
４６ 放電容器
４６１ 外壁
４６２ 内壁
４６３、４６４ 封止壁
４７ 第１の電極
４８ 第２の電極
５ 無負荷検知回路
５１ 電流波形検出回路
５２ スイッチ回路
５３ 平均化回路
５４ 比較回路
６ 無負荷検知回路
６１ 電流波形検出回路
６２ 平均化回路
６３ 比較回路
７ 無負荷検知回路
７１ 電流波形検出回路
７２ 平均化回路
７３ 比較回路
８ 高周波電源
Ｑ１１、Ｑ１２、Ｑ２１、Ｑ２２ スイッチング素子
Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ２１、Ｄ２２ ダイオード
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方または一方の組の第１のスイッチング素子と他方または他方の組の第２のスイッチング素子を交互にスイッチング動作させて直流電圧を交流電圧に変換させる交流変換回路と、該交流変換回路からの交流電圧を昇圧するトランスと、該トランスの２次側に接続された希ガス蛍光ランプを備えた放電ランプ装置において、
前記第１のスイッチング素子のオン期間を含み前記第２のスイッチング素子のオン期間を含まない前記交流電圧の略半周期間流れる電流を検出する手段と、前記検出された電流を平均化する平均化回路と、該平均化回路の出力値を基準値と比較する比較回路と、からなる無負荷検知回路を設けたことを特徴とする放電ランプ装置。
【請求項２】
一方または一方の組の第１のスイッチング素子と他方または他方の組の第２のスイッチング素子を交互にスイッチング動作させて直流電圧を交流電圧に変換させる交流変換回路と、該交流変換回路からの交流電圧を昇圧するトランスと、該トランスの２次側に接続された希ガス蛍光ランプを備えた放電ランプ装置において、
第１のスイッチング素子がオンの時に流れる第１の電流経路と第２のスイッチング素子がオンの時に流れる第２の電流経路とが重なると共に、前記第１の電流経路と前記第２の電流経路を流れる電流が互いに逆方向である電流経路に直列に接続された電流波形検出回路と、前記第１のスイッチング素子のオン期間を含み前記第２のスイッチング素子のオン期間を含まない前記交流電圧の略半周期間、前記電流波形検出回路で検出された電流波形信号を通過させるスイッチ回路と、該スイッチ回路を通過した電流波形信号を平均化する平均化回路と、該平均化回路の出力値を基準値と比較する比較回路と、からなる無負荷検知回路を設けたことを特徴とする放電ランプ装置。
【請求項３】
前記無負荷検知回路の電流波形検出回路を、前記トランスの２次側に接続したことを特徴とする請求項２に記載の放電ランプ装置。
【請求項４】
一方または一方の組の第１のスイッチング素子と他方または他方の組の第２のスイッチング素子を交互にスイッチング動作させて直流電圧を交流電圧に変換させる交流変換回路と、該交流変換回路からの交流電圧を昇圧するトランスと、該トランスの２次側に接続された希ガス蛍光ランプを備えた放電ランプ装置において、
第１のスイッチング素子がオンの時に流れる第１の電流経路と第２のスイッチング素子がオンの時に流れる第２の電流経路とが重ならない電流経路に直列に接続された電流波形検出回路と、前記電流波形検出回路で検出された電流波形信号を平均化する平均化回路と、該平均化回路の出力値を基準値と比較する比較回路と、からなる無負荷検知回路を設けたことを特徴とする放電ランプ装置。
【請求項５】
一方または一方の組の第１のスイッチング素子と他方または他方の組の第２のスイッチング素子を交互にスイッチング動作させて直流電圧を交流電圧に変換させる交流変換回路と、該交流変換回路からの交流電圧を昇圧するトランスと、該トランスの２次側に接続された希ガス蛍光ランプを備えた放電ランプ装置において、
第１のスイッチング素子がオンの時に流れる第１の電流経路と第２のスイッチング素子がオンの時に流れる第２の電流経路とが重なると共に、前記第１の電流経路と前記第２の電流経路を流れる電流が互いに同方向である電流経路に直列に接続された電流波形検出回路と、前記電流波形検出回路で検出された電流波形信号を平均化する平均化回路と、該平均化回路の出力値を基準値と比較する比較回路と、からなる無負荷検知回路を設けたことを特徴とする放電ランプ装置。
【請求項６】
前記希ガス蛍光ランプに代えて紫外線を照射するエキシマランプを用いたことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１つの請求項に記載の放電ランプ装置。
【請求項１】
一方または一方の組の第１のスイッチング素子と他方または他方の組の第２のスイッチング素子を交互にスイッチング動作させて直流電圧を交流電圧に変換させる交流変換回路と、該交流変換回路からの交流電圧を昇圧するトランスと、該トランスの２次側に接続された希ガス蛍光ランプを備えた放電ランプ装置において、
前記第１のスイッチング素子のオン期間を含み前記第２のスイッチング素子のオン期間を含まない前記交流電圧の略半周期間流れる電流を検出する手段と、前記検出された電流を平均化する平均化回路と、該平均化回路の出力値を基準値と比較する比較回路と、からなる無負荷検知回路を設けたことを特徴とする放電ランプ装置。
【請求項２】
一方または一方の組の第１のスイッチング素子と他方または他方の組の第２のスイッチング素子を交互にスイッチング動作させて直流電圧を交流電圧に変換させる交流変換回路と、該交流変換回路からの交流電圧を昇圧するトランスと、該トランスの２次側に接続された希ガス蛍光ランプを備えた放電ランプ装置において、
第１のスイッチング素子がオンの時に流れる第１の電流経路と第２のスイッチング素子がオンの時に流れる第２の電流経路とが重なると共に、前記第１の電流経路と前記第２の電流経路を流れる電流が互いに逆方向である電流経路に直列に接続された電流波形検出回路と、前記第１のスイッチング素子のオン期間を含み前記第２のスイッチング素子のオン期間を含まない前記交流電圧の略半周期間、前記電流波形検出回路で検出された電流波形信号を通過させるスイッチ回路と、該スイッチ回路を通過した電流波形信号を平均化する平均化回路と、該平均化回路の出力値を基準値と比較する比較回路と、からなる無負荷検知回路を設けたことを特徴とする放電ランプ装置。
【請求項３】
前記無負荷検知回路の電流波形検出回路を、前記トランスの２次側に接続したことを特徴とする請求項２に記載の放電ランプ装置。
【請求項４】
一方または一方の組の第１のスイッチング素子と他方または他方の組の第２のスイッチング素子を交互にスイッチング動作させて直流電圧を交流電圧に変換させる交流変換回路と、該交流変換回路からの交流電圧を昇圧するトランスと、該トランスの２次側に接続された希ガス蛍光ランプを備えた放電ランプ装置において、
第１のスイッチング素子がオンの時に流れる第１の電流経路と第２のスイッチング素子がオンの時に流れる第２の電流経路とが重ならない電流経路に直列に接続された電流波形検出回路と、前記電流波形検出回路で検出された電流波形信号を平均化する平均化回路と、該平均化回路の出力値を基準値と比較する比較回路と、からなる無負荷検知回路を設けたことを特徴とする放電ランプ装置。
【請求項５】
一方または一方の組の第１のスイッチング素子と他方または他方の組の第２のスイッチング素子を交互にスイッチング動作させて直流電圧を交流電圧に変換させる交流変換回路と、該交流変換回路からの交流電圧を昇圧するトランスと、該トランスの２次側に接続された希ガス蛍光ランプを備えた放電ランプ装置において、
第１のスイッチング素子がオンの時に流れる第１の電流経路と第２のスイッチング素子がオンの時に流れる第２の電流経路とが重なると共に、前記第１の電流経路と前記第２の電流経路を流れる電流が互いに同方向である電流経路に直列に接続された電流波形検出回路と、前記電流波形検出回路で検出された電流波形信号を平均化する平均化回路と、該平均化回路の出力値を基準値と比較する比較回路と、からなる無負荷検知回路を設けたことを特徴とする放電ランプ装置。
【請求項６】
前記希ガス蛍光ランプに代えて紫外線を照射するエキシマランプを用いたことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１つの請求項に記載の放電ランプ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２００９−２９５５５６（Ｐ２００９−２９５５５６Ａ）
【公開日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１５０９５４（Ｐ２００８−１５０９５４）
【出願日】平成２０年６月９日（２００８．６．９）
【出願人】（０００１０２２１２）ウシオ電機株式会社 (1,414)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月９日（２００８．６．９）
【出願人】（０００１０２２１２）ウシオ電機株式会社 (1,414)
【Ｆターム（参考）】
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