補助光源付き高圧放電灯用点灯装置の始動回路、該始動回路を用いた点灯装置並びに該点灯装置を用いた光源装置
【課題】点灯装置を小型化・低コスト化することのできる補助光源付き高圧放電灯用点灯装置の始動回路を提供する。
【解決手段】主点灯回路６０と、高圧放電灯１２および補助光源１４とを電気的に接続する一方の出力ライン７６においてダイオード８０を順方向に取り付け、ダイオード８０のカソード側にコンデンサ８６の一端を接続し、昇圧トランス８４の二次側巻線９０の一端をダイオード８０のアノード側に接続し、他端をコンデンサ８６の他端に接続し、昇圧トランス８４の一次側巻線８８、８９と協働して高周波電圧を発生させる高周波電圧発生回路８２を設けて始動回路６２を構成することにより、上記課題を解決できる。
【解決手段】主点灯回路６０と、高圧放電灯１２および補助光源１４とを電気的に接続する一方の出力ライン７６においてダイオード８０を順方向に取り付け、ダイオード８０のカソード側にコンデンサ８６の一端を接続し、昇圧トランス８４の二次側巻線９０の一端をダイオード８０のアノード側に接続し、他端をコンデンサ８６の他端に接続し、昇圧トランス８４の一次側巻線８８、８９と協働して高周波電圧を発生させる高周波電圧発生回路８２を設けて始動回路６２を構成することにより、上記課題を解決できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、補助光源付き高圧放電灯を安定して始動点灯させることができる補助光源付き高圧放電灯用点灯装置の始動回路、および該始動回路を用いた点灯装置、並びに該点灯装置を用いた光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶プロジェクタや露光装置等の光学装置に用いられる光源装置には、主として高圧放電灯が使用されている。近年、高圧放電灯には、最初の点灯時間(コールドスタート)の短縮および再点灯時間(ホットスタート)の短縮、並びに点灯始動に要する電圧の低減といった要請に応えるために補助光源が設けられている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
特許文献１に記載の光源装置１に設けられた補助光源３は、図９に示すように、放電によって励起されたときに紫外線を発生する物質Ｍ２が封入された放電空間７ａをその内部に有する放電容器７と、放電容器７を介して高圧放電灯２の一方の封止部５ｂに埋設された一方の金属箔６ｂに対向して配設された始動電極８とで構成されており、一方の金属箔６ｂおよび始動電極８の間に高周波の高電圧を印加するための導電ワイヤ９が始動電極８に電気的に接続されている。このように、両方の電極が放電空間７ａ外に配置されているものを無電極タイプという。
【０００４】
この光源装置１では、高圧放電灯２の点灯始動に際し、一方の金属箔６ｂおよび始動電極８の間に「高周波の高電圧」を印加する。すると、一方の金属箔６ｂおよび始動電極８の間で放電容器７の放電空間７ａを介して誘電体バリア放電が生じ、この誘電体バリア放電によって励起された放電空間７ａの物質Ｍ２が紫外線ＵＶを発生する。そして、この紫外線ＵＶが高圧放電灯２の発光部５ａ内に封入された発光物質Ｍ１を照射することによって当該発光物質Ｍ１がイオン化される。これにより主放電用電極６ａ間の放電が促進され、より低い印加電圧で高圧放電灯２が点灯始動する。
【０００５】
上述した「無電極タイプ」の補助光源を点灯するためには、補助光源に高周波で高い電圧を印加して容量結合で励起する必要があり、このような「高周波で高い電圧」を発生させる種々の高圧放電灯用点灯装置が開発されている（例えば、特許文献２）。
【０００６】
特許文献２の高圧放電灯用点灯装置１００は、図１０に示すように、高圧放電灯１０２に安定化電力を供給する給電回路１０４およびインバータ１０６が、一方の出力ライン１０８および他方の出力ライン１１０を介して高圧放電灯１０２に接続されており、一方の出力ライン１０８には、トランス１１２の二次側巻線１１４が取り付けられている。また、トランス１１２の一次側巻線１１６は、コンデンサ１１８と互いに並列に接続されて並列共振回路が構成されており、一次側巻線１１６およびコンデンサ１１８には、周期電圧印加手段１２０から所定の周波数の電圧が印加される。つまり、トランス１１２と、コンデンサ１１８と、周期電圧印加手段１２０とで高圧放電灯１０２の始動回路１２２が構成されている。
【０００７】
高圧放電灯１０２を始動する際には、周期電圧印加手段１２０から一次側巻線１１６およびコンデンサ１１８（すなわち、並列共振回路）に対して周期的な電圧が印加される。周期電圧印加手段１２０から印加される電圧の周波数に対し、当該並列共振回路の共振周波数が基本波共振もしくは高次共振の関係になるとき、並列共振回路に共振電流が流れ、一次側巻線１１６には高い電圧が発生する。一次側巻線１１６に生じた高い電圧により、二次側巻線１１４には、巻数比（一次側巻線１１６の巻数と二次側巻線１１４の巻数との比）に応じて昇圧されたより高い電圧が発生する。
【０００８】
この二次側巻線１１４に発生した高い電圧が給電回路１０４およびインバータ１０６からの出力電圧に重畳された上で高圧放電灯１０２に印加されることにより、高圧放電灯１０２に「高周波で高い電圧」を印加することができる。
【特許文献１】特開２００３−２０３６０５号公報
【特許文献２】特開２００７−１０９５１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところが、特許文献２の高圧放電灯用点灯装置１００には、以下のような問題があった。すなわち、高圧放電灯用点灯装置１００では、トランス１１２の二次側巻線１１４が出力ライン１０８に取り付けられており、この二次側巻線１１４には定常点灯時において高圧放電灯１０２の大きな定格電流が流れることになる。このため、トランス１１２には、大電流に耐えられるような二次側巻線１１４を有する大型で高価なものを使用しなければならず、その結果、高圧放電灯用点灯装置１００が大型化、高コスト化するという問題があった。
【００１０】
本発明は、このような従来技術の問題に鑑みて開発されたものであり、補助光源付き高圧放電灯を安定して始動点灯させることができるとともに、安価かつ小型のトランスを使用して点灯装置を小型化・低コスト化することのできる補助光源付き高圧放電灯用点灯装置の始動回路、該始動回路を用いた補助光源付き高圧放電灯用点灯装置並びに該補助光源付き高圧放電灯用点灯装置を用いた光源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】
請求項１に記載した発明は、「直流電圧を発生させる主点灯回路６０と、高圧放電灯１２および補助光源１４とを電気的に接続する一対の出力ライン７６，７８における一方の出力ライン７６において順方向に取り付けられたダイオード８０、
一端が前記ダイオード８０のカソード側に接続されたコンデンサ８６、
一次側巻線８８，８９と、一端が前記ダイオード８０のアノード側あるいは他方の前記出力ライン７８に接続され、他端が前記コンデンサ８６の他端に接続された二次側巻線９０とを有する昇圧トランス８４、および
前記一次側巻線８８，８９と協働して連続的な高周波電圧を発生させる高周波電圧発生回路８２を備えることを特徴とする補助光源付き高圧放電灯用点灯装置の始動回路６２」である。
【００１２】
この始動回路６２によれば、図１に示すように、直流点灯型の高圧放電灯１２の始動に際し、高周波電圧発生回路８２が動作して一次側巻線８８の両端に高周波電圧が発生し、当該高周波電圧は一次側巻線８８と二次側巻線９０との巻数比に応じて昇圧され、昇圧された高周波電圧ｖ１が二次側巻線９０の両端に生じる。この高周波電圧ｖ１は、図２に示すように、「高周波の高電圧（交流）」である。
【００１３】
二次側巻線９０に高周波電圧ｖ１が生じると、コンデンサ８６の両端には、ダイオード８０との整流作用により、高周波電圧ｖ１の正の半サイクルの領域をコンデンサ８６が充電して直流電圧ｖ２が生じる。
【００１４】
一方、昇圧トランス８４の二次側巻線９０は、その一端が、一方の出力ライン７６において順方向（主点灯回路６０から高圧放電灯１２に向かう電流、あるいは高圧放電灯１２から主点灯回路６０に戻る電流を通過させる方向。以下同じ。）に取り付けられたダイオード８０のアノード側に接続され、他端がコンデンサ８６を介してダイオード８０のカソード側に接続されている。このため、ダイオード８０の両端には、図３に示すような、二次側巻線９０に生じる高周波電圧ｖ１とコンデンサ８６に生じる直流電圧ｖ２との合成電圧ｖ３（直流＋交流）が生じる。ここで、高周波電圧ｖ１の正の半サイクルの電圧波高値と直流電圧ｖ２の電圧値とはほぼ等しい（＝６００Ｖ）ことから、合成電圧ｖ３は、正の領域内のみ（より厳密には、下限値＝０Ｖとなる）で変動する高周波電圧となる。
【００１５】
ダイオード８０の両端に合成電圧ｖ３が生じることにより、高圧放電灯１２および補助光源１４には、ダイオード８０の両端に生じる合成電圧ｖ３（＝始動用電圧ｖ３）と主点灯回路６０からの出力電圧ｖ０との合成電圧ｖ４（直流＋交流）が印加されることになる（図４参照）。
【００１６】
この合成電圧ｖ４は、直流である出力電圧ｖ０に対して高周波の合成電圧ｖ３を重畳させたものであるから、正の領域内で連続して変動する高周波成分を有する。このため、図５に示すような、片方の電極だけが封止容器４０内に配設された片電極タイプの補助光源１４（もちろん、上述した無電極タイプであってもよい）の内部電極４２と外部電極４４との間に容量結合を生じさせて補助光源１４を発光させることができる。
【００１７】
また、高圧放電灯１２の主放電用電極３４ａ，３４ｂ間には、上述した合成電圧ｖ４の高周波成分のみならず、直流成分ｖ４’も作用することになる。
【００１８】
このように、高いピーク電圧を有する合成電圧ｖ４の高周波成分とともに該合成電圧ｖ４の直流成分ｖ４’が高圧放電灯１２の主放電用電極３４ａ，３４ｂ間に印加され、さらに補助光源１４から放出された光Ｌに含まれる紫外線が高圧放電灯１２の発光管２６に封入された発光物質３０や主放電用電極３４を照らすことにより、主放電用電極３４ａ、ｂ間における絶縁破壊が容易に発生する。したがって、始動回路６２によれば、高圧放電灯１２の始動点灯を容易かつ安定的に行うことができる。
【００１９】
また、昇圧トランス８４の二次側巻線９０はコンデンサ８６に対して直列に接続されている。このため、主点灯回路６０からの直流電流は、定常点灯時において常にダイオード８０を通って高圧放電灯１２に供給され、昇圧トランス８４の二次側巻線９０やコンデンサ８６を通過しない。このため、二次側巻線９０を大電流に耐えられるようなものにする必要がなく、小型で安価な昇圧トランス８４を使用することができる。
【００２０】
加えて、上述した特許文献２の高圧放電灯用点灯装置１００では、トランス１１２の二次側巻線１１４に生じた高周波電圧が、そのまま給電回路１０４およびインバータ１０６からの出力電圧に重畳された上で高圧放電灯１０２に印加されるのに対し、本発明では、主点灯回路６０からの出力電圧ｖ０に、昇圧トランス８４の二次側巻線９０に生じた高周波電圧ｖ１と整流された直流電圧ｖ２との合成電圧ｖ３が重畳されて高圧放電灯１２や補助光源１４に印加されるので、高圧放電灯１２や補助光源１４に対する印加電圧が特許文献２の高圧放電灯用点灯装置１００よりも高くなり、高圧放電灯１２の始動特性をさらに改善することができる。
【００２１】
請求項２に記載の発明は、交流点灯型の高圧放電灯１２’用の始動回路６２’に関するものであり、「交流電圧を発生させる主点灯回路６０’と、高圧放電灯１２’および補助光源１４とを電気的に接続する一対の出力ライン７６，７８における一方の出力ライン７６において順方向に取り付けられたダイオード８０、
一端が前記ダイオード８０のカソード側に接続されたコンデンサ８６、
一次側巻線８８，８９と、一端が前記ダイオード８０のアノード側あるいは他方の前記出力ライン７８に接続され、他端が前記コンデンサ８６の他端に接続された二次側巻線９０とを有する昇圧トランス８４、
前記一次側巻線８８，８９と協働して連続的な高周波電圧を発生させる高周波電圧発生回路８２、および
前記高圧放電灯１２’が始動点灯した後、前記ダイオード８０の両端を短絡した状態を維持する短絡スイッチ９８を備える」ことを特徴とする。
【００２２】
この発明の構成は、請求項１とほぼ同じであるが、高圧放電灯１２’が始動点灯した後は、該高圧放電灯１２’に交流電流を供給するためにダイオード８０の両端を短絡する必要があることから、この発明では、ダイオード８０の両端を短絡した状態を維持する短絡スイッチ９８を備えている点が請求項１の発明と異なる。
【００２３】
請求項３に記載の発明は、「直流電圧を発生させる主点灯回路６０と、
請求項１に記載の始動回路６２とを備える補助光源付き高圧放電灯用点灯装置１６」である。
【００２４】
また、請求項４に記載の発明は、「交流電圧を発生させる主点灯回路６０’と、
請求項２に記載の始動回路６２’とを備える補助光源付き高圧放電灯用点灯装置１６’」である。
【００２５】
また、請求項５に記載の発明は、「高圧放電灯１２（１２’）と、補助光源１４と、請求項３または４に記載の点灯装置１６（１６’）とを備える光源装置１０（１０’）」である。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、昇圧トランスの二次側巻線に高圧放電灯の定格電流が流れないことから、小型で安価な昇圧トランスを使用して高圧放電灯用点灯装置を小型化、低コスト化することのできる補助光源付き高圧放電灯用点灯装置の始動回路、および該始動回路を用いた補助光源付き高圧放電灯用点灯装置、並びに該補助光源付き高圧放電灯用点灯装置を用いた光源装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明を図示実施例に従い、まず、直流点灯型の高圧放電灯１２を備える光源装置１０（第１の実施例）について説明し、その後、交流点灯型の高圧放電灯１２’を備える光源装置１０’（第２の実施例）に関し、主として直流型の光源装置１０との相違点について説明する。
【００２８】
（第１の実施例）
本発明を適用した光源装置１０は、図１に示すように、直流点灯型の高圧放電灯１２と、補助光源１４と、点灯装置１６とで構成されている。
【００２９】
高圧放電灯１２は、図５に示すように、封体容器２２と、一対の主放電用マウント２４とで構成されている。封体容器２２は、内部に空間を有する略球状の発光管２６と、発光管２６の両側から延びる封止部２８とで構成されており、熱膨張および熱収縮がほとんど発生しない石英ガラスで形成されている。
【００３０】
発光管２６は、その内部空間に不活性ガス（例えばアルゴンやキセノンガス）や、水銀蒸気などの発光物質３０、ハロゲンサイクルを生起させるハロゲン化物などが封入されており、当該空間において互いに離隔・対向して配設された主放電用電極３４ａ，３４ｂ（後述）間に印加して絶縁破壊による放電を生じさせることにより発光物質３０が励起されて発光する。
【００３１】
主放電用マウント２４は、モリブデンで形成された金属箔３２と、一端が発光管２６の空間内に配設され、他端が金属箔３２の一端に溶接等の手段によって取り付けられたタングステン製の主放電用電極３４ａ，３４ｂと、金属箔３２の他端にその一端が取り付けられ、他端が封止部２８の外部へ突出する外部リード棒３６とで構成されている。直流点灯型の高圧放電灯１２の場合、図示したように、陽極側の主放電用電極３４ａが陰極側の主放電用電極３４ｂに比べて大きく形成される。
【００３２】
なお、本実施例では、ダブルエンドの高圧放電灯１２を用いているが、シングルエンド型でもよい。また、後述する交流点灯型の高圧放電灯１２’では、一対の主放電用電極３４ｃ，３４ｄが互いに同じ大きさに形成されている。
【００３３】
補助光源１４は、封止容器４０と、内部電極４２と、外部電極４４とで構成された片電極タイプのものである。
【００３４】
封止容器４０は、発光物質４６が封入された内部空間４８を有する発光部４９と、発光部４９の一端に設けられた封止部５０とで構成されており、高圧放電灯１２の封体容器２２と同様に、熱膨張および熱収縮がほとんど発生しない石英ガラスで形成されている。
【００３５】
内部電極４２は、モリブデンで形成され、封止容器４０の封止部５０に埋設された金属箔５２と、一端が封止容器４０内に配設され、他端が金属箔５２の一端に取り付けられたタングステン製の補助光源用の電極５４と、補助光源用の金属箔５２の他端にその一端が取り付けられ、他端が補助光源用の封止部５０の外部へ突出する外部リード棒５６とで構成されている。なお、内部電極４２は、補助光源１４の小型化のため、全てモリブデンの金属箔で構成してもよい。
【００３６】
外部電極４４は、封止容器４０の発光部４９の外面側に配設された金属製の板材である。もちろん、ニッケル線などの導体を封止容器４０に巻き付けることによって外部電極４４を形成してもよい。
【００３７】
なお、高圧放電灯１２は、必要に応じてリフレクターに取り付けて使用される。リフレクター５８は、その中心に立設された高圧放電灯１２の発光管２６にて発生した光を前方へ反射させるために設けられる碗状部材である。
【００３８】
点灯装置１６は、図１に示すように、主点灯回路６０と始動回路６２とで構成されている。
【００３９】
主点灯回路６０は、交流電源６４（直流電源でもよい）からの電圧を受けて、高圧放電灯１２の電圧のばらつきや、経時的な電圧変化などを考慮し、高圧放電灯１２の主放電用電極３４ａ，３４ｂ間に安定な電力を供給するための回路であり、高圧放電灯１２の電圧および点灯電流に応じたパルス幅制御信号を出力するパルス幅制御回路６６と、パルス幅制御回路６６から出力されたパルス幅制御信号に基づいてスイッチング動作を行うＦＥＴスイッチング部６８と、ＦＥＴスイッチング部６８から出力されるスイッチングパルス電流を平滑化して安定的に高圧放電灯１２に供給するリアクトル７０および平滑コンデンサ７２と、高圧放電灯１２の点灯電流をセンス電圧として検出するセンス抵抗７４と、高圧放電灯１２および補助光源１４に電圧を印加するための出力ライン（プラス側出力ライン）７６および出力ライン（ゼロボルトライン）７８とを備えている。
【００４０】
始動回路６２は、高圧放電灯１２の点灯始動時において、主点灯回路６０からの出力電圧に、補助光源１４の内部電極４２と外部電極４４との間に容量結合を生じさせる「高周波で高い電圧」を重畳させ、これを高圧放電灯１２の主放電用電極３４ａ，３４ｂ間および補助光源１４の内部電極４２と外部電極４４との間に印加する回路であり、ダイオード８０と、高周波電圧発生回路８２と、昇圧トランス８４と、コンデンサ８６とで構成されている。
【００４１】
ダイオード８０は、主点灯回路６０のプラス側出力ライン７６において順方向（主点灯回路６０から高圧放電灯１２や補助光源１４に向かう電流を通過させる方向）に取り付けられている。
【００４２】
高周波電圧発生回路８２は、昇圧トランス８４の一次側巻線８８，８９（後述）と協働し、一次側巻線８８の両端に連続して高周波電圧を発生するための回路である。本実施例では、典型的なプッシュプルインバータ回路が用いられており、この高周波電圧発生回路８２は、３つのトランジスタＱ１〜Ｑ３と、２つの抵抗Ｒ１，Ｒ２と、１つのコンデンサＣ１とで構成されている。なお、高周波電圧発生回路８２は、このプッシュプルインバータ回路に限られることはなく、連続して高周波電圧を発生する回路であれば、他の回路を使用することもできる。
【００４３】
昇圧トランス８４は、一次側巻線８８，８９（一次側巻線８９を特に帰還巻線８９という）と、二次側巻線９０とを有しており、昇圧の度合いは一次側巻線８８と二次側巻線９０との巻数比によって設定される。
【００４４】
二次側巻線９０は、その一端がプラス側出力ライン７６におけるダイオード８０のアノード側に接続され、他端がプラス側出力ライン７６におけるダイオード８０のカソード側にコンデンサ８６を介して接続されている。
【００４５】
このような光源装置１０の高圧放電灯１２を点灯始動する手順について説明する。点灯装置１６のスイッチ（図示せず）をオンにすると、主点灯回路６０のＦＥＴスイッチング部６８にてパルス幅制御が行われる。ＦＥＴスイッチング部６８の出力は、リアクトル７０および平滑コンデンサ７２によって平滑化されてプラス側出力ライン７６へ出力電圧ｖ０が出力される。プラス側出力ライン７６の出力電圧ｖ０は、高圧放電灯１２の始動時において３００Ｖ程度であり、定常点灯時には、より低い電圧（例えば８０Ｖ、実際には、電圧のばらつきや変動があるので５０Ｖ〜１２０Ｖ）に低下し、ほぼ一定電圧となる。
【００４６】
主点灯回路６０からの出力は、高圧放電灯１２の定常点灯時には、高圧放電灯１２を通過してゼロボルトライン７８を流れ、センス抵抗７４に電圧を生成させる。パルス幅制御回路６６は、このセンス抵抗７４の電圧を検出して高圧放電灯１２に流れている点灯電流を検出するとともにプラス側出力ライン７６の電圧を検出し、高圧放電灯１２に供給される主点灯電力が一定となるようにＦＥＴスイッチング部６８を制御する。
【００４７】
高圧放電灯１２の定常点灯時は上述した通りであるが、高圧放電灯１２の点灯始動時は、以下のようになる。すなわち、高圧放電灯１２の始動に際しては、高周波電圧発生回路８２の端子Ｋ１に図示しない補助電源から例えば＋１２Ｖの電源を供給し、さらに図示しない始動ＯＮ／ＯＦＦ制御回路から端子Ｋ２にＯＮ信号を供給してトランジスタＱ３を導通させると、トランジスタＱ１，Ｑ２は、抵抗Ｒ１を介して順方向にバイアスされ、導通を開始するが、トランジスタＱ１とトランジスタＱ２との間の電流増幅率の僅かな差によって、例えばトランジスタＱ１が導通すると帰還巻線８９の正帰還作用によりトランジスタＱ１が完全に導通し、トランジスタＱ２は逆バイアスになることから非導通となる。
【００４８】
このとき、昇圧トランス８４の一次側巻線８８のインダクタンスとコンデンサＣ１とで並列共振が生じ、この並列共振による共振電圧が帰還巻線８９に帰還されることにより、トランジスタＱ１とトランジスタＱ２とは交互に導通、非導通を繰り返す。
【００４９】
この結果、一次側巻線８８の両端に高周波電圧が発生する。なお、一次側巻線８８の両端に発生する高周波電圧の発振周波数は一次側巻線８８のインダクタンスとコンデンサＣ１とによって決められる。
【００５０】
昇圧トランス８４の一次側巻線８８に高周波電圧が発生すると、当該高周波電圧は一次側巻線８８と二次側巻線９０との巻数比に応じて昇圧され、昇圧された高周波電圧ｖ１が二次側巻線９０に生じる。この高周波電圧ｖ１は、図２に示すように、高い周波数（１００ｋＨｚ）の高電圧（波高値６００Ｖ）である。
【００５１】
二次側巻線９０に高周波電圧ｖ１が生じると、コンデンサ８６の両端には、ダイオード８０との整流作用により、高周波電圧ｖ１の正の半サイクル領域を充電して直流電圧ｖ２（＝６００Ｖ）が発生する。
【００５２】
一方、昇圧トランス８４の二次側巻線９０は、その一端が、主点灯回路６０のプラス側出力ライン７６において順方向に取り付けられたダイオード８０のアノード側に接続され、他端がコンデンサ８６を介してダイオード８０のカソード側に接続されている。このため、ダイオード８０の両端には、図３に示すような、二次側巻線９０に生じる高周波電圧ｖ１とコンデンサ８６に印加される直流電圧ｖ２との合成電圧ｖ３が印加される。高周波電圧ｖ１の電圧波高値と直流電圧ｖ２の電圧値とはほぼ等しい（＝６００Ｖ）ので、合成電圧ｖ３は、正の領域内のみ（より厳密には、下限値＝０Ｖとなる）で変動する波形となる。
【００５３】
ダイオード８０に合成電圧ｖ３が印加されることにより、最終的に高圧放電灯１２および補助光源１４には、ダイオード８０に印加される合成電圧ｖ３と主点灯回路６０からの出力電圧ｖ０との合成電圧ｖ４が印加されることになる（図４参照）。
【００５４】
この合成電圧ｖ４は、直流電圧である出力電圧ｖ０に対してダイオード８０に印加される合成電圧ｖ３を重畳させたものであるから、正の領域内で連続して変動する高周波成分を有する。このため、図５に示すような、片電極タイプの補助光源１４（もちろん、無電極タイプであってもよい）の内部電極４２と外部電極４４との間に容量結合を生じさせて補助光源１４を発光させることができる。
【００５５】
実験によれば、周波数が１００ｋＨｚかつ波高値が６００Ｖ程度の電圧で片電極タイプの補助光源１４を容易に発光させることができた。このとき、ダイオード８０の両端には、１２００Ｖ（波高値＝６００Ｖ×２）が印加されることになるので、ダイオード８０には、一般的な大電流用（１０Ａ）のダイオード（耐電圧１５００Ｖ）を１つ用いるだけでよい。このため、始動回路６２を小型化、低コスト化することができ、さらに、ダイオードの順方向電圧に起因する電力ロスを極小化することができる。
【００５６】
また、高圧放電灯１２の主放電用電極３４ａ，３４ｂ間には、上述した合成電圧ｖ４の高周波成分のみならず、直流成分ｖ４’も作用することになる。
【００５７】
このように、高いピーク電圧を有する合成電圧ｖ４の高周波成分とともに該合成電圧ｖ４の直流成分ｖ４’が高圧放電灯１２の主放電用電極３４に印加され、さらに補助光源１４から放出された光Ｌに含まれる紫外線が高圧放電灯１２の発光管２６に封入された発光物質３０や主放電用電極３４ａ，３４ｂを照らすことにより、主放電用電極３４間における絶縁破壊が容易に発生する。したがって、始動回路６２によれば、高圧放電灯１２の始動点灯を容易かつ安定的に行うことができる。
【００５８】
このようにして高圧放電灯１２が点灯始動した後、グロー放電を経てアーク放電に移行する。初期のアーク放電の電圧は低く２０Ｖ程度である。そして、発光管２６内の水銀が蒸発してさらに定常点灯に移行すると、ランプ電圧は次第に上昇して所定の電圧（例えば８０Ｖ）まで回復し、その後ほぼ一定の電圧となると、図示しない始動ＯＮ／ＯＦＦ制御回路から高周波電圧発生回路８２の端子Ｋ２にＯＦＦ信号が入力され、始動回路６２は、その動作を停止する。
【００５９】
なお、上記実施例では、昇圧トランス８４の二次側巻線９０の一端がプラス側出力ライン７６におけるダイオード８０のアノード側に接続されているが、これに替えて、二次側巻線９０の一端をもう一方の出力ラインであるゼロボルトライン７８に接続してもよい（図６参照）。
【００６０】
また、図７に示すように、ダイオード８０をゼロボルトライン７８において順方向に取り付け、そして、昇圧トランス８４の二次側巻線９０の一端をゼロボルトライン７８におけるダイオード８０のアノード側に接続し、該二次側巻線９０の他端を、コンデンサ８６を介してゼロボルトライン７８におけるダイオード８０のカソード側に接続してもよい。
【００６１】
（第２の実施例）
第２の実施例の光源装置１０’は、交流点灯型の高圧放電灯１２’と、補助光源１４と、交流点灯用の点灯装置１６’とで構成されている。第１の実施例では、直流点灯型の高圧放電灯１２が用いられているのに対し、第２の実施例では、交流点灯型の高圧放電灯１２’が用いられている点で相違しており、この相違点に起因して点灯装置１６と点灯装置１６’との間に若干の相違が存在するだけである。そこで、以下では、共通部分は第１の実施例の説明を援用し、相違点に関する内容を中心に説明する。
【００６２】
交流点灯型の高圧放電灯１２’は、互いに同じ大きさに形成された一対の主放電用電極３４ｃ、３４ｄ（図示せず）が互いに同じ大きさに形成されている。
【００６３】
点灯装置１６’は、図８に示すように、主点灯回路６０’と始動回路６２’とで構成されている。
【００６４】
主点灯回路６０’は、パルス幅制御回路６６と、ＦＥＴスイッチング部６８と、リアクトル７０および平滑コンデンサ７２と、これらリアクトル７０および平滑コンデンサ７２で平滑化された安定的な直流出力を受け、これを交流に変換するインバータ９６と、センス抵抗７４と、高圧放電灯１２’および補助光源１４に電圧を印加するための出力ライン７６、７８とを備えている。
【００６５】
始動回路６２’は、ダイオード８０と、高周波電圧発生回路８２と、昇圧トランス８４と、コンデンサ８６と、短絡スイッチ９８とで構成されている。
【００６６】
短絡スイッチ９８は、その一端がダイオード８０のアノード側に接続され、他端がダイオード８０のカソード側に接続されており、高圧放電灯１２’が始動点灯した後、図示しない始動ＯＮ／ＯＦＦ制御回路からのＯＦＦ信号を受けてダイオード８０の両端を短絡させるスイッチであり、高圧放電灯１２’が定常点灯している間、この短絡した状態を維持する。
【００６７】
主点灯回路６０’からの出力電圧は交流電圧であるが、ダイオード８０が存在することから高圧放電灯１２’の点灯始動時における点灯装置１６’の作用は第１の実施例と同じである。
【００６８】
高圧放電灯１２’が点灯始動すると、図示しない始動ＯＮ／ＯＦＦ制御回路から高周波電圧発生回路８２の端子Ｋ２にＯＦＦ信号が入力され、始動回路６２は、その動作を停止する。また、短絡スイッチ９８にもＯＦＦ信号が入力され、短絡スイッチ９８がダイオード８０の両端を短絡することにより、主点灯回路６０からの交流出力が高圧放電灯１２’に供給される。その後、ランプ電圧は次第に上昇して定常点灯に移行し、所定の電圧（例えば８０Ｖ）で安定する。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明にかかる光源装置を示す概略図である。
【図２】主点灯回路からの出力電圧、昇圧トランスの二次側巻線の両端に生じる高周波電圧、およびコンデンサの両端に生じる直流電圧を示すグラフである。
【図３】ダイオードの両端に生じる合成電圧を示すグラフである。
【図４】主放電回路からの出力電圧に、ダイオードの両端に生じた合成電圧が重畳された合成電圧を示すグラフである。
【図５】本発明にかかる光源装置を示す概略図である。
【図６】本発明にかかる始動回路の他の実施例を示す概略図である。
【図７】本発明にかかる始動回路の他の実施例を示す概略図である。
【図８】本発明にかかる交流点灯用の点灯装置を有する光源装置を示す概略図である。
【図９】公知技術を示す図である。
【図１０】公知技術を示す図である。
【符号の説明】
【００７０】
１０…光源装置
１２…高圧放電灯
１４…補助光源
１６…点灯装置
２２…封体容器
２４…主放電用マウント
２６…発光管
２８…封止部
３０…発光物質
３２…金属箔
３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ…主放電用電極
３６…外部リード棒
４０…封止容器
４２…内部電極
４４…外部電極
４６…発光物質
４８…内部空間
４９…発光部
５０…封止部
５２…金属箔
５４…（内部電極用の）電極
５６…外部リード棒
５８…リフレクター
６０…主点灯回路
６２…始動回路
６４…交流電源
６６…パルス幅制御回路
６８…ＦＥＴスイッチング部
７０…リアクトル
７２…平滑コンデンサ
７４…センス抵抗
７６…出力ライン（プラス側出力ライン）
７８…出力ライン（ゼロボルトライン）
８０…ダイオード
８２…高周波電圧発生回路
８４…昇圧トランス
８６…コンデンサ
８８…一次側巻線
９０…二次側巻線
９６…インバータ
９８…短絡スイッチ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、補助光源付き高圧放電灯を安定して始動点灯させることができる補助光源付き高圧放電灯用点灯装置の始動回路、および該始動回路を用いた点灯装置、並びに該点灯装置を用いた光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶プロジェクタや露光装置等の光学装置に用いられる光源装置には、主として高圧放電灯が使用されている。近年、高圧放電灯には、最初の点灯時間(コールドスタート)の短縮および再点灯時間(ホットスタート)の短縮、並びに点灯始動に要する電圧の低減といった要請に応えるために補助光源が設けられている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
特許文献１に記載の光源装置１に設けられた補助光源３は、図９に示すように、放電によって励起されたときに紫外線を発生する物質Ｍ２が封入された放電空間７ａをその内部に有する放電容器７と、放電容器７を介して高圧放電灯２の一方の封止部５ｂに埋設された一方の金属箔６ｂに対向して配設された始動電極８とで構成されており、一方の金属箔６ｂおよび始動電極８の間に高周波の高電圧を印加するための導電ワイヤ９が始動電極８に電気的に接続されている。このように、両方の電極が放電空間７ａ外に配置されているものを無電極タイプという。
【０００４】
この光源装置１では、高圧放電灯２の点灯始動に際し、一方の金属箔６ｂおよび始動電極８の間に「高周波の高電圧」を印加する。すると、一方の金属箔６ｂおよび始動電極８の間で放電容器７の放電空間７ａを介して誘電体バリア放電が生じ、この誘電体バリア放電によって励起された放電空間７ａの物質Ｍ２が紫外線ＵＶを発生する。そして、この紫外線ＵＶが高圧放電灯２の発光部５ａ内に封入された発光物質Ｍ１を照射することによって当該発光物質Ｍ１がイオン化される。これにより主放電用電極６ａ間の放電が促進され、より低い印加電圧で高圧放電灯２が点灯始動する。
【０００５】
上述した「無電極タイプ」の補助光源を点灯するためには、補助光源に高周波で高い電圧を印加して容量結合で励起する必要があり、このような「高周波で高い電圧」を発生させる種々の高圧放電灯用点灯装置が開発されている（例えば、特許文献２）。
【０００６】
特許文献２の高圧放電灯用点灯装置１００は、図１０に示すように、高圧放電灯１０２に安定化電力を供給する給電回路１０４およびインバータ１０６が、一方の出力ライン１０８および他方の出力ライン１１０を介して高圧放電灯１０２に接続されており、一方の出力ライン１０８には、トランス１１２の二次側巻線１１４が取り付けられている。また、トランス１１２の一次側巻線１１６は、コンデンサ１１８と互いに並列に接続されて並列共振回路が構成されており、一次側巻線１１６およびコンデンサ１１８には、周期電圧印加手段１２０から所定の周波数の電圧が印加される。つまり、トランス１１２と、コンデンサ１１８と、周期電圧印加手段１２０とで高圧放電灯１０２の始動回路１２２が構成されている。
【０００７】
高圧放電灯１０２を始動する際には、周期電圧印加手段１２０から一次側巻線１１６およびコンデンサ１１８（すなわち、並列共振回路）に対して周期的な電圧が印加される。周期電圧印加手段１２０から印加される電圧の周波数に対し、当該並列共振回路の共振周波数が基本波共振もしくは高次共振の関係になるとき、並列共振回路に共振電流が流れ、一次側巻線１１６には高い電圧が発生する。一次側巻線１１６に生じた高い電圧により、二次側巻線１１４には、巻数比（一次側巻線１１６の巻数と二次側巻線１１４の巻数との比）に応じて昇圧されたより高い電圧が発生する。
【０００８】
この二次側巻線１１４に発生した高い電圧が給電回路１０４およびインバータ１０６からの出力電圧に重畳された上で高圧放電灯１０２に印加されることにより、高圧放電灯１０２に「高周波で高い電圧」を印加することができる。
【特許文献１】特開２００３−２０３６０５号公報
【特許文献２】特開２００７−１０９５１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところが、特許文献２の高圧放電灯用点灯装置１００には、以下のような問題があった。すなわち、高圧放電灯用点灯装置１００では、トランス１１２の二次側巻線１１４が出力ライン１０８に取り付けられており、この二次側巻線１１４には定常点灯時において高圧放電灯１０２の大きな定格電流が流れることになる。このため、トランス１１２には、大電流に耐えられるような二次側巻線１１４を有する大型で高価なものを使用しなければならず、その結果、高圧放電灯用点灯装置１００が大型化、高コスト化するという問題があった。
【００１０】
本発明は、このような従来技術の問題に鑑みて開発されたものであり、補助光源付き高圧放電灯を安定して始動点灯させることができるとともに、安価かつ小型のトランスを使用して点灯装置を小型化・低コスト化することのできる補助光源付き高圧放電灯用点灯装置の始動回路、該始動回路を用いた補助光源付き高圧放電灯用点灯装置並びに該補助光源付き高圧放電灯用点灯装置を用いた光源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】
請求項１に記載した発明は、「直流電圧を発生させる主点灯回路６０と、高圧放電灯１２および補助光源１４とを電気的に接続する一対の出力ライン７６，７８における一方の出力ライン７６において順方向に取り付けられたダイオード８０、
一端が前記ダイオード８０のカソード側に接続されたコンデンサ８６、
一次側巻線８８，８９と、一端が前記ダイオード８０のアノード側あるいは他方の前記出力ライン７８に接続され、他端が前記コンデンサ８６の他端に接続された二次側巻線９０とを有する昇圧トランス８４、および
前記一次側巻線８８，８９と協働して連続的な高周波電圧を発生させる高周波電圧発生回路８２を備えることを特徴とする補助光源付き高圧放電灯用点灯装置の始動回路６２」である。
【００１２】
この始動回路６２によれば、図１に示すように、直流点灯型の高圧放電灯１２の始動に際し、高周波電圧発生回路８２が動作して一次側巻線８８の両端に高周波電圧が発生し、当該高周波電圧は一次側巻線８８と二次側巻線９０との巻数比に応じて昇圧され、昇圧された高周波電圧ｖ１が二次側巻線９０の両端に生じる。この高周波電圧ｖ１は、図２に示すように、「高周波の高電圧（交流）」である。
【００１３】
二次側巻線９０に高周波電圧ｖ１が生じると、コンデンサ８６の両端には、ダイオード８０との整流作用により、高周波電圧ｖ１の正の半サイクルの領域をコンデンサ８６が充電して直流電圧ｖ２が生じる。
【００１４】
一方、昇圧トランス８４の二次側巻線９０は、その一端が、一方の出力ライン７６において順方向（主点灯回路６０から高圧放電灯１２に向かう電流、あるいは高圧放電灯１２から主点灯回路６０に戻る電流を通過させる方向。以下同じ。）に取り付けられたダイオード８０のアノード側に接続され、他端がコンデンサ８６を介してダイオード８０のカソード側に接続されている。このため、ダイオード８０の両端には、図３に示すような、二次側巻線９０に生じる高周波電圧ｖ１とコンデンサ８６に生じる直流電圧ｖ２との合成電圧ｖ３（直流＋交流）が生じる。ここで、高周波電圧ｖ１の正の半サイクルの電圧波高値と直流電圧ｖ２の電圧値とはほぼ等しい（＝６００Ｖ）ことから、合成電圧ｖ３は、正の領域内のみ（より厳密には、下限値＝０Ｖとなる）で変動する高周波電圧となる。
【００１５】
ダイオード８０の両端に合成電圧ｖ３が生じることにより、高圧放電灯１２および補助光源１４には、ダイオード８０の両端に生じる合成電圧ｖ３（＝始動用電圧ｖ３）と主点灯回路６０からの出力電圧ｖ０との合成電圧ｖ４（直流＋交流）が印加されることになる（図４参照）。
【００１６】
この合成電圧ｖ４は、直流である出力電圧ｖ０に対して高周波の合成電圧ｖ３を重畳させたものであるから、正の領域内で連続して変動する高周波成分を有する。このため、図５に示すような、片方の電極だけが封止容器４０内に配設された片電極タイプの補助光源１４（もちろん、上述した無電極タイプであってもよい）の内部電極４２と外部電極４４との間に容量結合を生じさせて補助光源１４を発光させることができる。
【００１７】
また、高圧放電灯１２の主放電用電極３４ａ，３４ｂ間には、上述した合成電圧ｖ４の高周波成分のみならず、直流成分ｖ４’も作用することになる。
【００１８】
このように、高いピーク電圧を有する合成電圧ｖ４の高周波成分とともに該合成電圧ｖ４の直流成分ｖ４’が高圧放電灯１２の主放電用電極３４ａ，３４ｂ間に印加され、さらに補助光源１４から放出された光Ｌに含まれる紫外線が高圧放電灯１２の発光管２６に封入された発光物質３０や主放電用電極３４を照らすことにより、主放電用電極３４ａ、ｂ間における絶縁破壊が容易に発生する。したがって、始動回路６２によれば、高圧放電灯１２の始動点灯を容易かつ安定的に行うことができる。
【００１９】
また、昇圧トランス８４の二次側巻線９０はコンデンサ８６に対して直列に接続されている。このため、主点灯回路６０からの直流電流は、定常点灯時において常にダイオード８０を通って高圧放電灯１２に供給され、昇圧トランス８４の二次側巻線９０やコンデンサ８６を通過しない。このため、二次側巻線９０を大電流に耐えられるようなものにする必要がなく、小型で安価な昇圧トランス８４を使用することができる。
【００２０】
加えて、上述した特許文献２の高圧放電灯用点灯装置１００では、トランス１１２の二次側巻線１１４に生じた高周波電圧が、そのまま給電回路１０４およびインバータ１０６からの出力電圧に重畳された上で高圧放電灯１０２に印加されるのに対し、本発明では、主点灯回路６０からの出力電圧ｖ０に、昇圧トランス８４の二次側巻線９０に生じた高周波電圧ｖ１と整流された直流電圧ｖ２との合成電圧ｖ３が重畳されて高圧放電灯１２や補助光源１４に印加されるので、高圧放電灯１２や補助光源１４に対する印加電圧が特許文献２の高圧放電灯用点灯装置１００よりも高くなり、高圧放電灯１２の始動特性をさらに改善することができる。
【００２１】
請求項２に記載の発明は、交流点灯型の高圧放電灯１２’用の始動回路６２’に関するものであり、「交流電圧を発生させる主点灯回路６０’と、高圧放電灯１２’および補助光源１４とを電気的に接続する一対の出力ライン７６，７８における一方の出力ライン７６において順方向に取り付けられたダイオード８０、
一端が前記ダイオード８０のカソード側に接続されたコンデンサ８６、
一次側巻線８８，８９と、一端が前記ダイオード８０のアノード側あるいは他方の前記出力ライン７８に接続され、他端が前記コンデンサ８６の他端に接続された二次側巻線９０とを有する昇圧トランス８４、
前記一次側巻線８８，８９と協働して連続的な高周波電圧を発生させる高周波電圧発生回路８２、および
前記高圧放電灯１２’が始動点灯した後、前記ダイオード８０の両端を短絡した状態を維持する短絡スイッチ９８を備える」ことを特徴とする。
【００２２】
この発明の構成は、請求項１とほぼ同じであるが、高圧放電灯１２’が始動点灯した後は、該高圧放電灯１２’に交流電流を供給するためにダイオード８０の両端を短絡する必要があることから、この発明では、ダイオード８０の両端を短絡した状態を維持する短絡スイッチ９８を備えている点が請求項１の発明と異なる。
【００２３】
請求項３に記載の発明は、「直流電圧を発生させる主点灯回路６０と、
請求項１に記載の始動回路６２とを備える補助光源付き高圧放電灯用点灯装置１６」である。
【００２４】
また、請求項４に記載の発明は、「交流電圧を発生させる主点灯回路６０’と、
請求項２に記載の始動回路６２’とを備える補助光源付き高圧放電灯用点灯装置１６’」である。
【００２５】
また、請求項５に記載の発明は、「高圧放電灯１２（１２’）と、補助光源１４と、請求項３または４に記載の点灯装置１６（１６’）とを備える光源装置１０（１０’）」である。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、昇圧トランスの二次側巻線に高圧放電灯の定格電流が流れないことから、小型で安価な昇圧トランスを使用して高圧放電灯用点灯装置を小型化、低コスト化することのできる補助光源付き高圧放電灯用点灯装置の始動回路、および該始動回路を用いた補助光源付き高圧放電灯用点灯装置、並びに該補助光源付き高圧放電灯用点灯装置を用いた光源装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明を図示実施例に従い、まず、直流点灯型の高圧放電灯１２を備える光源装置１０（第１の実施例）について説明し、その後、交流点灯型の高圧放電灯１２’を備える光源装置１０’（第２の実施例）に関し、主として直流型の光源装置１０との相違点について説明する。
【００２８】
（第１の実施例）
本発明を適用した光源装置１０は、図１に示すように、直流点灯型の高圧放電灯１２と、補助光源１４と、点灯装置１６とで構成されている。
【００２９】
高圧放電灯１２は、図５に示すように、封体容器２２と、一対の主放電用マウント２４とで構成されている。封体容器２２は、内部に空間を有する略球状の発光管２６と、発光管２６の両側から延びる封止部２８とで構成されており、熱膨張および熱収縮がほとんど発生しない石英ガラスで形成されている。
【００３０】
発光管２６は、その内部空間に不活性ガス（例えばアルゴンやキセノンガス）や、水銀蒸気などの発光物質３０、ハロゲンサイクルを生起させるハロゲン化物などが封入されており、当該空間において互いに離隔・対向して配設された主放電用電極３４ａ，３４ｂ（後述）間に印加して絶縁破壊による放電を生じさせることにより発光物質３０が励起されて発光する。
【００３１】
主放電用マウント２４は、モリブデンで形成された金属箔３２と、一端が発光管２６の空間内に配設され、他端が金属箔３２の一端に溶接等の手段によって取り付けられたタングステン製の主放電用電極３４ａ，３４ｂと、金属箔３２の他端にその一端が取り付けられ、他端が封止部２８の外部へ突出する外部リード棒３６とで構成されている。直流点灯型の高圧放電灯１２の場合、図示したように、陽極側の主放電用電極３４ａが陰極側の主放電用電極３４ｂに比べて大きく形成される。
【００３２】
なお、本実施例では、ダブルエンドの高圧放電灯１２を用いているが、シングルエンド型でもよい。また、後述する交流点灯型の高圧放電灯１２’では、一対の主放電用電極３４ｃ，３４ｄが互いに同じ大きさに形成されている。
【００３３】
補助光源１４は、封止容器４０と、内部電極４２と、外部電極４４とで構成された片電極タイプのものである。
【００３４】
封止容器４０は、発光物質４６が封入された内部空間４８を有する発光部４９と、発光部４９の一端に設けられた封止部５０とで構成されており、高圧放電灯１２の封体容器２２と同様に、熱膨張および熱収縮がほとんど発生しない石英ガラスで形成されている。
【００３５】
内部電極４２は、モリブデンで形成され、封止容器４０の封止部５０に埋設された金属箔５２と、一端が封止容器４０内に配設され、他端が金属箔５２の一端に取り付けられたタングステン製の補助光源用の電極５４と、補助光源用の金属箔５２の他端にその一端が取り付けられ、他端が補助光源用の封止部５０の外部へ突出する外部リード棒５６とで構成されている。なお、内部電極４２は、補助光源１４の小型化のため、全てモリブデンの金属箔で構成してもよい。
【００３６】
外部電極４４は、封止容器４０の発光部４９の外面側に配設された金属製の板材である。もちろん、ニッケル線などの導体を封止容器４０に巻き付けることによって外部電極４４を形成してもよい。
【００３７】
なお、高圧放電灯１２は、必要に応じてリフレクターに取り付けて使用される。リフレクター５８は、その中心に立設された高圧放電灯１２の発光管２６にて発生した光を前方へ反射させるために設けられる碗状部材である。
【００３８】
点灯装置１６は、図１に示すように、主点灯回路６０と始動回路６２とで構成されている。
【００３９】
主点灯回路６０は、交流電源６４（直流電源でもよい）からの電圧を受けて、高圧放電灯１２の電圧のばらつきや、経時的な電圧変化などを考慮し、高圧放電灯１２の主放電用電極３４ａ，３４ｂ間に安定な電力を供給するための回路であり、高圧放電灯１２の電圧および点灯電流に応じたパルス幅制御信号を出力するパルス幅制御回路６６と、パルス幅制御回路６６から出力されたパルス幅制御信号に基づいてスイッチング動作を行うＦＥＴスイッチング部６８と、ＦＥＴスイッチング部６８から出力されるスイッチングパルス電流を平滑化して安定的に高圧放電灯１２に供給するリアクトル７０および平滑コンデンサ７２と、高圧放電灯１２の点灯電流をセンス電圧として検出するセンス抵抗７４と、高圧放電灯１２および補助光源１４に電圧を印加するための出力ライン（プラス側出力ライン）７６および出力ライン（ゼロボルトライン）７８とを備えている。
【００４０】
始動回路６２は、高圧放電灯１２の点灯始動時において、主点灯回路６０からの出力電圧に、補助光源１４の内部電極４２と外部電極４４との間に容量結合を生じさせる「高周波で高い電圧」を重畳させ、これを高圧放電灯１２の主放電用電極３４ａ，３４ｂ間および補助光源１４の内部電極４２と外部電極４４との間に印加する回路であり、ダイオード８０と、高周波電圧発生回路８２と、昇圧トランス８４と、コンデンサ８６とで構成されている。
【００４１】
ダイオード８０は、主点灯回路６０のプラス側出力ライン７６において順方向（主点灯回路６０から高圧放電灯１２や補助光源１４に向かう電流を通過させる方向）に取り付けられている。
【００４２】
高周波電圧発生回路８２は、昇圧トランス８４の一次側巻線８８，８９（後述）と協働し、一次側巻線８８の両端に連続して高周波電圧を発生するための回路である。本実施例では、典型的なプッシュプルインバータ回路が用いられており、この高周波電圧発生回路８２は、３つのトランジスタＱ１〜Ｑ３と、２つの抵抗Ｒ１，Ｒ２と、１つのコンデンサＣ１とで構成されている。なお、高周波電圧発生回路８２は、このプッシュプルインバータ回路に限られることはなく、連続して高周波電圧を発生する回路であれば、他の回路を使用することもできる。
【００４３】
昇圧トランス８４は、一次側巻線８８，８９（一次側巻線８９を特に帰還巻線８９という）と、二次側巻線９０とを有しており、昇圧の度合いは一次側巻線８８と二次側巻線９０との巻数比によって設定される。
【００４４】
二次側巻線９０は、その一端がプラス側出力ライン７６におけるダイオード８０のアノード側に接続され、他端がプラス側出力ライン７６におけるダイオード８０のカソード側にコンデンサ８６を介して接続されている。
【００４５】
このような光源装置１０の高圧放電灯１２を点灯始動する手順について説明する。点灯装置１６のスイッチ（図示せず）をオンにすると、主点灯回路６０のＦＥＴスイッチング部６８にてパルス幅制御が行われる。ＦＥＴスイッチング部６８の出力は、リアクトル７０および平滑コンデンサ７２によって平滑化されてプラス側出力ライン７６へ出力電圧ｖ０が出力される。プラス側出力ライン７６の出力電圧ｖ０は、高圧放電灯１２の始動時において３００Ｖ程度であり、定常点灯時には、より低い電圧（例えば８０Ｖ、実際には、電圧のばらつきや変動があるので５０Ｖ〜１２０Ｖ）に低下し、ほぼ一定電圧となる。
【００４６】
主点灯回路６０からの出力は、高圧放電灯１２の定常点灯時には、高圧放電灯１２を通過してゼロボルトライン７８を流れ、センス抵抗７４に電圧を生成させる。パルス幅制御回路６６は、このセンス抵抗７４の電圧を検出して高圧放電灯１２に流れている点灯電流を検出するとともにプラス側出力ライン７６の電圧を検出し、高圧放電灯１２に供給される主点灯電力が一定となるようにＦＥＴスイッチング部６８を制御する。
【００４７】
高圧放電灯１２の定常点灯時は上述した通りであるが、高圧放電灯１２の点灯始動時は、以下のようになる。すなわち、高圧放電灯１２の始動に際しては、高周波電圧発生回路８２の端子Ｋ１に図示しない補助電源から例えば＋１２Ｖの電源を供給し、さらに図示しない始動ＯＮ／ＯＦＦ制御回路から端子Ｋ２にＯＮ信号を供給してトランジスタＱ３を導通させると、トランジスタＱ１，Ｑ２は、抵抗Ｒ１を介して順方向にバイアスされ、導通を開始するが、トランジスタＱ１とトランジスタＱ２との間の電流増幅率の僅かな差によって、例えばトランジスタＱ１が導通すると帰還巻線８９の正帰還作用によりトランジスタＱ１が完全に導通し、トランジスタＱ２は逆バイアスになることから非導通となる。
【００４８】
このとき、昇圧トランス８４の一次側巻線８８のインダクタンスとコンデンサＣ１とで並列共振が生じ、この並列共振による共振電圧が帰還巻線８９に帰還されることにより、トランジスタＱ１とトランジスタＱ２とは交互に導通、非導通を繰り返す。
【００４９】
この結果、一次側巻線８８の両端に高周波電圧が発生する。なお、一次側巻線８８の両端に発生する高周波電圧の発振周波数は一次側巻線８８のインダクタンスとコンデンサＣ１とによって決められる。
【００５０】
昇圧トランス８４の一次側巻線８８に高周波電圧が発生すると、当該高周波電圧は一次側巻線８８と二次側巻線９０との巻数比に応じて昇圧され、昇圧された高周波電圧ｖ１が二次側巻線９０に生じる。この高周波電圧ｖ１は、図２に示すように、高い周波数（１００ｋＨｚ）の高電圧（波高値６００Ｖ）である。
【００５１】
二次側巻線９０に高周波電圧ｖ１が生じると、コンデンサ８６の両端には、ダイオード８０との整流作用により、高周波電圧ｖ１の正の半サイクル領域を充電して直流電圧ｖ２（＝６００Ｖ）が発生する。
【００５２】
一方、昇圧トランス８４の二次側巻線９０は、その一端が、主点灯回路６０のプラス側出力ライン７６において順方向に取り付けられたダイオード８０のアノード側に接続され、他端がコンデンサ８６を介してダイオード８０のカソード側に接続されている。このため、ダイオード８０の両端には、図３に示すような、二次側巻線９０に生じる高周波電圧ｖ１とコンデンサ８６に印加される直流電圧ｖ２との合成電圧ｖ３が印加される。高周波電圧ｖ１の電圧波高値と直流電圧ｖ２の電圧値とはほぼ等しい（＝６００Ｖ）ので、合成電圧ｖ３は、正の領域内のみ（より厳密には、下限値＝０Ｖとなる）で変動する波形となる。
【００５３】
ダイオード８０に合成電圧ｖ３が印加されることにより、最終的に高圧放電灯１２および補助光源１４には、ダイオード８０に印加される合成電圧ｖ３と主点灯回路６０からの出力電圧ｖ０との合成電圧ｖ４が印加されることになる（図４参照）。
【００５４】
この合成電圧ｖ４は、直流電圧である出力電圧ｖ０に対してダイオード８０に印加される合成電圧ｖ３を重畳させたものであるから、正の領域内で連続して変動する高周波成分を有する。このため、図５に示すような、片電極タイプの補助光源１４（もちろん、無電極タイプであってもよい）の内部電極４２と外部電極４４との間に容量結合を生じさせて補助光源１４を発光させることができる。
【００５５】
実験によれば、周波数が１００ｋＨｚかつ波高値が６００Ｖ程度の電圧で片電極タイプの補助光源１４を容易に発光させることができた。このとき、ダイオード８０の両端には、１２００Ｖ（波高値＝６００Ｖ×２）が印加されることになるので、ダイオード８０には、一般的な大電流用（１０Ａ）のダイオード（耐電圧１５００Ｖ）を１つ用いるだけでよい。このため、始動回路６２を小型化、低コスト化することができ、さらに、ダイオードの順方向電圧に起因する電力ロスを極小化することができる。
【００５６】
また、高圧放電灯１２の主放電用電極３４ａ，３４ｂ間には、上述した合成電圧ｖ４の高周波成分のみならず、直流成分ｖ４’も作用することになる。
【００５７】
このように、高いピーク電圧を有する合成電圧ｖ４の高周波成分とともに該合成電圧ｖ４の直流成分ｖ４’が高圧放電灯１２の主放電用電極３４に印加され、さらに補助光源１４から放出された光Ｌに含まれる紫外線が高圧放電灯１２の発光管２６に封入された発光物質３０や主放電用電極３４ａ，３４ｂを照らすことにより、主放電用電極３４間における絶縁破壊が容易に発生する。したがって、始動回路６２によれば、高圧放電灯１２の始動点灯を容易かつ安定的に行うことができる。
【００５８】
このようにして高圧放電灯１２が点灯始動した後、グロー放電を経てアーク放電に移行する。初期のアーク放電の電圧は低く２０Ｖ程度である。そして、発光管２６内の水銀が蒸発してさらに定常点灯に移行すると、ランプ電圧は次第に上昇して所定の電圧（例えば８０Ｖ）まで回復し、その後ほぼ一定の電圧となると、図示しない始動ＯＮ／ＯＦＦ制御回路から高周波電圧発生回路８２の端子Ｋ２にＯＦＦ信号が入力され、始動回路６２は、その動作を停止する。
【００５９】
なお、上記実施例では、昇圧トランス８４の二次側巻線９０の一端がプラス側出力ライン７６におけるダイオード８０のアノード側に接続されているが、これに替えて、二次側巻線９０の一端をもう一方の出力ラインであるゼロボルトライン７８に接続してもよい（図６参照）。
【００６０】
また、図７に示すように、ダイオード８０をゼロボルトライン７８において順方向に取り付け、そして、昇圧トランス８４の二次側巻線９０の一端をゼロボルトライン７８におけるダイオード８０のアノード側に接続し、該二次側巻線９０の他端を、コンデンサ８６を介してゼロボルトライン７８におけるダイオード８０のカソード側に接続してもよい。
【００６１】
（第２の実施例）
第２の実施例の光源装置１０’は、交流点灯型の高圧放電灯１２’と、補助光源１４と、交流点灯用の点灯装置１６’とで構成されている。第１の実施例では、直流点灯型の高圧放電灯１２が用いられているのに対し、第２の実施例では、交流点灯型の高圧放電灯１２’が用いられている点で相違しており、この相違点に起因して点灯装置１６と点灯装置１６’との間に若干の相違が存在するだけである。そこで、以下では、共通部分は第１の実施例の説明を援用し、相違点に関する内容を中心に説明する。
【００６２】
交流点灯型の高圧放電灯１２’は、互いに同じ大きさに形成された一対の主放電用電極３４ｃ、３４ｄ（図示せず）が互いに同じ大きさに形成されている。
【００６３】
点灯装置１６’は、図８に示すように、主点灯回路６０’と始動回路６２’とで構成されている。
【００６４】
主点灯回路６０’は、パルス幅制御回路６６と、ＦＥＴスイッチング部６８と、リアクトル７０および平滑コンデンサ７２と、これらリアクトル７０および平滑コンデンサ７２で平滑化された安定的な直流出力を受け、これを交流に変換するインバータ９６と、センス抵抗７４と、高圧放電灯１２’および補助光源１４に電圧を印加するための出力ライン７６、７８とを備えている。
【００６５】
始動回路６２’は、ダイオード８０と、高周波電圧発生回路８２と、昇圧トランス８４と、コンデンサ８６と、短絡スイッチ９８とで構成されている。
【００６６】
短絡スイッチ９８は、その一端がダイオード８０のアノード側に接続され、他端がダイオード８０のカソード側に接続されており、高圧放電灯１２’が始動点灯した後、図示しない始動ＯＮ／ＯＦＦ制御回路からのＯＦＦ信号を受けてダイオード８０の両端を短絡させるスイッチであり、高圧放電灯１２’が定常点灯している間、この短絡した状態を維持する。
【００６７】
主点灯回路６０’からの出力電圧は交流電圧であるが、ダイオード８０が存在することから高圧放電灯１２’の点灯始動時における点灯装置１６’の作用は第１の実施例と同じである。
【００６８】
高圧放電灯１２’が点灯始動すると、図示しない始動ＯＮ／ＯＦＦ制御回路から高周波電圧発生回路８２の端子Ｋ２にＯＦＦ信号が入力され、始動回路６２は、その動作を停止する。また、短絡スイッチ９８にもＯＦＦ信号が入力され、短絡スイッチ９８がダイオード８０の両端を短絡することにより、主点灯回路６０からの交流出力が高圧放電灯１２’に供給される。その後、ランプ電圧は次第に上昇して定常点灯に移行し、所定の電圧（例えば８０Ｖ）で安定する。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明にかかる光源装置を示す概略図である。
【図２】主点灯回路からの出力電圧、昇圧トランスの二次側巻線の両端に生じる高周波電圧、およびコンデンサの両端に生じる直流電圧を示すグラフである。
【図３】ダイオードの両端に生じる合成電圧を示すグラフである。
【図４】主放電回路からの出力電圧に、ダイオードの両端に生じた合成電圧が重畳された合成電圧を示すグラフである。
【図５】本発明にかかる光源装置を示す概略図である。
【図６】本発明にかかる始動回路の他の実施例を示す概略図である。
【図７】本発明にかかる始動回路の他の実施例を示す概略図である。
【図８】本発明にかかる交流点灯用の点灯装置を有する光源装置を示す概略図である。
【図９】公知技術を示す図である。
【図１０】公知技術を示す図である。
【符号の説明】
【００７０】
１０…光源装置
１２…高圧放電灯
１４…補助光源
１６…点灯装置
２２…封体容器
２４…主放電用マウント
２６…発光管
２８…封止部
３０…発光物質
３２…金属箔
３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ…主放電用電極
３６…外部リード棒
４０…封止容器
４２…内部電極
４４…外部電極
４６…発光物質
４８…内部空間
４９…発光部
５０…封止部
５２…金属箔
５４…（内部電極用の）電極
５６…外部リード棒
５８…リフレクター
６０…主点灯回路
６２…始動回路
６４…交流電源
６６…パルス幅制御回路
６８…ＦＥＴスイッチング部
７０…リアクトル
７２…平滑コンデンサ
７４…センス抵抗
７６…出力ライン（プラス側出力ライン）
７８…出力ライン（ゼロボルトライン）
８０…ダイオード
８２…高周波電圧発生回路
８４…昇圧トランス
８６…コンデンサ
８８…一次側巻線
９０…二次側巻線
９６…インバータ
９８…短絡スイッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電圧を発生させる主点灯回路と、高圧放電灯および補助光源とを電気的に接続する一対の出力ラインにおける一方の出力ラインにおいて順方向に取り付けられたダイオード、
一端が前記ダイオードのカソード側に接続されたコンデンサ、
一次側巻線と、一端が前記ダイオードのアノード側あるいは他方の前記出力ラインに接続され、他端が前記コンデンサの他端に接続された二次側巻線とを有する昇圧トランス、および
前記一次側巻線と協働して連続的な高周波電圧を発生させる高周波電圧発生回路を備えることを特徴とする補助光源付き高圧放電灯用点灯装置の始動回路。
【請求項２】
交流電圧を発生させる主点灯回路と、高圧放電灯および補助光源とを電気的に接続する一対の出力ラインにおける一方の出力ラインにおいて順方向に取り付けられたダイオード、
一端が前記ダイオードのカソード側に接続されたコンデンサ、
一次側巻線と、一端が前記ダイオードのアノード側あるいは他方の前記出力ラインに接続され、他端が前記コンデンサの他端に接続された二次側巻線とを有する昇圧トランス、
前記一次側巻線と協働して連続的な高周波電圧を発生させる高周波電圧発生回路、および
前記高圧放電灯が始動点灯した後、前記ダイオードの両端を短絡した状態を維持する短絡スイッチを備えることを特徴とする補助光源付き高圧放電灯用点灯装置の始動回路。
【請求項３】
直流電圧を発生させる主点灯回路と、
請求項１に記載の始動回路とを備える補助光源付き高圧放電灯用点灯装置。
【請求項４】
交流電圧を発生させる主点灯回路と、
請求項２に記載の始動回路とを備える補助光源付き高圧放電灯用点灯装置。
【請求項５】
高圧放電灯と、補助光源と、請求項３または４に記載の点灯装置とを備える光源装置。
【請求項１】
直流電圧を発生させる主点灯回路と、高圧放電灯および補助光源とを電気的に接続する一対の出力ラインにおける一方の出力ラインにおいて順方向に取り付けられたダイオード、
一端が前記ダイオードのカソード側に接続されたコンデンサ、
一次側巻線と、一端が前記ダイオードのアノード側あるいは他方の前記出力ラインに接続され、他端が前記コンデンサの他端に接続された二次側巻線とを有する昇圧トランス、および
前記一次側巻線と協働して連続的な高周波電圧を発生させる高周波電圧発生回路を備えることを特徴とする補助光源付き高圧放電灯用点灯装置の始動回路。
【請求項２】
交流電圧を発生させる主点灯回路と、高圧放電灯および補助光源とを電気的に接続する一対の出力ラインにおける一方の出力ラインにおいて順方向に取り付けられたダイオード、
一端が前記ダイオードのカソード側に接続されたコンデンサ、
一次側巻線と、一端が前記ダイオードのアノード側あるいは他方の前記出力ラインに接続され、他端が前記コンデンサの他端に接続された二次側巻線とを有する昇圧トランス、
前記一次側巻線と協働して連続的な高周波電圧を発生させる高周波電圧発生回路、および
前記高圧放電灯が始動点灯した後、前記ダイオードの両端を短絡した状態を維持する短絡スイッチを備えることを特徴とする補助光源付き高圧放電灯用点灯装置の始動回路。
【請求項３】
直流電圧を発生させる主点灯回路と、
請求項１に記載の始動回路とを備える補助光源付き高圧放電灯用点灯装置。
【請求項４】
交流電圧を発生させる主点灯回路と、
請求項２に記載の始動回路とを備える補助光源付き高圧放電灯用点灯装置。
【請求項５】
高圧放電灯と、補助光源と、請求項３または４に記載の点灯装置とを備える光源装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−１００８８（Ｐ２０１０−１００８８Ａ）
【公開日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１７１２９０（Ｐ２００８−１７１２９０）
【出願日】平成２０年６月３０日（２００８．６．３０）
【出願人】（３９５０１９２８１）フェニックス電機株式会社 (43)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月３０日（２００８．６．３０）
【出願人】（３９５０１９２８１）フェニックス電機株式会社 (43)
【Ｆターム（参考）】
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