JP2004259706A - 希ガス放電灯の点灯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 動作後における希ガス放電灯の光量変動を比較的に安定化できる希ガス放電灯の点灯装置を提供すること。
【解決手段】 外囲器の外周面に外部電極５，６を配置した希ガス放電灯ＤＬと、一次，二次コイルを有する出力トランスＴＲ、一次コイルに直列接続した第１のスイッチング素子Ｓ１，電流検出回路Ｒ１、及び第１のスイッチング素子にデューティ比，周波数が一定の駆動信号を付与する第１の駆動回路ＰＤ１を含む高周波電圧発生回路ＨＣと、電流検出回路のピーク電流に対応する電圧を検出し、直流に変換するＤＣ変換回路ＰＨと、ＤＣ／ＤＣコンバータＣＶとを具備し、前記高周波電圧発生回路の入力側にＤＣ／ＤＣコンバータを、出力側に希ガス放電灯を接続し、高周波電圧発生回路の入力側の電力を、ＤＣ変換回路からの出力信号に基づくＰＷＭ制御によるＤＣ／ＤＣコンバータの定電力化機能によってほぼ一定となるように制御する。
【選択図】 図１

Description

この発明は希ガス放電灯の点灯装置に関し、特に、内面に発光層を有するガラスバルブの外周面に一対の帯状の外部電極を配置した希ガス放電灯を高周波電圧発生回路に接続してなる点灯装置の改良に関する。

本出願人は、先に、図９に示す希ガス放電灯ＤＬを提案した。同図において、Ａは例えばガラスバルブ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などの蛍光体よりなる発光層Ｂが形成されている。特に、この発光層Ｂには所定の開口角を有するアパーチャ部（発光層の未形成部）Ｂａがほぼ全長に亘って形成されている。そして、外囲器Ａの封着構造はガラスバルブ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、例えば単にガラスバルブ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。尚、この外囲器Ａの密閉空間には水銀などの金属蒸気を含まないキセノンを主成分とする希ガスが所定量封入されている。この外囲器Ａの外周面には金属部材よりなる帯状の一対の外部電極Ｃ，Ｄが、外囲器Ａのほぼ全長に亘って互いに離隔して配置されている。

この希ガス放電灯ＤＬは、例えば図１０に示す点灯装置によって点灯される。この点灯装置は、例えば周波数が３０ＫＨｚ，電圧が１８８０Ｖ程度の高周波電圧を発生し、かつ出力波形がほぼ正弦波である高周波電圧発生回路（インバータ回路）ＨＡと、直流電源ＥＢからインバータ回路ＨＡへの直流電力の供給をコントロールするトランジスタなどのスイッチング素子ＱＡと、スイッチング素子ＱＡに駆動信号を供給する駆動回路Ｐとから構成されており、このインバータ回路ＨＡの出力側には希ガス放電灯ＤＬが、外部電極Ｃ，Ｄに高周波電圧が印加されるように接続されている。

この点灯装置において、駆動回路Ｐからスイッチング素子ＱＡのベースに駆動信号を所定のタイミングで付与・停止すると、スイッチング素子ＱＡは所定の間隔でオン・オフ動作する。スイッチング素子ＱＡがオン動作の期間中、インバータ回路ＨＡが動作することによって高周波電圧が出力され、希ガス放電灯ＤＬの外部電極Ｃ，Ｄに印加される。これにより、希ガス放電灯ＤＬは、熱陰極や冷陰極を用いた放電灯のように外囲器の長手方向に沿った１つの放電路によって点灯するものとは異なり、外部電極Ｃ，Ｄの間（外囲器Ａの長手方向に対してほぼ直角方向）に無数の放電路が形成されることによって縞状の状態で点灯する。この状態において、希ガスの励起線によって発光層Ｂが励起されて発光し、光は主としてアパーチャ部Ｂａを介して外部に放出される。

特に、この希ガス放電灯ＤＬには水銀が用いられていないために、点灯後における光量の立ち上がりが急峻であり、点灯と同時に光量がほぼ１００％近くにまで達するという特徴を有している。このために、ファクシミリ，イメージスキャナ，複写機などのＯＡ機器の原稿読取用の光源として好適するものである。

例えばこの希ガス放電灯ＤＬを上述の原稿照射読取装置に適用した場合には、アパーチャ部構造の採用により発光層Ｂの放射光の高密度化が可能となることから、原稿面照度を高めることができ、原稿の読み取り性を改善できるものである。

しかしながら、近時、ＯＡ機器は、その処理能力を高め、事務処理の効率化を図るために、原稿の送り速度をさらに高速化する傾向にあり、上述の希ガス放電灯ＤＬをそのまま適用すると、原稿の読み取り精度（解像度）が損なわれるようになる。このために、一層の照度アップが求められている。

従って、本出願人は、先に図１１に示す希ガス放電灯の点灯装置を提案した。この点灯装置はパルス状の高周波電圧を発生する高周波電圧発生回路ＨＢの出力側に希ガス放電灯ＤＬが、外部電極Ｃ，Ｄに高周波電圧が印加されるように接続して構成されている。この高周波電圧発生回路ＨＢは、例えば一次コイルＴＲａ，二次コイルＴＲｂを有する出力トランスＴＲと、出力トランスＴＲの一次コイルＴＲａに直列的に接続された電界効果形トランジスタ（ＦＥＴ）などのスイッチング素子ＱＢと、一次コイルＴＲａとスイッチング素子ＱＢとの直列回路に並列的に接続されたコンデンサＣＡと、スイッチング素子ＱＢにほぼ方形波の駆動信号を付与するための駆動回路ＰＤとから構成されている。

特に、上述の駆動回路ＰＤには駆動信号のオンデューティ比を変更できるようにＰＷＭ（Pulse Width Modulation ）機能が付与されており、スイッチング素子ＱＢをオン動作させる駆動タイミングが、後述する繰り返し波形の１周期（Ｔ）内において希ガス放電灯ＤＬに流れるランプ電流Ｉｂの方向が反転する跳ね返り期間（Ｔ₂）内に設定されている。

このように構成された点灯装置は次のように動作する。まず、高周波高電圧発生回路ＨＢの入力側に直流電源ＥＢを接続すると、コンデンサＣＡは充電される。この状態で、駆動回路ＰＤからスイッチング素子ＱＢのゲートに図１２（ａ）に示す方形波の駆動信号を印加すると、スイッチング素子ＱＢは同図（ｂ）及び図１３（ａ）に示すように時点ｔ₁，ｔ₂，ｔ₃・・・でオン，オフ動作する。スイッチング素子ＱＢが時点ｔ₁でオン状態になると、コンデンサＣＡ，直流電源ＥＢから出力トランスＴＲの一次コイルＴＲａには同図（ｃ）に示すように電流（コイル電流Ｉｃ）が流れ、出力トランスＴＲの一次コイルＴＲａには電磁エネルギーが蓄積される。次に、スイッチング素子ＱＢが時点ｔ₂でオフ状態になると、蓄積された電磁エネルギーの作用に基づいて二次コイルＴＲｂにはパルス状の高周波電圧が発生し、希ガス放電灯ＤＬの外部電極Ｃ，Ｄに印加されることによって、外部電極間には放電が生起され、希ガス放電灯ＤＬは点灯状態になり、図１２（ｄ）及び図１３（ｂ）に示すようにランプ電流Ｉｂが流れる。このランプ電流Ｉｂは、繰り返し周期におけるそれぞれの１周期（Ｔ）の前半部分の期間Ｔ₁に流れると共に、希ガス放電灯ＤＬに蓄積された電荷がランプ電流Ｉｂとして跳ね返り期間Ｔ₂に、期間Ｔ₁の方向とは逆方向に流れるようになる。この跳ね返り期間Ｔ₂の間にスイッチング素子ＱＢに駆動信号を付与すると、図１２（ｃ）に示すように、時点ｔ₁，ｔ₃・・・においてコイル電流Ｉｃにパルス的な電流が流れる。この電流に関連してランプ電流Ｉｂには図１２（ｄ）及び図１３（ｂ）において斜線で示すランプ電流Ｉｂｊが、期間Ｔ₂に流れるランプ電流に重畳されて流れる。尚、スイッチング素子ＱＢへの駆動信号の付与タイミングを跳ね返り期間Ｔ₂の範囲外に遅らせると、ランプ電流Ｉｂは単なる減衰振動となり、斜線で示すランプ電流Ｉｂｊは流れなくなる。これによって、希ガス放電灯ＤＬは図１２（ｅ）に示すように発光（φ）し、ランプ電流Ｉｂｊの増加に対応して明るさφも同図において斜線（φｊ）で示すように増加される。尚、スイッチング素子ＱＢへの駆動信号の付与タイミングは跳ね返り期間Ｔ₂の早い時期ほど、点灯装置への入力をことさらに増やさなくても斜線で示すランプ電流Ｉｂｊを効果的に増加させることができる。

この点灯装置によれば、希ガス放電灯ＤＬの点灯状態において、スイッチング素子ＱＢのオフ動作後の期間Ｔ₁に流れるランプ電流Ｉｂの方向が反転する跳ね返り期間Ｔ₂内にスイッチング素子ＱＢをオン動作させているために、高周波電圧発生回路ＨＢの入力電流をことさらに増加させなくても、跳ね返り期間Ｔ₂ に流れるランプ電流をＩｂｊ分だけ増加させることができ、これに伴って、明るさ（光量）φもφｊ分だけ増加させることができる。従って、ＯＡ機器の原稿照射読取装置に適用した場合には、原稿面照度を高めることができ、原稿の送り速度の高速化にも対応が可能となる。

しかしながら、動作状態において、高周波電圧発生回路ＨＢの入力電圧（出力トランスＴＲの一次コイルＴＲａ側の電圧）Ｖｂが電源変動などによって高くなると、コイル電流Ｉｃは図１２（ｃ）において点線で示すように時点ｔ₂での電流値が高くなる。これに伴って、ランプ電流Ｉｂ，光量φも同図（ｄ），（ｅ）において点線で示すように増加することになる。従って、ＯＡ機器の稼働中に電源変動が生じたりすると、再生品位が損なわれるという問題が生ずる。

又、この点灯装置は希ガス放電灯ＤＬが点灯後における光量の立ち上がり性に優れていることから、ＯＡ機器の原稿照射読取装置に適用した場合、ＯＡ機器の稼働とほぼ同時に原稿の読み取り動作を行なうことができるものであるが、例えば５分間程度動作させた後の照度が点灯直後の照度に比較して５％程度低下するために、時間の経過と共に読み取り精度が変化してしまい、再生品位が損なわれるという問題もある。

具体的には、希ガス放電灯ＤＬは、上述のように外部電極Ｃ，Ｄに高周波電圧を印加することによって外囲器（ガラスバルブ）Ａを介して外部電極間に放電が生起されて点灯されるのであるが、この際に、ガラスバルブが放電などによって例えば１００°Ｃ程度にまで温度上昇する。このために、発光層Ｂの発光特性が損なわれるようになったり、高周波電圧発生回路ＨＢの特性に影響を及ぼしたりすることになり、照度が５％程度も低下するようになる。従って、点灯装置の動作後における希ガス放電灯ＤＬの光量の安定化が求められている。

それ故に、本発明の目的は、動作後における希ガス放電灯の光量変動を比較的に安定化できる希ガス放電灯の点灯装置を提供することにある。

従って、本発明は、上述の目的を達成するために、内部空間に希ガスを封入した外囲器の外周面に一対の外部電極を互いに離隔して配置してなる希ガス放電灯と、一次コイル，二次コイルを有する出力トランス、出力トランスの一次コイルに直列的に接続した第１のスイッチング素子，電流検出回路、及び第１のスイッチング素子にデューティ比が一定で、周波数が５０から１００ｋＨｚの範囲の一定の駆動信号を付与する第１の駆動回路を含み、第１のスイッチング素子のスイッチング動作に基づいて出力トランスの二次コイル側にパルス状の高周波電圧を発生する高周波電圧発生回路と、高周波電圧発生回路における電流検出回路のピーク電流に対応する電圧を検出し、直流に変換するＤＣ変換回路と、ＤＣ変換回路の出力信号に基づいて出力をほぼ一定の電力に制御し得る機能を有するＤＣ／ＤＣコンバータとを具備し、前記高周波電圧発生回路の入力側にＤＣ／ＤＣコンバータを、出力側に希ガス放電灯をそれぞれ接続し、希ガス放電灯の点灯状態における高周波電圧発生回路の入力側の電力を、電流検出回路で検出したピーク電流に対応する電圧に関連するＤＣ変換回路からの出力信号に基づくＤＣ／ＤＣコンバータの定電力化機能によってほぼ一定となるように制御し、前記第１のスイッチング素子のオフ期間を、出力トランスの二次コイル側の実効インダクタンスと希ガス放電灯が点灯した状態の実効静電容量とにより発生するランプ電流の自由振動の最初の１周期以内に設定したことを特徴とする。

又、本発明の第２の発明は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、少なくとも、第２のスイッチング素子と、コイルと、コンデンサと、ダイオードと、ＤＣ変換回路の出力信号に基づいてＰＷＭ制御された駆動信号を第２のスイッチング素子に付与する第２の駆動回路とから構成し、高周波電圧発生回路における電流検出回路で検出したピーク電流に対応する電圧をＤＣ変換回路を介して第２の駆動回路にフィードバックすることにより、電流検出回路に流れる電流のピーク値がほぼ一定となるように制御することを特徴とし、第３の発明は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータが降圧型コンバータであることを特徴とし、第４の発明は、前記第１の駆動回路から出力される駆動信号のオンデューティ比を６０％以上に設定したことを特徴とする。

又、本発明の第５の発明は、前記ＤＣ変換回路が、電流検出回路で検出したピーク電流に対応する電圧のピーク値を保持するピークホールド回路であることを特徴とし、第６の発明は、前記ＤＣ変換回路が、電流検出回路で検出した電流に対応する電圧を平均値化した直流電圧に変換する回路であることを特徴とする。

以上のように本発明によれば、高周波電圧発生回路の入力側の電力の定電力化は、高周波電圧発生回路における電流検出回路にて検出される電流のピーク値に対応する電圧が一定となるようにＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を制御することによって行われる。このために、高周波電圧発生回路の入力側の電力は電源変動，環境の温度変化，希ガス放電灯の特性変化などに影響されることなくほぼ一定に制御することができる。従って、希ガス放電灯の光量を安定化させることができる。

又、ＤＣ／ＤＣコンバータは高周波電圧発生回路に一定の電力を供給するように構成されているために、高周波電圧発生回路の構成を何の制御も不要で、第１のスイッチング素子のオン・オフ動作を単に一定周期で繰り返すだけの単純な構成にできる。従って、回路構成が簡単になり、コストの低減が可能になる。

又、ＤＣ／ＤＣコンバータは、高周波電圧発生回路の電流検出回路で検出された電流のピーク値に対応する電圧がＤＣ変換回路で直流に変換され、この信号が第２の駆動回路にフィードバックされることによってＰＷＭ制御されるように構成されているために、それの出力電圧は、常に、コイル電流のピーク値に対応する電圧が一定となるように制御される。従って、高周波電圧発生回路の入力電力をほぼ一定にできる。

さらには、希ガス放電灯の点灯状態におけるランプ電流は出力トランスの二次コイル側の実効インダクタンスと希ガス放電灯が点灯した状態の実効静電容量とによる自由振動に基づいて流れるのであるが、ランプ電流の方向が反転する跳ね返り期間に、第２のスイッチング素子が再びオン動作する際に生ずるパルス的なコイル電流に基づいて流れる電流がランプ電流に重畳される。このために、高周波電圧発生回路の入力電流をことさらに増加させなくても、実質的にランプ電流を増加させることができ、これに伴って、明るさも増加させることができる。従って、希ガス放電灯の光量増加のみならず、点灯装置の効率も高めることができ、例えばＯＡ機器における原稿の送り速度の高速化にも対応が可能となる。

次に、本発明にかかる希ガス放電灯の点灯装置の１実施例について図１〜図５を参照して説明する。同図において、ＤＬは希ガス放電灯であって、次のように構成されている。即ち、１は、例えばガラスバルブ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などの蛍光体よりなる発光層２が形成されている。特に、この発光層２には所定の開口角で発光層の形成されないアパーチャ部２ａがほぼ全長に亘って形成されている。そして、外囲器１の封着構造はガラスバルブ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、例えば単にガラスバルブ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。尚、この外囲器１の密閉空間には後述するように水銀などの金属蒸気を含まないキセノンを主成分とする希ガスが所定量封入されている。

この外囲器１の外周面にはシート構体３が密着するように巻回されている。このシート構体３は、例えば外囲器１の全長とほぼ同程度の長さを有する絶縁性の透光性シート４と、この透光性シート４の一方の面に互いに所定の間隔だけ離隔配置して接着された金属部材よりなる帯状の一対の外部電極５，６と、この外部電極５，６の端部から導出された端子５１，６１と、透光性シート４の一方の面及び外部電極５，６の面に付与された接着層９とから構成されている。尚、シート構体３の外囲器１への装着状態において、外部電極５，６の一方の側縁部間には第１の開口部７が、他方の側縁部間には第２の開口部８がそれぞれ形成されており、発光層２からの光は主としてアパーチャ部２ａから第１の開口部７を介して外部に放出される。

上述のシート構体３は外囲器１の外周面に、外部電極５，６が外囲器１と透光性シート４との間に位置するように装着（巻回）されている。このシート構体３の外囲器１への装着は、例えば図６に示すように行われる。まず、シート構体３をステージ１０に展開状態で配置する。次に、このシート構体３における透光性シート４の一端４ａに外囲器１を配置すると共に、外囲器１が一対の従動ローラ１１，１１にて透光性シート４に押しつけられるようにセットした上で、ステージ１０を若干Ｍ方向に移動させた後、Ｎ方向に移動させる。すると、シート構体３は透光性シート４の上において相対的に転動し、その外周面にはシート構体３が巻回されることにより装着が行われる。尚、シート構体３において、外部電極５，６はこの表面に形成された接着層９を利用して外囲器１の外周面に接着されており、透光性シート４はそれの一方に形成された接着層９を利用して巻回時に外囲器１の外周面に接着されると共に、それぞれの端部４ａ，４ｂは第２の開口部８で重ね合わされて接着されている。

上述の希ガス放電灯ＤＬの外囲器１の構成部材としては、例えば１５０°Ｃにおける体積抵抗率が１×１０⁹Ωｃｍ以上であり、酸化珪素，酸化硼素を主成分とする鉛を含まない硼珪酸ガラス系（以下、便宜的にＢＦＫガラスと呼称する）が好適する。このＢＦＫガラスは、例えば酸化珪素（６７．６％），アルミナ（４％），酸化硼素（１８％），酸化ナトリウム（１％），酸化カリウム（８％），酸化リチウム（１％），酸化チタン（０．４％）などから構成されている。この他にも、鉛ガラスやバリウムガラスなどが適用できる。このバリウムガラスは、例えば珪酸，アルミナ，硼酸，カリウム，バリウム，カルシウムなどの酸化物などから構成されている。これらガラスの肉厚は０．２〜０．７ｍｍの範囲（好ましくは０．４〜０．７ｍｍの範囲）に設定されている。しかしながら、肉厚が０．４ｍｍ未満、特に０．２ｍｍ未満になると、外囲器１の機械的な強度が極端に低下するために、量産設備による生産工程でのガラス破損に伴う不良率が増加するようになるし、逆に、肉厚が０．７ｍｍを超えると、縞状の放電状態が目視され、アパーチャ部２ａから放出される光にチラツキが生ずることがある。従って、外囲器１の肉厚は上記範囲内に設定することが望ましい。尚、場合によっては、外囲器１の肉厚はそれの上限を逸脱して設定することも可能である。

又、この外囲器１の内部空間にはキセノンガスを主成分とする希ガスが封入されており、その封入圧力は例えば８３〜２００トルの範囲に設定されている。この範囲では始動特性，光出力（原稿面照度），チラツキに関する改善効果が得られる。しかしながら、封入圧力が８３トル未満になると、光出力に対する改善効果が不十分になるし、逆に、封入圧力が２００トルを超えると、始動特性が損なわれるのみならず、縞状の放電状態が目視され、アパーチャ部２ａから放出される光にチラツキが生ずることがある。従って、希ガスの封入圧力は上記範囲内に設定することが望ましい。尚、希ガス放電灯の用途，要求などによっては、希ガスの封入圧力は上記範囲から逸脱して設定することも可能である。

さらには、発光層２は、希ガス放電灯の用途によって、使用する蛍光体が１種のみにて構成されたり、２種以上を混合して構成されたりする。例えば三波長域発光形の場合には、例えば青色領域に発光スペクトルを有するユーロピウム付活アルミン酸バリウム・マグネシウム蛍光体，緑色領域に発光スペクトルを有するセリウム・テルビウム付活リン酸ランタン蛍光体，赤色領域に発光スペクトルを有するユーロピウム付活硼酸イットリウム・ガドリウム蛍光体を混合してなる混合蛍光体にて形成され、その付着量は１ｃｍ²当たり５〜３０ｍｇの範囲に設定されている。この範囲では十分の光量（光出力）が得られるものの、その付着量が５ｍｇ未満になると、光量不足によって原稿面照度が不十分になるし、逆に、付着量が３０ｍｇを超えると、均質な発光層の形成が困難になる。従って、発光層２の付着量は上記範囲内に設定することが望ましい。尚、希ガス放電灯の用途，要求などによっては、発光層の付着量は上記範囲から逸脱して設定することも可能である。

一方、パルス状の高周波電圧を発生する高周波電圧発生回路ＨＣは、例えば一次コイルＴＲａ，二次コイルＴＲｂを有する出力トランスＴＲと、出力トランスＴＲの一次コイルＴＲａに直列的に接続された第１のスイッチング素子Ｓ１と、第１のスイッチング素子Ｓ１に直列的に接続された電流検出回路Ｒ１と、第１のスイッチング素子Ｓ１に付与する駆動信号Ｖ₁を発生する第１の駆動回路ＰＤ１と、第１の駆動回路ＰＤ１と第１のスイッチング素子Ｓ１のゲートとの間に接続された第１のドライバー回路ＤＲ１とから構成されている。尚、第１のスイッチング素子Ｓ１は、例えばＮチャンネルの電界効果形トランジスタ（ＦＥＴ）などによって構成されており、電流検出回路Ｒ１は抵抗によって構成されている。又、第１の駆動回路ＰＤ１は、所定のオンデューティ比（例えば６０％以上の固定デューティ），所定の周波数（例えば５０〜１００ＫＨｚ）の駆動信号が出力されるように構成されている。

この高周波電圧発生回路ＨＣと直流電源Ｅ１との間にはＤＣ／ＤＣコンバータＣＶが接続されている。このＤＣ／ＤＣコンバータＣＶは、例えば第２のスイッチング素子Ｓ２と、第２のスイッチング素子Ｓ２に直列的に接続されたコイルＬと、コイルＬの入力側（第２のスイッチング素子Ｓ２との接続側）とアースとの間に逆方向に接続されたダイオードＤ１と、コイルＬの出力側（高周波電圧発生回路ＨＣ側）とアースとの間に接続されたコンデンサＣ１と、第２のスイッチング素子Ｓ２にＰＷＭ制御された駆動信号Ｖ₂を付与する第２の駆動回路ＰＤ２とから構成されている。尚、第２のスイッチング素子Ｓ２は、例えばＰチャンネルの電界効果形トランジスタ（ＦＥＴ）などによって構成されている。特に、このＤＣ／ＤＣコンバータＣＶは、図示例では入力電圧（直流電源Ｅ１の電圧）Ｖａと出力電圧Ｖｂとが Ｖａ＞Ｖｂ の関係を有する降圧型コンバータに構成されているが、例えば昇圧型コンバータ，昇降圧型コンバータ，極性反転型コンバータなど適宜の回路を適用することもできる。

上述のＤＣ／ＤＣコンバータＣＶにおける第２の駆動回路ＰＤ２は、例えば図２に示すように、エラーアンプ（誤差増幅器）ＯＰ１と、エラーアンプＯＰ１の反転入力端子（−）と出力端子との間に接続された抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２の直列回路と、エラーアンプＯＰ１の非反転入力端子（＋）に接続された基準電源（基準電圧）Ｅ２と、エラーアンプＯＰ１の出力が非反転入力端子（＋）に接続された比較回路ＯＰ２と、比較回路ＯＰ２の反転入力端子（−）に接続された三角波発振器ＯＳＣと、比較回路ＯＰ２の出力側に接続された第２のドライバー回路ＤＲ２から構成されており、第２のドライバー回路ＤＲ２の出力は第２のスイッチング素子Ｓ２のゲートに接続されている。尚、比較回路ＯＰ２は、例えばオペアンプによって構成されている。

又、高周波電圧発生回路ＨＣにおける電流検出回路Ｒ１とＤＣ／ＤＣコンバータＣＶにおける第２の駆動回路ＰＤ２との間には、電流検出回路Ｒ１で検出されたコイル電流Ｉｃのピーク値に対応する電圧Ｖ_Rを直流に変換するＤＣ変換回路ＰＨが接続されている。このＤＣ変換回路ＰＨは、例えばオペアンプＯＰ３と、オペアンプＯＰ３の出力側に接続されたダイオードＤ２と、ダイオードＤ２の出力側とアースとの間に接続されたコンデンサＣ２とから構成されている。このオペアンプＯＰ３の反転入力端子（−）はダイオードＤ２の出力側に、非反転入力端子（＋）は電流検出回路Ｒ１と第１のスイッチング素子Ｓ１との接続点にそれぞれ接続されており、ダイオードＤ２の出力側は第２の駆動回路ＰＤ２におけるエラーアンプＯＰ１の反転入力端子（−）に接続されている。尚、このＤＣ変換回路ＰＨはピークホールド回路によって構成されているが、オペアンプＯＰ３を省略することもできる。

又、このＤＣ変換回路ＰＨはピークホールド回路で構成する他に、例えば図８に示すように、抵抗Ｒ３とコンデンサＣ４とからなる平均値化回路によって構成することもできる。この平均値化回路（ＰＨ）では電流検出回路Ｒ１で検出されたコイル電流Ｉｃに対応する電圧Ｖ_Rを抵抗Ｒ３，コンデンサＣ４によって平均値化された直流に変換され、第２の駆動回路ＰＤ２に付与される。又、このＤＣ変換回路ＰＨは、例えば図１４に示すように、コンパレータＯＰ４と抵抗Ｒ３とコンデンサＣ３とからなる平均値化回路によって構成することもできる。このＤＣ変換回路ＰＨにおいて、コンパレータＯＰ４の反転入力端子（−）には基準電源（基準電圧）Ｅ３が接続されており、非反転入力端子（＋）に入力される電流検出回路Ｒ１の端子電圧Ｖ_Rは基準電圧Ｅ３と比較され、端子電圧Ｖ_Rが端子電圧Ｖ_Rに達すると、コンパレータＯＰ４から信号が出力され、抵抗Ｒ３とコンデンサＣ３とによって平均値化された電圧信号Ｖ_Pが第２の駆動回路ＰＤ２に付与される。

さらに、高周波電圧発生回路ＨＣにおいて、出力トランスＴＲの二次コイルＴＲｂには希ガス放電灯ＤＬが、その外部電極５，６にパルス状の高周波電圧が印加されるように接続されており、外部電極５，６のうち一方の外部電極６が接地されている。特に、第１の駆動回路ＰＤ１からの駆動信号Ｖ₁に基づく第１のスイッチング素子Ｓ１のオフ期間は、出力トランスＴＲの二次コイルＴＲｂ側の実効インダクタンスと希ガス放電灯ＤＬが点灯した状態の実効静電容量とにより発生するランプ電流の自由振動の最初の１周期以内、好ましくはランプ電流の方向が反転する跳ね返り期間Ｔ₂の間に設定されている。このように構成された点灯装置は次のように動作する。まず、ＤＣ／ＤＣコンバータＣＶの入力側に直流電源Ｅ１を接続すると、ＤＣ／ＤＣコンバータＣＶは第２の駆動回路ＰＤ２から第２のスイッチング素子Ｓ２への駆動信号Ｖ₂の付与・停止によって作動し、その出力電圧ＶｂはコイルＬ，コンデンサＣ１などとの協働作用により、直流電源Ｅ１の電圧Ｖａより低い電圧に制御される。この状態において、図７（ａ）に示すように、第１の駆動回路ＰＤ１から第１のドライバー回路ＤＲ１を介してオンデューティ比，周波数が一定であり、時点ｔ₁，ｔ₂，ｔ₃・・・において交互にハイレベル，ロウレベルとなる駆動信号Ｖ₁が第１のスイッチング素子Ｓ１のゲートに付与されると、第１のスイッチング素子Ｓ１は、同図（ｂ）に示すように、時点ｔ₁においてオン状態になる。第１のスイッチング素子Ｓ１がオン状態になると、ＤＣ／ＤＣコンバータＣＶから高周波電圧発生回路ＨＣに電力が供給される。

即ち、高周波電圧発生回路ＨＣにおける出力トランスＴＲの一次コイルＴＲａ，第１のスイッチング素子Ｓ１，電流検出回路Ｒ１よりなる閉回路には、図７（ｃ）に示すように、ほぼ直線的に増加する電流（コイル電流）Ｉｃが流れる。これにより、出力トランスＴＲの一次コイルＴＲａには電磁エネルギーが蓄積されると共に、電流検出回路Ｒ１には抵抗とコイル電流Ｉｃによる電圧降下（出力電圧Ｖ_R＝Ｉｃ・Ｒ１）が生ずる。この出力電圧は、時間の経過に伴うコイル電流Ｉｃの増加と共に高くなり、時点ｔ₂でコイル電流Ｉｃがピーク値Ｉ_CPに達すると、出力電圧Ｖ_R（＝Ｉ_CP・Ｒ１）も最大となる。

この最大の出力電圧Ｖ_RはＤＣ変換回路ＰＨにおけるオペアンプＯＰ３の非反転入力端子（＋）に印加されると共に直流Ｖ_Pに変換され、ピークホールドされる。この信号Ｖ_PはＤＣ／ＤＣコンバータＣＶにおける第２の駆動回路ＰＤ２のエラーアンプＯＰ１の反転入力端子（−）に入力される。エラーアンプＯＰ１ではＤＣ変換回路ＰＨからの信号Ｖ_Pと非反転入力端子に接続された基準電圧Ｅ２との差分（誤差分）が増幅され、比較回路ＯＰ２に入力される。比較回路ＯＰ２ではエラーアンプＯＰ１の出力信号と三角波発振器ＯＳＣからの三角波信号とが比較され、その出力信号の大きさに関連するパルス幅の駆動信号（ＰＷＭ制御された信号）Ｖ₂が第２のドライバー回路ＤＲ２を介して第２のスイッチング素子Ｓ２に付与される。この結果、ＤＣ／ＤＣコンバータＣＶからは第２のスイッチング素子Ｓ２のスイッチング動作に応じた電圧Ｖｂが出力される。

ところで、第１の駆動回路ＰＤ１から第１のスイッチング素子Ｓ１に付与される駆動信号Ｖ₁は、デューティ比及び周波数が一定であることから、第１のスイッチング素子Ｓ１は、これらの駆動条件に従って規則的に、図７（ｂ）に示すように、時点ｔ₂においてオン状態からオフ状態になる。これにより、コイル電流Ｉｃも同図（ｃ）に示すように時点ｔ₂において流れなくなる。この際に、出力トランスＴＲの一次コイルＴＲａに蓄積された電磁エネルギーの作用に基づき、二次コイルＴＲｂには一次コイルＴＲａと二次コイルＴＲｂとの卷線比によるパルス状の高周波電圧が発生し、希ガス放電灯ＤＬの外部電極５，６に印加される。そして、外部電極５，６間には放電が生起され、希ガス放電灯ＤＬは点灯状態になり、同図（ｄ）に示すように、ほぼ時点ｔ₂からランプ電流Ｉｂが流れ始めると共に、希ガス放電灯ＤＬがコンデンサを形成する関係で同放電灯に電荷が蓄積される。ランプ電流Ｉｂが０になると、希ガス放電灯ＤＬに蓄積された電荷が再びランプ電流として最初の期間Ｔ₁（図１３参照）の方向とは逆方向に流れるようになる。尚、この逆方向の期間（Ｔ₂）を便宜的に跳ね返り期間と呼称する。これに伴って、希ガス放電灯ＤＬは、同図（ｅ）に示すように、発光（φ）を呈する。

次に、図７（ａ）に示すように、時点ｔ₃において駆動信号Ｖ₁がハイレベルになると、第１のスイッチング素子Ｓ１は、同図（ｂ）に示すように、時点ｔ₃において再びオン状態になる。これによって、出力トランスＴＲの一次コイルＴＲａには再びコイル電流Ｉｃが流れるのであるが、同図（ｃ）に示すように、時点ｔ₃（ｔ₁）においてパルス的に流れた後、ほぼ直線的に増加する。このパルス的なコイル電流Ｉｃに基づいて出力トランスＴＲの二次コイルＴＲｂには電力が供給される関係で、跳ね返り期間中（Ｔ₂）に流れるランプ電流に同図（ｄ）において斜線で示すランプ電流Ｉｂｊが重畳されると共に、同図（ｅ）において斜線で示す光量φｊがランプ光量φに重畳される。

特に、図７（ｂ）に示すように、第１のスイッチング素子Ｓ１がオフ状態からオン状態に反転する時点ｔ₃が、出力トランスＴＲの二次コイルＴＲｂ側の実効インダクタンスと希ガス放電灯ＤＬが点灯した状態の実効静電容量とにより発生するランプ電流の自由振動の最初の１周期以内（好ましくはランプ電流の方向が反転する跳ね返り期間Ｔ₂の間）に設定されているために、上述の斜線で示す電流Ｉｂｊを、ランプ電流の自由振動成分に有効に重畳させることができる。以下、時点ｔ₃以降も時点ｔ₁〜ｔ₃期間と同様な動作が継続的に繰り返し行なわれる。

ところで、この点灯装置において、高周波電圧発生回路ＨＣの入力側の電力の定電力化は、基本的には高周波電圧発生回路ＨＣにおける電流検出回路Ｒ１にて検出される電流のピーク値に対応する電圧Ｖ_Rが一定となるようにＤＣ／ＤＣコンバータＣＶの出力電圧Ｖｂを制御することによって行われる。ここで、出力トランスＴＲの一次コイルＴＲａのインダクタンスをＬｐ、コイル電流Ｉｃのピーク値をＩ_CP、第１のスイッチング素子Ｓ１のスイッチング周波数をｆとすると、入力側の電力Ｐは Ｐ＝０．５Ｌｐ・Ｉ_CP ²・ｆ なる式で表される。この電力Ｐは、出力トランスＴＲの一次コイルＴＲａのインダクタンスＬｐがほぼ一定である上に、第１のスイッチング素子Ｓ１のスイッチング周波数ｆも予め一定値に固定されていることから、コイル電流Ｉｃのピーク値Ｉ_CP、即ち、電流検出回路Ｒ１の出力電圧Ｖ_R（＝Ｉ_CP・Ｒ１）に依存することになる。従って、電流検出回路Ｒ１の出力電圧Ｖ_Rが一定となるようにＤＣ／ＤＣコンバータＣＶの出力電圧Ｖｂを制御することによって定電力化が達成できる。換言すれば、コイル電流ＩｃとＤＣ／ＤＣコンバータＣＶの出力電圧Ｖｂ，出力トランスＴＲの一次コイルＴＲａのインダクタンスＬｐ，第１のスイッチング素子Ｓ１のオン時間Ｔ_ONとの間には Ｉ_CP＝（Ｖｂ／Ｌｐ）・Ｔ_ON の関係を有し、インダクタンスＬｐ，オン時間Ｔ_ONが一定であることから、コイル電流Ｉｃのピーク値Ｉ_CPが一定となるようにＤＣ／ＤＣコンバータＣＶの出力電圧Ｖｂを制御することによって定電力化が達成できることになる。このために、希ガス放電灯ＤＬの明るさはほぼ一定に維持される。

この点灯装置では、直流電源Ｅ１の電源変動，環境温度の変化，希ガス放電灯ＤＬのインピーダンス変化，高圧配線の漏れ電流などによる希ガス放電灯ＤＬの光量変化を軽減できるものである。例えば直流電源Ｅ１の電源変動によって電圧Ｖａが高くなると、それに伴いＤＣ／ＤＣコンバータＣＶの出力電圧Ｖｂも上昇することになる。すると、図７（ｃ）に示す時点ｔ₂において電流検出回路Ｒ１が検出するコイル電流Ｉｃのピーク値は図示のピーク値Ｉ_CPよりも大きくなり、ＤＣ変換回路ＰＨの出力信号Ｖ_Pも大きくなる。この増大した信号Ｖ_PはＤＣ／ＤＣコンバータＣＶにおける第２の駆動回路ＰＤ２に入力され、第２の駆動回路ＰＤ２からはＰＷＭ制御によってオン期間が短縮された駆動信号Ｖ₂が出力される。第２のスイッチング素子Ｓ２は、この駆動信号Ｖ₂によってスイッチング制御される結果、ＤＣ／ＤＣコンバータＣＶの出力電圧Ｖｂは低下し、コイル電流Ｉｃは一定のピーク値Ｉ_CPとなり、定電力化される。即ち、ＤＣ／ＤＣコンバータＣＶはＤＣ変換回路ＰＨの出力信号Ｖ_Pと第２の駆動回路ＰＤ２のエラーアンプＯＰ１における基準電圧Ｅ２との差分がなくなるような電圧Ｖｂを出力するように制御される。従って、高周波電圧発生回路ＨＣの入力電力は定電力化される。尚、電圧Ｖａが低下した場合には上述とは逆の動作が行なわれる。

又、希ガス放電灯ＤＬの点灯による外囲器温度の上昇によって負荷インピーダンスが高くなった場合には、希ガス放電灯ＤＬのランプ電流Ｉｂが減少することによって高周波電圧発生回路ＨＣに供給される電力も減少し、希ガス放電灯ＤＬの光量も定常状態よりも少なくなる。この場合、図７（ｃ）に示す時点ｔ₂において電流検出回路Ｒ１が検出するコイル電流Ｉｃのピーク値は図示のピーク値Ｉ_CPよりも小さくなり、ＤＣ変換回路ＰＨの出力信号Ｖ_Pも小さくなる。この減少した信号Ｖ_PはＤＣ／ＤＣコンバータＣＶにおける第２の駆動回路ＰＤ２に入力され、第２の駆動回路ＰＤ２からはＰＷＭ制御によってオン期間が増大された駆動信号Ｖ₂が出力される。第２のスイッチング素子Ｓ２は、この駆動信号Ｖ₂によってスイッチング制御される結果、ＤＣ／ＤＣコンバータＣＶの出力電圧Ｖｂは上昇し、コイル電流Ｉｃは一定のピーク値Ｉ_CPとなり、定電力化される。従って、希ガス放電灯ＤＬには一定の電力が供給され、一定の光量が維持されることになる。

この実施例によれば、高周波電圧発生回路ＨＣの入力側の電力の定電力化は、高周波電圧発生回路ＨＣにおける電流検出回路Ｒ１にて検出される電流のピーク値に対応する電圧Ｖ_Rが一定となるようにＤＣ／ＤＣコンバータＣＶの出力電圧Ｖｂを制御することによって行われる。このために、高周波電圧発生回路ＨＣの入力側の電力は電源変動，環境の温度変化，希ガス放電灯の特性変化などに影響されることなくほぼ一定に制御することができる。従って、希ガス放電灯ＤＬの光量を安定化させることができる。

又、ＤＣ／ＤＣコンバータＣＶは高周波電圧発生回路ＨＣに一定の電力を供給するように構成されているために、高周波電圧発生回路ＨＣの構成を何の制御も不要で、第１のスイッチング素子Ｓ１のオン・オフ動作を単に一定周期で繰り返すだけの単純な構成にできる。従って、回路構成が簡単になり、コストの低減が可能になる。

特に、ＤＣ／ＤＣコンバータＣＶは、高周波電圧発生回路ＨＣの電流検出回路Ｒ１で検出された電流のピーク値に対応する電圧Ｖ_RがＤＣ変換回路ＰＨで直流に変換され、この信号Ｖ_Pが第２の駆動回路ＰＤ２にフィードバックされることによってＰＷＭ制御されるように構成されているために、それの出力電圧Ｖｂは、常に、コイル電流のピーク値に対応する電圧Ｖ_Rが一定となるように制御される。従って、高周波電圧発生回路ＨＣの入力電力をほぼ一定にできる。

さらには、希ガス放電灯ＤＬの点灯状態におけるランプ電流Ｉｂは出力トランスＴＲの二次コイルＴＲｂ側の実効インダクタンスと希ガス放電灯ＤＬが点灯した状態の実効静電容量とによる自由振動に基づいて流れるのであるが、ランプ電流の方向が反転する跳ね返り期間Ｔ₂に、第２のスイッチング素子Ｓ２が再びオン動作する際に生ずるパルス的なコイル電流に基づき、図７（ｄ）において斜線で示すランプ電流Ｉｂｊが重畳される。このために、高周波電圧発生回路ＨＣの入力電流をことさらに増加させなくても、実質的にランプ電流を増加させることができ、これに伴って、明るさも同図（ｅ）において斜線で示すようにさらに増加させることができる。従って、希ガス放電灯ＤＬの光量増加のみならず、点灯装置の効率も高めることができ、例えばＯＡ機器における原稿の送り速度の高速化にも対応が可能となる。

尚、本発明は、何ら上記実施例にのみ制約されることなく、例えば第１，第２のスイッチング素子はＦＥＴの他、トランジスタなども利用可能である。又、第１，第２のドライバー回路は省略することもできる。又、点灯装置に組み込まれる希ガス放電灯において、外囲器に装着される絶縁部材は透光性シートの他に、熱収縮性樹脂チューブを適用したりすることもできるし、或いは省略することもできるし、発光層はアパーチャ部を省略して外囲器の内面全体に形成することもできるし、外部電極の側縁部に鋸歯状などの異形部を形成したりすることもできる。さらには、外部電極の形態において、帯状とは全体としての形態が帯状であることを意味し、側縁部や側縁部でない部分に異形部，孔などが存在したりするものも含まれるものとする。

本発明の１実施例を示す点灯装置の電気回路図。 図１に示す第２の駆動回路の具体的な電気回路図。 図１に示す希ガス放電灯の縦断面図。 図３に示す希ガス放電灯に適用したシート構体の展開図。 図４のＸ−Ｘ断面図。 図３に示す希ガス放電灯の製造方法を説明するための縦断面図。 図１の動作説明図であって、同図（ａ）は第１の駆動回路の出力タイミング図、同図（ｂ）は第１のスイッチング素子の動作タイミング図、同図（ｃ）はコイル電流図、同図（ｄ）はランプ電流図、同図（ｅ）は発光波形図。 ＤＣ変換回路の他の実施例を示す電気回路図。 先行技術にかかる希ガス放電灯の縦断面図。 先行技術にかかる希ガス放電灯の点灯装置の電気回路図。 改良された先行技術にかかる希ガス放電灯の点灯装置の電気回路図。 図１１の動作説明図であって、同図（ａ）は駆動回路の出力タイミング図、同図（ｂ）はスイッチング素子の動作タイミング図、同図（ｃ）はコイル電流図、同図（ｄ）はランプ電流図、同図（ｅ）は発光波形図。 図１２の拡大図であって、同図（ａ）はスイッチング素子の動作タイミング図、同図（ｂ）はランプ電流図。 本発明にかかるＤＣ変換回路のさらに異なった実施例を示す電気回路図。

符号の説明

１ 外囲器
２ 発光層
２ａ アパーチャ部
３ シート構体
４ 透光性シート（絶縁部材）
５，６ 外部電極
７ 第１の開口部
８ 第２の開口部
ＤＬ 希ガス放電灯
Ｅ１ 直流電源
Ｅ２ 基準電源（基準電圧）
ＨＣ 高周波電圧発生回路
ＴＲ 出力トランス
ＴＲａ 一次コイル
ＴＲｂ 二次コイル
ＣＶ ＤＣ／ＤＣコンバータ
Ｌ コイル
Ｃ１〜Ｃ３ コンデンサ
Ｄ１〜Ｄ２ ダイオード
Ｓ１ 第１のスイッチング素子
Ｓ２ 第２のスイッチング素子
ＰＤ１ 第１の駆動回路
ＰＤ２ 第２の駆動回路
Ｒ１ 電流検出回路（抵抗）
ＰＨ ＤＣ変換回路
ＯＰ１ エラーアンプ
ＯＰ２ 比較回路
ＯＰ３ オペアンプ
ＯＰ４ コンパレータ
ＤＲ１ 第１のドライバー回路
ＤＲ２ 第２のドライバー回路
ＯＳＣ 三角波発振器

Claims (6)

1. 内部空間に希ガスを封入した外囲器の外周面に一対の外部電極を互いに離隔して配置してなる希ガス放電灯と、一次コイル，二次コイルを有する出力トランス、出力トランスの一次コイルに直列的に接続した第１のスイッチング素子，電流検出回路、及び第１のスイッチング素子にデューティ比が一定で、周波数が５０から１００ｋＨｚの範囲の一定の駆動信号を付与する第１の駆動回路を含み、第１のスイッチング素子のスイッチング動作に基づいて出力トランスの二次コイル側にパルス状の高周波電圧を発生する高周波電圧発生回路と、高周波電圧発生回路における電流検出回路のピーク電流に対応する電圧を検出し、直流に変換するＤＣ変換回路と、ＤＣ変換回路の出力信号に基づいて出力をほぼ一定の電力に制御し得る機能を有するＤＣ／ＤＣコンバータとを具備し、前記高周波電圧発生回路の入力側にＤＣ／ＤＣコンバータを、出力側に希ガス放電灯をそれぞれ接続し、希ガス放電灯の点灯状態における高周波電圧発生回路の入力側の電力を、電流検出回路で検出したピーク電流に対応する電圧に関連するＤＣ変換回路からの出力信号に基づくＤＣ／ＤＣコンバータの定電力化機能によってほぼ一定となるように制御し、前記第１のスイッチング素子のオフ期間を、出力トランスの二次コイル側の実効インダクタンスと希ガス放電灯が点灯した状態の実効静電容量とにより発生するランプ電流の自由振動の最初の１周期以内に設定したことを特徴とする希ガス放電灯の点灯装置。
2. 前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、少なくとも、第２のスイッチング素子と、コイルと、コンデンサと、ダイオードと、ＤＣ変換回路の出力信号に基づいてＰＷＭ制御された駆動信号を第２のスイッチング素子に付与する第２の駆動回路とから構成し、高周波電圧発生回路における電流検出回路で検出したピーク電流に対応する電圧をＤＣ変換回路を介して第２の駆動回路にフィードバックすることにより、電流検出回路に流れる電流のピーク値がほぼ一定となるように制御することを特徴とする請求項１に記載の希ガス放電灯の点灯装置。
3. 前記ＤＣ／ＤＣコンバータが降圧型コンバータであることを特徴とする請求項１に記載の希ガス放電灯の点灯装置。
4. 前記第１の駆動回路から出力される駆動信号のオンデューティ比を６０％以上に設定したことを特徴とする請求項１に記載の希ガス放電灯の点灯装置。
5. 前記ＤＣ変換回路が、電流検出回路で検出したピーク電流に対応する電圧のピーク値を保持するピークホールド回路であることを特徴とする請求項１に記載の希ガス放電灯の点灯装置。
6. 前記ＤＣ変換回路が、電流検出回路で検出した電流に対応する電圧を平均値化した直流電圧に変換する回路であることを特徴とする請求項１に記載の希ガス放電灯の点灯装置。

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