JP3576875B2

JP3576875B2 - Lighting device for rare gas discharge lamps

Info

Publication number: JP3576875B2
Application number: JP20879299A
Authority: JP
Inventors: 尚毅辰巳
Original assignee: Ushio Denki KK; NEC Lighting Ltd
Current assignee: Ushio Denki KK; Hotalux Ltd
Priority date: 1999-07-23
Filing date: 1999-07-23
Publication date: 2004-10-13
Anticipated expiration: 2019-07-23
Also published as: JP2001035683A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
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。
【０００２】
【従来の技術】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
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。
【０００９】
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（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）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（Ｔ_２）内に設定されている。
【００１０】
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ｔ_１，ｔ_２，ｔ_３・・・でオン，オフ動作する。スイッチング素子ＱＢが時点ｔ_１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ｔ_２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Ｔ_１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Ｔ_２に、期間Ｔ_１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Ｔ_２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ｔ_１，ｔ_３・・・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Ｔ_２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Ｔ_２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Ｔ_２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。
【００１１】
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Ｔ_１に流れるランプ電流Ｉｂの方向が反転する跳ね返り期間Ｔ_２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Ｔ_２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。
【００１２】
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ｔ_２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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
従って、本発明は、上述の目的を達成するために、内面に発光層を有し、かつ内部空間に希ガスを封入した外囲器の外周面に金属部材よりなる帯状の一対の外部電極を、外囲器のほぼ全長に亘って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，周波数が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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
さらに、本発明の第８の発明は、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。
【００２１】
【発明の実施の形態】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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１×１０^９Ωｃｍ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。
【００２５】
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。
【００２６】
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１ｃｍ^２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。
【００２７】
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Ｖ_１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。
【００２８】
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Ｖ_２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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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Ｖ_１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Ｔ_２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Ｖ_２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ｔ_１，ｔ_２，ｔ_３・・・において交互にハイレベル，ロウレベルとなる駆動信号Ｖ_１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ｔ_１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。
【００３３】
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ｔ_２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。
【００３４】
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）Ｖ_２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。
【００３５】
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Ｖ_１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ｔ_２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ｔ_２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ｔ_２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Ｔ_１（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（Ｔ_２）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。
【００３６】
次に、図７（ａ）に示すように、時点ｔ_３において駆動信号Ｖ_１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ｔ_３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ｔ_３（ｔ_１）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（Ｔ_２）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。
【００３７】
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ｔ_３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Ｔ_２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ｔ_３以降も時点ｔ_１〜ｔ_３期間と同様な動作が継続的に繰り返し行なわれる。
【００３８】
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。
【００３９】
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ｔ_２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Ｖ_２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Ｖ_２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。
【００４０】
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ｔ_２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Ｖ_２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Ｖ_２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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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Ｔ_２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。
【００４５】
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。
【００４６】
【発明の効果】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例を示す点灯装置の電気回路図。
【図２】図１に示す第２の駆動回路の具体的な電気回路図。
【図３】図１に示す希ガス放電灯の縦断面図。
【図４】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５】図４のＸ−Ｘ断面図。
【図６】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７】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。
【図８】ＤＣ変換回路の他の実施例を示す電気回路図。
【図９】先行技術にかかる希ガス放電灯の縦断面図。
【図１０】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】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１２】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１３】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。
【図１４】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
ＣＶＤＣ／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）
ＰＨＤＣ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[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a lighting device for a rare gas discharge lamp, and more particularly to a lighting device in which a rare gas discharge lamp having a pair of strip-shaped external electrodes disposed on an outer peripheral surface of a glass bulb having a light emitting layer on an inner surface is connected to a high-frequency voltage generating circuit. It relates to improvement of the device.
[0002]
[Prior art]
The applicant has previously proposed the rare gas discharge lamp DL shown in FIG. In the figure, A is a straight tubular envelope which is hermetically sealed by a glass bulb, for example, and a light emitting layer B made of a phosphor such as a rare earth phosphor or a halophosphate phosphor is provided on the inner surface thereof. Is formed. In particular, in the light emitting layer B, an aperture portion (a portion where the light emitting layer is not formed) Ba having a predetermined opening angle is formed over substantially the entire length. The sealing structure of the envelope A is configured by sealing a disk-shaped sealing glass plate at the end of the glass bulb. It can also be constituted by a top seal. A predetermined amount of a rare gas containing xenon as a main component that does not contain metal vapor such as mercury is sealed in the enclosed space of the envelope A. A pair of band-shaped external electrodes C and D made of a metal member are arranged on the outer peripheral surface of the envelope A so as to be separated from each other over substantially the entire length of the envelope A.
[0003]
The rare gas discharge lamp DL is turned on by, for example, a lighting device shown in FIG. This lighting device generates, for example, a high-frequency voltage having a frequency of about 30 KHz and a voltage of about 1880 V, and a high-frequency voltage generating circuit (inverter circuit) HA having an almost sinusoidal output waveform, and a DC power supply EB to the inverter circuit HA. It is composed of a switching element QA such as a transistor for controlling the supply of DC power, and a drive circuit P for supplying a drive signal to the switching element QA. A rare gas discharge lamp DL is provided on the output side of the inverter circuit HA. The external electrodes C and D are connected so that a high-frequency voltage is applied.
[0004]
In this lighting device, when a drive signal is applied to and stopped at a predetermined timing from the drive circuit P to the base of the switching element QA, the switching element QA turns on and off at predetermined intervals. During the period in which the switching element QA is on, the high frequency voltage is output by the operation of the inverter circuit HA and applied to the external electrodes C and D of the rare gas discharge lamp DL. Thus, unlike the rare gas discharge lamp DL, which is lit by one discharge path along the longitudinal direction of the envelope, such as a discharge lamp using a hot cathode or a cold cathode, the external electrodes C and D Since a myriad of discharge paths are formed between them (in a direction substantially perpendicular to the longitudinal direction of the envelope A), the light is lit in a striped state. In this state, the light emitting layer B is excited by a rare gas excitation line to emit light, and light is mainly emitted outside through the aperture Ba.
[0005]
In particular, because no mercury is used in the rare gas discharge lamp DL, the light quantity rises sharply after lighting, and the light quantity reaches almost 100% at the same time as lighting. For this reason, it is suitable as a light source for document reading of OA equipment such as a facsimile, an image scanner, and a copying machine.
[0006]
For example, when the rare gas discharge lamp DL is applied to the above-described document irradiation reading apparatus, the illuminance of the document surface can be increased because the density of the radiated light of the light emitting layer B can be increased by adopting the aperture structure. Thus, the readability of the document can be improved.
[0007]
However, recently, OA equipment has tended to further increase the document feeding speed in order to increase the processing capacity and increase the efficiency of office work, and if the rare gas discharge lamp DL described above is applied as it is, The reading accuracy (resolution) of the document is impaired. For this reason, a further increase in illuminance is required.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
Accordingly, the present applicant has previously proposed a rare gas discharge lamp lighting device shown in FIG. In this lighting device, a rare gas discharge lamp DL is connected to an output side of a high frequency voltage generating circuit HB for generating a pulsed high frequency voltage so that a high frequency voltage is applied to external electrodes C and D. The high-frequency voltage generation circuit HB includes, for example, an output transformer TR having a primary coil TRa and a secondary coil TRb, and a switching element QB such as a field effect transistor (FET) connected in series to the primary coil TRa of the output transformer TR. , A capacitor CA connected in parallel to a series circuit of the primary coil TRa and the switching element QB, and a drive circuit PD for applying a substantially square-wave drive signal to the switching element QB.
[0009]
In particular, the above-described drive circuit PD is provided with a PWM (Pulse Width Modulation) function so that the on-duty ratio of the drive signal can be changed, and the drive timing for turning on the switching element QB is determined by the repetition waveform 1 described later. During the cycle (T), a rebound period (T) in which the direction of the lamp current Ib flowing through the rare gas discharge lamp DL is reversed.₂).
[0010]
The lighting device thus configured operates as follows. First, when the DC power supply EB is connected to the input side of the high frequency high voltage generation circuit HB, the capacitor CA is charged. In this state, when the square wave drive signal shown in FIG. 12A is applied from the drive circuit PD to the gate of the switching element QB, the switching element QB is turned on at the point in time as shown in FIG. 12B and FIG. t₁, T₂, T₃... to perform on / off operation. Switching element QB is at time t₁, The current (coil current Ic) flows from the capacitor CA and the DC power supply EB to the primary coil TRa of the output transformer TR as shown in FIG. Energy is stored. Next, the switching element QB₂, A pulsed high-frequency voltage is generated in the secondary coil TRb based on the action of the stored electromagnetic energy, and is applied to the external electrodes C and D of the rare gas discharge lamp DL. A discharge is generated between the electrodes, the rare gas discharge lamp DL is turned on, and a lamp current Ib flows as shown in FIGS. 12 (d) and 13 (b). This lamp current Ib corresponds to the period T of the first half of each cycle (T) in the repetition cycle.₁And the charge accumulated in the rare gas discharge lamp DL rebounds as a lamp current Ib during a rebound period T.₂And period T₁Flows in the direction opposite to the direction of. This rebound period T₂When a drive signal is applied to the switching element QB during the time t, as shown in FIG.₁, T₃, A pulse-like current flows through the coil current Ic. In relation to this current, the lamp current Ibj indicated by oblique lines in FIG. 12D and FIG.₂Flows superimposed on the lamp current flowing through the lamp. It should be noted that the timing at which the drive signal is applied to the switching element QB is determined by the rebound period T₂, The lamp current Ib becomes a mere damped oscillation, and the lamp current Ibj indicated by oblique lines stops flowing. As a result, the rare gas discharge lamp DL emits light (φ) as shown in FIG. 12 (e), and the brightness φ is also increased as shown by the oblique line (φj) in FIG. 12 in accordance with the increase in the lamp current Ibj. You. The drive signal is applied to the switching element QB at the timing of the rebound period T₂The earlier the time, the more effectively the lamp current Ibj indicated by oblique lines can be increased without further increasing the input to the lighting device.
[0011]
According to this lighting device, in the lighting state of the rare gas discharge lamp DL, the period T after the turning-off operation of the switching element QB is performed.₁Period T in which the direction of the lamp current Ib flowing through₂Since the switching element QB is turned on within the period, the rebound period T can be used without further increasing the input current of the high-frequency voltage generation circuit HB.₂ Can be increased by Ibj, and accordingly, the brightness (light amount) φ can be increased by φj. Therefore, when applied to a document irradiation reading device of an OA device, the illuminance of the document surface can be increased, and it is possible to cope with an increase in the document feeding speed.
[0012]
However, when the input voltage (the voltage on the primary coil TRa side of the output transformer TR) Vb of the high-frequency voltage generating circuit HB increases in the operating state due to power fluctuations, the coil current Ic becomes as shown by the dotted line in FIG. Time t₂The current value at becomes higher. Accordingly, the lamp current Ib and the light amount φ also increase as shown by the dotted lines in FIGS. Therefore, if the power supply fluctuates during the operation of the OA equipment, there arises a problem that the reproduction quality is impaired.
[0013]
In addition, since this lighting device is excellent in the rising property of the amount of light after the rare gas discharge lamp DL is turned on, when applied to a document irradiation reading device of an OA device, the document reading operation is performed almost simultaneously with the operation of the OA device. Although it can be performed, for example, the illuminance after operating for about 5 minutes is reduced by about 5% compared to the illuminance immediately after lighting, so that the reading accuracy changes over time, and the reproduction quality is reduced. There is also a problem that is lost.
[0014]
Specifically, the rare gas discharge lamp DL is lit by applying a high-frequency voltage to the external electrodes C and D to generate a discharge between the external electrodes via the envelope (glass bulb) A as described above. At this time, the temperature of the glass bulb rises to, for example, about 100 ° C. due to electric discharge or the like. For this reason, the light-emitting characteristics of the light-emitting layer B are impaired or the characteristics of the high-frequency voltage generation circuit HB are affected, and the illuminance is reduced by about 5%. Therefore, there is a demand for stabilization of the light amount of the rare gas discharge lamp DL after the operation of the lighting device.
[0015]
Therefore, an object of the present invention is to provide a lighting device for a rare gas discharge lamp, which can relatively stabilize the light quantity fluctuation of the rare gas discharge lamp after operation.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
Accordingly, the present invention provides a pair of band-shaped external electrodes made of a metal member on the outer peripheral surface of an envelope having a light emitting layer on the inner surface and enclosing a rare gas in the inner space, in order to achieve the above object. A rare gas discharge lamp arranged apart from each other over substantially the entire length of the envelope, an output transformer having a primary coil and a secondary coil, and a first switching connected in series to the primary coil of the output transformer An element, a current detection circuit, and a first drive circuit for applying a drive signal having a constant duty ratio and a constant frequency to the first switching element, and a secondary coil of an output transformer based on a switching operation of the first switching element. A high-frequency voltage generating circuit that generates a pulsed high-frequency voltage on the side, and a DC conversion circuit that detects a voltage corresponding to a peak current of a current detection circuit in the high-frequency voltage generating circuit and converts the voltage into a direct current. And a DC / DC converter having a function of controlling the output to a substantially constant power based on the output signal of the DC conversion circuit. The DC / DC converter is provided on the input side of the high-frequency voltage generation circuit, Are connected to the rare gas discharge lamps, respectively, and the power on the input side of the high-frequency voltage generation circuit in the lighting state of the rare gas discharge lamp is output from the DC conversion circuit related to the voltage corresponding to the peak current detected by the current detection circuit. Controlled to be almost constant by the constant power function of the DC / DC converter based on the signalThe off-period of the first switching element corresponds to the first one of the free oscillations of the lamp current generated by the effective inductance on the secondary coil side of the output transformer and the effective capacitance when the rare gas discharge lamp is turned on. Set within the cycleIt is characterized by the following.
[0018]
In addition, the present invention2In the DC / DC converter, the DC / DC converter may include at least a second switching element, a coil, a capacitor, a diode, and a drive signal that is PWM-controlled based on an output signal of the DC conversion circuit. And a second drive circuit provided to the high-frequency voltage generation circuit, and a voltage corresponding to the peak current detected by the current detection circuit in the high-frequency voltage generation circuit is fed back to the second drive circuit via the DC conversion circuit, so that the current detection is performed. Characterized in that the peak value of the current flowing through the circuit is controlled to be substantially constant.3The invention is characterized in that the DC / DC converter is a step-down converter.4According to the invention, the on-duty ratio of the drive signal output from the first drive circuit is set to 60% or more.
[0019]
In addition, the present invention5The invention is characterized in that the DC conversion circuit is a peak hold circuit that holds a peak value of a voltage corresponding to a peak current detected by a current detection circuit.6The invention of the present invention is characterized in that the DC conversion circuit is a circuit for converting a voltage corresponding to the current detected by the current detection circuit into a DC voltage averaged.
[0020]
Further, in the eighth invention of the present invention, the off period of the first switching element is generated by the effective inductance on the secondary coil side of the output transformer and the effective capacitance when the rare gas discharge lamp is turned on. The lamp is set within the first cycle of free oscillation of the lamp current.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, an embodiment of a lighting device for a rare gas discharge lamp according to the present invention will be described with reference to FIGS. In the figure, DL is a rare gas discharge lamp, which is configured as follows. That is, reference numeral 1 denotes a straight tubular envelope which is hermetically formed by, for example, a glass bulb, and a light emitting layer 2 made of a phosphor such as a rare earth phosphor or a halophosphate phosphor is formed on the inner surface thereof. Have been. In particular, the light emitting layer 2 has an aperture 2a at a predetermined opening angle where the light emitting layer is not formed over substantially the entire length. The sealing structure of the envelope 1 is configured by sealing a disk-shaped sealing glass plate to an end of a glass bulb. It can also be constituted by a top seal. A predetermined amount of a rare gas containing xenon as a main component which does not contain a metal vapor such as mercury is sealed in the closed space of the envelope 1 as described later.
[0022]
A sheet structure 3 is wound around the outer peripheral surface of the envelope 1 so as to be in close contact therewith. The sheet structure 3 includes, for example, an insulating light-transmitting sheet 4 having a length substantially equal to the entire length of the envelope 1, and a predetermined distance from one surface of the light-transmitting sheet 4. A pair of strip-shaped external electrodes 5 and 6 made of a metal member adhered and bonded, terminals 51 and 61 led out from ends of the external electrodes 5 and 6, one surface of the light-transmitting sheet 4 and the outside. And an adhesive layer 9 provided on the surfaces of the electrodes 5 and 6. When the seat structure 3 is attached to the envelope 1, a first opening 7 is provided between one side edge of the external electrodes 5 and 6, and a second opening is provided between the other side edges. Portions 8 are respectively formed, and light from the light emitting layer 2 is mainly emitted from the aperture portion 2a to the outside via the first opening portion 7.
[0023]
The above-described sheet structure 3 is mounted (wound) on the outer peripheral surface of the envelope 1 so that the external electrodes 5 and 6 are located between the envelope 1 and the light-transmitting sheet 4. The attachment of the seat structure 3 to the envelope 1 is performed, for example, as shown in FIG. First, the sheet structure 3 is arranged on the stage 10 in a developed state. Next, the envelope 1 is disposed at one end 4a of the translucent sheet 4 in the sheet structure 3, and the envelope 1 is pressed against the translucent sheet 4 by the pair of driven rollers 11, 11. After setting, the stage 10 is slightly moved in the M direction, and then moved in the N direction. Then, the sheet structure 3 relatively rolls on the translucent sheet 4, and the outer peripheral surface of the sheet structure 3 is mounted by being wound. In the sheet structure 3, the external electrodes 5 and 6 are adhered to the outer peripheral surface of the envelope 1 using the adhesive layer 9 formed on the surface, and the translucent sheet 4 is formed on one of them. The adhesive layer 9 is used to adhere to the outer peripheral surface of the envelope 1 at the time of winding, and the respective ends 4 a and 4 b are overlapped and adhered at the second opening 8.
[0024]
As a constituent member of the envelope 1 of the rare gas discharge lamp DL, for example, the volume resistivity at 150 ° C. is 1 × 10⁹A borosilicate glass based on silicon oxide and boron oxide and containing no lead (hereinafter referred to as BFK glass for convenience) is preferable. This BFK glass includes, for example, silicon oxide (67.6%), alumina (4%), boron oxide (18%), sodium oxide (1%), potassium oxide (8%), lithium oxide (1%), oxide It is made of titanium (0.4%) or the like. In addition, lead glass, barium glass, or the like can be used. The barium glass is made of, for example, an oxide of silicic acid, alumina, boric acid, potassium, barium, calcium, or the like. The thickness of these glasses is set in the range of 0.2 to 0.7 mm (preferably in the range of 0.4 to 0.7 mm). However, when the wall thickness is less than 0.4 mm, particularly less than 0.2 mm, the mechanical strength of the envelope 1 is extremely reduced, and the defect rate due to glass breakage in the production process by mass production equipment increases. Conversely, if the thickness exceeds 0.7 mm, a striped discharge state is visually observed, and flickering may occur in light emitted from the aperture portion 2a. Therefore, it is desirable to set the thickness of the envelope 1 within the above range. In some cases, the wall thickness of the envelope 1 can be set outside the upper limit thereof.
[0025]
The inner space of the envelope 1 is filled with a rare gas containing xenon gas as a main component, and its filling pressure is set, for example, in the range of 83 to 200 torr. In this range, the effects of improving the starting characteristics, light output (original surface illuminance), and flicker can be obtained. However, when the sealing pressure is less than 83 Torr, the effect of improving the light output becomes insufficient. Conversely, when the sealing pressure exceeds 200 Torr, not only the starting characteristics are impaired, but also the striped discharge state is reduced. The light emitted from the aperture portion 2a may be flickered. Therefore, it is desirable to set the rare gas charging pressure within the above range. The rare gas charging pressure can be set out of the above range depending on the use and requirements of the rare gas discharge lamp.
[0026]
Further, the light-emitting layer 2 may be composed of only one type of phosphor to be used or a mixture of two or more types depending on the use of the rare gas discharge lamp. For example, in the case of a three-wavelength band emission type, for example, a europium-activated barium magnesium aluminate phosphor having an emission spectrum in the blue region, a cerium / terbium-activated lanthanum phosphate phosphor having an emission spectrum in the green region, a red region And a mixture of europium-activated yttrium and gadolinium borate phosphors having an emission spectrum.²It is set in the range of 5 to 30 mg. In this range, a sufficient amount of light (light output) can be obtained, but if the amount of adhesion is less than 5 mg, the illuminance of the original surface becomes insufficient due to insufficient amount of light. It becomes difficult to form a light emitting layer. Therefore, it is desirable that the amount of the light-emitting layer 2 attached be set within the above range. Note that the amount of the light-emitting layer deposited can be set out of the above range, depending on the use and requirements of the rare gas discharge lamp.
[0027]
On the other hand, a high-frequency voltage generation circuit HC that generates a pulse-like high-frequency voltage includes, for example, an output transformer TR having a primary coil TRa and a secondary coil TRb, and a first coil connected in series to the primary coil TRa of the output transformer TR. A switching element S1, a current detection circuit R1 connected in series to the first switching element S1, and a drive signal V applied to the first switching element S1.₁, And a first driver circuit DR1 connected between the first drive circuit PD1 and the gate of the first switching element S1. The first switching element S1 is configured by, for example, an N-channel field-effect transistor (FET), and the current detection circuit R1 is configured by a resistor. The first drive circuit PD1 is configured to output a drive signal having a predetermined on-duty ratio (for example, a fixed duty of 60% or more) and a predetermined frequency (for example, 50 to 100 KHz).
[0028]
A DC / DC converter CV is connected between the high-frequency voltage generation circuit HC and the DC power supply E1. The DC / DC converter CV includes, for example, a second switching element S2, a coil L connected in series to the second switching element S2, and an input side of the coil L (a connection side with the second switching element S2). ) And ground, a diode D1 connected in the opposite direction, a capacitor C1 connected between the output side (high-frequency voltage generating circuit HC side) of the coil L and ground, and a second switching element S2. PWM-controlled drive signal V₂And a second drive circuit PD2 for providing the same. The second switching element S2 is configured by, for example, a P-channel field effect transistor (FET). In particular, the DC / DC converter CV is configured as a step-down converter in which the input voltage (voltage of the DC power supply E1) Va and the output voltage Vb have a relationship of Va> Vb in the illustrated example. A suitable circuit such as a buck-boost converter, a polarity reversal converter or the like can be applied.
[0029]
For example, as shown in FIG. 2, the second drive circuit PD2 in the above-described DC / DC converter CV includes an error amplifier (error amplifier) OP1 and an inverting input terminal (−) and an output terminal of the error amplifier OP1. A series circuit of the connected resistor R2 and capacitor C2, a reference power supply (reference voltage) E2 connected to the non-inverting input terminal (+) of the error amplifier OP1, and a non-inverting input terminal (+) of the output of the error amplifier OP1. , A triangular wave oscillator OSC connected to the inverting input terminal (−) of the comparison circuit OP2, and a second driver circuit DR2 connected to the output side of the comparison circuit OP2. The output of the second driver circuit DR2 is connected to the gate of the second switching element S2. Note that the comparison circuit OP2 is configured by, for example, an operational amplifier.
[0030]
A voltage V corresponding to the peak value of the coil current Ic detected by the current detection circuit R1 is provided between the current detection circuit R1 in the high-frequency voltage generation circuit HC and the second drive circuit PD2 in the DC / DC converter CV._RIs connected to a DC conversion circuit PH that converts the DC to DC. This DC conversion circuit PH includes, for example, an operational amplifier OP3, a diode D2 connected to the output side of the operational amplifier OP3, and a capacitor C2 connected between the output side of the diode D2 and the ground. The inverting input terminal (-) of the operational amplifier OP3 is connected to the output side of the diode D2, and the non-inverting input terminal (+) is connected to the connection point between the current detection circuit R1 and the first switching element S1. Is connected to the inverting input terminal (-) of the error amplifier OP1 in the second drive circuit PD2. Although the DC conversion circuit PH is constituted by a peak hold circuit, the operational amplifier OP3 can be omitted.
[0031]
The DC conversion circuit PH may be constituted by an averaging circuit including a resistor R3 and a capacitor C4 as shown in FIG. 8, for example, in addition to the peak hold circuit. In this averaging circuit (PH), the voltage V corresponding to the coil current Ic detected by the current detection circuit R1_RIs converted into an averaged direct current by the resistor R3 and the capacitor C4, and is applied to the second drive circuit PD2.
Further, the DC conversion circuit PH may be constituted by an averaging circuit including a comparator OP4, a resistor R3, and a capacitor C3, as shown in FIG. 14, for example. In this DC conversion circuit PH, a reference power supply (reference voltage) E3 is connected to the inverting input terminal (-) of the comparator OP4, and the terminal voltage V of the current detecting circuit R1 input to the non-inverting input terminal (+)._RIs compared with the reference voltage E3, and the terminal voltage V_RIs the terminal voltage V_R, A signal is output from the comparator OP4, and the voltage signal V averaged by the resistor R3 and the capacitor C3._PIs provided to the second drive circuit PD2.
[0032]
Further, in the high-frequency voltage generating circuit HC, the rare gas discharge lamp DL is connected to the secondary coil TRb of the output transformer TR so that a pulsed high-frequency voltage is applied to the external electrodes 5 and 6. One of the electrodes 5, 6 is grounded. In particular, the drive signal V from the first drive circuit PD1₁During the off period of the first switching element S1 based on the above, the free oscillation of the lamp current generated by the effective inductance on the secondary coil TRb side of the output transformer TR and the effective capacitance when the rare gas discharge lamp DL is turned on. Within a first period, preferably, a bounce period T in which the direction of the lamp current is reversed.₂Is set between.
The lighting device thus configured operates as follows. First, when the DC power supply E1 is connected to the input side of the DC / DC converter CV, the DC / DC converter CV drives the drive signal V from the second drive circuit PD2 to the second switching element S2.₂The output voltage Vb is controlled to a voltage lower than the voltage Va of the DC power supply E1 by the cooperation of the coil L, the capacitor C1, and the like. In this state, as shown in FIG. 7A, the on-duty ratio and the frequency are constant from the first drive circuit PD1 via the first driver circuit DR1, and the time t₁, T₂, T₃, The drive signal V which alternately goes to the high level and the low level₁Is applied to the gate of the first switching element S1, the first switching element S1 is turned on at time t, as shown in FIG.₁Is turned on. When the first switching element S1 is turned on, power is supplied from the DC / DC converter CV to the high-frequency voltage generation circuit HC.
[0033]
That is, in the closed circuit including the primary coil TRa of the output transformer TR, the first switching element S1, and the current detection circuit R1 in the high-frequency voltage generation circuit HC, the voltage increases almost linearly as shown in FIG. A current (coil current) Ic flows. As a result, electromagnetic energy is accumulated in the primary coil TRa of the output transformer TR, and the voltage drop (the output voltage V_R= Ic.R1). This output voltage increases as the coil current Ic increases with time, and at time t₂And the coil current Ic becomes the peak value I_CPOutput voltage V_R(= I_CPR1) also becomes maximum.
[0034]
This maximum output voltage V_RIs applied to the non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier OP3 in the DC conversion circuit PH and_PAnd is peak-held. This signal V_PIs input to the inverting input terminal (-) of the error amplifier OP1 of the second drive circuit PD2 in the DC / DC converter CV. In the error amplifier OP1, the signal V from the DC conversion circuit PH is output._P(Error) between the reference voltage E2 and the reference voltage E2 connected to the non-inverting input terminal is amplified and input to the comparison circuit OP2. In the comparator OP2, the output signal of the error amplifier OP1 is compared with the triangular wave signal from the triangular wave oscillator OSC, and a drive signal (PWM-controlled signal) V having a pulse width related to the magnitude of the output signal.₂Is applied to the second switching element S2 via the second driver circuit DR2. As a result, a voltage Vb corresponding to the switching operation of the second switching element S2 is output from the DC / DC converter CV.
[0035]
By the way, the drive signal V applied from the first drive circuit PD1 to the first switching element S1.₁Since the duty ratio and the frequency are constant, the first switching element S1 regularly operates at the time t as shown in FIG.₂The state changes from the on state to the off state. As a result, the coil current Ic is also changed to the time t as shown in FIG.₂No longer flows. At this time, based on the action of the electromagnetic energy accumulated in the primary coil TRa of the output transformer TR, a pulsed high-frequency voltage is generated in the secondary coil TRb by the winding ratio between the primary coil TRa and the secondary coil TRb. Are applied to the external electrodes 5 and 6 of the rare gas discharge lamp DL. Then, a discharge is generated between the external electrodes 5 and 6, and the rare gas discharge lamp DL is turned on, and as shown in FIG.₂, The lamp current Ib starts flowing, and electric charges are accumulated in the rare gas discharge lamp DL because the rare gas discharge lamp DL forms a capacitor. When the lamp current Ib becomes 0, the electric charge accumulated in the rare gas discharge lamp DL becomes the lamp current again for the first period T.₁(See FIG. 13). It should be noted that the reverse period (T₂) Is referred to as a bounce period for convenience. Accordingly, the rare gas discharge lamp DL emits light (φ) as shown in FIG.
[0036]
Next, as shown in FIG.₃At the drive signal V₁Becomes high level, the first switching element S1 turns on at time t, as shown in FIG.₃Is turned on again. As a result, the coil current Ic flows again through the primary coil TRa of the output transformer TR. However, as shown in FIG.₃(T₁), Increases almost linearly after flowing in a pulsed manner. Because the secondary coil TRb of the output transformer TR is supplied with electric power based on the pulse-like coil current Ic, during the rebound period (T₂(D) is superimposed on the lamp current Ibj indicated by oblique lines in FIG. 4 (d), and the light amount φj indicated by oblique lines in FIG.
[0037]
In particular, as shown in FIG. 7B, the time t when the first switching element S1 is inverted from the off state to the on state.₃Is within the first cycle of the free oscillation of the lamp current generated by the effective inductance of the secondary coil TRb side of the output transformer TR and the effective capacitance of the rare gas discharge lamp DL in a lit state (preferably, the Bounce period T in which the direction is reversed₂), The current Ibj indicated by the diagonal lines can be effectively superimposed on the free vibration component of the lamp current. Hereinafter, time t₃After that, the time t₁~ T₃The same operation as in the period is continuously repeated.
[0038]
By the way, in this lighting device, the constant power of the input side of the high-frequency voltage generation circuit HC is basically set to a voltage corresponding to the peak value of the current detected by the current detection circuit R1 in the high-frequency voltage generation circuit HC. V_RIs controlled by controlling the output voltage Vb of the DC / DC converter CV so that is constant. Here, the inductance of the primary coil TRa of the output transformer TR is Lp, and the peak value of the coil current Ic is Ip._CPIf the switching frequency of the first switching element S1 is f, the power P on the input side is P = 0.5Lp · I_CP ²-It is represented by the formula f. This power P is equal to the peak of the coil current Ic because the inductance Lp of the primary coil TRa of the output transformer TR is substantially constant and the switching frequency f of the first switching element S1 is also fixed to a constant value in advance. Value I_CPThat is, the output voltage V of the current detection circuit R1_R(= I_CP-It will depend on R1). Therefore, the output voltage V of the current detection circuit R1_RIs controlled by controlling the output voltage Vb of the DC / DC converter CV so that is constant. In other words, the coil current Ic, the output voltage Vb of the DC / DC converter CV, the inductance Lp of the primary coil TRa of the output transformer TR, and the ON time T of the first switching element S1_ONBetween I_CP= (Vb / Lp) · T_ON And the inductance Lp and the on-time T_ONIs constant, the peak value I of the coil current Ic is_CPIs controlled by controlling the output voltage Vb of the DC / DC converter CV so that the constant power becomes constant. For this reason, the brightness of the rare gas discharge lamp DL is maintained substantially constant.
[0039]
In this lighting device, it is possible to reduce a change in the amount of light of the rare gas discharge lamp DL due to a power supply fluctuation of the DC power supply E1, a change in environmental temperature, a change in impedance of the rare gas discharge lamp DL, a leakage current of the high voltage wiring, and the like. For example, when the voltage Va increases due to the power supply fluctuation of the DC power supply E1, the output voltage Vb of the DC / DC converter CV also increases accordingly. Then, the time t shown in FIG.₂, The peak value of the coil current Ic detected by the current detection circuit R1 is_CPThe output signal V of the DC conversion circuit PH._PAlso increases. This increased signal V_PIs input to the second drive circuit PD2 in the DC / DC converter CV, and the second drive circuit PD2 outputs a drive signal V whose ON period has been shortened by PWM control.₂Is output. The second switching element S2 outputs the drive signal V₂As a result, the output voltage Vb of the DC / DC converter CV decreases, and the coil current Ic has a constant peak value I._CPAnd constant power is obtained. That is, the DC / DC converter CV outputs the output signal V of the DC conversion circuit PH._PIs controlled to output a voltage Vb such that the difference between the reference voltage E2 and the reference voltage E2 in the error amplifier OP1 of the second drive circuit PD2 disappears. Therefore, the input power of the high-frequency voltage generation circuit HC is made constant. When the voltage Va decreases, an operation reverse to the above is performed.
[0040]
Further, when the load impedance increases due to an increase in the temperature of the envelope due to the lighting of the rare gas discharge lamp DL, the lamp current Ib of the rare gas discharge lamp DL decreases and is supplied to the high frequency voltage generation circuit HC. The power is also reduced, and the light quantity of the rare gas discharge lamp DL is smaller than in the steady state. In this case, the time t shown in FIG.₂, The peak value of the coil current Ic detected by the current detection circuit R1 is_CPSmaller than the output signal V of the DC conversion circuit PH._PWill also be smaller. This reduced signal V_PIs input to the second drive circuit PD2 in the DC / DC converter CV, and the second drive circuit PD2 outputs a drive signal V whose ON period has been increased by PWM control.₂Is output. The second switching element S2 outputs the drive signal V₂As a result, the output voltage Vb of the DC / DC converter CV increases, and the coil current Ic has a constant peak value Ic._CPAnd constant power is obtained. Therefore, constant power is supplied to the rare gas discharge lamp DL, and a constant light amount is maintained.
[0041]
According to this embodiment, the constant power of the input side of the high-frequency voltage generating circuit HC is set to the constant voltage V corresponding to the peak value of the current detected by the current detection circuit R1 in the high-frequency voltage generating circuit HC._RIs controlled by controlling the output voltage Vb of the DC / DC converter CV so that is constant. For this reason, the power on the input side of the high-frequency voltage generation circuit HC can be controlled to be substantially constant without being affected by power supply fluctuations, environmental temperature changes, rare gas discharge lamp characteristic changes, and the like. Therefore, the amount of light of the rare gas discharge lamp DL can be stabilized.
[0042]
Further, since the DC / DC converter CV is configured to supply a constant power to the high-frequency voltage generation circuit HC, the control of the high-frequency voltage generation circuit HC does not require any control, and the first switching element S1 Can be simply configured to repeat the on / off operation of the device at a constant period. Therefore, the circuit configuration is simplified, and the cost can be reduced.
[0043]
In particular, the DC / DC converter CV outputs the voltage V corresponding to the peak value of the current detected by the current detection circuit R1 of the high-frequency voltage generation circuit HC._RIs converted to DC by the DC conversion circuit PH, and the signal V_PIs configured to be PWM-controlled by being fed back to the second drive circuit PD2, so that its output voltage Vb always becomes the voltage V corresponding to the peak value of the coil current._RIs controlled to be constant. Therefore, the input power of the high-frequency voltage generation circuit HC can be made substantially constant.
[0044]
Further, the lamp current Ib in the lighting state of the rare gas discharge lamp DL is based on the free vibration due to the effective inductance of the secondary coil TRb of the output transformer TR and the effective capacitance in the state where the rare gas discharge lamp DL is turned on. Although it flows, a rebound period T in which the direction of the lamp current is reversed₂7D, a lamp current Ibj indicated by oblique lines in FIG. 7D is superimposed on the basis of a pulse-like coil current generated when the second switching element S2 is turned on again. For this reason, the lamp current can be substantially increased without further increasing the input current of the high-frequency voltage generation circuit HC, and accordingly, the brightness is also indicated by oblique lines in FIG. Can be further increased. Therefore, not only the amount of light of the rare gas discharge lamp DL can be increased, but also the efficiency of the lighting device can be increased. For example, it is possible to cope with an increase in the document feeding speed in the OA equipment.
[0045]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment at all, and for example, the first and second switching elements can use transistors in addition to FETs. Further, the first and second driver circuits can be omitted. Further, in the rare gas discharge lamp incorporated in the lighting device, a heat-shrinkable resin tube other than the light-transmitting sheet may be used as the insulating member attached to the envelope, or may be omitted. Alternatively, the light emitting layer can be formed on the entire inner surface of the envelope without the aperture portion, or a deformed portion such as a sawtooth shape can be formed on the side edge of the external electrode. Further, in the form of the external electrode, the band shape means that the overall shape is a band shape, and includes those in which a deformed portion, a hole, or the like exists in a side edge portion or a portion other than the side edge portion. And
[0046]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the constant power of the input side power of the high-frequency voltage generation circuit is such that the voltage corresponding to the peak value of the current detected by the current detection circuit in the high-frequency voltage generation circuit becomes constant. This is performed by controlling the output voltage of the DC / DC converter. For this reason, the power on the input side of the high-frequency voltage generation circuit can be controlled to be substantially constant without being affected by fluctuations in the power supply, changes in the temperature of the environment, changes in characteristics of the rare gas discharge lamp, and the like. Therefore, the amount of light of the rare gas discharge lamp can be stabilized.
[0047]
Further, since the DC / DC converter is configured to supply constant power to the high-frequency voltage generation circuit, no control is required for the configuration of the high-frequency voltage generation circuit, and the first switching element is turned on and off. A simple configuration in which the operation is simply repeated at a constant cycle can be achieved. Therefore, the circuit configuration is simplified, and the cost can be reduced.
[0048]
In the DC / DC converter, the voltage corresponding to the peak value of the current detected by the current detection circuit of the high-frequency voltage generation circuit is converted to DC by the DC conversion circuit, and this signal is fed back to the second drive circuit. Therefore, the output voltage is controlled so that the voltage corresponding to the peak value of the coil current is always constant. Therefore, the input power of the high-frequency voltage generation circuit can be made substantially constant.
[0049]
Furthermore, the lamp current in the lighting state of the rare gas discharge lamp flows based on free vibration due to the effective inductance of the secondary coil side of the output transformer and the effective capacitance in the state where the rare gas discharge lamp is turned on. During the bounce period in which the direction of the lamp current is reversed, a current flowing based on a pulse-like coil current generated when the second switching element turns on again is superimposed on the lamp current. Therefore, the lamp current can be substantially increased without further increasing the input current of the high-frequency voltage generation circuit, and accordingly, the brightness can be increased. Therefore, not only the amount of light of the rare gas discharge lamp can be increased, but also the efficiency of the lighting device can be increased. For example, it is possible to cope with an increase in the document feeding speed in the OA equipment.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an electric circuit diagram of a lighting device showing one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a specific electric circuit diagram of a second drive circuit shown in FIG.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the rare gas discharge lamp shown in FIG.
FIG. 4 is a developed view of a sheet structure applied to the rare gas discharge lamp shown in FIG.
FIG. 5 is a sectional view taken along line XX of FIG. 4;
6 is a longitudinal sectional view for explaining a method for manufacturing the rare gas discharge lamp shown in FIG.
FIGS. 7A and 7B are explanatory diagrams of the operation of FIG. 1, wherein FIG. 7A is an output timing diagram of a first drive circuit, FIG. 7B is an operation timing diagram of a first switching element, and FIG. () Shows a coil current diagram, (d) shows a lamp current diagram, and (e) shows a light emission waveform diagram.
FIG. 8 is an electric circuit diagram showing another embodiment of the DC conversion circuit.
FIG. 9 is a longitudinal sectional view of a rare gas discharge lamp according to the prior art.
FIG. 10 is an electric circuit diagram of a lighting device for a rare gas discharge lamp according to the prior art.
FIG. 11 is an electric circuit diagram of an improved lighting device for a rare gas discharge lamp according to the prior art.
12 (a) is an output timing chart of a driving circuit, FIG. 12 (b) is an operation timing chart of a switching element, FIG. 12 (c) is a coil current chart, (D) is a lamp current diagram, and (e) is a light emission waveform diagram.
13 is an enlarged view of FIG. 12, wherein FIG. 13 (a) is an operation timing chart of the switching element, and FIG. 13 (b) is a lamp current chart.
FIG. 14 is an electric circuit diagram showing still another embodiment of the DC conversion circuit according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1 envelope
2 Light-emitting layer
2a aperture
3 seat structure
4 translucent sheet (insulating member)
5,6 external electrode
7 First opening
8 Second opening
DL rare gas discharge lamp
E1 DC power supply
E2 Reference power supply (reference voltage)
HC high frequency voltage generation circuit
TR output transformer
TRa primary coil
TRb secondary coil
CV DC / DC converter
L coil
C1-C3 capacitor
D1-D2 diode
S1 First switching element
S2 Second switching element
PD1 First drive circuit
PD2 Second drive circuit
R1 Current detection circuit (resistance)
PH DC conversion circuit
OP1 Error amplifier
OP2 comparison circuit
OP3 Operational Amplifier
OP4 comparator
DR1 first driver circuit
DR2 Second driver circuit
OSC triangular wave oscillator

Claims

内面に発光層を有し、かつ内部空間に希ガスを封入した外囲器の外周面に金属部材よりなる帯状の一対の外部電極を、外囲器のほぼ全長に亘って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，周波数が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。A pair of band-shaped external electrodes made of a metal member are arranged on the outer peripheral surface of an envelope having a light emitting layer on the inner surface and enclosing a rare gas in the inner space over substantially the entire length of the envelope. A rare gas discharge lamp, an output transformer having a primary coil and a secondary coil, a first switching element connected in series to the primary coil of the output transformer, a current detection circuit, and a duty ratio applied to the first switching element. A high frequency voltage generating circuit for generating a pulse high frequency voltage on the secondary coil side of the output transformer based on a switching operation of the first switching element, the first driving circuit including a first driving circuit for applying a driving signal having a constant frequency; A DC conversion circuit that detects a voltage corresponding to the peak current of the current detection circuit in the high-frequency voltage generation circuit and converts the voltage into a direct current, and outputs an output based on an output signal of the DC conversion circuit. A DC / DC converter having a function of controlling the power to be constant; a DC / DC converter connected to the input side of the high-frequency voltage generation circuit and a rare gas discharge lamp connected to the output side, respectively; The power on the input side of the high-frequency voltage generation circuit in the lighting state of is substantially changed by the constant power function of the DC / DC converter based on the output signal from the DC conversion circuit related to the voltage corresponding to the peak current detected by the current detection circuit. The first switching element is controlled so as to be constant, and the off-period of the first switching element is determined by the effective inductance on the secondary coil side of the output transformer and the effective capacitance when the rare gas discharge lamp is turned on. A lighting device for a rare gas discharge lamp, wherein the lighting device is set within the first cycle of free vibration .

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。The DC / DC converter is configured to apply at least a second switching element, a coil, a capacitor, a diode, and a PWM-controlled drive signal based on an output signal of the DC conversion circuit to the second switching element. And a voltage corresponding to the peak current detected by the current detection circuit in the high-frequency voltage generation circuit is fed back to the second drive circuit via the DC conversion circuit, so that the current flowing in the current detection circuit The lighting device for a rare gas discharge lamp according to claim 1, wherein the control is performed so that a peak value of the rare gas discharge becomes substantially constant.

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。The lighting device for a rare gas discharge lamp according to claim 1, wherein the DC / DC converter is a step-down converter.

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。The lighting device for a rare gas discharge lamp according to claim 1, wherein an on-duty ratio of a drive signal output from the first drive circuit is set to 60% or more.

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。The lighting device for a rare gas discharge lamp according to claim 1, wherein the DC conversion circuit is a peak hold circuit that holds a peak value of a voltage corresponding to a peak current detected by a current detection circuit.

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。The lighting device for a rare gas discharge lamp according to claim 1, wherein the DC conversion circuit is a circuit that converts a voltage corresponding to the current detected by the current detection circuit into a DC voltage that is averaged.