JP2007149361A - 放電ランプ点灯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放電ランプを安定に始動できるとともに、黒化の影響を受けることなく放電ランプを長く点灯できる点灯装置を提供することである。
【解決手段】放電ランプ（Ｌｄ）を点灯するための放電ランプ点灯装置であって、給電回路（Ｕｃ）と、放電ランプ（Ｌｄ）の両極に印加する電圧の極性を反転させるための極性反転手段（Ｕｉ）と、放放電検出手段（Ｕｊ）と、ランプ電圧検出手段（Ｖｘ）と、極性反転制御手段（Ｕｆ）を有し、極性反転制御手段（Ｕｆ）は、放電検出手段（Ｕｊ）が放電を検出した後に、ランプ電圧検出手段（Ｖｘ）の検出電圧に基づいて、極性反転手段（Ｕｉ）が放電ランプ（Ｌｄ）の両極に印加する電圧の極性を反転させる動作を行うか否かの極性反転動作可否判定を行い極性反転手段（Ｕｉ）を制御することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

この発明は放電ランプ点灯装置に関する。特に、水銀が０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上封入されて、点灯時の圧力がきわめて高くなる高圧放電ランプを点灯させる放電ランプ点灯装置に関する。

プロジェクター装置の光源には、水銀が０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上というレベルで多量に封入された放電ランプが使われる。点灯時の水銀蒸気圧を高くすることで、可視波長域の光を高い出力で得るためである。

また、放電ランプ点灯装置は、一般に、フルブリッジ型スイッチング回路（極性反転回路）を使って、例えば、３００Ｈｚ程度の交流電流を発生させて放電ランプを点灯させる。始動時のプロセスは、無負荷開放状態の放電ランプに、イグナイター回路で高圧パルスを発生させ放電ランプを絶縁破壊させる。その後、放電ランプをグロー放電状態からアーク放電状態に移行させるわけであるが、安定に移行するまでは、直流電流を供給することがある。これは、グロー放電状態で放電ランプに流れる電流の極性を反転させると、所謂、再点弧電圧が発生し、放電ランプが立ち消えとなり、あるいは、立ち消えに至らずともチラツクなど極めて不安定な点灯を生ずるためである。この技術は、例えば、特公平６−６５１７５号に記載される。

また、特開２００４−３９３９１号には、点灯始動時からグロー放電に至る期間、交流電圧を供給するとともに、グロー放電からアーク放電に移行した後は直流電圧を所定時間供給する技術が記載される。
これは、多量の水銀を含む放電ランプにあっては、消灯時に、いずれかの電極に水銀が偏って付着することがある。この場合、陰極となる電極に水銀が付着していれば、グロー放電からアーク放電に良好に移行することができるが、陽極となる電極に水銀が付着していれば、アーク放電への移行が速やかに行われず、グロー放電状態が長期化して電極材料がスパッタして発光管を黒化させることになる。
つまり、水銀を多量に含む放電ランプの場合は、特公平６−６５１７５号に記載されるように、グロー放電状態からアーク放電状態への移行時期において、一律に極性の決めた直流電流を供給できないことを指摘している。

しかし、この特開２００４−３９３９１号に記載される技術は、グロー放電状態からアーク放電状態への移行時期に交流を供給する技術であるため、水銀が付着していない電極が半周期ごとに陰極となり、結果として、スパッタや黒化の問題を発生させて、放電ランプの短寿命化を招く。
特公平６−６５１７５号 特開２００４−３９３９１号

この発明が解決しようとする課題は、放電ランプを安定に始動できるとともに、黒化の影響を受けることなく長寿命で点灯できる装置を提供することである。

以下に課題を解決するために手段を記載するが、理解の便宜上、図面に付した番号をあわせて記載する。
この発明に係る放電ランプ点灯装置は、一対の電極（Ｅ１，Ｅ２）を対向配置するとともに発光物質として水銀を封入してなる放電ランプ（Ｌｄ）を点灯するための放電ランプ点灯装置であって、前記放電ランプ（Ｌｄ）を始動させ放電を維持させるための給電回路（Ｕｃ）と、前記放電ランプ（Ｌｄ）の両極に印加する電圧の極性を反転させるための極性反転手段（Ｕｉ）と、前記放電ランプ（Ｌｄ）の放電を検出する放電検出手段（Ｕｊ）と、前記放電ランプ（Ｌｄ）の電圧を検出するランプ電圧検出手段（Ｖｘ）と、前記極性反転手段（Ｕｉ）を制御するための極性反転制御手段（Ｕｆ）を有し、前記極性反転制御手段（Ｕｆ）は、前記放電検出手段（Ｕｊ）が放電を検出した後に、前記ランプ電圧検出手段（Ｖｘ）の検出電圧に基づいて、前記極性反転手段（Ｕｉ）が前記放電ランプ（Ｌｄ）の両極に印加する電圧の極性を反転させる動作を行うか否かの極性反転動作可否判定を行い前記極性反転手段（Ｕｉ）を制御することを特徴とする。

また、前記極性反転制御手段（Ｕｆ）の前記極性反転動作可否判定は、前記ランプ電圧検出手段（Ｖｘ）が検出した前記放電ランプ（Ｌｄ）の電圧が、所定の判定基準電圧Ｖｆ以上である場合は前記放電ランプ（Ｌｄ）の両極に印加する電圧の極性を反転させ、そうでない場合は前記放電ランプ（Ｌｄ）の両極に印加する電圧の極性を反転させない判定であることを特徴とする。

また、前記放電検出手段（Ｕｊ）は、前記放電ランプ（Ｌｄ）に流れる電流を検出するものであって、前記放電ランプ（Ｌｄ）に流れる電流が所定の放電検出基準電流Ｉｊ以上になることを検出して前記放電ランプ（Ｌｄ）の放電を検出することを特徴とする。

また、前記ランプ電圧検出手段（Ｖｘ）が前記放電検出手段（Ｕｊ）を兼ねており、前記放電ランプ（Ｌｄ）の電圧が所定の放電検出基準電圧Ｖｊ以下になることを検出して前記放電ランプ（Ｌｄ）の放電を検出することを特徴とする。

また、前記極性反転制御手段（Ｕｆ）は、前記ランプ電圧検出手段（Ｖｘ）の検出電圧が前記判定基準電圧Ｖｆ以上であることを検出した期間の長さの累積値が所定の累積検出基準期間Ｔｍを超えた時点、もしくは前記放電検出手段（Ｕｊ）が放電を検出してからの所定の判定実施可能期間Ｔｎを経過した時点の何れか早い方時点で前記極性反転動作可否判定を確定させることを特徴とする。

また、前記極性反転制御手段（Ｕｆ）は、前記極性反転動作可否判定の結果によらず、前記放電検出手段（Ｕｊ）が前記放電ランプ（Ｌｄ）の放電を最初に検出してから所定のＡＣ動作抑制期間Ｔｄを経過後において、前記放電ランプ（Ｌｄ）の両極に印加する電圧の極性を反転させる動作を繰り返すように前記極性反転手段（Ｕｉ）を制御することを特徴とする。

また、この発明の光源装置は、放電ランプ点灯装置一対の電極（Ｅ１，Ｅ２）を対向配置するとともに発光物質として１立方ミリメートルあたり０．１５ｍｇ以上の水銀を封入してなる放電ランプ（Ｌｄ）と、放電ランプ点灯装置よりなる光源装置であって、当該放電ランプ点灯装置は、前記放電ランプ（Ｌｄ）を始動させ放電を維持させるための給電回路（Ｕｃ）と、前記放電ランプ（Ｌｄ）の両極に印加する電圧の極性を反転させるための極性反転手段（Ｕｉ）と、前記放電ランプ（Ｌｄ）の放電を検出する放電検出手段（Ｕｊ）と、前記放電ランプ（Ｌｄ）の電圧を検出するランプ電圧検出手段（Ｖｘ）と、前記極性反転手段（Ｕｉ）を制御するための極性反転制御手段（Ｕｆ）を有し、前記極性反転制御手段（Ｕｆ）は、前記放電検出手段（Ｕｊ）が放電を検出した後に、前記ランプ電圧検出手段（Ｖｘ）の検出電圧に基づいて、前記極性反転手段（Ｕｉ）が前記放電ランプ（Ｌｄ）の両極に印加する電圧の極性を反転させる動作を行うか否かの極性反転動作可否判定を行い前記極性反転手段（Ｕｉ）を制御することを特徴とする。

上記構成により、本願発明は、放電ランプの放電を検知した後、すなわち、絶縁破壊後でグロー放電状態からアーク放電状態に以降するまでの間に、ランプ電圧を検出して、直流電流の極性を反転させるか否かを判断する。この判断は、実質的には水銀が付着している電極が陰極になっているか否かを判断している。このため、水銀が付着している電極が陽極になっている場合は、直流電流の極性を反転させるとともに、水銀が付着している電極が陰極になっている場合は、極性を反転させない制御をすることができ、このため水銀が付着している電極を確実に陰極として直流電流を供給することができる。結果として、放電ランプを確実に始動できるとともに、黒化の影響を受けることなく長寿命の点灯が可能となる。

図１は本発明に係る放電ランプ点灯装置を示す。
放電ランプ点灯装置は、給電回路（Ｕｃ）、極性反転回路（Ｕｉ）、極性反転制御手段（Ｕｆ）、放電検出手段（Ｕｊ）、放電ランプトリガ手段（Ｕｔ）より構成される。給電回路（Ｕｃ）は放電ランプ（Ｌｄ）を始動させ放電を維持するために電流を供給する源である。極性反転回路（Ｕｉ）は放電ランプ（Ｌｄ）の両極に印加する電圧の極性を反転させるものである。極性反転制御回路（Ｕｆ）は極性反転手段（Ｕｊ）の極性を反転させるべく実際に制御信号を発信する制御機能を持つものである。放電検出手段（Ｕｊ）は、例えば抵抗からなり、放電電流が流れたことを検知する。ランプ電圧検出手段（Ｖｘ）は、例えば複数の抵抗からなり、放電ランプ（Ｌｄ）の電圧（ＶＬ）を、ノード（Ｔ２１）とノード（Ｔ２２’）の間の電圧を検出する代わりに、極性反転手段（Ｕｉ）の前段のノード（Ｔ１１）とノード（Ｔ１２）の間の電圧を検出する。放電ランプトリガ手段（Ｕｔ’）は、従来技術で説明したイグナイター回路に相当するもので、放電ランプ（Ｌｄ）の両極の電極（Ｅ１，Ｅ２）間に始動用の高電圧を印加する。放電検出手段（Ｕｊ）からの放電検出信号（Ｓｊ）と、ランプ電圧検出手段（Ｖｘ）からのランプ電圧検出信号（Ｓｖ）が、極性反転制御手段（Ｕｆ）に入力され、極性反転制御手段（Ｕｆ）は、極性反転制御信号（Ｓｆ）を生成して極性反転手段（Ｕｉ）に入力する。

図２は、図１の回路をより詳細に表したものであり、降圧チョッパ回路による給電回路（Ｕｃ）と、フルブリッジ回路による極性反転手段（Ｕｉ）を具体的に示す。
降圧チョッパ回路を基本とした給電回路（Ｕｃ）は、ＰＦＣ等のＤＣ電源（Ｍ）より電圧の供給を受けて動作し、放電ランプ（Ｌｄ）への給電量調整を行う。給電回路（Ｕｃ）においては、ＦＥＴ等のスイッチ素子（Ｑｘ）によってＤＣ電源（Ｍ）よりの電流をオン・オフし、チョークコイル（Ｌｘ）を介して平滑コンデンサ（Ｃｘ）に充電が行われ、この電圧が極性反転手段（Ｕｉ）を介して放電ランプ（Ｌｄ）に印加され、放電ランプ（Ｌｄ）に電流を流すことができるように構成されている。

なお、スイッチ素子（Ｑｘ）がオン状態の期間は、スイッチ素子（Ｑｘ）を通じた電流により、直接的に平滑コンデンサ（Ｃｘ）への充電と負荷である放電ランプ（Ｌｄ）への電流供給が行われるとともに、チョークコイル（Ｌｘ）に磁束の形でエネルギーを蓄え、スイッチ素子（Ｑｘ）がオフ状態の期間は、チョークコイル（Ｌｘ）に磁束の形で蓄えられたエネルギーによって、フライホイールダイオード（Ｄｘ）を介して平滑コンデンサ（Ｃｘ）への充電と放電ランプ（Ｌｄ）への電流供給が行われる。

降圧チョッパ型の給電回路（Ｕｃ）においては、前記スイッチ素子（Ｑｘ）の動作周期に対する、スイッチ素子（Ｑｘ）がオン状態の期間の比、すなわちデューティサイクル比により、放電ランプへの給電量を調整することができる。
ここでは、あるデューティサイクル比を有するゲート駆動信号（Ｓｇ）が給電制御回路（Ｆｘ）によって生成され、ゲート駆動回路（Ｇｘ）を介して、スイッチ素子（Ｑｘ）のゲート端子を制御することにより、前記したＤＣ電源（Ｍ）よりの電流のオン・オフが制御される。

放電ランプ（Ｌｄ）の電極（Ｅ１，Ｅ２）間を流れるランプ電流と、電極（Ｅ１，Ｅ２）間に発生するランプ電圧とは、ランプ電流検出手段（Ｉｘ）と、ランプ電圧検出手段（Ｖｘ）とによって、検出できるように構成される。
なお、ランプ電流検出手段（Ｉｘ）については、シャント抵抗を用いて、またランプ電圧検出手段（Ｖｘ）については、分圧抵抗を用いて簡単に実現することができる。

ランプ電流検出手段（Ｉｘ）よりのランプ電流検出信号（Ｓｉ）、およびランプ電圧検出手段（Ｖｘ）よりのランプ電圧検出信号（Ｓｖ）は、給電制御回路（Ｆｘ）に入力される。

極性反転手段（Ｕｉ）は、ＦＥＴ等のスイッチ素子（Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４）を用いたフルブリッジ回路により構成してある。それぞれのスイッチ素子（Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４）は、それぞれのゲート駆動回路（Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４）により駆動され、ゲート駆動回路（Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４）は、対角要素のスイッチ素子（Ｑ１，Ｑ３）が導通状態になるときは、他の対角要素のスイッチ素子（Ｑ２，Ｑ４）が非導通状態になり、逆に対角要素のスイッチ素子（Ｑ１，Ｑ３）が非導通状態になるときは、他の対角要素のスイッチ素子（Ｑ２，Ｑ４）が導通状態になるよう、極性反転制御手段（Ｕｆ）により生成される極性反転制御信号（Ｓｆ１，Ｓｆ２）により制御される。

本発明の点灯装置では、放電検出手段（Ｕｊ）により放電の開始を検出した後、ランプ電圧検出手段（Ｖｘ）により極性反転の必要性は判断するわけである。その後は、水銀が多量に付着した電極が陰極になるように極性は選択して、所定期間直流電流を放電ランプに供給して、その後、交流電流を供給させる。直流電流と交流電流の切替は、極性反転制御手段（Ｕｆ）により極性反転手段（Ｕｉ）を制御して行う。

なお、交流電流を供給する場合は、対角要素のスイッチ素子（Ｑ１，Ｑ３）と他の対角要素のスイッチ素子（Ｑ２，Ｑ４）の導通・非導通を交互に切り換えて行い、直流電流を供給する場合は、いずれかの対角要素のスイッチ素子のみに固定して電流を供給させる。いずれの対角要素のスイッチ素子を選択するかにより、放電ランプのいずれの電極を陰極にするか、あるいは陽極にするかを選択できる。

極性反転手段（Ｕｉ）の出力のノード（Ｔ２１，Ｔ２２）には、外部トリガ方式の放電ランプ（Ｌｄ）が接続される。その補助電極（Ｅｔ）に、始動用の高電圧を印加するための放電ランプトリガ手段（Ｕｔ）を設けてある。

なお、本図においては、放電検出手段（Ｕｊ）は、ランプ電流検出手段（Ｉｘ）によって実現される場合を示してある。すなわち、小さい電流値、例えば１０ｍＡを前記した所定の放電検出基準電流Ｉｊに設定し、これに対応する信号値よりも前記ランプ電流検出信号（Ｓｉ）が大きい場合は、放電を検出した旨の放電検出信号（Ｓｊ）を生成すればよい。放電検出信号（Ｓｊ）に極性反転制御手段（Ｕｆ）に入力される。

極性反転制御手段（Ｕｆ）が行う極性反転動作可否判定は、判定基準電圧（Ｖｆ）や放電検出基準電圧（Ｖｊ）、累積検出基準期間（Ｔｍ）、判定実施可能期間（Ｔｎ）、ＡＣ動作抑制期間（Ｔｄ）など、場合によって多くのパラメータが存在し、比較的複雑なシーケンス制御が必要となるため、極性反転制御手段（Ｕｆ）は、給電制御回路（Ｆｘ）の機能の一部とともに、マイクロプロセッサによって構成することが好適である。

極性反転の可否判定は、ランプ電圧検出手段（Ｖｘ）が検出した放電ランプの電圧が、所定の判定基準電圧（Ｖｆ）以上である場合は極性反転すべきと判断し、極性反転制御回路（Ｕｆ）により極性反転手段（Ｕｉ）を制御して、放電ランプの両極に印加する電圧の極性を反転させる。また、ランプ電圧検出手段（Ｖｘ）が検出した放電ランプの電圧が、所定の判定基準電圧（Ｖｆ）以上ではない場合は極性反転すべきではないと判断し、放電ランプの両極に印加する電圧の極性を反転させない。

ここで、ランプ電圧検出手段（Ｖｘ）が放電ランプの電圧を検知する時期は、放電検出手段（Ｕｊ）が放電ランプ（Ｌｄ）の放電を検出した後となる。放電検出手段（Ｕｊ）は放電ランプ（ｌｄ）に流れる電流を検出するものであって、検出した電流値が、放電検出基準電流値（Ｉｊ）以上である場合に放電が生じたものと判断する。

なお、ランプ電圧検出手段（Ｖｘ）が放電検出手段（Ｕｊ）を兼ねていてもよい。この場合、ランプ電圧検出手段（Ｖｘ）が放電ランプ（Ｌｄ）のランプ電圧が所定の放電検出基準電圧以下になることを検出して、放電ランプの放電を検出することとなる。

また、極性反転の可否判定は、極性反転制御手段（Ｕｆ）がランプ電圧検出手段（Ｖｘ）の検出電圧が判定基準電圧以上であることを検出した期間の長さの累積値が、所定の累積検出基準期間を超えた時点、もしくは、放電検出手段（Ｕｊ）が放電を検出してからの所定の判定実施可能期間を経過した時点の何れか早い方の時点で確定する。

さらに、極性反転制御手段（Ｕｆ）は、極性反転動作可否判定の結果によらず、放電検出手段（Ｕｊ）が放電ランプ（Ｌｄ）の放電を最初に検出してから所定のＡＣ動作抑制期間を経過後において、放電ランプ（Ｌｄ）の両極に印加する電圧の極性を反転させる動作を繰り返すように極性反転手段を制御する。

図３はランプ電圧ＶＬの時間経過に伴う波形の模式図を示し、極性反転動作可否判定の結果極性を反転させない条件の場合を示している。
時点（ｔｏ）において、給電回路（Ｕｃ）がランプ点灯動作を開始し、放電ランプ（Ｌｄ）に無負荷開放電圧（Ｖｏ）が印加される。なお、印加される無負荷開放電圧（Ｖｏ）としては、典型的には２８０〜３００Ｖである。そして時点（ｔｂ）において、放電ランプトリガ手段（Ｕｔ）が動作して、放電ランプ（Ｌｄ）に高電圧が作用することによって放電空間の絶縁破壊が発生する。この絶縁破壊を種として、放電ランプ（Ｌｄ）の両極の電極（Ｅ１，Ｅ２）に放電が開始される。

放電が開始したとき、もし、陰極となっている側の電極（Ｅ２）に液体水銀が付着している場合は、フィールドエミッションによるアーク放電が発生する。初期のアーク放電電圧（Ｖａ）は、グロー放電電圧（Ｖｇ）に比べて低く、１０〜５０Ｖである。
ただし、アーク放電が発生する場合でも、図において破線で示されているように、短い時間（Ｔｇ０）のグロー放電が発生することもあるが、このようなグロー放電は、前記した極性反転動作可否判定においては無視するべきである。なお、グロー放電電圧（Ｖｇ）は、１５０〜２５０Ｖの比較的高い電圧である。

電極（Ｅ２）に付着していた液体水銀は、放電の進行とともに蒸発し、やがて枯渇すると、時点（ｔｇ）に示されているように、一度グロー放電に戻り、その期間（Ｔｇ）に陰極が熱電子放出を開始できる温度まで加熱されると、再度アーク放電に移行する。
ただし、前記したグロー放電への戻りの前に、図において破線で示されているように、例えば時点（ｔｇ’）において、極めて短時間のグロー放電様の、電圧の高い放電が複数回発生する場合もある。

このように、短時間のグロー放電を除きアーク放電から放電を開始した場合は、放電ランプ（Ｌｄ）がＡＣ駆動用のものであっても、放電開始から少なくとも所定のＡＣ動作抑制期間（Ｔｄ）は、極性反転手段（Ｕｉ）を停止させたままで放電を進行させ、それ以降の時点（ｔａｃ）において、極性反転手段（Ｕｉ）の略周期的な極性反転動作、すなわち放電ランプ（Ｌｄ）のＡＣ駆動を開始する。
因みに、熱電子放出によるアーク放電に移行しても、最初は、前記したフィールドエミッションによるアーク放電と同程度の低い電圧で放電するが、放電ランプ（Ｌｄ）の温度の上昇にともなってランプ電圧は徐々に上昇し、やがて定常状態に達する。

前記したように、グロー放電とアーク放電とでは、それが発生時のランプ電圧（ＶＬ）が明確に相違するため、ランプ電圧検出信号（Ｓｖ）により、グロー・アーク放電の別を識別することができる。前記した所定の判定基準電圧（Ｖｆ）は、発生し得るグロー放電電圧（Ｖｇ）より低く、アーク放電電圧（Ｖａ）より高い適当な電圧を設定すればよく、４０〜２００Ｖの範囲から選択される値、例えば１００Ｖが好適である。

図２においては、ランプ電流検出手段（Ｉｘ）からのランプ電流検出信号（Ｓｉ）により放電検出信号（Ｓｊ）を得る例を示したが、放電ランプ（Ｌｄ）に放電が発生すると、ランプ電圧検出信号（Ｓｖ）は、給電回路（Ｕｃ）がランプに印加する無負荷開放電圧（Ｖｏ）より低いグロー放電電圧（Ｖｇ）またはアーク放電電圧（Ｖａ）まで低下するため、ランプ電圧検出信号（Ｓｖ）により放電検出信号（Ｓｊ）を得ることもできる。
すなわち、無負荷開放電圧（Ｖｏ）より若干低い電圧、例えば１０〜２０Ｖ低い電圧を前記した所定の放電検出基準電圧（Ｖｊ）に設定し、これに対応する信号値よりもランプ電圧検出信号（Ｓｖ）が小さい場合は、放電を検出した旨の放電検出信号（Ｓｊ）を生成すればよい。

前記した所定のＡＣ動作抑制期間（Ｔｄ）としては、放電ランプ（Ｌｄ）の電極のうち何れか一方に全ての液体水銀が付着していた場合に、それが放電の進行とともに蒸発して枯渇するまでの時間を基準として、それよりも長く、かつ電極にダメージを与え得る時間よりも短い期間を設定すればよい。
当然ながら、放電ランプ（Ｌｄ）がＤＣ駆動用のものである場合は、前記した時点（ｔａｃ）以降の極性反転動作は不要である。

図４はランプ電圧ＶＬの波形の模式図を示し、極性反転動作可否判定の結果極性を反転させる条件の場合を示している。
図３の場合と同様に、時点（ｔｏ）において、給電回路（Ｕｃ）がランプ点灯動作を開始して、放電ランプ（Ｌｄ）に無負荷開放電圧（Ｖｏ）が印加され、時点（ｔｂ）において、放電ランプトリガ手段（Ｕｔ）が動作して、放電空間の絶縁破壊が発生し、放電ランプ（Ｌｄ）の放電が開始される。

放電が開始したとき、もし、陰極となっている側の電極（Ｅ２）に液体水銀が付着していない場合は、フィールドエミッションによるアーク放電が発生せず、比較的電圧の高いグロー放電が発生する。
ただし、極僅かでも液体水銀が付着していた場合は、図において破線で示されているように、短い時間（Ｔａ０）のアーク放電が発生することもあるが、このようなアーク放電は、極性反転動作可否判定においては無視するべきである。
前記した極性反転動作可否判定に基づき、時点（ｔｉ）において極性反転制御手段（Ｕｆ）は、極性反転手段（Ｕｉ）が放電ランプ（Ｌｄ）の両極に印加する電圧の極性を反転させる動作を行うよう制御する。

その結果、極性反転手段（Ｕｉ）の反転動作の前は陽極であった電極（Ｅ１）が今度は陰極となり、通常は、これには液体水銀が付着しているため、フィールドエミッションによって、グロー放電電圧（Ｖｇ’）より低いアーク放電電圧（Ｖａ’）のアーク放電が発生する。
ただし、アーク放電が発生する場合でも、図において破線で示されているように、短い時間（Ｔｇ１）のグロー放電が発生する可能性があるが、この現象が生じても無視してよい。
さらに、極性反転手段（Ｕｉ）の反転動作によって放電ランプ（Ｌｄ）の放電の立消えが発生する可能性があるが、この現象が生じた場合は、放電ランプ（Ｌｄ）の両極に印加する電圧の極性を維持して再始動すればよい。

電極（Ｅ１）に付着していた液体水銀は、放電の進行とともに蒸発し、やがて枯渇すると、時点（ｔｇｉ）に示されているように、一度グロー放電に戻り、その期間（Ｔｇｉ）に陰極が熱電子放出を開始できる温度まで加熱されると、再度アーク放電に移行する。

前記した累積検出基準期間（Ｔｍ）および判定実施可能期間（Ｔｎ）は、前記したような、アーク放電が発生すべき条件で、発生する可能性のあるグロー放電の時間（Ｔｇ０）、およびグロー放電が発生すべき条件で、発生する可能性のあるアーク放電の時間（Ｔａ０）に基づいて決定する必要がある。一例をあげると、累積検出基準期間（Ｔｍ）は１〜１０ｍｓの範囲から選択され、例えば４ｍｓであり、判定実施可能期間（Ｔｎ）は２００ｍｓ以上が好ましい。

図５は本発明にとくに適する放電ランプを示す。
放電ランプ１０は、石英ガラスからなる放電容器によって形成された概略球形の発光部１１を有する。この発光部１１の中には一対の電極２０が２ｍｍ以下の間隔で対向配置している。また、発光部１１の両端部には封止部１２が形成される。この封止部１２には、モリブデンよりなる導電用金属箔１３が、例えばシュリンクシールにより気密に埋設される。金属箔１３の一端には電極２０の軸部が接合しており、また、金属箔１３の他端には外部リード１４が接合して外部の給電装置から給電が行なわれる。
発光部１１には、水銀と、希ガスと、ハロゲンガスが封入されている。水銀は、必要な可視光波長、例えば、波長３６０〜７８０ｎｍの放射光を得るためのもので、０．２ｍｇ／ｍｍ^３以上封入されている。この封入量は、温度条件によっても異なるが、点灯時２００気圧以上で極めて高い蒸気圧となる。また、水銀をより多く封入することで点灯時の水銀蒸気圧２５０気圧以上、３００気圧以上という高い水銀蒸気圧の放電ランプを作ることができ、水銀蒸気圧が高くなるほどプロジェクター装置に適した光源を実現できる。

希ガスは、例えば、アルゴンガスが約１３ｋＰａ封入される。その機能は点灯始動性を改善することにある。ハロゲンは、沃素、臭素、塩素などが水銀あるいはその他の金属と化合物の形態で封入される。ハロゲンの封入量は、１０^−６μｍｏｌ／ｍｍ^３〜１０^−２μｍｏｌ／ｍｍ^３の範囲から選択される。ハロゲンの機能は、いわゆるハロゲンサイクルを利用した長寿命化であるが、本発明の放電ランプのように極めて小型できわめて高い点灯蒸気圧のものは、放電容器の失透防止という作用もある。
放電ランプの数値例を示すと、例えば、発光部の最大外径９．５ｍｍ、電極間距離１．５ｍｍ、発光管内容積７５ｍｍ^３、定格電圧７０Ｖ、定格電力２００Ｗであり交流点灯される。
また、この種の放電ランプは、小型化するプロジェクター装置に内蔵されるものであり、全体寸法として極めて小型化が要請させる一方で高い発光光量も要求される。このため、発光部内の熱的影響は極めて厳しいものとなる。ランプの管壁負荷値は０．８〜２．０Ｗ／ｍｍ^２、具体的には１．５Ｗ／ｍｍ^２となる。
このような高い水銀蒸気圧や管壁負荷値を有することがプロジェクター装置やオーバーヘッドプロジェクターのようなプレゼンテーション用機器に搭載された場合に、演色性の良い放射光を提供できる。

図６は上記放電ランプの電極の先端拡大図を示す。
電極１は、突起部２、溶融太径部３、コイル部４と軸部５から構成される。
突起部２は溶融大径部３の先端に形成される。この突起部２は、放電ランプの点灯にともない自然に発生成長する場合と、軸部５の先端を利用することで予め形成する場合がある。前者の場合は、封入されたハロゲン量や電極の温度により形成されるもので、電極間距離を自己制御的に調整する機能を有する。
溶融太径部３は、例えば糸状のタングステンを軸部にコイル状に巻き付けた状態から溶融することで形成される。コイルが溶融することで塊状になり熱容量を大きくできる。特に、本発明の放電ランプは、発光部１１の内部の熱的条件がきわめて厳しいことから溶融太径部３の存在は重要となる。
コイル部４は、上記タングステンをコイル状に巻き付けた状態から、前方部分が溶融して太径部３となり、残った後端部がコイルの形態となる。コイル部４は、点灯始動時は表面の凹凸効果により始動の種（始動開始位置）として機能するとともに、点灯後は表面の凹凸効果と熱容量によって放熱機能を担っている。

電極はエミッターをなる物質をドープさせたタングステンが使われる。電極にエミッター（電子放射性物質）がドープされていたとしても、水銀が多量に付着して電極を覆いつくしているような場合は、電子の電界放出が阻害され、絶縁破壊性能が発揮できない。このような電極においては、本発明は改善効果が期待できる点で望ましい。
エミッターの実施例としては、酸化マグネシウム、酸化バリウム、酸化ストロンチウムなどのアルカリ金属酸化物、酸化ランタン、酸化イットリウムなどの希土類金属酸化物、ホウ化ランタンなどの希土類金属ホウ化物、および酸化トリウムが使われ、芯棒あるいは芯棒に巻きつけたコイルに含まれる。

以上、説明したように、本願発明に係る放電ランプ点灯装置は、放電ランプの放電を検知した後、直流電流の極性を反転させるか否かを判断し、水銀が付着している電極が陽極になっている場合は、直流電流の極性を反転させるとともに、水銀が付着している電極が陰極になっている場合は、極性を反転させない制御をすることで、放電ランプを確実に始動できるとともに、黒化の影響を受けることなく長寿命の点灯が可能となる。

なお、本願発明に係る放電ランプ点灯装置は、水銀が多量、具体的には０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上封入された放電ランプにおいて、特に有効であり、この場合、点灯装置と放電ランプで光源装置を構成する。
そして、この場合の点灯装置も放電ランプを始動させ放電を維持させるための給電回路と、放電ランプの両極に印加する電圧の極性を反転させるための極性反転手段と、放電ランプの放電を検出する放電検出手段と、放電ランプの電圧を検出するランプ電圧検出手段と、極性反転手段を制御するための極性反転制御手段とを有し、極性反転制御手段は放電検出手段が放電を検出した後にランプ電圧検出手段の検出電圧に基づいて、極性反転手段が放電ランプの両極に印加する電圧の極性を反転させる動作を行うか否かの極性反転動作可否判定を行って、極性反転手段を制御する。

また、光源装置においても、極性反転制御手段の極性反転動作可否判定は、ランプ電圧検出手段が検出した放電ランプの電圧が、所定の判定基準電圧Ｖｆ以上である場合は放電ランプの両極に印加する電圧の極性を反転させ、そうでない場合は放電ランプの両極に印加する電圧の極性を反転させない判定とする。

また、光源装置においても、放電検出手段は、放電ランプに流れる電流を検出するものであって、放電ランプに流れる電流が所定の放電検出基準電流以上になることを検出して放電ランプの放電を検出する。

また、光源装置においても、ランプ電圧検出手段が放電検出手段を兼ねており、放電ランプの電圧が所定の放電検出基準電圧以下になることを検出して放電ランプの放電を検出する。

また、光源装置においても、極性反転制御手段は、ランプ電圧検出手段の検出電圧が判定基準電圧以上であることを検出した期間の長さの累積値が所定の累積検出基準期間を超えた時点、もしくは放電検出手段が放電を検出してからの所定の判定実施可能期間を経過した時点の何れか早い方時点で極性反転動作可否判定を確定させる。

また、光源装置においても極性反転制御手段は、極性反転動作可否判定の結果によらず、放電検出手段が放電ランプの放電を最初に検出してから所定のＡＣ動作抑制期間を経過後において、放電ランプの両極に印加する電圧の極性を反転させる動作を繰り返すように極性反転手段を制御する。
なお、グロー放電とアーク放電における電流特性が異なる回路においては、電圧検出以外のグロー放電の判別方法として、電流検出手段から、低い電流値、例えばクロー放電時の電圧時に１Ａ以下の電流が流れる回路においては１Ａ以下を検出して、グロー放電であるかアーク放電であるかを判別して極性を切替えてもよい。

本発明に係る放電ランプ点灯装置を示す。 本発明に係る放電ランプ点灯装置を示す。 ランプ電圧の波形を示す。 ランプ電圧の波形を示す。 放電ランプを示す。 電極の拡大図を示す。

符号の説明

Ｆｘ 給電制御回路
Ｉｘ ランプ電流検出手段
Ｌｄ 放電ランプ
Ｍ ＤＣ電源
Ｓｆ 極性反転制御信号
Ｓｆ１ 極性反転制御信号
Ｓｆ２ 極性反転制御信号
Ｓｇ ゲート駆動信号
Ｓｉ ランプ電流検出信号
Ｓｊ 放電検出信号
Ｓｖ ランプ電圧検出信号
Ｕｃ 給電回路
Ｕｆ 極性反転制御手段
Ｕｉ 極性反転手段
Ｕｊ 放電検出手段
Ｕｘ 給電回路

Claims (7)

1. 一対の電極を対向配置するとともに発光物質として水銀を封入してなる放電ランプを点灯するための放電ランプ点灯装置であって、
   前記放電ランプを始動させ放電を維持させるための給電回路と、前記放電ランプの両極に印加する電圧の極性を反転させるための極性反転手段と、前記放電ランプの放電を検出する放電検出手段と、前記放電ランプの電圧を検出するランプ電圧検出手段と、前記極性反転手段を制御するための極性反転制御手段とを有し、
   前記極性反転制御手段は、前記放電検出手段が放電を検出した後に、前記ランプ電圧検出手段の検出電圧に基づいて、前記極性反転手段が前記放電ランプの両極に印加する電圧の極性を反転させる動作を行うか否かの極性反転動作可否判定を行って前記極性反転手段を制御することを特徴とする放電ランプ点灯装置。
2. 前記極性反転動作可否判定は、前記ランプ電圧検出手段が検出した前記放電ランプの電圧が、所定の判定基準電圧以上である場合は前記放電ランプの両極に印加する電圧の極性を反転させ、そうでない場合は前記放電ランプの両極に印加する電圧の極性を反転させない判定であることを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ点灯装置。
3. 前記放電検出手段は、前記放電ランプに流れる電流を検出するものであって、前記放電ランプに流れる電流が所定の放電検出基準電流以上になることを検出して前記放電ランプの放電を検出することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の放電ランプ点灯装置。
4. 前記ランプ電圧検出手段が前記放電検出手段を兼ねており、前記放電ランプの電圧が所定の放電検出基準電圧以下になることを検出して前記放電ランプの放電を検出することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかの請求項に記載の放電ランプ点灯装置。
5. 前記極性反転制御手段は、前記ランプ電圧検出手段の検出電圧が前記判定基準電圧以上であることを検出した期間の長さの累積値が、所定の累積検出基準期間を超えた時点、もしくは前記放電検出手段が放電を検出してからの所定の判定実施可能期間を経過した時点の何れか早い方の時点で前記極性反転動作可否判定を確定させることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれかの請求項に記載の放電ランプ点灯装置。
6. 前記極性反転制御手段は、前記極性反転動作可否判定の結果によらず、前記放電検出手段が前記放電ランプの放電を最初に検出してから所定のＡＣ動作抑制期間を経過後において、前記放電ランプの両極に印加する電圧の極性を反転させる動作を繰り返すように前記極性反転手段を制御することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかの請求項に記載の放電ランプ点灯装置。
7. 一対の電極を対向配置するとともに発光物質として０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上の水銀を封入してなる放電ランプと、点灯装置より構成される光源装置において、
   前記点灯装置は、
   前記放電ランプを始動させ放電を維持させるための給電回路と、前記放電ランプの両極に印加する電圧の極性を反転させるための極性反転手段と、前記放電ランプの放電を検出する放電検出手段と、前記放電ランプの電圧を検出するランプ電圧検出手段と、前記極性反転手段を制御するための極性反転制御手段とを有し、前記極性反転制御手段は、前記放電検出手段が放電を検出した後に、前記ランプ電圧検出手段の検出電圧に基づいて、前記極性反転手段が前記放電ランプの両極に印加する電圧の極性を反転させる動作を行うか否かの極性反転動作可否判定を行って、前記極性反転手段を制御することを特徴とする光源装置。
   

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