JP2009158238A - 高圧放電ランプ点灯装置、それを用いた高圧放電ランプ装置、その高圧放電ランプ装置を用いたプロジェクタ、および高圧放電ランプの点灯方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電極の突起部を適正に成長、維持させ、アークの輝点移動によるフリッカの発生を十分に防止する。
【解決手段】高圧放電ランプ点灯装置１の交流電流は、周波数が５０［Ｈｚ］以上２００［Ｈｚ］以下の範囲から選択された定常周波数の電流に、定常周波数よりも高い周波数であって、１００［Ｈｚ］以上１０００［Ｈｚ］以下の範囲から選択された高周波数の電流が半周期毎に挿入されている。定常周波数の電流は、矩形波電流に対して例えば鋸波電流が重畳されている。定常周波数の電流の半周期の時間ｔ_s［ｍｓｅｃ］に対する高周波数の電流の１回当たりの挿入時間ｔ_h［ｍｓｅｃ］の比率を１．５以下（ただし、０を含まず）の範囲内とし、それらの時間の総和Ｔを１６．７［ｍｓｅｃ］以下（ただし、０［ｍｓｅｃ］を含まず）の範囲内とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、高圧放電ランプ点灯装置、それを用いた高圧放電ランプ装置、その高圧放電ランプ装置を用いたプロジェクタ、および高圧放電ランプの点灯方法に関するものである。

近時、プロジェクタが、会議等でのプレゼンテーションにパーソナルコンピュータとともに多く利用されている。また、一般家庭においてもホームシアターの用途としてプロジェクタが利用されている。

このようなプロジェクタは、光源からの射出光を画像情報に応じて変調し、その光学像を拡大投射するものであって、その光源として点光源により近く、高輝度で高演色な例えば高圧水銀ランプが使用されている。

具体的にそのような高圧水銀ランプは、内部に発光物質として水銀が例えば２００［ｍｇ／ｃｍ³］以上封入され、かつタングステン製の一対の電極が互いに略対向するように配置された発光管を備えている。また、この発光管内には水銀の他に、いわゆるハロゲンサイクル作用を利用し、点灯中、電極の構成材料であるタングステンが飛散して発光管の内面に付着して黒化するのを防止するべく、ハロゲン物質も封入されている。

この種の用途に用いられる高圧水銀ランプにおいて、アークの輝点移動によるフリッカが問題となる。これは、高圧水銀ランプに対して交流電流を供給して点灯させる場合、電極の陽極フェーズと陰極フェーズとにおける動作の違いから起きると考えられている。すなわち、陰極となる電極表面のアークの輝点が非常に小さいのに対して陽極となる電極表面のアークの輝点は比較的大きくなる。そのために、ある陰極フェーズでの電極表面のアークの輝点は、次の陰極フェーズでの電極表面のアーク輝点とは異なりやすくなる。これが不安定なアークを引き起こしている。

そこで、従来、このようなアークの輝点移動によるフリッカの発生を防止するために、交流電流の半周期の所定数分の１でパルス電流を発生させ、このパルス電流の極性を交流電流の極性と同一にするとともにパルス電流をその発生した半周期の後の部分で交流電流に重畳したものを高圧水銀ランプに供給することが提案されている。これにより、電極の温度を極性反転の直前で上昇させ、アークを電極表面の同一輝点から発生させやすくすることができる（例えば特許文献１等）。

ところで、この種の高圧水銀ランプにおいて、ハロゲンサイクル作用によって発光管の内面が黒化するのを防止することができる一方で、電極から飛散したタングステンが再び電極に戻って付着し、その堆積物として突起部が形成されることが知られている。そして、このような突起部が電極の先端部に適正に形成されると、その突起部を輝点にしてアークが発生するために、安定したアークが得られる。その結果、前記フリッカの発生を一層抑えることができると期待される。

ここで、「突起部が『適正に』形成されると」、としているのは次のような理由による。すなわち、例えば太径の突起部と細径の突起部とでは当然にアークの輝点となり得る領域の面積が異なるし、また熱負荷に対する消失度合いも異なる。また、突起部の先端部が略球体の一部のように丸みを帯びているものと略円錐台のようなそうでないものとでは突起部の先端から根元部分への熱伝導が異なるので、必然的に温度分布も異なってくる。したがって、具体的にこのような形状、寸法が好ましいと特定しがたいものの、突起部がアークの輝点移動によるフリッカの発生の防止に寄与するためには適当な形状、寸法を要するものと考えられるからである。
特表平１０−５０１９１９号公報

本発明者らは、アークの輝点移動によるフリッカの発生を防止するべく上記した特許文献１に開示された点灯方法を単純に採用すると、突起部の適正な成長、維持が困難であることを見出した。その原因について検討したところ、必ずしも明確ではないが、電流の重畳によって電極における熱負荷が瞬間的に増大するが、それに起因して特に突起部の消失が促進されたためであると考えた。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、電極の突起部を適正に成長、維持させ、アークの輝点移動によるフリッカの発生を十分に防止することができる高圧放電ランプ点灯装置、それを用いた高圧放電ランプ装置、その高圧放電ランプ装置を用いたプロジェクタ、および高圧放電ランプの点灯方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る高圧放電ランプ点灯装置は、内部に、ハロゲン物質が封入され、かつ先端部に突起部が形成されている電極が配置されている発光管を有する高圧放電ランプに対して交流電流を供給して点灯させる点灯装置であって、前記交流電流は、周波数が５０［Ｈｚ］以上２００［Ｈｚ］以下の範囲から選択された定常周波数の電流に、前記定常周波数よりも高い周波数であって、１００［Ｈｚ］以上１０００［Ｈｚ］以下の範囲から選択された高周波数の電流が半周期毎に挿入されており、前記定常周波数の電流は、矩形波電流に対し、その半周期の少なくとも後半部分に前記高圧放電ランプに供給される電力を増大させる所定の電流が重畳されており、前記定常周波数の電流の半周期の時間ｔ_s［ｍｓｅｃ］に対する前記高周波数の電流の１回当たりの挿入時間ｔ_h［ｍｓｅｃ］の比率は１．５以下（ただし、０を含まず）の範囲内であるとともに、前記定常周波数の電流の半周期の時間ｔ_s［ｍｓｅｃ］と前記高周波数の電流の１回当たりの挿入時間ｔ_h［ｍｓｅｃ］との総和Ｔが１６．７［ｍｓｅｃ］以下（ただし、０［ｍｓｅｃ］を含まず）の範囲内である構成を有している。

この構成によれば、定常周波数の矩形波電流に対し、その半周期の少なくとも後半部分に高圧放電ランプに供給される電力を増大させる所定の電流が重畳されているので、電極の温度を陽極フェーズから陰極フェーズへ切り換わる極性反転の直前で上昇させ、アークを電極表面のほぼ同一輝点から発生させやすくすることができる。その一方で、当該温度上昇による電極の瞬間的な熱負荷によって電極の突起部の形状を適正に維持できなくなる場合が生じる。常に一定の形状変化を起こすわけではないが、具体的な一例として当該温度上昇に起因して突起部の先端部が消失するとともに突起部全体が広がるように崩れて、いわゆる太径の略円錐台のような形状に変化することを確認している。陰極フェーズでは突起部の成長が促されるために、突起部が当該略円錐台の形状のまま成長、維持されて所望とする形状を維持することができなくなる。しかし、次の定常周波数の電流の半周期との間に定常周波数よりも高い所定範囲の高周波数の電流が所定時間挿入されることにより、適度な細径の突起部の成長が促され、突起部の形状を適正化することができる。その結果、電流の重畳と突起部の適正な維持との相乗効果によってアークの輝点移動によるフリッカの発生を十分に防止することができる。

ところで、上記したように定常周波数の電流に、高圧放電ランプに供給される電力を増大させる所定の電流を重畳すると、その重畳による電力変動に起因したちらつきが発生することがわかった。しかし、高周波数の電流を挿入しない場合、このような電力変動によるちらつきが生じてもちらつきの間隔が短く、人間の視覚ではほとんど感じ取ることができない。ところが、高周波数の電流を挿入した結果、そのちらつきの間隔が人間の目でも感じ取れるほど長くなる場合が生じた。そこで、定常周波数の電流の半周期の時間ｔ_sと高周波数の電流の１回当たりの挿入時間ｔ_hとの総和Ｔを最適化することにより、このような電力変動によるフリッカの発生を防止することもできる。

ここで、矩形波電流に重畳される所定の電流とは、例えばパルス電流や鋸波電流などを含むアークの輝点移動によるフリッカの発生を防止するための種々の公知の波形の電流を含む。

また、矩形波電流に重畳させる所定の電流とは、「前記高圧放電ランプに供給される電力を増大させる」ものであるが、その意味するところは矩形波電流の半周期の少なくとも後半部分という局所的な領域を見た場合に供給される電力が矩形波電流のみ（重畳無し）の場合に比して増大しているだけであって、通常、矩形波電流の半周期分全体で見れば高圧放電ランプに供給される電力量は、ベースとなる矩形波電流のみの重畳しない場合に供給される電力量と同じになるように制御される。したがって、矩形波電流に対して所定の電流が重畳されていても、その交流電流における電流値の平均値は所定の電流が重畳されていないベースとなる矩形波電流のみにおける電流値の平均値と同じである。

この場合において、前記定常周波数の電流の半周期の時間ｔ_s［ｍｓｅｃ］に対する前記高周波数の電流の１回当たりの挿入時間ｔ_h［ｍｓｅｃ］の比率を０．５以上に規定することが好ましい。

本発明の請求項３に係る高圧放電ランプ装置は、内部に、ハロゲン物質が封入され、かつ先端部に突起部が形成されている電極が配置されている発光管を有する高圧放電ランプと、前記高圧放電ランプを点灯させる請求項１または請求項２に記載された高圧放電ランプ点灯装置とを備えている。

この構成によれば、アークの輝点移動によるフリッカと、電力変動によるフリッカとの双方を発生を防止することができ、フリッカ対策に優れた装置を実現することができる。

本発明の請求項４に係るプロジェクタは、請求項３に記載された高圧放電ランプ装置を備えている。

この構成によれば、フリッカ対策に優れており、投射面のちらつきが抑えられたプロジェクタを実現することができる。

本発明の請求項５に係る高圧放電ランプの点灯方法は、内部に、ハロゲン物質が封入され、かつ先端部に突起部が形成されている電極が配置されている発光管を有する高圧放電ランプに対して交流電流を供給して点灯させる点灯方法であって、前記交流電流は、周波数が５０［Ｈｚ］以上２００［Ｈｚ］以下の範囲から選択された定常周波数の電流に、前記定常周波数よりも高い周波数であって、１００［Ｈｚ］以上１０００［Ｈｚ］以下の範囲から選択された高周波数の電流が半周期毎に挿入されており、前記定常周波数の電流は、矩形波電流に対し、その半周期の少なくとも後半部分に前記高圧放電ランプに供給される電力を増大させる所定の電流が重畳されており、前記定常周波数の電流の半周期の時間ｔ_s［ｍｓｅｃ］に対する前記高周波数の電流の１回当たりの挿入時間ｔ_h［ｍｓｅｃ］の比率は１．５以下（ただし、０を含まず）の範囲内であるとともに、前記定常周波数の電流の半周期の時間ｔ_s［ｍｓｅｃ］と前記高周波数の電流の１回当たりの挿入時間ｔ_h［ｍｓｅｃ］との総和Ｔが１６．７［ｍｓｅｃ］以下（ただし、０［ｍｓｅｃ］を含まず）の範囲内である方法を用いている。

この方法によれば、本発明の請求項１に係る高圧放電ランプ点灯装置の構成によって得られる上記した作用効果と同様のものを得ることができる。

以上のように本発明によれば、アークの輝点移動によるフリッカと、電力変動によるフリッカとの双方の発生を十分に防止することができる。

以下、本発明の最良な実施の形態を、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる高圧放電ランプ点灯装置１を含む高圧放電ランプ装置２のブロック図を示す。

図１に示すように、高圧放電ランプ装置２は、外部の交流電源に接続されるＤＣ電源回路３から高圧放電ランプ点灯装置１（電子安定器）を介して高圧放電ランプ、例えば高圧水銀ランプ４に接続された構成からなる。

ＤＣ電源回路３は、例えば整流回路（図示せず）を有しており、家庭用の交流電圧（１００［Ｖ］）から一定の直流電圧を生成し、高圧放電ランプ点灯装置１に供給する。

高圧放電ランプ点灯装置１は、主にＤＣ／ＤＣコンバータ５、ＤＣ／ＡＣインバータ６、高圧パルス発生部７、ランプ電流検出部８、ランプ電圧検出部９、制御回路１０、およびプログラマブル発振器１１から構成されている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、制御回路１０からのＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御信号を受けて所定の大きさの直流電流をＤＣ／ＡＣインバータ６に供給する。すなわち、安定点灯時（定常点灯時）において高圧水銀ランプ４からの光出力を一定に保つべくランプ電力を一定にする制御を行う必要があるが、制御回路１０はそのためにランプ電流検出部８で検出したランプ電流、およびランプ電圧検出部９で検出したランプ電圧にそれぞれ基づいて電力演算回路１２によってランプ電力を演算し、それを一定にするようなＰＷＭ制御信号をＰＷＭ制御回路１３からＤＣ／ＤＣコンバータ５に送る。ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、それを受けてＤＣ電源回路３からの直流電圧を所定の大きさの直流電流に変換する。また、このとき制御回路１０は、後述するようにアークの輝点移動によるフリッカの発生を防止するために、矩形波電流に重畳させる例えば鋸波電流を生成するためのＰＷＭ制御信号もＤＣ／ＤＣコンバータ５に送る。ただし、制御回路１０は、始動時から前記一定のランプ電力を得る（所定のランプ電圧に達する）までの間、一定のランプ電流で制御するようにＰＷＭ制御信号をＤＣ／ＤＣコンバータ５に送る。

ＤＣ／ＡＣインバータ６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５からの直流電流に対して制御回路１０からの制御信号に基づいて所定の周波数の矩形波電流を生成する。このとき、後述するように所望の高周波数の電流を挿入するべく、適時、プログラマブル発振器１１から制御回路１０に前記制御信号を加工する周波数制御信号が送られる。つまり、制御回路１０は、プログラマブル発振器１１からの周波数制御信号を受けて周波数の異なる矩形波電流を生成するようにＤＣ／ＡＣインバータ６に制御信号を送る。したがって、プログラマブル発振器１１の設定プログラムを適宜変えることにより所望とする種々の周波数の矩形波電流を得ることができる。

高圧パルス発生部７は、例えばトランス（図示せず）を有しており、高圧水銀ランプ４の後述する電極１７間での絶縁破壊を促し、高圧水銀ランプ４を始動させるべく例えば１２［ｋＶ］の高電圧を発生させて高圧放電ランプ４に印加する。

次に、一例として定格電力１６５［Ｗ］の高圧水銀ランプ４の概略構成について図２を参照して説明する。

図２に示すように、高圧水銀ランプ４の発光管１４は、その容囲器の構成材料が例えば石英ガラスからなり、管中央部の略回転楕円体形状の発光部１５と、この両側からそれぞれ外方向に延在するように連接された略円柱体形状の封止部１６とを有する。

発光部１５の内部（放電空間１５ａ）には、発光物質である水銀（Ｈｇ）と、始動補助用の希ガスとして例えばアルゴンガス（Ａｒ）、クリプトンガス（Ｋｒ）、あるいはキセノンガス（Ｘｅ）またはそれら２種以上の混合ガスと、ハロゲンサイクル作用のためのヨウ素（Ｉ）あるいは臭素（Ｂｒ）、またはそれらの混合物とがそれぞれ所定量封入されている。一例として、水銀の封入量は１５０［ｍｇ／ｃｍ³］以上３５０［ｍｇ／ｃｍ³］以下の範囲内で、アルゴンガスの封入量（２５℃）は０．０１［ＭＰａ］以上１［ＭＰａ］以下の範囲内で、臭素の封入量は１×１０^-10［ｍｏｌ／ｃｍ³］以上１×１０^-4［ｍｏｌ／ｃｍ³］以下の範囲内で、好ましくは１×１０^-9［ｍｏｌ／ｃｍ³］以上１×１０^-5［ｍｏｌ／ｃｍ³］以下の範囲内でそれぞれ設定されている。また、発光部１５内には、一対のタングステン（Ｗ）製の電極１７の一端部側が互いに略対向して配置されている。一例として、この一対の電極１７間の距離Ｌ（図２参照）は、０．５［ｍｍ］以上２．０［ｍｍ］以下の範囲内で設定される。

電極１７は、図３に示すように、電極棒１８とその一端部に取り付けられた電極コイル１９とからなる。特に電極１７の先端部１７ａ（一端部）は、電極棒１８の一部と電極コイル１９の一部とがそれぞれ一体的に溶融されて例えば略半球状、略球状または略円錐状等の形状に加工されている。また、この電極１７の先端部１７ａには、点灯中のハロゲンサイクル作用によって、すなわち点灯中、電極１７の構成材料であるタングステンが蒸発した後、ハロゲンによって再び電極１７、特にその先端部１７ａの頂点部に戻って堆積し、その堆積物からなる突起部２０が自然発生的に形成されている。ここで示す突起部２０は製造工程のエージング中に発生したもので、製品完成時には既に形成された状態にある。前記電極１７間の距離Ｌは、具体的にはこれら突起部２０間の距離を示す。

ところで、本発明者らは経験的に突起部２０の形状、寸法にはアークの安定化という観点から適正なものがあることを見出している。しかしながら、突起部２０は自然発生的に形成されるものなので常に特定形状、特定寸法のものが形成されるとは限らず、また点灯中は溶融状態にあり、重力等によって偏った形状になり得るために、冷却固化後のその形状を特定して正確に表現することは困難であるが、目安として最も近い表現をするならば、適正な突起部２０とは図４（ａ）に示すように略球体の一部をなすような凸曲面状、または先端部が略球体の一部をなすような凸曲面を有する略円錐体状であって、その最大径をｒ［ｍｍ］（図３参照）とし、電極１７の先端部１７ａ（特に当該溶融固化部分、または溶融加工していない場合はそれに相当する部分）の最大径をＲ［ｍｍ］（図３参照）とした場合、その比率ｒ／Ｒが０．１以上０．４以下の範囲内にあるものであると言える。このように突起部２０の先端部が略球体の一部をなすような凸曲面状であると、温度分布はその先端をピークとして後方に行くほど放射状に低くなる傾向になり、アークの輝点が突起部２０の中でもとりわけその先端に集中しやすくなる。一方、図４（ｂ）に示すように突起部２０が例えば切頭円錐（円錐台）状であると、アークの輝点がその切頭面全体で発生し得るので、先端部が凸曲面を有する略円錐体状のものに比して相対的に広がりを持ってしまう。ただし、いずれの場合も突起部２０の一部に窪みがあったりくびれていたりすることがある。

なお、電極１７の先端部を例えば略半球状、略球状または略円錐状等の形状に形成するに当たり、電極棒１８の一部と電極コイル１９の一部とをそれぞれ溶融させて形成する以外に、予め略半球状、略球状または略円錐状に削り出したもの、またはそのような形状で焼結したものを電極棒１８の先端部に取り付けてもよい。

図２に戻り、電極１７の他端部は、封止部１６に気密に封着されたモリブデン製の金属箔２１を介して外部リード線２２の一端部に接続されている。外部リード線２２の他端部は封止部１６の端面から外部に突出し、図示していない電力供給線または口金等に接続される。

そして、このような高圧水銀ランプ４は、図５に示すように、反射鏡２３内に組み込まれてランプユニット２４を構成する。

すなわち、ランプユニット２４は、図５に示すように、上記した高圧水銀ランプ４と、内面が凹面の反射面２５を有する基体がガラスからなる反射鏡２３とを備えており、この反射鏡２３内に高圧水銀ランプ４がその長手方向の中心軸Ｘと反射鏡の光軸Ｙとが略一致するように組み込まれ、高圧水銀ランプ４からの射出光が反射面２５により反射されるように構成されている。

高圧水銀ランプ４には、発光管１４の一方の封止部１６に、電源接続用端子２６が付設された円筒形の口金２７が装着されている。一方の封止部１６から外部に導出した外部リード線２２が電源接続用端子２６に接続されている。他方の外部リード線２２には電力供給線２８が接続されている。

そして、この高圧水銀ランプ４は、口金２７が反射鏡２３のネック部２９内に挿入され、かつ接着剤３０を介して固着されている。このとき、電力供給線２８は、反射鏡２３に設けられた貫通孔３１に挿通される。

なお、反射面２５は、例えば回転楕円体面や回転放物体面からなり、多層干渉膜等が蒸着されている。

次に、本実施形態にかかる高圧放電ランプ点灯装置１の動作について図１、図６および図７を参照して説明する。

（１）まず、高圧水銀ランプ４を点灯させるための点灯スイッチ（図示せず）をオンにすると、高圧パルス発生部７から例えば１２［ｋＶ］の高圧パルスが高圧水銀ランプ４に印加される。

（２）高圧水銀ランプ４における電極１７間において絶縁破壊が起こると、その電極１７間においてアーク放電電流が流れ出し、それをランプ電流検出部８が検知して検知信号を制御回路１０に送る。これにより、制御回路１０内の点灯判別回路（図示せず）が「点灯開始」と判断する。

（３）点灯開始後、制御回路１０はランプ電圧が上昇して一定の電力（定格電力）に到達するまでランプ電流を一定とする制御（定電流制御）を行う。

（４）ランプ電圧が上昇して所定の電圧値に達すると、ランプ電力を一定とする定電力制御に移行する。すなわち、制御回路１０は、ランプ電流検出部８で検出された電流値と、ランプ電圧検出部９で検出された電圧値とにそれぞれ基づき電力演算回路１２によってランプ電力を演算し、その値と電力演算回路１２内の内部メモリ（図示せず）に格納された電力基準値とを比較して定電力になるようにＤＣ／ＤＣコンバータ５にＰＷＭ制御信号を送り、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力電流を制御する。

このとき、ＤＣ電源回路３は、定電圧制御されており、図６（ａ）に示すような一定の直流電圧Ｖ₀を生成している。ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、ＤＣ電源回路３からの直流電圧Ｖ₀をベースにし、ＰＷＭ制御信号に応じて図６（ｂ）に示すような一定の直流電流に鋸波電流が重畳された電流を出力する。ただし、後述するように高圧水銀ランプ４に供給される交流電流は定常周波数の電流に、この定常周波数よりも高い周波数であって、所定の範囲から選択された高周波数の電流が挿入されており、図６（ｂ）に示す直流電流において、領域Ａで示す部分が当該定常周波数の電流を、領域Ｂで示す部分が当該高周波数の電流をそれぞれ作り出す。したがって、当該高周波数の電流を挿入しない場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ５からの出力電流は図６（ｃ）に示すものになる。

そして、この図６（ｂ）に示す出力電流は、ＤＣ／ＡＣインバータ６の制御信号に基づいて図７に示される交流電流（ランプ電流）、すなわち矩形波電流に鋸波電流が重畳された周波数が所定の範囲から選択された定常周波数の電流に、この定常周波数よりも高い周波数であって、所定の範囲から選択された高周波数の電流が半周期毎に挿入された電流に変換される。

ここで、安定点灯中、ランプ電圧が一定の電圧値を下回った場合、例えば５５［Ｖ］以下になった場合は、矩形波電流に対する所定の電流の重畳を停止させたり、または別の点灯制御に、例えば３００［Ｈｚ］以上５００［Ｈｚ］以下の範囲から選択される周波数の矩形波電流のみにあるいは逆に４０［Ｈｚ］以上６０［Ｈｚ］以下の範囲から選択された周波数の矩形波電流のみに変更させることが好ましい。これは、定電力制御を行っているためにランプ電圧が下がった分だけ、ランプ電流が上がることになり、これに所定の電流を重畳させると、高圧水銀ランプ４に許容されている電流値を越えるおそれがあるからである。また、ランプ電圧が下がるということは何らかの原因によって突起部２０が異常に成長して電極１７間の距離Ｌが短縮化した考えられる。この場合は、逆に突起部２０の一部を消失させることが好ましく、それを促すためである。

そして、この高圧放電ランプ点灯装置１が高圧水銀ランプ４に対して供給する交流電流は次のような特徴を有する。

すなわち、図７に示すように、交流電流は、周波数が５０［Ｈｚ］以上２００［Ｈｚ］以下の範囲から選択された定常周波数の電流に、定常周波数よりも高い周波数であって、１００［Ｈｚ］以上１０００［Ｈｚ］以下の範囲から選択された高周波数の電流が半周期毎に挿入されている。定常周波数の電流は、矩形波電流に対し、その半周期の少なくとも後半部分に高圧放電ランプ４に供給される電力を増大させる所定の電流、例えば鋸波電流が重畳されている（ただし、平均電流は増大させない）。定常周波数の電流の半周期の時間ｔ_s［ｍｓｅｃ］に対する高周波数の電流の１回当たりの挿入時間ｔ_h［ｍｓｅｃ］の比率は１．５以下（ただし、０を含まず）の範囲内であるとともに、定常周波数の電流の半周期の時間ｔ_s［ｍｓｅｃ］と高周波数の電流の１回当たりの挿入時間ｔ_h［ｍｓｅｃ］との総和Ｔ（＝ｔ_h＋ｔ_s）が１６．７［ｍｓｅｃ］以下（ただし、０［ｍｓｅｃ］を含まず）の範囲内になるようにそれぞれ設定されている。

なお、図７に示した一例では、高周波数の電流は１回当たり３周期挿入されている。

本発明の第１の実施形態の高圧放電ランプ装置２は、かかる特徴を有する高圧放電ランプ点灯装置１を備えているので次のような作用効果を発揮することができる。

すなわち、定常周波数の矩形波電流に対し、その半周期の少なくとも後半部分に高圧放電ランプ４に供給される電力を増大させる所定の電流、例えば鋸波電流が重畳されているので、電極１７の温度を陽極フェーズから陰極フェーズへ切り換わる極性反転の直前で上昇させ、アークを電極１７表面のほぼ同一輝点から発生させやすくすることができる。

その一方で、当該温度上昇による電極１７の瞬間的な熱負荷によって電極１７の突起部２０の形状を適正に維持できなくなる場合が生じる。常に一定の形状変化を起こすわけではないが、具体例として図４（ｂ）および図８に示すように、当該温度上昇に起因して突起部２０の先端部が消失するとともに突起部全体が広がるように崩れて、太径の略円錐台のような形状に変化することを確認している（図８中、破線は元の突起部２０を示す）。そして、陰極フェーズでは突起部２０の成長が促されるが、その成長は当該略円錐台の形状を基本としたまま成長するので、所望とする形状を維持することができなくなる。

しかし、次の定常周波数の電流の半周期との間に定常周波数よりも高い所定範囲の高周波数の電流が所定時間挿入されることにより、そのメカニズムは明確ではないものの適度な細径の突起部２０の成長が促され、突起部２０の形状を適正化することができる。

その結果、電流の重畳と突起部２０の適正な維持との相乗効果によってアークの輝点移動によるフリッカの発生を十分に防止することができる。

ところで、上記したように定常周波数の電流に、高圧放電ランプに供給される電力を増大させる所定の電流を重畳すると、その重畳による電力変動に起因したちらつきが発生することがわかった。しかし、高周波数の電流を挿入しない場合、このような電力変動によるちらつきが生じてもちらつきの間隔が短く、人間の視覚ではほとんど感じ取ることができない。ところが、高周波数の電流を挿入した結果、そのちらつきの間隔が人間の目でも感じ取れるほど長くなる場合が生じた。そこで、定常周波数の電流の半周期の時間ｔ_hと高周波数の電流の１回当たりの挿入時間ｔ_sとの総和Ｔを最適化することにより、このような電力変動によるフリッカの発生を防止することもできる。

ここで、交流電流の定常周波数は５０［Ｈｚ］以上２００［Ｈｚ］以下の範囲内に規定されている。定常周波数を低く設定すると、例えば４０［Ｈｚ］に設定すると、突起部２０が径大化する傾向になって好ましくない。一方、定常周波数を高く設定すると、例えば２１０［Ｈｚ］に設定すると、突起部２０が逆に径小化する傾向になり、突起部２０単体で見たときの熱容量がかなり小さくなるために、特に矩形波電流に対して高圧放電ランプ４に供給される電力を増大させる所定の電流を重畳させた場合、突起部２０が著しく消失するおそれが生じる。また、突起部２０が一つに限らず小さいものも含めて複数発生し、かえってアークの輝点移動によるフリッカを誘発するおそれが生じる。本発明者らは種々の実験の積み重ねから、これらのような突起部２０の異常な成長を回避するためには当該定常周波数を少なくとも５０［Ｈｚ］以上２００［Ｈｚ］以下の範囲内に規定すべき知見を得て、上記の範囲内に規定した。

挿入される高周波数の電流については前記定常周波数よりも高く、かつ１００［Ｈｚ］以上１０００［Ｈｚ］以下の範囲内に規定されている。高周波数の電流を挿入する理由は上述したとおりであり、当該高周波数を１００［Ｈｚ］未満、例えば９０［Ｈｚ］に設定すると、上述の作用効果を十分に発揮できないことがわかった。一方、当該高周波数を１０００［Ｈｚ］を越える例えば１０１０［Ｈｚ］に設定すると、突起部２０が過度に径小化し過ぎて、突起部２０がほとんど消失してしまうおそれがあることがわかった。そこで、本発明者らは挿入される高周波数の電流がその機能を十分に発揮し得る範囲として上記の範囲内に規定した。

その際、つまり定常周波数を５０［Ｈｚ］以上２００［Ｈｚ］以下の範囲内に設定し、高周波数を定常周波数よりも高く、かつ１００［Ｈｚ］以上１０００［Ｈｚ］以下の範囲内に設定した際、これら定常周波数および高周波数を上記した範囲内で設定したとしても、挿入する高周波数の電流の１回当たりの挿入時間ｔ_hが長くなりすぎると、突起部２０が過度に径小化して、上述したとおり矩形波電流に対して高圧放電ランプ４に供給される電力を増大させる所定の電流を重畳させた場合に突起部２０が著しく消失したり、突起部２０が複数発生したりするおそれが生じた。

そこで、定常周波数の電流の半周期の時間ｔ_s［ｍｓｅｃ］を基準として、つまり定常周波数の電流の半周期の時間ｔ_s［ｍｓｅｃ］に対する高周波数の電流の１回当たりの挿入時間ｔ_h［ｍｓｅｃ］の比率を１．５以下（ただし、０を含まず）の範囲内に規定することにより、適正な突起部２０を維持することができる。

ところで、このような高圧放電ランプ装置２は長寿命化が求められているが、高圧水銀ランプ４の累積点灯経過時間が定格寿命時間（例えば３０００時間）の中間から末期にかけて、電極１７間の距離Ｌが広がるように電極１７が後退し始めるという現象が見られる。その原因は明確ではないもののハロゲンサイクル作用の低下によるものであると考えられる。このような状況になった場合は上述した適正な突起部２０の維持が次第に困難になるために、挿入する高周波数の電流の１回当たりの挿入時間ｔ_hを一定以上にすることが好ましい。したがって、寿命末期まで上述したような適正な突起部２０を維持するために、定常周波数の電流の半周期の時間ｔ_s［ｍｓｅｃ］に対する高周波数の電流の１回当たりの挿入時間ｔ_h［ｍｓｅｃ］の比率は０．５以上に規定することが好ましい。

次に、本発明の第１の実施形態である高圧放電ランプ装置２における作用効果を確認するための実験を行った。

本実験では、ランプユニット２４からの射出光を実験用に準備した直線光学系ユニットを介して、この直線光学系ユニットから１．５［ｍ］離れたところに設置された４２［インチ］のスクリーンに照射した。本実験で用いた高圧放電ランプ点灯装置１では、定常周波数として８５［Ｈｚ］を、高周波数として３４０［Ｈｚ］をそれぞれ選択した。そして、定常周波数の電流の半周期の時間ｔ_s［ｍｓｅｃ］に対する高周波数の電流の１回当たりの挿入時間ｔ_h［ｍｓｅｃ］の比率として１．０，１．５，１．６の３つのパターンを、定常周波数の電流の半周期の時間ｔ_s［ｍｓｅｃ］と高周波数の電流の１回当たりの挿入時間ｔ_h［ｍｓｅｃ］との総和Ｔとして１０．０［ｍｓｅｃ］、１６．７［ｍｓｅｃ］、１６．８［ｍｓｅｃ］の３つのパターンをそれぞれ組み合わせたものを用意した。

評価方法はそのスクリーンを被験者１０名が目視してちらつきを感じるか否かを調査し、半数以上がちらつきを感じた場合を「ちらつき有り」とし、それ以外を「ちらつき無し」とした。その結果を表１に示す。また併せて、スクリーンの中央部に照度計を設置し、照度変化を調べた。図９（ａ）は「ちらつき無し」の場合（実施例１）を、図９（ｂ）は「ちらつき有り」の場合（比較例３）をそれぞれ示す。ただし、図９（ａ）および図９（ｂ）は照度計のアナログ電圧出力（照度）をオシロスコープで観測したものであって、横軸に時間［ｍｓｅｃ］を、縦軸に照度変化量をそれぞれ示しているが、縦軸の照度変化量は直流成分を除去している。

表１から明らかなように、定常周波数の電流の半周期の時間ｔ_s［ｍｓｅｃ］に対する高周波数の電流の１回当たりの挿入時間ｔ_h［ｍｓｅｃ］の比率が１．５以下の範囲内であるとともに、定常周波数の電流の半周期の時間ｔ_s［ｍｓｅｃ］と高周波数の電流の１回当たりの挿入時間ｔ_h［ｍｓｅｃ］との総和Ｔが１６．７［ｍｓｅｃ］以下の範囲内である場合、例えば比率ｔ_h／ｔ_sが１．０で、かつ総和Ｔが１０．０［ｍｓｅｃ］の場合（実施例１）、比率ｔ_h／ｔ_sが１．０で、かつ総和Ｔが１６．７［ｍｓｅｃ］の場合（実施例２）、比率ｔ_h／ｔ_sが１．５で、かつ総和Ｔが１０．０［ｍｓｅｃ］の場合（実施例３）、および比率ｔ_h／ｔ_sが１．５で、かつ総和Ｔが１６．７［ｍｓｅｃ］の場合（実施例４）、「ちらつき無し」と判断された。一方、定常周波数の電流の半周期の時間ｔ_s［ｍｓｅｃ］に対する高周波数の電流の１回当たりの挿入時間ｔ_h［ｍｓｅｃ］の比率が１．５を超える範囲内であるか、または定常周波数の電流の半周期の時間ｔ_s［ｍｓｅｃ］と高周波数の電流の１回当たりの挿入時間ｔ_h［ｍｓｅｃ］との総和Ｔが１６．７［ｍｓｅｃ］を越える範囲内である場合、例えば比率ｔ_h／ｔ_sが１．０で、かつ総和Ｔが１６．８［ｍｓｅｃ］の場合（比較例１）、比率ｔ_h／ｔ_sが１．５で、かつ総和Ｔが１６．８［ｍｓｅｃ］の場合（比較例２）、比率ｔ_h／ｔ_sが１．６で、かつ総和Ｔが１０．０［ｍｓｅｃ］の場合（比較例３）、比率ｔ_h／ｔ_sが１．６で、かつ総和Ｔが１６．７［ｍｓｅｃ］の場合（比較例４）、および比率ｔ_h／ｔ_sが１．６で、かつ総和Ｔが１６．８［ｍｓｅｃ］の場合（比較例５）、「ちらつき有り」と判断された。

したがって、本発明の第１の実施形態である高圧放電ランプ装置２（高圧放電ランプ点灯装置１を含む）にかかる構成によれば、ちらつきの無い、つまりアークの輝点移動によるフリッカと、電力変動によるフリッカとの双方の発生を十分に防止することができると確認された。

なお、上記実験では、定常周波数として８５［Ｈｚ］を、高周波数として３４０［Ｈｚ］をそれぞれ選択した場合について説明したが、これに限らず、定常周波数として５０［Ｈｚ］以上２００［Ｈｚ］以下の範囲から選択された値を、高周波数として選択された定常周波数よりも高い周波数であって、１００［Ｈｚ］以上１０００［Ｈｚ］以下の範囲から選択された値をそれぞれ選択した場合であっても上記と同様の結果が得られた。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態であるプロジェクタについて、図１０および図１１を参照して説明する。

図１０は、第１の実施形態である高圧放電ランプ装置２が用いられたプロジェクタの一例として、フロントプロジェクタ３２の概略構成を示す。フロントプロジェクタ３２は、その前方に設置したスクリーン（図示せず）に向けて画像を投影するタイプのプロジェクタである。

なお、図１０は、後述する筐体の天板を取り除いた状態を示している。

フロントプロジェクタ３２は、筐体３３に収納された、光源であるランプユニット２４、光学ユニット３４、制御ユニット３５、投射レンズ３６、冷却ファンユニット３７、および電源ユニット３８等から構成されている。光学ユニット２４は、入射光を変調して画像を形成する画像形成ユニットおよびランプユニットからの照明光を画像形成ユニットに照射する照明ユニット（いずれも図示せず）を有している。照明ユニットは、３色のカラーフィルタからなるカラーホイール等（図示せず）を有し、照明光を３原色に分解して画像形成ユニットに照射する。制御ユニット３５は、画像形成ユニット等を駆動制御する。投射レンズ３６は、画像形成ユニットにより変調されて形成された光学像を拡大投射する。電源ユニット３８は、上記した高圧放電ランプ点灯装置１を含み、商用電源から供給される電力を、制御ユニット３５やランプユニットに適した電力に変換してそれぞれ供給する。

また、第１の実施形態である高圧放電ランプ装置２は、図１１に示す投射型画像表示装置の一例であるリアプロジェクタ３９の光源としても用いることができる。リアプロジェクタ３９は、ランプユニット２４、光学ユニット、投射レンズ、ミラーおよび高圧放電ランプ点灯装置（いずれも図示せず）等が筐体４０内に収納された構成を有している。投射レンズから投射されミラーで反射された画像が、透過式スクリーン４１の裏側から投影されて画像表示される。

以上のような本発明の第２の実施形態であるプロジェクタにかかる構成によれば、フリッカ対策に優れており、投射面のちらつきが抑えられたプロジェクタを実現することができる。

本発明は、電極の突起部を適正に成長、維持させ、アークの輝点移動によるフリッカの発生を十分に防止することが必要な用途にも適用することができる。

本発明の第１の実施形態である高圧放電ランプ装置に含まれる高圧放電ランプ点灯装置の構成を示すブロック図 同じく高圧放電ランプ装置に用いられる高圧水銀ランプの発光管の一部切欠正面断面図 同じく高圧放電ランプ装置に用いられる高圧水銀ランプの電極の構成を示す正面図 （ａ）同じく高圧放電ランプ装置に用いられる高圧水銀ランプの電極において、適正な突起部の一例を示すＸ線写真、（ｂ）不適正な突起部の一例を示すＸ線写真 同じく高圧放電ランプ装置に用いられるランプユニットの構成を示す一部切欠斜視図 （ａ）同じく高圧放電ランプ装置おいてＤＣ電源回路からの出力電圧の波形を示す図、（ｂ）同じく高圧放電ランプ装置おいてＤＣ／ＤＣコンバータからの出力電流の波形を示す図、（ｃ）同じく高圧放電ランプ装置おいてＤＣ／ＤＣコンバータからの別の出力電流の波形を示す図 同じく高圧放電ランプ装置において高圧水銀ランプに供給される交流電流の波形を示す図 同じく高圧放電ランプ装置に用いられる高圧水銀ランプの電極における変化の状態を示す正面図 （ａ）同じく高圧放電ランプ装置において照度変化（ちらつき無し）を示す図、（ｂ）同じく高圧放電ランプ装置において照度変化（ちらつき有り）を示す図 本発明の第２の実施形態である投射型画像表示装置として、フロントプロジェクタの構成を示す一部切欠斜視図 同じく投射型画像表示装置として、リアプロジェクタの構成を示す斜視図

符号の説明

１ 高圧放電ランプ点灯装置
２ 高圧放電ランプ装置
３ ＤＣ電源回路
４ 高圧水銀ランプ
５ ＤＣ／ＤＣコンバータ
６ ＤＣ／ＡＣインバータ
７ 高圧パルス発生部
８ ランプ電流検出部
９ ランプ電圧検出部
１０ 制御回路
１１ プログラマブル発振器
１２ 電力演算回路
１３ ＰＷＭ制御回路
１４ 発光管
１５ 発光部
１５ａ 放電空間
１６ 封止部
１７ 電極
１７ａ 電極の先端部
１８ 電極棒
１９ 電極コイル
２０ 突起部
２１ 金属箔
２２ 外部リード線
２３ 反射鏡
２４ ランプユニット
２５ 反射面
２６ 電源接続用端子
２７ 口金
２８ 電力供給線
２９ ネック部
３０ 接着剤
３１ 貫通孔
３２ フロントプロジェクタ
３３，４０ 筐体
３４ 光学ユニット
３５ 制御ユニット
３６ 投射レンズ
３７ 冷却ファンユニット
３８ 電源ユニット
３９ リアプロジェクタ
４１ 透過式スクリーン

Claims (5)

1. 内部に、ハロゲン物質が封入され、かつ先端部に突起部が形成されている電極が配置されている発光管を有する高圧放電ランプに対して交流電流を供給して点灯させる点灯装置であって、
   前記交流電流は、周波数が５０［Ｈｚ］以上２００［Ｈｚ］以下の範囲から選択された定常周波数の電流に、前記定常周波数よりも高い周波数であって、１００［Ｈｚ］以上１０００［Ｈｚ］以下の範囲から選択された高周波数の電流が半周期毎に挿入されており、
   前記定常周波数の電流は、矩形波電流に対し、その半周期の少なくとも後半部分に前記高圧放電ランプに供給される電力を増大させる所定の電流が重畳されており、
   前記定常周波数の電流の半周期の時間ｔ_s［ｍｓｅｃ］に対する前記高周波数の電流の１回当たりの挿入時間ｔ_h［ｍｓｅｃ］の比率は１．５以下（ただし、０を含まず）の範囲内であるとともに、前記定常周波数の電流の半周期の時間ｔ_s［ｍｓｅｃ］と前記高周波数の電流の１回当たりの挿入時間ｔ_h［ｍｓｅｃ］との総和Ｔが１６．７［ｍｓｅｃ］以下（ただし、０［ｍｓｅｃ］を含まず）の範囲内であることを特徴とする高圧放電ランプ点灯装置。
2. 前記定常周波数の電流の半周期の時間ｔ_s［ｍｓｅｃ］に対する前記高周波数の電流の１回当たりの挿入時間ｔ_h［ｍｓｅｃ］の比率は０．５以上であることを特徴とする請求項１記載の高圧放電ランプ点灯装置。
3. 内部に、ハロゲン物質が封入され、かつ先端部に突起部が形成されている電極が配置されている発光管を有する高圧放電ランプと、
   前記高圧放電ランプを点灯させる請求項１または請求項２に記載された高圧放電ランプ点灯装置とを備えたことを特徴とする高圧放電ランプ装置。
4. 請求項３に記載された高圧放電ランプ装置を備えたことを特徴とするプロジェクタ。
5. 内部に、ハロゲン物質が封入され、かつ先端部に突起部が形成されている電極が配置されている発光管を有する高圧放電ランプに対して交流電流を供給して点灯させる点灯方法であって、
   前記交流電流は、周波数が５０［Ｈｚ］以上２００［Ｈｚ］以下の範囲から選択された定常周波数の電流に、前記定常周波数よりも高い周波数であって、１００［Ｈｚ］以上１０００［Ｈｚ］以下の範囲から選択された高周波数の電流が半周期毎に挿入されており、
   前記定常周波数の電流は、矩形波電流に対し、その半周期の少なくとも後半部分に前記高圧放電ランプに供給される電力を増大させる所定の電流が重畳されており、
   前記定常周波数の電流の半周期の時間ｔ_s［ｍｓｅｃ］に対する前記高周波数の電流の１回当たりの挿入時間ｔ_h［ｍｓｅｃ］の比率は１．５以下（ただし、０を含まず）の範囲内であるとともに、前記定常周波数の電流の半周期の時間ｔ_s［ｍｓｅｃ］と前記高周波数の電流の１回当たりの挿入時間ｔ_h［ｍｓｅｃ］との総和Ｔが１６．７［ｍｓｅｃ］以下（ただし、０［ｍｓｅｃ］を含まず）の範囲内であることを特徴とする高圧放電ランプの点灯方法。