JP2009181927A - 高圧放電ランプシステム、およびそれを用いたプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】放射性物質を使用することなく安価で低い始動電圧でも始動可能とする。
【解決手段】高圧水銀ランプ４とこれを始動、点灯維持させる点灯回路３とを備えている。高圧水銀ランプ４は、内部に第１および第２の電極１０，１１が配置された発光部６とこの発光部６に連接された第１および第２の封止部７，８とを有する容囲器と、第２の電極１１と電気的に接続されており、かつ一部が少なくとも第１の封止部７のうち、第１の電極１０に接続された第１の金属箔１６が位置する部分の外面に接触または近接した導体２０とをそれぞれ有している。特に、導体２０は第１の封止部７の外面の所定の領域において実質的に一点のみで接触または近接している。点灯回路３は、第１の電極１０と第２の電極１１との間に周波数が１０［ｋＨｚ］以上１０［ＭＨｚ］以下の範囲内から選択される高周波電圧を印加して高圧水銀ランプ４を始動させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、高圧放電ランプシステム、およびそれを用いたプロジェクタに関するものである。

近時、会議等でのプレゼンテーションや一般家庭におけるホームシアターにおい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、画像情報に応じて動作する素子（例えば透過型液晶表示素子やデジタルマイクロミラーデバイス等）に光源からの出射光を投射し、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。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配置された発光管を備えている。

一般に、この高圧水銀ランプを始動させるためには前記一対の電極間に高圧パルスで２０［ｋＶ］以上を印加する必要がある。しかし、このような高圧パルスを発生させるためには、点灯回路に大型のトランスや高耐圧の電子部品等を用いる必要があり、その点灯回路を含む高圧放電ランプシステム全体の小型化や低価格化の弊害となってしまう。

そこで、従来から始動電圧を下げるべく、近接導体やトリガ線と呼ばれる金属線からなる導体を発光管に取り付けることが実用化されている。そして、始動電圧を下げるために、導体の取り付け方に種々の工夫が提案されている。

例えばトリガ線の先端を発光管の外側に配置することにより、始動時、その先端と発光管内の電極との間に著しく不平等な電界を形成し、一対の電極間の絶縁破壊を発生させやすくし、高圧パルスで４〜８［ｋＶ］まで始動電圧を低減できるものが提案されている（例えば特許文献１等）。

また、近接導体の一部を発光管における封止部の所定の領域に限定し、閉ループを形成しないように巻き付けたもので、高圧パルスで８［ｋＶ］以下まで始動電圧を低減できるものが提案されている（例えば特許文献２等）。

ところが、上記したとおり高圧放電ランプシステム全体の小型化や低価格化等の要請を満足させた設計にすると、その点灯回路が発生可能な高圧パルスの上限値は４．０［ｋＶ］程度になる。そうすると、実使用上、高圧水銀ランプの始動電圧としてはマージンを考慮して３．０［ｋＶ］〜３．５［ｋＶ］以下が求められる。この要求に対しては上記したようにトリガ線（近接導体）を採用し、さらにはその取り付け方を工夫しただけでは実現することはできない。そのために、トリガ線を採用した上で、例えば発光管内にクリプトン８５（⁸⁵Ｋｒ）のような放射性物質を封入することによって対応していた。
特開２００３−３１７６６３号公報 国際公開第２００４／０９０９３４号パンフレット

しかしながら、クリプトン８５のような放射性物質は高価であり、結果的に高圧放電ランプシステム全体の低価格化の要請に十分に応えられない。

そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、放射性物質を使用することなく安価で低い始動電圧でも始動可能な高圧放電ランプシステム、およびそれを用いたプロジェクタ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システムは、高圧放電ランプと前記高圧放電ランプを始動、点灯維持させる点灯回路とを備え、前記高圧放電ランプは、内部に放電空間が形成された発光部とこの発光部に連接された第１および第２の封止部とを有するガラス製の容囲器と、一端部が前記発光部内に位置し、かつ他端部が前記第１の封止部に封止された第１の金属箔に接続された第１の電極と、一端部が前記発光部内に位置し、かつ他端部が前記第２の封止部に封止された第２の金属箔に接続された第２の電極と、前記第２の電極と電気的に接続されており、かつ一部が少なくとも前記第１の封止部のうち、前記第１の金属箔が位置する部分の外面に接触または近接した導体とをそれぞれ有し、前記第１の封止部の外面のうち、前記第１の金属箔が位置する部分であって、かつ前記第１の封止部を前記第１の金属箔の一方の主面を含む面で切った場合における前記一方の主面側の領域において、前記導体は前記第１の封止部の外面に実質的に一点のみで接触または近接し、前記点灯回路は、前記第１の電極と前記第２の電極との間に周波数が１０［ｋＨｚ］以上１０［ＭＨｚ］以下の範囲内から選択される高周波電圧を印加して前記高圧放電ランプを始動させる構成からなる。

かかる構成によれば、第１の電極と第２の電極との間に周波数が１０［ｋＨｚ］以上１０［ＭＨｚ］以下の範囲内から選択される高周波電圧が印加されると、（１）まず第一に第２の電極と電気的に接続されている導体の一部と第１の金属箔との間に存在するガラスが誘電分極し、しかも第１の金属箔が第１の封止部においてガラスと密着しているために、つまり導体と第１の金属箔との間において誘電分極を低下させる要因となる空間が無いために強い誘電分極が得られ、（２）第二に第１の封止部の外面の所定領域において導体が第１の封止部の外面に実質的に一点でのみ接触または近接しているために、導体の一部と第１の封止部の外面（ガラス面）との間で極めて著しい不平等電界が発生して電界集中を起こさせることができるとともに、（３）第三に導体に高周波電圧が印加されているために、導体からの電子放出を早くすることができる。その結果、これらの相乗効果として導体と第１の金属箔との間に印加される電圧が非常に低い電圧、例えば１．５［ｋＶ］〜２．０［ｋＶ］（上限値および下限値を含む）であっても導体からの電子放出が起こり、その放出電子によって導体と第１の封止部の外面（ガラス面）との間における空気中の主に窒素が電離し、沿面放電またはコロナ放電を引き起こす。そして、窒素が電離する際、波長が１００［ｎｍ］〜４００［ｎｍ］（上限値および下限値を含む）の紫外線を放射するために、それが第１の封止部のガラスを通って放電空間内の金属物質、通常封入されている発光物質や電極に照射され、光電効果によって放電空間内の光電子を増大させることができる。よって、この光電子によって第１の電極および第２の電極間での絶縁破壊を補助し、従来のような放射性物質を使用しなくとも極めて低い始動電圧（例えば３．０［ｋＶ］以下）での始動が可能となる。

ここで、導体の一部が第１の封止部の外面に「接触」するとは、まさに導体が第１の封止部の外面に接している、つまり導体と第１の封止部の外面との間の最短距離が０［ｍｍ］を示す。一方、導体の一部が第１の封止部の外面に「近接」するとは、導体が第１の封止部の外面に接していないものの、限りなく近づいている状態を示し、具体的には導体と第１の封止部の外面との間の最短距離が０．３［ｍｍ］以下を示す。この範囲内で「近接」していれば「接触」の場合とほぼ同様の作用が得られることを実験によって確認している。

また、金属箔の「主面」とは最大面積を有する面を示す。

さらに、「前記第１の封止部の外面のうち、前記第１の金属箔が位置する部分であって、かつ前記第１の封止部を前記第１の金属箔の一方の主面を含む面で切った場合における前記一方の主面側の領域」という所定領域において、導体は第１の封止部の外面に実質的に一点でのみ接触または近接しているとは、導体が当該所定領域に限って第１の封止部の外面に実質的に一点でのみ接触または近接しているに止まり、当該所定領域以外については導体が第１の封止部の外面に接触または近接していてもよいし、していなくてもよく、また接触または近接している場合、点状に接触または近接していてもよいし、線状や面状に接触または近接していてもよい。

かかる場合において、前記導体は、金属線からなり、かつその一端が前記第１の封止部のうち、前記第１の金属箔が位置する部分の外面上に位置し、前記第１の封止部の外面のうち、前記第１の金属箔が位置する部分であって、かつ前記第１の封止部を前記第１の金属箔の一方の主面を含む面で切った場合における前記一方の主面側の領域において、前記導体の一端が前記第１の封止部の外面に一点で接触または近接していることが好ましい。または、前記導体は、一部が略Ｕ字状または略くの字状に曲げられた金属線からなり、かつ当該略Ｕ字状または略くの字状に曲げられた部分が前記第１の封止部のうち、前記第１の金属箔が位置する部分の外面上に位置し、前記第１の封止部の外面のうち、前記第１の金属箔が位置する部分であって、かつ前記第１の封止部を前記第１の金属箔の一方の主面を含む面で切った場合における前記一方の主面側の領域において、前記導体の略Ｕ字状または略くの字状に曲げられた部分の頂点が前記第１の封止部の外面に一点で接触または近接していることが好ましい。

また、前記導体は前記第１の封止部を周回する巻回部を有し、前記導体のうち、前記第１の封止部の外面と実質的に一点で接触している部分は前記巻回部の復元力によって前記第１の封止部の外面に圧接されていることが好ましい。

さらに、前記高周波電圧の周波数は２００［ｋＨｚ］以上であることが好ましい。

本発明の請求項６に係るプロジェクタは、前記高圧放電ランプシステムを備えた構成からなる。

かかる構成によれば、安価なプロジェクタを実現することができる。

本発明は、放射性物質を使用することなく安価で低い始動電圧でも始動可能な高圧放電ランプシステム、およびそれを用いたプロジェクタを実現することができる。

〈第１の実施の形態〉
図１は、本発明の第１の実施形態である高圧放電ランプシステム１のブロック図を示す。

図１に示すように、高圧放電ランプシステム１は、外部の交流電源（ＡＣ１００［Ｖ］）に接続される電源ユニット２から点灯回路３（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。

（高圧水銀ランプ４について）
以下、まず高圧水銀ランプ４の構成について説明する。図２には、その一例として定格電力１６５［Ｗ］の高圧水銀ランプ４の発光管５を示す。

図２に示すように、発光管５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６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第１の封止部７および第２の封止部８とを有する。

発光部６の内部（放電空間９）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６５０［ｍｇ／ｃｍ³］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る。

また、発光部６内には、一対をなすタングステン（Ｗ）製の第１の電極１０および第２の電極１１のそれぞれ一端部側が互いに略対向するように配置されている。つまり、第１の電極１０の長手方向の中心軸（発光管５の長手方向の中心軸に略一致）と第２の電極１１の長手方向の中心軸とは互いに略一致している。一例として、これら電極１０，１１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。

第１の電極１０および第２の電極１１は、図３に示すように、電極棒１２，１３とその一端部に取り付けられた電極コイル１４，１５とからなる。特にいずれの電極１０，１１の先端部１０ａ，１１ａ（一端部）も、電極棒１２，１３の一部と電極コイル１４，１５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、これら電極１０，１１の先端部１０ａ，１１ａ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１０，１１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１０，１１、特にその先端部１０ａ，１１ａの頂点部に戻って堆積し、その堆積物からなる突起部１０ｂ，１１ｂが自然発生的に形成されている。ここで示す突起部１０ｂ，１１ｂ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１０，１１間の距離Ｌは、具体的にはこれら突起部１０ｂ，１１ｂ間の距離を示す。

なお、第１の電極１０および第２の電極１１のそれぞれ先端部１０ａ，１１ａ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１２，１３の一部と電極コイル１４，１５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１２，１３の先端部に取り付けてもよい。

図２に戻り、第１の電極１０の他端部は、第１の封止部７に気密に封着されたモリブデン製の第１の金属箔１６を介して第１の外部リード線１７の一端部に接続されている。第１の外部リード線１７の他端部は第１の封止部７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。また、同様に第２の電極１１の他端部は、第２の封止部８に気密に封着されたモリブデン製の第２の金属箔１８を介して第２の外部リード線１９の一端部に接続されている。第２の外部リード線１９の他端部は第２の封止部８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。

また、発光管５には、高圧水銀ランプ４の始動時にその始動補助として機能する例えば線径が０．１［ｍｍ］以上２．０［ｍｍ］以下の範囲内、例えば０．３［ｍｍ］の鉄とクロムの合金からなる導体２０が取り付けられている。具体的に導体２０は、一端部が第１の封止部７のうち、第１の金属箔１６が位置する部分（図２中、領域Ａで示す）の外面上に位置し、かつ発光部６および第２の封止部８を跨って第２の外部リード線１９へ向かって延在し、その他端部が第２の外部リード線１９に電気的に接続されることによって第２の電極１１と電気的に接続される。

なお、「領域Ａ」は、換言すれば、第１の封止部７において、第１の金属箔１６の長手方向における一端を含み、かつ第１の封止部７の長手方向の中心軸（発光管５の長手方向の中心軸Ｘに一致）に垂直な面Ａ₁（図２参照）と、第１の金属箔１６の長手方向における他端を含み、かつ第１の封止部７の長手方向の中心軸に垂直な面Ａ₂（図２参照）との二つの面で挟まれた領域を示す。

そして、このとき導体２０の一端部におけるその一端（図２中、Ｂで示す）は、図２および図４に示すように、第１の封止部７の外面のうち、第１の金属箔１６が位置する部分（領域Ａ）であって、かつ第１の封止部７を第１の金属箔１６の一方の主面Ｄ（図４参照）を含む面Ｅ（図４参照）で切った場合における一方の主面Ｄ側の領域（図４中、Ｆで示す）において、実質的に一点のみで接触している。換言すれば、第１の封止部７を領域Ａのみ切り出し、それを第１の金属箔１６の一方の主面Ｄを含む面Ｅで切る、つまり略半割りしたものにおいて、導体２０の一端Ｂがその曲面（第１の封止部７の外面部分）に実質的に一点のみで接触していることを言う。ただし、第１の金属箔１６の主面とは、最大面積を有する面であり、図２の正面図において見えている面およびその裏面が相当する。

もちろん、このとき導体２０の一端Ｂが第１の封止部７の外面の所定の領域において実質的に一点のみで「接触」している場合に限らず、図５に示すように、導体２０の一端Ｂが第１の封止部７の外面の所定の領域において実質的に一点のみで「近接」、つまり導体２０の一端Ｂと第１の封止部７の外面との間の最短距離ｄ（図５参照）が０．３［ｍｍ］以下の場合であってもよい。この範囲での「近接」であれば後述する作用効果が得られることを実験によって確認しているからである。

上述した中で特徴的なのは、図２に示す例において導体２０はその一端部が第１の封止部７に螺旋状に約２．５ターン巻き付けられるように周回して取り付けられているが、導体２０は第１の封止部７の外面のうち、領域Ａであって、かつ領域Ｆ（以下、「接触制限領域」という）に限って一点のみで接触または近接しており、その他の部分が接触制限領域において接触または近接していないことである。もちろん、導体２０は、第１の封止部７の外面のうち、接触制限領域以外の領域において点状、線状、あるいは面状のどのような形態で接触または近接していてもよいし、していなくてもよく、また第１の封止部７以外の発光部６や第２の封止部８の外面において点状、線状、あるいは面状のどのような形態で接触または近接していてもよいし、していなくてもよい。もちろん、接触制限領域以外の領域において、導体２０は発光管５に対して巻き付けられるように周回して取り付けられてもよいし、単に線状に沿わすように取り付けてもよい。つまり、導体２０の発光管５に対する取り付け方は接触制限領域以外の領域において特に問わない。

ここで、図２に示す例のように、導体２０には第１の封止部７を例えば約２．５ターン周回する巻回部２１が形成され、しかもこの巻回部２１をもともと第１の封止部７の径よりも小さく巻いておき、第１の封止部７に取り付ける際、その巻回部２１の内径が拡径するように取り付けられることが好ましい。これにより、導体２０のうち、第１の封止部７の外面と実質的に一点で接触している部分は巻回部２１の縮径する方向への復元力によって第１の封止部７の外面に圧接させることができ、第１の封止部７の外面に対する位置ずれを防止することができる。

なお、上記した例では、導体２０として例えば鉄とクロムの合金を用いた場合について説明したが、鉄とクロムの合金以外にもモリブデン等の金属線を用いることができる。また、導体２０は、全体的に金属線からなる必要はなく、少なくとも第１の封止部７に実質的に一点のみで接触または近接する部分が線状になっていればよく、その他の部分が例えば帯状になっていてもよい。

（ランプユニット２３について）
そして、このような高圧水銀ランプ４は、図６に示すように、反射鏡２２内に組み込まれてランプユニット２３を構成し、高圧放電ランプシステム１における光源として使用される。

図６に示すように、ランプユニット２３は、上記した高圧水銀ランプ４と、内面が凹面の反射面２４を有する基体がガラスからなる反射鏡２２とを備えており、この反射鏡２２内に高圧水銀ランプ４が発光管５の長手方向の中心軸Ｘと反射鏡２２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２４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５の第１の封止部７に、電源接続用端子２５が付設された円筒形の口金２６が装着されている。第１の封止部７から外部に導出した第１の外部リード線（図示せず）が電源接続用端子２５に接続されている。第２の外部リード線１９には電力供給線２７が接続されている。

そして、この高圧水銀ランプ４は、口金２６が反射鏡２２のネック部２８内に挿入され、かつ接着剤２９を介して固着されている。このとき、電力供給線２７は、反射鏡２２に設けられた貫通孔３０に挿通される。

なお、反射面２４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。

（点灯回路３について）
点灯回路３は、高圧水銀ランプ４を始動、点灯維持させるものであり、図１に示すように主にＤＣ／ＤＣコンバータ３１、ＤＣ／ＡＣインバータ３２、高電圧供給部３３、ランプ電流検出部３４、ランプ電圧検出部３５、および制御部３６から構成されている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ３１は、制御部３６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３２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、制御部３６はそのためにランプ電流検出部３４で検出したランプ電流、およびランプ電圧検出部３５で検出したランプ電圧にそれぞれ基づい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ＤＣ／ＤＣコンバータ３１に送る。ＤＣ／ＤＣコンバータ３１は、それを受けて電源ユニット２からの直流電圧を所定の大きさの直流電流に変換する。ただし、制御部３６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３１に送る。

ＤＣ／ＡＣインバータ３２は、例えば、一対のスイッチング素子（ＦＥＴ）３７を二組有しており、各組を交互にオン、オフすることによってＤＣ／ＤＣコンバータ３１から供給された直流電流に対して制御部３６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。

高電圧供給部３３は、例えば、コイル３８とコンデンサ３９を有する共振回路を利用して、周波数が１０［ｋＨｚ］以上１０［ＭＨｚ］以下の範囲内から選択される高周波電圧を発生させて第１の電極１０と第２の電極１１との間に印加し、第１の電極１０と第２の電極１１との間での絶縁破壊を促し、高圧水銀ランプ４を始動させる。

次に、この点灯回路３の動作について図７のフローチャート用いて説明する。

まず、電源ユニット２のスイッチ（図示せず）がオンされると（ステップＳ１：ＹＥＳ）、制御部３６によるＤＣ／ＤＣコンバータ３１およびＤＣ／ＡＣインバータ３２の制御によって周波数が１０［ｋＨｚ］以上１０［ＭＨｚ］以下の範囲内から選択される例えば３００［ｋＨｚ］の高周波電圧を発生させ、高圧水銀ランプ４の第１の電極１０と第２の電極１１との間に印加する（ステップＳ２）。

そして、高圧水銀ランプ４が始動したか否かを判断する（ステップＳ３）。高圧水銀ランプ４の第１の電極１０と第２の電極１１との間で絶縁破壊が起こると、第１の電極１０と第２の電極１１との間にアーク放電電流が流れ出し、これをランプ電流検出部３４によって検知することにより、高圧水銀ランプ４が始動したか否かを判断することができる。

もし、高圧水銀ランプ４が始動していなければ（Ｓ３：ＮＯ）、ステップＳ１０に移行し、スイッチオン後に例えば２［ｓ］を経過したか否かを判断し、経過していなければ再びステップ２に戻り、ステップ３に至って高圧水銀ランプ４が始動したと判断された場合は高周波電圧の印加を停止し、高周波の定電流制御に移行する（Ｓ４）。この高周波定電流制御は、第１の電極１０および第２の電極１１のウォームアップをダメージ無く行うために設けられており、ある一定時間、例えば２秒間印加した後に（Ｓ５：ＹＥＳ）、定格周波数の定電流制御に移行する（Ｓ６）。この定格周波数の定電流制御は、発光部６の内部（放電空間９）の水銀蒸発を促進させるために設けられており、電流検出部３４の検出信号に基づき制御部３６によってＤＣ／ＤＣコンバータ３１を制御して、ランプ電流の値を一定（３［Ａ］）にする制御である。

その後、ランプ電圧が例えば５５［Ｖ］以上か否かを判断する（Ｓ７）。ランプ電圧が５５［Ｖ］未満であれば（ステップＳ７：ＮＯ）、ステップ６の定格周波数の定電流制御を維持する。

ランプ電圧が５５［Ｖ］以上になると（ステップＳ７：ＹＥＳ）、ステップＳ８の定格周波数の定電力制御に移行する。この定格周波数の定電力制御は、ランプ電流検出部３４およびランプ電圧検出部３５のそれぞれ検出信号に基づき制御部３６によってＤＣ／ＤＣコンバータ３１を制御して、ランプ電力の値が一定（１６５［Ｗ］）になるようにＤＣ／ＤＣコンバータ３１からの出力電流の値を適宜制御するものである。ステップＳ７〜ステップＳ９は、ランプ点灯中（ステップＳ９：ＮＯ）常時繰り返されており、スイッチがオフにされると（ステップＳ９：ＹＥＳ）その処理を終了する。

なお、ステップ１０において、スイッチがオンされた後、２［ｓ］を経過したと判断された場合は、高圧水銀ランプ４に何らかの異常があると判断され、ステップ１１に移行して点灯回路３からの出力を停止し、点灯制御を終了する。ただし、ステップＳ１０におけるスイッチオン後の経過時間の設定を２［ｓ］としたが、これに限らずそれぞれ適宜設定することができる。

また、ステップＳ７におけるランプ電圧の判断基準値を５５［Ｖ］としているが、これはステップＳ６の定格周波数の定電流制御の電流値を３［Ａ］としているためであり、定格周波数の定電流制御の電流値をどのように設定するかによって、また高圧水銀ランプ４の定格電力によっても変わるものである。

ところで、上記した定格周波数の定電流制御および定格周波数の定電力制御時、高圧水銀ランプ４に供給される交流電流（ランプ電流）の周波数は例えば１７０［Ｈｚ］の固定値である。もっとも、当該交流電流の定格周波数は、ランプ電圧の変化に応じてその値を切り替える制御を行ってもよいし、ランプ電圧に変化に依存することなく複数の異なる周波数を常時切り替える変調制御を行ってもよい。

以上のとおりの本発明の第１の実施形態にかかる高圧放電ランプシステム１の構成によれば、第１の電極１０と第２の電極１１との間に周波数が１０［ｋＨｚ］以上１０［ＭＨｚ］以下の範囲内から選択される高周波電圧が印加されると、（１）まず第一に第１の電極１０と電気的に接続されている導体２０の一部と第１の金属箔１６との間に存在するガラスが誘電分極し、しかも第１の金属箔１６が第１の封止部７においてガラスと密着しているために、つまり導体２０と第１の金属箔１６との間において誘電分極を低下させる要因となる空間が無いために強い誘電分極が得られ、（２）第二に第１の封止部７の外面の接触制限領域において導体２０が第１の封止部７の外面に実質的に一点でのみ接触または近接しているために、導体２０の一部と第１の封止部７の外面（ガラス面）との間で極めて著しい不平等電界が発生して電界集中を起こさせることができるとともに、（３）第三に導体２０に高周波電圧が印加されているために、導体２０からの電子放出を早くさせることができる。その結果、これらの相乗効果として導体２０の一端部と第１の金属箔１６との間に印加される電圧が非常に低い電圧、例えば１．５［ｋＶ］〜２．０［ｋＶ］（上限値および下限値を含む）であっても導体２０の一端部から電子放出が起こり、その放出電子によって導体２０の一端部と第１の封止部７の外面（ガラス面）との間における空気中の主に窒素が電離し、沿面放電またはコロナ放電を引き起こす。そして、窒素が電離する際、波長が１００［ｎｍ］〜４００［ｎｍ］（上限値および下限値を含む）の紫外線を放射するために、それが第１の封止部７のガラスを通って放電空間９内の金属物質、すなわち発光物質の水銀や第１の電極１０、第２の電極１１に照射され、光電効果によって放電空間９内の光電子を増大させることができる。したがって、この光電子によって第１の電極１０および第２の電極１１間での絶縁破壊を補助し、従来のような放射性物質を使用しなくとも、また高周波電圧に重畳させて高圧パルスを印加しなくとも極めて低い始動電圧（例えば３．０［ｋＶ］以下）での始動が可能となる。よって、安価で低い始動電圧でも始動可能な高圧放電ランプシステム１を実現することができる。

なお、導体２０が第１の封止部７の外面のうち、第１の金属箔１６以外の金属部材、例えば電極棒１２に位置する部分に配置されていたとしても、導体２０と電極棒１２との間に存在するガラスは誘電分極するものの、電極棒１２の周囲にはそのガラスとの間に空泡が発生するために、前記誘電分極に比して弱いものとなる。

特に、その高周波電圧の周波数は２００［ｋＨｚ］以上であることが好ましい。これにより、高周波電圧を印加した際の導体２０からの電子放出を一層早めることができる。

そして実際に、本発明の第１の実施形態にかかる高圧放電ランプシステム１（以下、「本発明品」という）を１０本試作し、それらの始動電圧を確認したところ、いずれも２．２［ｋＶ］〜２．５［ｋＶ］（上限値および下限値を含む）の範囲内であった。

ただし、高周波電圧の周波数は３００［ｋＨｚ］とした。また、本発明品においてクリプトン８５のような放射性物質は封入しておらず、始動に際して高周波電圧のみで始動させており、従来のもののように８［ｋＶ］の高圧パルス電圧は印加していない。

比較のために、第１の封止部７における領域Ａにおいて導体２０の一端部を、螺旋状に約２．５ターン分、第１の封止部７の外面に接触させて取り付けた点を除いて本発明の第１の実施形態にかかる高圧放電ランプシステム１と同じ構成を有している高圧放電ランプシステム（以下、「比較品」という）を１０本試作し、本発明品と同じ条件でそれらの始動電圧を確認したところ、いずれも４．０［ｋＶ］〜６．５［ｋＶ］（上限値および下限値を含む）の範囲内であった。

ただし、こちらも高周波電圧の周波数は３００［ｋＨｚ］とした。また、比較品においてクリプトン８５のような放射性物質は封入しておらず、始動に際して高周波電圧のみで始動させており、高圧パルス電圧は印加していない。

〈第２の実施の形態〉
次に、本発明の第２の実施形態である高圧放電ランプシステムは、図８に示すように、高圧水銀ランプ４０において発光管５に取り付けられている導体４１の形状が異なる点を除いては上記した本発明の第１の実施形態である高圧放電ランプシステム１と同じ構成を有している。したがって、主にその導体４１およびその取り付け方について詳細に説明し、その他の構成については説明を省略する。

図８に示すように、発光管５には、高圧水銀ランプ４０の始動時にその始動補助として機能する例えば線径が０．１［ｍｍ］以上２．０［ｍｍ］以下の範囲内、例えば０．３［ｍｍ］の鉄とクロムの合金からなる導体４１が取り付けられている。具体的に導体４１は、一端部が第１の封止部７のうち、第１の金属箔１６が位置する部分（図８中、領域Ａで示す）の外面上に位置し、かつ発光部６および第２の封止部８を跨って第２の外部リード線１９へ向かって延在し、その他端部が第２の外部リード線１９に電気的に接続されることによって第２の電極１１と電気的に接続される。「領域Ａ」は、上記した実施形態と同様に第１の封止部７において、第１の金属箔１６の長手方向における一端を含み、かつ第１の封止部７の長手方向の中心軸（発光管５の長手方向の中心軸Ｘに一致）に垂直な面Ａ₁（図８参照）と、第１の金属箔１６の長手方向における他端を含み、かつ第１の封止部７の長手方向の中心軸に垂直な面Ａ₂（図８参照）との二つの面で挟まれた領域を示す。

そして、このとき導体４１の一端部の一部は、図９に示すように、略Ｕ字状に曲げられており、第１の封止部７の外面のうち、第１の金属箔１６が位置する部分であって、かつ第１の封止部７を第１の金属箔１６の一方の主面Ｄ（図９参照）を含む面Ｅ（図９参照）で切った場合における一方の主面Ｄ側の領域（図９中、Ｆで示す）において、当該略Ｕ字状に曲げられた部分の頂点（図９中、Ｂで示す）が実質的に一点のみで接触している。換言すれば、第１の封止部７を領域Ａのみ切り出し、それを第１の金属箔１６の一方の主面Ｄを含む面Ｅで切る、つまり略半割りしたものにおいて、導体４１の頂点Ｂがその曲面（第１の封止部７の外面部分）、すなわち上記した接触制限領域に実質的に一点のみで接触していることを言う。ただし、第１の金属箔１６の主面とは、最大面積を有する面であり、図８の正面図において見えている面およびその裏面が相当する。

もちろん、このとき導体４１の頂点Ｂが第１の封止部７の外面の接触制限領域において実質的に一点のみで「接触」している場合に限らず、導体４１の頂点Ｂが第１の封止部７の外面の接触制限領域において実質的に一点のみで「近接」、つまり導体４１の頂点Ｂと第１の封止部７の外面との間の最短距離（図５の最短距離ｄと同じ）が０．３［ｍｍ］以下の場合であってもよい。

図８に示す例において導体４１はその一端部が第１の封止部７に螺旋状に約２．５ターン巻き付けられるように周回して取り付けられているが、導体４１は第１の封止部７の外面のうち、接触制限領域に限っては一点のみで接触または近接しており、その他の部分が接触制限領域において接触または近接していない。もちろん、導体４１は、第１の封止部７の外面のうち、接触制限領域以外の領域において点状、線状、あるいは面状のどのような形態で接触または近接していてもよいし、していなくてもよく、また第１の封止部７以外の発光部６や第２の封止部８の外面において点状、線状、あるいは面状のどのような形態で接触または近接していてもよいし、していなくてもよい。もちろん、接触制限領域以外の領域において、導体４１は発光管５に対して巻き付けられるように周回して取り付けられてもよいし、単に線状に沿わすように取り付けてもよい。つまり、導体４１の発光管５に対する取り付け方は接触制限領域以外の領域において特に問わない。

もっとも、図８に示す例でも、導体４１には第１の封止部７を例えば約２．５ターン周回する巻回部４２が形成され、しかもこの巻回部４２をもともと第１の封止部７の径よりも小さく巻いておき、第１の封止部７に取り付ける際、その巻回部４２の内径が拡径するように取り付けられることが好ましい。これにより、導体４１のうち、第１の封止部７の外面と実質的に一点で接触している部分は巻回部４２の縮径する方向への復元力によって第１の封止部７の外面に圧接させることができ、第１の封止部７の外面に対する位置ずれを防止することができる。

なお、上記した例でも、導体４１として例えば鉄とクロムの合金を用いた場合について説明したが、鉄とクロムの合金以外にもモリブデン等の金属線を用いることができる。また、導体４１においてその曲げを「略Ｕ字状」に代えて「略くの字状」にし、その略くの字状に曲げた部分の頂点を第１の封止部７の外面の接触制限領域において一点で接触または近接させてもよい。さらに、導体４１において略Ｕ字状または略くの字状に曲げられた部分が線状になっていればよく、その他の部分が例えば帯状になっていてもよい。

以上のとおりの本発明の第２の実施形態にかかる高圧放電ランプシステムの構成によれば、本発明の第１の実施形態にかかる高圧放電ランプシステム１と同様に、第１の電極１０と第２の電極１１との間に周波数が１０［ｋＨｚ］以上１０［ＭＨｚ］以下の範囲内から選択される高周波電圧が印加されると、（１）まず第一に第１の電極１０と電気的に接続されている導体４１の一部と第１の金属箔１６との間に存在するガラスが誘電分極し、しかも第１の金属箔１６が第１の封止部７においてガラスと密着しているために、つまり導体４１と第１の金属箔１６との間において誘電分極を低下させる要因となる空間が無いために強い誘電分極が得られ、（２）第二に第１の封止部７の外面の接触制限領域において導体４１が第１の封止部７の外面に実質的に一点でのみ接触または近接しているために、導体４１の一部と第１の封止部７の外面（ガラス面）との間で極めて著しい不平等電界が発生して電界集中を起こさせることができるとともに、（３）第三に導体４１に高周波電圧が印加されているために、導体４１からの電子放出を早くさせることができる。その結果、これらの相乗効果として導体４１の略Ｕ字状または略くの字状の部分と第１の金属箔１６との間に印加される電圧が非常に低い電圧、例えば１．５［ｋＶ］〜２．０［ｋＶ］（上限値および下限値を含む）であっても導体４１の略Ｕ字状または略くの字状の部分から電子放出が起こり、その放出電子によって導体４１の略Ｕ字状または略くの字状の部分と第１の封止部７の外面（ガラス面）との間における空気中の主に窒素が電離し、沿面放電またはコロナ放電を引き起こす。そして、窒素が電離する際、波長が１００［ｎｍ］〜４００［ｎｍ］（上限値および下限値を含む）の紫外線を放射するために、それが第１の封止部７のガラスを通って放電空間９内の金属物質、すなわち発光物質の水銀や第１の電極１０、第２の電極１１に照射され、光電効果によって放電空間９内の光電子を増大させることができる。したがって、この光電子によって第１の電極１０および第２の電極１１間での絶縁破壊を補助し、従来のような放射性物質を使用しなくとも、また高周波電圧に重畳させて高圧パルスを印加しなくとも極めて低い始動電圧（例えば３．０［ｋＶ］以下）で始動が可能となる。よって、安価で低い始動電圧でも始動可能な高圧放電ランプシステム１を実現することができる。

なお、導体４１が第１の封止部７の外面のうち、第１の金属箔１６以外の金属部材、例えば電極棒１２に位置する部分に配置されていたとしても、導体４１と電極棒１２との間に存在するガラスは誘電分極するものの、電極棒１２の周囲にはそのガラスとの間に空泡が発生するために、前記誘電分極に比して弱いものとなる。

特に、その高周波電圧の周波数は２００［ｋＨｚ］以上であることが好ましい。これにより、高周波電圧を印加した際の導体４１からの電子放出を一層早めることができる。

〈第３の実施の形態〉
次に、本発明の第３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システム１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４３の概略構成を示す。フロントプロジェクタ４３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４４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４３は、筐体４４に収納された、光源であるランプユニット２３、光学ユニット４５、制御ユニット４６、投射レンズ４７、冷却ファンユニット４８、および電源ユニット４９等から構成されている。光学ユニット４５は、画像形成ユニットからの出射光を合成する光合成ユニット、入射光を偏光させ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２３からの照明光をその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。３原色に分解された光を光合成ユニットで合成することにより、フルカラーの画像を得られる。制御ユニット４６は、画像形成ユニット等を駆動制御する。投射レンズ４７は、光合成ユニットにより合成された光学像を拡大投射する。電源ユニット４９は、上記した点灯回路３を含み、商用電源から供給される電力を、制御ユニット４６やランプユニット２３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システム１は、図１１に示すプロジェクタの一例であるリアプロジェクタ５０の光源としても用いることができる。リアプロジェクタ５０は、ランプユニット２３、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５１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５２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３の実施形態であるプロジェクタにかかる構成によれば、安価なプロジェクタを実現することができる。

なお、上記第３の実施形態では、高圧放電ランプシステムとして第１の実施形態の高圧放電ランプ１を用いた場合について説明したが、もちろん第２の実施形態の高圧放電ランプシステム１を用いた場合でも上記と同様の作用効果を得ることができる。

また、上記各実施形態では、高圧水銀ランプとして定格電力１６５［Ｗ］の高圧水銀ランプ４を用いた場合について説明したが、これに限らず定格電力が例えば１００［Ｗ］以上４００［Ｗ］以下の範囲内の高圧水銀ランプを用いた場合でも上記と同様の作用効果を得ることができる。

本発明は、放射性物質を使用することなく低い始動電圧でも始動可能を必要とされる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システムの構成を示すブロック図 同じく高圧放電ランプシステムに含まれる高圧水銀ランプの発光管を示す正面図 同じく高圧放電ランプシステムに含まれる高圧水銀ランプの電極の概略構成を示す正面図 図２のＣ−Ｃ線の断面図（ただし、導体が第１の封止部に接触している場合） 図２のＣ−Ｃ線の断面図（ただし、導体が第１の封止部に近接している場合） 同じく高圧放電ランプシステムに含まれるランプユニットを示す一部切欠斜視図 同じく高圧放電ランプシステムに含まれる点灯回路の動作を示すフローチャート 本発明の第２の実施形態である高圧放電ランプシステムに含まれる高圧水銀ランプの発光管を示す正面図 図８のＣ−Ｃ線の断面図 本発明の第３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 高圧放電ランプシステム
２ 電源ユニット
３ 点灯回路
４，４０ 高圧水銀ランプ
５ 発光管
６ 発光部
７ 第１の封止部
８ 第２の封止部
９ 放電空間
１０ 第１の電極
１１ 第２の電極
１０ａ，１１ａ 電極の先端部
１０ｂ，１１ｂ 突起部
１２，１３ 電極棒
１４，１５ 電極コイル
１６ 第１の金属箔
１７ 第１の外部リード線
１８ 第２の金属箔
１９ 第２の外部リード線
２０，４１ 導体
２１，４２ 巻回部
２２ 反射鏡
２３ ランプユニット
２４ 反射面
２５ 電源接続用端子
２６ 口金
２７ 電力供給線
２８ ネック部
２９ 接着剤
３０ 貫通孔
３１ ＤＣ／ＤＣコンバータ
３２ ＤＣ／ＡＣインバータ
３３ 高電圧供給部
３４ ランプ電流検出部
３５ ランプ電圧検出部
３６ 制御部
３７ スイッチング素子
３８ コイル
３９ コンデンサ
４３ フロントプロジェクタ
４４，５１ 筐体
４５ 光学ユニット
４６ 制御ユニット
４７ 投射レンズ
４８ 冷却ファンユニット
４９ 電源ユニット
５０ リアプロジェクタ
５２ 透過式スクリーン

Claims (6)

1. 高圧放電ランプと前記高圧放電ランプを始動、点灯維持させる点灯回路とを備え、
   前記高圧放電ランプは、内部に放電空間が形成された発光部とこの発光部に連接された第１および第２の封止部とを有するガラス製の容囲器と、
   一端部が前記発光部内に位置し、かつ他端部が前記第１の封止部に封止された第１の金属箔に接続された第１の電極と、
   一端部が前記発光部内に位置し、かつ他端部が前記第２の封止部に封止された第２の金属箔に接続された第２の電極と、
   前記第２の電極と電気的に接続されており、かつ一部が少なくとも前記第１の封止部のうち、前記第１の金属箔が位置する部分の外面に接触または近接した導体とをそれぞれ有し、
   前記第１の封止部の外面のうち、前記第１の金属箔が位置する部分であって、かつ前記第１の封止部を前記第１の金属箔の一方の主面を含む面で切った場合における前記一方の主面側の領域において、前記導体は前記第１の封止部の外面に実質的に一点のみで接触または近接し、
   前記点灯回路は、前記第１の電極と前記第２の電極との間に周波数が１０［ｋＨｚ］以上１０［ＭＨｚ］以下の範囲内から選択される高周波電圧を印加して前記高圧放電ランプを始動させることを特徴とする高圧放電ランプシステム。
2. 前記導体は、金属線からなり、かつその一端が前記第１の封止部のうち、前記第１の金属箔が位置する部分の外面上に位置し、
   前記第１の封止部の外面のうち、前記第１の金属箔が位置する部分であって、かつ前記第１の封止部を前記第１の金属箔の一方の主面を含む面で切った場合における前記一方の主面側の領域において、前記導体の一端が前記第１の封止部の外面に一点で接触または近接していることを特徴とする請求項１記載の高圧放電ランプシステム。
3. 前記導体は、一部が略Ｕ字状または略くの字状に曲げられた金属線からなり、かつ当該略Ｕ字状または略くの字状に曲げられた部分が前記第１の封止部のうち、前記第１の金属箔が位置する部分の外面上に位置し、
   前記第１の封止部の外面のうち、前記第１の金属箔が位置する部分であって、かつ前記第１の封止部を前記第１の金属箔の一方の主面を含む面で切った場合における前記一方の主面側の領域において、前記導体の略Ｕ字状または略くの字状に曲げられた部分の頂点が前記第１の封止部の外面に一点で接触または近接していることを特徴とする請求項１記載の高圧放電ランプシステム。
4. 前記導体は前記第１の封止部を周回する巻回部を有し、
   前記導体のうち、前記第１の封止部の外面と実質的に一点で接触している部分は前記巻回部の復元力によって前記第１の封止部の外面に圧接されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の高圧放電ランプシステム。
5. 前記高周波電圧の周波数は２００［ｋＨｚ］以上であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の高圧放電ランプシステム。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載された高圧放電ランプシステムを備えたことを特徴とするプロジェクタ。

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