JP2015118776A - 放電ランプ点灯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放電ランプから出力される光のちらつき（フリッカ）を従来よりも抑制することのできる点灯装置を提供する【解決手段】 放電ランプの点灯装置は、放電ランプに対して交流電流を供給する給電部と、給電部に対して制御電力値に関する信号を出力する電力制御部と、給電部に対してパルス波を出力するパルス発生部を備える。パルス発生部は、第一期間にわたって第一パルス波を出力した後、第一期間より短い第二期間にわたって第一パルス波よりも周波数の低い第二パルス波を出力するというサイクルを繰り返す。電力制御部は、第一期間と第二期間の両者において同一の制御電力値とした場合と比較して、第一期間と第二期間の放電ランプの平均光強度の差又は平均電力の差が縮まる方向に、第一期間における制御電力値と第二期間における制御電力値を異ならせる制御を行う。【選択図】 図２

Description

本発明はプロジェクタ等の光源に好適に使用される放電ランプの点灯装置に関する。

プロジェクタ装置の光源には、高い水銀蒸気圧の放電ランプが用いられている。このような高圧水銀ランプは、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ことができる。

放電ランプは、放電容器によって形成されたほぼ球形の発光部を有し、この発光部の中には、一対の電極が例えば２ｍｍ以下という極めて小さい間隔で対向して配置されている。

このような放電ランプを長期間同じ状態で点灯した場合、高温により微小な突起が複数形成されたり、電極の先端表面部に微小な凹凸が発生したりすることがある。これらの微小突起や凹凸は、電極を構成する材料（例えばタングステン）が溶融し、発光部内に封入されたガスと結合して生じた化合物が凝集して生じたものであり、この存在が電極先端の表面部の形状を変化させる。これに伴ってアークの起点が移動し、放電位置が不安定となり、いわゆるフリッカと呼ばれる投射光のちらつきが発生することが問題となっていた。

このような問題を解決するため、下記特許文献１には、所定の周波数（基本周波数）のパルス波Ｐ１の電流を放電ランプに供給すると共に、基本周波数よりも低周波のパルス波Ｐ２の電流を前記基本周波数のパルス波に間欠的又は周期的に挿入する放電ランプの点灯方式が開示されている（図８参照）。

パルス波の周波数を低周波とすることで、一方の電極が陽極に、他方の電極が陰極に固定化される期間、つまり両電極間に高電圧が印加される期間が長くなる。この結果、電極に対する加熱の度合いが高まり、電極先端のみならず先端から離れた箇所に対しても熱を伝達させることができる。よって、低周波のパルス波が印加される間、電極先端から離れた箇所に対しても熱が伝達され、かかる箇所に生じていた微小突起や凹凸を溶融、蒸発させることができる。これにより、悪影響を及ぼし兼ねない電極先端部以外の突起や凹凸を消滅させることができ、アークの輝点を安定化させることができる。

特開２００６−５９７９０号公報

本発明者らの鋭意研究により、上記特許文献１に記載の方法で放電ランプを点灯させた場合、基本周波数のパルス波Ｐ１に基づく点灯期間（図８内における期間Ｔ１）と、それよりも低い周波数のパルス波Ｐ２に基づく点灯期間（図８内における期間Ｔ２）とでは、放電ランプの光強度に差が生じるという現象が見られることが分かった。このような現象が生じる理由は、以下によるものと考えられる。

期間Ｔ１では、高い周波数のパルス波Ｐ１に基づいて放電ランプに対して電流が供給されているため、当該供給電流の極性反転が頻繁に発生する。この供給電流の極性が反転するタイミングで電流値は瞬間的にゼロ値になるため、このタイミングにおいて投射光の出力が瞬間的に低下する（ディップ現象）。これに対し、期間Ｔ２では、低い周波数のパルス波Ｐ２に基づいて放電ランプに対して電流が供給されており、当該供給電流の極性はほとんど反転しないため、投射光の出力低下はほとんど生じない。このため、期間Ｔ１では、極性反転の差に起因する投射光の瞬時低下によって、期間Ｔ２よりも光強度が低下すると考えられる。

図９は、上記の考察の下、図８に示すランプ電流の波形に合わせて投射光の光強度の変化を示したグラフの一例である。図９において、（ａ）は図８と同一のランプ電流の波形であり、（ｂ）は投射光の光強度の変化を示す波形である。図９（ｂ）に示す範囲内において、期間Ｔ１内において光強度が低下する状態Ｄ１が頻繁に生じているのに対し、期間Ｔ２内においては光強度が低下する状態Ｄ２は１回しか生じていない。

図９によれば、期間Ｔ１内においては、ディップ現象が頻繁に生じているため、瞬間的に光強度が低下する頻度が高い。この現象は極めて短い周期で生じるため、瞬間的な光強度の低下が多数発生する現象そのものが視認されるのではなく、この期間Ｔ１の全体にわたって光強度が一定程度低下した状態として視認される。これに対し、期間Ｔ２内においては、期間Ｔ１と比べてディップ現象が生じる頻度が極めて少ないため、この期間Ｔ２の全体にわたる光強度の低下はほとんど生じない。

放電ランプは、多くの期間を基本周波数のパルス波Ｐ１に基づいて点灯駆動され、間欠的又は周期的に低周波数のパルス波Ｐ２に基づいて点灯駆動される。すなわち、駆動中は期間Ｔ１に対応する期間が長く、期間Ｔ２に対応する期間が間欠的又は周期的に挿入される態様である。この結果、低周波数のパルス波Ｐ２が挿入されるタイミングで、光強度が瞬間的に上昇するように視認され、これが上記の光強度差となって現れているものと考えられる。特に、低周波のパルス波Ｐ２が周期的に挿入されるような場合には、周期的に光強度が上昇し、これによって投射光がちらつくという問題が発生すると考えられる。

また、上記のような駆動方式によって放電ランプを駆動した場合、期間Ｔ２における光強度が期間Ｔ１における光強度よりも高くなるという上記の現象は、必ず生じるということではない。電源装置やプログラムの仕様によっては、期間Ｔ２における光強度が期間Ｔ１における光強度よりも低くなるという現象が生じることも考えられる。これは、交流電流による駆動を行う際におけるオーバーシュートに起因するものと考えられる。

図１０は、期間Ｔ１における電流波形の一例を模式的に記載したものである。上述したように、期間Ｔ１においては、高い周波数で供給電流の極性が反転する。負極性から正極性に反転させるタイミングにおいて、電流値を短時間で瞬間的に引き上げる必要があるが、目的とする値（定常値）に達する直前において瞬間的に前記の定常値よりも高い電流値となり、その後少し低下して前記の定常値を実現する（図１０内の符号Ｙ１）。正極性から負極性に反転させるタイミングにおいても、この逆の現象が生じる（図１０内の符号Ｙ２）。このようなオーバーシュートは、極めて短時間の間に極性を反転させるために生じる現象であり、その大きさは電源装置やプログラムの構成に依存する。

オーバーシュート（Ｙ１，Ｙ２）を考慮に入れた場合、実際には目的とする定常値よりも大きな電流がランプに供給されることから、この瞬間に少し光強度が上昇する。期間Ｔ１は期間Ｔ２に比べて極性を反転させる回数が極めて多い。このため、期間Ｔ１では、目的とする定常値よりも大きな電流がランプに供給される頻度が、期間Ｔ２よりも極めて多くなる。上述したように、このような電流量が上昇するという現象は極めて短い時間の間に生じるため、この現象に起因した瞬間的な光強度の上昇そのものが視認されることはない。しかし、期間Ｔ１全体にわたって供給される平均的な電流量が、期間Ｔ２全体にわたって供給される平均的な電流量よりも多くなることで、期間Ｔ１における光強度が期間Ｔ２における光強度よりも高く視認されることにつながる。つまり、かかる現象が生じていると、低周波のパルス波が周期的に挿入されるような場合には、周期的に光強度が低下し、これによって投射光がちらつくという問題が発生すると考えられる。

このように、特許文献１に記載された方法で放電ランプを駆動した場合、期間Ｔ１と期間Ｔ２で光強度が異なり、ちらつきとして視認される可能性がある。しかも、電源装置やプログラムの構成によっては、間欠的又は周期的に挿入される期間Ｔ２において、光強度が上昇する可能性も低下する可能性もある。

本発明は、上記の課題に鑑み、放電ランプから出力される光のちらつき（フリッカ）を従来よりも抑制することのできる点灯装置を提供することを目的とする。

本発明の放電ランプの点灯装置は、
所定のガスが封入された放電容器内に一対の電極が対向配置された放電ランプに対して交流電流を供給する給電部と、
前記給電部に対して制御電力値に関する信号を出力する電力制御部と、
前記給電部に対してパルス波を出力するパルス発生部とを備える。

そして、前記給電部は、供給される直流電圧を、前記パルス波の周波数及び前記制御電力値に応じた交流電流に変換して前記放電ランプに供給する構成であり、
前記パルス発生部は、第一期間にわたって第一パルス波を出力した後、前記第一期間より短い第二期間にわたって前記第一パルス波よりも周波数の低い第二パルス波を出力するというサイクルを繰り返す構成であり、
前記電力制御部は、前記第一期間と前記第二期間の両者において同一の前記制御電力値とした場合と比較して、前記第一期間における前記放電ランプの平均光強度と前記第二期間における前記放電ランプの平均光強度との差が縮まる方向、又は前記第一期間において前記放電ランプに供給される平均電力と前記第二期間において前記放電ランプに供給される平均電力との差が縮まる方向に、前記第一期間における前記制御電力値と前記第二期間における前記制御電力値を異ならせる制御を行う。

従来、高周波のパルス波に基づいて点灯駆動が行われる第一期間、及び低周波のパルス波に基づいて点灯駆動が行われる第二期間の双方にわたって、給電部から放電ランプに対して同一の電力が供給されるように制御されていた。これは、各期間内の瞬間的な時点において入力電力を一定にする制御である。しかし、かかる制御を行った場合、第一期間と第二期間とで極性反転の発生頻度が異なることで、各期間における光強度に相違が生じる場合があることは「発明が解決しようとする課題」の項において上述した通りである。

上記の課題は、それぞれの期間で瞬間的には定電力制御を行っていても、極性反転の頻度の相違に起因して、各期間を全体として見たときに平均的な入力電力が一定ではなくなることによるものと考えられる。このことから、第一期間内における光強度の平均値と第二期間内における光強度の平均値に相違が生じ、フリッカが視認される。特に、第一期間において、例えば６０〜１０００Ｈｚ程度の極めて高い周波数で極性を反転させる第一パルス波に基づいて給電部から放電ランプに電力が供給されるような場合、供給電流の極性反転のタイミングは極めて短い時間間隔で生じ、これに伴う供給電力の変動も極めて短い時間内に生じる。この結果、直前の第二期間の終了後から直後の第二期間の開始前までの間、第一期間内において、放電ランプから出力される光強度は、電力変動に伴う定常値からの増減を考慮して算出される平均電力が継続的に供給されたときの光強度として視認される。

直前の第一期間の終了後から直後の第一期間の開始前までの間、第二期間内においても同様に、放電ランプから出力される光強度は、当該期間内に供給される平均電力が継続的に供給されたときの光強度として視認される。しかし、直前の第一期間と比べて発生する極性反転の頻度が少ない。よって、各瞬間のタイミングでは、第一期間と第二期間とで供給電力が等しくなるような制御を行っていたとしても、第二期間においては、極性反転の頻度の相違に起因して、直前の第一期間よりも供給される平均電力に相違が生じる。この平均電力の相違がフリッカとして視認される。

本発明の放電ランプの点灯装置は、電力制御部からの制御に基づき、周波数の高い第一パルス波によって放電ランプの駆動を行う第一期間と、それよりも周波数の低い第二パルス波によって放電ランプの駆動を行う第二期間とで、給電部から放電ランプに供給される電力値を意図的に異ならせている。より詳細には、第一期間と第二期間の両期間にわたって給電部から放電ランプに供給される電力値を等しくした場合と比較して、各期間の平均光強度の差が縮まる方向、又は各期間の平均電力の差が縮まる方向に、第一期間と第二期間で電力値を異ならせている。これにより、上述したような第一期間と第二期間とでの光強度差が縮まり、フリッカが抑制される。

更に、上記の方法によれば、第一期間と比べて第二期間の光強度が高く視認される場合と低く視認される場合のいずれの場合であっても、フリッカを抑制する効果が実現される。

また、上記構成において、前記電力制御部は、前記第一期間と前記第二期間の両者において同一の制御電力値とした場合と比較して、前記第一期間における前記放電ランプの平均光強度と前記第二期間における前記放電ランプの平均光強度との差が±２％以内の範囲内となるように、又は前記第一期間において前記放電ランプに供給される平均電力と前記第二期間において前記放電ランプに供給される平均電力との差が±２％以内の範囲内となるように、前記第一期間における前記制御電力値と前記第二期間における前記制御電力値を異ならせる制御を行うものとしても構わない。

「発明を実施するための形態」の項で後述するように、第一期間と第二期間の平均光強度の差又は前記両期間の平均電力の差を±２％以内に抑制した場合、フリッカとして視認される可能性を極めて低くすることができる。

また、上記構成において、前記電力制御部は、前記第一期間における前記制御電力値と前記第二期間における前記制御電力値の比率に関する情報を予め記憶しており、当該記憶された情報に基づいて、前記第一期間における前記制御電力値と前記第二期間における前記制御電力値を異ならせる制御を行うものとしても構わない。

ここで、点灯装置及び放電ランプを出荷する前段階において、予め第一期間と第二期間とで制御電力値を一定にしたときのそれぞれの期間における平均光強度又は平均電力を測定すると共に、当該結果に基づいて両者の差を縮めるために各期間の入力電力の比率を決定し、その値を制御電力値に記憶させるものとすることができる。電力制御部は、第一期間、第二期間のそれぞれにおいて、当該記憶された情報に基づく制御電力値を給電部に出力し、給電部がこの値に基づいて決定される入力電力を放電ランプに供給する。これにより、第一期間と第二期間とで供給される平均電力及び平均光強度の差が縮まり、フリッカの視認が抑制される。

本発明の点灯装置によれば、従来に比べて放電ランプから出力される光のちらつき（フリッカ）を抑制させることができる。

放電ランプの断面模式図である。 放電ランプの電極先端付近を拡大した断面模式図である。 放電ランプ点灯装置の構成を模式的に示す回路ブロック図である。 放電ランプ点灯装置から供給されるランプ電流波形の一例を示す図である。 ランプ電流波形と光強度の波形の一例を示す図である。 制御電力値の設定方法を説明する模式的な図面である。 光強度差とフリッカレベルの関係を示すグラフである。 ランプ電流波形と光強度の波形の別の一例を示す図である。 従来のランプ電流波形の一例を示す図である。 従来のランプ電流波形と光強度の波形の一例を示す図である。 従来のランプ電流波形の一部分の一例を示す図である。

本発明の放電ランプ点灯装置の実施形態につき、図面を参照して説明する。ここで、点灯装置の構成に関する説明に先立ち、当該点灯装置によって交流電流が供給される対象となる放電ランプの構成について、図面を参照して説明する。なお、各図において図面の寸法比と実際の寸法比は必ずしも一致しない。

［ランプの構成］
図１Ａ及び図１Ｂに、放電ランプの断面模式図を示す。図１Ｂは、図１Ａの電極先端付近を拡大した断面模式図である。

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、ほぼ球形の発光部１１を有する。放電容器の材料は石英ガラスに限定されず、他の材料で構成されていても構わない。

この発光部１１の中には、一対の電極２０ａ、２０ｂが例えば２ｍｍ以下という極めて小さい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、モリブデン等で構成された導電用の金属箔１３が、例えばシュリンクシールにより気密に埋設されている。金属箔１３の一端には電極２０ａ、２０ｂの軸部が接合しており、金属箔１３の他端には外部リード１４が接合し、後述する本発明の放電ランプ点灯装置から電力が供給される。

放電ランプ１０の発光部１１には、水銀、希ガス、及び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あり、具体的数値でいうと、０．２０ｍｇ／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、点灯時における発光部内部の圧力を２００気圧以上という高い蒸気圧を実現するものである。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に適した光源を実現できる。

希ガスとしては、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。

また、ハロゲンガスとしては、ヨウ素、臭素、塩素などが水銀又はその他の金属との化合物形態で封入される。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。ハロゲンを封入する最大の理由は、いわゆるハロゲンサイクルを利用した放電ランプの長寿命化のためである。また、放電ランプ１０を極めて小型で且つ極めて高い点灯蒸気圧とした場合には、ハロゲンを封入することで放電容器の失透防止という作用も得られる。失透とは、準安定のガラス状態から結晶化が進行し、多くの結晶核から成長した結晶粒の集合体へと変化することをいう。仮にこのような現象が生じると、結晶の粒界で光が散乱されて放電容器が不透明になってしまう。

なお、同様の機能を実現できるのであれば、発光部１１に封入されるガスは上記ガスに限定されるものではない。

放電ランプ１０の一実施例としては、発光部の最大外径９．４ｍｍ、電極間距離１．０ｍｍ、放電容器内容積５５ｍｍ^３、定格電圧７０Ｖ、定格電力１８０Ｗであり交流方式で電力が供給される構成とすることができる。

また、近年において小型化が進行するプロジェクタに放電ランプ１０を内蔵して利用することを想定した場合、放電ランプ１０は全体寸法として極めて小型化が要請され、その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り、ランプの管壁負荷値は０．８〜２．５Ｗ／ｍｍ^２、具体的には２．４Ｗ／ｍｍ^２となる。このように、高い水銀蒸気圧や管壁負荷値を有する放電ランプ１０が、プロジェクタやオーバーヘッドプロジェクタのようなプレゼンテーション用機器に搭載されることで、プレゼンテーション用機器に演色性の良い放射光を提供することができる。

［電極先端の形状］
図１Ｂに示すように、電極２０ａは頭部２９ａと軸部３０ａによって構成され、電極２０ｂは頭部２９ｂと軸部３０ｂによって構成される。そして、電極２０ａ及び電極２０ｂには、いずれも先端に突起２１が形成されている。この突起２１は、ランプ点灯時、電極先端において溶融した電極材料が凝集して形成されるものである。本実施形態では、電極２０ａ及び電極２０ｂがいずれもタングステンで構成されるものとして説明するが、材料はこれに限定されるものではない。

電極２０ａ及び電極２０ｂに対して通電がされると、白熱して高温化され、これらを構成するタングステンが昇華する。昇華したタングステンは、比較的に低温部である発光部１１の内壁面領域において、封入されていたハロゲンガスと結合して、ハロゲン化タングステンを形成する。ハロゲン化タングステンの蒸気圧は比較的高いことから、ガスの状態で再び電極２０ａ及び電極２０ｂの先端付近に再び移動する。そして、この箇所で再度加熱されると、ハロゲン化タングステンはハロゲンとタングステンに分離される。このうちタングステンは、電極２０ａ及び電極２０ｂの先端に戻って凝集され、ハロゲンは発光部１１内のハロゲンガスとして復帰する。これが上記の「ハロゲンサイクル」に対応する。なお、この凝集されたタングステンが、電極２０ａ及び電極２０ｂの先端近傍に付着することで、突起２１が形成される。

［点灯装置の構成］
図２は、本発明の放電ランプ点灯装置の構成を模式的に示す回路ブロック図である。図２に示すように、点灯装置１は、給電部３と制御部４を含んで構成される。制御部４は、パルス発生部４１、電力制御部４２、及び周波数制御部４３を備え、周波数制御部４３からの信号に基づいて決定された周波数を有するパルス波Ｐがパルス発生部４１から給電部３に供給される。そして、給電部３は、電力制御部４２から出力される制御電力値に関する信号（図２内におけるゲート信号Ｇｘに対応する）と、パルス発生部４１から出力されたパルス波Ｐとに基づいて交流電流を生成し、放電ランプ１０に供給する。放電ランプ１０は、この交流電流が供給されることで点灯する。

〈給電部３〉
給電部３は、降圧チョッパ部３１、ＤＣ／ＡＣ変換部３２、及びスタータ部３３を備える。

降圧チョッパ部３１は、供給される直流電圧Ｖｄｃを所望の低電圧に降圧し、後段のＤＣ／ＡＣ変換部３２に出力する。図２では、具体的な構成例として、降圧チョッパ部３１は、スイッチング素子Ｑｘ、リアクトルＬｘ、ダイオードＤｘ、平滑コンデンサＣｘ、抵抗Ｒｘ、及び分圧抵抗Ｖｘを有するものが図示されている。

スイッチング素子Ｑｘは、直流電圧Ｖｄｃが供給される＋側電源端子に一端が接続され、他端がリアクトルＬｘの一端に接続される。ダイオードＤｘは、カソード端子がスイッチング素子Ｑｘ及びリアクトルＬｘの接続点に接続され、アノード端子が−側電源端子に接続される。平滑コンデンサＣｘは、一端（＋側端子）がリアクトルＬｘの出力側端子に接続され、他端（−側端子）が抵抗Ｒｘの出力側端子に接続される。抵抗Ｒｘは、平滑コンデンサＣｘの−側端子とダイオードＤｘのアノード端子の間に接続され、電流検出の機能を実現している。また、分圧抵抗Ｖｘは、平滑コンデンサＣｘの−側端子と＋側端子の間に接続され、電圧検出の機能を実現している。

スイッチング素子Ｑｘは、電力制御部４２が出力するゲート信号Ｇｘによって駆動される。このゲート信号Ｇｘのデューティにより、降圧チョッパ部３１は入力直流電圧Ｖｄｃをこのデューティに応じた電圧に降圧して後段のＤＣ／ＡＣ変換部３２に出力する。

ＤＣ／ＡＣ変換部３２は、入力された直流電圧を所望の周波数の交流電圧に変換して、後段のスタータ部３３に出力する。図２では、具体的な構成例として、ＤＣ／ＡＣ変換部３２が、ブリッジ状に接続したスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４から構成されたものが図示されている（フルブリッジ回路）。

スイッチング素子Ｑ１は、ドライバ３５から出力されるゲート信号Ｇ１によって駆動される。同様に、スイッチング素子Ｑ２はゲート信号Ｇ２によって駆動され、スイッチング素子Ｑ３はゲート信号Ｇ３によって駆動され、スイッチング素子Ｑ４はゲート信号Ｇ４によって駆動される。ドライバ３５は、対角に配置されたスイッチング素子Ｑ１及びＱ４の組と、スイッチング素子Ｑ２及びＱ３の組に対して、交互にオン／オフを繰り返すようにゲート信号を出力する。これにより、スイッチング素子Ｑ１及びＱ２の接続点と、スイッチング素子Ｑ３及びＱ４の接続点の間に、矩形波状の交流電圧が発生する。

スタータ部３３は、放電ランプ始動時にＤＣ／ＡＣ部３２から供給される交流電圧を昇圧して放電ランプ１０に供給するための回路部である。図２では、具体的な構成例として、スタータ部３３が、コイルＬｈ及びコンデンサＣｈで構成されたものが図示されている。放電ランプ始動時に、コイルＬｈ、コンデンサＣｈからなるＬＣ直列回路の共振周波数近傍の高いスイッチング周波数（例えば数百ｋＨｚ）の交流電圧をＤＣ／ＡＣ部３２から印加することで、スタータ部３３の二次側において放電ランプの始動に必要な高い電圧が生成され、これが放電ランプ１０に供給される。なお、放電ランプが点灯した後はＤＣ／ＡＣ部３２から供給される交流電圧の周波数を定常周波数（例えば６０〜１０００Ｈｚ）に移行し、定常点灯動作が行われる。この定常周波数は、後述するパルス波Ｐ１の周波数に対応する。

なお、上記回路において、スタータ部３３に供給される交流電圧の周波数の変更は、ＤＣ／ＡＣ部３２におけるスイッチング素子Ｑ１及びＱ４の組と、スイッチング素子Ｑ２及びＱ３の組のオン／オフ切替の周期を調整することで達成できる。また、スタータ部３３に供給される交流電圧の波高値の変更は、降圧チョッパ部３１におけるスイッチング素子Ｑｘの動作デューティを調整することで達成できる。

すなわち、降圧チョッパ部３１のスイッチング素子Ｑｘは、電力制御部４２が出力するゲート信号Ｇｘのデューティに応じたスイッチング周波数でオン／オフし、これによって放電ランプ１０に供給される電力が変化する。例えば放電ランプ１０への供給電力を上昇させたい場合、電力制御部４２は、所望の電力値となるようにゲート信号Ｇｘのデューティを上げる制御を行う。

〈制御部４〉
上述したように、制御部４は、パルス発生部４１、電力制御部４２及び周波数制御部４３を備える。パルス発生部４１は、発生したパルス信号ＰをＤＣ／ＡＣ部３２のドライバ３５に出力する。前述したように、このパルス信号に基づいて、ＤＣ／ＡＣ部３２のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に対するスイッチング制御が行われる。

パルス発生部４１は、周波数制御部４３から指定された周波数のパルス信号を生成する。周波数制御部４３は、上述した電力制御部４２と共に、マイコン等によって構成されるものとして構わない。

パルス発生部４１から発生されるパルス波Ｐにつき、図３を参照して説明する。図３は、パルス発生部４１から出力されるパルス信号Ｐの波形、すなわち放電ランプ１０のランプ電流波形の一例を示す図である。パルス発生部４１から発生されるパルス波Ｐは、基本周波数ｆ１のパルス波Ｐ１（「第一パルス波」に対応）を所定期間Ｔ１の間出力した後、基本周波数よりも低い周波数ｆ２のパルス波Ｐ２（「第二パルス波」に対応）をそれよりも短時間の所定期間Ｔ２の間出力するというサイクルを繰り返す。この点については、図８を参照して上述した内容と共通である。なお、図３及び図８では、説明の都合上、期間Ｔ１と期間Ｔ２の長さに大きな違いを設けていないが、実際には期間Ｔ２の長さに比べて期間Ｔ１の長さが十分に長いものとしても構わない。

しかし、本実施形態においては、パルス波Ｐ２の波高値をパルス波Ｐ１よりもΔＰだけ低く設定している。つまり、期間Ｔ１（「第一期間」に対応）と、期間Ｔ２（「第二期間」に対応）とで、電力制御部４２から給電部３に対して指定される制御電力値の値を異ならせている。この例では、期間Ｔ２における電力値が期間Ｔ１における電力値よりも低くなるように、電力制御部４２からスイッチング素子Ｑｘに対してゲート信号Ｇｘが供給されている。より詳細には、期間Ｔ２において、期間Ｔ１よりもゲート信号Ｇｘのデューティ比を低下させることで、期間Ｔ２における放電ランプ１０への供給電力を期間Ｔ１よりも低下させている。

電力制御部４２は、給電部３の抵抗Ｒｘを流れる電流値及び分圧抵抗Ｖｘが示す電圧値に基づいてゲート信号Ｇｘのデューティ比を適宜変更し、入力される電力を目標とする電力値（制御電力値）に維持させるためのフィードバック制御を行う。また、制御部４において、期間Ｔ１と期間Ｔ２の切り替えのタイミングに関する信号が与えられると、電力制御部４２は、当該信号に基づいて制御電力値を変更する。そして、前記フィードバック制御により入力される電力値を設定された制御電力値に一致させるべく、電力制御部４２はゲート信号Ｇｘのデューティ比を変更する。なお、期間Ｔ１及び期間Ｔ２における制御電力値に関する情報については、予め電力制御部４２が記憶しているものとして構わない。このとき、各期間Ｔ１及びＴ２それぞれにおける制御電力値そのものに関する情報を記憶しているものとしても構わないし、一方の期間と他方の期間との間の制御電力値の比率に関する情報を記憶しているものとしても構わない。

周波数制御部４３は、パルス波Ｐが図３に示すような周波数変動を示すよう、所定のタイミングでパルス波Ｐの周波数に関する情報をパルス発生部４１に出力する。例えば、周波数制御部４３は、パルス波Ｐの出力を開始してからの経過時間を測定するタイマと、パルス波Ｐ１の周波数ｆ１、パルス波Ｐ１の連続出力時間Ｔ１、パルス波Ｐ２の周波数ｆ２、及びパルス波Ｐ２の連続出力時間Ｔ２に関する情報を記憶したメモリを備えることができる。このとき、周波数決定部４３は、タイマから与えられる経過時間に関する情報と、メモリに記憶されている情報に基づいて、パルス波Ｐの周波数を決定してパルス発生部４１に出力する。パルス発生部４１は、周波数制御部４３からの制御信号に基づいて決定された周波数のパルス波Ｐを給電部３に出力する。

例えば、周波数決定部４３は、まず、パルス発生開始時において、パルス発生部４１に対して周波数ｆ１のパルス波を出力させるよう設定する。次に、タイマによって時間Ｔ１の経過を検知すると、周波数決定部４３は、メモリからパルス波Ｐ２の周波数ｆ２に関する情報を読み出し、この周波数ｆ２のパルス波を出力させるように設定する。更に、タイマによって時間Ｔ２の経過を検知すると、メモリからパルス波Ｐ１の周波数ｆ１に関する情報を読み出し、再び周波数ｆ１のパルス波を出力させるよう設定する。周波数制御部４３は、以下このような制御を繰り返す。

なお、周波数決定部４３が上記のようにタイマを備えている場合には、パルス発生部４１に対して周波数を変更する旨の信号を出力するタイミングで、電力制御部４２に対しても期間Ｔ１と期間Ｔ２の切り替えのタイミングに関する信号を出力するものとしても構わない。

パルス波Ｐ１の周波数（基本周波数）とは、放電ランプ１０を定常的に点灯する際の基本周波数に相当し、例えば６０〜１０００Ｈｚの範囲から選択された一の周波数である。また、パルス波Ｐ２は、期間Ｔ１経過後に間欠的に挿入される低周波であり、その周波数は、基本周波数よりも低周波の、例えば５〜２００Ｈｚの範囲から選択された一の周波数である。

パルス波Ｐ２は、０．０１秒以上１２０秒以下の時間間隔で挿入されるのが好適である。言い換えれば、期間Ｔ１を０．０１秒以上１２０秒以下の範囲に設定するのが好適であり、期間Ｔ１を０．０１秒以上２秒以下の範囲に設定するのがより好適である。パルス波Ｐ２を０．０１秒より短い時間間隔で挿入すると、アークの起点となる突起２１が加熱され過ぎてしまい、その形状が変形したり場合によっては消滅したりするおそれがあるためである。逆に、時間間隔をあまりに広くすると、突起２１の周辺位置に微小突起が形成されたままの状態が長く維持されてしまい、この間に微小突起を起点とするアークが形成されるおそれがあるためである。

なお、図３の例では、パルス波Ｐ２が出力される期間Ｔ２は、当該パルス波Ｐ２の１周期の期間に設定されている。つまり、この期間Ｔ２内において、パルス発生部４１は、正極性と負極性のパルス波Ｐ２を１回ずつ出力する構成である。しかし、パルス波Ｐ２の出力態様は、このような形態に限られるものではない。

例えば、パルス発生部４１が所定期間Ｔ１だけパルス波Ｐ１を出力した後、低周波のパルス波Ｐ２を半周期長Ｔ２だけ出力し、更に時間Ｔ１だけパルス波Ｐ１を出力した後、パルス波Ｐ２を先ほどと極性を変えて半周期長Ｔ２だけ出力する構成を採用しても構わない。更には、パルス発生部４１から出力されるパルス信号に含まれる低周波のパルス波Ｐ２を、パルス波Ｐ２の１．５周期など、１周期以上の時間にわたって含ませる構成としても構わない。ただし、低周波のパルス波Ｐ２の印加時間を伸ばし過ぎると、電極が加熱され過ぎてアーク起点となる突起２１の形状が変化してしまうおそれがあるので、１サイクル内には低周波のパルス波Ｐ２を１周期以内に留めるのが好適である。

［作用］
図４は、図３に示すランプ電流の波形に合わせて投射光の光強度の変化を示したグラフである。図４において、（ａ）は図３と同一のランプ電流の波形であり、（ｂ）は投射光の光強度の変化を示す波形である。

図３を参照して上述したように、本実施形態の点灯装置１は、電力制御部４２からの制御によって、給電部３から放電ランプ１０に対する入力電力が、期間Ｔ１よりも期間Ｔ２の方が低くなるように設定される。この結果、図４（ｂ）に示すように、期間Ｔ２における光強度の定常値Ｗ２は、期間Ｔ１における光強度の定常値Ｗ１よりもΔＷだけ低くなっている。

「発明が解決しようとする課題」の項において図９を参照して上述したように、期間Ｔ１においては期間Ｔ２と比べて極性反転の頻度が高いため、ディップＤ１の発生頻度が高い。この結果、図９に示す状態においては、期間Ｔ１における平均光強度が期間Ｔ２における平均光強度よりも低下し、フリッカの原因となっていた。これに対し、本発明の構成によれば、期間Ｔ２における定常光強度Ｗ２の値が予め期間Ｔ１における定常光強度Ｗ１の値よりも低く設定されているため、期間Ｔ１にわたる平均光強度と、期間Ｔ２にわたる平均光強度の差を縮めることができる。これにより、期間Ｔ１と期間Ｔ２の両期間にわたってほぼ同一出力の光として視認され、フリッカが視認されにくくなる。

［電力制御部４２における設定方法］
上述したように、電力制御部４２は、各期間Ｔ１及びＴ２における制御電力値を予め記憶しているものとした。以下、かかる制御電力値の設定方法の一例について説明する。なお、この制御電力値の設定は、点灯装置１及び放電ランプ１０を出荷する前の段階で行われるものとして構わない。

図５は、制御電力値の設定方法を説明する模式的な図面である。放電ランプ１０及び光学系を含む投影装置５１からの光を、高感度センサ等で構成される光検出部５３に向けて照射させ、光検出部５３で検出された光強度の時間変化が、オシロスコープ５４によって確認される。このとき、点灯装置１は、まず期間Ｔ１と期間Ｔ２の双方において、制御電力値を一定とした状態で放電ランプ１０に対して電流を供給する。オシロスコープ５４は、この状態の下での光強度の変化態様を取得すると共に、各期間Ｔ１及びＴ２のそれぞれの平均光強度を演算によって算出する。

そして、期間Ｔ１、Ｔ２のいずれか一方又は双方において、点灯装置１から放電ランプ１０に対する入力電力を変えながら、上記と同様の処理を行い、両者の平均光強度の差が所定の閾値以内となるような条件を見い出す。そして、かかる条件が成立したときの入力電力の値を、電力制御部４２に記憶させる。

ここで、上述の「所定の閾値」としては、±２％以内とするのが好適であり、±１％以内とするのが更に好適である。図６は、光強度差とフリッカレベルの関係を示すグラフである。ここで、主横軸（下側の横軸）は光強度差であり、以下の（数１）で算定された値である。
（数１）
光強度差＝（期間Ｔ２における平均光強度−期間Ｔ１における平均光強度）／期間Ｔ１における平均光強度

また、縦軸はフリッカレベルを示し、人の視認できる周波数でのスクリーンのちらつき度合いを数値化したものである。ここで、「軽微なフリッカ」とは視認する人間又は環境によってはフリッカとして視認される場合があるレベルを指し、「重度のフリッカ」とは視認した人間や環境によらずフリッカとして視認されるレベルを指す。また、「フリッカなし」とは、視認した人間や環境によらずフリッカとして視認されないレベルを指す。

図６によれば、光強度差が±２％を超えると視認者の多くがフリッカとして視認できるレベル（重度のフリッカ）となることが分かる。一方、この光強度差を±２％以内に留めることで、フリッカとして視認される確率を低下させることができ、更に±１％以内に留めることで、完全にフリッカとして視認できない状態とすることができる。

出荷前の段階で、上記のような方法で、期間Ｔ１及びＴ２のそれぞれの平均光強度の差が±２％以内となるような各期間の入力電力の値を、各期間における制御電力値として電力制御部４２に記憶させておく。電力制御部４２においてかかる設定がされた状態の点灯装置１によれば、放電ランプ１０に対してパルス波Ｐ１及びパルス波Ｐ２に基づく点灯制御を行っても、パルス波Ｐ１が出力される期間Ｔ１とパルス波Ｐ２が出力される期間Ｔ２における光強度差が極めて小さくなっているため、放電ランプ１０によって照明された箇所における光強度のちらつき（フリッカ）は抑制される。

［別実施形態］
以下、別実施形態について説明する。

〈１〉 上述の実施形態では、電力制御部４２において、低い周波数のパルス波Ｐ２が出力される期間Ｔ２を、高い周波数（基本周波数）のパルス波Ｐ１が出力される期間Ｔ１よりも入力電力を低くする制御が行われる場合を採り上げて説明した（図４参照）。しかし、「発明が解決しようとする課題」の項で図１０を参照して上述したように、入力電力を一定とした場合において、期間Ｔ１の方が期間Ｔ２よりも平均光強度が高くなる場合もあり得る。

このような場合には、電力制御部４２において、期間Ｔ２における入力電力が期間Ｔ１よりも高くなるように制御すればよい（図７参照）。図７は、ランプ電流波形と光強度の波形の別の一例を示す図であり、図４と同様に、（ａ）がランプ電流の波形であり、（ｂ）が投射光の光強度の変化を示す波形である。なお、図７に示す電流波形では、図１０に示したようなオーバーシュートの図示を省略している。

〈２〉 上述の実施形態では、放電ランプ１０を含む投影装置５１によって光検出部５３に対して直接投射光を照射し、その光強度をオシロスコープ５４で検出することで、各期間Ｔ１及びＴ２における制御電力値を決定するものとして説明した。しかし、この方法はあくまで一例であり、期間Ｔ１及びＴ２の平均光強度が算定できれば、どのような方法を用いても構わない。

例えば、点灯装置１によって点灯制御される放電ランプ１０を積分球の内側に配置し、積分球の外壁の一部領域の光強度を光検出部５３によって検出して、その検出結果をオシロスコープ５４に出力する構成としてもよい。光検出部５３によって検出できる領域の面積と、積分球の表面積の比率により、放電ランプ１０から出力される光強度の大きさを演算で求めることができる。オシロスコープ５４は、光検出部５３によって得られた光強度に、前記比率を乗じることで、各期間Ｔ１及びＴ２の平均光強度を算出することができる。

なお、光検出部５３によって検出された光強度に関する情報に基いて、各期間Ｔ１及びＴ２の平均光強度を算出する手段としては、オシロスコープ５４に限定されず、同様の機能が実現できるものであればどのようなものを用いても構わない。

〈３〉 上述の実施形態では、入力電力を一定とした状態で期間Ｔ１及びＴ２の平均光強度を算出し、両者の差が所定の閾値以内となるよう、期間Ｔ１と期間Ｔ２とで、電力制御部４２から給電部３に対して設定される制御電力値の値を異ならせるものとした。しかし、図４（ｂ）や図７（ｂ）に示した光強度の波形は、給電部３から放電ランプ１０に対する入力電力の波形にほぼ一致するため、入力電力を一定とした状態で期間Ｔ１及びＴ２の平均電力を算出し、両者の差が所定の閾値以内となるよう、期間Ｔ１と期間Ｔ２とで、電力制御部４２から給電部３に対して設定される制御電力値の値を異ならせるものとしても構わない。

具体的な方法の一例としては、給電部３から放電ランプ１０に供給される電流値及び電圧値を測定し、これらを乗算することで得られる電力値の変化を、期間Ｔ１及びＴ２のそれぞれにおいて取得し、それぞれの平均値を算出する。そして、期間Ｔ１、Ｔ２のいずれか一方又は双方において、点灯装置１から放電ランプ１０に対する入力電力を変えながら、上記と同様の処理を行い、両者の平均電力の差が所定の閾値以内となるような条件を見い出す。そして、かかる条件が成立したときの入力電力の値を、各期間Ｔ１，Ｔ２における制御電力値として電力制御部４２に記憶させる。この方法によって設定された制御電力値に基づいて設定された入力電力が、各期間Ｔ１及びＴ２において放電ランプ１０に対して供給されることで、両期間Ｔ１及びＴ２における平均光強度の差が縮まり、フリッカが抑制される。

〈４〉 上述の実施形態では、パルス波Ｐ１を連続して出力した後、パルス波Ｐ２に変更するタイミングについては、固定されているものとして説明したが、パルス波Ｐ１からパルス波Ｐ２に切り替えるタイミングを適宜変更する構成としても構わない。また、パルス波Ｐ２を挿入するタイミングが固定されている場合において、パルス波Ｐ２を挿入するタイミングで、例外的に１周期〜２周期程度のパルス波Ｐ１を挿入する構成としても構わない。これは、例えば以下のような目的である。

図２に示したように、ＡＣ／ＤＣ部３２がフルブリッジ・インバータ回路である場合には、ハイサイドのスイッチＱ１及びＱ４を駆動するための電源が必要となる。この電源としては例えばブートストラップ回路を用いることができ、ハイサイドのスイッチＱ１及びＱ４がＯＦＦ時に、不図示のブートストラップ用コンデンサに充電を行う。ただし、このコンデンサの充電量が不足すると、電源電圧が不足することでスイッチＱ１及びＱ４をＯＮ駆動できなくなる。このため、当該コンデンサを充電する目的で、例外的に１周期〜２周期程度のパルス波Ｐ１を挿入する構成とするものとして構わない。

別の目的としては、本発明の点灯装置を含む光源が例えばＤＬＰ（登録商標）方式のプロジェクタに用いられる場合に関するものである。ＤＬＰ方式のプロジェクタにおいては、映し出される映像に悪影響が及ばないよう、カラーホイールの動きに応じて極性を反転させる制御が行われるのが通常であり、この極性反転時にコンデンサへの充電が行われる。上記と同様の理由により、点灯開始からの経過時間が長くなり、コンデンサへの充電量が不足してきた場合には、パルス波Ｐ２の出力中に、コンデンサへの充電を目的として、例外的に１周期〜２周期程度のパルス波Ｐ１を挿入する構成としても構わない。

１ ： 点灯装置
３ ： 給電部
４ ： 制御部
１０ ： 放電ランプ
１１ ： 発光部
１２ ： 封止部
１３ ： 金属箔
１４ ： 外部リード
２０ａ、２０ｂ ： 電極
２１ ： 突起
２２ ： 放電アーク
２３ ： 微小突起
２９ａ、２９ｂ ： 電極の頭部
３０ａ、３０ｂ ： 電極の軸部
３１ ： 降圧チョッパ部
３２ ： ＤＣ／ＡＣ変換部
３３ ： スタータ部
３５ ： ドライバ
４１ ： パルス発生部
４２ ： 電力制御部
４３ ： 周波数制御部
５１ ： 投影装置
５３ ： 光検出部
５４ ： オシロスコープ

Claims (3)

1. 所定のガスが封入された放電容器内に一対の電極が対向配置された放電ランプに対して交流電流を供給する給電部と、
   前記給電部に対して制御電力値に関する信号を出力する電力制御部と、
   前記給電部に対してパルス波を出力するパルス発生部とを備え、
   前記給電部は、供給される直流電圧を、前記パルス波の周波数及び前記制御電力値に応じた交流電流に変換して前記放電ランプに供給する構成であり、
   前記パルス発生部は、第一期間にわたって第一パルス波を出力した後、前記第一期間より短い第二期間にわたって前記第一パルス波よりも周波数の低い第二パルス波を出力するというサイクルを繰り返す構成であり、
   前記電力制御部は、前記第一期間と前記第二期間の両者において同一の前記制御電力値とした場合と比較して、前記第一期間における前記放電ランプの平均光強度と前記第二期間における前記放電ランプの平均光強度との差が縮まる方向、又は前記第一期間において前記放電ランプに供給される平均電力と前記第二期間において前記放電ランプに供給される平均電力との差が縮まる方向に、前記第一期間における前記制御電力値と前記第二期間における前記制御電力値を異ならせる制御を行うことを特徴とする放電ランプの点灯装置。
2. 前記電力制御部は、前記第一期間と前記第二期間の両者において同一の制御電力値とした場合と比較して、前記第一期間における前記放電ランプの平均光強度と前記第二期間における前記放電ランプの平均光強度との差が±２％以内の範囲内となるように、又は前記第一期間において前記放電ランプに供給される平均電力と前記第二期間において前記放電ランプに供給される平均電力との差が±２％以内の範囲内となるように、前記第一期間における前記制御電力値と前記第二期間における前記制御電力値を異ならせる制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の放電ランプの点灯装置。
3. 前記電力制御部は、前記第一期間における前記制御電力値と前記第二期間における前記制御電力値の比率に関する情報を予め記憶しており、当該記憶された情報に基づいて、前記第一期間における前記制御電力値と前記第二期間における前記制御電力値を異ならせる制御を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の放電ランプの点灯装置。

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