JP2015118777A - 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。給電部は、供給される直流電圧を、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放電ランプに供給する構成であり、電力制御部は、パルス波の極性に関わらず同一の制御電力値とした場合と比較して、パルス波が正極性の期間の放電ランプの平均光強度とパルス波が負極性の期間の放電ランプの平均光強度との差が縮まる方向に、パルス波が正極性の期間とパルス波が負極性の期間とで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１０参照）。

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

上記特許文献１に記載の技術によれば、放電ランプを点灯させた場合におけるフリッカを抑制する効果は得られる。しかし、本発明者らの鋭意研究によれば、放電ランプを凹面反射鏡の内側に配置し、放電ランプからの射出光を所定の位置に集光して投射した場合、投射光のちらつきが発生することを確認した。本発明者らは、この現象が発生した理由を以下のように推察している。

図１１は、放電ランプ１０を凹面反射鏡６０の内側に配置した場合の構成を、放電光の光路と共に模式的に示した図である。放電ランプ１０は、一対の電極２０ａ及び２０ｂを有し、両電極間に電圧が印加されて放電される。ここで、図１０を参照して上述したように、放電ランプ１０は交流電流によって点灯駆動されるため、電流の極性に応じて電極２０ａが陰極になったり、電極２０ｂが陰極になったりする。陰極に高い電界を与え、陰極から陽極に向かって電子を供給し続けることにより、放電が持続される。このとき、最も高い電界が与えられている陰極の先端部分が最も明るく光る。つまり、陰極が電極２０ａであるか電極２０ｂであるかによって、放電ランプ１０で最も明るい箇所（輝点）の位置が異なることになる。

図１１は、放電ランプ１０からの光を凹面反射鏡６０及び光学素子６１を用いて、照射領域６２に取り込む場合を図示しており、電極２０ａが陰極である場合の光線として光線７３，７４，７５を、電極２０ｂが陰極である場合の光線として光線７６，７７，７８，７９を図示している。

電極２０ａ、すなわち凹面反射鏡６０の開口領域側に配置された電極が陰極である場合、凹面反射鏡６０によって反射された各光線７３，７４，７５は、集光位置７０ａに集光される。一方、電極２０ｂ、すなわち凹面反射鏡６０の開口領域とは反対側に配置された電極が陰極である場合、凹面反射鏡６０によって反射された各光線７６，７７，７８は、集光位置７０ａとは異なる集光位置７０ｂに集光される。また、電極２０ｂが陰極の場合には、凹面反射鏡６０の反射面に入射されずに凹面反射鏡６０外へと射出される光線７９も存在する。

本発明者らは、陰極が電極２０ａであるか電極２０ｂであるかによって、凹面反射鏡６０によって反射させられる光量や集光位置が異なる結果、照射領域６２に照射される光量が変化することから、放電ランプ１０に対して供給される電流の極性が反転するタイミングで照射領域６２における光強度が異なり、この現象がちらつきとして視認され得ると推察した。

図１０を参照して説明したような駆動方法の場合、放電ランプ１０は、基本周波数のパルス波Ｐ１に基づく点灯期間（図１０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１０内における期間Ｔ２）を有する。特に、期間Ｔ２においては、極性が維持される期間が長いため、極性が反転するタイミングで光量の変化が視認されやすい。一方、期間Ｔ１においては、極めて短い時間で極性が反転するため、極性が変化したことによる光強度の変化を視認できない場合もあるが、光強度差が大きい場合においては光強度の変化が視認されることも想定される。

以上の考察に鑑み、本発明は、交流電流によって放電ランプを駆動する場合において、極性反転に伴う光強度差の発生が抑制され、放電ランプから出力される光のちらつき（フリッカ）が従来よりも抑制され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、
前記電力制御部は、前記パルス波の極性に関わらず同一の前記制御電力値とした場合と比較して、前記パルス波が正極性の期間の前記放電ランプの平均光強度と前記パルス波が負極性の期間の前記放電ランプの平均光強度との差が縮まる方向に、前記パルス波が正極性の期間と前記パルス波が負極性の期間とで前記制御電力値を異ならせる制御を行う。

従来、パルス波の極性に関わらず、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。パルス波の極性、すなわち、一対の電極のうちのどちら側が陰極を構成しているかによって、照射領域における光強度に差が生じ得ることについては「発明が解決しようとする課題」の項で上述した通りである。

上記の課題は、陰極側が最も明るい輝点を構成することに伴い、極性が変化することで当該輝点の位置が移動することに起因するものと考えられる。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、パルス波の極性に応じて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、パルス波の極性に関わらず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、両極性間における平均光強度の差が縮まるように、極性毎に電力値を異ならせている。これにより、上述したような極性間での光強度差が縮まり、フリッカが抑制される。

従来の方法で点灯駆動をした場合において、パルス波が正極性である場合と負極性である場合のどちらにおいて光強度が高く視認されるかについては、放電ランプが備える電極の位置や、ランプと光学系の位置関係に依存するため、一概には決定されない。上記の方法によれば、パルス波が負極性の期間と比べて正極性の期間の方が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を得ることができる。

また、上記構成において、前記電力制御部は、前記パルス波の極性に関わらず同一の前記制御電力値とした場合と比較して、前記パルス波が正極性の期間の前記放電ランプの平均光強度と前記パルス波が負極性の期間の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、前記パルス波が正極性の期間と前記パルス波が負極性の期間とで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、パルス波が正極性の期間と負極性の期間の平均光強度の差を±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、前記パルス波が正極性の期間の前記制御電力値と前記パルス波が負極性の期間の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、前記パルス波が正極性の期間と前記パルス波が負極性の期間とで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、パルス波の極性に関わらず制御電力値を一定とし、パルス波の各極性の期間における平均光強度を測定すると共に、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、パルス波が正極性の期間、負極性の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、パルス波が正極性の期間とパルス波が負極性の期間とで平均光強度の差が縮まり、フリッカの視認が抑制される。

また、上記の構成において、
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、前記第二期間内において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。

上述したように、高い周波数の第一パルス波とそれよりも低い周波数の第二パルス波とで放電ランプを駆動した場合、電極上におけるアークの輝点の移動に伴う投射光のちらつきが抑制される。しかし、第二パルス波が印加されている期間（第二期間）は、第一パルス波が印加されている期間（第一期間）と比べて、一方の極性に固定される期間が長い。この結果、パルス波の極性によって光強度に差が生じている場合には、ちらつきとして視認されやすい。

上記の構成によれば、パルス波の極性に応じた光強度の差に起因したちらつきが特に視認されやすい第二期間において、極性間での光強度差を縮めることができるため、フリッカの抑制効果が高い。

また、上記の構成に加えて、前記電力制御部は、前記第二期間内に加えて前記第一期間内においても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。

本発明の点灯装置によれば、極性反転に伴う光強度差の発生が抑制され、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。 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。 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。 放電ランプを凹面反射鏡の内側に配置した場合の構成を放電光の光路と合わせて模式的に示した図である。

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１０を参照して上述した内容と共通である。なお、図３及び図１０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Ｐ（Ｐ１，Ｐ２）が正極性を示す期間の波高値を、パルス波Ｐが負極性を示す期間の波高値よりもΔＰだけ低く設定している。つまり、パルス波Ｐが正極性を示す期間（以下、「正極性期間」と呼ぶ。）とパルス波Ｐが負極性を示す期間（以下、「負極性期間」と呼ぶ。）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、正極性期間における電力値が、負極性期間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、正極性期間において、負極性期間よりもゲート信号Ｇｘのデューティ比を低下させることで、正極性期間における放電ランプ１０への供給電力を負極性期間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、パルス波Ｐの極性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、正極性期間及び負極性期間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、正極性期間及び負極性期間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、周波数決定部４３が電力制御部４２に対して極性が反転する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。

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、パルス波Ｐの負極性期間よりもパルス波Ｐの正極性期間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、パルス波Ｐの正極性期間における光強度の定常値Ｗ２は、パルス波Ｐの負極性期間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１１を参照して上述したように、電極２０ａ及び電極２０ｂのいずれが陰極であるかによって光強度が異なる結果、フリッカとして視認される可能性が生じる。一例として上記図４に示したパルス電流によれば、極性によらず同一電力を入力した状況において、パルス波Ｐが正極性である期間がパルス波Ｐが負極性である期間よりも光強度が高くなるような場合に、極性間の光強度差を抑制させることができる。これにより、正極性期間と負極性期間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、正極性期間及び負極性期間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、まず正極性期間と負極性期間の双方において、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、正極性期間及び負極性期間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、正極性期間及び負極性期間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＝（正極性期間における平均光強度−負極性期間における平均光強度）／両期間にわたる平均光強度

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、正極性期間及び負極性期間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、電極２０ａ及び２０ｂのいずれが陰極を構成する場合であっても、ほぼ同等の光強度が実現できているため、放電ランプ１０によって照明された箇所（照明領域６２）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、正極性期間を負極性期間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、電極２０ａ及び２０ｂの配置位置によっては、入力電力を一定とした場合において、正極性期間が負極性期間よりも平均光強度が低くなる場合があり得る。このような場合には、図４の場合とは逆に、電力制御部４２において、正極性期間を負極性期間よりも入力電力を高くする制御を行うものとしてよい（図７参照）。

〈２〉 上述の実施形態では、電力制御部４２において、期間Ｔ１及び期間Ｔ２の双方において、正極性期間を負極性期間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、一方の極性で固定化される期間の長い期間Ｔ２において光強度差に起因したフリッカが視認されやすいことから、期間Ｔ２の間のみで上記の制御を行うものとしても構わない（図８参照）。

この場合、電力制御部４２は、制御部４より、パルス波Ｐの極性の反転タイミングに加えて、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構成とすることができる。より詳細には、この期間Ｔ１と期間Ｔ２の切り替えのタイミングに関する信号は、周波数制御部４３から供給されるものとすることができる。

なお、この別実施形態においても、入力電力を一定とした場合において、正極性期間が負極性期間よりも平均光強度が低くなる場合には、電力制御部４２において、期間Ｔ２において正極性期間を負極性期間よりも入力電力を高くする制御を行うものとして構わない。

更に、期間Ｔ１と期間Ｔ２とで、電力制御部４２が、正極性期間と負極性期間の入力電力の比率を異ならせる制御を行うものとしても構わない（図９参照）。例えば図９（ｂ）の例の場合、期間Ｔ１においてはパルス波Ｐの正極性期間における光強度の定常値Ｗ２が、パルス波Ｐの負極性期間における光強度の定常値Ｗ１よりもΔＷ１だけ低くなり、期間Ｔ２においてはパルス波Ｐの正極性期間における光強度の定常値Ｗ３が、パルス波Ｐの負極性期間における光強度の定常値Ｗ１よりもΔＷ２だけ低くなる。

〈３〉 上述の実施形態では、高い周波数のパルス波Ｐ１とそれよりも低い周波数のパルス波Ｐ２が交互に供給されることで、放電ランプ１０が駆動されるものとして説明した。しかし、本発明は、このように異なる周波数のパルス波Ｐを用いて放電ランプ１０を駆動する場合に限らず、一定の周波数のパルス波Ｐによって放電ランプ１０を駆動する場合にも利用可能である。

〈４〉 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、パルス波Ｐの正極性期間及び負極性期間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、パルス波Ｐの正極性期間及び負極性期間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、パルス波Ｐの正極性期間及び負極性期間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、パルス波Ｐの正極性期間及び負極性期間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。

〈５〉 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。パルス波Ｐ２とパルス波Ｐ１を切り替えながら放電ランプ１０を点灯駆動する場合において、パルス波Ｐ１からパルス波Ｐ２に切り替えるタイミングについては適宜変更しても構わない。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
６０ ： 凹面反射鏡
６１ ： 光学素子
６２ ： 照射領域
７０ａ，７０ｂ ： 集光位置
７３，７４，７５，７６，７７，７８，７９ ： 光線

Claims (5)

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、
   前記電力制御部は、前記パルス波の極性に関わらず同一の前記制御電力値とした場合と比較して、前記パルス波が正極性の期間の前記放電ランプの平均光強度と前記パルス波が負極性の期間の前記放電ランプの平均光強度との差が縮まる方向に、前記パルス波が正極性の期間と前記パルス波が負極性の期間とで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、前記パルス波の極性に関わらず同一の前記制御電力値とした場合と比較して、前記パルス波が正極性の期間の前記放電ランプの平均光強度と前記パルス波が負極性の期間の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、前記パルス波が正極性の期間と前記パルス波が負極性の期間とで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、前記パルス波が正極性の期間の前記制御電力値と前記パルス波が負極性の期間の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、前記パルス波が正極性の期間と前記パルス波が負極性の期間とで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。
4. 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、前記第二期間内において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１〜３のいずれか１項に記載の放電ランプの点灯装置。
5. 前記電力制御部は、前記第一期間内において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４に記載の放電ランプの点灯装置。

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