JP2018037339A - 放電ランプ点灯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定格電力よりも低い電力を放電ランプに供給して放電ランプを点灯させる場合において、従来よりも長寿命化を図ることができる放電ランプの点灯装置を実現する。
【解決手段】 放電ランプ点灯装置は、所定の情報に基づいて制御電力値を設定する電力制御部と、制御電力値に応じた交流電流を放電ランプに対して供給する給電部とを備える。電力制御部は、制御電力値を放電ランプの定格電力値よりも小さい第一電力値に設定した後、第一電力値よりも小さい第二電力値に設定し、その後第一電力値に設定する制御動作を繰り返す制御モードを有し、放電ランプの両端間電圧であるランプ電圧が所定の第一電圧である場合と比較して、第一電圧よりも高い第二電圧である場合に第一電力値の維持時間に対する第二電力値の維持時間の割合を低くする制御を行う。
【選択図】 図５

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。

プロジェクタ等の光源には、高い水銀蒸気圧の放電ランプが使用されている。このような放電ランプは、水銀蒸気圧を高くすることにより、可視波長域の光を高い出力で得ることが可能になる。

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は、点灯中、発光管の発光部内に対向配置された一対の電極の先端側表面にそれぞれ突起が形成され、この突起間に放電アークが保持されることにより、安定的な点灯状態が維持される。

ところで、近年、プロジェクタにおいては、消費電力を低減して使用する動作モードを有する機種が存在する。一例として、プロジェクタが備える動作モードとして、「通常モード」と「省電力モード」が存在し、ユーザによっていずれかのモードの選択が可能に構成されている。ユーザが「通常モード」を選択すると、放電ランプには定格電力又は定格電力に近い電力が供給され、ユーザが「省電力モード」を選択すると、放電ランプには定格電力よりも低い電力が供給される。この省電力モード下では、例えば、定格電力の２５％〜８０％程度の電力が放電ランプに供給される。

省電力モード下で放電ランプを動作させることで、放電ランプの消費電力の低減を図ることができる。しかし、当該モードで運転を継続すると、フリッカと呼ばれる投射光のチラツキが発生するという問題が発生することがあった。

上記の問題を解決するため、省電力モード下において、所定のタイミングで、供給される電力値を高める制御を行うことが提案されている（例えば特許文献１参照）。図９は、特許文献１に開示されている点灯装置によって、放電ランプに対して供給される電力の経時的な変化を模式的に示すグラフである。図９に示される例では、定格電力の５０％の電力が放電ランプに供給される期間内に、間欠的に、定格電力の８０％まで供給電力が高められている。

特許第４９９２９９４号公報

しかしながら、本発明者らは、鋭意研究の結果、上記特許文献１に記載の方法で放電ランプを連続点灯させると、放電ランプのランプ電圧が急激に上昇する現象を確認した。このことは、放電ランプの寿命が短くなることを意味する。

本発明は、上記の課題に鑑み、特に、定格電力よりも低い電力を放電ランプに供給して放電ランプを点灯させる場合において、従来よりも長寿命化を図ることができる放電ランプの点灯装置を実現することを目的とする。

本発明に係る放電ランプ点灯装置は、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する点灯制御を行う構成であって、
所定の情報に基づいて制御電力値を設定する電力制御部と、
前記電力制御部から前記制御電力値に関する情報が入力され、当該制御電力値に応じた交流電流を前記放電ランプに対して供給する給電部とを備え、
前記電力制御部は、
前記制御電力値を前記放電ランプの定格電力値よりも小さい第一電力値に設定した後、前記制御電力値を前記第一電力値よりも小さい第二電力値に設定し、その後前記制御電力値を前記第一電力値に設定する制御動作を繰り返す制御モードを有し、
前記制御モード下において、前記放電ランプの両端間電圧であるランプ電圧が所定の第一電圧である場合と比較して、前記第一電圧よりも高い第二電圧である場合に前記第一電力値の維持時間に対する前記第二電力値の維持時間の割合を低くする制御を行うことを特徴とする。

放電ランプの点灯を開始してからの経過時間が十分長くなると、一対の電極の間の距離が広がる。この結果、放電ランプの両端間の電圧が上昇する。放電ランプは、電力制御部によって設定される制御電力値に対応した電力が供給される構成であり、すなわち、定電力で制御される。つまり、定電力制御下において、放電ランプの電圧（以下、「ランプ電圧」と記載する。）が上昇すると、放電ランプに供給される電流量は低下する。

放電ランプに備えられている電極には、投入される電流量と、当該投入される時間によって決定される熱量が供給される。この投入される熱量が高いほど電極先端部の温度が上昇し、十分高い温度まで加熱されると、電極の材料が昇華する。昇華した電極材料は、放電容器内に封入されていた所定のガスと結合して、気体の状態で再び電極の先端付近に移動する。そして、この箇所で再度加熱されることで、結合状態が分離され、電極の材料が電極の先端部で凝集され、電極の突起が再形成される。

しかし、上述したように、ランプ電圧が上昇すると、放電ランプに供給される電流量が低下する。この結果、電極材料を昇華するのに十分な熱量が供給されず、電極の再形成が十分に進行しない。この結果、電極間距離が更に伸び、ランプ電圧が更に上昇してしまう。特に、制御電力値を定格電力よりも低い値で放電ランプを点灯するモード下においては、この問題が顕著に現れる。電極間距離が拡がると、放電位置が不安定となり、放射光のチラツキが生じる。例えば、放電ランプをプロジェクタなどの画像形成装置用の光源に利用する場合には、投射される光にチラツキが発生し、好ましくない。なお、このチラツキが解消されなくなったり、十分な光量が放射されなくなった場合をもって、放電ランプの寿命が到来したと判断することができる。

つまり、点灯を開始してからの経過時間が長くなった場合において、電力制御部にて制御電力値が「第二電力値」に設定されている場合には、放電ランプに供給される電流量が低くなりすぎてしまう。このとき、十分な量の電極材料を昇華（溶融）することができず、また、電極材料を含むガスを再凝集することができない。従来の構成によって、ランプ電圧が急激に上昇したのは、このような理由によるものであると推察される。

これに対し、上記の構成によれば、ランプ電圧が第一電圧である場合と比較して、第一電圧よりも高い第二電圧である場合に、第一電力値の維持時間に対する第二電力値の維持時間の割合を低くする制御が行われる。つまり、ランプ電圧が比較的高い第二電圧である場合には、制御電力値を低くする時間を相対的に短くすることを意味する。これにより、制御電力値が相対的に高められ、放電ランプに供給される電流量が相対的に高められる。よって、この制御によれば、電極の先端に電極材料を凝集させることが可能となり、電極間距離が急激に広がる現象の発現を抑制することができる。

制御電力値を定格電力値よりも小さい値に設定するのは、一般的には、放電ランプの消費電力値を低減させることを意図して、すなわち、省電力を意図してなされることが多い。省電力の効果を高める観点からいえば、第二電力値の維持時間を長くするのが好ましいとも考えられる。しかし、ランプ電圧が比較的高い第二電圧に達した後においては、第二電力値の維持時間を長くすると、電極間距離が急激に拡がり、ランプ電圧が急激に上昇する現象が生じてしまうのは、上述した通りである。このような現象が生じてしまうと、仮に消費電力が低減できていたとしても、本来の放電ランプの利用目的を実現することができなくなってしまう。

本発明の点灯装置によれば、ランプ電圧が比較的高い第二電圧に達すると、第二電力値の維持時間を相対的に減少させるという制御を行うことで、消費電力の低減効果を確保しながらランプ電圧が急激に上昇する現象の発現を抑制することが可能となる。

第二電力値の維持時間を相対的に減少させる制御としては、いくつかの方法が可能である。

第一の方法として、前記電力制御部は、前記制御モード下において、前記ランプ電圧が前記第一電圧である場合と比較して、前記第二電圧である場合に前記第二電力値の維持時間を短くする制御を行うものとしても構わない。

第二の方法として、前記電力制御部は、前記制御モード下において、前記ランプ電圧が前記第一電圧である場合と比較して、前記第二電圧である場合に前記第一電力値の維持時間を長くする制御を行うものとしても構わない。

第三の方法として、
前記電力制御部は、
前記制御モード下において、前記制御電力値を前記第一電力値に設定した後、前記第二電力値に達するまで逓減させ、その後、前記第一電力値に達するまで逓増させる制御動作を繰り返し、
前記ランプ電圧が前記第一電圧である場合と比較して、前記第二電圧である場合に、前記制御電力値が前記第二電力値から前記第一電力値に達するまでの時間を短くする制御を行うものとしても構わない。

なお、上述した、第一の方法から第三の方法は、相互に組み合わせることも可能である。

前記第一電力値は、前記定格電力値に対して５０％以上９０％以下であり、
前記第二電力値は、前記定格電力値に対して３０％以上７０％以下であるものとすることができる。

本発明の放電ランプ点灯装置によれば、定格電力よりも低い電力を放電ランプに供給して放電ランプを点灯させる場合において、従来よりも長寿命化を図ることができる放電ランプの点灯装置が実現される。

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。 電力制御部によって設定される制御電力値の経時的な変化の一例を示すグラフである。 放電ランプのランプ電圧と、制御電力値をＰ２に維持する時間τ₂との関係を示すデータテーブルの一例である。 電力制御部によって設定される制御電力値の経時的な変化の一例を示すグラフである。 実施例及び比較例のそれぞれの点灯制御下でのランプ電圧の時間変化をグラフにしたものである。 実施例及び参考例のそれぞれの点灯制御下での発光部の失透の程度の時間変化をグラフにしたものである。 電力制御部によって設定される制御電力値の経時的な変化の一例を示すグラフである。 従来の技術により放電ランプに供給される電力の経時的な変化を示すグラフである。

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。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。

［放電ランプ］
まず、本発明の点灯装置によって点灯制御される対象となる放電ランプの構成の一例について、図１Ａ及び図１Ｂを参照して説明する。なお、本発明の点灯装置によって点灯制御される対象となる放電ランプは、以下で説明される構成に限定されるものではない。

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。

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、モリブデンなどよりなる導電用の金属箔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、また、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構成である。

本実施形態における放電ランプ１０の発光部１１には、例えば、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／ｍｍ³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高圧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／ｍｍ³〜１０^-2μｍｏｌ／ｍｍ³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が小型で且つ高い点灯蒸気圧のものとして設計されている場合には、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、本発明において、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５５ｍｍ³、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、放電ランプ１０は、小型化が進行するプロジェクタに内蔵されることが想定されており、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、ランプの管壁負荷は０．８〜２．５Ｗ／ｍｍ²、具体的には２．４Ｗ／ｍｍ²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。これをハロゲンサイクルと呼ぶ。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］
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、放電ランプ１０に供給される電流の検出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、放電ランプ１０に印加される電圧（ランプ電圧）の検出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Ｑ３の組と、スイッチング素子Ｑ２及びＱ４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。

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Ｑ３の組と、スイッチング素子Ｑ２及びＱ４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に対して供給される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Ｐ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信号Ｐは、所定の周波数で極性反転を繰り返すパルス波形である。この周波数は、周波数制御部４３によって適宜設定される。

電力制御部４２は、給電部３の抵抗Ｒｘを流れる電流値Ｉ₀、及び分圧抵抗Ｖｘが示す電圧値Ｖ₀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。上述したように、電流値Ｉ₀は、放電ランプ１０に対して供給される電流に対応する値であり、電圧値Ｖ₀は、放電ランプ１０に対して印加される電圧（ランプ電圧）に対応する値である。

本実施形態の放電ランプ１０は、供給される電力値を外部から変更できる構成である。一例として、ユーザは、放電ランプ１０の点灯時のモードとして、「通常モード」と「省電力モード」を選択することができる。ユーザが不図示の操作部を操作して、点灯時のモードを選択すると、当該選択されたモードに関する情報が、電力制御部４２に入力される。電力制御部４２は、各モードに対応した制御電力値に関する情報を記憶する記憶部（不図示）を有しており、放電ランプ１０に供給される電力が入力されたモードに対応した電力値となるように、ゲート信号Ｇｘのデューティ比を変更する。

より具体的には以下の通りである。電力制御部４２は、「通常モード」を示す信号を与えられると、制御電力値を放電ランプ１０の定格電力（例えば２８０Ｗ）に設定し、入力される電力が当該定格電力に維持されるように、フィードバック制御を行う。また、電力制御部４２は、「省電力モード」を示す信号を与えられると、制御電力値を放電ランプ１０の定格電力よりも小さい電力値に設定する。以下、「省電力モード」における電力制御部４２の制御内容について詳細に説明する。

［電力制御部の制御内容］
以下、図面を参照して、電力制御部４２によって設定される制御電力値の変化の態様につき説明する。図３は、電力制御部４２によって設定される制御電力値の経時的な変化の一例を示すグラフであり、横軸は時刻に対応し、縦軸は制御電力値の値に対応する。図３に示す例では、説明の都合上、時刻ｔ₁以前において放電ランプ１０は「通常モード」によって点灯されており、時刻ｔ₁の時点で、ユーザによって「省電力モード」に変更する指示が与えられた場合を採り上げている。

電力制御部４２は、「通常モード」下において、制御電力値を放電ランプ１０の定格電力に対応する値に設定する。なお、「通常モード」下において、電力制御部４２は制御電力値を放電ランプ１０の定格電力の所定割合（例えば９０％）の値に設定するものとしても構わない。

電力制御部４２は、時刻ｔ₁の時点で、制御モードが「省電力モード」に変更された旨の情報が与えられると、制御電力値を「通常モード」のときよりも低いＰ１の値に設定する。電力制御部４２は、Ｐ１の値に関する情報を予め記憶しているものとして構わない。Ｐ１の値は、定格電力に対して５０％以上９０％以下であり、一例として定格電力の８０％の値に設定される。Ｐ１は「第一電力値」に対応する。

電力制御部４２は、時間τ₁にわたって制御電力値をＰ１に設定し続ける。そして、電力制御部４２は、時刻ｔ₁から時間τ₁だけ経過すると（時刻ｔ₂）、制御電力値をＰ１よりも低い値であるＰ２に向けて低下させる。図３の例では、時刻ｔ₃の時点で制御電力値がＰ２に設定されている。Ｐ２の値は、定格電力に対して３０％以上７０％以下であり、一例として定格電力の６０％の値に設定される。Ｐ２は「第二電力値」に対応する。

電力制御部４２は、放電ランプ１０のランプ電圧に応じて、制御電力値をＰ２に維持する時間τ₂を設定する。上述したように、電力制御部４２は、分圧抵抗Ｖｘが示す電圧値Ｖ₀に関する情報が与えられており、この情報に基づいて放電ランプ１０のランプ電圧を検出することが可能である。電力制御部４２は、放電ランプ１０のランプ電圧と、制御電力値をＰ２に維持する時間τ₂との関係に関する情報を、予め記憶しているものとして構わない。この情報は、データテーブルの形式で記憶されているものとしても構わないし、関数の形式で記憶されているものとしても構わない。図４は、放電ランプ１０のランプ電圧と、制御電力値をＰ２に維持する時間τ₂との関係を示すデータテーブルの一例である。

図４に示すように、本実施形態では、電力制御部４２は、放電ランプ１０のランプ電圧が高いほど、制御電力値をＰ２に維持する時間τ₂を短く設定している。

電力制御部４２は、上述した方法によって設定された時間τ₂にわたって制御電力値をＰ２に設定し続ける。そして、電力制御部４２は、時刻ｔ₃から時間τ₂だけ経過すると（時刻ｔ₄）、制御電力値をＰ２からＰ１に向けて上昇させる。図３の例では、時刻ｔ₅の時点で制御電力値がＰ１に設定されている。

電力制御部４２は、以下同様の制御を繰り返す。すなわち、電力制御部４２は、時間τ₁にわたって制御電力値をＰ１に設定し続ける。その後、電力制御部４２は、制御電力値をＰ２まで低下させた後、ランプ電圧に応じて設定された時間τ₂にわたって制御電力値をＰ２に設定し続ける。その後、電力制御部４２は、制御電力値をＰ１まで上昇させた後、時間τ₁にわたって制御電力値をＰ１に設定し続ける。

図５は、ランプ電圧が上昇したことで、制御電力値Ｐ２の維持時間τ₂を変化させたタイミングを含む制御電力値の経時的な変化の一例を示すグラフである。時刻ｔ_aの時点と比べて、時刻ｔ_cの時点においてランプ電圧が所定値以上上昇した結果、制御電力値をＰ２に維持する時間τ₂が減少している。なお、参考のために、時刻ｔ_cの時点におけるランプ電圧が、時刻ｔ_aの時点におけるランプ電圧と同等である場合の制御電力値の変化を示す波形を破線で示している。

上述したように、放電ランプ１０は、電力制御部４２によって設定された制御電力値の下で定電力制御がなされる。従って、放電ランプ１０のランプ電圧が上昇すると、放電ランプ１０に供給される電流量が低下する。このとき、放電ランプ１０の電極（２０ａ，２０ｂ）に供給される単位時間あたりの熱量が低下する。この結果、同一の時間だけ放電ランプ１０にパルス波を供給していても、十分な量の電極（２０ａ，２０ｂ）の材料を昇華（溶融）するのに熱量が供給されず、この結果、電極間距離が更に拡がってしまう。

本実施形態では、ランプ電圧が高くなると、制御電力値をＰ２に維持する時間τ₂を短くしている。これにより、仮に、制御電力値がＰ２で設定されている時間帯において、十分な量の電極（２０ａ，２０ｂ）の材料を昇華（溶融）するのに熱量が供給されなかったとしても、短時間の間に制御電力値がＰ２より高まるため、その後に電極材料を昇華するのに十分な熱量を直ちに供給することができる。

放電ランプ１０を省電力モードで点灯させる場合においては、できる限り消費電力を抑制することが要求されるところ、制御電力値をＰ２に維持する時間τ₂をなるべく多くすることが好ましいとも思われる。しかし、制御電力値をＰ２に維持する時間τ₂を長く設定した場合、ランプ電圧が上昇してしまうと、電極間距離の拡がりを抑制できず、好ましい点灯状態を維持できなくなるという別の課題を発生させる。本実施形態の点灯装置１の制御によれば、消費電力を抑制しながらも、長期にわたって電極間距離を所定の範囲内に留めることができるため、放電ランプ１０の長寿命化が実現される。

図６は、本実施形態の点灯装置１の点灯制御を行いながら連続点灯させた場合（実施例）と、従来の点灯制御を行いながら連続点灯させた場合（比較例）とのランプ電圧の時間変化をグラフにしたものである。図６において、横軸は点灯時間を示し、縦軸は放電ランプ１０のランプ電圧を示す。実施例は、放電ランプ１０のランプ電圧が高くなるに連れ、制御電力値Ｐ２に維持する時間τ₂が短くなるように設定されている。これに対し、比較例は、放電ランプ１０のランプ電圧にかかわらず、制御電力値Ｐ２に維持する時間τ₂が一定に設定されている。

図６によれば、比較例の点灯制御方法によれば、連続点灯時間が４０００時間を超えたあたりからランプ電圧の大幅な上昇が確認される。これに対し、実施例の点灯制御方法によれば、連続点灯時間が８０００時間に達しても、点灯初期と比較してランプ電圧に大幅な上昇が見られない。

上述したように、放電ランプ１０の点灯時間が長くなると、初期時と比べて電極間距離が少しは拡がってしまう。このとき、放電ランプ１０のランプ電圧は少しの上昇が余儀なくされる。本実施形態の点灯装置１によれば、ランプ電圧の上昇の程度が小さい時点において、ランプ電圧が高くなるに連れて制御電力値をＰ２に維持する時間τ2の長さを短く設定することで、その後の電極間距離が急激に拡大することが抑制できることが分かる。

なお、電力制御部４２は、放電ランプ１０の点灯初期、すなわちランプ電圧が低い範囲内において、制御電力値をＰ２に維持する時間τ₂を電極材料を昇華（溶融）させるのに十分な範囲内でできるだけ長く設定しておくものとしても構わない。放電ランプ１０の点灯初期においては、放電ランプ１０に供給される電流量が比較的高いため、短時間の間に放電ランプ１０が加熱される。放電ランプ１０が収容されている発光部１１は、上述したように、石英ガラス等のガラス材料で構成されており、加熱が進むと特に最も温度が高まりやすい発光部１１の上部において結晶化して、発光部１１自体が白濁する失透現象が発生してしまう。このような現象が生じると、放電ランプ１０から放射された光の進行を遮ってしまうため、照度が低下し、また、そもそも発光部１１自体が破損するおそれもあるため好ましくない。

上記のように、放電ランプ１０の点灯初期においては、制御電力値をＰ２に維持する時間τ₂をできるだけ長く設定することで、発光部１１の上部位置の温度上昇が抑制され、失透の発現を防止する効果も得られる。

図７は、ランプ電圧が比較的低い点灯初期において、制御電力値をＰ１に維持する時間τ₁とＰ２に維持する時間τ₂の比率を異ならせて放電ランプを連続点灯させた場合における、発光部１１の失透の程度の時間変化を示すグラフである。図７において、横軸は点灯時間を示し、縦軸は発光部１１の失透の状態を示す。なお、ここでいう発光部１１の失透の状態を示す値は、マイクロスコープを用いて測定された値である。

図７において、実施例ではτ₁／τ₂＝１に設定しており、参考例ではτ₁／τ₂＝１０に設定している。つまり、参考例の方が、実施例と比べて、点灯初期時において制御電力値が高い期間（Ｐ１の期間）が相対的に長くなっている。

図７によれば、参考例の方法で点灯制御された場合、実施例の方法よりも、失透の進行速度が速いことが理解される。つまり、点灯初期においては、発光部１１に失透が発生するのを抑制する観点からは、制御電力値が低い期間（Ｐ２の期間）をなるべく長く設定するのが好ましい。

［別実施形態］
以下、別実施形態について説明する。

〈１〉 上記の実施形態では、放電ランプ１０のランプ電圧が高くなると、制御電力値を低い値Ｐ２に維持する時間τ₂を短くする制御が行われた。これは、放電ランプ１０のランプ電圧が高くなると、制御電力値が低い値であるＰ２に維持される時間τ₂を相対的に短くすることで、電極間距離が急速に拡大することを抑制することを目的としてなされている。

従って、同様の理由により、放電ランプ１０のランプ電圧が高くなると、制御電力値を高い値Ｐ１に維持する時間τ₁を長くすることで、制御電力値がＰ２に維持される時間を相対的に短くするものとしても構わない。

図８は、ランプ電圧が上昇したことで、制御電力値Ｐ１の維持時間τ₁を変化させたタイミングを含む制御電力値の経時的な変化の一例を示すグラフである。時刻ｔ_eの時点と比べて、時刻ｔ_gの時点においてランプ電圧が所定値以上上昇した結果、制御電力値をＰ１に維持する時間τ₁が増加している。なお、参考のために、時刻ｔ_gの時点におけるランプ電圧が、時刻ｔ_eの時点におけるランプ電圧と同等である場合の制御電力値の変化を示す波形を破線で示している。

なお、ランプ電圧の上昇に伴って、制御電力値Ｐ１の維持時間τ₁を長くすると共に、制御電力値Ｐ２の維持時間τ₂を短くするものとしても構わない。つまり、ランプ電圧が高い場合に、制御電力値Ｐ１の維持時間τ₁に対する、制御電力値Ｐ２の維持時間τ₂の割合を低くすることで、上述した本実施形態の点灯制御と同様の効果が得られる。

更に、制御電力値をＰ２からＰ１まで上昇させるのに要する時間、及びＰ１からＰ２まで低下させるのに要する時間についても、ランプ電圧に応じて変更するものとしても構わない。例えば、ランプ電圧の上昇に伴って、制御電力値をＰ２からＰ１まで上昇させるのに要する時間を短くし、逆に、制御電力値をＰ１からＰ２まで低下させるのに要する時間を長くすることで、相対的に、制御電力値が低い値を示す相対的な時間が短くなるため、上述した本実施形態の点灯制御と同様の効果が得られる。

〈２〉 上記の実施形態では、制御電力値として維持される値が、Ｐ１とＰ２の２種類である場合を例に挙げて説明した。しかし、３種類以上の値が所定時間維持されるような制御態様であっても構わない。この場合は、ランプ電圧の上昇に伴って、制御電力値として採用される最も低い値の維持時間が、相対的に短くなるような制御が行われるものとして構わない。この場合においても、上述した本実施形態の点灯制御と同様の効果が得られる。

〈３〉 放電ランプのランプ電圧が所定の範囲内である場合には、制御電力値（Ｐ１，Ｐ２）の維持時間を一定として構わない。例えば、ランプ電圧が所定の第一範囲内に属する場合には、制御電力値をＰ２に維持する時間τ₂を一定とし、ランプ電圧が上昇して、第一範囲よりも高い所定の第二範囲内に属する場合には、制御電力値をＰ２に維持する時間τ₂を、ランプ電圧が第一範囲内に属する場合よりも短い一定の値とするものとして構わない。制御電力値をＰ１に維持する時間τ₁をランプ電圧に応じて変更する場合においても同様である。

〈４〉 パルス発生部４１から発生されるパルス波Ｐの波形については、本発明において限定されない。例えば、高い周波数で極性反転を繰り返す期間と、極性が所定の時間だけ維持される期間が繰り返されるようなパルス波Ｐがパルス発生部４１から生成されるものとしても構わない。また別の例としては、周波数を所定のタイミングで随時変更しながら、極性反転が継続して行われてなるようなパルス波Ｐがパルス発生部４１から生成されるものとしても構わない。

〈５〉 上述した実施形態では、ユーザが「省電力モード」に設定した場合に、制御電力値をＰ１とＰ２の間で推移させる制御が行われるものとして説明した。しかし、点灯装置１が、自動的に「省電力モード」に移行する機能を有しているものとしても構わない。例えば一定時間以上操作されずに待機していた場合において、点灯装置１が、自動的に当該モードに移行する機能を備えているものとしても構わない。

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

Claims (6)

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する点灯制御を行う放電ランプ点灯装置であって、
   所定の情報に基づいて制御電力値を設定する電力制御部と、
   前記電力制御部から前記制御電力値に関する情報が入力され、当該制御電力値に応じた交流電流を前記放電ランプに対して供給する給電部とを備え、
   前記電力制御部は、
   前記制御電力値を前記放電ランプの定格電力値よりも小さい第一電力値に設定した後、前記制御電力値を前記第一電力値よりも小さい第二電力値に設定し、その後前記制御電力値を前記第一電力値に設定する制御動作を繰り返す制御モードを有し、
   前記制御モード下において、前記放電ランプの両端間電圧であるランプ電圧が所定の第一電圧である場合と比較して、前記第一電圧よりも高い第二電圧である場合に前記第一電力値の維持時間に対する前記第二電力値の維持時間の割合を低くする制御を行うことを特徴とする放電ランプ点灯装置。
2. 前記電力制御部は、前記制御モード下において、前記ランプ電圧が前記第一電圧である場合と比較して、前記第二電圧である場合に前記第二電力値の維持時間を短くす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点灯装置。
3. 前記電力制御部は、前記制御モード下において、前記ランプ電圧が前記第一電圧である場合と比較して、前記第二電圧である場合に前記第一電力値の維持時間を長くす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点灯装置。
4. 前記電力制御部は、
   前記制御モード下において、前記制御電力値を前記第一電力値に設定した後、前記第二電力値に達するまで逓減させ、その後、前記第一電力値に達するまで逓増させる制御動作を繰り返し、
   前記ランプ電圧が前記第一電圧である場合と比較して、前記第二電圧である場合に、前記制御電力値が前記第二電力値から前記第一電力値に達するまでの時間を短くす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点灯装置。
5. 前記電力制御部は、前記制御モード下において、前記ランプ電圧が高いほど、前記第一電力値の維持時間に対する前記第二電力値の維持時間の割合を低くする制御を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の放電ランプ点灯装置。
6. 前記第一電力値は、前記定格電力値に対して５０％以上９０％以下であり、
   前記第二電力値は、前記定格電力値に対して３０％以上７０％以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の放電ランプ点灯装置。

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