JP3847153B2 - 放電ギャップ長の調整方法及び調整装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電ギャップ長の調整方法及び調整装置に関し、詳しくは、画像表示装置等に用いられる放電ランプにおいて、放電ギャップ長を放電時の電極の磨耗（以下、放電磨耗という）により予め所定の長さに調整するようにした方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来、画像表示装置等に用いられる放電ランプの製造工程における放電路のギャップ長の製造規格は、用途によって種々の規格があるが、一般的に、投影型表示装置（プロジェクタ）等の画像表示装置に使用されている放電ランプでは、概ね「１．０ｍｍ±０．１５ｍｍ」と規定されている（特開平２−１４８５６１号参照）。
しかしながら、この種の放電ランプのギャップ長を一定にして製造することは、その製造工程上非常に難しく、放電ランプとしての品質・規格は一応合致していても、完成した放電ランプのギャップ長は前述の許容範囲により０．８５ｍｍから１．１５ｍｍと約０．３ｍｍのばらつきがある。
【０００３】
このようにギャップ長に誤差がある放電ランプに電流を流すと、交流形放電ランプ、直流形放電ランプともに放電初期値（放電開始電圧等）が大幅に異なってくる。このため、放電ランプを使用する画像表示装置のランプ点灯回路の設計が難しいと共に、放電ランプの明るさにばらつきを生じ、画像表示装置等の設計に当たっても大きな影響を及ぼす。
【０００４】
そこで本発明は、放電ギャップ長を予め所定の長さに調整することにより放電ランプの品質を向上させ、放電ランプを支障なく使用可能として画像表示装置等の設計を容易化した放電ギャップ長の調整方法及びその調整装置を提供しようとするものである。
【０００５】
上記課題を解決するため、請求項１記載の放電ギャップ長調整方法は、一対の電極が１．０ｍｍよりも短いギャップ長を介して対向配置された交流形放電ランプにおいて、
通常の点灯時の印加電圧に対してデューティーサイクルを変化させた電圧を両電極間に予め印加して両電極を放電磨耗させ、両電極間の放電ギャップ長を所定の長さに調整するものである。
【０００６】
請求項２記載の放電ギャップ長調整方法は、一対の電極が１．０ｍｍよりも短いギャップ長を介して対向配置された直流形放電ランプにおいて、
通常の点灯時の印加電圧に対して逆極性の電圧を所定期間、両電極間に予め印加して両電極を放電磨耗させ、両電極間の放電ギャップ長を所定の長さに調整するものである。
【０００７】
請求項３記載の放電ギャップ長調整方法は、請求項２記載の放電ギャップ長の調整方法において、前記所定期間を可変としたものである。
【０００８】
請求項４記載の放電ギャップ長調整方法は、請求項１，２または３記載の放電ギャップ長の調整方法において、両電極を放電磨耗させる際に印加する電圧の振幅を可変としたものである。
【０００９】
請求項５記載の放電ギャップ長調整装置は、１．０ｍｍよりも短いギャップ長を介して対向配置された交流形放電ランプの一対の電極間に、通常の点灯時の印加電圧に対してデューティーサイクルを変化させた電圧を印加する手段と、この電圧の振幅を変化させる手段と、を備えたものである。
【００１０】
請求項６記載の放電ギャップ長調整装置は、１．０ｍｍよりも短いギャップ長を介して対向配置された直流形放電ランプの一対の電極間に、通常の点灯時の印加電圧に対して逆極性の電圧を所定期間、印加する手段と、この電圧の振幅を変化させる手段と、を備えたものである。
【００１１】
請求項７記載の放電ギャップ長の調整装置において、前記所定期間を可変とする手段を備えたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。まず、本発明を交流形放電ランプに適用した場合の実施形態を説明する。
図１は本発明が適用される交流形放電ランプ１０の構造を示すものであり、１１は石英ガラス等からなる発光管、１２は始動補助用のハロゲン、水銀等の希ガスが封入された放電部、１３ａ，１３ｂは同軸上に配置された一対のタングステン棒に同一材料からなる金属線をコイル状に巻き付けたタングステン電極、１４ａ，１４ｂは各電極１３ａ，１３ｂに接続されたモリブデン箔、１５ａ，１５ｂは内部リード、１６は内部リード１５ａに接続された外部リード、１７は口金、１８は内部リード１５ｂに接続された外部接続端子である。
【００１３】
上述した放電ランプ１０では、外部リード１６と外部接続端子１８との間に所定の交流電圧を印加することにより電極１３ａ，１３ｂ間で放電を起こさせて点灯するが、前述したように、電極１３ａ，１３ｂ間の放電ギャップ長は１．０ｍｍ±０．１５ｍｍの範囲でばらつきがある。
なお、図３は放電ランプ１０の点灯時に印加される交流電圧波形を示しており、デューティーサイクル（デューティー比）が５０％の矩形波が用いられている。
【００１４】
通常の点灯時には放電ランプ１０に図３のような交流電圧を印加するとしても、電極１３ａ，１３ｂ間のギャップ長がまちまちであると放電開始電圧が一定せず、明るさが異なったり、電極の減耗に伴う寿命にばらつきを生じる。
そこで本実施形態では、放電ランプの電極を予め放電磨耗させることでギャップ長を所定の長さに調整するようにした。
【００１５】
具体的には、放電ギャップ長の調整時には交流電圧波形のデューティーサイクルを点灯時とは異ならせ、例えば、図４に示す如く正負の期間が８０％、２０％となるようなデューティーサイクルを持つ矩形波の交流電圧を電極１３ａ，１３ｂ間に印加する。図示されていないが、正負の期間が７０％、３０％または６０％、４０％のデューティーサイクルでも良い。
このように通常の点灯時に対してデューティーサイクルを変化させた交流電圧を印加すると、電極１３ａ，１３ｂのうちデューティーを大きくした方の電極の溶解または放電磨耗が進んでギャップ長が大きくなる。また、図４に一点鎖線で示すように、交流電圧の振幅が大きいほど放電磨耗の度合いも大きくなる。
よって、短くしたい方の電極にデューティー（時間）の長い方の電圧が印加されるような接続方法をとればよい。印加電圧が高い方が電流が大きく流れるので、電極への供給電力を計算すれば磨耗を早めたり遅くしたりすることができる。
【００１６】
従って、電極１３ａ，１３ｂ間のギャップ長を予め測定しておき、その長さが所望の長さ（例えば１．０ｍｍ）よりも短ければ、デューティーサイクルと、必要に応じて振幅（＝電圧値、以下同じ）を適宜調整した交流電圧を電極１３ａ，１３ｂ間に印加して積極的に放電磨耗を起こさせ、ギャップ長を長くするように調整すればよい。
なお、調整作業によってギャップ長が長くなり過ぎるとやり直しがきかないため、例えば第１回目には磨耗させたい長さの目標値（ギャップ長の目標値と現在のギャップ長との差）に対して約８０％程度を磨耗させるようにデューティーサイクルや振幅を適宜選択した交流電圧を印加し、その後、残りの２０％を磨耗させるようにデューティーサイクルや振幅をある程度抑制して交流電圧を再度印加する方法を採る。
【００１７】
ここで、ギャップ長を測定する方法としては、▲１▼発光素子及び受光素子を用いて透過光または反射光により光学的にギャップを拡大投影して長さを測定する方法などのほか、▲２▼機械的なスケールを用いて長さを測定する方法など種々の方法が考えられる。
また、このようにギャップ長を直接測定する以外に、▲３▼放電開始電圧からギャップ長を間接的に測定する方法をとることもできる。すなわち、前もって種々のギャップ長に対する放電開始電圧を測定しておけば、ギャップ長が未知である放電ランプに交流電圧を印加したときの放電開始電圧からギャップ長を測定（推定）することができる。
【００１８】
次に、本発明を直流形放電ランプに適用した場合の実施形態を説明する。
図２（ａ），（ｂ）は、本発明が適用される直流形放電ランプ２０，３０の概略的な構造を示すものである。これらの図において、２２，３２は放電部、２３ａ，３３ａは陰極、２３ｂ，３３ｂは陽極、２４ａ，２４ｂ，３４ａ，３４ｂはモリブデン箔、２５ａ，２５ｂ，３５ａ，３５ｂは内部リードである。
【００１９】
この種の直流形放電ランプ２０，３０において、陽極２３ｂ，３３ｂとしては、太さの違いはあるが先端部が円錐台状で全体として棒状に形成されている電極が多く、陰極としては、図２（ａ）の２３ａのように陽極２３ｂよりも細く形成された棒状の電極や、図２（ｂ）の３３ａのごとく、前述のタングステン電極１３ａ，１３ｂ（図１参照）と同様に形成されたタングステン電極が使用される。これらの直流形放電ランプ２０，３０においても、陽極、陰極相互間のギャップ長にばらつきがある場合には、本発明により予めほぼ一定の長さに調整することができる。
【００２０】
すなわち、直流形放電ランプの場合、通常の点灯時には陽極、陰極間に一定の直流電圧が印加されるが、本実施形態によるギャップ長の調整時には、図５（ａ）に示すように通常点灯時の印加電圧に対して逆極性の逆電圧を所定期間△Ｔにわたって印加する。
また、必要に応じて、図５（ｂ）に示す如く、上記期間を△Ｔ’のように変化させても良い。
【００２１】
このように、直流形放電ランプ２０，３０に対して所定期間にわたり逆極性の電圧を印加すると、交流形放電ランプ１０の場合と同様に、陰極２３ａ，陽極２３ｂまたは陰極３３ａ，陽極３３ｂの陽極側の放電磨耗によって各電極間のギャップ長が長くなる。また、この放電磨耗の度合いは、前記所定期間を変化させたり印加電圧の振幅を変化させても調整することができる。
【００２２】
従って、直流形放電ランプ２０，３０に対しては、まず第１に通常の点灯時とは逆極性の電圧を印加し、更に、必要に応じて逆極性の電圧の印加期間や振幅を変化させることで、電極の放電磨耗の度合いを調整し、ギャップ長を予め所望の長さに調整することが可能である。
なお、直流形放電ランプの場合にも、当初は目標値よりも少な目に磨耗させるように段階的に放電磨耗を行うことが必要である。
【００２３】
次に、図６は本発明の実施形態に係る放電ギャップ長調整装置の概念図である。
調整する対象の放電ランプが交流形か直流形かによって放電ギャップ長調整装置５０の動作は若干異なるが、基本的には、正負の電圧を発生させ、更にデューティーサイクルまたは逆電圧印加期間、及び印加電圧の振幅を可変とする手段を備えていれば、交流形、直流形両タイプの放電ランプに対して放電磨耗を行わせることができる。例えば、方形波インバータを用いてそのスイッチング素子の導通比を変えたり、直流側電圧を可変とすることによって実現可能である。
【００２４】
なお、本発明は、一対の電極相互間の放電ギャップ長にばらつきがあり、これを予めほぼ一定の長さに調整する必要がある放電ランプであれば、その種類（メタルハライドランプ、水銀ランプ、ナトリウムランプ、キセノンランプ等）を問わず、また、放電ランプの用途も画像表示装置に何ら限定されるものではない。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、放電ランプの放電ギャップ長を予め所定の長さに調整することができ、放電開始電圧や明るさ、ランプ寿命のばらつきをなくしてその品質を一層向上させることができる。
このため、放電ランプを使用する画像表示装置のランプ点灯回路の設計を容易化すると共に、画像表示装置の性能や品質の向上にも寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態が適用される交流形放電ランプの説明図である。
【図２】本発明の実施形態が適用される直流形放電ランプの説明図である。
【図３】交流形放電ランプの通常点灯時の印加電圧を示す波形図である。
【図４】交流形放電ランプのギャップ長調整時の印加電圧を示す波形図である。
【図５】直流形放電ランプのギャップ長調整時の印加電圧を示す波形図である。
【図６】本発明の実施形態に係る放電ギャップ長調整装置の概念図である。
【符号の説明】
１０ 交流形放電ランプ
１１ 発光管
１２，２２，３２ 放電部
１３ａ，１３ｂ タングステン電極
１４ａ，１４ｂ，２４ａ，２４ｂ，３４ａ，３４ｂ モリブデン箔
１５ａ，１５ｂ，２５ａ，２５ｂ，３５ａ，３５ｂ 内部リード
１６ 外部リード
１７ 口金
１８ 外部接続端子
２３ａ，３３ａ 陰極
２３ｂ，３３ｂ 陽極
２０，３０ 直流形放電ランプ
５０ 放電ギャップ長調整装置

Claims (7)

1. 一対の電極が１．０ｍｍよりも短いギャップ長を介して対向配置された交流形放電ランプにおいて、
   通常の点灯時の印加電圧に対してデューティーサイクルを変化させた電圧を両電極間に予め印加して両電極を放電磨耗させ、両電極間の放電ギャップ長を所定の長さに調整することを特徴とする放電ギャップ長の調整方法。
2. 一対の電極が１．０ｍｍよりも短いギャップ長を介して対向配置された直流形放電ランプにおいて、
   通常の点灯時の印加電圧に対して逆極性の電圧を所定期間、両電極間に予め印加して両電極を放電磨耗させ、両電極間の放電ギャップ長を所定の長さに調整することを特徴とする放電ギャップ長の調整方法。
3. 請求項２記載の放電ギャップ長の調整方法において、
   前記所定期間を可変としたことを特徴とする放電ギャップ長の調整方法。
4. 請求項１，２または３記載の放電ギャップ長の調整方法において、
   両電極を放電磨耗させる際に印加する電圧の振幅を可変としたことを特徴とする放電ギャップ長の調整方法。
5. １．０ｍｍよりも短いギャップ長を介して対向配置された交流形放電ランプの一対の電極間に、通常の点灯時の印加電圧に対してデューティーサイクルを変化させた電圧を印加する手段と、この電圧の振幅を変化させる手段と、を備えたことを特徴とする放電ギャップ長の調整装置。
6. １．０ｍｍよりも短いギャップ長を介して対向配置された直流形放電ランプの一対の電極間に、通常の点灯時の印加電圧に対して逆極性の電圧を所定期間、印加する手段と、この電圧の振幅を変化させる手段と、を備えたことを特徴とする放電ギャップ長の調整装置。
7. 請求項６記載の放電ギャップ長の調整装置において、
   前記所定期間を可変とする手段を備えたことを特徴とする放電ギャップ長の調整装置。

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