JP4475236B2 - 高圧放電灯点灯装置及び点灯方法 - Google Patents

Description

本発明は、交流のランプ電流を供給して高圧放電灯を点灯させる高圧放電灯点灯装置及び点灯方法に関する。

液晶プロジェクターなどバックライト用光源装置に使用される高圧放電灯点灯装置は、直流電源から供給される電流を所定の点灯周波数の矩形波電流に変換して高圧放電灯の点灯極性を切り換えながら点灯させるようになっている。

図６はこのような従来の高圧放電灯点灯装置３１を示し、直流電源２から出力された直流電力をチョッパ回路３へ入力し、スイッチング素子４のデューティ比をＰＷＭ制御回路３２でコントロールすることにより適切な直流電流に変換した調整電流Ｉ_Ｃがフルブリッジ回路５へ入力される。

フルブリッジ回路５では、イグナイタ回路６によって始動された高圧放電灯Ｌに対して、対となるトランジスタＴＲ_１及びＴＲ_１、ＴＲ_２及びＴＲ_２がフルブリッジコントロール回路３３により例えば１００Ｈｚ程度の周波数で交互に導通されて、低周波矩形波からなるランプ電流Ｉ_Ｌが形成され、これによって高圧放電灯Ｌが点灯される。

ところで、近年、液晶プロジェクターなどのバックライト光源として高圧水銀灯に替えて超高圧水銀灯が使用されている。
この超高圧水銀灯は、点灯中の蒸気分圧が極めて高く（１０^６Ｐａ程度以上）、アーク放電が放電管の中心に集まり輝度も温度も高いので、連続スペクトルを生じ、光色も白色に近く演色性も良好で、発光効率が高いというメリットがある。

しかしながら、低周波矩形波のみで点灯する従来の高圧放電灯点灯装置では、超高圧水銀灯におけるアーク移動を制御する事ができないため、アーク移動によって受光部分に入る光の量が大きく変化し、これを液晶プロジェクターに使用すると、スクリーン照度変化が大きくなってスクリーン上にチラツキが発生するという問題を生じた。
特に、液晶プロジェクターの小型化、軽量化に伴い、光源の反射鏡の小型化、高照度化が進み、これにより、受光部分である液晶素子も小型化されているため、アーク移動量が同じであってもこれに起因するスクリーン上のチラツキへの影響が大きい。

高圧放電灯のチラツキは、陰極側から陽極側へ向かうアークが形成されるときに、電子が飛び出す基点となるアークスポットが移動することにより生じる。
一般に、電極温度が均一であれば電極間距離が一番近い点（電極先端に形成される突起など）がアークスポットとなり、平行平板電極のように距離が一定であれば温度の最も高い点がアークスポットとなる。

したがって、アークスポットをコントロールしようとする場合、まず、電極間に温度差がない状態で、電極上に局部的に高温部を形成してアークスポットを固定すれば、チラツキを抑えることができると考えられる。

この対策として、本出願人は、交流のランプ電流を供給して高圧放電灯を点灯させる際に、予め設定された点灯周波数の矩形波状の基準周期電流の極性が反転するたびに基準周期電流に替えてこれより周波数の高い矩形波状の短周期電流を１周期供給すると共に、その短周期電流の電流値を基準周期電流より高くしたランプ電流を供給する高圧放電灯点灯装置を提案し、これによって高圧放電灯を点灯したところアークスポットが固定され、スクリーン上のチラツキを抑制することができた。
特開２００１−２４４０８８

すなわち、高圧放電灯を交流点灯させる場合、対向する二つの電極が陰極と陽極に交互に切り換わりながら点灯されるが、この際に陰極から飛び出した電子が陽極に衝突することによって放電を生じ、電子が衝突する陽極は陰極よりも温度が上昇する。
したがって、上述のようなランプ電流を供給した場合は、電極間に同一条件の交流電流が供給されてどちらの電極も同様に陰極と陽極に切り換わるので、どちらの電極も同じように温度が上昇し、温度差が生じることがなく、しかも、電極上には局部的に高温部が形成されてアークスポットが固定される。

しかし最近では、調光制御機能、随時電力変動機能など、高付加価値的な機能を有する高圧放電灯や超高圧放電灯が製造されており、このような高圧放電灯では、上述したようなランプ電流を供給しても、チラツキを有効に抑制できない場合があることが判明した。
この場合、電極間に同一条件の交流電流を供給しても電極の構造、放電灯の構造、反射鏡による影響、附属機器類の位置、それらの熱容量や伝熱特性などに起因して、電極間に温度差を生じるものと考えられる。
その結果、アークスポットが固定されずにチラツキが生じやすくなるだけでなく、電極表面への金属蒸気の付着や電極磨耗による変形量に差を生じて、電極間の大きさに差が生じ、交流点灯させようとする場合にアークスポットの制御がより困難になるという問題を生じた。

そこで、発明者は様々な実験を行った結果、ランプ電流を操作することにより電極温度を一定に維持でき、その結果、チラツキを軽減できることを見出した。
すなわち、電極間に同一条件で電流を流したときに電極間に温度差を生じる場合は、低温側となる電極に対し陽極となる時間が長くなるようなランプ電流を供給すればよく、しかも、その時間割合は、高圧放電灯の種類に応じて夫々異なる最適値が存在し、同じ型式の高圧放電灯であればその最適値は等しいということも判明した。

さらに、時間割合を最適値に設定した上で、短周期電流をその極性反転前後のいずれか一方又は双方において電流値を漸増させたり漸減させたりする傾斜波とすることにより、高圧放電灯の種類によっては、より一層、効果的にチラツキを抑えられることが判明した。

そこで本発明は、このような発明者の知見に基づいてなされたもので、交流電流を供給したときに電極間に温度差を生じる高圧放電灯であっても、その温度差に起因するチラツキを有効に抑制できるようにすることを技術的課題としている。

この課題を解決するために、本願発明は、交流のランプ電流を供給して高圧放電灯を点灯させる高圧放電灯点灯装置において、
前記ランプ電流が、予め設定された基準周期で供給される基準周期電流と、それより短い周期の短周期電流とを１周期ずつ交互に入れ替えた電流波形で形成され、
前記基準周期電流及び短周期電流のいずれか一方または双方の極性反転前後のデューティ比を任意に設定するランプ電流形成手段を備え、
前記ランプ電流形成手段が、前記短周期電流の極性反転前後のいずれか一方または双方の電流値を基準周期電流の電流値より高く設定する電流調整器を備えたことを特徴としている。

本願発明によれば、ランプ電流として供給される短周期電流や基準周期電流の極性反転前後のデューティ比を任意に設定できるので、低温側の電極が陽極として動作する時間が長くなるようにデューティ比を設定することにより、低温側の電極温度を上昇させて、各電極の温度をほぼ等しくすることができ、温度差に起因するアークスポットの移動をなくし、チラツキを抑制できる。

ここで、点灯しようとする高圧放電灯と同型の高圧放電灯を用い、電極の陽極及び陰極となる時間割合についてチラツキが最も少なくなる最適値を予め測定しておけば、ランプ電流のデューティ比をその最適値に応じて設定できるので、高圧放電灯の種類ごとに点灯装置を設計するまでもなく、どの高圧放電灯でも１種類の点灯装置で、そのチラツキを有効に抑制することができる。

また、請求項２のように、短周期電流の極性反転前後の少なくとも一方において電流値を漸増させたり、漸減させる傾斜波とすることができるので、傾斜波を使用した方がより効果的にチラツキを抑えることができる高圧放電灯にも使用し得る。

さらに、請求項３のように、短周期電流の電流値を基準周期電流の電流値の１.２倍以上５倍以下とすれば、電極のアークスポット部を温めるのに最も効果があるので、アークスポットが移動しづらくなり、チラツキをさらに有効に防止し得る。

請求項４のように、基準周期電流の周期を１／６０秒以上にすればその極性反転時の点滅によるチラツキは目視不能となり、１／５００秒以下にすれば音響的共鳴現象が発生することもない。
さらに、短周期電流の周期を基準周期の１／４倍以上にすれば、その電流値を基準周期電流より高く設定した場合であっても、電極にかかる負荷がそれほど多くならないので、激しい電極磨耗の問題を生ずることがない。
また、基準周期の１／３０倍以下にすることにより電極のアークスポット部を効率的に温めて、アークスポットの移動に起因するチラツキを防止することができる。

本例では、交流電流を供給したときに電極間に温度差を生じる高圧放電灯であっても、その温度差をなくして安定点灯時のアーク移動及びこれに起因するチラツキを抑制するという課題を、ランプ電流波形に改良を加えることにより実現した。

以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。
図１は本発明に係る点灯装置で生成されるランプ電流を示す説明図、図２は本発明に係る他の点灯装置を示すブロック図、図３は合成波の形成手順を示す説明図、図４はランプ電流の形成手順を示す説明図、図５は他のランプ電流を示す説明図である。

図１は高圧放電灯に供給されるランプ電流Ｉ_Ｌ、基準周期電流Ｉ_Ｂ、短周期電流Ｉ_Ｈの波形であって、ランプ電流Ｉ_Ｌは予め設定された基準周期Ｔ_Ｂで発振する周期１／５００秒以上１／６０秒以下の矩形波からなる基準周期電流Ｉ_Ｂと、周期Ｔ_Ｈがその１／３０倍以上１／４倍以下に設定された図１に示す短周期電流Ｉ_Ｈとが１周期ずつ交互に供給されて形成される。

基準周期電流Ｉ_Ｂの基準周期Ｔ_Ｂを１／５００秒以上１／６０秒以下としたのは、１／６０秒を超えると極性反転時に生ずる点滅が目視可能となってチラツキを生じ、１／５００秒未満とすると音響的共鳴現象が発生するためである。
また、短周期電流Ｉ_Ｈの周期Ｔ_Ｈを基準周期電流Ｉ_Ｂの基準周期Ｔ_Ｂの１／３０以上１／４倍以下に設定したのは、基準周期電流Ｉ_Ｂの１／４倍を超えると、その電流値を基準周期電流Ｉ_Ｂより高く設定した場合に電極に負荷がかかりすぎて激しい電極磨耗の問題を生ずるからであり、１／３０倍未満とすると、電極のアークスポット部を温めることができなくなり、アークスポットが移動してチラツキを生ずる原因となるからである。

基準周期電流Ｉ_Ｂ及び短周期電流Ｉ_Ｈは、点灯させようとする高圧放電灯に応じてその極性反転前後のデューティ比Ｄ_Ｂ＝ｂ_１／ｂ_２及びＤ_Ｈ＝ｈ_１／ｈ_２が予め設定された任意の値に調整されて出力される。
これにより、電極間に同一条件で電流を流したときに電極間に温度差を生じる高圧放電灯において、低温側となる電極に対し陽極となる時間が長くなるようなランプ電流を供給することができ、電極間の温度差に起因するチラツキを防止できる。
しかも、その時間割合は、高圧放電灯の種類に応じて夫々異なる最適値が存在し、同じ型式の高圧放電灯であればその最適値は等しいので、予め実験で求められたデューティ比を設定するまでもなく、ランプの種類ごとに点灯装置を設計するまでもなく１種類の点灯装置で対応することとなる。

また、短周期電流Ｉ_Ｈの極性反転前後の一方または双方の半周期の電流値を基準周期電流Ｉ_Ｂの電流値より高くすることができ、本例では極性反転後の電流値が基準周期電流Ｉ_Ｂの電流値の１.２倍以上５倍以下に設定されている。
電流値を１.２倍以上５倍以下にするのは、電極のアークスポット部を最も効果的に温めてアークスポットを移動し難くするためであり、これによりチラツキを有効に防止することができるからである。

さらに、短周期電流Ｉ_Ｈは、その極性反転前後にわたり電流値が一定の矩形波であっても、極性反転前後のいずれか一方又は双方の電流値を漸増または漸減させて傾斜波とする場合であっても良い。

図２に示す高圧放電灯点灯装置４０は、図１に示すランプ電流Ｉ_Ｌを供給して高圧放電灯Ｌを点灯させるもので、直流電源２から出力された電力をチョッパ回路３へ入力して、スイッチング素子４のデューティ比をコントロールすることにより適切な電流に調整した後、その調整電流Ｉ_Ｃをフルブリッジ回路５へ入力する。
フルブリッジ回路５は、対となるトランジスタＴＲ_１及びＴＲ_１、ＴＲ_２及びＴＲ_２を交互に導通させて、その直流電力を所定のタイミングで反転させて交流のランプ電流Ｉ_Ｌを生成し、イグナイタ回路６によって始動される高圧放電灯Ｌに対して出力するように成されている。

前記チョッパ回路３及びフルブリッジ回路５には、予め設定された基準周期Ｔ_Ｂの基準周期電流Ｉ_Ｂと、それより短い周期Ｔ_Ｈの短い短周期電流Ｉ_Ｈとを１周期ずつ交互に入れ替えた電流波形でランプ電流Ｉ_Ｌを形成すると共に、基準周期電流Ｉ_Ｂ及び短周期電流Ｉ_Ｈのいずれか一方または双方の極性反転前後のデューティ比Ｄ_Ｂ、Ｄ_Ｈを任意に設定可能なランプ電流形成手段４１が接続されている。

このランプ電流形成手段４１は、アナログ回路又はマイコンで形成され、基準周期電流Ｉ_Ｂ及び短周期電流Ｉ_Ｈの周期Ｔ_Ｂ及びＴ_Ｈ、夫々のデューティ比Ｄ_Ｂ及びＤ_Ｈを設定する基礎データ設定器４２と、これらのデータに基づき所定のタイミング信号ＴＳ_１１〜ＴＳ_１３を生成して出力するタイミング信号生成器４３と、基準周期電流Ｉ_Ｂ及び短周期電流Ｉ_Ｈの極性反転タイミングに等しい１周期分の基準周期信号波Ｗ_Ｂ及び短周期信号波Ｗ_Ｈを生成して、夫々を所定のタイミングで個別に出力する基準周期信号発振器４４及び短周期信号発振器４５と、各発振器４４及び４５から出力された基準周期信号Ｓ_Ｂ及び短周期信号Ｓ_Ｈを合成してランプ電流Ｉ_Ｌと等しいタイミングで極性反転する合成信号ＭＳを生成する合波器４６と、それぞれのタイミングを同期させるクロックパルスＣＰを出力するクロックパルス発振器４７を備えている。

そして、ランプ電流形成手段４１には、合波器４６から出力された合成信号ＭＳの極性反転タイミングに基づいてフルブリッジ回路５の対となるトランジスタＴＲ_１及びＴＲ_１、ＴＲ_２及びＴＲ_２を交互に導通させるスイッチ信号を出力するフルブリッジコントロール回路４８と、チョッパ回路３のスイッチング素子４をＰＷＭ制御することによりランプ電流Ｉ_Ｌの電流値や短周期電流Ｉ_Ｈの波形を調整するＰＷＭ制御回路４９が接続されている。

以下、図３を参照しながら、ランプ電流形成手段４１で合成信号ＭＳを生成するまでの手順について説明する。
まず、周期設定器及びデューティ比設定器として機能する基礎データ設定器４２に、点灯しようとする高圧放電灯Ｌに応じて、基準周期電流Ｉ_Ｂの基準周期Ｔ_Ｂを１／５００秒以上１／６０秒以下の範囲で設定し、短周期電流Ｉ_Ｈの周期Ｔ_Ｈをその１／３０倍以上１／４倍以下の範囲で設定すると共に、夫々のデューティ比Ｄ_Ｂ＝ｂ_１／（ｂ_１＋ｂ_２）及びＤ_Ｈ＝ｈ_１／（ｈ_１＋ｈ_２）を設定すると、基準周期信号発振器４４で図３（ａ）に示す波形の基準周期信号波Ｗ_Ｂが生成され、短周期信号発振器４５で図３（ｂ）に示す波形の短周期信号波Ｗ_Ｈが生成される。

タイミング信号生成器４３では、基礎データ設定器４２に設定された各データに基づいて、クロックパルスＣＰに同期させた三種類のタイミング信号ＴＳ_１１〜ＴＳ_１３が出力される（図３（ｃ）及び図４参照）。
タイミング信号ＴＳ_１１は、基準周期信号波Ｗ_Ｂを出力するトリガーとなる信号で、基準周期Ｔ_Ｂ＋周期Ｔ_Ｈの時間間隔で出力されるタイミングパルスＴＰ_１１で構成される。
タイミング信号ＴＳ_１２は、短周期信号波Ｗ_Ｈを出力するトリガーとなる信号で、基準タイミングパルスＴＰ_１１が出力されてから基準周期Ｔ_Ｂ経過後に出力されるタイミングパルスＴＰ_１２で構成される。
タイミング信号ＴＳ_１３は、短周期電流Ｉ_Ｈの極性反転タイミングに同期させるためのもので、タイミングパルスＴＰ_１２が出力されてから、周期Ｔ_Ｈとデューティ比Ｄ_Ｈにより定まる極性反転までの時間Ｄ_Ｈ×Ｔ_Ｈが経過するたびに出力されるタイミングパルスＴＰ_１３で構成される。

基準周期信号発振器４４では、基準周期電流Ｉ_Ｂの極性反転タイミングに等しい１周期分の基準周期信号波Ｗ_Ｂを生成して、タイミング信号ＴＳ_１１のタイミングパルスＴＰ_１１が入力されるたびに一周期ずつ出力することにより基準周期信号Ｓ_Ｂを出力する。

短周期信号発振器４５では、基準周期電流Ｉ_Ｈの極性反転タイミングに等しい１周期分の基準周期信号波Ｗ_Ｈを生成して、タイミング信号ＴＳ_２のタイミングパルスＴＰ_１２が入力されるたびに一周期ずつ出力することにより短周期信号Ｓ_Ｈを出力する。

合波器４６には、基準周期信号発振器４４及び短周期信号発振器４５で生成された基準周期信号Ｓ_Ｂ及び短周期信号Ｓ_Ｈが入力され、これらが重畳されて、基準周期信号波Ｗ_Ｂと短周期信号波Ｗ_Ｈが一周期ずつ交互に出力される合成信号ＭＳが生成されて、フルブリッジコントロール回路４８に出力される。
この合成信号ＭＳの極性反転タイミングは、ランプ電流Ｉ_Ｌの極性反転タイミングに等しいので、フルブリッジコントロール回路４８では、合成信号ＭＳの極性反転タイミングに基づいて、フルブリッジ回路５の対となるトランジスタＴＲ_１及びＴＲ_１、ＴＲ_２及びＴＲ_２を交互に導通するスイッチ信号を出力し、これにより、直流で供給される電流が合成信号ＭＳに同期して極性反転され、交流のランプ電流Ｉ_Ｌとなる。

また、前記タイミング信号生成器４３は、基準周期電流Ｉ_Ｂ及び短周期電流Ｉ_Ｈの電流値を設定する電流調整器５１を介してＰＷＭ制御回路４９に接続されている。
この電流調整器５１は、ランプ電流Ｉ_Ｌの基準周期電流Ｉ_Ｂの電流値に応じた基準電流設定信号ＤＳ_１を出力する基準電流設定器５２と、基準周期電流Ｉ_Ｂの１.２倍以上５倍以下に設定された短周期電流Ｉ_Ｈの電流値に応じた過電流設定信号ＤＳ_２を出力する過電流設定器５３を備えている。
また、各設定器５２及び５３から出力される基準電流設定信号ＤＳ_１及び過電流設定信号ＤＳ_２を択一的にパスさせた電流設定信号ＤＳをＰＷＭ制御回路４９に供給するゲート５４と、このゲート５４を制御するゲートコントローラ５５を備えている。

ゲートコントローラ５５は、前記各タイミング信号ＴＳ_１１〜ＴＳ_１３に基づいて、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、基準電流設定信号ＤＳ_１と過電流設定信号ＤＳ_２を切り換えるゲート信号ＧＳ_１１〜ＧＳ_１３を出力する。
ゲート信号ＧＳ_１１は、図４（ａ）に示すように、短周期電流Ｉ_Ｈの極性反転前のみ電流値が高いランプ電流Ｉ_Ｌを形成する場合に用いられ、タイミング信号ＴＳ_１２のタイミングパルスＴＰ_１２が入力されてから、タイミング信号ＴＳ_１３のタイミングパルスＴＰ_１３が入力される間のみ高レベルとなる。
ゲート信号ＧＳ_１２は、図４（ｂ）に示すように、短周期電流Ｉ_Ｈの極性反転後のみ電流値が高いランプ電流Ｉ_Ｌを形成する場合に用いられ、タイミング信号ＴＳ_１３のタイミングパルスＴＰ_１３が入力されてから、タイミング信号ＴＳ_１１のタイミングパルスＴＰ_１１が入力される間のみ高レベルとなる。
さらに、ゲート信号ＧＳ_１３は、図４（ｃ）に示すように、短周期電流Ｉ_Ｈの極性反転前後の双方、すなわち１周期の間、電流値が高いランプ電流Ｉ_Ｌを形成する場合に用いられ、タイミング信号ＴＳ_１２のタイミングパルスＴＰ_１２が入力されてから、タイミング信号ＴＳ_１１のタイミングパルスＴＰ_１１が入力される間中、高レベルとなる。

そしていずれの場合も、夫々のゲート信号ＧＳ_１１〜ＧＳ_１４が低レベルに維持されている間は、基準電流設定器５２から出力された基準電流設定信号ＤＳ_１がゲート５４をパスしてＰＷＭ制御回路４９に供給され、これによりＰＷＭ制御回路４９から出力されるチョッパ信号ＣＳによりスイッチング素子４が低デューティ比でオンオフ動作を行うので、直流電源２から出力された電力の電流値が例えば基準周期電流Ｉ_Ｂの電流値として設定された定格電流で供給されることとなる。

また、ゲート信号ＧＳ_１１〜ＧＳ_１４が高レベルに維持されている間は、過電流設定器５３から出力された過電流設定信号ＤＳ_１２がゲート５４をパスしてＰＷＭ制御回路４９に供給され、これによりＰＷＭ制御回路４９から出力されるチョッパ信号ＣＳによりスイッチング素子４が高デューティ比でオンオフ動作を行うので、直流電源２から出力された電力の電流値が例えば基準周期電流Ｉ_Ｂの電流値として設定された定格電流の１.２倍〜５倍の電流値で供給されることとなる。

すなわち、ＰＷＭ制御回路４９に供給される電流設定信号はＤＳは、基準電流設定信号ＤＳ_１と過電流設定信号ＤＳ_２からなり、そのレベルに応じてチョッパ信号ＣＳのデューティ比が変化するので、短周期電流Ｉ_Ｈの極性反転前後の一方又は双方に同期する部分の電流値を基準周期電流Ｉ_Ｂの１.２倍以上５倍以下に設定することができる。

さらに、過電流設定器５３には、短周期電流Ｉ_Ｈの極性反転前後の少なくとも一方において電流値を漸増または漸減させて傾斜波とする波形設定器５６が接続されている。
この波形設定器５６は、過電流設定器５３から出力される電流設定信号ＤＳ_２を短周期電流Ｉ_Ｈの極性反転前後でそれぞれ漸増又は漸減させるためのコントロール信号を出力する。

図５（ａ）〜（ｄ）は、短周期電流Ｉ_Ｈの極性反転前後のいずれか一方で電流値を漸増又は漸減させたランプ電流Ｉ_Ｌと、夫々のランプ電流Ｉ_Ｌを形成する電流設定信号ＤＳ及び調整電流Ｉ_Ｃを示し、図５（ｅ）〜（ｈ）は、短周期電流Ｉ_Ｈの極性反転前後の双方で電流値を漸増又は漸減させたランプ電流Ｉ_Ｌと、夫々のランプ電流Ｉ_Ｌを形成する電流設定信号ＤＳ及び調整電流Ｉ_Ｃを示す。
調整電流Ｉ_Ｃの電流値は、チョッパ信号ＣＳのデューティ比に比例し、デューティ比は電流設定信号ＤＳのレベルに依存するので、図５に示すように、過電流設定信号ＤＳ_２のレベルを経時的に変化させることにより、ランプ電流Ｉ_Ｌの短周期電流Ｉ_Ｈを傾斜波とすることができる。

以上が本発明の一構成例であって、次にその作用について説明する。
まず、点灯させようとする高圧放電灯Ｌと同型の放電灯について予め実験を行い、基準周期電流Ｉ_Ｂ及び短周期電流Ｉ_Ｈの周期Ｔ_Ｂ及びＴ_Ｈと、極性反転前のデューティ比Ｄ_Ｂ及びＤ_Ｈについてチラツキを抑制し得る最適値を求め、その値を、基礎データ設定器４２に設定する。

また、同様に、基準周期電流Ｉ_Ｂ及び短周期電流Ｉ_Ｈの電流値を電流設定器５２及び５３に設定すると共に、過電流とする場合にその電流値と過電流にする部分（極性反転前後のいずれか一方または双方）をゲートコントローラ５５で設定する。
さらに、電流値を漸増又は漸減させる傾斜波とする場合は、傾斜波の形状（漸増・漸減）及び傾斜波とする部分（極性反転前後のいずれか一方または双方）どの部分を傾斜波とするか波形設定器５６に設定する。

これにより、タイミング信号生成器４３から三種類のタイミング信号ＴＳ_１１〜ＴＳ_１３が出力され、基準周期信号発振器４４から出力された基準周期信号Ｓ_Ｂと、短周期信号発振器４５から出力された短周期信号Ｓ_Ｈが合波器４６で重畳されて合成信号ＭＳが生成されて、これがフルブリッジコントロール回路４８に出力される。

また、電流設定器５２及び５３から出力される基準電流設定信号ＤＳ_１及び過電流設定信号ＤＳ_２を所定のタイミングで切替供給される電流設定信号ＤＳがゲート５４を介してＰＷＭ制御回路４９に供給される。

ここで、短周期電流Ｉ_Ｈの極性反転前の電流値のみを基準電流より高い過電流とする場合は、図４（ａ）に示すように、ゲートコントローラ５５からゲート信号ＧＳ_１を出力させると、短周期電流Ｉ_Ｈの極性反転前に対応する部分を過電流設定信号ＤＳ_２とし、その他の部分を基準電流設定信号ＤＳ_１とする電流設定信号ＤＳがＰＷＭ制御回路４９に出力される。
ＰＷＭ制御回路４９からは電流設定信号ＤＳのレベルに応じたデューティ比のチョッパ信号ＣＳが出力されて、このチョッパ信号ＣＳのデューティ比でスイッチ素子４がオンオフ動作される。
これにより、電源２から出力された直流電力の電流値が調整されて、短周期電流Ｉ_Ｈの極性反転前に対応する部分が過電流に等しく、それ以外の部分が基準電流に等しい調整電流Ｉ_Ｃが、チョッパ回路３からフルブリッジ回路５に出力される。
そして、フルブリッジ回路５で、フルブリッジコントロール回路４８により合成信号ＭＳと等しい極性反転タイミングで対となるトランジスタＴＲ_１及びＴＲ_１、ＴＲ_２及びＴＲ_２が交互に導通されて、調整電流Ｉ_Ｃが合成信号ＭＳと同期して極性反転されて、所望のランプ電流Ｉ_Ｌが形成される。

短周期電流Ｉ_Ｈの極性反転後の電流値のみを基準電流より高い過電流とする場合は、図４（ｂ）に示すように、ゲートコントローラ５５からゲート信号ＧＳ_２を出力させると、短周期電流Ｉ_Ｈの極性反転後に対応する部分を過電流設定信号ＤＳ_２とし、その他の部分を基準電流設定信号ＤＳ_１とする電流設定信号ＤＳがＰＷＭ制御回路４９に出力される。
ＰＷＭ制御回路４９から出力されたチョッパ信号ＣＳによりスイッチ素子４がオンオフ動作され、電源２から出力された直流電力の電流値が調整されて、短周期電流Ｉ_Ｈの極性反転後に対応する部分が過電流に等しく、それ以外の部分が基準電流に等しい調整電流Ｉ_Ｃが、チョッパ回路３からフルブリッジ回路５に出力される。
そして、フルブリッジ回路５により、調整電流Ｉ_Ｃが合成信号ＭＳと同期して極性反転されて、所望のランプ電流Ｉ_Ｌが形成される。

短周期電流Ｉ_Ｈの極性反転前後双方の電流値を基準電流より高い過電流とする場合は、図４（ｃ）に示すように、ゲートコントローラ５５からゲート信号ＧＳ_３を出力させると、短周期電流Ｉ_Ｈの一周期に対応する部分を過電流設定信号ＤＳ_２とし、基準周期電流Ｉ_Ｂの一周期に対応する部分を基準電流設定信号ＤＳ_１とする電流設定信号ＤＳがＰＷＭ制御回路４９に出力される。
ＰＷＭ制御回路４９から出力されたチョッパ信号ＣＳによりスイッチ素子４がオンオフ動作され、電源２から出力された直流電力の電流値が調整されて、短周期電流Ｉ_Ｈの極性反転後に対応する部分が過電流に等しく、それ以外の部分が基準電流に等しい調整電流Ｉ_Ｃが、チョッパ回路３からフルブリッジ回路５に出力される。
そして、フルブリッジ回路５により、調整電流Ｉ_Ｃが合成信号ＭＳと同期して極性反転されて、所望のランプ電流Ｉ_Ｌが形成される。

さらに、短周期電流Ｉ_Ｈを傾斜波にする場合は、図５に示すように、過電流設定信号ＤＳ_２を短周期電流Ｉ_Ｈの極性反転前後でそれぞれ漸増又は漸減させるコントロール信号を波形設定器５６から過電流設定器５３に出力させて、過電流設定器５３から出力される過電流設定信号ＤＳ_２を傾斜させることにより、ＰＷＭ制御回路４９から、そのレベル変化に応じたデューティ比変化を伴うチョッパ信号ＣＳを出力させ、短周期電流Ｉ_２に対応する部分を傾斜させた調整電流Ｉ_Ｃが出力される。
したがって、この調整電流Ｉ_Ｃを合成信号ＭＳの極性反転タイミングに同期させてフルブリッジ回路５で極性反転させれば、それぞれ、短周期電流Ｉ_Ｈが極性反転前後で傾斜波となったランプ電流Ｉ_Ｌが得られる。

本発明の高圧放電灯点灯装置４０を用いて定格ランプ電力１３５Ｗの同一仕様の超高圧水銀放電灯について、図４及び図５に示す様々なランプ電流Ｉ_Ｌを用いて、基準周期電流Ｉ_Ｂ及び短周期電流Ｉ_Ｈの周期Ｔ_Ｂ及びＴ_Ｈ、デューティ比Ｄ_Ｂ及びＤ_Ｈを様々に変化させて設定し、正常点灯時のランプ電流値よりも３倍程度の過入力の電流値で点灯させるエージング試験を行ってスクリーン照度測定を行ったところ、以下の条件のランプ電流Ｉ_Ｌで点灯させた場合に、最も有効にアークの移動に伴うスクリーン照度変化を減少させることができ、スクリーン上でのチラツキを防止できた。
基準周期電流Ｉ_Ｂの周期Ｔ_Ｂ＝１／１００秒、
基準周期電流Ｉ_Ｂのデューティ比Ｄ_Ｂ＝５／１０（ｂ_１：ｂ_２＝５：５）、
短周期電流Ｉ_Ｈの周期Ｔ_Ｈ＝１／２０００秒、
短周期電流Ｉ_Ｈのデューティ比Ｄ_Ｈ＝４／１０（ｈ_１：ｈ_２＝４：６）、
過電流：基準電流値の２.２倍
過電流部分：短周期電流Ｉ_Ｈの極性反転後
過電流部分の波形：漸増

したがって、この超高圧水銀放電灯と同じ型式の放電灯を点灯させる場合は、実験で求めた夫々の値を高圧放電灯点灯装置４０のランプ電流形成手段４１に設定して点灯させれば、実験と同一条件で点灯させることができるので、その結果、最も有効にアークの移動に伴うスクリーン照度変化を減少させることが期待でき、電流値を過入力ではなく正常点灯時のランプ電流値にする以外は実験と同一条件で点灯試験をしたところスクリーン上でのチラツキを防止できた。

なお、基準周期電流Ｉ_Ｂの基準周期Ｔ_Ｂを１／６０秒より長くすると点滅が目視可能となってチラツキを生じ、基準周期を１／５００秒未満とすると音響的共鳴現象が発生する。
また、短周期電流Ｉ_Ｈの周期Ｔ_Ｈを基準周期Ｔ_Ｂの１／４倍より大きくすると電極に負荷がかかって激しい電極磨耗を生じ、周期Ｔ_Ｈを基準周期Ｔ_Ｂの１／３０倍未満とすると、電極のアークスポット部を温めることができなくなって、アークスポットが移動し、チラツキを生ずることとなる。

さらに、短周期電流Ｉ_Ｈの極性反転前後のいずれか一方又は双方の電流値を、基準周期電流Ｉ_Ｂの電流値の１.２倍以上５倍以下にするのは、電極のアークスポット部を温めるのに最も効果があり、アークスポットが移動し難くなるからである。
また、短周期電流Ｉ_Ｈの極性反転前後のデューティ比を可変にすることにより、高圧放電灯の種類ごとに異なる最適なデューティ比に設定することができるので、高圧放電灯点灯装置４０を高圧放電灯Ｌの種類ごとに設計する手間や面倒をなくすだけでなく、製造コストが軽減され、在庫管理を容易にして、生産効率を向上させることができるというメリットがある。

なお、基準周期電流Ｉ_Ｂは短周期電流Ｉ_Ｈに比して周期が長いことから、デューティ比Ｄ_Ｂを僅かに変えるだけで、各電極へ供給される電力の極性変化の影響が大きい。
したがって、通常のランプ電流で点灯したときに著しい温度差が生ずるような高圧放電灯を点灯させる場合は、まず、基準周期電流Ｉ_Ｂのデューティ比Ｄ_Ｂで概ね温度差をなくし、短周期電流Ｉ_Ｈのデューティ比Ｄ_Ｈを調整することにより、微調整を行えばよい。
また、電極間に著しい温度差が生じない場合は、上述したように短周期電流Ｉ_Ｈのデューティ比Ｄ_Ｈのみを調整すれば足りる。

以上述べたように、本実施例によれば、基準周期電流Ｉ_Ｂ及び短周期電流Ｉ_Ｈの極性反転前後のデューティ比を可変調節できるので、交流電流を供給したときに電極間に温度差を生じる高圧放電灯であっても、デューティ比をその高圧放電灯に応じた最適値に調節することにより、電極温度差を無くして、これに起因するチラツキを有効に抑制することができるという優れた効果を奏する。
さらに、高圧放電灯Ｌの種類やランプ電力に応じて、周期、電流値、デューティ比などの各要素を夫々の設定範囲内で調整することにより、確実にスクリーン上のチラツキを防止することができるという効果がある。

本発明は、照度を均一にし、且つ、チラツキを極めて少なくすることが厳しく要求される液晶プロジェクターなどのバックライト用光源装置の用途に用いて好適である。

本発明の他の点灯装置で生成されるランプ電流を示す説明図。 本発明に係る他の点灯装置を示すブロック図。 合成波の形成手順を示す説明図。 ランプ電流の形成手順を示す説明図。 ランプ電流の他の例を示す説明図。 従来の点灯装置を示すブロック図。

符号の説明

４０ 高圧放電灯点灯装置
３ チョッパ回路
５ フルブリッジ回路
Ｌ 高圧放電灯
４１ ランプ電流形成手段
４４ 基準周期信号発振器
４５ 短周期信号発振器
４６ 合波器
４８ フルブリッジコントロール回路
４９ ＰＷＭ制御回路
５１ 電流調整器
５６ 波形設定器
Ｉ_Ｌ ランプ電流
Ｉ_Ｂ 基準周期電流
Ｉ_Ｈ 短周期電流

Claims (5)

1. 交流のランプ電流を供給して高圧放電灯を点灯させる高圧放電灯点灯装置において、
   前記ランプ電流が、予め設定された基準周期で供給される基準周期電流と、それより短い周期の短周期電流とを１周期ずつ交互に入れ替えた電流波形で形成され、
   前記基準周期電流及び短周期電流のいずれか一方または双方の極性反転前後のデューティ比を任意に設定するランプ電流形成手段を備え、
   前記ランプ電流形成手段が、前記短周期電流の極性反転前後のいずれか一方または双方の電流値を基準周期電流の電流値より高く設定する電流調整器を備えたことを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
2. 前記ランプ電流形成手段が、前記短周期電流の極性反転前後のいずれか一方または双方の電流値を漸増または漸減させて傾斜波とする波形設定器を備えた請求項１記載の高圧放電灯点灯装置。
3. 前記電流調整器で、短周期電流の電流値が基準周期電流の電流値の１.２倍以上５倍以下に設定される請求項１記載の高圧放電灯点灯装置。
4. 前記ランプ電流形成手段が、基準周期電流の基準周期を１／５００秒以上１／６０秒以下、短周期電流の周期を基準周期の１／３０倍以上１／４倍以下に設定する周期設定器を備えた請求項１記載の高圧放電灯点灯装置。
5. 交流のランプ電流を供給して高圧放電灯を点灯させる高圧放電灯点灯方法において、
   予め設定された基準周期の基準周期電流と、それより短い周期の短周期電流とを１周期ずつ交互に入れ替えた電流波形で前記ランプ電流を形成し、
   前記基準周期電流及び短周期電流のいずれか一方または双方の極性反転前後のデューティ比を前記高圧放電灯に応じて設定されたデューティ比に調整し、
   前記短周期電流の極性反転前後のいずれか一方または双方の電流値を基準周期電流の電流値より高く設定することを特徴とする高圧放電灯点灯方法。

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