JP4605406B2 - 高圧放電灯点灯装置及び光源装置 - Google Patents

Description

本発明は交流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それを用いた光源装置並びに高圧放電灯の点灯方法に関する。

反射鏡と組み合わされた短アークの高圧放電灯を用いた光源装置は、プロジェクタやプロジェクションＴＶ等のバックライトとして用いられている。
近年、これらの高圧放電灯は、更なる明るさの向上や小型化、長寿命化等様々な特性の改善が要求されている。特に長寿命化は要求が高く、更なる改善が必要とされている。そして、長寿命化のためにはアーク長を寿命期間中に維持することが重要な課題となっており、より具体的には高圧放電灯の点灯電圧（以下、「ランプ電圧」という）を一定に維持することが必要とされる。

そのため、これらの高圧放電灯には水銀と微量のハロゲンが封入されており、点灯中に蒸発した電極材のタングステンがハロゲンサイクルによって電極先端に戻り、寿命期間中のアーク長変化を抑制し、ランプ電圧を維持している。
しかし実際には、高圧放電灯の累積点灯時間が数十時間程度の初期に、ランプ電圧は低下し、その後長期にわたる寿命期間中においてはランプ電圧が暫時上昇することが知られている。
また、寿命期間中においてはランプ個々のばらつき、外気温などの点灯条件のばらつきによってもランプ電圧が上昇や下降といった挙動を見せる。

しかしながら、これらのランプ電圧の変動を同じ点灯周波数条件で制御することは難しいことから、周波数を変化させる事により改善を試みる提案もなされている。例えば、特許文献１に記載されているように、ランプ点灯時のランプ電圧に応じて点灯周波数を変化させることによりランプ電圧を制御する方法がその１つである。具体的には、ランプ電圧がある基準値よりも低くなった場合は点灯周波数を高くし、ランプ電圧がある基準値よりも高くなった場合は点灯周波数を低くするという制御をしている。これは、ランプ点灯周波数が高い場合はランプ電圧の挙動が上昇傾向にあり、逆に点灯周波数が低い場合はランプ電圧の挙動が下降傾向にあるという既知の事実に基づいた制御である（以下、それぞれ「高周波」、「低周波」という）。

また別の方策として、例えば特許文献２のように、２つ以上の異なる点灯周波数に複数回切替えて変化させてランプを点灯させる制御が提案されている。すなわち、当初から高周波成分及び低周波成分を含む複数の周波数成分を所定のバランスで合成したランプ電流波形を採用し、高周波による効果及び低周波による効果を複合的に発揮させようというものである。

より具体的には、高圧放電灯に図９で示す複数の点灯周波数を組み合わせた交流矩形波電流を流し、前記高圧放電灯を点灯させている。そして図１０（ａ）は、その点灯試験における累積点灯時間と輝度維持率の関係を表すグラフであり、図１０（ｂ）は、その点灯試験における累積点灯時間とランプ電圧の関係を表すグラフである。この試験結果においては、ランプの寿命における輝度維持率、及びランプ電圧の挙動が良好になるように、複数の点灯周波数が任意に選択され、またその組み合わせを切り替えながら前記高圧放電灯を点灯させる設計となっている。

しかしながら、ランプの寿命中においてはランプ個々の特性バラツキ、点灯条件などから電極突起の成長、消耗を制御、維持する最適な条件も変化していく。そのため、複数の点灯周波数によるランプ電圧制御においても、ランプのパラメータを検出し、その点灯パラメータに応じて点灯周波数条件を変化させることが望ましい。

さらに、光源装置においてはランプの点灯周波数に同期した微小な輝度変化が存在し、これと光源装置内の映像同期信号の周波数とが干渉し合うことにより、投写映像に縞模様が表れてしまうことがある。これを回避するためには、ランプの実用的な点灯周波数範囲の中で何種類かの限定された点灯周波数しか適用することができないため、任意に点灯周波数を変化させることができない場合も考慮することが望ましい。

以上を考慮すると、複数の点灯周波数を組合せ、点灯中のランプパラメータに応じて前記点灯周波数の組合せを変化させる制御を実施すれば、理想的なランプ電圧制御が可能であると考えられた。そして、これによりアーク長の変化が抑制され、長寿命化が可能であると考えられていた。
特開２００６−１８５６６３号公報 特許第３８５１３４３号

しかしながら、発明者らがランプ点灯周波数切替えによるランプ電圧制御に関する研究を重ねた結果、上記のように複数の点灯周波数を組合せて点灯中のランプパラメータに応じて前記点灯周波数の組合せを変化させる制御を行うだけでは問題があることが明らかになった。

発明者らは、ランプ点灯周波数切り替え機能を有する高圧放電灯点灯装置を試作し、その点灯装置にてランプの点灯試験を実施し、試験中のランプ電圧観測、測定を行なった。
その結果、確かに高周波では点灯中のランプ電圧は上昇傾向にあり、逆に低周波ではランプ電圧は下降傾向にあるものの、それは点灯時間内で長期的に観測した場合の結果であり、点灯周波数を切替えた直後にはランプ電圧が全く異なる挙動を示すことが確認された。

すなわち、図１１に示すように、点灯周波数を低周波から高周波に切替えるとランプ電圧は（長期的には上昇するはずであるにもかかわらず）短期的に数Ｖから十数Ｖ低下し、逆に点灯周波数を高周波から低周波に切替えるとランプ電圧は（長期的には低下するはずであるにもかかわらず）短期的に数Ｖから十数Ｖ上昇するという挙動を示すことが分かった。

ランプ電圧がこのような挙動を見せるのは、以下のような理由であると考えられる。
低周波から高周波に切り替える場合、極性反転するまでの時間が短くなる。陽極動作をしている側の電極先端での電子衝突回数が減少し、電極先端温度が低下する。切替直後は急激に電極先端温度が低下するため電極蒸発が少なく、短期間においては電極先端突起に新たな突起が形成されるため、アーク長が短くなり、ランプ電圧低下を引き起こす。しばらく高周波で点灯を続けると、既知の事実の通り、突起は蒸発し、ランプ電圧が上昇を開始する。

逆に、高周波から低周波に切り替える場合、極性反転するまでの時間が長くなる。電極先端での電子衝突回数が増えることで、電極先端温度が上昇し、電極の蒸発が促進されるものと考えられる。切替直後は電極先端温度が急激に上昇するため、電極先端突起が蒸発し、アーク長が長くなり、ランプ電圧上昇を引き起こすが、しばらく低周波で点灯を続けると、ハロゲンサイクルにより、電極先端突起が再形成され、ランプ電圧が下降を開始する。

そのため、特許文献１の制御のように、ランプ電圧がある基準値を下回った場合に点灯周波数をランプ電圧が上昇傾向の高周波に単純に切替えると、切替えた直後はランプ電圧がさらに数Ｖから十数Ｖ低下してしまう。結果として、所望のランプ電圧範囲にランプ電圧を維持することができず、点灯装置の出力電流が過大となり、部品温度上昇などの不具合が生じ、またランプ電圧が定電力範囲を下回った場合などはランプを定格電力で点灯することが出来なくなるなどの不具合を生じる。

逆に、ランプ電圧がある基準値を上回った場合に、点灯周波数をランプ電圧が下降傾向の低周波に単純に切替えると、切替えた直後はランプ電圧がさらに数Ｖから十数Ｖ上昇してしまう。結果として、ランプ電圧をある範囲に維持することができなくなり、結果としてアーク長が長くなり、照度低下等の不具合を引き起こしてしまう。

また、発明者らはさらに研究を重ね、複数の点灯周波数でランプを点灯させる高圧放電灯点灯装置を試作し、ランプ電圧が上昇傾向の高周波とランプ電圧が下降傾向の低周波を組合せ、ランプ点灯中にそれぞれの点灯周波数の単位時間あたりに含まれる含有率を変化させる試験を実施した。

すると、複数の点灯周波数を組み合わせてランプを点灯した場合でも、図１２に示すように前記した点灯周波数切り替えによるランプ電圧の短期的な変化と同様の現象が確認された。すなわち、ランプ電圧を低下させようとして単位時間あたりの低周波の含有率を上げると直後にランプ電圧が数Ｖ上昇してしまい、逆にランプ電圧を上昇させようとして単位時間あたりの高周波の含有率を上げると直後にランプ電圧が数Ｖ下降してしまった。

従って、点灯周波数の切替制御については、各周波数とランプ電圧に関する長期的な視点とは別に、短期的な視点からも適切な制御を行なう必要があることが分かってきた。

本発明の第１の側面は、対向配置された一対の電極を有する高圧放電灯を複数の周波数成分からなる合成電流波形で交流点灯させる高圧放電灯点灯装置であって、複数の周波数成分の単位時間当たりの含有構成比を制御する制御手段、その含有構成比に従った合成電流波形を高圧放電灯に印加する出力手段、及び高圧放電灯に関するランプパラメータを検出する検出手段を備え、制御手段が、ランプパラメータが第１の状態となった場合に含有構成比を第１の含有構成比へ移行させ、ランプパラメータが第２の状態となった場合には含有構成比を第２の含有構成比へ移行させ、第１の含有構成比から第２の含有構成比への移行の際に、又は第２の含有構成比から第１の含有構成比への移行の際に含有構成比を段階的に変化させるよう構成された高圧放電灯点灯装置である。

本発明の第２の側面は、対向配置された一対の電極を有する高圧放電灯を周波数成分ｆ１及びｆ２（ｆ１＜ｆ２）からなる合成電流波形で交流点灯させる高圧放電灯点灯装置であって、周波数成分ｆ１及びｆ２の単位時間当たりの各含有率を制御する制御手段、その含有率に従った合成電流波形を高圧放電灯に印加する出力手段、及び高圧放電灯のランプ電圧を検出する検出手段を備え、制御手段が、ランプ電圧が所定値Ｖを超えた場合にｆ２の含有率をＲ_Ｌ％へと移行させ、ランプ電圧が所定値Ｖ´未満となった場合にｆ２の含有率をＲ_Ｈ％（０≦Ｒ_Ｌ＜Ｒ_Ｈ≦１００）へと移行させるよう構成され、さらに、含有率Ｒ_Ｌ％からＲ_Ｈ％への移行の際に、又は含有率Ｒ_Ｈ％からＲ_Ｌ％への移行の際に含有率を段階的に変化させるよう構成された高圧放電灯点灯装置である。

本発明の第３の側面は、対向配置された一対の電極を有する高圧放電灯を複数の周波数成分ｆ１〜ｆｎ（ｎ≧３、ｆｎ−１＜ｆｎ）からなる合成電流波形で交流点灯させる高圧放電灯点灯装置であって、周波数成分ｆ１〜ｆｎの単位時間当たりの含有構成比を制御する制御手段、その含有構成比に従った合成電流波形を高圧放電灯に印加する出力手段、及び高圧放電灯のランプ電圧を検出する検出手段を備え、制御手段が、ランプ電圧が所定値Ｖを超えた場合に含有構成比を第１の含有構成比Ｃ_１へ移行させ、ランプ電圧が所定値Ｖ´未満となった場合に含有構成比を第２の含有構成比Ｃ_２へ移行させるよう構成され、第２の含有構成比Ｃ_２における平均周波数が第１の含有構成比Ｃ_１における平均周波数がよりも高く、さらに、第１の含有構成比Ｃ_１から第２の含有構成比Ｃ_２への移行の際に、又は第２の含有構成比Ｃ_２から第１の含有構成比Ｃ_１への移行の際に含有構成比を段階的に変化させるよう構成された高圧放電灯点灯装置である。

上記第１から第３の側面において、含有構成比又は含有率の段階的変化が１回の移行当たり１分〜１時間で完了する構成とした。
さらに、含有構成比又は含有率の段階的変化が１回の移行当たり１０分〜３０分で完了する構成とした。
また、高圧放電灯点灯装置がプロジェクタに使用される場合に、複数の周波数成分を、プロジェクタに使用される映像同期信号と干渉しない周波数成分とした。

本発明第４の側面は、上記第１から第３の側面の高圧放電灯点灯装置及び高圧放電灯を内包したプロジェクタからなる光源装置である。

本発明の第５の側面は、カラーホイールを用いるＤＬＰ（デジタル・ライティング・プロセッサ）システムに使用され、対向配置された一対の電極を有する高圧放電灯を合成電流波形で交流点灯させる高圧放電灯点灯装置であって、合成電流波形が第１のセットの電流波形及び第２のセットの電流波形の組み合わせからなり、第１及び第２のセットがカラーホイールの回転速度及びカラーホイールのセグメントの分割位置の少なくとも１つに対応して反転される波形であり、第１及び第２のセットの各期間長がカラーホイールの１回転に相当する長さであり、第２のセットにおける平均周波数が第１のセットにおける平均周波数よりも高く、合成電流波形における第１及び第２のセットの単位時間当たりの含有率を制御する制御手段、カラーホイールの回転についての同期信号を検知する検知手段、同期信号及び含有率に従った合成電流波形を高圧放電灯に印加する出力手段、及び高圧放電灯のランプ電圧を検出する検出手段を備え、制御手段が、ランプ電圧が所定値Ｖを超えた場合に第２のセットの含有率をＲ_Ｌ％とし、ランプ電圧が所定値Ｖ´未満となった場合に第２のセットの含有率をＲ_Ｈ％（０≦Ｒ_Ｌ＜Ｒ_Ｈ≦１００）とするよう構成され、さらに、含有率Ｒ_Ｌ％からＲ_Ｈ％への移行の際、又は含有率Ｒ_Ｈ％からＲ_Ｌ％への移行の際に含有率が段階的に変化するよう構成された高圧放電灯点灯装置である。

本発明第６の側面は、上記第５の側面の高圧放電灯点灯装置、高圧放電灯及びカラーホイールを備えたＤＬＰシステムからなる光源装置である。

本発明によると、複数の点灯周波数の単位時間あたりの含有率（又は含有構成比、以下同じ）を変化させる際に、その含有率を段階的に変化させることで短期的発生する不要なランプ電圧の上昇、または下降を抑えることが可能となり、所望のランプ電圧制御が実現可能となる。
また、本発明は使用可能な点灯周波数に制約がある場合でも、複数の点灯周波数を組み合わせ、さらにランプパラメータに応じて各周波数の単位時間あたりの含有率を変化させることで、ランプ電圧を良好に制御することができる。
また、本発明は周波数を連続的に変化させる制御ではないので、カラーホイールの回転数やセグメントの数に限定された周波数しか選択できないＤＬＰシステムなどにも有効な制御となる。

＜本発明の概要＞
図１は本発明の回路構成図である。図１について以下に説明する。本発明の高圧放電灯点灯装置は、全波整流回路１０、全波整流回路１０の直流電圧をＰＷＭ（パルス幅変調）制御回路により所定のランプ電力又はランプ電流に制御する降圧チョッパ回路２０、降圧チョッパ回路２０の直流出力電圧を交流矩形波電流に変換してランプ６０に印加するためのフルブリッジ回路４０、ランプ始動時に高圧パルス電圧をランプに印加するためのイグナイタ回路５０、並びに降圧チョッパ回路２０及びフルブリッジ回路４０を制御するための制御回路３０で構成されている。なお、図面を見やすくするために整流回路１０として全波整流・コンデンサインプット型の回路を示しているが、必要に応じて昇圧回路（力率改善回路）等も含むものとする。

降圧チョッパ回路２０はＰＷＭ制御回路３４によってＰＷＭ制御されるトランジスタ２１、ダイオード２２、チョークコイル２３、及び平滑コンデンサ２４で構成され、全波整流回路１０から供給される直流電圧を所定のランプ電力又はランプ電流に変換するように制御される。フルブリッジ回路４０はブリッジ制御回路４５によってトランジスタ４１及び４４の組とトランジスタ４２及び４３の組とが所定の周波数で交互にオン／オフするように制御される。これにより、ランプ６０に（基本的には矩形波の）交流電流が印加される。ランプ６０には定格電力５０〜４００Ｗ程度のものを想定している。なお、上記の所定のランプ電力又はランプ電流の値及び所定の周波数は制御回路３０内の中央制御部３５によって決定される。また、定ランプ電流制御には抵抗３３による検出ランプ電流を、定ランプ電力制御には抵抗３１及び３２による検出ランプ電圧と検出ランプ電流の乗算値を中央制御部３５内において必要に応じて使用することができる。

本発明は、選択された周波数成分からなる合成点灯周波数にて高圧放電灯を点灯し、点灯時のランプパラメータを検出し、検出結果に応じて各点灯周波数の単位時間あたりの含有率（又は含有構成比、以下同じ）を調整するものである。ここで単位時間について補足すると、時間的な制約は特にないが、ランプの点灯条件を平均的に安定させることを考慮すると、数秒以内と規定するのが望ましい。また、含有率についても時間で制御する方法、サイクル数で制御する方法があり、同等の効果を得られるが、本実施例では時間での制御を示す。

含有率の調整については例えばランプ電圧を検出し、その検出結果がある基準値Ｖ_Ａよりも低くなった場合は単位時間あたりのｆ１の含有率を低い状態に調整し、逆に別のある基準値Ｖ_Ｂよりも高くなった場合は単位時間あたりのｆ１の含有率が高くなるように調整する（基準値Ｖ_Ａ＜基準値Ｖ_Ｂ）。

また、単位時間あたりの含有率を調整する際に、移行期間を設けてその含有率を段階的に徐々に変化させる制御が行われる。これは含有率を急に変化させると図１２に示したように短期的にランプ電圧が（長期的に意図する作用とは逆に）上昇または下降してしまうので、これにより明るさの変化や前述したような部品の温度上昇等の不具合が生じるのを回避するためである。

具体例として、例えば（ｆ１＝３０％／ｆ２＝７０％）という含有率で点灯していた状態から（ｆ１＝７０％／ｆ２＝３０％）という含有率に変化させる場合において、例えばまず（ｆ１＝６０％／ｆ２＝４０％）に変化させて５分点灯し、次に（ｆ１＝５０％／ｆ２＝５０％）に変化させて５分点灯し、さらに次に（ｆ１＝６０％／ｆ２＝４０％）に変化させて５分点灯し、最終的に（ｆ１＝７０％／ｆ２＝３０％）に変化させるというような段階的な含有率調整を行なう。

この点灯周波数含有率を調整する際の、調整にかける段階数とその時間については、当然のことながら段階数は多い方が各含有率変化点での変化率が小さいため、ランプ電圧の変動を小さくすることができるので、実仕様において無理のない範囲で段階が多い設定とすればよい。時間についても同様に長い方が各含有率変化点での変化が小さくなるが、長くしすぎることで最終的な含有率へ変化させるまでに時間がかかり、ランプ電圧制御にも時間がかかることになって適切なランプ電圧制御とならないことが考えられる。従って、１時間程度以内に設定するのが望ましい。

＜設計例１＞
上記を考慮した上で、発明者らは本発明の最も好適な実施例として以下のような高圧放電灯点灯装置を設計した。
ここで、本実施例で用いた光源装置（液晶プロジェクタ）により限定された周波数が、５０Ｈｚ、８２Ｈｚ、１１０Ｈｚ、１６５Ｈｚ、１９０Ｈｚ、３８０Ｈｚであったため、点灯用の周波数として、８２Ｈｚ及び３８０Ｈｚを選択した。なお、使用ランプの定格電力は１７０Ｗである。
ランプ点灯用の（最終的に到達する）周波数含有構成比は、Ｃ１Ｌ：（８２Ｈｚ＝７０％／３８０Ｈｚ＝３０％）、Ｃ１Ｈ：（８２Ｈｚ＝３０％／３８０Ｈｚ＝７０％）の２種類とした。なお、単位時間は１秒である。

ここで高圧放電灯点灯装置はランプ点灯中のランプ電圧を検出し、ランプ電圧が基準値Ｖ１を超えた場合はＣ１Ｌで点灯し、ランプ電圧が基準値Ｖ１を下回った場合はＣ１Ｈで点灯する。ここで基準値Ｖ１はヒステリシスを持った値とし、Ｃ１ＬからＣ１Ｈに切替る時の基準値Ｖ１は６５Ｖであり、Ｃ１ＨからＣ１Ｌに切替る時の基準値Ｖ１´は７５Ｖである。

この切替え時の移行期間仕様は、ランプ電圧がＶ１（６５Ｖ）未満となった場合に、Ｃ１Ｌ→Ｃ１ａ→Ｃ１ｂ→Ｃ１ｃ→Ｃ１Ｈと移行し、ランプ電圧がＶ１´（７５Ｖ）を超えた場合に、Ｃ１Ｈ→Ｃ１ｃ→Ｃ１ｂ→Ｃ１ａ→Ｃ１Ｌと移行するものである。なお、Ｃ１ａ、Ｃ１ｂ及びＣ１ｃの継続時間は５分である。
Ｃ１Ｌ：（８２Ｈｚ＝７０％／３８０Ｈｚ＝３０％）
Ｃ１ａ：（８２Ｈｚ＝６０％／３８０Ｈｚ＝４０％）［５分継続］
Ｃ１ｂ：（８２Ｈｚ＝５０％／３８０Ｈｚ＝５０％）［５分継続］
Ｃ１ｃ：（８２Ｈｚ＝４０％／３８０Ｈｚ＝６０％）［５分継続］
Ｃ１Ｈ：（８２Ｈｚ＝３０％／３８０Ｈｚ＝７０％）

図２は、上記設計例において、２時間ごとに周波数含有率を変化させる実験の結果であり、ランプ電圧の挙動を示すグラフである。図２において、Ｔで示す期間が上記のＣ１ＬとＣ１Ｈの間の移行期間であり、残りの期間がＣ１Ｈ又はＣ１Ｌを維持する期間である。本設計例では移行期間Ｔを１５分としているが、Ｔは１分程度以上であれば相応の効果が得られる。上述したように短期変動抑制の効果だけを追求するのであればＴは長い方がよいが、光源装置としての実使用上の観点から１時間以内とすることが望ましい。従って、段階的変化の効果と実使用とを勘案して、Ｔは１分〜１時間程度、より好ましくは１０分〜３０分程度とするのが望ましい。

この段階的な調整の下では、点灯周波数含有率の変化におけるランプ電圧の変動はわずか２Ｖ〜３Ｖ程度であり、含有率を急に変化させる制御と比較してその変動を大幅に低く抑えることが確認された。これにより適切なランプ電圧制御が実現可能となった。

＜設計例２＞
設計例１同様の光源装置、及びランプにおいて、点灯周波数の含有率組合せと移行期間の仕様を下記のようにした。
点灯用の周波数として、８２Ｈｚ、１１０Ｈｚ及び３８０Ｈｚを選択し、ランプ点灯用（維持用）の周波数含有構成比を、Ｃ２Ｍ：（８２Ｈｚ＝４０％／１１０Ｈｚ＝２０％／３８０Ｈｚ＝４０％）、Ｃ２Ｌ：（８２Ｈｚ＝６０％／１１０Ｈｚ＝２０％／３８０Ｈｚ＝２０％）、Ｃ２Ｈ：（８２Ｈｚ＝２０％／１１０Ｈｚ＝２０％／３８０Ｈｚ＝６０％）の３種類とし、含有率を決める単位時間を１秒とした。これらの条件で、定常点灯時はＣ２Ｍでランプを点灯させる。

ここで高圧放電灯点灯装置は放電灯点灯中のランプ電圧を検出し、ランプ電圧が基準値Ｖ２を超えた場合、周波数組合せをＣ２ＭからＣ２Ｌへと切替える。ここで基準値Ｖ２を８０Ｖに設定し、この切替え時の移行期間仕様は、ランプ電圧がＶ２（８０Ｖ）を超えた場合に、下記のＣ２Ｍ→ＣＬａ→ＣＬｂ→ＣＬｃ→Ｃ２Ｌと移行するものである。
Ｃ２Ｍ：（８２Ｈｚ＝４０％／１１０Ｈｚ＝２０％／３８０Ｈｚ＝４０％）
ＣＬａ：（８２Ｈｚ＝４５％／１１０Ｈｚ＝２０％／３８０Ｈｚ＝３５％）［５分継続］
ＣＬｂ：（８２Ｈｚ＝５０％／１１０Ｈｚ＝２０％／３８０Ｈｚ＝３０％）［５分継続］
ＣＬｃ：（８２Ｈｚ＝５５％／１１０Ｈｚ＝２０％／３８０Ｈｚ＝２５％）［５分継続］
Ｃ２Ｌ：（８２Ｈｚ＝６０％／１１０Ｈｚ＝２０％／３８０Ｈｚ＝２０％）

このように含有率組合せをＣ２Ｌに段階的に変化させることで、ランプ電圧は短期的な上昇をすることなく次第に下降し始める。そしてランプ電圧が再び基準値Ｖ２より低くなると含有率組合せを再びＣ２ＬからＣ２Ｍに戻す制御を行う。ただし、含有率組合せの切替え制御を安定させるために、前記基準値Ｖ２にはヒステリシスを持たせており、この時の基準値Ｖ２´は７７Ｖである。この切替え時の移行期間仕様は、ランプ電圧がＶ２´（７７Ｖ）未満となった場合に、Ｃ２Ｌ→ＣＬｃ→ＣＬｂ→ＣＬａ→Ｃ２Ｍと移行するものである。
Ｃ２Ｌ：（８２Ｈｚ＝６０％／１１０Ｈｚ＝２０％／３８０Ｈｚ＝２０％）
ＣＬｃ：（８２Ｈｚ＝５５％／１１０Ｈｚ＝２０％／３８０Ｈｚ＝２５％）［５分継続］
ＣＬｂ：（８２Ｈｚ＝５０％／１１０Ｈｚ＝２０％／３８０Ｈｚ＝３０％）［５分継続］
ＣＬａ：（８２Ｈｚ＝４５％／１１０Ｈｚ＝２０％／３８０Ｈｚ＝３５％）［５分継続］
Ｃ２Ｍ：（８２Ｈｚ＝４０％／１１０Ｈｚ＝２０％／３８０Ｈｚ＝４０％）

また逆に、ランプ電圧が基準値Ｖ３を下回った場合、含有率組合せをＣ２ＭからＣ２Ｈへと切替える。ここで基準値Ｖ３は６０Ｖに設定し、この切替え時の移行期間仕様は、ランプ電圧がＶ３（６０Ｖ）未満となった場合に、Ｃ２Ｍ→ＣＨａ→ＣＨｂ→ＣＨｃ→Ｃ２Ｈと移行するものである。
Ｃ２Ｍ：（８２Ｈｚ＝４０％／１１０Ｈｚ＝２０％／３８０Ｈｚ＝４０％）
ＣＨａ：（８２Ｈｚ＝３５％／１１０Ｈｚ＝２０％／３８０Ｈｚ＝４５％）［５分継続］
ＣＨｂ：（８２Ｈｚ＝３０％／１１０Ｈｚ＝２０％／３８０Ｈｚ＝５０％）［５分継続］
ＣＨｃ：（８２Ｈｚ＝２５％／１１０Ｈｚ＝２０％／３８０Ｈｚ＝５５％）［５分継続］
Ｃ２Ｈ：（８２Ｈｚ＝２０％／１１０Ｈｚ＝２０％／３８０Ｈｚ＝６０％）

このように含有率組合せをＣ２Ｈに段階的に変化させたことで、ランプ電圧は短期的な低下をせずに次第に上昇し始める。そしてランプ電圧が再び基準値Ｖ３より高くなると含有率組合せを再びＣ２ＨからＣ２Ｍに戻す制御が行われる。ただし、基準値Ｖ３についても前記基準値Ｖ２と同様にヒステリシスをもたせており、この時の基準値Ｖ３´は６３Ｖである。この切替え時の移行期間仕様は、ランプ電圧がＶ３´（６３Ｖ）を超えた場合に、Ｃ２Ｈ→ＣＨｃ→ＣＨｂ→ＣＨａ→Ｃ２Ｍと移行するものである。
Ｃ２Ｈ：（８２Ｈｚ＝２０％／１１０Ｈｚ＝２０％／３８０Ｈｚ＝６０％）
ＣＨｃ：（８２Ｈｚ＝２５％／１１０Ｈｚ＝２０％／３８０Ｈｚ＝５５％）［５分継続］
ＣＨｂ：（８２Ｈｚ＝３０％／１１０Ｈｚ＝２０％／３８０Ｈｚ＝５０％）［５分継続］
ＣＨａ：（８２Ｈｚ＝３５％／１１０Ｈｚ＝２０％／３８０Ｈｚ＝４５％）［５分継続］
Ｃ２Ｍ：（８２Ｈｚ＝４０％／１１０Ｈｚ＝２０％／３８０Ｈｚ＝４０％）

なお、本設計例でも移行期間Ｔを１５分としているが、設計例１と同様にＴは１分程度以上であれば相応の効果が得られ、Ｔは１分〜１時間程度、より好ましくは１０分〜３０分程度とするのが望ましい。
なお、設計例１でも実使用上問題は無いが、上記パターンにより更にランプ電圧変化量を低減する事が可能であり、適切なランプ電圧制御が実現可能となった。

＜設計例３＞
設計例１及び設計例２と同様のランプにおいて、反射型ミラーデバイスを用いたいわゆるＤＬＰシステムを採用した光源装置と組合せた場合に適した仕様とした。ここで、前記ＤＬＰシステムに使用されるカラーホイールの回転数は１００Ｈｚであり、図３に示すように赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、白（Ｗ）、黄（Ｙ）の５つのセグメントに分割され、それぞれのセグメントの角度は、赤（Ｒ）＝１００ｄｅｇ、緑（Ｇ）＝１００ｄｅｇ、青（Ｂ）＝１００ｄｅｇ、白（Ｗ）＝３０ｄｅｇ、黄（Ｙ）＝３０ｄｅｇである。

また、光源装置からの同期信号と点灯装置からランプに供給される電流波形は図４Ａに示されるようにカラーホイールのセグメントに同期し、さらにそれぞれのセグメントごとに異なる値を有しており、各セグメントの電流値は、Ｉ（Ｙ）＝Ｉ１、Ｉ（Ｒ）＝Ｉ２、Ｉ（Ｇ）＝Ｉ（Ｂ）＝Ｉ（Ｗ）＝Ｉ３である。この時の電流波形をＩａとする。

図４Ａに示すように、Ｉａはカラーホイール１回転の中で極性の反転を３回行なっている（本明細書においては、反転回数はランプ電流波形１セットの開始部分を含まないが終了部分を含むものとする）。従って、１秒あたりの反転数は３００回となり、周波数に換算すると１５０Ｈｚに相当し、同期信号間のランプ電流１セットあたりの平均周波数は１５０Ｈｚとした。

一方、図４Ｂに示すように、Ｉｂは各セグメントの切替り点にて極性の反転を行ない、さらに、緑（Ｇ）と青（Ｂ）のセグメントに１回ずつ極性反転を挿入し、カラーホイール１回転の中での極性の反転回数を７回としたものである。従って、周波数に換算すると３５０Ｈｚに相当し、同期信号間の１セットあたりの平均周波数は３５０Ｈｚとした。

本設計例ではこのＩａ及びＩｂを使用し、その含有率組合せを、Ｃ３Ｌ：（Ｉａ：１５０Ｈｚ＝１００％／Ｉｂ：３５０Ｈｚ＝０％）、Ｃ３Ｈ：（Ｉａ：１５０Ｈｚ＝０％／Ｉｂ：３５０Ｈｚ＝１００％）と設定した。単位時間は１秒である。

ここで、高圧放電灯点灯装置はランプ点灯中のランプ電圧を検出し、ランプ電圧が基準値Ｖ４を超えた場合はＣ３Ｌで点灯し、ランプ電圧が基準値Ｖ４を下回った場合はＣ３Ｈで点灯する。ここで基準値Ｖ４はヒステリシスをもった値とし、Ｃ３ＬからＣ３Ｈに切替る時の基準値Ｖ４は６５Ｖであり、Ｃ３ＨからＣ３Ｌに切替る時の基準値Ｖ４´は７５Ｖである。

この切替え時の移行期間仕様は、ランプ電圧がＶ４（６５Ｖ）未満となった場合に、Ｃ３Ｌ→Ｃ３ａ→Ｃ３ｂ→Ｃ３ｃ→Ｃ３ｄ→Ｃ３Ｈと移行し、ランプ電圧がＶ４´（７５Ｖ）を超えた場合に、Ｃ３Ｈ→Ｃ３ｄ→Ｃ３ｃ→Ｃ３ｂ→Ｃ３ａ→Ｃ１Ｌと移行するものである。
Ｃ３Ｌ：（Ｉａ：１５０Ｈｚ＝１００％／Ｉｂ：３５０Ｈｚ＝０％）
Ｃ３ａ：（Ｉａ：１５０Ｈｚ＝８０％／Ｉｂ：３５０Ｈｚ＝２０％）［５分継続］
Ｃ３ｂ：（Ｉａ：１５０Ｈｚ＝６０％／Ｉｂ：３５０Ｈｚ＝４０％）［５分継続］
Ｃ３ｃ：（Ｉａ：１５０Ｈｚ＝４０％／Ｉｂ：３５０Ｈｚ＝６０％）［５分継続］
Ｃ３ｄ：（Ｉａ：１５０Ｈｚ＝２０％／Ｉｂ：３５０Ｈｚ＝８０％）［５分継続］
Ｃ３Ｈ：（Ｉａ：１５０Ｈｚ＝０％／Ｉｂ：３５０Ｈｚ＝１００％）

なお、本設計例では移行期間Ｔを２０分としているが、設計例１と同様にＴは１分〜１時間程度、より好ましくは１０分〜３０分程度とするのが望ましい。
上記パターンにより、カラーホイールの仕様により点灯周波数が限定された場合においても、適切なランプ電圧制御を実現できる。

なお、カラーホイールには上記の５色タイプのものの他、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）からなる三原色タイプのもの、三原色にシアン（Ｃ）を加えた４色タイプのもの、三原色にそれぞれの補色である黄（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）及びシアン（Ｃ）を加えた６色タイプのもの等があり、それぞれのセグメント分割角度若しくは配置又はカラーホイールの回転速度にもバリエーションがある。従って、それぞれのカラーホイールの仕様に合わせて反転回数や反転箇所を定めることにより本発明を適用できる。

＜アプリケーション＞
上記実施例では、ランプ電圧制御を向上した高圧放電灯点灯装置を示したが、それを用いたアプリケーションとしての光源装置を図８に示す。
図８において、１００は上記で説明した図１の高圧放電灯点灯装置、７０はランプが取り付けられる反射鏡、１１０は高圧放電灯点灯装置、ランプを内蔵する筐体である。なお、図は実施例を模擬的に図示したものであり、寸法、配置などは図面通りではない。そして、図示されない映像系の部材等を筐体に適宜配置してプロジェクタが構成される。
また、ＤＬＰシステムの場合はカラーホイール（図示せず）を備えるものとする。

これにより、輝度が適正に制御され、信頼性の高いプロジェクタを提供することができる。また、プロジェクタの映像系の信号やカラーホイールの使用によって制限される複数の周波数を使用する場合においても上記の効果を達成できるので高圧放電灯点灯装置の汎用性を高めることができる。

なお、上記実施例は本発明の最も好適な例として示したものであるが、それに関連して以下を注記しておく。
（１）本実施例における出力電流としての「矩形波」とは、厳密には完全な矩形波ではないような波形も含む。例えば、完全な矩形波では無く、図５のように矩形波半サイクルの開始時の電流値と終了時の電流値とが僅かに異なるような波形や、図６のように半サイクルの中盤に僅かな凹凸があるような波形、また図７のように点灯時の極性ごとに電流の時間積が異なる波形も含む。さらに、ＤＬＰシステムに使用されているカラーホイールのセグメントに同期して電流値を変化させ、極性を変化させる図４Ａ、図４Ｂのような波形も含む。従って、通常点灯時におけるランプ電流はそのような波形も含む趣旨である。

（２）本発明においては、周波数の含有率を時間配分として百分率（％）で表現しているが、実際の設計においてはある周波数のサイクル数を数倍した時間と、含有率時間が厳密に一致することはないため、含有率の値はおおよそである場合もあり、周波数があるサイクルの途中で途切れ、別の周波数での点灯が開始されるようなものになるが、趣旨は前記したとおりである。

（３）本発明において、ランプパラメータをランプ電圧としてランプ電圧に応じて低周波と高周波を切替える構成としたが、ランプパラメータを点灯開始からの点灯継続時間として、所定の点灯継続時間ごとに低周波と高周波を切替えるようにしてもよい。予めランプ電圧の挙動が分かっているようなランプの場合には、ランプ電圧を検出することなくこの動作を行なうことができる。

（４）実施例においては、交流電力供給回路を整流回路、降圧チョッパ回路及びフルブリッジ回路で構成したが、ランプに交流矩形波が供給できれば他の構成であってもよい。例えば、入力電源が直流電源であれば、フルブリッジ回路の前段部はＤＣ／ＤＣコンバータのみでよい。また、直流を交流に変換できればフルブリッジ回路の代わりにプッシュプル型インバータなどの他の方式の回路を用いてもよい。

（５）また、制御回路３０は、フルブリッジ回路４０のトランジスタ４１〜４４の反転制御と降圧チョッパ回路２０のトランジスタ２１のＰＷＭ制御を行うことができれば、制御回路内の構成は図示したものに限定されない。

本発明の放電灯点灯装置を示す回路構成図である。 本発明の点灯方法によるランプ電圧変動を示す図である。 カラーホイールを示す図である。 カラーホイールに同期したランプ電流を示す図である。 カラーホイールに同期したランプ電流を示す図である。 本発明を説明する図である。 本発明を説明する図である。 本発明を説明する図である。 本発明の光源装置を説明する図である。 従来の点灯方法によるランプ電流を示す図である。 従来の点灯方法による累積点灯時間と輝度維持率及びランプ電圧変動を示す図である。 従来の点灯方法によるランプ電圧変動を示す図である。 従来の点灯方法によるランプ電圧変動を示す図である。

符号の説明

１：ＡＣ電源
１０：全波整流回路
１１：ダイオードブリッジ
１２：コンデンサ
２０：降圧チョッパ回路
２１：トランジスタ
２２：ダイオード
２３：チョークコイル
２４：コンデンサ
３０：制御回路
３１，３２，３３：抵抗
３４：ＰＷＭ制御回路
３５：中央制御部
４０：フルブリッジ回路
４１，４２，４３，４４：トランジスタ
４５：ブリッジ制御回路
５０：イグナイタ回路
５１：イグナイタ制御回路
６０：高圧放電灯
７０：反射鏡
１００：高圧放電灯点灯装置
１１０：プロジェクタ筐体

Claims (9)

1. 対向配置された一対の電極を有する高圧放電灯を複数の周波数成分からなる合成電流波形で交流点灯させる高圧放電灯点灯装置であって、
   前記複数の周波数成分の単位時間当たりの含有構成比を制御する制御手段、
   該含有構成比に従った合成電流波形を前記高圧放電灯に印加する出力手段、及び
   前記高圧放電灯に関するランプパラメータを検出する検出手段
   を備え、
   前記制御手段が、前記ランプパラメータが第１の状態となった場合に該含有構成比を第１の含有構成比へ移行させ、前記ランプパラメータが第２の状態となった場合には該含有構成比を第２の含有構成比へ移行させ、前記第１の含有構成比から前記第２の含有構成比への移行の際に、又は前記第２の含有構成比から前記第１の含有構成比への移行の際に含有構成比を段階的に変化させるよう構成された高圧放電灯点灯装置。
2. 対向配置された一対の電極を有する高圧放電灯を周波数成分ｆ１及びｆ２（ｆ１＜ｆ２）からなる合成電流波形で交流点灯させる高圧放電灯点灯装置であって、
   前記周波数成分ｆ１及びｆ２の単位時間当たりの各含有率を制御する制御手段、
   該含有率に従った合成電流波形を前記高圧放電灯に印加する出力手段、及び
   前記高圧放電灯のランプ電圧を検出する検出手段
   を備え、
   前記制御手段が、ランプ電圧が所定値Ｖを超えた場合に前記ｆ２の含有率をＲ_Ｌ％へと移行させ、ランプ電圧が所定値Ｖ´未満となった場合に前記ｆ２の含有率をＲ_Ｈ％（０≦Ｒ_Ｌ＜Ｒ_Ｈ≦１００）へと移行させるよう構成され、さらに、該含有率Ｒ_Ｌ％からＲ_Ｈ％への移行の際に、又は該含有率Ｒ_Ｈ％からＲ_Ｌ％への移行の際に含有率を段階的に変化させるよう構成された高圧放電灯点灯装置。
3. 対向配置された一対の電極を有する高圧放電灯を複数の周波数成分ｆ１〜ｆｎ（ｎ≧３、ｆｎ−１＜ｆｎ）からなる合成電流波形で交流点灯させる高圧放電灯点灯装置であって、
   前記周波数成分ｆ１〜ｆｎの単位時間当たりの含有構成比を制御する制御手段、
   該含有構成比に従った合成電流波形を前記高圧放電灯に印加する出力手段、及び
   前記高圧放電灯のランプ電圧を検出する検出手段
   を備え、
   前記制御手段が、ランプ電圧が所定値Ｖを超えた場合に該含有構成比を第１の含有構成比Ｃ_１へ移行させ、ランプ電圧が所定値Ｖ´未満となった場合に該含有構成比を第２の含有構成比Ｃ_２へ移行させるよう構成され、該第２の含有構成比Ｃ_２における平均周波数が該第１の含有構成比Ｃ_１における平均周波数がよりも高く、さらに、該第１の含有構成比Ｃ_１から第２の含有構成比Ｃ_２への移行の際に、又は該第２の含有構成比Ｃ_２から第１の含有構成比Ｃ_１への移行の際に含有構成比を段階的に変化させるよう構成された高圧放電灯点灯装置。
4. 請求項１から３いずれか一項に記載の高圧放電灯点灯装置において、前記含有構成比又は含有率の段階的変化が１回の移行当たり１分〜１時間で完了する高圧放電灯点灯装置。
5. 請求項１から３いずれか一項に記載の高圧放電灯点灯装置において、前記含有構成比又は含有率の段階的変化が１回の移行当たり１０分〜３０分で完了する高圧放電灯点灯装置。
6. 請求項１から３いずれか一項に記載の高圧放電灯点灯装置において、該高圧放電灯点灯装置がプロジェクタに使用される場合に、前記複数の周波数成分が前記プロジェクタに使用される映像同期信号と干渉しない周波数成分である高圧放電灯点灯装置。
7. 請求項１から６いずれか一項に記載の高圧放電灯点灯装置及び前記高圧放電灯を内包したプロジェクタからなる光源装置。
8. カラーホイールを用いるＤＬＰシステムに使用され、対向配置された一対の電極を有する高圧放電灯を合成電流波形で交流点灯させる高圧放電灯点灯装置であって、
   前記合成電流波形が第１のセットの電流波形及び第２のセットの電流波形の組み合わせからなり、該第１及び第２のセットが前記カラーホイールの回転速度及び該カラーホイールのセグメントの分割位置の少なくとも１つに対応して反転される波形であり、該第１及び第２のセットの各期間長が該カラーホイールの１回転に相当する長さであり、該第２のセットにおける平均周波数が該第１のセットにおける平均周波数よりも高く、
   前記合成電流波形における前記第１及び第２のセットの単位時間当たりの含有率を制御する制御手段、
   前記カラーホイールの回転についての同期信号を検知する検知手段、
   前記同期信号及び前記含有率に従った合成電流波形を前記高圧放電灯に印加する出力手段、及び
   前記高圧放電灯のランプ電圧を検出する検出手段
   を備え、
   前記制御手段が、ランプ電圧が所定値Ｖを超えた場合に前記第２のセットの含有率をＲ_Ｌ％とし、ランプ電圧が所定値Ｖ´未満となった場合に該第２のセットの含有率をＲ_Ｈ％（０≦Ｒ_Ｌ＜Ｒ_Ｈ≦１００）とするよう構成され、さらに、該含有率Ｒ_Ｌ％からＲ_Ｈ％への移行の際、又は該含有率Ｒ_Ｈ％からＲ_Ｌ％への移行の際に含有率が段階的に変化するよう構成された高圧放電灯点灯装置。
9. 請求項８記載の高圧放電灯点灯装置、前記高圧放電灯及び前記カラーホイールを備えたＤＬＰシステムからなる光源装置。

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