JP4637675B2 - ランプ点灯装置 - Google Patents
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Description
この発明は、例えば、ショートアーク放電を用いて、ＨＩＤ（Ｈｉｇｈ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）ランプなどの放電ランプを点灯させるランプ点灯装置に関するものである。
ＬＣＤやＤＭＤなどの光変調デバイスを用いて、光を画像データに応じて変調し、その変調光をスクリーンに投射して画像を表示する投射型画像表示装置（プロジェクションディスプレイ）の光源として、ＨＩＤランプが用いられている。
ＨＩＤランプの中でも、超高圧水銀ランプは、電極間ギャップが最も短いため（約１ｍｍ）、特に点光源が望まれるプロジェクションディスプレイによく用いられている。
ＨＩＤランプの中でも、超高圧水銀ランプは、電極間ギャップが最も短いため（約１ｍｍ）、特に点光源が望まれるプロジェクションディスプレイによく用いられている。
プロジェクションディスプレイの光学系では、放電ランプのアーク放電の中で、最も輝度が高いある一点をスクリーンに転写するようにしているため、放電ランプの光束の変動やアーク放電の形状変位が、スクリーン上に投射される輝度に与える影響が大きい。したがって、放電ランプのアーク放電の形状や光束の安定性が厳しく求められる。
スクリーンに投射された輝度の変動が、ある周波数帯域以下になると、観察者が画像のちらつきや、フリッカとして認識し、不快を感じるようになり、ディスプレイの性能上、大きな問題になる。
スクリーンに投射された輝度の変動が、ある周波数帯域以下になると、観察者が画像のちらつきや、フリッカとして認識し、不快を感じるようになり、ディスプレイの性能上、大きな問題になる。
アーク放電の形状が変位する現象は、放電ランプの電極上のアークの着地点であるアークスポットが電極上を連続的に移動することにより発生する。もしくは、アークスポットが電極上を断続的にジャンプすることにより発生する。
このアークスポットの移動現象に起因するフリッカ現象の発生を防ぐため、ランプ電流の極性が反転する前に、定格電力で規定されているベース電流値よりも波高値の高い電流を一定期間ベース電流に重畳することにより、ランプ電流を高めて、アーク放電を安定化させる方法が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
以下、重畳された電流を「電流重畳パルス」と称し、このアーク放電を安定化させる方法を「電流重畳パルス点灯方式」と称する。
電流重畳パルス点灯方式によるフリッカの抑制効果は大きく、現在、プロジェクションディスプレイ用の超高圧水銀ランプを点灯する上で、標準的に採用されている。
このアークスポットの移動現象に起因するフリッカ現象の発生を防ぐため、ランプ電流の極性が反転する前に、定格電力で規定されているベース電流値よりも波高値の高い電流を一定期間ベース電流に重畳することにより、ランプ電流を高めて、アーク放電を安定化させる方法が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
以下、重畳された電流を「電流重畳パルス」と称し、このアーク放電を安定化させる方法を「電流重畳パルス点灯方式」と称する。
電流重畳パルス点灯方式によるフリッカの抑制効果は大きく、現在、プロジェクションディスプレイ用の超高圧水銀ランプを点灯する上で、標準的に採用されている。
ただし、電流重畳パルス点灯方式を採用する場合には、放電ランプの寿命が短くなる問題がある。
放電ランプは寿命を迎えると、放電時のランプ電極間電圧（ランプ電圧）が、回路の能力から規定された値よりも高くなる。
このような現象が発生する理由は、電流重畳パルスによって、必要以上のエネルギーが瞬間的に投入された結果、電極が消耗して、電極間ギャップがある一定値以上に長くなった為であると考えられる。
放電ランプは寿命を迎えると、放電時のランプ電極間電圧（ランプ電圧）が、回路の能力から規定された値よりも高くなる。
このような現象が発生する理由は、電流重畳パルスによって、必要以上のエネルギーが瞬間的に投入された結果、電極が消耗して、電極間ギャップがある一定値以上に長くなった為であると考えられる。
また、電流重畳パルスによって発生した光は、スクリーンに投射される輝度に用いられることがない。
即ち、プロジェクションディスプレイの光変調デバイスであるＬＣＤやＤＭＤなどに対しては、時間的に一定の光束が入射された方が階調を制御しやすいため、電流重畳パルスの印加時には、前述の光変調デバイスに入射される途中で光を遮断している。その結果、電流重畳パルスの印加によって、プロジェクションディスプレイの発光効率が低下する問題がある。
即ち、プロジェクションディスプレイの光変調デバイスであるＬＣＤやＤＭＤなどに対しては、時間的に一定の光束が入射された方が階調を制御しやすいため、電流重畳パルスの印加時には、前述の光変調デバイスに入射される途中で光を遮断している。その結果、電流重畳パルスの印加によって、プロジェクションディスプレイの発光効率が低下する問題がある。
これらの問題は、電流重畳パルスがフリッカの有無と関係無く、定常的に印加されているため、より顕著に現れる。
よって、必要に応じて電流重畳パルスを印加するようにすれば、上記の問題を軽減することができる。
ただし、必要に応じて電流重畳パルスを印加するようにするには、フリッカという光学的現象を検出する手段が必要である。
例えば、フリッカと同一現象と考えられるアーク形状の変動を電気パラメータとして検出して制御する方法が以下の特許文献２に開示されている。
よって、必要に応じて電流重畳パルスを印加するようにすれば、上記の問題を軽減することができる。
ただし、必要に応じて電流重畳パルスを印加するようにするには、フリッカという光学的現象を検出する手段が必要である。
例えば、フリッカと同一現象と考えられるアーク形状の変動を電気パラメータとして検出して制御する方法が以下の特許文献２に開示されている。
従来のランプ点灯装置は以上のように構成されているので、フリッカを検出してから電流重畳パルスを印加するようにすれば、放電ランプの寿命の大幅な短縮を招くことなく、フリッカを抑制することができる。しかし、フリッカの発生を検出しなければ、電流重畳パルスを印加することができず、フリッカの発生を完全には抑制することができないなどの課題があった。
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、放電ランプの寿命の大幅な短縮を招くことなく、フリッカの発生を無くすことができるランプ点灯装置を得ることを目的とする。
この発明に係るランプ点灯装置は、ランプ点灯手段の電気パラメータを監視して、人間が認識可能な周波数帯域よりも高い周波数帯域のアークスポットの移動現象を検出する移動現象検出手段を設け、その移動現象検出手段によりアークスポットの移動現象が検出されると、そのランプ点灯手段により印加される交流矩形波を制御して、アークスポットの移動現象を抑制するようにしたものである。
この発明によれば、ランプ点灯手段の電気パラメータを監視して、人間が認識可能な周波数帯域よりも高い周波数帯域のアークスポットの移動現象を検出する移動現象検出手段を設け、その移動現象検出手段によりアークスポットの移動現象が検出されると、そのランプ点灯手段により印加される交流矩形波を制御して、アークスポットの移動現象を抑制するように構成したので、放電ランプの寿命の大幅な短縮を招くことなく、フリッカの発生を無くすことができる効果がある。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるランプ点灯装置とランプを示す構成図であり、図において、ランプ１は例えば超高圧水銀ランプなどの放電ランプである。
この実施の形態１では、ランプ電圧が８０Ｖ、ランプ電流が１．５Ａの特性を持つ定格１２０Ｗの超高圧水銀ランプを想定している。
ＤＣＤＣコンバータ２はスイッチ２ａ，ダイオード２ｂ，コイル２ｃ及びコンデンサ２ｄから構成されているチョッパ式降圧コンバータであり、ＤＣＤＣコンバータ２はＤＣ電圧Ｖｉｎ（ＤＣ電圧Ｖｉｎは、商用ＡＣ電圧が全波整流されたのちに、昇圧されたＤＣ電圧）が印加されると、そのＤＣ電圧Ｖｉｎを所定のＤＣ電圧Ｖｂに変換する。
図１はこの発明の実施の形態１によるランプ点灯装置とランプを示す構成図であり、図において、ランプ１は例えば超高圧水銀ランプなどの放電ランプである。
この実施の形態１では、ランプ電圧が８０Ｖ、ランプ電流が１．５Ａの特性を持つ定格１２０Ｗの超高圧水銀ランプを想定している。
ＤＣＤＣコンバータ２はスイッチ２ａ，ダイオード２ｂ，コイル２ｃ及びコンデンサ２ｄから構成されているチョッパ式降圧コンバータであり、ＤＣＤＣコンバータ２はＤＣ電圧Ｖｉｎ（ＤＣ電圧Ｖｉｎは、商用ＡＣ電圧が全波整流されたのちに、昇圧されたＤＣ電圧）が印加されると、そのＤＣ電圧Ｖｉｎを所定のＤＣ電圧Ｖｂに変換する。
インバータ３はスイッチＳＷ１〜ＳＷ４から構成されているフルブリッジインバータであり、インバータ３はＤＣＤＣコンバータ２により変換されたＤＣ電圧Ｖｂを１００Ｈｚの交流矩形波に変換し、その交流矩形波をランプ１の電極の両端に印加する。ここでは、ＤＣ電圧Ｖｉｎが３８０Ｖ、ＤＣ電圧Ｖｂが定常放電時のとき８０Ｖであるとする。
イグナイタ４はランプ１の初期始動を行うために、インバータ３とランプ１の間に接続され、ランプ１の初期始動時に短パルス高ピークの電圧をランプ１の電極の両端に印加する。イグナイタ４が発生する電圧はティピカルには１５ｋＶである。
なお、ＤＣＤＣコンバータ２，インバータ３及びイグナイタ４からランプ点灯手段が構成されている。
イグナイタ４はランプ１の初期始動を行うために、インバータ３とランプ１の間に接続され、ランプ１の初期始動時に短パルス高ピークの電圧をランプ１の電極の両端に印加する。イグナイタ４が発生する電圧はティピカルには１５ｋＶである。
なお、ＤＣＤＣコンバータ２，インバータ３及びイグナイタ４からランプ点灯手段が構成されている。
アークスポット移動検出回路５はインバータ３の母線電圧であるＤＣ電圧Ｖｂ（またはインバータ３の母線を流れる電流Ｉｂ）を監視して、人間がランプ１のフリッカ現象を認識できる状態になる前に現れるアークスポットの移動現象を検出する処理を実施する。なお、アークスポット移動検出回路５は移動現象検出手段を構成している。
コントロールユニット６はＤＣ電圧Ｖｂと電流Ｉｂを検出して電力を計算し、その電力が定格の１２０Ｗで一定するように、ＤＣＤＣコンバータ２のスイッチ２ａ又はインバータ３のスイッチＳＷ１〜ＳＷ４を制御するとともに、アークスポット移動検出回路５によりアークスポットの移動現象が検出されると、ＤＣＤＣコンバータ２のスイッチ２ａを制御して（スイッチ２ａのスイッチング周波数を高める制御、または、スイッチ２ａのデューティを高める制御）、ランプ１に流れる電流を一定期間高めることにより（電流重畳パルス点灯方式を実施）、アークスポットの移動現象を抑制する処理を実施する。また、コントロールユニット６はアークスポット移動検出回路５によりアークスポットの移動現象の消滅が検出されると、アークスポットの移動現象を抑制する処理を停止する。なお、コントロールユニット６は移動現象抑制手段を構成している。
コントロールユニット６はＤＣ電圧Ｖｂと電流Ｉｂを検出して電力を計算し、その電力が定格の１２０Ｗで一定するように、ＤＣＤＣコンバータ２のスイッチ２ａ又はインバータ３のスイッチＳＷ１〜ＳＷ４を制御するとともに、アークスポット移動検出回路５によりアークスポットの移動現象が検出されると、ＤＣＤＣコンバータ２のスイッチ２ａを制御して（スイッチ２ａのスイッチング周波数を高める制御、または、スイッチ２ａのデューティを高める制御）、ランプ１に流れる電流を一定期間高めることにより（電流重畳パルス点灯方式を実施）、アークスポットの移動現象を抑制する処理を実施する。また、コントロールユニット６はアークスポット移動検出回路５によりアークスポットの移動現象の消滅が検出されると、アークスポットの移動現象を抑制する処理を停止する。なお、コントロールユニット６は移動現象抑制手段を構成している。
図１の例では、アークスポット移動検出回路５及びコントロールユニット６がインバータ３の母線電圧であるＤＣ電圧Ｖｂを検出するようにしている。
本来、アークスポットの変動を含めた放電の変化をできるだけ敏感に検出するためには、ランプの両端の電圧を直接測定するのがよい。しかし、ＨＩＤランプの点灯回路のように、初期始動時に高電圧を発生するイグナイタを具備している回路においては、ランプ間電圧を直接測定すると、耐圧の大きな素子が必要になる。そのため、イグナイタ４による高電圧が印加されない場所の電圧を検出した方がよい。
ＤＣＤＣコンバータ２，インバータ３及びイグナイタ４から構成されるランプ点灯手段はいわゆる「電源」であり、ランプ１は「負荷」である。電源は理想的には安定した電力を供給するもので、負荷の変動に影響されるべきではないが、実際には電源の容量は有限であり、電源と負荷は互いに影響を及ぼしあう対等な系であり、電源は負荷の影響を何らかの形で必ず受けている。よって、直接ランプの電気パラメータを測定しなくとも、ランプ点灯手段の電気パラメータを監視することによって、放電の変化の情報を得ることができる。
ランプ点灯手段の中で電気パラメータを監視する場所は幾つか考えられるが、インバータ３の母線電圧であるＤＣ電圧Ｖｂは、イグナイタ４による高電圧が印加されることがなく、また、ランプ１に近いため、ランプ電圧の情報を正確に得やすい。さらに、ＤＣ電位であるため検出が容易であることから、ランプ電圧を検出する上で適している。
本来、アークスポットの変動を含めた放電の変化をできるだけ敏感に検出するためには、ランプの両端の電圧を直接測定するのがよい。しかし、ＨＩＤランプの点灯回路のように、初期始動時に高電圧を発生するイグナイタを具備している回路においては、ランプ間電圧を直接測定すると、耐圧の大きな素子が必要になる。そのため、イグナイタ４による高電圧が印加されない場所の電圧を検出した方がよい。
ＤＣＤＣコンバータ２，インバータ３及びイグナイタ４から構成されるランプ点灯手段はいわゆる「電源」であり、ランプ１は「負荷」である。電源は理想的には安定した電力を供給するもので、負荷の変動に影響されるべきではないが、実際には電源の容量は有限であり、電源と負荷は互いに影響を及ぼしあう対等な系であり、電源は負荷の影響を何らかの形で必ず受けている。よって、直接ランプの電気パラメータを測定しなくとも、ランプ点灯手段の電気パラメータを監視することによって、放電の変化の情報を得ることができる。
ランプ点灯手段の中で電気パラメータを監視する場所は幾つか考えられるが、インバータ３の母線電圧であるＤＣ電圧Ｖｂは、イグナイタ４による高電圧が印加されることがなく、また、ランプ１に近いため、ランプ電圧の情報を正確に得やすい。さらに、ＤＣ電位であるため検出が容易であることから、ランプ電圧を検出する上で適している。
図２はこの発明の実施の形態１によるランプ点灯装置のアークスポット移動検出回路５を示す構成図であり、図において、分圧処理部１１はインバータ３の母線電圧であるＤＣ電圧Ｖｂを信号レベルで扱うことができるようにするために、例えば抵抗分圧を実施することにより、インバータ３の母線電圧であるＤＣ電圧Ｖｂを特定の電圧に比例して降圧する処理を実施する。
フィルタ１２は例えば抵抗とコンデンサから構成されている積分回路を実装し、分圧処理部１１により降圧された電圧に重畳されているノイズ（例えば、極性反転時に発生するオーバーシュート及びリンギング、ＤＣＤＣコンバータ２のスイッチングに起因する高周波成分）を除去する。なお、フィルタ１２における積分回路の時定数は、人間がランプ１のフリッカ現象を認識できる状態になる前に現れるアークスポットの移動現象の変動情報が除去されないように設定されるが、自動的に電流重畳パルスの情報も除去されずに残ることになる。
フィルタ１２は例えば抵抗とコンデンサから構成されている積分回路を実装し、分圧処理部１１により降圧された電圧に重畳されているノイズ（例えば、極性反転時に発生するオーバーシュート及びリンギング、ＤＣＤＣコンバータ２のスイッチングに起因する高周波成分）を除去する。なお、フィルタ１２における積分回路の時定数は、人間がランプ１のフリッカ現象を認識できる状態になる前に現れるアークスポットの移動現象の変動情報が除去されないように設定されるが、自動的に電流重畳パルスの情報も除去されずに残ることになる。
マスク波形生成部１３はフィルタ１２では除去することができない電圧変動（例えば、電流重畳パルスに伴う電圧変動）を除去することができるようにするために、インバータ３のスイッチング時間から得られる同期信号を基準にしてマスク波形を生成する。マスク波形生成部１３により生成されるマスク波形は、予め決められた幅の波形であり、ランプ１の半周期に同期されている。なお、マスクの幅は、検出の誤判定を避けるため、電流重畳パルスよりも前後に若干長めに設定されているのが望ましい。マスク波形は、同期信号をクロックとして、フリップフロップと簡単なロジック回路によって作成することができる。
第１マスキング部１４はマスク波形生成部１３により生成されたマスク波形を用いて、フィルタ１２では除去することができない電流重畳パルスに伴う電圧変動等を除去する処理を実施する。
ただし、第１マスキング部１４はフィルタ１２から出力される電圧信号がアナログデータであるため、マスクキングによって除去した部分を補間する処理を実施する。例えば、サンプルホールドＩＣを用いて、マスク波形が入力された期間の電圧信号を出力せずに、その直前の電圧信号を保持するようにする。
ただし、第１マスキング部１４はフィルタ１２から出力される電圧信号がアナログデータであるため、マスクキングによって除去した部分を補間する処理を実施する。例えば、サンプルホールドＩＣを用いて、マスク波形が入力された期間の電圧信号を出力せずに、その直前の電圧信号を保持するようにする。
基準電圧作成部１５は第１マスキング部１４から出力される電圧信号を蓄積して、過去の電圧信号の平均値を計算し、その平均値を基準波形として出力する処理を実施する。
ただし、寿命による長時間オーダのランプ電圧の変動は、通常、数日、数ヶ月のオーダであるが、ハロゲンサイクルの影響などにより、場合によっては分オーダでランプ電圧が変動することがあるので、基準電圧作成部１５は、比較的長期の変動の情報を含む基準電圧を作成するため、例えば抵抗とコンデンサからなる積分回路を用いている。このときの時定数は、人間がランプ１のフリッカ現象を認識できる状態になる前に現れるアークスポットの移動現象の変動情報を除去する一方、分オーダ以上の電圧変動の情報が除去されずに残るように設定する。例えば、１秒〜１０秒程度であればよい。
ただし、寿命による長時間オーダのランプ電圧の変動は、通常、数日、数ヶ月のオーダであるが、ハロゲンサイクルの影響などにより、場合によっては分オーダでランプ電圧が変動することがあるので、基準電圧作成部１５は、比較的長期の変動の情報を含む基準電圧を作成するため、例えば抵抗とコンデンサからなる積分回路を用いている。このときの時定数は、人間がランプ１のフリッカ現象を認識できる状態になる前に現れるアークスポットの移動現象の変動情報を除去する一方、分オーダ以上の電圧変動の情報が除去されずに残るように設定する。例えば、１秒〜１０秒程度であればよい。
差分処理部１６は第１マスキング部１４から出力される電圧信号と基準電圧作成部１５により作成される基準波形の差分を求め、その差分値を出力する処理を実施する。
増幅処理部１７は差分処理部１６から出力された差分値を増幅する処理を実施する。
なお、増幅処理部１７による増幅後の差分値には、基本的には、人間がランプ１のフリッカ現象を認識できる状態になる前に現れるアークスポットの移動現象の変動情報のみが含まれているものになっている。
増幅処理部１７は差分処理部１６から出力された差分値を増幅する処理を実施する。
なお、増幅処理部１７による増幅後の差分値には、基本的には、人間がランプ１のフリッカ現象を認識できる状態になる前に現れるアークスポットの移動現象の変動情報のみが含まれているものになっている。
判定処理部１８はコンパレータなどを用いて構成されており、増幅処理部１７から出力された増幅後の差分値と所定の閾値を比較して、その差分値が、人間がランプ１のフリッカ現象を認識できる状態になる前に現れるアークスポットの移動現象を表しているか否かを判定し、アークスポットの移動現象を表していると判定する場合には、移動現象の検出信号を出力する。
この際、差分処理部１６から出力された差分値が所定の閾値より大きければ、アークスポットの移動現象を表していると判定するが、その閾値が小さ過ぎると、重畳されているノイズの影響で誤判定を招くことがあり、その閾値が大き過ぎると、人間がランプ１のフリッカ現象を認識できる状態になる前に、アークスポットの移動現象を検出することができなくなることがある。
したがって、所定の閾値は適当な値に設定する必要があり、適当な値に設定すれば、ノイズを拾うことなく、フリッカへ成長する前にアークスポットの移動現象を検出することができる。
この際、差分処理部１６から出力された差分値が所定の閾値より大きければ、アークスポットの移動現象を表していると判定するが、その閾値が小さ過ぎると、重畳されているノイズの影響で誤判定を招くことがあり、その閾値が大き過ぎると、人間がランプ１のフリッカ現象を認識できる状態になる前に、アークスポットの移動現象を検出することができなくなることがある。
したがって、所定の閾値は適当な値に設定する必要があり、適当な値に設定すれば、ノイズを拾うことなく、フリッカへ成長する前にアークスポットの移動現象を検出することができる。
第２マスキング部１９は電流重畳パルスによる電圧変動の入力に伴って、判定処理部１８から出力される検出信号を、マスク波形生成部１３により生成されたマスク波形を用いて除去する処理を実施する。
図２の例では、不要な情報を確実に除去するため、第１マスキング部１４と第２マスキング部１９の双方が実装されているが、第１マスキング部１４又は第２マスキング部１９のいずれか一方が実装されるようにしてもよい。
図２の例では、不要な情報を確実に除去するため、第１マスキング部１４と第２マスキング部１９の双方が実装されているが、第１マスキング部１４又は第２マスキング部１９のいずれか一方が実装されるようにしてもよい。
次に動作について説明する。
フリッカ現象が発生する原因は、上述したように、アークスポットが電極上を移動するためである。
しかし、厳密には、人間が感じるフリッカ現象と、アークスポットが電極上を移動する物理現象はまったく同じではない。
人間にとって輝度が変動していると感じるフリッカ現象は、人間の目及び脳というフィルタを通した結果である。ある周波数以上の輝度の変動は、人間の目及び脳が、その情報を積分化するため、人間には輝度が変動していると感じない。人間が認識可能な周波数帯域は、臨界フリッカ周波数と称される。
この周波数は個人差があるが、ライティングハンドブック（照明学会編、オーム社、Ｐ２５１）によれば、７０Ｈｚ以上の輝度の変動はフリッカとして感じないと指摘している。
フリッカ現象が発生する原因は、上述したように、アークスポットが電極上を移動するためである。
しかし、厳密には、人間が感じるフリッカ現象と、アークスポットが電極上を移動する物理現象はまったく同じではない。
人間にとって輝度が変動していると感じるフリッカ現象は、人間の目及び脳というフィルタを通した結果である。ある周波数以上の輝度の変動は、人間の目及び脳が、その情報を積分化するため、人間には輝度が変動していると感じない。人間が認識可能な周波数帯域は、臨界フリッカ周波数と称される。
この周波数は個人差があるが、ライティングハンドブック（照明学会編、オーム社、Ｐ２５１）によれば、７０Ｈｚ以上の輝度の変動はフリッカとして感じないと指摘している。
人間というフィルタを通した結果であるフリッカ現象と、アークスポットが電極上を移動する純粋な物理現象が異なるということを考慮して、アークスポットが電極上を移動する物理現象を二つのモードに分けると、次のようになる。
一つは、人間がフリッカを感じることができる周波数以下で発生しているアークスポットの移動現象である。以下、便宜上「フリッカ同期アークスポット移動現象」と称することにする。
もう一つは、人間が感じることができる周波数以上で発生しているアークスポットの移動現象である。以下、便宜上「フリッカ非同期アークスポット移動現象」と称することにする。
一つは、人間がフリッカを感じることができる周波数以下で発生しているアークスポットの移動現象である。以下、便宜上「フリッカ同期アークスポット移動現象」と称することにする。
もう一つは、人間が感じることができる周波数以上で発生しているアークスポットの移動現象である。以下、便宜上「フリッカ非同期アークスポット移動現象」と称することにする。
図３〜図５は（ａ）ランプ電圧、（ｂ）電極付近のある固定されたポイントの発光強度、（ｃ）人間の目のフィルタを通した後の輝度、を示している説明図である。ただし、ランプ１は、例えば１００Ｈｚ（２００Ｈｚで極性を反転している状態）で点灯していると想定している。
特に、図３はアークスポットの移動現象が発生してない正常な状態を表しており、ランプ電圧が所定の電力から規定された正常な電圧値ＶH，ＶLで変動することなく（（ａ）を参照）、電極付近の発光強度も変化していない（（ｂ）を参照）。当然、人間は輝度変動を感じることもないことを表している（（ｃ）を参照）。
特に、図３はアークスポットの移動現象が発生してない正常な状態を表しており、ランプ電圧が所定の電力から規定された正常な電圧値ＶH，ＶLで変動することなく（（ａ）を参照）、電極付近の発光強度も変化していない（（ｂ）を参照）。当然、人間は輝度変動を感じることもないことを表している（（ｃ）を参照）。
図４はフリッカ非同期アークスポット移動現象が発生している状態を表しており、電圧波形は半周期内でごく僅かに変動しており（（ａ）を参照）、電極付近の発光強度も、その電圧波形に応じて変動している（（ｂ）を参照）。
しかし、半周期内の輝度変動は時間オーダが短いために、人間には感じることができない。また、半周期の輝度変動が、図に示すように、２００Ｈｚで周期的に発生していても、人間には感じることができない（（ｃ）を参照）。
図５はフリッカ同期アークスポット移動現象が発生している状態を表しており、電圧の変動は図４の場合よりも大きくなり、半周期以上に亘って発生する（（ａ）を参照）。電極付近の発光強度も、その電圧波形に応じで変動し（（ｂ）を参照）、人間のフィルタを通した後でも、輝度変動がある状態である（（ｃ）を参照）。
しかし、半周期内の輝度変動は時間オーダが短いために、人間には感じることができない。また、半周期の輝度変動が、図に示すように、２００Ｈｚで周期的に発生していても、人間には感じることができない（（ｃ）を参照）。
図５はフリッカ同期アークスポット移動現象が発生している状態を表しており、電圧の変動は図４の場合よりも大きくなり、半周期以上に亘って発生する（（ａ）を参照）。電極付近の発光強度も、その電圧波形に応じで変動し（（ｂ）を参照）、人間のフィルタを通した後でも、輝度変動がある状態である（（ｃ）を参照）。
従来においては、ここで説明しているフリッカ非同期アークスポットの移動現象を言及している例や、フリッカを制御するために、フリッカ非同期アークスポットの移動現象を検出している例は無いが、これは、以下の二つの理由によるものと考えられる。
一つ目は、測定上の理由である。
フリッカ非同期アークスポットの移動によるランプ電圧や電流の変動量は、非常に小さく、波高値の変動割合は１％以下の場合もある。時間はランプの半周期分で、例えば、５ｍｓｅｃ以下で変動が発生して終了している。
また、フリッカ現象が発生していない場合でも、アークスポットが移動しているという考えは、これまで無かったものであり、あえて、このような微小変化を観察しようと思わなければ、現象を捉えることは難しい。このように、観察の困難さと、現象への無関心さによって、発見され難かったものと考えられる。
一つ目は、測定上の理由である。
フリッカ非同期アークスポットの移動によるランプ電圧や電流の変動量は、非常に小さく、波高値の変動割合は１％以下の場合もある。時間はランプの半周期分で、例えば、５ｍｓｅｃ以下で変動が発生して終了している。
また、フリッカ現象が発生していない場合でも、アークスポットが移動しているという考えは、これまで無かったものであり、あえて、このような微小変化を観察しようと思わなければ、現象を捉えることは難しい。このように、観察の困難さと、現象への無関心さによって、発見され難かったものと考えられる。
二つ目は検出上の理由である。
フリッカ非同期アークスポットの移動があると分れば、観察することは可能であるが、以下の理由で容易に検出することは困難であった。
ランプ１の点灯周波数の時間オーダには、フリッカ非同期アークスポット移動による電気パラメータの変動の他に、幾つかの電圧や電流の変動がみられる。最も顕著なのが、電流重畳パルスによる変動である。
したがって、アークスポットの移動による電気パラメータの変動検出は、電流重畳パルスが印加されている時にも正確に行わなければならない。
フリッカ非同期アークスポットの移動があると分れば、観察することは可能であるが、以下の理由で容易に検出することは困難であった。
ランプ１の点灯周波数の時間オーダには、フリッカ非同期アークスポット移動による電気パラメータの変動の他に、幾つかの電圧や電流の変動がみられる。最も顕著なのが、電流重畳パルスによる変動である。
したがって、アークスポットの移動による電気パラメータの変動検出は、電流重畳パルスが印加されている時にも正確に行わなければならない。
図６はランプ１の点灯周波数の時間オーダ、即ち、半周期内で発生し得る電圧や電流の変動を示す説明図である。
図６（ａ）は半周期のランプ電圧波形を示し、４１は回路のインピーダンスによるパルス立上り時のオーバーシュートとリンギングによる電圧変動を示し、４２はフリッカ非同期アーク移動現象による電圧変動を示し、４３は電流重畳パルスによる電圧変動を示している。
図６（ｂ）は半周期のランプ電流波形を示し、４４は回路上のインピーダンスによるパルス立上り時のオーバーシュートとリンギングによる電流変動を示し、４５はフリッカ非同期アーク移動現象による電流変動を示し、４６は電流重畳パルスによる電流変動を示している。
図６（ａ）は半周期のランプ電圧波形を示し、４１は回路のインピーダンスによるパルス立上り時のオーバーシュートとリンギングによる電圧変動を示し、４２はフリッカ非同期アーク移動現象による電圧変動を示し、４３は電流重畳パルスによる電圧変動を示している。
図６（ｂ）は半周期のランプ電流波形を示し、４４は回路上のインピーダンスによるパルス立上り時のオーバーシュートとリンギングによる電流変動を示し、４５はフリッカ非同期アーク移動現象による電流変動を示し、４６は電流重畳パルスによる電流変動を示している。
オーバーシュート及びリンギングによる変動は、フリッカ非同期アーク移動現象による変動や電流重畳パルスによる変動の周波数帯域よりも高いので、抵抗やコンデンサからなる積分回路によって容易に取り除くことができる。
しかし、フリッカ非同期アーク移動現象による変動と電流重畳パルスによる変動の周波数帯域は同程度であるので、簡単な積分回路と比較回路からなる単純な回路構成では、得たい情報のみを検出することはできない。
しかし、フリッカ非同期アーク移動現象による変動と電流重畳パルスによる変動の周波数帯域は同程度であるので、簡単な積分回路と比較回路からなる単純な回路構成では、得たい情報のみを検出することはできない。
このように検出が困難なフリッカ非同期アークスポット移動現象を電気パラメータとして検出することには大きな意味がある。
我々の調査では、フリッカ非同期アークスポット移動現象は、いずれフリッカ同期アークスポット移動現象に成長し、フリッカ現象を引き起こすことになる。
これは、人間というフィルタを用いて便宜上二つに分けたが、物理現象としては元々同じ現象であることを考えると理解できる。
即ち、フリッカ非同期アークスポット移動現象は、フリッカ現象の前駆現象であり、フリッカ非同期アークスポット移動現象を検出することによって、フリッカが発生する前に電流重畳パルスを印加し、アークスポットの移動現象を抑えれば、フリッカの発生を未然に防ぐことができる。
我々の調査では、フリッカ非同期アークスポット移動現象は、いずれフリッカ同期アークスポット移動現象に成長し、フリッカ現象を引き起こすことになる。
これは、人間というフィルタを用いて便宜上二つに分けたが、物理現象としては元々同じ現象であることを考えると理解できる。
即ち、フリッカ非同期アークスポット移動現象は、フリッカ現象の前駆現象であり、フリッカ非同期アークスポット移動現象を検出することによって、フリッカが発生する前に電流重畳パルスを印加し、アークスポットの移動現象を抑えれば、フリッカの発生を未然に防ぐことができる。
以下、フリッカ非同期アークスポット移動現象の検出方法や制御方法を具体的に説明する。
ＤＣＤＣコンバータ２には、商用ＡＣ電圧が全波整流されたのち昇圧されることによってＤＣ電圧に変換されたＤＣ電圧Ｖｉｎが印加される。
ＤＣＤＣコンバータ２は、ＤＣ電圧Ｖｉｎが印加されると、コントロールユニット６の指示の下で、スイッチ２ａがスイッチングされることにより、そのＤＣ電圧Ｖｉｎを所定のＤＣ電圧Ｖｂに変換する。
ＤＣＤＣコンバータ２には、商用ＡＣ電圧が全波整流されたのち昇圧されることによってＤＣ電圧に変換されたＤＣ電圧Ｖｉｎが印加される。
ＤＣＤＣコンバータ２は、ＤＣ電圧Ｖｉｎが印加されると、コントロールユニット６の指示の下で、スイッチ２ａがスイッチングされることにより、そのＤＣ電圧Ｖｉｎを所定のＤＣ電圧Ｖｂに変換する。
ランプ１の初期始動を行うために、インバータ３とランプ１の間にイグナイタ４が接続されており、イグナイタ４が、ランプ１の初期始動時に短パルス高ピークの電圧をランプ１の電極の両端に印加するようにしている。イグナイタ４が発生する電圧はティピカルには１５ｋＶである。イグナイタ４による高電圧の印加によって、ランプ１の電極間は絶縁破壊され、引き続き印加される交流矩形波によってアーク放電に至る。
インバータ３は、ＤＣＤＣコンバータ２からＤＣ電圧Ｖｂを受け、コントロールユニット６の指示の下で、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４がスイッチングされることにより、そのＤＣ電圧Ｖｂを１００Ｈｚの交流矩形波に変換し、その交流矩形波をランプ１の電極の両端に印加する。ここでは、ＤＣ電圧Ｖｉｎが３８０Ｖ、ＤＣ電圧Ｖｂが定常放電時のとき８０Ｖであるとする。
インバータ３は、ＤＣＤＣコンバータ２からＤＣ電圧Ｖｂを受け、コントロールユニット６の指示の下で、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４がスイッチングされることにより、そのＤＣ電圧Ｖｂを１００Ｈｚの交流矩形波に変換し、その交流矩形波をランプ１の電極の両端に印加する。ここでは、ＤＣ電圧Ｖｉｎが３８０Ｖ、ＤＣ電圧Ｖｂが定常放電時のとき８０Ｖであるとする。
ランプ１に印加される交流矩形波の周波数は映像信号との相性を考慮して１００Ｈｚから２００Ｈｚで駆動される。
例えば、ＮＴＳＣの場合、６０Ｈｚの定倍の周波数である１２０Ｈｚや１８０Ｈｚなどが用いられる。
なお、６０Ｈｚ以下では、半周期内でアノードとカソードの温度差が放電特性に影響を与えるほど大きくなるため寿命が短くなる。また、２００Ｈｚ以上の高周波では、極性反転時に発生する再点弧電圧の周波数が大きくなり、寿命が短くなる。
このため、６０Ｈｚ以下や２００Ｈｚ以上の周波数は用いられることが少ない。ここでは１００Ｈｚとして説明する。
例えば、ＮＴＳＣの場合、６０Ｈｚの定倍の周波数である１２０Ｈｚや１８０Ｈｚなどが用いられる。
なお、６０Ｈｚ以下では、半周期内でアノードとカソードの温度差が放電特性に影響を与えるほど大きくなるため寿命が短くなる。また、２００Ｈｚ以上の高周波では、極性反転時に発生する再点弧電圧の周波数が大きくなり、寿命が短くなる。
このため、６０Ｈｚ以下や２００Ｈｚ以上の周波数は用いられることが少ない。ここでは１００Ｈｚとして説明する。
アークスポット移動検出回路５は、上記のようにして、コントロールユニット６がＤＣＤＣコンバータ２及びインバータ３を制御して、ランプ１の点灯を開始すると、インバータ３の母線電圧であるＤＣ電圧Ｖｂを監視して、人間がランプ１のフリッカ現象を認識できる状態になる前に現れるアークスポットの移動現象を検出する処理を実施する。
ここでは、インバータ３の母線電圧であるＤＣ電圧Ｖｂを監視するものについて説明するが、インバータ３の母線を流れる電流Ｉｂも、ＤＣ電圧Ｖｂと同様に、変動で得られるアークスポットの移動現象の情報を含んでいるので、インバータ３の母線を流れる電流Ｉｂを監視するようにしてもよい。
具体的には、以下のようにして、アークスポットの移動現象を検出する。
ここでは、インバータ３の母線電圧であるＤＣ電圧Ｖｂを監視するものについて説明するが、インバータ３の母線を流れる電流Ｉｂも、ＤＣ電圧Ｖｂと同様に、変動で得られるアークスポットの移動現象の情報を含んでいるので、インバータ３の母線を流れる電流Ｉｂを監視するようにしてもよい。
具体的には、以下のようにして、アークスポットの移動現象を検出する。
アークスポット移動検出回路５の分圧処理部１１は、インバータ３の母線電圧であるＤＣ電圧Ｖｂを信号レベルで扱うことができるようにするために、例えば抵抗分圧を実施することにより、インバータ３の母線電圧であるＤＣ電圧Ｖｂを特定の電圧に比例して降圧する処理を実施する。
例えば、インバータ３の母線電圧であるＤＣ電圧Ｖｂを、０〜５Ｖの範囲の電圧信号に変換する。
例えば、インバータ３の母線電圧であるＤＣ電圧Ｖｂを、０〜５Ｖの範囲の電圧信号に変換する。
アークスポット移動検出回路５のフィルタ１２は、分圧処理部１１から例えば０〜５Ｖの範囲の電圧信号を受けると、その電圧信号には、例えば、極性反転時に発生するオーバーシュートやリンギングの他に、ＤＣＤＣコンバータ２のスイッチングに起因する高周波成分が重畳されているので、例えば抵抗とコンデンサから構成されている積分回路を用いて、その電圧信号に重畳されているノイズを除去する。
なお、フィルタ１２における積分回路の時定数は、人間がランプ１のフリッカ現象を認識できる状態になる前に現れるアークスポットの移動現象の変動情報が除去されないように設定されるが、自動的に電流重畳パルスの情報も除去されずに残ることになる。
なお、フィルタ１２における積分回路の時定数は、人間がランプ１のフリッカ現象を認識できる状態になる前に現れるアークスポットの移動現象の変動情報が除去されないように設定されるが、自動的に電流重畳パルスの情報も除去されずに残ることになる。
アークスポット移動検出回路５のマスク波形生成部１３は、フィルタ１２が上記のようにしてノイズを除去するが、フィルタ１２では除去することができない電圧変動（例えば、電流重畳パルスに伴う電圧変動）を除去することができるようにするために、インバータ３のスイッチング時間から得られる同期信号を基準にしてマスク波形を生成する。ここで、図７はマスク波形生成部１３により生成されるマスク波形を示す説明図である。
図７から明らかなように、マスク波形は、予め決められた幅の波形であり、ランプ１の半周期に同期するように生成されている。
マスクの幅は、検出の誤判定を避けるため、電流重畳パルスよりも前後に若干長めに設定されているのが望ましい。マスク波形は、同期信号をクロックとして、フリップフロップと簡単なロジック回路によって作成することができる。
図７から明らかなように、マスク波形は、予め決められた幅の波形であり、ランプ１の半周期に同期するように生成されている。
マスクの幅は、検出の誤判定を避けるため、電流重畳パルスよりも前後に若干長めに設定されているのが望ましい。マスク波形は、同期信号をクロックとして、フリップフロップと簡単なロジック回路によって作成することができる。
アークスポット移動検出回路５の第１マスキング部１４は、フィルタ１２から出力される電圧信号を受けると、マスク波形生成部１３により生成された図７のマスク波形を用いて、フィルタ１２では除去することができない電流重畳パルスに伴う電圧変動等を除去する処理を実施する。
ただし、第１マスキング部１４は、フィルタ１２から出力される電圧信号がアナログデータであるため、マスクキングによって除去した部分を補間する処理を実施する。例えば、サンプルホールドＩＣを用いて、マスク波形が入力された期間の電圧信号を出力せずに、その直前の電圧信号を保持するようにする。
ただし、第１マスキング部１４は、フィルタ１２から出力される電圧信号がアナログデータであるため、マスクキングによって除去した部分を補間する処理を実施する。例えば、サンプルホールドＩＣを用いて、マスク波形が入力された期間の電圧信号を出力せずに、その直前の電圧信号を保持するようにする。
ここで、図８はアークスポット移動検出回路５に第１マスキング部１４のみが実装されている場合（第２マスキング部１９が実装されていない場合）のマスキング結果を示す説明図である。
図８の例では、図６のフリッカ非同期アーク移動現象による電圧変動４２と電流重畳パルスによる電圧変動４３が電圧信号に重畳されている場合を想定し、第１マスキング部１４によって、電流重畳パルスによる電圧変動４３を除去している様子を示している。
図８の例では、図６のフリッカ非同期アーク移動現象による電圧変動４２と電流重畳パルスによる電圧変動４３が電圧信号に重畳されている場合を想定し、第１マスキング部１４によって、電流重畳パルスによる電圧変動４３を除去している様子を示している。
アークスポット移動検出回路５の基準電圧作成部１５は、第１マスキング部１４から電流重畳パルスによる電圧変動４３が除去された電圧信号を受けると、その電圧信号をメモリに格納する。
基準電圧作成部１５は、メモリに蓄積されている過去の電圧信号の平均値を計算し、その平均値を基準波形として出力する処理を実施する。
ただし、寿命による長時間オーダのランプ電圧の変動は、通常、数日、数ヶ月のオーダであるが、ハロゲンサイクルの影響などにより、場合によっては分オーダでランプ電圧が変動することがあるので、基準電圧作成部１５は、比較的長期の変動の情報を含む基準電圧を作成するため、例えば抵抗とコンデンサからなる積分回路を用いている。このときの時定数は、人間がランプ１のフリッカ現象を認識できる状態になる前に現れるアークスポットの移動現象の変動情報を除去する一方、分オーダ以上の電圧変動の情報が除去されずに残るように設定する。例えば、１秒〜１０秒程度であればよい。
基準電圧作成部１５は、メモリに蓄積されている過去の電圧信号の平均値を計算し、その平均値を基準波形として出力する処理を実施する。
ただし、寿命による長時間オーダのランプ電圧の変動は、通常、数日、数ヶ月のオーダであるが、ハロゲンサイクルの影響などにより、場合によっては分オーダでランプ電圧が変動することがあるので、基準電圧作成部１５は、比較的長期の変動の情報を含む基準電圧を作成するため、例えば抵抗とコンデンサからなる積分回路を用いている。このときの時定数は、人間がランプ１のフリッカ現象を認識できる状態になる前に現れるアークスポットの移動現象の変動情報を除去する一方、分オーダ以上の電圧変動の情報が除去されずに残るように設定する。例えば、１秒〜１０秒程度であればよい。
ここでは、第１マスキング部１４から出力された電圧信号をメモリに蓄積して、過去の電圧信号の平均値を計算するものについて示しているが、第１マスキング部１４から出力された電圧信号をメモリには格納せずに、例えば、その電圧信号を所定の時定数を有する積分回路に入力して、その積分回路の出力信号を基準波形として使用するようにしてもよい。
アークスポット移動検出回路５の差分処理部１６は、第１マスキング部１４から電流重畳パルスによる電圧変動４３が除去された電圧信号を受け、基準電圧作成部１５から基準波形を受けると、その電圧信号と基準波形の差分を求め、その差分値を増幅処理部１７に出力する。
アークスポット移動検出回路５の増幅処理部１７は、差分処理部１６から差分値を受けると、その差分値を増幅して判定処理部１８に出力する。
なお、増幅処理部１７による増幅後の差分値には、基本的に、人間がランプ１のフリッカ現象を認識できる状態になる前に現れるアークスポットの移動現象の変動情報のみが含まれているものになっている。
電流重畳パルスによる電圧の変動情報は、第１マスキング部１４により除去されているが、完全に除去されずに残っている場合がある。この場合、後段の第２マスキング部１９が電流重畳パルスによる電圧の変動情報を除去する。
アークスポット移動検出回路５の増幅処理部１７は、差分処理部１６から差分値を受けると、その差分値を増幅して判定処理部１８に出力する。
なお、増幅処理部１７による増幅後の差分値には、基本的に、人間がランプ１のフリッカ現象を認識できる状態になる前に現れるアークスポットの移動現象の変動情報のみが含まれているものになっている。
電流重畳パルスによる電圧の変動情報は、第１マスキング部１４により除去されているが、完全に除去されずに残っている場合がある。この場合、後段の第２マスキング部１９が電流重畳パルスによる電圧の変動情報を除去する。
アークスポット移動検出回路５の判定処理部１８は、増幅処理部１７から増幅後の差分値を受けると、その差分値と所定の閾値を比較して、その差分値が、人間がランプ１のフリッカ現象を認識できる状態になる前に現れるアークスポットの移動現象を表しているか否かを判定し、アークスポットの移動現象を表していると判定する場合には、移動現象の検出信号を第２マスキング部１９に出力する。
この際、増幅処理部１７から出力された差分値が所定の閾値より大きければ、アークスポットの移動現象を表していると判定するが、その閾値が小さ過ぎると、重畳されているノイズの影響で誤判定を招くことがあり、その閾値が大き過ぎると、人間がランプ１のフリッカ現象を認識できる状態になる前に、アークスポットの移動現象を検出することができなくなることがある。
したがって、所定の閾値は適当な値に設定する必要があり、適当な値に設定すれば、ノイズを拾うことなく、フリッカへ成長する前にアークスポットの移動現象を検出することができる。
この際、増幅処理部１７から出力された差分値が所定の閾値より大きければ、アークスポットの移動現象を表していると判定するが、その閾値が小さ過ぎると、重畳されているノイズの影響で誤判定を招くことがあり、その閾値が大き過ぎると、人間がランプ１のフリッカ現象を認識できる状態になる前に、アークスポットの移動現象を検出することができなくなることがある。
したがって、所定の閾値は適当な値に設定する必要があり、適当な値に設定すれば、ノイズを拾うことなく、フリッカへ成長する前にアークスポットの移動現象を検出することができる。
アークスポット移動検出回路５の第２マスキング部１９は、判定処理部１８から検出信号を受けると、その検出信号が電流重畳パルスによる電圧変動の入力に伴って出力された場合には、その検出信号は誤検出に基づくものであるため、マスク波形生成部１３により生成されたマスク波形を用いて、判定処理部１８から出力された誤検出に基づく検出信号を除去する処理を実施する。
ここで、図９はアークスポット移動検出回路５に第２マスキング部１９のみが実装されている場合（第１マスキング部１４が実装されていない場合）のマスキング結果を示す説明図である。
図９の例では、図６のフリッカ非同期アーク移動現象による電圧変動４２と電流重畳パルスによる電圧変動４３が電圧信号に重畳されている場合を想定し、第１マスキング部１４によって、判定処理部１８から出力された誤検出に基づく検出信号を除去している様子を示している。
図９の例では、図６のフリッカ非同期アーク移動現象による電圧変動４２と電流重畳パルスによる電圧変動４３が電圧信号に重畳されている場合を想定し、第１マスキング部１４によって、判定処理部１８から出力された誤検出に基づく検出信号を除去している様子を示している。
コントロールユニット６は、アークスポット移動検出回路５がアークスポットの移動現象を検出して、アークスポット移動検出回路５から検出信号を受けると、ランプ１の極性が反転する前の一定期間、ＤＣＤＣコンバータ２のスイッチ２ａを制御して（スイッチ２ａのスイッチング周波数を高める制御、または、スイッチ２ａのデューティを高める制御）、ランプ１に流れる電流を一定期間高めることにより（電流重畳パルス点灯方式を実施）、アークスポットの移動現象を抑制する。
また、コントロールユニット６は、アークスポット移動検出回路５がアークスポットの移動現象の消滅を検出して、アークスポット移動検出回路５から受けていた検出信号がなくなると、その電流重畳パルス点灯方式の実施を停止して（ＤＣＤＣコンバータ２のスイッチ２ａに対する制御状態を、アークスポットの移動現象を抑制前の状態に戻す）、アークスポットの移動現象を抑制する処理を停止する。
また、コントロールユニット６は、アークスポット移動検出回路５がアークスポットの移動現象の消滅を検出して、アークスポット移動検出回路５から受けていた検出信号がなくなると、その電流重畳パルス点灯方式の実施を停止して（ＤＣＤＣコンバータ２のスイッチ２ａに対する制御状態を、アークスポットの移動現象を抑制前の状態に戻す）、アークスポットの移動現象を抑制する処理を停止する。
ここで、コントロールユニット６が電流重畳パルス点灯方式を実施するタイミングであるが、アークスポット移動検出回路５から検出信号を受けると同時に、電流重畳パルス点灯方式を実施するようにしてもよいが、アークスポット移動検出回路５から検出信号を受けてから、一定時間経過後に電流重畳パルス点灯方式を実施するようにしてもよい。
例えば、アークスポット移動検出回路５から複数回検出信号を受けた後、あるいは、アークスポット移動検出回路５における検出信号の出力周波数が一定周波数以上になってから、電流重畳パルス点灯方式を実施するようにする。
例えば、アークスポット移動検出回路５から複数回検出信号を受けた後、あるいは、アークスポット移動検出回路５における検出信号の出力周波数が一定周波数以上になってから、電流重畳パルス点灯方式を実施するようにする。
また、コントロールユニット６が電流重畳パルス点灯方式を停止するタイミングについても、アークスポット移動検出回路５から検出信号を受けなくなると同時に、電流重畳パルス点灯方式の実施を停止するようにしてもよいが、アークスポット移動検出回路５から検出信号を受けなくなってから、一定時間経過後に電流重畳パルス点灯方式の実施を停止するようにしてもよい。
なお、検出信号の幅は、電圧変動の大きさを示し、検出信号の回数は、電圧変動の発生頻度を示している。即ち、アークスポットの移動現象の強度を示している。
検出信号の幅や回数に応じて、電流重畳パルスの幅や波高値を変えることによって、より効率よく、電流重畳パルスをコントロールすることができる。
なお、検出信号の幅は、電圧変動の大きさを示し、検出信号の回数は、電圧変動の発生頻度を示している。即ち、アークスポットの移動現象の強度を示している。
検出信号の幅や回数に応じて、電流重畳パルスの幅や波高値を変えることによって、より効率よく、電流重畳パルスをコントロールすることができる。
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、インバータ３の母線電圧であるＤＣ電圧Ｖｂを監視して、人間がランプ１のフリッカ現象を認識できる状態になる前に現れるアークスポットの移動現象を検出するアークスポット移動検出回路５を設け、そのアークスポット移動検出回路５によりアークスポットの移動現象が検出されると、ＤＣＤＣコンバータ２のスイッチ２ａを制御して、アークスポットの移動現象を抑制するように構成したので、ランプ１の寿命の大幅な短縮を招くことなく、フリッカの発生を無くすことができる効果を奏する。
また、この実施の形態１によれば、アークスポット移動検出回路５から検出信号を受けなくなると、アークスポットの移動現象を抑制する処理を停止するように構成したので、ランプ１の寿命の短縮を抑制することができる効果を奏する。
この実施の形態１によれば、アークスポット移動検出回路５から検出信号を受けると、ランプ１の極性が反転する前の一定期間、ランプ１に流れる電流を一定期間高める移動現象の抑制処理を実施するように構成したので、アーク放電を安定化させて、フリッカの発生を防止することができる効果を奏する。
この実施の形態１によれば、アークスポット移動検出回路５から検出信号を受けると同時に、アークスポットの移動現象の抑制処理を開始するように構成したので、確実にアークスポットの移動現象を抑制することができる効果を奏する。
この実施の形態１によれば、アークスポット移動検出回路５から検出信号を受けると、一定時間経過後にアークスポットの移動現象の抑制処理を開始するように構成したので、無駄な電流重畳パルスを軽減して、効率よくアークスポットの移動現象を抑制することができる効果を奏する。
この実施の形態１によれば、アークスポット移動検出回路５から検出信号を受けなくなると同時に、アークスポットの移動現象の抑制処理を停止するように構成したので、無駄な電流重畳パルスを軽減することができるとともに、ランプ１の寿命の短縮を抑制することができる効果を奏する。
この実施の形態１によれば、アークスポット移動検出回路５から検出信号を受けなくなると、一定時間経過後にアークスポットの移動現象の抑制処理を停止するように構成したので、確実にアークスポットの移動現象を抑制することができる効果を奏する。
この実施の形態１によれば、人間が認識可能な周波数帯域より高い周波数帯域の移動現象を検出するように構成したので、人間がフリッカを感じる前に、アークスポットの移動現象を検出することができる効果を奏する。
この実施の形態１によれば、第１マスキング部１４から出力された電圧信号と、基準電圧作成部１５から出力された基準波形との差分を求め、その差分値と所定の閾値を比較してアークスポットの移動現象を検出するように構成したので、基準電圧作成部１５により長期の電圧変動の影響を受けない基準電圧が作成されれば、長期の電圧変動の影響を受けることなく、アークスポットの移動現象の検出精度を高めることができる効果を奏する。
この実施の形態１によれば、ランプ１の点灯周波数に同期しているマスク波形を生成し、そのマスク波形を用いて、ランプ１に印加される交流矩形波に相当する電圧信号をマスクして、アークスポットの移動現象を示す変動成分以外の変動成分を除去するように構成したので、アークスポットの移動現象の検出精度を高めることができる効果を奏する。
また、この実施の形態１によれば、第１マスキング部１４から電流重畳パルスによる電圧変動４３が除去された電圧信号を蓄積し、基準波形として、過去の電圧信号の平均値を求めるように構成したので、例えば、ハロゲンサイクルの影響などで、分オーダでランプ電圧が変動しても、確実にアークスポットの移動現象を検出することができる効果を奏する。
なお、第１マスキング部１４から出力された電圧信号をメモリには格納せずに、例えば、その電圧信号を所定の時定数を有する積分回路に入力して、その積分回路の出力信号を基準波形として使用する場合には、その電圧信号をメモリに一旦格納してから平均値を計算する場合より、応答性が良くなるとともに、製造コストを下げることができる効果を奏する。
なお、第１マスキング部１４から出力された電圧信号をメモリには格納せずに、例えば、その電圧信号を所定の時定数を有する積分回路に入力して、その積分回路の出力信号を基準波形として使用する場合には、その電圧信号をメモリに一旦格納してから平均値を計算する場合より、応答性が良くなるとともに、製造コストを下げることができる効果を奏する。
実施の形態２．
上記実施の形態１では、第１マスキング部１４から電流重畳パルスによる電圧変動４３が除去された電圧信号を蓄積し、基準波形として、過去の電圧信号の平均値を求めるものについて示したが（積分回路によって単純に連続した時間の電圧信号の平均値を求める）、この実施の形態２では、基準波形として、ランプの点灯周波数の半周期毎に電圧信号をピックアップし、それぞれ平均値を求めるようにしてもよい。
上記実施の形態１では、第１マスキング部１４から電流重畳パルスによる電圧変動４３が除去された電圧信号を蓄積し、基準波形として、過去の電圧信号の平均値を求めるものについて示したが（積分回路によって単純に連続した時間の電圧信号の平均値を求める）、この実施の形態２では、基準波形として、ランプの点灯周波数の半周期毎に電圧信号をピックアップし、それぞれ平均値を求めるようにしてもよい。
即ち、交流点灯の場合、ランプ１の両電極は、半周期毎にアノードとカソードに役割を変えるが、両電極は同じ電極形状とは限らないため、半周期毎にランプ電圧が変化することがある。
そこで、この実施の形態２では、一方の電極にとってアノードであった期間のランプ電圧と、カソードであった期間のランプ電圧を別々に記憶して平均化し、半周期毎にランプ電圧が異なる場合でも、その異なる電圧に対応する基準電圧（平均電圧）を得るようにしている。
これにより、この実施の形態２によれば、ランプ１の両電極の形状が異なる場合でも、確実にアークスポットの移動現象を検出することができる効果を奏する。
そこで、この実施の形態２では、一方の電極にとってアノードであった期間のランプ電圧と、カソードであった期間のランプ電圧を別々に記憶して平均化し、半周期毎にランプ電圧が異なる場合でも、その異なる電圧に対応する基準電圧（平均電圧）を得るようにしている。
これにより、この実施の形態２によれば、ランプ１の両電極の形状が異なる場合でも、確実にアークスポットの移動現象を検出することができる効果を奏する。
実施の形態３．
図１０はこの発明の実施の形態３によるランプ点灯装置のアークスポット移動検出回路５を示す構成図であり、図において、図２と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
微分回路２０は例えばコンデンサと抵抗から構成されており、増幅処理部１７による増幅後の差分値を微分して、その微分値を判定処理部２１に出力する処理を実施する。
判定処理部２１は微分回路２０から出力された微分値と所定の閾値を比較して、その微分値が所定の閾値を上回ると、検出信号を第３マスキング部２２に出力する処理を実施する。
第３マスキング部２２は図２の第２マスキング部１９と同様に、電流重畳パルスによる電圧変動の入力に伴って、判定処理部２１から出力される検出信号を、マスク波形生成部１３により生成されたマスク波形を用いて除去する処理を実施する。
図１０はこの発明の実施の形態３によるランプ点灯装置のアークスポット移動検出回路５を示す構成図であり、図において、図２と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
微分回路２０は例えばコンデンサと抵抗から構成されており、増幅処理部１７による増幅後の差分値を微分して、その微分値を判定処理部２１に出力する処理を実施する。
判定処理部２１は微分回路２０から出力された微分値と所定の閾値を比較して、その微分値が所定の閾値を上回ると、検出信号を第３マスキング部２２に出力する処理を実施する。
第３マスキング部２２は図２の第２マスキング部１９と同様に、電流重畳パルスによる電圧変動の入力に伴って、判定処理部２１から出力される検出信号を、マスク波形生成部１３により生成されたマスク波形を用いて除去する処理を実施する。
次に動作について説明する。
上記実施の形態１では、増幅処理部１７による増幅後の差分値を所定の閾値と比較して、アークスポットの移動現象を検出するものについて示したが、その差分値の波形を微分することにより、電圧変動の変化の大きさを得ることができる。現象の時間的な変化は、現象の時定数を意味し、異なる物理現象を区別できるパラメータになり得る。
また、アークスポットの移動現象の他にも、電圧や電流の変動を引き起こす物理現象は存在する。例えば、ランプ１の破裂前には、破裂の前兆現象の情報が電圧や電流の変動に現れる。
したがって、変動の時定数の情報を得ることによって、アークスポットの移動現象と他の物理現象を区別したり、積極的に他の物理現象を検出したりすることができる。
上記実施の形態１では、増幅処理部１７による増幅後の差分値を所定の閾値と比較して、アークスポットの移動現象を検出するものについて示したが、その差分値の波形を微分することにより、電圧変動の変化の大きさを得ることができる。現象の時間的な変化は、現象の時定数を意味し、異なる物理現象を区別できるパラメータになり得る。
また、アークスポットの移動現象の他にも、電圧や電流の変動を引き起こす物理現象は存在する。例えば、ランプ１の破裂前には、破裂の前兆現象の情報が電圧や電流の変動に現れる。
したがって、変動の時定数の情報を得ることによって、アークスポットの移動現象と他の物理現象を区別したり、積極的に他の物理現象を検出したりすることができる。
そこで、この実施の形態３では、アークスポット移動検出回路５の微分回路２０が、増幅処理部１７による増幅後の差分値を微分して、その微分値を判定処理部２１に出力する。
アークスポット移動検出回路５の判定処理部２１は、微分回路２０から微分値を受けると、その微分値と所定の閾値を比較し、その微分値が所定の閾値を上回ると、検出信号を第３マスキング部２２に出力する。
アークスポット移動検出回路５の第３マスキング部２２は、図２の第２マスキング部１９と同様に、判定処理部２２から検出信号を受けると、その検出信号が電流重畳パルスによる電圧変動の入力に伴って出力された場合には、その検出信号は誤検出に基づくものであるため、マスク波形生成部１３により生成されたマスク波形を用いて、判定処理部２２から出力された誤検出に基づく検出信号を除去する処理を実施する。
アークスポット移動検出回路５の判定処理部２１は、微分回路２０から微分値を受けると、その微分値と所定の閾値を比較し、その微分値が所定の閾値を上回ると、検出信号を第３マスキング部２２に出力する。
アークスポット移動検出回路５の第３マスキング部２２は、図２の第２マスキング部１９と同様に、判定処理部２２から検出信号を受けると、その検出信号が電流重畳パルスによる電圧変動の入力に伴って出力された場合には、その検出信号は誤検出に基づくものであるため、マスク波形生成部１３により生成されたマスク波形を用いて、判定処理部２２から出力された誤検出に基づく検出信号を除去する処理を実施する。
以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、増幅処理部１７による増幅後の差分値を微分して、その微分値を出力するように構成したので、アークスポットの移動現象の他にも、アークスポットの物理現象を検出することができる効果を奏する。
実施の形態４．
上記実施の形態１では、特に言及していないが、図１１に示すように、ランプ１における電極（１）と電極（２）を結ぶ電極軸を回転軸にして、コントロールユニット６がランプ１１を回転させるようにしてもよい。
上記実施の形態１では、特に言及していないが、図１１に示すように、ランプ１における電極（１）と電極（２）を結ぶ電極軸を回転軸にして、コントロールユニット６がランプ１１を回転させるようにしてもよい。
上記実施の形態１では、コントロールユニット６が電流重畳パルス点灯方式を実施して、アークスポットの移動現象を抑制するものについて示したが、この実施の形態４では、他の方法で、アークスポットの移動現象を抑制するようにしている。
具体的には下記の通りである。
具体的には下記の通りである。
アークスポットの移動は、電極表面の微妙な凹凸と、管内で働いている幾つかの力の微妙なバランスによって決まっている。
管内に働いている力の中で最も支配的な力は、アークの発熱に起因する対流である。この結果、アークの移動は垂直方向に生じることになる。
したがって、対流の生じる方向と、電極表面の微妙な凹凸の相対的な位置関係を、電極軸に対してランプ１を回転するようにすれば、アークスポットの移動に大きな影響を与えることができる。
管内に働いている力の中で最も支配的な力は、アークの発熱に起因する対流である。この結果、アークの移動は垂直方向に生じることになる。
したがって、対流の生じる方向と、電極表面の微妙な凹凸の相対的な位置関係を、電極軸に対してランプ１を回転するようにすれば、アークスポットの移動に大きな影響を与えることができる。
回転の方向や角度によってアークスポットの移動現象が抑えられるか、逆に大きくなるかを事前に予測することは難しいので、アークスポット移動検出回路５の判定処理部１８における検出信号の出力周波数から判断する。
そこで、この実施の形態４では、コントロールユニット６が電極軸に対してランプ１を回転させながら、アークスポット移動検出回路５の判定処理部１８における検出信号の出力周波数に基づいて、アークスポットの移動現象が抑えられているのか、逆に大きくなっているのかを判断する。
そして、その判断に応じてランプ１の回転の方向や角度を微調整することによって、最終的に最もアークスポットの移動現象が起こり難い位置を決定するようにする。
そこで、この実施の形態４では、コントロールユニット６が電極軸に対してランプ１を回転させながら、アークスポット移動検出回路５の判定処理部１８における検出信号の出力周波数に基づいて、アークスポットの移動現象が抑えられているのか、逆に大きくなっているのかを判断する。
そして、その判断に応じてランプ１の回転の方向や角度を微調整することによって、最終的に最もアークスポットの移動現象が起こり難い位置を決定するようにする。
１ ランプ（放電ランプ）、２ ＤＣＤＣコンバータ（ランプ点灯手段）、２ａ スイッチ、２ｂ ダイオード、２ｃ コイル、２ｄ コンデンサ、３ インバータ（ランプ点灯手段）、４ イグナイタ（ランプ点灯手段）、５ アークスポット移動検出回路（移動現象検出手段）、６ コントロールユニット（移動現象抑制手段）、１１ 分圧処理部、１２ フィルタ、１３ マスク波形生成部、１４ 第１マスキング部、１５ 基準電圧作成部、１６ 差分処理部、１７ 増幅処理部、１８ 判定処理部、１９ 第２マスキング部、２０ 微分回路、２１ 判定処理部、２２ 第３マスキング部、４１ オーバーシュートとリンギングによる電圧変動、４２ フリッカ非同期アーク移動現象による電圧変動、４３ 電流重畳パルスによる電圧変動、４４ オーバーシュートとリンギングによる電流変動、４５ フリッカ非同期アーク移動現象による電流変動、４６ 電流重畳パルスによる電流変動、ＳＷ１〜ＳＷ４ スイッチ。
Claims (14)
- 交流矩形波を放電ランプに印加して、その放電ランプを点灯させるランプ点灯手段と、上記ランプ点灯手段は、直流電源と、直流電源の出力を調整するＤＣＤＣコンバータと、そのＤＣＤＣコンバータの出力を交流矩形波に変換するインバータとを含み、
上記ランプ点灯手段の電気パラメータを監視して、人間が認識可能な周波数帯域よりも高い周波数帯域のアークスポットの移動現象を検出する移動現象検出手段と、上記移動現象検出手段によりアークスポットの移動現象が検出されると、その検出信号に基づいて、上記ランプ点灯手段によって印加される交流矩形波を制御して、アークスポットの移動現象を抑制する移動現象抑制手段とを備えたランプ点灯装置。 - 移動現象検出手段は、アークスポットの移動現象を検出したのち、ランプ点灯手段の電気パラメータを監視して、アークスポットの移動現象の消滅を検出し、移動現象抑制手段は、上記移動現象検出手段によりアークスポットの移動現象の消滅が検出されると、アークスポットの移動現象を抑制する処理を停止することを特徴とする請求項１記載のランプ点灯装置。
- 移動現象抑制手段は、移動現象検出手段によりアークスポットの移動現象が検出されると、上記ランプ点灯手段のＤＣＤＣコンバータによって、放電ランプの極性が反転する前の一定期間、上記ランプ点灯手段により印加される交流矩形波を高め、移動現象の抑制処理を実施することを特徴とする請求項１または請求項２記載のランプ点灯装置。
- 移動現象検出手段は、ランプ点灯手段の電気パラメータと基準パラメータの差分を求め、その差分と所定の閾値を比較してアークスポットの移動現象を検出することを特徴とする請求項１または請求項２記載のランプ点灯装置。
- 移動現象検出手段は、ランプ点灯手段の電気パラメータから人間が認識可能な周波数帯域以上の周波数帯域の変動成分を除去して基準パラメータとすることを特徴とする請求項４記載のランプ点灯装置。
- 移動現象検出手段は、放電ランプの点灯周波数に同期しているマスク波形を生成し、そのマスク波形を用いて、ランプ点灯手段の電気パラメータをマスクして、アークスポットの移動現象を示す変動成分以外の変動成分を除去することを特徴とする請求項４記載のランプ点灯装置。
- 移動現象検出手段は、ランプ点灯手段の電気パラメータを蓄積し、蓄積した過去の電気パラメータから基準パラメータを求めることを特徴とする請求項４記載のランプ点灯装置。
- 移動現象検出手段は、放電ランプの点灯波形の半周期毎に蓄積した過去の電気パラメータから、基準パラメータを求めることを特徴とする請求項７記載のランプ点灯装置。
- 移動現象検出手段は、ランプ点灯手段の電気パラメータと基準パラメータの差分を微分して、その微分値を出力することを特徴とする請求項４記載のランプ点灯装置。
- 移動現象抑制手段は、移動現象検出手段によりアークスポットの移動現象が検出されると同時に、アークスポットの移動現象の抑制処理を開始することを特徴とする請求項１記載のランプ点灯装置。
- 移動現象抑制手段は、移動現象検出手段によりアークスポットの移動現象が検出されると、一定時間経過後にアークスポットの移動現象の抑制処理を開始することを特徴とする請求項１記載のランプ点灯装置。
- 移動現象抑制手段は、移動現象検出手段によりアークスポットの移動現象の消滅が検出されると同時に、アークスポットの移動現象の抑制処理を停止することを特徴とする請求項２記載のランプ点灯装置。
- 移動現象抑制手段は、移動現象検出手段によりアークスポットの移動現象の消滅が検出されると、一定時間経過後にアークスポットの移動現象の抑制処理を停止することを特徴とする請求項２記載のランプ点灯装置。
- 交流矩形波を放電ランプに印加して、その放電ランプを点灯させるランプ点灯手段と、上記ランプ点灯手段の電気パラメータを監視して、人間が認識可能な周波数帯域よりも高い周波数帯域のアークスポットの移動現象を検出する移動現象検出手段と、上記移動現象検出手段によりアークスポットの移動現象が検出されると、その検出信号の基づいて、放電ランプにおける双方の電極を結ぶ電極軸を回転軸にして、その放電ランプの回転角度を制御することによりアークスポットの移動現象を抑制する移動現象抑制手段とを備えたランプ点灯装置。
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