JP4873371B2

JP4873371B2 - 高圧放電灯点灯装置、プロジェクタ及び高圧放電灯の点灯方法

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Publication number: JP4873371B2
Application number: JP2007113659A
Authority: JP
Inventors: 徹永瀬
Original assignee: Iwasaki Denki KK
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Priority date: 2007-04-24
Filing date: 2007-04-24
Publication date: 2012-02-08
Anticipated expiration: 2027-04-24
Also published as: JP2008270058A

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、プロジェクタおよび高圧放電灯の点灯方法に関する。

液晶プロジェクタ等に用いら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１ｋＨｚ程度以下の交流電流に変換して高圧放電灯の点灯極性を切り替えながら点灯させるように構成されている。ここで高圧放電灯とは高圧水銀ランプ（以下、「ランプ」という）であり、ハロゲン物質、希ガス及び水銀が封入されていて、発光管内には一対の電極が対向配置されている。

ところで、ランプを上記のような交流電流で点灯し続けると、放電アークの起点が電極先端上でジャンプするいわゆるフリッカが発生してしまうことが知られている。これは点灯時間が進むにつれ、図１０に示すように電極先端部が荒れ、放電アークの起点が電極先端の複数の凸部を移動し一点に定まらなくなることによる。

このフリッカを抑制するために、ランプに何らかの特殊な波形の電流を投入することによる対策がこれまで報告されてきた。例えば、特許文献１では、交流ランプ電流として、低周波矩形波電流をベースとしてその半サイクル間に高周波電流を１サイクル挿入し、その高周波部分の後半の半サイクル又は１サイクル全部を低周波部分の電流よりも大きくするものが開示されている（それぞれ図６（ａ）、（ｂ）参照）。なお、図６において、ｔ_ａ〜ｔ_ｂが全体の１周期であり、期間Ｔ_ＨＦが高周波電流期間の１サイクルである。そして、このような電流波形で点灯することにより、ランプ電極先端に例えば図３（ｂ）に示すような１つの突起が成長し、その突起にアークの起点が定まることによりフリッカが抑制されるというものである。

また、図６のような波形の他にも種々の突起形成のためのランプ電流波形が報告されている。例えば、特許文献２では、図１１（ａ）に示すように、低周波矩形波電流をベースとしてその半サイクルの終了間際にパルス電流を重畳するものが開示されている。
また、特許文献３では、図１１（ｂ）に示すように、低周波矩形波電流をベースとして、その半サイクルにおいて開始時よりも終了時に向けて電流が徐々に高くなっていくようなランプ電流波形が開示されている。

ところが、上記のような波形の電流を用いた場合、確かに電極上に放電アークの起点となり得るような突起が成長されることは確認されているが、その後点灯を続けると図３（ｂ）の状態を経て、図３（ｅ）に示すようにその突起の周囲に他の突起も形成され、結局上述した複数の突起に起因するフリッカの問題が解消されない場合があることが分かってきた。

また、電極表面が荒れて複数の突起が発生することに対して、それを修復するために電極表面補修期間を設けることが特許文献４に開示されている。これによると、（交流点灯の場合）ランプ点灯中の所定の時期に、ランプ電流が定格電流以上になる期間又は点灯周波数が５Ｈｚ以下となる期間を間欠的に１秒以上設ける方法が示されている。この補修期間の作用により電極表面が一様に加熱され、問題となる複数の突起がなくなるというものである。そして、同文献には電極表面補修期間をランプが安定点灯に至る前の期間に設けてもよいことも示唆されている。
特開２００６−２０２７７５号公報特表平１０−５０１９１９号公報特開平２００３−２４３１９５号公報特許第３８４００５４号

本発明は特にプロジェクタ用の高圧放電灯点灯装置に向けられている。従って、装置の制御方法を検討するにあたって重要なこととして、まず、コンテンツの上映時にユーザの視覚に違和感を与えないことであり、即ち、ユーザの視覚に対する配慮がなされなければならない。

ここで、特許文献４は電極表面補修期間を安定点灯中に間欠的に設けるものであるが、特許文献４では補修期間の点灯周波数が５Ｈｚ以下であったり、定格電流以上のランプ電流を印加するものであったりするので、安定点灯時（特にコンテンツの上映時）にその補修期間による制御が行われるとユーザの視覚に違和感を与えるおそれがある。特に、交流点灯式の場合、その点灯周波数が５０Ｈｚより低いとランプ電流の極性反転自体がちらつきとして視認できるようになり、ユーザには不快なものとなる。従って、同文献による対策は視覚上の観点から好適な対策とはいえない。

また、同文献が示すように、電極表面補修期間が安定点灯前に設けられた場合であっても、そもそも５Ｈｚ以下という非常に低い点灯周波数による点灯は、回路設計上の観点及びランプとのマッチングの観点から好ましくない。
回路設計上の問題について、ブリッジ制御回路には、部品点数削減、低コスト化、部品標準化等の観点から汎用のフルブリッジドライバＩＣを用いるのが一般的である。しかし、汎用ドライバＩＣは５Ｈｚ程度の低周波を想定して設計されていないため、そのような使用においては信頼性を確保できない。また、汎用ドライバＩＣを用いず、ディスクリート部品でドライバ回路を構成したり、専用のドライバＩＣを用いたりすると大幅なコストアップが避けられない。

また、ランプとのマッチングについて、５Ｈｚ以下のような非常に低い点灯周波数で点灯すると、１つの電極について１回あたりの陽極となる時間が長過ぎるため、電極全体の温度が必要以上に上昇してしまう。これにより、突起を溶解するという本来の目的を超えて電極全体にダメージを与え消耗させてしまうことになる。さらに、１Ｈｚ以下の極めて低い周波数による準直流的な点灯の場合は、１対の電極双方に均等に効果を及ぼすのが難しくなる。従って、同文献による対策は、仮にある特定のランプに対して効果があったとしても、一般的なランプに対して好適であるとはいえない。

本発明の第１の側面は、高圧放電灯に交流電流を供給するための電力供給手段、及び電力供給手段の動作を制御する制御手段からなる高圧放電灯点灯装置における高圧放電灯の点灯方法であって、制御手段において、ランプ点灯後所定期間に、高圧放電灯の電極先端に必要以上に成長した突起あるいは前記突起以外に析出した突起を溶解するための点灯モードであるリフレッシュ点灯モードを適用するステップ、及び所定時間経過後においては高圧放電灯の電極先端に突起が成長又は維持し易い点灯モードである通常点灯モードを適用するステップからなる点灯方法である。

上記第１の側面において、交流電流の周波数を１０Ｈｚ以上１ｋＨｚ以下として、リフレッシュ点灯モードにおける周波数ｆｒを通常点灯モードにおける周波数ｆｎよりも低くし、周波数ｆｒをｆｒ＜７５Ｈｚとした。

また、上記第１の側面において、リフレッシュ点灯モードにおける電流値が、高圧放電灯のランプ電圧が定格ランプ電圧範囲の下限値未満である電圧範囲においては、高圧放電灯の定格ランプ電圧範囲の下限値における電流値よりも大きい値とした。

また、上記第１の側面において、リフレッシュ点灯モードにおける電力値が高圧放電灯の定格ランプ電力よりも大きい値とした。

またさらに、上記第１の側面において、リフレッシュ点灯モードにおける電流波形は略矩形波であり、通常点灯モードにおける電流波形は高圧放電灯の電極先端に突起が成長しやすい波形とした。

本発明の第２の側面は、高圧放電灯に１０Ｈｚ以上１ｋＨｚ以下の交流電流を供給するための電力供給手段、及び電力供給手段の動作を制御する制御手段からなる高圧放電灯点灯装置であって、制御手段が、高圧放電灯の安定点灯時には点灯周波数ｆｎによって電力供給手段を動作させ、高圧放電灯の放電開始後から安定点灯到達前の期間には点灯周波数ｆｎよりも低い点灯周波数ｆｒによって電力供給手段を動作させるよう構成され、点灯周波数ｆｎ及びｆｒについて、ｆｒ＜７５Ｈｚ≦ｆｎである高圧放電灯点灯装置である。

本発明の第３の側面は、高圧放電灯に交流電流を供給するための電力供給手段、及び電力供給手段の動作を制御する制御手段からなる高圧放電灯点灯装置であって、高圧放電灯の放電開始後から安定点灯到達前の期間であって、かつ、ランプ電圧が定格ランプ電圧範囲の下限値未満である場合には、高圧放電灯の定格ランプ電圧範囲の下限値における電流値よりも大きい電流値を電力供給手段が出力するよう制御手段が構成された高圧放電灯点灯装置である。

本発明の第４の側面は、高圧放電灯に交流電流を供給するための電力供給手段、及び電力供給手段の動作を制御する制御手段からなる高圧放電灯点灯装置であって、高圧放電灯の放電開始後から安定点灯到達前の期間であって、かつ、ランプ電圧が定格ランプ電圧範囲の下限値未満である場合には、高圧放電灯の定格ランプ電力よりも大きい電力を電力供給手段が出力するよう制御手段が構成された高圧放電灯点灯装置である。

本発明の第５の側面は、上記第２から第４の側面の高圧放電灯点灯装置、高圧放電灯、高圧放電灯が取り付けられるレフレクタ、及び高圧放電灯点灯装置及びリフレクタを内包する筐体を備えたプロジェクタである。

本発明によると、リフレッシュ点灯モードによりランプの電極上に成長した不要な突起を溶解させることができるので、ランプのフリッカ発生を抑制することができる。

また、ランプ始動時（ランプ立ち上がり時）のタイミングでリフレッシュ点灯モードを起動し、ランプの光出力が充分でない期間リフレッシュ点灯モードを行なうので、ユーザに視覚的な違和感を与えるようなこともない。

さらに、点灯期間中の大部分を占める通常点灯モードでは、ランプ電流としてランプ寿命を確保する上で好適なランプ電流波形を用いることができるので本発明はランプ寿命の確保にも貢献する。さらに、リフレッシュ点灯モード中も妥当な範囲の周波数で点灯するので、この期間における電極へのダメージもない。

また、汎用ドライバＩＣ等の性能範囲内で回路を設計できるので、そのような汎用ＩＣを用いることで部品点数が少なく安価な装置とすることができるとともに、異なる定格出力など他の高圧放電灯点灯装置と部品の共用化（標準化）を図ることができ生産管理上好ましい。

＜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、定電流制御には抵抗３３による検出ランプ電流を、定電力制御には抵抗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。

本発明の点灯モードには通常点灯モード及びリフレッシュ点灯モードの２モードがある。通常点灯モードとは、ランプの電極先端に突起を形成するための点灯モードである。リフレッシュ点灯モードとはランプ始動時にその電極先端の不要な突起を溶解して電極表面を好ましい状態にするための点灯モードである。各モードの詳細は後述する。

図３は各ステップにおける電極表面の状態を示すものであり、図４はタイミングチャートである。
高圧放電灯点灯装置に電源が投入されると、点灯装置が動作を開始しランプ６０が点灯開始される（図４のｔ_０に対応）。この始動制御には一般的な始動制御を用いればよく、本発明の本質ではないので説明を省略する。この時点をランプの初期状態とすると、通常はランプの電極先端には図３（ａ）のように突起ができている。

これまで説明した従来の技術を用い、高圧放電灯を点灯させることでも電極先端の突起を維持、成長させることはある程度可能ではある。しかしながら前記高圧放電ランプの累積点灯時間が長くなり、ランプ寿命の中期を過ぎる頃になると電極の再結晶化が始まり、その組成が変化して蒸発したタングステンが元の突起部に戻りにくくなる。その結果、従来の技術を用いた通常点灯モードでの点灯を継続していると次第に元の突起部以外の箇所にも突起が形成し始め、図３（ｅ）のような状態に至る。

図３（ｅ）のような電極の状態で通常点灯モードによりランプを点灯し続けると、やがて新たに形成した突起が成長し、最終的には図１０のような状態に至って放電アークが電極先端の複数の突起上でジャンプするようになり、すなわちフリッカが発生するようになる。

この複数突起の成長によるフリッカの発生を抑制するため、高圧放電灯点灯装置が動作を開始すると、まずは設定された始動時リフレッシュ点灯モードによる点灯が行われる。即ち、制御回路３０は降圧チョッパ回路２０及びフルブリッジ回路４０をリフレッシュ点灯モード用の出力電流及び周波数で制御し、所定の時間が経過するまでリフレッシュ点灯モードを継続する。つまり高圧放電灯点灯装置によりランプを点灯させる度に、所定の期間リフレッシュ点灯モードによる点灯を行い、電極先端の不要な突起を溶解させる。

図２記載のステップＳ１０２において、電極先端の突起は溶解され、図３（ｃ）のように殆ど突起がない状態や、図３（ｄ）のように電極先端が平らな状態になる。しかし所定時間が経過すると高圧放電灯点灯装置は通常点灯モードによる点灯に切換わる。即ち、制御回路３０は降圧チョッパ回路２０及びフルブリッジ回路４０を通常点灯モード用の出力電流及び周波数に制御する。この通常点灯モードでの点灯により、電極先端には新たな突起が形成、成長し、ランプ６０が安定点灯されるようになる。

以下、「点灯モード」、及び「所定の期間」について説明する。
＜点灯モード＞
通常点灯モードは以下のように決定される。
通常点灯モードの目的はいわゆる安定点灯である。即ち、通常点灯モード用のランプ電流の条件として、（１）電極先端の突起が成長傾向におかれること（フリッカ抑制）、（２）交流ランプ電流の極性反転が視認されないものであること（ちらつき回避）、（３）ランプのバルブ内で定在波が発生しないこと（音響共鳴現象回避）、（４）明るさ、即ち、ランプ電力又電流は定格値であること、及び（５）ランプ寿命確保等の観点から実績ある波形であること、を満たすことが要求される。条件（２）及び（３）は点灯周波数に依存し、条件（２）を満たす点灯周波数は５０Ｈｚ以上であり、条件（３）を満たす点灯周波数は１ｋＨｚ以下である。条件（５）を満たすために波形は実用での実績がある矩形波であることが望ましい。なお、将来における実績を考慮した場合、図６や図１１（ａ）又は（ｂ）に示すような波形とすることも可能であるが、以降の説明においては標準的な矩形波に焦点を当てて説明する。そして、条件（４）に従うことを前提として、条件（１）を満たすために検討すべき要素は点灯周波数のみとなる。

ここで、点灯周波数と電極先端の突起の成長と溶解との関係を図５に示す。発明者らの実験によると、５０Ｈｚ以上１ｋＨｚ以下の点灯周波数では、７５Ｈｚ付近を境に、高周波数側では突起は成長傾向にあり、低周波数側では溶解傾向にあることが分かっている。この成長傾向と溶解傾向の境界となる点灯周波数をｆｂとすると、発明者らの実験結果からｆｂは７５Ｈｚ付近である。従って、通常点灯モードの点灯周波数ｆｎは、ｆｂ＜ｆｎ≦１ｋＨｚに決まる。但し、周波数ｆｂの値にはばらつきがあるため、実際の周波数ｆｎの設定においては、ｆｂを幅のある周波数帯として捉えてｆｂからは十分に離れた周波数を使用することが望ましい。

以上をまとめると、通常点灯モードにおけるランプ電流はその点灯周波数がｆｂを超え１ｋＨｚ以下の矩形波の定格電流と決まる。

リフレッシュ点灯モードは以下のように決定される。
リフレッシュ点灯モードの目的は電極先端の突起の溶解である。即ち、リフレッシュ点灯モード用のランプ電流の条件として、（１）電極先端の突起が溶解傾向におかれることが必須の条件となる。さらに、リフレッシュ点灯モードを通常点灯時に適用しようと考えた場合は、（２）交流ランプ電流の極性反転が視認されないものであること（ちらつき回避）、（３）ランプのバルブ内で定在波が発生しないこと（音響共鳴現象回避）、及び（４）明るさ、即ち、ランプ電力又は電流は定格値であること、という条件を満たす必要がある。しかしながら本発明におけるリフレッシュ点灯モードについてはその適用がランプの始動時であり、これはランプの光出力がまだ不充分な期間であるため、交流ランプ電流の極性反転が視認されにくい条件となっている。またランプバルブ内の定在波によるアークの揺らぎも視認されにくい条件である。言い換えると、この期間においては、ランプの光出力が上昇過程にあり不安定であるため、極性反転の多少のちらつきやアークの揺らぎがあっても問題とはならない。さらに、当然のことながらランプは始動過程にあるためランプ電力又は電流は定格値とならない。従って、本発明におけるリフレッシュ点灯モードの場合は条件（２）〜（４）を満たす必要はない。ただし、（５）モード継続時間が適切であることが要求される。

条件（１）のための突起を溶解するための方法はいくつかあり、それに従ってリフレッシュ点灯モードの方式もいくつかのバリエーションが考えられる。その方式には、例えば、点灯周波数切替えによるもの、始動時ランプ電流の値設定によるもの、始動時ランプ電力の値設定によるもの、又はこれらの組み合わせにより行う方式が挙げられる。

まず、リフレッシュ点灯モードを周波数切替えによって行う方式について説明する。図５に示したように、点灯周波数がｆｂより低い領域で突起は溶解傾向にあることから、リフレッシュ点灯モードにおける周波数ｆｒはｆｂ未満とする必要があり、ｆｒ＜ｆｂとする必要がある。ただし、先に述べたように周波数ｆｂの値にはばらつきがあるため、実際の周波数ｆｒの設定においては、ｆｂを幅のある周波数帯として捉えてｆｂからは十分に離れた周波数を使用することが望ましい。そして、突起溶解効果を最大限発揮してリフレッシュ点灯モード継続期間をできるだけ短くするためにはｆｒを極力低い周波数とするのが望ましい。そして、ｆｒの下限値は専ら回路設計上の制約によって決まるものであり、回路の設計によっては１０Ｈｚ以下の低周波とすることも可能ではあるが、ランプとのマッチングの観点から（即ち、１つの電極の陽極時間を長くし過ぎると電極にダメージを与える可能性があるので）１０Ｈｚ以上とするのが好ましく、さらには回路設計の観点から（即ち、フルブリッジ制御回路４５に用いるドライバＩＣの性能等を考慮すると）２０Ｈｚ以上とすることがより好ましい。

次に、リフレッシュ点灯モードをランプ始動時の電流値の切替えによって行う方式を説明する。一般にランプ始動時にランプに流す電流が大きいほどその熱エネルギーにより突起は溶解される傾向が強まることから、この方式では、リフレッシュ点灯モードにおけるランプ電流特性を定格電流値以上とすればよい。高圧放電ランプにはある幅をもった定格ランプ電圧範囲があり、一般的にランプ電圧が定格ランプ電圧範囲においては定格ランプ電力に定電力制御され、定格ランプ電圧範囲の下限値以下において点灯装置は前記定格ランプ電圧範囲の下限値での電流値に定電流制御されている。従って、定格ランプ電圧の下限値未満のランプ電圧範囲においては、リフレッシュ点灯モードでのランプ電流を前記定格ランプ電圧範囲の下限値での電流値よりも大きい値とすればリフレッシュ点灯モードを実現することができる。

次に、リフレッシュ点灯モードをランプ始動時の電力値の切替えによって行う方式を説明する。本方式も前述したランプ始動時の電流値切替えによる方式と同様の理由で、リフレッシュ点灯モードにおけるランプ電力特性を定格電力値以上とすればよい。前述したとおり、高圧放電ランプにはある幅をもった定格ランプ電圧範囲があり、一般的にランプ電圧が定格ランプ電圧範囲の下限値以下において点灯装置は定格ランプ電圧範囲の下限値での電流値に定電流制御され、定格ランプ電圧範囲においては定格ランプ電力に定電力制御されている。従って、リフレッシュ点灯モードでのランプ電力を前記定格ランプ電力よりも大きい値とすれば、リフレッシュ点灯モードを実現することができる。

なお、ランプ始動時の電力値の切替えによって行なう方式の場合、所定の期間が過ぎると通常点灯モードに移行する際、ランプに入力されている電力値が定格ランプ電力値より大きい値から定格ランプ電力値に減少することになる。そのため、画面の明るさの変化をユーザが視認しないよう電力値が徐々に減少するような制御をしてもよい。なお、電流値の切替えによる方式の場合も同様である。

前述した、ランプ始動時の電流値または電力値を切替える方式のメリットとして、通常点灯モードとリフレッシュ点灯モードとで点灯周波数を切替える必要がなく、単一の周波数で点灯が可能となるためフルブリッジ制御回路４５の回路構成を比較的簡素にできる。そして、例えば、境界周波数ｆｂが低い場合など、使用に適する点灯周波数帯が狭い場合などに特に有効である。言い換えると、境界周波数ｆｂの値をあまり気にせずにリフレッシュ点灯モードを決定できる。

なお、上記の周波数切替え方式、電流切替え方式、及び電力切替え方式の少なくとも２つを組み合わせてもよい。これにより、リフレッシュ点灯モードの突起溶解効果を高めることができる。

上記の説明から分かるように、本装置をプロジェクタに用いた場合、リフレッシュ点灯モードはランプ始動時に実施されるため、プロジェクタ出力の明るさが充分ではなく、視聴が積極的には行われない状況で適用される。従って、ユーザの視覚を阻害することにはならない。

＜所定の期間の決定＞
所定の期間は、リフレッシュ点灯モードの方式または方式の組合せ及びその方式における点灯パラメータにより、予め適用ランプでの実験により決定しておく。これら方式と各パラメータと所定期間での電極突起の状態を観察し、電極先端突起が図３（ｃ）または図３（ｄ）のような状態となるように所定期間を決定する。具体的には、プロジェクタに実装されたランプの立ち上がり時間を考慮し、３分以下程度に設定されるようにリフレッシュ点灯モード中の点灯周波数やランプ電流、及びランプ電力を決定することが望ましい。

また、ランプ電圧があるしきい値電圧を超えた場合に所定の期間が終了するようにしてもよい。通常、点灯開始直後のランプ電圧は数十Ｖであり、正常なランプであれば安定点灯到達時に６５Ｖ〜１００Ｖ程度に達する。従って、例えば６０Ｖ程度にしきい値を設定して、ランプ電圧がそのしきい値を超えた場合に所定の期間が終了するようにしてもよい。

また、安定点灯に達したか否かを判断する手法として、中央制御部３５においてランプ電圧の時間に対する微分値を演算し、その微分値が所定値に収まれば安定点灯に到達したと判断して所定の期間を終了するようにしてもよい。
また、上記の設定時間（例えば３分）経過を示す信号と、ランプ電圧がしきい値（例えば、６０Ｖ）を超えたことを示す信号と、ランプ電圧の微分値が所定範囲内に入ったことを示す信号との論理和又は論理積をとって所定の期間の終了を決定するようにしてもよい。

＜まとめ＞
以上、「点灯モード」及び「所定の期間の決定」について説明したが、本発明によるランプ電極先端突起の溶解制御はランプ始動時のみに限られるので、ランプの通常点灯中にランプの特性に関するパラメータを検出して電極先端突起を溶解させるために複雑な制御をすることもない。またユーザがプロジェクタの明るさ変化やちらつきを視認することもなく電極先端突起を溶解制御することが可能となる。

またさらに、点灯時間の大部分を占める通常点灯モードにランプ寿命を重視したランプ点灯周波数、及び波形を採用することができるので、ランプ寿命の確保をすることが容易になる。そして、回路構成も汎用部品を用いて簡素なものとすることができる。

＜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。なお、使用ランプの定格電力は１７０Ｗである。
通常点灯モードのランプ電流を矩形波として、点灯周波数ｆｎを１５０Ｈｚとした。なお、境界周波数ｆｂは７５Ｈｚ付近である。リフレッシュ点灯モードには周波数切替え方式を採用し、そのランプ電流波形を矩形波として、点灯周波数ｆｒを３０Ｈｚとし、リフレッシュ点灯モードの継続期間である所定期間を３分とした。

＜設計例２＞
設計例１と同様のランプにおいて、通常点灯モードのランプ電流を矩形波として、点灯周波数ｆｎを１５０Ｈｚとした。リフレッシュ点灯モードには電流切替え方式及び電力切替え方式を併用した方式を採用し、リフレッシュ点灯モードのランプ電流値を３．５Ａ、またランプ電力値を１８０Ｗとし、リフレッシュ点灯モードの継続期間である所定期間を２分とした。
即ち、点灯開始後ランプ電圧が上昇していく過程で、図８の実線に示すように、ランプ電圧がランプ定格電圧範囲の下限値Ｖ_０を超えるまではランプ電流が３．５Ａとなるように制御し、下限値Ｖ_０を超えた後はランプ電力が１８０Ｗとなるように制御する。そして、点灯時間が２分を超えた後に通常点灯モードに移行する。
ちなみに、図８の破線に示すように、リフレッシュ点灯モードを行わない従来の点灯方式においては、ランプ電圧が下限値Ｖ_０を超えるまではランプ電流が３．３Ａとなるように制御され、下限値Ｖ_０を超えた後はランプ電力が１７０Ｗとなるように制御されるという前提である。なお、下限値Ｖ_０を５１Ｖとしている。
なお、上記は設計の概要を明確にするために代表的な好適な設計例を示したものであり、本発明は上記の数値に限定されるものではない。

＜アプリケーション＞
上記実施例では、フリッカ発生の防止、及びランプ寿命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９に示す。
図９において、７１は上記で説明した図１の高圧放電灯点灯装置、７２はランプ６０が取り付けられるレフレクタ、７３は高圧放電灯点灯装置７１、ランプ６０及びレフレクタ７２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７３内に適宜配置してプロジェクタが構成される。

上記より、フリッカ発生の防止及びランプ寿命を向上した高圧放電灯点灯装置を内蔵したので、ユーザは映像を快適に視聴することができ、しかも、ランプ交換までのサイクルを長くできるとともに、その交換後も再び快適に視聴することができるようなプロジェクタを得ることができる。

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）本実施例における低周波電流としての「矩形波」とは、厳密には完全な矩形波ではないような波形（即ち、略矩形波）も含むものとする。例えば、完全な矩形波に１サイクル以上の正弦波等がフリッカ抑制以外の目的で重畳されたような波形、図７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、半サイクルの中盤に僅かな凹凸があるような波形も含むものとする。従って、通常点灯モード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）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。
（３）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（その結果として上記に説明した各波形を出力できれば）、制御回路内の構成は図示したものに限定されない。

本発明は、主にプロジェクタやプロジェクションＴＶ、映写機などの光源装置に使用される。

本発明の高圧放電灯点灯装置を示す図である。本発明の点灯方法を示すフローチャートである。ランプの電極の状態を説明する図である。本発明の動作を説明する図である。本発明における各モードの点灯周波数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。本発明を説明する図である。本発明の光源装置を示す図である。従来技術を説明する図である。従来技術を説明する図である。

符号の説明

１：ＡＣ電源
１０：全波整流回路
１１：ダイオード
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
７１．高圧放電灯点灯装置
７２．レフレクタ
７３．筐体

Claims

高圧放電灯に交流電流を供給するための電力供給手段、及び該電力供給手段の動作を制御する制御手段からなる高圧放電灯点灯装置における高圧放電灯の点灯方法であって、
前記高圧放電灯の各点灯動作において、
前記制御手段において、ランプ点灯開始後から安定点灯到達前の所定期間に、前記高圧放電灯の電極先端に必要以上に成長した突起あるいは前記突起以外に析出した突起を溶解するための点灯モードであるリフレッシュ点灯モードを適用するステップ、及び
前記所定時間経過後においては前記高圧放電灯の電極先端に突起が成長又は維持し易い点灯モードである通常点灯モードを適用するステップ
からなり、
前記交流電流の周波数が１０Ｈｚ以上１ｋＨｚ以下であり、前記リフレッシュ点灯モードにおける点灯周波数ｆｒと前記通常点灯モードにおける点灯周波数ｆｎについて、ｆｒ＜７５Ｈｚ≦ｆｎであり、
前記リフレッシュモードにおける電流波形は略矩形波であり、前記通常点灯モードにおける電流波形は電極先端に突起が成長又は維持しやすい波形である、点灯方法。
請求項１記載の点灯方法において、前記リフレッシュ点灯モードにおける電流値が、定格ランプ電圧範囲の下限値未満であるランプ電圧範囲においては、前記高圧放電灯の定格ランプ電圧範囲の下限値における電流値よりも大きい値である点灯方法。
請求項１記載の点灯方法において、前記リフレッシュ点灯モードにおける電力値が、前記高圧放電灯の定格ランプ電力よりも大きい値である点灯方法。
高圧放電灯に１０Ｈｚ以上１ｋＨｚ以下の交流電流を供給するための電力供給手段、及び該電力供給手段の動作を制御する制御手段からなる高圧放電灯点灯装置であって、
前記制御手段が、前記高圧放電灯の安定点灯時には、前記高圧放電灯の電極先端に突起が成長又は維持し易い点灯モードである通常点灯モードを適用するために点灯周波数ｆｎによって前記電力供給手段を動作させ、前記高圧放電灯の各点灯動作において該高圧放電灯の放電開始後から安定点灯到達前の期間には、前記高圧放電灯の電極先端に必要以上に成長した突起あるいは前記突起以外に析出した突起を溶解するための点灯モードであるリフレッシュ点灯モードを適用するために該点灯周波数ｆｎよりも低い点灯周波数ｆｒによって該電力供給手段を動作させるよう構成され、
前記点灯周波数ｆｎ及びｆｒについて、ｆｒ＜７５Ｈｚ≦ｆｎであり、
前記リフレッシュモードにおける電流波形は略矩形波であり、前記通常点灯モードにおける電流波形は電極先端に突起が成長又は維持しやすい波形である、高圧放電灯点灯装置。
請求項４に記載の高圧放電灯点灯装置、高圧放電灯、該高圧放電灯が取り付けられるレフレクタ、及び該高圧放電灯点灯装置及び該リフレクタを内包する筐体を備えたプロジェクタ。