JP5239729B2 - 高圧放電灯点灯装置、光源装置及び高圧放電灯の点灯方法 - 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。

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、反射鏡と組み合わされた短アーク高圧放電灯を用いた光源装置が用いられている。
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最も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。

またさらに別の方策として、例えば特許文献３のように、電極の先端にその径の細い突起を成長させる傾向のある比較的高い周波数でランプを点灯しているところに、電極を大部分において溶解させながら径の太い突起を形成させる傾向のある比較的低い周波数を定期的に挿入する制御が提案されている。これは上記のようにランプを低周波と高周波で交互に点灯させることで、ランプの電極突起を細いものではなく、図４Ｂの模式図に示すような、太い突起の上に更に細い突起が形成された略円錐状のものとし、ランプを長寿命化しようというものである。
特開２００６−１８５６６３号公報 特許第３８５１３４３号 特表２００８−５０９５１８号公報

上記従来技術の点灯装置でランプを点灯した場合、確かに各文献に記載されるような効果を期待できる。しかし、同文献においては、任意に使用周波数成分が選択されているが、選択されるべき点灯周波数成分にはプロジェクタ等の光源装置に使用される際の特有の制約があることが考慮されていない。

近年、反射型ミラーデバイスを用いたいわゆるＤＬＰ（デジタル・ライティング・プロセッサ）システムを採用した光源装置においては、カラーホイールの各色セグメントに同期させて極性を反転させたり、セグメント毎に電流値を増減させたりする制御が用いられるようになっており、これらはバリアブル制御などと呼ばれている。

このバリアブル制御は、カラーホイールが１回転するごとにその基準を表す同期信号が光源装置から高圧放電灯点灯装置に送信され、同期信号を受信した高圧放電灯点灯装置は、予め設定されたカラーホイールの各色セグメントに応じてランプに供給する電流値を増減させたり、電流の極性を反転させたりするというものである。カラーホイールの１回転が終了すると、再度同期信号が高圧放電灯点灯装置に送信され、上記動作を繰り返すことになる。

ここで、ランプ電流の極性反転は、ランプからの照射光を効率的に取り出すためにカラーホイール内のセグメントの切替り点で行うことが望ましい。そのため、極性反転数（即ち点灯周波数）や極性反転のバリエーションはカラーホイールの回転数とそのセグメント数に制約を受けることになる。

また、上記のようなＤＬＰシステムを採用した光源装置においては、多くの場合カラーホイールの回転速度、即ち回転周波数は、電源周波数である５０Ｈｚ若しくは６０Ｈｚの倍速、すなわち１００Ｈｚ若しくは１２０Ｈｚ、又は３倍速、すなわち１５０Ｈｚ若しくは１８０Ｈｚになっており、このカラーホイールが多くの場合、３から６色からなるセグメントに分割されている。そして、高圧放電灯点灯装置は図３Ｆのようにセグメントに同期してランプ電流の極性を反転させるので、ランプは比較的高い周波数で点灯されることになる。さらに、セグメント毎にランプ電流の値を増減させるため、ランプの点灯波形には殆どの場合パルス状の波形成分が含まれる。このような電流波形でランプを点灯させた場合、ランプの電極先端に形成される電極突起は図４Ａの模式図に示すように、その突起９０、９１の径が小さく、突起部容積も比較的小さいものとなってしまう。その上点灯周波数が比較的高めであるため、このような電極突起は消耗しやすく、ランプの長寿命化の妨げとなる。

本発明の第１の側面は、カラーホイールを用いるＤＬＰシステムに使用される高圧放電灯点灯装置であって、高圧放電灯に交流電流を供給する交流電流供給手段（２０、３０）、カラーホイールの回転動作の同期信号を受信する同期信号受信部（６１）、及び交流電流の電流値制御及び極性反転制御のそれぞれを、同期信号に基づいて、カラーホイールの所定のセグメント切換えタイミングに同期させて行なう制御部（６０）を備え、交流電流供給手段によって供給されるランプ電流が、高圧放電灯の第１の電極の先端に形成された突起（以下、「第１の突起」という）を溶解させるとともに第２の電極の先端に形成された突起（以下、「第２の突起」という）を成長させるための第１の変調交流電流の期間Ｔ１、及び第１の突起を成長させるとともに第２の突起を溶解させるための第２の変調交流電流の期間Ｔ２からなり、期間Ｔ１及びＴ２が連続的にあるいは断続的に繰り返され、第１の電極から第２の電極に向かう電流を正電流、その逆を負電流として、期間Ｔ１には正電流の電流時間積が負電流の電流時間積よりも大きい単位波形が複数波含まれ、期間Ｔ２には負電流の電流時間積が正電流の電流時間積よりも大きい単位波形が複数波含まれるように電流値制御及び極性反転制御が行われる高圧放電灯点灯装置である。

ここで、期間Ｔ１における各単位波形の正電流の期間長及び期間Ｔ２における各単位波形の負電流の期間長をそれぞれＴＬとし、期間Ｔ１における各単位波形の負電流の期間長及び期間Ｔ２における各単位波形の正電流の期間長をそれぞれＴＳとした場合に、ＴＬ：ＴＳ＝１００：３０〜６０となるように極性反転制御が行なわれる構成とした。

また、期間Ｔ１と期間Ｔ２の間に準非変調電流の期間Ｔｑが挿入されて一変調周期Ｔ０が構成され、期間Ｔｑにおける正電流と負電流の電流時間積の差が期間Ｔ１及び期間Ｔ２における正電流と負電流の電流時間積の差よりも小さく、期間Ｔｑにおける周波数が期間Ｔ１及びＴ２における周波数よりも高くなる構成とした。
さらに、ランプ電圧を検出する検出手段を備え、ランプ電圧が第１の電圧Ｖ１以下となった場合には、周期Ｔ０に対する期間Ｔｑの占める割合を増加させるように交流電流供給手段が制御されるようにしてもよいし、ランプ電圧が第２の電圧Ｖ２以上となった場合には、周期Ｔ０に対する前記期間Ｔｑの占める割合を減少させるように交流電流供給手段が制御される構成としてもよい。
さらに、点灯開始からの所定の期間経過前における周期Ｔ０に対する期間Ｔｑの占める割合が、所定の期間経過後における周期Ｔ０に対する期間Ｔｑの占める割合よりも高くなるように交流電流供給手段が制御される構成とした。

本発明の第２の側面は、上記第１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。

本発明の第３の側面は、カラーホイールを用いるＤＬＰシステムにおける高圧放電灯の点灯方法であって、カラーホイールの回転動作の同期信号を受信し、ランプ電流の電流値制御及び極性反転制御のそれぞれを、同期信号に基づいて、カラーホイールの所定のセグメント切換えタイミングに同期させる点灯方法において、ランプ電流が、高圧放電灯の第１の電極の先端に形成された突起（以下、「第１の突起」という）を溶解させるとともに第２の電極の先端に形成された突起（以下、「第２の突起」という）を成長させるための第１の変調交流電流の期間Ｔ１、及び第１の突起を成長させるとともに第２の突起を溶解させるための第２の変調交流電流の期間Ｔ２を含み、期間Ｔ１及びＴ２を連続的にあるいは断続的に繰り返すステップからなり、第１の電極から第２の電極に向かう電流を正電流、その逆を負電流として、期間Ｔ１では正電流の電流時間積が負電流の電流時間積よりも大きい単位波形を複数波含み、期間Ｔ２では負電流の電流時間積が正電流の電流時間積よりも大きい単位波形を複数波含むように電流値制御及び極性反転制御を行う点灯方法である。

ここで、期間Ｔ１における各単位波形の正電流の期間長及び期間Ｔ２における各単位波形の負電流の期間長をそれぞれＴＬとし、期間Ｔ１における各単位波形の負電流の期間長及び期間Ｔ２における各単位波形の正電流の期間長をそれぞれＴＳとした場合に、ＴＬ：ＴＳ＝１００：３０〜６０となるように極性反転制御を行う構成とした。

また、期間Ｔ１と期間Ｔ２の間に準非変調電流の期間Ｔｑを挿入して一変調期間Ｔ０を構成し、期間Ｔｑにおける正電流と負電流の電流時間積の差が期間Ｔ１又は期間Ｔ２における正電流と負電流の電流時間積の差よりも小さく、期間Ｔｑにおける周波数が期間Ｔ１及びＴ２における周波数よりも高くなるようにした。
さらに、ランプ電圧が第１の電圧以下Ｖ１となった場合には、周期Ｔ０に対する期間Ｔｑの占める割合を増加させるステップを含んでもよいし、ランプ電圧が第２の電圧以上Ｖ２となった場合には、周期Ｔ０に対する期間Ｔｑの占める割合を減少させるステップを含んでもよい。
またさらに、点灯開始からの所定の期間経過前における周期Ｔ０対する期間Ｔｑの占める割合が、所定の期間経過後における周期Ｔ０に対する期間Ｔｑの占める割合よりも高くなるようにした。

本発明によると、使用できる点灯周波数に制約があるＤＬＰシステムの場合でも、交流電力供給手段によって供給される交流電流が、第１の電極の先端に形成された第１の突起を溶解させるとともに第２の電極の先端に形成された第２の突起を成長させるための第１の変調交流電流の期間と、第１の突起を成長させるとともに第２の突起を溶解させるための第２の変調交流電流の期間が連続的にあるいは断続的に繰り返されるように構成されている。そのため、ランプの点灯中に形成される電極の先端の突起は、その径が細く小さい突起ではなく、図４Ｂの９２、９３に示すような、その径が太く、略円錐状の形状となりランプを長寿命とすることが可能となる。
さらに、上記変調交流電流期間、または準非変調交流電流の期間のうち少なくとも一つの期間を制御することで、ランプ電圧を適切に制御することができる。

＜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、直流電源１０、直流電源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５０に印加するためのフルブリッジ回路３０、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４０、並びに降圧チョッパ回路２０及びフルブリッジ回路３０を制御するための制御部６０で構成されている。なお、図面を見やすくするために高圧放電灯点灯装置の電源を直流電源１０として示しているが、必要に応じて商用交流電源を全波整流してコンデンサインプット型の回路で整流したものや、昇圧回路（力率改善回路）等も含むものとする。なお、本願においては、降圧チョッパ回路２０及びフルブリッジ回路３０を交流電流供給手段というものとする。

降圧チョッパ回路２０はＰＷＭ制御回路２８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、直流電源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３０はブリッジ制御回路３５によってトランジスタ３１及び３４の組とトランジスタ３２及び３３の組とが所定のタイミングで交互にオン／オフするように制御される。これにより、ランプ５０に（基本的には矩形波の）交流電流が印加され、上記の所定のランプ電力又はランプ電流の値及びフルブリッジ回路３０によるランプ電流の極性反転のタイミングは制御部６０によって決定される。また、ランプ５０には定格電力５０〜４００Ｗ程度のものを想定している。なお、前記の制御は一般的な高圧放電灯点灯装置におけるものであるが、バリアブル制御での場合の制御について以下に説明する。

バリアブル制御においては、図２Ｂに示すようにカラーホイールが１回転するごとにその基準を表す同期信号が光源装置から高圧放電灯点灯装置に送信される。高圧放電灯点灯装置は同期信号受信部６１にて同期信号を受信し、これをマイコンがカラーホイールの基準点と認識し、その時点を起点としてカラーホイール１回転の期間の制御を行う。マイコンにはカラーホイールの各色セグメントの角度、各色セグメントにおける電流値、及びランプ電流の極性反転のタイミングが予めプログラムされていて、これをプログラムどおりに実行する。そしてカラーホイールの１回転が終了すると同時に次のサイクルの同期信号が送信され、高圧放電灯点灯装置はこの同期信号を受信し、再びこれを起点としてカラーホイールの次の１回転の期間の制御を行う。このようにして、実際のカラーホイールの回転速度と、マイコンに予めプログラムされた動作との微小なずれをカラーホイール１回転毎に補正し、常にカラーホイールの動作と高圧放電灯点灯装置の出力制御とが同期するようにしている。

本実施例では、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に組み込まれたカラーホイールの回転数を１００Ｈｚとした。図２Ａに示すようにカラーホイールは、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。なお、ランプ定格電力は２００Ｗ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値は図２Ｃ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（定格電流比１５０％）、Ｉ（Ｇ）＝Ｉ２（定格電流比１１０％）、Ｉ（Ｒ）＝Ｉ（Ｂ）＝Ｉ（Ｗ）＝Ｉ３（定格電流比９０％）である。この電流パターンをＩａとする。

図３Ａは第１の変調交流電流期間（以下、「Ｔ１」という）の単位波形を示す図である。同図に示すように、Ｉａにおける極性の反転をセグメントＷとセグメントＢの間で１回と、セグメントＢと次の単位波形の開始セグメントであるセグメントＲとの間で１回行なった単位波形を設定し、これを複数波継続させたものをＴ１としている。Ｔ１では前記カラーホイール１回転あたりの極性の反転が２回のためランプの点灯周波数は１００Ｈｚに相当するが、その単位波形において、第１の電極から第２の電極に向かって流れる正電流の期間が長く、逆に第２の電極から第１の電極に流れる負電流の期間が短い、時間的に変調された波形となっている。このため、Ｔ１は第１の突起を溶解し、第２の突起を成長させる期間となる。

図３Ｂは第２の変調交流電流期間（以下、「Ｔ２」という）の単位波形を示す図である。同図に示すように、Ｔ１と極性を反転させた単位波形を設定し、これを複数波継続させたものをＴ２としている。Ｔ２の単位波形においては、Ｔ１とは逆に第２の電極から第１の電極に向かって流れる負電流の期間が長く、第１の電極から第２の電極に向かって流れる正電流の期間が短い波形となっている。このため、Ｔ２は第２の突起を溶解し、第１の突起を成長させる期間となる。
言い換えると、期間Ｔ１では正電流の電流時間積が負電流の電流時間積よりも大きくなるように、期間Ｔ２では負電流の電流時間積が正電流の電流時間積よりも大きくなるように電流波形が形成される。

そして、図３Ｃに示すように、本実施例ではＴ１とＴ２とが連続的に繰り返され、その繰り返し周期を一変調周期Ｔ０というものとする。
ここで、さらに好都合なこととして、第１及び第２の電極が同時に成長又は溶解することがないため、点灯期間全体を通じて電極間距離をほぼ一定に維持することができる。

より詳細には、本発明においては、ランプ電圧が低下傾向にある時（即ち、電極間距離が短縮傾向にある時）でも、その電圧低下速度（即ち、電極間距離短縮速度）は、両電極が同時に成長するような従来例における電圧低下速度（電極間距離短縮速度）よりも格段に遅い。例えば、ある点灯周波数における突起の成長速度をＧ、溶解速度をＭとした場合、電極間距離短縮速度が従来例では２×Ｇであるのに対し、本発明では（Ｇ−Ｍ）となる。従って、（Ｇ−Ｍ）＜＜２Ｇであるから、本発明においては、電極間距離の挙動をコントロールするのが従来例に比べて大幅に容易となる。
これにより、ランプ電圧検出のサンプリング期間を長くして検出精度を上げることができるとともに、点灯装置の制御に対する突起状態の挙動の追従が高くなるので電極間距離短縮のオーバーシュート的な状態は起こらない。その結果として、突起の過度の成長による弊害を適切かつ確実に防止することができる。

次に、Ｔ１及びＴ２における正電流期間及び負電流期間の比について説明する。Ｔ１及びＴ２の単位波形において、その変調度を決定するのは極性反転タイミングである。前述したように、極性反転タイミングはセグメント切換え時に同期させて適切に設定される必要がある。
図３Ｄ（Ｔ２の場合）に示すように、Ｔ１における単位波形の正電流及びＴ２における単位波形の負電流の期間長をそれぞれＴＬ、Ｔ１における単位波形の負電流及びＴ２における単位波形の正電流の期間長をそれぞれＴＳとする。発明者らのライフテストによると、ＴＬの期間長を１００とした時にＴＳの比が６０以下であれば変調波形による充分な効果が得られることが確認された。一方、ＴＳの比を３０以下として変調度を高めると、バルブの熱勾配が大きくなりランプ破裂の確率が高くなってしまうことも確認された。従って、ＴＬ：ＴＳ＝１００：３０〜６０程度とするのが好適である。

ここで、ＴＬ：ＴＳが上記の範囲内となる極性反転タイミングとして、ＴＳが（ｉ）Ｂセグメントに対応する場合（図３Ｄ）、（ii）Ｇセグメントに対応する場合、（iii）Ｒセグメントに対応する場合、（iv）Ｗ及びＢセグメントに対応する場合、（ｖ）Ｇ及びＷセグメントに対応する場合、（vi）Ｙ及びＧセグメントに対応する場合、及び（vii）Ｒ及びＹセグメントに対応する場合、が考えられる。
上記（ｉ）〜（iii）の場合はＴＬ：ＴＳ＝２６０：１００＝１００：３８となり、（iv）〜（vii）の場合はＴＬ：ＴＳ＝２３０：１３０＝１００：５６.５となる。（ｉ）〜（iii）とするか（iv）〜（vii）とするかはランプのライフテスト等の結果に応じて決定すればよい。

本実施例においてはＴ１及びＴ２がそれぞれ３０サイクルの単位波形を含むようにした。これにより、ランプの各電極は電極突起を溶解させる期間と成長させる期間を経過することになり、結果としてその電極形状は図４Ｂの模式図に示すように略円錐型となり、ランプの寿命中においてその電極突起が損耗しにくくなった。また、図５Ａはライフ実験結果のランプ電圧変動を表すグラフであるが、本実施例では従来例と比較してランプ電圧の上昇も抑えることができ、ランプを長寿命化することができた。

ここでＴ１とＴ２がそれぞれ含む単位波形のサイクル数について補足する。発明者らがこのサイクル数と電極突起の溶解／成長効果の関係を確認するため、ランプの点灯ライフ実験を実施したところ、各期間に含まれるサイクル数は少なければ前記効果が小さく、サイクル数が多くなれば前記効果がより高まることが分かった。ただし、各期間に含まれるサイクル数をある程度以上に多くした場合、ランプの温度歪み（勾配）が大きくなるためランプの割れなどの不具合発生率が高くなるということも明らかとなった。この不具合は、サイクル数が５０サイクル程度より大きいとその発生率が従来よりも高まる傾向があるため、サイクル数は５０サイクル程度以下が望ましい。

また逆に、各期間に含まれるサイクル数が少ないと前記効果が小さくなるが、ライフ実験によりランプの電極形状を観察したところ、サイクル数が１０サイクル程度より多ければ電極形状が略円錐形状となり、充分な効果が得られていると判断できた。
上記より、Ｔ１及びＴ２に含まれる単位波形のサイクル数は１０〜５０サイクル程度とするのが望ましい。

さらに、Ｔ１とＴ２の切替り点についても補足する。Ｔ１、Ｔ２とも各単位波形内での極性反転数が２回であるため、常に同じ極性で単位波形が開始し、逆の極性で単位波形が終了する。そのため極性が逆の関係にあるＴ１とＴ２においてはＴ１からＴ２に切替る時、及びＴ２からＴ１に切替る時は図３Ａと図３Ｂを繋ぎ合わせれば分かるように同じ極性での切替りとなる。そのためこの時のみランプ電流の極性が反転しない時間が他と比較して長くなるが、元々電極を溶解させる期間と成長させる期間を繰り返す点灯方法であるため、ここでの電極の溶解も元々の電極溶解期間に含まれてしまい、結果として問題にならないことが確認されている。

ところで上記の実施例１においては、突起の溶解と成長が同程度の速さで進行するものとして本発明の基本的な概念を説明した。しかし、実際には、溶解と成長とを全く同じ速さで進行させることは難しく、それらの速さには若干の差がある。その結果として短時間的にはランプ電圧をある範囲に維持できるものの、長時間的には、速さの差の影響が徐々に累積し、ランプ電圧を所定の範囲に維持できない場合がある。この成長傾向となるか溶解傾向となるかは主にランプ電流の周波数で決まる。

そこで、実施例２においては、上述のＴ１及びＴ２に加えて準非変調交流電流期間Ｔｑを挿入することによって一変調周期Ｔ０を構成した。
図３ＥにＴｑの単位波形を示す。Ｔｑの単位波形は、極性反転を各セグメント間で行い、さらにＲとＧの中間点でも反転をするものである。言い換えると、Ｔｑは電極の溶解期間と成長期間がはっきりと区別できないような期間、即ち、Ｔ１及びＴ２に比べて変調度の低い期間といえる。

実施例１のようにＴ１及びＴ２（１００Ｈｚ相当）のみで電流波形を構成した場合、図５Ａに示したように突起の成長と溶解とはほぼつりあうが、ランプによっては突起が若干成長傾向となり、即ち、ランプ電圧が低下傾向となる場合がある。一方、Ｔｑ（３５０Ｈｚ相当）は突起の溶解傾向、即ちランプ電圧の上昇をもたらす作用がある。
従って、Ｔｑの影響度、即ち、Ｔ０に対するＴｑの割合を調整することによりランプ電圧を制御することができる。これにより、ライフにかかわらず長時間的に電極間距離を適正に保つことができる。

例えば、一変調周期Ｔ０をＴ１→Ｔｑ→Ｔ２→Ｔｑで構成し、各期間（Ｔ１、Ｔ２、Ｔｑ）に含まれる単位波形数をそれぞれ（３０サイクル、３０サイクル、３１サイクル）に設定する。これにより、ランプ電圧の低下傾向が抑えられ、ランプ電圧をほぼ一定に保つことができる。

また、ランプ電圧ＶＬを検出する手段（抵抗２５、２６）による検出結果を制御部６０にも入力するように構成し、ランプ電圧ＶＬに基づいてＴ０に対するＴｑの占める割合を制御してもよい。
例えば、当初通常波形で点灯し、各期間（Ｔ１、Ｔ２、Ｔｑ）に含まれる単位波形数を上記の通り（３０サイクル、３０サイクル、３１サイクル）とする。ＶＬがＶ１（５５〜７０Ｖ）以下となったら電圧低下対策波形に切換え、例えば、各期間（Ｔ１、Ｔ２、Ｔｑ）に含まれる単位波形数をそれぞれ（１０サイクル、１０サイクル、１００サイクル）とすればよい。また、電圧低下対策波形から通常波形に戻すためのしきい値となるランプ電圧をＶ１より高いＶ１´（例えば７５Ｖ程度）としてヒステリシスを持たせてもよい。
これにより、ランプ電圧の過度の低下によって引き起こされる照度不足の問題を回避できる。

図５Ｂは、上記のようにランプ電圧を制御した場合のランプ電圧の変化を示すものである。同図の実験ではＶ１＝６０Ｖ、Ｖ１´＝７８Ｖとして連続点灯している。通常波形で点灯を開始し、約１００時間経過後にＶＬが６０Ｖ以下となった時点で電圧低下対策波形が適用され、その作用により約２６０時間経過時にＶＬが７８Ｖ以上となったことにより、それ以降は通常波形が適用されている。

また、通常波形で点灯し、ＶＬがＶ２（８５〜１００Ｖ）以上となったら電圧上昇対策波形に切換え、各期間（Ｔ１、Ｔ２、Ｔｑ）に含まれる単位波形数をそれぞれ（５０サイクル、５０サイクル、１０サイクル）とすればよい。また、この場合も電圧上昇対策波形から通常波形に戻すためのしきい値となるランプ電圧をＶ２より低いＶ２´（例えば８０Ｖ程度）としてヒステリシスを持たせてもよい。
これにより、ランプ電極の消耗を防止し、ランプの長寿命化を図ることができる。

図６Ａ及び６Ｂは本実施例を示すフローチャートである。
図６Ａはランプ電圧低下に関する動作を説明するものである。
点灯が開始されると、ステップＳ１００において通常波形の点灯が行なわれる。
ステップＳ１１０において、ランプ電圧ＶＬがＶ１以下になったか否かが判断され、Ｖ１以下となった場合はステップＳ１２０に進み、それ以外の場合はステップＳ１００に戻る。
ステップＳ１２０において、上述の電圧低下対策波形が適用される。
ステップＳ１３０において、ランプ電圧ＶＬがＶ１´以上となったか否かが判断され、Ｖ１´以上となった場合はステップＳ１００に戻り、それ以外の場合はステップＳ１２０に戻る。

図６Ｂはランプ電圧上昇に関する動作を説明するものである。
点灯が開始されると、ステップＳ２００において通常波形の点灯が行なわれる。
ステップＳ２１０において、ランプ電圧ＶＬがＶ２以上になったか否かが判断され、Ｖ２以上となった場合はステップＳ２２０に進み、それ以外の場合はステップＳ２００に戻る。
ステップＳ２２０において、上述の電圧上昇対策波形による点灯が適用される。
ステップＳ２３０において、ランプ電圧ＶＬがＶ２´以下となったか否かが判断され、Ｖ２´以下となった場合はステップＳ２００に戻り、それ以外の場合はステップＳ２２０に戻る。

なお、Ｔ０に対するＴｑの割合を変化させる方法としては、Ｔ０の長さを固定として、Ｔｑの長さを変化させる（同時にＴ１及びＴ２の長さも変化させる）もの、Ｔ０を可変として、Ｔ１及びＴ２の長さを固定してＴｑの長さを変化させるもの、及びＴ０の長さを可変として、Ｔｑの長さを固定してＴ１及びＴ２の長さを変化させるものが含まれる。

ところで、ランプは点灯開始後、徐々にランプ電圧が上昇して光束が立ち上がり、点灯開始してから数分後に安定点灯に達する。発明者らの実験によると、この光束立ち上がり時の低いランプ電圧の期間（定電流制御によりランプ電流値としては最も高い値の電流が流れる期間）においてもＴ１及びＴ２で点灯すると、電極突起が必要以上に溶解してしまうことが確認されている。
そこで、実施例３では、点灯開始後の所定の期間経過前はＴ０をＴｑのみで構成してランプ電流を形成することとした。

図６Ｃは本実施例を示すフローチャートである。
点灯が開始されると、ステップＳ３００においてＴｑのみの点灯が行なわれる。
ステップＳ３１０において所定の期間を経過したか否かが判断され、所定の期間経過後にステップＳ３２０に進む。
ステップＳ３２０においては、Ｔ１及びＴ２のみの点灯（実施例１参照）、又はＴ１、Ｔ２及びＴｑによる点灯（実施例２参照）が行なわれる。

なお、光束立ち上がり時のＴｑのみによる点灯からＴ１及びＴ２（又はＴ１、Ｔ２及びＴｑ）による点灯への切替えは、点灯開始からの経過時間で決めてもよいし、ランプ電圧ＶＬに基づいて行なってもよいし、これらの論理積又は論理和を用いてもよい。
上記により、光束立ち上がり時の電極損耗による不要なランプ電圧上昇を抑えることが可能となる。

なお、本実施例では点灯開始からの所定の期間経過前（光束立ち上がり時）におけるＴ０に対するＴｑの占める割合を１００％としたが、所定の期間経過前におけるＴ０に対するＴｑの占める割合が、所定の期間経過後（安定点灯時）におけるＴ０に対するＴｑの占める割合よりも高くなるようにすれば一定の効果を期待できる。例えば、所定期間経過前に実施例２に示した電圧低下対策波形を適用してもよい。

＜アプリケーション＞
上記実施例では、ランプを長寿命化可能と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７に示す。
図７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はランプが取り付けられる反射鏡、７３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、図示されないカラーホイールの他、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。

これにより、いわゆるバリアブル制御と呼ばれるＤＬＰシステムを採用したプロジェクタにおいてもランプを長寿命化し、また適切なランプ電圧制御が可能となり、信頼性の高いプロジェクタを得ることができるとともに、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）実施例２において、ランプ電圧に応じて期間Ｔ１、Ｔ２、Ｔｑに含まれる単位波形サイクル数を変化させる構成を示したが、点灯開始からの所定の点灯継続時間ごとにＴ１、Ｔ２、Ｔｑに含まれる単位波形サイクル数を変化させ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。
（２）各実施例において、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。

本発明の高圧放電灯点灯装置を示す回路構成図である。 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同期信号を示す図である。 カラーホイールに同期したランプ電流を示す図である。 本発明の実施例１のランプ電流を示す図である。 本発明の実施例１のランプ電流を示す図である。 本発明のランプ電流を説明する図である。 本発明の実施例１のランプ電流を説明する図である。 本発明の実施例２のランプ電流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電極突起形状を示す図である。 本発明の点灯方法による電極突起形状を示す図である。 従来の点灯方法と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。 本発明の第２の実施例のランプ電圧変動を説明する図である。 本発明の第２の実施例のフローチャートである。 本発明の第２の実施例のフローチャートである。 本発明の第３の実施例のフローチャートである。 本発明の光源装置を説明する図である。

符号の説明

１０：直流電源
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
２５，２６，２７：抵抗
２８：ＰＷＭ制御回路
３０：フルブリッジ回路
３１，３２，３３，３４：トランジスタ
３５：ブリッジ制御回路
４０：イグナイタ回路
４１：パルストランス
４２：イグナイタ制御回路
４３：パルストランス１次巻線
４４：パルストランス２次巻線
５０：高圧放電灯
６０：制御部
６１：同期信号受信部
７１：高圧放電灯点灯装置
７２：反射鏡
７３：プロジェクタ筐体
８０，８１，８２，８３：ランプ電極
９０，９１，９２，９３：突起

Claims (9)

1. カラーホイールを用いるＤＬＰシステムに使用される高圧放電灯点灯装置であって、
   前記高圧放電灯に交流電流を供給する交流電流供給手段（２０、３０）、
   前記カラーホイールの回転動作の同期信号を受信する同期信号受信部（６１）、及び
   前記交流電流の電流値制御及び極性反転制御のそれぞれを、前記同期信号に基づいて、前記カラーホイールの所定のセグメント切換えタイミングに同期させて行なう制御部（６０）
   を備え、
   前記交流電流供給手段によって供給されるランプ電流が、前記高圧放電灯の第１の電極の先端に形成された突起である第１の突起を溶解させるとともに第２の電極の先端に形成された突起である第２の突起を成長させるための第１の変調交流電流の期間Ｔ１、及び前記第１の突起を成長させるとともに前記第２の突起を溶解させるための第２の変調交流電流の期間Ｔ２からなり、該期間Ｔ１及びＴ２が連続的にあるいは断続的に繰り返され、
   前記第１の電極から前記第２の電極に向かう電流を正電流、その逆を負電流として、前記期間Ｔ１には正電流の電流時間積が負電流の電流時間積よりも大きい単位波形が複数波含まれ、前記期間Ｔ２には負電流の電流時間積が正電流の電流時間積よりも大きい単位波形が複数波含まれるように電流値制御及び極性反転制御が行われ、
   前記期間Ｔ１と期間Ｔ２の間に準非変調電流の期間Ｔｑが挿入されて一変調周期Ｔ０が構成され、前記期間Ｔｑにおける正電流と負電流の電流時間積の差が前記期間Ｔ１及び期間Ｔ２における正電流と負電流の電流時間積の差よりも小さく、前記期間Ｔｑにおける周波数が前記期間Ｔ１及びＴ２における周波数よりも高い高圧放電灯点灯装置。
2. 請求項１記載の高圧放電灯点灯装置であって、さらに、ランプ電圧を検出する検出手段を備え、
   ランプ電圧が第１の電圧Ｖ１以下となった場合には、前記周期Ｔ０に対する前記期間Ｔｑの占める割合を増加させるように前記交流電流供給手段が制御される高圧放電灯点灯装置。
3. 請求項１記載の高圧放電灯点灯装置であって、さらに、ランプ電圧を検出する検出手段を備え、
   ランプ電圧が第２の電圧Ｖ２以上となった場合には、前記周期Ｔ０に対する前記期間Ｔｑの占める割合を減少させるように前記交流電流供給手段が制御される高圧放電灯点灯装置。
4. 請求項１記載の高圧放電灯点灯装置において、点灯開始からの所定の期間経過前における前記周期Ｔ０に対する期間Ｔｑの占める割合が、前記所定の期間経過後における前記周期Ｔ０に対する期間Ｔｑの占める割合よりも高くなるように前記交流電流供給手段が制御される高圧放電灯点灯装置。
5. 請求項１乃至４に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。
6. カラーホイールを用いるＤＬＰシステムにおける高圧放電灯の点灯方法であって、
   前記カラーホイールの回転動作の同期信号を受信し、ランプ電流の電流値制御及び極性反転制御のそれぞれを、前記同期信号に基づいて前記カラーホイールの所定のセグメント切換えタイミングに同期させる点灯方法において、
   前記ランプ電流が、前記高圧放電灯の第１の電極の先端に形成された突起である第１の突起を溶解させるとともに第２の電極の先端に形成された突起である第２の突起を成長させるための第１の変調交流電流の期間Ｔ１、及び前記第１の突起を成長させるとともに前記第２の突起を溶解させるための第２の変調交流電流の期間Ｔ２を含み、
   前記期間Ｔ１及びＴ２を連続的にあるいは断続的に繰り返すステップからなり、
   前記第１の電極から前記第２の電極に向かう電流を正電流、その逆を負電流として、前記期間Ｔ１では正電流の電流時間積が負電流の電流時間積よりも大きい単位波形を複数波含み、前記期間Ｔ２では負電流の電流時間積が正電流の電流時間積よりも大きい単位波形を複数波含むように電流値制御及び極性反転制御を行い、
   前記期間Ｔ１と期間Ｔ２の間に準非変調電流の期間Ｔｑを挿入して一変調期間Ｔ０を構成し、前記期間Ｔｑにおける正電流と負電流の電流時間積の差が前記期間Ｔ１及び期間Ｔ２における正電流と負電流の電流時間積の差よりも小さく、前記期間Ｔｑにおける周波数が前記期間Ｔ１及びＴ２における周波数よりも高い点灯方法。
7. 請求項６記載の点灯方法であって、さらに、
   ランプ電圧が第１の電圧以下Ｖ１となった場合には、前記周期Ｔ０に対する前記期間Ｔｑの占める割合を増加させるステップを含む点灯方法。
8. 請求項６記載の点灯方法であって、さらに、
   ランプ電圧が第２の電圧以上Ｖ２となった場合には、前記周期Ｔ０に対する前記期間Ｔｑの占める割合を減少させるステップを含む点灯方法。
9. 請求項６記載の点灯方法において、点灯開始からの所定の期間経過前における周期Ｔ０対する期間Ｔｑの占める割合が、前記所定の期間経過後における周期Ｔ０に対する期間Ｔｑの占める割合よりも高い点灯方法。

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