JP5307498B2 - 高圧放電ランプの点灯装置 - Google Patents
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Description
本発明は、高圧放電ランプの点灯装置および投射型画像表示装置に関し、特に、高圧放電ランプを交流点灯させる点灯装置等に関する。
近年、大画面映像を実現するシステムとして、液晶プロジェクタやＤＭＤ（商標）プロジェクタなどの投射型画像表示装置が普及しつつあり、その光源には、高輝度で発光する高圧放電ランプ、例えば、高圧水銀ランプが用いられている。高圧水銀ランプは、文字通り、高圧の水銀蒸気中の電極間アーク放電による放射を利用したものである。
このような高圧水銀ランプを点灯するための点灯装置は、先ず、ランプ電極間を絶縁破壊するため両電極間に高電圧を所定時間（例えば、２［ｓ］〜５［ｓ］）印加する。当該所定時間が経過すると（すなわち、絶縁破壊が起こり、グロー放電に移行したとみなされると）、定格周波数よりも高い周波数で定電流駆動する（以下、「高周波・定電流駆動」という）（特許文献１）。
このような高圧水銀ランプを点灯するための点灯装置は、先ず、ランプ電極間を絶縁破壊するため両電極間に高電圧を所定時間（例えば、２［ｓ］〜５［ｓ］）印加する。当該所定時間が経過すると（すなわち、絶縁破壊が起こり、グロー放電に移行したとみなされると）、定格周波数よりも高い周波数で定電流駆動する（以下、「高周波・定電流駆動」という）（特許文献１）。
その後、定格周波数・定電流駆動期間を経て、定格周波数・定電力駆動に移行し、高圧水銀ランプは定常点灯される。
上記高周波・定電流駆動期間を設けるのは、絶縁破壊後直ちに、定格周波数・定電流駆動に移行するとランプが立ち消えてしまうからである。すなわち、グロー放電からアーク放電に移行させると共に、定格周波数・定電流駆動に移行した後も安定したアーク放電が維持できるように、電極を適度に暖めるためである。なお、定格電力３００［Ｗ］の高圧水銀ランプにあっては、従来の高周波・定電流駆動では、例えば、２［ｓ］〜５［ｓ］の間、１０［ｋＨｚ］〜５００［ｋＨｚ］の範囲の周波数で、１１［Ａｐ−ｐ］〜１３［Ａｐ−ｐ］の範囲の一定の電流を給電している。
特開２０００−１３３２０６号公報
上記高周波・定電流駆動期間を設けるのは、絶縁破壊後直ちに、定格周波数・定電流駆動に移行するとランプが立ち消えてしまうからである。すなわち、グロー放電からアーク放電に移行させると共に、定格周波数・定電流駆動に移行した後も安定したアーク放電が維持できるように、電極を適度に暖めるためである。なお、定格電力３００［Ｗ］の高圧水銀ランプにあっては、従来の高周波・定電流駆動では、例えば、２［ｓ］〜５［ｓ］の間、１０［ｋＨｚ］〜５００［ｋＨｚ］の範囲の周波数で、１１［Ａｐ−ｐ］〜１３［Ａｐ−ｐ］の範囲の一定の電流を給電している。
ところで、近年、省エネルギー等の観点から、高効率で発光する高圧水銀ランプが求められており、そのため、定常点灯中におけるガラスバルブ内の水銀蒸気圧を高めるべく、両電極が対向配置されている放電空間の縮小化が図られている。
しかしながら、このような、高圧水銀ランプを従来の点灯装置を用いて、点灯・消灯を繰り返すと、当該ランプのガラスバルブ内面が次第にリング状に黒化し輝度が低下してしまうといった現象が生じている。
しかしながら、このような、高圧水銀ランプを従来の点灯装置を用いて、点灯・消灯を繰り返すと、当該ランプのガラスバルブ内面が次第にリング状に黒化し輝度が低下してしまうといった現象が生じている。
本発明は、上記した課題に鑑み、高効率化のため放電空間を縮小した高圧放電ランプであっても、ガラスバルブ内面がリング状に黒化するのを可能な限り防止できる点灯装置、およびそのような点灯装置を有する投射型画像表示装置を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するため、本発明に係る点灯装置によれば、軸部先端部に当該軸部よりも太径の頭部が形成されてなる一対の電極が、ハロゲン物質が封入されている放電室内に前記頭部を対向させ、かつ同軸上に配されてなる交流点灯型の高圧放電ランプに対して、前記両電極間に絶縁破壊を起こさせた後、定格周波数定電流制御に移行する前に、定格周波数よりも高い周波数で定電流制御する高周波定電流制御の期間を設けて点灯制御する点灯装置であって、当該高周波定電流制御の期間では、８［Ａｐ−ｐ］以下１［Ａｐ−ｐ］以上の範囲で予め定められた電流値［Ａｐ−ｐ］を定電流の目標値とすることを特徴とする。
また、前記高圧放電ランプの定格電力が３００［Ｗ］の場合において、ｘ−ｙ直交座標系において、前記高周波定電流期間の長さ［ｓ］をｘ軸にとり、当該高周波定電流期間に両電極間に流す電流値［Ａｐ−ｐ］をｙ軸にとった場合、（ｘ，ｙ）座標で表される点（５，８）、点（１０，８）、点（１０，１）、点（８，５）、点（６，７）、点（５，７.５）、点（５，８）を順次、線分で結んで囲まれる領域内（前記線分上を含む）のｘ座標値とｙ座標値との組み合わせの内、予め定められた一の組み合わせの電流値［Ａｐ−ｐ］を定電流の目標値とし、対応する長さ［ｓ］の期間、前記高周波定電流制御を行うことを特徴とする。
あるいは、前記高圧放電ランプの定格電力が３００［Ｗ］の場合において、少なくとも１０［ｓ］の期間、前記高周波定電流制御を行うことを特徴とする。
また、前記高圧放電ランプの定格電力が３５０［Ｗ］の場合において、ｘ−ｙ直交座標系において、前記高周波定電流期間の長さ［ｓ］をｘ軸にとり、当該高周波定電流期間に両電極間に流す電流値［Ａｐ−ｐ］をｙ軸にとった場合、（ｘ，ｙ）座標で表される点（１０，８）、点（２５，８）、点（２５，１）、点（２０，３）、点（１５，６）、点（１０，８）を順次、線分で結んで囲まれる領域内（前記線分上を含む）のｘ座標値とｙ座標値との組み合わせの内、予め定められた一の組み合わせの電流値［Ａｐ−ｐ］を定電流の目標値とし、対応する長さ［ｓ］の期間、前記高周波定電流制御を行うことを特徴とする。
また、前記高圧放電ランプの定格電力が３５０［Ｗ］の場合において、ｘ−ｙ直交座標系において、前記高周波定電流期間の長さ［ｓ］をｘ軸にとり、当該高周波定電流期間に両電極間に流す電流値［Ａｐ−ｐ］をｙ軸にとった場合、（ｘ，ｙ）座標で表される点（１０，８）、点（２５，８）、点（２５，１）、点（２０，３）、点（１５，６）、点（１０，８）を順次、線分で結んで囲まれる領域内（前記線分上を含む）のｘ座標値とｙ座標値との組み合わせの内、予め定められた一の組み合わせの電流値［Ａｐ−ｐ］を定電流の目標値とし、対応する長さ［ｓ］の期間、前記高周波定電流制御を行うことを特徴とする。
あるいは、前記高圧放電ランプの定格電力が３５０［Ｗ］の場合において、少なくとも２０［ｓ］の期間、前記高周波定電流制御を行うことを特徴とする。
上記の目的を達成するため、本発明に係る投射型画像表示装置は、上記の点灯装置を有することを特徴とする。
上記の目的を達成するため、本発明に係る投射型画像表示装置は、上記の点灯装置を有することを特徴とする。
上記構成からなる点灯装置によれば、両電極間の絶縁破壊後に実行される高周波定電流制御における定電流の目標値が、従来よりも低い上記所定の範囲から定められているため、放電空間の縮小化により電極とガラスバルブ内面と距離が近接しても、ガラスバルブ内面がリング状に黒化するのを可能な限り防止することができる。このことは、後述する実験により確認されている。
さらに、目標の電流値を下げるだけでなく、高圧放電ランプの定格電力に対し設計される電極の大きさに応じて、それに合った高周波定電流期間の長さとすることより、定格周波数定電流制御に移行した際のランプの立ち消えを防止することができる。このことも、後述する実験により確認されている。
以下、本発明に係る実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
＜高圧水銀ランプおよびランプユニット＞
図１は、高圧放電ランプの一例として示す高圧水銀ランプ２と高圧水銀ランプ２からの出射光を反射して集光する反射鏡４とを有するランプユニット６を、反射鏡４の光軸を含む平面で切断した断面図である。なお、本図を含めた全ての図において、各構成部材間の縮尺は統一していない。
＜高圧水銀ランプおよびランプユニット＞
図１は、高圧放電ランプの一例として示す高圧水銀ランプ２と高圧水銀ランプ２からの出射光を反射して集光する反射鏡４とを有するランプユニット６を、反射鏡４の光軸を含む平面で切断した断面図である。なお、本図を含めた全ての図において、各構成部材間の縮尺は統一していない。
高圧水銀ランプ２は、石英ガラス製のバルブ８を有している。バルブ８は、外形形状が例えば全体的に略球状に膨出し、気密封止された放電室（発光空間）１０を有する本管部１２と、本管部１２から略同軸上反対向きに延出された第１および第２の側管部１４、１６からなる。
図２（ａ）に、本管部１２の拡大図を示す。
図２（ａ）に、本管部１２の拡大図を示す。
高圧水銀ランプ２は、放電室１０内でその先端部を互いに対向させて配置した一対の第１および第２の電極１８，２０を有している。
第１の電極１８は、軸部２２とこれよりも太径の頭部２３とを有する。頭部２３は、軸部２２に巻回されたコイル部２４とコイル部２４が略半球状に溶融加工されてなる半球部２５とからなる。同様に、第２の電極２０も、軸部２６とこれよりも太径の頭部２７とを有し、頭部２７は、軸部２６に巻回されたコイル部２８とコイル部２８が略半球状に溶融加工されてなる半球部２９とからなる。軸部２２，２６および頭部２３，２７は、共にタングステンからなる。
第１の電極１８は、軸部２２とこれよりも太径の頭部２３とを有する。頭部２３は、軸部２２に巻回されたコイル部２４とコイル部２４が略半球状に溶融加工されてなる半球部２５とからなる。同様に、第２の電極２０も、軸部２６とこれよりも太径の頭部２７とを有し、頭部２７は、軸部２６に巻回されたコイル部２８とコイル部２８が略半球状に溶融加工されてなる半球部２９とからなる。軸部２２，２６および頭部２３，２７は、共にタングステンからなる。
軸部２２，２６の基端はバルブ８に支持されており、各軸部２２，２６は、ほぼ同軸上に、放電室１０へと延出されている。なお、各軸部２２，２６にコイル部２４，２８を設けるのは、各コイル部２４，２８が、適度な放熱機能を発揮して、高圧水銀ランプ２の点灯中における電極の過熱を防止するためである。
また、各頭部２３，２７の先端を半球部２５，２９とするのは、点灯中の放電を可能な限り当該頭部の先端に集中させて、アークが無秩序に変位するいわゆるアークジャンプ現象を防止するためである。両頭部２３，２７先端の、バルブ８の管軸方向の間隔、すなわち、電極間距離は０.５[ｍｍ]２.５[ｍｍ]の範囲で設定される。本例では、１.５[ｍｍ]としている。
また、各頭部２３，２７の先端を半球部２５，２９とするのは、点灯中の放電を可能な限り当該頭部の先端に集中させて、アークが無秩序に変位するいわゆるアークジャンプ現象を防止するためである。両頭部２３，２７先端の、バルブ８の管軸方向の間隔、すなわち、電極間距離は０.５[ｍｍ]２.５[ｍｍ]の範囲で設定される。本例では、１.５[ｍｍ]としている。
なお、本管部１２の外面形状は例えば略球形状や略楕円形状があり、またその内面形状もその外面形状の相似形である必要は無く、種々の設計がなされる。
図１に戻り、各軸部２２，２６の、頭部２３，２７とは反対側の端部は、短冊状をした金属箔３４，３６の一方の端部と接合されている。一対の金属箔３４，３６の各々は、モリブデン箔からなる。
図１に戻り、各軸部２２，２６の、頭部２３，２７とは反対側の端部は、短冊状をした金属箔３４，３６の一方の端部と接合されている。一対の金属箔３４，３６の各々は、モリブデン箔からなる。
第１の金属箔３４のもう一方の端部には、第１の外部リード線３８の一端部が接合されており、第２の金属箔３６のもう一方の端部には、第２の外部リード線４０が接合されている。なお、第１および第２のリード線３８，４０は、共に、モリブデン線からなる。第１および第２の外部リード線３８，４０の、金属箔３４，３６とは反対側の端部部分は、バルブ８から露出していて、当該端部部分には、それぞれ、給電線４２，４４が接続されている。給電線４２，４４から給電することによって、高圧水銀ランプ２を点灯させることができる。このとき、両電極１８，２０間（両頭部２３，２７先端間）の真ん中に位置する点Ｃがアーク中心（発光中心）となる。
放電室１０は、バルブ８の、主に金属箔３４，３６に対応する部分が封着されて形成されている。放電室１０には、発光物質である水銀及び始動補助用としてのアルゴン、クリプトン、キセノンなどの希ガスと、併せて沃素、臭素などのハロゲン物質（いずれも不図示）が封入されている。なお、前記ハロゲン物質は、いわゆるハロゲンサイクルにより、電極１８，２０から蒸発したタングステンを、石英製のバルブ８（本管部１２）内面に付着させることなく電極１８，２０に戻して発光管の黒化を抑制するという機能を果たすために封入されるものである。
上記の構成からなる高圧水銀ランプ２は、第２の側管部１６部分においてセメント４６により、反射鏡４に固着されている。
反射鏡４は、漏斗状をした硬質ガラス製基体４８を有する。基体４８において、凹面部分４８Ａには、反射膜として多層干渉膜５０が蒸着されて、反射面５２が形成されている。
反射鏡４は、漏斗状をした硬質ガラス製基体４８を有する。基体４８において、凹面部分４８Ａには、反射膜として多層干渉膜５０が蒸着されて、反射面５２が形成されている。
高圧水銀ランプ２は、基体４８のネック部４８Ｂに開設された取付孔４８Ｃに第２の側管部１６を挿入して、反射鏡４の光軸方向の所定位置に位置決めがなされた後、セメント４６で固着される。所定位置とは、例えば反射鏡４の焦点ｆとアーク中心Ｃが略一致する位置である。
＜プロジェクタ＞
図３に、投射型画像表示装置の一例として示すフロントプロジェクタ６０の概略構成を示す。図３は、後述する筐体４４の天板を取り除いた状態を示している。フロントプロジェクタ６０は、その前方に設置したスクリーン（不図示）に向けて画像を投影するタイプのプロジェクタである。
＜プロジェクタ＞
図３に、投射型画像表示装置の一例として示すフロントプロジェクタ６０の概略構成を示す。図３は、後述する筐体４４の天板を取り除いた状態を示している。フロントプロジェクタ６０は、その前方に設置したスクリーン（不図示）に向けて画像を投影するタイプのプロジェクタである。
フロントプロジェクタ６０は、例えば、３板式液晶プロジェクタであり、筐体６２に収納された、光源であるランプユニット６、光学ユニット６４、制御ユニット６６、投射レンズ６８、冷却ファンユニット７０、および電源ユニット７２等から構成されている。
光学ユニット６４は、画像形成ユニットからの出射光を合成する光合成ユニット、入射光を偏光させて画像を形成する画像形成ユニット、およびランプユニット６からの照明光をその画像形成ユニットに照射する照明ユニット（いずれも図示せず）を有している。照明ユニットは、３色のカラーフィルタ等（図示せず）を有し、照明光を３原色に分解して画像形成ユニットに照射する。３原色に分解された光を光合成ユニットで合成することにより、フルカラーの画像を得られる。
光学ユニット６４は、画像形成ユニットからの出射光を合成する光合成ユニット、入射光を偏光させて画像を形成する画像形成ユニット、およびランプユニット６からの照明光をその画像形成ユニットに照射する照明ユニット（いずれも図示せず）を有している。照明ユニットは、３色のカラーフィルタ等（図示せず）を有し、照明光を３原色に分解して画像形成ユニットに照射する。３原色に分解された光を光合成ユニットで合成することにより、フルカラーの画像を得られる。
制御ユニット６６は、画像形成ユニット等を駆動制御する。
投射レンズ６８は、光合成ユニットにより合成された光学像を拡大投射する。電源ユニット７２は、後述する点灯装置７６（図４）を含み、商用電源から供給される電力を、制御ユニット６６やランプユニット６に適した電力に変換してそれぞれ供給する。
なお、ランプユニット６を３板式液晶プロジェクタの光源として用いた例を示したが、これに限らず、ＤＭＤ（商標）を用いたＤＬＰ（商標）の光源として用い、当該ＤＬＰを構成することもできる。
＜点灯装置＞
点灯装置（電子安定器）７６は、商用交流電源に接続されるＤＣ電源回路７４から供給される直流電力を交流電力に変換して、高圧水銀ランプ２に給電する。
投射レンズ６８は、光合成ユニットにより合成された光学像を拡大投射する。電源ユニット７２は、後述する点灯装置７６（図４）を含み、商用電源から供給される電力を、制御ユニット６６やランプユニット６に適した電力に変換してそれぞれ供給する。
なお、ランプユニット６を３板式液晶プロジェクタの光源として用いた例を示したが、これに限らず、ＤＭＤ（商標）を用いたＤＬＰ（商標）の光源として用い、当該ＤＬＰを構成することもできる。
＜点灯装置＞
点灯装置（電子安定器）７６は、商用交流電源に接続されるＤＣ電源回路７４から供給される直流電力を交流電力に変換して、高圧水銀ランプ２に給電する。
すなわち、点灯装置７６は、高圧水銀ランプ４を始動、点灯維持させるものであり、図４（ａ）に示すように主にＤＣ／ＤＣコンバータ７８、ＤＣ／ＡＣインバータ８０、ＬＣ共振型の高電圧供給部８２、ランプ電流検出部８４、ランプ電圧検出部８６、および制御部８８から構成されている。なお、高電圧供給部８２は、ＬＣ共振型に限らず、パルス重畳型としても構わない。
また、制御部８８は、例えばマイコンで構成され、ＣＰＵ８９を中心として、入・出力インターフェース９１、記憶部９３、内部タイマー９５などが接続された構成を有する。入・出力インターフェース９１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ７８、ＤＣ／ＡＣインバータ８０、ランプ電流検出部８４、およびランプ電圧検出部８６との間で制御信号等の入出力をする。記憶部９３は、後述する高周波定電流制御を行う場合に定電流の目標値となる電流値が予め格納されている目標電流値格納部９３Ａや当該高周波定電流期間が予め格納されている高周波定電流期間格納部９３Ｂを有している。記憶部９３は、この他にも、後述する高周波定電圧印加制御の期間、定格周波数定電流制御の際の目標電流値、定格周波数定電力制御の際の目標電力値等の格納部も有しているのであるが、本願発明の主眼ではないので、図示は省略する。
ＤＣ／ＤＣコンバータ７８は、制御部８８からのＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御信号を受けて所定の大きさの直流電流をＤＣ／ＡＣインバータ８０に供給する。すなわち、安定点灯時（定常点灯時）において高圧水銀ランプ２からの光出力を一定に保つべくランプ電力を一定にする制御を行う必要があるが、制御部８８はそのためにランプ電流検出部８４で検出したランプ電流、およびランプ電圧検出部８６で検出したランプ電圧にそれぞれ基づいてランプ電力を演算し、それを一定にするようなＰＷＭ制御信号をＤＣ／ＤＣコンバータ７８に送る。ＤＣ／ＤＣコンバータ７８は、それを受けてＤＣ電源回路７４からの直流電圧を所定の大きさの直流電流に変換する。
ただし、制御部８８は、始動時から前記一定のランプ電力を得る（所定のランプ電圧に達する）までの間、一定のランプ電流で制御するようにＰＷＭ制御信号をＤＣ／ＤＣコンバータ７８に送る。この場合に、制御部８８は、ランプ電流検出部８４で検出するランプ電流が、目標電流値格納部９３Ａに格納されている目標値に合うようにＰＷＭ制御信号をＤＣ／ＤＣコンバータ７８に送る。目標電流値格納部９３Ａに格納されている電流値については後述する。
ＤＣ／ＡＣインバータ８０は、例えば、一対のスイッチング素子（ＦＥＴ）９０を二組有しており、各組を交互にオン、オフすることによってＤＣ／ＤＣコンバータ７８から供給された直流電流に対して制御部８８からの制御信号に基づいて所定の周波数の矩形波電流を生成する。
高電圧供給部８２は、例えば、コイル９２とコンデンサ９４を有する共振回路を利用して、周波数が１０［ｋＨｚ］以上１０［ＭＨｚ］以下の範囲内から予め設定されている高周波電圧を発生させて第１の電極１８と第２の電極２０との間に印加し、第１の電極１８と第２の電極２０との間での絶縁破壊を促し、高圧水銀ランプ２を始動させる。
高電圧供給部８２は、例えば、コイル９２とコンデンサ９４を有する共振回路を利用して、周波数が１０［ｋＨｚ］以上１０［ＭＨｚ］以下の範囲内から予め設定されている高周波電圧を発生させて第１の電極１８と第２の電極２０との間に印加し、第１の電極１８と第２の電極２０との間での絶縁破壊を促し、高圧水銀ランプ２を始動させる。
次に、点灯装置７６の動作について、図５に示すフローチャートに基づき、両電極１８，２０間で観測される図６に示す電圧・電流波形を参照しながら説明する。なお、以下の例は、定格電力が３００［Ｗ］の高圧水銀ランプに対してなされる制御内容である。
先ず、ＤＣ電源回路７４のスイッチ（不図示）のスイッチがオンされると（ステップＳ２でＹＥＳ）、制御部８８は内部カウンタ（不図示）をリセットする（ステップＳ４）と共に、内部タイマー９５をリセットする（ステップＳ６）。内部カウンタは、後述する高周波電圧印加期間（ステップＳ８）を経過しても絶縁破壊が起きていない場合に、再度、高周波電圧印加（ステップＳ８）を繰り返す回数をカウントするために設けられている。内部タイマー９５は、点灯制御の切り替えタイミングを計るために設けられている。
先ず、ＤＣ電源回路７４のスイッチ（不図示）のスイッチがオンされると（ステップＳ２でＹＥＳ）、制御部８８は内部カウンタ（不図示）をリセットする（ステップＳ４）と共に、内部タイマー９５をリセットする（ステップＳ６）。内部カウンタは、後述する高周波電圧印加期間（ステップＳ８）を経過しても絶縁破壊が起きていない場合に、再度、高周波電圧印加（ステップＳ８）を繰り返す回数をカウントするために設けられている。内部タイマー９５は、点灯制御の切り替えタイミングを計るために設けられている。
ステップＳ６に続いて、制御部８８は、所定時間Ｔ１が経過するまで（ステップＳ１０でＹＥＳ）、ＤＣ／ＤＣコンバータ７８とＤＣ／ＡＣコンバータ８０を制御して、周波数が１０［ｋＨｚ］以上１０［ＭＨｚ］以下の範囲で予め設定されている、例えば、３００［ｋＨｚ］で、大きさが６［ｋＶｐ−ｐ］の高周波の高電圧を第１の電極１８と第２の電極２０との間に印加する（ステップＳ８）。
所定時間Ｔ１は、２［ｓ］〜５［ｓ］の範囲で予め設定されている。Ｔ１時間は、絶縁破壊が生じるのに十分な時間であり、通常はＴ１時間内に両電極１８，２０間に絶縁破壊が起こり、グロー放電が生じて、両電極１８，２０間に電流が流れ始める（図６参照）。
制御部８８は、Ｔ１時間が経過すると（ステップＳ１０でＹＥＳ）、ランプ電流検出部８４による検出結果を参照し、両電極１８，２０間に電流が流れているか否かの判定を行う（ステップＳ１２）。
制御部８８は、Ｔ１時間が経過すると（ステップＳ１０でＹＥＳ）、ランプ電流検出部８４による検出結果を参照し、両電極１８，２０間に電流が流れているか否かの判定を行う（ステップＳ１２）。
電流が流れていない場合は（ステップＳ１２でＮＯ）、カウンタを一つインクリメントした上で（ステップＳ１４）、繰り返し回数を確認し（ステップＳ１６）、３回未満であれば（ステップＳ１６でＮＯ）、タイマー９５をリセットして（ステップＳ６）、高周波電圧印加制御（ステップＳ８）を継続する。
高周波電圧印加期間を２回延長しても、絶縁破壊が生じない場合は（ステップＳ１２でＮＯ、ステップＳ１６でＹＥＳ）、高圧水銀ランプ２等に不具合が生じていると判断し、ステップＳ３２に移行して、点灯装置７６からの出力を停止し、点灯制御を終了する。
高周波電圧印加期間を２回延長しても、絶縁破壊が生じない場合は（ステップＳ１２でＮＯ、ステップＳ１６でＹＥＳ）、高圧水銀ランプ２等に不具合が生じていると判断し、ステップＳ３２に移行して、点灯装置７６からの出力を停止し、点灯制御を終了する。
一方、電流が流れていると判断した場合は（ステップＳ１２でＹＥＳ）、制御部８８は、外部周辺機器（不図示）に点灯成功信号を出力して、高周波の定電流制御（ステップＳ２０）に移行する。点灯成功信号を出力するのは、高周波・高電圧印加期間の終了によりこれ以降、高いレベルのノイズが発生しないことを周辺機器に通知することにより、早期に周辺機器を立ち上げ、定常点灯に移行した際に速やかに、プロジェクタによる投影が開始できるようにするためである。
高周波定電流制御（ステップＳ２０）を行うのは、上述したように、絶縁破壊後直ちに、後述する定格周波数・定電流制御（ステップＳ２４）に移行するとランプが立ち消えてしまうからである。すなわち、グロー放電からアーク放電に移行させると共に、定格周波数・定電流制御に移行した後も安定したアーク放電が維持できるように、電極を適度に暖めるためである。高周波・定電流制御では、例えば、所定の期間、１０［ｋＨｚ］〜５００［ｋＨｚ］の範囲の周波数で、所定の電流値の電流を給電している。なお、当該所定の期間（Ｔ２−Ｔ１）、および所定の電流値については後述する。
制御部８８は、内部タイマー９５を参照し、Ｔ２時間経過したと判定すると（ステップＳ２２でＹＥＳ）、定格周波数の定電流制御（ステップＳ２４）に移行する。
定格周波数の定電流制御（ステップＳ２４）は、放電室１０内の水銀蒸発を促進させるために設けられており、ランプ電流検出部８４の検出信号に基づき制御部８８によってＤＣ／ＤＣコンバータ７８を制御して、ランプ電流の値を一定（例えば、４.５［Ａ］）にする制御である。
定格周波数の定電流制御（ステップＳ２４）は、放電室１０内の水銀蒸発を促進させるために設けられており、ランプ電流検出部８４の検出信号に基づき制御部８８によってＤＣ／ＤＣコンバータ７８を制御して、ランプ電流の値を一定（例えば、４.５［Ａ］）にする制御である。
その後、ランプ電圧が所定の値Ｐ［Ｖ］に到達したか否かを判断する（ステップＳ２６）。この所定の電圧値Ｐは、例えば、６６.７（＝３００［Ｗ］／４.５［Ａ］）［Ｖ］に予め設定されている。ランプ電圧がＰ［Ｖ］未満であれば（ステップＳ２６でＮＯ）、ステップＳ２４の定格周波数の定電流制御を維持する。
ランプ電圧がＰ［Ｖ］以上になると（ステップＳ２６でＹＥＳ）、ステップＳ２８に移行し、定常点灯制御である定格周波数の定電力制御に切り替える。定格周波数の定電力制御（ステップＳ２８）は、ランプ電流検出部８４およびランプ電圧検出部８６のそれぞれ検出信号に基づき制御部８８によってＤＣ／ＤＣコンバータ７８を制御して、ランプ電力の値が一定（３００［Ｗ］）になるようにＤＣ／ＤＣコンバータ７８からの出力電流の値を適宜制御するものである。
ランプ電圧がＰ［Ｖ］以上になると（ステップＳ２６でＹＥＳ）、ステップＳ２８に移行し、定常点灯制御である定格周波数の定電力制御に切り替える。定格周波数の定電力制御（ステップＳ２８）は、ランプ電流検出部８４およびランプ電圧検出部８６のそれぞれ検出信号に基づき制御部８８によってＤＣ／ＤＣコンバータ７８を制御して、ランプ電力の値が一定（３００［Ｗ］）になるようにＤＣ／ＤＣコンバータ７８からの出力電流の値を適宜制御するものである。
そして、スイッチがオフされるまで定格周波数の定電力制御（ステップＳ２８）を継続し、スイッチがオフされると（ステップＳ３０でＹＥＳ）、点灯装置７６からの出力を停止し（ステップＳ３２）、点灯制御を終了する。
〔高周波定電流制御（ステップＳ２０）〕
Ｔ１時間経過後Ｔ２時間が経過するまで（以下、当該期間を「高周波定電流制御期間」と言う。）の間になされる高周波定電流制御について説明する。
〔高周波定電流制御（ステップＳ２０）〕
Ｔ１時間経過後Ｔ２時間が経過するまで（以下、当該期間を「高周波定電流制御期間」と言う。）の間になされる高周波定電流制御について説明する。
高周波定電流期間を設ける目的は、上述した通りであるが、この間に高圧水銀ランプは、グロー放電からアーク放電へと移行する。
アーク放電の場合、図２（ｂ）に示すように、両電極１８，２０の対向する頭部２３，２７の先端部間で放電がなされる。一方、グロー放電の場合は、図２（ｃ）に示すように、頭部１３，２７全体に渡って放電がなされる。
アーク放電の場合、図２（ｂ）に示すように、両電極１８，２０の対向する頭部２３，２７の先端部間で放電がなされる。一方、グロー放電の場合は、図２（ｃ）に示すように、頭部１３，２７全体に渡って放電がなされる。
この場合に、放電の起点となる電極部分からタングステン（Ｗ）が蒸発する。ハロゲンサイクルが機能していれば、蒸発したタングステン（Ｗ）は、本管部１２内壁に付着することなく、電極に戻ることとなる。これにより、本管部１２内壁の黒化が防止できる。
本願発明者らが、高圧水銀ランプの水銀蒸気圧を高めることにより効率を向上させる目的で、放電室１０の容積を従来品よりも縮小したところ、本管部１２内壁にリング状の黒化が認められた。これは、以下の理由によるものと考えられる。放電室の縮小化により必然的に、電極の頭部２３，２７は全体的に本管部１２の内壁に近づく。アーク放電の場合には（図２（ｂ））、放電の起点から本管部１２内壁まで、蒸発したタングステン（Ｗ）がハロゲン（Ｘ）と化合するのに十分な距離があるため、ハロゲンサイクルが機能して黒化が防止できる。一方、グロー放電の場合、電極の頭部２３，２７後端部（軸部２２，２６側端部）から蒸発したタングステン（Ｗ）は、当該後端部と本管部１２の内壁とが近接しているため、ハロゲン（Ｘ）と化合する前に当該内壁に到達してそのまま付着し黒化を招来してしまうからである。特に、放電室１０の縮小化によって、電極頭部２３，２７の後端部と本管部１２内壁との最短距離Ｌが短縮されたことに因るものと考えられる。従来、Ｌ＝０.９［ｍｍ］であったのが、放電室１０を縮小化したことによりＬ＝０.７±０.０５［ｍｍ］になったものについて、従来と同様の１２［Ａｐ−ｐ］の定電流で高周波定電流制御を行ったところリング状の黒化が認められた。
本願発明者らが、高圧水銀ランプの水銀蒸気圧を高めることにより効率を向上させる目的で、放電室１０の容積を従来品よりも縮小したところ、本管部１２内壁にリング状の黒化が認められた。これは、以下の理由によるものと考えられる。放電室の縮小化により必然的に、電極の頭部２３，２７は全体的に本管部１２の内壁に近づく。アーク放電の場合には（図２（ｂ））、放電の起点から本管部１２内壁まで、蒸発したタングステン（Ｗ）がハロゲン（Ｘ）と化合するのに十分な距離があるため、ハロゲンサイクルが機能して黒化が防止できる。一方、グロー放電の場合、電極の頭部２３，２７後端部（軸部２２，２６側端部）から蒸発したタングステン（Ｗ）は、当該後端部と本管部１２の内壁とが近接しているため、ハロゲン（Ｘ）と化合する前に当該内壁に到達してそのまま付着し黒化を招来してしまうからである。特に、放電室１０の縮小化によって、電極頭部２３，２７の後端部と本管部１２内壁との最短距離Ｌが短縮されたことに因るものと考えられる。従来、Ｌ＝０.９［ｍｍ］であったのが、放電室１０を縮小化したことによりＬ＝０.７±０.０５［ｍｍ］になったものについて、従来と同様の１２［Ａｐ−ｐ］の定電流で高周波定電流制御を行ったところリング状の黒化が認められた。
そこで、本願発明者らは、電流値を下げることにより当該黒化を防止することとした。電流値を下げることで、電極表面温度を下げることができ、タングステンの蒸発が抑制され、飛散量が減るからである。
しかし、電流値を下げることによりグロー放電中（高周波定電流制御期間中）に発生するリング状の黒化の発生は防止できるものの、高周波定電流制御期間を従来と同等の長さにすると、電極の暖まり方が不十分で、定格周波数定電流制御（ステップＳ２４、図５）に移行したとたんにランプの立ち消えが生じることも判明した。
しかし、電流値を下げることによりグロー放電中（高周波定電流制御期間中）に発生するリング状の黒化の発生は防止できるものの、高周波定電流制御期間を従来と同等の長さにすると、電極の暖まり方が不十分で、定格周波数定電流制御（ステップＳ２４、図５）に移行したとたんにランプの立ち消えが生じることも判明した。
（定格電力３００［Ｗ］の高圧水銀ランプ）
本願発明者らは、定格電力３００［Ｗ］の高圧水銀ランプについて、電流値と高周波定電流制御期間の長さとの組み合わせを変化させて点灯試験を実施した。
試験結果を図７〜図９に示す。
高周波定電流制御期間の長さを５［ｓ］、６［ｓ］（図７）、７［ｓ］、８［ｓ］（図８）、９［ｓ］、１０［ｓ］（図９）とし、その各々の場合において、電流値を１.０［Ａｐ−ｐ］〜８.５［Ａｐ−ｐ］の範囲で変化させた（５［ｓ］の場合のみ、１.０［Ａｐ−ｐ］〜１２.０［Ａｐ−ｐ］）。
本願発明者らは、定格電力３００［Ｗ］の高圧水銀ランプについて、電流値と高周波定電流制御期間の長さとの組み合わせを変化させて点灯試験を実施した。
試験結果を図７〜図９に示す。
高周波定電流制御期間の長さを５［ｓ］、６［ｓ］（図７）、７［ｓ］、８［ｓ］（図８）、９［ｓ］、１０［ｓ］（図９）とし、その各々の場合において、電流値を１.０［Ａｐ−ｐ］〜８.５［Ａｐ−ｐ］の範囲で変化させた（５［ｓ］の場合のみ、１.０［Ａｐ−ｐ］〜１２.０［Ａｐ−ｐ］）。
図中「Ｎ」欄は、各々の組み合わせにおいて実験に供した試験ランプの本数を示す。そして、試験ランプの各々を、１５分点灯、３０分消灯を１サイクルとし、これを２００サイクル繰り返して黒化発生の有無を調査した。２００サイクル繰り返しても黒化の発生しなかった場合を合格、そうでない場合を不合格とした。黒化発生の有無については、実態顕微鏡を用いて放電室内面を本管部の外側から観察し、黒化が認められた場合に黒化が発生したと認定した。
「黒化発生」欄の内、左列は黒化の発生した本数を、中央列は黒化発生ランプの本数を試験ランプの本数で除した百分率を、右列は黒化に関し合否判定をそれぞれ記入している。合否判定では、試験ランプの内、１本でも黒化が発生すると不合格「×」とし、全部において黒化が発生しなかった場合に合格「○」とした。
「点灯性」欄の内、左列は定格周波数定電流制御に移行しても立ち消えなかったランプの本数を、中央列は立ち消えなかったランプの本数を試験ランプの本数で除した百分率を、右列は点灯性に関し合否判定をそれぞれ記入している。合否判定では、１本でも立ち消えた場合を不合格「×」とし、全部が立ち消えなかった場合を合格「○」とした。
「点灯性」欄の内、左列は定格周波数定電流制御に移行しても立ち消えなかったランプの本数を、中央列は立ち消えなかったランプの本数を試験ランプの本数で除した百分率を、右列は点灯性に関し合否判定をそれぞれ記入している。合否判定では、１本でも立ち消えた場合を不合格「×」とし、全部が立ち消えなかった場合を合格「○」とした。
「総合」欄では、黒化発生と点灯性の両方で合格した場合を合格「○」、いずれか一方でも不合格の場合を「×」とした。
図７〜図９に示す結果から明らかなように、高周波定電流制御期間において、８［Ａｐ−ｐ］以下１［Ａｐ−ｐ］以上の範囲で予め定められた電流値［Ａｐ−ｐ］を定電流の目標値とすることによりガラスバルブ内面がリング状に黒化するのを防止できることが分かる。
図７〜図９に示す結果から明らかなように、高周波定電流制御期間において、８［Ａｐ−ｐ］以下１［Ａｐ−ｐ］以上の範囲で予め定められた電流値［Ａｐ−ｐ］を定電流の目標値とすることによりガラスバルブ内面がリング状に黒化するのを防止できることが分かる。
図７〜図９に示す実験結果を、図１０においてグラフ化した。
図１０は、ｘ軸（横軸）に高周波定電流期間の長さを、ｙ軸（縦軸）に当該高周波定電流期間に両電極間に流す電流値をとったｘ−ｙ直交座標系である。図７〜図９に示す実験結果は、黒化発生のため不合格となった場合を黒塗りの四角「■」で、点灯不良のため不合格となった場合を黒塗りの三角で「▲」、総合的に合格となった場合を白抜きの丸「○」で、各々、前記ｘ−ｙ直交座標系のグラフにプロットした。
図１０は、ｘ軸（横軸）に高周波定電流期間の長さを、ｙ軸（縦軸）に当該高周波定電流期間に両電極間に流す電流値をとったｘ−ｙ直交座標系である。図７〜図９に示す実験結果は、黒化発生のため不合格となった場合を黒塗りの四角「■」で、点灯不良のため不合格となった場合を黒塗りの三角で「▲」、総合的に合格となった場合を白抜きの丸「○」で、各々、前記ｘ−ｙ直交座標系のグラフにプロットした。
したがって、図１０において、白抜きの丸「○」が占める領域内における「高周波定電流期間の長さ」と「電流値」との組み合わせとした場合には、リング状の黒化が発生せず、かつ点灯不良も発生しないこととなる。
すなわち、図１０において、（ｘ，ｙ）座標で表される点Ｅ１（５，８）、点Ｅ２（１０，８）、点Ｅ３（１０，１）、点Ｅ４（８，５）、点Ｅ５（６，７）、点Ｅ６（５，７.５）、点Ｅ１（５，８）を順次、線分で結んで囲まれる領域内（前記線分上を含む。）のｘ座標値とｙ座標値との組み合わせから、予め一の組み合わせを選択し、これを高周波定電流制御の期間の長さと定電流制御の目標となる電流値とすればよいことになる。予め定めた電流値は、目標電流値格納部９３Ａ（図４）に、高周波定電流制御期間は、高周波定電流制御期間格納部９３Ｂ（図４）に格納されている。
すなわち、図１０において、（ｘ，ｙ）座標で表される点Ｅ１（５，８）、点Ｅ２（１０，８）、点Ｅ３（１０，１）、点Ｅ４（８，５）、点Ｅ５（６，７）、点Ｅ６（５，７.５）、点Ｅ１（５，８）を順次、線分で結んで囲まれる領域内（前記線分上を含む。）のｘ座標値とｙ座標値との組み合わせから、予め一の組み合わせを選択し、これを高周波定電流制御の期間の長さと定電流制御の目標となる電流値とすればよいことになる。予め定めた電流値は、目標電流値格納部９３Ａ（図４）に、高周波定電流制御期間は、高周波定電流制御期間格納部９３Ｂ（図４）に格納されている。
また、「高周波定電流期間の長さ」を１０［ｓ］以上にすれば（すなわち、少なくとも１０［ｓ］の期間を設ければ）、８［Ａｐ−ｐ］以下１［Ａｐ−ｐ］以上の範囲で予め定められた電流値を定電流制御の目標値とすることができる。
（定格電力３５０［Ｗ］の高圧水銀ランプ）
本願発明者らは、定格電力３５０の高圧水銀ランプについても、上述した定格電力３００［Ｗ］の高圧水銀ランプと同様の実験をした。なお、実験に供した高圧水銀ランプは、電極頭部２３，２７の後端部と本管部１２内壁との最短距離Ｌ（図２（ａ））が、従来、Ｌ＝１.０［ｍｍ］であったのが、放電室１０を縮小化したことによりＬ＝０.８±０.０５［ｍｍ］になったものである。
（定格電力３５０［Ｗ］の高圧水銀ランプ）
本願発明者らは、定格電力３５０の高圧水銀ランプについても、上述した定格電力３００［Ｗ］の高圧水銀ランプと同様の実験をした。なお、実験に供した高圧水銀ランプは、電極頭部２３，２７の後端部と本管部１２内壁との最短距離Ｌ（図２（ａ））が、従来、Ｌ＝１.０［ｍｍ］であったのが、放電室１０を縮小化したことによりＬ＝０.８±０.０５［ｍｍ］になったものである。
実験の結果を図１１、図１２に示す。
図１１、図１２に示す結果から明らかなように、高周波定電流制御期間において、８［Ａｐ−ｐ］以下１［Ａｐ−ｐ］以上の範囲で予め定められた電流値［Ａｐ−ｐ］を定電流の目標値とすれば、黒化が防止できることは、上述した定格電力が３００［Ｗ］の場合のみならず、３５０［Ｗ］でも妥当することが分かる。
図１１、図１２に示す結果から明らかなように、高周波定電流制御期間において、８［Ａｐ−ｐ］以下１［Ａｐ−ｐ］以上の範囲で予め定められた電流値［Ａｐ−ｐ］を定電流の目標値とすれば、黒化が防止できることは、上述した定格電力が３００［Ｗ］の場合のみならず、３５０［Ｗ］でも妥当することが分かる。
図１１、図１２に示す実験結果を、図１３において、図１０と同様にグラフ化した。
図１３において、白抜きの丸「○」が占める領域内における「高周波定電流期間の長さ」と「電流値」との組み合わせとした場合には、リング状の黒化が発生せず、かつ点灯不良も発生しないこととなる。
すなわち、定格電力が３５０［Ｗ］の場合には、図１３において、「高周波定電流期間の長さ」と「電流値」との組み合わせを、（ｘ，ｙ）座標で表される点Ｆ１（１０，８）、点Ｆ２（２５，８）、点Ｆ３（２５，１）、点Ｆ４（２０，３）、点Ｆ５（１５，６）、点Ｆ１（１０，８）を順次、線分で結んで囲まれる領域内（前記線分上を含む。）のｘ座標値とｙ座標値との組み合わせから、予め一の組み合わせを定めて、これを高周波定電流制御の期間の長さと定電流制御の目標となる電流値とすればよいことになる。予め定めた電流値は、目標電流値格納部９３Ａ（図４）に、高周波定電流制御期間は、高周波定電流制御期間格納部９３Ｂ（図４）に格納されている。
図１３において、白抜きの丸「○」が占める領域内における「高周波定電流期間の長さ」と「電流値」との組み合わせとした場合には、リング状の黒化が発生せず、かつ点灯不良も発生しないこととなる。
すなわち、定格電力が３５０［Ｗ］の場合には、図１３において、「高周波定電流期間の長さ」と「電流値」との組み合わせを、（ｘ，ｙ）座標で表される点Ｆ１（１０，８）、点Ｆ２（２５，８）、点Ｆ３（２５，１）、点Ｆ４（２０，３）、点Ｆ５（１５，６）、点Ｆ１（１０，８）を順次、線分で結んで囲まれる領域内（前記線分上を含む。）のｘ座標値とｙ座標値との組み合わせから、予め一の組み合わせを定めて、これを高周波定電流制御の期間の長さと定電流制御の目標となる電流値とすればよいことになる。予め定めた電流値は、目標電流値格納部９３Ａ（図４）に、高周波定電流制御期間は、高周波定電流制御期間格納部９３Ｂ（図４）に格納されている。
また、「高周波定電流期間の長さ」を２０［ｓ］以上にすれば（すなわち、少なくとも２０［ｓ］の期間を設ければ）、８［Ａｐ−ｐ］以下１［Ａｐ−ｐ］以上の範囲で予め定められた電流値を定電流制御の目標値とすることができる。
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は上記した形態に限らないことは勿論であり、例えば、以下の形態とすることもできる。
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は上記した形態に限らないことは勿論であり、例えば、以下の形態とすることもできる。
ランプユニット６は、投射型画像表示装置の一例として図１４に示す、リアプロジェクタ１００の光源としても用いることができる。
リアプロジェクタ１００は、例えば、３板式液晶プロジェクタであり、ランプユニット６、光学ユニット、投射レンズ、ミラー（いずれも不図示）等が筐体１０２内に収納された構成を有しており、投射レンズから投射されミラーで反射された画像が透過式スクリーン１０４の裏側から投影されて画像表示するプロジェクタである。
リアプロジェクタ１００は、例えば、３板式液晶プロジェクタであり、ランプユニット６、光学ユニット、投射レンズ、ミラー（いずれも不図示）等が筐体１０２内に収納された構成を有しており、投射レンズから投射されミラーで反射された画像が透過式スクリーン１０４の裏側から投影されて画像表示するプロジェクタである。
上記は、ランプユニット６を３板式液晶プロジェクタの光源として用い、リアプロジェクタの光学エンジンを構成する例であるが、これに限らず、ランプユニット６を、ＤＭＤ（商標）を用いたＤＬＰ（商標）の光源として用い、当該ＤＬＰを光学エンジンとしてリアプロジェクタを構成することもできる。
本発明に係る点灯装置は、例えば、高効率化のため放電室の容量を縮小した高圧水銀ランプの点灯装置として好適に利用可能である。
２ 高圧水銀ランプ
１０ 放電室
１８，２０ 電極
２２，２６ 軸部
２３，２７ 頭部
７６ 点灯装置
１０ 放電室
１８，２０ 電極
２２，２６ 軸部
２３，２７ 頭部
７６ 点灯装置
Claims (2)
- 軸部先端部に当該軸部よりも太径の頭部が形成されてなる一対の電極が、ハロゲン物質が封入されている放電室内に前記頭部を対向させ、かつ同軸上に配されてなる交流点灯型の高圧放電ランプに対して、前記両電極間に絶縁破壊を起こさせた後、定格周波数定電流制御に移行する前に、定格周波数よりも高い周波数で定電流制御する高周波定電流制御の期間を設けて点灯制御する点灯装置であって、
前記高圧放電ランプの定格電力は３００［Ｗ］であり、
前記電極の前記頭部の後端部と前記放電室の内壁との最短距離Ｌが、Ｌ＝０.７±０.０５［ｍｍ］の範囲にあって、
ｘ−ｙ直交座標系において、前記高周波定電流期間の長さ［ｓ］をｘ軸にとり、当該高周波定電流期間に両電極間に流す電流値［Ａ ｐ−ｐ ］をｙ軸にとった場合、
（ｘ，ｙ）座標で表される点（５，８）、点（１０，８）、点（１０，１）、点（８，５）、点（６，７）、点（５，７.５）、点（５，８）を順次、線分で結んで囲まれる領域内（前記線分上を含む）のｘ座標値とｙ座標値との組み合わせの内、予め定められた一の組み合わせの電流値［Ａ ｐ−ｐ ］を定電流の目標値とし、対応する長さ［ｓ］の期間、前記高周波定電流制御を行うことを特徴とする点灯装置。 - 請求項１に記載の点灯装置を有することを特徴とする投射型画像表示装置。
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