JP5480924B2

JP5480924B2 - 高圧放電ランプの点灯方法、高圧放電ランプの点灯装置、高圧放電ランプ装置、及び投射型画像表示装置

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Publication number: JP5480924B2
Application number: JP2012036206A
Authority: JP
Inventors: 勝池田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2012-02-22
Filing date: 2012-02-22
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2027-08-31
Also published as: JP2012109267A

Description

本発明は、高圧放電ランプの点灯方法、高圧放電ランプの点灯装置、高圧放電ランプ装置及び投射型画像表示装置に関する。

高圧放電ランプは一対の電極が対向して配設された発光管を有しており、液晶プロジェクタなどの投射型画像表示装置の光源として用いられている。
通常、係る高圧放電ランプの点灯方法としては、初期段階では一定の電流値で点灯させ、その後、所定の電力（定格電力）を供給する定電力制御に移行させるようにしている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、この種の投射型画像表示装置に対しては明るさ（スクリーン上の照度）（以下、単に「照度」という。）の向上が求められており、それに伴い搭載される高圧放電ランプについても種々の改良が求められている。
その一つとして、電極の形状が挙げられる。具体的には、電極先端部の形状を略半球状のものから略円錐形状のものにすることである（例えば、特許文献２参照）。これにより電極間のアーク部から電極側へ向かって放射された光線が電極によって遮蔽される割合を低減でき、発光管から外部へ射出される光束が多くなって、前記照度の向上に寄与することができる。

また、その他の方法として、封入される水銀量を増加して高圧放電ランプ自体の輝度を高めることにより、照度を向上させる方法も提案されている。

特開２０００−３０６６８７号公報特開２００２−９３３６３号公報

しかしながら、上記のように先端部の形状が略円錐形状の電極を採用した高圧放電ランプや、水銀の封入量を例えば２３０ｍｇ／ｃｍ³以上に増量した高圧放電ランプを試作し、これに反射鏡を付して高圧放電ランプユニットとし、従来の点灯装置を用いて点灯して、その照度を評価したところ、一定の照度の向上は得られるものの、所望のレベルの照度が十分に得られなかった。

その原因を突き止めるべく、点灯評価に使用した高圧放電ランプを詳細に分析したところ、電極の先端部の一部が予想を超える領域まで消失しており、電極間距離、すなわちアーク長が設計値よりも大きくなっていることが判明した。
一般に、高圧放電ランプユニットでは、ランプの電極間距離をできるだけ短くして（ショートアーク）点光源に近付け、これを反射鏡の光軸上の焦点位置に配することにより当該反射鏡による集光率を向上して照度を高めるように工夫されており、上述のようにアーク長が大きくなると点光源から遠ざかるため、それだけ集光率が低下し照度が十分に得られなくなるのである。

本来、点灯中に電極の先端部の一部が多少消失することは想定される範囲であるが、上記の場合はその想定領域を超えるものであり、その原因は点灯中における電極の先端部の過度な温度上昇であると考えられる。この過度の温度上昇により、電極の先端部における蒸発が促進され、ハロゲンサイクルでは補いきれなくなって、電極間距離が増大してしまうのである。

本発明者らは、電極の先端部の温度が上述のように過度に上昇する要因について次のように推察した。
すなわち、先端部の形状が略円錐形状の電極を採用した場合においては、通常、電極の先端部にアークの起点（アークスポット）が形成され、当然にその先端部の温度が高温となっているが、その熱が逃げる経路について先端部の形状が略円錐形状の電極の場合、先細りしているために電極の径方向には熱が逃げにくく、その結果、電極の先端部の温度が過度に上昇したものと考えられる。

また、水銀の封入量を例えば２３０ｍｇ／ｃｍ³以上に増やした場合においては、水銀のアーク自体が絞られて電極の先端部の温度が過度に上昇したものと考えられる。
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであって、高圧放電ランプにおいて照度の向上のため種々の改良が施され、その結果、仮に上記したように電極の先端部の温度が上昇しやすい条件を具備するに至ったとしても、その照度が必要以上低下することがないようにすることを目的とする。

上記の目的を達成するべく、本発明者らは電極の先端部の温度が過度に上昇する要因について多面的に検討を進める中で、その点灯制御に大きな要因があることを見出した。
すなわち、点灯開始後の定電流制御においてはその電流値が安定点灯時（定格電力による定電力制御時）の電流値よりも大きく、そのために定電流制御から定格電力による定電力制御に移行した際、電極の先端部の温度が安定点灯時の温度を大きく超えることがわかった（後述の図７参照）。

もっとも、先端部の形状が略半球形状の電極を採用した場合や、水銀の封入量が例えば２００ｍｇ／ｃｍ³以下の場合でも、このように定電流制御から定格電力による定電力制御に移行した際、電極の先端部の温度が安定点灯時の温度を超えていたと考えられる。
したがって、これらの場合も上記のような現象は生じていると考えられるが、その程度が極めて小さいため実用的には許容範囲内にあり、特に問題にならなかった。

ところが、先端部の形状が略円錐形状の電極を採用した場合や、水銀の封入量を例えば２３０ｍｇ／ｃｍ³以上に増やした場合では、その許容範囲を超えたためこの問題が顕在化したものと考えられる。
以上のような知見を踏まえ、本発明者らは、定電流制御から定格電力による定電力制御に移行した際、電極の先端部の温度が安定点灯時の温度を大きく超えないように制御することを考えた。

すなわち、本発明に係る高圧放電ランプの点灯方法は、内部に、発光物質として水銀が封入され、かつ一対の電極が配置されている発光管を有する高圧放電ランプを点灯させる点灯方法であって、点灯開始後から、あらかじめ定められた定格電力値Ｐｓによる定電力制御に移行するまでの初期点灯区間において、ランプ電力が、前記定格電力値Ｐｓよりも低い一定の電力値Ｐａで点灯維持される低電力点灯区間が含まれ、かつ、点灯開始から所定の時間経過後に前記定格電力値Ｐｓによる定電力制御に移行するように制御することを特徴とする。

ここで、前記初期点灯区間において、所定の電流値Ｉａにより定電流制御する第１の制御と、ランプ電圧が所定値Ｖａに到達したときに電力値Ｐａで定電力制御する第２の制御と、点灯開始から所定の時間経過後に、定格電力値Ｐｓによる定電力制御に移行する第３の制御とを含み、前記第２の制御の区間が前記低電力点灯区間に該当するようにしても構わない。

また、ここで、前記高圧放電ランプは、その特性としてランプ電圧の範囲が規定されており、その規定された電圧範囲の上限の電圧値をＶｂとした場合に、前記初期点灯区間において、Ｉｂ・Ｖｂ＜Ｐｓとなる一定の電流値Ｉｂを供給するように制御され、ランプ電圧が、当該規定された電圧範囲内の所定値Ｖｃに到達した後、前記所定時間が経過するまでの区間が、前記低電力点灯区間に該当するようにしても構わない。

さらに、ここで前記低電力点灯区間における電力値Ｐａは、前記定格電力値Ｐｓに対して７０％以上９０％以下の範囲内であることが望ましい。
また、本発明の別の高圧放電ランプの点灯装置は、内部に、発光物質として水銀が封入され、かつ一対の電極が配置されている発光管を有する高圧放電ランプを点灯させる点灯装置であって、高圧放電ランプに電力を供給する電力供給手段と、点灯開始後から、あらかじめ定められた定格電力値Ｐｓによる定電力制御に移行するまでの初期点灯区間において、ランプ電力が、前記定格電力値Ｐｓよりも低い一定の電力値Ｐａで点灯維持される低電力点灯区間が含まれ、かつ、点灯開始から所定の時間経過後に前記定格電力値Ｐｓによる定電力制御に移行するように前記電力供給手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。

ここで、前記制御手段による電力供給手段の制御は、前記初期点灯区間において、所定の電流値Ｉａにより定電流制御する第１の制御と、ランプ電圧が所定値Ｖａに到達したときに電力値Ｐａで定電力制御する第２の制御と、点灯開始から所定の時間経過後に、定格電力値Ｐｓによる定電力制御に移行する第３の制御とを含み、前記第２の制御の区間が前記低電力点灯区間に該当するようにしても構わない。

また、ここで、前記高圧放電ランプは、その特性としてランプ電圧の範囲が規定されており、前記制御手段は、前記規定された電圧範囲の上限の電圧値をＶｂとした場合に、前記初期点灯区間において、点灯開始後、Ｉｂ・Ｖｂ＜Ｐｓとなる一定の電流値Ｉｂを供給し、点灯開始から所定の時間経過後に前記定格電力値Ｐｓによる定電力制御に移行するように前記電力供給手段を制御することとしてもよい。

さらに、ここで、前記低電力点灯区間における電力値Ｐａは、前記定格電力値Ｐｓに対して７０％以上９０％以下の範囲内であることが望ましい。
本発明に係る高圧放電ランプ装置は、高圧放電ランプと、前記高圧放電ランプから発する光を反射する反射鏡と、上記した高圧放電ランプの点灯装置と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る投射型画像表示装置は、上記した高圧放電ランプ装置を備えることを特徴とする。

本発明は、明るさの向上が求められる中で種々の改良が施され、その結果、仮に上記したように電極の先端部の温度が上昇しやすい傾向になったとしても、当該電極の先端部に過度な温度上昇が生じないように制御でき、これによりアーク長の増大を抑制し、照度が低下しないようにすることが可能となる。

高圧水銀ランプの概略構成を示す図である。高圧水銀ランプを用いたランプユニット（高圧放電ランプ装置）の構成を示す一部切り欠き斜視図である。参考例に係る電子安定器の構成を示す図である。赤外線カメラによる電極先端部の映像である。参考例に係る点灯方法のフローチャートである。本発明の実施の形態に係る電子安定器の構成を示す図である。ランプの点灯初期段階における点灯時間と電力との関係を示すグラフである。点灯時間と電極先端近傍の８５０[ｎｍ]波長強度との関係を示すグラフである。累積点灯時間に伴うランプ電圧の推移を示すグラフである。（ａ）（ｂ）は発光管内の電子及びガスの状態を示すイメージ図である。実施の形態の制御例１に係る点灯方法のフローチャートである。制御例１の制御カーブを示す。（ａ）（ｂ）は制御例１の電力・電流の推移を示すグラフである。（ａ）（ｂ）は制御例１において時定数を持たせたときの電力・電流の推移を示すグラフである。実施の形態の制御例２に係る点灯方法のフローチャートである。（ａ）（ｂ）は制御例２の電力・電流の推移を示すグラフである。（ａ）（ｂ）は制御例２において時定数を持たせたときの電力・電流の推移を示すグラフである。制御例２の制御カーブの例を示す図である。液晶プロジェクタの構成を示すブロック図である。

まず、本発明の参考例を説明した後に、実施の形態について説明する。
（参考例）
１．高圧放電ランプ
図１は、高圧放電ランプの一例としての、定格電力２５０Ｗの高圧水銀ランプ（以下、単に「ランプ」という場合がある。）１００の構成を示す図であり、便宜上、電極が露出する部分での断面図で示している。

図１に示すように、ランプ１００は、回転楕円体形状の発光部１０１ａと、この発光部１０１ａの両端部に形成された封止部１０１ｂ，１０１ｃとを有する石英製の発光管１０１を備えている。
発光部１０１ａ内部の発光空間１０８内には、発光物質である水銀１０９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、併せてヨウ素、臭素などのハロゲン物質が封入されている。この場合、水銀１０９の封入量は、発光管１０１の内容積あたり２３０〜６５０ｍｇ／ｃｍ³の範囲に、前記希ガスのランプ冷却時の封入圧力は、０．０１ＭＰａ〜１ＭＰａの範囲にそれぞれ設定されている。

また、発光部１０１ａの内部には一対のタングステン（Ｗ）製の電極１０２，１０３が互いに略対向して配置されている。
この電極１０２，１０３の先端部１２４，１３４の形状は略円錐形状である。形状を例えば略半球形状とすると半球の膨らみ部分が当該方向に放射された光を遮るため、外部に射出される光束が若干低下するおそれがあるので、本参考例では略円錐形状としている。

電極１０２，１０３の先端部１２４，１３４同士の間隔、即ち電極間距離Ｄｅは、点光源に近付けるべく、０．５〜２．０ｍｍの範囲に設定される。なお、本参考例のランプ１００は、製品完成時には電極先端部１２４，１３４に突起が形成されており（図示を省略）、電極間距離Ｄｅの０．５〜２．０ｍｍの範囲についても、当該適度な突起が形成された状態での電極間距離として規定することが好ましい。

電極１０２，１０３は、封止部１０１ｂ，１０１ｃ内に封止されたモリブデン箔１０４，１０５に電気的に接続されている。
モリブデン箔１０４，１０５は、封止部１０１ｂ，１０１ｃの端面から発光管１０１の外部に導出された外部リード線１０６，１０７と接続されている。
なお、前記ハロゲン物質としては、１×１０^-10〜１×１０^-4ｍｏｌ／ｃｍ³の範囲内で臭素が用いられており、これはいわゆるハロゲンサイクル作用により電極１０２，１０３から蒸発したタングステンを電極に戻して発光部１０１ａの内面が黒化するのを抑制し、かつ、電極の先端部が後退してアーク長が増大するのを防止するために封入されるものである。ハロゲンサイクル作用を最も効果的に機能させるための臭素の封入量としては、特に１×１０^-9ｍｏｌ／ｃｍ³以上１×１０^-5ｍｏｌ／ｃｍ³以下の範囲内であることが好ましい。

２．ランプユニット
図２は、上記ランプ１００を組み込んだランプユニット２００の構成を示す一部切り欠き斜視図である。
同図に示すように、ランプユニット２００は、ランプ１００の発光管１０１片方の管端部に口金２０１が装着され、スペーサ２０２を介して反射ミラー２０３に、その放電アークの位置が反射ミラー２０３の光軸と一致するように調整された状態で取り付けられて構成される。

ランプ１００の両電極には、反射ミラー２０３に穿設された貫通孔２０６を通過して外側に引き出されたリード線２０５、及び端子２０４を介してそれぞれ電流が供給されるようになっている。
反射ミラー２０３の貫通孔２０７には、金属製のスリーブ２０９を介して小型の赤外線カメラ２０８が埋設されており、ランプ１００の電極１０２の先端部１２４（もしくは電極１０３の先端部１３４）を撮影するように小型赤外線カメラ２０８の方向とレンズ２０８ａのフォーカスが設定されている。この際、赤外線カメラ２０８の撮像方向と電極１０２軸とは直交するように設定されることが望ましい。

ランプ１００は、高温になるので、金属スリーブ２０９は放熱を目的として取着され、赤外線カメラ２０８が高温化して破損しないように配慮されている。そのため、さらにランプユニット２００の反射鏡２０３内部に送風する送風手段を別途設けても構わない。
なお、このランプユニット２００を画像表示装置等に取り付ける際には、赤外線カメラ２０８が、ランプ１００の上方に来ない位置、望ましくはランプ１００の真下に来る位置で装置本体に取着することが望ましい。

また、確実に赤外線カメラ２０８を熱から保護するため、これをランプユニット２００から離して設置し、光ファイバーを介して電極先端分を撮像するようにしても構わないであろう。それぞれ使用する赤外線カメラ２０８の耐熱性に応じて適当な方法が採用される。
いずれにしろ、赤外線カメラ２０８は高価なので、ランプユニット２００の交換時には取り外して、新しいランプユニット２００にも利用できるようにすることが望ましい。

３．点灯装置（電子安定器）
図３は、上記ランプ１００を点灯させる電子安定器３００の構成を示す図である。
同図に示すように電子安定器３００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２、ＤＣ／ＡＣインバータ３０３、管電流検出部３０４、管電圧検出部３０５、制御回路３０６、高圧パルス発生部３０８を有する。

ＤＣ電源回路３０１は、例えば、整流回路を含んでおり、家庭用の交流１００Ｖから直流電圧を生成し、電子安定器に供給する。
ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２は、所定の大きさの直流をＤＣ／ＡＣインバータ３０３に供給する。
ＤＣ／ＡＣインバータ３０３は、制御回路３０６から送出された制御信号に基づいて、所定の周波数の矩形波交流電流を生成する。

高圧パルス発生部３０８は、例えばトランスを含んでおり、高電圧を発生させてランプ１００に印加する。
制御回路３０６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２、ＤＣ／ＡＣインバータ３０３等を統括的に制御し、電力演算回路３０６ａ、ＰＷＭ制御回路３０６ｂ、タイマー３０６ｃ、比較器３０６ｄ、温度算出部３０６ｅを有する。

電力演算回路３０６ａは、管電流検出部３０４と管電圧検出部３０５が検出したランプ電流及びランプ電圧に基づいて、ランプ電力を演算する。
ＰＷＭ制御回路３０６ｂは、パルス幅変調により電流などを制御する。
タイマー３０６ｃは、点灯開始からの時間を計測する。
温度算出部３０６ｅは、赤外線カメラ２０８で撮像した電極先端部１２４の映像を分析して、その温度分布を求め先端の温度を取得する。

図４は、赤外線カメラ２０８で撮像された電極先端部１２４の画像と、その温度分布の例を示す概略図である。同図におけるＸ軸は電極軸方向を示し、Ｔ１〜ＴＮは検出された温度分布の例を示している。
この電極先端部１２４の画像を処理して輪郭線１２４ａを抽出し、検出された温度分布のうちその先端Ｐにおける温度を読み出すことにより先端部の温度が取得される。

ここで画像の輪郭の抽出は、例えば撮像された画像データの画素を公知のエッジ検出フィルターを用いて走査することにより達成できるし、その先端Ｐは、輪郭線１２４ａ上の画素であってその位置がＸ軸方向で一番正方向（図４の右方向）にある画素を検索することにより求めることができる。
なお、本参考例では、実際に検出された先端ＰよりもＸ方向に所定の距離Ｄ１（例えば０．１ｍｍ）だけ内側にある点の温度を取得するようにしている。理想的には、電極先端部１２４のまさに先端での温度を測定すべきだが、ごくわずかにその位置が外側にずれると、大きく測定誤差が生じるので、確実に電極先端部での温度を検出するために少しＸ軸方向に内側の位置の温度を取得するようにしているのである。ここで設定した「０．１ｍｍ」は微小であるので、ほぼ先端の温度と同視でき、制御上問題はない。

比較器３０６ｄは、点灯初期段階において算出された先端温度を、安定点灯時の電極の先端温度と比較し、両者の比較結果に基づいて、ＰＷＭ制御回路３０６ｂに制御信号を送る。詳しくは次に述べる。
４．点灯方法
既述のように、本願発明者らの検討によれば、点灯開始後において、定格電力による定電力制御に移行する際に、電極の先端温度が安定点灯時の温度を大きく超える場合があることが判明している。

そこで、本参考例では、点灯開始後から定格電力に到達するまでの区間（初期点灯区間）における電極の先端温度をｔ（℃）、安定点灯時の電極の先端温度をＴ（℃）とした場合に、ｔ（℃）がＴ（℃）を大幅に超えないように制御することで、電極の先端温度が過度に上昇することによる電極の先端の消失・損傷の防止を図る。
本願発明者の実験によれば、ｔ＞１．１Ｔとなると、電極の先端部の消失や損傷が実用上許容できない大きさになることが確認されており、このため、ｔ≦１．１Ｔの範囲内に収まるように温度制御することが好ましい。

図５は、本参考例の点灯方法の具体的な制御の一例を示すフローチャートである。係る制御は、電子安定器３００の制御回路３０６（図３）により実行される。
まず、ランプ１００に対して高圧パルス発生部３０８により高電圧を発生して電極１０２，１０３間に印加して絶縁破壊し、放電を開始させると共に（ステップＳ１）、時間計測を開始させる（ステップＳ２）。

その後、電極１０２，１０３間に一定の第１の電流値Ｉ１（本例では４Ａ）が流れるように定電流制御を行い（ステップＳ３）、ステップＳ４〜Ｓ８の温度制御ループに移行する。
すなわち、赤外線カメラ２０８でモニターしている電極１０２の先端部１２４の温度ｔ≦１．１Ｔならば（ステップＳ４:ＹＥＳ）、４Ａの定電流制御を継続し(ステップＳ５)、ランプ電圧が６２．５Ｖ以上となると、温度制御ループを終了して、定格電力値Ｐｓ（本例では２５０(＝６２．５（Ｖ）×４（Ａ）)Ｗ）の定電力制御に移行し(ステップＳ７：ＹＥＳ、ステップＳ９）、点灯終了までこの制御を続行させる(ステップＳ１０)。

ステップＳ４において、電極先端の温度ｔが１．１Ｔを超えていれば（ステップＳ４：ＮＯ）、第１の電流値Ｉ１よりも小さな第２の電流値Ｉ２（本例では２．５Ａ）の定電流制御に切り換える(ステップＳ６)。このように定電流制御における電流値を低くすることにより、電極先端部の温度が下がり、ｔ≦１．１Ｔの範囲に維持することができる。
そして、計測時間が１２０秒になるのを待って、定格電力値Ｐｓ（２５０Ｗ）による定電力制御に移行し（ステップＳ８：ＹＥＳ、ステップＳ９）、点灯終了までこの制御を続行させる(ステップＳ１０)。

なお、ステップＳ４の判断において、制御回路３０６の応答性が低いような場合には、制御のタイムラグなどを想定して、安全のためステップＳ３において例えば「ｔ≦１．０５Ｔ」であるか否かを基準として早めに第２の電流値Ｉ２に切り換えるようにしても構わない。
第１の電流値Ｉ１、第２の電流値Ｉ２は、Ｉ１＞Ｉ２の関係にあり、かつ、両電流値間に電極先端温度ｔが１．１Ｔを超えないように抑制できる程度の差があれば、必ずしも４Ａと２．５Ａの値には限らない。もっとも、第１の電流値Ｉ１が小さ過ぎると光束立ち上がり時間が長くなるので、経験的には、３Ａ≦Ｉ１≦５Ａの範囲にあることが望ましく、また、第２の電流値Ｉ２については、これが小さ過ぎると安定点灯に移行したときの照度との差が大きくなり、違和感があるので、ステップＳ６に移行する際において、定格電力値の７０％から９０％の範囲内のランプ電力となるような適当な電流値が設定されるのが望ましい。

以上のような条件を満たす具体的な第１、第２の電流値は、点灯対象となる高圧放電ランプの定格電力に応じて予め実験などで求められる。
また、ステップＳ８における計測時間の閾値も後述するように１２０秒に限定されず、他の適当な値であってもよい。
以上のように本変形例に係る高圧放電ランプの点灯方法によれば、点灯開始後から定格電力に到達するまでの区間において、電極１０２の先端部１２４の温度を監視し、電極の先端温度ｔ（℃）に応じて流す電流の値を変更することで、同区間における電極の先端温度ｔ（℃）は、安定点灯時の先端温度Ｔ（℃）と比べてｔ≦１．１Ｔの範囲内に制御される。このため、点灯立ち上げにおいて、電極の先端温度が過度に上昇してしまうことを防ぐことが可能となり、アーク長の増大による照度の低下を抑制できる。

５．液晶プロジェクタについて
上述したランプユニット２００は、投射型画像表示装置に組み込んで用いることができる。
図１９は、投射型画像表示装置の一例として液晶プロジェクタ４００の構成を示す概略図である。

同図に示すように透過型方式の液晶プロジェクタ４００は、電源ユニット４０１と、制御ユニット４０２と集光レンズ４０３と、透過型のカラー液晶表示板４０４と駆動モータが内蔵されたレンズユニット４０５および冷却用のファン４０６とからなる。
電源ユニット４０１は、商用ＡＣ入力（１００Ｖ）を所定の直流電圧に変換して、制御ユニット４０２に供給する。

制御ユニット４０２は、外部から入力された画像信号に基づき、カラー液晶表示板４０４を駆動してカラー画像を表示させる。また、レンズユニット４０５内の駆動モータを制御してフォーカシング動作やズーム動作を実行させる。
ランプユニット２００から射出された光は、集光レンズ４０３で集光され、光路途中に配されたカラー液晶表示板４０４を透過し、レンズユニット４０５を介して当該液晶表示板４０４に形成された画像を図外のスクリーン上に投影させる。

なお、本発明に係るランプの点灯装置３００を備えたランプユニット２００は、ＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）を使用したＤＬＰ（登録商標）方式のプロジェクタや、その他反射型液晶素子を用いた液晶プロジェクタ等、他のタイプの投射型画像表示装置にも適用することができる。
（実施の形態）
上記参考例を参考にしつつ、以下、本発明の実施の形態について説明する。

上記参考例では、赤外線カメラを用いて電極の先端温度を測定する構成であったが、本実施の形態では、タイマー制御などを組み合わせることで、より簡易な構成で電極の先端温度の過度上昇を防止するものである。
なお、本実施の形態において点灯対象となるランプは、参考例において図１を用いて説明したものと同様であるため説明を省略する。

１．点灯装置
図６は、本実施の形態に係る電子安定器３１０の構成を示す図である。図６においては、図３と同様のブロックには同じ符号を付している。
同図６に示すように電子安定器３１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２、ＤＣ／ＡＣインバータ３０３、管電流検出部３０４、管電圧検出部３０５、制御回路３０６、高圧パルス発生部３０８を有する。

高圧パルス発生部３０８は、例えばトランスを含んでおり、高電圧を発生させてランプ１００に印加する。
制御回路３０６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２、ＤＣ／ＡＣインバータ３０３等を統括的に制御し、電力演算回路３０６ａ、ＰＷＭ制御回路３０６ｂ、タイマー３０６ｃを有する。

電力演算回路３０６ａは、管電流検出部３０４と管電圧検出部３０５が検出したランプ電流及びランプ電圧に基づいて、ランプ電力を演算する。
ＰＷＭ制御回路３０６ｂは、パルス幅変調により電流などを制御する。
タイマー３０６ｃは、点灯開始からの時間を計測する。
２．点灯方法
以下、本実施の形態の点灯方法について説明する。

図７は、ランプ１００の点灯初期段階における点灯時間の経過とランプ電力との関係を示すグラフである。従来の点灯方法による軌跡を点線で示し、本実施の形態の点灯方法による軌跡を実線で示している。
従来の点灯方法は、点灯開始から４Ａの定電流制御を行い、電力が２５０Ｗ（定格電力）に到達すると定電力制御に切り換えるものである。

本実施の形態の点灯方法は、点灯開始から４Ａの定電流制御を行い、その後、電力が定格電力（２５０Ｗ）よりも低い２００Ｗに到達した時点で、この２００Ｗにより定電力制御を行い、次に定格電力である２５０Ｗの定電力制御に切り換えるものである。
図８は、点灯時間と電極１０２，１０３の先端近傍の８５０[ｎｍ]波長強度との関係を示すグラフである。図７と同様、従来の点灯方法による軌跡を点線で示し、本実施の形態の点灯方法による軌跡を実線で示している。

本例では、電極１０２，１０３の先端部の温度を示すパラメータとして、当該部分から発せられる８５０[ｎｍ]の光線の波長強度を測定している。
具体的な測定方法は、本実施の形態においては、ランプ１００を反射鏡２０３を付けずに前述の画像表示装置に、その投射レンズの光軸とランプ１００の管軸とが直交する状態で装着して、点灯させ、その電極をスクリーン上に投影させるようにし、当該投影された電極像の先端から実際の電極の０．１ｍｍの位置に相当する箇所に赤外分光器を配置し、当該位置における上記波長の強度を検出することにより行った。もっとも、電極先端部の波長測定はこれに限らず他の公知の方法を用いてもよい。

なお、波長強度と温度との関係は、例えば「赤外線温度計セミナーハンドブック」(IRCON社,http://www.kawaso.co.jp/eng/seminahb.pdf)に詳しい。
また、図９は、２時間オン、１５分オフを繰り返した累積点灯時間に伴うランプ電圧の推移を示すグラフである。軌跡ａは、従来の点灯方法によるものであり、軌跡ｂ，ｃ（サンプル数２本）は本実施の形態の点灯方法によるものである。

図８に示す波長強度の推移によれば、従来の点灯方法においては、５０秒あたりから８０秒までの期間において、電極１０２，１０３の先端部の温度が、安定点灯時の温度と比べて過度に上昇（オーバーシュート）していることがわかる。特に、グラフ中の丸囲みＡで示すように、５５秒付近が温度上昇のピークとなっている。
また、図９の軌跡ａによれば、従来の点灯方法においては経時的にランプ電圧が上昇する傾向にあり、特に丸囲みで示すように、点灯立ち上げに対応する時間毎にランプ電圧が急上昇している。ランプ電圧の上昇は、電極間距離が増大していることを意味し、これにより点光源から逸脱して、照度の低下を招くこととなる。

これに対して、本実施の形態の点灯方法においては、図８の実線に示すように、点灯立ち上げ時の電極１０２，１０３の先端部の温度は、安定点灯時の温度をほとんど超過していないことがわかる。また、図９の軌跡ｂ，ｃから、累積点灯時間の経過にも関わらずランプ電圧の上昇が抑制されていることがわかる。このことは、電極間距離が安定していること示すものである。

このような本実施の形態の点灯方法と従来の点灯方法との電極１０２，１０３の先端部の温度やランプ電圧の推移の相違の事実から、次のような結論を導くことができる。
まず、４５秒経過時（図８の丸囲みＢ参照）においては電力２００Ｗ(電流４Ａ)と従来のピーク時（図８の丸囲みＡ参照）より負荷が小さいために電極１０２，１０３の温度の過度な上昇が抑制されたと言える。

そして、４５秒から１２０秒までの間においては、ランプ電圧は上昇するものの、電流の４Ａから２．５Ａへ低下するに伴って、電極１０２，１０３の先端部の温度も低下している。
１２０秒経過後の電力切り換え（２００Ｗ→２５０Ｗ）においては、電流値が２．５Ａから３．１３Ａへと増加するが、ここで先端温度ｔがオーバーシュートしていないのは、本実施の形態の１２０秒後において電極先端部に衝突する電子の運動エネルギーは、オーバーシュートした従来の点灯方法による５５秒付近における電子の運動エネルギーより小さい（電子の温度が低い）からであると考えられる。

すなわち、図１０（ａ）に示すように、点灯開始から６０秒までは、発光管内（発光空間１０８）のガスの圧力が十分に上がっていないため、陰極１０３から放出された電子が、直接、陽極１０２に衝突する。
しかし、点灯開始から１２０秒後においては、図１０（ｂ）に示すように、アルゴンガスの圧力が上がっているため、電子がアルゴンガスに衝突する確率が高くなり、衝突により電子の運動エネルギーがアルゴンガス粒子へ伝達され、陽極１０２に到達するときには低い運動エネルギーになっていると考えられる。

次に、本実施の形態に係る点灯方法における具体的な制御の内容について説明する。
（制御例１）
図１１は、本点灯方法における制御例１の内容を示すフローチャートである。係る制御は上述の電子安定器３１０の制御回路３０６（図６）により実行される。
まず、高圧パルス発生部３０８により高電圧を発生させ、ランプ１００の電極１０２，１０３間に印加して絶縁破壊し、放電を開始させると共に（ステップＳ１１）、時間計測をスタートさせる（ステップＳ１２）。

電極１０２，１０３間の絶縁破壊後は、ランプ電圧が所定の電圧値Ｖａ（本例では５０Ｖ）以上となるまで４Ａの定電流制御を行う（ステップＳ１３、Ｓ１４）。
ランプ電圧が５０Ｖになると（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、ステップＳ１２で計測した時間が１２０秒経過するまで定格電力Ｐｓ（２５０Ｗ）よりも低い電力値Ｐａ（２００Ｗ）の定電力制御を実行する（ステップＳ１５、Ｓ１６）。

１２０秒経過後（ステップＳ１６：ＹＥＳ）、定格電流へ増加させ、点灯終了まで２５０Ｗの定電力制御を継続する（ステップＳ１７，Ｓ１８、Ｓ１９）。
以上説明したように、本実施の形態に係る高圧放電ランプの点灯方法によれば、ランプ電力を直ちには定格電力Ｐｓ（２５０Ｗ）まで増加させずに、定格電力より低い電力Ｐａ（例えば２００Ｗ）で定電力制御を行い、一旦電極１０２，１０３の先端部の温度を安定させ、その後に電力を定格電力まで増加させる。このため、点灯立ち上げにおいて、従来のように電極の温度がオーバーシュートして安定点灯時の電極の温度を大幅に超えることがなくなる。

また、低い電力Ｐａとして例えば２００Ｗ（定格電力の８０％出力である。）であれば、安定点灯時と比べて遜色のない光束・照度を発揮できるので、２５０Ｗの定格電力による安定点灯までの時間が従来よりも長くなったとしても、２００Ｗの定電力制御時においてある程度の照度を得られるので、ユーザは光束立ち上がり時間が遅くなったとはあまり意識しない。

図１２は、上記フローチャートにおける点灯制御におけるランプ電圧Ｖｌａとランプ電流Ｉｌａとの関係を示す図である。
ランプの絶縁破壊後、まず、４Ａでの定電流制御を行い（Ｃ１）、ランプ電圧が５０Ｖになると２００Ｗでの定電力制御（低電力点灯区間）に切り換える（Ｃ２）。そして、点灯開始後１２０秒経過後、２５０Ｗでの定電力制御に切り換え（Ｃ３）、以後２５０Ｗの定電力制御を継続する（Ｃ４）。

また、図１３（ａ）（ｂ）は、それぞれ同じ点灯制御を点灯開始後の経過時間（ｓ）とランプ電力（Ｗ）との関係、点灯開始後の経過時間（ｓ）とランプ電流（Ａ）との関係で示す図である。なお、ここでは、高圧放電ランプ１００として、８０Ｖのランプ（ランプの特性上、ランプ電圧が８０Ｖ超えないランプ）を使用する場合の例が示されている。
図１３（ａ）に示すように点灯開始後の４Ａの定電流制御によりランプ電力が次第に増大し、これが２００Ｗになると定電力制御を行い、点灯開始後１２０経過すると２５０Ｗの定電力制御に切り換える。図１３（ｂ）はこの制御をランプ電流との関係で示しているが、８０Ｖのランプを使用しているので、１２０秒経過後の２５０Ｗでの定電力制御においては、ランプ電流が３．１２５Ａと一定している。

図１３の例では、２００Ｗの定電力制御から２５０Ｗの定電力制御に一挙に切り換えたが、電極先端部の温度のオーバーシュートをより一層抑制するため、徐々に２００Ｗから２５０Ｗの制御に切り換える方がより望ましい。
そこで、例えば、電子安定器３１０に時定数を持たせることで、２００Ｗから２５０Ｗへと電力をなだらかに増加させるようにしてもよい。この場合の例を図１４（ａ）（ｂ）に示す。

両図に示すように２００Ｗから２５０Ｗへの定電力制御の間に漸増区間１３１、１３２が介在し、急激なランプ電力の変化が抑制されている。
なお、本制御例１においては、高圧放電ランプ１００自体において、その特性上ランプ電圧が８０Ｖを超えない、すなわち最高電圧値として８０Ｖ（固有値）となるように設計されたランプを用いて説明したが、厳密にランプ電圧の最高値を８０Ｖとするのは製造工程の管理に過度の負担を生じ、生産性が低下するので、実際には、若干の製造上のばらつきを考慮し、設計上ランプ電圧の中心値を８０Ｖとし、６２．５Ｖ（下限）以上９５Ｖ（上限）以下（このようにランプの特性として設定されたランプ電圧の範囲を以下「規定電圧範囲」という。）に収まるように電極間距離Ｄｅの中心値をおよびこの中心値からの電極間距離のばらつきの許容範囲を設定して製造管理が行われている。この場合、電極間距離Ｄｅは、具体的に１．０ｍｍを中心値とし、そのばらつきとして±０．２ｍｍを許容範囲としている。

実際に使用するランプ電圧の最高値に応じて、図１３（ｂ）や図１４（ｂ）における２５０Ｗの定電力制御時における定格電流値（３．１２５Ａ）も若干変わるが効果としてはほとんど差異はない。また、規定電圧範囲の最高値がたとえ規定電圧範囲の上限である９５Ｖであったとしても、図１１のステップＳ１７において、予め設定された定格電流（３．１２５Ａ）まで上昇させる過程においてランプ電力が２５０Ｗに到達すれば、ステップＳ１８の定電力制御に切り換えることにより、ランプ電力が２５０Ｗを超えることはない。

（制御例２）
上記制御例１では、（１）４Ａでの定電流制御→（２）２００Ｗでの定電力制御→（３）２５０Ｗでの定電力制御と３段階に推移させたが、本制御例でも、ランプの特性として規定電圧範囲が設定されており、その上限のランプ電圧をＶｂとした場合に、Ｉｂ・Ｖｂが定格電力Ｐｓ未満となるような一定の電流値Ｉｂを供給するように制御し、初期点灯区間において、定格電力Ｐｓよる定電力制御の前に、より低い電力での制御区間（低電力点灯区間）を介在させるようにしている点に特徴がある。

図１５は、本制御例２の内容を示すフローチャートである。なお、本例において使用する高圧放電ランプ１００も設計値として、特性上、その規定電圧範囲が、６２．５Ｖ以上９５Ｖ以下に設定されている。したがって、定格電力Ｐｓによる定電力制御前に供給される一定の電流値Ｉｂは、Ｐｓ（＝２５０Ｗ）／Ｖｂ（＝９５Ｖ）未満となるような値、例えば、２．５Ａとしている。

そして、本例で具体的に使用した高圧放電ランプ１００自体は、その特性上ランプ電圧は８０Ｖを超えない、すなわちそのランプ固体特有の最高電圧値Ｖｃとして８０Ｖ（固有値）のものが使用されるものとする。
まず、ランプ１００に高電圧を印加して絶縁破壊させると共に（ステップＳ２１）、時間計測をスタートさせる（ステップＳ２２）。

次に、ランプ電流（Ｉｂ）が２．５Ａとなるように定電流制御を実行する（ステップＳ２３）。
この間、徐々にランプ電圧が上昇し、８０Ｖになるとそれ以上上昇しないので、その時点からステップＳ２２で計測を開始した時間が１２０秒になるまで、実質上２００Ｗの定電力制御が実行されることになる。

１２０秒経過後（ステップＳ２４：ＹＥＳ）、定格電流（３．１２５Ａ）へ増加させ、点灯終了まで２５０Ｗの定電力制御を継続する（ステップＳ２５，Ｓ２６、Ｓ２７）。
図１６（ａ）は、本制御例に係る点灯制御を点灯開始後の経過時間（ｓ）とランプ電力（Ｗ）との関係を示し、図１６（ｂ）は、点灯開始後の経過時間（ｓ）とランプ電流（Ａ）との関係で示している。

図１６（ａ）に示すように点灯開始後の２．５Ａの定電流制御によりランプ電力が次第に増大し、これが２００Ｗになるとランプ電圧が８０Ｖに到達しているので、これ以上上昇することなく実質上２００Ｗの定電力制御が行われることになる。そして、点灯開始後１２０秒を経過すると２５０Ｗの定電力制御に切り換える。
図１６（ｂ）はこの制御をランプ電流との関係で示しているが、上述の通り最高電圧値Ｖｃが８０Ｖのランプを使用しているので、１２０秒経過後の２５０Ｗでの定電力制御においては、ランプ電流が３．１２５Ａと一定している。

本制御例においても、図１７（ａ）（ｂ）に示すように、２００Ｗから徐々に２５０Ｗの定電力制御に切り換える制御を行ってもよい。
両図に示すように２００Ｗから２５０Ｗへの定電力制御の間に漸増区間１４１、１４２が介在し、急激なランプ電力の変化が抑制され、これにより電極先端部における温度のオーバシュートがより一層防止される。

なお、本制御例において、最高電圧値Ｖｃが７０Ｖのランプを使用する場合には、低い電力Ｐａは、１７５（＝７０×２．５）Ｗとなる。１２０秒後に、２５０Ｗの制御カーブに従って、電流値を２．５Ａから約３．６Ａに切り換えることで定格電力２５０(＝７０×３．６)Ｗの制御に移行することができる。
図１８は、本制御例２においてランプの特性上規定された規定電圧範囲の上限の９５Ｖが、最高電圧値Ｖｃであるランプを使用した場合のランプ電圧とランプ電流との関係を示すグラフであり、一点鎖線が本制御例、実線が従来の制御例に該当する。

同図では、最初２．５Ａでの定電流制御が実行され（Ｅ１）、ランプ電圧が９５Ｖに達すると、それ以上ランプ電圧が増大しないので、２３７．５Ｗでの定電力制御が実行され、点灯開始後１２０秒後、２５０Ｗの定電力制御に切換えられる（Ｅ２、Ｅ３）ので、定格電力よりも低い電力値（２３７．５Ｗ）で点灯する区間（低電力点灯区間）を確保することができる。

６．補足事項
（１）電極先端の形状について
実施の形態においては、先端部１２４，１３４の形状が略円錐形状の電極１０２，１０３を用いている。このように形状が略円錐形状の場合、上述したように電極１０２，１０３の過度な温度上昇が顕在化するので、本実施の形態に係る点灯方法を適用することは極めて有効である。しかし、先端部形状が略円錐形状に限らず、略半球形状や略球状を有する電極に適用することも可能である。また、これらのような先端部に溶融部を有する電極のみに限らず、削り出し電極等にも適用可能である。

（２）定電流制御から定格電力より低い電力に移行させるときの、低い電力の設定値について
実施の形態では、２００Ｗに到達すると定電力制御に移行させるとしたが、この定格電力より低い電力の上限は、電極温度がオーバーシュートする直前の値に設定することが好ましい。また、下限は、あまりに低く設定すると電極温度を安定させている間に十分な光束が得られないため、安定点灯時と比べて目立った光束低下が観察されない程度の値に設定することが好ましい。具体的には、７０％以上９０％以下の範囲内にあることが好ましい。

（３）低い電力から定格電力への増加について
上記実施の形態では、２００Ｗ→２５０Ｗと低い電力から定格電力へと直接切り換えたが、例えばタイマー値などを設定することにより、点灯開始から１２０秒後に、２００Ｗ→２２５Ｗと切り換え、その２０秒後に２２５Ｗ→２５０Ｗと切り換えるなど段階的に変化させるようにしても構わない。このようにすれば、より電極先端部の温度のオーバーシュートを抑制することができる。

（４）本発明の対象となるランプについて
上記実施の形態においては、定格電力が２５０Ｗの高圧水銀ランプを例にして説明したが、従来の点灯制御における照度低下の問題は、その発生原因（初期点灯区間における定電流制御から定格電力による定電力制御への切り換え時における電極先端部の温度のオーバーシュート）からも分かるように、高圧水銀ランプのみならず水銀を含む他の高圧放電ランプ一般について生じ得るものであり、また、その定格電力も上記２５０Ｗの定格電力のランプに限られないことは明らかであり、本発明はそれら全てのランプに適用することができるものである。

例えば、定格出力が１８０Ｗの高圧放電ランプであっても、その封入物、特にハロゲンは、当該定格電力での安定点灯時における電極先端部の温度に対してハロゲンサイクルが適正に作用するように封入量が最適に設定されているため、初期点灯区間において、安定点灯時の電極先端部温度より過度に高くなると、ハロゲンサイクルがうまく作用せず、やはりアーク長が増大する傾向にあるからである。

（５）始動開始から定格電力へ切換えるまでの時間について
上記実施の形態においては、点灯開始から１２０秒経過したときに２５０Ｗの定格電力に切り換えるように制御した（以下では、この点灯開始から定格電力による定電力制御までの時間を「定格切換時間」という。）。
しかし、この「１２０秒」は、定格切換時間の一例に過ぎない。上述のように従来の点灯方法において、電極先端部の温度のオーバーシュートが生じたのは、発光管内の封入ガスの原子が十分活性化しないうちに定格電力制御に移行するため、電子が直接電極先端部に衝突することに起因するのであり、その封入ガスの活性化の状態は、点灯開始直後の定電流制御における電流値、定格電流よりも低い電力での定電力制御における当該電力の値などによって異なってくるし、また、定格電力が低いものにあっては、定格電力による定電力制御への切換時の電流の負荷もそれだけ低くなるので、定格切換時間を１２０秒まで取らなくとも、９０秒程度でも電極間距離に影響を与えるようなオーバーシュートの発生を抑制できるからである。

したがって、具体的な定格切換時間は、ランプの定格電力、定電流制御の電流値、定格電力よりも低い定電力制御における電力値Ｐａなどの条件を総合的に勘案し、図７に示すような実験を繰り返すことにより、当業者であれば、容易に求めうるものである。
この際、特に、定格電力による定電流制御までにランプに投入された電力の積分値（総エネルギー）などが有効なパラメータとなり得るであろう。

本発明に係る点灯装置は、高圧放電ランプ、特に反射鏡と組み合わされた高圧放電ランプの照度の低下を抑制するために好適である。

１００高圧水銀ランプ
２００ランプユニット（高圧放電ランプ装置）
２０８カメラ
３００，３０１電子安定器（点灯装置）
３０２ＤＣ／ＤＣコンバータ
３０３ＤＣ／ＡＣインバータ
３０４管電流検出部
３０５管電圧検出部
３０６制御回路
３０６ａ電力演算回路
３０６ｂＰＷＭ制御回路
３０６ｃタイマー
３０６ｄ比較器
３０６ｅ温度算出部
３０８高圧パルス発生部
４００液晶プロジェクタ

Claims

内部に、発光物質として水銀が封入され、かつ一対の電極が配置されている発光管を有する高圧放電ランプを点灯させる点灯方法であって、
点灯開始後から、あらかじめ定められた定格電力値Ｐｓによる定電力制御に移行するまでの初期点灯区間において、
ランプ電力が、前記定格電力値Ｐｓよりも低い一定の電力値で点灯維持される低電力点灯区間が含まれ、かつ、
点灯開始から所定の時間経過後に前記定格電力値Ｐｓによる定電力制御に移行するように制御されており、
前記高圧放電ランプが、その特性としてランプ電圧の範囲が規定されており、その規定された電圧範囲の上限の電圧値をＶｂとした場合に、
前記初期点灯区間において、Ｉｂ・Ｖｂ＜Ｐｓとなる一定の電流値Ｉｂを供給するように制御され、
前記低電力点灯区間が、ランプ電圧が、当該点灯対象となっている高圧放電ランプに固有の最高ランプ電圧Ｖｃに到達した後、前記所定時間を経過するまでの区間であること
を特徴とする高圧放電ランプの点灯方法。
前記低電力点灯区間における電力値Ｐａは、前記定格電力値Ｐｓに対して７０％以上９０％以下の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の高圧放電ランプの点灯方法。
内部に、発光物質として水銀が封入され、かつ一対の電極が配置されている発光管を有する高圧放電ランプを点灯させる点灯装置であって、
高圧放電ランプに電力を供給する電力供給手段と、
点灯開始後から、あらかじめ定められた定格電力値Ｐｓによる定電力制御に移行するまでの初期点灯区間において、
ランプ電力が、前記定格電力値Ｐｓよりも低い一定の電力値で点灯維持される低電力点灯区間が含まれ、かつ、
点灯開始から所定の時間経過後に前記定格電力値Ｐｓによる定電力制御に移行するように前記電力供給手段を制御する制御手段と、
を備え、
前記高圧放電ランプは、その特性としてランプ電圧の範囲が規定されており、
前記制御手段は、
前記規定された電圧範囲の上限の電圧値をＶｂとした場合に、前記初期点灯区間において、点灯開始後、Ｉｂ・Ｖｂ＜Ｐｓとなる一定の電流値Ｉｂを供給し、
点灯開始から所定の時間経過後に前記定格電力値Ｐｓによる定電力制御に移行するように前記電力供給手段を制御しており、
前記低電力点灯区間が、ランプ電圧が、当該点灯対象となっている高圧放電ランプに固有の最高ランプ電圧Ｖｃに到達した後、前記所定時間を経過するまでの区間であること
を特徴とする高圧放電ランプの点灯装置。
前記低電力点灯区間における電力値Ｐａは、前記定格電力値Ｐｓに対して７０％以上９０％以下の範囲内であることを特徴とする請求項３に記載の高圧放電ランプの点灯装置。
高圧放電ランプと、当該高圧放電ランプから発する光を反射する反射鏡と、前記高圧放電ランプを点灯させる請求項３または４に記載の高圧放電ランプの点灯装置とを備えることを特徴とする高圧放電ランプ装置。
請求項５に記載の高圧放電ランプ装置を備えることを特徴とする投射型画像表示装置。