JP5625438B2 - 高圧放電ランプ点灯装置 - Google Patents

Description

この発明はプロジェクタ等の光源に好適に使用される超高圧放電ランプとその給電装置よりなる高圧放電ランプ点灯装置に関する。

プロジェクタ等の光源用のランプには、放電容器の内部に水銀が０．２ｍｇ／ｍｍ^３以上封入されて、点灯時の圧力が２００気圧以上になる超高圧放電ランプが使用されている。このような高圧放電ランプは、点灯中、電極の先端側表面に突起が形成され、この突起にアークが保持されることにより、安定的な点灯状態が維持されることが知られている。
一方、高圧放電ランプを長期間同じ状態で点灯した場合には、突起が複数形成したり、電極の先端表面部に凹凸が発生したりすることがある。電極先端の表面部が乱れると、放電位置が不安定となり、アーク移動による照度低下やチラツキが発生することが知られている。

このような問題を解決するため、特許文献１には、周波数６０〜１０００Ｈｚの範囲から選択された周波数を定常点灯時の基本的な周波数として交流電流を供給し、かつ、所定の間隔をもって、基本周波数よりも低い周波数であって５〜２００Ｈｚの範囲から選択された周波数を供給する放電ランプの駆動方式について記載されている。
この技術によれば、定常点灯時に供給する基本周波数とそれよりも低い周波数とが、交互に発生するように交流電流を供給することで、放電に必要な突起の周辺に付着した余計なタングステンを溶かして電極先端をクリーニングし、さらに、溶けたタングステンを表面張力などによって突起部に供給することで、突起形状を安定的に維持することができるため、電極の長寿命化を図ることが可能になる。

特開２００６−５９７９０号公報

しかしながら、この従来の技術においても、さらに長期に亘って点灯を続けると、突起部周辺の電極先端の形状が損耗し、安定な放電を維持することができなくなる。
この理由を図８を参照して説明する。高圧放電ランプの点灯初期の状態では、低周波が一定期間ごとに繰り返し供給される。この低周波電力が供給される期間に突起の周辺部分が加熱し、図８（ａ）に示すように電極２０ａ，２０ｂの先端面の不要な突起は溶融して、それらは先端の主要な突起２１に供給されるようになる。
ところが、長期間に亘って高圧放電ランプを点灯した場合には、電極２０ａ，２０ｂの先端において加熱される部分（領域）が固定されてしまうため、不要な突起の形成と溶融が同じ領域で繰り返されることになり、この結果、図８（ｂ）に示すように電極２０ａ，２０ｂの突起２１周囲においてタングステンが消耗し、電極先端の形状がいびつになってしまう。

このような状態を回避するには、電極の後方の部位の温度を上げて溶融と堆積が生じる面積が広範囲になるよう、電極温度に変化をもたらす、すなわち、電極の加熱部分が先端に固定されないようにすることが必要である。
電極の加熱部分が固定化しないようにするには、簡単には低周波を供給する期間を長くすればよい。
しかしながら、単に低周波期間を長くしたとしても、電極の後方の温度が上がる間に突起先端の温度が急激に上昇して突起が損耗したり、消滅したりしてしまうという問題が生じる。

以上のように、特許文献１に記載されるように所定の間隔で基本周波数よりも低い周波数の交流電流を供給して点灯させることで、突起形状を安定的に維持することができるものの、これを長期に亘って続けると、突起部周辺の電極先端の形状が損耗し安定な放電を維持することができなくなるといった問題が生じた。
本発明は上記問題を解決するためになされたものであって、本発明が解決しようとする課題は、電極の温度制御を確実に行い、電極突起形状および先端形状を長期間最適に維持して、放電ランプの長寿命化を図ることができる点灯装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、前記石英ガラスからなる放電容器内に一対の電極が対向配置されるとともに水銀が封入された高圧放電ランプを点灯させる点灯装置において、高圧放電ランプに、定常点灯時の周波数（定常点灯時の周波数を「基本周波数」と称する）と、基本周波数よりも低い周波数の半サイクルの低周波の交流電流とが交互に出現するように交流電流を供給し、この半サイクルの同一極性の波形が上記基本周波数の交流電流波形を挟んで、続けて少なくとも２回以上出現するように交流電流を供給する。
すなわち、基本周波数の交流電流を供給する間に、同一極性の半サイクルの低周波の交流電流を所定の周期で挿入し、この同一極性の半サイクルの交流電流が少なくとも２回以上連続して出現するような交流電流を、高圧放電ランプに供給し、０．５ｓ以上２０ｓ以下の時間が経過する毎に、低周波の交流電流の極性を反転させる。
前記基本周波数の交流電流は、６０〜１０００Ｈｚの範囲から選択された周波数の交流電流であり、前記低周波数の交流電流は、前記基本周波数の交流電流の周波数よりも低い５〜２００Ｈｚの範囲から選択された周波数の半サイクルの交流電流である。
上記のように、片方の電極に対して、低周波周波数の半サイクルの同一極性の電流を複数回、続けて供給することで、陽極サイクルとなる側の電極の温度を全体的に上げることができ、突起部を溶融させることができる（溶融モード）。
一方、反対側の電極は陰極サイクルの低周波が連続挿入されることになり、温度はより下がることになる。このため、陰極動作側の電極はこの期間に溶けるタングステンは少なく、突起部にＷが堆積することになる（堆積モード）。
なお、陰極サイクルの低周波が続けて供給されるが、定期的に基本周波数の電流が供給されるため、電極の温度が下がり過ぎることはない。また、低周波周波数の電流を供給する電極の極性を適宜に入れ替えることで、両電極において、バランスのよいタングステンの蒸発、堆積モードを維持でき、突起（電極）の形状を最適に保ち、光源の寿命を長くすることができる。
また、上記において、一方の極性の低周波の交流電流を供給しながら、低周波の周波数を基本周波数と同じになるまで少しずつ高くし、（すなわち、半サイクルの低周波の交流電流のパルス幅を少しずつ狭くし）、低周波の周波数が基本周波数に一致したら（あるいは近い値になったら）、低周波の半サイクルの極性を他方の極性に反転させた後、周波数を少しずつ低くする（すなわち、半サイクルの低周波の交流電流のパルス幅を少しずつ広くする）ようにしてもよい。

本発明においては、以下の効果を得ることができる。
（１）片方の電極に対して、低周波周波数の半サイクルの電流を複数回、続けて供給し、次いで、低周波の極性を変えて、他方の電極に対して、低周波周波数の半サイクルの電流を複数回、続けて供給することで、一方と他方の電極のあいだでタングステンの溶融とタングステンの堆積とが交互に行われ、バランスのよいタングステンの蒸発、堆積モードを維持でき、突起（電極）の形状を最適に保ち、光源の寿命を長くすることができる。
（２）極性反転を、低周波周波数を徐々に基本周波数に近付くよう変化させることで、電極の温度変化が緩やかになり、反転時のちらつきを低減することができる。
（３）上記のように片方の電極に対して、低周波周波数の半サイクルの電流を複数回、続けて供給し、次いで、低周波の極性を変えて、他方の電極に対して、低周波周波数の半サイクルの電流を複数回、続けて供給することで、電極先端の形状が常に良好に維持することができ、高圧放電ランプに供給する電力が、定常点灯時の略７０％の電力であったとしてもフリッカの発生を低減して安定したアーク放電が維持できる。

本実施形態にかかる高圧放電ランプの断面図である。 本実施形態にかかる電極の先端を模式化して示した図である。 本実施形態にかかる高圧放電ランプを点灯するための給電装置の回路図である。 本発明に係る給電装置から高圧放電ランプに供給されるランプの電流波形の一例を示す図である。 本発明に係る電極先端の温度状態および消耗状態を説明する図である。 本発明に係るランプの電流波形の他の例（１）を示す図である。 本発明に係るランプの電流波形の他の例（２）を示す図である。 従来技術に係る電極先端の温度状態および消耗状態を説明する図である。

図１は、本発明の実施形態にかかる高圧放電ランプの断面図である。
高圧放電ランプ１０は、石英ガラスからなる放電容器によって形成された概略球形の発光部１１を有する。この発光部１１の中には一対の電極２０ａ，２０ｂが２ｍｍ以下という極めて小さい間隔で対向配置している。また、発光部１１の両端部には封止部１２が形成される。この封止部１２には、モリブデンよりなる導電用の金属箔１３が、例えばシュリンクシールにより気密に埋設されている。金属箔１３の一端には電極２０ａ，２０ｂの軸部が接合しており、また、金属箔１３の他端には外部リード１４が接合し、給電装置（３０）から電力が給電される。

発光部１１には、水銀と、希ガスと、ハロゲンガスが封入されている。水銀は、必要な可視光波長、例えば、波長３６０〜７８０ｎｍの放射光を得るためのものであり、具体的数値でいうと０．２０ｍｇ／ｍｍ^３以上封入されている。この封入量は温度条件によっても異なるが、点灯時における放電容器内部の圧力を２００気圧以上という高い蒸気圧を実現するものである。また、水銀をより多く封入することで点灯時の水銀蒸気圧２５０気圧以上、３００気圧以上という高い水銀蒸気圧の高圧放電ランプを作ることができ、水銀蒸気圧が高くなるほどプロジェクタに適した光源を実現できる。

希ガスは、例えば、アルゴンガスが約１３ｋＰａ封入される。その機能は点灯始動性を改善することにある。
また、ハロゲンは、沃素、臭素、塩素などが水銀あるいはその他の金属と化合物の形態で封入される。ハロゲンの封入量は、１０^−６μｍｏｌ／ｍｍ^３〜１０^−２μｍｏｌ／ｍｍ^３の範囲から選択される。ハロゲンの機能は、いわゆるハロゲンサイクルを利用した長寿命化であるが、本発明の高圧放電ランプのように極めて小型できわめて高い点灯蒸気圧のものは、放電容器の失透防止という作用もある。
高圧放電ランプの数値例を示すと、例えば、発光部の最大外径９．４ｍｍ、電極間距離１．０ｍｍ、放電容器内容積５５ｍｍ^３、定格電圧７０Ｖ、定格電力１８０Ｗであり交流方式で電力が供給される。

また、この種の高圧放電ランプは、小型化が進行するプロジェクタに内蔵されるものであり、全体寸法として極めて小型化が要請させる一方で、高い発光光量も要求される。このため、発光部内の熱的影響は極めて厳しいものとなる。ランプの管壁負荷値は０．８〜２．５Ｗ／ｍｍ^２、具体的には２．４Ｗ／ｍｍ^２となる。
このような、高い水銀蒸気圧や管壁負荷値を有することがプロジェクタやオーバーヘッドプロジェクタのようなプレゼンテーション用機器に搭載された場合に、演色性の良い放射光を提供することができる。

図２は図１に示す電極の先端を模式化して示したものであり、ランプ動作時に電極先端に形成される突起を説明する説明図である。電極２０ａ，２０ｂは、それぞれ球部２０１と軸部２０２から構成され、球部２０１の先端に突起２１が形成されている。この突起２１は、ランプ点灯時、電極先端において溶融したタングステンが凝集して形成されるものである。

次に、本発明の実施形態に係わるランプ点灯装置について図３を参照して説明する。図３において、ランプ点灯装置は、高圧放電ランプを点灯するための給電装置３０と高圧放電ランプ１０から構成される。
給電装置３０は、直流電圧Ｖｄｃが供給されて、これを降圧する降圧チョッパ回路Ｕ１と、降圧チョッパ回路Ｕ１の出力側に接続され直流電圧を交流電圧に変化させて放電ランプ１０に供給するフルブリッジ型インバータ回路Ｕ２（以下、「フルブリッジ回路」ともいう）と、この高圧放電ランプ１０に直列接続されたコイルＬｈ、コンデンサＣｈで構成されたスタータ回路Ｕ３と、上記フルブリッジ回路Ｕ２のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を駆動するドライバ５１と、制御部Ｕ４からなる。
制御部Ｕ４は例えばマイクロプロセッサ等の処理装置で構成することができ、本図ではその機能構成をブロック図で示している。

図３において、降圧チョッパ回路Ｕ１は、直流電圧Ｖｄｃが供給される＋側電源端子に接続されたスイッチング素子ＱｘとリアクトルＬｘと、スイッチング素子ＱｘとリアクトルＬｘの接続点と−側電源端子間にカソード側が接続されたダイオードＤｘと、リアクトルＬｘの出力側に接続された平滑コンデンサＣｘと、平滑コンデンサＣｘの−側端子とダイオードＤｘのアノード側の間に接続された電流検出用の抵抗Ｒｘから構成される。
上記スイッチング素子Ｑｘは、制御部Ｕ４が出力するゲート信号Ｇｘで駆動され、スイッチング素子Ｑｘを所定のデューティで駆動することにより、入力直流電圧Ｖｄｃをこのデューティに応じた電圧に降圧する。降圧チョッパ回路Ｕ１の出力側には、電圧検出用の抵抗の直列回路Ｖｘが設けられている。
フルブリッジ回路Ｕ２は、ブリッジ状に接続したスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４から構成され、これらのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４はドライバ５１が出力するゲート信号Ｇ１〜Ｇ４により駆動され、対角に配置されたスイッチング素子Ｑ１、Ｑ４、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３を交互にオンにすることにより、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の接続点と、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４の接続点間に矩形波状の交流電圧が発生する。

スタータ回路Ｕ３は、コイルＬｈ、コンデンサＣｈで構成されたものである。これはコイルＬｈ、コンデンサＣｈで構成した共振回路の共振周波数をブリッジ回路Ｕ２から出力することでその共振作用によりコンデンサＣｈに高い電圧を発生させることができる。
従って、スタータ回路Ｕ３は始動時のみ高い周波数で動作し、高電圧が放電ランプ１０の両端に印加され、ランプが点灯する。
上記回路において、ランプ定常時におけるフルブリッジ回路Ｕ２の駆動周波数を変更する場合は、フルブリッジ回路Ｕ２のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のスイッチング周期を調整することで達成でき、また、出力電圧は降圧チョッパ回路Ｕ１のスイッチング素子Ｑｘの動作デューティを調整することで達成できる。
降圧チョッパ回路Ｕ１のスイッチング素子Ｑｘは、制御部Ｕ４が出力するゲート信号Ｇｘのデューティに応じてオン／オフし、ランプ１０に供給される電力が変化する。すなわち、電力アップならＱｘのデューティを下げるなどして、その入力された電力調整信号値に合致する電力値になるようにゲート信号Ｇｘの制御を行う。

制御部Ｕ４は、ランプ電力を制御する電力制御部５２、高周波（基本周波数）の信号を発生する高周波発生部６０、高周波発生部６０から出力される高周波信号のサイクル数をカウントする第１のサイクル数カウンタ６１、高周波発生部６０から出力される高周波信号のカウント値の設定値を保持する第１のカウント設定値制御部６２、上記基本周波数よりも低い周波数の低周波の信号を発生する低周波発生部７０、低周波発生部７０から出力される低周波信号のサイクル数をカウントする第２のサイクル数カウンタ７１、低周波発生部７０から出力される低周波信号のカウント値の設定値を保持する第２のカウント設定値制御部７２、高周波発生部６１、低周波発生部７１の出力のいずれか一方を選択的にドライバ５１に出力するセレクタ８０から構成されている。
電力制御部５２は、電流検出用の抵抗Ｒｘの両端電圧と、電圧検出用の抵抗Ｖｘにより検出された電圧から、ランプ電流Ｉ、ランプ電圧Ｖを求めてランプ電力を演算し、この電力が点灯電力指令に一致するような降圧チョッパ回路Ｕ１のスイッチング素子Ｑｘのデューティを制御する。

本発明におけるフルブリッジ部Ｕ２から出力される駆動周波数は高周波（基本周波数）と、それより周波数が低い低周波を組み合わせた波形を基本としており、例えば、高周波を所定の時間、あるいは所定のサイクル数実行した後に、低周波を０．５サイクルだけ実行することを時系列的に繰り返すものである。
ここでいう高周波とは、高圧放電ランプを定常的に点灯する際の基本周波数であり、低周波とは定常点灯的に供給される交流電流の周波数である。
前記特許文献１に開示されているように、上記基本周波数は６０〜１０００Ｈｚの範囲から選択されるものであり、低周波は上記６０〜１０００Ｈｚの範囲から選択される基本周波数よりも低い周波数であり、５〜２００Ｈｚの範囲から選択されるものである。
また、上記低周波は、半サイクルの長さであって、前記低周波数の交流電流が発生してから次の前記低周波数の交流電流が発生するまでの間隔は１２０秒以下（０．０１秒〜１２０秒）である。上記低周波の周波数、挿入される間隔は、放電ランプの設計、特に電極の熱的な設計との関係において選定される。
このように高周波と低周波を組み合わせた波形の交流電流を供給することで、特許文献１に記載されるように、低周波数の交流電流を供給して電極先端部を溶融して、アーク起点となる突起以外の余計な突起の発生を防止することができるようになる。

制御部Ｕ４において、フルブリッジ部Ｕ２の駆動信号は次のように決定される。
図３においては、まず高周波発生部６０により高周波（基本周波数）でＤｕｔｙ（オン／オフ比）５０％の矩形波信号が生成および出力される。セレクタ８０はＲ側に選択されているものとし、その場合は高周波発生部６０の信号はセレクタ８０を介してドライバ５１に送出される。
これにより、ドライバ５１から、ゲート信号Ｇ１〜Ｇ４がフルブリッジ回路Ｕ２のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に供給され、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は上記高周波信号に応じた周波数で駆動される。そして、フルブリッジ回路Ｕ２から上記高周波信号の周波数の矩形波状の交流電圧が発生する。この交流電圧は放電ランプ１０に供給される。
また、高周波発生部６０からの高周波信号はサイクル数カウンタ６１にて、そのサイクル数がカウントされている。カウント設定値制御部６２はサイクル数カウンタ６１の設定値を保持する機能であり、前記サイクル数カウンタ６１はカウントしたサイクル数が前記設定値と一致すれば、すなわち高周波信号が所定のサイクル数の実行が完了したならば信号Ｓ’を出力し、セレクタ８０をＳ側に切り替える。また、これと同時に、高周波発生部６０の動作を停止させるとともに低周波発生部７０を起動する。

低周波発生部７０からは、低周波でＤuｔｙ５０％の矩形波信号が生成および出力されており、セレクタ８０がＳ側に切り替わると、低周波発生部７０から低周波信号がドライバ５１へ送出される。これにより、ドライバ５１から、ゲート信号Ｇ１〜Ｇ４がフルブリッジ回路Ｕ２のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に供給され、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は上記低周波信号に応じた周波数で駆動される。そして、フルブリッジ回路Ｕ２から上記低周波信号の周波数の矩形波状の交流電圧が発生する。この交流電圧は放電ランプ１０に供給される。
同様に、また低周波発生部７０からの信号はサイクル数カウンタ７１にて、そのサイクル数がカウントされている。カウント設定値制御部７２はサイクル数カウンタ７１の設定値を保持する機能であり、前記サイクル数カウンタ７１は前記設定値（０．５サイクル）と一致すれば、すなわち低周波信号が所定のサイクル数を実行したならば信号Ｒ’を出力し、セレクタ８０をＲ側に切り替え、低周波発生部７０を停止させるとともに高周波発生部６０を起動する。これにより高周波発生部６０からドライバ５１へ出力されるのでフルブリッジ回路Ｕ２は再び高周波の交流電圧を出力する。

上記において設定した例を以下に示す。
高周波発生部６０ ３７０Ｈｚ
カウント設定値制御部６２ １０．５サイクル
低周波発生部７０ ９０Ｈｚ
カウント設定値制御部７２ ０．５サイクル

本発明における制御方式では前記したカウント設定値制御部６２、７２を逐次時間とともに切り替える、あるいは制御することを特徴としており、点灯経過時間とともにこれを変化させることが可能である。例えば上記のパラメータでは電極の片側だけに低周波が配置されるが所定の時間が経過した場合は、もう一方の電極に片側だけ低周波が配置される。これはカウント設定値制御部６２を１０．５サイクルから１１サイクルに１度だけ変更することで可能となる。これらの一連のシーケンス制御はカウント設定値制御部６２により行われる。

図４は極性入れ替え前後の出力波形の一例を示す図である。同図において縦軸は電流、横軸は時間である。図４（ａ）の出力波形を例えば５ｓ（秒）間維持したのち、基本周波数のサイクル数を１１サイクル（ここでの図示は省略）に変更し、低周波周波数の極性を反転させて図４（ｂ）の波形を形成する。この期間も例えば５ｓ間維持する。
なお、上記図４（ａ）または（ｂ）に示すように、一方の極性の低周波を続けて供給する上記期間は５ｓに限られず、例えば０．５〜１０ｓの範囲から選択された期間であればよい。

本発明の実施例で使用したランプの仕様、ランプ動作条件は以下の通りである。
以下の仕様、条件で図4に示すように、基本周波数の交流電流を供給する間に、半サイクルの低周波の交流電流を挿入し、この低周波の交流電流として、同一極性の半サイクルの交流電流を２回以上連続させて高圧放電ランプの電極に供給してランプを点灯させたところ、バランスのよいタングステンの蒸発、堆積モードを維持でき、突起（電極）の形状を最適に保つことができた。
［実施例に係るランプの仕様］
・定格電力：２７０Ｗ
・定格電圧：８０Ｖ
・発光部の内容積：８０ｍｍ^３
・電極間距離：１．２ｍｍ
（封入物）
・水銀量：２８０ｍｇ／ｍｍ^３
・希ガス（具体的にはアルゴンガス）：１３ｋＰａ
・ハロゲン（例えば、沃素、臭素、塩素）量：１０^−６〜１０^−２μｍｏｌ／ｍｍ^３
［ランプ動作条件］
・基本周波数：３７０Ｈｚ
・低周波周波数：４６．２５Ｈｚ
・低周波挿入間隔：２００ｍｓ
・（片側極性の）ホールド時間：１ｓ

図５は電極先端の温度変化の状態を説明する図である。
まず図５（ａ）において半サイクルの低周波が配置される陽極サイクルとなる側の電極２０ａ（電力を送りだす側の電極、すなわち半サイクルの低周波が供給されることにより＋側となる電極、は温度が上昇し、低周波の交流電流が供給された直後に高周波からなる基本周波数の交流電流が供給されるため、電極温度が比較的高い状態を維持した状態で、次の同極性の低周波電流が供給される。なお、電極は電子を受け取る量が多いほど加熱量が大きくなるので、電力を送り出す側の電極が加熱され、電力を受け取る側の電極は加熱されない。
これが例えば５ｓ間供給される間に、電極先端の温度が高まり突起部２１を構成するタングステンが溶融し始める（Ｗ溶融モード）。
この間、他方の陰極サイクルとなる側の電極２０ｂは基本周波数の電流が供給されるが、逆の極性の低周波の電流が供給されるため、比較的低温になり、突起２１の温度は比較的低く、突起２１に対してタングステン（Ｗ）が堆積する（Ｗ堆積モード）。
続いて極性が反転して他方の電極２０ｂ側に半サイクルの低周波が配置されると、図５（ｂ）に示すように電極２０ｂ先端の温度が高まり突起部２１を構成するタングステンが溶融し始める（Ｗ溶融モード）。

このように、一方と他方の電極の間でＷの溶融とＷの堆積とが交互に行われるように、低周波の一方の極性の波形が上記基本周波数の交流電流波形を挟んで続けて２回以上出現するように交流電流を供給する。これにより、図５（ｃ）に示すように電極先端の形状を良好な状態に維持することができる。
このような極性反転動作は例えば、０．５〜１０ｓの範囲をもち、緩やかに行われるため、極性反転に伴うチラツキなどの現象の発生を回避することができる。
なお、低周波の極性を交互に変えて低周波を供給すると、一方の極性のとき一方の電極は加熱されるが、他方の電極は加熱されず温度が低くなる。このため、極性を交互に変えると、電極は加熱と冷却を繰り返すこととなり、タングステンを溶融させるほど電極温度は上昇しない。本発明のように、同一極性の電圧を一方の電極に繰り返し供給することで、上述したように、低周波が配置される側の電極（電力を送りだす側の電極）の電極温度を上昇させることができる。

ここで、上記基本周波数の発生期間（ｓ）と低周波周波数の発生間隔（ｓ）および同極性の低周波を連続して挿入する期間（ホールド期間という）は、以下の条件１、条件２を満たすように設定するのが望ましい。
［条件１］基本周波数の発生期間（ｓ）は、低周波周波数の発生期間（ｓ）の１倍以上１００倍以下とする。
［条件２］低周波を同極性に連続して挿入する期間（ホールド時間）は０．５ｓ以上２０ｓ以下とする。
［条件１の理由］
上記条件１のように設定するのは以下のような理由による。
基本周波数の発生期間が短すぎる場合には、低周波周波数が頻繁に発生することになるため電極の温度上昇の速度が高すぎてしまい、電極先端温度が急激に上昇して突起はいびつな形状になる。また、基本周波数の発生期間が、低周波周波数の発生期間（ｓ）と同じかそれ以上であると、電極先端温度の上昇を抑え、突起を維持することができる。
よって、基本周波数の発生期間（ｓ）は、低周波周波数の発生期間（ｓ）の１倍以上であることが望ましい。
一方、基本周波数の発生期間が長すぎる場合には、電極の温度を上げる効果が得られなくなり、両方の電極ともに突起はいびつな形状になる。基本周波数の発生期間（ｓ）が低周波周波数の発生期間（ｓ）の１００倍以下であると、低周波周波数の期間に陽極動作する電極側では温度上昇効果が得られ、突起を維持することができるようになる。
よって、基本周波数の発生期間（ｓ）は、低周波周波数の発生期間（ｓ）の１００倍以下であることが望ましい。

［条件２の理由］
上記条件２のように設定するのは以下のような理由による。
低周波を同極性に連続挿入するホールド時間（同極性の低周波を連続して挿入する期間）が短すぎると、電極を昇温させる効果が小さくなり、電極先端が先細りして、電極の形状を維持できなくなる。
例えば、ホールド時間が０．２ｓでは短すぎて、十分な効果が得られない。ホールド期間を０．５ｓとすると、低周波周波数期間、陽極サイクル側の電極においては温度上昇効果が得られるようになる。無論、極性を０．５ｓで切り替えるため、両方の電極において電極先端温度を適正な範囲とし、突起を維持することができる。
ホールド時間が長すぎる場合は、陽極サイクル側の電極において温度が高くなりすぎてしまい、突起は溶けて消失してしまう。一方の、陰極側の電極においては、温度が低くなりすぎた結果、タングステンが電極先端に供給されず、損耗モードになり、突起がいびつな形状になる。
例えば、ホールド時間を５０ｓとすると、陽極サイクル側の電極において突起は溶け、陰極側の電極においては、温度が低くなり突起はいびつになる。
ホールド時間を２０ｓとすると、陽極サイクル側の電極を適正な温度に維持でき、突起もまた形状を維持できる。陰極側の電極においては、２０ｓのサイクルで陽極サイクルに移行するため、温度が低くなりすぎることがなく、突起を適正な形状に維持することができる。

前述した説明においては、放電ランプに、所定時間、基本周波数の間に所定の周期で一方の極性の低周波が現れる交流電流を供給し、次の所定時間、基本周波数の間に所定の周期で他方の極性の低周波が現れる交流電流を供給する場合について説明したが、このように、低周波の極性をステップ状に切り替える代わりに、一方の極性の低周波から他方の極性の低周波に緩やかに変更する例について図６を用いて説明する。

図６は、放電ランプへの電流波形の変形例を示す簡略化されたタイミング図である。
図６の波形は非対称の波形の極性を反転させるために（ａ）から（ｉ）に向かって波形を所定の時間をかけて変化させる様子を表している。なお、同図は、非対称波形の極性の反転を少しずつ行われるように制御したものであり、電流値Ｉ１ｂと電流値Ｉ１ａは同一の電流量である。
この例では、同図（ａ）〜（ｄ）に示すように、一方の極性の低周波のパルス幅を徐々に小さくしていき、（ｅ）で低周波が高周波の間に表れない状態となり、（ｆ）〜（ｉ）で反対極性の低周波のパルス幅を徐々に広くなるように制御することにより、一方の極性の低周波から他方の極性の低周波に切り替える。なお、この制御は、前記図３において、低周波発生部７０の周波数を変更することで実現することができる。
これによれば、放電ランプのアークアタッチメントの変動も少なく、起点の移動を気にすることなく、低周波の半サイクルの極性の反転をすることができる。

以上説明した、本発明に係るランプ電流波形を用いれば、電極先端の形状が常に良好に維持されるので、高圧放電ランプに供給する電力が、定常点灯時の略７０％の電力であったとしてもフリッカの発生を低減して安定したアーク放電が維持できることという副次的効果が得られる。
なお、本発明においては、図７（ａ）に示すように、低周波の周波数値を変更して供給することも可能であり、また、図７（ｂ）に示すように、低周波の挿入間隔を変化させても良く、また、これらを組合せてもよい。

上述した本発明は、以上の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができることは言うまでもない。例えば、高圧放電ランプにおける電極等の各部においては適宜の変更が可能である。また、本発明はプロジェクタ用途以外の同種の高圧放電ランプ点灯装置にも適用することが可能であり、水銀の封入量が０．２０ｍｇ／ｍｍ^３以下の高圧放電ランプであっても、おおむね同等の挙動が認められるような水銀封入量（例えば０．１２ｍｇ／ｍｍ^３〜０．２０ｍｇ／ｍｍ^３）を備えたものにも適用することができる。

１０ 放電ランプ
１１ 発光部
１２ 封止部
１３ 金属箔
１４ 外部リード
２０ａ，２０ｂ 電極
２１ 突起
２０１ 球部
２０２ 軸部
３０ 給電装置
５１ ドライバ
５２ 電力制御部
６０ 高周波発生部
６１ 第１のサイクル数カウンタ
６２ 第１のカウント値制御部
７０ 低周波発生部
７２ 第２のカウント値制御部
７１ 第２のサイクル数カウンタ
８０ セレクタ
Ｕ１ 降圧チョッパ回路
Ｕ２ フルブリッジ回路（フルブリッジ型インバータ回路）
Ｕ３ スタータ回路
Ｕ４ 制御部
Ｌｈ，Ｌｘ コイル
Ｃｘ，Ｃｐ，Ｃｈ コンデンサ
Ｑｘ スイッチング素子
Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４ スイッチング素子
Ｖｘ 電圧検出用の抵抗
Ｒｘ 電流検出用の抵抗
Ｇｘ，Ｇ１〜Ｇ４ ゲート信号

Claims (1)

1. 石英ガラスからなる放電容器内に一対の電極が対向配置されるとともに水銀が封入されてなる高圧放電ランプと、
   この放電ランプに対して交流電流を供給する給電装置とを備えて構成される高圧放電ランプ点灯装置において、
   前記給電装置は、前記高圧放電ランプに対して、定常点灯時の周波数からなる基本周波数の交流電流とこの基本周波数よりも低い低周波数の交流電流を交互に供給するものであるとともに、
   前記基本周波数の交流電流は、６０〜１０００Ｈｚの範囲から選択された周波数の交流電流であり、
   前記低周波数の交流電流は、前記基本周波数の交流電流の周波数よりも低い５〜２００Ｈｚの範囲から選択された半サイクルの交流電流であり、
   前記給電装置は、上記低周波の交流電流において、一方の極性の半サイクルの波形が上記基本周波数の交流電流波形を挟んで続けて２回以上出現するように交流電流を供給し、０．５ｓ以上２０ｓ以下の時間が経過する毎に、低周波の交流電流の極性を反転させる
   ことを特徴とする高圧放電ランプ点灯装置。

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