WO2014021071A1 - 高圧放電ランプ点灯装置 - Google Patents

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WO2014021071A1
WO2014021071A1 PCT/JP2013/068899 JP2013068899W WO2014021071A1 WO 2014021071 A1 WO2014021071 A1 WO 2014021071A1 JP 2013068899 W JP2013068899 W JP 2013068899W WO 2014021071 A1 WO2014021071 A1 WO 2014021071A1
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pulse wave
frequency
pulse
discharge lamp
output
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PCT/JP2013/068899
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Inventor
福田　稔
今村　篤史
Original Assignee
ウシオ電機株式会社
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14—Circuit arrangements
    • H05B41/30—Circuit arrangements in which the lamp is fed by pulses, e.g. flash lamp
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14—Circuit arrangements
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    • H05B41/2885—Static converters especially adapted therefor; Control thereof
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps

Definitions

  • the present invention relates to a lighting device of a high pressure discharge lamp suitably used for a light source such as a projector.
  • a high-pressure discharge lamp in which 0.2 mg / mm 3 or more of mercury is enclosed inside a transparent glass discharge vessel, and the pressure in the vessel at the time of lighting is 200 atmospheres or more. It is done. By increasing the mercury vapor pressure, it is possible to obtain light in the visible wavelength range with high output.
  • FIG. 10A and 10B show schematic cross-sectional views of a high pressure discharge lamp.
  • FIG. 10B is a schematic sectional view in which the vicinity of the electrode tip end of FIG. 10A is enlarged.
  • the high pressure discharge lamp 10 has the substantially spherical light emission part 11 formed of the discharge container.
  • the pair of electrodes 20a and 20b are disposed to face each other at an extremely small distance of 2 mm or less.
  • sealing portion 12 is formed on both ends of the light emitting portion 11.
  • a conductive metal foil 13 is airtightly embedded in the sealing portion 12, and at one end of the metal foil 13, shaft portions (30 a, 30 b) of the electrodes 20 a, 20 b are joined.
  • the external lead 14 is joined to the other end of the metal foil 13 and power is supplied from a power supply unit (not shown).
  • protrusions 21 are formed on the tip side surfaces of the pair of electrodes 20a and 20b disposed opposite to each other in the light emitting portion 11 of the light emitting tube during lighting. Is maintained, a stable lighting state is maintained (see FIG. 11A).
  • a plurality of minute projections 23 may be formed due to high temperature, or minute unevenness may be generated on the tip surface of the electrode (FIG. 11B). reference).
  • the minute projections 23 and the projections and depressions are formed by melting of a material (for example, tungsten) constituting the electrodes 20 a and 20 b and aggregation of a compound generated by combining with the gas enclosed in the light emitting portion 11. This presence changes the shape of the surface of the electrode tip. Along with this, it is known that the starting point of the arc moves, the discharge position becomes unstable, and the illuminance decrease and flicker occur.
  • Patent Document 1 listed below supplies a current waveform of a pulse wave P1 of a predetermined frequency (fundamental frequency) to a high pressure discharge lamp and generates a pulse wave P2 having a frequency lower than the fundamental frequency.
  • a lighting system of a discharge lamp is disclosed in which a current waveform is intermittently or periodically inserted into a pulse wave of the fundamental frequency (see FIG. 12). More specifically, the fundamental frequency is one frequency selected from the range of 60 to 1000 Hz, and the low frequency frequency is one frequency selected from the range of 5 to 200 Hz. Then, the time for supplying the fundamental frequency is controlled to be gradually increased or decreased every predetermined time. That is, the generation frequency of the low frequency pulse wave is changed according to the time.
  • the frequency of the pulse wave By setting the frequency of the pulse wave to a low frequency, a period in which one electrode is fixed to the anode and the other electrode is fixed to the cathode, that is, a period in which a high voltage is applied between both electrodes is extended.
  • the degree of heating of the electrode is increased, and heat can be transmitted not only to the electrode tip but also to a location away from the tip. Therefore, while a low frequency pulse wave is applied, heat is also transmitted to a place away from the tip of the electrode, and it is possible to melt and evaporate the microprotrusions and irregularities formed at the place.
  • FIG. 1A is a schematic cross-sectional view enlarging the vicinity of the electrode tip in a state where the discharge arc 22 is formed and the lighting state is stably maintained, as in FIG. 11A.
  • the increase in the formable region of the microprotrusions 23 may cause a situation in which a plurality of microprotrusions 23 formed at close positions are combined and moved (see FIG. 1C).
  • the projections 21 maintaining the arcs 22 do not always maintain a solid state, and the surface or the like may be melted due to high temperature. Further, since the microprotrusions 23 have small volumes themselves, they have a small heat capacity and are in a state of being easily melted. Then, when the protrusions 21 maintaining the arc 22 and the minute protrusions 23 are both melted, they are coupled by a force such as surface tension, and the positions themselves of the protrusions 21 move. As a result, the starting point of the arc 22 is moved, and the length of the arc 22 is extended.
  • FIG. 1C A comparison of FIG. 1A and FIG. 1C shows that in FIG. 1C, the protrusions 21 do not completely face each other, and as a result, the arcs 22 are formed obliquely. Thereby, it is understood that the length of the arc 22 is extended in the state of FIG. 1C as compared with the state of FIG. 1A. This leads to a decrease in light collection efficiency and brightness.
  • the present invention can eliminate such microprotrusions while maintaining a stable arc discharge even when microprotrusions are formed at a location farther from the tip of the electrode than conventional. It is an object of the present invention to realize a lighting device for a high pressure discharge lamp.
  • the high pressure discharge lamp lighting device is configured to supply an alternating current to a high pressure discharge lamp in which a pair of electrodes are disposed opposite to each other in a discharge vessel in which a predetermined gas is sealed.
  • a pulse generation unit that generates a pulse wave;
  • a power supply unit is provided, which is supplied with a direct current voltage, is converted into an alternating current according to the frequency of the pulse wave, and supplies the alternating current to the high pressure discharge lamp.
  • the pulse generation unit After outputting the first pulse wave for the first period, the cycle of outputting a second pulse wave having a frequency lower than that of the first pulse wave is repeated for a second period shorter than the first period, and After outputting a third pulse wave having a frequency lower than that of the second pulse wave at a predetermined timing, the cycle is restored.
  • the pulse generation unit outputs the third pulse wave whose frequency is lower than that of the second pulse wave at a certain timing. Therefore, a voltage of a predetermined polarity continues to be applied from one electrode of the high pressure discharge lamp to the other electrode for a longer time than while the second pulse wave is being output.
  • the heating time of the electrode is longer than during the output of the second pulse wave, and the heat does not reach by the voltage application during the output of the second pulse wave, and the heat is dissipated to the place away from the electrode tip It can be transmitted.
  • by coupling such a minute projection with a projection serving as the arc starting point it is possible to prevent the occurrence of movement of the projection serving as the arc starting point.
  • this configuration is configured to output the third pulse wave instead of the second pulse wave, generation of pulse waves (second pulse wave, third pulse wave) having a frequency lower than that of the first pulse wave It does not increase the frequency significantly. For this reason, there is no possibility that the projection of the electrode tip necessary for arc generation may be overheated and melted or extinguished. Therefore, according to the present configuration, it is possible to eliminate the microprotrusions formed at the periphery or at a distant position of the projection while maintaining the projection of the electrode tip and maintaining the stable arc discharge.
  • the pulse generation unit changes the frequency of the third pulse wave to a predetermined frequency at each predetermined timing. Do.
  • the frequency of the third pulse wave is made different according to the timing, the heating time to the electrode changes for each timing. Therefore, since the heat transfer area changes, the microprotrusions formed at various places can be reliably eliminated.
  • the pulse generation unit may be configured to detect the arrival of the predetermined timing according to an elapsed time since the start of the output of the pulse wave.
  • the pulse generation unit may be configured to detect the arrival of the predetermined timing according to the number of cycles after the start of the output of the pulse wave.
  • the frequency control unit may adjust the frequency of the pulse wave output from the pulse generation unit.
  • the high pressure discharge lamp lighting device of the present invention includes a frequency control unit for adjusting the frequency of the pulse wave in addition to the above configuration, and the frequency control unit The control is repeated to set a first frequency which is the frequency of the first pulse wave over the first period, and subsequently to set a second frequency which is the frequency of the second pulse wave over the second period, When the arrival of the predetermined timing is detected by the elapsed time since the start of the output of the pulse wave or the number of switching of the first period and the second period, the third frequency is replaced with the second frequency. It can be set as the structure which performs control to set.
  • a pair of electrodes are disposed opposite to each other in a discharge vessel in which a predetermined gas is sealed, and the alternating current is supplied from the high pressure discharge lamp lighting device having the above features. And discharge is generated between the pair of electrodes to light up.
  • FIG. 5 is a block diagram schematically illustrating an exemplary configuration of a frequency control unit.
  • FIG. 6 shows another example of the lamp current waveform of the high pressure discharge lamp of the present invention in another time zone. It is a cross-sectional schematic diagram of a high pressure discharge lamp.
  • the high pressure discharge lamp lighting device of the present invention can be used to control lighting of a discharge lamp of a type in which the electrode size is larger than that of the conventional one.
  • the electrode size is larger than that of the conventional one.
  • the high pressure discharge lamp 10 has a substantially spherical light emitting portion 11 formed by a discharge vessel made of quartz glass.
  • the material of the discharge vessel is not limited to quartz glass, and may be made of other materials.
  • the pair of electrodes 20a and 20b are disposed opposite to each other at an extremely small distance of, for example, 2 mm or less.
  • the sealing part 12 is formed in the both ends of the light emission part 11.
  • a conductive metal foil 13 made of molybdenum or the like is airtightly embedded by, for example, a shrink seal.
  • the axial parts of the electrodes 20a and 20b are joined to one end of the metal foil 13, the external lead 14 is joined to the other end of the metal foil 13, and power is supplied from the high pressure discharge lamp lighting device of the present invention described later. It is the composition supplied.
  • Mercury is for obtaining radiation of a necessary visible light wavelength, for example, a wavelength of 360 to 780 nm, and specifically stated, 0.20 mg / mm 3 or more is enclosed.
  • the amount of sealing varies depending on the temperature conditions, the internal pressure of the light emitting portion at the time of lighting realizes a high vapor pressure of 200 atmospheres or more.
  • argon gas As a rare gas, for example, about 13 kPa of argon gas is enclosed. Its function is to improve lighting startability.
  • halogen gas iodine, bromine, chlorine or the like is enclosed in the form of a compound with mercury or another metal.
  • the amount of halogen is selected from the range of 10 ⁇ 6 ⁇ mol / mm 3 to 10 ⁇ 2 ⁇ mol / mm 3 .
  • the main reason for enclosing the halogen is to extend the life of the discharge lamp utilizing the so-called halogen cycle.
  • the high-pressure discharge lamp 10 of the present invention the one with a very small size and a very high operating vapor pressure can obtain the effect of preventing the discharge container from devitrification by sealing the halogen.
  • Devitrification means that crystallization progresses from a metastable glassy state, and changes to an aggregate of crystal grains grown from many crystal nuclei. If such a phenomenon occurs, light is scattered at the grain boundaries of the crystal, and the discharge vessel becomes opaque.
  • the gas sealed in the light emitting unit 11 is not limited to the above gas.
  • the maximum outer diameter of the light emitting portion is 9.4 mm
  • the distance between the electrodes is 1.0 mm
  • the internal volume of the discharge vessel is 55 mm 3
  • the rated voltage 70 V the rated power 180 W Can be configured.
  • the high-pressure discharge lamp 10 is assumed to be incorporated in a projector whose miniaturization is in progress, so that the overall size is required to be extremely miniaturized, and, on the other hand, a high amount of emitted light is also required. For this reason, the thermal influence in the light emitting part becomes extremely severe, and the lamp load value of the lamp becomes 0.8 to 2.5 W / mm 2 , specifically 2.4 W / mm 2 .
  • the high-pressure discharge lamp 10 having a high mercury vapor pressure and a tube wall load value is mounted on a presentation device such as a projector or an overhead projector, thereby providing radiation having good color rendering to the presentation device. can do.
  • the electrode 20a is composed of a head 29a and a shaft 30a
  • the electrode 20b is composed of a head 29b and a shaft 30b.
  • a protrusion 21 is formed at the tip of each of the electrode 20a and the electrode 20b.
  • the protrusions 21 are formed by aggregation of the melted electrode material at the electrode tip when the lamp is lit.
  • the electrodes 20a and 20b are both described as being made of tungsten, the material is not limited to this.
  • the electrodes 20a and 20b When the electrodes 20a and 20b are energized, they are heated to a high temperature, and the tungsten constituting them is sublimed. The sublimated tungsten is combined with the enclosed halogen gas in the inner wall surface region of the light emitting portion 11 which is a relatively low temperature portion to form tungsten halide. Since the vapor pressure of tungsten halide is relatively high, it moves again in the gaseous state near the tips of the electrodes 20a and 20b. When heated again at this point, the tungsten halide is separated into halogen and tungsten. Among these, tungsten is returned to the tip of the electrode 20 a and the electrode 20 b and aggregated, and the halogen is returned as the halogen gas in the light emitting unit 11. This is called a halogen cycle. The aggregated tungsten adheres to the vicinity of the tip of the electrode 20a and the electrode 20b, whereby the protrusion 21 is formed.
  • the region S to which tungsten aggregated from tungsten halide can be attached is increased, so the minute projections 23 are greatly separated from the projections 21 as the starting point of the arc 22. It will be formed (see FIG. 1B).
  • the configuration of the lighting device of the present invention which can eliminate such microprotrusions 23 while leaving the projections 21 as the starting point of the arc 22 will be described below.
  • FIG. 2 is a circuit block diagram schematically showing the configuration of the high pressure discharge lamp lighting device of the present invention.
  • the lighting device 1 is configured to include a power supply unit 3 and a pulse generation unit 4.
  • the alternating current generated by the power supply unit 3 based on the pulse wave P output from the pulse generation unit 4 is supplied to the high pressure discharge lamp 10, and the high pressure discharge lamp 10 is lit.
  • the feed unit 3 includes a step-down chopper unit 31, a DC / AC conversion unit 32, and a starter unit 33.
  • the step-down chopper unit 31 steps down the supplied DC voltage Vdc to a desired low voltage and outputs it to the DC / AC conversion unit 32 in the subsequent stage.
  • the step-down chopper unit 31 includes a switching element Qx, a reactor Lx, a diode Dx, a smoothing capacitor Cx, and a resistor Rx.
  • the switching element Qx has one end connected to the + side power supply terminal to which the DC voltage Vdc is supplied, and the other end connected to one end of the reactor Lx.
  • the cathode terminal of the diode Dx is connected to the connection point of the switching element Qx and the reactor Lx, and the anode terminal is connected to the negative side power supply terminal.
  • One end of the smoothing capacitor Cx is connected to the output side terminal of the reactor Lx, and the other end ( ⁇ side terminal) is connected to the output side terminal of the resistor Rx.
  • the resistor Rx is connected between the negative terminal of the smoothing capacitor Cx and the anode terminal of the diode Dx to realize the function of current detection.
  • the switching element Qx is driven by the gate signal Gx output from the power control unit 34.
  • the step-down chopper unit 31 steps down the input DC voltage Vdc to a voltage corresponding to the duty according to the duty of the gate signal Gx and outputs the voltage to the DC / AC conversion unit 32 in the subsequent stage.
  • the DC / AC conversion unit 32 converts the input DC voltage into an AC voltage of a desired frequency, and outputs the AC voltage to the subsequent stage starter unit 33.
  • the DC / AC conversion unit 32 is shown to be configured of switching elements Q1 to Q4 connected in a bridge shape (full bridge circuit).
  • the switching element Q1 is driven by the gate signal G1 output from the driver 35.
  • the switching element Q2 is driven by the gate signal G2
  • the switching element Q3 is driven by the gate signal G3
  • the switching element Q4 is driven by the gate signal G4.
  • the driver 35 outputs a gate signal so as to alternately turn on / off to the pair of switching elements Q1 and Q4 and the set of switching elements Q2 and Q3 arranged diagonally.
  • a rectangular wave alternating voltage is generated between the connection point of the switching elements Q1 and Q2 and the connection point of the switching elements Q3 and Q4.
  • the starter unit 33 is a circuit unit for boosting the AC voltage supplied from the DC / AC unit 32 at the start of the high pressure discharge lamp and supplying the same to the high pressure discharge lamp 10.
  • the starter unit 33 is illustrated as being configured of a coil Lh and a capacitor Ch.
  • an AC voltage of high switching frequency for example, several hundreds kHz
  • the resonance frequency of the LC series circuit including the coil Lh and the capacitor Ch is applied from the DC / AC unit 32.
  • the high voltage required to start the discharge lamp is generated, which is supplied to the high-pressure discharge lamp 10.
  • the frequency of the AC voltage supplied from the DC / AC unit 32 is shifted to a steady frequency (for example, 60 to 1000 Hz), and a steady lighting operation is performed.
  • This stationary frequency corresponds to the frequency of the pulse wave P1 described later.
  • the change of the frequency of the AC voltage supplied to the starter unit 33 is a cycle of on / off switching of a set of switching elements Q1 and Q4 and a set of switching elements Q2 and Q3 in the DC / AC section 32. Can be achieved by adjusting the Further, the change of the peak value of the AC voltage supplied to the starter unit 33 can be achieved by adjusting the operation duty of the switching element Qx in the step-down chopper unit 31.
  • the switching element Qx of the step-down chopper unit 31 is turned on / off at a switching frequency corresponding to the duty of the gate signal Gx output from the power control unit 34, whereby the power supplied to the high pressure discharge lamp 10 changes.
  • the power control unit 34 performs control to lower the duty of the gate signal Gx so as to obtain a desired power value.
  • the pulse generation unit 4 includes a pulse generation circuit 41 and a frequency control unit 43, and outputs the generated pulse signal P to the driver 35 of the DC / AC unit 32. As described above, based on this pulse signal, switching control of the switching elements Q1 to Q4 of the DC / AC unit 32 is performed.
  • the pulse generation circuit 41 generates a pulse signal of a frequency specified by the frequency control unit 43.
  • the frequency control unit 43 may be configured by a microcomputer or the like together with the power control unit 34 described above.
  • FIGS. 3A and 3B are diagrams showing an example of the waveform of the pulse signal P output from the pulse generator 4 in different time zones, that is, the lamp current waveform of the high pressure discharge lamp 10.
  • FIG. 3A and 3B are diagrams showing an example of the waveform of the pulse signal P output from the pulse generator 4 in different time zones, that is, the lamp current waveform of the high pressure discharge lamp 10.
  • the pulse generator 4 of the present invention outputs a pulse wave that approximates the pulse waveform described above with reference to FIG. 12 in a time zone in which the waveform shown in FIG. 3A is output. That is, in this period, after the pulse wave P1 of the fundamental frequency (corresponding to the "first pulse wave") is output for a predetermined period T1, the pulse wave P2 ("second pulse wave") whose frequency is lower than the fundamental frequency is output. Cycle is repeated for a predetermined period T2 shorter than that.
  • the frequency (fundamental frequency) of the pulse wave P1 corresponds to the fundamental frequency when the high pressure discharge lamp 10 is lit steadily, and is one frequency selected from the range of 60 to 1000 Hz.
  • the pulse wave P2 is a low frequency intermittently inserted after the period T1 has elapsed, and its frequency is one frequency selected from the range of 5 to 200 Hz lower than the fundamental frequency.
  • the pulse wave P2 is preferably inserted at a time interval of 0.01 seconds or more and 120 seconds or less. In other words, it is preferable to set the period T1 in the range of 0.01 seconds to 120 seconds. Note that it is more preferable to set the period T1 in the range of 0.01 seconds to 2 seconds. If the pulse wave P2 is inserted at a time interval shorter than 0.01 seconds, the projection 21 serving as the arc starting point may be excessively heated, and the shape may be deformed or may disappear in some cases. On the other hand, if the time interval is too wide, the state in which the microprotrusions are formed at the peripheral position of the projections 21 is maintained for a long time, and an arc starting from the microprotrusions may be formed during this time. is there.
  • the period T2 in which the pulse wave P2 is output is set to a half period of the pulse wave P2. That is, in the period T2, the output of the pulse wave P2 is fixed at either positive polarity or negative polarity.
  • the pulse generation unit 4 of the present invention outputs a low frequency pulse wave P3 (corresponding to a “third pulse wave”) at a predetermined timing in place of the low frequency pulse wave P2, and Return to the cycle of FIG. 3B shows a waveform of a time zone including a time during which the pulse wave P3 is output.
  • the period T3 in which the pulse wave P3 is output is set to a half period of the pulse wave P3. That is, in the period T3, the output of the pulse wave P3 is fixed at either positive polarity or negative polarity.
  • the pulse wave P output from the pulse generation unit 4 in the present embodiment has a pulse wave P1 whose positive and negative polarities are repeated under the fundamental frequency over the period T1, and a value of positive or negative polarity over the period T2.
  • the pulse wave P3 has a frequency further lower than that of the pulse wave P2, and in other words, the period T3 fixed with either positive polarity or negative polarity is set longer than the period T2 in the pulse wave P2.
  • the pulse generator 4 first outputs the pulse wave P1 of the fundamental frequency for the period T1, and then outputs the low frequency pulse wave P2 for the period T2 of a half cycle of the pulse wave P2. After that, the pulse wave P1 of the fundamental frequency is output again over the period T1, and then the low frequency pulse wave P2 is fixed at the opposite polarity to the pulse wave P2 immediately before for the period T2 of the half cycle of the pulse wave P2. Output with Hereinafter, the above cycle is repeated.
  • a lower frequency pulse wave P3 having a longer cycle is outputted over a half cycle period T3 of the pulse wave P3.
  • the pulse wave P3 of positive polarity fixation and the pulse wave P3 of negative polarity fixation immediately thereafter are the pulse generating portion 4
  • the pulse waveform of the state currently output from is shown. After that, the cycle of the pulse wave P1 and the pulse wave P2 is restored again.
  • FIG. 4 is a table showing the output time of the pulse wave P3 as a ratio to the output time of the pulse wave P2 at each timing when the pulse wave P3 is output.
  • n is a natural number.
  • the pulse generation unit 4 replaces the pulse wave P2 by seven times the wavelength (frequency 1/7).
  • the pulse generator 4 repeatedly returns the output of the pulse wave P1 for the period T1 and the output of the pulse wave P2 for the period T2.
  • the pulse wave P3 having a wavelength 6 times (frequency 1/6) is substituted for the pulse wave P2 over a half cycle of the pulse wave P3, ie T3 ( Output for a period of 6T2).
  • the pulse generation unit 4 returns to the repetition of the output of the pulse wave P1 for the period T1 and the output of the pulse wave P2 for the period T2.
  • the frequency of the pulse wave P generated from the pulse generation unit 4 is similarly changed.
  • the pulse generation unit 4 is configured to output a pulse wave P3 having a frequency lower than that of the pulse wave P2 in accordance with a predetermined timing, and to change this frequency for each timing.
  • FIG. 5A, FIG. 5B, and FIG. 5C are figures which show typically the mode of the heat transfer to electrode tip vicinity in case the pulse waves P from the pulse generation part 4 are P1, P2, and P3, respectively.
  • a darkly filled portion indicates an area to which heat is being transmitted.
  • the pulse wave P3 by outputting the pulse wave P3 at a certain timing of the pulse generation unit 4, from one electrode to the other electrode over a period T3 longer than the period T2.
  • a voltage of a predetermined polarity continues to be applied. Since the time for which the pulse wave P3 is applied is longer than the application time for the pulse wave P2, the heating time of the electrode is extended, and heat is transferred from the vicinity of the electrode tip which did not reach by application of the pulse wave P2 Can. As a result, the microprotrusions 23 formed at positions away from the protrusions 21 can also be eliminated (see FIG. 5C).
  • the heating time to the electrodes changes because the frequency of the pulse wave P3 is made different according to the timing. Therefore, since the heat transfer area changes, the microprotrusions 23 formed at various locations can be surely eliminated and the movement of the projections 21 due to coupling with the microprotrusions 23 can be avoided.
  • the frequency control unit 43 performs frequency control so that the pulse generation circuit 41 outputs a pulse wave as referred to in FIGS. 3A and 3B.
  • FIG. 6A is a block diagram schematically showing one configuration example of the frequency control unit 43. As shown in FIG. As illustrated in FIG. 6A, the frequency control unit 43 includes a time measurement unit 51, a memory unit 52, and a frequency determination unit 53.
  • the time measurement unit 51 corresponds to a timer that measures an elapsed time from when the output of the pulse wave is started.
  • the memory unit 52 is, for example, a ROM, and the frequency f1 of the pulse wave P1, the continuous output time T1 of the pulse wave P1, the frequency f2 of the pulse wave P2, the continuous output time T2 of the pulse wave P2, and the data table shown in FIG. Stores various information on
  • the frequency determination unit 53 performs an operation based on the information on the elapsed time supplied from the time measurement unit 51 and the information stored in the memory unit 52, determines the frequency of the pulse wave P, and outputs it to the pulse generation circuit 41. Do. According to the example of FIGS. 3A and 3B, the time T2 is set to the half cycle length of the pulse wave P2.
  • the frequency determination unit 53 sets the pulse generation circuit 41 to output a pulse wave of frequency f1 at the start of pulse generation.
  • the frequency determination unit 53 reads the frequency f2 of the pulse wave P2 stored in the memory unit 52, and the pulse wave of this frequency f2 is read. Set to output.
  • the frequency f1 of the pulse wave P1 stored in the memory unit 52 is read out and the pulse wave of the frequency f1 is output again.
  • the frequency control unit 43 repeats such control as follows.
  • the frequency determination unit 53 stores the frequency f3 of the pulse wave P3 corresponding to the timing in the memory unit 52. It reads out from the data table and sets so as to output the pulse wave of this frequency f3.
  • the information on the frequency f3 of the pulse wave P3 is described as a ratio to the frequency f2 of the pulse wave P2, but it may be described as the value of the frequency f3 itself.
  • FIG. 6B is a block diagram schematically showing a configuration example of a frequency control unit different from FIG. 6A.
  • the frequency control unit 43 shown in FIG. 6B has a pulse count unit 54 in place of the time measurement unit 51.
  • the pulse count unit 54 receives the pulse wave P output from the pulse generation circuit 41, and measures the wave number and the cycle number.
  • the wave number is a value obtained by dividing the total wavelength of pulse waves continuously output from a certain time by the period length, and corresponds to how many periods of waves have been output.
  • the number of cycles refers to the number of combinations when the combination of the pulse wave P1 and the pulse wave P2 is one cycle.
  • the memory unit 52 includes various kinds of data related to the frequency f1 of the pulse wave P1, the continuous output wave number N1 of the pulse wave P1, the frequency f2 of the pulse wave P2, the continuous output wave number N2 of the pulse wave P2, and the data table shown in FIG. It stores information.
  • FIG. 7 is a table showing the output time of the pulse wave P3 as a ratio to the output time of the pulse wave P2 at each timing of outputting the pulse wave P3.
  • the data table of FIG. 7 differs from FIG. 4 in that the output timing of the pulse wave P3 is represented by the number of cycles rather than the elapsed time from the start of the output of the pulse wave.
  • the wavelength is changed to 6 times instead of the pulse wave P2 (frequency 1
  • the pulse generator 4 repeatedly returns the output of the pulse wave P1 for the time T1 and the output of the pulse wave P2 for the time T2.
  • the frequency of the pulse wave P generated from the pulse generator 4 is similarly changed.
  • the frequency determination unit 53 sets the pulse generation circuit 41 to output a pulse wave of frequency f1 at the start of pulse generation.
  • the frequency determining unit 53 reads the frequency f2 of the pulse wave P2 stored in the memory unit 52, The pulse wave of this frequency f2 is set to be output.
  • the frequency f1 of the pulse wave P1 stored in the memory unit 52 is read out, and the pulse wave of the frequency f1 is read again.
  • the frequency control unit 43 repeats such control as follows.
  • the frequency determining unit 53 stores the frequency f3 of the pulse wave P3 corresponding to the timing in the memory unit 52. It is read out from the data table being set, and the pulse wave of this frequency f3 is set to be output.
  • N2 is set to 1/2.
  • the frequency determining unit 53 may be configured to recognize the frequency of the pulse wave P as the current number of cycles by the number of times set to the frequency f2.
  • the pulse wave P1, the pulse wave P2, and the pulse wave P3 are all output from the same pulse generation circuit 41.
  • the pulse generation unit 4 separately has a first pulse generation circuit that generates a pulse wave P1 of frequency f1 and a second pulse generation circuit that generates a pulse wave P2 of frequency f2.
  • the circuit for generating the pulse wave may be switched from the first or second pulse generation circuit when the continuous time elapses or when the continuous output wave number is reached.
  • the pulse wave P1 of the same frequency f1 is always generated from the first pulse generation circuit. Also, when the timing described in the timetable shown in FIG. 4 or 7 comes, the frequency of the pulse wave output from the second pulse generation circuit is changed from f2 to a frequency f3 according to the timing. , And then reset again to the frequency f2.
  • the pulse generation unit 4 may include a processing unit that stretches the pulse length by a designated multiple in the subsequent stage of the second pulse generation circuit.
  • the stretching multiple is set to 1 in normal times, and is set to a multiple according to the timing described in the time table when it comes. According to this configuration, it is possible to output pulse waves of fixed frequencies from the first and second pulse generation circuits.
  • FIG. 8 is a graph comparing temporal changes in inter-electrode voltage when the high-pressure discharge lamp is turned on by the lighting device of the present invention and the conventional lighting device. The specifications of the lamp and the lamp operating conditions are shown below.
  • the lighting device of the present invention in addition to these, at predetermined timing (for example, see FIG. 4 and FIG. 7)
  • the pulse wave P3 of the frequency designated by the frequency ratio to the wave P2 is output.
  • the conventional lighting device does not perform such processing, but merely repeats the cycle of the pulse waves P1 and P2.
  • the horizontal axis indicates the elapsed time from the start of lighting
  • the vertical axis indicates the inter-electrode voltage of the high pressure discharge lamp.
  • the results of the lighting device of the present invention are indicated by a solid line, and the results of the conventional lighting device are indicated by a broken line.
  • the formation of the microprotrusions 23 and the movement of the protrusions 21 serving as the starting point of the arc 22 cause discharges at a plurality of places or make the discharge positions unstable.
  • the discharge at a plurality of locations leads to an increase in the voltage between the electrodes, and the movement of the protrusion 21 causes the voltage between the electrodes to fluctuate largely in the vertical direction.
  • the large fluctuation of the voltage in the graph of the conventional example indicates that the projection 21 has moved at that time.
  • the inter-electrode voltage of the high-pressure discharge lamp lit by the lighting device of the present invention is a lower voltage overall than that lit by the conventional lighting device, and the vertical fluctuation is suppressed. It is understood that it is done.
  • the lighting device of the present invention has the effect of eliminating the micro-protrusion while holding the projection that is the starting point of the arc.
  • the interval for outputting the low frequency pulse wave P3 instead of the pulse wave P2 is 5 seconds or more and 300 seconds or less for time control and 5 cycles or more and 5000 cycles or less for cycle number control. It is suitable. If the time interval for outputting the pulse wave P3 is too narrow, the projection 21 which is the starting point of the arc may be overheated and may deform its shape or may disappear in some cases. On the contrary, if the time interval is too wide, the state in which the microprotrusions are formed at the position away from the projections 21 may be maintained for a long time, or the effect of preventing the movement of the projections 21 may not be obtained. is there.
  • the pulse generation unit 4 outputs the pulse wave P1 for a predetermined period T1
  • the low frequency pulse wave P2 is output for a half cycle length T2 and time
  • the pulse wave P2 is changed in polarity as before to output the half cycle length T2.
  • the output mode of the pulse wave P2 is not limited to such a mode.
  • the pulse generation unit 4 outputs the pulse wave T1 for a predetermined period T1
  • the cycle of outputting the low frequency pulse wave P2 for one cycle length T2 may be repeated.
  • the pulse wave P3 for one cycle may be output instead of the pulse wave P2 for one cycle.
  • the pulse wave P3 to be inserted instead of the pulse wave P2 may be set to only a half cycle time.
  • the low frequency pulse wave P2 included in the pulse signal output from the pulse generation unit 4 may be included for a period of one or more cycles, such as 1.5 cycles of the pulse wave P2.
  • the electrode may be heated excessively and the shape of the projection 21 serving as the arc starting point may change, so that the low frequency pulse wave is generated in one cycle. It is preferable to keep P2 within one cycle.
  • the timing to change to the pulse wave P2 is described as being fixed.
  • the timing to switch from the pulse wave P1 to the pulse wave P2 The configuration may be changed as appropriate. As a result, the region where the electrode is heated can be further changed, and the effect of keeping the shape of the projection optimal can be further enhanced. In this case, it is preferable to gradually increase or decrease the switching of the timing in order to prevent flickering of the lamp.
  • a power supply is required to drive the high side switches Q1 and Q4.
  • a bootstrap circuit can be used as this power supply, and when the high side switches Q1 and Q4 are turned off, the bootstrap capacitor (not shown) is charged.
  • the switches Q1 and Q4 can not be turned ON because the power supply voltage is insufficient. Therefore, for the purpose of charging the capacitor, it may be exceptionally configured to insert the pulse wave P1 of about 1 cycle to 2 cycles.
  • Another object relates to the case where a light source including the lighting device of the present invention is used in, for example, a DLP (registered trademark) projector.
  • a DLP projector it is usual to perform control to reverse the polarity according to the movement of the color wheel so that the image to be projected is not adversely affected, and the capacitor is charged at the time of this polarity inversion.
  • a configuration may be adopted in which a pulse wave P1 having a period of about 2 or more is inserted.
  • the content described in the other embodiment ⁇ 4> is to output the pulse wave P1 of a short time exceptionally during the output period of the pulse wave P3 to the last, and except for this exception, the pulse wave P3 is output.
  • the polarity does not reverse. Therefore, after the output period of the pulse wave P3 has elapsed, the output of the pulse wave P1 for the period T1 and the output of the pulse wave P2 for the period T2 may be repeated.

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Abstract

　従来に比べて電極先端から離れた箇所に微小突起が形成されるような場合においても、安定したアーク放電を維持しながらかかる微小突起を消滅させることを可能にする高圧放電ランプの点灯装置、及び高圧放電ランプを実現する。高圧放電ランプの点灯装置１は、パルス波を発生するパルス発生部４と、直流電圧Ｖｄｃが供給され、前記パルス波の周波数に応じた交流電流に変換して高圧放電ランプ１０に交流電流を供給する給電部３とを備える。パルス発生部４は、第１期間にわたって第１パルス波を出力した後、前記第１期間より短い第２期間にわたって前記第１パルス波よりも周波数の低い第２パルス波を出力するというサイクルを繰り返すと共に、所定のタイミングで、前記第２パルス波に代えて前記第２パルス波よりも更に周波数の低い第３パルス波を出力した後、前記サイクルに復帰する。

Description

高圧放電ランプ点灯装置
　本発明はプロジェクタ等の光源に好適に使用される高圧放電ランプの点灯装置に関する。
　プロジェクタ等の光源用ランプには、透明なガラス製放電容器の内部に水銀が０．２ｍｇ／ｍｍ３以上封入されて、点灯時の容器内の圧力が２００気圧以上にもなる高圧放電ランプが使用されている。水銀蒸気圧を高くすることにより、可視波長域の光を高い出力で得ることが可能になる。
　図１０Ａ及び図１０Ｂに、高圧放電ランプの断面模式図を示す。図１０Ｂは、図１０Ａの電極先端付近を拡大した断面模式図である。
　図１０Ａに示すように、高圧放電ランプ１０は、放電容器によって形成されたほぼ球形の発光部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して配置されている。
　また、発光部１１の両端には封止部１２が形成される。封止部１２には、導電用の金属箔１３が気密に埋設されており、金属箔１３の一端には、電極２０ａ、２０ｂの軸部（３０ａ、３０ｂ）が接合している。また、金属箔１３の他端には、外部リード１４が接合し、図示しない給電部から電力が供給される。
　このような高圧放電ランプ１０は、点灯中、発光管の発光部１１内に対向配置された一対の電極２０ａ、２０ｂの先端側表面にそれぞれ突起２１が形成され、この突起２１間に放電アーク２２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（図１１Ａ参照）。
　一方、高圧放電ランプ１０を長期間同じ状態で点灯した場合には、高温により微小な突起２３が複数形成されたり、電極の先端表面部に微小な凹凸が発生したりすることがある（図１１Ｂ参照）。これら微小突起２３や凹凸は、電極２０ａ、２０ｂを構成する材料（例えばタングステン）が溶融し、発光部１１内に封入されたガスと結合して生じた化合物が凝集して生じたものであり、この存在が電極先端の表面部の形状を変化させる。これに伴ってアークの起点が移動し、放電位置が不安定となり、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、下記特許文献１には、所定の周波数（基本周波数）のパルス波Ｐ１の電流波形を高圧放電ランプに供給すると共に、基本周波数よりも低周波のパルス波Ｐ２の電流波形を前記基本周波数のパルス波に間欠的又は周期的に挿入する放電ランプの点灯方式が開示されている（図１２参照）。より詳細には、基本周波数を６０～１０００Ｈｚの範囲から選択された一の周波数とし、低周波の周波数を５～２００Ｈｚの範囲から選択された一の周波数とする。そして、基本周波数を供給する時間を所定時間毎に漸次増減するように制御する。つまり、低周波のパルス波の発生頻度を時間に応じて変更させる構成である。
　パルス波の周波数を低周波とすることで、一方の電極が陽極に、他方の電極が陰極に固定化される期間、つまり両電極間に高電圧が印加される期間が長くなる。この結果、電極に対する加熱の度合いが高まり、電極先端のみならず先端から離れた箇所に対しても熱を伝達させることができる。よって、低周波のパルス波が印加される間、電極先端から離れた箇所に対しても熱が伝達され、かかる箇所に生じていた微小突起や凹凸を溶融、蒸発させることができる。これにより、アーク起点となるべき突起ではなく、むしろ悪影響を及ぼし兼ねない電極先端部以外の突起や凹凸を消滅させることができる。
特開２０１１－２１０５６４号公報
　上記特許文献１に記載の点灯方式によれば、アーク起点となるべき突起２１のみを生成、維持するとともに、当該突起２１以外の余計な微小突起２３を消失させることができる。
　ところで、昨今、プロジェクタに使用されるランプは、市場のニーズにより明るさの増加が求められており、そのためにランプへの投入電力が増加傾向にある。そしてランプ電力の増加に伴ってアークで発生する熱も増加するので、温度条件を満たすために熱容量を確保すべく電極のサイズ自体も増加傾向にある。
　そして、電極のサイズが大型化することによって、突起の移動という新たな問題が生じるようになった。これについて図１Ａ～図１Ｃを参照して説明する。
　図１Ａは、図１１Ａと同様に、放電アーク２２が形成されて安定的に点灯状態が維持されている状態における電極先端付近を拡大した断面模式図である。
　上述したように、放電が所定時間継続すると、電極２０ａ、２０ｂの構成材料（タングステンなど）を含む化合物の再凝集により、アーク２２の起点となる突起２１の周辺には微小突起２３が形成される（図１Ｂ参照）。特に電極サイズの大型化により、電極先端面において突起が形成されていない領域Ｓが増加している。つまり、従来と比較して電極先端から更に離れた箇所に、このような微小突起２３が形成され得る状態となっている。特許文献１に記載された点灯制御方式では、このような箇所に形成された微小突起２３を溶融、蒸発させるのに必要な熱エネルギーを供給することができない。
　また、微小突起２３の形成可能領域が増えたことで、近接した位置に形成された複数の微小突起２３が結合して移動するという事態も生じ得る（図１Ｃ参照）。
　アーク２２を維持している突起２１は、常に固体の状態を維持しているわけではなく、高温によって表面等が溶融している場合がある。また、微小突起２３は体積そのものが小さいので熱容量が小さく、溶融しやすい状態にある。すると、アーク２２を維持していた突起２１と、微小突起２３がともに溶融した状態となると、表面張力等の力により結合し、突起２１の位置そのものが移動してしまう。これにより、アーク２２の起点が移動してしまい、アーク２２の長さが延びる。
　図１Ａと図１Ｃを比較すると、図１Ｃは突起２１同士が完全に対向しておらず、その結果アーク２２が斜め方向に形成されていることが分かる。これにより、図１Ａの状態と比べて、図１Ｃの状態はアーク２２の長さが伸びていることが分かる。このことは、集光効率及び明るさの低下を招く。
　上記の課題を解決する方法として、電極先端から離れた位置にまで熱エネルギーが届くように、低周波の交流電流を供給する時間を長くすることが考えられる。しかし、この方法を採用すると、突起２１に対して供給される熱エネルギーが大きくなりすぎ、本来必要である突起２１自体を溶融、蒸発させてしまう。この結果、安定したアーク２２が維持できなくなるため、かかる方法を採用することはできない。
　本発明は、上記の課題に鑑み、従来に比べて電極先端から離れた箇所に微小突起が形成されるような場合においても、安定したアーク放電を維持しながらかかる微小突起を消滅させることを可能にする高圧放電ランプの点灯装置を実現することを目的とする。
　本発明の高圧放電ランプ点灯装置は、所定のガスが封入された放電容器内に一対の電極が対向配置された高圧放電ランプに対して交流電流を供給する構成であって、
　パルス波を発生するパルス発生部と、
　直流電圧が供給され、前記パルス波の周波数に応じた交流電流に変換して前記高圧放電ランプに前記交流電流を供給する給電部とを備える。
　そして、前記パルス発生部は、
　　第１期間にわたって第１パルス波を出力した後、前記第１期間より短い第２期間にわたって前記第１パルス波よりも周波数の低い第２パルス波を出力するというサイクルを繰り返すと共に、
　　所定のタイミングで、前記第２パルス波に代えて前記第２パルス波よりも更に周波数の低い第３パルス波を出力した後、前記サイクルに復帰する構成である。
　上記構成によれば、パルス発生部が、あるタイミングで、第２パルス波よりも更に周波数の低い第３パルス波を出力する。従って、第２パルス波が出力されている間よりも更に長い時間にわたって、高圧放電ランプの一方の電極から他方の電極に対して所定極性の電圧が印加され続ける。この結果、第２パルス波が出力されている間よりも電極の加熱時間が伸び、第２パルス波が出力されている間の電圧印加では届かなかった、電極先端付近から離れた箇所まで熱を伝達させることができる。これにより、アークの起点となる突起から離れた位置に形成されていた微小突起も消滅させることができる。また、このような微小突起がアークの起点となる突起と結合することでアークの起点となる突起が移動する事態の招来を防ぐことができる。
　更に、本構成は、第２パルス波に代えて第３パルス波を出力させる構成であるため、第１パルス波よりも低周波であるパルス波（第２パルス波、第３パルス波）の発生頻度を著しく高めるものでない。このため、アーク発生に必要な電極先端の突起が過熱されて溶融、消滅するというおそれがない。よって、本構成によれば、電極先端の突起を維持して安定したアーク放電を保ちつつ、この突起の周辺又は離れた位置に形成される微小突起を消滅させることができる。
　本発明の高圧放電ランプ点灯装置は、上記構成に加えて、前記パルス発生部が、前記第３パルス波の周波数を前記所定のタイミング毎に予め定められた周波数に変化させることを別の特徴とする。
　上記構成によれば、タイミングに応じて第３パルス波の周波数を異ならせるため、タイミング毎に電極への加熱時間が変化する。従って、熱が伝達する領域が変化するので、様々な箇所に形成される微小突起を確実に消滅させることができる。
　ここで、前記パルス発生部は、前記パルス波の出力を開始してからの経過時間に応じて前記所定のタイミングの到来を検知する構成としても構わない。また、前記パルス発生部は、前記パルス波の出力を開始してからの前記サイクルの数に応じて前記所定のタイミングの到来を検知する構成としても構わない。
　また、パルス発生部から出力されるパルス波の周波数については、周波数制御部が調整する構成としても構わない。
　すなわち、本発明の高圧放電ランプ点灯装置は、上記構成に加えて前記パルス波の周波数を調整する周波数制御部を備え、この周波数制御部が、
　　前記第１期間にわたって前記第１パルス波の周波数である第１周波数を設定し、引き続き前記第２期間にわたって前記第２パルス波の周波数である第２周波数を設定するという制御を繰り返すと共に、
　　前記パルス波の出力を開始してからの経過時間、又は前記第１期間と前記第２期間の切替数によって前記所定のタイミングの到来を検知すると、前記第２周波数に代えて前記第３周波数を設定する制御を行う構成とすることができる。
　また、本発明の高圧放電ランプは、所定のガスが封入された放電容器内に一対の電極が対向配置され、上記の特徴を有した高圧放電ランプ点灯装置から前記交流電流が供給されることで、前記一対の電極間に放電が生じて点灯することを特徴とする。
　本発明の構成によれば、従来に比べて電極先端から離れた箇所に微小突起が形成されるような場合においても、安定したアーク放電を維持しながらかかる微小突起を消滅させることができる。また、これにより、微小突起がアークの起点となる突起と結合することでアークの起点となる突起が移動するといった事態を回避する効果が得られる。
高圧放電ランプにおいて、放電アークが形成されて安定的に点灯状態が維持されている状態における電極先端付近を拡大した断面模式図である。 高圧放電ランプにおいて、電極先端から離れた位置に微小突起が形成されている状態における電極先端付近を拡大した断面模式図である。 高圧放電ランプにおいて、微小突起と結合することで電極先端が移動した状態における電極先端付近を拡大した断面模式図である。 高圧放電ランプ点灯装置の構成を模式的に示す回路ブロック図である。 ある時間帯における本発明の高圧放電ランプのランプ電流波形の一例を示す図である。 別のある時間帯における本発明の高圧放電ランプのランプ電流波形の一例を示す図である。 パルス波Ｐ３を出力するタイミング毎に、パルス波Ｐ３の出力時間をパルス波Ｐ２の出力時間との比率で示した表である。 パルス波Ｐ１が出力されている状態の電極先端付近への熱伝達の様子を模式的に示す図である。 パルス波Ｐ２が出力されている状態の電極先端付近への熱伝達の様子を模式的に示す図である。 パルス波Ｐ３が出力されている状態の電極先端付近への熱伝達の様子を模式的に示す図である。 周波数制御部の一構成例を模式的に示すブロック図である。 周波数制御部の別の構成例を模式的に示すブロック図である。 パルス波Ｐ３を出力するタイミング毎に、パルス波Ｐ３の出力時間をパルス波Ｐ２の出力時間との比率で示した別の表である。 本発明の点灯装置と従来の点灯装置でそれぞれ高圧放電ランプを点灯させたときの電極間電圧の経時的な変化を比較したグラフである。 ある時間帯における本発明の高圧放電ランプのランプ電流波形の別の一例を示す図である。 別の時間帯における本発明の高圧放電ランプのランプ電流波形の別の一例を示す図である。 高圧放電ランプの断面模式図である。 高圧放電ランプの電極先端付近を拡大した断面模式図である。 放電アークが形成されて安定的に点灯状態が維持されている状態における電極先端付近を拡大した断面模式図である。 電極先端以外の箇所に微小突起が形成されている状態における電極先端付近を拡大した断面模式図である。 従来のランプ電流波形の一例を示す図である。
　本発明の高圧放電ランプ点灯装置の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、各図において図面の寸法比と実際の寸法比は必ずしも一致しない。
　また、本発明の高圧放電ランプ点灯装置は、後述するように、特に従来よりも電極サイズが大きいタイプの放電ランプに対する点灯制御に利用可能である。しかし、従来サイズの電極を有する放電ランプに対して利用することも可能であり、このような利用態様を排除する趣旨ではない。
　［ランプの構成］
　ランプの構成自体は、図１０Ａ及び図１０Ｂと同様であるので、以下これらの図面を参照して説明する。ただし、前述したように、電極のサイズが大型化されていても構わない。
　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、ほぼ球形の発光部１１を有する。放電容器の材料は石英ガラスに限定されず、他の材料で構成されていても構わない。
　この発光部１１の中には、一対の電極２０ａ、２０ｂが例えば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、モリブデン等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、後述する本発明の高圧放電ランプ点灯装置から電力が供給される構成である。
　本実施形態における高圧放電ランプ１０の発光部１１には、水銀、希ガス、及び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／ｍｍ３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、点灯時における発光部内部の圧力を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。
　希ガスとしては、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、ハロゲンガスとしては、ヨウ素、臭素、塩素などが水銀又はその他の金属との化合物形態で封入される。ハロゲンの封入量は、１０－６μｍｏｌ／ｍｍ３～１０－２μｍｏｌ／ｍｍ３の範囲から選択される。ハロゲンを封入する最大の理由は、いわゆるハロゲンサイクルを利用した放電ランプの長寿命化のためである。また、本発明の高圧放電ランプ１０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、ハロゲンを封入することで、放電容器の失透防止という作用も得られる。失透とは、準安定のガラス状態から結晶化が進行し、多くの結晶核から成長した結晶粒の集合体へと変化することをいう。仮にこのような現象が生じると、結晶の粒界で光が散乱されて放電容器が不透明になってしまう。
　なお、本発明において、同様の機能を実現できるのであれば、発光部１１に封入されるガスは上記ガスに限定されるものではない。
　高圧放電ランプ１０の一実施例としては、発光部の最大外径９．４ｍｍ、電極間距離１．０ｍｍ、放電容器内容積５５ｍｍ３、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構成とすることができる。
　また、高圧放電ランプ１０は、小型化が進行するプロジェクタに内蔵されることが想定されており、全体寸法として極めて小型化が要請され、その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り、ランプの管壁負荷値は０．８～２．５Ｗ／ｍｍ２、具体的には２．４Ｗ／ｍｍ２となる。このように、高い水銀蒸気圧や管壁負荷値を有する高圧放電ランプ１０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ることで、プレゼンテーション用機器に演色性の良い放射光を提供することができる。
　［電極先端の形状］
　図１０Ｂに示すように、電極２０ａは頭部２９ａと軸部３０ａによって構成され、電極２０ｂは頭部２９ｂと軸部３０ｂによって構成される。そして、電極２０ａ及び電極２０ｂには、いずれも先端に突起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電極材料が凝集して形成されるものである。本実施形態では、電極２０ａ及び電極２０ｂがいずれもタングステンで構成されるものとして説明するが、材料はこれに限定されるものではない。
　電極２０ａ及び電極２０ｂに対して通電がされると、白熱して高温化され、これらを構成するタングステンが昇華する。昇華したタングステンは、比較的に低温部である発光部１１の内壁面領域において、封入されていたハロゲンガスと結合して、ハロゲン化タングステンを形成する。ハロゲン化タングステンの蒸気圧は比較的高いことから、ガスの状態で再び電極２０ａ及び電極２０ｂの先端付近に再び移動する。そして、この箇所で再度加熱されると、ハロゲン化タングステンはハロゲンとタングステンに分離される。このうちタングステンは、電極２０ａ及び電極２０ｂの先端に戻って凝集され、ハロゲンは発光部１１内のハロゲンガスとして復帰する。これをハロゲンサイクルと呼ぶ。なお、この凝集されたタングステンが、電極２０ａ及び電極２０ｂの先端近傍に付着することで、突起２１が形成される。
　なお、上述したように、電極のサイズが大型化すると、ハロゲン化タングステンから凝集したタングステンが付着できる領域Ｓが増加するため、アーク２２の起点となる突起２１から大きく離れた箇所に微小突起２３が形成されてしまう（図１Ｂ参照）。アーク２２の起点となる突起２１を残しつつ、このような微小突起２３を消滅させることのできる本発明の点灯装置の構成につき、以下で説明する。
　［点灯装置の構成］
　図２は、本発明の高圧放電ランプ点灯装置の構成を模式的に示す回路ブロック図である。図２に示すように、点灯装置１は、給電部３とパルス発生部４を含んで構成される。パルス発生部４から出力されたパルス波Ｐに基づいて給電部３で生成された交流電流が、高圧放電ランプ１０に供給されることで、高圧放電ランプ１０が点灯する。
　　〈給電部〉
　給電部３は、降圧チョッパ部３１、ＤＣ／ＡＣ変換部３２、及びスタータ部３３を備える。
　降圧チョッパ部３１は、供給される直流電圧Ｖｄｃを所望の低電圧に降圧し、後段のＤＣ／ＡＣ変換部３２に出力する。図２では、具体的な構成例として、降圧チョッパ部３１は、スイッチング素子Ｑｘ、リアクトルＬｘ、ダイオードＤｘ、平滑コンデンサＣｘ、及び抵抗Ｒｘを有するものが図示されている。
　スイッチング素子Ｑｘは、直流電圧Ｖｄｃが供給される＋側電源端子に一端が接続され、他端がリアクトルＬｘの一端に接続される。ダイオードＤｘは、カソード端子がスイッチング素子Ｑｘ及びリアクトルＬｘの接続点に接続され、アノード端子が－側電源端子に接続される。平滑コンデンサＣｘは、一端がリアクトルＬｘの出力側端子に接続され、他端（－側端子）が抵抗Ｒｘの出力側端子に接続される。抵抗Ｒｘは、平滑コンデンサＣｘの－側端子とダイオードＤｘのアノード端子の間に接続され、電流検出の機能を実現している。
　スイッチング素子Ｑｘは、電力制御部３４が出力するゲート信号Ｇｘによって駆動される。このゲート信号Ｇｘのデューティにより、降圧チョッパ部３１は入力直流電圧Ｖｄｃをこのデューティに応じた電圧に降圧して後段のＤＣ／ＡＣ変換部３２に出力する。
　ＤＣ／ＡＣ変換部３２は、入力された直流電圧を所望の周波数の交流電圧に変換して、後段のスタータ部３３に出力する。図２では、具体的な構成例として、ＤＣ／ＡＣ変換部３２が、ブリッジ状に接続したスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４から構成されたものが図示されている（フルブリッジ回路）。
　スイッチング素子Ｑ１は、ドライバ３５から出力されるゲート信号Ｇ１によって駆動される。同様に、スイッチング素子Ｑ２はゲート信号Ｇ２によって駆動され、スイッチング素子Ｑ３はゲート信号Ｇ３によって駆動され、スイッチング素子Ｑ４はゲート信号Ｇ４によって駆動される。ドライバ３５は、対角に配置されたスイッチング素子Ｑ１及びＱ４の組と、スイッチング素子Ｑ２及びＱ３の組に対して、交互にオン／オフを繰り返すようにゲート信号を出力する。これにより、スイッチング素子Ｑ１及びＱ２の接続点と、スイッチング素子Ｑ３及びＱ４の接続点の間に、矩形波状の交流電圧が発生する。
　スタータ部３３は、高圧放電ランプ始動時にＤＣ／ＡＣ部３２から供給される交流電圧を昇圧して高圧放電ランプ１０に供給するための回路部である。図２では、具体的な構成例として、スタータ部３３が、コイルＬｈ及びコンデンサＣｈで構成されたものが図示されている。高圧放電ランプ始動時に、コイルＬｈ、コンデンサＣｈからなるＬＣ直列回路の共振周波数近傍の高いスイッチング周波数（例えば数百ｋＨｚ）の交流電圧をＤＣ／ＡＣ部３２から印加することで、スタータ部３３の２次側において放電ランプの始動に必要な高い電圧が生成され、これが高圧放電ランプ１０に供給される。なお、高圧放電ランプが点灯した後はＤＣ／ＡＣ部３２から供給される交流電圧の周波数を定常周波数（例えば６０～１０００Ｈｚ）に移行し、定常点灯動作が行われる。この定常周波数は、後述するパルス波Ｐ１の周波数に対応する。
　なお、上記回路において、スタータ部３３に供給される交流電圧の周波数の変更は、ＤＣ／ＡＣ部３２におけるスイッチング素子Ｑ１及びＱ４の組と、スイッチング素子Ｑ２及びＱ３の組のオン／オフ切替の周期を調整することで達成できる。また、スタータ部３３に供給される交流電圧の波高値の変更は、降圧チョッパ部３１におけるスイッチング素子Ｑｘの動作デューティを調整することで達成できる。
　すなわち、降圧チョッパ部３１のスイッチング素子Ｑｘは、電力制御部３４が出力するゲート信号Ｇｘのデューティに応じたスイッチング周波数でオン／オフし、これによって高圧放電ランプ１０に供給される電力が変化する。例えば高圧放電ランプ１０への供給電力を上昇させたい場合、電力制御部３４は、所望の電力値となるようにゲート信号Ｇｘのデューティを下げる制御を行う。
　　〈パルス発生部〉
　パルス発生部４は、パルス発生回路４１及び周波数制御部４３を備え、発生したパルス信号ＰをＤＣ／ＡＣ部３２のドライバ３５に出力する。前述したように、このパルス信号に基づいて、ＤＣ／ＡＣ部３２のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４に対するスイッチング制御が行われる。
　パルス発生回路４１は、周波数制御部４３から指定された周波数のパルス信号を生成する。周波数制御部４３は、上述した電力制御部３４と共に、マイコン等によって構成されるものとして構わない。
　以下、パルス発生部４から出力されるパルス信号Ｐの周波数について、図３Ａ及び図３Ｂを参照して詳細に説明する。図３Ａ及び図３Ｂは、それぞれ別の時間帯におけるパルス発生部４から出力されるパルス信号Ｐの波形、すなわち、高圧放電ランプ１０のランプ電流波形の一例を示す図である。
　本発明のパルス発生部４は、図３Ａに示す波形を出力する時間帯においては、図１２を参照して上述したパルス波形に近似するパルス波を出力する。すなわち、この期間では、基本周波数のパルス波Ｐ１（「第１パルス波」に対応）を所定期間Ｔ１の間出力した後、基本周波数よりも低周波のパルス波Ｐ２（「第２パルス波」に対応）をそれよりも短時間の所定期間Ｔ２の間出力するというサイクルを繰り返す。
　ここで、パルス波Ｐ１の周波数（基本周波数）とは、高圧放電ランプ１０を定常的に点灯する際の基本周波数に相当し、６０～１０００Ｈｚの範囲から選択された一の周波数である。また、パルス波Ｐ２は、期間Ｔ１経過後に間欠的に挿入される低周波であり、その周波数は、基本周波数よりも低周波の５～２００Ｈｚの範囲から選択された一の周波数である。
　パルス波Ｐ２は、０．０１秒以上１２０秒以下の時間間隔で挿入されるのが好適である。言い換えれば、期間Ｔ１を０．０１秒以上１２０秒以下の範囲に設定するのが好適である。なお、期間Ｔ１を０．０１秒以上２秒以下の範囲に設定するのがより好適である。パルス波Ｐ２を０．０１秒より短い時間間隔で挿入すると、アークの起点となる突起２１が加熱され過ぎてしまい、その形状が変形したり場合によっては消滅したりするおそれがあるためである。逆に、時間間隔をあまりに広くすると、突起２１の周辺位置に微小突起が形成されたままの状態が長く維持されてしまい、この間に微小突起を起点とするアークが形成されるおそれがあるためである。
　なお、図３Ａの例では、パルス波Ｐ２が出力される期間Ｔ２は、当該パルス波Ｐ２の半周期の期間に設定されている。つまり、この期間Ｔ２内において、パルス波Ｐ２の出力は、正極性又は負極性のいずれかで固定されている。
　そして、本発明のパルス発生部４は、所定のタイミングで、この低周波のパルス波Ｐ２に代えて、更に低周波のパルス波Ｐ３（「第３パルス波」に対応）を出力した後、前記のサイクルに復帰する。このパルス波Ｐ３を出力している時間を含む時間帯の波形を示したのが図３Ｂである。
　図３Ｂの例においても、パルス波Ｐ２と同様に、パルス波Ｐ３が出力される期間Ｔ３は、当該パルス波Ｐ３の半周期の期間に設定されている。つまり、この期間Ｔ３内において、パルス波Ｐ３の出力は正極性又は負極性のいずれかで固定されている。
　つまり、本実施形態におけるパルス発生部４から出力されるパルス波Ｐは、期間Ｔ１にわたって基本周波数の下で正極性と負極性が繰り返されるパルス波Ｐ１と、期間Ｔ２にわたって正極性又は負極性の値で固定化されるパルス波Ｐ２、及び期間Ｔ３にわたって正極性又は負極性の値で固定化されるパルス波Ｐ３を有する構成である。そして、パルス波Ｐ３は、パルス波Ｐ２よりも更に低周波であり、言い換えれば正極性又は負極性のいずれかで固定されている期間Ｔ３がパルス波Ｐ２における期間Ｔ２よりも長く設定されている。
　パルス発生部４は、まず基本周波数のパルス波Ｐ１を期間Ｔ１にわたって出力した後、低周波のパルス波Ｐ２を当該パルス波Ｐ２の半周期の期間Ｔ２にわたって出力する。その後、再び基本周波数のパルス波Ｐ１を期間Ｔ１にわたって出力した後、低周波のパルス波Ｐ２を、当該パルス波Ｐ２の半周期の期間Ｔ２にわたって、直前のパルス波Ｐ２と反対の極性で固定した状態で出力する。以下、上記のサイクルを繰り返す。
　そして、あるタイミング下で、パルス波Ｐ２に代えて、更に低周波、すなわち周期の長いパルス波Ｐ３を当該パルス波Ｐ３の半周期の期間Ｔ３にわたって出力する。図３Ｂでは、正極性固定のパルス波Ｐ２とその直後の負極性固定のパルス波Ｐ２に代えて、正極性固定のパルス波Ｐ３とその直後の負極性固定のパルス波Ｐ３が、パルス発生部４から出力されている状態のパルス波形が示されている。その後は、再び、パルス波Ｐ１とパルス波Ｐ２のサイクルに復帰している。
　更に、本実施形態のパルス発生部４は、タイミングに応じて、パルス波Ｐ２に代えて出力するパルス波Ｐ３の周波数を変更する。図４は、パルス波Ｐ３を出力するタイミング毎に、そのパルス波Ｐ３の出力時間をパルス波Ｐ２の出力時間との比率で示した表である。なお、図４においてｎは自然数とする。
　図４に示される例によれば、パルス発生部４は、最初のパルス波Ｐの出力を開始してから１３秒経過した後、パルス波Ｐ２に代えて波長を７倍（周波数１／７）にしたパルス波Ｐ３を同パルス波の半周期にわたって、すなわちＴ３（＝７Ｔ２）の期間にわたって出力する。その後、パルス発生部４は、期間Ｔ１にわたるパルス波Ｐ１の出力と期間Ｔ２にわたるパルス波Ｐ２の出力を繰り返しに復帰する。
　次に、前回パルス波Ｐ３を出力してから１０秒経過した後、パルス波Ｐ２に代えて波長を６倍（周波数１／６）のパルス波Ｐ３を同パルス波の半周期にわたって、すなわちＴ３（＝６Ｔ２）の期間にわたって出力する。その後、パルス発生部４は、期間Ｔ１にわたるパルス波Ｐ１の出力と期間Ｔ２にわたるパルス波Ｐ２の出力の繰り返しに復帰する。以下、図４に示す表に基づき、パルス発生部４から発生されるパルス波Ｐの周波数は同様に変更される。
　つまり、パルス発生部４は、所定のタイミングに応じてパルス波Ｐ２に代えてそれよりも低周波のパルス波Ｐ３を出力すると共に、この周波数もタイミング毎に変更する構成である。
　図５Ａ、図５Ｂ、及び図５Ｃは、それぞれパルス発生部４からのパルス波ＰがＰ１、Ｐ２、及びＰ３である場合における電極先端付近への熱伝達の様子を模式的に示す図である。各図面において、濃く塗りつぶされている箇所は熱が伝達されている領域を示している。
　上述したように、通常の点灯動作時における標準周波数ｆ１のパルス波Ｐ１が出力されている間は、アーク２２の起点となる突起２１に対して短時間の間熱が伝達される。このため、その周辺領域に対しては熱が伝達されず、突起２１の周辺位置又は離れた位置に微小突起２３が形成される（図５Ａ参照）。
　標準周波数ｆ１よりも低い周波数ｆ２のパルス波Ｐ２が出力されている間（期間Ｔ２）、高圧放電ランプ１０の２つの電極２１間に印加される電圧の正負が反転しない。このため、当該期間Ｔ２にわたって、一方の電極から他方の電極に対して所定の極性の電圧が印加され続ける。これにより、加熱領域が拡大し、突起２１の周辺位置に対しても熱が伝達され、この位置に形成されていた微小突起２３は昇華されて消滅する。しかし、突起２１から離れた位置までは熱が伝達されないため、かかる位置に形成されていた微小突起は依然として残存している（図５Ｂ参照）。
　そして、上述したように、本発明の構成によれば、パルス発生部４があるタイミングでパルス波Ｐ３を出力することで、期間Ｔ２よりも更に長い期間Ｔ３にわたって、一方の電極から他方の電極に対して所定の極性の電圧が印加され続ける。パルス波Ｐ３が印加される時間は、パルス波Ｐ２の印加時間よりも長いため、電極の加熱時間が伸び、パルス波Ｐ２の印加では届かなかった電極先端付近から離れた箇所まで熱を伝達させることができる。これにより、突起２１から離れた位置に形成されていた微小突起２３も消滅させることができる（図５Ｃ参照）。
　しかも、本発明の構成によれば、タイミングに応じてパルス波Ｐ３の周波数を異ならせるため、電極への加熱時間が変化する。従って、熱が伝達する領域が変化するので、様々な箇所に形成される微小突起２３を確実に消滅させることができると共に、微小突起２３と結合することによる突起２１の移動を回避できる。
　周波数制御部４３は、図３Ａ、図３Ｂで参照したようなパルス波をパルス発生回路４１から出力させるように周波数制御を行う。図６Ａは、周波数制御部４３の一構成例を模式的に示すブロック図である。図６Ａに示すように、周波数制御部４３は、時間計測部５１、メモリ部５２、及び周波数決定部５３を備える。
　時間計測部５１は、パルス波の出力を開始してからの経過時間を測定するタイマに対応する。メモリ部５２は、例えばＲＯＭで構成され、パルス波Ｐ１の周波数ｆ１、パルス波Ｐ１の連続出力時間Ｔ１、パルス波Ｐ２の周波数ｆ２、パルス波Ｐ２の連続出力時間Ｔ２、及び図４に示すデータテーブルに関する各種情報を記憶している。周波数決定部５３は、時間計測部５１から与えられる経過時間に関する情報と、メモリ部５２に記憶されている情報に基づいて演算を行い、パルス波Ｐの周波数を決定してパルス発生回路４１に出力する。なお、図３Ａ及び図３Ｂの例によれば、時間Ｔ２はパルス波Ｐ２の半周期長に設定される。
　周波数決定部５３は、まず、パルス発生開始時において、パルス発生回路４１に対し、周波数ｆ１のパルス波を出力させるよう設定する。次に、時間計測部５１からの情報により、時間Ｔ１の経過を検知すると、周波数決定部５３は、メモリ部５２に記憶されているパルス波Ｐ２の周波数ｆ２を読み出し、この周波数ｆ２のパルス波を出力させるように設定する。更に、時間計測部５１からの情報により、時間Ｔ２の経過を検知すると、メモリ部５２に記憶されているパルス波Ｐ１の周波数ｆ１を読み出し、再び周波数ｆ１のパルス波を出力させるよう設定する。周波数制御部４３は、以下このような制御を繰り返す。
　また、時間計測部５１からの情報により、データテーブルに記載された所定の時間の経過を検知すると、周波数決定部５３は、当該タイミングに対応したパルス波Ｐ３の周波数ｆ３をメモリ部５２に記憶されているデータテーブルから読み出し、この周波数ｆ３のパルス波を出力させるように設定する。
　なお、図４に示したデータテーブルでは、パルス波Ｐ３の周波数ｆ３に関する情報がパルス波Ｐ２の周波数ｆ２に対する比率で記載されているが、周波数ｆ３の値そのもので記載されていても構わない。
　　〈周波数制御部の別構成例〉
　上述の実施形態では、周波数制御部４３が、パルス発生からの経過時間によって周波数を変更する制御を行うものとしたが、他の方法を採用することも可能である。図６Ｂは、図６Ａとは別の周波数制御部の構成例を模式的に示すブロック図である。
　図６Ｂに示す周波数制御部４３は、時間計測部５１に代えてパルスカウント部５４を有している。パルスカウント部５４は、パルス発生回路４１から出力されるパルス波Ｐが入力され、波数やサイクル数を計測する。ここで、波数とは、ある時刻から連続して出力したパルス波の総波長を周期長で割った値であり、何周期分の波を出力したかに対応している。また、サイクル数とはパルス波Ｐ１とパルス波Ｐ２の組み合わせを１サイクルとしたときの、組み合わせ回数を指す。
　本構成では、メモリ部５２は、パルス波Ｐ１の周波数ｆ１、パルス波Ｐ１の連続出力波数Ｎ１、パルス波Ｐ２の周波数ｆ２、パルス波Ｐ２の連続出力波数Ｎ２、及び図７に示すデータテーブルに関する各種情報を記憶している。図７は、図４と同様に、パルス波Ｐ３を出力するタイミング毎に、そのパルス波Ｐ３の出力時間をパルス波Ｐ２の出力時間との比率で示した表である。図７のデータテーブルは、図４とは異なり、パルス波Ｐ３の出力タイミングを、パルス波の出力開始からの経過時間ではなくサイクル数で表している。
　図７に示される例によれば、パルス発生部４は、最初のパルス波Ｐの出力を開始してから５０回サイクルが経過した後、すなわちパルス波Ｐ１とパルス波Ｐ２の組み合わせを５０回繰り返した後、パルス波Ｐ２に代えて波長を５倍（周波数１／５）のパルス波Ｐ３を同パルス波の半周期にわたって、すなわちＴ３（＝５Ｔ２）の時間にわたって出力する。その後、パルス発生部４は、時間Ｔ１にわたるパルス波Ｐ１の出力と時間Ｔ２にわたるパルス波Ｐ２の出力を繰り返しに復帰する。
　次に、前回パルス波Ｐ３を出力してから１００回サイクルが経過した後、すなわちパルス波Ｐ１とパルス波Ｐ２の組み合わせを１００回繰り返した後、パルス波Ｐ２に代えて波長を６倍（周波数１／６）のパルス波Ｐ３を同パルス波の半周期にわたって、すなわちＴ３（＝６Ｔ２）の時間にわたって出力する。その後、パルス発生部４は、時間Ｔ１にわたるパルス波Ｐ１の出力と時間Ｔ２にわたるパルス波Ｐ２の出力を繰り返しに復帰する。以下、図７に示す表に基づき、パルス発生部４から発生されるパルス波Ｐの周波数は同様に変更される。
　周波数決定部５３は、まず、パルス発生開始時において、パルス発生回路４１に対し、周波数ｆ１のパルス波を出力させるよう設定する。次に、パルスカウント部５４からの情報により、パルス波Ｐ１を連続Ｎ１波だけ出力したことを検知すると、周波数決定部５３は、メモリ部５２に記憶されているパルス波Ｐ２の周波数ｆ２を読み出し、この周波数ｆ２のパルス波を出力させるように設定する。更に、時間計測部５１からの情報により、パルス波Ｐ２を連続Ｎ２波だけ出力したことを検知すると、メモリ部５２に記憶されているパルス波Ｐ１の周波数ｆ１を読み出し、再び周波数ｆ１のパルス波を出力させるよう設定する。周波数制御部４３は、以下このような制御を繰り返す。
　また、パルスカウント部５４からの情報により、データテーブルに記載された所定のサイクル数の経過を検知すると、周波数決定部５３は、当該タイミングに対応したパルス波Ｐ３の周波数ｆ３をメモリ部５２に記憶されているデータテーブルから読み出し、この周波数ｆ３のパルス波を出力させるように設定する。
　なお、図３Ａ及び図３Ｂの例によれば、Ｎ２は１／２に設定される。また、サイクル数については、周波数決定部５３においてパルス波Ｐの周波数を周波数ｆ２に設定した回数をもって現在のサイクル数と認定する構成としても構わない。
　　〈パルス発生部の別構成例〉
　上記実施形態では、パルス波Ｐ１、パルス波Ｐ２、及びパルス波Ｐ３は、全て同一のパルス発生回路４１から出力されるものとした。これに対し、パルス発生部４が、周波数ｆ１のパルス波Ｐ１を生成する第１のパルス発生回路と、周波数ｆ２のパルス波Ｐ２を生成する第２のパルス発生回路を個別に有し、設定されている連続時間経過又は連続出力波数に達した段階で、パルス波を発生させる回路を前記第１又は第２のパルス発生回路の中から切り換えるものとしても構わない。
　この場合、第１のパルス発生回路からは常に同一の周波数ｆ１のパルス波Ｐ１が生成される。また、図４又は図７に示したタイムテーブルに記載されたタイミングが到来した時点で、第２のパルス発生回路から出力されるパルス波の周波数がｆ２から当該タイミングに応じた周波数ｆ３に変更され、その後再び周波数ｆ２に再設定される。
　なお、パルス発生部４が、第２のパルス発生回路の後段において、パルス長を指定された倍数だけ引き伸ばす処理部を備えるものとしても構わない。この場合、処理部では、通常時は引き伸ばし倍数が１倍に設定され、タイムテーブルに記載されたタイミングが到来した時点で当該タイミングに応じた倍数に設定される。この構成によれば、第１及び第２のパルス発生回路からは、それぞれ固定の周波数のパルス波が出力されるものとすることができる。
　［実施例］
　図８は、本発明の点灯装置と従来の点灯装置でそれぞれ高圧放電ランプを点灯させたときの電極間電圧の経時的な変化を比較したグラフである。以下に、ランプの仕様及びランプ動作条件を示す。
　（ランプの仕様）
　・定格電力：４５０Ｗ
　・定格電圧：８５Ｖ
　・発光部の内容積：２５０ｍｍ３
　・電極間距離：１．５ｍｍ
　・封入物：水銀０．２９ｍｇ／ｍｍ３、アルゴンガス１３ｋＰａ、ハロゲン１０－６～１０－２μｍｏｌ／ｍｍ３
　（ランプ動作条件）
　・パルス波Ｐ１の周波数：３７０Ｈｚ
　・パルス波Ｐ２の周波数：９０Ｈｚ
　なお、ランプ動作条件に関し、本発明の点灯装置による場合は、上述したように、これらに加えて、所定のタイミング（例えば図４、図７参照）でパルス波Ｐ２に代えて、タイミング毎にパルス波Ｐ２に対する周波数比率で指定された周波数のパルス波Ｐ３を出力する。一方、従来の点灯装置は、このような処理を行わず、パルス波Ｐ１とＰ２のサイクルを単に繰り返しているだけである。
　図８において、横軸は点灯開始からの経過時間、縦軸は高圧放電ランプの電極間電圧を示している。本発明の点灯装置による結果を実線で、従来の点灯装置による結果を破線で表している。
　微小突起２３の形成やアーク２２の起点となる突起２１の移動は、複数箇所での放電を生じさせたり、放電位置を不安定にさせる。複数箇所での放電は、電極間電圧の上昇につながり、また、突起２１の移動は電極間電圧を上下に大きく変動させる要因となる。図８において、従来例のグラフで電圧が大きく上下に変動しているのは、その時点で突起２１が移動したことを示唆するものである。
　図８によれば、本発明の点灯装置によって点灯をされた高圧放電ランプの電極間電圧は、従来の点灯装置によって点灯されたものと比べて、全体的に低い電圧となり、また上下変動が抑制されていることが分かる。これにより、本発明の点灯装置によって、アークの起点となる突起を保持しつつ、微小突起を消滅させる効果が得られていることが分かる。
　なお、パルス波Ｐ２に代えて更に低周波のパルス波Ｐ３を出力させる間隔は、時間制御の場合は５秒以上３００秒以下、またサイクル数制御の場合は５サイクル以上５０００サイクル以下とするのが好適である。パルス波Ｐ３を出力させる時間間隔をあまりに狭くすると、アークの起点となる突起２１が過熱されてその形状を変形したり場合によっては消滅させてしまうおそれがあるためである。逆に、時間間隔をあまりに広くすると、突起２１から離れた位置に微小突起が形成されたままの状態が長く維持されたり、突起２１の移動を防止するという効果が得られないおそれがあるためである。
　［別実施形態］
　以下、別実施形態について説明する。
　〈１〉　図３Ａを参照して説明した上記実施形態では、パルス発生部４が所定期間Ｔ１だけパルス波Ｐ１を出力した後、低周波のパルス波Ｐ２を半周期長Ｔ２だけ出力し、更に時間Ｔ１だけパルス波Ｐ１を出力した後、パルス波Ｐ２を先ほどと極性を変えて半周期長Ｔ２だけ出力するものとした。しかし、パルス波Ｐ２の出力態様は、このような形態に限られるものではない。
　例えば、図９Ａに示すように、パルス発生部４が所定期間Ｔ１だけパルス波Ｔ１を出力した後、低周波のパルス波Ｐ２を１周期長Ｔ２だけ出力するというサイクルを繰り返すものとしても構わない。この場合、パルス波Ｐ３を出力するタイミングが到来すると、図９Ｂに示すように、この１周期分のパルス波Ｐ２に代えて、１周期分のパルス波Ｐ３を出力するものとして構わない。また、この場合においても、図３Ｂと同様に、パルス波Ｐ２に代えて挿入するパルス波Ｐ３については半周期長の時間だけに設定しても構わない。
　更に、パルス発生部４から出力されるパルス信号に含まれる低周波のパルス波Ｐ２を、パルス波Ｐ２の１．５周期など、１周期以上の時間にわたって含ませる構成としても構わない。ただし、低周波のパルス波Ｐ２の印加時間を伸ばし過ぎると、電極が加熱され過ぎてアーク起点となる突起２１の形状が変化してしまうおそれがあるので、１サイクル内には低周波のパルス波Ｐ２を１周期以内に留めるのが好適である。
　〈２〉　図４や図７の例では、データテーブル上において所定のタイミングで出力させるパルス波Ｐ３の周波数を、パルス波Ｐ２の周波数に対する比率で指定されているものとして説明した。しかし、パルス波Ｐ３として出力させるべき周波数の値そのものを指定しても構わない。また、これらの表では、各タイミングでのパルス波Ｐ３の周波数が、少しずつ上昇し或いは少しずつ減少している例が示されているが、このような変化態様に限られずランダムに変化する態様でも構わない。なお、図４や図７に示した数値はあくまで一例であり、当然にこの値に限定されるものではない。
　〈３〉　上述の実施形態では、パルス波Ｐ１を連続して出力した後、パルス波Ｐ２に変更するタイミングについては、固定されているものとして説明したが、パルス波Ｐ１からパルス波Ｐ２に切り替えるタイミングについても適宜変更する構成としても構わない。これにより、電極が加熱される領域を更に変化させることができ、突起の形状を最適に保つ効果を更に高めることができる。なお、この場合、ランプのチラツキを防ぐべく、タイミングの切替は徐々に増減させるのが好適である。
　〈４〉　上述の実施形態では、パルス波Ｐ２に代えてパルス波Ｐ３を出力した後、再び期間Ｔ１にわたるパルス波Ｐ１の出力と期間Ｔ２にわたるパルス波Ｐ２の出力の繰り返しに復帰するものとして説明した。ただし、点灯開始からの経過時間が長くなってきた場合に、パルス波Ｐ３の出力中に、例外的に１周期～２周期程度のパルス波Ｐ１を挿入する構成としても構わない。これは、例えば以下のような目的である。
　図２に示したように、ＡＣ／ＤＣ部３２がフルブリッジ・インバータ回路である場合には、ハイサイドのスイッチＱ１及びＱ４を駆動するための電源が必要となる。この電源としては例えばブートストラップ回路を用いることができ、ハイサイドのスイッチＱ１及びＱ４がＯＦＦ時に、不図示のブートストラップ用コンデンサに充電を行う。ただし、このコンデンサの充電量が不足すると、電源電圧が不足することでスイッチＱ１及びＱ４をＯＮ駆動できなくなる。このため、当該コンデンサを充電する目的で、例外的に１周期～２周期程度のパルス波Ｐ１を挿入する構成とするものとして構わない。
　別の目的としては、本発明の点灯装置を含む光源が例えばＤＬＰ（登録商標）方式のプロジェクタに用いられる場合に関するものである。ＤＬＰ方式のプロジェクタにおいては、映し出される映像に悪影響が及ばないよう、カラーホイールの動きに応じて極性を反転させる制御が行われるのが通常であり、この極性反転時にコンデンサへの充電が行われる。上記と同様の理由により、点灯開始からの経過時間が長くなり、コンデンサへの充電量が不足してきた場合には、パルス波Ｐ３の出力中に、コンデンサへの充電を目的として、例外的に１周期～２周期程度のパルス波Ｐ１を挿入する構成としても構わない。
　別実施形態〈４〉で説明した内容は、あくまでパルス波Ｐ３の出力期間中に、例外的に短時間のパルス波Ｐ１を出力するというものであり、この例外時を除いてはパルス波Ｐ３の出力中は、極性が反転することはない。従って、パルス波Ｐ３の出力期間が経過後は、期間Ｔ１にわたるパルス波Ｐ１の出力と期間Ｔ２にわたるパルス波Ｐ２の出力の繰り返しに復帰する構成であるものとして構わない。
　　　　１　　　：　　点灯装置
　　　　３　　　：　　給電部
　　　　４　　　：　　パルス発生部
　　　１０　　　：　　高圧放電ランプ
　　　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
　　　２２　　　：　　放電アーク
　　　２３　　　：　　微小突起
　　　２９ａ、２９ｂ　　　：　　電極の頭部
　　　３０ａ、３０ｂ　　　：　　電極の軸部
　　　３１　　　：　　降圧チョッパ部
　　　３２　　　：　　ＤＣ／ＡＣ変換部
　　　３３　　　：　　スタータ部
　　　３４　　　：　　電力制御部
　　　３５　　　：　　ドライバ
　　　４１　　　：　　パルス発生回路
　　　４３　　　：　　周波数制御部
　　　５１　　　：　　時間計測部
　　　５２　　　：　　メモリ部
　　　５３　　　：　　周波数決定部
　　　５４　　　：　　パルスカウント部

Claims (5)

  1. 　所定のガスが封入された放電容器内に一対の電極が対向配置された高圧放電ランプに対して交流電流を供給する高圧放電ランプ点灯装置であって、
    　パルス波を発生するパルス発生部と、
    　直流電圧が供給され、前記パルス波の周波数に応じた交流電流に変換して前記高圧放電ランプに前記交流電流を供給する給電部とを備え、
    　前記パルス発生部は、
    　　第１期間にわたって第１パルス波を出力した後、前記第１期間より短い第２期間にわたって前記第１パルス波よりも周波数の低い第２パルス波を出力するというサイクルを繰り返すと共に、
    　　所定のタイミングで、前記第２パルス波に代えて前記第２パルス波よりも更に周波数の低い第３パルス波を出力した後、前記サイクルに復帰することを特徴とする高圧放電ランプ点灯装置。
  2. 　前記パルス発生部は、前記第３パルス波の周波数を、前記所定のタイミング毎に予め定められた周波数に変化させることを特徴とする請求項１に記載の高圧放電ランプ点灯装置
  3. 　前記パルス発生部は、前記パルス波の出力を開始してからの経過時間に応じて前記所定のタイミングの到来を検知して前記第２パルス波に代えて前記第３パルス波を出力する構成であることを特徴とする請求項１又は２に記載の高圧放電ランプ点灯装置。
  4. 　前記パルス発生部は、前記パルス波の出力を開始してからの前記サイクルの数に応じて前記所定のタイミングの到来を検知して前記第２パルス波に代えて前記第３パルス波を出力する構成であることを特徴とする請求項１又は２に記載の高圧放電ランプ点灯装置。
  5. 　前記パルス波の周波数を調整する周波数制御部を備え、
    　前記周波数制御部は、
    　　前記第１期間にわたって前記第１パルス波の周波数である第１周波数を設定し、引き続き前記第２期間にわたって前記第２パルス波の周波数である第２周波数を設定するという制御を繰り返すと共に、
    　　前記パルス波の出力を開始してからの経過時間、又は前記第１期間と前記第２期間の切替数によって前記所定のタイミングの到来を検知すると、前記第２周波数に代えて前記第３周波数を設定する制御を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の高圧放電ランプ点灯装置。
     
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