JP2003243194A - 高圧水銀ランプの駆動方法 - Google Patents
高圧水銀ランプの駆動方法Info
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Abstract
耗が少なくて寿命が長く、かつl、光出力が安定した駆
動方法を提供すること。 【解決手段】 高圧水銀ランプの駆動電力として、電力
波形を周波数分解したとき、全電力の5%以上である成
分の周波数が、2kHz以上であり、かつ、該ランプの
最低の音響的共鳴周波数以下であるように選ぶ。
Description
クターに用いられる、石英ガラスからなる放電容器に一
対のタングステン電極を有し、水銀および希ガスが封入
されている高圧水銀ランプの駆動方法に関するものであ
る。
して好適に用いられている高圧水銀ランプは、石英ガラ
スからなる放電容器の内部に、一対の電極が対向して配
置されると共に、水銀と、希ガスと、ハロゲンとが封入
されている。係る高圧水銀ランプは、上記映像プロジェ
クター装置用途では、スクリーンの高照度化が要求され
ており、ランプの高輝度化を達成するため、動作時の圧
力確保の目的で水銀量が益々増大する傾向にあり、近時
においては0.16mg/mm3以上も封入されてい
る。一方、上記高圧水銀ランプは、封入された水銀を完
全に蒸発させるためにも高い入力電力が必要で、ランプ
の管壁負荷が0.8W/mm2以上となる。これらの条
件を具備することにより、従来にない、極めて高輝度な
ランプを提供することができ、上記装置の光源に好適に
使用可能なランプとなる。上記に係る高圧水銀ランプに
おいては、数十ないし数百Hz程度の交流電流を供給し
て駆動されることがほとんどである。更に零となる期間
が十分短くまた電流波形における立ち上がりの十分速
い、矩形波の電流を用いることによって、例えば正弦波
電流で駆動する場合において発生する再点弧電圧が上昇
することを防止できて電極の損耗を抑制でき、従って、
ランプの寿命を長くすることが可能となる。
を交流電流で駆動するとき、電極の熱設計は困難を極め
る。つまり、ランプを交流点灯する場合、電極は半サイ
クルにおいては陽極として動作し、残りの半サイクルは
陰極として動作するので、電子流入時の電極温度の上昇
と、極性が反転したときの電極温度の低下とのバランス
をとる必要があり、最適温度で動作するように設計する
ことは、非常に難しい。例えば、温度の上がりやすい陽
極半サイクルに適した電極設計とすると、陰極半サイク
ルにおいては、温度が十分な熱電子放出を与えるまでに
は高くならず、陰極輝点の不安定現象を引き起こし、こ
れと逆に、陰極半サイクルに適した電極設計とすると、
陽極半サイクルにおいては温度が高くなりすぎて、電極
の溶融・変形や蒸発が生じ、これに起因して放電容器が
黒化して照度が低下してしまう、という種々の問題を招
来することになる。
の周波数を高くして駆動すれば、陽極半サイクルと陰極
半サイクルでの電極温度の差が小さくなり、どちらの半
サイクルにも適した電極の熱設計が可能になる。
すると、その駆動電力波形が該ランプの音響的共鳴周波
数と一致する場合が多くなる。
発光管内の封入物と発光管の形状とで決まるランプ固有
の周波数と、ランプに入力される電力の周期的変化の周
波数とがほぼ等しくなったときに、発光管内に粗密波の
定在波が生じるために発生する現象であり、一般には、
アークの不安定化、消滅、発光管の破裂などの原因とな
る。音響的共鳴に由来してランプにアークの不安定が生
じると、映像プロジェクターにより投影された映像は明
るさが安定せずちらつくため、映像プロジェクター装置
の用途にこのようなランプを使用することはできない。
合にも、音響的共鳴によるアーク不安定が生じることな
く、従って安定して放電を維持できると共に、陰極輝点
が不安定となることを防止でき、交流電流の1サイクル
の間における電極先端温度の変動を十分小さくできて、
電極の損耗を抑制できる、電極の熱設計が容易な、映像
プロジェクター用途として水銀ランプを駆動する方法を
提供することを目的としている。
め、本発明のランプの駆動方法は、水銀ランプに供給さ
れる電力の電力波形を周波数分解したとき、この周波数
成分のうち、供給される全電力に対して5%以上となる
全ての周波数成分が、2kHz以上であり、かつ、当該
ランプにおける最低の音響的共鳴周波数以下であること
を特徴とする。つまり、水銀ランプに供給される電力の
電力波形を周波数分解したとき、この周波数成分のう
ち、供給される全電力に対して5%以上となる全ての周
波数成分は、2kHz以上であるので、交流電流の1サ
イクルの間における電極先端温度の変動が小さくて電極
の損耗を抑制できと共に、該ランプにおける最低の音響
的共鳴周波数以下であるので、音響的共鳴に由来してア
ークが不安定になることもない。
波電圧を印加して点灯する場合においては、電流の周波
数が1kHz以上でありかつ当該高圧水銀ランプにおけ
る前記最低音響的共鳴周波数の1/2以下の範囲にある
ことを特徴とする。
水銀ランプの放電空間の軸方向の長さをL(mm)とす
るとき、197.2×L‐0.83[kHz]であるこ
とを特徴とする。
交流矩形波電流で駆動させたときの1サイクルの間の電
極先端温度の変動幅について周波数を変化させて測定し
た。図2は、実験に使用した高圧水銀ランプの概略説明
図で、ランプの管軸方向に切断した断面図である。放電
容器2の内部である放電空間は、略楕円図形をその長軸
を軸として回転させて得られる回転対称形である。な
お、図2に示すように、放電空間の長径、すなわち前記
略楕円図形の長軸の長さをL[mm]とする。なお、放
電容器2は石英ガラス製で、アルゴンガス、ハロゲン化
物、更に一対の電極が対向して配置されると共に、0.
2mg/mm3の水銀を封入し、管壁負荷1.0W/m
m2で駆動した。周波数100Hzの矩形波電流で高圧
水銀ランプを駆動したところ、1サイクルの間の電極先
端温度の変動幅は数百K(ケルビン)に達した。次い
で、電流波形を変えずに駆動電流の周波数を1kHzに
したところ、電極先端温度の変動幅が数10K(ケルビ
ン)に低下するということが確認された。さらに、駆動
電流の周波数を20kHzにして駆動したところ、変動
幅は数K(ケルビン)にまで低下すると分った。以上の
実験から、駆動電流の周波数を1kHz以上と設定する
と、1サイクルにおける温度変動があったとしてわずか
数10K(ケルビン)のオーダーで変動する程度であ
り、陽極にも陰極にも適した電極の熱設計が可能となる
と分った。この結果、駆動電流の周波数としては1kH
z以上が好ましく、特に望ましくは、数10kHz程度
以上である。
うガス温度の変動に起因する圧力変動が、ランプ固有の
音響的共鳴周波数と共鳴する現象であるから、駆動電力
波形に含まれる周波数成分が重要である。この観点か
ら、発明者らがさらに詳細に調査した結果、電力波形に
ついて含まれている周波数成分に分解したところ、任意
の周波数成分についてその電力が全ての駆動電力に対し
5%を超え、かつ、その周波数が、そのランプの音響的
共鳴周波数に一致したときに、音響的共鳴現象が引き起
こされることが判明した。このことを換言すると、全電
力波形を周波数成分に分解したときの電力が、全電力の
5%未満の場合には、そのランプの音響的共鳴周波数に
一致していても、音響的共鳴現象を発生しない。
て、説明する。電流波形をI(t)、電圧波形をV
(t)とするとき、それらの周期がT秒であれば、電力
波形w(t)もまた周期T秒の波形になり、w(t)=
I(t)×V(t)と書くことができる。このとき、電
力波形をフーリエ級数に分解すると、次式のようにな
る。
は、一般的には、a0/2の大きさの直流成分と基本角
周波数ω=2π/Tの自然数n倍の角周波数をもつ正弦
波成分を含むことを表している。
2 [W]であり、角周波数nωの電力成分は、√(a
n 2+bn 2)[W]であるので、電力成分が全電力の
5%を超える成分、つまり、 √(an 2+bn 2)≧0.05×(a0/2) なる範囲にある成分の周波数nω/(2π)が、所定の
周波数範囲内に規制されていれば、音響的共鳴現象を発
生することなく、また電極の損耗等を防止でき、安定し
た点灯状態を維持できる。
端温度の変動幅の実験結果についても検討すると、前記
周波数成分のうちその電力が全電力の5%未満となるよ
うな成分では、電極は影響されず、周波数が例えば10
0Hz以下であっても電極を温度上昇させるようなこと
はない。よって、前記周波数成分のうちその電力が全電
力の5%以上となるような成分について、周波数が2k
W以上であればよい。なお、係る成分の周波数の下限を
2kHzとしたのは、駆動電流を1kHzとした場合、
電力の周波数は2kHzとなるからである。
波形を周波数分解したとき、全電力の5%以上である成
分の周波数が、該ランプの最低の音響共鳴周波数以下で
あれば、音響的共鳴現象の防止された該ランプの駆動が
可能になる。
は、ランプがそもそも放電空間の寸法等により、音響的
共鳴が発生する周波数は、概ねランプに固有であると考
えてよい。係る音響的共鳴が生じる最低周波数は、言う
までもなく低周波数側となるため、ランプの放電空間の
長手方向の長さとの関係で決定される。
ランプを、正弦波電流によって点灯し、その周波数を変
えていったとき、各ランプにおいて、音響的共鳴が発生
した最低の点灯周波数の2倍、すなわち、最低音響共鳴
的周波数と各ランプのLとの関係を示したものである。
周波数は、放電容器の長手方向の長さとの関係で、下記
の式(2)であらわすことができる。(なお、この式
(2)については、同図において曲線で示す。)
周波数成分のうち、供給される全電力に対して5%以上
となる周波数成分が、ランプの音響的共鳴が生じない上
記式(2)以下の周波数領域に存在すれば、音響的共鳴
を生じることがない。
周波数分解したとき、全電力の5%以上である成分の周
波数が、2kHz以上で、かつ該ランプの最低の音響的
共鳴周波数以下であるように選べば、1サイクルの間の
電極先端温度の変動が小さく、かつ、音響的共鳴現象の
防止された該ランプの駆動が可能になる。
波形にて、ランプを駆動させるときの条件を述べたもの
である。ここで交流の正弦波に限定した場合、電流も正
弦波になるので、電力波形は直流成分と電圧波形の周波
数の2倍の周波数の成分だけからなるので、その周波数
が1kHz以上かつ当該高圧水銀ランプにおける前記最
低音響的共鳴周波数の1/2以下、の範囲にあればよ
い。
20Wである高圧水銀ランプを、交流正弦波電流で駆動
する場合、その周波数が、1kHz以上、22.3kH
z以下の範囲にあるように、点灯周波数を設定してラン
プを駆動させればよい。なお、電力波形の直流成分を除
く成分は、2kHz以上44.6kHz未満の範囲に1
つ存在することになる。
ロジェクター用光源として、長寿命、光出力の安定でき
るランプの駆動方法を提供することができる。
長Lと最低の音響的共鳴周波数との関係を示すグラフ。
明図。
Claims (3)
- 【請求項1】 石英ガラスからなる放電容器の内部に、
一対の電極が対向して配置されると共に、0.16mg
/mm3以上の水銀と、希ガスと、ハロゲンとが封入さ
れ、管壁負荷が0.8W/mm2以上で駆動される高圧
水銀ランプの駆動方法であって、 前記高圧水銀ランプに供給される電力の電力波形を周波
数分解したときの周波数成分のうち、供給される全電力
に対して5%以上となる全ての周波数成分は、2kHz
以上であり、かつ、当該高圧水銀ランプにおける最低の
音響的共鳴周波数以下であることを特徴とする高圧水銀
ランプの駆動方法。 - 【請求項2】 石英ガラスからなる放電容器の内部に、
一対の電極が対向して配置されると共に、0.16mg
/mm3以上の水銀と、希ガスと、ハロゲンとが封入さ
れ、管壁負荷が0.8W/mm2以上で駆動される高圧
水銀ランプの駆動方法であって、 前記高圧水銀ランプには正弦波電圧が印加され、 前記高圧水銀ランプに供給される電流の周波数は、1k
Hz以上であり、かつ、当該高圧水銀ランプにおける最
低の音響的共鳴周波数の1/2以下であることを特徴と
する高圧水銀ランプの駆動方法。 - 【請求項3】 請求項1又は請求項2に記載の高圧水銀
ランプの駆動方法であって、 前記最低音響的共鳴周波数は、放電空間の軸方向の長さ
をLmmとするとき、 197.2×L‐0.83[kHz] であることを特徴とする高圧水銀ランプの駆動方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002042145A JP2003243194A (ja) | 2002-02-19 | 2002-02-19 | 高圧水銀ランプの駆動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
JP2002042145A JP2003243194A (ja) | 2002-02-19 | 2002-02-19 | 高圧水銀ランプの駆動方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003243194A true JP2003243194A (ja) | 2003-08-29 |
Family
ID=27782353
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002042145A Pending JP2003243194A (ja) | 2002-02-19 | 2002-02-19 | 高圧水銀ランプの駆動方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2003243194A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7230388B2 (en) | 2004-09-14 | 2007-06-12 | Seiko Epson Corporation | Lighting of discharge lamp by frequency control |
JP2009042715A (ja) * | 2007-07-17 | 2009-02-26 | Ushio Inc | 光源装置 |
JP2010526418A (ja) * | 2007-05-07 | 2010-07-29 | オスラム ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 高圧放電ランプを点弧および始動するための方法 |
US9632398B2 (en) | 2013-12-04 | 2017-04-25 | Seiko Epson Corporation | Discharge lamp driving device, projector, and discharge lamp driving method |
-
2002
- 2002-02-19 JP JP2002042145A patent/JP2003243194A/ja active Pending
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A131 | Notification of reasons for refusal |
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A521 | Written amendment |
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