JP4426132B2 - 高圧放電ランプ点灯方法、高圧放電ランプ点灯装置および照明装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧放電ランプ点灯方法、高圧放電ランプ点灯装置およびこれを用いた照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特表平１０−５０１９１９号公報には、交流ランプ電流を高圧放電灯に供給して高圧放電灯を点灯するに当たり、ランプ電流の半周期の所定分の１で電流パルスを発生させ、この電流パルスの極性を前記ランプ電流の極性と同一にするとともに、この電流パルスをその発生した半周期の後の部分でこのランプ電流に重畳する高圧放電灯点灯方法が記載されている。そして、電流パルスの平均振幅およびランプ電流の平均振幅間の比を０．６〜２の範囲とし、電流パルスの持続時間およびランプ電流の半周期の比を０．０５〜０．１５の範囲とすることにより、良好な結果を得ることができるとしている。
【０００３】
上記の従来技術においては、高圧放電ランプを流れる電流の全量は電流パルスによってランプ電流の半周期の所定数分の１の終端で増大するため、電極の温度は著しく高い値に上昇する。この高温度のため、放電アークが各陰極フェーズで電極の同一個所から発生するので、放電アークの安定性が増大する旨記述されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来技術の場合、電流パルスが流れたことにより、短時間だけ電極の温度が著しく上昇するのに伴って、光出力も著しく増大する。このため、たとえば回転式ＲＧＢカラーフィルターおよびディジタル・マイクロミラー・デバイス（商品名「ＤＭＤ」）を用いて、ＲＧＢの三原色画像をタイムシェアリングにより重ね合わせて投影することにより、カラー画像を得るディジタル・ライト・プロセッシング（商品名「ＤＬＰ」）方式のように、極めて短時間の光出力を利用する場合、電流パルスの重畳による光出力の急激な変化は、それがたとえ短時間であっても、画像に色や明るさのちらつきを生じるという問題がある。
【０００５】
したがって、光出力の利用形態如何によっては、従来技術は、光出力のちらつき低減の作用、効果を得ることができない。
【０００６】
また、従来技術は、電流パルスを重畳して電極を加熱する際に電極物質がスパッタリングにより消耗しやすい。このため、透光性放電容器の内壁面が黒化して透過率が低下するので、光出力が減退して高圧放電ランプの寿命が短くなるという問題もある。
【０００７】
本発明は、ランプ電流の半周期における光出力の変化を低減して光出力のちらつきを抑制するとともにランプ電圧が安定化されて明るさのちらつきが低減するようにした高圧放電ランプ点灯方法、高圧放電ランプ点灯装置およびこれを用いた照明装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を達成するための手段】
請求項１の発明の高圧放電ランプ点灯方法は、安定点灯状態において、極性反転直後に最大値を有し、半周期の後半部の平均値が前半部の平均値より大きくて、かつ、後半部に電流パルスを含まない電流波形を有する交流ランプ電流を供給して高圧放電ランプを点灯することを特徴としている。
【０００９】
本発明および以下の各発明において、特に指定しない限り用語の定義および技術的意味は次による。
【００１０】
＜高圧放電ランプについて＞
高圧放電ランプは、少なくとも透光性放電容器、一対の電極および放電媒体を備えている。透光性放電容器は、石英ガラスまたは透光性セラミックスなどの耐火性および気密性を備えた材料からなる。一対の電極は、透光性放電放電容器の内部に離間対向して封装されている。放電によって発生した光出力の集光性を高めるためには、電極間距離を短く設定するのが好ましい。放電媒体は、イオン化して放電に寄与する媒体であり、金属ハロゲン化物、水銀および希ガスなどを選択的に用いることができる。たとえば、メタルハライドランプにおいては、発光金属のハロゲン化物、緩衝気体としての水銀および希ガスを用いるか、水銀に代えて比較的蒸気圧が高くて、発光の少ない亜鉛、鉄、アルミニウムなどの金属のハロゲン化物を組み合わせることができる。また、高圧水銀ランプにおいては、水銀および希ガスを用いる。さらに、希ガス放電ランプにおいては、希ガスたとえばキセノンを用いる。
【００１１】
＜交流ランプ電流について＞
交流ランプ電流は、これが高圧放電ランプに通流することによって高圧放電ランプを交流点灯する。本発明において、ランプ電流は、その半周期の波形を前半部すなわち前側の１／４周期と後半部すなわち後側の１／４周期とに分けて見たときに、前半部の平均値より後半部の平均値の方が大きいのが第１の特徴である。両平均値の差は、５〜５０％程度であっても差し支えない。しかし、１０〜３０％の範囲で特に良好な結果が得られる。なお、平均値は、ランプ電流の波形を積分して求めることができる。また、「ランプ電流」とは、高圧放電ランプの一対の電極を通じて流れる電流の全てをいい、どの回路手段から出力されたかは問わない。さらに、ランプ電流の基本波形は、矩形波であるのが好ましい。
【００１２】
また、ランプ電流の後半部には、電流パルスを含んでいないのが第２の特徴である。したがって、ランプ電流の後半部は、相対的に瞬時値の変化が少ない。たとえば、後半部の前端から終端に向かって瞬時値が、殆ど一定な態様、ほぼ直線的に上昇する態様、段階的に上昇する態様、飽和しながら上昇する態様、勾配が大きくなりながら上昇する態様などであることを許容する。なお、ランプ電流が高周波のリップルを含んでいる場合には、その包絡線をもってランプ電流の変化を判断するものとする。
【００１３】
さらに、交流ランプ電流は、極性反転直後に最大値を有しているのが第３の特徴である。
【００１４】
交流ランプ電流の上記の最大値は、パルス状をなしている部分によって形成されているのが好ましい。極性反転直後のパルス状をなした部分であれば、極性反転の際に生じる点灯回路の過渡現象により、容易に形成することができる。
【００１５】
さらにまた、ランプ電流は、終端側の少なくとも１／８周期にわたり瞬時値が低下しないように制御されているのが好ましい。
【００１６】
＜本発明の作用について＞
本発明においては、ランプ電流の後半部の平均値が前半部のそれより相対的に大きいことにより、半周期の後半において、その終端にかけて電極の加熱を十分に行なえる。その結果、ランプ電流の極性が反転して次の半周期になった際に電極温度を所要の程度まで高く維持することができる。このため、陽極フェーズから陰極フェーズに切り替った際に、陰極スポットが電極表面を移動するのが抑制されて、放電の安定性が向上する。
【００１７】
また、上記の電極加熱は、電流パルスにより行なわれるものではなく、比較的瞬時値の変化の少ない連続的な電流により行なわれるので、光出力の瞬時的な変化が著しく低減する。このため、本発明により点灯される高圧放電ランプをディジタル・ライト・プロセッシング方式に用いた場合であっても、明るさや色のちらつきが生じにくくなる。
【００１８】
さらに、本発明においては、交流ランプ電流の極性転換直後に最大値を有していることによって、高圧放電ランプのランプ電圧が安定化される。ランプ電圧が変動すると、明るさのちらつきを生じるので、ランプ電圧の安定化により、明るさのちらつきも低減する。
【００１９】
さらにまた、半周期の終端近くにおける電流パルスによる電極物質のスパッタリングを生じくいので、従来技術におけるような寿命の短縮がない。
【００２０】
請求項２の発明の高圧放電ランプ点灯方法は、請求項１記載の高圧放電ランプ点灯方法において、交流ランプ電流は、最大値をｄとし、半周期の平均値をａとしたとき、ｄ／ａが下式を満足することを特徴としている。
【００２１】
１．０５≦ｄ／ａ≦１．８０
本発明は、ランプ電圧の安定化に好適な最大値を平均値との比率をもって規定している。すなわち、ｄ／ａが１．０５未満の場合、ランプ電圧の安定化作用が少なくなる。また、１．８超の場合、光出力のちらつきが生じやすい。なお、好ましくは１．３〜１．６である。
【００２２】
請求項３の発明の高圧放電ランプ点灯方法は、請求項１または２記載の高圧放電ランプ点灯方法において、交流ランプ電流は、半周期の前半部に最小値を含んでいることを特徴としている。
【００２３】
そうして、本発明においては、交流ランプ電流の半周期の前半部に最小値が存在することにより、前半部の平均値に対して後半部の平均値を相対的に大きくしやすくなる。
【００２４】
請求項４の発明の高圧放電ランプ点灯方法は、請求項１記載の高圧放電ランプ点灯方法の安定点灯状態において、半周期の前半部に最小値ｂを有するとともに、半周期の平均値をａとしたときに、ａ／ｂが下式を満足する交流ランプ電流を供給して高圧放電ランプを点灯することを特徴としている。
【００２５】
１．１≦ａ／ｂ≦４．０
本発明は、交流ランプ電流の半周期の前半部の最小値ｂと、半周期の平均値ａとの比ａ／ｂを数値規定することにより、半周期の後半部の終端にかけて電極を前半部より多目に加熱してその温度を所要に高めるようにしている。ａ／ｂが１．１未満であると、後半部における電極の加熱が少なくなる。これに対して、ａ／ｂが４．０超になると、後半部における電極の加熱が多すぎる。また、前半部から後半部にかけてランプ電流の急激な変化を生じやすくなり、短時間光出力のちらつきを生じる。なお、ａ／ｂは、好ましくは１．１〜１．７である。
【００２６】
そうして、本発明においては、請求項１におけるのとほぼ同様な作用、効果が得られる。
【００２７】
本発明の高圧放電ランプ点灯方法の第１の態様は、安定点灯状態において、半周期の平均値をａとし、極性転換直前の瞬時値をｃとしたとき、ｃ／ａが下式を満足する交流ランプ電流を供給して高圧放電ランプを点灯することを特徴としている。
【００２８】
１．１≦ｃ／ａ≦１．５
本態様は、交流ランプ電流の極性転換直前の瞬時値ｃと、半周期の平均値ａとの比ｃ／ａを数値規定することにより、半周期の後半部の終端にかけて電極を前半部より多目に加熱してその温度を所要に高めるようにしている。ｃ／ａが１．１１未満であると、後半部における電極の加熱が少ない。これに対して、ｃ／ａが１．５超になると、後半部における電極の加熱が多すぎる。また、前半部から後半部にかけてランプ電流の急激な変化を生じやすくなり、短時間光出力のちらつきを生じる。なお、「極性転換直前の瞬時値」とは、急峻な立下りを除いた部分の瞬時値をいう。
【００２９】
そうして、本態様においては、請求項１におけるのとほぼ同様な作用、効果が得られる。
【００３０】
本発明の高圧放電ランプ点灯方法の第２の態様は、請求項４または第１の態様の高圧放電ランプ点灯方法において、交流ランプ電流は、半周期の中央近傍に最大値があることを特徴としている。
【００３１】
本発明において、「半周期の中央近傍」とは、半周期の中央を中心としてその前後に半周期の１０％の幅を有する範囲をいう。なお、最大値は、ランプ電流の瞬時値の変化が緩やかな連続的な波形部分により形成されていてもよいし、電流パルスにより形成されていてもよい。ただし、電流パルスにより最大値が形成される場合、ディジタル・ライト・プロセッシング方式のような短時間の光出力を利用する方式より透過形液晶式プロジェクション方式のようなタイムシェアリングを行なわない場合に好適である。
【００３２】
そうして、本態様においては、上記の構成により電極の温度上昇が半周期の早い位相から開始されるので、半周期の終端まで電極温度を維持するようにすれば、光出力のちらつきを抑制することができる。半周期の終端まで電極温度を維持するようにするには、たとえばランプ電流の半周期の後半部における平均値を前半部の平均値より大きくするなどにより可能になる。
【００３３】
本発明の高圧放電ランプ点灯方法の第３の態様は、第２の態様の高圧放電ランプ点灯方法において、最大値をｄとし、半周期の平均値をａとしたとき、ｄ／ａが下式を満足することを特徴としている。
【００３４】
１．３≦ｄ／ａ≦１．８
本態様は、最大値ｄと半周期の平均値ａとの比ｄ／ａの好適な範囲を規定している。ｄ／ａが１．３未満であると、電極の温度上昇が十分でなくなる。また、ｄ／ａが１．８超であると、電極材料のスパッタリングが多くなり、透光性放電容器の黒化を生じやすくなる。
【００３５】
請求項５の発明の高圧放電ランプ点灯装置は、高圧放電ランプと；請求項１ないし４のいずれか一記載の交流ランプ電流を高圧放電ランプに供給する点灯回路と；を具備していることを特徴としている。
【００３６】
本発明は、請求項１ないし４に規定する高圧放電ランプ点灯方法を実施するための高圧放電ランプ点灯装置を規定している。すなわち、点灯回路から高圧放電ランプに対して交流ランプ電流を供給する。しかし、点灯回路の具体的な回路構成は限定されない。
【００３７】
請求項６の発明の高圧放電ランプ点灯装置は、請求項５記載の高圧放電ランプ点灯装置において、点灯回路は、直流電源、入力端が直流電源に接続する直流−直流間変換回路、および直流−直流間変換回路の直流出力電圧を交流電圧に変換する極性反転回路を備えていることを特徴としている。
【００３８】
本発明は、請求項１ないし４に規定する高圧放電ランプ点灯方法を実施するための高圧放電ランプ点灯装置の好適な回路構成を規定している。
【００３９】
＜直流電源について＞
直流電源は、電池電源および整流化直流電源のいずれであってもよい。整流化直流電源は、低周波交流電源たとえば商用交流電源を整流手段により整流して直流を得る。整流手段は、半波整流および全波整流のいずれであってもよい。整流出力をさらに平滑化して出力してもよいし、非平滑状態で出力してもよい。
【００４０】
＜直流−直流間変換回路について＞
本発明において、「直流−直流間変換回路」とは、直流電源の直流出力を所要電圧の直流電圧に変換する手段をいう。直流−直流間変換を行なうには、たとえば直流をいったん所望電圧の高周波パルスに変換し、高周波パルスを整流して所望電圧の直流電圧に変換する。この種の変換方式を用いた直流−直流間変換回路としては、種々の回路方式が既知であり、基本的にはいずれの回路方式をも許容する。たとえば、チョッパ形、フォワード形、プッシュプル形およびブリッジ形などの回路方式を用いることができる。チョッパ形の直流−直流間変換回路としては、降圧形、昇圧形および逆極性形の回路方式のいずれであってもよい。
【００４１】
請求項７の発明の照明装置は、照明装置本体と；照明装置本体に配設される請求項５または６記載の高圧放電ランプ点灯装置と；を具備していることを特徴としている。
【００４２】
本発明において、照明装置とは、高圧放電ランプの発光を利用するあらゆる装置を含む広い概念であり、したがって液晶プロジェクタ、オーバーヘッドプロジェクタなどの光投射装置、自動車ヘッドライト、照明器具、表示装置などであることを許容する。もちろん、照明器具は屋内用および屋外用のいずれであってもよい。また、「照明装置本体」とは、照明装置から高圧放電ランプ点灯装置を除いた残余の部分をいう。また、高圧放電ランプ点灯装置のうち点灯回路は、照明装置本体から離間した位置に配設することができる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００４４】
図１は、本発明の高圧放電ランプ点灯方法の第１の実施形態における高圧放電ランプを示す正面図である。
【００４５】
図２は、同じく交流ランプ電流の許容される態様を示す波形図である。
【００４６】
図３は、同じく交流ランプ電流の許容される他の態様を示す波形図である。
【００４７】
まず、高圧放電ランプについて説明する。
【００４８】
図１において、１は透光性放電容器、２、２は一対の電極、３は封着金属箔、４は導入導体、５は口金、６は接続導体である。
【００４９】
透光性放電容器１は、石英ガラスからなり、中央の包囲部１ａおよび両端の第１および第２の減圧封止部１ｂ、１ｃからなる。第１および第２の封止部１ｂ、１ｃは、包囲部１ａの両端に減圧封止構造により一体に接続して形成されている。
【００５０】
電極２は、電極軸部２ａおよびコイル部２ｂを備えている。電極軸部２ａは、０．４５ｍｍの純タングステン棒である。コイル部２ｂは、０．１５ｍｍの純タングステン線を電極軸部２ａの先端部に巻装されている。そして、電極間距離は、約１．４ｍｍに設定されている。
【００５１】
封着金属箔３は、モリブデンからなり、封止部長は２０ｍｍである。そして、封着金属箔３は、その先端部に電極軸２ａの基端を、基端部に導入導体４の先端を、それぞれ溶接して電極マウントを形成した状態で、透光性放電容器１の両端の第１および第２の減圧封止部１ｂ、１ｃの内部に気密に埋設されている。
【００５２】
封入媒体は、水銀、アルゴンおよびＣＨ２Ｂｒ２からなる。なお、ＣＨ２Ｂｒ２のハロゲンは、透光性放電容器１の包囲部１ａの単位内容積当たりの濃度が８以上になるように封入されている。
【００５３】
導入導体４は、モリブデン線からなり、封着金属箔３の基端に先端が溶接し、基端が第１の減圧封止部１ｂから外部に露出している。なお、導入導体４は、図において左右対称構造であるが、右側の導入導体は後述する口金５内に位置しているため外部から見えない。
【００５４】
口金５は、筒体５ａおよびねじ端子５ｂを備えている。筒体５ａは、黄銅などの金属からなり、その一端部が第１の減圧封止部１ｂの端部に口金セメントによって固着されている。ねじ端子５ｂは、周囲にねじ溝が形成され、基端が筒体５ａに固着されて筒体５ａから外部へ突出しているとともに、その内部で対応する導入導体４と接続している。
【００５５】
接続導体６は、その先端が第１の封止部１ｂから外部へ突出している導入導体４に先端が溶接している。
【００５６】
そうして、高圧放電ランプの定格ランプ電圧が９０Ｖ、定格ランプ電流が１．１Ａ、安定時の放電媒体中の水銀蒸気圧力が１０ＭＰａ以上になる。
【００５７】
次に、交流電流波形について説明する。
【００５８】
交流電流波形は、図２の（ａ）に示すように、基本波形が矩形波で、半周期すなわち１／２周期の平均値がａ、その前半部１／４周期の平均値がａ１、後半部１／４周期の平均値がａ２であるとともに、ａ１＜ａ２の関係にある。
【００５９】
まず、前半部１／４周期について見ると、極性反転直後に最大値ｄ、約９０°／４の位相に最小値ｂがある。また、最大値ｄは、パルス状部分により形成されている。さらに、最小値ｂから９０°にかけて緩やかに瞬時値が上昇している。
【００６０】
次に、後半部について見ると、９０°から１３５°までの１／８周期のかけて瞬時値が飽和しながら上昇し、１３５°から１８０°までの１／８周期の間は瞬時値が一定である。さらに、極性反転直前の瞬時値がｃで、後半部の９０°から１８０°までの位相期間の間瞬時値は低下していない。さらにまた、最小値ｂから極性反転直前の瞬時値ｃまでの間瞬時値が上昇ないし平坦になっている。
【００６１】
また、平均値ａ、最小値ｂ、極性反転直前の瞬時値ｃおよび最大値ｄの相互関係について見ると、下式に示すとおりである。
【００６２】
ｃ／ａ＝１．１３ａ／ｂ＝１．２０ｄ／ａ＝１．３９
図４は、本発明の高圧放電ランプ点灯方法の第１の実施形態における図２の（ａ）に示す態様に対応する実際の交流ランプ電流を示す波形図である。この場合の交流ランプ電流は、後述する高圧放電ランプ点灯装置により点灯しているため、チョッパ動作による高周波リップルが重畳している。そして、交流ランプ電流の平均値ａ、最小値ｂ、極性反転直前の瞬時値ｃおよび最大値ｄの相互関係は、上記と接近しているが、下式に示すとおりであった。なお、動作周波数は１００Ｈｚである。
【００６３】
ｃ／ａ＝１．１１ａ／ｂ＝１．１９ｄ／ａ＝１．３３
高圧放電ランプを点灯して、陰極輝点の移動の有無を観察した結果、陰極輝点の移動は認められなかった。このことは、明るさや色のちらつきが生じないことを意味する。また、点灯５０００時間でも透光性放電ランプの黒化は殆ど観察されなかった。このことは、高圧放電ランプの寿命が長くなることを意味する。
【００６４】
再び図２に戻って説明すると、その（ｂ）に示す交流ランプ電流波形の第２の態様は、後半部１／４周期において、９０°から１３５°までの１／８周期の瞬時値が直線的に上昇している点で（ａ）と異なる。
【００６５】
図２の（ｃ）に示す交流ランプ電流波形の第３の態様は、前半部の最小値ｂから極性反転直前の瞬時値ｃにかけて飽和しながら緩やかに上昇している点で（ａ）と異なる。
【００６６】
図３の（ｄ）に示す交流ランプ電流波形の第４の態様は、前半部の最小値ｂから極性反転直前の瞬時値ｃにかけて直線に上昇している点で（ｃ）と異なる。
【００６７】
図３の（ｅ）に示す交流ランプ電流波形の第５の態様は、前半部の最小値ｂから極性反転直前の瞬時値ｃにかけて勾配が徐々に大きくなりながら上昇している点で（ｃ）、（ｄ）と異なる。
【００６８】
図５は、本発明の高圧放電ランプ点灯方法の第２の実施形態における交流ランプ電流の許容される種々の態様を示す波形図である。
【００６９】
本実施形態においては、極性反転直後に最大値を有していない交流ランプ電流によって高圧放電ランプを点灯する点で第１の実施形態と異なる。すなわち、（ａ）の態様は、前半部の波形が直線的に増加し、後半部の波形が矩形状をなした波形である。
【００７０】
（ｂ）の態様は、半周期を通じて瞬時値が直線的に増加する波形である。
【００７１】
（ｃ）の態様は、前半部が段階的に増加し、後半部が矩形状をなす波形である。
【００７２】
（ｄ）の態様は、前半部が中間部で落ち込み、その前後が段階的に増加し、後半部が矩形状をなす波形である。
【００７３】
なお、極性反転直後に最大値を有していない交流ランプ電流を形成するには、高圧放電ランプと直列にインダクタを挿入して、突入電流を抑制すればよい。
【００７４】
図６は、本発明の高圧放電ランプ点灯方法の第３の実施形態における交流ランプ電流の波形を示す波形図である。なお、図２の（ａ）と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。本実施形態は、交流ランプ電流の半周期の中央近傍に最大値ｄが存在している点で第１の実施形態と異なる。平均値ａ、ａ１、ａ２、最小値ｂ、極性反転直前の瞬時値ｃおよび最大値ｄの相互関係は、下式に示すとおりであった。
【００７５】
ａ２／ａ１＝１．４４
ｃ／ａ＝１．０９
ａ／ｂ＝３．６７
ｄ／ａ＝１．５８
次に、本発明の高圧放電ランプの第３の実施形態に関連して、交流ランプ電流の波形を制御することによって、ａ／ｂ、ｃ／ａおよびｄ／ａの値を変化させて点灯した場合における陰極輝点の移動の有無および透光性放電容器の黒化について試験した結果を表１ないし表３を参照して説明する。なお、表中、陰極輝点の移動および黒化についての評価記号の評価内容を以下に示す。
＜陰極輝点の移動＞
○：陰極輝点の移動が認められない
△：若干認められる
×：顕著な移動が認められる
＜透光性放電容器の黒化＞
◎：点灯５０００時間まで黒化が認められない
○：点灯２０００時間まで黒化が認められない
△：点灯１０００時間まで黒化が認められない
×：点灯初期の５００時間未満で黒化が認められた
【００７６】
【表１】
ａ／ｂ 1.0 1.25 1.67 2.5 3.33 5.0
陰極輝点の移動 △ ○ ○ ○ ○ ○
透光性放電容器の黒化 ◎ ◎ ◎ ○ ○ △
【００７７】
【表２】
ｃ／ａ 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0
陰極輝点の移動 × △ ○ ○ ○ ○
透光性放電容器の黒化 ◎ ◎ ○ ○ △ ×
【００７８】
【表３】
ｄ／ａ 1.0 1.2 1.3 1.4 1.6 1.8 2.0
陰極輝点の移動 × △ ○ ○ ○ ○ ○
透光性放電容器の黒化 ◎ ◎ ◎ ○ ○ △ ×

図７は、本発明の高圧放電ランプ点灯装置の第１の実施形態を示す回路図である。図において、ＡＳは交流電源、ＲＤＣは直流電源、ＴＣは直流−直流間変換回路、ＰＴＣは極性反転回路、ＩＧはイグナイタ、ＨＰＬは高圧放電ランプである。
【００７９】
＜回路構成について＞
交流電源ＡＳは、商用交流電源からなる。
【００８０】
直流電源ＲＤＣは、倍電圧整流回路からなる。
【００８１】
直流−直流間変換回路ＴＣは、降圧チョッパ回路ＢＴＣ、制御回路ＣＣ、出力電圧検出回路ＶＤおよび出力電流検出回路ＣＶからなる。
【００８２】
降圧チョッパ回路ＢＴＣは、インダクタおよびスイッチング手段の直列回路と、スイッチング手段に並列接続されたダイオードおよび平滑コンデンサの直列回路とからなる既知の回路構成である。
【００８３】
制御回路ＣＣは、ドライブ信号を形成する発振機能、交流ランプ電流が所望の波形になるように出力特性データを予め記憶するメモリ機能、ならびにメモリ機能から読み出した出力特性データと後述する出力電圧検出回路ＶＤおよび出力電流検出回路ＣＤの各検出信号とに基づいて演算してドライブ信号をＰＷＭ制御する演算機能などを有している。そして、降圧チョッパ回路ＢＴＣのスイッチング手段のオン、オフを制御する。
【００８４】
出力電圧検出回路ＶＤは、降圧チョッパ回路ＢＴＣの出力端間に接続された抵抗器Ｒ１、Ｒ２の直列回路からなる分圧回路のうち抵抗器Ｒ２の両端電圧を制御回路ＣＣに帰還信号として制御入力するように構成されている。
【００８５】
出力電流検出回路ＣＤは、降圧チョッパ回路ＢＴＣの出力端に直列に接続された抵抗器Ｒ３の両端電圧を制御回路ＣＣに帰還入力するように構成されている。そうして、制御回路ＣＣは、降圧チョッパ回路ＢＴＣを定電力制御するとともに、所定の交流ランプ電流を形成するために、交流ランプ電流の周期と同期して直流出力を所定に制御する。
【００８６】
極性反転回路ＰＴＣは、フルブリッジ形インバータＦＢＩおよびドライブ回路ＤＣからなる。フルブリッジ形インバータＦＢＩは、ブリッジ接続されたスイッチング手段Ｑ１ないしＱ４からなる。ドライブ回路ＤＣは、発振器ＯＳＣおよびインバータＩＶからなり、スイッチング手段Ｑ１ないしＱ４に対してドライブ信号を供給して、スイッチング手段Ｑ１、Ｑ３とＱ２、Ｑ４とを交互に所定の動作周波数でスイッチングさせる。
【００８７】
イグナイタＩＧは、高圧放電ランプＨＰＬの始動時に始動用高電圧パルスを印加する。
【００８８】
高圧放電ランプＨＰＬは、図１に示す構成を備えている。
【００８９】
＜回路動作について＞
交流電源ＡＳから供給される商用１００Ｖ交流電圧は、直流電源ＲＤＣにおいてたとえば２００Ｖ直流電圧に変換されてから、直流−直流間変換回路ＴＣの入力端に印加される。直流−直流間変換回路ＴＣは、そのスイッチング手段が制御回路ＣＣにより制御されて高周波スイッチングすることにより、直流電圧をチョッピングして、いったんたとえば５０ｋＨｚの高周波パルスに変換する。そして、出力電圧検出回路ＶＤおよび出力電流検出回路ＣＤの検出信号に基づいてスイッチングのデューティを制御することにより定電力制御を行なう。また、併せて極性反転回路ＰＴＣの動作と同期し、かつ、予め記憶している出力特性データに基づいて演算して、交流ランプ電流の半周期の波形が所定の特性になるように、出力電圧のデューティを制御する。さらに、パルス電圧は平滑化されて、降圧された直流電圧を出力する。
【００９０】
次に、降圧された直流電圧は、極性反転回路ＰＴＣの入力端に印加される。極性反転回路ＰＴＣは、そのフルブリッジ形インバータＦＢＩが動作をして、その出力端にたとえば１００Ｈｚで、基本波形が矩形波で、かつ、半周期の波形が所定に制御された交流ランプ電流を安定点灯時に出力する。そして、交流ランプ電流は、高圧放電ランプＨＰＬに供給される。
【００９１】
高圧放電ランプＨＰＬは、上記の交流ランプ電流の供給により点灯する。なお、直流−直流間変換回路ＴＣに含まれるインダクタが限流インピーダンスとして作用する。
【００９２】
以上の動作の結果、安定点灯時に高圧放電ランプに供給される交流ランプ電流は、その半周期の波形が図４に示すようになる。
【００９３】
図８は、本発明の高圧放電ランプ点灯装置の第２の実施形態を示す回路図である。
【００９４】
図９は、同じく極性反転同期切換回路を示す回路図である。
【００９５】
各図において、図７と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。本実施形態は、極性反転回路ＰＴＣの動作と同期して、直流−直流間変換回路ＴＣの出力を制御することによって、交流ランプ電流の半周期の波形を所望形状に整形するための好適な回路構成を備えている点で異なる。
【００９６】
すなわち、極性反転同期切換回路ＰＳＣおよびタイマＴＭを備えている。
【００９７】
極性反転同期切換回路ＰＳＢは、出力電圧検出回路ＶＤの抵抗器Ｒ２と直列に接続して直流−直流間変換回路ＴＣの出力端間に接続されている。そして、図９に示すように、抵抗器Ｒ４、フォトカプラＰＣおよび抵抗器Ｒ５の直列回路と、フォトカプラＰＣおよび抵抗器Ｒ５の直列回路に並列接続した抵抗器Ｒ６および図示極性のツェナーダイオードＺＤの並列回路と、抵抗器Ｒ５に並列接続したコンデンサＣ１とから構成されている。フォトカプラＰＣは、後述するタイマＴＭに連動する。
【００９８】
タイマＴＭは、極性反転回路ＰＴＣのドライブ回路ＤＣに同期して、交流ランプ電流の半周期ごとにタイマ動作を行ない、半周期の開始時にオンし、約１／４周期後にオフする。タイマＴＭのオンで、フォトカプラＰＣの発光ダイオードがオンし、オフで発光ダイオードがオフする。
【００９９】
次に、回路動作について説明する。
【０１００】
極性反転回路ＰＴＣのドライブ回路ＤＣに連動してタイマＴＭが動作するので、交流ランプ電流の極性反転すると、これに同期してその後フォトカプラＰＣが１／４周期の間オンする。フォトカプラＰＣがオンすると、極性反転同期切換回路ＰＦＢの合成抵抗が小さくなる。しかも、コンデンサＣ１が抵抗器Ｒ４、Ｒ５およびＲ２を介して充電されるので、充電に伴って合成抵抗が徐々に大きくなっていき、やがて飽和する。
【０１０１】
図１０は、本発明の高圧放電ランプ点灯装置の第２の実施形態における出力電流検出回路ＣＤの出力電圧波形を示す波形図である。時間ｔ１とｔ４の間が交流ランプ電流の半周期すなわちＴ／２、時間ｔ１とｔ３の間がタイマＴＭのオン時間、時間ｔ３とｔ４の間がオフ時間である。また、時間ｔ１からｔ２までの時間の間コンデンサＣ１が充電される。
【０１０２】
したがって、交流ランプ電流の半周期中の時間ｔ１からｔ３までの始めの１／４周期の間は、フォトカプラＰＣがオンするので、出力電圧検出回路ＶＤの抵抗器Ｒ２の両端間から得られる検出電圧が相対的に高くなる。加えて、コンデンサＣ１の充電に伴って時間とともに検出電圧が低下する。この検出電圧が帰還信号として制御回路ＣＣに制御入力するため、制御回路ＣＣ中の演算機能がオンデューティを小さくように指令するが、コンデンサＣ１の充電に伴って徐々に高周波パルスのオンデューティが大きくなっていく。その結果、半周期の始めの１／４周期の間の直流−直流間変換回路ＴＣの出力は、小さい状態から徐々に大きく変化する。
【０１０３】
これに対して、半周期の終わりの１／４周期の間は、フォトカプラＰＣがオフするので、抵抗器Ｒ２の両端の検出電圧が相対的に低くなる。このため、制御回路ＣＣの演算機能がオンデューティを大きな値に一定にするように指令する。その結果、半周期の終わりの１／４周期の間の直流−直流間変換回路ＴＣの出力は、概ね大きい状態に固定される。なお、ツェナーダイオードＺＤは、高圧放電ランプＨＰＬの始動時にフォトカプラＰＣを過電圧の印加による破壊から保護する。
【０１０４】
以上の動作の結果、交流ランプ電流は、図６に示すように制御される。なお、半周期の立ち上がりおよび１／４周期の始めがパルス状になっているが、これは過渡現象によるものである。
【０１０５】
図１１は、本発明の照明装置の第１の実施形態としての液晶プロジェクタを示す概念的断面図である。
【０１０６】
図１２は、同じく高圧放電ランプ装置を示す一部断面正面図である。なお、図１と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。
【０１０７】
図において、２１は高圧放電ランプ装置、２２は液晶表示手段、２３は画像制御手段、２４は光学系、２５は高圧放電ランプ点灯装置、２６は本体ケース、２７はスクリーンである。
【０１０８】
高圧放電ランプ装置２１は、後述する構成である。安定点灯時の交流ランプ電流は、図６に示す本発明の第２の実施形態における波形である。
【０１０９】
液晶表示手段２２は、投射すべき画像を液晶によって表示するもので、その背面から高圧放電ランプ装置２１によって照明される。
【０１１０】
画像制御手段２３は、液晶表示手段２２を駆動および制御するもので、要すればテレビジョン受信機能をも備えることができる。
【０１１１】
光学系２４は、液晶表示手段２２を通過した光をスクリーン２７に投射する。
【０１１２】
高圧放電ランプ点灯装置２５は、高圧放電ランプ装置２１を点灯する。
【０１１３】
本体ケース２６は、以上の各要素２１〜２６を収納する。
【０１１４】
高圧放電ランプ装置２１は、図１２に示すように、高圧放電ランプ１１、凹形反射鏡１２、無機質接着剤１３、中継端子１４、ワイヤハーネス１５、前面カバー１６を備えている。高圧放電ランプ１１は、図１に示す構成を備えている。凹形反射鏡１２は、内面が凹形をなすガラス基体１２ａ、可視光反射・熱線透過膜１２ｂおよび筒状部１２ｃからなる。ガラス基体１２ａは、内面の凹形部が回転放物面を基本とする曲面に形成され、頂部の外側に筒部１２ｃが一体に突出して形成されている。可視光反射・熱線透過膜１２ｂは、ダイクロイック反射膜からなる。
【０１１５】
高圧放電ランプ１１を凹形反射鏡１２に取り付けるには、口金５を筒状部１２ｃに挿入し、高圧放電ランプ１１の発光中心を凹形反射鏡１２の焦点に合致させて口金５と筒状部１２ｃとの間に無機質接着剤１３を介在させて両者を固着する。高圧放電ランプ１１の一方の電極２側の導入導体５に接続導体６を溶接して凹形反射鏡１２の背面側へ導出させている。すなわち、接続導体６は、鏡面の一部に形成した通孔１２ｄを通って凹形反射鏡１２の背面側へ導出されている。中継端子１４は、凹形反射鏡１３の外面の通孔１２ｄの近傍に固着されている。そして、高圧放電ランプ１１に接続している接続導体６とワイヤハーネス１５との接続を中継している。
【０１１６】
ワイヤハーネス１５は、コネクタ１５ａおよび一対の絶縁被覆導線１５ｂ、１５ｃからなる。コネクタ１５は、図示を省略している点灯装置の出力端のコネクタに着脱可能に結合して接続するとともに、絶縁被覆導線１５ｂ、１５ｃの一端に接続している。絶縁被覆導線１５ｂは、その他端が中継端子１４に接続している。絶縁被覆導線１５ｃは、その他端が口金５のねじ端子５ｂにローレット付きナット５ｃによって締め付けられて接続している。
【０１１７】
前面カバー１６は、透明ガラス板からなり、凹形反射鏡１２の前面開口端に接着されている。
【０１１８】
そうして、ワイヤハーネス１５のコネクタ１５ａを点灯装置に接続して、高圧放電ランプ１１を点灯すると、高圧放電ランプ１１から発生した光線は、凹形反射鏡１２の可視光反射・熱線反射膜１２ｂに入射し、そのうち可視光は反射して光軸と平行に出射し、前面カバー１６を通過して照明に利用される。これに対して、熱線は可視光反射・熱線透過膜１２ｂを透過し、さらにガラス基体１２ａを透過して凹形反射鏡１２の背面側へ放散されるので、液晶表示体などの温度上昇を抑制することができる。
【０１１９】
図１３は、本発明の照明装置の第２の実施形態としてのディジタル・ライト・プロセッシング方式によるプロジェクタの光学系を示す斜視的概念図である。
【０１２０】
すなわち、プロジェクタの光学系は、高圧放電ランプ装置３１、回転カラーフィルタ３２、コンデンサレンズ３３、ディジタル・マイクロミラー・デバイス３４およびプロジェクションレンズ３５からなる。
【０１２１】
高圧放電ランプ装置３１は、基本的に図１２に示すのと同一構造であり、光源として機能する。安定点灯時の交流ランプ電流は、図４に示す本発明の第１の実施形態における波形である。
【０１２２】
回転カラーフィルタ３２は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）の三原色フィルタが円盤状に１２０°間隔で配列され、高圧放電ランプ装置３１から集光して投光される光の焦点位置に配置され、かつ、図示しない回転機構によって高速回転する。したがって、回転カラーフィルタ３２を透過した光は、ＲＧＢにタイムシェアされる。
【０１２３】
コンデンサレンズ３３は、ＲＧＢにタイムシェアされた光を後述するディジタル・マイクロミラー・デバイス３４に入射させる。
【０１２４】
ディジタル・マイクロミラー・デバイス３４は、微小ミラーが多数整列し、画像信号に応じて各微小ミラーを個別に機械的に変位させるように構成されていて、コンデンサレンズ３３から微小ミラーに入射した光を所定方向へ反射させたり、非所定方向へ反射させたりする。そして、一つの微小ミラーは、画像の１画素を構成する。
【０１２５】
プロジェクションレンズ３５は、ディジタル・マイクロミラー・デバイス３４から所定方向へ反射された光すなわちカラー画像をスクリーンへ投射する。
【０１２６】
【発明の効果】
請求項１ないし３の各発明によれば、安定点灯状態において、半周期の後半部の平均値が前半部の平均値より大きくて、かつ、後半部に電流パルスを含まない電流波形を有する交流ランプ電流を供給して高圧放電ランプを点灯することにより、半周期の後半の電極加熱が比較的瞬時値の変化の少ない連続的で相対的に大きな電流により行なわれるので、光出力の瞬時的な変化が著しく低減し、ディジタル・ライト・プロセッシング方式に用いた場合であっても、明るさや色のちらつきが生じにくくなるとともに、半周期の終端近くにおける電流パルスによる電極物質のスパッタリングを生じくいので、寿命の短縮がなく、しかも交流ランプ電流が極性転換直後に最大値を有していることにより、高圧放電ランプのランプ電圧が安定化されるとともに、明るさのちらつきも低減する高圧放電ランプ点灯方法を提供することができる。
【０１２７】
請求項２の発明によれば、加えて交流ランプ電流が最大値をｄとし、半周期の平均値をａとしたとき、ｄ／ａが下式を満足することにより、ランプ電圧の安定化に好適な高圧放電ランプ点灯方法を提供することができる。
【０１２８】
１．０５≦ｄ／ａ≦１．８０
請求項３の発明によれば、安定点灯状態において、交流ランプ電流は、半周期の前半部に最小値を含んでいることにより、前半部の平均値に対して後半部の平均値を相対的に大きくしやすくなる高圧放電ランプ点灯方法を提供することができる。
【０１２９】
請求項４の発明によれば、安定点灯状態において、半周期の前半部に最小値ｂを有するとともに、半周期の平均値をａとしたときに、ａ／ｂが下式を満足する交流ランプ電流を供給して高圧放電ランプを点灯することにより、請求項１とほぼ同様な効果を有する高圧放電ランプ点灯方法を提供することができる。
【０１３０】
１．１≦ａ／ｂ≦４．０
請求項５の発明によれば、高圧放電ランプと、請求項１ないし４のいずれか一記載の交流ランプ電流を高圧放電ランプに供給する点灯回路とを具備していることにより、請求項１ないし８の効果を有する高圧放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【０１３１】
請求項６の発明によれば、加えて点灯回路は、直流電源、入力端が直流電源に接続する直流−直流間変換回路、および直流−直流間変換回路の直流出力電圧を交流電圧に変換する極性反転回路を備えていることにより、好適な回路構成を備えた高圧放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【０１３２】
請求項７の発明によれば、照明装置本体と、照明装置本体に配設される請求項５または６記載の高圧放電ランプ点灯装置とを具備していることにより、請求項１ないし４の効果を有する照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高圧放電ランプ点灯方法の第１の実施形態における高圧放電ランプを示す正面図
【図２】同じく交流ランプ電流の許容される態様を示す波形図
【図３】同じく交流ランプ電流の許容される他の態様を示す波形図
【図４】本発明の高圧放電ランプ点灯方法の第１の実施形態における図２の（ａ）に示す態様に対応する実際の交流ランプ電流を示す波形図
【図５】本発明の高圧放電ランプ点灯方法の第２の実施形態における交流ランプ電流の許容される種々の態様を示す波形図
【図６】本発明の高圧放電ランプ点灯方法の第３の実施形態における交流ランプ電流の波形を示す波形図
【図７】本発明の高圧放電ランプ点灯装置の第１の実施形態を示す回路図
【図８】本発明の高圧放電ランプ点灯装置の第２の実施形態を示す回路図
【図９】同じく極性反転同期帰還回路を示す回路図
【図１０】本発明の高圧放電ランプ点灯装置の第２の実施形態における出力電流検出回路ＣＤの出力電圧波形を示す波形図
【図１１】本発明の照明装置の第１の実施形態としての液晶プロジェクタを示す概念的断面図
【図１２】同じく高圧放電ランプ装置を示す一部断面正面図
【図１３】本発明の照明装置の第２の実施形態としてのディジタル・ライト・プロセッシング方式によるプロジェクタの光学系を示す斜視的概念図
【符号の説明】
ａ…半周期の平均値
ａ１…前半部の平均値
ａ２…後半部の平均値
ｂ…最小値
ｃ…極性反転直前の瞬時値
ｄ…最大値
Ｔ／２…半周期
Ｔ／４…１／４周期

Claims (7)

1. 安定点灯状態において、極性反転直後に最大値を有し、半周期の後半部の平均値が前半部の平均値より大きくて、かつ、後半部に電流パルスを含まない電流波形を有する交流ランプ電流を供給して高圧放電ランプを点灯することを特徴とする高圧放電ランプ点灯方法。
2. 交流ランプ電流は、最大値をｄとし、半周期の平均値をａとしたとき、ｄ／ａが下式を満足することを特徴とする請求項１記載の高圧放電ランプ点灯方法。
   １．０５≦ｄ／ａ≦１．８０
3. 交流ランプ電流は、半周期の前半部に最小値を含んでいることを特徴とする請求項１または２記載の高圧放電ランプ点灯方法。
4. 安定点灯状態において、半周期の前半部に最小値ｂを有するとともに、半周期の平均値をａとしたときに、ａ／ｂが下式を満足する交流ランプ電流を供給して高圧放電ランプを点灯することを特徴とする請求項１記載の高圧放電ランプ点灯方法。
   １．１≦ａ／ｂ≦４．０
5. 高圧放電ランプと；
   請求項１ないし４のいずれか一記載の交流ランプ電流を高圧放電ランプに供給する点灯回路と；
   を具備していることを特徴とする高圧放電ランプ点灯装置。
6. 点灯回路は、直流電源、入力端が直流電源に接続する直流−直流間変換回路、および直流−直流間変換回路の直流出力電圧を交流電圧に変換する極性反転回路を備えていることを特徴とする請求項５記載の高圧放電ランプ点灯装置。
7. 照明装置本体と；
   照明装置本体に配設される請求項５または６記載の高圧放電ランプ点灯装置と；
   を具備していることを特徴とする照明装置。

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