JP4820856B2 - 高圧放電ランプ点灯装置、それを用いた高圧放電ランプ装置、その高圧放電ランプを用いたプロジェクタ、および高圧放電ランプの点灯方法 - Google Patents

Description

本発明は、高圧放電ランプ点灯装置、それを用いた高圧放電ランプ装置、その高圧放電ランプを用いたプロジェクタ、および高圧放電ランプの点灯方法に関する。

近時、プロジェクタは、会議等でのプレゼンテーションにパーソナルコンピュータとともに多く利用されている。また、一般家庭においてもホームシアターの用途としてプロジェクタが利用されている。
このようなプロジェクタは、光源からの射出光を画像情報に応じて変調し、その光学像を拡大投射するものである。その光源としては、点光源により近く、高輝度で高演色な例えば高圧水銀ランプが使用されている。

具体的にそのようなランプは、内部に発光物質として水銀が例えば２００［ｍｇ／ｃｍ^３］以上封入され、かつタングステン製の一対の電極が互いに略対向するように配置された発光管を備えている。また、この発光管内には水銀の他に、いわゆるハロゲンサイクル作用を利用し、点灯中、電極の構成材料であるタングステンが飛散して発光管の内面に付着して黒化するのを防止するべく、ハロゲン物質も封入されている。

高圧水銀ランプでは、電極間に発生するアークの起点が移動するいわゆるアークジャンプの発生を抑制することが重要である。アークジャンプはプロジェクタの投射映像のちらつきにつながるために極力抑制されるべきものである。
そこで、特許文献１では、アークを安定させるため、ランプに供給される交流電流の瞬時値を極性反転直前に高める技術が提案されている。これによれば、電極が陽極から陰極に極性反転する直前に電極のアーク起点となっている箇所を局部的に温度上昇させ、電極が陰極に極性反転したときにその箇所から電子を放出させやすくすることができる。これが交流電流の半周期毎に繰り返されることにより、アークの起点を安定させることができる。

また、特許文献２では、ランプの電極間距離を検出して（実際には電極間距離を指標するランプ電圧を検出している）、検出された電極間距離に応じてランプ電流を再形成（reshape）する技術が提案されている。一般に、高圧水銀ランプでは、累積点灯時間に応じて電極先端部の突起部が成長したり減退したりする（すなわちランプ電圧が低下したり上昇したりする）ことが知られている。特許文献２によれば、アーク電圧の連続的な上昇を防止することができると記載されている。電極先端部の突起部が異常に成長したり減退したりするとアークの安定を保てなくなるので、交流電流の波形を切り替えて突起部の異常な成長または減退を抑制するとのことである。
特開２００４−１３４１７６号公報 特表２００２−５３２８６６号公報

発明者らの検討によれば、特許文献１の技術では、特に、ランプ始動直後のランプ電圧が低い期間（すなわちランプに供給される電流が大きい期間）に、電流ピーク値が大きくなりすぎて電極温度が過剰に上昇し、その結果、電極が損傷する場合があることが判明した。これを防止するため、例えば、特許文献２の技術を転用して、ランプ電圧が閾値以上の場合に交流電流の瞬時値を極性反転直前に高める波形を適用し、閾値未満の場合には交流電流の瞬時値を高めない波形を適用することが考えられる。

通常、高圧放電ランプの電極温度は、ランプ立ち上がり時の定電流制御から定電力制御に切り替わる時点近辺でピークとなる。そのため、ランプ始動直後の電極損傷を防止する観点からは、ランプ電圧の閾値を高くしておくことが望まれる。しかしながら、上述したように高圧放電ランプは累積点灯時間に応じて定常点灯時のランプ電圧が変動する特性をもつため、ランプ電圧の閾値を高くしすぎると、累積点灯時間によっては定常点灯時でもランプ電圧が閾値未満となり、交流電流の瞬時値を極性反転直前に高める波形を適用できない場合がある。

そこで、本発明は、累積点灯時間にかかわらず、ランプ始動直後における電極損傷の防止と、定常点灯時におけるアーク起点の安定とを両立させることができる高圧放電ランプ点灯装置、それを用いた高圧放電ランプ装置、その高圧放電ランプを用いたプロジェクタ、および高圧放電ランプの点灯方法を提供することを目的とする。

本発明に係る高圧放電ランプ点灯装置は、内部に、ハロゲン物質が封入され、かつ先端部に突起部が形成されている一対の電極が配置されている発光管を有する高圧放電ランプに対して、交流電流を供給して点灯させるものであって、前記高圧放電ランプに供給される交流電流を生成する交流電流生成部と、前記交流電流生成部を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記高圧放電ランプの点灯開始から所定時間が経過するまで、交流電流の半周期中の最終区間における交流電流の瞬時値を半周期中のそれ以外の区間における交流電流の瞬時値よりも高くしない第１波形を適用させ、前記所定時間が経過すれば、半周期中の最終区間における交流電流の瞬時値を半周期中のそれ以外の区間における交流電流の瞬時値よりも高くする第２波形を適用させて、前記交流電流生成部に交流電流を生成させる。

本発明に係る高圧放電ランプ装置は、内部に、ハロゲン物質が封入され、かつ先端部に突起部が形成されている一対の電極が配置されている発光管を有する高圧放電ランプと、前記高圧放電ランプを点灯させる上述の高圧放電ランプ点灯装置とを備える。
本発明に係るプロジェクタは、上述の高圧放電ランプ装置を備える。
本発明に係る高圧放電ランプの点灯方法は、内部に、ハロゲン物質が封入され、かつ先端部に突起部が形成されている一対の電極が配置されている発光管を有する高圧放電ランプに対して、交流電流を供給して点灯させるものであって、前記高圧放電ランプの点灯開始から所定時間が経過するまで、交流電流の半周期中の最終区間における交流電流の瞬時値を半周期中のそれ以外の区間における交流電流の瞬時値よりも高くしない第１波形で交流電流を前記高圧放電ランプに供給し、前記所定時間が経過すれば、半周期中の最終区間における交流電流の瞬時値を半周期中のそれ以外の区間における交流電流の瞬時値よりも高くする第２波形で交流電流を前記高圧放電ランプに供給する。

上記構成によれば、ランプの点灯開始から所定時間が経過するまで第１波形が適用されるので、ランプ点灯始動直後における電極損傷の防止を図ることができ、所定時間が経過すれば第２波形が適用されるので定常点灯時におけるアーク起点の安定を図ることができる。このように、ランプ電圧を基準とするのではなく、ランプの点灯開始からの経過時間を基準として交流電流の波形を切り替えることで、たとえ累積点灯時間に応じて定常点灯時のランプ電圧が変動したとしても、電極損傷の防止およびアーク起点の安定を両立させることができる。

以下、本発明の最良な実施の形態を、図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
＜構成＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る高圧放電ランプ装置のブロック図を示す。
図１に示すように、高圧放電ランプ装置１０１は、外部の交流電源（ＡＣ１００［Ｖ］）に接続されるＤＣ電源回路１０２から高圧放電ランプ点灯装置１０３（電子安定器）を介して高圧放電ランプ、例えば高圧水銀ランプ１０４に接続された構成からなる。

ＤＣ電源回路１０２は、例えば整流回路（図示せず）を有しており、家庭用の交流電圧（１００［Ｖ］）から一定の直流電圧を生成し、高圧放電ランプ点灯装置１０３に供給する。
高圧放電ランプ点灯装置１０３は、主にＤＣ／ＤＣコンバータ１０５、ＤＣ／ＡＣインバータ１０６、高電圧発生部１０７、ランプ電流検出部１０８、ランプ電圧検出部１０９、マイコン１１１、乗算部１１２、割算部１１３、比較部１１４、計時部１１５、点灯波形発生部１１６および参照信号生成部１１７を備える。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１０５は、入力端子、出力端子および制御端子を有する。入力端子にはＤＣ電源回路１０２が接続されている。出力端子にはＤＣ／ＡＣインバータ１０６が接続されている。制御端子には比較部１１４が接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０５は、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御を用いて、制御端子に入力された信号レベルに応じた大きさの直流電流を生成する。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０５は、ランプ始動直後からランプが立ち上がるまでのランプ電圧が低い期間、言い換えればランプ電流が大きい期間には、制御端子に入力された制御信号にかかわらず、定電流制御を実行する。ここで、「定電流制御」とは、電流値を一定にする制御だけを指すのではなく、ランプが立ち上がるまでのランプ電圧が低い期間においてランプに過電流が流れるのを防ぐために電流に制限をかけた制御全般を示す。したがって、電流値が一定でない場合も含む。

ＤＣ／ＡＣインバータ１０６は、入力端子、出力端子および制御端子を有する。入力端子にはＤＣ／ＤＣコンバータ１０５が接続されている。出力端子には高電圧発生部１０７を介して高圧水銀ランプ１０４が接続されている。制御端子には点灯波形発生部１１６が接続されている。ＤＣ／ＡＣインバータ１０６は、制御端子に入力されたスイッチング信号の周波数に応じた周波数の交流電流を生成する。

高電圧発生部１０７は、例えばトランス（図示せず）を有しており、高圧水銀ランプ１０４の電極１９間での絶縁破壊を促し、高圧水銀ランプ１０４を始動させるべく高電圧を発生させて高圧水銀ランプ１０４に印加する。
ランプ電流検出部１０８は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０５とＤＣ／ＡＣインバータ１０６とを結ぶ配線に流れる電流（ランプ電流に相当する）を検出し、ランプ電流の電流値を示す電流値信号を出力する。

ランプ電圧検出部１０９は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０５の出力電圧（ランプ電圧に相当する）を検出し、ランプ電圧の電圧値を示す電圧値信号を出力する。
マイコン１１１は、電流値信号および電圧値信号に基づいて、計時部１１５および点灯波形発生部１１６を制御する。制御の詳細については後述する。
乗算部１１２は、入力された電流値信号と入力された電圧値信号との乗算結果である電力値信号を出力する。電力値信号は、高圧水銀ランプ１０４に供給されている電力値を示す。

割算部１１３は、入力された電力値信号と入力された波形信号との割算結果である比率信号を生成する。波形信号は、目標とする電力波形（高圧水銀ランプは定電圧特性を有するため、目標とする電流波形とも言える）を示す信号であり、点灯波形発生部１１６から供給される。
比較部１１４は、入力された比率信号と入力された参照信号との減算結果である差分信号を生成する。参照信号は、目標とする電力値を示す信号であり、参照信号生成部１１７から供給される。

計時部１１５は、高圧水銀ランプ１０４の点灯開始からの経過時間を計測する。
点灯波形発生部１１６は、マイコン１１１から入力された制御信号に基づいて、波形信号およびスイッチング信号を発生させる。制御信号には、例えば、矩形波および階段波の何れかを指定する情報、ならびに、点灯周波数を指定する情報が含まれている。波形信号は上述のとおり、目標とする電力波形を示す信号である。スイッチング信号は、ＤＣ／ＡＣインバータ１０６により生成される交流電流の周波数を定める信号である。

以上の構成から、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０５、ＤＣ／ＡＣインバータ１０６および高電圧発生部１０７が交流電流生成部として機能する。また、ランプ電流検出部１０８、ランプ電圧検出部１０９、マイコン１１１、乗算部１１２、割算部１１３、比較部１１４、計時部１１５、点灯波形発生部１１６および参照信号生成部１１７が制御部として機能する。また、マイコン１１１は、点灯波形を矩形波および階段波の何れにするかを選択する選択部として機能する。

次に、一例として定格電力１８０［Ｗ］の高圧水銀ランプ１０４の概略構成について図２を参照して説明する。
図２に示すように、高圧水銀ランプ１０４の発光管は、その容囲器の構成材料が例えば石英ガラスからなり、管中央部の略回転楕円体形状の発光部１６と、この両側からそれぞれ外方向に延在するように連接された略円柱体形状の封止部１７とを有する。

発光部１６の内部（放電空間１８）には、発光物質である水銀（Ｈｇ）と、始動補助用の希ガスとして例えばアルゴンガス（Ａｒ）、クリプトンガス（Ｋｒ）、あるいはキセノンガス（Ｘｅ）またはそれら２種以上の混合ガスと、ハロゲンサイクル作用のためのヨウ素（Ｉ）あるいは臭素（Ｂｒ）、またはそれらの混合物とがそれぞれ所定量封入されている。一例として、水銀の封入量は１５０［ｍｇ／ｃｍ^３］以上３９０［ｍｇ／ｃｍ^３］以下の範囲内で、アルゴンガスの封入量（２５℃）は０．０１［ＭＰａ］以上１［ＭＰａ］以下の範囲内で、臭素の封入量は１×１０^−１０［ｍｏｌ／ｃｍ^３］以上１×１０^−４［ｍｏｌ／ｃｍ^３］以下の範囲内で、好ましくは１×１０^−９［ｍｏｌ／ｃｍ^３］以上１×１０^−５［ｍｏｌ／ｃｍ^３］以下の範囲内でそれぞれ設定されている。

また、発光部１６内には、一対のタングステン（Ｗ）製の電極１９の一端部側がそれぞれ互いに略対向するように配置されている。一例として、この一対の電極１９間の距離Ｌ（図２参照）は、０．５［ｍｍ］以上２．０［ｍｍ］以下の範囲内で設定される。
電極１９は、電極棒とその一端部に取り付けられた電極コイルとからなる。特に電極１９の先端部は、電極棒の一部と電極コイルの一部とがそれぞれ一体的に溶融されて例えば略半球状、略球状または略円錐状等の形状に加工されている。また、この電極１９の先端部には、点灯中のハロゲンサイクル作用によって、電極１９の構成材料であるタングステンが蒸発した後、ハロゲンによって再び電極１９、特にその先端部の頂点部に戻って堆積し、その堆積物からなる突起部２３が機械的加工を行うことなく自己形成される。ここで示す突起部２３は製造工程の点灯工程中に形成させたもので、製品完成時には既に形成された状態にある。電極１９間の距離Ｌは、具体的にはこれら突起部２３間の距離を示す。

なお、電極１９の先端部を例えば略半球状、略球状または略円錐状等の形状に形成するに当たり、電極棒の一部と電極コイルの一部とをそれぞれ溶融させて形成する以外に、予め略半球状、略球状または略円錐状に削り出したもの、またはそのような形状で焼結したもの電極棒の先端部に取り付けてもよい。
電極１９の他端部は、封止部１７に気密に封着されたモリブデン製の金属箔２４を介して外部リード線２５の一端部に接続されている。外部リード線２５の他端部は封止部１７の端面から外部に突出し、図示していない電力供給線または口金等に接続される。

図３は、第１の実施形態に係るランプ電流、ランプ電力、ランプ電圧、電極温度、電力制御および点灯波形の時間的推移を示す図である。
高圧放電ランプ点灯装置１０３は、ランプの点灯開始２［ｓ］後、水銀の蒸発に伴ってランプ電圧が上昇して所定の電圧（例えば、６０［Ｖ］）に到達するまで定電流制御（例えば、３［Ａ］一定）を行い、所定の電圧（例えば、６０［Ｖ］）に達すると、ランプ電力を一定（１８０［Ｗ］）とする定電力制御に移行する。

また、高圧放電ランプ点灯装置１０３は、ランプが点灯開始してから所定時間（例えば、１００［ｓ］）まで点灯波形を矩形波とし、所定時間（例えば、１００［ｓ］）を経過すれば、点灯波形を階段波とする。
電極温度は、直接測定することができないので、特定波長のスペクトル強度を測定し、その測定結果を温度に換算して得たものである。図３に示すように、高圧水銀ランプ１０４の電極温度は定電流制御から定電力制御に切り替わる時点近辺（数秒程度のずれ）でピークとなる。

図４は、点灯波形発生部により発生される波形信号およびスイッチング信号を示す図であり、（ａ）は点灯波形を矩形波とする場合、（ｂ）は点灯波形を階段波とする場合を示す。また、図５は、図４の各信号に基づいてＤＣ／ＤＣコンバータおよびＡＣ／ＤＣインバータを制御した場合における高圧水銀ランプのランプ電圧およびランプ電流を示す図であり、（ａ）は点灯波形を矩形波とする場合、（ｂ）は点灯波形を階段波とする場合を示す。

波形信号は、目標とする電力波形として、割算部１１３および比較部１１４を介してＤＣ／ＤＣコンバータ１０５に入力される。一方、スイッチング信号は、点灯周波数を定める信号としてＤＣ／ＡＣインバータ１０６に入力される。ＤＣ／ＡＣインバータ１０６は、スイッチング信号がハイレベルのときに正方向にランプ電流を流し、スイッチング信号がローレベルのときに逆方向にランプ電流を流す。

したがって、図４（ａ）に示す波形信号の場合には、図５（ａ）に示すように、ランプ電流は半周期にわたり交流電流の瞬時値が略一定となる矩形波となる。なお、「略一定」とは、オーバーシュートおよびアンダーシュートを含める意図である。
一方、図４（ｂ）に示す波形信号の場合には、図５（ｂ）に示すように、ランプ電流は半周期の初期区間で電流の瞬時値が階段状に漸増し、半周期の中間区間で電流の瞬時値がそのまま維持され、半周期の終期区間で電流の瞬時値がさらに漸増するような階段波となる。
＜動作＞
次に、第１の実施形態に係る高圧放電ランプ点灯装置１０３の動作例を説明する。

図６は、本発明の第１の実施形態に係る高圧放電ランプ点灯装置の動作を示すフローチャートである。
（１）まず、高圧水銀ランプ１０４を放電開始させるための点灯スイッチ（図示せず）がオンされると、マイコン１１１は、高電圧発生部１０７に例えば３［ｋＶ］、１００［ｋＨｚ］の高周波電圧を発生させる（ステップＳ１１）。発生された高周波電圧は高圧水銀ランプ１０４に印加される。
（２）高圧水銀ランプ１０４における電極１９間において絶縁破壊が起こると電極１９間に高周波のアーク放電電流が通電し始める。すなわち、高圧水銀ランプ１０４は放電を開始する。放電開始後も一定期間、高周波電圧が高圧水銀ランプ１０４に印加され続ける。

マイコン１１１は、電流値信号からランプの点灯を検知すると計時部１１５を動作させる。その後、マイコン１１１は、計時部１１５がウォームアップ期間（例えば、２［ｓ］）の終了を示すまで、点灯波形発生部１１６に１０［ｋＨｚ］以上５００［ｋＨｚ］以下の範囲内から選択される高周波のスイッチング信号を発生させる。このウォームアップ期間の２［ｓ］を経過すると、いわゆる始動動作が完了する（ステップＳ１２：ＹＥＳ）。

なお、上記始動動作において、高圧水銀ランプ１０４を放電開始させるための高電圧発生部１０７からの出力は高周波の高電圧に限定されるものでなく、これに代えて公知の間欠発振型の高電圧パルスを用いてもよい。また、放電開始後のアーク放電を安定させる方法についても当該高周波動作に限るものでなく、これに代えて公知の直流動作または２０［Ｈｚ］未満の低周波電流による定電流制御の動作を用いてもよい。
（３）始動動作後、マイコン１１１は、点灯波形発生部１１６に、制御信号Ａを入力する。制御信号Ａには、矩形波を指定する情報および周波数Ａ（例えば、１７０［Ｈｚ］）を指定する情報が含まれている。これにより、１７０［Ｈｚ］の矩形波の交流電流が高圧水銀ランプ１０４に供給される（ステップＳ１３）。なお、周波数Ａは、４０［Ｈｚ］以上７００［Ｈｚ］以下の範囲内から予め選択されている。
（４）マイコン１１１は、計時部１１５の示す時間が所定時間（例えば、１００［ｓ］）を経過するまで（ステップＳ１４：ＮＯ）、制御信号Ａの入力を維持し、所定時間を経過すれば（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、制御信号Ｂの入力に切り替える。制御信号Ｂは、階段波を指定する情報および周波数Ｂ（例えば、１７０［Ｈｚ］）を指定する情報が含まれている。これにより、１７０［Ｈｚ］の階段波の交流電流が高圧水銀ランプ１０４に供給される（ステップＳ１５）。なお、周波数Ｂは、２０［Ｈｚ］以上１０００［Ｈｚ］以下の範囲内から予め選択されている。上記の例では、周波数Ａおよび周波数Ｂは何れも１７０［Ｈｚ］で一致しているが、特にこれに限らず、周波数Ａと周波数Ｂとが異なることとしてもよい。
（５）その後、消灯（点灯スイッチＯＦＦ）されるまで、この状態が維持される。

第１の実施形態である高圧放電ランプ装置１０１は、上述したとおりの特徴を有する高圧放電ランプ点灯装置１０３を備えているので、次のような作用効果を発揮することができる。
ランプの点灯開始から所定時間が経過するまで矩形波が適用されるので、ランプ点灯始動直後における電極損傷の防止を図ることができ、所定時間が経過すれば階段波が適用されるので定常点灯時におけるアーク起点の安定を図ることができる。また、アークが初期の位置からずれることによる反射鏡からの射出光の低下を抑えることができる。

なお、この所定時間は、ランプの点灯開始から電極温度がピークになるまでの時間よりも長いことが望ましい。より詳細には、３０［ｓ］以上３００［ｓ］以下であることが望ましい。３０［ｓ］より短い場合、ランプがまだ立ち上がっておらず、電極損傷を防げなくなる可能性がある。また、３００［ｓ］より長い場合、ランプが安定点灯状態となり、フリッカが発生する可能性がある。
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る高圧放電ランプ装置１０１について説明する。第２の実施形態では、定常点灯時において高圧水銀ランプ１０４のランプ電圧が所定値よりも低くなった場合に、点灯周波数を切り替えることを行う。これ以外の点については、第１の実施形態と同様なので説明を省略する。
＜動作＞
図７は、本発明の第２の実施形態に係る高圧放電ランプ点灯装置の動作を示すフローチャートである。

ランプの点灯開始から１００［ｓ］を経過するまでの動作（ステップＳ２１〜Ｓ２４）は、第１の実施形態の動作（ステップＳ１１〜Ｓ１４）と同様である。
マイコン１１１は、計時部１１５の示す時間が所定時間（例えば、１００［ｓ］）を経過すれば（ステップＳ２４：ＹＥＳ）、点灯波形発生部１１６に制御信号Ｂを入力する。制御信号Ｂは、階段波を指定する情報および周波数Ｂ（例えば、１７０［Ｈｚ］）を指定する情報が含まれている。これにより、１７０［Ｈｚ］の階段波の交流電流が高圧水銀ランプ１０４に供給される（ステップＳ２５）。

マイコン１１１は、電圧値信号の示すランプ電圧が所定値（例えば、５７［Ｖ］）よりも低くならない限り（ステップＳ２６：ＮＯ）、制御信号Ｂの入力を維持し、所定値（例えば、５７［Ｖ］）よりも低くなれば（ステップＳ２６：ＹＥＳ）、制御信号Ｃの入力に切り替える。制御信号Ｃは、階段波を指定する情報および周波数Ｃ（例えば、３４０［Ｈｚ］）を指定する情報が含まれている。これにより、３４０［Ｈｚ］の階段波の交流電流が高圧水銀ランプ１０４に供給される（ステップＳ２７）。なお、周波数Ｃは、３００［Ｈｚ］以上１０００［Ｈｚ］以下の範囲内において、周波数Ｂ（例えば、１７０［Ｈｚ］）よりも高くなるように予め選択されている。

マイコン１１１は、電圧値信号の示すランプ電圧が所定値（例えば、６０［Ｖ］）よりも高くならない限り（ステップＳ２８：ＮＯ）、制御信号Ｃの入力を維持し、所定値（例えば、６０［Ｖ］）よりも高くなれば（ステップＳ２８：ＹＥＳ）、制御信号Ｂの入力に切り替える。
なお、交流電流の周波数を３００［Ｈｚ］以上１０００［Ｈｚ］以下の範囲内から選択される周波数Ｃに切り替える条件は、高圧水銀ランプ１０４のランプ電圧に基づいているが、その具体的な値については５７［Ｖ］に限るものではなく、またその後、周波数Ｂに切り替える条件も６０［Ｖ］に限るものではなく、高圧水銀ランプ１０４の定格電力等の各種仕様によって適宜設定されるものである。また、本実施形態では、３［Ｖ］のヒステリシスを持たせて５７［Ｖ］および６０［Ｖ］としているが、これについても適宜設定されるものである。

第２の実施形態では、第１の実施形態の作用効果に加えて、次のような作用効果を発揮することができる。
高圧水銀ランプ１０４の累積点灯時間の初期段階（例えば５００時間以内）においては、ハロゲンサイクル作用が活発に働いている。この段階で高圧水銀ランプ１０４の周囲温度が何らかの環境変化で変動した場合などでは、電極１９の突起部２３が成長し過ぎて電極１９間の距離Ｌが所望とする範囲よりも小さくなり、高圧水銀ランプ１０４のランプ電圧が頻繁にまたは長時間に亘って所望とする値よりも低くなる低電圧状態に陥る場合がある。

そこで、高圧水銀ランプ１０４のランプ電圧が所定値（例えば５７［Ｖ］）よりも低くなった場合のような低電圧状態に陥ったとき、３００［Ｈｚ］以上１０００［Ｈｚ］以下の範囲内から選択される周波数Ｃ（例えば３４０［Ｈｚ］）の交流電流を供給することとしている。これにより、電極１９の突起部２３の成長を抑止することができる。
なお、交流電流の周波数Ｃとして３４０［Ｈｚ］を採用したが、これは高圧水銀ランプ１０４の仕様上決定される値であって実験的に導出されるものである。その導出された値以上で１０００［Ｈｚ］以下の範囲内から選択される値であれば上記と同様の作用効果を得られる。第１の実施形態で示した本発明が想定している高圧水銀ランプ１０４の仕様範囲においては周波数Ｃとして適切とされる周波数範囲は３００［Ｈｚ］以上１０００［Ｈｚ］以下である。
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係る高圧放電ランプ装置１０１について説明する。第３の実施形態では、ランプの点灯開始から所定時間（例えば、１００［ｓ］）が経過する前後で点灯周波数を切り替える。これ以外の点については、第２の実施形態と同様なので説明を省略する。
＜動作＞
図８は、本発明の第３の実施形態に係る高圧放電ランプ点灯装置の動作を示すフローチャートである。

ランプの始動動作（ステップＳ３１、Ｓ３２）は、第２の実施形態の動作（ステップＳ２１、Ｓ２２）と同様である。
始動動作後、マイコン１１１は、点灯波形発生部１１６に、制御信号Ｄを入力する。制御信号Ｄには、矩形波を指定する情報および周波数Ｄ（例えば、１００［Ｈｚ］）を指定する情報が含まれている。これにより、１００［Ｈｚ］の矩形波の交流電流が高圧水銀ランプ１０４に供給される（ステップＳ３３）。なお、周波数Ｄは、５０［Ｈｚ］以上２００［Ｈｚ］以下の範囲内において予め選択されている。

マイコン１１１は、計時部１１５の示す時間が所定時間（例えば、１００［ｓ］）を経過するまで（ステップＳ３４：ＮＯ）、制御信号Ｄの入力を維持し、所定時間を経過すれば（ステップＳ３４：ＹＥＳ）、制御信号Ｂの入力に切り替える。
これ以降の動作（ステップＳ３５〜Ｓ３８）については、第２の実施形態の動作（ステップＳ２５〜Ｓ２８）と同様である。

ここで、交流電流の周波数Ｄとしては、騒音の発生を十分に抑え、かつ突起部２３が変形または蒸発消滅することのない、５０［Ｈｚ］以上２００［Ｈｚ］以下の範囲内から選択されることが好ましい。すなわち、可聴感度の高低は、等ラウドネス曲線やＩＳＯ ２２６で規格された指標に基づいて判断することができる。本発明者らは、これらの指標を参考にしつつ、実際に被験者を用いた評価を行った結果、周波数Ｄの好適例として２００［Ｈｚ］以下に設定されることが望ましいことを見出した。等ラウドネス曲線によれば周波数Ｄは低ければ低いほど可聴感度は低くなるが、一方、始動動作後の定電流制御時にはそのランプ電流の値が定電力制御時のランプ電流の値よりも高く、それに伴って電極１９の温度も過度に上昇しており、この状況下で固定周波数Ｄが低すぎると、電極１９の温度が極度に上昇して突起部２３が変形または蒸発消滅するおそれがある。これに対しては、ランプの点灯開始から所定時間が経過するまで、周波数Ｄの好適例として５０［Ｈｚ］以上に設定することにより、電極１９の極度な温度上昇を抑えることができ、突起部２３が変形または蒸発消滅するのを確実に防止することができる。

第３の実施形態では、第２の実施形態の作用効果に加えて、次のような作用効果を発揮することができる。
ランプが点灯開始してから所定時間が経過するまでは、可聴感度の高い周波数Ｃ（例えば３４０［Ｈｚ］）での点灯を禁止しているので、耳障りな騒音の発生を抑えることができる。
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態であるプロジェクタについて、図９〜図１１を参照して説明する。

高圧水銀ランプ１０４は、図９に示すように、反射鏡２６内に組み込まれてランプユニット２７を構成する。
すなわち、ランプユニット２７は、図９に示すように、上記した高圧水銀ランプ１０４と、内面が凹面の反射面２８を有する基体がガラスまたは金属からなる反射鏡２６とを備えており、この反射鏡２６内に高圧水銀ランプ１０４がその長手方向の中心軸Ｘと反射鏡２６の光軸Ｙとが略一致するように組み込まれ、高圧水銀ランプ１０４からの射出光が反射面２８により反射されるように構成されている。

高圧水銀ランプ１０４には、発光管の一方の封止部１７に、電源接続用端子２９が付設された円筒形の口金３０が装着されている。一方の封止部１７から外部に導出した外部リード線２５が電源接続用端子２９に接続されている。他方の外部リード線２５には電力供給線３１が接続されている。
そして、この高圧水銀ランプ１０４は、口金３０が反射鏡２６のネック部３２内に挿入され、かつ接着剤３３を介して固着されている。このとき、電力供給線３１は、反射鏡２６に設けられた貫通孔３４に挿通される。

なお、反射面２８は、例えば回転楕円体面や回転放物体面からなり、多層干渉膜等が蒸着されている。
図１０は、フロントプロジェクタ３５の概略構成を示す図である。フロントプロジェクタ３５は、その前方に設置したスクリーン（図示せず）に向けて画像を投影するタイプのプロジェクタである。なお、図１０は、後述する筐体３６の天板を取り除いた状態を示している。

フロントプロジェクタ３５は、筐体３６に収納された、光源であるランプユニット２７、光学ユニット３７、制御ユニット３８、投射レンズ３９、冷却ファンユニット４０、および電源ユニット４１等から構成されている。光学ユニット３７は、入射光を変調して画像を形成する画像形成ユニット、およびランプユニット２７からの照明光をその画像形成ユニットに照射する照明ユニット（いずれも図示せず）を有している。照明ユニットは、３色のカラーフィルタからなるカラーホイール等（図示せず）を有し、照明光を３原色に分解して画像形成ユニットに照射する。制御ユニット３８は、画像形成ユニット等を駆動制御する。投射レンズ３９は、画像形成ユニットにより変調されて形成された光学像を拡大投射する。電源ユニット４１は、上記した高圧放電ランプ点灯装置１０３を含み、商用電源から供給される電力を、制御ユニット３８やランプユニット２７に適した電力に変換してそれぞれ供給する。

また、図１１は、リアプロジェクタ４２の概略構成を示す図である。リアプロジェクタ４２は、ランプユニット２７、光学ユニット、投射レンズ、ミラーおよび高圧放電ランプ点灯装置（いずれも図示せず）等が筐体４３内に収納された構成を有している。投射レンズから投射されミラーで反射された画像が、透過式スクリーン４４の裏側から投影されて画像表示される。

以上、本発明に係る高圧放電ランプ点灯装置等について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限られない。例えば、以下のような変形例が考えられる。
（１）実施形態では、アークジャンプを抑制するための点灯波形として、図５（ｂ）に示す階段波を用いているが、本発明はこれに限られない。アークジャンプを抑制するには、半周期中の最終区間における交流電流の瞬時値を半周期中のそれ以外の区間における交流電流の瞬時値よりも高くした波形を用いればよい。したがって、例えば、図１２（ａ）に示すような、半周期にわたり交流の瞬時値が一定のレートで漸増する波形でもよいし、図１２（ｂ）に示すような、半周期中の最終区間以外の区間における交流電流の瞬時値を略一定とし、半周期中の最終区間における交流電流の瞬時値だけを高める波形でもよい。さらに、図１２（ｃ）に示すような、最終区間の直前の１区間で極性反転するものでもよいし、図１２（ｄ）に示すような、最終区間の直前の２区間で極性反転するものでもよく、あるいは、３区間以上で極性反転するものでも構わない。これらは、低周波の基本波の半周期毎に高周波の別の波を重畳してなる変形波である。このような変形波における「半周期」とは、基本波とみなせる波の半周期を指すものとする。
（２）実施形態では、電極の損傷を防止するための点灯波形として、図５（ａ）に示す矩形波を用いているが、本発明はこれに限らず、半周期中の最終区間における交流電流の瞬時値を半周期中のそれ以外の区間における交流電流の瞬時値よりも高くしなければよい。もっとも、半周期中の最終区間における交流電流の瞬時値が、波形の歪みなどの影響により、半周期中のそれ以外の区間における交流電流の瞬時値よりごくわずかに（例えば、５％程度）高くなっている場合や、ランプの点灯開始から所定時間内のごく短時間（例えば、１秒程度）だけ高くなる場合でも、実質上、本発明への効果に影響を及ぼすものではない。そのため、上記のような場合であっても、「半周期中の最終区間における交流電流の瞬時値を半周期中のそれ以外の区間における交流電流の瞬時値よりも高くしない」という技術思想に含まれるものとする。
（３）第２の実施形態では、ランプ電圧に応じた点灯周波数の切り替え（ステップＳ２５〜Ｓ２８）は、所定時間が経過しなければ実施されない仕様となっているが、本発明はこれに限られない。例えば、ランプが点灯開始してからランプ電圧に応じた点灯周波数の切り替えを実施することとしてもよい。

本発明は、プロジェクタ等に広く利用することができる。

本発明の第１の実施形態に係る高圧放電ランプ装置のブロック図 高圧水銀ランプの構成を示す図 第１の実施形態に係るランプ電流、ランプ電力、ランプ電圧、電極温度、電力制御および点灯波形の時間的推移を示す図 点灯波形発生部により発生される波形信号およびスイッチング信号を示す図であり、（ａ）は点灯波形を矩形波とする場合、（ｂ）は点灯波形を階段波とする場合を示す 図４の各信号に基づいてＤＣ／ＤＣコンバータおよびＡＣ／ＤＣインバータを制御した場合における高圧水銀ランプのランプ電圧およびランプ電流を示す図であり、（ａ）は点灯波形を矩形波とする場合、（ｂ）は点灯波形を階段波とする場合を示す 本発明の第１の実施形態に係る高圧放電ランプ点灯装置の動作を示すフローチャート 本発明の第２の実施形態に係る高圧放電ランプ点灯装置の動作を示すフローチャート 本発明の第３の実施形態に係る高圧放電ランプ点灯装置の動作を示すフローチャート ランプユニットの概略構成を示す図 フロントプロジェクタの概略構成を示す図 リアプロジェクタの概略構成を示す図 交流電流の波形の変形例を示す図

符号の説明

１６ 発光部
１７ 封止部
１８ 放電空間
１９ 電極
２３ 突起部
２４ 金属箔
２５ 外部リード線
２６ 反射鏡
２７ ランプユニット
２８ 反射面
２９ 電源接続用端子
３０ 口金
３１ 電力供給線
３２ ネック部
３３ 接着剤
３４ 貫通孔
３５ フロントプロジェクタ
３６ 筐体
３７ 光学ユニット
３８ 制御ユニット
３９ 投射レンズ
４０ 冷却ファンユニット
４１ 電源ユニット
４２ リアプロジェクタ
４３ 筐体
４４ 透過式スクリーン
１０１ 高圧放電ランプ装置
１０２ ＤＣ電源回路
１０３ 高圧放電ランプ点灯装置
１０４ 高圧水銀ランプ
１０５ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１０６ ＤＣ／ＡＣインバータ
１０７ 高電圧発生部
１０８ ランプ電流検出部
１０９ ランプ電圧検出部
１１１ マイコン
１１２ 乗算部
１１３ 割算部
１１４ 比較部
１１５ 計時部
１１６ 点灯波形発生部
１１７ 参照信号生成部

Claims (10)

1. 内部に、ハロゲン物質が封入され、かつ先端部に突起部が形成されている一対の電極が配置されている発光管を有する高圧放電ランプに対して、交流電流を供給して点灯させる高圧放電ランプ点灯装置であって、
   前記高圧放電ランプに供給される交流電流を生成する交流電流生成部と、前記交流電流生成部を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、
   前記高圧放電ランプの点灯開始から所定時間が経過するまで、交流電流の半周期中の最終区間における交流電流の瞬時値を半周期中のそれ以外の区間における交流電流の瞬時値よりも高くしない第１波形を適用させ、前記所定時間が経過すれば、半周期中の最終区間における交流電流の瞬時値を半周期中のそれ以外の区間における交流電流の瞬時値よりも高くする第２波形を適用させて、前記交流電流生成部に交流電流を生成させること
   を特徴とする高圧放電ランプ点灯装置。
2. 前記交流電流生成部は、第１信号が入力されれば前記第１波形の交流電流を生成し、第２信号が入力されれば前記第２波形の交流電流を生成するものであり、
   前記制御部は、
   前記高圧放電ランプの点灯開始からの経過時間を計測する計時部と、
   前記交流電流生成部に入力される第１信号および第２信号を選択的に発生する点灯波形発生部と、
   前記計時部の経過時間が前記所定時間を超えるまで、前記点灯波形発生部に前記第１信号を発生させ、前記計時部の経過時間が前記所定時間を超えれば、前記点灯波形発生部に前記第２信号を発生させる選択部と
   を備え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. 前記所定時間は、前記高圧放電ランプの点灯開始から前記高圧放電ランプの電極温度がピークに達するまでの時間よりも長いこと
   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。
4. 前記所定時間は、３０［ｓ］以上３００［ｓ］以下の範囲内であること
   を特徴とする請求項１に記載の高圧放電ランプ点灯装置。
5. 前記第１波形は、半周期にわたり交流電流の瞬時値を略一定とする波形であること
   を特徴とする請求項１に記載の高圧放電ランプ点灯装置。
6. 前記制御部は、さらに、前記高圧放電ランプのランプ電圧が所定値よりも高ければ、前記高圧放電ランプに供給される交流電流の周波数を第１の値とし、前記高圧放電ランプのランプ電圧が所定値より低ければ、前記高圧放電ランプに供給される交流電流の周波数を前記第１の値よりも高い第２の値とするように、前記交流電流生成部を制御すること
   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。
7. 前記制御部は、さらに、前記高圧放電ランプの点灯開始から前記所定時間が経過するまでは、前記高圧放電ランプのランプ電圧にかかわらず、前記高圧放電ランプに供給される交流電流の周波数を前記第２の値よりも低い第３の値とするように、前記交流電流生成部を制御すること
   を特徴とする請求項６に記載の高圧放電ランプ点灯装置。
8. 内部に、ハロゲン物質が封入され、かつ先端部に突起部が形成されている一対の電極が配置されている発光管を有する高圧放電ランプと、
   前記高圧放電ランプを点灯させる請求項１〜７のいずれか１項に記載された高圧放電ランプ点灯装置と、を備えたことを特徴とする高圧放電ランプ装置。
9. 請求項８に記載された高圧放電ランプ装置を備えたことを特徴とするプロジェクタ。
10. 内部に、ハロゲン物質が封入され、かつ先端部に突起部が形成されている一対の電極が配置されている発光管を有する高圧放電ランプに対して、交流電流を供給して点灯させる高圧放電ランプの点灯方法であって、
    前記高圧放電ランプの点灯開始から所定時間が経過するまで、交流電流の半周期中の最終区間における交流電流の瞬時値を半周期中のそれ以外の区間における交流電流の瞬時値よりも高くしない第１波形で交流電流を前記高圧放電ランプに供給し、
    前記所定時間が経過すれば、半周期中の最終区間における交流電流の瞬時値を半周期中のそれ以外の区間における交流電流の瞬時値よりも高くする第２波形で交流電流を前記高圧放電ランプに供給すること
    を特徴とする高圧放電ランプ点灯方法。

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