JP4877263B2 - 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装置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

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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装置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ものである。
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って、その光源として点光源により近く、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高圧水銀ランプは、内部に発光物質として水銀が例えば200[mg/cm3]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。
ハロゲンサイクル作用によって発光管の内面が黒化するのを防止することができる一方で、電極から飛散したタングステンが再び電極に戻って付着し、その堆積物として突起部が形成されることが知られている。このような突起部は電極の先端部に適正に形成されると、その突起部がアークの輝点となるために安定したアークが得られ、いわゆるアークの輝点移動によるフリッカの発生を防止することができる。
そこで、従来、電極の先端部にアークを安定させる突起部を適正に成長、維持させるために、高圧水銀ランプに供給される交流電流の周波数を変化させることが提案されている(例えば特許文献1等)。
ところで、交流電流の周波数を変化させる方法として、ランプの動作データに依存することなく絶えず周波数を変化させる、すなわち周波数の変調制御が知られている(例えば特許文献2等)。この方法は、突起部が変形した後に制御をかける、いわゆる修復的な制御とは異なり突起部が変形する前から制御をかけるため、初期の突起部の形状を安定的に維持することができるという利点がある。
なお、この種の高圧水銀ランプは次のようにして始動、点灯される。すなわち、例えば高電圧が印加されて放電を開始した後(電極間における絶縁破壊の後)、放電を安定させるべく、一定期間、例えば10[kHz]以上500[kHz]以下の範囲内から選択される高周波電流による定電流制御を行う始動動作が行われ、その始動動作後、周波数が例えば20[Hz]以上1000[Hz]以下の範囲内から選択される略矩形波電流による定電流制御が行われ、さらにその後、定電力の点灯に移行される。
特開2001−312997号公報 特許第3851343号公報
しかしながら、本発明者らの検討によると、電極の突起部を制御するべく周波数の変調制御をする場合において、組み合わせる周波数の値によっては、ランプが高電圧の印加によって放電を開始し、20[Hz]以上1000[Hz]以下の略矩形波電流による点灯に移行するまでの始動動作の後からランプが立ち上がるまでのランプ電圧が低い状態、言い換えればランプ電流が高い状態において、高圧放電ランプ点灯装置の電子部品などから耳障りな騒音が発生することが判明した。これを搭載するプロジェクタにおいては、ランプの始動動作後からすぐに映像を投射し始める用途が多いために、快適な視聴環境を実現するためには前記点灯装置からの騒音を可及的に抑制する必要がある。特に、供給される交流電流において可聴感度の高い周波数と低い周波数とに変調させる場合、騒音の発生要因となる周波数が断続的に投入されることになり、これは騒音の発生要因となる周波数一つに固定した場合に連続的に発生する騒音に比して一層耳障りに感じる。とりわけ、プロジェクタの中でも動画とともに音声を投影するものではこの騒音の抑制が強く望まれる。
もちろん、周波数の変調制御を無くせば、この騒音発生は改善するものの、電極の突起部の適正な成長、維持を図ることができなくなり、アークの輝点移動によるフリッカの発生等を招いてしまう。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、電極の突起部の適正な成長、維持を図るべく交流電流の周波数を変調制御する場合であってもなるたけ静音な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装置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している。
本発明は、当該目的を達成するべく、以下のとおりの特徴を備えている。
すなわち、本発明の請求項1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点灯装置であって、前記高圧放電ランプの始動動作後は定電流制御を行い、その後、定電力による点灯に移行し、前記始動動作後から一定期間を除いては前記交流電流の周波数を少なくとも第1の値と前記第1の値よりも可聴感度の高い第2の値とに変調し、前記始動動作後から一定期間として前記始動動作後から定電力点灯に移行する前の所定時間までの間、または前記始動動作後から定電力点灯に移行した時点までの間、または前記始動動作後から定電力点灯に移行した後の所定時間までの間については前記交流電流の周波数の変調制御を禁止し、周波数が前記第2の値よりも低い第3の値の交流電流を供給することを特徴とする。
本発明の請求項2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点灯装置であって、前記高圧放電ランプの始動動作後は定電流制御を行い、その後、定電力による点灯に移行し、前記始動動作後から一定期間を除いては前記交流電流の周波数を少なくとも第1の値と前記第1の値よりも可聴感度の高い第2の値とに変調し、前記始動動作後から一定期間として前記始動動作後から60[s]以上300[s]以下の範囲内から選択される所定時間までの間については前記交流電流の周波数の変調制御を禁止し、周波数が前記第2の値よりも低い第3の値の交流電流を供給することを特徴とする。
本発明の請求項3に係る高圧放電ランプ点灯装置は、これら請求項1または請求項2に記載の高圧放電ランプ点灯装置において、前記第3の値は50[Hz]以上200[Hz]以下の範囲内から選択されていることを特徴とする。
本発明の請求項4に係る高圧放電ランプ点灯装置は、これら請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の高圧放電ランプ点灯装置において、前記第2の値は300[Hz]以上1000[Hz]以下の範囲内から選択されていることを特徴とする。
本発明の請求項5に係る高圧放電ランプ点灯装置は、これら請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の高圧放電ランプ点灯装置において、前記始動動作後から一定期間の経過後、前記高圧放電ランプのランプ電圧が一定の値を下回った場合、前記交流電流の周波数の変調制御を禁止し、周波数が300[Hz]以上1000[Hz]以下の範囲内から選択される第4の値の交流電流を供給することを特徴とする。
本発明の請求項6に係る高圧放電ランプ点灯装置は、この請求項5記載の高圧放電ランプ点灯装置において、前記第4の値は前記第2の値より10[Hz]以上高いことを特徴とする。
本発明の請求項7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点灯装置であって、前記高圧放電ランプの始動動作後は定電流制御を行い、その後、定電力による点灯に移行し、前記始動動作後から一定期間を除いては、前記交流電流の周波数を、20[Hz]以上200[Hz]以下の範囲内から選択された第1の値と、300[Hz]以上1000[Hz]以下の範囲内から選択された第2の値とに変調し、前記第1の周波数よりも低い周波数であって、5[Hz]以上150[Hz]以下の範囲内から選択された第3の値の交流電流が前記第2の値の交流電流に割り込んで投入され、前記第1の値の交流電流において1回当たりの投入周期は0.5周期以上5周期以内の範囲内であって、前記第2の値の交流電流において1回当たりの投入周期は2周期以上200周期以内の範囲内であって、前記第3の値の交流電流において1回当たりの投入周期は0.5周期以上150周期以内の範囲内であって、前記第3の値の交流電流が前記第2の値の交流電流に割り込んで投入される時間間隔は130[s]以上300[s]以下の範囲内であり、前記始動動作後から一定期間として前記始動動作後から定電力点灯に移行する前の所定時間までの間、または前記始動動作後から定電力点灯に移行した時点までの間、または前記始動動作後から定電力点灯に移行した後の所定時間までの間については前記第3の値の交流電流の割り込み制御も含めて、前記交流電流の周波数の変調制御を禁止し、周波数が50[Hz]以上200[Hz]以下の範囲内から選択された第4の値の交流電流を供給することを特徴とする。
本発明の請求項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〜請求項のいずれか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。
本発明の請求項に係るプロジェクタは、請求項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。
本発明の請求項1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点灯装置であって、前記高圧放電ランプの始動動作後は定電流制御を行い、その後、定電力による点灯に移行し、前記始動動作後から一定期間を除いては前記交流電流の周波数を少なくとも第1の値と前記第1の値よりも可聴感度の高い第2の値とに変調し、前記始動動作後から一定期間として前記始動動作後から定電力点灯に移行する前の所定時間までの間、または前記始動動作後から定電力点灯に移行した時点までの間、または前記始動動作後から定電力点灯に移行した後の所定時間までの間については前記交流電流の周波数の変調制御を禁止し、周波数が前記第2の値よりも低い第3の値の交流電流を供給することを特徴とする。
本発明の請求項1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点灯装置であって、前記高圧放電ランプの始動動作後は定電流制御を行い、その後、定電力による点灯に移行し、前記始動動作後から一定期間を除いては前記交流電流の周波数を少なくとも第1の値と前記第1の値よりも可聴感度の高い第2の値とに変調し、前記始動動作後から一定期間として前記始動動作後から60[s]以上300[s]以下の範囲内から選択される所定時間までの間については前記交流電流の周波数の変調制御を禁止し、周波数が前記第2の値よりも低い第3の値の交流電流を供給することを特徴とする。
本発明の請求項1に係る高圧放電ランプの点灯方法は、これら請求項1または請求項1に記載の高圧放電ランプの点灯方法において、前記第3の値は50[Hz]以上200[Hz]以下の範囲内から選択されていることを特徴とする。
本発明の請求項1に係る高圧放電ランプの点灯方法は、これら請求項1〜請求項1のいずれか1項に記載の高圧放電ランプの点灯方法において、前記第2の値は300[Hz]以上1000[Hz]以下の範囲内から選択されていることを特徴とする。
本発明の請求項1に係る高圧放電ランプの点灯方法は、これら請求項1〜請求項1のいずれか1項に記載の高圧放電ランプの点灯方法において、前記始動動作後から一定期間の経過後、前記高圧放電ランプのランプ電圧が一定の値を下回った場合、前記交流電流の周波数の変調制御を禁止し、周波数が300[Hz]以上1000[Hz]以下の範囲内から選択される第4の値の交流電流を供給することを特徴とする。
本発明の請求項1に係る高圧放電ランプの点灯方法は、この請求項1記載の高圧放電ランプの点灯方法において、前記第4の値は前記第2の値より少なくとも10[Hz]以上高いことを特徴とする。
本発明の請求項1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点灯装置であって、前記高圧放電ランプの始動動作後は定電流制御を行い、その後、定電力による点灯に移行し、前記始動動作後から一定期間を除いては、前記交流電流の周波数を、20[Hz]以上200[Hz]以下の範囲内から選択された第1の値と、300[Hz]以上1000[Hz]以下の範囲内から選択された第2の値とに変調し、前記第1の周波数よりも低い周波数であって、5[Hz]以上150[Hz]以下の範囲内から選択された第3の値の交流電流が前記第2の値の交流電流に割り込んで投入され、前記第1の値の交流電流において1回当たりの投入周期は0.5周期以上5周期以内の範囲内であって、前記第2の値の交流電流において1回当たりの投入周期は2周期以上200周期以内の範囲内であって、前記第3の値の交流電流において1回当たりの投入周期は0.5周期以上150周期以内の範囲内であって、前記第3の値の交流電流が前記第2の値の交流電流に割り込んで投入される時間間隔は130[s]以上300[s]以下の範囲内であり、前記始動動作後から一定期間として前記始動動作後から定電力点灯に移行する前の所定時間までの間、または前記始動動作後から定電力点灯に移行した時点までの間、または前記始動動作後から定電力点灯に移行した後の所定時間までの間については前記第3の値の交流電流の割り込み制御も含めて、前記交流電流の周波数の変調制御を禁止し、周波数が50[Hz]以上200[Hz]以下の範囲内から選択された第4の値の交流電流を供給することを特徴とする。
なお、本発明において始動動作後の「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状態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。ただし、ランプが立ち上がった後に行う定電力制御も定電流制御の一つと解される場合があるが、ここでは定電力制御を定電流制御の一つとして含めない。
本発明は、交流電流の周波数の制御として始動動作後から一定期間においては変調制御を行うことを禁止し、その一定期間経過後には周波数の変調制御を行うことによって、電極の突起部の制御に悪影響を及ぼすことなく周波数の変調制御に起因する騒音の発生を抑えることができ、なるたけ静音な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装置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実現することができるものである。
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)
図1は、本発明の第1の実施形態である高圧放電ランプ装置1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1は、外部の交流電源(AC100[V])に接続されるDC電源回路2から高圧放電ランプ点灯装置3(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4に接続された構成からなる。
DC電源回路2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3に供給する。
高圧放電ランプ点灯装置3は、主にDC/DCコンバータ5、DC/ACインバータ6、高電圧発生部7、ランプ電流検出部8、ランプ電圧検出部9、制御回路10から構成されている。
DC/DCコンバータ5は、制御回路10からのPWM(Pulse Width Modulation)制御信号を受けて所定の大きさの直流電流をDC/ACインバータ6に供給する。すなわち、安定点灯時(定常点灯時)において高圧水銀ランプ4の光出力を一定に保つべくランプ電力を一定にする制御(定電力制御)を行う必要があるが、制御回路10はそのためにランプ電流検出部8で検出したランプ電流、およびランプ電圧検出部9で検出したランプ電圧にそれぞれ基づいてマイコン11によってランプ電力を演算し、それを一定にするようなPWM制御信号をPWM制御回路12からDC/DCコンバータ5に送る。DC/DCコンバータ5は、それを受けてDC電源回路2からの直流電圧を所定の大きさの直流電流に変換する。ただし、制御回路10は、ランプの始動動作後からランプが立ち上がるまでのランプ電圧が低い状態、言い換えればランプ電流が高い状態においては定電流制御するようにPWM制御信号をDC/DCコンバータ5に送る。
DC/ACインバータ6は、DC/DCコンバータ5からの直流電流に対して制御回路10からの制御信号に基づいて所定の周波数の交流電圧および交流電流を生成する。また、DC/ACインバータ6は、高圧水銀ランプ4の放電開始前には高周波の電圧を発生させるために10[kHz]以上の高周波で動作し、放電開始後に高圧水銀ランプ4の後述する一対の電極19間が通電した後も放電を安定させるために数秒間は高周波電流を発生し続ける。制御回路10内の点灯判別回路13が点灯と検知し、周波数が20[Hz]以上1000[Hz]以下の範囲内から選択される略矩形波電流による定電流制御の点灯に移行するまでの始動動作が行われた後の一定期間を除いては、所望に応じて所定の周波数に変調させるべく、適時、マイコン11からDC/ACインバータ6に周波数制御信号が送られる。つまり、制御回路10は、マイコン11からの周波数制御信号に基づいて周波数の異なる交流電流を生成するようにDC/ACインバータ6に制御信号を送る。したがって、マイコン11の設定プログラムを適宜変えることにより所望とする種々の周波数の交流電流を得ることができる。
高電圧発生部7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4の電極19間での絶縁破壊を促し、高圧水銀ランプ4を始動させるべく高電圧を発生させて高圧放電ランプ4に印加する。
制御回路10には、上記したマイコン11、PWM制御回路12や点灯判別回路13の他に、タイマー14等を有している。タイマー14は点灯判別回路13による「点灯検知」の後、前記始動動作後からの一定期間までの時間をカウントする。マイコン11は、このカウントに基づき略矩形波電流の周波数制御(周波数制御信号の出力)を開始する。もちろん、マイコン11に変調制御を開始させるに当たり、タイマー14のカウントとは異なる基準で開始させることも公知技術によって可能であり、そのときにはタイマー14が不要になる場合もある。
次に、一例として定電力180[W]の高圧水銀ランプ4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4の発光管15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/cm3]以上390[mg/cm3]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/cm3]以上1×10-4[mol/cm3]の範囲内で、好ましくは1×10-9[mol/cm3]以上1×10-5[mol/cm3]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、図3に示すように、電極棒20とその一端部に取り付けられた電極コイル21とからなる。特に電極19の先端部22(一端部)は、電極棒20の一部と電極コイル21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22には、点灯中のハロゲンサイクル作用によって、すなわち周波数が20[Hz]以上1000[Hz]以下の範囲内から選択された略矩形波電流での点灯中、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22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。前記電極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20の一部と電極コイル21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を電極棒20の先端部に取り付けてもよい。
図2に戻り、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。
そして、このような高圧水銀ランプ4は、図4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4に示すように、上記した高圧水銀ランプ4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4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4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4には、発光管15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4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。
次に、本実施形態に係る高圧放電ランプ点灯装置3の動作例について図1、図2および図5のフローチャートを参照して説明する。図5は、高圧放電ランプ点灯装置3における交流電流の周波数の制御内容を示すフローチャートである。ただし、図5のフローチャートにおいて後述する始動動作は省略している(以下、後述するその他のフローチャートについても同じである)。
(1)まず、高圧水銀ランプ4を放電開始させるための点灯スイッチ(図示せず)をオンにすると、高電圧発生部7から例えば3[kV]、100[kHz]の高周波の高電圧が高圧水銀ランプ4に印加される。
(2)高圧水銀ランプ4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4は放電を開始する。放電開始後も一定の期間、当該高周波の出力が高圧水銀ランプ4に印加され続ける。その後、さらに放電を安定させるべく電極19のウォームアップ期間として、例えば2[s]間は10[kHz]以上500[kHz]以下の範囲内から選択される高周波電流による定電流制御の点灯、すなわち高周波動作を維持する。この2[s]を経過すると同時に当該高周波動作を終了し、いわゆる始動動作を完了する。
なお、上記始動動作において、高圧水銀ランプ4を放電開始させるための高電圧発生部7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。
(3−1)始動動作後、周波数が20[Hz]以上1000[Hz]以下の範囲内から選択される略矩形波電流による定電流制御(例えば3[A]一定)の点灯(以下、「低周波動作」という)に移行する。ただし、定電流制御として3[A]一定の例を挙げているが、ここでの「定電流制御」 は上述したとおり単に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状態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(以下、全て同じである)。
制御回路10は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])に到達するまでこの定電流制御(例えば3[A]一定)を行う。その一方で点灯判別回路13は、ランプ電流検出部8によるランプ電流の検出信号に基づき「点灯検知」を行い、「始動動作後」か否かを判別する。そして、図5に示すように低周波動作への移行と同時にタイマー14がカウントを開始(S11)し、周波数が後述する第2の値(例えば340[Hz])よりも低い第3の値、例えば170[Hz]に固定された交流電流を高圧水銀ランプ4に供給する(S12)。ここで、タイマー14のタイマー時間は例えば100[s]に設定されており、タイマー時間が100[s]を経過するまでは供給する交流電流の周波数を後述するような変調制御させずに、第3の値(170[Hz])に維持する(S13:NO)。このタイマー時間100[s]は、図6に示すように、始動動作後(コールドスタート)から定電力(180[W])による点灯に移行する前の所定時間までの間の時間として設定されている。もちろん、「始動動作後から定電力点灯に移行する前の所定時間までの間」とした場合における「所定時間」とは後述するようになるたけ静音にするという観点から長い方が好ましく、その下限値として例えば始動動作後から60[s]以上であることが好ましい。ただし、始動動作後から定電力(180[W])による点灯に移行する時点までの時間は、その高圧水銀ランプ4の仕様上決定される固有の値であって実験の積み重ねから求められ、ここでは120[s]である。もっとも、実際には個々の高圧水銀ランプ4によってばらつくこともあり、またホットスタートさせた場合等の種々の条件によっては、始動動作後から定電力点灯に移行するまでの時間は異なることがあるが、大きく異なることはなく後述する作用効果に影響しない。
なお、本実施形態を含む後述する実施形態において高圧水銀ランプ4に供給される交流電流は、具体的に略矩形波電流である。ここでの「略矩形波電流」とは、完全な矩形波をなす電流はもちろんのこと、オーバーシュート等によって歪を有する矩形波のものも含むことを意味する。また、高圧水銀ランプ4のアークの輝点移動を抑制する点灯方法として、従来より矩形波電流を基にその半周期毎の極性反転前にパルス電流を重畳したり、矩形波電流を基にその半周期毎において時間とともに電流値が増大するように傾斜をつけたり、矩形波電流を基にその半周期毎の極性反転直前または直後に高周波が1周期付加され、かつ付加した波形の後半の半周期のランプ電流のみに、付加する直前の電流値より高くする交流波形が知られているが、それらの交流電流もここでは「略矩形波電流」として含む。ここで、略矩形波電流の周波数とは、基にしたとみなされる矩形波電流の周波数を指す。
また、図6は横軸に点灯経過時間[s]、縦軸にランプ電力[W]をそれぞれ示す。後述する図7および図8についても同じである。
(4−1)タイマー14のカウントが100[s]を経過すると(S13:YES)、供給する交流電流の周波数を第3の値(170[Hz])の固定値から、第1の値(例えば60[Hz])と第2の値(例えば340[Hz])との変調制御に切り替え(S14)、その後、消灯(点灯スイッチOFF)されるまでこの変調制御を維持する。一方、図6に示すようにこのタイマー14のカウントとは関係なく、ランプ電圧が上昇して所定の電圧値(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。すなわち、制御回路10は、ランプ電流検出部8で検出された電流値と、ランプ電圧検出部9で検出された電圧値とにそれぞれ基づきマイコン11によってランプ電力を演算し、定電力になるようにDC/DCコンバータ5にPWM制御信号を送り、DC/DCコンバータ5の出力電流を制御する。
ところで、周波数が第3の値(170[Hz])の交流電流を供給する始動動作後からの一定期間としては、上記した「始動動作後から定電力点灯に移行する前の所定時間までの間」に限らず、例えば図7に示すように「始動動作後から定電力点灯に移行した時点までの間」であったり、「始動動作後から定電力点灯に移行した後の所定時間までの間」、例えば図8に示すように始動動作後から160[s]であったりしてもよい。図7および図8に示す場合の動作例における交流電流の周波数の制御内容を示すフローチャートをそれぞれ図9および図10に示す。以下、これら変形例についての詳細を説明する。
(変形例1)
(3−2)図7および図9に示す動作例の場合でも、上記した(1)および(2)のステップの後、すなわち始動動作後、前記低周波動作に移行する。制御回路10は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])に到達するまでこの定電流制御(例えば3[A]一定)を行う。また、その供給する交流電流は周波数が後述する第2の値(例えば340[Hz])よりも低い第3の値、例えば170[Hz]に固定された交流電流である(S21)。
(4−2)その後、図5および図6に示す動作例(ステップ(3−1))とは異なり、図9に示すように始動動作後からランプ電圧が所定の値(例えば60[V])まで上昇してランプ電力を一定とする定電力制御に移行すると同時に(S22:YES)、供給する交流電流の周波数を第3の値(例えば170[Hz])の固定値から、第1の値(例えば60[Hz])と第2の値(例えば340[Hz])との変調制御に切り替え(S23)、その後、消灯(点灯スイッチOFF)されるまでこの変調制御を維持する。ただし、始動動作後からランプ電圧が所定の値(例えば60[V])に達するまでは、高圧水銀ランプ4に対して第3の値(例えば170[Hz])の周波数の交流電流を供給し続ける。
(変形例2)
(3−3)一方、図8および図10に示す動作例の場合でも、上記した(1)および(2)のステップの後、すなわち始動動作後、前記低周波動作に移行する。制御回路10は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])に到達するまでこの定電流制御(例えば3[A]一定)を行う。このとき、図10に示すように始動動作後と同時にタイマー14がカウントを開始(S31)し、周波数が後述する第1の値(例えば60[Hz])よりも高く、かつ第2の値(例えば340[Hz])よりも低い第3の値、例えば170[Hz]に固定された交流電流を高圧水銀ランプ4に供給する(S32)。ここで、タイマー14のタイマー時間は例えば160[s]に設定されており、タイマー時間が160[s]を経過するまでは供給する交流電流の周波数を後述するような変調制御させずに、第3の値(170[Hz])に維持する(S33:NO)。このタイマー時間160[s]は、図8に示すように、始動動作後(コールドスタート)から定電力(180[W])による点灯に移行した後の所定時間までの間の時間として設定されている。もちろん、「始動動作後から定電力点灯に移行した後の所定時間までの間」とした場合における「所定時間」は後述するように電極19の突起部23の成長、維持を適正に行うという観点からあまり長くない方が好ましく、その上限値として例えば始動動作後から300[s]以下であることが好ましい。
(4−3)タイマー14のカウントが160[s]を経過すると(S33:YES)、供給する交流電流の周波数を第3の値(170[Hz])の固定値から、第1の値(例えば60[Hz])と第2の値(例えば340[Hz])との変調制御に切り替え(S34)、その後、消灯(点灯スイッチOFF)されるまでこの変調制御を維持する。
ただし、図8に示すようにこのタイマー14のカウントとは関係なく、ランプ電圧が上昇して所定の電圧値(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。
ここで、交流電流の周波数における第1の値および第2の値としては上記した一例(変形例を含む)に限らず、電極19の突起部23の形状維持を適正に行うために、第1の値として20[Hz]以上200[Hz]以下の範囲内から、第2の値として300[Hz]以上1000[Hz]以下の範囲内からそれぞれ選択されることが好ましい。第1の値が当該範囲内に設定されることによって突起部23の成長を促進させる作用を生じさせ、第2の値が当該範囲内に設定されることによって突起部23の成長を適度に抑制させる作用を生じさせ、両者を切り替える、すなわち変調させることで、突起部23の成長の促進と抑制のバランスが適正に保たれ、突起部23の形状を長時間に亘って維持することができる。
また、交流電流の周波数における第3の値としても上記した一例(変形例を含む)に限らず、後述する理由により、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。
本発明の第1の実施形態である高圧放電ランプ装置1は、上述したとおりの係る特徴を有する高圧放電ランプ点灯装置3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。
すなわち、(a)始動動作後から定電力点灯に移行する前の所定時間までの間、(b)始動動作後から定電力点灯に移行した時点までの間、または(c)始動動作後から定電力点灯に移行した後の所定時間までの間は、電極19の突起部23の成長、維持を適正に行うための交流電流の周波数の変調制御を禁止しているので、もともと可聴感度の高い第2の値(340[Hz])の周波数が含まれて騒音となり得るだけでなく、それが第2の値よりも可聴感度の低い第1の値(60[Hz])の周波数と交互に繰り返されて断続的に現れることにより、非常に耳障りな騒音に発展して発生するのを抑えることができる。よって、なるたけ静音を実現することができる。もちろん、この間に交流電流の周波数を変調制御しても突起部23の制御にはさほど寄与しないので、突起部23がもたらす効果に悪影響を及ぼさない。そして、これら一定期間の経過後には交流電流の周波数の変調制御を行うことによって突起部23の成長、維持を適正に行うことができ、その結果、アークの輝点移動によるフリッカの発生を防止することができ、またアークが初期の位置からずれることによる反射鏡26からの射出光の低下を抑えることができる。
ここで、交流電流の周波数における第3の値としては、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、例えば図11に示す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、第3の値の好適例として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第3の値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である第3の値が低すぎると、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、交流電流の周波数の変調制御が禁止されている期間、第3の値の好適例として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2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態である高圧放電ランプ装置1は、始動動作後から一定期間の経過後、すなわち(a)始動動作後から定電力点灯に移行する前の所定時間までの間、(b)始動動作後から定電力点灯に移行した時点までの間、または(c)始動動作後から定電力点灯に移行した後の所定時間までの間の経過後、高圧水銀ランプ4のランプ電圧が一定の値を下回った場合、交流電流の周波数の変調制御を禁止し、周波数が300[Hz]以上1000[Hz]以下の範囲内から選択される第4の値の交流電流を供給する点を除いては上記した本発明の第1の実施形態である高圧放電ランプ装置1と同じ構成を有している。したがって、以下、主にその異なる構成の詳細について説明し、それ以外の構成については省略する。
具体例として、本実施形態に係る高圧放電ランプ点灯装置3の動作について図1、図2および図12のフローチャートを参照して説明する。図12は、高圧放電ランプ点灯装置3における交流電流の周波数の制御内容を示すフローチャートである。
(1)まず、高圧水銀ランプ4を点灯させるための点灯スイッチ(図示せず)をオンにすると、高電圧発生部7から例えば3[kV]、100[kHz]の高周波の高電圧が高圧水銀ランプ4に印加される。
(2)高圧水銀ランプ4における電極19間において絶縁破壊が起こると、その電極19間においてアーク放電電流が流れ出し、前記高周波動作による約2[s] 間の電極ウォームアップ期間を経て始動動作を完了する。
(3−1)始動動作後、前記低周波動作に移行する。制御回路10は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])に到達するまでこの定電流制御(例えば3[A]一定)を行う。その一方で点灯判別回路13は、ランプ電流検出部8によるランプ電流の検出信号に基づき「点灯検知」を行い、「始動動作後」か否かを判別する。そして、図12に示すように前記低周波動作への移行と同時にタイマー14がカウントを開始(S41)し、周波数が後述する第2の値(例えば340[Hz])よりも低い第3の値、例えば170[Hz]に固定された交流電流を高圧水銀ランプ4に供給する(S42)。ここで、タイマー14のタイマー時間は例えば100[s]に設定されており、タイマー時間が100[s]を経過するまでは供給する交流電流の周波数を後述するような変調制御させずに、第3の値(170[Hz])に維持する(S43:NO)。このタイマー時間100[s]は、始動動作後(コールドスタート)から定電力(180[W])による点灯に移行する前の所定時間までの間の時間として設定されている。ここでも、「始動動作後から定電力点灯に移行する前の所定時間までの間」とした場合における「所定時間」とはなるたけ静音にするという観点から長い方が好ましく、その下限値として例えば始動動作後から60[s]以上であることが好ましい。
(4−1)タイマー14のカウントが100[s]を経過すると(S43:YES)、供給する交流電流の周波数を第3の値(170[Hz])の固定値から、第1の値(例えば60[Hz])と第2の値(例えば340[Hz])との変調制御に切り替え(S44)、その後、高圧水銀ランプ4のランプ電圧が一定の値(例えば57[V])を下回らない限り(S45:YES)、消灯(点灯スイッチOFF)されるまでこの変調制御を維持する。一方、その後、高圧水銀ランプ4の突起部23が成長しすぎて電極間距離が小さくなったためにランプ電圧が一定の値(例えば57[V])を下回った場合(S45:NO)、交流電流の周波数の変調制御を禁止し、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第4の値(例えば390[Hz])に切り替えて維持する(S46)。さらにその後、ランプ電圧が一定の値(57[V]、実地的には回路動作の安定のためにヒステリシスを例えば3V設定して60[V])以上、になると(S45:YES)、交流電流の周波数を第4の値(390[Hz])の固定値から、再び第1の値(60[Hz])と第2の値(340[Hz])との変調制御に切り替える(S44)。
ただし、このタイマー14のカウントとは関係なく、ランプ電圧が上昇して所定の電圧値(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、本発明の第2の実施形態である高圧放電ランプ装置1においても、上記した本発明の第1の実施形態である高圧放電ランプ装置1と同様に、供給する交流電流の周波数を第3の値(170[Hz])に維持する始動動作後からの一定期間としては、上記した「(a)始動動作後から定電力点灯に移行する前の所定時間までの間」に限らず、図13に示すように「(b)始動動作後から定電力点灯に移行した時点までの間」であったり、図14に示すように「(c)始動動作後から定電力点灯に移行した後の所定時間までの間」であったりしてもよい。これら変形例についての詳細は次のとおりである。
(変形例3)
(3−2)図13に示す動作例の場合でも、上記した(1)および(2)のステップの後、すなわち始動動作後、前記低周波動作に移行する。制御回路10は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])に到達するまでこの定電流制御(例えば3[A]一定)を行う。また、その供給する交流電流は周波数が後述する第2の値(例えば340[Hz])よりも低い第3の値、例えば170[Hz]に固定された交流電流である(S51)。
(4−2)その後、図12に示す動作例(ステップ(3−1))とは異なり、図13に示すように始動動作後からランプ電圧が所定の値(例えば60[V])まで上昇してランプ電力を定電力に一定とする定電力制御に移行すると同時に(S52:YES)、供給する交流電流の周波数を第3の値(例えば170[Hz])の固定値から、第1の値(例えば60[Hz])と第2の値(例えば340[Hz])との変調制御に切り替え(S53)、その後、高圧水銀ランプ4のランプ電圧が一定の値(例えば57[V])を下回らない限り(S54:YES)、消灯(点灯スイッチOFF)されるまでこの変調制御を維持する。一方、その後、高圧水銀ランプ4の突起部23が成長しすぎて電極間距離が小さくなったためにランプ電圧が一定の値(例えば57[V])を下回った場合(S54:NO)、交流電流の周波数の変調制御を禁止し、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第4の値(例えば390[Hz])に切り替えて維持する(S55)。さらにその後、ランプ電圧が一定の値(57[V]、実地的には回路動作の安定のためにヒステリシスを例えば3V設定して60[V])以上になると(S54:YES)、交流電流の周波数を第4の値(390[Hz])の固定値から、再び第1の値(60[Hz])と第2の値(340[Hz])との変調制御に切り替える(S53)。
ただし、始動動作後からランプ電圧が所定の値(例えば60[V])に達するまでは、高圧水銀ランプ4に対して第3の値(例えば170[Hz])の周波数の交流電流を供給し続ける。
(変形例4)
(3−3)一方、図14に示す動作例の場合でも、上記した(1)および(2)のステップの後、始動動作後、前記低周波動作に移行する。制御回路10は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])に到達するまでこの定電流制御(例えば3[A]一定)を行う。このとき、図14に示すように前記低周波動作への移行と同時にタイマー14がカウントを開始(S61)し、周波数が後述する第2の値(例えば340[Hz])よりも低い第3の値、例えば170[Hz]に固定された交流電流を高圧水銀ランプ4に供給する(S62)。ここで、タイマー14のタイマー時間は例えば160[s]に設定されており、タイマー時間が160[s]を経過するまでは供給する交流電流の周波数を後述するような変調制御せずに、第3の値(170[Hz])に維持する(S63:NO)。このタイマー時間160[s]は、始動動作後(コールドスタート)から定電力(180[W])による点灯に移行した後の所定時間までの間の時間として設定されている。ここでも「始動動作後から定電力点灯に移行した後の所定時間までの間」とした場合における「所定時間」は後述するように電極19の突起部23の成長、維持を適正に行うという観点からあまり長くない方が好ましく、その上限値として例えば始動動作後から300[s]以下であることが好ましい。
(4−3)タイマー14のカウントが160[s]を経過すると(S63:YES)、供給する交流電流の周波数を第3の値(170[Hz])の固定値から、第1の値(例えば60[Hz])と第2の値(例えば340[Hz])との変調制御に切り替え(S64)、その後、高圧水銀ランプ4のランプ電圧が一定の値(例えば57[V])を下回らない限り(S65:YES)、消灯(点灯スイッチOFF)されるまでこの変調制御を維持する。一方、その後、高圧水銀ランプ4の突起部23が成長しすぎて電極間距離が小さくなったためにランプ電圧が一定の値(例えば57[V])を下回った場合(S65:NO)、交流電流の周波数の変調制御を禁止し、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高い第4の値(例えば390[Hz])に切り替えて維持する(S66)。さらにその後、ランプ電圧が一定の値(57[V]、実地的には回路動作の安定のためにヒステリシスを例えば3V設定して60[V])以上になると(S65:YES)、交流電流の周波数を第4の値(390[Hz])の固定値から、再び第1の値(60[Hz])と第2の値(340[Hz])との変調制御に切り替える(S64)。
ただし、このタイマー14のカウントとは関係なく、ランプ電圧が上昇して所定の電圧値(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。
ここで、交流電流の周波数における第1の値および第2の値としては上記した一例(変形例を含む)に限らず、電極19の突起部23の形状維持を適正に行うために、第1の値として20[Hz]以上200[Hz]以下の範囲内から、第2の値として300[Hz]以上1000[Hz]以下の範囲内からそれぞれ選択されることが好ましい。第1の値が当該範囲内に設定されることによって突起部23の成長を促進させる作用を生じさせ、第2の値が当該範囲内に設定されることによって突起部23の成長を適度に抑制させる作用を生じさせ、両者を切り替える、すなわち変調させることで、突起部23の成長の促進と抑制のバランスが適正に保たれ、突起部23の形状を長時間に亘って維持することができる。
また、交流電流の周波数における第3の値としても上記した一例(変形例を含む)に限らず、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。
さらに、上述したように交流電流の周波数の変調制御を禁止し、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高い第4の値に切り替えるタイミングは高圧水銀ランプ4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、再度変調動作に切り替えるタイミングも60[V]に限るものではなく、その後高圧水銀ランプ4の定電力等の各種仕様によって適宜設定されるものである。
本発明の第2の実施形態である高圧放電ランプ装置1は、上述したとおりの係る特徴を有する高圧放電ランプ点灯装置3を備えているので、本発明の第1の実施形態の高圧放電ランプ装置1と同様に次のような作用効果を発揮することができる。
すなわち、(a)始動動作後から定電力点灯に移行する前の所定時間までの間、(b)始動動作後から定電力点灯に移行した時点までの間、または(c)始動動作後から定電力点灯に移行した後の所定時間までの間は、電極19の突起部23の成長、維持を適正に行うための交流電流の周波数の変調制御を禁止しているので、もともと可聴感度の高い第2の値(340[Hz])の周波数が含まれて騒音となり得るだけでなく、それが第2の値よりも可聴感度の低い第1の値(60[Hz])の周波数と交互に繰り返されて断続的に現れることにより、非常に耳障りな騒音に発展して発生するのを抑えることができる。よって、なるたけ静音を実現することができる。もちろん、この間に交流電流の周波数の変調制御をしても突起部23の制御にはさほど寄与しないので、突起部23がもたらす効果に悪影響を及ぼさない。そして、これら一定期間の経過後には交流電流の周波数の変調制御を行うことによって突起部23の成長、維持を適正に行うことができ、その結果、アークの輝点移動によるフリッカの発生を防止することができ、またアークが初期の位置からずれることによる反射鏡26からの射出光の低下を抑えることができる。
ところで、特に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おり、この段階でランプの高圧水銀ランプ4の周囲温度が何らかの環境変化で変動した場合などにおいては、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4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4のランプ電圧が一定の値(例えば57[V])を下回った場合のような低電圧状態に陥ったときでも、周波数が300[Hz]以上1000[Hz]以下の範囲内から選択される第4の値(例えば390[Hz])の交流電流を供給することにより、電極19の突起部23の成長を抑止することができる。
なお、交流電流の周波数における第4の値として390[Hz]を採用したが、これは高圧水銀ランプ4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の実施の形態で示した本発明が想定している高圧水銀ランプ4の仕様範囲においては第4の値として適切とされる周波数範囲は300[Hz]以上1000[Hz]以下になる。
ここで、交流電流の周波数における第2の値と第4の値の違いについて述べる。共に適切とされる周波数範囲は300[Hz]以上1000[Hz]以下と同じ範囲であるが、各々目的とする作用が異なるために実際に決定される値は異なる。前述のように第2の値は突起部23の成長を適度に抑制させる作用であるのに対して、第4の値は突起部23の成長を抑止する作用を目的とする。したがって、第2の値より第4の値の方が突起部23の成長がより抑制される必要があり、各々の確実な作用を得るために実際に決定される値は、相対的に見て第2の値より第4の値の方が高い周波数となる。第4の値は第2の値より10[Hz]以上高くすることが好ましい。
また、交流電流の周波数における第3の値としては、上述したとおり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のを確実に防止するために、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。
(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態である高圧放電ランプ装置1は、始動動作後から一定期間を除いては交流電流の周波数を少なくとも第1の値と第1の値よりも可聴感度の高い第2の値とに変調し、始動動作後から一定期間として始動動作後から60[s]以上300[s]以下の範囲内から選択される所定時間までの間については交流電流の周波数の変調制御を禁止し、交流電流の周波数を第2の値よりも低い第3の値に維持する点を除いては上記した本発明の第1の実施形態である高圧放電ランプ装置1と同じ構成を有している。したがって、以下、主にその異なる構成の詳細について説明し、それ以外の構成については省略する。
具体例として、本実施形態に係る高圧放電ランプ点灯装置3の動作について図1、図2および図15のフローチャートを参照して説明する。図15は、高圧放電ランプ点灯装置3における交流電流の周波数の制御内容を示すフローチャートである。
(1)まず、高圧水銀ランプ4を点灯させるための点灯スイッチ(図示せず)をオンにすると、高電圧発生部7から例えば3[kV]、100[kHz]の高周波の高電圧が高圧水銀ランプ4に印加される。
(2)高圧水銀ランプ4における電極19間において絶縁破壊が起こると、その電極19間においてアーク放電電流が流れ出し、前記高周波動作による約2[s]間の電極ウォームアップ期間を経て始動動作を完了する。
(3)始動動作後、前記低周波動作に移行する。制御回路10は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])に到達するまでこの定電流制御(例えば3[A]一定)を行う。その一方で点灯判別回路13は、ランプ電流検出部8によるランプ電流の検出信号に基づき「点灯検知」を行い、「始動動作後」か否かを判別する。そして、図15に示すように前記低周波動作への移行と同時にタイマー14がカウントを開始(S71)し、周波数が後述する第2の値(例えば340[Hz])よりも低い第3の値、例えば170[Hz]に固定された交流電流を高圧水銀ランプ4に供給する(S72)。ここで、タイマー14のタイマー時間は例えば200[s]に設定されており、タイマー時間が200[s]を経過するまでは供給する交流電流の周波数を後述するような変調制御させずに、第3の値(170[Hz])に維持する(S73:NO)。
(4)タイマー14のカウントが200[s]を経過すると(S73:YES)、供給する交流電流の周波数を第3の値(170[Hz])の固定値から、第1の値(例えば60[Hz])と第2の値(例えば340[Hz])との変調制御に切り替え(S74)、その後、消灯(点灯スイッチOFF)されるまでこの変調制御を維持する。
ただし、このタイマー14のカウントとは関係なく、ランプ電圧が上昇して所定の電圧値(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。
ここで、上記したとおり始動動作後から一定期間までは、交流電流の周波数の変調制御を禁止し、交流電流の周波数を第2の値(340[Hz])よりも低い第3の値(170[Hz])に維持するべくタイマー14のカウント時間が例えば200[s]に設定されているが、このカウント時間としては始動動作後から60[s]以上300[s]以下の範囲内から選択することができる。この範囲内であれば、高圧水銀ランプ4における電極19間の距離L、水銀の封入量、および電極19の寸法等の各種仕様に関係することなく、後述する作用効果を発揮することができると実験の積み重ねからわかった。
また、交流電流の周波数における第1の値および第2の値としては上記した一例に限らず、電極19の突起部23の形状維持を適正に行うために、第1の値として20[Hz]以上200[Hz]以下の範囲内から、第2の値として300[Hz]以上1000[Hz]以下の範囲内からそれぞれ選択されることが好ましい。第1の値が当該範囲内に設定されることによって突起部23の成長を促進させる作用を生じさせ、第2の値が当該範囲内に設定されることによって突起部23の成長を適度に抑制させる作用を生じさせ、両者を切り替える、すなわち変調させることで、突起部23の成長の促進と抑制のバランスが適正に保たれ、突起部23の形状を長時間に亘って維持することができる。
また、交流電流の周波数における第3の値としても上記した一例に限らず、後述する理由により、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。
また、上記した動作例では、交流電流の周波数を変調制御に切り替えた後、高圧水銀ランプ4のランプ電圧に依存することなく、その変調制御が維持されるが、その変形例として図16に示すように前記始動動作後から一定期間の経過後、高圧水銀ランプ4のランプ電圧が一定の値(例えば57[V])を下回った場合(S75:NO)、交流電流の周波数の変調制御を禁止し、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高い第4の値(例えば390[Hz])に切り替えて維持し(S76)、さらにその後、ランプ電圧が一定の値(57[V]、実地的には回路動作の安定のためにヒステリシスを例えば3V設定して60[V])以上になると(S75:YES)、交流電流の周波数を第4の値(390[Hz])の固定値から、再び第1の値(60[Hz])と第2の値(340[Hz])との変調制御に切り替える(S74)動作を付加してもよい。これにより、高圧水銀ランプ4のランプ電圧が一定の値(例えば57[V])を下回った場合でも、上記した本発明の第2の実施形態である高圧放電ランプ装置1と同様に、電極19の温度が極度に上昇し、突起部23が変形または蒸発消滅するのを防止することができる。その際、交流電流の周波数における第4の値として上記した一例に限らず、300[Hz]以上1000[Hz]以下の範囲内から選択される場合でも同様の作用効果を得ることができる。もちろん、上述した理由により、第4の値は第2の値より10[Hz]以上高いことが好ましい。
本発明の第3の実施形態である高圧放電ランプ装置1は、上述したとおりの係る特徴を有する高圧放電ランプ点灯装置3を備えているので、本発明の第1の実施形態である高圧放電ランプ装置1と同様に次のような作用効果を発揮することができる。
すなわち、始動動作後から60[s]以上300[s]以下の範囲内から選択される所定時間までの間は、電極19の突起部23の成長、維持を適正に行うための交流電流の周波数の変調制御を禁止しているので、もともと可聴感度の高い第2の値(340[Hz])の周波数が含まれて騒音となり得るだけでなく、それが第1の値(60[Hz])の周波数と交互に繰り返されて断続的に現れることにより、非常に耳障りな騒音に発展して発生するのを抑えることができる。よって、なるたけ静音を実現することができる。もちろん、この間に交流電流の周波数の変調制御をしても突起部23の制御にはさほど寄与しないので、突起部23がもたらす効果に悪影響を及ぼさない。そして、これら一定期間の経過後には交流電流の周波数の変調制御を行うことによって突起部23の成長、維持を適正に行うことができ、その結果、アークの輝点移動によるフリッカの発生を防止することができ、またアークが初期の位置からずれることによる反射鏡26からの射出光の低下を抑えることができる。
ここで、交流電流の周波数における第3の値としては、上述したとおり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のを確実に防止するために、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。
(第4の実施形態)
次に、本発明の第4の実施形態である高圧放電ランプ装置1は、高圧放電ランプ点灯装置3における動作が異なる点を除いては上記した本発明の第1の実施形態である高圧放電ランプ装置1と同じ構成を有している。したがって、以下、主にその異なる構成(動作例)の詳細について説明し、それ以外の構成については省略する。
具体例として、本実施形態に係る高圧放電ランプ点灯装置3の動作について図1、図2および図17のフローチャートを参照して説明する。図17は、高圧放電ランプ点灯装置3における交流電流の周波数の制御内容を示すフローチャートである。
(1)まず、高圧水銀ランプ4を点灯させるための点灯スイッチ(図示せず)をオンにすると、高電圧発生部7から例えば3[kV]、100[kHz]の高周波の高電圧が高圧水銀ランプ4に印加される。
(2)高圧水銀ランプ4における電極19間において絶縁破壊が起こると、その電極19間においてアーク放電電流が流れ出し、前記高周波動作による約2[s]間の電極ウォームアップ期間を経て始動動作を完了する。
(3−1)始動動作後、前記低周波動作に移行する。制御回路10は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])に到達するまでこの定電流制御(例えば3[A]一定)を行う。その一方で点灯判別回路13は、ランプ電流検出部8によるランプ電流の検出信号に基づき「点灯検知」を行い、「始動動作後」か否かを判別する。そして、図17に示すように前記低周波動作への移行と同時にタイマー14がカウントを開始(S81)し、50[Hz]以上200[Hz]以下の範囲内から選択された、例えば170[Hz]の第4の周波数に固定された交流電流(第4の値の交流電流)を高圧水銀ランプ4に供給する(S82)。ここで、タイマー14のタイマー時間は例えば110[s]に設定されており、タイマー時間が110[s]を経過するまでは第4の周波数(170[Hz])の交流電流を供給し続ける(S83:NO)。このタイマー時間110[s]は、始動動作後(コールドスタート)から定電力(180[W])による点灯に移行する前の所定時間までの間の時間として設定されている。ここでも、「始動動作後から定電力点灯に移行する前の所定時間までの間」とした場合における「所定時間」とはなるたけ静音にするという観点から長い方が好ましく、その下限値として例えば始動動作後から60[s]以上であることが好ましい。ただし、始動動作後から定電力(180[W])による点灯に移行する時点は、その高圧水銀ランプ4の仕様上決定される固有の値であって、実験の積み重ねから求められ、ここでは120[s]である。もっとも、実際には個々の高圧水銀ランプ4によってばらつくこともあり、またホットスタートさせた場合等の種々の条件によっては、始動動作後から定電力点灯に移行するまでの時間は異なることがあるが、大きく異なることはなく後述する作用効果に影響しない。
(4−1)タイマー14のカウントが110[s]を経過すると(S83:YES)、供給する交流電流を第4の周波数(170[Hz])の交流電流から、周波数を変調制御した交流電流に切り替え(S84)、その後、消灯(点灯スイッチOFF)されるまでその交流電流を供給し続ける。一方、このタイマー14のカウントとは関係なく、ランプ電圧が上昇して所定の電圧値(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。すなわち、制御回路10は、ランプ電流検出部8で検出された電流値と、ランプ電圧検出部9で検出された電圧値とにそれぞれ基づきマイコン11によってランプ電力を演算し、定電力になるようにDC/DCコンバータ5にPWM制御信号を送り、DC/DCコンバータ5の出力電流を制御する。
ここで、その交流電流とは、図18に示すように、周波数が20[Hz]以上200[Hz]以下の範囲内から選択された第1の周波数の電流(第1の値の交流電流)と、周波数が300[Hz]以上1000[Hz]以下の範囲内から選択された第2の周波数の電流と(第2の値の交流電流)が、各々所定周期が投入されるごとに切り替えられ、第1の周波数よりも低い周波数であって、5[Hz]以上150[Hz]以下の範囲内から選択された第3の周波数の電流(第3の値の交流電流)が、第2の周波数の電流の周期に割り込んで所定周期投入される。第3の周波数の電流は第2の周波数の電流の周期が投入されるごとに毎回割り込むものではなく所定の時間間隔を持って割り込みに入るものとする。
そして、第1の周波数の電流において、1回当たりの投入周期は0.5周期以上10周期以内の範囲内であって、第2の周波数の電流において、1回当たりの投入周期は2周期以上200周期以内の範囲内であって、また第3の周波数の電流において、1回当たりの投入周期は0.5周期以上150周期以内の範囲内であり、第3の周波数の電流が第2の周波数の電流に割り込みに入る時間間隔t1は130[s]以上300[s]以下の範囲内である。ただし、時間間隔t1は、第3の周波数の電流の1回当たりの投入周期の始点から次に第3の周波数の電流が投入されたときの投入周期の始点までの間隔をいう。
なお、図18に示した一例では、第1の周波数の電流の1回当たりの投入周期は0.5周期、第2の周波数の電流の1回当たりの投入周期は10周期、第3の周波数の電流の1回当たりの投入周期は0.5周期である。ただし、第2の周波数の電流は第3の周波数の電流が投入されるときのみ一時的に20周期投入されており、第3の周波数の電流は第2の周波数の電流の投入周期を2等分するように割り込んでいる。このように、周波数が20[Hz]以上200[Hz]以下の範囲内から選択された第1の周波数の電流が、1回当たりの投入周期が0.5周期以上10周期以内の範囲で投入されることによって、電極19の突起部23の成長を促進させる作用を生じ、その後、周波数が300[Hz]以上1000[Hz]以下の範囲内から選択された第2の周波数の電流が、1回当たりの投入周期が2周期以上200周期以内の範囲内で投入されることによって、突起部23の成長を適度に抑制させる作用を生じ、各々交互に切り替える、すなわち変調させることによって、突起部23の成長の促進と抑制のバランスが適正に保たれ、突起部23の形状を長時間に亘って維持することができる。
ところで、特に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おり、この段階でランプの高圧水銀ランプ4の周囲温度が何らかの環境変化で変動した場合などにおいては、突起部23が成長しすぎて電極19間の距離が所望とする範囲よりも小さくなり、ランプ電圧が頻繁にまたは長時間に亘って低電圧状態に陥る場合がある。
これに対して、上述したように、第1の周波数よりも低い周波数であって、5[Hz]以上150[Hz]以下の範囲内から選択された第3の周波数の電流が、第2の周波数の電流の周期に割り込んで所定周期投入され、ただし第3の周波数の電流は第2の周波数の電流の周期が投入されるごとに毎回割り込むものではなく所定の時間間隔を持って割り込みに入り、また第3の周波数の電流において、1回当たりの投入周期は2周期以上200周期以内の範囲内であり、第3の周波数の電流が第2の周波数の電流に割り込みに入る時間間隔t1は130[s]以上300[s]以下の範囲内であるという条件の下で発生しているので、そもそも累積点灯時間の初期段階において突起部23が成長しすぎること自体が抑制されることになる。つまり、第3の周波数の電流の投入により、電極19の先端部22の温度を適度な間隔を開けて瞬間的に上昇させることができるので、一時的に突起部23の蒸発傾向が増し、換言すれば(突起部23を形成するタングステンの堆積量)<(突起部23を形成するタングステンの蒸発量)の関係となり、突起部23の部分的な消失が引き起こされて過度な成長を抑制することができる。よって、特に累積点灯時間が初期段階において、ランプ電圧が頻繁にまたは長時間に亘って低電圧状態に陥るのを抑制することができる。この場合において、特に、突起部23の部分的な消失を確実に引き起こして過度な成長を抑制するために、第3の周波数を第1の周波数より5[Hz]以上低くすることが好ましい。
第1の周波数の電流において、(1)その周波数が20[Hz]未満であったり、1回当たりに投入される周期が10周期を超えたりすると、直流点灯的要素が強まり電極19の先端部22の陽極加熱が起こり、その温度が必要以上に高くなりすぎて突起部23の成長作用が損なわれ、突起部23が変形または蒸発消滅する場合が起こり得る。一方、(2)その周波数が200[Hz]を超えたり、1回当たりに投入される周期が0.5周期未満だったりすると、上述とは逆に直流点灯的要素が弱まりすぎて電極19の先端部22の温度が十分に高くならず、よって突起部23の成長作用が損なわれ、突起部23が変形または消滅する場合が起こり得る。したがって、第1の周波数の電流において、周波数を20[Hz]以上200[Hz]以下の範囲内とし、1回当たりの投入周期を0.5周期以上5周期以内の範囲内に設定している。
第2の周波数の電流において、(1)その周波数が1000[Hz]を超えたり、1回当たりに投入される周期が200周期を超えたりすると、高周波点灯的要素が強まり蒸発したタングステンのイオンが電極19の突起部23に戻る作用が弱まりすぎて、つまり突起部23の成長を抑制させる作用が強まりすぎて、タングステンのイオンが電極19の先端部22以外の部位に堆積するようになりよって先端部22の全体形状を変形させてしまう場合が起こり得る。一方、(2)その周波数が300[Hz]未満であったり、1回当たりに投入される周期が2周期未満だったりすると、高周波点灯的要素が弱まりすぎて電極19の突起部23の成長を抑制させる作用が得られなくなり、突起部23の成長が過剰になり、電極間距離の異常短縮してしまう場合が起こり得る。したがって、第2の周波数の電流において、周波数を300[Hz]以上1000[Hz]以下の範囲内とし、1回当たりの投入周期を2周期以上200周期以内の範囲内に設定している。
第3の周波数の電流において、(1)その周波数が5[Hz]未満であったり、1回当たりに投入される周期が150周期を超えたり、第2の周波数の電流に割り込みに入る時間間隔t1が130[s]未満であったりすると、電極19の先端部22の温度の瞬間的な上昇が過剰になり、突起部23のみならず電極19の全体形状をまで変形または蒸発消滅する場合が起こり得る。一方、(2)その周波数が150[Hz]を超えたり、1回当たりに投入される周期が0.5周期未満だったり、第2の周波数の電流に割り込みに入る時間間隔t1が300[s]を超えたりすると、電極19の先端部22の温度を瞬間的に上昇させることができなくなり、所望とする部分的な消失を起こさせることができない状態になっている場合が起こり得る。したがって、第3の周波数の電流において、周波数を5[Hz]以上150[Hz]以下の範囲内とし、1回当たりの投入周期を0.5周期以上150周期以内の範囲内に設定している。
また、本発明の第4の実施形態である高圧放電ランプ装置1においても、上記した本発明の第1の実施形態である高圧放電ランプ装置1と同様に、第4の周波数(170[Hz])の交流電流を供給する始動動作後からの一定期間としては、上記した「(a)始動動作後から定電力点灯に移行する前の所定時間までの間」に限らず、図19に示すように「(b)始動動作後から定電力点灯に移行した時点までの間」であったり、図20に示すように「(c)始動動作後から定電力点灯に移行した後の所定時間までの間」であったりしてもよい。これら変形例についての詳細は次のとおりである。
(変形例5)
(3−2)図19に示す動作例の場合でも、上記した(1)および(2)のステップの後、すなわち始動動作後、前記低周波動作に移行する。制御回路10は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])に到達するまでこの定電流制御(例えば3[A]一定)を行う。その間、50[Hz]以上200[Hz]以下の範囲内から選択された、例えば170[Hz]の第4の周波数に固定された交流電流を高圧水銀ランプ4に供給される(S91)。
(4−2)その後、始動動作後からランプ電圧が所定の値(例えば60[V])まで上昇してランプ電力を定電力に一定とする定電力制御に移行すると同時に(S92:YES)、供給する交流電流を第4の周波数(170[Hz])の交流電流から、周波数を変調制御した交流電流に切り替え(S93)、その後、消灯(点灯スイッチOFF)されるまでその交流電流を供給し続ける。もちろん、その交流電流とは、上記と同じ、周波数が20[Hz]以上200[Hz]以下の範囲内から選択された第1の周波数の電流と、周波数が300[Hz]以上1000[Hz]以下の範囲内から選択された第2の周波数の電流が、各々所定周期が投入されるごとに切り替えられ、第1の周波数よりも低い周波数であって、5[Hz]以上150[Hz]以下の範囲内から選択された第3の周波数の電流が、第2の周波数の電流の周期に割り込んで所定周期投入される。第3の周波数の電流は第2の周波数の電流の周期が投入されるごとに毎回割り込むものではなく所定の時間間隔を持って割り込みに入るものとする。そして、第1の周波数の電流において、1回当たりの投入周期は0.5周期以上10周期以内の範囲内であって、第2の周波数の電流において、1回当たりの投入周期は2周期以上200周期以内の範囲内であって、また第3の周波数の電流において、1回当たりの投入周期は0.5周期以上150周期以内の範囲内であり、第3の周波数の電流が第2の周波数の電流に割り込みに入る時間間隔t1は130[s]以上300[s]以下の範囲内である。
(変形例6)
(3−3)一方、図20に示す動作例の場合でも、上記した(1)および(2)のステップの後、すなわち始動動作後、前記低周波動作に移行する。制御回路10は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])に到達するまでこの定電流制御(例えば3[A]一定)を行う。その一方で点灯判別回路13は、ランプ電流検出部8によるランプ電流の検出信号に基づき「点灯検知」を行い、「始動動作後」か否かを判別する。そして、図20に示すように前記低周波動作への移行と同時にタイマー14がカウントを開始(S101)し、50[Hz]以上200[Hz]以下の範囲内から選択された、例えば170[Hz]の第4の周波数に固定された交流電流を高圧水銀ランプ4に供給する(S102)。ここで、タイマー14のタイマー時間は例えば180[s]に設定されており、タイマー時間が180[s]を経過するまでは第4の周波数(170[Hz])の交流電流を供給し続ける(S103:NO)。このタイマー時間180[s]は、始動動作後(コールドスタート)から定電力(180[W])による点灯に移行した後の所定時間までの間の時間として設定されている。ここでも、「始動動作後から定電力点灯に移行した後の所定時間までの間」とした場合における「所定時間」は電極19の突起部23の成長、維持を適正に行うという観点からあまり長くない方が好ましく、その上限値として例えば始動動作後から300[s]以下であることが好ましい。
(4−3)タイマー14のカウントが180[s]を経過すると(S103:YES)、供給する交流電流を第4の周波数(170[Hz])の交流電流から、周波数を変調制御した交流電流に切り替え(S104)、その後、消灯(点灯スイッチOFF)されるまでその交流電流を供給し続ける。もちろん、その交流電流とは、上記と同じ、周波数が20[Hz]以上200[Hz]以下の範囲内から選択された第1の周波数の電流と、周波数が300[Hz]以上1000[Hz]以下の範囲内から選択された第2の周波数の電流が、各々所定周期が投入されるごとに切り替えられ、第1の周波数よりも低い周波数であって、5[Hz]以上150[Hz]以下の範囲内から選択された第3の周波数の電流が、第2の周波数の電流の周期に割り込んで所定周期投入される。第3の周波数の電流は第2の周波数の電流の周期が投入されるごとに毎回割り込むものではなく所定の時間間隔を持って割り込みに入るものとする。そして、第1の周波数の電流において、1回当たりの投入周期は0.5周期以上10周期以内の範囲内であって、第2の周波数の電流において、1回当たりの投入周期は2周期以上200周期以内の範囲内であって、また第3の周波数の電流において、1回当たりの投入周期は0.5周期以上150周期以内の範囲内であり、第3の周波数の電流が第2の周波数の電流に割り込みに入る時間間隔t1は130[s]以上300[s]以下の範囲内である。
ただし、このタイマー14のカウントとは関係なく、ランプ電圧が上昇して所定の電圧値(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。
本発明の第4の実施形態である高圧放電ランプ装置1は、上述したとおりの係る特徴を有する高圧放電ランプ点灯装置3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。
すなわち、(a)始動動作後から定電力点灯に移行する前の所定時間までの間、(b)始動動作後から定電力点灯に移行した時点までの間、または(c)始動動作後から定電力点灯に移行した後の所定時間までの間は、電極19の突起部23の成長、維持を適正に行いつつ、不要な突起部が形成しないようにするための交流電流の周波数の変調制御が禁止され、50[Hz]以上200[Hz]以下の範囲内から選択された第4の周波数の電流が供給されているので、非常に耳障りな騒音が発生するのを抑えることができる。よって、なるたけ静音を実現することができる。もちろん、この間に交流電流の周波数の変調制御をしても突起部23の制御にはさほど寄与しないので、突起部23がもたらす効果に悪影響を及ぼさない。そして、これら一定期間の経過後には交流電流の周波数の変調制御を行うことによって突起部23の成長、維持を適正に行うことができ、その結果、アークの輝点移動によるフリッカの発生を防止することができ、またアークが初期の位置からずれることによる反射鏡26からの射出光の低下を抑えることができる。
ところで、以上のとおり係る特徴によれば、安定点灯中、ランプ電圧が所望とするランプ電圧、例えば57[V]を下回るような低電圧状態の発生頻度または発生時間を抑制することができるが、完全とまでは言い切れないこともあり、実際の装置設計においては稀なケースとして低電圧状態に陥った場合も想定して設計する必要がある。万一電極19の突起部23が成長し過ぎて低電圧状態になった場合に高圧水銀ランプ4に所望とする電力を投入すると過剰なランプ電流が流れることになり高圧水銀ランプ4の電極は損耗し場合によっては高圧水銀ランプ4自体が破裂に至ることもある。したがって、低電圧状態になった場合は高圧水銀ランプ4に所望とする電力を投入することができず輝度低下等の問題を引き起こす。そのために、その対策として実際の装置設計においては、万一ランプ電圧が一定の値を下回った場合でも、その間、上記した交流電流の周波数の変調制御を禁止させる機能を備えることが好ましい。そして、万一上記した交流電流の周波数の変調制御を禁止させた場合は、300[Hz]以上1000[Hz]以下の範囲内から選択され、且つ第2の値より少なくとも10[Hz]以上高い、例えば390[Hz]に固定された第5の周波数の電流を供給することが好ましい。その結果、電極19の突起部23の成長を抑止することができる。
(第5の実施形態)
次に、本発明の第5の実施形態であるプロジェクタについて、図21および図22を参照して説明する。
図21は、第1の実施形態である高圧放電ランプ装置1が用いられたプロジェクタの一例として、フロントプロジェクタ35の概略構成を示す。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21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3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、第1の実施形態である高圧放電ランプ装置1は、図22に示す投射型画像表示装置の一例であるリアプロジェクタ42の光源としても用いることができる。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。
以上のような本発明の第5の実施形態であるプロジェクタに係る構成によれば、騒音の発生が少ないプロジェクタを実現することができる。
なお、上記第1〜第3の実施形態では、交流電流の周波数を変調制御する際に第1の値と第2の値との二種類の異なる周波数が組み合わせた場合について説明したが、これに限らず三種類以上の異なる周波数からなる変調制御を行った場合でも上記と同様の作用効果を得ることができる。
また、上記第5の実施形態では、高圧放電ランプ装置として第1の実施形態の高圧放電ランプ装置1を用いた場合について説明したが、もちろん第2〜第4の実施形態の高圧放電ランプ装置1を用いた場合でも上記と同様の作用効果を得ることができる。
また、上記各実施形態では、高圧水銀ランプとして定電力180[W]の高圧水銀ランプ4を用いた場合について説明したが、これに限らず定電力が例えば80[W]以上1000[W]以下の範囲内の高圧水銀ランプを用いた場合でも上記と同様の作用効果を得ることができる。その場合、定電流制御時のランプ電流の値は3[A]に限定されるものではなく、高圧水銀ランプの設計に応じて種々に決定される。また定電力制御に移行するときのランプ電圧は上記したように60[V]ではなく、その種々の定電流制御時のランプ電流と定電力の値に応じて決定される。
また、上記各実施形態では、高圧放電ランプとして具体的に高圧水銀ランプ4を用いた場合について説明したが、これに限らず公知のシュートアーク型のメタルハライドランプ等を用いた場合でも上記と同様の作用効果を得ることができる。
なお、近時、この種の高圧放電ランプ装置1には、使用する空間の大きさ等に応じて段階的にランプ電力を切り替える調光機能が付与されているものがある。つまり、通常モードではランプ電力を定電力(例えば180[W])に一定にして定電力制御を行うが、調光モードではランプ電力を切り替えて例えば100[W]に一定にして定電力制御を行うというものである。各実施形態に係る高圧放電ランプ装置1がこのように調光機能を有する場合、上記した「定電力」とは通常モードに設定されているときはその通常モードの定電力を、調光モードに設定されているときはその調光モードの定電力をそれぞれ示す。
本発明は、なるたけ静音を要する用途にも適用することができる。
本発明の第1の実施形態である高圧放電ランプ装置の構成を示すブロック図 同じく高圧放電ランプ装置に含まれる高圧水銀ランプの発光管の一部切欠正面断面図 同じく高圧放電ランプ装置に含まれる高圧水銀ランプの電極の構成を示す正面図 同じく高圧放電ランプ装置に含まれるランプユニットの構成を示す一部切欠斜視図 同じく高圧放電ランプ装置に含まれる高圧放電ランプ点灯装置における交流電流の周波数の制御内容を示すフローチャート 同じく高圧放電ランプ装置において、点灯経過時間に伴うランプ電力の変化を示す図 同じく高圧放電ランプ装置の変形例1において、点灯経過時間に伴うランプ電力の変化を示す図 同じく高圧放電ランプ装置の変形例2において、点灯経過時間に伴うランプ電力の変化を示す図 同じく高圧放電ランプ装置の変形例1に含まれる高圧放電ランプ点灯装置における交流電流の周波数の制御内容を示すフローチャート 同じく高圧放電ランプ装置の変形例2に含まれる高圧放電ランプ点灯装置における交流電流の周波数の制御内容を示すフローチャート 等ラウドネス曲線を示す図 本発明の第2の実施形態である高圧放電ランプ装置に含まれる高圧放電ランプ点灯装置における交流電流の周波数の制御内容を示すフローチャート 同じく高圧放電ランプ装置の変形例3に含まれる高圧放電ランプ点灯装置における交流電流の周波数の制御内容を示すフローチャート 同じく高圧放電ランプ装置の変形例4に含まれる高圧放電ランプ点灯装置における交流電流の周波数の制御内容を示すフローチャート 本発明の第3の実施形態である高圧放電ランプ装置に含まれる高圧放電ランプ点灯装置における交流電流の周波数の制御内容を示すフローチャート 同じく高圧放電ランプ装置の変形例に含まれる高圧放電ランプ点灯装置における交流電流の周波数の制御内容を示すフローチャート 本発明の第4の実施形態である高圧放電ランプ装置に含まれる高圧放電ランプ点灯装置における交流電流の周波数の制御内容を示すフローチャート 同じく高圧放電ランプ装置において高圧水銀ランプに供給される交流電流の波形の一例を示す図 同じく高圧放電ランプ装置の変形例5に含まれる高圧放電ランプ点灯装置における交流電流の周波数の制御内容を示すフローチャート 同じく高圧放電ランプ装置の変形例6に含まれる高圧放電ランプ点灯装置における交流電流の周波数の制御内容を示すフローチャート 本発明の第5の実施形態であるプロジェクタとして、フロントプロジェクタの構成を示す一部切欠斜視図 同じくプロジェクタとして、リアプロジェクタの構成を示す斜視図
符号の説明
1 高圧放電ランプ装置
2 DC電源回路
3 高圧放電ランプ点灯装置
4 高圧水銀ランプ
5 DC/DCコンバータ
6 DC/ACインバータ
7 高電圧発生部
8 ランプ電流検出部
9 ランプ電圧検出部
10 制御回路
11 マイコン
12 PWM制御回路
13 点灯判別回路
14 タイマー
15 発光管
16 発光部
17 封止部
18 放電空間
19 電極
20 電極棒
21 電極コイル
22 電極の先端部
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
36,43 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
44 透過式スクリーン

Claims (16)

  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点灯装置であって、前記高圧放電ランプの始動動作後は定電流制御を行い、その後、定電力による点灯に移行し、
    前記始動動作後から一定期間を除いては前記交流電流の周波数を少なくとも第1の値と前記第1の値よりも可聴感度の高い第2の値とに変調し、
    前記始動動作後から一定期間として前記始動動作後から定電力点灯に移行する前の所定時間までの間、
    または前記始動動作後から定電力点灯に移行した時点までの間、
    または前記始動動作後から定電力点灯に移行した後の所定時間までの間については前記交流電流の周波数の変調制御を禁止し、周波数が前記第2の値よりも低い第3の値の交流電流を供給することを特徴とする高圧放電ランプ点灯装置。
  2. 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点灯装置であって、前記高圧放電ランプの始動動作後は定電流制御を行い、その後、定電力による点灯に移行し、
    前記始動動作後から一定期間を除いては前記交流電流の周波数を少なくとも第1の値と前記第1の値よりも可聴感度の高い第2の値とに変調し、
    前記始動動作後から一定期間として前記始動動作後から60[s]以上300[s]以下の範囲内から選択される所定時間までの間については前記交流電流の周波数の変調制御を禁止し、周波数が前記第2の値よりも低い第3の値の交流電流を供給することを特徴とする高圧放電ランプ点灯装置。
  3. 前記第3の値は50[Hz]以上200[Hz]以下の範囲内から選択されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の高圧放電ランプ点灯装置。
  4. 前記第2の値は300[Hz]以上1000[Hz]以下の範囲内から選択されていることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の高圧放電ランプ点灯装置。
  5. 前記始動動作後から一定期間の経過後、前記高圧放電ランプのランプ電圧が一定の値を下回った場合、前記交流電流の周波数の変調制御を禁止し、周波数が300[Hz]以上1000[Hz]以下の範囲内から選択される第4の値の交流電流を供給することを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の高圧放電ランプ点灯装置。
  6. 前記第4の値は前記第2の値より10[Hz]以上高い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. 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点灯装置であって、前記高圧放電ランプの始動動作後は定電流制御を行い、その後、定電力による点灯に移行し、
    前記始動動作後から一定期間を除いては、前記交流電流の周波数を、20[Hz]以上200[Hz]以下の範囲内から選択された第1の値と、300[Hz]以上1000[Hz]以下の範囲内から選択された第2の値とに変調し、前記第1の周波数よりも低い周波数であって、5[Hz]以上150[Hz]以下の範囲内から選択された第3の値の交流電流が前記第2の値の交流電流に割り込んで投入され、
    前記第1の値の交流電流において1回当たりの投入周期は0.5周期以上10周期以内の範囲内であって、前記第2の値の交流電流において1回当たりの投入周期は2周期以上200周期以内の範囲内であって、前記第3の値の交流電流において1回当たりの投入周期は0.5周期以上150周期以内の範囲内であって、前記第3の値の交流電流が前記第2の値の交流電流に割り込んで投入される時間間隔は130[s]以上300[s]以下の範囲内であり、
    前記始動動作後から一定期間として前記始動動作後から定電力点灯に移行する前の所定時間までの間、
    または前記始動動作後から定電力点灯に移行した時点までの間、
    または前記始動動作後から定電力点灯に移行した後の所定時間までの間については前記第3の値の交流電流の割り込み制御も含めて、前記交流電流の周波数の変調制御を禁止し、周波数が50[Hz]以上200[Hz]以下の範囲内から選択された第4の値の交流電流を供給することを特徴とする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〜請求項のいずれか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点灯装置であって、前記高圧放電ランプの始動動作後は定電流制御を行い、その後、定電力による点灯に移行し、
    前記始動動作後から一定期間を除いては前記交流電流の周波数を少なくとも第1の値と前記第1の値よりも可聴感度の高い第2の値とに変調し、
    前記始動動作後から一定期間として前記始動動作後から定電力点灯に移行する前の所定時間までの間、
    または前記始動動作後から定電力点灯に移行した時点までの間、
    または前記始動動作後から定電力点灯に移行した後の所定時間までの間については前記交流電流の周波数の変調制御を禁止し、周波数が前記第2の値よりも低い第3の値の交流電流を供給することを特徴とする高圧放電ランプの点灯方法。
  11. 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点灯装置であって、前記高圧放電ランプの始動動作後は定電流制御を行い、その後、定電力による点灯に移行し、
    前記始動動作後から一定期間を除いては前記交流電流の周波数を少なくとも第1の値と前記第1の値よりも可聴感度の高い第2の値とに変調し、前記始動動作後から一定期間として前記始動動作後から60[s]以上300[s]以下の範囲内から選択される所定時間までの間については前記交流電流の周波数の変調制御を禁止し、周波数が前記第2の値よりも低い第3の値の交流電流を供給することを特徴とする高圧放電ランプの点灯方法。
  12. 前記第3の値は50[Hz]以上200[Hz]以下の範囲内から選択されていることを特徴とする請求項1または請求項1に記載の高圧放電ランプの点灯方法。
  13. 前記第2の値は300[Hz]以上1000[Hz]以下の範囲内から選択されていることを特徴とする請求項1〜請求項1のいずれか1項に記載の高圧放電ランプの点灯方法。
  14. 前記始動動作後から一定期間の経過後、前記高圧放電ランプのランプ電圧が一定の値を下回った場合、前記交流電流の周波数の変調制御を禁止し、周波数が300[Hz]以上1000[Hz]以下の範囲内から選択される第4の値の交流電流を供給することを特徴とする請求項1〜請求項1のいずれか1項に記載の高圧放電ランプの点灯方法。
  15. 前記第4の値は前記第2の値より10[Hz]以上高いことを特徴とする請求項1記載の高圧放電ランプの点灯方法。
  16. 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点灯装置であって、前記高圧放電ランプの始動動作後は定電流制御を行い、その後、定電力による点灯に移行し、
    前記始動動作後から一定期間を除いては、前記交流電流の周波数を、20[Hz]以上200[Hz]以下の範囲内から選択された第1の値と、300[Hz]以上1000[Hz]以下の範囲内から選択された第2の値とに変調し、前記第1の周波数よりも低い周波数であって、5[Hz]以上150[Hz]以下の範囲内から選択された第3の値の交流電流が前記第2の値の交流電流に割り込んで投入され、
    前記第1の値の交流電流において1回当たりの投入周期は0.5周期以上10周期以内の範囲内であって、前記第2の値の交流電流において1回当たりの投入周期は2周期以上200周期以内の範囲内であって、前記第3の値の交流電流において1回当たりの投入周期は0.5周期以上150周期以内の範囲内であって、前記第3の値の交流電流が前記第2の値の交流電流に割り込んで投入される時間間隔は130[s]以上300[s]以下の範囲内であり、
    前記始動動作後から一定期間として前記始動動作後から定電力点灯に移行する前の所定時間までの間、
    または前記始動動作後から定電力点灯に移行した時点までの間、
    または前記始動動作後から定電力点灯に移行した後の所定時間までの間については前記第3の値の交流電流の割り込み制御も含めて、前記交流電流の周波数の変調制御を禁止し、周波数が50[Hz]以上200[Hz]以下の範囲内から選択された第4の値の交流電流を供給することを特徴とする高圧放電ランプの点灯方法。
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