JPWO2007010781A1 - 高圧放電ランプの点灯方法、点灯装置、光源装置及び投射型画像表示装置 - Google Patents

高圧放電ランプの点灯方法、点灯装置、光源装置及び投射型画像表示装置 Download PDF

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Abstract

高圧放電ランプを長寿命化できる点灯方法を提供する。高圧放電ランプを点灯開始させてその点灯を維持させる点灯方法は、高圧放電ランプの点灯開始から点灯経過時間が所定条件（例えば、点灯経過時間が５分）以内の場合、ランプ電圧が切換え電圧（ここでは第１の電圧値Ｖ１）未満では定電流制御を行い、ランプ電圧が切換え電圧以上ではランプ電力を電力値Ｗ１に維持する定電力制御を行い、前記所定条件（点灯経過時間が５分）を越えた後は、切換え電圧の値を、第１の電圧値Ｖ１から第２の電圧値Ｖ２に下げて、ランプ電圧が前記下げた切換え電圧以上では、ランプ電力を電力値Ｗ１に維持する定電力制御を行う。

Description

本発明は、高圧放電ランプの点灯方法、点灯装置、光源装置及び投射型画像表示装置に関するものである。
近年、液晶パネルやＤＬＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ：登録商標）方式の投射型画像表示装置の光源として、高圧水銀ランプが使用されている。
例えば、上記高圧水銀ランプ（以下、単に、「ランプ」という。）は、石英ガラスからなるバルブ内に、一対のタングステン製電極が所定間隔で対向配置されると共に、バルブ内に、水銀、アルゴン等の希ガス、臭素等のハロゲンが封入されてなる。
また、上記ランプの点灯装置は、通常、ランプ電圧とランプ電力とを、図１３に示すような制御特性となるように制御している。つまり、ランプ電圧が電圧値Ｖ１未満のときは、ランプ電圧とランプ電力とを直線状に増加させる定電流制御を行い、電圧値Ｖ１以上のときは、ランプ電力が電力値Ｗ１の定電力制御を行う。なお、ランプ電圧が電圧値Ｖ１、ランプ電力が電力値Ｗ１であるポイントは、換言すると、定電流制御から定電力制御に切換える切換えポイントである。
一方、ランプは、その点灯時間（本明細書では、「点灯時間」をランプの点灯を維持している時間としている。）の経過に伴い、バルブ内部で対向する電極の先端に突起が形成成長するという現象が起こる（例えば、特許文献２参照）。このような突起が形成されると、電極間の距離が短くなり、ランプ電圧が低下してしまう。
そして、ランプの点灯維持を続け、点灯時間がさらに経過して、ランプ電圧がさらに低下すると、ランプ電圧が、定電流制御と定電力制御との切換え基準である電圧値Ｖ１を下回り、これまでの定電力制御から定電流制御に切換って制御される場合が発生する。
これにより、ランプに印加される電力不足に起因する光出力（照度）の低下や、電力の不足によるランプ温度の低下に起因する、所謂「黒化現象」による短寿命化が引き起こされる。
これらの課題を解決する技術としては、例えば、突起の形成によりランプ電圧が低下すると、点灯周波数を切換えてランプ電圧の低下分を補正する技術が開示されている（特許文献１）。さらには、ランプ電圧が、定電流制御から定電力制御への切換えポイントである電圧値Ｖ１を下回ったときに、ランプの点灯周波数を下げてランプ電圧を上げるように制御する技術が開示されている（特許文献２）。
特開２００１−３１２９９７号公報 特開２００４−１７２０８６号公報
しかしながら、上記の点灯周波数を変更する方法では、近年、主流になりつつある、マイクロミラー表示素子を使用したデジタル画像投影方式、いわゆる、ＤＬＰ（登録商標）方式の投射型画像表示装置には対応できない。
ここで、簡単にＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ：登録商標）を用いたＤＬＰ（登録商標）方式の投射型画像表示装置について説明する。
図１４は、投射型画像表示装置における画像の表示方法を説明するための概略図である。
投射型画像表示装置は、ランプユニット９０１、カラーホイール９０２、ＤＭＤ（登録商標）９０３、投射レンズ９０４等を備えるＤＬＰ（登録商標）方式の装置である。
カラーホイール９０２は、基本的に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）から構成され、所定の一定回転数（例えば、６０Ｈｚビデオ映像用の場合、１秒間に１２０回転）で回転し、ランプユニット９０１によって照射されることにより、赤、緑、青の単色光をＤＭＤ（登録商標）９０３へと出射する。
ＤＭＤ（登録商標）９０３は、マイクロミラー表示素子であって、オフ状態のときに入射光を吸収し、オン状態のときに反射させる鏡機能を有し、反射量は、入力信号の重みによって調整される。従って、前記カラーホイール９０２から出射された単色光は、表示すべき画像に基づいて重み付けられた入力信号によって、所定階調の単色光として投射レンズ９０４へと反射される。
そして、回転するカラーホイール９０２から出射された各単色光は、合成されて、スクリーン上に画像を表示する。このとき、人間は、赤、緑、青のそれぞれの時分割の画面を目で残像画像として認識するために、赤、緑、青の時分割のちらつきは認識できず、カラー映像として認識する。
一方、光源として用いるランプを交流で点灯を維持させる場合、点灯波形の極性反転時に照度変化が生じ、この変化がスクリーン上でちらつきとなる。このちらつきを無くすために、ＤＬＰ（登録商標）方式の表示装置では、カラーホイール９０２の色変化のタイミングと、点灯波形の極性反転のタイミングを同期させている。つまり、カラーホイール９０２の回転数が一定に固定されているため、点灯周波数を固定した点灯方法が必要されるのである。
従って、従来の技術である周波数を変更する点灯方法では、ランプ電圧が低下した際に点灯周波数を切換えるため、ＤＬＰ（登録商標）方式の投射型画像表示装置に適用できないのである。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、ランプの点灯周波数を変化させることなく、光出力の低下の抑制及びランプの短命化を防ぐ点灯方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の高圧放電ランプの点灯方法は、高圧放電ランプを点灯開始させた後、ランプ電圧が予め設定された切換え電圧未満においては定電流制御を行い、ランプ電圧が前記切換え電圧以上になると定電力制御に切換えて前記高圧放電ランプの点灯を維持させる点灯方法において、前記高圧放電ランプの点灯を開始させた後、予め設定された所定条件が満たされていない場合前記切換え電圧は第１の電圧値Ｖ１に設定され、前記所定条件が満たされている場合前記切換え電圧は第２の電圧値Ｖ２（Ｖ２＜Ｖ１）に設定されることを特徴としている。
また、前記所定条件を満たすときとは、前記高圧放電ランプの照度、温度又はランプ電圧が安定状態となったときであることを特徴としている。
また、前記所定条件を満たすときとは、前記高圧放電ランプの点灯を開始し、その点灯を維持した時間が５分を越えたときであることを特徴としている。
一方、上記目的を達成するために、本発明の高圧放電ランプの点灯装置は、高圧放電ランプを点灯開始させた後、ランプ電圧が予め設定された切換え電圧未満においては定電流制御を行い、ランプ電圧が前記切換え電圧以上になると定電力制御に切換えて前記高圧放電ランプの点灯を維持させる点灯装置において、前記高圧放電ランプの点灯を開始させた後、予め設定された所定条件が満たされているか否かを判定する判定手段と、前記所定条件が満たされていない場合に前記切換え電圧をＶ１に設定し、前記所定条件が満たされている場合に前記切換え電圧をＶ２（Ｖ２＜Ｖ１）に設定する切換え電圧設定手段とを備えることを特徴としている。
一方、上記目的を達成するために、本発明の光源装置は、高圧放電ランプと、当該高圧放電ランプを点灯させる点灯装置とを備える光源装置であって、前記点灯装置は、上記に記載の点灯装置であることを特徴としている。
一方、上記目的を達成するために、本発明の投射型画像表示装置は、上記光源装置を備えることを特徴とし、さらに、前記投射型画像表示装置は、マイクロミラー表示素子を使用したデジタル画像投影方式を採用している特徴としている。
本発明の点灯方法では、点灯時間の経過に伴い、突起が形成成長し、ランプ電極間距離が短くなり、ランプ電圧が、第１の電圧値Ｖ１より低下したときでも、所定条件が満たされていれば、切換え電圧が、第１の電圧値Ｖ１よりも低い第２の電圧値Ｖ２に換わっているので、引き続き定電力制御により高圧放電ランプの点灯が維持され、光出力の低下、黒化による短寿命を防ぎ、長寿命化ができる。
本発明の点灯装置では、点灯時間の経過に伴い、突起が形成成長し、ランプ電極間距離が短くなり、ランプ電圧が、第１の電圧値Ｖ１より低下したときでも、所定条件が満たされていれば、切換え電圧が、第１の電圧値Ｖ１よりも低い第２の電圧値Ｖ２に換えているので、引き続き定電力制御により高圧放電ランプの点灯を維持でき、光出力の低下、の黒化による短寿命を防ぎ、長寿命化ができる。
第１の実施の形態に係るランプユニットの斜視図である。 ランプユニットの平面図であり、内部のランプの様子が分かるように反射鏡を切り欠いた図である。 高圧水銀ランプの制御特性を示す図である。 ランプを点灯させるための点灯装置を示すブロック図である。 第１の実施の形態に係るランプの点灯制御の内容を示すフローチャートである。 ＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。 制御部の実施例に係るブロック図である。 定電力制御処理のフローチャートである。 比較試験の結果を示す図である。 第２の実施の形態に係る前面投射型画像表示装置の全体図であり、内部の様子が分かるように一部を切り欠いている。 変形例１における第１の制御特性を示す図である。 背面投射型画像表示装置の全体斜視図である。 従来技術における制御特性を示す図である。 投射型画像表示装置における画像の表示方法を説明するための概略図である。
符号の説明
１ ランプユニット
３ 高圧水銀ランプ
３ カラーホイール
５０ 点灯装置
５８ 電流検出部
５９ 電圧検出部
６０ 電力制御設定部
６１ タイマー
６３ 制御部
１００ 前面投射型画像表示装置
１５０ 背面投射型画像表示装置
以下、本発明の実施の形態に係る高圧放電ランプの点灯方法を利用した点灯装置を第１の実施の形態で、また、前記点灯装置を用いた前面投射型画像表示装置を第１の実施の形態でそれぞれ説明する。
＜第１の実施の形態＞
本実施の形態では、ランプユニットに組み込まれているランプと、このランプの点灯方法及び点灯装置について説明する。
実施の形態として、本発明に係る高圧水銀ランプを用いたランプユニットについてそれぞれ図面を参照しながら説明する。
１．ランプユニットの構造
図１は、本実施の形態に係るランプユニットの斜視図である。
ランプユニット１は、同図に示すように、高圧水銀ランプ（以下、単に「ランプ」という。）３と、反射鏡５とを備え、反射鏡５の内部にランプ３が組み込まれている。
図２は、ランプユニットの平面図であり、内部のランプの様子が分かるように反射鏡を切り欠いている。
１−１．ランプの構成
ランプ３は、図２に示すように、内部に放電空間１３を有する放電容器２３と、前記放電空間１３の内部で先端（後述する電極部）同士が対向する状態で両封止部１７，１９に封着されている電極構成体２５ａ，２５ｂとからなる。
放電容器２３は、略回転楕円体形状をした発光部１５と、この発光部１５の両側に設けられた封止部１７，１９とから構成され、発光部１５の内部に放電空間１３を有する。なお、放電空間１３には、発光物質、始動補助用ガス、ハロゲンサイクル用のハロゲンガスが封入されている。
電極構成体２５ａ，２５ｂは、電極部２７ａ，２７ｂ、金属箔２９ａ，２９ｂ及び外部リード線３３ａ，３３ｂがこの順で接続（例えば、溶接により固着されている）されてなる。ここで、電極構成体の２５ａ、２５ｂの先端部が電極部２７ａ，２７ｂ（本発明の「電極」に相当する。）となる。
外部リード線３３ａ，３３ｂは、両封止部１７，１９における発光部１５と反対側の端面から外部に導出されている。なお、外部リード線３３ｂは、図１及び図２に示すように、本体部材７に形成されている貫通孔４０を通って、反射鏡５の外部へと導出されている。
電極部２７ａ，２７ｂは、放電空間１３において、略一直線上に対向するように配設されており、電極軸３５ａ，３５ｂと、この電極軸３５ａ，３５ｂの先端に設けられた電極コイル３７ａ，３７ｂとからなる。なお、電極部は、電極軸と電極コイルとが異なる材料で構成されていても良いし、同じ材料で構成されていても良い。
電極構成体２５ａ，２５ｂは、電極コイル３７ａ，３７ｂの間隔を所定距離にした状態で、主に金属箔２９ａ，２９ｂが封止部１７，１９に封着される。これにより、発光部１５の内部に密閉状態の放電空間１３が形成される。この電極構成体２５ａ，２５ｂが封止部１７，１９に封着された状態では、図２に示すように、電極部２７ａ，２７ｂが封止部１７，１９から放電空間１３へ延出する。
また、封止部１７，１９のうち一方、例えば、封止部１７における発光部１５と反対側の端部には、口金３７がセメント３９を介して被着されており、外部リード線３３ａが口金３７に接続されている。
１−２．反射鏡の構成
反射鏡５は、図１及び図２に示すように、凹面状の反射面７ｂが形成された本体部材７を有し、この本体部材７の開口７ａには前面ガラス９が設けられている。なお、本体部材７と前面ガラス９との固着は、例えば、シリコーン系の接着剤を用いて行われる。
反射鏡５は、例えば、ダイクロイック反射鏡であり、ランプ３の発光部１５から発せられた光を所定方向（前面ガラス９側）へと反射させている。本体部材７の形状は、漏斗状をしており、開口径の小さい部分（以下、「本体部材の根元部」という。）７ｃには、図２に示すように、ランプ３の一方の封止部１７が挿入される貫通孔７ｄが形成されている。
ランプ３の上記反射鏡５への組込は、図２に示すように、口金３７が被着している封止部１７を本体部材７の根元部７ｃの貫通孔７ｄに所定量挿入させた状態で、例えば、セメント４２で固着されている。
２．ランプの点灯方法
次に、上記高圧水銀ランプ３の点灯方法について説明する。
図３は、高圧水銀ランプの制御特性を示す図であり、高圧パルスをランプ３に印加して、電極部２７ａ，２７ｂ間での絶縁破壊をさせた後に供給されるランプ電圧とランプ電力との相関図である。なお、上記制御特性は、後述の点灯装置により実行される。なお、ランプ点灯周波数は一定である。
本発明に係る点灯方法は、先ず、点灯開始から所定条件が満たされるまでは、図３の実線で示す第１の制御特性に従ってランプ電圧等を制御し、所定条件が満たされた後は、図３の破線で示す第２の制御特性に従ってランプ電圧等を制御する。
なお、本実施の形態における「所定条件が満たされるとき」は、「点灯開始から経過した時間（以下、「点灯経過時間」という。）が５分を越えたとき」であり、この点灯経過時間は、点灯を維持しているランプの温度が安定状態になったときの点灯経過時間である。ここでいう「安定状態」とは、放電空間内の発光物質である水銀の蒸気圧が略設計値になった状態であり、また、点灯経過時間は、１点灯毎の時間で、ランプの点灯を開始してからの経過時間である。
２−１．第１の制御特性
第１の制御特性は、図３の実線から分かるように、ランプ電圧が第１の電圧値Ｖ１未満においては、ランプ電圧が第１の電圧値Ｖ１のときにランプ電力がちょうど電力値Ｗ１となるように定電流制御（以下、「第１の定電流制御」という。）を行い、また、ランプ電圧が第１の電圧値Ｖ１以上においては、ランプ電力が電力値Ｗ１となる定電力制御（図中の「定電力制御区間１」であり、「第１の定電力制御」という。）を行う。
また、上記の第１の定電流制御は、通常は、ランプ点灯開始から実施され、切換えポイントに向かって、ランプ電圧の増加に伴い、ランプ電力が直線的に単純に増加していく。なお、第１の定電流制御は、一つの制限電流値で行われている。
ここで、図３において、ランプ電圧が第１の電圧値Ｖ１で、ランプ電力が電力値Ｗ１のポイントは、背景技術の欄でも説明したように、第１の定電流制御と第１の定電力制御とを切換える切換えポイントであり、この第１の電圧値Ｖ１が切換え電圧の値に相当する。
２−２．第２の制御特性
第２の制御特性は、図３の破線から分かるように、ランプ電圧が第２の電圧値Ｖ２未満においては、ランプ電力がちょうど電力値Ｗ１となるような定電流制御（以下、「第２の定電流制御」といい、第１の定電流制御と区別する。）を行い、また、ランプ電圧が第２の電圧値Ｖ２以上においては、ランプ電力が電力値Ｗ１となる定電力制御（図中の「定電力制御区間２」であり、以下、「第２の定電力制御」といい、第１の定電力制御と区別する。）を行う。
ここでの第２の定電流制御は、例えば、定電力制御区間２の状態でランプ点灯が維持され、その後ランプが消灯した時などに実施される。なお、ここでも、一つの制限電流値で第１の定電流制御が行われている。また、上記の第２の定電力制御は、第１の定電力制御の電力値と同じである。
ここで、図３において、ランプ電圧が第２の電圧値Ｖ２で、ランプ電力が電力値Ｗ１のポイントは、第２の定電流制御と第２の定電力制御とを切換える切換えポイントであり、この第２の電圧値Ｖ２が切換え電圧の値に相当する。
したがって、第２の電圧値Ｖ２も切換え電圧であり、その電圧値は、所定条件を満たすか否かで、第１の電圧値Ｖ１であったり、第２の電圧値Ｖ２であったりする。
３．点灯装置
３−１．構成
図４は、上記ランプ３を点灯させるための点灯装置を示すブロック図である。同図に示すように本点灯装置５０は、ＤＣ電源回路５２と電子安定器５１とからなる。
ＤＣ電源回路５２は、家庭用の交流１００Ｖにより直流電圧を生成し、電子安定器５１に給電する。
電子安定器５１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５４、ＤＣ／ＡＣインバータ５５、高圧パルス発生回路５６、制御回路５７とを備える。
ＤＣ／ＤＣコンバータ５４は、ＤＣ電源回路５２から供給された直流電圧を、後述の制御回路５７からの電力設定信号に従って所定電圧の直流電圧に変換し、ＤＣ／ＡＣインバータ５５に供給する。
ＤＣ／ＡＣインバータ５５は、供給された直流電圧から所定の周波数の交流矩形電流を生成してランプ３に印加する。ここで、ランプ３を放電開始させるために必要となる高圧パルス発生回路５６は、例えばトランスを含んでおり、ここで発生された高圧パルスをランプ３に印加することで、放電を開始させている。
制御回路５７は、図４に示すように、電流検出部５８、電圧検出部５９、電力制御設定部６０、タイマー６１、駆動部６２、制御部６３等からなる。
電流検出部５８及び電圧検出部５９は、ＤＣ／ＡＣインバータ５５の入力側に接続されており、間接的にランプ３のランプ電流およびランプ電圧をそれぞれ検出し、その検出信号を制御部６３に送出する。駆動部６２は、ＤＣ／ＡＣインバータ、高圧パルス発生回路５６を駆動するためのものである。
電力制御設定部６０は、点灯開始から所定条件が満たされるまで、上述した第１の制御特性に従ってランプ３の点灯を維持するように制御するための、第１の制御特性に対応した電圧−電力テーブル（第１のテーブル）と、所定条件が満たされた後に、上述した第２の制御特性に従ってランプ３の点灯を維持するように制御するための、第２の制御特性に対応した電圧−電力テーブル（第２のテーブル）とを備える。
タイマー６１は、各点灯ごとにランプ３の点灯開始からの点灯経過時間を制御部６３に出力している。
制御部６３は、電流検出部５８で検出されたランプ電流値と、電圧検出部５９で検出されたランプ電圧値とに基づいて定電力制御したり、第１のテーブル、第２のテーブルに基づいたランプ電力等になるように設定された電力設定信号をＤＣ／ＤＣコンバータ５４に出力したりする他、所定条件の成立状態によって、第１のテーブルと第２のテーブルとを切換えてランプに印加する電力等を制御している。
３−２．制御内容
図５は、第１の実施の形態に係るランプの点灯制御の内容を示すフローチャートである。
制御回路５７は、まず、ステップＳ１で、ランプ３の点灯開始時（点灯経過時間が所定時間を超えていない）においてランプ３を第１の制御特性で点灯維持すべく第１のテーブルに設定し、当該第１のテーブルに基づいて定電流制御処理（第１の定電流制御を行う。）をする（ステップＳ１）。
ステップＳ３で、ランプ電圧Ｖｌａが第１の電圧値Ｖ１（切換え電圧）以上か否かを判定し、「Ｎｏ」のときはステップＳ２に戻り、「Ｙｅｓ」のときはステップＳ４に進んで、これまでの定電流制御処理から、ランプ電力が電力値Ｗ１である定電力制御処理（第１の定電力制御を行う。）に切換えてその処理を行う（ステップＳ４）。
これにより、ランプ点灯開始から点灯経過時間が所定時間を経過するまでは、ランプ電圧が第１の電圧値Ｖ１未満のときは第１の定電流制御を行い、ランプ電圧が第１の電圧値Ｖ１以上になる（このときランプ電力は電力値Ｗ１となる）と、ランプ電力が電力値Ｗ１となる第１の定電力制御を行うことができる。
次に、ステップＳ５で、タイマー６１のタイマーカウントが所定時間を超えているか否かを判定する。超えていなければ（図中の「Ｎｏ」である。）、ステップＳ４に戻って定電力制御処理を行い、「Ｙｅｓ」のときは、ステップＳ６に進んで、第２の制御特性でランプ３の点灯を維持すべく第１のテーブルから第２のテーブルに切換え、当該第２のテーブルに基づいて、定電力制御処理（第２の定電力制御を行う）を行う（ステップＳ７）。これにより、ランプ３は引き続き定電力制御によってその点灯が維持される。
この第２の定電力制御は、ステップＳ８において電源スイッチ（不図示）がＯＦＦにされるなどによって点灯終了（消灯）になるまで継続される（ステップＳ８）。なお、定電力制御処理については後述する。
４．実施例
４−１．ランプ
ここでのランプ３は、例えば、投射型の画像表示装置等に用いられるものとして説明する。このランプ３は、点光源に近付けるため、両者の間隔（電極間距離）は、０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲に設定されている。所謂「ショートアーク」タイプのランプである。
４−２．ＤＣ／ＤＣコンバータ
図６は、ＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。
ＤＣ／ＤＣコンバータ５４は、例えば、インダクタＬ０、スイッチング素子Ｑ０、ダイオードＤ０、平滑コンデンサＣ０を備える、いわゆる、公知の降圧チョッパである。なお、スイッチング素子Ｑ０は、例えば、Ｎ型電界効果トランジスタが用いられる。
スイッチング素子Ｑ０は、電力設定信号に基づいて、ＯＮ／ＯＦＦすることで、ＤＣ／ＡＣインバータ５５に出力する電流を調整している。つまり、電力設定信号は、スイッチング素子Ｑ１へのＯＮ／ＯＦＦのスイッチング用のパルス信号であり、この信号のデューティー比を調整することで、出力電流を調整できる。
４−３．制御部
図７は、制御部の実施例に係るブロック図であり、図８は、定電力制御処理のフローチャートである。
制御部６３は、図７に示すように、乗算器６３ａ、比較器６３ｂ、ＰＷＭ部６３ｃ等を備え、電流検出部５８、電圧検出部５９が検出したランプ電流とランプ電圧をモニターし、乗算機６３ａで乗算したランプ電力が常に電力値Ｗ１となるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ５４から出力される電流値をフィードバック制御することにより実行される。
この制御部６３での定電力制御処理は、図８に示すように、ステップＳ１１において、電流検出部５８、電圧検出部５９が検出したランプ電流及びランプ電圧を取得し、乗算器６３ａにおいてランプ電圧とランプ電流とを乗算して電力を算出する（ステップＳ１２）。
ステップＳ１３では、比較器により、前ステップで乗算した実際のランプ電力と電圧検出が検出した実際のランプ電力と、予め、第１又は第２のテーブルに格納されているランプ電圧とランプ電力とを比較し、比較した比較結果をＰＷＭ部６３ｃに出力する（ステップＳ１４）。そして、ＰＷＭ部６３ｃでは、比較器６３ｂからの比較結果に基づいて、算出された電力と、第１又は第２テーブルに格納されている電力値Ｗ１とが等しくなるように、デューティーのパルス信号を発生させる（ステップＳ１５）。
最後に、前ステップで発生した信号を、電力設定信号としてＤＣ／ＤＣコンバーターに出力してリターンする。なお、ここでの定電力制御処理は、第１の定電力制御及び第２の定電力制御の両処理をいう。
５．比較試験
次に、本発明に係る点灯方法で点灯させた場合と、従来の点灯方法で点灯させた場合とについてランプ寿命特性の比較試験を行った。なお、発明に係る点灯方法を「発明方法」とし、従来の点灯方法を「従来方法」として以下説明する。
本試験に用いたランプ３は、上記４−１の欄で説明したものであり、定常ランプ電力（電力値Ｗ１に相当する）が３００（Ｗ）である。また、第１の電圧値Ｖ１が７５（Ｖ）で、点灯開始時におけるランプ電圧が第１の電圧値Ｖ１以下の場合は、ランプ電流値が４（Ａ）となるように第１の定電流制御される。また、ランプ電圧が第１の電圧値Ｖ１に達した場合は、電力値Ｗ１がそのままの３００（Ｗ）の第１の定電力制御で点灯される。なお、点灯周波数は、９０（Ｈｚ）である。ここで説明したランプ電力、ランプ電圧は、発明方法及び従来方法とも同じである。
一方、発明方法では、点灯経過時間が５（分）になると、制御回路５７は、第１のテーブルから第２のテーブルに切換えてランプ３の点灯を維持する。第２の制御特性は、第２の電圧値Ｖ２が５０（Ｖ）であり、ランプ電圧が５０（Ｖ）以上であれば、電力値Ｗ１が３００（Ｗ）の定電力となるように第２の定電力制御される。
試験内容は、ランプを点灯・消灯とを繰り返す点灯試験であり、点灯は２．５時間行われ、消灯は０．５時間行われる。また、点灯を維持している累計の点灯時間を、「累積点灯時間」として、１点灯毎の点灯時間である点灯経過時間と区別する。
測定内容は、累積点灯時間が、５分、１時間、５時間、１０時間、１５時間、２０時間、３０時間、３５時間を経過したときの、ランプ電圧、ランプ電力、ランプの中心照度及びランプの状態についてである。なお、照度については、ランプ３からの出力光を、光学系を通して５０インチのスクリーンに投射して当該スクリーンの中心部の照度を測定し、ランプの状態については、目視観察を行った。
図９は、比較試験の結果を示す図である。なお、図中の「点灯方法」に欄の「Ａが「発明方法」であり、「Ｂ」が「従来方法」である。
まず、ランプ電圧は、点灯を開始して1時間後には、発明方法のランプ及び従来方法のランプとも初期値から低下し始め、累積点灯時間が経過するにつれ、さらに徐々に低下している。そして、累積点灯時間が２０時間後には、従来品では、定電力制御が行われる第１の電圧値７５Ｖを下回り、定格電力の３００（Ｗ）がランプ３に印加されなくなった。
この従来方法のランプ３では、その印加条件が定電力制御でなくなったため、電力不足による照度の低下、バルブ温度の低下による黒化現象が開始している。
更に、累積点灯時間が長くなると、従来方法のランプ３において、中心照度が大幅に低下し、黒化現象が進行し、４０時間後には、従来方法のランプ３が不点になった。それに対し、発明方法のランプ３では、２０時間後には従来方法と同様に、ランプ電圧の大幅な低下があったが、切換え電圧を、第１の定電力制御が行われる第１の電圧値Ｖ１である７５Ｖから、第２の電圧値Ｖ２である５０Ｖに変更していることで、ランプ３には定格電力の３００（Ｗ）が印加され、中心照度の大幅な低下、黒化現象が引き起こされず、１５００時間まで点灯が維持できている。
このように、点灯開始時の第１の制御特性から、切換え電圧の値を下げた第２の制御特性に切換えることで、ランプの点灯が維持されている間に、ランプ電圧が、例えば、第１の電力特性における切換え電圧である第１の電圧値よりも低くなった場合でも、第２の定電力制御が実行されるので、ランプ温度を維持できる。これによって、ハロゲンサイクルが有効に機能し、ランプの短命化を防ぐことができる。
なお、点灯開始前に、予め、定電流制御から定電力制御に切換る切換えポイントである切換え電圧の値を低めに設定すると、点灯開始、立ち上がり時に過大の電流をランプに流すことに繋がり、ランプの電極の損傷を招き、却って、ランプの短寿命化を招くことが実験で分かった。
＜第２の実施の形態＞
第１の実施の形態では、ランプユニットと、当該ランプユニットに装着されているランプを点灯させる点灯装置とについて説明した。
本実施の形態では、第１の実施の形態で説明したランプユニットと点灯装置とを備えたＤＬＰ（登録商標）方式の前面投影型表示装置について説明する。
図１０は、第２の実施の形態に係る前面投射型画像表示装置の全体図であり、内部の様子が分かるように一部を切り欠いている。
前面投射型画像表示装置（以下、「プロジェクタ」とする。）１００は、１チップのＤＭＤ（登録商標）を使用したＤＬＰ（登録商標）方式の装置である。
プロジェクタ１００は、図１０に示すように、筐体１０１の内部に、上記点灯装置を含む電源ユニット１０２、上記ランプユニット１、光学システムと映像処理をする映像ユニット１０４、光学システム及び映像処理の制御を行う制御ユニット１０６、投射レンズ１０８、冷却用のファン装置１１０からなる。なお、光学システムは、ＤＭＤ（登録商標）、カラーホイール、インテグレータロット等である。
電源ユニット１０２は、家庭用ＡＣ１００（Ｖ）の電源を所定の直流電圧に変換して、第１の実施の形態で説明したＤＣ電源回路５２を含み、同じく第１の実施の形態で説明した電子安定器５１や制御ユニット１０６などに供給する。
このプロジェクタ１００は、従来の技術の欄で説明したように、カラーホイールの回転と、ランプの点灯周波数とを同期させている。一方、当該プロジェクタ１００に搭載されているランプの点灯装置は、ランプの点灯経過時間が所定時間を超えると、ランプの点灯周波数を換えず、第１の制御特性から第２の制御特性に切換えて、ランプを点灯させる。
このため、例えば、ランプの点灯経過時間が長くなり、第１の制御特性での第１の電圧値Ｖ１よりもランプ電圧が低下した場合でも、ランプの点灯経過時間が所定時間を達しておれば、そのときの制御特性が第２の制御特性に切換っており、第２の定電力制御が実行される下限のランプ電圧が、前記第１の電圧値Ｖ１よりも低い第２の電圧値Ｖ２になっている。従って、定電力制御によりランプ３を引き続き点灯維持させることができる。これにより、従来の技術(点灯方法)で生じていた、電力不足に起因する光出力の低下や、電力の不足によるランプ温度の低下に起因する黒化現象を抑制することができる。しかも、点灯周波数の変更を伴わないので、カラーホイールの回転と同期させる必要のあるＤＬＰ（登録商標）方式の表示装置における光源の点灯装置として好適であると言える。
また、このような前面投射型プロジェクタは、シアターや大型スクリーンなどの、大規模公衆用途、また民生、商業用途にはポータブル、モバイル、ホームシアターなどでの用途で、長寿命化を技術目標とされているところで、本発明の点灯装置からなる光源装置を使用することにより、上記技術目標の達成に十分寄与することができる。
＜変形例＞
以上、本発明を各実施の形態に基づいて説明したが、本発明の内容が、上記各実施の形態に示された具体例に限定されないことは勿論であり、例えば、以下のような変形例をさらに実施することができる。
１．第１の制御特性について
１−１．定電流制御
第１の制御特性について、第1の実施の形態では、ランプ電圧が切換え電圧に達する（切換え電圧未満である）まで、ランプ電流が４Ａで固定された第１の定電流制御をしている（制限電流値（傾き）で電力が立ち上がっている）。つまり、ランプ電圧を切換え電圧に向けて増加（変化）させると、これに伴い、一定の傾きでランプ電力も増加する制御を行っている。
しかしながら、本発明における定電流制御は、ランプ電圧を切換え電圧に向けて変化させれば良く、例えば、２個以上の制限電流値でランプの点灯を維持しても良く、以下、２個の制限電流値を有する（第１）の定電流制御について変形例１として説明する。
図１１は、変形例１における第１の制御特性を示す図である。
なお、図１１は、ランプに高圧パルスを印加して絶縁破壊させた後に供給されるランプ電圧（Ｖ）とランプ電力（Ｗ）の特性を示し、第１の実施の形態で説明した比較例で使用した定格電力３００Ｗタイプのランプを点灯させる場合を例にして以下説明する。
ランプは絶縁破壊後、放電空間内の温度が上昇するに連れて水銀蒸気圧が増大し、ランプ電圧も徐々に増大していく。ランプ電圧が第３の電圧値Ｖ３（例えば、２５（Ｖ）であり、このときのランプ電力値が第２の電力値Ｗ２（例えば、２００（Ｗ）である。）に至るまでは、第２の制限電流値（例えば、８（Ａ）である。）をランプに流し、その後、ランプ電力を第３の電力値Ｗ３（例えば、１２０（Ｗ）である。）にまで一旦下げる。
そして、ランプ電圧が第４の電圧値Ｖ４（例えば、３０（Ｖ）である。）で、ランプ電力が第３の電力値Ｗ３であるポイントから、第１の実施の形態での切換えポイント（ランプ電圧が第１の電圧値Ｖ１で、ランプ電力が第１の電力値Ｗ１である。）までは、第１の制限電流値（例えば、４（Ａ）である。）でランプに電流を流している。
なお、第1の定電流制御から第１の定電力制御に切換える基準となる切換え電圧は第1の実施の形態と同じである。
この場合においても、基本的には、第２の制御特性が第１の実施の形態と同じであるため、例えば、点灯維持中にランプ電圧が第１の電圧値Ｖ１よりも下がっても、第２の定電力制御を行う下限の電圧値（切換え電圧の値）が、第１の定電力制御における第１の電圧値Ｖ１より低い第２の電圧値Ｖ２に下げているので、そのまま、第２の定電力制御が実行され、第１の実施の形態と同等の効果が得られる。
なお、第１の制御特性は、所定条件が満たされていない場合、ランプ電圧が切換え電圧以上になると、定電流制御から定電力制御に変わるが、一旦定電力制御が実行された後に、ランプ電圧が切換え電圧よりも低くなったときは、定電力制御から定電流制御に変わる（例えば、消灯時である。）。
１−２．第１の電圧値Ｖ１
第１の電圧値Ｖ１は、第１の定電流制御と第１の定電力制御とを切換える切換えポイントである。この第１の電圧値Ｖ１は、ランプの種類（例えば、定格電力３００Ｗタイプや１５０Ｗタイプ等で複数ある。）で決まる。
つまり、ランプは、ランプ電力（ランプ電流及びランプ電圧等）、電極間の距離等を調整して、所定の定格電力における照度が所望の値となるように設計されており、所望の照度となる電圧、電流も各ランプの種類で異なる。
従って、本発明に係る「第１の電圧値Ｖ１」は、各ランプの設計時（点灯実験等による検証後）に、当該ランプ特有の特性としてそれぞれ設定される値であるが、設計面から換言すると、当該第１の電圧値Ｖ１は、ランプの点灯を開始し、所望の照度となるときのランプ電圧値であるとも言える。
２．第２の制御特性について
２−１．第２の制御特性
第１の実施の形態では、所定条件が満たされた（点灯開始からの点灯経過時間が５分以上なったとき）後は、第１の制御特性における切換え電圧を下げ（第１の電圧値Ｖ１から第２の電圧値Ｖ２に下げている）て、ランプ電圧が、前記値の下げた切換え電圧以上のときに、ランプ電力が、第１の定電力制御の定電力値（電力値Ｗ１である）と同じ電力値を維持する第２の定電力制御を行い、ランプ電圧が前記値の下げた切換え電圧（この電圧値は第２の電圧値Ｖ２である）未満になった場合（例えば、スローリークである。）、ランプ電圧の低下に伴ってランプ電圧が直線的に低下する第２の定電流制御をしている。
しかしながら、第２の制御特性において、ランプ電圧が前記値の下げた切換え電圧（第２の電圧値Ｖ２）未満のときに、第１の実施の形態のような、第２の定電流制御を行わず、ランプの点灯を終了させるような制御を行っても良いし、さらに所定の電圧まで定電流制御を行い、当該所定の電圧に達すると消灯するような制御を行っても良い。
２−１．第２の電圧値Ｖ２
第２の電圧値Ｖ２は、第１の電圧値Ｖ１より低い値に設定される。この理由は、上記５．比較試験の項目で説明したように、ランプの点灯中にランプ電圧が低下した時でもそのまま定電力制御して、ランプ温度の低下を防ぐためである。
したがって、第２の電圧値Ｖ２は、ランプ電圧が第１の電圧値Ｖ１より低くなったときでも引き続き定電力制御させるためのものであり、その値は、第１の電圧値Ｖ１よりも低ければ良い。つまり、第２の電圧値Ｖ２は、第１の電圧値Ｖ１に対して、９５（％）、９０（％）、８０（％）、７０（％）、６０（％）であっても良く、さらには、ランプの種類によって第１の電圧値Ｖ１に対する比率を変えても良い。
３．ランプの点灯について
第１の実施の形態及び変形例１で説明した点灯方法（制御特性）は、ランプが３００Ｗタイプであり、また、点灯開始から所定条件が満たされるまでは、第１の定電流制御から第１の定電力制御に切換る切換え電圧の値として第１の電圧値Ｖ１である７５Ｖを、所定条件として点灯経過時間を採用し、成立条件として点灯経過時間が５分以上であるか否かを採用している。
しかしながら、本発明では、ランプが他の出力タイプのものでも良く、第１の電圧値Ｖ１、第２の電圧値Ｖ２等の値、点灯周波数等は、上記実施の形態等で説明した数値に限定されるものではない。つまり、各実施の形態で説明した具体例は、本発明の例であり、本発明はこれらの例に限定されるものではない。
また、第１及び第２の定電力制御は、第１のテーブル及び第２のテーブルに従って制御しており、実際のランプ電力は変動する。本発明では、定電力制御における電力値の変動は、規定値に対して±５％以内を想定している。
４．所定条件について
第１の実施の形態における所定条件は、タイマーを設定して点灯開始後の経過時間で切換えていた。つまり、所定条件が点灯経過時間であり、当該点灯経過時間が所定時間（例えば、５分）を経過したときに条件が満たされたとしている（所定時間の５分は、厳密にはランプの品種等によって変わるものであるが、市販されているランプに広く適用できる時間である。）。
しかしながら、他の条件で切換えるようにしても良い。例えば、ランプの照度が安定状態になったとき、ランプの温度が安定状態になったとき、又はランプのランプ電圧が安定状態になったときである。なお、ここでの「ランプ」は、言うまでもなく、点灯を維持しているランプであり、以下、それぞれの条件について説明する。
４−１．ランプの照度
所定条件がランプの照度である場合、ランプの照度を検出するセンサー等を設け、当該センサー等によりランプの照度を直接的に検出し、この検出値と、ランプの品種毎に予め実験により求められた安定状態の照度値とを対比して、これが一致すれば所定条件が満たされたとしても良い。
但し、ランプの照度は、一般的にランプの累積点灯時間が増えるに従って低下する傾向にある。そこで、予め実験的にランプの累積点灯時間とランプの照度との関係を導き出しておき、これに基づいてランプの累積点灯時間に応じて対比すべき「安定状態の照度値」を決定しても良い。
具体的に説明すると、ランプの累積点灯時間が１００時間のときの「安定状態の照度値」を１００とした場合、ランプの累積点灯時間が５００時間のときの「安定状態の照度値」を９５と、ランプの累積点灯時間が１０００時間のときの「安定状態の照度値」を９０とそれぞれ設定するようにすれば良い。
また、ランプの照度を複数回或いは所定間隔毎に、センサー等によって直接的に検出し、照度の変化量が略零になったとき、つまり、ある検出値が前回の検出値に対してほぼ同じになったとき、照度が安定状態になったと判定して、所定条件が満たされたとしても良い。
さらには、ランプの品種毎に、ランプを点灯開始させてから、その照度が安定状態になるまでの時間を実験により求めておき、ランプの点灯を開始させた後、その時間が経過すれば、ランプの照度が安定状態になった判定しても良い。
４−２．ランプの温度
所定条件がランプの温度である場合、例えば、ランプの放電容器の発光部の外面における任意の箇所の温度を測定するセンサー等を設け、当該センサー等によりランプの温度直接測定し、この測定値と、ランプの品種毎に予め実験により求められた安定状態の温度とを対比して、これが一致すれば所定条件が満たされたとしても良い。
もっとも上記４−１．の照度と同様に、ランプの温度を複数回或いは所定間隔毎にセンサー等で測定し、その温度の変化量が略零になったとき、つまり、ある測定値が前回の測定値に対して略同じになったとき、温度が安定状態になったと判定して、所定条件が満たされたとしても良い。
さらに、ランプの品種毎に、ランプを点灯開始させてから、その温度が安定状態になるまでの時間を実験により求めておき、ランプの点灯を開始させた後、その時間が経過すれば、ランプの温度が安定状態になったと判定しても良い。
４−３．ランプ電圧
所定条件が高圧放電ランプのランプ電圧である場合、ランプ電圧をモニターし、そのランプ電圧の値と、ランプの品種毎に予め設定されたランプ電圧の値とを対比して、これが一致すれば所定条件が満たされたとして良い。
また、ランプ電圧を複数回或いは所定間隔毎に検出し、電圧の変化量が略零になったとき、つまり、ある検出値が前回の検出値に対してほぼ同じになったとき、ランプ電圧が安定状態になったと判定して、所定条件が満たされたとしても良い。
さらに、ランプの品種毎に、ランプを点灯開始させてから、そのランプ電圧が安定状態になるまでの時間を実験により求めておき、ランプの点灯を開始させた後、その時間が経過すれば、ランプ電圧が安定状態になったと判定しても良い。なお、ランプ電圧は、発光部１５内の水銀蒸気圧が安定すると、安定状態になると考えられる。
５．点灯条件を切換えについて
第１の実施の形態及び変形例１では、第１の制御特性から第２の制御特性への切換えにおいて、各制御特性内での切換え電圧の値を、第１の電圧値Ｖ１から第２の電圧値Ｖ２へと、２値の切換えで行っているが、３値以上で段階的に切換えるようにしても良い。この場合、例えば、このようにすると、例えば、２値の切換え制御で希に発生する、幅の広い照度変動を抑制することができる。
６．画像表示装置について
ランプを備える画像表示装置として、前面投射型の画像表示装置について説明したが、例えば、背面投射型の画像表示装置でも実施できる。
図１２は背面投射型画像表示装置の全体斜視図である。
本実施の形態でのプロジェクタは、上述したように、前面投影型について説明したが、図１２に示す背面投射型のプロジェクタのような、前面投射型以外のタイプでも良い。
背面投射型のプロジェクタ１５０は、キャビネット１５２の前壁に画像等を表示するスクリーン１５４を備え、またキャビネット１５２の内部には、上記点灯装置を含む電源ユニットとランプユニット１を備える。
なお、本発明の点灯方法は、点灯周波数を変更しないため、ＤＬＰ（登録商標）方式のプロジェクタにおいて特に有効であるが、ＤＬＰ（登録商標）方式でないプロジェクタにも当然適用できる。
７．制御内容について
第１の実施の形態では、ランプの点灯開始してから、ランプ電圧が切換え電圧以上になった後に、所定条件が満たされる場合を想定している（図５のフローチャート参照）。しかしながら、ランプが寿命末期に近づいた場合、第１の制御特性の定電流制御中に、所定条件が満たされるようなことがある。これを考慮して、ランプの点灯を開始して際のランプ電圧が切換え電圧に達しない状態でも、第１の制御特性から第２の制御特性に切換るようにしても良い。
このように制御するには、先ず、制御部は、所定条件を満たしているか否かを判定し、満たしていないときは、第１の制御特性に従ってランプ電力等を制御し、所定条件を満たしているときは、第２の制御特性に従ってランプ電力を制御すれば良く、さらに、各制御特性において、ランプ電圧が切換え電圧以上か否かを判定し、判定結果に基づいて、例えば、定電流制御、定電力制御等の制御を行えば良い。
８．再点灯について
本発明の点灯方法及び点灯装置でのランプの消灯方法は、
（１）電源スイッチがＯＦＦされるなどによって点灯終了する
（２）ＡＣ電源をＯＦＦする（停電も含む）ことによって点灯終了する。
のどちらかでランプが消灯する。そして、次に再点灯する場合、図５のフローチャートで示すように、第１のテーブル（第１の制御特性）に従ってランプを点灯開始し点灯を維持する。
９．調光について
本発明の点灯装置は、調光機能を有してもよい。図４の電力制御設定器６０に調光モードの電力制御信号を設定しておけば、調光モードに対しても、本発明の点灯方法、点灯装置を適用することができる。
１０．ランプについて
上記実施の形態等では、ランプについて特に説明しなかったが、ランプ３は、ショートアークタイプであり、例えば、以下の構成を有する。
つまり、発光金属には、例えば、水銀が用いられ、当該水銀は、放電空間内容積当たり０．１５ｍｇ／ｍｍ３〜０．４ｍｇ／ｍｍ３の範囲で封入されている。始動補助用ガスには、例えば、アルゴン、クリプトン、キセノンなどの希ガスが用いられ、当該希ガスは、ランプ冷却時における封入圧力は５ｋPa〜６００ｋPaの範囲で封入されている。
また、ハロゲンガスには、例えば、臭素、沃素などのハロゲン物質が用いられ、当該ハロゲン物質は、１×１０−7μｍｏｌ／ｍｍ3 〜１×１０−2μｍｏｌ／ｍｍ3の範囲で封入されている。
なお、ランプ寸法については、ランプ全長が４０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲内に、発光部１５の径が８ｍｍ〜１５ｍｍの範囲内、封止部１７，１９の径は、４ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内にそれぞれある。また、数値範囲を「ａ〜ｂ」と表現する場合には、下限ａおよび上限ｂの値をも含む範囲を示すものとする。
上記の構成のランプを用いて、従来の点灯方法で点灯させると、背景技術の欄で説明したように、電極の先端に突起が形成されやすく、本発明に係る点灯方法は、前記ランプを用いる場合に特に有効となる。また、前記突起が形成されるようなランプであれば、高圧水銀ランプ以外の高圧放電ランプ、例えば、メタルハライドランプにも本発明は適用できる。
１１．組合せについて
第1の実施の形態での点灯方法及び変形例１での点灯方法を組み合わせて用いても良い。例えば、点灯初期からの累積点灯時間が１０００時間までは、第1の実施の形態での制御特性を用い、１０００時間以降は、変形例１の第１の制御特性を用いるようにしても良い。なお、累積点灯時間は、アワーメーターを用いることで実施できる。
本発明の高圧放電ランプの点灯方法及び点灯装置では、点灯時間の経過に伴い、突起が成長し、ランプ電極間距離が短くなり、ランプ電圧が低下したとしても、定格電力がランプには印加され、光出力の低下、黒化による短寿命を防ぎ、長寿命化ができる点灯方法、点灯装置を提供することができる。また、当該点灯装置と高圧放電ランプを組み合わせた高圧放電ランプ装置を前面投射型、背面投射型表示装置の光源装置として用いることにより、長寿命の投射型表示装置を実現することができる。
本発明は、高圧放電ランプの点灯方法、点灯装置、光源装置及び投射型画像表示装置に関するものである。
近年、液晶パネルやＤＬＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ：登録商標）方式の投射型画像表示装置の光源として、高圧水銀ランプが使用されている。
例えば、上記高圧水銀ランプ（以下、単に、「ランプ」という。）は、石英ガラスからなるバルブ内に、一対のタングステン製電極が所定間隔で対向配置されると共に、バルブ内に、水銀、アルゴン等の希ガス、臭素等のハロゲンが封入されてなる。
また、上記ランプの点灯装置は、通常、ランプ電圧とランプ電力とを、図１３に示すような制御特性となるように制御している。つまり、ランプ電圧が電圧値Ｖ１未満のときは、ランプ電圧とランプ電力とを直線状に増加させる定電流制御を行い、電圧値Ｖ１以上のときは、ランプ電力が電力値Ｗ１の定電力制御を行う。なお、ランプ電圧が電圧値Ｖ１、ランプ電力が電力値Ｗ１であるポイントは、換言すると、定電流制御から定電力制御に切換える切換えポイントである。
一方、ランプは、その点灯時間（本明細書では、「点灯時間」をランプの点灯を維持している時間としている。）の経過に伴い、バルブ内部で対向する電極の先端に突起が形成成長するという現象が起こる（例えば、特許文献２参照）。このような突起が形成されると、電極間の距離が短くなり、ランプ電圧が低下してしまう。
そして、ランプの点灯維持を続け、点灯時間がさらに経過して、ランプ電圧がさらに低下すると、ランプ電圧が、定電流制御と定電力制御との切換え基準である電圧値Ｖ１を下回り、これまでの定電力制御から定電流制御に切換って制御される場合が発生する。
これにより、ランプに印加される電力不足に起因する光出力（照度）の低下や、電力の不足によるランプ温度の低下に起因する、所謂「黒化現象」による短寿命化が引き起こされる。
これらの課題を解決する技術としては、例えば、突起の形成によりランプ電圧が低下すると、点灯周波数を切換えてランプ電圧の低下分を補正する技術が開示されている（特許文献１）。さらには、ランプ電圧が、定電流制御から定電力制御への切換えポイントである電圧値Ｖ１を下回ったときに、ランプの点灯周波数を下げてランプ電圧を上げるように制御する技術が開示されている（特許文献２）。
特開２００１−３１２９９７号公報 特開２００４−１７２０８６号公報
しかしながら、上記の点灯周波数を変更する方法では、近年、主流になりつつある、マイクロミラー表示素子を使用したデジタル画像投影方式、いわゆる、ＤＬＰ（登録商標）方式の投射型画像表示装置には対応できない。
ここで、簡単にＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ：登録商標）を用いたＤＬＰ（登録商標）方式の投射型画像表示装置について説明する。
図１４は、投射型画像表示装置における画像の表示方法を説明するための概略図である。
投射型画像表示装置は、ランプユニット９０１、カラーホイール９０２、ＤＭＤ（登録商標）９０３、投射レンズ９０４等を備えるＤＬＰ（登録商標）方式の装置である。
カラーホイール９０２は、基本的に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）から構成され、所定の一定回転数（例えば、６０Ｈｚビデオ映像用の場合、１秒間に１２０回転）で回転し、ランプユニット９０１によって照射されることにより、赤、緑、青の単色光をＤＭＤ（登録商標）９０３へと出射する。
ＤＭＤ（登録商標）９０３は、マイクロミラー表示素子であって、オフ状態のときに入射光を吸収し、オン状態のときに反射させる鏡機能を有し、反射量は、入力信号の重みによって調整される。従って、前記カラーホイール９０２から出射された単色光は、表示すべき画像に基づいて重み付けられた入力信号によって、所定階調の単色光として投射レンズ９０４へと反射される。
そして、回転するカラーホイール９０２から出射された各単色光は、合成されて、スクリーン上に画像を表示する。このとき、人間は、赤、緑、青のそれぞれの時分割の画面を目で残像画像として認識するために、赤、緑、青の時分割のちらつきは認識できず、カラー映像として認識する。
一方、光源として用いるランプを交流で点灯を維持させる場合、点灯波形の極性反転時に照度変化が生じ、この変化がスクリーン上でちらつきとなる。このちらつきを無くすために、ＤＬＰ（登録商標）方式の表示装置では、カラーホイール９０２の色変化のタイミングと、点灯波形の極性反転のタイミングを同期させている。つまり、カラーホイール９０２の回転数が一定に固定されているため、点灯周波数を固定した点灯方法が必要されるのである。
従って、従来の技術である周波数を変更する点灯方法では、ランプ電圧が低下した際に点灯周波数を切換えるため、ＤＬＰ（登録商標）方式の投射型画像表示装置に適用できないのである。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、ランプの点灯周波数を変化させることなく、光出力の低下の抑制及びランプの短命化を防ぐ点灯方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の高圧放電ランプの点灯方法は、高圧放電ランプを点灯開始させた後、ランプ電圧が予め設定された切換え電圧未満においては定電流制御を行い、ランプ電圧が前記切換え電圧以上になると定電力制御に切換えて前記高圧放電ランプの点灯を維持させる点灯方法において、前記高圧放電ランプの点灯を開始させた後、予め設定された所定条件が満たされていない場合前記切換え電圧は第１の電圧値Ｖ１に設定され、前記所定条件が満たされている場合前記切換え電圧は第２の電圧値Ｖ２（Ｖ２＜Ｖ１）に設定されることを特徴としている。
また、前記所定条件を満たすときとは、前記高圧放電ランプの照度、温度又はランプ電圧が安定状態となったときであることを特徴としている。
また、前記所定条件を満たすときとは、前記高圧放電ランプの点灯を開始し、その点灯を維持した時間が５分を越えたときであることを特徴としている。
一方、上記目的を達成するために、本発明の高圧放電ランプの点灯装置は、高圧放電ランプを点灯開始させた後、ランプ電圧が予め設定された切換え電圧未満においては定電流制御を行い、ランプ電圧が前記切換え電圧以上になると定電力制御に切換えて前記高圧放電ランプの点灯を維持させる点灯装置において、前記高圧放電ランプの点灯を開始させた後、予め設定された所定条件が満たされているか否かを判定する判定手段と、前記所定条件が満たされていない場合に前記切換え電圧をＶ１に設定し、前記所定条件が満たされている場合に前記切換え電圧をＶ２（Ｖ２＜Ｖ１）に設定する切換え電圧設定手段とを備えることを特徴としている。
一方、上記目的を達成するために、本発明の光源装置は、高圧放電ランプと、当該高圧放電ランプを点灯させる点灯装置とを備える光源装置であって、前記点灯装置は、上記に記載の点灯装置であることを特徴としている。
一方、上記目的を達成するために、本発明の投射型画像表示装置は、上記光源装置を備えることを特徴とし、さらに、前記投射型画像表示装置は、マイクロミラー表示素子を使用したデジタル画像投影方式を採用している特徴としている。
本発明の点灯方法では、点灯時間の経過に伴い、突起が形成成長し、ランプ電極間距離が短くなり、ランプ電圧が、第１の電圧値Ｖ１より低下したときでも、所定条件が満たされていれば、切換え電圧が、第１の電圧値Ｖ１よりも低い第２の電圧値Ｖ２に換わっているので、引き続き定電力制御により高圧放電ランプの点灯が維持され、光出力の低下、黒化による短寿命を防ぎ、長寿命化ができる。
本発明の点灯装置では、点灯時間の経過に伴い、突起が形成成長し、ランプ電極間距離が短くなり、ランプ電圧が、第１の電圧値Ｖ１より低下したときでも、所定条件が満たされていれば、切換え電圧が、第１の電圧値Ｖ１よりも低い第２の電圧値Ｖ２に換えているので、引き続き定電力制御により高圧放電ランプの点灯を維持でき、光出力の低下、の黒化による短寿命を防ぎ、長寿命化ができる。
以下、本発明の実施の形態に係る高圧放電ランプの点灯方法を利用した点灯装置を第１の実施の形態で、また、前記点灯装置を用いた前面投射型画像表示装置を第１の実施の形態でそれぞれ説明する。
＜第１の実施の形態＞
本実施の形態では、ランプユニットに組み込まれているランプと、このランプの点灯方法及び点灯装置について説明する。
実施の形態として、本発明に係る高圧水銀ランプを用いたランプユニットについてそれぞれ図面を参照しながら説明する。
１．ランプユニットの構造
図１は、本実施の形態に係るランプユニットの斜視図である。
ランプユニット１は、同図に示すように、高圧水銀ランプ（以下、単に「ランプ」という。）３と、反射鏡５とを備え、反射鏡５の内部にランプ３が組み込まれている。
図２は、ランプユニットの平面図であり、内部のランプの様子が分かるように反射鏡を切り欠いている。
１−１．ランプの構成
ランプ３は、図２に示すように、内部に放電空間１３を有する放電容器２３と、前記放電空間１３の内部で先端（後述する電極部）同士が対向する状態で両封止部１７，１９に封着されている電極構成体２５ａ，２５ｂとからなる。
放電容器２３は、略回転楕円体形状をした発光部１５と、この発光部１５の両側に設けられた封止部１７，１９とから構成され、発光部１５の内部に放電空間１３を有する。なお、放電空間１３には、発光物質、始動補助用ガス、ハロゲンサイクル用のハロゲンガスが封入されている。
電極構成体２５ａ，２５ｂは、電極部２７ａ，２７ｂ、金属箔２９ａ，２９ｂ及び外部リード線３３ａ，３３ｂがこの順で接続（例えば、溶接により固着されている）されてなる。ここで、電極構成体の２５ａ、２５ｂの先端部が電極部２７ａ，２７ｂ（本発明の「電極」に相当する。）となる。
外部リード線３３ａ，３３ｂは、両封止部１７，１９における発光部１５と反対側の端面から外部に導出されている。なお、外部リード線３３ｂは、図１及び図２に示すように、本体部材７に形成されている貫通孔４０を通って、反射鏡５の外部へと導出されている。
電極部２７ａ，２７ｂは、放電空間１３において、略一直線上に対向するように配設されており、電極軸３５ａ，３５ｂと、この電極軸３５ａ，３５ｂの先端に設けられた電極コイル３７ａ，３７ｂとからなる。なお、電極部は、電極軸と電極コイルとが異なる材料で構成されていても良いし、同じ材料で構成されていても良い。
電極構成体２５ａ，２５ｂは、電極コイル３７ａ，３７ｂの間隔を所定距離にした状態で、主に金属箔２９ａ，２９ｂが封止部１７，１９に封着される。これにより、発光部１５の内部に密閉状態の放電空間１３が形成される。この電極構成体２５ａ，２５ｂが封止部１７，１９に封着された状態では、図２に示すように、電極部２７ａ，２７ｂが封止部１７，１９から放電空間１３へ延出する。
また、封止部１７，１９のうち一方、例えば、封止部１７における発光部１５と反対側の端部には、口金３７がセメント３９を介して被着されており、外部リード線３３ａが口金３７に接続されている。
１−２．反射鏡の構成
反射鏡５は、図１及び図２に示すように、凹面状の反射面７ｂが形成された本体部材７を有し、この本体部材７の開口７ａには前面ガラス９が設けられている。なお、本体部材７と前面ガラス９との固着は、例えば、シリコーン系の接着剤を用いて行われる。
反射鏡５は、例えば、ダイクロイック反射鏡であり、ランプ３の発光部１５から発せられた光を所定方向（前面ガラス９側）へと反射させている。本体部材７の形状は、漏斗状をしており、開口径の小さい部分（以下、「本体部材の根元部」という。）７ｃには、図２に示すように、ランプ３の一方の封止部１７が挿入される貫通孔７ｄが形成されている。
ランプ３の上記反射鏡５への組込は、図２に示すように、口金３７が被着している封止部１７を本体部材７の根元部７ｃの貫通孔７ｄに所定量挿入させた状態で、例えば、セメント４２で固着されている。
２．ランプの点灯方法
次に、上記高圧水銀ランプ３の点灯方法について説明する。
図３は、高圧水銀ランプの制御特性を示す図であり、高圧パルスをランプ３に印加して、電極部２７ａ，２７ｂ間での絶縁破壊をさせた後に供給されるランプ電圧とランプ電力との相関図である。なお、上記制御特性は、後述の点灯装置により実行される。なお、ランプ点灯周波数は一定である。
本発明に係る点灯方法は、先ず、点灯開始から所定条件が満たされるまでは、図３の実線で示す第１の制御特性に従ってランプ電圧等を制御し、所定条件が満たされた後は、図３の破線で示す第２の制御特性に従ってランプ電圧等を制御する。
なお、本実施の形態における「所定条件が満たされるとき」は、「点灯開始から経過した時間（以下、「点灯経過時間」という。）が５分を越えたとき」であり、この点灯経過時間は、点灯を維持しているランプの温度が安定状態になったときの点灯経過時間である。ここでいう「安定状態」とは、放電空間内の発光物質である水銀の蒸気圧が略設計値になった状態であり、また、点灯経過時間は、１点灯毎の時間で、ランプの点灯を開始してからの経過時間である。
２−１．第１の制御特性
第１の制御特性は、図３の実線から分かるように、ランプ電圧が第１の電圧値Ｖ１未満においては、ランプ電圧が第１の電圧値Ｖ１のときにランプ電力がちょうど電力値Ｗ１となるように定電流制御（以下、「第１の定電流制御」という。）を行い、また、ランプ電圧が第１の電圧値Ｖ１以上においては、ランプ電力が電力値Ｗ１となる定電力制御（図中の「定電力制御区間１」であり、「第１の定電力制御」という。）を行う。
また、上記の第１の定電流制御は、通常は、ランプ点灯開始から実施され、切換えポイントに向かって、ランプ電圧の増加に伴い、ランプ電力が直線的に単純に増加していく。なお、第１の定電流制御は、一つの制限電流値で行われている。
ここで、図３において、ランプ電圧が第１の電圧値Ｖ１で、ランプ電力が電力値Ｗ１のポイントは、背景技術の欄でも説明したように、第１の定電流制御と第１の定電力制御とを切換える切換えポイントであり、この第１の電圧値Ｖ１が切換え電圧の値に相当する。
２−２．第２の制御特性
第２の制御特性は、図３の破線から分かるように、ランプ電圧が第２の電圧値Ｖ２未満においては、ランプ電力がちょうど電力値Ｗ１となるような定電流制御（以下、「第２の定電流制御」といい、第１の定電流制御と区別する。）を行い、また、ランプ電圧が第２の電圧値Ｖ２以上においては、ランプ電力が電力値Ｗ１となる定電力制御（図中の「定電力制御区間２」であり、以下、「第２の定電力制御」といい、第１の定電力制御と区別する。）を行う。
ここでの第２の定電流制御は、例えば、定電力制御区間２の状態でランプ点灯が維持され、その後ランプが消灯した時などに実施される。なお、ここでも、一つの制限電流値で第１の定電流制御が行われている。また、上記の第２の定電力制御は、第１の定電力制御の電力値と同じである。
ここで、図３において、ランプ電圧が第２の電圧値Ｖ２で、ランプ電力が電力値Ｗ１のポイントは、第２の定電流制御と第２の定電力制御とを切換える切換えポイントであり、この第２の電圧値Ｖ２が切換え電圧の値に相当する。
したがって、第２の電圧値Ｖ２も切換え電圧であり、その電圧値は、所定条件を満たすか否かで、第１の電圧値Ｖ１であったり、第２の電圧値Ｖ２であったりする。
３．点灯装置
３−１．構成
図４は、上記ランプ３を点灯させるための点灯装置を示すブロック図である。同図に示すように本点灯装置５０は、ＤＣ電源回路５２と電子安定器５１とからなる。
ＤＣ電源回路５２は、家庭用の交流１００Ｖにより直流電圧を生成し、電子安定器５１に給電する。
電子安定器５１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５４、ＤＣ／ＡＣインバータ５５、高圧パルス発生回路５６、制御回路５７とを備える。
ＤＣ／ＤＣコンバータ５４は、ＤＣ電源回路５２から供給された直流電圧を、後述の制御回路５７からの電力設定信号に従って所定電圧の直流電圧に変換し、ＤＣ／ＡＣインバータ５５に供給する。
ＤＣ／ＡＣインバータ５５は、供給された直流電圧から所定の周波数の交流矩形電流を生成してランプ３に印加する。ここで、ランプ３を放電開始させるために必要となる高圧パルス発生回路５６は、例えばトランスを含んでおり、ここで発生された高圧パルスをランプ３に印加することで、放電を開始させている。
制御回路５７は、図４に示すように、電流検出部５８、電圧検出部５９、電力制御設定部６０、タイマー６１、駆動部６２、制御部６３等からなる。
電流検出部５８及び電圧検出部５９は、ＤＣ／ＡＣインバータ５５の入力側に接続されており、間接的にランプ３のランプ電流およびランプ電圧をそれぞれ検出し、その検出信号を制御部６３に送出する。駆動部６２は、ＤＣ／ＡＣインバータ、高圧パルス発生回路５６を駆動するためのものである。
電力制御設定部６０は、点灯開始から所定条件が満たされるまで、上述した第１の制御特性に従ってランプ３の点灯を維持するように制御するための、第１の制御特性に対応した電圧−電力テーブル（第１のテーブル）と、所定条件が満たされた後に、上述した第２の制御特性に従ってランプ３の点灯を維持するように制御するための、第２の制御特性に対応した電圧−電力テーブル（第２のテーブル）とを備える。
タイマー６１は、各点灯ごとにランプ３の点灯開始からの点灯経過時間を制御部６３に出力している。
制御部６３は、電流検出部５８で検出されたランプ電流値と、電圧検出部５９で検出されたランプ電圧値とに基づいて定電力制御したり、第１のテーブル、第２のテーブルに基づいたランプ電力等になるように設定された電力設定信号をＤＣ／ＤＣコンバータ５４に出力したりする他、所定条件の成立状態によって、第１のテーブルと第２のテーブルとを切換えてランプに印加する電力等を制御している。
３−２．制御内容
図５は、第１の実施の形態に係るランプの点灯制御の内容を示すフローチャートである。
制御回路５７は、まず、ステップＳ１で、ランプ３の点灯開始時（点灯経過時間が所定時間を超えていない）においてランプ３を第１の制御特性で点灯維持すべく第１のテーブルに設定し、当該第１のテーブルに基づいて定電流制御処理（第１の定電流制御を行う。）をする（ステップＳ１）。
ステップＳ３で、ランプ電圧Ｖｌａが第１の電圧値Ｖ１（切換え電圧）以上か否かを判定し、「Ｎｏ」のときはステップＳ２に戻り、「Ｙｅｓ」のときはステップＳ４に進んで、これまでの定電流制御処理から、ランプ電力が電力値Ｗ１である定電力制御処理（第１の定電力制御を行う。）に切換えてその処理を行う（ステップＳ４）。
これにより、ランプ点灯開始から点灯経過時間が所定時間を経過するまでは、ランプ電圧が第１の電圧値Ｖ１未満のときは第１の定電流制御を行い、ランプ電圧が第１の電圧値Ｖ１以上になる（このときランプ電力は電力値Ｗ１となる）と、ランプ電力が電力値Ｗ１となる第１の定電力制御を行うことができる。
次に、ステップＳ５で、タイマー６１のタイマーカウントが所定時間を超えているか否かを判定する。超えていなければ（図中の「Ｎｏ」である。）、ステップＳ４に戻って定電力制御処理を行い、「Ｙｅｓ」のときは、ステップＳ６に進んで、第２の制御特性でランプ３の点灯を維持すべく第１のテーブルから第２のテーブルに切換え、当該第２のテーブルに基づいて、定電力制御処理（第２の定電力制御を行う）を行う（ステップＳ７）。これにより、ランプ３は引き続き定電力制御によってその点灯が維持される。
この第２の定電力制御は、ステップＳ８において電源スイッチ（不図示）がＯＦＦにされるなどによって点灯終了（消灯）になるまで継続される（ステップＳ８）。なお、定電力制御処理については後述する。
４．実施例
４−１．ランプ
ここでのランプ３は、例えば、投射型の画像表示装置等に用いられるものとして説明する。このランプ３は、点光源に近付けるため、両者の間隔（電極間距離）は、０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲に設定されている。所謂「ショートアーク」タイプのランプである。
４−２．ＤＣ／ＤＣコンバータ
図６は、ＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。
ＤＣ／ＤＣコンバータ５４は、例えば、インダクタＬ０、スイッチング素子Ｑ０、ダイオードＤ０、平滑コンデンサＣ０を備える、いわゆる、公知の降圧チョッパである。なお、スイッチング素子Ｑ０は、例えば、Ｎ型電界効果トランジスタが用いられる。
スイッチング素子Ｑ０は、電力設定信号に基づいて、ＯＮ／ＯＦＦすることで、ＤＣ／ＡＣインバータ５５に出力する電流を調整している。つまり、電力設定信号は、スイッチング素子Ｑ１へのＯＮ／ＯＦＦのスイッチング用のパルス信号であり、この信号のデューティー比を調整することで、出力電流を調整できる。
４−３．制御部
図７は、制御部の実施例に係るブロック図であり、図８は、定電力制御処理のフローチャートである。
制御部６３は、図７に示すように、乗算器６３ａ、比較器６３ｂ、ＰＷＭ部６３ｃ等を備え、電流検出部５８、電圧検出部５９が検出したランプ電流とランプ電圧をモニターし、乗算機６３ａで乗算したランプ電力が常に電力値Ｗ１となるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ５４から出力される電流値をフィードバック制御することにより実行される。
この制御部６３での定電力制御処理は、図８に示すように、ステップＳ１１において、電流検出部５８、電圧検出部５９が検出したランプ電流及びランプ電圧を取得し、乗算器６３ａにおいてランプ電圧とランプ電流とを乗算して電力を算出する（ステップＳ１２）。
ステップＳ１３では、比較器により、前ステップで乗算した実際のランプ電力と電圧検出が検出した実際のランプ電力と、予め、第１又は第２のテーブルに格納されているランプ電圧とランプ電力とを比較し、比較した比較結果をＰＷＭ部６３ｃに出力する（ステップＳ１４）。そして、ＰＷＭ部６３ｃでは、比較器６３ｂからの比較結果に基づいて、算出された電力と、第１又は第２テーブルに格納されている電力値Ｗ１とが等しくなるように、デューティーのパルス信号を発生させる（ステップＳ１５）。
最後に、前ステップで発生した信号を、電力設定信号としてＤＣ／ＤＣコンバーターに出力してリターンする。なお、ここでの定電力制御処理は、第１の定電力制御及び第２の定電力制御の両処理をいう。
５．比較試験
次に、本発明に係る点灯方法で点灯させた場合と、従来の点灯方法で点灯させた場合とについてランプ寿命特性の比較試験を行った。なお、発明に係る点灯方法を「発明方法」とし、従来の点灯方法を「従来方法」として以下説明する。
本試験に用いたランプ３は、上記４−１の欄で説明したものであり、定常ランプ電力（電力値Ｗ１に相当する）が３００（Ｗ）である。また、第１の電圧値Ｖ１が７５（Ｖ）で、点灯開始時におけるランプ電圧が第１の電圧値Ｖ１以下の場合は、ランプ電流値が４（Ａ）となるように第１の定電流制御される。また、ランプ電圧が第１の電圧値Ｖ１に達した場合は、電力値Ｗ１がそのままの３００（Ｗ）の第１の定電力制御で点灯される。なお、点灯周波数は、９０（Ｈｚ）である。ここで説明したランプ電力、ランプ電圧は、発明方法及び従来方法とも同じである。
一方、発明方法では、点灯経過時間が５（分）になると、制御回路５７は、第１のテーブルから第２のテーブルに切換えてランプ３の点灯を維持する。第２の制御特性は、第２の電圧値Ｖ２が５０（Ｖ）であり、ランプ電圧が５０（Ｖ）以上であれば、電力値Ｗ１が３００（Ｗ）の定電力となるように第２の定電力制御される。
試験内容は、ランプを点灯・消灯とを繰り返す点灯試験であり、点灯は２．５時間行われ、消灯は０．５時間行われる。また、点灯を維持している累計の点灯時間を、「累積点灯時間」として、１点灯毎の点灯時間である点灯経過時間と区別する。
測定内容は、累積点灯時間が、５分、１時間、５時間、１０時間、１５時間、２０時間、３０時間、３５時間を経過したときの、ランプ電圧、ランプ電力、ランプの中心照度及びランプの状態についてである。なお、照度については、ランプ３からの出力光を、光学系を通して５０インチのスクリーンに投射して当該スクリーンの中心部の照度を測定し、ランプの状態については、目視観察を行った。
図９は、比較試験の結果を示す図である。なお、図中の「点灯方法」に欄の「Ａが「発明方法」であり、「Ｂ」が「従来方法」である。
まず、ランプ電圧は、点灯を開始して1時間後には、発明方法のランプ及び従来方法のランプとも初期値から低下し始め、累積点灯時間が経過するにつれ、さらに徐々に低下している。そして、累積点灯時間が２０時間後には、従来品では、定電力制御が行われる第１の電圧値７５Ｖを下回り、定格電力の３００（Ｗ）がランプ３に印加されなくなった。
この従来方法のランプ３では、その印加条件が定電力制御でなくなったため、電力不足による照度の低下、バルブ温度の低下による黒化現象が開始している。
更に、累積点灯時間が長くなると、従来方法のランプ３において、中心照度が大幅に低下し、黒化現象が進行し、４０時間後には、従来方法のランプ３が不点になった。それに対し、発明方法のランプ３では、２０時間後には従来方法と同様に、ランプ電圧の大幅な低下があったが、切換え電圧を、第１の定電力制御が行われる第１の電圧値Ｖ１である７５Ｖから、第２の電圧値Ｖ２である５０Ｖに変更していることで、ランプ３には定格電力の３００（Ｗ）が印加され、中心照度の大幅な低下、黒化現象が引き起こされず、１５００時間まで点灯が維持できている。
このように、点灯開始時の第１の制御特性から、切換え電圧の値を下げた第２の制御特性に切換えることで、ランプの点灯が維持されている間に、ランプ電圧が、例えば、第１の電力特性における切換え電圧である第１の電圧値よりも低くなった場合でも、第２の定電力制御が実行されるので、ランプ温度を維持できる。これによって、ハロゲンサイクルが有効に機能し、ランプの短命化を防ぐことができる。
なお、点灯開始前に、予め、定電流制御から定電力制御に切換る切換えポイントである切換え電圧の値を低めに設定すると、点灯開始、立ち上がり時に過大の電流をランプに流すことに繋がり、ランプの電極の損傷を招き、却って、ランプの短寿命化を招くことが実験で分かった。
＜第２の実施の形態＞
第１の実施の形態では、ランプユニットと、当該ランプユニットに装着されているランプを点灯させる点灯装置とについて説明した。
本実施の形態では、第１の実施の形態で説明したランプユニットと点灯装置とを備えたＤＬＰ（登録商標）方式の前面投影型表示装置について説明する。
図１０は、第２の実施の形態に係る前面投射型画像表示装置の全体図であり、内部の様子が分かるように一部を切り欠いている。
前面投射型画像表示装置（以下、「プロジェクタ」とする。）１００は、１チップのＤＭＤ（登録商標）を使用したＤＬＰ（登録商標）方式の装置である。
プロジェクタ１００は、図１０に示すように、筐体１０１の内部に、上記点灯装置を含む電源ユニット１０２、上記ランプユニット１、光学システムと映像処理をする映像ユニット１０４、光学システム及び映像処理の制御を行う制御ユニット１０６、投射レンズ１０８、冷却用のファン装置１１０からなる。なお、光学システムは、ＤＭＤ（登録商標）、カラーホイール、インテグレータロット等である。
電源ユニット１０２は、家庭用ＡＣ１００（Ｖ）の電源を所定の直流電圧に変換して、第１の実施の形態で説明したＤＣ電源回路５２を含み、同じく第１の実施の形態で説明した電子安定器５１や制御ユニット１０６などに供給する。
このプロジェクタ１００は、従来の技術の欄で説明したように、カラーホイールの回転と、ランプの点灯周波数とを同期させている。一方、当該プロジェクタ１００に搭載されているランプの点灯装置は、ランプの点灯経過時間が所定時間を超えると、ランプの点灯周波数を換えず、第１の制御特性から第２の制御特性に切換えて、ランプを点灯させる。
このため、例えば、ランプの点灯経過時間が長くなり、第１の制御特性での第１の電圧値Ｖ１よりもランプ電圧が低下した場合でも、ランプの点灯経過時間が所定時間を達しておれば、そのときの制御特性が第２の制御特性に切換っており、第２の定電力制御が実行される下限のランプ電圧が、前記第１の電圧値Ｖ１よりも低い第２の電圧値Ｖ２になっている。従って、定電力制御によりランプ３を引き続き点灯維持させることができる。これにより、従来の技術(点灯方法)で生じていた、電力不足に起因する光出力の低下や、電力の不足によるランプ温度の低下に起因する黒化現象を抑制することができる。しかも、点灯周波数の変更を伴わないので、カラーホイールの回転と同期させる必要のあるＤＬＰ（登録商標）方式の表示装置における光源の点灯装置として好適であると言える。
また、このような前面投射型プロジェクタは、シアターや大型スクリーンなどの、大規模公衆用途、また民生、商業用途にはポータブル、モバイル、ホームシアターなどでの用途で、長寿命化を技術目標とされているところで、本発明の点灯装置からなる光源装置を使用することにより、上記技術目標の達成に十分寄与することができる。
＜変形例＞
以上、本発明を各実施の形態に基づいて説明したが、本発明の内容が、上記各実施の形態に示された具体例に限定されないことは勿論であり、例えば、以下のような変形例をさらに実施することができる。
１．第１の制御特性について
１−１．定電流制御
第１の制御特性について、第1の実施の形態では、ランプ電圧が切換え電圧に達する（切換え電圧未満である）まで、ランプ電流が４Ａで固定された第１の定電流制御をしている（制限電流値（傾き）で電力が立ち上がっている）。つまり、ランプ電圧を切換え電圧に向けて増加（変化）させると、これに伴い、一定の傾きでランプ電力も増加する制御を行っている。
しかしながら、本発明における定電流制御は、ランプ電圧を切換え電圧に向けて変化させれば良く、例えば、２個以上の制限電流値でランプの点灯を維持しても良く、以下、２個の制限電流値を有する（第１）の定電流制御について変形例１として説明する。
図１１は、変形例１における第１の制御特性を示す図である。
なお、図１１は、ランプに高圧パルスを印加して絶縁破壊させた後に供給されるランプ電圧（Ｖ）とランプ電力（Ｗ）の特性を示し、第１の実施の形態で説明した比較例で使用した定格電力３００Ｗタイプのランプを点灯させる場合を例にして以下説明する。
ランプは絶縁破壊後、放電空間内の温度が上昇するに連れて水銀蒸気圧が増大し、ランプ電圧も徐々に増大していく。ランプ電圧が第３の電圧値Ｖ３（例えば、２５（Ｖ）であり、このときのランプ電力値が第２の電力値Ｗ２（例えば、２００（Ｗ）である。）に至るまでは、第２の制限電流値（例えば、８（Ａ）である。）をランプに流し、その後、ランプ電力を第３の電力値Ｗ３（例えば、１２０（Ｗ）である。）にまで一旦下げる。
そして、ランプ電圧が第４の電圧値Ｖ４（例えば、３０（Ｖ）である。）で、ランプ電力が第３の電力値Ｗ３であるポイントから、第１の実施の形態での切換えポイント（ランプ電圧が第１の電圧値Ｖ１で、ランプ電力が第１の電力値Ｗ１である。）までは、第１の制限電流値（例えば、４（Ａ）である。）でランプに電流を流している。
なお、第1の定電流制御から第１の定電力制御に切換える基準となる切換え電圧は第1の実施の形態と同じである。
この場合においても、基本的には、第２の制御特性が第１の実施の形態と同じであるため、例えば、点灯維持中にランプ電圧が第１の電圧値Ｖ１よりも下がっても、第２の定電力制御を行う下限の電圧値（切換え電圧の値）が、第１の定電力制御における第１の電圧値Ｖ１より低い第２の電圧値Ｖ２に下げているので、そのまま、第２の定電力制御が実行され、第１の実施の形態と同等の効果が得られる。
なお、第１の制御特性は、所定条件が満たされていない場合、ランプ電圧が切換え電圧以上になると、定電流制御から定電力制御に変わるが、一旦定電力制御が実行された後に、ランプ電圧が切換え電圧よりも低くなったときは、定電力制御から定電流制御に変わる（例えば、消灯時である。）。
１−２．第１の電圧値Ｖ１
第１の電圧値Ｖ１は、第１の定電流制御と第１の定電力制御とを切換える切換えポイントである。この第１の電圧値Ｖ１は、ランプの種類（例えば、定格電力３００Ｗタイプや１５０Ｗタイプ等で複数ある。）で決まる。
つまり、ランプは、ランプ電力（ランプ電流及びランプ電圧等）、電極間の距離等を調整して、所定の定格電力における照度が所望の値となるように設計されており、所望の照度となる電圧、電流も各ランプの種類で異なる。
従って、本発明に係る「第１の電圧値Ｖ１」は、各ランプの設計時（点灯実験等による検証後）に、当該ランプ特有の特性としてそれぞれ設定される値であるが、設計面から換言すると、当該第１の電圧値Ｖ１は、ランプの点灯を開始し、所望の照度となるときのランプ電圧値であるとも言える。
２．第２の制御特性について
２−１．第２の制御特性
第１の実施の形態では、所定条件が満たされた（点灯開始からの点灯経過時間が５分以上なったとき）後は、第１の制御特性における切換え電圧を下げ（第１の電圧値Ｖ１から第２の電圧値Ｖ２に下げている）て、ランプ電圧が、前記値の下げた切換え電圧以上のときに、ランプ電力が、第１の定電力制御の定電力値（電力値Ｗ１である）と同じ電力値を維持する第２の定電力制御を行い、ランプ電圧が前記値の下げた切換え電圧（この電圧値は第２の電圧値Ｖ２である）未満になった場合（例えば、スローリークである。）、ランプ電圧の低下に伴ってランプ電圧が直線的に低下する第２の定電流制御をしている。
しかしながら、第２の制御特性において、ランプ電圧が前記値の下げた切換え電圧（第２の電圧値Ｖ２）未満のときに、第１の実施の形態のような、第２の定電流制御を行わず、ランプの点灯を終了させるような制御を行っても良いし、さらに所定の電圧まで定電流制御を行い、当該所定の電圧に達すると消灯するような制御を行っても良い。
２−１．第２の電圧値Ｖ２
第２の電圧値Ｖ２は、第１の電圧値Ｖ１より低い値に設定される。この理由は、上記５．比較試験の項目で説明したように、ランプの点灯中にランプ電圧が低下した時でもそのまま定電力制御して、ランプ温度の低下を防ぐためである。
したがって、第２の電圧値Ｖ２は、ランプ電圧が第１の電圧値Ｖ１より低くなったときでも引き続き定電力制御させるためのものであり、その値は、第１の電圧値Ｖ１よりも低ければ良い。つまり、第２の電圧値Ｖ２は、第１の電圧値Ｖ１に対して、９５（％）、９０（％）、８０（％）、７０（％）、６０（％）であっても良く、さらには、ランプの種類によって第１の電圧値Ｖ１に対する比率を変えても良い。
３．ランプの点灯について
第１の実施の形態及び変形例１で説明した点灯方法（制御特性）は、ランプが３００Ｗタイプであり、また、点灯開始から所定条件が満たされるまでは、第１の定電流制御から第１の定電力制御に切換る切換え電圧の値として第１の電圧値Ｖ１である７５Ｖを、所定条件として点灯経過時間を採用し、成立条件として点灯経過時間が５分以上であるか否かを採用している。
しかしながら、本発明では、ランプが他の出力タイプのものでも良く、第１の電圧値Ｖ１、第２の電圧値Ｖ２等の値、点灯周波数等は、上記実施の形態等で説明した数値に限定されるものではない。つまり、各実施の形態で説明した具体例は、本発明の例であり、本発明はこれらの例に限定されるものではない。
また、第１及び第２の定電力制御は、第１のテーブル及び第２のテーブルに従って制御しており、実際のランプ電力は変動する。本発明では、定電力制御における電力値の変動は、規定値に対して±５％以内を想定している。
４．所定条件について
第１の実施の形態における所定条件は、タイマーを設定して点灯開始後の経過時間で切換えていた。つまり、所定条件が点灯経過時間であり、当該点灯経過時間が所定時間（例えば、５分）を経過したときに条件が満たされたとしている（所定時間の５分は、厳密にはランプの品種等によって変わるものであるが、市販されているランプに広く適用できる時間である。）。
しかしながら、他の条件で切換えるようにしても良い。例えば、ランプの照度が安定状態になったとき、ランプの温度が安定状態になったとき、又はランプのランプ電圧が安定状態になったときである。なお、ここでの「ランプ」は、言うまでもなく、点灯を維持しているランプであり、以下、それぞれの条件について説明する。
４−１．ランプの照度
所定条件がランプの照度である場合、ランプの照度を検出するセンサー等を設け、当該センサー等によりランプの照度を直接的に検出し、この検出値と、ランプの品種毎に予め実験により求められた安定状態の照度値とを対比して、これが一致すれば所定条件が満たされたとしても良い。
但し、ランプの照度は、一般的にランプの累積点灯時間が増えるに従って低下する傾向にある。そこで、予め実験的にランプの累積点灯時間とランプの照度との関係を導き出しておき、これに基づいてランプの累積点灯時間に応じて対比すべき「安定状態の照度値」を決定しても良い。
具体的に説明すると、ランプの累積点灯時間が１００時間のときの「安定状態の照度値」を１００とした場合、ランプの累積点灯時間が５００時間のときの「安定状態の照度値」を９５と、ランプの累積点灯時間が１０００時間のときの「安定状態の照度値」を９０とそれぞれ設定するようにすれば良い。
また、ランプの照度を複数回或いは所定間隔毎に、センサー等によって直接的に検出し、照度の変化量が略零になったとき、つまり、ある検出値が前回の検出値に対してほぼ同じになったとき、照度が安定状態になったと判定して、所定条件が満たされたとしても良い。
さらには、ランプの品種毎に、ランプを点灯開始させてから、その照度が安定状態になるまでの時間を実験により求めておき、ランプの点灯を開始させた後、その時間が経過すれば、ランプの照度が安定状態になった判定しても良い。
４−２．ランプの温度
所定条件がランプの温度である場合、例えば、ランプの放電容器の発光部の外面における任意の箇所の温度を測定するセンサー等を設け、当該センサー等によりランプの温度直接測定し、この測定値と、ランプの品種毎に予め実験により求められた安定状態の温度とを対比して、これが一致すれば所定条件が満たされたとしても良い。
もっとも上記４−１．の照度と同様に、ランプの温度を複数回或いは所定間隔毎にセンサー等で測定し、その温度の変化量が略零になったとき、つまり、ある測定値が前回の測定値に対して略同じになったとき、温度が安定状態になったと判定して、所定条件が満たされたとしても良い。
さらに、ランプの品種毎に、ランプを点灯開始させてから、その温度が安定状態になるまでの時間を実験により求めておき、ランプの点灯を開始させた後、その時間が経過すれば、ランプの温度が安定状態になったと判定しても良い。
４−３．ランプ電圧
所定条件が高圧放電ランプのランプ電圧である場合、ランプ電圧をモニターし、そのランプ電圧の値と、ランプの品種毎に予め設定されたランプ電圧の値とを対比して、これが一致すれば所定条件が満たされたとして良い。
また、ランプ電圧を複数回或いは所定間隔毎に検出し、電圧の変化量が略零になったとき、つまり、ある検出値が前回の検出値に対してほぼ同じになったとき、ランプ電圧が安定状態になったと判定して、所定条件が満たされたとしても良い。
さらに、ランプの品種毎に、ランプを点灯開始させてから、そのランプ電圧が安定状態になるまでの時間を実験により求めておき、ランプの点灯を開始させた後、その時間が経過すれば、ランプ電圧が安定状態になったと判定しても良い。なお、ランプ電圧は、発光部１５内の水銀蒸気圧が安定すると、安定状態になると考えられる。
５．点灯条件を切換えについて
第１の実施の形態及び変形例１では、第１の制御特性から第２の制御特性への切換えにおいて、各制御特性内での切換え電圧の値を、第１の電圧値Ｖ１から第２の電圧値Ｖ２へと、２値の切換えで行っているが、３値以上で段階的に切換えるようにしても良い。この場合、例えば、このようにすると、例えば、２値の切換え制御で希に発生する、幅の広い照度変動を抑制することができる。
６．画像表示装置について
ランプを備える画像表示装置として、前面投射型の画像表示装置について説明したが、例えば、背面投射型の画像表示装置でも実施できる。
図１２は背面投射型画像表示装置の全体斜視図である。
本実施の形態でのプロジェクタは、上述したように、前面投影型について説明したが、図１２に示す背面投射型のプロジェクタのような、前面投射型以外のタイプでも良い。
背面投射型のプロジェクタ１５０は、キャビネット１５２の前壁に画像等を表示するスクリーン１５４を備え、またキャビネット１５２の内部には、上記点灯装置を含む電源ユニットとランプユニット１を備える。
なお、本発明の点灯方法は、点灯周波数を変更しないため、ＤＬＰ（登録商標）方式のプロジェクタにおいて特に有効であるが、ＤＬＰ（登録商標）方式でないプロジェクタにも当然適用できる。
７．制御内容について
第１の実施の形態では、ランプの点灯開始してから、ランプ電圧が切換え電圧以上になった後に、所定条件が満たされる場合を想定している（図５のフローチャート参照）。しかしながら、ランプが寿命末期に近づいた場合、第１の制御特性の定電流制御中に、所定条件が満たされるようなことがある。これを考慮して、ランプの点灯を開始して際のランプ電圧が切換え電圧に達しない状態でも、第１の制御特性から第２の制御特性に切換るようにしても良い。
このように制御するには、先ず、制御部は、所定条件を満たしているか否かを判定し、満たしていないときは、第１の制御特性に従ってランプ電力等を制御し、所定条件を満たしているときは、第２の制御特性に従ってランプ電力を制御すれば良く、さらに、各制御特性において、ランプ電圧が切換え電圧以上か否かを判定し、判定結果に基づいて、例えば、定電流制御、定電力制御等の制御を行えば良い。
８．再点灯について
本発明の点灯方法及び点灯装置でのランプの消灯方法は、
（１）電源スイッチがＯＦＦされるなどによって点灯終了する
（２）ＡＣ電源をＯＦＦする（停電も含む）ことによって点灯終了する。
のどちらかでランプが消灯する。そして、次に再点灯する場合、図５のフローチャートで示すように、第１のテーブル（第１の制御特性）に従ってランプを点灯開始し点灯を維持する。
９．調光について
本発明の点灯装置は、調光機能を有してもよい。図４の電力制御設定器６０に調光モードの電力制御信号を設定しておけば、調光モードに対しても、本発明の点灯方法、点灯装置を適用することができる。
１０．ランプについて
上記実施の形態等では、ランプについて特に説明しなかったが、ランプ３は、ショートアークタイプであり、例えば、以下の構成を有する。
つまり、発光金属には、例えば、水銀が用いられ、当該水銀は、放電空間内容積当たり０．１５ｍｇ／ｍｍ３〜０．４ｍｇ／ｍｍ３の範囲で封入されている。始動補助用ガスには、例えば、アルゴン、クリプトン、キセノンなどの希ガスが用いられ、当該希ガスは、ランプ冷却時における封入圧力は５ｋPa〜６００ｋPaの範囲で封入されている。
また、ハロゲンガスには、例えば、臭素、沃素などのハロゲン物質が用いられ、当該ハロゲン物質は、１×１０−7μｍｏｌ／ｍｍ3〜１×１０−2μｍｏｌ／ｍｍ3の範囲で封入されている。
なお、ランプ寸法については、ランプ全長が４０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲内に、発光部１５の径が８ｍｍ〜１５ｍｍの範囲内、封止部１７，１９の径は、４ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内にそれぞれある。また、数値範囲を「ａ〜ｂ」と表現する場合には、下限ａおよび上限ｂの値をも含む範囲を示すものとする。
上記の構成のランプを用いて、従来の点灯方法で点灯させると、背景技術の欄で説明したように、電極の先端に突起が形成されやすく、本発明に係る点灯方法は、前記ランプを用いる場合に特に有効となる。また、前記突起が形成されるようなランプであれば、高圧水銀ランプ以外の高圧放電ランプ、例えば、メタルハライドランプにも本発明は適用できる。
１１．組合せについて
第1の実施の形態での点灯方法及び変形例１での点灯方法を組み合わせて用いても良い。例えば、点灯初期からの累積点灯時間が１０００時間までは、第1の実施の形態での制御特性を用い、１０００時間以降は、変形例１の第１の制御特性を用いるようにしても良い。なお、累積点灯時間は、アワーメーターを用いることで実施できる。
本発明の高圧放電ランプの点灯方法及び点灯装置では、点灯時間の経過に伴い、突起が成長し、ランプ電極間距離が短くなり、ランプ電圧が低下したとしても、定格電力がランプには印加され、光出力の低下、黒化による短寿命を防ぎ、長寿命化ができる点灯方法、点灯装置を提供することができる。また、当該点灯装置と高圧放電ランプを組み合わせた高圧放電ランプ装置を前面投射型、背面投射型表示装置の光源装置として用いることにより、長寿命の投射型表示装置を実現することができる。
第１の実施の形態に係るランプユニットの斜視図である。 ランプユニットの平面図であり、内部のランプの様子が分かるように反射鏡を切り欠いた図である。 高圧水銀ランプの制御特性を示す図である。 ランプを点灯させるための点灯装置を示すブロック図である。 第１の実施の形態に係るランプの点灯制御の内容を示すフローチャートである。 ＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。 制御部の実施例に係るブロック図である。 定電力制御処理のフローチャートである。 比較試験の結果を示す図である。 第２の実施の形態に係る前面投射型画像表示装置の全体図であり、内部の様子が分かるように一部を切り欠いている。 変形例１における第１の制御特性を示す図である。 背面投射型画像表示装置の全体斜視図である。 従来技術における制御特性を示す図である。 投射型画像表示装置における画像の表示方法を説明するための概略図である。
符号の説明
１ ランプユニット
３ 高圧水銀ランプ
３ カラーホイール
５０ 点灯装置
５８ 電流検出部
５９ 電圧検出部
６０ 電力制御設定部
６１ タイマー
６３ 制御部
１００ 前面投射型画像表示装置
１５０ 背面投射型画像表示装置

Claims (7)

  1. 高圧放電ランプを点灯開始させた後、ランプ電圧が予め設定された切換え電圧未満においては定電流制御を行い、ランプ電圧が前記切換え電圧以上になると定電力制御に切換えて前記高圧放電ランプの点灯を維持させる点灯方法において、
    前記高圧放電ランプの点灯を開始させた後、予め設定された所定条件が満たされていない場合前記切換え電圧は第１の電圧値Ｖ１に設定され、前記所定条件が満たされている場合前記切換え電圧は第２の電圧値Ｖ２（Ｖ２＜Ｖ１）に設定されることを特徴とする高圧放電ランプの点灯方法。
  2. 前記所定条件を満たすときとは、前記高圧放電ランプの照度、温度又はランプ電圧が安定状態となったとき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の点灯方法。
  3. 前記所定条件を満たすときとは、前記高圧放電ランプの点灯を開始し、その点灯を維持した時間が５分を越えたとき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の点灯方法。
  4. 高圧放電ランプを点灯開始させた後、ランプ電圧が予め設定された切換え電圧未満においては定電流制御を行い、ランプ電圧が前記切換え電圧以上になると定電力制御に切換えて前記高圧放電ランプの点灯を維持させる点灯装置において、
    前記高圧放電ランプの点灯を開始させた後、予め設定された所定条件が満たされているか否かを判定する判定手段と、
    前記所定条件が満たされていない場合に前記切換え電圧を第１の電圧値Ｖ１に設定し、前記所定条件が満たされている場合に前記切換え電圧を第２の電圧値Ｖ２（Ｖ２＜Ｖ１）に設定する切換え電圧設定手段と
    を備えることを特徴とする高圧放電ランプの点灯装置。
  5. 高圧放電ランプと、当該高圧放電ランプを点灯させる点灯装置とを備える光源装置であって、
    前記点灯装置は、請求項４に記載の点灯装置であることを特徴とする光源装置。
  6. 請求項５の光源装置を備えることを特徴とする投射型画像表示装置。
  7. 前記投射型画像表示装置は、マイクロミラー表示素子を使用したデジタル画像投影方式を採用している特徴とする請求項６に記載の投射型画像表示装置。
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