WO2011122274A1 - 高圧放電ランプ点灯装置 - Google Patents

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WO2011122274A1
WO2011122274A1 PCT/JP2011/055473 JP2011055473W WO2011122274A1 WO 2011122274 A1 WO2011122274 A1 WO 2011122274A1 JP 2011055473 W JP2011055473 W JP 2011055473W WO 2011122274 A1 WO2011122274 A1 WO 2011122274A1
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WO
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frequency
alternating current
discharge lamp
low
electrode
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PCT/JP2011/055473
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Inventor
今村　篤史
貴紀 鮫島
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ウシオ電機株式会社
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    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps

Definitions

  • the present invention relates to an ultra-high pressure discharge lamp suitably used for a light source such as a projector and a high-pressure discharge lamp lighting device including its power supply device.
  • an ultra-high pressure discharge lamp is used in which mercury is enclosed in a discharge container in an amount of 0.2 mg / mm 3 or more and the lighting pressure is 200 atm or more. It is known that such a high-pressure discharge lamp has a projection formed on the surface on the tip side of the electrode during lighting, and an arc is held on the projection to maintain a stable lighting state. On the other hand, when the high-pressure discharge lamp is lit in the same state for a long time, a plurality of protrusions may be formed or irregularities may be generated on the tip surface portion of the electrode. It is known that when the surface portion of the electrode tip is disturbed, the discharge position becomes unstable and illuminance lowering and flickering occur due to arc movement.
  • Patent Document 1 discloses that a basic current is supplied with a frequency selected from a frequency range of 60 to 1000 Hz as a basic frequency at the time of steady lighting, and at a predetermined interval. It describes a driving method of a discharge lamp that supplies a frequency lower than the frequency and selected from a range of 5 to 200 Hz. According to this technology, by supplying an alternating current so that a fundamental frequency supplied during steady lighting and a frequency lower than that are alternately generated, extra tungsten attached to the periphery of the protrusions necessary for discharge is removed.
  • Patent Document 2 discloses a technique for extending the life of an electrode by changing the frequency value with the lighting time. However, in the thing of patent document 2, since the frequency always increases / decreases during the passage of time, an unpleasant noise is generated, and there is a problem in practical use.
  • Patent Document 3 discloses a technique for reducing electrode wear by extending lamp power periodically to extend the life of the lamp. However, with this technique, fluctuations in brightness due to fluctuations in power cannot be avoided.
  • an alternating current having a fundamental frequency is supplied, and an alternating current having a frequency lower than the fundamental frequency is supplied at a predetermined interval, so that the protruding shape of the electrode can be stably maintained.
  • the low frequency is repeatedly supplied at regular intervals. During the period when the low-frequency power is supplied, the peripheral portion of the protrusion is heated, and unnecessary protrusions on the tip surfaces of the electrodes 20a and 20b are melted as shown in FIG.
  • the electrode temperature is changed so that the area where the melting and deposition occur is widened by raising the temperature of the part behind the electrode, that is, the heated part of the electrode is not fixed to the tip. It is necessary to do so.
  • the period during which the low frequency is supplied can be simply increased.
  • the temperature at the tip of the protrusion rapidly increases while the temperature behind the electrode rises, and the protrusion is worn or disappears.
  • the protrusion shape can be stably maintained by supplying an alternating current having a frequency lower than the fundamental frequency at a predetermined interval and lighting it as described in Patent Document 1. If the operation is continued for a long period of time, the shape of the tip of the electrode around the protrusion is worn out, resulting in a problem that stable discharge cannot be maintained.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and the problem to be solved by the present invention is to reliably control the temperature of the electrode and maintain the electrode protrusion shape and the tip shape optimally for a long period of time.
  • An object of the present invention is to provide a lighting device capable of extending the life of a discharge lamp.
  • a lighting device for lighting a high-pressure discharge lamp in which a pair of electrodes are opposed to each other in the discharge vessel made of quartz glass and in which mercury is sealed, a frequency at steady lighting (during steady lighting) And an alternating current is supplied such that a half cycle low frequency alternating current having a frequency lower than the fundamental frequency alternately appears, and the waveform of the same polarity of the half cycle is The alternating current is supplied so as to appear at least twice continuously with the alternating current waveform of the fundamental frequency interposed therebetween.
  • the alternating current of the fundamental frequency is an alternating current of a frequency selected from a range of 60 to 1000 Hz
  • the alternating current of a low frequency is selected from a range of 5 to 200 Hz that is lower than the frequency of the alternating current of the fundamental frequency.
  • the interval between the generation of the low-frequency alternating current and the generation of the next low-frequency alternating current is 120 seconds or less.
  • the temperature of the electrode on the anode cycle side can be raised as a whole by continuously supplying the same polarity current of a low frequency half cycle to the one electrode multiple times. And the protrusion can be melted (melting mode).
  • the low frequency of the cathode cycle is continuously inserted into the opposite electrode, and the temperature is further lowered. For this reason, the tungsten on the cathode operating side has little tungsten dissolved during this period, and W is deposited on the protrusions (deposition mode).
  • the low frequency of a cathode cycle is supplied continuously, since the electric current of a fundamental frequency is supplied regularly, the temperature of an electrode does not fall too much.
  • the shape of the protrusion (electrode) is kept optimal, and the light source The lifetime can be extended.
  • the low-frequency alternating current of one polarity gradually increase the low-frequency frequency until it becomes the same as the fundamental frequency (that is, the pulse width of the low-frequency alternating current of half cycle)
  • the polarity of the low-frequency half cycle is reversed to the other polarity, and then the frequency is gradually reduced ( That is, the pulse width of the half-cycle low-frequency alternating current may be gradually increased.
  • the frequency during steady lighting (the frequency during steady lighting is “basic”
  • the period during which the frequency is supplied) and the period during which a low frequency lower than that is supplied are controlled so as to gradually change so that excessive heating and melting of the electrode tip do not occur.
  • the alternating current is supplied from the power supply device provided in the lighting device to the high-pressure discharge lamp so that the frequency (basic frequency) and the low frequency during steady lighting are alternately generated, and the basic frequency is The supply period is controlled so as to gradually increase or decrease every predetermined time.
  • the alternating current of the fundamental frequency is an alternating current of a frequency selected from a range of 60 to 1000 Hz
  • the alternating current of a low frequency is selected from a range of 5 to 200 Hz that is lower than the frequency of the alternating current of the fundamental frequency.
  • the low frequency when the basic frequency and the low frequency alternating current are alternately generated, and the length is 5 cycles or less.
  • the interval from when the low-frequency alternating current is generated to when the next low-frequency alternating current is generated is 120 seconds or less.
  • the period for supplying a constant frequency (fundamental frequency) is shortened, the number of times a low frequency alternating current is generated per unit time increases. In this way, by gradually increasing the number of times the low-frequency alternating current is generated, the heated portion of the electrode gradually expands, and the area of the electrode heated to supply tungsten to the protrusion increases. become.
  • the fundamental frequency supply period is further changed so that the period for supplying the fundamental frequency current is gradually changed from a short state to a long state.
  • production decreases gradually, the temperature of an electrode falls, and the wear of an electrode and the loss
  • a time zone in which tungsten is melted widely and a time zone in which tungsten is not melted are alternately formed.
  • the shape of the protrusion (electrode) is kept optimal and the life of the light source is extended. Further, the flickering of the lamp can be prevented by changing gradually the period in which the current of the fundamental frequency and the low frequency is supplied without changing rapidly.
  • a low frequency half-cycle current is continuously supplied to one electrode a plurality of times, then the low-frequency polarity is changed, and the low frequency half-cycle is supplied to the other electrode. Is continuously supplied multiple times, so that tungsten melting and tungsten deposition are alternately performed between one electrode and the other electrode to maintain a well-balanced tungsten evaporation and deposition mode.
  • the shape of the electrode) can be kept optimal, and the life of the light source can be extended.
  • a low-frequency half-cycle current is continuously supplied to one electrode a plurality of times, then the low-frequency polarity is changed, and the low-frequency half-cycle is supplied to the other electrode.
  • the electrode tip shape can be maintained in a good condition at all times by continuously supplying the current of the same number of times, even if the power supplied to the high-pressure discharge lamp is approximately 70% of the power during steady lighting. Generation of flicker can be reduced and stable arc discharge can be maintained.
  • control is performed so that the period for supplying a fundamental frequency gradually increases or decreases every predetermined time.
  • the time zone in which tungsten is melted in a wide range and the time zone in which tungsten is not melted can be alternately formed, and the shape of the projection of the electrode can be kept optimal and the life of the light source can be extended.
  • a sudden change in the shape of the protrusion is less likely to occur, and a rapid change in the lamp voltage is less likely to occur.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a high-pressure discharge lamp according to an embodiment of the present invention.
  • the high-pressure discharge lamp 10 has a substantially spherical light emitting portion 11 formed by a discharge vessel made of quartz glass.
  • a pair of electrodes 20a and 20b are arranged to face each other at an extremely small interval of 2 mm or less.
  • sealing portions 12 are formed at both ends of the light emitting portion 11.
  • a conductive metal foil 13 made of molybdenum is embedded in the sealing portion 12 in an airtight manner, for example, by a shrink seal.
  • the shaft portions of the electrodes 20a and 20b are joined to one end of the metal foil 13, and the external lead 14 is joined to the other end of the metal foil 13, and power is fed from the power feeding device (30).
  • the light emitting unit 11 is filled with mercury, rare gas, and halogen gas.
  • Mercury is used to obtain the necessary visible light wavelength, for example, radiation having a wavelength of 360 to 780 nm, and in terms of specific values, 0.20 mg / mm 3 or more is enclosed.
  • the amount of sealing varies depending on the temperature condition, a high vapor pressure of 200 atm or more is achieved for the pressure inside the discharge vessel at the time of lighting.
  • by enclosing more mercury it is possible to make a high-pressure discharge lamp with a high mercury vapor pressure of 250 atm or higher and 300 atm or higher when the lamp is turned on. realizable.
  • argon gas is sealed at about 13 kPa. Its function is to improve the lighting startability.
  • halogen iodine, bromine, chlorine, and the like are enclosed in the form of mercury or other metals and compounds.
  • the amount of enclosed halogen is selected from the range of 10 ⁇ 6 ⁇ mol / mm 3 to 10 ⁇ 2 ⁇ mol / mm 3 .
  • the function of the halogen is to extend the life using a so-called halogen cycle.
  • an extremely small and extremely high lighting vapor pressure such as the high-pressure discharge lamp of the present invention also has an effect of preventing devitrification of the discharge vessel.
  • An example of a numerical value of a high-pressure discharge lamp is, for example, a maximum outer diameter of the light emitting part of 9.4 mm, a distance between electrodes of 1.0 mm, a discharge container internal volume of 55 mm 3 , a rated voltage of 70 V, and a rated power of 180 W. Supplied.
  • this type of high-pressure discharge lamp is built in a projector that is becoming smaller in size, and requires a very small size as a whole, but also requires a high amount of emitted light. For this reason, the thermal influence in the light emitting part is extremely severe.
  • the lamp wall load value of the lamp is 0.8 to 2.5 W / mm 2 , specifically 2.4 W / mm 2 .
  • FIG. 2 schematically shows the tip of the electrode shown in FIG. 1, and is an explanatory view for explaining a protrusion formed on the tip of the electrode during lamp operation.
  • Each of the electrodes 20a and 20b includes a sphere 201 and a shaft 202, and a protrusion 21 is formed at the tip of the sphere 201.
  • the protrusion 21 is formed by agglomeration of molten tungsten at the electrode tip when the lamp is lit.
  • the lamp lighting device includes a power supply device 30 and a high pressure discharge lamp 10 for lighting the high pressure discharge lamp.
  • the power feeding device 30 is supplied with a DC voltage Vdc and is connected to the output side of the step-down chopper circuit U1 that steps down the DC voltage Vdc, and is supplied to the discharge lamp 10 by changing the DC voltage to an AC voltage.
  • Type inverter circuit U2 (hereinafter also referred to as “full bridge circuit”), a starter circuit U3 composed of a coil Lh and a capacitor Ch connected in series to the high-pressure discharge lamp 10, and a switching element Q1 of the full bridge circuit U2
  • the driver 51 for driving Q4 and the control unit U4 can be configured by a processing device such as a microprocessor, for example, and the functional configuration is shown in a block diagram in this figure.
  • the step-down chopper circuit U1 includes a switching element Qx and a reactor Lx connected to a + side power supply terminal to which a DC voltage Vdc is supplied, and a cathode between a connection point of the switching element Qx and the reactor Lx and a ⁇ side power supply terminal.
  • the switching element Qx is driven by the gate signal Gx output from the control unit U4, and drives the switching element Qx at a predetermined duty, thereby stepping down the input DC voltage Vdc to a voltage corresponding to the duty.
  • a voltage detection resistor series circuit Vx is provided on the output side of the step-down chopper circuit U1.
  • the full bridge circuit U2 includes switching elements Q1 to Q4 connected in a bridge shape, and these switching elements Q1 to Q4 are driven by gate signals G1 to G4 output from the driver 51, and are arranged diagonally. By alternately turning on Q1, Q4 and switching elements Q2, Q3, a rectangular wave AC voltage is generated between the connection point of switching elements Q1, Q2 and the connection point of switching elements Q3, Q4.
  • the starter circuit U3 includes a coil Lh and a capacitor Ch. By outputting the resonance frequency of the resonance circuit composed of the coil Lh and the capacitor Ch from the bridge circuit U2, a high voltage can be generated in the capacitor Ch by the resonance action. Therefore, the starter circuit U3 operates at a high frequency only at the time of starting, a high voltage is applied to both ends of the discharge lamp 10, and the lamp is lit.
  • the driving frequency of the full bridge circuit U2 in the steady state of the lamp is changed, it can be achieved by adjusting the switching cycle of the switching elements Q1 to Q4 of the full bridge circuit U2, and the output voltage is a step-down chopper circuit. This can be achieved by adjusting the operation duty of the switching element Qx of U1.
  • the switching element Qx of the step-down chopper circuit U1 is turned on / off according to the duty of the gate signal Gx output from the control unit U4, and the power supplied to the lamp 10 changes. That is, if the power is increased, the gate signal Gx is controlled so that the power value matches the input power adjustment signal value by decreasing the duty of Qx.
  • the control unit U4 includes a power control unit 52 that controls lamp power, a high-frequency generation unit 60 that generates a high-frequency (basic frequency) signal, and a first cycle that counts the number of cycles of a high-frequency signal output from the high-frequency generation unit 60.
  • the generator 70, the second cycle number counter 71 that counts the number of cycles of the low frequency signal output from the low frequency generator 70, and the set value of the count value of the low frequency signal output from the low frequency generator 70 are held.
  • the power control unit 52 calculates the lamp power by calculating the lamp current I and the lamp voltage V from the voltage across the current detection resistor Rx and the voltage detected by the voltage detection resistor Vx, and the power is turned on. The duty of the switching element Qx of the step-down chopper circuit U1 that matches the power command is controlled.
  • the drive frequency output from the full bridge part U2 in this embodiment is based on the waveform which combined the high frequency (basic frequency) and the low frequency lower than that, for example, high frequency is used. After a predetermined time or a predetermined number of cycles, the low frequency is executed for 0.5 cycles in a time series.
  • the high frequency referred to here is the fundamental frequency when the high-pressure discharge lamp is steadily lit, and the low frequency is the frequency of the alternating current supplied steadily.
  • the fundamental frequency is selected from the range of 60 to 1000 Hz
  • the low frequency is lower than the fundamental frequency selected from the range of 60 to 1000 Hz. It is selected from the range of 5 to 200 Hz.
  • the low frequency is a half cycle length, and the interval between the generation of the low-frequency alternating current and the generation of the next low-frequency alternating current is 120 seconds or less (0.01 seconds). ⁇ 120 seconds).
  • the low frequency and the insertion interval are selected in relation to the design of the discharge lamp, particularly the thermal design of the electrodes.
  • the drive signal of the full bridge unit U2 is determined as follows.
  • a rectangular wave signal having a high frequency (basic frequency) and a duty (on / off ratio) of 50% is first generated and output by the high frequency generator 60.
  • the selector 80 is selected on the R side.
  • the signal from the high frequency generator 60 is sent to the driver 51 via the selector 80.
  • the gate signals G1 to G4 are supplied from the driver 51 to the switching elements Q1 to Q4 of the full bridge circuit U2, and the switching elements Q1 to Q4 are driven at a frequency according to the high frequency signal.
  • a rectangular AC voltage having the frequency of the high frequency signal is generated from the full bridge circuit U2.
  • the cycle number of the high frequency signal from the high frequency generator 60 is counted by a cycle number counter 61.
  • the count set value control unit 62 has a function of holding the set value of the cycle number counter 61.
  • the cycle number counter 61 executes the predetermined number of cycles when the counted number of cycles matches the set value. Is completed, the signal S ′ is output, and the selector 80 is switched to the S side. At the same time, the operation of the high frequency generator 60 is stopped and the low frequency generator 70 is started.
  • the low frequency generation unit 70 generates and outputs a low frequency, 50% duty rectangular wave signal.
  • the selector 80 is switched to the S side, the low frequency generation unit 70 transmits a low frequency signal to the driver 51. .
  • the gate signals G1 to G4 are supplied from the driver 51 to the switching elements Q1 to Q4 of the full bridge circuit U2, and the switching elements Q1 to Q4 are driven at a frequency according to the low frequency signal.
  • a rectangular wave AC voltage having the frequency of the low frequency signal is generated from the full bridge circuit U2. This AC voltage is supplied to the discharge lamp 10.
  • the cycle number of the signal from the low frequency generator 70 is counted by a cycle number counter 71.
  • the count set value control unit 72 has a function of holding the set value of the cycle number counter 71. If the cycle number counter 71 matches the set value (0.5 cycles), that is, the low frequency signal is a predetermined number of cycles. Is executed, the signal R ′ is output, the selector 80 is switched to the R side, the low frequency generator 70 is stopped, and the high frequency generator 60 is activated. As a result, the full-bridge circuit U2 outputs a high-frequency AC voltage again because it is output from the high-frequency generator 60 to the driver 51.
  • Low frequency generation unit 70 90 Hz Count set value control unit 72 0.5 cycle
  • the control method according to the present embodiment is characterized in that the count setting value control units 62 and 72 are sequentially switched or controlled with time, and can be changed with the lighting elapsed time.
  • a low frequency is arranged only on one side of the electrode, but when a predetermined time has elapsed, a low frequency is arranged on the other electrode only on one side. This is made possible by changing the count set value control unit 62 only once from 10.5 cycles to 11 cycles. A series of these sequence controls is performed by the count set value control unit 62.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of an output waveform before and after polarity switching.
  • the vertical axis represents current and the horizontal axis represents time.
  • the number of cycles of the fundamental frequency is changed to 11 cycles (illustration is omitted here), and the polarity of the low frequency frequency is inverted, as shown in FIG.
  • the waveform of (b) is formed. This period is also maintained for 5 seconds, for example.
  • the period for continuously supplying the low frequency of one polarity is not limited to 5s, for example, a period selected from the range of 0.5 to 10s. I just need it.
  • the specifications and lamp operating conditions of the lamp used in this embodiment are as follows. As shown in FIG. 4 with the following specifications and conditions, a half-cycle low-frequency alternating current is inserted while supplying an alternating current of the fundamental frequency, and the half-cycle of the same polarity is inserted as this low-frequency alternating current.
  • alternating current is supplied to the electrode of the high-pressure discharge lamp for two or more consecutive times and the lamp is turned on, a well-balanced evaporation and deposition mode of tungsten can be maintained, and the shape of the protrusion (electrode) can be kept optimal. did it.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the state of temperature change at the electrode tip.
  • the electrode 20a on the side that becomes the anode cycle on which the low frequency of the half cycle is arranged the electrode on the side that sends power, that is, the electrode that becomes the + side by supplying the low frequency of the half cycle. Since the basic frequency alternating current of high frequency is supplied immediately after the temperature rises and the low frequency alternating current is supplied, the following low polarity of the same polarity is maintained while the electrode temperature is kept relatively high. In addition, since the heating amount of the electrode increases as the amount of electrons received increases, the electrode on the power supply side is heated and the electrode on the power reception side is not heated.
  • the temperature at the tip of the electrode increases and the tungsten constituting the protrusion 21 starts to melt (W melting mode).
  • the electrode 20b on the other cathode cycle side is supplied with the current of the fundamental frequency, but is supplied with the low frequency current of the opposite polarity, so that the temperature becomes relatively low and the temperature of the protrusion 21 is relatively low.
  • tungsten (W) is deposited on the protrusions 21 (W deposition mode).
  • the polarity is reversed and a low frequency of a half cycle is arranged on the other electrode 20b side
  • the temperature of the tip of the electrode 20b increases as shown in FIG. 5B, and the tungsten constituting the protrusion 21 melts. Start (W melting mode).
  • the waveform of one polarity at a low frequency continues to sandwich the alternating current waveform of the fundamental frequency 2 so that the melting of W and the deposition of W are alternately performed between one electrode and the other electrode.
  • Supply alternating current so that it appears more than once.
  • tip can be maintained in a favorable state.
  • Such a polarity reversal operation has a range of 0.5 to 10 s, for example, and is performed gently, so that it is possible to avoid a phenomenon such as flickering due to the polarity reversal.
  • the electrode temperature of the electrode on the side where the low frequency is arranged (the electrode on the side where power is sent) is raised. be able to.
  • the generation period (s) of the fundamental frequency, the generation interval (s) of the low frequency frequency, and the period of continuous insertion of the low frequency of the same polarity are as follows. It is desirable to set so as to satisfy.
  • the generation period (s) of the fundamental frequency is 1 to 100 times the generation period (s) of the low frequency frequency.
  • a period (hold time) in which low frequencies are continuously inserted in the same polarity is set to 0.5 s or more and 20 s or less.
  • the reason for setting the condition 1 is as follows.
  • the generation period of the fundamental frequency is too short, low frequency frequencies will be generated frequently, so the rate of temperature rise of the electrode will be too high, and the temperature at the tip of the electrode will rise abruptly and the protrusion will be distorted become.
  • the generation period of the fundamental frequency is equal to or longer than the generation period (s) of the low frequency frequency, the rise of the electrode tip temperature can be suppressed and the protrusion can be maintained. Therefore, it is desirable that the generation period (s) of the fundamental frequency is one or more times longer than the generation period (s) of the low frequency frequency.
  • the generation period of the fundamental frequency is too long, the effect of raising the temperature of the electrodes cannot be obtained, and the protrusions of both the electrodes have an irregular shape.
  • the generation period (s) of the fundamental frequency is 100 times or less than the generation period (s) of the low frequency frequency, a temperature rise effect is obtained on the electrode side that operates as an anode during the low frequency frequency period, and the protrusion is maintained. Will be able to. Therefore, it is desirable that the generation period (s) of the fundamental frequency is 100 times or less than the generation period (s) of the low frequency frequency.
  • the reason for setting the condition 2 is as follows. If the hold time for continuous insertion of low frequencies with the same polarity (period of continuous insertion of low frequencies with the same polarity) is too short, the effect of raising the temperature of the electrode will be reduced, and the electrode tip will taper, Cannot be maintained. For example, if the hold time is 0.2 s, it is too short to obtain a sufficient effect. When the hold period is 0.5 s, a temperature increase effect can be obtained in the low frequency frequency period and the electrode on the anode cycle side. Of course, since the polarity is switched at 0.5 s, the electrode tip temperature is set to an appropriate range in both electrodes, and the protrusion can be maintained.
  • the hold time When the hold time is too long, the temperature becomes too high at the electrode on the anode cycle side, and the protrusion melts and disappears.
  • the electrode on the cathode side As a result of the temperature becoming too low, tungsten is not supplied to the tip of the electrode, the wear mode is set, and the protrusions are distorted.
  • the hold time is 50 s
  • the protrusion melts at the anode cycle side electrode, and the temperature becomes low and the protrusion becomes distorted at the cathode side electrode.
  • the hold time is 20 s, the electrode on the anode cycle side can be maintained at an appropriate temperature, and the shape of the protrusion can also be maintained.
  • the temperature does not become too low, and the protrusion can be maintained in an appropriate shape.
  • the discharge lamp is supplied with an alternating current in which a low frequency of one polarity appears at a predetermined cycle for a predetermined time and at a basic frequency, and at a predetermined cycle between the next predetermined time and the basic frequency.
  • an alternating current in which the low frequency of the other polarity appears is supplied, instead of switching the low frequency polarity in a stepped manner, the low frequency of one polarity is gradually changed to the low frequency of the other polarity.
  • FIG. 6 is a simplified timing diagram of an embodiment of a current waveform to the discharge lamp of the present embodiment.
  • the waveform in FIG. 6 represents a state in which the waveform is changed from (a) to (i) over a predetermined time in order to reverse the polarity of the asymmetric waveform.
  • the polarity of the asymmetric waveform is controlled to be reversed little by little, and the current value I1b and the current value I1a are the same amount of current.
  • the low frequency pulse width of one polarity is gradually reduced, and in (e), the low frequency does not appear between the high frequencies.
  • the low-frequency pulse width of the opposite polarity is controlled to be gradually widened to switch from the low frequency of one polarity to the low frequency of the other polarity.
  • This control can be realized by changing the frequency of the low frequency generator 70 in FIG. According to this, the fluctuation of the arc attachment of the discharge lamp is small, and the polarity of the low frequency half cycle can be reversed without worrying about the movement of the starting point.
  • the shape of the electrode tip is always kept good, so that the power supplied to the high-pressure discharge lamp is approximately 70% of the power during steady lighting.
  • FIG. 7 (a) it is possible to change and supply a low-frequency frequency value, and as shown in FIG. 7 (b), The insertion interval may be changed, or these may be combined.
  • the drive frequency output from the full bridge unit U2 in this embodiment is basically a waveform combining a high frequency (basic frequency) and a low frequency lower than that.
  • the high frequency referred to here is the fundamental frequency when the high-pressure discharge lamp is steadily lit, and the low frequency is the frequency of the alternating current supplied steadily.
  • the fundamental frequency is selected from the range of 60 to 1000 Hz, and the low frequency is lower than the fundamental frequency selected from the range of 60 to 1000 Hz. It is selected from the range of 5 to 200 Hz.
  • the low frequency is a half cycle or longer, and the low frequency when alternating current of the basic frequency and the low frequency is alternately generated is a cycle of 5 cycles or less.
  • the interval between the generation of the alternating current and the generation of the next low-frequency alternating current is 120 seconds or less.
  • the frequency of the low frequency, the length to be inserted, and the interval to be inserted are selected in relation to the design of the discharge lamp, particularly the thermal design of the electrodes.
  • the formation of the second protrusion starts in the intermediate temperature region on the electrode surface.
  • This second projection is an extra projection that does not substantially contribute to the discharge.
  • the frequency is switched to a frequency lower than the steady lighting frequency, the temperature of the electrode tip rises due to the long anode operation period during the period of operation as the anode. This temperature increase is conducted to an intermediate temperature region where the second protrusion is generated, and the electrode surface temperature in that region is increased. Therefore, the second protrusion which has been formed is evaporated and eroded and disappears.
  • the low frequency is less than 5 Hz
  • the low frequency is continuously generated at intervals of less than 0.01 seconds, or the low frequency is continuously generated for more than 5 cycles, the temperature rise at the electrode tip becomes too large.
  • the second protrusion but also the first protrusion which is indispensable for the ultrahigh pressure discharge lamp according to the present invention is lost.
  • a low frequency exceeds 200 Hz or a low frequency less than a half cycle is inserted, a sufficient temperature rise in an intermediate temperature region where the second protrusion is generated cannot be obtained.
  • the basic frequency supplied to the high-pressure discharge lamp is in the range of 60 to 1000 Hz
  • the low frequency alternating current is selected from the range of 5 to 200 Hz lower than the frequency of the alternating current of the basic frequency.
  • the frequency is less than 5 cycles when the basic frequency and the low-frequency AC current are alternately generated.
  • the drive signal for the full bridge unit U2 is determined as follows.
  • a rectangular wave signal having a high frequency (basic frequency) and a duty (on / off ratio) of 50% is first generated and output by the high frequency generator 60.
  • the selector 80 is selected on the R side.
  • the signal from the high frequency generator 60 is sent to the driver 51 via the selector 80.
  • the gate signals G1 to G4 are supplied from the driver 51 to the switching elements Q1 to Q4 of the full bridge circuit U2, and the switching elements Q1 to Q4 are driven at a frequency according to the high frequency signal.
  • a rectangular AC voltage having the frequency of the high frequency signal is generated from the full bridge circuit U2.
  • the cycle number of the high frequency signal from the high frequency generator 60 is counted by a cycle number counter 61.
  • the count set value control unit 62 has a function of holding the set value of the cycle number counter 61.
  • the cycle number counter 61 executes the predetermined number of cycles when the counted number of cycles matches the set value. Is completed, the signal S ′ is output, and the selector 80 is switched to the S side. At the same time, the operation of the high frequency generator 60 is stopped and the low frequency generator 70 is activated.
  • the low frequency generator 70 generates and outputs a rectangular wave signal having a low frequency and a duty of 50%.
  • the selector 80 is switched to the S side, the low frequency signal is sent from the low frequency generator 70 to the driver 51. .
  • the gate signals G1 to G4 are supplied from the driver 51 to the switching elements Q1 to Q4 of the full bridge circuit U2, and the switching elements Q1 to Q4 are driven at a frequency according to the low frequency signal.
  • a rectangular wave AC voltage having the frequency of the low frequency signal is generated from the full bridge circuit U2. This AC voltage is supplied to the discharge lamp 10.
  • the cycle number of the signal from the low frequency generator 70 is counted by a cycle number counter 71.
  • the count set value control unit 72 has a function of holding the set value of the cycle number counter 71. If the cycle number counter 71 matches the set value, that is, if the low frequency signal executes a predetermined cycle number, R ′ is output, the selector 80 is switched to the R side, the low frequency generator 70 is stopped, and the high frequency generator 60 is activated. As a result, the full-bridge circuit U2 outputs a high-frequency AC voltage again because it is output from the low-frequency generator 60 to the driver 51.
  • Low frequency generation unit 70 90 Hz Count set value control unit 72 1 cycle
  • the control method in the present embodiment is characterized in that the set value of the count set value control unit 62 described above is sequentially controlled with time, and can be changed with the lighting elapsed time.
  • FIG. 8A shows an example of a change pattern of the set value of the cycle number of the fundamental frequency, where the vertical axis is the number of generation cycles of the fundamental frequency (times), and the horizontal axis is time.
  • FIG. 8B shows an example of the current waveform of the lamp supplied from the power supply device 30 to the high-pressure discharge lamp 10, where the vertical axis represents the current value and the horizontal axis represents time. As shown in FIG.
  • a high frequency (fundamental frequency) is output by changing the set value so as to decrease from the preset maximum cycle number FcyMax at a variation rate of 1 cycle per second.
  • the preset minimum cycle number FcyMin is reached as a result of the reduction, the period during which the high frequency is output is increased by 1 cycle every second. Is possible.
  • the count set value controller 72 is also provided on the low frequency side, but this value may be a fixed numerical value such as 1 cycle or 0.5 cycle.
  • the generation time of the fundamental frequency and the fluctuation rate of the fundamental frequency are desirably set so as to satisfy the following conditions 1 and 2.
  • the generation time of the fundamental frequency is set to be not less than 2 times and not more than 1000 times the half cycle (s) of the low frequency frequency.
  • the cycle increase / decrease speed (s) is set to 0.5 s or more and 10 s or less.
  • the cycle increase / decrease speed of 1 s means that the number of cycles of the fundamental frequency increases / decreases by 1 cycle each time 1 s elapses.
  • the period for generating the fundamental frequency is too long, the time from the generation of the low frequency to the generation of the next low frequency becomes longer, the temperature of the electrode is lowered, the low load region is too long, and wear It becomes a mode and the protrusion becomes distorted. For this reason, it is considered desirable to set the period for forming the fundamental frequency to a range of 1000 times or less.
  • the cycle increase / decrease speed becomes 0.5 s (2 cycles increase / decrease every 1 s)
  • the temperature at the electrode tip can follow the increase / decrease in the cycle, and the electrode tip temperature can be heated over a wide range. become. As a result, the protrusion at the tip can be maintained. It is desirable that the increase / decrease speed of the generation interval of the low-frequency alternating current (the time during which one cycle of the fundamental frequency increases / decreases) is 0.5 or more.
  • the rate of increase / decrease of this cycle is too slow, the time during which the load is high for the electrode, in other words, the state where the electrode temperature is low becomes too long, and the protrusion at the tip becomes distorted.
  • the cycle increase / decrease speed is 20 s (increase / decrease by 1 cycle each time 20 s elapse)
  • the electrode temperature is lowered due to a long period of high load, and the protrusion at the tip cannot be maintained.
  • the increase / decrease speed of the cycle is 10 s (increase / decrease by 1 cycle every 10 s)
  • the tip temperature of the electrode can be controlled from low to high, and the protrusion at the tip can be maintained.
  • the rate of increase / decrease of the generation interval of the low-frequency alternating current (time for increasing or decreasing one cycle of the fundamental frequency) is 10 or less.
  • a set value may be set so as to increase or decrease a plurality of cycles such as two cycles or three cycles step by step as long as necessary conditions are satisfied.
  • a technique for changing the frequency of the high frequency generator or the frequency of the low frequency generator depending on the lamp voltage value or the lamp current value may be used in combination.
  • a table of parameters is selected so as to switch each setting value (FcyMax, FcyMin) or the variation rate of the number of cycles of the count setting value control units 62 and 72, and an optimum parameter is selected. You can make it possible.
  • FIG. 9 is an example of a current waveform of a lamp supplied from the power supply device 30 to the high-pressure discharge lamp 10, and the vertical axis represents the current value and the horizontal axis represents time.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the state of change in the set value of the number of cycles used for this current waveform control.
  • the vertical axis represents the number of generation cycles of the fundamental frequency (times), and the horizontal axis represents time. As shown in FIG. 10, when the time changes as ta, tb, tc, td...
  • FIG. 9A shows the case where the number of cycles of the fundamental frequency is maximum (FcyMax) in the operating state by the combination of the alternating current of the fundamental frequency (high frequency) and the alternating current of the low frequency.
  • the specific frequency value is 370 Hz
  • the low frequency value is 92 Hz.
  • FcyMax is 37 (cycle) (100 ms in time)
  • FcyMin is 0 (cycle). Note that the number of low frequency frequencies generated in FIGS. 9A to 9C is one cycle.
  • the period in which the high frequency is output from the maximum number of cycles (FcyMax) is gradually shortened at a constant speed to reach the minimum number of cycles (FcyMin; in this case, 0). After that, it is gradually changed at a constant speed until the maximum number of cycles.
  • FcyMax the maximum number of cycles
  • FcyMin the minimum number of cycles
  • FIG. 11 is a diagram for explaining the state of temperature change at the electrode tip.
  • the period ( ⁇ K) until the next low frequency frequency is generated after the low frequency frequency is generated is relatively long, the number of times the low frequency is output per unit time is small.
  • the region that remains is a relatively forward region (portion (a)).
  • the temperature of the protrusion 21 is relatively low, and tungsten (W) is deposited on the protrusion (W deposition mode).
  • the frequency of the high frequency output is gradually decreased and the low frequency output is gradually increased, the frequency at which the temperature of the electrode is increased is increased, the temperature of the protrusion is increased, and the heating region at the tip of the electrode is expanded backward.
  • the region heated near the tip of the electrode 20a is maximized, for example, reaches the portion (d) behind the electrode 20a.
  • the region in which the electrode is heated is constantly changed by increasing or decreasing the number of high frequency cycles to constantly vary the number of low frequency occurrences.
  • the electrode tip shape can be maintained in an appropriate shape even when the lamp is turned on for a long period of time.
  • since the period of the fundamental frequency is gradually and gradually changed, it is difficult for a sudden change in the shape of the protrusion to occur, and a rapid change in voltage is also unlikely to occur.
  • FIG. 12 shows another example of setting values used for controlling the current waveform.
  • the vertical axis represents the number of generation cycles (times) of the fundamental frequency
  • the horizontal axis represents time.
  • FIG. 13 shows an example of the current waveform of the lamp.
  • the vertical axis represents the current value and the horizontal axis represents time.
  • the waveforms in FIG. 13 change in the order of (a) ⁇ (b) ⁇ (c), and the fundamental frequency is output at time tc.
  • the period reaches the minimum number of cycles (FcyMin)
  • the waveform in FIG. 13 changes in the order of (c) ⁇ (b) ⁇ (a).
  • FIG. 14 shows another example of the current waveform of the lamp.
  • the vertical axis represents the current value and the horizontal axis represents time.
  • the generation cycle of the low frequency frequency is 0.5, that is, a half cycle, and the polarity is reversed (that is, alternately) every time the low frequency is generated.
  • the set value of the number of cycles used for control in this current waveform is shown in FIG. That is, when it changes like time ta, tb, tc,...,
  • the waveform of FIG. 14 changes in the order of (a) ⁇ (b) ⁇ (c), and the period in which the fundamental frequency is output at time tc is the minimum number of cycles.
  • (FcyMin) is reached, the waveform in FIG. 14 changes in the order of (c) ⁇ (b) ⁇ (a).
  • control may be performed so that the fundamental frequency is generated as shown in FIG.
  • FIGS. 15A to 15C show other examples of cycle number setting values.
  • the vertical axis represents the number of generation cycles (times) of the fundamental frequency
  • the horizontal axis represents time.
  • the period of high frequency output at a constant speed is increased from the minimum cycle number (FcyMin), the maximum cycle number (FcyMax) is reached, and the maximum cycle number is maintained for a predetermined time. Thereafter, the period during which the high frequency is output from the maximum number of cycles (FcyMax) is gradually shortened at a constant speed.
  • FIG. 5B shows that the period in which high frequency is output at a constant speed is increased from the minimum number of cycles (FcyMin) to reach the maximum number of cycles (FcyMax).
  • the period during which the high frequency is output from the maximum number of cycles (FcyMax) is gradually shortened at a constant speed, and when the minimum number of cycles (FcyMin) is reached, the state is maintained for a predetermined time. . (C) in the above (b), in the process of increasing from the minimum number of cycles (FcyMin) to the maximum number of cycles (FcyMax), when the predetermined number of cycles is reached, the state is maintained for a predetermined time.
  • the predetermined number of cycles is reached in the process of decreasing from the minimum number of cycles (FcyMin) to the maximum number of cycles (FcyMax)
  • the state is maintained for a predetermined time.
  • an optimum parameter is experimentally obtained in advance according to the specification of the lamp, and this parameter is stored in the count set value control units 62 and 72, whereby the control shown in FIG. Can be realized.

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  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)

Abstract

　電極突起形状および先端形状を長期間最適に維持して、放電ランプの長寿命化を図る。石英ガラスからなる放電容器内に一対の電極が対向配置されるとともに水銀が封入された高圧放電ランプを点灯させる点灯装置において、６０～１０００Ｈｚの範囲から選択された周波数（基本周波数）の定常点灯時の交流電流と、この基本周波数よりも低い周波数の半サイクルの低周波とが交互に発生するよう交流電流を供給するとともに、この低周波の一方の極性の波形が続けて２回以上出現するように交流電流を供給する。また、上記定常点灯時の交流電流と、この基本周波数よりも低い５～２００Ｈｚの範囲から選択された周波数の低周波とが交互に発生するよう交流電流を供給し、かつ、基本周波数を供給する期間が所定時間ごとに漸次増減するように制御してもよい。

Description

高圧放電ランプ点灯装置
　この発明はプロジェクタ等の光源に好適に使用される超高圧放電ランプとその給電装置よりなる高圧放電ランプ点灯装置に関する。
　プロジェクタ等の光源用のランプには、放電容器の内部に水銀が０．２ｍｇ／ｍｍ３以上封入されて、点灯時の圧力が２００気圧以上になる超高圧放電ランプが使用されている。このような高圧放電ランプは、点灯中、電極の先端側表面に突起が形成され、この突起にアークが保持されることにより、安定的な点灯状態が維持されることが知られている。
　一方、高圧放電ランプを長期間同じ状態で点灯した場合には、突起が複数形成したり、電極の先端表面部に凹凸が発生したりすることがある。電極先端の表面部が乱れると、放電位置が不安定となり、アーク移動による照度低下やチラツキが発生することが知られている。
　このような問題を解決するため、特許文献１には、周波数６０～１０００Ｈｚの範囲から選択された周波数を定常点灯時の基本的な周波数として交流電流を供給し、かつ、所定の間隔をもって、基本周波数よりも低い周波数であって５～２００Ｈｚの範囲から選択された周波数を供給する放電ランプの駆動方式について記載されている。
　この技術によれば、定常点灯時に供給する基本周波数とそれよりも低い周波数とが、交互に発生するように交流電流を供給することで、放電に必要な突起の周辺に付着した余計なタングステンを溶かして電極先端をクリーニングし、さらに、溶けたタングステンを表面張力などによって突起部に供給することで、突起形状を安定的に維持することができるため、電極の長寿命化を図ることが可能になる。
　また、特許文献２には、周波数の値を点灯時間で変化させることで電極の寿命を伸ばすという技術が開示されている。しかしながら、特許文献２に記載のものにおいては、周波数が時間経過中に常時増減することで、耳ざわりなノイズが発生し、実用上問題がある。
　また、特許文献３には、ランプ電力を周期的に変化させることで電極磨耗を低減させ、ランプの寿命を伸ばすという技術が開示されている。しかし、この技術では、電力を変動させることによる明るさの変動を避けることができない。
特開２００６－５９７９０号公報 特開２００７－２８０７３４号公報 特許第４０８９６２７号公報
　特許文献１に記載されるように基本周波数の交流電流を供給し、所定の間隔で基本周波数よりも低い周波数の交流電流を供給することで、電極の突起形状を安定的に維持することができるが、この従来の技術においても、さらに長期に亘って点灯を続けると、突起部周辺の電極先端の形状が損耗し、安定な放電を維持することができなくなる。
　この理由を図１６を参照して説明する。高圧放電ランプの点灯初期の状態では、低周波が一定期間ごとに繰り返し供給される。この低周波電力が供給される期間に突起の周辺部分が加熱し、図１６（ａ）に示すように電極２０ａ，２０ｂの先端面の不要な突起は溶融して、それらは先端の主要な突起２１に供給されるようになる。
　ところが、長期間に亘って高圧放電ランプを点灯した場合には、電極２０ａ，２０ｂの先端において加熱される部分（領域）が固定されてしまうため、不要な突起の形成と溶融が同じ領域で繰り返されることになり、この結果、図１６（ｂ）に示すように電極２０ａ，２０ｂの突起２１の周囲においてタングステンが消耗し、電極２０ａ，２０ｂの先端の形状がいびつになってしまう。
　このような状態を回避するには、電極の後方の部位の温度を上げて溶融と堆積が生じる面積が広範囲になるよう、電極温度に変化をもたらす、すなわち、電極の加熱部分が先端に固定されないようにすることが必要である。
　電極の加熱部分が固定化しないようにするには、簡単には低周波を供給する期間を長くすればよい。
　しかしながら、単に低周波期間を長くしたとしても、電極の後方の温度が上がる間に突起先端の温度が急激に上昇して突起が損耗したり、消滅したりしてしまうという問題が生じる。
　以上のように、特許文献１に記載されるように所定の間隔で基本周波数よりも低い周波数の交流電流を供給して点灯させることで、突起形状を安定的に維持することができるものの、これを長期に亘って続けると、突起部周辺の電極先端の形状が損耗し安定な放電を維持することができなくなるといった問題が生じた。
　本発明は上記問題を解決するためになされたものであって、本発明が解決しようとする課題は、電極の温度制御を確実に行い、電極突起形状および先端形状を長期間最適に維持して、放電ランプの長寿命化を図ることができる点灯装置を提供することにある。
　上記課題を本発明においては、次のように解決する。
（１）前記石英ガラスからなる放電容器内に一対の電極が対向配置されるとともに水銀が封入された高圧放電ランプを点灯させる点灯装置において、高圧放電ランプに、定常点灯時の周波数（定常点灯時の周波数を「基本周波数」と称する）と、基本周波数よりも低い周波数の半サイクルの低周波の交流電流とが交互に出現するように交流電流を供給し、この半サイクルの同一極性の波形が上記基本周波数の交流電流波形を挟んで、続けて少なくとも２回以上出現するように交流電流を供給する。
　すなわち、基本周波数の交流電流を供給する間に、同一極性の半サイクルの低周波の交流電流を所定の周期で挿入し、この同一極性の半サイクルの交流電流が少なくとも２回以上連続して出現するような交流電流を、高圧放電ランプに供給する。
　前記基本周波数の交流電流は、６０～１０００Ｈｚの範囲から選択された周波数の交流電流であり、前記低周波数の交流電流は、前記基本周波数の交流電流の周波数よりも低い５～２００Ｈｚの範囲から選択された周波数の半サイクルの交流電流であり、前記低周波数の交流電流が発生してから次の前記低周波数の交流電流が発生するまでの間隔が１２０秒以下である。
　上記のように、片方の電極に対して、低周波周波数の半サイクルの同一極性の電流を複数回、続けて供給することで、陽極サイクルとなる側の電極の温度を全体的に上げることができ、突起部を溶融させることができる（溶融モード）。
　一方、反対側の電極は陰極サイクルの低周波が連続挿入されることになり、温度はより下がることになる。このため、陰極動作側の電極はこの期間に溶けるタングステンは少なく、突起部にＷが堆積することになる（堆積モード）。
　なお、陰極サイクルの低周波が続けて供給されるが、定期的に基本周波数の電流が供給されるため、電極の温度が下がり過ぎることはない。また、低周波周波数の電流を供給する電極の極性を適宜に入れ替えることで、両電極において、バランスのよいタングステンの蒸発、堆積モードを維持でき、突起（電極）の形状を最適に保ち、光源の寿命を長くすることができる。
　また、上記において、一方の極性の低周波の交流電流を供給しながら、低周波の周波数を基本周波数と同じになるまで少しずつ高くし、（すなわち、半サイクルの低周波の交流電流のパルス幅を少しずつ狭くし）、低周波の周波数が基本周波数に一致したら（あるいは近い値になったら）、低周波の半サイクルの極性を他方の極性に反転させた後、周波数を少しずつ低くする（すなわち、半サイクルの低周波の交流電流のパルス幅を少しずつ広くする）ようにしてもよい。
（２）前記石英ガラスからなる放電容器内に一対の電極が対向配置されるとともに水銀が封入された高圧放電ランプを点灯させる点灯装置において、定常点灯時の周波数（定常点灯時の周波数を「基本周波数」と称する）を供給する期間と、それよりも低い周波数の低周波を供給する期間が徐々に変化するように制御し、電極先端の過剰な加熱、溶融が起こらないようにする。
　具体的には、上記点灯装置に設けられた給電装置から、高圧放電ランプに、定常点灯時の周波数（基本周波数）と低周波とが交互に発生するよう交流電流を供給すると共に、基本周波数を供給する期間が所定時間ごとに漸次増減するように制御する。すなわち、基本周波数を供給する期間が徐々に短くなるように（すなわち低周波を供給する期間が徐々に長くなるように）制御し、その後、基本周波数を供給する期間が徐々に長くなるように（すなわち低周波を供給する期間が徐々に短くなるように）制御する。
　前記基本周波数の交流電流は、６０～１０００Ｈｚの範囲から選択された周波数の交流電流であり、前記低周波数の交流電流は、前記基本周波数の交流電流の周波数よりも低い５～２００Ｈｚの範囲から選択された周波数の交流電流であり、かつ、半サイクル以上の長さであって、基本周波数と低周波の交流電流が交互に発生しているときの低周波は５サイクル以下の長さであり、前記低周波数の交流電流が発生してから次の前記低周波数の交流電流が発生するまでの間隔が１２０秒以下である。
　定常時の周波数（基本周波数）を供給する期間を短くすると、単位時間当たりに低周波数の交流電流が発生する回数が増えることになる。このように、低周波数の交流電流が発生する回数を徐々に増やしていくことで、電極において加熱される部分が徐々に広がり、突起にタングステンを供給するために加熱される電極の面積が広がるようになる。もちろん、低周波の供給回数が多い（すなわち基本周波数の供給期間が短い）状態のままでは、電極の温度は全体的に高温になるため、電極は全体的に損耗してしまう。
　そこで、さらに、基本周波数の電流を供給する期間を短い状態から徐々に長い状態に変化するよう基本周波数の供給期間を変化させる。これにより、低周波の発生回数が徐々に少なくなり、電極の温度が下がり、電極の損耗と突起の消失を抑制する。
　この動作の繰り返しにより、タングステンを広範囲に溶かす時間帯と溶かさない時間帯が交互に形成される。言い換えると、電極が加熱される領域をスイングさせる（時間的に変動させる）ことによって、突起（電極）の形状を最適に保ち、光源の寿命を長くする。
　また、基本周波数及び低周波の電流が供給される期間を急激に変化させず、徐々に変化させることにより、ランプのチラツキを防止することができる。
　すなわち、基本周波数から、低周波周波数のみの交流電流に瞬時に切り替えを行った場合、周波数が急激に変わることで、人の目にはランプに電力変化が生じたときと同様のちらつきが視認されるようになる。基本周波数と低周波周波数の変化が定期的であったり、緩やかな変更である場合は、ちらつきとして視認されない。
　本発明においては、以下の効果を得ることができる。
（１）片方の電極に対して、低周波周波数の半サイクルの電流を複数回、続けて供給し、次いで、低周波の極性を変えて、他方の電極に対して、低周波周波数の半サイクルの電流を複数回、続けて供給することで、一方と他方の電極のあいだでタングステンの溶融とタングステンの堆積とが交互に行われ、バランスのよいタングステンの蒸発、堆積モードを維持でき、突起（電極）の形状を最適に保ち、光源の寿命を長くすることができる。
（２）極性反転を、低周波周波数を徐々に基本周波数に近付くように変化させることで、電極の温度変化が緩やかになり、反転時のちらつきを低減することができる。
（３）片方の電極に対して、低周波周波数の半サイクルの電流を複数回、続けて供給し、次いで、低周波の極性を変えて、他方の電極に対して、低周波周波数の半サイクルの電流を複数回、続けて供給することで、電極先端の形状を常に良好に維持することができ、高圧放電ランプに供給する電力が、定常点灯時の略７０％の電力であったとしてもフリッカの発生を低減して安定したアーク放電が維持できる。
（４）放電容器内に一対の電極が対向配置されるとともに水銀が封入された高圧放電ランプを点灯させる点灯装置において、基本周波数を供給する期間が所定時間ごとに漸次増減するように制御することで、タングステンを広範囲に溶かす時間帯と溶かさない時間帯を交互に形成することができ、電極の突起の形状を最適に保ち、光源の寿命を長くすることができる。
（５）基本周波数の電流が供給される期間を急激に変化させず、徐々に増減するように制御することで、ランプのチラツキを防止することができる。また、基本周波数の期間をゆっくり漸次変化させることにより、突起部形状の急激な変化が起こり難くなり、ランプ電圧の急激な変動も起こり難くなる。
本実施形態にかかる高圧放電ランプの断面図である。 本実施形態にかかる電極の先端を模式化して示した図である。 本実施形態にかかる高圧放電ランプを点灯するための給電装置の回路図である。 本発明の第１の実施形態に係る給電装置から高圧放電ランプに供給されるランプの電流波形の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る電極先端の温度状態および消耗状態を説明する図である。 本発明の第１の実施形態に係るランプの電流波形の他の例（１）を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係るランプの電流波形の他の例（２）を示す図である。 基本周波数のサイクル数の設定値の変化パターンの一例と高圧放電ランプに供給されるランプの電流波形の一例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る給電装置から高圧放電ランプに供給されるランプの電流波形の一例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る電流波形制御に使用する設定値の変化パターンを説明する図である。 本発明の第２の実施形態に係る電極先端の温度状態および消粍状態を説明する図である。 本発明の第２の実施形態に係る電流波形制御に使用する設定値の変化の状態を説明する他の例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るランプの電流波形の他の例（１）を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るランプの電流波形の他の例（２）を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る電流波形制御に使用する設定値の変化パターンの他の例を示す図である。 従来技術に係る電極先端の温度状態および消耗状態を説明する図である。
　図１は、本発明の実施形態にかかる高圧放電ランプの断面図である。
　高圧放電ランプ１０は、石英ガラスからなる放電容器によって形成された概略球形の発光部１１を有する。この発光部１１の中には一対の電極２０ａ，２０ｂが２ｍｍ以下という極めて小さい間隔で対向配置している。また、発光部１１の両端部には封止部１２が形成される。この封止部１２には、モリブデンよりなる導電用の金属箔１３が、例えばシュリンクシールにより気密に埋設されている。金属箔１３の一端には電極２０ａ，２０ｂの軸部が接合しており、また、金属箔１３の他端には外部リード１４が接合し、給電装置（３０）から電力が給電される。
　発光部１１には、水銀と、希ガスと、ハロゲンガスが封入されている。水銀は、必要な可視光波長、例えば、波長３６０～７８０ｎｍの放射光を得るためのものであり、具体的数値でいうと０．２０ｍｇ／ｍｍ３以上封入されている。この封入量は温度条件によっても異なるが、点灯時における放電容器内部の圧力を２００気圧以上という高い蒸気圧を実現するものである。また、水銀をより多く封入することで点灯時の水銀蒸気圧２５０気圧以上、３００気圧以上という高い水銀蒸気圧の高圧放電ランプを作ることができ、水銀蒸気圧が高くなるほどプロジェクタに適した光源を実現できる。
　希ガスは、例えば、アルゴンガスが約１３ｋＰａ封入される。その機能は点灯始動性を改善することにある。
　また、ハロゲンは、沃素、臭素、塩素などが水銀あるいはその他の金属と化合物の形態で封入される。ハロゲンの封入量は、１０－６μｍｏｌ／ｍｍ３～１０－２μｍｏｌ／ｍｍ３の範囲から選択される。ハロゲンの機能は、いわゆるハロゲンサイクルを利用した長寿命化であるが、本発明の高圧放電ランプのように極めて小型できわめて高い点灯蒸気圧のものは、放電容器の失透防止という作用もある。
　高圧放電ランプの数値例を示すと、例えば、発光部の最大外径９．４ｍｍ、電極間距離１．０ｍｍ、放電容器内容積５５ｍｍ３、定格電圧７０Ｖ、定格電力１８０Ｗであり交流方式で電力が供給される。
　また、この種の高圧放電ランプは、小型化が進行するプロジェクタに内蔵されるものであり、全体寸法として極めて小型化が要請させる一方で、高い発光光量も要求される。このため、発光部内の熱的影響は極めて厳しいものとなる。ランプの管壁負荷値は０．８～２．５Ｗ／ｍｍ２、具体的には２．４Ｗ／ｍｍ２となる。
　このような、高い水銀蒸気圧や管壁負荷値を有することがプロジェクタやオーバーヘッドプロジェクタのようなプレゼンテーション用機器に搭載された場合に、演色性の良い放射光を提供することができる。
　図２は図１に示す電極の先端を模式化して示したものであり、ランプ動作時に電極先端に形成される突起を説明する説明図である。電極２０ａ，２０ｂは、それぞれ球部２０１と軸部２０２から構成され、球部２０１の先端に突起２１が形成されている。この突起２１は、ランプ点灯時、電極先端において溶融したタングステンが凝集して形成されるものである。
　次に、本発明の実施形態に係わるランプ点灯装置について図３を参照して説明する。図３において、ランプ点灯装置は、高圧放電ランプを点灯するための給電装置３０と高圧放電ランプ１０から構成される。
　給電装置３０は、直流電圧Ｖｄｃが供給されて、これを降圧する降圧チョッパ回路Ｕ１と、降圧チョッパ回路Ｕ１の出力側に接続され直流電圧を交流電圧に変化させて放電ランプ１０に供給するフルブリッジ型インバータ回路Ｕ２（以下、「フルブリッジ回路」ともいう）と、この高圧放電ランプ１０に直列接続されたコイルＬｈ、コンデンサＣｈで構成されたスタータ回路Ｕ３と、上記フルブリッジ回路Ｕ２のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４を駆動するドライバ５１と、制御部Ｕ４からなる。
　制御部Ｕ４は例えばマイクロプロセッサ等の処理装置で構成することができ、本図ではその機能構成をブロック図で示している。
　図３において、降圧チョッパ回路Ｕ１は、直流電圧Ｖｄｃが供給される＋側電源端子に接続されたスイッチング素子ＱｘとリアクトルＬｘと、スイッチング素子ＱｘとリアクトルＬｘの接続点と－側電源端子間にカソード側が接続されたダイオードＤｘと、リアクトルＬｘの出力側に接続された平滑コンデンサＣｘと、平滑コンデンサＣｘの－側端子とダイオードＤｘのアノード側の間に接続された電流検出用の抵抗Ｒｘから構成される。
　上記スイッチング素子Ｑｘは、制御部Ｕ４が出力するゲート信号Ｇｘで駆動され、スイッチング素子Ｑｘを所定のデューティで駆動することにより、入力直流電圧Ｖｄｃをこのデューティに応じた電圧に降圧する。降圧チョッパ回路Ｕ１の出力側には、電圧検出用の抵抗の直列回路Ｖｘが設けられている。
　フルブリッジ回路Ｕ２は、ブリッジ状に接続したスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４から構成され、これらのスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４はドライバ５１が出力するゲート信号Ｇ１～Ｇ４により駆動され、対角に配置されたスイッチング素子Ｑ１、Ｑ４、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３を交互にオンにすることにより、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の接続点と、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４の接続点間に矩形波状の交流電圧が発生する。
　スタータ回路Ｕ３は、コイルＬｈ、コンデンサＣｈで構成されたものである。これはコイルＬｈ、コンデンサＣｈで構成した共振回路の共振周波数をブリッジ回路Ｕ２から出力することでその共振作用によりコンデンサＣｈに高い電圧を発生させることができる。
　従って、スタータ回路Ｕ３は始動時のみ高い周波数で動作し、高電圧が放電ランプ１０の両端に印加され、ランプが点灯する。
　上記回路において、ランプ定常時におけるフルブリッジ回路Ｕ２の駆動周波数を変更する場合は、フルブリッジ回路Ｕ２のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のスイッチング周期を調整することで達成でき、また、出力電圧は降圧チョッパ回路Ｕ１のスイッチング素子Ｑｘの動作デューティを調整することで達成できる。
　降圧チョッパ回路Ｕ１のスイッチング素子Ｑｘは、制御部Ｕ４が出力するゲート信号Ｇｘのデューティに応じてオン／オフし、ランプ１０に供給される電力が変化する。すなわち、電力アップならＱｘのデューティを下げるなどして、その入力された電力調整信号値に合致する電力値になるようにゲート信号Ｇｘの制御を行う。
　制御部Ｕ４は、ランプ電力を制御する電力制御部５２、高周波（基本周波数）の信号を発生する高周波発生部６０、高周波発生部６０から出力される高周波信号のサイクル数をカウントする第１のサイクル数カウンタ６１、高周波発生部６０から出力される高周波信号のカウント値の設定値を保持する第１のカウント設定値制御部６２、上記基本周波数よりも低い周波数の低周波の信号を発生する低周波発生部７０、低周波発生部７０から出力される低周波信号のサイクル数をカウントする第２のサイクル数カウンタ７１、低周波発生部７０から出力される低周波信号のカウント値の設定値を保持する第２のカウント設定値制御部７２、高周波発生部６１、低周波発生部７１の出力のいずれか一方を選択的にドライバ５１に出力するセレクタ８０から構成されている。
　電力制御部５２は、電流検出用の抵抗Ｒｘの両端電圧と、電圧検出用の抵抗Ｖｘにより検出された電圧から、ランプ電流Ｉ、ランプ電圧Ｖを求めてランプ電力を演算し、この電力が点灯電力指令に一致するような降圧チョッパ回路Ｕ１のスイッチング素子Ｑｘのデューティを制御する。
　以下、図１～図３で説明した高圧放電ランプ点灯装置における本発明の第１、第２の実施形態について説明する。
（１）第１の実施形態
　本実施形態におけるフルブリッジ部Ｕ２から出力される駆動周波数は高周波（基本周波数）と、それより周波数が低い低周波を組み合わせた波形を基本としており、例えば、高周波を所定の時間、あるいは所定のサイクル数実行した後に、低周波を０．５サイクルだけ実行することを時系列的に繰り返すものである。
　ここでいう高周波とは、高圧放電ランプを定常的に点灯する際の基本周波数であり、低周波とは定常点灯的に供給される交流電流の周波数である。
　前記特許文献１に開示されているように、上記基本周波数は６０～１０００Ｈｚの範囲から選択されるものであり、低周波は上記６０～１０００Ｈｚの範囲から選択される基本周波数よりも低い周波数であり、５～２００Ｈｚの範囲から選択されるものである。
　また、上記低周波は、半サイクルの長さであって、前記低周波数の交流電流が発生してから次の前記低周波数の交流電流が発生するまでの間隔は１２０秒以下（０．０１秒～１２０秒）である。上記低周波の周波数、挿入される間隔は、放電ランプの設計、特に電極の熱的な設計との関係において選定される。
　このように高周波と低周波を組み合わせた波形の交流電流を供給することで、特許文献１に記載されるように、低周波数の交流電流を供給して電極先端部を溶融して、アーク起点となる突起以外の余計な突起の発生を防止することができるようになる。
　制御部Ｕ４において、フルブリッジ部Ｕ２の駆動信号は次のように決定される。
　図３においては、まず高周波発生部６０により高周波（基本周波数）でＤｕｔｙ（オン／オフ比）５０％の矩形波信号が生成および出力される。セレクタ８０はＲ側に選択されているものとし、その場合は高周波発生部６０の信号はセレクタ８０を介してドライバ５１に送出される。
　これにより、ドライバ５１から、ゲート信号Ｇ１～Ｇ４がフルブリッジ回路Ｕ２のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４に供給され、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４は上記高周波信号に応じた周波数で駆動される。そして、フルブリッジ回路Ｕ２から上記高周波信号の周波数の矩形波状の交流電圧が発生する。この交流電圧は放電ランプ１０に供給される。
　また、高周波発生部６０からの高周波信号はサイクル数カウンタ６１にて、そのサイクル数がカウントされている。カウント設定値制御部６２はサイクル数カウンタ６１の設定値を保持する機能であり、前記サイクル数カウンタ６１はカウントしたサイクル数が前記設定値と一致すれば、すなわち高周波信号が所定のサイクル数の実行が完了したならば信号Ｓ’を出力し、セレクタ８０をＳ側に切り替える。また、これと同時に、高周波発生部６０の動作を停止させるとともに低周波発生部７０を起動する。
　低周波発生部７０からは、低周波でＤuｔｙ５０％の矩形波信号が生成および出力されており、セレクタ８０がＳ側に切り替わると、低周波発生部７０から低周波信号がドライバ５１へ送出される。これにより、ドライバ５１から、ゲート信号Ｇ１～Ｇ４がフルブリッジ回路Ｕ２のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４に供給され、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４は上記低周波信号に応じた周波数で駆動される。そして、フルブリッジ回路Ｕ２から上記低周波信号の周波数の矩形波状の交流電圧が発生する。この交流電圧は放電ランプ１０に供給される。
　同様に、また低周波発生部７０からの信号はサイクル数カウンタ７１にて、そのサイクル数がカウントされている。カウント設定値制御部７２はサイクル数カウンタ７１の設定値を保持する機能であり、前記サイクル数カウンタ７１は前記設定値（０．５サイクル）と一致すれば、すなわち低周波信号が所定のサイクル数を実行したならば信号Ｒ’を出力し、セレクタ８０をＲ側に切り替え、低周波発生部７０を停止させるとともに高周波発生部６０を起動する。これにより高周波発生部６０からドライバ５１へ出力されるのでフルブリッジ回路Ｕ２は再び高周波の交流電圧を出力する。
　上記において設定した例を以下に示す。
　高周波発生部６０　　　　　　３７０Ｈｚ
　カウント設定値制御部６２　　１０．５サイクル
　低周波発生部７０　　　　　　９０Ｈｚ
　カウント設定値制御部７２　　０．５サイクル
　本実施形態おける制御方式では前記したカウント設定値制御部６２、７２を逐次時間とともに切り替える、あるいは制御することを特徴としており、点灯経過時間とともにこれを変化させることが可能である。例えば上記のパラメータでは電極の片側だけに低周波が配置されるが所定の時間が経過した場合は、もう一方の電極に片側だけ低周波が配置される。これはカウント設定値制御部６２を１０．５サイクルから１１サイクルに１度だけ変更することで可能となる。これらの一連のシーケンス制御はカウント設定値制御部６２により行われる。
　図４は極性入れ替え前後の出力波形の一例を示す図である。同図において縦軸は電流、横軸は時間である。図４（ａ）の出力波形を例えば５ｓ（秒）間維持したのち、基本周波数のサイクル数を１１サイクル（ここでの図示は省略）に変更し、低周波周波数の極性を反転させて図４（ｂ）の波形を形成する。この期間も例えば５ｓ間維持する。
　なお、上記図４（ａ）または（ｂ）に示すように、一方の極性の低周波を続けて供給する上記期間は５ｓに限られず、例えば０．５～１０ｓの範囲から選択された期間であればよい。
　本実施形態で使用したランプの仕様、ランプ動作条件は以下の通りである。
　以下の仕様、条件で図４に示すように、基本周波数の交流電流を供給する間に、半サイクルの低周波の交流電流を挿入し、この低周波の交流電流として、同一極性の半サイクルの交流電流を２回以上連続させて高圧放電ランプの電極に供給してランプを点灯させたところ、バランスのよいタングステンの蒸発、堆積モードを維持でき、突起（電極）の形状を最適に保つことができた。
［実施例に係るランプの仕様］
・定格電力：２７０Ｗ
・定格電圧：８０Ｖ
・発光部の内容積：８０ｍｍ３
・電極間距離：１．２ｍｍ
（封入物）
・水銀量：２８０ｍｇ／ｍｍ３
・希ガス（具体的にはアルゴンガス）：１３ｋＰａ
・ハロゲン（例えば、沃素、臭素、塩素）量：１０－６～１０－２μｍｏｌ／ｍｍ３
［ランプ動作条件］
・基本周波数：３７０Ｈｚ
・低周波周波数：４６．２５Ｈｚ
・低周波挿入間隔：２００ｍｓ
・（片側極性の）ホールド時間：１ｓ
　図５は電極先端の温度変化の状態を説明する図である。
　まず図５（ａ）において半サイクルの低周波が配置される陽極サイクルとなる側の電極２０ａ（電力を送りだす側の電極、すなわち半サイクルの低周波が供給されることにより＋側となる電極、は温度が上昇し、低周波の交流電流が供給された直後に高周波からなる基本周波数の交流電流が供給されるため、電極温度が比較的高い状態を維持した状態で、次の同極性の低周波電流が供給される。なお、電極は電子を受け取る量が多いほど加熱量が大きくなるので、電力を送り出す側の電極が加熱され、電力を受け取る側の電極は加熱されない。
　これが例えば５ｓ間供給される間に、電極先端の温度が高まり突起部２１を構成するタングステンが溶融し始める（Ｗ溶融モード）。
　この間、他方の陰極サイクルとなる側の電極２０ｂは基本周波数の電流が供給されるが、逆の極性の低周波の電流が供給されるため、比較的低温になり、突起２１の温度は比較的低く、突起２１に対してタングステン（Ｗ）が堆積する（Ｗ堆積モード）。
　続いて極性が反転して他方の電極２０ｂ側に半サイクルの低周波が配置されると、図５（ｂ）に示すように電極２０ｂ先端の温度が高まり突起部２１を構成するタングステンが溶融し始める（Ｗ溶融モード）。
　このように、一方と他方の電極の間でＷの溶融とＷの堆積とが交互に行われるように、低周波の一方の極性の波形が上記基本周波数の交流電流波形を挟んで続けて２回以上出現するように交流電流を供給する。これにより、図５（ｃ）に示すように電極先端の形状を良好な状態に維持することができる。
　このような極性反転動作は例えば、０．５～１０ｓの範囲をもち、緩やかに行われるため、極性反転に伴うチラツキなどの現象の発生を回避することができる。
　なお、低周波の極性を交互に変えて低周波を供給すると、一方の極性のとき一方の電極は加熱されるが、他方の電極は加熱されず温度が低くなる。このため、極性を交互に変えると、電極は加熱と冷却を繰り返すこととなり、タングステンを溶融させるほど電極温度は上昇しない。本実施形態のように、同一極性の電圧を一方の電極に繰り返し供給することで、上述したように、低周波が配置される側の電極（電力を送りだす側の電極）の電極温度を上昇させることができる。
　ここで、上記基本周波数の発生期間（ｓ）と低周波周波数の発生間隔（ｓ）および同極性の低周波を連続して挿入する期間（ホールド期間という）は、以下の条件１、条件２を満たすように設定するのが望ましい。
［条件１］基本周波数の発生期間（ｓ）は、低周波周波数の発生期間（ｓ）の１倍以上１００倍以下とする。
［条件２］低周波を同極性に連続して挿入する期間（ホールド時間）は０．５ｓ以上２０ｓ以下とする。
［条件１の理由］
　上記条件１のように設定するのは以下のような理由による。
　基本周波数の発生期間が短すぎる場合には、低周波周波数が頻繁に発生することになるため電極の温度上昇の速度が高すぎてしまい、電極先端温度が急激に上昇して突起はいびつな形状になる。また、基本周波数の発生期間が、低周波周波数の発生期間（ｓ）と同じかそれ以上であると、電極先端温度の上昇を抑え、突起を維持することができる。
　よって、基本周波数の発生期間（ｓ）は、低周波周波数の発生期間（ｓ）の１倍以上であることが望ましい。
　一方、基本周波数の発生期間が長すぎる場合には、電極の温度を上げる効果が得られなくなり、両方の電極ともに突起はいびつな形状になる。基本周波数の発生期間（ｓ）が低周波周波数の発生期間（ｓ）の１００倍以下であると、低周波周波数の期間に陽極動作する電極側では温度上昇効果が得られ、突起を維持することができるようになる。
　よって、基本周波数の発生期間（ｓ）は、低周波周波数の発生期間（ｓ）の１００倍以下であることが望ましい。
［条件２の理由］
　上記条件２のように設定するのは以下のような理由による。
　低周波を同極性に連続挿入するホールド時間（同極性の低周波を連続して挿入する期間）が短すぎると、電極を昇温させる効果が小さくなり、電極先端が先細りして、電極の形状を維持できなくなる。
　例えば、ホールド時間が０．２ｓでは短すぎて、十分な効果が得られない。ホールド期間を０．５ｓとすると、低周波周波数期間、陽極サイクル側の電極においては温度上昇効果が得られるようになる。無論、極性を０．５ｓで切り替えるため、両方の電極において電極先端温度を適正な範囲とし、突起を維持することができる。
　ホールド時間が長すぎる場合は、陽極サイクル側の電極において温度が高くなりすぎてしまい、突起は溶けて消失してしまう。一方の、陰極側の電極においては、温度が低くなりすぎた結果、タングステンが電極先端に供給されず、損耗モードになり、突起がいびつな形状になる。
　例えば、ホールド時間を５０ｓとすると、陽極サイクル側の電極において突起は溶け、陰極側の電極においては、温度が低くなり突起はいびつになる。
　ホールド時間を２０ｓとすると、陽極サイクル側の電極を適正な温度に維持でき、突起もまた形状を維持できる。陰極側の電極においては、２０ｓのサイクルで陽極サイクルに移行するため、温度が低くなりすぎることがなく、突起を適正な形状に維持することができる。
　前述した説明においては、放電ランプに、所定時間、基本周波数の間に所定の周期で一方の極性の低周波が現れる交流電流を供給し、次の所定時間、基本周波数の間に所定の周期で他方の極性の低周波が現れる交流電流を供給する場合について説明したが、このように、低周波の極性をステップ状に切り替える代わりに、一方の極性の低周波から他方の極性の低周波に緩やかに変更する例について図６を用いて説明する。
　図６は、本実施形態の放電ランプへの電流波形の実施例の一形態の簡略化されたタイミング図である。
　図６の波形は非対称の波形の極性を反転させるために（ａ）から（ｉ）に向かって波形を所定の時間をかけて変化させる様子を表している。なお、同図は、非対称波形の極性の反転を少しずつ行われるように制御したものであり、電流値Ｉ１ｂと電流値Ｉ１ａは同一の電流量である。
　この例では、同図（ａ）～（ｄ）に示すように、一方の極性の低周波のパルス幅を徐々に小さくしていき、（ｅ）で低周波が高周波の間に表れない状態となり、（ｆ）～（ｉ）で反対極性の低周波のパルス幅を徐々に広くなるように制御することにより、一方の極性の低周波から他方の極性の低周波に切り替える。なお、この制御は、前記図３において、低周波発生部７０の周波数を変更することで実現することができる。
　これによれば、放電ランプのアークアタッチメントの変動も少なく、起点の移動を気にすることなく、低周波の半サイクルの極性の反転をすることができる。
　以上説明した、本実施形態に係るランプ電流波形を用いれば、電極先端の形状が常に良好に維持されるので、高圧放電ランプに供給する電力が、定常点灯時の略７０％の電力であったとしてもフリッカの発生を低減して安定したアーク放電が維持できることという副次的効果が得られる。
　なお、本実施形態においては、図７（ａ）に示すように、低周波の周波数値を変更して供給することも可能であり、また、図７（ｂ）に示すように、低周波の挿入間隔を変化させても良く、また、これらを組合せてもよい。
（２）第２の実施形態
　本実施形態におけるフルブリッジ部Ｕ２から出力される駆動周波数は高周波（基本周波数）と、それより周波数が低い低周波を組み合わせた波形を基本としている。
　ここでいう高周波とは、高圧放電ランプを定常的に点灯する際の基本周波数であり、低周波とは定常点灯的に供給される交流電流の周波数である。
　前記特許文献１に開示されているように、上記基本周波数は６０～１０００Ｈｚの範囲から選択されるものであり、低周波は上記６０～１０００Ｈｚの範囲から選択される基本周波数よりも低い周波数であり、５～２００Ｈｚの範囲から選択されるものである。
　また、上記低周波は、半サイクル以上の長さであって、基本周波数と低周波の交流電流が交互に発生しているときの低周波は５サイクル以下の長さであり、前記低周波数の交流電流が発生してから次の前記低周波数の交流電流が発生するまでの間隔は１２０秒以下である。上記低周波の周波数、挿入される長さおよび挿入される間隔は、放電ランプの設計、特に電極の熱的な設計との関係において選定される。
　このように高周波と低周波を組み合わせた波形の交流電流を供給することで、特許文献１に記載されるように、低周波数の交流電流を供給して電極先端部を溶融して、アーク起点となる突起以外の余計な突起の発生を防止することができるようになる。
　高圧放電ランプを６０Ｈｚから１０００Ｈｚの周波数で定常点灯させると、電極表面の中間的な温度領域において、第２の突起の形成が始まる。この第２の突起は放電には実質的に寄与しない、いわば余計な突起である。このような第２の突起が形成された場合に、定常点灯の周波数より低い周波数に切替えると、陽極として動作している期間、電極先端は、長い陽極動作期間のため温度が上昇する。この温度上昇は、前記第２の突起が発生する中間的な温度領域へ伝導し、その領域の電極表面温度を上昇させるため、形成を始めた第２の突起は蒸発、浸食され、消失する。
　ここで、第２の突起の発生成長を抑制するためには、電極表面の温度を時間的に変化させることが本質的に重要である。低い周波数が５Ｈｚ未満であったり、低い周波数を０．０１秒未満の間隔で発生させ続けたり、低い周波数を５周期を越えて発生させ続けた場合は、電極先端の温度上昇が大きくなり過ぎるため、第２の突起ばかりか、本発明に係わる超高圧放電ランプにとって必要不可欠である第１の突起までも消失させてしまう。
　逆に、低い周波数が２００Ｈｚを超えたり、半周期未満の低い周波数を挿入した場合は、第２の突起が発生する中間的な温度領域の十分な温度上昇が得られないため、第２の突起の発生成長を抑制できない。また、低い周波数が発生する間隔が１２０秒を超えた場合も、定常点灯の間に第２の突起が浸食し得ないまでに成長してしまう。
　本実施形態によれば、高圧放電ランプに供給する基本周波数が６０～１０００Ｈｚの範囲であって、低周波数の交流電流を、基本周波数の交流電流の周波数よりも低い５～２００Ｈｚの範囲から選択された周波数の交流電流とし、かつ、半サイクル以上の長さであって、基本周波数と低周波の交流電流が交互に発生しているときの低周波は５サイクル以下の長さであり、低周波数の交流電流が発生してから次の低周波数の交流電流が発生するまでの間隔を１２０秒以下とすることによって、先の発明と同様の効果、すなわち、放電に実質的に寄与することのない余計な突起の発生及び成長を完璧に抑えることができるという効果を奏することができる。
　図３に示す制御部Ｕ４において、フルブリッジ部Ｕ２の駆動信号は次のように決定される。
　図３においては、まず高周波発生部６０により高周波（基本周波数）でＤｕｔｙ（オン／オフ比）５０％の矩形波信号が生成および出力される。セレクタ８０はＲ側に選択されているものとし、その場合は高周波発生部６０の信号はセレクタ８０を介してドライバ５１に送出される。
　これにより、ドライバ５１から、ゲート信号Ｇ１～Ｇ４がフルブリッジ回路Ｕ２のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４に供給され、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４は上記高周波信号に応じた周波数で駆動される。そして、フルブリッジ回路Ｕ２から上記高周波信号の周波数の矩形波状の交流電圧が発生する。この交流電圧は放電ランプ１０に供給される。
　また、高周波発生部６０からの高周波信号はサイクル数カウンタ６１にて、そのサイクル数がカウントされている。カウント設定値制御部６２はサイクル数カウンタ６１の設定値を保持する機能であり、前記サイクル数カウンタ６１はカウントしたサイクル数が前記設定値と一致すれば、すなわち高周波信号が所定のサイクル数の実行が完了したならば信号Ｓ’を出力し、セレクタ８０をＳ側に切り替える。また、これと同時に、高周波発生部６０の動作を停止させるとともに低周波発生部７０を起動する。
　低周波発生部７０からは、低周波でＤｕｔｙ５０％の矩形波信号が生成および出力されており、セレクタ８０がＳ側に切り替わると、低周波発生部７０から低周波信号がドライバ５１へ送出される。これにより、ドライバ５１から、ゲート信号Ｇ１～Ｇ４がフルブリッジ回路Ｕ２のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４に供給され、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４は上記低周波信号に応じた周波数で駆動される。そして、フルブリッジ回路Ｕ２から上記低周波信号の周波数の矩形波状の交流電圧が発生する。この交流電圧は放電ランプ１０に供給される。
　同様に、また低周波発生部７０からの信号はサイクル数カウンタ７１にて、そのサイクル数がカウントされている。カウント設定値制御部７２はサイクル数カウンタ７１の設定値を保持する機能であり、前記サイクル数カウンタ７１は前記設定値と一致すれば、すなわち低周波信号が所定のサイクル数を実行したならば信号Ｒ’を出力し、セレクタ８０をＲ側に切り替えるともに低周波発生部７０を停止させるとともに高周波発生部６０を起動する。これにより低周波発生部６０からドライバ５１へ出力されるのでフルブリッジ回路Ｕ２は再び高周波の交流電圧を出力する。
　上記において設定した例を以下に示す。
　高周波発生部６０　　　　　　３７０Ｈｚ
　カウント設定値制御部６２　　１００．５サイクル
　低周波発生部７０　　　　　　９０Ｈｚ
　カウント設定値制御部７２　　１サイクル
　本実施形態における制御方式では、前記したカウント設定値制御部６２の設定値を逐次時間とともに制御することを特徴としており、点灯経過時間とともにこれを変化させることが可能である。
　図８（ａ）に基本周波数のサイクル数の設定値の変化パターンの一例を示し、縦軸は基本周波数の発生サイクル数（回）、横軸は時間である。図８（ｂ）に給電装置３０から高圧放電ランプ１０に供給されるランプの電流波形の一例を示し、縦軸は電流値、横軸は時間を表している。
　図８（ａ）に示すように、予め設定された最大サイクル数ＦｃｙＭａｘから１秒ごとに１サイクルずつの変動率で減じるように設定値を変化させていくことで高周波（基本周波数）が出力される期間を少しずつ短くすることができ、減じた結果、予め設定された最小サイクル数ＦｃｙＭｉｎに到達したら、今度は１秒ごとに１サイクルずつ増加させることで高周波が出力される期間を少しずつ長くすることが可能である。
　この説明では１秒ごとに１サイクルの変動率の例をもって説明しているが、これら数値についてはこの限りではなく、任意に設定することができる。なお、ここでは低周波側にもカウント設定値制御部７２を設けているが、この値は例えば１サイクル、あるいは０．５サイクルという固定した数値でも構わない。
　上記基本周波数の発生時間及び基本周波数の変動率は、以下の条件１，条件２を満たすように設定するのが望ましい。
［条件１］　サイクル数が最大となる時点において、基本周波数の発生時間を、低周波周波数の半周期（ｓ）の２倍以上、１０００倍以下とする。
［条件２］　基本周波数のサイクル数が１サイクル増減するのに要する時間を「サイクル増減速度（ｓ）」と称すると、サイクル増減速度（ｓ）を０．５ｓ以上、１０ｓ以下とする。
　なお、例えば、サイクル増減速度が１ｓであるとは、１ｓ経過するごとに基本周波数のサイクル数が１サイクル増減することである。
［条件１の理由］
　上記条件１のように設定するのが望ましい理由は以下の通りである。
　突起形状を良好に保つためには、図８（ａ）に示す基本周波数のサイクル数が最大となる時点（ＦｃｙＭａｘ）において、基本周波数を連続的に形成する期間を適正な範囲に設定する必要がある。
　基本周波数のサイクル数が最大となる時点において、基本周波数を発生する期間が短すぎる場合には、ＦｃｙＭａｘとＦｃｙＭｉｎの幅が小さくなり、スイング幅をほとんど持たないことと同じになるため、電極の先端が先細りして突起形状がいびつになってしまう。このような問題を回避するため、基本周波数を発生する期間を、低周波周波数の半周期の２倍以上とすることが望ましい。
　一方、基本周波数が発生する期間が長すぎる場合には、低周波の発生から次の低周波の発生までの時間が長くなって電極の温度が低くなり、低負荷領域が長すぎてしまい、損耗モードとなり、突起がいびつになってしまう。
　そのため、基本周波数を形成する期間としては１０００倍以下の範囲にするのが望ましいと考えられる。
［条件２の理由］
　上記条件２のように設定するのが望ましい理由は以下の通りである。
　サイクルの増減速度が速すぎる場合には、電極温度はその変化に追従することができなくなり、スイングの効果が得られず、突起の形状はいびつとなる。
　例えば、サイクル増減速度が０．２ｓの場合、１ｓの間に５サイクル増減することになる。この場合、電極先端の温度を緩やかに変化させることができなくなる。スイングの効果がなく、電極先端の温度を広範囲に加熱することができない。電極先端形状が乱れて安定な放電を維持できなくなる。
　このサイクル増減速度が０．５ｓ（１ｓ経過するごとに２サイクル増減する）になると、電極先端の温度は、サイクルの増減に追従できるようになり、電極先端温度を広範囲に加熱することができるようになる。この結果、先端の突起を維持することができる。
　低周波交流電流の発生間隔の増減速度（基本周波数の１サイクルが増減する時間）は０．５以上であることが望ましい。
　一方、このサイクルの増減速度が遅すぎる場合には、電極にとって負荷の高い時間、換言すると電極温度が低い状態が長くなりすぎて、先端の突起はいびつになる。
　例えば、サイクルの増減速度が２０ｓである場合（２０ｓ経過するごとに1サイクル増減する）、負荷の高い時間が長いために電極温度の低下を招き、先端の突起を維持できなくなる。また、サイクルの増減速度が１０ｓになると（１０ｓ経過するごとに1サイクル増減する）、電極先端温度の低温～高温の制御ができるようになり、先端の突起を維持することができる。
　このことから、低周波交流電流の発生間隔の増減速度（基本周波数の１サイクルが増減する時間）は１０以下であることが望ましい。無論、このような設定値は必要な条件があいさえすれば、２サイクル、あるいは３サイクルと言った複数サイクルを段階的に増減するように設定しても構わない。
　さらに、詳細については説明を省略するが、ランプ電圧値やランプ電流値に依存して高周波発生部の周波数、あるいは低周波発生部の周波数を変化させる技術を併用し組み合わせても構わないし、同様にランプ電圧値やランプ電流値に依存して、カウント設定値制御部６２、７２のサイクル数の各設定値（ＦｃｙＭａｘ、ＦｃｙＭｉｎ）、あるいは変動率を切り替えるようにパラメータをテーブル化し、最適なパラメータを選択できるようにしても構わない。
　以下、本実施形態における電流波形の具体例および上記カウント設定値制御部６２おけるサイクル数の設定値の変化パターン例について説明する。
　ここで、以下に説明する実施例で使用したランプの仕様、ランプ動作条件は以下の通りである。
［実施例に係るランプの仕様］
・定格電力：２７０Ｗ
・定格電圧：８０Ｖ
・発光部の内容積：８０ｍｍ３
・電極間距離：１．２ｍｍ
（封入物）
・水銀量：０．２８ｍｇ／ｍｍ３
・希ガス（具体的にはアルゴンガス）：１３ｋＰａ
・ハロゲン（例えば、沃素、臭素、塩素）量：１０－６～１０－２μｍｏｌ／ｍｍ３
［ランプ動作条件］
・基本周波数：３７０Ｈｚ
・低周波周波数：４６．２５Ｈｚ、９２Ｈｚ
・最小の低周波挿入間隔：０ｍｓ
・最大の低周波挿入間隔：３００ｍｓ
・サイクル増減速度：１サイクル／２ｓ
（実施例１：基本周波数の発生回数が０になる場合）
　図９は、給電装置３０から高圧放電ランプ１０に供給されるランプの電流波形の一例であり、縦軸は電流値、横軸は時間を表している。また、図１０はこの電流波形制御に使用するサイクル数の設定値の変化の状態を説明する図であり、縦軸は基本周波数の発生サイクル数（回）、横軸は時間である。
　図１０のように時間がｔａ，ｔｂ，ｔｃ，ｔｄ…のように変化し、サイクル数の設定値が変化すると、電流波形は図９に示すように、（ａ）→（ｂ）→（ｃ）→（ｄ）の順に変わる。その後、時間ｔｄ以降、ｔｃ’，ｔｂ’，ｔａ’となるときは図９において（ｄ）→（ｃ）→（ｂ）→（ａ）のように変化する。
　この例において図９（ａ）は、基本周波数（高周波）の交流電流と低周波の周波数の交流電流の組合せによる動作状態において、基本周波数のサイクル数が最大の場合（ＦｃｙＭａｘ）であり、基本周波数を供給する期間（τＫ）が最も長い場合（換言すると低周波数の交流電流が発生する回数が最も少ない場合）の波形である。
　この波形（ａ）から、予め設定された最大サイクル数（ＦｃｙＭａｘ）から所定時間ごと（例えば１秒ごと）に、１サイクルずつの変動率で減じるように設定値を変化させることで、順次（ｂ）から（ｄ）まで波形を変化させる。
　上記の例において具体的数値をいうと、基本周波数の値は３７０Ｈｚであり、低周波周波数の値は９２Ｈｚである。（ａ）の状態において、ＦｃｙＭａｘは３７（サイクル）（時間にして１００ｍｓ）であり、ＦｃｙＭｉｎは０（サイクル）である。なお、図９（ａ）～図９（ｃ）における低周波周波数の発生回数は１サイクルである。
　図１０に示すように、最大サイクル数（ＦｃｙＭａｘ）から高周波が出力される期間を少しずつ一定の速度で短くして最小サイクル数（ＦｃｙＭｉｎ；この場合０）に到達させる。その後、再び最大サイクル数まで、少しずつ一定の速度で変化させる。このように高周波数の交流電流供給期間を変化させることで、低周波数の交流電流が発生する回数が増減する。なお図は一例でありこのような変化に限定されるものではない。
　図１１は電極先端の温度変化の状態を説明する図である。
　低周波周波数が発生後、次の低周波周波数が発生するまでの期間（τＫ）が比較的長い場合、単位時間当たりに低周波が出力される回数が少ないので、電極２０ａの先端付近において加熱される領域は比較的前方の領域（（ａ）部分）にとどまる。このとき、突起２１の温度は比較的低く、突起に対してタングステン（Ｗ）が堆積する（Ｗ堆積モード）。
　高周波の出力を回数を徐々に減らし、低周波の出力が徐々に増えると、電極における温度が高い頻度が増えて、突起の温度が高くなり、電極先端の加熱領域が後方に広がる。
　基本周波数が出力される期間が最小サイクル数（ＦｃｙＭｉｎ）に到達すると、電極２０ａの先端付近において加熱される領域は最大となり、例えば電極２０ａ後方の（ｄ）部分にまで到達する。電極先端の突起部２１を構成するタングステンが溶ける動作（Ｗ溶融モード）が生じる。
　本実施形態によれば、高周波のサイクル数を増減させて低周波の発生回数を常に変動させることで、電極が加熱される領域が常に変化する。この結果、長期間に亘ってランプを点灯しても電極先端形状を適正な形状に維持することができるようになる。なお、この実施例の場合、基本周波数の期間をゆっくり漸次変化させるため、突起部形状の急激な変化が起こり難くなり、電圧の急激な変動もまた起こり難くなる。
（実施例２：基本周波数の発生回数が０にならない場合）
　図１２、電流波形の制御に使用する設定値の他の例であり、縦軸は基本周波数の発生サイクル数（回）、横軸は時間である。また図１３はランプの電流波形の一例であり縦軸は電流値、横軸は時間である。
　図１２に示すように、時間ｔａ，ｔｂ，ｔｃ，…のように変化すると、図１３の波形は（ａ）→（ｂ）→（ｃ）の順に変わり、時間ｔｃにおいて基本周波数が出力される期間が最小サイクル数（ＦｃｙＭｉｎ）に到達すると、図１３の波形は（ｃ）→（ｂ）→（ａ）の順に変化する。
（実施例３：低周波周波数の発生サイクルが０．５（半サイクル）である場合）
　図１４はランプの電流波形の他の例であり、縦軸は電流値、横軸は時間を表している。
　この例においては低周波周波数の発生サイクルが０．５、すなわち半サイクルであり、低周波が発生するごとに極性が反転するよう（すなわち交互）に発生する。なおこの電流波形において制御に使用するサイクル数の設定値は同図（ｄ）である。
　すなわち、時間ｔａ，ｔｂ，ｔｃ，…のように変化すると、図１４の波形は（ａ）→（ｂ）→（ｃ）の順に変わり、時間ｔｃにおいて基本周波数が出力される期間が最小サイクル数（ＦｃｙＭｉｎ）に到達すると、図１４の波形は（ｃ）→（ｂ）→（ａ）の順に変化する。無論、図１３のように基本周波数が発生するように制御しても良い。
　図１５（ａ）～（ｃ）に、サイクル数設定値の他の例を示す。同図はいずれも縦軸は基本周波数の発生サイクル数（回）、横軸は時間である。
　同図（ａ）は最小サイクル数（ＦｃｙＭｉｎ）から一定の速度で高周波が出力される期間を長くしていき、最大サイクル数（ＦｃｙＭａｘ）に到達させ、最大サイクル数のまま、所定の時間保持し、その後、最大サイクル数（ＦｃｙＭａｘ）から高周波が出力される期間を少しずつ一定の速度で短くしていくようにしたものである。
　同図（ｂ）は最小サイクル数（ＦｃｙＭｉｎ）から一定の速度で高周波が出力される期間を長くしていき最大サイクル数（ＦｃｙＭａｘ）に到達させ、最大サイクル数に到達したら所定の時間その状態を保持し、その後、最大サイクル数（ＦｃｙＭａｘ）から高周波が出力される期間を少しずつ一定の速度で短くし、最小サイクル数（ＦｃｙＭｉｎ）に到達したら所定時間その状態を保持するようにしたものである。
　同図（ｃ）は、上記（ｂ）において、最小サイクル数（ＦｃｙＭｉｎ）から最大サイクル数（ＦｃｙＭａｘ）に上昇させる過程で、所定のサイクル数に達したとき、その状態を所定時間保持し、また、最小サイクル数（ＦｃｙＭｉｎ）から最大サイクル数（ＦｃｙＭａｘ）に下降させる過程で所定のサイクル数に達したとき、その状態を所定時間保持するようにしたものである。
　このようなパラメータは、実用上においては予めランプの仕様にあわせて最適なパラメータを実験的に求めておき、このパラメータをカウント設定値制御部６２、７２に格納することで、図１５に示す制御を実現することができる。
　以上、本発明を説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができることは言うまでもない。例えば、高圧放電ランプにおける電極等の各部においては適宜の変更が可能である。また、本発明はプロジェクタ用途以外の同種の高圧放電ランプ点灯装置に適用することが可能であり、水銀の封入量が０．２０ｍｇ／ｍｍ３以下の高圧放電ランプであっても、おおむね同等の挙動が認められるような水銀封入量（例えば０．１２ｍｇ／ｍｍ３～０．２０ｍｇ／ｍｍ３）を備えたものにも適用することができる。
　１０　　放電ランプ
　１１　　発光部
　１２　　封止部
　１３　　金属箔
　１４　　外部リード
　２０ａ，２０ｂ　電極
　２１　　突起
　２０１　球部
　２０２　軸部
　３０　　給電装置
　５１　　ドライバ
　５２　　電力制御部
　６０　　高周波発生部
　６１　　第１のサイクル数カウンタ
　６２　　第１のカウント値制御部
　７０　　低周波発生部
　７２　　第２のカウント値制御部
　７１　　第２のサイクル数カウンタ
　８０　　セレクタ
　Ｕ１　　降圧チョッパ回路
　Ｕ２　　フルブリッジ回路（フルブリッジ型インバータ回路）
　Ｕ３　　スタータ回路
　Ｕ４　　制御部
　Ｌｈ，Ｌｘ　　コイル
　Ｃｘ，Ｃｐ，Ｃｈ　　コンデンサ
　Ｑｘ　　スイッチング素子
　Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４　　スイッチング素子
　Ｖｘ　　電圧検出用の抵抗
　Ｒｘ　　電流検出用の抵抗
　Ｇｘ，Ｇ１～Ｇ４　ゲート信号

Claims (3)

  1. 　石英ガラスからなる放電容器内に一対の電極が対向配置されるとともに水銀が封入されてなる高圧放電ランプと、
    　この放電ランプに対して交流電流を供給する給電装置とを備えて構成される高圧放電ランプ点灯装置において、
    　前記給電装置は、前記高圧放電ランプに対して、定常点灯時の周波数からなる基本周波数の交流電流とこの基本周波数よりも低い低周波数の交流電流を交互に供給するものであるとともに、
    　前記基本周波数の交流電流は、６０～１０００Ｈｚの範囲から選択された周波数の交流電流であり、
    　前記低周波数の交流電流は、前記基本周波数の交流電流の周波数よりも低い５～２００Ｈｚの範囲から選択された半サイクルの交流電流であり、前記低周波数の交流電流が発生してから次の前記低周波数の交流電流が発生するまでの間隔が１２０秒以下となるよう形成され、
    　前記給電装置は、上記低周波の交流電流において、一方の極性の半サイクルの波形が上記基本周波数の交流電流波形を挟んで続けて２回以上出現するように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. 　前記給電装置は、前記低周波数の交流が供給される電極の極性を切り替える場合に、前記低周波数の値が基本周波数の値に緩やかに近付くように制御する
    ことを特徴とする請求項１記載の高圧放電ランプ点灯装置。
  3. 　石英ガラスからなる放電容器内に一対の電極が対向配置されるとともに水銀が封入されてなる高圧放電ランプと、
    この放電ランプに対して交流電流を供給する給電装置とを備えて構成される高圧放電ランプ点灯装置において、
    　前記給電装置は、前記高圧放電ランプに対して、定常点灯時の周波数からなる基本周波数の交流電流とこの基本周波数よりも低い低周波数の交流電流を交互に供給するものであるとともに、
    　前記基本周波数の交流電流は、６０～１０００Ｈｚの範囲から選択された周波数の交流電流であり、
    　前記低周波数の交流電流は、前記基本周波数の交流電流の周波数よりも低い５～２００Ｈｚの範囲から選択された周波数の交流電流であり、かつ、半サイクル以上の長さであって、前記低周波数の交流電流が発生してから次の前記低周波数の交流電流が発生するまでの間隔が１２０秒以下であり、
    　前記給電装置は、前記高圧放電ランプに、前記基本周波数を供給する期間が所定時間ごとに漸次増減するよう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。
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