(57)【要約】【課題】  放電ランプはホットスタートかコールドスタートであるかを判別して、各々に適した始動を行う。【解決手段】  ショートアーク型放電ランプ１０と、点灯始動時に直流電流を供給するとともに、その後に交流電流を供給する給電装置２０からなるショートアーク型放電ランプ点灯装置において、給電装置２０が放電ランプ１０に対して供給する直流電流は、初めが定格電流よりも小さい電流（Ｉ１）であり、その後、定格電流よりも大きい電流（Ｉ２）であって、給電装置２０は、放電ランプ１０の点灯状態がホットスタートかコールドスタートであるかを検知するとともに、その検知結果に基づいて、電流（Ｉ２）の電流値及び／または供給時間を、各点灯状態に応じて調整することを特徴とする。【選択図】      図１
2006147363.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英ガラスからなる発光管に一対の電極が２ｍｍ以下の間隔で対向配置し、この発光管に０．１５ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀と、希ガスと、１×１０−６〜１×１０−２μｍｏｌ／ｍｍ３の範囲でハロゲンを封入したショートアーク型放電ランプと、この放電ランプに点灯始動時に直流電流を供給するとともに、その後に交流電流を供給する給電装置からなるショートアーク型放電ランプ点灯装置において、
前記放電ランプは、一対の電極のうち少なくとも一方の電極が、軸部に巻き付けたコイルの先端を溶融することで形成された溶融太径部と、この溶融太径部の後方に形成されたコイル部より構成され、
前記給電装置が、前記放電ランプに対して供給する直流電流は、初めが定格電流よりも小さい電流（Ｉ１）であり、その後、定格電流よりも大きい電流（Ｉ２）であって、
当該給電装置は、前記放電ランプの点灯状態がホットスタートかコールドスタートであるかを検知するとともに、その検知結果に基づいて、前記電流（Ｉ２）の電流値及び／または供給時間を、各点灯状態に応じて調整することを特徴とするショートアーク型放電ランプ点灯装置。
【請求項２】
前記給電装置による放電ランプの点灯状態に関する検知は、放電ランプに電流（Ｉ２）を供給している期間に行うことを特徴とする請求項１のショートアーク型放電ランプ点灯装置。
【請求項３】
前記放電ランプがコールドスタートの場合における前記電流（Ｉ１）は定格電流の０．３〜０．６倍であり、前記電流（Ｉ２）は定格電流の１．０〜２．０倍であることを特徴とする請求項１のショートアーク型放電ランプ点灯装置。
【請求項４】
前記電極の先端には突起部が形成されていることを特徴とする請求項１のショートアーク型放電ランプ点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はショートアーク型放電ランプ点灯装置に関する。特に、液晶ディスプレイ装置やＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）を使ったＤＬＰ（デジタルライトプロセッサ）などのリアプロジェクター装置に使われるショートアーク型放電ランプ点灯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
投射型プロジェクター装置は、矩形状スクリーンに対して、均一にしかも十分な演色性をもって画像を照明させることが要求される。このため、光源は高い水銀蒸気圧、例えば１５０気圧、を持つ放電ランプが使われる。水銀蒸気圧を高くすることで、アークの広がりを抑える(絞り込む）とともに、より一層の光出力を向上するためである。
この放電ランプは、例えば、特開平２−１４８５６１号、特開平６−５２８３０号、特許第２９８０８８２号に開示される。
【０００３】
上記放電ランプは、例えば、石英ガラスからなる発光管に、一対の電極が２ｍｍ以下の間隔で対向配置し、発光管に０．１５ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀と、希ガスと、１×１０−６〜1×１０−２μmol／ｍｍ３の範囲のハロゲンを封入している。ハロゲンを封入する主目的は発光管の失透防止であるが、いわゆるハロゲンサイクルも生じている。
【０００４】
ところで、ショートアーク型放電ランプ（以下、単に「放電ランプ」ともいう）は、点灯時間の経過とともに、電極を構成するタングステンが放電容器内面へ輸送され付着する（いわゆる管壁黒化）。この管壁黒化は、光出力の低下を招き、また、激しい場合には、放電容器の破損といったランプ寿命の原因にもなりえる。
【０００５】
一方、投射型プロジェクター装置は、これまで主にビジネス等でデータープロジェクターとして使われており、プロジェクター装置の使用終了から次の使用開始まで時間間隔は１分以上あった。つまり、放電ランプを消灯させてから次の点灯までの時間が、少なくとも１分以上あり、この時間間隔であれば、放電ランプの電極温度を十分に冷却することができるため、再点灯（次の点灯）をしたとしても、電極にダメージを与えることが少ない。
【０００６】
ところが、最近、プロジェクター技術の向上に伴い、データープロジェクターではなく、テレビジョンのごとく使う、いわゆるリアプロジェクションテレビが出現し、プラズマテレビや直視型大型液晶テレビと共に一般家庭での使用が期待されている。
このリアプロジェクションテレビは、プロジェクター装置の使用終了から次の使用までの時間間隔が、データプロジェクターよりも短くなり、具体的には、３０秒以内という極めて短い時間が要求される。
【特許文献１】特開平０２−１４８５６１号
【特許文献２】特開平０６−０５２８３０号
【特許文献３】特許第２９８０８８２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明が解決しようとする課題は、管壁黒化を抑制し、寿命の長いショートアーク型放電ランプ点灯装置を提供することである。特に、再点灯のための時間間隔が短いリアプロジェクションテレビにも好適に使用できるショートアーク型放電ランプ点灯装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、請求項１に係るショートアーク型放電ランプ点灯装置は、石英ガラスからなる発光管に一対の電極２ｍｍ以下の間隔で対向配置し、この発光管に０．１５ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀と、希ガスと、１×１０−６〜１×１０−２μｍｏｌ／ｍｍ３の範囲でハロゲンを封入したショートアーク型放電ランプと、この放電ランプに点灯始動時に直流電流を供給するとともに、その後に交流電流を供給する給電装置からなる。
放電ランプの一対の電極のうち少なくとも一方の電極が、軸部に巻き付けたコイルの先端を溶融することで形成された溶融太径部と、この溶融太径部の後方に形成されたコイル部より構成される。
また、給電装置が放電ランプに対して供給する直流電流は、初めが定格電流よりも小さい電流（Ｉ１）であり、その後、定格電流よりも大きい電流（Ｉ２）である。そして、給電装置は、放電ランプの点灯状態がホットスタートかコールドスタートであるかを検知して、その検知結果に基づいて、電流（Ｉ２）の電流値及び／または供給時間を、各点灯状態に応じて調整することを特徴とする。
【０００９】
また、前記給電装置により放電ランプの点灯状態に関する検知、すなわち、放電ランプがホットスタートであるかコールドスタートであるかの検知は、給電装置が電流（Ｉ２）を供給している期間に行うことを特徴とする。
また、前記放電ランプがコールドスタートの場合における前記電流（Ｉ１）は、定格電流の０．３〜０．６倍であり、前記電流（Ｉ２）は定格電流の１．０〜２．０倍であることを特徴とする。
また、前記電極の先端には突起部が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、溶融太径部とコイル部の電極構造を持つ交流点灯型ショートアーク放電ランプにおいて、点灯初期に定格電流よりも小さい直流電流（Ｉ１）を流し、その後、定格電流よりも大きい直流電流（Ｉ２）を流すことで、放電容器の黒化を抑制できる。
また、点灯初期に放電ランプがホットスタートかコールドスタートであるかを検知して、その検知結果に基づいて、直流電流（Ｉ２）の電流値及び／または供給時間を調整することで、再点灯の時間間隔が短いリアプロジェクションにも適した放電ランプを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は本発明に係るショートアーク型放電ランプ点灯装置の概略構成を示す。
点灯装置１００は、放電ランプ１０と給電装置２０からなり、給電装置２０はスイッチング部１０１、フルブリッジ部１０２、制御部１０３から構成される。
放電ランプ１０は、直列にイグナイタ用のトランスＴＲ１が接続され、また、放電ランプ１０とトランスＴＲ１の直列回路にコンデンサＣ３が並列接続される。
給電装置２０は、放電ランプ１０に対して、始動時は直流電流を、定常時は交流電流をそれぞれ供給する。
【００１２】
スイッチング部１０１は、直流電源Ｅから端子Ｔ１，Ｔ２を介して接続され、コンデンサＣ１、スイッチ素子Ｓ１、ダイオードＤ１、インダクタンスＬ１、平滑コンデンサＣ２から構成される。スイッチ素子Ｓ１は、制御部１０３によってオンオフ制御されて、放電ランプ１０に供給する電流や電力（放電電力）を調整する。
【００１３】
フルブリッジ部１０２は、ブリッジ状に接続されたトランジスタやＦＥＴからなるスイッチ素子Ｓ２〜Ｓ５と、図には示されないがスイッチ素子Ｓ２〜Ｓ５に逆並列に接続されたダイオードから構成される。ちなみにＳ２〜Ｓ５がＦＥＴの場合にはＦＥＴの寄生ダイオードにより構成されることがある。
スイッチ素子Ｓ２〜Ｓ５は、制御部１０３に設けられたフルブリッジ駆動回路２１により各々駆動され、放電ランプ１０に対して交流矩形波電流を供給する。
具体的には、スイッチ素子Ｓ２とＳ５、スイッチ素子Ｓ３とＳ４がそれぞれペアとなって交互にオンするもので、スイッチ素子Ｓ２とＳ５がオンのときはスイッチング部１０１→スイッチ素子Ｓ２→放電ランプ１０→トランスＴＲ１→スイッチ素子Ｓ５→スイッチング部１０１に電流が流れる。また、スイッチ素子Ｓ３とＳ４がオンのときはスイッチング部１０１→スイッチ素子Ｓ４→トランスＴＲ１→放電ランプ１０→スイッチ素子Ｓ３→スイッチング部１０１の経路で放電ランプ３に電流が流れる。
また、電流検出用抵抗Ｒ１が、スイッチング部１０１とフルブリッジ部１０２の間に設けられる。放電ランプ１０に流れる電流を検出するためである。なお、抵抗Ｒ１はスイッチング部１０１、あるいはフルブリッジ部１０２の中に含めて考えてもよい。
【００１４】
制御部１０３は、フルブリッジ駆動回路２１、乗算器２２、電力設定器２３、比較器２４ａ、比較器２４ｂ、信号選択器２５、ＰＷＭ部２６、電流設定器２７、タイマ２８、状態検知器２９から構成される。
【００１５】
放電ランプは、定常点灯時は点灯電力を一定に維持する、いわゆる定電力制御が行われるが、点灯始動時は点灯電流を一定に維持する、いわゆる定電流制御が行われる。
定電力制御は、電流検出用抵抗Ｒ１による電流信号と平滑コンデンサＣ２による電圧信号を乗算器２２に入力して電力信号を計算する。電力信号は比較器２４ａの一方の入力端子に入力される。比較器２４ａの他方の入力端子には電力設定器２３からの電力基準信号が入力され、比較器２４ａは２つの入力信号を比較することで電力を基準値に維持すべく指令信号をＰＷＭ部２６へ出力する。ＰＷＭ部２６は比較器２４ａからの入力信号が零になるようにスイッチング素子Ｓ１をデューティ制御する。
【００１６】
定電流制御は、電流検出用抵抗Ｒ１による電流信号と、電流設定器２７の電流基準信号を比較器２４ｂに入力して行われる。比較器２４ｂは２つの入力信号を比較することで電流信号を基準信号に一致させるようＰＷＭ部２６へ指令信号を出力する。ＰＷＭ部２６は、定電力制御と同様に、比較器２４ｂからの入力信号が零になるようにスイッチング素子Ｓ１をデューティ制御する。
ここで、信号選択器２５は、比較器２４ａと比較器２４ｂのうち、いずれの比較器を働かせるか選択する。具体的には、信号選択器２５は、点灯始動時は比較器２４ｂを選択するとともに、定常点灯時は比較器２４ａを選択することで、定電流制御と定電力制御の使い分けする。この使い分けは、例えばタイマを使って自動的に切り替える方法が考えられる。
【００１７】
なお、定電流制御から定電力制御への切替は、上記信号選択器２５による切替に限定されるものではない。例えば、電流の上限値を設定した定電力制御をすることもできる。この場合は始動時から定電力制御ではあるが、電流の上限値が設定されているので、点灯初期であってランプ電圧が低いときは上限値に維持された制御、すなわち実質的な定電流制御が行われ、ランプ電圧が上昇するにつれて定電力制御が行われることになる。
【００１８】
図２は本発明に係る放電ランプの全体構成を示す。
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を有し、この発光部１１には、一対の電極１が互いに対向して配置する。発光部１１の両端部は封止部１２が伸びるように形成され、これらの封止部１２の内部は、モリブデンよりなる導電用金属箔１３が、例えばシュリンクシールにより気密に埋設される。一対の電極１は軸部が、この金属箔１３に溶接されて電気的に接続され、また、金属箔１３の他端には外部リード１４が接続される。
【００１９】
発光部１１には、水銀と、希ガスと、ハロゲンガスが封入される。
水銀は、必要な可視光波長、例えば、波長３６０〜７８０ｎｍという放射光を得るためのもので、０．１５ｍｇ／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１５０気圧以上で極めて高い蒸気圧となる。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２００気圧以上、３００気圧以上という高い水銀蒸気圧の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ー装置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、点灯始動性を改善するためである。
ハロゲンは、沃素、臭素、塩素などが水銀その他の金属との化合物の形態で封入され、ハロゲンの封入量は、１０−６〜１０−２μｍｏｌ／ｍｍ３の範囲から選択される。その機能はハロゲンサイクルを利用した長寿命化もあるが、本発明の放電ランプのように極めて小型で高い内圧を有するものは、ハロゲンを封入することが放電容器の失透防止を主目的としている。
【００２０】
この種の放電ランプは、小型化するプロジェクター装置に内蔵されるものであり、装置の全体寸法が小型化される一方で高い光量が要求される。このため、発光部内の熱的影響は極めて厳しいものとなり、ランプの管壁負荷値は０．８〜２．０Ｗ／ｍｍ2、具体的には１．３Ｗ／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レゼンテーション用プロジェクター装置やテレビジョン用プロジェクター装置に搭載された場合に、演色性の優れた放射光を提供できる。
【００２１】
図３は電極１の拡大図を示す。
電極１は、突起部２、溶融太径部３、コイル部４と軸部５から構成される。
突起部２は溶融大径部３の先端に形成される。この突起部２は、放電ランプの点灯にともない自然に発生成長する場合と、軸部５の先端を利用することで予め形成する場合がある。前者の場合は、封入されたハロゲン量や電極の温度により形成されるもので、電極間距離を自己制御的に調整する機能を有する。
溶融太径部３は、例えば糸状のタングステンを軸部にコイル状に巻き付けた状態から溶融することで形成される。コイルが溶融することで塊状になり熱容量を大きくできる。特に、本発明の放電ランプは、発光部１１の内部の熱的条件がきわめて厳しいことから溶融太径部３の存在は重要となる。
コイル部４は、上記タングステンをコイル状に巻き付けた状態から、前方部分が溶融して太径部３となり、残った後端部がコイルの形態となる。コイル部４は、点灯始動時は表面の凹凸効果により始動の種（始動開始位置）として機能するとともに、点灯後は表面の凹凸効果と熱容量によって放熱機能を担っている。
【００２２】
図４は電極の根元付近の拡大構造を示す。（ａ）（ｂ）は同一の構造を示しているが、（ａ）が構成部材を説明する趣旨で符号を付しているのに対し、（ｂ）は発光部内の物理現象を説明する趣旨で元素記号を付している。
ここで、放電ランプは前記したように高い温度条件で点灯されることから、電極には熱容量を持たせた放熱対策が必要となり、電極はある程度の大きさ（体積）が必要とならざるを得ない。つまり、放電ランプの小型化に対して、電極の体積が大型化するという状況を生じることになる。
従って、図に示すように、電極１のコイル部４と放電容器（発光部１１）の壁（内表面）との距離Ｌは極めて短くなってしまう。数値例をあげると、２．０ｍｍ以下であり、具体的には１．５ｍｍ以下や１．０ｍｍ以下というランプも存在している。なお、ここで定義される距離は、コイル部と放電容器の壁の最短距離をいう。
このように電極と放電容器内面の距離が短くなることが、始動初期において、コイル後端部を起点として放電アークが形成されるとき、当該放電アークが放電容器内面に接触することを招いている。
このような数値は、理屈上、放電ランプの設計仕様により異なるものであり、絶対値として定義することは本来的には好ましくないが、プロジェクター装置の大きさや光源に求められる性能が業界としてある程度定められているため、この点を考慮すると概ね上記数値になっているといえる。
【００２３】
ここで、図４に示す物理現象は以下であると考えられる。
すなわち、コイル４の後端部からアークｅが生じると、図示のように放電容器の内面に接触、あるいは衝突することになり、これが原因となって、放電容器内面が局部的に凹むとともに、放電容器の構成材料である石英ガラス（ＳｉＯ２）が蒸発する。蒸発したＳｉＯ２は、放電プラズマによりＳｉとＯに分離して、電極先端からタングステンの酸化物ＷＯの蒸発を招く。このタングステンの酸化物が、対流によって比較的低温部である放電容器内面付近に移動すると、一部はＷＯ２Ｂｒ２などのハロゲン化合物として気体中にとどまるが、一部はタングステンやＷＯ２などのタングステン酸化物として放電容器内面に析出して、管壁黒化となるものと考えられる。
【００２４】
この現象は、コイルと放電容器内面が極めて近い構造において顕著に生ずるものであるが、始動初期において放電ランプに供給される直流電流を小さくすれば、コイル後端部から生じる放電アークが放電容器内面に接触したとしてもその影響は小さく、また、放電アークの起点を先端に導くことができる。
本発明は、このような知見に基づき点灯始動時の直流電流を定格電流より小さくするという構成により、放電容器の管壁黒化という問題を防止できることを見出したわけである。
【００２５】
ここで、本発明の放電ランプは交流点灯型放電ランプであるが、点灯始動時は直流点灯をしている。点灯始動時に放電を安定させるためである。具体的には、点灯始動初期のグロー放電状態や電極温度が充分上昇していないアーク放電の初期段階では、放電ランプに流れる電流の極性が反転すると、いわゆる再点弧電圧が発生して、結果として、放電ランプは立ち消え、あるいは消えないまでも非常に不安定なチラツキとなってしまうからである。
【００２６】
図５は給電装置２０から放電ランプ１０に供給する電流波形を示している。縦軸は電流値を表し、横軸は時間を表している。
時間ｔ１で放電ランプが絶縁破壊して点灯が開始すると直流電流Ｉ１が流れる。この直流電流Ｉ１が流れる期間をＴ１と表している。
時間ｔ２で電流値がＩ１からＩ２に増加する。この直流電流Ｉ２が流れる期間をＴ２と表している。
時間ｔ３で直流電流から交流電流に変化する。その後は交流電流が供給され、交流電流が供給される期間をＴ３と表している。なお、交流電流の電流値は、定電力制御によって時間の経過とともに変化する。放電ランプが安定した状態が定常点灯状態であり、この状態は期間Ｔ４で表している。定格電流とは期間Ｔ４における電流値をいう。
なお、図５は放電ランプがコールドスタートの場合の電流波形を示している。
【００２７】
ここで、もう一度整理すると、本発明の点灯装置は、定常点灯時は交流点灯するとともに点灯始動時に直流点灯するものであって、さらに、直流点灯は電流値の小さい状態（電流値Ｉ１）から電流値が大きい状態（電流値Ｉ２）に変化することを特徴としている。
点灯初期に電流値の小さい直流電流（Ｉ１）を供給する理由は、コイル後端部から生じる放電アークが放電容器内面に接触しても、その影響を小さくすることができ、また、放電アークの起点位置をコイル後端部に維持させることなく先端にスムーズに移行させるためである。
その後、直流電流を大きくする理由は、交流点灯状態に切り替わると、他方の電極が電子放射用電極（陰極）となるため、十分に温まっていない状態で当該電極が電子放射できにくいからである。すなわち、直流点灯状態のときに電流量を増加させて両方の電極を早く昇温させるためである。
したがって、直流点灯しているときは、アーク起点がコイル後端部にあって放電アークが放電容器内面に接する可能性のある状態では、その容器内面への接触の影響を十分に小さくするために電流値を小さくしており、アーク起点が電極先端に移行した後は、交流点灯動作への移項を考慮して電極温度を速やかに昇温させるために電流値を増加させる。
【００２８】
数値例をあげると、電流値Ｉ１は定格電流値の０．３〜０．６倍である。この数値より小さいと点灯を十分に維持することができず、また、この数値より大きいと容器内面へ接触の影響を受けてしまうからである。さらに、より好ましくは定格電流値の０．４〜０．５倍であり、供給期間Ｔ１は１〜１５秒となる。
電流値Ｉ２は定格電流値の１．０〜２．０倍である。この数値より小さいと電極を十分に暖めることができず、また、この数値より大きいと電極が熱くなりすぎて変形する可能性があるからである。さらに、より好ましくは定格電流値の1．０〜１．５倍であり、供給期間Ｔ２は２〜１０秒となる。なお、定格電流値の１．０倍とは、電流Ｉ２が定格電流と等しい場合を意味するが、好ましくは１．０倍よりも大きい、すなわち定格電流よりも大きいことが好ましい。
ここで、定格電流とは、該放電ランプの定常点灯時における設計の中心値であって実効値を言い、例えば２００Wランプでは、２．８Aとなる。
なお、電流値Ｉ１からＩ２への変化は、図に示すようにステップ的に変化する場合に限られず、多数段階的に変化するものでもよく、また、漸次変化してもよい。また、交流点灯は、例えば、５０〜４００Ｈｚで点灯される。
【００２９】
図１に戻り、放電ランプの点灯始動（直流点灯）から定常点灯（交流点灯）に移行するまでの給電装置の動作を説明する。
放電ランプ１０は、トランスＴＲが高電圧パルスを発生することで絶縁破壊を起こす。これに伴い放電電流が流れ始めるとともに、タイマ２８が作動して計数を開始する。
タイマ２８の出力は、フルブリッジ駆動回路２１および信号選択器２５に送信され、タイマ２８が所定時間（例えば１０秒）をカウントするまで、フルブリッジ駆動回路２１はフルブリッジ部１０２の極性をどちらか一方に固定する。また、信号選択器２９は比較器２４ｂの出力を選択する。つまり、放電開始からの所定時間（例えば１０秒間）は、放電ランプ１０には直流電流が供給され定電流制御が行われる。
また、タイマ２８の出力は電流設定器２７にも出力される。電流設定器２７はタイマ２８の出力に応じて、図５の時刻ｔ1〜ｔ３においてステップ状に変化する基準電流信号を出力する。
そして、所定時間（１０秒）に達すると、フルブリッジ駆動回路２１はフルブリッジ部１０２の交流動作を開始させる。
なお、信号選択器２５による切替は、放電ランプの点灯が安定したころに行う。このタイミングはタイマ２８に上記所定時間とは別に記憶することができ、点灯開始から例えば３０秒の時間が設定される。信号選択器２５の切替により定電流制御から定電力制御に変化する。
【００３０】
状態検知器２９は、点灯始動時における放電ランプの状態を検知する回路であり、具体的には放電ランプ１０がホットスタートかコールドスタートかを判断する。ホートスタートとは直近の消灯から点灯始動まで時間があまり経過していない状態であって、放電ランプは水銀が蒸気化したまま極めて暖かい状態をいう。一方、コールドスタートは直近の消灯から十分に時間が経過しており放電ランプは水銀が液体など非蒸気化の状態にあり放電ランプ自身も十分に冷えた状態にあることをいう。コールドスタートはホットスタートとの対比で便宜的に定義された表現であるが、いわゆる放電ランプの通常の状態ともいえる。数値例をあげると、ホットスタートは直近の消灯からおよそ４５秒以内をいい、コールドスタートは直近の消灯からおよそ４５秒以上経過した状態をいう。
状態検知器９は、放電ランプの電圧を検出することで、放電ランプの状態がホットスタートであるかコールドスタートであるかを判断する。状態検知器２９の出力はタイマ２８を経由して電流検出器２７に送信される。電流検出器２７は放電ランプの状態によって直流電流を供給する時間あるいは電流値を調整する。
なお、状態検知器２９による電圧検知は、放電ランプが絶縁破壊した後、ランプに流れる電流がＩ２まで下がった後、すなわち期間Ｔ２において行う。絶縁破壊時およびその直後は、平滑コンデンサＣ２などの電荷放出により過大な電流が一瞬過渡的に流れるため、ホットスタートとコールドスタートを判別できるだけの正確な検知が困難だからである。
なお、図では、状態検知器２９は放電ランプの電圧を検知しているが、放電ランプがホットスタートかコールドスタートであるかを判断する方法は、電圧検知に限定されるものではなく、例えば、直近の消灯からの経過時間を計数して判断する方法や、点灯始動における放電ランプの発光部の温度を検知する方法などが考えられる。
【００３１】
図６は、放電始動時に放電ランプがホットスタートの場合における電流波形を示しており、コールドスタートの電流波形を示す図５と対比できる。
図６に示す電流波形は、図５に示す電流波形と比較して、電流Ｉ２が流れる期間Ｔ２が短い点が相違しており、その他の波形は基本的に同じである。
すなわち、状態検知器９が放電ランプのホットスタートを検知するとタイマ２８の時間設定が短くなり、フルブリッジ駆動回路２１の作動開始時期を早めている。
【００３２】
ホットスタートの場合に期間Ｔ２を短くする理由は、点灯始動時において放電ランプはすでに暖かいため、コールドスタートと同じように設定すると、過入力、特に電極に過入力となって、ランプにダメージを与えるからである。
なお、放電ランプをホットスタートかコールドスタートかの２値により期間Ｔ２の制御を行うのではなく、ホットスタートの状態をより細かく分類して、その程度に応じて、期間Ｔ２を細かく調整する方法であってもかまわない。
【００３３】
また、ホットスタートの場合とコールドスタートの場合で、期間Ｔ２の時間的長さを調整する以外に、期間Ｔ２に供給する電流量を調整してもかまわない。
具体的には、コールドスタートの場合の期間Ｔ２の電流値Ｉ２が、ホットスタートの場合では電流値Ｉ２よりも低い電流量にすることとなる。
さらに、ホットスタートの場合とコールドスタートの場合で、期間Ｔ２の時間的長さと電流値Ｉ２の電流量の両方を調整してもかまわない。
【００３４】
ここで、コールドスタートの場合、電流値Ｉ２は定格電流の１．０〜２．０倍、期間Ｔ２は２〜１０秒であると説明した。ホットスタートは、期間Ｔ２の時間的長さを制御する場合であっても、電流値Ｉ２の電流量を制御する場合であっても、コールドスタートの設定より小さくなる。特に、期間Ｔ２はゼロという場合もありえる。
【００３５】
ここで、ホットスタートの制御として、期間Ｔ１の時間的長さや電流値Ｉ１の電流量は調整していない。期間Ｔ１の電流値Ｉ１は、前記したように点灯初期に放電アークが放電容器内面に接触することによる管壁黒化を抑制するという理由で設定されており、ホットスタートといえども設定値を変えることは望ましくないからである。
【００３６】
ホットスタートとコールドスタートの判別に基づく制御を数値例と使って説明する。放電ランプは定格電力１３５Ｗ、定格電流（定常点灯時）１．９Ａである。直流電流Ｉ１は１Ａ、直流電流Ｉ２は２．６Ａに設定される。
放電ランプが絶縁破壊した後、直流電流が２．６Ａになった時から０．５秒経過時点のランプ電圧を検出する。
状態検知器２９に設定された判定基準電圧は、例えば１８Ｖであり、検知電圧が１８Ｖ以上の場合はホットスタート、１８Ｖ未満の倍はコールドスタートと判断する。
【００３７】
状態検知器２９が放電ランプをホットスタートと判定した場合、タイマ２８に信号を送り、電流値Ｉ２（２．６Ａ）を流す期間Ｔ２を１秒間と設定し、１秒間経過するとフルブリッジ駆動回路２１によりフルブリッジ部１０２の極性切換が開始する。これにより交流点灯が開始するとともに、さらに所定時間（例えば２０秒ほど）経過すると、信号選択器２５により定電力制御に切替る。
【００３８】
一方、状態検知器２９がコールドスタートと判定した場合には、タイマ２８に信号を送り、電流値Ｉ２（２．６Ａ）を流す期間Ｔ２を５秒と設定し、５秒間経過するとフルブリッジ駆動回路２１によりフルブリッジ部１０２の極性切換を開始する。これにより交流点灯が開始するとともに、さらに所定時間（例えば２０秒ほど）経過すると、信号選択期２５により定電力制御に切替る。
【００３９】
ここで、放電ランプについて数値例をあげると以下のようになる。
発光部外径は、Φ８〜Φ１２ｍｍの範囲であって、例えば、９．４ｍｍ、発光部内容積は、５０〜１２０ｍｍ３の範囲であって、例えば、８５ｍｍ３、電極間距離は０．７〜２ｍｍの範囲であって、例えば、１．０ｍｍである。また、放電ランプは定格１３５Ｗ、矩形波１５０Ｈｚで点灯する。
【００４０】
また、電極について数値例をあげると、溶融太径部３の外径はφ１．０〜２．０ｍｍであって、例えば１．４ｍｍであり、軸方向の長さは０．７〜２．０ｍｍであって、例えば１．０ｍｍである。コイル部４の外径はφ１．０〜２．０ｍｍであって、例えば1．３ｍｍであり、長さは１．０〜２．０ｍｍの範囲であって、例えば１．５ｍｍである。軸部５の外径はΦ０．２〜０．６ｍｍの範囲であって、例えば０．４ｍｍであり、軸部５の長さは５．０〜１０．０ｍｍの範囲であって、例えば７．０ｍｍである。
また、コイルの線径はΦ０．１〜０．３の範囲であって、例えば、０．２５ｍｍである。突起部２の外径はΦ０．１５〜０．６ｍｍであって、例えばΦ０．３ｍｍ、軸方向の長さは０．１〜０．４ｍｍであって、例えば０．２５ｍｍである。
【００４１】
溶融大径部は、溶接機などを用いたアーク放電やレーザ光照射などにより、コイルを溶融させて形成できる。レーザ光はビーム径がΦ０．２〜０．７ｍｍであって、例えばΦ０．６ｍｍ、また、照射時間は０．２〜１．０秒であって、例えば０．３５秒である。レーザ照射は電極が酸化しないためにアルゴンガスなどの雰囲気で行うことが好ましい。
また、溶融大径部を作るためのレーザ光照射は、連続的に照射することもできるが、パルス的に照射させることもできる。この場合のパルス照射とは短時間（ｍ秒レベル）の照射と休止を繰り返す照射であって、通常は連続的な照射よりも効果的である。
【００４２】
なお、レーザ光の照射に変えて、電子ビームを照射することもできる。電子ビームもレーザ光同様にビーム径を小さくできるため、本発明のような小さいコイルをコントロールして溶融することに適しているからである。
【００４３】
次に、状態検知器が放電ランプの状態を判断すべき時期について実験をした。この実験は、状態検知器が始動時の期間Ｔ１ではなく期間Ｔ２において、ホットスタートかコールドスタートかを判断すべき、という結論を導く実験である。
実験について、ランプ仕様は発光部の最大外径９．４ｍｍ、電極間距離１．０ｍｍ、発光管内容積８５ｍｍ３、定格電力１３５Ｗ、定格電圧７０Ｖ、定格電流１．９Ａであり、給電装置は定格電力１３５Ｗ、定格電圧７０Ｖ、定格電流１．９Ａを使った。
【００４４】
まず、本実験に先立ち、上記仕様の放電ランプについて、消灯後経過時間と発光部下部温度との関係を測定した。
その結果、消灯後経過時間が３０秒のとき発光部下部温度は５００℃、消灯後経過時間が４５秒のとき発光部下部温度は４００℃、消灯後経過時間が７０秒のとき発光部下部温度は３００℃、消灯後経過時間が１１５秒のとき下部温度は２００℃、消灯後経過時間が２２０秒のとき下部温度は１００℃であることを確認した。
【００４５】
次に、本実験として、上記給電装置から上記放電ランプに対して、期間Ｔ１として５秒間直流電流Ｉ１を１Ａ流し、期間Ｔ２として５秒間直流電流Ｉ２を２．６Ａ流し、その後、１５０Ｈｚ交流矩形波で点灯させた。この点灯実験は上記仕様の放電ランプ５本（ランプ１、ランプ２、ランプ３、ランプ４、ランプ５）について行った。
【００４６】
図７は、期間Ｔ１において、状態検知器が放電ランプの点灯電圧を測定した結果を示す。縦軸は検出したランプ電圧（Ｖ）を示し、横軸は再始動直前の発光部の下部温度（℃）を示す。
実験は、５本のランプを用いて行った。ランプを点灯させ飽和温度まで上昇させた後、消灯させる。各ランプの発光部下部温度が、５０℃、１００℃、２００℃、３００℃、４００℃、５００℃に到達する消灯後経過時間でそれぞれ再始動させて、期間Ｔ１の最初の０．５秒到達時点のランプ電圧を測定した。具体的には、ランプ１について、点灯後に消灯させて、発光部下部温度が５０℃の時に再始動させてランプ電圧を測定する。次に、同じランプ１を点灯させて、同じように消灯後発光管温度が１００℃の時に再始動させてランプ電圧を測定する。これを、ランプ１について、２００℃、３００℃、４００℃、５００℃の場合を測定する。その後、ランプ２、ランプ３、ランプ４、ランプ５についても同様に測定する。
【００４７】
なお、発光管の下部温度は、上記事前実験より、直近の消灯から再点灯までの消灯後経過時間と置き換えることができる。つまり、発光部下部温度１００℃は消灯後経過時間２２０秒、発光部下部温度２００℃は消灯後経過時間１１５秒、発光部下部温度３００℃は消灯後経過時間７０秒、発光部下部温度４００℃は消灯後経過時間４５秒、発光部下部温度５００℃は消灯後経過時間３０秒と読み替えることができ、消灯後経過時間のもとにランプ電圧を測定できる。
【００４８】
図７に示す実験結果から、消灯後経過時間が短く、発光管の下部温度が高いほど、ランプ電圧が高いという相関関係は得られるものの、発光管の下部温度とランプの状態、すなわち、ホットスタートかコールドスタートかを判別するほどの有効な結果は得られなかった。
つまり、状態検知器２９は期間Ｔ１で放電ランプの状態を検知できないことを意味している。
なお、本実験に先立ち、消灯後経過時間と発光部下部温度との関係を実験により確かめた理由は、本実験において消灯後の発光管下部温度が実際上困難だからである。困難である理由は、発光管下部温度の測定のために熱電対などのセンサーを取り付け、イグナイタの高電圧を発生させると、センサーの回路に高電圧がリークしたりして、測定器を破損したり、始動性に影響がでることがあるからである。
【００４９】
図８は、期間Ｔ２において、状態検知器２９が放電ランプの点灯電圧を測定した結果を示す。縦軸は検出したランプ電圧（Ｖ）を示し、横軸は再始動直前の発光部の下部温度（℃）を示す。
実験は、図７の場合と同様に、５本のランプを用いて行った。ランプを点灯させ飽和温度まで上昇させた後、消灯させ当該ランプの発光部下部温度が、５０℃、１００℃、２００℃、３００℃、４００℃、５００℃に到達する消灯後経過時間で始動させ、期間Ｔ２の最初の０．５秒到達時点のランプ電圧を測定した。
なお、発光管の下部温度は、上記事前実験より、直近の消灯から再点灯までの消灯後経過時間と置き換えて記載している。
【００５０】
図８に示す実験結果から、消灯後経過時間が４５秒以内（発光管の下部温度が４００℃、５００℃）の場合と、経過時間が７０秒以上（発光管の下部温度が５０℃、１００℃、２００℃、３００℃）の場合では、ランプ電圧に明確に違いが生じた。すなわち、前者のランプ電圧は概ね２０〜２３Ｖであるのに対し、後者のランプ電圧は概ね１３〜１７Ｖである。つまり、前者はホットスタート、後者はコールドスタートとして、ランプ電圧から両状態の検知をすることができる。
つまり、状態検知器は期間Ｔ２において放電ランプの状態を検知できることを意味している。
【００５１】
上記実験結果より、放電ランプの状態がホットスタートであるかコールドスタートであるかの区別は、定格電流よりも高い直流電流を供給する期間Ｔ２において測定することが好ましいと理解できる。
さらに、上記実験は、特定の条件（ランプ仕様、給電装置仕様）において導かれるものであり、当該実験結果のみをもって普遍化することは望ましくないとも一見思える。しかし、プロジェクタ装置やその光源として使われる放電ランプは、大きさや要求される仕様が、概ね特定の範囲に限定されるべきものであり、［００３９］［００４０］で紹介したランプ仕様の範囲であれば同様の作用効果が奏されるといえる。
【００５２】
ここで、本発明の放電ランプ点灯装置は、いくつかの前提条件があり、この前提条件を満たしてこそ、発明の作用効果を発揮することができる。
第一に、定常点灯時は交流点灯、点灯始動時は直流点灯する放電ランプが前提となる。
この点灯方式による放電ランプだからこそ、直流点灯から交流点灯の切替えにおいて電極温度が低いことによる立ち消えの問題が生じるからである。
従って、定常点灯時に直流点灯する放電ランプであって、点灯始動時に電流値は変化させる制御方法が、公知技術として存在していたとしても、このような内容は技術課題という意味において、本発明とは全く異なるものである。
【００５３】
第二に、本発明の放電ランプは電極間距離が２ｍｍ以下であって、発光部に０．１５ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀と、希ガスと、１×１０−６〜１×１０−２μｍｏｌ／ｍｍ３の範囲でハロゲンを封入したショートアーク型放電ランプが前提となる。
この構成の放電ランプであるからこそ、放電容器内面から放出されたＳｉＯが放電プラズマでＳｉとＯに分離して、この放電空間内の酸素（Ｏ）と電極のタングステンが反応して酸化タングステンが生成されるため、電極から放電容器内面へのタングステンの輸送が過剰になるからである。ここで、酸素（Ｏ）が適量であるならばハロゲンサイクルとして機能して、放電容器内壁へのタングステン（Ｗ）の輸送を抑制する働きがあるが、本発明の放電ランプのように酸素量が多い場合には放電空間内に酸化タングステン（ＷＯｘ）が多くなり、過剰な酸化タングステンが放電容器内壁まで輸送されることになるからである。
【００５４】
第三に、電極の軸部にコイルを溶融させて作った電極構造（図２に示す構造）を有する放電ランプが前提となる。この放電ランプであるからこそ、点灯始動時にコイル部後端で放電起点が生じて、放電容器内面にアークが衝突、接触という問題が発生するからである。そして、この課題はコイル部と放電容器内面の最短距離（図３における距離Ｌ）が小さい場合に顕著に発生する。最短距離Ｌが小さいからこそ、コイル部後端部で生じた放電起点により放電容器内面にアークが衝突、接触するからである。具体的には、最短距離Ｌは２．０ｍｍ以下であって、１．５ｍｍ以下、１．０ｍｍ以下において顕著に発生する。
従って、この距離Ｌが大きい放電ランプにあっては、コイル部後端部を起点とした放電アークが放電容器内面に衝突、接触するという現象が起こりにくいことから、点灯始動時の直流電流が電流値の小さい状態（電流値Ｉ１）から大きい状態（電流値Ｉ２）に変化する制御をする本発明が対象とする技術課題が本来存在しないこととなる。
従って、この構成を具備していない放電ランプであって、使用用途が全く異なる放電ランプにおいては、電極にコイルを巻き付ける構造は従来から知られているかもしれない。しかし、そのような放電ランプは、もともとアークが放電容器内面に衝突、接触するという現象は生じないため、すなわち技術的課題が存在しないものであるから、このような先行技術は本発明と全く次元を異にするものといえる。
【００５５】
また、本発明の放電ランプは、電極の先端に突起部を有している。この突起部により、始動初期の直流点灯から交流点灯に移行するときに電極先端を速やかに昇温することができ、アーク放電を速く安定できる。また、発光部に０．１５ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀と、希ガスと、１×１０−６〜１×１０−２μｍｏｌ／ｍｍ３の範囲でハロゲンを封入したショートアーク型の放電ランプの場合は、当該突起が自己制御的に伸縮することで電極間距離を最適値に調整することが可能となる。
突起部は軸部を利用して予め形成されることで自己制御的に伸縮する方向を予め規制することができる。しかし、突起部を放電ランプの製作時においては形成することなく、いわゆるゼロの状態からランプ点灯に伴い形成することも可能である。
【００５６】
また、電極の先端に突起部を有すると、ホットスタートの場合に当該突起が消耗してしまう可能性がある。しかし、本発明では、このような事情も考慮して、期間Ｔ２における直流電流Ｉ２を制限するので、突起の消耗や変形を抑えることができる。
【００５７】
電極は純度９９．９９９９％以上のタングステンから構成することが望ましい。これは電極に含まれる不純物が放電空間に放出された場合、放電容器の失透，黒化の原因になるからである。
【００５８】
図９は放電ランプ１０とこの放電ランプ１０を取り囲む凹面反射鏡２０、さらにこの組み合わせ（以下、放電ランプ１０と凹面反射鏡２０の組み合わせを光源装置と称する）をプロジェクター装置３０に組み込んだ状態を示す。プロジェクター装置３０は、現実には、複雑な光学部品や電気部品などが密集するものであるが、図においては説明の便宜上簡略化して表現している。
放電ランプ１０は凹面反射鏡２０の頂部開口を通して保持される。放電ランプ１０の一方の端子Ｔ１と他方の端子Ｔ２に不図示の給電装置が接続される。凹面反射鏡２０は楕円反射鏡や放物面鏡が採用され、反射面には所定の波長の光を反射する蒸着膜が施される。
凹面反射鏡２０の焦点位置は、放電ランプ１０のアーク位置に設計されており、アーク起点の光を効率よく反射鏡によって取り出すことができる。
なお、凹面反射鏡２０には前面開口を塞ぐ光透過性ガラスを装着することもできる。
【００５９】
以上、説明したように本発明の放電ランプ点灯装置は、石英ガラスからなる発光管に一対の電極２ｍｍ以下の間隔で対向配置し、この発光管に０．１５ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀と、希ガスと、１×１０−６〜１×１０−２μｍｏｌ／ｍｍ３の範囲でハロゲンを封入したショートアーク型放電ランプと、この放電ランプに点灯始動時に直流電流を供給するとともに、その後に交流電流を供給する給電装置からなり、前記放電ランプは、一対の電極のうち少なくとも一方の電極は、軸部に巻き付けたコイルの先端を溶融することで形成された溶融太径部と、この溶融太径部の後方に形成されたコイル部より構成され、前記給電装置が前記放電ランプに対して供給する直流電流は、初めが定格電流よりも小さい電流（Ｉ１）であり、その後、定格電流よりも大きい電流（Ｉ２）であって、当該給電装置は、前記放電ランプの点灯状態がホットスタートかコールドスタートであるかを検知するとともに、その検知結果に基づいて、前記電流（Ｉ２）の電流値及び／または供給時間を、各点灯状態に応じて調整することを特徴とする。
【００６０】
点灯初期に直流始動することにより、始動時の不安定な放電状態とそれに伴うランプの立ち消えを良好に防止することができる。
また、直流始動は、初め定格電流よりも低い電流を供給するとともに、その後、電流値を増加させて定格電流よりも高い電流を供給することで、コイル後端部から生じる放電アークによる放電容器内面の黒化を防止に接触したとしても、その影響を小さくできるとともに、電極を昇温できるため、交流点灯への移行も良好に行うことができる。
また、始動時に放電ランプがホットスタートであるかコールドスタートであるかを判別して、直流電流の制御をすることで、ホットスタート時に電極への過入力を抑え、電極の溶解や変形を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明に係る放電ランプ点灯装置を示す。
【図２】本発明に係る放電ランプを示す。
【図３】本発明に係る放電ランプの電極の構造を示す。
【図４】本発明に係る放電ランプの電極の構造を示す。
【図５】本発明に係る放電ランプの電流波形を示す。
【図６】本発明に係る放電ランプの電流波形を示す。
【図７】本発明の実験結果を示す。
【図８】本発明の実験結果を示す。
【図９】本発明の放電ランプを使った光源装置を示す。
【符号の説明】
【００６２】
１  電極
２  突起部
３  大径部
４  コイル部
５  軸部
１０  放電ランプ
１１  発光部
１２  封止部
【図１】
2006147363.tif 000003
【図２】
2006147363.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006147363.tif 000006
【図５】
2006147363.tif 000007
【図６】
2006147363.tif 000008
【図７】
2006147363.tif 000009
【図８】
2006147363.tif 000010
【図９】
2006147363.tif 000011