(57)【要約】【課題】水銀封入量が０.２０ｍｇ/ｍｍ３以上の高圧放電ランプを極めて低い電力で動作させる場合において、放電ランプのアーク起点位置を安定させ、電極の変形を抑制すること。【解決手段】高圧放電ランプ１０に、降圧チョッパ回路１とフルブリッジ回路２を有する点灯装置から給電して点灯させる。定格点灯や調光電力（定格電力に対して６０〜８０％程度の電力）で点灯させる場合には放電ランプ１０に矩形波交流電流を供給し点灯させる。また、動作最大電力Ｐ（Ｗ）に対して０．５×Ｐ（Ｗ）以下の待機電力点灯の場合、放電ランプ１０に矩形波交流電流の第１の極性の駆動期間Ｔａ（秒）、第２の極性の駆動期間をＴｂ（秒）としたとき、第2の極性期間ＴbがＴｂ≦５ｍｓ、かつ駆動期間の比率をＴｂ/Ｔａ≦０．１となるような駆動期間が非対称な矩形波交流電流を供給して点灯させる。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英ガラスからなる放電容器に一対の電極が電極間距離２ｍｍ以下で対向配置して、この放電容器に０.２０ｍｇ/mm３以上の水銀と、１０−６μmol/mm３〜１０−２μmol/mm３の範囲のハロゲンと所定量の希ガスが封入される高圧放電ランプと、この高圧放電ランプに対して矩形波交流電流を供給して点灯させる給電装置とから構成される高圧放電ランプ点灯装置において、
始動直後の初期点灯期間を除いた定常点灯状態における動作最大電力P（W）に対して０．５×P（W）以下の電力で動作させる場合は、矩形波交流電流の第１の極性の駆動期間Ｔａ（秒）、第2の極性の駆動期間をＴｂ（秒）としたとき、第2の極性期間ＴbがＴｂ≦５ｍｓであり、駆動期間の比率Ｔｂ/ＴａがＴｂ/Ｔａ≦０．１となるように動作させることを特徴とする高圧放電ランプ点灯装置。
【請求項２】
第2の極性期間Ｔbが０．０５≦Ｔｂ≦５ｍｓであるとともに、かつ駆動期間の比率Ｔｂ/Ｔａが０．０００５≦Ｔｂ/Ｔａ≦０．０５であることを特徴とする請求項１に記載の高圧放電ランプ点灯装置。
【請求項３】
０．５×P（W）以下の電力で動作させた後に再度０．５×P（W）よりも高い電力で動作させる場合に、矩形波交流電流の第１の極性の駆動期間Ｔａ（秒）、第2の極性の駆動期間をＴｂ（秒）としたとき、第2の極性期間ＴbがＴｂ≦５ｍｓであり、かつ駆動期間の比率をＴｂ/Ｔａ≦０．１の状態から、周波数または電力のいずれか又はその両方を変化させながら定常点灯動作に移行することを特徴とする請求項１または請求項２いずれかに記載の高圧放電ランプ点灯装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の高圧放電ランプ点灯装置を搭載した画像を投影するプロジェクタ。
【請求項５】
０．５×P（W）よりも高い電力で一定の期間、プロジェクタの画像信号に変化が無い場合に０．５×P（W）以下の電力モードに移行する機能を具備することを特徴とする請求項４に記載のプロジェクタ。
【請求項６】
０．５×P（W）以下の電力で一定の期間、プロジェクタの画像信号に変化が無い場合に自動的に高圧放電ランプを消灯する機能を具備することを特徴とする請求項４に記載のプロジェクタ。
【請求項７】
０．５×P（W）未満の電力で一定の期間動作させた後、検知手段と連動して定常点灯動作に移行する機能を具備することを特徴とする請求項４に記載のプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高圧放電ランプ点灯装置および当該高圧放電ランプ点灯装置を搭載したプロジェクタに関する。特に、本発明は、発光管内に０.２ｍｇ/ｍｍ３以上の水銀が封入され点灯時の水銀蒸気圧が高い、例えば１１０気圧以上の交流点灯型の高圧放電ランプであって、投射型プロジェクタ装置やリアプロジェクションテレビなどの投射用光源として使用するに好適な高圧放電ランプとその点灯装置からなる高圧放電ランプ点灯装置および当該高圧放電ランプを搭載したプロジェクタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
投射型プロジェクタ装置は、矩形状のスクリーンに対して均一に、しかも十分な演色性を追って画像を照明させることが要求され、このため、光源としては水銀や金属ハロゲン化物を封入させたメタルハライドランプが使われている。また、最近は、より一層の小型化、点光源化が進められ、電極間距離も極めて小さいものが実用化されてきている。
このような背景のもと、近時、メタルハライドランプに代わり、極めて高い水銀蒸気圧、
例えば２０ＭＰａ（約１９７気圧）以上をもつ高圧放電ランプが使用されている。これは、水銀蒸気圧を高くすることで、アークの広がりを絞り込むとともに、一層の光出力の向上を図ったランプである。
【０００３】
上記ランプとしては、例えば、石英ガラスからなる発光管に一対の電極を２ｍｍ以下の間隔で対向配置し、この発光管に０.２０ｍｇ/ｍｍ３以上の水銀と、希ガスと１０−６μmol/mm３〜１０−２μmol/mm３の範囲でハロゲンを封入した高圧放電ランプが使用される（例えば特許文献１参照）。
この種の放電ランプおよびその点灯装置は、例えば特許文献２ に開示されている。
特許文献３ に開示される高圧放電ランプは、定常点灯時の管内水銀蒸気圧が１５ＭＰa〜３５ＭＰaで、発光管内に１０−６μmol/mm３〜１０−２μmol/mm３の範囲でハロゲン物質を封入したものであり、発光管内に一対の電極を設け、電極先端部の中心付近に突起部を設けることにより電極間に発生する放電アークの位置が電極先端の中央部や周辺部の間で安定せず、移動する所謂アークジャンプ現象の発生を抑制するようにしたものである。
そして、ＤＣ／ＤＣコンバータとＤＣ／ＡＣインバータと高圧発生装置から構成される点灯装置により、上記一対の電極間に交流電圧を印加して点灯させる。
【０００４】
一方、近年のようにプロジェクタが小型化され、一般家庭でも用いられるようになるに伴い、使用環境の明るさや、投影する映像の種類に合わせて、画面が明るくなりすぎないような配慮が必要となってきた。かかる要請に応えるべく、いわゆる調光機能と称される機能を有するプロジェクタが考案されている（例えば、特許文献３）。ここで、調光機能とは、高圧放電ランプを定格電力よりも低い電力で点灯させることにより、ランプの明るさ調整、低消費電力化等を図ろうとする機能をいう。以下、定格電力よりも低い電力で点灯させることを「調光電力点灯」という。
現在の高圧放電ランプ点灯装置では、「定格電力点灯」と「調光電力点灯」の両方を備えたものが一般的であり、本明細書では、「定格電力点灯」と「調光電力点灯」でランプを点灯させることを定常点灯と規定する。また、「調光電力点灯」は「定格電力点灯」の６０〜８０％の電力で動作されるのが一般的である。
図１７に調光機能を有する点灯装置で高圧放電ランプを点灯させたときの電流波形の一例を示す。
同図に示すように、定格電力点灯をしているときに調光電力点灯指令信号がオンになると、電極を定格電力点灯の６０−８０％程度に低下させて、ランプを点灯させる。
【０００５】
更には最近において画面への投射そのものを必要としない場合には一時的に投射させない、例えばAVミュートといった機能を持ったプロジェクタも考案されている。
こういった機能は放電ランプが消灯直後は内部圧力が高いために再点灯が出来ないため、機械的にシャッターする場合や液晶パネルに印可される電圧を調整し、スクリーンに投射される光を遮断するなどして対応している。以下、画面を意図的に投射させない状態でランプを点灯させることを「待機電力点灯」という。
【０００６】
待機電力点灯において電力は極限まで低い電力であることが望ましい。なぜならば、極限まで低い電力で点灯することにより、ランプからの発熱が激減し、プロジェクタからの騒音の主原因である冷却ファンの駆動を停止、または、低下することができ、プロジェクタからの騒音を極限まで小さくすることが出来るからである。更には低い電力で点灯させることでランプの熱的な負荷を軽減することが出来るため、投射が必要な場合と必要としない場合を組み合わせることで実質的なランプ寿命を伸ばすことが可能である。ここでランプの熱的な負荷とは発光管及び電極に対する熱的な負荷であり、これらは投入電力が低いほど小さくすることが出来る。
【０００７】
また、プロジェクタの性能の一つにコントラスト比がある。これは投影された画面が白の状態（明状態）と黒状態（暗状態）で画面上の輝度を比較し、その比率を指すものである。コントラスト比が高いことで明暗のはっきりした画像を投影することが出来るため、明るさとともにプロジェクタの重要な性能とされている。現在、コントラスト比を高くするために前述した機械的なシャッター機能などを取り付けて黒状態を作り出す技術（アイリス機能）が採用されている。
上記のように定格電力では一定以上の明るさが必要であるとともに調光電力点灯が可能であり、更に調光電力を究極に絞った待機電力点灯が可能な高圧水銀ランプが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平２−１４８５６１号公報
【特許文献２】特開２００１−３１２９９７号公報
【特許文献３】特開２０００−１３１６６８号公報
【特許文献４】特開２００６−３３２０１５号公報
【特許文献５】特表２００５−５２２８１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、電力を究極に絞った待機電力点灯が可能な高圧水銀ランプが求められているが、矩形波交流電流を供給した状態でそのまま大きく電力を下げて使用した場合、下記の問題が発生した。
この種の高圧水銀ランプは、点灯中、電極先端部に突起を形成させて、当該突起を起点として安定なアーク放電を形成させることが例えば特許文献４に記載されている。
特許文献４によれば、ランプ電圧に応じて或いはランプ点灯電力に応じて定常周波数及び間欠的（周期的）に挿入する低周波の周波数や波の数を変化させることでアーク起点となる突起を維持することで安定した動作が出来ると記載されている。
【００１０】
しかしながら、上記技術によって、高圧放電ランプを例えば定格電力１８０Wのランプを９０Wで点灯した場合、如何なる周波数を組み合わせた場合においてもアーク起点が安定せず、いわゆるフリッカー現象および立ち消えが多々発生した。特に定格電力１８０Wに対して７０W以下では顕著にフリッカーが発生し、３０Ｗ以下では立ち消えが発生した。
この発明が解決しようとする課題は、ランプ点灯電力が極めて低い、定常点灯状態における動作最大電力Ｐ（Ｗ）に対して０．５×Ｐ（Ｗ）以下の電力で動作させる場合においても放電ランプのアーク起点を位置的に安定させて、いわゆるフリッカーの発生を防止し、更には電極の変形を抑制することで画面投射モードでの点灯動作に影響を与えることの無く、極めて低い電力においても安定して動作させることができる点灯装置および当該高圧放電ランプ点灯装置を搭載したプロジェクタを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
まず、本願発明者らは、上記した従来の調光点灯電力よりも更に低い電力で動作させた場合について交流駆動動作でフリッカー現象が発生する様子を観察する為、電力を徐々に低下させた場合のアーク起点部分を観察した。例えば１８０Wで定格動作しているランプを徐々に電力を変化させていくと定格動作と同じ周波数（これを定格周波数と呼ぶ）であれば、１４０Wでアーク起点部を形成している突起部分が変形していくことを見出した。更には特許文献４に基づき、調光時の動作周波数（これを調光周波数）を定格動作周波数よりも低い周波数を選択し、更には間欠的に低周波を挿入することで１３０Wまでは安定して動作する周波数を見出すことが出来たが、更に電力を下げた場合にはどの周波数を選択しても突起部分が変形していくことが判明した。
【００１２】
この突起部分の変形について図３を用いて説明する。図３は高圧放電ランプの発光管部分を模式的に示したものであり、２０は電極、Ａは電極２０間に形成されているアークである。高圧放電ランプを定格電力で点灯する場合においては、電極材料であるタングステンが点灯時の熱で蒸発し、発光管の管壁に付着することによる発光管黒化現象を抑制するため、ハロゲンサイクルを促進すべく発光管内にハロゲン物質を封入している。蒸発したタングステンはハロゲンと化合し、対流でアークプラズマに戻ってきたときに解離してプラスイオンとなる。プラスイオンとなったタングステンは、陰極フェーズ側の電極先端の電界集中点であるアークスポットを中心とする領域に引き寄せられ、そこへ堆積する。次に、この電極が陽極フェーズに反転すると、電極先端の全体に電子が衝突し、電極温度は上昇し、陰極フェーズで堆積したタングステンは再び蒸発する。
【００１３】
定格電力点灯時は、この堆積と蒸発のバランスが、電極先端に適度な突起を維持できるレベルで安定している（図３（ａ））。しかしながら、調光動作時、即ち定格電力よりも低い電力で点灯している場合には、陰極フェーズ状態の電極先端部の温度が定格電力点灯時よりも低くなるため、電極先端の電界集中点であるアークスポットが突起先端の一部分に限定されるようになる（図３（ｂ））。即ち、突起部の中でも特に電界集中しやすいポイントとそうではないポイントが生じる。アークスポット部分は極めて高温であるため、陰極フェーズであるがタングステンが蒸発し、形状が変形する（図３（ｃ））。変形した形状によってはアークスポット部分の温度が低下し、次にアークスポットを形成しやすい場所へと移動する（図３（ｄ））。こういった現象を繰り返すことで突起全体が台形状に変形し、アークジャンプを繰り返すことが投射画面上のフリッカーとして認識されるものと考えられる。
【００１４】
こういった現象を回避する為には、そういった観点から低周波を間欠的に挿入することは電極先端の温度を上昇させることは有効であり、挿入する波の数を増やすことでより電極温度を上昇させることが出来るのは容易に想像される。しかしながら、交流駆動の場合、必ず電極温度が上昇する陽極フェーズと低下する陰極フェーズが交互に発生することから温度上昇量にも限界があることが推測される。更には低周波の周波数を低くしすぎた場合、例えば１０Ｈｚ程度とした場合、極性が反転するときの電流の変化が視認されることで投影した画面が明滅したように見える別事象のフリッカー現象が発生してしまう。
【００１５】
次に電力を３０Ｗ程度まで絞ったときに立ち消え現象がどのように発生するかを確認した。電力を定常点灯から待機点灯に切り替えた直後は問題なく点灯するが、およそ１０秒程度で立ち消えが発生した。ランプ電圧を確認するとランプ電圧が２００Ｖ程度まで上昇し、その結果、バラストが異常電圧と判断してランプを消灯していることが分かった。一方、電極の様子を観察すると電極温度が極めて低くなることで熱電子放出できず、電極全体で放電する所謂グロー放電が持続していることが分かった。一般的に電極先端部の突起で放電するアーク放電に比べてグロー放電はランプ電圧が高くなり、およそ１５０〜２００Ｖ程度に至ることが分かっている。
本願発明者らは、以上のように調光電力が非常に低い場合に発生するフリッカー現象および立ち消えの原因を解明し、更にこの問題を解決する方法について鋭意検討した結果、本願発明に係る高圧放電ランプの点灯方法等に到達したものである。
【００１６】
即ち、上記目的を達成するために、本願発明に係る第１の高圧放電ランプの点灯方法は、石英ガラスからなる放電容器に体積のほぼ等しい一対の電極を電極間距離２ｍｍ以下で対向配置して、この放電容器に０.２ｍｇ/mm３以上の水銀と、１０− ６μmol/mm３〜１０−２μmol/mm３の範囲のハロゲンと所定量の希ガスが封入される高圧放電ランプと、この放電ランプに対して矩形波交流電流を供給して点灯させる給電装置とから構成される高圧放電ランプ点灯装置において、始動直後の初期点灯期間を除いた定常点灯状態のおける動作最大電力P（W）に対して０．５×P（W）以下の電力で動作させる場合、矩形波交流電流の第１の極性の駆動期間Ｔａ（秒）、第２の極性の駆動期間をＴｂ（秒）とすると、前記第２の極性の駆動期間ＴbがＴｂ≦５ｍｓであり、かつ前記２つの駆動期間の比率がＴｂ/Ｔａ≦０．１となるように動作することを特徴としている。
【００１７】
定格点灯の５０％以下の電力において、第2の極性期間ＴbがＴｂ≦５ｍｓであり、かつ駆動期間の比率Ｔｂ/Ｔａを０．１以下にすることで安定した動作が可能なのかは必ずしも定かでは無いが下記のように推測される。５０％以下の極めて低い電力では電極先端部の温度が低くなる為、陰極フェーズで熱電子放出をする領域が定常点灯動作時よりも小さくなり、非常に狭いスポットに限定される。通常の交流駆動動作、即ち、Ｔｂ/Ｔａ＝１の状態では陽極フェーズと陰極フェーズが同じ時間だけ交互に動作することになる。このときスポットとなる領域が陰極フェーズ毎に異なる場合が生じる。仮にスポットとなる領域が異なると前回の陰極フェーズでスポットとなった部分も温度が下がり、次のフェーズではスポットとなりにくい。こうなると常に陰極フェーズではスポット動作しやすい領域を探してアークが動き回るのでフリッカー現象に至ってしまう。しかしながら、第２の駆動期間ＴｂがＴｂ≦５ｍｓの極めて短い期間だけ極性を反転させ、かつ駆動期間の比Ｔｂ/Ｔａが０．１以下の場合には陰極動作をする電極が駆動期間Ｔｂが非常に短い為にスポットが固定されるので動き回ることが無く、更には陽極側の電極の温度が必要以上に下がらないために安定した放電を持続することができる。
【００１８】
更には本願の高圧放電ランプには０.２ｍｇ/mm３以上の水銀が封入されている。このような高圧放電ランプにおいて定格点灯の５０％以下の電力では仮に全く冷却を行なわなかったとしても蒸発できない水銀即ち、未蒸発水銀が発生する。これは本来、照度寿命、明るさといった性能を引き出すために定常点灯に耐えうる発光管設計が決まるが、５０％以下の電力では冷却が無い環境下においても水銀を蒸発させるに足る発光管温度にはならないためである。従来、未蒸発水銀は放電アークや放電起点を絞るといった作用の働きも低く、動作圧力も低下する結果、光出力を低下させるために好ましくないものと考えられていた。しかしながら、定格点灯の５０％以下の電力で動作させたときには放電アーク及び放電起点を絞らない為、一定の電極温度を保つ役割に寄与するため、陰極動作する電極の熱電子放出させ易くしていると推測される。
【００１９】
ここで一定の時間、極性が固定される点灯方法として直流点灯が考えられる。特にはランプ調光方法として電流が低い場合には直流点灯とすることが特許文献５に記載されている。
【００２０】
特許文献５によれば、直流点灯の場合、ランプが消灯してしまうことなく、充分低い電流まで動作が可能であることが記載されている。そこで本願の高圧放電ランプを０．５×Ｐ（Ｗ）よりも低い電力で直流点灯駆動させて確認をした。この場合、３０分程度は安定して動作をするものの陰極側の電極先端が変形し、そのあと定常動作に切り替えたときに電圧が大幅に上昇し、スクリーン照度が大きく低下していることが確認された。ここでこの現象が如何にして生じるのか推察してみた。直流点灯の場合、陰極側の電極先端の温度が交流駆動する定常動作時の温度に比べると著しく低いために電極先端の一部でのみ放電する所謂スポットモードで動作することが特許文献５にも記載されている。安定してスポットモードで動作するため、交流駆動とは違い、アークスポットが移動することは無い。しかしながら、アークスポットとなる部分は非常に狭い領域で溶融しており、非常に高温となっている。数秒といった短時間の動作であれば、大きな影響は無いが、暫く点灯を継続するとアークスポットとなっていた部分が変形する。次に定常動作として例えば定格点灯した場合、変形した電極先端が定格点灯時の電流に耐えられず、更に変形して電圧が大きく上昇する。
このような現象は電極間距離が長く、また水銀密度が低い種類のＨＩＤランプでは発生し得ないかもしれない。しかしながら、本願のように電極間距離が２ｍｍ以下と短く、また、０．２０ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀が封入された高圧放電ランプの場合、未蒸発水銀があるもののアークは絞られており、定常動作時に比べると低いとしても電極先端部の電流密度は無視できないため、アークスポットの集中が電極の変形を招くものと推察される。
【００２１】
一方、本願のように交流駆動の駆動期間Ｔａ及びＴｂを非対称とし、更には第２の駆動期間ＴｂがＴｂ≦５ｍｓで、かつＴｂ/Ｔａ≦０．１とすることでＴｂの期間、陰極動作する電極先端のアークスポットが固定されるとともに適当な期間、極性が反転されることで陽極動作する電極先端温度を適正に保つことができるため、長時間安定した動作ができる。
【００２２】
Ｔｂ/Ｔａが０．１以下であった場合、動作最大電力Ｐ（Ｗ）に対して０．５×Ｐ（Ｗ）の極めて低い電力であってもフリッカーの発生を抑制し、安定して動作させることができる。しかしながら、長時間に亘って点灯した場合、僅かながら電極先端が変形し、先端部の突起の位置が変化（ずれ）する場合がある。特にＴｂ/Ｔａ≦０．１であってもＴｂおよびＴａの期間が長い場合、例えばＴｂが５ｍｓ、Ｔａが５０ｍｓの場合などは突起部は非常に狭い領域で溶融するものの、溶融部はある大きさを有しており、長時間の点灯なの中で僅かながら突起の先端部が変形し、狭い領域で徐々に突起の位置が変化（ずれ）していく。わずかな突起位置のずれは電極間距離が２．０ｍｍよりも長い場合はその変形量の問題は相対的に大きくない。しかしながら、電極間距離が２．０ｍｍ以下の極めて短い電極間距離の場合、突起の位置がずれることが、スクリーン照度に影響を及ぼし始める。特にはＬＣＤパネルやＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）の小型化により、このような僅かな変形も長時間の使用に影響することが分かった。このような結果から、更に長寿命を確保するためにＴｂ/Ｔａの比率を更に厳密に調査した。その結果、Ｔｂ/Ｔａ≦０．０５であれば、僅かな突起の位置ずれもなく、長時間に亘って安定して電極先端部を保つことが出来ることが分かった。一方、Ｔｂの期間が非常に短く、かつＴｂ/Ｔａの比率が小さい場合にも電極先端部の突起位置がずれる現象が観察された。この現象が発生した状態の電流波形を観察したところ、極性の切り替わりの際、特に駆動期間の長いＴａの期間で過剰のオーバーシュート電流が流れていることが分かった。このオーバーシュート電流は後述する回路（図４）において以下のような理由で発生する。フルブリッジ回路２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ４、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３を交互にオンすることによって矩形波状の交流電圧を発生させるが、降圧チョッパ回路１のリアクトルＬｘは電流を瞬時に遮断することが出来ず、電流が流れ続けてしまう。即ち、スイッチング素子Ｑｘにより、電圧を遮断したとしてもリアクトルＬｘによる電流成分が極性切り替え時に重畳される。この重畳される電流値および重畳期間はリアクトルＬｘと平滑コンデンサＣｘによって決まる時定数によって定まる。この重畳分を小さくする為にスイッチング素子Ｑｘのデューティを細かく制御するなどしてオーバーシュート電流値並びにオーバーシュート期間を小さくすることが出来るが、完全に抑えることは出来ない。また、リアクトルＬｘに抵抗だけを使用した場合、上記のオーバーシュート電流は抑制されるが、発熱などのロスが生じる。従って、実際の回路構成では完全な矩形波ではなく、極性が切り替わるときにオーバーシュート電流が重畳されるのが一般的である。このオーバーシュート電流が流れる期間よりも期間Ｔｂが短い場合、オーバーシュート電流の一部が期間Ｔａに重畳される。この反転したオーバーシュート電流に加えて本来発生が不可避な極性切り替え時のオーバーシュート電流が重畳されるために、Ｔａの期間にはより大きなオーバーシュート電流が供給されることになる。このようにＴｂの期間が非常に短い場合には、回路上、Ｔａの期間に過剰なオーバーシュ��ト電流が流れることになり、Ｔｂ/Ｔａが０．０５以下であっても電極先端の突起が僅かながら変形し、突起の位置ずれを発生させる場合があることが分かった。このような突起の位置ずれは例えば、Ｔｂが０．０５ｍｓでＴａが１００ｍｓ、即ち、Ｔｂ/Ｔａ＝０．０００５程度までは発生しなかったが、Ｔｂが０．０５ｍｓ未満の場合にはＴａ期間が１００ｍｓ以上保持されると突起の位置ずれが発生した。以上のように詳細に調査した結果、電極先端の変形に伴うフリッカーを抑制し、尚且つ長時間に亘ってスクリーン照度の減衰を抑制するためにはＴｂが０．０５ｍｓ〜５ｍｓであるとともに、駆動期間の比率Ｔｂ/Ｔａが０．０００５〜０．０５でなければならないことが分かった。
【００２３】
以上に基づき、本発明においては、以下のようにして上記目的を達成する。
（１）石英ガラスからなる放電容器に体積のほぼ等しい一対の電極を電極間距離２．０ｍｍ以下で対向配置して、この放電容器に０．２０ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀と、１０− ６μmol/mm３〜１０−２μmol/mm３の範囲のハロゲンと所定量の希ガスが封入される高圧放電ランプと、この放電ランプに対して矩形波交流電流を供給して点灯させる給電装置とから構成される高圧放電ランプ点灯装置において、始動直後の初期点灯期間を除いた定常点灯状態における動作最大電力Ｐ（Ｗ）に対して、０．５×Ｐ（Ｗ）以下の電力で動作させるときには矩形波交流電流の第１の極性の駆動期間をＴａ（秒）、第２の極性の駆動期間をＴｂ（秒）としたとき、第２の駆動期間ＴｂがＴｂ≦５ｍｓで駆動期間の比率がＴｂ/Ｔａ≦０．１となるように動作させる。
（２）上記（１）において、０．０５ｍｓ≦Ｔｂ≦５ｍｓであるとともに、０．０００５≦Ｔｂ/Ｔａ≦０．０５とする。
（３）上記（１）、（２）において、０．５×P（W）以下の電力で動作させた後に再度０．５×P（W）よりも高い電力で動作させる場合に、矩形波交流電流の第１の極性の駆動期間Ｔａ（秒）、第２の極性の駆動期間をＴｂ（秒）としたとき、第2の極性期間ＴbがＴｂ≦５ｍｓであり、かつ駆動期間の比率をＴｂ/Ｔａ≦０．１の状態から、周波数または電力のいずれか又はその両方を変化させながら、定常点灯動作に移行させる。
（４）上記（１）〜（３）のいずれかの高圧放電ランプ点灯装置を画像を投影する機能を備えたプロジェクタに搭載する。
（５）上記（４）のプロジェクタにおいて、０．５×P（W）よりも高い電力で前記放電ランプを点灯中に、一定の期間、プロジェクタの画像信号に変化が無い場合に０．５×P（W）以下の電力モードに移行させる。
（６）上記（４）のプロジェクタにおいて、０．５×P（W）以下の電力で前記放電ランプを点灯中に、一定の期間、プロジェクタの画像信号に変化が無い場合に自動的に高圧放電ランプを消灯する。
（７）上記（４）のプロジェクタにおいて、０．５×P（W）以下の電力で前記放電ランプを点灯中に、検知手段と連動して自動的に高圧放電ランプを点灯させる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明においては、以下の効果を得ることができる。
（１）動作最大電力Ｐ（Ｗ）に対して０．５×Ｐ（Ｗ）以下の、ランプ点灯電力が極めて低い待機電力で動作させるとき、矩形波交流電流の第１の極性の駆動期間Ｔａ（秒）、第２の極性の駆動期間をＴｂ（秒）としたとき、第2の極性期間ＴbがＴｂ≦５ｍｓであり、かつ駆動期間の比率がＴｂ/Ｔａ≦０．１となるように動作させたので、放電ランプのアーク起点を位置的に安定させて、いわゆるフリッカーの発生を防止することができ、極めて低い電力でも立ち消えることなく、安定して点灯させることができる。
（２）矩形波交流電流の第１の極性の駆動期間Ｔａ（秒）、第２の極性の駆動期間をＴｂ（秒）としたとき、第2の極性期間Ｔbが０．０５≦Ｔｂ≦５ｍｓであり、かつ駆動期間の比率が０．０００５≦Ｔｂ/Ｔａ≦０．０５となるように動作させたので、電極に対する熱的な負荷に偏りが生じるのを防止することで、電極先端部の突起の位置ずれを防止でき、長時間に亘り待機電力で動作させても、照度寿命特性を確保することができる。
（３）０．５×P（W）以下の電力で動作させた後に再度０．５×P（W）よりも高い電力で動作させる場合に、矩形波交流電流の第１の極性の駆動期間Ｔａ（秒）、第２の極性の駆動期間をＴｂ（秒）としたとき、第2の極性期間ＴbがＴｂ≦５ｍｓであり、かつ駆動期間の比率をＴｂ/Ｔａ≦０．１の状態から、周波数または電力のいずれか又はその両方を変化させながら、定常点灯動作に移行させることにより、電極に対する熱的負荷をいっそう小さくし、徐々に電極温度を上げることができる。このため、熱ストレスなどにより、電極先端部の損傷などを防ぐことができる。
（４）本発明の高圧放電ランプ点灯装置をプロジェクタに搭載し、０．５×P（W）よりも高い電力で前記放電ランプを点灯中に、一定の期間、プロジェクタの画像信号に変化が無い場合に０．５×P（W）以下の電力モードに移行させることにより、無駄な電力の消費を防ぎ、省電力化を図ることができる。
（５）本発明の高圧放電ランプ点灯装置をプロジェクタに搭載し、０．５×P（W）以下の電力で前記放電ランプを点灯中に、一定の期間、プロジェクタの画像信号に変化が無い場合に自動的に高圧放電ランプを消灯することにより、プロジェクタの消し忘れを防止することができる。
（６）本発明の高圧放電ランプ点灯装置をプロジェクタに搭載し、０．５×P（W）未満の電力で前記放電ランプを点灯中に、検知手段と連動してプロジェクタを点灯させることで無駄な電力の消費を防ぎ、省電力化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の高圧放電ランプ点灯装置の対象となる高圧放電ランプを示す図である。
【図２】本発明の高圧放電ランプ点灯装置の対象となる高圧放電ランプの電極を示す図である。
【図３】高圧放電ランプの電極突起が変形する様子を示す。
【図４】本発明の実施例の高圧放電ランプ点灯装置の構成を示す図である。
【図５】本発明の実施例の高圧放電ランプ点灯装置を搭載したプロジェクタの構成例を示す図である。
【図６】待機電力点灯モードへの切り替え制御を行なう場合の処理内容の一例を示すフローチャートである。
【図７】定常点灯動作時における放電ランプの電流波形の一例を示す図である。
【図８】定常点灯動作から待機電力点灯に切り替わったときの点灯電力指令信号と電力・電流波形の一例を示す図である。
【図９】定常点灯時の交流電流波形にパルスを重畳した波形例を示す図である。
【図１０】待機電力点灯モードにおける、その他の波形例を示す図である。
【図１１】待機電力点灯から定常点灯に移行する際の熱的負荷を小さくするための波形例を示す図である。
【図１２】画像信号に所定時間以上変化が無い場合に待機電力点灯モードに移行させるようにした実施例の動作を示すフローチャートである。
【図１３】画像信号に所定時間以上変化が無い場合に待機電力点灯モードに移行させるようにした実施例の点灯電力指令信号、電力、電流のタイムチャートである。
【図１４】待機電力点灯モードの状態が所定時間以上継続した場合にランプを消灯させるようにした実施例の動作を示すフローチャートである。
【図１５】待機電力点灯モードの状態が所定時間以上継続した場合にランプを消灯させるようにした実施例の点灯電力指令信号、電力、電流のタイムチャートである。
【図１６】検知手段と連動して待機点灯モードから定常点灯モードに移行させるようにした実施例の検知信号、点灯電力指令信号、電力、電流のタイムチャートである。
【図１７】従来の放電ランプに流れる電流波形の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１に本発明の対象となる高圧放電ランプを示す。
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２０が２ｍｍ以下の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。金属箔１３の一端には電極２０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が接合して外部の給電装置から給電が行なわれる。
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、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２００ 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２５０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装置に適した光源を実現できる。
【００２７】
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。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をいう作用もある。
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、発光管内容積５５ｍｍ３、定格電圧７０Ｖ、定格電力１８０Ｗであり交流点灯される。
【００２８】
また、この種の放電ランプは、小型化するプロジェクタ装置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装置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。
【００２９】
図２は電極先端と突起を示すことを目的として、図１に示す電極２０の先端を模式化して表したものである。電極２０は、それぞれ球部２０ａと軸部２０ｂから構成され、球部２０ａの先端に突起２１が形成されている。
ここで、上記突起２１は、本発明に係る放電ランプのように電極間距離２ｍｍ以下であって発光部に０．２ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀を含むプロジェクタ装置の光源として用いられる場合は不可欠となる。なぜなら、発光部に０．２ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀を含み、動作圧力が２００気圧以上に達する放電ランプにおいては、高い蒸気圧によって、アーク放電が小さく絞られ、結果として放電起点も小さく絞られるからである。
また、電極先端に突起２１が形成されることで、そこを起点としてアーク放電が発生するため、アークからの光が電極の球部２０ａによって遮られにくくなる。このため、光の利用効率が向上し、より明るい映像が得られるという利点も生じる。なお、図２は模式化した図面ではあるが、通常、軸部２０ｂの先端には、軸径より大きい径を有する球部に相当する要素を有している。
【００３０】
次に上記放電ランプを点灯させる給電装置を図４示す。
点灯装置は放電ランプ１０と給電装置から構成される。給電装置は、直流電圧が供給される降圧チョッパ回路１と、降圧チョッパ回路１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２（以下、「フルブリッジ回路」ともいう）と、放電ランプに直列接続されたコイルＬ１、コンデンサＣ１、およびスタータ回路３と、上記フルブリッジ回路２のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を駆動するドライバ４と、制御部５から構成される。
制御部５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、図４ではその機能構成をブロック図で示している。
【００３１】
図４において、降圧チョッパ回路１は、直流電圧が供給される+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１の出力側には、電圧検出用の抵抗Ｒ１,Ｒ２の直列回路が設けられている。
フルブリッジ回路２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、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３は、抵抗R3とスイッチング素子Ｑ５の直列回路と、コンデンサＣ２とトランスＴ１から構成される。
スイッチング素子Ｑ５をオンにすると、コンデンサＣ２に充電されていた電荷がスイッチング素子Ｑ５、トランスＴ１の一次側巻線を介して放電し、トランスＴ１の二次側にパルス状の高電圧が発生する。この高電圧は、放電ランプ１０の補助電極Ｅｔに印加され、ランプを点灯する。
【００３２】
上記回路において、矩形波交流電流の第１の極性の駆動期間Ｔａ（秒）、第２の極性の駆動期間をＴｂ（秒）としたとき、第2の極性期間ＴbがＴｂ≦５ｍｓであり、かつ駆動期間の比率がＴｂ/Ｔａ≦０．１となるように動作させるにはフルブリッジ回路２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１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１のスイッチング素子Ｑｘは、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。
【００３３】
制御部５は、駆動信号発生手段５１とコントローラ５２から構成される。
駆動信号発生手段５１は、例えば交流信号発生部５１a〜５１c、第2の極性期間ＴbがＴｂ≦５ｍｓであり、かつ駆動期間の比率がＴｂ/Ｔａ≦０．１となるように駆動期間が非対称な矩形波を発生させる非対称矩形波信号発生部５１ｃと、これらの出力を選択するセレクタ５１ｄから構成される、交流信号発生部５１a〜５１ｂ、非対称矩形波発生部５１ｃの出力を選択的に出力し、フルブリッジ回路２のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を駆動するための駆動信号を発生する。
コントローラ５２は、ランプ１０の点灯動作を制御する点灯動作制御部５２aと、外部からの点灯電力指令に応じて、降圧チョッパ回路１のスイッチング素子Ｑｘを設定されたデューティで駆動し、ランプ電力を制御する電力制御部５２cを備える。
また、上記スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の駆動信号を設定するため、定常点灯か、０．５×Ｐ（Ｗ）以下の電力で動作させる待機電力点灯かに応じて上記駆動信号発生手段５１のセレクタに周波数選択指令を送出する周波数選択部５２bを備える。
【００３４】
電力制御部５２cは、電流検出用の抵抗Rxの両端電圧と、電圧検出用の抵抗Ｒ１、Ｒ２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１のスイッチング素子Ｑｘのデューティを制御する。また、定常点灯か待機電力点灯かに応じて、周波数選択部５２ｂに周波数/非対称矩形波選択信号を送出する。
セレクタ５１ｄは、周波数選択部５２ｂからの指令に応じて、交流信号発生部５１ａ〜５１ｂ、非対称矩形波信号発生部５１ｃの出力を選択的にドライバ４に送出する。
例えば、定常点灯のときは、定常点灯周波数を出力する交流信号発生部５１ａと低周波数を出力する交流信号発生部５１ｂの出力が交互に選択され、例えば後述する図７に示すように波形の信号が出力される。
また、待機電力点灯の場合は、非対称矩形波信号発生部５１ｃの出力が選択され、例えば後述する図８に示す波形の信号が出力される。
なお、周波数選択部５２ｂから出力される非対称比率増減信号に応じて、非対称矩形波信号発生部５１ｃから出力される矩形波の非対称率（Ｔｂ/Ｔａ）をＴｂの値に応じて増減してもよい。
ここで定常点灯から待機点灯に移行する際には０．５×P（W）以下の電力から徐々に電力を低下させながら待機点灯電力に移行しても良い。そうすることで電極温度の急激な変化を更に抑えることが出来る。この場合には降圧チョッパ回路１のスイッチング素子Ｑｘのデューティを制御して電力を徐々に減じながら、待機電力点灯に移行することで実現される。
また、後述するように、待機電力点灯から定常点灯に移行する際、徐々に動作電力を増大させたり、陽極動作していた電極側の陽極駆動期間を徐々に小さくしながら（Ｔｂ/Ｔａを変化させながら）、定常点灯に移行させる場合には、電力制御部５２ｃでランプに供給する電力を徐々に増加させたり、非対称矩形波信号発生部５１ｃに送出される非対称比率増減信号により、矩形波の非対称率を制御する。
【００３５】
ここで本実施例に係る高圧放電ランプ点灯装置を搭載したプロジェクタの構成例を図５に示す。
プロジェクタは、上述した高圧放電ランプ点灯装置３０及び高圧放電ランプ１０と、プロジェクタ制御部３１と、液晶表示装置等から構成される画像表示装置３２と、画像表示装置３２に表示された画像を拡大表示する拡大装置３３から構成され、拡大装置３３により拡大された画像は、スクリーン３２に投影表示される。
プロジェクタ制御部３１は、パソコン３５あるいはテレビなどの外部装置から与えられる画像信号を処理する画像制御部３１ａと、上述した高圧放電ランプ点灯装置３０に、点灯指令及び点灯電力指令を送出する点灯制御部３１ｂを備える。
【００３６】
次に、定常点灯動作モードから本実施例の待機電力点灯モードへの切り替え制御について説明する。図６は、図４に示した制御部５による切り替え処理の一例を示すフローチャートである。ここで定常点灯モードとは、「定格電力」、「調光電力」で動作させる場合を指す。なお、「調光電力」の点灯電力は高圧放電ランプ及び給電装置の設計によって決まるものであるが、「調光電力」とは「定格電力」に対しておよそ６０〜８０％程度の電力で動作させることである。
図６において、制御部５に与えられる点灯電力指令信号により、待機電力モードが選択されると、図４に示す制御部５は第2の極性期間ＴbがＴｂ≦５ｍｓであり、かつ駆動期間の比率がＴｂ/Ｔａ≦０．１となるような駆動期間が非対称な矩形波を発生させる、非対称矩形波を選択する。すなわち、周波数選択部５２ｂは、セレクタ５１ｄにより非対称矩形波信号発生部５１ｃの出力を選択させ、ドライバ４は、スイッチング阻止Ｑ１〜Ｑ４に非対称矩形波の駆動信号を与え、Ｑ１、Ｑ４、或いはＱ３、Ｑ２を交互にオンする時間を非対称にすることで、高圧放電ランプ１０を非対称矩形波駆動する。
また、点灯電力指令信号が定常点灯モードを選択した場合には、矩形波交流点灯で点灯動作する。すなわち、周波数選択部５２ｂは、セレクタ５１ｄにより交流信号発生部５１ａ、５１ｂの出力を選択させ、ドライバ４は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に交流駆動信号を与え、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４、或いはＱ３、Ｗ２を交互にオンにして高圧放電ランプ１０に交流矩形波電流を供給する。
【００３７】
図７は定常点灯動作時における放電ランプ１０の電流波形の一例を示し、縦軸は電流値、横軸は時間を表す。
図４に示した給電装置は次のように動作し、定常点灯時、図７に示すパターンの電流をランプに供給する。
（１）点灯指令が与えられると、ランプ１０への給電が開始されるとともに、コントローラ５２の点灯動作制御部５２ａは、始動回路駆動信号を発生し、スタータ回路３をトリガーして、ランプ１０を点灯させる。
（２）ランプ１０が点灯すると、電力制御部５２ｃにおいて、分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２により検出される電圧値Ｖと、抵抗Ｒｘにより検出される電流値Ｉにより点灯電力が演算される。（３）コントローラ５２の電力制御部５２ｃは、点灯電力指令信号と、上記演算された電力値に基づき、降圧チョッパ回路１のスイッチング素子Ｑｘを制御して、点灯電力を制御する。
【００３８】
（４）定常点灯時には、コントローラ５２の周波数選択部５２ｂは、駆動信号発生手段５１のセレクタ５１ｄにより、交流信号発生部５１ａの出力と交流信号発生部５１ｂの出力を選択し、セレクタ５１ｄから定常点灯周波数信号ｆ１と低周波信号ｆ２を交互に出力させる。
セレクタ５１ｄの出力はドライバ４を介してフルブリッジ回路２のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に与えられる。
スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は上記定常点灯時、定常点灯周波数信号ｆ１（６０〜１０００Ｈｚ）で駆動されるが、前述したように、第１の所定時間（０．０１秒〜１２０秒）毎に、定常点灯周波数よりも低い周波数である低周波信号ｆ２（５〜２００Ｈｚ）で、第２の所定時間（該低周波信号の半サイクル〜５サイクルの期間）、駆動される（図７の定常点灯時の波形参照）。
【００３９】
図８は、定常点灯動作から待機電力点灯に切り替わったときの点灯電力指令信号と電力・電流波形の一例を示し、縦軸は信号レベル・電流値、電力値を示し、横軸は時間を示す。定常点灯動作時は、前述したように高圧放電ランプに対して、６０〜１０００Ｈｚの範囲から選択された周波数を定常点灯周波数として、この周波数の交流電流が供給されている。
そして、待機電力点灯の信号を検知すると、前記したように制御部５は第2の極性期間ＴbがＴｂ≦５ｍｓであり、かつ駆動期間の比率がＴｂ/Ｔａ≦０．１となるような駆動期間が非対称な矩形波を発生させる非対称矩形波駆動を選択し、非対称矩形波電流で点灯させる。
定常点灯時と、待機電力点灯時の具体的な波形例を表１に示す。なお、表１の（ａ）、（ｂ）は図８中に示した（ａ）、（ｂ）の区間の波形に対応している。
【００４０】
【表１】
2011044258.tif 000003
【００４１】
ここで定常点灯時の交流電流を単純な矩形波としたが、これは単なる例示であり、この駆動波形に限定されるわけではない。例えば、この定常点灯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組み合わせた波形でも良いし、図９に示すように、パルス等が重畳された波形でも構わない。
【００４２】
待機電力点灯における本発明の非対称矩形波動作の電力値の範囲について実験したところ、表２の結果となった。
表２は、定格点灯電力１８０Ｗのランプを用い、本発明の非対称矩形波動作電力値を１０Ｗ〜１４０Ｗの範囲で変化させ、各電力値における点灯の可否、電極磨耗、フリッカー及び突起の位置ずれの有無を調べたものである。ここで表中の判定基準は以下のとおりとしている。◎とは点灯可能な状態でフリッカーがなく、かつ電極先端部の磨耗が無いだけでなく、突起の位置ずれもなく、長時間に亘って安定して動作が可能なことを示す。○とは点灯可能な状態でフリッカーがなく、かつ電極先端部の磨耗は無いが、長時間の点灯では突起の位置ずれを生じ、４０００時間超の照度維持特性が必要な長寿命ランプへの適用は困難であることを示す。×は点灯そのもの不可能な状態、または点灯可能な状態であっても電極磨耗が大きい、フリッカーなどの現象により正常な使用が出来ないことを示す。以降の表についてもこの判定基準に準ずる。
【００４３】
【表２】
2011044258.tif 000004
【００４４】
表２に示されるように、定格電力の１１％よりも低い電力では、点灯を持続することが出来なかった。これは駆動期間Ｔａの際に、極性が陰極側で動作する側の電極温度が極端に低くなるために、充分な熱電子放出が出来ない為に放電を持続できなくなり、グロー放電となることで上述したように異常電圧と検知され、立ち消える或いは電流値が低い為にそもそも極性反転の際に放電が途切れてしまうといったことが推測される。
また、定格電力の５０％よりも高い電力では、長時間、即ち駆動期間Ｔａ極性が陽極側で動作する電極の温度が高すぎて突起が消失した。このような理由により、非対称矩形波駆動電力は、定格電力の１１〜５０％の範囲から選択した電力で点灯させる場合のみフリッカーも無く、また電極先端部の突起の消失も無い良好な点灯状態を作ることが出来た。
しかしながら、定格電力の３９〜５０％、即ち、７０〜９０Ｗの間では、長時間待機電力点灯を行なうと突起の位置ずれが発生していることが分かった。この突起位置ずれはフリッカーなど大きな問題ではないが、照度減衰を引き起こすために極力そのずれ量は小さい方が望ましい。
【００４５】
なお、以上の例では１８０Ｗで定格点灯させるランプについて示したが、定格電力の値は１８０Ｗに限定されず、他のランプにも同様に適用することが出来る。この場合、ランプの設計にもよるが、定格電力に耐えうる大きさを有した電極を設計したとしてもその定格電力の５０％よりも高い電力で第2の極性期間ＴbがＴｂ≦５ｍｓであっても駆動期間の比率がＴｂ/Ｔａ＞０．１となるような駆動期間が非対称な矩形波点灯動作または直流点灯動作させた場合には上記に示したとおり、突起の消失により、フリッカー現象が発生することが分かった。一方、ランプ設計の異なるランプであって駆動期間の比率がＴｂ/Ｔａ≦０．１となるような駆動期間が非対称な矩形波駆動においておよそ２０Ｗ程度までは安定して動作するが、１０Ｗでは放電が維持できないことも分かった。
【００４６】
次に、第１の極性期間Ｔａが１００ｍｓ、第2の極性期間Ｔｂが０．０５ｍｓのとき（Ｔｂ/Ｔａ＝０．０００５）、及び第1の極性期間Ｔａが１００ｍｓ、第２の極性期間Ｔｂが５ｍｓのとき（Ｔｂ/Ｔａ＝０．０５）のとき、更には第１の極性期間Ｔａが１５０ｍｓ、第２の極性期間Ｔｂが０．０５ｍｓの場合（Ｔｂ/Ｔａ＝０．０００３）に、それぞれ電力範囲を１０Ｗ〜１４０Ｗまで変化させた場合の各電力値における点灯の可否、電極磨耗、フリッカー、電極突起の位置ずれを調べた。その結果を表３から表５に示す。
【００４７】
【表３】
2011044258.tif 000005
【００４８】
【表４】
2011044258.tif 000006
【００４９】
【表５】
2011044258.tif 000007
【００５０】
表３及び表４から、第２の駆動期間ＴｂがＴｂ≦５ｍｓであってＴｂ/Ｔａが０．０００５〜０．０５の範囲であれば、安定して動作するとともに突起の位置ずれもなく、高い照度維持率を得ることが出来ることが分かった。
一方、表５に示すように、Ｔｂ≦５ｍｓであってＴｂ/Ｔａが０．０００５未満の場合には、９０Ｗで電極の突起位置のずれが確認された。
【００５１】
次に、定格点灯電力１８０Ｗのランプを用い、従来の駆動方法である交流駆動（Ｔｂ/Ｔａ＝１．０）で電力値を７０Ｗ〜１４０Ｗの範囲で変化させ、各電力値における点灯の可否、電極磨耗、フリッカー突起の位置ずれの有無を調べた。その結果を以下の表６に示す。
表６に示すように、点灯電力１２０Ｗ以下では、電極先端表面の温度が低いため、アークスポットが安定せず、電極が損耗するとともに、フリッカーが観察された。
【００５２】
【表６】
2011044258.tif 000008
【００５３】
図１０（ａ）（ｂ）に、待機電力点灯モードにおける、その他の波形例について示す。同図は点灯電力指令信号と電力・電流波形の一例を示したものであり、縦軸は信号レベル・電流値、電力値を示し、横軸は時間を示す。
図１０（ａ）は待機電力指令信号に応じて第2の極性期間ＴbがＴｂ≦５ｍｓ、かつ駆動期間の比率がＴｂ/Ｔａ≦０．１となるような駆動期間が非対称な矩形波駆動し、所定の時間で期間Ｔａと期間Ｔｂの極性を反転させる。これは本来、交流駆動にて定常点灯される高圧放電ランプを駆動期間の比率がＴｂ/Ｔａ＞０．１となるような駆動期間が非対称な矩形波点灯動作または直流点灯動作させた場合、前述したように入力が高い場合には突起の消失が発生する。定格電力の５０％以下の電力であっても損耗は必ずしも全く無いわけではなく、その損耗量が極めて軽微であり、例えば待機電力点灯といった比較的短時間（例えば１時間程度）であれば問題はないが、画面に投射させる投影モードで使用する場合には僅かな損耗量であっても例えば５０００時間を超える照度維持率を満足させるためには問題となることが想定される。特に駆動期間Ｔｂが極めて小さい場合、直流駆動動作に近いため、特許文献４で示されるように突起を生成するプロセスが無いために損耗量の大きさが照度特性に大きく影響を与えることは容易に想像される。これを回避するために例えば第2の極性期間ＴbがＴｂ≦５ｍｓ、かつ駆動期間の比率がＴｂ/Ｔａ≦０．１となるような駆動期間が非対称な矩形波点灯動作の途中で極性を反転させる場合（図１０（ａ））や点灯モードの切り替わりの度に駆動期間Ｔａ、Ｔｂの極性を反転させる（図１０（ｂ））ことで電極に対する熱的な負荷に偏りが生じることを回避し、５０％以下の電力であっても照度寿命特性を確保することが出来る。
【００５４】
ところで、待機電力点灯時には、ランプに非対称な矩形波電流を供給する必要があり、図４に示したフルブリッジ回路２のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に非対称矩形波の駆動信号を与え、Ｑ１、Ｑ４、或いはＱ３、Ｑ２を交互にオンする時間を非対称にする必要がある。
実際の回路構成においては、例えばコンデンサを充電することで、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２へのハイレベルのゲート駆動信号を生成している。この場合、上記コンデンサが放電してしまうので、長時間に亘り、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ３をオン状態に保つことは難しく、周期的にコンデンサを充電する必要がある。このようなコンデンサを用いた駆動回路を用いた場合、コンデンサを充電する期間、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ３は一時的にオフとなり、周期的な極性反転動作が行われることとなる。ここでコンデンサが充電される期間はコンデンサの容量にもよるが、およそ０．１ｍｓ程度である。したがって、極性反転期間、即ち駆動期間Ｔｂはおよそ０．１ｍｓ程度が望ましい。
仮に直流点灯駆動をしようとした場合には、図４に示したフルブリッジ回路２のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に直流の駆動信号を与え、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４、或いはＱ３、Ｑ２をオン状態に保つ必要がある。
そのため、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４のゲートＧ１、Ｇ４、或いはＱ３、Ｑ２のゲートＧ３、Ｇ２にハイレベルの信号を継続的に与える必要があり、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ３のゲート駆動信号には、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ４のゲート駆動信号より、ハイレベルの電圧を印加する必要がある。
スイッチング素子Ｑ１、Ｑ３のゲートＧ１、Ｇ３に供給するハイレベルの駆動信号は、別電源を用いるか、或いは、チャージポンプ回路などを用いて生成することも考えられるが、部品点数も増加し、コストも増加する。
したがって、第2の極性期間ＴbがＴｂ≦５ｍｓ、かつ駆動期間の比率がＴｂ/Ｔａ≦０．１となるような駆動期間が非対称な矩形波点灯駆動させることは、実際の回路構成においても、特別に部品点数を増やすことなく、安価に点灯回路を構成することができる。
【００５５】
次に待機電力点灯などの定常点灯の５０％以下の動作電力から定常点灯に移行する場合を考える。この場合において、矩形波交流電流の第１の極性の駆動期間Ｔａ（秒）、第２の極性の駆動期間をＴｂ（秒）としたとき、第2の極性期間ＴbがＴｂ≦５ｍｓ、かつ駆動期間の比率をＴｂ/Ｔａ≦０．１の状態から、周波数または電力を徐々に変化させながら定常点灯で動作させることが望ましい。なぜなら定常点灯電力に移行するまでには水銀が蒸発し、一定の圧力動作になるには一定の時間が必要であるが、この移行期間をＴｂ/Ｔａ≦０．１の非対称矩形波点灯で動作させると前述したように相対的に駆動期間の長い第1の極性駆動期間Ｔａにおいて陽極動作する側の電極の突起が消失することが容易に想像されるからである。こういった観点から定常点灯に移行する際は徐々に動作電力が高くなるとともに交流駆動動作に移ることが望ましい（図１１）。更には周波数の高い、即ち第２の極性期間Ｔｂと同じ程度の時間周期で動作する交流駆動動作に移ってから徐々に周波数を定常点灯動作に近づけながら、動作電力を高くする方が、それぞれ陽極、陰極動作していた電極に対して比較的低い電力で交流駆動動作することによって反対極性を経験する方が、熱的な負荷を急激に与えることなく、徐々に電極温度を上げることが出来るので熱ストレスによる電極先端部の割れなどを防止することが出来る。ここで第１の極性期間Ｔａと同程度の周波数で徐々に電力を上げることは上述したように電極の突起が消失する問題が発生することは明白である。
【００５６】
一般的に高圧放電ランプに使用される電極は主にタングステンで構成されており、照度寿命特性を改善する目的で９９．９９９％以上の極めて高純度のタングステンが使用される。高純度のタングステンは不純物が少ないという意味で長寿命を期待できる半面、結晶粒が粗大化するため、脆いという欠点を有している。特に先端部は極めて高温になることから結晶粒が粗大化しやすい。熱的なストレスが急激に加わることで熱応力により結晶粒界間で割れが生じるなどの不具合が生じる。従って、定常点灯に移行する場合は交流駆動に移行してから電力を移行させることが望ましい。
【００５７】
こういった見地に立つと定常点灯に移行する場合には定格動作する交流駆動周波数と必ずしも同じ周波数である必要は無い。むしろ電力移行とともに周波数を変化させることで上述する熱的負荷を極限まで小さくすることが出来る。
図１１は、待機電力点灯から定常点灯に移行する際、点灯電力を徐々に大きくして定常点灯に移行させ、同図（ａ）に示すように、陰極動作側の電極と陽極動作側の電極温度差が、少なくなるように、陰極動作と陽極動作の時間幅を変えながら定常点灯動作に近づける。
あるいは、同図（ｂ）の変形例に示すように、周波数、交流電流を徐々に大きくしながら定常点灯動作に近づけたり、同図（ｃ）の変形例に示すように、陰極動作側の電極と陽極動作側の電極温度差が、少なくなるように、陰極動作と陽極動作の時間幅を変えながら定常点灯動作に近づける。
【００５８】
次に、本実施例の高圧放電ランプ点灯装置を、図５に示したプロジェクタに搭載した場合における制御動作例について説明する。
図１２に、画像制御部に予め設定された一定の期間Ｔ１よりも長い期間において画像信号に変化が無い場合の動作フローチャートを示し、図１３に、この場合の点灯電力指令信号、電力、電流のタイムチャートを示す。
図１２、図１３において、定常点灯時、一定の期間Ｔ１よりも長い期間画像信号に変化が無いと、プロジェクタ制御部３１の点灯制御部３１ｂから待機電力点灯モードを選択する信号が送信され、この信号に基づいて点灯装置３０は待機電力点灯モードに移行する。
そして、画像信号がオンになると、待機電力点灯モードから再び定常点灯モードに移行する。
【００５９】
上記のように制御することで、例えば、パソコンなどの外部信号を通じてプロジェクタからスクリーン面に画像を投影している状態で、画面に変化が無い状態が継続された際などに自動的に待機電力点灯モードに移行させることができ、省電力化を図ることができる。    更には、待機電力点灯モードへ移行すると共に、高圧水銀ランプの冷却を止めるなどにより、更に省電力を図ることが出来る。また、短い点灯時間で繰り返し使用される環境の場合、始動時のダメージにより高圧放電ランプの寿命時間に悪影響を及ぼすことがある。待機電力点灯モードを利用することで高圧放電ランプを消すことなく、連続点灯動作させることで実質的に寿命特性を改善されると共に瞬時に画面を投影することが出来るなどの利点が考えられる。
【００６０】
図１４に、予め設定された一定の期間Ｔ２よりも長い期間、待機電力点灯動作が継続された場合の制御フローチャートを示し、図１５に、この場合の点灯電力指令信号、電力、電流のタイムチャートを示す。
図１４、図１５に示すように、定常点灯時、一定期間Ｔ１よりも長い期間画像信号に変化が無いと、プロジェクタ制御部３１の点灯制御部３１ｂから待機電力点灯モードに移行する。さらに、一定期間Ｔ２を超えて、待機電力点灯が継続された場合、プロジェクタ制御部３１の点灯制御部３１ｂから高圧放電ランプを消灯する信号が送信される。
この機能により、例えば待機点灯動作をしたままプロジェクタの使用を終了したときにプロジェクタの消し忘れを防止することが出来る。即ち、待機点灯動作の場合、点灯電力が低いこと、画像表示手段において例えば液晶表示装置の偏光方向をオフにすることであたかも消灯したかのように錯覚する。特に手元にプロジェクタが配置されない天井に吊り下げた使用方法（天吊り使用）の場合にこのような状況が考えられる。
【００６１】
図１６に、検知信号と点灯電力指令信号、電力、電流のタイムチャートを示す。
図１６に示すように、待機点灯した状態で検知信号がオンすると点灯指令信号が連動してオンされることで定常点灯に移行し、一定の時間定常点灯で動作した後、再び待機点灯に移行する。検知信号がオンされるとプロジェクタ制御部３１の点灯制御部３１ｂから定常点灯モードに移行する信号が送信され、一定期間継続した後、プロジェクタ制御部３１の点灯制御部３１ｂから待機電力モードが送信される。
この機能により、例えば赤外線センサー等で人物が通ったときのみ画面を表示させるといった使用が可能であり、常に画面表示をしているときに比べると省電力化することが可能である。
【００６２】
ここで待機電力点灯は画面に投射しないことを主としているが、これに限ったことではない。即ち、投射モードにおいて暗い画面をより暗く映し出すために定格点灯電力の５０％未満の電力で動作させることは非常に有効である。所謂コントラスト比の改善効果も期待できる。
【００６３】
待機電力点灯のもう一つの効果として前述したコントラスト比の改善も挙げられる。ここでコントラスト比が高いということはそれだけくっきりとした画像を表現することが出来ることからスクリーン照度と併せてプロジェクタの重要な性能である。例えば画像表示手段として液晶素子を使用した場合、液晶素子の性能にもよるが概ねコントラスト比は５００：１程度である。ここで５００：１とは白画面を投影したときのスクリーン面の照度と黒画面を投影したときのスクリーン面の照度の比率で表される。例えば、黒画面投影時に待機電力点灯として定格点灯の２５％の電力で動作させることで実質的に２０００：１のコントラスト比を達成することが可能となる。実際には前述したように水銀の未蒸発による動作圧力の低下に伴って電力比以上に光量が低下することから２０００：１を上回るコントラスト比を実現することが出来る。
【００６４】
以上の実施例では、画像表示手段として液晶素子の例を示したが、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）を使用しても良い。ＤＬＰプロジェクタの場合、概ね液晶素子を使用したプロジェクタに比べてコントラスト比を大きくすることが出来るが、本発明と組み合わせることで更なるコントラスト比の改善が可能となる。
【符号の説明】
【００６５】
１        降圧チョッパ回路
２        フルブリッジ回路
３        スタータ回路
４        ドライバ
５        制御部
５１      駆動信号発生手段
５１ａ、５１ｂ  交流信号発生部
５１ｃ    非対称矩形波信号発生部
５１ｄ    セレクタ
５２      コントローラ
５２ａ    点灯動作制御部
５２ｂ    周波数選択部
５２ｃ    電力制御部
１０      高圧放電ランプ
１１      発光部
１２      封止部
１３      導電用金属箔
１４      外部リード
２０      電極
２０ａ    球部
２０ｂ    軸部
２１      突起
３０      高圧放電ランプ点灯装置
３１      プロジェクタ制御部
３１ａ    画像制御部
３１ｂ    点灯制御部
３２      画像表示装置
３３      拡大装置
３４      スクリーン
３５      パソコン
Ｃｘ、Ｃ２    コンデンサ
Ｄｘ      ダイオード
Ｌｘ      リアクトル
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒｘ  抵抗
Ｑ１〜Ｑ４、Ｑ５、Ｑｘ  スイッチング素子
Ｔ１      トランス
Ｅｔ      補助電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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