(57)【要約】【課題】簡単に点灯性の向上を図ることのできる、交流方式の超高圧水銀ランプの点灯装置を提供する。【解決手段】交流点灯方式の超高圧水銀ランプ５の点灯装置であって、外部から供給された直流電圧を所定の大きさの電圧に変換する降圧チョッパ１と、降圧チョッパ１の出力電圧から直流または交流のいずれかの電圧を生成して超高圧水銀ランプ５に供給するフルブリッジスイッチング回路２と、消灯に際して、超高圧水銀ランプ５の電極５１側を陽極として、所定の時間にわたって直流電圧が供給されるようにフルブリッジスイッチング回路２を制御する制御回路４とを有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流点灯方式の超高圧水銀ランプの点灯装置であって、
外部から供給された直流電圧を所定の大きさの電圧に変換する降圧チョッパと、
前記降圧チョッパの出力電圧から直流または交流のいずれかの電圧を生成して前記超高圧水銀ランプに供給するフルブリッジスイッチング回路と、
消灯に際して、前記超高圧水銀ランプの所定の電極側を陽極として、所定の時間にわたって直流電圧が供給されるように前記フルブリッジスイッチング回路を制御する制御回路とを有することを特徴とする点灯装置。
【請求項２】
前記制御回路は、点灯に際して、前記超高圧水銀ランプの所定の電極側を陽極として、所定の時間にわたって直流電圧が供給されるように前記フルブリッジスイッチング回路を制御することを特徴とする請求項１に記載の点灯装置。
【請求項３】
前記制御回路は、前記点灯に際して直流電圧を供給した後に、交流電圧が前記超高圧水銀ランプに供給されるように前記フルブリッジスイッチング回路を制御し、
前記消灯に際して直流電圧を供給したときの前記超高圧水銀ランプの電極間に流れる電流値が、前記交流電圧を供給したときの前記超高圧水銀ランプの電極間に流れる定常電流の値より小さいことを特徴とする請求項２に記載の点灯装置。
【請求項４】
前記消灯に際して直流電圧を供給したときの前記超高圧水銀ランプの電極間に流れる電流値が、前記定常電流の値の半分であることを特徴とする請求項３に記載の点灯装置。
【請求項５】
交流点灯方式の超高圧水銀ランプの点灯方法であって、
前記超高圧水銀ランプに交流電圧を供給して点灯させるステップと、
前記点灯させた超高圧水銀ランプの消灯に際して、該超高圧水銀ランプの所定の電極側を陽極として、所定の時間にわたって直流電圧を供給するステップとを含むことを特徴とする点灯方法。
【請求項６】
前記超高圧水銀ランプの点灯に際して、前記所定の電極側を陽極として、所定の時間にわたって直流電圧を供給するステップをさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の点灯方法。
【請求項７】
前記消灯に際して直流電圧を供給したときの前記超高圧水銀ランプの電極間に流れる電流値が、前記交流電圧を供給したときの前記超高圧水銀ランプの電極間に流れる定常電流の値より小さいことを特徴とする請求項５に記載の点灯方法。
【請求項８】
前記消灯に際して直流電圧を供給したときの前記超高圧水銀ランプの電極間に流れる電流値が、前記定常電流の値の半分であることを特徴とする請求項７に記載の点灯方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プロジェクタなどの光源として用いられる放電ランプ、特に交流点灯方式の超高圧水銀ランプの点灯装置および点灯方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
交流点灯方式の超高圧水銀ランプでは、点灯性がランプの特性（寿命や輝度）に大きな影響を与える。例えば、一度点灯したランプ内部は高圧力となるため、消灯後、直ぐに再点灯させる場合の点灯性は著しく悪くなる。このような点灯性の悪化は、主にアークスポット形成時におけるスパッタリングによるランプ電極の消耗を増加させ、輝度の低下を招くことになる。
【０００３】
再点灯時における点灯性の向上を図ったものとして、特許文献１に記載された点灯方法がある。この点灯方法では、発光管内に水銀が封入された超高圧放電ランプの、点灯状態から消灯る過程において、発光管内の電極に供給するランプ電力をアーク放電が消滅しない程度まで低減させ、かつ、その低減状態を一定時間維持した後に電流供給を遮断するようになっている。これにより、両ランプ電極表面への水銀の付着を低減し、始動時のアーク発生が安定するまでの間に生じるスパッタリングによるランプ電極の消耗を防止する。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２８９３７９号
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した交流点灯方式の超高圧水銀ランプにおける点灯性を悪化させる要因の１つに、ランプ消灯時における電極への水銀の付着がある。電極への水銀の付着状態は、ランプの電極構造、バルブ内面と電極までの距離、冷却速度等により異なる。例えば、超高圧水銀ランプは、リフレクタに組み込むための金属部品が一方の電極側に設けられるため、消灯後は、その電極の冷却が他方の電極の冷却に比べて早くなる。この場合、水銀の付着は、冷却の早い方の電極側で進み、極端な場合には、全ての水銀が一方の電極側に付着することも考えられる。このように、一方の電極に多くの水銀が偏って付着する場合は、ランプがスムーズに立ち上がらないことが多い。
【０００６】
特許文献１に記載のものにおいては、消灯後も一定期間にわたって、アークの形成を維持することで電極をある程度の温度で維持することができ、ほとんどの水銀を冷却の早いバルブ内面に付着させることが可能である。しかし、この手法は、バルブ内面への水銀の付着に際して化合物が付着して輝度の低下を招く恐れがある。
【０００７】
本発明の目的は、上記問題を解決し、簡単に点灯性の向上を図ることのできる、交流方式の超高圧水銀ランプの点灯装置および点灯方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の点灯装置は、交流点灯方式の超高圧水銀ランプの点灯装置であって、外部から供給された直流電圧を所定の大きさの電圧に変換する降圧チョッパと、前記降圧チョッパの出力電圧から直流または交流のいずれかの電圧を生成して前記超高圧水銀ランプに供給するフルブリッジスイッチング回路と、消灯に際して、前記超高圧水銀ランプの所定の電極側を陽極として、所定の時間にわたって直流電圧が供給されるように前記フルブリッジスイッチング回路を制御する制御回路とを有する。
【０００９】
本発明の点灯方法は、交流点灯方式の超高圧水銀ランプの点灯方法であって、前記超高圧水銀ランプに交流電圧を供給して点灯させるステップと、前記点灯させた超高圧水銀ランプの消灯に際して、該超高圧水銀ランプの所定の電極側を陽極として、所定の時間にわたって直流電圧を供給するステップとを含む。
【００１０】
上記のとおりの本発明によれば、消灯に際して、超高圧水銀ランプの所定の電極側を陽極として、所定の時間にわたって直流電圧が供給される。ここで、所定の電極とは、リフレクタに組み込むための金属部品が設けられる側の電極である。直流電圧の供給により、所定の電極（陽極）の消灯直前の温度は、定常電流動作時の温度より高く、また他方の電極（陰極）よりも高くなる。よって、消灯後における所定の電極の冷却は、温度が高くなった分だけ遅くなる。この結果、各電極における、水銀の付着が生じる温度までの冷却時間がほぼ同じになり、水銀は各電極のそれぞれに振り分けられて平均的に付着する。こうして各電極に付着した水銀の量は、上述の課題で述べた、一方の電極への水銀の偏った付着と比べて少ない。
【００１１】
また、本発明によれば、消灯時の各電極への水銀の付着に際して、上述した特許文献１に記載されたもののような、バルブ内面への化合物の付着による輝度の低下が生じる恐れもない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１３】
図１に、本発明の点灯装置の一実施形態である交流バラスト装置の概略構成を示す。この交流バラスト装置は、交流点灯方式の超高圧水銀ランプ５を点灯させるものであって、降圧チョッパ１、フルブリッジスイッチング回路２、イグナイタ３、およびこれらを制御する制御回路４からなる。
【００１４】
降圧チョッパ１は、入力端子１ａ、１ｂの間に供給される直流電圧を制御すべきランプ電圧に変換するものであって、その動作は制御回路４からの制御信号４ａによって制御される。図２に、降圧チョッパ１の具体的な構成を示す。
【００１５】
図２を参照すると、降圧チョッパ１は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）２１、フライホイルダイオード２２、チョークコイル２３およびコンデンサ２４からなる。ＦＥＴ２１およびチョークコイル２３は、入力端子１ａに接続されたラインに直列に挿入されている。フライホイルダイオード２２は、カソード側がＦＥＴ２１の出力側とチョークコイル２３の入力側を接続するラインと接続され、アノード側が入力端子１ｂに接続されたラインと接続されている。コンデンサ２４は、チョークコイル２３の出力側のラインと入力端子１ｂに接続されたラインの間に並列に接続されている。
【００１６】
上記の降圧チョッパ１では、制御回路４からの制御信号４ａに従ってＦＥＴ２１がスイッチ動作することで、超高圧水銀ランプ５に供給する電力が一定になるように降圧チョッパ１の出力電圧が制御される。但し、ランプが放電していない場合の降圧チョッパ１の出力電圧は、入力端子１ａ，１ｂの間に加えられた電圧にほぼ等しくなる。
【００１７】
フルブリッジスイッチング回路２は、降圧チョッパ１の出力電圧を入力とし、超高圧水銀ランプ５に対して直流および交流の電圧を供給する。制御回路４からの制御信号４ｂに従ってスイッチ動作することで、直流または交流の電圧が出力される。図３に、フルブリッジスイッチング回路２の具体的な構成を示す。
【００１８】
図３を参照すると、フルブリッジスイッチング回路２は、ＦＥＴ３１、３２を直列に接続したものと、ＦＥＴ３３、３４を直列に接続したものとを並列に接続したものである。フルブリッジスイッチング回路２の一方の入力ラインにＦＥＴ３１、３３の一端が共通に接続され、他方の入力ラインにＦＥＴ３２、３４の一端が共通に接続されている。フルブリッジスイッチング回路２の一方の出力ラインにＦＥＴ３１、３３の他端が共通に接続され、他方の出力ラインにＦＥＴ３２、３４の他端が共通に接続されている。
【００１９】
上記のフルブリッジスイッチング回路２では、ＦＥＴ３１〜３４のスイッチ動作が制御回路４からの制御信号４ｂによって制御される。ＦＥＴ３１、３４を共にオン、ＦＥＴ３２、３３を共にオフとすれば、フルブリッジスイッチング回路２から直流電圧（無負荷時電圧という）が出力され、超高圧水銀ランプ５の電極５１には＋電位、電極５２には−電位がそれぞれ印加される。反対に、ＦＥＴ３１、３４を共にオフ、ＦＥＴ３２、３３を共にオンとすれば、超高圧水銀ランプ５の電極５１に−電位、電極５２に＋電位がそれぞれ印加されることになる。ＦＥＴ３１、３４を共にオン、ＦＥＴ３２、３３を共にオフとする第１の状態と、ＦＥＴ３１、３４を共にオフ、ＦＥＴ３２、３３を共にオンとする第２の状態とを交互に切り替えることで、フルブリッジスイッチング回路２から交流電圧が出力される。
【００２０】
イグナイタ３は、超高圧水銀ランプ５の電極５１、５２間の絶縁を破壊して放電を開始させるための高電圧を発生するものである。制御回路４は、降圧チョッパ１に対してそのスイッチ動作を制御するための制御信号４ａを、フルブリッジスイッチング回路２に対してそのスイッチ動作を制御するため制御信号４ｂをそれぞれ供給する。
【００２１】
上述した本実施形態の交流バラスト装置では、不図示の外部制御装置（例えばプロジェクタに適用した場合には、そのプロジェクタの制御部）からランプ制御信号が供給される（ハイレベル状態）と、超高圧水銀ランプ５を点灯させるための動作が開始され、ランプ制御信号の供給がなくなる（ロウレベル状態）と、その点灯動作を終了するための消灯動作が行われるようになっている。この点灯動作および消灯動作は、制御回路４によって制御される。
【００２２】
図４に、制御回路４による点灯および消灯の制御の一例を示す。図４中、（ａ）はランプ制御信号、（ｂ）は超高圧水銀ランプ５に供給されるランプ電流の波形を示したもので、斜線部が交流電流による制御期間、その前後の期間Ｔ１、Ｔ２が一定直流電流による制御期間を示す。以下、図１〜４を参照して制御回路４による点灯および消灯の制御を説明する。
【００２３】
ランプ制御信号がロウレベルからハイレベルになると、イグナイタ３によって生成されたイグナイト電圧（ランプを始動するためのパルス電圧）が超高圧水銀ランプ５に供給されて電極５１、５２の間の絶縁が破壊される。そして、電極５１から電極５２に電流が流れてアーク放電に移行する。
【００２４】
アーク放電に移行すると、ランプ放電が安定する迄の間、すなわち期間Ｔ１の間は、一定直流電流でランプ動作させる。この一定直流電流でのランプ動作では、直流電圧が超高圧水銀ランプ５に供給されるようにフルブリッジスイッチング回路２が制御される。ここでは、超高圧水銀ランプ５をリフレクタに固定するための金属部品が電極５１側に設けられるものと仮定し、電極５１を陽極、電極５２側を陰極として直流電圧が供給される。
【００２５】
期間Ｔ１を経てランプ放電が安定すると、続く期間Ｔ２の間は、交流電圧が超高圧水銀ランプ５に供給されるようにフルブリッジスイッチング回路２が制御される。これにより、超高圧水銀ランプ５は交流電流でランプ動作する。
【００２６】
ランプ制御信号がハイレベルからロウレベルになると、期間Ｔ２の間、一定直流電流でランプ動作させる。この一定直流電流でのランプ動作も、上記期間Ｔ１の場合と同様にして行われる。この場合も、電極５１側を陽極、電極５２側を陰極とする。
【００２７】
以上のランプ動作によれば、消灯の際に、所定の時間にわたって一定直流電流でのランプ動作が行われることにより、ランプ再立ち上げ時の点灯性（再点灯性）が向上する。以下にその理由を説明する。
【００２８】
超高圧水銀ランプ５は、リフレクタに組み込むための金属部品が電極５１側に設けられるようになっており、消灯後の冷却速度が電極５１、５２の間で異なる。この場合は、電極５１側が電極５２側より早く冷却されることになる。再点灯性を悪化させる原因である、消灯後の電極への水銀の付着は、早く冷却される電極５１側ほど進み、極端な場合には、水銀が全て電極５１側に付着することも考えられる。このように、電極の一方に水銀が多量に付着した場合は、再点灯性が悪化する。
【００２９】
再点灯性を向上させるためには、水銀を両電極５１、５２に平均して付着させる必要がある。本実施形態の交流バラスト装置においては、消灯するにあたって、電極５１側を陽極、電極５２側を陰極として、所定の時間にわたって一定直流電流でのランプ動作が行われる。この場合、陽極である電極５１側の消灯直前の温度は、定常電流動作時（図４の（ｂ）の斜線部に相当する）の温度より高く、また陰極である電極５２側よりも高くなる。よって、消灯後における電極５１の冷却は、温度が高くなった分だけ遅くなる。この結果、各電極５１、５２における、水銀の付着が生じる温度までの冷却時間がほぼ同じになり、水銀は電極５１、５２のそれぞれに平均的に付着する。こうして各電極に付着した水銀の量は、消灯の際に直流電流でのランプ動作を行わなかった場合の付着量に比べて少なくなるため、再点灯性が向上する。
【００３０】
なお、上述した本実施形態の交流バラスト装置において、制御回路４として既存のマイクロコンピュータを用い、超高圧水銀ランプ５に供給される電流の制御をプログラムによって実現することができる。本実施形態では、点灯開始時の一定直流電流によるランプ動作と消灯の際の一定直流電流によるランプ動作は、いずれも同じ制御であり、同じプログラムを適用することができるので、制御が複雑化することがなく、また、コストも抑えられる。
【００３１】
また、図４の（ｂ）に示した期間Ｔ１、Ｔ２は、ランプの電極構造、バルブ内面と電極までの距離、冷却速度などを考慮して、適宜設定することが望ましい。
【００３２】
（他の実施形態）
本実施形態では、消灯に際して行われる、一定直流電流によるランプ動作において、超高圧水銀ランプ５の電極５１、５２間に流れる電流の量を定常電流の１／２にするようにした以外は、上述した実施形態のものと同様である。図５に、その電流制御の一例を示す。図５中、（ａ）はランプ制御信号、（ｂ）は超高圧水銀ランプ５に供給されるランプ電流の波形を示したもので、斜線部が交流電流による制御期間、その前後の期間Ｔ１、Ｔ３が一定直流電流による制御期間を示す。期間Ｔ１および斜線部における動作は、図４の（ｂ）における動作と同じである。
【００３３】
本実施形態では、ランプ制御信号がハイレベルからロウレベルになると、期間Ｔ３の間、電極５１側を陽極、電極５２側を陰極として一定直流電流でのランプ動作が行われるが、電極５１、５２に供給される電流の量は、定常電流の１／２とされる。ここで、定常電流とは、ランプ安定状態において流れる電流であって、具体的には図５の（ｂ）の斜線部における交流電圧を供給する期間において、超高圧水銀ランプ５の電極５１、５２間に流れる電流である。こうすることで、電極５１、５２に形成されるアークスポット（アーク輝点）の面積が狭くなって、電極先端部の温度が定常電流時より高くなる。これは、図４に示した例の場合よりも消灯後の電極の冷却をさらに遅くすることができることを意味している。
【００３４】
また、消灯に際して行われる、一定直流電流でのランプ動作の期間Ｔ３は、図４に示した例の期間Ｔ２より短くなるので、ランプ制御信号がロウレベルになってからランプが消灯するまでの時間、すなわち、使用者がランプ停止操作を行ってからランプが消灯するまでの時間を短くすることができる。これにより、操作性が向上する。
【００３５】
上述の図５に示したような電流の制御は、既存のマイクロコンピュータのプログラムを変更するだけで、簡単に実現することができる。
【００３６】
上述した他の実施形態において、期間Ｔ３の間の一定直流電流でのランプ動作において電極５１、５２に供給される電流の量は、定常電流の１／２としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、定常電流より小さい値で、アークスポットの面積を小さくすることができるのであれば、どのような値にしてもよい。ただし、電流の量をあまり小さくし過ぎると、アークスポットが形成されずに立ち消えて電極を加熱することができなくなるため、最低でも、電流の量はアークスポットを形成できる範囲に設定する必要がある。実験的には、電流の量を定常電流の１／２とすることで、立ち消えることなく良好な電極加熱を得られた。なお、設計にもよるが、電流の量を定常電流の１／２未満では立ち消える恐れがあることから、電流の量は定常電流の１／２以上とすることが望ましい。
【００３７】
上述した各実施形態の交流バラスト装置は、超高圧水銀ランプ以外の放電ランプ、例えば、金属蒸気中の放電によって発光する水銀ランプやメタルハライドランプに代表されるＨＩＤランプ（Ｈｉｇｈ  Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  Ｌａｍｐｓ）にも適用することができ、同様に再点灯性の向上を図ることができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、消灯後における各電極への水銀の付着量を低減することができるので、点灯性、特に再点灯性が向上する、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の点灯装置の一実施形態である交流バラスト装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す交流バラスト装置を構成する降圧チョッパの具体的な構成を示す回路図である。
【図３】図１に示す交流バラスト装置を構成するフルブリッジスイッチ回路の具体的な構成を示す回路図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）は、図１に示す交流バラスト装置の点灯および消灯の制御を説明するための図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、本発明の他の実施形態である交流バラスト装置の点灯および消灯の制御を説明するための図である。
【符号の説明】
１  降圧チョッパ
１ａ、１ｂ  入力端子
２  フルブリッジスイッチ回路
３  イグナイタ
４  制御回路
５  超高圧水銀ランプ
５１、５２  電極
２１、３１〜３４  ＦＥＴ
２２  フライホイールダイオード
２３  チョークコイル
２４  コンデンサ
【図１】
2004342357.tif 000003
【図２】
2004342357.tif 000004
【図３】
2004342357.tif 000005
【図４】
2004342357.tif 000006
【図５】
2004342357.tif 000007