(57)【要約】    【課題】  始動時に印加する高電圧パルスの電圧を低下させるとともに、グロー放電時に電極物質のスパッタを抑制した高圧放電ランプ点灯装置およびこれを用いた照明装置を提供する。    【解決手段】  高圧放電ランプ点灯装置は、気密容器１、その内部に封装された一対の電極２、２ならびに水銀、ハロゲンおよび希ガスを含んで気密容器１の放電空間内に封入されるとともに、点灯時の水銀蒸気圧が少なくとも１０ＭＰａ以上になる放電媒体を備えた高圧放電ランプＨＰＤＬと、このランプを付勢して点灯する点灯回ＯＣと、始動時または／および再始動時に高圧放電ランプＨＰＤＬに高電圧パルスを印加する高電圧パルス発生回路ＨＰＧと、高電圧パルスの印加に先立って高電圧パルスより波高値が低くてグロー放電を生起可能な始動補助パルス電圧を高圧放電ランプに印加する始動補助パルス電圧発生回路ＡＰＧと、を具備している。【選択図】    図１
2005243361.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電空間を有する耐火性で透光性の気密容器、気密容器内に封装された一対の電極ならびに水銀、ハロゲンおよび希ガスを含んで気密容器の放電空間内に封入されるとともに、点灯時の水銀蒸気圧が少なくとも１０ＭＰａ以上になる放電媒体を備えた高圧放電ランプと；
高圧放電ランプを付勢して点灯する点灯回路と；
始動時または／および再始動時に高圧放電ランプに高電圧パルスを印加する高電圧パルス発生回路と；
高電圧パルスの印加に先立って高電圧パルスより波高値が低くてグロー放電を生起可能な始動補助パルス電圧を高圧放電ランプに印加する始動補助パルス電圧発生回路と；
を具備していることを特徴とする高圧放電ランプ点灯装置。
【請求項２】
照明装置本体と；
照明装置本体に配設された請求項１記載の高圧放電ランプと；
を具備していることを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超高圧水銀蒸気放電により可視光が発生する高圧放電ランプを点灯するための高圧放電ランプ点灯装置およびこれを用いた照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶プロジェクタやオーバーヘッドプロジェクタなどのような画像を拡大投影する装置においては、その光源として高圧放電ランプが採用されている。これらの装置の中でも特に液晶プロジェクタは、静止画はもちろんのこと動画においても投影することができる装置である。そして、ビデオ信号またはパソコンの画像信号を入力することにより、様々な画像を投影することができることから、プレゼンテーションのツール用、シアター用または大画面テレビ用などとして様々な分野で使用されている。
【０００３】
このような装置において、光源は、点光源に近いこと、および寿命が長いことが要求される。この要求に対して、超高圧水銀蒸気放電により可視光が発生する高圧放電ランプが貢献するとして多用されている。この高圧放電ランプとして、水銀の蒸気圧を２００ｂａｒ（約２００気圧）と超高圧にし、かつ、ハロゲンを封入した高圧放電ランプが知られえている（例えば、特許文献１参照。）。この高圧放電ランプは、封入したハロゲンによって、点灯時の電極温度により電極を形成しているタングステンが蒸発し、透光性放電容器の内壁面で凝固することによって生じる黒化を抑制することができる旨記載されている。
【０００４】
上記の高圧放電ランプは、発光効率および集光効率が高く、光束も大きいことからフロントプロジェクタやリアプロジェクションＴＶの光源として使用されている。この高圧放電ランプは、始動補助がない場合、始動点灯およびグロー・アーク転移に大きなエネルギーが必要なため、始動に１０ｋＶ０−ｐ程度の高電圧パルスを印加する必要がある。このような高電圧パルスの電圧を低減するために、高圧放電ランプの気密容器の対向電極間に周波数数１０ｋＨｚの正弦波高周波電圧を印加して、いったんグロー放電を生起させ、そこに高電圧パルスを印加することでグロー・アーク転移を起こさせる方法が提案されている。この方法によれば、始動時に印加する高電圧パルスを５ｋＶ０−ｐ程度まで低下させることが可能になる。
【特許文献１】特許第２８２９３３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上述した提案による場合、正弦波高周波電圧を印加したときに生起するグロー放電時に電極のタングステンがスパッタされ、スパッタされたタングステンが気密容器の内面に付着する。その結果、気密容器の内面が黒化して照度が低下するとともに、この黒化により気密容器の温度が過昇して気密容器の膨れが発生して早期不点の原因になるといった問題が生じる。
【０００６】
本発明は、始動時に印加する高電圧パルスの電圧を低下させるとともに、グロー放電時に電極物質のスパッタを抑制した高圧放電ランプ点灯装置およびこれを用いた照明装置を提供することを目的とする。
【０００７】
また、本発明は、再始動時に印加する高電圧パルスの電圧を低下させながら瞬時再始動を可能にした高圧放電ランプ点灯装置およびこれを用いた照明装置を提供することを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明の高圧放電ランプ点灯装置は、放電空間を有する耐火性で透光性の気密容器、気密容器内に封装された一対の電極ならびに水銀、ハロゲンおよび希ガスを含んで気密容器の放電空間内に封入されるとともに、点灯時の水銀蒸気圧が少なくとも１０ＭＰａ以上になる放電媒体を備えた高圧放電ランプと；高圧放電ランプを付勢して点灯する点灯回路と；始動時または／および再始動時に高圧放電ランプに高電圧パルスを印加する高電圧パルス発生回路と；高電圧パルスの印加に先立って高電圧パルスより波高値が低くてグロー放電を生起可能な始動補助パルス電圧を高圧放電ランプに印加する始動補助パルス電圧発生回路と；を具備していることを特徴としている。
【０００９】
本発明および以下の各発明において、特に指定しない限り用語の定義および技術的意味は次による。
【００１０】
＜高圧放電ランプについて＞    高圧放電ランプは、上記の気密容器、一対の電極ならびに水銀、ハロゲンおよび希ガスを含み、点灯時の水銀蒸気圧が少なくとも１０ＭＰａ以上になる放電媒体を備えた構成であればよく、その定格ランプ電力、ランプ電圧およびランプ電流などの電気特性ならびに全光束、色温度および演色性などの発光特性はどのようなものであってもよい。以下、高圧放電ランプのとり得る構成についてさらに詳細に説明する。
【００１１】
（気密容器）    気密容器は、内部に放電空間が形成されている包囲部およびその両端から延在する一対の封止部を備えている。封止部は、包囲部の内部に生起する放電を外部に対して包囲するとともに、包囲部をその内部に望む電極と一緒に封止する。このため、気密容器は、耐火性で、かつ、少なくともその包囲部が透光性である。「耐火性」とは、高圧放電ランプにおける通常の高温の作動温度に十分耐える意味である。また、「透光性」とは、放電によって発生した所望波長域の可視光を少なくとも一部から外部に導出することができることを意味している。これらの条件を満足するものとしては石英ガラスが最適である。なお、必要に応じて、気密容器の包囲部の内面に耐ハロゲン性または耐ハロゲン化物性の透明性被膜を形成するか、気密容器の内面を改質することが許容される。
【００１２】
また、気密容器の包囲部内に形成される放電空間は、外気に対して気密に封止されている。そして、包囲部の放電空間内には、後述するように一対の電極が所定の間隔で対向した状態で放電空間に臨んで封止部により封装される。また、放電空間は、適当な形状であることを許容するものであるが、好適には球体または回転楕円球体のような形状に形成することができる。
【００１３】
一対の封止部は、封止部は、包囲部の両端から棒状に延在し、内部に後述する電極軸を支持するとともに、気密容器の包囲部の両端を埋設した封着金属箔の部分で封止し、さらに電極に導入導体を上記封着金属箔を介して接続している。封止部における封止は、上記のように封着金属箔をその長手方向の中間に介在させて電極軸と導入導体との間を接続するとともに、封着金属箔に封止部の石英ガラスを気密に密着させて気密容器を封止することができる。この場合の封止には、減圧封止法を用いることにより、気密容器の耐圧性を高めることができる。したがって、封止部は、減圧封止部を構成しているのが好ましい。
【００１４】
（一対の電極）    一対の電極は、気密容器に封装された電極軸を有し、その電極軸の先端側に電極主部が配設されることによって構成されている。なお、電極は、純タングステン（Ｗ）、トリウムタングステンまたはドープドタングステンによって形成することができる。
【００１５】
また、電極軸の中間部が封止部の石英ガラスに溶着すると、両者の熱膨張係数の相違によって石英ガラスにクラックが生じやすくなるので、封止部の石英ガラス部分は、電極の振れを防止する程度に緩くくわえ込むように支持するだけで、溶着しないように留意すべきである。なお、石英ガラスが電極部に溶着しにくくする手段として、例えば電極軸の封止部内に埋設される部位にタングステンの細線を大きなピッチで巻き付け、その上から石英ガラスが緩く当接するように構成することができる。そうして、上記のくわえ込み用のコイルを電極軸に配設することによって、気密容器の耐圧がなお一層向上する。
【００１６】
さらに、一対の電極は、交流点灯および直流点灯のいずれで点灯するように構成されていてもよい。交流点灯の場合、一対の電極は同一構造に構成することができる。各電極は、一般的には、呪術のように電極軸と、その先端部の電極主部とで構成される。電極主部は、電極軸の先端部近傍に電極軸と同一材料性のコイルを巻装して構成することができる。しかし、要すれば、削り出し構造の凸部を備えた構造に代えることができる。また要すれば、電極軸のみの電極主部を構成することが許容される。
【００１７】
これに対して、直流点灯の場合、一対の電極はその一方が陽極となり、他方が陰極になる。陽極は、ランプ電流の大部分を占める電子の流入による発熱で高温になるので、放熱面積を大きくするために、電極主部を電極軸より相対的に径大に形成するのが一般的である。タングステンの相対的に大径の棒を削り出して陽極の電極主部を形成したり、タングステンの電極軸の先端にタングステン細線からなるコイルを巻装してなる電極主部を形成して陽極としたりすることができる。一方、陰極は、熱電子放出を行い、かつ、ランプ電流のわずかな部分を占めるイオンが流入するので、その電極主部を相対的に小径のタングステンからなる電極軸の先端部のみによって構成される。
【００１８】
電極間の距離は、いわゆる短アーク形の放電が生起するような関係に封装される。短アーク形は、気密容器内に形成される電極間距離が小さく構成されているという特徴があり、したがって発光部を形成するアーク放電領域を小さくすることができる。このため、高圧放電ランプの発光をなるべく点光源に近付けることができるので、反射鏡またはレンズなどの光学系による集光を効率よく行うことができる。液晶プロジェクタなどの投射用においては、小形の短アーク形の高圧放電ランプを用いるが、その電極間距離は、３ｍｍ以下が好適である。電極間距離が４ｍｍを超えると、点光源から離れてしまって、光学系の焦点特性が悪くなり、液晶プロジェクタ用として用いた場合に、スクリーン照度が低下してしまう。なお、最適には０．５〜２．０ｍｍである。
【００１９】
（放電媒体）    気密容器内に封入される放電媒体は、水銀、希ガスおよびハロゲンを含んで構成されている。また、加えて安定点灯時に水銀蒸気圧が少なくとも１０ＭＰａ以上、好ましくは１５ＭＰａ以上になるように所要量の水銀が封入され、かつ、高圧放電ランプが所要に作動される。
【００２０】
［水銀］    水銀（Ｈｇ）は、その蒸気が放電により高圧放電ランプが発生する可視光の発光金属として作用し、気密容器の放電空間の単位内容積（１ｍｍ３）当たり例えば０．２〜０．３５ｍｇ封入することができる。水銀の封入量が上記の範囲内であれば、発光中の赤色成分が増加して演色性が向上する。また、併せて気密容器の点灯中の破裂を抑制することができる。
【００２１】
［希ガス］    希ガスは、高圧放電ランプの始動ガスおよび緩衝ガスとして作用する。また、希ガスは、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）およびキセノン（Ｘｅ）などの一種または複数種を混合して用いることができる。
【００２２】
［ハロゲン］    ハロゲンは、高圧放電ランプの点灯中に気密容器の内面に付着した電極材料の蒸着などの付着物を清浄化して、気密容器の黒化を抑制するように作用する。また、ハロゲンは、それ単体またはハロゲン化物として封入することができる。さらに、ハロゲンは、ヨウ素（Ｉ）、臭素（Ｂｒ）および塩素（Ｃｌ）のいずれか一種または複数種、好適には臭素（Ｂ）のハロゲン化物または臭素単体からなる。さらにまた、ハロゲンを気密容器の放電空間の内容積に対して１．０×１０−４μｍｏｌ／ｍｍ３以上封入することにより、放電のアークが安定する。なお、ハロゲンの封入量は、５．０×１０−４μｍｏｌ／ｍｍ３程度を目安にすれば、電極の腐食などの不都合が生じにくくなる。そうして、ハロゲンの封入量は、１．０×１０−４μｍｏｌ／ｍｍ３〜５．０×１０−４μｍｏｌ／ｍｍ３の範囲であり、２．０×１０−４μｍｏｌ／ｍｍ３前後が特に好適である。
【００２３】
（アルカリ金属について）    ナトリウム（Ｎａ）およびリチウム（Ｌｉ）などのアルカリ金属は、放電により波長５８０〜７８０ｎｍの範囲に発光スペクトルを生じる物質である。ところが、既述のようにこれらの金属またはそのハロゲン化物は、これが気密容器の内部に存在すると、アルカリ金属が気密容器の内壁の失透核となり、その核から失透が広がってしまうので、いわゆる放電媒体として意識的に封入されていると否（例えば、不純物として封入されている場合。）とにかかわらず、高圧放電ランプの発光スペクトル分布の中に影響を与える、換言すればピークを有するような量が封入されていないことが望ましい。
【００２４】
（その他の構成）    高圧放電ランプの必須構成要件ではないが、以下の構成を必要に応じて選択的に付加することにより、高圧放電ランプの性能が向上したり、機能が追加されたりする。
【００２５】
１．（ランプ電力について）    高圧放電ランプの安定点灯時のランプ電力は、３０〜１５０Ｗの範囲内に設定することができる。また、各種の照明装置用として好適な高圧放電ランプは、安定点灯時のランプ電力が上記の範囲内にあればよい。しかし、液晶プロジェクタなどの画像を拡大投影する装置用として好適な高圧放電ランプとしては、８０〜１５０Ｗである。
【００２６】
２．（補助導体について）    高圧放電ランプの始動を補助して始動を容易にするために、補助導体を配設することができる。補助導体は、気密容器の外面に沿ってなるべく密接して、かつ、一対の電極の少なくともいずれか一方に対して他方の電極との間の距離より接近するように配設される。また、好ましくは接近しない方の電極の電位が与えられるように接続され、したがって補助導体に近接する方の電極と補助導体との間の距離が接近するとともに、それらの間に一対の電極間に生じるのと同じ電位差が与えられるので、補助導体とこれに近接する電極との間の接近した距離の間の電位傾度が大きくなり、その結果始動が促進される。
【００２７】
しかし、補助導体は、一対の電極のいずれにも接続しない態様が許容される。この場合であっても、始動以前において補助導体が存在することによって補助導体とこれに接近する方の電極との間の電位傾度は、補助導体が存在しないときより大きくなるので、始動補助になる。
【００２８】
また、補助導体は、後述する始動補助パルス電圧発生回路（再始動の場合には、または始動補助正弦波交流電圧発生回路であるｋとを許容する。）にのみ接続する態様が許容される。この態様において、始動補助パルス電圧発生回路は、補助導体とこれに近接する電極との間に接続される。
【００２９】
さらに、補助導体は、所望により気密容器の外周方向の複数箇所において管軸方向に延在するように複数の分岐片を備えたものを配設することができる。このような構成を採用することにより、たとえ補助導体に近接する方の電極が管軸に対して偏って封装されたとしても、補助導体の複数の分岐片いずれかが偏った方向に近接することになる。したがって、始動補助の効果が削減されるような事態が生じなくなる。また、電極が偏ったことに伴って必要以上に高い始動電圧を印加しなくてもよくなる。なお、補助導体の分岐片は、３つ以上であれば、上述の効果をより確実に奏することができる。
【００３０】
３．（凹形反射鏡について）    高圧放電ランプからの発光を集光するために、凹形反射鏡を高圧放電ランプに固定的に付加することができる。凹形反射鏡は、口金セメントのような無機質接着剤などの固着手段によって高圧放電ランプに対して所定の位置関係に固着するのが適当である。しかし要すれば、両者を着脱可能な形態で一体に固定することもできる。
【００３１】
また、高圧放電ランプを凹形反射鏡に固定するために、透光性放電容器の封止部に固着した口金を利用することができる。なお、高圧放電ランプは、その全体が凹形反射鏡の中に完全に収納されるように配置されてもよいし、一部が反射鏡から外部へ突出してもよい。
【００３２】
さらに、凹形反射鏡は、ガラスまたは金属を基体として構成しているものを用いることができる。いずれの構成においても、反射面に可視光反射・熱線透過性能を備えるたとえばダイクロイックミラーを採用することにより、熱線が被照面に投射されるのを低減することができる。
【００３３】
さらにまた、凹形反射鏡の前面開口に透光性前面カバーを配設することができる。この場合、凹形反射鏡と透光性前面カバーとの間を気密に構成することができる。しかし、気密に構成しなくてもよい。そして、透光性前面カバーを凹形反射鏡に固定するには、シリコーン接着剤や低融点ガラスなどによって接着してもよいし、金属枠によって機械的に固着してもよい。なお、透光性前面カバーの内面または外面に可視光透過・熱線反射膜を形成することにより、被照面に投射される熱線をより一層良好に遮断することができる。また、要すれば、透光性前面カバーに可視光に対して特定波長域の光を良好に透過する色フィルタの機能を付与することもできる。
【００３４】
４．（外管について）    高圧放電ランプを外管内に収納することができる。この場合、外管を高圧放電ランプの機械的保護、紫外線遮断や温度管理などを目的とするその目的は限定されない。また、外管内の雰囲気をどのようにするかは、その目的に照らして適当に構成することができる。例えば、機械的保護や紫外線遮断を目的とする場合には、外管内を外気に対して封止する必要がない。また、高圧放電ランプの温度管理を目的とする場合には、内部を排気して真空雰囲気や不活性ガスの減圧雰囲気などの構成にすることができる。
【００３５】
＜点灯回路について＞    点灯回路は、高圧放電ランプを付勢して点灯するとともに、放電を安定させる手段であり、鉄心およびコイルを主体とするトランスやチョークコイルなどの電磁的構成でもよいが、利点が多いので電子化された回路構成の方が好ましい。すなわち、電子化された回路構成によれば、きめ細かい制御が容易で、軽量化、かつ、小形化を図ることが比較的容易になる。
【００３６】
電子化された回路構成の一例として、交流点灯の場合、昇圧チョッパまたは高圧チョッパなどのスイッチングレギュレータと、フルブリッジ形インバータなどの直流−交流変換器すなわちインバータを組み合わせて用いることができる。なお、電源が交流の場合には、スイッチングレギュレータの前段に整流回路またはこれに平滑コンデンサなどの平滑化手段を付設することができる。
【００３７】
上記の構成において、スイッチングレギュレータは、直流電源と高圧放電ランプの要求する電圧との調整を行うために、フルブリッジ形インバータに対する入力電圧を昇圧または降圧するとともに、電源および／または負荷の状況に応じて、あるいは外部からの操作に応じて、出力の直流電圧レベルを制御することによって、高圧放電ランプを定電力制御や調光制御を行うなど所望の各種制御を行うことが可能である。なお、高圧放電ランプのランプ電流を安定化させる手段としては、スイッチングレギュレータ中に含まれるリアクタンスにその作用を兼ねさせることができる。しかし、要すれば、上記の回路手段とは別にリアクタンスなどのインピーダンス成分を付加することが許容される。
【００３８】
一方、直流点灯の場合、可制御な直流電源を用いるだけで点灯回路を構成することができる。例えば、スイッチングレギュレータもって点灯回路とすることができる。この場合であっても、スイッチングレギュレータの限流作用をランプ電流の安定化手段として作用させることができる。
【００３９】
＜高電圧パルス発生回路について＞    高電圧パルス発生回路は、高圧放電ランプを始動させるための手段である。そして、高圧放電ランプの始動時に高電圧パルスを高圧放電ランプに印加して、高圧放電ランプ内部をその電極間において絶縁破壊することにより、高圧放電ランプを始動する。高電圧パルス発生回路としては、既知の回路方式を採用することができる。例えば、コンデンサ、スパークギャップおよび昇圧トランスを備えた弛張発振形式のパルス発生回路、ＩＣなどを主体とする発振回路、インバータおよび昇圧トランスを備えたパルス発生回路、または多倍圧整流回路などを用いることができる。
【００４０】
＜始動補助パルス電圧発生回路について＞    始動補助パルス電圧発生回路は、高電圧パルスを印加して高圧放電ランプを始動または再始動（瞬時再始動を含む。）するのに先立って始動補助パルス電圧を出力して、これを高圧放電ランプに印加するための回路手段である。また、始動補助パルス電圧発生回路は、高電圧パルスより電圧が低いパルス列からなり、その好ましい繰り返し周波数は１０〜５０ｋＨｚ程度である。なお、始動補助パルス電圧発生回路は、始動時にのみ始動補助パルス電圧を高圧放電ランプに印加するようにしてもよいし、再始動時にのみ始動補助パルス電圧を高圧放電ランプに印加するようにしてもよい。また、始動時および再始動時のいずれにおいても高圧放電ランプに始動補助電圧を印加するようにしてもよい。
【００４１】
始動補助パルス電圧は、上述のように高電圧パルスの印加に先行して高圧放電ランプに印加されて、高圧放電ランプ内に予めグロー放電を生起させるように作用する。したがって、この始動補助パルス電圧を印加開始する時期は、少なくとも高電圧パルスの印加に先行して高圧放電ランプ内に予めグロー放電を生起させることが可能なタイミングで行われる。例えば、高電圧パルス印加の    秒程度前までに印加が開始される。しかし、高圧放電ランプ点灯装置の電源投入と同時に始動補助パルス電圧発生回路を作動させて、始動補助パルス電圧が高圧放電ランプに印加されるようにし、適当な時間遅れの後に高電圧パルスが印かされるように構成することもできる。この場合、要すれば、高圧放電ランプの点灯中も継続して始動補助パルス電圧を印加するように構成してもよい。
【００４２】
また、再始動時に始動補助パルス電圧を印加する場合であって、瞬時再始動を行うには、高圧放電ランプを消灯させたときから始動補助パルス電圧を印加開始するように構成するか、点灯中および消灯中にかかわらず始動補助パルス電圧を継続して印加するように構成すればよい。
【００４３】
さらに、始動補助パルス電圧の高圧放電ランプへの印加は、以下の態様のいずれであってもよい。
（１）高圧放電ランプの一対の電極間に対して行う第１の態様。
（２）高圧放電ランプの気密容器の外面に近接して補助導体が配設されている場合に、一対の電極間のいずれか一方と補助導体との間に印加する第２の態様。なお、所望により補助導体を始動補助パルス電圧の＋側に、一方の電極を同じく−側に、極性を規定することによって、グロー放電時に生じる電極のスパッタをより一層効果的に低減することができる。
（３）高圧放電ランプの気密容器の内部に一対の電極のいずれか一方に近接して補助電極が配設される場合に、上記一方の電極と補助電極との間に印加する第３の態様。
【００４４】
＜本発明の作用について＞    本発明においては、以上の構成を具備していることにより、以下の作用を奏する。
【００４５】
すなわち、高電圧パルスに先立って始動補助パルス電圧を印加することにより、始動時または／および再始動時に高圧放電ランプに印加する高電圧パルスの波高値が低くても始動が良好に行われる。このため、高電圧パルスの波高値を半分程度まで低下させることが可能になる。これにより、回路部品や配線の耐圧グレードを低下させてコストダウンを図ることができる。
【００４６】
また、理由が詳らかでないが、始動補助パルス電圧の印加による電極物質のスパッタが低減することが分かった。このため、スパッタされた電極物質が気密容器の内面に付着することによる気密容器の黒化が効果的に抑制される結果、照度低下、気密容器の温度過昇による気密容器の膨れやこれに伴うランプの早期不点などの不都合が顕著に減少する。
【００４７】
さらに、再始動時に予め始動補助パルス電圧を印加することにより、電極に対する水銀の付着が防止され、そのためにグロー・アーク転移が確実に行われるので、再始動が容易になる。したがって、再始動時に印加する高電圧パルスの波高値を低くすることが可能になる。なお、再始動時の場合に限定されるが、高圧放電ランプに印加する補助電圧は、正弦波交流電圧であってもよい。
【００４８】
請求項２の発明の照明装置は、照明装置本体と；照明装置本体に配設された請求項１記載の高圧放電ランプと；を具備していることを特徴としている。
【００４９】
本発明において、照明装置とは、高圧放電ランプの発光を利用するあらゆる装置を含む広い概念であり、したがって液晶プロジェクタ、オーバーヘッドプロジェクタなどの光投射装置、自動車用前照灯、照明器具、表示装置および光ファイバー照明装置などであることを許容する。もちろん、照明器具は屋内用および屋外用のいずれであってもよい。
【００５０】
そうして、本発明においては、集光効率および発光効率が低下することなしに色特性すなわち演色性が改善された照明装置を得ることができる。
【発明の効果】
【００５１】
請求項１の発明によれば、始動時に印加する高電圧パルスの電圧を低下させるとともに、グロー放電時に電極物質のスパッタを抑制した高圧放電ランプを提供することができる。
【００５２】
請求項２の発明によれば、請求項１の効果を有する特に液晶プロジェクタなどの投光装置に好適な照明装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５３】
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態を説明する。
【００５４】
図１および図２は、本発明を実施するための第１の形態を示し、図１は回路ブロック図、図２は高圧放電ランプを示す正面図である。
【００５５】
本形態の高圧放電ランプ点灯装置は、図１に示すように、高圧放電ランプＨＰＤＬ、点灯回路ＯＣ、高電圧パルス発生回路ＨＰＧおよび補助パルス電圧発生回路ＡＰＧからなる。
【００５６】
＜高圧放電ランプＨＰＤＬ＞    高圧放電ランプＨＰＤＬは、図２に示すように、以下の構成を備えている。すなわち、気密容器１、一対の電極２、２、封着金属箔３、放電媒体、導入導体４、口金５、接続導体６および補助導体７から構成されている。
【００５７】
（気密容器１）    気密容器１は、石英ガラスからなり、中央の包囲部１ａおよび両端の第１および第２の封止部１ｂ、１ｃからなる。包囲部１ａは、外形がほぼ球体に近い回転楕円体形状をなしているが、内部が管軸方向に長い細長い回転楕円体形状をなした放電空間１ａ１が形成されている。第１および第２の封止部１ｂ、１ｃは、包囲部１ａの両端に減圧封止構造により一体に接続して形成されている。
【００５８】
（一対の電極２、２）    一対の電極２、２は、それぞれ電極軸２ａ、電極主部２ｂおよびくわえ込みコイル２ｃを備えている。電極軸２ａは、純タングステン棒からなり、その直径がｄ（ｍｍ）である。そして、基端が後述する封着金属箔３に溶接され、中間部が第１および第２の封止部１ｂ、１ｃに緩く支持され、かつ、先端部が気密容器１の包囲部１ａの内部に突出している。電極主部２ｂは、純タングステン線を電極軸２ａの先端に数回密巻により巻装することによって形成されている。くわえ込みコイル２ｃは、純タングステン細線を電極軸の中間部の少なくとも第１および第２の封止部１ｂ、１ｃの石英ガラスによるくわえ込み部分に対向する部位に適当なピッチで巻装されている。
【００５９】
（封着金属箔３）    封着金属箔３は、モリブデンからなる。そして、封着金属箔３は、その先端部に電極軸２ａの基端を、基端部に導入導体４の先端を、それぞれ溶接して電極マウントを形成した状態で、気密容器１の両端の第１および第２の封止部１ｂ、１ｃの内部に気密に埋設されている。
【００６０】
（放電媒体）    放電媒体は、水銀、希ガスおよびハロゲンからなる。希ガスは、アルゴン（Ａｒ）などからなる。ハロゲンは、ＣＨ２Ｂｒ２などからなる。
【００６１】
（導入導体４）    導入導体４は、モリブデン（Ｍｏ）線からなり、封着金属箔３の基端に先端が溶接し、基端が第１の封止部１ｂから外部に露出している。なお、導入導体４は、図において左右対称構造であるが、右側の導入導体は後述する口金５内に位置しているため外部から見えない。
【００６２】
（口金５）    口金５は、筒状の口金本体５ａおよびねじ端子５ｂを備えている。口金本体５ａは、黄銅などの金属からなり、その一端部が第１の封止部１ｂの端部に口金セメントすなわち無機質接着剤によって固着されている。ねじ端子５ｂは、外囲にねじ溝が形成され、口金本体５ａと一体に形成されて口金本体５ａの中心部から管軸に沿って外方へ突出しているとともに、その中心部に形成された貫通孔に導入導体を挿通し、かつ、溶接することによって導入導体と接続している。そして、ねじ端子５ｂは、そこに図示していないランププラグがねじ込まれて高圧放電ランプを所定の位置に固定するとともに、点灯回路の一方の出力端子に接続することによって給電を行うのに寄与することができる。
【００６３】
（接続導体６）    接続導体６は、その先端が第２の封止部１ｃから外部へ突出している導入導体４に先端が溶接している。そして、点灯回路の他方の出力端子が接続導体６を経由して接続することによって給電を行うのに寄与することができる。
【００６４】
（補助導体７）    補助導体７は、例えばニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）などの導電線からなる。そして、接続導体６が接続している導入導体４にその一端が巻き付けられて接続している。また、中間部が気密容器１の第２の封止部１ｃの外面に沿って延在し、かつ、包囲部１ａと第２の封止部１ｃとの境界部に巻き付けて固定されている。さらに、他端が包囲部１ａの外面に沿って管軸方向に延在して包囲部１ａの中間部まで達している。
【００６５】
＜点灯回路ＯＣ＞    点灯回路ＯＣは、矩形波の交流電圧を発生する回路手段であって、その出力電圧を高圧放電ランプＨＰＤＬの一対の電極２、２に印加して、これを点灯する。そして、スイッチングレギュレータおよびフルブリッジ形インバータを主体として構成されている。
【００６６】
また、点灯回路ＯＣは、高圧放電ランプＨＰＤＬを所望の電力を投入して所定の照度で、かつ、安定して点灯するために、高圧放電ランプＨＰＤＬの点灯状態や電源側の状態を監視する回路状態検出手段およびこれらの回路状態検出手段による検出信号に基づいて点灯回路ＯＣの出力を適切に制御する制御手段を備えている。点灯状態を監視する回路状態検出手段としては、例えばランプ電圧およびランプ電流に相当する電気量が検出される。電源側の状態を監視する回路状態検出手段としては、電源電圧に相当する電気量が検出される。
【００６７】
さらに、点灯回路は、画像表示を良好に行う際の便宜のために、外部信号と同期して点灯周波数の出力を発生するように構成されている。
【００６８】
＜高電圧パルス発生回路ＨＰＧ＞    高電圧パルス発生回路ＨＰＧは、始動パルスを発生する回路手段であって、充放電用のコンデンサ、スパークギャップおよび高電圧パルストランスを主体とするパルス発生回路として構成されている。充放電用のコンデンサは、図示しない始動スイッチの投入に連動してスイッチングレギュレータの直流出力により充電され、所定電圧にまで充電されるとスパークギャップが放電して、コンデンサの電荷がスパークギャップおよび高電圧パルストランスの１次巻線の回路を急激に放電して、高電圧パルストランスの２次巻線に高電圧パルスが発生する。発生した高電圧パルスは、高圧放電ランプＨＰＤＬの一対の電極２、２間に印加される。
【００６９】
＜補助パルス電圧発生回路ＡＰＧ＞    補助パルス電圧発生回路ＡＰＧは、補助パルス電圧を発生する回路手段であって、高周波インバータおよび昇圧トランスを主体として構成されている。そして、所定繰り返し周波数および始動用の高電圧パルスより波高値の低い始動補助パルス電圧を出力して、高圧放電ランプＨＰＤＬの一対の電極２、２間に印加する。
【００７０】
また、補助パルス電圧発生回路ＡＰＧは、例えば電源スイッチの投入に同期して作動を開始するように構成されている。また、消灯スイッチを投入して高圧放電ランプＨＰＤＬを消灯したときにも補助パルス電圧発生回路ＡＰＧは、作動を継続する。
【００７１】
＜回路動作＞    本形態においては、液晶プロジェクタなどの電源スイッチの投入に同期して補助パルス電圧発生回路ＡＰＧを作動開始させ、発生した始動補助パルス電圧を高圧放電ランプＨＰＤＬの一対の電極２、２間に印加しておく。これにより、高圧放電ランプＨＰＤＬの内部にグロー放電が生起して、始動待機状態となる。
【００７２】
次に、始動スイッチを投入すると、高電圧パルス発生回路ＨＰＧが作動して高電圧パルスが発生し、高圧放電ランプＨＰＤＬの一対の電極２、２間に印加される。高電圧パルスの印加により高圧放電ランプＨＰＤＬは、グロー・アーク転移が行われて点灯する。上記のように予めグロー放電が生起しているので、高電圧パルスの波高値が低くても高圧放電ランプＨＰＤＬ容易に始動して点灯する。また、始動補助のために高圧放電ランプＨＰＤＬに印加する電圧がパルスであると、グロー放電時に電極物質のスパッタが抑制される。
【００７３】
再始動時においては、
【実施例１】
【００７４】
図１に示す本発明の第１の形態において、以下の仕様による。
高圧放電ランプＨＰＤＬ
気密容器１          ：石英ガラス製、内容積０．０５ｃｃ
電極２              ：電極軸０．３５ｍｍ、電極主部のコイル径０．５ｍｍ、
１０ターン、電極間距離１ｍｍ
放電媒体            ：Ｈｇ１１ｍｇ、Ｂｒ１０μｇ、０．１５気圧
補助導体            ：Ｎｉ線、直径０．５ｍｍ
電気特性            ：ランプ電力１００Ｗ、ランプ電流１．４Ａ、ランプ電圧７０Ｖ
点灯回路ＯＣ
点灯周波数          ：１００〜２００Ｈｚ（外部信号同期）
高電圧パルス発生回路ＨＰＧ
パルス幅            ：２００μｓ以下
始動時の高電圧パルス：３±１ｋＶ０−ｐで良好に始動した。
【００７５】
再始動時の高電圧パルス：消灯５秒後であっても、８±１ｋＶ０−ｐで良好に始動した。
始動補助パルス電圧発生回路ＡＰＧ
パルス繰り返し周波数：２０ｋＨｚ
パルス幅            ：１０μｓ
パルス電圧          ：０．５ｋＶ０−ｐ
［比較例１］
始動補助パルス電圧発生回路ＡＰＧを用いない以外は、上記実施例１と同じ仕様において始動時および再始動時に印加する高電圧パルスを測定した結果、以下のとおりであった。
【００７６】
始動時の高電圧パルス：８．５±１ｋＶ０−ｐ
再始動時の高電圧パルス：消灯５秒後の再始動において、１４±１ｋＶ０−ｐ
以下、図３ないし図６を参照して本発明を実施するための第２ないし第４の形態を説明する。なお、各図において図１および図と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。
【００７７】
図３は、本発明の高圧放電ランプ点灯装置を実施するための第２の形態における高圧放電ランプの正面図である。本形態は、補助導体７が図２に示す第１の形態と異なる。すなわち、補助導体７は、気密容器１の包囲部１ａの外面に近接する部分が複数、例えば６つの分岐片７ａに分岐し、かつ、包囲部１ａの外周に６０°間隔で等配されている。このため、たとえ補助導体７に近接して対向する電極２が管軸に対して偏って封装されていたとしても、当該電極２と補助導体７との間隔が不所望に拡大されてしまうために始動性が低下するようなことがなくなる。
【００７８】
図４および図５は、本発明の高圧放電ランプ点灯装置を実施するための第３の形態を示し、図４は回路ブロック図、図５は高圧放電ランプの拡大概念図である。本形態は、始動補助パルス電圧を高圧放電ランプＨＰＤＬの補助導体７とこれに対向する図において右側の電極２との間のみに印加する点で図１に示す第１の形態と異なる。
【００７９】
すなわち、始動補助パルス電圧発生回路ＡＰＧの出力端の＋の高圧側を補助導体７のみに接続し、同じく低圧側を対向する電極２に接続している。このため、高圧放電ランプＨＰＤＬは、図５に明瞭に示されているように、その補助導体７が一対の電極２、２に対して導電的に浮いた状態で配設されている。
【００８０】
そうして、始動時または／および再始動時に始動補助パルス電圧がそれに先行して印加されることによって、図１に示す第１の形態と同様に始動および再始動が容易になり、したがって印加する高電圧パルスを低くすることができる。また、始動補助パルス電圧の印加において、補助導体７が陽極となり、対向する電極２が陰極になるので、対向する電極２がスパッタしなくなる。
【００８１】
図６は、本発明の高圧放電ランプ点灯装置を実施するための第４の形態を示す回路ブロック図である。本形態は、最始動時に先行して印加する始動補助電圧を正弦波交流にした点で図１に示す第１の形態と異なる。すなわち、高圧放電ランプＨＰＤＬの再始動時においては、始動時と違って始動補助電圧が正弦波であっても電極物質のスパッタが発生しにくくなることが分かった。
【実施例２】
【００８２】
図６に示す本発明の形態において、以下の仕様による。
始動補助電圧発生回路ＡＶＧ
周波数              ：２０ｋＨｚ
電圧                ：０．５ｋＶｒｍｓ
瞬時再始動時の高電圧パルス：消灯５秒後において、８±１ｋＶ０−ｐで良好に瞬時再始動した。なお、その他は、実施例１と同じ仕様である。
［比較例２］
始動補助パルス電圧発生回路ＡＰＧを用いない以外は、上記実施例２と同じ仕様において始動時および再始動時に印加する高電圧パルスを測定した結果、以下のとおりであった。
【００８３】
再始動時の高電圧パルス：消灯５秒後の再始動において、１４±１ｋＶ０−ｐ
図７および図８は、本発明の照明装置を実施するための一形態としての液晶プロジェクタを示し、図７は概念的断面図、図８は高圧放電ランプの一部断面正面図である。各図において、２１は高圧放電ランプ、２２は液晶表示手段、２３は画像制御手段、２４は光学系、２５は高圧放電ランプ点灯装置、２６は本体ケース、２７はスクリーンである。
【００８４】
＜高圧放電ランプ２１＞    高圧放電ランプ２１は、図７に示すように、高圧放電ランプ本体１１、凹形反射鏡１２、無機質接着剤１３、中継端子１４、ワイヤハーネス１５および前面カバー１６からなる。
【００８５】
高圧放電ランプ本体１１は、図２に示すのと同じ構成である。
【００８６】
凹形反射鏡１２は、内面が凹形をなすガラス基体１２ａ、可視光反射・熱線透過膜１２ｂおよび筒状部１２ｃからなる。ガラス基体１２ａは、内面の凹形部が回転放物面を基本とする曲面に形成され、頂部の外側に筒部１２ｃが一体に突出して形成されている。可視光反射・熱線透過膜１２ｂは、ダイクロイック反射膜からなる。
【００８７】
高圧放電ランプ本体１１を凹形反射鏡１２に取り付けるには、口金５を筒状部１２ｃに挿入し、高圧放電ランプ１１の発光中心を凹形反射鏡１２の焦点に合致させて口金５と筒状部１２ｃとの間に無機質接着剤１３を介在させて両者を固着する。
【００８８】
高圧放電ランプ本体１１の一方の電極２側の導入導体４に接続導体６を溶接して凹形反射鏡１２の背面側へ導出させている。すなわち、接続導体６は、鏡面の一部に形成した通孔１２ｄを通って凹形反射鏡１２の背面側へ導出されている。
【００８９】
中継端子１４は、凹形反射鏡１２の外面において通孔１２ｄの近傍に固着されている。
そして、高圧放電ランプ本体１１に接続している接続導体６とワイヤハーネス１５との接続を中継している。
【００９０】
ワイヤハーネス１５は、コネクタ１５ａおよび一対の絶縁被覆導線１５ｂ、１５ｃからなる。コネクタ１５は、図示を省略している点灯装置の出力端のコネクタに着脱可能に結合して接続するとともに、絶縁被覆導線１５ｂ、１５ｃの一端に接続している。絶縁被覆導線１５ｂは、その他端が中継端子１４に接続している。絶縁被覆導線１５ｃは、その他端が口金５のねじ端子５ｂにローレット付きナット５ｃによって締め付けられて接続している。
【００９１】
前面カバー１６は、透明ガラス板からなり、凹形反射鏡１２の前面開口端に接着されている。
【００９２】
そうして、ワイヤハーネス１５のコネクタ１５ａを高圧放電ランプ点灯装置に接続して、高圧放電ランプ本体１１を点灯すると、高圧放電ランプ本体１１から発生した光線は、凹形反射鏡１２の可視光反射・熱線反射膜１２ｂに入射し、そのうち可視光は反射して光軸と平行に出射し、前面カバー１６を通過して照明に利用される。これに対して、熱線は可視光反射・熱線透過膜１２ｂを透過し、さらにガラス基体１２ａを透過して凹形反射鏡１２の背面側へ放散されるので、液晶表示体などの温度上昇を抑制することができる。
【００９３】
液晶表示手段２２は、投射すべき画像を液晶によって表示するもので、その背面から高圧放電ランプ装置２１によって照明される。
【００９４】
画像制御手段２３は、液晶表示手段２２を駆動および制御するもので、要すればテレビジョン受信機能をも備えることができる。
【００９５】
光学系２４は、液晶表示手段２２を通過した光をスクリーン２７に投射する。
【００９６】
高圧放電ランプ点灯装置２５は、高圧放電ランプ２１を点灯する。
【００９７】
本体ケース２６は、以上の各要素２１〜２６を収納する。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明を実施するための第１の形態を示す回路ブロック図
【図２】同じく高圧放電ランプを示す正面図
【図３】本発明の高圧放電ランプ点灯装置を実施するための第２の形態における高圧放電ランプの正面図
【図４】本発明の高圧放電ランプ点灯装置を実施するための第３の形態を示回路ブロック図
【図５】同じく高圧放電ランプの拡大概念図
【図６】本発明の高圧放電ランプ点灯装置を実施するための第４の形態を示す回路ブロック図
【図７】本発明の照明装置を実施するための一形態としての液晶プロジェクタを示す概念的断面図
【図８】同じく高圧放電ランプの一部断面正面図
【符号の説明】
【００９９】
１…気密容器、２…電極、３…封着金属箔、４…導入導体、７…補助導体、ＡＰＧ…補助パルス電圧発生回路、ＨＰＤＬ…高圧放電ランプ、ＨＰＧ…高電圧パルス発生回路、ＯＣ…点灯回路
【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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