(57)【要約】【課題】ＤＬＰ型プロジェクター装置に使われる交流点灯型放電ランプの点灯装置において、デッドタイムに伴うランプ電流の減衰と光量の減衰を良好に解決できる構造を提供することである。【解決手段】石英ガラスからなる放電容器の内部に一対の電極が対向配置するとともに放電容器外部にトリガ電極が配置した高圧放電ランプと、この高圧放電ランプに交流の放電電流を供給する給電装置から構成される。前記給電装置は、前記トリガ電極に対して点灯始動時に高電圧を発生させるスタータ回路３と、少なくとも２個のスイッチング素子を有するインバータ回路と、このインバータ回路の後段であって放電ランプと直列に接続されたコイルと、前記スイッチング素子に対しデッドタイムを設けながら交互にオンオフ駆動する制御部とを有し、前記コイルのインダクタンスは２１０μＨ以下であることを特徴とする。【選択図】      図１
2005190766.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英ガラスからなる放電容器の内部に一対の電極が対向配置するとともに放電容器外部にトリガ電極が配置した高圧放電ランプと、この高圧放電ランプに交流の放電電流を供給する給電装置から構成される高圧放電ランプ点灯装置であって、
前記給電装置は、前記トリガ電極に対して点灯始動時に高電圧を発生させるスタータ回路と、少なくとも２個のスイッチング素子を有するインバータ回路と、このインバータ回路の後段であって放電ランプと直列に接続されたコイルと、前記スイッチング素子に対しデッドタイムを設けながら交互にオンオフ駆動する制御部とを有し、
前記コイルのインダクタンスは２１０μＨ以下であることを特徴とする高圧放電ランプ点灯装置。
【請求項２】
少なくともＲＧＢの色領域が形成された回転フィルターと、この回転フィルターの回転駆動手段と、この回転フィルターを通過した光を受光する空間変調素子と、高圧放電ランプ灯装置からなるプロジェクター装置において、
前記点灯装置は、石英ガラスからなる放電容器の内部に一対の電極が対向配置するとともに放電容器外部にトリガ電極が配置した高圧放電ランプと、この高圧放電ランプに交流の放電電流を供給する給電装置からなり、
この給電装置は、前記トリガ電極に対して点灯始動時に高電圧を発生させるスタータ回路と、少なくとも２個のスイッチング素子を有するインバータ回路と、このインバータ回路の後段であって放電ランプと直列に接続された２１０μＨ以下のコイルと、前記スイッチング素子に対しデッドタイムを設けながら交互にオンオフ駆動する制御部とを有し、
前記制御部は、前記回転フィルター及び前記空間変調素子とは非同期にスイッチング素子をオンオフ駆動することを特徴とするプロジェクター装置。
【請求項３】
石英ガラスからなる放電容器の内部に一対の電極が対向配置する高圧放電ランプと、この高圧放電ランプに交流の放電電流を供給する給電装置から構成される高圧放電ランプ点灯装置であって、
この給電装置は、前記一対の電極に対して点灯始動時に直流高電圧を印加するスタータ回路と、少なくとも２個のスイッチング素子を有するインバータ回路と、このインバータ回路の後段であって放電ランプと直列に接続されたコイルと、前記スイッチング素子に対しデッドタイムを設けながら交互にオンオフ駆動する制御部とを有し、
前記スタータ回路は、前記放電ランプに直流高電圧を印加するコンデンサと、このコンデンサに対する充電回路と、放電ランプと直列に接続されて当該コンデンサの高電圧直流放電電流に対する逆流防止ダイオードと、定常点灯時にこの逆流防止ダイオードを短絡させるスイッチ回路から構成され、
前記コイルのインダクタンスは２１０μＨ以下であることを特徴とする高圧放電ランプ点灯装置。
【請求項４】
少なくともＲＧＢの色領域が形成された回転フィルターと、この回転フィルターの回転駆動手段と、この回転フィルターを通過した光を受光する空間変調素子と、高圧放電ランプ灯装置からなるプロジェクター装置において、
前記点灯装置は、石英ガラスからなる放電容器の内部に一対の電極が対向配置する高圧放電ランプと、この高圧放電ランプに交流の放電電流を供給する給電装置からなり、
この給電装置は、前記一対の電極に対して点灯始動時に直流高電圧を印加するスタータ回路と、少なくとも２個のスイッチング素子を有するインバータ回路と、このインバータ回路の後段であって放電ランプと直列に接続された２１０μＨ以下のコイルと、前記スイッチング素子に対しデッドタイムを設けながら交互にオンオフ駆動する制御部とを有し、
前記スタータ回路は、前記放電ランプに高電圧直流放電電流を供給するコンデンサと、このコンデンサに対する充電回路と、放電ランプと直列に接続されて当該コンデンサの直流電流に対する逆流防止ダイオードと、定常点灯時にこの逆流防止ダイオードを短絡させるスイッチ回路から構成され、
前記制御部は、前記回転フィルター及び前記空間変調素子とは非同期にスイッチング素子をオンオフ駆動することを特徴とするプロジェクター装置。
【請求項５】
前記給電装置は、前記放電ランプに対して、定常点灯周波数として６０Ｈｚ〜１０００Ｈｚの範囲から選択された周波数で点灯制御するとともに、間欠的に短時間だけ当該定常点灯周波数よりも低い周波数であって、かつ、５Ｈｚ〜１００Ｈｚの範囲から選択された周波数で点灯することを特徴とする請求項１あるいは請求項３の高圧放電ランプ点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は高圧放電ランプ点灯装置およびプロジェクター装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクター装置は、一般に、液晶パネルを使う方式とＤＬＰ使う方式が存在する。
液晶パネルを使う方式は、１枚式と３枚式があるがいずれの方式であっても、光源からの放射光を３色（ＲＧＢ）に分離して、液晶パネルにおいて画像情報に対応させた光を透過調整して、その後、パネルを透過した３色を合成させてスクリーン上に投射させる方式である。
一方、ＤＬＰを使う方式は、光源からの放射光をＲＧＢの領域が分割形成された回転フィルターを介して空間変調素子（光変調デバイスともいい、具体的にはＤＭＤ素子などをいう）などを時分割で照射し、このＤＭＤ素子で特定の光を反射させてスクリーンに照射するものである。ＤＭＤ素子とは、１画素ごとに小さな鏡を数百万個敷き詰めたものであって、一つ一つの小さな鏡の向きを制御することで光の投射が制御される。
ＤＬＰ方式は、液晶方式に比較して、光学系が簡易であるとともに３枚もの液晶パネルを使う必要がないことから装置全体が小型簡易化するメリットがある。
これらプロジェクター装置の光源は、高圧放電ランプ、特に超高圧水銀ランプがよく使われる。
【０００３】
図５は交流放電ランプの一般的な回路図を示す。
回路の構成は、直流電源ＶＤＣと、スイッチング素子Ｑｘを有する降圧チョッパ回路１と、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４からなるフルブリッジ回路２と、点灯始動用のスタータ回路３からなる。
回路の動作は、直流電源からフルブリッジ回路２に電圧、電流を供給しながら、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を交互にオンして、放電ランプ１０に交流矩形波電圧を供給し、高圧放電ランプを点灯させるようにしたものである。また、放電ランプ１０の始動時には、上記スタータ回路３から放電ランプ１０に高電圧パルスが印加されてランプを始動させる。
【０００４】
フルブリッジ回路２には、いわゆるデッドタイムと呼ばれるスッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を全てオフにする期間が設けられる。これはクロスカレントを防止してスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の破損を防ぐためである。
【０００５】
さらに、デッドタイムが終了して、いずれかのスイッチング素子をオンさせても、ランプ電流は直ちに所望量が流れるわけではなく、なだらかな立ち上がり波形に示されるように除々に増加しながら所望量に到達する。フルブリッジ回路２の出力から放電ランプの間にコイルＬ１、コンデンサＣ１、トランスＴｒ１が存在するからである。
このランプ電流のなだらかな立ち上がりは、ランプ電流がゼロではないまでも不十分な供給量となるため放電ランプの光出力を低下させる大きな要因となる。
【０００６】
このようなデッドタイムの発生、およびデッドタイム終了後のランプ電流のなだらかな立ち上がりは、一般の用途においては格別の問題を生じさせることはない。なぜなら、デットタイムとそれに続く電流のなだらかな立ち上がりによる光の落ち込みは数１００μ秒程度であり、光出力の変動として実用上影響を及ぼさないからである。
しかしながら、空間変調素子を使い、回転カラーフィルタなどを用いた色順次式プロジェクター装置において致命的な問題になる。これは空間変調素子や回転フィルターを使う場合は、数１０μ秒レベルにおける光出力の変動であっても投射画像の精度に大きな影響を及ぼしかねないからである。
【特許文献１】特開昭６２−２６７９６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、ＤＬＰ型プロジェクター装置に使われる交流点灯型放電ランプの点灯装置において、極性切替に伴うランプ電力と光量の落ち込みを良好に解決できる構造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に係る高圧放電ランプ点灯装置は、石英ガラスからなる放電容器の内部に一対の電極が対向配置するとともに放電容器外部にトリガ電極が配置した高圧放電ランプと、この高圧放電ランプに交流の放電電流を供給する給電装置から構成される。
そして、前記給電装置は、前記トリガ電極に対して点灯始動時に高電圧を発生させるスタータ回路３と、少なくとも２個のスイッチング素子を有するインバータ回路と、このインバータ回路の後段であって放電ランプと直列に接続されたコイルと、前記スイッチング素子に対しデッドタイムを設けながら交互にオンオフ駆動する制御部とを有し、前記コイルのインダクタンスは２１０μＨ以下であることを特徴とする。
【０００９】
さらに、請求項２に係るプロジェクター装置は、少なくともＲＧＢの色領域が形成された回転フィルターと、この回転フィルターの回転駆動手段と、この回転フィルターを通過した光を受光する空間変調素子と、高圧放電ランプ灯装置から構成される。
そして、前記点灯装置は、石英ガラスからなる放電容器の内部に一対の電極が対向配置するとともに放電容器外部にトリガ電極が配置した高圧放電ランプと、この高圧放電ランプに交流の放電電流を供給する給電装置からなり、この給電装置は、前記トリガ電極に対して点灯始動時に高電圧を発生させるスタータ回路３と、少なくとも２個のスイッチング素子を有するインバータ回路と、このインバータ回路の後段であって放電ランプと直列に接続された２１０μＨ以下のコイルと、前記スイッチング素子に対しデッドタイムを設けながら交互にオンオフ駆動する制御部とを有し、前記制御部は、前記回転フィルター及び前記空間変調素子とは非同期にスイッチング素子をオンオフ駆動することを特徴とする。
【００１０】
さらに、請求項３に係る高圧放電ランプ点灯装置は、石英ガラスからなる放電容器の内部に一対の電極が対向配置する高圧放電ランプと、この高圧放電ランプに交流の放電電流を供給する給電装置から構成される。そして、この給電装置は、前記一対の電極に対して点灯始動時に直流高電圧を印加するスタータ回路と、少なくとも２個のスイッチング素子を有するインバータ回路と、このインバータ回路の後段であって放電ランプと直列に接続されたコイルと、前記スイッチング素子に対しデッドタイムを設けながら交互にオンオフ駆動する制御部とを有し、前記スタータ回路は、前記放電ランプと並列に接続されてコンデンサと、このコンデンサに対する充電回路と、放電ランプと直列に接続されて当該コンデンサの直流高電圧に対する逆流防止ダイオードと、定常点灯時にこの逆流防止ダイオードを短絡させるスイッチ回路から構成され、前記コイルのインダクタンスは２１０μＨ以下であることを特徴とする。
【００１１】
さらに、請求項４に係るプロジェクター装置は、少なくともＲＧＢの色領域が形成された回転フィルターと、この回転フィルターの回転駆動手段と、この回転フィルターを通過した光を受光する空間変調素子と、高圧放電ランプ灯装置からなる。
そして、前記点灯装置は、石英ガラスからなる放電容器の内部に一対の電極が対向配置する高圧放電ランプと、この高圧放電ランプに交流の放電電流を供給する給電装置からなり、この給電装置は、前記一対の電極に対して点灯始動時に直流高電圧を印加するスタータ回路と、少なくとも２個のスイッチング素子を有するインバータ回路と、このインバータ回路の後段であって放電ランプと直列に接続された２１０μＨ以下のコイルと、前記スイッチング素子に対しデッドタイムを設けながら交互にオンオフ駆動する制御部とを有し、前記スタータ回路は、前記放電ランプと並列に接続されてコンデンサと、このコンデンサに対する充電回路と、放電ランプと直列に接続されて当該コンデンサの直流高電圧に対する逆流防止ダイオードと、定常点灯時にこの逆流防止ダイオードを短絡させるスイッチ回路から構成され、前記制御部は、前記回転フィルター及び前記空間変調素子とは非同期にスイッチング素子をオンオフ駆動することを特徴とする。
【００１２】
さらに、請求項５に係る高圧放電ランプ点灯装置は、前記給電装置が放電ランプに対して、定常点灯周波数として６０Ｈｚ〜１０００Ｈｚの範囲から選択された周波数で点灯制御するとともに、間欠的に短時間だけ当該定常点灯周波数よりも低い周波数であって、かつ、５Ｈｚ〜１００Ｈｚの範囲から選択された周波数で点灯することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
まず、本発明者は、放電ランプの外部にトリガ電極を配置させた、いわゆる外部トリガ方式の放電ランプにおいて、当該放電ランプと直列に接続されたコイルのインダクタンスを２１０μＨ以下とすることで、放電ランプの極性切替に伴う光出力の落ち込みを実用上問題とならない程度まで減少できることを見出した。これにより、ＤＭＤなどの空間変調素子や回転フィルターとの同期を図る必要もなくなり、同期制御をするために専用の回路が要らないばかりか、放電ランプを交流点灯する際の極性切替を空間変調素子や回転フィルターとは無関係に作動できるという大きな効果を有する。
また、本発明者は、放電ランプに点灯始動時に直流高電圧を印加する、いわゆるＤＣスタータ方式の放電ランプにおいても、同様の効果を有することを見出した。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は請求項１に係る高圧放電ランプ点灯装置の概略構成を示す。
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矩形波電圧に変化し高圧放電ランプ１０（以下、「放電ランプ」ともいう）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と、スタータ回路３から構成される。
なお、降圧チョッパ回路１、フルブリッジ回路２、スタータ回路３により給電装置を構成し、放電ランプ１０を含めて点灯装置が構成される。
【００１５】
降圧チョッパ回路１は直流電源ＶＤＣに接続され、スイッチング素子Ｑｘと、ダイオードＤｘと、コイルＬｘと、平滑コンデンサＣｘと、スイッチング素子Ｑｘの駆動回路Ｇｘから構成される。スイッチング素子Ｑｘは、駆動回路Ｇｘによりオン／オフ駆動される。この駆動はディーテュ比が制御されることで放電ランプ１０に供給される電流あるいは電力が制御される。
フルブリッジ回路２は、ブリッジ状に接続されたトランジスタやＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４と、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の駆動回路Ｇ１〜Ｇ４から構成される。なお、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４には、各々に並列にダイオードが逆並列に接続されることもあるが、この実施例においてダイオードは省略している。
上記スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、制御部を介して駆動回路Ｇ１〜Ｇ４により駆動され、放電ランプ１０に交流矩形波電流を供給して、放電ランプ１０を点灯させる。
【００１６】
動作は、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４と、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３を交互にオンにして、降圧チョッパ回路１→スイッチング素子Ｑ１→放電ランプ１０→コイルＬ１→スイッチング素子Ｑ４→降圧チョッパ回路１、および、降圧チョッパ回路１→スイッチング素子Ｑ２→コイルＬ１→放電ランプ１０→スイッチング素子Ｑ３→降圧チョッパ回路１の経路で放電ランプ１０に交流矩形波電流を供給する。
上記スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を駆動するに際し、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の同時オンを防止するため、前記したように、交流矩形波の極性切り替わり時に、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を全てオフにする期間（デッドタイムＴｄ）が設けられる。
なお、放電ランプ１０に供給される交流矩形波出力の周波数は６０〜１０００Ｈｚの範囲であり、例えば２００Ｈｚである。また、上記デッドタイム期間は、通常０．５μｓ〜１０μｓの範囲内であり、交流矩形波出力の周波数が２００Ｈｚの場合は、デッドタイムＴｄは例えば１μｓ程度に選定される。
【００１７】
図２はデッドタイムにおける放電ランプ１０の影響を示すものであり、（ａ）は放電ランプ１０に流れる電流波形、（ｂ）は放電ランプ１０の電力波形、（ｃ）は放電ランプ１０から放射される光出力を模式的に示す。
（ａ）（ｂ）（ｃ）いずれも横軸は時間を示し、縦軸は（ａ）は電流量、（ｂ）は電力量、（ｃ）は光出力値を示す。（ａ）において、電流波形Ｉ１はスイッチング素子Ｑ１、Ｑ４をオンしたときに流れる電流波形であり、波形Ｉ２はスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３をオンしたときに流れる電流波形を示す。両波形の間に形成される電流量ゼロの期間Ｔｄは、いわゆるデッドタイムを示す。
いま、電流波形Ｉ１に着目したとき、デッドタイムＴｄの後に立ち上がり期間Ｔ１が存在する。
本発明は、この立ち上がり期間Ｔ１こそが放電ランプの光出力を低下させて投射画像の精度に影響を及ぼすことを突き止めている。
【００１８】
スタータ回路３は、抵抗Ｒ１、スイッチ素子Ｑ５、コンデンサＣ２、高電圧トランスＴ２、スイッチ素子Ｑ５の駆動回路Ｇ５より構成される。スタータ回路３の高圧側入力端と低圧側入力端は、放電ランプ１０と並列に接続されているから、放電ランプ１０に印加される電圧と同じ電圧がスタータ回路３にも供給される。この印加電圧を受けてスタータ回路３では、抵抗Ｒ１を介してコンデンサＣ２が充電される。
スイッチ素子Ｑ５はＳＣＲサイリスタなどから構成される。スイッチ素子Ｑ５が駆動回路Ｇ５によって導通すると、コンデンサＣ２の充電電圧が高電圧トランスＴ２の一次巻線に発生して、ニ次巻線にも絶縁破壊用トリガ電圧が発生する。
【００１９】
ここで、高電圧トランスＴ２の二次巻線の一端は、トリガ電極Ｅｔとして放電ランプ１０の外表面に配設される。一方、ニ次巻線の他端は放電ランプ１０の一方の電極と電気的に接続される。
この回路構成により、放電ランプ１０の点灯始動時にトリガ電圧を発生させると、トリガ電極Ｅｔと放電容器内の電極との間で、石英ガラス（放電容器の構成材料）を介在させた、いわゆる誘電体バリア放電を発生する。この誘電体バリア放電により、放電容器内にプラズマが発生すると、このプラズマを種として、放電容器内の第一の電極と第ニの電極の間で予め印加された無負荷開放電圧により放電が発生する。
トリガ電圧は５ｋｖ〜２０ｋｖであり、例えば１３ｋｖである。また、無負荷開放伝電圧は２５０ｖ〜４００ｖであり、例えば３５０ｖである。
【００２０】
ここで、トリガ電極Ｅｔが放電容器の外面に配置しており、図５に示した回路のように放電ランプと直列に高電圧発生トランスを接続させているのではない。つまり、点灯始動時の高電圧は、放電ランプの電極間に発生させる方式ではないことが大きな特徴である（以下、「外部トリガ方式」ともいう）。
この回路構成は、点灯始動時のみ必要となる高電圧発生用インダクタンス（高電圧発生用トランスのニ次巻線）が、点灯始動後において電流供給経路に存在しないという点で極めて有利である。
具体的に説明すると、図５に示す回路構成では放電ランプが点灯した後においても、ランプ電流はインダクタンスの高い二次巻線を流れることになる。
本発明は、このニ次巻線こそが、前記した電流立上がり期間Ｔ１の長期化の原因になることを突き止めて、当該インダクタンス成分を外すことで放電ランプの光出力の低下防止と投射画像の精度低下防止を達成している。
なお、図５に示す回路において、切替スイッチなどを用いて点灯始動後は二次巻線を電流供給経路に用いない回路構成も理論的には可能であるが部品点数が増し、回路構成が複雑、大型化することから望ましいことでない。特に、プロジェクター装置は小型化が著しいため回路構成の簡素化が強く求められるからである。
【００２１】
さらに、本発明は上記のような外部トリガ方式という新しい知見に加えて、フルブリッジ回路２の出力から放電ランプ１０に至る電流供給経路におけるインダクタンス成分を２１０μＨ以下にしたことを特徴とする。
インダクタンスは、厳密には、コイルＬ１のみではなく、放電ランプ１０の定常点灯時に形成される電流ループにおけるインダクタンスの総和でなければならない。しかし、代表的には、コイルＬ１のインダクタンスによって決定されるため、本発明においては、コイルＬ１のインダクタンスに着目して数値規定している。従って、インダクタンスの数値規定は、より好ましくは、定常点灯時における電流ループ、すなわち、コンデンサＣｘ、フルブリッジ回路２、コイルＬ１、放電ランプ１０、フルブリッジ回路２、コンデンサＣｘにおけるインダクタンスの総和であるが、実用的な効果という観点からコイルＬ１を数値規定することとしている。
【００２２】
また、本発明者らは、放電ランプの極性切替による電力ディップ（電力の瞬間的な落ち込み）が１２μ秒以下であれば、ＤＬＰ方式プロジェクター装置の光源として実質的に光出力の落ち込みが問題にならないことを見出した。さらに、より好ましくは電力ディップが６μ秒以下であれば完全に光出力低下の影響を受けることなく、あたかも放電ランプを極性切替することなしに、すなわち直流点灯しているに等しい点灯状態が形成できることも併せて見出した。
【００２３】
繰り返しになるが、従来技術である図５に示す回路方式、すなわち、点灯始動のための高電圧発生トランスの二次巻線が放電ランプと直列に接続される回路方式では、インダクタンスを２１０μＨ以下にすることはイグナイタ回路の構成によっては困難である。本発明は、外部トリガ回路方式の採用と相俟って、当該回路方式を採用したからこそインダクタンスの減少化という着想に到達したわけである。
【００２４】
なお、コイルＬ１、コンデンサＣ１は、ランプの定常点灯時においてはノイズ防止のために必要であり、具体的には０．１５μＨ以上存在することが望ましい。
【００２５】
図３は請求項３に係る高圧放電ランプ点灯装置の概略構成を示す。
図１の回路と降圧チョッパ回路１及びフルブリッジ回路２は構成、動作が同じであり、スタータ回路３のみが異なっている。従って、降圧チョッパ回路１、フルブリッジ回路２の説明は省略する。
【００２６】
スタータ回路３は、抵抗Ｒ１、スイッチ素子Ｑ５、コンデンサＣ２、コンデンサＣ３、トランスＴ２よりなる。スタータ回路３の高圧側入力端と低圧側入力端は、フルブリッジ回路２と並列に接続されているから、フルブリッジ回路２に印加される電圧と同じ電圧がスタータ回路３にも供給される。この電圧を受けてスタータ回路３では抵抗Ｒ１を介してコンデンサＣ２に充電される。
スイッチ素子Ｑ５はサイリスタなどの素子から構成される。コンデンサＣ２の電圧が所定値になるとスイッチ素子Ｑ６が導通してトランスＴ２を介してコンデンサＣ３に充電がされる。コンデンサＣ３に所定の高電圧が充電されると、コンデンサＣ３は放電して、放電ランプ１０に対して電流が供給される。この放電電流は直流であり、これにより放電ランプ１０が放電開始する。ダイオードＤ２はコンデンサＣ２の放電電流がフルブリッジ回路２へ逆流することを防止するものであり、放電ランプ１０が放電開始した後は、スイッチＳＷが閉じることでダイオードＤ２は短絡する。
その後は、フルブリッジ回路２から所定の電流がスイッチＳＷを介して放電ランプ１０に供給される。
従って、コンデンサＣ３は放電ランプ１０に直流高電圧を印加するコンデンサであり、ダイオードＤ２はコンデンサＣ３の直流高電圧に対する逆流防止ダイオードであり、スイッチＳＷは逆流防止ダイオードＤ２を短絡させるスイッチ回路となる。
なお、コンデンサＣ３は放電ランプ１０と並列に接続する構成に限定されず、例えば、逆流ダイオードＤ２と並列に接続させてもよい。
【００２７】
この回路構成は、スタータ回路３が点灯始動後の放電ランプ１０への電流供給経路から外れているため、点灯始動時にのみ必要となる高電圧発生用インダクタンス成分、例えば、トランスＴ２などが点灯始動後は電流供給経路内に存在していない。
また、コイルＬ１をノイズ防止という観点のみで小さいものに設定できる。結果として、図１に示した回路と同様に放電ランプの光出力の低下と投射画像の精度低下を防止できる。
【００２８】
図４は放電ランプの全体構成を示す。（ａ）は内部構造を示す断面図を示し、（ｂ）はトリガ電極を含む外観図を示す。なお、（ａ）においてトリガ電極は省略している。なお、図３で示す放電ランプはトリガ電極Ｅｔは存在しない。
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２０が互いに対向して配置する。また、発光部１１の両端部から伸びるよう封止部１２が形成され、これらの封止部１２内には、通常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ている。一対の電極２０は軸部が、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、外部に突出する外部リード１４が溶接されている。
【００２９】
トリガ電極Ｅｔが発光部１１の外面に配設される。トリガ電極Ｅｔは図１のスタータ回路３から導かれており、一方の封止部１２の根元を巻きついた後、発光部１１の表面と接触して張り渡すように配設されて、他方の封止部１２の根元に巻き付けられる。
【００３０】
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４００〜７００ｎｍ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することができる。
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のものである。
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存在するが、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、このような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。
【００３１】
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８５ｍｍ３、定格電圧７５Ｖ、定格電力１２０Ｗであり、交流点灯される。
また、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、装置の全体寸法が極めて小型化される一方で高い光量が要求されることから、発光管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ロジェクター装置やオーバーヘッドプロジェクター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。
【００３２】
なお、図１、図３では、フルブリッジ回路２は４つのスイッチング素子からなる回路を用いて説明したが、この形態に限定されず、他の回路構成を採用することもできる。特に、スイッチング素子の数は４つでなくても、少なくとも２つのスイッチング素子により、デッドタイムを介在させて交互にオンオフ駆動できれば十分である。
【００３３】
また、降圧チョッパー回路は必須の構成要素ではなく、電流量調整手段として他の回路方式を採用することもできる。
さらに、降圧チョッパー回路に存在するコンデンサＣｘは、点灯始動時と定常点灯時において、容量が変化するような構成を採用することができる。この構成は、例えば、コンデンサを並列に複数個接続して、スイッチ素子により回路構成を切替えることが考えられる。
【００３４】
図６はプロジェクター装置の概略構成を示す。光源装置１００、回転フィルター２００、ロッドインテグレータレンズ３００、レンズ４００、空間変調素子５００（以下、ＤＭＤ素子ともいう）、レンズ６００より構成される。光源装置１００は放電ランプ１０と凹面反射鏡３０より構成される。
光源装置１００は、放電ランプ１０のアーク輝点と凹面反射鏡３０の第一焦点が一致している。凹面反射鏡３０の第二焦点はロッドインテグレータレンズ３００の入射端に位置しており、凹面反射鏡３０からの反射光は回転フィルター２００を介してロッドインテグレータレンズ３００に入射する。放電ランプ１０は給電制御装置３０により給電制御が行なわれる。フィルター２００はフィルター制御装置２１０により回転制御されて、ＤＭＤ素子５００は制御装置５１０で制御される。
なお、放電ランプ１０は、例えば、定格電力１２０Ｗ、定格電流１．６Ａで点灯する。凹面反射鏡３０の前面開口には光透過性のガラス部材３１が装着している。
【００３５】
図７は回転フィルター２００の拡大図を示す。（ａ）は青色を投影する状態を示し、（ｂ）は青色と緑色の境界を投影する状態を示す。
回転フィルターは、カラーフイールとも呼ばれ、円盤状のガラスから構成される。フィルターには赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の領域がそれぞれ扇型に形成されている。
光源装置１００からの反射光は、回転フィルター２００上に形成される光透過領域２０１を透過する。フィルター２００が回転することにより、光透過領域２０１に対応する色が順次、後段のロッドレンズに導かれることとなる。従って、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）が時間分割的に投影されるため、瞬間的にはいずれかの色しか投影されないが、人間の視覚的にはこれらの色あるいはその混合色が画像として認識される。なお、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）以外に、白（Ｗ）を設ける場合もある。白（Ｗ）は画像を全体に明るくするためのものであるが、この実施例では便宜上省略する。
ここで、フィルター２００は、例えば、１８０Ｈｚで回転（毎秒１８０回転）するため、１秒間に赤、緑、青が１８０回投影されることとなる。
【００３６】
これらプロジェクター装置の光源は、高圧放電ランプ、特に超高圧水銀ランプがよく採用され、交流点灯の場合、概ね１５０Ｈｚ〜２００Ｈｚの周波数範囲で点灯される。
ここで、本発明の高圧放電ランプ点灯装置においては、放電ランプの点灯周波数は、空間変調素子の駆動周波数や回転フィルタの色変化の周波数と同期を図る必要がなく、独立して周波数制御できる点で効果がある。
【００３７】
この点をもう少し詳細に説明すると、従来の点灯装置においては、放電ランプの点灯周波数は、空間変調素子の駆動周波数と同期していなければならず、放電ランプの極性切替えのタイミングによっては映像情報を乱して画像の精度を低下させる現象が生じていた。このため、点灯周波数を空間変調素子の駆動周波数に同期させて、放電ランプの極性切替えのタイミングが空間変調素子の駆動との関係で影響のないようにしなければならなかった。例えば、映像信号がＰＡＬ信号であり空間変調素子の駆動周波数が５０Ｈｚの場合は、放電ランプは５０Ｈｚに同期させて１５０Ｈｚあるいは２００Ｈｚで点灯制御することになる。また、映像信号がＮＴＳＣ信号でありＤＭＤ素子の駆動周波数が６０Ｈｚの場合は、放電ランプは６０Ｈｚに同期させて１８０ＨＺで点灯制御することになる。
このため、放電ランプの給電装置は、空間変調素子と同期を図るために同期端子や同期制御回路、さらには空間変調素子の駆動周波数に応じて周波数を変化させる周波数選択回路などが必要になる。
【００３８】
また、回転フィルターとの同期については、放電ランプの極性切替えのタイミングが色変化のタイミングと一致することが投射映像のチラツキ防止との関係で効果的だからである。
このため、給電装置は回転フィルターの色変化の周波数と同期するために、同様に同期制御に関する回路が必要となっていた。
【００３９】
しかしながら、この発明に係る高圧放電ランプ点灯装置は、第一に外部トリガ方式あるいはＤＣスタータ方式を採用したこと、第二にフルブリッジ回路の出力から放電ランプの間の電流供給経路におけるインダクタンスを２１０μＨ以下にしたことから、事実上の電力ディップおよび光ディップを防止することができる。このため、放電ランプの点灯周波数は、空間変調素子の駆動周波数や回転フィルタの色変化の周波数と同期させる必要がなく、独立かつ非同期で駆動制御できる。この点は本発明の高圧放電ランプ点灯装置を使ったプロジェクター装置の大きな特徴であるといえる。
【００４０】
ここで、本発明に係る交流点灯型の高圧放電ランプのように、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構成の場合は、ランプの点灯時間の経過とともに電極先端に突起が生成するという現象を生じる。
この現象は必ずしも明らかではないが以下のように推測できる。すなわち、ランプ点灯中に電極先端付近の高温部から蒸発したタングステンは発光管に存在するハロゲンや残留酸素と結合して、例えばハロゲンとして臭素（Ｂｒ）が封入される場合は、ＷＢｒ、ＷＢｒ２、ＷＯ、ＷＯ２、ＷＯ２Ｂｒ、ＷＯ２Ｂｒ２などのタングステン化合物として存在する。これら化合物は電極先端付近の起相中の高温部においては分解してタングステン原子または陽イオンとなる。そして、温度拡散（気相中の高温部＝アーク中心から、低温部＝電極先端近傍に向かうタングステン原子の拡散）および、アーク中でタングステン原子が電離して陽イオンになり、陰極動作しているときに電解によって陰極方向に引き寄せられる（ドリフト）ことによって、電極先端付近における気相中のタングステン蒸気密度が高くなり、電極先端に析出して突起を形成するものと考えられる。
【００４１】
図８に電極先端と突起を模式化したものである。一対の電極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が形成している。なお、ランプ点灯開始時に突起が存在しない場合、その後の点灯により、図示するように突起２１が生成して、この突起２０によってアーク放電Ａが生じている。
【００４２】
しかしながら、上記突起の発生成長にはいくつかの問題を有していた。
第一に、ランプ電圧の変動である。上記突起はランプの製造完成時であって未点灯の段階では存在しておらず、その後の点灯に伴い生成、成長するものである。突起の形成は、ランプの種類などにもよるが、例えば８０〜１００分の経過により概ね終了する。すなわち、当該突起が形成されて一応落ち着くまでの期間は、点灯時間とともに電極間距離が短くなり、放電ランプの点灯電圧も低下することになる。
第二に、光利用効率の低下である。上記突起は電極軸上に生じるとは限らない。例えば、（ａ）のように電極軸Ｌに沿って形成されるならば問題はないが、（ｂ）のように電極軸Ｌから外れて形成することもある。この場合、アーク位置も電極軸Ｌから外れることになり、点光源として設計された光学系において、光の利用効率が低下するという大きな問題を生じる。
【００４３】
ここで、点灯周波数を一定にするのではなく、適宜変化させることで、突起の成長を制御できることが知られており、周波数を変化させることで、不所望な突起の成長、発展を抑制できることも知られている。
本発明の高圧放電ランプ点灯装置は、このような突起の形成に関わる問題についても良好に解決することができる。なぜなら、前記したように放電ランプの極性切替のタイミングを空間変調素子や回転フィルタとの同期という要素を考慮する必要がないため、突起の制御という観点を考慮して周波数制御できるからである。
【００４４】
図９は突起の成長と放電ランプの周波数制御の関係を示す模式図である。また、図１０は定常点灯時の点灯周波数と、突起の制御を目的として周期的に周波数を変化させている状態を示す図である。
図９において、電極２０の先端にはコイルが巻き付けられており、当該コイルが溶けて先端に大径部を形成している。大径部の先端には突起２１が形成されている。（ａ）は点灯周波数を変化させることなく、常に、１５０Ｈｚで定常点灯させた状態を示し、（ｂ）は１５０Ｈｚの定常点灯において、間欠的かつ短期的に周波数を変化させた場合を示している。両図とも左図は点灯始動初期であって突起が形成されたときの状態を示し、右図は数百時間点灯後の電極の状態を示す。
図１０において、定常点灯周波数１５０Ｈｚにおいて、１分に１回のペースで低周波、例えば１０Ｈｚの点灯を介在させた電流の状態を示す。
【００４５】
図９より、周波数を制御していない場合（（ａ）図参照）は、当初に存在していた突起２１が損耗するとともに、新しい突起２１’が好ましくない場所に発生していることがわかる。その一方で、突起の成長を制御するために周波数を調整した場合（（ｂ）図参照）は、突起の不所望な成長が抑制されていることがわかる。
このように、本発明の高圧放電ランプ点灯装置は、空間変調素子や回転フィルターとの関係を考慮することなく、点灯周波数を調整できるため、突起の調整を良好に行なうことができるという大きな特徴を有している。
【００４６】
ここで、電極の先端に突起が生成する現象は、放電ランプ一般に生じる現象ではない。本願発明が対象とする放電ランプ、すなわち、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構成の場合に、ランプの点灯時間の経過とともに電極先端に突起が生成する。
本発明は、定常点灯時の周波数が６０Ｈｚ〜１０００Ｈｚの場合に、この定常点灯周波数より低い周波数であって、かつ、１〜１００Ｈｚの周波数で点灯される。一例をあげると定常点灯時周波数が１５０Ｈｚにおいて、７．５Ｈｚの周波数で点灯させている。
周波数を変化させるタイミングは、３０秒〜２分の定常周波数の点灯時間において、１周期〜５周期の短時間の低周波点灯を行なう。具体的には、１分の定常点灯周波数に１周期の割合で低周波点灯を介在させている。
【００４７】
ここで、本発明は、図１において外部トリガ方式の給電装置を説明し、図３においてＤＣスタータ方式の給電装置について説明をした。しかし、これら実施形態は、ランプを点灯始動させるための構成が異なるのみであり、点灯始動に必要なインダクタンス成分を定常点灯時の回路ループから外している点で共通している。
従って、これらの点灯始動方式ではなく、あるいはこれらの点灯始動方式とともに、放電ランプと直列にインダクタンスを挿入する回路方式においても、本発明のようにインダクタンス値を２１０μＨ以下にすることを適用できる。
【００４８】
最後に、コイルのインダクタンスを２１０μＨ以下に設定した根拠について説明する。
実験は、図１に示す給電装置と図６に示すプロジェクター装置を使い、コイルＬ１の値を変化させて、光出力の落ち込み状態を検討した。放電ランプは定格電力１２０Ｗ、点灯周波数１５０Ｈｚで点灯させた。
具体的には、ランプ点灯始動後、定常点灯に移行した状態において、コイルＬ１（図１に示す）を可変させながら、各コイルＬ１において、概ね１分程度、スクリーンに投射された映像を見ながら映像のちらつきを判断した。なお、空間変調素子や回転フィルターと、放電ランプの極性切替のタイミングは同期させていない。さらに、各インダクタンス値における極性切替に伴う電力波形の落ち込み（図２（ｂ）に相当する）を測定した。この電力波形の落ち込み幅は半値幅で測定した。
【００４９】
実験の結果を図１１に示す。
各インダクタンス（例えば、０μＨ、１０．１μＨ、２０．５μＨ・・・）における電力波形の落ち込み幅、映像ちらつきの状態、判定をそれぞれ示している。
この実験の結果、インダクタンスが７６．１μＨ以下の場合は映像ちらつきがほとんど発生しておらず、インダクタンスが８５．６μＨから２０６．０μＨの場合は映像ちらつきがわずかにあるが実用上問題ないことが確認された。一方、インダクタンス値が２１６．１μＨの場合に、映像ちらつきが実用上問題となることが示される。
従って、インダクタンスが２１０μＨ以下（実験値は２０６．０μＨであるが測定誤差などを考慮して）であれば、極性切替に伴う光出力の落ち込みと、それに伴う映像チラツキは問題ないレベルであり、結果として、空間変調素子や回転フィルターと同期を図らなくても使用できることが分かる。また、インダクタンス値が８０．０μＨ以下（実験値は７６．１μＨであるが測定誤差などを考慮して）であれば、映像の美しさという点でより好ましい投射ができることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明に係る高圧放電ランプ点灯装置を示す。
【図２】本発明に係る高圧放電ランプ点灯装置による電流波形を示す
【図３】本発明に係る高圧放電ランプ点灯装置を示す。
【図４】放電ランプの全体図を示す。
【図５】交流点灯型放電ランプの一般的な回路を示す。
【図６】プロジェクター装置の全体構成を示す。
【図７】回転フィルタを示す。
【図８】突起を説明する図を示す。
【図９】突起を説明する図を示す。
【図１０】突起の制御の電流パルスを示す。
【図１１】本発明の効果を示す実験結果を表す。
【符号の説明】
【００５１】
１  降圧チョッパー回路
２  フルブリッジ回路
３  スタータ回路
１０  放電ランプ
２０  電極
【図１】
2005190766.tif 000003
【図２】
2005190766.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005190766.tif 000006
【図５】
2005190766.tif 000007
【図６】
2005190766.tif 000008
【図７】
2005190766.tif 000009
【図８】
2005190766.tif 000010
【図９】
2005190766.tif 000011
【図１０】
2005190766.tif 000012
【図１１】
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