(57)【要約】  【課題】  高圧放電ランプの光立ち上がり時間を短縮することができる点灯方法を提供する。  【解決手段】  高圧放電ランプに高圧パルスを印加して絶縁破壊し、その後ステップＳ１において、ランプ電圧Ｖが２５Ｖを超えているか否かを判断する。ランプ電圧Ｖが２５Ｖを超えていなければ（ステップＳ１：ＮＯ）、電流制限レベルを６Ａとする定電流制御を実行し（ステップＳ２）、ランプ電圧が、２５Ｖを超えれば（ステップＳ１：ＹＥＳ）、４Ａを電流制限レベルとする定電流制御に切り替える（ステップＳ３）。そして、ランプ電圧が上昇して５０Ｖになれば（ステップＳ４：ＹＥＳ）、ランプ電力が２００Ｗになるように定電力制御を実行する（ステップＳ５）。【選択図】  図８
2005032711.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧放電ランプの点灯開始後、ランプ電圧が所定の電圧に到達し定電力制御に切り替えるまでの初期点灯区間において、
点灯開始から、前記高圧放電ランプの少なくとも一方の電極に継続的にアークスポットが形成され始めるランプ電圧に到るまでの第１点灯区間の全部又は一部において、所定の電流値より大きいランプ電流を供給する第１のステップと、
前記第１点灯区間経過後、前記定電力制御に切り替えるまでの第２点灯区間の全部又は一部において、前記所定の電流値以下のランプ電流を供給する第２のステップと
を有することを特徴とする高圧放電ランプの点灯方法。
【請求項２】
点灯対象となる高圧放電ランプは、その電極間距離が０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であると共に、発光管内容積当たりの水銀封入量が１５０ｍｇ／ｃｍ3以上３５０ｍｇ／ｃｍ3以下で、かつ、希ガスとしてアルゴン、クリプトンまたはキセノンが、１０ｋＰａ以上４０ｋＰａ以下の封入圧で封入されており、
前記高圧放電ランプの点灯開始後、ランプ電圧が所定の電圧に到達し定電力制御に切り替えるまでの初期点灯区間において、
点灯開始から、ランプ電圧が２７Ｖ以下の所定の電圧に到達するまでの第１点灯区間において、所定の電流値より大きいランプ電流を供給する第１のステップと、
前記第１点灯区間経過後、前記定電力制御に切り替えるまでの第２点灯区間において、前記所定の電流値以下のランプ電流を供給する第２のステップと
を有することを特徴とする高圧放電ランプの点灯方法。
【請求項３】
前記所定の電流値は、前記定電力制御の実行時に供給される電流の最大値にほぼ等しいことを特徴とする請求項１または２に記載の高圧放電ランプの点灯方法。
【請求項４】
前記第１点灯区間において、前記所定の電流値のほぼ１．２５倍以上のランプ電流を供給することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の高圧放電ランプの点灯方法。
【請求項５】
高圧放電ランプを絶縁破壊させて点灯を開始させた後、ランプ電圧が所定の電圧に到達したときに、定電力制御を実行する高圧放電ランプの点灯装置であって、
前記高圧放電ランプに電流を供給する電流供給手段と、
点灯開始から、前記高圧放電ランプの少なくとも一方の電極に継続的にアークスポットが形成され始めるランプ電圧に到るまでの第１点灯区間の全部又は一部において所定の電流値より大きいランプ電流を供給すると共に、前記第１点灯区間経過後、前記定電力制御に切り替えるまでの第２点灯区間の全部又は一部において、前記所定の電流値以下のランプ電流を供給するように前記電流供給手段を制御する電流制御手段とを備えることを特徴とする高圧放電ランプの点灯装置。
【請求項６】
点灯対象となる高圧放電ランプは、その電極間距離が０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であると共に、発光管内容積当たりの水銀封入量が１５０ｍｇ／ｃｍ3以上３５０ｍｇ／ｃｍ3以下で、かつ、希ガスとしてアルゴン、クリプトンまたはキセノンが、１０ｋＰａ以上４０ｋＰａ以下の封入圧で封入されており、
前記高圧放電ランプを絶縁破壊させて点灯を開始させた後、ランプ電圧が所定の電圧に到達したときに、定電力制御を実行する高圧放電ランプの点灯装置であって、
前記高圧放電ランプに電流を供給する電流供給手段と、
点灯開始から、ランプ電圧が２７Ｖ以下の所定の電圧に到達するまでの第１点灯区間の全部又は一部において所定の電流値より大きいランプ電流を供給すると共に、前記第１点灯区間経過後、前記定電力制御に切り替えるまでの第２点灯区間の全部又は一部において前記所定の電流値以下のランプ電流を供給するように前記電流供給手段を制御する電流制御手段とを備えることを特徴とする高圧放電ランプの点灯装置。
【請求項７】
前記所定の電流値は、前記定電力制御の実行時に供給される電流の最大値にほぼ等しいことを特徴とする請求項５または６に記載の高圧放電ランプの点灯装置。
【請求項８】
高圧放電ランプと、この高圧放電ランプを点灯させる請求項５から７のいずれかに記載の点灯装置とを備えてなることを特徴とする高圧放電ランプ装置。
【請求項９】
請求項８記載の高圧放電ランプ装置が用いられていることを特徴とする投射型画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧放電ランプの点灯方法及び点灯装置、高圧放電ランプ装置、並びに投射型画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、高圧水銀ランプやメタルハライドランプなどの高圧放電ランプにあっては、高輝度の光束を得られるという優れた利点がある一方、放電を開始させてから一定の光束を得ることができるまでの時間（以下、「光立ち上がり時間」という。）が長いという問題点があり、従来からこの光立ち上がり時間を短縮することが高圧放電ランプにおける課題となっていた。
【０００３】
特に、最近の投射型の画像表示装置（以下、「プロジェクタ」という。）には、高いスクリーン照度が望まれており、そのためさらに高出力の高圧放電ランプを使用する必要がある。
しかし、高圧放電ランプは、高出力になればなるほど構造が大きくなり、そのためガラスバルブを含めたランプ構成部品の熱容量が増大してランプ点灯開始時からランプが温まりにくくなって放電空間内の発光金属の蒸発速度が遅くなり、光立ち上がり時間がさらに長くなっているのが実情である。
【０００４】
このような問題を解消するため、自動車用の高圧放電ランプにおける点灯方法においては、点灯開始直後、定常点灯時よりも過大な電力をランプに供給して光立ち上がりを促進し、その後、定電力制御を行うものが提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平４−３４９３９６号公報
【特許文献２】特開平８−７８１７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述のような自動車用高圧放電ランプの点灯方法をプロジェクタ用の高圧放電ランプに適用した場合には、ランプ電極の先端が溶融して大きな損傷が生じてしまうという問題がある。
すなわち、自動車用の高圧放電ランプは、日本電球工業会規格などにより規格化されており、ランプ電力に対して電極のサイズに余裕を持って設計されているため、定常点灯時よりも過大な電力を供給してもランプ電極に損傷が生じにくく設計されていると共に、５００ｋＰａ以上の高圧でキセノンガスが封入されるため、放電空間内の抵抗成分が大きく、ランプ電流が必要以上に過大にならないように抑制される。これにより自動車用高圧放電ランプでは、上記特許文献１，２に開示されているような点灯方法によっても電極に損傷が生じない。
【０００６】
しかしながら、プロジェクタ用の高圧放電ランプにおいては、スクリーン輝度を確保するために高輝度化を図る必要がある。
高輝度化するためには、点灯時に電極先端部を高熱に保ってアーク温度を増大させる必要があり、そのため電極サイズを極力小さくして熱容量を小さくせざるを得ない。また、凹面反射鏡の集光効率を上げるために点光源化する必要があるが、電極間距離を短くすると、ランプ電流が流れやすくなり、過大電力を供給すれば、ランプ電流が過度に増大するおそれがある。
【０００７】
したがって、このようなプロジェクタ用の高圧放電ランプに自動車用高圧放電ランプと同様な条件で定常点灯時以上の過大電力を供給すると電極先端の温度が異常に上昇して溶融してしまい、点光源化が困難になると共に、最悪の場合には点灯不良となる。
ここで、プロジェクタ用の高圧放電ランプにもキセノンガスなどの希ガスを高圧で封入して放電空間における抵抗を増大させることも考えられるが、上述のようにプロジェクタ用の高圧放電ランプは比較的大型であり、希ガスを一定以上の高圧で封入することが製造技術的に困難である。
【０００８】
上記の事情から、従来のプロジェクタ用の高圧放電ランプの点灯方法においては、電極の損傷を防止するため、点灯開始後、定電力制御に到るまでの初期点灯区間において、定電力制御時における最大電流値を超えない値の電流を供給すべく定電流制御を行うようにしており、光立ち上がり時間の短縮化が極めて難しいものとなっている。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、一般に普及している高圧放電ランプであっても、電極などを損傷することなく、その光立ち上がり時間を短縮することができる高圧放電ランプの点灯方法及び点灯装置、高圧放電ランプ装置、並びに投射型画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明に係る高圧放電ランプの点灯方法は、高圧放電ランプの点灯開始後、ランプ電圧が所定の電圧に到達し定電力制御に切り替えるまでの初期点灯区間において、点灯開始から、前記高圧放電ランプの少なくとも一方の電極に継続的にアークスポットが形成され始めるランプ電圧に到るまでの第１点灯区間の全部又は一部において、所定の電流値より大きいランプ電流を供給する第１のステップと、前記第１点灯区間経過後、前記定電力制御に切り替えるまでの第２点灯区間の全部又は一部において、前記所定の電流値以下のランプ電流を供給する第２のステップとを有することを特徴としている。
【００１０】
また、本発明に係る他の高圧放電ランプの点灯方法は、点灯対象となる高圧放電ランプは、その電極間距離が０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であると共に、発光管内容積当たりの水銀封入量が１５０ｍｇ／ｃｍ3以上３５０ｍｇ／ｃｍ3以下で、かつ、希ガスとしてアルゴン、クリプトンまたはキセノンが、１０ｋＰａ以上４０ｋＰａ以下の封入圧で封入されており、前記高圧放電ランプの点灯開始後、ランプ電圧が所定の電圧に到達し定電力制御に切り替えるまでの初期点灯区間において、点灯開始から、ランプ電圧が２７Ｖ以下の所定の電圧に到達するまでの第１点灯区間において、所定の電流値より大きいランプ電流を供給する第１のステップと、前記第１点灯区間経過後、前記定電力制御に切り替えるまでの第２点灯区間において、前記所定の電流値以下のランプ電流を供給する第２のステップとを有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
このような点灯方法により、電極の損傷に影響しない第１点灯区間において大きな電流が流されるので、高圧放電ランプの発光部の温度上昇が促進され、光立ち上がり時間が短縮される。また、第２点灯区間に供給される電流は小さく抑えられるので、電極の損傷を招かない。
ここで、前記所定の電流値は、前記定電力制御の実行時に供給される電流の最大値に等しいことが望ましい。
【００１２】
このようにすれば、第２点灯区間においても電極の損傷に影響を及ぼさない範囲でできるだけ大きな電流を供給することが可能となり、光立ち上がり時間の短縮に貢献できる。
また、ここで、前記第１点灯区間において、前記所定の電流値のほぼ１．２５倍以上のランプ電流を供給することが望ましい。
このようにすることにより、光立ち上がり時間を満足のできる程度に短縮することが可能となる。
【００１３】
また、本発明に係る高圧放電ランプの点灯装置は、高圧放電ランプを絶縁破壊させて点灯を開始させた後、ランプ電圧が所定の電圧に到達したときに、定電力制御を実行する高圧放電ランプの点灯装置であって、前記高圧放電ランプに電流を供給する電流供給手段と、点灯開始から、前記高圧放電ランプの少なくとも一方の電極に継続的にアークスポットが形成され始めるランプ電圧に到るまでの第１点灯区間の全部又は一部において所定の電流値より大きいランプ電流を供給すると共に、前記第１点灯区間経過後、前記定電力制御に切り替えるまでの第２点灯区間の全部又は一部において、前記所定の電流値以下のランプ電流を供給するように前記電流供給手段を制御する電流制御手段とを備えることを特徴としている。
【００１４】
また、本発明に係る他の高圧放電ランプの点灯装置は、点灯対象となる高圧放電ランプは、その電極間距離が０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であると共に、発光管内容積当たりの水銀封入量が１５０ｍｇ／ｃｍ3以上３５０ｍｇ／ｃｍ3以下で、かつ、希ガスとしてアルゴン、クリプトンまたはキセノンが、１０ｋＰａ以上４０ｋＰａ以下の封入圧で封入されており、前記高圧放電ランプを絶縁破壊させて点灯を開始させた後、ランプ電圧が所定の電圧に到達したときに、定電力制御を実行する高圧放電ランプの点灯装置であって、前記高圧放電ランプに電流を供給する電流供給手段と、点灯開始から、ランプ電圧が２７Ｖ以下の所定の電圧に到達するまでの第１点灯区間の全部又は一部において所定の電流値より大きいランプ電流を供給すると共に、前記第１点灯区間経過後、前記定電力制御に切り替えるまでの第２点灯区間の全部又は一部において前記所定の電流値以下のランプ電流を供給するように前記電流供給手段を制御する電流制御手段とを備えることを特徴としている。
【００１５】
このような点灯装置により、上述の優れた点灯方法を実施することができ、高圧放電ランプの電極を損傷させることなく、光立ち上がり時間を短縮することができる。
ここで、前記所定の電流値は、前記定電力制御の実行時に供給される電流の最大値に等しいことが望ましい。
このようにすれば、第２点灯区間においても電極の損傷に影響を及ぼさない範囲でできるだけ大きな電流を供給することが可能となり、光立ち上がり時間の短縮に貢献できる。
【００１６】
また、本発明に係る高圧放電ランプ装置は、高圧放電ランプと、この高圧放電ランプを点灯させる上記記載のいずれかの点灯装置とを備えてなることを特徴としている。
さらに、本発明に係る投射型画像表示装置は、上記記載の高圧放電ランプ装置が用いられていることを特徴としている。
これにより、上述のように、光立ち上がり時間の短い高圧放電ランプ装置及び投射型画像表示装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態に係る高圧放電ランプの点灯装置等について、高圧放電ランプが高圧水銀ランプである場合を例にして説明する。
（１）高圧水銀ランプ１００の構成
まず、本実施の形態において点灯の対象となるプロジェクタ用の高圧水銀ランプ１００の特徴的な構成を図１に基づき簡単に説明しておく。
【００１８】
同図１に示すように高圧水銀ランプ１００は、内部に放電空間１２が形成されたほぼ球形状またはほぼ回転楕円体形状の発光部１と、この発光部１の両端部にそれぞれ設けられた第一の封止部２および第二の封止部３とを有する石英ガラス製のバルブ１４と、電極４、５、モリブデン箔６、７、および外部リード８、９がそれぞれ順次接続された電極構造体１０、１１とを備えている。
【００１９】
電極４、５は、タングステン製であって、電極軸４１、５１の先端部には、それぞれ電極コイル４２、５２が固着されている。また、電極４、５は発光部１内において互いに略対向するように配設されている。外部リード線８、９は、モリブデン製であって、各封止部２、３の端面から外部に導出されている。
電極間距離Ｄｅは、点光源に近付けるため０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲に設定される。
【００２０】
発光部１内には、発光金属である水銀１３、始動補助用ガスとしてアルゴン、クリプトン、キセノンなどの希ガス、および沃素、臭素などのハロゲン物質がそれぞれ所定量封入されている。
具体的に、水銀１３の封入量は、発光管内容積当たり１５０ｍｇ／ｃｍ3〜３５０ｍｇ／ｃｍ3の範囲であり、希ガスのランプ冷却時の封入圧力は１０ｋＰａ〜４０ｋＰａの範囲、また、ハロゲン物質の封入量は１×１０-10ｍｏｌ／ｃｍ3〜１×１０-4ｍｏｌ／ｃｍ3の範囲にそれぞれ設定されている。
【００２１】
また、他のランプ寸法の範囲は以下の通りである。
ランプ全長Ｄａ：  ４０ｍｍ〜１００ｍｍ
発光部径Ｄｂ：    ８ｍｍ〜１５ｍｍ
封止部径Ｄｃ：    ４ｍｍ〜１０ｍｍ
なお、本明細書において数値範囲を「ａ〜ｂ」と表現する場合には、下限ａおよび上限の値をも含む範囲を示すものとする。
【００２２】
（２）高圧水銀ランプ１００の点灯方法
次に、上記高圧水銀ランプ１００の好適な点灯方法について説明する。
図２は、本実施の形態において後述の点灯装置（図７参照）により、定格２００Ｗ型の高圧水銀ランプ１００について、高圧パルスを印加して絶縁破壊させた後に供給されるランプ電圧（Ｖ）とランプ電流（Ａ）の制御特性を示すグラフである。
【００２３】
高圧水銀ランプ１００は、絶縁破壊後、放電空間内の温度が上昇するに連れて水銀蒸気圧が増大し、ランプ電圧Ｖも徐々に増大していくが、同図に示すようにランプ電圧がＶａに到るまでの第１点灯区間においては、ランプ電流は６Ａになるように定電流制御され、ランプ電圧がＶａを超えて、定電力制御に切り替わるときの電圧Ｖｂ（本実施の形態では５０Ｖ）に到るまでの第２点灯区間においては、ランプ電流は４Ａになるように定電流制御される。
【００２４】
なお、例えば４Ａの定電流の供給は、公知の定電流回路において電流制限レベルを４Ａに設定することによりなされる。
そして、ランプ電圧Ｖが５０Ｖになるとランプの定格電力２００Ｗを維持するように定電力制御に切り替えられる（定電力制御区間）。
ここで、同図における破線の部分は、従来の点灯方法におけるランプ電流の値を示しており、点灯開始直後の第１点灯区間において、これよりも高いランプ電流６Ａを供給することにより、電極４，５による発熱量が増加し、放電空間内の昇温が促進される。
【００２５】
なお、第１点灯区間の範囲を画する電圧Ｖａの値は、２５Ｖに設定されており、このような第１点灯区間の間においては、定電力制御区間における最大電流値（所定の電流値：４Ａ）より高いランプ電流（本例では６Ａ）を供給しても電極が損傷しないことを本願発明者が実験により究明した。詳しくは後に実験データと共に説明する。
図３は、図２のグラフの制御特性に従ってランプ電流制御を実行したときのランプ電圧とランプ電力の関係を示すグラフであり、図４は、同じく図２のランプ電流制御を実行したときの点灯開始後の点灯時間（ｓ）と定常点灯時の光束を１００％としたときのランプ光束の立ち上がりの関係を示すグラフである。
【００２６】
いずれも実線が、本実施の形態に係る点灯方法における変化を示し、破線部分が従来の点灯方法における変化を示している。
図３に示すように第１点灯区間において、ほぼ斜線を付した面積分だけ従来より多くの電力が供給されており、その結果、図４に示すように５０％の光束に達するまでの時間が、本実施の形態における点灯方法による方が、Δｔ（約１２秒）だけ短縮されている。同図に示すように従来は、５０％の光立ち上がりにほぼ４５秒程かかっていたのであるから、約２７％も短縮されたことになる。
【００２７】
（３）ランプ電圧Ｖａおよび第１点灯区間におけるランプ電流の最適範囲
次に、実験に基づき、上記第１点灯区間と第２点灯区間を切り替えるランプ電圧Ｖａの最適範囲、および同じく第１点灯区間におけるランプ電流の最適範囲について考察する。
（実験１）
まず、２００Ｗ高圧水銀ランプ１００におけるランプ電圧Ｖａの最適範囲について実験を行った。
【００２８】
なお、本実験に使用したランプは、図１と同じ構成を有する高圧水銀ランプであり、具体的な仕様は以下の通りである。
水銀封入量                  内容積当り２００ｍｇ／ｃｍ3
希ガスのランプ冷却時の封入圧力     ３０ｋＰａ
電極間距離Ｄｅ                        １．５ｍｍ
ランプ全長Ｄａ：                        ９０ｍｍ
発光部径Ｄｂ：                          １３ｍｍ
封止部径Ｄｃ：                          ８．０ｍｍ
また、各電極は、電極軸の先端部に２重巻き８段のコイルを取着したものを使用し、電極軸の径ｄ１（図５（ａ）参照）は０．４ｍｍで、電極コイル４２、５２の素線の径ｄ２は０．２５ｍｍに設定されている。
【００２９】
次の表１は、上記試作ランプについて、第１点灯区間において供給する定電流値（第１の電流制限レベル）を従来の４Ａからその２倍まで順次変化させると共に、それぞれの第１の電流制限レベルの値において、第１点灯区間を画するためのランプ電圧Ｖａ（なお、このＶａのランプ電圧を、第１の電流制限レベルを第２点灯区間で供給される定電流値（第２の電流制限レベル）に切り替えるときのランプ電圧という意味で以下では「電流切替電圧」と表記する場合もある。）を変化させたときの高圧水銀ランプの電極の損傷の程度を調べたものである。
【００３０】
【表１】
2005032711.tif 000003
ここで、表中の２から１４の数字は、各電流条件で１時間点灯した後の一対の電極の電極先端部の溶融した電極コイルの段数の和を示す。
図５（ａ）は、点灯実験前の電極４の拡大図であり、電極棒４１の先端に２重巻き８段の電極コイル４２が形成されている（電極５も全く同じ）。
【００３１】
従来の点灯方法（第１、第２点灯区間を区別せずに４Ａのランプ電流を供給）においては、１時間点灯後は、図５（ｂ）に示すように電極コイル４２の第１段目４２１のみが溶融する程度となるようにランプ設計がなされている。
したがって、本実験においては各電極で２段以上のコイルが溶融し、一対の電極の溶融するコイルの段数の和が４段以上となった場合に、「電極が損傷した」と評価するようにしている。
【００３２】
そうすると、表１からも分かるように第１の電流制限レベルが４Ａのものを除き、電流切替電圧Ｖａを３０Ｖ以上に設定すると、すなわちランプ電圧が３０Ｖ以上になっても４．５Ａ以上の電流を通電すると、コイルの溶融段数が２段以上となり、「電極に損傷がある」と判断された。
ところが、電流切替電圧Ｖａを２５Ｖに設定し、それまで４．５Ａ以上の電流を通電するように制御し、その後電流制限レベルを４Ａに低下させた場合については全ての電流制限レベルについて、電極の損傷は生じなかった。
【００３３】
表１では、電流切替電圧Ｖａを５Ｖ刻みで変化させたが、さらに詳細なデータを取得すべく、当該電流切替電圧Ｖａを２０Ｖから３０Ｖまで１Ｖ刻みで変化させていく実験を試みたところ、次の表２に示すような実験結果が得られた。
但し、本実験において第１の電流制限レベルは６Ａで固定し、第２の電流制限値レベルは、表１の実験の場合と同様４Ａである。
【００３４】
【表２】
2005032711.tif 000004
この実験結果から言えば、電流切替電圧が２５Ｖ以下であればコイルの溶融段数の和が２段以下であり、電極の損傷はなく、２８Ｖ以上であれば、コイルの溶融段数の和が４段以上となり電極の損傷領域と判断される。２６Ｖから２７Ｖについてはコイルの溶融段数の和が３段であり良否の判断がつかないため、溶融段数の和が３段となる点灯条件が実用上使用可能か否かを判断するべく寿命試験での評価を試みた。
【００３５】
ここで、ランプの寿命試験は、定格出力電力が２００Ｗである矩形波点灯のフルブリッジ方式電子安定器を用い、第１点灯区間における電流制限レベルを６Ａ、第２点灯期間における電流制限レベルを４Ａとし、電流切替電圧として２５Ｖ、２７Ｖ、２８Ｖの３条件を準備した。高圧放電ランプ１００を後述のランプユニット２００の状態にして（図９参照）、それを水平位置に保って３．５時間点灯／０．５時間消灯のサイクルで行なった。それぞれについて、５サンプルずつの試験を行い、寿命特性は、累積点灯時間１０００時間後の照度維持率で判断するようにした。
【００３６】
照度維持率の平均値を求めると、電流切替電圧が２５Ｖの場合の平均は、８６．３％であるのに対し、電流切替電圧が２７Ｖの場合は８３．８％であり、さらに電流切替電圧が２８Ｖの場合は７５．５％であった。この２００Ｗ型ランプの寿命目標性能は１０００時間到達時で８０％以上であることから、コイルの溶融段数が３段の場合、すなわち電流切替電圧が２６Ｖから２７Ｖの場合は、電流切替電圧が２５Ｖの場合に対して若干の特性劣化があるものの、寿命目標性能はクリアしていることから実用上使用可能なレベルであることが明らかとなった。因みに電流切替電圧が２８Ｖの場合は予想通り寿命目標性能を満足しない結果となった。
【００３７】
これらの結果から、電流切替電圧として最適なランプ電圧Ｖａは、ランプの寿命性能に全く影響を与えない条件として２５Ｖ以下、また実用上使用可能な条件として２７Ｖ以下の範囲であると言える。
（解析）
表１の実験では、第１の電流制限レベルは、最大でも８Ａとしたが、第１点灯区間である限り、それ以上の電流を通電して、定常点灯時における電力よりも大きな電力を供給しても電極の損傷は見られなかった。
【００３８】
既述のように従来のプロジェクタ用の高圧放電ランプにおいては、高輝度化のため電極サイズに余裕がなく、定電力制御に移行する前に定常点灯時以上の過大電力を印加することは、電極損傷を防止する観点から望ましくないとされ、点灯開始後、定電力制御に到るまでは、せいぜい当該定電力制御における最大の電流レベルの電流値で一律に定電流制御を実行することが一般的な技術常識であった。
【００３９】
しかし、本実施の形態における実験でも明らかになったように、定電力制御以前の初期点灯区間であっても、ある一定のランプ電圧Ｖａに到るまでは、ランプ電流を定電力制御時における最大値より増大させても電極の損傷が生じないことが判明した。
そこで、このランプ電圧Ｖａの前後で、どのように電極間の放電現象が変化しているかを解明すべく、点灯中のランプを観察した。すると、ほぼ当該ランプ電圧Ｖａに到達するタイミングで輝度の高いアークが発生していることが看取された。
【００４０】
すなわち、アーク放電は、点灯開始直後から始まっているが、ランプ電圧がＶａより小さい段階では、まだ水銀の蒸気圧が低く、対向する電極４，５のほぼ全表面同士で放電しているため輝度が低いが、ランプ温度が上がるに連れて、水銀の蒸発量が増えて蒸気圧が上昇し、ランプ電圧がＶａに到達する際の蒸気圧下では、マイナスフェーズ側電極先端に１箇所の熱電子放出点（アークスポット）が継続的に形成され始め、アーク放電形状が圧縮したような形になる。
【００４１】
このようにアークスポットが形成されると、当該箇所の電極温度が急激に上昇するために、大きな電流が流れた場合は電極材料の融点を超えてしまい、これにより電極コイルが溶融するものと考えられる。
逆に言えば、少なくとも一方の電極にアークスポットが形成されるまでは電極の全表面から放電されるので、大きな電流を通電しても温度が急激に上昇することはなく電極の損傷が生じないのである。
【００４２】
なお、表１においては、定格２００Ｗ型の高圧水銀ランプ１００について実験を行ったが、ランプの定格電力によって、上記最適な電流切替電圧Ｖａの値に変動があるか否かを検証すべく、定格１２０Ｗ型の高圧水銀ランプを用いて同様な実験を行った。このときの１２０Ｗ型の具体的なランプ仕様は以下の通りである。
水銀封入量                    内容積当り２００ｍｇ／ｃｍ3
希ガスのランプ冷却時の封入圧力          ２０ｋＰａ
電極間距離Ｄｅ                          １．０ｍｍ
ランプ全長Ｄａ                          ５５ｍｍ
発光部径Ｄｂ                            ９．５ｍｍ
封止部径Ｄｃ                            ５．０ｍｍ
また、電極は、電極軸の先端部に２重巻き８段のコイルを取着したものを使用し、電極軸の径ｄ１は０．３ｍｍで、電極コイル４２の素線の径ｄ２は０．１５ｍｍに設定されている。
【００４３】
次の表３は、その実験結果を示すものである。
【００４４】
【表３】
2005032711.tif 000005
この表３に示すように１２０Ｗ型の高圧放電ランプにおいては、ランプ電力が小さくなった分、供給される第２の電流制限レベルが小さくなっており（２．５Ａ）、第１の電流制限レベルが、当該第２の電流制限レベルと同じ２．５Ａである場合を除き、それ以上の他の全ての第１の電流制限レベルについてランプ電圧が３０Ｖ以上となるまで供給すると、電極の損傷が発生しているのが分かる。
【００４５】
さらに、電流切替電圧Ｖａを１Ｖ刻みで変化させて、同様な実験をしたところ、２００Ｗ型における表２の実験同様、１２０Ｗ型の高圧水銀ランプにおける最適な電流切替電圧Ｖａも、ランプ寿命性能に全く影響を与えない条件として２５Ｖ以下、また、実用上使用可能な条件として２７Ｖ以下という範囲であることが実証された。
このようにランプの定格電力が異なる２種の高圧水銀ランプについて、最適な電流切替電圧Ｖａが同じ値になったのは、次の理由によるものと推論される。
【００４６】
これらの２種類の高圧水銀ランプは、定格電力が異なっても共通の設計基準で設計されている。すなわち電極間距離は０．５ｍｍから２．０ｍｍの範囲であり、発光管内には発光金属である水銀が発光管内容積あたり１５０ｍｇ／ｃｍ3から３５０ｍｇ／ｃｍ3の範囲で封入され、さらに希ガスはアルゴンまたはクリプトンまたはキセノンなどがガス圧１０ｋＰａから４０ｋＰａの範囲で封入されている。
【００４７】
ランプ点灯中のランプ電圧は、発光管内部の温度上昇に伴って蒸発する水銀の蒸気圧と電極間距離との積によって支配的に決定されるが、点灯開始後に継続的にアークスポットが形成され始める時のランプ電圧は前記の設計基準に従った場合、ちょうど２５Ｖという同じ値になるものと推測される。言いかえれば、電極間距離が多少異なってもランプ電圧が２５Ｖという条件を満足する水銀蒸気圧の状態のところで継続的にアークスポットが形成され始めることになる。
【００４８】
アークスポットが形成されたときの当該箇所の電極温度は、ランプ電流が大きいほど、また電極サイズが小さいほど上昇し易い。共通の設計基準でランプを設計した場合は定格電力が異なるとランプ電流の大きさも異なるが、既述の通り高輝度を得るため定格電力動作時の電極温度が同じになるように設計されているので、ランプ電流に合わせて電極サイズも変更される。したがって継続的にアークスポットが形成され始めたとき、つまりランプ電圧が２５Ｖ以上になったときに定格以上のランプ電流を通電した場合の電極コイルの溶融段数は定格電力の異なるランプにおいてもほぼ同じになると考えられる。
【００４９】
因みに、１２０Ｗ型、２００Ｗ型以外の９０Ｗ〜３５０Ｗ型、例えば１５０Ｗ型の高圧放電ランプについて、追加実験を行ったところ、やはり最適な電流切替電圧Ｖａは上記と同じ値になった。
以上により、電流切替電圧Ｖａを２７Ｖ以下に設定すれば、それによって画される第１点灯区間において、従来より大きな電流を通電しても電極の損傷が、実用上問題のないレベルに納まると言える。
（実験２）
次に、第１点灯区間において、どれぐらいの大きさの電流を通電すれば、効果的に光立ち上がり時間を短縮できるかについて実験した。
【００５０】
実験に用いたランプは、表１の実験に用いたものと同じ２００Ｗ型の仕様であり、第１点灯区間における第１の電流制限レベルを４Ａ、５Ａ、６Ａ、７Ａの４種類とし、第２の電流制限レベルを４Ａとしてそれぞれのランプの点灯時間と光立ち上がりの関係を調べたところ、図６に示すような結果が得られた。
同図に示すように、第１の電流制限レベルが大きくなるほど、光立ち上がり時間が大きく短縮される。また、第１点灯区間において、定電力制御の実行時に供給される電流の最大値（以下、「定電力制御最大電流値」という。）（４Ａ）より大きなランプ電流を供給することにより、光立ち上がり時間の短縮を実現できると解される。
【００５１】
次の表４は、上記図６の実験結果から、各電流制限レベルにおいて光束が定常点灯時の５０％に到達するまでに要した時間（５０％到達時間）と、当該到達時間の短縮率を示すものである。
【００５２】
【表４】
2005032711.tif 000006
ここで短縮率は、第１電流制限値が従来の４Ａの場合の５０％到達時間を１００％とした場合における他の５０％到達時間を％で示したものである。また、４Ａを除く第１の電流制限レベルの値の括弧内の数字は、第１の電流制限レベルに対する倍率が記されている。
【００５３】
同表４に示すように第１の電流制限レベルが７Ａになると、到達時間が５６％になり４４％もの短縮がなされた。通常、光束が定常点灯時の５０％に達するとプロジェクタの観賞者がスクリーン上の文字や図を明確に認識できるので、この５０％到達時間において４４％の時間短縮は効果として大きい。
また、一般的な人の感覚として、５０％到達時間の短縮率が８７％（５Ａのとき）でも、従来に比べて光立ち上がり時間が早くなったとは感じられるので、第１点灯区間において、定電力制御最大電流値のほぼ１．２５倍以上のランプ電流を供給することが望ましい。
【００５４】
なお、この第１の電流制限レベルには、理論的には特に上限はないが、大きくなればなるほど、その点灯装置内の電子部品などに大型のものを使用する必要があり、コストアップが避けられない。この観点から、電流値の上限は１０Ａ程度が望ましい。
（４）点灯装置
図７は、上記高圧水銀ランプ１００を点灯させるための点灯装置の構成を示すブロック図である。
【００５５】
同図に示すように本点灯装置は、ＤＣ電源回路２５０と電子安定器３００とからなり、電子安定器３００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０１、ＤＣ／ＡＣインバータ３０２、高圧パルス発生回路３０３、制御回路３０４、管電流検出回路３０５および管電圧検出回路３０６とから構成される。
ＤＣ電源回路２５０は、家庭用の交流１００Ｖにより直流電圧を生成し、電子安定器３００に給電する。電子安定器３００のＤＣ／ＤＣコンバータ３０１は、ＤＣ電源回路２５０から供給された直流電圧を所定の大きさの直流電圧に変換し、ＤＣ／ＡＣインバータ３０２に供給する。
【００５６】
ＤＣ／ＡＣインバータ３０２は、所定の周波数の交流矩形電流を生成して高圧水銀ランプ１００に印加する。高圧水銀ランプ１００を放電開始させるために必要となる高圧パルス発生回路３０３は、例えばトランスを含んでおり、ここで発生された高圧パルスを高圧水銀ランプ１００に印加することで、放電を開始させている。
一方、管電流検出回路３０５、管電圧検出回路３０６がそれぞれＤＣ／ＡＣインバータ３０２の入力側に接続されており、間接的に高圧水銀ランプ１００のランプ電流、ランプ電圧をそれぞれ検出し、その検出信号を制御回路３０４に送出する。なお、ここで検出されたランプ電流およびランプ電圧は、実際のランプ電流およびランプ電圧の実測値とは異なっているので、制御回路３０４は、予め設定された電流補正係数、電圧補正係数を管電流検出回路３０５、管電圧検出回路３０６のそれぞれで検出された電流値と電圧値に乗じて、ほぼ実測値に等しいランプ電流、ランプ電圧を得るようにしている。
【００５７】
制御回路３０４は、これらの検出信号と内部メモリに格納されたプログラムに基づき、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０１やＤＣ／ＡＣインバータ３０２を制御して、上述の点灯方法により高圧水銀ランプ１００を点灯させる。
図８は、上記制御回路３０４で実行される、定格２００Ｗ型の高圧水銀ランプ１００の絶縁破壊後の点灯制御内容を示すフローチャートである。なお、ここでは、図２に示した制御特性に従って制御する場合のフローチャートについて示している。
【００５８】
まず、ステップＳ１において、ランプ電圧Ｖが電流切替電圧である２５Ｖを超えているか否かを判断する。超えていなければ（ステップＳ１：ＮＯ）、電流制限レベルを６Ａとする定電流制御を実行し（ステップＳ２）、ランプ電圧が、２５Ｖを超えていれば（ステップＳ１：ＹＥＳ）、４Ａを電流制限レベルとする定電流制御に切り替える（ステップＳ３）。
【００５９】
なお、この定電流制御は、管電流検出回路３０５の検出信号に基づき、ランプ電流が設定された電流制限レベルに維持されるようにＤＣ／ＤＣコンバータ３０１を制御することにより実行される。
この状態でランプ電圧が上昇して５０Ｖになれば（ステップＳ４：ＹＥＳ）、ランプ電力が２００Ｗになるように定電力制御を実行する（ステップＳ５）。この定電力制御は、ステップＳ６において電源スイッチ（不図示）がＯＦＦにされるなどによって点灯終了となるまで継続される。
【００６０】
なお、定電力制御は、制御回路３０４で管電流検出回路３０５、管電圧検出回路３０６の検出信号に基づきランプ電流とランプ電圧をモニターし、その積のランプ電力が常に２００Ｗとなるように、例えばＤＣ／ＤＣコンバータ３０１から出力される電流値をフィードバック制御することにより実行される。
また、上記定電流制御および定電力制御時に高圧水銀ランプ１００に印加される電圧は、周波数が約５０Ｈｚ〜１０００Ｈｚの範囲内の交流電圧である。
【００６１】
（５）液晶プロジェクタ
高圧水銀ランプ１００は、小型でありながら高輝度であるので、液晶プロジェクタなどの光源としてよく利用されており、この場合には、反射ミラーが取り付けられランプユニットとして液晶プロジェクタに組み込まれる。
図９は、当該ランプユニット２００の構成を示す一部切欠き斜視図である。同図に示すように、ランプユニット２００は、高圧水銀ランプ１００の封止部３の端部に口金２０を装着し、内面が凹面鏡となっている反射ミラー２２の根元部分の穴にセメント２１で固着して形成される。この際、反射ミラー２２による集光効率を向上させるため、電極４、５間の放電アークの位置が反射ミラー２２の光軸とほぼ一致するように調整された状態で取り付けられるようになっている。
【００６２】
高圧水銀ランプ１００の外部リード線８および９（図１参照）には、反射ミラー２２に穿設された貫通孔２５を通過して外側に引き出されたリード線２４および端子２３を介してそれぞれ電力が供給される。
図１０は、上述のランプユニット２００と図７に示す点灯装置を使用した液晶プロジェクタ４００の構成を示す概略図である。
【００６３】
同図に示すようにこの液晶プロジェクタ４００は、内部に上記電子安定器３００を含む電源ユニット４０１と、制御ユニット４０２と集光レンズ４０３と、透過型のカラー液晶表示板４０４と駆動モータが内蔵されたレンズユニット４０５および冷却用のファン装置４０６とからなる。
電源ユニット４０１は、家庭用ＡＣ１００Ｖの電源を所定の直流電圧に変換して、上記電子安定器３００や制御ユニット４０２などに供給する。制御ユニット４０２は、外部から入力された画像信号に基づき、カラー液晶表示板４０４を駆動してカラー画像を表示させる。また、レンズユニット４０５内の駆動モータを制御してフォーカシング動作やズーム動作を実行させる。
【００６４】
ランプユニット２００から射出された光線は、集光レンズ４０３で集光され、光路途中に配されたカラー液晶表示板４０４を透過し、当該液晶表示板４０４に形成された画像を、レンズユニット４０５を介して図外のスクリーン上に投影させる。
このような液晶プロジェクタは、最近ではビジネスユースにおける普及がめざましく、より高輝度化および光立ち上がり時間の短縮化が技術目標とされていたところ、プロジェクタ用の高圧水銀ランプとして本発明に係る点灯装置からなる光源装置（以下、「高圧放電ランプ装置」という。）を使用することにより、上記技術目標の達成に十分寄与することができる。
【００６５】
また、本発明に係る高圧放電ランプ装置は、液晶プロジェクタ以外の他の投射型画像表示装置にも適用できることは言うまでもない。
（６）変形例
なお、本発明の内容は、上記実施の形態に限定されないのはもちろんであり、以下のような変形例を考えることができる。
【００６６】
（６−１）例えば、上記実施の形態においては、第１点灯区間と第２点灯区間において、それぞれ第１、第２の電流制限レベルによる定電流制御を行っているが、必ずしも定電流制御でなくてもよい。第１点灯区間においては、定電力制御最大電流値よりも大きい電流を供給すれば、光立ち上がり時間の短縮ができるし、また、第２点灯区間において定電力制御最大電流値以下の電流を供給すれば、電極を損傷することはないからである。
【００６７】
すなわち、図１１に示すように、第１点灯区間においては、定電力制御最大電流値（４Ａ）を超過する範囲で電流を漸次に変化（増加・減少）させてもよいし、第２点灯区間においても、定電力制御最大電流値以下で電流を漸次に変化させてもよい。また、図１２に示すように、第１点灯区間においては、定電力制御最大電流値（４Ａ）を超過する範囲で電流を段階的に変化（増加・減少）させてもよいし、第２点灯区間においても、定電力制御最大電流値以下で電流を段階的に変化させてもよい。
【００６８】
もっとも、第２点灯区間においては、電極を損傷せずに、かつ、できるだけ光立ち上がり時間を短縮するため、図２に示すように、定電力制御最大電流値（この電流値では電極を損傷しないようにランプ設計がされている。）とほぼ等しい電流値で定電流制御する方が望ましい。
図１１及び図１２の場合は、第２点灯区間において、定電力制御最大電流値で通電されていない部分があり、光立ち上がり時間が長くなることが懸念されるが、第１点灯区間において大きな電力が供給されており、第１点灯区間と第２点灯区間とのトータルでは、従来のランプよりも大きな電力が供給されているので、光立ち上がり時間を短縮することができる。
【００６９】
（６−２）なお、大きな電流の供給は、必ずしも第１点灯区間の全域においてなされなくてもよく、その一部分だけの供給であっても、定電力制御最大電流値より大きな電流が供給された分だけ光立ち上がり時間の短縮効果は見られる。その場合は前記「一部分」の電流値を大きくすればする程その効果は高い。
（６−３）また、上記実施の形態においては、高圧放電ランプがプロジェクタ用の高圧水銀ランプである場合について説明したが、その他、メタルハライドランプ等の高圧放電ランプであってもよい。これらは、発光の原理が高圧水銀ランプと同じであり、内部の金属蒸気圧の上昇と共にランプ電圧が上昇し、特定のランプ電圧に至ると継続的にアークスポットが形成され始める現象が同様に生じるからである。そして、当該アークスポットが形成されるまでは、大きな電流を供給しても電極の損傷は発生せず、光立ち上がり時間が短縮される。
【００７０】
また、プロジェクタ用以外の高圧放電ランプであっても光立ち上がり時間が短縮されることは言うまでもない。
（６−４）高圧放電ランプの電極は、上記実施の形態においては、電極棒の先端に単に電極コイルを取着した形状のものを示したが、このような形状に関わらず、電極の先端部を電極コイルの一部と共にレーザで溶融して当該電極先端を半球状に加工したものであっても構わない。
【００７１】
これにより図５（ａ）に示した形状のものよりも電極先端が溶融しにくくなりランプ寿命が伸びる。しかし、このような電極形状の場合であっても、大きな電流を、第１点灯区間を超えて供給した場合にはアークスポットが形成された箇所において電極の損傷が生じることに変わりはないので、大きな電流の供給は第１点灯区間内に限られる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明に係る高圧放電ランプの点灯方法および点灯装置よれば、点灯開始からランプ電圧が所定の電圧に到るまでの第１点灯区間において大きな電流を流すことにより、電極を損傷することなく、光立ち上がり時間を短縮することができる。また、点灯開始直後の電流値を大きくすることで電極のウォームアップも速くなることから始動性を向上させる高圧放電ランプの点灯方法および点灯装置を提供することができる。
【００７３】
また、当該点灯装置と高圧放電ランプを組み合わせた高圧放電ランプ装置を、投射型画像表示装置の光源装置として用いることにより、確実に始動し光立ち上がり時間が短い投射型画像表示装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の実施の形態に係る点灯方法の点灯対象となるプロジェクタ用の高圧水銀ランプの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態において上記高圧水銀ランプに供給されるランプ電圧とランプ電流の制御特性を示すグラフである。
【図３】図２の制御特性に従ってランプ電圧とランプ電流が供給された場合におけるランプ電圧とランプ電力の関係を示すグラフである。
【図４】図２の制御特性に従ってランプ電圧とランプ電流が供給された場合における高圧水銀ランプの光立ち上がり特性を示すグラフである。
【図５】（ａ）は、点灯実験前の電極の先端形状を示す図、（ｂ）は、従来の点灯方法における電極先端部の溶融状態を示す図、（ｃ）は、電極コイルの先端側の４段が溶融して電極が激しく損傷した状態を示す図である。
【図６】第１の電流制限レベルが４Ａ、５Ａ、６Ａ、７Ａの各場合における高圧水銀ランプの光立ち上がり特性を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態にかかる高圧水銀ランプの点灯装置の構成を示すブロック図である。
【図８】図７の点灯装置の制御回路において実施される点灯制御の内容を説明するためのフローチャートである。
【図９】ランプユニットの構成を示す一部切欠き図である。
【図１０】図７の点灯装置を搭載した液晶プロジェクタの構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の実施の形態において高圧水銀ランプに供給されるランプ電圧とランプ電流の制御特性の変形例を示すグラフである。
【図１２】本発明の実施の形態において高圧水銀ランプに供給されるランプ電圧とランプ電流の制御特性の変形例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７５】
１００        高圧水銀ランプ
２００        ランプユニット
２５０        ＤＣ電源回路
３００        電子安定器
３０１        ＤＣ／ＤＣコンバータ
３０２        ＤＣ／ＡＣインバータ
３０３        高圧パルス発生回路
３０４        制御回路
３０５        管電流検出回路
３０６        管電圧検出回路
４００        液晶プロジェクタ
【図１】
2005032711.tif 000007
【図２】
2005032711.tif 000008
【図３】
2005032711.tif 000009
【図４】
2005032711.tif 000010
【図５】
2005032711.tif 000011
【図６】
2005032711.tif 000012
【図７】
2005032711.tif 000013
【図８】
2005032711.tif 000014
【図９】
2005032711.tif 000015
【図１０】
2005032711.tif 000016
【図１１】
2005032711.tif 000017
【図１２】
2005032711.tif 000018