(57)【要約】【課題】  始動パルスを印加後に生ずる不安定放電の時間を短縮させることにより、電極材料の飛散を抑制し、放電管内部の黒化防止及び長寿命化を図る。【解決手段】  ＨＩＤランプ（２）に高電圧の始動パルス（ＰＳ）を印加した後、アーク放電開始に伴ってランプ電圧（ＶＬ）が降下したときに定格電流（ＩＲ）より高い所定の始動電流（ＩＳ）を供給する定電流制御を行い、その定格電圧（ＶＲ）を挟んで設定した定電力制御範囲の下限電圧（Ｖ１）までランプ電圧が上昇したときに予め設定された定格電力（ＷＲ）が供給されるようにランプ電圧（ＶＬ）に応じてランプ電流（ＩＬ）を可変制御する定電力制御を行なって安定点灯させる際に、始動パルスを印加した後、ランプ電圧（ＶＬ）が定電力制御範囲の上限電圧（Ｖ２）以上に維持されてアーク放電が開始されないときに、定格電流（ＩＲ）以上始動電流（ＩＳ）以下の電極加熱電流（ＩＨ）を供給するようにした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イグナイタからＨＩＤランプに高電圧の始動パルスを印加した後、アーク放電開始に伴いランプ電圧が降下したときにＨＩＤランプに対し定格電流より高い所定の始動電流を供給する定電流制御手段と、その定格電圧を挟んで設定した定電力制御範囲の下限電圧までランプ電圧が上昇したときに予め設定された定格電力が供給されるようにランプ電圧に応じてランプ電流を可変制御する定電力制御手段を備えたＨＩＤランプの点灯制御装置において、
前記始動パルスを印加した後、ランプ電圧が定電力制御範囲の上限電圧以上に維持されてアーク放電が開始されないときに、ＨＩＤランプに対し定格電流以上始動電流以下の電極加熱電流を供給する電極加熱手段を備えたことを特徴とするＨＩＤランプの点灯制御装置。
【請求項２】
ＨＩＤランプに高電圧の始動パルスを印加した後、アーク放電開始に伴ってランプ電圧が降下したときにＨＩＤランプに対し定格電流より高い所定の始動電流を供給する定電流制御を行い、その定格電圧を挟んで設定した定電力制御範囲の下限電圧までランプ電圧が上昇したときに予め設定された定格電力が供給されるようにランプ電圧に応じてランプ電流を可変制御する定電力制御を行なうＨＩＤランプの点灯制御方法において、
前記始動パルスを印加した後、ランプ電圧が定電力制御範囲の上限電圧以上に維持されてアーク放電が開始されないときに、ＨＩＤランプに対し定格電流以上始動電流以下の電極加熱電流を供給することを特徴とするＨＩＤランプの点灯制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水銀ランプ、高圧ナトリウムランプ、メタルハライドランプなどのＨＩＤランプ（High Intensity Discharged Lump：高輝度放電ランプ）を点灯させるＨＩＤランプの点灯制御装置及び点灯制御方法に関し、特に、液晶プロジェクタ用光源装置の反射鏡付光源ユニットに用いられる高圧水銀蒸気放電ランプの点灯装置及び点灯方法に用いて好適である。
【背景技術】
【０００２】
液晶プロジェクタ用光源装置の反射鏡付光源ユニットに用いられる高圧水銀蒸気放電ランプ（ＨＩＤランプ）は、画質向上のため発光点を点光源化することが要請され、このため、電極間距離を小さくすると同時に発光管容積を小さくし、水銀蒸気圧をより高く（例えば１５０気圧程度）にすることで、アークの広がりを抑えて発光効率の向上を図っている。
【０００３】
ところで、この種の放電ランプを点灯させる場合、例えば３５０Ｖの二次電圧にイグナイタから高電圧（例えば１５ｋＶ）の始動パルスＰＳを印加した後、アーク放電開始に伴いランプ電圧が降下したときに予め設定された始動電流ＩＳを供給する定電流制御が行われ、次いで、定格電圧ＶＲを挟んで設定した定電力制御範囲の下限電圧Ｖ１までランプ電圧ＶＬが上昇したときに定格電力ＷＲを供給するようにランプ電圧ＶＬに応じてランプ電流ＩＬを可変制御する定電力制御が行われる。
【０００４】
図４は高圧水銀蒸気放電ランプ２の一例を示し、電極３に放熱コイル４が形成されており、電極３の根元３ａ側のコイルエンド４ａから放電管５の内壁５ａまでの距離Ｌが大きいと、封止部６に埋設された電極３の根元３ａ周辺が温まらずに水銀の蒸発が遅れ、始動立ち上がり時間が長くなったり、プロジェクタ装置の電源投入後（点灯開始後）から画面が所定の明るさに達するまでの所要時間が長くなるため、その距離は１ｍｍ以下に設計されている。
しかしながら、その距離を１ｍｍ以下とした高圧水銀ランプ２では、その点灯が繰り返し行われると、始動パルスＰＳを印加して放電を開始させた直後に、電極材料が飛散して放電管５の内壁５ａに付着する黒化現象を起こすことがあり、この場合、早期に照度低下を生じ、黒化現象が激しい場合は内壁への熱的な負荷が増大して放電管を破損させ、ランプ寿命を短縮させるという問題があった。
【０００５】
この原因として、従来は、陰極となる電極３のコイルエンド４ａを起点として放電アークが形成されるとき、この放電アークが放電容器内面に接触することが原因であると考えられており、これを防止するために、始動初期において給電装置から放電ランプ２に対して供給されるランプ電流ＩＬを小さくすることが提案された。
これによれば、コイルエンド４ａから生じる放電アークが発光管５の内壁５ａに接触したとしても、その影響を小さくして黒化防止を図ることができると考えられた。
【特許文献１】特開２００５−５０５７６
【０００６】
しかしながら、本発明者らが実験を重ねたところ、始動パルスＰＳを印加した直後のランプ電流ＩＬを小さくしても、必ずしも、放電管５の内壁５ａを黒化防止することができないことが判明した。
発明者の実験によれば、始動パルスを印加した直後の放電挙動として、電極材料が飛散しない正常放電と、電極材料が飛散する異常放電があることが判明し、さらに、始動時の放電挙動を高速度撮影カメラで確認すると共に電流波形をモニタし、これらを対照させながら、電極材料の飛散が起きる原因を究明した。
【０００７】
図５（ａ）及び（ｂ）は夫々正常放電及び異常放電による電流及び電圧の変化を示す。
正常放電の場合は、始動パルスＰＳを印加した直後（Ｔ１１〜Ｔ１２）、陰極側電極周辺に付着している水銀よりアーク放電が開始されて水銀は徐々に蒸発し、その後、陰極側電極３が根元から先端に向って徐々に暖まって、電極３先端表面の一部が熱電子放射可能な温度に達した時点で電極先端部より安定したアーク放電が開始され、その後、定電流制御による始動電流ＩＳが供給されて電圧が上昇していき、所定の電圧値に達した時点で定電力制御に移行する（Ｔ１２〜）。
このような、放電挙動を示す場合は、始動性能も良好であって、電極材料の飛散が観察されず発光管内壁５ａが汚損されることもない。
これは、始動時に陰極根元付近に水銀が多く位置している場合に観察された。
【０００８】
これに対し、異常放電の場合は、始動パルスＰＳを印加した直後（Ｔ２１〜Ｔ２２）、放電コイル４全体から放電が開始され、しかも、その時点の放電電流（ランプ電流ＩＬ）は安定時電流の約半分程度の約０.８Ａしかないため不安定な放電が生じており、この間に陰極側電極３のコイルエンド４ａの温度上昇が急激に起こり、その一部が熱電子放射可能な温度に達すると、放熱コイル４周辺の放電管内壁５ａにタングステンを含む汚損物質を飛散させることが判明した。
そして、約８０ｍｓの不安定な放電を経た後、電極３先端表面の一部が熱電子放射可能な温度に達し、安定したアーク放電が電極先端部より開始されて、定電流制御による始動電流ＩＳが供給される（Ｔ２２〜）ことが判明した。
この異常放電は、始動時に陽極根元付近に水銀が多く位置しており、陰極側にはほとんど存在しない場合に観察された。
【０００９】
この異常放電により黒化現象が生ずるときの電圧‐電流挙動は、始動パルスを印加した直後のランプ電流を小さく制御する場合と同様であり、従来は、その間の異常放電による影響を小さくするように電流値を抑えているが、その場合は、電極が熱電子放射可能な温度に加熱されるまでに時間がかかるだけでなく、異常放電が長時間続くため、思惑とおり黒化防止を図ることはできなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで本発明は、このような発明者の知見に基づきなされたもので、始動パルスを印加した直後に生ずる不安定放電の時間を短縮させ、逸早く安定したアーク放電に移行させることにより、電極材料の飛散を抑制し、放電管内部の黒化防止及び長寿命化を図ることを技術的課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この課題を解決するために、本発明は、イグナイタからＨＩＤランプに高電圧の始動パルスを印加した後、アーク放電開始に伴いランプ電圧が降下したときにＨＩＤランプに対し定格電流より高い所定の始動電流を供給する定電流制御手段と、その定格電圧を挟んで設定した定電力制御範囲の下限電圧までランプ電圧が上昇したときに予め設定された定格電力が供給されるようにランプ電圧に応じてランプ電流を可変制御する定電力制御手段を備えたＨＩＤランプの点灯制御装置において、前記始動パルスを印加した後、ランプ電圧が定電力制御範囲の上限電圧以上に維持されてアーク放電が開始されないときに、ＨＩＤランプに対し定格電流以上始動電流以下の電極加熱電流を供給する電極加熱手段を備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、始動パルスを印加した後、正常にアーク放電が開始されると、これに伴ってランプ電圧が降下するので、ＨＩＤランプに対し定格電流より高い所定の始動電流を供給する定電流制御を行い、その定格電圧を挟んで設定した定電力制御範囲の下限電圧までランプ電圧が上昇したときに、予め設定された定格電力が供給されるようにランプ電圧に応じてランプ電流を可変制御する定電力制御を行なうことによりＨＩＤランプが安定点灯される。
また、始動パルスを印加した後、ランプ電圧が定電力制御範囲の上限電圧以上に維持されてアーク放電が開始されない異常放電を生じたときは、定格電流以上始動電流以下の電極加熱電流を供給することにより、逸早く、電極先端表面を熱電子放射可能な温度に加熱させて安定したアーク放電を開始させることができる。
これにより、不安定な異常放電を生ずる時間が短縮され、放電管内壁の黒化が防止され、早期の照度低下を起こしたり、また、放電管への熱的負荷を増大させて放電管を破損させたりすることもなく、ランプの長寿命化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本例では、始動パルスを印加した直後に生ずる不安定放電の時間を短縮させ、逸早く安定したアーク放電に移行させることにより、電極材料の飛散を抑制し、放電管内部の黒化防止及び長寿命化を図るという目的を達成するため、始動パルスを印加した後、ランプ電圧が定格電圧以上に維持されてアーク放電が開始されないときに、ＨＩＤランプに対し定格電流以上、定電流制御時の最大電流以下の電流値に設定した電極加熱電流を供給する電極加熱手段を備えたことを特徴としている。
【００１４】
以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。
図１は本発明に係るＨＩＤランプ点灯装置の一例を示す説明図、図２は電圧−電流特性及び電圧−電力特性を示すグラフ、図３は放電開始時の電流変化及び電圧変化を示グラフ、図４は放電ランプを示す説明図である。
【実施例１】
【００１５】
図１に示すＨＩＤランプ点灯装置１は、液晶プロジェクタに使用される超高圧水銀蒸気放電ランプ２の点灯に使用するもので、直流電圧を出力する電源回路１０と、その直流電圧出力をＰＷＭ（パルス幅変調）制御により所定の直流ランプ電力に変換する電力調整回路２０と、その直流電力出力を直流または低周波の交流矩形波電圧に変換し、放電ランプ２に印加するためのフルブリッジ回路３０と、ランプ始動時に高圧の始動パルスＰＳを放電ランプ２に印加するイグナイタ７と、ランプ電圧ＶＬ及びランプＩＬ電流に基づき前記電力調整回路２０にＰＷＭ制御信号を出力するランプ電力制御回路４０とで構成されている。
【００１６】
本例で用いた超高圧水銀蒸気放電ランプ２の仕様は下記の通りである。
定格ランプ電力：１８０Ｗ
定格ランプ電圧ＶＲ：９０Ｖ
定格ランプ電流ＩＲ：２Ａ
内容積：約８５ｍｍ３
水銀封入密度：０.２２ｍｇ／ｍｍ３
アルゴンガス封入圧（常温）：３×１０４Ｐａ
電極間距離：約１.０ｍｍ
ランプ内容積当りの定格ランプ電力ＷＲ：約２.１Ｗ／ｍｍ３
コイルエンドから内壁までの最短距離：約０.６ｍｍ
【００１７】
電源回路１０は、商用交流電源１１と、全波整流回路１２と、平滑コンデンサ１３とで構成され、商用交流電源１１の交流電圧を整流回路で全波整流し、さらに平滑コンデンサ１３で平滑して直流電圧に変換するようになっている。
【００１８】
電力調整回路２０は、後述のＰＷＭ制御回路５７により駆動されるスイッチング素子２１と、ダイオード２２と、直流リアクトル２３と、平滑コンデンサ２４により構成された降圧チョッパ回路を備え、電源回路１０から供給される直流電圧に対して所定のランプ電力制御を行うようになっている。
【００１９】
フルブリッジ回路３０は、イグナイタ７により高電圧（例えば３５０Ｖ）の始動パルスＰＳが印加されてランプ２の放電が開始されると同時に、ブリッジ制御回路３１により四つのスイッチング素子３２Ａ〜３２Ｄのうち対角同士を同期させて所定のタイミングでオンオフさせ、電力調整回路２０から出力された所定の直流電力出力を直流または低周波の交流矩形波電圧に変換して、放電ランプ２に供給するようになされている。
【００２０】
また、ランプ電力制御回路４０は、定電流制御手段、定電力制御手段及び電極加熱手段を兼用し、放電ランプ２に対して並列接続されたランプ電圧検出用分圧抵抗４１ａ、４１ｂと、放電ランプ２と直列に接続されたランプ電流検出抵抗４２と、検出されたランプ電圧ＶＬ及びランプ電流ＩＬに基づいてランプ電力ＷＬを算出すると共に、検出されたランプ電圧ＶＬ及び算出されたランプ電力ＷＬに応じてランプ電流ＩＬを調整するために電力調整回路２０のスイッチング素子２１の駆動パルスを出力するＰＷＭ制御回路４３を備えている。
ＰＷＭ制御回路４３は、所定のデューティ比の駆動パルスを発生して、電力調整回路２０のスイッチング素子２１を駆動し、これによりランプ電力を所定値に制御して放電ランプ２を定電流または定電力にて点灯させることができる。
【００２１】
これにより、抵抗４１ａ、４１ｂにより検出されたランプ電圧ＶＬに相当する電圧信号と、ランプ電流検出抵抗４３で電圧に変換されて検出されたランプ電流ＩＬに相当する電圧信号によりランプ電力ＷＬが算出される。
そして、ランプ電圧ＶＬが予め設定された定電力制御範囲の下限電圧Ｖ１（６０Ｖ）より小さいときは、定格電流ＩＲより高い電流値（例えば１.５×ＩＲ）に設定された始動電流Ｉｓがランプに供給されるようにＰＷＭ制御回路４３からスイッチング素子２１に駆動パルスが出力される。
また、ランプ電圧ＶＬが予め設定された定電力制御範囲の下限電圧Ｖ１（６０Ｖ）〜上限電圧Ｖ２（１５０Ｖ）である場合は、ランプ電力ＷＬ＝定格電力ＷＲとなるようにＰＷＭ制御回路４３からスイッチング素子２１に駆動パルスが出力される。
【００２２】
図２はＰＷＭ制御回路４３で実行される電力制御による電圧−電力特性及び電圧−電流特性を示す。
これによれば、ランプ電力ＷＬが、定格電力ＷＲ（１８０Ｗ）に達するまでは、検出されたランプ電圧ＶＬに拘わらず放電ランプ２に対し定格電流ＩＲより高い所定の始動電流Ｉｓ（＝３Ａ）を供給する定電流制御が行なわれる。
具体的には、ランプ電圧ＶＬが下限電圧Ｖ１（６０Ｖ）未満のときに始動電流Ｉｓが供給される。
【００２３】
また、ランプ電力ＷＬが、定格電力ＷＲ（１８０Ｗ）に達した時点で、定格電力ＷＲが維持されるようにランプ電圧ＶＬに応じてランプ電流ＩＬを可変制御する定電力制御が行われる。
具体的には、ランプ電圧ＶＬが、定格電圧ＶＲ（９０Ｖ）を挟んで設定された定電力制御範囲の下限電圧Ｖ１〜上限電圧Ｖ２（１５０Ｖ）の間では予め設定された定格電力ＷＲが供給されるようにランプ電圧ＶＬに応じてランプ電流ＩＬを可変制御する定電力制御が行われる。
【００２４】
また、ランプ電力制御回路４０には、ランプ電圧検出用分圧抵抗４１ａ、４１ｂと並列に異常放電検出用分圧抵抗４４ａ、４４ｂが設けられ、分圧抵抗４４ｂの電圧に応じてランプ電圧検出用分圧抵抗４１ｂを短絡するトランジスタ４５と、定電圧ダイオード４６よりなるスイッチ回路４７が設けられている。
この定電圧ダイオード４６の逆方向電圧を、定電力制御範囲の上限電圧Ｖ２に設定しておけば、ランプ電圧ＶＬが上限電圧Ｖ２以下に降下しない場合には、定電圧ダイオード４６がオンされて、トランジスタ４５が短絡する。
すなわち、イグナイタ７から始動パルスＰＳが印加された後、正常なアーク放電が開始されないときは、ランプ電圧ＶＬは上限電圧Ｖ２以上に維持されているので、この場合は、トランジスタ４５が短絡するので、ランプ電圧ＶＬ＝０Ｖとなり、ランプ電力ＷＬ＝０Ｗとなる。
このとき、電力調整回路２０のスイッチング素子２１を駆動するＰＷＭ制御回路４３の駆動パルスは、設定された範囲で最大のパルス幅となり、定格電流ＩＲより大きなランプ電流ＩＬが放電ランプ２に供給されることとなり、結果として、図２の電圧−電流特性に示すように、放電ランプ２に対し定格電流ＩＲ以上始動電流ＩＳ以下の電極加熱電流ＩＨが供給される。
【００２５】
以上が本発明に係るＨＩＤランプ点灯装置１の一構成例であって、次にＨＩＤランプの点灯方法について説明する。
高圧水銀蒸気放電ランプ２を点灯させる場合は、まず、イグナイタ７から始動パルスＰＳを印加する。
陰極側電極周辺に水銀が付着している場合は、正常放電が生じ易く、図５（ａ）に示す電圧電流変化に従い、まず、水銀よりアーク放電が開始され、これに伴いランプ電圧ＶＬがＶ１以下に降下したときに定電流制御が実行されて、定格電流ＩＲより高い所定の始動電流ＩＳが供給される（図２参照）。
そして、電極先端表面の一部が熱電子放射可能な温度に達すると、安定したアーク放電が電極先端部より開始され、定電力制御範囲の下限電圧Ｖ１までランプ電圧ＶＬが上昇したときに定格電力ＷＲが供給されるようにランプ電圧ＶＬに応じてランプ電流ＩＬが可変制御され、放電ランプ２は安定点灯される。
【００２６】
また、水銀が陽極側電極周辺に付着しており陰極側に付着していない場合は、異常放電を生じやすく、イグナイタ７から始動パルスＰＳを印加すると、電極３に形成された放熱コイル４全体から異常放電が開始されるため、ランプ電圧ＶＬが定電力制御範囲の上限電圧Ｖ２以下に降下しない。
この場合、定電圧ダイオード４６がオンされて、トランジスタ４５が短絡するので、誤差増幅器４７にランプ電力ＷＬ＝０Ｗが入力されることとなり、その結果、電力調整回路２０のスイッチング素子２１を駆動するＰＷＭ制御回路４３の駆動パルスは、設定された範囲で最大のパルス幅となる。
したがって、定格電流ＩＲ以上始動電流Ｉｓ以下の電極加熱電流ＩＨが供給されることとなり、その結果、電極３の先端表面が逸早く熱電子放射可能な温度に達し、実験によれば２０msecの短時間で不安定な放電状態を脱して安定したアーク放電に移行し、電極材料の飛散は見られなかった。
これにより、水銀が陽極側電極周辺に付着しており陰極側に付着していない場合であっても、異常放電を起すことなく、始動パルスＰＳを印加した後、短時間でランプ電圧ＶＬが定電力制御範囲の下限電圧Ｖ１未満に降下するので、定電流制御−定電力制御が順次実行されて安定点灯状態に維持され、電極材料の飛散を抑制し、放電管内部の黒化防止及び長寿命化を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
以上述べたように、本発明は、液晶プロジェクタ用光源装置の反射鏡付光源ユニットに用いられる高圧水銀蒸気放電ランプや、高圧ナトリウムランプ、メタルハライドランプその他のＨＩＤランプ（High Intensity Discharged Lump：高輝度放電ランプ）を点灯させる用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係るＨＩＤランプ点灯装置の一例を示す説明図。
【図２】電圧−電流特性及び電圧−電力特性を示すグラフ。
【図３】放電開始時の電流変化及び電圧変化を示グラフ。
【図４】放電ランプを示すグラフ。
【図５】正常放電時及び異常放電時の電流変化及び電圧変化を示グラフ。
【符号の説明】
【００２９】
１    ＨＩＤランプ点灯装置
２    超高圧水銀蒸気放電ランプ
７    イグナイタ
１０  電源回路
２０  電力調整回路
３０  フルブリッジ回路
４０  ランプ電力制御回路
４３  ＰＷＭ制御回路 
【図１】
2007287508.tif 000003
【図２】
2007287508.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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