(57)【要約】【課題】高ワットランプについて、フリッカ抑制のための電流波形制御を行う高圧放電灯点灯装置を提供する。【解決手段】定格電力２００〜３３０Ｗの高圧放電灯に交流電流を供給する電力供給回路、ランプ電圧を検出する検出回路、及び検出ランプ電圧に基づいて電力供給回路の出力電流波形を制御する制御部を備えた高圧放電灯点灯装置において、交流電流１ユニットが、周波数ｆ１でｍサイクル継続する電流部分Ｉ１及び周波数ｆ２でｎサイクル継続する矩形波の電流部分Ｉ２からなり、電流部分Ｉ１の半サイクルは、半サイクルの矩形波からなるベース電流部分Ｉｂ及び高周波のピーク電流部分Ｉｐからなり、ピーク電流部分は直前のベース電流部分と同極性側の半サイクルの電流ピーク値がベース電流部分よりも高く、制御部が、検出ランプ電圧の上昇に対して電流部分Ｉ２の継続時間ｎ／ｆ２の比率を高くするように電力供給回路を制御する構成とした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
定格ランプ電力が２００Ｗ以上３３０Ｗ以下の高圧放電灯を点灯するための高圧放電灯点灯装置であって、
前記高圧放電灯に交流電流を供給する電力供給回路、
前記高圧放電灯のランプ電圧を検出する検出回路、及び
前記検出回路による検出ランプ電圧に基づいて前記電力供給回路の出力電流波形を制御する制御部
を備え、
前記交流電流の１ユニットが、第１の周波数ｆ１でｍサイクル継続する第１の電流部分Ｉ１及び第２の周波数ｆ２でｎサイクル継続する第２の電流部分Ｉ２からなり、
前記第１の電流部分の半サイクルは、半サイクルの矩形波からなるベース電流部分Ｉｂ及び該ベース電流部分に続くピーク電流部分Ｉｐからなり、該ピーク電流部分は、該ベース電流部分よりも高い周波数の少なくとも１サイクルの高周波電流からなり、少なくとも、直前のベース電流部分と同極性側の半サイクルの電流ピーク値が該ベース電流部分の電流ピーク値よりも高く、
前記第２の電流部分が矩形波電流からなり、
前記制御部が、前記検出ランプ電圧の上昇に対して、前記第１の電流部分の継続時間ｍ／ｆ１と前記第２の電流部分の継続時間ｎ／ｆ２の合計に対する該第２の電流部分の継続時間ｎ／ｆ２の比率αを高くするように前記電力供給回路を制御する高圧放電灯点灯装置。
【請求項２】
請求項１に記載の高圧放電灯点灯装置において、前記ピーク電流部分が１サイクルの前記高周波電流からなり、該ピーク電流部分の後半の半サイクルの電流ピーク値が、前記ベース電流部分の電流ピーク値及び該ピーク電流部分の前半の半サイクルの電流ピーク値よりも高いことを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
【請求項３】
請求項１に記載の高圧放電灯点灯装置において、前記制御部が、前記検出ランプ電圧の上昇に対して、（１）前記第１の電流部分のサイクル数ｍを減少させ、（２）前記第２の電流部分のサイクル数ｎを増加させ、又は（３）前記第１の電流部分のサイクル数ｍを減少させかつ前記第２の電流部分のサイクル数ｎを増加させることによって前記比率αを高くするように前記電力供給回路を制御する高圧放電灯点灯装置。
【請求項４】
請求項１に記載の高圧放電灯点灯装置において、前記制御部が、前記検出ランプ電圧上昇に対して、（１）前記第１の周波数ｆ１を上昇させ、（２）前記第２の周波数ｆ２を低下させ、又は（３）前記第１の周波数ｆ１を上昇させかつ前記第２の周波数ｆ２を低下させることによって前記比率αを高くするように前記電力供給回路を制御する高圧放電灯点灯装置。
【請求項５】
請求項１に記載の高圧放電灯点灯装置において、前記第１の周波数ｆ１が４０Ｈｚ以上６０Ｈｚ以下であり、前記第２の周波数ｆ２が４０Ｈｚ以上６０Ｈｚ以下である、高圧放電灯点灯装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の高圧放電灯点灯装置、該高圧放電灯点灯装置に接続される前記高圧放電灯、該高圧放電灯が取り付けられるリフレクタ、並びに該高圧放電灯点灯装置、該高圧放電灯及び該リフレクタを収容する筐体を備えた光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高圧放電灯点灯装置及び光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、高圧放電灯におけるフリッカを抑制するために特殊な波形のランプ電流を高圧放電灯に投入する高圧放電灯点灯装置が知られている。例えば、特許文献１は、半サイクルの矩形波からなるベース電流部分とベース電流部分よりも高い周波数の１サイクルのピーク電流部分からなる交流ランプ電流波形によって、定格ランプ電力が１２０Ｗの高圧放電灯を点灯する高圧放電灯点灯装置を開示している。このような電流波形によると、ランプ点灯中に放電アークの起点が移動して発生するフリッカが防止される。
【０００３】
ここでいうフリッカとは、高圧放電灯の点灯中に放電アークの起点が電極上を転々と移動してしまい、それにより光出力がちらついてしまう現象をいう。電極が突起状に成長する現象は必ずしも明確ではないが下記のように推測される。加熱させたタングステンが蒸発したことによって発光管内に存在するハロゲン等と結合し、タングステン化合物を形成する。このタングステン化合物は対流などによって管璧付近から電極先端付近へ拡散し、高温部でタングステン原子に分解される。そしてタングステン原子はアーク中で電離することで陽イオンとなる。交流点灯している両電極が陽極と陰極を点灯周波数ごとに繰り返すが、この陰極動作をしている時にアーク中の陽イオンは、電界によって陰極側に引き寄せられることで両電極先端に析出され、それが突起を形成するものと考えられている。
【０００４】
また、特許文献２でも、半サイクルの矩形波からなるベース電流部分とベース電流部分よりも高い周波数の１サイクルのピーク電流部分からなる交流ランプ電流波形によって高圧放電灯を点灯する高圧放電灯点灯装置が開示され、同文献では、点灯開始後の立ち上がり制御から定電力制御への移行時前後でピーク電流部分の電流値又は時間幅を調整する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２４４０８８号公報
【特許文献２】特開２００８−１５９４７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
確かに特許文献１又は２のようなランプ電流波形においてベース電流部分に対するピーク電流部分の波形比（ピーク値及び幅）を適正なものとすれば、効果的にフリッカの問題が解消されることが期待できる。しかし、ピーク電流部分の波形に起因するフリッカ抑制の効果は、ピーク電流部分のピーク値及び時間幅、それらのベース電流部分に対する比率、その時のランプ電圧、ランプの特性、ランプ電極の構造等、多数の要因に依存して異なるため、実際の検証は難しい。従って、多種のランプに同文献の技術を適用すると、各ランプ及びその寿命の程度に対してどのようなピーク電流波形が効果的なのかを特定するために多数のデータを取得する必要があり、開発効率が悪いという問題があった。
【０００７】
特に、定格電力が２００Ｗ付近を境として低ワットランプと高ワットランプとでは、それらの電極温度の差に起因して、ランプ電流に対する電極先端の突起の形成態様が異なる。そのため、特許文献１で開示されるような定格電力１２０Ｗ程度の低ワットランプに適する電流波形制御が必ずしも高ワットランプに適していない場合があるということも分かってきた。
【０００８】
そこで、本発明は、定格電力が２００Ｗ以上の高ワットランプについて、フリッカ抑制のための最適な電流波形制御を行う高圧放電灯点灯装置を提供することを課題とする。また、多種の仕様のランプについても効率よく設計可能な高圧放電灯点灯装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の側面は、定格ランプ電力が２００Ｗ以上３３０Ｗ以下の高圧放電灯を点灯するための高圧放電灯点灯装置であって、高圧放電灯に交流電流を供給する電力供給回路、高圧放電灯のランプ電圧を検出する検出回路、及び検出回路による検出ランプ電圧に基づいて電力供給回路の出力電流波形を制御する制御部を備えた高圧放電灯点灯装置であって、交流電流の１ユニットが、第１の周波数ｆ１でｍサイクル継続する第１の電流部分Ｉ１及び第２の周波数ｆ２でｎサイクル継続する第２の電流部分Ｉ２からなり、第１の電流部分の半サイクルは、半サイクルの矩形波からなるベース電流部分Ｉｂとベース電流部分に続くピーク電流部分Ｉｐからなり、ピーク電流部分は、ベース電流部分よりも高い周波数の少なくとも１サイクルの高周波電流からなり、少なくとも、直前のベース電流部分と同極性側の半サイクルの電流ピーク値がベース電流部分の電流ピーク値よりも高く、第２の電流部分は矩形波電流からなり、制御部が、検出ランプ電圧の上昇に対して、第１の電流部分の継続時間ｍ／ｆ１と第２の電流部分の継続時間ｎ／ｆ２の合計に対する第２の電流部分の継続時間ｎ／ｆ２の比率αを高くするように電力供給回路を制御する高圧放電灯点灯装置である。
【００１０】
ここで、ピーク電流部分が１サイクルの高周波電流からなり、ピーク電流部分の後半の半サイクルの電流ピーク値が、ベース電流部分の電流ピーク値及びピーク電流部分の前半の半サイクルの電流ピーク値よりも高くなるようにしてもよい。
【００１１】
ここで、制御部が、検出ランプ電圧の上昇に対して、（１）第１の電流部分のサイクル数ｍを減少させ、（２）第２の電流部分のサイクル数ｎを増加させ、又は（３）第１の電流部分のサイクル数ｍを減少させかつ第２の電流部分のサイクル数ｎを増加させることによって比率αを高くするように電力供給回路を制御するようにしてもよい。
【００１２】
また、制御部が、検出ランプ電圧の上昇に対して、（１）第１の周波数ｆ１を上昇させ、（２）第２の周波数ｆ２を低下させ、又は（３）第１の周波数ｆ１を上昇させかつ第２の周波数ｆ２を低下させることによって比率αを高くするように電力供給回路を制御するようにしてもよい。
【００１３】
また、第１の周波数ｆ１を４０Ｈｚ以上６０Ｈｚ以下とし、第２の周波数ｆ２を４０Ｈｚ以上６０Ｈｚ以下とすることが好ましい。
【００１４】
本発明の第２の側面は、上記第１の側面の高圧放電灯点灯装置、高圧放電灯点灯装置に接続される高圧放電灯、高圧放電灯が取り付けられるリフレクタ、並びに高圧放電灯点灯装置、高圧放電灯及びリフレクタを収容する筐体を備えた光源装置である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例による高圧放電灯点灯装置の回路構成図である。
【図２】本発明の実施例によるランプ電流波形の図である。
【図３Ａ】本発明の変形例によるランプ電流波形の図である。
【図３Ｂ】本発明の他の変形例によるランプ電流波形の図である。
【図４】本発明の光源装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
実施例．
図１に本発明の実施例による高圧放電灯点灯装置（以下、「点灯装置」という）の回路構成を示す。点灯装置は、交流入力を直流化する整流平滑回路１０、整流平滑回路１０の出力電圧を降下して高圧放電灯（以下、「ランプ」という）６０への電流を制限する降圧チョッパ回路２０、降圧チョッパ回路２０の出力を交流電流に変換してランプ６０に投入するフルブリッジ回路４０、降圧チョッパ回路２０及びフルブリッジ回路４０を制御する制御回路３０、並びにイグナイタ５０からなる。なお、本明細書では、整流平滑回路１０、降圧チョッパ回路２０及びフルブリッジ回路４０を含んだ部分を電流供給回路というものとする。但し、点灯装置外部から直流電圧が供給される場合には整流平滑回路１０は不要であるので、この場合は、回路２０及びフルブリッジ回路４０を含んだ部分を電流供給回路というものとする。
【００１７】
本実施例では、ランプ６０について、定格電力が２００Ｗ〜３３０Ｗのもの、より具体的には、定格電力が２２０Ｗ（アーク長約０．７ｍｍ）、３３０Ｗ（アーク長約１．１ｍｍ）のランプ等を想定している。なお、本明細書において、「定格ランプ電力」と「定格電力」は同義である。
【００１８】
降圧チョッパ回路２０は、ランプ電力又はランプ電流が所定値となるように制御回路３０によってＰＷＭ制御される。ランプ電力が所定値で一定となるように定電力制御を行う場合には、ランプ電圧検出抵抗３１及び３２によって検出されるランプ電圧とランプ電流検出抵抗３３によって検出されるランプ電流の積（即ち、ランプ電力）がプロセッサ（マイクロコンピュータ）３５に記憶された電力設定値と一致するようにＰＷＭ制御回路３４によってトランジスタ２１がＰＷＭ制御される。また、ランプ電流が所定値で一定となるように定電流制御を行う場合には、ランプ電流検出抵抗３３によって検出されるランプ電流がプロセッサ３５に記憶された電流設定値と一致するようにＰＷＭ制御回路３４によってトランジスタ２１がＰＷＭ制御される。
【００１９】
フルブリッジ回路４０では、ブリッジ制御回路４５が、プロセッサ３５において設定された反転タイミングでトランジスタ４１及び４４とトランジスタ４２及び４３とが交互にオン・オフ駆動する。これにより、所望の反転タイミングで極性が切り替わるランプ電流波形を形成できる。
【００２０】
なお、イグナイタ回路５０はランプ始動時に動作し、ランプ点灯開始後は非動作状態となる。本発明はランプ点灯開始後の動作に関するものであるため、その説明を省略する。
【００２１】
上記より、電流供給回路は、プロセッサ３５、ＰＷＭ制御回路３４及びブリッジ制御回路４５（以下、これらの３構成要素をまとめて「制御部」という）によって、降圧チョッパ回路２０の出力電流値を制御するとともにフルブリッジ回路４０の極性反転タイミングを制御することにより、所望の波形の出力電流をランプ６０に投入することができる。
【００２２】
図２に、実施例におけるランプ電流波形を示す。図示するように、ランプ電流波形は、その１ユニットが周波数ｆ１でｍサイクルの第１の電流部分Ｉ１及び周波数ｆ２でｎサイクルの第２の電流部分Ｉ２からなる。なお、後述するように、ｍ＝０又はｎ＝０の場合があってもよいが、好ましくは、ｍ＞０、ｎ＞０で、ｍ及びｎは０．５の倍数である。
【００２３】
第１の電流部分Ｉ１の半サイクルは、半サイクルの矩形波からなるベース電流部分Ｉｂとそれに続くピーク電流部分Ｉｐからなる。ピーク電流部分Ｉｐは、ベース電流部分Ｉｂよりも高い周波数の少なくとも１サイクルの高周波電流からなり、直前のベース電流部分Ｉｂと同極性側の半サイクルの電流ピーク値がベース電流部分Ｉｂの電流ピーク値よりも高い。図２においては、ピーク電流部分Ｉｐは１サイクルの高周波電流からなり、ピーク電流部分Ｉｐの後半の半サイクルの電流ピーク値が、ベース電流部分Ｉｂの電流ピーク値及びピーク電流部分Ｉｐの前半の半サイクルの電流ピーク値よりも高い。第１の電流部分Ｉ１の周波数は４０〜２００Ｈｚであり、好ましくは４０〜６０Ｈｚである。なお、ピーク電流部分Ｉｐの電流ピーク値はベース電流部分Ｉｂの電流ピーク値の１．１〜２．０倍程度であればよく、ピーク電流部分Ｉｐの周波数は５００Ｈｚ〜１０ｋＨｚ程度であればよい。
第２の電流部分Ｉ２は矩形波電流からなり、その周波数は４０Ｈｚ〜２００Ｈｚ、好ましくは４０Ｈｚ〜６０Ｈｚである。
【００２４】
プロセッサ３５は、電圧検出回路（抵抗３１及び３２）によって検出されたランプ電圧に応じて、第１の電流Ｉ１の継続時間Ｔ１と第２の電流Ｉ２の継続時間Ｔ２の合計に対する第２の電流Ｉ２の継続時間Ｔ２の比率α、即ち、Ｔ２／（Ｔ１＋Ｔ２）を制御する。なお、Ｔ１＝ｍ／ｆ１、Ｔ２＝ｎ／ｆ２であり、α＝（ｎ／ｆ２）／（ｍ／ｆ１＋ｎ／ｆ２）となる。
【００２５】
定格電力２００Ｗ以上の高ワットランプにおいて、第１の電流部分Ｉ１では、特にピーク電流部分Ｉｐの高い電流値の影響（これに加えて高い周波数の影響）により、電極先端が加熱又は消耗され、電極先端の突起は長さ方向ではなく径方向に成長する（即ち、突起は短く太くなる）。一方、第２の電流部分Ｉ２では、電極先端の突起は長さ方向に成長する（即ち、突起は細く長くなる）。
【００２６】
従って、本発明では、プロセッサ３５は、ランプ電圧が低い（電極間距離が短い）場合は、電極先端の突起が伸びずに太くなるように第１の電流部分Ｉ１の比率を多くし、ランプ電圧が高い（電極間距離が長い）場合は、第２の電流部分Ｉ２の比率を多くするよう制御を行う。なお、ランプをどのような電流波形で点灯しても、寿命とともに電極先端が消耗していき、電極間距離が長くなることによってランプ電圧は高くなる。従って、ランプ電圧が高くなるのに従って、電極を消耗させる傾向を持つ第１の電流部分Ｉ１の時間比率（１−α）を減少させることは、ランプの長寿命化の観点からも好ましい。
【００２７】
＜設計例＞
本実施例の一設計例として、定格ランプ電力３３０Ｗ（アーク長１．１ｍｍ）を用いる。ｆ１を６０Ｈｚ、ｆ２を５０Ｈｚとし、検出ランプ電圧が高くなると、プロセッサ３５が第１の電流部分Ｉ１のサイクル数ｍを減少させて時間比率αを上昇させる。ランプ電圧の範囲に対する時間比率αの一例を表１に示す。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
なお、上記実施例では、ランプ電圧の上昇に対して第１の電流部分Ｉ１のサイクル数ｍを減少させることにより時間比率αを増加させているが、第２の電流部分Ｉ２のサイクル数ｎを増加させることによって時間比率αを増加させるようにしてもよい。また、ランプ電圧の上昇に対してサイクル数ｍを減少させ、かつサイクル数ｎを増加させるようにしてもよい。
【００３０】
また、上述のように各電流部分のサイクル数ｍ又はｎを変化させることによって時間比率αを変化させるだけでなく、各周波数ｆ１又はｆ２を変化させることによって時間比率αを変化させるようにしてもよい。即ち、ランプ電圧の上昇に対して周波数ｆ１を上昇させるようにしてもよいし、周波数ｆ２を低下させるようにしてもよいし、その双方を行ってもよい。
【００３１】
上記実施例により、高ワットランプにおいても電極先端の突起の形状を適切に維持してフリッカを抑制することができるとともに、ランプの寿命を確保することもできる。また、多種の仕様のランプについても、ランプごとに実験データを取得して最適な点灯波形を決定することなく、本発明の制御を適用することができる。従って、種々の高ワットランプに対して点灯装置を効率的に開発することが可能となる。
【００３２】
なお、時間比率αは、０≦α≦１００の範囲で変化させることができれば本発明の効果を得られる（即ち、ランプ電圧が低い場合にα＝０、ランプ電圧が高い場合にα＝１００としてもよい）。但し、第１の電流部分Ｉ１及び第２の電流部分Ｉ２双方の効果を確保するために、５≦α≦９５とすることが好ましい。
【００３３】
変形例．
図３Ａ及び３Ｂに本発明の変形例を示す。
図２の実施例では、ピーク電流部分Ｉｐの後半の半サイクルのみのピーク値をベース電流部分Ｉｂのピーク値よりも高くする電流波形を示したが、図３Ａに示すように、ピーク電流部分Ｉｐ全体のピーク値をベース電流部分Ｉｂのピーク値よりも高くするようにしてもよい。図３Ａに示す変形例の作用効果は図２に示す実施例の作用効果と実質的に同じである。但し、点灯装置で発生する騒音を低くするためには、図２に示す実施例のように電流値が高い期間は短い方が好ましい。
【００３４】
また、図２の実施例では、ピーク電流部分Ｉｐに１サイクルの高周波電流が含まれる電流波形を示したが、図３Ｂに示すように、ピーク電流部分Ｉｐに複数サイクルの高周波電流が含まれるようにしてもよい。図３Ｂに示す変形例の作用効果も図２に示す実施例の作用効果と実質的に同じである。但し、スイッチングノイズ低減のためには、図２に示す実施例のように高周波電流サイクルは少ない方が好ましい。
【００３５】
なお、上記実施例及び変形例では、一群の反復波形の第１の電流部分Ｉ１と一群の反復波形の第２の電流部分Ｉ２によってランプ電流の１ユニットが構成される例を示したが、ランプ電流波形の１ユニットにおいて、所望の時間比率αが得られる限り、第１の電流部分の各サイクルと第２の電流部分の各サイクルの順序又は配列は任意である。例えば、数サイクルの第１の電流部分と数サイクルの第２の電流部分が交互に反復されるようにしてもよいし、ｍ＝ｎの場合には１サイクルの第１の電流部分と１サイクルの第２の電流部分が交互に反復されるようにしてもよい。
【００３６】
図４に上記点灯装置を利用した光源装置を示す。光源装置は、上記点灯装置である点灯装置７０、点灯装置７０に接続されるランプ６０、ランプ６０が取り付けられるリフレクタ７１、並びに点灯装置７０、ランプ６０及びリフレクタ７１を収容する筐体７２備える。そして、不図示の映像系の構成部材が筐体７２内部に装備されてプロジェクタを構成することができる。なお、図４は本発明の光源装置を模擬的に図示したものであり、寸法、配置などは図面通りではない。このように、本発明の点灯装置を用いることにより、高ワット出力のプロジェクタにおいてもフリッカを効果的に防止することができる。
【００３７】
上記に本発明の最も好適な実施例を示したが、本発明は発明の趣旨を逸脱することなく以下のように変形可能である。
上記実施例において、整流平滑回路１０、降圧チョッパ回路２０、制御回路３０、フルブリッジ回路４０、及びイグナイタ回路５０の具体例を示したが、これらは上述した機能を達成できるものであれば当業者に周知の他の回路構成であってもよい。例えば、図１では、整流平滑回路１０としていわゆるコンデンサインプット型の回路を示しているが、昇圧チョッパ回路（力率改善回路）を用いてもよい。
また、降圧チョッパ回路２０をフォワード型等の他の構成のＤＣ／ＤＣコンバータとしてもよく、それはＤＣ出力電流の制御ができればよい。また、フルブリッジ回路４０をプッシュプル型等の他の構成のＤＣ／ＡＣコンバータとしてもよく、出力電流の極性反転制御ができるものであればよい。
【符号の説明】
【００３８】
１０．整流平滑回路
２０．降圧チョッパ回路
３０．制御回路
３１、３２．ランプ電圧検出抵抗
３３．ランプ電流検出抵抗
３４．ＰＷＭ制御回路
３５．プロセッサ
４０．フルブリッジ回路
４５．ブリッジ制御回路
６０．高圧放電灯（ランプ）
７０．高圧放電灯点灯装置（点灯装置）
７１．リフレクタ
７２．筐体
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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