特許 6245438 放電ランプ点灯装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6245438

(24)【登録日】2017年11月24日

(45)【発行日】2017年12月13日

(54)【発明の名称】放電ランプ点灯装置

(51)【国際特許分類】

   H05B 41/24 20060101AFI20171204BHJP

【ＦＩ】

   H05B41/24

【請求項の数】2

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2014-827(P2014-827)

(22)【出願日】2014年1月7日

(65)【公開番号】特開2015-130256(P2015-130256A)

(43)【公開日】2015年7月16日

【審査請求日】2016年9月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000102212

【氏名又は名称】ウシオ電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109519

【弁理士】

【氏名又は名称】原田 正樹

(72)【発明者】

【氏名】山田 宏二

【審査官】 安食 泰秀

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１２８９９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２４４７０５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｂ ４１／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

発光管内に、先端に突起が形成された一対の電極が２．０ｍｍ以下の間隔で対向配置され、発光管内に０．２０ｍｇ／ｍｍ^３以上の水銀と、ハロゲンが封入された放電ランプと、この放電ランプに対して交流電流を供給する給電装置から構成される放電ランプ点灯装置において、
前記給電装置は、
前記放電ランプに対して、点灯時の基本周波数を６０Ｈｚ〜１０００Ｈｚの範囲から選択された定常点灯モードと、
定格消費電力に対して２５〜８０％の範囲内の電力値でランプを駆動する小電力点灯モードとを切り替え可能に駆動するものであって、
前記小電力点灯モードは、
前記給電装置が前記放電ランプに対して、ランプ電流を低下させながら、
定常点灯モードにおける基本周波数以上に周波数が高い２００Ｈｚ〜２０００Ｈｚの範囲から選択された周波数の二次突起形成用交流電流を供給する二次突起形成工程と、
該二次突起形成工程の後に、
該定常点灯モードにおける基本周波数よりも周波数が高い１００Ｈｚ〜１５００Ｈｚの範囲から選択された周波数の二次突起維持用高周波電流と、該二次突起維持用高周波電流よりも周波数が低い二次突起維持用低周波電流とからなる二次突起維持用交流電流を供給する二次突起維持工程と、からなり、
前記二次突起形成工程において、前記二次突起形成用交流電流に対して所定の時間的頻度でブースト電流を重畳し、
前記ブースト電流の重畳比率、若しくは挿入頻度を、ランプ電力、ランプ電圧、若しくはランプ電流、又はこれらの合算パラメータに応じて変化させるものであって、
前記ブースト電流の重畳比率を変化させるに際して、目標重畳比率に向けて段階的に重畳比率を変化させることを特徴とする放電ランプ点灯装置。

【請求項2】

発光管内に、先端に突起が形成された一対の電極が２．０ｍｍ以下の間隔で対向配置され、発光管内に０．２０ｍｇ／ｍｍ^３以上の水銀と、ハロゲンが封入された放電ランプと、この放電ランプに対して交流電流を供給する給電装置から構成される放電ランプ点灯装置において、
前記給電装置は、
前記放電ランプに対して、点灯時の基本周波数を６０Ｈｚ〜１０００Ｈｚの範囲から選択された定常点灯モードと、
定格消費電力に対して２５〜８０％の範囲内の電力値でランプを駆動する小電力点灯モードとを切り替え可能に駆動するものであって、
前記小電力点灯モードは、
前記給電装置が前記放電ランプに対して、ランプ電流を低下させながら、
定常点灯モードにおける基本周波数以上に周波数が高い２００Ｈｚ〜２０００Ｈｚの範囲から選択された周波数の二次突起形成用交流電流を供給する二次突起形成工程と、
該二次突起形成工程の後に、
該定常点灯モードにおける基本周波数よりも周波数が高い１００Ｈｚ〜１５００Ｈｚの範囲から選択された周波数の二次突起維持用高周波電流と、該二次突起維持用高周波電流よりも周波数が低い二次突起維持用低周波電流とからなる二次突起維持用交流電流を供給する二次突起維持工程と、からなり、
前記二次突起維持工程において、前記二次突起維持用交流電流に対して所定の時間的頻度でブースト電流を重畳し、
前記ブースト電流の重畳比率、若しくは挿入頻度を、ランプ電力、ランプ電圧、若しくはランプ電流、又はこれらの合算パラメータに応じて変化させるものであって、
前記ブースト電流の重畳比率を変化させるに際して、目標重畳比率に向けて段階的に重畳比率を変化させることを特徴とする放電ランプ点灯装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、放電ランプ点灯装置に関し、特にランプ電力を定格消費電力の２５〜８０％まで小さくしても、安定に点灯させることができる放電ランプ点灯装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来から、プロジェクタなどの画像形成装置の光源として、発光管の内部に水銀を０．２０ｍｇ／ｍｍ^３以上封入した放電ランプを搭載した、放電ランプ点灯装置が知られている。
例えば特許４６９７３６号（特許文献１）がそれである。
この種の放電ランプ点灯装置が用いられているプロジェクタ装置では、定格電力よりも電力を下げて使用するいわゆる「エコモード」を採用した装置が多くなってきており、特に最近は「スーパーエコモード」と呼ばれる、定格消費電力比で４０〜８０％にまで消費電力を抑えた省電力点灯機能を備えている。

【0003】

このような省電力点灯モードでは、ランプに投入される電力が小さいため、電極先端での温度が低下し、アークが収縮することになる。これにより、アークの位置が不安定になりフリッカ現象を起こし易いという問題点がある。

【0004】

このような問題点を解決するために特許文献１に記載の発明では、放電ランプの電極先端において、定常点灯時にアークを保持する一次突起とは別に、省電力点灯モードにおいてもアークを保持することができる二次突起を積極的に形成し、アークが細くなった状態でも、フリッカによるチラツキを低減することができる技術が開示されている。

【0005】

図１１に示すように、従来の放電ランプ点灯装置では、定格点灯時において、高周波の交流電流Ｈと、低周波の交流電流Ｌとから構成された点灯波形パターンで放電ランプを点灯している。
これを小電力点灯モードに切換えた場合、高周波の交流電流Ｈと、低周波の交流電流Ｌとから構成された点灯波形パターンにおいて、Ｌの半サイクル時にブースト電流Ｂを付加することで、積極的に二次突起を形成するというものである。
上記技術によれば、二次突起を形成することにより、小電力点灯（スーパーエコモード）においてもアークを安定的に維持することができた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許４６９７３２６号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、従来例の放電ランプ点灯装置では、小電力点灯モードにおいて、二次突起を生成する点灯波形と、二次突起を維持する点灯波形とが混在していた。
そのため、二次突起の形成と維持の個別の過程については必ずしも合理化されておらず、二次突起が成長するのに時間がかかり、また形成した二次突起を長時間維持することができなかった。

【0008】

上記の課題について本発明者らが検討した結果について簡単に説明すると、二次突起の形成に関しては、従来例の省電力点灯波形における高周波の交流電流Ｈの期間では二次突起が成長していくが、低周波の交流電流Ｌの期間では必ずしも二次突起が成長し続けるわけではなく、温度上昇によって溶けて縮小したりもしていた。
かといって、高周波の交流電流Ｈのみで点灯波形を構成すると、二次突起が損耗しすぎて過剰に蒸発し黒化してしまう結果となった。

【0009】

そこで、本発明では、従来はまとめて小電力点灯モードとしていた点灯波形を、二次突起生成工程と、二次突起維持工程という新たに２つの工程に分け、それぞれに適した点灯波形とすることで、小電力点灯モードへの移行を円滑に行い、長時間二次突起を維持することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決するために、本発明は、発光管内に、先端に突起が形成された一対の電極が２．０ｍｍ以下の間隔で対向配置され、発光管内に０．２０ｍｇ／ｍｍ^３以上の水銀と、ハロゲンが封入された放電ランプと、この放電ランプに対して交流電流を供給する給電装置から構成される放電ランプ点灯装置において、前記給電装置は、前記放電ランプに対して、点灯時の基本周波数を６０Ｈｚ〜１０００Ｈｚの範囲から選択された定常点灯モードと、定格消費電力に対して２５〜８０％の範囲内の電力値でランプを駆動する小電力点灯モードとを切り替え可能に駆動するものであって、前記小電力点灯モードは、前記給電装置が前記放電ランプに対して、ランプ電流を低下させながら、定常点灯モードにおける基本周波数以上に周波数が高い２００Ｈｚ〜２０００Ｈｚの範囲から選択された周波数の二次突起形成用交流電流を供給する二次突起形成工程と、該二次突起形成工程の後に、該定常点灯モードにおける基本周波数よりも周波数が高い１００Ｈｚ〜１５００Ｈｚの範囲から選択された周波数の二次突起維持用高周波電流と、該二次突起維持用高周波電流よりも周波数が低い二次突起維持用低周波電流とからなる二次突起維持用交流電流を供給する二次突起維持工程と、からなることを特徴とする。
また、本発明では、前記二次突起形成用交流電流は、前記二次突起維持用高周波電流の周波数以上に周波数が高くしてもよい。
また、本発明では、前記放電ランプ点灯装置は、前記二次突起維持工程における前記二次突起維持用低周波電流の、前記二次突起維持用高周波電流に対する時間的比率を、ランプ電力、ランプ電圧、若しくはランプ電流、又はこれらの合算パラメータに応じて変化させてもよい。
また、本発明では、前記放電ランプ点灯装置は、前記二次突起形成工程において、前記二次突起形成用交流電流に対して所定の時間的頻度でブースト電流を重畳させてもよい。
また、本発明では、前記放電ランプ点灯装置は、前記二次突起維持工程において、前記二次突起維持用交流電流に対して所定の時間的頻度でブースト電流を重畳させてもよい。
また、本発明では、前記放電ランプ点灯装置は、前記ブースト電流の重畳比率、若しくは挿入頻度を、ランプ電力、ランプ電圧、若しくはランプ電流、又はこれらの合算パラメータに応じて変化させてもよい。
また、本発明では、前記放電ランプ点灯装置は、前記ブースト電流の重畳比率を変化させるに際して、目標重畳比率に向けて段階的に重畳比率を変化させてもよい。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、小電力点灯モードを、二次突起生成工程と、二次突起維持工程という新たに２つの工程に分けたことにより、小電力点灯モードへの移行を円滑に行い、長時間二次突起を維持することができ、消費電力の節約および放電ランプの長寿命化を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明に係る放電ランプを示す図である。

【図2】本発明に係る放電ランプの電極を示す図である。

【図3】本発明に係る点灯モードの切替について示す図である。

【図4】本発明の実施形態１について説明する図である。

【図5】本発明の実施形態２について説明する図である。

【図6】本発明の実施形態３について説明する図である。

【図7】本発明の実施形態に係る点灯波形の応用例について示す図である。

【図8】本発明の実施形態に係る点灯波形の応用例について示す図である。

【図9】本発明に係る給電装置について示す図である。

【図10】本発明についての実験結果を示す図である。

【図11】従来例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

図１は本発明の実施形態にかかる高圧放電ランプの構成を示す図、図２はこの放電ランプの電極の構成例を示す図である。
図１に示すように、放電ランプ１０の発光管は石英ガラスからなり、略楕円球形の発光部１１とその両端に連設されたロッド状の封止管部１２とを備えて構成される。
発光部１１の内部にはタングステンよりなる一対の電極２０ａ，２０ｂが、極間２ｍｍ以下の間隔で対向配置されている。電極２０ａ，２０ｂは図２に示すように、小電力点灯時において、先端に形成された一次突起２１ａと、２１ｂと、一次突起の先端にさらに形成された二次突起２２ａと、２２ｂとを有する。
なお、この実施形態にかかる放電ランプ１０においては、定常点灯時は交流点灯方式で点灯されるものであり、電極２０ａ，２０ｂの構成は、定常点灯時における熱的設計を容易にする目的で、すべて同一の構成とされている。
発光管の両端に位置する封止管部１２の各々の内部にはモリブデンよりなる帯状の金属箔１３が埋設され、この金属箔１３の発光部１１側の端部には電極２０ａ，２０ｂの軸部２０２、２０２が、他方の端部には外部リード棒１４、１４に接続される。

【0014】

発光管部１２の内部には、放電媒体としての水銀と、希ガスと、ハロゲンガスが封入され、発光空間Ｓが形成される。
水銀は、必要な可視光波長、例えば、波長３６０〜７８０ｎｍという放射光を得るためのものであり、０．１５ｍｇ／ｍｍ^３ 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気圧以上という極めて高い蒸気圧を形成するためのものである。また、水銀を０．２０ｍｇ／ｍｍ^３ 以上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装置に適した光源を実現することができる。
希ガスは、静圧で約１０〜２６ｋＰａ封入される。具体的には、アルゴンガスであり、このように希ガスを封入するのは、点灯始動性を改善するためである。
また、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／ｍｍ^３ 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（黒化防止）もあるが、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の場合、発光管の失透防止である。なお、発光空間Ｓには、更に他の放電媒体としてハロゲン化金属を封入することもできる。

【0015】

このような放電ランプについて具体的数値例を示すと、例えば、発光部１１の最大外径１０ｍｍ、電極間距離０．７ｍｍ、発光管の内容積８０ｍｍ^３ 、定格電圧６５Ｖ、定格電力２７０Ｗであり、交流方式で点灯される。
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、発光部１１内の熱的条件は極めて厳しいものとなり、ランプの管壁負荷値は１．５〜３．５Ｗ／ｍｍ^２ 、具体的には２．９Ｗ／ｍｍ^２ 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により、プロジェクタ装置等の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。

【0016】

本発明において、定格消費電力に対し平均して２５〜８０％の電力値で動作されるモードを「小電力点灯モード」という。
定格電力の２５〜８０％という小電力範囲でランプを点灯する場合、後述の点灯条件を採用することにより、二次突起の成長を円滑にし、かつ、二次突起の形状を長期間維持することができるので、安定的に点灯することができるとともに、電極の摩耗を防ぐことができる。

【0017】

図３を用いて、本発明の点灯モードの切り替えについて説明する。
この図において、横軸が時間、縦軸が点灯ランプ電力の定格ランプ電力に対する比率となっている。
時間Ｔ１までは、定格に対し１００％での点灯が行われており、この期間は定常点灯モードである。時間Ｔ１において、プロジェクタなどの外部の制御部から、本点灯装置の制御部に対して点灯電力指令の信号が送信される。これを受けて、定常点灯モードから、小電力点灯モードへと点灯モードが切り替わる。

【0018】

小電力点灯モードでは、まず二次突起形成工程に移り、二次突起を生成する。この際、ランプ電力は一次突起のみでもフリッカが生じない電力（一次突起フリッカ安定電力、ここでは８０％）まで一旦低下させる予備調光を行うと、二次突起生成工程に移った際に、明るさの差によるちらつきが生じにくく好ましい。なお、この予備調光は行わなくても良い。

【0019】

二次突起形成工程では、ランプ電力を下げながら素早く二次突起を形成していく。この際に、ランプ電力を段階的に下げながら二次突起を形成していくと、電力の差による明るさの差がちらつきとならず好適である。

【0020】

時間Ｔ２において二次突起が形成されたら、二次突起維持工程に移る。
二次突起維持工程に移るタイミング、すなわち二次突起が所望の形状に形成されたタイミングについては、種々の手段によって決定することができる。具体的には、実験に基づきＴ１からＴ２までの最も好ましい期間について求め、タイマー等によってこの期間を設定してもいいし、ランプ電流、ランプ電圧、もしくはランプ電力、またはこれらの合算パラメータによってタイミングを決定してもよい。

【0021】

Ｔ２の後は、小電力点灯モードの目標設定電力（ここでは６５％）に到達し、二次突起維持工程での点灯が行われる。以後、小電力点灯モードが指示されている限り、二次突起維持工程での点灯が継続される。

【0022】

では、具体的に二次突起形成工程、および二次突起維持工程での点灯波形について説明する。図４は本発明の実施形態１に基づく点灯波形の説明図である。以降、点灯波形は縦軸をランプ電流I_Lによる電流値、横軸を時間とする極性反転する矩形波パルスの交流電流波形を用いて説明する。
図４（ａ）は、定格点灯モードの波形の一例である。この点灯波形は、定常点灯モードにおける基本周波数６０〜１０００Ｈｚ（ここでは３７０Ｈｚ）である高周波で極性反転する高周波パートと、基本周波数よりも低い５〜２００（ここでは３０Ｈｚ）である低周波で極性反転する低周波パートとからなるサイクルの組合せで成立している。なお、低周波パートは、基本周波数どおりに極性判定しないことによって生成されている。

【0023】

これに対し、図４（ｂ）は、小電力点灯モードの二次突起形成工程における二次突起形成用交流電流ＳＰＦの点灯波形である。同じく極性反転する高周波交流電流であるが、二次突起形成工程における周波数は、定常点灯モードにおける基本周波数よりも高いものであり、例えば２００〜２０００Ｈｚ（ここでは１０００Ｈｚ）である。
このように周波数を高くする理由は、交流点灯において電極の一次突起２１ａの先端から根元側に向かって加わる熱の範囲の長さ、すなわち熱拡散長を短くして、一次突起２１ａの先端のみに効率よく熱を伝えて素早く二次突起２２ａを形成するためである。
二次突起形成用交流電流ＳＰＦの周波数は、所定の熱拡散長、および温度変化を設定する観点から、５００〜１５００Ｈｚであることがより好ましく、また６００〜１１００Ｈｚであることがさらに好ましい。

【0024】

このような点灯波形とすることで、電極２０ａの先端に位置する一次突起２１ａのさらに限られた領域に効率よく熱が伝わり、一時突起２１ａの先端より二次突起２２ａが突出するように形成される。

【0025】

次に、小電力点灯モードにおける、二次突起維持工程について説明する。
図４（ｃ）は、二次突起維持工程における二次突起維持用高周波電流と二次突起維持用低周波電流からなる二次突起維持用交流電流の点灯波形である。
二次突起形成工程と同じように、定常点灯モードにおける基本周波数よりも周波数が高い１００Ｈｚ〜１５００Ｈｚの範囲から選択された周波数の二次突起維持用高周波電流ＳＰＭＨを構成として備えているが、その他に二次突起維持用高周波電流ＳＰＭＨよりも周波数が低い二次突起維持用低周波電流ＳＰＭＬとからなる二次突起維持用交流電流ＳＰＭを備えている。

【0026】

二次突起維持用低周波電流は、簡単にいえば二次突起２２ａをあえて計画的に潰す電流である。
もし二次突起維持工程においても、前段の二次突起形成用電流での点灯をそのまま続けたとするならば、二次突起２２ａの成長が過剰になってしまい、電極材料であるタングステンのアーク熱による蒸発等による損耗が激しくなり、ハロゲンサイクルでタングステンが電極に帰還する際に、突起の先端ではない不所望な位置に帰還したり、損耗によって突起部自体のタングステン量が減少したりする。

【0027】

そこで、二次突起２２ａが成長しすぎないように、成長を抑制するために溶融させて小さくする。具体的には、この低周波部分によって、一方の電極にのみ比較的長期間熱エネルギーが投入されることによって、二次突起２２ａの先端が溶けて消失するものと推測される。
また、それだけではなく、低周波部分は熱拡散長が長いので、根元側である一次突起２１ａに投入される熱エネルギーも増加し、一次突起２１ａが温度上昇することによって、次の二次突起２２ａが形成されやすくなる。
このように、二次突起２２ａの成長を抑制しつつ、次の二次突起２２ａの成長の準備をしているのであって、単に二次突起２２ａを潰しているというわけではない。

【0028】

しかし、二次突起２２ａの成長を抑制しているのみでは、二次突起２２ａ自体が消失してしまうので、ある程度二次突起２２ａを成長させるフェーズが必要となる。それが、二次突起維持用高周波電流ＳＰＭＨのパートである。
二次突起維持用高周波電流は、簡単に言うと、二次突起２２ａをほどほどに成長させるものである。そのためには、熱拡散長を短く、すなわち定常点灯モード時の基本周波数よりも高い周波数とする必要がある。なお、二次突起２２ａを過剰に成長させないために、二次突起維持用高周波電流の周波数を、二次突起形成用交流電流の周波数以下（ＳＰＦの周波数≧ＳＰＭＨの周波数）にしてもよい。すなわち、二次突起維持用高周波電流の役割は、二次突起形成用交流電流と類似しているといえる。

【0029】

しかし、二次突起維持工程において重要なことは、二次突起維持用高周波電流と、二次突起維持用低周波電流とが交互に現れるということである。
これによって、電極２０ａの一次突起２１ａの先端に形成された二次突起２２ａに投入される熱エネルギーに変化が生じ、二次突起２２ａが縮小されまた拡大するというサイクルが実行されることによって長期的に見れば二次突起２２ａが所望の形状に維持されているという効果がある。
二次突起維持用高周波電流の周波数は、二次突起２２ａをほどほどに成長させるという目的のもと、所定の熱拡散長、および温度変化を設定する観点から３００〜１０００Ｈｚであることがより好ましく、５００〜８００Ｈｚであることがさらに好ましい。

【0030】

図５に、本発明の第二の実施形態を示す。
上記で述べたように、二次突起維持工程においては、二次突起２２ａに投入される熱エネルギーをサイクル的に変化させることが重要であるが、ランプの発光部内部の状況は時々刻々と変化するために、熱エネルギーの変化のサイクルについても適宜調整をしてバランスをとる必要がある。
具体的には、定電力制御状態で電極先端の損耗があった場合には、電極間電圧は、ガス圧と電極間距離に依存していることから、ランプ電圧が上昇し、ランプ電流が低下することとなる。ランプ電流が低下すると、電極先端での発熱量が低下するので所望の熱エネルギーを二次突起２２ａに対して投入できないという事態も生じる。
また、定電力制御に限らず、連続調光制御（ランプ電力が変化）を行った場合でも、ランプ電圧は一定であるとすればランプ電流が低下することになるため、やはり熱エネルギーの投入が不足する場合がある。
このように、ランプ電流、ランプ電圧、ランプ電力に変化が生じた場合には、これらの変化の状況に合わせる必要があり、そのために二次突起維持工程の点灯波形を調整することで、好適に二次突起を維持することができると考えられる。

【0031】

図５には、その二次突起維持工程での点灯波形の変化についての一例を示す。ここでは、定電力制御において電極の損耗によってランプ電圧が上昇するモデルを例として説明する。
二次突起維持工程における二次突起維持用交流電流は、前述のように二次突起維持用高周波電流ＳＰＭＨと、二次突起維持用低周波電流ＳＰＭＬとから構成された、矩形波パルスのサイクルを繰り返すように点灯するものである。

【0032】

ここで、何らかの理由により電極が損耗して、ランプ電圧が上昇したとする。すると、ランプ電流が低下するために、二次突起２２ａに伝わる熱エネルギーが減少する。
この減少した熱エネルギーを補うために、点灯波形のパターンを、パターン１からパターン２へ移行する。パターン２は、パターン１と比較すると、二次突起維持用低周波電流ＳＰＭＬの、二次突起維持用高周波電流ＳＰＭＨに対する時間的比率が増加している。
すなわち、二次突起維持用低周波電流ＳＰＭＬの割合を増やすことにより、二次突起２２ａに伝達される熱エネルギーを増加させることができて、不足分を補うことができる。

【0033】

さらに、ランプ電圧が上昇した場合には、パターン２からパターン３へ移行する。パターン３も、パターン２と比較すると、二次突起維持用低周波電流ＳＰＭＬの、二次突起維持用高周波電流ＳＰＭＨに対する時間的比率が増加している。
このように、定電力制御状態でランプ電圧が上昇している場合には、低周波部分の割合を増やすことによって、不足分の熱エネルギーを補うことができる。逆に言い換えれば、高周波部分の時間的割合を減らすことで同様の効果を得ることができるともいえる。
これを連続調光制御状態に置き換えると、ランプ電流が低下している場合には、低周波部分の割合を増やすことによって、不足分の熱エネルギーを補うことができることとなる。
なお、低周波波形については、「擬似的な低周波」としてもよい。この「擬似的な低周波」の点灯波形の具体例については後述する。
この考え方を応用すると、低周波部分の時間的割合を増やすことの他に、以下の手段を用いることもできる。

【0034】

図６に、本発明の第三の実施形態を示す。
この図においては、図４に示した第一の実施形態を元にして、第三の実施形態についての点灯波形を示すものであり、図６（ａ）は、二次突起形成用交流電流の点灯波形を示している。
この点灯波形例では、通常ランプ電流値Ｉｎである矩形波パルスに対して、付加的に電流値を重畳させている。ここで重畳する電流をブースト電流Ｉｂとする。
ブースト電流Ｉｂは、その点灯波形における基本周波数の矩形波パルス（半波）であり、二次突起形成工程においては二次突起形成用交流電流の周波数（半波）である。
ブースト電流Ｉｂを挿入する時間的頻度としては、周波数に応じて例えば０．２５〜１０ｍｓに１回の頻度であることが好ましい。時間的頻度については、後述するが熱エネルギーの調整という意味があり、より好ましくは０．５〜５ｍｓに１回、さらに好ましくは１〜３ｍｓに１回である。

【0035】

このようにブースト電流を挿入することで、周波数を変えずに、すなわち熱拡散長を維持したまま二次突起を形成するために投入する熱エネルギーを増加させることができ、二次突起を素早く形成することができる。
ただし、常にブースト電流を挿入すると、電流の平均値自体が大きく上昇してしまい小電力点灯の趣旨が没却されることになるし、二次突起を形成するために投入する熱エネルギーも大きければよいというものではなく、好適な範囲に限られる。
このような範囲を適切に設定するために、挿入の時間的頻度の他に、ブースト電流値Ｉｂの通常ランプ電流値Ｉｎに対する重畳比率（ブースト比率）Ｉｂ／Ｉｎを調整することで、追加投入する熱エネルギーを調整することができる。
なお、ブーストによって生じうるちらつきは、重畳比率の変化は、目標重量比率を設定し、目標重畳比率に向けて段階的に重畳比率を変化させることによって低減することができる。
したがって、ブースト電流は必要に応じ適切な時間的頻度、および適切なブースト比率で挿入される。

【0036】

図６（ｂ）には、図６（ａ）にて示したブースト電流の挿入を二次突起維持工程に応用した点灯波形を示している。
二次突起維持工程の高周波パート（ＳＰＭＨ）においては、二次突起形成工程と類似した役割が必要となることから、同様にブースト電流を挿入して熱エネルギーを追加投入することによって、二次突起を素早く形成しやすくなるという効果がある。

【0037】

一方、低周波パート（ＳＰＭＬ）においては、１回の極性反転の低周波パルス中に２回以上ブースト電流を挿入することで、タングステンを蒸発させるという従来例と同様の効果を得ることができる。

【0038】

また、図５に示したように、二次突起維持工程において、ランプ電流、ランプ電圧、ランプ電力若しくはこれらの合算パラメータが変化したときは、この変化に応じて低周波期間を増加させる代わりに、ブースト比率、または挿入頻度を変化させてもよい。
ブースト比率の上昇、また挿入頻度の上昇によって、不足分の熱エネルギーを補うことができるという効果を得ることができるからである。

【0039】

図７に、本発明の技術的範囲に含まれる点灯波形の応用例について示す。
図７（ａ）には、二次突起形成工程での点灯波形の応用例を示す。この図においては、ブースト電流を利用して擬似的な低周波状態を作り出している。
具体的には、期間ＣＬＴ１において、３回のブースト電流の挿入によって、投入される電力が＋側に偏っており、低周波期間のように一方の電極に対して一定期間連続して多目に熱エネルギーが投入された状態となっている。
この状態を、擬似的に低周波が作り出された偽装低周波期間ＣＬＴ１とする。すなわち、高周波点灯でありながら低周波期間を擬似的に作り出すことができる。

【0040】

二次突起形成工程において、擬似的に低周波期間を作り出すことについては以下のような意味がある。二次突起形成工程においては、素早く二次突起を形成することが求められるため、周波数は高いまま維持することが好ましい。しかし、二次突起の種となる微小突起が一次突起の先端以外の不所望な場所に形成される場合があり、このような不所望な微小突起は排除したい。
そこで、擬似的に低周波を作り出すことで、先端よりも根元側へ熱拡散領域を延ばし、不所望な位置に形成される微小突起を溶融させてしまい、排除することができる。その間も高周波点灯が維持されるので、二次突起が素早く形成されるという効果を持続することができる。
このように、擬似的な低周波を発生させる偽装低周波期間を設けることによって、複数の熱拡散長を有する点灯波形を作り出すことができるのである。

【0041】

図７（ｂ）は、図７（ａ）をさらに応用した点灯波形を示す。
この図においては、微視的に観察すればブースト電流が２回挿入された第１の偽装低周波期間ＣＬＴ１１が設けてあるといえる。さらに巨視的に観察すれば、この第１の偽装低周波期間が７回含まれた第２の偽装低周波期間ＣＬＴ１２が設けてあるといえる。
このように、偽装低周波期間を複数設けて様々な熱拡散長を有するように調整することができる。

【0042】

図７（ｃ）は、図７（ｂ）をさらに応用した点灯波形を示す。
二次突起形成工程において、定電力制御にてランプ電圧が上昇し、ランプ電流が不足して二次突起を形成するための熱エネルギーが不足する場合がある。この場合、ブースト電流を挿入することによって不足分を補うことができるが、ブースト電流を挿入してもなお熱エネルギーが不足する場合には図７（ｃ）のように低周波が混在した波形としてもよい。
これによって、二次突起を形成するために不足している熱エネルギーを補充することができる。しかし、周波数としては低くなるので二次突起を形成する速度がやや低下するが、これについては必要に応じて適宜採用するものである。
例えば図示の波形においては、短い熱拡散長を維持するために高周波のブースト電流を低周波パルス上に重畳させている。これによって、ある程度の高周波性が確保されているといえよう。
図７（ｄ）も、図７（ｂ）をさらに応用した点灯波形である。
図７（ｄ）では、十分に短い熱拡散長で駆動させるだけでは熱エネルギーが確保できないが場合などに、低周波を断続的に重畳させることで、熱エネルギーを確保するものである。
このように、投入する熱エネルギーを調整する手段として低周波成分を適宜挿入してもよいが、その場合は低周波パルス上に高周波成分と同じ周波数の矩形波パルスをブースト電流として重畳することで、高周波性を確保し、二次突起の成長をある程度確保することができる。

【0043】

図８には、二次突起維持工程での点灯波形の応用例を示す。図８（ａ）、（ｂ）においては、高周波時と低周波時の点灯波形をそれぞれ示す。
図８（ａ）の高周波パート（ＳＰＭＨ）では、図６（ｂ）に示した、一定頻度でブースト電流が挿入される高周波点灯波形となっている。
低周波パート（ＳＰＭＬ）では、図７（ｃ）で示した、偽装低周波期間ＣＬＴ１、ＣＬＴ２を有する点灯波形となっている。このように、低周波について必ずしも厳密な低周波パルスとせずとも、実質的に低周波の機能を得ることができる偽装低周波期間を有する点灯波形としてもよい。

【0044】

図８（ｂ）の高周波パートでは、図４（ｃ）に示した、通常の矩形高周波パルスとなっている。
低周波パートでは、通常連続しているはずの低周波期間の一部を部分的に極性反転させて、その結果低周波部分に抜けが生じて断続的な極性反転となっている偽装低周波期間ＣＬＴ１、ＣＬＴ２を有する点灯波形を示す。
このような点灯波形とする利点は、詳しい説明については割愛するが、回路の構成、およびこの回路を構成する素子の問題として、一定期間以上低周波を連続することができないことがあり、息継ぎ的に極性反転をすることによって、例えば所定のキャパシタンスなどで充放電を行いその問題を解決することができる。その場合、厳密にいえば低周波ではないが実質的に見て低周波である偽装低周波期間ＣＬＴ１、ＣＬＴ２を設けることで、完全な低周波とした場合とほぼ同等の効果を得ることができる。
以上のように二次突起形成維持用交流電流として様々な波形を採用することができるが、これらの点灯波形は、前述のようにランプ電力、ランプ電圧、若しくはランプ電流、又はこれらの合算パラメータに応じて変化させてもよい。

【0045】

図９に本発明の実施形態に係る点灯装置（給電装置）の構成例を示す。
点灯装置は放電ランプ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Ｕ１と、降圧チョッパ回路Ｕ１の出力側に接続され、直流電圧を交流電圧に変化させて放電ランプに供給するフルブリッジ回路Ｕ２と、放電ランプ１０に直列接続されたコイルＬ１、コンデンサＣ１、およびスタータ回路３と、上記フルブリッジ回路２のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を駆動するドライバ４と、制御部５とから構成される。 制御部５は例えばマイクロプロセッサ等の処理装置で構成することができ、ここではその機能構成をブロック図で示している。

【0046】

図９において、降圧チョッパ回路Ｕ１は、直流電圧が供給される＋側電源端子に接続されたスイッチング素子ＱｘとリアクトルＬｘと、スイッチング素子ＱｘとリアクトルＬｘの接続点と−側電源端子間にカソード側が接続されたダイオードＤｘと、リアクトルＬｘの出力側に接続された平滑コンデンサＣｘと、平滑コンデンサＣｘの−側端子とダイオードＤｘのアノード側の間に接続された電流検出用の抵抗Ｒｘから構成される。
上記スイッチング素子Ｑｘを所定のデューティで駆動することにより、入力直流電圧Ｖdcをこのデューティに応じた電圧に降圧する。降圧チョッパ回路Ｕ１の出力側には、電圧検出用の抵抗Ｒ１，Ｒ２の直列回路が設けられている。
フルブリッジ回路Ｕ２は、ブリッジ状に接続したスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４から構成され、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３を交互にオンにすることにより、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続点と、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の接続点間に矩形波状の交流電圧が発生する。

【0047】

スタータ回路Ｕ３は、コイルＬｈ及びコンデンサＣｈを備えている。放電ランプ１０が始動する際に、コイルＬｈ、コンデンサＣｈからなるＬＣ直列回路の共振周波数近傍の高いスイッチング周波数の交流電圧がブリッジ回路Ｕ２から印加されることにより、スタータ回路Ｕ３の出力側において放電ランプ１０の始動に必要な高い電圧が生成され、これが放電ランプ１０に供給される。なお、放電ランプ１０が点灯した後は、フルブリッジ回路Ｕ２から定格点灯時の周波数（６０Ｈｚ〜１０００Ｈｚ）に移行し、通常点灯が行われる。

【0048】

上記回路において、出力電力の制御及び上記ブースト率の調整は降圧チョッパ回路Ｕ１のスイッチング素子Ｑｘの動作デューティを調整することで達成できる。
降圧チョッパ回路Ｕ１のスイッチング素子Ｑｘは、ゲート信号Ｇｘのデューティに応じてオン／オフし、ランプ１０に供給される電力が変化する。すなわち、電力アップならＱｘのデューティを上げ、電力ダウンならＱｘのデューティを下げるなどして、その入力された電力調整信号値に合致する電力値になるようにゲート信号Ｇｘの制御を行う。また、ブースト時には、Ｑｘのデューティを上げ、ベース電流値よりも大きな電流値を有するブースト電流を流す。
交流駆動周波数の調整は、フルブリッジ回路Ｕ２のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のスイッチング周期を調整することで実現される。

【0049】

制御部５は、駆動信号発生部５１とコントローラ５２から構成される。
駆動信号発生部５１は、例えば、プロセッサなどから構成され、フルブリッジ回路２のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を駆動するための駆動信号を発生する。
コントローラ５２は、ランプ１０の点灯動作を制御する点灯動作制御部５２ａと、駆動信号発生部５１の出力を制御する駆動信号選択部５２ｂと、外部からの点灯電力指令に応じて、降圧チョッパ回路１のスイッチング素子Ｑｘを設定されたデューティで駆動し、ランプ電力を制御する電力制御部５２ｃを備える。

【0050】

電力制御部５２ｃは、電流検出用の抵抗Ｒｘの両端電圧と、電圧検出用の抵抗Ｒ１，Ｒ２により検出された電圧から、ランプ電流Ｉ、ランプ電圧Ｖを求めてランプ電力を演算し、この電力が点灯電力指令に一致するように降圧チョッパ回路U１のスイッチング素子Ｑｘのデューティを制御する。また、点灯電力指令の値から定格点灯か、小電力点灯かを判別し、判別結果を駆動信号選択部５２ｂに送出する。
電力制御部５２ｃは、また、点灯電力指令信号が小電力点灯モードに切り替わると、その小電力点灯信号を駆動信号選択部５２ｂに送信する。駆動信号選択部５２ｂは、その小電力信号に応じた駆動信号選択信号を、駆動信号発生部５１に送信する。
駆動信号発生部５１は、駆動信号選択信号に応じて、駆動信号を発生し、ドライバ４に送信する。
例えば、定格点灯時、小電力点灯時には、それに対応した周波数の駆動信号が出力され、ブースト時にはブースト信号に対応した駆動信号が出力される。
フルブリッジ回路Ｕ２は、ドライバ４からのドライブ信号に応じた極性反転動作を行う。 また、駆動信号選択部５２ｂは、ブースト時にブースト信号を、電力制御部５２ｃに送信し、電力制御部５２ｃはブースト信号が出力される期間、出力電力を前述ししたようにブーストする。

【0051】

以下、本実施例の点灯装置の動作について説明する。
点灯指令が与えられると、ランプ１０への給電が開始されると共に、コントローラ５２の点灯動作制御部５２ａは、始動回路駆動信号を発生し、スタータ回路Ｕ３によってランプ１０を点灯させる。
ランプ１０が点灯すると、電力制御部５２ｃにおいて、分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２により検出される電圧値Ｖと、抵抗Ｒｘにより検出される電流値Ｉにより点灯電力が演算される。
コントローラ５２の電力制御部５２ｃは、点灯電力指令信号と、上記演算された電力備に基き、降圧チョッパ回路Ｕ１のスイッチング素子Ｑｘを制御して、点灯電力を制御する。
すなわち、降圧チョッパ回路Ｕ１のスイッチング素子Ｑｘは、ゲート信号Ｇｘのデューティに応じて変化し、外部から点灯電力指令（電力調整信号）が入力されると電力アップならスイッチング素子Ｑｘのデューティを上げ、電力ダウンならスイッチング素子Ｑｘのデューティを下げるなどして、その入力された点灯電力指令に合致する電力値（電力調整信号値）になるようにゲート信号Ｇｘの制御を行う。

【0052】

点灯電力指令値が大きい（ランプの定格電力の８０％より大きい）の定常点灯時には、コントローラ５２の駆動信号選択部５２ｂは、駆動信号発生部５１から定常点灯時に対応した予め決められた駆動信号を出力させ、ドライバ４を駆動する。また、電力制御部５２ｃは駆動信号選択部５２ｂからの定常点灯信号に応じて、出力電力を定常点灯電力に設定する。
これにより、フルブリッジ回路２は、ドライバ４からのドライブ信号に応じた極性反転動作を行い、ランプ１０は、定常点灯モードの波形で点灯する。その時の点灯周波数は６０Ｈｚ〜１０００Ｈｚで駆動され、合わせて５〜２００Ｈｚで駆動される低周波が挿入されている。
また、点灯電力指令値が小さい、すなわち定格電力の８０％以下（実用的には２５〜８０％）である小電力点灯時には、コントローラ５２の駆動信号選択部５２ｂは、駆動信号発生部５１から、小電力点灯時に対応した予め決められた駆動信号を出力させ、ドライバ４を駆動する。また、電力制御部５２ｃは駆動信号選択部５２ｂからの小電力点灯信号に応じて、出力電力を小電力点灯電力に設定する。
これにより、フルブリッジ回路Ｕ２は、ドライバ４からのドライブ信号に応じた極性反転動作を行い、ランプ１０は、図４等に示した小電力点灯モードの波形で点灯する。

【0053】

上記ブースト点灯動作についても簡単に説明する。
小電力点灯時、点灯動作制御部５２ａは、所定の周期でブースト信号を出力する。駆動信号選択部５２ｂは、ブースト信号に応じて、駆動信号発生部５１から駆動信号を出力させる。
一方、上記ブースト信号は電力制御部５２ｃに与えられ、電力制御部５２ｃはブースト信号に応じて、降圧チョッパ回路Ｕ１のスイッチング素子Ｑｘのデューティを上げ、ベース電流値よりも大きなブースト電流を供給する。
これにより、ブースト信号が出力される毎に、放電ランプには、通常ランプ電流値Ｉｎよりも大きな電流値を有するブースト電流が供給される。

【実施例】

【0054】

図１０に、本発明の実施例として、効果を検証した実験結果を以下に示す。
本発明の実施例として図４に示した点灯波形による点灯を、従来例として図１１に示した点灯波形よる点灯を、図３に示した点灯モードの切り替えを行ってフリッカの発生状況を評価することにより、二次突起の形成および維持についての本発明の効果を検証した。
本発明では、小電力点灯モードの二次突起形成工程における二次突起形成用交流電流の周波数を１０００Ｈｚ、二次突起維持工程における二次突起維持用高周波電流の周波数を７２０Ｈｚ、二次突起維持用低周波電流の周波数を１２０Ｈｚとした。
従来例では、小電力点灯モードを２つの工程に分けることなく常に７４０Ｈｚの高周波電流と、９２．５Ｈｚの低周波電流からなる点灯波形パターンにて点灯を行った。

【0055】

本発明、従来例ともに評価に用いた放電ランプの定格電力は２７０Ｗであり、小電力点灯モードでの電力を定格電力に対して６３％、すなわち１７０Ｗとした。
フリッカの発生は、投影面における照度変動率によって判定した。具体的には照度計を用いて１００ｍｓ間隔で照度を測定し、その最大変化量による照度変動率が２．０％未満である場合を○（良好）、３．０％未満である場合を△（やや良好）、３．０％以上である場合を×（目標未達）とした。照度変動率が３．０％以上となると、人間の目によってフリッカとして視認されるからである。

【0056】

比較対照としての従来例では、目標小電力（調光比率６３％）においても、工程を分けることなく一定の点灯波形によって点灯した。その結果、図１０の表に示すとおり、二次突起が形成されるのに時間がかかるためか、二次突起が形成されてフリッカが△（やや良好）となるまで３分間を要した。以後、二次突起形成の試験として１時間点灯継続しフリッカが○（良好）となって安定することが確認された。
さらにそのまま点灯試験を継続し、同じ点灯波形にて点灯していたところ、点灯開始から５０時間の時点で突如照度変動率が上昇し、△（やや良好）まで低下した。そして、１００時間経過した時点において３％を超えて×（目標未達）となった。
以上の結果から、従来例では十分に時間をかければ二次突起を形成可能であるが、そのまま連続的に点灯すると、二次突起が消滅し、長時間での小電力点灯に影響があることがわかった。

【0057】

本発明の実施例では、小電力モードに切換えてから１時間は二次突起形成の試験を行うために、二次突起形成工程の点灯波形で点灯を行った。その１時間が経過した後は、二次突起維持の試験を行うために、二次突起維持工程の点灯波形で点灯を行った。
その結果、本発明では小電力点灯モード開始１分でフリッカが○（良好）となって安定し、素早く二次突起が形成されたということがわかる。さらにそのまま点灯しても、フリッカが悪化することはなかった。
１時間経過し、二次突起維持工程に移った後も、フリッカは安定していた。そのまま１００時間経過してもフリッカは安定していたので、この時点で試験終了とした。
以上のように、本発明は従来例と異なり、小電力点灯モードにおいて、二次突起の形成と、二次突起の維持という工程に分け、それぞれに最適化した点灯波形とすることで、小電力点灯において発生しやすいフリッカの問題を解決することができた。

【符号の説明】

【0058】

Ｕ１ 降圧チョッパ回路
Ｕ２ フルブリッジ回路
Ｕ３ スタータ回路
４ ドライバ
５ 制御部
１０ 放電ランプ
１１ 発光部
１２ 封止管部
２０ａ、２０ｂ 電極
２１ａ、２１ｂ 一次突起
２２ａ、２２ｂ 二次突起
１３ 金属箔
１４ 外部リード棒
５１ 駆動信号発生部
５２ コントローラ
５２ａ 点灯動作制御部
５２ｂ 駆動信号選択部
５２ｃ 電力制御部
Ｑｘ スイッチング素子
Ｌ１，Ｌｘ コイル
Ｃｘ，Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ
Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５ スイッチング素子
Ｄｘ ダイオード
Ｒ１〜Ｒ３，Ｒｘ 抵抗

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】