JP4697326B2 - 高圧放電ランプ点灯装置 - Google Patents

Description

本発明は、高圧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４０〜７０％まで小さくしても、安定に点灯させることができるとともに、電極の摩耗を防止することができる高圧放電ランプ点灯装置に関するものである。

発光管部内部に水銀を０．２０ｍｇ／ｍｍ³ 以上封入した高圧放電ランプが知られている。
このような高圧放電ランプ点灯装置が好適に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た。従来エコモードとは、定格消費電力よりも約７０〜８０％程度に電力を抑えて使用するモードであり、換言すると「小電力点灯モード」である。
このようなエコモードの期間は、電極先端に投入される電力が絞られるため、電極先端温度が低下し、アークの位置が不安定になりフリッカを起こし易い。
この小電力点灯モード期間のフリッカを改善するものではないが、上記ランプにおいてフリッカを抑える技術としては、例えば特許文献１、特許文献２等に記載されるものが知られている。

特許文献１記載の技術は、交流点灯方式において点灯周波数に特徴を有するものである。周波数を制御して電極先端の突起を電極先端に突起を形成し、この突起をアークの起点とすることによりアークを安定化する。電極先端の突起のサイズは、アーク安定化のため電力に対応して望ましい状態に制御することが要求され、その制御方法の一つは駆動周波数を変えることである。
突起は低い周波数では太く高い周波数では細くなることが知られているが、一方で、単純な波形を繰り返すのみでは、突起を維持できない。このような問題に対し、特許文献１の技術では、突起の維持、安定化を実現することが可能な点灯周波数を検討し、アークの安定化を図っている。
上記技術によれば、従来のエコモードのような小電力点灯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。

特開２００６−０５９７９０号公報 特表２００８−５０９５１８号公報

最近、プロジェクタ装置としては、画面に応じてランプ電流を下げ、コントラストを上げて使用するディミング機能を用いた「明るさ調整モード」や、更に電力を下げて使用する「スーパーエコモード」の使用ニーズが高い。このような状況の下、小電力時のランプ電力は更に絞られ、具体的には定格消費電力の４０〜７０％まで小さくすることが要求される。しかしながらこのように電力を下げ、定格点灯時の７０％以下に低下した場合、公知の技術をもって対応しても、アークが不安定になり、やがてフリッカが発生する。

この理由を、図１４を参照して、以下に説明する。図１４において、１０１、１０２はそれぞれ高圧放電ランプの発光管内に設けられた電極の球部、１０１ａ、１０２ａは球部の先端に形成された突起、１０３はアークである。
（ａ）定格電力点灯においては、図１４（ａ）に示すように球部１０１，１０２の先端に予め設けられた体積が比較的小さい突起部分１０１ａ，１０２ａによってアーク１０３が維持される。この期間においては、突起１０１ａ，１０２ａの大きさと電力の大きさがつりあい、電極先端部を高温に維持して、電子放出を容易にする。
（ｂ）定格電力の７０％以下となる小電力点灯モードで使用する場合には、電力の低下とともに先端部分の温度が低下する。このため、この突起の大きさでは電極先端温度が低すぎて安定な熱電子放出ができなくなり、長時間アーク１０３を維持することができなくなる。
（ｃ）電極先端の低温状態が続くと、突起先端でアーク１０３の起点が短い時間周期で移動し、移動したところに更に小さな突起（２次突起）を生成する。そしてアーク１０３の移動と突起の形成とが繰り返された結果、複数の２次突起が生成され、図１４（ｂ）（ｃ）に示すように、２次突起間でアーク１０３が移動するようになる。

この状況になると、それぞれの２次突起でのアーク起点の滞留時間が長くなり、長い時間周期で２次突起間をアーク起点が移動するようになる。２次突起でのアーク起点の滞留時間が長くなる理由は、２次突起のサイズは小さいため高温となり熱電子放出が可能になるためである。ただし、そのサイズは小さすぎて長時間維持することができず蒸発損耗し、他の２次突起と、対向する電極先端との距離（アークギャップ）のほうが短くなれば、アーク起点はそちらへ移動する。
このように２次突起が生成され、形成と消滅を繰り返し、アークを一定個所に維持できず、起点が移動してチラツキになって現れる。
一般的に、人間には短周期（＞５０Ｈｚ）の光変動は感じないが、長周期（＜５０Ｈｚ）の光変動は感じられるようになる。ランプのフリッカが顕著になるとスクリーンに映し出された映像にチラツキが現れ、不快感として感じられるようになる。

以上のように、定格電力の７０％以下となる小電力点灯モードで使用する場合には、電力の低下とともに先端部分の温度が低下し、アークを一定個所に維持できず、起点が移動してチラツキが生ずる。
本発明は上記従来技術の問題点を解決するものであって、本発明が解決しようとする課題は、ランプ電力を定格電力に対して７０％以下にしてランプを点灯しても、電極先端の突起を最適な状態に維持し、安定したアークを維持することができ、さらに、電極先端の突起の摩耗を防ぐことができる高圧放電ランプ点灯装置を提供することである。

本発明においては、次のようにして前記課題を解決する。
（１）石英ガラスからなる放電容器内に、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してこの放電容器に０．２０ｍｇ／ｍｍ³ 以上の水銀と、ハロゲンが封入された高圧放電ランプと、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高圧放電ランプ点灯装置において、この給電装置は、前記高圧放電ランプに対して、定常点灯モードと、定格消費電力に対して４０〜７０％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。
上記小電力点灯モードにおいては、図３（ｂ）に示すように、高圧放電ランプに対して１００Ｈｚ〜５ｋＨｚの範囲から選択された定常点灯周波数の交流電流Ｉｈと、この定常点灯周波数の交流電流よりも周波数が低い低周波数の交流電流ＩＬを交互に発生させ、低周波数の交流電流ＩＬが供給されている間には、この低周波数の交流電流ＩＬの半サイクル中において、当該交流電流ＩＬの電流値Ｉａ１よりも大きな電流値を有するブースト電流Ｉｂ１を少なくとも２回以上供給する。
（２）前記定常点灯周波数の交流電流Ｉｈを供給している間においても、図３（ｂ）に示すように該交流電流Ｉｈの電流値Ｉａ２よりも大きな電流値を有するブースト電流Ｉｂ２を供給する。

本発明においては、以下の効果を得ることができる。
（１）低周波数の交流電流ＩＬが供給されている間に、当該交流電流ＩＬの電流値Ｉａ１よりも大きな電流値を有するブースト電流Ｉｂ１を供給しているので、複数の２次突起が生成されることがなく、定格の７０％以下の小電力点灯モードでもアークの安定化を実現することができる。
また、低周波数の交流電流ＩＬの半サイクル中において、ブースト電流Ｉｂ１を少なくとも２回以上供給しているので、２回目のブーストで、電極温度をより高めることができる。このため、電極球部の構成材料であるタングステンを蒸発させて、突起先端に付着させることで電極先端の突起の磨耗を防止することができる。
（２）定常点灯周波数の交流電流Ｉｈを供給している間においても、該交流電流Ｉｈの電流値Ｉａ２よりも大きな電流値を有するブースト電流Ｉｂ２を供給することで、小電力点灯モードでもアークの安定化を実現することができるとともに、定常周波数の交流電流Ｉｈで点灯しているときと、低周波数の交流電流ＩＬで点灯しているときの明るさの違いを小さくすることができる。

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である。 本発明の高圧放電ランプの小電力点灯時における、電極先端の様子を説明する図である。 本発明の実施形態にかかる点灯波形の一例を示す図である。 小電力点灯時の点灯波形例と電極の先端部近傍の温度を示す図である。 突起の生成、維持、成長が可能な理由を説明する図（１）である。 突起の生成、維持、成長が可能な理由を説明する図（２）である。 本発明の実施形態にかかる点灯装置の構成例を示す図である。 小電力点灯時におけるブースト点灯動作を説明する図である。 小電力点灯時の点灯波形例１を示す図である。 小電力点灯時の点灯波形例２を示す図である。 小電力点灯時の点灯波形例３を示す図である。 小電力点灯時の点灯波形例４を示す図である。 小電力点灯時に低周波挿入のみを行った場合とブースト電流を供給した場合を比較した実験結果を示す図である。 従来技術に係る電極先端形状を説明する図である

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１１は石英ガラスからなり、略楕円球形の発光管部１２とその両端に連設されたロッド状の封止管部１３とを備えて構成される。
発光管部１２の内部にはタングステンよりなる一対の電極１４ａ，１４ｂが、極間２ｍｍ以下の間隔で対向配置されている。電極１４ａ，１４ｂは図２に示すように、小電力点灯時において、球部１４１と、球部１４１の先端に形成された一次突起１４２と、一次突起の先端にさらに形成された二次突起１４３を有する。
なお、この実施形態にかかる高圧放電ランプ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１４ａ，１４ｂ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。
封止管部１３の内部にはモリブデンよりなる帯状の金属箔１５が埋設され、この金属箔１５の発光管部１２側の端部には電極１４ａ，１４ｂの軸部が、他方の端部には外部リード棒１６が接続される。

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、放電空間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／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／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（黒化防止）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の場合、発光管１０の失透防止である。なお、放電空間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。

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、発光管部１２の最大外径１０ｍｍ、電極間距離１．０ｍｍ、発光管１１の内容積６０ｍｍ³ 、定格電圧７５Ｖ、定格電力２００Ｗ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、発光管部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０．８〜３．０Ｗ／ｍｍ² 、具体的には２．１Ｗ／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。
定格電力の４０〜７０％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、起点移動することなく、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。
なお、本発明における小電力点灯時のベース電流の周波数範囲は１００Ｈｚ〜５ｋＨｚである。また、定格消費電力に対し平均して４０〜７０％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。

図３は点灯波形の例であり、図３（ａ）は定格点灯波形と小電力点灯波形を示し、図３（ｂ）は小電力点灯波形の拡大図を示す。
波形Ａは、定格（定常）点灯モードで点灯させているときの電流波形を示し、波形Ｂは小電力点灯モードで点灯させているときの電流波形を示す。同図の縦軸は電流値、横軸は時間を表す。
放電ランプは定常点灯時（ノーマルモードあるいはエコモードの時）は、図３（ａ）の波形Ａで点灯され、小電力点灯時（スーパーエコモード）は図３（ａ）の波形Ｂに切り替えて点灯する。
定常点灯時（ノーマルモードあるいはエコモードの時）における波形Ａでは、高電圧放電ランプに対して、１００〜５ｋＨｚの範囲から選択された周波数を定常点灯周波数として、ブースト電流を付与しない交流電流を供給する。
波形Ａの具体的数値例を以下に示す。
定常点灯時の波形（Ａ）
・定格電力：２００Ｗ（例えば、８０Ｖ、２．５Ａ）
・定常点灯周波数：３７０Ｈｚ
・低周波数：４６．２５Ｈｚ
・低周波数の長さ：１サイクル
・低周波が発生し次の低周波が発生するまでの間隔：０．１秒

小電力点灯時（スーパーエコモードの時）の波形Ｂでは、図３（ｂ）に示すように１００Ｈｚ〜５ｋＨｚの範囲から選択された定常点灯周波数の電流値Ｉａ２（ベース電流値ともいう）の交流電流Ｉｈが供給されるベース点灯と、この定常点灯周波数よりも周波数が低い周波数の電流値Ｉａ１（低周波電流値という）の交流電流ＩＬが供給される低周波点灯を交互に行なう。さらに低周波数の交流電流ＩＬの半サイクル中において、ブースト率（ブースト電流Ｉｂ１／ベース電流Ｉａ１）に従ってアップしたブースト電流Ｉｂ１を少なくとも２回以上供給するとともに、ベース点灯時に周期的にブースト率（ブースト電流Ｉｂ２／ベース電流Ｉａ２）に従ってアップしたブースト電流Ｉｂ２を供給する。

その具体的手段の一例としては、小電力点灯周波数（基本周波数）とした交流電流を供給するとともに、この極性一回に定常電流に対してブースト率（１．２〜３．５）に従ってアップした電流を出力し、これを０．５ｍｓ〜４００ｍｓ間隔の周期で供給し、なお、かつ１０〜２００Ｈｚの低周波を挿入しつつ、低周波の半波の期間中に複数回のブースト電流を供給し点灯させるようにする。また、低周波の挿入間隔は、０．０００２〜０．４ｓ程度が好ましい。
なお、ブーストの挿入間隔を、後述するように基本周波数での点灯時と低周波での点灯時とで変えてもよく、また、ランプの配置などを考慮して、ランプの一方の電極と、他方の電極でブーストの周期を変えるようにしてもよい。
波形Ｂの具体的数値例を以下に示す。
小電力点灯時の波形（Ｂ）
・電力：１２０Ｗ（例えば、８０Ｖ、１．５Ａ）
・小電力点灯周波数：７４０Ｈｚ
・低周波：９２．５Ｈｚ
・低周波数の長さ：１サイクル
・低周波が発生し次の低周波が発生するまでの間隔：０．１秒
・ブースト率：２．５
・ブースト間隔（ｃ）：０．００１４秒

図４は、小電力点灯時の点灯波形例と、電極の先端部近傍の温度を示す図であり、同図（ａ）は点灯波形、（ｂ）は電極の先端部近傍の温度を示す。なお、ランプは一対の電極を備えているが（ｂ）はそのうちの一方の温度を示す。
図４（ａ）の区間Ｄ，Ｅに示すように、低周波数の交流電流の半サイクル中において、当該交流電流の電流値よりも大きな電流値を有するブースト電流を少なくとも２回以上供給し、さらに、上記定常点灯周波数の交流電流を供給している間においても、図４（ａ）の区間Ｂ，Ｃなどに示すように、該交流電流の電流値よりも大きな電流値を有するブースト電流を供給する。

上記のように、小電力モードの点灯において、図４（ａ）の区間Ｄ，Ｅに示すように、低周波中にブースト電流を半波に２回以上重畳することにより、電極先端部の温度を瞬間的により高い状態にすることができ、突起の生成、維持、成長に大きな効果を与えることが確認できた。
また、寿命末期のランプにおいても突起の成長が確認できており、ランプの長寿命化に対しても非常に有効なことも確認できた。なお、従来のように小電力点灯時に低周波を挿入するだけでは、寿命末期のランプに対する突起成長能力は少ない。

定格電力点灯、小電力点灯を問わず、一般に突起の成長のメカニズムは次の通りであると考えられる。
ランプ点灯中に電極先端付近やアークの輻射熱を浴びる電極外周付近の高温部から蒸発したタングステン（電極の構成材料）は、発光管内に存在するハロゲンや残留酸素と結合して、例えばハロゲンがＢｒならＷＢｒ、ＷＢｒ₂ 、ＷＯ、ＷＯ₂ 、ＷＯ₂ Ｂｒ、ＷＯ₂ Ｂｒ₂ 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気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。温度拡散（気相中の高温部＝アーク中から、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電界によって陰極方向へ引き寄せられる（＝ドリフトする）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、電極先端に析出し突起を形成する。

本実施例では、図４に示すようにブースト電流を供給しているので、次のように突起が成長するものと考えられる。
小電力点灯において、従来技術（ブーストが重畳されない場合）の場合（図４（ａ）の区間Ａ）、交流点灯による極性反転により電極温度は一定の間隔で変動するが、最高到達温度は図４（ｂ）のａのラインまで達しない。
これに対して、本実施例では、図４（ａ）の区間Ｄ，Ｅのように低周波を挿入しその半波中に複数回のブースト電流を供給しているので、電極の温度は図４（ｂ）のａのラインまで達したのち、ｂのラインまで上昇する。

その理由は、低周波期間における１回目のブースト電流が供給され電極の温度が著しく上昇し、電極の温度は図４（ｂ）のａのラインまで達し、その後供給される電流の変化により一時的に電極温度が低下する。しかし極性反転の場合とは異なり、電極温度は完全に低下しない。その後、電極の温度が下がりきる前に、再度ブースト電流が付与されるため、１回目のブースト電流供給の電極温度よりもさらに高くすることが可能となり、電極の温度を図４（ｂ）のｂのラインまで上昇させることができることによる。
なお、ブースト電流を２回あるいは4 回以上供給する場合も同様な理由で、電極先端温度は上昇する。
以上の理由により電極先端温度は、図４（ｂ）のラインｂまで達する。
低周波点灯中の複数回のブースト電流の付与により、電極先端の温度が従来よりも高い状態となるので、アーク近傍にはより多いタングステン原子もしくはタングステンイオンが存在していると推測される。
従来よりもタングステン原子、イオンが存在しているため、電極に印加される電圧の極性反転の際に、電極先端により多くタングステンを堆積することが出来、その結果、より突起を肥大化させより大きく、高く生成させることが出来ると考えられる。

また、本実施例では、前記図４（ａ）の区間Ｂ，Ｃに示すように、定常点灯周波数の交流電流を供給している間にも、ブースト電流を供給している。
図４（ａ）に示すように区間Ｂ，Ｃにおいてブースト電流を供給することで、図４（ｂ）に示すように、電極の先端温度をラインａまで上昇させることができる。このため、２次突起を維持することができ、フリッカの問題を解決することができる。
なお、この場合には、電極の先端温度はａのラインまでしか上がらないので、必ずしも上記のように電極先端の突起を成長させることはできないが、ブースト電流を供給することで、２次突起を維持することができるとともに、定常点灯周波数の交流電流点灯時と、低周波数の交流電流点灯時の明るさの違いを解消することができる。

以下、上記図４と、図５、図６によりフリッカを防止し、突起の生成、維持、成長に大きな効果を与えることができるメカニズムについて詳述する。
図５、図６は、定格点灯時と、小電力点灯時の電流波形と電極温度、電極状態を示したものであり、同図中の番号は図４（ａ）中の区間Ａ〜Ｅと対応している。
図５（イ）は定格点灯時の電流波形と電極状態を示したものであり、この場合は、電極サイズに対して十分な電流が供給されておりアークが安定している。
図５（ロ）（ハ）は図４（ａ）の区間Ａの点灯波形で点灯している場合を示し、（ロ）の状態では電極サイズに対して電流が不足しており、電極温度は上昇せず、（ハ）に示すように、電流の不足から2 次突起が形成され始める。この状態のまま点灯を続けるとフリッカへ発展する。
図５（ニ）は図４（ａ）の区間Ｂの点灯波形で点灯している場合を示し、片側の電極にブースト電流が供給されるため、電極温度が上昇し、片側の２次突起が消滅する。

図６（ホ）は図４（ａ）の区間Ｃの点灯波形で点灯している場合を示し、さらに反対側の電極にもブースト電流が供給され、両電極とも２次突起が消滅する。
図６（ヘ）は図４（ａ）の区間Ｄの点灯波形で点灯している場合を示し、低周波期間中の半波に複数回のブースト電流が供給され、電極温度が大きく上昇し、同図に示すようタングステン（Ｗ）が蒸発する。
図６（ト）は図４（ａ）の区間Ｅの点灯波形で点灯している場合を示し、すでにブースト電流が供給された側の電極は極性が変わることで、同図に示すように温度が低下するとともにタングステン（Ｗ）が電極に引き寄せられ１次突起に堆積する。また、反対側の電極は上記（へ）と同様に電極温度が大きく上昇し、タングステン（Ｗ）が蒸発する。
図６（チ）は上記ブースト電流の供給が終わり、図４（ａ）の区間Ａの点灯波形に戻った状態を示し、反対側の電極も上記（ト）と同じ動作が行われ、温度が低下するとともにタングステン（Ｗ）が電極に引き寄せられ１次突起に堆積する。これにより両側の突起の成長（肥大）が行われる。

図７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、直流電圧を交流電圧に変化させて放電ランプ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。

図７において、降圧チョッパ回路１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１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２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。
スタータ回路３は、抵抗Ｒ３とスイッチング素子Ｑ５の直列回路と、コンデンサＣ２とトランスＴ１から構成される。
スイッチング素子Ｑ５をオンにすると、コンデンサＣ２に充電されていた電荷がスイッチング素子Ｑ５、トランスＴ１の一次側巻線を介して放電し、トランスＴ１の二次側にパルス状の高電圧が発生する。この高電圧は、ランプ１０の補助電極Ｅｔに印加され、ランプを点灯させる。

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１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１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２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。

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。

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１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、ディミング又はスーパーエコモードへの切り替えにより、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（大きくする）。

以下、本実施例の点灯装置の動作について説明する。
（１）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３をトリガしてランプ１０を点灯させる。
（２）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。
（３）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１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１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。

（４）点灯電力指令値が大きい（ランプの定格電力の７０％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１００Ｈｚ〜５ｋＨｚ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よい。
（５）また、点灯電力指令値が小さい、すなわち定格電力の７０％以下（実用的には４０〜７０％）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、図３に示した小電力点灯モードの波形Ｂで点灯する。
すなわち、点灯周波数１００Ｈｚ〜５ｋＨｚで駆動され、ブースト電流が０．５ｍｓ〜４００ｍｓ間隔で挿入され、あわせて周波数５〜２００Ｈｚで駆動される低周波が挿入され、その半波中に２回以上前記ブースト電流が挿入される。

上記ブースト点灯動作について、図８により説明する。図８において、（ａ）は小電力点灯時に駆動信号発生部５１から出力されるブースト点灯信号を含む駆動信号、（ｂ）はブースト信号、（ｃ）は小電力点灯時のランプ電流波形（フルブリッジ回路出力）である。
小電力点灯時、点灯動作制御部５２ａは、図８（ｂ）に示すように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から図８（ａ）に示す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１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。
このため、図８（ｃ）に示すように、ブースト信号が出力される毎に、ランプには、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が供給される。

次に、小電力点灯時の点灯波形の例について説明する。
図９は、小電力点灯時の点灯波形例１（前記図３Ｂに示した波形と基本的には同じ波形）と、その具体的数値例を示す図であり、低周波による点灯時と小電力点灯周波数（基本周波数）による点灯時のブースト幅が同じで、挿入周期も同じ場合を示している。
なお、図９（ａ）は点灯波形と電極温度を示し、（ｂ）は周波数、挿入周期等を示す。また、Ｉｈは小電力点灯周波数（基本周波数）の交流電流、ＩＬは低周波の交流電流を示している。
また、ブースト幅Ａ，Ｂは同図に示すようにブースト電流が供給されている時間、ブースト挿入周期Ｔａ，Ｔｂはブースト電流が供給されてから次のブースト電流が供給されるまでの期間、低周波挿入周期ＴＬは、低周波が挿入されてから次の低周波が挿入されるまでの期間である。

図１０は小電力点灯時の点灯波形例２と、その具体的数値例を示す図であり、低周波による点灯時と小電力点灯周波数（基本周波数）による点灯時のブースト幅が同じで、挿入周期が異なる場合を示している。
図１１は小電力点灯時の点灯波形例３と、具体的数値例を示す図であり、低周波による点灯時と小電力点灯周波数（基本周波数）による点灯時のブースト幅、挿入周期とも異なる場合を示している。
図１２は小電力点灯時の点灯波形例４と、その具体的数値例を示す図であり、極性によりブーストの挿入間隔が異なる場合を示す。これは、例えば、副反射鏡などを用いているため、互いの電極温度が平衡ではない場合等に適用される。

次に、従来のように小電力点灯時に低周波挿入のみを行った場合と、本発明のようにブースト電流を供給した場合について、実験を行い本発明の効果を確認した。
図１３に実験結果を示す。ここでは、定格消費電力が２００Ｗ、２３０Ｗ、２７５Ｗの高圧放電ランプと、給電装置を用い、小電力点灯モードにおいて種々条件を変え、フリッカの有無を調べた。同図では、フリッカが発生した場合を「×」で、フリッカが発生しない場合を「○」で示している。なお、同図の（ａ）はランプ仕様、点灯条件と、従来技術で点灯させた場合（Ａ：従来技術での点灯）を示し、同図（ｂ）は本発明のようにブースト電流を供給して点灯させた場合（Ｂ：本発明で点灯）を示し、同図（ａ）の番号（１）〜（１６）のランプ仕様、点灯条件は同図（ｂ）の番号（１）〜（１６）にそれぞれ対応している。
同図Ａに示すように、小電力点灯時に低周波挿入のみを行った場合、点灯電力が小さいと、同図に示すように、すべての場合においてフリッカが発生した。
一方、同図Ｂに示すように、ブースト電流を供給した場合、同図Ａでフリッカが発生した電力と同じ電力で点灯させた場合であっても、フリッカが収束し、アークが安定したことが確認された。

１ 降圧チョッパ回路
２ フルブリッジ回路（フルブリッジ型インバータ回路）
３ スタータ回路
４ ドライバ
５ 制御部
１０ 放電ランプ
１１ 発光管
１２ 発光管部
１３ 封止管部
１４ａ，１４ｂ 電極
１５ 金属箔
１６ 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
Ｔ２ トランス
Ｅｔ 補助電極

Claims (2)

1. 石英ガラスからなる放電容器内に、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してこの放電容器に０．２０ｍｇ／ｍｍ³ 以上の水銀と、ハロゲンが封入された高圧放電ランプと、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高圧放電ランプ点灯装置において、
   前記給電装置は、前記高圧放電ランプに対して、定常点灯モードと、定格消費電力に対して４０〜７０％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において、前記高圧放電ランプに対して１００Ｈｚ〜５ｋＨｚの範囲から選択された定常点灯周波数の交流電流Ｉｈと、この定常点灯周波数の交流電流よりも周波数が低い低周波数の交流電流ＩＬを交互に発生するとともに、
   前記低周波数の交流電流ＩＬを供給している間に、当該交流ベース電流の半サイクル中において、当該交流電流ＩＬの電流値Ｉａよりも大きな電流値を有するブースト電流Ｉｂ１を少なくとも２回以上供給する
   ことを特徴とする高圧放電ランプ点灯装置。
2. 前記定常点灯周波数の交流電流Ｉｈを供給している間においても、該交流電流Ｉｈの電流値Ｉｂよりも大きな電流値を有するブースト電流Ｉｂ２を供給する
   ことを特徴とする請求項１の高圧放電ランプ点灯装置。

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