JP5095447B2

JP5095447B2 - 補助光源を備える光源装置

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Publication number: JP5095447B2
Application number: JP2008056175A
Authority: JP
Inventors: 敏孝藤井; 敦二中川
Original assignee: Phoenix Electric Co Ltd
Current assignee: Phoenix Electric Co Ltd
Priority date: 2008-03-06
Filing date: 2008-03-06
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2028-03-06
Also published as: JP2009212041A; US20090224667A1

Description

本発明は、高圧放電灯の点灯始動に必要な電圧を低下させる補助光源およびその補助光源と高圧放電灯とを備える光源装置に関する。

液晶プロジェクタや露光装置等の光学装置に用いられる光源装置には、主として高圧放電灯が使用されている。高圧放電灯は、水銀やハロゲン化物などの発光物質やハロゲンサイクル生成物等が封入された空間を有する発光管と、当該発光管内で互いに対向して配設された一対の主放電用電極とを有しており、点灯開始時に高電圧を印加し、主放電用電極間で絶縁破壊による放電を生じさせることにより、発光物質が励起されて発光する。

近年、高圧放電灯の点発光化や発光効率を高めるために発光物質の封入量が多くなるとともに、発光管の内部空間の容積は小さくなっている。このため、点灯時の発光管の内部圧力は非常に高くなっている。最近の例では２００気圧前後或はそれ以上のものが報告されている。さらに、この種の前記光学装置では、最初の点灯時間(コールドスタート)の短縮はもちろん、再点灯時間(ホットスタート)の短縮も要求されている。

特に発光管の内部圧力が高いほど放電の開始に必要な電圧は高くなることから、発光管の内部温度が高い状態での再点灯（ホットスタート）では、高い印加電圧が必要になるだけでなく高圧放電灯の温度がある程度下がるまで待つ必要があり、また、最初の点灯時間(コールドスタート)でも高い電圧（例えば、１０数ｋＶ）の印加が必要であった。

しかし、高圧放電灯の点灯始動時に高い電圧を印加することには問題が伴う。例えば、主放電用電極間だけでなく意図しないところ（例えば、絶縁ケーブル被覆の絶縁破壊あるいはコネクタや接続端子での沿面放電など）で絶縁破壊が生じて感電事故が発生したり、高い電圧を印加した時のノイズによって光学装置に配設されている電子回路が誤動作したりする等である。

そこで、より低い電圧で高圧放電灯を点灯始動する技術が開発されている（例えば、特許文献１）。特許文献１の光源装置１は、図１３に示すように、高圧放電灯２と、該高圧放電灯２とは別体に形成された補助光源３とで構成されている。この高圧放電灯２は、水銀などの発光物質Ｍ１がその内部空間に封入された発光部５ａおよび発光部５ａの内部空間を封止する一対の封止部５ｂを有する発光管５と、発光部５ａ内に互いに対向して配設された一対の主放電用電極６ａと、主放電用電極６ａに電気的に接続され、封止部５ｂに埋設された金属箔６ｂと、一端が金属箔６ｂに電気的に接続されるとともに封止部５ｂに埋設され、他端が発光管５の外部に突設された外部リード棒６ｃとで構成されている。

補助光源３は、放電によって励起されたときに紫外線を発生する物質が放電用媒質Ｍ２として封入された放電空間を有し、一方の封止部５ｂに隣接して配置された放電容器７と、放電容器７を介し、一方の封止部５ｂに埋設された一方の金属箔６ｂに対向して配設された始動電極８とで構成されており、一方の金属箔６ｂおよび始動電極８の間に高周波の電圧を印加するための導電ワイヤ９が始動電極８に電気的に接続されている。

この光源装置１では、高圧放電灯２の点灯始動に際し、一方の金属箔６ｂおよび始動電極８の間に高周波の電圧を印加する。すると、一方の金属箔６ｂおよび始動電極８の間で放電容器７の放電空間を介して誘電体バリア放電が生じ、この誘電体バリア放電によって励起された放電空間の放電用媒質Ｍ２が紫外線ＵＶを発生する。そして、この紫外線ＵＶが高圧放電灯２の発光部５ａ内に封入された発光物質Ｍ１を照射することによって当該発光物質Ｍ１がイオン化され、これにより主放電用電極６ａ間の放電が促進されるので、より低い印加電圧で高圧放電灯２が点灯始動する。
特開２００３−２０３６０５号公報

しかしながら、金属箔６ｂと始動電極８との間で誘電体バリア放電を発生させるためには、放電用媒質Ｍ２が封入された放電空間を介して金属箔６ｂと始動電極８との間で容量結合を生じさせる必要があることから、金属箔６ｂおよび始動電極８の間に高周波（例えば、１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚ）の電圧を印加しなければならず、このため、特許文献１の光源装置１では、以下のような問題があった。
（ｉ）光源装置１に給電する給電回路に、高周波の電圧を発生させる高周波電圧発生回路が必須となる。とりわけ、高圧放電灯２が交流電圧を必要としない直流点灯型高圧放電灯である場合、補助光源３を作動させるためだけにこの高周波電圧発生回路を用意しなければならなかった。
（ｉｉ）また、高周波電圧発生回路には周波数特性が良好なトランス類を使用しなければならず、このようなトランス類は高価であることから、給電回路全体のコストが高くなる要因となっていた。
（ｉｉｉ）また、高周波電圧発生回路から発生するノイズ対策が必要となり、このことも給電回路全体のコストアップにつながっていた。

本発明は、このような特許文献１の問題に鑑みて開発されたものである。それゆえに本発明の主たる課題は、高周波の電圧を印加することなく、高圧放電灯の点灯始動に必要な電圧を低下させる補助光源を備える光源装置を提供することにある。

請求項１に記載した発明は、「発光物質３０が封入された空間を有する発光管２６および前記発光管２６から延びる１又は２の封止部２８を有する封体容器２２と、前記発光管２６内で互いに対向して配設された一対の主放電用電極３４とを備える高圧放電灯１２、
内側に設けられた椀状の反射面５８と、その中央部に前記高圧放電灯１２の前記封止部２８が挿入固定された高圧放電灯取付孔５９とを備えるリフレクター１６、および
前記リフレクター１６の背面側に設けられ、前記リフレクター１６の前記高圧放電灯取付孔５９に取り付けられた前記封止部２８を介して前記発光管２６を照射する補助光源１４であって、真空状態の内部空間を有する真空容器４０と、前記真空容器４０内で互いに対向して配設された一対の電極５４と、前記真空容器４０内に配設され、前記電極５４に電圧が印加されたときに放出される電子ｅを受けて紫外線を含む光Ｌを放出する蛍光体４４とを備えており、高圧放電灯１２の発光管２６をその照射範囲に含み、少なくとも前記高圧放電灯１２が点灯する直前から点灯するまでの間に前記光Ｌを放出することを特徴とする補助光源１４を備える」光源装置１０である。

本発明に係る光源装置１０によれば、補助光源１４における一対の電極５４が真空状態の真空容器４０内に配設されているので、該電極５４間に電圧を印加して両電極間に電界を生じさせると、当該電圧が高圧放電灯１２の主放電用電極３４間で絶縁破壊を生じさせることのできない低い電圧であっても、一方の電極５４から他方の電極５４に向けて電子ｅが容易に放出され（電界放出）、真空容器４０内に配設された蛍光体４４が当該電子ｅを受けて紫外線を含む光Ｌを放出する。

そして、少なくとも高圧放電灯１２が点灯する直前から点灯するまでの間にこの紫外線を含む光Ｌが補助光源１４の照射範囲内に位置する当該高圧放電灯１２（この段階で、主放電用電極３４間には電圧が印加されている。）の発光管２６を照射すると、発光管２６内に配設された主放電用電極３４が光Ｌに含まれた紫外線を受けることにより、主放電用電極３４から電子が放出され易くなり（光電効果）、あるいは、発光管２６に封入された発光物質３０が光Ｌに含まれた紫外線を受けることによってイオン化し、主放電用電極３４間で放電が生じるための道（放電ルート）が形成されるので、コールドスタート時はもちろん、ホットスタート時でも低い電圧（例えば、１．５ｋＶ）でも高圧放電灯１２を瞬時に点灯始動することができる。

要するに、本発明に係る補助光源１４によれば、電極５４に印加する電圧は電界を生じさせるだけでよいことから、高電圧にする必要もなければ、誘電体バリア放電を発生させることのできないような低周波の交流電圧も用いることができるし(換言すれば、高周波は不要)、さらには電極５４の印加電圧に直流を用いることもできる。

ここで、真空容器４０における「真空状態」とは、大気圧よりも低い圧力状態(例えば、≦１０^-5Ｐａ)をいい、圧力がゼロの絶対真空だけに限られるものではない。また、真空容器４０内の真空度は、電極５４に印加する電圧値や電極５４の形状等に応じて適宜設定される。
そして、本発明に係る光源装置１０によれば、補助光源１４は、リフレクター１６の外側、即ち背面側に設けられている。このため、少なくとも高圧放電灯１２が点灯する直前から点灯するまでの間に、補助光源１４の電極５４に直流電圧あるいは低周波の交流電圧を印加して紫外線を含む光Ｌを高圧放電灯１２の封止部２８を介して発光管２６に照射することにより、前述の現象により高圧放電灯１２を低い電圧で点灯・再点灯始動させることができるだけでなく、補助光源１４が高圧放電灯１２からの光路を妨げないので、光源装置１０から照射される光の量を低下させるおそれがない。

請求項２に記載した発明は、請求項１に記載の光源装置１０に関し「前記補助光源１４における少なくとも一方の前記電極５４の表面には、電子ｅを放出し易くするためのエミッター４６が配設されている」ことを特徴とする。

本発明によれば、エミッター４６の働きにより、より低い電界で電極５４から電子ｅが放出されるので、低い印加電圧でも確実に光Ｌを放出することができる。

請求項３に記載した発明は、請求項１又は２に記載の光源装置１０に関し「前記高圧放電灯１２と前記補助光源１４とは、互いに並列に接続されている」ことを特徴とする。

上述したように、補助光源１４は、直流電圧あるいは低周波の交流電圧を印加することにより紫外線を含む光Ｌを放出することができるので、補助光源１４と高圧放電灯１２とを互いに並列に接続して光源装置１０を構成することにより、高圧放電灯１２を点灯始動させるとともに、点灯状態を維持するのに必要な直流電圧あるいは低周波の交流電圧を供給する給電装置１８を用意するだけでよく、高圧放電灯１２用の給電装置と、補助光源１４に給電する給電装置とを別々に用意する必要がない。

本発明に係る補助光源およびこれを備える光源装置によれば、点灯用の高い電圧はもちろん、誘電体バリア放電を発生させるような高周波の交流電圧を印加することなく、高圧放電灯の点灯始動に必要な電圧を低下させて該高圧放電灯の始動性を改善することができ、加えて、高周波の交流電圧が必要な従来技術の問題を解決することができる。

以下、本発明が適用された光源装置１０について説明する。光源装置１０は、図１〜３に示すように、高圧放電灯１２と、補助光源１４と、必要に応じて高圧放電灯１２が取り付けられるリフレクター１６とで構成されている。また、高圧放電灯１２および補助光源１４は互いに並列に接続されており、給電装置１８から給電線２０を介して給電される。なお、本発明は、シングルエンド型あるいはダブルエンド型、並びに直流点灯型あるいは交流点灯型のどの高圧放電灯にも適用できるが、以下では、最初にダブルエンド型で直流点灯型の高圧放電灯１２に適用する場合をその代表例として説明し、その後、ダブルエンド型で交流点灯型の高圧放電灯１２に適用する場合について直流点灯型との相違点に触れる。

高圧放電灯１２は、封体容器２２と、一対の主放電用マウント２４とで構成されている。封体容器２２は、内部に空間を有する略球状あるいはラグビー球状の発光管２６と、発光管２６の両側から延びる封止部２８とで構成されており、熱膨張および熱収縮がほとんど発生しない石英ガラスで形成されている。

発光管２６は、その内部空間に不活性ガス（例えばアルゴンやキセノンガス）や水銀蒸気などの発光物質３０、ハロゲンサイクルを生起させるハロゲン化物などが封入されており、当該空間において互いに離隔・対向して配設された主放電用電極３４（後述）間に印加して絶縁破壊による放電を生じさせることにより発光物質３０が励起されて発光する。

主放電用マウント２４は、モリブデンで形成された金属箔３２と、一端が発光管２６の空間内に配設され、他端が金属箔３２の一端に溶接等の手段によって取り付けられたタングステン製の主放電用電極３４と、金属箔３２の他端にその一端が取り付けられ、他端が封止部２８の外部へ突出する外部リード棒３６と、必要に応じて用いられるプレシールガラス３８とで構成されている（プレシールガラス３８については、次に詳述する）。直流点灯用の高圧放電灯１２の場合、図示したように、陽極側の主放電用電極３４ａが陰極側の主放電用電極３４ｂに比べて大きく形成される。

プレシールガラス３８は、金属箔３２と主放電用電極３４の他端部(金属箔３２との溶接部分とその近傍部分)と外部リード棒３６の一端部(金属箔３２との溶接部分とその近傍部分)とを内包する部材であり、封体容器２２と同じ石英ガラスで、肉厚は封体容器２２より薄いものが用いられている。なお、プレシールガラス３８の電極側先端は円錐台状に成型されており、シュリンクシールにより封止部２８の内部で融着・一体化された時に円錐台状成形部分まで確実に融着されるようになっている。

補助光源１４は、真空容器４０と、補助光源用マウント４２と、蛍光体４４と、エミッター４６とで構成されている。

真空容器４０は、その内部空間４８が真空状態に維持された発光部４９と、当該真空状態を維持するために発光部４９の両端に設けられた封止部５０とで構成されており、高圧放電灯１２の封体容器２２と同様に、熱膨張および熱収縮がほとんど発生しない石英ガラスで形成されている。ここで、真空容器４０における真空状態とは、大気圧よりも低い圧力状態をいい(例えば、≦１０^-5Ｐａ)、圧力がゼロの絶対真空だけに限られるものではない。

補助光源用マウント４２は、モリブデンで形成され、真空容器４０の封止部５０に埋設された一対の金属箔５２と、一端が真空容器４０内で互いに対向して配設され、他端が金属箔５２の一端にそれぞれ取り付けられ、円柱形状（もちろん、他の形状であってもよい）の一対のタングステン製の補助光源用の電極５４と、補助光源用の金属箔５２の他端にその一端が取り付けられ、他端が補助光源用の封止部５０の外部へ突出する一対の外部リード棒５６とで構成されている。なお、電界放出時に補助光源用の電極５４間に流れる電流は１ｍＡ以下と小さいことから、直流点灯用の補助光源１４であっても、陽極側の電極５４ａを陰極側の電極５４ｂに比べて大きく形成する必要はない。

蛍光体４４は、図３に示すように、補助光源用の電極５４間に電圧が印加されたときに放出される電子ｅを受けて紫外線を含む光Ｌを放出するものであり、陽極側の電極５４ａの先端部分を包むように、あるいは真空容器４０の内面(特に陽極側の電極５４ａの近傍部分)に塗着により取り付けられている（他の実施例については後述する）。

「蛍光体」とは、一般に、電子線、Ｘ線、紫外線、電界等のエネルギーを吸収し、吸収したエネルギーの一部を効率よく可視光線を含む紫外線から赤外線までを放出（発光）する物質をいい、ハロ燐酸塩、ケイ酸塩、酸化物などの母体と呼ばれる物質に、発光の素となる付活剤元素を数％混ぜ合わせて母体と付活剤元素とを互いに化学反応させたものが用いられている。本実施例の蛍光体４４には、電子ｅを受けて紫外線を含む光Ｌを放出する窒化硼素が用いられている。

エミッター４６は、電子ｅを放出し易くするために、必要に応じて陰極側の電極５４ｂに設けられるものであり、本実施例では、カーボンナノチューブが混入されたペースト状材を陰極側の電極５４ｂの表面に塗布することによって形成されている。エミッター４６にカーボンナノチューブを用いるのは、これを陰極側の電極５４ｂに塗布することで陰極側の電極５４ｂの表面にカーボンナノチューブの突起を多数設けることができ、カーボンナノチューブの直径は非常に細い（２ｎｍ〜３ｎｍ程度）ことから電界集中が起こり易く、陰極側の電極５４ｂからカーボンナノチューブを介してより低い印加電圧で電子ｅを放出できると考えられるからである。

リフレクター１６は、前述のように必要に応じて使用されるものであるが、ここではリフレクター１６を使用する場合を例にとって説明する。リフレクター１６は、図１に示すように、その中心に立設された高圧放電灯１２の発光管２６にて発生した光を前方へ反射させるために設けられる碗状部材である。

リフレクター１６の内面には、凹状の反射面５８が形成されており、リフレクター１６の中央部には、高圧放電灯取付孔５９が形成されている。また、高圧放電灯取付孔５９には、高圧放電灯１２の陽極側の封止部２８が挿入され、セメントＣで固定されている。陽極側の封止部２８が高圧放電灯取付孔５９から背方に露出しており、この部分に補助光源１４が設置され、補助光源１４からの光Ｌが陽極側の封止部２８を通って発光管２６に届くようになっている。また、図示していないが、補助光源１４は通気可能にて保護セラミックスに覆われている。なお、リフレクター１６の材質としては、ガラスや金属やアルミナシリケートなど種々の材料を使用することが可能であるが、本実施例では、安価な硼珪酸ガラスが使用されている。また、セメントＣとしては、アルミナ−シリカ（Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂）系，アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）系または炭化ケイ素（ＳｉＣ）系のものを用いることができる。

給電装置１８は、交流電源６０（直流電源でもよい）と主点灯回路１００と始動回路１５０とで構成されている。

主点灯回路１００は、交流電源６０からの電圧を受けて、高圧放電灯１２および補助光源１４に供給される電圧のばらつきや、経時的な電圧変化などを考慮し、高圧放電灯１２の連続点灯に必要な一定電力を安定的に高圧放電灯１２の主放電用電極３４間に供給するための回路であり、図４に示すように、高圧放電灯１２の点灯電流に応じたパルス幅制御信号を出力するパルス幅制御回路１０２と、パルス幅制御回路１０２から出力されたパルス幅制御信号に基づいてスイッチング動作を行うＦＥＴスイッチング部１０４と、ＦＥＴスイッチング部１０４から出力されるスイッチングパルス電流を平滑化して安定的に高圧放電灯１２に供給するリアクトル１０５および平滑コンデンサ部１０６と、高圧放電灯１２の点灯電流をセンス電圧として検出するセンス抵抗１０８とを備えている。

始動回路１５０は、高圧放電灯１２の点灯始動時において、主点灯回路１００から受けた電圧を、主放電用電極３４間で絶縁破壊が生じるよりも低く、かつ、補助光源１４の電極５４間に電界放電が生じる電圧まで高めて高圧放電灯１２の主放電用電極３４間および補助光源１４の電極５４間に印加する回路であり、点灯用ダイオード１５２と、分岐線１５４と、抵抗１５６と、トリガ素子１５８と、昇圧トランス１６０と、パルス生成用コンデンサ１６２と、昇圧出力ダイオード１６４とを備えている。点灯用ダイオード１５２は、主点灯回路１００のプラス側出力に接続されており、主点灯回路１００のプラス側出力は、プラス側出力ライン１６６とこれから分岐した分岐線１５４とに分かれており、分岐線１５４には抵抗１５６およびトリガ素子１５８が配設されており、これらを介して昇圧トランス１６０の１次側に接続されている。昇圧トランス１６０の一次側の他方は、ゼロボルトライン１６８に接続されている。また、抵抗１５６には、パルス生成用コンデンサ１６２の一端が直列に接続されており、他端が主点灯回路１００のゼロボルトライン１６８に接続されている。昇圧トランス１６０の２次側の一端は、昇圧出力ダイオード１６４を介して点灯用ダイオード１５２の出力側に接続され、他端は、プラス側出力ラインに接続されている。

（高圧放電灯の製造手順）
高圧放電灯１２の製造手順の一例について、図５に基づいて説明する。金属箔３２の一端に陽極側の主放電用電極３４ａの他端をスポット溶接し、続いて外部リード棒３６の一端を金属箔３２の他端にスポット溶接した後、一連に形成された陽極側の主放電用電極３４ａ−金属箔３２−外部リード棒３６を、肉厚ｔが０．５〜０．８ｍｍのプレシールガラス３８内に挿入する（ａ）。然る後、プレシールガラス３８を２０００℃以上の高温（石英ガラスの軟化点は、１６５０℃付近であることから、加熱温度は、２０００℃以上に設定されている。）で加熱して熱収縮させ、金属箔３２全体、陽極側の主放電用電極３４ａ及び外部リード棒３６の溶接部を含む金属箔３２近傍部分を埋設し（ｂ）、所定の位置で切断して主放電用マウント２４を製造する（ｃ）。この場合、プレシールガラス３８の肉厚ｔが薄いほど加熱時間を短くすることができるので、プレシールガラス３８の肉厚ｔを薄くすることにより、プレシールガラス３８と金属箔３２との熱収縮率が異なることに起因して金属箔３２の表面からプレシールガラス３８が剥離するおそれを少なくすることができる。陰極側も同様である。

このようにして形成した陽極側の主放電用マウント２４を、Ａｒ雰囲気中で、発光管２６の両側に封止部２８が突出形成されている封体容器２２の一方の封止部２８の内部空間に挿入し（この段階では、未だ発光管２６は封止されていない）、主放電用マウント２４から引き出された外部リード棒３６に仮止めされたリングＲの弾発力にて一方の封止部２８の内部空間で陽極側の主放電用マウント２４を位置決めし（ｄ）、２０００℃以上の高温で例えば１０〜１２秒間熱して封止部２８をシュリンクさせ、陽極側のプレシールガラス３８を封止部２８に埋設する（ｅ）。もちろん、上述したシュリンクシールの他に、加熱・軟化させた該封止部２８を金型（ピンチャー）で挟み込むピンチシールを行ってもよい。

陽極側の主放電用マウント２４の金属箔３２とその近傍部分を一方の封止部２８に埋設した後、発光管２６のウォッシングなど所定の作業をし、続いて発光管２６の内部空間に不活性ガスや水銀蒸気などの発光物質３０を封入し、上述したのと同様の手順で他方の封止部２８に陰極用の主放電用マウント２４の金属箔３２とその近傍部分を埋設して、高圧放電灯１２が完成する。

（補助光源の製造手順）
補助光源１４の製造手順の一例について、図６に基づいて説明する。金属箔５２の一端に予め(あるいは補助光源用マウント４２ａ作成後でも可)蛍光体４４を取り付けておいた陽極側の電極５４ａの他端をスポット溶接し、続いて外部リード棒５６の一端を金属箔５２の他端にスポット溶接し、陽極側の補助光源用マウント４２を完成させる。同様にして陰極側の補助光源用マウント４２ｂを完成させる。この場合、予め(あるいは補助光源用マウント４２ｂ作成後でも可)エミッター４６が陰極側の電極５４ｂに付着されている。

このように形成された陽極側の補助光源用マウント４２ａを肉厚ｔが０．５〜０．８ｍｍの真空容器４０となる石英管４０ａ内に挿入する（ａ）。然る後、Ａｒ又は窒素などの不活性雰囲気中で石英管４０ａに該不活性ガスを通流させながら該石英管４０ａのマウント挿入側の金属箔５２に一致する部分とその近傍部分を２０００℃以上の高温で加熱して熱収縮（もちろん、上述したようにピンチシールであってよい）させて陽極側の封止部５０ａを形成する（ｂ）。次に、予めエミッター４６を取り付けた陰極側の電極５４ｂを含む陰極側の補助光源用マウント４２を準備し、真空ポンプなどを用いて真空容器４０の内部空間４８を所定の真空度にしつつ、上述したのと同様の手順で他方の封止部５０に陰極側の補助光源用マウント４２の金属箔５２に一致する部分とその近傍部分を埋設する（ｃ）。

（高圧放電灯の点灯手順）
高圧放電灯１２を点灯する手順について説明する（図４参照）。給電装置１８のスイッチ（図示せず）をオンにすると、主点灯回路１００のＦＥＴスイッチング部１０４にてパルス幅制御が行われる。ＦＥＴスイッチング部１０４の出力は、リアクトル１０５および平滑コンデンサ部１０６によって平滑化されてプラス側出力ライン１６６へ出力される。プラス側出力ライン１６６の電圧は、高圧放電灯１２の始動時において３００Ｖ程度であり、定常点灯時には、高圧放電灯１２の所定の電圧（例えば８０Ｖ）にほぼ等しくなる。

このようにして主点灯回路１００から出力した電流は、高圧放電灯１２の定常点灯時には、高圧放電灯１２を通過してゼロボルトライン１６８を流れ、センス抵抗１０８に電圧を生成させる。パルス幅制御回路１０２は、このセンス抵抗１０８の電圧を検出して高圧放電灯１２に流れている点灯電流を検出するとともにプラス側出力ライン１６６の電圧を検出し、高圧放電灯１２に供給される電力が一定となるようにＦＥＴスイッチング部１０４を制御する。

高圧放電灯１２の定常点灯時は上述した通りであるが、高圧放電灯１２の点灯始動時は、以下のようになる。主点灯回路１００から出力された直流出力は、プラス側出力ライン１６６と分岐線１５４とに分岐して流れる。分岐側では、抵抗１５６を通ってパルス生成用コンデンサ１６２に流れてこれを充電し、パルス生成用コンデンサ１６２の電圧がトリガ素子１５８の所定のトリガ電圧（例えば１００Ｖ程度）に達したところでトリガ素子１５８が作動して昇圧トランス１６０の１次側にパルス電流が流れる。これを受けて２次側に生成された昇圧パルス電流は、昇圧出力ダイオード１６４の下流側の電圧を定常的に引き上げる（例えば、１．２ｋＶ）ことになり、この電圧がプラス側出力ライン１６６の電圧（約３００Ｖ）に重畳され、結果として高圧放電灯１２および補助光源１４には、約１．５ｋＶの直流電圧が印加される。

この直流電圧が印加されただけでは、高圧放電灯１２の主放電用電極３４間で絶縁破壊は生じない。ところが、一方で、この直流電圧が印加された補助光源１４は、電極５４が対向配置されている真空容器４０内が真空であるから、電極５４間に生じた前記低電圧に起因する電界により、陰極側の電極５４ｂからエミッター４６を介して陽極側の電極５４ａに向けて電子ｅが放出され易くなり、陽極側の電極５４ａの先端部分を包むように取り付けられた蛍光体４４は、この電子ｅを受けて紫外線を含む光Ｌを放出する。

補助光源１４から放出された光Ｌは、高圧放電灯１２の補助光源１４に対向する一方の端面（リフレクター１６の高圧放電灯取付孔５９から露出した端面）から封止部２８内を通って発光管２６に導かれ（光ファイバー効果）、発光管２６に封入された発光物質３０および主放電用電極３４を照らす（発光物質３０あるいは主放電用電極３４のどちらか一方を照らすだけでもよい）。この結果、高圧放電灯１２の主放電用電極３４間で絶縁破壊が生じて高圧放電灯１２が点灯始動点灯する。

このように、それだけでは主放電用電極３４間で絶縁破壊を生じさせることのできない低い直流電圧で高圧放電灯１２を点灯始動させることができる理由は以下の通りと考えられる。すなわち、紫外線を含む光Ｌが発光物質３０を照射した場合、該紫外線が発光物質３０をイオン化することにより、主放電用電極３４間で放電が生じるための道（放電ルート）が形成されるので、低い電圧でも高圧放電灯１２を点灯始動することができる。また、紫外線を含む光Ｌが主放電用電極３４を照射すると、主放電用電極３４から電子ｅが放出され易くなり（光電効果）、同様に、主放電用電極３４間の放電が促進されて低い電圧で高圧放電灯１２を点灯始動することができる。

このようにして高圧放電灯１２が点灯始動した後、グロー放電を経てアーク放電に移行し、さらに定常点灯に移行すると、ランプ電圧は次第に上昇して所定の電圧（例えば８０Ｖ）まで回復し、その後ほぼ一定の電圧となる。このとき、主点灯回路１００の出力電圧も当然に低下するため、パルス生成用コンデンサ１６２の充電電圧もトリガ素子１５８のトリガ電圧以下となるのでトリガ素子１５８が停止する。これにより、始動回路１５０が停止する。また、高圧放電灯１２の電圧が上述したとおり低下すると、同時に補助光源１４内の電界強度も低下して陰極側の電極５４ｂからの電子ｅの放出が停止するので、補助光源１４の発光も自動的に停止する。

なお、補助光源１４は、上述したものに限られず、真空容器４０における内部空間４８の真空度が低く（つまり、大気圧に近く）、金属箔５２を用いて気密性を高める必要がない場合は、図７に示すように、電極５４だけで補助光源用マウント４２を構成し、電極５４の軸部分を中心にして真空容器４０の両端を収縮させることにより、補助光源１４を形成してもよい。この場合、真空容器４０には、電極５４を構成するタングステンとほぼ同一の線膨張係数を有するハードガラスが用いられる。真空容器４０の線膨張係数と電極５４の線膨張係数とが互いに大きく異なることに起因し、封止部５０において気密不良が生じるのを回避するためである。

また、図８に示すように、真空容器４０における発光部４９の一方側にのみ封止部５０を形成してシングルエンドタイプの補助光源１４としてもよい。とりわけ、シングルエンドタイプの補助光源１４の場合、図９に示すように、リフレクター１６の高圧放電灯取付孔５９に、反射面５８側から発光部４９が見える向きで補助光源１４を挿入固定し易い。そして、高圧放電灯１２の一方の封止部２８をリフレクター１６の反射面５８側から挿入固定するとともに必要な配線を行うことにより、高圧放電灯取付孔５９内に補助光源１４が収容されたコンパクトな光源装置１０を形成することができる。

また、補助光源１４は、図１０に示すように、陽極側の電極５４ａの先端を陰極側の電極５４ｂに対向する円盤状に形成し、その表面に蛍光体４４を取り付けてもよい。また、蛍光体４４を陽極側の電極５４ａに取り付けるのではなく、図１１に示すように、真空容器４０の内面における陽極側に蛍光体４４を配設してもよい。陰極側の電極５４ｂから放出された電子ｅは、陽極側の電極５４ａに向かって一直線に飛ぶのではなく、電極５４間に発生した電界により、陽極側に向かってある程度自由な軌跡を描いて飛ぶことから、このように真空容器４０の内面に配設した蛍光体４４も電子ｅを受け、紫外線を含む光Ｌを放出することができる。

また、本実施例では、１セットの給電装置１８を用いて、互いに並列に接続された高圧放電灯１２および補助光源１４に給電する場合について説明したが、高圧放電灯１２と補助光源１４とに対して別々の給電装置で給電してもよい。ただし、この場合は、高圧放電灯１２が定常点灯になっても補助光源１４の発光は自動的に停止しないので、例えば、高圧放電灯側の給電装置からの供給電圧が低下したことを検知して補助光源１４への給電を停止する機能を備えた給電装置を補助光源側に使用する必要がある。

交流点灯用の高圧放電灯１２の場合、発光管２６内に配設される主放電用電極３４の互いに対向する端部形状には、同一形状のものが使用される。また、補助光源１４の電極５４に交流電圧が印加される場合、電子ｅは、交流サイクルに応じて両方の電極５４から交互に相手方の電極５４に向けて放出される。このため、図１２に示すように、真空容器４０の内面における両端部に蛍光体４４を配設してもよい（もちろん、真空容器４０の内面全体に配設してもよい）。これによれば、両方の電極５４にエミッター４６を取り付けることができるとともに、両方の電極５４から電子ｅが蛍光体４４に向けて放出されることになるので、交流サイクル全体において紫外線を含む光Ｌを放出できる補助光源１４を構成することができる。もちろん、直流用と同様に、一方の電極５４に蛍光体４４を取り付けるようにすることもできる。この場合、交流サイクルのうち、蛍光体４４を取り付けた一方の電極５４に向けて電子ｅが放出されるときにだけ光Ｌが放出されることになる。

また、給電装置１８については、交流を出力することのできる主点灯回路１００が用いられる他は上述した給電装置１８と同様であり、始動回路１５０は、補助光源１４の電極５４から電子ｅを放出される電界が生じる程度まで主点灯回路１００から出力された交流電圧を昇圧させるだけでよく、例えば高周波発生回路などを備える必要はない。

本件発明にかかる光源装置を示す図である。本件発明にかかる光源装置を構成する高圧放電灯を示す図である。本件発明にかかる補助光源を示す図である。直流電圧用の給電装置を示す回路図である。高圧放電灯の製造手順を示す図である。補助光源の製造手順を示す図である。補助光源の他の実施例を示す図である。シングルエンドタイプの補助光源を示す図である。シングルエンドタイプの補助光源を用いた場合の光源装置を示す図である。補助光源の他の実施例を示す図である。補助光源の他の実施例を示す図である。交流用の補助光源の一例を示す図である。従来技術を示す図である。

符号の説明

１０…光源装置
１２…高圧放電灯
１４…補助光源
１６…リフレクター
１８…給電装置
２０…給電線
２２…封体容器
２４…主放電用マウント
２６…発光管
２８…封止部
３０…発光物質
３２…金属箔
３４…主放電用電極
３４ａ…陽極側の主放電用電極
３４ｂ…陰極側の主放電用電極
３６…外部リード棒
３８…プレシールガラス
４０…真空容器
４２…補助光源用マウント
４４…蛍光体
４６…エミッター
４８…（真空容器の）内部空間
４９…（真空容器の）発光部
５０…（真空容器の）封止部
５２…金属箔
５４…電極
５４ａ…陽極側の電極
５４ｂ…陰極側の電極
５６…外部リード棒
５８…反射面
５９…高圧放電灯取付孔
６０…交流電源
１００…主点灯回路
１０２…パルス幅制御回路
１０４…ＦＥＴスイッチング部
１０５…リアクトル
１０６…平滑コンデンサ部
１０８…センス抵抗
１５０…始動回路
１５２…点灯用ダイオード
１５４…分岐線
１５６…抵抗
１５８…トリガ素子
１６０…昇圧トランス
１６２…パルス生成用コンデンサ
１６４…昇圧出力ダイオード
１６６…プラス側出力ライン
１６８…ゼロボルトライン

Claims

発光物質が封入された空間を有する発光管および前記発光管から延びる１又は２の封止部を有する封体容器と、前記発光管内で互いに対向して配設された一対の主放電用電極とを備える高圧放電灯、
内側に設けられた椀状の反射面と、その中央部に前記高圧放電灯の前記封止部が挿入固定された高圧放電灯取付孔とを備えるリフレクター、および
前記リフレクターの背面側に設けられ、前記リフレクターの前記高圧放電灯取付孔に取り付けられた前記封止部を介して前記発光管を照射する補助光源であって、真空状態の内部空間を有する真空容器と、前記真空容器内で互いに対向して配設された一対の電極と、前記真空容器内に配設され、前記電極に電圧が印加されたときに放出される電子を受けて紫外線を含む光を放出する蛍光体とを備えており、高圧放電灯の発光管をその照射範囲に含み、少なくとも前記高圧放電灯が点灯する直前から点灯するまでの間に前記光を放出することを特徴とする補助光源を備える、光源装置。
前記補助光源における少なくとも一方の前記電極の表面には、電子を放出し易くするためのエミッターが配設されていることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
前記高圧放電灯と前記補助光源とは、互いに並列に接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光源装置。