WO2018043199A1

WO2018043199A1 - 放電ランプ点灯装置

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Publication number: WO2018043199A1
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Inventors: 福田　稔; 榎本　幸司; 拓巳橋本
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Abstract

定格電力よりも小さい電力により放電ランプを点灯する場合において、放電ランプの長寿命化を実現可能な技術を提供する。　放電ランプ点灯装置は、所定のガスが封入された放電容器内に一対の電極が対向配置された放電ランプに対して電力を供給する給電部と、給電部に対して制御電力値に関する信号を出力する電力制御部と、を有する。給電部は、制御電力値に応じた電力を前記放電ランプに供給する構成である。電力制御部は、制御電力値を、放電ランプの定格電力よりも小さい第一の電力値に設定した後、第一の電力値よりも小さい第二の電力値を設定するというサイクルを繰り返す制御モードを有する。制御モードの実行時に、放電ランプのランプ電圧が所定の電圧よりも大きい場合には、制御電力値を、第二の電力値に代えて、第二の電力値よりも大きく第一の電力値よりも小さい第三の電力値に設定する。

Description

放電ランプ点灯装置

　本発明は放電ランプ点灯装置に関する。

　プロジェクタ等の光源には、高い水銀蒸気圧の放電ランプが使用されている。このような放電ランプは、水銀蒸気圧を高くすることにより、可視波長域の光を高い出力で得ることが可能になる。

　放電ランプは、放電容器によって形成されたほぼ球形の発光部を有し、この発光部の中には、一対の電極が例えば２ｍｍ以下という極めて小さい間隔で対向して配置されている。

　放電ランプは、点灯中、発光管の発光部内に対向配置された一対の電極の先端側表面にそれぞれ突起が形成され、この突起間に放電アークが保持されることにより、安定的な点灯状態が維持される。

　ところで、放電ランプの中には、当該放電ランプの定格電力よりも低い電力を供給することにより、消費電力の低減を図る機能を有するものがある。一例として、このような機能を有する放電ランプを備えるプロジェクタには、映像投影時のモードとして、ユーザによって選択可能な「通常モード」及び「省電力モード」が設けられている。ユーザが「通常モード」を選択すると、放電ランプに定格電力が供給され、「省電力モード」を選択すると、放電ランプに定格電力よりも低い電力が供給される。

　「省電力モード」によれば、消費電力の低減を図ることができるものの、以下のような問題があった。すなわち、電極先端の突起の形状が変形したり、場合によっては消滅することで、それぞれ起点の異なる放電アークが生じて放電位置が不安定となり、いわゆるフリッカと呼ばれる投射光のチラツキが発生する。この理由としては、省電力モード時に供給電力が低下することで電極の温度が下がり、安定した熱電子放出が得られないことに起因するものであると考えられる。

　そこで、上記の問題を解決するため、下記特許文献１の技術では、放電ランプの定格電力の５０％の電力を供給している間に、定格電力の８０％の電力を定期的に投入することが提案されている。具体的には、図８に示すように、定格電力の８０％を所定時間ｔだけ投入することにより、電極の先端の温度を上昇させ、これによって電極の突起の形状を修復することが開示されている。

特開２０１１－１３８７４２号公報

　しかしながら、本発明者らの鋭意研究によれば、上記特許文献１に記載の方法で放電ランプを点灯させた場合、ある一定以上の時間が経過すると、放電ランプのランプ電圧が急激に上昇し、その結果、放電ランプが短寿命化するということが分かった。より具体的には、放電ランプのランプ電圧が急激に上昇することによって電極の突起が変形したり、場合によっては消滅することで、上述した投射光のチラツキが生じ、安定した放電アークの実現が困難になることが分かった。

　本発明は、上記の課題に鑑み、定格電力よりも小さい電力により放電ランプを点灯する場合において、放電ランプの長寿命化を可能にする技術を提供することを目的とする。

　本発明の放電ランプ点灯装置は、
　所定のガスが封入された放電容器内に一対の電極が対向配置された放電ランプに対して電力を供給する給電部と、
　前記給電部に対して制御電力値に関する信号を出力する電力制御部と、を有し、
　前記給電部は、前記制御電力値に応じた電力を前記放電ランプに供給する構成であり、
　前記電力制御部は、
　　前記制御電力値を、前記放電ランプの定格電力よりも小さい第一の電力値に設定した後、前記第一の電力値よりも小さい第二の電力値を設定するというサイクルを繰り返す制御モードを有し、
　　前記制御モードの実行時に、前記放電ランプのランプ電圧が所定の電圧よりも大きい場合には、前記制御電力値を、前記第二の電力値に代えて、前記第二の電力値よりも大きく前記第一の電力値よりも小さい第三の電力値に設定することを特徴とする。

　上記構成によれば、放電ランプのランプ電圧が所定の電圧よりも大きい場合に、第二の電力値よりも大きく第一の電力値よりも小さい第三の電力値の電力が放電ランプに供給される。これにより、放電ランプのランプ電圧の上昇に伴って、当該放電ランプに供給される電流が極端に小さくなることを抑制できる。その結果、放電ランプの電極先端に設けられる突起の変形や、当該突起の消滅を抑制できるため、放電ランプの長寿命化を実現できる。

　上記構成において、
　前記電力制御部は、
　　前記制御電力値を前記第一の電力値に設定した後、前記第三の電力値に設定する前に、前記第一の電力値から前記第三の電力値に向かって徐々に小さくなるように、前記制御電力値を設定し、又は、
　　前記制御電力値を前記第三の電力値に設定した後、前記第一の電力値に設定する前に、前記第三の電力値から前記第一の電力値に向かって徐々に大きくなるように、前記制御電力値を設定するものとしても構わない。

　上記構成によれば、放電ランプに第一の電力値の電力を供給後、第三の電力値の電力を供給する前、又は、第三の電力値の電力を供給後、第一の電力値の電力を供給する前のうちの、少なくとも一方の期間において、放電ランプに供給される電力が徐々に上昇又は低下する。これにより、放電ランプに供給される電力が急激に上昇／低下することが抑制されるため、電極の温度が急激に変化することが抑制され、電極先端の突起がいびつな形状になりにくい。

　上記構成において、
　前記電力制御部は、前記放電ランプの前記ランプ電圧に応じて、前記第二の電力値よりも大きく前記第一の電力値よりも小さい範囲で前記第三の電力値を設定する構成であり、前記ランプ電圧が大きいほど、前記第三の電力値を大きな電力値に設定するものとしても構わない。

　上記構成によれば、放電ランプのランプ電圧が大きいほど、大きな電力（第三の電力値の電力）が放電ランプに供給される。このように、放電ランプのランプ電圧に応じて適切に設定された第三の電力値の電力が放電ランプに供給されるため、電極先端に設けられる突起の変形や、当該突起の消滅をより効果的に抑制でき、放電ランプの長寿命化をより効果的に図ることができる。

　上記構成において、
　前記第二の電力値は、前記放電ランプの前記定格電力の５０％よりも大きいものとしても構わない。

　上記構成によれば、定格電力の５０％以下の電力が放電ランプに供給されることが抑制されるため、放電ランプの省電力を図りつつも、照度の低下を抑制できる。

　上記構成において、
　前記給電部に対してパルス波を出力するパルス発生部をさらに有し、
　前記給電部は、供給される直流電力を、前記パルス波の周期数及び前記制御電力値に応じた交流電力に変換して前記放電ランプに供給する構成であるものとしても構わない。

　本発明の放電ランプ点灯装置によれば、定格電力よりも小さい電力により放電ランプを点灯する場合において、放電ランプの長寿命化を実現することができる。

放電ランプの断面模式図である。放電ランプの電極先端付近を拡大した断面模式図である。放電ランプ点灯装置の構成を模式的に示す回路ブロック図である。電力制御部の構成を模式的に示す回路ブロック図である。電力制御部によって設定される制御電力値の経時的な変化の一例を示すグラフである。ランプ電圧と制御電力値の最小値との対応の一例を示すデータテーブルである。別実施形態における、ランプ電圧と制御電力値の最小値との対応の一例を示すデータテーブルである。別実施形態における、ランプ電圧と制御電力値の最小値との対応の一例を示すグラフである。実施例及び比較例のそれぞれの点灯制御下でのランプ電圧の時間変化をグラフにしたものである。従来の技術により放電ランプに供給される電力の経時的な変化を示すグラフである。

　本発明の放電ランプ点灯装置の実施形態につき、図面を参照して説明する。ここで、点灯装置の構成に関する説明に先立ち、当該点灯装置によって交流電流が供給される対象となる放電ランプの構成について、図面を参照して説明する。なお、各図において図面の寸法比と実際の寸法比は必ずしも一致しない。

　［ランプの構成］
　図１Ａ及び図１Ｂに、放電ランプの断面模式図を示す。図１Ｂは、図１Ａの電極先端付近を拡大した断面模式図である。

　放電ランプ１０は、石英ガラスからなる放電容器によって形成された、ほぼ球形の発光部１１を有する。放電容器の材料は石英ガラスに限定されず、他の材料で構成されていても構わない。

　この発光部１１の中には、一対の電極２０ａ、２０ｂが例えば２ｍｍ以下という極めて小さい間隔で対向配置している。

　また、発光部１１の両端部には封止部１２が形成される。この封止部１２には、モリブデン等で構成された導電用の金属箔１３が、例えばシュリンクシールにより気密に埋設されている。金属箔１３の一端には電極２０ａ、２０ｂの軸部が接合しており、金属箔１３の他端には外部リード１４が接合し、後述する本発明の放電ランプ点灯装置から電力が供給される。

　放電ランプ１０の発光部１１には、水銀、希ガス、及びハロゲンガスが封入されている。

　水銀は、必要な可視光波長、例えば、波長３６０～７８０ｎｍの放射光を得るためのものであり、具体的数値でいうと、０．２０ｍｇ／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、点灯時における発光部内部の圧力を２００気圧以上という高い蒸気圧を実現するものである。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２５０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に適した光源を実現できる。

　希ガスとしては、例えばアルゴンガスが約１３ｋＰａ封入される。その機能は点灯始動性を改善することにある。

　また、ハロゲンガスとしては、ヨウ素、臭素、塩素などが水銀又はその他の金属との化合物形態で封入される。ハロゲンの封入量は、１０^－６μｍｏｌ／ｍｍ^３～１０^－２μｍｏｌ／ｍｍ^３の範囲から選択される。ハロゲンを封入する最大の理由は、いわゆるハロゲンサイクルを利用した放電ランプの長寿命化のためである。また、放電ランプ１０を極めて小型で且つ極めて高い点灯蒸気圧とした場合には、ハロゲンを封入することで放電容器の失透防止という作用も得られる。失透とは、準安定のガラス状態から結晶化が進行し、多くの結晶核から成長した結晶粒の集合体へと変化することをいう。仮にこのような現象が生じると、結晶の粒界で光が散乱されて放電容器が不透明になってしまう。

　なお、同様の機能を実現できるのであれば、発光部１１に封入されるガスは上記ガスに限定されるものではない。

　放電ランプ１０の一実施例としては、発光部の最大外径９．４ｍｍ、電極間距離１．０ｍｍ、放電容器内容積５５ｍｍ^３、定格電圧７０Ｖ、定格電力１８０Ｗであり交流方式で電力が供給される構成とすることができる。

　また、近年において小型化が進行するプロジェクタに放電ランプ１０を内蔵して利用することを想定した場合、放電ランプ１０は全体寸法として極めて小型化が要請され、その一方で高い発光光量も要求される。このため、発光部内の熱的影響は極めて厳しいものとなり、ランプの管壁負荷値は０．８～２．５Ｗ／ｍｍ^２、具体的には２．４Ｗ／ｍｍ^２となる。このように、高い水銀蒸気圧や管壁負荷値を有する放電ランプ１０が、プロジェクタやオーバーヘッドプロジェクタのようなプレゼンテーション用機器に搭載されることで、プレゼンテーション用機器に演色性の良い放射光を提供することができる。

　［電極先端の形状］
　図１Ｂに示すように、電極２０ａは頭部２９ａと軸部３０ａによって構成され、電極２０ｂは頭部２９ｂと軸部３０ｂによって構成される。そして、電極２０ａ及び電極２０ｂには、いずれも先端に突起２１が形成されている。この突起２１は、ランプ点灯時、電極先端において溶融した電極材料が凝集して形成されるものである。本実施形態では、電極２０ａ及び電極２０ｂがいずれもタングステンで構成されるものとして説明するが、材料はこれに限定されるものではない。

　電極２０ａ及び電極２０ｂに対して通電がされると、白熱して高温化され、これらを構成するタングステンが昇華する。昇華したタングステンは、比較的に低温部である発光部１１の内壁面領域において、封入されていたハロゲンガスと結合して、ハロゲン化タングステンを形成する。ハロゲン化タングステンの蒸気圧は比較的高いことから、ガスの状態で再び電極２０ａ及び電極２０ｂの先端付近に再び移動する。そして、この箇所で再度加熱されると、ハロゲン化タングステンはハロゲンとタングステンに分離される。このうちタングステンは、電極２０ａ及び電極２０ｂの先端に戻って凝集され、ハロゲンは発光部１１内のハロゲンガスとして復帰する。これが上記の「ハロゲンサイクル」に対応する。なお、この凝集されたタングステンが、電極２０ａ及び電極２０ｂの先端近傍に付着することで、突起２１が形成される。

　［点灯装置の構成］
　図２Ａは、本発明の放電ランプ点灯装置の構成を模式的に示す回路ブロック図である。図２Ａに示すように、点灯装置１は、給電部３と制御部４を含んで構成される。制御部４は、パルス発生部４１、電力制御部４２、及び周波数制御部４３を備え、周波数制御部４３からの信号に基づいて決定された周波数を有するパルス波Ｐがパルス発生部４１から給電部３に供給される。そして、給電部３は、電力制御部４２から出力される制御電力値に関する信号（図２Ａ内におけるゲート信号Ｇｘに対応する）と、パルス発生部４１から出力されたパルス波Ｐとに基づいて交流電流を生成し、放電ランプ１０に供給する。放電ランプ１０は、この交流電流が供給されることで点灯する。

　　〈給電部〉
　給電部３は、降圧チョッパ部３１、ＤＣ／ＡＣ変換部３２、及びスタータ部３３を備える。

　降圧チョッパ部３１は、供給される直流電圧Ｖｄｃを所望の低電圧に降圧し、後段のＤＣ／ＡＣ変換部３２に出力する。図２Ａでは、具体的な構成例として、降圧チョッパ部３１は、スイッチング素子Ｑｘ、リアクトルＬｘ、ダイオードＤｘ、平滑コンデンサＣｘ、抵抗Ｒｘ、及び分圧抵抗Ｖｘを有するものが図示されている。

　スイッチング素子Ｑｘは、直流電圧Ｖｄｃが供給される＋側電源端子に一端が接続され、他端がリアクトルＬｘの一端に接続される。ダイオードＤｘは、カソード端子がスイッチング素子Ｑｘ及びリアクトルＬｘの接続点に接続され、アノード端子が－側電源端子に接続される。平滑コンデンサＣｘは、一端（＋側端子）がリアクトルＬｘの出力側端子に接続され、他端（－側端子）が抵抗Ｒｘの出力側端子に接続される。抵抗Ｒｘは、平滑コンデンサＣｘの－側端子とダイオードＤｘのアノード端子の間に接続され、電流検出の機能を実現している。また、分圧抵抗Ｖｘは、平滑コンデンサＣｘの－側端子と＋側端子の間に接続され、電圧検出の機能を実現している。

　スイッチング素子Ｑｘは、電力制御部４２が出力するゲート信号Ｇｘによって駆動される。このゲート信号Ｇｘのデューティ比により、降圧チョッパ部３１は入力直流電圧Ｖｄｃをこのデューティ比に応じた電圧に降圧して後段のＤＣ／ＡＣ変換部３２に出力する。

　ＤＣ／ＡＣ変換部３２は、入力された直流電圧を所望の周波数の交流電圧に変換して、後段のスタータ部３３に出力する。図２Ａでは、具体的な構成例として、ＤＣ／ＡＣ変換部３２が、ブリッジ状に接続したスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４から構成されたものが図示されている（フルブリッジ回路）。

　スイッチング素子Ｑ１は、ドライバ３５から出力されるゲート信号Ｇ１によって駆動される。同様に、スイッチング素子Ｑ２はゲート信号Ｇ２によって駆動され、スイッチング素子Ｑ３はゲート信号Ｇ３によって駆動され、スイッチング素子Ｑ４はゲート信号Ｇ４によって駆動される。ドライバ３５は、対角に配置されたスイッチング素子Ｑ１及びＱ３の組と、スイッチング素子Ｑ２及びＱ４の組に対して、交互にオン／オフを繰り返すようにゲート信号を出力する。これにより、スイッチング素子Ｑ１及びＱ２の接続点と、スイッチング素子Ｑ３及びＱ４の接続点の間に、矩形波状の交流電圧が発生する。

　スタータ部３３は、放電ランプ始動時にＤＣ／ＡＣ部３２から供給される交流電圧を昇圧して放電ランプ１０に供給するための回路部である。図２Ａでは、具体的な構成例として、スタータ部３３が、コイルＬｈ及びコンデンサＣｈで構成されたものが図示されている。放電ランプ始動時に、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（例えば数百ｋＨｚ）の交流電圧をＤＣ／ＡＣ部３２から印加することで、スタータ部３３の二次側において放電ランプ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、放電ランプが点灯した後はＤＣ／ＡＣ部３２から供給される交流電圧の周波数を定常周波数（例えば６０～１０００Ｈｚ）に移行し、定常点灯動作が行われる。

　なお、上記回路において、スタータ部３３に供給される交流電圧の周波数の変更は、ＤＣ／ＡＣ部３２におけるスイッチング素子Ｑ１及びＱ３の組と、スイッチング素子Ｑ２及びＱ４の組のオン／オフ切替の周期を調整することで達成できる。また、スタータ部３３に供給される交流電圧の波高値の変更は、降圧チョッパ部３１におけるスイッチング素子Ｑｘの動作デューティ比を調整することで達成できる。

　すなわち、降圧チョッパ部３１のスイッチング素子Ｑｘは、電力制御部４２が出力するゲート信号Ｇｘのデューティ比に応じたスイッチング周波数でオン／オフし、これによって放電ランプ１０に供給される電力が変化する。例えば放電ランプ１０への供給電力を上昇させたい場合、電力制御部４２は、所望の電力値となるようにゲート信号Ｇｘのデューティ比を上げる制御を行う。

　　〈制御部〉
　上述したように、制御部４は、パルス発生部４１、電力制御部４２及び周波数制御部４３を備える。パルス発生部４１は、発生したパルス信号ＰをＤＣ／ＡＣ部３２のドライバ３５に出力する。前述したように、このパルス信号に基づいて、ＤＣ／ＡＣ部３２のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４に対するスイッチング制御が行われる。

　パルス発生部４１は、周波数制御部４３から指定された周波数のパルス信号を生成する。周波数制御部４３は、上述した電力制御部４２と共に、マイコン等によって構成されるものとして構わない。以下、図２Ｂを参照して、電力制御部４２の構成について詳細に説明する。

　　〈電力制御部の構成〉
　図２Ｂは、電力制御部４２の構成を模式的に示す回路ブロック図である。図２Ｂに示すように、電力制御部４２は、電力設定部４２１、電力演算部４２３、比較部４２５、及び、変調部４２７を含んでなる。

　電力設定部４２１は、目標とする電力値（以下、制御電力値と呼ぶ）を設定する。ここで、放電ランプ点灯装置１は、放電ランプ１０に供給される電力値が互いに異なる「通常モード」及び「省電力モード」を設定可能に構成されている。ユーザは、放電ランプ点灯装置１の操作部（図示略）を介して、「通常モード」及び「省電力モード」のうち何れかを選択できる。電力設定部４２１は、「通常モード」及び「省電力モード」のそれぞれにおいて、異なった電力値を制御電力値に設定する。なお、これらの「通常モード」や「省電力モード」が「制御モード」の一例である。

　ユーザが「通常モード」を選択すると、操作部（図示略）から電力設定部４２１に「通常モード」を示す信号（図示略）が与えられる。電力設定部４２１は、「通常モード」を示す信号を与えられると、制御電力値を放電ランプ１０の定格電力（一例として、２８０Ｗ）に設定する。

　同様に、ユーザが「省電力モード」を選択すると、電力設定部４２１に「省電力モード」を示す信号が与えられ、電力設定部４２１は、制御電力値を、定格電力よりも小さい電力値に設定する。詳細は後述するが、「省電力モード」では、電力設定部４２１は、放電ランプ１０のランプ電圧に応じて制御電力値を設定する。なお、上述したように、本実施形態の構成では、放電ランプ１０のランプ電圧は、降圧チョッパ部３１の分圧抵抗Ｖｘによって検出される。

　電力演算部４２３は、降圧チョッパ部３１の分圧抵抗Ｖｘにより検出された電圧値Ｖと、抵抗Ｒｘにより検出された電流値Ｉとを用いて、電力値を演算する。

　比較部４２５は、電力設定部４２１で設定された制御電力値と、電力演算部４２３で演算された電力値を比較する。電力演算部４２３で演算された電力値が、電力設定部４２１で設定された制御電力値に比べて大きい場合、変調部４２７は、ゲート信号Ｇｘのデューティ比を下げる。反対に、電力演算部４２３で演算された電力値が、電力設定部４２１で設定された制御電力値に比べて小さい場合、変調部４２７は、ゲート信号Ｇｘのデューティ比を上げる。

　以上のように、電力制御部４２は、降圧チョッパ部３１の抵抗Ｒｘを流れる電流値Ｉ、分圧抵抗Ｖｘが示す電圧値Ｖ、及び、制御電力値に基づいてゲート信号Ｇｘのデューティ比を適宜変更する。そして、電力演算部４２３から入力される電力値を、制御電力値に維持させるためのフィードバック制御を行う。これにより、「通常モード」では、放電ランプ１０に定格電力（一例として、２８０Ｗ）が供給され、「省電力モード」では、定格電力よりも低い電力が供給される。

　［制御電力値］
　続いて、「省電力モード」において、電力設定部４２１により設定される制御電力値について詳細に説明する。図３に電力設定部４２１によって設定される制御電力値の経時的な変化の一例を示す。図３において、横軸は時刻を示し、縦軸は制御電力値を示す。図３では、一例として、まず初めにユーザが「通常モード」を選択して放電ランプ１０の点灯を開始し、点灯開始から時間ｔ_１が経過したとき、ユーザが「省電力モード」を選択した場合を示している。なお、ユーザによって選択されなくても、点灯装置の駆動を開始した時点で自動的に「通常モード」に設定されるものとしても構わない。

　上述のように、「通常モード」において、電力設定部４２１は制御電力値を放電ランプ１０の定格電力（図３の例では２８０Ｗ）に設定する。

　そして、点灯開始から時間ｔ_１が経過し、「省電力モード」に移行する旨の指示が与えられると、電力設定部４２１は、制御電力値を放電ランプ１０の定格電力よりも低い第一の電力値（一例として、２００Ｗ）に設定する。電力設定部４２１は、その後、一定の期間Ｔ_ａ（一例として、３００秒）にわたって、制御電力値を当該第一の電力値に維持する。

　電力設定部４２１は、制御電力値を期間Ｔ_ａにわたって第一の電力値に維持した後、制御電力値を、放電ランプ１０のランプ電圧に応じて、第一の電力値よりも低い電力値に設定する。具体的には、電力設定部４２１は、放電ランプ１０のランプ電圧が所定の電圧（一例として、７５Ｖ）より大きい場合と、当該所定の電圧以下である場合とについて、異なった制御を行う。

　初めに、電力設定部４２１が取得したランプ電圧が、所定の電圧（一例として、７５Ｖ）以下である場合について、図３を参照して説明する。図３では、時刻ｔ_２において電力設定部４２１が取得したランプ電圧が、７５Ｖ以下（一例として、６０Ｖ）である場合を図示している。

　図３に示すように、電力設定部４２１は、時刻ｔ_２において電力設定部４２１が取得したランプ電圧が７５Ｖ以下である場合には、第一の電力値よりも小さい第二の電力値（一例として、１６３Ｗ）を、制御電力値の最小値に特定する。なお、この第二の電力値は、放電ランプ１０の定格電力の５０％よりも大きい電力値であればよい。

　電力設定部４２１は、時刻ｔ_２以後、制御電力値を、第一の電力値から当該第二の電力値に向かって徐々に小さくなるように設定する。なお、図３の例では、電力設定部４２１は、一定の期間Ｔ_ｂ（一例として、２２０秒）にかけて、制御電力値を２００Ｗ（第一の電力値）から１６３Ｗ（第二の電力値）まで低下させている。

　電力設定部４２１は、制御電力値を第二の電力値まで低下させた後、制御電力値を、一定の期間Ｔ_ｃ（一例として、３０秒）だけ、当該第二の電力値に維持する。

　電力設定部４２１は、制御電力値が第二の電力値に設定された期間としてＴ_ｃが経過すると、一定の期間Ｔ_ｄ（一例として、２２０秒）をかけて、制御電力値を第二の電力値から第一の電力値に向かって徐々に大きくなるように設定する。なお、ここでは、期間Ｔ_ｄを期間Ｔ_ｂに等しい時間としているが、必ずしも等しくなくても構わない。

　電力設定部４２１は、制御電力値を第一の電力値まで上昇させると、再び、「第一の電力値に維持（期間Ｔ_ａ）→第一の電力値から第二の電力値まで低下（期間Ｔ_ｂ）→第二の電力値に維持（期間Ｔ_ｃ）→第二の電力値から第一の電力値まで上昇（期間Ｔ_ｄ）」というサイクル（以下、単に「サイクル」と呼ぶことがある）を繰り返す。なお図３では、一例として、上記のサイクルを２回繰り返した場合を図示している。

　次に、電力設定部４２１が取得したランプ電圧が、所定の電圧（一例として、７５Ｖ）より大きい場合について、説明する。この場合、電力設定部４２１は、制御電力値の最小値を、第二の電力値（一例として、１６３Ｗ）よりも大きく、第一の電力値（一例として、２００Ｗ）よりも小さい電力値に設定する。そして、電力設定部４２１は、制御電力値を、第一の電力値から当該最小値に向かって徐々に小さくなるように設定し、その後、当該最小値に一定の期間にわたって維持し、その後、当該最小値から第一の電力値に向かって徐々に大きくなるように設定する。

　以下、図３を参照して、ランプ電圧が所定の電圧（一例として、７５Ｖ）より大きい場合に設定される制御電力値について、詳細に説明する。図３の例では、ランプ電圧が特定の電圧（一例として、８８Ｖ）以下である場合と、前記特定の電圧よりも大きい場合とについて、異なった制御を行う。なお、前記特定の電圧とは、前記所定の電圧よりも大きい電圧である。

　具体的には、図３の例では、上記のサイクルが２回繰り返された後、期間Ｔ_ａだけ経過した時刻ｔ_４において、電力設定部４２１が取得したランプ電圧が７５Ｖより大きく、８８Ｖ以下（一例として、８０Ｖ）である場合を図示している。

　図３に示すように、電力設定部４２１は、期間Ｔ_ａだけ制御電力値を第一の電力値（一例として、２００Ｗ）に維持すると（時刻ｔ_４）、制御電力値の最小値を、第一の電力値よりも小さく、第二の電力値よりも大きい第三の電力値（一例として、１８０Ｗ）に特定する。

　そして、電力設定部４２１は、制御電力値を、第一の電力値から第三の電力値（一例として、１８０Ｗ）に向かって徐々に小さくなるように設定する。その後、電力設定部４２１は、制御電力値を第三の電力値に維持し、その後、第三の電力値から第一の電力値に向かって徐々に大きくなるように設定する。

　なお、図３の例では、電力設定部４２１は、一定の期間Ｔ_ｅ又はＴ_ｇ（一例として、１１０秒）をかけて、制御電力値を第一の電力値から第三の電力値まで低下／上昇させ、一定の期間Ｔ_ｆ（一例として、２５０秒）だけ制御電力値を第三の電力値に維持する。なお、ここでは、期間Ｔ_ｅ及び期間Ｔ_ｇを等しい時間としているが、必ずしも等しくなくても構わない。

　そして、電力設定部４２１は、制御電力値が第三の電力値（一例として、１８０Ｗ）から第一の電力値（一例として、２００Ｗ）まで上昇すると、再び、期間Ｔ_ａ（一例として、３００秒）だけ、制御電力値を当該第一の電力値に維持する。

　このように、電力設定部４２１が取得したランプ電圧が、所定の電圧（一例として、７５Ｖ）より大きく、特定の電圧（一例として、８８Ｖ）以下である場合、制御電力値は、第一の電力値（一例として、２００Ｗ）から第三の電力値（一例として、１８０Ｗ）までの値に設定される。即ち、制御電力値は、上述したサイクル（ランプ電圧が一例として７５Ｖ以下の場合）のように、第二の電力値（一例として、１６３Ｗ）から第三の電力値（一例として、１８０Ｗ）までの低い電力値に設定されない。

　続いて、電力設定部４２１が取得したランプ電圧が、特定の電圧（一例として、８８Ｖ）よりも大きい場合について、図３を参照して説明する。図３の例では、時刻ｔ_５に、電力設定部４２１が取得したランプ電圧が８８Ｖよりも大きい（一例として、９５Ｖ）場合を図示している。

　図３に示すように、電力設定部４２１は、期間Ｔ_ａだけ制御電力値を第一の電力値（一例として、２００Ｗ）に維持すると（時刻ｔ_５）、制御電力値の最小値を、第一の電力値（一例として、２００Ｗ）よりも小さく、第三の電力値（一例として、１６３Ｗ）よりも大きい第四の電力値（一例として、１９７Ｗ）に特定する。

　電力設定部４２１は、第四の電力値を特定すると、図３に示すように、制御電力値を、第一の電力値から第四の電力値（一例として、１９７Ｗ）に向かって徐々に小さくなるように設定する。その後、電力設定部４２１は、制御電力値を第四の電力値に維持し、そして、第四の電力値から第一の電力値に向かって徐々に大きくなるように設定する。

　なお、図３の例では、電力設定部４２１は、一定の期間Ｔ_ｈ又はＴ_ｊ（一例として、１８秒）をかけて、制御電力値を第一の電力値から第四の電力値まで低下／上昇させ、一定の期間Ｔ_ｉ（一例として、４３４秒）だけ制御電力値を第四の電力値に維持する。なお、ここでは、期間Ｔ_ｈ及び期間Ｔ_ｊを等しい時間としているが、必ずしも等しくなくても構わない。

　このように、電力設定部４２１が取得したランプ電圧が特定の電圧（一例として、８８Ｖ）よりも大きい場合、制御電力値の最小値は、ランプ電圧が特定の電圧（一例として、８８Ｖ）以下である場合に比べて大きい第四の電力値（一例として、１９７Ｗ）に特定される。そして、制御電力値は、第四の電力値（一例として、１９７Ｗ）から第一の電力値（一例として、２００Ｗ）までの範囲で変化する。

　以上説明したように、電力設定部４２１は、取得したランプ電圧が所定の電圧（一例として、７５Ｖ）より大きい場合、制御電力値の最小値を、第二の電力値に代えて、第二の電力値よりも大きい電力値に特定する。特に、本実施形態では、電力設定部４２１は、取得したランプ電圧に応じて、当該最小値を、当該ランプ電圧が大きいほど大きい電力値に特定する。そして、電力設定部４２１は、制御電力値を第一の電力値から当該最小値まで低下させ、その後、当該最小値に維持した後、当該最小値から第一の電力値まで上昇させる。

　なお、電力制御部４２は、一例として、ＲＯＭで構成されたメモリと、経過時間を測定するタイマとを有してなるものとしても構わない。この場合、電力制御部４２は、予めメモリに図４に示すようなデータデーブルを記憶し、当該データテーブルを参照して、取得したランプ電圧に対応する、制御電力値の最小値を特定しても構わない。また、電力制御部４２は、予めメモリに期間（Ｔ_ａ、Ｔ_ｂ、Ｔ_ｃ、Ｔ_ｄ、Ｔ_ｅ、Ｔ_ｆ、Ｔ_ｇ、Ｔ_ｈ、Ｔ_ｉ、Ｔ_ｊ）を記憶し、タイマによってこれらの期間を計測するものとしても構わない。

　〈作用効果〉
　以下、本実施形態の放電ランプ点灯装置１が奏する作用効果について説明する。本実施形態の放電ランプ点灯装置１によれば、放電ランプ１０のランプ電圧が所定の電圧（一例として、７５Ｖ）よりも大きい場合、制御電力値の最小値が、当該所定の電圧（一例として、７５Ｖ）以下である場合に比べて大きい電力値（一例として、１８０Ｗ）に特定される。そのため、放電ランプ１０のランプ電圧が大きいために当該放電ランプ１０に供給される電流が極端に小さくなることを抑制でき、放電ランプ１０の電極（２０ａ、２０ｂ）の先端に設けられる突起２１の変形や消滅を抑制できる。即ち、本実施形態の放電ランプ点灯装置１によれば、安定した放電アークを実現できる。

　特に、放電ランプ１０のランプ電圧は、時間の経過（点灯時間の増加）とともに上昇する傾向がある。即ち、放電ランプ１０に供給される電流は、時間の経過とともに減少し、電極（２０ａ、２０ｂ）の先端に設けられる突起２１の変形や消滅が進行する傾向がある。これに対し、本実施形態の放電ランプ点灯装置１によれば、放電ランプ１０のランプ電圧が上昇しても、当該ランプ電圧に応じて大きな制御電力値が適切に設定される。そのため、本実施形態の放電ランプ点灯装置１によれば、電極先端の突起２１の変形や消滅の進行を抑制することができ、より長期的に安定した放電アークを実現できる。即ち、放電ランプ１０の長寿命化を図ることができる。

　図７は、本実施形態の点灯装置１の点灯制御を行いながら連続点灯させた場合（実施例）と、従来の点灯制御を行いながら連続点灯させた場合（比較例）とのランプ電圧の時間変化をグラフにしたものである。図７において、横軸は点灯時間を示し、縦軸は、放電ランプ１０のランプ電圧を示す。実施例では、図３を参照して説明したように、制御電力値が放電ランプ１０のランプ電圧に応じて設定されている。これに対し、比較例では、放電ランプ１０のランプ電圧にかかわらず、制御電力値が第一の電力値（一例として、２００Ｗ）から第二の電力値（一例として１６３Ｗ）へ、また、第二の電力値から第一の電力値へと交互に切り替えられる上述のサイクルが繰り返されている。

　図７によれば、比較例の点灯制御方法において、連続点灯時間が４０００時間を超えたあたりからランプ電圧の大幅な上昇が確認される。これに対し、実施例の点灯制御方法によれば、連続点灯時間が４０００時間を超え、８０００時間に達しても、ランプ電圧に大幅な上昇は見られず、ランプ電圧の上昇を抑制できていることが分かる。

　さらに、本実施形態の放電ランプ点灯装置１によれば、制御電力値は、第一の電力値から第二の電力値／第三の電力値／第四の電力値へと徐々に低下するように設定され、同様に、第二の電力値／第三の電力値／第四の電力値から第一の電力値へと徐々に上昇するように設定される。そのため、放電ランプ１０に供給される電力が急激に上昇／下降することを抑制できるため、電極（２０ａ、２０ｂ）の温度が急激に変化することが抑制され、電極先端の突起２１が、いびつな形状となることを抑制できる。

　さらに、本実施形態の放電ランプ点灯装置１によれば、制御電力値が第一の電力値から第二の電力値まで低下し、再び第一の電力値まで上昇するのに要する期間（即ち、Ｔ_ｂ＋Ｔ_ｃ＋Ｔ_ｄ）と、第一の電力値から第三の電力値まで低下し、再び第一の電力値まで上昇するのに要する期間（即ち、Ｔ_ｅ＋Ｔ_ｆ＋Ｔ_ｇ）と、第一の電力値から第四の電力値まで低下し、再び第一の電力値まで上昇するのに要する期間（即ち、Ｔ_ｈ＋Ｔ_ｉ＋Ｔ_ｊ）と、が等しい。これにより、放電ランプ１０の温度変化の周期が一定となるため、電極（２０ａ、２０ｂ）の温度が必要以上に上昇してしまうことを抑制できる結果、放電ランプ１０の性能が悪化することを抑制できる。

　さらに、本実施形態の放電ランプ点灯装置１によれば、制御電力値が第一の電力値と第二の電力値との間を変化する際の変化率（即ち、傾き）と、制御電力値が第一の電力値と第三の電力値との間を変化する際の変化率と、制御電力値が第一の電力値と第四の電力値との間を変化する際の変化率とが等しくなるように、期間（Ｔ_ｂ、Ｔ_ｄ、Ｔ_ｅ、Ｔ_ｇ、Ｔ_ｈ、Ｔ_ｊ）が設定されている（即ち、Ｔ_ｂ＝Ｔ_ｄ、Ｔ_ｅ＝Ｔ_ｇ、Ｔ_ｈ＝Ｔ_ｊ）。これにより、放電ランプ１０に供給される電流の変化率が一定となるため、電極（２０ａ、２０ｂ）の先端に設けられる突起２１の形状をより安定化することができる。

　［別実施形態］
　以下、別実施形態につき説明する。

　〈１〉電力設定部４２１により設定される制御電力値を図３及び図４を参照して説明したが、これは一例に過ぎない。例えば、図５に示すように、制御電力値の最小値は、放電ランプ１０のランプ電圧が７５Ｖよりも大きく、８１Ｖ以下である場合には、１７１Ｖとされ、ランプ電圧が８１Ｖよりも大きく、８８Ｖ以下である場合には、１８０Ｖとされ、ランプ電圧が８８Ｖよりも大きく、９４Ｖ以下である場合には、１８８Ｖとされ、ランプ電圧が９４Ｖよりも大きい場合には、１９７Ｖとされても構わない。換言すると、第三の電力値は、ランプ電圧が大きいほど、第二の電力値から第四の電力値までの範囲で、大きな電力値に段階的に設定されても構わない。

　〈２〉本実施形態では、電力設定部４２１は、第一の電力値から第二の電力値／第三の電力値／第四の電力値に向かって徐々に小さくなるように制御電力値を設定し、また、第二の電力値／第三の電力値／第四の電力値から第一の電力値に向かって徐々に大きくなるように制御電力値を設定するが、これに限られない。即ち、期間（Ｔ_ｂ、Ｔ_ｄ、Ｔ_ｅ、Ｔ_ｇ、Ｔ_ｈ、Ｔ_ｊ）を設けることなく、制御電力値を第一の電力値から第二の電力値／第三の電力値／第四の電力値まで低下させても構わないし、同様に、第二の電力値／第三の電力値／第四の電力値から第一の電力値まで上昇させても構わない。

　〈３〉本実施形態では、制御電力値の最小値は、放電ランプ１０のランプ電圧に応じて、図４に示されるデータテーブルに従って特定されるが、これに限られない。例えば、電力制御部４２が、図６のグラフに示される関数を記憶し、電力設定部４２１が、当該関数を用いて、放電ランプ１０のランプ電圧に対応する、制御電力値の最小値を計算する構成であっても構わない。

　〈４〉本実施形態では、電力設定部４２１は、期間Ｔ_ａ経過後のタイミング（図３の例では、時刻ｔ_２、ｔ_３、ｔ_４、ｔ_５）に放電ランプ１０のランプ電圧をモニタするが、これに限られない。例えば、期間Ｔ_ａ経過前に当該ランプ電圧をモニタする構成であっても構わない。

　　　　１　　　：　　点灯装置
　　　　３　　　：　　給電部
　　　　４　　　：　　制御部
　　　１０　　　：　　放電ランプ
　　　１１　　　：　　発光部
　　　１２　　　：　　封止部
　　　１３　　　：　　金属箔
　　　１４　　　：　　外部リード
　　　２０ａ、２０ｂ　：　　電極
　　　２１　　　：　　突起
　　　２９ａ、２９ｂ　：　　電極の頭部
　　　３０ａ、３０ｂ　：　　電極の軸部
　　　３１　　　：　　降圧チョッパ部
　　　３２　　　：　　ＤＣ／ＡＣ変換部
　　　３３　　　：　　スタータ部
　　　３５　　　：　　ドライバ
　　　４１　　　：　　パルス発生部
　　　４２　　　：　　電力制御部
　　　４３　　　：　　周波数制御部
　　４２１　　　：　　電力設定部
　　４２３　　　：　　電力演算部
　　４２５　　　：　　比較部
　　４２７　　　：　　変調部

Claims

　所定のガスが封入された放電容器内に一対の電極が対向配置された放電ランプに対して電力を供給する給電部と、
　前記給電部に対して制御電力値に関する信号を出力する電力制御部と、を有し、
　前記給電部は、前記制御電力値に応じた電力を前記放電ランプに供給する構成であり、
　前記電力制御部は、
　　前記制御電力値を、前記放電ランプの定格電力よりも小さい第一の電力値に設定した後、前記第一の電力値よりも小さい第二の電力値を設定するというサイクルを繰り返す制御モードを有し、
　　前記制御モードの実行時に、前記放電ランプのランプ電圧が所定の電圧よりも大きい場合には、前記制御電力値を、前記第二の電力値に代えて、前記第二の電力値よりも大きく前記第一の電力値よりも小さい第三の電力値に設定することを特徴とする放電ランプ点灯装置。
　前記電力制御部は、
　　前記制御電力値を前記第一の電力値に設定した後、前記第三の電力値に設定する前に、前記第一の電力値から前記第三の電力値に向かって徐々に小さくなるように、前記制御電力値を設定し、又は、
　　前記制御電力値を前記第三の電力値に設定した後、前記第一の電力値に設定する前に、前記第三の電力値から前記第一の電力値に向かって徐々に大きくなるように、前記制御電力値を設定することを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ点灯装置。
　前記電力制御部は、前記放電ランプの前記ランプ電圧に応じて、前記第二の電力値よりも大きく前記第一の電力値よりも小さい範囲で前記第三の電力値を設定する構成であり、前記ランプ電圧が大きいほど、前記第三の電力値を大きな電力値に設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の放電ランプ点灯装置。
　前記第二の電力値は、前記放電ランプの前記定格電力の５０％よりも大きいことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の放電ランプ点灯装置。
　前記給電部に対してパルス波を出力するパルス発生部をさらに有し、
　前記給電部は、供給される直流電力を、前記パルス波の周期数及び前記制御電力値に応じた交流電力に変換して前記放電ランプに供給する構成であることを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の放電ランプ点灯装置。