JP2006331951A

JP2006331951A - 高圧放電灯、画像投影装置

Info

Publication number: JP2006331951A
Application number: JP2005156253A
Authority: JP
Inventors: Aki Shindo; 亜希新藤
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2005-05-27
Filing date: 2005-05-27
Publication date: 2006-12-07

Abstract

【課題】始動時の放電灯の電極先端に形成された突起の損傷を抑えて照度変動率の低い高圧放電灯を実現し、ランプ寿命を向上させる。
【解決手段】透明な石英ガラス製のバルブ内に対向配置し、それぞれの先端にコイル部が巻回された一対の電極とこれらの電極に巻かれたコイル部の先端を溶融して略半球形状に一体化し、この半球形状の先端に突起部を形成して高圧放電灯を構成した。この高圧放電灯の安定点灯時に、一対の電極に印加される矩形波交流ランプ電流の半周期後半部２１の平均値を、矩形波交流ランプ電流の前半部２２の平均値よりもランプ電流の大きさを大きくした。これにより、始動時の電極先端の突起部の損傷を抑え、照度変動率の低く抑えてランプ寿命の向上を図ることができる。
【選択図】図２

Description

この発明は、高効率、高出力、高集光効率で、且つコンパクトな設計が要求される、例えば液晶プロジェクタのような画像投影装置の光源として使用される高圧放電灯およびこれを用いた画像投影装置に関する。

従来の高圧放電灯は、透光性の気密容器の内部に形成された放電空間にハロゲン化物、希ガス等を含む放電媒体を封入し、気密容器の両端部に形成された封止部に、端部にタングステン電極を接合した例えばモリブデンからなる金属箔が封着されている。前記電極の先端にコイルが巻きつけられており、さらにコイル部と電極軸先端部が溶融されており、前記軸先端とコイル部が一体化されるよう処理され、その先端に点灯時の電極先端部での放電起点の変動に起因するちらつきを制御するために突起部が設けてある。(例えば、特許文献１)
特開２００３−５１２８２公報

上記した特許文献１の技術は、点灯時の先端部での放電起点の変動に起因するちらつきを制御するために突起部が形成された電極を使用した高圧放電灯を矩形波の点灯装置で点灯させた場合は、照度変動率が大きくなる問題が生じることがわかった。照度変動率が大きい状態のまま使用しつづけると、先端の突起部がなくなり先端に突起部をつけたことによる、ちらつきを制御するという電極による効果が得られないことになるばかりか、ランプ寿命低下の要因にもなっていた。

この発明の目的は、始動時の高圧放電灯の電極先端に形成された突起の損傷を抑えるとともに、照度変動率を抑えた高圧放電灯およびこの高圧放電灯を用いた高圧放電灯装置を提供することにある。

上記した課題を解決するために、この発明の高圧放電灯では、透明な石英ガラス製のバルブ内に対向配置し、それぞれの先端にコイル部が巻回された一対の電極と、前記コイル部の先端を溶融して略半球形状に一体化し、該半球形状の先端に形成された突起部と、を具備し、前記放電灯の安定点灯時に、前記電極に供給される矩形波の交流ランプ電流半周期の後半部分は平均値を前半部分の平均値よりも大きくするとともに、後半部分は電流パルスを含まない電流波形を有する交流ランプ電流を供給したしたことを特徴とする。

この発明によれば、始動時の放電灯の電極先端に形成された突起の損傷を少なくして照度変動率を抑えることで、ランプ寿命を向上させることができる。

以下、この発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、この発明の高圧放電灯の一実施形態について説明するための構成図である。図１において、１１は透明な石英ガラス製のバルブであり、ほぼ楕円形状の発光管部１２とその長手方向の両端部に発光管部１２と同材料で形成されたバルブ１１内を気密の封止部１３１，１３２からなる。発光管部１２には、その長手方向にほぼ円柱状の放電空間１４が形成されており、この放電空間１４には封止部１３１，１３２の内部から延出された、例えばタングステン材で形成される電極１５１，１５２が１．５ｍｍの間隔をおいてその先端が対向するように配置されている。電極１５１，１５２の軸径はφ０．４ｍｍで、その一端にφ０．２ｍｍのコイル１６１，１６２が数ターン巻きつけてある。電極１５１，１５２の先端とコイル１６１，１６２をそれぞれ溶融し、略半球形状に凝固させ一体化し、アークが集中するように電極先端に突起部１７１，１７２がそれぞれ形成される。また、放電空間１４には、例えば水銀（Ｈｇ）とアルゴン（Ａｒ）ガスとハロゲンを含む放電媒体が封入されている。

封止部１３１，１３２は、圧潰して形成されており、その内部にはモリブデン（Ｍｏ）製の金属箔１８１，１８２が封着されている。この金属箔１８１，１８２のそれぞれの一端は、電極１５１，１５２に溶接されており、他端はニッケル製のワイヤ１９１，１９２がそれぞれ接続されており、ワイヤ１９１，１９２はランプ外の点灯装置２０から電力の供給を受けるための導入導線である。

図１に構成された高圧放電灯は、ランプ電力１００Ｗ、ランプ電圧７５Ｖ、ランプ電流１．３Ａで、図２で示すような始動電流波形により始動し点灯される。すなわち、矩形波半周期の後半部２１の平均値が前半部２２の平均値より大きくするとともに、後半部２１に電流パルスを含まない電流波形を有する交流ランプ電流を電極１５１，１５２に供給して高圧放電ランプを点灯させた。

ここで、図３の回路図を参照して始動電流波形の矩形波半周期の後半部２１の平均値が、図２に示すような前半部２２の平均値より大きくすることが可能な一例について説明する。

図３において、３１は商用交流電源、３２は交流を例えば倍の直流に変換する直流電源、３３は所定の直流電圧に昇圧させる直流―直流間変換回路、３４は極性反転器、３５はイグナイタ、３６は高圧放電ランプである。

直流―直流間変換回路３３は、降圧チョッパ回路３３１、制御回路３３２、出力電圧検出部３３３、出力電流検出部３３４からなる。降圧チョッパ回路３３１は、インダクタおよびスイッチング手段の直列回路と、スイッチング手段に並列接続されたダイオードおよび平滑コンデンサの直列回路とからなる既知の回路構成である。

制御回路３３２は、ドライブ信号を形成する発振機能、交流ランプ電流が所望の波形になるように出力特性データを予め記憶するメモリ機能、ならびにメモリ機能から読み出された出力特性データと後述する出力電圧検出部３３３および出力電流検出部３３４のそれぞれの検出信号に基づき演算されたドライブ信号を、ＰＷＭ制御する演算機能などを有している。そして、降圧チョッパ回路３３１のスイッチング手段のオン、オフする制御を行う。

出力電圧検出部３３３は、降圧チョッパ回路３３１の出力端間に接続された抵抗器Ｒ１、Ｒ２の直列回路からなる分圧回路のうち抵抗器Ｒ２の両端電圧を制御回路３３２に帰還信号として制御入力するように構成されている。

出力電流検出部３３４は、降圧チョッパ回路３３１の出力端の部分に直列接続された抵抗器Ｒ３の両端電圧を、制御回路３３２に帰還入力するよう構成される。そうして、制御回路３３２は、降圧チョッパ回路３３１を定電力制御するとともに、所定の交流ランプ電流を形成するために、交流ランプ電流の周期と同期して直流出力を所定の状態に制御を行う。

極性反転回路３４は、フルブリッジ形インバータＦＢＩおよびドライブ回路３７からなる。フルブリッジ形インバータＦＢＩは、ブリッジ接続されたスイッチング手段Ｑ１〜Ｑ４からなる。ドライブ回路３７は、発振器３７１およびインバータ３７２からなり、スイッチング手段Ｑ１〜Ｑ４に対してドライブ信号を供給して、ＦＥＴＱ１，Ｑ３とＦＥＴＱ２，Ｑ４とを交互に所定の動作周波数でスイッチングさせる。

イグナイタ３５は、始動時に図１に示す構成の高圧放電ランプ３６に始動用高電圧パルスを印加するものである。

交流電源３１から供給される商用１００Ｖ交流電圧は、直流電源３２においてたとえば２００Ｖ直流電圧に変換されてから、直流−直流間変換回路３３の入力端に印加される。直流−直流間変換回路３３は、そのスイッチング手段が制御回路３３２により制御されて高周波スイッチングすることにより、直流電圧をチョッピングして、いったんたとえば５０ｋＨｚの高周波パルスに変換する。そして、出力電圧検出部３３３および出力電流検出部３３４の検出信号に基づいてスイッチングのデューティを制御することにより定電力制御を行う。

また、併せて極性反転回路３４の動作と同期し、かつ、予め記憶している出力特性データに基づいて演算して、交流ランプ電流の半周期の波形が所定の特性になるように、出力電圧のデューティを制御する。さらに、パルス電圧は平滑化されて、降圧された直流電圧を出力する。

次に、降圧された直流電圧は、極性反転回路３４の入力端に印加される。極性反転回路３４は、そのフルブリッジ形インバータＦＢＩが動作をして、その出力端にたとえば１００Ｈｚで、基本波形が矩形波で、かつ、半周期の波形が所定に制御された交流ランプ電流を安定点灯時に出力する。そして、交流ランプ電流は、高圧放電ランプ３６に供給される。

高圧放電ランプ３６は、図２に示す矩形波の交流ランプ電流の供給により点灯する。なお、直流−直流間変換回路３３に含まれるインダクタが限流インピーダンスとして作用する。

以上の動作の結果、安定点灯時に高圧放電ランプに供給される交流ランプ電流は、半周期の波形が図２に示すようになる。

高圧放電ランプ３６では、図３で生成された図２に示す、安定点灯状態の矩形波の半周期の後半部２１の平均値が前半部２２の平均値より大きくし、後半部２１に電流パルスを含まない電流波形を有する交流ランプ電流を供給して高圧放電ランプを点灯させることにより、始動時における電極先端の突起部１７１，１７２の飛散を抑制し、照度変動率を小さく抑えることが可能となる。

図４は、交流ランプ電流による高圧放電ランプの安定点灯状態の矩形波において、（ａ）は従来の、（ｂ）はこの発明のそれぞれ照度変動率の経時変化関係を示している。この発明では、図４（ｂ）に示すように５０００時間経過後でも照度変動率は２％以下と点灯開始後との遜色がないことが分かる。

この実施形態は、累積の使用時間の経過が長時間となった場合でも、照度の変動率を小さくすることが可能となることから、高圧放電ランプの始動時における電極先端突起部の飛散を抑制し、ハロゲンサイクルを円滑に行うことにより、ランプ寿命を改善することができる。

図５は、図１に構成の高圧放電灯が液晶プロジェクタに搭載された場合の、この発明の画像撮影装置について説明するためのシステム構成図である。

図５において、５１は液晶プロジェクタであり、この液晶プロジェクタ５１は本体５２を有し、本体５２の前面側には投影開口５３が形成される。また、本体５２内には光源５４が配設され、この光源５４は高圧放電灯５５と高圧放電灯５５に光学的に対向した反射手段としてのリフレクタ６６にて形成される。そして、光源５４の照射方向の前方には、表示手段としての液晶パネル５７が配設され、この液晶パネル５７の前方の投影開口５３に対応して投影手段としての投影レンズ５８が配設されている。投影開口５３の前方には、スクリーン５９が配設される。

さらに、高圧放電灯５５には点灯回路６０が接続され液晶パネル５７には液晶駆動回路６１が接続され、点灯回路６０および液晶駆動回路６１は商用交流電源６２が接続される。点灯回路６０は高圧放電灯５５を直流で点灯するものであっても、交流で点灯するものであっても構わない。

上記した構成の画像撮影装置は、まず、点灯回路６０で光源５４の高圧放電灯５５を点灯させる。高圧放電灯５５からの光は、直接あるいはリフレクタ５６で反射されて液晶パネル５７方向に照射される。液晶パネル５７は、液晶駆動回路６１で表示が変化して、光源５４からの光を透過して投影レンズ５８で投影させてスクリーン５９に映像を映し出す。

このように、この発明の画像撮影装置は、ハロゲンサイクルを円滑に行って長寿命化を図った、この発明の高圧放電灯を光源のランプとしたことにより、ランプの信頼性が向上し、延いては液晶撮影装置全体の信頼性の向上を図ることが可能となる。

この発明の高圧放電灯の一実施形態について説明するための構成図。図１の安定点灯時の電流波形について説明するための説明図。この発明に用いる矩形波交流ランプ電流を生成させる一例について説明する回路図。この発明の効果について説明するための説明図。この発明の画像投影装置の一実施形態について説明するためのシステム構成図。

符号の説明

１１バルブ
１２発光管部
１３１，１３２封止部
１４放電空間
１５１，１５２電極
１６１，１６２コイル
１７１，１７２突起部
１８１，１８２金属箔
１９１，１９２ワイヤ
２０点灯装置
２１後半部
２２前半部
３１商用交流電源
３２直流電源
３３直流―直流間変換回路
３４極性反転器
３５イグナイタ
３６高圧放電ランプ
３７ドライブ回路
５１液晶プロジェクタ
５４光源
５５高圧放電灯

Claims

透明な石英ガラス製のバルブ内に対向配置し、それぞれの先端にコイル部が巻回された一対の電極と、
前記コイル部の先端を溶融して略半球形状に一体化し、該半球形状の先端に形成された突起部と、を具備し、
前記放電灯の安定点灯時に、前記電極に供給される矩形波の交流ランプ電流半周期の後半部分は平均値を前半部分の平均値よりも大きくするとともに、後半部分は電流パルスを含まない電流波形を有する交流ランプ電流を供給したしたことを特徴とする高圧放電灯。
請求項１の高圧放電灯と、
前記高圧放電灯を光源とし、該光源から放射される光に基づき画像を投影する画像投影装置本体と、を具備したことを特徴とする画像投影装置。