JP2007214010A

JP2007214010A - 放電灯点灯装置及びプロジェクタ

Info

Publication number: JP2007214010A
Application number: JP2006033490A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Okawa; 一夫大川
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2006-02-10
Filing date: 2006-02-10
Publication date: 2007-08-23
Also published as: CN101018440A; US20090160348A1; US7923940B2; US20070188107A1; US7511433B2

Abstract

【課題】フリッカの発生を抑制し、また、表示画面に縞状の模様が発生しないようにさせることを可能にした放電灯点灯装置及びそれを内蔵したプロジェクタを提供する。
【解決手段】直流電圧を入力し、高圧放電灯に所定の定電力を供給するための電流制御を行うダウンチョッパー１１と、ダウンチョッパー１１の出力電流を所定の周波数の交流電流に変換し、ランプ２０に駆動電流を供給するインバータ１２と、ダウンチョッパー１１及びインバータ１２を制御する制御回路１５とを備える。制御回路１５は、駆動電流の周期とは非同期な電流パルスを駆動電流に重畳させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、放電灯点灯装置及びそれを内蔵したプロジェクタに関し、特にフリッカの発生の抑制に関する。

従来プロジェクタの光源に利用される放電灯の点灯装置には、高圧放電灯（以下、ランプとも称する）の放電アークを安定させるために、例えば「交流ランプ電流を高圧放電灯に供給して高圧放電灯を点灯するに当たり、ランプ電流の半周期の所定数分の１で電流パルスを発生させ、この電流パルスの極性を前記ランプ電流の極性と同一にするとともにこの電流パルスをその発生した半周期の後の部分でこのランプ電流に重畳する…」というものが提案されている（例えば特許文献１）。
特表平１０−５０１９１９号公報（特許請求の範囲、図４）

上記の従来技術（特許文献１）においては、電流パルスを交流ランプ電流の半周期の後の部分に同期して重畳させているので、ランプの電極の温度が上昇し、放電アークが安定しフリッカの発生が抑制されている。しかしながら、そのランプを例えばプロジェクタの光源として用いた場合には、表示画面への副作用として、電流パルスの重畳の時間分、画面の明るさが一部明るくなる。しかも、明るさが一部明るくなる部分は、電流パルスをランプ電流に同期して重畳させているので画面の一定位置に固定されてしまい、その結果として、画面の明るさの均一性が損なわれ、表示画面に縞状の模様が発生するという問題点があった。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、フリッカの発生を抑制し、また、表示画面に縞状の模様が発生しないようにさせることを可能にした放電灯点灯装置及びそれを内蔵したプロジェクタを提供することを目的とする。

本発明に係る放電灯点灯装置は、直流電圧を入力し、高圧放電灯に所定の定電力を供給するための電流制御を行う直流電源回路と、該直流電圧電源回路の出力電流を所定の周波数の交流電流に変換し、高圧放電灯に駆動電流を供給するインバータと、前記直流電圧電源回路及び前記インバータを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記駆動電流の周期とは非同期な電流パルスを、前記駆動電流に重畳させる。本発明においては、高圧放電灯に発生する放電アークを安定させるために電流パルスを駆動電流に重畳させており、このため、高圧放電灯の電極先端形状の変化等により発生するフリッカを抑制することができる。更に、重畳する電流パルスを駆動電流とは同期しないようにしており、電流パルスと駆動電流との相対関係がランダムになり、この放電灯点灯装置を仮にプロジェクタ等に用いた場合においても、電流パルスにより表示画面の該当する位置が一部明るくなるが、その位置が一定位置ではないので視認が困難となり、その結果、表示画面に縞状の模様が発生しなくなる。

本発明に係る放電灯点灯装置において、前記制御手段は、前記高圧放電灯に供給される電力に応じて、電流パルスの幅及び／又は高さを調整する。本発明においては、高圧放電灯を定電力制御しつつ、その電力に応じて電流パルスの幅及び／又は高さを調整することにより、交流アークの発生を安定化させるとともに、高圧放電灯の電極に供給するエネルギーが過多にならないようにして電極が消耗するのを防止している。

本発明に係る放電灯点灯装置において、前記制御手段は、前記電流パルスの周波数を設定する周波数調整器を備え、該周波数調整器により設定された周波数に基づいて前記電流パルスの周波数を設定する。本発明においては、周波数調整器により設定された周波数に基づいて電流パルスの周波数を設定するようにしており、電流パルスの周波数を任意に設定することができる。

本発明に係る放電灯点灯装置において、前記制御手段は、前記電流パルスを、前記駆動電流のパルス幅の後半部分に重畳させる。本発明においては、電流パルスを駆動電流のパルス幅の後半部分に重畳させることにより、高圧放電灯の放電アークを効率よく安定させることができ、フリッカの発生を抑制することができる。

本発明に係る放電灯点灯装置において、前記制御手段は、前記電流パルスを、前記駆動電流のパルス幅の後半部分にランダムに重畳させる。本発明においては、電流パルスを駆動電流のパルス幅の後半部分に重畳させることにより、高圧放電灯の放電アークを効率よく安定させることができるとともに、仮にプロジェクタ等に用いた場合においても、電流パルスの位置が一定位置ではないので、表示画面のちらつきを軽減させることができる。

本発明に係る放電灯点灯装置において、前記制御手段は、前記電流パルスを生成するための基準パルスを生成し、この基準パルスの内、前記駆動電流のパルス幅の前半部分に相当する部分を遮断し、遮断されずに残った部分の基準パルスに基づいて前記電流パルスを前記駆動電流のパルス幅の後半部分に重畳させる。

本発明に係るプロジェクタは、高圧放電灯と、上記の放電灯点灯装置と、液晶パネルと、前記高圧放電灯からの光を前記液晶パネルに導く光学手段と、前記液晶パネルに描画された画像をスクリーンに投射する投射手段とを備え、前記放電灯点灯装置の電流パルスの周波数を、前記表示パネルの垂直同期信号の周波数と異なった値に設定するものである。本発明においては、放電灯点灯装置の電流パルスの周波数を、前記表示パネルの垂直同期信号の周波数と異なった値に設定しており、電流パルスにより表示画面の該当する位置が一部明るくなるが、表示画面のフレーム毎に異なった位置に挿入され、その位置が一定位置ではないので視認が困難となり、その結果、表示画面に縞状の模様が発生しなくなる。

実施形態１．
図１は本発明の実施形態１に係る放電灯点灯装置の構成を示すブロック図である。図１の放電灯点灯装置は、ダウンチョッパー１１、インバータ１２、イグナイタ１３、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４及び制御回路１５から構成されており、イグナイタ１３の出力端にはランプ２０が接続されている。ダウンチョッパー１１は、本発明の直流電源回路に相当し、ランプ２０に所定の定電力を供給するために入力した直流電圧を調整するものであり、この例では入力電圧をチョッパー処理により降下させ、ランプ２０に所定の定電力を供給するための電流制御を行う。このダウンチョッパー１１の出力電流はインバータ１２に出力する。なお、ダウンチョッパー１１の出力端には並列に抵抗Ｒ１，Ｒ２が接続されており、抵抗Ｒ１とＲ２との接続点の電位がダウンチョッパー１１の出力電圧として制御回路１５に供給される。また、ダウンチョッパー１１の負電位側には抵抗Ｒ３が直列に接続されており、抵抗Ｒ３に流れる電流がランプ電流（駆動電流）として検出されて制御回路１５に供給される。

インバータ１２は、例えばフルブリッジ接続された４個のスイッチング素子から構成され、交互にスイッチングすることにより、入力した直流電圧を交流電圧に変換してイグナイタ３に出力する。イグナイタ３は、例えばイグナイタトランス及びその駆動回路から構成されており、点灯開始時に高電圧を発生してランプ２０に印加する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は制御回路１５の駆動電圧を生成するものあり、入力電圧を降下させて制御回路１５に供給する。制御回路１５は、例えばマイクロプロセッサ等から構成され、ダウンチョッパー１１、インバータ１２及びイグナイタ１３をそれぞれ制御する。制御回路１５は、例えばダウンチョッパー１１の出力電圧及び電流を取り込んで、ランプ２０に供給される電力が一定になるように、ダウンチョッパー１１の出力電流を制御する。また、制御回路１５は、インバータ１２の出力周波数を適宜制御するとともに、イグナイタ１３を点灯開始時に制御して高電圧を発生させる。なお、制御回路１５には、外部から制御信号を取り込むための外部制御ＩＦ１５ａ及び可変抵抗ＶＲがそれぞれ接続されている。可変抵抗ＶＲは本発明の周波数調整器に相当するものであり、可変抵抗ＶＲを調整することにより重畳する電流パルス（後述）の周波数を調整する。ランプ２０は、例えば反射型の光源装置であり、発光管２１が反射鏡２２の中央部に耐熱セメントを介して固着されている。

次に、図１の放電灯点灯装置の動作を説明する。ダウンチョッパー１１は入力した直流電圧をチョッパー処理により降下させ、その出力電流はインバータ１２に出力される。インバータ１２は、入力した直流電流を所定の周波数の交流電流に変換してイグナイタ３に出力する。イグナイタ３は点灯開始時に高電圧を発生してランプ２０に印加し、ランプ２０が点灯すると、インバータ１２の出力電圧がそのままランプ２０に印加されて点灯状態を継続する。このとき、制御回路１５は、ダウンチョッパー１１の出力電圧及び出力電流を取り込んでランプ２０に一定電力が供給されるようにダウンチョッパー１１を制御するが、本実施形態においては、ランプ２０に発生する放電アークの安定化のために、ランプ２０に供給されるランプ電流に電流パルスを重畳させるようにダウンチョッパー１１を制御している。その詳細を図２に基づいて説明する。

図２は図１のランプ電流を生成するための信号波形を示したタイミングチャートである。同図おいて、Ａは基準パルス列であり、Ｂは電流パルス列が付加されていないときのランプ電流（インバータからランプに流れる矩形波の電流）に対応するランプ点灯波形、Ｃはランプ点灯波形Ｂの一方の極性に重畳されるパルス列、Ｄはランプ点灯波形Ｂの他方の極性に重畳されるパルス列であるが、逆極性であるためＥのように反転して使用される。Ｆはランプ点灯波形ＢにパルスＣ、Ｅを重畳させたものであり、このランプ電流波形Ｆに相当するランプ電流がランプ２０に供給される。ランプ点灯波形Ｂの周波数は、ランプ２０の長寿命化の観点から、例えばこの点灯装置をプロジェクタ等の表示装置に適用する場合には、その表示画面の垂直同期信号の周波数（例えば５０Ｈｚ、６０Ｈｚ、７２Ｈｚ等）に対応させたものに設定されている（例えば９０Ｈｚ）。ここで、基準パルス列Ａは、その周波数がランプ点灯波形Ｂとは異なる周波数に設定されており、ランプ点灯波形Ｂと同期しないように設定されている。即ち、パルス列Ｃ、Ｅをランプ点灯波形Ｂに重畳させてランプ点灯波形Ｆを生成させたときに、パルス列Ｃ、Ｅがランプ点灯波形Ｆの一定の部位に固定されないようにしてある。このため、基準パルス列Ａの周波数は、７４Ｈｚ〜８８Ｈｚの間に設定される。パルス列Ｃ、Ｅが重畳されることによりそのタイミングでのランプ２０の明るさは明るくなるが、ランプ点灯波形Ｆの一定の部位に固定されないようにしてあるので、プロジェクタの光源として利用した場合には、その明るい部位が一定の位置にはなく移動するので、全体としてはその明るい部位は視認し難いものとなり、気にならなくなる。

ところで、上記のように電流パルスを重畳させたランプ点灯波形Ｆに相当するランプ電流を得るには、制御回路１５が例えばダウンチョッパー１１の出力電流を制御する際の制御指令値をランプ点灯波形Ｆのような形状のものにしたり、或いは、ダウンチョッパー１１の出力電流の帰還量を重畳する電流パルス分だけ少なくすることにより実現できる。

なお、制御回路１５は、ランプ２０に供給される電力に応じて、ランプ点灯波形Ｆの重畳電流パルスの幅及び高さを変更する。例えば重畳される電流パルスの幅Ｉｗ２及び高さＩｐ２を、基準となるランプ電力において、ランプ点灯波形Ｂに対応する部分の幅Ｉｗ１及び高さＩｐ１に対してそれぞれ例えば５％程度に設定し、ランプ電力の変更に応じて適宜変更する。このようにランプ電力に応じて電流パルスの幅及び／又は高さを調整することにより、例えば電流パルスが小さ過ぎると交流アークの発生が安定化しなくなるが、そのような事態を避けるようにして或る程度の大きさのものを供給する。また、電流パルスが過大になると、ランプ２０の電極に供給されるエネルギーが過多になり電極が消耗するようなことが起きるが、そのような事態を避けるようにするものとする。また、基準パルス列Ａの周波数は可変抵抗ＶＲを調整することによって任意に設定することができ、例えばプロジェクタ等の表示画面を確認しながら調整することができる。

図３は図１の放電灯点灯装置をプロジェクタの光源として利用したときの表示画面の例を示した説明図である。同図に示されるように、霞のような薄い帯（明るい部分）が下から上へ（又は上から下へ）移動を繰り返すことになるため、その薄い帯が特定の位置に固定されていないので視認が困難となり、その結果、表示画面に縞状の模様は発生しなくなり（縞状の模様として認識できない）、表示画面を見た視聴者は気にならなくなる。なお、従来技術（特許文献１）においては電流パルス列がランプ点灯波形に同期しているので、図３の薄い帯が画面上に固定されて表示されてしまい、特定の部位に縞状の模様として表示されるので、視聴者にとって見づらいものとなる。

以上のように本実施形態１においては、ランプ２０に発生する放電アークを安定させるために電流パルスをランプ電流に重畳させており、このため、ランプ２０の経年変化等によるフリッカの発生を抑制することができる。更に、重畳する電流パルスをランプ電流とは同期しないようにしており、電流パルスとランプ電流との相対関係がランダムになり、仮にこの放電灯点灯装置を仮にプロジェクタ等に用いた場合においても、重畳する電流パルスにより表示画面の該当する位置が一部明るくなるが、その位置が一定位置ではないので視認が困難となり、その結果、表示画面のに縞状の模様は発生しなくなる。

実施形態２．
図４は図１のランプ電流を生成するための信号波形の他の例を示したタイミングチャートである。同図おいて、Ｇはマスクパルスであり、パルス列Ｃ、Ｅがランプ点灯波形Ｂの前部に現れたときにはマスクをかけ、ランプ点灯波形Ｂの後部に現れたときにのみそれをランプ点灯波形Ｂに重畳させるようにしたものである。このようにして、パルス列Ｃ、Ｅがランプ点灯波形Ｂの後部に重畳されたランプ点灯波形Ｆが生成される。しかも、その位置が固定されないので、上記の実施形態１の効果が得られるとともに電流パルスをランプ電流のパルス幅の後半部分に重畳させたとにより、ランプ２０の放電アークを安定させることができ、フリッカの発生を効率良く抑制することができる。

実施形態３．
図５は上記の実施形態１，２の放電灯点灯装置を照明光学系に組み込んだプロジェクタの光学系構成図である。なお、図５の放電灯点灯装置１０は、図１の放電灯点灯装置１０に相当するものであり、ここでは、重畳する電流パルスの周波数は、ランプ２０の駆動電流の周波数及び液晶パネル２５０，２５２，２５４の垂直同期信号の周波数と異なったものに設定されている。

このプロジェクタは、照明光学系１００と、ダイクロイックミラー２１０，２１２と、反射ミラー２２０，２２２，２２４と、入射側レンズ２３０と、リレーレンズ２３２と、３枚のフィールドレンズ２４０，２４２，２４４と、３枚の液晶パネル２５０，２５２，２５４と、各液晶パネルの出射側及び入射側にそれぞれ配置された偏光板２５１，２５３，２５５，２５６，２５７，２５８と、クロスダイクロイックプリズム２６０と、投射レンズ２７０を備えている。

照明光学系１００は、ほぼ平行な光線束を射出する光源１１０と、照明装置１２０と、反射ミラー１５０と、コンデンサレンズ１６０とを備えている。光源１１０は、放射状の光線を射出する放射光源としての高圧放電ランプ７（図１参照）から構成されている。光源１１０から放射された光は照明装置１２０でその輝度が均一化された後、反射ミラー１５０を介してコンデンサレンズ１６０に入る。コンデンサレンズ１６０は、照明装置１２０から照射された均一光を液晶パネル２５０，２５２，２５４のパネル面へ入射させる。

さらに、２枚のダイクロイックミラー２１０，２１２は、照明光学系１００から射出された光を、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３つの色光に分離する色光分離光学系２１４を構成している。第１のダイクロイックミラー２１０は、照明光学系１００から射出された光の赤色光成分を透過させるとともに、青色光成分と緑色光成分とを反射する。
第１のダイクロイックミラー２１０を透過した赤色光は、反射ミラー２２０で反射され、フィールドレンズ２４０を通って赤光用の液晶パネル２５０に達する。このフィールドレンズ２４０は、通過した各部分光線束が、各部分光線束の主光線（中心軸）に平行な光束となるように集光する機能を有している。他の液晶パネルの前に設けられたフィールドレンズ２４２，２４４も同様に作用する。

第１のダイクロイックミラー２１０で反射された青色光と緑色光のうちで、緑色光は第２のダイクロイックミラー２１２によって反射され、フィールドレンズ２４２を通って緑光用の液晶パネル２５２に達する。一方、青色光は、第２のダイクロイックミラー２１２を透過し、入射側レンズ２３０と、リレーレンズ２３２および反射ミラー２２２，２２４を備えたリレーレンズ系を通過する。リレーレンズ系を通過した青色光は、さらにフィールドレンズ２４４を通って青色光用の液晶パネル２５４に達する。

３枚の液晶パネル２５０，２５２，２５４は、それぞれに入射する各色光を、与えられた画像信号に応じて画像を形成するための光に変換して射出する光変調装置としての機能を有する。なお、この液晶パネル２５０，２５２，２５４の光入射側には偏光板２５６，２５７，２５８が有り、また、液晶パネル２５０，２５２，２５４の光出射側には偏光板２５１，２５３，２５５がそれぞれ設けられていて、それらにより各色光の偏光方向が調整されている。そして、これらの液晶パネル２５０，２５２，２５４を通過した光は、続いてクロスダイクロイックプリズム２６０に入る。

クロスダイクロイックプリズム２６０は、３枚の液晶パネル２５０，２５２，２５４から射出された３色の色光を合成する色光合成光学系としての機能を有する。クロスダイクロイックプリズム２６０には、赤光を反射する誘電体多層膜と、青光を反射する誘電体多層膜とが、４つの直角プリズムの界面に略Ｘ字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成されて、カラー画像を投射するための合成光が形成される。クロスダイクロイックプリズム２６０で生成された合成光は、投射レンズ２７０に入り、そこから投射スクリーン３００上に投射される。これにより液晶パネル２５０，２５２，２５４で表示された画像が投射スクリーン３００上に投射される。

以上のように本実施形態３においては、放電灯点灯装置の重畳する電流パルスの周波数が、ランプ２０のランプ電流の周波数及び表示パネル２５０，２５２，２５４の垂直同期信号の周波数と異なった値に設定されており、重畳する電流パルスにより表示画面の該当する位置が一部明るくなるが、その位置が一定位置ではないので視認が困難となり、その結果、表示画面に縞状の模様が発生しなくなる。

本発明の実施形態１に係る放電灯点灯装置の構成を示すブロック図。図１のランプ電流を生成するための信号波形を示したタイミングチャート。図１の放電灯点灯装置をプロジェクタの光源として利用したときの表示画面の例を示した説明図。図１のランプ電流を生成するための信号波形を示したタイミングチャート。上記の実施形態の放電灯点灯装置を照明光学系に組み込んだプロジェクタの光学系構成図。

符号の説明

１０放電灯点灯装置、１１ダウンチョッパー、１２インバータ、１３イグナイタ、１４ＤＣ／ＤＣコンバータ、１５制御回路、２０放電ランプ、２１発光管、２２反射鏡、１００照明光学系、１１０光源、１２０照明装置、１５０反射ミラー、１６０コンデンサレンズ、２１０，２１２ダイクロイックミラー、２１４色光分離光学系、２２０，２２２，２２４反射ミラー、２３０入射側レンズ、２３２リレーレンズ、２４０，２４２，２４４フィールドレンズ、２５０，２５２，２５４液晶パネル、２５１，２５３，２５５，２５６，２５７，２５８偏光板、２６０クロスダイクロイックプリズム、２７０投射レンズ、３００投射スクリーン。

Claims

直流電圧を入力し、高圧放電灯に所定の定電力を供給するための電流制御を行う直流電源回路と、
該直流電圧電源回路の出力電流を所定の周波数の交流電流に変換し、高圧放電灯に駆動電流を供給するインバータと、
前記直流電圧電源回路及び前記インバータを制御する制御手段と
を備え、
前記制御手段は、前記駆動電流の周期とは非同期な電流パルスを、前記駆動電流に重畳させることを特徴とする放電灯点灯装置。
前記制御手段は、前記高圧放電灯に供給される電力に応じて、前記電流パルスの幅及び／又は高さを調整することを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
前記制御手段は、前記電流パルスの周波数を設定する周波数調整器を備え、該周波数調整器により設定された周波数に基づいて前記電流パルスの周波数を設定することを特徴とする請求項１又は２記載の放電灯点灯装置。
前記制御手段は、前記電流パルスを、前記駆動電流のパルス幅の後半部分に重畳させることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の放電灯点灯装置。
前記制御手段は、前記電流パルスを、前記駆動電流のパルス幅の後半部分にランダムに重畳させることを特徴とする請求項４記載の放電灯点灯装置。
前記制御手段は、前記電流パルスを生成するための基準パルスを生成し、この基準パルスの内、前記駆動電流のパルス幅の前半部分に相当する部分を遮断し、遮断されずに残った部分の基準パルスに基づいて前記電流パルスを前記駆動電流のパルス幅の後半部分に重畳させることを特徴とする請求項４又は５記載の放電灯点灯装置。
高圧放電灯と、
請求項１〜請求項６の何れかに記載の放電灯点灯装置と、
液晶パネルと、
前記高圧放電灯からの光を前記液晶パネルに導く光学手段と、
前記液晶パネルに描画された画像をスクリーンに投射する投射手段と
を備え、
前記放電灯点灯装置の電流パルスの周波数を、前記表示パネルの垂直同期信号の周波数と異なった値に設定することを特徴とするプロジェクタ。