JP2008235199A - 放電灯点灯装置、画像投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高圧放電灯の点灯始動時における効率化を図るとともに、照度の立ち上がりの速い放電灯点灯装置を実現する。
【解決手段】高圧パルス電圧による高圧放電灯１７の始動時はランプの電圧検出信号ｄおよび電流検出信号ｅに基づき制御回路１８内に予め記録されているデューティ出力により高圧放電灯１７を定格以下となる電力制御を行う。制御回路１８の電力制御はランプ始動から数十秒後に一時的に定格以上の電力をランプに供給し、その後は定格電力まで緩やかに電力を低下させるようにした。これにより、点灯始動時における電力の効率化を図るとともに、照度の立ち上がりを速くすることが可能となる。
【選択図】図１

Description

この発明は、メタルハライドランプ等の高圧放電灯を高圧パルス電圧により始動させる放電灯点灯装置およびこれを用いた画像投影装置に関する。

従来、低温時に水銀フリーの高圧放電灯を始動させた場合は、この高圧放電灯の目標供給ランプ電力に沿って実供給ランプ電力を調整することにより、ランプ電力を適切に制御して光束の立ち上がりを早めるとともに、短時間で安定点灯へと落ち着かせている。（例えば、特許文献１）
特開２００６−７３５３７公報

上記した特許文献１の技術は、自動車前照灯用ＨＩＤのような定格電力の小さなランプを対象にしたもので、プロジェクターのような定格電力の大きなランプでは、始動直後のランプ電圧が低い状態から大電力を投入すると、大きなランプ電流が流れて点灯始動時の効率が悪化する、という問題があった。

この発明の目的は、点灯始動時における効率化を図るとともに、照度の立ち上がりの速い放電灯点灯装置およびこれを用いた画像投影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、この発明の放電灯点灯装置では、入力直流電圧を所望の直流電圧に変換して出力するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記直流電圧を交流電力に変換し、高圧放電灯に投入するＤＣ／ＡＣインバータと、前記放電灯の始動時に、該放電灯に高圧パルス電圧を印加するランプ始動回路と、前記放電灯のランプ電圧およびランプ電流を検出し、該検出信号に応じて前記放電灯の点灯制御を行う制御回路と、を具備し、前記放電灯の始動から所定時間後に一時的に定格以上の電力を前記放電灯に供給し、所定時間経過後は、定格電力まで緩やかに電力を低下させることを特徴とする。

この発明によれば、ランプ始動から数十秒後に一時的に定格以上の電力をランプに供給し、その後は定格電力まで緩やかに電力を低下させることで、点灯始動時の点灯回路へのストレスの低減を図るとともに、照度の立ち上がり特性を向上させることができる。

以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、この発明の放電灯点灯装置の一実施形態について説明するための回路ブロック図である。

図１において、１１は直流電源であり、この電源１１の直流電圧を降圧させるＤＣ／ＤＣコンバータ１２に供給する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、電源１１の正極から例えばＭＯＳ型ＦＥＴトランジスタによるスイッチ素子ＳＷを介してチョークコイルＬの一端とアノードが接地されたダイオードＤのカソードにそれぞれ接続する。コイルＬの他端は平滑用コンデンサＣ１を介して接地するとともに、ランプ電圧検出部１３を介して接地する。ランプ電圧検出部１３の接地側とコンデンサＣ１の接地側との間にランプ電流検出部１４を介在させる。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の出力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２から出力される直流電圧を交流電力に変換するＤＣ／ＡＣインバータ１５を構成する例えばＭＯＳ型ＦＥＴトランジスタによるスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ４を組み合わせたフルブリッジのスイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ４に接続する。スイッチ素子ＳＷ１はスイッチ素子ＳＷ３を介して接地し、スイッチ素子ＳＷ４はスイッチ素子ＳＷ２を介して接地する。スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ３の接続点とスイッチ素子ＳＷ３，ＳＷ２の接続点間には、振動波形形成および電流制限のためのコンデンサＣ２を介挿接続する。スイッチ素子ＳＷ１とＳＷ２は同時にオンオフし、スイッチ素子ＳＷ３とＳＷ４は同時にオンオフするが、極性反転信号によりそれぞれ逆にオンオフ動作が行われる。

コンデンサＣ２の両端は、ランプ点灯時に高圧パルス電圧を発生させるランプ始動回路１６に接続し、ランプ始動回路１６の出力を高圧放電灯１７に供給する。

１８は制御回路であり、制御回路１８はスタート信号供給端子Ｓｔに供給されるスタート信号を受けてパルス幅制御部１９をオンオフする制御信号ａ、パルス幅制御部１９のデューティを制御するデューティ制御信号ｂをそれぞれ出力する。

パルス幅制御部１９はＤＣ／ＤＣコンバータ１２をデューティ制御信号ｂに基づくデューティで駆動する出力パルスｃを出力する。制御回路１８には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２のランプ電圧検出部１３の電圧検出信号ｄとランプ電流検出部１４の電流検出信号ｅを供給する。

さらに、制御回路１８は、ＤＣ／ＡＣインバータ１５のスイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２とＳＷ３，ＳＷ４を交互にオンオフさせ、ＤＣ／ＡＣインバータ１５の出力から交流電圧を得るための駆動パルス信号ｆを出力する。

次に、図１の動作について図２のタイミングチャート、図３の始動時のランプ電力について説明するための波形図とともに説明する。

先ず、高圧放電灯１７を点灯させるためスタート信号端子Ｓｔにスタート信号が供給された制御回路１８は、図２（ａ）に示す制御信号ａをパルス幅制御部１９に供給してオン制御させるとともに、パルス幅制御部１９から出力される信号のデューティを制御するための図２（ｂ）に示すデューティ制御信号ｂを供給する。デューティ制御信号ｂは、高圧放電灯１７の駆動情報および予め制御回路１８に記憶されたＡ〜Ｄのテーブル情報に基づき生成される。

図２（ｃ）に示すように、パルス幅制御部１９の出力からは、始動時に時間の経過とともにデューティの異なる制御信号ｂに基づき、ｃ１〜ｃ４の異なるデューティの出力パルスｃを生成し、この出力パルスｃでＤＣ／ＤＣコンバータ１２のスイッチ素子ＳＷに供給する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１２では、出力パルスｃに基づきスイッチ素子ＳＷをオンオフさせて電源１１の直流電圧をスイッチングし、スイッチング出力を直流電圧に変換して出力する。この直流電圧は、制御回路１８から出力される図２（ｆ）に示す駆動パルス信号ｆ１でＤＣ／ＡＣインバータ１５のスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ４をオンオフ制御する。例えば、スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２は駆動パルス信号ｄ１がＨｉレベルのときにオン、Ｌｏレベルのときにオフさせ、スイッチ素子ＳＷ３，ＳＷ４は駆動パルス信号ｄ１がＬｏレベルのときにオン、Ｈｉレベルのときにオフさせる。駆動パルス信号ｆ２の周波数は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２よりも低い値に選定される。

点灯の始動時および予熱時の駆動パルス信号ｆ１は、例えば２秒間だけ比較的高い例えば１７ｋＨｚ程度の周波数でスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ４を駆動し、通常点灯時の駆動パルス信号ｆ２は、比較的低い例えば９０Ｈｚ程度の周波数でスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ４を駆動するようになっている。

スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２およびＳＷ３，ＳＷ４を周波数の高い駆動パルスｆ１で交互にオンオフさせることによってこの期間は、ランプ始動回路１６から高圧放電灯１７に高圧パルス電圧を供給する。高圧放電灯１７は高圧パルス電圧により高圧放電灯１７を構成する電極間の絶縁が破壊されて点灯が始動する。

高圧放電灯１７の点灯に伴い電圧検出信号ｄ１は、図２（ｄ）に示すように駆動パルス信号ｆ１が１７ｋＨｚの周波数でＤＣ／ＡＣインバータ１５を駆動している期間ｄ１はノイズが重畳された状態の電圧を呈するが、９０Ｈｚの周波数で駆動している期間ｄ２はノイズのない電圧が得られる。また、電流検出信号ｅは、図２（ｅ）に示すように、駆動パルス信号ｆ１が１７ｋＨｚの周波数でＤＣ／ＡＣインバータ１５を駆動している期間ｅ１ではノイズが重畳された状態の電流を呈するが、９０Ｈｚの周波数で駆動している期間ｅ２ではノイズのない電流が得られる。

ランプ電圧検出部１３で検出された電圧検出信号ｄ２とランプ電流検出部１４で検出されたｅ２は、制御回路１８に供給し、これら電圧、電流検出信号と予め記憶されたテーブルに従い、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の出力であるランプ電力を決定している。

ここで、制御回路１８が電圧および電流検出信号とテーブルＡ〜Ｄに書き込まれた制御情報に基づき出力パルスｃを生成し、ランプ電力が決定されることについて説明する。

まず、制御回路１８は、始動時から例えば２０秒間、電圧検出信号ｄ１，ｄ２と電流検出信号ｅ１，ｅ２とテーブルＡの内容に基づいたデューティの出力パルスｃ１を出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、図３のＡに示すように出力パルスｃ１で決まるランプ電力、例えば定格電力１５０Ｗを生成する。

次に、制御回路１８は、電圧検出信号ｄ２と電流検出信号ｅ２とテーブルＢの内容に基づいたデューティの出力パルスｃ２を出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、図３のＢに示すように出力パルスｃ２で決まるランプ電力、例えば２００Ｗを生成する。出力パルスｃ２の生成時間は例えば２５秒間とする。

出力パルスｃ２生成後に制御回路１８は、電圧検出信号ｄ２と電流検出信号ｅ２とテーブルＣの内容に基づいたデューティの出力パルスｃ３を出力する。出力パルスｃ３は、定格電力まで徐々にランプ電力を下げるデューティの内容となっている。このため図３のＣに示すように、漸次ランプ電力を低減させ、定格の１５０Ｗにする。

出力パルスｃ３に基づきランプ電力が定格の１５０Ｗとなる時間に制御回路１８は、電圧検出信号ｄ２と電流検出信号ｅ２とテーブルＤの内容に基づいたデューティの出力パルスｃ４を出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、図３のＤに示すように出力パルスｃ４で決まるランプ電力、つまり定格電力１５０Ｗを生成する。以降この状態のランプ電力を維持する制御が行われる。

図４は、図３で説明した電力制御と高圧放電灯の照度立ち上がりの関係について説明するための特性図である。

図４は、始動時の時間とともに電圧検出信号と電流検出信号とこれらの検出信号に基づき予め設定されたデューティでランプ電力を生成する図３の電力制御を行った場合と、単に電圧検出信号と電流検出信号に基づきランプ電力を決定する従来との照度の立ち上がりを示している。

図４に示すように、照度が定格の５０％まで到達する時間が、従来は４１秒程度を要していたが、この発明では２８秒程度にまで短縮できる。また、照度が定格の８０％まで到達する時間が、従来は５９秒程度を要してしたが、この発明では４４秒程度にまで短縮できる。

このように、ランプ始動から数十秒後に一時的に定格以上の電力をランプに供給し、その後は定格電力まで緩やかに電力を低下させることで、点灯始動時の点灯回路へのストレスの低減を図るとともに、照度の立ち上がり特性を向上させることができる。

なお、上記した実施の形態では、高圧放電灯１７の定格電力を１５０Ｗにしたがこれに限らない。また、始動の所定時間後に一時的に定格以上の電力にする時間は、２０秒を例としたが、１５秒〜３０秒間であれば構わない。始動から所定時間後に一時的に定格以上にする電力は、１５０Ｗから２００Ｗにする例としたが、１．５倍〜２．０場合であればよい。さらに、一時的に定格電力を上昇させる時間は、２０秒を例としたが、２０秒〜２０秒であればよい。

さらに、上記した実施形態では、高圧放電灯１７の電圧検出信号ｅと電流検出信号ｆを入力しているが、高圧放電灯１７の状態を検出する情報としては同じであり、何れか一方でも構わない。また、ＤＣ／ＡＣインバータ１５を構成するスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ４はフルブリッジとしたが、スイッチ素子２個を使用するハーフブリッジ構成でも同様の手段を講じることにより、高圧パルス電圧に起因するノイズを抑え、制御回路の誤動作を防止することが可能である。

図５は、この発明の放電灯点灯装置に関する他の実施形態について説明するためのフローチャートである。この実施形態は、制御回路１８がマイクロコンピュータプログラムの処理によっても実現可能である。以下、図１〜図３を参照しながら図５について説明する。

まず、制御回路１８は点灯始動信号がスタート信号供給端子ｓｔに供給されたかを判断し（Ｓ１）、スタート信号がＨｉレベルであれば、パルス幅制御部１９をオンする制御信号ａとデューティ制御信号ｂをそれぞれ出力する（Ｓ２）。

このとき制御回路１８からパルス幅制御部１９に供給されるデューティ制御信号ｂは、電圧制御信号ｄおよび電流検出信号ｅに基づき定格電力を生成させるテーブルＡによるもので、このデューティ制御信号に基づく出力パルスｃ１を例えば２０秒間出力する（Ｓ３）。

この間の制御回路１８は、ＤＣ／ＡＣインバータ１５のスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ４を駆動させる１７ｋＨｚの駆動信号ｆ１を２秒間生成し（Ｓ４）、スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２およびＳＷ３，ＳＷ４を交互にオンオフさせることで、ランプ始動回路１６から高圧放電灯１７に高圧パルス電圧を供給する。高圧放電灯１７では高圧パルス電圧により絶縁を破壊させて点灯を始動させる。２秒経過後は、９０Ｈｚの駆動信号ｆ２でＤＣ／ＡＣインバータ１５を駆動し、低電圧で高圧放電灯１７の通常点灯を継続する。

制御回路１８では、始動から２０秒が経過したかを判断（Ｓ５）する。２０秒が経過すれば、制御回路１８は、電圧検出信号ｄおよび電流検出信号ｅに基づき一時的に定格電力を２００Ｗに上昇させるテーブルＢでデューティ制御信号ｂを生成し、このデューティ制御信号に基づく出力パルスｃ２を例えば２５秒間出力する（Ｓ６）。

パルスｃ２の生成時間２５秒が経過すると（Ｓ７）、電圧検出信号ｄおよび電流検出信号ｅに基づき２００Ｗの電力を漸次定格電力１５０Ｗに降下させるテーブルＣでデューティ制御信号ｂを生成し、このデューティ制御信号に基づく出力パルスｃ３で図３Ｃに示す電力制御を行う（Ｓ８）。

ランプ電力が定格の１５０Ｗになったところで制御回路１８は、電圧検出信号ｄおよび電流検出信号ｅに基づき定格電力を維持するテーブルＤでデューティ制御信号ｂを生成し、このデューティ制御信号に基づく出力パルスｃ４で図３Ｄに示すように定格電力による点灯を維持する（Ｓ９）。

このように、制御回路１８をマイクロコンピュータによる処理を行った場合でも、ランプ始動から数十秒後に一時的に定格以上の電力をランプに供給し、その後は定格電力まで緩やかに電力を低下させることで、点灯始動時の点灯回路へのストレスの低減を図るとともに、照度の立ち上がり特性を向上させることができる。

このマイクロコンピュータによる処理を行う実施形態のハード構成でも、高圧放電灯１７の点灯の状態を検出する情報としては、何れか一方に入力でも構わない。また、ＤＣ／ＡＣインバータ１５を構成するスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ４はフルブリッジとしたが、スイッチ素子２個を使用するハーフブリッジでも構わない。

図６は、この発明の放電灯点灯装置を用いた画像投影装置に用いた場合の一実施形態について説明するための構成図である。

図６において、６１は画像投影装置の一種の液晶プロジェクタであり、この液晶プロジェクタ６１は本体６２を有し、本体６２の前面側には投影開口６３が形成される。また、本体６２内には光源６４が配設され、この光源６４は高圧放電灯６５と高圧放電灯６５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６４の照射方向の前方には、表示手段としての液晶パネル６７が配設され、この液晶パネル６７の前方の投影開口６３に対応して投影手段としての投影レンズ６８が配設されている。投影開口６３の前方には、スクリーン６９が配設される。

さらに、高圧放電灯６５には放電灯点灯装置７０が接続され液晶パネル６７には液晶駆動回路７１が接続され、放電灯点灯装置７０および液晶駆動回路７１は商用交流電源７２が接続される。放電灯点灯装置７０は高圧放電灯６５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投影装置は、まず、図１で説明した放電灯点灯装置７０から供給される電力で光源６４の高圧放電灯６５を点灯させる。高圧放電灯６５からの光は、直接あるいはリフレクタ６６で反射させ、液晶パネル６７の方向に照射される。液晶パネル６７は、液晶駆動回路７１で表示を変化させて、光源６４からの光を透過させて投影レンズ６８で投影し、スクリーン６９上に映像が映し出される。

なお、上記したリフレクタ６６の放射方向は開放になっているが、透明な前面ガラスを配置し、リフレクタ６６内に配置される高圧放電灯６５を外部に対して密閉させても構わない。

この実施形態では、定格電力の大きな液晶プロジェクタ用の高圧放電灯であっても点灯始動時における点灯効率を向上させることが可能となる。

この発明の放電灯点灯装置に関する一実施形態について説明するための回路構成図。 図１の動作について説明するための説明図。 この発明の高圧放電灯の点灯制御について説明するための説明図。 この発明の効果について説明するための説明図。 この発明の放電灯点灯装置に関する他の実施形態について説明するためのフローチャート。 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構成図。

符号の説明

１１ 電源
１２ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１３ ランプ電圧検出部
１４ ランプ電流検出部
１５ ＤＣ／ＡＣインバータ
１６ ランプ始動回路
１７ 高圧放電灯
１８ 制御回路
１９ パルス幅制御部
ＳＷ，ＳＷ１〜ＳＷ４ スイッチ素子
Ｌ チョークコイル
Ｄ ダイオード
Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ
６１ 液晶プロジェクタ
６２ 本体
６５ 高圧放電灯
６９ スクリーン
７０ 放電灯点灯装置

Claims (3)

1. 入力直流電圧を所望の直流電圧に変換して出力するＤＣ／ＤＣコンバータと、
   前記直流電圧を交流電力に変換し、高圧放電灯に投入するＤＣ／ＡＣインバータと、
   前記放電灯の始動時に、該放電灯に高圧パルス電圧を印加するランプ始動回路と、
   前記放電灯のランプ電圧およびランプ電流を検出し、該検出信号に応じて前記放電灯の点灯制御を行う制御回路と、を具備し、
   前記放電灯の始動から所定時間後に一時的に定格以上の電力を前記放電灯に供給し、所定時間経過後は、定格電力まで緩やかに電力を低下させることを特徴とする放電灯点灯装置。
2. 前記高圧放電灯始動から１５〜３０秒間点灯初期動作させた後、定格電力の１．５〜２．０倍の電力を供給し、その後、２０〜３０秒間で元の定格電力まで、電力を徐々に低下させることを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
3. 高圧放電灯を点灯させる請求項１の放電灯点灯装置と、
   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。

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