JP2011003557A - 高圧放電灯点灯装置、高圧放電灯の点灯方法及びプロジェクタ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1及び第2の電極が対向配置された発光管を有する高圧放電灯に矩形波交流電流を供給するための交流電力供給手段を備え、第1の電極がリフレクタのネック側に、第2の電極がリフレクタの開口側に配置される高圧放電灯点灯装置において、交流電力供給手段が、矩形波交流電流の電流値を決定する直流出力手段及び矩形波交流電流の極性反転を制御する交流変換手段を備え、第1の電極から第2の電極に向かう電流を正電流、その逆を負電流とした場合、第1の変調期間では正電流の電流時間積が負電流の電流時間積よりも大きく、第2の変調期間では負電流の電流時間積が正電流の電流時間積よりも大きく、第1及び第2の変調期間が所定の周期で繰り返され、所定の周期の1周期において正電流の電流時間積の合計が負電流の電流時間積の合計よりも小さくなるようにした。
【選択図】図18
Description
第1の弊害は突起の過度の成長の問題である。突起が成長すると電極間距離が減少してランプ電圧が下がる。そして、突起が過度に成長するとランプ電圧がさらに下がり、定格ランプ電流を投入してもランプ電力が確保できなくなる場合がある。この場合、ランプ温度が下がり、その結果突起がさらに成長してランプ電力もさらに下がるという悪循環に陥り、最終的に照度不足や電極間ショート等のランプの不具合をもたらすおそれがある。
従って、電極上に突起を成長させた後に、それを維持しようとするのではなく、あえてその突起を溶解して電極全体を修復してから再び突起を成長させることを繰り返すのが望ましい。
図30は両文献におけるランプ電極先端の状態の変化を模擬的に表したものである。図30において、最初に状態(a)のような突起があり、突起成長のためのモードが適用されるものとする。そして、状態(b)のように突起が成長し過ぎると、次に突起溶解のためのモードが適用される。その後、突起が溶解されて状態(c)を経て状態(d)のようになる。再び突起成長のためのモードが適用されて状態(e)となり、上記が繰り返される。
従って、本来は、成長し過ぎた突起を持つ電極が陽極となる期間の電流を増大させ、突起が成長していない側の電極が陽極となる期間の電流を減少させる必要があるが、その極性を逆にしてしまうと、成長し過ぎた突起をより成長させ、突起の成長していない側の電極を消耗させてしまう結果となってしまう。
また、後述するように、選択された点灯周波数やランプのライフに影響を受けないような長時間的に有効な対策が要求される。
そして、標準的な点灯装置では、立ち上り期間では定格ランプ電流による点灯(定電流制御)を行い、安定点灯時ではランプ電力を定格値付近に保つ点灯(定電力制御)を行う。即ち、ランプ電流は立ち上り期間では最大定格値付近に維持され、安定点灯時ではそれ以下となる(ランプ電圧が極端に低くない場合を除く)。
ここで、突起の成長には限度があるものの、突起の溶解は電極本体の消耗へと発展してしまうことが確認された。従って、両電極間に電気的又は電子的に同じ作用を施すとネック側電極の消耗が大きくなってしまうが、これに対策をうつことによりランプ寿命が改善されることが期待できる。従って、上記の問題と併せて、この電極間温度差にも対応した点灯方法を開発する必要がある。
また、交流電力供給手段が、高圧放電灯のランプパラメータを検出する検出回路、及びランプパラメータに応じて期間Tsにおける周波数を制御するモード制御回路を備えてもよい。
さらに、検出回路がランプパラメータとしてランプ電圧を検出するランプ電圧検出回路からなり、モード制御回路が、ランプ電圧が所定値V1以下になるまでは通常モードを適用し、ランプ電圧が所定値V1以下になった後所定値V2(V1<V2)に戻るまでは電圧低下対策モードを適用し、ランプ電圧が所定値V2以上に戻った後は通常モードを適用するよう構成され、電圧低下対策モードにおける対称電流期間Tsの周波数が、通常モードにおける対称電流期間Tsの周波数よりも高いことを特徴とする。
さらに、検出回路がランプパラメータとしてランプ電圧を検出するランプ電圧検出回路からなり、モード制御回路が、ランプ電圧が所定値V1以下になるまでは通常モードを適用し、ランプ電圧が所定値V1以下になった後所定値V2(V1<V2)に戻るまでは電圧低下対策モードを適用し、ランプ電圧が所定値V2以上になった後は通常モードを適用するよう構成され、電圧低下対策モードにおける期間T0に含まれるサイクル数に対する対称電流期間Tsのサイクル数の割合が、通常モードにおける期間T0に含まれるサイクル数に対する対称電流期間Tsに含まれるサイクル数の割合よりも大きいことを特徴とする。
前記第1の電極から前記第2の電極に向かう電流を正電流、その逆を負電流とした場合に、前記交流電力供給手段によって供給される矩形波交流電流の1変調期間T0が、正電流側の半周期の実効値が負電流側の半周期の実効値よりも大きい第1の非対称電流期間T1、及び負電流側の半周期の実効値が正電流側の半周期の実効値よりも大きい第2の非対称電流期間T2からなる高圧放電灯点灯装置である。
また、交流電力供給手段が、矩形波交流電流の極性反転を制御する交流変換手段からなり、第1及び第2の非対称電流期間T1及びT2が、正負対称の矩形波が通電される対称電流期間Tsを挟んで間欠的に所定の周期で繰り返される非対称矩形波電流であり、第1の出力状態における前記期間T1及びT2に含まれるサイクル数に対する対称電流期間Tsのサイクル数の割合が、第2の出力状態における期間T1及びT2に含まれるサイクル数に対する対称電流期間Tsのサイクル数の割合よりも小さくなるように交流変換手段を構成してもよい。
また、第1の出力状態における矩形波交流電流の周波数を50Hz〜1kHzとなるようにした。
また、矩形波交流電流がさらに、正負対称矩形波の対称電流期間Tsを第1の非対称電流期間T1と第2の非対称電流期間T2の間に含む構成とした。
また、交流変換手段が正電流と負電流のデューティ比を調整する制御手段を備え、第1の非対称電流期間T1では正電流のデューティが負電流のデューティよりも大きく、第2の非対称電流期間T2では負電流のデューティが正電流のデューティよりも大きく、所定の周期の1周期において正電流の平均デューティが負電流の平均デューティよりも小さくなるように制御手段が構成された。
また、第1の非対称電流期間T1における正電流と負電流のデューティ差が第2の非対称電流期間T2における負電流と正電流のデューティ差と等しく、第1の期間T1が第2の期間T2よりも短くなるようにした。
本発明における点灯装置の回路構成および基本的な動作は図28に示した従来例の回路と同じであるため説明を省略する。
図1Aは発明Iにおける高圧放電灯のランプ電流波形である。図1Aに示すように、ランプ電流は周波数がf1で一定の矩形波交流電流であるが、変調周期T0の変調矩形波電流となっている。変調周期T0は非対称電流期間T1及びT2を含み、期間T1と期間T2を通じて極性反転の周波数はf1で一定であるが、1サイクル内の電流極性切換りタイミング(デューティ比)が期間T1と期間T2では異なっている。即ち、期間T1では正側のデューティが負側のデューティよりも大きく、期間T2ではその逆となっている。なお、デューティ比はブリッジ制御回路75によって制御される。
また、期間T1においては正電流のデューティを80%程度以下とするのが望ましい。同じく、期間T2においても負電流のデューティを80%程度以下とするのが望ましい。過度にデューティを大きくすると点灯状態が直流点灯に近くなり、交流点灯用のランプとしての特性上好ましくないからである。
図3に発明Iの他の実施例の波形図を示す。図3においては、2つの異なるデューティ比の非対称電流期間(T1、T2)の間にデューティ比が50%の対称電流期間(Ts)が挿入されている。この場合においても図1の電流波形と同様の効果が得られる。
なお、本実施例は成長と溶解の効果を得つつも、電極の特性に応じて成長と溶解の程度を小さくしたい場合に有用である。
(1)正負対称期間(Ts)がないとすると、電極の動作温度が高い(負荷が大きい)状態か、低い状態の2種類のみとなってしまうが、Tsが存在することで電極動作温度が高い状態、中間の状態(Ts)、低い状態の3種類の状態が存在することになり、電極が高い温度での動作時間比率を下げることが可能となる。これにより、電極への負荷を軽減できる。
(2)このTsを設けることで、デューティ非対称波形によってランプ(発光管)に生じる温度勾配を緩やかにし、熱歪によるランプの破裂確率を低減することができる。
(3)通常の矩形波点灯によるランプ電圧制御(即ち、点灯周波数を制御してランプ電圧を調整する等)の方法を、デューティ変調点灯にも導入することができる。例えば、正負対称期間Tsの周波数、サイクル数を制御することで、上記のランプ電圧制御が可能となる。これについては、発明IIで詳しく説明する。
図4は発明Iの他の実施例による矩形波変調電流の波形図を示す。図4においては、デューティ比が時間と共に連続的に増大/減少させられている。この場合においても図1の電流波形と同様の効果が得られる。
なお、本実施例はランプ電流波形の急激な変調を伴わないので、制御の切換えが視認されることはなく、また、切り替えに起因する不要なノイズが発生することもないという利点がある。
図5は発明Iの他の実施例による矩形波変調電流の波形図を示す。本実施例では、図5(a)に示すように、ブリッジ制御回路75によってランプ電流波形がデューティ比50%一定で制御される一方、PWM制御回路74によってランプ電流の半周期の実効値が増加/減少させられている。この場合においても図1の電流波形と同様の効果が得られる。
また、デューティ比を変化させる実施例とは異なり、図5(b)に示すように、ランプ電流の絶対値の変化が光出力として表れることになる。従って、その光出力の変化が視認されないように、点灯周波数を比較的高くする必要がある(例えば100Hz以上、より好ましくは200Hz以上)。
ステップS100において、安定点灯の初期動作が行われ、このステップの終了時に電極先端の状態は図2の(d)の状態にあるものとする。
ステップS110において、電極Aの突起を溶解させるとともに電極Bの突起を成長させるための非対称電流が供給される(期間T1)。具体的には、正電流>負電流となるように電流波形が形成される。
ステップS120において、電極Aの突起を成長させるとともに電極Bの突起を溶解させるための非対称電流が供給される(期間T2)。具体的には、正電流<負電流となるように電流波形が形成される。
なお、ここでいう非対称電流は図1、図3及び図5の電流波形のいずれかに相当する。図4の電流波形については、正電流が負電流よりも大きい期間がステップS110に相当し、正電流が負電流よりも小さい期間がステップS120に相当する。
(1)直流出力手段として示した降圧チョッパ回路20は他の周知の回路方式(例えば、フライバック型等)であってもよい。同様に、交流変換手段として示したフルブリッジ回路30も他の周知の回路方式(例えば、プッシュプル型等)であってもよい。
(2)上記各実施例における非対称矩形波電流は図1、3、4及び5の波形を適宜組み合せた複合的なものであってもよい。即ち、正電流の実効値と負電流の実効値を周期的に偏らせた非対称波形としつつも、変調1周期における両者の実効値がほぼ等しくなるようにすればよい。
ここでハロゲンサイクルについて簡単に説明しておく。ハロゲンサイクルはある温度条件を満たすことで安定して行われることが知られているが、温度条件はランプ電流波形や点灯周波数、ランプ空冷方法で変えることができる。また、温度条件を急激に変化させるとハロゲンサイクルが活性化し突起が一時成長したり溶解したりすることが実験でわかっている。例えば、温度が高くなるような波形または周波数で点灯させた電極を、温度が低くなる波形または周波数に切り替えた場合、温度変化率にもよるが突起は一時成長し、その逆は一時溶解する。
なお、ここでいう「又は」とは(A)のみを行なう場合、(B)のみを行なう場合、及び(A)と(B)の両方を同時に行なう場合を意味している。
また、(B)の態様には、(B1)T0の期間長を固定として、Tsの期間長を変化させる(同時にT1及びT2の期間長も変化させる)もの、(B2)T0の期間長を可変として、T1及びT2の期間長を固定してTsの期間長を変化させるもの、及び(B3)T0の期間長を可変として、Tsの期間長を固定してT1及びT2の期間長を変化させるものが含まれる。
(1)f1=fLの場合であって、ランプパラメータが電極間距離の所定量以上の減少を示した場合に、(A)Tsの周波数を比較的高めのf2に上昇させてTsにおける電極の溶解傾向を強め、電極間距離を回復させる。
(2)f1=fHの場合であって、ランプパラメータが電極間距離の所定量以上の増加を示した場合に、(A)Tsの周波数を比較的低めのf0に降下させてTsにおける電極の成長傾向を強め、電極間距離を回復させる。
(3)f1=fMの場合であって、ランプパラメータが電極間距離の所定量以上の減少を示した場合に、(A)Tsの周波数を比較的高めのf2に上昇させてTsにおける電極の溶解傾向を強め、又は(B)T0に含まれる全サイクル数に対する期間Tsに含まれるサイクル数の割合を増加させてT0全体における電極の溶解傾向を強め、電極間距離を回復させる。
(4)f1=fMの場合であって、ランプパラメータが電極間距離の所定量以上の増加を示した場合、(A)Tsの周波数を比較的低めのf0に降下させてTsにおける電極の成長傾向を強め、又は(B)T0に含まれる全サイクル数に対する期間Tsに含まれるサイクル数の割合を減少させてT0全体における電極の成長傾向を強め、電極間距離を回復させる。
なお、以降の説明において「周期数」と「サイクル数」とは同義のものとする。
図9は本発明IIの第1の実施例を示す回路図である。図28と異なる点はブリッジ制御回路75にモード制御回路700が付加された点である。モード制御回路700にはランプ電圧検出回路(抵抗71及び72)のA点が接続され、ランプ電圧が入力される。モード制御回路700は検出されるランプ電圧に基づいて出力パラメータであるデューティ比を決定してブリッジ制御回路75に入力し、そのデューティ比に従ってブリッジ回路30のスイッチング動作が行われる。
なお、上記実施例では、期間T0を順に各1個ずつの期間T1、Ts及びT2で構成したが、期間T0内の各期間の順序、個数等は適宜選択可能である。
図10において、まず高圧放電灯点灯装置に電源が投入されると、ステップS200の始動・立ち上がり制御を経てランプ50の安定点灯が開始される。この電源が投入されてから安定点灯到達前の数分間の始動・立ち上がり制御では一般的な制御を用いればよく、本発明の本質ではないので説明を省略する。
モード制御回路700はランプ電圧が下限値V1になるまでブリッジ制御回路75に最適となるように設定した周波数かつ周期数で出力させる。ここでは一例としてその値を周波数100Hz、周期数10サイクルとした。なお、下限値V1は55V〜65V程度であればよい。
モード制御回路700は点灯モードをVL低下対策モードに切替え、ランプ電圧が上限値V2になるまでブリッジ制御回路75に突起溶解用の周波数・周期数で出力させる。ここでは一例としてその値を周波数200Hz、周期数20サイクルとした。定調矩形波電流の周波数100Hz・サイクル数10サイクルから周波数200Hz・サイクル数20サイクルへと変更したことにより、ランプ電圧は上昇していく。なお、上限値V2は65V〜75V程度であればよい。
これにより、ランプ電圧検出のサンプリング期間を長くして検出精度を上げることができるとともに、装置の制御に対する突起状態の挙動の追従が高くなるので電極間距離短縮のオーバーシュート的な状態は起こらない。その結果として、突起の過度の成長による弊害を適切かつ確実に防止することができる。
実験の結果、以下のような高圧放電灯点灯装置を設計すると好適に突起の成長及び溶解をコントロールできることが分かった。なお、使用ランプの定格電力は200Wである。
通常モードの対称矩形波電流部分(Ts)の周波数を100Hz・サイクル数を5サイクル、VL低下対策モードの対称矩形波電流部分(Ts)の周波数を200Hz・サイクル数を20サイクルとした。そして、通常モードにおける下限値V1、VL低下対策モードにおける上限値V2をそれぞれ62V、68Vとした。
なお、上記は設計の概要を明確にするために代表的な好適な設計例を示したものであり、本発明は上記の数値に限定されるものではない。使用するランプによって適切な数値を設定すればよい。
発明IIでも述べたように、発明Iにおいては、突起の溶解と成長が同程度の速さで進行するものとして本発明の基本的な概念を説明した。しかし、実際には、溶解と成長とを全く同じ速さで進行させることは難しく、それらの速さには若干の差がある。その結果として短時間的にはランプ電圧をある範囲に維持できるものの、長時間的には、速さの差の影響が徐々に累積し、ランプ電圧を所定の範囲に維持できない場合がある。
具体的には、期間T1での正負電流の電流時間積の差をΔIt1とし、期間T2での正負電流の電流時間積の差をΔIt2とした場合、検出されたランプパラメータに応じてΔIt1、ΔIt2の少なくとも一方を制御するものである。
本発明IIIの実施例を示す回路図は前述した図9と同じである。即ち、図28と異なる点はブリッジ制御回路75にモード制御回路700が付加された点である。モード制御回路700にはランプ電圧検出回路(抵抗71及び72)のA点が接続され、ランプ電圧が入力される。モード制御回路700は検出されるランプ電圧に基づいて出力パラメータであるデューティ比を決定してブリッジ制御回路75に入力し、そのデューティ比に従ってブリッジ回路30のスイッチング動作が行われる。
図13において、まず高圧放電灯点灯装置に電源が投入されると、ステップS200の始動・立ち上がり制御を経てランプ50の安定点灯が開始される(図14のt0に対応)。この電源が投入されてから安定点灯到達前の数分間の始動・立ち上がり制御では一般的な制御を用いればよく、本発明の本質ではないので説明を省略する。
モード制御回路700はランプ電圧が下限値V1になるまでブリッジ制御回路75に最適となるように設定したデューティ比Dsを出力させる。ここでは一例としてその値をデューティ比60%:40%とした。なお、下限値V1は55V〜60V程度であればよい。
モード制御回路700は点灯モードをVL低下対策モードに切替え、ランプ電圧が上限値V2になるまでブリッジ制御回路75に突起溶解用のデューティDmを出力させる(図14のt1に対応)。ここでは一例としてその値をデューティ比80%:20%とした。デューティ比を60%:40%(Ds)から80%:20%(Dm)へと、正/負電流のデューティ比がより偏った変調矩形波電流に変更したことにより、ランプ電圧は上昇していく。なお、上限値V2は65V〜75V程度であればよい。
これにより、ランプ電圧検出のサンプリング期間を長くして検出精度を上げることができるとともに、装置の制御に対する突起状態の挙動の追従が高くなるので電極間距離短縮のオーバーシュート的な状態は起こらない。その結果として、突起の過度の成長による弊害を適切かつ確実に防止することができる。
実験の結果、以下のような高圧放電灯点灯装置を設計すると好適に突起の成長及び溶解をコントロールできることが分かった。なお、使用ランプの定格電力は200Wである。
通常モードのデューティ比Dsを60%:40%、VL低下対策モードのデューティ比Dmを80%:20%とした。そして、通常モードにおける下限値V1、VL低下対策モードにおける上限値V2をそれぞれ57V、70Vとした。
なお、上記は設計の概要を明確にするために代表的な好適な設計例を示したものであり、本発明は上記の数値に限定されるものではない。使用するランプによって適切な数値を設定すればよい。
上記実施例では、期間T1及びT2についてΔIt1及びΔIt2を制御する構成としたが、期間T1のみ又はT2のみについてそれぞれΔIt1のみ及びΔIt2のみを制御する構成としてもよい。なお、両電極構造、発光管の構造、光源装置の構造又はそれらの配置の非対称性に応じて、特に両電極間の温度差に応じて、期間T1の電流波形全体と期間T2の電流波形全体とが互いに正負非対称となっているもの(例えば、通常モードにおける正負のデューティ比が期間T1で55:45、期間T2で35:65等)にも本発明を適用できる。
なお、図3においては、期間T1及びT2について上記実施例と同様の制御を行えばよい。また、期間T1、T2のデューティ比を変化させずに、期間Ts(デューティ50%の期間)が全体に占める割合を制御してもよい。即ち、VL低下対策モードにおける期間T3の割合を通常モードにおける割合よりも小さくして、VL低下対策モードにおける非対称性を通常モードにおける非対称性よりも増すようにすればよい。
また、図5においては、VL低下対策モードにおけるランプ電流上限値を通常モードにおけるランプ電流上限値よりも大きくすればよい(言い換えると、VL低下対策モードにおけるランプ電流下限値を通常モードにおけるランプ電流下限値よりも小さくすればよい)。但し、VL低下対策モードにおけるランプ電流値下限値として放電維持に影響しない程度の電流値を確保する必要がある。
(1)直流出力手段として示した降圧チョッパ回路20は他の周知の回路方式(例えば、フライバック型等)であってもよい。同様に、交流変換手段として示したフルブリッジ回路30も他の周知の回路方式(例えば、プッシュプル型等)であってもよい。
(2)上記各実施例における変調矩形波電流は図1、3、4及び5の波形を適宜組み合せた複合的なものであってもよい。即ち、正電流の電流時間積と負電流の電流時間積を周期的に偏らせた変調波形として、その非対称性(偏り)を制御できればよい。
(3)上記変調矩形波電流の非対称性(偏り)を電流時間積の差によって規定したが、電流二乗時間積の差で規定してもよい。
ところで、安定点灯時についてのみを考慮するのであれば発明I〜IIIの設計で十分である。しかし、課題としても述べたように、立ち上り期間における制御を別途設けることが望ましい。発明者らの実験によると、上記の安定点灯時の電流波形を立ち上り期間においても印加すると、両電極の突起が溶解してしまうことが分かっている。
立ち上り期間に突起が溶解してしまっても、長時間点灯させるのであれば安定点灯中に再び突起が成長する場合もあるが、ユーザによっては短時間でON/OFFを繰り返す場合もあり、これにより立ち上り期間が点灯時間全体に占める割合が増え、突起が消耗し、ランプが短寿命になってしまうことが予想される。その対策として、以下の実施例では、立ち上り期間は突起の消耗度の小さいランプ電流波形を印加するものである。
図15は発明IVの実施例を示す回路図である。図28と異なるのは、検出手段15及び切換手段16をさらに備えた点である。なお、説明の便宜上、これらの手段を個別のものとして記載しているが、これらの手段は通常のPWM制御回路74等に組み込まれているようなものである。
検出手段15はランプの点灯に関するランプパラメータを検出する手段である。ランプパラメータとは、ランプ点灯開始からの経過時間、ランプ電圧値、ランプ電圧の時間に対する微分値、ランプ電力等のうちの少なくとも1つを含むものである。なお、それぞれの具体的検出方法は後述するように周知のものを用いればよい。
切換手段16は検出手段15からの入力に応じてブリッジ制御回路75の動作状態、即ち、高圧放電灯点灯装置からランプ50への出力状態を第1の出力状態から第2の出力状態切換えるための手段である。即ち概略として、図16に示すように、立ち上り期間は第1の出力状態を維持し、安定点灯時には第2の出力状態とするものである。
具体的には、例えば、発明Iの実施例1〜3との関連においては、第1の出力状態のランプ電流の正負間のデューティ差が、第2の出力状態のランプ電流の正負間のデューティ差よりも小さくなるようにすればよい。
また、発明Iの実施例4との関連においては、第1の出力状態のランプ電流の正負間の電流波高値の差が、第2の出力状態のランプ電流の正負間の電流波高値の差よりも小さくなるようにすればよい。
また、突起の消耗が激しくないランプであれば、第1の出力状態においても非対称性を弱めつつも(偏りを小さくしつつも)非対称としてもよい。例えば、第1の出力状態においては、正/負ランプ電流のデューティを60/40%の波形(正負のデューティ差=60−40=20)とし、第2の出力状態においては、正/負ランプ電流のデューティを70/30%の波形(正負のデューティ差=70−30=40)等としてもよい。
従って、第1の出力状態と第2の出力状態とでデューティ比だけでなく点灯周波数も切換えるようにしてもよい。
例えば、ランプパラメータを点灯開始からの経過時間とする場合、検出手段15はタイマであればよい。そして、切換手段16は、経過時間が所定値t1に達するまではブリッジ回路30の出力を第1の出力状態に維持し、所定値t1に達した後は第1の出力状態から第2の出力状態に切換えればよい。なお、t1はランプの種類にもよるが、1分〜20分程度とすればよい。
また、ランプパラメータをランプ電圧の時間に対する微分値とする場合は、検出手段15は上記の分圧回路に加えて微分値を検出する手段を備えればよい。そして、切換手段16は、ランプ電圧微分値が所定値dV1/dtに下がるまではブリッジ回路30の出力を第1の出力状態に維持し、所定値dV1/dtまで低減された後は第1の出力状態から第2の出力状態に切換えるようにすればよい。
またさらに、経過時間、ランプ電圧値、ランプ電圧微分値による検出を併用して、それらによる検出結果の論理和又は論理積をとるようにしてもよい。
なお、第2の出力状態において実施例4の制御を用いる場合、切換手段16はPWM制御回路74に、又はブリッジ制御回路75及びPWM制御回路74に接続されるべきである。本発明はこのような各種制御の組み合わせ及び各手段/回路の接続を限定するものではない。
ステップS100において、安定点灯の初期動作が行われ、このステップの終了時に電極先端の状態は図2の(d)の状態にあるものとする。
ステップS110において、電極Aの突起を溶解させるとともに電極Bの突起を成長させるための非対称矩形波電流が供給される(期間T1)。具体的には、正電流>負電流となるように電流波形が形成される。
ステップS120において、電極Aの突起を成長させるとともに電極Bの突起を溶解させるための非対称矩形波電流が供給される(期間T2)。具体的には、正電流<負電流となるように電流波形が形成される。
なお、ここでいう非対称矩形波電流は図1、図3及び図5の電流波形のいずれかに相当する。図4の電流波形については、正電流が負電流よりも大きい期間がステップS110に相当し、正電流が負電流よりも小さい期間がステップS120に相当する。
点灯が開始されると、ステップS102で立ち上り期間のための第1の出力状態が維持される。例えば、正/負のデューティが50%/50%であり、周波数50Hz〜1kHzの正負対称波形のランプ電流が印加される。
ステップS104において、上述したようなランプパラメータの検出及び判断が行われる。ステップS104でYesの場合、即ちランプパラメータが所定の条件を満たした場合、ステップS106に進む。Noの場合はステップS102に戻り第1の出力状態を維持する。
ステップS106で第1の出力状態から第2の出力状態に切換えられる。第2の出力状態においては、実施例1〜4に示したような電流波形をランプに印加すればよい。
(1)直流出力手段として示した降圧チョッパ回路20は他の周知の回路方式(例えば、フライバック型等)であってもよい。同様に、交流変換手段として示したフルブリッジ回路30も他の周知の回路方式(例えば、プッシュプル型等)であってもよい。
(2)上記各実施例における非対称矩形波電流は図1、3、4及び5の波形を適宜組み合せた複合的なものであってもよい。
発明I〜IVにおいて、通常の矩形波で点灯した場合に(即ち、両電極に同じ電子的作用を与えた場合に)両電極の温度が等しくなるという仮定の下でその作用効果を説明してきた。
発明Vとして、実際にランプがリフレクタに取り付けられ、あるいはさらにランプに副反射鏡が取り付けられ、同じ電子的作用を及ぼしたとしても電極A、B間に温度差が生じるような場合について説明する。以下の説明においては、電極Aがリフレクタのネック側に、電極Bが開口側に装着され、副反射鏡はないものとする(副反射鏡がある場合については段落0134において述べる)。
ここで、仮に正負対称波形を印加した場合(同じ電子的作用を及ぼした場合)、電極Aの平均温度が電極Bの平均温度に比べて高くなる。また、発明Iのように、周期T0において、正電流と負電流の総量(電流時間積の合計)が等しくなるような場合も同様に、電極Aの平均温度が電極Bの平均温度に比べて高くなり、電極Aの突起は電極Bの突起よりも溶解し易く、その結果として電極Aは電極Bよりも消耗が大きくなる。
発明Vの実施例の回路構成は発明Iのものと同様であるが、期間T1及びT2の相対的な関係が異なる。
図18は発明Vの第1の実施例を示す電流波形図である。なお、以降の説明において、期間T1の正電流/負電流のデューティ比をそれぞれD1+/D1−、期間T2の正電流/負電流のデューティ比をそれぞれD2+/D2−とする。
本実施例においては、図1Aの参考例と同様に、変調周期T0が期間T1及び期間T2を含み、期間T1と期間T2を通じて点灯周波数はf1で一定であるが、1サイクル内のデューティ比が期間T1と期間T2では異なっている。即ち、期間T1ではD1+>D1−であり、期間T2ではD2+<D2−である。なお、デューティ比はブリッジ制御回路75によって制御され、点灯周波数f1は50Hz〜1kHz、好ましくは50Hz〜400Hzである。
期間T1と期間T2とでは正負電流間のデューティ差が異なり、期間T1におけるデューティ差(D1+−D1−)が期間T2のデューティ差(D2−−D2+)よりも小さい。例えば、期間T1においてデューティD1+、D1−をそれぞれ60%、40%(デューティ差20%)として、期間T2におけるデューティD2+、D2−をそれぞれ20%、80%(デューティ差60%)等とすればよい。
その結果として、期間T0において正電流の平均デューティが負電流の平均デューティよりも小さくなり、従って正電流の電流時間積の合計が負電流の電流時間積の合計よりも小さくなる。
以上のように、本実施例によると、ネック側電極Aの突起の溶解及び電極本体の消耗が抑制され、ランプ寿命が改善される。
図19は発明Vの第2の実施例を示す電流波形図である。
本実施例においては、実施例1と同様に、変調周期T0が期間T1及び期間T2を含み、期間T1と期間T2を通じて点灯周波数はf1で一定であり、期間T1ではD1+>D1−であり、期間T2ではD2+<D2−である。なお、デューティ比はブリッジ制御回路75によって制御され、点灯周波数f1は50Hz〜1kHz、好ましくは50Hz〜400Hzである。
その結果として、期間T0において正電流の平均デューティが負電流の平均デューティよりも小さくなり、従って正電流の電流時間積の合計が負電流の電流時間積の合計よりも小さくなる。
なお、得られる効果は実施例1と同様である。
図20Aは発明Vの第3の実施例を示す電流波形図である。
なお、以降の説明において、期間T1の正電流/負電流の電流幅をそれぞれd1+/d1−、期間T2の正電流/負電流の電流幅をそれぞれd2+/d2−とする。
本実施例では、各電流幅について、d1+<d2−、d1−=d2+であり、期間T1と期間T2とでは点灯周波数は異なるが期間長が等しい。但し、各デューティについては、実施例1又は2と同様に、D1+>D1−、かつ、D2+<D2−である。
その結果として、期間T0において、正電流の電流時間積の合計が負電流の電流時間積の合計よりも小さくなる。
ここでも各電流幅について、d1+<d2−、d1−=d2+であり、期間T1と期間T2とでは点灯周波数は異なるが各期間に含まれる波形のサイクル数が等しい。
その結果として、期間T0において、正電流の電流時間積の合計が負電流の電流時間積の合計よりも小さくなる。
なお、実施例3(図20A及び20B)によって得られる効果は実施例1と同様である。
また、期間T1及びT2において、それぞれ適正な周波数(例えば、50Hz〜1kHz、より好ましくは50Hz〜400Hz)とすることが必要である。
図21は発明Vの第4の実施例を示す電流波形図である。
本実施例は、図5(a)と同様に、ブリッジ制御回路75によってランプ電流波形がデューティ比50%一定で制御される一方、PWM制御回路74によってランプ電流の波高値が増加/減少させられている。なお、ブリッジ制御回路75においてデューティ制御を行う必要がないのでブリッジドライバICに安価なものを使用することができるが、降圧チョッパ回路20の電流容量を大きくする必要がある。
また、参考例と同様に、その光出力の変化が視認されないように、点灯周波数を比較的高くする必要がある(例えば100Hz以上、より好ましくは200Hz以上)。
期間T1と期間T2とでは正負電流間の波高値の差が異なり、期間T1の波高値の差が期間T2の波高値の差よりも小さい。図21の破線で示したように、期間T1の平均電流値の絶対値は期間T2の平均電流値の絶対値よりも小さい。
その結果として期間T0において、正電流の電流時間積の合計が負電流の電流時間積の合計よりも小さくなる。
図22は発明Vの第5の実施例を示す電流波形図である。
本実施例も実施例4と同様に、ブリッジ制御回路75によってランプ電流波形がデューティ比50%一定で制御される一方、PWM制御回路74によってランプ電流の波高値が増加/減少させられている。
本実施例は、期間T1と期間T2とでは正負電流間の波高値の差は等しいが、期間T1の長さが期間T2よりも短い点で図5(a)の参考例と異なる。
その結果として期間T0において、正電流の電流時間積の合計が負電流の電流時間積の合計よりも小さくなる。
図23A〜23Dは発明Vの第6の実施例を示す電流波形図である。
実施例6においては、図3と同様に、電流時間積を偏らせない電流、即ち正負対称電流の期間Tsを挿入している。
図23Aは実施例1(図18)、実施例3(図20A)及び実施例4(図21)に対応するものである。即ち、図23Aは、図18、図20A又は図21における期間T1と期間T2の間に期間Tsを挿入したものである。
図23Bは実施例2(図19)、実施例3(図20B)及び実施例5(図22)に対応するものである。即ち、図23Bは、図19、図20B又は図22における期間T1と期間T2の間に期間Tsを挿入したものである。なお、期間Tsの技術的意義や決定方法等は図3に関連して説明した参考例と同様である。
また、図23Dは基本的には実施例2(図19)、実施例3(図20B)及び実施例5(図22)に対応するものである。図23Dは、期間T0当たりの期間T1、T2及びTsの合計期間長について、期間T1の合計期間長が期間T2の合計期間長よりも短くしたものである。
なお、T1、T2及びTsの並び順は規則的なものであってもよいし、ランダムなものであってもよい。
またさらに、図18〜図23のいずれかの波形において、期間毎の波形変化を連続的なものとしてもよい。例えば、図4に示した波形のようにデューティの変化を連続的にして、期間T0において正電流の電流時間積の合計が負電流の電流時間積の合計よりも小さくなるようにしてもよい。
ステップS100において、安定点灯の初期動作が行われ、このステップの終了時に電極先端の状態は図2の(d)の状態にあるものとする。
ステップS110において、電極Aの突起を溶解させるとともに電極Bの突起を成長させるための変調矩形波電流が供給される(期間T1)。具体的には、正電流の電流時間積(It+)>負電流の電流時間積(It−)となるように電流波形が形成される。
ステップS120において、電極Aの突起を成長させるとともに電極Bの突起を溶解させるための変調矩形波電流が供給される(期間T2)。具体的には、正電流の電流時間積(It+)<負電流の電流時間積(It−)となるように電流波形が形成される。
なお、ここでいう変調矩形波電流は図18〜図22に対応する電流波形のいずれかに相当する。
即ち、正負対称電流を印加したなら高温となる側の電極から他方の電極に向かう電流を正電流とし、その逆を負電流として各実施例を実施するものとする。
(1)直流出力手段として示した降圧チョッパ回路20は他の周知の回路方式(例えば、フライバック型等)であってもよい。同様に、交流変換手段として示したフルブリッジ回路30も他の周知の回路方式(例えば、プッシュプル型等)であってもよい。
(2)上記各実施例における変調矩形波電流は図18〜23の波形を適宜組み合せた複合的なものであってもよい。即ち、正電流の電流時間積と負電流の電流時間積を周期的に偏らせた変調波形としつつも、変調1周期における正電流の電流時間積の合計を負電流の電流時間積の合計よりも小さくすればよい。
(3)上記各実施例において、波形を電流時間積によって規定したが、電流二乗時間積によって規定しても同様の作用効果が得られる。
これにより、フリッカ回避はもちろんのこと、照度不足の回避、長期的な信頼性の確保等を達成する信頼性の高いプロジェクタを得ることができる。
10:直流電源
15:検出手段
16:切換手段
20:降圧チョッパ回路
30:フルブリッジ回路
40:始動回路
50:高圧放電灯
61:高圧放電灯点灯装置
62:リフレクタ
63:筐体
64:副反射鏡
70:制御回路
71,72,73:抵抗
74:PWM制御回路
75:ブリッジ制御回路
76:誤差アンプ
77:乗算器
78:積分回路
79:直流電源
700:モード制御回路
A、B:電極
Claims (6)
- 第1及び第2の電極が対向配置された発光管を有する高圧放電灯に矩形波交流電流を供給するための交流電力供給手段を備え、前記第1の電極から前記第2の電極に向かう電流を正電流、その逆を負電流とした場合に、電流波形を正負対称としたならば前記第1の電極が前記第2の電極よりも高温になる高圧放電灯点灯装置において、
前記交流電力供給手段が、前記矩形波交流電流の電流値を決定する直流出力手段、及び前記矩形波交流電流の極性反転を制御する交流変換手段からなり、
第1の非対称電流期間T1では正電流の電流時間積が負電流の電流時間積よりも大きく、第2の非対称電流期間T2では負電流の電流時間積が正電流の電流時間積よりも大きく、前記第1の非対称電流期間T1及び第2の非対称電流期間T2が所定の周期で繰り返され、前記所定の周期の1周期において、前記正電流の電流時間積の合計が前記負電流の電流時間積の合計よりも小さくなるように、前記直流出力手段及び前記交流変換手段によって前記矩形波交流電流が形成される高圧放電灯点灯装置。 - 請求項1記載の高圧放電灯点灯装置において、前記第1の電極がリフレクタのネック側に、前記第2の電極が前記リフレクタの開口側に配置される高圧放電灯点灯装置。
- 請求項1記載の高圧放電灯点灯装置において、前記矩形波交流電流がさらに、正負対称矩形波の対称電流期間Tsを前記第1の非対称電流期間T1と前記第2の非対称電流期間T2の間に含む高圧放電灯点灯装置。
- 請求項1記載の高圧放電灯点灯装置において、前記交流変換手段が正電流と負電流のデューティ比を調整する制御手段を備え、
前記第1の非対称電流期間T1では正電流のデューティが負電流のデューティよりも大きく、前記第2の非対称電流期間T2では負電流のデューティが正電流のデューティよりも大きく、前記所定の周期の1周期において正電流の平均デューティが負電流の平均デューティよりも小さくなるように前記制御手段が構成された高圧放電灯点灯装置。 - 請求項4記載の高圧放電灯点灯装置において、前記第1の非対称電流期間T1における正電流と負電流のデューティ差が前記第2の非対称電流期間T2における負電流と正電流のデューティ差と等しく、前記第1の期間T1が前記第2の期間T2よりも短い高圧放電灯点灯装置。
- 請求項1から5いずれか一項に記載の高圧放電灯点灯装置、前記高圧放電灯、リフレクタ、並びに前記高圧放電灯点灯装置及び前記リフレクタを内包する筐体を備えたプロジェクタ。
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