JP4459166B2 - 高圧放電灯を点灯する装置および方法 - Google Patents

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧水銀ランプ等の放電灯を点灯させる装置および方法に関し、投射型プロジェクターシステムに適用される。
【背景技術】
【０００２】
近年、高効率の高圧放電灯（以下、ランプと略称する）の採用により投射型プロジェクターの輝度は飛躍的に向上したが、ランプの高効率化に伴うランプ管内の水銀等の封入物増加と、この封入物の爆発的なガス化によるインピーダンス上昇において、ランプ点灯直後は非常に不安定な状態となっている。この状態下では、ランプの失灯と点灯を繰り返すことによるランプ電極の劣化や、繰り返し点灯ノイズの増加による回路破壊など深刻な問題を抱えていた。
【０００３】
ここで、放電灯点灯装置には、低周波始動型と呼ばれるものと、高周波始動型と呼ばれるものがある。
【０００４】
低周波始動型の放電灯点灯装置は、ランプ始動開始から数秒間、低周波駆動を行い２つのランプ電極を交互に温める方式であるが、低周波であるがために暖まっているランプ電極と冷えているランプ電極との温度差が大きくなり、電流の極性が切り替わる時に、電流が途切れやすいといった欠点がある。従って、失灯と点灯を繰り返しながら徐々にランプが安定状態に移行することで、ランプ電極に非常に負担を掛ける始動方式となっている。
【０００５】
一方、高周波始動型の放電灯点灯装置は、ランプ始動開始から数秒間、高周波駆動を行うことによって２つのランプ電極を均等に温める方式であり、高周波であるため２つの電極の温度差は非常に小さく、ランプ電流の途切れはほとんど発生しない。
【０００６】
従って、ランプ電極への負担は非常に少ない始動方式となっている。
【０００７】
図１０および図１１は、それぞれ、低周波始動型および高周波始動型の放電灯点灯装置におけるランプ電流Ｉ（Ａ）、ランプ電圧Ｖ（Ｖ）、ランプ電極温度Ｄ（℃）の時間変化を示す波形図である。
【０００８】
図１０において、ランプ電流Ｉ（Ａ）は、ランプ始動直後の期間Ｔ１で示す数Ｈｚ〜数十Ｈｚの低周波始動期間を有し、この期間は２秒〜５秒の時間とするのが通例である。このように、従来の放電灯点灯装置は、ランプ始動直後のランプ電流波形Ｉ（Ａ）を数Ｈｚ〜数十Ｈｚの低周波で転流駆動することから、低周波始動型の放電灯点灯装置と呼ばれる。この従来の低周波始動型の放電灯点灯装置によるランプ始動方法では、図１０において、ランプ電圧Ｖ（Ｖ）の期間ｔ３で示すように、ランプ点灯開始時の高圧パルスを更に高電圧化することによって、ランプ電流Ｉ（Ａ）のブレイクダウン電流Ｉｄを増加させ、ランプ電極温度Ｄ（℃）で示すように、急激にランプ電極温度を上昇させてランプの点灯開始時の安定化を行ってきた。しかし、低周波始動であるがために２つのランプ電極の温度差が大きく、電流の極性が切り替わる時に電流が途切れやすい。
【０００９】
このように、ランプ始動開始直後の不安定期間ｔ３において、ランプへのブレイダウン電流Ｉｄは非常に過大な値となる。
【００１０】
しかも、水銀等の封入物の爆発的なガス化による急激なインピーダンス変動よって、ランプ電流の立ち消えとブレイクダウンを繰り返す結果、ランプ電極の劣化や、繰り返しブレイクダウン電流Ｉｄによる回路破壊などを引き起こす。一方、ランプの高効率化では、電極の先細化と電極間距離を縮める短アーク化と呼ばれる手法をとってきた。このため、上記の繰り返しブレイクダウン電流Ｉｄの増加によるランプ点灯時の電極劣化が無視出来ない状況となってきている。
【００１１】
これらに対し、最近では、図１１に示すように、ランプ始動直後のランプ電流Ｉ（Ａ）を高い周波数（数十ｋＨｚ程度）にて転流駆動し、高周波始動期間Ｔ１を経て、あるタイミングでランプに適合した定常の転流周波数（８０Ｈｚ〜４００Ｈｚ程度）期間Ｔ２に移行にするようにした高周波始動型の放電灯点灯装置が主流となりつつある。この高周波始動期間Ｔ１も、低周波始動型の放電灯点灯装置と同様に、２秒〜５秒の時間とするのが通例である。
【００１２】
図１１に示す高周波始動型の放電灯点灯装置は、その回路構成上、ランプと直列に数十μＨ〜数百μＨ程度のインダクタンスを有するチョークコイルが挿入されるが、高周波始動期間Ｔ１中にランプがブレイクダウンすると、このチョークコイルが高周波インピーダンスとなって、図１１のブレイクダウン電流Ｉａを自動的に低減させることが出来るという利点を持つ。しかし同時に、高周波始動期間Ｔ１中は上記チョークコイルがローパスフィルターとなってしまう。このために、図１１に示す高周波始動期間Ｔ１のランプ電流Ｉ（Ａ）の波形は、図１０に示す低周波始動期間Ｔ１（不安定期間ｔ３後）のランプ電流Ｉ（Ａ）の波形のような矩形波にはならずに、三角波となってしまう。この結果、高周波始動期間Ｔ１における電流ピーク値がランプ定格電流に達していたとしても、その実行値は約半分となってしまう。従って、ランプ始動直後のランプ電極を温める電流値は図１０の約半分程度まで減少してしまう。高周波始動期間Ｔ１でランプ電極の温度上昇が十分でないと、定常の転流周波数期間Ｔ２に切り替えるタイミングｔ１で、ランプ失灯が発生する可能性が非常に高くなってしまう、という問題を抱えていた。
【００１３】
更に、高周波始動型の放電灯点灯装置では、数十ｋＨｚの高周波始動期間Ｔ１に比較的中型のチョークコイルを高周波スイッチングで駆動するため、相当な磁束エネルギーがこのチョークコイルに蓄えられる。よって、高周波始動期間Ｔ１からランプに適合した定常の数十Ｈｚ〜数百Ｈｚの転流周波数期間Ｔ２に切り替えるタイミングｔ１で、ランプとチョークコイルの合成インピーダンスが急激に減少することも手伝って、図１１および図１２に示すように、チョークコイルが磁束を維持するために発生する逆起電圧による相当量の過大電流Ｉｂが流れてしまい、ランプ電極を劣化させてしまう、という問題も発生した。ここで、図１２は、従来の高周波始動型の放電点灯装置において、高周波始動期間Ｔ１から転流周波数期間Ｔ２に切り替えるタイミングｔ１の後、ランプ電流Ｉ（Ａ）が減衰してゼロとなり、ランプが失灯した場合のランプ電流Ｉ（Ａ）の波形図である。
【００１４】
また、これまで説明してきた低周波始動型の放電灯点灯装置も高周波始動型の放電灯点灯装置でも、プロジェクターの光源であるのにもかかわらず、映像が視認可能となるランプ照度が約６０％以上にまで上昇するのに、およそ１分程度の時間がかかり、映像が視認可能となるまでに非常に時間がかかり、ユーザーにとって不便であるといった問題があった。
【００１５】
ここで、図７は、高周波始動型の放電灯点灯装置におけるランプの始動開始からの時間に対する照度の上昇特性を示したグラフであり、従来例は△でプロットした照度の上昇特性を有する。図７より、従来の高周波始動型の放電点灯装置では、ランプ照度が約６０％以上にまで上昇するのに１分以上かかるのが確認できる。
【特許文献１】
特開２００２−３５２９９０号公報
【特許文献２】
特開平１１−２９７４８２号公報
【特許文献３】
特開平７−２３０８８２号公報
【特許文献４】
特開平９−１４８０８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
従って、従来の高周波始動型の放電灯点灯装置には、以下に列記する問題点があった。
【００１７】
１．プロジェクター用のランプ点灯に関して、映像装置であるのにもかかわらず、ランプの照度が上昇するのに非常に時間がかかり、ユーザーが映像を見ることが出来るまでに非常に時間がかかる。
【００１８】
２．高周波始動期間中は、低周波始動に比べランプ電流の実行値が半分となり、ランプ始動直後のランプ電極を十分に暖めることができない。
【００１９】
３．高周波始動期間（高インピーダンス期間）から定常の周波数期間（低インピーダンス期間）へと制御状態が移行する際に発生する過大電流によりランプ電極が劣化する。
【００２０】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ランプ電極を短時間で十分に温度上昇させる新たな方法によりランプの照度上昇時間を短縮し、映像が視認可能となるまでの時間を短縮することにある。
【００２１】
また、本発明の他の目的は、ランプの点灯開始状態を安定化し、ランプの制御周波数が変化することにより発生する過大なランプ電流によってランプ電極自体が劣化するのを防止し、ランプ寿命を延命化することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
前記の目的を達成するため、本発明に係る放電灯点灯装置は、直流電源と、直流電源からの電流を直流−直流変換する直流−直流変換器と、直流−直流変換器から出力される直流電流を交流電流に変換する転流器と、転流器から交流電流が供給される放電灯と、放電灯に流れる電流を検出する電流検出部と、放電灯に印加される電圧を検出する電圧検出部と、直流−直流変換器の出力電流を制御するとともに、転流器の転流周波数を制御する点灯装置制御部とを備えた構成を有する。
【００２３】
点灯装置制御部は、放電灯の点灯開始時に、電圧検出部により検出された電圧が放電灯の定格電圧（Ｖｒ）よりも小さい電圧値となり、かつ電流検出部により検出された電流が放電灯の定格電流（Ｉｒ）よりも大きい第１の目標電流値（Ｉｃ１）となるように放電灯を点灯し、放電灯の点灯開始から所定の高周波始動期間（Ｔ１）が終了した時点で、転流器を制御して定常点灯時よりも高い転流周波数から定常点灯時の転流周波数へと切り替えた後に、放電灯に印加される電圧が上昇して前記放電灯の定格電圧よりも小さい所定の閾値電圧（Ｖｔｈ）以上に至ったことが電圧検出部により検出された後には、放電灯の定格電流以下である第２の目標電流値（Ｉｃ２）に切り替えて放電灯を点灯し、また、点灯装置制御部は、転流周波数の切り替え時に、放電灯に流れる電流の値および放電灯に印加される電圧の値の情報に関係なく、放電灯に流れる電流が第２の目標電流値以下である第３の目標電流値（Ｉｃ３）になるように直流−直流変換器を制御する。
【００２４】
この構成により、プロジェクター用のランプ点灯に関して、ランプ電極を短時間で十分に温度上昇させてランプの照度上昇時間を短縮し、映像が視認可能となるまでの時間を短縮することができる。
【００２５】
また、高周波始動期間（高インピーダンス期間）から定常の周波数期間（低インピーダンス期間）へと制御状態が移行する際に発生する過大なランプ電流によりランプ電極自体が劣化するのを防止し、ランプ寿命の延命化を図ることができる。
【００２６】
また、点灯装置制御部は、第１の目標電流値を第２の目標電流値の２倍以上に設定することが好ましい。これにより、ランプ始動直後の高周波始動期間中に、ランプ電極を十分に暖めることができる。
【００２７】
また、点灯装置制御部は、電流検出部により検出された電流に対応する電圧を、利得を切り替えて増幅する可変利得増幅部と、電圧検出部により検出された電圧を所定の閾値電圧（Ｖｔｈ）に対応する基準電圧と比較して、可変利得増幅部に対して比較結果に応じた利得制御信号を出力する比較器と、可変利得増幅部および電圧検出部からの出力信号を受けて、放電灯に印加される電圧に最適な電流が放電灯に流れるよう演算を行う演算部と、演算部からの出力信号に応じて、直流−直流変換器をパルス幅変調（ＰＷＭ）制御するための信号を出力するＰＷＭ制御部とを備えた構成を有する。比較器は、電圧検出部により検出された電圧が基準電圧以上となった時に、可変利得増幅部の利得を高くするための利得制御信号を出力する。
【００２８】
この構成により、電圧検出部により検出された電圧が基準電圧以上となった時に、演算部に、ランプ電流が多く流れているものと判断させ、ランプ電流が少なくなるように、ＰＷＭ制御部におけるパルスのデューティ比を小さくさせる。
【００２９】
また、所定の閾値電圧は、放電灯の定格に応じて放電灯毎に個別に設定することができる。
【００３０】
また、放電灯点灯装置はさらに放電灯冷却装置を具備し、点灯装置制御部は、放電灯に印加される電圧が所定の閾値電圧に至るまで、放電灯冷却装置を停止させる構成とすることができる。
【００３１】
この構成により、ランプ電極を急激に暖めることができ、ランプの照度上昇時間を短縮することができる。
【００３２】
前記の目的を達成するため、本発明に係る放電灯点灯方法は、放電灯を高周波始動により定常点灯させる放電灯点灯方法であって、放電灯の点灯開始時に、放電灯の定格電圧（Ｖｒ）よりも小さい一定の電圧値でかつ放電灯の定格電流（Ｉｒ）よりも大きい第１の目標電流値（Ｉｃ１）で放電灯を点灯するステップと、放電灯の点灯開始から所定の高周波始動期間が終了した時点で、定常点灯時よりも高い転流周波数から定常点灯時の転流周波数へと切り替えた後に、放電灯に印加される電圧が上昇して放電灯の定格電圧よりも小さい所定の閾値電圧（Ｖｔｈ）以上に至った後には、放電灯の定格電流以下である第２の目標電流値（Ｉｃ２）に切り替えて放電灯を点灯するステップと、転流周波数の切り替え時に、放電灯に流れる電流の値および放電灯に印加される電圧の値の情報に関係なく、放電灯に流れる電流が第２の目標電流値以下である第３の目標電流値（Ｉｃ３）になるように制御するステップとを含む。
【００３３】
この方法により、プロジェクター用のランプ点灯に関して、ランプ電極を短時間で十分に温度上昇させてランプの照度上昇時間を短縮し、映像が視認可能となるまでの時間を短縮することができる。
【００３４】
また、高周波始動期間（高インピーダンス期間）から定常の周波数期間（低インピーダンス期間）へと制御状態が移行する際に発生する過大なランプ電流によりランプ電極自体が劣化するのを防止し、ランプ寿命の延命化を図ることができる。
【００３５】
また、第１の目標電流値は第２の目標電流値の２倍以上に設定されることが好ましい。これにより、ランプ始動直後の高周波始動期間中に、ランプ電極を十分に暖めることができる。
【００３６】
また、所定の閾値電圧は、放電灯の定格に応じて放電灯毎に個別に設定することができる。
【００３７】
また、本発明に係る放電灯点灯方法は、放電灯に印加される電圧が所定の閾値電圧に至るまで、放電灯の冷却を停止するステップをさらに含むことができる。
【００３８】
この方法により、ランプ電極を急激に暖めることができ、ランプの照度上昇時間を短縮することができる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、ランプ電極を短時間で十分に温度上昇させてランプの照度上昇時間を短縮し、映像が視認可能となるまでの時間を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００４１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る放電灯点灯装置の一構成例を示す回路ブロック図である。図１において、本実施の形態による放電灯点灯装置は、直流電源５と、直流電源５からの電流を直流−直流変換しランプ６に流れる電流を生成する直流−直流変換器１と、直流−直流変換器１の出力電流を直流から交流に変換する転流器２と、ランプ始動時にランプ６をブレイクダウンさせるための高圧パルスを発生する高圧発生部３と、直流−直流変換器１の出力電流および出力電圧と転流器２の転流周波数を制御する点灯装置制御部４と、ランプ電流の極性反転時間を短縮するためのチョークコイルＬ１と、高効率で高圧の放電灯であるランプ６とで構成されている。
【００４２】
転流器２は、その主要構成回路となるフルブリッジ回路部と電流検出部２１と電圧検出部２２とで構成されており、点灯装置制御部４から供給される、プログラムされた一定の周波数で反転する矩形波信号であるフルブリッジ回路駆動用マスター信号ＦＢＭと、マスター信号ＦＢＭと逆の位相で動作するスレーブ信号ＦＢＳによって、直流−直流変換器１の出力である直流電流を交流の電流に変換する、ＤＣ／ＡＣインバーター動作を行う。同時に転流器２は、電流検出部２１からランプ電流値信号ｂを、電圧検出部２２からランプ電圧値信号ｃを、点灯装置制御部４にフィードバックする機能を兼ね備えている。
【００４３】
図２は、直流−直流変換器１および転流器２の内部構成例を示す回路図である。図２において、直流−直流変換器１は、スイッチング素子（図２では、パワーＭＯＳＦＥＴ）Ｑ２と、パルストランスＰＴ１と、ダイオードＤ１と、コイルＬ２と、コンデンサＣ１とで構成されている。パルストランスＰＴ１は、点灯装置制御部４からのパルス幅制御信号ａを１次側巻線で受けてスイッチング素子Ｑ２を所定のデューティ比でオン／オフする信号を２次巻線から出力する。スイッチング素子Ｑ２がオンからオフになると、接地電位からダイオードＤ１、コイルＬ２を介してコンデンサＣ１へと電流が流れ、コンデンサＣ１が充電される。コイルＬ２とコンデンサＣ１は低域通過フィルタを構成し、パルストランスＰＴ１およびスイッチング素子Ｑ２によるチョッパ動作で生成されたパルス電流を平均化した直流電流が直流−直流変換器１から出力される。
【００４４】
転流器２は、スイッチング素子（図２では、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ））Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６、電流検出抵抗Ｒ７、ハーフブリッジドライバＩＣ（ＨＢ−ＩＣ）２３、２４からなるフルブリッジ回路部と、電流検出部２１と、電圧検出部２２とで構成されている。スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６は、点灯装置制御部４から供給されるフルブリッジ回路駆動用マスター信号ＦＢＭとスレーブ信号ＦＢＳに基づいて制御されて、直流−直流変換器１の出力である直流電流を交流の電流に変換する。交流に変換された電流は、チョークコイルＬ１と高圧発生部３を介して、ランプ６に供給される。
【００４５】
次に、点灯装置制御部４の構成例を図３に示す。点灯装置制御部４において、転流器２の電流検出部２１からフィードバックされるランプ電流値信号ｂがオペアンプＯＰ１に入力される。ランプ電流値信号ｂは抵抗器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３とトランジスタＱ１によって決められたゲインＧによってゲインアップされた信号ｂ２となって、マイコン等で構成される演算部４１に入力される。ここで、オペアンプＯＰ１と、抵抗器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３と、トランジスタＱ１とで可変利得増幅部が構成される。また、転流器２の電圧検出部２２からフィードバックされるランプ電圧値信号ｃはオペアンプＯＰ２を経て、信号ｃ２となってコンパレータＣｏｍｐと演算部４１に入力される。コンパレータＣｏｍｐはオープンコレクタ構成となっており、抵抗器Ｒ４とＲ５で決められた基準電圧をオペアンプＯＰ２の出力信号ｃ２が上回るとコンパレータＣｏｍｐの出力ｄはオフ（＝ＨＩＧＨ出力）となって、トランジスタＱ１はプルアップ抵抗Ｒ６により自己バイアスオンし、反対に抵抗器Ｒ４とＲ５で決められた基準電圧をオペアンプＯＰ２の出力信号ｃ２が下回るとコンパレータＣｏｍｐの出力ｄはオン（＝ＬＯＷ出力）となってトランジスタＱ１をオフするといった構成になっている。
【００４６】
演算部４１では、その時のランプ電圧に最適なランプ電流値になるように、電流検出部２１からフィードバックされた信号ｂ２とランプ電圧値信号ｃ２とを比較しながら信号ｐを出力するようにプログラムされている。この演算部４１からの出力信号ｐは、直流−直流変換器１をパルス幅変調制御（以下、ＰＷＭ制御という）するための出力信号ａを発生させるＰＷＭ制御部４２に入力され、それによって、ランプ電流は制御されている。
【００４７】
これらの図３に示すような点灯装置制御部４の構成を従来型の高周波放電灯点灯装置に追加することによって、図１１に示すような従来型の高周波始動型放電灯点灯装置のランプ始動時電流波形Ｉ（Ａ）を、図４に示すような本実施の形態の放電灯点灯装置のランプ始動時電流波形Ｉ（Ａ）にすることが出来る。
【００４８】
次に、具体的な動作を図４を用いて時系列で説明する。図４は本実施の形態の放電点灯装置のランプ始動波形を示し、Ｉ（Ａ）はランプ電流波形、Ｖ（Ｖ）はランプ電圧波形、Ｄ（℃）はランプ電極温度、Ｇは点灯装置制御部４のゲインを示す。
【００４９】
はじめに点灯装置制御部４にランプ始動のための外部信号が入力されると、点灯装置制御部４は数十ＫＨｚのフルブリッジ回路駆動用マスター信号ＦＢＭとスレーブ信号ＦＢＳを発生し、転流器２を数十ＫＨｚの高周波駆動すると同時に、高圧発生部３から高圧パルスが発生し、この高圧パルスによってランプ６はランプ電極間の絶縁が破壊されるブレイクダウン現象を引き起こし点灯を開始する。
【００５０】
この時のブレイクダウン電流は、高圧発生部３の主構成部品であるインダクタンスによって、従来例として図１０に示した低周波始動型放電灯点灯装置のブレイクダウン電流Ｉｄに比べ、約半分程度のブレイクダウン電流Ｉａとなり、ランプ６の電極への負担が軽減する。この点は、従来例として図１１に示した、高周波放電点灯装置と同様である。
【００５１】
次に、本実施の形態の特徴として、ランプ始動開始電流値を、図１１に示す従来の高周波始動型放電灯点灯装置の始動電流Ｉ（Ａ）に比べ、図４に示すランプ始動電流波形Ｉ（Ａ）のように、約２倍以上のピーク電流値となるように流す。それにより、図４のランプ電極温度Ｄ（℃）を、従来例の図１０のランプ電極温度Ｄ（℃）とほぼ同等のスピードで上昇させることが出来る。
【００５２】
ランプ始動開始直後のＴ１期間中は、転流器２の電圧検出部２２からフィードバックされるランプ電圧値信号ｃは、非常に低い値となってオペアンプＯＰ２を経て、信号Ｃ２となってコンパレータＣｏｍｐと演算部４１に入力される。オペアンプＯＰ２の出力信号ｃ２が、抵抗器Ｒ４とＲ５で決められた基準電圧を下回るため、コンパレータＣｏｍｐの出力ｄはオン（＝ＬＯＷ出力）となる。従ってトランジスタＱ１はオフとなり、オペアンプＯＰ１の出力は抵抗器Ｒ１、Ｒ２とＲ３で決められるゲインＧ（Ｇ＝（Ｒ１／（Ｒ２＋Ｒ３））＋１）に設定される。ここで抵抗器Ｒ３の値を十分大きく設定しておくとゲインＧはほぼ１となり、転流器２の電流検出部２１からフィードバックされるランプ電流値信号ｂは、ゲインアップされることなく演算部４１に入力される。従って、演算部４１は第１の目標電流値に対し過小なランプ電流フィードバック値ｂ２を検出するため、ランプ電流をより多く流す方向にＰＷＭ制御部４２を制御する。
【００５３】
ランプ電流が第１の目標電流値に達すると、演算部はその目標値を維持するよう制御する。ここで、第１の目標電流値は、本実施の形態では図１１に示した従来の高周波始動装置の高周波始動期間Ｔ１の電流値の約２倍に定められており、演算部はランプ電流を従来の高周波始動装置の高周波始動期間の電流値の約２倍に維持するよう制御する。なお、かかる第１の目標電流値は所定の定格電流以上の電流に対応するが、この点は後述する。
【００５４】
そして、図４に示すように、前述の高周波始動期間Ｔ１を経て、あるタイミングでランプに適合した定常の転流周波数期間Ｔ２に移行する。この点では、従来の高周波放電点灯装置と同様であり、本実施の形態においても、ランプ６とチョークコイルＬ１の合成インピーダンスが急激に減少することにより、周波数切替時に過大電流が流れることとなる。なお、図５は本実施の形態の放電点灯装置のランプ始動波形を示したものであり、図５のＩｂが周波数切替時の過大電流である。
【００５５】
本実施の形態では定格電流以上の電流を流しているため、従来の高周波放電点灯装置のように無視できない点問題となるが、この点については後述する。
【００５６】
次に、ランプ電極及びランプバルブ内の封入物の温度が上昇し、それに伴ってランプ電圧が徐々に上昇すると、転流器２の電圧検出部２２からフィードバックされるランプ電圧値信号ｃは徐々に上昇し、オペアンプＯＰ２を経て信号ｃ２となって、コンパレータＣｏｍｐと演算部４１に入力される。オペアンプＯＰ２の出力信号ｃ２が、抵抗器Ｒ４とＲ５で決められた基準電圧を上回るため、コンパレータＣｏｍｐの出力ｄはオフ（＝ＨＩＧＨ出力）となる。それにより、トランジスタＱ１がオンとなり、オペアンプＯＰ１の出力は抵抗器Ｒ１とＲ２で決められるゲインＧ（Ｇ＝（Ｒ１／Ｒ２）＋１）に設定される。従って、転流器２の電流検出部２１からフィードバックされるランプ電流値信号ｂは、オペアンプＯＰ１によって数倍にゲインアップされた信号ｂ２となる。
【００５７】
その結果、演算部４１は前述の第１の目標電流値に対し過大なランプ電流フィードバック値ｂ２を検出するため、ランプ電流をより少なく流す方向にＰＷＭ制御部４２を制御し、ランプ定格電流値以下の定常制御状態での電流値に対応する第２の目標電流値に移行する。この移行時間ｔ２に要する時間は、制御回路の定数設定やランプ電極、封入物の水銀の状態にもよるが、およそ１秒前後である。
【００５８】
以降、ゲインＧ（Ｇ＝（Ｒ１／Ｒ２）＋１）の設定にて定常の制御状態に移行するように演算部４１はプログラムされており、その時のランプ電圧に最適なランプ電流値になるように、ランプ電圧値信号ｃ２と、電流検出部２１からフィードバックされた信号ｂ２とを比較・演算しながらランプ電流値を制御するように構成されている。
【００５９】
ここで、前述の周波数切替時の課題とその解決手段について説明する。前述のように、高周波始動型放電灯点灯装置の数十ＫＨｚの高周波期間Ｔ１からランプに適合した定常の数十〜数百Ｈｚの転流周波数期間Ｔ２に切り替えるタイミングで、ランプ６とチョークコイルＬ１の合成インピーダンスが急激に減少することにより、図１１、図１２に示すような逆起電圧による周波数切り替え時過大電流Ｉｂが流れ、ランプ電極を劣化させてしまうという課題を回避することが出来ない。ランプ始動時の高周波期間Ｔ１からランプに適合した定常の転流周波数期間Ｔ２に切り替えられるタイミングでは、従来例の図１１、または図５のように、ランプ電流波形Ｉ（Ａ）は高周波期間Ｔ１中が高周波スイッチングの駆動電流波形となっている。そのため、定常転流期間Ｔ２に動作が移行した瞬間に、高圧発生部３の主構成部品であるインダクタンスの影響が一挙に激減し、よって、実質的には図５に示すようなランプ電流波形Ｉ（Ａ）の転流周波数切り替え時過電流Ｉｂが流れてしまう。
【００６０】
高周波期間Ｔ１から定常転流期間Ｔ２に移行するタイミングは予め決まっており、それはランプ電流値や電圧値等に基づく場合も想定されるが、ほとんどの場合、ランプ始動開始からの時間（２秒〜５秒）によって決められる。実際の制御は、図３に示すようなマイコン等で構成される演算部４１に搭載されたタイマー４１１によって、ランプ毎や放電灯点灯装置毎に定められた時間によって切り替えられている。
【００６１】
図５に示すような周波数切り替え時過大電流Ｉｂが流れてしまうタイミングは、高周波期間Ｔ１が終わった直後であり、このタイミングに合わせて、ランプの電圧値又は電流値の情報に関係なく、演算部４１から出力される信号ｐを予めプログラムしておく。この演算部４１からの出力信号ｐによって、直流−直流変換器１をＰＷＭ制御するための出力信号ａを、図６に示すような第３の目標電流値Ｉｃになるように新たに設定する。この目標値になるようにＰＷＭ制御部４２の出力を変化させ、直流−直流変換器１の出力電流を少なくする方向に制御することによって、図６に示すような転流周波数切り替え時過大電流を極端に低減したランプ電流波形にすることが出来る。
【００６２】
また、この第３の目標電流値Ｉｃを実験等により調整することによって、図４に示すようなランプ電流波形Ｉ（Ａ）にすることが出来、ランプの点灯開始時の状態を安定化することが出来る。なお、周波数切り替え時過大電流Ｉｂが流れてしまうタイミングは高周波期間Ｔ１が終わった直後であるが、制御の遅延等も考慮し、高周波期間Ｔ１が終わる直前の数μ〜数ｍｓｅｃ前に、前述の第３の目標電流値Ｉｃになるように設定してもよい。
【００６３】
以上のように、本実施の形態によれば、ランプを始動開始するにあたり、そのランプ定格電流の数倍の電流を、ランプ定格電圧以下のランプ毎に個別に設定される所定の閾値電圧、又はそれに替わる設定値に従って流せるようにしたことによって、ランプ電極を急激に温めることが出来る。そのため、ランプを定常の熱電子放電状態に素早く移行することができ、従来例に比べ、ランプの照度上昇に要する時間を大幅に短縮することができる。
【００６４】
図７は、約２００Ｗクラスで定格電流３Ａ程度のランプに、従来の高周波放電灯点灯装置にてランプを始動した場合（△で示す）と、本実施形態の放電灯点灯装置にて、２倍の定格電流にあたる約６Ａの始動電流をランプ電圧が約２５Ｖに達するまで流した場合（○で示す）とについて、照度上昇率−時間特性を比較した結果を示す。この結果によれば、従来型の放電灯点灯装置で照度がほぼ１００％に達するまで約１３０ｓｅｃほど要しているのに対し、本実施の形態では半分以下の約５０ｓｅｃ程で照度がほぼ１００％に達していることがわかる。
【００６５】
なお、図４に示した、所定の定格電流以上の電流をランプに流す期間からランプ定格電流以下の電流をランプに流す期間への移行時間ｔ２が、概ね図７の本発明の照度が一旦下降する点に対応する。これは、ランプに流す電流を減少することによるものである。
【００６６】
また、本実施の形態によれば、放電灯点灯装置の回路構成上、ランプと直列に挿入されるチョークコイルのフィルター効果によって、ランプ始動直後のランプ電極を温める電流をも低減してしまうことによる、定常の転流周波数に切り替えるタイミングでのランプ失灯という問題を解決できる。すなわち、ランプを始動開始するにあたり、そのランプ定格電流の数倍の電流を、ランプ毎に個別に設定されるランプ定格電圧以下の所定の閾値電圧、又はそれに替わる設定値に従って流せるようにしたことによって、ランプ電極を急激に温めることが出来るため、定常の転流周波数に切り替えるタイミングでのランプ失灯の可能性を非常に低くすることが出来る。
【００６７】
また、放電灯点灯装置の回路構成上、ランプと直列に挿入されるチョークコイルに高周波期間に蓄積される相当な磁束エネルギーに起因して、高周波期間からランプに適合した定常の数十〜数百Ｈｚの転流周波数に切り替えられるタイミングで、ランプとチョークコイルの合成インピーダンスが急激に減少することにより生じる逆起電圧により切り替え時過大電流が流れてしまい、ランプ電極を劣化させてしまうという課題も、本実施の形態により解決可能である。すなわち、ランプ始動時の高周波期間からランプに適合した定常の転流周波数に切り替えられるタイミングで、ランプの電圧値又は電流値の情報に関係なく制御目標値を新たに設定することによって、この転流周波数切り替え時のランプへの過大電流を低減し、電極を劣化させることなしにランプを定常の熱電子放電状態にすることが出来る。
【００６８】
なお、本明細書の範囲において、ランプ定格電流とは、ランプバルブ内の封入物である水銀等が気化またはイオン化した状態で流せる最大の電流値であり、ランプ定格電圧とは、ランプが一定の電力で発光を維持できる電圧範囲の最小値である。図８に、ランプ定格電流（Ｉｒ）・定格電圧（Ｖｒ）に関連させて、本発明と従来例における、ランプ電圧Ｖに対するランプ電流Ｉと電力Ｗの特性を比較して示す。実線が本発明の場合、破線が従来例の場合である。
【００６９】
先に説明したように、ランプ定格電圧（Ｖｒ）以下の電圧値で、所定の閾値電圧以下であれば、ランプ定格電流（Ｉｒ）の数倍の電流を流したとしても、ランプ電極に溶融等の永久的な歪みを生じさせずに電極を急激に温めることが可能な、ランプ毎に個別に設定されるランプ電圧値がある。図８には、この所定の閾値電圧値（Ｖｔｈ）未満において、本発明の場合のランプ始動開始電流値が、従来例の場合の約２倍となっていることが示されている。所定の閾値電圧値（Ｖｔｈ）でコンパレータＣｏｍｐの出力信号ｄが反転するように、抵抗器Ｒ４とＲ５で決まる基準電圧は設定されている。それにより、ランプ電流Ｉが、ランプ定格電流（Ｉｒ）未満になるよう制御される。
【００７０】
しかし、実使用上は、コンパレータＣｏｍｐの出力信号ｄはランプ電圧の変化に対し、やや遅延して出力されるため、所定の閾値電圧よりやや低めのランプ電圧値でコンパレータＣｏｍｐの出力ｄが反転を開始するように、繰り返し点灯実験にて設定することが望ましい。
（実施の形態２）
図９、図３、図４を用いて、本発明の実施の形態２について説明する。図９は本実施形態の回路ブロック図であるが、図1の回路ブロックにランプ冷却装置７を設けた点が実施の形態１と異なり、その他の構成は同様である。また、本実施形態の点灯装置制御部４の回路ブロック図は図３と概ね同様であるが、コンパレータの出力ｄを、図９のランプ冷却装置７の入力としている点が実施の形態１と異なり、その他の構成は同様である。
【００７１】
次に本実施の形態の放電灯点灯装置の動作について説明する。なおランプ冷却装置７に係わる動作以外については、実施形態１で述べた通りである。
【００７２】
図４のランプ始動開始直後のＴ１期間中は、転流器２の電圧検出部２２からフィードバックされるランプ電圧値信号ｃは、非常に低い値となってオペアンプＯＰ２を経て、信号ｃ２となってコンパレータＣｏｍｐと演算部４１に入力される。オペアンプＯＰ２の出力信号ｃ２が、抵抗器Ｒ４とＲ５で決められた基準電圧を下回るため、コンパレータＣｏｍｐの出力ｄはオン（＝ＬＯＷ出力）となる。
【００７３】
次に、ランプ電極及びランプバルブ内の封入物の温度が上昇し、それに従ってランプ電圧が徐々に上昇すると、転流器２の電圧検出部２１からフィードバックされるランプ電圧値信号ｃは徐々に上昇し、オペアンプＯＰ２を経て、信号ｃ２となって演算部４１とコンパレータＣｏｍｐとに入力される。オペアンプＯＰ２の出力信号ｃ２が抵抗器Ｒ４とＲ５で決められた基準電圧を上回ると、コンパレータＣｏｍｐの出力ｄはオフ（＝ＨＩＧＨ）となる。なお、コンパレータＣｏｍｐの抵抗器Ｒ４とＲ５で決められた基準電圧とは、先に説明したとおり、ランプ定格電流の数倍の電流を流したとしても、ランプ電極に溶融等の永久的な歪みを生じさせないランプ電圧値であり、この所定の閾値電圧以下であればランプ電極に溶融等の永久的な歪みを生じさせないことが実験にてわかっている。
【００７４】
この所定の閾値電圧で出力信号が切り替わるコンパレータＣｏｍｐの出力ｄを利用し、ランプ始動開始直後は、ランプ冷却装置７を停止する。具体的には、ランプ近傍に配置した冷却ファンをストップさせる。その後の定常状態では、通常のランプ点灯装置と同様、冷却ファンをオンにする。
【００７５】
以上のように、実施の形態２によれば、実施の形態１と同様、ランプを始動開始するにあたり、そのランプ定格電流の数倍の電流を、ランプ定格電圧以下のランプ毎に個別に設定される所定の閾値電圧、又はそれに替わる設定値に従って流せるようにしたことによってランプ電極を急激に温めることが出来るため、ランプを定常の熱電子放電状態に素早く移行することができ、従来例に比べ、ランプの照度上昇に要する時間を大幅に短縮することができる。
【００７６】
また、ランプ始動開始直後、ランプ冷却装置を停止させることにより、ランプ電極をより急激に暖めることができる。
【００７７】
さらに、ランプ毎に個別に設定される所定の閾値電圧、又はそれに替わる設定値をセット側のランプ冷却装置に伝達する手段を用い、上記設定値にランプの電圧値、又はそれに替わる設定値が至るまで、冷却装置を停止させておくことにより、ランプ電極を急激に温めることが出来るため、定常の転流周波数に切り替えるタイミングでのランプ失灯の可能性を非常に低くすることが出来る。
【００７８】
また、上記設定値以上の電圧値、又はそれに替わる設定値に至った以降では、ランプの定格状態を維持するのに最適な冷却状態に冷却システムの制御状態を移行するため、電極を劣化させることなしにランプを定常の熱電子放電の状態にすることが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明の放電灯点灯装置は、ランプ電極を短時間で十分に温度上昇させてランプの照度上昇時間を短縮し、映像が視認可能となるまでの時間を短縮することができるので、プロジェクター用のランプ点灯に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る放電灯点灯装置の一構成例を示す回路ブロック図である。
【図２】図１の直流−直流変換器１および転流器２の内部構成例を示す回路図である。
【図３】図１の点灯装置制御部４の内部構成例を示す回路図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る放電灯点灯装置におけるランプ始動後のランプ電流Ｉ（Ａ）、ランプ電圧Ｖ（Ｖ）、ランプ電極温度（℃）、および可変利得増幅部のゲインＧの時間変化を示す波形図である。
【図５】転流周波数の切り替え時に、ランプ電流の制御を行わない場合におけるランプ電流Ｉ（Ａ）の波形図である。
【図６】転流周波数の切り替え時に、ランプ電流が第３の目標電流値になるよう制御を行った場合におけるランプ電流Ｉ（Ａ）の波形図である。
【図７】本発明と従来例におけるランプの点灯開始からの照度上昇特性を比較して示すグラフである。
【図８】本発明と従来例におけるランプ電圧Ｖに対するランプ電流Ｉと電力Ｗの特性を比較して示すグラフである。
【図９】本発明の実施の形態２に係る放電灯点灯装置の一構成例を示す回路ブロック図である。
【図１０】従来の低周波始動型の放電灯点灯装置におけるランプ始動後のランプ電流Ｉ（Ａ）、ランプ電圧Ｖ（Ｖ）、およびランプ電極温度（℃）、の時間変化を示す波形図である。
【図１１】従来の高周波始動型の放電灯点灯装置におけるランプ始動後のランプ電流Ｉ（Ａ）、ランプ電圧Ｖ（Ｖ）、およびランプ電極温度（℃）、の時間変化を示す波形図である。
【図１２】従来の高周波始動型の放電点灯装置において、高周波始動期間Ｔ１から転流周波数期間Ｔ２に切り替えた後、ランプ電流Ｉ（Ａ）が減衰してゼロとなり、ランプが失灯した場合のランプ電流Ｉ（Ａ）の波形図である。

Claims (9)

1. 直流電源と、
   前記直流電源からの電流を直流−直流変換する直流−直流変換器と、
   前記直流−直流変換器から出力される直流電流を交流電流に変換する転流器と、
   前記転流器から交流電流が供給される放電灯と、
   前記放電灯に流れる電流を検出する電流検出部と、
   前記放電灯に印加される電圧を検出する電圧検出部と、
   前記直流−直流変換器の出力電流を制御するとともに、前記転流器の転流周波数を制御する点灯装置制御部とを備えた高周波始動型の放電灯点灯装置であって、
   前記点灯装置制御部は、前記放電灯の点灯開始時に、前記電圧検出部により検出された電圧が前記放電灯の定格電圧よりも小さい電圧値となり、かつ前記電流検出部により検出された電流が前記放電灯の定格電流よりも大きい第１の目標電流値となるように前記放電灯を点灯し、前記放電灯の点灯開始から所定の高周波始動期間が終了した時点で、前記転流器を制御して定常点灯時よりも高い転流周波数から定常点灯時の転流周波数へと切り替えた後に、前記放電灯に印加される電圧が上昇して前記放電灯の定格電圧よりも小さい所定の閾値電圧以上に至ったことが前記電圧検出部により検出された後には、前記放電灯の定格電流以下である第２の目標電流値に切り替えて前記放電灯を点灯し、
   また、前記点灯装置制御部は、前記転流周波数の切り替え時に、前記放電灯に流れる電流の値および前記放電灯に印加される電圧の値の情報に関係なく、前記放電灯に流れる電流が前記第２の目標電流値以下である第３の目標電流値になるように前記直流−直流変換器を制御することを特徴とする放電点灯装置。
2. 前記点灯装置制御部は、前記第１の目標電流値を前記第２の目標電流値の２倍以上に設定する請求項１記載の放電灯点灯装置。
3. 前記点灯装置制御部は、
   前記電流検出部により検出された電流に対応する電圧を、利得を切り替えて増幅する可変利得増幅部と、
   前記電圧検出部により検出された電圧を前記所定の閾値電圧に対応する基準電圧と比較して、前記可変利得増幅部に対して比較結果に応じた利得制御信号を出力する比較器と、
   前記可変利得増幅部および前記電圧検出部からの出力信号を受けて、前記放電灯に印加される電圧に最適な電流が前記放電灯に流れるよう演算を行う演算部と、
   前記演算部からの出力信号に応じて、前記直流−直流変換器をパルス幅変調（ＰＷＭ）制御するための信号を出力するＰＷＭ制御部とを備え、
   前記比較器は、前記電圧検出部により検出された電圧が前記基準電圧以上となった時に、前記可変利得増幅部の利得を高くするための利得制御信号を出力する請求項１記載の放電灯点灯装置。
4. 前記所定の閾値電圧は、前記放電灯の定格に応じて前記放電灯毎に個別に設定される請求項１記載の放電灯点灯装置。
5. 前記放電灯点灯装置はさらに放電灯冷却装置を具備し、前記点灯装置制御部は、前記放電灯に印加される電圧が前記所定の閾値電圧に至るまで、前記放電灯冷却装置を停止させる請求項１記載の放電点灯装置。
6. 放電灯を高周波始動により定常点灯させる放電灯点灯方法であって、
   前記放電灯の点灯開始時に、前記放電灯の定格電圧よりも小さい一定の電圧値でかつ前記放電灯の定格電流よりも大きい第１の目標電流値で前記放電灯を点灯するステップと、
   前記放電灯の点灯開始から所定の高周波始動期間が終了した時点で、定常点灯時よりも高い転流周波数から定常点灯時の転流周波数へと切り替えた後に、前記放電灯に印加される電圧が上昇して前記放電灯の定格電圧よりも小さい所定の閾値電圧以上に至った後には、前記放電灯の定格電流以下である第２の目標電流値に切り替えて前記放電灯を点灯するステップと、
   前記転流周波数の切り替え時に、前記放電灯に流れる電流の値および前記放電灯に印加される電圧の値の情報に関係なく、前記放電灯に流れる電流が前記第２の目標電流値以下である第３の目標電流値になるように制御するステップとを含むことを特徴とする放電灯点灯方法。
7. 前記第１の目標電流値は前記第２の目標電流値の２倍以上に設定される請求項６記載の放電灯点灯方法。
8. 前記所定の閾値電圧は、前記放電灯の定格に応じて前記放電灯毎に個別に設定される請求項６記載の放電灯点灯方法。
9. 前記放電灯に印加される電圧が前記所定の閾値電圧に至るまで、前記放電灯の冷却を停止するステップをさらに含む請求項６記載の放電灯点灯方法。

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