JP4475296B2 - 点灯制御装置、光源装置、プロジェクタ及び点灯制御方法 - Google Patents
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Description
この特許文献1に記載の高圧放電ランプ点灯装置では、高周波の交流電圧を放電灯の起動時に印加することにより、極性反転に応じて、それぞれの電極に電流を印加することができ、この後、直流電圧を印加することにより、各電極の温度上昇を十分に行うことができる。更に、この後、交流電圧を印加することにより、安定して定常点灯を行うことができる。
これに対し、本発明では、パルス印加部が、発光管の電極に高圧パルスを印加して、当該電極間の絶縁破壊を行った後、直流電流印加部が、一対の電極に直流電流を印加する。これにより、当該電極に交流電流を印加する場合に比べ、グロー放電期間に十分な電力を供給することができるので、当該電極の温度上昇、及び、当該電極に付着した水銀の蒸発を加速させることができ、グロー放電期間からアーク放電期間への速やかな移行を促すことができる。このグロー放電期間からアーク放電期間への移行が速やかに行われないと、前述のように、電極に損傷が生じることとなるが、このようにして、アーク放電期間への速やかな移行がなされることにより、電極が損傷することを抑えることができる。
また、直流電流を印加する第一の期間の経過後、交流電流印加部が、第二の期間、各電極に交流電流を印加する。これにより、直流電流の印加を継続した場合に比べ、放電灯の発光効率を向上することができる。
従って、電極の損傷を抑制することができるとともに、放電灯の発光効率を向上することができる。
ここで、比較的高い周波数の交流電流を電極に印加し続けると、電極の損傷が激しくなり、当該電極の劣化を引き起こす。これに対し、本発明では、第二の期間の経過後、定常点灯制御部が、当該第二の期間に印加した交流電流の平均周波数より低い周波数の交流電流を、電極に印加する。これによれば、電極に損傷が生じることをより一層抑制することができる。従って、放電灯の長寿命化及び点灯の安定化を図ることができる。
ここで、放電灯に直流電流を印加する期間が1mSec(ミリ秒)未満である場合には、当該放電灯の点灯性に問題がある。また、当該機関が500mSecより長い場合には、放電灯の電極に損傷が生じてしまう場合がある。このため、直流電流印加部により、放電灯の電極に直流電流を印加する際には、1mSec以上500mSec以下の期間とすることにより、電極の損傷を抑制することができる。更に、5mSec以上10mSec以下の期間であれば、電極の損傷をより一層抑制することができるとともに、放電灯の点灯性を確保することができる。
この際、第二の期間としては、1Sec(秒)以上3Sec以下の間の期間とすることができる。
ここで、第二の期間に電極に印加される交流電流の周波数が10Hz以下である場合には、放電灯の点灯性に問題があるとともに、電極に損傷が生じる場合がある。また、当該周波数が60kHzより大きい場合には、電極の温度上昇に必要な電流印加を十分に行うことが困難である。また、この場合には、高周波発振のための素子を点灯制御装置に設ける必要が生じるだけでなく、電流印加の制御が複雑となる。更に、当該電流印加制御を高周波スイッチングで行う場合には、スイッチング素子に高周波特性の高い部品を用いる必要があり、点灯制御装置が高価となるだけでなく、高周波スイッチングによる熱損失が増大するため、放熱対策が必要になる。
ここで、前述のように、点灯制御装置の直流電流印加部が、反射鏡から離間する側の他方の電極から、当該反射鏡に近接する側の一方の電極に向かって導通するように、当該他方の電極に直流電流を印加した場合には、60kHzの交流電流を各電極に印加しても、電極の損傷を抑制することができる。
また、点灯制御装置の直流電流印加部が、反射鏡から離間する側に位置する他方の電極から、当該反射鏡に近接する側に位置する一方の電極に向かって導通するように、当該他方の電極に直流電流を印加することにより、前述のように、放電灯の起動特性の向上、及び、電極の損傷の抑制という効果を、一層確実に奏することができる。
本発明によれば、前述の光源装置と同様の効果を奏することができる。特に、光源装置が備える放電灯の寿命を延ばすことができ、放電灯及び光源装置の交換を頻繁に行わなくて済むので、プロジェクタのメンテナンスの手間を省略することができる。
すなわち、パルス印加ステップにて、高圧パルスを印加した後、直流電流印加ステップにて、第一の期間、放電灯の各電極に直流電流を印加する。これにより、グロー放電期間に各電極に十分な電力を供給することができるので、当該各電極の温度上昇、及び、水銀の蒸発を加速させることができ、グロー放電期間からアーク放電期間への速やかな移行を促すことができる。また、直流電流印加ステップの後、交流電流印加ステップにて、第二の期間、各電極に交流電流を印加することにより、放電灯の発光効率を向上することができる。従って、電極の損傷を抑制することができるとともに、放電灯の発光効率を向上することができる。
〔プロジェクタ1の構成〕
図1は、本実施形態に係るプロジェクタ1の概略構成を示す模式図である。
プロジェクタ1は、内部に設けられた光源装置411から射出される光束を画像情報に応じて変調して画像光を形成し、当該画像光に係る画像をスクリーン(図示省略)等の投射面上に拡大投射するものである。このプロジェクタ1は、図1に示すように、外装筐体2と、投射レンズ3と、光学ユニット4等を備えている。
また、これらの他に、プロジェクタ1は、当該プロジェクタ1内部を冷却する冷却ファン等で構成される冷却ユニット91、プロジェクタ1内部の各構成部材に電力を供給する電源ユニット92、及び、プロジェクタ1全体を制御する制御ユニット93等を備え、これらは、外装筐体2内に配置されている。
このうち、電源ユニット92は、プロジェクタ1の外部から供給される商用交流電流を直流変換し、プロジェクタ1内部の各構成部材に応じた電圧に昇降圧した後に当該各構成部材に電力を供給する。
外装筐体2は、投射レンズ3及び光学ユニット4等を内部に収納配置する全体略直方体状に形成されている。この外装筐体2は、本実施形態では合成樹脂により形成したが、これに限らず、例えば金属等の他の材料にて形成してもよい。
投射レンズ3は、光学ユニット4にて形成された画像光を、スクリーン(図示省略)等の投射面上に結像させるとともに、当該画像光に係る画像を拡大投射する投射光学装置である。この投射レンズ3は、筒状の鏡筒内に複数のレンズが収納された組レンズとして構成されている。
光学ユニット4は、前述の制御ユニット93による制御の下、光源から射出された光束を、光学的に処理して画像情報に対応した画像光を形成するユニットである。この光学ユニット4は、図1に示すように、外装筐体2の背面に沿って延出するとともに、外装筐体2の側面に沿って延出する平面視略L字形状を有している。
この光学ユニット4は、照明光学装置41と、色分離光学装置42と、リレー光学装置43と、電気光学装置44と、これら光学部品41〜44を内部に収納配置するとともに、投射レンズ3を所定位置で支持固定する光学部品用筐体45とを備えている。
第二レンズアレイ413は、第一レンズアレイ412と同様の構成を有しており、第一レンズアレイ412の小レンズに対応する小レンズがマトリクス状に配列された構成を有している。この第二レンズアレイ413は、重畳レンズ415とともに、第一レンズアレイ412の各小レンズの像を、電気光学装置44の後述する液晶パネル442の画像形成領域に結像させる機能を有している。
具体的に、偏光変換素子414によって略1種類の直線偏光に変換された各部分光は、重畳レンズ415によって最終的に後述する液晶パネル442の画像形成領域にほぼ重畳される。偏光光を変調するタイプの液晶パネルを用いたプロジェクタでは、1種類の偏光光しか利用できないため、ランダムな偏光光を発する光源装置411からの光の略半分を利用できない。このため、偏光変換素子414を用いることで、光源装置411からの射出光を略1種類の直線偏光に変換し、電気光学装置44での光の利用効率を高めている。
リレー光学装置43は、入射側レンズ431、リレーレンズ433及び反射ミラー432,434を備え、色分離光学装置42で分離された赤色光を赤色光用の液晶パネル442Rまで導く機能を有している。
この電気光学装置44は、図1に示すように、前述のフィールドレンズ441と、光変調装置としての液晶パネル442(赤色光用の液晶パネルを442R、緑色光用の液晶パネルを442G、及び、青色光用の液晶パネルを442Bとする)と、これら各液晶パネル442の光束入射側にそれぞれ配置される3つの入射側偏光板443と、各液晶パネル442の光束射出側にそれぞれ配置される3つの視野角補償板444と、当該3つの視野角補償板444の光束射出側にそれぞれ配置される3つの射出側偏光板445と、色合成光学装置としてのクロスダイクロイックプリズム446とを備えて構成されている。
光変調装置としての液晶パネル442は、詳しい図示を省略するが、一対の透明なガラス基板間に電気光学物質である液晶が密閉封入した構成を有している。そして、当該液晶パネル442では、前述の制御ユニットから入力する画像情報である駆動信号に応じて、液晶の配向状態が制御され、入射側偏光板443から射出された偏光光束の偏光方向が変調されることで、画像光が形成される。
この視野角補償板444としては、例えば、トリアセチルセルロース(TAC)等の透明支持体上に配向層を介してディスコティック(円盤状)化合物層を形成したもので構成でき、WVフィルム(富士写真フィルム社製)を採用できる。
クロスダイクロイックプリズム446は、射出側偏光板445から射出された色光毎に変調された変調光を合成して光学像(カラー画像)を形成する。このクロスダイクロイックプリズム446は、4つの直角プリズムを貼り合わせた平面視正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた界面には、2つの誘電体多層層が形成されている。これら誘電体多層層は、投射レンズ3と対向する側(G色光側)に配置された射出側偏光板445を介した色光を透過し、残り2つの射出側偏光板445(R色光側及びB色光側)を介した色光を反射する。このようにして、各入射側偏光板443、各液晶パネル442、各視野角補償板444、及び、各射出側偏光板445にて変調された各色光が合成されてカラー画像が形成される。
図2は、光源装置411の放電灯5及び主反射鏡6を示す縦断面図である。
放電灯5は、電圧印加によって発光する光源であり、図2に示すように、石英ガラスにより形成された発光管51と、当該発光管51に取り付けられる副反射鏡52とを備えて構成されている。なお、このような放電灯5としては、高輝度発光する種々の放電光源ランプを採用することができ、例えば、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプ及び超高圧水銀ランプ等を採用することができる。
発光管51には、中央部分が略球状に膨出する発光部511と、発光部511を挟み、かつ、当該発光部511の両端から互いに離間する方向に延出する一対の封止部512,513(図2における左側の封止部を512、右側の封止部を513とする)とが形成されている。
このうち、発光部511の内部には、一対の電極5111,5112が配置され、当該一対の電極5111,5112間には、水銀、希ガス及び少量のハロゲンを含む発光物質が封入された放電空間Sが形成されている。これら電極5111,5112のうち、電極5111が、後述する直流起動期間においては陰極に、電極5112が陽極に設定される。
ここで、主反射鏡6について説明する。
主反射鏡6は、本発明の反射鏡に相当し、入射した光を反射して、照明光軸A上の第二焦点に収束させるガラス製の一体成形品である。この主反射鏡6は、放電灯5の一方の封止部512(光源装置411における光束射出方向の基端側に位置する封止部512)に接着剤Bにより固定されている。このような主反射鏡6には、封止部512が挿通される略円筒状の首状部61と、当該首状部61から拡がる凹曲面状の反射部62とが形成されている。
このうち、反射部62において放電灯5に対向する側の回転曲線形状の面には、金属薄膜が蒸着された反射面621が形成されている。この反射面621は、可視光を反射し、かつ、赤外線及び紫外線を透過するコールドミラーとして形成されている。
なお、本実施形態では、主反射鏡6は、回転楕円面を有する楕円面リフレクタで構成されているが、回転放物面を有する放物面リフレクタで構成してもよい。この場合には、平行化凹レンズ7を省略した構成とする。さらに、主反射鏡6は、自由曲面リフレクタで構成してもよい。
副反射鏡52は、発光管51の封止部513(主反射鏡6が装着される側とは反対側の封止部513)に装着されるガラス製の成形品であり、発光管51と同様の素材により形成されている。この副反射鏡52には、封止部513が挿通される開口5211を有する略円筒状の首状部521と、当該首状部521から拡がる反射部522とが形成されている。
また、このような副反射鏡52が発光管51に設けられていることにより、当該副反射鏡52によって覆われる電極5112は、主反射鏡6に近接する側の電極5111に比べて、より冷えにくい電極となる。
図3は、点灯制御装置8の構成を示す模式図である。
点灯制御装置8は、前述のように、放電灯5の点灯を制御するものであり、複数の回路素子により構成されている。この点灯制御装置8は、図3に示すように、点灯装置81と、制御装置82とにより構成されている。
点灯装置81は、電源ユニット92から供給される電力を、放電灯5の電極5111,5112に印加して、当該放電灯5を発光させる。この点灯装置81は、ダウンチョッパ811、インバータブリッジ812及びイグナイタ回路813を備えて構成されている。
スイッチ素子8111は、電源ユニット92から入力した直流電圧を、所望の電圧に降下させる。また、コイル8112、ダイオード8113及びコンデンサ8114は、入力する直流電流の高周波成分の除去、整流、及び、入力される直流電圧の定電力化を行う素子として機能する。
このブリッジ回路には、ダウンチョッパ811を経て整流された直流電流が入力され、トランジスタ8121及びトランジスタ8122にパルス信号を与えると、一対のトランジスタ8121を含む経路と、一対のトランジスタ8122を含む経路とが交互に短絡して電流が流れ、これにより、その間に接続された放電灯5に交流矩形波電流が供給されるようになる。
また、一対のトランジスタ8121及び一対のトランジスタ8122のうち、いずれか一方をオン状態にし、他方をオフ状態に固定することにより、放電灯5に直流電流が供給されるようになる。
このイグナイタ回路813は、詳しい図示を略したが、高圧パルス発生回路及びこの高圧パルス発生回路が一次側に接続されるパルストランスを備え、高圧パルス発生回路で発生した高電圧パルスを、パルストランスの二次側で昇圧し、昇圧した電圧を電極5111,5112に印加することにより、当該電極5111,5112間の絶縁が破壊され、電気的導通が確保されて放電灯5が点灯を開始する。
パルス印加部821は、放電灯5を点灯させる必要が生じた場合に、前述したイグナイタ回路813に制御信号を出力して、イグナイタ回路813を動作させる。具体的に、パルス印加部821は、図4において矢印Lで示す高圧パルスをイグナイタ回路813に生じさせ、当該高圧パルスを電極5111,5112に印加する。
図5は、点灯制御装置8による放電灯5の点灯制御処理を示すフローチャートである。
点灯制御装置8は、前述の制御ユニット93から放電灯5を点灯する旨の制御信号が入力すると、当該放電灯5の点灯制御処理を実行する。この起動処理は、点灯制御装置8に設けられた記憶部(図示省略)に記憶された点灯制御プログラムに沿って行われる。
この点灯制御処理では、図5に示すように、まず、制御装置82のパルス印加部821が、イグナイタ回路813に制御信号を出力し、当該イグナイタ回路813により、放電灯5の電極5111,5112に高圧パルスを印加させる(パルス印加ステップS1)。
このため、インバータブリッジ812が、電極5111から電極5112に向かって導通するように直流電流を印加した場合には、当該電流は導通しにくくなり、電極5111,5112の温度上昇、及び、当該温度上昇に伴う水銀の蒸発が加速しづらい。このような問題は、放電灯5のグロー放電期間からアーク放電期間への移行を遅らせることとなり、放電灯5の起動性能を悪化させるとともに、電極5111,5112の損傷を引き起こす。
図6は、直流起動期間の長さ及び交流起動期間に印加する交流電流の周波数に応じた電極の損傷の程度を示す図である。なお、図6において、「DC+」は、直流電流を電極5112から電極5111に向かって導通させる場合を示しており、また、「DC−」は、電極5111から電極5112に向かって導通させる場合を示している。更に、図6における「○」は、電極に損傷がほとんど確認されなかったことを示し、「△」は、若干の損傷が確認されたことを示している。加えて、「×」は、電極に多大な損傷が確認されたことを示しており、「−」は、放電灯5の点灯性に問題があるため、試験を実施しなかったことを示している。また、図6における「ms」は「mSec」(ミリ秒)を表している。
直流起動期間が1mSec以上10mSec以下の間に設定され、かつ、交流起動期間に印加される交流電流の周波数が10Hzを越え、かつ、60Hz未満の周波数(特に、200Hz以上40kHz以下の周波数)に設定されている場合では、図6に示すように、直流起動期間が10mSecより大きく1Sec(秒)以下の間に設定された場合、並びに、交流起動期間に印加される交流電流の周波数が10Hz及び60kHzである場合に比べて、電極5111,5112の損傷が抑制されることが確認された。
直流起動期間が1mSec以上1Sec未満の間に設定され、かつ、交流起動期間に印加される交流電流の周波数が10Hzを越え、かつ、60kHz以下の周波数(特に、200Hz以上60kHz以下の周波数)に設定されている場合、直流起動期間が1Sec以上である場合、及び、交流電流が10Hzに設定されている場合に比べ、電極5111,5112の損傷が抑制されることが確認された。
このため、前述の点灯制御処理においては、ステップS2においては、電極5112から電極5111に向かって導通する方向に、直流電流を5mSec以上10mSec以下の期間印加し、かつ、ステップS3において、各電極5111,5112に周波数200Hz以上300Hz以下の交流電流を印加して、放電灯5を点灯させると、最も電極5111,5112の損傷が抑制されることが確認される。
すなわち、光源装置411を構成する点灯制御装置8が、同じく光源装置411を構成する放電灯5を起動する際には、パルス印加ステップS1にて、当該点灯制御装置8のパルス印加部821が、点灯装置81のイグナイタ回路813を介して、放電灯5の電極5111,5112に高圧パルスを印加する。これにより、電極5111,5112間の絶縁破壊が行われる。
そして、直流電流印加ステップS2にて、直流電流印加部822が、インバータブリッジ812を介して、一対の電極5111,5112に直流電流を印加する。これにより、グロー放電期間に各電極5111,5112に十分な電力を供給することができるので、当該電極5111,5112の温度上昇、及び、当該電極5112に付着した水銀の蒸発を加速させることができ、更には、グロー放電期間からアーク放電期間への速やかな移行を促すことができる。従って、電極5111,5112の損傷を抑制することができる。
本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
前記実施形態では、直流電流印加ステップS2では、直流電流印加部822は、電極5112から電極5111に向かう方向に導通するように直流電流を印加させるとしたが、本発明はこれに限らず、逆でもよい。すなわち、電流の印加方向は問わない。
また、前記実施形態では、光学ユニット4は平面視略L字形状を有した構成を説明したが、これに限らず、例えば、平面視略U字形状を有した構成を採用してもよい。
さらに、前記実施形態では、光束入射面と光束射出面とが異なる透過型の液晶パネル442を用いていたが、光入射面と光射出面とが同一となる反射型の液晶パネルを用いてもよい。
Claims (6)
- 内部に設けられた一対の電極間で放電発光する放電灯の点灯を制御する点灯制御装置であって、
前記放電灯は、
内部に一対の電極が配置され、かつ、前記電極間に放電空間が形成された発光部を有する発光管と、
前記発光管の一端に取り付けられ、かつ、前記発光部から放射される光を前記放電灯の照明光軸と略同一方向に反射する反射鏡とを備え、
当該点灯制御装置は、
前記放電灯を点灯させる点灯装置と、
前記点灯装置の駆動を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記点灯装置により、前記一対の電極に高圧パルスを印加させるパルス印加部と、
前記高圧パルスの印加後、第一の期間、前記一対の電極のうち、前記反射鏡が固定された前記発光管の一端に近接する側の一方の電極に向かって導通するように、他方の電極に直流電流を印加させる直流電流印加部と、
前記第一の期間経過後、第二の期間、前記一対の電極に交流電流を印加させる交流電流印加部と、
前記第二の期間経過後、前記一対の電極に、前記第二の期間に前記一対の電極に印加した交流電流の平均周波数より低い周波数の交流電流を印加して、前記放電灯を定常点灯させる定常点灯制御部と、を備えることを特徴とする点灯制御装置。 - 請求項1に記載の点灯制御装置において、
前記第一の期間は、1mSec以上500mSec以下の期間であることを特徴とする点灯制御装置。 - 請求項1又は請求項2に記載の点灯制御装置において、
前記第二の期間に、前記放電灯に印加される交流電流の周波数は、10Hzを越え、かつ、60kHz以下の周波数であることを特徴とする点灯制御装置。 - 内部に一対の電極が配置されて放電空間が形成された発光部、及び、当該発光部を挟んで互いに離間する方向に延出し、かつ、内部に前記各電極に接続される電極引出線が設けられた一対の封止部を有する発光管、並びに、前記一対の封止部のうちの一方の封止部に取り付けられ、かつ、前記発光部から放射される光を一方向に反射する反射鏡を備えた放電灯と、
請求項1から請求項3のいずれかに記載の点灯制御装置とを備えることを特徴とする光源装置。 - 請求項4に記載の光源装置を備えることを特徴とするプロジェクタ。
- 内部に設けられた一対の電極間で放電発光する発光管と、前記発光管の一端に取り付けられ、かつ、前記発光管から放射される光を反射する反射鏡とを備えた光源装置の点灯を制御する点灯制御方法であって、
前記一対の電極に高圧パルスを印加するパルス印加ステップと、
前記高圧パルスの印加後、第一の期間、前記一対の電極のうち、前記反射鏡が固定された前記発光管の一端に近接する側の一方の電極に向かって導通するように、他方の電極に直流電流を印加する直流電流印加ステップと、
前記第一の期間経過後、第二の期間、前記一対の電極に交流電流を印加させる交流電流印加ステップと、
前記第二の期間経過後、前記第二の期間に印加した交流電流の平均周波数より低い周波数の交流電流を印加させる定常点灯ステップと、を有することを特徴とする点灯制御方法。
Priority Applications (5)
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