JP4927453B2 - 高圧放電灯の点灯回路 - Google Patents

Description

本発明は、電池（バッテリー）で駆動する携帯用のプロジェクター（投射型映像機器）に関し、特に、光源に用いられる高圧放電灯の点灯回路に関する。

プロジェクターの光源に用いられる直流高圧放電灯（高圧水銀灯）は、一般に定格電力が大きく（例えば１２０Ｗ以上）、電池駆動は困難であると考えられている。このため、多くのプロジェクターは商用の交流電源（例えばＡＣ１００Ｖ）に接続してＡＣ／ＤＣコンバーターを介して交流を直流に変換して点灯させている。

図３は従来の高圧放電灯の点灯回路のブロック図を示している。この図に示すように、ＡＣ／ＤＣコンバーター５０、安定点灯回路５１、電力制御部５２、点灯始動回路５３、高圧放電灯５４などから構成され、高圧放電灯５４から放射された光は光学エンジン５５を介して映像化されスクリーンＳに投射される。

ところで、近年は高圧放電灯の封止技術が向上し、安定点灯時の水銀蒸気圧をより高くすることが可能となったため、従来よりも発光効率が向上している。このため、定格電力が１００Ｗ以下のものが開発されている。しかし、定格電力１００Ｗでは、依然として電池駆動するには消費電力が大きすぎると考えられる。

なお、下記特許文献１、２及び４には電池駆動式のプロジェクターが、特許文献３には電池駆動式の液晶バックライト用の放電点灯装置が開示されている。消費電力を抑えるために光源部以外の電源はパーソナルコンピュータから供給したり（特許文献１）、電池の残容量の減少に応じて光源の明るさを低下させたり（特許文献２）する方法が提案されている。
特開２００４−６９９９７号公報 特開２００３−１４９７３３号公報 特開平８−３３００８１号公報 特開平８−４７２６１号公報

プロジェクターの光源に用いられる高圧放電灯（高圧水銀灯）を始動させるためには、絶縁破壊のために直流１ｋＶ以上、グロー放電を維持してアーク放電に移行させるために直流２００Ｖ乃至３００Ｖの電圧を必要とするので、電池で駆動するためにはＤＣ／ＤＣコンバーター等を用いて必要な電圧を得る必要がある。ところが、ＤＣ／ＤＣコンバーターは出力電力が大きくなるにつれて回路が大規模になり電池も大きく重くなって、携帯用プロジェクターとして使いにくくなる。

ところで、高圧放電灯は、入力する電流及び電圧の最適値に基づいて定格電力が定められている。定格電力以下の電力を入力すると、条件によっては放電が維持できなくなったり、フリッカが発生したりするといった問題が生じる。このため、定格電力以下の電力を入力する場合は高圧放電灯の特性を考慮した上で最適な入力を与えなければならない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、商用の交流電源と電池との両方の電源で駆動し、携帯用として利便性の高いプロジェクター用の点灯回路を提供することを技術的課題とする。

請求項１に記載した高圧放電灯の点灯回路は、プロジェクター用の光源として用いられる高圧放電灯２０を点灯させるための回路であって、高圧放電灯２０と、高圧放電灯２０を始動点灯させる点灯始動回路３８と、高圧放電灯２０を安定に点灯させる安定点灯回路３４と、安定点灯回路３４から高圧放電灯２０への電力供給を制御する電力制御部３６と、電力制御部３６の動作を制御する電力切替回路３２と、直流電圧を昇圧して安定点灯回路３４に出力するＤＣ／ＤＣコンバーター３０と、ＤＣ／ＤＣコンバーター３０に直流電圧を出力する入力切替回路２８と、入力された直流電圧を電力切替回路３２および入力切替回路２８に出力する駆動回路２２と、入力切替回路２８に直流電圧を出力するバッテリー２６と、入力された直流電圧をバッテリー２６に出力する充電回路２４とを備え、電力切替回路３２は、駆動回路２２から直流電圧が出力されていないときはバッテリー２６から高圧放電灯２０に第１の電力を供給し、駆動回路２２から直流電圧が出力されているときは高圧放電灯２０に前記第１の電力よりも相対的に高い第２の電力を駆動回路２２から供給するように電力切替えを行うことを特徴とする。

本発明に係る高圧放電灯２０の点灯回路はバッテリー２６を備えており、当該点灯回路に外部から入力された直流電圧は、駆動回路２２に入力されて高圧放電灯２０に出力されるだけでなく、充電回路２４にも出力される。これにより、充電回路２４によりバッテリー２６が充電される。一方、外部から直流電圧の入力がない場合は、充電されたバッテリー２６から入力切替回路２８に直流電圧が供給される。

なお、本明細書において、「電圧を出力する」とは、対象となる回路や装置に「電流を流す」ことと同義である。

本発明によると、電池で駆動できる携帯用として利便性の高いプロジェクターの点灯回路を提供することができる。例えば、定格電力６０Ｗ程度の高圧放電灯を、定格電力の５０％の電力で駆動したとき、出力は３０Ｗ程度となる。この電力でおよそ２００Ｌｍの明るさを得ることができ、電池でも十分実用的な時間駆動させることができる。例えば、電池容量が５０Ｗｈあるとすれば、光学エンジンその他の回路を駆動する電力を含め、少なくとも１時間以上は駆動することができる。また、外部電源が利用できるときは、定格電力の１００％を入力しておよそ４００Ｌｍの明るさを得ることができる。

また、使用する前にバッテリーを充電しておけば、外部電源や電池を用意する必要のない、携帯用としてさらに利便性の高いプロジェクターの点灯回路を提供することができる。

以下、本発明を図面に従って説明する。図１は、本発明に係る高圧放電灯１４の点灯回路の第１実施例を示すブロック図である。この装置はＤＣ１２ＶとＡＣ１００Ｖ（又は２００Ｖ）の２系統の電源入力部を備え、入力切替回路２と電力切替回路３によって高圧放電灯１４に入力する電力を切替えるように構成されている。

ＤＣ／ＤＣコンバーター１は電池のＤＣ１２Ｖから安定点灯回路１１に供給する直流電圧を発生させる。出力電圧は高圧放電灯１４のグロー放電を維持しアーク放電に移行させるためにＤＣ２００Ｖ以上を発生することが必要である。回路を小型化するため、高周波のプッシュプルタイプのインバータ回路が好ましい。

ＤＣ１２Ｖの入力はＤＣ／ＤＣコンバーター１によって約２５０Ｖ〜３００Ｖの直流電圧に昇圧される。入力切替回路２は安定点灯回路１１に供給する直流電圧を切替えるための回路であり、ＤＣ／ＤＣコンバーター１の出力とＡＣ／ＤＣコンバーター１０の出力を、機械式スイッチ或いは半導体スイッチ（ダイオード等によるオア回路）などで切替える。

電力切替回路３は電池入力の場合は高圧放電灯１４に低めの電力を供給し、商用の交流入力の場合は高めの電力を供給するように電力制御部１２の動作を切替える信号を供給する論理回路である。

ＡＣ／ＤＣコンバーター１０は、商用の交流電圧を整流して安定点灯回路１１に供給するための直流電圧を発生させる。これにはＡＣ１００Ｖに対し倍電圧整流、ＡＣ２００Ｖに対し全波整流とするか、或いはＰＦＣ（力率補正）回路などを使用して出力電圧としてＤＣ２００Ｖ以上を発生してもよい。

安定点灯回路１１は点灯始動回路１３に接続され、安定点灯時には高圧放電灯１４に定格の電力が供給されるよう電力制限を行う。通常ダウンコンバーター（チョッパー回路とも言う）が使用される。

電力制御部１２は、電池入力の場合は高圧放電灯１４に相対的に低い電力（第１の電力）を供給し、商用の交流入力の場合は相対的に高い電力（第２の電力）を供給するように安定点灯回路１１を制御する回路である。通常、出力電圧と電流を検出し演算後ＰＷＭ（パルス幅変調）回路等に入力する。

点灯始動回路１３は１ｋＶ以上の高電圧を発生して高圧放電灯１４の電極間を絶縁破壊させ高圧放電灯１４を始動させる。高圧放電灯１４は凹面反射鏡に装着される。

高圧放電灯１４からの光束は光学エンジン１５に入力されその投影レンズから出射された色光がスクリーンＳに映し出される。

電池で駆動できる携帯用として利便性のよいプロジェクターの点灯装置としての使用を考慮すると、高圧放電灯１４に供給できる電力は４０Ｗ以下、例えば３０Ｗ程度が好ましい。これを超えるとＤＣ／ＤＣコンバーター１の回路規模が大きくなるとともに電池も重くなりとても携帯用として使えない。車載の電池を利用するにしても３０Ｗ程度が適切である。この電力でもスクリーンＳではおよそ２００Ｌｍが可能である。この程度の明るさでも、プレゼンテーションなどビジネス用途として使用するには十分であり、フリッカなどの副作用も発生しない。

一方、例えば、家庭用に室内でホームシアターとして利用する場合、２００Ｌｍでは少し明るさが足りない。室内であれば商用の交流電源が利用できるので高圧放電灯の電力を高くすることができる。同一の高圧放電灯で共用するには高い電力として５０Ｗ以上、例えば６０Ｗ程度が好ましい。これでスクリーン照度およそ４００Ｌｍが可能であり、十分実用的である。

このように、直流電源と商用の交流電源とを切替えて使用できるように構成すると共に、入力電源の種類に応じて高圧放電灯１４を定格電力以下の電力で駆動するようにした。

次に、図２は、本発明に係る高圧放電灯２０の点灯回路の第２実施例を示すブロック図である。この装置は、外部から入力された直流電圧を受け入れる駆動回路２２および充電回路２４と、バッテリー２６と、入力切替回路２８と、ＤＣ／ＤＣコンバーター３０と、電力切替回路３２と、安定点灯回路３４と、電力制御部３６と、点灯始動回路３８とを備えている。

入力切替回路２８はＤＣ／ＤＣコンバーター３０に供給する直流電圧を切替えるための回路であり、駆動回路２２の出力とバッテリー２６の出力とを、機械式スイッチ或いは半導体スイッチ（ダイオード等によるオア回路）などで切替える。

ＤＣ／ＤＣコンバーター３０は入力切替回路２８からの直流電圧を安定点灯回路３４に供給する直流電圧に昇圧する装置である。出力電圧は高圧放電灯２０のグロー放電を維持しアーク放電に移行させるためにＤＣ２００Ｖ以上を発生することが必要である。回路を小型化するため、高周波のプッシュプルタイプのインバータ回路あるいはチョッパー式のアップコンバーター回路を用いることができる。

電力切替回路３２は、バッテリー出力の場合には高圧放電灯２０に低めの電力を供給し、外部から直流電圧が供給されている場合には高めの電力を供給するように電力制御部３６の動作を切り替える信号を電力制御部３６に送る論理回路である。また、本実施例では、駆動回路２２から入力切替回路２８に供給される直流電圧が分岐されて電力切替回路３２に接続されており、電力切替回路３２は、当該直流電圧が供給されている場合、本発明に係る点灯装置に外部から直流電圧が供給されていると判断するようになっている。

安定点灯回路３４は点灯始動回路３８に接続され、安定点灯時には高圧放電灯２０に定格の電力が供給されるよう電力制限を行う。通常ダウンコンバーター（チョッパー回路とも言う）が使用される。

電力制御部３６は、入力切替回路２８に直流電圧がバッテリーから入力されている場合には高圧放電灯２０に相対的に低い電力（第１の電力）を供給し、入力切替回路２８に直流電圧が外部から入力されている場合には相対的に高い電力（第２の電力）を供給するように安定点灯回路３４を制御する回路である。通常、出力電圧と電流を検出し演算後ＰＷＭ（パルス幅変調）回路等に入力する。

点灯始動回路３８は、１ｋＶ以上の高電圧を発生して高圧放電灯２０の電極間を絶縁破壊し、高圧放電灯２０を始動させる。

高圧放電灯２０は凹面反射鏡に装着されている。

高圧放電灯２０からの光束は光学エンジン１５に入力されその投影レンズから出射された色光がスクリーンＳに映し出される。

また、本実施例に係る点灯回路は、外部から直流電圧が入力されているときには、駆動回路２２を経由した直流電圧が高圧放電灯２０に入力され、外部からの直流電圧が遮断されているときには、バッテリー２６を電源とする直流電圧が高圧放電灯２０に入力されるように、入力切替回路２８と電力切替回路３２とによって高圧放電灯２０に入力する電圧を切替えることができるように構成されている。

なお、本実施例に係る点灯装置には、商用の交流電圧を整流して直流電圧を発生させるＡＣ／ＤＣコンバーター４０（ＡＣアダプターともいう）を用いて直流電圧が供給されている。

また、直流電圧の供給手段はこれに限られず、本実施例に係る点灯装置を構成しない他の電池（図示せず）を用いて点灯装置に直流電圧を供給するようにしてもよい。

また、点灯回路用電池２６の種類として、本実施例では、１２Ｖを発生させるシールドタイプのバッテリーが用いられているが、直流電圧を発生することができるものであれば、他の電池を用いることができる。

また、高圧放電灯２０に供給される電力は、第１実施例において説明した内容と同じである。

本発明に係るプロジェクターは電池或いはＡＣアダプターなど直流１２Ｖ程度の低電圧で駆動できる構成としたため携帯用として利便性が高く、かつ、室内では商用の交流入力で駆動して明るさも満足できるレベルを提供することができるので、産業上の利用可能性は大きい。

図１は本発明に係る高圧放電灯の点灯回路の第１実施例を示すブロック図である。 図２は本発明に係る高圧放電灯の点灯回路の第２実施例を示すブロック図である。 図２は従来の高圧放電灯の点灯回路のブロック図である。

符号の説明

１、３０ ＤＣ／ＤＣコンバーター
２、２８ 入力切替回路
３、３２ 電力切替回路
１０、４０、５０ ＡＣ／ＤＣコンバーター
１１、３４、５１ 安定点灯回路
１２、３６、５２ 電力制御部
１３、３８、５３ 点灯始動回路
１４、２０、５４ 高圧放電灯
１５、５５ 光学エンジン
Ｓ スクリーン
２２ 駆動回路
２４ 充電回路
２６ 点灯回路用電池

Claims (1)

1. プロジェクター用の光源として用いられる高圧放電灯を点灯させるための回路であって、
   高圧放電灯と、
   前記高圧放電灯を始動点灯させる点灯始動回路と、
   前記高圧放電灯を安定に点灯させる安定点灯回路と、
   前記安定点灯回路から前記高圧放電灯への電力供給を制御する電力制御部と、
   前記電力制御部の動作を制御する電力切替回路と、
   直流電圧を昇圧して前記安定点灯回路に出力するＤＣ／ＤＣコンバーターと、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバーターに直流電圧を出力する入力切替回路と、
   入力された直流電圧を前記電力切替回路および前記入力切替回路に出力する駆動回路と、
   前記入力切替回路に直流電圧を出力するバッテリーと、
   入力された直流電圧を前記バッテリーに出力する充電回路とを備え、
   前記電力切替回路は、前記駆動回路から直流電圧が出力されていないときは前記バッテリーから前記高圧放電灯に第１の電力を供給し、前記駆動回路から直流電圧が出力されているときは前記高圧放電灯に前記第１の電力よりも相対的に高い第２の電力を前記駆動回路から供給するように電力切替えを行うことを特徴とする高圧放電灯の点灯回路。
   

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