JP5907475B2 - 放電ランプ点灯装置およびプロジェクタ - Google Patents
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Description
キセノンガスを主成分とする放電空間(Es)を囲む、石英ガラス等の耐熱性の高い透明材料で作られた外囲器(10)の中で、タングステン等の耐熱性の高い導電性材料で作られた陰極電極(E1)と陽極電極(E2)が対向配置され、これら両電極間でアーク放電が生じせしめられる。点灯中は、陰極電極(E1)から発し、陽極電極(E2)に達した電子が、その運動エネルギーを熱として解放するため、陽極電極(E2)は著しく発熱する。そのため陽極電極(E2)は、太さ・長さとも、陰極電極(E1)に比して、寸法を大きくして放熱効率を上げる必要がある。陰極電極(E1)および陽極電極(E2)は、通電のため、モリブデン等の金属箔(02,04)を介して、それぞれ陰極側および陽極側の口金(03,05)に接続される。図12のランプの場合、アーク放電領域から発した光を効率的に利用するため、放物面や楕円面形状を有する凹面鏡がランプの近傍に設けられ、ライトトンネルなどの次段の光学系に導かれる。
前記放電ランプ点灯装置(Ex)は、始動時に高電圧を発生させて前記放電ランプ(Ld)の放電容器内に絶縁破壊を発生させるためのスタータ(Us)と、前記放電ランプ(Ld)に放電電流を供給するための給電回路(Ux)とを有し、前記給電回路(Ux)は、少なくとも定常点灯状態において前記放電ランプ(Ld)に流す電流の大きさを変調信号(Sm)に従って変調するための出力電流変調回路(Um)を有し、前記出力電流変調回路(Um)は、前記陰極電極(E1)の断面積1平方ミリメートルあたりのランプ電流の大きさが増加するときの変化の速さを1ミリ秒あたり3.9A以下に制御するとともに、前記給電回路(Ux)は、定常点灯状態の平均電流は、前記陰極電極(E1)の先端部に異形部が形成される範囲の値に設定されることを特徴とする放電ランプ点灯装置」が記載されている。
すなわち、放電容器にキセノンを含む放電媒質が封入され、主放電のための一対の陰極電極(E1)と陽極電極(E2)が対向配置された放電ランプ(Ld)であって、かつ定格平均電流より低い水準のランプ電流に対して、周期的に矩形的パルス電流重畳を行う点灯状態を継続すると、陰極電極(E1)の先端における、放電時のアークスポット部の内部または周辺部に、複数の微小突起が生じる放電ランプ(Ld)を点灯するための放電ランプ点灯装置(Ex)であって、
前記放電ランプ点灯装置(Ex)は、始動時に高電圧を発生させて前記放電ランプ(Ld)の放電容器内に絶縁破壊を発生させるためのスタータ(Us)と、前記放電ランプ(Ld)に放電電流を供給するための給電回路(Ux)とを有し、前記給電回路(Ux)は、少なくとも定常点灯状態において前記放電ランプ(Ld)に流す電流の大きさを変調信号(Sm)に従って変調するための出力電流変調回路(Um)を有し、前記出力電流変調回路(Um)は、前記陰極電極(E1)の断面積1平方ミリメートルあたりのランプ電流の大きさが減少するときの変化の速さを1ミリ秒あたり2.6A以下に制御するように構成する。
以上に基づき、本発明においては、次のようにして課題を解決する。
前記放電ランプ点灯装置(Ex)は、始動時に高電圧を発生させて前記放電ランプ(Ld)の放電容器内に絶縁破壊を発生させるためのスタータ(Us)と、前記放電ランプ(Ld)に放電電流を供給するための給電回路(Ux)とを有し、前記給電回路(Ux)は、少なくとも定常点灯状態において前記放電ランプ(Ld)に流す電流の大きさを変調信号(Sm)に従って変調するための出力電流変調回路(Um)を有し、前記出力電流変調回路(Um)は、前記陰極電極(E1)の断面積1平方ミリメートルあたりのランプ電流の大きさが減少するときの変化の速さを1ミリ秒あたり2.6A以下に制御することを特徴とするものである。
図1において、放電ランプ(Ld)の始動時に絶縁破壊を発生させるためのスタータ(Us)が、前記放電ランプ(Ld)に直列に接続され、これらに対し、放電電流を供給するための給電回路(Ux)が接続されている。なお、前記スタータ(Us)は、30kV程度の高電圧を発生する必要があるために放射ノイズを発生し易く、そのため、ノード(T31,T32)よりランプ側の部分を、他の部分とは分離して放電ランプ点灯装置(Ex)を構成することが望ましい場合がある。
先に、図1に基づいて説明した放電ランプ点灯装置は、ランプ電流の定電流制御を基本とするもの、および定電流制御を基本として出力電流変調を加えるものであった。これをランプ電力の定電力制御を基本とするものとすることもできる。
本発明の放電ランプ点灯装置(Ex)によって始動・点灯される放電ランプ(Ld)から発せられた光束(Ox1)は、必要に応じて設けられる、凹面鏡や集光レンズ等を含むコンデンサ光学系(Oc)を通過した光束(Ox1’)を経て、回転カラーホイールなどの動的色フィルタ(Of)により色順次光束(Ox2)に変換される。前記色順次光束(Ox2)は、DMD(TM)やLCD、LCOS(反射型の液晶表示パネル)などを用いた空間変調素子(Oi)によって色順次の画像光束(Ox3)に変調され、投影レンズ(Op)によって、プロジェクタと一体の、あるいはプロジェクタの外部に設けられたスクリーン(Os)に投影画像が形成される。
先ず、図4、図5、図6、図7、図8に記載の回路から構成される放電ランプ点灯装置について説明する。図4は、給電回路(Ux)の構成の一例について、簡略化して示す図である。給電回路(Ux)は、商用電源を整流し高調波電流低減用アクティブフィルタを含む、所謂PFC等を用いて構成されたDC電源(Mx)より電圧の供給を受けて動作し、放電ランプ(Ld)への給電量調整を行う。本図の給電回路(Ux)は、一例として、フルブリッジ方式のインバータにより、トランス(Ty)の1次側巻線(Py)を駆動する方式のコンバータを描いてあるが、他の方式の回路、例えばフォワードコンバータや降圧チョッパなどによって構成することもでき、コンバータの方式は、本発明の本質とは無関係である。
ランプ電流目標信号(St)は、コンバータ駆動目標信号(Sd2)として、抵抗(Rd2)と抵抗(Rd3)で分圧されて、演算増幅器(Ade)の反転入力端子に入力される。一方、ランプ電流相関信号(Sj)は、前記演算増幅器(Ade)の非反転入力端子に入力される。そして、前記演算増幅器(Ade)の出力信号(Sd1)は、積分コンデンサ(Cd1)とスピードアップ抵抗(Rd6)を介して反転入力端子にフィードバックされているため、前記演算増幅器(Ade)は、前記コンバータ駆動目標信号(Sd2)の抵抗(Rd2)と抵抗(Rd3)による分圧電圧に対する、前記ランプ電流相関信号(Sj)の電圧の差を積分する、誤差積分回路としてはたらく。
前記鋸歯状波信号(Sd0)の電圧が前記信号(Sd8)の電圧よりも高い期間においてハイレベルとなる前記ゲート駆動信号(Sg)が生成され、前記給電能力制御回路(Ud)から出力される。
適当な電圧を有する電圧源(Vm)の出力は、抵抗(Rs)を介して演算増幅器(A00)の反転入力端子に接続される。前記演算増幅器(A00)の出力であるランプ電流目標信号(St)は、抵抗(Rf0)およびこれと並列のコンデンサ(Cf0)を介して前記反転入力端子にフィードバックされているため、前記演算増幅器(A00)は、前記抵抗(Rs)の抵抗値に依存して前記電圧源(Vm)の電圧に比例した成分を有する前記ランプ電流目標信号(St)を生成する。
ただし、抵抗(R01,R02,R04,R06)の抵抗値は全て等しく、この抵抗値に対して抵抗(R03,R05)の抵抗値を半分にする。なおここでは、一例として3ビットの場合を示したが、必要に応じてビット数を増減して同様に構成することができる。当然ながら、ここで述べた回路については、DA変換用のICを用いて構成することができる。
本図においては、変調信号(Sm)はアナログ信号であって、前記出力電流変調回路(Um)は、前記変調信号(Sm)の大きさに連続的に相関させた量だけ前記ランプ電流目標信号(St)を高める変調を加えるものである。前記変調信号(Sm)は、必要に応じて設けられるインピーダンス整合用の抵抗(R10)と、必要に応じて設けられる演算増幅器(A10)による非反転バッファにより受信される。前記演算増幅器(A10)を通過した前記変調信号(Sm)は、ダイオード(D11)と抵抗(R11)との直列子と、前記ダイオード(D11)とは逆向きのダイオード(D12)と抵抗(R12)との直列子とが並列接続された回路を介してコンデンサ(C10)に流れ込む。
02 金属箔
03 口金
04 金属箔
05 口金
10 外囲器
61 導電サポータ
62 導電サポータ
63 導電サポータ
64 陰極口金
65 陽極口金
66 金属カバー
67 金属カバー
70 外囲器
71 窓
A00 演算増幅器
A10 演算増幅器
A11 演算増幅器
A13 演算増幅器
Aai 演算増幅器
Ade 演算増幅器
Ai ランプ電流検出信号変換回路
C10 コンデンサ
Cd0 コンデンサ
Cd1 積分コンデンサ
Cf0 コンデンサ
Cmg 比較器
Cy1 平滑コンデンサ
D11 ダイオード
D12 ダイオード
Dy1 ダイオードブリッジ
Dy2 ダイオードブリッジ
E1 陰極電極
E2 陽極電極
Es 放電空間
Ex 放電ランプ点灯装置
Fe1 Dフリップフロップ
G1 ゲート駆動回路
G2 ゲート駆動回路
G3 ゲート駆動回路
G4 ゲート駆動回路
Ge1 論理積ゲート
Ge2 論理積ゲート
I0 インバータ
I1 インバータ
I2 インバータ
IL ランプ電流
Ix ランプ電流検出手段
Ld 放電ランプ
Ly チョークコイル
M0 変調データ
M1 変調データ
M2 変調データ
Mx DC電源
Oc コンデンサ光学系
Of 動的色フィルタ
Oi 空間変調素子
Om 変調信号生成部
Op 投影レンズ
Os スクリーン
Osc 発振器
Ox 画像処理部
Ox1 光束
Ox1’ 光束
Ox2 色順次光束
Ox3 画像光束
Pov オーバーシュート
Pun アンダーシュート
Py 1次側巻線
Q1 スイッチ素子
Q2 スイッチ素子
Q3 スイッチ素子
Q4 スイッチ素子
R01 抵抗
R02 抵抗
R03 抵抗
R04 抵抗
R05 抵抗
R06 抵抗
R10 抵抗
R11 抵抗
R12 抵抗
RA0 ラダー抵抗ネットワーク
Ra0 抵抗
Ra1 抵抗
Ra2 抵抗
Rac 抵抗
Rd0 抵抗
Rd2 抵抗
Rd3 抵抗
Rd6 スピードアップ抵抗
Rf0 抵抗
Rf1 抵抗
Rfc 抵抗
Rm0 ベース抵抗
Rm1 ベース抵抗
Rm2 ベース抵抗
Rs 抵抗
Rs’ 抵抗
Rt 抵抗
Ry2 抵抗
Sd0 鋸歯状波信号
Sd1 出力信号
Sd2 コンバータ駆動目標信号
Sd8 信号
Se1 出力信号
Se2 出力信号
Sf1 インバータ制御信号
Sf2 インバータ制御信号
Sg ゲート駆動信号
Si ランプ電流検出信号
Sj ランプ電流相関信号
Sm 変調信号
So 変調切換タイミング信号
Soc 信号
St ランプ電流目標信号
Sv ランプ電圧検出信号
Sy1 主2次側巻線
Sy2 補助2次側巻線
T11 ノード
T12 ノード
T21 ノード
T22 ノード
T31 ノード
T32 ノード
T41 ノード
T42 ノード
Ty トランス
UART 非同期シリアル通信インターフェイス
Ud 給電能力制御回路
Uf インバータ制御回路
Ui インバータ
Um 出力電流変調回路
Up ランプ電流目標信号生成回路
Us スタータ
Ux 給電回路
VL ランプ電圧
Vd4 オフセット電圧
Vm 電圧源
Vm’ 電圧源
Vx ランプ電圧検出手段
Z0 スイッチ素子
Z0a スイッチ素子
Z0b スイッチ素子
Z1 スイッチ素子
Z1a スイッチ素子
Z1b スイッチ素子
Z2 スイッチ素子
Z2a スイッチ素子
Z2b スイッチ素子
t1 時刻
Claims (5)
- 放電容器にキセノンを含む放電媒質が封入され、主放電のための一対の陰極電極(E1)と陽極電極(E2)が対向配置された放電ランプ(Ld)を点灯するための放電ランプ点灯装置(Ex)であって、
前記放電ランプ点灯装置(Ex)は、始動時に高電圧を発生させて前記放電ランプ(Ld)の放電容器内に絶縁破壊を発生させるためのスタータ(Us)と、
前記放電ランプ(Ld)に放電電流を供給するための給電回路(Ux)とを有し、
前記給電回路(Ux)は、少なくとも定常点灯状態において前記放電ランプ(Ld)に流す電流の大きさを変調信号(Sm)に従って変調するための出力電流変調回路(Um)を有し、
前記出力電流変調回路(Um)は、前記陰極電極(E1)の断面積1平方ミリメートルあたりのランプ電流の大きさが減少するときの変化の速さを1ミリ秒あたり1.6A以下
に制御し、
前記ランプ電流の大きさが減少するときの変化の速さは、前記陰極電極(E1)の先端における微小突起の生成を抑制する値に設定されることを特徴とする放電ランプ点灯装置。 - 前記出力電流変調回路(Um)は、ランプ電流の大きさが減少するときの変化の速さをランプ電圧のアンダーシュートが生じない速さに制限することを特徴とする請求項1に記載の放電ランプ点灯装置。
- 前記出力電流変調回路(Um)は、前記陰極電極(E1)の断面積1平方ミリメートルあたりのランプ電流の大きさが増加するときの変化の速さを1ミリ秒あたり3.0A以下に制御することを特徴とする請求項1または2に記載の放電ランプ点灯装置。
- 前記出力電流変調回路(Um)は、ランプ電流の大きさが増加するときの変化の速さをランプ電圧のオーバーシュートが生じない速さに制限することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の放電ランプ点灯装置。
- 放電ランプにより発生された光束(Ox1)を動的色フィルタ(Of)により色順次光束(Ox2)に変換し前記色順次光束(Ox2)を利用して画像を投影表示するプロジェクタであって、前記放電ランプ(Ld)を始動し点灯するための放電ランプ点灯装置が請求項1から4のいずれかに記載の放電ランプ点灯装置(Ex)であることを特徴とするプロジェクタ。
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