JP2004311199A - アーク安定化機能を備えたランプ駆動回路及びそれを用いたプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】アークジャンプやアークフリッカ等のアーク異常の発生を抑制したランプ駆動回路を提供することを目的とする。
【解決手段】放電ランプ９０と、放電ランプ９０を駆動するための駆動パルス電流を生成し、駆動パルス電流を放電ランプ９０に供給する電力供給回路３０および駆動回路４０と、放電ランプ９０のアーク異常を検出するアーク異常検出部６０と、アーク異常検出部６０によりアーク異常が検出されたとき、駆動パルス電流に脈電流１００を重畳する制御部７０とを有する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電ランプのアークを安定化させるためのアーク安定化機能を備えたランプ駆動回路及びこれを用いたプロジェクタに関し、特に、液晶デバイスやＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）を用いたプロジェクタの光源に用いられるランプ駆動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶デバイスやＤＭＤを用いて画像を光学的に投射し表示させるプロジェクタの光源として、キセノンランプ、メタルハライドランプ、あるいは超高圧水銀ランプなどの放電ランプが用いられている。これらの放電ランプは、そのガスや金属によって分光分布、輝度分布、配光分布、電気特性等を異にし、プロジェクタの設計仕様に適したランプが選択される。
【０００３】
放電ランプには、電極間にＤＣ駆動電圧を印加する直流型ランプと、電極間にＡＣ駆動電圧を印加する交流型ランプがある。直流型ランプは、電極の一方が陰極になり他方が陽極となる。陰極からの電子が常に陽極に衝突するために陽極の温度が上昇されやすく、そのため一般に陰極に比べて陽極の熱容量を大きくし温度上昇を抑制している。他方、交流型ランプは、両電極が交互に陽極と陰極になるため、電極の大きさは基本的に同じものが多い。
【０００４】
放電ランプは、電極間のアーク距離を短くしたショートアークランプを用いることが望ましい。こうすることで、非常に高い放射輝度の光を発生させることが可能であり、発光される光も点光源に近似されるため、レンズやミラー等の光学部材を使用するときに、光の屈折や反射等の光学的精度を高めることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
プロジェクタにおいて、ランプの集光効率を上げるためには、ショートアークランプの光点を光学系に用い、狭い範囲に集光する必要がある。しかし、ショートアークランプでは、電極間にアークジャンプやアークフリッカ等を発生させるため、狭い範囲に集光することが困難であり、仮に狭い範囲に集光したとしても投影画像上で配光の均一性が崩れたり、チラツキが発生したりしてしまうという課題がある。
【０００６】
図１５に、交流型放電ランプの電極部の構成を模式的に示す。放電ランプ４００は、石英ガラス４０１内に陰極（または陽極）４０２と陽極（または陰極）４０３とを含む。パルス駆動電圧が電極４０２、４０３間に印加されると、陰極４０２から飛び出した熱電子は陽極４０２へ衝突し、電極間で放電が行われる。
【０００７】
陰極４０２から放出される熱電子は、最短の距離でかつ同一の経路で陽極４０３へ到達することが望ましい。距離が短ければ、その分だけ抵抗も小さくなり、経路が同一であれば抵抗あるいは電流の変動もきわめて小さく、ランプの光量やチラツキも安定化される。実際には陰極４０２の先端から放出される熱電子は、先端が尖った位置から放出され易い。これは、先端が尖った部分は電界が集中し、その分だけ他よりも温度の上昇が大きいためである。他方、陽極４０３においても、先端が尖った部分はその熱容量が小さく他の部分よりも温度が高くなりやすい。その結果、陰極４０２からの熱電子は、いろんな経路で陽極４０３に衝突する。例えば図１５に示すように、陰極４０２からの熱電子は、陽極４０３に巻回されたコイル部分の先端位置に衝突するルートＡ、陰極４０２と直面する角度が形成されたコーナーに衝突するルートＢまたはＣをたどることになる。
【０００８】
さらに、石英ガラス４０１内の温度が適正値より高い場合や、低い場合、石英ガラス４０１内に封入されたハロゲンガスのサイクルがうまく行えず、電極にａ、ｂ、ｃ、ｄに示すような突起や窪みが発生するため、アークの位置が定まらなくなる。これらの突起や窪みは、熱電子の電極への衝突の際に発生した電極材料によって堆積されあるいは削られる。例えば、ａ−ｃ間で安定して放電した電流が、ハロゲンサイクル等の関係により、“ｂ”という細長い突起が電極に発生すると、突起ｂの距離が、突起ａの距離よりも大きく細いため、電界強度が強くなり、ｂ−ｃ間において放電し易くなる。また、電極内の不純物により熱電子が発生し易い部分（ピンポイント的大きさ）と、そうでない部分が存在し、これによっても放電経路が遷移する。
【０００９】
このように、陰極から放出される熱電子の衝突位置が異なってそのルートが遷移することを一般にアークジャンプといい、そのような現象が比較的速い周期で繰り返されることをアークフリッカという。上記ルートＡ、Ｂ、Ｃ、ａ、ｂおよびｃで示すような突起物のある位置は、アークジャンプやアークフリッカの発生する可能性が高く、一般にアークフリッカはアークジャンプよりも発生頻度が高い。本明細書では、アークジャンプやアークフリッカを含む現象をアーク異常と定義する。
【００１０】
本発明は、従来の放電ランプの課題を解決し、アークジャンプやアークフリッカ等のアーク異常の発生を抑制したランプ駆動回路を提供することを目的とする。
さらに本発明は、放電ランプのアークジャンプやアークフリッカ等のアーク異常を電気的に制御することが可能なランプ駆動回路を提供することを目的とする。
さらに本発明の目的は、投影画像のチラツキを抑制しかつその配光の均一性を向上させたプロジェクタを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るランプ駆動回路は、放電ランプと、放電ランプを駆動するための駆動パルス電流を生成し、該駆動パルス電流を前記放電ランプに供給する駆動手段と、前記放電ランプのアーク異常を検出する検出手段と、前記検出手段によりアーク異常が検出されたとき、前記駆動パルス電流に脈電流を重畳する駆動電流制御手段とを有する。これにより、放電ランプのアーク異常が発生したときに、それを速やかに電気的に抑制することで、チラツキの少ない安定した照明を行うことができる。脈電流は、複数のパルス状、こぎり状、あるいは上下の変動を有する電流である。放電ランプの定常の駆動電流よりもピークが大きめの脈電流を重畳することにより、例えば、上記図１５に示した電極に形成された細長い突起ｂを溶融し、突起ａの距離を突起ｂの距離よりも大きくさせ、再び突起ａ―ｃ間で安定した放電を行えるようにする。さらに、電極内の不純物により熱電子が発生し易い部分とそうでない部分があるとき、定常電流よりも大きめの脈流電流を重畳することにより、アークが飛んでいるピンポイント部分において電流密度が高くなり抵抗が大きくなるため、抵抗の低い安定した電極アークポイントに移行し、アークが安定化される。
【００１２】
他の発明に係るランプ駆動回路は、放電ランプと、放電ランプを駆動するための駆動パルス電流を生成し、該駆動パルス電流を前記放電ランプに供給する駆動手段と、放電ランプの動作の開始に伴い、時間を計時する計時手段と、前記計時手段からの出力に基づき前記駆動パルス電流に脈電流を重畳する駆動電流制御手段とを有する。計時手段により適宜脈電流を加えることで、アーク異常の発生を抑制し、またアーク異常が発生している場合にはそれを収束させることができる。
【００１３】
他の発明に係るランプ駆動回路は、放電ランプと、放電ランプを駆動するための駆動パルス電流を生成し、該駆動パルス電流を前記放電ランプに供給する駆動手段と、予め決められたスケジュールを記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶されたスケジュールに従い、前記駆動パルス電流に脈電流を重畳する駆動電流制御手段とを有する。放電ランプの実際のアーク異常を検出することなく、一定の周期で脈電流を印加することで、電極を加熱し、アーク異常の派生を抑制し、また発生されたアーク異常を抑制することができる。
【００１４】
他の発明に係るランプ駆動回路は、放電ランプと、放電ランプを駆動するための駆動パルス電流を生成し、該駆動パルス電流を前記放電ランプに供給する駆動手段と、ランダムなタイミングで、前記駆動パルス電流に脈電流を重畳する駆動電流制御手段とを有する。放電ランプのアーク異常を実際に検出することなく、ランダムなタイミングで脈電流を印加することで、アーク異常の発生を抑制し、また発生されたアーク異常を抑制することができる。
【００１５】
好ましくは、駆動電流制御手段は、アーク異常が検出されたときから所定の期間内だけ脈電流を重畳する。さらに好ましくは、駆動電流制御手段は、放電ランプと並列に接続される第１のコンデンサおよび第１のスイッチ手段とを含み、前記第１のスイッチ手段を閉じることで、脈電流を重畳する。さらに好ましくは、駆動電流制御手段は、放電ランプと並列に接続される第２のコンデンサおよび第２のスイッチ手段とを含み、脈電流が重畳されるとき、第２のスイッチが開かれる。
【００１６】
好ましくは駆動電流制御手段は、電力供給回路に含まれる平滑第３のコンデンサと並列に接続される第４のコンデンサと、第４のコンデンサと直列に接続される第３のスイッチとを含み、第３のスイッチの開閉を制御することで、脈流電流を重畳する。この場合、第４のコンデンサの容量が第３のコンデンサの容量よりも大きく、第３のスイッチが開かれたとき、駆動電流に脈流電流が重畳されるようにすることができる。
【００１７】
好ましくは、駆動手段は、直流電圧を交流電圧に変換するスイッチングトランジスタを含むＡＣ駆動回路と、放電ランプの起動時に放電ランプに高電圧を印加するイグナイタ回路とを含む。
【００１８】
本発明に係るプロジェクタは、上述したようなランプ駆動回路と、放電ランプからの光を光学的に変調する変調手段と、変調された光を投影する投影手段とを有する。これにより、チラツキの少ない、きれいな投射映像を得ることができる。
【００１９】
上述したアーク異常検出手段は、好ましくは放電ランプの動作電圧の変動を検出する。例えば、放電ランプの電極と電気的に並列に接続された第１及び第２の抵抗と、第１の比較回路とを有する。第１の比較回路の第１の入力には第１及び第２の抵抗間に形成された接続ノードの電圧が供給され、第２の入力には基準電圧が供給される。そして第１の比較回路は、接続ノードの電圧と基準電圧とを比較し、その比較結果を駆動電流制御手段へ出力する。アーク異常が発生すると、そのランプ動作電圧が変動する。これは、放電ランプの電極間において熱電子の経路が変化すると抵抗が変化するためである。例えばその経路が長くなると、それに伴い抵抗が大きくなる。アーク異常検出手段は、抵抗の変化に伴い変化したランプ動作電圧を検出することでアーク異常を検出する。
【００２０】
アーク異常検出手段は、好ましくは放電ランプの動作電流の変動を検出する。例えば、放電ランプの少なくとも一方の電極と電気的に直列に接続された電流検出用抵抗と、第２の比較回路とを有する。第２の比較回路の第１の入力には電流検出用抵抗からの出力電圧が供給され、第２の入力には第２の基準電圧が供給される。第２の比較回路は、出力電圧と第２の基準電圧とを比較し、その比較結果を制御手段に出力する。アーク異常が発生すると、電極間の抵抗が変化するため放電ランプに流れる電流も変化する。検出手段によりランプ動作電流の変化を検出することでアーク異常を検出する。
【００２１】
好ましくは、基準電圧または第２の基準電圧は、放電ランプの動作電圧または動作電流から生成される。放電ランプは、その使用年数や使用頻度により経年変化し、そのランプ動作電圧やランプ動作電流は初期状態のときから変化する。このため、アーク異常の検出に際し、基準電圧はそのような経年変化等に対応するものであることが望ましい。また、第１および第２の比較回路は、差動増幅器を含むものであっても良い。
【００２２】
好ましくは検出手段は、放電ランプの発光の変動を検出する光センサーを含むものでもよい。光センサーは、フォトダイオードまたはフォトトランジスタを含み、フォトダイオードまたまフォトトランジスタを放電ランプの近傍に配することができる。アーク異常が発生すると、放電ランプでの発光あるいは発光量にチラツキ等の変化が生じる。光センサーにより光の変化量を検出することでアーク異常を検出する。
【００２３】
アーク異常は、放電ランプの電極間においてアークが所望の位置から離れた位置へジャンプするアークジャンプや、放電ランプの電極間においてアークが所定の経路から外れた経路へ遷移するアークフリッカを含む。
【００２４】
プロジェクタの変調手段は、ＤＭＤあるいは液晶デバイスを含む。好ましくは分別手段は、Ｒ、Ｇ、Ｂのカラーフィルターを有す回転可能なカラーホイールを備え、カラーフィルターへ光を入射させることで順次Ｒ、Ｇ、Ｂの波長を有する光を出射させる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係るランプ駆動回路の構成を示すブロック図である。ランプ駆動回路１は、交流電源１０と、交流電源１０の交流電圧を直流電圧に整流する整流回路２０と、放電ランプ９０へ安定的な電力を供給する電力供給回路３０と、放電ランプ９０を駆動する駆動回路４０と、電力供給回路３０の電力供給を制御するＰＷＭ制御回路５０と、放電ランプのアーク異常を検出するアーク異常検出部６０と、駆動回路４０等の各部を制御する制御部７０とを含む。ランプ回路１は、さらに電力供給回路３０と駆動回路４０との間の電源供給ライン間に介在されたランプ電圧検出回路８０と、一方の電源供給ラインに接続されたランプ電流検出回路８２とを含む。ランプ電圧検出回路８０は放電ランプ９０の動作電圧を検出し、その検出した出力をＰＷＭ制御回路５０及び制御部７０にそれぞれ供給する。ランプ電流検出回路８２は放電ランプ９０の動作電流を検出し、その検出した出力をＰＷＭ制御回路５０及び制御部７０にそれぞれ供給する。
【００２６】
駆動回路４０は、放電ランプ９０を交流駆動（ＡＣ駆動）するためのＡＣ駆動回路４１と、放電ランプ９０の起動時にランプに高電圧を印加するイグナイタ回路４２とを有する。放電ランプ９０は、例えばキセノンランプ、メタルハライドランプ、超高圧水銀ランプなどである。このようなランプ駆動回路１は、液晶デバイスやＤＭＤを用いたプロジェクタに用いられる。
【００２７】
図２は図１に示すランプ駆動回路の構成を示す図である。電力供給回路３０は、ＭＯＳトランジスタ３１、パルストランス３２、ダイオード３３、インダクター（コイル）３４、コンデンサ３５を含む。ＭＯＳトランジスタ３１のゲートはパルストランス３２の二次側コイルに接続され、その一次側コイルはＰＷＭ制御回路５０のＰＷＭ出力信号５１に接続される。ＰＷＭ出力信号５１から出力されるパルス信号に応答してＭＯＳトランジスタ３１のオン・オフが制御され、直流電圧の降圧が行われる。インダクター３４及びコンデンサ３５は、変圧された直流電圧から脈動する成分を取り除き平滑化された直流電圧を供給する。
【００２８】
電力供給回路３０の電源供給ライン間にランプ電圧検出回路８０が接続される。ランプ電圧検出回路８０は、ライン間に直列に接続された抵抗Ｒ２、Ｒ３と、抵抗Ｒ３に並列に接続されたコンデンサとを含む。抵抗Ｒ２とＲ３との接続ノードはＰＷＭ制御回路５０および制御部７０へ供給される。
【００２９】
ランプ電流検出回路８２は、電力供給回路３０からの一方の電源供給ラインに直列接続されたランプ電流検出用の抵抗Ｒ１を含む。抵抗Ｒ１の出力は、ＰＷＭ制御回路５０および制御部７０へ供給される。
【００３０】
ＰＷＭ制御回路５０は、スイッチＳＷ１を閉じることによって動作を開始し、スイッチＳＷ１は制御部７０から出力される制御信号７１によって制御される。ＰＷＭ制御回路５０は、ランプ電圧検出回路８０の出力およびランプ電流検出回路８２の出力を入力し、これらの出力からランプ電力を演算し、放電ランプ９０の動作に必要な電力が安定的に供給されるように電力供給回路３０を制御する。
【００３１】
ＡＣ駆動回路４１は、電源供給ラインを介して電力供給回路３０に接続され、直流電圧を交流電圧に変換するためのＣＭＯＳトランジスタＱ１、Ｑ２とＱ３、Ｑ４とを有する。ＣＭＯＳトランジスタＱ１、Ｑ２と、ＣＭＯＳトランジスタＱ３、Ｑ４により一対のＣＭＯＳインバータを構成し、それらのゲート電極は制御部７０からの駆動信号７４を介して相補的に駆動される。従って、トランジスタＱ１、Ｑ４がオンするときトランジスタＱ２、Ｑ３がオフであり、反対にトランジスタＱ２、Ｑ３がオンするとき、トランジスタＱ１、Ｑ４がオフである。こうして電力供給回路３０からの直流電圧は、各インバータによって交流電圧に変換され、放電ランプ９０に印加される。直流−交流の変換周波数は制御部７０からの駆動信号７４のパルス周波数を可変することによって任意に選択することが可能である。
【００３２】
各インバータの出力は、イグナイタ回路４２の電源供給ラインを介して放電ランプ９０に接続される。イグナイタ回路４２は、放電ランプ９０の起動時に放電ランプ９０に高電圧を印加し放電ランプ９０にアーク放電を引き起こす。ＰＷＭ制御回路５０によって制御された電力供給回路３０は、約２５０ないし３７０ボルトの電圧を電源供給ラインに出力し、この電圧はＡＣ駆動回路４１を介してイグナイタ回路４２に供給される。ＡＣ駆動回路４１の高電位側出力からダイオード１２１を介してコンデンサ１２２に電流が蓄積され、この電圧が一定値を超えるとトリガー素子１２３が導通し、トランス１２４の一次側コイルに電流が流され、これによって二次側コイルに発生された電流がダイオード１２５を介してコンデンサ１２６に充電される。コンデンサ１２６の電圧がバリスタ１２７のしきい値を越えると、トランス１２８の一次側コイルに電流が流れ、これによって二次側コイルに非常に高い十数キロボルトの電圧が発生される。そして、放電ランプ９０の端子間に絶縁破壊が生じ、アーク放電が開始される。
【００３３】
また、コンデンサＣ１とこれに直列に接続されたとスイッチＳＷ２と、コンデンサＣ２とこれに直列に接続されたスイッチＳＷ３とが、それぞれ放電ランプ９０と並列に接続される。コンデンサＣ１のキャパシタンスは、コンデンサＣ２のそれよりも十分に大きく、放電ランプ９０の交流駆動時にノイズや脈動（リップル）等を除去するのに十分な大きさである。スイッチＳＷ２、ＳＷ３の駆動制御については後述する。
【００３４】
アーク異常検出部６０は、比較回路６１、６２を含む。比較回路６１の一方の入力には、ランプ電圧検出回路８０からの出力電圧が接続され、他方の入力には基準電圧が接続される。比較回路６２の一方の入力には、ランプ電流検出回路８２からの出力が接続され、他方の入力には基準電圧が接続される。比較回路６１、６２の出力は制御部７０へ入力される。
【００３５】
比較回路６１は、ランプ電圧検出回路８０からの出力電圧を基準電圧と比較し、放電ランプ９０の電極間において発生されるアークジャンプやアークフリッカ等のアーク異常を検出する。アークジャンプやアークフリッカが発生すると、アークは定常の経路から外れた経路で放電するため、それによって抵抗が変化する。比較回路６１の基準電圧を所定の値に選択することにより、ランプ動作電圧が一定の値よりも大きく変化した場合には、それをアーク異常と判定する。
【００３６】
比較回路６２は、ランプ電流検出回路８２からの出力電圧を基準電圧と比較し、ランプ動作電流の変化が一定の値よりも大きい場合にはアーク異常と判定する。図３に比較回路６１の詳細な構成を示す。比較回路６１は、コンパレータ６１ａを含み、コンパレータ６１ａの入力Ｖｉｎはランプ電圧検出回路８０の出力に接続される。入力Ｖｉｎは、抵抗Ｒ１１およびコンデンサＣ３を含むＲＣ回路に接続され、このＲＣ回路の出力を基準電圧として非反転入力に供給する。また、入力Ｖｉｎの信号は、抵抗Ｒ１２を介して反転入力端子に接続され、コンパレータ６１ａがこれを基準電圧と比較し、その比較結果をＶｏｕｔとして出力する。比較回路６２も同様にコンパレータ６２ａを有する。
【００３７】
制御部７０は、スイッチＳＷ１、スイッチＳＷ２およびスイッチＳＷ３のオン、オフを制御する制御信号７１、７２、７３と、ＡＣ駆動回路４１の駆動を制御する駆動信号７４とを出力する。また、制御部７０は、比較回路６１、６２の出力を入力するオア回路を含み、比較回路６１または比較回路６２のいずれか一方からアーク異常を示す検出信号が入力された場合、ＳＷ２およびＳＷ３のオン・オフを制御するための制御信号７２、７３を出力し、後述するように、放電ランプのアーク異常を抑制させる。
【００３８】
次に、本実施の形態に係るランプ駆動回路の動作について説明する。放電ランプ９０に高電圧が印加される前、スイッチＳＷ１とＳＷ３は開いており、ＳＷ２は閉じている。交流電源１０からの交流電圧が整流・平滑化回路２０により直流電圧に変換され、制御部７０からの制御信号７１、７２によりスイッチＳＷ１、ＳＷ２が閉じ、ＰＷＭ制御回路５０からＰＷＭ出力信号５１がパルストランス３２へ出力される。これによって、ＭＯＳトランジスタ３１のオン・オフが制御され、電力供給回路３０からは約２５０−３７０ボルトの直流電圧が供給される。
【００３９】
ＡＣ駆動回路４１のトランジスタＱ２、Ｑ３は駆動信号７４によりオン状態にされており、イグナイタ回路４２により放電ランプ９０の電極間に１０キロ−２０キロボルトの高電圧が印加され、アーク放電により電流が流れ始まる。
【００４０】
ＰＷＭ制御回路５０は、放電初期時のランプ動作電圧が低いためランプが安全に動作できる電流制御を行い、その後、温度上昇と共にランプ動作電圧が上昇（例えば６５ボルト）した時点で電力（ワット）制御に切り替える。他方、制御部７０は、駆動信号７４によりＡＣ駆動回路４１のインバータ駆動を開始させ、直流電圧を交流駆動電圧に変換させる。これによって放電ランプ９０の電極間には、図７（ａ）に示すようなランプ電流が印加される。またイグナイタ回路４２は、そのトリガー素子１２３のしきい値電圧を２００ボルト程度としているため、ＡＣ駆動回路４１からの交流駆動電流によって動作しない。
【００４１】
放電ランプ９０に、アークジャンプやアークフリッカ等のアーク異常が発生すると、ランプ動作電圧あるいはランプ動作電流が変動する。この様子を図４に示す。アークフリッカは、比較的早い周期でアーク経路を変動もしくは遷移させるため、それに応じてランプ電圧およびランプ電流の変化の周波数が比較的高い。これに対してアークジャンプは、アークが異なる経路を比較的遅い周期で行き来するため、ランプ電圧およびランプ電流の変化の周波数も比較的低くなる。
【００４２】
ランプ電圧検出回路８０は、放電ランプ９０の電極と並列に接続された関係にあり、ランプ動作電圧が変動すると、抵抗Ｒ２、Ｒ３の接続ノードからの検出電圧が変動する。図５に比較回路６１の入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔとの関係を示す。比較回路６１の入力Ｖｉｎに、図５に示すようなアークジャンプを伴う出力電圧が入力されると、ＲＣ回路によりその脈動（変動）成分が除去された電圧が基準電圧としてコンパレータ６１ａに入力される。他方、その反転入力端子には脈動成分を有する信号が入力されるため、その比較によりパルス信号が出力電圧Ｖｏｕｔとして出力される。ランプ電圧検出回路８０の出力から基準電圧を生成することで、ランプの経年変化等による動作電圧の変化（例えば電極の磨耗等により動作電圧が変化する）を考慮し的確にアーク異常の電圧を検出することが可能となる。こうして比較回路６１によって検出されたアーク異常を示す信号が制御部７０へ供給される。
【００４３】
ランプ電流検出回路８２は、放電ランプ９０の一方の電極と直列に接続された電流検出用の抵抗Ｒ１を含む。ランプ動作電流が変動すると、抵抗Ｒ１の出力電圧が変動される。この出力電圧は、比較回路６２の入力電圧Ｖｉｎとしてコンパレータ６２ａに供給され、上述した比較回路６１と同様の動作が行われる。こうして比較回路６２によって検出されたアーク異常を示す信号が制御部７０へ出力される。
【００４４】
比較回路６１、６２は必ずしもコンパレータに限られるものではない。例えば、図６に示すような差動増幅器を用いて、アーク異常を検出することが可能なことは云うまでもない。この場合、検出結果から増幅された出力電圧を得ることができる。
【００４５】
制御部７０は、比較回路６１または６２のいずれか一方からアーク異常を検出する出力信号を受けると、制御信号７２によりスイッチＳＷ２を閉から開にし、制御信号７３によりスイッチＳＷ３を開から閉にする。コンデンサＣ１は、放電ランプ９０に与えられる交流駆動パルス電流のノイズや脈動を除去するのに十分なキャパシタンスを有するが、これに対して、コンデンサＣ２のキャパシタンスは小さいため、十分にノイズや脈動を除去することができず、図７（ｂ）に示すように、駆動パルス電流に脈電流１００が重畳される。このような脈電流１００が重畳されることで、放電ランプ９０の電極の温度が上昇され、図１５に示すような細長い突起ｂを溶融させ、熱電子の放電経路が安定化され、アークフリッカやアークジャンプの状態を速やかに抑制することができる。制御部７０は、アーク異常検出部６０からのアーク異常の検出信号がなくなったとき、制御信号７２、７３により、スイッチＳＷ２を閉じ、ＳＷ３を開かせる。
【００４６】
制御部７０は、比較回路６１、６２の出力をオアする回路を有するが、これに代えてアンド回路を用いてもよい。この場合には、ランプ動作電圧とランプ動作電流の双方の変動が一定値を超えアーク異常と判定された場合に、制御部７０がスイッチＳＷ２、ＳＷ３の開閉を制御する。
【００４７】
さらに、制御部７０は、駆動パルス電流に重畳する脈電流９１の期間をタイマーにより制御することも可能である。すなわち、比較回路６１または／および比較回路６２からのアーク異常の検出信号を受け取ったとき、該検出信号をトリガーとして、そこから一定期間の間、スイッチＳＷ２を開かせ、スイッチＳＷ３を閉じるように制御することもできる。
【００４８】
次に第２の実施の形態に係るランプ駆動回路を図８に示す。本実施の態様に係るランプ駆動回路は、第１の実施の態様と異なり、コンデンサＣ１、Ｃ２およびスイッチＳＷ２、ＳＷ３の代わりに、電力供給回路３０の平滑コンデンサＣ３（参照番号３５）と並列に接続されるコンデンサＣ４とこれに直列に接続されたスイッチＳＷ４が設けられている。コンデンサＣ４とコンデンサＣ３の関係は、Ｃ３＜Ｃ４となるように設定し、スイッチＳＷ４は制御部７０からの制御信号７５（図１の破線）によって制御される。そして、スイッチＳＷ４が閉じているとき、並列関係にあるコンデンサＣ３、Ｃ４によって、十分な容量により脈流を除去し、他方、スイッチＳＷ４が開かれたとき、駆動電流が“０”に途切れないようなＣ１の容量とし、図７（ｂ）に示すような脈流電流を重畳するようにすることができる。第２の実施の態様の場合、コンデンサＣ４を電力供給回路３０に設けることで、第１の実施の態様の時よりも、駆動電流の立ち上がり時間を速くすることができる。さらに、スイッチＳＷ４の開閉のタイミングを制御することで、駆動パルス電流に重畳される脈流電流１００を、図７（ｃ）に示すように、駆動パルス電流の１周期よりも小さくし、かつ、駆動電流の所定の周期に亘って重畳させるようにすることもできる。
【００４９】
本発明の第３の実施の形態に係るランプ駆動回路について説明する。図９は、第３の実施の形態に係るランプ駆動回路を示すものであるが、第１、第２の実施の形態のランプ駆動回路と異なり、アーク異常検出部を備えていない。第３の実施の形態に係るランプ駆動回路１ａにおいて、制御部７０ａは、タイマー２００と、タイマー２００からの出力を受けるスイッチ制御部２１０とを有する。タイマー２００は、ランプ駆動回路の電源が投入されると、その時刻からの時間を計時する。スイッチ制御部２１０は、タイマー２００からの計時出力を管理し、予め決められた動作時間に到達したときに、一定期間、スイッチＳＷ２を開き、ＳＷ３を閉じる制御をし、駆動パルス電流に脈電流を重畳させる。
【００５０】
図１０は第４の実施の形態に係るランプ駆動回路を示す。本例では、制御部７０ｂは、脈電流を重畳するためのスケジュールを記憶するメモリ２２０と、スイッチＳＷ２、ＳＷ３を制御するスイッチ制御部２３０と、クロック発生部２４０とを有する。メモリ２２０は、例えば、脈電流を重畳する周期を記憶する。スイッチ制御部２３０は、動作開始後、クロック発生部２３０からのクロック信号をカウントし、そのカウント値がメモリ２２０の周期と一致するたびに、一定期間、スイッチＳＷ２を開き、ＳＷ３を閉じるように制御する。
【００５１】
図１１は第５の実施の形態に係るランプ駆動回路を示す。本例では、制御部７０ｃは、スイッチＳＷ２、ＳＷ３を制御するスイッチ制御部２５０と、ランダム発生部２６０とを有する。ランダム発生部２６０は、動作開始後に、ランダムなタイミングで、スイッチ制御部２５０に対して出力信号を供給する。スイッチ制御部２５０は、その出力信号を受けたとき、一定期間、スイッチＳＷ２を開き、スイッチＳＷ３を閉じる制御をし、駆動パルス電流に脈電流を重畳する。
【００５２】
図１２は第６の実施の形態に係るランプ駆動回路を示す図である。本例では、放電ランプ９０の光量を検出する光検出部２７０を有する。光検出部２７０は、放電ランプ９０からの光の変動をチェックし、この結果を制御部７０へ供給する。アーク異常が発生すると、そのランプ電圧あるいは／およびランプ電流が変動するため、結果として放電ランプ９０から発せられる光にチラツキ等が生じる。光検出部２７０は、好ましくはフォトダイオードやフォトトランジスタ等の光電変換素子を含み、放電ランプ９０の光量の変化に応じた電気信号を制御部７０へ与える。
【００５３】
制御部７０ｄは、光検出部２７０の検出結果からアーク異常を判定し、一定期間だけスイッチＳＷ２を開き、スイッチＳＷ３を閉じ、脈電流１００を重畳する。また、制御部７０ｄは、光検出部２７０からの出力を基準電位と比較するための第３の比較回路を備えるようにしてもよい。第３の比較回路の出力は、比較回路６１、６２の出力とともにオア回路に入力させ、ランプ電圧検出回路８０、ランプ電流検出回路８２、あるいは光検出部２７０のいずれかにおいてアーク異常が検出されたときにアーク異常と判定し、制御部７０ｄがスイッチＳＷ２、ＳＷ３を制御することができる。あるいは、オア回路の代わりにアンド回路を用い、すべての検出部においてアーク異常が検出されたときにのみアーク異常と判定し、スイッチＳＷ２、ＳＷ３を制御することもできる。
【００５４】
図１３は図１２に示す光検出部２７０の取り付け例を示す図である。放電ランプ９０は、回転楕円面鏡あるいは回転放物面鏡を有するリフレクター９１の光軸に取り付けられ、好ましくは一対の電極の中心がリフレクターの焦点にくるように配される。リフレクター９１の開放端はガラス９２によって封止され、ガラス９２の対向する位置に光導波路９３が配される。光導波路９３は、例えば、ライトトンネルあるいはライトインテグレータである。さらにガラス９２と対向する位置にフォトダイオード９４が配置され、リフレクター９１によって反射された光の一部がフォトダイオード９４を照射する。こうして、放電ランプ９０にアーク異常が発生されると、フォトダイオード９４からその異常を示す電気信号９５が制御部７０ｄへ与えられる。
【００５５】
上記実施の態様では光検出部としてフォトダイオードを用いたが、これに限らず他のフォトトランジスタ等の検出素子を用いることも可能である。また取り付け位置も、ガラスと対向する位置以外に、例えばリフレクターに溝または凹部を形成し、そこに一体的にフォトダイオードを取り付けるようにしてもよい。
【００５６】
以上説明したランプ駆動回路は、プロジェクタ用の光源に適用することができる。ランプ駆動回路をＤＬＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）方式のプロジェクタに適用した例を図１４に示す。
【００５７】
プロジェクタ３００は、ランプ駆動回路３０１と、ランプ駆動回路３０１から発せられた光を伝送するライトトンネル３０２と、Ｒ、Ｇ、Ｂ（またはＷを含む）の波長の光を透過するためのカラーフィルターを配列し回転駆動される円盤状のカラーホイール３０３と、カラーホイール３０３によって順次Ｒ、Ｇ、Ｂの波長の光に分別された光をＤＭＤ３０５上へ投射する投射光学系３０４と、半導体基板上に二次元的に配列させた複数のマイクロミラー素子からなる画像領域を有するＤＭＤ３０５と、ＤＭＤ３０５によって光学的に変調された光をスクリーン上へ投射する投射光学系３０６とを有する。本実施の形態に係る放電ランプ装置３０１を用いることにより投射画像のチラツキを抑制しかつ配光の均一性を担保することができる。なお、上述した実施の態様において、スイッチＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４は、ＤＭＤ３０５に供給される映像信号と同期するように、制御信号７２、７３、７５によって駆動されるようにすることもできる。
【００５８】
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００５９】
本実施の形態では、交流電源を直流電源に変換するが、これに限らず直流電源をそのまま用いるものであっても良い。ランプ電圧検出回路８０及びランプ電流検出回路８２は、必ずしも電力供給回路３０と駆動回路４０との間に接続することに限らずこれ以外の位置に接続するものであっても良い。駆動回路４０は、イグナイタ回路４２を含むものとしたが、必ずしもイグナイタ回路４２を包含する必要はない。さらにイグナイタ回路４２において必要に応じてインダクター電流経路にインダクターを介在させて駆動パルス信号の立ち上がりおよび立下りを急峻にするようにしても良い。
【００６０】
さらに、上記実施の態様では、駆動パルス電流に脈電流を重畳させるために、キャパシタンスの小さなコンデンサＣ２を用いるようにしたが、これに限らず、他の方法により行うようにしても良い。
【００６１】
【発明の効果】
本発明に係るランプ駆動回路によれば、放電ランプの電極間に発生されるアーク異常を検出し、この検出結果に基づき放電ランプの駆動を制御するようにしたので、アークジャンプやアークフリッカの発生を電子的に抑制することができ、その結果、放電ランプのチラツキを抑制しかつ配光の均一性を向上させることが可能となる。このような放電ランプ装置をプロジェクタの光源に用いれば、投射される画像のチラツキを抑制し高品位の画像を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るランプ駆動回路の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示すランプ駆動回路の詳細を示す図である。
【図３】比較回路６１、６２の詳細を示す回路図である。
【図４】アークジャンプおよびアークフリッカの信号波形を示す図である。
【図５】比較回路の入力および出力電圧波形を示す図である。
【図６】比較回路６３、６４に差増増幅器を適用した回路図である。
【図７】図７（ａ）は放電ランプに印加されるランプ駆動電流の波形を示し、同図（ｂ）は脈電流が重畳された例を示す。
【図８】第２の実施の形態に係るランプ駆動回路の詳細を示す図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態に係るランプ駆動回路の構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第４の実施の形態に係るランプ駆動回路の構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第５の実施の形態に係るランプ駆動回路の構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の第６の実施の形態に係るランプ駆動回路の構成を示すブロック図である。
【図１３】光検出部を放電ランプに取り付けた状態を示す図である。
【図１４】本発明に係るランプ駆動回路をプロジェクタに適用した例を示すブロック図である。
【図１５】放電ランプの電極間のアーク異常の状態を説明する図である。
【符号の説明】
３０：電力供給回路、 ４０：駆動回路、
４１：ＡＣ駆動回路、 ４２：イグナイタ回路、
５０：ＰＷＭ制御回路、 ６０：アーク異常検出部、
６１、６２：比較回路 ７０：制御部、
７１、７２、７３：制御信号 ７４：駆動信号
８０：ランプ電圧検出回路、 ８２：ランプ電流検出回路、
９０：放電ランプ、 ２７０：光検出部
３００：プロジェクタ

Claims (15)

1. 放電ランプと、
   放電ランプを駆動するための駆動電流を生成し、該駆動電流を前記放電ランプに供給する駆動手段と、
   前記放電ランプのアーク異常を検出する検出手段と、
   前記検出手段によりアーク異常が検出されたとき、前記駆動電流に脈電流を重畳する駆動電流制御手段とを有する、ランプ駆動回路。
2. 放電ランプと、
   放電ランプを駆動するための駆動電流を生成し、該駆動電流を前記放電ランプに供給する駆動手段と、
   放電ランプの動作の開始に伴い、時間を計時する計時手段と、
   前記計時手段からの出力に基づき前記駆動電流に脈電流を重畳する駆動電流制御手段とを有する、ランプ駆動回路。
3. 放電ランプと、
   放電ランプを駆動するための駆動電流を生成し、該駆動電流を前記放電ランプに供給する駆動手段と、
   予め決められたスケジュールを記憶する記憶手段と、
   前記記憶手段に記憶されたスケジュールに従い、前記駆動電流に脈電流を重畳する駆動電流制御手段とを有する、ランプ駆動回路。
4. 放電ランプと、
   放電ランプを駆動するための駆動パルス電流を生成し、該駆動パルス電流を前記放電ランプに供給する駆動手段と、
   ランダムなタイミングで、前記駆動パルス電流に脈電流を重畳する駆動電流制御手段とを有する、ランプ駆動回路。
5. 放電ランプと、
   放電ランプを駆動するための駆動電流を生成し、該駆動電流を前記放電ランプに供給する駆動手段と、
   前記駆動電流に脈電流を重畳する駆動電流制御手段とを有する、ランプ駆動回路。
6. 前記駆動電流制御手段は、交流駆動電流に脈電流を重畳する、請求項１ないし５いずれかに記載のランプ駆動回。
7. 前記駆動電流制御手段は、前記アーク異常が検出されたとき、駆動電流の１周期以内の脈電流を、駆動電流の所定周期間において重畳する、請求項１ないし６いずれかに記載のランプ駆動回路。
8. 前記駆動電流制御手段は、前記放電ランプと並列に接続される第１のコンデンサおよび第１のスイッチ手段とを含み、前記第１のスイッチ手段を閉じることで、脈電流を重畳する、請求項１ないし７いずれかに記載のランプ駆動回路。
9. 前記駆動電流制御手段は、前記放電ランプと並列に接続される第２のコンデンサおよび第２のスイッチ手段とを含み、脈電流が重畳されるとき、前記第２のスイッチが開かれる、請求項８に記載のランプ駆動回路。
10. 前記駆動電流制御手段は、電力供給回路に含まれる平滑第３のコンデンサと並列に接続される第４のコンデンサと、第４のコンデンサと直列に接続される第３のスイッチとを含み、第３のスイッチの開閉を制御することで、脈流電流を重畳する、請求項１ないし９いずれかに記載のランプ駆動回路。
11. 第４のコンデンサの容量が第３のコンデンサの容量よりも大きく、第３のスイッチが開かれたとき、駆動電流に脈流電流が重畳される、請求項１０に記載のランプ駆動回路。
12. 前記アーク異常は、アークジャンプまたはアークフリッカを含む、請求項１ないし１１いずれかに記載のランプ駆動回路。
13. 前記駆動手段は、直流電圧を交流電圧に変換するスイッチングトランジスタを含むＡＣ駆動回路と、放電ランプの起動時に放電ランプに高電圧を印加するイグナイタ回路とを含む、請求項１ないし１２いずれかに記載のランプ駆動回路。
14. 請求項１ないし１３いずれかに記載のランプ駆動回路と、前記放電ランプからの光を光学的に変調する変調手段と、変調された光を投影する投影手段とを有するプロジェクタ。
15. 前記プロジェクタは、放電ランプからの光を少なくともＲ、Ｇ、Ｂの波長の光に分別する分別手段を含み、分別されたＲ、Ｇ、Ｂの光が前記変調手段によって変調される、請求項１４に記載のプロジェクタ。

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