JP2004525496A - 高圧ランプを点灯させるパルス幅変調 - Google Patents

Abstract

本発明は、交流ランプ電流（２）を高圧ランプに供給する、当該高圧ランプの動作方法に関するものである。ライトアークの安定性を向上させ、回路内の消費電力を低減させるために、前記交流ランプ電流（２）の絶対値をほぼ一定とし、この交流ランプ電流（２）をパルス幅変調し、これにより正パルスのパルス幅と負パルスのパルス幅との間のパルス幅比率を変調させる。回路及びランプ電流信号（２）並びにこれらの使用方法についても開示する。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流ランプ電流を高圧ランプに供給し、特にライトアークの安定性を向上させる高圧ランプ点灯方法に関するものである。さらに、本発明は高圧ランプに供給するためのランプ電流信号に関するものである。また、本発明は、高圧ランプにランプ電流を供給するための回路に関するものでもある。最終的には、本発明は、前記高圧ランプ点灯方法、前記ランプ電流信号及び前記回路を使用した装置に関するものでもある。
【０００２】
高圧ランプ、特に高輝度放電ランプには、適切な電流を供給し、ライトアークがほぼ安定となるようにする必要がある。ランプに極めて適した電流を供給する方法は、米国特許第５，６０８，２９４号明細書から既知である。
【０００３】
この米国特許第５，６０８，２９４号は、点灯中の高圧放電ランプのフリッカが殆ど抑圧されるように高圧ランプを点灯させる方法及びその回路を提供することを目的としている。フリッカを低減させるために、交流ランプ電流を高圧放電ランプに供給し、このランプ電流の所定の半周期のうちの予め定めた部分中に電流パルスを発生させ、ここでこの電流パルスがランプ電流と同じ極性を有するとともに、電流パルスを発生させた半周期の後方の部分のみにおいて当該電流パルスをランプ電流に重畳することを提案している。電流パルスをランプ電流に重畳することにより、電極の温度が上昇して比較的高温となる。この高温により、放電アークが、各陰極相で電極上の同じ位置から発生する。これによりライトアークがより高い安定度を有するようになるという効果が得られる。
【０００４】
米国特許第５，６０８，２９４号明細書に記載されているように付加的な電流パルスを用いることにより、回路内の消費電力が増大する。また、光の出力が一定でないため、このようなランプを、光の流れが一定であるのが好ましい連続ディスプレイに用いるのは困難である。
【０００５】
上述した既知の方法に基づき、ライトアークの安定度を向上させることが本発明の目的である。また、回路内の消費電力を低減させることが本発明の他の目的である。
【０００６】
高圧ランプの交流ランプ電流の絶対値をほぼ一定とし、この交流ランプ電流をパルス幅変調し、これにより正パルスのパルス幅と負パルスのパルス幅との間のパルス幅比率を変調させる高圧ランプ点灯方法を用いることにより、ライトアークの安定度が向上される。また、ランプ電流の絶対値をほぼ一定とするためランプ定格がほぼ一定となり、従って光束もほぼ一定となる。さらに、付加的な電流パルスを必要としないため消費電力が減少する。
【０００７】
高圧放電ランプ、高輝度放電ランプ（ＵＨＰランプ）又は高圧ガス放電ランプ（ＨＩＰランプ）のような高圧ランプはライトアークを有する。本発明によれば、ランプから放射される光が、一般に常に同じ光束を有するようにし得る。
【０００８】
本発明によれば、絶対値がほぼ一定の電流を高圧ランプに供給する。電流の極性は所定の周波数に応じて変化させる。これにより、極性が切り替わる電流パルスがランプに供給される。極性の切り替え中は電流の絶対値が一定になり得ないことは当然である。電流信号はエッジを有する。極性を変化させるのに適用し得るいかなる信号形態も用いることができる。可能な信号は、ランプ（傾斜）信号、実質的に方形の信号又はのこぎり波信号である。電流の信号形態は方形とするのが好ましい。パルスのエッジは、方形から傾斜型までの形状とし得るエッジ勾配を有するようにもできる。
【０００９】
このような交流ランプ電流をその後パルス幅変調する。パルス幅変調を行うことにより、どちらの極性においても電流パルスの幅を変調することができる。これにより、正パルスのパルス幅と負パルスのパルス幅との間の比率を調整することができる。この比率を所定の関数に応じて変調すると、ライトアークの安定度を向上させることができる。
【００１０】
請求項２に記載の点灯周波数によりランプ電流を交流化させるのが好ましい。周波数を５ｋＨｚより大きくすると、音響共鳴をおこすおそれがある。この場合には、ライトアークの安定度が悪化するおそれがある。しかし、５ｋＨｚよりも高い周波数も適用し得るものであり、本発明の範囲内のものである。交流ランプ電流の周波数を、ある値、すなわち約４０Ｈｚより低い値まで下げた場合には、ライトアークの安定化を達成できないおそれがある。この周波数範囲は好ましい範囲に過ぎず、本発明をこの範囲に限定するものではない。
【００１１】
パルス幅比率を変調させるための周波数範囲は、請求項３に記載したような範囲とするのが好ましい。この変調周波数が約１００Ｈｚ（この値は主に電極の幾何学形状に依存する）より大きくなると、ライトアークを安定させる効果が見られなくなる。周波数を０．１Ｈｚのように極めて低い値にしてもライトアークの安定度は向上される。これらの極めて低い周波数は、アーティファクトを回避する必要がある照明系に適用し得る。ランプから放出される光の量は、正の極性を有するパルスと負の極性を有するパルスとで異なるため、変調周波数が人間により知覚され得ないように信号を変調することによりアーティファクトを回避することができる。このことは変調周波数を極めて低くすることにより達成される。この場合も、この周波数範囲は好ましい範囲に過ぎず、本発明はこの範囲に限定されるものではない。
【００１２】
パルス幅変調周波数をディスプレイ装置のディスプレイ周波数と同期させることにより、ディスプレイ上に表れるアーティファクトを回避することができる。
【００１３】
請求項５に記載の調波信号を用いるのが好ましい。このような信号は、正弦波、余弦波、のこぎり波又はその他の信号とすることができる。これら信号に近い信号を用いることもできる。
【００１４】
変調信号の振幅は減少させ得るようにするのが好ましい。電流パルスの振幅を小さくすると、ランプに供給される電流の絶対値が減少する。
【００１５】
極性が変化し、絶対値がほぼ一定であり、正パルスのパルス幅と負パルスのパルス幅との間のパルス幅比率が変調されている、高圧ランプに供給するためのランプ電流信号が本発明の他の例である。この信号によれば、ライトアークが安定するために、高圧ランプがほぼ一定の信号強度を有する光信号を放出し得るようにする。
【００１６】
ほぼ一定の絶対値を有する交流ランプ電流を発生するパルス形成手段と、正パルスのパルス幅と負パルスのパルス幅との間のパルス幅比率を変調する変調手段とを有し、高圧ランプにランプ電流を供給するための回路が本発明のその他の例である。この回路は、ライトアークを安定にし得る信号を高圧ランプに供給するようになっている既知の回路と比べて回路内での消費電力が低くなるという特徴を有する。
【００１７】
上述の高圧ランプ点灯方法、ランプ電流信号又はランプ電流を供給するための回路を使用した、ＬＣＤ若しくはミラーディスプレイを具えるデータ若しくはビデオプロジェクタが本発明のさらに他の例である。安定したライトアークにより、これらプロジェクタに使用するのに極めて適した一定の光が放出される。
本発明のこれらの及び他の特徴は、以下に記載の実施例を参照した説明から明らかとなるであろう。
【００１８】
図１は、ランプ電流信号２を時間の関数として示す。図１には、ランプ電流信号２の正パルス及び負パルスのパルス幅を変調するための変調情報を与える変調信号４も示されている。ランプ電流信号２の平均値６も図１に示されている。Ｘ軸は時間をミリ秒の単位で示している。Ｙ軸は、ランプ電流信号２、変調信号４及び平均値６の振幅を示す。Ｙ軸の倍率は１である。
【００１９】
変調信号４は、周波数ｆ_S が５０Ｈｚの正弦波信号である。この変調信号４は、方形の電流信号２の正半部及び負半部間の比率を変調する。この電流信号２はｆ_G ＝１ｋＨｚの周波数を有する。電流信号２の絶対値は常に１である。変調信号４が正の場合には、電流信号２の正半部が電流信号２の負半部より長く持続する。このことにより、変調信号４が正の場合には電流信号２の平均値６が正になり、また変調信号４が負の場合には平均値６が負になるこという事実が得られる。
【００２０】
電流信号２の絶対値Ｉ_Lampは、ランプ電圧Ｕ_Lamp及びランプ電力Ｐ_Lampにより以下のように規定される。
【数１】

【００２１】
図２により、電流信号２の正パルスｔ₊ 及び負パルスｔ_- 間の比率についてより明瞭に理解し得るであろう。平均値６であるＩ_m は電流信号２の１周期ｔ_G (ｔ_G ＝１／ｆ_G 及びｔ_G ＝ｔ₊ ＋ｔ_- )内のものであり、以下のように規定される。
【数２】

このことは、平均値６が、電流信号２の最大の正の値と最大の負の値との間に入らなければならないことを意味している。平均値６は、ｍ・Ｉ_Lampとして規定することができる。ここで、ｍは変調度として定義することができ、ｍ∈〔−１;＋１〕である。この場合、各期間ｔ₊ 及びｔ_- の持続時間、例えばパルス幅は以下の通りになる。
【数３】

【数４】

期間ｔ₊ 及びｔ_- の存続時間は変調信号４に応じて変わる。パルス幅、例えば、期間ｔ₊ 及びｔ_- の持続時間は、変調信号４によって規定される。この場合には、変調信号は以下の正弦波信号である。
【数５】

ここで、変調周波数ｆ_s は５０Ｈｚであり、Ｍは変調振幅である。パルス幅変調の比率はこの変調信号４から以下の式により計算することができる。
【数６】

ここで、ｉは１づつ増大する数である。ライトアークを変化させるために、電流信号の周波数ｆ_G 、変調信号の周波数ｆ_S 、変調信号の形状（例えば、正弦波、余弦波、方形波、のこぎり波の形状）及び変調振幅Ｍを変化させることができる。図１において変調振幅は０．８である。
【００２２】
図１及び２に示す電流信号２を高圧ランプに供給することによる効果を図３に示す。図３において、Ｗ軸はアークの飛ぶ距離を示すものであり、Ｓ軸は検出されたアークの飛びの累積量を示すものである。分布１０は、通常のランプ電流を給電したランプにおけるアークの飛びの分布を示すものであり、分布８は、本発明によるランプ電流を給電したランプにおけるアークの飛びの分布を示すものである。図３から分かるように、本発明の場合、通常のランプ電流を給電したランプと比較して、距離が長くなるアークの飛びはほとんど検出されていない。このことにより、ディスプレイ上に集め得る光が一定となるという効果が得られる。
【００２３】
上述した実施例は可能な解決手段の１つに過ぎない。本発明によれば、アークの飛びを低減させる効果を、光束の一定化及び消費電力の低減化の効果とともに、他の変調信号及び電流周波数により達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、ランプ電流を時間の関数として示す波形図である。
【図２】図２は、図１の一部を詳細に示す波形図である。
【図３】図３は、点灯時間当たりのアークの飛びの累積分布を、パルス幅変調を行っての点灯の場合と、標準の点灯の場合とについて示すグラフ線図である。

Claims (9)

1. 交流ランプ電流を高圧ランプに供給し、特にライトアークの安定性を向上させる高圧ランプ点灯方法において、
   前記交流ランプ電流の絶対値をほぼ一定とし、この交流ランプ電流をパルス幅変調し、これにより正パルスのパルス幅と負パルスのパルス幅との間のパルス幅比率を変調させることを特徴とする高圧ランプ点灯方法。
2. 請求項１に記載の高圧ランプ点灯方法において、前記ランプ電流を、音響共鳴を起こさず且つライトアークの安定性を減少させない、４０Ｈｚと５ｋＨｚとの間の周波数であるで交流変化させ、これにより極性を各周期に少なくとも１回変更させることを特徴とする高圧ランプ点灯方法。
3. 請求項１に記載の高圧ランプ点灯方法において、前記正パルスのパルス幅と前記負パルスのパルス幅との間のパルス幅比率を、０．１Ｈｚ〜１００Ｈｚの範囲内とするのが好ましい、点灯周波数よりも低い周波数で変調させることを特徴とする高圧ランプ点灯方法。
4. 請求項１に記載の高圧ランプ点灯方法において、前記パルス幅変調の周波数を、ディスプレイ装置のディスプレイ周波数と同期させることを特徴とする高圧ランプ点灯方法。
5. 請求項１に記載の高圧ランプ点灯方法において、前記パルス幅比率を調波信号により変調させることを特徴とする高圧ランプ点灯方法。
6. 請求項１に記載の高圧ランプ点灯方法において、パルス幅変調信号の振幅を０より大きくすることを特徴とする高圧ランプ点灯方法。
7. 極性が変化し、絶対値がほぼ一定であり、正パルスのパルス幅と負パルスのパルス幅との間のパルス幅比率が変調されている、高圧ランプに供給するためのランプ電流信号。
8. ほぼ一定の絶対値を有する交流ランプ電流を発生するパルス形成手段と、正パルスのパルス幅と負パルスのパルス幅との間のパルス幅比率を変調する変調手段とを有し、高圧ランプにランプ電流を供給するための回路。
9. 請求項１〜６に記載の高圧ランプ点灯方法、請求項７に記載のランプ電流信号又は請求項８に記載のランプ電流を供給するための回路を使用した、ＬＣＤ若しくはミラーディスプレイを具えるデータ若しくはビデオプロジェクタ。