JP2005032711A - Lighting method of high-pressure discharge lamp and lighting device, high-pressure discharge lamp device, and projection type image display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高圧放電ランプの点灯方法及び点灯装置、高圧放電ランプ装置、並びに投射型画像表示装置に関する。 The present invention relates to a lighting method and a lighting device for a high pressure discharge lamp, a high pressure discharge lamp device, and a projection type image display device.
一般に、高圧水銀ランプやメタルハライドランプなどの高圧放電ランプにあっては、高輝度の光束を得られるという優れた利点がある一方、放電を開始させてから一定の光束を得ることができるまでの時間(以下、「光立ち上がり時間」という。)が長いという問題点があり、従来からこの光立ち上がり時間を短縮することが高圧放電ランプにおける課題となっていた。 In general, a high-pressure discharge lamp such as a high-pressure mercury lamp or a metal halide lamp has an excellent advantage that a high-luminance luminous flux can be obtained. On the other hand, the time from the start of discharge until a constant luminous flux can be obtained. (Hereinafter, referred to as “light rise time”) is long, and it has heretofore been a problem in high pressure discharge lamps to shorten the light rise time.
特に、最近の投射型の画像表示装置(以下、「プロジェクタ」という。)には、高いスクリーン照度が望まれており、そのためさらに高出力の高圧放電ランプを使用する必要がある。
しかし、高圧放電ランプは、高出力になればなるほど構造が大きくなり、そのためガラスバルブを含めたランプ構成部品の熱容量が増大してランプ点灯開始時からランプが温まりにくくなって放電空間内の発光金属の蒸発速度が遅くなり、光立ち上がり時間がさらに長くなっているのが実情である。
In particular, recent projection-type image display devices (hereinafter referred to as “projectors”) are desired to have high screen illuminance, and therefore, it is necessary to use a high-power high-pressure discharge lamp.
However, the structure of a high-pressure discharge lamp becomes larger as the output becomes higher. Therefore, the heat capacity of the lamp components including the glass bulb increases, and the lamp does not easily warm from the start of lamp operation, and the light emitting metal in the discharge space The actual situation is that the evaporation rate of the light becomes slower and the light rise time becomes longer.
このような問題を解消するため、自動車用の高圧放電ランプにおける点灯方法においては、点灯開始直後、定常点灯時よりも過大な電力をランプに供給して光立ち上がりを促進し、その後、定電力制御を行うものが提案されている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。
しかしながら、上述のような自動車用高圧放電ランプの点灯方法をプロジェクタ用の高圧放電ランプに適用した場合には、ランプ電極の先端が溶融して大きな損傷が生じてしまうという問題がある。
すなわち、自動車用の高圧放電ランプは、日本電球工業会規格などにより規格化されており、ランプ電力に対して電極のサイズに余裕を持って設計されているため、定常点灯時よりも過大な電力を供給してもランプ電極に損傷が生じにくく設計されていると共に、500kPa以上の高圧でキセノンガスが封入されるため、放電空間内の抵抗成分が大きく、ランプ電流が必要以上に過大にならないように抑制される。これにより自動車用高圧放電ランプでは、上記特許文献1,2に開示されているような点灯方法によっても電極に損傷が生じない。
However, when the lighting method for a high-pressure discharge lamp for an automobile as described above is applied to a high-pressure discharge lamp for a projector, there is a problem that the tip of the lamp electrode is melted to cause a great damage.
In other words, high-pressure discharge lamps for automobiles are standardized by the Japan Light Bulb Industry Association standards, etc., and are designed with a margin in electrode size relative to the lamp power, so that the power consumption is higher than that during steady lighting. Is designed so that the lamp electrode is not easily damaged even if the lamp is supplied, and the xenon gas is sealed at a high pressure of 500 kPa or more, so that the resistance component in the discharge space is large and the lamp current does not become excessively large. To be suppressed. Thus, in the high-pressure discharge lamp for automobiles, the electrodes are not damaged even by the lighting method disclosed in
しかしながら、プロジェクタ用の高圧放電ランプにおいては、スクリーン輝度を確保するために高輝度化を図る必要がある。
高輝度化するためには、点灯時に電極先端部を高熱に保ってアーク温度を増大させる必要があり、そのため電極サイズを極力小さくして熱容量を小さくせざるを得ない。また、凹面反射鏡の集光効率を上げるために点光源化する必要があるが、電極間距離を短くすると、ランプ電流が流れやすくなり、過大電力を供給すれば、ランプ電流が過度に増大するおそれがある。
However, in a high-pressure discharge lamp for a projector, it is necessary to increase the brightness in order to ensure screen brightness.
In order to increase the brightness, it is necessary to increase the arc temperature by keeping the tip of the electrode at a high temperature during lighting. Therefore, the electrode size must be reduced as much as possible to reduce the heat capacity. In addition, it is necessary to use a point light source in order to increase the light collection efficiency of the concave reflecting mirror. However, if the distance between the electrodes is shortened, the lamp current tends to flow. If excessive power is supplied, the lamp current increases excessively. There is a fear.
したがって、このようなプロジェクタ用の高圧放電ランプに自動車用高圧放電ランプと同様な条件で定常点灯時以上の過大電力を供給すると電極先端の温度が異常に上昇して溶融してしまい、点光源化が困難になると共に、最悪の場合には点灯不良となる。
ここで、プロジェクタ用の高圧放電ランプにもキセノンガスなどの希ガスを高圧で封入して放電空間における抵抗を増大させることも考えられるが、上述のようにプロジェクタ用の高圧放電ランプは比較的大型であり、希ガスを一定以上の高圧で封入することが製造技術的に困難である。
Therefore, if excessive power exceeding the steady lighting condition is supplied to such a projector high-pressure discharge lamp under the same conditions as an automotive high-pressure discharge lamp, the temperature at the tip of the electrode will rise abnormally and melt, resulting in a point light source. Is difficult, and in the worst case, lighting is poor.
Here, it is conceivable that a high-pressure discharge lamp for projectors is filled with a rare gas such as xenon gas at a high pressure to increase the resistance in the discharge space. However, as described above, the high-pressure discharge lamp for projectors is relatively large. Therefore, it is difficult in terms of manufacturing technology to enclose a rare gas at a certain high pressure.
上記の事情から、従来のプロジェクタ用の高圧放電ランプの点灯方法においては、電極の損傷を防止するため、点灯開始後、定電力制御に到るまでの初期点灯区間において、定電力制御時における最大電流値を超えない値の電流を供給すべく定電流制御を行うようにしており、光立ち上がり時間の短縮化が極めて難しいものとなっている。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、一般に普及している高圧放電ランプであっても、電極などを損傷することなく、その光立ち上がり時間を短縮することができる高圧放電ランプの点灯方法及び点灯装置、高圧放電ランプ装置、並びに投射型画像表示装置を提供することを目的とする。
In view of the above circumstances, in the conventional method of lighting a high pressure discharge lamp for a projector, in order to prevent damage to the electrodes, the initial lighting interval from the start of lighting until constant power control is reached is the maximum during constant power control. Constant current control is performed so as to supply a current value that does not exceed the current value, and shortening of the light rise time is extremely difficult.
The present invention has been made in view of the above-described problems, and even in a high-pressure discharge lamp that has been widely used, the high-pressure discharge that can shorten the light rise time without damaging the electrodes and the like. An object of the present invention is to provide a lamp lighting method and lighting device, a high-pressure discharge lamp device, and a projection-type image display device.
上記目的を達成するために本発明に係る高圧放電ランプの点灯方法は、高圧放電ランプの点灯開始後、ランプ電圧が所定の電圧に到達し定電力制御に切り替えるまでの初期点灯区間において、点灯開始から、前記高圧放電ランプの少なくとも一方の電極に継続的にアークスポットが形成され始めるランプ電圧に到るまでの第1点灯区間の全部又は一部において、所定の電流値より大きいランプ電流を供給する第1のステップと、前記第1点灯区間経過後、前記定電力制御に切り替えるまでの第2点灯区間の全部又は一部において、前記所定の電流値以下のランプ電流を供給する第2のステップとを有することを特徴としている。 In order to achieve the above object, the lighting method of the high pressure discharge lamp according to the present invention starts the lighting in the initial lighting section after the lighting of the high pressure discharge lamp starts until the lamp voltage reaches a predetermined voltage and switches to constant power control. To a lamp current larger than a predetermined current value in all or a part of the first lighting section until reaching a lamp voltage at which an arc spot starts to be continuously formed on at least one electrode of the high-pressure discharge lamp. A first step and a second step of supplying a lamp current equal to or lower than the predetermined current value in all or a part of the second lighting section after the first lighting section has elapsed and before switching to the constant power control; It is characterized by having.
また、本発明に係る他の高圧放電ランプの点灯方法は、点灯対象となる高圧放電ランプは、その電極間距離が0.5mm以上2.0mm以下であると共に、発光管内容積当たりの水銀封入量が150mg/cm3以上350mg/cm3以下で、かつ、希ガスとしてアルゴン、クリプトンまたはキセノンが、10kPa以上40kPa以下の封入圧で封入されており、前記高圧放電ランプの点灯開始後、ランプ電圧が所定の電圧に到達し定電力制御に切り替えるまでの初期点灯区間において、点灯開始から、ランプ電圧が27V以下の所定の電圧に到達するまでの第1点灯区間において、所定の電流値より大きいランプ電流を供給する第1のステップと、前記第1点灯区間経過後、前記定電力制御に切り替えるまでの第2点灯区間において、前記所定の電流値以下のランプ電流を供給する第2のステップとを有することを特徴としている。 Further, according to another high-pressure discharge lamp lighting method according to the present invention, the high-pressure discharge lamp to be lit has a distance between electrodes of 0.5 mm or more and 2.0 mm or less, and an amount of mercury enclosed per arc tube volume. 150 mg / cm 3 or more and 350 mg / cm 3 or less, and argon, krypton, or xenon as a rare gas is enclosed at an enclosure pressure of 10 kPa or more and 40 kPa or less. In the initial lighting period until reaching a predetermined voltage and switching to constant power control, the lamp current is larger than a predetermined current value in the first lighting period from the start of lighting until the lamp voltage reaches a predetermined voltage of 27 V or less. In the first lighting step and the second lighting period after the first lighting period has elapsed until switching to the constant power control. And a second step of supplying a lamp current equal to or less than a predetermined current value.
このような点灯方法により、電極の損傷に影響しない第1点灯区間において大きな電流が流されるので、高圧放電ランプの発光部の温度上昇が促進され、光立ち上がり時間が短縮される。また、第2点灯区間に供給される電流は小さく抑えられるので、電極の損傷を招かない。
ここで、前記所定の電流値は、前記定電力制御の実行時に供給される電流の最大値に等しいことが望ましい。
With such a lighting method, a large current flows in the first lighting section that does not affect the electrode damage, so that the temperature rise of the light emitting part of the high-pressure discharge lamp is promoted and the light rise time is shortened. In addition, since the current supplied to the second lighting section is kept small, the electrode is not damaged.
Here, it is desirable that the predetermined current value is equal to a maximum value of a current supplied when the constant power control is executed.
このようにすれば、第2点灯区間においても電極の損傷に影響を及ぼさない範囲でできるだけ大きな電流を供給することが可能となり、光立ち上がり時間の短縮に貢献できる。
また、ここで、前記第1点灯区間において、前記所定の電流値のほぼ1.25倍以上のランプ電流を供給することが望ましい。
このようにすることにより、光立ち上がり時間を満足のできる程度に短縮することが可能となる。
In this way, it is possible to supply as much current as possible within a range that does not affect the electrode damage even in the second lighting period, which can contribute to shortening the light rise time.
Here, it is desirable to supply a lamp current that is approximately 1.25 times or more the predetermined current value in the first lighting section.
By doing so, the light rise time can be shortened to a satisfactory level.
また、本発明に係る高圧放電ランプの点灯装置は、高圧放電ランプを絶縁破壊させて点灯を開始させた後、ランプ電圧が所定の電圧に到達したときに、定電力制御を実行する高圧放電ランプの点灯装置であって、前記高圧放電ランプに電流を供給する電流供給手段と、点灯開始から、前記高圧放電ランプの少なくとも一方の電極に継続的にアークスポットが形成され始めるランプ電圧に到るまでの第1点灯区間の全部又は一部において所定の電流値より大きいランプ電流を供給すると共に、前記第1点灯区間経過後、前記定電力制御に切り替えるまでの第2点灯区間の全部又は一部において、前記所定の電流値以下のランプ電流を供給するように前記電流供給手段を制御する電流制御手段とを備えることを特徴としている。 The lighting device for a high-pressure discharge lamp according to the present invention is a high-pressure discharge lamp that performs constant power control when the lamp voltage reaches a predetermined voltage after the high-voltage discharge lamp is dielectrically broken to start lighting. A current supply means for supplying current to the high-pressure discharge lamp, and from the start of lighting until reaching a lamp voltage at which an arc spot starts to be continuously formed on at least one electrode of the high-pressure discharge lamp. In the whole or part of the first lighting section, a lamp current larger than a predetermined current value is supplied, and after the passage of the first lighting section, in all or part of the second lighting section until switching to the constant power control And a current control means for controlling the current supply means so as to supply a lamp current equal to or lower than the predetermined current value.
また、本発明に係る他の高圧放電ランプの点灯装置は、点灯対象となる高圧放電ランプは、その電極間距離が0.5mm以上2.0mm以下であると共に、発光管内容積当たりの水銀封入量が150mg/cm3以上350mg/cm3以下で、かつ、希ガスとしてアルゴン、クリプトンまたはキセノンが、10kPa以上40kPa以下の封入圧で封入されており、前記高圧放電ランプを絶縁破壊させて点灯を開始させた後、ランプ電圧が所定の電圧に到達したときに、定電力制御を実行する高圧放電ランプの点灯装置であって、前記高圧放電ランプに電流を供給する電流供給手段と、点灯開始から、ランプ電圧が27V以下の所定の電圧に到達するまでの第1点灯区間の全部又は一部において所定の電流値より大きいランプ電流を供給すると共に、前記第1点灯区間経過後、前記定電力制御に切り替えるまでの第2点灯区間の全部又は一部において前記所定の電流値以下のランプ電流を供給するように前記電流供給手段を制御する電流制御手段とを備えることを特徴としている。 Further, in another high pressure discharge lamp lighting device according to the present invention, the high pressure discharge lamp to be lit has an interelectrode distance of 0.5 mm or more and 2.0 mm or less, and an amount of mercury enclosed per volume in the arc tube. Is 150 mg / cm 3 or more and 350 mg / cm 3 or less, and argon, krypton, or xenon as a rare gas is enclosed at an enclosure pressure of 10 kPa or more and 40 kPa or less, and the high pressure discharge lamp is dielectrically broken to start lighting. After that, when the lamp voltage reaches a predetermined voltage, it is a high pressure discharge lamp lighting device that performs constant power control, current supply means for supplying current to the high pressure discharge lamp, from the start of lighting, A lamp current larger than a predetermined current value is supplied in all or part of the first lighting period until the lamp voltage reaches a predetermined voltage of 27 V or less. And a current for controlling the current supply means so as to supply a lamp current equal to or lower than the predetermined current value in all or a part of the second lighting period after the first lighting period has elapsed until switching to the constant power control. And a control means.
このような点灯装置により、上述の優れた点灯方法を実施することができ、高圧放電ランプの電極を損傷させることなく、光立ち上がり時間を短縮することができる。
ここで、前記所定の電流値は、前記定電力制御の実行時に供給される電流の最大値に等しいことが望ましい。
このようにすれば、第2点灯区間においても電極の損傷に影響を及ぼさない範囲でできるだけ大きな電流を供給することが可能となり、光立ち上がり時間の短縮に貢献できる。
With such a lighting device, the above-described excellent lighting method can be implemented, and the light rise time can be shortened without damaging the electrodes of the high-pressure discharge lamp.
Here, it is desirable that the predetermined current value is equal to a maximum value of a current supplied when the constant power control is executed.
In this way, it is possible to supply as much current as possible within a range that does not affect the electrode damage even in the second lighting period, which can contribute to shortening the light rise time.
また、本発明に係る高圧放電ランプ装置は、高圧放電ランプと、この高圧放電ランプを点灯させる上記記載のいずれかの点灯装置とを備えてなることを特徴としている。
さらに、本発明に係る投射型画像表示装置は、上記記載の高圧放電ランプ装置が用いられていることを特徴としている。
これにより、上述のように、光立ち上がり時間の短い高圧放電ランプ装置及び投射型画像表示装置を得ることができる。
A high-pressure discharge lamp device according to the present invention includes a high-pressure discharge lamp and any one of the above-described lighting devices for lighting the high-pressure discharge lamp.
Furthermore, the projection-type image display device according to the present invention is characterized in that the high-pressure discharge lamp device described above is used.
Thereby, as described above, a high-pressure discharge lamp device and a projection-type image display device having a short light rise time can be obtained.
以下、本発明の実施の形態に係る高圧放電ランプの点灯装置等について、高圧放電ランプが高圧水銀ランプである場合を例にして説明する。
(1)高圧水銀ランプ100の構成
まず、本実施の形態において点灯の対象となるプロジェクタ用の高圧水銀ランプ100の特徴的な構成を図1に基づき簡単に説明しておく。
Hereinafter, a lighting device for a high pressure discharge lamp according to an embodiment of the present invention will be described by taking as an example a case where the high pressure discharge lamp is a high pressure mercury lamp.
(1) Configuration of the high-
同図1に示すように高圧水銀ランプ100は、内部に放電空間12が形成されたほぼ球形状またはほぼ回転楕円体形状の発光部1と、この発光部1の両端部にそれぞれ設けられた第一の封止部2および第二の封止部3とを有する石英ガラス製のバルブ14と、電極4、5、モリブデン箔6、7、および外部リード8、9がそれぞれ順次接続された電極構造体10、11とを備えている。
As shown in FIG. 1, the high-
電極4、5は、タングステン製であって、電極軸41、51の先端部には、それぞれ電極コイル42、52が固着されている。また、電極4、5は発光部1内において互いに略対向するように配設されている。外部リード線8、9は、モリブデン製であって、各封止部2、3の端面から外部に導出されている。
電極間距離Deは、点光源に近付けるため0.5mm〜2.0mmの範囲に設定される。
The
The interelectrode distance De is set in the range of 0.5 mm to 2.0 mm in order to approach the point light source.
発光部1内には、発光金属である水銀13、始動補助用ガスとしてアルゴン、クリプトン、キセノンなどの希ガス、および沃素、臭素などのハロゲン物質がそれぞれ所定量封入されている。
具体的に、水銀13の封入量は、発光管内容積当たり150mg/cm3〜350mg/cm3の範囲であり、希ガスのランプ冷却時の封入圧力は10kPa〜40kPaの範囲、また、ハロゲン物質の封入量は1×10-10mol/cm3〜1×10-4mol/cm3の範囲にそれぞれ設定されている。
A predetermined amount of
Specifically, amount of the
また、他のランプ寸法の範囲は以下の通りである。
ランプ全長Da: 40mm〜100mm
発光部径Db: 8mm〜15mm
封止部径Dc: 4mm〜10mm
なお、本明細書において数値範囲を「a〜b」と表現する場合には、下限aおよび上限の値をも含む範囲を示すものとする。
The range of other lamp dimensions is as follows.
Lamp total length Da: 40 mm to 100 mm
Light emitting part diameter Db: 8 mm to 15 mm
Sealing part diameter Dc: 4 mm to 10 mm
In the present specification, when the numerical range is expressed as “ab”, the range including the lower limit a and the upper limit value is also indicated.
(2)高圧水銀ランプ100の点灯方法
次に、上記高圧水銀ランプ100の好適な点灯方法について説明する。
図2は、本実施の形態において後述の点灯装置(図7参照)により、定格200W型の高圧水銀ランプ100について、高圧パルスを印加して絶縁破壊させた後に供給されるランプ電圧(V)とランプ電流(A)の制御特性を示すグラフである。
(2) Lighting Method of High
FIG. 2 shows a lamp voltage (V) supplied after applying a high-pressure pulse to cause a dielectric breakdown in a 200 W rated high-
高圧水銀ランプ100は、絶縁破壊後、放電空間内の温度が上昇するに連れて水銀蒸気圧が増大し、ランプ電圧Vも徐々に増大していくが、同図に示すようにランプ電圧がVaに到るまでの第1点灯区間においては、ランプ電流は6Aになるように定電流制御され、ランプ電圧がVaを超えて、定電力制御に切り替わるときの電圧Vb(本実施の形態では50V)に到るまでの第2点灯区間においては、ランプ電流は4Aになるように定電流制御される。
In the high-
なお、例えば4Aの定電流の供給は、公知の定電流回路において電流制限レベルを4Aに設定することによりなされる。
そして、ランプ電圧Vが50Vになるとランプの定格電力200Wを維持するように定電力制御に切り替えられる(定電力制御区間)。
ここで、同図における破線の部分は、従来の点灯方法におけるランプ電流の値を示しており、点灯開始直後の第1点灯区間において、これよりも高いランプ電流6Aを供給することにより、電極4,5による発熱量が増加し、放電空間内の昇温が促進される。
For example, the constant current of 4A is supplied by setting the current limit level to 4A in a known constant current circuit.
Then, when the lamp voltage V reaches 50 V, switching to constant power control is performed so as to maintain the rated power of 200 W of the lamp (constant power control section).
Here, the portion of the broken line in the figure shows the value of the lamp current in the conventional lighting method, and the electrode 4 is supplied by supplying a lamp current 6A higher than this in the first lighting section immediately after the start of lighting. , 5 is increased, and the temperature rise in the discharge space is promoted.
なお、第1点灯区間の範囲を画する電圧Vaの値は、25Vに設定されており、このような第1点灯区間の間においては、定電力制御区間における最大電流値(所定の電流値:4A)より高いランプ電流(本例では6A)を供給しても電極が損傷しないことを本願発明者が実験により究明した。詳しくは後に実験データと共に説明する。
図3は、図2のグラフの制御特性に従ってランプ電流制御を実行したときのランプ電圧とランプ電力の関係を示すグラフであり、図4は、同じく図2のランプ電流制御を実行したときの点灯開始後の点灯時間(s)と定常点灯時の光束を100%としたときのランプ光束の立ち上がりの関係を示すグラフである。
Note that the value of the voltage Va that defines the range of the first lighting period is set to 25 V, and during such a first lighting period, the maximum current value in the constant power control period (predetermined current value: 4A) The inventors of the present invention have experimentally determined that the electrodes are not damaged even when a higher lamp current (6A in this example) is supplied. Details will be described later along with experimental data.
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the lamp voltage and the lamp power when the lamp current control is executed according to the control characteristics of the graph of FIG. 2, and FIG. 4 is the lighting when the lamp current control of FIG. It is a graph which shows the relationship between the lighting time after the start (s) and the rise of the lamp luminous flux when the luminous flux during steady lighting is 100%.
いずれも実線が、本実施の形態に係る点灯方法における変化を示し、破線部分が従来の点灯方法における変化を示している。
図3に示すように第1点灯区間において、ほぼ斜線を付した面積分だけ従来より多くの電力が供給されており、その結果、図4に示すように50%の光束に達するまでの時間が、本実施の形態における点灯方法による方が、Δt(約12秒)だけ短縮されている。同図に示すように従来は、50%の光立ち上がりにほぼ45秒程かかっていたのであるから、約27%も短縮されたことになる。
In both cases, the solid line indicates the change in the lighting method according to the present embodiment, and the broken line portion indicates the change in the conventional lighting method.
As shown in FIG. 3, in the first lighting section, a larger amount of electric power is supplied than in the conventional case by an area substantially shaded, and as a result, the time required to reach 50% luminous flux as shown in FIG. The lighting method in the present embodiment is shortened by Δt (about 12 seconds). As shown in the figure, in the prior art, it took about 45 seconds for 50% of the light to rise, so that it was shortened by about 27%.
(3)ランプ電圧Vaおよび第1点灯区間におけるランプ電流の最適範囲
次に、実験に基づき、上記第1点灯区間と第2点灯区間を切り替えるランプ電圧Vaの最適範囲、および同じく第1点灯区間におけるランプ電流の最適範囲について考察する。
(実験1)
まず、200W高圧水銀ランプ100におけるランプ電圧Vaの最適範囲について実験を行った。
(3) The optimum range of the lamp voltage Va and the lamp current in the first lighting section Next, based on the experiment, the optimum range of the lamp voltage Va for switching the first lighting section and the second lighting section, and also in the first lighting section Consider the optimal range of lamp current.
(Experiment 1)
First, an experiment was conducted on the optimum range of the lamp voltage Va in the 200 W high-
なお、本実験に使用したランプは、図1と同じ構成を有する高圧水銀ランプであり、具体的な仕様は以下の通りである。
水銀封入量 内容積当り200mg/cm3
希ガスのランプ冷却時の封入圧力 30kPa
電極間距離De 1.5mm
ランプ全長Da: 90mm
発光部径Db: 13mm
封止部径Dc: 8.0mm
また、各電極は、電極軸の先端部に2重巻き8段のコイルを取着したものを使用し、電極軸の径d1(図5(a)参照)は0.4mmで、電極コイル42、52の素線の径d2は0.25mmに設定されている。
The lamp used in this experiment is a high-pressure mercury lamp having the same configuration as that shown in FIG. 1, and the specific specifications are as follows.
Filling pressure at the time of lamp cooling of rare gas 30kPa
Distance between electrodes De 1.5mm
Lamp total length Da: 90mm
Light emitting part diameter Db: 13 mm
Sealing part diameter Dc: 8.0 mm
In addition, each electrode uses a double-wound 8-stage coil attached to the tip of the electrode shaft, the electrode shaft diameter d1 (see FIG. 5A) is 0.4 mm, and the
次の表1は、上記試作ランプについて、第1点灯区間において供給する定電流値(第1の電流制限レベル)を従来の4Aからその2倍まで順次変化させると共に、それぞれの第1の電流制限レベルの値において、第1点灯区間を画するためのランプ電圧Va(なお、このVaのランプ電圧を、第1の電流制限レベルを第2点灯区間で供給される定電流値(第2の電流制限レベル)に切り替えるときのランプ電圧という意味で以下では「電流切替電圧」と表記する場合もある。)を変化させたときの高圧水銀ランプの電極の損傷の程度を調べたものである。 The following Table 1 shows that for the prototype lamp, the constant current value (first current limit level) supplied in the first lighting section is sequentially changed from the conventional 4A to twice that value, and each first current limit is changed. In the level value, the lamp voltage Va for defining the first lighting section (note that the lamp voltage of this Va is a constant current value (second current supplied to the first current limiting level in the second lighting section). In the following, it is sometimes referred to as “current switching voltage” in the meaning of the lamp voltage when switching to the limit level.) The degree of damage to the electrodes of the high-pressure mercury lamp when the voltage is changed is investigated.
図5(a)は、点灯実験前の電極4の拡大図であり、電極棒41の先端に2重巻き8段の電極コイル42が形成されている(電極5も全く同じ)。
FIG. 5A is an enlarged view of the electrode 4 before the lighting experiment, in which an
従来の点灯方法(第1、第2点灯区間を区別せずに4Aのランプ電流を供給)においては、1時間点灯後は、図5(b)に示すように電極コイル42の第1段目421のみが溶融する程度となるようにランプ設計がなされている。
したがって、本実験においては各電極で2段以上のコイルが溶融し、一対の電極の溶融するコイルの段数の和が4段以上となった場合に、「電極が損傷した」と評価するようにしている。
In the conventional lighting method (supplying a lamp current of 4 A without distinguishing between the first and second lighting sections), after lighting for one hour, as shown in FIG. The lamp is designed so that only 421 is melted.
Therefore, in this experiment, when two or more coils are melted in each electrode and the sum of the number of coils of the pair of electrodes is four or more, it is evaluated that “the electrode is damaged”. ing.
そうすると、表1からも分かるように第1の電流制限レベルが4Aのものを除き、電流切替電圧Vaを30V以上に設定すると、すなわちランプ電圧が30V以上になっても4.5A以上の電流を通電すると、コイルの溶融段数が2段以上となり、「電極に損傷がある」と判断された。
ところが、電流切替電圧Vaを25Vに設定し、それまで4.5A以上の電流を通電するように制御し、その後電流制限レベルを4Aに低下させた場合については全ての電流制限レベルについて、電極の損傷は生じなかった。
Then, as can be seen from Table 1, when the current switching voltage Va is set to 30 V or higher, except for the first current limit level of 4 A, that is, a current of 4.5 A or higher even if the lamp voltage is 30 V or higher. When energized, the number of melting stages of the coil became two or more, and it was determined that “the electrode was damaged”.
However, when the current switching voltage Va is set to 25 V, control is performed so that a current of 4.5 A or more is energized until then, and the current limit level is lowered to 4 A, the current limit voltage is reduced for all current limit levels. No damage occurred.
表1では、電流切替電圧Vaを5V刻みで変化させたが、さらに詳細なデータを取得すべく、当該電流切替電圧Vaを20Vから30Vまで1V刻みで変化させていく実験を試みたところ、次の表2に示すような実験結果が得られた。
但し、本実験において第1の電流制限レベルは6Aで固定し、第2の電流制限値レベルは、表1の実験の場合と同様4Aである。
In Table 1, the current switching voltage Va was changed in increments of 5V. In order to obtain more detailed data, an experiment was conducted in which the current switching voltage Va was changed in increments of 1V from 20V to 30V. Experimental results as shown in Table 2 were obtained.
However, in this experiment, the first current limit level is fixed at 6A, and the second current limit value level is 4A as in the experiment of Table 1.
ここで、ランプの寿命試験は、定格出力電力が200Wである矩形波点灯のフルブリッジ方式電子安定器を用い、第1点灯区間における電流制限レベルを6A、第2点灯期間における電流制限レベルを4Aとし、電流切替電圧として25V、27V、28Vの3条件を準備した。高圧放電ランプ100を後述のランプユニット200の状態にして(図9参照)、それを水平位置に保って3.5時間点灯/0.5時間消灯のサイクルで行なった。それぞれについて、5サンプルずつの試験を行い、寿命特性は、累積点灯時間1000時間後の照度維持率で判断するようにした。
Here, the life test of the lamp uses a full-bridge electronic ballast of rectangular wave lighting whose rated output power is 200 W, the current limit level in the first lighting section is 6 A, and the current limit level in the second lighting period is 4 A. And three conditions of 25V, 27V, and 28V were prepared as current switching voltages. The high-
照度維持率の平均値を求めると、電流切替電圧が25Vの場合の平均は、86.3%であるのに対し、電流切替電圧が27Vの場合は83.8%であり、さらに電流切替電圧が28Vの場合は75.5%であった。この200W型ランプの寿命目標性能は1000時間到達時で80%以上であることから、コイルの溶融段数が3段の場合、すなわち電流切替電圧が26Vから27Vの場合は、電流切替電圧が25Vの場合に対して若干の特性劣化があるものの、寿命目標性能はクリアしていることから実用上使用可能なレベルであることが明らかとなった。因みに電流切替電圧が28Vの場合は予想通り寿命目標性能を満足しない結果となった。 When the average value of the illuminance maintenance ratio is obtained, the average when the current switching voltage is 25V is 86.3%, whereas when the current switching voltage is 27V, it is 83.8%. When V was 28V, it was 75.5%. Since the life target performance of this 200 W type lamp is 80% or more when reaching 1000 hours, when the number of melting stages of the coil is 3, that is, when the current switching voltage is 26V to 27V, the current switching voltage is 25V. Although there was some characteristic deterioration with respect to the case, it has been clarified that it is a practically usable level because the target life performance has been cleared. Incidentally, when the current switching voltage was 28V, the expected life performance was not satisfied as expected.
これらの結果から、電流切替電圧として最適なランプ電圧Vaは、ランプの寿命性能に全く影響を与えない条件として25V以下、また実用上使用可能な条件として27V以下の範囲であると言える。
(解析)
表1の実験では、第1の電流制限レベルは、最大でも8Aとしたが、第1点灯区間である限り、それ以上の電流を通電して、定常点灯時における電力よりも大きな電力を供給しても電極の損傷は見られなかった。
From these results, it can be said that the optimum lamp voltage Va as the current switching voltage is in the range of 25 V or less as a condition that does not affect the life performance of the lamp, and 27 V or less as a practically usable condition.
(analysis)
In the experiment of Table 1, the first current limit level is set to 8 A at the maximum, but as long as it is in the first lighting section, a current higher than that is energized to supply power larger than the power during steady lighting. However, no damage to the electrode was observed.
既述のように従来のプロジェクタ用の高圧放電ランプにおいては、高輝度化のため電極サイズに余裕がなく、定電力制御に移行する前に定常点灯時以上の過大電力を印加することは、電極損傷を防止する観点から望ましくないとされ、点灯開始後、定電力制御に到るまでは、せいぜい当該定電力制御における最大の電流レベルの電流値で一律に定電流制御を実行することが一般的な技術常識であった。 As described above, in conventional high-pressure discharge lamps for projectors, there is no allowance for the electrode size for high brightness, and it is necessary to apply excessive power more than that during steady lighting before shifting to constant power control. It is not desirable from the viewpoint of preventing damage, and after starting lighting, until constant power control is reached, it is common to execute constant current control uniformly at the maximum current level in the constant power control. Was common technical knowledge.
しかし、本実施の形態における実験でも明らかになったように、定電力制御以前の初期点灯区間であっても、ある一定のランプ電圧Vaに到るまでは、ランプ電流を定電力制御時における最大値より増大させても電極の損傷が生じないことが判明した。
そこで、このランプ電圧Vaの前後で、どのように電極間の放電現象が変化しているかを解明すべく、点灯中のランプを観察した。すると、ほぼ当該ランプ電圧Vaに到達するタイミングで輝度の高いアークが発生していることが看取された。
However, as has been clarified in the experiment in the present embodiment, even in the initial lighting period before the constant power control, the lamp current is set to the maximum during the constant power control until reaching a certain lamp voltage Va. It was found that the electrode was not damaged even when the value was increased.
Therefore, in order to elucidate how the discharge phenomenon between the electrodes changes before and after the lamp voltage Va, the lighting lamp was observed. Then, it was observed that a high-intensity arc occurred almost at the timing when the lamp voltage Va was reached.
すなわち、アーク放電は、点灯開始直後から始まっているが、ランプ電圧がVaより小さい段階では、まだ水銀の蒸気圧が低く、対向する電極4,5のほぼ全表面同士で放電しているため輝度が低いが、ランプ温度が上がるに連れて、水銀の蒸発量が増えて蒸気圧が上昇し、ランプ電圧がVaに到達する際の蒸気圧下では、マイナスフェーズ側電極先端に1箇所の熱電子放出点(アークスポット)が継続的に形成され始め、アーク放電形状が圧縮したような形になる。
That is, arc discharge starts immediately after the start of lighting, but at the stage where the lamp voltage is smaller than Va, the vapor pressure of mercury is still low, and the discharge is performed on almost the entire surfaces of the opposing
このようにアークスポットが形成されると、当該箇所の電極温度が急激に上昇するために、大きな電流が流れた場合は電極材料の融点を超えてしまい、これにより電極コイルが溶融するものと考えられる。
逆に言えば、少なくとも一方の電極にアークスポットが形成されるまでは電極の全表面から放電されるので、大きな電流を通電しても温度が急激に上昇することはなく電極の損傷が生じないのである。
When an arc spot is formed in this way, the electrode temperature at that location rises rapidly, so if a large current flows, the melting point of the electrode material will be exceeded, which will cause the electrode coil to melt. It is done.
In other words, until the arc spot is formed on at least one of the electrodes, the entire surface of the electrode is discharged, so even if a large current is applied, the temperature does not increase rapidly and the electrode is not damaged. It is.
なお、表1においては、定格200W型の高圧水銀ランプ100について実験を行ったが、ランプの定格電力によって、上記最適な電流切替電圧Vaの値に変動があるか否かを検証すべく、定格120W型の高圧水銀ランプを用いて同様な実験を行った。このときの120W型の具体的なランプ仕様は以下の通りである。
水銀封入量 内容積当り200mg/cm3
希ガスのランプ冷却時の封入圧力 20kPa
電極間距離De 1.0mm
ランプ全長Da 55mm
発光部径Db 9.5mm
封止部径Dc 5.0mm
また、電極は、電極軸の先端部に2重巻き8段のコイルを取着したものを使用し、電極軸の径d1は0.3mmで、電極コイル42の素線の径d2は0.15mmに設定されている。
In Table 1, an experiment was conducted on a 200 W rated high-
Nozzle gas cooling pressure during lamp cooling 20 kPa
Distance between electrodes De 1.0mm
Lamp total length Da 55mm
Light emitting part diameter Db 9.5 mm
Sealing part diameter Dc 5.0mm
In addition, an electrode is used in which a double-wound 8-stage coil is attached to the tip of the electrode shaft, the electrode shaft diameter d1 is 0.3 mm, and the
次の表3は、その実験結果を示すものである。 Table 3 below shows the experimental results.
さらに、電流切替電圧Vaを1V刻みで変化させて、同様な実験をしたところ、200W型における表2の実験同様、120W型の高圧水銀ランプにおける最適な電流切替電圧Vaも、ランプ寿命性能に全く影響を与えない条件として25V以下、また、実用上使用可能な条件として27V以下という範囲であることが実証された。
このようにランプの定格電力が異なる2種の高圧水銀ランプについて、最適な電流切替電圧Vaが同じ値になったのは、次の理由によるものと推論される。
Further, when the same experiment was performed by changing the current switching voltage Va in increments of 1V, the optimum current switching voltage Va in the 120 W type high-pressure mercury lamp was also completely improved in the lamp life performance as in the experiment in Table 2 for the 200 W type. It was proved that it was 25 V or less as a condition that does not affect, and 27 V or less as a practically usable condition.
The reason why the optimum current switching voltage Va becomes the same for the two types of high-pressure mercury lamps having different rated powers of the lamps as described above is assumed to be due to the following reason.
これらの2種類の高圧水銀ランプは、定格電力が異なっても共通の設計基準で設計されている。すなわち電極間距離は0.5mmから2.0mmの範囲であり、発光管内には発光金属である水銀が発光管内容積あたり150mg/cm3から350mg/cm3の範囲で封入され、さらに希ガスはアルゴンまたはクリプトンまたはキセノンなどがガス圧10kPaから40kPaの範囲で封入されている。 These two types of high-pressure mercury lamps are designed based on a common design standard even if the rated power is different. That distance between the electrodes is in the range of from 0.5mm to 2.0 mm, the arc tube is enclosed in a range of mercury which is a light-emitting metal from the arc tube volume per 150 mg / cm 3 of 350 mg / cm 3, further rare gas Argon, krypton, xenon, or the like is sealed in a gas pressure range of 10 kPa to 40 kPa.
ランプ点灯中のランプ電圧は、発光管内部の温度上昇に伴って蒸発する水銀の蒸気圧と電極間距離との積によって支配的に決定されるが、点灯開始後に継続的にアークスポットが形成され始める時のランプ電圧は前記の設計基準に従った場合、ちょうど25Vという同じ値になるものと推測される。言いかえれば、電極間距離が多少異なってもランプ電圧が25Vという条件を満足する水銀蒸気圧の状態のところで継続的にアークスポットが形成され始めることになる。 The lamp voltage during lamp operation is determined predominantly by the product of the vapor pressure of mercury that evaporates with the temperature rise inside the arc tube and the distance between the electrodes, but arc spots are continuously formed after the start of lighting. The lamp voltage at the start is estimated to be exactly the same value of 25V when the design criteria are followed. In other words, even if the distance between the electrodes is slightly different, an arc spot starts to be continuously formed at a mercury vapor pressure that satisfies the condition that the lamp voltage is 25V.
アークスポットが形成されたときの当該箇所の電極温度は、ランプ電流が大きいほど、また電極サイズが小さいほど上昇し易い。共通の設計基準でランプを設計した場合は定格電力が異なるとランプ電流の大きさも異なるが、既述の通り高輝度を得るため定格電力動作時の電極温度が同じになるように設計されているので、ランプ電流に合わせて電極サイズも変更される。したがって継続的にアークスポットが形成され始めたとき、つまりランプ電圧が25V以上になったときに定格以上のランプ電流を通電した場合の電極コイルの溶融段数は定格電力の異なるランプにおいてもほぼ同じになると考えられる。 When the arc spot is formed, the electrode temperature at the relevant portion is likely to increase as the lamp current increases and as the electrode size decreases. When the lamps are designed according to a common design standard, the lamp current varies depending on the rated power. However, as described above, the electrode temperature during rated power operation is the same in order to obtain high brightness. Therefore, the electrode size is also changed according to the lamp current. Therefore, when the arc spot starts to form continuously, that is, when the lamp voltage becomes 25 V or more, the number of melting stages of the electrode coil when the lamp current exceeding the rating is applied is substantially the same even in the lamp having a different rated power. It is considered to be.
因みに、120W型、200W型以外の90W〜350W型、例えば150W型の高圧放電ランプについて、追加実験を行ったところ、やはり最適な電流切替電圧Vaは上記と同じ値になった。
以上により、電流切替電圧Vaを27V以下に設定すれば、それによって画される第1点灯区間において、従来より大きな電流を通電しても電極の損傷が、実用上問題のないレベルに納まると言える。
(実験2)
次に、第1点灯区間において、どれぐらいの大きさの電流を通電すれば、効果的に光立ち上がり時間を短縮できるかについて実験した。
Incidentally, when an additional experiment was performed on a high pressure discharge lamp of a 90 W to 350 W type other than the 120 W type and the 200 W type, for example, a 150 W type, the optimum current switching voltage Va was also the same value as described above.
As described above, if the current switching voltage Va is set to 27 V or less, it can be said that in the first lighting section defined by the current switching voltage Va, even if a larger current is applied than in the conventional case, the damage of the electrodes is within a level that does not cause a problem in practice. .
(Experiment 2)
Next, an experiment was conducted on how much current can be applied in the first lighting period to effectively shorten the light rise time.
実験に用いたランプは、表1の実験に用いたものと同じ200W型の仕様であり、第1点灯区間における第1の電流制限レベルを4A、5A、6A、7Aの4種類とし、第2の電流制限レベルを4Aとしてそれぞれのランプの点灯時間と光立ち上がりの関係を調べたところ、図6に示すような結果が得られた。
同図に示すように、第1の電流制限レベルが大きくなるほど、光立ち上がり時間が大きく短縮される。また、第1点灯区間において、定電力制御の実行時に供給される電流の最大値(以下、「定電力制御最大電流値」という。)(4A)より大きなランプ電流を供給することにより、光立ち上がり時間の短縮を実現できると解される。
The lamp used in the experiment has the same 200 W type specification as that used in the experiment of Table 1, the first current limit level in the first lighting section is 4 types, 4A, 5A, 6A, and 7A. The current limit level of 4A was set to 4A, and the relationship between the lighting time of each lamp and the light rise was examined. The result shown in FIG. 6 was obtained.
As shown in the figure, the light rise time is greatly shortened as the first current limiting level is increased. Further, in the first lighting section, by supplying a lamp current larger than the maximum current value (hereinafter referred to as “constant power control maximum current value”) (4A) supplied at the time of executing the constant power control, the light rises. It is understood that the time can be shortened.
次の表4は、上記図6の実験結果から、各電流制限レベルにおいて光束が定常点灯時の50%に到達するまでに要した時間(50%到達時間)と、当該到達時間の短縮率を示すものである。 The following Table 4 shows the time (50% arrival time) required for the luminous flux to reach 50% at the time of steady lighting at each current limit level and the reduction rate of the arrival time from the experimental results of FIG. It is shown.
同表4に示すように第1の電流制限レベルが7Aになると、到達時間が56%になり44%もの短縮がなされた。通常、光束が定常点灯時の50%に達するとプロジェクタの観賞者がスクリーン上の文字や図を明確に認識できるので、この50%到達時間において44%の時間短縮は効果として大きい。
また、一般的な人の感覚として、50%到達時間の短縮率が87%(5Aのとき)でも、従来に比べて光立ち上がり時間が早くなったとは感じられるので、第1点灯区間において、定電力制御最大電流値のほぼ1.25倍以上のランプ電流を供給することが望ましい。
As shown in Table 4, when the first current limit level was 7 A, the arrival time was 56%, which was shortened by 44%. Normally, when the luminous flux reaches 50% during steady lighting, the viewer of the projector can clearly recognize the characters and figures on the screen, and thus a 44% reduction in time in this 50% arrival time is a significant effect.
Moreover, as a general human sensation, even when the 50% arrival time reduction rate is 87% (when 5A), it can be felt that the light rise time is faster than before, so in the first lighting section, it is constant. It is desirable to supply a lamp current that is approximately 1.25 times or more the power control maximum current value.
なお、この第1の電流制限レベルには、理論的には特に上限はないが、大きくなればなるほど、その点灯装置内の電子部品などに大型のものを使用する必要があり、コストアップが避けられない。この観点から、電流値の上限は10A程度が望ましい。
(4)点灯装置
図7は、上記高圧水銀ランプ100を点灯させるための点灯装置の構成を示すブロック図である。
In theory, there is no particular upper limit on the first current limit level. However, the larger the current limit level, the larger the electronic components in the lighting device that must be used. I can't. From this viewpoint, the upper limit of the current value is desirably about 10A.
(4) Lighting Device FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a lighting device for lighting the high-
同図に示すように本点灯装置は、DC電源回路250と電子安定器300とからなり、電子安定器300は、DC/DCコンバータ301、DC/ACインバータ302、高圧パルス発生回路303、制御回路304、管電流検出回路305および管電圧検出回路306とから構成される。
DC電源回路250は、家庭用の交流100Vにより直流電圧を生成し、電子安定器300に給電する。電子安定器300のDC/DCコンバータ301は、DC電源回路250から供給された直流電圧を所定の大きさの直流電圧に変換し、DC/ACインバータ302に供給する。
As shown in the figure, the lighting device includes a DC
The DC
DC/ACインバータ302は、所定の周波数の交流矩形電流を生成して高圧水銀ランプ100に印加する。高圧水銀ランプ100を放電開始させるために必要となる高圧パルス発生回路303は、例えばトランスを含んでおり、ここで発生された高圧パルスを高圧水銀ランプ100に印加することで、放電を開始させている。
一方、管電流検出回路305、管電圧検出回路306がそれぞれDC/ACインバータ302の入力側に接続されており、間接的に高圧水銀ランプ100のランプ電流、ランプ電圧をそれぞれ検出し、その検出信号を制御回路304に送出する。なお、ここで検出されたランプ電流およびランプ電圧は、実際のランプ電流およびランプ電圧の実測値とは異なっているので、制御回路304は、予め設定された電流補正係数、電圧補正係数を管電流検出回路305、管電圧検出回路306のそれぞれで検出された電流値と電圧値に乗じて、ほぼ実測値に等しいランプ電流、ランプ電圧を得るようにしている。
The DC /
On the other hand, a tube
制御回路304は、これらの検出信号と内部メモリに格納されたプログラムに基づき、DC/DCコンバータ301やDC/ACインバータ302を制御して、上述の点灯方法により高圧水銀ランプ100を点灯させる。
図8は、上記制御回路304で実行される、定格200W型の高圧水銀ランプ100の絶縁破壊後の点灯制御内容を示すフローチャートである。なお、ここでは、図2に示した制御特性に従って制御する場合のフローチャートについて示している。
The
FIG. 8 is a flowchart showing the contents of lighting control after dielectric breakdown of the rated high-
まず、ステップS1において、ランプ電圧Vが電流切替電圧である25Vを超えているか否かを判断する。超えていなければ(ステップS1:NO)、電流制限レベルを6Aとする定電流制御を実行し(ステップS2)、ランプ電圧が、25Vを超えていれば(ステップS1:YES)、4Aを電流制限レベルとする定電流制御に切り替える(ステップS3)。 First, in step S1, it is determined whether or not the lamp voltage V exceeds 25V, which is a current switching voltage. If not exceeded (step S1: NO), constant current control is performed with a current limit level of 6A (step S2). If the lamp voltage exceeds 25V (step S1: YES), 4A is set to be current limited. Switch to constant current control to be level (step S3).
なお、この定電流制御は、管電流検出回路305の検出信号に基づき、ランプ電流が設定された電流制限レベルに維持されるようにDC/DCコンバータ301を制御することにより実行される。
この状態でランプ電圧が上昇して50Vになれば(ステップS4:YES)、ランプ電力が200Wになるように定電力制御を実行する(ステップS5)。この定電力制御は、ステップS6において電源スイッチ(不図示)がOFFにされるなどによって点灯終了となるまで継続される。
This constant current control is executed by controlling the DC /
If the lamp voltage increases to 50 V in this state (step S4: YES), constant power control is executed so that the lamp power becomes 200 W (step S5). This constant power control is continued until the lighting is finished by turning off a power switch (not shown) in step S6.
なお、定電力制御は、制御回路304で管電流検出回路305、管電圧検出回路306の検出信号に基づきランプ電流とランプ電圧をモニターし、その積のランプ電力が常に200Wとなるように、例えばDC/DCコンバータ301から出力される電流値をフィードバック制御することにより実行される。
また、上記定電流制御および定電力制御時に高圧水銀ランプ100に印加される電圧は、周波数が約50Hz〜1000Hzの範囲内の交流電圧である。
In the constant power control, the
The voltage applied to the high-
(5)液晶プロジェクタ
高圧水銀ランプ100は、小型でありながら高輝度であるので、液晶プロジェクタなどの光源としてよく利用されており、この場合には、反射ミラーが取り付けられランプユニットとして液晶プロジェクタに組み込まれる。
図9は、当該ランプユニット200の構成を示す一部切欠き斜視図である。同図に示すように、ランプユニット200は、高圧水銀ランプ100の封止部3の端部に口金20を装着し、内面が凹面鏡となっている反射ミラー22の根元部分の穴にセメント21で固着して形成される。この際、反射ミラー22による集光効率を向上させるため、電極4、5間の放電アークの位置が反射ミラー22の光軸とほぼ一致するように調整された状態で取り付けられるようになっている。
(5) Liquid Crystal Projector The high-
FIG. 9 is a partially cutaway perspective view showing the configuration of the
高圧水銀ランプ100の外部リード線8および9(図1参照)には、反射ミラー22に穿設された貫通孔25を通過して外側に引き出されたリード線24および端子23を介してそれぞれ電力が供給される。
図10は、上述のランプユニット200と図7に示す点灯装置を使用した液晶プロジェクタ400の構成を示す概略図である。
The
FIG. 10 is a schematic diagram showing a configuration of a
同図に示すようにこの液晶プロジェクタ400は、内部に上記電子安定器300を含む電源ユニット401と、制御ユニット402と集光レンズ403と、透過型のカラー液晶表示板404と駆動モータが内蔵されたレンズユニット405および冷却用のファン装置406とからなる。
電源ユニット401は、家庭用AC100Vの電源を所定の直流電圧に変換して、上記電子安定器300や制御ユニット402などに供給する。制御ユニット402は、外部から入力された画像信号に基づき、カラー液晶表示板404を駆動してカラー画像を表示させる。また、レンズユニット405内の駆動モータを制御してフォーカシング動作やズーム動作を実行させる。
As shown in the figure, the
The
ランプユニット200から射出された光線は、集光レンズ403で集光され、光路途中に配されたカラー液晶表示板404を透過し、当該液晶表示板404に形成された画像を、レンズユニット405を介して図外のスクリーン上に投影させる。
このような液晶プロジェクタは、最近ではビジネスユースにおける普及がめざましく、より高輝度化および光立ち上がり時間の短縮化が技術目標とされていたところ、プロジェクタ用の高圧水銀ランプとして本発明に係る点灯装置からなる光源装置(以下、「高圧放電ランプ装置」という。)を使用することにより、上記技術目標の達成に十分寄与することができる。
The light beam emitted from the
Such a liquid crystal projector has been remarkably spread in business use recently, and it has been a technical goal to achieve higher brightness and shorter light rise time. From the lighting device according to the present invention as a high-pressure mercury lamp for a projector, By using the light source device (hereinafter referred to as “high pressure discharge lamp device”), it is possible to sufficiently contribute to the achievement of the technical target.
また、本発明に係る高圧放電ランプ装置は、液晶プロジェクタ以外の他の投射型画像表示装置にも適用できることは言うまでもない。
(6)変形例
なお、本発明の内容は、上記実施の形態に限定されないのはもちろんであり、以下のような変形例を考えることができる。
It goes without saying that the high-pressure discharge lamp device according to the present invention can be applied to other projection type image display devices other than the liquid crystal projector.
(6) Modifications It should be noted that the content of the present invention is not limited to the above embodiment, and the following modifications can be considered.
(6−1)例えば、上記実施の形態においては、第1点灯区間と第2点灯区間において、それぞれ第1、第2の電流制限レベルによる定電流制御を行っているが、必ずしも定電流制御でなくてもよい。第1点灯区間においては、定電力制御最大電流値よりも大きい電流を供給すれば、光立ち上がり時間の短縮ができるし、また、第2点灯区間において定電力制御最大電流値以下の電流を供給すれば、電極を損傷することはないからである。 (6-1) For example, in the above-described embodiment, constant current control is performed according to the first and second current limit levels in the first lighting section and the second lighting section, respectively. It does not have to be. In the first lighting section, if a current larger than the constant power control maximum current value is supplied, the light rise time can be shortened, and in the second lighting section, a current lower than the constant power control maximum current value can be supplied. This is because the electrode is not damaged.
すなわち、図11に示すように、第1点灯区間においては、定電力制御最大電流値(4A)を超過する範囲で電流を漸次に変化(増加・減少)させてもよいし、第2点灯区間においても、定電力制御最大電流値以下で電流を漸次に変化させてもよい。また、図12に示すように、第1点灯区間においては、定電力制御最大電流値(4A)を超過する範囲で電流を段階的に変化(増加・減少)させてもよいし、第2点灯区間においても、定電力制御最大電流値以下で電流を段階的に変化させてもよい。 That is, as shown in FIG. 11, in the first lighting section, the current may be gradually changed (increased / decreased) within the range exceeding the constant power control maximum current value (4A), or the second lighting section. Also, the current may be gradually changed at a constant power control maximum current value or less. Further, as shown in FIG. 12, in the first lighting section, the current may be changed (increase / decrease) stepwise in a range exceeding the constant power control maximum current value (4A), or the second lighting may be performed. Also in the section, the current may be changed stepwise within the constant power control maximum current value.
もっとも、第2点灯区間においては、電極を損傷せずに、かつ、できるだけ光立ち上がり時間を短縮するため、図2に示すように、定電力制御最大電流値(この電流値では電極を損傷しないようにランプ設計がされている。)とほぼ等しい電流値で定電流制御する方が望ましい。
図11及び図12の場合は、第2点灯区間において、定電力制御最大電流値で通電されていない部分があり、光立ち上がり時間が長くなることが懸念されるが、第1点灯区間において大きな電力が供給されており、第1点灯区間と第2点灯区間とのトータルでは、従来のランプよりも大きな電力が供給されているので、光立ち上がり時間を短縮することができる。
However, in the second lighting period, in order to shorten the light rise time as much as possible without damaging the electrode, as shown in FIG. 2, the constant power control maximum current value (so that the electrode is not damaged at this current value). It is desirable to perform constant current control with a current value approximately equal to the lamp design.
In the case of FIG. 11 and FIG. 12, there is a portion that is not energized at the constant power control maximum current value in the second lighting section, and there is a concern that the light rise time becomes long. In the total of the first lighting section and the second lighting section, a larger amount of power is supplied than in the conventional lamp, so that the light rise time can be shortened.
(6−2)なお、大きな電流の供給は、必ずしも第1点灯区間の全域においてなされなくてもよく、その一部分だけの供給であっても、定電力制御最大電流値より大きな電流が供給された分だけ光立ち上がり時間の短縮効果は見られる。その場合は前記「一部分」の電流値を大きくすればする程その効果は高い。
(6−3)また、上記実施の形態においては、高圧放電ランプがプロジェクタ用の高圧水銀ランプである場合について説明したが、その他、メタルハライドランプ等の高圧放電ランプであってもよい。これらは、発光の原理が高圧水銀ランプと同じであり、内部の金属蒸気圧の上昇と共にランプ電圧が上昇し、特定のランプ電圧に至ると継続的にアークスポットが形成され始める現象が同様に生じるからである。そして、当該アークスポットが形成されるまでは、大きな電流を供給しても電極の損傷は発生せず、光立ち上がり時間が短縮される。
(6-2) It is not always necessary to supply a large current in the entire first lighting section. Even if only a part of the first lighting section is supplied, a current larger than the constant power control maximum current value is supplied. The effect of shortening the light rise time is seen by the amount. In that case, the larger the current value of the “part”, the higher the effect.
(6-3) In the above embodiment, the case where the high-pressure discharge lamp is a high-pressure mercury lamp for projectors has been described. However, a high-pressure discharge lamp such as a metal halide lamp may be used. The principle of light emission is the same as that of a high-pressure mercury lamp, and the lamp voltage rises as the internal metal vapor pressure rises, and a phenomenon in which an arc spot starts to form continuously when a specific lamp voltage is reached similarly occurs. Because. Until the arc spot is formed, the electrode is not damaged even if a large current is supplied, and the light rise time is shortened.
また、プロジェクタ用以外の高圧放電ランプであっても光立ち上がり時間が短縮されることは言うまでもない。
(6−4)高圧放電ランプの電極は、上記実施の形態においては、電極棒の先端に単に電極コイルを取着した形状のものを示したが、このような形状に関わらず、電極の先端部を電極コイルの一部と共にレーザで溶融して当該電極先端を半球状に加工したものであっても構わない。
Needless to say, the light rise time is shortened even in a high-pressure discharge lamp other than for a projector.
(6-4) In the above embodiment, the electrode of the high-pressure discharge lamp has a shape in which an electrode coil is simply attached to the tip of the electrode rod. The part may be melted by a laser together with a part of the electrode coil, and the tip of the electrode may be processed into a hemispherical shape.
これにより図5(a)に示した形状のものよりも電極先端が溶融しにくくなりランプ寿命が伸びる。しかし、このような電極形状の場合であっても、大きな電流を、第1点灯区間を超えて供給した場合にはアークスポットが形成された箇所において電極の損傷が生じることに変わりはないので、大きな電流の供給は第1点灯区間内に限られる。 As a result, the tip of the electrode is less likely to melt than the shape shown in FIG. 5A, and the lamp life is extended. However, even in the case of such an electrode shape, if a large current is supplied beyond the first lighting section, there is no change in that the electrode is damaged at the place where the arc spot is formed. The supply of a large current is limited to the first lighting section.
本発明に係る高圧放電ランプの点灯方法および点灯装置よれば、点灯開始からランプ電圧が所定の電圧に到るまでの第1点灯区間において大きな電流を流すことにより、電極を損傷することなく、光立ち上がり時間を短縮することができる。また、点灯開始直後の電流値を大きくすることで電極のウォームアップも速くなることから始動性を向上させる高圧放電ランプの点灯方法および点灯装置を提供することができる。 According to the lighting method and the lighting device of the high-pressure discharge lamp according to the present invention, a large current is allowed to flow in the first lighting section from the start of lighting until the lamp voltage reaches a predetermined voltage, so that the light is not damaged. The rise time can be shortened. Moreover, since the warm-up of the electrode is accelerated by increasing the current value immediately after the start of lighting, it is possible to provide a lighting method and lighting device for a high-pressure discharge lamp that improves startability.
また、当該点灯装置と高圧放電ランプを組み合わせた高圧放電ランプ装置を、投射型画像表示装置の光源装置として用いることにより、確実に始動し光立ち上がり時間が短い投射型画像表示装置を実現することができる。 In addition, by using a high-pressure discharge lamp device that combines the lighting device and the high-pressure discharge lamp as a light source device for a projection-type image display device, it is possible to realize a projection-type image display device that is reliably started and has a short light rise time. it can.
100 高圧水銀ランプ
200 ランプユニット
250 DC電源回路
300 電子安定器
301 DC/DCコンバータ
302 DC/ACインバータ
303 高圧パルス発生回路
304 制御回路
305 管電流検出回路
306 管電圧検出回路
400 液晶プロジェクタ
DESCRIPTION OF
Claims (9)
点灯開始から、前記高圧放電ランプの少なくとも一方の電極に継続的にアークスポットが形成され始めるランプ電圧に到るまでの第1点灯区間の全部又は一部において、所定の電流値より大きいランプ電流を供給する第1のステップと、
前記第1点灯区間経過後、前記定電力制御に切り替えるまでの第2点灯区間の全部又は一部において、前記所定の電流値以下のランプ電流を供給する第2のステップと
を有することを特徴とする高圧放電ランプの点灯方法。 After the start of lighting of the high pressure discharge lamp, in the initial lighting section until the lamp voltage reaches a predetermined voltage and switches to constant power control,
A lamp current larger than a predetermined current value in all or part of the first lighting section from the start of lighting until reaching a lamp voltage at which an arc spot starts to be continuously formed on at least one electrode of the high-pressure discharge lamp. A first step of supplying;
A second step of supplying a lamp current equal to or lower than the predetermined current value in all or part of the second lighting period after the first lighting period has elapsed and before switching to the constant power control. How to turn on the high pressure discharge lamp.
前記高圧放電ランプの点灯開始後、ランプ電圧が所定の電圧に到達し定電力制御に切り替えるまでの初期点灯区間において、
点灯開始から、ランプ電圧が27V以下の所定の電圧に到達するまでの第1点灯区間において、所定の電流値より大きいランプ電流を供給する第1のステップと、
前記第1点灯区間経過後、前記定電力制御に切り替えるまでの第2点灯区間において、前記所定の電流値以下のランプ電流を供給する第2のステップと
を有することを特徴とする高圧放電ランプの点灯方法。 The high-pressure discharge lamp to be lit has a distance between the electrodes of 0.5 mm or more and 2.0 mm or less, and the amount of mercury enclosed per arc tube volume is 150 mg / cm 3 or more and 350 mg / cm 3 or less. Argon, krypton, or xenon is sealed as a gas at a sealing pressure of 10 kPa to 40 kPa,
After the start of lighting of the high-pressure discharge lamp, in the initial lighting section until the lamp voltage reaches a predetermined voltage and switches to constant power control,
A first step of supplying a lamp current greater than a predetermined current value in a first lighting interval from the start of lighting until the lamp voltage reaches a predetermined voltage of 27 V or less;
A second step of supplying a lamp current equal to or lower than the predetermined current value in a second lighting period after the first lighting period has elapsed until switching to the constant power control. Lighting method.
前記高圧放電ランプに電流を供給する電流供給手段と、
点灯開始から、前記高圧放電ランプの少なくとも一方の電極に継続的にアークスポットが形成され始めるランプ電圧に到るまでの第1点灯区間の全部又は一部において所定の電流値より大きいランプ電流を供給すると共に、前記第1点灯区間経過後、前記定電力制御に切り替えるまでの第2点灯区間の全部又は一部において、前記所定の電流値以下のランプ電流を供給するように前記電流供給手段を制御する電流制御手段とを備えることを特徴とする高圧放電ランプの点灯装置。 A high pressure discharge lamp lighting device that performs constant power control when the lamp voltage reaches a predetermined voltage after the high voltage discharge lamp is dielectrically broken and started to light,
Current supply means for supplying current to the high-pressure discharge lamp;
A lamp current larger than a predetermined current value is supplied in all or part of the first lighting section from the start of lighting until reaching a lamp voltage at which an arc spot starts to be continuously formed on at least one electrode of the high-pressure discharge lamp. In addition, the current supply means is controlled so as to supply a lamp current equal to or less than the predetermined current value in all or part of the second lighting section after the first lighting section elapses and before switching to the constant power control. A high-pressure discharge lamp lighting device.
前記高圧放電ランプを絶縁破壊させて点灯を開始させた後、ランプ電圧が所定の電圧に到達したときに、定電力制御を実行する高圧放電ランプの点灯装置であって、
前記高圧放電ランプに電流を供給する電流供給手段と、
点灯開始から、ランプ電圧が27V以下の所定の電圧に到達するまでの第1点灯区間の全部又は一部において所定の電流値より大きいランプ電流を供給すると共に、前記第1点灯区間経過後、前記定電力制御に切り替えるまでの第2点灯区間の全部又は一部において前記所定の電流値以下のランプ電流を供給するように前記電流供給手段を制御する電流制御手段とを備えることを特徴とする高圧放電ランプの点灯装置。 The high-pressure discharge lamp to be lit has a distance between the electrodes of 0.5 mm or more and 2.0 mm or less, and the amount of mercury enclosed per arc tube volume is 150 mg / cm 3 or more and 350 mg / cm 3 or less. Argon, krypton, or xenon is sealed as a gas at a sealing pressure of 10 kPa to 40 kPa,
A high pressure discharge lamp lighting device that performs constant power control when the lamp voltage reaches a predetermined voltage after the high pressure discharge lamp is dielectrically broken to start lighting,
Current supply means for supplying current to the high-pressure discharge lamp;
A lamp current larger than a predetermined current value is supplied in all or part of the first lighting section from the start of lighting until the lamp voltage reaches a predetermined voltage of 27 V or less, and after the first lighting section has elapsed, And a current control means for controlling the current supply means so as to supply a lamp current equal to or less than the predetermined current value in all or part of the second lighting section until switching to constant power control. Discharge lamp lighting device.
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