JP2006031971A - ランプ点灯装置及びそれを用いたプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 ランプの立ち上がりを急峻とするとともに、均一な電力をランプに印加し、均一な光点灯を可能とするランプ点灯装置を提供する。
【解決手段】 ランプ点灯装置１は、電力を供給する電力供給回路３０と、電力供給回路３０から供給される直流電圧を交流駆動電圧に変換し、該交流駆動電圧を放電ランプに印加するＡＣ駆動回路５０と、放電ランプの起動時にランプに高電圧を印加するイグナイタ回路７０とを有し、電力供給回路３０の出力端には、複数の平滑回路（３４、３５、３６、３７）が接続され、かつ、ランプ駆動時にＡＣ駆動回路と放電ランプとの間の通路に実質的なインダクターを介在させないものである。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ランプ点灯装置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ランプを点灯するためのランプ点灯装置に関する。

空間変調デバイスとして、ＤＭＤや液晶デバイスを利用し、カラー画像を表示するプロジェクタが実用化されている。ＤＭＤを利用したＤＬＰ（Digital Light Processing）方式のプロジェクタは、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）Ｂ（青）のカラーフィルターを配列したカラーホイールを用い、放電ランプからの光を回転するカラーホイールに透過させ、順次Ｒ、Ｇ、Ｂの光を半導体ミラー素子に照射し、その反射光を拡大投影することで、カラー画像の表示を行っている。

プロジェクタの光源である、放電ランプを点灯させるランプ点灯装置は、放電ランプの起動を行うイグナイタ回路と放電ランプへ安定的に電力を供給する駆動回路とを含んでいる。イグナイタ回路は過渡応答特性を有しており、放電ランプの着火時にトランスが瞬間的に約２０ＫＶ程度のパルス状の高電圧を発生し、放電ランプの電極間に放電を引き起こさせる。放電が開始されると、駆動回路は放電ランプを交流駆動し、ランプを点灯させる。

放電ランプの交流駆動時、ランプ電流の立上がりと立下りとの間に電流がゼロとなる、いわゆる転流時間が生じ、転流時間が長いと、ランプ光量に明暗が生じてしまう。この光量ムラを抑制するため、転流時間に同期させてカラーホイールを回転させている。すなわち、カラーフィルターの境界では必ずしもＲ、Ｇ、Ｂの純粋な波長を得ることができず、混在した波長が存在するため、この境界部分とランプ駆動電流の転流時間を同期させることで、転流時間による欠点を打ち消している。

しかし、放電ランプの駆動をカラーフィルターの回転に同期させることは、放電ランプを最適周波数に合わせて使用することができないことを意味し、このことは、ランプ寿命の短命化やフリッカーやアークジャンプによるチラツキ等の発生を引き起こす要因となっていた。

本発明者は、こうした問題を解決するべくランプ点灯装置を特許文献１に開示している。特許文献１のランプ点灯装置は、直流電圧を交流駆動電圧に変換して放電ランプを駆動する駆動回路を有し、駆動回路の出力端と放電ランプの電極間の電流通路に実質的なインダクターを介在させないことを特徴とするものである。

交流駆動時にインダクターを介在させないことで、放電ランプの交流電流の立上りおよび立下りを急峻にし、言い換えれば、転流時間を極力小さくし、これにより、放電ランプの交流駆動をカラーホイールと非同期で使用可能にしている。

特開２００３−２８２２８５号

しかしながら、上記特許文献１に示すランプ点灯装置には、さらに次のような課題がある。交流電源を所望の直流電源に変換するスイッチング電源を駆動回路が含む場合、駆動回路と放電ランプ間にインダクターを介在しないため、駆動回路で生じたリップルが放電ランプに直接印加されてしまうことがある。このリップルが印加されると、放電ランプの明るさにチラツキ、バラツキ等が発生し、ひいては、投射映像の画質にも悪影響を与えてしまう。

本発明は、上記課題を解決するものであり、ランプの立ち上がりを急峻とするとともに、均一な電力をランプに印加し、均一な光点灯を可能とするランプ点灯装置を提供することを目的とする。

本発明に係るランプ点灯装置は、電力を供給する電力供給回路と、電力供給回路から供給される直流電圧を交流駆動電圧に変換し、該交流駆動電圧をランプに印加する駆動回路と、ランプの起動時にランプに高電圧を印加するイグナイタ回路とを有し、電力供給回路の出力端には、複数の平滑回路が接続され、かつ、ランプ駆動時に駆動回路とランプとの間の通路に実質的なインダクターを介在させないことを特徴とする。

好ましくは、電力供給回路は、ＰＷＭ変調された矩形波信号を生成する生成回路と、当該生成回路の出力に多段接続される平滑回路とを有する。生成回路は、例えばＰＷＭ信号に応答してスイッチングするトランジスタを含む。また生成回路は、ＰＷＭ信号に接続されたトランスを含み、トランジスタは、トランスの２次側に接続され、トランスの動作に応答して動作するようにしてもよい。平滑回路は、例えば、インダクターとコンデンサを含むものである。

本発明に係るプロジェクタは、上記特徴を備えたランプ点灯装置と、ランプと、ランプからの光を少なくともＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ(青)の波長を有する光に分別する分別手段と、分別手段からの光を変調する変調手段と、変調手段によって変調された光を投射する投射手段とを有する。好ましくは、分別手段は、少なくともＲ、Ｇ、Ｂのフィルターを配置した回転可能なカラーホイールを含み、駆動回路は、カラーホイールの回転と非同期で交流駆動電圧を生成する。変調手段は、ライトバルブを含み、該ライトバルブは液晶デバイスあるいはＤＭＤである。

本発明に係るランプ点灯装置によれば、電力供給回路の出力端に複数の平滑回路を接続するようにしたので、電力供給回路から供給される電力のリップルを最小限に抑止した電力をランプに印加することができる。さらに、駆動回路とランプの間に実質的にインダクターを介在させていないため、ランプの駆動電流の立ち上がりおよび立下りを急峻に維持することができ、ランプの転流時間を減少させ、明暗の少ない明るいランプの点灯を行うことができる。このようなランプ点灯装置をプロジェクタに用いることで、均一でムラの少ない高画質な映像を投射することができる。さらに、転流時間の短いランプの点灯であれば、ランプの交流駆動を、従来のようにカラーホイールの回転と同期させる必要が無くなり、最適な周波数にてランプを駆動することができ、その結果、ランプ寿命を向上させることもできる。

本発明に係るランプ点灯装置は、好ましくはＤＬＰ方式を利用したプロジェクタに用いられる。以下、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例に係るランプ点灯装置の構成を示すブロック図である。本実施例に係るランプ点灯装置１は、交流電源１０からの交流電圧を整流・平滑化する整流・平滑化回路２０と、平滑化された直流電圧を昇圧または降圧し電力の供給を行う電力供給回路３０と、電力供給回路３０による出力電力を制御するＰＷＭ制御回路４０と、電力供給回路３０から供給される直流電圧を交流駆動電圧に変換するＡＣ駆動回路５０と、ＰＷＭ制御回路およびＡＣ駆動回路５０等を制御する制御部６０と、起動時に高電圧を放電ランプに印加するイグナイタ回路７０と、放電ランプ８０とを含む。放電ランプ８０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。

図２は、図１のランプ点灯装置の回路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を含み、さらに、多段の平滑（ＬＣ）回路を含む。ＭＯＳトランジスタ３１のゲートには、パルスパルストランス３２の二次側コイルが接続され、その一次側コイルにはＰＷＭ制御回路４０からのＰＷＭ信号４１に接続される。ＰＷＭ信号４１に応答してパルストランス３２が所定電圧を発生し、この電圧に応答してＭＯＳトランジスタ３１のオン・オフ（デューティ比）が制御され、ＰＷＭ変調された矩形波信号が生成される。

ＭＯＳトランジスタ３１の出力には、多段構成の平滑回路が接続される。インダクター（コイル）３４およびコンデンサ３５は、初段の平滑回路を構成し、インダクター３６およびコンデンサ３７は、次段の平滑回路を構成する。

ＰＷＭ変調された矩形波信号は、インダクター３４及びコンデンサ３５からなる平滑回路に加えられ、そこで平滑化される。平滑化された信号は、さらにインダクター３６およびコンデンサ３７からなる平滑回路に加えられ、そこで、電流波形のリップルまたは脈動成分が取り除かれる。インダクターは、そのインダクタンスが大きくなれば、それに比例してリップルを小さくすることができるが、その分だけコイルの形状が大きくなる。従って、インダクター３４および３６のインダクタンスは、ランプに許容されるリップルに応じて適宜選択される。

ＰＷＭ制御回路４０は、コントロールユニット４２、電力演算回路４３、増幅回路４４を含む。コントロールユニット４２は、スイッチＳＷ１が閉じられたとき動作を開始し、スイッチＳＷ１は、制御部６０からの制御信号６１によって制御される。増幅回路４４の入力は、電流検出用抵抗Ｒ１の一端に接続され、電力供給回路３０におけるランプ電流を検知し、これを電力演算回路４３へ出力する。電力演算回路４３の他方の入力には、電源ライン間を抵抗Ｒ２、Ｒ３で分割して検出したランプ電圧が入力される。コントロールユニット４２は、電力演算回路４３の演算結果に基づき電力供給回路３０の出力電力をＰＷＭ制御する。

ＡＣ駆動回路５０は、電力供給回路３０に出力に接続され、直流電圧を交流（ＡＣ）駆動電圧に変換するためのＭＯＳトランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、及びＱ４を有する。ＭＯＳトランジスタＱ１、Ｑ２と、ＭＯＳトランジスタＱ３、Ｑ４により一対のインバータを構成し、それらのゲートは、制御部６０からの駆動信号６４に接続される。ＡＣ駆動を行うとき、トランジスタＱ１、Ｑ４がオンであれば、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がオンであれば、トランジスタＱ１、Ｑ４がオフである。電力供給回路３０からの直流電圧は、トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４によりＡＣ駆動電圧に変換される。直流−交流の変換周波数は、制御部６０からの駆動信号６４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。

ＡＣ駆動回路５０の出力端には、イグナイタ回路７０が接続される。イグナイタ回路７０は、高電圧発生用のトランス７１を含み、トランス７１の一次側コイルには、トリガー素子７２、抵抗Ｒおよびダイオード７３が接続され、ダイオード７３のアノードはトランジスタＱ３、Ｑ４の出力に接続され、トリガー素子７２とトランジスタＱ１、Ｑ２の出力との間にコンデンサ７４が接続される。トランス７１の二次側コイルにはトリガー素子７５、ダイオード７６が接続され、放電ランプ８０の電極と並列にコンデンサ７７が接続されスパイク電流等のインパルスを吸収する。さらに、ＡＣ駆動回路５０のトランジスタＱ３、Ｑ４の出力と放電ランプ８０の一方の電極間の電流通路内にオン・オフ制御されるスイッチＳＷ２が接続される。トリガー素子７２、７５は、例えば、バリスタや双方向性スイッチを用いることができ、そのしきい値電圧は、放電ランプの点火時に導通し、ＡＣ駆動時に非導通する値を選定する必要がある。

制御部６０は、スイッチＳＷ１およびＳＷ２のオン、オフを制御する制御信号６１、６２と、コンバータ同期信号６３に基づきＡＣ駆動回路５０を駆動制御する駆動信号６４とを出力する。さらに制御部６０は各部の動作を制御するためのタイマー回路、シーケンス回路等を含む。

次に、図２のランプ点灯装置の動作について図３のタイミングチャートを参照して説明する。放電ランプ８０に高電圧が印加される前、スイッチＳＷ１およびＳＷ２は開いた状態にある。制御部６０の制御信号６１によりスイッチＳＷ１がオンされると（時刻ｔ１）、ＰＷＭ制御回路４０からＰＷＭ信号４１がパルストランス３２へ供給される。パルストランス３２のパルスに応答してＭＯＳトランジスタ３１のオン・オフが制御され、所定のデューティの矩形波信号が生成される。

矩形波信号は、インダクター３３およびコンデンサ３４からなる平滑回路に加えられる。ＭＯＳトランジスタ３１の出力電圧は、図３に示すように、電圧Ｖｐレベルの矩形波形状であり、これが初段の平滑回路において、直流電圧Ｖｐのほぼ一定の平滑化電圧Ｖ１となる。一方、ＭＯＳトランジスタ３１の出力電流は、最大電流値がＩｄとなる三角波を有しており、これが初段の平滑回路において、最大電流値Ｉｐの幾分脈動を含む平滑化電流Ｃ１となる。

平滑化電圧Ｖ１および平滑化電流Ｃ１はさらに、インダクター３５およびコンデンサ３７からなる次段の平滑回路に加えられる。そこで、平滑化電流Ｃ１のリップルまたは脈動成分がさらに除去され、最大電流値Ｉｐｐのリップルがほとんど除去された平滑化電流Ｃ２となる。なお、平滑化電圧Ｖ１はほとんど変化しない。

こうして、電力供給回路３０からは、約２５０−３７０ボルトの直流電圧Ｖｐが供給される。この状態にあるとき、ＡＣ駆動回路５０のトランジスタＱ２、Ｑ３は、制御部６０からの駆動信号６４に応答してオン状態であり、イグナイタ回路７０のノードＮ１は、直流電圧Ｖｐにまで上昇する。ノードＮ１からダイオード７３、抵抗を介してコンデンサ７４に電荷が蓄積され、コンデンサ７４の電極電圧がトリガー素子７２のしきい値（約２００ボルト）を越えると、トランス７１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高電圧が発生する。トリガー素子７５は、約２００ボルトのしきい値を有しおり、トリガー素子７５およびダイオード７６を介してノードＮ２に、３Ｋ−１０Ｋボルトの電圧が発生し、これが放電ランプ８０の電極に印加される。

次に、制御部６０からの制御信号６２に応答してスイッチＳＷ２がオンすると（時刻ｔ２）、放電を維持するのに十分なランプ電流が流れだし、ノードＮ１の電圧がＶｐ’に降下する。

ほぼ同時に、ＡＣ駆動回路５０は駆動信号６４により相補的に駆動され、直流電圧がＡＣ駆動流電圧に変換される。ＰＷＭ制御回路４０は、直流電圧を降下するように、ＰＷＭ信号４１を介してＭＯＳトランジスタ３１から出力される矩形波信号のデューティ比を可変する。これにより平滑化電圧Ｓ１は、直流電圧Ｖｐ１となり、平滑化電流Ｃ２は、リップルが抑制された電流Ｉｐ２、Ｉｐｐ２を生成する。

ＡＣ駆動回路５０は、直流電圧Ｖｐ１をＡＣ駆動電圧に変換し、放電ランプ８０を駆動する。放電ランプ８０のＡＣ駆動時、スイッチＳＷ２から放電ランプ８０に向かう電流は、ダイオード７６によってトランス７１へ流れるのが阻止される。これと反対方向の電流は、トリガー素子７２によってトランス７１へ流れるのが阻止される。

好ましくは、放電初期時のランプ動作電圧が低いため、ＰＷＭ制御回路４０は、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。

本実施例の場合、交流駆動時にＡＣ駆動回路５０と放電ランプ８０との間の電流通路には実質的にインダクターが介在しないため、ランプ駆動電流の立上がりと立下り時間（転流時間）は極力短かくなる。このため、転流期間における放電ランプの光量の低下はほとんど無視することができるレベルとなる。その結果、従来のように転流時間をカラーホイールの駆動や、映像信号及び画像信号のデジタル処理時間とタイミングの同期を取る必要はなくなり、放電ランプのＡＣ駆動でありながら、実質的にはＤＣ駆動と同じように使用することが可能となり、設計の自由度が増す。同時に、放電ランプの最適な駆動周波数を選択することが可能となり、ランプの寿命やフリッカーの発生の抑制に適した周波数を選ぶことができる。この場合、制御部６０からのパルス駆動信号６４の周波数を変えることによってＡＣ駆動回路５０、すなわち放電ランプの駆動周波数を調整することができる。

さらにイグナイタ回路７０は、トランス７１の二次側コイルとコンデンサ７７とを放電ランプ８０の電極と並列に接続させたＤＣ電圧着火であるため、放電ランプ８０への印加電圧も約３Ｋ−１０Ｋボルトでよく、この電圧は、トランスと放電ランプとを直列に接続した場合に必要とされる数十ＫＶの高電圧よりもかなり小さくすることができる。このため、耐圧の低いコンデンサ等を用いることができるため、イグナイタ回路を小さくコンパクトにすることができる。

放電ランプ８０の駆動電流の立ち上がりおよび立ち下がりを急峻にするための回路構成として、図４に示すものであってもよい。図４の構成は、スイッチＳＷ２と並列にダイオード７８を設けている。スイッチＳＷ２がオンする前のランプ放電が開始された直後に、ダイオード７８を介して即座にランプ電流を供給することができる。ランプ電流の供給を即座に行うことで、ランプのグロー放電期間を短くすることができ、安定したランプの点灯に至るまでの時間を短縮することができる。

以上、本発明の実施例について説明したが、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。例えば、上記実施例では、電力供給回路３０に２段構成の平滑回路を設けたが、これ以上の段数の平滑回路を設けるものであってもよい。さらに、ＡＣ駆動回路やイグナイタ回路も一例であって、これ以外の回路構成であってもよい。

本発明に係るランプ点灯装置は、好ましくはＤＭＤや液晶等を変調装置として利用したプロジェクタに用いることができる。プロジェクタは、前面投射型プロジェクタあるいは背面投射型プロジェクタなどであってもよい。

本発明の実施例に係るランプ点灯装置の構成を示すブロック図である。 図１のランプ点灯装置の回路構成を示す図である。 ランプ点灯装置の動作を示すタイミングチャートである。 図１のランプ点灯装置の変形を示す図である。

符号の説明

１：ランプ点灯装置 １０：交流電源
２０：平滑回路 ３０：電力供給回路
４０：ＰＷＭ制御回路 ５０：ＡＣ駆動回路
６０：制御部 ７０：イグナイタ回路
８０：放電ランプ

Claims (11)

1. 電力を供給する電力供給回路と、
   電力供給回路から供給される直流電圧を交流駆動電圧に変換し、該交流駆動電圧をランプに印加する駆動回路と、
   ランプの起動時にランプに高電圧を印加するイグナイタ回路とを有し、
   前記電力供給回路の出力端に複数の平滑回路が接続され、かつ、ランプ駆動時に駆動回路とランプとの間の通路に実質的なインダクターを介在させないことを特徴とする、ランプ点灯装置。
2. 電力供給回路は、ＰＷＭ変調された矩形波信号を生成する生成回路と、当該生成回路の出力に多段接続される平滑回路とを有する、請求項１に記載のランプ点灯装置。
3. 前記生成回路は、ＰＷＭ信号に応答してスイッチングするトランジスタを含む、請求項２に記載のランプ点灯装置。
4. 前記生成回路は、ＰＷＭ信号に接続されたトランスを含み、前記トランジスタは、トランスの動作に応答して動作する、請求項３に記載のランプ点灯装置。
5. 平滑回路は、インダクターとコンデンサを含む、請求項１に記載のランプ点灯装置。
6. 駆動回路は、駆動信号に応答して交番駆動されるトランジスタを含み、該トランジスタの出力とランプとの間にスイッチが接続され、スイッチが閉じられたとき、交流駆動電圧がランプに印加される、請求項１に記載のランプ点灯装置。
7. イグナイタ回路により高電圧をランプに印加するとき、スイッチは開いている、請求項６に記載のランプ点灯装置。
8. イグナイタ回路は、高電圧発生用のトランスを含み、該トランスはランプと並列に接続される、請求項１に記載のランプ点灯装置。
9. 請求項１ないし８いずれか１つに記載のランプ点灯装置と、
   ランプと、
   ランプからの光を少なくともＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ(青)の波長を有する光に分別する分別手段と、
   分別手段からの光を変調する変調手段と、
   変調手段によって変調された光を投射する投射手段と、
   を有するプロジェクタ。
10. 分別手段は、少なくともＲ、Ｇ、Ｂのフィルターを配置した回転可能なカラーホイールを含み、前記駆動回路は、カラーホイールの回転と非同期で交流駆動電圧を生成する、請求項９に記載のプロジェクタ。
11. 変調手段は、ライトバルブを含み、該ライトバルブは液晶デバイスあるいはＤＭＤである請求項９に記載のプロジェクタ。

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