JP2006253008A - 放電ランプのフリッカー抑圧装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の放電ランプのフリッカー抑圧装置では、放電ランプのフリッカーを抑圧するために、放電ランプの状態変化にあわせて、印可するする磁界ベクトルの強さを常に調整し続ける必要であり、また、磁界ベクトルの強さの調整は、フリッカーの発生する状態を観測しながら、行う必要があるため、フリッカーが無い状態に調整することは不可能である課題があった。
【解決手段】放電ランプ２のアークに、管理された回転磁界ベクトルを印可することにより、輝度の揺らぎの周波数を人間の検知できない周波数にすることにより、光源の輝度の揺らぎを人間が感じることを抑制することで、磁界ベクトルの強さの調整が不要である放電ランプのフリッカー抑圧装置を提供することを実現する。
【選択図】図１

Description

本発明は、プロジェクタの光源などに使用される、放電ランプの光をリフレクタにより反射させて出力する光源の、放電ランプのフリッカーを抑圧する装置に関するものである。

近年、プロジェクタの光源として、放電ランプの光をリフレクタにより反射させて出力するものが、一般的に用いられている。この光源から出力される光の強度は、放電ランプのアーク位置の揺らぎにより、時間とともに変化する。この現象は、フリッカーとして知られている。この光源のフリッカーが発生すると、プロジェクタの出力光が、光源のフリッカーに伴って変化し、投射する画像の輝度がちらつくため、従来、このフリッカーを低減する方法が検討されてきた。

以下に従来の放電ランプのフリッカー抑圧装置について説明する。

従来、放電ランプのフリッカー抑圧装置は、特許文献１に記載されたものが知られている。その従来の放電ランプのフリッカー抑圧装置の全体構成図を図７に示す。図７において、電源回路２０は、イグナイタ２１、直流安定化回路２２、電流計２３、コントローラ２４、コンデンサ２５、コイル２６から構成され、放電灯３７を点灯する。磁界発生装置３０はコイルＡ３１、コイルＢ３２、直流電流源３３で構成され磁界を発生する。また放電灯３７は陰極３４、陽極３５、石英管３６から成る。

以上の様に構成された従来の放電ランプのフリッカー抑圧装置について、以下その動作について説明する。

コイルＡ３１およびコイルＢ３２は、それらのコイルが発生する磁界が、放電灯３７のアークの中央位置で直行するように配置されており、アーク中央位置の磁界は、コイルＡ３１およびコイルＢ３２が発生する磁界ベクトルの合成となる。直流電流源３３から供給する直流電流を調節することで、コイルＡ３１およびコイルＢ３２が発生する磁界ベクトルの強さを調整し、放電灯３７のアークの中央位置に、アークに対する角度と強さが任意の磁界ベクトルを発生させることができる。アークは電子流であるため、その流れと直交した磁界を印可されたとき、磁界と直交する方向に力を受ける。コイルＡ３１およびコイルＢ３２が発生する磁界ベクトルの強さを調整することで、アークの位置を調整することができ、フリッカーの状態を見ながら、フリッカーの発生が少ない位置にアークを移動させることにより、フリッカーの発生を低減する。
特開平９−２８３０８７号公報

しかしながら、前記の従来の構成では、放電灯３７を使用するにつれて、フリッカーの発生が少ないアークの位置が、刻一刻と変化するため、コイルＡ３１およびコイルＢ３２が発生する磁界ベクトルの強さを常に調整し続ける必要がある課題がある。

また、磁界ベクトルの強さの調整は、フリッカーの発生する状態を観測しながら、行う必要があるため、フリッカーが全く無い状態に調整することは不可能である課題があった。フリッカーは、人間が輝度の揺らぎとして検知できることが課題であり、その周波数を安定に高くすることができれば、人間が輝度の揺らぎを検知できなくなるため、課題が解決されるが、従来の構成では、直流電流源３３により設定された一定の電流を、コイルＡ３１およびコイルＢ３２に供給することで、一定の磁界を印可する仕組みであるため、フリッカーの周波数を制御することはできなかった。

本発明は前記従来の問題点を解決するもので、磁界ベクトルの強さを調整する必要が無く、またフリッカーを人間が検知できない状態を実現できる、放電ランプのフリッカー抑圧装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載の本発明は、
光を放出する放電ランプと、
前記放電ランプの光を反射して出力するリフレクタと、
前記放電ランプの電極と平行に配置したコイルＡ、
前記放電ランプの電極と平行かつ前記コイルＡと直角に配置したコイルＢ、
前記コイルＢと平行に配置したコイルＣ、
前記コイルＡと平行に配置したコイルＤとで構成した磁界発生手段と、
前記コイルＡと前記コイルＤとを直列に接続したものに電流を供給するコイル駆動回路Ａと、
前記コイルＢと前記コイルＣとを直列に接続したものに電流を供給するコイル駆動回路Ｂと、
前記コイル駆動回路Ａと前記コイル駆動回路ＢにＳＩＮ関数およびＣＯＳ関数の交流波形を供給する交流電流発生回路と、
を備え、
前記コイルＡと前記コイルＤが発生する磁界が、前記放電ランプのアークと直交し、
前記コイルＢと前記コイルＣが発生する磁界が、前記放電ランプのアークと、前記コイルＡと前記コイルＤが発生する磁界との両方に直交し、
かつ、前記コイルＡと前記コイルＤが発生する磁界がＳＩＮ関数、前記コイルＡと前記コイルＤが発生する磁界がＣＯＳ関数で変化するようにすることで、前記放電ランプの電極に直交する回転磁界を供給するように構成したものであり、
回転磁界によりアークを周期的に振らせ、またその周波数を、人間が光源の輝度変化を感じやすい周波数よりも高く設定することにより、人間が光源の輝度の変化を感じないようにすることにより、磁界ベクトルの強さを調整する必要が無く、またフリッカーによる輝度の揺らぎを人間が検知できない状態を実現できる、放電ランプのフリッカー抑圧装置を提供するという作用を有する。

前記コイルＡと前記コイルＤ、及び、前記コイルＢと前記コイルＣとを並列に接続しても同様の作用がある。

本発明の請求項２に記載の本発明は、本発明の請求項１に記載の放電ランプのフリッカー抑圧装置において、前記磁界発生手段を略コの字型に形成した磁性体コアＡと、コイルＡと、前記磁性体コアＡに直交して配置した略コの字型に形成した磁性体コアＢと、コイルＢにより構成し、前記放電ランプのアークに直交する回転磁界を供給することを特徴とするものであり、
回転磁界によりアークを周期的に振らせ、またその周波数を、人間が光源の輝度変化を感じやすい周波数よりも高く設定することにより、人間が光源の輝度の変化を感じないようにすることにより、磁界ベクトルの強さを調整する必要が無く、またフリッカーによる輝度の揺らぎを人間が検知できない状態を実現できる、放電ランプのフリッカー抑圧装置を提供するという作用を有する。

以上のように、磁界ベクトルの強さを調整する必要が無く、また光源の輝度変化を人間が検知できない状態を実現できる、放電ランプのフリッカー抑圧装置を提供できるという優れた効果が得られる。

以下では、本発明の実施の形態について、図１及び図３、図５、図６を用いて説明する。

（実施の形態１）
図１は実施の形態１における放電ランプのフリッカー抑圧装置の構成を示す図である。図１において、１はリフレクタ、２は放電ランプ、３はコイルＡ、４はコイルＢ、５はコイルＣ、６はコイルＤ、７はコイル駆動回路Ａ、８はコイル駆動回路Ｂ、９は交流電流発生回路である。

図３は、コイルＡ３、コイルＢ４、コイルＣ５、コイルＤ６が発生する磁界と、それらを合成した結果の磁界Ｂ、及び磁界Ｂと放電ランプ２との位置関係を示す図である。

図５は、放電ランプ２の電極と、その放電ランプ２に発生するアークの詳細を示す図である。

図６は、本発明の放電ランプのフリッカー抑圧装置が放電ランプ２のアークに及ぼす作用を説明する図である。

図１において、交流発生回路９は、９０度位相の異なった交流波形、すなわち、ＳＩＮ関数及びＣＯＳ関数に従った波形を発生し出力する、コイル駆動回路７及びコイル駆動回路８は交流発生回路９の出力を増幅し、コイルＡ３、コイルＤ６を直列に接続したもの、及びコイルＢ４、コイルＣ５、を直列に接続したものにそれぞれ、ＳＩＮ関数及びＣＯＳ関数に従った電流を供給する。

図３（ａ）に示すように、コイルＢ４、コイルＣ５が発生する磁界Ｈ及び、図３（ｂ）に示すようコイルＡ３、コイルＤ６が発生する磁界Ｂが、ランプ２のアークの中心位置で直交する位置になるように、コイルＡ３、コイルＢ４、コイルＣ５、コイルＤ６は設置されている。コイルＡ３、コイルＢ４、コイルＣ５、コイルＤ６が発生する磁界の合成結果は図３（ｃ）のＢに示すベクトルになり、磁界ベクトルＢと放電ランプ２の位置関係は、図３（ｄ）に示すようになる。

図５（ａ）は、放電ランプ２の電極と、その放電ランプ２に発生するアークの詳細を示す図である。一般的に、直流ランプは図５（ａ）に示すように、太い陽極と細い陰極、交流ランプは同一の２つの対向した電極を持つ構造である。

直流ランプの場合、図５（ａ）の直流放電ランプの電極に示すように、点灯時間の経過に伴って、陽極に複数の突起が成長する。図５（ａ）の直流放電ランプの電極には、突起Ａ及び突起Ｂなる２つの突起が成長した状態を示している。アークは、突起に向かって飛びやすい性質があるため、この場合、突起Ａと陰極間、または突起Ｂと陰極間でアーク放電する２つの安定した状態が生じることとなる。アークは１つのランプに１つしか存在しないため、直流放電ランプの点灯中に、突起Ａと陰極間、または突起Ｂと陰極間をアークが移動する、いわゆるアークジャンプ現象が不定期に発生する。この不定期なアークジャンプにより、図１に示す放電ランプ２のアークの位置と、図１に示すリフレクタ１の相対位置が不定期に変動することになり、リフレクタ１が放電ランプ２の光を集光する効率が不定期に変動し、それが出力光強度の不定期な揺らぎになる。

図５（ｂ）に示す交流放電ランプの電極についても同様の現象が発生し、同じく出力光強度の不定期な揺らぎを発生する。図５（ｂ）に示すようにコイルＢ４、コイルＣ５による磁界ベクトルＨとコイルＡ３、コイルＤ６による磁界ベクトルＶは、直交しかつそれぞれＳＩＮ関数及びＣＯＳ関数に従って変化するため、その合成ベクトルである磁界ベクトルＢは、放電ランプ２の陰極及び陽極を結んだ線を軸とした回転磁界ベクトルとなる。

図６（ａ）（ｂ）に図５で示したベクトル磁界Ｂと放電ランプ２との位置関係を示す。アークは電子の流れすなわち電流Ｉであり、磁界ベクトルＢはその電流に直交するため、アークは磁界ベクトルＢに直交した力Ｆを受ける。また磁界ベクトルＢは放電ランプ２の陰極及び陽極を結んだ線を軸とした回転磁界ベクトルであるため、図６に示すようにアークは磁界ベクトルＢによる力によって、陽極の上を、陰極を頂点とした円錐状に回転移動することとなる。磁界ベクトルＢが回転する周波数は、交流波形発生回路９が出力する波形の周波数と一致する、この周波数を、人間がフリッカーを感じにくい周波数まで高く設定することにより、フリッカーを人間が検知できない状況にすることが可能である。

すなわち、ランプ２の点灯時間の経過に伴って発生する、不定期な光出力の揺らぎを、ランプ２のアークに、管理された回転磁界ベクトルを印可することにより、輝度の揺らぎの周波数を人間の検知できない周波数にすることが可能となり結果として、光源の輝度の揺らぎが問題とならなくなる。

なお、本実施の形態ではコイルＡ〜Ｄの４個のコイルとこれらにＳＩＮ関数およびこれと９０度位相の異なるＣＯＳ関数の交流波形を供給することで回転磁界を発生させているが、６個３組のコイルと互いに１２０度位相の異なる３相交流波形を供給することで回転磁界を発生させることも可能である。さらに８個４組のコイルと互いに９０度位相の異なる４相ＳＩＮ波波形など、偶数個のコイルと互いに位相の異なる多相ＳＩＮ波波形を供給することでも回転磁界の発生は可能である。

（実施の形態２）
図２は実施の形態２における放電ランプのフリッカー抑圧装置の構成を示す図である。

図２において、１はリフレクタ、２は放電ランプ、１０は略コの字型に形成した磁性体コアＡ、１１はコイルＡ、１２は略コの字型に形成した磁性体コアＢ、１３はコイルＢ、７はコイル駆動回路Ａ、８はコイル駆動回路Ｂ、９は交流電流発生回路である。

図４は磁性体コアＡ１０とコイルＡ１１とにより構成された磁界発生手段Ａと、磁界発生手段Ａにより発生する磁界Ｈと、同様に磁性体コアＢ１２とコイルＢ１３により構成された磁界発生手段Ｂと、磁界発生手段Ｂにより発生する磁界Ｖとの位置関係を示す図（図４（ａ））、磁界Ｈ、磁界Ｖを合成した磁界Ｂの位置関係を示す図（図４（ｂ））、及び磁界Ｂと放電ランプ２との位置関係を示す図（図４（ｃ））である。

磁界発生手段Ａが発生する磁界Ｈと、磁界発生手段Ｂが発生する磁界Ｖを合成した磁界ベクトルＢは、実施の形態１におけるコイルＡ３、コイルＢ４、コイルＣ５、コイルＤ６が発生する磁界と同様であり、ランプ２の点灯時間の経過に伴って発生する不定期な光出力の揺らぎを放電ランプ２に管理された回転磁界ベクトルを印可することにより、輝度の揺らぎの周波数を人間の検知できない周波数にすることが可能となり、結果として、光源の輝度の揺らぎが問題とならなくなる。

なお、本実施の形態では２組の磁性体コアとコイルにＳＩＮ関数およびこれと９０度位相の異なるＣＯＳ関数の交流波形を供給することで回転磁界を発生させているが、３組の磁性体コアとコイルに互いに１２０度位相の異なる３相交流波形を供給することで回転磁界を発生させることも可能である。さらに４組の磁性体コアとコイルに互いに９０度位相の異なる４相ＳＩＮ波波形など、偶数組の磁性体コアとコイルに互いに位相の異なる多相ＳＩＮ波波形を供給することでも回転磁界の発生は可能である。

また、回転磁界を発生する方法として、多極マグネットとモータを連結して回転磁界を発生させる方法など上記以外の方法に限るものではないことは言うまでもない。

本発明にかかる放電ランプのフリッカー抑圧装置は、ランプ２の点灯時間の経過に伴って発生する不定期な光出力の揺らぎを、放電ランプ２に管理された回転磁界ベクトルを印可することにより、輝度の揺らぎの周波数を人間の検知できない周波数にすることにより、光源の輝度の揺らぎを人間が検知できなくすることが可能な、放電ランプのフリッカー抑圧装置を提供するという作用を有し、放電ランプを光源としたプロジェクタ装置に有用である。

本発明の実施の形態１の放電ランプのフリッカー抑圧装置の構成を示す図 本発明の実施の形態２の放電ランプのフリッカー抑圧装置の構成を示す図 本発明の実施の形態１のコイルが発生する磁界と、それらを合成した磁界Ｂ及び放電ランプとの位置関係を示す図 本発明の実施の形態２の磁界発生手段Ａと磁界発生手段Ｂとが発生する磁界と放電ランプとの位置関係を示す図 放電ランプの電極とアークの詳細を示す図 本発明の放電ランプのフリッカー抑圧装置が放電ランプのアークに及ぼす作用を説明する図 従来の放電ランプのフリッカー抑圧装置の構成を示す図

符号の説明

１ リフレクタ
２ 放電ランプ
３ コイルＡ
４ コイルＢ
５ コイルＣ
６ コイルＤ
７ コイル駆動回路Ａ
８ コイル駆動回路Ｂ
９ 交流電流発生回路
１０ 略コの字型に形成した磁性体コアＡ
１１ コイルＡ
１２ 略コの字型に形成した磁性体コアＢ
１３ コイルＢ
２０ 電源回路
２１ イグナイタ
２２ 直流安定化回路
２３ 電流計
２４ コントローラ
２５ コンデンサ
２６ コイル
３０ 磁界発生装置
３１ コイルＡ
３２ コイルＢ
３３ 直流電流源
３４ 陰極
３５ 陽極
３６ 石英管
３７ 放電灯

Claims (2)

1. 光を放出する放電ランプと、
   前記放電ランプの光を反射して出力するリフレクタと、
   前記放電ランプの電極と平行に配置したコイルＡ、
   前記放電ランプの電極と平行かつ前記コイルＡと直角に配置したコイルＢ、
   前記コイルＢと平行に配置したコイルＣ、
   前記コイルＡと平行に配置したコイルＤとで構成した磁界発生手段と、
   前記コイルＡと前記コイルＤとを直列に接続したものに電流を供給するコイル駆動回路Ａと、
   前記コイルＢと前記コイルＣとを直列に接続したものに電流を供給するコイル駆動回路Ｂと、
   前記コイル駆動回路Ａと前記コイル駆動回路ＢにＳＩＮ関数およびＣＯＳ関数の交流波形を供給する交流電流発生回路と、
   を備え、
   前記コイルＡと前記コイルＤが発生する磁界が、前記放電ランプのアークと直交し、
   前記コイルＢと前記コイルＣが発生する磁界が、前記放電ランプのアークと、前記コイルＡと前記コイルＤが発生する磁界との両方に直交し、
   かつ、前記コイルＡと前記コイルＤが発生する磁界がＳＩＮ関数、前記コイルＡと前記コイルＤが発生する磁界がＣＯＳ関数で変化するように構成することで、前記放電ランプのアークに電極に直交する回転磁界を供給することを特徴とする放電ランプのフリッカー抑圧装置。
2. 前記磁界発生手段を略コの字型に形成した磁性体コアＡと、コイルＡと、前記磁性体コアＡに直交して配置した略コの字型に形成した磁性体コアＢと、コイルＢにより構成し、
   前記放電ランプのアークに直交する回転磁界を供給することを特徴とする請求項１に記載の放電ランプのフリッカー抑圧装置。
   
   

Images