JP2007005217A - 放電灯点灯装置及び画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高圧放電灯をインバータ回路により点灯させる放電灯点灯装置において、始動性の悪化を招くことなく、ランプ寿命を改善し、小型化・コストダウンを可能とする。
【解決手段】直流電源１をコンバータ回路２に入力して電力制御を行い、該コンバータ回路２の出力をインバータ回路３に入力し、該インバータ回路３の出力端に放電灯Ｌａを接続して定常時には矩形波点灯せしめる放電灯点灯装置において、インバータ回路３の出力端にインダクタＬ２を介して放電灯Ｌａを接続し、放電灯ＬａとインダクタＬ２の直列回路にコンデンサＣ２を並列接続する。少なくとも始動時にはインバータ回路３を高周波動作させて放電開始までの間は放電灯Ｌａに高周波の略矩形波電圧を印加する。
【選択図】図１

Description

本発明は高圧放電灯をインバータ回路により点灯させる放電灯点灯装置及びこれを用いた画像表示装置に関するものである。

近年、メタルハライドランプ等の高輝度放電灯が各種光源として普及し始めており、その点灯装置の小型軽量化を求められている。例えば、特許文献１（特開平５−３６４８４号公報）に記載されているように、インバータ回路を用いた矩形波点灯方式を用いることにより、点灯装置の小型軽量化が進められている。

図７は従来の一般的な放電灯点灯装置の回路図である。直流電源１から供給される電圧をコンバータ回路２により制御し、コンバータ回路２の出力端にインバータ回路３を備え、インバータ回路３の出力端に、放電灯Ｌａと、それに並列に接続されたコンデンサＣ２および直列に接続されたインダクタＬ２を有する。始動時には、放電灯Ｌａに印加させる高周波電圧を、放電灯Ｌａに並列に接続されたコンデンサＣ２と直列に接続されたインダクタＬ２により共振させることにより、放電灯Ｌａの両端にコンバータ回路２の出力電圧以上の高電圧を印加させていた。

また、図８のように、図７で示した回路にパルストランスＰＴを用いたイグナイタ回路４を追加し、起動前の放電灯Ｌａに共振電圧に加えて更に高電圧パルスを重畳させる場合もある。
特開平５−３６４８４号公報

しかし、図７または図８の回路構成であると、インダクタＬ２とコンデンサＣ２の共振作用により、放電灯Ｌａがブレイクダウンし、インバータ回路３が高周波で動作している間の放電灯Ｌａに流れる高周波電流に、図９で示すように、インダクタＬ２とコンデンサＣ２による共振による振動電流が重畳されて流れることになり、始動性の悪化を招いたり、ランプ寿命への影響が懸念される。また、このインダクタＬ２により点灯装置の大型化を招き、コスト・サイズ的にデメリットになっていた。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、高圧放電灯をインバータ回路により点灯させる放電灯点灯装置において、始動性の悪化を招くことなく、ランプ寿命を改善し、小型化・コストダウンを可能とすることを課題とするものである。

請求項１の発明によれば、図１に示すように、直流電源１をコンバータ回路２に入力して電力制御を行い、該コンバータ回路２の出力をインバータ回路３に入力し、該インバータ回路３の出力端に放電灯Ｌａを接続して定常時には矩形波点灯せしめる放電灯点灯装置において、少なくとも始動時には前記インバータ回路３を高周波動作させて放電開始までの間は放電灯Ｌａに高周波の略矩形波電圧（図２（ｂ）参照）を印加することを特徴とするものである。

請求項２の発明によれば、図１に示すように、前記インバータ回路３の出力端にインダクタＬ２を介して放電灯Ｌａを接続し、放電灯ＬａとインダクタＬ２の直列回路にコンデンサＣ２を並列接続したことを特徴とするものである。

請求項３の発明によれば、図４に示すように、始動時にインバータ回路３の出力に高電圧パルスを重畳させて放電灯Ｌａに印加するイグナイタ回路４を有することを特徴とするものである。

請求項４の発明によれば、図４に示すように、前記イグナイタ回路４は、パルストランスＰＴを備え、該パルストランスＰＴの二次巻線を介して前記インバータ回路３の出力端に放電灯Ｌａを接続し、放電灯ＬａとパルストランスＰＴの二次巻線の直列回路にコンデンサＣ２を並列接続したことを特徴とするものである。

請求項５の発明によれば、図６に示すように、放電灯点灯装置２０と、この放電灯点灯装置２０により点灯される高圧放電灯Ｌａと、この高圧放電灯Ｌａからの出力光を透過または反射せしめる画像表示素子２２と、画像表示素子２２を介する透過光または反射光を投影する光学系２３とを有する画像表示装置としたものである。

請求項１の発明によれば、インバータ回路の出力端に放電灯を接続して定常時には矩形波点灯せしめる放電灯点灯装置において、少なくとも始動時にはインバータ回路を高周波動作させて放電開始までの間は放電灯に高周波の略矩形波電圧を印加するものであるから、放電灯が放電開始した後、定常時の矩形波点灯に移行するまでの間に放電灯に流れる高周波電流にインダクタとコンデンサによる共振による振動電流が重畳されて流れることがなく、この振動電流による始動性の悪化やランプ寿命への影響を回避できる。

請求項３の発明によれば、始動時にインバータ回路の出力に高電圧パルスを重畳させて放電灯に印加するイグナイタ回路を備えるので、共振作用を用いなくても放電開始させることができ、さらに、請求項４の発明によれば、このイグナイタ回路のパルストランスの二次巻線のインダクタンス成分を利用して、放電灯が放電開始した後、定常時の矩形波点灯に移行するまでの間に放電灯に流れる高周波電流を三角波電流とすることができるので、放電灯と直列に接続されるインダクタを省略することができ、小型化・コストダウンが可能となる。一方、請求項２の発明によれば、放電灯が放電開始した後、定常時の矩形波点灯に移行するまでの間に放電灯に流れる高周波電流を三角波電流とするためのインダクタを放電灯と直列に接続したので、始動性能が良好となるようにインダクタンス値を設計することができ、始動性が良くなる。

（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態に係る高圧放電灯点灯装置の回路図である。直流電源１にコンバータ回路２が接続され、コンバータ回路２の出力端に、一対のスイッチング素子Ｑ２、Ｑ３の直列回路と、他の一対のスイッチング素子Ｑ４、Ｑ５の直列回路が並列的に接続されている。スイッチング素子Ｑ２とＱ３の接続点には、放電灯Ｌａの一端が接続されており、この放電灯Ｌａの他端に一端を直列に接続されたインダクタＬ２を備えている。このインダクタＬ２の他端は、スイッチング素子Ｑ４、Ｑ５の接続点に接続されている。放電灯ＬａとインダクタＬ２の直列回路と並列に、コンデンサＣ２が接続されている。放電灯Ｌａとしては、例えば、メタルハライドランプのような高圧放電灯が用いられる。

コンバータ回路１は、スイッチング素子Ｑ１とインダクタＬ１とダイオードＤ１を備えており、ここでは降圧チョッパ回路の構成を備えている。コンバータ回路１の出力電圧は抵抗Ｒ１，Ｒ２により検出され、出力電流は抵抗Ｒ３により検出され、検出された電圧・電流を演算回路６により演算した結果に基づいて、ＰＷＭ制御回路７によりスイッチング素子Ｑ１が高周波でオン・オフ駆動される。これにより、放電灯Ｌａの状態に応じて、直流電源１の出力電圧を電圧変換した直流電圧がコンデンサＣ１に充電される。ここで、直流電源１は、例えば、商用交流電源を昇圧チョッパ回路により整流・平滑した直流電圧であっても良い。また、コンバータ回路１は直流電源１を電圧変換できる回路であれば良い。

インバータ回路３は、４個のスイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５で構成されたフルブリッジ回路であり、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ５がオン、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４がオフの状態と、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ５がオフ、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４がオンの状態とが交番することにより、入力直流電圧を交流電圧に変換して出力する。

ドライブ回路５は、インバータ回路３のスイッチング素子Ｑ２、Ｑ３とスイッチング素子Ｑ４、Ｑ５のオン・オフ制御を行う。放電灯Ｌａが放電を開始する前、ドライブ回路５は、インバータ回路３を数ｋＨｚ〜数百ｋＨｚの高周波にて動作させ、定常動作時には低周波にて動作させる。図２（ａ）は無負荷動作時の放電灯に印加される電圧波形を示す。図２（ｂ）は無負荷動作時の高周波動作期間の時間軸を拡大した波形であり、放電灯Ｌａには高周波の矩形波電圧が印加されていることが分かる。

ランプＤＬが放電を開始すると、その後、定常点灯時の制御（低周波の矩形波点灯）に移行するまでの間、インダクタＬ２とランプインピーダンスＺから成る合成インピーダンスで決まる高周波電流が放電灯Ｌａに流れる。図３（ａ）は放電灯Ｌａがブレイクダウンした後、放電灯Ｌａに流れる電流波形を示す。図３（ｂ）は高周波動作期間の時間軸を拡大した波形であり、放電灯Ｌａには高周波の三角波電流が流れていることが分かる。

このように、本実施形態では、無負荷時には図２のようなコンバータ回路２の出力電圧と略同等の振幅の高周波の矩形波電圧を放電灯Ｌａに印加し、放電灯Ｌａがブレイクダウンすると、図３のような略三角波形の高周波電流を放電灯Ｌａに流すものである。

本実施形態では、放電灯ＬａとインダクタＬ２の直列回路に並列に接続されたコンデンサＣ２に対して直列に共振を行うようなインダクタンス素子が入らない、またはインダクタンス素子を入れたとしても、共振条件が数Ｈｚといった、非常に低い周波数において共振条件を持つインダクタンス成分しか持たないことが特徴である。このように、コンデンサＣ２と直列にインダクタンス素子が無いか、または、共振条件が数Ｈｚといった、非常に低い周波数において共振条件となる程度のインダクタンス成分しか持たないため、放電灯Ｌａに流れる高周波電流は、略三角波形となる（図３（ｂ）参照）。

なお、定常点灯時には、例えば、画像表示装置のフレームに同期してインバータ回路３の出力電圧を交番させることにより、画像のちらつきを生じさせることなく、放電灯Ｌａの各電極の温度を均等化するように制御することが一般的である（図３（ａ）の定常動作）。

（実施の形態２）
図４は本発明の第２の実施の形態に係る高圧放電灯点灯装置の回路図である。コンバータ回路１の出力電圧と略同等の振幅の矩形波電圧（図２（ｂ）参照）を放電灯Ｌａに印加しただけでは、放電灯Ｌａがブレイクダウンしない場合に、図５に示すように、イグナイタ回路４により矩形波電圧に高電圧パルスを重畳させ、放電灯Ｌａをブレイクダウンさせる。イグナイタ回路４は、昇圧用のパルストランスＰＴと、このパルストランスＰＴの一次巻線（低圧側巻線）に起動時にパルス電圧を印加するパルス発生回路（図示せず）とから構成され、パルストランスＰＴの二次巻線（高圧側巻線）に高電圧パルスを発生せしめるものである。

図４の構成では、イグナイタ回路４のパルストランスＰＴの二次巻線を放電灯Ｌａに直列に接続し、その直列回路に対して並列にコンデンサＣ２を接続しているため、コンデンサＣ２とイグナイタ回路４のパルストランスＰＴの二次巻線のインダクタンス成分とが共振することはなく、ブレイクダウン後に放電灯Ｌａに流れる高周波電流は略三角波形（図３（ｂ）参照）となる。また、図１の構成に比べると、インダクタＬ２を省略できるので、小型化・コストダウンが可能となる。

（実施の形態３）
図６は本発明の第３の実施の形態に係る画像表示装置の概略構成図である。この装置は、リフレクタ２１を備えた高圧放電ランプＬａと、上述の第１または第２の実施形態の放電灯点灯装置２０と、画像を表示する画像表示素子２２と、画像表示素子２２からの光を集光してスクリーンに投射する光学系２３と、これらの構成要素を収納するケース（図示せず）を備えた画像表示装置である。画像表示素子２２は透過型であっても良いし、反射型であっても良い。

本発明の高圧放電灯点灯装置を用いた画像表示装置はランプを長寿命化することができるので、ランプ交換の回数を減らすことができる。また、図４の点灯装置では、インダクタＬ２を省略できるので、小型化・コストダウンが可能となる。

本発明の第１の実施の形態に係る高圧放電灯点灯装置の回路図である。 図１の点灯装置のブレイクダウン前の動作波形図である。 図１の点灯装置のブレイクダウン後の動作波形図である。 本発明の第２の実施の形態に係る高圧放電灯点灯装置の回路図である。 図４の点灯装置のブレイクダウン前の動作波形図である。 高圧放電灯点灯装置を用いた画像表示装置の概略構成図である。 従来例１の回路図である。 従来例２の回路図である。 従来例の課題を説明するための波形図である。

符号の説明

１ 直流電源
２ コンバータ回路
３ インバータ回路
４ イグナイタ回路
Ｌａ 放電灯
Ｌ２ インダクタ
Ｃ２ コンデンサ

Claims (5)

1. 直流電源をコンバータ回路に入力して電力制御を行い、該コンバータ回路の出力をインバータ回路に入力し、該インバータ回路の出力端に放電灯を接続して定常時には矩形波点灯せしめる放電灯点灯装置において、少なくとも始動時には前記インバータ回路を高周波動作させて放電開始までの間は放電灯に高周波の略矩形波電圧を印加することを特徴とする放電灯点灯装置。
2. 請求項１において、前記インバータ回路の出力端にインダクタを介して放電灯を接続し、放電灯とインダクタの直列回路にコンデンサを並列接続したことを特徴とする放電灯点灯装置。
3. 請求項１または２において、始動時にインバータ回路の出力に高電圧パルスを重畳させて放電灯に印加するイグナイタ回路を有することを特徴とする放電灯点灯装置。
4. 請求項３において、前記イグナイタ回路は、パルストランスを備え、該パルストランスの二次巻線を介して前記インバータ回路の出力端に放電灯を接続し、放電灯とパルストランスの二次巻線の直列回路にコンデンサを並列接続したことを特徴とする放電灯点灯装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の放電灯点灯装置と、この放電灯点灯装置により点灯される高圧放電灯と、この高圧放電灯からの出力光を透過または反射せしめる画像表示素子と、画像表示素子を介する透過光または反射光を投影する光学系とを有する画像表示装置。

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