JP2007157475A - 放電ランプ点灯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放電ランプ点灯装置において、ランプ電流へのパルス重畳を高速に行い、パルス波形の鈍化を防止すること。
【解決手段】演算処理回路２８は、放電ランプ２に供給する目標電流値を演算し、またパルス電流を重畳するためのパルス制御信号を生成する。電流制御回路２０は、放電ランプに供給されている電流検出値ＩＳと目標電流値Ｉｏとを比較する誤差増幅器３０を有する。そして、パルス制御信号によりパルス電流を重畳する期間、誤差増幅器３０へ入力する電流検出値の入力レベルを重畳するパルス電流に相当する分だけ低下させる。例えば、誤差増幅器３０の電流検出値の入力側に複数組の抵抗器３２〜３４とスイッチ３９〜４１を並列に接続し、パルス制御信号に応じて複数のスイッチのＯＮ／ＯＦＦを切り替える。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶プロジェクタ等の映像表示装置に用いる放電ランプ点灯装置に係り、特に、ランプ電流のパルス波形重畳技術に関する。

従来、液晶プロジェクタ等の映像表示装置の光源として、変換効率が高く点光源に近いメタルハライドランプや高圧水銀ランプなどの高圧放電ランプ（放電ランプ）が用いられている。高圧放電ランプを点灯するには、専用の放電ランプ点灯装置から点灯に必要な電圧及び電流を供給する。放電ランプ点灯装置の動作を安定させるため、いくつかの技術が提案されている。

特許文献１には、ＨＩＤ（Ｈｉｇｈ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）ランプの消費電力を一定に維持し、点灯効率の高いＨＩＤランプの点灯器を提供するために、ＨＩＤランプに流れるランプ電流とＨＩＤランプの両端電圧とからＨＩＤランプの消費電力を演算し、演算結果と設定値との差に応じてＨＩＤランプへの供給電流値を制御する構成が開示されている。そしてこれらの演算は、マイクロプロセッサにより実行されている。

また特許文献２には、高圧放電灯の点灯時にフリッカの発生を抑圧することを目的とし、交流ランプ電流に所定の周期の電流パルスを重畳させて供給する構成が開示される。

特開平５−７４５８３号公報 特表平１０−５０１９１９号公報

放電ランプの動作をより安定させるためには、上記特許文献１に記載されるように消費電力を一定に維持し、かつ上記特許文献２に記載されるようにランプ電流にパルス波形を重畳する方式が望ましい。その場合、電流制御とパルス波形の重畳をマイクロプロセッサ（以下、マイコン）により行うことを想定する。しかしながら、マイコンでのパルス波形重畳の制御は応答特性が遅いという欠点がある。これは、フィードバック制御系の応答特性に起因する。即ち、マイコンからランプ電流を切替える制御信号を出力してから実際にランプ電流がパルス状に変化するまでに時間が掛かり、パルス波形がなまってしまう。その結果、ランプ点灯時のフリッカ防止やランプの長寿命化の効果が十分得られないことになる。

本発明の目的は、ランプ電流へのパルス重畳を高速に行い、パルス波形の鈍化を防止することにある。

本発明の放電ランプ点灯装置は、放電ランプに供給すべき目標電流値を演算するとともに供給する電流にパルス電流を重畳するためのパルス制御信号を生成する演算処理回路と、目標電流値とパルス制御信号に基づき放電ランプに供給する電流を制御する電流制御回路とを備える。電流制御回路は、放電ランプに供給されている電流検出値と目標電流値とを比較する誤差増幅器を有し、パルス制御信号によりパルス電流を重畳する期間、誤差増幅器へ入力する電流検出値の入力レベルを、重畳するパルス電流に相当する分だけ低下させるレベル切替手段を設ける。

ここにレベル切替手段として、誤差増幅器の電流検出値の入力側に複数組の抵抗器とスイッチを並列に接続し、パルス制御信号に応じて複数のスイッチのＯＮ／ＯＦＦを切り替える。

またはレベル切替手段として、誤差増幅器に入力する電流検出値のレベルを増幅する増幅器を接続し、パルス制御信号に応じて増幅器のゲインを切り替える。

本発明によれば、放電ランプ点灯装置またはこれを用いた映像表示装置において、ランプ点灯時のフリッカ防止やランプの長寿命化の効果がある。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
図１は、放電ランプ点灯装置を用いた投射型映像表示装置１０の一実施例を示す構成図である。光源ユニットを構成する放電ランプ２から発した光はリフレクタ３で反射し、映像表示素子４の背面から照射する。映像表示素子４を透過した光は、光学系５によりスクリーン６に投射される。映像表示素子４は、例えば液晶パネルであり、映像信号に基づき駆動回路７により駆動され、照射された光を該映像信号に対応し変調して光学像を形成する。光学像はスクリーン６上に拡大投射され、映像として映し出される。放電ランプ点灯装置１は、放電ランプ２の起動と点灯制御を行う。

図２は、放電ランプ点灯装置１の一実施例を示す回路構成図である。
１１は電源入力端子、１２はＭＯＳ−ＦＥＴ、１３はダイオード、１４はチョークコイル、１５はコンデンサ、１６はチョッパ回路、１７，１８，２６は抵抗器、１９はイグナイタ回路である。イグナイタ回路１９は、チョッパ回路１６の出力に基づき、放電ランプ２の点灯を開始させるための高電圧パルスを発生する。２５はチョッパ回路１６を制御するＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御回路、２０はＰＷＭ制御回路２５を制御する電流制御回路である。

電流制御回路２０への入力端子として、２１は放電ランプ２に流れるランプ電流により抵抗器２６に発生する電圧（以下、ＩＳ電圧）の入力端子、２２は基準電圧Ｉｏの入力端子、２３はパルス波形重畳制御信号ΔＩｏの入力端子である。２４は電流制御回路２０から出力される電流制御信号の出力端子である。

２７は放電ランプ２の点灯を開始させる信号（以下、ランプオン信号）を入力する端子、２８は演算処理回路、２９は演算処理回路２８より生成される基準電圧生成回路である。

演算処理回路２８は例えばマイコンで構成され、内蔵するアナログ・デジタル変換器ＡＤにより、抵抗器１７、１８で分圧した電圧から、チョッパ回路１６の出力電圧（以下、ＶＳ電圧）を検出する。そして、放電ランプ２の出力電力が所定値となるように放電ランプ２に供給する目標電流量を演算し、基準信号（ＰＷＭ信号）を発生する。基準電圧生成回路２９は、例えばローパスフィルタで構成され、演算処理回路２８から基準信号を受けて目標電流量に相当する基準電圧Ｉｏを生成し端子２２に出力する。

さらに演算処理回路２８は、放電ランプ２の出力電流Ｉにパルス電流ΔＩを重畳するため、パルス電流を重畳すべき期間において、基準電圧Ｉｏに対してそれらの電流比率ΔＩ／Ｉ倍の電圧ΔＩｏを端子２３に出力する。

なお、演算処理回路２８は、上記検出した出力電圧ＶＳを、予め定めた上限値ＬＶ_１及び下限値ＬＶ_２と比較する。比較の結果、ＶＳ値がＬＶ_１以上、またはＬＶ_２以下となった場合には、演算処理回路２８は、放電ランプ点灯装置１の点灯動作を停止するように電流制御回路２０に制御信号を伝送する。また、演算処理回路２８は、演算した目標電流値が放電ランプ２の出力電流の上限値ＬＩ以上となった場合には、基準電圧Ｉｏに制限を加え、出力電流が上限値ＬＩ以下となるように制御する。

電流制御回路２０は、端子２１に入力する放電ランプ２の出力電流検出電圧ＩＳが、端子２２に入力する基準電圧Ｉｏと等しくなるように、端子２４から電流制御信号を出力し、チョッパ回路１６の出力を制御する。さらに電流制御回路２０は、端子２３に入力するパルス波形重畳制御信号ΔＩｏに応じて、ランプ電流に所定の波形のパルス電流を重畳させる。この動作については後述する。

図３は、放電ランプが起動し安定な点灯状態になるまでの、放電ランプの出力電圧の変化を示すタイミングチャートである。これを用いて、放電ランプ点灯装置１の動作を説明する。時刻ｔ_０でランプオン信号Ｓ_１が入力される（Ｈｉｇｈ状態になる）と、放電ランプ２はその時点までは非点灯状態であるために、チョッパ回路１６からは電源電圧で決まる電圧Ｖ_４が出力される。さらに、その電圧Ｖ_４に、イグナイタ回路１９からの高電圧パルスが重畳されて最大電圧Ｖ_５となり、その電圧Ｖ_５が放電ランプ２に印加されて、放電ランプ２が起動し点灯する。次に、時刻ｔ_１で高電圧・小電流のグロー放電が開始され、電圧はＶ_３に変化する。さらに時刻ｔ_２では低電圧・大電流のアーク放電に移行し、制限値ＬＩの定電流制御モードとなる。放電ランプ２では、これらの放電による温度上昇とともにランプ電圧も上昇する。さらに、時刻ｔ_３ではパルス電流重畳が開始される。その後、時刻ｔ_４で定常電圧Ｖ_２になると、チョッパ回路１６は定電力制御モードに移行し、放電ランプ２に一定電力を供給する。

図４は、図２の放電ランプ点灯装置１における電流制御回路２０の一例を示す内部構成図である。入力端子２２には、演算処理回路２８から求めた目標電流値に相当する基準電圧Ｉｏが入力され、誤差増幅器３０のマイナス側（基準値入力側）に入力する。また入力端子２１には、放電ランプに流れている電流値に相当する出力電流検出電圧ＩＳが入力され、誤差増幅器３０のプラス側（検出値入力側）に入力される。ただし電圧ＩＳは、抵抗器４２およびコンデンサ３６により構成されるローパスフィルタを介し、増幅器３１により増幅され、さらに抵抗器４３およびコンデンサ３７で構成されるローパスフィルタを介して誤差増幅器３０のプラス側に入力される。誤差増幅器３０では、入力する２つ電圧が等しくなるように出力電圧（電流制御信号）２４が制御される。

以下、放電ランプ２へのパルス電流重畳の動作について説明する。
比較のために、はじめに一般的なパルス電流重畳法を説明する。パルス波形重畳制御信号ΔＩｏは、一般的な技術によれば、目標電流値に相当する基準電圧Ｉｏに重畳して、電流制御回路２０の入力端子２２に入力し、誤差増幅器３０のマイナス側に入力される。誤差増幅器３０においては、プラス側に入力する出力電流検出電圧ＩＳとマイナス側に入力するパルス波形重畳後の基準電圧Ｉｏとを比較して、電流制御信号２４を出力する。その結果、放電ランプ２の出力電流にはパルス電流が重畳されるが、誤差増幅器３０による制御ループの応答速度に限界があるため、パルス波形が鈍化し高速のパルス重畳は困難となる。

次に、これを改善する本実施例のパルス電流重畳動作について説明する。本実施例では、パルス波形重畳制御信号ΔＩｏは、基準電圧Ｉｏとは別に専用の端子２３から入力させ、誤差増幅器３０のプラス側に入力させる。具体的には、誤差増幅器３０のプラス側入力にＯＮ／ＯＦＦスイッチ３２および抵抗器３９を接続する。端子２３には、演算処理回路２８からスイッチ３２のイネーブル信号を入力する。すなわち、パルス電流重畳を行わない期間はスイッチ３２をＯＦＦとし、パルス電流重畳を行う期間はスイッチ３２をＯＮとする。スイッチ３２をＯＮとすることで、抵抗器３９で決まる電圧だけ誤差増幅器３０のプラス側入力電圧は降下する。言い換えれば、パルス電流重畳を行う期間だけ、プラス側入力電圧を強制的に低下させることになる。強制的に下げられた誤差増幅器３０のプラス側入力電圧は、元の電圧値に還元（復帰）する方向に働き、その結果として、放電ランプの出力電流を電圧降下相当分だけ増加させることができる。この方式だと、誤差増幅器３０の出力端子２４の出力電圧（電流制御信号）はほとんど変化しない。つまり本実施例においては、パルス電流を重畳する際に、誤差増幅器３０の応答速度の影響をほぼ受けていないため、高速にパルス電流を重畳することができる。

さらに図４のように、誤差増幅器３０のプラス側入力に接続するＯＮ／ＯＦＦスイッチおよび抵抗値の異なる抵抗器を複数個（Ｎ個）並列接続することもできる。そして、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ３２，３３，３４に対して端子２３からＮ［ｂｉｔ］のイネーブル信号を与える。例えばイネーブル信号によりＮ個のうち１個のスイッチをＯＮすることで、パルス電流重畳比をＮ通り選択することができる。さらにはＮ個のスイッチ各々についてＯＮまたはＯＦＦの組み合わせにより、パルス電流重畳比を２^Ｎ通り選択することができる。

図５は、図４の電流制御回路２０の変形例を示す内部構成図である。図４との違いは、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ３２，３３，３４および抵抗器３９，４０，４１をなくし、増幅器３１のゲインを可変にしたことである。すなわち、増幅器３００の帰還抵抗３０１を可変抵抗とし、パルス波形重畳制御信号ΔＩｏにより帰還抵抗３０１の抵抗値を変えることで、増幅器３００のゲインを下げるようにする。その際のゲインの変化量は、重畳するパルス電流の比率に等しくすればよい。強制的に下げられた誤差増幅器３０のプラス側入力電圧は、元の電圧値に還元（復帰）する方向に働き、その結果として、放電ランプの出力電流をゲイン低下分だけ増加させることができる。この例においても、誤差増幅器３０の出力電圧はほとんど変化せず、高速にパルス電流を重畳することができる。

以上のように上記実施例では、電流制御回路内の誤差増幅器のプラス側（検出値入力側）に入力する放電ランプの電流検出値のレベルを強制的に低下させる手段（レベル切替手段）を用いることで、パルス電流を重畳させるものである。また電圧低下レベルを複数通り切り替えることで、パルス電流の重畳比を選択するものである。

上記実施例によれば、放電ランプ電流に高速にパルス電流を重畳してもその波形の鈍化が抑えられ、よってランプ点灯時のフリッカ防止やランプの長寿命化の効果を十分に得ることができる。

本発明は、上記実施例に限らず、その要旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することが可能である。上記実施例では、レベル切替手段として、抵抗切替や増幅器のゲインを可変とする場合を述べたが、これに限定されず、任意の電圧降下技術を用いることができる。

放電ランプ点灯装置を用いた投射型映像表示装置の一例を示す図。 放電ランプ点灯装置の一実施例を示す回路構成図。 放電ランプの出力電圧の変化を示すタイミングチャート。 図２における電流制御回路２０の一例を示す内部構成図。 図４の電流制御回路２０の変形例を示す内部構成図。

符号の説明

１…放電ランプ点灯装置、２…放電ランプ、１０…投射型映像表示装置、１１…電源入力端子、１６…チョッパ回路、１７，１８，２６…抵抗器、１９…イグナイタ回路、２０…電流制御回路、２１…出力電流検出電圧ＩＳ入力端子、２２…基準電圧Ｉｏ入力端子、２３…パルス波形重畳制御信号ΔＩｏ入力端子、２４…電流制御信号出力端子、２５…ＰＷＭ制御回路、２８…演算処理回路、２９…基準電圧生成回路、３０…誤差増幅器、３１…増幅器、３２，３３，３４…ＯＮ／ＯＦＦスイッチ、３９，４０，４１…抵抗器、３００…増幅器、３０１…可変抵抗器。

Claims (3)

1. 放電ランプに電力を供給して点灯を行う放電ランプ点灯装置において、
   上記放電ランプに供給すべき目標電流値を演算するとともに、供給する電流にパルス電流を重畳するためのパルス制御信号を生成する演算処理回路と、
   上記目標電流値と上記パルス制御信号に基づき上記放電ランプに供給する電流を制御する電流制御回路とを備え、
   該電流制御回路は、上記放電ランプに供給されている電流検出値と上記目標電流値とを比較する誤差増幅器を有し、上記パルス制御信号によりパルス電流を重畳する期間、上記誤差増幅器へ入力する上記電流検出値の入力レベルを上記重畳するパルス電流に相当する分だけ低下させるレベル切替手段を設けたことを特徴とする放電ランプ点灯装置。
2. 請求項１記載の放電ランプ点灯装置において、
   前記レベル切替手段として、前記誤差増幅器の前記電流検出値の入力側に複数組の抵抗器とスイッチを並列に接続し、前記パルス制御信号に応じて該複数のスイッチのＯＮ／ＯＦＦを切り替えることを特徴とする放電ランプ点灯装置。
3. 請求項１記載の放電ランプ点灯装置において、
   前記レベル切替手段として、前記誤差増幅器に入力する前記電流検出値のレベルを増幅する増幅器を接続し、前記パルス制御信号に応じて該増幅器のゲインを切り替えることを特徴とする放電ランプ点灯装置。
   
   

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