JP2007207462A - 放電ランプ点灯装置およびこれを用いた映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放電ランプ点灯装置において、電力を一定に維持しつつ、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、ランプ電流に所定の周期でパルス電流を重畳するとともに、放電ランプ２に供給される電力が一定となるよう電力制御回路２０を制御する。そのため演算処理回路２８は、ランプ電流にパルス電流ΔＩを加算して重畳する場合には、ランプ電流の直流レベルＩ_１を減少させ、パルス電流の周期Ｔ_１における積算電力量が所定の積算電力量となるように制御する。
【選択図】図５

Description

本発明は、液晶プロジェクタ等の映像表示装置及びこれ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。放電ランプは点灯中に放電アークの起点が移動することによりフリッカ現象が生じる場合がある。そこで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、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。

特許文献２には、高圧放電灯の点灯中のフリッカを抑制するとともにランプの輝度を一定にして、制御の安定化とランプの長寿命化を図ることを目的とし、電力を一定にするランプ電流制御回路が提案されている。その実施の形態の説明として、「…交流ランプ電流に重畳するランプフリッカー低減階段信号５７の振幅波形は抵抗３１ａで調整しても上下バランスの取れた階段波信号１８ｂｏｕｔとなり、その波形の平均値は変化しない。その結果、ランプ電力は変化せず、ランプフリッカーを低減しつつ、より滑らかにランプを点灯させることができる。」（段落〔００５１〕）と述べるとともに、その階段波信号の波形を図３等にて示している。

特表平１０−５０１９１９号公報 特開２００４−２８１３８１号公報

放電ランプの動作をより安定化し長寿命化させるためには、ランプ電流に電流パルスを重畳するとともに消費電力を一定に維持するよう制御する必要がある。特許文献１に記載の方法では、電流パルスを重畳させてフリッカを低減できても、加算した電流パルス分だけ電流量が増加し、その結果総電力が目標値よりも大きくなるという問題が残る。

また特許文献２に記載の方法は、電力を一定に維持するために電流パルス重畳の際、後段でパルスを加算する分だけ前段でパルスを減算することで、トータルとして電流（すなわち電力）を一定とする構成である。その場合、パルスの減算区間と加算区間を交互に繰り返すことになり、回路には高速応答性が要求される。もし応答性が十分でないとパルス波形が鈍化し、所望のフリッカ抑制の効果が得られないことになる。

本発明の目的は、電力を一定に維持しつつ、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る電力を制御する電力制御回路と、放電ランプのランプ電流に所定の周期でパルス電流を重畳するとともに、放電ランプに供給される電力の電圧情報および電流情報とに基づき、電力が一定となるよう電力制御回路を制御する演算処理回路とを備える。演算処理回路は、ランプ電流にパルス電流を加算して重畳する場合にはランプ電流の直流レベルを減少させ、所定の周期における積算電力量が所定の積算電力量となるように制御する。

または演算処理回路は、ランプ電流にパルス電流を加算して重畳する場合にはランプ電流の直流レベルを減少させ、所定の周期におけるパルス電流を重畳した場合の積算電力量がパルス電流を重畳しない場合の積算電力量と等しくなるように制御する。

ここに放電ランプに供給する電圧が所定の周期において一定とみなせる場合、演算処理回路は、所定の周期における積算電流量が所定の積算電流量となるように制御する。

本発明の映像表示装置は、放電ランプを点灯させる放電ランプ点灯装置と、放電ランプ点灯装置から照射された光を変調し映像信号に対応した光学像を形成する映像表示素子と、映像信号に基づき映像表示素子を駆動する駆動回路と、映像表示素子を透過した光をスクリーンに投射する光学系と、を備える。

本発明によれば、放電ランプ点灯装置および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が、その際フリッカ発生を防止し放電ランプ２の電力を制御することで、高画質で安定した映像を表示する投射型映像表示装置１０を提供する。

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り、放電ランプ２に供給する電力を制御する。ここに、放電ランプ２に印加される電圧を「ランプ電圧」、放電ランプ２に流れる電流を「ランプ電流」と呼ぶ。

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は演算により基準電圧Ｉｏを生成する演算処理回路である。

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の出力電圧の情報（以下、ＶＳ電圧）を検出する。また抵抗器２６で発生する電圧から放電ランプ２への出力電流の情報（ＩＳ電圧）を検出する。そして、上記出力電圧情報ＶＳ及び出力電流情報ＩＳの検出結果に基づき、チョッパ回路１６の出力電力が一定となるような放電ランプ２の出力電流量を演算し、その結果を基準電圧Ｉｏとして電流制御回路２０へ出力する。

また演算処理回路２８は、放電ランプ２の出力電流にフリッカ発生防止用のパルス電流を重畳するため、上記基準電圧Ｉｏを、パルス電流重畳期間中にパルスに相当する所定電圧を重畳させた信号として生成する。その際、後述するように、パルス電流を重畳しても出力電力が一定となるように基準電圧Ｉｏを演算して設定する。出力電力を一定に制御することで、放電ランプ２の寿命を向上させることができる。

電流制御回路２０は差動増幅器３０で構成され、端子２１に入力する放電ランプ２の出力電流情報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。

なお、パルス電流を重畳する回路構成は、上記した基準電圧Ｉｏにパルス相当電圧を重畳する方式に限らず、他の方式でも可能である。

図３は、パルス電流重畳のための他の回路構成を示す図である。この方式では、基準電圧Ｉｏに重畳するのではなく、出力電流情報ＩＳの電圧値にパルスを重畳する構成とする。電流制御回路２０は、差動増幅器３０、抵抗器３１，３２，３３、スイッチ３４，３５を含んで構成し、入力端子として、ＩＳ電圧の入力端子２１、基準電圧Ｉｏの入力端子２２の他に、演算処理回路２８からのパルス重畳用選択信号ＳＥＬの入力端子２３を有する。スイッチ３４，３５にはトランジスタなどを用いる。差動増幅器３０のマイナス側（端子２２）には基準電圧Ｉｏを入力し、プラス側には、端子２１から入力するＩＳ電圧を抵抗にて分圧して入力する。端子２３は、分圧比を指定するための抵抗を選択する選択信号ＳＥＬを入力する構成である。以下、その動作を説明する。

演算処理回路２８は、パルス電流重畳を行う期間は選択信号ＳＥＬを出力し、複数のスイッチ３４，３５の少なくとも１つをＯＮし、パルス電流重畳を行わない期間は各スイッチ３４，３５をＯＦＦする。スイッチをＯＮすることで、差動増幅器３０のプラス側入力電圧は、パルス電流重畳を行う期間、抵抗分圧比だけ強制的に下がる。強制的に下げられた差動増幅器３０のプラス側入力電圧は、元の電圧値に還元する方向に制御され、その結果放電ランプの出力電流は増加し、増加分がパルス電流となる。

また、差動増幅器３０のプラス側入力に接続するスイッチおよび抵抗器を、図５中のスイッチ３４，３５、抵抗器３２，３３の如く複数個（Ｎ個）並列接続する。そしてスイッチの選択信号ＳＥＬをＮ［ｂｉｔ］として、各スイッチのＯＮ／ＯＦＦ状態を組み合わせて指定することにより、分圧比すなわちパルス電流重畳比を２^Ｎ通り選択することができる。

図３の回路構成によれば、放電ランプの出力電流にパルス電流を重畳する期間、差動増幅器３０の出力電圧の変化はほぼ０に等しく、差動増幅器３０の持つ応答速度の影響を受けにくい。従って、前記図２の基準電圧重畳方式に比べ、パルス電流をより高速に重畳することができる。

図４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。放電ランプ点灯装置１に電源電圧が印加され、時刻ｔ_０でランプオン入力端子２７からランプオン信号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、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し、チョッパ回路１６は定電力制御モードに移行して、放電ランプ２に一定電力を供給する。その後、さらにランプ電圧が上昇し、時刻ｔ_４で定常電圧Ｖ_２になる。なお、パルス電流はたとえば時刻ｔ_３以降で重畳する。

本実施例では、ランプ電流にパルス電流を重畳する際にも出力電力が一定となるように制御するものであるが、その制御方法を説明する。

図５は、パルス電流重畳時のランプ電流波形を示す図であり、（ａ）は比較のために示す従来例（電力一定の制御なし）の場合、（ｂ）は本実施例（電力一定の制御あり）の場合である。なお、パルス電流を重畳する周期においてはランプ電圧は一定とみなせるので、ランプ電流を一定とすれば電力は一定となる。よって、ここでは、ランプ電流を一定とするための制御について説明する。

図５（ａ）において、実線５１はパルス電流重畳前のランプ電流で、直流レベルＩ_１の一定値（直流部分）である。これに対し、周期Ｔ_１で破線５２のパルス電流（パルス部分）を加算して重畳することを想定する。パルス電流５２はパルス時間幅がＴ_２、パルス振幅がΔＩ（＝Ｉ_２−Ｉ_１）とする。ここで周期Ｔ_１の期間における放電ランプへ供給する電流の積分値（以下、積算電流量と呼ぶ）は、本来、直流部分のＳ_１＝Ｉ_１×Ｔ_１（図５（ａ）の斜線部Ｓ_１の面積）で定義される量を目標とするが、これに上記パルス部分の積算電流量Ｓ_２＝ΔＩ×Ｔ_２（図５（ａ）の斜線部Ｓ_２の面積）が加算される。その結果、直流部分とパルス部分とを加算した総積算電流量は、目標の積算電流量Ｓ_１を越えて供給されることになる。

そこで図５（ｂ）のように、パルス電流を重畳する場合はランプ電流のうち直流部分のレベルを減少させ、パルス電流を加算しても総積算電流量が目標の積算電流量Ｓ_１＝Ｉ_１×Ｔ_１と等しくなるように調整（補正）する。すなわち、直流レベルをＩ_１からＩ_１’に下げ、パルス振幅をΔＩからΔＩ’に補正して、直流部分の積算電流量Ｓ_１’（図５（ｂ）の斜線部Ｓ_１’の面積）とパルス部分の積算電流量Ｓ_２’（図５（ｂ）の斜線部Ｓ_２’の面積）の和が、目標の積算電流量Ｓ_１（図５（ａ）の斜線部Ｓ_１の面積）に等しくなるようにする。そのような条件は、次の演算にて求めることができる。

パラメータとして、パルス重畳比をα＝ΔＩ／Ｉ_１、パルス時間幅Ｔ_２と周期Ｔ_１の比（デューティ比）をβ＝Ｔ_２／Ｔ_１とする。ここでαとβは所定の係数で補正後も一定値とする。例えばα＝０．１であれば、補正後のΔＩ’は常に補正後のＩ_１’の１０％とする。なおαの最適値は、放電ランプの種類やフリッカ量などにより決定する。

総積算電流量が等しく、またパルス重畳比αが一定である条件から、
Ｉ_１×Ｔ_１＝Ｉ_１’×Ｔ_１＋ΔＩ’×Ｔ_２
α＝ΔＩ／Ｉ_１＝ΔＩ’／Ｉ_１’
これらより、各補正値は、
Ｉ_１’＝Ｉ_１／（１＋α×β） （１）
ΔＩ’＝ΔＩ／（１＋α×β） （２）
とすればよい。

また他の条件として、パルス振幅ΔＩを補正後も一定とする場合（この場合には補正後のαは変化する）では、
Ｉ_１×Ｔ_１＝Ｉ_１’×Ｔ_１＋ΔＩ×Ｔ_２より、
Ｉ_１’＝Ｉ_１（１−α×β） （３）
ΔＩ’＝ΔＩ （４）
とすればよい。

さらに、補正によりパルス時間幅Ｔ_２（すなわちデューティ比β）を可変とすることも可能である。その場合は、図５（ｂ）において、電流がレベルＩ_１以上の面積ΔＳ_２とレベルＩ_１以下の面積ΔＳ_１とが等しくなればよいので、
（Ｉ_１’＋ΔＩ’−Ｉ_１）Ｔ_２＝（Ｉ_１−Ｉ_１’）（Ｔ_１−Ｔ_２）
（Ｉ_１−Ｉ_１’）／ΔＩ’＝β （５）
を満足するようにＩ_１’とΔＩ’を補正すればよい。

上記の演算は演算処理回路２８にて行い、このようにして求めた補正後のランプ電流の直流レベルＩ_１’とパルス振幅ΔＩ’は、図２における基準電圧Ｉｏとして設定する。あるいは図３において、Ｉ_１’は基準電圧Ｉｏとして、またΔＩ’は選択信号ＳＥＬとして設定する。

上記の説明は、ランプ電圧が一定とみなされる場合に、周期Ｔ_１におけるランプ電流の積分値（積算電流量）を一定にする方法を述べたが、ランプ電圧が一定でない場合には、その変動も考慮して周期Ｔ_１におけるランプ電力の積分値（積算電力量）を一定にするよう、上記演算式を変更して用いるものとする。

また上記の説明では、パルス電流を重畳しない場合の電力量（周期Ｔ_１における積算量）とパルス電流を重畳した場合の電力量とが等しい電力になるように制御しているが、それに限らず、ある所望の電力量になるように演算式を設定することもできる。

上記実施例では、電力一定の下でパルス電流を重畳する際、パルス電流を直流部分に加算する区間は存在するがパルス電流を減算する区間は存在しない。よって、電流制御回路２０等における応答特性が通常の特性であっても、ランプ電流の所望の制御が可能である。すなわち、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。

なお、上記実施例では直流放電ランプの場合の構成例で説明したが、交流放電ランプの場合でも同様の方法でランプ電流量を制御できる。交流放電ランプの場合、チョッパ回路１６とイグナイタ回路１９の間に交流変換回路を挿入して、ランプ電流を交流駆動する。そして交流ランプ電流と同極性（もしくは逆極性）のパルス電流を重畳することになるが、ランプ電流及びパルス電流を補正する演算方法は、上記直流放電ランプの場合と同様である。

また一般的に、ランプ電流を通常状態より下げることで放電ランプの寿命を延ばす手法（低電力モード）が用いられているが、そのような低電力モードにおいてパルス重畳を行う場合でも、上記実施例の方法でランプ電流量を制御できる。

以上のように本実施例の構成によれば、電力を一定に保つよう精度良く制御し、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ができるので、ランプ点灯時のフリッカ防止やランプの長寿命化に優れた効果がある。

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。 パルス電流重畳のための他の回路構成を示す図。 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。 パルス電流重畳時のランプ電流波形を示す図。

符号の説明

１…放電ランプ点灯装置、２…放電ランプ、４…映像表示素子、５…光学系、６…スクリーン、７…駆動回路、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…出力電流情報ＩＳ入力端子、２２…基準電圧Ｉｏ入力端子、２３…選択信号ＳＥＬ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、３０…差動増幅器、３１，３２，３３…抵抗器、３４，３５…スイッチ。

Claims (6)

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る電力を制御する電力制御回路と、
   上記放電ランプのランプ電流に所定の周期でパルス電流を重畳するとともに、上記放電ランプに供給される電力の電圧情報および電流情報とに基づき、該電力が一定となるよう上記電力制御回路を制御する演算処理回路とを備え、
   該演算処理回路は、上記ランプ電流に上記パルス電流を加算して重畳する場合には該ランプ電流の直流レベルを減少させ、上記所定の周期における積算電力量が所定の積算電力量となるように制御することを特徴とする放電ランプ点灯装置。
2. 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る電力を制御する電力制御回路と、
   上記放電ランプのランプ電流に所定の周期でパルス電流を重畳するとともに、上記放電ランプに供給される電力の電圧情報および電流情報とに基づき、該電力が一定となるよう上記電力制御回路を制御する演算処理回路とを備え、
   該演算処理回路は、上記ランプ電流に上記パルス電流を加算して重畳する場合には該ランプ電流の直流レベルを減少させ、上記所定の周期における該パルス電流を重畳した場合の積算電力量が該パルス電流を重畳しない場合の積算電力量と等しくなるように制御することを特徴とする放電ランプ点灯装置。
3. 請求項１に記載の放電ランプ点灯装置において、
   前記放電ランプに印加される電圧が前記所定の周期において一定とみなせる場合、
   前記演算処理回路は、前記ランプ電流に前記パルス電流を加算して重畳する場合には該ランプ電流の直流レベルを減少させ、上記所定の周期における積算電流量が所定の積算電流量となるように制御することを特徴とする放電ランプ点灯装置。
4. 請求項２に記載の放電ランプ点灯装置において、
   前記放電ランプに印加される電圧が前記所定の周期において一定とみなせる場合、
   前記演算処理回路は、前記ランプ電流に前記パルス電流を加算して重畳する場合には該ランプ電流の直流レベルを減少させ、上記所定の周期における該パルス電流を重畳した場合の積算電流量が該パルス電流を重畳しない場合の積算電流量と等しくなるように制御することを特徴とする放電ランプ点灯装置。
5. 請求項３または４に記載の放電ランプ点灯装置において、
   前記パルス電流を重畳した場合の積算電流量とは、前記ランプ電流の直流レベルと前記所定の周期との積と、該パルス電流の振幅と該パルス電流の時間幅との積とを加算した積算電流量であることを特徴とする放電ランプ点灯装置。
6. 放電ランプを点灯させる請求項１ないし５のいずれかに記載の放電ランプ点灯装置と、
   該放電ランプ点灯装置から照射された光を変調し映像信号に対応した光学像を形成する映像表示素子と、
   映像信号に基づき該映像表示素子を駆動する駆動回路と、
   上記映像表示素子を透過した光をスクリーンに投射する光学系と、
   を備えることを特徴とする映像表示装置。

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