JP2007250236A - 放電灯点灯装置及びプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】ランプ電極の摩耗を抑制することにより、照度劣化の軽減およびランプ寿命を延長させることを可能にした放電灯点灯装置及びそれを内蔵したプロジェクタを提供する。
【解決手段】入力された直流電圧を所望の周波数の交流電圧に変換し、ランプ２０に駆動電流を供給するインバータ１２と、ランプ２０のランプ電圧に相当する電圧を検出する電圧検出回路と、電圧検出回路により検出されたランプ電圧に相当する電圧に基づき、インバータ１２がランプ２０に供給する駆動電流の周波数を制御する制御回路１５とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、放電灯点灯装置及びそれを内蔵したプロジェクタに関し、特に、ランプ電圧に応じた駆動周波数の制御に関する。

従来の放電灯点灯装置は、例えば、「直流供給電流を発生する手段はランプ点灯中高周波数で作動するスイッチング素子を設けた直流−直流変換器と、電流パルスを発生し前記スイッチング素子のスイッチング周波数を調整する手段とを具える・・・」というものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特表平１０−５０１０１０号公報（特許請求の範囲）

高圧放電灯（以下、ランプとも言う）は、長期点灯により電極が摩耗し、摩耗により電極間の距離が長くなり、それに伴いランプ電圧が上昇することが知られている。しかしながら、従来の放電灯点灯装置においては、所定の交流ランプ電流を高圧放電灯に供給して高圧放電灯を点灯させるため、上記のような長期点灯時の電極摩耗に伴い、ランプ電圧が上昇し、その結果、ランプ電流が減少し、照度劣化が発生するという問題点があった。また、電極先端が摩耗することにより、ランプ寿命が短くなるという問題点があった。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、ランプ電極の摩耗を抑制することにより、照度劣化の軽減およびランプ寿命を延長させることを可能にした放電灯点灯装置及びそれを内蔵したプロジェクタを提供することを目的とする。

本発明に係る放電灯点灯装置は、入力された直流電圧を所望の周波数の交流電圧に変換し、高圧放電灯に駆動電流を供給するインバータと、前記高圧放電灯のランプ電圧に相当する電圧を検出する電圧検出回路と、前記電圧検出回路により検出されたランプ電圧に相当する電圧に基づき、前記インバータが前記高圧放電灯に供給する駆動電流の周波数を制御する制御手段とを備えたものである。本発明においては、高圧放電灯のランプ電圧に基づき高圧放電灯に供給する駆動電流の周波数を制御しており、このため、ランプ電極の摩耗に伴いランプ電圧が変化したとき、ランプ電極の摩耗を抑制する周波数の駆動電流を高圧放電灯に供給することができ、照度劣化を軽減するとともに、高圧放電灯の寿命を延長させることができる。

本発明に係る放電灯点灯装置において、前記制御手段は、前記電圧検出回路により検出されたランプ電圧に相当する電圧の変動量に応じて、前記インバータが供給する駆動電流の周波数を調整する。本発明においては、高圧放電灯のランプ電圧の変動量に応じて駆動電流の周波数を調整しており、このため、電極の摩耗状況に応じて、電極成長を促す駆動電流の周波数を高圧放電灯に供給することができるので、電極の摩耗を抑制するとともに、高圧放電灯の寿命を延長させることができる。

本発明に係る放電灯点灯装置において、前記制御手段は、前記電圧検出回路により検出されたランプ電圧に相当する電圧の増加に比例して、前記インバータが供給する駆動電流の周波数を低下させる。本発明においては、高圧放電灯のランプ電圧の増加に比例して、駆動電流の周波数を低下させており、このため、高圧放電灯のアーク放電１周期当たりに電流が流れる時間が増加し、電極先端の温度が上昇し、ハロゲンサイクルが活性化することにより、電極の摩耗を抑制することができ、高圧放電灯の寿命を延長させることができる。

本発明に係るプロジェクタは、高圧放電灯と、上記放電灯点灯装置と、液晶パネルと、前記高圧放電灯からの光を前記液晶パネルに導く光学手段と、前記液晶パネルに描画された画像をスクリーンに投射する投射手段とを備えるものである。本発明においては、放電灯点灯装置が、高圧放電灯のランプ電圧に基づき高圧放電灯に供給する駆動電流の周波数を制御しており、このため、高圧放電灯の長期点灯時の照度劣化を軽減するとともに、高圧放電灯の寿命を延長させることができる。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る放電灯点灯装置の構成を示すブロック図である。図１の放電灯点灯装置は、ダウンチョッパー１１、インバータ１２、イグナイタ１３、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４及び制御手段である制御回路１５から構成されており、イグナイタ１３の出力端にはランプ２０が接続されている。ダウンチョッパー１１は、高圧放電灯であるランプ２０に所定の定電力を供給するために入力した直流電圧を調整するものであり、この例では入力電圧をチョッパー処理により降下させ、ランプ２０に所定の定電力を供給するための電流制御を行う。このダウンチョッパー１１の出力電流はインバータ１２に出力する。なお、ダウンチョッパー１１の出力端には並列に抵抗Ｒ１，Ｒ２が接続されており、抵抗Ｒ１とＲ２との接続点の電位がダウンチョッパー１１の出力電圧として制御回路１５に供給される。また、ダウンチョッパー１１の負電位側には抵抗Ｒ３が直列に接続されており、抵抗Ｒ３に流れる電流がランプ電流（駆動電流）として検出されて制御回路１５に供給される。

インバータ１２は、例えばフルブリッジ接続された４個のスイッチング素子から構成され、交互にスイッチングすることにより、入力した直流電圧を交流電圧に変換してイグナイタ１３に出力する。イグナイタ１３は、例えばイグナイタトランス及びその駆動回路から構成されており、点灯開始時に高電圧を発生してランプ２０に印加する。さらに、イグナイタ１３の出力端には並列に抵抗Ｒ４，Ｒ５が接続されており、抵抗Ｒ４とＲ５との接続点の電位がランプ２０のランプ電圧として検出する電圧検出回路を構成し、検出されたランプ電圧は制御回路１５に供給される。ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は制御回路１５の駆動電圧を生成するものであり、入力電圧を降下させて制御回路１５に供給する。制御回路１５は、例えばマイクロプロセッサ等から構成され、ダウンチョッパー１１、インバータ１２及びイグナイタ１３をそれぞれ制御する。制御回路１５は、例えばダウンチョッパー１１の出力電圧及び電流を取り込んで、ランプ２０に供給される電力が一定になるように、ダウンチョッパー１１の出力電流を制御する。また、制御回路１５は、検出されたランプ電圧に応じて、後述する動作によりインバータ１２の出力周波数を制御するとともに、イグナイタ１３を点灯開始時に制御して高電圧を発生させる。なお、制御回路１５には、外部から制御信号を取り込むための外部制御ＩＦ１５ａが接続されている。ランプ２０は、例えば反射型の光源装置であり、発光管２１が反射鏡２２の中央部に耐熱セメントを介して固着されている。

次に、図１の放電灯点灯装置の動作を説明する。ダウンチョッパー１１は入力した直流電圧をチョッパー処理により降下させ、その出力電流はインバータ１２に出力される。インバータ１２は、入力した直流電流を所定の周波数の交流電流に変換してイグナイタ１３に出力する。イグナイタ１３は点灯開始時に高電圧を発生してランプ２０に印加し、ランプ２０が点灯すると、インバータ１２の出力電圧がそのままランプ２０に印加されて点灯状態を継続する。このとき、制御回路１５は、ランプ２０の電極摩耗を抑制する為、取り込んだランプ２０のランプ電圧の電圧変動に応じて、ランプ２０に供給するランプ電流の周波数を制御する。次に、ランプ電極摩耗の抑制とランプ電流周波数の関係について説明する。

まず、ランプ電極の摩耗とランプ電圧変動について説明する。ランプ内部の電極にはタングステンが用いられており、ランプ点灯時の電極先端は高温状態（例えば３６００℃）にあり、タングステンの蒸発が起きている。このとき、ランプ内部ではハロゲンサイクルにより蒸発したタングステンを電極先端に戻す化学作用が生じているが、長期点灯により完全に電極先端に戻らず、電極先端のタングステン量が減少する。これにより電極摩耗が発生し、結果として、電極間の距離が長くなる。電極間距離が長くなることにより、電極間の電位差であるランプ電圧は上昇する。例えば、ランプ間距離が１ｍｍ長くなるとランプ電圧は約１．７Ｖ上昇する。このようなランプ電圧の上昇は、電圧上昇に伴いランプ電流が減少し、照度を劣化させる。また、摩耗により電極先端の形状が崩れ、電極の複数箇所でアーク放電が発生することにより発光点が移動し、ちらつきの原因となる。

上記のような電極摩耗を抑制するためには、ハロゲンサイクルを活性化させ、電極成長を促すことが必要である。ハロゲンサイクルは高温状態であると活性化することが知られており、電極先端の温度はアーク放電に依存する。従って、アーク放電の１周期当たりに電極先端に電流が流れる時間を増加させることにより電極先端の温度は上昇する。即ち、ランプ電流周波数を降下させることにより、電極温度が上昇しハロゲンサイクルが活性化することにより、電極先端の電極成長を促し、ランプ電極の摩耗を抑制することが可能となる。このような、ランプ電流周波数の制御動作について、図２及び図３により説明する。

図２は本発明の実施の形態１に係るランプ電圧と周波数の関係を示す図、図３は本発明の実施の形態１に係るランプ電流波形を示す図である。図２において、ΔＶはランプ電圧の変動量であり、Δｆはランプ電流の周波数である。制御回路１５は、イグナイタ１３の出力端に接続された抵抗Ｒ４とＲ５との接続点の電位をランプ２０のランプ電圧として検出し、検出したランプ電圧が変動した場合、その変動量ΔＶに比例してイグナイタ１３により供給されるランプ電流の周波数をΔｆ増減させる。このとき、Δｆ／ΔＶがマイナスとなる比例関係となるようにランプ電流の周波数を制御する。即ち、ランプ電圧がΔＶ上昇したとき、ランプ電流の周波数をΔｆ低下させ、ランプ電圧がΔＶ低下したとき、ランプ電流の周波数をΔｆ増加させる。例えば、ランプ電圧が７０Ｖ〜１３０Ｖの変動に対し、ランプ電流周波数が２００Ｈｚ〜９０Ｈｚとなるような制御を行う。このように制御することにより、ランプ電圧が上昇したとき、ランプ電流の周期が長くなる。即ち、図３に示すように、ランプ電圧の上昇前のランプ電流の周期ｔ１から、上昇後のランプ電流の周期ｔ２にランプ電流の周期が長くなることとなる。つまり、アーク放電による電流が流れる時間が増加し、電極温度が周波数を低下させる前と比較し上昇する。

以上のように本実施の形態１においては、ランプ２０の電極の摩耗により電極間の距離が長くなり、電極間の電位差であるランプ電圧が上昇したとき、ランプ電圧の上昇に比例してランプ電流の周波数を低くすることにより、ランプ２０のアーク放電１周期当たりに電極先端に電流が流れる時間が増加し、電極先端の温度が上昇する。電極先端の温度が上昇することにより、電極に用いられるタングステンが電極に戻るハロゲンサイクルが活性化し、電極成長を促すことができる。その結果、電極間の距離が短くなりランプ電圧が低下し、ランプ電圧上昇に伴う照度劣化を軽減できるとともに、ランプ寿命を延長させることができる。更に、電極成長を促すことにより電極形状の崩れを防ぐこととなるため、電極の複数箇所でアーク放電が発生することなく、発光点の移動に伴う、ちらつきが生じにくくなる。

また、電極成長により電極間の距離が短くなるのに伴いランプ電圧が低下したとき、ランプ電流の周波数を増加させることにより、電極成長は抑制され、電極の摩耗と成長とのバランスを保つことができ、ランプ寿命を延長させることができる。

尚、上記説明では、ランプ電圧とランプ電流周波数とが比例する場合を説明したが、本発明はこれに限らず、ランプ電圧上昇に伴いランプ電流周波数を低下させる制御であれば良く、例えば、ランプ電圧に応じたランプ電流周波数のテーブルを予め作成し、テーブルを参照することによりランプ電流周波数を制御しても良く、また、ランプ電流周波数を離散的に変化させても良い。

実施の形態２．
図４は本発明の実施の形態２に係るプロジェクタの光学系構成図である。
本実施の形態におけるプロジェクタは、上記の実施の形態１の放電灯点灯装置を照明光学系に組み込んだものである。図４の放電灯点灯装置１０は、図１の放電灯点灯装置１０に相当するものである。

このプロジェクタは、照明光学系１００と、ダイクロイックミラー２１０，２１２と、反射ミラー２２０，２２２，２２４と、入射側レンズ２３０と、リレーレンズ２３２と、３枚のフィールドレンズ２４０，２４２，２４４と、３枚の液晶パネル２５０，２５２，２５４と、各液晶パネルの出射側及び入射側にそれぞれ配置された偏光板２５１，２５３，２５５，２５６，２５７，２５８と、クロスダイクロイックプリズム２６０と、投射レンズ２７０を備えている。

照明光学系１００は、ほぼ平行な光線束を射出するランプ２０と、照明装置１２０と、反射ミラー１５０と、コンデンサレンズ１６０とを備えている。ランプ２０は、放射状の光線を射出する放射光源としての発光管２１と反射鏡２２から構成されている。ランプ２０から放射された光は照明装置１２０でその輝度が均一化された後、反射ミラー１５０を介してコンデンサレンズ１６０に入る。コンデンサレンズ１６０は、照明装置１２０から照射された均一光を液晶パネル２５０，２５２，２５４のパネル面へ入射させる。

さらに、２枚のダイクロイックミラー２１０，２１２は、照明光学系１００から射出された光を、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３つの色光に分離する色光分離光学系２１４を構成している。第１のダイクロイックミラー２１０は、照明光学系１００から射出された光の赤色光成分を透過させるとともに、青色光成分と緑色光成分とを反射する。
第１のダイクロイックミラー２１０を透過した赤色光は、反射ミラー２２０で反射され、フィールドレンズ２４０を通って赤光用の液晶パネル２５０に達する。このフィールドレンズ２４０は、通過した各部分光線束が、各部分光線束の主光線（中心軸）に平行な光束となるように集光する機能を有している。他の液晶パネルの前に設けられたフィールドレンズ２４２，２４４も同様に作用する。

第１のダイクロイックミラー２１０で反射された青色光と緑色光のうちで、緑色光は第２のダイクロイックミラー２１２によって反射され、フィールドレンズ２４２を通って緑光用の液晶パネル２５２に達する。一方、青色光は、第２のダイクロイックミラー２１２を透過し、入射側レンズ２３０と、リレーレンズ２３２および反射ミラー２２２，２２４を備えたリレーレンズ系を通過する。リレーレンズ系を通過した青色光は、さらにフィールドレンズ２４４を通って青色光用の液晶パネル２５４に達する。

３枚の液晶パネル２５０，２５２，２５４は、それぞれに入射する各色光を、与えられた画像信号に応じて画像を形成するための光に変換して射出する光変調装置としての機能を有する。なお、この液晶パネル２５０，２５２，２５４の光入射側には偏光板２５６，２５７，２５８が有り、また、液晶パネル２５０，２５２，２５４の光出射側には偏光板２５１，２５３，２５５がそれぞれ設けられていて、それらにより各色光の偏光方向が調整されている。そして、これらの液晶パネル２５０，２５２，２５４を通過した光は、続いてクロスダイクロイックプリズム２６０に入る。

クロスダイクロイックプリズム２６０は、３枚の液晶パネル２５０，２５２，２５４から射出された３色の色光を合成する色光合成光学系としての機能を有する。クロスダイクロイックプリズム２６０には、赤光を反射する誘電体多層膜と、青光を反射する誘電体多層膜とが、４つの直角プリズムの界面に略Ｘ字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成されて、カラー画像を投射するための合成光が形成される。クロスダイクロイックプリズム２６０で生成された合成光は、投射レンズ２７０に入り、そこから投射スクリーン３００上に投射される。これにより液晶パネル２５０，２５２，２５４で表示された画像が投射スクリーン３００上に投射される。

以上のように本実施の形態２においては、上記実施の形態１の放電灯点灯装置を備え、放電灯点灯装置により点灯されたランプ２０を照明光学系に適用することにより、ランプ２０を長期使用した場合であっても、投射スクリーン３００上に投射される画像の照度劣化を軽減させることができる。また、ランプ寿命を延長させることができる。

本発明の実施の形態１に係る放電灯点灯装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１に係るランプ電圧と周波数の関係を示す図である。 本発明の実施の形態１に係るランプ電流波形を示す図である。 本発明の実施の形態２に係るプロジェクタの光学系構成図である。

符号の説明

１０ 放電灯点灯装置、１１ ダウンチョッパー、１２ インバータ、１３ イグナイタ、１４ コンバータ、１５ 制御回路、１５ａ ＩＦ、２０ ランプ、２１ 発光管、２２ 反射鏡、Ｒ１ 抵抗、Ｒ２ 抵抗、Ｒ３ 抵抗、Ｒ４ 抵抗、Ｒ５ 抵抗、１００ 照明光学系、１２０ 照明装置、１５０ 反射ミラー、１６０ コンデンサレンズ、２１０ ダイクロイックミラー、２１２ ダイクロイックミラー、２１４ 色光分離光学系、２２０ 反射ミラー、２２２ 反射ミラー、２２４ 反射ミラー、２３０ 入射側レンズ、２３２ リレーレンズ、２４０ フィールドレンズ、２４２ フィールドレンズ、２４４ フィールドレンズ、２５０ 液晶パネル、２５１ 偏光板、２５３ 偏光板、２５５ 偏光板、２５６ 偏光板、２５７ 偏光板、２５８ 偏光板、２５２ 液晶パネル、２５４ 液晶パネル、２６０ クロスダイクロイックプリズム、２７０ 投射レンズ、３００ 投射スクリーン。

Claims (4)

1. 入力された直流電圧を所望の周波数の交流電圧に変換し、高圧放電灯に駆動電流を供給するインバータと、
   前記高圧放電灯のランプ電圧に相当する電圧を検出する電圧検出回路と、
   前記電圧検出回路により検出されたランプ電圧に相当する電圧に基づき、前記インバータが前記高圧放電灯に供給する駆動電流の周波数を制御する制御手段と
   を備えたことを特徴とする放電灯点灯装置。
2. 前記制御手段は、前記電圧検出回路により検出されたランプ電圧に相当する電圧の変動量に応じて、前記インバータが供給する駆動電流の周波数を調整することを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
3. 前記制御手段は、前記電圧検出回路により検出されたランプ電圧に相当する電圧の増加に比例して、前記インバータが供給する駆動電流の周波数を低下させることを特徴とする請求項１又は２記載の放電灯点灯装置。
4. 高圧放電灯と、
   請求項１〜請求項３の何れかに記載の放電灯点灯装置と、
   液晶パネルと、
   前記高圧放電灯からの光を前記液晶パネルに導く光学手段と、
   前記液晶パネルに描画された画像をスクリーンに投射する投射手段と
   を備えることを特徴とするプロジェクタ。
   

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