JP2008293731A - 放電灯点灯装置、画像投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高圧放電灯の始動特性を向上させた放電灯点灯装置を実現する。
【解決手段】電源１１から入力される直流電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ１２にて降圧し、ＤＣ／ＡＣインバータ１５に供給する。インバータ１５では入力された直流電力を交流電力に変換し、ランプ始動回路１６で高圧電圧を発生させて高圧放電灯１７に供給し、高圧放電灯１７を点灯する。制御部１８はコンバータ１２を駆動する出力パルスｄをＰＷＭ制御部１９から出力させ、インバータ１５のスイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２とＳＷ３，ＳＷ４を交互にオンオフさせるため駆動パルス信号ｇをフルブリッジドライバ２０から出力させる。この駆動パルス信号ｇは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２を駆動する出力パルスｄによりＤＣ／ＤＣコンバータ１２から十分が出力が得られる１〜３０ｍ秒後に駆動するようにした。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば液晶プロジェクタの光源として用いられる高圧放電灯の放電灯点灯装置およびこれを用いた画像投影装置に関する。

従来の放電灯点灯装置は、直流電源電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ部で昇圧または降圧し、出力された出力電圧をインバータ回路部で交流電圧に変換し、この交流電圧に基づきイグナイタ部で高圧パルスを発生させ放電灯を始動させる。このとき、ＤＣ／ＤＣコンバータとＤＣ／ＡＣインバータは、同時に動作させている。（例えば、特許文献１）
特開２００６−２７８０１２公報

上記した特許文献１の技術は、ＤＣ／ＤＣコンバータとＤＣ／ＡＣインバータを同時に動作を開始させるようにしているため、直流電圧が最大出力電圧まで上昇しきらない状態から、ランプ始動動作が開始されることになり、安定したランプ始動特性が得られない、という問題があった。

この発明の目的は、高圧放電灯のランプ始動電圧を高くしてランプの始動特性を向上させた放電灯点灯装置およびこれを用いた画像投影装置を提供することにある。

上記した課題を解決するために、この発明の放電灯点灯装置は、ランプ点灯制御信号に応じて入力直流電圧を昇圧または降圧し、所望の直流電圧に変換して出力するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記直流電圧を交流電力に変換し、高圧放電灯に投入するＤＣ／ＡＣインバータと、前記放電灯始動時に、該放電灯に高電圧を印加する高圧パルス発生部と、
前記高電圧の検出信号に基づいて前記放電灯の点灯制御を行う制御回路部と、点灯スタート信号が入力されたとき、前記ＤＣ／ＤＣコンバータと前記ＤＣ／ＡＣインバータの動作開始にタイムラグを設けたことを特徴とする。

この発明によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路の出力電圧が完全に立ち上がった後に、ＤＣ／ＡＣインバータ回路を動作させたことで、ランプ始動電圧を高くしランプの始動特性の向上を図ることができる。

以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、この発明の放電灯点灯装置に関する一実施形態について説明するための回路構成図である。
図１において、１１は直流電源であり、この電源１１の直流電圧を降圧させるＤＣ／ＤＣコンバータ１２に供給する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、電源１１の正極から例えばＭＯＳ型ＦＥＴトランジスタによるスイッチ素子ＳＷを介してチョークコイルＬの一端とアノードが接地されたダイオードＤのカソードにそれぞれ接続する。コイルＬの他端は平滑用コンデンサＣ１を介して接地するとともに、ランプ電圧検出部１３を介して接地する。ランプ電圧検出部１３の接地側とコンデンサＣ１の接地側との間にランプ電流検出部１４を介在させる。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１２出力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２から出力される直流電圧を交流電力に変換するＤＣ／ＡＣインバータ１５を構成する例えばＭＯＳ型ＦＥＴトランジスタによるスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ４を組み合わせたフルブリッジのスイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ４に接続する。スイッチ素子ＳＷ１はスイッチ素子ＳＷ３を介して接地し、スイッチ素子ＳＷ４はスイッチ素子ＳＷ２を介して接地する。スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ３の接続点とスイッチ素子ＳＷ３，ＳＷ２の接続点間には、振動波形形成および電流制限用のコンデンサＣ２を介挿接続する。スイッチ素子ＳＷ１とＳＷ２は同時にオンオフし、スイッチ素子ＳＷ３とＳＷ４は同時にオンオフするが、極性反転信号によりそれぞれ逆にオンオフ動作が行われる。

コンデンサＣ２の両端は、ランプ点灯時に高圧パルス電圧を発生させるランプ始動回路１６に接続し、ランプ始動回路１６の出力を高圧放電灯１７に供給する。

１８は制御回路であり、制御回路１８はスタート端子Ｓｔに供給されるスタート信号ａに基づき、ＰＷＭ制御部１９をオンオフする制御信号ｂ、ＰＷＭ制御部１９のデューティを制御するデューティ制御信号ｃをそれぞれ出力する。

ＰＷＭ制御部１９はＤＣ／ＤＣコンバータ１２を、デューティ制御信号ｃに基づくデューティで駆動する出力パルスｄを出力する。制御回路１８には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２のランプ電圧検出部１３の電圧検出信号ｅとランプ電流検出部１４の電流検出信号ｆをそれぞれ供給する。

さらに、制御回路１８は、フルブリッジドライバ２０に制御信号を供給し、フルブリッジドライバ２０からＤＣ／ＡＣインバータ１５のスイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２とＳＷ３，ＳＷ４を交互にオンオフさせ、ＤＣ／ＡＣインバータ１５の出力から交流電圧を生成するための駆動パルス信号ｇを出力する。駆動パルス信号ｇは、出力パルスｄに基づき駆動されるＤＣ／ＤＣコンバータ１２の出力が所望の値なった時間後に発生するようにしてある。

次に、図１の動作について図２および図３のタイミングチャートとともに説明する。

先ず、高圧放電灯１７を点灯させるためにスタート端子Ｓｔに、図２（ａ）に示すスタート信号ａが供給された制御回路１８は、図２（ｂ）に示す制御信号ｂをＰＷＭ制御部１９に供給してオン制御させるとともに、ＰＷＭ制御部１９から出力される信号のデューティを制御するための、図２（ｃ）に示すデューティ制御信号ｃを供給する。スタート時のデューティ制御信号ｃは、予め制御回路１８に記憶されたテーブル情報と高圧放電灯１７の駆動情報に基づき生成を行う。

図２（ｄ）に示すように、ＰＷＭ制御部１９の出力からは、制御信号ｃに基づくデューティの出力パルスｄを生成し、この出力パルスｄでＤＣ／ＤＣコンバータ１２のスイッチ素子ＳＷに供給する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１２では、出力パルスｄに基づきスイッチ素子ＳＷをオンオフさせて電源１１の直流電圧をスイッチングし、スイッチング出力を所定の直流電圧に変換して出力する。この直流電圧は、制御回路１８から出力される図２（ｇ）に示す駆動パルス信号ｇでＤＣ／ＡＣインバータ１５のスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ４をオンオフ制御する。例えば、スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２は駆動パルス信号ｇがＨｉレベルのときにオン、Ｌｏレベルのときにオフさせ、スイッチ素子ＳＷ３，ＳＷ４は駆動パルス信号ｇがＬｏレベルのときにオン、Ｈｉレベルのときにオフさせる。駆動パルス信号ｇの周波数は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２よりも低い値に選定される。

点灯の始動時および予熱時の駆動パルス信号ｇは、スタート信号ａが供給されてから、１〜３０ｍ秒後に比較的高い例えば１７ｋＨｚ程度の周波数Ｈｆでスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ４を駆動させ、図３（ｈ）に示す例えば２２０〜２５０Ｖ程度の交流電圧ｈを出力する。これ以降の通常点灯時の駆動パルス信号ｇは、比較的低い例えば９０Ｈｚ程度の周波数Ｌｆでスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ４を駆動するようになっている。

スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２およびＳＷ３，ＳＷ４を高い周波数Ｈｆで交互にオンオフさせる期間は、ランプ始動回路１６から高圧放電灯１７に、図３（ｉ）に示す２５ｋＶ程度の高圧パルス電圧ｉを発生させる。高圧放電灯１７は高圧パルス電圧ｉにより高圧放電灯１７を構成する電極間の絶縁が破壊されて点灯が始動する。

高圧放電灯１７の点灯に伴い電圧検出信号ｅは、図２（ｅ）に示すように駆動パルス信号ｇが高い周波数ＨｆでＤＣ／ＡＣインバータ１５を駆動している期間ｅ１はノイズが重畳された状態の電圧を呈するが、低い周波数Ｌｆで駆動している期間ｅ２はノイズのない電圧が得られる。また、電流検出信号ｆは、図２（ｆ）に示すように、駆動パルス信号ｇが高い周波数ＨｆでＤＣ／ＡＣインバータ１５を駆動している期間ではノイズが重畳された状態の電流を呈するが、低い周波数Ｌｆで駆動している期間ではノイズのない電流が得られる。

ランプ電圧検出部１３で検出された電圧検出信号とランプ電流検出部１４で検出された電流検出信号は、制御回路１８に供給し、これら電圧検出信号と電流検出信号に基づき予め記憶されたテーブルに従い、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の出力であるランプ電力を決定している。

このように、制御回路１８は初めＤＣ／ＤＣコンバータ１２を駆動させ、スタート信号ａが供給されてから１〜３０ｍ秒後にＤＣ／ＡＣインバータ１５を駆動させるようにしている。ＤＣ／ＡＣインバータ１５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２が十分立ち上った状態でランプ始動回路１６を駆動させることができる。このため、高圧放電灯１７は十分高い電圧で絶縁破壊させ始動させることができ、高圧放電灯１７の最初の高圧パルスでの不点灯防止を実現することが可能となる。このことは再点灯動作を抑えることを意味し、高圧放電灯１７の電極の消耗を抑えることができ、高圧放電灯１７の寿命を向上させることに寄与する。

図４は、この発明の放電灯点灯装置に関する他の実施形態について説明するためのフローチャートである。この実施形態は、制御回路１８をマイクロコンピュータプログラムの処理によって実現したものである。以下、図１〜図３も参照しながら図４について説明する。

まず、制御回路１８は点灯始動させるためのスタート信号ａがスタート信号供給端子ｓｔに供給されたかを判断し（Ｓ１）、スタート信号がＨｉレベルであれば、ＰＷＭ制御部１９をオンする制御信号ｂとデューティ制御信号ｃをそれぞれ出力する（Ｓ２）。

このとき制御回路１８からＰＷＭ制御部１９に供給されるデューティ制御信号ｃは、電圧検出信号ｅおよび電流検出信号ｆに基づき定格電力を生成させるテーブルによるもので、このデューティ制御信号ｃに基づく出力パルスｄを出力する（Ｓ３）。ＤＣ／ＤＣコンバータ１２では、出力パルスｄに基づきスイッチ素子ＳＷをオンオフさせて電源１１の直流電圧をスイッチングさせ、所定の直流電圧に変換して出力する。

制御回路１８は、スタート信号ａが供給されてから１〜３０ｍ秒が経過したかを判断し（Ｓ４）、経過すればＤＣ／ＤＣコンバータ１２から出力される直流電圧を、ＤＣ／ＡＣインバータ１５のスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ４を駆動パルス信号ｇでオンオフ制御させ（Ｓ５）、ＤＣ／ＡＣインバータ１５から交流電圧を生成する。

高圧放電灯１７が点灯した以降の制御回路１８は、通常の定格による高圧放電灯１７の駆動を行う処理を実行する。

このように、制御回路１８をマイクロコンピュータによる処理を行った場合でも、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２を始動させた後、１〜３０ｍ秒経過後にＤＣ／ＡＣインバータ１５を駆動させることで、高圧放電灯１７の不点灯を防止することが可能となり、延いては高圧放電灯１７の寿命向上を図ることができる。

このマイクロコンピュータによる処理を行う実施形態のハード構成でも、高圧放電灯１７の点灯の状態を検出する情報としては、電圧あるいは電流検出の何れか一方に入力でも構わない。また、ＤＣ／ＡＣインバータ１５を構成するスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ４はフルブリッジとしたが、スイッチ素子２個を使用するハーフブリッジでも構わない。

図５は、この発明の画像投影装置に関する一実施形態について説明するための概略的な構成図である。図５の画像投影装置は、液晶プロジェクタの構成を示している。
図５において、表示装置本体１００内にに示す放電灯点灯装置２００が収納されている。放電灯点灯装置２００により点灯される放電灯１７から放射される光線束は、一対のダイクロイックミラーＤＭ１，ＤＭ２によって３色の光線束に分離する。各色の光線束は、液晶シャッタＬＳ１〜ＬＳ３にそれぞれ透過させた後、透過させた光線束をダイクロイックミラーＤＭ３，ＤＭ４によって合成し、投光光学系ＰＯを通して投射させるようにしている。

ダイクロイックミラーＤＭ１，ＤＭ２は、例えば、赤色、青色の光線束のみを反射させ、他の色の光線束を透過させる選択反射性を有している。液晶シャッタＬＳ１〜ＬＳ３は、多数の画素をマトリクス状に配列して画素毎に光を透過させる状態と遮光する状態とを選択できるように構成したものであって、入力される画像信号に対応した表示パターンで光を透過させるようになっている。

の構成の液晶シャッタＬＳ１では、赤色、液晶シャッタＬＳ２は青色の表示パターンを、液晶シャッタＬＳ３は緑色の表示パターンを、それぞれ各色に対応して入力される画像信号に基づいて制御する。放電灯１７からダイクロイックミラーＤＭ１への光路上には、表示装置本体１００を小型化し、かつ、赤外線や紫外線等の不要光を除去するために、反射鏡Ｍ１が配設されており、光線束の進行方向が直角に方向転換されるようになっている。また、液晶シャッタＬＳ１への入射光および液晶シャッタＬＳ３の透過光は、それぞれ反射鏡Ｍ２，Ｍ３によって進行方向が直角に方向転換されて、液晶シャッタＬＳ１〜ＬＳ３を透過した光線束がダイクロイックミラーＤＭ３，ＤＭ４によって合成されるようになっている。

ダイクロイックミラーＤＭ３，ＤＭ４は、それぞれ青色、緑色の光線束のみを反射させ、他の色の光線束を透過させる。ここに、液晶シャッタＬＳ１〜ＬＳ３の導入側にはコンデンサレンズＣ１〜Ｃ３が配設される。また、放電灯１７には光線束を反射鏡Ｍに向かって反射する反射器Ｒが設けられている。

この実施形態によれば、放電灯点灯装置により高圧放電灯の点灯始動特性を向上させたことにより、画像投影装置における高圧放電灯の寿命を向上させ、高圧放電灯の交換頻度を抑えることができる。

この発明の放電灯点灯装置に関する一実施形態について説明するための回路構成図。 図１の動作について説明するための説明図。 図１の動作について説明するための図２に続く説明図。 この発明の放電灯点灯装置に関する他の実施形態について説明するための説明図。 この発明の画像投影装置に関する一実施形態について説明するための概念図。

符号の説明

１１ 直流電源
１２ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１３ ランプ電圧検出部
１４ ランプ電流検出部
１５ ＤＣ／ＡＣインバータ
１６ ランプ始動回路
１７ 高圧放電灯
１８ 制御回路
１９ ＰＷＭ制御部
２０ フルブリッジドライバ

Claims (5)

1. ランプ点灯制御信号に応じて入力直流電圧を昇圧または降圧し、所望の直流電圧に変換して出力するＤＣ／ＤＣコンバータと、
   前記直流電圧を交流電力に変換し、高圧放電灯に投入するＤＣ／ＡＣインバータと、
   前記放電灯始動時に、該放電灯に高電圧を印加する高圧パルス発生部と、
   前記高電圧の検出信号に基づいて前記放電灯の点灯制御を行う制御回路部と、を具備し、
   点灯スタート信号が入力されたとき、前記ＤＣ／ＤＣコンバータと前記ＤＣ／ＡＣインバータの動作開始にタイムラグを設けたことを特徴とする放電灯点灯装置。
2. 前記ＤＣ／ＡＣインバータは、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを動作させた後、１〜３０ｍ秒後に動作させることを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
3. 点灯スタート信号が入力されたとき、前記制御回路部から出力される前記ＤＣ／ＤＣコンバータのオン信号と前記ＤＣ／ＡＣインバータの駆動パルス信号にタイムラグを設けたことを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
4. 前記制御回路部から前記ＤＣ／ＤＣコンバータのオン信号を出力させたのち、１〜３０ｍ秒後に前記ＤＣ／ＡＣインバータの駆動パルス信号を出力することを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
5. 請求項１〜４の何れかの放電灯点灯装置と、
   前記高圧放電灯を光源とし、該光源から放射される光に基づき画像を表示する画像投影装置本体と、を具備したことを特徴とする画像投影装置。

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