JP2008300052A - 放電灯点灯装置、画像投影装置 - Google Patents

放電灯点灯装置、画像投影装置 Download PDF

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Abstract

【課題】共通の信号系で放電灯の点灯/消灯、調光と、調光を行うための信号と放電灯を駆動させる信号パルスの極性反転に同期させた点灯装置の実現を図る。
【解決手段】電源11の直流電圧を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は入力された直流電圧を交流電圧に変換し、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。制御回路20はコンバータ12を駆動するスイッチング信号aとインバータ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信号dをそれぞれ生成する。スイッチング信号aはインターフェース回路19に供給される制御信号SCIのデューティに基づき、駆動信号dは制御信号SCIの立ち上がりに基づくタイミングでそれぞれ生成する。制御信号SCIは放電灯17の点灯、消灯、調光等の情報を含んでいる。
【選択図】図1

Description

この発明は、放電灯に調光機能を持たせて点灯させる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。
従来の調光型放電灯点灯装置は、交流電源を電源とし、ホトカプラを介して外部制御信号を受信し、放電灯を調光させる場合は、外部制御信号の正パルス幅を固定し、パルス信号の周期を変えることにより、外部制御信号の正パルスのデューティ比を変化させるようにして放電灯の調光を行っている。外部制御信号には、放電灯の点灯/消灯と調光の2機能の情報を備えている。(例えば、特許文献1)
特開2004−349231公報
上記した特許文献1の技術は、放電灯の点灯/消灯および調光の2機能を有しているのみであり、放電灯を時分割色分離後に画像形成させる場合には、色信号の切り換えと放電灯の駆動パルス信号との同期をさせた方が画像再現性および光利用効率上有利であり、これには別構成の同期手段が必要であった。
この発明の目的は、放電灯の始動、停止、調光を図るとともに、調光を行うための信号と放電灯を駆動させる信号パルスの極性反転に同期を共通の信号系で可能とした放電灯点灯装置およびこの装置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、スイッチング信号に基づき入力直流電圧を昇圧または降圧させ、所望の直流電圧および電力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圧に変換し、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ランプ始動回路と、前記スイッチング信号を生成するとともに、該スイッチング信号のデューティを可変し、前記放電灯の調光制御を行う制御回路と、を具備し、前記制御回路は、該制御回路に供給される制御信号のデューティに基づき、前記スイッチング信号のデューティを可変させるとともに、前記DC/ACインバータを駆動させる駆動信号を前記制御信号の立ち下がりまたは立ち上がりに同期させたことを特徴する。
この発明の放電灯点灯装置では、放電灯の始動、停止それに調光を図るとともに、調光を行うための信号と放電灯を駆動させる信号パルスの極性反転に同期させることが可能となる。
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、図2は、この発明の放電灯点灯装置に関する第1の一実施形態について説明するための、図1は回路構成図で、図2は図1要部の具体的な回路図である。
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の出力は、DC/DCコンバータ12から出力される直流電圧を交流電圧に変換する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のためのコンデンサ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。
入力端子18には制御信号SCIが入力され、この制御信号SCIはインターフェース回路19に入力する。制御信号SCIは、デューティを異ならせることで調光用パルスとなるばかりか、放電灯17の点灯、消灯の制御信号ともなる。インターフェース回路19では、入力された制御信号SCIに基づき、制御信号SCIの他に、制御信号SCIのデューティに基づいた直流電圧を制御信号CLとして導出し、制御回路20に供給する。
さらに、制御回路20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bとランプ電流検出部14の電流検出信号cがそれぞれ供給される。
図2はインターフェース回路19の具体的な回路例を示すものである。図2において、インターフェース回路19は、入力端子18に入力された制御信号SCIを、ホトカプラPHを介してスイッチングを行い、ホトカプラPHの出力からインターフェース回路19の出力から制御信号SCI’を制御回路20に供給する。それにインターフェース回路19の抵抗R1およびコンデンサC3の接続点から制御信号SCI’のデューティに基づき得られる直流電圧を、放電灯17の電力を制御する制御信号CLとして制御回路20に供給する。
制御回路20では、制御信号CLの直流電圧に基づいたデューティのスイッチング信号aと制御信号SCI’の立ち上がりにオン/オフ動作が同期する駆動パルスdをそれぞれ生成して出力する。スイッチング信号aはDC/DCコンバータ12のスイッチ素子SWをオン/オフさせ、駆動パルスdはDC/ACインバータ15のスイッチ素子SW1〜SW4を駆動する。
次に、図1の動作について、図3および図4のタイミングチャートを参照しながら説明する。
先ず、消灯状態の放電灯17を始動し予熱点灯させる場合について説明する。インターフェース回路19に、制御信号SCIが供給されるとインターフェース回路19では、制御信号SCI’と制御信号CLを制御回路20に出力を開始する。制御回路20は、例えば予め制御回路20に記憶されたテーブル情報に基づくデューティの図4(a)に示すスイッチング信号aを生成し、DC/DCコンバータ12のスイッチ素子SWを駆動する。また、図4(d)に示すように制御回路20は、例えば2秒間だけ17kHz程度の始動・予熱点灯期間Hfの駆動パルスdでスイッチ素子SW1〜SW4を駆動し、駆動パルスdが始動・予熱点灯期間Hfにおいて、スイッチ素子SW1,SW2を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をLoレベルのときにオン、Hiレベルのときにオフさせる。
DC/DCコンバータ12では、スイッチング信号a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、スイッチング信号aのデューティに基づく直流電圧および直流電力に変換し、DC/ACインバータ15に出力する。
DC/ACインバータ15に入力された直流電圧は、始動・予熱点灯期間Hfの駆動パルスdでスイッチ素子SW1,SW2およびSW3,SW4を交互にオン/オフさせることによって、この期間のランプ始動回路16は放電灯17に高圧パルス電圧を供給する。放電灯17は高圧パルス電圧により放電灯17を構成する電極間の絶縁が破壊されて点灯が開始し、予熱動作に移行する。なお、この期間、ランプ電力が少ないと定電圧制御、大きいと定電力制御となる。
次に、通常点灯時とこの状態からの消灯それに通常点灯時の調光について説明する。
先ず、図3(ta)に示すデューティ80%の制御信号SCIが入力端子18に供給された場合を考える。インターフェース回路19では制御信号SCI’とデューティ80%に基づく直流電圧の制御信号CLを制御回路20に出力する。制御回路20は、制御信号CLの直流電圧値に基づくデューティのスイッチング信号aを生成し、スイッチ素子SWをスイッチングする。DC/DCコンバータ12では、電源11の直流電圧をスイッチング信号aのデューティに基づく直流電力に変換し、DC/ACインバータ15に出力する。
DC/ACインバータ15に入力された直流電力は、比較的低い例えば90Hz程度の通常点灯期間Lfの駆動パルスdでスイッチ素子SW1,SW2およびSW3,SW4を交互にオン/オフさせて、放電灯17の出力電力を、例えば100Wになるように制御を行っている。このとき制御回路20は、電圧検出信号b2と電流検出信号c2と制御信号SCI’の情報に基づき放電灯17の電力が100Wになるようなフィードバック制御が行われる。
通常点灯期間Lfの駆動パルスdは、図3(d)にも示すように、制御信号SCI’の立ち上がりに同期してオン/オフするパルスとなっている。
放電灯17を消灯させる場合は、制御信号SCI’のLoレベルの期間が例えば5msec以上続けば、制御回路20は消灯の信号が入力されたとして駆動パルスdなどの出力を停止させることで可能となる。
通常点灯の状態において調光を行う場合は、図3(tb)に示すデューティが50%の制御信号SCIがインターフェース回路19に入力されると、制御回路20には、制御信号SCI’と制御信号SCI’のデューティに基づいた直流電力の制御信号CLを制御回路20に出力する。制御回路20は、制御信号CLの直流電圧値に基づくデューティのスイッチング信号aを生成し、スイッチ素子SWをスイッチングする。DC/DCコンバータ12では、スイッチング信号aのデューティに基づく直流電力に変換し、DC/ACインバータ15に出力する。
このときの直流電力は、デューティ80%のときよりも低い値となる。DC/ACインバータ15を駆動する駆動信号dは、図3(d)にも示すように制御信号SCIの立ち上がりに同期してオン/オフするパルスであり、デューティ80%の制御信号SCIの場合と同パルスである。従って、放電灯17の出力電力を例えば80Wとなる調光が可能となる。
同様に、図3(tc)に示すデューティが20%の制御信号SCIがインターフェース回路19に入力された場合は、DC/ACインバータ15に供給される直流電力値が下がる。DC/ACインバータ15を駆動する駆動信号dは、図3(d)にも示すように制御信号SCIの立ち上がりに同期してオン/オフするパルスであり、デューティ80%や50%の制御信号SCIの場合と同パルスである。デューティが20%の制御信号SCIでは、放電灯17の出力電力を例えば50Wにすることができる。
このように、制御信号SCIは放電灯17の点灯始動や停止の他に、デューティを変更することで放電灯17の調光も可能となる。
なお、上記した各実施形態において、図3(ta)〜(tc)示す制御信号SCIではデューティ100%は示されていない、当然のことながら、調光しない状態下では制御信号SCIがデューティ100%とすることもできる。調光をどの状態にするかは任意設定できる。また、調光量および点灯周波数も任意に変更可能である。
さらに、放電灯を停止させる場合、制御信号SCIが例えば5msec以上Loレベルにある場合としたが、Hiレベルにある場合としても構わない。
図5は、この発明の放電灯点灯装置に関する第2の実施形態について説明するための、図2に相当する回路図である。
この実施形態は、ホトカプラPHを介して入力された制御信号SCI’と同様の情報を、制御回路20に供給するようにしたものである。
インターフェース回路19のホトカプラPHのエミッタから制御信号SCI’と制御信号CLを取り出し制御回路20に供給する。すなわち、制御信号CLは、制御信号SCI’と同信号である。制御回路20では、制御信号CLの異なるデューティに基づくスイッチング信号aでDC/DCコンバータ12のスイッチ素子SWを制御したものである。この場合は、異なるデューティをアナログ信号としたかパルス信号にしたかの違いだけで動作としては上記実施形態と同様である。
上記した各実施形態では、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、ハーフブリッジでも構わない。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。
この実施形態では、上記した実施形態と同様の効果に加え、インターフェース回路19を介して制御回路20に供給される信号としては、アナログ信号がないことから制御回路20の構成がアナログ値をデジタル値に変換する手段が不要となる。
図6、図7は、この発明の放電灯点灯装置に関する第3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20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、図4も参照しながら、図6、図7についてそれぞれ説明する。
先ず、図6のフローチャートを参照し、停止(消灯)状態から放電灯を点灯させる場合の処理について説明する。
停止(消灯)状態時の制御回路20は、インターフェース回路19から図2の制御信号SCIが供給されたかを判断する(S1)。制御信号SCI’の供給があれば、予め制御回路20に記憶されたテーブル情報とランプ電圧検出信号bとそれにランプ電流検出信号cに基づく図4(a)に示すデューティのスイッチング信号aを生成し、DC/DCコンバータ12のスイッチ素子SWを駆動する(S2)。DC/DCコンバータ12は、スイッチング信号aに基づいた直流電圧および直流電力をDC/ACインバータ15に供給する。この間、始動予熱点灯期間に、例えば2秒間だけ17kHz程度の始動・予熱点灯期間Hfの駆動パルスdでスイッチ素子SW1,SW2とスイッチ素子SW3,SW4を交互にスイッチングする。DC/ACインバータ15では、このスイッチング動作で交流電圧に変換し、ランプ始動回路16に供給する(S3)。ランプ始動回路16では、始動・予熱点灯期間Hfの駆動パルスdに基づいた放電灯17に高圧パルス電圧を供給する。放電灯17は高圧パルス電圧により放電灯17を構成する電極間の絶縁が破壊されて点灯が開始する。
点灯後に制御回路20は、DC/ACインバータ15に入力された直流電圧を比較的低い例えば90Hz程度の通常点灯期間Lfの駆動パルスdを出力し(S4)、スイッチ素子SW1,SW2およびSW3,SW4を交互にオン/オフさせて、放電灯17の出力電力を、例えば100Wになるように制御を行っている。このとき制御回路20は、電圧検出信号b2と電流検出信号c2と制御信号SCI’の情報に基づき放電灯17の電力が例えば100Wになるようなフィードバック制御が行われる。
次に、図7のフローチャートを参照し、図6の処理で点灯された放電灯の消灯の処理についてと調光の処理について説明する。
図6の処理により放電灯17が点灯されている状態にある。そこで、インターフェース回路19に供給される制御信号SCIのデューティを100%から80%にすると、インターフェース回路19では、デューティ80%の制御信号SCIとこの制御信号SCIに基づき得られる直流の制御信号CLを生成し制御回路20に供給する。
通常点灯後に制御回路20は、制御信号SCI’のLoレベルが5msec以上続いたかを判断(S1)する。5msec以上続いた場合は、放電灯17の点灯を消灯させ、5msec以上続いていない場合は、制御信号CLの値が変更されたかを判断する(S2)。
ステップS2において、変更があったと判断すれば、変更されたデューティ80%の制御信号CLに基づくデューティのスイッチング信号aを生成し(S3)、DC/DCコンバータ12のスイッチ素子SWをスイッチングする。DC/DCコンバータ12は、スイッチング信号aに基づいたデューティ100%の場合よりも低下した新たな直流電力をDC/ACインバータ15に供給する。このとき制御回路20は、電圧検出信号b2と電流検出信号c2と制御信号SCI’の情報に基づき放電灯17の電力が例えば80Wになるようなフィードバック制御が行われる。これにより、制御信号SCIのデューティ100%では100Wあった電力を80Wに下げ、放電灯17の調光が可能となる。この間に、制御回路20は、DC/ACインバータ15に低い90Hz程度の通常時点灯期間Lfの駆動パルスdを出力し(S4)、スイッチ素子SW1,SW2およびSW3,SW4を交互にオン/オフさせる。
制御回路20は、調光時においても制御信号SCIのLoレベルが5msec以上続いたかを判断し(S1)、5msec以上続いた状態になれば消灯の命令がされたと判断し、放電灯17を消灯させることができる。
このように、プログラム処理によっても、制御信号SCIの情報に基づき放電灯の点灯、消灯、調光に加え、交流点灯の放電灯を制御信号SCIの立ち上がりのタイミングに同期させた点灯も実現させることができる。
図8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8の画像投影装置は、DLP(登録商標)(Digital Light Processing)方式によるプロジェクタの構成を示している。
プロジェクタ装置100は、円板状のカラーホイール101がモータの回転部に取り付けられたカラーホイールアッセンブリ102、カラーホイール101に向け、放電灯点灯装置200により点灯される放電灯17の光をリフレクタ103で反射させ照射する。カラーホイール101を透過させた光を反射するデジタルマイクロミラーデバイス104からの光をスクリーン105に投射する投射光学部106を備える。
カラーホイール101は周方向に関して、例えば、120度ずつに分割された3つの色領域がそれぞれR(赤)、G(緑)、B(青)の周波数帯の光を透過するフィルタとされ、モータにより毎分10,000回転程度で回転させる。デジタルマイクロミラーデバイス104は、微細な多数個の姿勢変更可能な反射ミラーが2次元に配列して設けられる。カラーホイール101からR・G・Bのいずれか順次出射される光は、集光レンズ108を介してデジタルマイクロミラーデバイス104の各反射ミラーへと導かれ、各反射ミラーの姿勢に応じて投射光学部106また投射光学部106とは異なる所定の位置に向けて反射され、投射光学部106へと入射する光のみがスクリーン105に投射される。
このとき、外部から入力される信号に基づいてデジタルマイクロミラーデバイス104がカラーホイール101の回転角に同期して制御され、各反射ミラーの姿勢が高速に変更される。これにより、プロジェクタ装置100では入力信号に応じてR画像、G画像およびB画像が高速に切り換えられ、スクリーン105上にカラーの動画が映し出される。
カラーホイール101の回転角に同期させる信号として放電灯点灯装置200のDC/ACインバータを駆動させる駆動信号dとしている。
この実施形態によれば、放電灯の調光を行うための信号と放電灯を駆動させる信号パルスの極性反転に同期させる放電灯点灯装置を用いたことにより、DLP方式によるプロジェクタのミクロンサイズの超微小なデジタルマイクロミラーデバイスの角度の切り換えとR・G・Bの切り換えを、放電灯を駆動させる駆動パルスと同期させたことから画像の再現性および光利用効率向上に寄与する。
この実施形態では、R、G、Bの画像を切り換えとしたが、色分離された画像の切り換えであっても構わない。
この発明のランプ点灯装置に関する第1の実施形態について説明するための回路構成図。 図1要部のより具体的な一構成例について説明するための構成図。 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説明図。 この発明のランプ点灯装置に関する第2の実施形態について説明するための図2に相当する構成図。 この発明のランプ点灯装置に関する第3の実施形態について説明するための説明図。 この発明のランプ点灯装置に関する第3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 電源
12 DC/DCコンバータ12
15 DC/ACインバータ
16 ランプ始動回路
17 放電灯
19 インターフェース回路
20 制御回路
SCI 制御信号
CL 制御信号
a スイッチング信号
d 駆動信号
100 プロジェクタ装置
101 カラーホイール
102 カラーホイールアッセンブリ
103 リフレクタ
104 デジタルマイクロミラーデバイス
105 スクリーン
106 投射光学部
108 集光レンズ
200 放電灯点灯装置

Claims (5)

  1. スイッチング信号に基づき入力直流電圧を昇圧または降圧させ、所望の直流電圧および電力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圧に変換し、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ランプ始動回路と、
    前記スイッチング信号を生成するとともに、該スイッチング信号のデューティを可変し、前記放電灯の調光制御を行う制御回路と、を具備し、
    前記制御回路は、該制御回路に供給される制御信号のデューティに基づき、前記スイッチング信号のデューティを可変させるとともに、前記DC/ACインバータを駆動させる駆動信号を前記制御信号の立ち下がりまたは立ち上がりに同期させたことを特徴する放電灯点灯装置。
  2. 前記制御信号が予め設定された時間以上LoレベルまたはHiレベルにある場合は、前記放電灯を停止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. 前記制御信号のデューティを変更することで、前記スイッチング信号のデューティを変更させ、前記放電灯の調光を行うことを特徴とする請求項1記載の放電灯点灯装置。
  4. 前記制御信号には、前記スイッチング信号のデューティを可変して調光するための情報、前記DC/ACインバータで交流電圧に変換させる駆動信号の情報、前記放電灯を点灯、消灯させる情報を備えてな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、
    前記放電灯を光源とし、該光源から放射される光に基づき、色分離した各画像を切り換えて表示するDLP方式の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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* Cited by examiner, † Cited by third party
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