JP2009093994A

JP2009093994A - 高圧放電灯点灯装置及びプロジェクタ

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Publication number: JP2009093994A
Application number: JP2007265501A
Authority: JP
Inventors: Toru Nagase; 徹永瀬; Shinichi Suzuki; 信一鈴木; Yoshiaki Komatsu; 嘉昭駒津
Original assignee: Iwasaki Denki KK
Current assignee: Iwasaki Denki KK
Priority date: 2007-10-11
Filing date: 2007-10-11
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2027-10-11
Also published as: JP5126581B2

Abstract

【課題】プロジェクタを移動し置き直す際にプロジェクタに衝撃が加わっても高圧放電灯を立消えさせない高圧放電灯点灯装置を提供する。
【解決手段】直流電源部、直流電源部からの直流出力を受け高圧放電灯へ供給される電流を制限する直流出力手段、直流出力手段の直流出力を交流出力に変換して高圧放電灯に供給する交流変換手段、高圧放電灯の電圧または電流を検出する検出手段、及び検出手段からの検出結果を受けて直流出力手段の出力電力特性を切り換える切換え手段からなる高圧放電灯点灯装置において、検出される出力電圧が電圧上限値に達した場合、または検出される出力電流が電流下限値に達した場合、切換え手段が直流出力手段の出力電力特性を定格出力電力モードから、それよりも出力電力が大きい高出力電力モードに切り換え、所定のタイミングで定格出力電力モードに戻すように構成した。
【選択図】図８

Description

本発明は高圧放電灯を点灯させるための高圧放電灯点灯装置の改良に関する。さらに、その高圧放電灯点灯装置を用いたプロジェクタ、及び高圧放電灯点灯装置の制御方法に関する。

近年、高圧放電灯点灯装置の電子化による小型、軽量化が進み、図１に示すような降圧チョッパ回路２０、フルブリッジ回路３０、およびイグナイタ回路４０の組合せにより高圧放電灯５０を始動させ、その後、安定に点灯させる高圧放電灯点灯装置がプロジェクタに用いられている（例えば、特許文献１）。

図１の従来回路の動作を説明する。降圧チョッパ回路２０は、その制御に関する回路として、抵抗２５、２６及び２７からなる検出回路並びにＰＷＭ制御回路２８を含む。ＰＷＭ制御回路２８は、抵抗２７によりランプ電流に比例したランプ電流信号を、抵抗２６によりランプ電圧に比例したランプ電圧信号を検出し、ランプ電流信号とランプ電圧信号を乗算器またはマイクロコンピュータにて演算した電圧信号と、予め高圧放電灯の定格ランプ電圧時に定格ランプ電力で点灯できるように設定した基準電圧とを誤差増幅器にて比較し、ランプ電流信号とランプ電圧信号を乗算した電圧信号が一定になるようにトランジスタ２１のデューティ比をパルス幅制御し、高圧放電灯５０を適正な電力にて点灯させるものである。

次に、降圧チョッパ回路２０の制限された直流出力を受けて動作するフルブリッジ回路３０の動作は、トランジスタ３１及び３４とトランジスタ３２及び３３がブリッジ制御回路３７にて制御される周波数にて交互に導通・非導通を繰り返すことにより、降圧チョッパ回路２０の直流出力を交流電流に変換し、高圧放電灯５０に供給するものである。

高圧放電灯５０を始動させるためのイグナイタ回路４０の動作については、イグナイタ制御回路４２から出力されたパルス電圧が、パルストランス４１の１次巻線４７に印加され、その巻数比に応じてパルストランス４１の２次巻線４８に誘起されたパルス電圧が、２次巻線４８と直列に接続された高圧放灯５０に印加され、高圧放電灯５０が始動、点灯するものである。

図２は高圧放電灯始動時から安定点灯に至るまでの高圧放電灯点灯装置の動作を説明するためのものである。
時間ｔ０で、直流電源１０から例えば３８０Ｖ（Ｖ０）の直流電圧を受け、降圧チョッパ回路２０及びフルブリッジ回路３０の動作が開始し、イグナイタ回路４０も動作を開始する。
高圧放電灯５０が放電を開始する時間ｔ１まで、降圧チョッパ回路２０の出力電圧（ランプ電圧）は例えば予め設定された２００Ｖ（Ｖ１）を出力している。

ここで、降圧チョッパ回路２０の出力電圧を例えば２００Ｖ程度に制限することが以下の理由により望ましい。

放電開始後について、放電中のランプ電圧は一般的には高くても１４０Ｖ程度が上限となるので、ランプに過渡的な状態が起こらない限りそれより高い出力電圧は不要である。また、ランプ始動時にランプがイグナイタ回路４０からの高圧パルスにより絶縁破壊した後に放電を維持するために十分なエネルギーを供給しなければならないが、そのための電圧源としては、高圧放電灯の場合定格ランプ電圧の１．５倍程度あればよく、すなわち２００Ｖ程度あればよい。そして、フルブリッジ回路３０に使用するトランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ等）は一般に耐圧が低いものほどオン抵抗が小さく、かつ価格が低い。このことを踏まえて、トランジスタのディレーティングを８０％とした場合、２００Ｖ÷０．８＝２５０Ｖとなるので、２５０Ｖ耐圧のトランジスタを用いればよい。
上記より、降圧チョッパ回路２０の出力電圧を例えば２００Ｖに制限すれば、低発熱化、低コスト化の観点から有利な条件で回路全体を構成できる

次に時間ｔ１にて高圧放電灯５０が放電を開始すると、降圧チョッパ回路２０がＰＷＭ制御をすることにより電流制限を行うため、降圧チョッパ回路２０の出力電圧は高圧放電灯５０の電圧とほぼ等しい電圧まで低下する。
また、高圧放電灯５０は放電開始直後においては発光管内の封入金属が蒸発していないため圧力が低く、そのためランプ電圧も最初は低いが、時間の経過とともに封入金属が蒸発しランプ電圧が高まっていく。
そして時間ｔ２が経過してランプが定電力制御される範囲までランプ電圧が上昇すると、ランプ電流は減少をはじめる。さらに時間が経過してｔｓとなると、ランプ電圧の上昇は止まって安定した値となり、それに伴いランプ電流の値も安定することとなる。
ところで、上記従来の高圧放電灯点灯装置で点灯される高圧放電灯の放電アークは発光管内の対流により、図３で示すようにアーク中央部が多少上部に湾曲した形で安定した放電が維持される。

一方、近年、このような高圧放電灯と高圧放電灯点灯装置を組み込んだプロジェクタについて、ビジネス用を中心に小型軽量が進んだことにより、ユーザーが使用中にプロジェクタの設置場所や投射方向を移動させる機会が増えている。
ここで、プロジェクタを移動し置き直す際にプロジェクタに軽い衝撃が加わってしまった場合、その衝撃は高圧放電灯５０にも加わり、瞬間的に高圧放電灯５０のアークは図４のように更に大きく湾曲してしまう。
特開２００６−１２０５０２号公報

ここで、高圧放電灯５０のランプ電圧は、そのアーク長に比例して増加するため図５に示すようにｔ３のタイミングで衝撃が加わると、その瞬間からランプ電圧は瞬時に増加し始める。

また、降圧チョッパ回路２０の出力電圧を高圧放電灯点灯装置の低コスト化、低発熱化を実現するため例えば２００Ｖに制限した場合、衝撃により増大するランプ電圧が２００Ｖ近くに達してしまうと高圧放電灯点灯装置から供給される電流が極めて小さくなり、その時間ｔ５にて高圧放電灯５０が立消えてしまい、プロジェクタとしての映像を投射する機能が失われてしまう。

また、高圧放電灯５０は低圧放電灯である蛍光灯などとは異なり、点灯時の高い発光管温度の影響で発光管の内圧が高いため、その後発光管温度が下がり、内圧が低くなるまでは、イグナイタ回路４０でパルス電圧を高圧放電灯５０に印加しても放電を開始することができない。そのため、ユーザーはその間プロジェクタを使用できないという問題が生じてしまう。

本発明の第１の側面は、直流電源部、直流電源部からの直流出力を受け高圧放電灯へ供給される電流を制限する直流出力手段、直流出力手段の直流出力を交流出力に変換して高圧放電灯に供給する交流変換手段、高圧放電灯の電圧または電流を検出する検出手段、及び検出手段からの検出結果を受けて直流出力手段の出力電力特性を切り換える切換え手段からなる高圧放電灯点灯装置において、検出される出力電圧が電圧上限値に達した場合、または検出される出力電流が電流下限値に達した場合、切換え手段が直流出力手段の出力電力特性を定格出力電力モード（定格出力電力特性）から、それよりも出力電力が大きい高出力電力モード（高出力電力特性）に切り換え、所定のタイミングで定格出力電力モードに戻すように構成された高圧放電灯点灯装置である。

より具体的には、直流出力手段が降圧チョッパ回路からなり、交流変換手段がフルブリッジ回路からなり、検出手段が降圧チョッパ回路の出力電圧または出力電流を検出する検出回路からなり、切換え手段が検出回路からの検出結果を受けて降圧チョッパ回路の出力電力特性を切り換えるように構成した。

本発明第２の側面は、上記第１の側面の高圧放電灯点灯装置、高圧放電灯、高圧放電灯が取り付けられるリフレクタ、並びに高圧放電灯点灯装置及びリフレクタを内包する筐体を備えたプロジェクタである。

本発明第３の側面は、直流電源部、直流電源部からの直流出力を受け高圧放電灯へ供給される電流を制限する直流出力手段、直流出力手段の直流出力を交流出力に変換して高圧放電灯に供給する交流変換手段、高圧放電灯の電圧または電流を検出する検出手段、及び検出手段からの検出結果を受けて直流出力手段の出力電力特性を切り換える切換え手段からなる高圧放電灯点灯装置を制御する方法であって、（Ａ）直流出力手段が定格出力電力モードで出力するステップ、（Ｂ）検出される出力電圧が電圧上限値に達した場合または検出される出力電流が電流下限値に達した場合に、直流出力手段の出力電力特性を定格出力電力モードよりも出力電力が大きい高出力電力モードに切り換えるステップ、（Ｃ）直流出力手段が高出力電力モードを継続するステップ、及び（Ｄ）直流出力手段の出力電力特性を定格出力電力モードに戻すステップからなる方法である。

ここで、上記第１の側面及び上記第３の側面において、高電力特性モードの継続時間を所定値に予め設定しておくことが望ましい。特に、所定値を２０ｍＳｅｃ以上３０ｍＳｅｃ以下とするのが好適である。

本発明の高圧放電灯点灯装置によれば、降圧チョッパ回路２０の出力電圧または出力電流を監視することにより、高圧放電灯５０に衝撃が加わったことを判断し、降圧チョッパ回路２０の出力電力特性を高電力特性モードに切り換えることにより、高圧放電灯５０が点灯を維持可能な程度の電流を保持することができるため、高圧放電灯５０の立消えを防止することが可能となる。

次に、実施の形態について説明する。本発明に係る高圧放電灯点灯装置の回路構成は従来技術の図１と同じであり、図６にて本発明の動作を説明する。
従来例と同じように高圧放電灯が低周波の矩形波点灯を行っている時に従来例と同じようにｔ３のタイミングで高圧放電灯５０に衝撃が加わると、その瞬間からランプ電圧は瞬時に増加し始める。

そこで、制御回路６０は、ＰＷＭ制御回路２８を介して入力される抵抗２６または抵抗２７の電圧によって降圧チョッパ回路２０の出力電圧または出力電流を監視し、高圧放電灯５０のランプ電圧が図６に示すある設定電圧（Ｖ２）を超えたこと、またはランプ電流がある設定電流（Ｉ２）を下回ったことを検出すると、高圧放電灯５０への衝撃によりアークが過度に湾曲したものと判断する。そして、切換え手段が降圧チョッパ回路の出力電力特性を高電力特性モードに切り換える。

このことにより、（従来はランプ電圧が１８０Ｖ程度になった瞬間に立消えを起こしていたが）ランプ電圧が１８０Ｖ程度に達しても高圧放電灯５０の放電を持続できるだけのランプ電流を維持することが可能となるので、結果的にプロジェクタに衝撃が加わってもプロジェクタとして映像を投射する機能を損なうことはなくなる。もちろん、降圧チョッパ回路２０の出力電力特性切り換え後に、ランプ電圧がさらに上昇して１８０Ｖを超えるようなことがあっても、高圧放電灯の放電を持続できるだけのランプ電流が確保できれば立消えることはない。

また、実験的には高圧放電灯５０（定格ランプ電力１５０Ｗクラスのランプ）に衝撃を加えた時、高圧放電灯５０のランプ電圧が安定時より２０％以上高い電圧を維持している時間は平均的には１５ｍＳｅｃ、最大でも２０ｍＳｅｃであった。

本発明の場合、検出される出力電圧が電圧上限値に達した場合、または検出される出力電流が電流下限値に達した場合に、切換え手段が降圧チョッパ回路２０の出力電力特性を高電力特性モードに切り換えるため、高圧放電灯に流れる電流が定常状態より増え、ランプの点灯を維持することは可能となるが、瞬時的にはランプが過入力の状態となる。

従って、高圧放電灯５０に衝撃が加わったことを検知して出力電力特性が切替った高電力特性モードに移行した場合も、ランプの過入力状態を長時間持続することなく定格電力特性モードによる点灯に戻すことが望ましい。

本発明における高圧放電灯点灯装置においては、（例えば、図示しないタイマなどを制御部６０に設け）高電力特性モード点灯を行っている時間（ｔＨ）を設定し、設定時間を経過したら通常の定格電力特性モード点灯に戻す機能も含まれる。

具体的には、前記の高圧放電灯５０に衝撃を加えた時の高圧放電灯５０のランプ電圧が安定時より２０％以上高い電圧を維持している時間が平均的には１５ｍＳｅｃ、最大でも２０ｍＳｅｃであるため、設定時間は２０ｍ〜３０ｍＳｅｃとするのが好ましく、２５ｍＳｅｃ程度に設定するのが特に好ましい。もちろん、設定時間が２０ｍＳｅｃ未満、あるいは３０ｍＳｅｃを超えるものであっても本発明の原理は適用できる。即ち、軽度の（回復の早い）アーク湾曲しか発生しないのであれば設定時間を２０ｍＳｅｃ未満としてもよいし、高圧放電灯５０の寸法、形状、などがある程度の過入力に対して問題なく耐えうるものであれば設定時間を３０ｍＳｅｃより長くしてもよい。

また、期間ｔＨの期間長を可変とすることもできる。例えば、高電力特性モード中も出力電圧又は出力電流を検出し、出力電圧が所定値Ｖ３（図示せず）を下回った場合、又は出力電流が所定値Ｉ３（図示せず）を上回った場合に、放電アークの湾曲が回復したものと判断し、定格電力特性モードに戻すようにしてもよい。これにより、高電力特性モードによる高圧放電灯５０の過入力の期間を最小にすることができる。

上記より、プロジェクタを移動し置き直す際にプロジェクタに衝撃が加わってしまった場合でも高圧放電灯５０を立消えさせない高圧放電灯点灯装置を得ることができる。しかも、低コストかつ低発熱な構成を用いて上記効果を達成できる。

上記実施例では、高圧放電灯に衝撃が加わってアークに過度の湾曲が発生した場合に、これに起因する立消えを防止できる高圧放電灯点灯装置を示したが、それを用いたアプリケーションとしてのプロジェクタを図７に示す。図７において、７１は上記で説明した実施例の高圧放電灯点灯装置、７２は高圧放電灯５０が取り付けられるリフレクタ、７３は高圧放電灯点灯装置７１、高圧放電灯５０及びリフレクタ７２を内蔵する筐体である。なお、図は実施例を模擬的に図示したものであり、寸法、配置などは図面通りではない。そして、図示されない映像系の部材等を筐体７３内に適宜配置してプロジェクタが構成される。

以上より、プロジェクタを移動し置きなおす際にプロジェクタに衝撃が加わってしまった場合でも、立消えを起こさずに使用を継続できるプロジェクタを提供できる。

図８に本発明の高圧放電灯点灯装置を制御する方法に関するフローチャートを示す。同図のフローチャートは既に安定点灯に到達した後の制御を示すものである。
ステップＳ１００において、高圧放電灯５０は定格電力特性モード点灯されている。即ち、降圧チョッパ２０は定格電力を出力するように制御されている。

ステップＳ１１０では、上記で説明してきた方法により高圧放電灯に衝撃が加わったか否かを検知する。即ち、検出される出力電圧が設定電圧（Ｖ２）を超えたか否か、または検出される出力電流がある設定電流（Ｉ２）を下回ったか否かによって衝撃による湾曲の有無を検知する。衝撃が加わったと判断した場合、ステップＳ１２０に進み、それ以外の場合はステップＳ１００に戻る。

ステップＳ１２０において、切換え手段６１によりチョッパ回路２０の出力電力特性を高電力特性モードに切り換え、ステップＳ１３０において、高電力特性モードでの動作を所定の期間継続する。

ステップＳ１４０において、切換え手段６１によりチョッパ回路２０の出力電力特性を通常の定格電力特性モードでの動作に戻す。

以上より、従来の回路構成を用いながらも本発明の制御方法を導入することにより、プロジェクタに衝撃が加わってしまった場合でも高圧放電灯５０を立消えさせないようにすることができる。

なお、本発明の用途をプロジェクタに特化して説明してきたが、本発明は一般照明用の照明器具にも適用できる。例えば、移動可能な設備に取り付けたダウンライトを想定した場合、本発明の手法を用いれば、その設備の移動により高圧放電灯に衝撃・振動が加わった場合でも立消えを防止することができる。またさらに、移動しない設備に取り付けた場合でも、工事、災害等により高圧放電灯に衝撃・振動が加わった場合に立消えを防止することができる。

なお、実施例においては最も好適な例として直流出力手段に降圧チョッパ回路を用いたが、直流電力を制限できれば他の周知の構成（例えば、フライバックコンバータ等）を用いてもよい。また同様に、交流変換手段としてフルブリッジ回路を用いたが、ランプに交流電力が供給できれば他の周知の構成（例えば、プッシュプル型インバータ等）を用いてもよい。

従来の高圧放電灯点灯装置を示す図である。従来の高圧放電灯点灯装置における高圧放電灯点灯装置内の電圧波形とランプ圧・ランプ電流波形を示す図である。通常の高圧放電灯のアーク状態を示す図である。衝撃が印加された時の圧放電灯のアーク状態を示す図である。従来の高圧放電灯点灯装置における衝撃印加時のランプ電圧・ランプ電流波形を示す図である。本発明の高圧放電灯点灯装置における衝撃印加時のランプ電圧・ランプ電流波形を示す図である。本発明のプロジェクタを示す図である。本発明の制御方法のフローチャートである。

符号の説明

１０：直流電源
２０：降圧チョッパ回路
２１，３１，３２，３３，３４：トランジスタ
２２：ダイオード
２３：チョークコイル
２４：コンデンサ
２５，２６，２７：抵抗
２８：ＰＷＭ制御回路
３０：フルブリッジ回路
３７：ブリッジ制御回路
４０：イグナイタ回路
４１：パルストランス
４２：イグナイタ制御回路
４７：パルストランス１次巻線
４８：パルストランス２次巻線
５０：高圧放電灯
６０：制御部
６１：切換え手段
７１：高圧放電灯点灯装置
７２：リフレクタ
７３：筐体

Claims

直流電源部、該直流電源部からの直流出力を受け高圧放電灯へ供給される電流を制限する直流出力手段、該直流出力手段の直流出力を交流出力に変換して高圧放電灯に供給する交流変換手段、該高圧放電灯の電圧または電流を検出する検出手段、及び該検出手段からの検出結果を受けて該直流出力手段の出力電力特性を切り換える切換え手段からなる高圧放電灯点灯装置において、
検出される出力電圧が電圧上限値に達した場合、または検出される出力電流が電流下限値に達した場合、該切換え手段が該直流出力手段の出力電力特性を定格出力電力モードから該定格出力電力モードよりも出力電力が大きい高出力電力モードに切り換え、所定のタイミングで該定格出力電力モードに戻すように構成された高圧放電灯点灯装置。
請求項１記載の高圧放電灯点灯装置において、
前記直流出力手段が降圧チョッパ回路からなり、前記交流変換手段がフルブリッジ回路からなり、前記検出手段が該降圧チョッパ回路の出力電圧または出力電流を検出する検出回路からなり、前記切換え手段が該検出回路からの検出結果を受けて該降圧チョッパ回路の出力電力特性を切り換えるよう構成された高圧放電灯点灯装置。
請求項１又は２記載の高圧放電灯点灯装置において、前記所定のタイミングについて、前記高出力電力モードの継続時間が予め所定値に設定されている高圧放電灯点灯装置。
請求項３記載の高圧放電灯点灯装置において、前記所定値が２０ｍＳｅｃ以上３０ｍＳｅｃ以下である高圧放電灯点灯装置。
請求項１から４いずれか一項に記載の高圧放電灯点灯装置、前記高圧放電灯、該高圧放電灯が取り付けられるリフレクタ、並びに該高圧放電灯点灯装置及び該リフレクタを内包する筐体を備えたプロジェクタ。
直流電源部、該直流電源部からの直流出力を受け高圧放電灯へ供給される電流を制限する直流出力手段、該直流出力手段の直流出力を交流出力に変換して高圧放電灯に供給する交流変換手段、該高圧放電灯の電圧または電流を検出する検出手段、及び該検出手段からの検出結果を受けて該直流出力手段の出力電力特性を切り換える切換え手段からなる高圧放電灯点灯装置を制御する方法であって、
（Ａ）該直流出力手段が定格出力電力モードで出力するステップ、
（Ｂ）検出される出力電圧が電圧上限値に達した場合または検出される出力電流が電流下限値に達した場合に、該直流出力手段の出力電力特性を定格出力電力モードよりも出力電力が大きい高出力電力モードに切り換えるステップ、
（Ｃ）該直流出力手段が高出力電力モードを継続するステップ、及び
（Ｄ）該直流出力手段が出力電力特性を定格出力電力モードに戻すステップ
からなる方法。
請求項６記載の方法において、前記ステップ（Ｃ）の継続時間が予め所定値に設定されている方法。
請求項７記載の方法において、前記所定値が２０ｍＳｅｃ以上３０ｍＳｅｃ以下である方法。