JP2009110861A - 点灯制御装置、光源装置、およびプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】光源ランプのちらつきを抑制することができる点灯制御装置を提供すること。
【解決手段】本発明の点灯制御装置は、光源ランプに電流を供給するチョッパ回路と、入力された反転制御信号に基づいて電流の向きを反転させるインバータ回路と、光源ランプの点灯電力が一定になるようにチョッパ回路を制御する制御装置とを備えている。制御装置は、電流の向きが反転する前後において点灯電力が等しくなるように電流の大きさを制御する電流制御部と、所定のタイミングで反転制御信号を出力する反転制御信号出力部とを備えている。本発明によれば、一対の電極が交互に加熱されることとなるので、電極の温度をほぼ一定に保つことができ、電極に形成される突起の異常成長等が発生しない。その上、光源ランプに供給される電流の大きさは、電流の向きが反転する前後において等しくなるように制御されるので、発光輝度が変化しない。
【選択図】図４

Description

本発明は、内部に設けられた一対の電極間で放電発光する光源ランプの点灯を制御する点灯制御装置、光源装置、およびプロジェクタに関する。

従来、入射光束を画像情報に応じて変調する液晶パネル等の画像形成装置を備えたプロジェクタが知られている。このようなプロジェクタでは、画像形成装置に光束を射出する光源装置として、一対の電極間で放電発光が行われる放電発光型の光源ランプが多用される。ここで、光源ランプとして、電極の磨耗を抑制するために交流電流により駆動されるものが知られている。

このような光源ランプでは、各電極は、半周期ごとに陰極および陽極として機能することとなるが、陽極時（所定の半周期）には当該電極に電子が衝突することにより電極温度が上昇するが、陰極時（次の半周期）には電極温度が低下する。このため、光源ランプを交流電流で駆動した場合、電極の温度が周期的に変化することとなり、同じタイミングにおける電極間に温度差が生じてしまうため、アークの発生位置が不安定になる。放電発光型の光源ランプを用いるプロジェクタでは、アークの発生位置が安定しないと画像がちらついて見える。

このような問題に対し、各半周期の終端に所定のパルスを重畳させた交流電流を出力することによって光源ランプを駆動する光源ランプの制御方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載の光源ランプの制御方法によれば、電極の陽極時（所定の半周期）の終端において予め当該電極を熱することで、陰極時（次の半周期）に電極が冷えてしまっても電極の温度をある程度高温に保持することができるので、電極間の温度差を縮小させることができ、アークの発生位置を安定化させることができる。従って、アークの発生位置が不安定なことに起因する画像のちらつきを抑制することができる。

特表平１０−５０１９１９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の光源ランプの制御方法では、光源ランプに印加する交流電力半周期の終端と、次の半周期の始端との間に電力の差が生じてしまうため、光源ランプの発光輝度に周期的な変化が生じてしまい、画像にちらつきが生じてしまうという問題がある。

本発明の目的は、光源ランプのちらつきを抑制することができる点灯制御装置、光源装置、およびプロジェクタを提供することにある。

本発明の点灯制御装置は、内部に設けられた一対の電極間で放電発光する光源ランプの点灯を制御する点灯制御装置であって、前記光源ランプに供給する電流を出力するチョッパ回路と、入力された反転制御信号に基づいて前記電流の向きを反転させるインバータ回路と、前記光源ランプの点灯電力が一定になるように前記チョッパ回路の出力を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記電流の向きが反転する前後において前記点灯電力が等しくなるように前記電流の大きさを制御する電流制御部と、所定のタイミングで前記反転制御信号を出力する反転制御信号出力部とを備えていることを特徴とする。

本発明によれば、光源ランプに供給される電流の向きが所定のタイミングで反転するので、一対の電極は交互に加熱される。したがって、電極の温度をほぼ一定に保つことができ、電極に形成される突起の異常成長や、電極温度の低下に起因するアークジャンプが発生しない。さらに、光源ランプに供給される電流の大きさは、電流の向きが反転する前後において等しくなるように制御されるので、発光輝度が変化しない。

本発明の点灯制御装置は、前記電流制御部は、前記チョッパ回路の出力する電流波形が正弦波となるように前記電流の大きさを制御し、前記反転制御信号出力部は、前記電流波形の波高が最大になるタイミングで前記反転制御信号を出力することを特徴とする。

本発明によれば、チョッパ回路の出力する電流の波高が最も高くなるタイミングで電流の向きが反転するので、陽極側の電極の温度を予め上昇させておくことができる。すなわち、電流の向きが反転する前に陽極側の電極温度は十分に高められており、電流の向きが反転して陽極が陰極に変わっても、電極はある程度の温度を維持するため、電極間の温度差を縮小させることができ、アークの発生位置を安定化させることができる。また、チョッパ回路から出力される電流は正弦波なので、電流値は滑らかに変化する。従って、光源ランプに供給する電流の向きが反転しても、点灯電力の変動は少なく、光源ランプの発光輝度は変化しない。

本発明の光源装置は、光源ランプと、当該光源ランプの点灯を制御する前記点灯制御装置とを備えていることを特徴とする。
本発明によれば、前述の点灯制御装置と同様の効果を奏することができる。

本発明のプロジェクタは、前述の光源装置と、前記光源装置から射出された光束を画像情報に基づいて変調する光変調装置と、前記光変調装置にて変調された光束を拡大投射する投射光学装置とを備えていることを特徴とする。

本発明によれば、前述の点灯制御装置と同様の効果を奏することができる。
また、アークの発生位置が安定しており、かつちらつきが抑制された光源ランプを用いて画像を形成するので、画像のちらつきを確実に抑制することができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
〔プロジェクタ１の構成〕
図１は、本実施形態に係るプロジェクタ１の概略構成を示す模式図である。
プロジェクタ１は、内部に設けられた光源装置４１１から射出される光束を画像情報に応じて変調して画像光を形成し、当該画像光に係る画像をスクリーン（図示省略）等の投射面上に拡大投射するものである。このプロジェクタ１は、図１に示すように、外装筐体２と、投射レンズ３と、光学ユニット４を備えている。また、プロジェクタ１は、これらの他に、当該プロジェクタ１内部を冷却する冷却ファンを有する冷却ユニット９１、内部の各構成部材に電力を供給する電源ユニット９２、およびプロジェクタ１全体を制御する制御ユニット９３を備えている。このうち電源ユニット９２は、プロジェクタ１の外部から供給される商用交流電流を直流変換し、プロジェクタ１内部の各構成部材に応じた電圧に昇降圧した後に当該各構成部材に電力を供給する。

〔外装筐体２および投射レンズ３の構成〕
外装筐体２は、投射レンズ３および光学ユニット４等を内部に収納配置する全体略直方体状に形成されている。投射レンズ３は、光学ユニット４にて形成された画像光をスクリーン等の投射面上に結像させるとともに、当該画像光に係る画像を拡大投射する投射光学装置である。この投射レンズ３は、筒状の鏡筒内に複数のレンズが収納された組レンズとして構成されている。

〔光学ユニット４の構成〕
光学ユニット４は、前述の制御ユニット９３による制御の下、光源から射出された光束を、光学的に処理して画像情報に対応した画像光を形成するユニットである。この光学ユニット４は、照明光学装置４１と、色分離光学装置４２と、リレー光学装置４３と、電気光学装置４４と、これら光学部品４１〜４４を内部に収納配置するとともに投射レンズ３を所定位置で支持固定する光学部品用筐体４５とを備えている。なお、これらの各光学部品４１〜４５は、種々の一般的なプロジェクタの光学系として利用されているため、以下では簡略に説明する。

照明光学装置４１は、光源装置４１１と、第一レンズアレイ４１２と、第二レンズアレイ４１３と、偏光変換素子４１４と、重畳レンズ４１５とを備えて構成されている。
光源装置４１１は、放射状の光線を射出する光源ランプ５と、当該光源ランプ５から射出された放射光を反射して所定位置に収束させる反射鏡６と、反射鏡６にて反射されて収束される光束を照明光軸Ａに対して平行化する平行化凹レンズ７と、光源ランプ５の点灯を制御する本実施形態の最も特徴的な部分である点灯制御装置８（詳しくは後述）と、これらを内部に収納するハウジング（図示省略）とを備えている。このうち光源ランプ５は、石英ガラスにより形成された発光管５１を備えている。発光管５１の内部には、一対の電極５１１が配置されており、電極５１１間には、水銀、希ガス、および少量のハロゲンを含む発光物質が封入された放電空間Ｓが形成されている。電極５１１に電圧が印加されると、当該電極５１１間に放電が発生してアーク像が形成されることにより発光管５１内部が発光する。このような光源ランプ５としては、高輝度発光する種々の放電光源ランプを採用することができ、例えば、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプ、および超高圧水銀ランプ等を採用することができる。

色分離光学装置４２は、２枚のダイクロイックミラー４２１，４２２と、反射ミラー４２３とを備えている。リレー光学装置４３は、入射側レンズ４３１、リレーレンズ４３３および反射ミラー４３２，４３４を備えている。電気光学装置４４は、フィールドレンズ４４１と、光変調装置としての液晶パネル４４２（赤色光用の液晶パネルを４４２Ｒ、緑色光用の液晶パネルを４４２Ｇ、および、青色光用の液晶パネルを４４２Ｂとする）と、３つの入射側偏光板４４３と、３つの視野角補償板４４４と、３つの射出側偏光板４４５と、色合成光学装置としてのクロスダイクロイックプリズム４４６とを備えている。

以下、本実施形態の最も特徴的な部分である点灯制御装置８について詳述する。
〔点灯制御装置８の構成〕
図２は、点灯制御装置８の構成を示す模式図である。
点灯制御装置８は、光源ランプ５の点灯を制御するものであり、複数の回路素子により構成されている。このような点灯制御装置８は、点灯装置８１と、制御装置８２とを備えている。点灯装置８１は、電源ユニット９２から供給される電力を光源ランプ５に印加することにより当該光源ランプ５を発光させるものであり、ダウンチョッパ（チョッパ回路）８１１、インバータブリッジ（インバータ回路）８１２、およびイグナイタ回路８１３を備えている。

ダウンチョッパ８１１は、ランプに供給される電力を一定に保つための回路である。このダウンチョッパ８１１は、直列接続されるスイッチ素子８１１１およびコイル８１１２と、これらの素子から分岐して接続されるダイオード８１１３およびコンデンサ８１１４とを備え、詳しくは後述するが、制御装置８２によりスイッチ素子８１１１のゲートに入力されるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号のデューティ比（単位時間当たりのＯＮ時間とＯＦＦ時間との比率）が調整されることで、電源ユニット９２から供給される直流定電圧の電力を所定の直流定電力に変換する。なお、電源ユニット９２からスイッチ素子８１１１に供給される電圧は一定である。コイル８１１２、ダイオード８１１３、およびコンデンサ８１１４は、ダウンチョッパ８１１の出力を定電力化する素子として機能する。

インバータブリッジ８１２は、ダウンチョッパ８１１から供給される直流電流を交流電流に変換する部分であり、一対のトランジスタ８１２１および一対のトランジスタ８１２２を備えたブリッジ回路として構成されている。トランジスタ８１２１およびトランジスタ８１２２の間には光源ランプ５が接続されている。これら一対ずつのトランジスタ８１２１，８１２２が制御装置８２から反転制御信号を入力されて（印加されたゲート電圧に基づいて）交互にＯＮ／ＯＦＦされることで、光源ランプ５に交流電流が供給される。

イグナイタ回路８１３は、ダウンチョッパ８１１およびインバータブリッジ８１２と、光源ランプ５との間に当該光源ランプ５と並列となるように接続されている。このようなイグナイタ回路８１３は、図示しない昇圧回路を備えており、制御装置８２による制御の下、光源ランプ５の始動時に一対の電極５１１間に高電圧のパルス電圧を印加する。これにより、電極５１１間の絶縁が破壊され、電気的導通が確保されて光源ランプ５が点灯を開始する。

制御装置８２は、制御ユニット９３（図１参照）から光源ランプ５を点灯する旨の制御信号が入力されると、ダウンチョッパ８１１のスイッチ素子８１１１およびインバータブリッジ８１２の一対ずつのトランジスタ８１２１，８１２２を制御することにより点灯装置８１を制御し、もって光源ランプ５の点灯を制御する。このような制御装置８２は、電流制御部８２１と、反転制御信号出力部８２２とを備えている。

図３は、電流制御部８２１による電流制御を説明するための図である。具体的には、図３（Ａ）は、出力電流の基準レベルを示す図、図３（Ｂ）は、スイッチ素子８１１１のＯＮ／ＯＦＦを制御するＰＷＭ信号のデューティ比の時間変化を示す図、図３（Ｃ）は、ダウンチョッパ８１１の出力電流の波形を示す図である。
電流制御部８２１は、スイッチ素子８１１１に入力するＰＷＭ信号のデューティ比を調整することにより、ダウンチョッパ８１１からインバータブリッジ８１２に供給される直流電流を制御する。具体的には、電流制御部８２１は、ダウンチョッパ８１１からインバータブリッジ８１２に供給される直流電流の波形が、正弦波（図３（Ｃ）参照）となるようにスイッチ素子８１１１を制御する。

図４は、反転制御信号出力部８２２によって生成された交流電流および交流電力の波形を示す図である。具体的には、図４（Ａ）は、反転制御信号出力部８２２によって生成された交流電流の波形を示す図であり、図４（Ｂ）は、光源ランプ５に供給される電力（点灯電力）の波形を示す図である。
反転制御信号出力部８２２は、インバータブリッジ８１２を構成する一対ずつのトランジスタ８１２１，８１２２に反転制御信号を入力し、当該トランジスタ８１２１，８１２２のＯＮ／ＯＦＦを切替えることにより、ダウンチョッパ８１１から供給される直流電流を交流電流に変換する。この際、反転制御信号出力部８２２は、図３（Ｃ）、図４（Ａ）に示すように、ダウンチョッパ８１１から出力される直流電流の波高が最大となるタイミングＴ１，Ｔ２で反転制御信号をトランジスタ８１２１，８１２２に入力する。なお、反転制御信号出力部８２２によって生成される当該交流電流の周波数は、５０〜３００Ｈｚの範囲内にあることが好ましく、本実施形態では、反転制御信号出力部８２２は、ダウンチョッパ８１１から供給される直流電流を１００Ｈｚの交流電流に変換するものとする。また、前述した電流制御部８２１は、２００Ｈｚの正弦波成分を含んだ直流電流を生成するものとする。
このようにして生成された交流電流により、光源ランプ５が駆動されて点灯する。

ここで、光源ランプの一対の電極は、それぞれ交流電流の半周期ごとに陰極および陽極として機能することとなるが、陽極時（所定の半周期）には熱せられて高温となるのに対し、陰極時（次の半周期）には熱せられないために温度が低くなってしまうため、当該電極の温度は周期的に変化することとなる。このため、光源ランプを交流電流で駆動した場合、同じタイミングにおける電極間に温度差が生じてしまうため、アークの発生位置が不安定となりやすく、画像にちらつきが生じやすい。

しかしながら、本実施形態では、光源ランプ５に供給される電流は、切替タイミングＴ１，Ｔ２に電流値のピークを有するため、電流の各半周期の終端の値を大きくすることができる。そのため、電極５１１の陽極時の終端において予め電極５１１を熱することができるので、陰極時に電極が冷えてしまっても電極の温度をある程度高温に保持することができ、同じタイミングにおける一対の電極間の温度差を縮小させることができる。従って、アークの発生位置を安定化させることができ、アークの発生位置が不安定なことに起因する画像のちらつきを抑制することができる。

加えて、図４（Ｂ）に示すように、光源ランプ５に供給される電力（点灯電力）において、半周期（例えばＴ１からＴ２の期間）の終端と、次の半周期（例えばＴ２からＴ１の期間）の始端との間には電力の差がほとんどない。そのため、アークの発生位置を安定化させるために各半周期の終端の電力値を大きくしていても、光源ランプ５の発光輝度に周期的な変化が生じることがない。従って、光源ランプ５のちらつきを抑制することでき、当該光源ランプ５から射出される光束を用いて形成される画像においても、ちらつきの発生を抑制することができる。なお、図４（Ｂ）において示す光源ランプ５に供給される電力の波形において、各半周期と次の半周期との間には僅かな隙間Ｍがあるが、この隙間Ｍは、切替タイミングＴ１，Ｔ２において発生する電力の立ち下がりおよび立ち上がりの遅れ（数十マイクロ秒）を示している。

ここで、半周期の終端と次の半周期の始端との間に差がない電力の波形として、例えば図５に示すような各半周期の始端と終端とがピーク値となる三角波の波形が考えられる。しかしながら、このような波形の電力を光源ランプ５に印加した場合、電力の変化が不連続で顕著なため、電力の増減による光源ランプ５の発光輝度の変動を知覚でき、光源ランプ５がちらついているように見えてしまうほか、光源ランプ５に印加される電力は、過渡期なしで線形的な増加と減少を繰り返すので、光源ランプ５から電磁ノイズを生じやすくなる。これに対し、本実施形態では、正弦波成分を含んだ電力を光源ランプ５に印加するため、電力の増減を緩やかにすることができ、当該電力の増減による光源ランプ５のちらつき、および当該光源ランプ５からの電磁ノイズの発生を抑制することができる。
また、本実施形態では、電流制御が可能で制御が容易なスイッチ素子８１１１を用いることによって、所望の電流波形を容易に得ることができる。

〔実施形態の変形〕
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、電流制御部８２１は、スイッチ素子８１１１を制御して滑らかな波形の直流電流を生成したが、電流制御部８２１は、階段状の波形の直流電流を生成してもよい。

前記実施形態では、電流制御部８２１がダウンチョッパ８１１のスイッチ素子８１１１を制御することにより滑らかな波形の直流電流を生成したが、反転制御信号出力部８２２がインバータブリッジ８１２の一対ずつのトランジスタ８１２１，８１２２を制御することにより、正弦波状の直流電流を生成してもよい。

前記実施形態では、プロジェクタ１は、３つの液晶パネル４４２Ｒ，４４２Ｇ，４４２Ｂを備えるとしたが、本発明はこれに限らない。すなわち、２つ以下、あるいは、４つ以上の液晶パネルを用いたプロジェクタにも本発明を適用可能である。
また、前記実施形態では、光学ユニット４は平面視略Ｌ字形状を有した構成を説明したが、これに限らず、例えば、平面視略Ｕ字形状を有した構成を採用してもよい。
さらに、前記実施形態では、光束入射面と光束射出面とが異なる透過型の液晶パネル４４２を用いていたが、光入射面と光射出面とが同一となる反射型の液晶パネルを用いてもよい。

前記実施形態では、光変調装置として液晶パネル４４２を備えたプロジェクタ１を例示したが、入射光束を画像情報に応じて変調して光学像を形成する光変調装置であれば、他の構成の光変調装置を採用してもよい。例えば、マイクロミラーを用いたデバイスなど、液晶以外の光変調装置を用いたプロジェクタにも本発明を適用することが可能である。このような光変調装置を用いた場合、光束入射側及び光束射出側の偏光板４４３，４４５を省略してもよい。

前記実施形態では、光源ランプ５及び点灯制御装置８を備えた光源装置４１１をプロジェクタ１に採用したが、本発明はこれに限らず照明装置に利用することも可能である。また、点灯制御装置８を単体で利用することも可能である。

本発明は、光源ランプの点灯制御装置に利用でき、特にプロジェクタに採用される光源ランプの点灯制御装置として好適に利用することができる。

本発明の一実施形態に係るプロジェクタの概略構成を示す模式図。 前記実施形態における点灯制御装置の構成を示す模式図。 前記実施形態における電流制御部による電流制御を説明するための図。 前記実施形態における反転制御信号出力部によって生成された交流電流および交流電力の波形を示す図。 前記実施形態に係る電力の波形を示す図。

符号の説明

１…プロジェクタ、３…投射レンズ（投射光学装置）、５…光源ランプ、８…点灯制御装置、８２…制御装置、４４２…液晶パネル（光変調装置）、５１１…電極、８１１…ダウンチョッパ（チョッパ回路）、８１２…インバータブリッジ（インバータ回路）、８２１…電流制御部、８２２…反転制御信号出力部。

Claims (4)

1. 内部に設けられた一対の電極間で放電発光する光源ランプの点灯を制御する点灯制御装置であって、
   前記光源ランプに供給する電流を出力するチョッパ回路と、
   入力された反転制御信号に基づいて前記電流の向きを反転させるインバータ回路と、
   前記光源ランプの点灯電力が一定になるように前記チョッパ回路を制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記電流の向きが反転する前後において前記点灯電力が等しくなるように前記電流の大きさを制御する電流制御部と、所定のタイミングで前記反転制御信号を出力する反転制御信号出力部とを有することを特徴とする点灯制御装置。
2. 請求項１に記載の点灯制御装置において、
   前記電流制御部は、前記チョッパ回路の出力する電流波形が正弦波となるように前記電流の大きさを制御し、
   前記反転制御信号出力部は、前記電流波形の波高が最大になるタイミングで前記反転制御信号を出力することを特徴とする点灯制御装置。
3. 光源ランプと、当該光源ランプの点灯を制御する請求項１または請求項２に記載の点灯制御装置とを備えていることを特徴とする光源装置。
4. 請求項３に記載の光源装置と、前記光源装置から射出された光束を画像情報に基づいて変調する光変調装置と、前記光変調装置にて変調された光束を拡大投射する投射光学装置とを備えていることを特徴とするプロジェクタ。

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