JP2009205976A - 放電灯点灯装置、液晶プロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】ランプの点灯状態の変化に対する電力変化を抑え、電流パルスによるフリッカ抑制効果に差を生じさせない放電灯点灯装置を実現する。
【解決手段】放電灯１６をランプ電流ｈで通常点灯させているときにランプ電流の周波数を変更した場合に、フリッカ抑制のために矩形波のランプ電流ｉの半サイクルの後半部に重畳している電流パルスの重畳期間もランプ電流の周波数変更に合わせて可変するようにした。つまり、外部からのランプ電流ｉの周波数の変更に基づき、制御回路１８は放電灯１６に流れる矩形波のランプ電流の半サイクルＡに重畳させて流す電流パルスＢの発生時間を可変し、ランプ電流の半サイクルの面積Ａに対する、ランプ電流に重畳される電流パルスの面積Ｂの割合を一定に保つ制御するようにした。これにより、放電灯１６の点灯状態の変化に対する電力の変化を抑えるとともに、フリッカを抑制する効果上の差も抑えることが可能となる。
【選択図】図１

Description

この発明は、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放電灯点灯装置およびこれを用いた液晶プロジェクタに関する。

従来の放電灯点灯装置は、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場合に、ランプ電流の半サイクルの後半部に電流パルスを重畳させることで、高圧放電灯のフリッカ（チラツキ）が抑制できることが知られている。（例えば、特許文献１）
特表平１０−５０１９１９号公報

上記した特許文献１の技術は、交流ランプ電流の半サイクルの所定数分の１の電流パルスを発生させるものであり、ランプ電流が変化しても、電流パルスの幅は一定であり、ランプの状態によってフリッカ抑制効果に差が生じてしまう。

また、ＤＬＰ（登録商標）（Digital Light Processing）方式の液晶プロジェクタにおいて、カラーホイールの回転周波数が変わった場合には、ランプ電流値が同一であっても、ランプ電流に対する電流パルスの割合が変わりランプ電力に差を生じてしまう、という問題があった。

この発明の目的は、ランプ電流が変化しても、ランプ電流に対する電流パルスの割合を変化させないようにし、ランプの点灯状態の変化に対する電力変化を抑え、電流パルスによるフリッカ抑制効果に差を生じさせない放電灯点灯装置およびこの点灯装置を用いた液晶プロジェクタ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では、直流電圧を昇圧または降圧させ、所望の直流電力に変換して出力するコンバータと、前記直流電力を交流電力に変換し、該交流電力を高圧放電灯に投入するインバータと、前記放電灯始動時に、前記放電灯に高電圧を印加するランプ始動回路と、前記放電灯のランプ電圧およびランプ電流の検出信号に基づき、前記放電灯の点灯制御を行う制御回路と、を具備し、前記放電灯のランプ点灯周波数に同期させて前記ランプ電流に重畳される電流パルスを有し、前記ランプ点灯周波数の切り換え時に、所定のランプ点灯周波数に対し、周波数を速くする場合は電流パルス幅を狭く、点灯周波数を遅くする場合は電流パルス幅を広く可変させたことを特徴とする。

この発明によれば、点灯状態の変化に対する電力制御精度を良好にするとともに、フリッカの抑制が可能となる。

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コンバータ１２に供給する。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。

コンバータ１２の出力は、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。

スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ３の接続点とスイッチ素子ＳＷ２，ＳＷ４の接続点は、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、定格電圧が例えば３０Ｖの放電灯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に供給される放電灯１７の点灯を開始する点灯信号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を生成する。制御回路１８には、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。

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、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。

点灯の始動時および予熱時における駆動パルス信号ｇは、スタート信号ａが供給されてから、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、例えば２２０〜２５０Ｖ程度の交流電圧をインバータ１５の出力として出力する。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を駆動するように設定してある。

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始動または予熱点灯期間におけるランプ始動回路１６は、放電灯１７に２５ｋＶ程度の高圧パルス電圧を発生させる。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を破壊させて点灯を始動する。

さらに、制御回路１８の周波数切換端子ＤＬＰには、点灯後に図示しないＤＬＰ方式液晶プロジェクタのカラーホイールの回転周波数に対応した周波数切換信号ｉを、制御回路１８の電力設定端子ＰＣには電力設定信号ｊをそれぞれ供給される。

点灯後に制御回路１８は、ＰＷＭ制御部１９に電流パルス生成用の電流パルス信号ｋを出力する。この電流パルス信号ｋが供給されている時間は、パルス電流Ｂを矩形波のランプ電流ｈの半サイクルＡの後半部に重畳させる。

これにより、フリッカの抑制を行っている。ランプ電流ｈの半サイクルＡの後半部にパルス電流Ｂを重畳させることでフリッカの抑制が図れることについては、特表平１０−５０１９１９公報に記載されている。

次に、図２のタイミングチャートを参照し、図１の回路構成における放電灯点灯動作について説明する。

先ず、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放電灯１７の駆動情報に基づく生成を行う。

図２（ｄ）に示す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をコンバータ１２のスイッチ素子ＳＷの制御電極に供給する。

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、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、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、ランプ始動回路１６を介して図２（ｈ）に示す例えば２２０〜２５０Ｖ程度の交流電圧を出力する。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のランプ始動回路１６は、放電灯１７に２５ｋＶ程度の高圧パルス電圧を発生させる。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を破壊させ点灯を始動させる。

図２（ｅ）で示すように、始動・予熱期間に高圧パルス電圧により放電灯１７が絶縁破壊されると、ランプ電圧は低下する。制御回路１８はランプ電力を一定に制御しようとすることから、図２（ｆ）の期間ｆ１とｆ２の境でランプ電流を多く流そうとする。その後のランプ電流は、図２（ｆ）の期間ｆ２に示すようにランプ電圧の上昇にともない、徐々に低下し定格電流に落ち着く。

駆動パルス信号ｇの周波数が高い周波数Ｈｆから低い周波数Ｌｆに切り換わったときに制御回路１８はＰＷＭ制御部１９に電流パルス生成用の電流パルス信号ｋを出力する。この電流パルス信号ｋが供給されている時間は、図２（ｈ）の通常点灯期間の矩形波ランプ電流ｈの半サイクルＡの後半部に、パルス電流Ｂを重畳させることができる。

ここで、図３を参照し、ＤＬＰ方式液晶プロジェクタのカラーホイールの回転数に同期した周波数切換信号ｉが、制御回路１８の周波数切換端子ＤＬＰに供給された場合のランプ電流と電流パルスの関係について説明する。

図３（ａ）は、ランプ電流ｈの半サイクルＡに対する電流パルスＢの面積の割合をＸとした場合を基準周波数としたとする。

図３（ｂ）は、基準周波数に対して周波数を５０％高くした場合である。この制御は、フルブリッジドライバ２０から出力される駆動パルスｇの周波数を、図３（ａ）に対し５０％にしてインバータ１５を駆動するようにする。このとき、電流パルスＢを重畳させる時間も５０％ととする。これにより、ランプ電流ｈの半サイクルＡ１に対する電流パルスＢ１の面積の割合をＸ１とした。この割合Ｘ１は、基準周波数とした場合の割合Ｘと同じとする。

図３（ｃ）は、基準周波数に対して周波数を５０％低くした場合である。この制御は、フルブリッジドライバ２０から出力される駆動パルスｇの周波数を、図３（ａ）に対し１５０％にしてインバータ１５を駆動するようにする。このとき、電流パルスＢを重畳させる時間も１５０％ととする。これにより、ランプ電流ｈの半サイクルＡ２に対する電流パルスＢ２の面積の割合をＸ２とした。この割合Ｘ２は、基準周波数とした場合の割合Ｘと同じとする。

この実施形態では、外部からの点灯信号を検出することで、電流パルスの発生時間を可変し、ランプ電流の半サイクルの面積に対する電流パルスの面積の割合を一定に保つ制御を行っている。このように、ランプ電流の周波数の変更に対応し、パルス電流の発生時間を可変させたことにより、発生するフリッカの期間には確実に電流パルスを発生させ、ランプ電力の変動に対してはその影響を抑えることができる。

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説明図であり、図４について図１の回路構成図とともに説明する。なお、図４（ａ），（ｂ）の破線で示すレベルは、標準的なランプ電流のレベル例を示している。

この実施形態は、制御回路１８の電力設定端子ＰＣに対して電力設定信号ｊを供給するしたときに、ランプ電流ｉの増減に合わせて重畳される電流パルスの重畳時間を変更するようにしたものである。

すなわち、電力設定端子ＰＣに供給される電力設定信号ｊの内容がランプ電力を低下させる情報であった場合に制御回路１８は、ＰＷＭ制御部１９からオンデューティの広い出力パルスｄを出力する。これにより、コンバータ１２の出力電圧が低下し、結果ランプ電流ｉの値も低下する。

この場合の制御回路は、ＰＷＭ制御部１９に対してランプ電流ｉの半サイクルに電流パルスを重畳させるための電流パルス信号ｋの発生時間を短くなるようにして出力している。すなわち、ランプ電流ｉが、図４（ａ）に示す破線のレベルより低い状態にあり、ランプ電流ｉの半サイクルＡ３のレベルが低い場合は、重畳される電流パルスＢ３’の時間を短くなるようにしている。

また、電力設定端子ＰＣに供給される電力設定信号ｊの内容がランプ電力を上昇させる情報であった場合の制御回路１８は、ＰＷＭ制御部１９からオンデューティの狭い出力パルスｄを出力する。これにより、コンバータ１２の出力直流電圧が上昇し、結果ランプ電流ｉの値も上昇する。

この場合の制御回路は、ＰＷＭ制御部１９にランプ電流ｉの半サイクルに電流パルスを重畳させる電流パルス信号ｋとして発生時間が長い電流パルスが発生する情報を出力する。ランプ電流ｉが図４（ｂ）に示す破線のレベルより高い状態にあり、ランプ電流ｉの半サイクルＡ４のレベルが高い場合は、重畳される電流パルスＢ４’の時間を短くなるようにしている。

このように、電力設定端子ＰＣに供給される電力設定信号ｊに基づき、ランプ電力を切り換えるとともに、ランプ電力を低下させた場合は電流パルスの幅を短く、ランプ電力を上昇させた場合は電流パルスの幅を長く可変させる。

この場合、ランプ電流のレベル変更に対応し、パルス電流の発生時間を可変させたことにより、発生するフリッカの期間には確実に電流パルスを発生させ、ランプ電力の変動に対してはその影響を抑えることができる。

図５は、この発明の液晶プロジェクタ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は、図１に構成する放電灯点灯装置を備えたＤＬＰ方式による液晶プロジェクタの構成を示している。

プロジェクタ装置３００は、円板状のカラーホイール３０１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３０２、カラーホイール３０１に向け、ランプ点灯装置４００により点灯されるランプ１７の光をリフレクタ３０３で反射させ照射する。カラーホイール３０１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３０４からの光をスクリーン３０５に投射する投射光学部３０６を備える。

カラーホイール３０１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ている。デジタルマイクロミラーデバイス３０４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３０１からＲ・Ｇ・Ｂのいずれか順次出射される光は、集光レンズ３０８を介してデジタルマイクロミラーデバイス３０４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３０６また投射光学部３０６とは異なる所定の位置に向けて反射され、投射光学部３０６へと入射する光のみがスクリーン３０５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３０４がカラーホイール３０１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３００では入力信号に応じてＲ画像、Ｇ画像およびＢ画像が高速に順次切り換えられて、スクリーン３０５上にカラーの画像が映し出される。

カラーホイール３０１の回転角に同期させる信号としては、ランプ点灯装置４００のインバータを駆動させる駆動信号ｇである。

この実施形態によれば、カラーホイールの回転速度に応じたランプ電流の周波数と矩形波であるランプ電流の半サイクルの後半部に重畳された電流パルスの重畳時間に設定したことにより、カラーホイールの回転速度に関係なく放電灯の点灯状態の変化に対する電力制御精度を良好にするとともに、フリッカの抑制を図ることができる。

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の動作の詳細について説明するための説明図。 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。 この発明の液晶プロジェクタ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 コンバータ
１３ ランプ電圧検出部
１４ ランプ電流検出部
１５ インバータ
１６ ランプ始動回路
１７ 放電灯
１８ 制御回路
１９ ＰＷＭ制御部
２０ フルブリッジドライバ
ＳＴ スタート端子
ＰＣ 電力設定端子
ＤＬＰ 周波数切換端子

Claims (5)

1. 直流電圧を昇圧または降圧させ、所望の直流電力に変換して出力するコンバータと、
   前記直流電力を交流電力に変換し、該交流電力を高圧放電灯に投入するインバータと、
   前記放電灯始動時に、前記放電灯に高電圧を印加するランプ始動回路と、
   前記放電灯のランプ電圧およびランプ電流の検出信号に基づき、前記放電灯の点灯制御を行う制御回路と、を具備し、
   前記放電灯のランプ点灯周波数に同期させて前記ランプ電流に重畳される電流パルスを有し、前記ランプ点灯周波数の切り換え時に、所定のランプ点灯周波数に対し、周波数を速くする場合は電流パルス幅を狭く、点灯周波数を遅くする場合は電流パルス幅を広く可変させたことを特徴とする放電灯点灯装置。
2. 前記ランプ点灯周波数の切り換え時に、矩形波の前記ランプ電流の半サイクルＡの面積に対する電流パルスＢの面積の割合を変化させないことを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
3. 前記ランプ電圧の変化および設定ランプ電力の切り換え時に、矩形波の前記ランプ電流の半サイクルＡの面積Ａに対する電流パルスＢの面積の割合を変化させないことを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
4. ランプ電力切り換え信号に基づき、ランプ電力を切り換えるとともに、ランプ電力を低下させた場合は電流パルスの幅を短く、ランプ電力を上昇させた場合は電流パルスの幅を長く可変させることを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の放電灯点灯装置。
5. 請求項１〜４の何れかに記載の放電灯点灯装置と、
   前記放電灯点灯装置により点灯する放電灯を光源とし、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液晶プロジェクタ。

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