JP2012160387A

JP2012160387A - ランプ点灯装置

Info

Publication number: JP2012160387A
Application number: JP2011020408A
Authority: JP
Inventors: Taro Arimoto; 太郎有本; Yoichi Kono; 洋一河野; Yasutake Onishi; 健剛大西
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 2011-02-02
Filing date: 2011-02-02
Publication date: 2012-08-23

Abstract

【課題】映写機用ランプ点灯装置において、上映と上映の間の幕間には映像の明るさを落として映像を投影することができ、かつアーク放電を安定して維持することができるランプ点灯装置を提供すること。
【解決手段】水平点灯される放電ランプに電気エネルギーを供給する点灯回路と、該点灯回路を定電力制御、または定電流制御する制御部と、該放電ランプの電流測定手段および電圧測定手段とを備え、該制御部は、通常点灯時は、該点灯回路を定電力制御して該放電ランプを点灯し、該制御部が、調光信号を受けたときには、該放電ランプのランプ電力を低下させ、調光ランプ電力で定電力制御する調光点灯に移行し、調光点灯時に、該放電ランプの電圧が、調光点灯移行後を基準として予め定められた範囲を逸脱したときには、該点灯回路を定電流制御して該放電ランプを点灯し、該放電ランプの電圧が、調光点灯移行後を基準として予め定められた範囲内となったときは、該点灯回路を前記ランプ電力で定電力制御して(、該放電ランプを点灯すること。
【選択図】図４

Description

本発明はランプ点灯装置に関する。特に、映画館にて映写機用光源として用いられるショートアーク型キセノン放電ランプのランプ点灯装置に関する。

映画館にて映画を上映する映写機用の光源としては、ショートアーク型キセノン放電ランプが広く用いられている。
このようなキセノン放電ランプは点灯装置として、従来から特許文献１に示された点灯回路が知られている。
図５は、その従来例のランプ点灯装置の点灯回路構成を示す略図である。
この図において、直流電源回路５０は、交流電源（図示省略）から供給される交流電流を直流電流に変換し、当該直流電流をキセノン放電ランプに投入する回路である。
この直流電源回路５０の出力端子には、キセノン放電ランプ５１が電気的に接続されている。
電流制御部５２は、キセノン放電ランプ５１に投入される電流を制御するための制御部である。電流制御部５２は、キセノン放電ランプ５１のランプ電圧を検出し、検出されたランプ電圧に基づいて当該キセノン放電ランプ５１に投入される電力を制御する第１制御回路５３と、キセノン放電ランプ５１に投入される電力の値が一定となるよう定電力制御する第２制御回路５４と、第１制御回路による制御動作および第２制御回路による制御動作を切り替えるための切替器５５と、を有する。
電流調整信号回路５６は、電流制御部５２からの電流制御信号を増幅し、直流電源回路５０を制御して当該直流電源回路５０から出力される電流を調整する回路である。

上記の装置を用いて行う制御について、図６を用いて説明する。
左側の縦方向の実線ｔ１は、キセノン放電ランプ５１の始動前における或る時点を示している。
左側から 1番目の縦方向の破線ｔ２は、点灯用イグナイタの始動時を示している。この点灯用イグナイタの始動に伴って、キセノン放電ランプ５１の電極間に絶縁破壊が起こり、次いでラッシュ電流が発生する。
左側から２番目の縦方向の破線ｔ３は、ラッシュ電流の供給期間の終了時点であると共に、キセノン放電ランプ５１の点灯に対し電気的な制御を開始する時点である。
この破線ｔ３で示す時点から特定の時間Ｔが経過する破線ｔ４までの間においては、ランプ電圧が定格駆動時の電圧である基準電圧より増加した場合に、ランプが立ち消えしないように、その増加量に応じてキセノン放電ランプへの入力電力が増加するよう定電流制御される。破線ｔ４で示す時点から後は、定電力制御される。
すなわち、キセノン放電ランプ５１を始動した後、ラッシュ電流の供給期間が終了してから特定の時間Ｔが経過した後においては、定電流制御され、切替器５５からの切替信号によって、第１制御回路５３による制御動作から第２制御回路５４による制御動作に切り替えられ、定電力制御される。

このように、上記の点灯装置は、ランプの寿命末期において始動時にランプが立ち消えしやすいため、始動直後は定電流制御し、放電が安定した後に定電力制御に切り替える、というものである。

特開２００３−１２３９９２号公報

近年は、デジタルシネマや３Ｄ映画の普及にともない、キセノン放電ランプの輝度が向上しており、スクリーンに投影される映画本編の映像の明るさが向上している。例えば、３Ｄ映画本編の映像では、人間の視差を利用して映像を立体的に表示するために、視聴者は専用の眼鏡をかけて映像の一部を遮光するので、視覚に感じる明るさが２分の１となるから、通常の映画よりも映像を明るく表示する必要がある。
また、映画本編の映像とは別に、本編と次の本編の間、いわゆる幕間には、広告や上映中の注意に関する映像がスクリーンに投影される。この幕間に上映される映像は近年、デジタルソースが用いられることがしばしばあり、従来のフィルム映画においては、上映される映画とは別の映写機を用いて投影していた。

ところで、最近は上記の幕間に用いられる映像についてもデジタルソースの映像を用い、全ての映像を１台のデジタルシネマ映写機にて上映することが検討されている。
従来のフィルム映写機のように、別の映像のために複数台の映写機を用意すると不経済であり、また、映写室のスペースを不当に占領するし、作業者の負担にもなるからである。
しかし、映画本編と、幕間の映像とではスクリーンに投影されるサイズが異なっていることが通常である。光源であるキセノン放電ランプに求められる輝度は、投影サイズが大きくなるにしたがって高いものが求められる。同じ輝度の光源で投影サイズを変更すると、両者に明るさの違いが生じるためである。
すなわち、求められるキセノン放電ランプの輝度が異なることにより、本編と同じランプ輝度にて幕間の映像を投影するとその映像が明るすぎて視聴者にとって不快であるという問題があった。

映像の明るさを調整するには、映写機の光源である放電ランプを調光して、明るさを低下させる必要がある。
映写機用のキセノン放電ランプは、長手方向（管軸方向）を水平にした姿勢で、定電力制御して点灯されることが一般的である。この場合、映像を暗く調光するためには、ランプ電力を低下させる必要がある。しかし、ランプ電力を低下させると、ランプのアーク放電が不安定となる、といった問題があった。具体的には以下の理由によるものである。

図２は、定電力制御時に調光をした後にランプ電流が低下する現象を説明するための、ランプ電圧、ランプ電流、ランプ電力の変化を示す波形図、および放電ランプの陰極と陽極の間に形成されるアークの状態を示す図である。
調光前、ランプ点灯回路を定電力制御し、例えば定格電力にて点灯しているとき（ｔ_０）は、キセノン放電ランプの放電電流に伴って生じる自己磁場と電流により、陰極２と陽極３の間にアーク４が維持される。
しかし、電力を低下させる調光を行うと（ｔ_１）、同時に電圧と電流が低下し、自己磁場も低下し、陰極２と陽極３の間に形成されるアーク４を維持する力が弱まりアークが不安定になる。
アーク長は、電極が蒸発することにより損耗して陰極２と陽極３の距離が広がったり、水平点灯していることにより封入ガスの対流の影響を受けてアークが変形したりすると、通常よりも伸びることになる。アーク長が伸びると、それにともなってランプ電圧が上昇する。
定電力制御している場合には、ランプ電圧が上昇すると（ｔ_ａ）、ランプ電流を低下させる制御がなされる。ランプ電流が低下すると、アークを水平に維持する力が低下し、さらにアークが不安定となり、最悪の場合キセノン放電ランプが消灯に至ってしまうことになる（ｔ_ｂ）。

以上により、本発明は、キセノン放電ランプのランプ点灯装置において、明るさを落として映像を投影することができ、かつアーク放電を安定して維持することができるランプ点灯装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、水平点灯される放電ランプに電気エネルギーを供給する点灯回路と、該点灯回路を定電力制御、または定電流制御する制御部と、該放電ランプの電流測定手段および電圧測定手段とを備え、該制御部は、通常点灯時は、該点灯回路を定電力制御して該放電ランプを点灯し、該制御部が、調光信号を受けたときには、該放電ランプのランプ電力を低下させ、調光ランプ電力で定電力制御する調光点灯に移行し、調光点灯時に、該放電ランプの電圧が、調光点灯移行後を基準として予め定められた範囲を逸脱したときには、該点灯回路を定電流制御して該放電ランプを点灯し、該放電ランプの電圧が、調光点灯移行後を基準として予め定められた範囲内となったときは、該点灯回路を前記ランプ電力で定電力制御して、該放電ランプを点灯することを特徴とする。
さらに、本発明は、前記点灯回路を定電力制御から定電流制御に切り替えられる際に設定される放電ランプの電流値は、調光点灯移行後に測定した電流値に基づく調光後安定時ランプ電流値であることを特徴とする。

本発明によれば、定電力制御で点灯しているキセノン放電ランプを明るさを減じるために調光をした後、対流などの影響によりアークが不安定になりランプ電圧が上昇し、それにともなってランプ電流が減少したときに、制御部は定電力制御を定電流制御に切り替えて、アークを維持する。ランプ電圧が低下してアークが安定した後は、制御部は定電流制御を定電力制御に切り替える。これにより、本編と本編の間の幕間には明るさを落として映像を投影することができ、かつアーク放電を安定して維持することができる。
さらに、本発明によれば、定電流制御時の設定電流を、調光後安定時のランプ電流値とすることで、調光後の定電流制御時と、同等の光出力が得られるので、視聴者に対して明るさの変化を感知させにくいという効果がある。

本発明のランプ点灯装置の回路構成の一例を示す機能ブロック図である。調光後にランプが立ち消えする現象を説明するための波形図である。本発明のランプ点灯装置の制御を説明するための波形図である。本発明のランプ点灯装置の制御を説明するためのフローチャートである。従来のランプ点灯装置を示す回路図である。従来のランプ点灯装置の制御を説明するための波形図である。

以下に、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。
図１は、本発明のランプ点灯装置の回路構成の一例を示す機能ブロック図である。
ランプ点灯装置は、キセノン放電ランプ１を点灯するために電気エネルギーを供給する点灯回路１０と、点灯を制御する制御部２０を備えている。
なお、キセノン放電ランプ１は、図１においては長手方向が上下に配置されているが、実際には長手方向を水平に配置した姿勢、いわゆる水平点灯される。
キセノン放電ランプ１は、直流点灯方式の放電ランプであり、ランプの内部に封入された発光ガスは、例えばキセノン（Ｘｅ）などの希ガスである。

点灯回路１０は、整流回路１１と、定電圧回路１２と、インバータ回路１３とを備えている。
整流回路１１は、商用の交流電源３０より供給される交流電流を直流電流に変換する回路である。
整流回路１１の出力側に接続された定電圧回路１２は、入力された電圧を定電圧化して出力する回路である。
定電圧回路１２の出力側に接続されたインバータ回路１３は、制御部２０からの信号を受けて、定電圧回路１２より入力された電力を所定の電力に変換して、キセノン放電ランプ１に出力する回路である。
一般的にインバータ回路１３は、複数のスイッチング半導体素子よりなるブリッジ回路を備え、パルス幅制御信号が送信されて、デューティ比に応じて所望の電力をキセノン放電ランプ１に供給する、といった既知の構成が採用されるものであり、電力を調整できるものであればよい。
なお、実際にはランプ点灯始動のための始動回路等が設けられるが、図示していない。

制御部２０は、ランプ電流測定手段２１、ランプ電圧測定手段２２、より取得したランプ電流、ランプ電圧の情報をもとに、例えば、パルス幅制御信号等をインバータ回路１３に送出することにより、供給する電力を制御する。
また、制御部２０は、ランプ１に供給する電力を所望の電力一定とする定電力制御と、ランプ１に流れる電流を所望の電流一定とする定電流制御とを行うことを、インバータ回路１３に対して指示することができ、さらには定電力制御と定電流制御とを切り替えることができる。
制御部２０が外部より調光信号を受けたときは、点灯回路１０よりキセノン放電ランプ１へ供給する電力を、例えば、ランプ定格電力の3分の１の電力になるようにインバータ回路１３へ信号を送信することにより、供給電力を制御して調光を実行する。

次に、図３および図４を用いて本発明のランプ点灯装置の点灯制御について説明する。
図３は、それぞれランプ電圧、ランプ電流、およびランプ電力についての時間に対する変化を示す波形図である。
図４は、本発明の点灯制御のフローチャートを示す図である。
なお、図３のランプ電圧、ランプ電流、ランプ電力は互いの関係を模式的に表すものであって、正確な数値を示すものではない。

ランプ点灯装置は、通常点灯時、例えば、定格電力にて定電力制御され、キセノン放電ランプ１を点灯している（ｔ_０）。このとき、ランプ電圧が一定であれば、ランプ電流も一定である。
制御部２０は、外部より調光指令（Ｓ０１）を受けると、インバータ回路１３へ信号を送信し、ランプ電力が、例えば定格の３分の１である調光ランプ電力となるように制御して調光（Ｓ０２）をする。これにより、キセノン放電ランプ１の明るさを減じる調光がされる（ｔ_１）。このとき、ランプ電圧およびランプ電流はともに低下する。
調光後は、制御部２０はキセノン放電ランプ１を定格電力よりも低い電力で一定に定電力制御する。

上記の調光の前後で分かれる通常点灯時（Ｏ_Ｎの期間）と調光点灯時（Ｏ_Ｄの期間）のランプの明るさを、実際の映写機の使用に即して言えば、通常点灯時が映画上映用、調光点灯時が幕間の映像用の明るさである。

調光を終えた制御部２０は、調光後例えば１〜５０秒（ｓ）の間にランプ電流を測定する（Ｓ０３）。取得した電流値の平均値を調光後安定時ランプ電流値として制御部２０に記憶するためである。また、調光後安定時ランプ電圧値についても取得する（Ｓ０４）。
なお、上記調光後のランプ電流測定（Ｓ０３）とランプ電圧測定（Ｓ０５）は順序が逆であっても構わない。
この測定の後も、ランプ電流値およびランプ電圧値は、モニタリングのために一定間隔ごとに常時取得される。

調光後は、ランプ電流が低下するのにともなって、アークの保持力が低下している。このときに、例えばアークが、キセノン放電ランプ１内に封入されたガスの対流に煽られて、アーク長が伸びたりすると、ランプ電圧が上昇する。すると、定電力制御にしたがってランプ電流が低下することとなる（ｔ_ａ）。
そこで、制御部２０は、ランプ電圧測定手段２２からモニタリングにより取得している現在のランプ電圧値を、調光後ランプ電圧値を基準としてと比較して、その差が予め定められた所定の許容範囲を超えて逸脱しているかどうかを判定する（Ｓ０５）。

ランプ電圧判定により、ランプ電圧値が所定の範囲の電圧を超えていないとき（Ｙｅｓ）は、問題が無いとしてそのまま定電力制御が継続される。
しかし、ランプ電圧値が所定の電圧を超えているとき（Ｎｏ）は、制御部２０は、定電力制御を定電流制御に切り替えて、ランプ電流の保全を図る（ｔ_２）（Ｓ０６）。
ランプ電圧判定時に目標とされる所定の範囲としては、調光後の安定時のランプ電圧値を、例えば２Ｖ以上超えたときを、所定の範囲を逸脱したと定める。

定電流制御が開始されると、キセノン放電ランプ１に対して一定の電流が供給される（ｔ_２）。これにより、上昇したランプ電圧に合わせてランプ電力も一時的に上昇する。
その後、ランプ電流が増えたことでアークが安定するとランプ電圧が低下して、ランプ電力もそれに応じて低下して安定する。

定電流制御に切替をしたときに設定されるランプ電流値は、前述の調光後ランプ安定時電流値とすることが好ましい。調光後安定時の電流値と同じ電流値とすることで、調光後の定電流制御時と、同等の光出力が得られ、視聴者に違和感や不快感を与えないためである。

定電流制御に切替後、常時ランプ電圧測定（Ｓ０７）がされ、制御部は再びランプ電圧判定（Ｓ０８）を行う。ランプ電圧が所定の範囲となっていないとき（Ｎｏ）は、定電流制御（Ｓ０６）が継続される。
ランプ電圧が、Ｓ０４において取得した調光点灯移行後のランプ電圧を基準として、上記の予め定められた所定の範囲内に収まったとき（Ｙｅｓ）は、定電力制御に戻しても問題が無いとして、制御部２０は、定電流制御を定電力制御に切り替える（ｔ_３）（Ｓ０９）。

定電力制御に戻した後も、調光状態でありアークの保持力は低下しているから、ランプ電圧測定を行い（Ｓ１０）、ランプ電圧を判定して所定の範囲を逸脱している場合は定電流制御に切り替える。
なお、調光時から通常点灯時に戻す場合には、ランプ電力の増加とともにランプ電流も増加するため、アークの保持力が上昇する。したがって、この際には上述のような点灯制御は必要ない。

上記のごとく、本発明はキセノン放電ランプ１の明るさを減じる調光をした後に、アークが不安定になりランプ電圧の上昇にともなってランプ電流が減少したときに、制御部は定電力制御を定電流制御に切り替えて、アークを維持する。
ランプ電圧が低下して安定した後は、制御部は定電流制御を定電力制御に切り替える。
これにより、上映と上映の間の幕間には映像の明るさを落として映像を投影することができ、かつアーク放電を安定して維持することができる。

さらに、定電流制御時の設定電流を、調光後安定時のランプ電流値とすることで、視聴者に対して明るさの変化を感知させない、という効果がある。

なお、ランプ電圧の変化が所定の範囲を超えたかどうかを判定するかわりに、ランプ電流の変化が所定の範囲を超えたかどうかにより判定をしてもよい。

１キセノン放電ランプ
２陰極
３陽極
４アーク
１０点灯回路
１１整流回路
１２定電圧回路
１３インバータ回路
２０制御部
２１電流測定手段
２２電圧測定手段
３０交流電源
５０直流電源回路
５１キセノン放電ランプ
５２電流制御部
５３第１制御回路
５４第２制御回路
５５切替器
５６電流調整信号回路

Claims

水平点灯される放電ランプに電気エネルギーを供給する点灯回路と、
該点灯回路を定電力制御、または定電流制御する制御部と、
該放電ランプの電流測定手段および電圧測定手段とを備え、
該制御部は、通常点灯時は、該点灯回路を定電力制御して該放電ランプを点灯し、
該制御部が、調光信号を受けたときには、該放電ランプのランプ電力を低下させ、調光ランプ電力で定電力制御する調光点灯に移行し、
調光点灯時に、該放電ランプの電圧が、調光点灯移行後を基準として予め定められた範囲を逸脱したときには、該点灯回路を定電流制御して該放電ランプを点灯し、
該放電ランプの電圧が、調光点灯移行後を基準として予め定められた範囲内となったときは、該点灯回路を前記ランプ電力で定電力制御して、該放電ランプを点灯することを特徴とするランプ点灯装置。
前記点灯回路を定電力制御から定電流制御に切り替えられる際に設定される放電ランプの電流値は、調光点灯移行後に測定した電流値に基づく調光後安定時ランプ電流値であることを特徴とする請求項１に記載のランプ点灯装置。