JP2013145644A - 直流高圧放電灯の点灯方法及び点灯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】直流点灯方式の高圧放電ランプ点灯装置において、陰極損耗が原因と考えられる寿命初期のスクリーン照度の低下を抑え、長寿命化を図る技術を提供する。
【解決手段】プロジェクタ１０において、電力供給回路２１は、ブートパルス電流を重畳させる機能及びそのパルス重畳をオンオフさせパルス出力タイミングを制御する機能を備えている。パルス重畳条件として、パルス波高値１５０％で、パルス重畳期間がカラーホイール１２の１回転あたり１／３の期間とした。具体的には、（１）パルス波高値１５０％、パルス幅２．２２２ｍｓ、パルス周期６．６６７ｍｓで連続する赤色及び青色のカラーフィルターのタイミングでパルス重畳するパターンと、（２）パルス波高値１５０％、パルス幅１．１１１ｍｓ、パルス周期３．３３３ｍｓで赤色のカラーフィルターのタイミングでパルス重畳するパターンの、２種類である。
【選択図】図１

Description

本発明は、直流高圧放電灯の点灯方法及び点灯装置係り、例えば、フィールドシーケンシャル方式プロジェクタ等の光源として用いられる直流高圧放電灯の点灯方法及び点灯装置に関する。

一般的に、プロジェクタ装置の光源は、水銀蒸気圧の高い放電ランプが使用される。この超高圧水銀ランプは点灯方式によって交流放電ランプと直流放電ランプに大別される。交流放電ランプは、電極先端に突起が生成し、各突起前面にほぼ均等な輝点が損耗／成長（析出）を繰り返すことによって、長時間において高い光束維持率が得られる。

一方、直流放電ランプは、陰極前面のみに輝点が集中するので、小さな光デバイスにおいて、効率よく光を利用することが可能である。この技術は、現在のプロジェクタの小型化傾向の状況においてはメリットではあるが、陽極側が単調に損耗していくため、アーク長を一定に保つことが困難であり、光束維持率は良好でないとされてきた。

特に、直流放電ランプの使用開始直後の寿命初期においては、電極間の距離が最も短く大きな電流が流れ、陽極先端の損耗が最も大きい傾向がある。その結果、プロジェクタの照射輝度の変化が大きくなるという課題がある。そこで、その対策として様々な技術が提案されている。例えば、パルスのオン／オフ駆動を、電極の消耗状態によって切り替えて、電極状態を出来るだけ一定に保つことで、アークジャンプ（アークの位置ずれ）を抑制する技術がある（例えば、特許文献１参照）。また、直流電流に交流電流を重畳することにより、陽極消耗による寿命初期のスクリーン照度の低下を抑える技術がある（例えば、特許文献２参照）。さらに、直流放電ランプにおいて、１％〜２０％のパルス電力を重畳させることで、初期寿命の改善、ランプちらつき（フリッカー）を抑制させる技術がある（例えば、特許文献３参照）。

特開２００４−１５８２７３号公報 特開２００６−４８９３１号公報 特開２００３−２７２８７９号公報

ところで、特許文献１〜３の技術によって、初期寿命の改善に関して一定の成果は得られているようであるが、光学系に色分離用のカラーフィルターを用いるフィールドシーケンシャル方式のプロジェクタで実際に使用される場合に、所期の効果が得られないケースが見られた。一般に、フィールドシーケンシャル方式のプロジェクタでは、カラーフィルターからの不要な反射光がランプに戻ってくる。そのフィルタからの戻り光は、輝点である陰極近傍で焦点を結び、電極を溶かすことがある。そうした場合、輝点の位置が動いてしまい、光学系の効率を悪化させてしまう、という課題が生じる。この場合、特にランプ点灯初期状態において、ランプ電圧が上昇し、それと同時に輝度が落ちるという症状が確認できた。そこで何らかの対策が必要であった。

本発明は以上のような状況に鑑みなされたものであって、上記課題を解決する技術を提供することを目的とする。

本発明のある態様は、カラーホイールを用いたフィールドシーケンシャル方式のプロジェクタに用いられる直流高圧放電灯の点灯方法であって、パルス波高値が１５０％のパルス電流を、前記カラーホイールの１回転当たり１／３回転相当期間、ランプ電流に重畳させる。
また、前記カラーホイールの１回転当たりに、前記ランプ電流に前記パルス電流を重畳させる期間は、連続した期間であってもよい。
また、前記カラーホイールの１回転当たりに、前記ランプ電流に前記パルス電流を重畳させる期間は、同一間隔を開けて１／６回転ずつ２回の期間であってもよい。
本発明の別の態様は、カラーホイールを用いたフィールドシーケンシャル方式のプロジェクタに用いられる直流高圧放電灯にランプ電流に対してパルス電流を重畳させるパルス重畳手段を備えた直流高圧放電灯の点灯装置であって、前記パルス重畳手段は、パルス波高値が１５０％の前記パルス電流を、前記カラーホイールの１回転当たり１／３回転相当期間、前記ランプ電流に重畳させる。
また、前記カラーホイールの１回転当たりに、前記ランプ電流に前記パルス電流を重畳させる期間は、連続した期間であってもよい。
また、前記カラーホイールの１回転当たりに、前記ランプ電流に前記パルス電流を重畳させる期間は、同一間隔を開けて１／６回転ずつ２回の期間であってもよい。

本発明によれば、直流点灯方式の高圧放電ランプ点灯装置において、陰極損耗が原因と考えられる寿命初期のスクリーン照度の低下を抑え、長寿命化を図る技術を提供することができる。

実施形態に係る、プロジェクタの構成を示すブロック図である。 実施形態に係る、検証実験におけるパルス重畳のタイミングチャートである。 実施形態に係る、検証実験における実験条件を示す図である。 実施形態に係る、検証実験におけるランプ電圧の変動を示すグラフである。 実施形態に係る、検証実験における照度維持率の変動を示すグラフである。 実施形態に係る、実験条件３のランプ点灯時の電極状態及び光学系取込状態を示す図である。 実施形態に係る、実験条件４のランプ点灯時の電極状態及び光学系取込状態を示す図である。

次に、本発明を実施するための形態（以下、単に「実施形態」という）を、図面を参照して具体的に説明する。

図１は、本実施形態のプロジェクタ１０の構成を示すブロック図である。なお、プロジェクタ１０の構成は、一般的な公知の構成で実現できるものであり、本実施形態で特徴的な点は、直流電流に重畳させるパルス（ブートパルス電流）の特性・条件にある。図中の白抜矢印は、光を示す。

プロジェクタ１０は、光源となるハロゲンランプ、メタルハライドランプ又は超高圧水銀ランプ等の白色光を放射する直流ランプからなるランプ１１及びランプ１１に電力を供給する電力供給回路２１を備える。電力供給回路２１及びランプ１１は、電力線で接続されており、ランプ１１は、電力供給回路２１から供給された電力に応じた光量の白色光を放射する。ランプ１１から放射された白色光は、カラーホイール１２に投射される。

カラーホイール１２は、円盤の中心軸周りにそれぞれに固有の色の光を透過させる複数のフィルタを備えており、中心軸にモータが直結され、中心軸を回転軸としてモータによって回転する構成となっている。カラーホイール１２の各フィルタは、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）となる透過光を生成する各ＲＧＢフィルタとなっている。ランプ１１から放射された白色光は、いずれかのフィルタを透過する。これによりカラーホイール１２は、回転に伴いＲＧＢ各色の色を繰り返し生成し、色生成手段として機能する。本実施形態では、カラーホイール１２は６等分割されて、分割されたそれぞれにＲ、Ｂ、Ｇの順でカラーフィルターが設けられている。つまり、カラーホイール１２は、ＲＧＢの各カラーフィルターをそれぞれの２カ所に設けられている。

カラーホイール１２のフィルタを透過した各ＲＧＢのいずれかの色を有する光は、平板状の素子であるＤＭＤを用いてなる光変調素子１３に投射される。光変調素子１３は、映像信号に基づいた画像を形成し画像に対応して投射光を反射させる。光変調素子１３で反射されたＲＧＢの各色の光は、プリズム、投射レンズ及び投射レンズを駆動させるための機構等からなる投射光学系１４によって外部へ投射される。時分割でＲＧＢ各色の画像が外部のスクリーン又は壁等に投影され、使用者にはカラー画像として認識される。光変調素子１３には、液晶パネルを用いて光変調素子１３を透過した光を投射光学系１４によって外部へ投射しても良い。

映像入力部２５には、パーソナルコンピュータ又は映像再生装置等の外部装置が接続され、映像信号が入力される。プロジェクタ１０は、演算を行うＣＰＵ、演算に必要なプログラム及び各種テーブル等の情報を記憶するＲＯＭ、並びに一時的に発生した情報を記憶するＲＡＭ等からなる制御部２４を備えている。映像入力部２５に入力された映像信号は制御部２４に与えられ、映像信号のフィールド周波数に同期した信号がカラーホイール制御部２２に与えられる。カラーホイール制御部２２は、映像信号のフィールド周波数の所定倍（例えば、３倍）の回転周波数となるようにカラーホイール１２に設けられた図示しないモータの回転を制御してカラーホイール１２を回転させる。カラーホイール１２の回転部分には、図示しない基準位置検出用マークが設けられている。また、図示しない基準位置検出用フォトインタラプタが設けられている。カラーホイール１２が回転する場合、基準位置検出用フォトインタラプタは、１回転毎に基準位置信号を制御部２４に対して出力する。

制御部２４は、基準位置信号に基づきランプ１１から放射される白色光がカラーホイール１２のＲＧＢのいずれのフィルタを透過しているかを判定し、映像信号に基づいて各色に対応する画像を光変調素子制御部２３に与える。また、制御部２４は、電力供給回路２１と信号線で接続されており、プロジェクタ１の輝度及びホワイトバランスの調整並びにランプ１１の定格電力駆動を行うように電力供給回路２１がランプ１１に供給する電力を制御すべく、ＲＧＢ各色が生成される時間に同期した素パルスからなる制御パルスを電力供給回路２１に与える。

電力供給回路２１は、図示しない直流電源回路、ＣＰＵ及びＲＯＭ等を備えており、ＲＯＭにはパルス幅又はデューティ比と電力値とを対応付けたテーブルが記憶されている。電力供給回路２１のＣＰＵは、制御部２４から与えられた制御パルスの素パルスの幅又はデューティ比から、ＲＯＭに記憶されているテーブルを参照して電力値を決定し、直流電源回路からランプ１１に対して、決定した電力値を有する電力を供給させる。さらに、電力供給回路２１は、ブートパルス電流を重畳させる機能及びそのパルス重畳をオンオフさせパルス出力タイミングを制御する機能を備えている。本実施形態では、次に説明する実験結果から、パルス重畳条件として、パルス波高値１５０％で、パルス重畳期間がカラーホイール１２の１回転あたり１／３の期間とした。より具体的には、（１）パルス波高値１５０％、パルス幅２．２２２ｍｓ、パルス周期６．６６６ｍｓで連続する赤色及び青色のカラーフィルターのタイミングでパルス重畳するパターン（下記の条件３に対応）と、（２）パルス波高値１５０％、パルス幅１．１１１ｍｓ、パルス周期３．３３３ｍｓで赤色のカラーフィルターのタイミングでパルス重畳するパターン（下記の条件４に対応）の、２種類としている。

次に、パルス重畳の最適化のために、各種条件でパルス重畳させたときに、照度維持率及び電圧維持率を実験で確認したので示す。図２はパルス重畳のタイミングチャートを示す。図３は実験条件を示す表である。

また、図４及び図５は実験結果を示すグラフであり、図４はランプ電圧ＶＬの変動を示し、図５は照度維持率の変動を示している。

条件１では、パルス波高値１３５％、パルス幅１．１１１ｍｓ、パルス周期３．３３３ｍｓで赤色のカラーフィルターのタイミングでパルス重畳した。本条件は、従来より製品搭載されて動作している条件と同じで、一般にはランプ１１のメーカーより指示されるパルス条件である。この条件１を従来条件ともいう。
条件２（条件２−１、２−２）では、パルス波高値１３５％、パルス幅２．２２２ｍｓ、パルス周期６．６６７ｍｓで連続する赤色及び青色のカラーフィルターのタイミングでパルス重畳した。
条件３（条件３−１、３−２）では、パルス波高値１５０％、パルス幅２．２２２ｍｓ、パルス周期６．６６７ｍｓで連続する赤色及び青色のカラーフィルターのタイミングでパルス重畳した。つまり、条件２のパルス波高値を１５０％に増加させた。
条件４（条件４−１、４−２）では、パルス波高値１５０％、パルス幅１．１１１ｍｓ、パルス周期３．３３３ｍｓで赤色のカラーフィルターのタイミングでパルス重畳した。つまり、条件１のパルス波高値を１５０％に増加させた。

従来条件である条件１と条件２−４とでは、特に、点灯後１時間の変動（ランプ電圧ＶＬ及び照度維持率）が大きく異なる。

従来条件である条件１では、点灯時間が経つにつれ、ランプ電圧ＶＬが上昇している（ランプ電圧ＶＬの維持率が上昇）。これは、ランプ１１において、アーク長が伸びて、電極が消耗していることを意味している。このランプ電圧ＶＬの上昇に伴い、プロジェクタ１０は暗くなる（照度維持率大きく低下する）ことから、良い条件とはいえない。更に、ランプ１１の長寿命は期待できないと考えられる。特に、図５の照度維持率の結果から分かるように、条件３及び４による照度維持率が良好である。特に、条件３の結果が良好である。条件３及び４の特徴は、パルス波高値１５０％であり、カラーホイール１２の１回転あたり１／３の期間がパルス重畳期間という点にある。

図６及び図７にランプ点灯時の電極状態（左側）及び光学系取込状態（右側）の図を示す。ここでは、上記の実験結果の良好な条件３、４について、長期時間点灯させたときの状態である。図６は、条件３のパルスパターンに対応し、上から順に点灯直後の０時間、約２２５時間経過後、約４４４時間経過後の状態を示している。図７は条件４のパルスパターンに対応して、経過時間が若干異なり、上から順に点灯直後の０時間、約２００時間経過後、約４２３時間経過後の状態を示している。また、電極形状の変化を分かりやすく示すために、基準線を記載している。ランプ１１の電極状態の図において、左側が陰極（カソード）で右側が陽極（アノード）である。

図６に示すように、条件３では、時間が経過した場合でも陰極先端部の位置が基準線Ｌ１から殆ど変化せず、消耗が抑えられて、バランスよく析出しているのが分かる。また、アーク位置（輝点）が安定していることから、光学系への取り込み状態も非常に安定している。

一方、図７に示すように、条件４では、条件３と比較すると時間が経過した場合に陰極先端部の位置が基準線Ｌ２から徐々に離間して、消耗が進んでいるのが分かる。同時に。陽極側の突起位置もずれてしまい、結果として、アーク位置がずれていることから、光学系への取り込み状態も劣化している。したがって、条件４の重畳パターンでも十分な改善効果は得られているが、条件３の重畳パターンがより好ましい。

以上、本実施形態によると、ランプ１１のカソードの電極材料のタングステンの消耗／析出のバランスを最適化したパルス条件（波高値と幅とカラーフィルターのタイミング）に設定することができる。その結果、カソードの消耗や析出を抑えることで、輝点位置を維持し、プロジェクタ１０（ランプ１１）の照度維持率の向上を図ることができる。また、電極の消耗を抑えることができるので、アーク長が伸びてランプ電圧ＶＬが上がりすぎることによる電力供給回路２１（バラスト回路）側への負荷を低減することができる。

以上、本発明を実施形態をもとに説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせ等にいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

１０ プロジェクタ
１１ ランプ
１２ カラーホイール
１３ 光変調素子
１４ 投射光学系
２１ 電力供給回路
２２ カラーホイール制御部
２３ 光学変調素子制御部
２４ 制御部
２５ 映像入力部

Claims (6)

1. カラーホイールを用いたフィールドシーケンシャル方式のプロジェクタに用いられる直流高圧放電灯の点灯方法であって、
   パルス波高値が１５０％のパルス電流を、前記カラーホイールの１回転当たり１／３回転相当期間、ランプ電流に重畳させる
   ことを特徴とする直流高圧放電灯の点灯方法。
2. 前記カラーホイールの１回転当たりに、前記ランプ電流に前記パルス電流を重畳させる期間は、連続した期間であることを特徴とする請求項１に記載の点灯方法。
3. 前記カラーホイールの１回転当たりに、前記ランプ電流に前記パルス電流を重畳させる期間は、同一間隔を開けて１／６回転ずつ２回の期間であることを特徴とする請求項１に記載の点灯方法。
4. カラーホイールを用いたフィールドシーケンシャル方式のプロジェクタに用いられる直流高圧放電灯にランプ電流に対してパルス電流を重畳させるパルス重畳手段を備えた直流高圧放電灯の点灯装置であって、
   前記パルス重畳手段は、パルス波高値が１５０％の前記パルス電流を、前記カラーホイールの１回転当たり１／３回転相当期間、前記ランプ電流に重畳させる
   ことを特徴とする点灯装置。
5. 前記カラーホイールの１回転当たりに、前記ランプ電流に前記パルス電流を重畳させる期間は、連続した期間であることを特徴とする請求項１に記載の点灯装置。
6. 前記カラーホイールの１回転当たりに、前記ランプ電流に前記パルス電流を重畳させる期間は、同一間隔を開けて１／６回転ずつ２回の期間であることを特徴とする請求項１に記載の点灯装置。

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