JP4080311B2 - 高圧放電ランプ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧放電ランプを点灯始動させる際に発光管を加熱するヒータが設けられた高圧放電ランプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶プロジェクタや投射型液晶ディスプレイ装置等のバックライトは、矩形状のスクリーンに対して充分な輝度、効率及び演色性をもって均一に画像を投射することが要求されるため、その光源として、発光管内に水銀や金属ハロゲン化物を封入した高圧放電ランプが用いられる。そして、近時は、光源の小型化、点光源化をより一層推進することが求められている。
【０００３】
これらの要求に鑑み、金属ハロゲン化物を封入した高圧放電ランプに代わって、発光管の単位容積当り０.１５ｍｇ／ｍｍ^３以上の水銀を封入して安定点灯時の水銀蒸気圧が１００気圧を超える超高圧水銀ランプと称する高圧放電ランプが提案されている（特許文献１及び２参照）
【０００４】
【特許文献１】
特開平２−１４８５６１号公報
【特許文献２】
特開平６−５２８３０号公報
【０００５】
この種のランプは、高輝度・高効率・高演色性を実現するために、安定点灯時の水銀蒸気圧を１００気圧以上に高めることによってアークの径方向の拡がりを抑えて光出力を向上させるようにしたもので、その発光管のシール部は耐圧性を高めるために排気用の細管を設けない所謂溶封タイプとし、また、発光部の肉厚は、自動車の前照灯に用いる高圧放電ランプのそれに比べて約３倍の２ｍｍ前後としている。
【０００６】
このように肉厚の大きい発光管の発光部は、熱容量が大きくて温まり難いので、ランプ始動時にその発光部の内表面に液滴状となって溜まっている液状水銀が、温められて水銀蒸気となり、その蒸気圧が上昇して光出力が立ち上がるまでに時間を要し、例えば１５０Ｗ程度のランプでは、実に６０秒もの時間を要する。
【０００７】
そのため、この種のランプをバックライトとする液晶プロジェクタや投射型液晶ディスプレイ装置は、立ち上がりが遅く、それらをプレゼンテーションなどに使用したときに、スクリーンが画像を投射するのに十分な明るさに達するまでの待ち時間が長いという問題があった。
【０００８】
これを改善するために、本出願人は、ランプ点灯始動時に発光管をその外表面から加熱して内部の液状水銀の蒸発を促進させ、光出力の立ち上がり時間を短縮できるようにした高圧放電ランプ装置を試作した。
【０００９】
図６はこのような高圧放電ランプ装置を示し、超高圧水銀ランプ１の電極端子６ａ及び６ｂと、ランプ電源７の間に、ランプの始動に必要な電気的条件を与える始動装置１０や、ランプ電流を規定値に制御する安定器１１を備えたランプ点灯装置８が接続されている。
【００１０】
そして、ランプ１には、その発光部３を加熱する電熱線で成るヒータ４が設けられ、該ヒータ４は電熱線を一方のシール部５ａから発光部３を跨いで他方のシール部５ｂへ至るように発光管２の外表面にスパイラル上に巻装されている。
そして、前記ヒータ４が、ランプ点灯装置８とランプ１の電極６ｂとの間に、ランプ１と直列に接続されている。
【００１１】
また、前記ヒータ４のヒータ端子４ａ，４ｂ間には、ランプ１が安定点灯状態に達したときに導通するスイッチ５１が介装されたバイパス回路５２が形成され、前記スイッチ５１が導通することにより端子４ａ，４ｂ間を短絡して、ヒータ４への通電を遮断するようになされている。
【００１２】
これによれば、ヒータ用の電源回路を別途設けるまでもなく、ランプ１を点灯始動させる際にヒータ４が発熱し、周囲とほぼ同じ温度であった発光管２が加熱され、発光管２内部の液状水銀の蒸発が促進されるので、その結果、主電極間に印加される電圧の上昇が早まり、所定の明るさに達するまでの立ち上がり時間が格段に短縮される。
【００１３】
そして、ランプ１が安定点灯されるようになった時点で、前記バイパス回路５２のスイッチ５１が導通状態となると、ヒータ端子４ａ，４ｂ間が短絡されて、ヒータ４に電流が流れなくなるのでヒータ４の発熱が中止され、ランプ１の過熱が防止されると同時にランプ寿命が長くなり、さらには無駄な電力消費が抑えられる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ヒータ４はランプ１と直列に接続されているため、ヒータ４が何らかの原因により断線を起こすと、ランプ点灯装置８からランプ１への電流路が絶たれるため、ランプ１の発光管２は故障していないにも拘らず点灯できなくなるという問題が生じる。
【００１５】
すなわち、ランプ１の発光管２にヒータ４を取り付けて、光出力の立ち上がり時間を短縮させた構造にしたことにより、ヒータ４が断線すると本来ならまだ十分点灯可能なランプ１でも放電ができなくなり、そのようなヒータ４を設けていない従来のランプよりランプ寿命が短くなってしまう場合が生じてしまう。
【００１６】
そこで本発明は、ランプと直列に接続された立ち上がり時間短縮用のヒータが断線しても、ランプを点灯させることができるようにすることを技術的課題としている。
【００１７】
【課題を解決するための手段】

この課題を解決するために、本発明は、発光管を加熱するヒータがランプ点灯装置からランプに電力を供給する回路に該ランプと直列に接続された高圧放電ランプ装置において、ランプを点灯始動させる際にヒータの断線の有無を検知する断線検知回路と、該断線検知回路によりヒータの断線が検知されたときにヒータ端子間を短絡させるショート回路が形成されたことを特徴とする。
【００１８】
本発明によれば、ランプを点灯始動させる際に、ヒータの断線の有無が検知され、断線していなければ、ランプと直列に接続されたヒータがランプに供給される電力で加熱され、立ち上がり時間が短縮される。
また、断線している場合は、ショート回路によりヒータ端子間が短絡されるので、ランプと直列に接続されたヒータが断線していてもランプに電力が供給され、通常の立ち上がり時間は要するがランプは正常に点灯する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて具体的に説明する。
図１は本発明に係る高圧放電ランプ装置の概略構成を示すブロック図、図２はその詳細を示す回路図、図３はその動作状態を示すグラフ、図４及び図５は他の実施形態を示す回路図である。
【００２０】
図１に示す高圧放電ランプ装置は、例えば１５０Ｗの超高圧水銀ランプ１の発光管２に、その発光部３を加熱するヒータ４が設けられている。なお、発光部３は、約６０ｍｍ^３程度の容積を有し、その内部には、発光部３の両端を封止するシール部５ａ、５ｂに埋設して固定された一対の主電極（図示せず）が互いに対向して設けられると共に、点灯始動用補助ガスとなるアルゴンが約２０ｋＰａ（常温時）、水銀が約１２ｍｇ封入されている。
【００２１】
ヒータ４は、鉄、ニッケル、クロム、アルミニウムなどを主成分とする線径約０.２９ｍｍ、長さ１７０ｍｍの電熱線で成り、該電熱線を一方のシール部５ａから発光部３を跨いで他方のシール部５ｂへ至るように発光管２の外表面にスパイラル上に巻装させると共に、シール部５ａ、５ｂの発光部３に近い側を夫々密巻きにして、該電熱線に２.５Ａの電流を流したときに４０Ｗの熱出力が得られるように設計されている。
【００２２】
そして、ランプ１の電極端子６ａ、６ｂと、ランプ電源７の間にはランプ点灯装置８が接続され、前記ヒータ４が、点灯装置８からランプ１に電力を供給する電力供給回路９に、ランプ２と直列に接続されている。
【００２３】
ランプ点灯装置８は、ランプ１の始動に必要な電気的条件を与える始動装置１０や、ランプ電流を規定値に制御する安定器１１を備えると共に、ランプ１を点灯始動させる際にヒータ４の断線の有無を検知する断線検知回路１２と、前記ヒータ４のヒータ端子４ａ、４ｂ間を短絡するショート回路１３が形成されている。
【００２４】
安定器１１は、始動直後は定電流出力制御を行い、電圧が上昇して安定点灯時のランプ電圧近傍まで達したときに定電力制御となるように、ランプ電源７から供給された電力の電流を制限する電力調整器１５と、得られた直流調整電圧を所定時間ごとに極性反転させて低周波交流矩形波電圧に変換するインバータ１６を備えている。
【００２５】
電力調整器１５は、トランジスタ１７の導通／非導通のデューティ比をＰＷＭ制御することによりランプ電源７から出力された直流定電圧を所定幅の直流パルス電圧に変換するチョッパー回路１５ａと、その直流パルス電圧を平滑化するダイオード１８、チョークコイル１９、コンデンサ２０により構成される平滑回路１５ｂとを備えている。
【００２６】
インバータ１６は、トランジスタ２１ａ〜２１ｄがフルブリッジ接続されて成り、対角に位置するトランジスタ２１ａ及び２１ｂ、２１ｃ及び２１ｄを二個一対として、各対ごとにオン−オフを切り換えることにより、電力調整器１５から出力された直流電圧の極性が所定時間間隔で交互に反転されて、電力供給回路９を通じて高圧放電ランプ１に低周波交流矩形波電圧を印加するようになされている。
【００２７】
始動装置１０は、インバータ１６の一方の出力端子１６ａにトランス２２が接続されて構成され、ランプの放電を開始させるために始動時に高電圧パルス波を発生させるものである。
【００２８】
断線検知回路１２は、ランプ電源７の正極からヒータ４を介して負極に接続されると共にヒータと直列に分圧抵抗２２ａ〜２２ｃが接続され、負極側の分圧抵抗２２ｃに生じる電圧降下を電圧計２３で測定することによりヒータ７の断線の有無を検知するようになっている。
すなわち、ヒータ４が断線していれば、断線検知回路１２に電流が流れないので分圧抵抗２２ｃで生ずる電圧降下は０Ｖであり、ヒータ４が断線していなければ、断線検知回路１２に電流が流れるので分圧抵抗２２ｃの抵抗値に応じた所定の電圧値（例えば５Ｖ）が検出される。
【００２９】
ショート回路１３には、該回路１３を導通／遮断させるスイッチ素子１４としてリレー接点１４ａと該接点１４ａを駆動する駆動コイル１４ｂを備えたノーマルオープン型のリレーが介装されると共に、該スイッチ素子１４が、断線検知回路１２の電圧計２３と、ランプ１の点灯始動時に電力調整器１５から出力される直流電圧を検出する電圧計２４に接続されたリレー駆動回路２５によりオンオフ動作されるようになっている。
なお、前記スイッチ素子１４としては、リレーに限らずサイリスタやトライアック等のスイッチ機能を有する素子であれば使用可能である。
【００３０】
リレー駆動回路２５は、スイッチ素子１４の駆動コイル１４ｂの一方の端子をランプ電源７の正極に接続するとともに、他方の端子をヒータ断線時導通状態となるサイリスタ２７と、電圧計２４の出力電圧が安定点灯電圧（例えば４０Ｖ）に達したときに導通状態となるトランジスタ２８が並列に接続される陽極側に接続している。
また、サイリスタ２７とトランジスタ２８との陰極側は、ランプ電源７の負極に接続されている。さらに、前記サイリスタ２７のゲート−カソード間には電圧計２３の出力信号に応じてヒータ断線時に非導通状態となるトランジスタ３０が介装され、ゲートトリガー電流は抵抗２９を介してランプ電源７の正極より供給されるように接続されている。
【００３１】
そして、ランプ１を点灯始動させる際にヒータ４が断線していなければ、図３（ａ）に示すように、ヒータ４及びランプ１に通電が開始されると断線検知回路１２の電圧計２３から分圧抵抗２２ｃの抵抗値に応じた所定の電圧値（例えば５Ｖ）が検出され、トランジスタ３０は導通状態となるので、サイリスタ２７のトリガーは０電位に維持されてサイリスタ２７は非導通状態に維持される。
一方、ランプ１が安定点灯状態に達する前であれば、電圧計２４で検出される電力調整器１５の出力電圧は予め設定された安定点灯電圧より低いので、トランジスタ２８は非導通状態に維持される。
したがって、スイッチ素子１４はオフ状態に維持され、ショート回路１３は遮断されているのでランプ１及びヒータ４に通電される。
これにより、ランプ１に供給される電力でヒータ４が発熱し、発光部３が加熱されて点灯時間が短縮される。
【００３２】
その後、ランプ１が安定点灯状態になると、電圧計２４で検出される電力調整器１５の出力電圧は予め設定された安定点灯時のランプ電圧（例えば４０Ｖ）に達するので、トランジスタ２８は導通状態に維持される。
したがって、安定点灯状態となった時点で、スイッチ素子１４がオン状態となり、ショート回路１３によりヒータ端子４ａ，４ｂ間が短絡するので、ヒータ４への通電が停止される。
【００３３】
これに対し、ランプ１を点灯開始する際にヒータ４が断線していると、図３（ｂ）に示すように、断線検知回路１２の電圧計２３から分圧抵抗２２ｃに生ずる電圧降下が０Ｖとなるので、トランジスタ３０は非導通状態となり、サイリスタ２７のゲートに所定電流が流れ、サイリスタ２７は導通状態となる。
したがって、この時点で、スイッチ素子１４がオン状態となり、ヒータ端子４ａ，４ｂ間に接続されたショート回路１３が短絡するので、ランプ１へ通電が開始される。
このように、ヒータ４が断線していてもランプ１に電力が供給されるので、通常の立ち上がり時間を要するもののランプは正常に点灯する。
【００３４】
図４は他の実施形態を示す回路図であって、本例ではスイッチ素子１４のオンオフ動作を行わせる制御装置として、シングルチップマイクロコンピュータ３２を用いている。なお、図１〜３と共通する部分については同一符号を付して詳細説明を省略する。
【００３５】
本例では、ランプ電源７の正極からリレー駆動コイル１４ｂを介して負極に接続される電流路にスイッチング素子となるトランジスタ３４が介装され、マイクロコンピュータ３２の入力側に分圧抵抗２２ｃの両端子が接続されると共に、電力調整回路１５から出力される電圧を検出する電圧計２４が接続され、出力側に前記トランジスタ３４が接続されている。
【００３６】
そして、分圧抵抗２２ｃで生ずる電圧降下の値が０Ｖであるときと、電圧計２４の出力に応じて電力調整器１５の出力電圧が予め設定された安定点灯時のランプ電圧（例えば４０Ｖ）に達したときに、トランジスタ３４を導通させて、スイッチ素子１４（リレー接点１４ａ）をオンすることにより、ヒータ端子４ａ，４ｂ間を短絡するようになされている。
【００３７】
これにより、ランプ１を点灯始動させる際に、ヒータ４の断線の有無が検知され、断線していなければ分圧抵抗２２ｃで生ずる電圧降下が検出されるので、リレー１４がオフされてショート回路１３が非導通に維持される。したがって、ランプ１に供給される電力でヒータ４が加熱されて立ち上がり時間が短縮される。そして、ランプ１が安定点灯に達した時点で電圧計２４の検出電圧によりスイッチ素子１４がオン状態となり、ヒータ端子４ａ，４ｂ間を接続するショート回路１３が短絡されるのでヒータ４への電力供給が停止される。
【００３８】
また、ヒータ４が断線している場合は、分圧抵抗２２ｃで生ずる電圧降下の値が０Ｖであるので、トランジスタ３４が導通され、スイッチ素子１４がオンオン状態となり、ヒータ端子４ａ，４ｂ間を接続するショート回路１３が短絡される。これによりランプ１に電力が供給され、通常の立ち上がり時間は要するがランプ１を正常に点灯させることができる。
【００３９】
図５は本発明の他の実施形態を示す回路図であって、本例ではチョッパー回路１５ａのトランジスタ１７とチョークコイル１９をローサイドに配置し、断線検知回路１２の抵抗２２ａをブリッジインバータ１６の出力に接続している。マイクロコンピュータ３２へは５Ｖ電源３５を供給し、リレーコイル１４ｂへは１５Ｖ電源３６を供給している。なお、マイクロコンピュータ３２の５Ｖ電源３５は１５Ｖ電源３６から電圧変換する方法でも良い。
【００４０】
上記のような回路構成において、チョッパー回路１５ａの動作後、ブリッジインバータ１６のハイサイドトランジスタ２１ａを導通させ、断線検知回路１２の抵抗２２ａ、ヒータ４、抵抗２２ｂ、２２ｃに電圧を供給すると、ヒータ４が正常であれば分圧抵抗２２ｃの両端には所定の電圧が発生し、異常であれば所定の電圧から外れた電圧が発生する。断線していればゼロとなる。
【００４１】
したがって分圧抵抗２２ｃの電圧をマイクロコンピュータ３２で監視する事によりヒータ４の異常を検知し、異常が検知されたときはトランジスタ３４が駆動されてリレーコイル１４ｂに電圧が印加されるので、リレー接点１４ａが閉じ、したがって、スイッチ素子１４によりヒータ４の端子間が短絡され、通常ランプとして動作させることが可能となる。
【００４２】
なお、上述の説明では、断線検知回路１２として分圧抵抗に生ずる電圧降下を検出する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、例えば、ヒータ４と並列に電圧計（通電量測定手段）を接続したり、ヒータ４に直列に電流計（通電量測定手段）を接続したりして、ランプ点灯装置８の起動信号が入ったときにヒータ４に生ずる電圧降下又はヒータ４を流れる電流を測定するようにしても良い。
【００４３】
また、上述の説明では、断線検知回路１２でヒータ４の断線が検知されなかったときに、電力調整回路１５の出力電圧を検出する電圧計２４の検出電圧に応じてスイッチ素子１４を導通させることによりショート回路１３を短絡させ、ヒータ４への通電を停止する場合について説明したが、本発明は、ショート回路１３を短絡させるタイミングを電圧に替えて時間でコントロールするようにしても良い。
すなわち、ランプ１を点灯開始する際にランプ１に供給される電圧は徐々に昇圧されるので、所定電圧に達するまでの時間（例えば３０秒）を予め設定したタイマスイッチをスイッチ素子１４と並列に設けておき、ランプ点灯装置８が起動されてからその設定時間が経過したときにショート回路１３を短絡させるようにすれば、ランプ１に供給される電圧を検出してショート回路１３を短絡させる場合と全く等価である。
【００４４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、ランプとヒータが直列に接続されているので、ランプを点灯始動させる際に、ヒータが断線していなければ、ランプに供給される電力でヒータが加熱されて立ち上がり時間が大幅に短縮されるという効果があり、また、ヒータが断線していても、スイッチによりヒータ端子間が短絡されるので、ランプに電力が供給されて通常の立ち上がり時間は要するがランプを正常に点灯させることができるという大変優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る高圧放電ランプ装置を示すブロック図。
【図２】その回路図。
【図３】その動作状態を示すグラフ。
【図４】他の実施形態を示す回路図。
【図５】他の実施形態を示す回路図
【図６】従来装置を示すブロック図。
【符号の説明】
１………超高圧水銀ランプ
２………発光管
４………ヒータ
４ａ、４ｂ………ヒータ端子
７………ランプ電源
８………ランプ点灯装置
１０………始動装置
１１………安定器
１２………断線検知回路
１３………ショート回路
１４………スイッチ素子
２２ａ〜２２ｃ………分圧抵抗

Claims (4)

1. 発光管を加熱するヒータがランプ点灯装置からランプに電力を供給する回路に該ランプと直列に接続された高圧放電ランプ装置において、ランプを点灯始動させる際にヒータの断線の有無を検知する断線検知回路と、該断線検知回路によりヒータの断線が検知されたときにヒータ端子間を短絡させるショート回路が形成されたことを特徴とする高圧放電ランプ装置。
2. 前記ショート回路が、前記断線検知回路によりヒータの断線が検知されたとき及びヒータの断線が検知されずにランプに印加される電圧が所定の値まで上昇したときに、ヒータ端子間を短絡させるように成された請求項１記載の高圧放電ランプ装置。
3. 前記断線検知回路が、ヒータに電力を供給する回路に設けられた複数の分圧抵抗と、その少なくとも一の分圧抵抗に生ずる電圧降下をモニタする電圧計を備えた請求項１又は２記載の高圧放電ランプ装置。
4. 前記断線検知回路が、ランプ点灯装置の起動信号が入ったときに前記ヒータに生ずる電圧降下又はヒータを流れる電流を測定する通電量測定手段を備えた請求項１又は２記載の高圧放電ランプ装置。

Images