JP4082524B2 - 高圧放電ランプ点灯装置および画像形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は調光可能な高圧放電ランプ点灯装置および画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プロジェクション式テレビジョン受像機やオーバヘッドプロジェクタなどの機器では、光源として小形の高圧放電ランプが使用されるようになってきた。
【０００３】
この場合、高圧放電ランプはその光量を一定にするために定電力制御することが望ましいとされている。実際には、特公平８−１７５７２号公報に見られるように、ランプ電圧およびランプ電流を検出してこれらの値を加算して高圧放電ランプへの供給電力を制御して、定電力的な制御を行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
これらの機器は使用環境の照度に応じて機器の光量を変化すなわち調光することが要求される。
【０００５】
一般に、放電ランプを調光するには、ランプへの供給電力を減少させることが行われている。しかし、高圧放電ランプの場合、この手法ではランプ電流が絞られるため、調光始動のときに安定放電までの時間すなわち光束立ち上がり時間が長くなる。
【０００６】
また、他の調光手段として、ランプ電圧検出手段の抵抗値を下げる方法もある。この方法は調光のためにランプ検出手段の微妙な信号を扱う配線や基準電圧を扱う配線を引き回すことになり、ノイズによる誤動作の不安があって場合によっては好ましくない。
【０００７】
図１２は上記従来技術を示す回路図である。
【０００８】
図において、１２１は電源、１２２は点灯主回路、１２３は検出手段、１２４は始動回路、１２５は高圧放電ランプ、１２６は制御手段である。
【０００９】
検出手段１２３は、点灯主回路１２２に直列に挿入されたランプ電流検出手段１２３ａと高圧放電ランプ１２５に並列接続されたランプ電圧検出手段１２３ｂとからなる。そして、ランプ電圧検出手段１２３ｂの出力側の抵抗の一部をスイッチ１２７によって短絡できるように構成されている。調光時には、スイッチ１２７を開放してランプ電圧検出手段１２３ｂの出力を増加させる。
【００１０】
この従来技術では、調光時に制御手段１２６への制御入力が増加するので、これに応じて点灯主回路１２２がＰＷＭ制御される結果、高圧放電ランプ１２５が調光点灯になる。実際にはスイッチ１２７は点灯主回路から遠隔した位置に配設され、そのため配線が引き回される。
【００１１】
また、点灯主回路を定電力的に制御するためのＰＷＭ制御を使って調光することも考えられるが、この制御は基本的にはオン、オフの繰り返しであるから、高圧放電ランプが立ち消えしやすく、このため所要範囲にわたる調光をすることはできない。
【００１２】
本発明は、比較的簡単な構成でありながら円滑で所要の範囲にわたる調光を行うことができる高圧放電ランプ点灯装置および画像表示装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を達成するための手段】
請求項１の発明の高圧放電ランプ点灯装置は、高圧放電ランプを点灯する点灯主回路と；高圧放電ランプの始動回路と；高圧放電ランプのランプ電圧を検出するランプ電圧検出手段と；高圧放電ランプのランプ電流を検出するランプ電流検出手段と；ランプ電圧検出手段およびランプ電流検出手段の両出力の加算値を分圧して両出力に対して共通な検出信号を生成し、かつ調光操作時に分圧比を所定周波数で２段階に切り換えるとともに２段階の時間割合を変化させて交互に２段階に変化する検出信号を出力する可変分圧手段と；を具備していることを特徴としている。
【００１４】
本発明および以下の各発明において、特に定義しない限り各発明に用いられる用語は次のとおりに解釈される。
【００１５】
高圧放電ランプは、特に短アークのものに限定されないが、短アークの高圧放電ランプは画像表示装置やオーバヘッドプロジェクタなどの機器において、光の利用率が高いので効果的である。封入物に関しては、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプ、高圧キセノンランプなどの高圧放電ランプであることを許容する。
【００１６】
点灯主回路は、高圧放電灯ランプを直流点灯してもよいし、交流点灯してもよい。直流点灯の場合に源流作用を行う部分は商用周波数で作動するもの、高周波で作動するもの、または直流で作動するものなどどのような構成であってもよい。そして、点灯主回路をして高圧放電ランプを定電力制御することは好ましいことであり、このような場合に点灯主回路にスイッチング手段を含ませて、このスイッチング手段をランプ電圧およびランプ電流の両方に応じて制御することによって、定電力的に制御することができる。スイッチング手段を含む点灯主回路としては、これをたとえばチョッパ回路にて構成し、このチョッパ回路のチョッピングのオンデューティを制御することによって定電力的に制御し、さらに要すれば整流化直流電源の非平滑化直流を平滑化させるアクティブフィルタとしても作用させてもよい。
【００１７】
始動回路は、高圧放電ランプを始動できるものであれば、どのような構成であってもよく、既知の各種始動回路を採用することができる。
【００１８】
ランプ電圧検出手段およびランプ電流検出手段は、ランプ電圧およびランプ電流をそれぞれ直接または間接的に検出できればよく、特定の回路に限定されない。そして、ランプ電圧検出手段および／またはランプ電流検出手段を点灯主回路の定電力的な制御などのために利用することができる。
【００１９】
本発明において可変分圧手段は、ランプ電圧検出手段の出力およびランプ電流検出手段の出力の加算値を分圧して両出力に対して共通な検出信号を生成し、調光操作時に分圧比を所定周波数で２段階に切り換え切り換えるとともに２段階の時間割合を変化させて交互に２段階に変化する検出信号を出力することで調光が行われる。しかも、操作によって分圧比を所定周波数で２段階に切り換えるとともに２段階の時間割合を変化させて変化させ得るものであればよく、特定の回路部品を使うこと、または特定の回路に限定されるものではない。操作は直接的であっても間接的であってもよいし、遠隔制御されてもよい。また、共通になとは、両手段の検出信号出力の加算値に対して分圧作用が働くという意味である。
【００２０】
本発明において制御手段は、可変分圧手段の出力に応じて点灯主回路を制御するのであれば、どのような構成であってもよい。
【００２１】
次に、本発明の高圧放電ランプ点灯装置の動作について説明する。
【００２２】
説明を理解しやすくするために、可変分圧手段を操作しない状態において、制御手段は高圧放電ランプが全光点灯するように点灯主回路を制御するものとする。
【００２３】
そうして、可変分圧手段を操作して分圧比を所定周波数で２段階に切り換えて周期的に２段階に変化する中で、その分圧割合が高いときには、ランプ電圧検出手段とランプ電流検出手段とのそれぞれの検出出力の加算値が可変分圧手段を経由して生成された制御手段に制御入力される検出信号の割合が増大して調光状態になる。これに対して、その分圧割合が低いときには検出信号の割合が増大しないので調光されない状態となる。すなわち、可変分圧手段の分圧比が所定周波数で高低２段階に変化するときに調光状態と非調光状態とが交互に周期的に切り換えられ、それにより供給電力の平均値が低下して調光が行われる。また、検出信号の割合が増大して調光状態となる時間と、分圧割合が低くて非調光状態となる時間との時間割合を変化させることにより、調光度が変化する。
【００２４】
上記説明では、可変分圧手段を操作しないときを全光時としたが、この場合を調光時とすることができる。すなわち、操作しない状態では帰還量が多く、操作したときに帰還量が減少するように構成すればよい。また、制御特性を変えて帰還量が少なくなったときに調光することができる。なお、調光は段階的なもの、および連続的なもののいずれでもよい。要するに、可変分圧手段の分圧比を変化させることで、高圧放電ランプを調光点灯することができる。
【００２５】
なお、上記のように可変分圧手段の分圧が増大すると、調光時の負荷特性が従来とは異なりランプ電流の低減を少なくすることができる。このため、調光時であっても全光時に近いランプ電流を供給して光束立ち上がりを早くすることもできる。
【００２６】
請求項２の発明の高圧放電ランプ点灯装置は、第１の周波数の高周波で作動するチョッパ回路を含むとともに高圧放電ランプを直流点灯する点灯主回路と；高圧放電ランプの始動回路と；高圧放電ランプのランプ電圧を検出するランプ電圧検出手段と；高圧放電ランプのランプ電流を検出するランプ電流検出手段と；ランプ電圧検出手段およびランプ電流検出手段の両出力の加算値を分圧する分圧出力端に対して並列的に接続されて両出力に対して共通な検出信号を生成し、かつ調光操作時に分圧比を２段階に切り換えて２段階に変化する検出信号を出力する可変分圧手段と；前記第１の周波数より低い第２の周波数で可変分圧手段の分圧比を交互に変化させるとともに２段階の時間割合を変化させて調光を行わせる調光操作手段と；可変分圧手段の出力に応じて点灯主回路を制御する制御手段と；を具備していることを特徴としている。
【００２７】
本発明において、第１の周波数とは、チョッパ回路が動作する周波数であって、約１０ＫＨｚ程度以上の周波数を意味し、好ましくは約４０ＫＨｚ以上である。これに対して、第２の周波数とは、可変分圧手段の分圧比が変化する際の周波数であって、肉眼では分からない程度すなわち約１００Ｈｚ程度以上、好ましくは５００Ｈｚ以上であって、点灯主回路の周波数に対して約１／１０程度以下であればよい。
【００２８】
本発明は、調光操作手段によって可変分圧手段の出力を第２の周波数で高低２段階に切り換え、制御手段による点灯主回路の制御による高圧放電ランプへの電力供給を第２の周波数で交互に高低２段階とすることにより、供給電力の平均値を低下させて調光するものである。そして、高低の時間割合すなわちオンデューティを変化させることにより、調光度を任意所望に設定することができる。また、時間とともに高低の時間割合を変化させていくことにより、調光度を連続的に変化させること、すなわちクロスオーバーさせることが可能である。第２の周波数を上記の範囲にすることにより、肉眼では違和感のない調光になる。また、ランプ電圧検出手段およびランプ電流検出手段の両出力の加算値を分圧する共通の可変分圧手段が機能して、請求項１と同様に調光を容易にする。
【００２９】
請求項３の発明の高圧放電ランプ点灯装置は、請求項２記載の高圧放電ランプ点灯装置において、点灯主回路は、そのチョッパ回路が第１の周波数で動作するスイッチング手段を含み；制御手段は、第２の周波数で２段階に変化させるとともに２段階の時間割合を変化させた検出信号に応じて点灯主回路のチョッパ回路のスイッチング手段をＰＷＭ制御する；ことを特徴としている。
【００３０】
本発明においては、点灯主回路のスイッチング手段を制御手段から第１の周波数でＰＷＭ制御して高圧放電ランプへの電力供給を所定に制御して点灯を維持する。
【００３１】
請求項４の発明の高圧放電ランプ点灯装置は、請求項１ないし３のいずれか一記載の高圧放電ランプ点灯装置において、可変分圧手段は、分圧手段および分圧手段に対して並列的に接続されて調光操作時に開閉するスイッチ手段を備えていることを特徴としている。
【００３２】
本発明においては、スイッチ手段の開閉によって分圧出力を高低２段階に変化させることができる。スイッチ手段の開閉は調光時には継続的に閉成するようにしてもよいし、また所定の周波数で肉眼では分からないような時間間隔で開閉してもよい。後者の場合は、開閉中と非開閉中とで調光または全光と全光または調光とが切り替わる。
【００３３】
請求項５の発明の高圧放電ランプ点灯装置は、請求項４記載の高圧放電ランプ点灯装置において、スイッチ手段は、フォトカプラを含んでなることを特徴としている。
【００３４】
本発明においては、フォトカプラを直接または間接的にスイッチ手段として可変分圧手段の出力切り換えを行うので、調光操作を遠隔制御しやすい。また、点灯主回路の２次側における電気絶縁が容易である。さらに、肉眼では分からないような高速スイッチングを行うことが容易となる。
【００３５】
請求項６の発明の高圧放電ランプ点灯装置は、請求項４または５記載の高圧放電ランプ点灯装置において、スイッチ手段を所定周波数でスイッチングさせることでＰＷＭ制御することにより、調光度合を変えることを特徴としている。
御することにより、調光度合を変えることを特徴としている。
【００３６】
本発明においては、所定周波数を請求項２において規定する第２の周波数とすることができるが、これに限定されない。ＰＷＭ制御を一定のオンデューティとすれば、一定の調光度になり、オンデューティを時間とともに変化させれば、ある点灯状態からこれと異なる他の点灯状態へ連続的な調光すなわちクロスオーバーを行うことができる。
【００３７】
請求項７の発明の画像表示装置は、リフレクタを備えた高圧放電ランプと；請求項１ないし６のいずれか一記載の高圧放電ランプ点灯装置と；高圧放電ランプから放射されリフレクタで反射された光を背方から照射される画像表示手段と；画像表示手段を制御する画像制御手段と；画像表示手段を透過した光を集光してスクリーンに投射する光学系と；上記各構成要素を収納する本体ケースと；を具備していることを特徴としている。
【００３８】
本発明は、高圧放電ランプの調光を円滑に行える画像表示装置である。
【００３９】
請求項８の発明の画像表示装置は、請求項８記載の画像表示装置において、高圧放電ランプを冷却するファンと；ファンを高圧放電ランプの調光操作と同期して制御するファン制御手段と；を具備していることを特徴としている。
【００４０】
本発明によれば、高圧放電ランプをたとえば全光状態から調光状態に変更すると、高圧放電ランプの冷却要求も変化するので、同期して冷却手段を制御することにより、一層放電が安定した調光制御を行うことができる。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態および参考例を図面を参照して説明する。
【００４２】
図１は、高圧放電ランプ点灯装置の第１の参考例を示す回路図である。
【００４３】
図において、１は電源、２は点灯主回路、３は検出手段、４は始動回路、５は高圧放電灯ランプ、６は制御手段、７は可変分圧手段である。
【００４４】
点灯主回路２は、高圧放電ランプを安定に点灯するための限流機能や定電力制御などのための機能を備えている降圧チョッパ装置である。
【００４５】
検出手段３は、点灯主回路２と直列に挿入されたランプ電流検出手段３ａと、高圧放電ランプ５と並列に接続されたランプ電圧検出手段３ｂとからなる。各検出手段３ａ、３ｂはそれぞれ抵抗器からなっている。
【００４６】
始動回路４は、高圧放電ランプ５を始動させるためのもので、始動時に高電圧を発生する通常使用されているものである。
【００４７】
高圧放電ランプ５は、電極間距離３ｍｍの短アーク２５０Ｗメタルハライドランプで、図示しないが、リフレクタを一体に備えている。
【００４８】
制御手段６は、非調光時にはランプ電圧およびランプ電流の各検出出力の加算値に応じて点灯主回路２をＰＷＭ制御して高圧放電ランプ５に対して定電力的に電力を供給するする。
【００４９】
可変分圧手段７は、ランプ電流検出手段３ａおよびランプ電圧検出手段３ｂの各出力の加算値を分圧して出力するように並列に接続された可変抵抗器からなっている。
【００５０】
次に、動作について説明する。
【００５１】
電源１を投入すると、始動回路４によって高圧放電ランプ５に高電圧が印加されて高圧放電ランプ５が始動する。そして、点灯主回路２から点灯に必要な電力が供給されて高圧放電ランプ５が点灯する。点灯すると、ランプ電流検出手段３ａからの検出出力とランプ電圧検出手段からの検出出力が可変分圧手段７で加算され、かつ可変分圧手段７で分圧されて制御手段６に制御入力する。制御手段６は制御入力に応じて高圧放電ランプ５に供給する電力を定電力的に制御する。
【００５２】
高圧放電ランプ５を調光する場合、可変分圧手段７を操作して分圧出力を増加させる。すると、ランプ電流検出手段３ａおよびランプ電圧検出手段３ｂの各出力は可変分圧手段７を介して制御手段６に制御入力するから、上記分圧出力の増加すると制御手段６に対する制御入力が増加する。このため、ランプ電流検出手段３ａおよびランプ電圧検出手段３ｂの検出出力そのものは変化しなくても制御手段６の動作レベルが変わり、点灯主回路２から高圧放電ランプ５に供給される電力が低減されて降圧放電ランプは調光点灯に移行する。
ら降圧放電ランプ５に供給される電力が低減されて降圧放電ランプは調光点灯に移行する。
【００５３】
図２は、第１の参考例における負荷特性曲線を示すグラフである。
【００５４】
図において、横軸はランプ電圧を、縦軸はランプ電流を示す。曲線Ａは第１の参考例における全光状態の負荷特性曲線、曲線Ｂは同じく調光状態の負荷特性曲線、曲線Ｃは図１２に示す従来技術の場合における調光状態の負荷特性曲線である。
【００５５】
この図２から理解できるように、第１の参考例の場合は調光時の負荷特性曲線Ｂが従来の曲線Ｃに比較して勾配が大きい。すなわち、調光時にランプ電圧が低下してもランプ電流の低下は少ない。
【００５６】
図３は、第１の参考例における始動時の光束立ち上がり特性を示すグラフである。
【００５７】
図において、横軸は始動開始からの点灯時間（秒）を、縦軸は光束比（％）をそれぞれ示す。曲線Ａは第１の参考例における全光始動時の光束立ち上がり曲線、曲線Ｂは同じく調光始動時の光束立ち上がり曲線、Ｃは図１２に示す従来技術の場合の調光始動時の光束立ち上がり曲線をそれぞれ示す。
【００５８】
この図３から明らかなように、第１の参考例の場合、調光始動時の光束立ち上がりは全光始動時に比べれば多少遅いものの、従来技術よりかなり早い。
【００５９】
図４は、第２の参考例を示す回路図である。
【００６０】
図において、図１と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。第２の参考例は、第１の参考例において、電源１’が整流化直流電源、点灯主回路２’が降圧チョッパ、可変分圧手段７’がフォトカプラを含んでなり、かつランプ電圧検出手段３ｂに対してのみ対応している。
【００６１】
さらに詳述すると、整流化直流電源１’は、交流電源８からの交流を整流して非平滑直流を降圧チョッパに対して供給する。上記直流電源１’は平滑コンデンサを備えていない。したがって、降圧チョッパからなる点灯主回路２’は、アクティブフィルタとしても機能させている。そして、降圧チョッパは、スイッチング手段２’ａと降圧インダクタ２’ｂとが点灯回路と直列に挿入され、スイッチング手段２’ａと降圧インダクタ２’ｂとの間と整流化直流電源１’の負極との間にダイオード２’ｃが接続され、また降圧インダクタ２’ｂを挟んでダイオード２’ｃと並列関係にコンデンサ２’ｄが図示極性に接続されている。降圧インダクタ２’ｂ、ダイオード２’ｃおよびコンデンサ２’ｄは平滑手段を構成して、負荷に対してかなりフラットで、かつ降圧された直流を供給する。
【００６２】
ランプ電流検出手段３ａは、ダイオード２’ｃとコンデンサ２’ｄとの間において点灯回路に直列に挿入された抵抗器からなる。
【００６３】
可変分圧手段７’は、そのフォトカプラの受光側がランプ電圧検出手段３ｂの出力側の抵抗器３ｂ１の一部の抵抗器３ｂ２に対して電気的に並列接続されている。
【００６４】
次に、回路動作について説明する。
【００６５】
降圧チョッパからなる点灯主回路２’は４０ＫＨｚの高周波で作動して、高圧放電ランプ５に対して降圧されて、かつフラットな直流電圧を印加する。高圧放電ランプ５は、始動回路４によって始動し、点灯主回路２’から所要の直流電力を供給されて直流点灯する。そして、全光点灯時にはフォトカプラからなる可変分圧手段７’は操作されないため、分圧レベルを増加しない。
【００６６】
調光時にはフォトカプラが外部からの操作で、１ＫＨｚでオン、オフされる。フォトカプラがオンすると、ランプ電圧検出手段３ｂの出力側の抵抗器３ｂ２が短絡されて検出出力が小さくなる。フォトカプラは続いてオフするから、抵抗器３ｂ２が再び挿入されて分圧出力が大きくなる。このオフ、オンが第２の周波数で繰り返される結果、ランプ電圧の検出出力は平均して増加したことになり、制御手段６によって点灯主回路２’は高圧放電ランプ５に供給する直流電力を平均値において低減するから、高圧放電ランプ５は調光されたものとして見える。
【００６７】
以上の回路動作から、フォトカプラのオンデューティを変化させれば、調光度を任意に設定できることを理解できるであろう。また、たとえば全光点灯から調光点灯に移行する場合に、上記オンデューティを１００％から調光時の値を０％とし、所定時間をかけて０％まで連続的に変化させれば、クロスオーバーさせることもできる。これを整理していえば、ある点灯状態から別のある点灯状態に変化させる場合に、任意の時間をかけてクロスオーバーさせることができるのである。高圧放電ランプにおいては、急激に点灯電力の変化は発光色したがって色温度まで変化させてしまうので、クロスオーバーさせることにより、色温度の変化を極めて少なくするとともに、明るさの急変を回避して、たとえばテレビジョン受像機のような用途において、看者に与える心理的不快感を回避することができる。
【００６８】
なお、調光と同期して高圧放電ランプの冷却用のファン（図示しない。）を制御することも必要に応じて可能である。すなわち、全光状態から調光状態に切り換えると、ランプの消費電力が減少してランプの温度も低下するので、ファンの回転数を減少したり、回転方向を転換したりすることが望ましい。過冷却は高圧放電ランプを立ち消えしやすくするとともに、色温度が変化する原因となるからである。
【００６９】
図５は、第２の参考例におけるフォトカプラの駆動回路の詳細を示す回路図である。
【００７０】
図において、３ｂ１、３ｂ２はランプ電圧検出手段３ｂの出力側の抵抗器で、抵抗器３ｂ２と並列にトランジスタ５１を接続し、トランジスタ５１のベースにフォトカプラ５２のフォトトランジスタ５２ａのエミッタを接続してある。フォトトランジスタ５２ａのエミッタはまた抵抗器５３を介してランプ電流検出手段とランプ電圧検出手段との接続点に接続され、コレクタは抵抗器５４を介してコレクタ電源に接続して、フォトカプラの受光側を構成している。
【００７１】
一方、フォトカプラ５２の発光ダイオード５２ｂは抵抗器５５およびインバータ５６を介して調光操作電源（図示しない。）に接続し、発光ダイオード５２ｂと並列にコンデンサ５７が接続されて、フォトカプラ５２の発光側を構成している。そして、調光操作電源は外部から操作されて電源がオン、オフされる。
【００７２】
なお、使用した高圧放電ランプ５は、定格電力３５０Ｗ、電極間距離３ｍｍの短アークメタルハライドランプである。
【００７３】
次に、回路動作を説明する。
【００７４】
調光電源が投入される以前はインバータ５６により、発光ダイオード５２ｂに通電されて発光ダイオード５２ｂが発光している。そして、フォトトランジスタ５２ａが上記発光を受光してオンするので、トランジスタ５１のベース電位が上昇し、トランジスタ５１はオンする。これにより、抵抗器３ｂ２は短絡される。したがって、ランプ電圧検出手段の出力レベルが低下している。この状態では高圧放電ランプは全光状態で点灯されることになる。
【００７５】
次に、調光操作電源を投入すると、インバータ５６によって発光ダイオード５２ｂへの通電が停止される。すると、上記と逆に回路が動作して抵抗器３ｂ２の短絡状態が解消し、ランプ電圧検出手段の検出レベルは増加する。この状態では、高圧放電ランプは調光点灯されることになる。
【００７６】
以上の説明は調光操作電源をオンするか、オフするかで説明したが、実際には第２の周波数における調光操作信号をＰＷＭ制御したものを調光操作電源として送出することによって任意所望のレベルで調光することができる。
【００７７】
図６は第２の参考例における１００％点灯時の調光操作信号、ランプ電流および照度の波形図である。
【００７８】
この場合のランプ電力は３５０Ｗであった。
【００７９】
図７は同じく５０％点灯時の波形図である。
【００８０】
この場合のランプ電力は２５０Ｗであった。
【００８１】
図８は同じく１７％点灯時の波形図である。
【００８２】
この場合のランプ電力は２５０Ｗであった。
【００８３】
図９は、本発明の高圧放電ランプ点灯装置の一実施形態を示す回路図である。
【００８４】
図において、図４と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。本実施形態は、可変分圧手段７”の部分において第２の実施形態と異なる。すなわち、可変分圧手段７”はランプ電流検出手段３ａおよびランプ電圧検出手段３ｂの各出力に対して共通に機能するように配設されている。
【００８５】
さらに詳述すると、両検出手段３ａおよび３ｂの出力端間に直列接続された一対の抵抗器９１および９２のうち、抵抗器９２と並列にトランジスタ９３を接続し、トランジスタ９３のベースをフォトカプラの受光側であるフォトトランジスタ９４のコレクタに接続している。フォトトランジスタ９４のコレクタはさらに抵抗器９５を介してコレクタ電源に接続している。そして、エミッタは整流化直流電源１’の負極に接続している。なお、トランジスタ９４のエミッタ、ベース間に抵抗器９６が接続されている。
【００８６】
ところで、前記抵抗器９１の他端はランプ電圧検出手段３ｂの出力端子に接続するとともに、制御手段６の制御入力端子に接続している。
【００８７】
可変分圧手段７”は、以上説明した中で符号９１ないし９６の回路部分によって構成されている。フォトカプラの発光側は図示しないが、図５のような回路構成であることを許容する。
【００８８】
次に、回路動作を説明する。
【００８９】
可変分圧手段７”にはランプ電流検出手段３ａとランプ電圧検出手段３ｂとの出力が加算して印加される。制御手段６には可変分圧手段７”の出力が制御入力する。
【００９０】
本実施形態の場合、図５におけるようなインバータ５６は不要である。したがって、調光時にはフォトカプラが作動してフォトトランジスタ９４がオンしている。この状態ではトランジスタ９３のベース電位は低いので、トランジスタ９３はオフしている。この状態においては、可変分圧器７”の出力は高レベルであり、このため制御手段６は点灯主回路２’を高圧放電ランプ５に調光状態の点灯電力を供給するように制御する。
【００９１】
これに対して、調光操作電源を開放すると、フォトトランジスタ９４がオフするために、トランジスタ９３のベース電位が上昇し、トランジスタ９３はオンする。これによって、抵抗器９２が短絡され、可変分圧手段７”の出力レベルが低下するから、制御手段６は点灯主回路２’を高圧放電ランプ５に全光状態の点灯電力を供給するように制御する。
【００９２】
図１０は、本発明の高圧放電ランプ点灯装置における高圧放電ランプの一実施形態を示す一部断面正面図である。
【００９３】
図において、高圧放電ランプ５は楕円形の石英バルブ５ａ内に陽極５ｂおよび陰極５ｃの先端を互いに近接対向させて配設し、バルブ５ａの両端部に一対の封止部５ｄを設けて陽極５ｂおよび陰極５ｃの基端部をそれぞれ支持している。５ｅは封止部５ｄ内に気密に埋設された封着金属で、５ｇは陰極側の封着金属に接続された外導線である。５ｆは陽極５ｂ側の封止部５ｄに支持させた絶縁体である。高圧放電ランプ５と一体化されたリフレクタ９は内面に赤外線透過可視光反射形の光干渉膜９ａを配設しており、またネック部９ｂ内において口金セメント１０によって絶縁体５ｆを固定することによって、高圧放電ランプ５を支持して両者は一体化されている。なお、９ｃはリフレクタ９の反射面の一部に形成された透孔で、前記外導線５ｇをリフレクタ９の背面方向へ導出させている。なお、１１は高圧放電ランプ点灯装置で、既述の本発明の各実施形態が適応する。
【００９４】
図１１は、本発明の画像表示装置の一実施形態を示す概念図である。
【００９５】
図において、高圧放電ランプ５はリフレクタ９を備えて一体化されて光源１２を構成している。１３は画像表示手段で、たとえば液晶表示体からなり、その背面から高圧放電ランプ５から放射され、リフレクタ９で集光された光を照射される。１４は画像制御手段で、画像表示手段１３を駆動および制御するもので、要すればテレビジョン受像機能を備えることができる。１５は交流電源で、高圧放電ランプ点灯装置１１および画像制御手段１４に対して所要の電源を供給する。１６は光学系で、画像表示手段１３を透過した光を集光してスクリーン１７に投射する。１８は本体ケースで、以上の各構成要素を収納している。
【００９６】
【発明の効果】
請求項１ないし請求項６の各発明によれば、可変分圧手段の分圧比を所定周波数で２段階に切り換えるとともに２段階の時間割合を変化させて交互に２段階に変化する検出信号を出力することで調光を行うように構成したので、比較的簡単な構成でありながら円滑で所要の範囲にわたる調光を行うことができる高圧放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【００９７】
請求項１の発明によれば、加えてランプ電圧検出手段およびランプ電流検出手段の両出力の加算値を分圧して両出力に対して共通になる検出信号を生成し、調光操作時に分圧比が変化する可変分圧手段を具備して、可変分圧手段の分圧比を交互に２段階に変化させることで調光するので、調光時の負荷特性を、ランプ電流の低減が少なくなるように変化させることができ、光束立ち上がりを早くした高圧放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【００９８】
請求項２の発明によれば、加えて点灯主回路が第１の周波数で動作するチョッパ回路を含み、調光操作手段によって可変分圧手段の出力を第１の周波数より低い第２の周波数で交互に高低２段階に切り換えた検出信号を出力し、この検出信号に応じて制御手段によって点灯主回路の制御による高圧放電ランプへの電力供給を第２の周波数で交互に高低２段階とすることにより、高圧放電ランプを調光するとともに、ランプ電圧検出手段およびランプ電流検出手段の加算値に対して共通に可変分圧手段が機能して、請求項１と同様な調光を容易にする。
【００９９】
請求項３の発明によれば、加えて点灯主回路のチョッパ回路のスイッチング手段を制御手段が検出信号に応じてＰＷＭ制御することで高圧放電ランプを定電力制御など所望に制御するとともに、調光制御も容易な高圧放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【０１００】
請求項４の発明によれば、加えて可変分圧手段が調光動作時に開閉するスイッチ手段を含むから、このスイッチ手段の開閉によって調光切換が容易にできるとともに、肉眼でわからないような周波数で開閉することにより、より一層安定な調光も行うことができる高圧放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【０１０１】
請求項５の発明によれば、加えてスイッチ手段をフォトカプラを含んでなるものにすることにより、遠隔操作、配線引き回しおよび２次側絶縁が容易な高圧放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【０１０２】
請求項６の発明によれば、加えてスイッチ手段をＰＷＭ制御するので、所望の調光度設定が容易である高圧放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【０１０３】
請求項７の発明によれば、請求項１ないし６の効果を有する画像表示装置を提供することができる。
【０１０４】
請求項８の発明によれば、加えて高圧放電ランプ冷却用のファンを調光操作と同期して制御することにより、一層円滑な調光のできる画像表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 高圧放電ランプ点灯装置の第１の参考例を示す回路図
【図２】 第１の参考例における負荷特性を示すグラフ
【図３】 第１の参考例における始動時の光束立ち上がり特性を示すグラフ
【図４】 高圧放電ランプ点灯装置の第２の参考例を示す回路図
【図５】 第２の参考例におけるフォトカプラの駆動回路の詳細を示す回路図
【図６】 第２の参考例における１００％点灯時の調光操作信号、ランプ電流および照度の波形図
【図７】 同じく５０％点灯時の波形図
【図８】 同じく１７％点灯時の波形図
【図９】 本発明の高圧放電ランプ点灯装置の一実施形態を示す回路図
【図１０】 本発明の高圧放電ランプ点灯装置における高圧放電ランプの一実施形態を示す一部断面正面図
【図１１】 本発明の画像表示装置の一実施形態を示す概念図
【図１２】 従来技術を示す回路図
【発明の属する技術分野】
本発明は調光可能な高圧放電ランプ点灯装置および画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プロジェクション式テレビジョン受像機やオーバヘッドプロジェクタなどの機器では、光源として小形の高圧放電ランプが使用されるようになってきた。
【０００３】
この場合、高圧放電ランプはその光量を一定にするために定電力制御することが望ましいとされている。実際には、特公平８−１７５７２号公報に見られるように、ランプ電圧およびランプ電流を検出してこれらの値を加算して高圧放電ランプへの供給電力を制御して、定電力的な制御を行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
これらの機器は使用環境の照度に応じて機器の光量を変化すなわち調光することが要求される。
【０００５】
一般に、放電ランプを調光するには、ランプへの供給電力を減少させることが行われている。しかし、高圧放電ランプの場合、この手法ではランプ電流が絞られるため、調光始動のときに安定放電までの時間すなわち光束立ち上がり時間が長くなる。
【０００６】
また、他の調光手段として、ランプ電圧検出手段の抵抗値を下げる方法もある。この方法は調光のためにランプ検出手段の微妙な信号を扱う配線や基準電圧を扱う配線を引き回すことになり、ノイズによる誤動作の不安があって場合によっては好ましくない。
【０００７】
図１２は上記従来技術を示す回路図である。
【０００８】
図において、１２１は電源、１２２は点灯主回路、１２３は検出手段、１２４は始動回路、１２５は高圧放電ランプ、１２６は制御手段である。
【０００９】
検出手段１２３は、点灯主回路１２２に直列に挿入されたランプ電流検出手段１２３ａと高圧放電ランプ１２５に並列接続されたランプ電圧検出手段１２３ｂとからなる。そして、ランプ電圧検出手段１２３ｂの出力側の抵抗の一部をスイッチ１２７によって短絡できるように構成されている。調光時には、スイッチ１２７を開放してランプ電圧検出手段１２３ｂの出力を増加させる。
【００１０】
この従来技術では、調光時に制御手段１２６への制御入力が増加するので、これに応じて点灯主回路１２２がＰＷＭ制御される結果、高圧放電ランプ１２５が調光点灯になる。実際にはスイッチ１２７は点灯主回路から遠隔した位置に配設され、そのため配線が引き回される。
【００１１】
また、点灯主回路を定電力的に制御するためのＰＷＭ制御を使って調光することも考えられるが、この制御は基本的にはオン、オフの繰り返しであるから、高圧放電ランプが立ち消えしやすく、このため所要範囲にわたる調光をすることはできない。
【００１２】
本発明は、比較的簡単な構成でありながら円滑で所要の範囲にわたる調光を行うことができる高圧放電ランプ点灯装置および画像表示装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を達成するための手段】
請求項１の発明の高圧放電ランプ点灯装置は、高圧放電ランプを点灯する点灯主回路と；高圧放電ランプの始動回路と；高圧放電ランプのランプ電圧を検出するランプ電圧検出手段と；高圧放電ランプのランプ電流を検出するランプ電流検出手段と；ランプ電圧検出手段およびランプ電流検出手段の両出力の加算値を分圧して両出力に対して共通な検出信号を生成し、かつ調光操作時に分圧比を所定周波数で２段階に切り換えるとともに２段階の時間割合を変化させて交互に２段階に変化する検出信号を出力する可変分圧手段と；を具備していることを特徴としている。
【００１４】
本発明および以下の各発明において、特に定義しない限り各発明に用いられる用語は次のとおりに解釈される。
【００１５】
高圧放電ランプは、特に短アークのものに限定されないが、短アークの高圧放電ランプは画像表示装置やオーバヘッドプロジェクタなどの機器において、光の利用率が高いので効果的である。封入物に関しては、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプ、高圧キセノンランプなどの高圧放電ランプであることを許容する。
【００１６】
点灯主回路は、高圧放電灯ランプを直流点灯してもよいし、交流点灯してもよい。直流点灯の場合に源流作用を行う部分は商用周波数で作動するもの、高周波で作動するもの、または直流で作動するものなどどのような構成であってもよい。そして、点灯主回路をして高圧放電ランプを定電力制御することは好ましいことであり、このような場合に点灯主回路にスイッチング手段を含ませて、このスイッチング手段をランプ電圧およびランプ電流の両方に応じて制御することによって、定電力的に制御することができる。スイッチング手段を含む点灯主回路としては、これをたとえばチョッパ回路にて構成し、このチョッパ回路のチョッピングのオンデューティを制御することによって定電力的に制御し、さらに要すれば整流化直流電源の非平滑化直流を平滑化させるアクティブフィルタとしても作用させてもよい。
【００１７】
始動回路は、高圧放電ランプを始動できるものであれば、どのような構成であってもよく、既知の各種始動回路を採用することができる。
【００１８】
ランプ電圧検出手段およびランプ電流検出手段は、ランプ電圧およびランプ電流をそれぞれ直接または間接的に検出できればよく、特定の回路に限定されない。そして、ランプ電圧検出手段および／またはランプ電流検出手段を点灯主回路の定電力的な制御などのために利用することができる。
【００１９】
本発明において可変分圧手段は、ランプ電圧検出手段の出力およびランプ電流検出手段の出力の加算値を分圧して両出力に対して共通な検出信号を生成し、調光操作時に分圧比を所定周波数で２段階に切り換え切り換えるとともに２段階の時間割合を変化させて交互に２段階に変化する検出信号を出力することで調光が行われる。しかも、操作によって分圧比を所定周波数で２段階に切り換えるとともに２段階の時間割合を変化させて変化させ得るものであればよく、特定の回路部品を使うこと、または特定の回路に限定されるものではない。操作は直接的であっても間接的であってもよいし、遠隔制御されてもよい。また、共通になとは、両手段の検出信号出力の加算値に対して分圧作用が働くという意味である。
【００２０】
本発明において制御手段は、可変分圧手段の出力に応じて点灯主回路を制御するのであれば、どのような構成であってもよい。
【００２１】
次に、本発明の高圧放電ランプ点灯装置の動作について説明する。
【００２２】
説明を理解しやすくするために、可変分圧手段を操作しない状態において、制御手段は高圧放電ランプが全光点灯するように点灯主回路を制御するものとする。
【００２３】
そうして、可変分圧手段を操作して分圧比を所定周波数で２段階に切り換えて周期的に２段階に変化する中で、その分圧割合が高いときには、ランプ電圧検出手段とランプ電流検出手段とのそれぞれの検出出力の加算値が可変分圧手段を経由して生成された制御手段に制御入力される検出信号の割合が増大して調光状態になる。これに対して、その分圧割合が低いときには検出信号の割合が増大しないので調光されない状態となる。すなわち、可変分圧手段の分圧比が所定周波数で高低２段階に変化するときに調光状態と非調光状態とが交互に周期的に切り換えられ、それにより供給電力の平均値が低下して調光が行われる。また、検出信号の割合が増大して調光状態となる時間と、分圧割合が低くて非調光状態となる時間との時間割合を変化させることにより、調光度が変化する。
【００２４】
上記説明では、可変分圧手段を操作しないときを全光時としたが、この場合を調光時とすることができる。すなわち、操作しない状態では帰還量が多く、操作したときに帰還量が減少するように構成すればよい。また、制御特性を変えて帰還量が少なくなったときに調光することができる。なお、調光は段階的なもの、および連続的なもののいずれでもよい。要するに、可変分圧手段の分圧比を変化させることで、高圧放電ランプを調光点灯することができる。
【００２５】
なお、上記のように可変分圧手段の分圧が増大すると、調光時の負荷特性が従来とは異なりランプ電流の低減を少なくすることができる。このため、調光時であっても全光時に近いランプ電流を供給して光束立ち上がりを早くすることもできる。
【００２６】
請求項２の発明の高圧放電ランプ点灯装置は、第１の周波数の高周波で作動するチョッパ回路を含むとともに高圧放電ランプを直流点灯する点灯主回路と；高圧放電ランプの始動回路と；高圧放電ランプのランプ電圧を検出するランプ電圧検出手段と；高圧放電ランプのランプ電流を検出するランプ電流検出手段と；ランプ電圧検出手段およびランプ電流検出手段の両出力の加算値を分圧する分圧出力端に対して並列的に接続されて両出力に対して共通な検出信号を生成し、かつ調光操作時に分圧比を２段階に切り換えて２段階に変化する検出信号を出力する可変分圧手段と；前記第１の周波数より低い第２の周波数で可変分圧手段の分圧比を交互に変化させるとともに２段階の時間割合を変化させて調光を行わせる調光操作手段と；可変分圧手段の出力に応じて点灯主回路を制御する制御手段と；を具備していることを特徴としている。
【００２７】
本発明において、第１の周波数とは、チョッパ回路が動作する周波数であって、約１０ＫＨｚ程度以上の周波数を意味し、好ましくは約４０ＫＨｚ以上である。これに対して、第２の周波数とは、可変分圧手段の分圧比が変化する際の周波数であって、肉眼では分からない程度すなわち約１００Ｈｚ程度以上、好ましくは５００Ｈｚ以上であって、点灯主回路の周波数に対して約１／１０程度以下であればよい。
【００２８】
本発明は、調光操作手段によって可変分圧手段の出力を第２の周波数で高低２段階に切り換え、制御手段による点灯主回路の制御による高圧放電ランプへの電力供給を第２の周波数で交互に高低２段階とすることにより、供給電力の平均値を低下させて調光するものである。そして、高低の時間割合すなわちオンデューティを変化させることにより、調光度を任意所望に設定することができる。また、時間とともに高低の時間割合を変化させていくことにより、調光度を連続的に変化させること、すなわちクロスオーバーさせることが可能である。第２の周波数を上記の範囲にすることにより、肉眼では違和感のない調光になる。また、ランプ電圧検出手段およびランプ電流検出手段の両出力の加算値を分圧する共通の可変分圧手段が機能して、請求項１と同様に調光を容易にする。
【００２９】
請求項３の発明の高圧放電ランプ点灯装置は、請求項２記載の高圧放電ランプ点灯装置において、点灯主回路は、そのチョッパ回路が第１の周波数で動作するスイッチング手段を含み；制御手段は、第２の周波数で２段階に変化させるとともに２段階の時間割合を変化させた検出信号に応じて点灯主回路のチョッパ回路のスイッチング手段をＰＷＭ制御する；ことを特徴としている。
【００３０】
本発明においては、点灯主回路のスイッチング手段を制御手段から第１の周波数でＰＷＭ制御して高圧放電ランプへの電力供給を所定に制御して点灯を維持する。
【００３１】
請求項４の発明の高圧放電ランプ点灯装置は、請求項１ないし３のいずれか一記載の高圧放電ランプ点灯装置において、可変分圧手段は、分圧手段および分圧手段に対して並列的に接続されて調光操作時に開閉するスイッチ手段を備えていることを特徴としている。
【００３２】
本発明においては、スイッチ手段の開閉によって分圧出力を高低２段階に変化させることができる。スイッチ手段の開閉は調光時には継続的に閉成するようにしてもよいし、また所定の周波数で肉眼では分からないような時間間隔で開閉してもよい。後者の場合は、開閉中と非開閉中とで調光または全光と全光または調光とが切り替わる。
【００３３】
請求項５の発明の高圧放電ランプ点灯装置は、請求項４記載の高圧放電ランプ点灯装置において、スイッチ手段は、フォトカプラを含んでなることを特徴としている。
【００３４】
本発明においては、フォトカプラを直接または間接的にスイッチ手段として可変分圧手段の出力切り換えを行うので、調光操作を遠隔制御しやすい。また、点灯主回路の２次側における電気絶縁が容易である。さらに、肉眼では分からないような高速スイッチングを行うことが容易となる。
【００３５】
請求項６の発明の高圧放電ランプ点灯装置は、請求項４または５記載の高圧放電ランプ点灯装置において、スイッチ手段を所定周波数でスイッチングさせることでＰＷＭ制御することにより、調光度合を変えることを特徴としている。
御することにより、調光度合を変えることを特徴としている。
【００３６】
本発明においては、所定周波数を請求項２において規定する第２の周波数とすることができるが、これに限定されない。ＰＷＭ制御を一定のオンデューティとすれば、一定の調光度になり、オンデューティを時間とともに変化させれば、ある点灯状態からこれと異なる他の点灯状態へ連続的な調光すなわちクロスオーバーを行うことができる。
【００３７】
請求項７の発明の画像表示装置は、リフレクタを備えた高圧放電ランプと；請求項１ないし６のいずれか一記載の高圧放電ランプ点灯装置と；高圧放電ランプから放射されリフレクタで反射された光を背方から照射される画像表示手段と；画像表示手段を制御する画像制御手段と；画像表示手段を透過した光を集光してスクリーンに投射する光学系と；上記各構成要素を収納する本体ケースと；を具備していることを特徴としている。
【００３８】
本発明は、高圧放電ランプの調光を円滑に行える画像表示装置である。
【００３９】
請求項８の発明の画像表示装置は、請求項８記載の画像表示装置において、高圧放電ランプを冷却するファンと；ファンを高圧放電ランプの調光操作と同期して制御するファン制御手段と；を具備していることを特徴としている。
【００４０】
本発明によれば、高圧放電ランプをたとえば全光状態から調光状態に変更すると、高圧放電ランプの冷却要求も変化するので、同期して冷却手段を制御することにより、一層放電が安定した調光制御を行うことができる。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態および参考例を図面を参照して説明する。
【００４２】
図１は、高圧放電ランプ点灯装置の第１の参考例を示す回路図である。
【００４３】
図において、１は電源、２は点灯主回路、３は検出手段、４は始動回路、５は高圧放電灯ランプ、６は制御手段、７は可変分圧手段である。
【００４４】
点灯主回路２は、高圧放電ランプを安定に点灯するための限流機能や定電力制御などのための機能を備えている降圧チョッパ装置である。
【００４５】
検出手段３は、点灯主回路２と直列に挿入されたランプ電流検出手段３ａと、高圧放電ランプ５と並列に接続されたランプ電圧検出手段３ｂとからなる。各検出手段３ａ、３ｂはそれぞれ抵抗器からなっている。
【００４６】
始動回路４は、高圧放電ランプ５を始動させるためのもので、始動時に高電圧を発生する通常使用されているものである。
【００４７】
高圧放電ランプ５は、電極間距離３ｍｍの短アーク２５０Ｗメタルハライドランプで、図示しないが、リフレクタを一体に備えている。
【００４８】
制御手段６は、非調光時にはランプ電圧およびランプ電流の各検出出力の加算値に応じて点灯主回路２をＰＷＭ制御して高圧放電ランプ５に対して定電力的に電力を供給するする。
【００４９】
可変分圧手段７は、ランプ電流検出手段３ａおよびランプ電圧検出手段３ｂの各出力の加算値を分圧して出力するように並列に接続された可変抵抗器からなっている。
【００５０】
次に、動作について説明する。
【００５１】
電源１を投入すると、始動回路４によって高圧放電ランプ５に高電圧が印加されて高圧放電ランプ５が始動する。そして、点灯主回路２から点灯に必要な電力が供給されて高圧放電ランプ５が点灯する。点灯すると、ランプ電流検出手段３ａからの検出出力とランプ電圧検出手段からの検出出力が可変分圧手段７で加算され、かつ可変分圧手段７で分圧されて制御手段６に制御入力する。制御手段６は制御入力に応じて高圧放電ランプ５に供給する電力を定電力的に制御する。
【００５２】
高圧放電ランプ５を調光する場合、可変分圧手段７を操作して分圧出力を増加させる。すると、ランプ電流検出手段３ａおよびランプ電圧検出手段３ｂの各出力は可変分圧手段７を介して制御手段６に制御入力するから、上記分圧出力の増加すると制御手段６に対する制御入力が増加する。このため、ランプ電流検出手段３ａおよびランプ電圧検出手段３ｂの検出出力そのものは変化しなくても制御手段６の動作レベルが変わり、点灯主回路２から高圧放電ランプ５に供給される電力が低減されて降圧放電ランプは調光点灯に移行する。
ら降圧放電ランプ５に供給される電力が低減されて降圧放電ランプは調光点灯に移行する。
【００５３】
図２は、第１の参考例における負荷特性曲線を示すグラフである。
【００５４】
図において、横軸はランプ電圧を、縦軸はランプ電流を示す。曲線Ａは第１の参考例における全光状態の負荷特性曲線、曲線Ｂは同じく調光状態の負荷特性曲線、曲線Ｃは図１２に示す従来技術の場合における調光状態の負荷特性曲線である。
【００５５】
この図２から理解できるように、第１の参考例の場合は調光時の負荷特性曲線Ｂが従来の曲線Ｃに比較して勾配が大きい。すなわち、調光時にランプ電圧が低下してもランプ電流の低下は少ない。
【００５６】
図３は、第１の参考例における始動時の光束立ち上がり特性を示すグラフである。
【００５７】
図において、横軸は始動開始からの点灯時間（秒）を、縦軸は光束比（％）をそれぞれ示す。曲線Ａは第１の参考例における全光始動時の光束立ち上がり曲線、曲線Ｂは同じく調光始動時の光束立ち上がり曲線、Ｃは図１２に示す従来技術の場合の調光始動時の光束立ち上がり曲線をそれぞれ示す。
【００５８】
この図３から明らかなように、第１の参考例の場合、調光始動時の光束立ち上がりは全光始動時に比べれば多少遅いものの、従来技術よりかなり早い。
【００５９】
図４は、第２の参考例を示す回路図である。
【００６０】
図において、図１と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。第２の参考例は、第１の参考例において、電源１’が整流化直流電源、点灯主回路２’が降圧チョッパ、可変分圧手段７’がフォトカプラを含んでなり、かつランプ電圧検出手段３ｂに対してのみ対応している。
【００６１】
さらに詳述すると、整流化直流電源１’は、交流電源８からの交流を整流して非平滑直流を降圧チョッパに対して供給する。上記直流電源１’は平滑コンデンサを備えていない。したがって、降圧チョッパからなる点灯主回路２’は、アクティブフィルタとしても機能させている。そして、降圧チョッパは、スイッチング手段２’ａと降圧インダクタ２’ｂとが点灯回路と直列に挿入され、スイッチング手段２’ａと降圧インダクタ２’ｂとの間と整流化直流電源１’の負極との間にダイオード２’ｃが接続され、また降圧インダクタ２’ｂを挟んでダイオード２’ｃと並列関係にコンデンサ２’ｄが図示極性に接続されている。降圧インダクタ２’ｂ、ダイオード２’ｃおよびコンデンサ２’ｄは平滑手段を構成して、負荷に対してかなりフラットで、かつ降圧された直流を供給する。
【００６２】
ランプ電流検出手段３ａは、ダイオード２’ｃとコンデンサ２’ｄとの間において点灯回路に直列に挿入された抵抗器からなる。
【００６３】
可変分圧手段７’は、そのフォトカプラの受光側がランプ電圧検出手段３ｂの出力側の抵抗器３ｂ１の一部の抵抗器３ｂ２に対して電気的に並列接続されている。
【００６４】
次に、回路動作について説明する。
【００６５】
降圧チョッパからなる点灯主回路２’は４０ＫＨｚの高周波で作動して、高圧放電ランプ５に対して降圧されて、かつフラットな直流電圧を印加する。高圧放電ランプ５は、始動回路４によって始動し、点灯主回路２’から所要の直流電力を供給されて直流点灯する。そして、全光点灯時にはフォトカプラからなる可変分圧手段７’は操作されないため、分圧レベルを増加しない。
【００６６】
調光時にはフォトカプラが外部からの操作で、１ＫＨｚでオン、オフされる。フォトカプラがオンすると、ランプ電圧検出手段３ｂの出力側の抵抗器３ｂ２が短絡されて検出出力が小さくなる。フォトカプラは続いてオフするから、抵抗器３ｂ２が再び挿入されて分圧出力が大きくなる。このオフ、オンが第２の周波数で繰り返される結果、ランプ電圧の検出出力は平均して増加したことになり、制御手段６によって点灯主回路２’は高圧放電ランプ５に供給する直流電力を平均値において低減するから、高圧放電ランプ５は調光されたものとして見える。
【００６７】
以上の回路動作から、フォトカプラのオンデューティを変化させれば、調光度を任意に設定できることを理解できるであろう。また、たとえば全光点灯から調光点灯に移行する場合に、上記オンデューティを１００％から調光時の値を０％とし、所定時間をかけて０％まで連続的に変化させれば、クロスオーバーさせることもできる。これを整理していえば、ある点灯状態から別のある点灯状態に変化させる場合に、任意の時間をかけてクロスオーバーさせることができるのである。高圧放電ランプにおいては、急激に点灯電力の変化は発光色したがって色温度まで変化させてしまうので、クロスオーバーさせることにより、色温度の変化を極めて少なくするとともに、明るさの急変を回避して、たとえばテレビジョン受像機のような用途において、看者に与える心理的不快感を回避することができる。
【００６８】
なお、調光と同期して高圧放電ランプの冷却用のファン（図示しない。）を制御することも必要に応じて可能である。すなわち、全光状態から調光状態に切り換えると、ランプの消費電力が減少してランプの温度も低下するので、ファンの回転数を減少したり、回転方向を転換したりすることが望ましい。過冷却は高圧放電ランプを立ち消えしやすくするとともに、色温度が変化する原因となるからである。
【００６９】
図５は、第２の参考例におけるフォトカプラの駆動回路の詳細を示す回路図である。
【００７０】
図において、３ｂ１、３ｂ２はランプ電圧検出手段３ｂの出力側の抵抗器で、抵抗器３ｂ２と並列にトランジスタ５１を接続し、トランジスタ５１のベースにフォトカプラ５２のフォトトランジスタ５２ａのエミッタを接続してある。フォトトランジスタ５２ａのエミッタはまた抵抗器５３を介してランプ電流検出手段とランプ電圧検出手段との接続点に接続され、コレクタは抵抗器５４を介してコレクタ電源に接続して、フォトカプラの受光側を構成している。
【００７１】
一方、フォトカプラ５２の発光ダイオード５２ｂは抵抗器５５およびインバータ５６を介して調光操作電源（図示しない。）に接続し、発光ダイオード５２ｂと並列にコンデンサ５７が接続されて、フォトカプラ５２の発光側を構成している。そして、調光操作電源は外部から操作されて電源がオン、オフされる。
【００７２】
なお、使用した高圧放電ランプ５は、定格電力３５０Ｗ、電極間距離３ｍｍの短アークメタルハライドランプである。
【００７３】
次に、回路動作を説明する。
【００７４】
調光電源が投入される以前はインバータ５６により、発光ダイオード５２ｂに通電されて発光ダイオード５２ｂが発光している。そして、フォトトランジスタ５２ａが上記発光を受光してオンするので、トランジスタ５１のベース電位が上昇し、トランジスタ５１はオンする。これにより、抵抗器３ｂ２は短絡される。したがって、ランプ電圧検出手段の出力レベルが低下している。この状態では高圧放電ランプは全光状態で点灯されることになる。
【００７５】
次に、調光操作電源を投入すると、インバータ５６によって発光ダイオード５２ｂへの通電が停止される。すると、上記と逆に回路が動作して抵抗器３ｂ２の短絡状態が解消し、ランプ電圧検出手段の検出レベルは増加する。この状態では、高圧放電ランプは調光点灯されることになる。
【００７６】
以上の説明は調光操作電源をオンするか、オフするかで説明したが、実際には第２の周波数における調光操作信号をＰＷＭ制御したものを調光操作電源として送出することによって任意所望のレベルで調光することができる。
【００７７】
図６は第２の参考例における１００％点灯時の調光操作信号、ランプ電流および照度の波形図である。
【００７８】
この場合のランプ電力は３５０Ｗであった。
【００７９】
図７は同じく５０％点灯時の波形図である。
【００８０】
この場合のランプ電力は２５０Ｗであった。
【００８１】
図８は同じく１７％点灯時の波形図である。
【００８２】
この場合のランプ電力は２５０Ｗであった。
【００８３】
図９は、本発明の高圧放電ランプ点灯装置の一実施形態を示す回路図である。
【００８４】
図において、図４と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。本実施形態は、可変分圧手段７”の部分において第２の実施形態と異なる。すなわち、可変分圧手段７”はランプ電流検出手段３ａおよびランプ電圧検出手段３ｂの各出力に対して共通に機能するように配設されている。
【００８５】
さらに詳述すると、両検出手段３ａおよび３ｂの出力端間に直列接続された一対の抵抗器９１および９２のうち、抵抗器９２と並列にトランジスタ９３を接続し、トランジスタ９３のベースをフォトカプラの受光側であるフォトトランジスタ９４のコレクタに接続している。フォトトランジスタ９４のコレクタはさらに抵抗器９５を介してコレクタ電源に接続している。そして、エミッタは整流化直流電源１’の負極に接続している。なお、トランジスタ９４のエミッタ、ベース間に抵抗器９６が接続されている。
【００８６】
ところで、前記抵抗器９１の他端はランプ電圧検出手段３ｂの出力端子に接続するとともに、制御手段６の制御入力端子に接続している。
【００８７】
可変分圧手段７”は、以上説明した中で符号９１ないし９６の回路部分によって構成されている。フォトカプラの発光側は図示しないが、図５のような回路構成であることを許容する。
【００８８】
次に、回路動作を説明する。
【００８９】
可変分圧手段７”にはランプ電流検出手段３ａとランプ電圧検出手段３ｂとの出力が加算して印加される。制御手段６には可変分圧手段７”の出力が制御入力する。
【００９０】
本実施形態の場合、図５におけるようなインバータ５６は不要である。したがって、調光時にはフォトカプラが作動してフォトトランジスタ９４がオンしている。この状態ではトランジスタ９３のベース電位は低いので、トランジスタ９３はオフしている。この状態においては、可変分圧器７”の出力は高レベルであり、このため制御手段６は点灯主回路２’を高圧放電ランプ５に調光状態の点灯電力を供給するように制御する。
【００９１】
これに対して、調光操作電源を開放すると、フォトトランジスタ９４がオフするために、トランジスタ９３のベース電位が上昇し、トランジスタ９３はオンする。これによって、抵抗器９２が短絡され、可変分圧手段７”の出力レベルが低下するから、制御手段６は点灯主回路２’を高圧放電ランプ５に全光状態の点灯電力を供給するように制御する。
【００９２】
図１０は、本発明の高圧放電ランプ点灯装置における高圧放電ランプの一実施形態を示す一部断面正面図である。
【００９３】
図において、高圧放電ランプ５は楕円形の石英バルブ５ａ内に陽極５ｂおよび陰極５ｃの先端を互いに近接対向させて配設し、バルブ５ａの両端部に一対の封止部５ｄを設けて陽極５ｂおよび陰極５ｃの基端部をそれぞれ支持している。５ｅは封止部５ｄ内に気密に埋設された封着金属で、５ｇは陰極側の封着金属に接続された外導線である。５ｆは陽極５ｂ側の封止部５ｄに支持させた絶縁体である。高圧放電ランプ５と一体化されたリフレクタ９は内面に赤外線透過可視光反射形の光干渉膜９ａを配設しており、またネック部９ｂ内において口金セメント１０によって絶縁体５ｆを固定することによって、高圧放電ランプ５を支持して両者は一体化されている。なお、９ｃはリフレクタ９の反射面の一部に形成された透孔で、前記外導線５ｇをリフレクタ９の背面方向へ導出させている。なお、１１は高圧放電ランプ点灯装置で、既述の本発明の各実施形態が適応する。
【００９４】
図１１は、本発明の画像表示装置の一実施形態を示す概念図である。
【００９５】
図において、高圧放電ランプ５はリフレクタ９を備えて一体化されて光源１２を構成している。１３は画像表示手段で、たとえば液晶表示体からなり、その背面から高圧放電ランプ５から放射され、リフレクタ９で集光された光を照射される。１４は画像制御手段で、画像表示手段１３を駆動および制御するもので、要すればテレビジョン受像機能を備えることができる。１５は交流電源で、高圧放電ランプ点灯装置１１および画像制御手段１４に対して所要の電源を供給する。１６は光学系で、画像表示手段１３を透過した光を集光してスクリーン１７に投射する。１８は本体ケースで、以上の各構成要素を収納している。
【００９６】
【発明の効果】
請求項１ないし請求項６の各発明によれば、可変分圧手段の分圧比を所定周波数で２段階に切り換えるとともに２段階の時間割合を変化させて交互に２段階に変化する検出信号を出力することで調光を行うように構成したので、比較的簡単な構成でありながら円滑で所要の範囲にわたる調光を行うことができる高圧放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【００９７】
請求項１の発明によれば、加えてランプ電圧検出手段およびランプ電流検出手段の両出力の加算値を分圧して両出力に対して共通になる検出信号を生成し、調光操作時に分圧比が変化する可変分圧手段を具備して、可変分圧手段の分圧比を交互に２段階に変化させることで調光するので、調光時の負荷特性を、ランプ電流の低減が少なくなるように変化させることができ、光束立ち上がりを早くした高圧放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【００９８】
請求項２の発明によれば、加えて点灯主回路が第１の周波数で動作するチョッパ回路を含み、調光操作手段によって可変分圧手段の出力を第１の周波数より低い第２の周波数で交互に高低２段階に切り換えた検出信号を出力し、この検出信号に応じて制御手段によって点灯主回路の制御による高圧放電ランプへの電力供給を第２の周波数で交互に高低２段階とすることにより、高圧放電ランプを調光するとともに、ランプ電圧検出手段およびランプ電流検出手段の加算値に対して共通に可変分圧手段が機能して、請求項１と同様な調光を容易にする。
【００９９】
請求項３の発明によれば、加えて点灯主回路のチョッパ回路のスイッチング手段を制御手段が検出信号に応じてＰＷＭ制御することで高圧放電ランプを定電力制御など所望に制御するとともに、調光制御も容易な高圧放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【０１００】
請求項４の発明によれば、加えて可変分圧手段が調光動作時に開閉するスイッチ手段を含むから、このスイッチ手段の開閉によって調光切換が容易にできるとともに、肉眼でわからないような周波数で開閉することにより、より一層安定な調光も行うことができる高圧放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【０１０１】
請求項５の発明によれば、加えてスイッチ手段をフォトカプラを含んでなるものにすることにより、遠隔操作、配線引き回しおよび２次側絶縁が容易な高圧放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【０１０２】
請求項６の発明によれば、加えてスイッチ手段をＰＷＭ制御するので、所望の調光度設定が容易である高圧放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【０１０３】
請求項７の発明によれば、請求項１ないし６の効果を有する画像表示装置を提供することができる。
【０１０４】
請求項８の発明によれば、加えて高圧放電ランプ冷却用のファンを調光操作と同期して制御することにより、一層円滑な調光のできる画像表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 高圧放電ランプ点灯装置の第１の参考例を示す回路図
【図２】 第１の参考例における負荷特性を示すグラフ
【図３】 第１の参考例における始動時の光束立ち上がり特性を示すグラフ
【図４】 高圧放電ランプ点灯装置の第２の参考例を示す回路図
【図５】 第２の参考例におけるフォトカプラの駆動回路の詳細を示す回路図
【図６】 第２の参考例における１００％点灯時の調光操作信号、ランプ電流および照度の波形図
【図７】 同じく５０％点灯時の波形図
【図８】 同じく１７％点灯時の波形図
【図９】 本発明の高圧放電ランプ点灯装置の一実施形態を示す回路図
【図１０】 本発明の高圧放電ランプ点灯装置における高圧放電ランプの一実施形態を示す一部断面正面図
【図１１】 本発明の画像表示装置の一実施形態を示す概念図
【図１２】 従来技術を示す回路図
Claims (8)
- 高圧放電ランプを点灯する点灯主回路と；
高圧放電ランプの始動回路と；
高圧放電ランプのランプ電圧を検出するランプ電圧検出手段と；
高圧放電ランプのランプ電流を検出するランプ電流検出手段と；
ランプ電圧検出手段およびランプ電流検出手段の両出力の加算値を分圧して両出力に対して共通な検出信号を生成し、かつ調光操作時に分圧比を所定周波数で２段階に切り換えるとともに２段階の時間割合を変化させて交互に２段階に変化する検出信号を出力する可変分圧手段と；
可変分圧手段の出力に応じて点灯主回路を制御する制御手段と；
を具備していることを特徴とする高圧放電ランプ点灯装置。 - 第１の周波数の高周波で作動するチョッパ回路を含むとともに高圧放電ランプを直流点灯する点灯主回路と；
高圧放電ランプの始動回路と；
高圧放電ランプのランプ電圧を検出するランプ電圧検出手段と；
高圧放電ランプのランプ電流を検出するランプ電流検出手段と；
ランプ電圧検出手段およびランプ電流検出手段の両出力の加算値を分圧する分圧出力端に対して並列的に接続されて両出力に対して共通な検出信号を生成し、かつ調光操作時に分圧比を２段階に切り換えて２段階に変化する検出信号を出力する可変分圧手段と；
前記第１の周波数より低い第２の周波数で可変分圧手段の分圧比を交互に変化させるとともに２段階の時間割合を変化させて調光を行わせる調光操作手段と；
可変分圧手段の出力に応じて点灯主回路を制御する制御手段と；
を具備していることを特徴とする高圧放電ランプ点灯装置。 - 点灯主回路は、そのチョッパ回路が第１の周波数で動作するスイッチング手段を含み；
制御手段は、第２の周波数で２段階に変化させるとともに２段階の時間割合を変化させた検出信号に応じて点灯主回路のチョッパ回路のスイッチング手段をＰＷＭ制御する；
ことを特徴とする請求項２記載の高圧放電ランプ点灯装置。 - 可変分圧手段は、分圧手段および分圧手段に対して並列的に接続されて調光動作時に開閉するスイッチ手段を備えていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一記載の高圧放電ランプ点灯装置。
- スイッチ手段は、フォトカプラを含んでなることを特徴とする請求項４記載の高圧放電ランプ点灯装置。
- スイッチ手段を所定周波数でスイッチングさせることでＰＷＭ制御することにより、調光度合を変えることを特徴とする請求項４または５記載の高圧放電ランプ点灯装置。
- リフレクタを備えた高圧放電ランプと；
請求項１ないし６のいずれか一記載の高圧放電ランプ点灯装置と；
高圧放電ランプから放射されリフレクタで反射された光を背方から照射される画像表示手段と；
画像制御手段を制御する画像制御手段と；
画像表示手段を透過した光を集光してスクリーンに投射する光学系と；
上記各構成要素を収納する本体ケースと；
を具備していることを特徴とする画像表示装置。 - 高圧放電ランプを冷却するファンと；
ファンを高圧放電ランプの調光操作と同期して制御するファン制御手段と；
を具備していることを特徴とする請求項７記載の画像表示装置。
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