JP4089627B2 - 放電灯点灯装置 - Google Patents

Description

本発明は、高圧水銀ランプ等の放電灯を点灯させる放電灯点灯装置及び、これら放電灯を用いた投射型画像装置（以下プロジェクター）または照明装置に関するものである。

プロジェクターまたは照明装置等に用いられる高効率の高圧放電灯（以下放電灯と略す）の寿命に関しては特開平７−１３０３３３号公報に記載されるように、有効使用性能を照度維持率５０％とした場合、一般的に約２０００時間であるが、放電灯内部に封入されるハロゲン化物等の種類や量、混合比率を変えたり、バルブや電極の構造を見直したりするといった非常に時間のかかる放電灯開発によって約３０００時間まで延命することができることが報告されている。

また、特願２００１−２４７９７５号に記載されるように小型で安価な放電灯を用いたとしても、放電灯へ供給する電力を切り替えできるようにし、放電灯使用積算時間が所定の時間に達したら、放電灯に供給する電力を自動的に切り替えて、放電灯の劣化を押さえて、放電灯の実質的使用時間を長くするようにしたプロジェクターのシステムが知られている。

図１０と図１１に従来の放電灯使用積算時間が所定の時間に達した後に、放電灯へ供給する電力を切り替えできるようにし、放電灯の実質的使用時間を長くするようにした電力制御例とその効果例を示す。この従来例では、図１０に示すように、電力モードＡ、電力モードＢのように放電灯へ供給する電力を切り替えできるようにした放電灯点灯装置を備え、更に放電灯の使用積算時間をメモリ等の記録媒体に記憶し、放電灯を点灯するたびに上記放電灯の使用積算時間を記録媒体から読み出しする機能をプロジェクターに装備している。

図１１に示すように放電灯の明るさは放電灯を使用した積算時間とともに徐々に減少する。この傾向は電力が高いほど顕著である。従って、電力モードＡの明るさが下位電力モードとなる電力モードＢと同等になってしまうポイントが発生する。このポイントがポイントｆである。従来例ではポイントｆの使用積算時間１ｋｈにて、電力モードＡを下位の電力モードとなる電力モードＢに自動的に切り替えできるようにしてあり、切替をせずに電力モードＡのみで放電灯を使用した場合、本来の放電灯の一般的な寿命の通り約２ｋｈで放電灯の明るさが５０％程度まで減少してしまっているが、ポイントｆにて電力モードＢに電力切替を行った場合では、使用積算時間４ｋｈまで有効使用性能（照度維持率５０％）を保つことができるようになる。

以上のように数百時間という単位で段階的に放電灯に投入する電力を低下させる方法を追加すれば約４０００時間まで有効使用時間を延命することができるが、市場からの要望に対応し切れていないのが現状である。
特開平７−１３０３３３号公報

近年、様々な画像構成デバイスを用いたプロジェクターの開発競争が激化し、その時々で、最高に明るい放電灯をプロジェクターの光源として採用するのが常態化しているが、放電灯の発光効率の飛躍的向上は認められるものの、寿命に関しては先の特願２００１−２４７９７５号に記載される方法を用いたとしても約４０００時間の実力で推移しているのが実体である。しかしながら、プロジェクターが民生市場に普及するにつれ、放電灯の長寿命化と価格への要求が強くなってきており、小型で安価な放電灯を用いたとしても、放電灯の実質的な使用時間を長くする為の技術開発が急務な課題となっている。

本発明は上記課題の解決を、従来の放電灯自体の長寿命化技術や、数百時間という単位で段階的に放電灯に供給する電力を低下させる方法だけに頼ることなく実現しようとするものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、投射型画像装置の光源である高圧放電灯を点灯、制御する放電灯点灯装置であって、前記高圧放電灯に高電圧信号を印加する高圧発生部と、前記高圧放電灯に供給される電流を調整する電流調整部と、前記高圧放電灯の電圧を検出する電圧検出部を有し、前記電流調整部の出力電流をＤＣ／ＡＣ変換する転流器と、前記高圧放電灯の電圧値に応じ、電力変化範囲と電力変化周期と変化波形とをパラメータとする電力制御パターンにより前記電流調整部へ前記高圧放電灯への供給電力を変化させることを指示する電力制御部とを備えることを特徴とする放電灯点灯装置としたものであり、放電灯へ供給する電力を制御することによって、照度実行値を低くすることができ、更に通常使用での電極摩耗を緩和させることができる効果に加え、放電灯の構成物であるガラス部も連続で高温に曝される為に起こる劣化を軽減させることができるといった効果等から、従来の数百時間という単位で段階的に放電灯に供給する電力を低下させる長寿命化をはかる方法に比べ約２倍程度となる、約８０００〜１００００時間程度まで有効使用時間を延命する作用を有する。

本発明の請求項２に記載の発明は、前記電力制御部に電力変化範囲と電力変化周期と変化波形をパラメータとする電力制御パターンを複数記憶し、発生させる演算部を有し、投射型画像装置で検出された周囲環境、またはユーザーの高圧放電灯照度設定により前記電力変化パターンを選択指示し、前記高圧放電灯を制御する外部信号をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置としたものであり、放電灯点灯装置の制御部に搭載される小型で安価なマイコン等では設定が難しい使用環境や固有の特性にあわせた複雑な電力変化パターンでの制御が可能となり放電灯の有効使用時間を延命する作用を有する。

本発明の請求項３に記載の発明は、前記電力制御部に電力変化範囲と電力変化周期と変化波形をパラメータとする電力制御パターンを複数記憶し、発生させる演算部を有し、前記高圧放電灯の使用積算時間が所定時間に達するごとに前記電力変化パターンを更新させる外部信号をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置としたものであり、放電灯使用積算時間やその時間推移によって変化する放電灯自体の特性変化にあわせて、電力変化パターンを変更して制御することができ、放電灯の有効使用時間を延命する作用を有する。

以上のように本発明は、放電灯の電圧値に応じて電力変化範囲と電力変化周期と変化波形とをパラメータとする電力制御パターンにより放電灯への供給電力を変化させることが可能となり、さらに放電灯の使用温度や放電灯の使用積算時間に応じて放電灯に供給する電力を変化させるパターンを選択、発生させることにより、従来方法に比べ約２倍以上の寿命延命効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。

（実施の形態１）
第１の発明について、図１、図２、図３、図８、図９を用いて説明する。

図１は本発明の放電灯点灯装置の１実施例である。図１において放電灯Ｌに供給される電流を直接制御する直流−直流変換器で構成される電流調整部１、該電流調整部１の出力電流をＤＣ／ＡＣインバーターする転流器２、放電灯点灯させるための高圧発生部３、放電灯への供給電力を制御する電力制御部４、とで構成されている。転流器２は、その主要構成回路となるフルブリッジ回路部と電流検出部Ｉｄｅｔと電圧検出部Ｖｄｅｔとで構成されており、電力制御部４から、プログラムされた所定の周波数で反転する矩形波信号であるフルブリッジ回路駆動用マスター信号ＦＢＭと、マスター信号ＦＢＭと逆の位相で動作するスレーブ信号ＦＢＳによって、直流−直流変換器１の出力となる直流電流を交流の電流に変換するといったＤＣ／ＡＣインバーター動作を行うと同時に、電流検出部Ｉｄｅｔから放電灯電流値信号ｂと電圧検出部Ｖｄｅｔから放電灯電圧値信号ｃを電力制御部４にフィードバックする機能を兼ね備えている。

電力制御部４の構成例を図２に示す。電力制御部４には、転流器２の電流検出部Ｉｄｅｔからフィードバックされる放電灯電流値信号ｂがマイコン等で構成される演算部Ｍに入力される。また、転流器２の電圧検出部Ｖｄｅｔからフィードバックされる放電灯電圧値信号ｃは演算部Ｍに入力される。演算部Ｍでは放電灯電圧値信号ｃから、その時の放電灯電圧に最適な放電灯電流値になるように、電流検出部Ｉｄｅｔからフィードバックされた信号ｂとを比較しながら信号Ｐを出力するようにプログラムされおり、この演算部Ｍからの出力信号ｅによって、電流調整器１をＰＷＭ制御（＝パルス幅変調制御）するための出力信号ａをＰＷＭ制御部Ｐにて発生させ、放電灯への供給電力が最適となるように放電灯電流が制御されている。

また、演算部Ｍには電力変化範囲と電力変化周期と変化波形により該電流調整部１に放電灯への供給電力を変化させるパターンがメモリＮに記憶されており、外部信号５からの信号ｄの入力指示によりメモリＮに記憶された電力変化パターンに従い、図３に示す実施例のように最大定格電力が１３０Ｗの放電灯に供給する電力を１００Ｗから１３０Ｗの電力変化範囲で、電力変化時間を１周期２０ｓｅｃかけて電力変化するための出力信号ａを発生させることができるようにもプログラムされている。

外部信号５はプロジェクターまたは、照明装置等側に搭載される部分であり、放電灯の使用温度の管理や放電灯の使用積算時間の管理を行う機能を有し、放電灯の状況に応じて外部信号５の出力信号ｄの内容を切り替えできるようにしてあるが、マイコン等で構成される演算部Ｍに、これらの外部信号５の機能を搭載してもよい。

また、これまでの説明では電力変化パターンをマイコン等で構成される演算部Ｍの内部メモリに記憶させる構成を説明したが、外部信号５から電力変化パターンを信号ｄにて演算部Ｍに入力し演算することで図３に示すような電力変化をさせることも同様に実施可能である。

以上のように、第１の発明では図９に示すように放電灯の電力を電力変化範囲と電力変化周期と変化波形で変化させることによって、電力実効値ｇを低くすることができるため、通常使用での電極摩耗を低減させることができる効果に加え、図９に示す放電灯ガラス部温度も連続で高温に曝されることなく、温度実効値ｊのように見かけ上低い温度で使うことができるため、高温で発生するガラスの再結晶化によって起こる白化での失透も軽減させることができるといった効果が得られる。

ところで、放電灯は高温の電極部からの熱電子放出によるアーク形成によって点灯状態が維持している。その際、アークの起点は電子の飛び出しやすい電極表面上の熱的スポット、または構造的スポット（微小突起）に集中する。このスポットは、電極の素材である金属が電子を放出して金属イオンとなり、この金属イオンが放電灯内部に封入されたハロゲン化ガスと結合して放電灯内部を浮遊したのちにアーク起点部の高温となっている電極先端部で集中して還元分離して堆積することによって形成される。このハロゲン化サイクルと呼ばれるハロゲンを利用した電極部の再形成メカニズムにより放電灯は照度を維持するのであるが、電極部の温度とガラス部との温度差が大きければ大きいほど、温度の常に高い電極先端部である熱的スポットが強調されて金属イオンが集中して還元し、電極の再形成を行うこととなり、電極先端部は非常に良い状態を長期にわたって維持することが出来るようになる。本発明では、電力を変化させることによって、電極部は電力変化に即応し直ぐに最大温度となるが、ガラス部温度は電力変化に直ぐには追従出来ないため、この追従スピード差を利用すれば、単純に電力を下げる場合以上の温度差を周期的に発生させることが出来る。

従って、図８に示すように従来方法である数百時間という単位で段階的に放電灯に投入する電力を低下させる長寿命化方法に比べ約２倍程度となる約８０００〜１００００時間程度まで有効使用時間を延命するという有利な効果が得られる。

尚、本発明の具体例として最大定格電力が１３０Ｗの放電灯に供給する電力を１００Ｗから１３０Ｗの電力変化範囲で、電力変化時間を１周期２０ｓｅｃかけて電力変化させると述べたが、放電灯の種類やプロジェクターまたは照明装置等の放電灯冷却条件が様々であるので、電力変化範囲と電力変化周期の設定は照度維持率が良くなる条件を実験等により決めればよい。

また、本発明において照度の定常的変化が発生するが、視覚的な実験により、最高照度の２０〜３０％の範囲であれば５ｓｅｃ以上かけてゆっくりと変化させてやることで、ほとんどの人間は照度変化を検出することができなかった。従って、電力変化周期に対しては、放電灯の種類やプロジェクターまたは照明装置等の使われる状況を勘案し照度変化がわかりにくい周期に設定しても良い。

（実施の形態２）
第２の発明と第３の発明の実施例について図１、図３、図４、図５、図６、図７を用いて説明する。

図４は本発明の放電灯点灯装置の実施の形態１で示した図１記載の電力制御部４における別の実施例である。図１の動作については既に実施の形態１で述べた通りである。

図４に示すように演算部ＭのメモリＮに予めパターン１、パターン２、パターン３というようにいくつかの電力変化パターンを記憶させておき、外部信号５からの信号ｄの指示により、これらのパターンを切り替える仕組みを有し、図３の実施例の他に図６、図７に示すような電力変化パターンを放電灯の使用積算時間や使用温度状態等に従って選択、変更することを可能としたものである。

また、これまでの説明では電力変化パターンをマイコン等で構成される演算部Ｍの内部メモリに記憶させる構成を説明したが、外部信号５に予めパターン１、パターン２、パターン３というようにいくつかの電力変化パターンを記憶させておき、プロジェクターまたは照明装置等において放電灯の使用積算時間や使用温度状態等に従って選択された電力変化パターンを信号ｄにて演算部Ｍに入力して演算することで、図３の実施例の他に図６、図７に示すような電力変化パターンを放電灯の使用状態にあわせて変更させることも可能である。

尚、電力変化範囲と電力変化周期の設定は、実施の形態１で述べた通り、照度維持率が良くなる条件を実験等により決めればよい。

以上のように、第２の発明では図４または図５に示す構成を有することで、放電灯点灯装置の制御部に搭載される小型で安価なマイコン等では設定が難しい図６や図７に示すような異なる複雑な電力変化パターンについては、性能の良いプロジェクターまたは照明装置等のマイコン等に請け負わせることにより制御が可能となり放電灯の有効使用時間を延命するという有利な効果が得られる。

また、第３の発明では図４または図５に示す構成を有することで、図９に示すように、例えば使用積算時間が１０００時間に達したら、再度、電力変化パターンの中からパターン２を選択して、放電灯への供給電力を制御できるようにしたことで、放電灯使用積算時間やその時間推移によって変化する放電灯自体の特性変化にあわせて、電力変化パターンを変更して制御することができ、放電灯の有効使用時間を延命するという有利な効果が得られる。

本発明にかかる放電灯点灯装置は、放電灯の電圧値に応じて電力変化範囲と電力変化周期と変化波形とをパラメータとする電力制御パターンにより放電灯への供給電力を変化させることが可能となり、さらに放電灯の使用温度や放電灯の使用積算時間に応じて放電灯に供給する電力を変化させるパターンを選択、発生させることにより従来方法に比べ約２倍以上の寿命延命効果が得られ、高圧水銀ランプ等の放電灯を点灯させる放電灯点灯装置及び、これら放電灯を用いた投射型画像装置または照明装置等として有用である。

本発明の一実施の形態による示す回路ブロック図 図１の電力制御部４の構成例を示す回路ブロック図 本発明の放電灯点灯装置における電力変化パターンの一例を示す図 図１の電力制御部４の構成例を示す回路ブロック図 図１の電力制御部４の構成例を示す回路ブロック図 本発明の放電灯点灯装置における電力変化パターンの一例を示す図 本発明の放電灯点灯装置における電力変化パターンの一例を示す図 第１の発明の放電灯と従来型対策の放電灯と本来の放電灯の照度維持率−時間特性を比較した図 第２、３発明の放電灯電力変化パターンの切替実施例を示す図 従来型対策の放電灯点灯装置の電力制御例を示す放電灯電力−時間特性図 従来型の放電灯点灯装置の照度維持率−時間特性図

符号の説明

１ 電流調整部
２ 転流器
３ 高圧発生部
４ 電力制御部
５ 外部信号
Ｉｄｅｔ 電流検出部
Ｖｄｅｔ 電圧検出部
ＦＢＭ フルブリッジ回路駆動用マスター信号
ＦＢＳ フルブリッジ回路駆動用スレーブ信号
Ｍ 演算部
Ｐ ＰＷＭ制御部
Ｌ ランプ
ａ ＰＷＭ制御部Ｐの出力信号
ｂ ランプ電流値信号
ｃ ランプ電圧値信号
ｄ 外部信号Ｖの出力信号
ｅ 演算部Ｍの出力信号
ｆ 従来例の電力切替ポイント
ｇ 放電灯電力実効値
ｊ 放電灯ガラス部温度実効値

Claims (5)

1. 投射型画像装置の光源である高圧放電灯を点灯、制御する放電灯点灯装置であって、前記高圧放電灯に高電圧信号を印加する高圧発生部と、前記高圧放電灯に供給される電流を調整する電流調整部と、前記高圧放電灯の電圧を検出する電圧検出部を有し、前記電流調整部の出力電流をＤＣ／ＡＣ変換する転流器と、前記高圧放電灯の電圧値に応じ、電力変化範囲と電力変化周期と変化波形とをパラメータとする電力変化パターンにより、前記電流調整部へ前記高圧放電灯への供給電力を電力実効値が低くなるように変化させることを指示する電力制御部とを備えることを特徴とする放電灯点灯装置。
2. 前記電力制御部は、電力変化範囲と電力変化周期と変化波形とをパラメータとする電力変化パターンを複数記憶し、発生させる演算部を有し、
   投射型画像装置で検出された周囲環境、またはユーザーの高圧放電灯照度設定により、前記電力変化パターンを選択指示し、前記高圧放電灯を制御する外部信号をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
3. 前記電力制御部は、電力変化範囲と電力変化周期と変化波形とをパラメータとする電力変化パターンを複数記憶し、発生させる演算部を有し、
   前記高圧放電灯の使用積算時間が所定時間に達するごとに前記電力変化パターンを更新させる外部信号をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
4. 前記電力制御部は演算部を有し、
   電力変化範囲と電力変化周期と変化波形とをパラメータとする電力変化パターンを複数記憶し、投射型画像装置で検出された周囲環境、またはユーザーの高圧放電灯照度設定により、選択された前記電力変化パターンを前記演算部に入力する外部信号をさらに備え、
   前記演算部は入力された前記電力変化パターンにより、前記高圧放電灯を制御することを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
5. 前記電力制御部は演算部を有し、
   電力変化範囲と電力変化周期と変化波形とをパラメータとする電力変化パターンを複数記憶し、投射型画像装置で検出された周囲環境、またはユーザーの高圧放電灯照度設定により、選択された前記電力変化パターンを前記演算部に入力する外部信号をさらに備え、
   前記外部信号は、前記高圧放電灯の使用積算時間が所定時間に達するごとに、入力する前記電力変化パターンを更新させることを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。

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