JP4103439B2 - 高圧放電灯点灯装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧放電灯を高周波点灯するための装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図6は、従来の高圧放電灯点灯装置の回路構成を示すブロック構成図である。
図において1は直流電源、2はMOSFET3及び4からなるインバータ回路、5はインバータ回路2を駆動する制御回路、6はチョークコイル7、直流カットコンデンサ8及び始動回路9を含む負荷回路、10は高圧放電灯(以下、「ランプ」という)である。
【0003】
次に動作について説明する。
MOSFET3、4は、制御回路5により数10kHzで交互にON・OFFされ、直流電流1の出力を高周波に変換する。高周波に変換された電力は、チョークコイル7によって減流され、直流カットコンデンサ8との電流共振作用によりランプ10を点灯する。始動回路9は、ランプ10に放電を誘起するためのもので、点灯動作がスタートした時点では、ランプ電極に接続され、電極間に数kVの高電圧を印加する。そしてランプ電極間の絶縁が破壊され、放電が始まると切り離される
【0004】
また、高圧放電灯は一般に、高周波で点灯する場合、ランプ内に発生した音波の進行波と反射波の干渉作用により放電アークが曲げられ、立ち消えやランプ破壊などを引き起こすいわゆる音響共鳴現象が生じやすいことが知られている。特に1kHz以上の高周波点灯時においては、音響共鳴現象が起こらない周波数帯(以下、「非共鳴周波数帯」という)を選んで点灯するのが一般的である。
【0005】
ここで音響共鳴現象を生じる周波数をfrとすると、周波数frは発光管内の音速vと発光管の形状に依存する関数で表わされる。
また、発光管内の音速vは、
v=(γRT/M)1 / 2
但し、γ:比熱比、 R:気体定数、 T:絶対温度、 M:平均分子量
によって与えられる。
【0006】
制御回路5は、このような関係を満足する共鳴周波数frを回避した非共鳴周波数帯から、所定の周波数を選択し、この周波数を用いて、インバータ回路2を駆動するように構成されていた。
【0007】
ところで、非共鳴周波数帯は常に一定とは限らないことが知られている。例えば点灯開始してから安定点灯に達するまでの期間、非共鳴周波数帯は移動していた。また、同じランプでも設置方法によって非共鳴周波数帯は異なっていた。例えば垂直にして点灯した場合と、水平にして点灯した場合とでは、ランプ管内に封入されたガスの対流状態が異なるため、非共鳴周波数帯は異なっていた。さらに、経時変化によって封入されているガス成分が変質して平均分子量Mが変化するため、音速vが変化し、非共鳴周波数帯は移動していた。
【0008】
このような非共鳴周波数帯の移動による音響共鳴現象を回避するため、特開昭60−235396号公報では、点灯中のランプ電圧を監視し、音響共鳴現象によりランプ電圧が上昇したらランプ電流が減少する方向に周波数を移動するという方法が提案されていた。そしてこの方法によって、音響共鳴現象が発生しても、ランプに投入される電力を軽減し、その影響を回避または最小限にとどめるようにしていた。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
従来の高圧放電灯点灯装置は以上のように構成されており、以下に示すような課題を有していた。
【0010】
ランプ電圧の上昇によって音響共鳴現象を感知した時点では、周波数を移動する方向が確定されていないため、誤って共鳴周波数帯の内部へ移動させてしまうケースがあった。この結果、周波数の移動方向を逆転するまでの間、ちらつきや立ち消えが避けられないという課題があった。
【0011】
本発明は、係る課題を解決するためになされたもので、音響共鳴現象を感知した時点で点灯周波数の移動方向を適切に判断し、音響共鳴現象によるちらつきや立ち消えを回避することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の高圧放電灯点灯装置は、高圧放電灯と、該高圧放電灯の管電圧を検出する管電圧検出手段と、前記高圧放電灯に1kHz以上の交流電力を供給する高周波電力供給回路と、該高周波電力供給回路の出力周波数を制御する制御回路とを備え、該制御回路は、前記高圧放電灯に固有な音響共鳴周波数を含まない所定の非共鳴周波数帯に含まれる所定の周波数を出力周波数とするとともに、前記管電圧検出回路が電圧変動を検知した時、該電圧変動から抽出された振幅情報または周波数情報をもとに、前記出力周波数が前記非共鳴周波数帯の上方の共鳴周波数帯もしくは下方の共鳴周波数帯のどちらの周波数帯で点灯しているか判定し、前記非共鳴周波数帯に向かうように前記出力周波数を所定の周波数だけ移動させたものを新しい出力周波数とするように構成したものである。
【0013】
請求項2記載の高圧放電灯点灯装置は、高圧放電灯と、該高圧放電灯の管電圧を検出する管電圧検出手段と、前記高圧放電灯に1kHz以上の交流電力を供給する高周波電力供給回路と、該高周波電力供給回路の出力周波数を制御する制御回路とを備え、該制御回路は、前記高圧放電灯に固有な音響共鳴周波数を含まない所定の非共鳴周波数帯に含まれる所定の周波数を出力周波数とするとともに、前記管電圧検出回路の出力を通過帯域の異なる第1、第2のフィルタに入力して得られる第1、第2のフィルタの出力に基づいて、前記出力周波数が前記非共鳴周波数帯の上方の共鳴周波数帯もしくは下方の共鳴周波数帯のどちらの周波数帯で点灯しているか判定し、前記非共鳴周波数帯に向かうように前記出力周波数を所定の周波数だけ移動させたものを新しい出力周波数とするように構成したものである。
【0015】
請求項3記載の高圧放電灯点灯装置は、請求項2記載の高圧放電灯点灯装置において、第1、第2のフィルタが、通過帯域の異なるローパスフィルタであるように構成したものである。
【0016】
請求項4記載の高圧放電灯点灯装置は、請求項1乃至3のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置において、制御回路が不揮発性メモリを備え、前回消灯直前の出力周波数を記憶し、次回点灯時に記憶された出力周波数で点灯開始する構成としたものである。
【0017】
請求項5記載の高圧放電灯点灯装置は、請求項1乃至4のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置において、制御回路が、点灯開始してから所定の期間は、点灯開始時の出力周波数を維持するように構成したものである。
【0018】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1に係る高圧放電灯点灯装置の回路構成を示すブロック構成図である。
従来例と同一もしくは相当部分には同じ符号を付し、説明を省略する。図において11は抵抗11a、11bとダイオード11c、抵抗11d、コンデンサ11eからなるランプ電圧検出回路であり、12はドライバ5の出力周波数を決定する周波数制御回路である。周波数制御回路12は、電圧検出回路11から入力された電気信号値に応じて点灯周波数を上方へ補正するか下方へ補正するかを決定する。
【0019】
次に動作について説明する。
まず検出原理について説明する。
非共鳴周波数帯に含まれる周波数f0で点灯していたランプ10が、非共鳴周波数帯の移動により共鳴周波数帯で点灯することになった場合を想定する。共鳴周波数帯で点灯すると、ランプ電圧は振動し始める。この時、周波数f0が非共鳴周波数帯よりも高い方に外れているか低い方に外れているかにより、ランプ電圧の振動の振幅は異なる。この点について具体例をもとに説明する。
【0020】
図2は、定格35Wのセラミック製メタルハライドランプを35〜50kHz付近の周波数で点灯した時のランプ電圧の振舞い、及びランプ電圧検出回路11の出力電圧を示したものである。
図において(a)、(b)、(c)はそれぞれ非共鳴周波数帯40〜45kHz、共鳴周波数帯35〜40kHz、共鳴周波数帯45〜50kHzで点灯させた場合のランプ電圧波形とランプ電圧検出回路の出力を示したものである。これら図を比較して明らかなように、(a)の非共鳴周波数帯40〜45kHz付近では、ランプ電圧は振動してない(振幅0V)のに対し、(b)の下方の共鳴周波数帯35〜40kHz付近では、10V程度の振幅で振動し、(c)の上方の共鳴周波数帯45〜50kHz付近では、数10Vの振幅で振動する。
【0021】
ここで上方に外れた場合と、下方に外れた場合とで、ランプ電圧振動の振幅が異なるメカニズムについては不明であるが、共鳴モードの違いや共鳴の強さに起因するものと推測される。上方に外れた場合の方が、振幅は大きいので、強く共鳴しており、放電アークに対して大きな影響を与えている。この点については実際に(b)、(c)の共鳴周波数帯で点灯を続けると、下方の共鳴周波数帯では放電アークが揺れるに留まるのに対し、上方の共鳴周波数帯では放電アークが揺れて立ち消える場合があることから明らかである。
【0022】
以上説明した検出原理をもとに、回路動作について説明する。
この回路は、ランプ電圧振動分を検出して外れた方向を判定し、補正するものである。
図1において、ランプ電圧検出回路11に入力されたランプ電圧は、抵抗11a、11bで分圧され、ダイオード11cで整流され、抵抗11d、コンデンサ11eで積分される。積分の結果、電圧変動幅としてdVが得られる。ここで周波数制御回路12には、予め判定閾値V1とV2が設定されている。V1は外れてない場合のランプ電圧振動振幅(=0)と下方に外れた場合のランプ電圧振動振幅の中間付近に設定された値であり、V2は下方に外れた場合のランプ電圧振動振幅と上方に外れた場合のランプ電圧振動振幅の中間付近に設定された値である。そしてこのような設定のもと、周波数制御回路12は、ランプ電圧検出回路11から入力された電圧変動幅dVが、V1≦dV<V2の場合、出力周波数をdfだけ上昇させ、V2≦dVの場合、出力周波数をdfだけ下降させる。
【0023】
従って(a)のように振動を検知しない場合はその時の出力周波数を維持し、(b)のように下方の共鳴周波数帯に含まれてしまった場合は周波数をdfだけ上方に補正し、(c)のように上方の共鳴周波数帯に含まれてしまった場合は周波数をdfだけ下方に補正する。
なお、定格35Wのセラミック製メタルハライドランプの場合、dfは0.5k〜2kHzに設定するのが好ましい。
【0024】
以上のように、点灯周波数が共鳴周波数帯に含まれてしまっても、非共鳴周波数帯の上方に外れているか下方に外れているかを判定し点灯周波数を補正するようにしているので、確実に音響共鳴現象を回避することができるとともに、点灯周波数を自ら移動して非共鳴周波数を探す動作を省き光源安定性をより高めることができる。
【0025】
実施の形態2.
実施の形態1では、非共鳴周波数帯が外れた方向をランプ電圧変動の振幅から検出するようにしたが、本実施の形態では、ランプ電圧変動の周波数から検出するようにした。
図3は本実施の形態に係る高圧放電灯点灯装置の回路構成を示すブロック構成図である。
従来例若しくは実施の形態1と同一若しくは相当部分には同じ符号を付し説明を省略する。
図において111は、抵抗111a、111bとダイオード111cからなるランプ電圧検出回路、13、14はともに抵抗とコンデンサからなる通過帯域の異なるローパスフィルタである。
ランプ電圧検出回路111は、その出力がフィルタ13と14に分岐されて接続されている。周波数制御回路12において、フィルタ13、14から入力される値に応じて点灯周波数を上方へ補正するか下方へ補正するかを決定する。
【0026】
まず検出原理について説明し、次に回路動作について説明する。
非共鳴周波数帯に含まれる周波数f0で点灯していたランプ10が、非共鳴周波数帯の移動により共鳴周波数帯で点灯することになった場合を想定する。共鳴周波数帯で点灯すると、ランプ電圧は振動し始める。この時、周波数f0が非共鳴周波数帯よりも高い方に外れているか低い方に外れているかにより、ランプ電圧の振動の周波数は異なる。この点につき具体例をもとに説明する。
【0027】
図4は、定格35Wのセラミック製メタルハライドランプを35〜50kHz付近の周波数で点灯させた時のランプ電圧の振舞い、及びフィルタ13、14の出力電圧を示したものである。
(a)、(b)、(c)はそれぞれ非共鳴周波数帯40〜45kHz、共鳴周波数帯35〜40kHz、共鳴周波数帯45〜50kHzで点灯させた場合のランプ電圧波形、及びフィルタ13、14の出力電圧を示したものである。これら図を比較して明らかなように、(a)の非共鳴周波数帯40〜45kHz付近では、ランプ電圧に振動してないのに対し、(b)の下方の共鳴周波数帯35〜40kHz付近では、数10Hzで振動し、(c)の上方の共鳴周波数帯45〜50kHz付近では、数kHzで振動する。
【0028】
以上説明した検出原理をもとに、回路動作について説明する。
この回路は、ランプ電圧振動分を検出して外れた方向を判定し、補正するものである。
図3において、ランプ電圧検出回路111に入力されたランプ電圧は、抵抗111a、111bで分圧されダイオード111cで整流され、フィルタ13及14に入力される。ここで、ローパスフィルタであるフィルタ13及び14のカットオフ周波数をそれぞれ10Hz、1kHzとする。
【0029】
このような構成により、非共鳴周波数帯が外乱により移動して周波数f0が下方の共鳴周波数帯に掛かった場合には、ランプ電圧の振動は数10Hzであるので、フィルタ13及び14を通過し、周波数制御回路12ではランプ電圧の振動を双方から検出できる。
一方、周波数f0が上方の共鳴周波数帯に含まれた場合、ランプ電圧の振動は数kHzとなるので、フィルタ13は通過せずフィルタ14のみを通過し、その結果、フィルタ14からのみランプ電圧の振動を検知することになる。
【0030】
図5はこのようなフィルタ出力の違いに基づく判定テーブルであり、周波数制御回路12に格納されている。この判定テーブルでは、フィルタ13、14の出力と補正の有無、及び補正の方向とが関係付けられている。そしてこの判定テーブルをもとに、周波数f0が下方の共鳴周波数帯に含まれた場合は、点灯周波数をdfだけ上昇させ、上方の共鳴周波数帯に含まれた場合は、点灯周波数をdfだけ下降させる。また、フィルタ13と14がランプ電圧の振動を検知しない場合は、点灯周波数をf0に維持することになる。
【0031】
また、本実施の形態においては2つのフィルタを通過帯域の異なるローパスフィルタとしたが、通過帯域の異なるハイパスフィルタや、ローパスフィルタとハイパスフィルタの組み合わせ等を用いても同様の動作を得ることができる。
【0032】
以上のように、点灯周波数が共鳴周波数帯に含まれてしまっても、非共鳴周波数帯の上方に外れているか下方に外れているかを判断し点灯周波数を補正するようにしているので、確実に音響共鳴現象を回避することができるとともに、点灯周波数を自ら移動して非共鳴周波数を探す動作を省き光源安定性をより高めることができる。
【0033】
また、実施の形態1及び2において、周波数制御回路12において、不揮発性メモリを内蔵し、前回消灯前の点灯周波数を覚えておき、次回点灯開始時にその周波数からスタートしても良い。
また、点灯開始後、安定点灯に達するまでの数分間は点灯周波数の補正を行わないようにしても良い。
なお、実施の形態1及び2では定格35Wのセラミック製メタルハライドランプを用いた例について説明したが、他の定格や種類のランプについて、非共鳴周波数帯を外れた場合のランプ電圧の振舞いを把握し、同様の制御を適用しても良い。
【0034】
【発明の効果】
請求項1記載の発明によれば、高圧放電灯と、該高圧放電灯の管電圧を検出する管電圧検出手段と、前記高圧放電灯に1kHz以上の交流電力を供給する高周波電力供給回路と、該高周波電力供給回路の出力周波数を制御する制御回路とを備え、該制御回路は、前記高圧放電灯に固有な音響共鳴周波数を含まない所定の非共鳴周波数帯に含まれる所定の周波数を出力周波数とするとともに、前記管電圧検出回路が電圧変動を検知した時、該電圧変動から抽出された振幅情報または周波数情報をもとに、前記出力周波数が前記非共鳴周波数帯の上方の共鳴周波数帯もしくは下方の共鳴周波数帯のどちらの周波数帯で点灯しているか判定し、前記非共鳴周波数帯に向かうように前記出力周波数を所定の周波数だけ移動させたものを新しい出力周波数とするように構成したので、簡単な構成で確実に音響共鳴現象を回避することができると共に点灯周波数を自ら移動して非共鳴周波数を探す動作が不要となるので光源安定性をより高めることができる。
【0035】
請求項2記載の発明によれば、高圧放電灯と、該高圧放電灯の管電圧を検出する管電圧検出手段と、前記高圧放電灯に1kHz以上の交流電力を供給する高周波電力供給回路と、該高周波電力供給回路の出力周波数を制御する制御回路とを備え、該制御回路は、前記高圧放電灯に固有な音響共鳴周波数を含まない所定の非共鳴周波数帯に含まれる所定の周波数を出力周波数とするとともに、前記管電圧検出回路の出力を通過帯域の異なる第1、第2のフィルタに入力して得られる第1、第2のフィルタの出力に基づいて、前記出力周波数が前記非共鳴周波数帯の上方の共鳴周波数帯もしくは下方の共鳴周波数帯のどちらの周波数帯で点灯しているか判定し、前記非共鳴周波数帯に向かうように前記出力周波数を所定の周波数だけ移動させたものを新しい出力周波数とするように構成したので、確実に音響共鳴現象を回避することができると共に点灯周波数を自ら移動して非共鳴周波数を探す動作が不要となるので光源安定性をより高めることができる。
【0037】
請求項3記載の発明によれば、請求項2記載の高圧放電灯点灯装置において、第1、第2のフィルタが、通過帯域の異なるローパスフィルタであるように構成したので、簡単な構成で上記の効果を引き出すことができる。
【0038】
請求項4記載の発明によれば、請求項1乃至3記載の高圧放電灯点灯装置において、制御回路が不揮発性メモリを備え、前回消灯直前の出力周波数を記憶し、次回点灯時に記憶された出力周波数で点灯開始する構成としたので、点灯毎に最少の動作で安定点灯を確保することができる。
【0039】
請求項5記載の発明によれば、請求項1乃至4記載の高圧放電灯点灯装置において、制御回路が、点灯開始してから所定の期間は、点灯開始時の出力周波数を維持するように構成したので、ランプ始動後に安定点灯に到達するまでの過渡的な期間の誤動作を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態1に係る高圧放電灯点灯装置の回路構成を示すブロック構成図である。
【図2】 定格35Wのセラミック製メタルハライドランプを35〜50kHz付近の周波数で点灯させた時のランプ電圧の振舞い、及びランプ電圧検出回路11の出力電圧を示したものである。
【図3】 本発明の実施の形態2に係る高圧放電灯点灯装置の回路構成を示すブロック構成図である。
【図4】 定格35Wのセラミック製メタルハライドランプを35〜50kHz付近の周波数で点灯させた時のランプ電圧の振舞い、及びフィルタ13、14の出力電圧を示したものである。
【図5】 フィルタ13、14の出力と補正の有無、及び補正の方向とが関係付けられた判定テーブルである。
【図6】 従来の高圧放電灯点灯装置の回路構成を示すブロック構成図である。
【符号の説明】
1 直流電源
2 インバータ回路
3、4 MOSFET
5 制御回路
6 負荷回路
7 チョークコイル
8 直流カットコンデンサ
9 始動回路
10 高圧放電灯
11 ランプ電圧検出回路
11a、b、d 抵抗
11c ダイオード
11e コンデンサ
12 周波数制御回路
13、14 フィルタ
13a、14a 抵抗
111 ランプ電圧検出回路
111a、b 抵抗
11c ダイオード
Claims (5)
- 高圧放電灯と、
該高圧放電灯の管電圧を検出する管電圧検出手段と、
前記高圧放電灯に1kHz以上の交流電力を供給する高周波電力供給回路と、
該高周波電力供給回路の出力周波数を制御する制御回路とを備え、
該制御回路は、
前記高圧放電灯に固有な音響共鳴周波数を含まない所定の非共鳴周波数帯に含まれる所定の周波数を出力周波数とするとともに、
前記管電圧検出回路が電圧変動を検知した時、該電圧変動から抽出された振幅情報または周波数情報をもとに、前記出力周波数が前記非共鳴周波数帯の上方の共鳴周波数帯もしくは下方の共鳴周波数帯のどちらの周波数帯で点灯しているか判定し、前記非共鳴周波数帯に向かうように前記出力周波数を所定の周波数だけ移動させたものを新しい出力周波数とするように構成したことを特徴とする高圧放電灯点灯装置。 - 高圧放電灯と、
該高圧放電灯の管電圧を検出する管電圧検出手段と、
前記高圧放電灯に1kHz以上の交流電力を供給する高周波電力供給回路と、
該高周波電力供給回路の出力周波数を制御する制御回路とを備え、
該制御回路は、
前記高圧放電灯に固有な音響共鳴周波数を含まない所定の非共鳴周波数帯に含まれる所定の周波数を出力周波数とするとともに、
前記管電圧検出回路の出力を通過帯域の異なる第1、第2のフィルタに入力して得られる第1、第2のフィルタの出力に基づいて、前記出力周波数が前記非共鳴周波数帯の上方の共鳴周波数帯もしくは下方の共鳴周波数帯のどちらの周波数帯で点灯しているか判定し、前記非共鳴周波数帯に向かうように前記出力周波数を所定の周波数だけ移動させたものを新しい出力周波数とするように構成したことを特徴とする高圧放電灯点灯装置。 - 前記第1、第2のフィルタが、
通過帯域の異なるローパスフィルタであることを特徴とする請求項2記載の高圧放電灯点灯装置。 - 前記制御回路が、
不揮発性メモリを備え、前回消灯直前の出力周波数を記憶し、次回点灯時に記憶された該出力周波数で点灯開始することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置。 - 前記制御回路が、
点灯開始から所定の期間は、点灯開始時の出力周波数を維持することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
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