JP4380944B2 - 光源装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として液晶プロジェクタ、ＤＬＰプロジェクタなどの画像投影装置用光源として使用される、キセノンランプ、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプなどのＨＩＤランプによる光源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
投射型の画像投影装置は大画面対応に伴って、明るい画面が求められている。明るい画面を実現させる光源としては、キセノンランプやメタルハライドランプ、高圧水銀ランプなどのＨＩＤランプが使用される。しかし、狭い室内などで、比較的小さいスクリーンに投影する場合は、逆に画面が明る過ぎて見にくいという問題があるため、このような場合は、調光によりランプに投入する電力を低い電力に切換えて使うことが行なわれる。
【０００３】
一方、前記したＨＩＤランプは、全て点灯直後から完全な動作を行なうことはできず、例えばキセノンランプでは、最初は定常状態の８０％程度の明るさで点灯し、２〜３分間の時間を要して定常状態に達する。またメタルハライドランプの場合は、複雑な元素構成であるため、最初は非常に暗く、温度上昇とともに発光色を変えながら、概ね同様の時間を要して定常状態に達する。さらに高圧水銀ランプでは、全ての水銀が蒸発し、温度が十分に上昇するまでに、概ね同様の時間を要する。
【０００４】
この種のランプについては、始動初期における投入電力を、調光により定格値より減じた場合は、前記した定常状態に達するまでの時間が延び、したがって安定な動作を行なうようになるまでに時間がかかってしまうため、ランプの始動直後からの所定期間、例えば１分間は、調光機能を無効化して、つねに定格電力、あるいは定格電力以上の所定の適当な初期電力がランプに投入されるように制御することが望まれる。
【０００５】
画像投影に通常使用される明るさを得るためのモード（以降において定格点灯モードと呼ぶ）では例えば、該ランプの標準的な投入電力であるいわゆる定格電力を投入して点灯する。該定格点灯モードに対して画像投影画面の照度を下げる方向に切り替えるモード（以降において減光点灯モードと呼ぶ）では例えば、該ランプの標準的な投入電力であるいわゆる定格電力より低い入力により該ランプを駆動する。消費電力自体が低いため省エネ効果を持つ。画像投影装置によっては該減光点灯モードが多段階設けられているものもある。また、前記の定格点灯モードや減光点灯モード以外に、ランプ始動時のみランプの定格電力よりも高い投入電力で点灯するモード（以降において増光点灯モードと呼ぶ）を持つものもある。
【０００６】
該ランプの定格点灯時に明るさを切り替え、画像を暗くすることは単純にランプ投入電力を調整することで可能であった。しかし、該装置のユーザにとっては、ランプ始動直後から、例えば減光点灯モードで使用したい要求がある場合がある。
【０００７】
このような場合は、前記したランプの始動直後からの所定期間は、ユーザの要望、すなわちユーザによってなされた減光点灯モードの設定を無視して前記した初期電力を投入し、前記所定期間が経過後に、ユーザによってなされた減光点灯モードまで自動的に電力を減じるように制御する必要がある。しかしこのような制御を行なうと、該モード選択後しばらくしてから画面の明るさが急変するため、ユーザにとっては非常に目障りであるだけでなく、装置側の異常であると判断されるといった問題が生じた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、始動されたランプが安定動作を行なうまでの時間を短くできるよう、適当な初期電力をランプに投入したうえで、ユーザにとって目障りな、自動的な画面の明るさの急変を回避した光源装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の画像投影装置用光源装置は、調光機能を有するＨＩＤランプによる光源装置において、始動直後の所定期間は、予め定めた電力をランプに投入するものであって、前記所定期間の終了より前の前記電力より低い電力への切替え要求に対しては、前記所定期間の終了を待ってから、電力を、ユーザにとって目障りな画像の明るさの急変なく、徐々に減じる動作によって、前記低い電力への切替えを行うことを特徴とする。
【００１０】
また、前記の電力を徐々に減じる動作が、減じる電力１０％あたり２秒以上の期間にわたって行なわれることを特徴とする。
【００１１】
さらに、前記所定期間の経過後に発生する電力の切換え要求に対しては、速やかに電力の切換えを行なうことを特徴とする。
【００１２】
【作用】
ランプ始動直後の所定期間は、高い電力、すなわち前記した定格点灯モードまたは増光点灯モードでランプを点灯するため、始動されたランプが安定動作を行なうまでの時間を短くできる。
【００１３】
このとき、始動初期の所定期間終了後に、定格点灯モードから減光点灯モードへ、または増光点灯モードから定格点灯モードへ、あるいは増光点灯モードから減光点灯モードへ、自動的に移行した場合に、ユーザにとって目障りな、画面の明るさの急変を回避することができる。
【００１４】
また、前記電力を徐々に減じる動作が、減じる電力１０％あたり２秒以上の期間にわたって行なわれるため、ユーザは、前記した点灯モードの自動的な移行にほとんど気付かず、したがって目障りの程度をほとんど皆無とすることができる。
【００１５】
なお、ここで言う、減じる電力１０％あたり２秒以上の期間とは、該動作前のランプへの入力電力を基準としたものであり、例えばもし該動作前の入力電力に対して２０％の電力を減じるのであれば４秒以上、もし３０％の電力を減じるのであれば６秒以上の期間とすることを意味し、この期間内の電力変化の様子は、滑らかなものが望ましく、例えば直線的に変化するものや、例えば指数関数などの曲線状に変化するものとすればよい。
【００１６】
更には、前記所定期間の経過後に発生する電力の切換え要求に対しては、速やかに電力の切換えを行なうため、画像投影画面の照度変化が視覚的に認知され、ユーザが所望の明るさを直ぐに得られるといった利点がある。
【００１７】
なお、ランプ始動直後の前記所定期間における、高い電力、すなわち前記した定格点灯モードまたは増光点灯モードでの点灯とは、必ずしもこの期間内の電力が一定になるように制御されることを意味するものではない。例えば、概略一定電流となるように制御されるもので、前記所定期間における電流を、その後の電流より大きく制御することにより、結果として、前記所定期間における電力が、その後の電力より大きくなるように制御されるものであれば、どのようなものにでも適用可能である。
【００１８】
また例えば高圧水銀ランプの場合、始動直後のランプ電圧は１０Ｖなどと低いため、例えば定格電力２００Ｗを投入しようとすると、ランプ電流として２０Ａの電流を流さなければならないことになるが、もしこれを実現しようとすると本装置の点灯電源中に配置された半導体素子などの回路素子の損失が過大となり、過大な発熱を生ずることになる。
【００１９】
このため、普通は、例えば５Ａなどのランプ電流の上限値を設けてこれを超えないように制御し、この上限電流値のもとで、ランプの温度の上昇に伴ってランプ電圧が上昇して、いまの例で言えばランプ電圧が４０Ｖ以上になって初めて、定格電力である２００Ｗの電力を投入できるようになる。本発明は、高い電力を投入すべきランプ始動直後の前記所定期間の一部において、このようなやむを得ず低い電力しか実現できない期間が存在することを容認するものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例として、図１にキセノンランプによる本発明の光源装置を用いた画像投影装置の始動時における画面照度と時間との関係を示す。本図においては、前記した予め定めた高い電力をランプに投入する、始動直後の前記所定期間をＡで表し、この場合は定格点灯モードであるとしている。始動直後の状態、点Ｘ１では、画面照度は十分には得られず、ランプの温度上昇に伴って、徐々に明るくなり、点Ｘ２に移行する。
前記所定期間をＡの終了時点で、ユーザの要求する点灯モードを調べ、もしそれが定格点灯モードであれば、そのまま定格点灯線Ｙ１を維持する。
【００２１】
もし、ユーザの要求する点灯モードが減光点灯モードである場合は、減じる電力１０％あたり２秒以上の期間にわたって電力を徐々に減じる動作によって、目障りな明るさの急変なく点Ｘ３に移行し、減光点灯線Ｙ２に移行する。
【００２２】
もしこのような制御を行なわず、始動直後から減光点灯モードで駆動していた場合は、点Ｘ４の状態から始まり、同図の破線Ｙ３に沿って減光点灯線Ｙ２に収束する。ここでは初期に投入する電力が少ないため、始動されたランプが安定動作を行なうまでの時間が長くかかっていたものが、始動直後の前記所定期間Ａについて定格点灯モードとしたことにより、ランプが安定動作を行なうまでの時間の短縮が行なわれる。
【００２３】
本発明の他の実施例として、図２に高圧水銀ランプによる本発明の光源装置の始動時における電力と時間との関係を示す。本図においては、前記した予め定めた高い電力をランプに投入する、始動直後の所定期間をＡで表している。
前記したように、始動直後はランプ電流の上限を超えない制御のため、点Ｐ１の状態となる。その後、ランプ温度の上昇に伴い、ランプ電力が増加し、点Ｐ２の状態で、定格電力が実現できるようになる。
【００２４】
本発明の光源装置の、前記所定期間を定格点灯モードとする場合は、前記所定期間Ａのなかでは、定格電力が維持される。前記所定期間Ａの終了時点Ｐ４で、ユーザの要求する点灯モードを調べ、もしそれが定格点灯モードであれば、そのまま定格点灯線Ｈ１を維持する。もし、ユーザの要求する点灯モードが減光点灯モードである場合は、減じる電力１０％あたり２秒以上の期間にわたって電力を徐々に減じる動作によって、目障りな明るさの急変なく点Ｐ４からＰ５に移行し、減光点灯線Ｈ２を維持する。
【００２５】
本発明の光源装置の、前記所定期間を増光点灯モードとする場合は、前記所定期間Ａのなかでは、増光点灯電力まで電力が増加され、点Ｐ３以降それが維持される。前記所定期間Ａの終了時点Ｐ６で、ユーザの要求する点灯モードを調べ、もしそれが定格点灯モードであれば、減じる電力１０％あたり２秒以上の期間にわたって電力を徐々に減じる動作によって、目障りな明るさの急変なく点Ｐ６からＰ７に移行し、定格点灯線Ｈ１を維持する。もし、ユーザの要求する点灯モードが減光点灯モードである場合は、減じる電力１０％あたり２秒以上の期間にわたって電力を徐々に減じる動作によって、目障りな明るさの急変なく点Ｐ６からＰ８に移行し、減光点灯線Ｈ２を維持する。
【００２６】
ランプへの投入電力を徐々に減少させる割合は、減じる電力１０％あたり２秒以上とした。この投入電力を徐々に減少させる割合は、ユーザが目視評価して画像投影画面の照度が変化したと判らない程度であることが望ましい。図３に投入電力の減少割合を変化させた場合の被験者の目視評価結果を示す。投入電力の減少割合が減じる電力１０％あたり１秒程度では被験者が照度変化を感じてしまう。減じる電力１０％あたり２秒〜３秒ではほとんど照度変化を感じない。減じる電力１０％あたり４秒〜５秒では目視による照度変化は全く感じられなかった。
【００２７】
次に、前記した予め定めた高い電力をランプに投入する始動直後の前記所定期間Ａの終了後において、ユーザの操作により、減光点灯モードから定格点灯モードへの、または定格点灯モードから減光点灯モードへの切換えが行なわれる場合の動作について、図４を用いて説明する。
図の点Ｓ１において、減じる電力１０％あたり２秒以上の期間にわたって電力を徐々に減じる動作によって、目障りな明るさの急変なく減光点灯線Ｈ２に向けて移行している途中の点Ｓ２において、ユーザの操作により、減光点灯モードから定格点灯モードへの切換えが行なわれた場合は、点Ｓ２から点Ｓ３へ速やかに移行する。
【００２８】
また、前記所定期間Ａの終了後において、定格点灯モードで動作中に、ユーザの操作により、減光点灯モードへの切換えが行なわれた場合も、点Ｓ４から点Ｓ５に速やかに移行する。逆に、前記所定期間Ａの終了後において、減光点灯モードで動作中に、ユーザの操作により、定格点灯モードへの切換えが行なわれた場合も同様に、速やかに移行する。
【００２９】
このように、本発明の光源装置の制御を行なうことにより、始動直後の前記所定期間Ａの終了に行なわれるモードの選択は瞬時に照度が変化しユーザに所望の明るさを提供できる。また、ユーザの操作に対応した変化であるため装置が正しく動作しているとユーザが認識できる。
【００３０】
なお、前記所定期間の経過後に発生する電力の切換え要求に対して速やかに電力の切換えを行なう際の速やかさの程度については、前記した図３の被験者の目視評価結果より、変化する電力１０％あたり1秒以下が望ましい。
また、本実施例は定格点灯モードと減光点灯モードの二値を選択する場合を示したが、該減光点灯モードは多段階の減光モードの選択を持たせても良い。
【００３１】
図５に本発明の光源装置における点灯装置の1実施例として、高圧水銀ランプによる光源装置の回路ブロックダイヤグラムを示す。ランプに電圧を印加する回路部分はいわゆる降圧型チョッパー回路を基本としている。
【００３２】
ランプ点灯スイッチ４００からランプ点灯信号が発生し、ランプが始動し始めると高圧水銀放電ランプ８に流れている電流は、電流検出抵抗５で電流―電圧変換され、電流・電圧処理部２００によって制御対象信号に変換される。該電流・電圧処理部２００によって変換された制御対象信号はランプ電力に対応するもので、制御部３００からスイッチ素子１に送る制御信号に変換される。該スイッチ素子１に入った制御信号はダイオード２、コイル３、コンデンサ４によってランプへの電力投入を実現する。
【００３３】
制御部３００からは、適当なデューティー比を有するパルス信号が供給されてスイッチ素子１をスイッチングすることにより該ランプに電力を与える。この制御部３００が与えるパルス信号のデューティー比を変えてやることにより該ランプへ投入される電力を変えることができるが、デューティー比は、制御部３００内において、目標とする投入電力と前記電流・電圧処理部２００によって変換された信号とを比較することにより、フィードバック的に決定される。
【００３４】
本発明において、外部からの操作信号６００によって選択された各点灯モードに対応した投入電力は前記のデューティー比を変えることによって得られる。
例えばランプ始動時から減光点灯モードを要求されているとすれば、該モードが選択されていることが判断回路５００で判断される。
【００３５】
次にランプ電圧が所定値に到達すると、判断回路５００内の時間的傾斜信号生成回路が有効になり、前記の制御部３００から与えられていたパルス信号のデューティー比を、例えば前記の投入電力を１３０Ｗから１１０Ｗにまで下げるのに、例えば１０秒かけて変化させる。
【００３６】
なお、ここで述べたような、ランプ電力の測定、判断回路５００を含む制御シーケンスや、時間的に変化するランプ電力目標信号の生成については、例えばマイクロプロセッサやＡＤ変換器、ＤＡ変換器などから構成するようにしてもよい。
【００３７】
【発明の効果】
本発明は、始動されたランプが安定動作を行なうまでの時間を短くできるよう、適当な初期電力をランプに投入したうえで、ユーザにとって目障りな、自動的な画面の明るさの急変を回避した光源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における画像投影画面照度を示す図
【図２】本発明における制御方法を説明する電力図
【図３】本発明における投入電力の減少割合の被験者評価結果を示す表
【図４】本発明における制御方法を説明する電力図
【図５】本発明における1実施例の回路ブロックダイヤグラム
【符号の説明】
１ スイッチ素子
２ ダイオード
３ コイル
４ コンデンサ
５ 電流検出抵抗
６、７ 抵抗
８ 放電ランプ
１００ ＤＣ電源
２００ 電流・電圧処理部
３００ 制御部
４００ ランプ点灯スイッチ
５００ 判断回路
６００ 外部からの操作信号
Ａ 予め定めた高い電力をランプに投入する始動直後の所定期間

Claims (3)

1. 調光機能を有するＨＩＤランプによる光源装置において、
   始動直後の所定期間は、予め定めた電力をランプに投入するものであって、前記所定期間の終了より前の前記電力より低い電力への切替え要求に対しては、前記所定期間の終了を待ってから、電力を、ユーザにとって目障りな画像の明るさの急変なく、
   徐々に減じる動作によって、前記低い電力への切替えを行うことを特徴とする画像投影装置用光源装置。
2. 前記の電力を徐々に減じる動作が、減じる電力１０％あたり２秒以上の期間にわたって行なわれることを特徴とする請求項１に記載の画像投影装置用光源装置。
3. 前記所定期間の経過後に発生する電力の切替え要求に対しては、速やかに電力の切替えを行なうことを特徴とする請求項１に記載の画像投影装置用光源装置。

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