JP4462119B2

JP4462119B2 - バラスト及びプロジェクタ

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Publication number: JP4462119B2
Application number: JP2005171057A
Authority: JP
Inventors: 一夫大川
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2005-06-10
Filing date: 2005-06-10
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2025-06-10
Also published as: CN1878440A; JP2006344556A; CN1878440B; US7439681B2; US20060279229A1

Description

本発明は、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ等の高圧放電ランプを点灯するためのバラスト及びそのバラストを組み込んだプロジェクタに関する。

従来のバラストにはイグナイタ回路が含まれており、点灯時に、左右対称のイグナイタ回路の出力を高圧放電ランプの両方の電極に印加したり、又はイグナイタ回路の出力を高圧放電ランプの片方の電極に印加して（例えば特許文献１、２参照）、高圧放電ランプを点灯させるのが一般的であった。
特開２００３−３１６４４０号公報特開２００３−１５１７８６号公報

ところで、高圧放電ランプは、その構造上、点灯した後の消灯時には左右の電極の冷却にアンバランスを生じる。その冷却のアンバランスにより、封入された水銀が液化するときに温度がより低い一方の電極（一般に根元側）に多く付着する。その結果、次に点灯する場合には、通常のイグナイタ回路の出力によってはグロー放電の位置が定まらないため、電極温度の上昇が遅くなり、水銀の気化が進まず、結果として点灯不良が発生する、という問題点があった。また、一方の電極にのみイグナイタ回路の出力を供給する方式のものにおいては必然的に一方の電極の周辺の絶縁耐力を大にしなければならないという問題点があった。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、点灯不良の発生を解消し、且つ絶縁耐力の軽減を図ったバラスト及びそれを搭載したプロジェクタを提供することを目的とする。

本発明に係るバラストは、反射鏡が取り付けられた高圧放電ランプの発光管に対して反射鏡が取り付けられた側に設けられた根元電極と、前記発光管に対して前記根元電極とは反対側に設けられた先端電極とに駆動電圧を供給するバラストであって、１個の１次巻線及び２個の２次巻線を備えたイグナイタトランスを有するイグナイタ回路を備え、前記１次巻線と前記２次巻線とが絶縁され、一方の２次巻線の巻数を他方の２次巻線の巻数よりも大とし、且つ両者を逆極性にし、前記一方の２次巻線の出力端を大きな絶対値の電圧を印加する前記先端電極に接続し、前記他方の２次巻線の出力端を小さな絶対値の電圧を印加する前記根元電極に接続し、点灯開始時に、高圧放電ランプの根元電極と先端電極とに逆極性の電圧を同期させて印加する。
高圧放電ランプは、その電極の対地電圧が高いほどプラズマが発生し易くなり、また、対地電圧の高い電極から対地電圧の低い電極に向かってグロー放電が発生する。このようなことから、本発明においては、高圧放電ランプの根元電極と先端電極とに印加電圧（絶対値）に差異を設けて両者間に高い電圧を印加するようにしており、このため、例えば電極への水銀の付着がアンバランスな状態でも安定したグロー放電が得られ、電極温度の上昇が促進される。また、高圧放電ランプに高電圧を印加するのに、根元電極と先端電極とにそれぞれ印加電圧を負担させるようにしたので、例えば根元電極のコネクタの絶縁耐力の軽減が図られる。また、高圧放電ランプの根元電極は水銀膜により先鋭化された形状にはなりにくいが、先端電極はそのようなことはなく、本発明においては、高圧放電ランプの先端電極に相対的に高い電圧（絶対値）を印加することにより先端電極から根元電極へのグロー放電を発生させるようにしており、安定したグロー放電が得られる。

また、本発明に係るバラストは、反射鏡が取り付けられた高圧放電ランプの発光管に対して反射鏡が取り付けられた側に設けられた根元電極と、前記発光管に対して前記根元電極とは反対側に設けられた先端電極とに駆動電圧を供給するバラストであって、１次巻線及び２次巻線をそれぞれ備えた２個のイグナイタトランスを有するイグナイタ回路を備え、前記１次巻線と前記２次巻線とが絶縁され、一方のイグナイタトランスの２次巻線の巻数を他方のイグナイタトランスの２次巻線の巻数よりも大とし、且つ両者の特性を逆極性にし、前記一方のイグナイタトランスの２次巻線の出力端を大きな絶対値の電圧を印加する前記先端電極に接続し、前記他方のイグナイタトランスの２次巻線の出力端を小さな絶対値の電圧を印加する前記根元電極に接続し、点灯開始時に、高圧放電ランプの根元電極と先端電極とに逆極性の電圧を同期させて印加する。

また、本発明に係るバラストにおいて、前記イグナイタ回路は、前記先端電極に印加する電圧の絶対値が前記根元電極に印加する電圧の絶対値よりも少なくとも１ＫＶ以上高い電圧を出力する。

本発明に係るバラストは、前記イグナイタトランスの１次巻線に、点灯開始時に励磁電流を供給するイグナイタトランス駆動回路を備えたものである。

本発明に係るプロジェクタは高圧放電ランプと、上記のバラストと、表示パネルと、前記高圧放電ランプからの光を前記表示パネルに導く光学手段と、前記表示パネルに描画された画像をスクリーンに投射する投射手段とを備えたものである。本発明においては、上記のバラストを備えたことにより、映写の開始時に高圧放電ランプの点灯不良が発生するような事態が避けられる。

実施形態１．
図１は本発明の実施形態１に係るバラストの回路図である。バラストは、交流電源１を整流する整流回路２、インバータ３、イグナイタトランス４、イグナイタトランス駆動回路５及び制御部６から構成されており、イグナイタトランス４の出力端には高圧放電ランプ７が接続されている。整流回路２はインダクターＬｌ、スイッチング素子Ｓ１及びダイオードＤから構成されている。インバータ３は、フルブリッジ接続された４個のスイッチング素子Ｓ２〜Ｓ５から構成されており、スイッチング素子Ｓ２・Ｓ５とＳ４・Ｓ３とが交互にオン制御されて、整流回路２からの直電圧を交流電圧に変換してイグナイタトランス４に出力する。イグナイタトランス４は、後述のようにして高電圧を高圧放電ランプ７に出力する。高圧放電ランプ７は反射型の光源装置であり、発光管７１は反射鏡７２の中央部に耐熱セメントを介して固着されており、発光管７１の一端から導出された電極７３（本発明の根元電極）は口金７４に接続されており、口金７４はイグナイタトランス４の出力の一端に接続される。また、発光管７１の他端から導出された電極７５（本発明の先端電極）は反射鏡７２の周辺部に口金７６を介して接続されており、口金７６はイグナイタトランス４の出力の他端に接続される。上記の整流回路２、インバータ３及びイグナイタトランス駆動回路５はそれぞれ制御部６により適宜制御される。なお、上記の高圧放電ランプ７は、その発光管７１が水平配置される水平点灯の形式のものであり、イグナイタトランス４及びイグナイタトランス駆動回路５は本発明のイグナイタ回路８を構成している。

図２は図１のイグナイタトランス４の詳細を示した回路図である。イグナイタトランス４は、１個の１次巻線Ｔ１と２個の２次巻線Ｔ２，Ｔ３から構成されている。そして、２次巻線Ｔ２とＴ３とは出力電圧が逆極性になっており、且つ、その巻数がＴ２＞Ｔ３の関係になっており、２次巻線Ｔ２の出力電圧の絶対値が２次巻線Ｔ３の出力電圧の絶対値よりも大になるようにしてある。例えば、インバータ３のスイッチング素子Ｓ２とＳ５とがオンとなっている状態で、イグナイタトランス駆動回路５により１次巻線Ｔ１に励磁電流が供給されると、２次巻線Ｔ２とＴ３とには逆極性の誘起電圧が同期して発生し、２次巻線Ｔ２の出力は高圧放電ランプ７の口金７６（電極７５）に供給され、２次巻線Ｔ３の出力は高圧放電ランプ７の口金７４（電極７３）に供給される。

図３はイグナイタトランス４の出力波形図である。２次巻線Ｔ２からは＋側の電圧が出力され、２次巻線Ｔ３からは−側の電圧が出力される。そして、上述のように、２次巻線Ｔ２とＴ３の巻数はＴ２＞Ｔ３の関係にあるから、Ｔ２の出力電圧の振幅＞Ｔ３の出力電圧の振幅になる。この両者の出力の差が高圧放電ランプ７に印加される電圧となるが、＋側の電極に印加される電圧（絶対値）は−側の電極に印加される電圧（絶対値）よりも大となっている。なお、２次巻線Ｔ３の出力電圧は１ＫＶ以上であり、また、２次巻線Ｔ２の出力電圧の絶対値と２次巻線Ｔ３の出力電圧の絶対値との差は少なくとも１ＫＶ以上であることが望ましい。

図１及び図２に示された光源装置においては、整流回路２のスイッチング素子Ｓ１が制御部６により制御されることによりインバータ３側に直流電圧を出力する。インバータ３はそのスイッチング素子Ｓ２・Ｓ５又はＳ３・Ｓ６が制御部６によりオン制御され、その出力電圧をイグナイタトランス４に出力する。イグナイタトランス４は、イグナイタトランス駆動回路４２によりその１次巻線Ｔ１に励磁電流が供給されると、図３に示されるような波形の出力電圧が得られる。そして、２次巻線Ｔ２の出力は高圧放電ランプ７の口金７６に供給され、２次巻線Ｔ３の出力は高圧放電ランプ７の口金７４に供給される。高圧放電ランプ７の発光管７１には２次巻線Ｔ２の出力と２次巻線Ｔ３の出力との差電圧が印加されることになり、発光管７１の絶縁が破壊されてグロー放電が開始し、アーク放電に移行する。制御部６はインバータ３を制御して発光管７１に直流電流又は高周波電流（例えば３０〜４０ｋＨｚ）を所定時間供給してプリヒーテイングした後に、例えば定常点灯
時の１００〜４００Ｈｚの交流電流（パルス電流）を供給して発光管７１を点灯させる。

以上のように本実施形態１においては、電極７５（根元電極）は水銀膜が形成されて先鋭化された形状になりにくいが、先端電極はそのようなことはなく、このため、高圧放電ランプ７の電極７５（先端電極）に電極７３（根元電極）よりも高い電圧（絶対値）を印加するようにしており、電極７５（根元電極）から電極７３（根元電極）への安定したグロー放電が得られ、電極温度の上昇が促進される。また、高圧放電ランプ７に高電圧を印加するのに、電極７５（根元電極）と電極７３（根元電極）とにそれぞれ印加電圧（逆極性）を負担させるようにしたので、電極７５（根元電極）のコネクタの絶縁耐力の軽減が図られる。

実施形態２．
図４は本発明の実施形態２に係るイグナイタトランス４の回路図である。このイグナイタトランス４は、２個のイグナイタトランス４ａ及び４ｂから構成されており、それぞれの１次巻線Ｔ１ａ，Ｔ１ｂにイグナイタトランス駆動回路５の制御により励磁電流が供給されると、２次巻線Ｔ２及びＴ３からは、図３に示されたのと同様な出力電圧が得られる。

実施形態３．
図５は上記の実施形態１，２のバラストを照明光学系に組み込んだプロジェクタの光学系構成図である。なお、図５のバラスト１０は、図１の整流回路２、インバータ３、イグナイタトランス４、イグナイタトランス駆動回路５及び制御部６を含んだものであり、照明光学系１００の高圧放電ランプ７を上述のようにして点灯させるようにしており、映写の開始時に高圧放電ランプの点灯不良が発生するような事態が避けられる。

このプロジェクタは、照明光学系１００と、ダイクロイックミラー２１０，２１２と、反射ミラー２２０，２２２，２２４と、入射側レンズ２３０と、リレーレンズ２３２と、３枚のフィールドレンズ２４０，２４２，２４４と、３枚の液晶パネル２５０，２５２，２５４と、各液晶パネルの出射側及び入射側にそれぞれ配置された偏光板２５１，２５３，２５５，２５６，２５７，２５８と、クロスダイクロイックプリズム２６０と、投写レンズ２７０を備えている。

照明光学系１００は、ほぼ平行な光線束を射出する光源１１０と、照明装置１２０と、反射ミラー１５０と、コンデンサレンズ１６０とを備えている。光源１１０は、放射状の光線を射出する放射光源としての高圧放電ランプ７（図１参照）から構成されている。光源１１０から放射された光は照明装置１２０でその輝度が均一化された後、反射ミラー１５０を介してコンデンサレンズ１６０に入る。コンデンサレンズ１６０は、照明装置１２０から照射された均一光を液晶パネル２５０，２５２，２５４のパネル面へ入射させる。

さらに、２枚のダイクロイックミラー２１０，２１２は、照明光学系１００から射出された光を、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３つの色光に分離する色光分離光学系２１４を構成している。第１のダイクロイックミラー２１０は、照明光学系１００から射出された光の赤色光成分を透過させるとともに、青色光成分と緑色光成分とを反射する。

第１のダイクロイックミラー２１０を透過した赤色光は、反射ミラー２２０で反射され、フィールドレンズ２４０を通って赤光用の液晶パネル２５０に達する。このフィールドレンズ２４０は、通過した各部分光線束が、各部分光線束の主光線（中心軸）に平行な光束となるように集光する機能を有している。他の液晶パネルの前に設けられたフィールドレンズ２４２，２４４も同様に作用する。

第１のダイクロイックミラー２１０で反射された青色光と緑色光のうちで、緑色光は第２のダイクロイックミラー２１２によって反射され、フィールドレンズ２４２を通って緑光用の液晶パネル２５２に達する。一方、青色光は、第２のダイクロイックミラー２１２を透過し、入射側レンズ２３０と、リレーレンズ２３２および反射ミラー２２２，２２４を備えたリレーレンズ系を通過する。リレーレンズ系を通過した青色光は、さらにフィールドレンズ２４４を通って青色光用の液晶パネル２５４に達する。

３枚の液晶パネル２５０，２５２，２５４は、それぞれに入射する各色光を、与えられた画像信号に応じて画像を形成するための光に変換して射出する光変調装置としての機能を有する。なお、この液晶パネル２５０，２５２，２５４の光入射側には偏光板２５６，２５７，２５８が有り、また、液晶パネル２５０，２５２，２５４の光出射側には偏光板２５１，２５３，２５５がそれぞれ設けられていて、それらにより各色光の偏光方向が調整されている。そして、これらの液晶パネル２５０，２５２，２５４を通過した光は、続いてクロスダイクロイックプリズム２６０に入る。

クロスダイクロイックプリズム２６０は、３枚の液晶パネル２５０，２５２，２５４から射出された３色の色光を合成する色光合成光学系としての機能を有する。クロスダイクロイックプリズム２６０には、赤光を反射する誘電体多層膜と、青光を反射する誘電体多層膜とが、４つの直角プリズムの界面に略Ｘ字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成されて、カラー画像を投写するための合成光が形成される。クロスダイクロイックプリズム２６０で生成された合成光は、投写レンズ２７０に入り、そこから投写スクリーン３００上に投写される。これにより液晶パネル２５０，２５２，２５４で表示された画像が投写スクリーン３００上に投写される。

実施形態４．
なお、上記の実施形態１，２においては、電極７５（先端電極）に印加する電圧を電極７３（根元電極）に印加する電圧よりも大きく（絶対値）する例に説明したが、その逆にしてもよい。その場合には、電極７３（根元電極）から電極７５（先端電極）への安定したグロー放電が得られる。また、イグナイタ電圧のアンバランスを発生する手段として、イグナイタトランス４ａ，４ｂに対して１個のイグナイタトランス駆動回路５を設けた例について説明したが、イグナイタトランス４ａ，４ｂにぞれぞれ対応した２個のイグナイタトランス駆動回路を設けるようにしてもよい。また、上記の実施形態３において、プロジェクタの表示パネルとして液晶パネル（ＬＣＤ）の例について説明したが、それ以外の例えばデジタルミラー等を用いてもよい。

本発明の実施形態１に係るバラストの回路図。イグナイタトランスの詳細を示した回路図。イグナイタトランスの出力波形図。イグナイタトランスの他の例の回路図。プロジェクタの光学系構成図。

符号の説明

１交流電源、２整流回路、３インバータ、４イグナイタトランス、５イグナイタトランス駆動回路、６制御部、７高圧放電ランプ、８イグナイタ回路、７１発光管、７２反射鏡、７３電極、７５電極。

Claims

反射鏡が取り付けられた高圧放電ランプの発光管に対して反射鏡が取り付けられた側に設けられた根元電極と、前記発光管に対して前記根元電極とは反対側に設けられた先端電極とに駆動電圧を供給するバラストであって、
１個の１次巻線及び２個の２次巻線を備えたイグナイタトランスを有するイグナイタ回路を備え、
前記１次巻線と前記２次巻線とが絶縁され、
一方の２次巻線の巻数を他方の２次巻線の巻数よりも大とし、且つ両者を逆極性にし、前記一方の２次巻線の出力端を大きな絶対値の電圧を印加する前記先端電極に接続し、前記他方の２次巻線の出力端を小さな絶対値の電圧を印加する前記根元電極に接続し、
点灯開始時に、高圧放電ランプの根元電極と先端電極とに逆極性の電圧を同期させて印加することを特徴とするバラスト。
反射鏡が取り付けられた高圧放電ランプの発光管に対して反射鏡が取り付けられた側に設けられた根元電極と、前記発光管に対して前記根元電極とは反対側に設けられた先端電極とに駆動電圧を供給するバラストであって、
１次巻線及び２次巻線をそれぞれ備えた２個のイグナイタトランスを有するイグナイタ回路を備え、
前記１次巻線と前記２次巻線とが絶縁され、
一方のイグナイタトランスの２次巻線の巻数を他方のイグナイタトランスの２次巻線の巻数よりも大とし、且つ両者の特性を逆極性にし、前記一方のイグナイタトランスの２次巻線の出力端を大きな絶対値の電圧を印加する前記先端電極に接続し、前記他方のイグナイタトランスの２次巻線の出力端を小さな絶対値の電圧を印加する前記根元電極に接続し、
点灯開始時に、高圧放電ランプの根元電極と先端電極とに逆極性の電圧を同期させて印加することを特徴とするバラスト。
前記イグナイタ回路は、前記先端電極に印加する電圧の絶対値が前記根元電極に印加する電圧の絶対値よりも少なくとも１ＫＶ以上高い電圧を出力することを特徴とする請求項１又は２記載のバラスト。
前記イグナイタトランスの１次巻線に、点灯開始時に励磁電流を供給するイグナイタトランス駆動回路を備えたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のバラスト。
高圧放電ランプと、
請求項１〜４の何れかに記載のバラストと、
表示パネルと、
前記高圧放電ランプからの光を前記表示パネルに導く光学手段と、
前記表示パネルに描画された画像をスクリーンに投射する投射手段と
を備えたことを特徴とするプロジェクタ。