JP4802906B2 - 放電灯点灯装置及びプロジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、例えば、水銀ランプ、メタルハライドランプ等の高圧放電灯を点灯させるのに適した放電灯点灯装置、及びそれを用いたプロジェクタに関するものである。

図１０は従来のスイッチング回路の制御系を示すブロック図である。スイッチング回路１０から負荷１１への出力を検出した検出値１をマイコン１２などの演算回路に入力し、制御目標となる出力を決定する。マイコン１２の出力をＤ／Ａ変換回路１３に入力し、そのＤ／Ａ変換回路１３の出力値とスイッチング回路１０より検出した検出値２を比較回路１４にて比較し、その結果をドライブ回路１５に伝達してスイッチング回路１０のスイッチング動作を決定する。マイコン１２の出力はデジタル出力であり、Ｄ／Ａ変換回路１３によりデジタル出力をアナログ出力に変換している。Ｄ／Ａ変換回路１３には例えば図１１のような抵抗ラダー回路などが用いられる。図示された例では、マイコン１２は８ビットのデジタル値を出力しており、抵抗Ｒａ〜Ｒｑの分圧回路によりアナログ電圧Ｖｘに変換して出力される。

図１２にＤ／Ａ変換回路の入出力の関係を示す。マイコンのデジタル出力より得られるＤ／Ａ変換回路の出力はマイコンのデジタル出力に応じて階段状に変化し、理想の出力線との誤差が発生する。その誤差がスイッチング回路の出力の誤差を生じさせる。放電灯点灯装置ではスイッチング回路の出力の誤差は負荷である放電灯の光の誤差となる。また、Ｄ／Ａ変換回路の出力の階段状の段上がり部分では光の変動が急激になるため、光がちらついて見える要因ともなる。この誤差を低減する従来の手段としては、マイコンからの出力ポート数を増やして階段状の出力を細分化する手段などがある。

特許文献１にはマイコンなどのデジタル演算回路の出力をＤ／Ａ変換して得た制御電圧により放電灯の光出力を制御する放電灯点灯装置において、制御電圧の分解能を向上させる技術が開示されている。これは放電灯の光出力が小さくなる低出力時において、最大値付近となるように整数倍した大きなデジタル値を出力し、Ｄ／Ａ変換した後の制御電圧を整数分の１に減衰させることで低出力時の制御電圧の分解能を高める技術である。
特許第２９３７７６０号公報

特許文献１の手段では、低出力時には制御電圧の分解能を高めることが出来るが、高出力時には制御電圧の分解能を高めることはできない。また、マイコンからの出力ポート数を増やして階段状の出力を細分化するような手段では、マイコンの大型化やコストアップ、またマイコンに付帯する抵抗などの回路部品数の増加による回路装置の大型化やコストアップになってしまう。

本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、Ｄ／Ａ変換回路の出力によりスイッチング素子のオン期間を制御されるスイッチング回路の出力の誤差を少なくして出力精度を上げ、また安定した出力を得られる、小型で安価な放電灯点灯装置を提供することを課題とする。

請求項１の発明は、上記の課題を解決するために、図１に示すように、デジタル出力をＤ／Ａ変換回路１３へ入力し、そのＤ／Ａ変換回路１３の出力をもってスイッチング素子Ｑ１のオン期間とし、図２に示すように、スイッチング素子Ｑ１の動作周期Ｔをあらかじめ定めることでスイッチング素子Ｑ１のオフ期間を定めるスイッチング回路にて放電灯Ｌａへ電力を供給する放電灯点灯装置において、少なくともデジタル出力が一定である期間中にスイッチング素子Ｑ１の動作周期Ｔを変化させるようにしたことを特徴とする。

請求項２の発明は、上記の課題を解決するために、図１に示すように、放電灯Ｌａの点灯状態の電気量を検出する検出回路と、検出回路の検出値が所定の範囲内では一定のデジタル値を出力するマイコン１２を含む演算回路と、マイコン１２からのデジタル出力をＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換回路１３と、Ｄ／Ａ変換回路１３の出力に応じたオン期間でスイッチングするスイッチング素子Ｑ１を備え、あらかじめ定めたスイッチング素子Ｑ１の動作周期Ｔに対するオン期間の割合で放電灯Ｌａへの電力を制御する放電灯点灯装置において、少なくともデジタル出力が一定である期間中に上記検出値の変化に応じた放電灯Ｌａの電力の変化を抑制する方向にスイッチング素子Ｑ１の動作周期Ｔを変化させることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２において、放電灯Ｌａの点灯状態の電気量はランプ電圧値あるいはこれに相当する値であって、少なくともデジタル出力が一定である期間中に上記電気量が増加した場合、図４〜図６に示すように、スイッチング素子Ｑ１の動作周期Ｔを長くするように制御することを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項３において、上記電気量が増加することによりデジタル出力が変化した場合、図７〜図８に示すように、スイッチング素子Ｑ１の動作周期Ｔを短くするように制御することを特徴とする。

請求項５の発明は、図９に示すように、請求項１〜４のいずれかに記載の放電灯点灯装置４０を備えることを特徴とするプロジェクタ３０である。

請求項１〜３の発明によれば、回路装置の大型化やコストアップになることがなく、スイッチング回路の動作周期を長くするだけでスイッチング回路出力の誤差を小さくできる。更には変動が少なく安定したスイッチング回路出力を得ることができるので、安定した放電灯の光を得ることができる。

請求項４の発明によれば、回路装置の大型化やコストアップになることがなく、スイッチング回路の動作周期を短くするだけでスイッチング回路出力の急激な変化を低減できる。それゆえ安定した放電灯の光を得ることができる。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１を示す回路図である。直流電源Ｅから供給される電圧をスイッチング素子Ｑ１、ダイオードＤ１、チョークコイルＬ１からなるチョッパ回路で制御し、その制御されたチョッパ出力電圧をコンデンサＣ１で平滑して、放電灯Ｌａに印加するものである。チョッパ出力電圧は放電灯Ｌａの電極間電圧であるランプ電圧に依存し、このランプ電圧は経時変化による電極磨耗などにより変化するため、ランプ電圧の変化に関係なく放電灯Ｌａに一定のチョッパ出力電力を供給するようにチョッパ回路を制御するものである。

チョッパ回路の制御系を以下に説明する。まず、スイッチング素子Ｑ１があらかじめ決められた周期でオンする。この周期は、チョッパ出力電圧によって変化させる制御法やチョッパ出力電圧に関係なく一定とする制御法などがあるが、本発明はすべてに適用でき、実施の形態１〜３はスイッチング周期をあらかじめ決められた時間とする場合を前提とする。

チョッパ出力電流とその検出値Ｉｌａの動作波形を図２に示す。スイッチング素子Ｑ１がオンすると、チョッパ出力電流がスイッチング素子Ｑ１、チョークコイルＬ１、コンデンサＣ１に流れ、このチョッパ出力電流を検出した検出値Ｉｌａを比較回路１４に入力する。一方、コンデンサＣ１の両端電圧であるチョッパ出力電圧を抵抗分圧などで検出し、その検出値Ｖｌａをマイコン１２に入力する。Ｖｌａの値によりマイコン１２の内部で決定されたデジタル出力をＤ／Ａ変換回路１３に入力し、アナログ値に変換されたＤ／Ａ変換回路１３の出力Ｖｘを比較回路１４に入力する。比較回路１４内でＩｌａとＶｘを比較し、ＩｌａがＶｘよりも大きくなるとドライブ回路１５を介してスイッチング素子Ｑ１をオフさせる。スイッチング素子Ｑ１がオフすると、チョッパ出力電流は時間の経過とともに徐々に下がり始める。

理想のチョッパ出力電力に対する任意のチョッパ出力電圧でのチョッパ出力電流ピーク値Ｉｐは、直流電源Ｅ、チョークコイルＬ１のインダクタンス、チョッパ出力電圧、チョッパ出力電力、スイッチング素子Ｑ１のオン周期Ｔにより決定される。そのチョッパ出力電流ピーク値Ｉｐを算出し、その算出値と検出抵抗Ｒ１および電流検出回路の定数から決まる値をチョッパ出力電流ピーク値Ｉｐの検出値Ｉｌａのしきい値とし、Ｄ／Ａ変換回路の出力Ｖｘがそのしきい値になるようにマイコン１２からＤ／Ａ変換回路１３への入力値をあらかじめ設定する。

図３に従来のＤ／Ａ変換回路１３の出力電圧とチョッパ出力電力の関係を示す。横軸はチョッパ出力電圧である。チョッパ出力電圧に対するＩｌａしきい値の理想線は直線あるいは曲線になるが、Ｄ／Ａ変換回路１３の出力Ｖｘはチョッパ出力電圧の変化に対して階段状に変化するため、理想線との誤差が発生する。その誤差がチョッパ出力電力の理想線との誤差ΔＷ１を発生させてしまう。

図４に実施の形態１でのチョッパ出力電流波形とチョッパ出力電力を示す。単位時間あたりのチョッパ出力電力は、直流電源Ｅ、チョークコイルＬ１のインダクタンス、チョッパ出力電圧、スイッチング素子Ｑ１のオン周期Ｔにより決定されるので、直流電源Ｅ、チョークコイルＬ１のインダクタンス、チョッパ出力電圧が同じであれば、周期ＴをＴ’（＞Ｔ）へと長くするとチョッパ出力電力は低くなる。

図５にデジタル出力が一定である期間中のチョッパ出力電圧の増加に対してスイッチング素子Ｑ１のオン周期Ｔを長くした実施の形態１でのチョッパ出力電力の変化を示す。図３に示すチョッパ出力電力の理想との誤差ΔＷ１が発生している場合において、図５に示すように、デジタル出力が一定である期間中のチョッパ出力電圧の増加に対してスイッチング素子Ｑ１のオン周期Ｔを長くすることで、チョッパ出力電力は低くなるから、ΔＷ１＞ΔＷ２となり、誤差を低減することができる。

（実施の形態２）
実施の形態２について以下に説明する。実施の形態１では、デジタル出力が一定である期間中のチョッパ出力電圧の増加に対してスイッチング素子Ｑ１のオン周期Ｔを１段階だけ長くしたが、図６に示すように、デジタル出力が一定である期間中のチョッパ出力電圧の増加に対してスイッチング素子Ｑ１のオン周期Ｔを複数段階にわたって長くすることで、更に安定したチョッパ出力電力を得ることができる。

図６にデジタル出力が一定である期間中のチョッパ出力電圧の増加に対してスイッチング素子Ｑ１のオン周期Ｔを複数段階に細分化して長くして行く実施の形態２でのチョッパ出力電力の変化を示す。図５に比べると、チョッパ出力電力の理想との誤差は更に小さくなり、実施の形態１でのチョッパ出力電力の理想との誤差ΔＷ２よりも、実施の形態２でのチョッパ出力電力の理想との誤差ΔＷ３のほうが小さく、ΔＷ２＞ΔＷ３となり、更に理想のチョッパ出力電力に近づいた安定したチョッパ出力電力を得ることができる。

（実施の形態３）
実施の形態３について以下に説明する。図７に実施の形態３でのチョッパ出力電流波形とチョッパ出力電力を示す。単位時間あたりのチョッパ出力電力は、直流電源Ｅ、チョークコイルＬ１のインダクタンス、チョッパ出力電圧、スイッチング素子Ｑ１の周期Ｔにより決定されるので、直流電源Ｅ、チョークコイルＬ１のインダクタンス、チョッパ出力電圧が同じであれば、周期ＴをＴ”（＜Ｔ）へと短くするとチョッパ出力電力は高くなる。

図３のようにスイッチング周期を固定とする方式では、Ｄ／Ａ変換回路の出力Ｖｘが変化したときにチョッパ出力電力は急激に変化するため、チョッパ出力電力の理想との誤差ΔＷ１が瞬時に出力の変化として発生してしまう。そのためランプの光も同様に急激に変化し、不安定な光出力となってしまう。

図８にチョッパ出力電圧に対しスイッチング周期を変化させた実施の形態３でのチョッパ出力電力を示す。チョッパ出力電圧が増加してＤ／Ａ変換回路の出力Ｖｘが低く変化するときにスイッチング素子Ｑ１のオン周期を短くすることで、チョッパ出力電力をＤ／Ａ変換回路の出力Ｖｘが低く変化する直前の値近傍まで高くする。その後、チョッパ出力電圧の増加に対して複数段階的にもとのオン周期まで戻し、更にもとのオン周期よりも複数段階的にオン周期を長くするように制御することで、急激なチョッパ出力電力の変化を抑制することができ、安定したチョッパ出力電力が得られ、安定した光出力を得ることができる。

（実施の形態４）
実施の形態４について以下に説明する。上述の各実施の形態の放電灯点灯装置はプロジェクタの光源である高圧放電灯の点灯に用いられる。図９はプロジェクタの内部構成を示す概略図である。図中、３１は投光窓、３２は電源部、３３ａ、３３ｂ、３３ｃは冷却用ファン、３４は外部信号入力部、３５は光学系、３６はメイン制御基板、４０は放電灯点灯装置、Ｌａは放電灯である。破線で示した枠内にメイン制御基板が実装されている。光学系３５の途中には、放電灯Ｌａからの光を透過または反射する画像表示手段（透過型液晶表示板または反射型画像表示素子）が設けられており、この画像表示手段を介する透過光または反射光をスクリーンに投射するように光学系３５が設計されている。このように、放電灯点灯装置４０は放電灯Ｌａと共にプロジェクタ３０の内部に実装されている。本発明の放電灯点灯装置を採用することにより、従来よりも小型で安価な構成で放電灯の光出力の精度や安定度を改善できる。

本発明の実施の形態１〜３の回路図である。 図１の回路におけるチョッパ出力電流とその検出値を示す波形図である。 従来のＤ／Ａ変換回路の出力とチョッパ出力電力を示す説明図である。 実施の形態１，２におけるオン周期とチョッパ出力電力の変化を示す説明図である。 実施の形態１でのオン周期の制御とチョッパ出力電力の変化を示す説明図である。 実施の形態２でのオン周期の制御とチョッパ出力電力の変化を示す説明図である。 実施の形態３におけるオン周期とチョッパ出力電力の変化を示す説明図である。 実施の形態３でのオン周期の制御とチョッパ出力電力の変化を示す説明図である。 本発明の実施の形態４のプロジェクタの構成図である。 従来のスイッチング回路とその制御系を示すブロック図である。 従来のＤ／Ａ変換回路の一例を示す回路図である。 従来のＤ／Ａ変換回路の出力特性を示す説明図である。

符号の説明

Ｅ 直流電源
Ｑ１ スイッチング素子
Ｄ１ ダイオード
Ｃ１ コンデンサ
Ｌ１ チョークコイル
Ｒ１ 検出抵抗
Ｌａ 放電灯
１２ マイコン
１３ Ｄ／Ａ変換回路
Ｉｌａ チョッパ出力電流の検出値
Ｖｌａ チョッパ出力電圧の検出値
Ｖｘ Ｄ／Ａ変換回路の出力電圧

Claims (5)

1. デジタル出力をＤ／Ａ変換回路へ入力し、そのＤ／Ａ変換回路の出力をもってスイッチング素子のオン期間とし、スイッチング素子の動作周期をあらかじめ定めることでスイッチング素子のオフ期間を定めるスイッチング回路にて放電灯へ電力を供給する放電灯点灯装置において、少なくともデジタル出力が一定である期間中にスイッチング素子の動作周期を変化させるようにしたことを特徴とする放電灯点灯装置。
2. 放電灯の点灯状態の電気量を検出する検出回路と、検出回路の検出値が所定の範囲内では一定のデジタル値を出力するマイコンを含む演算回路と、マイコンからのデジタル出力をＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換回路と、Ｄ／Ａ変換回路の出力に応じたオン期間でスイッチングするスイッチング素子を備え、あらかじめ定めたスイッチング素子の動作周期に対するオン期間の割合で放電灯への電力を制御する放電灯点灯装置において、少なくともデジタル出力が一定である期間中に上記検出値の変化に応じた放電灯の電力の変化を抑制する方向にスイッチング素子の動作周期を変化させることを特徴とする放電灯点灯装置。
3. 請求項２において、放電灯の点灯状態の電気量はランプ電圧値あるいはこれに相当する値であって、少なくともデジタル出力が一定である期間中に上記電気量が増加した場合、スイッチング素子の動作周期を長くするように制御することを特徴とする放電灯点灯装置。
4. 請求項３において、上記電気量が増加することによりデジタル出力が変化した場合、スイッチング素子の動作周期を短くするように制御することを特徴とする放電灯点灯装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の放電灯点灯装置を備えることを特徴とするプロジェクタ。

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