JP5145865B2 - 高圧放電ランプ点灯装置及び高圧放電ランプの始動方法 - Google Patents

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高圧放電ランプ点灯装置及びその高圧放電ランプ点灯装置を組み込んだプロジェクタに関する。

一般的に高圧放電ランプ点灯装置にはイグナイタ回路が含まれており、ランプ始動の際に、ランプの放電を維持させるための開放電圧に加え、イグナイタ回路により、ランプを絶縁破壊させるためのイグニッションパルス（以下、「パルス電圧」と呼ぶ）が印加される。従来技術として、始動時に、イグナイタ回路のパルス電圧出力を高圧放電ランプの片方の電極に印加させるもの、極性が基準電位に対して正負対称のパルス電圧出力を高圧放電ランプの電極にそれぞれ印加するもの、あるいはイグナイタ回路の一方の極性のパルス電圧出力の絶対値が他方の極性のパルス電圧出力の絶対値よりも大きいパルス電圧を高圧放電ランプのそれぞれの電極に印加して高圧放電ランプを点灯させるものが知られている（例えば、特許文献１及び２）。

また、高圧放電ランプには始動補助電線（以下、「トリガー線」と呼ぶ）として、トリガー線の一端が一方の電極の外部導入棒に接続されるとともに、他端がもう一方の電極の封止部に巻きつけられる構成が広く知られている（例えば、特許文献３）。
特開２００３−１５１７８６号公報 特開２００６−３４４５５６号公報 特開２００４−３３５４５７号公報

ところで、特許文献２には、高圧放電ランプの点灯開始時に一方の電極に印加するパルス電圧の絶対値を他方の電極に印加するパルス電圧の絶対値よりも大きくすると始動性が改善されることが開示されているが、トリガー線使用時におけるその印加するパルス電圧の基準電位に対する極性やその電圧値の大小関係が考慮されていない。しかし、この極性や大小関係の設定によっては高圧放電ランプの点灯不良が発生することが分かってきた。

本発明は、このようなトリガー線とそれに印加される電圧の極性及び大小関係を特定し、高圧放電ランプの点灯不良の発生を防止する高圧放電ランプ点灯装置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。

本発明の第１の側面は高圧放電ランプ点灯装置である。その高圧放電ランプ点灯装置は、両端に封止部が形成された発光部（膨部）内に第１及び第２の電極が対向配置された発光管を有し、始動補助電線の一端が第１の電極の外部導入棒に接続されるとともに、他端が第２の電極の封止部に巻きつけられた高圧放電ランプを点灯する高圧放電ランプ点灯装置において、高圧放電ランプの点灯始動時に、第１及び第２の電極間に開放電圧を発生させる開放電圧発生手段、及び接地電位（基準電位）に対して極性の異なるパルス電圧を開放電圧に重畳させて第１及び第２の電極に印加するパルス電圧発生手段を備え、パルス電圧発生手段が第１の電極に正極性パルス電圧を印加するとともに第２の電極に負極性パルス電圧を印加し、且つ、正極性パルス電圧のピーク電圧の絶対値が負極性パルス電圧のピーク電圧の絶対値よりも大となるように構成したものである。

すなわち、トリガー線に正極のパルス電圧を印加することにより、負極側の電極の封止部に巻かれているトリガー線にも正極のパルス電圧が印加され、この時、ランプのバルブ外側に巻かれたトリガー線とバルブ内部にある負極側の電極の間には強い電界が発生する。バルブ内部において負極側の電極は電子を放出する役割を担うが、この電界の効果により負の電荷である前記電子の放出が促進される。また同時に他方の電極には正極のパルス電圧がかかっているため、負極側の電極から放出された電子は正極に引き寄せられ、ランプの両電極端が絶縁破壊され、ランプの点灯に至る。ここでトリガー線と負極側の電極との間の電界が強い程、すなわち両電極間に印加されるパルス電圧の電位差が大きい程、負極側電極からの電子の放出が促進される。また、電子は負の電荷であるため、トリガー線に印加される正極性のパルス電圧の絶対値が、基準電位に対して大きければ大きい程、負極側電極からの電子の放出が促進され、すなわちランプの始動性が促進される。

本発明の第２の側面はプロジェクタであり、上記の高圧放電ランプ点灯装置、高圧放電ランプ、高圧放電ランプが取り付けられた反射鏡、並びに高圧放電ランプ点灯装置及び反射鏡を内包する筐体を備えるものである。

本発明の第３の側面は高圧放電ランプの始動方法である。その始動方法は、両端に封止部が形成された発光部（膨部）内に第１及び第２の電極が対向配置された発光管を有し、始動補助電線の一端が第１の電極の外部導入棒に接続されるとともに、他端が第２の電極の封止部に巻きつけられた高圧放電ランプを、開放電圧発生手段及び接地電位に対して極性の異なるパルス電圧を開放電圧に重畳させて第１及び第２の電極に印加するパルス電圧発生手段からなる高圧放電ランプ点灯装置によって点灯開始させる始動方法において、開放電圧発生手段によって第１及び第２の電極間に開放電圧を発生させるステップ、及びパルス電圧発生手段によって、第２の電極に負極性パルス電圧を印加すると同時に、第１の電極に負極性パルス電圧のピーク電圧の絶対値よりも大きい絶対値の正極性パルス電圧を印加するステップからなる。

高圧放電ランプの両電極及びトリガー線にかかるパルス電圧の基準電位に対する極性及びその絶対値の大小関係を最適化したので、始動不良の発生を効果的に防止できる。

図１は本発明の実施形態に係る高圧放電ランプ点灯装置であり、降圧チョッパ回路２０とフルブリッジ回路３０、およびイグナイタ回路４０で構成されている。
図２はトリガー線を有する高圧放電ランプ５０の拡大図であり、高圧放電ランプ５０は反射型の光源装置であり、発光管５１は反射鏡５２の中央部で耐熱セメントを介して固着されており、トリガー線５３の一端が電極５４の外部導入棒に接続されるとともに、他端がもう一方の電極５５の封止部に巻きつけられている。また、電極５５は口金５６に接続されている。
図１のイグナイタ回路４０の正極の出力端は図２のトリガー線５３の接続されている電極５４に接続され、負極の出力端は口金５６に接続されている。

降圧チョッパ回路２０はスイッチング素子２１、ダイオード２２、インダクタ２３、コンデンサ２４で構成され、抵抗２７によりランプ電流に比例したランプ電流信号を、抵抗２６によりランプ電圧に比例したランプ電圧信号を検出し、ＰＷＭ制御回路２８により直流電源１０から供給された直流電圧を所定のランプ電力又はランプ電流に変換するように制御されている。
フルブリッジ回路３０はブリッジ制御回路３７によりトランジスタ３１及びトランジスタ３４の組とトランジスタ３２及トランジスタ３３の組とが所定の周波数で交互にオン／オフをするように制御され、降圧チョッパ回路２０の直流出力を交流電流に変換してランプに供給する。また、ブリッジ制御回路３７により各組のトランジスタのオン／オフは始動からある一定の時間は高周波駆動、それ以降は低周波駆動になるように制御されている。

ここで高圧放電ランプ５０の始動時においては、一定時間、ブリッジ制御回路３７で制御される周波数を数十ｋＨｚに高めることにより、トランジスタ３１、３４とトランジスタ３２、３３の中点に接続されたチョークコイル３５とコンデンサ３６の直列回路が共振し、チョークコイル３５のインダクタンスとコンデンサ３６の容量とブリッジ制御回路３７の周波数で決まる正弦波の周波数の高い共振電圧がチョークコイル３５およびコンデンサ３６端に発生し、コンデンサ３６に並列に接続されている高圧放電ランプ５０端にも、その高周波の共振電圧が開放電圧として印加される。

高圧放電ランプ５０を始動させるためのイグナイタ回路４０の動作は、先に説明したブリッジ制御回路３７によりブリッジ回路３０が数十ｋＨｚの高周波で動作しているコンデンサ３６端に発生する高周波の正弦波電圧を受け、イグナイタ制御回路４４の中にあるギャップがブレイクダウン電圧に達するとパルストランス１次巻線４１に電圧が印加され、これによりパルストランス２次巻線４２及び４３には、一次巻線に印加された電圧に対してパルストランス２次巻線４２及び４３の昇圧比に応じたパルス電圧が発生し、高圧放電ランプ５０に印加されるため高圧放電ランプ５０がブレイクダウンし点灯に至る。

図３はパルストランスの出力波形である。出力電圧に対する基準電位は図１の直流電源１０に接地しているＡ点である。パルストランス２次巻線４２とパルストランス２次巻線４３とでは互いに逆極性のパルス電圧を出力するようになっており、パルストランス２次巻線４３からは正極性のパルス電圧、パルストランス２次巻線４２からは負極性のパルス電圧が出力される。

また、パルストランス２次巻線４３の巻数＞パルストランス２次巻線４２の巻数であり、イグナイタ制御回路４４ではパルストランス２次巻線４３に正極のパルス電圧が出力するように制御されており、正極のパルス電圧の絶対値が負極のパルス電圧の絶対値よりも大になるようになっている。そして、パルストランス２次巻線４２の出力は図２の高圧放電ランプ５０の口金５６に供給され口金５６に接続されている電極５５に負極のパルス電圧が印加され、パルストランス２次巻線４３の出力は電極５４及びトリガー線５３に供給され正極のパルス電圧が印加される。

以上のように本実施形態では、トリガー線５３の一端が電極５4の外部導入棒に接続されており、電極５４に正極のパルス電圧が印加することにより、電極５５の封止部に巻きつけられているトリガー線５３の他端にも正極の電圧が印加し、この時、ランプのバルブ外側に巻かれたトリガー線５３とバルブ内部にある電極５５の間には強い電界が発生する。バルブ内部において電極５５は電子を放出する役割を担うが、この電界の効果により負の電荷である電子の放出が促進される。また同時に電極５４には正極の電圧がかかっているため、電極５５から放出された電子は正極に引き寄せられ、ランプの両電極端が絶縁破壊されランプの点灯に至る。ここでトリガー線５３と電極５５との間の電界が強い程、すなわち両電極間に印加されるパルス電圧が高い程、電極５５からの電子の放出が促進される。また、電子は負の電荷であるため、トリガー線５３に印加される正極性のパルス電圧の絶対値が、基準電位に対して大きければ大きい程、電極５５からの電子の放出が促進され、すなわちランプの始動性が促進する。

図４に上記の高圧放電ランプ点灯装置を用いたアプリケーションとしてのプロジェクタを示す。図４において、６１は上記で説明した高圧放電ランプ点灯装置、６２は高圧放電ランプ点灯装置６１及び高圧放電ランプ５０を内蔵する筐体である。なお、図は実施例を模擬的に図示したものであり、寸法、配置などは図面通りではない。そして、図示されない映像系の部材等を筐体６２内に適宜配置してプロジェクタが構成される。これにより、始動性の良いプロジェクタを得ることができる。

なお、上記実施例においては、開放電圧を発生する手段として降圧チョッパ回路２０及びフルブリッジ回路３０を用い、パルス電圧を発生する手段としてイグナイタ回路４０を用いる構成を図１に示す態様で開示したが、当業者であれば分かるように、本発明を実現する回路構成はこれに限られない。即ち、ランプ始動時に、ランプ両端に数百Ｖ以上の開放電圧を印加することができ、その開放電圧に正負両極性のパルス電圧を重畳・印加することができ、そのパルス電圧の絶対値を設定可能なものであれば、他の回路構成であってもよい。

本発明は、主にプロジェクタやプロジェクションＴＶ、映写機などの光源装置に使用される。

本発明の実施形態に係る高圧放電ランプ装置の回路図である。 図１の高圧放電ランプ５０の拡大図である。 高圧放電ランプに印加されるパルス電圧の図である。 本発明のプロジェクタを示す図である。

符号の説明

１０：直流電源
２０：高圧チョッパ回路
２１，３１，３２，３３，３４：トランジスタ
２２，：ダイオード
２３，３５：チョークコイル
２４，３６，：コンデンサ
２５，２６，２７，：抵抗
２８：ＰＷＭ制御回路
３０：フルブリッジ回路
３７：ブリッジ制御回路
４０：イグナイタ回路
４１，４２，４３：パルストランス
４４：イグナイタ製御回路
５０：高圧放電ランプ
５１：発光管
５２：反射鏡
５３：トリガー線
５４，５５：電極
５６：口金
６１．高圧放電ランプ点灯装置
６２．筐体

Claims (3)

1. 両端に封止部が形成された発光部（膨部）内に第１及び第２の電極が対向配置された発光管を有し、始動補助電線の一端が該第１の電極の外部導入棒に接続されるとともに、他端が該第２の電極の封止部に巻きつけられた高圧放電ランプを点灯する高圧放電ランプ点灯装置であって、
   該高圧放電ランプの点灯始動時に、該第１及び第２の電極間に開放電圧を発生させる開放電圧発生手段、及び接地電位に対して極性の異なるパルス電圧を該開放電圧に重畳させて該第１及び第２の電極に印加するパルス電圧発生手段を備え、
   該パルス電圧発生手段が該第１の電極に正極性パルス電圧を印加するとともに該第２の電極に負極性パルス電圧を印加し、且つ、該正極性パルス電圧のピーク電圧の絶対値が該負極性パルス電圧のピーク電圧の絶対値よりも大となるように構成された高圧放電ランプ点灯装置。
2. 請求項１に記載の高圧放電ランプ点灯装置、高圧放電ランプ、該高圧放電ランプが取り付けられた反射鏡、並びに該高圧放電ランプ点灯装置及び該反射鏡を内包する筐体を備えたプロジェクタ。
3. 両端に封止部が形成された発光部（膨部）内に第１及び第２の電極が対向配置された発光管を有し、始動補助電線の一端が該第１の電極の外部導入棒に接続されるとともに、他端が該第２の電極の封止部に巻きつけられた高圧放電ランプを、開放電圧発生手段及び接地電位に対して極性の異なるパルス電圧を該開放電圧に重畳させて該第１及び第２の電極に印加するパルス電圧発生手段からなる高圧放電ランプ点灯装置によって点灯開始させる始動方法であって、
   該開放電圧発生手段によって該第１及び第２の電極間に開放電圧を発生させるステップ、及び
   該パルス電圧発生手段によって、該第２の電極に負極性パルス電圧を印加すると同時に、該第１の電極に該負極性パルス電圧のピーク電圧の絶対値よりも大きい絶対値の正極性パルス電圧を印加するステップ
   からなる始動方法。

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