JP5505640B2

JP5505640B2 - キセノンランプ給電装置

Info

Publication number: JP5505640B2
Application number: JP2010162352A
Authority: JP
Inventors: 俊一鈴木; 洋一河野; 健剛大西
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2010-07-17
Filing date: 2010-07-17
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2030-07-17
Also published as: JP2012022999A

Description

この発明は、キセノンランプ用給電装置に関する。特に、ディジタルシネマに使うキセノンランプ用給電装置に関する。

昨今、映画に用いられるコンテンツは、従来のアナログであるフィルム画像データからディジタル画像データに変わりつつある。この変化に対応して、ディジタル映写機はコンピューター化され、映写機の光源であるキセノンランプへの要求も、よりコンパクト、より明るい、より効率的であることが期待されつつある。

このような要求を満足するために、キセノンランプの製造現場においても、ランプ構成部品や組み立て方法に改良が加えられつつある。一方、キセノンランプ給電装置においても、小型・軽量・高効率のためスイッチングレギュレータを採用することはもちろん、映写機とのコミュニケーションをとるためにマイクロコンピュータの搭載は必須になってきている。

このような背景のもと、ディジタル映写機用のキセノンランプは、従来のアナログ映写機では見られなかった不具合が発生しつつある。その一つに、正常点灯に移行することができない点灯始動ミスの発生である。具体的には、点灯始動時の短時間においては放電するものの、その後、正常点灯に移行することができないという問題であり高頻度で発生している。

また、放電ランプ、特に水銀ランプにあっては点灯始動時の安定性を目的とした先行文献は存在する。例えば、引用文献１には、点灯始動時において放電ランプがアーク放電に移行するまでは電流値を第一の制限値に抑えるとともに、その後に当該制限値を変更させる技術が開示されている。これは、水銀ランプの場合は、絶縁破壊させた後に、まずはグロー放電状態、その後にアーク放電状態という異なる放電状態をとるため、そのような放電状態の変化に対応して適切な制御を施すものである。特に、水銀ランプは点灯前に液体あるいは固体であった水銀が、ランプ点灯に伴い蒸気化するなど放電空間内においてガス圧力の大きな変化が生じる。一方、キセノンランプは、水銀ランプのような放電状態の変化を経るものではなく、通常は、絶縁破壊後ほとんど直後にアーク放電状態に移行してしまう。従って、キセノンランプの点灯始動時における制御は、水銀ランプの制御とは異なるものであり、同一の制御方法を単純に採用できるというものでもない。

また、特許文献２には、高画質な映像を提供できることからディジタルシネマ用のプロジェクタ装置用光源として、ショートアーク型のキセノンランプを使用することが記載されている。しかし、これには点灯始動時において短時間の放電はするものの、正常点灯に移行することができないという問題については開示も示唆もされていない。

特開２００３−３４７０７９号公報特開平２００９−５４４６３号公報

本発明の目的は、点灯始動に失敗にすることなく良好に安定点灯に移行することのできるディジタルシネマ映写機用のキセノンランプ給電装置を提供することである。

本発明は、上記の課題を解決するために、次のような手段を採用した。
第１の手段は、常温で７〜２０気圧であり、かつ、定格電力値が１．２〜８．０ＫＷのディジタルシネマ映写機用のキセノンランプを点灯させるためのキセノンランプ給電装置において、１０ＫＨｚ以上の高周波電圧を整流・平滑した主エネルギーを前記キセノンランプに供給するための主回路部と、前記主エネルギーを検出して前記主回路部にフィードバック制御する制御部と、前記キセノンランプを点灯始動時に絶縁破壊させる起動器と、前記点灯開始時において、ランプ電流が前記キセノンランプの定格点灯電流値の７０％に到達するまでの時間を０．５ｍ秒より長くなるよう制御する始動制御部と、を備えたことを特徴とするキセノンランプ用給電装置である。
第２の手段は、第１の手段において、前記始動制御部は、前記キセノンランプのランプ電流は、定格点灯電流値の７０％に到達した後、ピーク電流値に到達するまでの時間は７．０ｍ秒以内であることを特徴とするキセノンランプ用給電装置である。

本発明によれば、点灯開始時において、ランプ電流がキセノンランプの定格点灯電流値の７０％に到達するまでの時間を０．５ｍ秒より長くなるように制御する始動制御部を設けたことにより、ディジタルシネマ映写機用のキセノンランプを点灯始動に失敗にすることなく良好に安定点灯に移行させることができる。

本発明の一実施形態に係るキセノンランプ給電装置の回路構成を示す図である。図１に示したキセノンランプ給電装置における点灯始動時におけるランプ電圧とランプ電流の変化を示す図である。参考例に係るキセノンランプ給電装置の回路構成を示す図である。図３に示したキセノンランプ給電装置における点灯始動時におけるランプ電圧とランプ電流の変化を示す図である。定格電力（１２００〜８０００Ｗ）が異なる複数のキセノンランプの一覧を示す図である。

本発明の一実施形態を図１〜図５を用いて説明する。
図１は、本実施形態に係るキセノンランプ給電装置の回路構成を示す図である。
同図に示すように、当該キセノンランプ給電装置は、大きく分けて、主回路部１、制御部２、及び始動制御部３より構成される。

主回路部１は、直流電源Ｅに、半導体スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２及びトランスＴ１よりなるインバータ回路が接続され、１０ｋＨｚ以上の高周波電圧が出力される。トランスＴ１の二次側巻線Ｍ１にダイオードＤ１、抵抗Ｒ１よりなる高電圧重畳回路が接続され、その出力側にコンデンサＣ１が接続される。トランスＴ１のもう一方の二次側巻線Ｍ２には整流素子としてダイオードブリッジＤ２が接続され、その出力側に平滑素子としてコイルＬとコンデンサＣ１が接続される。コンデンサＣ１の出力は始動制御部３、起動器４を介してキセノンランプ５に供給される。

制御部２は、キセノンランプ５と直列に接続された電流検出素子１１の電流信号を受信する比較器２１、基準電流信号を発生する基準電源２２、比較器２１の出力を受けてスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２のパルス幅を調整するパルス幅変調回路２３、パルス幅変調回路２３を駆動する発振器２４、パルス幅変調回路２３の出力を受けてスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２を駆動するドライブ回路２５より構成される。

始動制御部３は、電流増幅素子Ｔｒ１、電流検出素子３１、起動器４の起動と同時に充電を開始する充電器３２、充電器３２の充電電圧を基準電圧として電流検出素子３１の電流値と比較制御する誤差増幅器３３、誤差増幅器３３の出力を受けて電流増幅素子Ｔｒ１を駆動するドライブ回路３４、及びキセノンランプ５が安定点灯に移行した後に電流増幅素子Ｔｒ１を飽和状態に保つ飽和回路３５より構成される。

次に、当該キセノンランプ給電装置の回路動作を図１を用いて説明する。
同図において、起動器４が動作すると、キセノンランプ５は絶縁破壊し、同時にコンデンサＣ１の充電電圧による充電電流がキセノンランプ５に流れ始める。これは、電源Ｅが主回路部１に供給されると、制御部２により主回路部１のＳＷ１、ＳＷ２が動作することにより、絶縁破壊後にキセノンランプ５を安定状態に導くための電圧がコンデンサＣ１に予め充電されているためである。

キセノンランプ５が安定点灯に移行すると、以後は、電流検出素子１１の検出信号に基づいて制御部２によりいわゆるフィードバック制御が行なわれる。なお、点灯始動時の始動制御部３による動作は後述する。

本発明は、点灯開始初期の挙動に着目して、始動制御部３を設けることにより、起動器４の始動からキセノンランプ５に流れる電流が定格電流値の７０％に到達するまでの時間を、従来約１５０〜２００μ秒であったものを、３倍以上の５００μ秒（０．５ｍ秒）にしたことを特徴とする。これにより、従来度々発生していた点灯始動時にキセノンランプが点灯しないという問題を解消しようとするものである。

図２は、本実施形態に係るキセノンランプ給電装置の点灯始動時におけるランプ電圧とランプ電流の変化を示す図である。
図２（ａ）は、縦軸にランプ電圧、横軸に経過時間を示し、図２（ｂ）は、縦軸にランプ電流、横軸に経過時間を示す。
これらの図において、Ｉｐはランプ電流のピーク値を示し、Ｉｃは定格電流値を示す。期間Ｔａはキセノンランプ５が絶縁破壊した後に、グロー放電している期間を示し、この間、ランプ電圧は急激に減少しランプ電流は上昇している。期間Ｔｂはアーク放電の期間であるが、電極の温度が低く、ランプ電圧はいぜん高い状態にある。

当該キセノンランプ給電装置は、図２（ｂ）に示すように、キセノンランプ５に流れるランプ電流が定格電流値Ｉｃの７０％に到達する時間は約０．６ｍ秒である。つまり、当該キセノンランプ給電装置は、絶縁破壊後の期間Ｔｂにおいて、必要最小限のランプ電流により陰極先端を効率的に加熱し、始動後０．５ｍ秒以上（０．５〜１．０ｍ秒の間）に、ランプ電流を増やし続けることで、熱陰極による正常なアーク放電期間Ｔｃへの確実な移行を可能とするものである。
つまり、当該キセノンランプ給電装置は、キセノンランプ５の始動後（起動器４による絶縁破壊後）、ランプ電流が定格値の７０％に到達する時間を長めに保持することである。具体的には、内圧が７〜２０気圧のキセノンショートアークランプ５において、０．５ｍ秒以上かけてランプ電流を定格電流の７０％に到達させる。

次に、ランプ始動後に、ランプ電流が定格値の７０％に到達する時間を０．５ｍ秒以上に保持させるための始動制御部３の動作を図１に基づいて説明する。
起動器４が作動すると同時に、始動制御部３の充電器３２のスイッチＳＷ３を瞬時に閉成してコンデンサＣ２の電荷を放電し、再度充電できる状態にする。このとき、キセノンランプ５の放電は開始しており、誤差増幅器３３は、起動後、ランプ電流が定格電流の７０％に到達する時間が０．５ｍｓ以上となるように、電流検出素子３１の検出値と、充電器３２の基準電源電圧Ｖｃｃ、抵抗Ｒ２、コンデンサＣ２の値により決定されたＣＲ時定数の充電信号である基準値と比較する。すなわち、誤差増幅器３３の出力は、ドライブ回路３４を介して電流増幅素子Ｔｒ１を駆動し、電流検出素子３１の検出値が充電器３２の充電信号である基準値と等しくなるように制御する。その結果、ランプ電流は、充電器３２に設定された充電特性に近似した立ち上がり特性をもって制御されることになる。より詳細には、キセノンランプ５のランプ電流は、定格電流の７０％に到達した後、ピーク電流Ｉｐに到達するまでの時間は７．０ｍ秒以内となるように設定する。このように設定することにより、より確実に始動開始から定常点灯に移行させることができる。

なお、始動制御部３は、飽和回路３５のタイマー３５１により、キセノンランプ５が明らかに安定点灯に移行するであろう所定時間（例えば、１ｍ秒）を経過したときには、始動制御回路３の電流増幅素子Ｔｒ１に流れる電流を最大化するように動作させる。つまり、タイマー３５１によって、前記所定時間経過後にスイッチＳＷ４をアース側に切替え、誤差増幅器３３の出力を最大化し、電流増幅素子Ｔｒ１を飽和させることにより電流増幅素子Ｔｒ１を限りなく短絡状態に近づけるように制御する。

次に、図１に示した本実施形態に係るキセノンランプ給電装置と、図３に示した始動制御部を備えていない参考例に係るキセノンランプ給電装置とを対比して説明する。
図４は、参考例に係るキセノンランプ給電装置の点灯始動時におけるランプ電圧とランプ電流の変化を示す図であり、図４（ａ）は、縦軸にランプ電圧、横軸に経過時間を示し、図４（ｂ）、縦軸にランプ電流、横軸に経過時間を示す。

図３に示すキセノンランプ給電装置においては、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、起動器４が作動すると、キセノンランプ５内の陽極と陰極が一瞬のうちに絶縁破壊して放電を開始する。起動後にランプ電流が定格値の７０％に到達する時間は約１５０μ秒であり、その４００μ秒後にはピーク電流Ｉｐに到達している。しかし、定格電圧Ｖｃより２０〜４０％高い電圧で約１ｍ秒継続し、その間、電流値は電源からの供給能力を超えてしまい、定格電流の５０％も供給できることなく最終的には放電は継続されることなく消灯してしまう。

それに対して、図１に示した本実施形態に係るキセノンランプ給電装置においては、始動制御部３を備えていることにより、始動制御部３を備えていない参考例に係るキセノンランプ給電装置が、起動器４が作動すると主回路部１から供給される重畳エネルギーと主回路部１の帰還遅れによるオーバーシュートするエネルギーにより始動初期のランプ電流が決まっていたのに対して、始動時におけるランプ電流を適正な始動時ランプ電流特性を経て定常点灯に移行させることができる。

次に、図１に示した本実施形態に係るキセノンランプ給電装置と、図３に示した参考例に係るキセノンランプ給電装置との対比実験について説明する。
図５は、定格電力（１２００〜８０００Ｗ）が異なる複数のディジタルシネマ映写機用のキセノンランプの一覧表を示す図である。
実験例１として、図５に示すキセノンランプ１〜１２について、図１に示した本実施形態に係るキセノンランプ給電装置を適用して、点灯開始時に放電電流が定格電流値の７０％に到達するまでの時間が０．５ｍ秒より長い場合と、実験例２として、図３に示す参考例に係るキセノンランプ給電装置を適用して、点灯開始時に放電電流が定格電流値の７０％に到達するまでの時間が０．１５ｍ秒程度の場合について、それぞれ数回ずつ点灯始動性を確認した。

その結果、実験例１の場合は、キセノンランプ１〜１２のいずれもが１００％の確率で良好に点灯始動させることができたのに対し、実験例２の場合は、キセノンランプ１〜１２のいずれの場合であっても５０％以下の確率でしか定常点灯に移行することができなかった。これらの実験結果から、図１に示した本実施形態に係るキセノンランプ給電装置の始動制御部３が点灯開始から定常点灯への移行に有効に機能していることが分かる。

なお、本実施形態に係るキセノンランプ給電装置において、始動制御部３として、低周波コイルを用いることも考えられる。

１主回路部
１１電流検出素子
２制御部
２１比較器
２２基準電源
２３パルス幅変調回路
２４発振器
２５ドライブ回路
３始動制御部
３１電流検出素子
３２充電器
３３誤差増幅器
３４ドライブ回路
３５飽和回路
３５１タイマー
４起動器
５キセノンランプ
Ｅ直流電源
ＳＷ１、ＳＷ２半導体スイッチング素子
Ｔ１トランス
Ｍ１、Ｍ２二次側巻線
Ｄ１ダイオード
Ｒ１抵抗
Ｃ１コンデンサ
Ｄ２ダイオードブリッジ
Ｌコイル
Ｔｒ１電流増幅素子
ＳＷ３、ＳＷ４スイッチ
Ｖｃｃ基準電源電圧
Ｒ２抵抗
Ｃ２コンデンサ

Claims

常温で７〜２０気圧であり、かつ、定格電力値が１．２〜８．０ＫＷのディジタルシネマ映写機用のキセノンランプを点灯させるためのキセノンランプ給電装置において、
１０ＫＨｚ以上の高周波電圧を整流・平滑した主エネルギーを前記キセノンランプに供給するための主回路部と、
前記主エネルギーを検出して前記主回路部にフィードバック制御する制御部と、
前記キセノンランプを点灯始動時に絶縁破壊させる起動器と、
前記点灯開始時において、ランプ電流が前記キセノンランプの定格点灯電流値の７０％に到達するまでの時間を０．５ｍ秒より長くなるよう制御する始動制御部と、
を備えたことを特徴とするキセノンランプ用給電装置。
前記始動制御部は、前記キセノンランプのランプ電流は、定格点灯電流値の７０％に到達した後、ピーク電流値に到達するまでの時間は７．０ｍ秒以内であることを特徴とする請求項１記載のキセノンランプ用給電装置。