JPH0982112A - ランプ点灯用電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】マグネトロンを使用した無電極可視光ランプシ
ステムにおいて、予熱時間をできるだけ短くし、かつ、
点灯時には、ヒーター電圧が高いことによるランプの不
安定動作を無くする。 【解決手段】マグネトロンの予熱時間と点灯時とで、ヒ
ーター電圧値を切り換えるように構成する。即ち、タイ
マに予熱時間をセットして、マグネトロンに標準値より
高いヒーター電圧を印加して予熱し、タイマがタイムア
ップしたら、ヒーター電圧を標準値に下げると同時にマ
グネトロンに高圧を印加してランプを点灯させるように
制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マグネトロンを使
用した無電極可視光ランプ用電源に関するものであり、
特にマグネトロンを予熱するヒーター電圧に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、マグネトロンを使用した無電極可
視光ランプシステムは、無電極であるために電極の劣化
が無く、また、電極スパッタも無いのでメタルハライド
ランプ等で見られるようなバルブ管壁の失透現象が発生
しない等の理由で、原理的に長寿命であり、近い将来、
液晶プロジェクタ等の光源装置としての導入が盛んにな
るものと考えられている。

【０００３】ここで、マグネトロンを使用した無電極可
視光ランプシステムの一般的構成について説明してお
く。

【０００４】無電極可視光ランプシステムは、図４に示
すように、マグネトロン１と、アンテナ２と、導波管３
と、ＲＦスクリーン４と、バルブ５と、リフレクタ６
と、モータ７と、ファン８と、電源部９とを具備してい
る。

【０００５】マグネトロン１は、略２４５０ＭＨｚのマ
イクロ波を発生する。アンテナ２は、マグネトロン１か
ら発生されたマイクロ波を導波管３に伝達する導体であ
る。

【０００６】導波管３は、矩形断面を有する部材で形成
され、その長さ方向、即ち、導波方向は、アンテナ２と
直交するようになっている。つまり、アンテナ２は、導
波管３の一端側の内壁から内側に向かって直角に突き出
している。

【０００７】導波管３の他端側には、同軸共振部３ａが
設けられている。同軸共振部３ａの構造には種々ある
が、要は、マイクロ波による電界を最大化する機能を有
する。

【０００８】ＲＦスクリーン４は金属網で形成され、同
軸共振部３ａの外側を包囲し、電波の放出を抑制してい
る。

【０００９】バルブ５は、水銀等を密封したガラス球で
あり、ＲＦスクリーン４により囲まれた空間内で最も電
界の高い位置に配置されるようになっている。

【００１０】リフレクタ６は、バルブ５から発光した可
視光を前方へ揃えて投射する反射鏡である。モータ７
は、バルブ５内のプラズマ化を均等化するためにバルブ
５を回転する。ファン８は、マグネトロン１の冷却用で
ある。

【００１１】電源部９は、本発明の対象であるが、マグ
ネトロン１に対して直流又は交流のマイナス数ｋＶの高
圧と、直流又は交流の数Ｖのヒーター用電圧を供給す
る。高圧電力はランプ仕様によって異なるが、ヒーター
電力はどのマグネトロンでも約３０Ｗ程度である。

【００１２】上記構成による無電極可視光ランプシステ
ムは、下記のように動作する。マグネトロン１に対し
て、電源部９から高圧電源及びヒーター電源を供給する
と、マグネトロン１は、高圧電力をマイクロ波電力に変
換する。

【００１３】マグネトロン１で発生したマイクロ波は、
アンテナ２から導波管３内に放射され、導波管３内を伝
播して、同軸共振部３ａに至る。同軸共振部３ａにおい
ては強電界が発生し、この強電界の中心に置かれている
バルブ５内のイオウ等がプラズマ化し可視光を発する。
この可視光は、リフレクタ６で集光され前方へ投射され
光源となる。

【００１４】さて、電源部９に関して更に詳しく説明す
ると、マグネトロンの動作を正常に開始させるために
は、高圧を印加する数秒前からヒーター電圧を供給し、
マグネトロンをある程度の温度に引き上げて置く、所
謂、一般に予熱（プレヒーティング）と呼ばれている行
程が必要であることは一般に知られている。

【００１５】これは、予熱が充分でないと、マグネトロ
ン１の中で高圧電流が円滑に流れることができないため
高圧が異常に上昇するという誤動作に陥ったり、また、
その誤動作が原因で電源部９を損傷することがあるから
である。

【００１６】予熱時間はランプの点灯の遅延時間となる
から、なるべく短時間にしたい。予熱時間を短くするた
めには、ヒーター電圧を高くすればよく、従来、マグネ
トロンの仕様書に記載されているヒーター電圧許容範囲
内における最大電圧を採用すればよいと考えられてい
た。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、マグネ
トロン１の出力は、下記のようにヒーター電圧に依存す
る。ヒーター電圧が低い場合は、図５（Ａ）に示すよう
に、高圧を印加した時、マグネトロンの固有の出力周波
数ｆ₀ のマイクロ波のみが出力され問題がない。

【００１８】しかし、ヒーター電圧が高い場合は、図５
（Ｂ）に示すように、マグネトロンの出力周波数ｆ₀ の
サイドバンドのエネルギーが増加する傾向がある。この
サイドバンドエネルギーにより、一部の無電極可視光ラ
ンプシステムでは、点灯時の動作が不安定になり問題点
となっていた。

【００１９】また、サイドバンドのエネルギーは、不要
な周波数を放射することになり、これも問題点となって
いた。

【００２０】従って、本発明は、上記問題点を解消し、
予熱時間がなるべく短く、しかも、点灯時に安定動作す
る無電極可視光ランプシステムを提供することを目的と
し、そのため、点灯時（高圧印加時）には、ヒーター電
圧を標準値より高くしないようにしたランプ点灯用電源
装置に課題を有する。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係るランプ点灯用電源装置は、予熱用ヒー
ター電圧を供給する電源部は、ヒーター電圧の供給を、
マグネトロンの予熱時と動作時に異なったヒーター電圧
を切り換えて供給する制御手段を設け、この異なったヒ
ーター電圧の切換えはマグネトロンへの高圧印加のタイ
ミングと同時又は同期して行われるようにし、マグネト
ロンの予熱時のヒーター電圧よりもマグネトロンの動作
時のヒーター電圧を低くなるように切り換えるようにし
たことである。

【００２２】このように構成することにより、マグネト
ロンに対してヒーター電圧のみが印加される予熱時間に
は、ヒーター電圧を標準値より高く維持し、マグネトロ
ンにヒーター電圧と高圧との両方が印加される点灯時に
は、ヒーター電圧を標準値に維持することにより、予熱
時間中は、ヒーター電圧が標準値より高い値に設定され
るので予熱時間を最短にすることができる。そして、ラ
ンプが点灯したら、ヒーター電圧を瞬時に標準値に切り
換えるので、点灯時においてヒーター電圧が高いことに
起因するランプの不安定動作やサイドバンドエネルギー
の放射が無くなる。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明に係るランプ点灯用電源装
置１０の最も好ましい実施の形態は、図１に示すよう
に、ＡＣ電源端子からＡＣ電圧を入力し、マグネトロン
用ヒーター電圧を発生し、電圧値を切り換え可能に出力
するヒーター電圧出力部１１と、ＡＣ電源端子からＡＣ
電圧を入力し、電力量を調整された高圧を発生しマグネ
トロンへ出力する高圧出力部１２と、上記ヒーター電圧
出力部１１から出力されるヒーター電圧の電圧値の切り
換えと上記高圧出力部１２から出力される高圧のマグネ
トロンへの印加とのタイミングを制御する制御手段であ
る制御部１３とで概略構成する。以下、各部について順
次説明する。尚、装置の全体構成は従来技術で説明した
図４に示す構成と略同一であるので、理解し易いように
適宜引用し、同一のものには同一番号を付与して説明す
る。

【００２４】１．ヒーター電圧出力部 ヒーター電圧出力部１１は、図１において、スイッチ回
路ＳＷ１と、ヒーター電圧用トランスＬ１と、ヒーター
電圧制御装置ＣＴＲＬ１とを有する。

【００２５】スイッチ回路ＳＷ１は、無電極可視光ラン
プシステムの動作を開始又は停止させるために使用者に
よって操作されるオン／オフスイッチを備えており、そ
の入力側端子はＡＣ電源端子（ＡＣ ＩＮＰＵＴ）Ｔ１
と接続され、出力側端子はヒーター電圧用トランスＬ１
の一次巻線の一端と接続されている。

【００２６】即ち、スイッチ回路ＳＷ１は、ヒーター電
圧用トランスＬ１の入力をオン／オフする。このスイッ
チ回路ＳＷ１は、オン／オフスイッチが操作されたこと
を制御部１３へ通報する制御信号Ｓ１を出力する。制御
信号Ｓ１は、オン／オフスイッチがオン（閉）の時に論
理１（”１”）、オフ（開）の時に論理０（”０”）と
なる。

【００２７】ヒーター電圧用トランスＬ１は、電源電圧
をヒーター電圧（数Ｖ）に逓降する変圧器であり、その
一次巻線は、スイッチＳＷ１を介してＡＣ電源端子Ｔ
１、Ｔ２と接続されている。即ち、スイッチＳＷ１がオ
ンになると、ヒーター電圧用トランスＬ１の二次巻線か
らは数Ｖの交流電圧が出力される。

【００２８】ヒーター電圧制御装置ＣＴＲＬ１は、ヒー
ター電圧用トランスＬ１の二次巻線の出力電圧に基づ
き、マグネトロンに供給するヒーター電圧を、負荷の変
動やＡＣ入力電圧の変動に関わらず一定に保持すると共
に、標準値のヒーター電圧値Ｖ１と電圧値Ｖ２（＜Ｖ
１）との二つの異なったヒーター電圧を切り換えて出力
する機能を有する。

【００２９】この切り換えは、ヒーター電圧切り換え／
高圧立ち上げタイミング制御装置ＣＴＲＬ２からの制御
信号Ｓ２が”１”の時にはヒーター電圧値を”Ｖ１”と
し、制御信号Ｓ２が”０”の時にはヒーター電圧値を”
Ｖ２”とするように制御されている。

【００３０】２．高圧出力部 高圧出力部１２は、フライバックコンバータ方式を採用
し、図１において、ＡＣ／ＤＣ変換器ＡＤと、スイッチ
回路ＳＷ２と、高圧発生用トランスＬ２と、高圧電流量
検出装置ＤＥＴ１と、スイッチング周波数制御装置ＣＴ
ＲＬ３と、トランジスタＴｒ１と、コンデンサＣ１と、
ダイオードＤ１とから構成されている。

【００３１】ＡＣ−ＤＣ変換器ＡＤは、ＡＣ電源端子Ｔ
１、Ｔ２とスイッチ回路ＳＷ１を介して接続されてお
り、電源電圧を直流に変換する機能を有する。

【００３２】スイッチ回路ＳＷ２は、高圧発生用トラン
スＬ２の入力をオン／オフするためのオン／オフスイッ
チを有している。このオン／オフスイッチは、制御部１
３のヒーター電圧切り換え／高圧立ち上げタイミング制
御装置ＣＴＲＬ２から出力される制御信号Ｓ３が”１”
の時にはオンとなり、制御信号Ｓ３が”０”の時にはオ
フとなるように制御されている。

【００３３】高圧発生用トランスＬ２は、スイッチ回路
ＳＷ２を介して供給される直流電圧を、スイッチイング
トランジスタＴｒ１を介して一次巻線に印加し、二次巻
線に高圧を発生する機能を有する。

【００３４】トランジスタＴｒ１のスイッチイング周波
数は、スイッチング周波数制御装置ＣＴＲＬ３により制
御される。

【００３５】即ち、高圧電流量検出装置ＤＥＴ１は、高
圧発生用トランスＬ２からマグネトロンに供給される高
圧電流を検出し、この高圧電流の電流量情報をスイッチ
ング周波数制御装置ＣＴＲＬ３へ送る。スイッチング周
波数制御装置ＣＴＲＬ３は、上記電流量情報に基づき、
高圧電流量が一定になるようにトランジスタＴｒ１のス
イッチイング周波数を制御する。

【００３６】このように、高圧電流量が一定になるよう
に制御する理由は、図２に示すようなマグネトロンの負
荷特性によるものである。即ち、マグネトロンは、ある
高圧値で電圧はほぼ一定となる特性がある。従って、マ
グネトロンへの入力電力、即ちランプの照度を一定にす
るためには、上記のようにして電流量を一定にするよう
に制御しなければならない。

【００３７】３．制御部 制御部１３は、図１において、ヒーター電圧切り換え／
高圧立ち上げタイミング制御装置ＣＴＲＬ２からなり、
ヒーター電圧出力部１１のスイッチ回路ＳＷ１及びヒー
ター電圧制御装置ＣＴＲＬ１、並びに、高圧出力部１２
のスイッチ回路ＳＷ２と接続されている。

【００３８】ヒーター電圧切り換え／高圧立ち上げタイ
ミング制御装置ＣＴＲＬ２は、マグネトロンの予熱時間
を計時するためのタイマ回路を内蔵している。なお、こ
のタイマ回路はタイマを内蔵するマイクロコンピュータ
で構成してもよい。

【００３９】上記タイマ回路は、スイッチ回路ＳＷ１か
ら制御信号Ｓ１が”１”になると予めセットされた予熱
時間ｔの計時を開始し、予熱時間ｔが経過してカウント
アップしたら、ヒーター電圧制御装置ＣＴＲＬ１への制
御信号Ｓ２及びスイッチ回路ＳＷ２への制御信号Ｓ３を
夫々”１”にするようになっている。

【００４０】このような制御部１３は、図３に示すタイ
ミングチャートに従ってランプ点灯用電源装置を制御す
る。即ち、状態０においては、スイッチ回路ＳＷ１は開
いており、マグネトロンにはヒーター電圧も高圧も印加
されていない。

【００４１】スイッチ回路ＳＷ１が閉じられると、マグ
ネトロンの予熱期間である状態１に入る。状態１では、
マグネトロンに対して標準値のヒーター電圧値Ｖ２より
高いヒーター電圧値Ｖ１が供給されるだけで高圧は印加
されない。

【００４２】予熱時間ｔが経過するとタイマにより点灯
期間である状態２に自動的に推移し、マグネトロンに対
するヒーター電圧出力は標準値のヒーター電圧値Ｖ２に
切り換えられると同時に高圧が印加され、その結果、ラ
ンプが点灯する。

【００４３】上記構成によるランプ点灯用電源装置は下
記のように動作する。尚、主として図１及び図３を参照
にして説明する。 （１）状態０ ＡＣ電源端子Ｔ１、Ｔ２に電源を投入した後、スイッチ
回路ＳＷ１のスイッチをオンにするまでは、状態０と呼
ばれ、スイッチ回路ＳＷ１、ＳＷ２の各オン／オフスイ
ッチはオフである。従って、マグネトロンには、ヒータ
ー電圧も高圧も印加されていない。

【００４４】（２）状態１ スイッチ回路ＳＷ１のスイッチを閉じると、状態１に入
る。ヒーター電圧用トランスＬ１は、スイッチ回路ＳＷ
１を通じて一次巻線に印加されるＡＣ電源電圧を降圧
し、これをヒーター電圧制御装置ＣＴＲＬ１に供給す
る。

【００４５】一方、スイッチ回路ＳＷ１のスイッチが閉
じると同時に、スイッチ回路ＳＷ１からの制御信号Ｓ１
が”１”になることにより、ヒーター電圧切り換え／高
圧立ち上げタイミング制御装置ＣＴＲＬ２は、予熱時間
のタイマの計数を開始し、それと同時に、ヒーター電圧
制御装置ＣＴＲＬ１に対する制御信号Ｓ２を”１”と
し、スイッチ回路ＳＷ２への制御信号Ｓ３を”０”とす
る。

【００４６】制御信号Ｓ２が”１”となると、ヒーター
電圧制御装置ＣＴＲＬ１は、標準値のヒーター電圧値Ｖ
２よりも大きいヒーター電圧値Ｖ１を出力する。また、
制御信号Ｓ３は”０”であるからスイッチ回路ＳＷ２は
オフである。従って、状態１においては、マグネトロン
には、標準値より大きなヒーター電圧が供給されて予熱
が行われ、高圧は印加されないからランプは点灯しな
い。ヒーター電圧値Ｖ１が標準値のヒーター電圧値Ｖ２
より大きい分だけ、予熱時間は短くて済むようになって
いる。

【００４７】タイマに設定された予熱時間ｔが経過し、
タイマがカウントアップすると、ヒーター電圧切り換え
／高圧立ち上げタイミング制御装置ＣＴＲＬ２は、制御
信号Ｓ２を”０”とし、制御信号Ｓ３を”１”とし、状
態２に入る。

【００４８】この状態２では、制御信号Ｓ２が”０”と
なるから、ヒーター電圧制御装置ＣＴＲＬ１から出力さ
れるヒーター電圧はＶ２に切り換わり、マグネトロンの
ヒーターは標準電圧で熱せられる。

【００４９】また、制御信号Ｓ３が”１”となるから、
スイッチ回路ＳＷ２がオンとなり、高圧発生用トランス
Ｌ２の一次巻線にＡＣ／ＤＣ変換器ＡＤから直流電源電
圧が印加され、高圧がマグネトロンに印加され、その結
果ランプは点灯する。

【００５０】しかし、ヒーター電圧は標準値のヒーター
電圧値Ｖ２に戻してあるから、点灯時のランプの不安定
動作や不要周波数の放射は起こらない。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るラン
プ点灯用電源装置は、マグネトロンのヒーター電圧の値
を予熱時には点灯時より高く設定して予熱時間を最短と
し、かつ、マグネトロンへの高圧の印加と同時又は同期
して、ヒーター電圧を低い値に瞬時に切り換えるように
したので、点灯時におけるランプの不安定動作や不要周
波数の放射等を防止し、ランプを安定に点灯させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るランプ点灯用電源装置の一実施形
態を示すブロック図である。

【図２】同マグネトロンの特性を示す説明図である。

【図３】同ランプ点灯用電源装置の動作を示すタイミン
グチャートである。

【図４】マグネトロンによる光源装置を示す説明図であ
る。

【図５】図４におけるマグネトロンのヒーター電圧の状
態をグラフで示した説明図である。

【符号の説明】

１ マグネトロン ２ アンテナ ３ 導波管 ３ａ 同軸共振部 ４ ＲＦスクリーン ５ バルブ ６ リフレクタ ７ モータ ８ ファン ９ 電源部 １０ ランプ点灯用電源装置 １１ ヒーター電圧出力部 １２ 高圧出力部 １３ 制御部（制御手段） ＳＷ１、ＳＷ２ スイッチ回路 Ｌ１ ヒーター電圧用トランス Ｌ２ 高圧発生用トランス ＣＴＲＬ１ ヒーター電圧制御装置 ＣＴＲＬ２ ヒーター電圧切り換え／高圧立ち上げタイ
ミング制御装置 ＣＴＲＬ３ スイッチング周波数制御装置 ＡＤ ＡＣ−ＤＣ変換器 ＤＥＴ１ 高圧電流量検出装置 Ｔｒ１ トランジスタ Ｃ１ コンデンサ Ｄ１ ダイオード

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 595021994 7600 Ｓｔａｎｄｉｓｈ Ｐｌａｃｅ， Ｒｏｃｋｖｉｌｌｅ， Ｍａｒｙｌａｎｄ 20855，Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ (72)発明者 岩村 厚志 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 木村 栄 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 川合 亨 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マグネトロンから放射されたマイクロ波に
   より無電極ランプバルブ内に封入された物質をプラズマ
   化して可視光を発する無電極可視光ランプシステムであ
   り、前記マグネトロンの電源部は、前記マグネトロンに
   予熱用ヒーター電圧を供給するヒーター電圧出力部と、
   前記マグネトロンに高圧を供給する高圧出力部とを有
   し、前記マグネトロンへの前記ヒーター電圧の供給は、
   前記マグネトロンの予熱時と動作時とで異なったヒータ
   ー電圧を供給するようにしたことを特徴とするランプ点
   灯用電源装置。
2. 【請求項２】前記異なったヒーター電圧の切り換えは、
   前記マグネトロンへの高圧印加のタイミングと同時又は
   同期して行うようにした請求項１に記載のランプ点灯用
   電源装置。
3. 【請求項３】前記異なったヒーター電圧は、前記マグネ
   トロンの予熱時のヒーター電圧よりも前記マグネトロン
   の動作時のヒーター電圧を低くしたことを特徴とする請
   求項１に記載のランプ点灯用電源装置。