JPH11111482A - 高圧放電ランプ点灯装置および照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】回路効率が高く、伝播ノイズおよび放射ノイズ
を抑制でき、高圧放電ランプの水銀封入圧を高めなくて
も、ア−クの大径化を抑制できるようすること。 【解決手段】直流電源と、スイッチング手段、フライホ
イールダイオード、インダクタおよび平滑コンデンサを
備えたチョッパ２Ａ，２Ｂを２つ並列接続してなり、入
力端を直流電源に接続した主回路３と、各チョッパのス
イッチング手段を制御することにより、一方のチョッパ
からは、所定の周期で繰り返すパルス状電流を発生さ
せ、他方のチョッパからは、そのパルス状電流よりも小
電流の電流を発生させるように作動させる制御手段６
と、主回路により付勢される高圧放電ランプ５とを備え
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高圧放電ランプ点灯
装置およびそれを用いた照明装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶プロジェクターやオーバーヘッドプ
ロジクタなどでは光源として小形の高圧放電ランプが使
用されるようになってきた。また、車両の例えば前照灯
などにおいても小形の高圧放電ランプを使用しようとす
る試みがなされてきた。

【０００３】この種、液晶プロジェクタ−、ＯＨＰ等の
光源として使用される高圧放電ランプは、電極間距離の
比較的短いメタルハライドランプが注目されている。メ
タルハライドランプは水銀ランプや高圧ナトリウムラン
プに比べて演色性に優れ、且つキセノンランプより発光
効率が高いことからますます用途が広がってきている。
しかしながらメタルハライドランプでは水銀蒸気に比べ
て励起準位の低いスカンジウム（Ｓｃ）やディスプロシ
ウム（Ｄｙ）等の希土類金属やナトリウム（Ｎａ）やリ
チウム（Ｌｉ）等のアルカリ金属が封入されていること
から、放電ア−ク周辺の比較的温度の低い領域でも励起
準位の低い金属が発光するため発光部が大径化する傾向
があり、光学系が小型化するに従って集光性が悪化する
という欠点が有った。これに対して、エレンバ−ス著の
「The high-pressre mercury vapour lamps and their
applications」と称する刊行物に記載されるように、希
土類金属やアルカリ金属等の発光金属を封入しないで水
銀封入圧を約１００気圧まで高めて発光させるとア−ク
の大径化は抑制できることが知られている。

【０００４】また、プロジェクション式テレビジョン受
像機やオーバーヘッドプロジェクタなどの用途に用いら
れる高圧放電ランプは、当初交流で点灯された。ところ
が、高圧放電ランプを直流で点灯すると、投射面照度が
高くとれることから、近時は直流点灯が増えつつある。

【０００５】この種高圧放電ランプを直流点灯するに
は、放電ランプがショートアーク形で、したがってラン
プ電圧が低いので、降圧チョッパを用いている。

【０００６】図５は、従来の降圧チョッパを主回路とす
る高圧放電ランプ点灯装置を示す回路図である。

【０００７】図において、１１１は直流電源、１１２は
スイッチング手段、１１３は制御手段、１１４はフライ
ホイールダイオード、１１５はインダクタ、１１６は平
滑コンデンサ、１１７は始動回路、１１８は高圧放電ラ
ンプ、１１９は主回路である。

【０００８】スイッチング手段１１２は、トランジスタ
などを用いており、このスイッチング手段１１２、フラ
イホイールダイオード１１４、インダクタ１１５および
平滑コンデンサ１１６で降圧チョッパからなる主回路１
１９を構成している。

【０００９】制御手段１１３は、スイッチング手段１１
２を所定の周期およびデューティでオン、オフさせて、
高圧放電ランプ１１８に定電力を供給するように作用す
る。

【００１０】図６は、図５における制御信号電圧および
出力電流の波形図である。

【００１１】図において、Ｖｇは制御信号電圧、Ｉは出
力電流である。

【００１２】近時は、光学系の集光効率を向上するため
に、電極間距離が４ｍｍ以下の高圧放電ランプが主流に
なっている。そして、さらに一層の高効率化、低ノイズ
化、小形化の要求が強い。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、水銀封
入圧を高めた場合、点灯圧力が非常に高いことから、発
光管破裂時の影響が大きくなる支障がある。また放射光
の内、６２０ｎｍ以上の赤色成分が少なくなるため、放
射光の演色性が損なわれる問題が有った。

【００１４】また、放電ランプの電極間距離が小さくな
るにしたがってランプ電圧は必然的に低下する。高圧放
電ランプに同一電力を供給するには、電極間距離が短く
なるにしたがってランプ電流を多くする必要がある。ラ
ンプ電流の増加は、回路効率の低下、伝播ノイズおよび
放射ノイズの増加ならびに装置の大形化を招く。

【００１５】まず、回路効率について説明する。チョッ
パにおける損失は、主にスイッチング損失による。スイ
ッチング損失は、スイッチング手段のスイッチングに伴
って発生するもので、スイッチング手段を流れる電流に
比例する。すなわち、ランプ電流が大きくなるにしたが
って回路損失が増加、換言すれば回路効率が低下する。
また、スイッチング手段におけるスイッチング損失の増
加は、スイッチング手段の大形化およびまたは放熱装置
の大形化を招く。このことは、装置の大形化を意味す
る。

【００１６】さらに、この種の高圧放電ランプは、その
ランプ電圧が消費電力２００Ｗ程度のもので、３０〜６
０Ｖと低い。これに対して、無負荷開放電圧は前述のよ
うに２４０〜４００Ｖであり、ＰＷＭ制御による場合、
安定点灯時のオンデューティ比が小さくなり、したがっ
て回路効率が悪い。特に、スイッチング速度を抑えて伝
播ノイズおよび放射ノイズを低下させる場合には、回路
効率が顕著に悪化する。

【００１７】次に、伝播ノイズおよび放射ノイズについ
て説明する。降圧チョッパにおいて、スイッチング条件
が一定の場合、スイッチングノイズは、入力電圧および
出力電流の増加に伴って増大する。したがって、電極間
距離の短縮に伴って出力電流すなわちランプ電流が増加
するので、スイッチングノイズを主要因とする伝播ノイ
ズおよび放射ノイズが増加する。

【００１８】本発明は、回路効率が高く、伝播ノイズお
よび放射ノイズを抑制でき、高圧放電ランプの水銀封入
圧を高めなくても、ア−クの大径化を抑制できるように
した高圧放電ランプ点灯装置および照明装置を提供する
ことを目的とする。

【００１９】

【課題を達成するための手段】請求項１の発明の高圧放
電ランプ点灯装置は、直流電源と、スイッチング手段、
フライホイールダイオード、インダクタおよび平滑コン
デンサを備えたチョッパを２つ並列接続してなり、入力
端を直流電源に接続した主回路と、各チョッパのスイッ
チング手段を制御することにより、一方のチョッパから
は、所定の周期で繰り返すパルス状電流を発生させ、他
方のチョッパからは、そのパルス状電流よりも小電流の
電流を発生させるように作動させる制御手段と、主回路
により付勢される高圧放電ランプとを具備していること
を特徴とする高圧放電ランプ点灯装置。

【００２０】請求項２記載の高圧放電ランプ点灯装置
は、出力を高圧放電ランプに供給する請求項１記載の高
圧放電ランプ点灯装置と、高圧放電ランプに始動電圧を
供給する始動装置とを具備していることを特徴とする。

【００２１】請求項３記載の高圧放電ランプ点灯装置
は、請求項２記載のものにおいて、入力電流または高圧
放電ランプのランプ電流を検出する電流検出手段と、入
力電圧または高圧放電ランプのランプ電圧を検出する電
圧検出手段とを具備し、制御手段は、入力電流または高
圧放電ランプのランプ電流および入力電圧または高圧放
電ランプのランプ電圧に応じて高圧放電ランプに所定の
電力を供給するようにスイッチング手段を制御すること
を特徴とするものである。

【００２２】請求項４記載の照明装置は、照明装置本体
と、照明装置本体に支持された請求項１乃至３のいずれ
か一記載の高圧放電ランプ点灯装置とを具備しているこ
とを特徴とする。

【００２３】上記各請求項記載の発明において、特に指
定しない限り用語の定義および技術的意味は次による。

【００２４】直流電源は、電池電源、発電機電源および
整流化電源などのいずれでもよい。また、整流化電源の
場合は平滑化の有無は問わないが、チョッパによる平滑
化作用があるので、敢えて平滑化しなくてもよい。

【００２５】スイッチング手段は、制御手段によってそ
のスイッチングを制御することができれば、トランジス
タなどどのようなものであってもよい。

【００２６】フライホイールダイオードは、インダクタ
の逆起電力による電流を通流させるように接続される。

【００２７】インダクタは、スイッチング手段がオン時
に電磁エネルギーを蓄え、オフ時にこれを放出する。

【００２８】平滑コンデンサは、出力電圧を平滑化す
る。

【００２９】以上のスイッチング手段、フライホイール
ダイオードおよびインダクタは、チョッパのタイプによ
って接続位置が変わる。降圧形においては、入力端およ
び出力端間にスイッチング手段およびインダクタが直列
に接続される。昇圧形においては、同じくインダクタお
よびフライホイールダイオードが直列接続される。さら
に、逆極性形においては、スイッチング手段およびフラ
イホイールダイオードが直列接続される。そして、フラ
イホイールダイオードは、インダクタの逆起電力による
電流が負荷側に流れるようにインダクタとの関係におい
て接続される。

【００３０】チョッパは互いに並列的に接続される。こ
の場合、チョッパの一部の構成部品たとえば平滑コンデ
ンサが複数のチョッパに対して共用されてもよい。

【００３１】制御手段は、チョッパのスイッチング手段
に制御信号を供給して、そのオン、オフを制御する。本
発明においては、制御手段は各チョッパのスイッチング
手段を所定の動作となるように作動させるように制御す
る。また、チョッパの入力電圧または出力電圧に応じて
スイッチング手段のオンデュティを変更するように構成
することによって、定電圧調整機能を付与することがで
きる。さらにまた、入力電流または出力電流に応じてス
イッチング手段のオンデュティを変更するように構成す
ることによって、定電流調整機能を付与することができ
る。したがって、電圧および電流の両者を制御すること
により、定電力制御を行わせることもできる。

【００３２】またパルス状電流とは、矩形波状の電流に
限られず、尖頭的な波形を有する電流を意味する。パル
ス状電流よりも小電流の電流とは、高圧放電ランプの最
低放電維持電流以上であることが好ましく、例えば高周
波の交流、直流に微小に交流的リップルが重畳したも
の、三角波状の高周波が重畳したもの、矩形波状の低周
波交流などを許容する。また、その電流は連続的な波形
である必要はなく、放電が維持でる限りにおいて休止期
間があるものも許容する。

【００３３】なお、主回路の出力端に直接的に高圧放電
ランプを接続すれば、高圧放電ランプを直流点灯するこ
とができる。この場合、チョッパが高圧放電ランプに直
列接続されるなら、インダクタを高圧放電ランプのバラ
スト要素として兼用することもできる。しかし、必要に
より、チョッパの入力側または出力側に別にバラスト要
素を挿入することができる。また、バラスト要素は、回
路の交流側または直流側に挿入することができる。

【００３４】さらに、高圧放電ランプを交流点灯する場
合は、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力をインバータなどの
極性変換手段によって交番出力に変換してから、高圧放
電ランプに供給してもよい。

【００３５】本発明における高圧放電ランプは、発光金
属を特定のものに限定するものではないが、以下のよう
な構成が、要求される発光特性、即ち、発光効率、相関
色温度、色度及び演色性の点から好ましい結果をもたら
す。即ち、ジスプロシウムＤｙ、セシウムＣｓ、及びネ
オジウムＮｄを主成分とし、タリウムＴ１、及び又は錫
Ｓｎを副成分として必要に応じて添加し、これら成分に
対して適量のよう素、及び又は臭素を水銀及び希ガスと
共に封入する。

【００３６】次に作用につき、まず、スイッチング損失
について述べる。

【００３７】スイッチング損失は、既述のようにチョッ
パを流れる電流に比例するところ、本発明においては、
上記のように各チョッパが担当する電流は低減されるの
で、スイッチング損失も低減し、回路効率は向上する。

【００３８】次に、伝播ノイズおよび放射ノイズについ
て述べる。

【００３９】伝播ノイズおよび放射ノイズは前述のよう
に主要因がスイッチングノイズであり、スイッチングノ
イズはスイッチング手段を流れる電流に比例して増減す
るので、電流の減少に伴って伝播ノイズおよび放射ノイ
ズは大幅に減少する。

【００４０】最後に、装置の大きさについて説明する。

【００４１】装置の大きさに影響の大きい巻線部品であ
るところのインダクタの巻線の断面積はチョッパの平均
電流に比例する。平均電流は前記から理解できるように
低減できるため、巻線として細い導線を用いることがで
き、インダクタの小形化に寄与する。さらに、前記のよ
うに回路損失およびノイズの減少に伴って、スイッチン
グ手段やその放熱装置も小形化することができ、したが
って全体として装置の小形化を図ることができる。

【００４２】また、高圧放電ランプに供給されるランプ
電流は、所定の周期で繰り返すパルス状電流と、そのパ
ルス状電流よりも小電流の合算となり、後者の小電流に
より、高圧放電ランプの放電維持が可能となるため、ア
ーク温度が低下して、その分、アークの広がりが低減す
る。なお、所望のランプ電力は、周期的に繰り返される
パルス状の電流によって充足するようにできる。

【００４３】請求項２の発明の高圧放電ランプ点灯装置
は、出力を高圧放電ランプに供給する請求項１ないし３
のいずれか一記載のＤＣ−ＤＣコンバータと、高圧放電
ランプに始動電圧を供給する始動装置と、を具備してい
ることを特徴としている。

【００４４】請求項３の発明の高圧放電ランプ点灯装置
は、請求項２記載の高圧放電ランプ点灯装置において、
入力電流または高圧放電ランプのランプ電流を検出する
電流検出手段と、入力電圧または高圧放電ランプのラン
プ電圧を検出する電圧検出手段とを具備し、制御手段
は、入力電流または高圧放電ランプのランプ電流および
入力電圧または高圧放電ランプのランプ電圧に応じて高
圧放電ランプに所定の電力を供給するようにスイッチン
グ手段を制御することを特徴としている。

【００４５】本発明においては、直流電源状況または高
圧放電ランプの負荷状況に応じてスイッチング手段を制
御することにより、所望の電力を高圧放電ランプに供給
することができる。所望の電力としては定電力およびそ
の他任意に設定することができる。

【００４６】請求項４の発明の照明装置は、照明装置本
体と、照明装置本体に支持された請求項１乃至３のいず
れか一記載の高圧放電ランプ点灯装置とを具備している
ことを特徴としている。

【００４７】本発明の照明装置は、高圧放電ランプを何
らかの照明の目的に使用する装置の全てに適応するもの
である。たとえば照明器具、表示装置、信号灯装置およ
び画像投射装置などに実施することができる。照明器具
としては、屋内用の各種照明器具、屋外用の各種照明器
具を含む。画像投射装置としては、液晶プロジェクタ、
オーバーヘッドプロジェクタなどに適用することができ
る。

【００４８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００４９】図１は、本発明のＤＣ−ＤＣコンバータお
よび高圧放電ランプ点灯装置の第１の実施形態を示す回
路図である。

【００５０】図において、１は交流電源、２Ａは第１の
チョッパ、２Ｂは第２のチョッパ、３は主回路、４は始
動回路、５は高圧放電ランプ、６は制御手段である。

【００５１】交流電源１は、商用交流電源である。

【００５２】第１および第２のチョッパ２Ａ、２Ｂは、
その入力端および出力端がともに並列接続されていて、
これらは主回路３を構成する。そして、第１および第２
のチョッパ２Ａ、２Ｂは、それぞれ整流化電源、スイッ
チング手段、フライホイールダイオード、インダクタお
よび平滑コンデンサを備えている。

【００５３】始動回路４は、周知のものを用いている。

【００５４】高圧放電ランプ５は、短アーク形のメタル
ハライドランプである。

【００５５】制御手段６は、各チョッパのスイッチング
手段を制御することにより、一方のチョッパ２Ａから
は、所定の周期で繰り返すパルス状電流を発生させ、他
方のチョッパ２Ｂからは、そのパルス状電流よりも小電
流の電流を発生させるように作動させる。

【００５６】図２は、本発明のＤＣ−ＤＣコンバータお
よび高圧放電ランプ点灯装置の第２の実施形態を示す回
路図である。

【００５７】本実施形態は、図１の実施形態と比較して
各チョッパの平滑コンデンサ２ａを単一の電解コンデン
サを用いて共用にしたものである。したがって、図１と
同一部分には同一符号を付して説明は省略する。

【００５８】図３は、本発明の高圧放電ランプ点灯装置
の第３の実施形態を示す断面図である。

【００５９】図において、５は高圧放電ランプ、１３は
点灯装置、１４は反射鏡である。

【００６０】高圧放電ランプ５は、セラミックスからな
る放電容器５ａを備え、放電容器５ａの両端に陽極５ｂ
および陰極５ｃを封装している。５ｄは放電容器５ａの
一端に固着した口金、５ｅは口金５ｄから突出した陽極
リード線、５ｆは陰極リード線、５ｇは給電線である。
そして、放電容器５ａ内には放電媒体として、発光金属
のハロゲン化物、希ガスおよび水銀が封入されている。

【００６１】点灯装置１３は、図１における主回路３お
よび始動回路４を含んでいる。

【００６２】反射鏡１４は、ガラス成形により形成され
ているが、頂部にネック部４ａを備え、反射鏡主体部１
４ｂは回転楕円面に形成され、その内面に可視光反射・
赤外線透過性の多層干渉膜１４ｃが形成されている。ま
た、反射鏡主体部１４ｂには、透孔１４ｄが形成されて
いる。そして、高圧放電ランプ５は、その口金５ｄをネ
ック部１４ａ内に口金セメント１５を介して固着されて
いる。さらに、給電線５ｇは反射鏡１４の透孔１４ｄを
通過して反射鏡１４の背面側に導出されて点灯装置１３
に接続されている。

【００６３】図４は、本発明の照明装置の一実施形態で
ある画像投射装置を示す概念図である。

【００６４】図において、図３と同一部分には同一符号
を付して説明は省略する。１５は液晶表示手段、１６は
画像制御手段、１７は光学系、１８は本体ケース、１９
はスクリーンである。

【００６５】液晶表示手段１５は、投射すべき画像を液
晶によって表示するもので、その背面から高圧放電ラン
プ５から放射され反射鏡１４で集光された照明光を照射
される。

【００６６】画像制御手段１６は、液晶表示手段１５を
駆動および制御するもので、要すればテレビジョン受信
機能をも備えることができる。

【００６７】光学系１７は、液晶表示手段１５を透過し
た光を集光してスクリーン１９に投射する。

【００６８】本体ケース１８は、以上の各構成要素を収
納し、さらに所要のその他制御機構などを収納してい
る。

【００６９】

【発明の効果】請求項１の発明の高圧放電ランプ点灯装
置によれば、２つのチョッパを並列接続し、入力端を直
流電源に接続した主回路と、各チョッパのスイッチング
手段を制御することにより、一方のチョッパからは、所
定の周期で繰り返すパルス状電流を発生させ、他方のチ
ョッパからは、そのパルス状電流よりも小電流の電流を
発生させるように作動させる制御手段を備えているた
め、回路効率が高く、伝播ノイズおよび放射ノイズを抑
制でき、高圧放電ランプの水銀封入圧を高めなくても、
ア−クの大径化を抑制できるようにした高圧放電ランプ
点灯装置を提供することができる。

【００７０】請求項３の発明によれば、加えて入力電流
またはランプ電流および入力電圧またはランプ電圧に応
じて高圧放電ランプに所定の電力を供給する高圧放電ラ
ンプ点灯装置を提供することができる。

【００７１】請求項４の発明によれば、請求項１ないし
３の効果を有する照明装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＤＣ−ＤＣコンバータおよび高圧放電
ランプ点灯装置の第１の実施形態を示す回路図

【図２】本発明のＤＣ−ＤＣコンバータおよび高圧放電
ランプ点灯装置の第２の実施形態を示す回路図

【図３】本発明の高圧放電ランプ点灯装置の第３の実施
形態を示す断面図

【図４】本発明の照明装置の一実施形態である画像投射
装置を示す概念図

【図５】従来の降圧チョッパを主回路とする高圧放電ラ
ンプ点灯装置を示す回路図

【図６】図５における制御信号電圧および出力電流の波
形図

【符号の説明】

１…交流電源 ２Ａ…第１のチョッパ ２Ｂ…第２のチョッパ ２ａ…平滑コンデンサ ３…主回路 ４…始動回路 ５…高圧放電ランプ ６…制御手段

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直流電源と；スイッチング手段、フライホ
   イールダイオード、インダクタおよび平滑コンデンサを
   備えたチョッパを２つ並列接続してなり、入力端を直流
   電源に接続した主回路と；各チョッパのスイッチング手
   段を制御することにより、一方のチョッパからは、所定
   の周期で繰り返すパルス状電流を発生させ、他方のチョ
   ッパからは、そのパルス状電流よりも小電流の電流を発
   生させるように作動させる制御手段と；主回路により付
   勢される高圧放電ランプと；を具備していることを特徴
   とする高圧放電ランプ点灯装置。
2. 【請求項２】出力を高圧放電ランプに供給する請求項１
   記載の高圧放電ランプ点灯装置と；高圧放電ランプに始
   動電圧を供給する始動装置と；を具備していることを特
   徴とする高圧放電ランプ点灯装置。
3. 【請求項３】入力電流または高圧放電ランプのランプ電
   流を検出する電流検出手段と；入力電圧または高圧放電
   ランプのランプ電圧を検出する電圧検出手段と；を具備
   し；制御手段は、入力電流または高圧放電ランプのラン
   プ電流および入力電圧または高圧放電ランプのランプ電
   圧に応じて高圧放電ランプに所定の電力を供給するよう
   にスイッチング手段を制御する；ことを特徴とする請求
   項２記載の高圧放電ランプ点灯装置。
4. 【請求項４】照明装置本体と；照明装置本体に支持され
   た請求項１乃至３のいずれか一記載の高圧放電ランプ点
   灯装置と；を具備していることを特徴とする照明装置。