WO2004103032A1

WO2004103032A1 - 高圧放電灯を点灯する装置および方法

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Publication number: WO2004103032A1
Application number: PCT/JP2004/006685
Authority: WO
Inventors: Toshiyuki Noguchi; Yasuhiro Kakimoto
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2003-05-14
Filing date: 2004-05-12
Publication date: 2004-11-25
Also published as: CN100551196C; EP1624732A1; JP4459166B2; JPWO2004103032A1; US7385361B2; EP1624732A4; US20070018591A1; CN1788528A

Abstract

点灯装置制御部(4)により、直流−直流変換器(1)の出力電流を制御するとともに、直流−直流変換器から出力される直流電流を交流電流に変換する転流器(2)の転流周波数を制御する。点灯装置制御部は、点灯開始時に、定格電圧よりも小さい一定の電圧値でかつ定格電流よりも大きい第１の目標電流値で放電灯を点灯させ、点灯開始から所定の高周波始動期間(T1)が終了した時点で、転流器を制御して定常点灯時よりも高い転流周波数から定常点灯時の転流周波数へと切り替えた後に、放電灯に印加される電圧が上昇して定格電圧以下である所定の閾値電圧(Vth)以上に至った後には、定格電流以下である第２の目標電流値に切り替えて放電灯を点灯するよう、直流−直流変換器を制御する。ランプ電極を短時間で十分に温度上昇させてランプの照度上昇時間を短縮し、映像が視認可能となるまでの時間を短縮することができる。

Description

明細書高圧放電灯を点灯する装置および方法技術分野

本発明は、高圧水銀ランプ等の放電灯を点灯させる装置および方法に関し、投射型プロジェクタ一システムに適用される。背景技術

近年、高効率の高圧放電灯（以下、ランプと略称する）の採用により投射型プロジェクターの輝度は飛躍的に向上したが、ランプの高効率化に伴うランプ管内の水銀等の封入物増加と、この封入物の爆発的なガス化によるインピーダンス上昇において、ランプ点灯直後は非常に不安定な状態となっている。この状態下では、ランプの失灯と点灯を繰り返すことによるランプ電極の劣化や、繰り返し点灯ノイズの増加による回路破壊など深刻な問題を抱えていた。

ここで、放電灯点灯装置には、低周波始動型と呼ばれるものと、高周波始動型と呼ばれるものがある。

低周波始動型の放電灯点灯装置は、ランプ始動開始から数秒間、低周波駆動を行い 2つのランプ電極を交互に温める方式であるが、低周波であるがために暖まっているランプ電極と冷えているランプ電極との温度差が大きくなり、電流の極性が切り替わる時に、電流が途切れやすいといった欠点がある。従って、失灯と点灯を繰り返しながら徐々にランプが安定状態に移行することで、ランプ電極に非常に負担を掛ける始動方式となっている。

一方、高周波始動型の放電灯点灯装置は、ランプ始動開始から数秒間、高周波駆動を行うことによって 2つのランプ電極を均等に温める方式であり、高周波であるため 2つの電極の温度差は非常に小さく、ランプ電流の途切れはほとんど発生しない。

従って、ランプ電極への負担は非常に少ない始動方式となっている。図 1 0および図 1 1は、それぞれ、低周波始動型および高周波始動型の放電灯点灯装置におけるランプ電流 I ( A )、ランプ電圧 V ( V )、ランプ電極温度 D (°C ) の時間変化を示す波形図である。

図 1 0において、ランプ電流 I ( A) は、ランプ始動直後の期間 T 1 で示す数 H z〜数十 H zの低周波始動期間を有し、この期間は 2秒〜 5 秒の時間とするのが通例である。このように、従来の放電灯点灯装置は、ランプ始動直後のランプ電流波形 I ( A ) を数 H z〜数十 H zの低周波で転流駆動することから、低周波始動型の放電灯点灯装置と呼ばれる。この従来の低周波始動型の放電灯点灯装置によるランプ始動方法では、図 1 0において、ランプ電圧 V ( V ) の期間 t 3で示すように、ランプ点灯開始時の高圧パルスを更に高電圧化することによって、ランプ電流 I (A) のブレイクダウン電流 I dを増加させ、ランプ電極温度 D (°C ) で示すように、急激にランプ電極温度を上昇させてランプの点灯開始時の安定化を行ってきた。しかし、低周波始動であるがために 2つのランプ電極の温度差が大きく、電流の極性が切り替わる時に電流が途切れやすい。

このように、ランプ始動開始直後の不安定期間 t 3において、ランプへのブレイダウン電流 I dは非常に過大な値となる。

しかも、水銀等の封入物の爆発的なガス化による急激なインピーダンス変動よつて、ランプ電流の立ち消えとブレイクダウンを繰り返す結果、ランプ電極の劣化や、繰り返しブレイクダウン電流 I dによる回路破壊などを引き起こす。一方、ランプの高効率化では、電極の先細化と電極間距離を縮める短アーク化と呼ばれる手法をとつてきた。このため、上記の繰り返しブレイクダウン電流 I dの増加によるランプ点灯時の電極劣化が無視出来ない状況となってきている。

これらに対し、最近では、図 1 1に示すように、ランプ始動直後のランプ電流 I (A ) を高い周波数（数十 k H z程度）にて転流駆動し、高周波始動期間 T 1を経て、ある夕イミングでランプに適合した定常の転流周波数（8 0 H z〜4 0 0 H z程度）期間 T 2に移行にするようにした高周波始動型の放電灯点灯装置が主流となりつつある。この高周波始動期間 T 1も、低周波始動型の放電灯点灯装置と同様に、 2秒〜 5秒の時間とするのが通例である。

図 1 1に示す高周波始動型の放電灯点灯装置は、その回路構成上、ランプと直列に数十 H〜数百 H程度のィンダク夕ンスを有するチョークコイルが挿入されるが、高周波始動期間 T 1中にランプがブレイクダゥンすると、このチョークコイルが高周波インピーダンスとなって、図 1 1のブレイクダウン電流 I aを自動的に低減させることが出来るという利点を持つ。しかし同時に、高周波始動期間 T 1中は上記チョークコィルがローパスフィル夕一となつてしまう。このために、図 1 1に示す高周波始動期間 T 1のランプ電流 I (A) の波形は、図 1 0に示す低周波始動期間 T 1 (不安定期間 t 3後）のランプ電流 I (A ) の波形のような矩形波にはならずに、三角波となってしまう。この結果、高周波始動期間 T 1における電流ピーク値がランプ定格電流に達していたとしても、その実行値は約半分となってしまう。従って、ランプ始動直後のランプ電極を温める電流値は図 1 0の約半分程度まで減少してしまう。高周波始動期間 T 1でランプ電極の温度上昇が十分でないと、定常の転流周波数期間 T 2に切り替えるタイミング t 1で、ランプ失灯が発生する可能性が非常に髙くなつてしまう、という問題を抱えていた。更に、高周波始動型の放電灯点灯装置では、数十 k H zの高周波始動期間 T 1に比較的中型のチョークコイルを高周波スィツチングで駆動するため、相当な磁束エネルギーがこのチヨ一クコイルに蓄えられる。よつて、高周波始動期間 T 1からランプに適合した定常の数十 H z〜数百 H zの転流周波数期間 T 2に切り替えるタイミング t 1で、ランプとチヨークコィルの合成ィンピ一ダンスが急激に減少することも手伝って、図 1 1および図 1 2に示すように、チョークコイルが磁束を維持するために発生する逆起電圧による相当量の過大電流 I bが流れてしまい、ランプ電極を劣化させてしまう、という問題も発生した。ここで、図 1 2 は、従来の高周波始動型の放電点灯装置において、高周波始動期間 T 1 から転流周波数期間 T 2に切り替えるタイミング t 1の後、ランプ電流 I ( A ) が減衰してゼロとなり、ランプが失灯した場合のランプ電流 I ( A) の波形図である。

また、これまで説明してきた低周波始動型の放電灯点灯装置も高周波始動型の放電灯点灯装置でも、プロジェクタ一の光源であるのにもかかわらず、映像が視認可能となるランプ照度が約 6 0 %以上にまで上昇するのに、およそ 1分程度の時間がかかり、映像が視認可能となるまでに非常に時間がかかり、ユーザーにとつて不便であるといつた問題があつた。

ここで、図 7は、高周波始動型の放電灯点灯装置におけるランプの始動開始からの時間に対する照度の上昇特性を示したグラフであり、従来例は△でプロットした照度の上昇特性を有する。図 7より、従来の高周波始動型の放電点灯装置では、ランプ照度が約 6 0 %以上にまで上昇するのに 1分以上かかるのが確認できる。

従って、従来の高周波始動型の放電灯点灯装置には、以下に列記する問題点があった。 1 . プロジェクター用のランプ点灯に関して、映像装置であるのにもかかわらず、ランプの照度が上昇するのに非常に時間がかかり、ユーザ

—が映像を見ることが出来るまでに非常に時間がかかる。

2 . 高周波始動期間中は、低周波始動に比べランプ電流の実行値が半分となり、ランプ始動直後のランプ電極を十分に暖めることができない。

3 . 高周波始動期間（高インピーダンス期間）から定常の周波数期間 (低インピーダンス期間）へと制御状態が移行する際に発生する過大電流によりランプ電極が劣化する。発明の開示

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ランプ電極を短時間で十分に温度上昇させる新たな方法によりランプの照度上昇時間を短縮し、映像が視認可能となるまでの時間を短縮することにある。

また、本発明の他の目的は、ランプの点灯開始状態を安定化し、ランプの制御周波数が変化することにより発生する過大なランプ電流によつてランプ電極自体が劣化するのを防止し、ランプ寿命を延命化することにある。

前記の目的を達成するため、本発明に係る放電灯点灯装置は、直流電源と、直流電源からの電流を直流—直流変換する直流一直流変換器と、直流一直流変換器から出力される直流電流を交流電流に変換する転流器と、転流器から交流電流が供給される放電灯と、直流一直流変換器の出力電流を制御するとともに、転流器の転流周波数を制御する点灯装置制御部とを備えた構成を有する。

点灯装置制御部は、放電灯の点灯開始時に、放電灯の定格電圧（V r ) よりも小さい一定の電圧値でかつ放電灯の定格電流（ I r ) よりも大きい第 1の目標電流値（ I c 1 ) で放電灯を点灯させ、放電灯の点灯開始から所定の高周波始動期間（T 1 ) が終了した時点で、転流器を制御して定常点灯時よりも高い転流周波数から定常点灯時の転流周波数へと切り替えた後に、放電灯に印加される電圧が上昇して放電灯の定格電圧以下である所定の閾値電圧（V t h ) 以上に至った後には、放電灯の定格電流以下である第 2の目標電流値（ I c 2 ) に切り替えて放電灯を点灯するよう、直流一直流変換器を制御する。

この構成により、プロジェクター用のランプ点灯に関して、ランプ電極を短時間で十分に温度上昇させてランプの照度上昇時間を短縮し、映像が視認可能となるまでの時間を短縮することができる。

また好ましくは、点灯装置制御部は、転流周波数の切り替え時に、放電灯に流れる電流の値および放電灯に印加される電圧の値の情報に関係なく、放電灯に流れる電流が第 2の目標電流値以下である第 3の目標電流値（ I c 3 ) になるように、直流—直流変換器を制御する。

この構成により、高周波始動期間（高インピーダンス期間）から定常の周波数期間（低インピーダンス期間）へと制御状態が移行する際に発生する過大なランプ電流によりランプ電極自体が劣化するのを防止し、ランプ寿命の延命化を図ることができる。

また、点灯装置制御部は、第 1の目標電流値を第 2の目標電流値の 2 倍以上に設定することが好ましい。これにより、ランプ始動直後の高周波始動期間中に、ランプ電極を十分に暖めることができる。

また、転流器は、放電灯に流れる電流を検出する電流検出部と、放電灯に印加される電圧を検出する電圧検出部とを備えた構成とすることができる。点灯装置制御部は、電流検出部により検出された電流に対応する電圧を、利得を切り替えて増幅する可変利得増幅部と、電圧検出部により検出された電圧を所定の閾値電圧（V t h ) に対応する基準電圧と比較して、可変利得増幅部に対して比較結果に応じた利得制御信号を出力する比較器と、可変利得増幅部および電圧検出部からの出力信号を受けて、放電灯に印加される電圧に最適な電流が放電灯に流れるよう演算を行う演算部と、演算部からの出力信号に応じて、直流一直流変換器をパルス幅変調（P WM) 制御するための信号を出力する P WM制御部とを備えた構成を有する。比較器は、電圧検出部により検出された電圧が基準電圧以上となった時に、可変利得増幅部の利得を高くするための利得制御信号を出力する。

この構成により、電圧検出部により検出された電圧が基準電圧以上となった時に、演算部に、ランプ電流が多く流れているものと判断させ、ランプ電流が少なくなるように、 P W M制御部におけるパルスのデューティ比を小さくさせる。

また、演算部は、点灯開始からの時間を計測するタイマ一を備え、タイマ一により計測される所定の高周波始動期間を、放電灯の定格に応じて放電灯毎に個別に設定する構成とすることができる。

また、所定の閾値電圧は、放電灯の定格に応じて放電灯毎に個別に設定することができる。

また、放電灯点灯装置はさらに放電灯冷却装置を具備し、点灯装置制御部は、放電灯に印加される電圧が所定の閾値電圧に至るまで、放電灯冷却装置を停止させる構成とすることができる。

この構成により、ランプ電極を急激に暖めることができ、ランプの照度上昇時間を短縮することができる。

前記の目的を達成するため、本発明に係る放電灯点灯方法は、放電灯を高周波始動により定常点灯させる放電灯点灯方法であって、放電灯の点灯開始時に、放電灯の定格電圧（V r ) よりも小さい一定の電圧値でかつ放電灯の定格電流（ I r ) よりも大きい第 1の目標電流値（ I c 1 ) で放電灯を点灯させるステップと、放電灯の点灯開始から所定の高周波始動期間が終了した時点で、定常点灯時よりも高い転流周波数から定常点灯時の転流周波数へと切り替えた後に、放電灯に印加される電圧が上昇して放電灯の定格電圧よりも小さい所定の閾値電圧（V t h ) 以上に至った後には、放電灯の定格電流以下である第 2の目標電流値（ I c 2 ) に切り替えて放電灯を点灯させるステップとを含む。

この方法により、プロジェクター用のランプ点灯に関して、ランプ電極を短時間で十分に温度上昇させてランプの照度上昇時間を短縮し、映像が視認可能となるまでの時間を短縮することができる。

また、本発明に係る放電灯点灯方法は、転流周波数の切り替え時に、放電灯に流れる電流の値および放電灯に印加される電圧の値の情報に関係なく、放電灯に流れる電流が第 2の目標電流値以下である第 3の目標電流値（ I c 3 ) になるように制御するステップをさらに含むことがでさる。

この方法により、高周波始動期間（高インピーダンス期間）から定常の周波数期間（低インピーダンス期間）へと制御状態が移行する際に発生する過大なランプ電流によりランプ電極自体が劣化するのを防止し、ランプ寿命の延命化を図ることができる。

また、第 1の目標電流値は第 2の目標電流値の 2倍以上に設定されることが好ましい。これにより、ランプ始動直後の高周波始動期間中に、ランプ電極を十分に暧めることができる。

また、所定の高周波始動期間は、放電灯の定格に応じて前記放電灯毎に個別に設定することができる。

また、本発明に係る放電灯点灯方法は、放電灯に印加される電圧が所定の閾値電圧に至るまで、放電灯の冷却を停止するステップをさらに含むことができる。

この方法により、ランプ電極を急激に暖めることができ、ランプの照度上昇時間を短縮することができる。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の実施の形態 1に係る放電灯点灯装置の一構成例を示す回路ブロック図である。

図 2は、図 1の直流一直流変換器 1および転流器 2の内部構成例を示す回路図である。

図 3は、図 1の点灯装置制御部 4の内部構成例を示す回路図である。図 4は、本発明の実施の形態 1に係る放電灯点灯装置におけるランプ始動後のランプ電流 I (A )、ランプ電圧 V ( V) , ランプ電極温度（°C)、および可変利得増幅部のゲイン Gの時間変化を示す波形図である。

図 5は、転流周波数の切り替え時に、ランプ電流の制御を行わない場合におけるランプ電流 I ( A) の波形図である。

図 6は、転流周波数の切り替え時に、ランプ電流が第 3の目標電流値になるよう制御を行った場合におけるランプ電流 I ( A ) の波形図である。

図 7は、本発明と従来例におけるランプの点灯開始からの照度上昇特性を比較して示すグラフである。

図 8は、本発明と従来例におけるランプ電圧 Vに対するランプ電流 I と電力 Wの特性を比較して示すグラフである。

図 9は、本発明の実施の形態 2に係る放電灯点灯装置の一構成例を示す回路ブロック図である。

図 1 0は、従来の低周波始動型の放電灯点灯装置におけるランプ始動後のランプ電流 I ( A)、ランプ電圧 V ( V )、およびランプ電極温度（°C )、の時間変化を示す波形図である。

図 1 1は、従来の高周波始動型の放電灯点灯装置におけるランプ始動後のランプ電流 I ( A)、ランプ電圧 V ( V )、およびランプ電極温度（°C )、の時間変化を示す波形図である。

図 1 2は、従来の高周波始動型の放電点灯装置において、高周波始動期間 T 1から転流周波数期間 T 2に切り替えた後、ランプ電流 I (A ) が減衰してゼロとなり、ランプが失灯した場合のランプ電流 I (A ) の波形図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。

(実施の形態 1 )

図 1は、本発明の実施の形態 1に係る放電灯点灯装置の一構成例を示す回路ブロック図である。図 1において、本実施の形態による放電灯点灯装置は、直流電源 5と、直流電源 5からの電流を直流一直流変換しランプ 6に流れる電流を生成する直流一直流変換器 1と、直流一直流変換器 1の出力電流を直流から交流に変換する転流器 2と、ランプ始動時にランプ 6をブレイクダウンさせるための高圧パルスを発生する高圧発生部 3と、直流一直流変換器 1の出力電流および出力電圧と転流器 2の転流周波数を制御する点灯装置制御部 4と、ランプ電流の極性反転時間を短縮するためのチョークコイル L 1と、高効率で高圧の放電灯であるランプ 6とで構成されている。

転流器 2は、その主要構成回路となるフルブリッジ回路部と電流検出部 2 1と電圧検出部 2 2とで構成されており、点灯装置制御部 4から供給される、プログラムされた一定の周波数で反転する矩形波信号であるフルブリッジ回路駆動用マスター信号 F BMと、マスター信号 F BMと逆の位相で動作するスレーブ信号 FB Sによって、直流一直流変換器 1 の出力である直流電流を交流の電流に変換する、 D CZACインバー夕一動作を行う。同時に転流器 2は、電流検出部 2 1からランプ電流値信号 bを、電圧検出部 22からランプ電圧値信号 cを、点灯装置制御部 4 にフィードバックする機能を兼ね備えている。

図 2は、直流一直流変換器 1および転流器 2の内部構成例を示す回路図である。図 2において、直流一直流変換器 1は、スイッチング素子（図 2では、パヮ一 MOS FET) Q 2と、パルストランス P T 1と、ダイォ一ド D 1と、コイル L 2と、コンデンサ C 1とで構成されている。パルストランス PT 1は、点灯装置制御部 4からのパルス幅制御信号 aを 1次側卷線で受けてスィツチング素子 Q 2を所定のデューティ比でオン /オフする信号を 2次巻線から出力する。スィツチング素子 Q 2がオンからオフになると、接地電位からダイォ一ド D 1、コイル L 2を介してコンデンサ C 1へと電流が流れ、コンデンサ C 1が充電される。コイル L 2とコンデンサ C 1は低域通過フィル夕を構成し、パルストランス P T 1およびスィツチング素子 Q 2によるチヨッパ動作で生成されたパルス電流を平均化した直流電流が直流一直流変換器 1から出力される。転流器 2は、スイッチング素子（図 2では、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ I GBT) ) Q 3、 Q4、 Q 5、 Q 6、電流検出抵抗 R 7、ハ一フブリッジドライバ I C (HB - I C) 2 3、 24からなるフルブリッジ回路部と、電流検出部 2 1と、電圧検出部 22とで構成されている。スイッチング素子 Q 3、 Q4、 Q 5、 Q 6は、点灯装置制御部 4から供給されるフルブリッジ回路駆動用マスター信号 FBMとスレーブ信号 FB Sに基づいて制御されて、直流一直流変換器 1の出力である直流電流を交流の電流に変換する。交流に変換された電流は、チョークコイル L 1と高圧発生部 3を介して、ランプ 6に供給される。

次に、点灯装置制御部 4の構成例を図 3に示す。点灯装置制御部 4において、転流器 2の電流検出部 2 1からフィードバックされるランプ電流値信号 bがオペアンプ OP 1に入力される。ランプ電流値信号 bは抵抗器 R 1、 R 2、 R 3とトランジスタ Q 1によって決められたゲイン G によってゲインアップされた信号 b 2となって、マイコン等で構成される演算部 41に入力される。ここで、オペアンプ OP 1と、抵抗器 R 1、 R 2、 R 3と、卜ランジス夕 Q 1とで可変利得増幅部が構成される。また、転流器 2の電圧検出部 22からフィードバックされるランプ電圧値信号 cはオペアンプ OP 2を経て、信号 c 2となってコンパ'レ一タ C o m と演算部 4 1に入力される。コンパレ一夕 C ompはオープンコレクタ構成となっており、抵抗器 R4と R 5で決められた基準電圧をオペアンプ OP 2の出力信号 c 2が上回るとコンパレータ C ompの出力 d はオフ（ = H I GH出力）となって、トランジスタ Q 1はプルアップ抵抗 R 6により自己バイアスオンし、反対に抵抗器 R4と R 5で決められた基準電圧をオペアンプ OP 2の出力信号 c 2が下回るとコンパレータ C ompの出力 dはオン（==LOW出力）となってトランジスタ Q 1をオフするといつた構成になっている。

演算部 4 1では、その時のランプ電圧に最適なランプ電流値になるように、電流検出部 2 1からフィードバックされた信号 b 2とランプ電圧値信号 c 2とを比較しながら信号 pを出力するようにプログラムされている。この演算部 41からの出力信号 pは、直流一直流変換器 1をパルス幅変調制御（以下、 PWM制御という）するための出力信号 aを発生させる PWM制御部 42に入力され、それによつて、ランプ電流は制御されている。

これらの図 3に示すような点灯装置制御部 4の構成を従来型の高周波放電灯点灯装置に追加することによって、図 1 1に示すような従来型の高周波始動型放電灯点灯装置のランプ始動時電流波形 I ( A) を、図 4 に示すような本実施の形態の放電灯点灯装置のランプ始動時電流波形 I ( A) にすることが出来る。

次に、具体的な動作を図 4を用いて時系列で説明する。図 4は本実施の形態の放電点灯装置のランプ始動波形を示し、 I ( A ) はランプ電流波形、 V ( V ) はランプ電圧波形、 D (°C ) はランプ電極温度、 Gは点灯装置制御部 4のゲインを示す。

はじめに点灯装置制御部 4にランプ始動のための外部信号が入力されると、点灯装置制御部 4は数十 K H zのフルブリッジ回路駆動用マスタ —信号 F B Mとスレーブ信号 F B Sを発生し、転流器 2を数十 K H zの高周波駆動すると同時に、高圧発生部 3から高圧パルスが発生し、この高圧パルスによってランプ 6はランプ電極間の絶縁が破壊されるブレイクダウン現象を引き起こし点灯を開始する。

この時のブレイクダウン電流は、高圧発生部 3の主構成部品であるィンダクタンスによって、従来例として図 1 0に示した低周波始動型放電灯点灯装置のブレイクダウン電流 I dに比べ、約半分程度のブレイクダゥン電流 l aとなり、ランプ 6の電極への負担が軽減する。この点は、従来例として図 1 1に示した、高周波放電点灯装置と同様である。次に、本実施の形態の特徴として、ランプ始動開始電流値を、図 1 1 に示す従来の高周波始動型放電灯点灯装置の始動電流 I (A) に比べ、図 4に示すランプ始動電流波形 I (A ) のように、約 2倍以上のピーク電流値となるように流す。それにより、図 4のランプ電極温度 D (°C ) を、従来例の図 1 0のランプ電極温度 D (°C ) とほぼ同等のスピードで上昇させることが出来る。

ランプ始動開始直後の T 1期間中は、転流器 2の電圧検出部 2 2からフィードバックされるランプ電圧値信号 Cは、非常に低い値となってォペアンプ OP 2を経て、信号 C 2となってコンパレータ C ompと演算部 41に入力される。オペアンプ OP 2の出力信号 c 2が、抵抗器 R 4 と R 5で決められた基準電圧を下回るため、コンパレータ C ompの出力 dは.オン (=LOW出力) となる。従ってトランジスタ Q 1はオフとなり、オペアンプ〇 P 1の出力は抵抗器 R 1、 R 2と R 3で決められるゲイン G (G= (R 1 / (R 2 +R 3) ) + 1) に設定される。ここで抵抗器 R 3の値を十分大きく設定しておくとゲイン Gはほぼ 1となり、転流器 2の電流検出部 2 1からフィードバックされるランプ電流値信号 bは、ゲインアップされることなく演算部 4 1に入力される。従って、演算部 41は第 1の目標電流値に対し過小なランプ電流フィ一ドバック値 b 2を検出するため、ランプ電流をより多く流す方向に PWM制御部 42を制御する。

ランプ電流が第 1の目標電流値に達すると、演算部はその目標値を維持するよう制御する。ここで、第 1の目標電流値は、本実施の形態では図 1 1に示した従来の高周波始動装置の高周波始動期間 T 1の電流値の約 2倍に定められており、演算部はランプ電流を従来の高周波始動装置の高周波始動期間の電流値の約 2倍に維持するよう制御する。なお、かかる第 1の目標電流値は所定の定格電流以上の電流に対応するが、この点は後述する。

そして、図 4に示すように、前述の高周波始動期間 T 1を経て、あるタイミングでランプに適合した定常の転流周波数期間 T 2に移行する。この点では、従来の高周波放電点灯装置と同様であり、本実施の形態においても、ランプ 6とチョークコイル L 1の合成インピーダンスが急激に減少することにより、周波数切替時に過大電流が流れることとなる。なお、図 5は本実施の形態の放電点灯装置のランプ始動波形を示したものであり、図 5の I bが周波数切替時の過大電流である。

本実施の形態では定格電流以上の電流を流しているため、従来の高周波放電点灯装置のように無視できない点問題となるが、この点については後述する。

次に、ランプ電極及びランプバルブ内の封入物の温度が上昇し、それに伴ってランプ電圧が徐々に上昇すると、転流器 2の電圧検出部 2 2からフィードパックされるランプ電圧値信号 cは徐々に上昇し、オペアンプ OP 2を経て信号 c 2となって、コンパレータ C ompと演算部 4 1 に入力される。オペアンプ OP 2の出力信号 c 2が、抵抗器 R 4と: 5 で決められた基準電圧を上回るため、コンパレータ C ompの出力 dはオフ（ = H I GH出力）となる。それにより、トランジスタ Q 1がオンとなり、オペアンプ OP 1の出力は抵抗器 R 1と R 2で決められるゲイン G (G= (R 1/R 2) + 1 ) に設定される。従って、転流器 2の電流検出部 2 1からフィードバックされるランプ電流値信号 bは、ォペアンプ OP 1によって数倍にゲインアップされた信号 b 2となる。

その結果、演算部 4 1は前述の第 1の目標電流値に対し過大なランプ電流フィードバック値 b 2を検出するため、ランプ電流をより少なく流す方向に PWM制御部 42を制御し、ランプ定格電流値以下の定常制御状態での電流値に対応する第 2の目標電流値に移行する。この移行時間 t 2に要する時間は、制御回路の定数設定やランプ電極、封入物の水銀の状態にもよるが、およそ 1秒前後である。

以降、ゲイン G (G= (R 1 /R 2) + 1) の設定にて定常の制御状態に移行するように演算部 4 1はプログラムされており、その時のランプ電圧に最適なランプ電流値になるように、ランプ電圧値信号 c 2と、電流検出部 2 1からフィードバックされた信号 b 2とを比較 ·演算しながらランプ電流値を制御するように構成されている。ここで、前述の周波数切替時の課題とその解決手段について説明する。前述のように、高周波始動型放電灯点灯装置の数十 K H zの高周波期間 T 1からランプに適合した定常の数 "^〜数百 H zの転流周波数期間 T 2 に切り替えるタイミングで、ランプ 6とチョークコイル L 1の合成ィンピーダンスが急激に減少することにより、図 1 1、図 1 2に示すような逆起電圧による周波数切り替え時過大電流 I bが流れ、ランプ電極を劣化させてしまうという課題を回避することが出来ない。ランプ始動時の高周波期間 T 1からランプに適合した定常の転流周波数期間 T 2に切り替えられるタイミングでは、従来例の図 1 1、または図 5のように、ランプ電流波形 I ( A ) は高周波期間 T 1中が高周波スイッチングの駆動電流波形となっている。そのため、定常転流期間 T 2に動作が移行した瞬間に、高圧発生部 3の主構成部品であるィンダクタンスの影響が一挙に激減し、よって、実質的には図 5に示すようなランプ電流波形 I (A ) の転流周波数切り替え時過電流 I bが流れてしまう。

高周波期間 T 1から定常転流期間 T 2に移行するタイミングは予め決まっており、それはランプ電流値や電圧値等に基づく場合も想定されるが、ほとんどの場合、ランプ始動開始からの時間 ( 2秒〜 5秒) によつて決められる。実際の制御は、図 3に示すようなマイコン等で構成される演算部 4 1に搭載されたタイマー 4 1 1によって、ランプ毎や放電灯点灯装置毎に定められた時間によって切り替えられている。

図 5に示すような周波数切り替え時過大電流 I bが流れてしまうタイミングは、高周波期間 T 1が終わった直後であり、このタイミングに合わせて、ランプの電圧値又は電流値の情報に関係なく、演算部 4 1から出力される信号 Pを予めプログラムしておく。この演算部 4 1からの出力信号 pによって、直流一直流変換器 1を P WM制御するための出力信号 aを、図 6に示すような第 3の目標電流値 I cになるように新たに設定する。この目標値になるように P WM制御部 4 2の出力を変化させ、直流一直流変換器 1の出力電流を少なくする方向に制御することによつて、図 6に示すような転流周波数切り替え時過大電流を極端に低減したランプ電流波形にすることが出来る。

また、この第 3の目標電流値 I cを実験等により調整することによつて、図 4に示すようなランプ電流波形 I ( A ) にすることが出来、ランプの点灯開始時の状態を安定化することが出来る。なお、周波数切り替え時過大電流 I bが流れてしまうタイミングは高周波期間 T 1が終わつた直後であるが、制御の遅延等も考慮し、高周波期間 T 1が終わる直前の数/ /〜数 m s e c前に、前述の第 3の目標電流値 I cになるように設定してもよい。

以上のように、本実施の形態によれば、ランプを始動開始するにあたり、そのランプ定格電流の数倍の電流を、ランプ定格電圧以下のランプ毎に個別に設定される所定の閾値電圧、又はそれに替わる設定値に従つて流せるようにしたことによって、ランプ電極を急激に温めることが出来る。そのため、ランプを定常の熱電子放電状態に素早く移行することができ、従来例に比べ、ランプの照度上昇に要する時間を大幅に短縮することができる。

図 7は、約 2 0 0 Wクラスで定格電流 3 A程度のランプに、従来の高周波放電灯点灯装置にてランプを始動した場合（Δで示す）と、本実施形態の放電灯点灯装置にて、 2倍の定格電流にあたる約 6 Aの始動電流をランプ電圧が約 2 5 Vに達するまで流した場合（〇で示す）とについて、照度上昇率一時間特性を比較した結果を示す。この結果によれば、従来型の放電灯点灯装置で照度がほぼ 1 0 0 %に達するまで約 1 3 0 s e cほど要しているのに対し、本実施の形態では半分以下の約 5 0 s e c程で照度がほぼ 1 0 0 %に達していることがわかる。なお、図 4に示した、所定の定格電流以上の電流をランプに流す期間からランプ定格電流以下の電流をランプに流す期間への移行時間 t 2が、概ね図 7の本発明の照度が一旦下降する点に対応する。これは、ランプに流す電流を減少することによるものである。

また、本実施の形態によれば、放電灯点灯装置の回路構成上、ランプと直列に挿入されるチョークコイルのフィルタ一効果によって、ランプ始動直後のランプ電極を温める電流をも低減してしまうことによる、定常の転流周波数に切り替える夕イミングでのランプ失灯という問題を解決できる。すなわち、ランプを始動開始するにあたり、そのランプ定格電流の数倍の電流を、ランプ毎に個別に設定されるランプ定格電圧以下の所定の閾値電圧、又はそれに替わる設定値に従って流せるようにしたことによって、ランプ電極を急激に温めることが出来るため、定常の転流周波数に切り替えるタイミングでのランプ失灯の可能性を非常に低くすることが出来る。

また、放電灯点灯装置の回路構成上、ランプと直列に挿入されるチヨ —クコイルに高周波期間に蓄積される相当な磁束エネルギーに起因して. 高周波期間からランプに適合した定常の数十〜数百 H zの転流周波数に切り替えられる夕イミングで、ランプとチヨ一クコイルの合成インピーダンスが急激に減少することにより生じる逆起電圧により切り替え時過大電流が流れてしまい、ランプ電極を劣化させてしまうという課題も、本実施の形態により解決可能である。すなわち、ランプ始動時の高周波期間からランプに適合した定常の転流周波数に切り替えられる夕イミングで、ランプの電圧値又は電流値の情報に関係なく制御目標値を新たに設定することによって、この転流周波数切り替え時のランプへの過大電流を低減し、電極を劣化させることなしにランプを定常の熱電子放電状態にすることが出来る。なお、本明細書の範囲において、ランプ定格電流とは、ランプバルブ内の封入物である水銀等が気化またはイオン化した状態で流せる最大の電流値であり、ランプ定格電圧とは、ランプが一定の電力で発光を維持できる電圧範囲の最小値である。図 8に、ランプ定格電流（ I r) '定格電圧（V r) に関連させて、本発明と従来例における、ランプ電圧 V に対するランプ電流 Iと電力 Wの特性を比較して示す。実線が本発明の場合、破線が従来例の場合である。

先に説明したように、ランプ定格電圧（V r) 以下の電圧値で、所定の閾値電圧以下であれば、ランプ定格電流（ I r) の数倍の電流を流したとしても、ランプ電極に溶融等の永久的な歪みを生じさせずに電極を急激に温めることが可能な、ランプ毎に個別に設定されるランプ電圧値がある。図 8には、この所定の閾値電圧値（V t h) 未満において、本発明の場合のランプ始動開始電流値が、従来例の場合の約 2倍となっていることが示されている。所定の閾値電圧値（V t h) でコンパレータ C ompの出力信号 dが反転するように、抵抗器 R 4と R 5で決まる基準電圧は設定されている。それにより、ランプ電流 Iが、ランプ定格電流（ I r) 未満になるよう制御される。

しかし、実使用上は、コンパレータ C ompの出力信号 dはランプ電圧の変化に対し、やや遅延して出力されるため、所定の閾値電圧よりやや低めのランプ電圧値でコンパレータ C ompの出力 dが反転を開始するように、繰り返し点灯実験にて設定することが望ましい。

(実施の形態 2)

図 9、図 3、図 4を用いて、本発明の実施の形態 2について説明する。図 9は本実施形態の回路ブロック図であるが、図 1の回路ブロックにランプ冷却装置 7を設けた点が実施の形態 1と異なり、その他の構成は同様である。また、本実施形態の点灯装置制御部 4の回路ブロック図は図 3と概ね同様であるが、コンパレータの出力 dを、図 9のランプ冷却装置 7の入力としている点が実施の形態 1と異なり、その他の構成は同様である。

次に本実施の形態の放電灯点灯装置の動作について説明する。なおランプ冷却装置 7に係わる動作以外については、実施形態 1で述べた通りである。

図 4のランプ始動開始直後の T 1期間中は、転流器 2の電圧検出部 2 2からフィードバックされるランプ電圧値信号 cは、非常に低い値となつてオペアンプ OP 2を経て、信号 c 2となってコンパレータ C omp と演算部 4 1に入力される。オペアンプ OP 2の出力信号 c 2が、抵抗器 R4と R 5で決められた基準電圧を下回るため、コンパレータ C om pの出力 dはオン（=LOW出力）となる。

次に、ランプ電極及びランプバルブ内の封入物の温度が上昇し、それに従ってランプ電圧が徐々に上昇すると、転流器 2の電圧検出部 2 1からフィードパックされるランプ電圧値信号 cは徐々に上昇し、オペアンプ〇 P 2を経て、信号 c 2となって演算部 4 1とコンパレータ C omp とに入力される。オペアンプ〇 P 2の出力信号 c 2が抵抗器 R 4と R 5 で決められた基準電圧を上回ると、コンパレー夕 C ompの出力 dはォフ（-H I GH) となる。なお、コンパレ一夕 C ompの抵抗器 R 4と R 5で決められた基準電圧とは、先に説明したとおり、ランプ定格電流の数倍の電流を流したとしても、ランプ電極に溶融等の永久的な歪みを生じさせないランプ電圧値であり、この所定の閾値電圧以下であればランプ電極に溶融等の永久的な歪みを生じさせないことが実験にてわかつている。

この所定の閾値電圧で出力信号が切り替わるコンパレータ C ompの出力 dを利用し、ランプ始動開始直後は、ランプ冷却装置 7を停止する。具体的には、ランプ近傍に配置した冷却ファンをストップさせる。その後の定常状態では、通常のランプ点灯装置と同様、冷却ファンをオンにする。

以上のように、実施の形態 2によれば、実施の形態 1と同様、ランプを始動開始するにあたり、そのランプ定格電流の数倍の電流を、ランプ定格電圧以下のランプ毎に個別に設定される所定の閾値電圧、又はそれに替わる設定値に従って流せるようにしたことによってランプ電極を急激に温めることが出来るため、ランプを定常の熱電子放電状態に素早く移行することができ、従来例に比べ、ランプの照度上昇に要する時間を大幅に短縮することができる。

また、ランプ始動開始直後、ランプ冷却装置を停止させることにより、ランプ電極をより急激に暖めることができる。

さらに、ランプ毎に個別に設定される所定の閾値電圧、又はそれに替わる設定値をセット側のランプ冷却装置に伝達する手段を用い、上記設定値にランプの電圧値、又はそれに替わる設定値が至るまで、冷却装置を停止させておくことにより、ランプ電極を急激に温めることが出来るため、定常の転流周波数に切り替えるタイミングでのランプ失灯の可能性を非常に低くすることが出来る。

また、上記設定値以上の電圧値、又はそれに替わる設定値に至った以降では、ランプの定格状態を維持するのに最適な冷却状態に冷却システムの制御状態を移行するため、電極を劣化させることなしにランプを定常の熱電子放電の状態にすることが出来る。産業上の利用可能性

本発明の放電灯点灯装置は、ランプ電極を短時間で十分に温度上昇させてランプの照虔上昇時間を短縮し、映像が視認可能となるまでの時間を短縮することができるので、プロジェクター用のランプ点灯に有用でめ。

Claims

請求の範囲

1 . 直流電源と、

前記直流電源からの電流を直流一直流変換する直流一直流変換器と、前記直流一直流変換器から出力される直流電流を交流電流に.変換する転流器と、

前記転流器から交流電流が供給される放電灯と、

前記直流一直流変換器の出力電流を制御するとともに、前記転流器の転流周波数を制御する点灯装置制御部とを備えた高周波始動型の放電灯点灯装置であって、

前記点灯装置制御部は、前記放電灯の点灯開始時に、前記放電灯の定格電圧よりも小さい一定の電圧値でかつ前記放電灯の定格電流よりも大きい第 1の目標電流値で前記放電灯を点灯させ、前記放電灯の点灯開始から所定の高周波始動期間が終了した時点で、前記転流器を制御して定常点灯時よりも高い転流周波数から定常点灯時の転流周波数へと切り替えた後に、前記放電灯に印加される電圧が上昇して前記放電灯の定格電圧よりも小さい所定の閾値電圧以上に至った後には、前記放電灯の定格電流以下である第 2の目標電流値に切り替えて前記放電灯を点灯するよう、前記直流一直流変換器を制御することを特徴とする放電灯点灯装置。

2 . 前記点灯装置制御部は、前記転流周波数の切り替え時に、前記放電灯に流れる電流の値および前記放電灯に印加される電圧の値の情報に関係なく、前記放電灯に流れる電流が前記第 2の目標電流値以下である第 3の目標電流値になるように、前記直流一直流変換器を制御する請求項 1記載の放電点灯装置。

3 . 前記点灯装置制御部は、前記第 1の目標電流値を前記第 2の目標電流値の 2倍以上に設定する請求項 1記載の放電灯点灯装置。

4 . 前記転流器は、前記放電灯に流れる電流を検出する電流検出部と、前記放電灯に印加される電圧を検出する電圧検出部とを備え、前記点灯装置制御部は、

前記電流検出部により検出された電流に対応する電圧を、利得を切り替えて増幅する可変利得増幅部と、

前記電圧検出部により検出された電圧を前記所定の閾値電圧に対応する基準電圧と比較して、前記可変利得増幅部に対して比較結果に応じた利得制御信号を出力する比較器と、

前記可変利得増幅部および前記電圧検出部からの出力信号を受けて、前記放電灯に印加される電圧に最適な電流が前記放電灯に流れるよう演算を行う演算部と、

前記演算部からの出力信号に応じて、前記直流一直流変換器をパルス幅変調（P WM) 制御するための信号を出力する P WM制御部とを備え、

前記比較器は、前記電圧検出部により検出された電圧が前記基準電圧以上となった時に、前記可変利得増幅部の利得を高くするための利得制御信号を出力する請求項 1記載の放電灯点灯装置。

5 . 前記演算部は、点灯開始からの時間を計測するタイマ一を備え、前記タイマーにより計測される前記所定の高周波始動期間を、前記放電灯の定格に応じて前記放電灯毎に個別に設定する請求項 4記載の放電灯点灯装置。 '

6 . 前記所定の閾値電圧は、前記放電灯の定格に応じて前記放電灯毎に個別に設定される請求項 1記載の放電灯点灯装置。

7 . 前記放電灯点灯装置はさらに放電灯冷却装置を具備し、前記点灯装置制御部は、前記放電灯に印加される電圧が前記所定の閾値電圧に至るまで、前記放電灯冷却装置を停止させる請求項 1記載の放電点灯装

8 . 放電灯を高周波始動により定常点灯させる放電灯点灯方法であつて、

前記放電灯の点灯開始時に、前記放電灯の定格電圧よりも小さい一定の電圧値でかつ前記放電灯の定格電流よりも大きい第 1の目標電流値で前記放電灯を点灯させるステップと、

前記放電灯の点灯開始から所定の高周波始動期間が終了した時点で、定常点灯時よりも高い転流周波数から定常点灯時の転流周波数へと切り替えた後に、前記放電灯に印加される電圧が上昇して前記放電灯の定格電圧よりも小さい所定の閾値電圧以上に至った後には、前記放電灯の定格電流以下である第 2の目標電流値に切り替えて前記放電灯を点灯させるステップとを含むことを特徴とする放電灯点灯方法。

9 . 前記転流周波数の切り替え時に、前記放電灯に流れる電流の値および前記放電灯に印加される電圧の値の情報に関係なく、前記放電灯に流れる電流が前記第 2の目標電流値以下である第 3の目標電流値になるように制御するステップをさらに含む請求項 8記載の放電灯点灯方法 _c

1 0 . 前記第 1の目標電流値は前記第 2の目標電流値の 2倍以上に設定される請求項 8記載の放電灯点灯方法。

1 1 . 前記所定の高周波始動期間は、前記放電灯の定格に応じて前記放電灯毎に個別に設定される請求項 8記載の放電灯点灯方法。

1 2 . 前記所定の閾値電圧は、前記放電灯の定格に応じて前記放電灯毎に個別に設定される請求項 8記載の放電灯点灯方法。

1 3 . 前記放電灯に印加される,電圧が前記所定の閾値電圧に至るまで、前記放電灯の冷却を停止するステップをさらに含む請求項 8記載の放電灯点灯方法。