WO2005081589A1 - 放電ランプ点灯装置およびプロジェクタ - Google Patents

放電ランプ点灯装置およびプロジェクタ Download PDF

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discharge lamp
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power control
power
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PCT/JP2004/012973
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Koji Watanabe
Hirofumi Konishi
Junichi Hasegawa
Katsuyoshi Nakada
Toshiaki Sasaki
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Matsushita Electric Works, Ltd.
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    • Y02B20/00Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps

Definitions

  • the present invention relates to a discharge lamp lighting device used for lighting a high-intensity discharge lamp (HID lamp) and a projector equipped with the discharge lamp lighting device.
  • HID lamp high-intensity discharge lamp
  • a high-intensity discharge lamp is lit by, for example, a square wave voltage.
  • a high-intensity discharge lamp is an ultra-high pressure mercury lamp used as a light source for a projector
  • a relatively low frequency (about several hundred Hz) square wave voltage is used to prevent the occurrence of acoustic resonance. It is applied to a lamp (see, for example, JP-A-2002-352982).
  • Japanese Patent Application Publication No. 2002-532866 proposes a technique for reducing the frit force of a discharge lamp.
  • the lamp current shape of the discharge lamp is changed according to the detection of the occurrence of the fritting force.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-134287 proposes a technique for gradually increasing the instantaneous value of the power supplied to the discharge lamp in a half cycle of the lamp current of the discharge lamp with time.
  • JP-A-2002-134287 changes the instantaneous value of the power supplied to the discharge lamp, and changes the waveform of the voltage or lamp current applied to the discharge lamp to a waveform other than a square wave. Therefore, relatively complicated control is required.
  • an object of the present invention is to maintain the temperature of the electrode of the high-intensity discharge lamp or the temperature in the bulb in an appropriate state by simple control.
  • Another object of the present invention is to stabilize the position of the starting point of the arc by promoting the formation of projections on the electrode, thereby suppressing the generation of frit force and the deterioration of the electrode, and achieving a high-intensity discharge lamp. Is to prolong the service life.
  • a discharge lamp lighting device of the present invention includes a power converter and a control circuit.
  • the power converter includes at least one switching element and is connected between the power supply and the high intensity discharge lamp.
  • the control circuit controls the ON / OFF state of the switching element based on the lamp power control so as to supply a predetermined lamp power to the high-intensity discharge lamp.
  • the control circuit controls at least one of the effective value and the peak value of the lamp power supplied to the high-intensity discharge lamp based on the high-power control.
  • the ON / OFF state of the switching element is controlled so as to be larger than that adjusted by the above.
  • the constant lamp power control is a control for adjusting the effective value of the lamp power supplied to the high-intensity discharge lamp to a predetermined power value. It is you. As described above, by controlling the on / off state of the switching element based on the high power control, the temperature of the electrode of the high-intensity discharge lamp or the temperature in the bulb can be maintained in an appropriate state. As a result, the formation of protrusions on the electrodes can be promoted, and the starting point of the arc can be stabilized, so that the generation of frit force and the deterioration of the electrodes are suppressed, and the life of the high-intensity discharge lamp is extended. can do.
  • the discharge lamp lighting device includes state detection means for detecting a state of the high-intensity discharge lamp, and the control circuit, after starting the high-intensity discharge lamp, based on a detection result of the state detection means. Then, the lamp power control is switched to constant lamp power control or high power control.
  • the control circuit controls the ON / OFF state of the switching element so as to adjust the effective value of the lamp power supplied to the high-intensity discharge lamp to a predetermined power value.
  • the control circuit turns on the switching element so that at least one of the effective value and the peak value of the lamp power supplied to the high-intensity discharge lamp is larger than that of the constant lamp power control. Controls the Z off state.
  • the predetermined power value may be a rated power value of the high-intensity discharge lamp! Alternatively, the predetermined power value may be a rated power value of the high-intensity discharge lamp and a dimming photoelectric power value corresponding to the rated power value.
  • the state detecting means detects a lamp voltage of the high-intensity discharge lamp, and the control circuit sets the detection result of the state detecting means to a threshold voltage higher than the rated lamp voltage of the high-intensity discharge lamp. If the power reached is exceeded, the lamp power control is switched to high power control. With this configuration, the lamp power can be increased during a period in which the temperature of the electrodes of the high-intensity discharge lamp or the temperature in the bulb is considered to be reduced, so that the temperature decrease can be suppressed.
  • the control circuit switches the lamp power control to the high power control while the detection result of the state detecting means is equal to or higher than the threshold voltage, and controls the lamp power while the detection result of the state detecting means is lower than the threshold voltage.
  • the power control may be switched to the constant power control.
  • the control circuit switches the lamp power control to the high power control for a predetermined period included in a period in which the detection result of the state detection means is equal to or higher than the threshold voltage. After the predetermined period has elapsed, the lamp power control may be switched to the constant power control. [0017] It is desirable that the control circuit controls the ON / OFF state of the switching element based on the high power control for a predetermined period immediately after the high-intensity discharge lamp reaches a stable state.
  • the lamp power can be increased during the period required for the electrode temperature of the high-intensity discharge lamp to stabilize after the arc discharge starts, so that the temperature of the electrode of the high-intensity discharge lamp or the temperature inside the bulb can be increased.
  • the temperature can be raised quickly.
  • the control circuit controls the on / off state of the switching element based on the constant lamp power control and the on / off state of the switching element based on the high power control. , Alternately and periodically. In this control
  • the state detecting means detects the state of the high-intensity discharge lamp for detecting the occurrence of the frit force on the high-intensity discharge lamp, and the control circuit performs the high-intensity discharge based on the detection result of the state detecting means. It is preferable to detect the occurrence of a frit force on the discharge lamp.
  • the control circuit switches the lamp power control to the high power control when the generation of the frit force is detected. In such control, when a frit force is generated, the frit force can be suppressed by increasing the temperature of the electrode of the high-intensity discharge lamp or the temperature in the valve.
  • the control circuit switches the lamp power control to the high power control while the generation of the frit force is detected, and switches the lamp power control to the constant power control while the generation of the frit force is not detected.
  • the control circuit switches the lamp power control to the high power control for a predetermined period when the occurrence of the frit force is detected, and switches the lamp power control to the constant power control after the predetermined period has elapsed. Is also good. In this control, when a frit force is generated, the frit force is suppressed by increasing the temperature of the electrode of the high-intensity discharge lamp or the temperature in the bulb when the frit force is generated. Can be controlled. Even if the fritting force stops immediately due to an increase in the lamp power, the lamp power is increased for a predetermined period, so that the temperature of the high-intensity discharge lamp electrode or the temperature in the valve can be sufficiently increased. Conversely, high power control is switched to constant power control even if the fritting force does not stop, so that unnecessary power consumption can be suppressed.
  • the state detecting means includes means for detecting a lamp voltage applied to the high-intensity discharge lamp, means for detecting a lamp current supplied to the high-intensity discharge lamp, and a light output of the high-intensity discharge lamp.
  • L which is preferably constituted by at least one means of detecting.
  • the occurrence of the frit force can be determined by using any of the lamp voltage, the lamp current, and the actual light output. By using a plurality of elements in combination, it is possible to detect the occurrence of a frit force without misidentification.
  • the control circuit may detect the occurrence of the frit force when a change value in the detection result per unit time is equal to or larger than a specified value. In this case, it is determined that the frit force has occurred when the change value has increased, so that the frit force can be detected without delay.
  • the control circuit obtains the number of cases where the change value is equal to or larger than the specified value for each determination period longer than the unit time. May be detected. In this control, it is possible to recognize a state similar to a state in which a person recognizes a frit force, and to accurately detect the occurrence of the frit force.
  • the control circuit executes correction control or non-correction control as high power control.
  • the control circuit sets the effective value of the lamp power supplied to the high-intensity discharge lamp to be equal to that adjusted by the constant lamp power control, while the lamp power supplied to the high-intensity discharge lamp is controlled.
  • the switching element is controlled so as to make a part of the switching element larger than that adjusted by the constant lamp power control.
  • the control circuit turns on and off the switching element so that a part of the lamp power supplied to the high-intensity discharge lamp is larger than that adjusted by the constant lamp power control. Control the state. In this control, the light output can be maintained in a stable state by increasing the temperature of the electrode of the high-intensity discharge lamp.
  • the power converter includes a converter that includes a switching element and converts a voltage from a power supply into a DC voltage, and a power converter that includes a plurality of switching elements and converts the DC voltage from the converter into a square wave voltage. It is desirable to provide an inverter for conversion.
  • the control circuit increases the lamp current due to at least one half cycle component of the square wave voltage while the number of half cycle pulses of the square wave voltage reaches a predetermined number.
  • the on / off period of the switching element of the comparator is controlled. As a result, the temperature of the electrode of the high-intensity discharge lamp can be maintained, and the light output can be stabilized.
  • the control circuit may control the on-Z off period of the switching element of the inverter such that the half-cycle time for increasing the lamp current is different from the half-cycle time for not increasing the lamp current.
  • the lamp current is adjusted not only by increasing the lamp current but also by increasing the lamp current.Thus, even if it is difficult to meet the specifications of a high-intensity discharge lamp and maintain the electrode temperature with lamp current alone, adjust the time. Will be possible.
  • the discharge lamp lighting device includes state detection means for detecting the state of the high-intensity discharge lamp, and the control circuit increases the lamp current by at least one half-cycle component of the square wave voltage. It is desirable to change the frequency of increasing the lamp current based on the detection result of the state detection means. This control adjusts the frequency of increasing the lamp current, not just increasing the lamp current.Therefore, even if it is difficult to achieve both the conformity to the specifications of the high-intensity discharge lamp and the maintenance of the electrode temperature with the lamp current alone, The frequency can be adjusted by adjusting the frequency.
  • the discharge lamp lighting device includes state detection means for detecting a state of the high-intensity discharge lamp, and the control circuit increases the lamp current by at least one half-cycle component of the square wave voltage.
  • the peak of the lamp current may be changed based on the detection result of the state detecting means. This control not only increases the lamp current, but also adjusts the peak value of the lamp current.Therefore, even if it is difficult to meet the specifications of a high-intensity discharge lamp and maintain the electrode temperature at the same time using only the lamp current, the peak value will not increase. Can be adjusted by adjusting the value
  • the discharge lamp lighting device includes state detection means for detecting a state of the high-intensity discharge lamp, and the control circuit increases a lamp current by at least one half-cycle component of the square wave voltage. Then, the frequency of increasing the lamp current and the peak of the lamp current are changed based on the detection result of the state detecting means. With this control, the adjustment range is further increased Become wider.
  • a projector of the present invention includes the discharge lamp lighting device described above and a high-intensity discharge lamp as a light source.
  • the projector includes a color filter that temporally changes a transmitted color of light having a light source power in a predetermined cycle
  • the control circuit determines a polarity inversion timing of a lamp voltage applied to the high-intensity discharge lamp, Synchronize with the timing of changing the transmission color of the color filter.
  • FIG. 1 is a circuit diagram of a discharge lamp lighting device according to a first preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining lamp control switching of the discharge lamp lighting device of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining lamp control switching of the discharge lamp lighting device of FIG. 1.
  • FIG. 4 is a view for explaining another example of lamp control switching of the discharge lamp lighting device of FIG. 1.
  • FIG. 5 is a view for explaining another example of lamp control switching of the discharge lamp lighting device of FIG. 1.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining another example of switching the lamp control of the discharge lamp lighting device of FIG. 1.
  • FIG. 7 is a circuit diagram of a discharge lamp lighting device according to a second preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a view for explaining processing of a fritting force detection function of the discharge lamp lighting device of FIG. 8.
  • FIG. 9 shows an operation example of the fritting force detection function of FIG.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining processing of a fritting force detection function in FIG. 8.
  • FIG. 11 shows an operation example of the fritting force detection function of FIG.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining another example of the processing of the fritting force detection function of FIG.
  • FIG. 13 is a diagram for explaining another control example of the discharge lamp lighting device of FIG. 8.
  • FIG. 14 is a circuit diagram of a discharge lamp lighting device according to a third preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 shows the operation of the high power control function of the discharge lamp lighting device of FIG.
  • FIG. 16 is a diagram for explaining the operation of the microcomputer of the discharge lamp lighting device of FIG.
  • FIG. 17 is a view for explaining processing of a non-correction control function of the discharge lamp lighting device of FIG. 14.
  • FIG. 18 is a view for explaining processing of a correction control function of the discharge lamp lighting device of FIG. 14.
  • FIG. 19 is a view for explaining processing of a non-correction control function of the discharge lamp lighting device of FIG. 14.
  • FIG. 20 is a circuit diagram of a discharge lamp lighting device according to a fourth preferred embodiment of the present invention.
  • 21 is a diagram for explaining processing of a control switching function and a high power control function of the discharge lamp lighting device of FIG. 20.
  • FIG. 22 is a diagram for explaining another processing example of the control switching function and the high power control function in FIG. 20.
  • FIG. 23 is a diagram for explaining another processing example of the control switching function and the high power control function in FIG. 20.
  • FIG. 24 shows a projector according to a fifth preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 25 is a front view showing a configuration example of a color filter used in the projector of FIG. 25.
  • FIG. 26 is a diagram for explaining the operation of the projector in FIG. 25.
  • FIG. 1 shows a discharge lamp lighting device 10 for a high-intensity discharge lamp DL1 (for example, a high-pressure mercury discharge lamp of 120 to 300 W).
  • the discharge lamp lighting device 10 includes a resistance R11 for detecting an input current, a state detection circuit 12, a control circuit 13, and an igniter (not shown). It has a power converter 11 connected between a high-intensity discharge lamp DL1 having one end and a second end.
  • the igniter is Takaki To start the discharge lamp DL1, a high voltage is generated and applied to the high-intensity discharge lamp DL1.
  • the power converter 11 includes a DC-DC converter 111, a low-pass filter 112, an inverter 113 having output terminals T11 and T12, and drive circuits 114 and 115, and a DC power from the DC-DC converter 111. (Smoothing capacitor) C11 that supplies the high-intensity discharge lamp DL1 to the high-intensity discharge lamp DL1.
  • the DC-DC converter 111 can be constituted by, for example, a step-down converter having a diode Dll, a switching element Q11 and an inductor L11.
  • Diode D11 has a power source and an anode, and the anode is connected to the negative terminal of DC power supply DC1 via resistor R11 and to the negative voltage side of capacitor C11.
  • Switching element Q11 is connected between the power source of diode D11 and the positive terminal of DC power supply DC1.
  • This switching element Q11 is a power MOSFET having a diode (body diode), and its drain and source are connected to the positive terminal of DC power supply DC1 and the power source of diode D11, respectively.
  • the power diode and anode of the body diode are connected to the drain and source of the power MOSFET, respectively.
  • Inductor L11 is connected between the force source of diode D11 and the positive side of capacitor C11.
  • This DC-DC converter 111 allows a charging current to flow from the DC power supply DC1 to the capacitor C11 through the inductor L11 while the switching element Q11 is on, and a capacitor via the diode D11 while the switching element Q11 is off. Releases the energy of inductor L11 to C11.
  • the low-pass filter 112 is composed of a capacitor C12 connected in parallel with the high-intensity discharge lamp DL1, and an inductor L12 connected in series with the high-intensity discharge lamp DL1 and the capacitor C12 of these sets. Connected between 113 output terminals Ti l and T12.
  • Inverter 113 is composed of switching elements Q12-Q15, converts the DC voltage from capacitor C11 into a square wave voltage, and applies the square wave voltage to low-pass filter 112 to increase the AC power to high brightness.
  • Switching element Q 12 Each of Q15 is a power MOSFET with a diode (body's diode).
  • Switching element Q12 is connected to the positive voltage side, and its drain and source are connected to the positive voltage side (positive terminal) of capacitor C11 and output terminal T11, respectively.
  • Switching element Q13 is connected to the negative voltage side, and its drain and source are connected to output terminal T11 and the negative voltage side (negative terminal) of capacitor C11, respectively.
  • Switching element Q14 is connected to the positive voltage side, and its drain and source are connected to the positive terminal and output terminal T12 of capacitor C11, respectively.
  • Switching element Q15 is connected to the negative voltage side, and its drain and source are connected to output terminal T12 and the negative terminal of capacitor C11, respectively.
  • the drive circuits 113 and 114 are constituted by, for example, IR2111 manufactured by IR Co., and the switching elements Q12 and Q15 and the switching elements Q13 and Q14 are alternately turned on in response to a control signal from the control circuit 13. Z off.
  • the state detection circuit 12 includes a voltage division circuit 121 having resistors R12 and R13 connected in series, and detects the state of the high-intensity discharge lamp DL1. Voltage dividing circuit 121 is connected in parallel with capacitor C11 and resistor R11. The voltage of the resistor R13 is proportional to the output voltage of the DC-DC converter 111 (the voltage of the capacitor C11) and indicates the lamp voltage of the high-intensity discharge lamp DL1. Therefore, the state detection circuit 12 detects the output voltage and the lamp voltage of the DC-DC converter 111.
  • the control circuit 13 includes an AZD converter 13a, a PWM (pulse width modulation) control circuit 131, an inverter control circuit 132, and a microcomputer (microcomputer) 130, and monitors both voltages of the resistors R11 and R13. To monitor the input current and the output voltage (or lamp voltage) of the DC-DC converter 111, respectively, and based on the input current and output voltage (ramp voltage), turn on / off the switching elements of the power converter 11. Control the state.
  • the AZD converter 13a converts the detection result (output voltage or lamp voltage of the DC-DC converter 111) of the state detection circuit 12 to digital. Since the voltage of the resistor R13 is proportional to the voltage smoothed by the capacitor C11 and is constant within the sampling period of the AZD converter 13a, it is directly supplied to the AZD converter 13 & .
  • the PWM control circuit 131 generates a pulse-like control signal from a triangular wave or sawtooth wave voltage of a predetermined frequency in accordance with a target current from the microcomputer 130 or a correction amount of the output power of the DC-DC converter 111. Then, this control signal is output to switching element Q11.
  • the PWM control circuit 131 When the target current is supplied from the microcomputer 130, the PWM control circuit 131 generates a control signal for making the input current from the resistor R11 equal to the target current. Since the input current from the resistor Rl1 represents the output current of the DC-DC converter 111, the output current is made equal to the target current.
  • the PWM control circuit 131 divides the correction amount of the output power by the input current from the resistor Rl1 (the output current of 111) to obtain the correction amount of the output voltage. And a control signal that is turned on (High) when the voltage of the triangular wave or the sawtooth wave is changed according to the amount of correction of the output voltage, or equals or exceeds the voltage.
  • the inverter control circuit 132 generates a two-phase control signal in response to a driving instruction from the microcomputer 130, and outputs these two-phase control signals to the drive circuits 114 and 115, respectively.
  • the microcomputer 130 is constituted by, for example, M37540 manufactured by Mitsubishi Corporation.
  • the control switching function It has various functions such as 130a, lamp current control function 130b, constant power control function 130c, and high power control function 130d. Further, the microcomputer 130 stores data such as various tables and various target values.
  • the control switching function 130a switches the control of the high-intensity discharge lamp D L1 to the lamp current control by the lamp current control function 130b when the high-intensity discharge lamp DL1 is started. Executes processing to switch control to constant lamp power control by constant power control function 130c.
  • the stability of the high-intensity discharge lamp DL1 is determined based on the detection result (output voltage) from the AZD converter 13a. That is, since the lamp voltage immediately after the start of the high-intensity discharge lamp DL1 is low, the start period is set to a period in which the voltage of the resistor 13 is lower than the reference voltage.
  • the reference voltage is set in advance based on the voltage at the time of stable lighting of the high-intensity discharge lamp DL1. Therefore, when the voltage of the resistor 13 exceeds the force that has reached the reference voltage, it is determined that the high-intensity discharge lamp DL1 has reached the stable state. [0049] In addition, after the high-intensity discharge lamp DL1 is stabilized, the control switching function 130a switches the lamp power control to constant lamp power control or high power control based on the detection result (lamp voltage) of the AZD converter 13a. Execute the process for switching. Details of this processing will be described later.
  • the lamp current control function 130b executes a process for supplying a target current for lamp current control to the PWM control circuit 131 according to the switching control of the control switching function 130a.
  • the target value of the target current is set to a value that allows a relatively large lamp current (current larger than the rated lamp current) to flow for a predetermined period immediately after startup to shorten the rise time of the light output. .
  • This lamp current control is commonly used for projectors and automobile headlamps because it increases the mercury vapor pressure and light output of the high-intensity discharge lamp DL1 in a short time.
  • the constant power control function 130c executes a process for supplying a correction amount of the output (lamp) power for constant lamp power control to the PWM control circuit 131 according to the switching control of the control switching function 130a.
  • the effective value of the lamp power supplied to the high-intensity discharge lamp DL1 is determined by a predetermined power value (rated power value).
  • a correction amount of output power for adjusting to the dimming power value is obtained.
  • each detection result (output voltage value) from AZD conversion 13a is associated in advance with the output (lamp) power control value.
  • the constant power control function 130c converts the detection result into an output power control value by reading the output power control value corresponding to the detection result from the constant lamp power control table, and outputs the output power control value and the output ( Lamp) The difference from the power target value is determined as the correction amount of the output power.
  • the switching to the constant lamp power control is generally performed to keep the lamp power of the high-intensity discharge lamp DL1 stable during steady lighting after the lamp current control by the lamp current control function 130a.
  • the high power control function 130d executes a process for supplying the correction amount of the output power for high lamp power control to the PWM control circuit 131 according to the switching control of the control switching function 130a.
  • the actual lamp power supplied to the high-intensity discharge lamp DL1 is determined.
  • a correction amount of the output power to make at least one of the effective value and the peak value larger than that adjusted by the constant power control function 130c is obtained.
  • the high power control function 130d uses an output power target value larger than the output power target value of the constant power control function 130c. For example, as shown in FIG. 2, in the case of the rated power or each dimming power, one of a plurality of output power target values is selected and used.
  • the first rated target is used as the output power target value by the constant power control function 130c, while the second rated target and the third rated target are output by the high power control function 130d. Used as power target value.
  • the output power is reduced by the rated power P
  • the second rated target or the third rated target is set based on predetermined conditions such as, for example, ambient temperature.
  • predetermined conditions such as, for example, ambient temperature.
  • the second rated target is selected when the ambient temperature becomes lower than the first reference temperature, and the ambient temperature is lower than the first reference temperature and the second reference temperature. If it becomes lower, the third rating target is selected.
  • the first dimming target is used as the output power target value by the constant power control function 130c, while the second dimming target and the third dimming target are set by the high power control function 130d.
  • the second dimming target and the third dimming target are set by the high power control function 130d.
  • the output power is reduced by the dimming power P
  • the output power is set to an output power P that is greater than the output power P.
  • the dimming target is set based on a predetermined condition such as an ambient temperature.
  • a predetermined condition such as an ambient temperature.
  • the second dimming target is selected when the ambient temperature falls below the first reference temperature, and the second reference temperature is selected when the ambient temperature is lower than the first reference temperature. If it becomes lower, the third dimming target is selected.
  • the control switching function 130a will be further described.
  • the control switching function 130a switches to a threshold voltage V at which the lamp voltage (R13 voltage) is higher than the rated lamp voltage V.
  • the lamp power control When the power exceeding L1 tl is exceeded, the lamp power control is switched to high power control, and when the lamp voltage falls below the threshold voltage V, the lamp power control is switched to constant lamp power control.
  • the threshold voltage V for the lamp and the threshold voltage V for the dimming operation can be the same or different.
  • VR indicates the voltage range during the start-up period.
  • Power control is switched to high lamp power control.
  • the discharge lamp lighting device 10 controls the constant lamp power control to a high lamp when the temperature of the electrode of the high-intensity discharge lamp DL1 or the temperature inside the bulb decreases. By switching to power control, it is possible to suppress a decrease in the electrode temperature or the temperature in the bulb.
  • control switching function 130a includes, as shown in FIG. 4, a predetermined period T included in a period during which the detection result of the state detection circuit 12 is equal to or higher than the threshold voltage V.
  • the lamp power control is switched to the high power control for a predetermined period TM.
  • HC1 After the elapse of HC1, a process for switching the lamp power control to the constant power control is executed. That is, using the timer function of the microcomputer, the timing for returning to the high power control power / constant power control is controlled by time.
  • tl indicates that the detection result of the state detection circuit 12 is equal to the threshold voltage V.
  • HC1 Therefore, it is possible to prevent the temperature of the electrodes or the temperature in the valve from being heated while suppressing the temperature of the electrodes or the temperature in the valve.
  • control switching function 130a switches the control of the high-intensity discharge lamp DL1 to the lamp current control after the start of the high-intensity discharge lamp DL1, as shown in FIG. Predetermined period TM immediately after reaching the stable state of lamp DL1 (near after)
  • the lamp power control is switched to the high power control.
  • a process for switching the control to the constant power control is executed.
  • the lamp current is increased for a period required for the electrode temperature of the high-intensity discharge lamp DL1 to stabilize after the arc discharge starts, so that the temperature of the electrode and the inside of the bulb are increased. Temperature can be raised quickly, and those temperatures can be easily stabilized.
  • the control switching function 130a switches the control of the high-intensity discharge lamp DL1 to the lamp current control after the high-intensity discharge lamp DL1 is started, as shown in FIG. After reaching the stable state of the lamp DL1, a process for alternately and periodically switching the lamp power control to the high power control or the constant power control is executed.
  • TM indicates a switching cycle between high power control and constant power control. In the case of this switching control
  • the temperature of the electrode of the high-intensity discharge lamp DL1 and the temperature inside the bulb can be easily maintained even if there are various changes such as changes in the surrounding environment or fluctuations in the power supply voltage. Can be suppressed.
  • FIG. 7 shows a discharge lamp lighting device 20 for a high-intensity discharge lamp (for example, an ultra-high pressure mercury discharge lamp of 120 to 300 W) DL2.
  • the discharge lamp lighting device 20 is characterized by a state detection circuit 22 and a control circuit 23.
  • the state detection circuit 12 is configured by a voltage dividing circuit 121
  • the control circuit 13 is AZD translator 13a, microcomputer 130, PWM control circuit 131, and inverter control circuit 132 are different.
  • the state detecting circuit 22 includes a voltage dividing circuit 221 similar to the voltage dividing circuit 121, a small resistor R24, a current detecting circuit 222, and an optical output detecting circuit 223.
  • the resistor R24 is connected between the negative voltage side (negative terminal) of the capacitor C21 and the switching elements Q23 and Q25. Connected between both sources, it detects the voltage corresponding to the lamp current of the high-intensity discharge lamp DL2. Since the voltage of the resistor R24 is low due to the small resistance and fluctuates due to the switching of the inverter 213, the current detection circuit 222 is provided.
  • the current detection circuit 222 includes a filter and an amplification circuit, and appropriately amplifies the voltage of the resistor R24.
  • the light output detection circuit 223 includes a light receiving element such as a photodiode, for example, and is arranged near the high-intensity discharge lamp DL2, and detects the light output of the high-intensity discharge lamp DL2.
  • the control circuit 23 includes an AZD converter 23a, a PWM control circuit 231 and a power control AZD converter 23b, 23c of the inverter control circuit 232, and a microcomputer 230.
  • the AZD converter 23b converts an analog output corresponding to the lamp current from the current detection circuit 222 into a digital signal.
  • the AZD converter 23c converts an analog output reflecting the light output of the high-intensity discharge lamp DL2 from the light output detection circuit 223 into a digital signal.
  • the microcomputer 230 is characterized by a control switching function 230a to which a timer function and a flicker detection function are added, as compared with the microcomputer 130 of the first embodiment.
  • the timer function of the control switching function 230a is used for the time limit of the high power control, and executes a process for measuring a predetermined period of time.
  • the flit force detection function of the control switching function 230a performs the AZD conversion for each period TM between adjacent bipolar inversion timings of the output voltage (square wave voltage) of the inverter 213.
  • 23a performs the process for using each digital value from 23c.
  • the digital value of each of the AZD converters 23a to 23c can be excluded from the digital value affected by overshoot at the time of polarity inversion, so that the digital value can be used without being affected by overshoot.
  • the start timing of the period TM is set, for example, after a predetermined period of time also for the rising polarity reversing force.
  • the fritting force detection function is to hold the value of the detection element for each cycle of the output voltage of the inverter 213, obtain the average value of the detection elements in a plurality of cycles, and use the average value. Can be.
  • the flicking force detection function of the control switching function 230a also executes a process for detecting the occurrence of a fritting force on the high-intensity discharge lamp DL2 based on each detection result of the state detection circuit 22.
  • it corresponds to the lamp voltage converted by AZD conversion 23 &
  • the fritting force detection function is based on the AZD transformation 23 &
  • the unit time At is the period T in Fig. 8.
  • the change value is not limited to the change value shown in Fig. 9 (b), and can be replaced with a value such as the absolute value of the difference between two digital values that are continuously captured according to the sampling time of the AZD change.
  • the control switching function 230a switches the lamp power control to the high power control for a predetermined period by the timer function when the occurrence of the frit force is detected by the flit force detection function, and after the predetermined period elapses, Switch lamp power control to constant lamp power control.
  • the operation of the discharge lamp lighting device 20 will be described.
  • the control of the high-intensity discharge lamp DL2 is switched to the lamp current control.
  • the lamp current control is switched to the constant lamp power control.
  • the constant lamp power control is performed for a predetermined period. During this time, it is switched to high lamp power control.
  • the discharge lamp lighting device 20 switches the constant lamp power control to the high lamp power control based on the detection of the occurrence of the frit force. It is possible to suppress a decrease in the temperature inside. In addition, a decrease in the temperature of the electrode or the temperature in the valve causes a visible frit force, so that it is possible to prevent the generation of the frit force.
  • the high lamp power control is executed for a predetermined period, so that the temperature of the electrode and the temperature in the bulb can be sufficiently increased.
  • the high lamp power control is switched to the constant lamp power control, so that unnecessary power consumption by unnecessarily increasing the power for a long time is performed. Can be suppressed.
  • the discharge lamp lighting device 20 is used for illumination, illumination can be performed without causing frustration due to low frit.
  • the discharge lamp lighting device 20 is used for a projector such as a liquid crystal projector, it is possible to obtain a stable light output with a low flit force even if the light source is a light source close to a point light source.
  • control switching function 230a switches the lamp power control to the high power control when the generation of the frit force is detected by the frit force detection function, and the generation of the frit force is not detected.
  • the lamp power control is switched to the constant lamp power control.
  • This switching control can be added to the second embodiment, and any control can be selected.
  • the flicker detection function of the control switching function 230a detects the generation of a flit force when a change value of at least two detection elements per unit time is equal to or greater than a specified value.
  • the flicker detection function of the control switching function 230a is such that the change value is the same as the specified value for each determination period TM1 having a long unit time beam.
  • the number (count value) in the case where it becomes large is determined, and when the number in that case is equal to or larger than a predetermined number (threshold value), occurrence of a frit force is detected.
  • a predetermined number threshold value
  • step S21 the count value is reset in step S21.
  • step S22 the value of the detection element at the unit time At is read (S22), and a change value is obtained (S23).
  • step S24 the change value is compared with a specified value (S24).
  • the change value is equal to or larger than the specified value (YES in S24)
  • increment 1 for example, increment 1 (see FIG. 12) is added to the count value (S25), and the process proceeds to step S26.
  • the change value is smaller than the specified value (NO in S24)
  • the process proceeds to step S28.
  • step S26 when the count value is equal to or larger than the threshold value (YES in S26), occurrence of a frit force is detected (S27), and when the count value is smaller than the threshold value (NO in S26), Step S28 Proceed to.
  • step S28 when the elapsed time of the reset value (S21) of the count value (S21) is within the determination period TM1 (A t X “the number of times that step S28 has been entered”) (YES in S28), the process returns to step S22. If the elapsed time is not within the determination period TM1 (NO in S28), the flow returns to step S21.
  • the high power control function 230c may include, for high power control, at least one half cycle of the square wave voltage while the number of half cycle pulses of the square wave voltage reaches a predetermined number. Lamp current I due to minute component
  • a process for controlling the ON / OFF period of the switching element of the DC-DC converter 211 is executed so as to increase the DL.
  • the periods Tn and Tw during which the lamp current I is increased are controlled to be different from the other periods Tu by controlling the on-Z-off period of each switching element of the inverter 213.
  • the period Tn is set shorter than the other periods Tu, and in FIG. 13 (b), the period Tw is set longer than the other periods Tu. What is the increase rate of the lamp current I and the half-cycle time?
  • the desired lamp current I can be supplied to the high-intensity discharge lamp DL2.
  • the DL has an upper limit and the required energy cannot be supplied to the high-intensity discharge lamp if the period Tw is made equal to the other period Tu, it can be handled by making the period Tw longer than the period Tu. .
  • FIG. 14 shows a discharge lamp lighting device 30 for a high-intensity discharge lamp (for example, a high-pressure mercury discharge lamp of 120 to 300 W) DL3.
  • the discharge lamp lighting device 30 is characterized by a control circuit 33.
  • the control circuit 13 includes an AZD converter 13a, a microcomputer 130, a PWM control circuit 131, and an inverter control circuit 132. Is different.
  • the control circuit 33 includes an AZD converter 33a, a PWM control circuit 331, a power of an inverter control circuit 332, a microcomputer 330, and an integration circuit 333.
  • the microcomputer 330 is characterized by a high power control function 330d having a non-correction control function 330H and a correction control function 330E, and a control switching function 330a, as compared with the microcomputer 130 of the first embodiment.
  • the non-correction control function 330H is provided with a switching element such that a part of the lamp power supplied to the high-intensity discharge lamp DL3 is made larger than that adjusted by the constant lamp power control of the constant power control function 330c.
  • a process for controlling the ON / OFF state of Q31 is executed.
  • the non-correction control function 330H determines the partial peak value (peak value) of the lamp current I according to the procedure of steps S32, S34-S35.
  • the power increase pulse signal I is a half cycle of the output voltage of the inverter 313.
  • the period pulse is supplied to the integration circuit 333 m times while the number reaches the predetermined number n.
  • m and n are integers. In FIG. 17A, m and n are set to 1, 5 respectively. In this uncorrected control, the power increase pulse signal I
  • the non-correction control function 330H uses the power twice (first and third half cycles) while the number of half-cycle pulses reaches 5.
  • the increasing pulse signal I may be supplied to the integration circuit 333.
  • the effective value of DL can be increased, and the consumption of both electrodes of the high-intensity discharge lamp DL3 can be made substantially equal.
  • the non-correction control function 330H may supply the power increase pulse signal I to the integration circuit 333 once while the number of half cycle pulses reaches 6.
  • the temperature of one electrode is intensively increased, when the temperature distribution of both electrodes is uneven, the temperature of the electrode with the lower temperature can be increased, and the unevenness of the temperature distribution can be eliminated.
  • the correction control function 330E controls the high-intensity discharge lamp DL3 while making the effective value of the lamp power supplied to the high-intensity discharge lamp DL3 equal to that adjusted by the constant lamp power control of the constant-power control function 330c.
  • the on / off state of switching element Q31 is controlled so that a part of the supplied lamp power is larger than that regulated by constant lamp power control. Execute the processing for controlling.
  • the correction control function 330E controls the DC voltage V applied from the integration circuit 333 to the PWM control circuit 331 according to the procedure of steps S33 and S34 to S35. While supplying the V adjustment signal for adjusting the level of
  • the power increase pulse signal I is supplied to the integration circuit 333.
  • Fig. 18 (a) the power increase
  • the peak value of the current IDL is the increase in the effective value of the lamp current I due to the power increase pulse signal I.
  • the RMS power of the lamp power is equal to that adjusted by the constant lamp power control.
  • the effective value of the lamp power is not increased, by increasing a part of the lamp power supplied to the high-intensity discharge lamp DL3 to be larger than that adjusted by the constant lamp power control, it is possible to achieve a high luminance.
  • the temperature inside the electrode and bulb of the discharge lamp DL3 can be increased.
  • the effective value of the lamp power does not change, so that the light output of the high-intensity discharge lamp DL3 can be prevented from changing.
  • FIGS. 18 (a) and (b) correspond to FIGS. 17 (a) and (b), respectively.
  • the correction control function 330E performs the power increase pulse signal I twice (first and fifth half cycles) while the number of half-cycle pulses reaches seven.
  • the power increase pulse signal I is supplied to the integration circuit 333.
  • the parameter n for the power increase pulse signal I may be set to an even number.
  • M and n are set to 6, 1 respectively.
  • m and n are set to 6 and 2, respectively.
  • m and n are 6, 1 respectively, and the polarity of the increased lamp current is set to the opposite polarity as compared with FIG. 19 (a).
  • the control switching function 330a is used to switch the control of the non-correction control function 330H or the control of the correction control function 330E based on various switching conditions when switching the lamp power control to the high power control.
  • the process is executed (S31 in FIG. 15).
  • the control switching function 330a determines that the lamp voltage has reached the threshold voltage (see V in FIG. 3) as a non-correction switching condition.
  • the control switching function is not limited to this switching control, but includes a state detection circuit and a plurality of AZD converters similar to those in the second embodiment.
  • the lamp power control may be switched to the control of the correction control function.
  • the integration circuit 333 is composed of resistors R34 and R35, a diode D32 and a capacitor C33, and is arranged between the microcomputer 330 and the PWM control circuit 331. Pulse signal (V adjustment signal) force with duty according to the voltage of resistor R33 Flow from microcomputer 330 to resistor R34 ref
  • the pulse signal is converted to a DC voltage V by the resistor R34 and the capacitor C33.
  • the power increase pulse signal I flows from the microcomputer 330 to the resistor R35, P
  • the ref OLup increases in accordance with the DC voltage V power supplied to the WM control circuit 331 and the power increase pulse signal I.
  • the microcomputer 330 outputs the two-phase signals FBI and FB2 (similar signals to the control signals supplied from the inverter control circuit 332 to the drive circuits 314 and 315) at the timing shown in FIG. Is supplied to the inverter control circuit 332, the microcomputer 330 (the non-correction control function 330H or the correction control function 330E) counts the number of polarity inversions based on the signals FBI and FB2.
  • the microcomputer 330 supplies the resistor R35 with the power increase pulse signal I synchronized with the signals FBI and FB2 at the timing shown in FIG. As a result, the voltage of the capacitor C33 (DC
  • the amount of increase in lamp current due to DLup is adjusted by the resistance value of resistor R35.
  • the time of the half cycle in which the force S is small is long, the load on the electrode increases, so that the time is desirably set to about 0.5 to 50 ms.
  • the rate of increase of the lamp current I depends on the lamp current
  • the discharge lamp DL3 was turned on for 1 hour. Further, as in the non-correction control shown in FIG. 17, n is set to 5, and the peak value of the lamp current I in the half-cycle period is set to be smaller than that in other periods while the number of half-cycle pulses of the output voltage reaches 5. Increase and increase rate to 30%, high-intensity discharge
  • Lamp DL3 was turned on for 1 hour. If the peak value of the lamp current I is kept constant, the ratio
  • An arc jump occurred over a relatively long period.
  • An arc jump refers to a phenomenon in which the end position of the arc is not stable and moves around, and the light output changes.
  • the power was such that an arc jump did not occur.
  • the microcomputer 330 includes only the correction control function 330E in the high power control function 330d.
  • the control switching function 330a switches the lamp control to the lamp current control after starting the high-intensity discharge lamp DL1 until the lamp voltage reaches the rated lower limit of the rated lamp voltage (see Table 1 described later).
  • switch lamp power control to correction control or constant lamp power control.
  • the control switching function 330a switches to the compensation control of the compensation control function 330E, and the lamp voltage becomes lower than the lower rated voltage.
  • the voltage is also low, it switches to the constant lamp power control of the constant power control function 330c.
  • This control is suitable for a projector. For example, when the temperature inside the projector rises and the lamp voltage drops to a voltage lower than the rated lower limit voltage, the lamp power control is switched to the correction control power of high power control and the constant lamp power control. Temperature can be lowered.
  • FIG. 20 shows a discharge lamp lighting device 40 for a high-intensity discharge lamp (for example, an ultra-high pressure mercury discharge lamp of 120 to 300 W) DL4.
  • the discharge lamp lighting device 40 is characterized by a control switching function 430a and a high power control function 430d of the microcomputer 430 as compared with the second embodiment, and the microcomputer 430 is not provided with a constant power control function.
  • the control switching function 430a switches to the first high power control (see period TM in Fig. 21) by the high power control function 430d when the high-intensity discharge lamp DL4 is stable.
  • the high power control function 430d adjusts at least one of the effective value and the peak value of the lamp power supplied to the high-intensity discharge lamp DL4 by the constant lamp power control based on the first high power control. A process for controlling the ON / OFF state of the switching element Q41 is executed so as to increase the value. Also, the high power control function 430d is based on the second high power control so that the lamp power in the second high power control is larger than that in the first high power control, A process is performed to change the frequency of increasing the lamp current.
  • the control switching function 430a determines that the lamp voltage is within a specified range (not less than the threshold voltage and the circuit operation time) during dimming lighting as a condition for transition from the first high power control to the second high power control. If the power supply to the high-intensity discharge lamp is reduced, or if a predetermined time has elapsed since the high-intensity discharge lamp was turned on, the cumulative lighting time of the high-intensity discharge lamp will be the predetermined time. When the fre- quency and arc jump are detected, the first high power control is switched to the second high power control.
  • control switching function 430a is provided when the lamp voltage is out of the specified range and is less than the lower limit at the time of dimming lighting as a transition (return) condition from the second high power control to the first high power control. If the power supplied to the high-intensity discharge lamp is increased, or if a predetermined time has elapsed after the transition from the first high power control to the second high power control, a frit force or arc jump is detected. When no longer available, the second high power control is switched to the first high power control.
  • the frit force or the arc jump is not detected, but also the case where a predetermined time has elapsed after the transition to the second high power control by the frit force or the arc jump may be used as an alternative condition.
  • the second high power control does not end indefinitely when the frit force or the arc jump occurs due to the deterioration of the high-intensity discharge lamp, so that excessive stress is applied to the circuit elements. Can be prevented.
  • the above transition conditions can be set as appropriate in addition to the above-described example.
  • the cumulative lighting time is measured by a timer that accumulates the lighting time (the period from power-on to power-off) of the high-intensity discharge lamp.
  • a timer that accumulates the lighting time (the period from power-on to power-off) of the high-intensity discharge lamp.
  • a photoelectric sensor is placed near the high-intensity discharge lamp, and the difference in luminance within a specified short period of time is monitored.
  • the occurrence of an arc jump can be detected.
  • the flit force detection function is used for arc jump detection.
  • the cumulative lighting time is not included in the return condition only due to the increase.
  • Table 1 summarizes the relationship between the first high power control and the second high power control, the predetermined power (rated lighting or dimming lighting), and the lamp voltage of the high-intensity discharge lamp based on the above transition conditions. Like one.
  • Rated range means a range including the rated lamp voltage in consideration of variations in characteristics of the high-intensity discharge lamp.
  • the lower and upper ratings correspond to the lower and upper limits, respectively, of the rating range.
  • the frequency As a method of changing the frequency, as shown in FIG. 21, there is a method of changing the parameter (specified number of times) n and a method of changing the number of times (m) in which the lamp current increases in a unit period.
  • the high-power control function 430d performs one time while the number of half-period pulses of the square wave voltage reaches five. The lamp current is increased by a half period.
  • the high power control function 430d increases the lamp current for one half cycle time while the number of half cycle pulses of the square wave voltage reaches three.
  • Such switching may be at least three types of switching.
  • the period in which the number of half-period pulses reaches 5 is set as the unit period, and
  • the lamp current in each half cycle of the two polarity inversions may be increased in calorie over that of the other periods in the unit period.
  • dimming lighting it is necessary to adjust the amplitude of the square wave voltage so that the effective value of the lamp current is lower than the rated lighting.
  • the discharge lamp lighting device 40 switches the lamp power control to the first high power control or the second high power control after the high-intensity discharge lamp DL4 is stabilized. It is possible to prevent generation of force and fluctuation of light output.
  • the high power control function A process for changing the peak (peak value) of the lamp current of the high-intensity discharge lamp DL4 is executed so that the power becomes larger than that in the first high power control.
  • the peak value of the lamp power in the second high power control is set to be larger than that in the first high power control
  • the effective value of the lamp power in the second high power control is the first high power control. It is set to be equal to that in power control.
  • Such switching may be at least three types of switching.
  • a third high power control is provided, and this peak value is made larger than that of the second high power control, and the effective value of the lamp power in the high power control is made equal to that in the first and second high power controls. I do. Then, any one of the first to third high power controls may be selected based on the detection result of the state detection circuit 43.
  • the high power control function 430d when the high power control function 430d is switched from the first high power control to the second high power control, the high power control function 430d performs the second high power control.
  • a process for changing the frequency of increasing the lamp current and changing the peak of the lamp current is performed so that the pump power becomes larger than that in the first high power control.
  • the control range is deviated only by changing a single element.
  • it is possible to widen the range of the desired output and for example, it is possible to widen the dimming range.
  • FIG. 24 shows a projector equipped with a discharge lamp lighting device.
  • this projector includes a discharge lamp lighting device according to any of the above-described embodiments, a high-intensity discharge lamp as a light source, and a transmitted color of light from the light source at a predetermined cycle.
  • a discharge lamp lighting device according to any of the above-described embodiments, a high-intensity discharge lamp as a light source, and a transmitted color of light from the light source at a predetermined cycle.
  • a DLP registered trademark
  • DMD digital micromirror
  • the color filter 14 has a disk shape, is arranged in front of the light source, and light transmitted through the color filter 14 is reflected by the DMD element.
  • the color filter 14 is divided into red (R), green (G), blue (B), and colorless (W) regions, and rotates at a constant period in the direction of arrow X in FIG. As a result, the transmission color of the color filter 16 changes over time, such as red (R), green (G), blue (B), and white (W), as shown in FIG. I do.
  • the timing of switching the polarity of the voltage applied to the light source is synchronized with the boundary of each color region in the color filter 14.
  • the red area of each color area of the color filter 14 has a larger area than the other areas, and the period of transmitting light of the light source power to the red area is longer than the period of transmitting light to the other areas. So, during the period when light is transmitted through the red area! Switch the sex of the pole!
  • the lamp current may be increased during the period in which light is transmitted to other regions as compared with other periods. Also, increase the lamp current in the period corresponding to two or more areas compared to other periods! ].
  • the effective value of the lamp current I under high power control (solid line) is that under constant lamp power control (dashed line). Is set to a value greater than In Fig. 26 (c), the lamp current I under high power control (solid line) is
  • the effective value is set to a value equal to that in constant lamp power control (dashed line).
  • the color filter 14 can be replaced with a color filter that does not include a colorless (W) area.
  • the discharge lamp lighting device of each embodiment can be used not only for the projector of the fifth embodiment but also for various projectors.
  • the embodiments may replace bipolar transistors and diodes in addition to switching elements such as power IGBTs, including power MOSFETs, with such power MOSFETs.
  • the DC power supply may be a DC power supply that rectifies an AC power supply.
  • the DC power supply including the step-down converter has another configuration according to the type of high-intensity discharge lamp.
  • DC converters eg, buck-boost converters with multiple switching elements
  • the embodiment includes an inverter, but the inverter can be omitted when a high-intensity discharge lamp power is a C lamp.

Abstract

 スイッチング素子Q11を備えるDC−DCコンバータ111は高輝度放電ランプDL1の供給電力を変化させる。スイッチング素子Q11のオン/オフは制御回路13により制御される。制御回路13は、ランプの安定点灯時に定ランプ電力制御でスイッチング素子Q11のオン/オフ状態を制御する。制御回路13は、ランプの点灯期間の間、高電力制御に基づいて、定ランプ電力制御でのランプ電力よりも大きいランプ電力をランプに供給するように、スイッチング素子Q11のオン/オフ状態を制御する。簡単な制御によりランプの電極およびバルブ内の温度を適正な状態に保ち、フリッカの発生および電極の劣化を抑制することができる。

Description

明 細 書
放電ランプ点灯装置およびプロジェクタ
技術分野
[0001] 本発明は、高輝度放電ランプ (HIDランプ)の点灯に使用される放電ランプ点灯装 置およびこの放電ランプ点灯装置を搭載したプロジェクタに関するものである。 背景技術
[0002] 従来の放電ランプ点灯装置では、高輝度放電ランプは例えば方形波電圧により点 灯される。高輝度放電ランプがプロジェクタ用の光源に使用される超高圧水銀ランプ である場合には、比較的低周波 (数百 Hz程度)の方形波電圧が、音響共鳴現象の 発生を防止するために、ランプに印加される(例えば、特開 2002-352982号公報 参照)。
[0003] この種の用途では点光源に近付けるために、ランプのアーク長をできるだけ小さく することが要求されている。し力しながら、アーク長を小さくすると、電極上におけるァ ークの発生位置が電極の温度や表面の状態に依存して不安定になり、アークの起点 位置が別の場所にジャンプする現象が生じやすくなる。この種の現象が生じると、ラ ンプカもの光出力に視認可能なフリツ力が生じ、プロジェクタ用の光源として用いる場 合には、投影面 (スクリーン)上での輝度が低下したり、明るさの変動によって映像が 見にくくなるなどの問題を生じる。
[0004] ところで、高輝度放電ランプのランプ電圧が高 、とランプ電流が減少し、ランプの電 極およびバルブ内の温度が低下するので、バルブ内での活性が低下する。このよう な現象力 Sメタルノヽライドランプで発生すると、ハロゲンサイクルが活発でなくなる。通 常は電極の表面に突起が形成され、突起がアークの起点となることによってアークの 起点が安定するのである力 上述のようにバルブ内での活性が低下した状態では、 電極の表面に突起が形成されに《なる。このため、アークの起点が定まらずに、ァ ークの起点が移動する現象を生じやすくなる。また、電極の表面に突起が形成され ずアークの起点が安定しないと、電極全体でアークによる損傷を受けるから電極の劣 化が進行しやすくなる。 [0005] ところで、例えば特表 2002— 532866号公報において、放電ランプのフリツ力を軽 減する技術が提案されている。この技術では、フリツ力の発生の検出に従って、放電 ランプのランプ電流形状が変更される。
[0006] 特開 2002— 134287号公報では、放電ランプのランプ電流の半周期において放 電ランプに供給する電力の瞬時値を時間経過とともに次第に増カロさせる技術が提案 されている。
[0007] 特開 2002— 352982号公報および特表 2002— 532866号公報に記載された技術 によれば、電極の損耗が制御される。後者においてはとくにフリツ力の軽減に着目し て 、るが、放電ランプのランプ電流形状を変更するためにパルス状の電流を重畳す る必要があり、比較的複雑な制御が必要になる。
[0008] 特開 2002— 134287号公報に記載された技術は、放電ランプに供給する電力の 瞬時値を変化させ、放電ランプに印加する電圧またはランプ電流の波形を方形波以 外の波形に変更するものであるから、比較的複雑な制御が必要になる。
発明の開示
[0009] そこで、本発明の目的は、簡単な制御によって高輝度放電ランプの電極の温度ま たはバルブ内の温度を適正な状態に保つことにある。
[0010] 本発明の他の目的は、電極への突起の生成を促進することによってアークの起点 の位置を安定させ、これにより、フリツ力の発生および電極の劣化を抑制し、高輝度 放電ランプを長寿命化することにある。
[0011] 本発明の放電ランプ点灯装置は、電力変換器と、制御回路とを備える。電力変換 器は、少なくとも一つのスイッチング素子を含み電源と高輝度放電ランプとの間に接 続される。制御回路は、高輝度放電ランプの始動後、ランプ電力制御に基づいて、 所定ランプ電力を高輝度放電ランプに供給するようにスイッチング素子のオン Zオフ 状態を制御する。本発明の特徴として、制御回路は、高輝度放電ランプの始動後、 高電力制御に基づいて、高輝度放電ランプに供給されるランプ電力の実効値および ピーク値の少なくとも一方を、定ランプ電力制御により調整されるそれよりも大きくする ように、スイッチング素子のオン Zオフ状態を制御する。定ランプ電力制御は、高輝 度放電ランプに供給されるランプ電力の実効値を所定電力値に調整するための制 御である。このように、高電力制御に基づいて、スイッチング素子のオン zオフ状態を 制御することにより、高輝度放電ランプの電極の温度またはバルブ内の温度を適正 な状態に保つことができる。結果、電極への突起の生成を促進することができ、ァー クの起点の位置を安定させることができるので、フリツ力の発生および電極の劣化が 抑制され、高輝度放電ランプを長寿命化することができる。
[0012] 好ましくは、放電ランプ点灯装置は、高輝度放電ランプの状態の検出をする状態検 出手段を備え、制御回路は、高輝度放電ランプの始動後、状態検出手段の検出結 果に基づいて、ランプ電力制御を定ランプ電力制御または高電力制御に切り替える 。定ランプ電力制御の場合には、制御回路は、高輝度放電ランプに供給されるラン プ電力の実効値を所定電力値に調整するように、スイッチング素子のオン Zオフ状 態を制御する。高電力制御の場合には、制御回路は、高輝度放電ランプに供給され るランプ電力の実効値およびピーク値の少なくとも一方を定ランプ電力制御のそれよ りも大きくするように、スイッチング素子のオン Zオフ状態を制御する。
[0013] 所定電力値は、高輝度放電ランプの定格電力値であってもよ!、。また、所定電力値 は、高輝度放電ランプの定格電力値およびこれに対する調光率力 得られる調光電 力値であってもよい。
[0014] 好ましくは、状態検出手段は、高輝度放電ランプのランプ電圧の検出をし、制御回 路は、状態検出手段の検出結果が高輝度放電ランプの定格ランプ電圧よりも高いし きい電圧に達する力超える場合に、ランプ電力制御を高電力制御に切り替える。この 構成では、高輝度放電ランプの電極の温度またはバルブ内の温度が低下すると考え られる期間にランプ電力を増大させることができるので、その温度低下を抑制すること ができる。
[0015] 制御回路は、状態検出手段の検出結果がしきい電圧と等しいか高い間、ランプ電 力制御を高電力制御に切り替え、状態検出手段の検出結果がしきい電圧よりも低い 間、ランプ電力制御を定電力制御に切り替えてもよい。
[0016] この別例として、制御回路は、状態検出手段の検出結果がしきい電圧と等しいか高 い間中の期間に含まれる所定期間に亘つて、ランプ電力制御を高電力制御に切り替 え、その所定期間の経過後に、ランプ電力制御を定電力制御に切り替えてもよい。 [0017] 制御回路は、高輝度放電ランプの安定状態到達直後の所定期間の間、高電力制 御に基づいて、スイッチング素子のオン Zオフ状態を制御することが望ましい。この 構成では、アーク放電が開始されてから高輝度放電ランプの電極温度が安定するの に要する程度の期間においてランプ電力を大きくすることができるので、高輝度放電 ランプの電極の温度またはバルブ内の温度を迅速に上昇させることができる。
[0018] 制御回路は、高輝度放電ランプの安定状態到達後、定ランプ電力制御に基づくス イッチング素子のオン Zオフ状態の制御および高電力制御に基づくスイッチング素 子のオン zオフ状態の制御を、交互にかつ周期的に実行してもよい。この制御では
、高輝度放電ランプ点灯中に周囲環境の変化および電源電圧の変動などの種々変 化があつたとしても、高輝度放電ランプの電極の温度またはバルブ内の温度を維持 することが容易になり、結果的にフリツ力の発生および電極の劣化を抑制することが できる。
[0019] 状態検出手段は、高輝度放電ランプ上のフリツ力の発生を検出するための高輝度 放電ランプの状態の検出をし、制御回路は、状態検出手段の検出結果に基づいて、 高輝度放電ランプ上のフリツ力の発生を検出することが好ましい。制御回路は、フリツ 力の発生が検出される場合に、ランプ電力制御を高電力制御に切り替える。このよう な制御では、フリツ力が発生したときに、高輝度放電ランプの電極の温度またはバル ブ内の温度を上昇させてフリツ力を抑制することができる。また、フリツ力が生じていな い期間にはランプ電力を増大しないので、高輝度放電ランプに不必要に大きな電力 を供給することがなぐ高輝度放電ランプのへのストレスが比較的少なぐ電力消費の 増カロも抑制することができる。
[0020] 制御回路は、フリツ力の発生が検出される間、ランプ電力制御を高電力制御に切り 替え、フリツ力の発生が検出されない間、ランプ電力制御を定電力制御に切り替えて ちょい。
[0021] 制御回路は、フリツ力の発生が検出される場合に、所定期間の間、ランプ電力制御 を高電力制御に切り替え、その所定期間の経過後、ランプ電力制御を定電力制御に 切り替えてもよい。この制御では、フリツ力が発生したときに、フリツ力が発生したときに 、高輝度放電ランプの電極の温度またはバルブ内の温度を上昇させてフリツ力を抑 制することができる。ランプ電力の増大によりフリツ力がすぐに停止したとしても、所定 期間の間、ランプ電力が増大されるから、高輝度放電ランプ電極の温度またはバル ブ内の温度を十分に上昇させることができる。逆に、フリツ力が停止しなくても高電力 制御が定電力制御に切り替えられるので、無駄な電力消費を抑制することができる。
[0022] 状態検出手段は、高輝度放電ランプに印加されるランプ電圧の検出をする手段、 高輝度放電ランプに供給されるランプ電流の検出をする手段、および高輝度放電ラ ンプの光出力の検出をする手段の少なくとも一つの手段により構成されることが好ま L 、。ランプ電圧とランプ電流と実際の光出力とのうちの 、ずれかを用いることによつ てフリツ力の発生を判断することができる。複数の要素を複合して用いることにより、フ リツ力の発生を誤認なく検出可能になる。
[0023] 制御回路は、単位時間当たりの、検出結果における変化値が規定値と同じか大き いときに、フリツ力の発生を検出してもよい。この場合、変化値が大きくなつたときにフ リツ力が発生したと判断されるので、フリツ力を遅滞なく検出することができる。
[0024] 制御回路は、単位時間よりも長い判定期間毎に、変化値が規定値と同じか大きくな る場合の数を求め、その場合の数が所定回数と同じか大きいときに、フリツ力の発生 を検出してもよい。この制御では、人がフリツ力を認識する状態と同様の状態を認識し て、フリツ力の発生を正確に検出することが可能になる。
[0025] 好ましくは、制御回路は、高電力制御として補正制御または非補正制御を実行する 。補正制御の場合には、制御回路は、高輝度放電ランプに供給されるランプ電力の 実効値を、定ランプ電力制御により調整されるそれと等しくしながら、高輝度放電ラン プに供給されるランプ電力の一部を、定ランプ電力制御により調整されるそれよりも 大きくするように、スイッチング素子のオン Zオフ状態を制御する。非補正制御の場 合には、制御回路は、高輝度放電ランプに供給されるランプ電力の一部を、定ランプ 電力制御により調整されるそれよりも大きくするように、スイッチング素子のオン Zオフ 状態を制御する。この制御では、高輝度放電ランプの電極の温度を上昇させて光出 力を安定な状態に保つことが可能になる。
[0026] 電力変換器は、スイッチング素子を含み電源からの電圧を DC電圧に変換するコン バータと、複数のスイッチング素子を含みコンバータからの DC電圧を方形波電圧に 変換するインバータとを備えることが望ましい。この構成において、制御回路は、高電 力制御の場合、方形波電圧の半周期パルスの数が所定回数に達する間に、方形波 電圧の少なくとも一つの半周期分の成分によるランプ電流を増大するように、コンパ ータのスイッチング素子のオン zオフ期間を制御する。結果、高輝度放電ランプの電 極の温度を維持することができ、光出力の安定ィ匕が可能になる。
[0027] 制御回路は、ランプ電流を増大する半周期の時間が、ランプ電流を増大しない半 周期の時間と異なるように、インバータのスイッチング素子のオン Zオフ期間を制御し てもよい。ランプ電流を増加させるだけではなぐランプ電流を増加させる時間も調節 するから、ランプ電流だけでは高輝度放電ランプの仕様への適合および電極の温度 保持の両立が困難な場合でも、時間の調節によって対応可能になる。
[0028] 放電ランプ点灯装置は、高輝度放電ランプの状態の検出をする状態検出手段を備 え、制御回路は、方形波電圧の少なくとも一つの半周期分の成分によるランプ電流 を増大するとき、状態検出手段の検出結果に基づいて、ランプ電流を増大する頻度 を変更することが望ましい。この制御では、ランプ電流を増大させるだけではなぐラ ンプ電流を増大させる頻度も調節するから、ランプ電流だけでは高輝度放電ランプ の仕様への適合および電極の温度保持の両立が困難な場合でも、頻度の調節によ つて対応可能になる。
[0029] 放電ランプ点灯装置は、高輝度放電ランプの状態の検出をする状態検出手段を備 え、制御回路は、方形波電圧の少なくとも一つの半周期分の成分によるランプ電流 を増大するとき、状態検出手段の検出結果に基づいて、ランプ電流のピークを変更 してもよい。この制御では、ランプ電流を増大させるだけではなぐランプ電流のピー ク値も調節するから、ランプ電流だけでは高輝度放電ランプの仕様への適合および 電極の温度保持の両立が困難な場合でも、ピーク値の調節によって対応可能になる
[0030] 好ましくは、放電ランプ点灯装置は、高輝度放電ランプの状態の検出をする状態検 出手段を備え、制御回路は、方形波電圧の少なくとも一つの半周期分の成分による ランプ電流を増大するとき、状態検出手段の検出結果に基づいて、ランプ電流を増 大する頻度およびランプ電流のピークを変更する。この制御では、調節範囲がさらに 広くなる。
[0031] 本発明のプロジェクタは、上記放電ランプ点灯装置と、光源としての高輝度放電ラ ンプとを備える。
[0032] 好ましくは、プロジェクタは、光源力もの光の透過色を所定周期で時間変化する力 ラーフィルタを備え、制御回路は、高輝度放電ランプに印加するランプ電圧の極性反 転のタイミングを、カラーフィルタの透過色を変更するタイミングと同期する。この構成 では、カラーフィルタの透過色を所定周期で時間変化することによってカラー画像を 呈示する場合に、ランプ電圧の極性反転のタイミングで光源からの光出力が低下し ている期間の光を利用せず、光出力の高い期間の光をカラーフィルタの各色の領域 の透過光として利用することになるから、光源力 の光を効率よく利用することになる 図面の簡単な説明
[0033] [図 1]本発明の好ましい第 1実施形態による放電ランプ点灯装置の回路図である。
[図 2]図 1の放電ランプ点灯装置のランプ制御切替を説明するための図である。
[図 3]図 1の放電ランプ点灯装置のランプ制御切替を説明するための図である。
[図 4]図 1の放電ランプ点灯装置のランプ制御切替の別例を説明するための図である
[図 5]図 1の放電ランプ点灯装置のランプ制御切替の別例を説明するための図である
[図 6]図 1の放電ランプ点灯装置のランプ制御切替の別例を説明するための図である
[図 7]本発明の好ましい第 2実施形態による放電ランプ点灯装置の回路図である。
[図 8]図 8の放電ランプ点灯装置のフリツ力検出機能の処理を説明するための図であ る。
[図 9]図 8のフリツ力検出機能の動作例を示す。
[図 10]図 8のフリツ力検出機能の処理を説明するための図である。
[図 11]図 8のフリツ力検出機能の動作例を示す。
[図 12]図 8のフリツ力検出機能の処理の別例を説明するための図である。 [図 13]図 8の放電ランプ点灯装置の別の制御例を説明するための図である。
[図 14]本発明の好ましい第 3実施形態による放電ランプ点灯装置の回路図である。
[図 15]図 14の放電ランプ点灯装置の高電力制御機能の動作を示す。
[図 16]図 14の放電ランプ点灯装置のマイコンの動作を説明するための図である。
[図 17]図 14の放電ランプ点灯装置の非補正制御機能の処理を説明するための図で ある。
[図 18]図 14の放電ランプ点灯装置の補正制御機能の処理を説明するための図であ る。
[図 19]図 14の放電ランプ点灯装置の非補正制御機能の処理を説明するための図で ある。
[図 20]本発明の好ましい第 4実施形態による放電ランプ点灯装置の回路図である。
[図 21]図 20の放電ランプ点灯装置の制御切替機能および高電力制御機能の処理 を説明するための図である。
[図 22]図 20の制御切替機能および高電力制御機能の別の処理例を説明するため の図である。
[図 23]図 20の制御切替機能および高電力制御機能の別の処理例を説明するため の図である。
[図 24]本発明の好ましい第 5実施形態によるプロジェクタを示す。
[図 25]図 25のプロジェクタに使用されるカラーフィルタの構成例を示す正面図である
[図 26]図 25のプロジェクタの動作を説明するための図である。
発明を実施するための最良の形態
(第 1実施形態)
図 1は高輝度放電ランプ (例えば 120— 300Wの超高圧水銀放電ランプ) DL1用 の放電ランプ点灯装置 10を示す。放電ランプ点灯装置 10は、入力電流検出用の抵 抗 Rl l、状態検出回路 12、制御回路 13およびィグナイタ(図示せず)を備えることに 加え、正端子および負端子を持つ直流電源 DC1と第 1端および第 2端を持つ高輝 度放電ランプ DL1との間に接続される電力変翻 11を備える。ィグナイタは、高輝 度放電ランプ DL1を始動するために、高電圧を発生して高輝度放電ランプ DL1に 印加する。
[0035] 電力変^^ 11は、 DC— DCコンバータ 111、ローパスフィルタ 112、出力端子 T11 , T12を持つインバータ 113およびドライブ回路 114, 115を備えることに加え、 DC— DCコンバータ 111からの直流電力を高輝度放電ランプ DL1に供給するキャパシタ( 平滑コンデンサ) C 11を備える。
[0036] DC— DCコンバータ 111は、例えば、ダイオード Dl l、スイッチング素子 Q11および インダクタ L11を持つ降圧型コンバータにより構成可能である。ダイオード D11は、力 ソードおよびアノードを持ち、そのアノードが抵抗 R11を介して直流電源 DC 1の負端 子に接続され、またキャパシタ C 11の負電圧側に接続される。
[0037] スイッチング素子 Q11は、ダイオード D11の力ソードと直流電源 DC1の正端子との 間に接続される。このスイッチング素子 Q 11は、ダイオード (ボディ ·ダイオード)を持 つパワー MOSFETであり、そのドレインおよびソースは、それぞれ直流電源 DC1の 正端子およびダイオード D11の力ソードに接続される。また、ボディ ·ダイオードの力 ソードおよびアノードは、それぞれパワー MOSFETのドレインおよびソースに接続さ れる。インダクタ L11は、ダイオード D11の力ソードとキャパシタ C11の正電圧側との 間に接続される。
[0038] この DC— DCコンバータ 111は、スイッチング素子 Q11のオンの間、インダクタ L11 を通して直流電源 DC1からキャパシタ C11に充電電流を流し、スイッチング素子 Q1 1のオフの間、ダイオード D 11を介してキャパシタ C 11にインダクタ L 11のエネノレギー を放出する。
[0039] ローパスフィルタ 112は、高輝度放電ランプ DL1と並列に接続されるキャパシタ C1 2と、これらの組の高輝度放電ランプ DL1およびキャパシタ C12と直列に接続される インダクタ L12とにより構成され、インバータ 113の出力端子 Ti l, T12間に接続され る。
[0040] インバータ 113は、スイッチング素子 Q12—Q15により構成され、キャパシタ C11か らの直流電圧を方形波電圧に変換し、その方形波電圧をローパスフィルタ 112に印 カロすることにより交流電力を高輝度放電ランプ DL 1に供給する。スイッチング素子 Q 12— Q15の各々は、ダイオード(ボディ'ダイオード)を持つパワー MOSFETである。 スイッチング素子 Q12は、正電圧側に接続され、そのドレインおよびソースは、それ ぞれキャパシタ C11の正電圧側 (正端子)および出力端子 T11に接続される。スイツ チング素子 Q13は、負電圧側に接続され、そのドレインおよびソースは、それぞれ出 力端子 T11およびキャパシタ C11の負電圧側 (負端子)に接続される。スイッチング 素子 Q 14は、正電圧側に接続され、そのドレインおよびソースは、それぞれキャパシ タ C11の正端子および出力端子 T12に接続される。スイッチング素子 Q15は、負電 圧側に接続され、そのドレインおよびソースは、それぞれ出力端子 T12およびキャパ シタ C 11の負端子に接続される。
[0041] ドライブ回路 113, 114は、例えば IR社製の IR2111により構成され、制御回路 13 力もの制御信号に応じて、スイッチング素子 Q12, Q 15とスイッチング素子 Q 13, Q1 4とを交互にオン Zオフする。
[0042] 状態検出回路 12は、直列に接続される抵抗 R12, R13を持つ分圧回路 121を含 み、高輝度放電ランプ DL1の状態の検出をする。分圧回路 121は、キャパシタ C11 および抵抗 R11と並列に接続される。抵抗 R13の電圧は、 DC— DCコンバータ 111 の出力電圧 (キャパシタ C11の電圧)に比例し、高輝度放電ランプ DL1のランプ電圧 を示す。よって、状態検出回路 12は、 DC— DCコンバータ 111の出力電圧およびラ ンプ電圧を検出する。
[0043] 制御回路 13は、 AZD変換器 13a、 PWM (パルス幅変調)制御回路 131、インバ ータ制御回路 132およびマイコン(マイクロコンピュータ) 130を含み、抵抗 Rl l, R1 3の両電圧を監視することによって入力電流および DC— DCコンバータ 111の出力 電圧 (またはランプ電圧)をそれぞれ監視し、これら入力電流および出力電圧 (ランプ 電圧)に基づいて、電力変換器 11の各スイッチング素子のオン Zオフ状態を制御す る。
[0044] AZD変換器 13aは、状態検出回路 12の検出結果 (DC— DCコンバータ 111の出 力電圧またはランプ電圧)をデジタルに変換する。抵抗 R13の電圧は、キャパシタ C 11によって平滑された電圧に比例し、 AZD変換器 13aのサンプリング周期内で一 定であるので、 AZD変 13&に直接供給される。 [0045] PWM制御回路 131は、マイコン 130からの目標電流または DC— DCコンバータ 11 1の出力電力の補正量に応じて、所定周波数の三角波または鋸歯状波電圧からパ ルス状の制御信号を生成し、この制御信号をスイッチング素子 Q11に出力する。マイ コン 130から目標電流が供給される場合、 PWM制御回路 131は、抵抗 R11からの 入力電流を目標電流と等しくするための制御信号を生成する。抵抗 Rl 1からの入力 電流は DC— DCコンバータ 111の出力電流を表すので、出力電流は目標電流と等し くされる。マイコン 130から出力電力の補正量が供給される場合、 PWM制御回路 13 1は、出力電力の補正量を抵抗 Rl 1からの入力電流(111の出力電流)で除算する ことにより出力電圧の補正量を求め、三角波または鋸歯状波電圧が、その出力電圧 の補正量に応じて変更されるしき 、電圧と等 、か超えたときにオン (High)になる 制御信号を生成する。
[0046] インバータ制御回路 132は、マイコン 130からの駆動指示に応じて 2相の制御信号 を生成し、これら 2相の制御信号をそれぞれドライブ回路 114, 115に出力する。
[0047] マイコン 130は、例えば三菱社製の M37540により構成され、高輝度放電ランプ D L1の始動後に上記駆動指示をインバータ制御回路 132に与えるための処理を実行 する機能に加えて、制御切替機能 130a、ランプ電流制御機能 130b、定電力制御機 能 130cおよび高電力制御機能 130dなどの各種機能を有する。また、マイコン 130 は、各種テーブルおよび各種目標値などのデータを記憶する。
[0048] 制御切替機能 130aは、高輝度放電ランプ DL1の始動時に、高輝度放電ランプ D L1の制御をランプ電流制御機能 130bによるランプ電流制御に切り替え、次いで高 輝度放電ランプ DL1の安定時に、ランプ制御を定電力制御機能 130cによる定ラン プ電力制御に切り替えるための処理を実行する。高輝度放電ランプ DL1の安定は、 AZD変換器 13aからの検出結果(出力電圧)に基づいて判断される。つまり、高輝 度放電ランプ DL1の始動直後でのランプ電圧は低電圧であるので、始動期間は、抵 抗 13の電圧が基準電圧よりも低い期間に設定される。基準電圧は、高輝度放電ラン プ DL1の安定点灯時の電圧を基に予め設定される。よって、抵抗 13の電圧が基準 電圧に達した力超えたときに、高輝度放電ランプ DL1が安定状態に達したと判断さ れる。 [0049] また、制御切替機能 130aは、高輝度放電ランプ DL1の安定後、 AZD変換器 13a 力もの検出結果 (ランプ電圧)に基づいて、ランプ電力制御を定ランプ電力制御また は高電力制御に切り替えるための処理を実行する。この処理の詳細については後述 する。
[0050] ランプ電流制御機能 130bは、制御切替機能 130aの切替制御に従って、ランプ電 流制御用の目標電流を PWM制御回路 131に供給するための処理を実行する。そ の目標電流の目標値は、光出力の立ち上がり時間を短縮するために、始動直後の 所定期間において比較的大きなランプ電流 (定格ランプ電流よりも大きな電流)を流 すための値に設定される。このランプ電流制御は、短時間で高輝度放電ランプ DL1 の水銀蒸気圧および光出力を上昇するので、プロジェクタや自動車の前照灯に一般 的に使用される。
[0051] 定電力制御機能 130cは、制御切替機能 130aの切替制御に従って、定ランプ電 力制御用の出力(ランプ)電力の補正量を PWM制御回路 131に供給するための処 理を実行する。この処理では、 AZD変換器 13aからの検出結果(出力電圧)および 定ランプ電力制御用のテーブルを基に、高輝度放電ランプ DL1に供給されるランプ 電力の実効値を所定電力値 (定格電力値または調光電力値)に調整するための出 力電力の補正量が求められる。定ランプ電力制御用のテーブルにおいて、 AZD変 翻 13aからの各検出結果(出力電圧値)は、出力(ランプ)電力制御値に予め対応 付けられている。よって、定電力制御機能 130cは、定ランプ電力制御用のテーブル から検出結果に対応する出力電力制御値を読み出すことにより、検出結果を出力電 力制御値に変換し、出力電力制御値と出力(ランプ)電力目標値との差を出力電力 の補正量として求める。この定ランプ電力制御への切替えは、一般的にランプ電流 制御機能 130aによるランプ電流制御後の定常点灯の間、高輝度放電ランプ DL1の ランプ電力を安定に保っために行われる。
[0052] 高電力制御機能 130dは、制御切替機能 130aの切替制御に従って、高ランプ電 力制御用の出力電力の補正量を PWM制御回路 131に供給するための処理を実行 する。この処理では、 AZD変 l3aからの検出結果(出力電圧)および高ランプ 電力制御用のテーブルを基に、高輝度放電ランプ DL1に供給されるランプ電力の実 効値およびピーク値の少なくとも一方を、定電力制御機能 130cにより調整されるそ れよりも大きくするための出力電力の補正量が求められる。
[0053] また、高電力制御機能 130dは、定電力制御機能 130cの出力電力目標値よりも大 きな出力電力目標値を使用する。例えば、図 2に示すように、定格電力または各調光 電力の場合に、複数の出力電力目標値からいずれかの出力電力目標値が選択され 使用される。
[0054] 定格電力の場合には、定電力制御機能 130cにより第 1定格目標が出力電力目標 値として使用される一方、高電力制御機能 130dにより第 2定格目標および第 3定格 目標が複数の出力電力目標値として使用される。第 1定格目標よりも大きな第 2定格 目標を使用することにより、出力電力は、定格電力 P
RL1よりも大きな出力電力 P
HC11に 設定される。第 2定格目標よりも大きな第 3定格目標を使用することにより、出力電力 は、出力電力 P
HC11よりも大きな出力電力 P
HC12に設定される。第 2定格目標または第 3 定格目標は、例えば周囲温度などの所定条件に基づいて設定される。所定条件とし て周囲温度が使用される場合には、周囲温度が第 1基準温度よりも低くなつた場合 に第 2定格目標が選択され、周囲温度が第 1基準温度より低 、第 2基準温度よりも低 くなつた場合に第 3定格目標が選択される。
[0055] 調光電力の場合には、定電力制御機能 130cにより第 1調光目標が出力電力目標 値として使用される一方、高電力制御機能 130dにより第 2調光目標および第 3調光 目標が複数の出力電力目標値として使用される。第 1調光目標よりも大きな第 2調光 目標を使用することにより、出力電力は、調光電力 P
Dlよりも大きな出力電力 P
HC21に 設定される。第 2調光目標よりも大きな第 3調光目標を使用することにより、出力電力 は、出力電力 P よりも大きな出力電力 P に設定される。第 2調光目標または第 3
HC21 HC22
調光目標は、例えば周囲温度などの所定条件に基づいて設定される。所定条件とし て周囲温度が使用される場合には、周囲温度が第 1基準温度よりも低くなつた場合 に第 2調光目標が選択され、周囲温度が第 1基準温度より低い第 2基準温度よりも低 くなつた場合に第 3調光目標が選択される。
[0056] 上記制御切替機能 130aについてさらに説明する。高輝度放電ランプ DL1の場合 、その電極の温度またはノ レブ内の温度が低下したとき、視認可能なフリツ力が発生 する。このため、図 3に示すように、制御切替機能 130aは、高輝度放電ランプ DL1の 安定後、ランプ電圧 (R13の電圧)が定格ランプ電圧 V よりも高いしきい電圧 V に
L1 tl 達する力超えるときに、ランプ電力制御を高電力制御に切り替え、ランプ電圧がしき い電圧 Vを下回るときに、ランプ電力制御を定ランプ電力制御に切り替える。定格点
tl
灯用のしきい電圧 Vおよび調光点灯用のしきい電圧 Vは、同一でもよぐあるいは
tl tl
異なっていてもよい。図 2,図 3において、 VR は始動期間の電圧範囲を示す。 VR
CC1
は、高輝度放電ランプ DL1の始動期間後に使用される電圧範囲を示し、定格ラン
PC1
プ電圧 の
VRL1 前後に設定される。
[0057] 次に放電ランプ点灯装置 10の動作について説明する。ィグナイタの高電圧により 高輝度放電ランプ DL1が始動したとき、高輝度放電ランプ DL1の制御がランプ電流 制御に切り替えられる。これにより、図 2,図 3に示すようにランプ電力が上昇する。
[0058] この後、高輝度放電ランプ DL1が安定状態に達したとき、ランプ電流制御が定ラン プ電力制御に切り替えられる。
[0059] この後、ランプ電流の減少によって高輝度放電ランプ DL1の電極の温度またはバ ルブ内の温度が低下し、ランプ電圧がしきい電圧 V に達する力超えるとき、定ランプ
tl
電力制御が高ランプ電力制御に切り替えられる。
[0060] このように、本発明の第 1実施形態による放電ランプ点灯装置 10は、高輝度放電ラ ンプ DL1の電極の温度またはバルブ内の温度が低下したときに、定ランプ電力制御 を高ランプ電力制御に切り替えるので、電極の温度またはバルブ内の温度の低下を 抑制可能となる。
[0061] 一代替実施形態において、制御切替機能 130aは、図 4に示すように、状態検出回 路 12の検出結果がしきい電圧 Vと等しいか高い間中の期間に含まれる所定期間 T
tl
M に亘つて、ランプ電力制御を高電力制御に切り替え、その所定期間 TM の
HC1 HC1 経過後に、ランプ電力制御を定電力制御に切り替えるための処理を実行する。つまり 、マイコンのタイマ機能を用いて、高電力制御力 定電力制御に戻すタイミングが時 間で制御される。図 4において、 tlは状態検出回路 12の検出結果がしきい電圧 V に
tl 達した時点を示す。この切替制御の場合には、高輝度放電ランプ DL1の電極の温 度またはバルブ内の温度が低下したとき、ランプ電流が所定期間 TM の間増大さ
HC1 れるので、電極の温度またはバルブ内の温度低下を抑制しながら、それら電極の温 度またはバルブ内の温度の加熱防止が可能となる。
[0062] 別の代替実施形態において、制御切替機能 130aは、図 5に示すように、高輝度放 電ランプ DL1の始動後、高輝度放電ランプ DL1の制御をランプ電流制御に切り替え 、高輝度放電ランプ DL1の安定状態到達直後(その到達後近く)の所定期間 TM
HC2 の間、ランプ電力制御を高電力制御に切り替え、所定期間 TM の後、ランプ電力
HC2
制御を定電力制御に切り替えるための処理を実行する。この切替制御の場合、ァー ク放電が開始してから高輝度放電ランプ DL1の電極温度が安定するのに要する程 度の期間の間、ランプ電流が増大されるので、電極の温度およびバルブ内の温度を 迅速に上昇可能であり、それら温度を容易に安定可能である。
[0063] 別の代替実施形態において、制御切替機能 130aは、図 6に示すように、高輝度放 電ランプ DL1の始動後、高輝度放電ランプ DL1の制御をランプ電流制御に切り替え 、高輝度放電ランプ DL1の安定状態到達後、ランプ電力制御を高電力制御または 定電力制御に交互にかつ周期的に切り替えるための処理を実行する。図 6において 、 TM は高電力制御および定電力制御の切替周期を示す。この切替制御の場合
H-C
、周囲環境の変化または電源電圧の変動などの種々変化があつたとしても、高輝度 放電ランプ DL1の電極の温度およびバルブ内の温度を容易に維持可能であり、電 極劣化および視認できるフリツ力の発生を抑制可能である。
[0064] (第 2実施形態)
図 7は高輝度放電ランプ (例えば 120— 300Wの超高圧水銀放電ランプ) DL2用 の放電ランプ点灯装置 20を示す。放電ランプ点灯装置 20は、状態検出回路 22およ び制御回路 23によって特徴付けられ、第 1実施形態と比較すれば、状態検出回路 1 2が分圧回路 121により構成され、制御回路 13が、 AZD変翻 13a、マイコン 130 、 PWM制御回路 131およびインバータ制御回路 132により構成される点で異なる。
[0065] この第 2実施形態において、状態検出回路 22は、分圧回路 121と同様の分圧回路 221のほか、小抵抗の抵抗 R24、電流検出回路 222および光出力検出回路 223を 備える。
[0066] 抵抗 R24は、キャパシタ C21の負電圧側(負端子)とスイッチング素子 Q23, 25の 両ソースとの間に接続され、高輝度放電ランプ DL2のランプ電流に相当する電圧の 検出をする。この抵抗 R24の電圧は、小抵抗のために低電圧であり、インバータ 213 のスイッチングによって変動するので、電流検出回路 222が設けられる。
[0067] この電流検出回路 222は、フィルタおよび増幅回路を含み、抵抗 R24の電圧を適 切に増幅する。光出力検出回路 223は、例えばフォトダイオードなどの受光素子を含 み、高輝度放電ランプ DL2の近傍に配置され、高輝度放電ランプ DL2の光出力の 検出をする。
[0068] 制御回路 23は、 AZD変換器 23a、 PWM制御回路 231およびインバータ制御回 路 232のほ力 AZD変翻 23b, 23cおよびマイコン 230を備える。 AZD変翻 2 3bは、電流検出回路 222からのランプ電流に相当するアナログ出力をデジタルに変 換する。 AZD変換器 23cは、光出力検出回路 223からの高輝度放電ランプ DL2の 光出力を反映するアナログ出力をデジタルに変換する。
[0069] マイコン 230は、第 1実施形態のマイコン 130と比較すれば、タイマ機能およびフリ ッカ検出機能が付加された制御切替機能 230aによって特徴付けられる。この制御切 替機能 230aのタイマ機能は、高電力制御の時限用に使用され、所定期間の時間を 計るための処理を実行する。
[0070] 制御切替機能 230aのフリツ力検出機能は、図 8に示すように、インバータ 213の出 力電圧 (方形波電圧)の隣合う両極性反転タイミング間内の期間 TM毎に、 AZD変 換器 23a— 23cからの各デジタル値を使用するための処理を実行する。これにより、 A ZD変換器 23a— 23cの各デジタル値力も極性反転時のオーバーシュートの影響を 受けるデジタル値を排除可能となるので、オーバーシュートの影響を受けな 、デジタ ル値の使用が可能となる。期間 TMの開始タイミングは、例えば立ち上がりの極性反 転力も所定時間後に設定される。また、別例として、フリツ力検出機能は、インバータ 213の出力電圧の 1周期毎に検出要素の値を保持し、複数周期の検出要素の値の 平均値を求め、その平均値を使用することができる。
[0071] 制御切替機能 230aのフリッ力検出機能はまた、状態検出回路 22の各検出結果に 基づいて、高輝度放電ランプ DL2上のフリツ力の発生を検出するための処理を実行 する。第 2実施形態では、 AZD変 23&により変換されたランプ電圧に相当する
Figure imgf000019_0001
および AZD変 23Cにより変換された高輝度放電ランプ DL2の光出力に相当す るデジタル値の少なくとも一つのデジタル値に基づいて、フリツ力の発生が検出され る。
[0072] さらに詳述すると、図 9,図 10に示すように、フリツ力検出機能は、 AZD変翻23&
23cの各々からデジタル値 (検出要素の値)を読み込み(S 11)、単位時間 At当た りのそのデジタル出力における変化値を求め(S12)、この変化値が規定値 (基準値) と等しいか大きい場合に、フリツ力の発生を検出する。例えば、ランプ電圧に相当する デジタル値力 V , V , ···, V , V のように変化するとき、最大値 V と
DLtl DLmin DLmax DLt2 DLmax 最小値 V の差の絶対値力 変化値が求められる。単位時間 Atは、図 8の期間 T
DLmin
Mでもよい。変化値は、図 9 (b)の変化値に限らず、 AZD変^^のサンプリング時間 により連続して取り込まれる 2つのデジタル値の差の絶対値などの値と代替可能であ る。
[0073] 制御切替機能 230aは、フリツ力検出機能によってフリツ力の発生が検出される場合 に、タイマ機能による所定期間の間、ランプ電力制御を高電力制御に切り替え、その 所定期間の経過後、ランプ電力制御を定ランプ電力制御に切り替える。
[0074] 次に放電ランプ点灯装置 20の動作について説明する。ィグナイタの高電圧により 高輝度放電ランプ DL2が始動したとき、高輝度放電ランプ DL2の制御がランプ電流 制御に切り替えられる。次いで、高輝度放電ランプ DL2が安定状態に達したとき、ラ ンプ電流制御が定ランプ電力制御に切り替えられる。
[0075] この後、ランプ電流の減少によって高輝度放電ランプ DL2の電極の温度またはバ ルブ内の温度が低下し、フリツ力の発生が検出される場合に、定ランプ電力制御が所 定期間の間、高ランプ電力制御に切り替えられる。
[0076] このように、本発明の第 2実施形態による放電ランプ点灯装置 20は、フリツ力の発生 の検出に基づいて、定ランプ電力制御を高ランプ電力制御に切り替えるので、電極 の温度またはバルブ内の温度の低下を抑制可能である。また、電極の温度またはバ ルブ内の温度の低下は、視認可能なフリツ力の原因となるので、フリツ力の発生を防 止可能である。定ランプ電力制御が高ランプ電力制御に切り替えられた後、フリツ力 が直ぐに停止したとしても、所定期間の間、高ランプ電力制御が実行されるので、電 極の温度およびバルブ内の温度を十分上昇可能である。逆に、所定期間の間にフリ ッ力が消失しなくても、高ランプ電力制御が定ランプ電力制御に切り替えられるので、 不必要に長時間に亘つて電力を増大させることによる無駄な電力消費を抑制するこ とができる。放電ランプ点灯装置 20を照明用に用いる場合、フリツ力が少なく不快感 の生じな 、照明が可能になる。放電ランプ点灯装置 20を液晶プロジェクタなどのプロ ジェクタに用いる場合、その光源が点光源に近い光源であっても、フリツ力の少ない 安定した光出力を得ることが可能になる。
[0077] 一の代替実施形態において、制御切替機能 230aは、フリツ力検出機能によってフ リツ力の発生が検出される場合に、ランプ電力制御を高電力制御に切り替え、フリツ力 の発生が検出されない場合に、ランプ電力制御を定ランプ電力制御に切り替える。こ の切替制御は、第 2実施形態に付加可能であり、何れかの制御が選択可能である。
[0078] 別の代替実施形態において、制御切替機能 230aのフリツカ検出機能は、単位時 間当たりの少なくとも 2つの検出要素における変化値が規定値と等しいか大きい場合 に、フリツ力の発生を検出する。
[0079] 別の代替実施形態において、制御切替機能 230aのフリツカ検出機能は、図 11, 図 12に示すように、単位時間 はりも長い判定期間 TM1毎に、上記変化値が上記 規定値と同じか大きくなる場合の数 (計数値)を求め、その場合の数が所定回数 (しき い値)と同じか大きいときに、フリツ力の発生を検出する。一般に、光出力が周波数 3 一 15Hzで変化する場合に視認可能なフリツ力が発生するので、判定期間 TM1を 1 秒間に設定し、しき 、値を 3— 15回の範囲に設定することが望ま 、。
[0080] 図 11において、先ずステップ S21で計数値がリセットされる。次いで、単位時間 A t における検出要素の値が読み込まれ (S22)、変化値が求められる(S23)。次いで、 変化値は規定値と比較される(S24)。変化値が規定値と同じか大きいとき (S24で Y ES)、例えば増分 1 (図 12参照)が計数値にカ卩えられ (S25)、ステップ S26に進む。 変化値が規定値より小さいとき(S24で NO)、ステップ S28に進む。
[0081] ステップ S26では、計数値がしきい値と同じか大きいとき(S26で YES)、フリツ力の 発生が検出され (S27)、計数値がしきい値より小さいとき(S26で NO)、ステップ S28 に進む。ステップ S28では、計数値のリセット時点(S21)力もの経過時間(A t X「ス テツプ S28に入った回数」)が判定期間 TM1内であるとき(S28で YES)、ステップ S 22に戻り、経過時間が判定期間 TM1内にないとき(S28で NO)、ステップ S21に戻 る。
[0082] 別の代替実施形態において、高電力制御機能 230cは、高電力制御の場合、方形 波電圧の半周期パルスの数が所定回数に達する間に、方形波電圧の少なくとも一つ の半周期分の成分によるランプ電流 I
DLを増大するように、 DC— DCコンバータ 211の スイッチング素子のオン Zオフ期間を制御するための処理を実行する。図 13に示す ように、インバータ 213の各スイッチング素子のオン Zオフ期間を制御することにより、 ランプ電流 I を増加させる期間 Tn, Twは、他の期間 Tuと違う時間に設定される。図
DL
13 (a)では、期間 Tnは他の期間 Tuよりも短く設定され、図 13 (b)では、期間 Twは 他の期間 Tuよりも長く設定される。ランプ電流 I の増加率と半周期の時間とは装置
DL
に関係するから、ランプ電流 I を増カロさせる期間 Tn, Twを増減させることにより、所
DL
望のランプ電流 I を高輝度放電ランプ DL2に供給することができる。例えば、期間 T
DL
nを他の期間 Tuと等しくすると電極に悪影響が及ぶような高輝度放電ランプである場 合には、期間 Tnを他の期間 Tuより短くすることで電極への影響を軽減することがで きる。高輝度放電ランプのランプ電流 I
DLに上限値があり、期間 Twを他の期間 Tuと等 しくすると所要のエネルギーを高輝度放電ランプに供給することができない場合には 、期間 Twを期間 Tuより長くすることで対応可能になる。
[0083] (第 3実施形態)
図 14は高輝度放電ランプ (例えば 120— 300Wの超高圧水銀放電ランプ) DL3用 の放電ランプ点灯装置 30を示す。放電ランプ点灯装置 30は、制御回路 33によって 特徴付けられ、第 1実施形態と比較すれば、制御回路 13が、 AZD変換器 13a、マイ コン 130、 PWM制御回路 131およびインバータ制御回路 132により構成される点で 異なる。
[0084] この第 3実施形態において、制御回路 33は、 AZD変換器 33a、 PWM制御回路 3 31およびインバータ制御回路 332のほ力、マイコン 330および積分回路 333を備え る。 [0085] マイコン 330は、第 1実施形態のマイコン 130と比較すれば、非補正制御機能 330 Hおよび補正制御機能 330Eを持つ高電力制御機能 330dと、制御切替機能 330a とによって特徴付けられる。
[0086] 非補正制御機能 330Hは、高輝度放電ランプ DL3に供給されるランプ電力の一部 を、定電力制御機能 330cの定ランプ電力制御により調整されるそれよりも大きくする ように、スイッチング素子 Q31のオン Zオフ状態を制御するための処理を実行する。
[0087] 図 15、図 16および図 17 (a)の例では、非補正制御機能 330Hは、ステップ S32, S 34— S35の手順に従って、ランプ電流 I の一部のピーク値 (波高値)を増大するため
DL
の電力増加パルス信号 I を、積分回路 333に供給することにより、ランプ電流 I の
DLup Dし 実効値も増大する。電力増加パルス信号 I は、インバータ 313の出力電圧の半周
DLup
期パルスの数が所定回数 nに達する間に m回、積分回路 333に供給される。 m, nは 整数である。図 17 (a)では、 m, nはそれぞれ 1, 5に設定される。この非補正制御で は、電力増加パルス信号 I
DLupの供給されない期間の制御が定ランプ電力制御と同じ であるので、電力増加パルス信号 I
DLupの供給される期間に応じて、ランプ電流 I
Dしの 実効値が増大する。なお、この設定に限らず、図 17 (b)に示すように、非補正制御機 能 330Hは、半周期パルスの数が 5に達する間に 2回 (第 1および第 3半周期)、電力 増加パルス信号 I を積分回路 333に供給してもよい。このように、 nを奇数に設定
DLup
することにより、正負のランプ電流 I
DLの実効値を増大することができ、高輝度放電ラン プ DL3の両電極の消耗をほぼ等しくすることができる。また、図 17 (c)に示すように、 非補正制御機能 330Hは、半周期パルスの数が 6に達する間に 1回、電力増加パル ス信号 I を積分回路 333に供給してもよい。このように、 nを偶数に設定することに
DLup
より、一つの電極の温度が集中的に上昇するので、両電極の温度分布に偏りがある 場合に、温度の低いほうの電極の温度を上げることができ、温度分布のむらをなくす ことができる。
[0088] 補正制御機能 330Eは、高輝度放電ランプ DL3に供給されるランプ電力の実効値 を、定電力制御機能 330cの定ランプ電力制御により調整されるそれと等しくしながら 、高輝度放電ランプ DL3に供給されるランプ電力の一部を、定ランプ電力制御により 調整されるそれよりも大きくするように、スイッチング素子 Q31のオン Zオフ状態を制 御するための処理を実行する。
[0089] 図 15、図 16および図 18 (a)の例では、補正制御機能 330Eは、ステップ S33, S3 4-S35の手順に従って、積分回路 333から PWM制御回路 331に印加される直流 電圧 V のレベルを調整するための V 調整信号を、積分回路 333に供給しながら、 ref ref
電力増加パルス信号 I を積分回路 333に供給する。図 18 (a)において、電力増加
DLup
パルス信号 I が積分回路 333に供給されることにより、ランプ電流 I の実効値も増
DLup Dし
大するが、 V 調整信号が積分回路 333に供給されることにより、全期間のランプ電
ref
流 IDLの波高値が、電力増加パルス信号 I によるランプ電流 I の実効値の増加分
DLup Dし
に応じて小さくされる。この結果、ランプ電力の実効値力 定ランプ電力制御により調 整されるそれと等しくなる。このように、ランプ電力の実効値を大きくしなくても、高輝 度放電ランプ DL3に供給されるランプ電力の一部を、定ランプ電力制御により調整さ れるそれよりも大きくすることにより、高輝度放電ランプ DL3の電極およびバルブ内の 温度を上昇させることができる。また、定ランプ電力制御と補正制御との切替時にお いて、ランプ電力の実効値が変化しないので、高輝度放電ランプ DL3の光出力の変 動を防止することができる。図 18 (a) , (b)は図 17 (a) , (b)にそれぞれ対応する。ま た別例として、図 18 (c)に示すように、補正制御機能 330Eは、半周期パルスの数が 7に達する間に 2回 (第 1および第 5半周期)、電力増加パルス信号 I を積分回路 3
DLup
33に供給してもよい。このように、電力増加パルス信号 I を積分回路 333に供給す
DLup
ることにより、ランプ電流の増大期間を分散することができる。さらに、図 19に示すよう に、電力増加パルス信号 I のためのパラメータ nを偶数に設定してもよい。図 19 (a
DLup
)では、 m, nはそれぞれ 6, 1に設定されている。図 19 (b)では、 m, nはそれぞれ 6, 2に設定されている。図 19 (c)では、 m, nはそれぞれ 6, 1であり、増大されるランプ 電流の極性は、図 19 (a)と比較して逆極性に設定される。
[0090] 制御切替機能 330aは、ランプ電力制御を高電力制御に切り替える場合、各種切 替条件に基づ!、て、非補正制御機能 330Hの制御または補正制御機能 330Eの制 御に切り替えるための処理を実行する(図 15の S31)。第 3実施形態では、制御切替 機能 330aは、非補正切替条件として、ランプ電圧がしきい電圧(図 3の V参照)に達
tl
する力超える場合に、ランプ電力制御を非補正制御機能 330Hの制御に切り替え、 補正切替条件として、調光点灯に移行する場合に、ランプ電力制御を補正制御機能
330Eの制御に切り替える。なお、この切替制御に限らず、第 2実施形態と同様の状 態検出回路および複数の AZD変換器を備える場合には、制御切替機能は、光出 力検出回路によりフリツ力の発生が検出されたときに、ランプ電力制御を非補正制御 機能の制御に切り替え、分圧回路または電流検出回路からのデジタル出力における 変化値が規定値と等しいか大きいとき、または調光点灯に移行するときに、ランプ電 力制御を補正制御機能の制御に切り替えてもよい。
[0091] 積分回路 333は、抵抗 R34, R35、ダイオード D32およびキャパシタ C33により構 成され、マイコン 330と PWM制御回路 331との間に配置される。抵抗 R33の電圧に 応じたデューティのパルス信号 (V 調整信号)力 マイコン 330から抵抗 R34に流れ ref
ると、そのパルス信号は、抵抗 R34およびキャパシタ C33によって直流電圧 V に変 ref 換される。また、電力増加パルス信号 I がマイコン 330から抵抗 R35に流れると、 P
DLup
WM制御回路 331に供給される直流電圧 V 力 電力増加パルス信号 I に応じて ref OLup 増大する。
[0092] 図 16に示すように、マイコン 330が、同図のタイミングで、 2相の信号 FBI, FB2 (ィ ンバータ制御回路 332から両ドライブ回路 314, 315に与えられる制御信号と同様の 信号)をインバータ制御回路 332に与えるとき、マイコン 330 (非補正制御機能 330H または補正制御機能 330E)は、信号 FBI, FB2により極性反転の回数を計数する。 次いで、マイコン 330は、図 16のタイミングで、信号 FBI, FB2に同期する電力増加 パルス信号 I を抵抗 R35に供給する。これにより、キャパシタ C33の電圧(直流電
DLup
圧 V )が上昇する。直流電圧 V が高いほど、抵抗 R31により検出されるランプ電流 ref ref
を大きくするように制御される。電力増加パルス信号 I
DLupによるランプ電流の増加分 は、抵抗 R35の抵抗値により調節される。
[0093] ランプ電流 I を増加させる半周期の時間が短い場合、ランプ電流 I の増加の効果
DL DL
力 S小さぐ半周期の時間が長い場合、電極への負荷が大きくなるので、その時間は、 0. 5— 50ms程度に設定することが望ましい。ランプ電流 I の増加率は、ランプ電流
DL
I を増加しない期間の半周期におけるランプ電流 I を基準値として、基準値の 5—
DL DL
60%増し程度に設定するのが望ましい。 [0094] もっとも、高電力制御においてランプ電流 I を増加させることによる効果は、半周期
DL
の時間とランプ電流 I の増加率との両者が相互に関係するから、高輝度放電ランプ
DL
DL3の特性に応じて最適値を決定することが必要である。実験例につ!、て説明する 。定格ランプ電力が 150Wの高輝度放電ランプ DL3を使用した。インバータ 313の 出力電圧の周波数を 170Hzに設定し、 135W、 140W、 145Wの各電力を高輝度 放電ランプ DL3に供給した。そして、ランプ電流 I のピーク値を一定に保って、高輝
DL
度放電ランプ DL3を 1時間点灯した。また、図 17に示した非補正制御のように、 nを 5 とし、出力電圧の半周期パルスの数が 5に達する間に半周期の期間におけるランプ 電流 I のピーク値を他の期間よりも増加させ、かつ増加率を 30%とし、高輝度放電
DL
ランプ DL3を 1時間点灯した。ランプ電流 I のピーク値を一定に保った場合には、比
DL
較的長い期間に亘つてアークジャンプが生じた。アークジャンプは、アークの末端位 置が安定せず、あちらこちらに移動する現象を意味し、光出力が変化する。これに対 し、非補正制御の場合には、アークジャンプが生じな力つた。
[0095] 本発明の第 3実施形態による放電ランプ点灯装置 30は、非補正制御機能 330Hの 制御に切り替えることにより、フリツ力の発生抑制が可能となり、補正制御機能 330E の制御に切り替えることにより、フリツ力の発生および光出力の変動の防止が可能に なる。
[0096] 一の代替実施形態において、マイコン 330は、高電力制御機能 330dに補正制御 機能 330Eのみを備える。この構成において、制御切替機能 330aは、高輝度放電ラ ンプ DL1の始動後、ランプ電圧が定格ランプ電圧の定格下限 (後述の表 1参照)の 電圧に達するまでランプ制御をランプ電流制御に切り替え、定格点灯または調光点 灯の場合に、ランプ電力制御を補正制御または定ランプ電力制御に切り替える。具 体的には、制御切替機能 330aは、ランプ電圧が定格範囲 (後述の表 1参照)内の電 圧であるとき、補正制御機能 330Eの補正制御に切り替え、ランプ電圧が定格下限の 電圧よりも低い電圧であるとき、定電力制御機能 330cの定ランプ電力制御に切り替 える。この制御は、プロジェクタに好適である。例えば、プロジェクタ内の温度が上昇 し、ランプ電圧が定格下限の電圧よりも低い電圧に低下したとき、ランプ電力制御が 高電力制御の補正制御力 定ランプ電力制御に切り替えられるので、プロジェクタ内 の温度を下げることができる。
[0097] (第 4実施形態)
図 20は高輝度放電ランプ (例えば 120— 300Wの超高圧水銀放電ランプ) DL4用 の放電ランプ点灯装置 40を示す。放電ランプ点灯装置 40は、第 2実施形態と比較 すれば、マイコン 430の制御切替機能 430aおよび高電力制御機能 430dによって特 徴付けられ、マイコン 430には定電力制御機能が設けられない。
[0098] 制御切替機能 430aは、図 21に示すように、高輝度放電ランプ DL4の安定時に、 高電力制御機能 430dによる第 1高電力制御(図 21の期間 TM 参照)に切り替え
HC11
、状態検出回路 43の検出結果に基づいて、ランプ電力制御を高電力制御機能 430 dによる第 1高電力制御または第 2高電力制御(図 21の期間 TM 参照)に切り替え
HC12
るための処理を実行する。
[0099] 高電力制御機能 430dは、第 1高電力制御に基づいて、高輝度放電ランプ DL4に 供給されるランプ電力の実効値およびピーク値の少なくとも一方を、定ランプ電力制 御により調整されるそれよりも大きくするように、スイッチング素子 Q41のオン Zオフ状 態を制御するための処理を実行する。また、高電力制御機能 430dは、第 2高電力制 御に基づいて、第 2高電力制御でのランプ電力が第 1高電力制御でのそれよりも大き くなるように、高輝度放電ランプ DL4のランプ電流を増大する頻度を変更するための 処理を実行する。
[0100] さらに詳述すると、制御切替機能 430aは、第 1高電力制御から第 2高電力制御へ の移行条件として、調光点灯時にランプ電圧が規定範囲内(しきい電圧以上かつ回 路動作として可能な上限電圧以下)である場合、高輝度放電ランプへの供給電力を 小さくした場合、高輝度放電ランプの点灯後から所定時間を経過した場合、高輝度 放電ランプの累積点灯時間が所定時間に達した場合、フリツ力やアークジャンプを検 出した場合に、第 1高電力制御を第 2高電力制御に切り替える。
[0101] また、制御切替機能 430aは、第 2高電力制御から第 1高電力制御への移行 (復帰 )条件として、調光点灯時にランプ電圧が規定範囲から外れその下限未満である場 合、高輝度放電ランプへの供給電力を大きくした場合、第 1高電力制御から第 2高電 力制御への移行後に所定時間が経過した場合、フリツ力やアークジャンプが検出さ れなくなった場合に、第 2高電力制御を第 1高電力制御に切り替える。なお、フリツ力 やアークジャンプが検出されなくなった場合に限らず、フリツ力やアークジャンプによ る第 2高電力制御への移行後に所定時間が経過した場合をその代替条件としてもよ い。この代替条件によれば、高輝度放電ランプの劣化などによってフリツ力やアーク ジャンプが生じているときに、第 2高電力制御がいつまでも終了しないことによって、 回路素子に過大なストレスが力かるのを防止することができる。上記移行条件は上述 の例のほか適宜に設定することが可能である。
[0102] 累積点灯時間は、高輝度放電ランプの点灯時間(電源投入から電源遮断までの期 間)を累積するタイマによって計測される。アークジャンプについては、高輝度放電ラ ンプの近傍に光電センサを配置し、規定した短時間内での輝度の差を監視すること により、その差がしきい値を越える状態が所定時間継続したときに、アークジャンプの 発生を検出することができる。アークジャンプの検出にはフリツ力検出機能が使用さ れる。累積点灯時間は増加のみにより復帰条件に含まれな 、。
[0103] 上記移行条件を基に、第 1高電力制御および第 2高電力制御と、高輝度放電ラン プの所定電力(定格点灯または調光点灯)およびびランプ電圧との関係をまとめると 表 1のようになる。
[0104] [表 1]
Figure imgf000027_0001
[0105] 表 1において、「定格範囲」は、高輝度放電ランプの特性のばらつきを考慮して定格 ランプ電圧を含む範囲を意味する。定格下限および定格上限は、それぞれ定格範 囲の下限および上限に対応する。
[0106] 次に上記頻度について説明する。頻度の変更方法には、図 21に示すように、上記 パラメータ (規定回数) nを変更する方法のほか、単位期間でのランプ電流の増加回 数 (m)を変更する方法がある。第 4実施形態では、第 1高電力制御の場合には、高 電力制御機能 430dは、方形波電圧の半周期パルスの数が 5に達する間に、 1回の 半周期の時間だけランプ電流を増大する。第 2高電力制御の場合には、高電力制御 機能 430dは、方形波電圧の半周期パルスの数が 3に達する間に、 1回の半周期の 時間だけランプ電流を増大する。このような切替えは、少なくとも 3種類の切替えでも よい。例えば、高輝度放電ランプへの供給電力がもっとも小さくなる条件、すなわち( 調光点灯、定格上限超過)の条件では、半周期パルスの数が 5に達する期間を単位 期間に設定し、単位期間における 2回の極性反転の各半周期のランプ電流を、単位 期間における他の期間のそれよりも増カロさせてもよい。ただし、調光点灯であるから 定格点灯よりもランプ電流の実効値が低下するように方形波電圧の振幅の調節が必 要である。
[0107] 本発明の第 4実施形態による放電ランプ点灯装置 40は、高輝度放電ランプ DL4が 安定したときから、ランプ電力制御を第 1高電力制御または第 2高電力制御に切り替 えるので、フリツ力の発生および光出力の変動の防止が可能になる。
[0108] 一代替実施形態において、図 22に示すように、高電力制御機能 430dは、第 1高 電力制御から第 2高電力制御に切り替えられる場合には、第 2高電力制御でのラン プ電力が第 1高電力制御でのそれよりも大きくなるように、高輝度放電ランプ DL4の ランプ電流のピーク (波高値)を変更するための処理を実行する。図 22では、第 2高 電力制御でのランプ電力のピーク値は、第 1高電力制御でのそれよりも大きく設定さ れ、第 2高電力制御でのランプ電力の実効値は、第 1高電力制御でのそれと等しくな るように設定されている。このような切替えは、少なくとも 3種類の切替えでもよい。例 えば、第 3高電力制御を設け、このピーク値を第 2高電力制御のそれよりも大きくし、 高電力制御でのランプ電力の実効値を第 1,第 2高電力制御でのそれと等しくする。 そして、状態検出回路 43の検出結果に基づいて、第 1から第 3高電力制御のいずれ かを選択すればよい。
[0109] 別の代替実施形態において、図 23に示すように、高電力制御機能 430dは、第 1 高電力制御から第 2高電力制御に切り替えられる場合には、第 2高電力制御でのラ ンプ電力が第 1高電力制御でのそれよりも大きくなるように、ランプ電流を増大する頻 度およびランプ電流のピークを変更するための処理を実行する。このように、複数の 要素を組み合わせることによって、単独の要素の変化だけでは制御範囲を逸脱する 場合にも、制御範囲を逸脱しないように目的の出力に設定することが可能になる。ま た、目的とする出力の範囲を拡げることが可能になり、例えば調光範囲を広くすること ができる。
[0110] (第 5実施形態)
図 24は放電ランプ点灯装置を搭載するプロジェクタを示す。このプロジェクタは、図 24,図 25に示すように、上述した各実施形態のいずれかの放電ランプ点灯装置と、 光源としての高輝度放電ランプと、この光源からの光の透過色を所定周期で時間変 化するカラーフィルタ 14とを含み、例えば、 DMD (デジタルマイクロミラー)素子を用 いる DLP (登録商標)方式で動作する。放電ランプ点灯装置、高輝度放電ランプおよ びカラーフィルタ 14は、投影用のレンズ 15、 DMD素子およびファンなどとともに筐 体 16に収納される。
[0111] カラーフィルタ 14は、円板形であり、光源の前方に配置され、カラーフィルタ 14を透 過した光は、 DMD素子で反射される。カラーフィルタ 14は、赤 (R)、緑 (G)、青 (B) 、無色 (W)の領域に分割されており、図 25の矢印 Xの向きに一定周期で回転する。 これにより、カラーフィルタ 16の透過色は、図 26 (a)に示すように、時間経過に伴って 、赤 (R)、緑 (G)、青 (B)、白(W)のように変化する。
[0112] 光源の印加電圧の極性を切り替えるタイミングは、カラーフィルタ 14における各色 の領域の境界に同期される。これにより、カラーフィルタ 14の各色の領域を通る光は 、極性の切替時点で光出力の低下した状態の光にならず、光源力 放射された光を 効率よく利用することができる。ただし、カラーフィルタ 14の各色の領域のうち赤の領 域は他の領域よりも面積が大きぐ赤の領域に光源力 の光を透過させる期間は他 の領域に光を透過させる期間よりも長くなるから、赤の領域に光を透過させる期間に お!、ては極'性の切換を行って!/、る。
[0113] 図 26 (b) , (c)のように、赤の領域に光を透過させる期間において、ランプ電流 I を
DL
他の期間よりも増加させている力 他の領域に光を透過させる期間においてランプ電 流を他の期間よりも増加させるようにしてもよい。また、 2以上の領域に対応する期間 においてランプ電流を他の期間よりも増力!]させるようにしてもよい。図 26 (b)では、高 電力制御(実線)でのランプ電流 I の実効値は、定ランプ電力制御 (破線)でのそれ よりも大きい値に設定される。図 26 (c)では、高電力制御(実線)でのランプ電流 I の
DL
実効値は、定ランプ電力制御 (破線)でのそれと等しい値に設定される。カラーフィル タ 14は、無色 (W)の領域を含まないカラーフィルタと代替可能である。各実施形態 の放電ランプ点灯装置は、第 5実施形態のプロジェクタに限らず、種々のプロジェク タに使用可能である。
[0114] 本発明を幾つかの好ましい実施形態について記述した力 この発明の本来の精神 および範囲を逸脱することなぐ当業者によって様々な修正および変形が可能である 。例えば、その実施形態は、パワー MOSFETを含む力 IGBTなどのスイッチング素 子に加えてバイポーラ 'トランジスタおよびダイオードをそのようなパワー MOSFETと 代替してもよい。また別例として、直流電源は、交流電源を整流する直流電源でもよ い。
[0115] また、その実施形態は、直流電源 DC 1の電圧が高輝度放電ランプの点灯電圧より も高いために降圧型コンバータを含む力 高輝度放電ランプの種類に応じて、他の 構成の DC— DCコンバータ(例えば、複数のスイッチング素子を含む昇降圧コンパ一 タ)をその降圧型コンバータと代替してもよい。また、その実施形態は、インバータを 含むが、高輝度放電ランプ力 ¾Cランプである場合、インバータは省略可能である。

Claims

請求の範囲
[1] 少なくとも一つのスイッチング素子を含み電源と高輝度放電ランプとの間に接続さ れる電力変換器と、
前記高輝度放電ランプの始動後、ランプ電力制御に基づいて、所定ランプ電力を 前記高輝度放電ランプに供給するように前記スイッチング素子のオン Zオフ状態を 制御する制御回路と
を備える放電ランプ点灯装置であって、
前記制御回路は、前記高輝度放電ランプの始動後、高電力制御に基づいて、前記 高輝度放電ランプに供給されるランプ電力の実効値およびピーク値の少なくとも一方 を、前記高輝度放電ランプに供給されるランプ電力の実効値を所定電力値に調整す るための定ランプ電力制御により調整されるそれよりも大きくするように、前記スィッチ ング素子のオン Zオフ状態を制御する
ことを特徴とする放電ランプ点灯装置。
[2] 前記高輝度放電ランプの状態の検出をする状態検出手段を備え、
前記制御回路は、
前記高輝度放電ランプの始動後、前記状態検出手段の検出結果に基づいて、前 記ランプ電力制御を前記定ランプ電力制御または前記高電力制御に切り替え、 前記定ランプ電力制御の場合には、前記高輝度放電ランプに供給されるランプ電 力の実効値を前記所定電力値に調整するように、前記スイッチング素子のオン Zォ フ状態を制御し、そして
前記高電力制御の場合には、前記高輝度放電ランプに供給されるランプ電力の実 効値およびピーク値の少なくとも一方を前記定ランプ電力制御のそれよりも大きくす るように、前記スイッチング素子のオン Zオフ状態を制御する
ことを特徴とする請求項 1記載の放電ランプ点灯装置。
[3] 前記所定電力値は、前記高輝度放電ランプの定格電力値であることを特徴とする 請求項 2記載の放電ランプ点灯装置。
[4] 前記所定電力値は、前記高輝度放電ランプの定格電力値およびこれに対する調 光率から得られる調光電力値であることを特徴とする請求項 2記載の放電ランプ点灯 装置。
[5] 前記状態検出手段は、前記高輝度放電ランプのランプ電圧の検出をし、
前記制御回路は、前記状態検出手段の検出結果が前記高輝度放電ランプの定格 ランプ電圧よりも高いしきい電圧に達するか超える場合に、前記ランプ電力制御を前 記高電力制御に切り替える
ことを特徴とする請求項 2記載の放電ランプ点灯装置。
[6] 前記制御回路は、前記状態検出手段の検出結果が前記しきい電圧と等しいか高 い間、前記ランプ電力制御を前記高電力制御に切り替え、前記状態検出手段の検 出結果が前記しきい電圧よりも低い間、前記ランプ電力制御を前記定電力制御に切 り替えることを特徴とする請求項 5記載の放電ランプ点灯装置。
[7] 前記制御回路は、前記状態検出手段の検出結果が前記しきい電圧と等しいか高 い間中の期間に含まれる所定期間に亘つて、前記ランプ電力制御を前記高電力制 御に切り替え、その所定期間の経過後に、前記ランプ電力制御を前記定電力制御に 切り替えることを特徴とする請求項 5記載の放電ランプ点灯装置。
[8] 前記制御回路は、前記高輝度放電ランプの安定状態到達直後の所定期間の間、 前記高電力制御に基づ 、て、前記スイッチング素子のオン Zオフ状態を制御するこ とを特徴とする請求項 1記載の放電ランプ点灯装置。
[9] 前記制御回路は、前記高輝度放電ランプの安定状態到達後、前記定ランプ電力 制御に基づく前記スイッチング素子のオン Zオフ状態の制御および前記高電力制御 に基づく前記スイッチング素子のオン Zオフ状態の制御を、交互にかつ周期的に実 行することを特徴とする請求項 1記載の放電ランプ点灯装置。
[10] 前記状態検出手段は、前記高輝度放電ランプ上のフリツ力の発生を検出するため の高輝度放電ランプの状態の検出をし、
前記制御回路は、前記状態検出手段の検出結果に基づいて、前記高輝度放電ラ ンプ上のフリツ力の発生を検出し、前記フリツ力の発生が検出される場合に、前記ラン プ電力制御を前記高電力制御に切り替える
ことを特徴とする請求項 2記載の放電ランプ点灯装置。
[11] 前記制御回路は、前記フリツ力の発生が検出される間、前記ランプ電力制御を前記 高電力制御に切り替え、前記フリツ力の発生が検出されない間、前記ランプ電力制御 を前記定電力制御に切り替えることを特徴とする請求項 10記載の放電ランプ点灯装 置。
[12] 前記制御回路は、前記フリツ力の発生が検出される場合に、所定期間の間、前記ラ ンプ電力制御を前記高電力制御に切り替え、その所定期間の経過後、前記ランプ電 力制御を前記定電力制御に切り替えることを特徴とする請求項 10記載の放電ランプ 点灯装置。
[13] 前記状態検出手段は、前記高輝度放電ランプに印加されるランプ電圧の検出をす る手段、前記高輝度放電ランプに供給されるランプ電流の検出をする手段、および 前記高輝度放電ランプの光出力の検出をする手段の少なくとも一つの手段により構 成されることを特徴とする請求項 10記載の放電ランプ点灯装置。
[14] 前記制御回路は、単位時間当たりの、前記検出結果における変化値が規定値と同 じか大きいときに、前記フリツ力の発生を検出することを特徴とする請求項 10記載の 放電ランプ点灯装置。
[15] 前記制御回路は、前記単位時間よりも長い判定期間毎に、前記変化値が前記規 定値と同じか大きくなる場合の数を求め、その場合の数が所定回数と同じか大きいと きに、前記フリツ力の発生を検出することを特徴とする請求項 14記載の放電ランプ点 灯装置。
[16] 前記制御回路は、前記高電力制御として補正制御または非補正制御を実行し、 前記補正制御の場合には、前記高輝度放電ランプに供給されるランプ電力の実効 値を、前記定ランプ電力制御により調整されるそれと等しくしながら、前記高輝度放 電ランプに供給されるランプ電力の一部を、前記定ランプ電力制御により調整される それよりも大きくするように、前記スイッチング素子のオン Zオフ状態を制御し、 前記非補正制御の場合には、前記高輝度放電ランプに供給されるランプ電力の一 部を、前記定ランプ電力制御により調整されるそれよりも大きくするように、前記スイツ チング素子のオン Zオフ状態を制御する
ことを特徴とする請求項 1記載の放電ランプ点灯装置。
[17] 前記電力変換器は、前記スイッチング素子を含み前記電源からの電圧を DC電圧 に変換するコンバータと、複数のスイッチング素子を含み前記コンバータからの DC 電圧を方形波電圧に変換するインバータとを備え、
前記制御回路は、前記高電力制御の場合、前記方形波電圧の半周期パルスの数 が所定回数に達する間に、前記方形波電圧の少なくとも一つの半周期分の成分によ るランプ電流を増大するように、前記コンバータのスイッチング素子のオン Zオフ期 間を制御する
ことを特徴とする請求項 1記載の放電ランプ点灯装置。
[18] 前記制御回路は、前記ランプ電流を増大する半周期の時間が、前記ランプ電流を 増大しない半周期の時間と異なるように、前記インバータのスイッチング素子のオン Zオフ期間を制御することを特徴とする請求項 17記載の放電ランプ点灯装置。
[19] 前記高輝度放電ランプの状態の検出をする状態検出手段を備え、
前記制御回路は、前記方形波電圧の少なくとも一つの半周期分の成分によるラン プ電流を増大するとき、前記状態検出手段の検出結果に基づいて、前記ランプ電流 を増大する頻度を変更する
ことを特徴とする請求項 17記載の放電ランプ点灯装置。
[20] 前記高輝度放電ランプの状態の検出をする状態検出手段を備え、
前記制御回路は、前記方形波電圧の少なくとも一つの半周期分の成分によるラン プ電流を増大するとき、前記状態検出手段の検出結果に基づいて、前記ランプ電流 のピークを変更する
ことを特徴とする請求項 17記載の放電ランプ点灯装置。
[21] 前記高輝度放電ランプの状態の検出をする状態検出手段を備え、
前記制御回路は、前記方形波電圧の少なくとも一つの半周期分の成分によるラン プ電流を増大するとき、前記状態検出手段の検出結果に基づいて、前記ランプ電流 を増大する頻度および前記ランプ電流のピークを変更する
ことを特徴とする請求項 17記載の放電ランプ点灯装置。
[22] 請求項 1記載の放電ランプ点灯装置と、光源としての前記高輝度放電ランプとを搭 載することを特徴とするプロジェクタ。
[23] 前記光源からの光の透過色を所定周期で時間変化するカラーフィルタを備え、前 記制御回路は、前記高輝度放電ランプに印加するランプ電圧の極性反転のタイミン グを、前記カラーフィルタの透過色を変更するタイミングと同期することを特徴とする 請求項 23記載のプロジェクタ。
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