(57)【要約】  ラッシュ電流を低減すると共に、消費電力を低減でき、また応答速度の高い放電灯点灯装置及び該放電灯点灯装置を備えるプロジェクタを提供する。  ランプ１５に直列に接続される抵抗１６には、サイリスタ１７、及び、一端がサイリスタ１７のゲートに接続される補助抵抗２１が並列に接続される。サイリスタ１７がオン状態の内部等価抵抗の抵抗値は抵抗１６の抵抗値よりも小さい。抵抗１６は点灯時のラッシュ電流を吸収する。その後、電流はサイリスタ１７のアノード−カソード間を流れる。
2008065842.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電灯を点灯させる放電灯点灯装置において、
前記放電灯に直列に接続される抵抗と、
該抵抗に並列に接続されるサイリスタと、
前記サイリスタのアノード−ゲート間に接続される補助抵抗と
を備えることを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項２】
前記補助抵抗は、
前記抵抗に発生する両端電圧を電力源として前記サイリスタにゲート電流を流すことで前記サイリスタをオフからオンへ制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の放電灯点灯装置。
【請求項３】
オンの状態にある前記サイリスタは、前記放電灯を流れる電流の状態によってオンからオフへ移行する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の放電灯点灯装置。
【請求項４】
前記抵抗、前記サイリスタ、及び前記補助抵抗はグランドに対してフローティングの状態にある
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載の放電灯点灯装置。
【請求項５】
前記抵抗、前記サイリスタ及び前記補助抵抗に並列に接続されるスイッチング素子と、
前記サイリスタのブレークオーバ以降に前記スイッチング素子をオフからオンに切り替えるスイッチング制御部と
を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載の放電灯点灯装置。
【請求項６】
前記サイリスタがオンした状態のアノード−カソード間の内部等価抵抗の抵抗値は、前記抵抗の抵抗値よりも小さい
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つに記載の放電灯点灯装置。
【請求項７】
前記スイッチング素子がオンした状態のオン抵抗の抵抗値は、前記サイリスタがオンした状態のアノード−カソード間の内部等価抵抗の抵抗値よりも小さいことを特徴とする請求項５または６に記載の放電灯点灯装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一つに記載の放電灯点灯装置を備えるプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電灯を点灯させる放電灯点灯装置に関し、特に放電灯の点灯始動時におけるラッシュ電流を低減する放電灯点灯装置及び該放電灯点灯装置を備えるプロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶プロジェクタ、オーバヘッドプロジェクタまたは一般照明等にはショートアークタイプのメタルハライドランプまたは高圧水銀ランプが使用され、このメタルハライドランプを点灯させるために放電灯点灯装置が用いられる。プロジェクタ等に使用される放電灯点灯装置は、始動時に１０数ｋＶの高電圧をイグナイタにより発生し、放電灯へ印加することにより絶縁破壊を起こす。この場合、絶縁破壊した瞬間に大電流のラッシュ電流が放電灯に流れ、放電灯の電極にダメージを与える問題があった。ラッシュ電流の電荷源はランプに流れるスイッチングリップル電流を抑圧するためにランプに並列に挿入されたコンデンサである。ラッシュ電流の経路は、コンデンサからランプに至ってコンデンサに戻る経路となる。近年放電灯点灯装置の小型化のため、この経路にチョークコイル等を挿入しない構成とする場合があり、この場合経路のインピーダンスが低くなり、ラッシュ電流は大きくなる。【０００３】
この問題を解消するために、従来は、静電容量の異なる複数のコンデンサを設け、点灯開始時とアーク放電移行後とで、ＦＥＴ（Field-Effect Transistor）を用いてコンデンサを切り替える点灯装置が提案されている（例えば、特許文献１または２参照）。また、放電灯に電流制限用の抵抗を直列に接続し、点灯開始時においてはスイッチをオンにして抵抗に接続し、安定後スイッチをオフにして抵抗への接続を遮断する給電装置も知られている（例えば特許文献３参照）。また、コンデンサ、抵抗またはスイッチ等の切り替えはタイマ等による切り替えの他、ランプ電流またはランプ電圧を検出し、検出したランプ電流またはランプ電圧に基づき切り替える方式が知られている（例えば特許文献４参照）。
【特許文献１】特開２００３−１００４８７号公報
【特許文献２】特開２００５−２０３１９７号公報
【特許文献３】特開２００６−４９０６１号公報
【特許文献４】特開２０００−１８２７９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１または２の如く、コンデンサを切り替える方式はＦＥＴが発熱するという問題があった。また特許文献１乃至４に記載の点灯装置はいずれもタイマ等を用い、しかもスイッチング制御しているため数ｕｓ単位での制御が実現できない、予期しないランプの立ち消えが発生した場合等に所望の動作がランプの挙動に追従できないという問題があった。【０００５】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、放電灯に直列接続される抵抗に、並列接続されるサイリスタ及び補助抵抗を用いることにより、ラッシュ電流を低減すると共に、消費電力を低減でき、また応答速度の高い、ランプの変化に十分追従する放電灯点灯装置及び該放電灯点灯装置を備えるプロジェクタを提供することにある。【０００６】
また、本発明の他の目的は、サイリスタのブレークオーバ以降に並列に接続されるスイッチング素子をオンにすることにより、応答速度を低下することなく、さらに消費電力を低減させることが可能な放電灯点灯装置及び該放電灯点灯装置を備えるプロジェクタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る放電灯点灯装置は、放電灯を点灯させる放電灯点灯装置において、前記放電灯に直列に接続される抵抗と、該抵抗に並列に接続されるサイリスタと、前記サイリスタのアノード−ゲート間に接続される補助抵抗とを備えることを特徴とする。【０００８】
本発明に係る放電灯点灯装置は、前記補助抵抗は、前記抵抗に発生する両端電圧を電力源として前記サイリスタにゲート電流を流すことで前記サイリスタをオフからオンへ制御することを特徴とする。【０００９】
本発明に係る放電灯点灯装置は、オンの状態にある前記サイリスタは、前記放電灯を流れる電流の状態によってオンからオフへ移行することを特徴とする。【００１０】
本発明に係る放電灯点灯装置は、前記抵抗、前記サイリスタ、及び前記補助抵抗はグランドに対してフローティングの状態にあることを特徴とする。【００１１】
本発明に係る放電灯点灯装置は、前記抵抗、前記サイリスタ及び前記補助抵抗に並列に接続されるスイッチング素子と、前記サイリスタのブレークオーバ以降に前記スイッチング素子をオフからオンに切り替えるスイッチング制御部とを備えることを特徴とする。【００１２】
本発明に係る放電灯点灯装置は、前記サイリスタがオンした状態のアノード−カソード間の内部等価抵抗の抵抗値は、前記抵抗の抵抗値よりも小さいことを特徴とする。【００１３】
本発明に係る放電灯点灯装置は、前記スイッチング素子がオンした状態のオン抵抗の抵抗値は、前記サイリスタがオンした状態のアノード−カソード間の内部等価抵抗の抵抗値よりも小さいことを特徴とする。【００１４】
本発明に係るプロジェクタは、上述のいずれかの放電灯点灯装置を備えることを特徴とする。【００１５】
本発明にあっては、放電灯に直列に接続される抵抗、サイリスタ、及び、サイリスタのアノード−ゲート間に接続される補助抵抗から構成される。【００１６】
サイリスタがオンした状態のアノード−カソード間の内部等価抵抗の抵抗値は抵抗の抵抗値よりも小さい。絶縁破壊後のラッシュ電流は、サイリスタがオフであるため抵抗へ流れる。その後、抵抗の電圧値の上昇により、補助抵抗を介して電流がサイリスタのゲートに流れる。ゲート電流の上昇によりサイリスタがブレークオーバし、サイリスタのアノードからカソードへ電流が流れ、抵抗値の高い抵抗及び補助抵抗には電流が流れない。【００１７】
本発明にあっては、スイッチング素子は抵抗、サイリスタに並列に接続される。そしてスイッチング素子は、サイリスタのブレークオーバ以降の所定時間経過後にスイッチング素子をオフからオンに切り替える。この場合、スイッチング素子がオンした状態のオン抵抗の抵抗値は、サイリスタがオンした状態のアノード−カソード間の内部等価抵抗の抵抗値よりも小さい。これにより放電灯が安定動作した後に、サイリスタを流れていた電流は、並列に接続されるスイッチング素子を経由して流れることになる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明にあっては、放電灯に直列に接続される抵抗に、サイリスタを並列に接続したので、絶縁破壊後のラッシュ電流は、サイリスタがオフであるため抵抗へ流れる。これにより、ラッシュ電流を抵抗により効果的に吸収でき、放電灯の長寿命化を図ることができる。またその後、抵抗両端の電圧値の上昇により、補助抵抗を介して電流がサイリスタのゲートに流れる。そしてゲート電流の上昇によりサイリスタがブレークオーバし、サイリスタのアノードからカソードへ電流が流れ、抵抗値の高い抵抗及び補助抵抗には電流が流れない。その結果、外部制御が必要なスイッチング素子及びタイマ等を用いることなく簡単な構成で、電流の流れを抵抗、サイリスタの順で切り替えることができ、より小型で応答速度の高い放電灯点灯装置を構成することが可能となる。さらに、サイリスタがオン状態の内部等価抵抗の抵抗値は抵抗の抵抗値に比して十分に小さいので、消費電力の低減をも図ることが可能となる。【００１９】
本発明にあっては、スイッチング素子は、サイリスタのブレークオーバ以降の所定時間経過後にスイッチング素子をオフからオンに切り替える。この場合、スイッチング素子のオン抵抗の抵抗値は、サイリスタがオン状態のときの内部等価抵抗の抵抗値よりも小さい。これにより放電灯が安定動作した後に、サイリスタを流れていた電流は、並列に接続されるスイッチング素子を経由して流れることになる。これにより、応答速度を犠牲にすることなく、安定動作後より消費電力を低減することが可能となる等、本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】放電灯点灯装置の回路構成を示す回路図である。
【図２】各部の電圧及び電流の時間的変化を示すグラフである。
【図３】実施の形態２に係る点灯装置の回路構成を示す回路図である。
【図４】プロジェクタのハードウェア構成を示すブロック図である。
【図５】実施の形態４に係る放電灯点灯装置の回路構成を示す回路図である。
【符号の説明】
【００２１】
１      点灯装置
１１    直流電源
１２    ＤＣ−ＤＣコンバータ
１３    コンデンサ
１４    イグナイタ
１５    ランプ
１６    抵抗
１７    サイリスタ
２１    補助抵抗
２２    保護抵抗
３０    プロジェクタ
３２    カラーホイール
３６    ＤＭＤ
３７    映像形成素子制御回路
３８    投射レンズ
３９    主制御部
３９１  映像信号処理部
３２１  反射鏡
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
実施の形態１
以下本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は放電灯点灯装置１の回路構成を示す回路図である。図において１は放電灯点灯装置（以下、点灯装置１）であり、直流電源１１、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２、コンデンサ１３、イグナイタ１４、放電灯（以下、ランプ）１５、抵抗１６、サイリスタ１７、補助抵抗２１及び保護抵抗２２を含んで構成される。直流電源１１にはＤＣ−ＤＣコンバータ１２が接続される。その後段には並列にコンデンサ１３が接続され、さらにその後段にはイグナイタ１４が接続される。ＤＣ−ＤＣコンバータ１２は直流電源１１からの電圧を昇圧もしくは降圧し、内部の図示しないスイッチング素子のオン・オフによりランプ１５に供給する電力がランプ１５の定格値となるように点灯制御を行う。コンデンサ１３はランプ１５に流れるスイッチングリップル電流を平滑、低減するためのものであり、例えば１ｕＦ（マイクロファラド）から１０ｕＦの容量である。なお、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２及びイグナイタ１４の回路構成は公知であるので詳細な説明は省略する。また直流電源１１の負極はグランドに接地されている。【００２３】
ランプ１５を始動する場合、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２によりコンデンサ１３の両端に変換された電圧が発生し、イグナイタ１４はこの電圧を受けて動作し、ランプ１５に数ｋＶ〜数十ｋＶの高圧電圧を印加する。ランプ１５は、高圧電圧によって絶縁破壊が発生し、電流が流れ始める。この絶縁破壊が発生した瞬間、瞬時（数ｕ秒）にラッシュ電流がランプ１５に流れる。このラッシュ電流の電荷源はコンデンサ１３であり、この電荷はコンデンサ１３の容量と、絶縁破壊前にコンデンサ１３の両端に印加された電圧に比例する。ラッシュ電流は、コンデンサ１３からイグナイタ１４、ランプ１５を経由してコンデンサ１３の低電位側に戻ってくる。この経路のインピーダンスが低い場合、ラッシュ電流は大きくなる。例えばコンデンサ１３が３ｕＦ、印加された電圧が１００Ｖであり、ラッシュ電流が流れる経路にチョークコイル等が挿入されておらずインピーダンスが低い場合は、６ｕ（マイクロ）秒の期間にピーク１００Ａの電流が流れる。３ｕＦに１００Ｖを印加すると、蓄えられる電荷は３００ｕｑ（マイクロクーロン）（＝３００ｕＦ×１００Ｖ）であり、６ｕ秒に流れる１００Ａの電流を三角波に見立てて電流波形を積分すると、およそ３００ｕｑ（＝６ｕ秒×１００Ａ／２）となり、一致する。絶縁破壊後、ランプ１５の点灯初期状態はグロー放電と呼ばれるモードで点灯する。ランプ１５に十分なパワーが供給されると、グロー放電から初期アーク放電へ移行する。初期アーク放電を経る間にランプ１５が発熱し、ランプ電圧が上昇する。そして、最終的にランプ１５は定常アーク放電へ移行し、安定した状態で点灯する。【００２４】
ランプ１５の後段、すなわちランプ１５の電極の陰極側には、直列に抵抗１６が接続される。さらに抵抗１６には並列にサイリスタ１７、並びに、補助抵抗２１及び保護抵抗２２が接続される。補助抵抗２１と保護抵抗２２とは直列に接続されており、補助抵抗２１は一端がサイリスタ１７のゲートに接続され、他端がサイリスタ１７のアノードに接続されている。また保護抵抗２２の一端はサイリスタ１７のゲートに接続されており、他端はサイリスタ１７のカソードに接続されている。【００２５】
本実施の形態においては一例として、抵抗１６の抵抗値を１０Ω、補助抵抗２１の抵抗値を８２０Ω、保護抵抗２２の抵抗値を１ｋΩとした場合について説明するが、これに限るものではなく、定格電圧、ランプ１５の仕様等に応じて適宜の値を採用すればよい。また、サイリスタ１７がオン状態のときのアノード−カソード間の内部等価抵抗の抵抗値は、抵抗１６の抵抗値よりも十分に小さい値であり、例えば０．８Ｖの電圧降下で２Ａが流れている場合０．４Ωとなる。なお、以下では、抵抗１６の両端電圧をＶｒ、サイリスタ１７のゲート電流をＩｇとする。【００２６】
図１における回路においては、イグナイタ１４による高圧電圧により、ランプ１５に絶縁破壊が発生した時刻において、ゲート電流Ｉｇはゼロでありサイリスタ１７のアノード−カソード間電流もゼロであるため、サイリスタ１７はオフ状態である。このときのアノード−カソード間の抵抗値はメガΩと等価である。絶縁破壊が発生する前後の時間において、ランプ１５に流れる電流は抵抗１６を通過してイグナイタ１４、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２に戻る。ラッシュ電流の経路のインピーダンスは抵抗１６の抵抗値が支配的となり、ラッシュ電流は抵抗１６により吸収される。抵抗１６の抵抗値がゼロΩの場合のラッシュ電流のピーク値が１００Ａである場合、抵抗１６の抵抗値を１０Ωとすることで、そのピーク値は１０Ａ以下に抑制する事が可能となる。その後ランプ１５はグロー放電、初期アーク放電へと状態が遷移する。この遷移に従って、ランプ電流も変化する。例えばグロー放電期間は０．５Ａである。初期アーク放電では、ランプ１５の等価抵抗は負性抵抗（抵抗値がマイナス）と等価となり、そのままでは際限なくランプ電流が流れる状態となるため、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の電流制限機能が動作して、例えば２Ａに制限される。よって、サイリスタ１７がオフの状態のままを仮定すると、前述の０．５Ａ、２Ａの電流が、ともに抵抗１６を流れる。その結果、抵抗１６には両端電圧Ｖｒの電圧降下が発生する。抵抗値が１０Ωであれば、グロー放電中は５Ｖ、初期アーク放電中は２０Ｖとなる。この５Ｖから２０Ｖへの電位差の変化によって補助抵抗２１に流れる電流が変化する。電流値は両端電圧Ｖｒと補助抵抗２１の抵抗値で定まる。つまりランプ電流が増大すると両端電圧Ｖｒも増大して、ゲート電流Ｉｇも増大する。そして、そのようなゲート電流Ｉｇ、アノード−カソード間の両端電圧Ｖａｋが増大してゆく過程において、サイリスタ１７がブレークオーバする条件が満たされ、サイリスタ１７がオン状態となる。サイリスタ１７は、アノード−カソード間の両端電圧Ｖａｋ及びゲート電流Ｉｇにより定まる動作点において、ブレークオーバの条件が決まる。ブレークオーバした後は、サイリスタ１７のオン時の内部等価抵抗は、抵抗１６の抵抗値に比して十分小さいため、抵抗１６にはほとんど電流が流れず消費電力を低減することが可能となる。【００２７】
次に点灯装置１の始動時から安定動作時までの詳細な回路動作について説明する。なお、以下ではランプ１５の初期アーク放電から定格アーク放電へ移行する際に、主に封入水銀量の多さに起因する不安定動作にて、ランプ１５が一度立ち消えする例について説明する。図２は各部の電圧及び電流の時間的変化を示すグラフである。図２Ａはランプ１５に印加されるランプ電圧ＶＬの時間的変化を示し、縦軸は電圧（単位はＶ）、横軸は時間である。図２Ｂはランプ１５を流れるランプ電流ＩＬの時間的変化を示し、縦軸は電流（単位はＡ）、横軸は時間である。図２Ｃは抵抗１６の両端電圧Ｖｒの時間的変化を示し、縦軸は電圧（単位はＶ）、横軸は時間である。図２Ｄはサイリスタ１７のゲート電流Ｉｇの時間的変化を示し、縦軸は電流（単位はｕＡ）、横軸は時間である。【００２８】
図２Ａ乃至Ｄの横軸は時刻ａ〜ｌで区切られ、それぞれ、ａは点灯装置１の始動時、ｂはイグナイタ１４の起動時、ｃはランプ１５の絶縁破壊発生時、ｃ〜ｄはグロー放電期間、ｄ〜ｅはグロー放電から初期アーク放電（本例では、特殊アーク放電）への移行期間、ｅ〜ｆは初期アーク放電期間、ｆはランプ１５の立ち消え発生の瞬間、ｆ〜ｇはランプ１５が消灯したため再度ＤＣ−ＤＣコンバータ１２が開放電圧を出力する期間、ｇはイグナイタ１４の再起動時、ｈはランプ１５の再絶縁破壊時、ｈ〜ｉはグロー放電期間、ｉ〜ｊはグロー放電から初期アーク放電に移行する期間、ｊ〜ｋは初期アーク放電期間、ｋ〜ｌはアーク成長期間、ｌ以降は安定定格動作期間である。なお、図２において横軸のスケールは説明のため部分的に強調したものとなっており、図の横軸方向の長さが実際のランプ点灯にかかる時間特性を示していない。【００２９】
まず、点灯装置１の図示しないシステム電源のスイッチがオンされ、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２が動作してコンデンサ１３に電圧が発生する（時刻ａ）。この電圧は例えば、４００Ｖである。この電圧により、イグナイタ１４が起動して、ランプ１５に高圧電圧が印加される。ａ〜ｂの期間は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２が電圧を出力してからイグナイタ１４が高圧電圧を出力するまでの時間である。この時間はイグナイタ１４の回路構成にもよるが、およそ数ミリ秒である。後述するｆ〜ｇの時間も同様である。ｂ〜ｃの時間は、イグナイタ１４が動作を開始してからランプ１５が絶縁破壊するまでの時間である。この時間はランプ１５の状態によるが、およそ数十ミリ秒から数百ミリ秒であり、印加された高圧電圧によって絶縁破壊が発生する。絶縁破壊が発生した瞬間に、図２Ａの電圧が降下すると同時に図２Ｂの点線で示すラッシュ電流が発生する。この電流は、抵抗１６が存在しない場合、もしくはゼロΩの場合、数マイクロ秒の期間に約１００Ａのラッシュ電流（ピーク）が流れるが、図２Ｂの実線で示す如く、抵抗１６のインピーダンスによりラッシュ電流が吸収される。【００３０】
時刻ｃ以降グロー放電が開始し、時刻ｄにかけてランプ電圧ＶＬが、例えば２００Ｖから１００Ｖへ徐々に降下する。ｃ〜ｄの期間は、ランプ電流ＩＬはほぼ変化なく例えば０．５Ａであり、この時間は、ランプ１５の状態及び種類等にもよるが、およそ数十ミリ秒である。またこの期間においては、抵抗１６の両端電圧Ｖｒ及びサイリスタ１７のゲート電流Ｉｇも徐々に増加する。時刻ｄにおいて、ランプ電圧ＶＬが１００Ｖ程度まで低下した場合、ランプ１５はグロー放電からアーク放電へ移行し、時刻ｅにおいて急激に電圧が１０Ｖ程度に低下し、ランプ電流ＩＬが際限なく流れようとする。【００３１】
ここでランプ電流ＩＬは、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の電流リミッタの作動により、本例では２Ａを上限として制御される。このｄ〜ｅの時間は例えば１００マイクロ秒という瞬時の時間である。またｄ〜ｅの期間においては、抵抗１６の両端電圧Ｖｒの上昇に伴い、サイリスタ１７のゲート電流Ｉｇが上昇する。そして、サイリスタ１７のアノード−カソード間の両端電圧Ｖａｋ及びゲート電流Ｉｇにより定まる動作点において、サイリスタ１７はブレークオーバする。ここで補助抵抗２１が８２０Ωであると仮定する。時刻ｄにおいて、ゲート電流Ｉｇは６ｍＡ（＝１０Ω×０．５Ａ／８２０Ω）であり、時刻ｅにおいては２４ｍＡ（＝１０Ω×２Ａ／８２０Ω）である。２０ｍＡでブレークオーバするサイリスタであれば、ランプ電流がおよそ１．６Ａのときにブレークオーバする。つまり、ｄ〜ｅの期間の途中でサイリスタ１７がブレークオーバによりオン状態となり、サイリスタ１７のアノード−カソード間に電流が流れ始める。以上のように、抵抗１６がラッシュ電流を抑制して、かつランプ電流によって自動的にサイリスタ１７がオンする。外部から複雑な制御をする必要がない。図１ではランプ１５の電位の低い側（電位がグランドに近い側）に抵抗１６及びサイリスタ１７を挿入したが、ランプ１５の電位の高い側（ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の開放電圧が４００Ｖ発生する側、またイグナイタ１４の起動時に２ｋＶが発生する側）に接続しても良い。外部から制御する必要がある回路であれば、高耐圧の部品選定や、制御信号を高圧側にシフトするレベルシフタなどが必要となるが、本実施例では外部からの制御が不要であるため、フローティングの構成が可能となる。図１において、ランプ１５はＤＣ（直流）駆動型を仮定している。図１中のランプ１５の上側が陽極、下側が陰極であり、陰極に対して陽極が高い電位となる。ＡＣ型ランプを仮定すると、イグナイタ１４の後段にＦＥＴが４個で構成されるインバータが挿入される。２個をペアとして交互にオン、オフすることで、インバータはＤＣ電圧をＡＣ電圧に変換する。このような場合、ランプ１５の両端電極はグランドに対してフローティング状態となる。外部制御付きの回路を接続することを仮定すると、フローティングの位置に制御パルスを印加するためには絶縁トランスを使用する必要があるなど回路規模が増大する傾向にある。対して本実施形態では、外部からの制御が必要ないため、インバータ回路内部の任意の場所に挿入する事が可能であり、設計の自由度が大きい。【００３２】
サイリスタ１７がオン状態となった以降、サイリスタ１７のアノード−カソード間の両端電圧Ｖａｋは例えば０．８Ｖである。図２Ｃ及びＤに示すように、サイリスタ１７の内部抵抗の抵抗値は、抵抗１６の抵抗値１０Ωと比して十分小さいため、抵抗１６には、ほとんど電流が流れず消費電力を低減することが可能となる。例えばランプ１５が定格点灯時に８０Ｖ２Ａで１６０Ｗの動作をすることを仮定する。サイリスタ１７でバイパスさせない構成では、ランプ電流は常に抵抗１６を経由する。その消費電力は、４０Ｗ（＝２Ａ×２Ａ×１０Ω）である。一般的なＤＣ−ＤＣコンバータ１２の効率は８０％前後である。１６０Ｗを発生させる場合、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の損失は４０Ｗ（＝１６０Ｗ／０．８）である。よって抵抗１６での損失はＤＣ−ＤＣコンバータ１２の損失と同一の量となり、許容できない。また、４０Ｗを損失可能な抵抗器は大型なものとなる。サイリスタ１７でランプ電流をバイパスすれば、その損失は２Ｗ（＝０．８Ｖ×２Ａ）となり、１／２０に低減することが可能となる。このとき、サイリスタ１７の等価抵抗値は０．４Ω（＝０．８Ｖ／２Ａ）となる。抵抗１６や補助抵抗２１と比較して十分小さい。以上のように、ランプ点灯が初期アーク放電に遷移して以降、定格点灯中はサイリスタ１７がオン状態である。起動時にラッシュ電流を抑制しつつ、低損失が可能となる。【００３３】
ｅ〜ｆの期間においては、初期アーク放電が維持され、ランプ電流がＤＣ−ＤＣコンバータ１２の電流制限で２Ａに制御されている状態であり、通常は後述のｋ〜ｌの期間のように徐々にランプ電圧が上昇して、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２が定電力動作を開始してランプ電流が減少していく。しかし、場合によっては初期アーク時に放電が立ち消えする場合が発生する。図２では時刻ｆにおいて立ち消えが発生したと仮定している。時刻ｆにおいては、特殊アークの発生に起因する立ち消えが発生していることから、点灯装置１は再度開放電圧を発生し（期間ｆ〜ｇ）、その電圧によってイグナイタ１４が高圧電圧を発生し（期間ｇ〜ｈ）、ランプ１５は時刻ｈにて再点灯する。この一連の動作において、期間ｄ〜ｅの間でオンしたサイリスタ１７がもしオンしたままの状態であると、時刻ｈの２回目の絶縁破壊時には、低抵抗のサイリスタ１７を通じてラッシュ電流がランプ１５に流れてしまい、ランプ１５にダメージを与える。しかし、時刻ｆにてランプ電流がゼロになった時点でサイリスタ１７のアノード−カソード間に流れる電流がゼロになるため、サイリスタ１７はオフ状態となる。よって、時刻ｈも時刻ｃと同様にサイリスタ１７はオフ状態であるため、ラッシュ電流は抵抗１６を流れ、図２Ｂに示すように、点線の電流が実線に示すように抑制される。つまり、本実施形態では、立ち消えに起因する２回目以降のランプ再点灯にも自己完結的にサイリスタ１７を最適に制御することが可能となる。その後、前述と同様、期間ｈ〜ｉは期間ｃ〜ｄと同様にグロー放電期間であってサイリスタ１７はオフ状態であり、電流は抵抗１６を流れる。期間ｉ〜ｊは期間ｄ〜ｅと同様、グロー放電からアーク放電に移行する期間であり、例えばランプ電流が０．５Ａから２Ａに変化する途中の１．６Ａの時点にて、アノード−カソード間の両端電圧Ｖａｋに１６Ｖ（＝１０Ω×１．６Ａ）がかかり、またゲート電流Ｉｇは２０ｍＡであり、これらの条件でサイリスタ１７がブレークオーバする。その後立ち消えが発生しなければ、期間ｊ〜ｋの時間を経て徐々にランプ１５が暖まり、期間ｋ〜ｌにてランプ電圧が上昇して定電力動作となり、時刻ｌ以降の定格点灯動作となる。【００３４】
例えばブレークオーバに必要なゲート電流Ｉｇが４０ｍＡのサイリスタ１７であれば、補助抵抗２１の抵抗値を３９０Ωに設定すればよい（４０ｍＡ＝１０Ω×１．６Ａ／３９０Ω）。つまり、ブレークオーバのタイミングは、補助抵抗２１の抵抗値で調整可能であり、パラメータが複雑に連動するようなことはない。
上述の動作では、グロー放電の期間（期間ｃ〜ｄ、ｈ〜ｉ）は、ランプ電流は抵抗１６を流れる。その損失は１０Ω、０．５Ａであれば５Ｗである。この期間は数十ミリ秒であるため、瞬時に５Ｗを損失可能な定格を持つ抵抗器を選定すればよい。【００３５】
また、上述の構成では、期間ｄ〜ｅの間にサイリスタ１７をオンするタイミングを説明したが、ｃ〜ｄの期間にオンするように設計してもよい。例えば、グロー放電時のランプ電流が０．５Ａ、サイリスタ１７がオフからオンに遷移する条件として、アノード−カソード間の両端電圧Ｖａｋが１５Ｖ、ゲート電流Ｉｇが２０ｍＡであると仮定する。抵抗１６は３０Ωを選定する。時刻ｃでは抵抗１６でラッシュ電流を抑圧しながら、その後０．５Ａのグロー電流で抵抗１６の両端には１５Ｖ（＝０．５Ａ×３０Ω）の電圧降下が発生する。補助抵抗２１を７５０Ωに選定すれば、この電圧によって、ゲート電流Ｉｇが２０ｍＡ（＝１５Ｖ／７５０Ω）流れる。よってアノード−カソード間の両端電圧Ｖａｋが１５Ｖ、ゲート電流Ｉｇが２０ｍＡとなり、サイリスタ１７は時刻ｃ〜ｄの期間中にオンする。抵抗１６に０．５Ａを流した場合の損失は７．５Ｗ（＝０．５Ａ×０．５Ａ×３０Ω）となる。以上のように、グロー放電期間中にサイリスタ１７をオンさせる設計でもよい。初期アーク放電の２Ａの電流を抵抗１６に流すと、抵抗１６の損失が大きくなり、許容損失の面から抵抗１６が大型化する。このような状況を避けるため、ｃ〜ｅの期間にサイリスタ１７がオンするように、抵抗１６、補助抵抗２１の抵抗値を選定すればよい。また、点灯時の一時的な消灯に対しては、抵抗１６、補助抵抗２１は作用しないため、オンさせる条件で設計すればよい。保護抵抗２２は、サイリスタ１７のゲートの過電圧に対する保護が主目的であり、本実施形態の動作に作用するものではない。サイリスタ１７の仕様に合わせて、例えば１ｋΩ〜１０ｋΩをつければよい。ゲートの保護の必要が無ければ、保護抵抗２２は削除してもよい。【００３６】
時刻ｊ以降においては、サイリスタ１７のアノード−カソード間の両端電圧Ｖａｋは例えば０．８Ｖである。２Ａの電流を流している場合、オン時のサイリスタ１７のアノード−カソード間の内部等価抵抗は０．４Ω（＝０．８Ｖ／２Ａ）である。図２Ｃ及びＤに示すように、サイリスタ１７の内部抵抗の抵抗値は、抵抗１６の抵抗値１０Ωと比して十分小さいため、抵抗１６には、ほとんど電流が流れず消費電力を低減することが可能となる。
サイリスタ１７のオン、オフの制御は、外部からの制御を必要としない。例えばランプ電流を検出してＦＥＴをスイッチング動作することでラッシュ電流を低減もしくはバイパスさせるような構成は容易に考案することが可能である。しかし、ラッシュ電流は６マイクロ秒の期間に発生して収束する。このパルス状の電流を検出して制御系に発生有無を電圧して制御する場合、システムの応答速度は少なくとも６マイクロ秒の半分の３マイクロ秒が必要である。十分余裕のある応答特性を得るためには、非制御対象の１０倍の速度が必要となるため、その応答時間は６００ナノ秒となり、クロック周波数で表記すると１ＭＨｚ以上の周波数となる。そのような速度の応答を持つ制御系でラッシュ電流を検出して制御することは現実的ではない。対して本実施形態は、自己完結的にオン、オフ動作するため、等価的に上記メガＨｚオーダーの応答速度が得られ、少ない部品点数で理想的に動作させることが可能となる。本実施の形態においては、ランプ１５を直流駆動タイプであるものを例に挙げて説明した。しかし、これに限るものではなく、ランプ１５の両端電圧の極性を周期的に交番させて駆動する交流駆動タイプのものを用いても良い。このランプ１５を点灯させる場合、コンデンサ１３とランプ１５との間にインバータ回路（図示せず）が追加され、直流を交流に変換する。係る構成の場合、コンデンサ１３とインバータ回路との間の内、電流が一方向にしか流れない部分に上述した抵抗１６及びサイリスタ１７等を挿入すればよい。この場合もラッシュ電流の抑制効果を得ることが可能となる。【００３７】
実施の形態２
実施の形態２はスイッチング素子を別途並列接続し、所定時間経過後にスイッチング素子をオンすることにより、さらに消費電力を低減する形態に関する。図３は実施の形態２に係る点灯装置１の回路構成を示す回路図である。実施の形態１の構成に加えて、スイッチング素子１８、スイッチング制御部１８１、タイマ１８２、電流検出回路１８３、及び電流検出抵抗１８４を含んで構成される。スイッチング素子１８は例えばＦＥＴ（以下、ＦＥＴ１８）が用いられる。ＦＥＴ１８は、抵抗１６、サイリスタ１７、並びに補助抵抗２１及び保護抵抗２２に並列に接続されている。【００３８】
ＦＥＴ１８はドレインがランプ１５に接続され、ソースがイグナイタ１４と抵抗１６との間に接続され、ゲートがスイッチング制御部１８１に接続されている。スイッチング制御部１８１は、例えば０Ｖのロー信号または５Ｖのハイ信号を択一的にＦＥＴ１８へ出力する。ロー信号が出力された場合、ＦＥＴ１８はオフとなり、ハイ信号が出力された場合、ＦＥＴ１８はオンとなる。電流検出回路１８３はランプ電流を検出する回路であり、検出した電流信号をタイマ１８２へ出力する。なお、本実施の形態においては、電流検出回路１８３、電流検出抵抗１８４によりサイリスタ１７を流れる電流を検出する形態としたがこれに限るものではなく、サイリスタ１７に印加される電圧、抵抗１６に印加される電圧、または抵抗１６を流れる電流に係る信号をタイマ１８２へ出力しても良い。また、これら各部の電圧、電流の検出結果とタイマ１８２を連動させず、システム電源のスイッチと連動してもよい。ＤＣ−ＤＣコンバータ１２は、ランプ１５に対して電力制御を行うため、ランプ電流を検出する回路を内蔵する。図３の電流検出回路１８３は、このＤＣ−ＤＣコンバータ１２が内蔵するランプ電流検出回路と共用の構成にしてもよい。【００３９】
タイマ１８２は内部のメモリ（図示せず）に閾値を記憶しており、電流検出回路１８３から出力される電流に係る信号が閾値より小さい場合に、計時を開始する。この閾値は、図２の例ではサイリスタ１７のブレークオーバ以降に流れる電流（例えば２Ａ）を超える５Ａである。タイマ１８２は計時により所定時間（例えば２０秒）経過後、スイッチング制御部１８１へ、制御信号を出力する。スイッチング制御部１８１はタイマ１８２からの制御信号を受けて、ハイ信号をＦＥＴ１８へ出力する。ハイ信号の出力によりＦＥＴ１８はオンとなる。タイマ１８２で計時する２０秒は、十分ランプ１５起動が成功すると予想される時間である。つまり、立ち消え等を含んで起動時のランプ１５は、消灯、グロー放電、初期アーク放電、定格アーク放電の状態のいずれかである。このような不確定な動作のときは、ＦＥＴ１８はオフしておき、抵抗１６でラッシュ電流を抑圧、吸収しながら、サイリスタ１７を自己完結的にオン、オフ制御することでロスを低減する。十分定格動作になると予想される時刻が経過後、ＦＥＴ１８をオンとすることで、ランプ１５に直列に挿入する抵抗成分を減少させることで定格動作時の装置のロスを低減する。【００４０】
ＦＥＴ１８の内部抵抗の抵抗値は約０．２Ωであり、サイリスタ１７の内部抵抗の抵抗値０．８Ωより小さい。この場合、サイリスタ１７に流れていた電流はほぼ全てＦＥＴ１８へ流れ、サイリスタ１７はオフし、１Ａのランプ電流ＩＬを流していた場合、消費電力は０．２Ｗと低減することが可能となる。また抵抗１６の両端電圧ＶｒはＦＥＴ１８のオンにより０．８Ｖから０．２Ｖに変化する。点灯装置１の図示しないシステム電源がオフにされた場合、タイマ１８２の計時は０にリセットされ、またスイッチング制御部１８１から出力される信号もロー信号へリセットされ、ＦＥＴ１８はオフとなる。なお、本実施の形態においてはサイリスタ１７のブレークオーバ以降の所定時間経過後にＦＥＴ１８をオンとする構成としたが、要はランプ１５が、安定定格動作し、その後十分に時間が経過してからＦＥＴ１８をオンとすれば良い。この場合、図示しないシステム電源をオンした後、例えば３０秒後にＦＥＴ１８をオンする。電流検出抵抗１８４は例えば５０ミリΩの抵抗値となり、サイリスタ１７のオン、オフの動作に影響を及ぼすものではない。【００４１】
本実施の形態２は以上の如き構成としてあり、その他の構成及び作用は実施の形態１と同様であるので、対応する部分には同一の参照番号を付してその詳細な説明を省略する。【００４２】
実施の形態３
上述した点灯装置１はプロジェクタに適用される。図４はプロジェクタのハードウェア構成を示すブロック図である。プロジェクタ３０は、実施の形態１または２の点灯装置１、ランプ１５、反射鏡３２１、カラーホイール３２、映像形成素子（以下、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device（登録商標））３６、映像形成素子制御回路３７、投射レンズ３８、ファン３３、主制御部３９及び映像信号処理部３９１を含んで構成される。【００４３】
主制御部３９は、図示しないメモリに記憶したプログラムに従い、上述したハードウェア各部を制御する。映像信号は映像信号処理部３９１へ入力される。映像信号処理部３９１は、同期分離及びスケーリング等、映像信号の処理を行い、処理後の映像信号を映像形成素子制御回路３７へ出力する。プロジェクタ３０では、ランプ１５から発せられた白色光が集光され、カラーホイール３２に照射される。カラーホイール３２は、赤、青及び緑色の光学フィルタが円周方向に沿って配列形成された円盤として構成されており、図示しない駆動モータによって高速回転されるようになっている。【００４４】
カラーホイール３２の回転に伴って、ランプ１５から出射された光の光路に各色フィルタが順次挿入され、カラーホイール３２に照射された白色光が赤色光、緑色光、青色光の各単色光に時分割で色分離される。そして、分離された各単色光は、反射鏡３２１へと送られ、ＤＭＤ３６に照射される。なお、ＤＭＤに代えて液晶パネルを用いても良い。ＤＭＤ３６は映像形成素子制御回路３７によって駆動制御されている。映像形成素子制御回路３７は、入力された映像信号に従ってＤＭＤ３６を駆動する。具体的には、入力された映像信号に従ってＤＭＤ３６の各セルや微小ミラーをオンまたはオフさせることによって、照射された単色光を画素単位で反射して光変調を行い、画像光を形成する。形成された画像光は、投射レンズ３８に入射され、投射レンズ３８によって不図示のスクリーン等に拡大投射される。【００４５】
点灯装置１はランプ１５の点灯及び消灯を制御する。ファン３３はランプ１５またはプロジェクタ３０内を冷却するためのものであり、図示しないモータにより駆動される。なお、本実施の形態においては点灯装置１をプロジェクタ３０へ適用する形態につき説明したが、これに限るものではなく、一般照明、自動車のヘッドランプ等に適用しても良い。【００４６】
本実施の形態３は以上の如き構成としてあり、その他の構成及び作用は実施の形態１及び２と同様であるので、対応する部分には同一の参照番号を付してその詳細な説明を省略する。【００４７】
実施の形態４
図５は実施の形態４に係る放電灯点灯装置の回路構成を示す回路図である。本実施の形態において示す如く、実施の形態１で述べた抵抗１６、サイリスタ１７、補助抵抗２１、及び保護抵抗２２から構成される回路は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２及びコンデンサ１３とイグナイタ１４との間に設けても良い。以下に詳細を説明する。ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の後段には並列にコンデンサ１３が接続される。ＤＣ−ＤＣコンバータ１２及びコンデンサ１３とイグナイタ１４との間には、実施の形態１で述べた抵抗１６、サイリスタ１７、補助抵抗２１、及び保護抵抗２２から構成される回路が設けられる。抵抗１６はイグナイタ１４の入力を介してランプ１５の電極陽極側に直列に接続される。さらに抵抗１６には並列にサイリスタ１７、並びに、補助抵抗２１及び保護抵抗２２が接続される。補助抵抗２１と保護抵抗２２とは直列に接続されており、補助抵抗２１は一端がサイリスタ１７のゲートに接続され、他端がサイリスタ１７のアノードに接続されている。また保護抵抗２２の一端はサイリスタ１７のゲートに接続されており、他端はサイリスタ１７のカソードに接続されている。なお点線で囲む部位は高圧発生部である。従来のような外部からスイッチの制御を行う方式では、ハイサイドスイッチ構成（電位の高いラインにスイッチ回路を挿入する方式）とする場合、切り替えパルスの電圧レベルを高圧に変換シフトするための追加の回路が必要となる。つまり、スイッチ回路はグランド電位基準が基本であった。本実施形態では、スイッチ回路が自己完結的に閉じており、グランド基準である必要がない。例えば、イグナイタ１４の出力側は瞬時とはいえ数ｋＶの高圧を発生するため、部品間の空間距離の確保または安全性の配慮が必要である。このことからイグナイタ１４の出力側に部品を新規に追加することは点灯装置１またはプロジェクタの３０のレイアウト上不利であった。またイグナイタ１４をＤＣ−ＤＣコンバータ１２と切り離して、ランプ１５の近傍に配置する必要があり、抵抗１６またはサイリスタ１７等のレイアウトが困難となる場合があった。本実施形態においては図５で示す位置にサイリスタ１７等を配置することにより、レイアウトの自由度の向上及びプロジェクタの小型化設計が可能となる効果を生じる。【００４８】
本実施の形態４は以上の如き構成としてあり、その他の構成及び作用は実施の形態１及び３と同様であるので、対応する部分には同一の参照番号を付してその詳細な説明を省略する。
【図１】
2008065842.tif 000003
【図２】
2008065842.tif 000004
【図３】
2008065842.tif 000005
【図４】
2008065842.tif 000006
【図５】
2008065842.tif 000007
【国際調査報告】
2008065842.tif 000008
2008065842.tif 000009