(57)【要約】【課題】ランプユニットの音響共鳴周波数のばらつきを補正する技術を提供する。【解決手段】プロジェクター１において、バラスト回路１０の周波数決定回路７０は、温度センサ６０の検出温度（部品温度）、ランプ９０の音響共鳴周波数データとランプ電圧からスイッチング周波数を決定する。周波数決定回路７０はランプ電圧とスイッチング周波数の関係を記録したデータテーブルを有しており、そのデータテーブルをもとにスイッチング周波数を決定し、さらに、音響共鳴周波数データをもとに不適切な場合、そのスイッチング周波数を変更する。【選択図】図１
2014192097.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子と、
前記スイッチング素子でパルス駆動制御される放電ランプと、
前記放電ランプの音響共鳴周波数領域を記憶した記憶部と、
前記スイッチング素子のスイッチング周波数を前記放電ランプの前記音響共鳴周波数領域と異なる周波数に設定する周波数決定部と、
を備えることを特徴とするプロジェクター。
【請求項２】
前記周波数決定部は、前記スイッチング素子を駆動中にランプ電圧にもとづき前記スイッチング周波数を変更可能であって、変更する場合に、前記音響共鳴周波数領域と異なる周波数に前記スイッチング周波数を変更することを特徴とする請求項１に記載のプロジェクター。
【請求項３】
前記記憶部は、複数の前記音響共鳴周波数領域を保持し、
前記周波数決定部は、前記スイッチング素子のスイッチング周波数を前記放電ランプの前記音響共鳴周波数領域と異なる周波数に設定する際に、バラスト回路の温度またはランプ電流リップルの少なくとも一つの測定結果に基づき、前記音響共鳴周波数領域を決定することを特徴とする請求項１または２に記載のプロジェクター。
【請求項４】
前記放電ランプと前記記憶部とを一体に有するランプユニットを備えることを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載のプロジェクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング動作により駆動する放電ランプを備えたプロジェクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクターの高輝度放電ランプはアーク放電を利用した光源となっている。アーク放電によるアークは放電ランプの形状、体積等によって音響共鳴周波数（音響共鳴周波数領域ともいう）をもっており同じ品種のランプユニットでも形状や体積のばらつきによって音響共鳴周波数領域は異なる。音響共鳴とはアーク放電のアークが共鳴して振動する現象であり、プロジェクター用のランプで音響共鳴が発生した場合、画面フリッカーの症状が現れる。
【０００３】
一般的なプロジェクターでは、どのようなランプが取り付けられても同じスイッチング周波数で制御を行っていた。スイッチング周波数は初期検討時にランプユニットの音響共鳴周波数領域を測定し（ｎ数=１０個程度）、その測定値より音響共鳴周波数領域と重ならないような周波数をスイッチング周波数としている。音響共鳴周波数領域は１ヶ所だけではなく、音響共鳴周波数領域：５０ｋＨｚ〜６０ｋＨｚ、７０ｋＨｚ〜８５ｋＨｚ、１００ｋＨｚ〜１２０ｋＨｚといったように数ヵ所に現れる。
【０００４】
上記の場合はスイッチング周波数を６５ｋＨｚ又は９２．５ｋＨｚといったように設定する。しかしこの場合、ランプのばらつきによっては、次のランプ１及び２の音響共鳴周波数のようにずれることがある。
ランプ１の音響共鳴周波数領域：
５５ｋＨｚ〜６５ｋＨｚ、７５ｋＨｚ〜９０ｋＨｚ、１０５ｋＨｚ〜１２５ｋＨｚ
ランプ２の音響共鳴周波数領域：
４５ｋＨｚ〜５５ｋＨｚ、６５ｋＨｚ〜８０ｋＨｚ、 ９５ｋＨｚ〜１１５ｋＨｚ
【０００５】
この場合はランプ１も、ランプ２もスイッチング周波数を６５ｋＨｚに設定していた場合は、スイッチング周波数と音響共鳴周波数領域とが重なることとなり、画面フリッカーを発生させてしまうことになる。
【０００６】
また初期に設定した周波数が音響共鳴周波数領域から外れていても、ランプ電圧によってスイッチング周波数を変更した場合、その変更した周波数が音響共鳴周波数領域と重なり、画面フリッカーを発生させてしまうこともある。
【０００７】
その対策技術として様々なものが提案されている。例えば、ランプ電圧に対応する点灯周波数（スイッチング周波数）が記憶されている周波数設定テーブルを参照して、放電安定性判定回路（バラスト）の電圧検出回路により検出された電圧に対応する点灯周波数を特定し、放電安定性判定回路の電圧変動分抽出回路により抽出された電圧の変動分に応じて当該点灯周波数をシフトし、そのシフトした点灯周波数でＨＩＤランプを点灯する技術がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
また、ランプ電圧にもとづいて設定されたスイッチング周波数が高圧放電灯の音響共鳴周波数領域と重なる場合には、スイッチング周波数を音響共鳴周波数領域外の略一定の周波数に設定する技術もある（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−１８５８０８号公報
【特許文献２】特開２００７−１７３０２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、音響共鳴周波数領域はランプユニットの形状や体積のばらつきによって異なる。プロジェクターの場合、ランプ交換が可能なため、出荷時のランプユニットにあわせてスイッチング周波数の最適化を実施しても、ランプ交換によって音響共鳴周波数領域が変化し、バラスト回路に設定されているスイッチング周波数と重なり、フリッカーが発生する可能性があり、対策の技術が求められていた。
【００１１】
またスイッチング周波数を大きくするとランプ電流リップルが小さくすることができるが、スイッチングロスが大きくなるため部品温度が高くなる。しかし、定電力制御を行っているため、ランプ電圧が大きくなるとランプ電流が下がり、部品温度も下がる。ランプ電圧はランプによって異なっており、また、ランプを点灯させた時間が長いほどランプ電圧も大きくなる。よってランプ電圧によってスイッチング周波数を制御することも可能である。しかし、ランプは音響共鳴周波数領域を持っているため安易にスイッチング周波数を変更すると画面フリッカーが発生する恐れがあり、対策の技術が求められていた。
【００１２】
特許文献１に開示の技術では、ランプ電圧に従って点灯周波数（スイッチング周波数）を決定している。これはランプの経時変化による音響共鳴周波数領域の変化を補正するための方法である。しかしプロジェクターの場合ランプの寿命が３０００〜６０００時間程度でありユーザが自由にランプ交換可能なため、ランプによる音響共鳴周波数領域のばらつきを補正することができず、別の技術が求められていた。
【００１３】
特許文献２に開示の技術では、特定のランプの定電力制御範囲の中で、ランプ電流に含まれるリップル周波数の所望の範囲のみでスイッチング周波数を音響共鳴周波数領域外の略一定の周波数に設定する。しかし、ランプの交換等が発生した場合は、ランプ電流も変化するので、スイッチング周波数を音響共鳴周波数領域外の略一定の周波数に設定し直す必要がある。また、ランプの点灯時間の長さや休止時間等で部品温度が変化するとスイッチング周波数が変化するが、音響共鳴周波数領域の再設定は容易ではなく、別の技術が必要とされていた。
【００１４】
本発明は以上のような状況に鑑みなされたものであって、上記課題を解決する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明のプロジェクターは、スイッチング素子と、前記スイッチング素子でパルス駆動制御される放電ランプと、前記放電ランプの音響共鳴周波数領域を記憶した記憶部と、前記スイッチング素子のスイッチング周波数を前記放電ランプの前記音響共鳴周波数領域と異なる周波数に設定する周波数決定部と、を備える。
また、前記周波数決定部は、前記スイッチング素子を駆動中にランプ電圧にもとづき前記スイッチング周波数を変更可能であって、変更する場合に、前記音響共鳴周波数領域と異なる周波数に前記スイッチング周波数を変更してもよい。
前記記憶部は、複数の前記音響共鳴周波数領域を保持し、前記周波数決定部は、前記スイッチング素子のスイッチング周波数を前記放電ランプの前記音響共鳴周波数領域と異なる周波数に設定する際に、バラスト回路の温度またはランプ電流リップルの少なくとも一つの測定結果に基づき、前記音響共鳴周波数領域を決定してもよい。
前記放電ランプと前記記憶部とを一体に有するランプユニットを備えてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ランプユニットによる音響共鳴周波数領域のばらつきを補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】発明の実施形態に係る、プロジェクターの機能ブロック図である。
【図２】発明の実施形態に係る、スイッチング周波数決定遷移図である。
【図３】発明の実施形態に係る、ランプ電圧とスイッチング周波数の関係を示す図である。
【図４】発明の実施形態に係る、ランプ電圧・スイッチング周波数と部品温度の関係を示す図である。
【図５】発明の実施形態に係る、スイッチング周波数の変更処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
つぎに、本発明を実施するための形態（以下、単に「実施形態」という）を、図面を参照して具体的に説明する。
【００１９】
図１は、本実施形態に係るプロジェクター１の概略構成を示す機能ブロック図であって、主に、バラスト回路１０に着目して示しており、画像処理や光学系等の構成については省略している。
【００２０】
図示のように、プロジェクター１は、ランプユニット８０と、商用交流電源（入力ＡＣ２）を取得しランプユニット８０の発光駆動を制御するバラスト回路１０と、ＰＷＭコントローラ４０と、電力制御基準信号生成部５０と、温度センサ６０と、周波数決定回路７０とを備える。
【００２１】
温度センサ６０は、スイッチング素子２２の近傍に配置され、スイッチング素子２２を中心とし部品温度（バラスト回路１０内の温度）を検出する。検出された部品温度は、周波数決定回路７０に出力される。
【００２２】
ランプユニット８０は、アーク放電を利用した高輝度放電ランプであるランプ９０と、メモリ回路９５とを備える。メモリ回路９５は、ランプ９０個体ごとの音響共鳴周波数領域を記憶する。ランプユニット８０は、ランプ９０を交換するときにメモリ回路９５とともに一体で交換可能になっている。そのため、ランプユニット８０は、ランプ９０への電力供給用の端子とともに、メモリ回路９５へのアクセス用の端子を備える。
【００２３】
詳細な動作・処理は後述するが、メモリ回路９５の情報が反映されて、スイッチング素子２２を駆動するスイッチング周波数が決定され、ランプ９０が制御される。これによってランプ９０が取り替えられた様な場合であっても、ランプ９０の音響共鳴周波数領域とは重ならないスイッチング周波数でランプ９０の制御を行うことが可能となり、音響共鳴によるフリッカーを抑制することができる。
【００２４】
バラスト回路１０は、ランプ９０の発光駆動を制御する回路である。具体的には、は、バラスト回路１０は、入力ＡＣ２からの電力を所定の直流電力に変換するＡＣ整流ダイオード１４と、力率改善回路２０と、スイッチング素子２２と、バラスト回路コイル２４と、入力コンデンサ２６と、整流ダイオード２８と、ランプ点灯用高圧回路３０と、出力コンデンサ３２と、電流検出部３４とを備える。
【００２５】
具体的が接続経路は次の通りである。すなわち、力率改善回路２０のプラス側から、直列的に、スイッチング素子２２、バラスト回路コイル２４、ランプ９０、電流検出部３４が配置され、電流検出部３４の経路が力率改善回路２０の基準電位に戻る。
【００２６】
力率改善回路２０のプラス側端子と基準電位側端子との間には入力コンデンサ２６が配置され、スイッチング素子２２とバラスト回路コイル２４の間の接続点と基準電位との間に整流ダイオード２８がアノードを基準電位側として配置される。バラスト回路コイル２４とランプ９０との間の接続点と基準電位側との間に出力コンデンサ３２が配置される。そして、出力コンデンサ３２の両端側にランプ９０が接続される。ランプ９０の基準電位側の端子と基準電位（出力コンデンサ３２の基準電位側）との間には電流検出部３４が接続される。電流検出部３４の検出結果（ランプ電流検出信号）は、電力制御基準信号生成部５０に出力される。
【００２７】
さらに、出力コンデンサ３２の両端には、ランプ９０に高電圧を加えて放電をスタートさせるランプ点灯用高圧回路３０がランプ９０への通常の経路とは並列に配置されている。
【００２８】
つぎに、制御部として機能するＰＷＭコントローラ４０、電力制御基準信号生成部５０、及び周波数決定回路７０について説明する。
【００２９】
ＰＷＭコントローラ４０は、ランプ電流がピーク電流を超えたときスイッチング素子２２がオフとなり、ランプ電流が零となったときスイッチング素子２２をオンとなるようにＰＷＭ変調によるパルス制御を行う。
【００３０】
電力制御基準信号生成部５０は、ランプ電圧と電流検出部３４からのランプ電流検出信号（ランプ電流）とを取得し、ランプ電圧及びランプ電流とをもとに、定電力となるように基準信号を生成する。
【００３１】
周波数決定回路７０は、温度センサ６０の検出温度（部品温度）、ランプ９０の音響共鳴周波数データとランプ電圧からスイッチング周波数を決定する。従来では、この周波数決定回路７０を有していないため、ＰＷＭコントローラ４０は、スイッチング素子２２を一定の周波数で駆動させていた。本実施形態では、周波数決定回路７０はランプ電圧とスイッチング周波数の関係を記録したテーブルを有しており、そのテーブルをもとにスイッチング周波数を決定し、さらに、音響共鳴周波数データをもとに不適切な場合、つまり、音響共鳴周波数データ（音響共鳴周波数領域）と重なる場合、そのスイッチング周波数を変更する。
【００３２】
ここで、スイッチング周波数の変更処理に関して、図２のスイッチング周波数決定遷移図を参照して、動作概要を説明する。
【００３３】
図示の例では、音響共鳴周波数領域が５５ｋＨｚ〜６５ｋＨｚ（第１音響共鳴周波数領域Ａ１）、７５ｋＨｚ〜９０ｋＨｚ（第２音響共鳴周波数領域Ａ２）、１０５ｋＨｚ〜１２５ｋＨｚ（第３音響共鳴周波数領域Ａ３）の３つの領域に分かれて存在する。そのため、スイッチング素子２２のスイッチング周波数（バラスト周波数）として選択される周波数は６５ＫＨｚ−７５ＫＨｚ、９０ＫＨｚ−１０５ＫＨＺの２つのエリアになる。
【００３４】
まず、電流リップルが問題のない最小の周波数ｆ１でスイッチング素子２２を動作させる（Ｓ１）。ここでは、第１音響共鳴周波数領域Ａ１の最小値５５ｋＨｚより小さい周波数ｆ１となる。つぎに、ランプ電圧にもとづき部品温度が適切な範囲となる周波数ｆ２までスイッチング周波数を大きくする（Ｓ２）。このとき、スイッチング周波数が音響共鳴周波数領域と重なっていた場合、スイッチング周波数を音響共鳴周波数領域から外れる周波数に設定する（Ｓ３）。図示では、スイッチング周波数として設定した周波数ｆ２が第２音響共鳴周波数領域Ａ２と重なっているため、スイッチング周波数を下げ、第１音響共鳴周波数領域Ａ１と第２音響共鳴周波数領域Ａ２の間（６５〜７５ｋＨｚ）の周波数ｆ３に変更する。なお、ランプ点灯時間が長くなり、ランプ電圧が上昇した場合、さらにスイッチング周波数を上げることができる（Ｓ４）。図示では、第２音響共鳴周波数領域Ａ２と第３音響共鳴周波数領域Ａ３との間の周波数ｆ４にスイッチング周波数が設定されている。音響共鳴周波数領域と重ならなければ、さらにスイッチング周波数を上げて電流リップルを小さくする処理を行うことができる。
【００３５】
図３にランプ電圧とスイッチング周波数の関係を示す。ランプ点灯用高圧回路３０のスイッチング素子２２のスイッチング周波数は高くなるとスイッチングロスが大きくなり部品温度が高くなる。逆に、スイッチング周波数が低くなるとスイッチング時間（オン期間又はオフ期間）が長くなるためランプ電流リップルが大きくなる。ランプ電流リップルが大きいと音響共鳴とは別に画面フリッカー（画面のちらつき）が発生する。そのため、リップル電流はなるべく小さくするほうがいい。この理由から部品温度が許す限り、スイッチング周波数はなるべく大きくしたほうが様々なランプフリッカーに対しては有効となる。スイッチング周波数は大きくなるとスイッチングロスが大きくなるため部品温度は上がる。ランプ電圧が大きくなるとランプ電流が小さくなり部品温度が下がる。よって、図３に示すように、ランプ電圧が大きくなると部品温度が下がるためスイッチング周波数を上げることができる。
【００３６】
図４（ａ）にランプ電圧と部品温度との関係を、図４（ｂ）にスイッチング周波数と部品温度との関係を示す。部品温度はスイッチング周波数によっても変化するが、ランプ電流のロスにより発熱しているためランプ電流によっても変化する。ランプ９０は定電力制御されているため、図４（ａ）に示すように、ランプ電圧が大きくなればランプ電流は小さくなり部品温度は低くなる。また、図４（ｂ）に示すように、スイッチング周波数が大きくなると、スイッチングロスが大きくなる。スイッチングロスが大きくなると部品の損失が大きくなるため、部品温度は上がる。ランプ電圧はランプ９０によって異なっており点灯時間によっても異なっている。
【００３７】
これらの観点から、ランプ電圧で決定する部品温度が許容できる場合は、より高い周波数を選択し、部品温度が許容できない値の場合はより低い周波数を選択する。また、スイッチングロスを低減することによる省エネという意味では、常に低い周波数を選択するようにしてもよい。
【００３８】
以上の構成のバラスト回路１０による動作を、図５のフローチャートを参照し、スイッチング周波数の変更処理に着目して説明する。
【００３９】
まず、周波数決定回路７０は、メモリ回路９５を参照して、ランプ９０の音響共鳴周波数データ（音響共鳴周波数領域）を読み込む（Ｓ１０）。つづいて、周波数決定回路７０は、音響共鳴周波数領域と重ならずランプ電流リップルが適正となる最低周波数にてランプを点灯させる（Ｓ１２）。図２のＳ１の処理に対応する。ここでは、第１音響共鳴周波数領域Ａ１（５５〜６５ｋＨｚ）より低い所定の周波数ｆ１に設定される。
【００４０】
つぎに周波数決定回路７０は、ランプ電圧を検出し（Ｓ１４）、ランプ電圧にもとづいて予め登録されているランプ電圧−周波数データを参照し、スイッチング周波数を決定する（Ｓ１６）。図２のＳ２の処理に対応する。ここでは、先の所定の周波数ｆ１より高い周波数ｆ２に一時的に決定される。
【００４１】
つづいて、周波数決定回路７０は、メモリ回路９５を参照して、スイッチング周波数（周波数ｆ２）が音響共鳴周波数領域と重なるか否かを判断する（Ｓ１８）。
【００４２】
スイッチング周波数（周波数ｆ２）が音響共鳴周波数領域と重ならない場合は（Ｓ１８のＮ）、周波数決定回路７０は上記のスイッチング周波数（周波数ｆ２）に決定する（Ｓ２０）。
【００４３】
スイッチング周波数（周波数ｆ２）が音響共鳴周波数領域と重なる場合は（Ｓ１８のＹ）、周波数決定回路７０は音響共鳴周波数領域から外れる範囲までスイッチング周波数を下げる（Ｓ２２）。図２では、Ｓ３に対応し、スイッチング周波数は周波数ｆ３に決定される。
【００４４】
スイッチング周波数が決定されると（Ｓ２０又はＳ２４）、処理はＳ１４のランプ電圧検出処理に戻り、Ｓ１４〜Ｓ２４の処理が継続ループする。ランプ電圧は点灯時にはほぼ一定であるが、点灯時間が長くなるほどランプ電圧は上昇する傾向となる。スイッチング周波数は動作中も変更可能なため、スイッチング周波数を一度決定した後もこのループは常に動作させておき、最適なスイッチング周波数となるように制御を行う。
【００４５】
以上、本実施形態によると、ランプユニット８０にそのランプユニットの音響共鳴周波数領域を記憶させておくことにより、ランプ９０ごとにバラスト回路１０のスイッチング周波数の最適化が可能であり、フリッカーを抑制することができる。
【００４６】
また、部品温度やランプ電流リップル量に応じてスイッチング周波数を選択し、記憶されている音響共鳴周波数領域のデータを参照し音響共鳴周波数領域と重ならない周波数にスイッチング周波数を設定することで、音響共鳴によるフリッカーを考慮しながら、部品温度・リップルが最適となるスイッチング周波数にてバラスト回路１０（スイッチング素子２２）を動作させることができる。
【００４７】
また、ランプ９０の交換時の別のランプ９０による音響共鳴周波数領域のばらつきも補正できるようにするため、ランプユニット８０に複数種の音響共鳴周波数領域を記憶したメモリ回路９５を設置することにより、部品温度をも考慮したランプユニット８０による音響共鳴周波数領域のばらつきを補正することができる。
【００４８】
なおバラスト動作中（ランプ点灯中）もスイッチング周波数は変更可能なため、上記制御を動作中に行うことで常にそのタイミングにて最適なスイッチング周波数にて制御を行うことができる。
【００４９】
以上、本発明を実施形態をもとに説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせ等にいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。例えば、メモリ回路９５はランプユニット８０に備わらず、ユーザが入力する形態であってもよい。すなわち、交換用のランプ９０の説明書や包装等に音響共鳴周波数帯域が記載され、そのデータをユーザが入力したり、また、プロジェクター１は、所定の通信手段を有する場合、ネットワーク経由で音響共鳴周波数領域のデータを取得してもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１  プロジェクター
２  入力ＡＣ
１０  バラスト回路
１４  ＡＣ整流ダイオード
２０  力率改善回路
２２  スイッチング素子
２４  バラスト回路コイル
２６  入力コンデンサ
２８  整流ダイオード
３０  ランプ点灯用高圧回路
３２  出力コンデンサ
３４  電流検出部
４０  ＰＷＭコントローラ
５０  電力制御基準信号生成部
６０  温度センサ
７０  周波数決定回路
８０  ランプユニット
９０  ランプ
９５  メモリ回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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