(57)【要約】【課題】放電ランプと直列に接続されるインダクタンス要素に蓄えられたエネルギーによるオーバーシュートを少なくし放電ランプから放射される光の変動を低減化するとともに、低損失で軽量小型化を図ること。【解決手段】フルブリッジ回路２が出力する交流矩形波の極性切り替わり時、インダクタンス要素Ｌ２に蓄えられたエネルギーにより、電流がダイオードＤ２〜Ｄ５等を介して、降圧チョッパ回路１の平滑コンデンサＣ１に流れ込む。平滑コンデンサＣ１には、第２のコンデンサＣ２に抵抗Ｒとスイッチ素子ＳＷの並列回路を直列接続したオーバーシュート抑止回路４が並列に接続されている。放電ランプの始動初期の間、上記スイッチ素子ＳＷはオフ状態に保持され、始動から一定時間後または電圧、電力、電流値または放電ランプの光量が所定値に到達すると上記スイッチ素子ＳＷを閉じ、オーバーシュート抑止回路４を有効にする。【選択図】　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英ガラスからなる放電容器に一対の電極が対向配置した高圧放電ランプと、この高圧放電ランプに放電電流を供給する給電装置から構成される高圧放電ランプ点灯装置であって、
前記給電装置は、
４個のスイッチング素子がブリッジ型に接続されて、全てのスイッチング素子をオフとするデッドタイムを設けながら交流矩形波電流を前記高圧放電ランプに給電するインバータ回路と、
このインバータ回路の後段であって前記高圧放電ランプと直列に接続されたインダクタンス要素と、
前記インバータ回路の前段に設けられ、平滑用コンデンサとして機能するともに、上記交流矩形波の極性切り替わり時に、上記インダクタンス要素に蓄えられたエネルギーにより充電される第１のコンデンサと、
同じく、前記インバータ回路の前段であって、上記第１のコンデンサと並列に接続され、少なくとも前記高圧放電ランプの点灯始動時には遮断されるスイッチ素子と、該スイッチ素子に直列に接続された第２のコンデンサとを有するオーバーシュート抑止回路を有する
ことを特徴とする高圧放電ランプ点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶プロジュクター等に使われる高圧放電ランプを点灯するための高圧放電ランプ点灯装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶プロジェクター等の光源として用いられる交流点灯高圧放電ランプの点灯波形として６０〜１０００Ｈｚ程度の低周波の矩形波が用いられている。これは矩形波を用いることにより高圧放電ランプの音響共鳴による放電の不安定を避け、かつ直流的な変動の少ない光出力を期待できるからである。
なお、上記音響共鳴に関しては、交流点灯の高圧放電ランプのディメンジョンと封入物の圧力等で決まる共鳴周波数帯付近のエネルギー量の少ない電力を印加することにより避けられるので、具体的には例えば特許第２５２７４２１号公報に記載されるように５〜２０％の高周波リップル含有率の直流或いはそれ以下のリップル含有率の低周波矩形波を作り出すことが行われている。
【０００３】
図４（ａ）に放電ランプを交流矩形波で点灯させる点灯装置の一例を示す。
図４に示す点灯装置は、直流電圧が供給される降圧チョッパ回路１と、降圧チョッパ回路１の出力側に接続され、直流電圧を交流矩形波電圧に変換し放電ランプ３に供給するフルブリッジ型インバータ回路２（以下ではフルブリッジ回路２という）から構成される。なお、同図において、放電ランプ３に直列に接続されたインダクタンス要素Ｌ２は、放電ランプ始動時に高圧パルスを発生するイグナイタ装置（図示せず）のイグナイタトランスのインダクタンス、および、回路の寄生インダクタンス等のインダクタンス要素を示したものであり、また、イグナイタ装置が発生する高圧パルスをバイパスするためのパスコンＣｐ１がフルブリッジ回路２の出力側に並列に接続されている。
降圧チョッパ回路１は、スイッチング素子Ｑ１と、ダイオードＤ１とインダクタンスＬ１と平滑コンデンサＣ１から構成され、図示しない制御回路により上記スイッチング素子Ｑ１のオン／オフ比が制御され、フルブリッジ回路２を介して放電ランプ３に供給される電流あるいは電力が制御される。
フルブリッジ回路２は、ブリッジ状に接続されたトランジスタやＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５と、該スイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５に逆並列に接続されたダイオードＤ２〜Ｄ５から構成される。
上記スイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５は、図示しない駆動回路により駆動され、放電ランプ３に交流矩形波電流を供給して、放電ランプ３を点灯させる。
【０００４】
すなわち、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ５、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４を交互にオンにして、降圧チョッパ回路１→スイッチング素子Ｑ２→放電ランプ３→インダクタンス要素Ｌ２→スイッチング素子Ｑ５→降圧チョッパ回路１、および、降圧チョッパ回路１→スイッチング素子Ｑ４→インダクタンス要素Ｌ２→放電ランプ３→スイッチング素子Ｑ３→降圧チョッパ回路１の経路で放電ランプ３に交流矩形波電流を供給し、放電ランプ３を点灯させる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図４（ａ）に示す点灯装置を用い、交流矩形波で放電ランプ３を点灯すると、極性反転時に放電ランプ３と直列につながれるインダクタンス要素Ｌ２からエネルギー放出が行われ、電流がダイオードＤ２〜Ｄ５等を経由して流れ、降圧チョッパ回路１の平滑コンデンサＣ１を充電し、その電圧を上昇させ、反対極性の波形の前部にオーバーシュートが生じることがある。
このオーバーシュートが放電ランプ３に投入される電力のオーバーシュートを生じ、その結果放電ランプ３から放射される明るさが変動する。
投射型のプロジェクター装置の光源に適用する場合には、このような明るさの変動はプロジェクターの画像品質を低下させるので、できるだけ小さくすることが望ましい。
【０００６】
これを防ぐために、従来においては、図４（ｂ）に示すように前記平滑コンデンサＣ１と並列に、抵抗ＲとダイオードＤ６の並列回路にコンデンサＣ２を直列接続した回路（以下、オーバーシュート抑止回路という）を接続し、平滑コンデンサＣ１ヘの前記インダクタンス要素Ｌ２からの充電による電圧上昇を減らし、反対極性の波形の前部のオーバーシュートを減らすことが行われていた。この回路の動作を説明すると、前記オーバーシュートがあると、ダイオードＤ６を介してコンデンサＣ２に充電され、この電荷が抵抗Ｒを介して放電する。抵抗Ｒは放電ランプ始動時にコンデンサＣ２から放電ランプに過大な突入電流が流入することを防止する。
しかし、前記インダクタンス要素Ｌ２からの充電による電圧上昇を少なくしようとすると、上記平滑コンデンサＣ１に並列に接続されるコンデンサＣ２の容量が大きくなる。
上記オーバーシュート抑止回路における抵抗の損失は負荷電圧が低く電流が大きい、点灯初期に最大になる。
更に、上記オーバーシュート抑止回路は、この点灯電源の応答速度を遅くする作用があり、始動初期の高圧放電ランプの放電状態が安定しない状態では、低い電圧から急速に高い電圧に変化しようとする場合がある。負荷変動に対する点灯電源の応答性が悪いと放電ランプの立ち消えを生じやすい。
【０００７】
以上のように、従来のオーバーシュート抑止回路を用いた場合、始動初期の高圧放電ランプの放電状態が安定しない状態では、低い電圧から急速に高い電圧に変化しようとする場合があり、点灯電源の負荷変動に対する応答が悪いと立ち消えを生じやすい。
また、高圧放電ランプの始動初期の電圧が低く、電流の大きい状態での損失が大きくこれに耐える抵抗を備えると大きくなり小型軽量化の妨げになる。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、本発明の目的は、オーバーシュートを少なくし放電ランプから放射される光の変動を低減化するとともに、低損失で軽量小型化を図ることができる高圧放電ランプ点灯装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、４個のスイッチング素子がブリッジ型に接続され、全てのスイッチング素子をオフとするデッドタイムを設けながら交流電流を高圧放電ランプに給電するインバータ回路を有する給電装置を備えた高圧放電ランプ点灯装置において、インバータ回路の前段に、平滑用コンデンサとして機能するともに、上記交流矩形波の極性切り替わり時に、高圧放電ランプと直列に接続されるインダクタンス要素に蓄えられたエネルギーにより充電される第１のコンデンサと、該第１のコンデンサと並列に接続され、少なくともスイッチ素子と、該スイッチ素子に直列に接続された第２のコンデンサとを有するオーバーシュート抑止回路を設ける。
そして、高圧放電ランプの始動初期はスイッチを開いておき、始動から一定の時間または電圧または電力または電流値または光量に到達してからスイッチを閉じ、上記オーバーシュート抑止回路を有効にする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明の第１の実施例のオーバーシュート抑止回路を有する高圧放電ランプ点灯装置の構成を示す。
図１に示す点灯装置は、前記図４に示した点灯装置において、平滑コンデンサＣ１に並列に、第２のコンデンサＣ２に抵抗Ｒとスイッチ素子ＳＷの並列回路を直列接続した本実施例のオーバーシュート抑止回路を接続したものである。
図１に示す点灯装置は、図４に示したものと同様、直流電圧が供給される降圧チョッパ回路１と、降圧チョッパ回路１の出力側に接続され、直流電圧を交流矩形波電圧に変換し放電ランプ３に供給するフルブリッジ型インバータ回路２（以下ではフルブリッジ回路２という）から構成される。
同図において、放電ランプ３に直列に接続されたインダクタンス要素Ｌ２は、前記図４と同様、放電ランプ始動時に高圧パルスを発生するイグナイタ装置（図示せず）のイグナイタトランスのインダクタンス、および、回路の寄生インダクタンス等のインダクタンス要素を示したものであり、また、イグナイタ装置が発生する高圧パルスをバイパスするためのパスコンＣｐ１がフルブリッジ回路２の出力側に並列に接続されている。
【００１０】
降圧チョッパ回路１は、前記したようにスイッチング素子Ｑ１と、ダイオードＤ１とインダクタンスＬ１と平滑コンデンサＣ１から構成され、図示しない制御回路により上記スイッチング素子Ｑ１のオン／オフ比が制御され、フルブリッジ回路２を介して放電ランプ３に供給される電流あるいは電力が制御される。
フルブリッジ回路２は、ブリッジ状に接続されたトランジスタやＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５と、該スイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５に逆並列に接続されたダイオードＤ２〜Ｄ５から構成される。
上記スイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５は、前記したように、図示しない駆動回路により駆動され、放電ランプ３に交流矩形波電流を供給して、放電ランプ３を点灯させる。
上記スイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５を駆動するに際し、スイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５の同時オンを防止するため、交流矩形波の極性切り替わり時に、スイッチング素子Ｑ２〜５を全てオフにする期間（デッドタイムＴｄ）が設けられる。
なお、放電ランプ３に供給される交流矩形波出力の周波数は６０〜１０００Ｈｚの範囲であり、例えば２００Ｈｚである。また、上記デッドタイムＴｄは、通常０．５μｓ〜１０μｓの範囲内であり、交流矩形波出力の周波数が２００Ｈｚの場合は、デッドタイムＴｄは例えば１μｓ程度に選定される。
【００１１】
上記放電ランプ３は、前記したように投射型のプロジェクター装置等の光源として使用される例えばショートアーク型超高圧放電ランプであり、例えば以下の放電ランプを使用することができる。
・発光管の内容積：１００ｍｍ３　
・電極間距離：１．０ｍｍ
・水銀封入量：０．２５ｍｇ／ｍｍ３　
・希ガス：アルゴンを１００Ｔｏｒｒ封入
また、上記放電ランプの点灯条件は以下の通りである。
・ランプ電力：８０〜４００Ｗの範囲であって、例えば２００Ｗ
・ランプ電流：０．６〜７．０Ａの範囲であって、例えば２．８Ａ
・ランプ電圧：６０〜１３０Ｖの範囲であって、例えば７０Ｖ
【００１２】
降圧チョッパ回路１の平滑コンデンサＣ１には、前記したように、第２のコンデンサＣ２に抵抗Ｒとスイッチ素子ＳＷの並列回路を直列接続した本実施例のオーバーシュート抑止回路４が並列に接続されている。
上記スイッチ素子ＳＷとしては、例えば、トランジスタ、ＦＥＴ等の半導体スイッチング素子やリレー等の機械的接点を用いることができ、高圧放電ランプの始動初期には、図示しない制御回路の出力によりオフ（接点開）状態とし、始動から一定時間経過後、あるいはランプ電圧、ランプ電力、もしくはランプ電流が所定の値に達したとき、もしくは放電ランプ３から放出される光量が所定の値に到達したとき、オン（接点閉）状態とされる。
また、上記スイッチ素子ＳＷとして、温度上昇により抵抗値が減少するサーミスタ等の感熱素子を用いることができる。温度上昇により抵抗値が減少するサーミスタ等の感熱素子を用いた場合には、始動時に高い抵抗値となり、ランプ点灯後には自己発熱により自動的に抵抗値が減少して、実質的にオン状態となる。
【００１３】
なお、サーミスタ等の感熱素子は温度が上昇してもある程度の抵抗値を持つので、その抵抗値によっては、上記スイッチ素子ＳＷに並列に接続された抵抗Ｒは設けなくてもよい。また、ＦＥＴの場合も、オン状態のときの抵抗値によっては、同様に抵抗Ｒを設けなくてもよい。
前記ショートアーク型超高圧放電ランプの点灯装置の場合、上記平滑コンデンサＣ１の容量は、０．１μＦ〜１μＦの範囲であり、例えば０．４７μＦである。また、上記第２のコンデンサＣ２の容量は、０．１μＦ〜１０μＦの範囲であり、例えば２．２μＦに選定され、また、上記抵抗Ｒの値は、例えば１００ｋΩ程度である。
【００１４】
次に本実施例の動作について説明する。
図１において、放電ランプの始動初期の間、オーバーシュート抑止回路４のスイッチ素子ＳＷはオフ状態に保持される。このため、電源投入時、コンデンサＣ２に大きな突入電流が流れるのを防止することができる。
放電ランプ３の始動を開始し、フルブリッジ回路２が動作して放電ランプ３に交流矩形波電流が供給されると、交流矩形波の極性切り替わり時、インダクタンス要素Ｌ２に蓄えられたエネルギーにより、電流がダイオードＤ２〜Ｄ５等を介して、降圧チョッパ回路１の平滑コンデンサＣ１と上記オーバーシュート抑止回路４に流れ込む。
すなわち、上記極性切り替わり時に、インダクタンス要素Ｌ２に蓄えているエネルギーにより、電流がインダクタンス要素Ｌ２→放電ランプ３→ダイオードＤ２→平滑コンデンサＣ１およびオーバーシュート抑止回路４→ダイオードＤ５→インダクタンス要素Ｌ２、または、インダクタンス要素Ｌ２→ダイオードＤ４→平滑コンデンサＣ１およびオーバーシュート抑止回路４→ダイオードＤ３→放電ランプ３→インダクタンス要素Ｌ２のループで流れる。
【００１５】
このとき、オーバーシュート抑止回路４のスイッチ素子ＳＷは開いているので、オーバーシュート抑止回路４には、大きな電流が流れ込まない。
前記したように、上記オーバーシュート抑止回路における損失は負荷電圧が低く電流が大きい、点灯初期に最大になるが、上記のようにスイッチ素子ＳＷが開いており、コンデンサＣ２に直列に大きな抵抗値をもつ抵抗Ｒが接続されているので、オーバーシュート抑止回路４には、大きな電流が流れ込まず、オーバーシュート抑止回路４の損失を小さく抑えることができる。
また、前記したように、始動初期の高圧放電ランプの放電状態が安定しない状態では、低い電圧から急速に高い電圧に変化しようとする場合があり、放電ランプの立ち消えを生じやすいが、上記のようにスイッチ素子ＳＷが開いており、コンデンサＣ２に直列に抵抗Ｒが接続されているため、この点灯回路の応答速度を遅くなることがなく、放電ランプ３の立ち消えが生ずることがない。
なお、上記インダクタンス要素Ｌ２に蓄えられたエネルギーにより、電流が主に平滑コンデンサＣ１流れ込み、平滑コンデンサＣ１の両端電圧の上昇するが、この段階では、放電ランプ３は定常点灯状態ではないので、問題は生じない。
【００１６】
ついで、始動から一定時間経過後、あるいはランプ電圧、ランプ電力、もしくはランプ電流が所定の値に達したとき、もしくは放電ランプ３から放出される光量が所定の値に到達したとき、オーバーシュート抑止回路４のスイッチ素子ＳＷはオン（接点閉）状態とされる。
前記したように、交流矩形波の極性切り替わり時、インダクタンス要素Ｌ２に蓄えられたエネルギーにより、電流がダイオードＤ２〜Ｄ５等を介して、降圧チョッパ回路１の平滑コンデンサＣ１と上記オーバーシュート抑止回路４に流れ込む。　このとき、オーバーシュート抑止回路４のスイッチ素子ＳＷがオンであるため、平滑コンデンサＣ１に並列にコンデンサＣ２が接続されることとなり、上記インダクタンス要素Ｌ２に蓄えられたエネルギーにより生ずる電流は、平滑コンデンサＣ１とオーバーシュート抑止回路４のコンデンサＣ２に流れ込み、平滑コンデンサＣ１およびコンデンサＣ２の電圧上昇（オーバーシュート）を抑えることができる。このため、放電ランプ３に投入される電力のオーバーシュートを小さくし、放電ランプ３から放射される明るさの変動を抑えることができる。
【００１７】
図２は、上記オーバーシュート抑止回路４のスイッチ素子ＳＷが開いている場合と、閉じている場合のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３（あるいはＱ４，Ｑ５）の接続点の電位と、コンデンサＣ１の電位、放電ランプ３に印加される駆動電圧、放電ランプ３の光出力を示す図である。
同図の実線は、上記スイッチ素子ＳＷが開いている場合を示し、点線はスイッチング素子ＳＷが閉じている場合を示す。同図に示すように、スイッチ素子ＳＷを閉じてオーバーシュート抑止回路４を有効にすることにより、コンデンサＣ１への充電電圧のオーバーシュートを低減化し、光出力の変動を小さくすることができる。
以上のように、本実施例では、放電ランプの始動初期の間、オーバーシュート抑止回路４のスイッチ素子ＳＷをオフ状態に保持しているので、電源投入時の突入電流を小さくすることができるともに、点灯回路の応答速度が遅くなることがなく、放電ランプ３の立ち消えが生ずるといった問題を回避することができる。また、始動から一定時間経過後、あるいはランプ電圧、ランプ電力、もしくはランプ電流が所定の値に達したとき、もしくは放電ランプ３から放出される光量が所定の値に到達したとき、オーバーシュート抑止回路４のスイッチ素子ＳＷはオン（接点閉）状態としているので、交流矩形波の極性切り替わり時に生ずるオーバーシュートを小さくすることができ、光出力の変動を小さくすることができ
る。
【００１８】
図３は、本発明の第２実施例のオーバーシュート抑止回路を備えた高圧放電ランプ点灯装置の構成を示す図である。
図３に示す高圧放電ランプ点灯装置は、同図に示すように、抵抗Ｒ１とダイオードＤ６の並列回路と、コンデンサＣ２と、抵抗Ｒ２とスイッチ素子ＳＷの並列回路とを直列に接続したオーバーシュート抑止回路４を前記図１に示したオーバーシュート抑止回路に換えて設けたものであり、その他の構成は図１に示したものと同様である。
上記オーバーシュート抑止回路４のスイッチ素子ＳＷとしては、前記したように、トランジスタ、ＦＥＴ等の半導体スイッチング素子やリレー等の機械的接点を用いることができ、高圧放電ランプの始動初期には、図示しない制御回路の出力によりオフ（接点開）状態とし、始動から一定時間経過後、あるいはランプ電圧、ランプ電力、もしくはランプ電流が所定の値に達したとき、もしくは放電ランプ３から放出される光量が所定の値に到達したとき、オン（接点閉）状態とされる。
また、上記スイッチ素子ＳＷとして、温度上昇により抵抗値が減少するサーミスタ等の感熱素子を用いることができる。
【００１９】
図３に示すオーバーシュート抑止回路を設けることにより、前記第１の実施例と同様、始動初期には、スイッチ素子ＳＷが開いているので、オーバーシュート抑止回路４の損失を小さく抑えることができ、また、この点灯回路の応答速度を遅くなることがないので、放電ランプ３の立ち消えを防止することができる。
また、始動から一定時間経過後、あるいはランプ電圧、ランプ電力、もしくはランプ電流が所定の値に達したとき、もしくは放電ランプ３から放出される光量が所定の値に到達したとき、オーバーシュート抑止回路４のスイッチ素子ＳＷはオン（接点閉）状態とされるので、平滑コンデンサＣ１およびコンデンサＣ２の電圧上昇（オーバーシュート）を抑えることができる。
また、本実施例のオーバーシュート抑止回路においては、コンデンサＣ２に直列に、抵抗Ｒ１とダイオードＤ６の並列回路が接続されているので、コンデンサＣ２に充電された電荷により、放電ランプ３に突入電流が流れるのを防止することができる。
【００２０】
なお、上記ではオーバーシュート抑止回路として、図１、図３のものを示したが、本発明におけるオーバーシュート抑止回路としては、少なくとも前記高圧放電ランプの点灯始動時には遮断されるスイッチ素子と、該スイッチ素子に直列に接続されたコンデンサを有し、放電ランプ始動初期には、該コンデンサに大電流が流れ込まず、放電ランプが始動し、定常点灯に移行した後は、平滑コンデンサに並列に上記コンデンサが接続され、オーバーシュートを抑止できるように構成されていればよく、その他の種々変形することができる。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては、平滑コンデンサと並列に少なくとも、スイッチ素子と、該スイッチ素子に直列に接続されたコンデンサを有するオーバーシュート抑止回路を接続し、高圧放電ランプの始動初期は上記スイッチ素子を開いておき、始動から一定の時間後、電圧、電力、電流値または放電ランプの光量が所定の値に到達してから上記スイッチ素子を閉じるようにしたので、低損失でオーバーシュートの少なく、始動初期における放電ランプの立ち消えを防止することができる高圧放電ランプの点灯装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例のオーバーシュート抑止回路を有する高圧放電ランプ点灯装置の構成を示す図である。
【図２】第１の実施例における動作を説明する図である。
【図３】本発明の第２の実施例のオーバーシュート抑止回路の構成を示す図である。
【図４】放電ランプを交流矩形波で点灯させる点灯装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
１　　　　　　　　降圧チョッパ回路
２　　　　　　　　フルブリッジ回路
３　　　　　　　　放電ランプ
４　　　　　　　　オーバーシュート抑止回路
Ｃ１　　　　　　　平滑コンデンサ
Ｃ２　　　　　　　コンデンサ
ＳＷ　　　　　　　スイッチ素子
Ｒ，Ｒ１，Ｒ２　　抵抗
Ｄ１〜Ｄ６　　　　ダイオード
Ｌ１　　　　　　　インダクタンス
Ｌ２　　　　　　　インダクタンス要素
Ｑ１〜Ｑ５　　　　スイッチング素子
【図１】
2004039397.tif 000003
【図２】
2004039397.tif 000004
【図３】
2004039397.tif 000005
【図４】
2004039397.tif 000006