(57)【要約】【課題】短アーク長の高圧放電灯を点灯させる高圧放電灯点灯装置において、異常検出機能を改善することで発光管の破損や点灯装置の故障を防止する。【解決手段】スイッチング素子を用いて放電灯３に所定の電力供給する点灯回路２と、放電灯３を始動させるための始動回路４と、ランプ電圧を検出する検出回路５と、検出されたランプ電圧が基準電圧以下の場合に放電灯３が異常と判断する手段と、異常と判断したときの制御を行う異常処理手段と、放電灯３が消灯してからの経過時間を検出する検出回路７を備えた高圧放電灯点灯装置において、放電灯３を消灯してからの経過時間により異常判断の開始時間を変化させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子を用いて放電灯に所定の電力を供給する点灯回路と、放電灯を始動させるための始動回路と、ランプ電圧を検出する検出回路と、検出されたランプ電圧が基準電圧以下の場合に放電灯が異常と判断する手段と、異常と判断したときの制御を行う異常処理手段と、放電灯が消灯してからの経過時間を検出する検出回路を備えた高圧放電灯点灯装置において、放電灯を消灯してからの経過時間により異常判断の開始時間を変化させることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
【請求項２】
スイッチング素子を用いて放電灯に所定の電力を供給する点灯回路と、放電灯を始動させるための始動回路と、ランプ電圧を検出する検出回路と、検出されたランプ電圧が基準電圧以下の場合に放電灯が異常と判断する手段と、異常と判断したときの制御を行う異常処理手段を備えた高圧放電灯点灯装置において、放電灯が異常と判断する基準電圧は放電灯の点灯時間に応じて変化することを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
【請求項３】
請求項１または２において、放電灯の異常を判断する手段を複数有することを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
【請求項４】
請求項３において、異常判断手段の少なくとも一つは、検出されたランプ電圧が基準電圧以下の場合、即座に異常と判断することを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
【請求項５】
請求項３において、異常判断手段の少なくとも一つは、検出されたランプ電圧が基準電圧以下の状態が所定の時間継続する場合に異常と判断することを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかにおいて、高圧放電灯は短アークの高圧放電灯であることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置と、リフレクタを備えた高圧放電灯と、放電灯の光を利用して画像を表示する画像表示手段と、画像表示手段を通った光を集光してスクリーンに投射する光学系と、それら構成要素を収納するケースを備えたことを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高圧放電灯を点灯させる高圧放電灯点灯装置およびこれを用いた画像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶などを用いたプロジェクタやプロジェクション式テレビ受像機等では、電極間距離が５ｍｍ以下の小型の高圧放電灯が使用されている。この種の放電灯は光学設計の観点から、より点光源化が望まれており、１ｍｍ程度まで短くなっている。
【０００３】
これらのランプを点灯させる放電灯点灯装置は、例えば特開平１０−２７５６９２号公報に記載されているように、スローリークが発生したときに異常を検出してランプ電力を低減もしくは遮断することが知られている。
【特許文献１】特開平１０−２７５６９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記の従来構成では、高圧放電灯のランプ電圧が第１の基準電圧以上に上昇した後、第２の基準電圧以下に低下した場合に高圧放電灯が異常と判断して、高圧放電灯に供給する電力を低減または遮断する。したがって、高圧放電灯のランプ電圧が第１の基準電圧まで上昇しない場合、この保護機能は動作しないことになる。
【０００５】
画像表示装置に使用される短アーク長の高圧放電灯では、放電灯は通常ファンにより空冷されている（図１２参照）が、この温度管理が適切に行われていないと発光管部が膨れてしまい、ランプ電圧が低下する。このようなランプ異常状態で点灯を継続すると発光管が破損に至る場合もある。発光管が暖まった状態で点灯する再始動（ホットリスタート）時を含めていかなる場合でもランプが破損に至らないように対策することが求められている。
【０００６】
さらに、アーク長が１ｍｍ程度と非常に短いために、ランプ消灯後、発光管内部の水銀が液化するとき電極間を短絡することがある。この状態で高圧放電灯を点灯させると、短絡された電極間を通して電流が流れるため、上記保護機能は動作せず、定格点灯時のランプ電流を大幅に越える電流が流れ続けることになる。その結果、このような異常電流が継続すると、高圧放電灯点灯装置が故障する恐れがあった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、上記の課題を解決するために、図１〜図３に示すように、スイッチング素子を用いて放電灯３に所定の電力供給する点灯回路２と、放電灯３を始動させるための始動回路４と、ランプ電圧を検出する検出回路５と、検出されたランプ電圧が基準電圧以下の場合に放電灯３が異常と判断する手段（制御回路６の処理ステップ＃８）と、異常と判断したときの制御を行う異常処理手段（制御回路６の処理ステップ＃９）と、放電灯３が消灯してからの経過時間を検出する検出回路７を備えた高圧放電灯点灯装置において、放電灯３を消灯してからの経過時間により異常判断の開始時間ｔ０を変化させることを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明は、図１に示すように、スイッチング素子を用いて放電灯３に所定の電力供給する点灯回路２と、放電灯３を始動させるための始動回路４と、ランプ電圧を検出する検出回路５と、検出されたランプ電圧が基準電圧以下の場合放電灯３が異常と判断する手段と、異常と判断したときの制御を行う異常処理手段を備えた高圧放電灯点灯装置において、図５に示すように、放電灯３が異常と判断する基準電圧は放電灯３が点灯してからの時間に応じて変化することを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１、２において、放電灯の異常判断する手段（図８の＃８’、＃８”）を複数有することを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項３において、異常判断手段の少なくとも一つ（図８の＃８’）は、検出されたランプ電圧が基準電圧以下の場合、即座に異常と判断することを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項３において、異常判断手段の少なくとも一つ（図８の＃８”）は、検出されたランプ電圧が基準電圧以下の状態が所定の時間継続する場合、異常と判断する（図８の＃１０〜＃１２）ことを特徴とする。
【００１０】
請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれかにおいて、高圧放電灯は短アークの高圧放電灯であることを特徴とする。
請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の放電灯点灯装置と、リフレクタを備えた高圧放電灯と、放電灯の光を利用して画像を表示する画像表示手段と、画像表示手段を通った光を集光してスクリーンに投射する光学系と、それら構成要素を収納するケースを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明は、従来よりホットリスタート時も含めて異常検出が早くできるので、発光管の破損や放電灯点灯装置の故障を防ぐことができる。
請求項２の発明は、放電灯が異常と判断する基準電圧は放電灯の点灯時間に応じて変化するので、ランプ電圧の上昇が遅い異常時に効果がある。
【００１２】
請求項３の発明は、短絡やスローリーク等の異なる異常モードに合った最適な異常時処理制御をするので、確実に検出できる。
請求項４の発明では、異常を即座に判断するので、素早く高圧放電灯点灯装置を停止し、点灯回路の破壊を防止できる。
請求項５の発明では、ノイズによる異常検出の誤動作を防止することができる。
【００１３】
請求項６の発明では、所望の高圧放電灯点灯装置を提供することができる。
請求項７の発明では、上記各請求項の発明の効果を有する画像表示装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１に係る高圧放電灯点灯装置の基本的な構成を示すブロック図である。直流電源１に接続された点灯回路２と、ランプ３を点灯させるための始動回路４と、ランプ電圧を検出する検出回路５と、ランプ３の電力制御を行う制御回路６と、ランプ消灯経過時間検出回路７からなる。
【００１５】
電源が投入されると、始動回路４により高電圧を発生し、ランプ３が点灯する。ランプ３が点灯すると、ランプ電圧、ランプ電流を検出してランプ３に所定の電力を供給するように制御する。電源が投入されると、ランプ消灯経過時間を検出するためのコンデンサＣ０を充電し、電源がオフされるとコンデンサＣ０に蓄積された電荷が放電される。再び電源が投入されるとき、コンデンサＣ０に電荷が残っていればその電圧を検出することで、ランプ３が消灯している時間を知ることができる。もし、コンデンサＣ０の電圧が０であれば、ランプ３が消灯してから充分に時間が経過していることが判る。
【００１６】
接続されている直流電源１は、バッテリのようなものだけでなく、交流電源に接続されたコンバータ回路で生成された略一定の直流電源装置でも構わない。点灯回路２、始動回路４は既知の回路を組み合わせても良い。ランプ消灯経過時間検出回路７は、図示された回路に限定されるものではなく、制御回路６に大容量の電源回路を接続し、マイクロコントローラのタイマーを用いて時間をカウントしても良い。この場合、放電灯点灯装置の電源を投入するとき、制御回路６に接続された電源回路の出力電圧がマイクロコントローラの動作電圧以下であれば、ランプ３が消灯してから充分に時間が経過していることがわかる。
【００１７】
図２に制御回路６のマイクロコントローラの動作を説明するためのフローチャートを示す。電源が投入され、ランプが点灯すると、ランプ点灯時間ｔのカウントを開始する（＃１）。ランプ消灯経過時間検出用コンデンサＣ０の電圧を読み込む（＃２）。読み込んだ電圧に応じて、ランプ消灯経過時間が分かるので、それを基に低ランプ電圧停止機能の開始時間ｔ０を設定する（＃３）。
【００１８】
図３にコンデンサＣ０の電圧と低ランプ電圧停止機能の開始時間ｔ０の関係の一例を示す。制御回路６のマイクロコントローラに、図３の関係をメモリテーブルとして格納しておき、Ａ／Ｄ変換されたコンデンサＣ０の電圧に応じて低ランプ電圧停止機能の開始時間ｔ０を設定する。コンデンサＣ０の電圧がＶ４以下であれば、電源が投入されたとき、ランプが消灯してから充分に時間が経過しているので、ランプが十分冷えたコールドスタートとする。
【００１９】
ランプに供給する電力指令値を設定して、ランプ電圧Ｖｌａを読み込む（＃４，＃５）。ｔ＜ｔ０であればランプの点灯制御を行い（＃６，＃７）、そうでなければＶｌａがＶＬを超えているかどうか判定する（＃８）。超えていれば点灯制御（＃７）を行い、超えていなければ動作を停止する（＃９）。
【００２０】
ランプ電圧Ｖｌａとランプ点灯時間の関係を図示すると図４のようになる。ここで、高ランプ電圧検出電圧ＶＨは、ランプの寿命末期において、ランプ電圧が定格を大幅に越えて上昇した場合に動作を停止させるための基準電圧である。
【００２１】
ランプが暖まった状態で点灯する、いわゆるホットリスタートでは、コールドスタートに比べてランプ電圧が上昇するのが早い。そこで、ホットリスタート時に低ランプ電圧停止機能の開始時間ｔ０を早めることで、ランプの異常を短時間で検出することができる。
【００２２】
このフローチャートでは、低ランプ電圧停止機能が動作したときに点灯制御を停止させているが、停止させずにランプの定格電力より低い電力で点灯を維持させてもよい。この場合、定格より低い電力で点灯させるとランプ電圧はさらに低下するので、低ランプ電圧停止機能は停止させるか低ランプ電圧検出電圧ＶＬを下げる必要がある。
【００２３】
（実施の形態２）
図５に第２の実施の形態の低ランプ電圧、高ランプ電圧停止機能の動作する範囲を示す。回路構成は実施の形態１と同様である。低ランプ電圧停止機能の検出電圧は、ランプ点灯直後は電極間の短絡保護のためにＶＬ１を低い値に設定する。ランプが正常であれば、点灯後ランプ電圧は次第に増加するので、ランプ点灯後ｔ２において、ランプ電圧がＶＬ２を超えるように設定すれば、スローリークや発光管膨れによるランプ異常を素早く検知し、高圧放電灯点灯装置を安全に停止することができる。
【００２４】
（実施の形態３）
図６に第３の実施の形態の低ランプ電圧、高ランプ電圧停止機能の動作する範囲を示す。回路構成は実施の形態１と同様である。ランプ点灯時間ｔ１からｔ２まではランプの電極間短絡保護のため、一度でも低ランプ電圧検出電圧ＶＬを下回れば即座に点灯装置を停止する（Ａの期間）。一方、ｔ２以降はスローリークや発光管膨れによるランプ異常時に点灯装置を停止するため、ＶＬを下回ったままの状態が所定の時間継続したとき初めて点灯制御を停止し、ＶＬを下回っても所定の時間内に再びＶＬを超えれば異常処理ルーチンを解除する（Ｂの期間）。この異常処理時の制御によって、特に短アーク長の高圧放電灯の内部物質がハロゲンサイクルにより電極に成長して電極間距離が縮まり、ランプ電圧が一時的に低下するような正常な場合に誤ってランプを消灯することを防ぐことができる。
【００２５】
このように、放電灯の異常を判断する手段を複数有する場合において、複数の異常判断手段はランプの点灯時間により切り替えるようにすれば、点灯時間に応じたランプ電圧の変化に合わせて異常判断手段を切り替えることで、誤動作が少なく確実に異常検出をすることができる。
【００２６】
（実施の形態４）
図７に第４の実施の形態の低ランプ電圧、高ランプ電圧停止機能の動作する範囲を示す。回路構成は実施の形態１と同様である。図８は本発明の第４の実施形態の動作を説明するためのフローチャートを示す。電源が投入され、ランプが点灯すると、ランプ点灯時間ｔのカウントを開始する（＃１）。ランプ消灯経過時間検出用コンデンサＣ０の電圧を読み込む（＃２）。読み込んだ電圧に応じて、ランプ消灯経過時間を設定し（＃２’）、それを基にスローリーク停止機能の開始時間ｔ２を設定する（＃３）。
【００２７】
ランプに供給する電力指令値を設定して（＃４）、ｔ＜ｔ１であれば（＃６’）、点灯制御（＃７）を行う。ｔ≧ｔ１であれば、ランプ電圧Ｖｌａを読み込む（＃５）。ｔ＜ｔ２であれば（＃６”）、ＶｌａがＶＬ１を超えているかどうか判定する（＃８’）。ｔ≧ｔ２であれば、ＶｌａがＶＬ２を超えているかどうか判定する（＃８”）。Ｖｌａ≦ＶＬ２であれば、異常カウントを開始し（＃１１）、異常カウントが異常検出設定時間以内（＃１２）であれば、点灯制御（＃７）を継続し、そうでなければ動作を停止する（＃９）。異常カウントの途中でＶｌａ＞ＶＬ２になれば、異常カウントを解除し（＃１０）、点灯制御（＃７）を継続する。
【００２８】
低ランプ電圧検出電圧ＶＬ１は、ランプの電極間短絡保護のため極めて低い値に設定し、この機能開始時間ｔ１も点灯直後から動作するように設定する。短絡の場合、ランプ定格電流を大幅に上回る電流が流れるため、点灯回路のスイッチング素子の損失が大きくなり、短時間でも破壊に至ることがあるので、ｔ１以降ＶＬ１を下回れば即座に点灯装置を停止する。
【００２９】
一方、ＶＬ２はスローリークや発光管膨れによるランプ異常時に点灯装置を停止するため、比較的高い電圧に設定し、その動作開始時間もランプ点灯後、数分以降に設定する。ランプ点灯後ｔ２以降にＶＬ２を下回る異常時の制御は、ＶＬ２を下回ったままの状態が所定の時間継続したとき初めて点灯制御を停止し、ＶＬ２を下回っても所定の時間内に再びＶＬ２を超えれば異常処理ルーチンを解除する。この異常処理時の制御によって、特に短アーク長の高圧放電灯の内部物質がハロゲンサイクルにより電極に成長して電極間距離が縮まり、ランプ電圧が一時的に低下するような正常な場合に誤ってランプを消灯することを防ぐことができる。
【００３０】
以上のように、放電灯の異常を判断する手段を複数有する場合において、複数の異常判断手段はランプの点灯時間により切り替えるようにすれば、点灯時間に応じたランプ電圧の変化に合わせて異常判断手段を切り替えることで、誤動作が少なく確実に異常検出をすることができる。また、放電灯が異常と判断する基準電圧は複数の異常判断手段に応じて複数有するものとすれば、ランプ電圧の挙動に合わせて放電灯が異常と判断する基準電圧を設定することができるので、確実に異常検出をすることができる。さらに、放電灯が異常と判断する基準電圧の切り替えを異なる時間に設定することで、確実に異常検出をすることができる。なお、ｔ１とｔ２は同じ時間に設定しても良い。
【００３１】
（実施の形態５）
図９に第５の実施の形態の低ランプ電圧、高ランプ電圧停止機能の動作する範囲を示す。図１０は放電灯が消灯してからの経過時間を検出する構成を図１とは異なる例として示す。本実施の形態では、放電灯３が消灯してからの経過時間を検出する検出回路７を備え、ランプを消灯してからの経過時間により異常判断の開始時間ｔ０を変化させることにより、ホットリスタート時にも確実に異常検出をすることができる。
【００３２】
本実施の形態では、制御回路６に大容量のコンデンサＣ１が接続され、電源投入が投入されるとコンデンサＣ１が充電され、電源を遮断後も充分に長い間、制御回路６のマイクロコントローラが動作し、その間、マイクロコントローラのタイマーにより放電灯３の消灯時間をカウントする。再度電源を投入すれば、カウントされた消灯時間に応じて低ランプ電圧停止機能の開始時間ｔ０を設定する。もし、コンデンサＣ１の電圧がマイクロコントローラの動作電圧以下になっていた場合、ランプ３が消灯してから充分に長い時間が経過したと判断することができるので、ｔ０をコールドスタート時の低ランプ電圧停止機能の開始時間ｔｃｏｌｄに設定する。
【００３３】
以上の実施の形態において、画像表示装置では使用環境によりスクリーンに投射する光量を調整するため、ランプ安定点灯時の電力を変化させることがある。このとき、放電灯の発光管の温度は異なるので、ホットリスタート時のランプ電圧の上昇の仕方は異なる。したがって、放電灯に供給する電力に応じて、放電灯を消灯してからの経過時間により異常判断の開始時間ｔ０を変化させる。ランプ電力が小さい場合、発光管の温度上昇は小さいので、電力が大きい場合と同じ経過時間でホットリスタートする場合、異常判断の開始時間は早める。
【００３４】
（実施の形態６）
上述の各実施の形態の放電灯点灯装置は、プロジェクタやリアプロジェクションＴＶのような画像表示装置の光源となる放電ランプの点灯に用いられる。ここでは、プロジェクタに実装する場合を例示する。図１１は画像表示装置３０の外観を示す斜視図であり、図１２は画像表示装置３０の内部構成を示す概略構成図である。図中、３１は投光窓、３２は電源部、３３ａ，３３ｂ，３３ｃは冷却用ファン、３４は外部信号入力部、３５は光学系、３６はメイン制御基板、４０は放電灯点灯装置、３は放電灯である。破線で示した枠内にメイン制御基板３６が実装されている。このように、放電灯３は画像表示装置３０の内部に実装されているが、本発明の放電灯点灯装置４０を採用することにより、従来よりも異常検出が早くできるので、放電灯の破損や放電灯点灯装置の故障を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】実施の形態１の高圧放電灯点灯装置の基本的な構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１の動作を示すフローチャートである。
【図３】実施の形態１のランプ消灯経過時間検出用コンデンサ電圧と低ランプ電圧停止機能開始時間の関係を示す図である。
【図４】実施の形態１のランプ点灯時間とランプ電圧の関係を示す図である。
【図５】実施の形態２のランプ点灯時間とランプ電圧の関係を示す図である。
【図６】実施の形態３のランプ点灯時間とランプ電圧の関係を示す図である。
【図７】実施の形態４のランプ点灯時間とランプ電圧の関係を示す図である。
【図８】実施の形態４の動作を示すフローチャートである。
【図９】実施の形態５のランプ点灯時間とランプ電圧の関係を示す図である。
【図１０】実施の形態５の点灯装置の基本的な構成を示すブロック図である。
【図１１】実施の形態６に係る画像表示装置の外観を示す斜視図である。
【図１２】実施の形態６に係る画像表示装置の内部構成を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００３６】
１    直流電源
２    点灯回路
３    高圧放電灯
４    始動回路
５    ランプ電圧検出回路
６    制御回路
７    ランプ消灯経過時間検出回路
【図１】
2007059281.tif 000003
【図２】
2007059281.tif 000004
【図３】
2007059281.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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