(57)【要約】【課題】高圧放電灯のランプ電圧が低い状態から高い状態に変化した場合における点灯回路の損傷を防止する。【解決手段】電源から入力される直流電圧をコンバータにて降圧させインバータに供給する。インバータでは入力された直流電力を交流電力に変換し、ランプ始動回路で高圧電圧を発生させて高圧放電灯に供給し、放電灯を点灯する。ランプ電圧が基準値Ｖｒになるまでは低い値のランプ電力ｗを、ランプ電圧が基準値Ｖｒを超えたときに初めて定格電力Ｗをそれぞれ放電灯に投入することで、放電灯を点灯させる回路への負担を軽減させることができ、回路が破損することを防止することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力直流電圧を昇圧または降圧し、所望の直流電圧に変換して出力するコンバータと、
前記直流電圧を交流電力に変換し、高圧放電灯に投入するインバータと、
始動時に前記放電灯に高電圧を投入する高圧パルス発生部と、
前記直流電圧に基づいて前記放電灯の点灯制御を行う制御回路と、を具備し
前記放電灯始動直後の前記コンバータからランプ電圧を検出し、予め設定された基準電圧との比較結果に基づき、定格電力以下のランプ電力を生成して前記放電灯を点灯させることを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項２】
前記放電灯始動直後からのランプ電圧を検出し、該ランプ電圧が基準値または基準値を含む範囲の最小値電圧を越えた時点で、前記放電灯の定格電力に切り換えることを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
【請求項３】
前記ランプ電圧の検出電圧および基準電力の切り換えをマイコンプログラムにて実行することを特徴とする請求項１または２記載の放電灯点灯装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかの放電灯点灯装置と、
前記高圧放電灯を光源とし、該光源から放射される光に基づき画像を表示する画像投影装置本体と、を具備したことを特徴とする画像投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、始動直後のランプ電圧が低い状態における点灯回路への負担を軽減させた放電灯点灯装置およびこれを用いた画像投影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の放電灯点灯装置は、放電灯始動後からランプ電圧が定格ランプ電圧範囲に到達するまでの間、放電灯に定格電力以上の電力を供給し、放電灯発光の促進が図られていた。（例えば、特許文献１）
【特許文献１】特開平８−７８１７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記した特許文献１の技術は、ランプ電圧が低い状態から放電灯に定格以上の大電力を投入することは、回路効率の悪化にともない放電灯を点灯させる回路の損傷を来たす虞がある、という問題があった。
【０００４】
この発明の目的は、始動直後のランプ電圧が低い状態から高い状態に変化した場合における放電灯を点灯させる回路の損傷防止を可能とする放電灯点灯装置および画像投影装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記した課題を解決するために、この発明の放電灯点灯装置は、入力直流電圧を昇圧または降圧し、所望の直流電圧に変換して出力するコンバータと、前記直流電圧を交流電力に変換し、高圧放電灯に投入するインバータと、始動時に前記放電灯に高電圧を投入する高圧パルス発生部と、前記直流電圧に基づいて前記放電灯の点灯制御を行う制御回路と、を具備し、前記放電灯始動直後の前記コンバータからランプ電圧を検出し、予め設定された基準電圧との比較結果に基づき、定格電力以下のランプ電力を生成して前記放電灯を点灯させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
この発明によれば、放電灯および放電灯を点灯させる点灯装置にかかる負担を軽減させることで点灯させる回路の損傷を防止させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【０００８】
図１〜図３は、この発明の放電灯点灯装置に関する第１の実施形態について説明するための、図１は回路構成図、図２、図３はそれぞれ図１の動作について説明するための説明図である。
【０００９】
図１において、１１は直流電源であり、この電源１１の直流電圧を降圧させるコンバータ１２に供給する。コンバータ１２は、電源１１の正極から例えばＭＯＳ型ＦＥＴトランジスタによるスイッチ素子ＳＷを介してチョークコイルＬの一端とアノードが接地されたダイオードＤのカソードにそれぞれ接続する。コイルＬの他端は平滑用コンデンサＣ１を介して接地するとともに、ランプ電圧検出部１３を介して接地する。ランプ電圧検出部１３の接地側とコンデンサＣ１の接地側との間にランプ電流検出部１４を介在させる。
【００１０】
コンバータ１２の出力は、コンバータ１２から出力される直流電圧を交流電力に変換するインバータ１５を構成する例えばＭＯＳ型ＦＥＴトランジスタによるスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ４を組み合わせたフルブリッジのスイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ４に接続する。スイッチ素子ＳＷ１はスイッチ素子ＳＷ３を介して接地し、スイッチ素子ＳＷ４はスイッチ素子ＳＷ２を介して接地する。スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ３の接続点とスイッチ素子ＳＷ３，ＳＷ２の接続点間には、振動波形形成および電流制限用のコンデンサＣ２を介挿接続する。スイッチ素子ＳＷ１とＳＷ２は同時にオンオフし、スイッチ素子ＳＷ３とＳＷ４は同時にオンオフするが、極性反転信号によりそれぞれ逆にオンオフ動作が行われる。
【００１１】
コンデンサＣ２の両端は、ランプ点灯時に高圧パルス電圧を発生させるランプ始動回路１６に接続し、ランプ始動回路１６の出力を、定格電圧が例えば３０Ｖの放電灯１７に供給する。
【００１２】
１８は制御回路であり、制御回路１８はスタート端子Ｓｔに供給されるスタート信号ａに基づき、ＰＷＭ制御部１９をオンオフする制御信号ｂ、ＰＷＭ制御部１９のデューティを制御するデューティ制御信号ｃをそれぞれ出力する。
【００１３】
ＰＷＭ制御部１９はコンバータ１２を、デューティ制御信号ｃに基づくデューティで駆動する出力パルスｄを出力する。制御回路１８には、コンバータ１２のランプ電圧検出部１３の電圧検出信号ｅとランプ電流検出部１４の電流検出信号ｆをそれぞれ供給する。
【００１４】
さらに、制御回路１８は、フルブリッジドライバ２０に制御信号を供給し、フルブリッジドライバ２０からインバータ１５のスイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２とＳＷ３，ＳＷ４を交互にオンオフさせ、インバータ１５の出力から交流電圧を生成するための駆動パルス信号ｇを出力する。駆動パルス信号ｇは、出力パルスｄに基づき駆動されるコンバータ１２の出力が所望の値なった時間後に発生するようにしてある。
【００１５】
次に、図２のタイミングチャートを参照し、図１の回路構成における放電灯の点灯動作について説明する。
【００１６】
先ず、放電灯１７を点灯させるためにスタート端子Ｓｔに、図２（ａ）に示すスタート信号ａが供給された制御回路１８は、図２（ｂ）に示す制御信号ｂをＰＷＭ制御部１９に供給してオン制御させるとともに、ＰＷＭ制御部１９から出力される信号のデューティを制御するための、図２（ｃ）に示すデューティ制御信号ｃを供給する。スタート時のデューティ制御信号ｃは、予め制御回路１８に記憶されたテーブル情報と放電灯１７の駆動情報に基づき生成を行う。
【００１７】
図２（ｄ）に示すように、ＰＷＭ制御部１９の出力からは、制御信号ｃに基づくデューティの出力パルスｄを生成し、この出力パルスｄをコンバータ１２のスイッチ素子ＳＷに供給する。
【００１８】
コンバータ１２では、出力パルスｄに基づきスイッチ素子ＳＷをオンオフさせて電源１１の直流電圧をスイッチングし、スイッチング出力を所定の直流電圧に変換して出力する。この直流電圧は、制御回路１８から出力される図２（ｇ）に示す駆動パルス信号ｇでインバータ１５のスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ４をオンオフ制御する。例えば、スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２は駆動パルス信号ｇがＨｉレベルのときにオン、Ｌｏレベルのときにオフさせ、スイッチ素子ＳＷ３，ＳＷ４は駆動パルス信号ｇがＬｏレベルのときにオン、Ｈｉレベルのときにオフさせる。駆動パルス信号ｇの周波数は、コンバータ１２よりも低い値に選定される。
【００１９】
点灯の始動時および予熱時の駆動パルス信号ｇは、スタート信号ａが供給されてから、比較的高い例えば１７ｋＨｚ程度の周波数Ｈｆでスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ４を駆動させ、例えば２２０〜２５０Ｖ程度の交流電圧ｈを出力する。これ以降の通常点灯時の駆動パルス信号ｇは、比較的低い例えば９０Ｈｚ程度の周波数Ｌｆでスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ４を駆動するようになっている。
【００２０】
スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２およびＳＷ３，ＳＷ４を高い周波数Ｈｆで交互にオンオフさせる期間のランプ始動回路１６は、放電灯１７に２５ｋＶ程度の高圧パルス電圧ｉを発生させる。放電灯１７は高圧パルス電圧ｉにより放電灯１７を構成する電極間の絶縁が破壊されて点灯が始動する。
【００２１】
ところで、図２（ｅ）で示すように、始動・予熱期間に高圧パルス電圧ｉにより放電灯１７が絶縁破壊されると、ランプ電圧は低下する。制御回路１８はランプ電力を一定に制御しようとすることから、図２（ｆ）の期間ｆ１とｆ２の境でランプ電流を多く流そうとする。その後のランプ電流は、図２（ｆ）の期間ｆ２に示すようにランプ電圧の上昇にともない、徐々に低下し定格電流に落ち着く。
【００２２】
点灯直後のランプ電流の増加は、スイッチングロスの増大を引き起こし、回路効率を悪化させることなる。これは、点灯装置の負担となり、最悪の場合回路の破損をさせる可能性がある。
【００２３】
この実施形態では、絶縁破壊後のランプ電圧の上昇を数段分けたランプ電力に生成して放電灯に投入するよう制御したものである。
【００２４】
図３は、絶縁破壊後のランプ電圧の上昇に対するランプ電力制御について説明するためのものである。図３（ａ）は２段のランプ電圧の上昇について説明するための、図３（ｂ）はそのときのランプ電力について説明するための、それぞれ説明図である。なお、図３（ａ）の点灯開始からランプ電圧が定格の値になるまでは、図２（ｅ）の期間Ｔに相当する。
【００２５】
制御回路１８は、絶縁破壊後のランプ電圧が図３（ａ）に示すランプ基準電圧Ｖｒになるまで図３（ｂ）に示すように、定格電力Ｗよりも低い電力ｗとなる予め設定したデューティの出力パルスｄを生成してコンバータ１２に供給する。コンバータ１２は、定格電力Ｗよりも低いｗをランプ電力としてインバータ１５を介して放電灯１７を点灯させる。
【００２６】
ランプ電圧検出部１３の検出電圧が徐々に上昇し、ランプ電圧が基準値Ｖｒを超えた場合に制御回路１８は、定格電力Ｗでそれぞれ放電灯１７を点灯させるように予め設定した出力パルスｄを生成してコンバータ１２から定格電力Ｗを得て、放電灯１７を点灯させる。これはランプ電圧が定格電圧Ｖになるまで継続する。
【００２７】
このように、ランプ電圧が基準値Ｖｒになるまでは低い値のランプ電力ｗを、ランプ電圧が基準値Ｖｒを超えたときに初めて定格電力Ｗを、それぞれ放電灯１７に投入することで、放電灯１７を点灯させる回路への負担を軽減させることで、回路の損傷を防止することが可能となる。
【００２８】
図４は、この発明の放電灯点灯装置に関する第２の実施形態について説明するための説明図である。図４（ａ）は、ランプ電圧の上昇を４段階とした場合について、図４（ｂ）は、ランプ電圧の違いによるランプ電力についてそれぞれ説明するための説明図である。なお、図４（ａ）の点灯開始からランプ電圧が定格の値になるまでは、図２（ｅ）の期間Ｔに相当する。
【００２９】
この場合は、絶縁破壊後のランプ電圧が、図４（ａ）に示す第１の基準値Ｖｒ１になるまでは、図４（ｂ）に示すように、定格電力Ｗよりも低い電力ｗ１で放電灯１７を点灯させるデューティの出力パルスｄをコンバータ１２に供給する。ランプ電圧が第２の基準値Ｖｒ２となるまでは、定格電力Ｗより低く電力ｗ１よりも高い定格電力ｗ２でそれぞれ放電灯１７を点灯させるデューティの出力パルスｄをコンバータ１２に供給する。
【００３０】
同じように、ランプ電圧が第３の基準値Ｖｒ３となるまでは、定格電力Ｗより低く電力ｗ２よりも高い定格電力ｗ３でそれぞれ放電灯１７を点灯させるデューティの出力パルスｄをコンバータ１２に供給する。ランプ電圧が第３の基準値Ｖｒ３を超えると定格電圧Ｖまで定格電力Ｗで点灯させるデューティの出力パルスｄをコンバータ１２に供給する。
【００３１】
この実施形態では、数段階に分けてランプ電力を定格電力Ｗまで上昇させるようにしたことで、放電灯１７を点灯させる回路への負担を軽減させることが可能となるばかりか、徐々にランプ電力を増加させるようにしたことで、放電灯１７へのストレスを軽減させることができ、放電灯１７の長寿命化にも寄与する。
【００３２】
図５は、この発明の放電灯点灯装置に関する第３の実施形態について説明するためのフローチャートである。この実施形態は、制御回路１８をマイクロコンピュータプログラムの処理によって実現したものである。以下、図１〜図３も参照しながら図４について説明する。
【００３３】
まず、制御回路１８は点灯始動させるためのスタート信号ａがスタート信号供給端子ｓｔに供給されたかを判断し（Ｓ１）、スタート信号がＨｉレベルであれば、ＰＷＭ制御部１９をオンする制御信号ｂとデューティ制御信号ｃをそれぞれ出力する。このときのＰＷＭ制御部１９に供給されるデューティ制御信号ｃは、定格電力を生成させるテーブルからの情報によるもので、このデューティ制御信号ｃに基づく出力パルスｄを出力する。コンバータ１２では、出力パルスｄに基づきスイッチ素子ＳＷをオンオフさせて電源１１の直流電圧をスイッチングさせ、所定の直流電圧に変換して出力する（Ｓ２）。
【００３４】
制御回路１８は、ランプ電圧検出部１３から電圧検出信号ｅを、ランプ電流検出部１４から電流検出信号ｆをそれぞれ取り込む（Ｓ３）。
【００３５】
制御回路１８は、極性反転用の駆動信号ｇをインバータ１５に供給し、スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ４をオンオフ制御させて交流電圧を生成する。インバータ１５はランプ始動回路１６を駆動させ、放電灯１７を点灯させる（Ｓ４）。
【００３６】
点灯後、制御回路１８はランプ電圧検出部１３から電圧検出信号ｅの電圧が、予め設定された基準電圧Ｖｒを超えたかを判断する（Ｓ５）。ステップＳ５において、基準電圧Ｖｒを超えてなければ、ランプ電力を定格電力Ｗ以下のランプ電力ｗととし（Ｓ６）、放電灯１７に投入するランプ電力を基準電圧Ｖｒ以下のランプ電圧に基づき生成されるランプ電力ｗで放電灯１７を点灯させ（Ｓ７）、ステップＳ５に戻る。
【００３７】
ステップＳ５において、電圧検出信号ｅの電圧がランプ基準電圧Ｖｒを超えた場合に制御回路１２は、コンバータ１２から定格電力Ｗを生成するよう出力パルスｄを出力する（Ｓ８）。インバータ１５は、放電灯１７に投入するランプ電力を基準電圧Ｖｒ以上のランプ電圧に基づき生成される定格ランプ電力Ｗで放電灯１７を点灯させる（Ｓ９）。
【００３８】
このように、制御回路１８をマイクロコンピュータによる処理を行った場合でも、制御回路１８に供給されるランプ電圧検出部１３からの電圧検出信号ｅと予め設定された基準電圧Ｖｒとの比較を行い、その結果に基づきランプ電力を決定することが可能となる。このため、基準電圧に基づくランプ電力を設定することができることから、放電灯を点灯させる回路の負担を軽減させることができる。
【００３９】
図６は、この発明の画像投影装置に関する一実施形態について説明するための概略的な構成図である。図６の画像投影装置は、液晶プロジェクタの構成を示している。
【００４０】
図６において、表示装置本体１００内にに示す放電灯点灯装置２００が収納されている。放電灯点灯装置２００により点灯される放電灯１７から放射される光線束は、一対のダイクロイックミラーＤＭ１，ＤＭ２によって３色の光線束に分離する。各色の光線束は、液晶シャッタＬＳ１〜ＬＳ３にそれぞれ透過させた後、透過させた光線束をダイクロイックミラーＤＭ３，ＤＭ４によって合成し、投光光学系ＰＯを通して投射させるようにしている。
【００４１】
ダイクロイックミラーＤＭ１，ＤＭ２は、例えば、赤色、青色の光線束のみを反射させ、他の色の光線束を透過させる選択反射性を有している。液晶シャッタＬＳ１〜ＬＳ３は、多数の画素をマトリクス状に配列して画素毎に光を透過させる状態と遮光する状態とを選択できるように構成したものであって、入力される画像信号に対応した表示パターンで光を透過させるようになっている。
【００４２】
図６の構成の液晶シャッタＬＳ１では、赤色、液晶シャッタＬＳ２は青色の表示パターンを、液晶シャッタＬＳ３は緑色の表示パターンを、それぞれ各色に対応して入力される画像信号に基づいて制御する。放電灯１７からダイクロイックミラーＤＭ１への光路上には、表示装置本体１００を小型化し、かつ、赤外線や紫外線等の不要光を除去するために、反射鏡Ｍ１が配設されており、光線束の進行方向が直角に方向転換されるようになっている。また、液晶シャッタＬＳ１への入射光および液晶シャッタＬＳ３の透過光は、それぞれ反射鏡Ｍ２，Ｍ３によって進行方向が直角に方向転換されて、液晶シャッタＬＳ１〜ＬＳ３を透過した光線束がダイクロイックミラーＤＭ３，ＤＭ４によって合成されるようになっている。
【００４３】
ダイクロイックミラーＤＭ３，ＤＭ４は、それぞれ青色、緑色の光線束のみを反射させ、他の色の光線束を透過させる。ここに、液晶シャッタＬＳ１〜ＬＳ３の導入側にはコンデンサレンズＣ１〜Ｃ３が配設される。また、放電灯１７には光線束を反射鏡Ｍに向かって反射する反射器Ｒが設けられている。
【００４４】
この実施形態によれば、ランプ電圧の上昇の過程を複数段に分け、複数段のランプ温度に基づいたランプ電力で放電灯を駆動させることで、放電灯の点灯装置への負荷がかかることを抑えることができ、点灯装置の損傷を防止することが可能となる。また、ランプ電力を複数に分けて放電灯に投入させたことにより放電灯にかかる負荷も軽減できることから、放電灯の長寿命も実現できる。
【００４５】
この発明は上記した実施形態に限定されるものではない。例えば、放電灯点灯装置に関する第１の実施形態ではランプ電圧の上昇の比較を２段、第２の実施形態では４段階としたが、他の段数でも構わない。同様に、放電灯点灯装置に関する第３の実施形態ではランプ電圧の上昇の比較を２段の場合について説明したが、他の段数について同様の処理で実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】この発明の放電灯点灯装置に関する一実施形態について説明するための回路構成図。
【図２】図１の動作について説明するための説明図。
【図３】図１の動作について説明するための説明図。
【図４】この発明の放電灯点灯装置に関する第２の実施形態について説明するための説明図。
【図５】この発明の放電灯点灯装置に関する第３の実施形態について説明するためのフローチャート。
【図６】この発明の画像投影装置に関する一実施形態について説明するための概念図。
【符号の説明】
【００４７】
１１  直流電源
１２  コンバータ
１３  ランプ電圧検出部
１４  ランプ電流検出部
１５  インバータ
１６  ランプ始動回路
１７  放電灯
１８  制御回路
１９  ＰＷＭ制御部
２０  フルブリッジドライバ
Ｓｔ  スタート端子
【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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【図６】
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