JP3850550B2

JP3850550B2 - ショートアークランプ点灯装置を用いたプロジェクション装置

Info

Publication number: JP3850550B2
Application number: JP10181898A
Authority: JP
Inventors: 和志冨永; 嗣漆原; 教一柵木; 英二亀山; 俊一岸本; 喜裕古田; 昭二武田
Original assignee: Iwasaki Denki KK; Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Iwasaki Denki KK; Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1998-03-31
Filing date: 1998-03-31
Publication date: 2006-11-29
Anticipated expiration: 2018-03-31
Also published as: JPH11288790A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、反射鏡と組み合わせた発光管を備え、光学的に効率のよいショートアークランプ点灯装置を光源として用いたプロジェクション装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、反射鏡と組み合わされる発光管のみからなるショートアークランプは、プロジェクション装置や映写機などの光源として用いられている。一方、近年、小型のアクティブマトリクスの液晶デバイスと光学部品と光源とを組み合わせて、パーソナルコンピュータからの入力で駆動されるプレゼンテーション用の液晶プロジェクション装置が普及しつつある。かかる液晶プロジェクション装置の特徴の一つとして、テレビのＣＲＴ表示部に比べ、表示部の面積に対して装置の大きさが相対的に小さいことが挙げられる。この特徴を、より一層向上させるために、液晶プロジェクション装置内に組み込まれている光源用のショートアークランプ装置も、より小型化が要求されている。
【０００３】
このような液晶プロジェクション装置などの映像機器の光源として用いられるランプは、反射鏡と組み合わせて用いる関係上、アーク幅が狭く、アーク長は短い方が良好な配光が得られるため、発光管を小さく設計する必要がある。このため、更には装置内に装着されて使用されるために、ランプ表面が高温となり変形するおそれがあるので、送風による冷却が行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般に、ランプ装置は定格のランプ電力によりランプ点灯を行っており、液晶プロジェクション装置においても、映像信号が入力されず映像を写していない状態、すなわち映像信号レベルが変化せずブルーバックの待機状態においても、光源ランプは定格電力で点灯されていて、映像の投写の再開に備えている。しかしながら、待機状態においても定格電力で点灯されているため、ランプの定格寿命は映像を写していない待機状態においてもカウントされており、ランプの消耗が早まり問題となっている。また待機状態において、定格電力でランプ点灯を行っていることは、無駄に電力を消費していることになり、省電力、省資源という社会的な要請に反している。
【０００５】
そこで、ランプ寿命を長くすると共に省電力化を図るために、映像を写していない待機時に定格ランプ電力以下にして点灯する実験を行ってみたが、先に述べたように、ランプが装置内に装着されて用いられることやアーク幅が狭く且つアーク長が短く設計されているために、送風により冷却が行われているので、定格電力を低下させると、定格電力で設計されている封入発光金属の所定の蒸気圧が得られず、したがって発光管内が黒化し、逆にランプ寿命が著しく悪化してしまうという問題点があった。
【０００６】
本発明は、従来の液晶プロジェクション装置の光源として用いられるショートアークランプ装置における上記問題点を解消するためになされたもので、映像を写していない待機状態において定格ランプ電力以下で点灯を行い、ランプの長寿命化を図ると共に、省電力化を図ることの可能なショートアークランプ点灯装置を用いたプロジェクション装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため、請求項１に係る発明は、電極間距離が10mm以下のメタルハライドランプ又は超高圧水銀ランプなどのショートアークランプの発光管を反射鏡と組み合わせてなるショートアークランプと、該ショートアークランプを直流で且つランプ電力を変えて点灯させるためのランプ電力可変供給手段とからなるショートアークランプ点灯装置と、映像信号で駆動される画像表示手段と、光学部品とを備えているプロジェクション装置において、前記プロジェクション装置の主電源が投入されている状態で、前記画像表示手段に入力される映像信号の信号レベルを検出する検出回路と、該検出回路により映像信号の信号レベルが所定時間変動せず待機状態であることが検出されたとき、前記ランプ電力可変供給手段が定格ランプ電力から定格未満のランプ電力を供給するように、該ランプ電力可変供給手段を制御するための制御信号を送出する制御手段を備えてプロジェクション装置を構成するものである。
【０００８】
このように構成することにより、検出回路により入力映像信号レベルが所定時間変動せず映像を写していない待機状態であることが検出されたとき、制御手段からの制御信号によりランプ電力可変供給手段が定格未満のランプ電力を供給するように制御され、定格未満のランプ電力でショートアークランプが点灯され、ショートアークランプの長寿命化と共にプロジェクション装置の省電力化を図ることができる。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１に係るプロジェクション装置において、前記ショートアークランプ点灯装置は、更に前記ショートアークランプを冷却するための送風を行う送風量可変の送風手段と、該送風手段の送風量を制御する送風制御手段とを備え、前記送風制御手段は、前記制御手段により前記ランプ電力可変供給手段が前記ショートアークランプに定格ランプ電力を供給するように制御されている時には定格送風量で送風を行い、定格ランプ電力未満の電力を供給するように制御されている時にはそのランプ電力に応じて定格送風量より少なくするか送風を停止するように、前記送風手段を制御するように構成されていることを特徴とするものである。
【００１０】
このように構成することにより、映像信号の信号レベルが所定時間変動せず映像を写していない待機状態時には、定格ランプ電力未満で点灯し、且つランプ電力に応じて定格送風量より少ない送風量で送風冷却するか送風を停止することができるので、ショートアークランプの長寿命化と共に装置の省電力化を図ることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、実施の形態について説明する。図１は本発明に係るプロジェクション装置の実施の形態におけるショートアークランプ点灯装置のランプ部分と送風手段部分の構成を示す斜視図である。図１において、１は最大外径９mmで内容積0.23ccの定格電力 120Ｗのショートアークメタルハライドランプ発光管で、該発光管１の両端には電極２ａ，２ｂが埋め込み固定されており、電極２ａ，２ｂ間の距離すなわちアーク長は 3.0mmに設定されている。そして、発光管１内には封入添加物として、DyＩ₃，NdＩ₃，CsＩをそれぞれ重量比で８：２：５としたものを 0.6mgと、InＩを 0.1mgと、HgBrを 0.2mgと、始動用アルゴンを約33,200Ｐa と、バッファガスとしての水銀を８mg封入している。なお、一方の電極（陽極）２ａは最大径φ1.8mm のタングステンロッドを用い先端径φ0.6mm ，芯棒径φ0.6mm で形成されており、他方の電極（陰極）２ｂはφ0.5mm の芯棒にφ0.35mmのタングステン線を巻回した長さ2.5mm のコイルを設けたもので形成されており、両電極２ａ，２ｂはモリブデン箔を介して外部リード線に接続されるようになっている。また、電極２ａ，２ｂの埋設部付近の発光管表面には、図示しない白色のアルミナシリカからなる耐熱保温兼反射膜が塗布形成されている。
【００１２】
発光管１は、コールドミラー付の楕円面反射鏡４の底部に口金３を介して固定され、メタルハライドランプを構成している。反射鏡４の端縁部には通風孔５ａ，５ｂが設けられており、一方の通風孔５ａには送風ダクト６の吹き出し口７が挿入され、送風ダクト６の基部には送風ファン８が配置されている。そして、定格ランプ電力で点灯時には、該送風ファン８から発生する秒速３ｍの風がメタルハライドランプ発光管１の外表面に当たるように構成されている。なお、図１において、９はメタルハライドランプ発光管を設置する液晶プロジェクションの装置本体の一部であり、またメタルハライドランプ発光管１は管軸を水平にして点灯されるようになっている。
【００１３】
次に、上記のように構成されているショートアークメタルハライドランプのランプ電力可変供給手段と送風手段の送風制御手段の構成を、図２に基づいて説明する。図２において、11は上記のように構成されたショートアークメタルハライドランプ12のランプ電力可変供給手段となる電子安定器を構成する降圧チョッパ回路で、スイッチング素子ＱとダイオードＤとチョークコイルＬとコンデンサＣとで構成されており、該降圧チョッパ回路11のスイッチング素子ＱのＯＮ時間を制御回路13からの制御信号で制御して、ショートアークメタルハライドランプ12に供給するランプ電力を制御できるようになっている。なお、14は直流電源である。
【００１４】
また、図２において、15は冷却用送風ファン８を駆動する可変直流電圧源で、該可変直流電圧源15は前記制御回路13により、該制御回路13による前記降圧チョッパ回路11の制御に連動して制御されるようになっている。
【００１５】
次に、このように構成されているランプ電力可変供給手段及び送風制御手段の動作について説明する。まず、メタルハライドランプを定格ランプ電力で点灯する場合は、制御回路13からの制御信号により、降圧チョッパ回路11は定格ランプ電力を供給するように制御され、また送風ファン８が定格送風（３ｍ／sec ）を行うように、可変直流電圧源15が制御されて、メタルハライドランプの点灯が行われる。定格ランプ電力未満で点灯する場合（パワーセービング点灯）は、制御回路13から設定された定格未満のランプ電力に応じて、降圧チョッパ回路11のスイッチング素子ＱのＯＮ時間を短くする制御信号が送出されて、ショートアークメタルハライドランプには定格未満のランプ電力が供給される。また、それと同時に、設定された定格未満のランプ電力に対応した制御回路13からの制御信号により、送風ファン８の可変直流電圧源15が制御され、設定されたランプ電力に対応した弱い送風であるいは送風を停止して点灯を行う。
【００１６】
なお、一般にランプ電力可変供給手段を用いてランプ電力を制御する場合、図３に示すようにランプ電圧Ｖ_Lに対してランプ電流Ｉ_Lを直線的に変え、これによりランプ電力Ｐ_Lをランプ電圧Ｖ_Lに対して２次曲線状に制御する方法（レインボー特性制御）と、図４に示すように、ランプ電力Ｐ_Lがランプ電圧Ｖ_Lに対して一定になるようにランプ電流Ｉ_Lを制御してランプ電力を制御する方法（定電力特性制御）とがある。例えばランプ電力を低減する場合、レインボー特性制御を用いると、図３に示すようにランプ電流をＩ_L1からＩ_L2に変えることにより、ランプ電力はＰ_L1からＰ_L2のように変化する。一方、定電力特性制御を用いると、図４に示すようにランプ電流をＩ_L3からＩ_L4に変えることにより、ランプ電力はＰ_L3からＰ_L4に変化する。図３及び図４からも明らかなように、ランプ電流をランプ電圧に対して直線的に変化させるレインボー特性制御方式を用いると、ランプ電圧によってランプ電力の変化量が異なり、そのためランプ電圧のばらつきを考慮すると、あまり大きく電力を変化させることはできない。したがって、ランプの立ち消えなどを生じさせないで、ランプ電力を定格の50％〜10％まで変化させるためには、図４に示す定電力特性制御を用いなければならない。
【００１７】
次に、上記構成のショートアークランプ点灯装置を用いて構成した本発明に係るプロジェクション装置の構成について説明する。図５はプロジェクション装置における電子回路の主要部分を示す概略ブロック構成図である。図５において、21は映像信号発生装置、22は液晶表示装置を駆動するための液晶駆動回路、23は映像信号発生装置21から液晶駆動回路22へ送出される映像信号と同期信号のうち、映像信号のレベルを検出する検出回路、24は映像信号レベルが所定時間変動しないことが検出されたとき検出回路23から出力される検出信号に基づいて駆動されるリレースイッチで、25はプロジェクション装置を示している。
【００１８】
このように構成されているプロジェクション装置25においては、映像信号発生装置21から液晶駆動回路22へ送出される映像信号を、検出回路23で常にモニターしており、該検出回路23は、映像信号レベルが所定時間変動しないことを検出すると、リレースイッチ24へ検出信号を送出し、リレースイッチ24を駆動する。リレースイッチ24が動作すると、ランプ点灯装置側の制御回路13へ制御信号を送出し、降圧チョッパ回路が定格未満のランプ電力を供給するように制御する。これによりショートアークランプは定格未満のランプ電力で点灯が行われる。そして、映像信号のレベルの変動が検出回路23で検出されると、瞬時にリレースイッチ24，ランプ点灯装置側の制御回路13を介して、降圧チョッパ回路が定格電力を供給するように制御され、ショートアークランプは定格電力での点灯状態にされる。
【００１９】
次に、このように構成したショートアークメタルハライドランプ点灯装置を備えた液晶プロジェクション装置において、ランプを定格未満のランプ電力で点灯を行っている時点で定格ランプ電力点灯に切り換えた際の、立ち上がりスクリーン照度特性の実験を行った結果について説明する。実験条件は、次の通りである。ランプ点灯サイクルは、１時間定格電力点灯−１時間定格未満点灯−１時間定格電力点灯−15分消灯の点滅サイクルとし、定格未満のランプ電力は、定格ランプ電力の75％，50％，25％，10％とした。送風条件は、 100％定格ランプ電力点灯時に発光管上部の温度が 900℃以下となるように、送風ファンから３ｍ／sec の送風を行い、75％定格電力点灯時には１ｍ／sec の送風を行い、50％定格電力以下での点灯時には送風ファンを停止し、送風なしとした。
【００２０】
このような実験条件で、各定格未満点灯を含む実験をそれぞれ５本の試料に対して行い、平均をとった結果を図６に示す。図６において、曲線ａは75％定格電力点灯を含む場合、曲線ｂは50％定格電力点灯を含む場合、曲線ｃは25％定格電力点灯を含む場合、曲線ｄは10％定格電力点灯を含む場合のスクリーン照度の立ち上がり特性を示す。なお、図６には、 100％定格ランプ電力で点灯した場合の始動特性を曲線ｅとして合わせて示している。
【００２１】
スクリーン照度とは、ランプ評価用の光学系を使用して、試験用ランプの発光を40インチのスクリーンに投射させて、スクリーンの中心部を測定した照度で、ランプ点灯安定時を 100％とし、立ち上がりの照度を示したのが図６である。定格電力未満の点灯から定格電力点灯に復帰する場合、いずれの定格電力未満の点灯からの場合でも、５秒以内で70％以上の照度に復帰することが確認された。したがって、液晶プロジェクション装置に用いて、映像を写していない時は定格電力未満で点灯し、映像の投写を再開するときは 100％定格電力に切り換えることによって、直ちにほぼ所定の照度として写し出すことができるので、動作上何ら支障を与えずに省エネルギー化を図ることができることが判明した。
【００２２】
図７は、上記実験条件で実験を行った場合の寿命特性（平均照度維持率）を示す図である。平均照度維持率とは、試験ランプで40インチのスクリーンに投射し、スクリーン上の９分割した領域の９点の照度の平均値を、実験開始時の平均照度と対比したもので、曲線ａは75％定格電力点灯を含む点滅サイクル、曲線ｂは50％定格電力点灯を含む点滅サイクル、曲線ｃは25％定格電力点灯を含む点滅サイクル、曲線ｄは10％定格電力点灯を含む点滅サイクルによる平均照度維持率を示しており、曲線ｅは 100％定格電力で点灯を継続した場合の平均照度維持率を示している。
【００２３】
図７に示す結果から、定格電力未満の点灯を含む点滅サイクルで点灯を行った場合、平均照度維持率50％での寿命をみたとき、定格電力点灯の約 1.5倍程度に寿命が延びていることがわかる。これは、定格電力未満でのランプ点灯により電極消耗が軽減することや、また発光管の冷却のために送風を行った場合、ランプの石英ガラス製発光管に熱歪みが発生しやすくなり、それによるランプのリーク、割れが発生しやすくなるが、定格電力未満での点灯においてランプ送風を弱くするか停止することにより発光管の温度条件をよりよい状態にし、発光管の黒化やメタルハライドによる失透の進行を遅らせることなどによるものと考えられる。
【００２４】
上記ショートアークランプ点灯装置の構成においては、メタルハライドランプについて説明を行ったが、本発明に係るプロジェクション装置に用いるショートアークランプ点灯装置はショートアークタイプの超高圧水銀ランプに対しても同様に適用できるものであり、同様の作用効果が得られる。また、上記ショートアークランプ点灯装置の構成例では、電極間距離を３mmとしたものを示したが、電極間距離は10mm以下のものであれば、同様に取り扱うことができる。また、本発明に係るプロジェクション装置に用いるショートアークランプ点灯装置は、定格ランプ電力と定格ランプ電力未満で点灯させることを要件とするものであるので、交流点灯方式のランプの場合は、電圧の変り目を必ず通るため、定格ランプ電力未満で使用する場合は立ち消えを起こしやすく、したがって、交流点灯方式は本発明の対象とはしない。
【００２５】
なお、プロジェクション装置においては、送風を行う必要のないショートアークランプが得られる場合には、送風手段や、ランプ電力の制御に伴う送風の制御を行う送風制御手段を省略することができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上実施の形態に基づいて説明したように、請求項１に係る発明によれば、検出回路により入力映像信号レベルが所定時間変動しないことが検出されたとき、ショートアークランプを定格電力未満のランプ電力で点灯するように制御され、省電力化を図ることの可能なプロジェクション装置が得られる。また請求項２に係る発明によれば、定格電力未満の点灯時には、ランプ電力に応じて定格送風量より少ない送風量で送風冷却するか送風を停止することができるので、ショートアークランプの長寿命化を図ることの可能な点灯装置を用いたプロジェクション装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るプロジェクション装置の実施の形態におけるショートアークランプ点灯装置のランプ部分と送風手段部分の構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるランプ電力可変供給手段及び送風制御手段部分を示す概略図である。
【図３】レインボー特性制御方式のランプ電力制御におけるランプ電圧とランプ電流とランプ電力の関係を示す図である。
【図４】定電力特性制御方式のランプ電力制御におけるランプ電圧とランプ電流とランプ電力との関係を示す図である。
【図５】本発明に係るプロジェクション装置の電子回路の構成例を示すブロック構成図である。
【図６】本発明に係るショートアークメタルハライドランプ点灯装置を用いたプロジェクション装置におけるスクリーン照度の立ち上がり特性の試験結果を示す図である。
【図７】本発明に係るショートアークメタルハライドランプ点灯装置を用いたプロジェクション装置における平均照度維持率特性の試験結果を示す図である。
【符号の説明】
１発光管
２ａ，２ｂ電極
３口金
４コールドミラー付楕円面反射鏡
５ａ，５ｂ通風孔
６送風ダクト
７吹き出し口
８送風ファン
11 降圧チョッパ回路
12 ショートアークメタルハライドランプ
13 制御回路
14 直流電源
15 可変直流電圧源
21 映像信号発生装置
22 液晶駆動回路
23 検出回路
24 リレースイッチ
25 プロジェクション装置

Claims

電極間距離が10mm以下のメタルハライドランプ又は超高圧水銀ランプなどのショートアークランプの発光管を反射鏡と組み合わせてなるショートアークランプと、該ショートアークランプを直流で且つランプ電力を変えて点灯させるためのランプ電力可変供給手段とからなるショートアークランプ点灯装置と、映像信号で駆動される画像表示手段と、光学部品とを備えているプロジェクション装置において、前記プロジェクション装置の主電源が投入されている状態で、前記画像表示手段に入力される映像信号の信号レベルを検出する検出回路と、該検出回路により映像信号の信号レベルが所定時間変動せず待機状態であることが検出されたとき、前記ランプ電力可変供給手段が定格ランプ電力から定格未満のランプ電力を供給するように、該ランプ電力可変供給手段を制御するための制御信号を送出する制御手段を備えていることを特徴とするプロジェクション装置。
前記ショートアークランプ点灯装置は、更に前記ショートアークランプを冷却するための送風を行う送風量可変の送風手段と、該送風手段の送風量を制御する送風制御手段とを備え、前記送風制御手段は、前記制御手段により前記ランプ電力可変供給手段が前記ショートアークランプに定格ランプ電力を供給するように制御されている時には定格送風量で送風を行い、定格ランプ電力未満の電力を供給するように制御されている時にはそのランプ電力に応じて定格送風量より少なくするか送風を停止するように、前記送風手段を制御するように構成されていることを特徴とする請求項１に係るプロジェクション装置。
前記定格ランプ電力未満のランプ電力は、定格ランプ電力に対して50％から10％のランプ電力であることを特徴とする請求項１又は２に係るプロジェクション装置。