JP4883292B2 - 高圧放電灯点灯装置及び高圧放電灯の調光方法 - Google Patents
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Description
フルブリッジ制御回路6はフルブリッジ回路3のスイッチング素子Q2及びQ5とQ3及びQ4とを交互に導通させ、図5(a)のように低周波矩形波電流の半サイクルの直前に、高周波矩形波電流を1サイクル印加したランプ電流を高圧放電灯Laへ出力する。
即ち、交流ランプ電流について、PWM制御回路5によってその電流値が制御され、フルブリッジ制御回路6によって極性反転間の時間幅が制御され、それらは制御回路10内で連携動作している。なお、図5(a)において、高周波期間の後半の半サイクル部のピーク電流値は低周波期間の電流値の1.1〜1.5倍であり、高周波期間の1サイクルの時間幅:低周波期間の半サイクルの時間幅は、1:4〜1:20である。また、{高周波1サイクル+低周波半サイクル(負)+高周波1サイクル+低周波半サイクル(正)}を1サイクルとするとその周期は60Hz〜1kHz程度である。
なお、本明細書においては、調光(又は調光度)について「より深い」とは、全光点灯に比べてその投入ランプ電力の比率がより小さい点灯であり、即ち、より暗いことを意味するものとする。
第1の点はフリッカの防止である。ここでいうフリッカとは、高圧放電灯の点灯中に放電アークの起点が電極上を転々と移動してしまい、それにより光出力がちらついてしまう現象をいう。電極が突起状に成長する現象は必ずしも明確ではないが下記のように推測される。加熱させたタングステンが蒸発したことによって発光管内に存在するハロゲン等と結合し、タングステン化合物を形成する。このタングステン化合物は対流などによって管璧付近から電極先端付近へ拡散し、高温部でタングステン原子に分解される。そしてタングステン原子はアーク中で電離することで陽イオンとなる。交流点灯している両電極が陽極と陰極を点灯周波数ごとに繰り返すが、この陰極動作をしている時にアーク中の陽イオンは、電界によって陰極側に引き寄せられることで両電極先端に析出され、それが突起を形成するものと考えられている。
この問題については、図5(a)のようなランプ電流波形を用いて、高周波電流の後半の半サイクルの部分の作用により電極先端に適度な大きさの突起を形成し、その突起にアークの起点が定まるようにしてフリッカを好適に防止できることが分かっている(例えば、特許文献1)。
この問題について、例えば特許文献2においては、通常の矩形波点灯の高圧放電灯点灯装置について、ランプ点灯開始後の所定期間において、検出されたランプ電圧が60V未満の場合(突起が成長し過ぎてしまっている場合)にはランプ電流を多めに投入することにより突起の成長を抑制し、電極間距離がそれ以上縮まらないようにしている。
より詳細に説明すると、例えば全光点灯時に、図6のa点にランプ電圧がある高圧放電灯を調光すると、高圧放電灯内部の発光管の温度低下によりそのランプ電圧はb点に低下していく。そして調光状態のまま点灯を続けると、ランプ電極温度の低下により電極先端の突起が全光点灯時より成長して電極間距離が縮まることにより、さらにランプ電圧がc点へと低下する。
図2は第1の実施形態によるランプ電流波形である。図2(a)が全光点灯時のランプ電流波形、図2(b)が70%調光時のランプ電流波形である。ここで、説明の便宜上、図2(a)は図5(a)と同じものとする。また、図4は本実施形態でのランプ電力特性を説明する図である。なお、検出されたランプ電圧に対する投入すべきランプ電力の関係は、制御回路10において(特にPWM制御回路5に関連して)予め記憶された参照テーブル等に従うものとする。従って、図4と従来例で示した図6とはランプ電力特性自体(実線部)は同様であるが、調光時の各点の移動、即ち、点c及びc´の有無において相違する。
図3は第2の実施形態でのランプ電流波形である。図3(a)が全光点灯時のランプ電流波形、図3(b)が70%調光時のランプ電流波形である。ここで、説明の便宜上、図3(a)は図5(a)と同じものとする。また、本実施形態でも第1の実施形態と同様にランプ電力特性は図4に示すものとなる。
本実施形態では、調光度を深くするほど、低周波矩形波の電流値を下げる際に高周波矩形波の後半の半サイクルの時間幅を狭めるため、この部分のエネルギーも低周波部分のエネルギーの減少とともに減少し、電極全体とアークスポット部分の温度差が拡がらない。従って、第1の実施形態と同様に、従来例で問題となっていたような調光時の突起は成長なく、それ以上のランプ電圧低下は起こらない。さらに、突起の成長はなくなるが突起自体は適度に残るのでフリッカ防止の効果は失われない。
上記実施形態1及び2では、調光時にフリッカを防止しつつもランプ寿命の低下を防止できる高圧放電灯点灯装置及び高圧放電灯の調光方法を示したが、第3の実施形態としてそれを用いたアプリケーションである光源装置を図7に示す。
図7において、11は上記で説明した高圧放電灯点灯装置、8は調光信号発振回路、12は高圧放電灯Laが取り付けられるレフレクタ、13は必要に応じて放電灯点灯装置11、高圧放電灯La及びレフレクタ12を内蔵する筐体である。なお、図は実施例を模擬的に図示したものであり、寸法、配置などは図面通りではない。また、調光信号発振回路8は筐体13に取り付けられていてもよいし、筐体13とは分離されていてもよい。さらに、図示されない映像系の部材等を筐体13内に適宜配置してプロジェクターを構成することもできる。
(1)上記実施形態では調光レベルを70%に設定し、ランプ電力特性を図4に示したが、高圧放電灯の個々の特性によりそれらは変更してもよい。調光の態様については、段階的な調光であってもよいし、連続的な調光であってもよい。
(2)上記実施形態では高周波期間の前半の半サイクルの電流ピーク値の絶対値を低周波期間の電流値の絶対値と等しくしているが、この電流ピーク値の絶対値は、高周波期間の後半の半サイクルの電流ピーク値の絶対値以下であればよい。
(3)上記実施形態では、低周波期間におけるランプ電流を矩形波として説明した。しかし、本発明でいう低周波期間における矩形波とは、厳密に矩形でないような波形、例えば、矩形波に他の電流波形が重畳したような波形、矩形波の一部が窪んだような波形、或いは1つの低周波期間の開始時と終了時で電流値が異なるような波形も含まれる。
(4)上記実施形態では、高周波期間におけるランプ電流を矩形波として説明した。しかし、本発明でいう高周波期間における矩形波とは、厳密に矩形でないような波形、例えば、矩形波が回路のインピーダンス(特に、イグナイタ回路に使用するパルストランスのインダクタンス成分)により歪んだ波形、或いはスイッチング動作の影響によりピーク付近が割れているような波形も含まれる。
2.降圧チョッパー回路
3.フルブリッジ回路
4.イグナイタ回路
5.PWM制御回路
6.フルブリッジ制御回路
7.イグナイタ制御回路
8.調光信号発信回路
9.調光制御回路
10.制御回路
11.高圧放電灯点灯装置
12.レフレクタ
13.筐体
La.高圧放電灯
R1、R2、R3.抵抗
Claims (5)
- 高圧放電灯に交流電流を供給する電力供給回路、該電力供給回路によって供給される交流電流の電流値及び極性反転間の時間幅を周期的に変化させるための制御回路、および外部から受信した調光信号に基づいて調光度を決定する調光制御回路からなり、該交流電流が所定の周波数の矩形波電流(以下、「低周波電流」という)の半サイクルの直前に該所定の周波数よりも高い周波数の電流(以下、「高周波電流」という)が1サイクル印加される電流波形の繰り返しからなるとともに、該高周波電流の1サイクルのうちの後半の半サイクルのみ又は1サイクル全部のピーク電流値が該低周波電流の電流値よりも高くなるように該制御回路によって該電力供給回路が制御されるとともに、該調光制御回路によって決定された調光度が深いほど該低周波電流の電流値が小さくなるように制御される高圧放電灯点灯装置において、
前記制御回路において、前記調光度が深いほど前記高周波電流の後半の半サイクルのピーク電流値が小さくなるように前記電力供給回路が制御されることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。 - 高圧放電灯に交流電流を供給する電力供給回路、該電力供給回路によって供給される交流電流の電流値及び極性反転間の時間幅を周期的に変化させるための制御回路、および外部から受信した調光信号に基づいて調光度を決定する調光制御回路からなり、該交流電流が所定の周波数の矩形波電流(以下、「低周波電流」という)の半サイクルの直前に該所定の周波数よりも高い周波数の電流(以下、「高周波電流」という)が1サイクル印加される電流波形の繰り返しからなるとともに、該高周波電流の1サイクルのうちの後半の半サイクルのみ又は1サイクル全部のピーク電流値が該低周波電流の電流値よりも高くなるように該制御回路によって該電力供給回路が制御されるとともに、該調光制御回路によって決定された調光度が深いほど該低周波電流の電流値が小さくなるように制御される高圧放電灯点灯装置において、
前記制御回路において、前記調光度が深いほど前記高周波電流の後半の半サイクルの時間幅が小さくなるように前記電力供給回路が制御されることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。 - 請求項1又は請求項2に記載の高圧放電灯点灯装置、前記調光信号を発生する調光信号発振手段、高圧放電灯、該高圧放電灯が取り付けられるレフレクタ、及び少なくとも該高圧放電灯点灯装置を内包する筐体からなる光源装置。
- 高圧放電灯に交流電流を供給する電力供給回路、該交流電流の電流値及び極性反転間の時間幅を周期的に変化させるための制御回路、および外部から受信した調光信号に基づいて調光度を決定する調光制御回路からなる高圧放電灯点灯装置における高圧放電灯の調光方法であって、
(A)前記制御回路によって、前記交流電流が所定の周波数の矩形波電流(以下、「低周波電流」という)の半サイクルの直前に該所定の周波数よりも高い周波数の電流(以下、「高周波電流」という)が1サイクル印加される電流波形の繰り返しからなるとともに、該高周波電流の1サイクルのうちの後半の半サイクルのみ又は1サイクル全部のピーク電流値が該低周波電流の電流値よりも高くなるように前記電力供給回路を制御するステップ、
(B)前記調光制御回路において、外部から受信した調光信号に基づいて調光度を決定するステップ、及び
(C)前記制御回路によって、前記調光度の深さに対応して前記低周波電流の電流値を低下させるとともに、前記高周波電流の後半の半サイクルのピーク電流値を減少させるよう前記電力供給回路を制御するステップ
からなる調光方法。 - 高圧放電灯に交流電流を供給する電力供給回路、該交流電流の電流値及び極性反転間の時間幅を周期的に変化させるための制御回路、および外部から受信した調光信号に基づいて調光度を決定する調光制御回路からなる高圧放電灯点灯装置における高圧放電灯の調光方法であって、
(A)前記制御回路によって、前記交流電流が所定の周波数の矩形波電流(以下、「低周波電流」という)の半サイクルの直前に該所定の周波数よりも高い周波数の電流(以下、「高周波電流」という)が1サイクル印加される電流波形の繰り返しからなるとともに、該高周波電流の1サイクルのうちの後半の半サイクルのみ又は1サイクル全部のピーク電流値が該低周波電流の電流値よりも高くなるように前記電力供給回路を制御するステップ、
(B)前記調光制御回路において、外部から受信した調光信号に基づいて調光度を決定するステップ、及び
(C)前記制御回路によって、前記調光度の深さに対応して前記低周波電流の電流値を低下させるとともに、前記高周波電流の後半の半サイクルの時間幅を減少させるよう前記電力供給回路を制御するステップ
からなる調光方法。
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