放電灯点灯装置および放電灯点灯方法
【課題】放電灯を確実に点灯させつつ、かつ放電灯および放電灯点灯装置を構成する各回路素子に対して、予期しないノイズ電流および／または過大な電流が流れることを抑制する放電灯点灯装置および放電灯点灯方法を提供する。
【解決手段】放電灯点灯装置における制御回路部は、駆動周波数を所定の起点周波数から降下させて、共振電圧が、放電灯が点灯する点灯電圧に到達した場合、当該点灯電圧における駆動周波数を、放電灯を点灯させる周波数である放電灯点灯駆動周波数として設定し、駆動周波数を所定の起点周波数から共振周波数まで降下させても、共振電圧が点灯電圧に到達しない場合、共振電圧のピーク電圧における駆動周波数より所定値だけ大きい周波数を放電灯点灯駆動周波数として設定し、インバータ回路部は、制御回路部によって設定された放電灯点灯駆動周波数で共振回路部を交流駆動させることを特徴とする。
【解決手段】放電灯点灯装置における制御回路部は、駆動周波数を所定の起点周波数から降下させて、共振電圧が、放電灯が点灯する点灯電圧に到達した場合、当該点灯電圧における駆動周波数を、放電灯を点灯させる周波数である放電灯点灯駆動周波数として設定し、駆動周波数を所定の起点周波数から共振周波数まで降下させても、共振電圧が点灯電圧に到達しない場合、共振電圧のピーク電圧における駆動周波数より所定値だけ大きい周波数を放電灯点灯駆動周波数として設定し、インバータ回路部は、制御回路部によって設定された放電灯点灯駆動周波数で共振回路部を交流駆動させることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電灯を点灯させる放電灯点灯装置および放電灯点灯方法に関し、より特定的には、ＬＣ共振を用いた放電灯点灯装置および放電灯点灯方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
投射型画像表示装置（例えばプロジェクター）では、画像投射のため、高圧水銀灯ランプ等の放電灯が用いられる。そして、当該放電灯を点灯させる放電灯点灯装置は、当該放電灯を安定的に点灯させることが求められている。
【０００３】
一般的に、放電灯点灯装置は、電極間の放電を開始させてから安定動作に移行するまでの高電圧を発生させる機能と、電極間の放電が安定動作に移行した後に、低電圧で所望の安定した電力を放電灯に供給する機能とを有する。
【０００４】
上記高電圧を発生させる機能を実現する高電圧発生回路は、一般的に、直列ＬＣ共振回路を有し、当該直列ＬＣ共振回路における共振現象によって得られる共振電圧を放電灯の電極に印加する。これにより、放電灯が点灯する。
【０００５】
その際、直列ＬＣ共振回路におけるインダクタ（Ｌ）およびキャパシタ（Ｃ）の値には、それぞれ個体バラツキがあるため、直列ＬＣ共振回路毎に共振周波数を特定し、制御する必要となる。
【０００６】
例えば、特許文献１には、直列ＬＣ共振回路における共振周波数を含む範囲において、放電灯を起動放電させる交流ランプ電圧の周波数を繰り返して上昇および下降させる放電灯点灯装置が開示されている。当該放電灯点灯装置は、このようにして発生した共振電圧を放電灯に印加することによって放電灯を安定的に点灯させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−２１７９５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した直列ＬＣ共振回路では、ＬおよびＣの値の個体バラツキだけでなく、コイルに発生する熱による損失、巻線による損失、巻き方による巻線容量、および温度特性等による個体バラツキがある。さらには、当該直列ＬＣ共振回路を駆動させるインバータ回路部、および当該インバータ回路部に電源電圧を供給する電源回路部等の回路動作による個体バラツキもある。これにより、従来の放電灯点灯装置では、直列ＬＣ共振回路によって発生する共振電圧値も大きく変動する。
【０００９】
そのため、直列ＬＣ共振回路における共振周波数において、放電灯を安定的に点灯させるための高電圧を確実に得ることができず、放電灯の点灯不良が発生する可能性がある。
【００１０】
また、逆に、当該共振周波数における共振電圧のピーク値が大きく上昇してしまい、共振周波数による駆動時には、放電灯および放電灯点灯装置を構成する各回路素子に対して、予期しない過大な電流または電圧が発生し、当該放電灯および回路素子を破壊してしまう可能性もある。
【００１１】
それ故に、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、放電灯を点灯させる際、当該放電灯に印加する高電圧を制御することによって、当該放電灯を安定的に点灯させつつ、かつ放電灯および放電灯点灯装置を構成する各回路素子に対して、予期しない過大な電流または電圧が発生することを抑制する放電灯点灯装置および放電灯点灯方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の放電灯点灯装置は、放電灯を点灯させる放電灯点灯装置であって、直流電源電圧を供給する直流電源生成回路部と、インダクタとキャパシタとから構成され、当該インダクタおよびキャパシタによる共振電圧を放電灯に印加する共振回路部と、放電灯に印加されている共振電圧を検出する電圧検出回路部と、直流電源生成回路部によって供給される直流電源電圧に基づいて、共振回路部を駆動周波数で交流駆動させるインバータ回路部と、電圧検出回路部によって検出される共振電圧を監視し、当該共振電圧に基づいてインバータ回路部を制御する制御回路部とを備え、制御回路部は、駆動周波数を所定の起点周波数から降下させて、共振電圧が放電灯が点灯する点灯電圧に到達した場合、当該点灯電圧における駆動周波数を放電灯を点灯させる周波数である放電灯点灯駆動周波数として設定し、駆動周波数を所定の起点周波数から共振周波数まで降下させても、共振電圧が点灯電圧に到達しない場合、共振電圧のピーク電圧における駆動周波数より所定値だけ大きい周波数を放電灯点灯駆動周波数として設定し、インバータ回路部は、制御回路部によって設定された放電灯点灯駆動周波数で共振回路部を交流駆動させることを特徴とする。
【００１３】
好ましい制御回路部は、放電灯点灯駆動周波数でインバータ回路部を制御することを特徴とする。
【００１４】
さらに、好ましい制御回路部は、所定期間継続して放電灯点灯駆動周波数を設定することを特徴とする。
【００１５】
また、好ましい制御回路部は、放電灯点灯駆動周波数を周期的に設定することを特徴とする。
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明の放電灯点灯方法は、放電灯を点灯させる放電灯点灯装置が実行する放電灯点灯方法であって、インバータ回路が駆動する駆動周波数を所定の起点周波数に設定するステップと、駆動周波数を起点周波数から一定時間毎に徐々に降下させるステップと、インダクタとキャパシタとから構成された共振回路における共振電圧が放電灯が点灯する予め設定された点灯電圧に到達したかを検出するステップと、共振電圧が点灯電圧に到達していない場合、点灯電圧より小さい当該共振電圧のピーク電圧における駆動周波数を取得し、当該共振周波数より所定値だけ大きい駆動周波数を放電灯点灯駆動周波数として設定するステップと、共振電圧が点灯電圧に到達した場合、当該点灯電圧における駆動周波数を取得し、当該駆動周波数を放電灯点灯駆動周波数として設定するステップと、放電灯点灯駆動周波数でインバータ回路を駆動させるように制御するステップとを含む。
【００１７】
また、上記目的を達成するために、上述した本発明の放電灯点灯装置の各構成が行うそれぞれの処理は、一連の処理手順を与える放電灯点灯方法として捉えることができる。この方法は、一連の処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムの形式で提供される。このプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録された形態で、コンピュータに導入されてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
上述のように、本発明の放電灯点灯装置および放電灯点灯方法によれば、放電灯を点灯させる際、当該放電灯に印加する高電圧を制御することによって、当該放電灯を安定的に点灯させつつ、かつ放電灯および放電灯点灯装置を構成する各回路素子に対して、予期しない過大な電流または電圧が発生することを抑制することができる。
【００１９】
その結果、放電灯および放電灯点灯装置を構成する各回路素子の故障率を低減することができ、ユーザに対して信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る放電灯点灯装置１００の構成を示すブロック図
【図２】本発明の一実施形態に係る放電灯点灯装置１００におけるインバータ回路部１２０および共振回路部１３０の内部構成を示す図
【図３】インバータ回路部１２０の駆動周波数と、共振回路部１３０による共振電圧との関係を示すグラフ
【図４】インバータ回路部１２０の駆動周波数を、起点周波数ｆｓから徐々に降下させた場合における、スイッチング素子Ｑ４に流れるドレイン電流Ｉｄの様子を示す図
【図５】共振電圧が点灯電圧Ｖｏｎに到達する場合における、共振回路部１３０による共振電圧およびインバータ回路部１２０の駆動周波数の様子を示すタイミングチャート
【図６】共振電圧が点灯電圧Ｖｏｎに到達しない場合における、共振回路部１３０による共振電圧およびインバータ回路部１２０の駆動周波数の様子を示すタイミングチャート
【図７】本発明の一実施形態に係る放電灯点灯装置１００が実行する放電灯点灯方法７００の処理の流れを示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る放電灯点灯装置１００の構成を示すブロック図である。図１において、放電灯点灯装置１００は、直流電源生成回路部１１０と、インバータ回路部１２０と、共振回路部１３０と、電圧検出回路部１４０と、制御回路部１５０とを備える。そして、放電灯点灯装置１００は、４つのスイッチング素子からなるフルブリッジ回路方式の直流交流転流器によって、放電灯２００に交流電圧を印加して、放電灯２００を点灯させる。
【００２２】
直流電源生成回路部１１０は、インバータ回路部１２０に直流電源電圧であるベース電圧を供給する。
【００２３】
インバータ回路部１２０は、直流電源生成回路部１１０によって供給される直流電源電圧に基づいて、共振回路部１３０を駆動周波数で交流駆動させる。
【００２４】
共振回路部１３０は、インダクタとキャパシタとから構成され、当該インダクタおよびキャパシタによる共振電圧を放電灯２００に印加する。具体的には、共振回路部１３０は、直列ＬＣ回路によって構成され、放電灯２００の点灯始動時に当該放電灯２００の電極間に放電を起こさせるために、高電圧を発生させる。
【００２５】
電圧検出回路部１４０は、放電灯２００に印加されている共振電圧を検出する。具体的には、電圧検出回路部１４０は、共振回路部１３０によって発生した電圧を分圧して、当該電圧を検出する。
【００２６】
制御回路部１５０は、電圧検出回路部１４０によって検出される共振電圧を監視し、当該共振電圧に基づいてインバータ回路部１２０を制御する。具体的には、制御回路部１５０には、電圧検出回路部１４０によって検出された共振電圧がフィードバックされる。そして、制御回路部１５０は、直流電源生成回路部１１０を制御することによって、インバータ回路部１２０に供給されるベース電圧を制御する。また、制御回路部１５０は、インバータ回路部１２０の駆動を直接制御する。
【００２７】
図２は、本発明の一実施形態に係る放電灯点灯装置１００におけるインバータ回路部１２０および共振回路部１３０の内部構成を示す図である。図２において、インバータ回路部１２０は、４つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のフルブリッジ回路構成を含み、共振回路部１３０は、直列ＬＣ共振回路構成を含む。
【００２８】
インバータ回路部１２０には、直流電源電圧であるベース電圧が供給されて、スイッチング素子Ｑ１およびＱ４がオンされ、スイッチング素子Ｑ２およびＱ３がオフされる期間と、スイッチング素子Ｑ１およびＱ４がオフされ、スイッチング素子Ｑ２およびＱ３がオンされる期間とを交互に繰り返すことによって、交流電圧を発生させる。
【００２９】
なお、ここで発生する交流電圧の周波数は、インバータ回路部１２０の駆動周波数に基づいて決定される。
【００３０】
共振回路部１３０には、ベース電圧と、インバータ回路部１２０の駆動周波数とに基づいて決定される交流電圧が印加される。そして、当該駆動周波数が直列ＬＣ回路の共振周波数近傍の周波数になると、Ｃの両端に共振電圧（高電圧）が発生する。
【００３１】
放電灯２００は、共振回路部１３０のＣと並列に接続されており、共振電圧（高電圧）が印加される。これにより、放電灯２００内の電極間が絶縁破壊されて、放電灯２００が点灯する。
【００３２】
図３は、インバータ回路部１２０の駆動周波数と、共振回路部１３０による共振電圧との関係を示すグラフである。図３において、駆動周波数が共振周波数ｆ０よりも低い周波数領域を領域Ａとし、駆動周波数が共振周波数ｆ０よりも高い周波数領域を領域Ｂとする。
【００３３】
インバータ回路部１２０の駆動周波数は、制御回路部１５０によって制御されている。制御回路部１５０は、当該駆動周波数を共振周波数ｆ０より十分高い起点周波数ｆｓから一定時間毎に徐々に降下させるように制御する。
【００３４】
インバータ回路部１２０の駆動周波数が起点周波数ｆｓから共振周波数ｆ０までの周波数領域Ｂにおいて、共振回路部１３０による共振電圧は、インバータ回路部１２０の駆動周波数の降下（時間の経過）に伴い、上昇する。
【００３５】
そして、インバータ回路部１２０の駆動周波数が共振周波数ｆ０となる点において、共振回路部１３０による共振電圧は、ピーク電圧Ｖｐとなる。
【００３６】
さらに、インバータ回路部１２０の駆動周波数が共振電圧ｆ０より低い周波数領域Ａにおいて、共振回路部１３０による共振電圧は、駆動周波数を降下させるに伴って、降下する。
【００３７】
図４は、インバータ回路部１２０の駆動周波数を、起点周波数ｆｓから徐々に降下させた場合における、スイッチング素子Ｑ４に流れるドレイン電流Ｉｄの様子を示す図である。インバータ回路部１２０の駆動周波数を、起点周波数ｆｓから共振周波数ｆ０まで徐々に降下させて（領域Ａ）、さらに共振周波数ｆ０より十分低い周波数まで降下させる（領域Ｂ）。図４に示すように、スイッチング素子Ｑ４に流れるドレイン電流Ｉｄは、領域Ａにおいて、サージ電流が発生している（領域Ａ１の拡大波形）。
【００３８】
換言すれば、インバータ回路部１２０の駆動周波数が領域Ａの範囲である場合には、上記ドレイン電流Ｉｄには、予期しない過大な電流であるサージ電流が発生してしまう。
【００３９】
ここで、従来の放電灯点灯装置では、直列ＬＣ共振回路におけるインダクタ（Ｌ）およびキャパシタ（Ｃ）の個体バラツキを考慮して、インバータ回路部の駆動周波数を、繰り返して上昇および下降させていた。これにより、共振周波数ｆ０における共振電圧のピーク電圧Ｖｐを検出し、放電灯内の電極間を確実に絶縁破壊させる十分な高電圧を得ている。一方、共振周波数ｆ０におけるピーク電圧Ｖｐが過大な電圧である場合には、インバータ回路部１２０におけるスイッチング素子等に過大な電流または電圧が発生し、当該放電灯および回路素子を破壊してしまう可能性を有している。
【００４０】
そこで、本発明の一実施形態では、図３に示すように、インバータ回路部１２０の駆動周波数が領域Ｂの範囲であって、放電灯２００が点灯する点灯電圧Ｖｏｎを設定する。ここで、点灯電圧Ｖｏｎは、共振周波数ｆ０における共振電圧のピーク電圧Ｖｐより小さい。
【００４１】
具体的には、点灯電圧Ｖｏｎは、予め放電灯２００内の電極間を絶縁破壊する電圧として設定されている。そして、インバータ回路部１２０の駆動周波数を、起点周波数ｆｓから徐々に降下させて、共振周波数ｆ０より高い周波数ｆ１において点灯電圧Ｖｏｎを検出した際、当該周波数ｆ１を、放電灯２００を点灯させる周波数である放電灯点灯駆動周波数として設定する。
【００４２】
図５は、共振電圧が点灯電圧Ｖｏｎに到達する場合における、共振回路部１３０による共振電圧およびインバータ回路部１２０の駆動周波数の様子を示すタイミングチャートである。ここで、放電灯２００の特性として、放電灯２００内の電極間を絶縁破壊する電圧が２．７ｋＶ以上である場合、点灯電圧Ｖｏｎを３ｋＶと設定する。
【００４３】
共振回路部１３０のＬ（インダクタ）およびＣ（キャパシタ）の値のセンター値によって算出される共振周波数ｆ０が約３５０ｋＨｚである場合、インバータ回路部１２０の駆動周波数における３次高調波によって、共振回路部１３０の共振電圧を取得する。すなわち、インバータ回路部１２０の駆動周波数が共振周波数ｆ０（≒３５０ｋＨｚ）の１／３（≒１１７ｋＨｚ）となる際に、共振回路部１３０の共振電圧は、ピーク電圧Ｖｐとなる。
【００４４】
上述したように、通常、共振回路部１３０の共振周波数ｆ０は、ＬおよびＣの個体バラツキ等を伴うため、インバータ回路部１２０の駆動周波数を個体毎および起動毎に調整する必要がある。図３に示した起点周波数ｆｓは、共振回路部１３０による共振周波数ｆ０（≒３５０ｋＨｚ）より十分高い周波数（ここでは、４５０ｋＨｚとする）に設定し、インバータ回路部１２０の駆動を開始する（駆動周波数は１５０ｋＨｚ）。
【００４５】
そして、当該駆動周波数を起点周波数ｆｓ（＝４５０ｋＨｚ）から一定時間毎に徐々に降下させると、共振周波数ｆ０よりも高い周波数ｆ１において（時刻ｔ１）、電圧検出回路部１４０は、共振回路部１３０による共振電圧が点灯電圧Ｖｏｎ（３ｋＶ）であることを検出する。これにより、当該共振電圧（＝点灯電圧Ｖｏｎ）における周波数ｆ１（駆動周波数は（ｆ１）／３）をインバータ回路部１２０の駆動周波数（放電灯点灯駆動周波数）として設定する。
【００４６】
時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間において、駆動周波数を周波数ｆ２まで上昇させ、共振電圧を点灯電圧Ｖｏｎ（３ｋＶ）より十分低い電圧Ｖ１まで降下させる。
【００４７】
時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間において、再度、駆動周波数を周波数ｆ２から一定時間毎に徐々に降下させる。そして、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間において、放電灯２００に対して、共振電圧（＝点灯電圧Ｖｏｎ）を印加し続けるようにする。
【００４８】
その後、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの期間において、再度、駆動周波数を周波数ｆ２まで上昇させ、共振電圧を点灯電圧Ｖｏｎ（３ｋＶ）より十分低い電圧Ｖ１まで降下させる。
【００４９】
以降、時刻ｔ２から時刻ｔ５までの動作を、放電灯２００が点灯するまで繰り返す。
【００５０】
上述のように、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間において、点灯電圧Ｖｏｎ（３ｋＶ）という高電圧を放電灯２００に対して印加し続けながら、一方、全体的な期間においては、断続的に、点灯電圧Ｖｏｎ（３ｋＶ）という高電圧を放電灯２００に対して印加していることになる。
【００５１】
したがって、放電灯２００および放電灯点灯装置１００を構成する各回路素子に対して、予期しない過大な電流が流れることを抑制し、放電灯２００を確実に点灯させる。また、駆動周波数は、常に共振周波数ｆ０よりも高い周波数であるため（図３および図４で示す領域Ｂ）、インバータ回路部１２０に流れるドレイン電流Ｉｄには、予期しない過大な電流であるサージ電流が発生しない。
【００５２】
換言すれば、仮に、共振周波数ｆ０における共振電圧のピーク電圧Ｖｐが４ｋＶであったとしても、電圧検出回路部１４０によって、共振電圧が点灯電圧Ｖｏｎ（３ｋＶ）であることを検出すれば、当該共振電圧（＝点灯電圧Ｖｏｎ）における周波数ｆ１（駆動周波数は（ｆ１）／３）をインバータ回路部１２０の駆動周波数（放電灯点灯駆動周波数）として設定する。これにより、必要以上に過大な電流が流れることを防止し、駆動周波数は、常に共振周波数ｆ０よりも高い周波数であるため（図３および図４で示す領域Ｂ）、インバータ回路部１２０に流れるドレイン電流Ｉｄには、予期しない過大な電流であるサージ電流が発生しない。
【００５３】
さらに、放電灯点灯装置１００を構成する各回路素子の個体バラツキおよび周辺温度等の環境に応じて、共振電圧３ｋＶを出力できない可能性もある。つまり、電圧検出回路部１４０によって点灯電圧Ｖｏｎ（＝３ｋＶ）が検出されることがない。この場合、インバータ回路部１２０の駆動周波数（放電灯点灯駆動周波数）を設定できず、制御回路部１５０はインバータ回路部１２０を制御できない可能性がある。
【００５４】
具体的には、インバータ回路部１２０の駆動周波数を起点周波数ｆｓから一定時間毎に徐々に降下させていく過程において、点灯電圧Ｖｏｎ（＝３ｋＶ）が検出される前に、共振電圧のピーク電圧Ｖｐが検出される。その際、放電灯２００が点灯する可能性はあるが、放電灯２００に対して高電圧を１回だけ印加したとしても、放電灯２００の電極間を絶縁破壊することができないことが多く、不点灯となる可能性がある。換言すれば、放電灯２００の電極間を絶縁破壊するためには、共振電圧のピーク電圧Ｖｐよりも小さくなっても、放電灯２００の電極間に断続的に高電圧を印加することで不点灯となる可能性を大幅に改善する必要がある。
【００５５】
図６は、共振電圧が点灯電圧Ｖｏｎに到達しない場合における、共振回路部１３０による共振電圧およびインバータ回路部１２０の駆動周波数の様子を示すタイミングチャートである。図５で説明したように、同様に、起点周波数ｆｓを、共振回路部１３０による共振周波数ｆ０（≒３５０ｋＨｚ）より十分高い周波数（４５０ｋＨｚ）に設定し、インバータ回路部１２０の駆動を開始する（駆動周波数は１５０ｋＨｚ）。
【００５６】
そして、当該駆動周波数を起点周波数ｆｓ（＝４５０ｋＨｚ）から一定時間毎に徐々に降下させるが、ここでは、電圧検出回路部１４０は、共振回路部１３０による共振電圧が点灯電圧Ｖｏｎ（３ｋＶ）に到達することを検出することなく、共振周波数ｆ０における共振電圧のピーク電圧Ｖｐを検出することになる。
【００５７】
より詳細には、インバータ回路部１２０の駆動周波数を起点周波数ｆｓから一定時間毎に徐々に降下させることによって共振電圧を上昇させる。そして、共振周波数ｆ０から更に共振周波数ｆ０より低い周波数（領域Ａ）まで降下させ、時間ｔ１２において、共振周波数ｆ０より十分低い周波数ｆ１１まで降下させる。ここで、時刻０から時刻ｔ１２の期間において、電圧検出回路部１４０は、共振周波数ｆ０における共振電圧のピーク電圧Ｖｐを検出する。
【００５８】
なお、時刻０から時刻ｔ１２までの期間において、共振周波数ｆ０より所定値だけ高い周波数ｆ１３（時刻ｔ１１）における共振電圧Ｖ１１を、放電灯２００を点灯させるための高電圧とし、当該周波数ｆ１３（駆動周波数は（ｆ１３）／３）を、放電灯２００を点灯させる周波数である放電灯点灯駆動周波数として決定しておく。
【００５９】
時刻ｔ１２において、一旦、インバータ回路部１２０の駆動周波数を、共振周波数ｆ１３より所定値だけ高い周波数ｆ１２まで上昇させる。
【００６０】
時刻ｔ１２から時刻ｔ１３の期間において、インバータ回路部１２０の駆動周波数を、周波数ｆ１２から上述した周波数ｆ１３まで、一定時間毎に徐々に降下させることによって、電圧検出回路部１４０は、共振回路部１３０による共振電圧が共振電圧Ｖ１１に到達することを検出する
【００６１】
時刻ｔ１３から時刻ｔ１４の期間において、周波数ｆ１３（駆動周波数はその１／３）を保持することによって、放電灯２００に対して、共振電圧Ｖ１１を印加し続けるようにする。
【００６２】
その後、時刻ｔ１４から時刻ｔ１５までの期間において、駆動周波数を周波数ｆ１２まで上昇させ、共振電圧を共振電圧Ｖ１１より十分低い共振電圧Ｖ１２まで降下させる。
【００６３】
以降、時刻ｔ１２から時刻ｔ１５までの動作を、放電灯２００が点灯するまで繰り返す。
【００６４】
上述のように、時刻ｔ１３から時刻ｔ１４までの期間において、共振電圧Ｖ１１（ピーク電圧よりも少し小さい電圧）という高電圧を放電灯２００に対して印加し続けながら、一方、全体的な期間においては、断続的に、共振電圧Ｖ１１という高電圧を放電灯２００に対して印加していることになる。
【００６５】
したがって、放電灯２００および放電灯点灯装置１００を構成する各回路素子に対して、予期しない過大な電流または電圧が発生することを抑制し、確実に、断続的な共振電圧Ｖ１１という高電圧を放電灯２００に対して印加することで、放電灯２００を安定的に点灯させる。また、駆動周波数は、常に共振周波数ｆ０よりも高い周波数であるため（図３および図４で示す領域Ｂ）、インバータ回路部１２０に流れるドレイン電流Ｉｄには、予期しない過大な電流であるサージ電流が発生しない。
【００６６】
より詳細には、電圧検出回路部１４０によって点灯電圧Ｖｏｎ（＝３ｋＶ）が検出されない場合であっても、共振周波数ｆ０近傍における、ほぼピーク電圧Ｖｐである共振電圧Ｖ１１を継続して出力可能としている。その結果、放電灯２００に対して１回だけ高電圧を印加する場合に比べて、放電灯２００の点灯性能を飛躍的に改善することができる。
【００６７】
また、駆動周波数は、常に共振周波数ｆ０よりも高い周波数であるため（図３および図４で示す領域Ｂ）、インバータ回路部１２０に流れるドレイン電流Ｉｄには、予期しない過大な電流であるサージ電流が発生しない。
【００６８】
次に、本発明の一実施形態に係る放電灯点灯装置１００が実行する放電灯点灯方法について、処理の流れを詳しく説明する。図７は、本発明の一実施形態に係る放電灯点灯装置１００が実行する放電灯点灯方法７００の処理の流れを示すフローチャートである。
【００６９】
先ず、放電灯点灯開始指示があると、ステップＳ７１０において、制御回路部１５０は、インバータ回路部１２０の駆動周波数を起点周波数ｆｓに設定する。
【００７０】
ステップＳ７２０において、制御回路部１５０は、インバータ回路部１２０の駆動周波数を、起点周波数ｆｓから一定時間毎に徐々に降下させる。
【００７１】
ステップＳ７３０において、制御回路部１５０は、共振回路部１３０における共振電圧が点灯電圧Ｖｏｎに到達したか否かを判定する。具体的には、電圧検出回路部１４０は、共振回路部１３０における共振電圧を監視し、当該共振電圧が点灯電圧Ｖｏｎに到達した場合、当該情報を制御回路部１５０に通知すればよい。
【００７２】
ここで、当該共振電圧が点灯電圧Ｖｏｎに到達していない場合には、ステップＳ７４０の処理に進み（ステップＳ７３０のＮｏ）、当該共振電圧が点灯電圧Ｖｏｎに到達した場合には、ステップＳ７７０の処理に進む（ステップＳ７３０のＹｅｓ）。なお、ステップＳ７７０の処理に進むことは、ピーク電圧Ｖｐ＞点灯電圧Ｖｏｎであって、放電灯点灯装置１００は、上述した図５で説明したように動作する。
【００７３】
ステップＳ７４０において、制御回路部１５０は、共振回路部１３０における共振電圧のピーク電圧Ｖｐを検出する。具体的には、電圧検出回路部１４０は、共振回路部１３０における共振電圧を監視し、当該共振電圧のピーク電圧Ｖｐを検出して、当該情報を制御回路部１５０に通知すればよい。
【００７４】
ここで、当該共振電圧が点灯電圧Ｖｏｎに到達せずに（ステップＳ７３０のＮｏ）、共振回路部１３０における共振電圧のピーク電圧Ｖｐを検出することは、ピーク電圧Ｖｐ≦点灯電圧Ｖｏｎであって、放電灯点灯装置１００は、上述した図６で説明したように動作する。
【００７５】
ステップＳ７５０において、制御回路部１５０は、ピーク電圧Ｖｐにおける共振周波数ｆ０を取得する。具体的には、電圧検出回路部１４０は、共振回路部１３０における共振電圧を監視し、制御回路部１５０は、当該共振電圧がピーク電圧Ｖｐに到達したことを認識することによって、制御回路部１５０は、当該ピーク電圧Ｖｐにおける共振周波数ｆ０を取得すればよい。
【００７６】
ステップＳ７６０において、制御回路部１５０は、共振周波数ｆ０より所定値だけ大きい周波数ｆ１３を放電灯点灯駆動周波数に設定する。
【００７７】
ステップＳ７７０において、制御回路部１５０は、点灯電圧Ｖｏｎにおける駆動周波数を放電灯点灯駆動周波数に設定する。
【００７８】
ステップＳ７８０において、制御回路部１５０は、ステップＳ７６０またはステップＳ７７０で設定された放電灯点灯駆動周波数でインバータ回路部１２０を駆動させるように制御する。これにより、共振電圧Ｖ１１または点灯電圧Ｖｏｎという高電圧を放電灯２００に印加する。
【００７９】
以上のように、本発明の一実施形態に係る放電灯点灯装置１００および放電灯点灯方法７００によれば、放電灯２００を点灯させる際、当該放電灯２００に印加する高電圧を制御することによって、当該放電灯２００を確実に点灯させつつ、かつ放電灯２００および放電灯点灯装置１００を構成する各回路素子に対して、予期しない過大な電流または電圧が発生することを抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、例えば、高圧水銀灯ランプ等を放電灯として用いる放電灯点灯装置および投射型画像装置等に有用である。
【符号の説明】
【００８１】
１００ 放電灯点灯装置
１１０ 直流電源電流生成回路部
１２０ インバータ回路部
１３０ 共振回路部
１４０ 電圧検出回路部
１５０ 制御回路部
２００ 放電灯
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電灯を点灯させる放電灯点灯装置および放電灯点灯方法に関し、より特定的には、ＬＣ共振を用いた放電灯点灯装置および放電灯点灯方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
投射型画像表示装置（例えばプロジェクター）では、画像投射のため、高圧水銀灯ランプ等の放電灯が用いられる。そして、当該放電灯を点灯させる放電灯点灯装置は、当該放電灯を安定的に点灯させることが求められている。
【０００３】
一般的に、放電灯点灯装置は、電極間の放電を開始させてから安定動作に移行するまでの高電圧を発生させる機能と、電極間の放電が安定動作に移行した後に、低電圧で所望の安定した電力を放電灯に供給する機能とを有する。
【０００４】
上記高電圧を発生させる機能を実現する高電圧発生回路は、一般的に、直列ＬＣ共振回路を有し、当該直列ＬＣ共振回路における共振現象によって得られる共振電圧を放電灯の電極に印加する。これにより、放電灯が点灯する。
【０００５】
その際、直列ＬＣ共振回路におけるインダクタ（Ｌ）およびキャパシタ（Ｃ）の値には、それぞれ個体バラツキがあるため、直列ＬＣ共振回路毎に共振周波数を特定し、制御する必要となる。
【０００６】
例えば、特許文献１には、直列ＬＣ共振回路における共振周波数を含む範囲において、放電灯を起動放電させる交流ランプ電圧の周波数を繰り返して上昇および下降させる放電灯点灯装置が開示されている。当該放電灯点灯装置は、このようにして発生した共振電圧を放電灯に印加することによって放電灯を安定的に点灯させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−２１７９５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した直列ＬＣ共振回路では、ＬおよびＣの値の個体バラツキだけでなく、コイルに発生する熱による損失、巻線による損失、巻き方による巻線容量、および温度特性等による個体バラツキがある。さらには、当該直列ＬＣ共振回路を駆動させるインバータ回路部、および当該インバータ回路部に電源電圧を供給する電源回路部等の回路動作による個体バラツキもある。これにより、従来の放電灯点灯装置では、直列ＬＣ共振回路によって発生する共振電圧値も大きく変動する。
【０００９】
そのため、直列ＬＣ共振回路における共振周波数において、放電灯を安定的に点灯させるための高電圧を確実に得ることができず、放電灯の点灯不良が発生する可能性がある。
【００１０】
また、逆に、当該共振周波数における共振電圧のピーク値が大きく上昇してしまい、共振周波数による駆動時には、放電灯および放電灯点灯装置を構成する各回路素子に対して、予期しない過大な電流または電圧が発生し、当該放電灯および回路素子を破壊してしまう可能性もある。
【００１１】
それ故に、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、放電灯を点灯させる際、当該放電灯に印加する高電圧を制御することによって、当該放電灯を安定的に点灯させつつ、かつ放電灯および放電灯点灯装置を構成する各回路素子に対して、予期しない過大な電流または電圧が発生することを抑制する放電灯点灯装置および放電灯点灯方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の放電灯点灯装置は、放電灯を点灯させる放電灯点灯装置であって、直流電源電圧を供給する直流電源生成回路部と、インダクタとキャパシタとから構成され、当該インダクタおよびキャパシタによる共振電圧を放電灯に印加する共振回路部と、放電灯に印加されている共振電圧を検出する電圧検出回路部と、直流電源生成回路部によって供給される直流電源電圧に基づいて、共振回路部を駆動周波数で交流駆動させるインバータ回路部と、電圧検出回路部によって検出される共振電圧を監視し、当該共振電圧に基づいてインバータ回路部を制御する制御回路部とを備え、制御回路部は、駆動周波数を所定の起点周波数から降下させて、共振電圧が放電灯が点灯する点灯電圧に到達した場合、当該点灯電圧における駆動周波数を放電灯を点灯させる周波数である放電灯点灯駆動周波数として設定し、駆動周波数を所定の起点周波数から共振周波数まで降下させても、共振電圧が点灯電圧に到達しない場合、共振電圧のピーク電圧における駆動周波数より所定値だけ大きい周波数を放電灯点灯駆動周波数として設定し、インバータ回路部は、制御回路部によって設定された放電灯点灯駆動周波数で共振回路部を交流駆動させることを特徴とする。
【００１３】
好ましい制御回路部は、放電灯点灯駆動周波数でインバータ回路部を制御することを特徴とする。
【００１４】
さらに、好ましい制御回路部は、所定期間継続して放電灯点灯駆動周波数を設定することを特徴とする。
【００１５】
また、好ましい制御回路部は、放電灯点灯駆動周波数を周期的に設定することを特徴とする。
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明の放電灯点灯方法は、放電灯を点灯させる放電灯点灯装置が実行する放電灯点灯方法であって、インバータ回路が駆動する駆動周波数を所定の起点周波数に設定するステップと、駆動周波数を起点周波数から一定時間毎に徐々に降下させるステップと、インダクタとキャパシタとから構成された共振回路における共振電圧が放電灯が点灯する予め設定された点灯電圧に到達したかを検出するステップと、共振電圧が点灯電圧に到達していない場合、点灯電圧より小さい当該共振電圧のピーク電圧における駆動周波数を取得し、当該共振周波数より所定値だけ大きい駆動周波数を放電灯点灯駆動周波数として設定するステップと、共振電圧が点灯電圧に到達した場合、当該点灯電圧における駆動周波数を取得し、当該駆動周波数を放電灯点灯駆動周波数として設定するステップと、放電灯点灯駆動周波数でインバータ回路を駆動させるように制御するステップとを含む。
【００１７】
また、上記目的を達成するために、上述した本発明の放電灯点灯装置の各構成が行うそれぞれの処理は、一連の処理手順を与える放電灯点灯方法として捉えることができる。この方法は、一連の処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムの形式で提供される。このプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録された形態で、コンピュータに導入されてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
上述のように、本発明の放電灯点灯装置および放電灯点灯方法によれば、放電灯を点灯させる際、当該放電灯に印加する高電圧を制御することによって、当該放電灯を安定的に点灯させつつ、かつ放電灯および放電灯点灯装置を構成する各回路素子に対して、予期しない過大な電流または電圧が発生することを抑制することができる。
【００１９】
その結果、放電灯および放電灯点灯装置を構成する各回路素子の故障率を低減することができ、ユーザに対して信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る放電灯点灯装置１００の構成を示すブロック図
【図２】本発明の一実施形態に係る放電灯点灯装置１００におけるインバータ回路部１２０および共振回路部１３０の内部構成を示す図
【図３】インバータ回路部１２０の駆動周波数と、共振回路部１３０による共振電圧との関係を示すグラフ
【図４】インバータ回路部１２０の駆動周波数を、起点周波数ｆｓから徐々に降下させた場合における、スイッチング素子Ｑ４に流れるドレイン電流Ｉｄの様子を示す図
【図５】共振電圧が点灯電圧Ｖｏｎに到達する場合における、共振回路部１３０による共振電圧およびインバータ回路部１２０の駆動周波数の様子を示すタイミングチャート
【図６】共振電圧が点灯電圧Ｖｏｎに到達しない場合における、共振回路部１３０による共振電圧およびインバータ回路部１２０の駆動周波数の様子を示すタイミングチャート
【図７】本発明の一実施形態に係る放電灯点灯装置１００が実行する放電灯点灯方法７００の処理の流れを示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る放電灯点灯装置１００の構成を示すブロック図である。図１において、放電灯点灯装置１００は、直流電源生成回路部１１０と、インバータ回路部１２０と、共振回路部１３０と、電圧検出回路部１４０と、制御回路部１５０とを備える。そして、放電灯点灯装置１００は、４つのスイッチング素子からなるフルブリッジ回路方式の直流交流転流器によって、放電灯２００に交流電圧を印加して、放電灯２００を点灯させる。
【００２２】
直流電源生成回路部１１０は、インバータ回路部１２０に直流電源電圧であるベース電圧を供給する。
【００２３】
インバータ回路部１２０は、直流電源生成回路部１１０によって供給される直流電源電圧に基づいて、共振回路部１３０を駆動周波数で交流駆動させる。
【００２４】
共振回路部１３０は、インダクタとキャパシタとから構成され、当該インダクタおよびキャパシタによる共振電圧を放電灯２００に印加する。具体的には、共振回路部１３０は、直列ＬＣ回路によって構成され、放電灯２００の点灯始動時に当該放電灯２００の電極間に放電を起こさせるために、高電圧を発生させる。
【００２５】
電圧検出回路部１４０は、放電灯２００に印加されている共振電圧を検出する。具体的には、電圧検出回路部１４０は、共振回路部１３０によって発生した電圧を分圧して、当該電圧を検出する。
【００２６】
制御回路部１５０は、電圧検出回路部１４０によって検出される共振電圧を監視し、当該共振電圧に基づいてインバータ回路部１２０を制御する。具体的には、制御回路部１５０には、電圧検出回路部１４０によって検出された共振電圧がフィードバックされる。そして、制御回路部１５０は、直流電源生成回路部１１０を制御することによって、インバータ回路部１２０に供給されるベース電圧を制御する。また、制御回路部１５０は、インバータ回路部１２０の駆動を直接制御する。
【００２７】
図２は、本発明の一実施形態に係る放電灯点灯装置１００におけるインバータ回路部１２０および共振回路部１３０の内部構成を示す図である。図２において、インバータ回路部１２０は、４つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のフルブリッジ回路構成を含み、共振回路部１３０は、直列ＬＣ共振回路構成を含む。
【００２８】
インバータ回路部１２０には、直流電源電圧であるベース電圧が供給されて、スイッチング素子Ｑ１およびＱ４がオンされ、スイッチング素子Ｑ２およびＱ３がオフされる期間と、スイッチング素子Ｑ１およびＱ４がオフされ、スイッチング素子Ｑ２およびＱ３がオンされる期間とを交互に繰り返すことによって、交流電圧を発生させる。
【００２９】
なお、ここで発生する交流電圧の周波数は、インバータ回路部１２０の駆動周波数に基づいて決定される。
【００３０】
共振回路部１３０には、ベース電圧と、インバータ回路部１２０の駆動周波数とに基づいて決定される交流電圧が印加される。そして、当該駆動周波数が直列ＬＣ回路の共振周波数近傍の周波数になると、Ｃの両端に共振電圧（高電圧）が発生する。
【００３１】
放電灯２００は、共振回路部１３０のＣと並列に接続されており、共振電圧（高電圧）が印加される。これにより、放電灯２００内の電極間が絶縁破壊されて、放電灯２００が点灯する。
【００３２】
図３は、インバータ回路部１２０の駆動周波数と、共振回路部１３０による共振電圧との関係を示すグラフである。図３において、駆動周波数が共振周波数ｆ０よりも低い周波数領域を領域Ａとし、駆動周波数が共振周波数ｆ０よりも高い周波数領域を領域Ｂとする。
【００３３】
インバータ回路部１２０の駆動周波数は、制御回路部１５０によって制御されている。制御回路部１５０は、当該駆動周波数を共振周波数ｆ０より十分高い起点周波数ｆｓから一定時間毎に徐々に降下させるように制御する。
【００３４】
インバータ回路部１２０の駆動周波数が起点周波数ｆｓから共振周波数ｆ０までの周波数領域Ｂにおいて、共振回路部１３０による共振電圧は、インバータ回路部１２０の駆動周波数の降下（時間の経過）に伴い、上昇する。
【００３５】
そして、インバータ回路部１２０の駆動周波数が共振周波数ｆ０となる点において、共振回路部１３０による共振電圧は、ピーク電圧Ｖｐとなる。
【００３６】
さらに、インバータ回路部１２０の駆動周波数が共振電圧ｆ０より低い周波数領域Ａにおいて、共振回路部１３０による共振電圧は、駆動周波数を降下させるに伴って、降下する。
【００３７】
図４は、インバータ回路部１２０の駆動周波数を、起点周波数ｆｓから徐々に降下させた場合における、スイッチング素子Ｑ４に流れるドレイン電流Ｉｄの様子を示す図である。インバータ回路部１２０の駆動周波数を、起点周波数ｆｓから共振周波数ｆ０まで徐々に降下させて（領域Ａ）、さらに共振周波数ｆ０より十分低い周波数まで降下させる（領域Ｂ）。図４に示すように、スイッチング素子Ｑ４に流れるドレイン電流Ｉｄは、領域Ａにおいて、サージ電流が発生している（領域Ａ１の拡大波形）。
【００３８】
換言すれば、インバータ回路部１２０の駆動周波数が領域Ａの範囲である場合には、上記ドレイン電流Ｉｄには、予期しない過大な電流であるサージ電流が発生してしまう。
【００３９】
ここで、従来の放電灯点灯装置では、直列ＬＣ共振回路におけるインダクタ（Ｌ）およびキャパシタ（Ｃ）の個体バラツキを考慮して、インバータ回路部の駆動周波数を、繰り返して上昇および下降させていた。これにより、共振周波数ｆ０における共振電圧のピーク電圧Ｖｐを検出し、放電灯内の電極間を確実に絶縁破壊させる十分な高電圧を得ている。一方、共振周波数ｆ０におけるピーク電圧Ｖｐが過大な電圧である場合には、インバータ回路部１２０におけるスイッチング素子等に過大な電流または電圧が発生し、当該放電灯および回路素子を破壊してしまう可能性を有している。
【００４０】
そこで、本発明の一実施形態では、図３に示すように、インバータ回路部１２０の駆動周波数が領域Ｂの範囲であって、放電灯２００が点灯する点灯電圧Ｖｏｎを設定する。ここで、点灯電圧Ｖｏｎは、共振周波数ｆ０における共振電圧のピーク電圧Ｖｐより小さい。
【００４１】
具体的には、点灯電圧Ｖｏｎは、予め放電灯２００内の電極間を絶縁破壊する電圧として設定されている。そして、インバータ回路部１２０の駆動周波数を、起点周波数ｆｓから徐々に降下させて、共振周波数ｆ０より高い周波数ｆ１において点灯電圧Ｖｏｎを検出した際、当該周波数ｆ１を、放電灯２００を点灯させる周波数である放電灯点灯駆動周波数として設定する。
【００４２】
図５は、共振電圧が点灯電圧Ｖｏｎに到達する場合における、共振回路部１３０による共振電圧およびインバータ回路部１２０の駆動周波数の様子を示すタイミングチャートである。ここで、放電灯２００の特性として、放電灯２００内の電極間を絶縁破壊する電圧が２．７ｋＶ以上である場合、点灯電圧Ｖｏｎを３ｋＶと設定する。
【００４３】
共振回路部１３０のＬ（インダクタ）およびＣ（キャパシタ）の値のセンター値によって算出される共振周波数ｆ０が約３５０ｋＨｚである場合、インバータ回路部１２０の駆動周波数における３次高調波によって、共振回路部１３０の共振電圧を取得する。すなわち、インバータ回路部１２０の駆動周波数が共振周波数ｆ０（≒３５０ｋＨｚ）の１／３（≒１１７ｋＨｚ）となる際に、共振回路部１３０の共振電圧は、ピーク電圧Ｖｐとなる。
【００４４】
上述したように、通常、共振回路部１３０の共振周波数ｆ０は、ＬおよびＣの個体バラツキ等を伴うため、インバータ回路部１２０の駆動周波数を個体毎および起動毎に調整する必要がある。図３に示した起点周波数ｆｓは、共振回路部１３０による共振周波数ｆ０（≒３５０ｋＨｚ）より十分高い周波数（ここでは、４５０ｋＨｚとする）に設定し、インバータ回路部１２０の駆動を開始する（駆動周波数は１５０ｋＨｚ）。
【００４５】
そして、当該駆動周波数を起点周波数ｆｓ（＝４５０ｋＨｚ）から一定時間毎に徐々に降下させると、共振周波数ｆ０よりも高い周波数ｆ１において（時刻ｔ１）、電圧検出回路部１４０は、共振回路部１３０による共振電圧が点灯電圧Ｖｏｎ（３ｋＶ）であることを検出する。これにより、当該共振電圧（＝点灯電圧Ｖｏｎ）における周波数ｆ１（駆動周波数は（ｆ１）／３）をインバータ回路部１２０の駆動周波数（放電灯点灯駆動周波数）として設定する。
【００４６】
時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間において、駆動周波数を周波数ｆ２まで上昇させ、共振電圧を点灯電圧Ｖｏｎ（３ｋＶ）より十分低い電圧Ｖ１まで降下させる。
【００４７】
時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間において、再度、駆動周波数を周波数ｆ２から一定時間毎に徐々に降下させる。そして、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間において、放電灯２００に対して、共振電圧（＝点灯電圧Ｖｏｎ）を印加し続けるようにする。
【００４８】
その後、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの期間において、再度、駆動周波数を周波数ｆ２まで上昇させ、共振電圧を点灯電圧Ｖｏｎ（３ｋＶ）より十分低い電圧Ｖ１まで降下させる。
【００４９】
以降、時刻ｔ２から時刻ｔ５までの動作を、放電灯２００が点灯するまで繰り返す。
【００５０】
上述のように、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間において、点灯電圧Ｖｏｎ（３ｋＶ）という高電圧を放電灯２００に対して印加し続けながら、一方、全体的な期間においては、断続的に、点灯電圧Ｖｏｎ（３ｋＶ）という高電圧を放電灯２００に対して印加していることになる。
【００５１】
したがって、放電灯２００および放電灯点灯装置１００を構成する各回路素子に対して、予期しない過大な電流が流れることを抑制し、放電灯２００を確実に点灯させる。また、駆動周波数は、常に共振周波数ｆ０よりも高い周波数であるため（図３および図４で示す領域Ｂ）、インバータ回路部１２０に流れるドレイン電流Ｉｄには、予期しない過大な電流であるサージ電流が発生しない。
【００５２】
換言すれば、仮に、共振周波数ｆ０における共振電圧のピーク電圧Ｖｐが４ｋＶであったとしても、電圧検出回路部１４０によって、共振電圧が点灯電圧Ｖｏｎ（３ｋＶ）であることを検出すれば、当該共振電圧（＝点灯電圧Ｖｏｎ）における周波数ｆ１（駆動周波数は（ｆ１）／３）をインバータ回路部１２０の駆動周波数（放電灯点灯駆動周波数）として設定する。これにより、必要以上に過大な電流が流れることを防止し、駆動周波数は、常に共振周波数ｆ０よりも高い周波数であるため（図３および図４で示す領域Ｂ）、インバータ回路部１２０に流れるドレイン電流Ｉｄには、予期しない過大な電流であるサージ電流が発生しない。
【００５３】
さらに、放電灯点灯装置１００を構成する各回路素子の個体バラツキおよび周辺温度等の環境に応じて、共振電圧３ｋＶを出力できない可能性もある。つまり、電圧検出回路部１４０によって点灯電圧Ｖｏｎ（＝３ｋＶ）が検出されることがない。この場合、インバータ回路部１２０の駆動周波数（放電灯点灯駆動周波数）を設定できず、制御回路部１５０はインバータ回路部１２０を制御できない可能性がある。
【００５４】
具体的には、インバータ回路部１２０の駆動周波数を起点周波数ｆｓから一定時間毎に徐々に降下させていく過程において、点灯電圧Ｖｏｎ（＝３ｋＶ）が検出される前に、共振電圧のピーク電圧Ｖｐが検出される。その際、放電灯２００が点灯する可能性はあるが、放電灯２００に対して高電圧を１回だけ印加したとしても、放電灯２００の電極間を絶縁破壊することができないことが多く、不点灯となる可能性がある。換言すれば、放電灯２００の電極間を絶縁破壊するためには、共振電圧のピーク電圧Ｖｐよりも小さくなっても、放電灯２００の電極間に断続的に高電圧を印加することで不点灯となる可能性を大幅に改善する必要がある。
【００５５】
図６は、共振電圧が点灯電圧Ｖｏｎに到達しない場合における、共振回路部１３０による共振電圧およびインバータ回路部１２０の駆動周波数の様子を示すタイミングチャートである。図５で説明したように、同様に、起点周波数ｆｓを、共振回路部１３０による共振周波数ｆ０（≒３５０ｋＨｚ）より十分高い周波数（４５０ｋＨｚ）に設定し、インバータ回路部１２０の駆動を開始する（駆動周波数は１５０ｋＨｚ）。
【００５６】
そして、当該駆動周波数を起点周波数ｆｓ（＝４５０ｋＨｚ）から一定時間毎に徐々に降下させるが、ここでは、電圧検出回路部１４０は、共振回路部１３０による共振電圧が点灯電圧Ｖｏｎ（３ｋＶ）に到達することを検出することなく、共振周波数ｆ０における共振電圧のピーク電圧Ｖｐを検出することになる。
【００５７】
より詳細には、インバータ回路部１２０の駆動周波数を起点周波数ｆｓから一定時間毎に徐々に降下させることによって共振電圧を上昇させる。そして、共振周波数ｆ０から更に共振周波数ｆ０より低い周波数（領域Ａ）まで降下させ、時間ｔ１２において、共振周波数ｆ０より十分低い周波数ｆ１１まで降下させる。ここで、時刻０から時刻ｔ１２の期間において、電圧検出回路部１４０は、共振周波数ｆ０における共振電圧のピーク電圧Ｖｐを検出する。
【００５８】
なお、時刻０から時刻ｔ１２までの期間において、共振周波数ｆ０より所定値だけ高い周波数ｆ１３（時刻ｔ１１）における共振電圧Ｖ１１を、放電灯２００を点灯させるための高電圧とし、当該周波数ｆ１３（駆動周波数は（ｆ１３）／３）を、放電灯２００を点灯させる周波数である放電灯点灯駆動周波数として決定しておく。
【００５９】
時刻ｔ１２において、一旦、インバータ回路部１２０の駆動周波数を、共振周波数ｆ１３より所定値だけ高い周波数ｆ１２まで上昇させる。
【００６０】
時刻ｔ１２から時刻ｔ１３の期間において、インバータ回路部１２０の駆動周波数を、周波数ｆ１２から上述した周波数ｆ１３まで、一定時間毎に徐々に降下させることによって、電圧検出回路部１４０は、共振回路部１３０による共振電圧が共振電圧Ｖ１１に到達することを検出する
【００６１】
時刻ｔ１３から時刻ｔ１４の期間において、周波数ｆ１３（駆動周波数はその１／３）を保持することによって、放電灯２００に対して、共振電圧Ｖ１１を印加し続けるようにする。
【００６２】
その後、時刻ｔ１４から時刻ｔ１５までの期間において、駆動周波数を周波数ｆ１２まで上昇させ、共振電圧を共振電圧Ｖ１１より十分低い共振電圧Ｖ１２まで降下させる。
【００６３】
以降、時刻ｔ１２から時刻ｔ１５までの動作を、放電灯２００が点灯するまで繰り返す。
【００６４】
上述のように、時刻ｔ１３から時刻ｔ１４までの期間において、共振電圧Ｖ１１（ピーク電圧よりも少し小さい電圧）という高電圧を放電灯２００に対して印加し続けながら、一方、全体的な期間においては、断続的に、共振電圧Ｖ１１という高電圧を放電灯２００に対して印加していることになる。
【００６５】
したがって、放電灯２００および放電灯点灯装置１００を構成する各回路素子に対して、予期しない過大な電流または電圧が発生することを抑制し、確実に、断続的な共振電圧Ｖ１１という高電圧を放電灯２００に対して印加することで、放電灯２００を安定的に点灯させる。また、駆動周波数は、常に共振周波数ｆ０よりも高い周波数であるため（図３および図４で示す領域Ｂ）、インバータ回路部１２０に流れるドレイン電流Ｉｄには、予期しない過大な電流であるサージ電流が発生しない。
【００６６】
より詳細には、電圧検出回路部１４０によって点灯電圧Ｖｏｎ（＝３ｋＶ）が検出されない場合であっても、共振周波数ｆ０近傍における、ほぼピーク電圧Ｖｐである共振電圧Ｖ１１を継続して出力可能としている。その結果、放電灯２００に対して１回だけ高電圧を印加する場合に比べて、放電灯２００の点灯性能を飛躍的に改善することができる。
【００６７】
また、駆動周波数は、常に共振周波数ｆ０よりも高い周波数であるため（図３および図４で示す領域Ｂ）、インバータ回路部１２０に流れるドレイン電流Ｉｄには、予期しない過大な電流であるサージ電流が発生しない。
【００６８】
次に、本発明の一実施形態に係る放電灯点灯装置１００が実行する放電灯点灯方法について、処理の流れを詳しく説明する。図７は、本発明の一実施形態に係る放電灯点灯装置１００が実行する放電灯点灯方法７００の処理の流れを示すフローチャートである。
【００６９】
先ず、放電灯点灯開始指示があると、ステップＳ７１０において、制御回路部１５０は、インバータ回路部１２０の駆動周波数を起点周波数ｆｓに設定する。
【００７０】
ステップＳ７２０において、制御回路部１５０は、インバータ回路部１２０の駆動周波数を、起点周波数ｆｓから一定時間毎に徐々に降下させる。
【００７１】
ステップＳ７３０において、制御回路部１５０は、共振回路部１３０における共振電圧が点灯電圧Ｖｏｎに到達したか否かを判定する。具体的には、電圧検出回路部１４０は、共振回路部１３０における共振電圧を監視し、当該共振電圧が点灯電圧Ｖｏｎに到達した場合、当該情報を制御回路部１５０に通知すればよい。
【００７２】
ここで、当該共振電圧が点灯電圧Ｖｏｎに到達していない場合には、ステップＳ７４０の処理に進み（ステップＳ７３０のＮｏ）、当該共振電圧が点灯電圧Ｖｏｎに到達した場合には、ステップＳ７７０の処理に進む（ステップＳ７３０のＹｅｓ）。なお、ステップＳ７７０の処理に進むことは、ピーク電圧Ｖｐ＞点灯電圧Ｖｏｎであって、放電灯点灯装置１００は、上述した図５で説明したように動作する。
【００７３】
ステップＳ７４０において、制御回路部１５０は、共振回路部１３０における共振電圧のピーク電圧Ｖｐを検出する。具体的には、電圧検出回路部１４０は、共振回路部１３０における共振電圧を監視し、当該共振電圧のピーク電圧Ｖｐを検出して、当該情報を制御回路部１５０に通知すればよい。
【００７４】
ここで、当該共振電圧が点灯電圧Ｖｏｎに到達せずに（ステップＳ７３０のＮｏ）、共振回路部１３０における共振電圧のピーク電圧Ｖｐを検出することは、ピーク電圧Ｖｐ≦点灯電圧Ｖｏｎであって、放電灯点灯装置１００は、上述した図６で説明したように動作する。
【００７５】
ステップＳ７５０において、制御回路部１５０は、ピーク電圧Ｖｐにおける共振周波数ｆ０を取得する。具体的には、電圧検出回路部１４０は、共振回路部１３０における共振電圧を監視し、制御回路部１５０は、当該共振電圧がピーク電圧Ｖｐに到達したことを認識することによって、制御回路部１５０は、当該ピーク電圧Ｖｐにおける共振周波数ｆ０を取得すればよい。
【００７６】
ステップＳ７６０において、制御回路部１５０は、共振周波数ｆ０より所定値だけ大きい周波数ｆ１３を放電灯点灯駆動周波数に設定する。
【００７７】
ステップＳ７７０において、制御回路部１５０は、点灯電圧Ｖｏｎにおける駆動周波数を放電灯点灯駆動周波数に設定する。
【００７８】
ステップＳ７８０において、制御回路部１５０は、ステップＳ７６０またはステップＳ７７０で設定された放電灯点灯駆動周波数でインバータ回路部１２０を駆動させるように制御する。これにより、共振電圧Ｖ１１または点灯電圧Ｖｏｎという高電圧を放電灯２００に印加する。
【００７９】
以上のように、本発明の一実施形態に係る放電灯点灯装置１００および放電灯点灯方法７００によれば、放電灯２００を点灯させる際、当該放電灯２００に印加する高電圧を制御することによって、当該放電灯２００を確実に点灯させつつ、かつ放電灯２００および放電灯点灯装置１００を構成する各回路素子に対して、予期しない過大な電流または電圧が発生することを抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、例えば、高圧水銀灯ランプ等を放電灯として用いる放電灯点灯装置および投射型画像装置等に有用である。
【符号の説明】
【００８１】
１００ 放電灯点灯装置
１１０ 直流電源電流生成回路部
１２０ インバータ回路部
１３０ 共振回路部
１４０ 電圧検出回路部
１５０ 制御回路部
２００ 放電灯
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電灯を点灯させる放電灯点灯装置であって、
直流電源電圧を供給する直流電源生成回路部と、
インダクタとキャパシタとから構成され、当該インダクタおよびキャパシタによる共振電圧を前記放電灯に印加する共振回路部と、
前記放電灯に印加されている共振電圧を検出する電圧検出回路部と、
前記直流電源生成回路部によって供給される直流電源電圧に基づいて、前記共振回路部を駆動周波数で交流駆動させるインバータ回路部と、
前記電圧検出回路部によって検出される共振電圧を監視し、当該共振電圧に基づいて前記インバータ回路部を制御する制御回路部とを備え、
前記制御回路部は、
前記駆動周波数を所定の起点周波数から降下させて、前記共振電圧が前記放電灯が点灯する点灯電圧に到達した場合、当該点灯電圧における駆動周波数を前記放電灯を点灯させる周波数である放電灯点灯駆動周波数として設定し、
前記駆動周波数を前記所定の起点周波数から共振周波数まで降下させても、前記共振電圧が前記点灯電圧に到達しない場合、前記共振電圧のピーク電圧における駆動周波数より所定値だけ大きい周波数を前記放電灯点灯駆動周波数として設定し、
前記インバータ回路部は、前記制御回路部によって設定された放電灯点灯駆動周波数で前記共振回路部を交流駆動させることを特徴とする、放電灯点灯装置。
【請求項２】
前記制御回路部は、前記放電灯点灯駆動周波数で前記インバータ回路部を制御することを特徴とする、請求項１に記載の放電灯点灯装置。
【請求項３】
前記制御回路部は、所定期間継続して前記放電灯点灯駆動周波数を設定することを特徴とする、請求項２に記載の放電灯点灯装置。
【請求項４】
前記制御回路部は、前記放電灯点灯駆動周波数を周期的に設定することを特徴とする、請求項２に記載の放電灯点灯装置。
【請求項５】
放電灯を点灯させる放電灯点灯装置が実行する放電灯点灯方法であって、
インバータ回路が駆動する駆動周波数を所定の起点周波数に設定するステップと、
前記駆動周波数を前記起点周波数から一定時間毎に徐々に降下させるステップと、
インダクタとキャパシタとから構成された共振回路における共振電圧が前記放電灯が点灯する予め設定された点灯電圧に到達したかを検出するステップと、 前記共振電圧が前記点灯電圧に到達していない場合、前記点灯電圧より小さい当該共振電圧のピーク電圧における駆動周波数を取得し、当該共振周波数より所定値だけ大きい駆動周波数を放電灯点灯駆動周波数として設定するステップと、
前記共振電圧が前記点灯電圧に到達した場合、当該点灯電圧における駆動周波数を取得し、当該駆動周波数を放電灯点灯駆動周波数として設定するステップと、
前記放電灯点灯駆動周波数で前記インバータ回路を駆動させるように制御するステップとを含む、放電灯点灯方法。
【請求項１】
放電灯を点灯させる放電灯点灯装置であって、
直流電源電圧を供給する直流電源生成回路部と、
インダクタとキャパシタとから構成され、当該インダクタおよびキャパシタによる共振電圧を前記放電灯に印加する共振回路部と、
前記放電灯に印加されている共振電圧を検出する電圧検出回路部と、
前記直流電源生成回路部によって供給される直流電源電圧に基づいて、前記共振回路部を駆動周波数で交流駆動させるインバータ回路部と、
前記電圧検出回路部によって検出される共振電圧を監視し、当該共振電圧に基づいて前記インバータ回路部を制御する制御回路部とを備え、
前記制御回路部は、
前記駆動周波数を所定の起点周波数から降下させて、前記共振電圧が前記放電灯が点灯する点灯電圧に到達した場合、当該点灯電圧における駆動周波数を前記放電灯を点灯させる周波数である放電灯点灯駆動周波数として設定し、
前記駆動周波数を前記所定の起点周波数から共振周波数まで降下させても、前記共振電圧が前記点灯電圧に到達しない場合、前記共振電圧のピーク電圧における駆動周波数より所定値だけ大きい周波数を前記放電灯点灯駆動周波数として設定し、
前記インバータ回路部は、前記制御回路部によって設定された放電灯点灯駆動周波数で前記共振回路部を交流駆動させることを特徴とする、放電灯点灯装置。
【請求項２】
前記制御回路部は、前記放電灯点灯駆動周波数で前記インバータ回路部を制御することを特徴とする、請求項１に記載の放電灯点灯装置。
【請求項３】
前記制御回路部は、所定期間継続して前記放電灯点灯駆動周波数を設定することを特徴とする、請求項２に記載の放電灯点灯装置。
【請求項４】
前記制御回路部は、前記放電灯点灯駆動周波数を周期的に設定することを特徴とする、請求項２に記載の放電灯点灯装置。
【請求項５】
放電灯を点灯させる放電灯点灯装置が実行する放電灯点灯方法であって、
インバータ回路が駆動する駆動周波数を所定の起点周波数に設定するステップと、
前記駆動周波数を前記起点周波数から一定時間毎に徐々に降下させるステップと、
インダクタとキャパシタとから構成された共振回路における共振電圧が前記放電灯が点灯する予め設定された点灯電圧に到達したかを検出するステップと、 前記共振電圧が前記点灯電圧に到達していない場合、前記点灯電圧より小さい当該共振電圧のピーク電圧における駆動周波数を取得し、当該共振周波数より所定値だけ大きい駆動周波数を放電灯点灯駆動周波数として設定するステップと、
前記共振電圧が前記点灯電圧に到達した場合、当該点灯電圧における駆動周波数を取得し、当該駆動周波数を放電灯点灯駆動周波数として設定するステップと、
前記放電灯点灯駆動周波数で前記インバータ回路を駆動させるように制御するステップとを含む、放電灯点灯方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図４】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−３３４７１（Ｐ２０１２−３３４７１Ａ）
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３９５３９（Ｐ２０１１−１３９５３９）
【出願日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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