방전 램프 점등 장치 및 프로젝터 document_id A220623035348

예를 들면, 액정 프로젝터나 DLP(TM) 프로젝터와 같은 화상 표시용 등의 광 학 장치를 위한 프로젝터에 있어서는, 고휘도 방전 램프(HID 램프)가 사용된다. 상기한 프로젝터에는, 다이클로익 프리즘 등에 의해 적, 녹, 청 즉 R, G, B의 3원색을 분리하고, 각 색마다 설치한 공간 변조 소자에 의해서 각 3원색별의 화상을 발생시키고, 다이클로익 프리즘 등에 의해 광로를 재합성하여 컬러 화상을 표시하는 방식이 있다. 또 한편으로는, 모식적으로 구조를 도시하는 도면인 도 22(a)에 도시하는 것과 같은, R, G, B의 3원색의 투과색을 가지는 컬러 휠, 즉 R색 영역(A3r), G색 영역(A3g), B색 영역(A3b)으로 이루어지는 필터를 회전시키고, 이 필터, 즉 동적 색필터에 광원으로부터의 광을 통과시킴으로써 각 3원색의 광속을 순차 발생시키고, 이에 동기시켜 공간 변조 소자를 제어함으로써, 각 3원색별의 화상을 시간 분할에 의해서 순차 발생시키고, 컬러 화상을 표시하는 방식도 있다. 밝기를 중요시하는 용도에서는, 도 23의 (a)에 도시하는 바와같이, R, G, B의 3원색에 W 즉 백색을 추가하고, R색 영역(A4r), G색 영역(A4g), B색 영역(A4b), W색 영역(A4w)으로 이루어지는 4색의 동적 색필터를 탑재하여, 각 4색별의 화상을 순차 발생시켜 컬러 화상을 표시하는 경우도 있고, 또한 많은 색 영역을 설치하여, 색 표현 능력의 증강을 도모하는 경우도 있다. 상기한 바와같은 방전 램프를 점등시키는 방전 램프 점등 장치에 있어서는, 우선, 시동에 있어서, 램프에 무부하 개방 전압이라고 불리는 전압을 인가한 상태에서, 고 전압을 인가하여 방전 공간 내에 절연 파괴를 발생시켜 글로우 방전을 거쳐 아크 방전으로 이행시키고, 최종적으로, 안정된 정상 점등을 실현하도록 동작한다. 아크 방전으로 이행 직후는, 예를 들면 10V 정도의 낮은 값인 램프의 방전 전압은, 온도 상승에 따라 서서히 상승하고, 정상 점등 상태에서는 일정 전압으로 안정된다. 통상, 방전 램프 점등 장치는, 소정의 램프 투입 전력을 실현하기 위해서 필요한 램프 전류를 출력할 수 있도록, 입력 전원의 출력을 램프의 방전 전압에 적합하게 하는 컨버터를 가지고 있고, 또한, 램프 전압, 즉 컨버터의 출력 전압을 검출하고, 이 정보에 의거해, 예를 들면 목표 전력을 검출 전압으로 나눈 몫의 값에 의해서, 목표 램프 전류를 결정하는 구조를 가진다. 방전 램프의 구동의 방식에 관해서는, 상기 컨버터에 의해서 램프를 점등시키는 직류 구동 방식과, 상기 컨버터의 후단에 인버터를 더 구비함으로써 반복 극성 반전을 행하는 교류 구동 방식이 있다. 직류 구동 방식의 경우는, 램프로부터의 광속(光束)도 또한 직류적, 즉 시간적으로 변화하지 않으므로, 기본적으로, 상기한 프로젝터의 양쪽 방식 모두에 있어서, 완전히 동일하게 적용할 수 있다는 큰 이점이 있다. 이에 대해, 교류 구동 방식의 경우는, 극성 반전 주파수라고 하는, 직류 구동 방식에는 없는 자유도를 이용하여, 방전 램프 전극의 소모나 성장을 제어할 수 있는 가능성이 있다고 하는 이점이 있는 반면, 극성 반전 시의 발광의 일시적 정지나 오버 슛등이 생겨 표시 화상에 악영향을 미치는 등, 극성 반전이 존재하는 것 자체에 기인하는 불리한 점도 있다. 통상은, 인버터의 후단에 존재하는 용량 성분, 혹은 시동 회로 등의 유도 성분에 기인하여, 교류 구동을 위한 극성 반전 시마다, 램프 전류에 있어서 완만한 변화, 혹은 반대로 오버 슛이나 진동 등의 과도 현상이 발생하고, 이것이 거의 그대로 램프로부터의 광속의 일시적 정지나 오버 슛, 진동 등의 변동으로서 나타나므로, 상기한 프로젝터 중, 시간 분할 방식에 적용하려는 경우는, 화상을 시간 분할에 의해서 순차 발생시키는 타이밍과, 램프의 교류 구동의 극성 반전 타이밍과의 엇갈림, 즉 비트 주파수에서 표시 화상에 변동이 나타나고, 비트 주파수에 따라서는 보기 어렵게 된다는 문제가 있으므로, 인버터의 극성 반전 타이밍의 컬러 휠 회전에 대한 동기를 취하도록 연구가 실시된다. 상기한 극성 반전시마다 생기는, 램프 전류에 있어서 완만한 변화, 혹은 반대로 오버 슛이나 진동 등의 과도 현상은 불가피하고, 이 현상이 생기는 기간의 램프 발광은 유효 이용이 어렵기 때문에, 통상은, 극성 반전이, 동적 색필터의 색이 완전히 바뀌는 기간에 있어서 발생하도록, 방전 램프 점등 장치의 극성 반전 동작의 타이밍 조정이 행해진다. 그런데, 표시 화상의 색 재현 성능을 높게 하기 위해서는, 광원 램프의 스펙트럼 분포와 상기한 동적 색 필터를 이용한 색 순차 광속에의 변환 형태의 정합이 중요하다. 상기한 컬러 휠의 경우, R, G, B(및 W) 각 색의 영역의 각도 분포, 즉 1회전당 각 색이 투과하고 있는 시간의 비율을, 램프의 스펙트럼에 맞추어 설정함으로써, 색 재현 성능의 향상, 혹은 원하는 색 재현 성능에의 개선을 도모할 수 있다. 예를 들면, R성분이 부족한 램프를 사용하는 경우는, 도 22의(b) 또는 도 23의 (b)에 도시하는 바와같이, R색 영역(A3r’, A4r’), G색 영역(A3g’, A4g’), B색 영역(A3b’, A4b’), 또한 W색 영역(A4w’)의, 회전축 둘레의 각 영역의 점유 각도의 비율을 불균형하게 하고, R성분의 투과 영역의 각도를 크게 함으로써, 모식적으로 램프 전류(IL’)의 파형을 나타내는 도면인 도 24의 (a) 또는 도 25의 (a)에 도시하는 바와같이, R성분이 투과하는 시간의 비율을 다른 색보다 길게 하는 것이 유효하다. 또한, 도 24나 도 25 등에 있어서의 램프 전류(IL’)의 파형에 부기된 「R 」「G」「B」「W」등의 문자는, 동적 색 필터의 발생 광속의 주요 색이, 각각 R, G, B, W인 기간, 즉 R색 기간(Tr), G색 기간(Tg), B색 기간(Tb), W색 기간(Tw)인 것을 나타내는 것으로, 후술하는 다른 도면에 있어서도 동일하다. 그러나, 이러한 방법에 따라 색 재현 성능을 원하는 것으로 개선시키는 경우는, 예를 들면 DLP 방식의 프로젝터에서는, 표시 화상의 각 화소의 색 마다의 휘도를 공간 변조 소자의 각 화소 동작의 듀티 사이클비로 제어하므로, 투과하는 시간의 비율을 줄인 색 성분에 있어서는, 화소 조화의 미세한 제어를 하기 어렵다는 문제가 생긴다. 이러한 문제를 해결하기 위해서, 예를 들면, 일본국 특허공표 평 08－505031호에는, 화상 투사 장치에 있어서, 컬러 변화 수단의 출력에 의해서 주어지는 광 빔의 컬러에 동기해 광원의 출력 파워를 변화시키는 광원 구동 제어 수단을 설치하는 것이 제안되어 있다. 또한, 일본국 특허공표 2004－526992호에도, 마찬가지로 색에 대응해 2종류의 레벨의 전력을 램프에 공급하도록 한 컬러 디스플레이 장치가 제안되어 있다. 이들 기술의 공통점은, 요컨데, 프로젝터에 있어서 발현하는 필터색에 대응하여 램프 전류에 펄스를 중첩하도록 변조를 행하는 것이다. 예를 들면, 상기한 R성분이 부족한 램프를 사용하는 경우는, 도 24의(b) 또는 도 25의 (b)에 나타나는 바와같이, R성분이 투과하는 기간의 램프 전류(IL’)를 다른 색보다 크게 함으로써, R성분의 부족을 보충할 수 있다. 그러나, 상기한 바와같이, 투과 시간 비율을 길게 하여 부족한 색 성분의 보정을 행한다고 해도, 또한, 램프 전류에 펄스를 중첩하도록 변조를 행해도, 해결되지 않는 문제가 있다. 방전 램프에 있어서는, 적어도 아크 방전시에는, 열 전자 방출에 의해서 음극으로부터 튀어나온 전자가 양극에 도달하고, 여기서 불필요하게 된 운동 에너지가 해방되는데, 해방된 운동 에너지는 열 에너지로 변환되므로, 방전 램프의 양극의 전극 중, 양극측의 전극이, 음극측의 전극보다 발열 즉 열부하가 크다. 교류 구동 방식의 방전 램프에 있어서는, 2개 있는 전극에 있어서, 그 음극과 양극의 관계가, 극성 반전시마다 바뀐다. 도 24의 (a)와 (b) 및 도 25의 (a)와 (b)에 기재의 전 조건에 있어서는, R성분의 부족을 보충하기 위해서, R성분에 대응한 극성 반전 위상에 있어서, 극성 반전으로부터 다음 극성 반전까지의 시간의 길이, 또는 전류치가 커지도록 하고 있는데, 도 25의 (a)와 (b)에 나타내는 조건에 있어서는, R성분에 대응한 극성 반전 위상이, 항상 램프 전류(IL’)가 정(正)인 경우에 한정되어 발현하고 있다. 따라서 이 조건에서는, 교류 구동 방식의 방전 램프의 2개의 전극 중, R성분에 대응한 극성 반전 위상에 있어서 양극이 되는 한쪽측의 전극에 있어서, 항상 다른쪽보다 큰 발열이 발생하게 되어, 전극의 열 부하가 언밸런스하게 되어 버린다. 이 때문에, 예를 들면, 한쪽 전극이 집중적으로 소모되고, 전체적으로 램프 수명이 짧아지는 문제가 발생한다. 한편, 도 24의 (a)와 (b)에 나타내는 조건에 있어서는, R성분에 대응한 극성 반전 위상은, 램프 전류(IL’)가 정인 경우와 부인 경우가 교대로 발현하고 있다. 따라서 이 조건에서는, 전극의 열 부하의 언밸런스는 발생하지 않고, 상기한 문제는 발생하지 않는다. 전자의 조건과 후자의 조건에 있어서, 이러한 문제 발생 유무의 차이가 생기는 원인은, 전자의 조건에서는, 동적 색 필터의 1주기 동작에 있어서의 방전 램프 점등 장치의 극성 반전의 회수가 짝수회인데 대해, 후자의 조건에서는 홀수회인 것에 의한다. 또한, 여기에서는 R성분에 대응한 극성 반전 위상에 있어서 극성 반전으로부터 다음 극성 반전까지의 시간의 길이를 길게 하는 예와, 램프 전류를 크게 하는 예를 나타냈는데, 다른 색이나 복수의 색 성분에 대응한 극성 반전 위상에 있어서, 마찬가지로 극성 반전으로부터 다음 극성 반전까지의 시간의 길이의 개변을 행하거나, 변조에 의한 램프 전류의 개변을 행하는 경우나, 상기한 극성 반전으로부터 다음 극성 반전까지의 시간의 길이의 개변 및 변조에 의한 램프 전류의 개변을 병용 하는 경우에도 사정은 같다. 이 때문에, 예를 들면, 일본국 특허공개 2006－227440호에는, 짝수개의 색을 가지는 컬러 휠의 1주기 동작에 대한 방전 램프 점등 장치의 극성 반전의 회수를, 홀수회로 제한하는 것이 제안되고, 또한, 컬러 휠의 1주기의 동작에 대한, 양쪽 극성의 전류치의 시간 적산이 실질적으로 일치하도록, 램프 전류의 변조의 방법을 조정한 조건으로 제한하는 것이 제안되어 있다. 그러나, 이 제안의 방법에서는, 전극의 열부하의 언밸런스는 발생하지 않지만, 실제 가동시키고 싶은 조건으로부터 벗어난, 제한된 조건으로 램프를 점등시키지 않으면 안되어, 램프 점등의 가동 조건에 관한 자유도에 대해서 제한이 가해지는 문제가 있었다. 003c#특허 문헌 1003e# 일본국 특허공표 평 08－505031호 003c#특허 문헌 2003e# 일본국 특허공표 2004－526992호 003c#특허 문헌 3003e# 일본국 특허공개 2006－227440호