高压放电灯点亮装置及投影机 技术领域 本发明涉及高压放电灯点亮装置及搭载有该高压放电灯点亮装置的投影机。 特别 是， 本发明涉及由高压放电灯与其点亮装置构成的高压放电灯点亮装置以及搭载有该高压 放电灯的投影机， 其中， 该高压放电灯为， 在发光管内封入有 0.2mg/mm3 以上的水银、 点亮时 的水银蒸汽压较高、 例如为 110 大气压以上的交流点亮型的高压放电灯， 适合作为投射型 投影机装置及背投电视机等的投射用光源使用。
背景技术 投射型投影机装置被要求对矩形状的屏幕均匀地、 并且追求充分的色彩再现性地 照明图像， 因此， 作为光源， 使用封入有水银及金属卤化物的金属卤化物灯。 此外， 最近进一 步的小型化、 点光源化不断进展， 电极间距离极小的结构已实用化。 基于这样的背景， 最近， 代替金属卤化物灯而使用具有极高的水银蒸汽压、 例如 20MPa( 约 197 大气压 ) 以上的高压 放电灯。 它是通过提高水银蒸汽压， 从而缩减电弧的范围、 并且实现进一步的光输出的提高 的灯。
作为上述灯， 例如使用在由石英玻璃构成的发光管中以 2mm 以下的间隔对置配 置一对电极， 并在该发光管中封入 0.20mg/mm3 以上的水银、 惰性气体和 10-6μmol/mm3 ～ 10-2μmol/mm3 的范围的卤素的高压放电灯 ( 例如参照专利文献 1)。
这种放电灯及其点亮装置例如在专利文献 2 中公开。专利文献 3 中公开的高压 放电灯是稳态点亮时的管内水银蒸汽压为 15MPa ～ 35MPa、 在发光管内以 10-6μmol/mm3 ～ 10-2μmol/mm3 的范围封入了卤素物质的灯， 通过在发光管内设置一对电极、 在电极前端部 的中心附近设置突起部， 抑制在电极间产生的放电电弧的位置在电极前端的中央部及周边 部之间不稳定而发生移动的所谓电弧跳跃现象的发生。并且， 通过由 DC/DC 变换器、DC/AC 逆变器 (inverter) 和高压发生装置构成的点亮装置， 在上述一对电极间施加交流电压而 使其点亮。
另一方面， 近年来， 随着投影机小型化并被用于一般家庭， 需要配合使用环境的明 亮度、 投影的影像的种类， 考虑使画面不会变得过亮。为了应对这样的要求， 设计了具有被 称作所谓的调光功能的功能的投影机 ( 例如专利文献 3)。 这里， 所谓调光功能， 是指通过使 高压放电灯以比额定功率低的功率点亮来实现灯的明亮度调节、 低功率消耗化等的功能。 以下， 将以比额定功率低的功率点亮称作 “调光功率点亮” 。
在目前的高压放电灯点亮装置中， 通常具备 “额定功率点亮” 和 “调光功率点亮” 两 者， 在本说明书中， 将以 “额定功率点亮” 和 “调光功率点亮” 使灯点亮规定为稳态点亮。此 外， “调光功率点亮” 通常以 “额定功率点亮” 的 60 ～ 80％的功率进行动作。
在图 17 中表示通过具有调光功能的点亮装置使高压放电灯点亮时的电流波形的 一例。
如该图所示， 如果在额定功率点亮期间， 调光功率点亮指令信号成为开启， 则使电 极下降到额定功率点亮的 60 ～ 80％左右， 使灯点亮。
进而， 最近还设计了具有在不需要向画面的投射本身的情况下暂时不投射的、 例 如称作 AV 静默 (mute) 的功能的投影机。
这样的功能在放电灯在刚刚熄灭之后因内部压力较高而不能再点亮从而机械地 进行关闭 (shutter) 的情况下， 调节施加在液晶面板上的电压、 将投射在屏幕上的光截断 等而进行应对。以下， 将在故意不投射画面的状态下使灯点亮这一情况称作 “待机功率点 亮” 。
在待机功率点亮中， 希望功率是低到极限的功率。 这是因为， 通过以低到极限的功 率点亮， 来自灯的发热急剧减少， 能够将作为来自投影机的噪声的主要原因的冷却风扇的 驱动停止或降低， 能够将来自投影机的噪声减小到极限。进而， 通过以较低的功率点亮， 能 够减轻灯的热负荷， 所以通过将需要投射的情况与不需要的情况组合， 能够延长实际的灯 寿命。这里， 所谓灯的热负荷， 是对发光管及电极的热负荷， 投入功率越低热负荷越能够减 小。
此外， 在投影机的性能之一中有对比度。它是在投影的画面为白的状 态 ( 明状 态 ) 和黑状态 ( 暗状态 ) 下比较画面上的亮度、 指示其比率的指标。由于通过对比度较高， 能够投影明暗鲜明的图像， 所以对比度与明亮度一起成为投影机的重要的性能。 目前， 为了 提高对比度， 采用安装上述机械的关闭功能等而形成黑状态的技术 ( 可变光阑 (iris) 功 能 )。 如上所述， 追求这样一种高压水银灯， 在额定功率下需要一定以上的明亮度， 并且 能够进行调光功率点亮， 并且还能够进行将调光功率极端缩减的待机功率点亮。
[ 专利文献 1] 日本特开平 2-148561 号公报
[ 专利文献 2] 日本特开 2001-312997 号公报
[ 专利文献 3] 日本特开 2000-131668 号公报
[ 专利文献 4] 日本特开 2006-332015 号公报
[ 专利文献 5] 日本特表 2005-522818 号公报
如上所述， 虽然要求能够进行将功率极端缩减的待机功率点亮的高压水银灯， 但 在供给了矩形波交流电流的状态下直接将功率大幅降低而使用的情况下， 会发生下述的问 题。
例如在专利文献 4 中， 记载了这种高压水银灯在点亮中、 在电极前端部形成突起、 以该突起为起点形成稳定的电弧放电这一情况。
根据专利文献 4， 记载了如下情况， 通过根据灯电压或根据灯点亮功率使稳态频率 及间歇 ( 周期性 ) 地插入的低频率的频率及波数变化， 来维持成为电弧起点的突起， 从而能 够进行稳定的动作。
但是， 根据上述技术， 点亮高压放电灯时， 例如在将额定功率 180W 的灯用 90W 点亮 的情况下， 在无论怎样对频率进行组合的情况下电弧起点都不稳定， 较多地发生所谓的闪 烁现象及中途熄灭。特别是， 对于额定功率 180W， 在 70W 以下显著地发生闪烁， 在 30W 以下 发生中途熄灭。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是， 提供一种灯点亮功率非常低的、 即使在相对于稳态点亮状态下的动作最大功率 P(W) 以 0.5×P(W) 以下的功率进行动作的情况下也能够使 放电灯的电弧起点在位置上稳定、 防止所谓的闪烁的发生、 并且抑制电极的变形， 从而不会 给画面投射模式下的点亮 动作带来影响、 即使在非常低的功率下也能够稳定地进行动作 的点亮装置及搭载有该高压放电灯点亮装置的投影机。
首先， 本申请的发明者们为了对以比上述以往的调光点亮功率更低的功率进行动 作的情况观察在交流驱动动作下发生闪烁现象的状况， 观察了使功率缓慢下降的情况下的 电弧起点部分。例如， 如果缓慢地使以 180W 进行额定动作的灯的功率变化， 则发现如果是 与额定动作相同的频率 ( 将其称作额定频率 )， 则在 140W 下， 形成了电弧起点部的突起部分 变形。进而， 基于专利文献 4， 选择比额定动作频率低的调光时的动作频率 ( 将其称作调光 频率 )、 并间歇地插入低频率， 从而到 130W 为止能够找到稳定地动作的频率， 但在进一步降 低功率的情况下， 可知不论选择哪个频率， 突起部分都会变形。
使用图 3 对该突起部分的变形进行说明。图 3 是示意地表示高压放电灯的发光管 部分的图， 20 是电极， A 是形成在电极 20 间的电弧。在将高压放电灯以额定功率点亮的情 况下， 为了抑制作为电极材料的钨由于点亮时产生的热而蒸发、 附着到发光管的管壁上而 造成的发光管黑化现象， 在发光管内封入了卤素物质以促进卤素循环。蒸发后的钨与卤素 化合， 在通过对流回到电弧等离子体 (arc plasma) 时离解而成为正离子。成为了正离子的 钨被吸引到以作为阴极相位侧的电极前端的电场集中点的电弧点为中心的区域， 并向那里 堆积。接着， 如果该电极反转为阳极相位， 则电子在电极前端的整体上发生碰撞， 电极温度 上升， 在阴极相位堆积的钨再次蒸发。
在额定功率点亮时， 该堆积与蒸发的平衡以能够在电极前端维持适当的突起的水 平 (level) 而达到稳定 ( 图 3(a))。但是， 在调光动作时、 即在以比额定功率低的功率点亮 的情况下， 由于阴极相位状态的电极前端部的温度变得比额定功率点亮时低， 所以作为电 极前端的电场集中点的电弧点被限定在突起前端的一部分上 ( 图 3(b))。 即， 即使在突起部 之中， 也产生电场特别容易集中的点和不是那样的点。 由于电弧点部分是非常高温的， 所以 虽然是阴极相位、 但钨蒸发而形状变形 ( 图 3(c))。通过变形后的形状， 电弧点部分的温度 下降， 接着向容易形成电弧点的地方移动 ( 图 3(d))。 通过重复这样的现象， 可以想到， 突起 整体变形为梯形状、 反复进行电弧跳跃的情况作为投射画面上的闪烁被辨识到。
为了避免这样的现象， 从这样的观点来看， 间歇地插入低频率对使电极前端的温 度上升是有效的， 可以容易地想到， 通过增加插入的波的数量， 能够使电极温度进一步上 升。 但是， 在交流驱动的情况下， 由于一定会交替地发生电极温度上升的阳极相位和电极温 度下降的阴极相位， 所以可以推测在温度上升量方面也存在界限。进而， 在使低频率的频 率过低的情况下， 例如在设为 10Hz 左右的情况下， 通过视觉识别出极性反转时的电流的变 化， 会发生投影出的画面看起来忽明忽暗那样的另外的闪烁现象。
接着， 确认在将功率缩减到 30W 左右时中途熄灭现象是怎样发生的。在刚刚将功 率从稳态点亮切换为待机点亮后， 没有问题地点亮， 但在约 10 秒左右发生了中途熄灭。如 果确认灯电压， 则灯电压上升到 200V 左右， 结果可知镇流器判断为异常电压而将灯熄灭。 另一方面， 如果观察电极的状况， 则可知， 因电极温度变得极低而不能进行热电子释放， 通 过电极整体放电的所谓辉光 (glow) 放电持续。通常可知， 与通过电极前端部的突起放电的 电弧放电相比， 辉光放电的灯电压变高， 达到约 150 ～ 200V 左右。本申请的发明者们如以上那样解明了在调光功率非常低的情况下发生的闪烁现 象及中途熄灭的原因， 而且对解决该问题的方法进行了全力研究， 结果实现了有关本发明 的高压放电灯的点亮方法等。
即， 为了达到上述目的， 有关本发明的第 1 高压放电灯的点亮方法为， 在包括在由 石英玻璃构成的放电容器中以 2mm 以下的电极间距离对置配置有体积大致相等的一对电 极、 在该放电容器中封入 0.2mg/mm3 以上的水银、 10-6μmol/mm3 ～ 10-2μmol/mm3 的范围的 卤素和规定量的惰性气体的高压放电灯、 和对该放电灯供给矩形波交流电流而使其点亮 的供电装置的高压放电灯点亮装置中， 其特征在于， 在相对于除了刚刚起动后的初始点亮 期间以外的稳态点亮状态下的动作最大功率 P(W)， 以 0.5×P(W) 以下的功率进行动作的 情况下， 若设矩形波交流电流的第 1 极性的驱动期间为 Ta( 秒 )、 第 2 极性的驱动期间为 Tb( 秒 )， 则进行动作， 以使上述第 2 极性的驱动期间 Tb 为 Tb ≤ 5ms、 上述两个驱动期间的 比率为 Tb/Ta ≤ 0.1。
在额定点亮的 50％以下的功率中， 通过使第 2 极性期间 Tb 为 Tb ≤ 5ms、 并且将驱 动期间的比率 Tb/Ta 设为 0.1 以下， 从而如下地推测是能够还是不一定能够进行稳定的动 作。在 50％以下的非常低的功率下， 电极前端部的 温度变低， 所以在阴极相位进行热电子 释放的区域变得比稳态点亮动作时小而被限定为非常狭小的点。在通常的交流驱动动作、 即 Tb/Ta ＝ 1 的状态下， 阳极相位与阴极相位交替地动作相同的时间。此时， 发生成为点的 区域按照每次阴极相位而不同的情况。假如成为点的区域不同， 则在上次的阴极相位中成 为点的部分也发生温度下降， 在接着的相位中难以成为点。 如果这样， 则总是在阴极相位中 搜索容易进行点动作的区域从而电弧四处移动， 所以导致闪烁现象。但是， 在第 2 驱动期间 Tb 为 Tb ≤ 5ms 的极短的期间使极性反转、 并且驱动期间的比 Tb/Ta 为 0.1 以下的情况下， 进行阴极动作的电极因驱动期间 Tb 非常短从而点被固定， 所以不会发生四处移动， 并且， 阳极侧的电极的温度不会发生所需以上的下降， 所以能够持续稳定的放电。
进而， 在本申请的高压放电灯中封入有 0.2mg/mm3 以上的水银。 在这样的高压放电 灯中， 在额定点亮的 50％以下的功率下， 即使假设完全没有进行冷却， 也产生不能蒸发的水 银、 即未蒸发水银。这是因为， 本来为了带来照度寿命、 明亮度这样的性能而决定能够承受 稳态点亮的发光管设计， 但在 50％以下的功率下， 即使在没有冷却的环境下也不会达到足 够使水银蒸发的发光管温度。 以往， 未蒸发水银的缩减放电电弧及放电起点的作用较低， 动 作压力也下降， 结果使光输出下降， 因此认为是不好的。但是， 在以额定点亮的 50％以下的 功率进行动作时， 由于不缩减放电电弧及放电起点， 所以带来保持固定的电极温度的作用， 所以推测出容易使进行阴极动作的电极的热电子释放。
这里， 作为在固定时间中将极性固定的点亮方法而考虑直流点亮。 特别是， 作为灯 调光方法， 在专利文献 5 中记载有在电流较低的情况下进行直流点亮的情况。
根据专利文献 5， 记载有在直流点亮的情况下， 灯不熄灭而能够进行动作直到电流 足够低的情况。所以， 使本申请的高压放电灯以比 0.5×P(W) 低的功率进行直流点亮驱动 并进行了确认。在此情况下， 虽然稳定地动作了 30 分钟左右， 但是可以确认到， 阴极侧的电 极前端变形、 之后在切换为稳态动作时电压大幅上升、 屏幕照度大幅下降。这里， 推测该现 象是怎样发生的。在专利文献 5 中还记载有， 在直流点亮的情况下， 阴极侧的电极 前端的 温度与交流驱动的稳态动作时的温度相比显著地低， 所以通过仅由电极前端的一部分放电的所谓点模式而进行动作。 由于稳定地以点模式动作， 所以与交流驱动不同， 电弧点不会移 动。但是， 成为电弧点的部分在非常狭小的区域中熔融， 温度变得非常高。如果是几秒的 短时间的动作， 则没有较大的影响， 但如果将点亮持续片刻， 则成为电弧点的部分会发生变 形。在接着作为稳态动作而例如进行额定点亮的情况下， 变形了的电极前端不能承受额定 点亮时的电流， 进一步变形而电压大幅上升。
这样的现象可能在电极间距离较长、 并且水银密度较低的种类的 HID 灯中不会发 生。但是， 如本申请那样， 在电极间距离短到 2mm 以下、 并且封入了 0.20mg/mm3 以上的水银 的高压放电灯的情况下， 虽然存在未蒸发水银， 但电弧被缩减， 电极前端部的电流密度即使 与稳态动作时相比较低， 也不能忽视， 所以推测出电弧点的集中导致了电极的变形。
另一方面， 通过如本申请那样使交流驱动的驱动期间 Ta 及 Tb 为非对称、 进而通过 使第 2 驱动期间 Tb 为 Tb ≤ 5ms、 并且使 Tb/Ta ≤ 0.1， 将 Tb 的期间、 进行阴极动作的电极 前端的电弧点固定， 并且通过在适当的期间使极性反转， 能够适当地保持进行阳极动作的 电极前端的温度， 所以能够实现长时间稳定的动作。
在 Tb/Ta 是 0.1 以下的情况下， 即使相对于动作最大功率 P(W) 是 0.5×P(W) 的非 常低的功率， 也能够抑制闪烁的发生并进行稳定的动作。但是， 在持续长时间点亮的情况 下， 虽然很微小、 但会有电极前端变形、 前端部的突起的位置发生变化 ( 偏差 ) 的情况。 特别 是， 即使 Tb/Ta ≤ 0.1、 但在 Tb 及 Ta 的期间较长的情况下， 例如在 Tb 为 5ms、 Ta 为 50ms 的情 况下等， 虽然突起部在非常狭小的区域中熔融， 但熔融部具有一定的大小， 在长时间的点亮 之中， 虽然很微小、 但突起的前端部变形， 在狭小的区域中突起的位置缓慢变化 ( 偏差 )。 微 小的突起位置的偏差在电极间距离比 2.0mm 长的情况下其变形量的问题相对不大。但是， 在电极间距离为 2.0mm 以下的非常短的电极间距离的情况下， 突起的位置发生偏差这一情 况开始对屏幕照度带来影响。特别是， 通过 LCD 面板及 DMD( 数字微镜设备 digitalmirror device) 的小型化， 可知这样的微小的变形也会给长时间的使用带来影响。因为这样的结 果， 为了进一步确保长寿命而更严格地调查了 Tb/Ta 的比率。结果发现， 若 Tb/Ta ≤ 0.05， 则即使是很微小的突起的位置偏差也不会发生， 能够持续长时间地稳定地保持电极前端 部。另一方面， 在 Tb 的期间非常短、 并且 Tb/Ta 的比率较小的情况下， 也可以观察到电极 前端部的突起位置发生偏差的现象。在观察发生了该现象的状态的电流波形时， 可知在极 性的切换时、 特别是在驱动期间较长的 Ta 的期间中流过了过量的过冲 (overshoot) 电流。 该过冲电流在后述的电路 ( 图 4) 中因为以下的理由发生。通过将全桥电路 2 的开关元件 Q1、 Q4、 开关元件 Q2、 Q3 交替地开启， 产生矩形波状的交流电压， 但降压斩波电路 1 的电抗器 (reactor)Lx 不能瞬间将电流切断， 导致电流继续流动。 即， 即使通过开关元件 Qx 将电压切 断了， 在极性切换时也会叠加由电抗器 Lx 带来的电流成分。该叠加的电流值及叠加期间通 过由电抗器 Lx 和平滑电容器 Cx 决定的时间常数决定。为了减小该叠加量， 虽然能够细致 地控制开关元件 Qx 的占空比等而减小过冲电流值及过冲期间， 但并不能完全抑制。此外， 在电抗器 Lx 仅使用电阻的情况下， 虽然能够抑制上述过冲电流， 但会发生发热等的损失。 因而， 在实际的电路结构中， 一般不是完全的矩形波， 而是在极性切换时叠加了过冲电流的 波。在期间 Tb 比该过冲电流流过的期间短的情况下， 过冲电流的一部分被叠加在期间 Ta 中。 除了该反转后的过冲电流以外， 还叠加本来就不可避免发生的极性切换时的过冲电流， 所以会导致在 Ta 的期间中供给更大的过冲电流。这样， 在 Tb 的期间非常短的情况下， 导致在电路上、 在 Ta 的期间中流过过量的过冲电流， 可知即使 Tb/Ta 是 0.05 以下， 虽然很微小， 但也有电极前端的突起变形， 并发生突起的位置偏差的情况。这样的突起的位置偏差例如 到 Tb 是 0.05ms、 Ta 是 100ms、 即 Tb/Ta ＝ 0.0005 左右为止没有发生， 而在 Tb 不到 0.05ms 的情况下， 如果 Ta 期间保持 100ms 以上则发生突起的位置偏差。根据以上这样详细调查的 结果可知， 为了抑制伴随着电极前端的变形的闪烁、 并且持续长时间地抑制屏幕照度的衰 减， 必须使 Tb 为 0.05ms ～ 5ms、 并且驱动期间的比率 Tb/Ta 为 0.0005 ～ 0.05。
基于以上， 在本发明中， 如以下这样实现上述目的。
(1) 在由在通过石英玻璃构成的放电容器中以 2.0mm 以下的电极间距离对置配 置有体积大致相等的一对电极、 在该放电容器中封入 0.20mg/mm3 以上的水银、 10-6μmol/ mm3 ～ 10-2μmol/mm3 的范围的卤素和规定量的惰性 气体的高压放电灯、 和对该放电灯供给 矩形波交流电流而使其点亮的供电装置构成的高压放电灯点亮装置中， 在相对于除了刚刚 起动后的初始点亮期间以外的稳态点亮状态下的动作最大功率 P(W) 以 0.5×P(W) 以下的 功率进行动作的情况下， 进行动作， 以使得当设矩形波交流电流的第 1 极性的驱动期间为 Ta( 秒 )、 第 2 极性的驱动期间为 Tb( 秒 ) 时， 第 2 驱动期间 Tb 为 Tb ≤ 5ms、 驱动期间的比 率为 Tb/Ta ≤ 0.1。 (2) 在上述 (1) 中， 0.05ms ≤ Tb ≤ 5ms、 并且设为 0.0005 ≤ Tb/Ta ≤ 0.05。
(3) 在上述 (1)、 (2) 中， 在以 0.5×P(W) 以下的功率进行动作之后、 再次以比 0.5×P(W) 高的功率进行动作的情况下， 在设矩形波交流电流的第 1 极性的驱动期间为 Ta( 秒 )、 第 2 极性的驱动期间为 Tb( 秒 ) 时， 从第 2 极性期间 Tb 为 Tb ≤ 5ms、 并且驱动期 间的比率为 Tb/Ta ≤ 0.1 的状态起， 一边使频率或功率的其一或其两者变化一边转移到稳 态点亮动作。
(4) 将上述 (1) ～ (3) 中任一项的高压放电灯点亮装置搭载在具备投影图像的功 能的投影机中。
(5) 在上述 (4) 的投影机中， 在以比 0.5×P(W) 高的功率将上述放电灯点亮中， 在 固定期间中在投影机的图像信号中没有发生变化的情况下， 转移到 0.5×P(W) 以下的功率 模式。
(6) 在上述 (4) 的投影机中， 在以 0.5×P(W) 以下的功率将上述放电灯点亮中， 在 固定期间中在投影机的图像信号中没有发生变化的情况下， 自动地将高压放电灯熄灭。
(7) 在上述 (4) 的投影机中， 在以 0.5×P(W) 以下的功率将上述放电灯点亮中， 与 检测单元联动而自动地使高压放电灯点亮。
在本发明中， 能够得到以下的效果。
(1) 在相对于动作最大功率 P(W) 以 0.5×P(W) 以下的、 灯点亮功率非常低的待机 功率进行动作时， 进行动作， 以使得当设矩形波交流电流的第 1 极性的驱动期间为 Ta( 秒 )、 第 2 极性的驱动期间为 Tb( 秒 ) 时， 第 2 极性期间 Tb 为 Tb ≤ 5ms、 驱动期间的比率为 Tb/ Ta ≤ 0.1， 所以能够使放电灯的电弧起点在位置上稳定， 防止所谓的闪烁的发生， 即使是非 常低的功率也不会中途熄灭， 能够稳定地点亮。
(2) 进行动作， 以使得当设矩形波交流电流的第 1 极性的驱动期间为 Ta( 秒 )、 第 2 极性的驱动期间为 Tb( 秒 ) 时， 第 2 极性期间 Tb 为 0.05 ≤ Tb ≤ 5ms、 驱动期间的比率为 0.0005 ≤ Tb/Ta ≤ 0.05， 所以通过防止在对电极的热负荷中发生偏倚， 能够防止电极前端
部的突起的位置偏差， 即使持续长时间以待机功率进行动作， 也能够确保照度寿命特性。
(3) 在以 0.5×P(W) 以下的功率进行动作后再次以比 0.5×P(W) 高的功率进行动 作的情况下， 在设矩形波交流电流的第 1 极性的驱动期间为 Ta( 秒 )、 第 2 极性的驱动期间 为 Tb( 秒 ) 时， 从第 2 极性期间 Tb 为 Tb ≤ 5ms、 驱动期间的比率为 Tb/Ta ≤ 0.1 的状态起， 通过一边使频率或功率的其一或其两者变化一边向稳态点亮动作转移， 能够进一步减小对 于电极的热负荷、 缓慢升高电极温度。因此， 能够防止因热应力等造成电极前端部的损伤 等。
(4) 将本发明的高压放电灯点亮装置搭载到投影机中， 在以比 0.5×P(W) 高的功 率将上述放电灯点亮中， 通过在固定的期间中在投影机的图像信号中没有发生变化的情况 下转移到 0.5×P(W) 以下的功率模式， 能够防止白白的功率消耗、 实现省电化。
(5) 将本发明的高压放电灯点亮装置搭载到投影机中， 在以 0.5×P(W) 以下的功 率将上述放电灯点亮中， 通过在固定的期间中在投影机的图像信号中没有发生变化的情况 下自动地将高压放电灯熄灭， 能够防止投影机的忘记关闭。
(6) 将本发明的高压放电灯点亮装置搭载到投影机中， 在以不到 0.5×P(W) 的功 率将上述放电灯点亮中， 通过与检测单元联动而使投影机点亮， 能够防止白白的功率消耗、 实现省电化。 附图说明
图 1 是表示成为本发明的高压放电灯点亮装置的对象的高压放电灯的图。
图 2 是表示成为本发明的高压放电灯点亮装置的对象的高压放电灯的电极的图。
图 3 表示高压放电灯的电极突起发生变形的状况。
图 4 是表示本发明的实施例的高压放电灯点亮装置的结构的图。
图 5 是表示搭载有本发明的实施例的高压放电灯点亮装置的投影机的结构例的 图。
图 6 是表示在进行向待机功率点亮模式的切换控制的情况下的处理内容的一例 的流程图。
图 7 是表示稳态点亮动作时的放电灯的电流波形的一例的图。
图 8 是表示从稳态点亮动作切换为待机功率点亮时的点亮功率指令信号和功率、 电流波形的一例的图。
图 9 是表示将脉冲叠加在稳态点亮时的交流电流波形上的波形例的图。
图 10 是表示待机功率点亮模式中的其他波形例的图。
图 11 是表示用来减小从待机功率点亮转移到稳态点亮时的热负荷的波形例的 图。
图 12 是表示在图像信号中在规定时间以上没有发生变化的情况下转移到待机功 率点亮模式的实施例的动作的流程图。
图 13 是在图像信号中在规定时间以上没有发生变化的情况下转移到待机功率点 亮模式的实施例的点亮功率指令信号、 功率、 电流的时序图。
图 14 是表示在待机功率点亮模式的状态持续了规定时间以上的情况下使灯熄灭 的实施例的动作的流程图。图 15 是在待机功率点亮模式的状态持续了规定时间以上的情况下使灯熄灭的实 施例的点亮功率指令信号、 功率、 电流的时序图。
图 16 是与检测单元联动而从待机点亮模式转移到稳态点亮模式的实施例的检测 信号、 点亮功率指令信号、 功率、 电流的时序图。
图 17 是表示在以往的放电灯中流动的电流波形的一例的图。
符号说明 ：
1 降压斩波电路
2 全桥电路
3 起动器电路
4 驱动器
5 控制部
51 驱动信号发生单元
51a、 51b 交流信号发生部
51c 非对称矩形波信号发生部
51d 选择器
52 控制器 52a 点亮动作控制部 52b 频率选择部 52c 功率控制部 10 高压放电灯 11 发光部 12 封固部 13 导电用金属箔 14 外部引线 20 电极 20a 球部 20b 轴部 21 突起 30 高压放电灯点亮装置 31 投影机控制部 31a 图像控制部 31b 点亮控制部 32 图像显示装置 33 放大装置 34 屏幕 35 个人计算机 Cx、 C2 电容器 Dx 二极管 Lx 电抗器R1、 R2、 R3、 Rx 电阻 Q1 ～ Q4、 Q5、 Qx 开关元件 T1 变压器 Et 辅助电极具体实施方式
以下， 对本发明的实施方式进行说明。
在图 1 中表示成为本发明的对象的高压放电灯。
高压放电灯 10 具有通过由石英玻璃构成的放电容器形成的大致球形的发光部 11。在该发光部 11 之中， 以 2mm 以下的间隔对置配置有一对电极 20。此外， 在发光部 11 的 两端部形成有封固部 12。 在该封固部 12 中， 例如通过收缩密封而气密地埋设有由钼构成的 导电用金属箔 13。在金属箔 13 的一端接合着电极 20 的轴部， 此外， 在金属箔 13 的另一端 接合着外部引线 14， 从外部的供电装置进行供电。
在发光部 11 中， 封入有水银、 惰性气体、 卤素气体。水银是用来得到所需要的可视 光波长 ( 例如波长 360 ～ 780nm) 的放射光的物质， 封入了 0.20mg/mm3 以上。该封入量也 根据温度条件而不同， 但在点亮时为 200 大气压以上、 成为非常高的蒸汽压。此外， 通过更 多地封入水银， 能够制造点亮时的水银蒸汽压在 250 大气压以上、 300 大气压以上的高水银 蒸汽压的放电灯， 水银蒸汽压越高越能够实现适合于投影机装置的光源。 惰性气体 ( 例如氩气 ) 被封入大约 13kPa。其功能在于改善点亮起动性。卤素是 以碘、 溴、 氯等与水银或其他金属形成化合物的形态封入。 卤素的封入量从 10-6μmol/mm3 ～ 10-2μmol/mm3 的范围中选择。卤素的功能是实现利用了所谓的卤素循环的长寿命化， 而对 于如本发明的高压放电灯那样的非常小型且非常高的点亮蒸汽压的放电灯， 卤素还有防止 放电容器的失透的作用。
如果表示高压放电灯的数值例， 则例如发光部的最大外径是 9.4mm， 电极间距离是 3 1.0mm， 发光管内容积是 55mm ， 额定电压是 70V， 额定功率是 180W， 而进行交流点亮。
此外， 这种放电灯是内装在小型化的投影机装置中的， 要求整体尺寸非常小型化， 另一方面还要求较高的发光光量。因此， 发光部内的热影响变得十分严格。灯的管壁负荷 2 值为 0.8 ～ 2.5W/mm ， 具体而言为 2.4W/mm2。
具有这样的较高的水银蒸汽压及管壁负荷值的放电灯在搭载在投影机装置或高 架投影机那样的演示用设备中的情况下， 能够提供色彩再现性良好的放射光。
图 2 是以表示电极前端和突起为目的、 将图 1 所示的电极 20 的前端示意化地表示 的图。电极 20 分别由球部 20a 和轴部 20b 构成， 在球部 20a 的前端形成有突起 21。
这里， 上述突起 21 在如有关本发明的放电灯那样、 作为电极间距离是 2mm 以下、 3 在发光部中含有 0.2mg/mm 以上的水银的投影机装置的光源使用的情况下是不可或缺的。 这是因为， 在发光部中含有 0.2mg/mm3 以上的水银、 动作压力达到 200 大气压以上的放电灯 中， 通过较高的蒸汽压将电弧放电缩减得较小， 结果放电起点也被缩减得较小。
此外， 通过在电极前端形成突起 21， 从而以那里为起点发生电弧放电， 所以来自电 弧的光不易被电极的球部 20a 遮蔽。因此， 还产生光的利用效率提高、 能够得到更明亮的影 像的优点。另外， 图 2 是示意化的附图， 但通常在轴部 20b 的前端具有相当于具有比轴径大
的直径的球部的元件。
接着， 在图 4 中表示使上述放电灯点亮的供电装置。
点亮装置由放电灯 10 和供电装置构成。供电装置由被供给直流电压的降压斩波 电路 1、 连接在降压斩波电路 1 的输出侧、 使直流电压变化为交流电压而供给到放电灯 10 的 全桥型逆变器电路 2( 以下也称作 “全桥电路” )、 串联连接在放电灯上的线圈 L1、 电容器 C1 及起动器电路 3、 驱动上述全桥电路 2 的开关元件 Q1 ～ Q4 的驱动器 4、 和控制部 5 构成。
控制部 5 可以由例如微处理器等处理装置构成， 在图 4 中用框图表示其功能结构。
在图 4 中， 降压斩波电路 1 由连接在被供给直流电压的 + 侧电源端子上的开关元 件 Qx 和电抗器 Lx、 阴极侧连接在开关元件 Qx 与电抗器 Lx 的连接点与一侧电源端子间的二 极管 Dx、 连接在电抗器 Lx 的输出侧的平滑电容器 Cx、 和连接在平滑电容器 Cx 的一侧端子 与二极管 Dx 的阳极侧之间的电流检测用的电阻 Rx 构成。
通过以规定的占空比驱动上述开关元件 Qx， 将输入直流电压 Vdc 降压为对应于该 占空比的电压。在降压斩波电路 1 的输出侧， 设有电压检测用 的电阻 R1、 R2 的串联电路。
全桥电路 2 由以桥状连接的开关元件 Q1 ～ Q4 构成， 通过交替地打开开关元件 Q1、 Q4 与开关元件 Q2、 Q3， 在开关元件 Q1、 Q2 的连接点与开关元件 Q3、 Q4 的连接点之间产生矩 形波状的交流电压。 起动器电路 3 由电阻 R3 与开关元件 Q5 的串联电路、 电容器 C2 和变压器 T1 构成。
如果将开关元件 Q5 开启， 则充电在电容器 C2 中的电荷经由开关元件 Q5、 变压器 T1 的初级侧绕组放电， 在变压器 T1 的次级侧产生脉冲状的高电压。 该高电压被施加在放电 灯 10 的辅助电极 Et 上， 将灯点亮。
在上述电路中， 为了进行动作以使得当设矩形波交流电流的第 1 极性的驱动期间 为 Ta( 秒 )、 第 2 极性的驱动期间为 Tb( 秒 ) 时， 第 2 极性期间 Tb 是 Tb ≤ 5ms、 并且驱动期 间的比率是 Tb/Ta ≤ 0.1， 能够通过调节全桥电路 2 的开关元件 Q1 ～ Q4 的开关周期来实 现， 此外， 输出电压可以通过调节降压斩波电路 1 的开关元件 Qx 的动作占空比来实现。
降压斩波电路 1 的开关元件 Qx 根据栅极信号 Gx 的占空比而开启 / 关闭， 供给到 灯 10 中的功率变化。即， 如果功率上升， 则降低 Qx 的占空比等， 进行栅极信号 Gx 的控制以 使得成为与该输入的功率调节信号值一致的功率值。
控制部 5 由驱动信号发生单元 51 和控制器 52 构成。
驱动信号发生单元 51 例如由交流信号发生部 51a ～ 51c、 产生驱动期间为非对称 的矩形波以使第 2 极性期间 Tb 为 Tb ≤ 5ms、 并且驱动期间的比率为 Tb/Ta ≤ 0.1 的非对称 矩形波信号发生部 51c、 和选择它们的输出的选择器 51d 构成。将交流信号发生部 51a ～ 51b、 非对称矩形波发生部 51c 的输出有选择地输出， 产生用来驱动全桥电路 2 的开关元件 Q1 ～ Q4 的驱动信号。
控制器 52 具备控制灯 10 的点亮动作的点亮动作控制部 52a、 和根据来自外部的点 亮功率指令、 以设定好的占空比驱动降压斩波电路 1 的开关元件 Qx、 控制灯功率的功率控 制部 52c。
此外， 为了设定上述开关元件 Q1 ～ Q4 的驱动信号， 具备根据是稳态点亮、 还是以 0.5×P(W) 以下的功率进行动作的待机功率点亮而对上述驱动信号发生单元 51 的选择器 送出频率选择指令的频率选择部 52b。
功率控制部 52c 根据电流检测用的电阻 Rx 的两端电压、 和由电压检测用的电阻 R1、 R2 检测到的电压， 求出灯电流 I、 灯电压 V 而运算灯功率， 控制该功率与点亮功率指令一 致那样的降压斩波电路 1 的开关元件 Qx 的占空比。此外， 根据是稳态点亮还是待机功率点 亮， 对频率选择部 52b 送出频率 / 非对称矩形波选择信号。
选择器 51d 根据来自频率选择部 52b 的指令， 将交流信号发生部 51a ～ 51b、 非对 称矩形波信号发生部 51c 的输出有选择地送出到驱动器 4。
例如， 在稳态点亮时， 交替地选择输出稳态点亮频率的交流信号发生部 51a 的输 出和输出低频率的交流信号发生部 51b 的输出， 例如如后述的图 7 所示那样输出波形的信 号。
此外， 在待机功率点亮的情况下， 选择非对称矩形波信号发生部 51c 的输出， 例如 输出后述的图 8 所示的波形的信号。
另外， 也可以根据从频率选择部 52b 输出的非对称比率增减信号， 根据 Tb 的值来 增减从非对称矩形波信号发生部 51c 输出的矩形波的非对称率 (Tb/Ta)。
这里， 在从稳态点亮转移为待机点亮时， 也可以一边从 0.5×P(W) 以下的功率缓 慢使功率下降一边转移到待机点亮功率。通过这样， 能够进一步抑制电极温度的剧烈的变 化。在此情况下， 通过一边控制降压斩波电路 1 的开关元件 Qx 的占空比而缓慢减少功率、 一边转移到待机功率点亮来实现。
此外， 如后所述， 在从待机功率点亮转移为稳态点亮时， 在一边缓慢使动作功率增 大、 或使进行了阳极动作的电极侧的阳极驱动期间缓慢变小 ( 一边使 Tb/Ta 变化 )、 一边转 移到稳态点亮的情况下， 通过功率控制部 52c 使对灯供给的功率缓慢增加， 或者通过送出 到非对称矩形波信号发生部 51c 中的非对称比率增减信号来控制矩形波的非对称率。
这里， 在图 5 中表示搭载了有关本实施例的高压放电灯点亮装置的投影机的结构 例。
投影机由上述高压放电灯点亮装置 30 及高压放电灯 10、 投影机控制部 31、 由液晶 显示装置等构成的图像显示装置 32、 和将显示在图像显示装置 32 上的图像进行放大显示 的放大装置 33 构成， 将由放大装置 33 放大的图 像投影显示在屏幕 32 上。
投影机控制部 31 具备处理从个人计算机 35 或电视机等的外部装置提供的图像信 号的图像控制部 31a、 和对上述高压放电灯点亮装置 30 送出点亮指令及点亮功率指令的点 亮控制部 31b。
接着， 对从稳态点亮动作模式向本实施例的待机功率点亮模式的切换控制进行说 明。图 6 是表示图 4 所示的控制部 5 的切换处理的一例的流程图。这里， 所谓稳态点亮模 式， 是指以 “额定功率” 、 “调光功率” 进行动作的情况。另外， “调光功率” 的点亮功率由高压 放电灯及供电装置的设计决定， 但所谓 “调光功率” ， 是以相对于 “额定功率” 约 60 ～ 80％ 左右的功率进行动作。
在图 6 中， 如果通过提供到控制部 5 的点亮功率指令信号选择待机功率模式， 则图 4 所示的控制部 5 选择产生第 2 极性期间 Tb 是 Tb ≤ 5ms、 并且驱动期间的比率 Tb/Ta ≤ 0.1 那样的、 驱动期间为非对称的矩形波的非对称矩形波。即， 频率选择部 52b 通过选择器 51d 选择非对称矩形波信号发生部 51c 的输出， 驱动器 4 对开关元件 Q1 ～ Q4 施加非对称矩形 波的驱动信号， 通过将 Q1、 Q4 或 Q3、 Q2 交替地开启的时间设为非对称， 对高压放电灯 10 进行非对称矩形波驱动。
此外， 在点亮功率指令信号选择了稳态点亮模式的情况下， 通过矩形波交流点亮 进行点亮动作。即， 频率选择部 52b 通过选择器 51d 选择交流信号发生部 51a、 51b 的输出， 驱动器 4 对开关元件 Q1 ～ Q4 施加交流驱动信号， 将开关元件 Q1、 Q4 或 Q3、 Q2 交替地开启 而对高压放电灯 10 供给交流矩形波电流。
图 7 表示稳态点亮动作时的放电灯 10 的电流波形的一例， 纵轴表示电流值， 横轴 表示时间。
图 4 所示的供电装置如以下这样动作， 在稳态点亮时， 将图 7 所示的图形的电流供 给到灯中。
(1) 如果被给予点亮指令， 则开始向灯 10 的供电， 并且控制器 52 的点亮动作控制 部 52a 产生起动电路驱动信号， 将起动器电路 3 作为触发器， 使灯 10 点亮。
(2) 如果灯 10 点亮， 则在功率控制部 52c 中， 通过由分压电阻 R1、R2 检测到的电 压值 V、 和由电阻 Rx 检测到的电流值 I 运算点亮功率。
(3) 控制器 52 的功率控制部 52c 基于点亮功率指令信号和上述运算出的功率值， 控制降压斩波电路 1 的开关元件 Qx， 控制点亮功率。
(4) 在稳态点亮时， 控制器 52 的频率选择部 52b 通过驱动信号发生单元 51 的选择 器 51d， 选择交流信号发生部 51a 的输出和交流信号发生部 51b 的输出， 从选择器 51d 交替 地输出稳态点亮频率信号 f1 和低频率信号 f2。
将选择器 51d 的输出经由驱动器 4 施加在全桥电路 2 的开关元件 Q1 ～ Q4 上。
开关元件 Q1 ～ Q4 在上述稳态点亮时通过稳态点亮频率信号 f1(60 ～ 100Hz) 驱 动， 如上所述， 每隔第 1 规定时间 (0.01 秒～ 120 秒 )， 通过频率比稳态点亮频率低的低频率 信号 f2(5 ～ 200Hz) 驱动第 2 规定时间 ( 该低频率信号的半周期～ 5 周期的期间 )( 参照 图 7 的稳态点亮时的波形 )。
图 8 表示从稳态点亮动作切换为待机功率点亮时的点亮功率指令信号和功率 / 电 流波形的一例， 纵轴表示信号电平 (level)/ 电流值、 功率值， 横轴表示时间。稳态点亮动作 时， 如上所述， 对于高压放电灯， 将从 60 ～ 1000Hz 的范围中选择出的频率作为稳态点亮频 率， 供给该频率的交流电流。
并且， 如果检测到待机功率点亮的信号， 则如上所述， 控制部 5 选择产生第 2 极性 期间 Tb 是 Tb ≤ 5ms、 并且驱动期间的比率 Tb/Ta ≤ 0.1 那样的驱动期间为非对称的矩形波 的非对称矩形波驱动， 以非对称矩形波电流点亮。
在表 1 中表示稳态点亮时和待机功率点亮时的具体的波形例。另外， 表 1 的 (a)、 (b) 对应于图 8 所示的波形。
[ 表 1]
这里， 使稳态点亮时的交流电流为单纯的矩形波， 但这仅仅是例示， 并不限定于该 驱动波形。例如， 也可以是比该稳态点亮频率低的频率、 并且是将从 5 ～ 200Hz 的范围中选 择出的频率进行了组合的波形， 也可以如图 9 所示那样是叠加了脉冲等的波形。
对于待机功率点亮中的本发明的非对称矩形波动作的功率值的范围进行了实验， 得到表 2 的结果。
表 2 是使用额定点亮功率 180W 的灯、 使本发明的非对称矩形波动作功率值在 10W ～ 140W 的范围中变化、 检查各功率值下的点亮的可否、 电极损耗、 闪烁及突起的位置偏 差的有无的表。这里， 表中的判断基准如下。◎表示在可点亮的状态下没有闪烁、 并且不仅 没有电极前端部的损耗、 而且没有突起的位置偏差、 能够持续长时间稳定动作。 ○表示在可 点亮的状态下没有闪烁、 并且没有电极前端部的损耗、 但是在长时间的点亮中发生突起的 位置偏差、 难以应用于需要超过 4000 小时的照度维持特性的长寿命灯。 × 表示点亮本身不 能进行的状态、 或者即使是可点亮的状态、 电极损耗也较大、 因闪烁等的现象而不能进行正 常的使用。对于以后的表也基于该判断基准。
[ 表 2]
点亮功率 10W 20W 30W 36W 40W 50W
稳态点亮 6％ 11％ 17％ 20％ 22％ 28％功率比点亮可否 × ○ ○ ○ ○ ○电极损耗 ○ ○ ○ ○ ○闪烁 无 无 无 无 无突起位置 无 无 无 无 无偏差判断 × ◎ ◎ ◎ ◎ ◎60W 70W 80W 90W33％ 39％ 44％ 50％○ ○ ○ ○15○ ○ ○ ○无 无 无 无无 有 有 有◎ ○ ○ ○101998738 A CN 101998744说明书14/19 页56％ ○ × 无 有 × 61％ ○ × 无 有 × 67％ ○ × 有 有 × 72％ ○ × 有 有 × 78％ ○ × 有 有 ×
如表 2 所示， 在比额定功率的 11％低的功率下， 不能持续点亮。这推测为， 在驱动 期间 Ta 时， 以极性为阴极侧进行动作的一侧的电极温度变得非常低， 所以不能进行充分的 热电子释放， 因此不能持续放电而成为辉光放电， 由此， 如上述那样检测为异常电压， 会中 途熄灭或者因电流值较低而在开始极性反转时放电中断。
此外， 在比额定功率的 50％高的功率下， 在长时间、 即驱动期间 Ta 以极性为阳极 侧进行动作的电极的温度过高而突起消失。因为这样的理由， 非对称矩形波驱动功率仅在 以从额定功率的 11 ～ 50％的范围中选择的功率进行点亮的情况下才能够形成不发生闪 烁、 并且也不发生电极前端部的突起的消失的良好的点亮状态。
但是， 在额定功率的 39 ～ 50％、 即 70 ～ 90W 之间， 可知如果进行长时间待机功率 点亮则会发生突起的位置偏差。该突起位置偏差并不是闪烁等的较大的问题， 但由于会引 起照度衰减， 所以该偏差量尽量小是优选的。
另外， 在以上的例子中表示了以 180W 进行额定点亮的灯， 但额定功率的值并不限 定于 180W， 也能够同样地应用在其他灯中。在此情况下， 虽然也取决于灯的设计， 但即使设 计了具有能够承受额定功率的尺寸的电极， 在以比额定功率的 50％高的功率下、 进行第 2 极性期间 Tb 是 Tb ≤ 5ms 而驱动期间的比率为 Tb/Ta ＞ 0.1 那样的驱动期间为非对称的矩 形波点亮动作或直流点亮动作的情况下， 如上述所示， 可知也会因突起的消失而发生闪烁 现象。另一方面， 还可知在灯设计不同的灯中， 在驱动期间的比率 Tb/Ta ≤ 0.1 的那样的 驱动期间为非对称的矩形波驱动中， 到约 20W 左右为止稳定地动作， 但在 10W 时不能维持放 电。
接 着， 在 第 1 极 性 期 间 Ta 为 100ms、 第 2 极 性 期 间 Tb 为 0.05ms 时 (Tb/Ta ＝ 0.0005)、 以及第 1 极性期间 Ta 为 100ms、 第 2 极性期间 Tb 为 5ms 时 (Tb/Ta ＝ 0.05) 时， 进 而在第 1 极性期间 Ta 为 150ms、 第 2 极性期间 Tb 为 0.05ms 的情况下 (Tb/Ta ＝ 0.0003)， 检查分别使功率范围在 10W ～ 140W 之间变化的情况下的、 各功率值下的点亮可否、 电极损 耗、 闪烁、 电极突起的位置偏差。将其结果表示在表 3 到表 5 中。
[ 表 3]
Tb/Ta ＝ 0.0005
100W 110W 120W 130W 140W点亮功率 10W 20W 30W 36W 40W 50W 60W 70W 80W稳态点亮 6％ 11％ 17％ 20％ 22％ 28％ 33％ 39％ 44％功率比点亮可否 × ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○16电极损耗 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○闪烁 无 无 无 无 无 无 无 无突起位置 无 无 无 无 无 无 无 无偏差判断 × ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎101998738 A CN 101998744说○ ○ ○ ○ ○ ○明○ × × × × ×书无 无 无 有 有 有 无 有 有 有 有 有15/19 页90W 100W 110W 120W 130W 140W
50％ 56％ 61％ 67％ 72％ 78％◎ × × × × ×[ 表 4] Tb/Ta ＝ 0.05稳态点亮 6％ 11％ 17％ 20％ 22％ 28％ 33％ 39％ 44％ 50％ 56％ 61％ 67％ 72％ 78％ 功率比 点亮可否 × ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 电极损耗 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ × × × × × 闪烁 无 无 无 无 无 无 无 无 无 无 无 有 有 有 突起位置 无 无 无 无 无 无 无 无 无 有 有 有 有 有 偏差 判断 × ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ × × × × ×点亮功率 10W 20W 30W 36W 40W 50W 60W 70W 80W 90W 100W 110W 120W 130W 140W
[ 表 5] Tb/Ta ＝ 0.0003稳态点亮 6％ 11％ 17％ 20％ 22％ 28％ 33％ 39％ 功率比 点亮可否 × ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 电极损耗 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 闪烁 无 无 无 无 无 无 无 突起位置 无 无 无 无 无 无 无 偏差 判断 × ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎点亮功率 10W 20W 30W 36W 40W 50W 60W 70W
44％ ○ ○ 无 无 ◎ 50％ ○ ○ 无 有 ○ 56％ ○ × 无 有 × 61％ ○ × 无 有 × 67％ ○ × 有 有 × 72％ ○ × 有 有 × 78％ ○ × 有 有 ×
由表 3 及表 4 可知， 如果第 2 驱动期间 Tb 是 Tb ≤ 5ms、 Tb/Ta 为 0.0005 ～ 0.05 的范围， 则能够稳定地动作并且不发生突起的位置偏差、 能够得到较高的照度维持率。1780W 90W 100W 110W 120W 130W 140W101998738 A CN 101998744
说明书16/19 页另一方面， 如表 5 所示， 在 Tb ≤ 5ms 而 Tb/Ta 不到 0.0005 的情况下， 在 90W 时确 认出电极的突起位置的偏差。
接着， 使用额定点亮功率 180W 的灯， 通过作为以往的驱动方法的交流驱动 (Tb/Ta ＝ 1.0) 使功率值在 70W ～ 140W 的范围中变化， 检查各功率值下的点亮的可否、 电极损耗、 闪烁、 突起的位置偏差的有无。将其结果表示在以下的表 6 中。
如表 6 所示， 在点亮功率 120W 以下， 电极前端表面的温度较低， 所以电弧点不稳 定， 电极磨损， 并且观察到了闪烁。
[ 表 6]
点亮功率 10W 20W 30W 36W 40W 50W 60W 70W
稳态点亮 6％ 11％ 17％ 20％ 22％ 28％ 33％ 39％功率比点亮可否 × × × ○ ○ ○ ○ ○电极损耗 × × × × ×闪烁 有 有 有 有 有判断 × × × × × × × ×80W 44％ ○ × 有 × 90W 50％ ○ × 有 × 100W 56％ ○ × 有 × 110W 61％ ○ × 有 × 120W 67％ ○ ○ 无 ◎ 130W 72％ ○ ○ 无 ◎ 140W 78％ ○ ○ 无 ◎
在图 10 中， 表示待机功率点亮模式下的其他波形例。该图是表示点亮功率指令信 号与功率、 电流波形的一例的图， 纵轴表示信号电平 / 电流值、 功率值， 横轴表示时间。
图 10 根据待机功率指令信号进行第 2 极性期间 Tb 为 Tb ≤ 5ms、 并且驱动期间的 比率为 Tb/Ta ≤ 0.1 那样的驱动期间为非对称的矩形波驱动， 以规定的时间使期间 Ta 与期 间 Tb 的极性反转。这在使本来通过交流驱动而稳态点亮的高压放电灯进行驱动期间的比 率为 Tb/Ta ＞ 0.1 那样的驱动期间为非对称的矩形波点亮动作或直流点亮动作的情况下， 如上述那样， 在输入较高的情况下发生突起的消失。即使是额定功率的 50％以下的功率， 损耗也并不一定完全没有， 如果其损耗量是非常轻微的、 例如是待机功率点亮的较短时间 ( 例如 1 小时左右 ) 则没有问题， 但在使画面投射的投影模式下使用的情况下， 可以想到， 即使是很小的损耗量， 对于为了满足例如超过 5000 小时的照度维持率也会成为问题。特别 是， 在驱动期间 Tb 非常小的情况下， 由于接近于直流驱动动作， 所以可以容易地想到， 因为 没有如专利文献 4 所示那样地生成突起的过程， 所以损耗量的大小会对照度特性带来较大 的影响。为了避免该状况， 例如通过在第 2 极性期间 Tb 为 Tb ≤ 5ms、 并且驱动期间的比率 为 Tb/Ta ≤ 0.1 那样的驱动期间为非对称的矩形波点亮动作的中途使极性反转的情况、 及 每当进行点亮模式的切换时使驱动期间 Ta、 Tb 的极性反转， 能够避免在对电极的热负荷中 发生偏倚、 即使是 50％以下的功率也能够确保照度寿命特性。并且， 在待机功率点亮时， 需要对灯供给非对称的矩形波电流， 需要对图 4 所示的 全桥电路 2 的开关元件 Q1 ～ Q4 施加非对称矩形波的驱动信 号， 使将 Q1、 Q4 或 Q3、 Q2 交替 地开启的时间为非对称。
在实际的电路结构中， 例如通过将电容器充电， 生成对开关元件 Q1、 Q2 的高电平 的栅极驱动信号。在此情况下， 由于上述电容器放电， 所以难以持续长时间地将开关元件 Q1、 Q3 保持为开启状态， 需要周期性地将电容器充电。在采用这样的利用电容器的驱动电 路的情况下， 在将电容器充电的期间中， 开关元件 Q1、 Q3 暂时变为关闭， 进行周期性的极性 反转动作。这里， 虽然电容器被充电的期间也取决于电容器的电容， 但是约为 0.1ms 左右。 因而， 极性反转期间、 即驱动期间 Tb 优选为约 0.1ms 左右。
假设在想要进行直流点亮驱动的情况下， 需要对图 4 所示的全桥电路 2 的开关元 件 Q1 ～ Q4 施加直流的驱动信号， 并将开关元件 Q1、 Q4 或 Q3、 Q2 保持为开启状态。
因此， 需要对开关元件 Q1、 Q4 的栅极 G1、 G4 或 Q3、 Q2 的栅极 G3、 G2 持续地施加高 电平的信号， 对于开关元件 Q1、 Q3 的栅极驱动信号， 需要施加比开关元件 Q2、 Q4 的栅极驱动 信号高电平的电压。
对开关元件 Q1、 Q3 的栅极 G1、 G3 供给的高电平的驱动信号也可以考虑使用其他电 源、 或者使用充电泵 (charge pump) 电路等生成， 但部件件数增加， 成本也增加。
因而， 进行第 2 极性期间 Tb 为 Tb ≤ 5ms、 并且驱动期间的比率为 Tb/Ta ≤ 0.1 那 样的驱动期间为非对称的矩形波点亮驱动， 在实际的电路结构中也能够不特别增加部件件 数而便宜地构成点亮电路。
接着， 考虑从待机功率点亮等的稳态点亮的 50％以下的动作功率转移为稳态点亮 的情况。在此情况下， 在设矩形波交流电流的第 1 极性的驱动期间为 Ta( 秒 )、 第 2 极性的 驱动期间为 Tb( 秒 ) 时， 优选的是， 从第 2 极性期间 Tb 为 Tb ≤ 5ms、 并且驱动期间的比率 为 Tb/Ta ≤ 0.1 的状态起， 一边使频率或功率缓慢地变化、 一边以稳态点亮进行动作。这是 因为， 在转移到稳态点亮功率之前， 水银蒸发、 成为固定的压力动作需要固定的时间， 而如 果使该转移期间以 Tb/Ta ≤ 0.1 的非对称矩形波点亮进行动作， 则如上所述， 可以容易地想 到， 在驱动期间相对较长的第 1 极性驱动期间 Ta 中， 进行阳极动作的一侧的电极的突起会 消失。 从这样的观点来看， 优选的是， 在转移到稳态点亮时动作功率缓慢变高并且转移到交 流驱动动作 ( 图 11)。 进而， 转移到以频率较高的、 即与第 2 极性期间 Tb 相同程度的时间 周期进行动作的交流驱动动作后， 一边缓慢地使频率向稳态点亮动作接近一边提高动作功 率， 以及通过对于分别进行阳极、 阴极动作的电极以较低的功率进行交流驱动动作来经历 相反极性， 能够不会急剧地带来热负荷而缓慢提高电极温度， 所以能够防止热应力造成的 电极前端部的断裂等。这里， 以与第 1 极性期间 Ta 相同程度的频率缓慢地提高功率如上所 述会发生电极的突起消失的问题这一情况是显然的。
通常， 在高压放电灯中使用的电极主要由钨构成， 在改善照度寿命特性的目的下， 使用 99.999％以上的极高纯度的钨。高纯度的钨在杂质较少的意义上能够期待长寿命， 另 一方面， 由于结晶粒粗大化， 所以具有较脆的缺点。 特别是， 由于前端部成为极高的温度， 所 以结晶粒容易粗大化。通过热应力急剧地施加， 会发生由热应力引起的在结晶粒边界间发 生断裂等的不良状况。因而， 在向稳态点亮转移的情况下， 优选的是， 转移到交流驱动之后 转移功率。如果建立这样的观点， 则在向稳态点亮转移的情况下， 不需要是一定与进行额定 动作的交流驱动频率相同的频率。反而通过随着功率转移并且使频率变化， 能够将上述热 负荷减少到极限。
图 11 是在从待机功率点亮转移到稳态点亮时、 使点亮功率缓慢变大而向稳态点 亮转移， 如该图 11(a) 所示， 一边改变阴极动作与阳极动作的时间幅度一边向稳态点亮动 作接近， 以使阴极动作侧的电极与阳极动作侧的电极温度差变小。
或者， 如该图 11(b) 的变形例所示， 一边缓慢地增大频率、 交流电流一边向稳态点 亮动作接近， 或如该图 11(c) 的变形例所示， 一边改变阴极动作和阳极动作的时间幅度一 边向稳态点亮动作接近， 以使阴极动作侧的电极与阳极动作侧的电极温度差变小。
接着， 对于将本实施例的高压放电灯点亮装置搭载到图 5 所示的投影机中的情况 下的控制动作例进行说明。
在图 12 中， 表示在比预先设定在图像控制部中的固定期间 T1 长的期间中、 在图像 信号中没有变化的情况下的动作流程图， 在图 13 中表示该情况下的点亮功率指令信号、 功 率、 电流的时序图。
在图 12、 图 13 中， 如果在稳态点亮时、 在比固定期间 T1 长的期间中在图像信号中 没有变化， 则从投影机控制部 31 的点亮控制部 31b 发送选择待机功率点亮模式的信号， 基 于该信号， 点亮装置 30 转移到待机功率点亮模式。
并且， 如果图像信号成为开启， 则从待机功率点亮模式再次转移到稳态点亮模式。
如上述那样地进行控制， 由此， 例如在通过个人计算机等的外部信号并利用投影 机将图像投影在屏幕面上的状态下， 当画面中没有变化的状态持续时等、 能够自动地转移 到待机功率点亮模式， 能够实现省电化。进而， 通过向待机功率点亮模式转移、 并且停止高 压水银灯的冷却等， 能够进一步实现省电化。 此外， 在以较短的点亮时间反复使用的环境的 情况下， 有由于起动时的损害而给高压放电灯的寿命时间带来不良影响的情况。通过利用 待机功率点亮模式， 可以想到如下优点， 能够不将高压放电灯熄灭而通过连续点亮动作来 实质地改善寿命特性并且瞬间投影画面等。
在图 14 中表示在比预先设定好的固定的期间 T2 长的期间、 待机功率点亮动作持 续的情况下的控制流程图， 在图 15 中表示此情况下的点亮功率指令信号、 功率、 电流的时 序图。
如图 14、 图 15 所示， 在稳态点亮时， 如果在比固定期间 T1 长的期间中在图像信号 中没有变化， 则通过投影机控制部 31 的点亮控制部 31b、 转移到待机功率点亮模式。进而， 在超过固定期间 T2 而待机功率点亮持续的情况下， 从投影机控制部 31 的点亮控制部 31b 发送将高压放电灯熄灭的信号。
通过该功能， 例如当在进行待机点亮动作的状态下结束投影机的使用时， 能够防 止忘记关闭投影机。 即， 在待机点亮动作的情况下， 点亮功率较低、 在图像显示单元中、 例如 通过将液晶显示装置的偏光方向关闭而发生好像已熄灭那样的错觉。特别是， 在投影机没 有配置在手边的、 悬挂在天花板上的使用方法 ( 吊挂使用 ) 的情况下， 考虑到这样的状况。
在图 16 中表示检测信号和点亮功率指令信号、 功率、 电流的时序图。如图 16 所 示， 如果在待机点亮的状态下检测信号开启， 则通过将点亮指令信号联动地开启， 转移到稳 态点亮， 通过稳态点亮动作了固定的时间之后， 再次转移到待机点亮。如果将检测信号开启， 则从投影机控制部 31 的点亮控制部 31b 发送转移到稳态点亮模式的信号， 在持续固定 期间之后， 从投影机控制部 31 的点亮控制部 31b 发送待机功率模式。
通过该功能， 能够实现例如仅当通过红外线传感器等检测到人物已经经过时显示 画面的使用， 与总是进行画面显示时相比能够实现省电化。
这里， 待机功率点亮以不向画面投射为主， 但并不限定于此。即， 在投影模式中为 了将较暗的画面更暗地投影出而以不到额定点亮功率的 50％的功率进行动作是非常有效 的。还可以期待所谓对比度的改善效果。
作为待机功率点亮的另一个效果， 也可以举出上述对比度的改善。 这里， 对比度较 高能够表现与之相应的鲜明的图像， 所以与屏幕照度一起是投影机的重要的性能。例如在 作为图像显示单元而使用液晶元件的情况下， 虽然也取决于液晶元件的性能， 但对比度大 致是 500 ∶ 1 左右。这里， 所谓 500 ∶ 1， 用投影白画面时的屏幕面的照度与投影黑画面时 的屏幕面的照度的比率表示。例如， 通过在黑画面投影时作为待机功率点亮而以额定点亮 的 25％的功率进行动作， 实质上能够达到 2000 ∶ 1 的对比度。 实际上， 如上所述， 随着水银 的未蒸发带来的动作压力的下降， 光量下降功率比以上， 所以能够实现超过 2000 ∶ 1 的对 比度。
在以上的实施例中， 作为图像显示单元而表示了液晶元件的例子， 但也可以采用 利用了 DMD( 数字微镜设备 ) 的 DLP( 数字光处理器 digital lightprocessor)。 虽然在 DLP 投影机的情况下， 大致与采用液晶元件的投影机相比能够增大对比度， 但通过与本发明组 合， 能够实现进一步的对比度的改善。