TWI479950B - High pressure discharge lamp lighting device and projector - Google Patents

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Description

高壓放電燈點燈裝置及投影機
本發明是關於高壓放電燈點燈裝置及裝載該高壓放電燈點燈裝置的投影機。尤其是，本發明是關於在發光管內封入有0.15mg/mm3 以上的水銀，而點燈時的水銀蒸氣壓高，例如11MPa以上的交流點燈型高壓放電燈，作為投射型投影機裝置或後投影電視等的投射用光源所使用較適用的高壓放電燈與其點燈裝置所成的高壓放電燈點燈裝置及裝載該高壓放電燈的投影機者。
投射型投影機裝置，是對於矩形狀螢幕遵循均勻而且充分的演色性被要求照明畫像，所以，作為光源使用著封入水銀或金屬鹵化物的金屬鹵化物燈。又，最近，更增強小型化、點化源化，而電極間距離也極小者被實用化。基於此種背景，近來，代替金屬鹵化物燈，使用著具有極高水銀蒸氣壓，例如具有20MPa以上的高壓放電燈。此為提高水銀蒸氣壓，就可縮小電弧的擴展，而且得到更提昇光輸出的燈。
作為上述燈，例如使用者將一對電極以2mm以下的間隔相對向配置於石英玻璃所成的發光管，而將0.15mg/mm3 以上的水銀，及稀有氣體及以10-6 μmol/mm3 ~10-2 μmol/mm3 的範圍的鹵化物封入於此發光層的高壓放電燈(例如參照專利文獻1)。
此種放電燈及其點燈裝置，是例如被揭示於專利文獻2。揭示於專利文獻3的高壓放電燈，是恆定電力點燈時的管內水銀蒸氣壓為15MPa~35MPa，將鹵化物物質以10-6 μmol/mm3 ~10-2 μmol/mm3 的範圍封入於發光管內者，在發光管內設置一對電極，藉由在電極前端部的中央附近設置突起部，發生在電極間的放電電弧的位置在電極前端的中央部或周邊部之間不穩定，作成抑制移動之所謂電弧突變現象的發生者。
又，藉由DC/DC變頻器與DC/AC反相器及高壓發生裝置所構成的點燈裝置，在上述一對電極間施加交流電壓予以點燈。
一方面，如近年來投影機被小型化，隨著一般家庭上也成為被使用，配合使用環境的高度，或所投影的影像種類，成為必須有畫面不會過度明亮的考慮。因應於此種請求，考量具有所謂被稱為調光功能的投影機(例如，專利文獻3)。在此，調光功能是指藉由以比額定電力還要低的電力進行點燈高壓放電燈，以謀求燈的亮度調整，低電力消耗化等的功能。以下，將以比額定電力還要低的電力進行點燈的情形稱為「調光電力點燈」。
在現在的高壓放電燈點燈裝置，一般為具備「額定電力點燈」與「調光電力點燈」的雙方者，在本案說明書中，以「額定電力點燈」與「調光電力點燈」點亮燈的情形規定為恆定電力點燈模式。又，一般「調光電力點燈」是以「額定電力點燈」的60~80%的電力進行動作。
在第5圖表示以具有調光功能的點燈裝置點亮高壓放電燈時的電流波形的一例子。
如同圖所示地，在進行額定電力點燈時，當調光電力點燈指令信號成為導通，則將電極降低成額定電力點燈的60~80%左右，進行點亮燈。
又，在最近，不需要對於畫面的投射本體時，也考量具有暫時地未進行投射的例如AV靜噪的功能的投影機。
這種功能是在放電燈剛熄燈之後因內部壓力高而無法再點燈之故，因而調整機械式地快問的情形或施加於液晶面板的電壓，進行遮斷被投射於螢幕的光等措施來對應。以下，將意圖地未投射畫面的狀態來點亮燈的情形規定作為小電力點燈模式。
在小電力點燈中，電力是極限地低的電力較理想。因為，利用以極限地低的電力進行點燈，就可激減來自燈的發熱，可停止或降低來自投影機的噪音的主原因的冷卻風扇的驅動，而可將來自投影機的噪音減小至極限。又，以低電力來進行點燈，就可減低燈的熱式地負荷之故，因而組合須投射的情形與不需要的情形，就可實質上延長燈壽命。在此燈的熱式地負荷為對於發光器及電極的熱式地負荷。此等是接通電力愈低就可作成愈小。
又，投影機的一種性能有對比率。此為被投影的畫面以白的狀態(明狀態)與黑的狀態(暗狀態)來比較畫面上的亮度，而指其比率者。對比率高就可投影明暗清楚的畫像之故，因而被作為明亮度以及投影機的重要性能。現 在，為了提高對比率，採用著安裝上述的機械式快門功能等而作出黑的狀態的技術(光闌功能)。
如上述地，被要求在額定電力需要一定以上明亮而且可進行調光電力點燈，而且可將調光電力縮小成極限的小電力點燈的高壓水銀燈。
專利文獻1：日本特開平2-148561號公報
專利文獻2：日本特表2009-527871號公報
專利文獻3：日本特開2000-131668號公報
專利文獻4：日本特開2006-332015號公報
專利文獻5：日本特開2005-522818號公報
專利文獻6：日本特表2009-527871號公報
如上述地，被要求可將電力縮小至極限的小電力點燈的高壓水銀燈，惟以供應矩形波交流電流的狀態下仍大幅度降低電力予以使用時，就會發生如下的問題。
此種高壓水銀燈是在點燈中，於電極前端部形成突起，而以該突起作為起點形成穩定的電弧放電的情形，被記載於例如專利文獻4。
依照專利文獻4，記載著因應於燈電壓或因應於燈點燈電力，來變更穩定頻率及間歇地(週期地)***的低頻的頻率或波數，以維持作為電弧起點的突起，就可進行穩定的動作。
然而，藉由上述技術，例如額定電力180W的燈的高 壓放電燈以90W進行點燈時，則在組合任何頻率時，電弧亮點都無法穩定，發生愈多所謂閃爍現象及中斷。尤其是，對於額定電力180W，在70W以下，則顯著發生閃爍，而在30W以下則發生中斷。
此發明欲解決的課題是提供一種燈點燈電力極低，即使對於額定電力消耗以50%以下的電力值進行燈驅動的小電力點燈模式時，也位置地穩定放電燈的電弧亮點，防止所謂閃爍的發生，又抑制電極的變形而對於畫面投射模式的點燈動作上不會給與影響，即使在極低的電力也穩定地可進行動作，而從小電力模式移行至恆定電力點燈模式之際不會中斷地可進行點燈的點燈裝置及裝載該高壓放電燈點燈裝置的投影機。
首先，本案發明人等，針對於比上述的習知的調光點燈電力還要更低的電力進行動作的情形，為了觀察在交流驅動動作發生閃爍現象的樣子，而觀察徐徐地降低電力的情形的電弧亮點部分。將以例如180W進行額定動作的燈徐徐地變更電力，若與額定動作相同的頻率(將此稱為額定頻率)，發現以140W形成電弧亮度部的突起部分有變形的情形，又依據專利文獻4，將調光時的動作頻率(將此稱為調光頻率)選擇比額定動作頻率還要低的頻率，又間歇地***低頻，就可發現一直到130W仍穩定地進行動作的頻率，惟在更降低電力時，即使選擇那一頻率，也判明了突起部分會變形的情形。
針對於此突起部分的變形，使用第3圖來加以說明。 第3圖是模式地表示高壓放電燈的發光管部分者，20是電極，A是形成於電極20間的電弧。以額定電力點燈高壓放電燈時，電極材料的鎢以點燈時的熱被蒸發，為了抑制附著於發光管的管壁所致的發光管黑化現象，在欲促進鹵素週期的發光管內封入鹵素物質。蒸發的鎢是與鹵素化合，在對流回到電弧電漿時被解離而成為正離子。成為正離子的鎢，是被引拉至以陰極相位側的電極前端的電場集中點的電弧點作為中心的領域，而被堆積至該領域。之後，當該電極反轉成陽極相位，則電子相撞於電極前端全體，電極溫度是上昇，而在陰極相位所堆積的鎢是再蒸發。
在額定電力點燈時，該堆積與蒸發的平衡，為在電極前端可維持適當的突起的位準下會穩定〔第3(a)圖〕。然而，調光動作時，亦即以比額定電力還要低的電力進行點燈時，陰極相位狀態的電極前端部的溫度比額定電力點燈時還要低之故，因而電極前端的電場集中點的電弧點成為被限定在突起前端的一部分〔第3(b)圖〕。亦即，在突起部中也產生特別容易電場集中的點與不容易電場集中的點。電弧點部分是極高溫之故，因而雖為陰極相位，鎢會蒸發，而形狀會變形〔第3(c)圖〕。依變形的形狀，電弧點部分的溫度降低，之後移動至容易形成電弧點的場所〔第3(d)圖〕。重複此些現象，使得突起全體變形成台形狀，而重複電弧跳動被考量為認識作為投射畫面上的閃爍者。
為了避免此現象，從此些觀點間歇地***低頻，對上 昇電極前端的溫度上有效，而增加所***的波數就可更上昇電極溫度的情形容易地被想像。然而，交流驅動時，由必須交互地發生電極溫度上昇的陽極相位與降低的陰極相位，可推測溫度上昇量也有限度。又，將低頻的頻率作成過低時，例如作成10Hz左右時，視認到極性反轉時的電流變化，會發生可看到所投影的畫面有明滅的其他事象的閃爍現象。
將電力縮小到30W左右時確認中斷現象如何地發生。將電力剛從恆定電力點燈切換成小點燈之後毫無問題地進行點燈，惟在大約10秒鐘發生中斷。確認燈電壓，把燈電壓上昇至200V左右，結果，可知鎮定器判定為異常電壓而熄滅燈。另一方面，可知觀察電極的樣子，電極溫度變極低就無法放出熱電子，而持續著以電極全體進行放電的所謂輝光放電。一般輝光放電比以電極前端部的突起進行放電的電弧放電，為燈電壓變高，大約達到150~200V左右。
以下，確認從小電力點燈模式移位至恆定電力點燈模式之際的中斷現象如何地發生。從恆定電力點燈模式移行約5分鐘的短時間，在陽極動作的一方的電極突起來看到大變化，將此樣子表示於第4(a)圖。在超過5分鐘而經過1小時，則如第4(b)圖所示地，突起會損耗而變小成為球狀。又再放置，經過20小時以上，則如第4(c)圖地，突起會消滅。意圖地只要長時間地不放置在小電力點燈模式，就不會成為第4(c)圖的狀態。亦即，從小電力 點燈模式移行至恆定電力點燈模式之際的中斷。是成為在第4(c)圖的電極狀態下所發生。
由此，從小電力點燈模式移行至恆定電力點燈模式之際的中斷，是電極突起的損耗與陽極動作的溫度降低成為原因，在移行時當切換成陰極動作，電極突起的溫度過低無法維持放電電流而有中斷的情形。
本案發明人等，如以上地解釋清楚發生在調光電力極低時的閃爍現象及中斷的原因，此外專心檢討針對於從小電力點燈模式移行至恆定電力點燈模式之際的中斷，以及解決此些問題的方法的結果，達到本案發明的高壓放電燈的點燈方法等者。
亦即，為了達成上述目的，本案發明的第1高壓放電燈的點燈方法，是在石英玻璃所成的放電容器以電極間距離2mm以下相對配置體積大約相等的一對電極，而在該放電容器封入有0.15mg/m3 以上的水銀，及10-6 μmol/mm3 ~10-2 μmol/mm3 的範圍的鹵素與所定量的稀有氣體的高壓放電燈，及對於該放電燈供應矩形波交流電流而進行點燈的饋電裝置所構成的高壓放電燈點燈裝置，其特徵為：對於除了剛起動之後的初期點燈期間的額定電力消耗以50%以下的電力值進行燈驅動的小電力點燈模式施以動作時，以矩形波交流電流的第一時間單位與第二時間單位所構成，交互地重複進行驅動上述放電燈，以第一時間單位是時間寬度t1，而且第二時間單位是重複時間寬度t2所構成，且重複5次以上所構成。
在本願的高壓放電燈封入有0.15mg/mm3 以上的水銀。在此種高壓放電燈，即使在額定點燈的50%以下的電力假設未能進行冷卻，也發生無法蒸發的水銀，亦即發生未蒸發水銀。此為本來，為了拉出照度壽命，明亮的性能，來決定耐於恆定電力點燈的發光管設計，惟在50%以下的電力即使在無冷卻的環境下，也無法成為足以蒸發水銀的發光管溫度。傳統上，未蒸發水銀是放電電弧或縮小放電起點的作用的動作都低，動作壓力也降低的結果，考量為了降低光輸出上較不理想者。然而，以額定點燈的50%以下的電力進行動作時，無法縮小放電電弧及放電起點之故，因而有助於保持一定電極溫度的作用，因此，推測容易進行陰極動作的電極的熱電子放出。
在此，作為一定時間，極性被固定的點燈方法考量有直流點燈。尤其是，作為燈調光方法在電流低時作為直流點燈的情形記載於專利文獻5。
依照專利文獻5，記載著直流點燈時，燈不會熄燈，而在充分低的電流為止仍可動作的情形。如此，對於額定電力消耗以50%以下的電力值進行直流點燈驅動來確認。這時候，確認在30分鐘左右是雖進行穩定動作惟陰極側的電極前端會變形，之後切換成穩定動作時使得電壓大幅地上昇，會把螢幕照度大幅降低。又，也確認在切換成穩定動作之際中斷的情形。
在此，觀察此現象如何地產生。直流點燈時，陰極側的電極前端的過度與交流驅動的穩定動作時的溫度相比較 ，會顯著地低而僅在電極前端的一部分進行放電的所謂先點模式進行動作也被記載於專利文獻5。穩定地以光點模式進行動作之故，因而與交流驅動不相同，不會有移動電弧點的情形。然而，成為電弧點的部分是在極狹窄領域被熔融，而成為極高溫。若為數秒鐘的短時間動作，則不會有很大影響，惟若暫時繼續點燈，則成為電弧點的部分會變形。之後，作為穩定動作例如進行額定點燈時，有變形的電極前端無法耐於額定點燈時的電流，而更變形使得電壓大幅度地上昇。
此種現象是在電極間距離長，或水銀密度低的種類的HID燈可能不會發生。然而，如本案地電極間距離短至2mm以下，又，封入有0.15mg/mm3 以上的水銀的高壓放電燈時，雖有未蒸發水銀惟電弧被縮小，與穩定動作相比較雖低，惟不能忽略電極前端部的電流密度之故，因而推測電弧點的集中會導致電極的變形。
又，依照專利文獻6，記載著欲供應在專利文獻5所具有的DC型電壓，為了實現全橋接電路使用著半導體元件的供應一般地AC型電壓的驅動單元中，若勉強地繼續供應DC型電壓，就會有錯誤的要旨。又記載著即使為供應此一般性AC型電壓的驅動單元，也進行DC型電壓供應，而可穩定地點燈放電燈的情形。然而，確認在專利文獻5所確認的“照度不穩”，“中斷”是仍然被留下。
另一方面，如本發明地交流驅動的矩形波交流電流的第一時間單位是時間寬度t1，而且第二時間單位是時間寬 度t2的重複所構成，且重複5次以上所構成，則陰極動作的電極前端的電弧點被固定，而且適當期間極性被反轉就可適當地保持進行陽極動作的電極前端溫度之故，因而長時間可進行穩定的動作，而且可抑制從小電力點燈模式移行至恆定電力點燈模式之際的中斷情形。
第一時間寬度t1是20ms~500ms，且第二時間單位的時間寬度t2是0.01ms~5ms時，對於額定電力消耗50%以下的電力值進行燈驅動的小電力點燈模式也可抑制閃爍之發生，而可進行穩定的動作。然而，在長時間全面地進行點時，電極前端會有些微變形，而前端部的突起位置有變化(偏離)的情形。尤其是，即使第一時間寬度t1是20ms~500ms，且第二時間單位的第二時間寬度t2是0.01ms~5ms，t1及t2的期間長時，例如t2為5ms，t2為500ms時等，突起部是在極狹窄的領域進行熔融，惟熔融部是有某一大小，長時間的點燈中突起的前端部會有些微變形，而在狹窄領域突起的位置會徐徐地變化(偏離)。些微的突起位置的偏離是電極間距離比2.0mm還要長時，則其變形量的問題是相對地不大。然而，電極間距離為2.0mm以下的極短的電極間距離時，突起位置的偏離會開始影響到螢幕照度。尤其是，利用LCD面板或DMD(Digital Mirror Device)的小型化，知道此些微的變形對長時間的使用上有影響。由此些結果，為了確保長壽命更嚴密地調查t1，t2的時間。其結果，知道若第一時間寬度t1是30ms~100ms，且第二時間單位的第二時間寬度t2是 0.05ms~1ms則也不會有些微突起的偏位，長時間全面穩定而可保持電極前端部。
又，針對於小電力點燈模式移行至恆定電力點燈模式之際的中斷與第二時間單位的第二時間寬度t2的重複次數進行調查。結果，在1次，3次的情形，無法完全地抑制中斷。將重複次數作成5次以上，就可確認完全地可抑制中斷的情形。
依據以下，在本發明，作成如以下以達成上述目的。
(1)一種高壓放電燈點燈裝置，是在石英玻璃所成的放電容器以電極間距離2mm以下相對配置有第一電極與第二電極，而在該放電容器封入有0.15mg/mm3 以上的水銀，及10-6 μmol/mm3 ~10-2 μmol/mm3 的範圍的鹵素與所定量的稀有氣體的高壓放電燈，及對於該高壓放電燈供應矩形波交流電流而進行點燈的饋電裝置所構成的高壓放電燈點燈裝置，其特徵為：上述饋電裝置是對於上述高壓放電燈，可切換地驅動恆定電力點燈模式，及對於額定電力消耗以50%以下的電力值進行燈驅動的小電力點燈模式者，對於上述高壓放電燈藉由從100Hz~5kHz的範圍所選擇的恆定電力點燈頻率的第一極性與第二極***互地重複的交流電流IH所驅動的上述恆定電力點燈模式，及對於上述高壓放電燈藉由對於恆定電力點燈模式的額定電力消耗以50%以下的交流電流IL所驅動的小電力模式所構成，上述交流電流IL是以第一時間單位與第二時間單位所構成，交互地重複驅動上述放電燈，第一時間單 位是在時間寬度t1具有第一極性或第二極性的任一方的極性，而第二時間單位是在時間寬度t2交互地重複5次以上第一極性與第二極性所成者進行動作。
上述(1)中，時間寬度t1是20ms~500ms，而且第二時間單位的時間寬度t2是0.01ms~5ms。
上述(1)中，小電力點燈模式的驅動時的電流是第一時間單位≦第二時間單位的關係。
(4)將上述(1)~(3)中任一的高壓放電燈點燈裝置裝載於具備投影畫像的功能的投影機。
(5)在上述(4)的投影機中，具備在恆定電力點燈模式一定期間，在投影機的畫像信號沒有變化時，移行至小電力點燈模式的功能。
(6)在上述(4)的投影機中，具備在小電力點燈模式一定期間，在投影機的畫像信號沒有變化時，自動地熄燈高壓放電燈的功能。
(7)在上述(4)的投影機中，具備在小電力點燈模式一定期間進行動作之後，與檢測手段連動而移行至恆定電力點燈動作的功能。
在本發明中，可得到以下的效果。
(1)對於額定電力消耗以50%以下的電力值進行驅動燈時，以矩形波交流電流的第一時間單位與第二時間單位所構成，交互地重複驅動上述放電燈，第一時間單位是時間寬度t1，而且第二時間單位是時間寬度t2的重複所構成，且重複5次以上的方式進行動作之故，因而位置上 可穩定放電燈的電弧亮點，亦即可防止所謂閃爍的發生，即可在極低電力也不會有中斷，而可穩定地進行點燈。
(2)矩形波交流電流的時間寬度t1是20ms~500ms，而且第二時間單位的時間寬度t2是成為0.01ms~5ms的方式進行動作之故，因而防止在對於電極的熱性負荷產生偏離，就可防止電極前端部的突起的偏位，即使長時間全面地以小電力進行動作，也可確保照度壽命特性。
(3)將本發明的高壓放電燈點燈裝置，裝載於投影機，對於額定電力消耗以50%以下的電力值，將上述放電燈在點燈中，一定期間，投影機的畫像信號上無變化時，對於額定電力消耗以50%以下的電力值移行至進行燈驅動的小電力點燈模式，藉此防止浪費的電力消耗，而可得到有電力化。
(4)將本發明的高壓放電燈點燈裝置裝載於投影機，對於額定電力消耗以50%以下的電力值進行燈驅動小電力點燈模式，將上述放電燈在點燈中，一定期間，投影機的畫像信號上無變化時，自動地熄燈高壓放電燈，藉此可防止投影機的忘記熄燈。
(5)將本發明的高壓放電燈點燈裝置載於投影機，對於額定電力消耗以不足50%的電力值，將上述放電燈在點燈中，與檢測手段連動而進行點燈投影機，就可防止浪費的電力消耗，而可得到省電力化。
以下，針對於本發明的實施形態進行說明。
在第1圖表示作為本發明的對象的高壓放電燈。
高壓放電燈10是具有藉由石英玻璃所成的放電容器所形成的概略球形的發光部11。在該發光部11中以2mm以下的間隔相對配置有一對電極20，又，在發光部11的兩端部形成有密封部12。在此密封部12，例如利用收縮密封氣密地被埋設有鉬所成的導電用金屬箔13。在金屬箔13的一端接合著電極20的軸部，又，在金屬箔13的另一端接合著外部引線14而從外部的饋電裝置進行饋電。
在發光部11，封入有水銀，及稀有氣體，及鹵素氣體。水銀是用以得到例如波長360~780nm的所必須的可視光波長的放射光者，被封入0.15mg/mm3 以上。該封入量是藉由溫度條件也不同，惟在點燈時成為200氣壓以上極高的蒸氣壓。又，封入更多水銀可製作點燈時的水銀蒸氣壓達到250氣壓以上，300氣壓以上的高水銀蒸氣壓的放電燈，水銀蒸氣壓愈高可實現愈適合於投影機裝置的光源。
稀有氣體是例如封入有大約13kPa的氬氣體。其功能是在於改善點燈起動性。鹵素是碘、溴、氯等與水銀或其他的金屬以化合物的形態被封入，鹵素的封入量是從10-6 μmol/mm3 ~10-2 μmol/mm3 的範圍所選擇。鹵素功能是利用所謂鹵素週期的長壽命化，惟如本發明的高壓放電燈地極小型又極高點燈蒸氣壓者，也有所謂放電容器的防止透明消失的作用。
表示高壓放電燈的數值例，例如發光部的最大外徑 9.4mm，電極間距離1.0mm，發光管內容積55mm3 ，額定電壓70V，額定電壓180W而被交流點燈。
又，此種放電燈是被內設於小型化的投影機裝置者，作為全體尺寸被請求極小型化，另一方也被要求高發光光量。所以，發光部內的熱性影響是成為極嚴格者。燈的管壁負荷值是0.8~2.5W/mm2 具體上是成為2.4W/mm2 。
具有此種高水銀蒸氣壓或管壁負荷值被裝載於投影機裝置或如架空投影機的顯示用機器時，可提供演色性優異的放射光。
第2圖是表示以表示電極前端與突起作為目的，模式化表示於第1圖的電極20的前端者。電極20是分別由球部20a與軸部20b所構成，而在球部20a的前端形成有突起21。
在此，上述突起21是如本發明的放電燈，電極間距離2mm以下而在發光部作為含有0.15mg/mm3 以上的水銀的投影機裝置的光源所使用時成為不可少。為什麼呢？因為在發光部含有0.15mg/mm3 以上的水銀，在動作壓力達到200氣壓以上的放電燈，藉由高蒸氣壓，電弧放電被縮小成較小，結果，放電起點也被縮小成較小。
又，在電極前端形成有突起21，而以該突起作為起點發生電弧放電之故，因而來自電弧的光藉由電極的球部20a不容易遮住。所以，光的利用效率會提高，也產生可得到更明亮的影像的優點。又，第2圖是模式化的圖式，惟一段，在軸部20b的前端，具有相當於具有比軸徑還要 大直徑的球部的要素。
以下，將點燈上述放電燈的饋電裝置表示第5圖。
點燈裝置是由放電燈10與饋電裝置所構成。饋電裝置是由：供應有直流電壓的降壓斬波電路1，及連接於降壓斬波電路1的輸出側而將直流電壓變更成交流電壓供應於放電燈10的全橋接型反相器電路2(以下，也稱為「全橋接電路」)，及串聯連接於放電燈的線圈L1，電容器C1，與起動器電路3，及驅動上述全橋接電路2的開關元件Q1~Q4的驅動器4，及控制部5所構成。
在控制部5是例如以微處理器等的處理裝置可構成，在第5圖以方塊圖表示其功能構成。
在第5圖中，降壓斬波電路1是由：被連接於供應有直流電壓的正側電源端子的開關元件Qx與電抗器Lx，及在開關元件Qx與電抗器Lx的連接點與負側電源端子間連接有陰極側的二極體Dx，及被連接於電抗器Lx的輸出側的平滑電容器Cx，及被連接於平滑電容器Cx的一側端子與二極體Dx的陽極側之間的電流檢測用的電阻Rx所構成。
藉由以所定任務來驅動上述開關元件Qx，俾將輸入直流電壓Vdc 降壓成因應於該任務的電壓。在降壓斬波電路1的輸出側，設有電壓檢測用的電阻R1，R2的串聯電路。
全橋接電路2是由橋接狀地連接的開關元件Q1~Q4所構成，藉由交互地導通開關元件Q1，Q4，開關元件Q2 ，Q3，在開關元件Q1，Q2的連接點，及開關元件Q3，Q4的連接點間會發生矩形波狀的交流電壓。
起動器電路3是由：電阻R3與開關元件Q5的串聯電路，及電容器C2與變電器T1所構成。
將開關元件Q5作成導通，則被充電於電容器C2的電荷經由開關元件Q5，變壓器T1的一次側線圈進行放電，而在變壓器T1的二次側發生脈衝狀高電壓。該高電壓是被施加於放電燈10的補助電極Et，進行點亮燈。
在上述電路中，第一時間單位是時間單位是時間寬度t1，而且第二時間單位是以時間寬度t2的重複所構成，且重複5次以上所構成的方式進行動作，為調整全橋接電路2的開關元件Q1~Q4的開關週期就可達成，又，輸出電壓是調整降壓斬波電路1的開關元件Qx的動作任務就可達成。
降壓斬波電路1的開關元件Qx，是因應於閘控信號Gx的任務進行導通/斷開，來變更被供應於燈10的電力。亦即，若提昇電力則降低Qx的任務等，成為一致於其所輸入的電力調整信號值的電力值的方式進行閘控信號Gx的控制。
藉此，將所輸出的電流波形表示於第7圖。
控制部5是由驅動信號發生手段51與控制器52所構成。
驅動信號發生手段51是例如交流信號發生部51a~51c，第一時間單位是時間寬度t1，而且第二時間單位是以時 間寬度t2的重複所構成，且重複5次以上所構成的方式發生驅動期間為非對稱的矩形波的非對稱矩形波信號發生部51c，及選擇此些輸出的選擇器51d所構成，選擇性地輸出交流信號發生部51a~51b，非對稱矩形波發生部51c的輸出，發生用以驅動全橋接電路2的開關元件Q1~Q4的驅動信號。
控制器52是具備：控制燈10的點燈動作的點燈動作控制部52a，及因應於來自外部的點燈電力指令。以所定的任務驅動降壓斬波電路1的開關元件Qx，俾控制燈電力的電力控制部52c。
又，具備用以設定上述開關元件Q1~Q4的驅動信號，因應於額定電力點燈，或是以0.5×P(W)以下的電力進行動作的小電力點燈而將頻率選擇指令送出至上述驅動信號發生手段51的選擇器的頻率選擇部52b。
電力控制部52c是由利用電流檢測用的電阻Rx的兩端電壓，及電壓檢測用的電阻R1，R2所檢測的電壓，求出燈電流I，燈電壓V而進行演算燈電力，控制該電力一致於點燈電力指令的降壓斬波電路1的開關元件Qx的任務。
選擇器51d是因應於來自頻率選擇部52b的指令，將交流信號發生部51a~51b，非對稱矩形波信號發生部51c的輸出選擇性地送出至驅動器4。
又，因應於從頻率選擇部52b所輸出的非對稱比率增減信號，將從非對稱矩形波信號發生部51c所輸出的矩形 波的時間寬度t1因應於第二時間單位的時間寬度t2的值進行增減也可以。
還有，將第一時間單位的放電燈點燈電力與第二時間單位的放電燈點燈電力變更成為 第一時間單位≦第二時間單位也可以。此成為可改善作為陽極進行動作的電極突起部的溫度上昇。
在此，由額定電力點燈移行至小電力點燈之時，由對於額定電力消耗50%以下的電力一面徐徐地降低電力一面移行至小點燈電力也可以。作成這樣子，就可更抑制電極溫度的急激地變化。這時候，控制降壓斬波電路1的開關元件Qx的任務，一面徐徐地減小電力，一面移行至小電力點燈就可實現。
又，如下述地，由小電力點燈移行至恆定電力點燈之際，徐徐地增大動作電力，或是一面徐徐地減小(一面變更Tb/Ta)進行陽極動作的電極側的陽極驅動期間，一面移行至恆定電力點燈時，則以電力控制部52c徐徐地增加供應於燈的電力，或是利用被送出至非對稱矩形波信號發生部51c的非對稱比率增減信號，來控制矩形波的非對稱率。
在此，將裝載本實施例的高壓放電燈點燈裝置的投影機的構成例表示於第6圖。
投影機是由：上述的高壓放電燈點燈裝置30及高壓放電燈10，及投影機控制部31，及由液晶顯示裝置等所 構成的畫像顯示裝置32，及將顯示於畫像顯示裝置32的畫像予以擴大顯示的擴大裝置33所構成，而利用擴大裝置33所擴大的畫像，是被投影顯示在螢幕32。
投影機控制部31是具備：處理從個人電腦35或電視等的外部裝置所供應的畫像信號的畫像控制部31a，及將點燈指令及點燈電電力指令送出至上述的高壓放電燈點燈裝置30的點燈控制部31b。
以下，針對於從恆定電力點燈模式切換控制至本實施例的小電力點燈模式加以說明。在此，所謂恆定電力點燈模式是指以「恆定電力」，「調光電力」進行動作的情形。又，「調光電力」的點燈電力是藉由高壓放電燈及饋電裝置的設計者，惟「調光電力」是對於「額定電力」以大約60~80%左右的電力進行動作。
利用給與控制部5的點燈指令信號，被選擇小電力點燈模式，則表示於第5圖的控制部5是選擇第一時間單位是時間寬度t1，而且第二時間單位是以時間寬度t2的重複所構成，且成為重複5次以上的構成的驅動期間選擇發生非對稱的矩形波的非對稱矩形波。亦即，頻率選擇部52b是利用選擇器51d選擇非對稱矩形波信號發生部51c的輸出，驅動器4是將非對稱矩形波的驅動信號給與開關元件Q1~Q4，將Q1，Q4，或Q3，Q2交互地導通時間作成非對稱，來非對稱矩形波驅動高壓放電燈10。
又，在點燈電力指令信號選擇恆定電力點燈模式時，則在矩形波交流點燈進行點燈動作。亦即，頻率選擇部 52b是利用選擇器51d來選擇交流信號發生部51a，51b的輸出，而驅動器4是將交流驅動信號給與開關元件Q1~Q4，而交互地導通開關元件Q1，Q4，或Q3，Q2，而將交流矩形波電流供應於高壓放電燈10。
將以表示在第7圖的電流波形所驅動的實際評價結果表示於表1。點燈電路的條件是重複5次t1=50ms，t2=0.1ms，使用上述180W燈，以額定燈輸入：180W進行評價。
將評價結果表示於表1。表1是在小電力點燈模式的100W~140W的範圍內變化，調查在各電力值的可否點燈，電極損耗，有無閃爍及突起的偏位者。在此，表中的判定基準是如下所述者。◎是表示在可點燈的狀態下沒有閃爍，且不但沒有電極前端部的損耗，也沒有突起的偏位，而長時間全面穩定可進行動作。○是表示在可點燈的狀態下沒有閃爍，且沒有電極前端的損耗，惟在長時間的點燈下產生突起的偏位，很難適用在超過4000小時的照度維持特性所必須的長壽命燈。×是表示不可能點燈的狀態，或即使可點燈的狀態下電極損耗大，因閃爍等的現象而無法正常地使用。
如第1表所示地，比額定電力還要低11%的電力，就無法持續點燈。此為極性在陰極側進行動作的一方的電極溫變成極端地低，因無法進行充分的熱電子放出，因此成為無法維持放電，而成為輝光放電，被檢測為異常電壓而考量保護電路進行動作。又，在比額定電力還要高50%的 電力，長時間，在陽極側進行動作而電極溫度變過高之故，因而消失突起。所以，僅在由11%~50%選擇本案發明的範圍所選擇的電力進行點燈時也沒有閃爍，也不會有電極前端部的突起消失，也沒有從小電力點燈模式移行至恆定電力點燈模式時的中斷，可構成良好的點燈狀態。
可是，在小電力點燈時，必須將非對稱的矩形波電流供應於燈，將非對稱矩形波的驅動信號給與表示於第5圖的全橋接電路2的開關元件Q1~Q4，而必須將交互地導通Q1，Q4，或Q3，Q2的時間作成非對稱。
在實際的電路構成，例如充電電容器，就可生成對於開關元件Q1，Q2的高位準的閘控驅動信號。這時候，上述電容器會放電之故，因而長時間地，很難將開關元件Q1，Q3保持在導通狀態，必須週期性地充電電容器。將使用此種電容器的驅動電路予以使用時，充電電容器的期間，開關元件Q1，Q3是暫時地成為斷開，成為進行著週期性的極性反轉動作。在此，電容器被充電的期間是也依電容器的容器，惟大約0.1ms左右。因此，極性反轉期間，亦即驅動期間Tb是大約0.1ms左右較佳。
假設，欲進行直流點燈驅動時，則在表示於第5圖的全橋接電路2的開關元件Q1~Q4給與直流的驅動信號，必須將開關元件Q1，Q4，或Q3，Q2保持在導通狀態。
所以，必須將高位準的信號繼續地給與開關元件Q1，Q4的閘極G1，G4，或是Q3，Q2的閘極G3，G2，而在開關元件Q1，Q3的閘控驅動信號，比開關元件Q2，Q4的閘極驅動信號，必須施加高位準的電壓。
供應於開關元件Q1，Q3的閘極G1，G3的高位準的驅動信號，是使用其他電源，或是也可考量使用供料泵電路等所生成，惟會增加零件數，也會增加成本。
因此，第一時間單位是時間寬度t1，而且第二時間單位是以時間寬度t2的重複所構成。且重複5次以上所構成的矩形波點燈驅動，在實際的電路構成，也不會特別地增加零件數，低成本地可構成點燈電路。
一般被使用高壓放電燈的電極是主要以鎢所構成，以 改善照度壽命特性的目的，使用著99.999%以上的極高純度的鎢。高純度的鎢是指雜質少的意思而可期待長壽命，另一方面，結晶粒會粗大化之故，因而具有脆的缺點。尤其是前端部是成為極高溫，而容易使得結晶粒粗大化。急激地施加著熱性應力而熱應力所致的結晶粒界間產生裂縫等的不方便會產生。因此，移行至恆定電力點燈時移行至交流驅動之後再移行電力較佳。
如上述地進行控制，例如經個人電腦等的外部信號，將畫像從投影機投影至螢幕面的狀態下，繼續在畫面上無變化的狀態之際等自動地可移行至小電力點燈模式，而可得到省電力化。
又，利用移行至小電力點燈模式，而且停止高壓水銀燈的冷卻等，就可得到更有電力。又，在短點燈時間重複使用的環境時，藉由起動時的損傷對高壓放電燈的壽命時間上也有不良影響。利用小電力點燈模式，不必熄滅高壓放電燈，進行連續點燈動作，實質上就可改善壽命特性，而且考量具有瞬間地可投影畫面等優點。
在此，小電力點燈是未投射於畫面作為主，惟並不被限定於此。亦即，在投射模式中，為了將暗畫面更暗地映出而以額定點燈電力的不足50%的電力進行動作，為極有效。也可期待所謂對比的改善效果。
作為小電力點燈的另一效果也可列舉上述的對比率的改善。在此，對比率高為相對地可表現清清楚楚的畫像，而與螢幕照度合併成為投影機的重要性能。例如作為畫像 顯示手段使用液晶元件時，雖依液晶元件的性能，惟對比率是大約500：1左右。在此，所謂500：1是以投影白畫面時的螢幕面的照度與投影黑畫面時的螢幕面的照度的比率被表示。例如，在黑畫面投影時，作為小電力點燈以額定點燈的25%的電力進行動作，則實質上就可達成2000：1的對比率。實際上如上述地，隨著水銀的未蒸發所致的動作壓力的降低使得光量降低成電力比以上，可實現超過2000：1的對比率。
在申請專利範圍第3項的小電力點燈模式的驅動時的電流，是將第一時間單位≦第二時間單位的關係的其他實施例表示於第8圖，第9圖及第10圖。
在表示於第8圖的實施例，不降低以第一時間單位進行陰極動作的電極突起的溫度而移行至第二時間單位者。
在表示於第9圖的實施例，因在第一時間單位上昇陰極動作側突起溫度，因此增加陽極側電極的電流者。
在表示於第10圖的實施例，將供應於第一時間單位的電力與供應於第二時間單位的電力作成相同，而藉由在第一時間單位進行陽極動作的電極側突起流著更多電流的方式作成非對稱者。
又，在此所增加的第二時間單位的電力，是停止在投射裝置的畫面上發生閃爍的範圍較佳。
在以上實施例中，作為畫像顯示手段表示液晶元件的例子，惟將DMD(Digital Mirror Device)的DLP(Digital Light Processor)予以使用也可以。DLP投影機時 ，與大致使用液晶元件的投影機相比較，可將對比率作成較大，惟與本發明組合成為可更改善對比率。
1‧‧‧降壓斬波電路
2‧‧‧全橋接電路
3‧‧‧起動器電路
4‧‧‧驅動器
5‧‧‧控制部
51‧‧‧驅動信號發生手段
51a，51b‧‧‧交流信號發生部
51c‧‧‧非對稱矩形波信號發生部
51d‧‧‧選擇器
52‧‧‧控制器
52a‧‧‧點燈動作控制部
52b‧‧‧頻率選擇部
52c‧‧‧電力控制部
10‧‧‧高壓放電燈
11‧‧‧發光部
12‧‧‧密封部
13‧‧‧導電用金屬箔
14‧‧‧外部引線
20‧‧‧電極
20a‧‧‧球部
20b‧‧‧軸部
21‧‧‧突起
30‧‧‧高壓放電燈點燈裝置
31‧‧‧饋電裝置控制部
31a‧‧‧畫像顯示裝置
33‧‧‧擴大裝置
34‧‧‧螢幕
35‧‧‧個人電腦
Cx，C2‧‧‧電容器
Dx‧‧‧二極體
Lx‧‧‧電抗器
R1，R2，R3，Rx‧‧‧電阻
Q1~Q4，Q5，Qx‧‧‧開關元件
T1‧‧‧變壓器
Et‧‧‧補助電極
第1圖是表示作為本發明的高壓放電燈點燈裝置的對象的高壓放電燈的圖式。
第2圖是表示作為本發明的高壓放電燈點燈裝置的對象的高壓放電燈的電極的圖式。
第3(a)圖至第3(d)圖是表示高壓放電燈的電極突起變形的樣子。
第4(a)圖至第4(c)圖是表示小電力點燈模式時的電極突起變化的樣子。
第5圖是表示本發明的實施例的高壓放電燈點燈裝置的構成的圖式。
第6圖是表示裝載本發明的實施例的高壓放電燈點燈裝置的投影機的構成例的圖式。
第7圖是表示本發明的放電燈的電流波形的一例子的圖式。
第8圖是表示本發明的放電燈的電流波形的另一例子的圖式。
第9圖是表示本發明的放電燈的電流波形的另一例子的圖式。
第10圖是表示本發明的放電燈的電流波形的另一例子的圖式。
t1、t2‧‧‧時間寬度
IH‧‧‧交流電流
IL‧‧‧交流電流

Claims (7)

  1. 一種高壓放電燈點燈裝置，是在石英玻璃所成的放電容器以電極間距離2mm以下相對配置有第一電極與第二電極，而在該放電容器封入有0.15mg/mm3 以上的水銀，及10-6 μmol/mm3 ~10-2 μmol/mm3 的範圍的鹵素與所定量的稀有氣體的高壓放電燈，及對於該高壓放電燈供應矩形波交流電流而進行點燈的饋電裝置所構成的高壓放電燈點燈裝置，其特徵為：上述饋電裝置是對於上述高壓放電燈，可切換地驅動恆定電力點燈模式，及對於額定電力消耗以50%以下的電力值進行燈驅動的小電力點燈模式者，對於上述高壓放電燈藉由從100Hz~5kHz的範圍所選擇的恆定電力點燈頻率的第一極性與第二極***互地重複的交流電流IH所驅動的上述恆定電力點燈模式，及對於上述高壓放電燈藉由對於恆定電力點燈模式的額定電力消耗以50%以下的交流電流IL所驅動的小電力模式所構成，上述交流電流IL是以第一時間單位與第二時間單位所構成，交互地重複驅動上述放電燈，第一時間單位是在時間寬度t1具有第一極性或第二極性的任一方的極性，而第二時間單位是在時間寬度t2交互地重複5次以上第一極性與第二極性所成者。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的高壓放電燈點燈裝置，其中， 時間寬度t1是20ms~500ms，而且第二時間單位的時間寬度t2是0.01ms~5ms。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的高壓放電燈點燈裝置，其中，小電力點燈模式的驅動時的電流是第一時間單位≦第二時間單位的關係。
  4. 一種投影機，其特徵為：將裝載申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的高壓放電燈點燈裝置的畫像予以投影者。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的投影機，其中，具備在恆定電力點燈模式一定期間，在投影機的畫像信號沒有變化時，移行至小電力點燈模式的功能。
  6. 如申請專利範圍第4項所述的投影機，其中，具備在小電力點燈模式一定期間，在投影機的畫像信號沒有變化時，自動地熄燈高壓放電燈的功能。
  7. 如申請專利範圍第4項所述的投影機，其中，具備在小電力點燈模式一定期間進行動作之後，與檢測手段連動而移行至恆定電力點燈動作的功能。
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