CN100456905C - 高压放电灯亮灯装置 - Google Patents

Abstract

一种放电灯亮灯装置，可以改善水银量多、两电极上附着的水银量不相等的高压放电灯的灯起动性能，缩短辉光放电的产生时间，最小限地抑制电极溅射。在起动灯时，向放电灯(4)施加全桥电路(2)输出的交流矩形波电压。然后，从点火装置(3)重叠施加与上述交流矩形波电压的极性同步的高压脉冲，使放电灯(4)开始交流放电。固定全桥电路(2)的开关元件(Q2～Q5)的导通/关断状态，向放电灯施加直流电压。从转入直流动作到经过规定时间后，使全桥电路(2)动作以产生交流矩形波，向放电灯(4)施加交流矩形波电压，使转入正常亮灯状态。

Description

高压放电灯亮灯装置

技术领域

本发明涉及一种高压放电灯亮灯装置，特别涉及一种适用于投射型投影仪的光源等的高压放电灯亮灯装置。

背景技术

作为放电灯的亮灯装置，众所周知的电路是，使用全桥型开关电路，向50/60Hz低频重叠约20kHz的高频，利用交流高频实现亮灯。(例如，参照特公平6-65175号公报)。

上述放电灯的起动程序是，在空载状态从点火电路充电高压脉冲开始放电，然后利用从给电装置供给的电流，使放电空间从辉光放电状态转入弧光放电状态，形成正常亮灯状态。

但是，从上述辉光放电状态向弧光放电状态的过度，由于所谓的半波放电，未必都能良好完成。根据上述特公平6-65175号公报的记载，为解决上述问题，在从辉光放电转入弧光放电之前的期间，向放电灯施加直流电压或低于正常亮灯时的频率的交流电压。

这是因为在放电灯起动初期的辉光放电期间，使流向放电灯的电流的极性反转时，产生所谓的再点火电压，有时会出现立刻灭灯和未达到立刻灭灯但闪灭的现象，所以，在起动初期不进行电流极性的反转，或在起动初期的放电充分增长、再点火电压充分低的频率下进行极性反转，从而实现良好的起动性能。

另一方面，近年来，作为投射型投影仪装置等的光源，封入了大量水银的高压放电灯倍受注目。

具体而言，封入水银量0.15mg/mm³以上，亮灯时的蒸气压虽然因温度而异，但达到150气压以上程度。该放电灯通过提高水银蒸气压，放射可视光区域的光，特别是增加了红色成分的连续光谱光，具有焰色性良好的大功率输出光。

上述封入水银量0.15mg/mm³以上的高压放电灯，根据投影仪装置的使用，反复亮灯灭灯。上述高压放电灯的水银在亮灯时变为蒸气，在灭灯时变为液体。液体状的水银通常附着在温度最低的电极(由钨等金属构成的，所以温度降低得快)上。

但是，由于冷却状态和电极位置的偏差，附着在两电极上的水银不均等，通常是附着在一方电极上的量多。

这是因为制造灯时，两电极的位置关系有偏差，以把灯安装在反射镜上使用时的灯和反射镜的位置关系以及冷却条件等为起因，使得在灭灯后冷却到接近室温前的期间，两电极的温度降低方法产生差异。

针对上述高压放电灯，如上述特公平6-65175号公报的记载所示，在放电灯起动初期的辉光放电期间，从给电装置施加直流电压时，附着了多量水银的电极如果是阴极侧，就能迅速从辉光放电状态转入弧光放电状态。

但是，相反时，就不会迅速转入弧光放电状态，将产生十几毫秒的辉光放电。这种长时间的辉光放电溅射到电极材料上，引起放电容器内面的黑化，导致灯的光束降低。

发明内容

鉴于以上情况，本发明的目的是，提供一种特别适合投射型投影仪装置等的高压放电灯亮灯装置，可以改善上述高压放电灯的灯起动性能，缩短辉光放电的产生时间，通过最小限度地抑制电极溅射来改善光束维持性能。

为了解决上述课题，本发明采取了下述措施。

(1)在施加高压脉冲后到辉光放电期间，不施加直流电压，而施加和正常亮灯时施加的交流电压频率相同或比其高的频率的交流电压。在转入弧光放电状态，施加了直流电压后，施加正常亮灯时的交流电压。

如上所述，在辉光放电时，通过施加和正常亮灯时施加的交流电压频率相同或高于以上频率的交流电压，即使在水银附着量少的电极呈现阴极动作，并开始放电产生了辉光放电时，也能在下次反转极性时，使该辉光放电立刻结束，使其持续时间仅停留在半周期。

在该极性反转的同时，水银附着量多的电极变为阴极，所以能在再点火后迅速转入弧光放电，该极性的直流电流流过放电灯，因此能继续弧光放电。

另外，在直流亮灯持续规定时间，例如几秒后，两方电极温度充分上升，所以即使转入交流亮灯时，也不会产生辉光放电和立刻灭灯。例如，如果施加300Hz的交流电压来开始起动过程，即使产生辉光放电，也仅是半周期，即约1.7ms的短瞬间，所以放电容器黑化现象极小。

在放电灯的状态转入弧光放电后施加直流电压时，如果使直流电压的极性为转入弧光放电时的极性，可以更可靠地保持弧光放电状态。

(2)在上述(1)中，使供给上述辉光放电时的交流电压的频率高于正常亮灯时供给的交流电压频率。

这样，即使在水银附着量少的电极呈现阴极动作，并开始放电产生了辉光放电时，也可以使其仅维持极短时间，能够缩短辉光放电的产生时间。

(3)在上述(1)、(2)中，使起动放电灯的高压脉冲仅在交流电压的特定极性时动作。

例如，把放电灯安装在反射镜上使用时，由于放电灯和反射镜的位置关系以及冷却条件等，使得在灭灯后冷却到接近室温前的过程中，水银附着量多的电极有时经常是同一方。

该场合时，如上所述，如果使高压脉冲仅在交流电压的特定极性时动作，可以在短时间内起动放电灯。

即，起动时的交流电压的极性仅在水银附着量多的电极是负极性时，产生起动用高压脉冲。这样，可以不产生辉光放电就起动放电灯。

附图说明

图1是表示本发明的实施例的放电灯亮灯装置的构成图。

图2是表示利用本发明的放电灯亮灯装置起动灯时的灯电压波形示例(1)。

图3是表示利用本发明的放电灯亮灯装置起动灯时的灯电压波形示例(2)。

图4是表示利用本发明的放电灯亮灯装置起动灯时的灯电压波形示例(3)。

图5是表示利用本发明的放电灯亮灯装置起动灯时的灯电压波形示例(4)。

图6是表示利用以往的直流电压起动放电灯时的电压波形示例图。

具体实施方式

以下，利用实施例来说明本发明。

图1是表示本发明的实施例的高压放电灯亮灯装置的构成图。该图表示了使用全桥电路的亮灯电路的构成，但也可以使用半桥电路或推挽电路。

如该图所示，本实施例的电路由供给直流电压的降压斩波电路1；连接降压斩波电路1的输出端，把直流电压转换为矩形波电压的全桥电路2；以及在灯起动时产生高压脉冲的点火装置3构成，全桥电路2输出的交流矩形波电压或直流电压被施加给放电灯4。旁路电容器Cp并联连接在上述全桥电路2的输出端，使上述点火器装置3产生的高压脉冲旁通。

另外，设有控制上述降压斩波电路1和控制点火器装置3的电路10，和驱动上述全桥电路2的全桥驱动电路11。

上述放电灯4是向由前述的石英玻璃组成的放电容器封入0.15mg/mm³以上的水银，对置配置了一对电极的放电灯，例如短路弧光型超高压放电灯，例如，可以使用下述放电灯。

·发光管的内容积：100mm³

·电极间距离：1.0mm

·水银封入量：0.25mg/mm³

·稀有气体：封入氩气100Torr

另外，上述放电灯的亮灯条件如下。

·放电灯电功率：60～400W范围，例如200W

·放电灯电流：0.6～7.0A范围，例如2.8A

·放电灯电压：60～130V范围，例如70V

降压斩波电路1由根据上述控制电路10的输出进行开关动作的开关元件Q1、二极管D1、电感L1和电容器C1构成。

降压斩波电路的输出电压V_L和由检测电阻R检测的输出电流I_L，被输入给控制电路10的电压检测端子Vin、电流检测端子Iin。控制电路10根据上述电压V_L、电流I_L，控制上述开关元件Q1的导通/关断比，控制通过全桥电路2供给放电灯4的电流或电功率。

上述控制电路10具有电功率控制单元10a、电流限定单元10b、定时器10c、和向全桥驱动电路输出切换信号的判定单元10d。

在放电灯4起动、转入弧光放电时，通过上述电流限定部分10b，把供给放电灯4的电流限制为一定值。在开始弧光放电后，转入正常亮灯状态，供给放电灯4的电压值上升，以后，在上述电功率控制单元10a中，从上述电压V、电流I求出供给放电灯4的电功率，并进行控制使供给放电灯4的电功率达到所需值。

全桥电路2由下述元件构成，即，由连接成桥状的晶体管和FET组成的开关元件Q2～Q5，和逆向并联连接在该开关元件Q2～Q5上的二极管D2～D5。

全桥驱动电路11根据从上述控制电路10的判定单元10d提供的切换信号，驱动上述开关元件Q2～Q5，在起动时向放电灯4供给交流矩形波电压，在从辉光放电转入弧光放电时向放电灯4供给直流电压，在正常亮灯状态时向放电灯4供给交流矩形波电压。

下面，说明本实施例的放电灯亮灯装置的动作。

在放电灯4起动时，全桥电路2输出的数十～数百Hz的交流矩形波电压被施加给放电灯。

即，控制电路10的判定单元10d在放电灯起动时，把上述切换信号设定为第1交流输出信号。这样，全桥驱动电路11使开关元件Q2、Q5及开关元件Q4、Q5交互导通，以使全桥电路2产生上述频率的交流矩形波，把交流矩形波电压施加给放电灯4。

控制电路10把与上述交流电压的极性同步的信号供给点火装置3，点火装置3向交流矩形波电压重叠高压脉冲并施加到交流电压的上述极性。

这样，产生辉光放电，放电灯开始交流放电。上述辉光放电的期间是10μs～1秒(例如，约2.5ms)。

放电灯4的状态在转入弧光放电时，放电灯电压降低。供给控制电路10的电压检测端子Vin的电压下降到规定电压，例如50V时，控制电路10的判定单元10d把输出给全桥驱动电路11的切换信号切换为直流输出信号。

这样，全桥驱动电路11使开关元件Q2、Q5或开关元件Q4、Q5保持导通状态，以使全桥电路2产生直流输出。由此，向放电灯4供给直流电压。

向放电灯4供给直流电压时，如果使直流电压的极性为转入弧光放电时的极性，可以更可靠地保持弧光放电状态。

然后，控制电路10的判定部分10d把上述切换信号切换为第2交流输出信号。这样，全桥驱动电路11驱动开关元件Q2～Q5，以使全桥电路2产生交流输出。

上述交流输出信号的切换是通过设在控制电路10中的定时器10c进行的。即，控制电路10的定时器10c在向放电灯4施加直流电压时开始计时，在经过预先设定的时间时，例如约3秒，把上述切换信号切换为第2交流输出信号。

上述直流施加时间是1～5秒(例如3秒)，上述定时器10c的设定时间，例如可以通过设定3秒，把供给放电灯4的电压从直流切换为交流。

向全桥驱动电路11供给上述切换信号时，全桥驱动电路11使开关元件Q2、Q5及开关元件Q4、Q5交替导通，以使全桥电路2产生上述频率的交流矩形波，把交流矩形波电压施加给放电灯4。此时的交流矩形波电压的频率是60～1000Hz(例如200Hz)。

这样，放电灯4转入交流动作，并达到正常亮灯状态。在弧光放电后，转入正常亮灯前的时间是10～60秒(例如45秒)。

在上述直流动作期间，可以用下述方式取代定时器，即，供给控制电路10的电压检测端子Vin的电压超过规定电压，例如25V时，使全桥电路2进行交流动作。

按照以上所述，使用了本实施例的放电灯亮灯装置的放电灯亮灯。

在上述实施例中，如果把辉光放电时供给放电灯4的交流电压频率设定得高于正常亮灯时供给的交流电压频率，即使在水银附着量少的电极进行阴极动作时开始放电并产生辉光放电的场合，也能缩短其持续时间，可以进一步缩短辉光放电的产生时间。辉光放电时供给放电灯4的交流电压频率的上限约为2kHz。

如前所述，由于放电灯和反射镜的位置关系及冷却条件等，在放电灯灭灯并冷却到接近室温的过程中，水银附着量多的电极时常相同时，可以使起动时的交流电压极性仅在水银附着量多的电极侧为负极性时，产生起动用高压脉冲。

另外，在上述实施例中，在暂且转入弧光放电后的直流动作过程中，放电灯的状态为非导通状态或逆返回辉光放电时，可以向放电灯再次施加交流电压，反复起动过程。

这是为了对应在前述的水银附着量少的电极作为阴极而动作的交流半周期中，有时会因该水银的附着方式而转入弧光放电，但由于附着量不充分而转入直流动作后，放电灯状态再次达到辉光放电和灭灯状态的场合。

即，放电灯的状态暂且转入弧光放电，转入直流动作后逆返回辉光放电的场合，若再次返回交流动作，在和直流动作时呈逆极性的电压被施加给放电灯的前后，该辉光放电灭灯，同时再点弧后，转入水银附着量多的电极为阴极的弧光放电，然后再次转入直流动作。这样，可以把辉光放电的时间抑制到最小限。

放电灯的状态暂且转入弧光放电，转入直流动作后灭灯的场合，再次返回交流动作，执行再起动过程。再次以交流动作执行再起动过程的理由和以交流动作进行最初起动的理由相同。

图2表示利用本实施例的放电灯亮灯装置起动放电灯时的灯电压波形例(1)。

该图表示在水银附着量少的电极为负极性时产生高压脉冲，达到a辉光放电时的情况。在极性反转的前后，该辉光放电暂且灭灯，同时相反极性的放电再次点弧。

由于该再次点弧而产生的放电是以水银附着量多的电极为阴极，所以立刻转入弧光放电。

此时，本实施例的控制电路10如前面所述检测放电灯电压的降低，把极性固定在b～c期间，在c时再次转入交流动作。然后，放电灯4继续交流动作，达到正常状态。

根据该例可知，如果采用本发明的放电灯亮灯装置，放电灯起动时的辉光放电产生时间被缩短为交流的半周期以下，所以能够抑制因辉光放电造成的电极溅射，实现良好的光束维持特性。

图3表示利用本实施例的放电灯亮灯装置起动放电灯时的灯电压波形例(2)。

该图表示在水银附着量多的电极为负极性时产生高压脉冲，迅速达到b辉光放电时的情况。本实施例的控制电路10检测到此时的放电灯电压的降低，进行b～c期间的直流动作，在c时再次转入交流动作。然后，达到正常状态。

如该例所示，在水银附着量多的电极为负极性时开始放电时，可以说实质上不产生辉光放电，经过的是理想的起动过程。

图4表示利用本实施例的放电灯亮灯装置起动放电灯时的灯电压波形例(3)。

该图表示利用在b时产生的高压脉冲来产生辉光放电，尽管极性反转后的电压比最初辉光放电时低，但仍维持辉光放电状态的情况。

极性反转后的辉光放电电压，例如在50V以上，所以使本实施例的控制电路10继续交流动作，在数周期的交流动作后，在c时转入弧光放电。

控制电路10检测转入弧光放电时的电压降低，使转入直流动作，在经过规定时间后的d时转入交流动作。

这种动作是放电灯两方电极附着的水银量大约相同的情况产生的。即，尽管两方电极均附着有水银，但为了点弧后马上转入弧光放电，由于该附着量少，所以维持数周期的辉光放电后，在升温快的电极变为阴极后的极性状态下转入弧光放电，并固定为该极性的直流动作。

图4所示是下侧极性变为阴极的电极一方升温快，在c时以该极性转入弧光放电。这种电极升温速度的不同呈现为图4所示的两极性间辉光放电电压的不同。

但是，即使在该场合时，和通过图4的上侧极性的直流电流极性起动时比，辉光放电的持续时间被缩短，所以哪一方电极的升温速度快，在各个放电灯不一定时，根据本发明的放电灯亮灯装置的起动方法，可以有效降低因辉光放电造成的电极溅射。

图5表示利用本实施例的放电灯亮灯装置起动放电灯时的灯电压波形例(4)。

该图表示利用在b时产生的高压脉冲来产生辉光放电，尽管极性反转后的电压比最初辉光放电时低，但仍维持辉光放电状态，在极性反转后，在下一次极性切换前的c时转入弧光放电的情况。

控制电路10检测转入弧光放电时的电压降低，使转入直流动作，但是由于是在极性切换前转入弧光放电，所以通过控制滞后被固定为与转入弧光放电时的极性不同的极性的直流电压。

即使在这种动作的场合，只要能原样维持弧光放电状态，就不会产生问题。

另外，在极性反转固定为直流电压后，如该图虚线所示，有时也会返回辉光放电，该场合时，放电灯电压上升，控制电路10切换为交流动作，但由于马上转入弧光放电，所以直流电压的极性被固定为当时的极性。

图6表示根据现有技术，采用直流电压起动放电灯时的电压波形。

该图表示直流电压极性的水银附着量少的电极是负极性时的情况。

产生高压脉冲，在a’时变为辉光放电的情况和图2的情况相同，但是此后极性不反转，所以辉光放电持续a’～b’十几毫秒。这样长时间的辉光放电溅射电极，导致光束降低。

发明效果

如上所述，根据本发明可以把放电灯起动时的辉光放电抑制到足够短的时间内，能够减少因溅射造成的放电灯黑化，可以改善光束维持特性。

特别是，类似投射型投影仪装置等使用的封入水银量为0.15mg/mm³以上高压放电灯，通过利用冷却状态和电极位置偏差等使附着在两电极上的水银不相等，可以有效缩短辉光放电产生时间。

Claims (3)

1.一种高压放电灯亮灯装置，包括：高压放电灯，向由石英玻璃构成的放电容器中封入0.15mg/mm³以上的水银，并对置配置有一对电极；和向该放电灯供给放电电流的给电装置，其特征在于，

上述给电装置，具有以桥型连接四个开关元件的逆变器电路、以及检测灯电压的控制电路，

对上述放电灯，

在开始亮灯时的辉光放电期间供给交流电压的同时，

上述控制电路，根据灯电压的变化，检测到从辉光放电转入弧光放电后，通过切换为使上述逆变器电路的开关元件设为开的组合，施加规定时间的直流电压，

并且在该规定时间经过后，上述控制电路通过再次切换为使上述逆变器电路的开关元件设为开的组合，施加交流电压。

2.根据权利要求1所述的高压放电灯亮灯装置，其特征在于，在上述辉光放电时供给的交流电压的频率高于正常亮灯时供给的交流电压的频率。

3.根据权利要求1或2所述的高压放电灯亮灯装置，其特征在于，起动放电灯的高压脉冲仅在交流电压的特定极性时动作。

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