CN101526726B - 投影机用的光源装置的驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种投影机用的光源装置的驱动方法，在使用色轮的投影机所使用的光源装置的驱动方法中，提供抑制灯电压的变动，并抑制在屏幕上的灯寿命初期的照度变动。该具备色轮的投影机用的光源装置的驱动方法中，光源装置由超高压水银灯和供电控制装置构成，从该供电控制装置将选自60～1000Hz的范围的频率的灯电流作为稳定频率，供给到该超高压水银灯，当该色轮的1个色区域与其它色区域的边界部分适合于形成在该色轮上的光聚光区域时，使供给到该超高压水银灯的供给电流的极性反转，且在该光聚光区域适合于向该色轮的同一色区域切换的边界时，以一定间隔、频率为5～200Hz的低频的灯电流的插入开始，并持续供给与该色轮的色区域的整数个量相当的期间。

Description

投影机用的光源装置的驱动方法
技术领域
本发明涉及在使用色轮的单板式投影机装置中使用的光源装置的驱动方法。尤其是，涉及与色轮同步地进行供电控制的光源装置的驱动方法。
背景技术
使用液晶或数字微镜器件(Digital Micro mirror Device，DMD)的投影机装置将从光源(放电灯)放射的光利用反射镜或透镜系统，聚光照明在显示影像信息的小型元件上，将来自该小型元件的反射或透射光通过透镜等光学系统照射在屏幕上。此时，要求放电灯是点光源。小型元件小至1英寸以下，且入射光束的角度分量较小时，能够提高光的利用效率，且图像的对比度也会变好。
用彩色投射图像信息的方法存在单板方式与3板方式，但近年来，由于投影机装置的紧凑化，主要采用单板方式。该单板方式也称为色依次式。将来自光源的白色放射光经由被分割形成有红色、绿色、蓝色(RGB)的区域的色轮照射在DMD上，利用该DMD使特定的光反射，照射在屏幕上。DMD是指，在每1像素上铺满数百万个小的反射镜，通过控制一个个的小的反射镜的方向来控制光的投射。对于投影机装置的光源装置，在专利文献1中公开了其结构例。
将交流方式的超高压水银灯用于色依次式的投影机时，一般使灯电流的极性反转与色轮的轮辐时间(色区域的切换期间)同步地进行动作。这是由于，如果不达到该同步，则在灯电流的极性反转时，光输出发生变动，作为其结果，会在投影屏幕上产生闪烁。
在交流方式的超高压水银灯中，为了抑制不稳定放电而在电极前端形成突起的技术已经公开于专利文献2。并且，尤其是在封入的水银量达到0.20mg/mm3以上的超高压水银灯中，为了使电弧亮点稳定，并抑制闪烁现象，尤其需要将该突起电极稳定维持在适当形状，因而使灯的点灯频率以较高频率与低频率的组合来进行动作的技术已经公开于专利文献3。
专利文献1：日本特开2005-196011号公报
专利文献2：日本特开2003-51282号公报
专利文献3：日本特开2006-332015号公报
将交流方式的超高压水银灯用于单板式投影机的光源时，如上所述，使灯电流的极性反转与色轮的轮辐时间(色区域的切换期间)同步地进行动作。
发明人尝试了将在电极前端具有突起形状、封入的水银量为0.20mg/mm3以上的交流方式的超高压水银灯中使用用于适当地维持突起形状的专利文献3的技术的点灯方法以及该“使灯电流的极性反转与色轮的轮辐时间同步地进行动作”的点灯方法予以组合，进行点灯。
可是，在灯的点灯初始的例如20小时以内的极早阶段，出现了灯电压上升的不良现象。并且，其结果是，作为出现在屏幕面上的现象，发生了照度降低。
发明内容
因此，本发明的要解决的问题在于，提供一种使用色轮的投影机所使用的光源装置的驱动方法，能够抑制灯电压的变动，并抑制在屏幕上的灯寿命初期的照度变动。
为了解决上述课题，本发明的方法为一种投影机用的光源装置的驱动方法，该投影机具备：至少分割成RGB的色区域的色轮；入射有通过该色轮的预定的光聚光区域的光的棒状集成透镜；以及接收来自该棒状集成透镜的入射光的数字微镜器件等影像显示元件，该驱动方法的特征在于：该光源装置由超高压水银灯以及供电控制装置构成，其中该超高压水银灯在放电容器内封入有0.20mg/mm3以上的水银与稀有气体及卤素，且具备在各个前端具有突起的一对电极，该供电控制装置对该超高压水银灯进行电流的供给控制，从该供电控制装置，将选自60～1000Hz的范围的频率的灯电流作为稳定频率，供给到该超高压水银灯，当该色轮的1个色区域与其它色区域的边界部分适合于形成在该色轮上的光聚光区域时，使供给到该超高压水银灯的供给电流的极性反转，且在该光聚光区域适合于向该色轮的同一色区域切换的边界时，以一定间隔、频率为5～200Hz的低频的灯电流的插入开始，并持续供给与该色轮的色区域的整数个量相当的期间。
对于具备在前端具有突起的电极的、封入的水银量为0.20mg/mm3以上的超高压水银灯插入低频的灯电流的技术在本发明之前在单板式的投影机用的光源装置中尚无被使用的例子，而仅用于将RGB各个颜色1片片地加在一起而使用3片的平板滤光器的3板式投影机中。此时仅仅隔开预定时间的时间间隔而仅预定的继续时间被确定为低频的灯电流的插入时间。
另一方面，在单板式投影机中，在使用交流灯的光源装置的驱动中，为了避免图像干扰，仅进行同步于轮辐时间的正负的电流切换。发明人在单板式的投影机用的光源装置使用具有突起的电极的交流灯来进行低频电流的插入时，在现有技术中，尝试了与轮辐时间同步地进行正负的电流切换，同时对于低频电流的持续期间，使旋转的色轮的各个色区域通过光聚光点的数目相同的方法。
这是由于，通过插入低频电流，在灯寿命中得以维持突起形状，而作为其方法，使色轮的各个色区域通过光聚光点的数目相同的方法，在制作点灯电源的程序上比较方便。
利用表示单板式投影机的内部结构的框图的图2与表示已知的光源装置的动作的流程图的图9，表示以下的其顺序。
1.光源装置10的供电控制装置11检测来自投影机装置100的控制处理部16的同步信号。
2.每当同步信号的上升时刻利用内置于供电控制装置11的计数器开始计数。
3.每当同步信号的上升时刻反转灯电流的极性。
4.实施预定的色区域分量的高频点灯。
5.实施预定的色区域分量的低频点灯。
6.重置计数器。
如此地，之后重复2至6。
在单板方式的投影机装置中，色轮的各色区域的形成角度的设计是以投影机的亮度或颜色来决定的，因而由于各制造商的投影机机种不同，形成角度各式各样，并不是相同的角度设计。
色轮是以一定速度例如120Hz(每秒120转)旋转，因而在旋转的色轮的面上，在着眼于来自光源的放射光所通过的1点时，随着各色区域的预先确定的形成角度的不同，各色区域通过该点的时间不同。
即使仅决定放射光通过的色区域的数目，如果未特定插入的色区域，则会产生低频电流的频率变动。例如在红90°、黄色35°、绿90°、青绿35°、白30°、蓝80°的色轮设计中，插入低频电流的色区域的个数为5时，从红开始低频电流的插入时，频率是对应于从红到白为止的280°的频率，但在低频电流的插入从绿开始时，则成为对应于从绿到红为止的325°的频率，频率发生了变动。这样，发明人想到，作为低频电流的频率不恒定的结果，在灯点亮初期会观察到电压上升。
电压上升在灯构造上是指电极间距离(电弧长度)的伸展，而电弧长度的伸展意味着对于光学系统的利用效率减少，可以想到其结果是造成初期的照度衰减。由进行灯的X射线照相观察的结果来看，电极的变形为电弧长度的伸展的原因。
如果进行低频电流的插入时的色轮的色区域不固定就产生这种电极变形的确切的机理尚不明确。但是可以推测出如下的机理。
如专利文献3所示，低频电流的插入具有从电极前端蒸发的电极材料即钨熔解析出在前端突起附近的物质的效果。可以推测出，低频电流插入继续时间的微妙的长短不同表现为前端突起附近的析出物的熔融或成长上的明显差异。其应熔解的能量存在最适当领域，若低频电流插入继续时间较久，能量过大时，则可熔解所析出的钨，但主要损耗突起。相反地，低频电流插入继续时间短时，熔解析出物的能量不充分，因而抑制析出的效果较差，亦即，低频电流插入继续时间必须始终保持恒定，但已知技术中，低频电流的插入是在色轮的面上放射光的光聚光区域来到色区域的开始位置的时刻，根据上述轮辐时间来进行的情况下，由于未将低频电流插入开始的色区域确定为相同，因此可以想到与色轮的各色区域的形成角度为各式各样这一点相互结合，低频电流插入继续时间发生变化。由以上的研究完成了本发明的结构。
通过本发明，在使用色轮的投影机装置所使用的光源装置中，通过固定开始插入低频电流的色区域，可抑制灯电压的变动，其结果是，可抑制灯寿命初期的光源装置的劣化。
附图说明
图1是表示本发明的光源装置的动作的流程图。
图2是表示本发明的驱动方法所适用的单板式投影机的内部结构的框图。
图3表示色轮的放大图。
图4表示供电控制装置的概略结构。
图5示出了表示投影机进行动作时在各构成模块间输出输入的信号的控制图。
图6示出了表示本发明的实施例与比较例的色轮色区域的关系的低频电流插入时刻图。
图7表示本发明的效果的图。
图8表示放电灯的概略结构。
图9表示已知的光源装置的动作的流程图。
具体实施方式
使用附图来说明本发明的实施方式。图2示出了表示单板式投影机100的内部结构的框图。投影机100由以下等构成：具备凹面反射镜2的交流点灯型的超高压水银灯1；将来自灯1的光时间性地分割成各色的色轮3；入射有通过该色轮3的预定的光聚光区域的光的棒状集成透镜4；使通过棒状集成透镜的光到达DMD(数字微镜器件)等影像显示元件5的光学元件6；以及将影像显示元件5上的图像投影在屏幕上的光学系统7等。
以超高压水银灯1的电弧亮点与凹面反射镜2的第一焦点大致一致的方式配置二者。凹面反射镜2的第二焦点位于棒状集成透镜4的大致入射端，来自凹面反射镜2的反射光经由色轮3入射到棒状集成透镜4。色轮3由色轮驱动部15进行旋转、停止等的驱动控制，超高压水银灯1利用供电控制装置11来进行供电控制。
并且，投影机100具备控制处理部16，该控制处理部16由进行运算的处理器；存储运算所必需的程序等信息的ROM；以及存储暂时产生的信息的RAM等构成，控制处理部16进行控制投影机整体的动作的处理。
并且，投影机100具有色轮驱动部15，该色轮驱动部15由旋转色轮3的电动机以及控制色轮的旋转速度的控制电路等构成，色轮驱动部15与控制处理部11连接。
交流型的超高压水银灯1与向灯供给交流电流的供电控制装置11连接，作为光源装置10。供电控制装置11通过信号线与控制处理部16连接。影像显示元件5上连接有进行在影像显示元件5上形成必要的图像的处理的器件控制电路20，器件控制电路20与控制处理部11连接。
图3表示色轮3的放大图。色轮也被称为旋转滤光器，由圆板状的玻璃构成。在滤光器上，红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)、白色(W)、青绿色(C)、黄色(Y)的领域分别形成为扇形。以斜线四方区域表示光聚光区域301。
图3(a)是表示黄色入射到棒状集成透镜的状态，图3(b)表示由于红色与黄色的边界位于棒状集成透镜上，其结果是红色与黄色混合，入射到棒状集成透镜的状态。
来自光源装置10的凹面反射镜2的反射光透射形成于色轮3上的光聚光区域301。通过色轮3的旋转，对应于光聚光区域301的颜色依次被引导到后段的棒状集成透镜4。因此，红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)、白色(W)、青绿色(C)、黄色(Y)被时间分割性地投影，因而在瞬间上仅任一颜色经由图像显示元件5投影在屏幕上，但在人的视觉上，这些颜色或其混合色作为图像被识别。并且，白色(W)用于使图像在整体上变亮，每一定周期地投影白色，则图像整体可以变明亮。在此，色轮3例如以120Hz进行旋转(每秒120转)，因而在1秒钟内，红色、绿色、蓝色、白色、青绿色、黄色被投影120次。
如果列举各色区域的角度的一个例子，有红色90°、绿色90°、蓝色80°、白色30°、青绿色35°、黄色35°。另外，考虑到最终的图像的色平衡或亮度，规定了色轮3的各个区域面积。在色轮上假想性地形成的光聚光区域301例如为3.6×4.8mm的矩形形状。
图4是表示供电控制装置11的内部结构的框图。起动电路113是为了灯的绝缘破坏而产生起动初期所必需的数～十数kV的高电压的电路，由点火线圈及晶闸管等构成。供电控制装置11具有降压斩波电路111以及全桥电路112，其中降压斩波电路将来自直流电源的直流电流变换成适当的灯电力的直流电流，并输出，全桥电路112将降压斩波电路输出的直流电流变换成交流电流，并向超高压水银灯1输出。
降压斩波电路111由开关元件Qx、二极管D、线圈L、电容器C构成。在二极管D、线圈L的后段连接有电压检测用的电阻R1、R2以及电流检测用的电阻R，电流检测信号Si被传递到控制电路114。在开关元件Qx上连接有PWM控制电路Gx，控制电路部对电流检测信号及电压检测信号进行运算，以达到目标电力的方式将信号发送到PWM控制电路Gx，通过该信号，进行开关元件的占空比的PWM控制，从而成为控制降压斩波电路111所输出的直流电流的电力的结构。
全桥电路112在各开关元件Q1、Q2、Q3、Q4上分别连接有桥控制电路G1、G2、G3、G4，全桥电路112具有通过将门信号输入到各开关元件Q1、Q2、Q3、Q4而进行切换开关元件Q1、Q2、Q3、Q4的导通/断开的控制的结构，通过成对的开关元件Q1、Q4与Q2、Q3交互地进行导通/断开，直流电流被变换成交流电流，并向交流的超高压水银灯1供给。这些开关与灯同步信号同步地被控制。
接着，利用表示单板式投影机的内部结构的框图的图2与图5来说明投影机100及供电控制装置11的动作。图5是表示投影机100进行动作时在各构成模块间被输入输出的信号的控制图。为了在色轮3上决定色区域的位置，在色轮3的旋转部上具有标记，并通过传感器来读取该标记，从而可以得到色轮的旋转位置检测信号Sc。由此，投影机100可以检测出在动作中通过哪一色区域的光被投影在屏幕上。并且，搭载于投影机100内部的控制处理部16(微处理器)根据该色轮的旋转位置检测信号，发送用于控制供电控制装置11的信号、同步信号Sb。同步信号Sb具有两个作用，第1个作用是将灯电流的极性反转时刻传送到供电控制装置11，第2个作用是将进行该极性反转的是哪一色区域这一点传达到供电控制装置11。在该图5中，灯电流的极性反转时刻与同步信号的上升同步地进行，另一方面，哪一色区域的识别是通过在特定的色区域施加继续时间较长的长脉冲信号来进行的。在该图的例子中，将长脉冲信号发送到红色区域中。
图1表示本发明的光源装置的动作的流程图。其流程如下所述。
1.光源装置10的供电控制装置11检测来自投影机100的控制处理部16的同步信号。
2.每当同步信号的上升时刻，利用内置于供电控制装置11的计数器开始计数。
3.每当同步信号的上升时刻，反转灯电流的极性。
4.在检测出与来自控制处理部16的同步信号中的特定的色区域对应的的长脉冲时重置计数器。
5.每当同步信号的上升时刻，利用内置于供电控制装置11的计数器开始计数。
6.实施预定的色区域分量的高频点灯。
7.实施预定的色区域分量的低频点灯。
8.重置计数器。
如此地，之后重复1至8，从而将灯保持在稳定点灯状态。
图2的控制处理部16接收来自DVD播放器或个人电脑等的影像输出设备的图像数据，将与图像信号的垂直同步信号对应的旋转控制信号Sd向色轮驱动部15输出。色轮驱动部15根据来自控制处理部16的旋转控制信号Sd，使色轮3以一定速度旋转。色轮驱动部15具备检测光是否通过色轮3中的任一色区域的旋转位置的部件，将表示所检测出的旋转位置的旋转位置检测信号Sc向控制处理部16输出。由此，控制处理部16可以知道在各个时刻光是否通过哪一颜色的区域。控制处理部16根据色轮3的旋转位置来控制器件控制电路20的动作，将基于图像数据的各色用的图像用图像显示元件显示出来。控制处理部16根据色轮3的旋转位置生成同步信号Sb，并将生成的同步信号Sb向灯电源输出，其中上述同步信号是使反转向交流的超高压水银灯1供给的交流电流的极性的时刻与来自超高压水银灯1的光通过色轮3内的色区域的边界的时刻(轮辐时间)同步的信号。供电控制装置11根据同步信号Sb的时刻，通过桥控制电路来进行灯电流的极性反转。
(实施例)
按照图6及图7，说明表示本发明的效果的实验。
所使用的灯是如图8所示的交流点灯方式的超高压水银灯30。该超高压水银灯30是在石英玻璃制的发光管31内，封入有0.25mg/mm3的水银与稀有气体及微量的卤素气体，发光管外径为12mm，电极40、40之间的距离为1.1mm，额定为250W的灯，在电极40、40的前端分别具有突起41、41。
点灯初期的灯电压约为80V。在发光部的两端形成有密封部32。在密封部32通过收缩密封气密地埋设有由钼构成的导电金属箔33。在金属箔33的一端接合有电极40的轴部，在另一端接合有外部引线34，并与供电控制装置(未图示)电连接。准备4支该规格的灯，以以下条件两支两支地进行点灯试验。
条件1(比较例)
将稳定电流的频率设为平均360Hz，插入74～96Hz的低频电流。将低频电流的插入时刻的第1次设为色轮的青绿色(C)的色区域开始时，持续供给插入继续时间与色轮的色区域的9个量相当的期间。但是，对于之后的低频电流导入的时刻并不设为色轮的青绿色的色区域开始时，仅使插入继续时间为与色轮的色区域的9个量相当的期间。低频插入的间隔为色区域的38个量。
条件2(实施例)
将稳定电流的频率设为平均360Hz，插入84Hz固定的低频电流。将低频电流的插入时刻的第1次设为色轮的青绿色的色区域开始时，持续供应插入继续时间与色轮的色区域的9个量相当的期间。并且，对于之后的低频电流导入的时刻也设为色轮的青绿色(C)的色区域开始时，插入继续时间也为与色轮的色区域的9个量相当的期间。低频插入的间隔为色区域的39个量。
以条件1对于两支灯进行了实验的结果作为比较例1、比较例2表示在图7中。并且，以条件2对于两支灯进行了实验的结果作为实施例1、实施例2表示在图7中。
如果观察该图7的结果，则在比较例中，灯电压在点灯开始之后经过15小时，可看到20～30V的上升。但是，在本发明中，实施例1、实施例2的光源装置的灯电压均从点灯开始几乎没有变化，保持稳定。亦即，表示了如果使用该光源装置，不会产生投影机的屏幕上的照度的初期劣化。

Claims (1)

1.一种投影机用的光源装置的驱动方法，该投影机具备：至少分割成RGB的色区域的色轮；入射有通过该色轮的预定的光聚光区域的光的棒状集成透镜；以及接收来自该棒状集成透镜的入射光的数字微镜器件等影像显示元件，该驱动方法的特征在于：
该光源装置由超高压水银灯以及供电控制装置构成，其中该超高压水银灯在放电容器内封入有0.20mg/mm3以上的水银与稀有气体及卤素，且具备在各个前端具有突起的一对电极，该供电控制装置对该超高压水银灯进行电流的供给控制，
从该供电控制装置，将选自60～1000Hz的范围的频率的灯电流作为稳定频率，供给到该超高压水银灯，当该色轮的1个色区域与其它色区域的边界部分适合于形成在该色轮上的光聚光区域时，使供给到该超高压水银灯的供给电流的极性反转，且在向该色轮的同一色区域进行切换的边界适合于该光聚光区域时，以一定间隔开始插入频率为5～200Hz的低频的灯电流，并持续供给该低频的灯电流，持续期间为与该色轮的色区域通过整数量相当的期间。
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