CN101754546B - 高压放电灯点灯装置以及投影仪 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高压放电灯点灯装置以及投影仪，在水银封入量在0.20mg/mm3以上的超高压放电灯以极低的功率工作时，使放电灯的电弧辉点位置稳定，并抑制电极的变形。由具有降压斩波电路(1)和全桥电路(2)的点灯装置向高压放电灯(10)供电并使其点灯。在以额定功率或调光功率(相对于额定功率为60％～80％左右的功率)进行点灯时，向放电灯(10)供给矩形波交流电流并使其点灯。此外，在相对于工作最大功率(P(W))以0.5×P(W)以下的待机功率点灯时，向放电灯(10)供给直流电流并使其点灯。此外，将本发明的高压放电灯点灯装置搭载于具有图像投影功能的投影仪中，其能够在例如图像信号没有变化的情况下，改为进行上述待机功率点灯。

Description

高压放电灯点灯装置以及投影仪
技术领域
本发明涉及到一种搭载有高压放电灯点灯装置以及搭载有该高压放电灯点灯装置的投影仪。本发明特别涉及到一种在发光管内封入有0.2mg/mm3以上的水银，在点灯时的水银蒸气压较高，例如在110气压以上的交流点灯型的高压放电灯，适用于作为投射型投影仪装置或背投电视等的投射用光源使用的高压放电灯及该点灯装置构成的高压放电灯点灯装置以及搭载有该高压放电灯点灯装置的投影仪。
背景技术
投射型投影仪装置需要对矩形形状的屏幕以均匀且充分的彩色再现性对图像进行照明，因此，作为光源，使用封入有水银或金属卤化物的金属高光灯。此外，最近，随着进一步小型化、点光源化、且电极间距离极小的产品也正在应用中。
在这样的背景下，近来，取代金属高光灯，使用具有极高的水银蒸气压例如20MPa(大约197气压)以上的高压放电灯。该高压放电灯通过提高水银蒸气压，限制电弧的扩展，并实现了光输出的进一步提高。
作为上述灯，例如使用如下的超高压放电灯，将一对电极以2mm以下的间隔相对配置在由石英玻璃构成的发光管，在该发光管中封入由0.20mg/mm3以上的水银、稀有气体以及10-6μmol/mm3～10-2μmol/mm3范围的卤素(例如参照专利文献1)。
该种放电灯及其点灯装置例如在专利文献2中有所公开。
在专利文献2中公开的高压放电灯是在常规点灯时管内水银蒸气压在15MPa～35MPa，并在发光管内封入有10-6μmol/mm3～10-2μmol/mm3范围的卤素物质，在发光管内设有一对电极，通过在电极前端部的中心附近设置突起部，从而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和周边部之间并不稳定而进行移动的所谓电弧跳跃现象的产生。并且，通过由DC/DC转换器、DC/AC逆变器和高压产生装置构成的点灯装置，对上述一对电极之间施加交流电压并使其点灯。
另一方面，近些年来投影仪变得小型化，变得在一般家庭中也能够使用，随之需要考虑到根据使用环境的亮度或者投影图像的种类使画面不会过亮。根据这样的要求，考虑有具有所谓调光功能的投影仪(例如，专利文献3)。其中，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灯，从而实现灯的亮度调整、降低消耗功率等功能。以下，对以低于额定功率的功率点灯称作“调光功率点灯”。
在当前的高压放电灯点灯装置中，一般具有“额定功率点灯”和“调光功率点灯”两种功能，在本说明书中，将以“额定功率点灯”和“调光功率点灯”使灯点灯的情况称作常规点灯。此外，“调光功率点灯”一般以“额定功率点灯”的60％～80％的功率工作。
在图18中示出了以具有调光功能的点灯装置对高压放电灯点灯时的电流波形的一个示例。
如该图中所示，在以额定功率点灯时，调光功率点灯指令信号接通时，使功率降低到额定功率点灯的60％～80％左右，并使灯点灯。
进而，最近还考虑有具有如下功能的投影仪：在不需要向画面投射的情况下，临时地不进行投射的例如AV静默功能。
考虑到该种功能在放电灯灭灯后因内部压力较高而不能再点灯，因此以机械的闸门或者调整施加到液晶面板上的电压，隔断向屏幕投射的光等来对应。以下，对故意地不投射画面的状态下使灯点灯的情况称作“待机功率点灯”。
优选待机功率点灯时的功率为达到极限的低功率。其原因是，通过达到极限的低功率进行点灯，灯的发热急剧地减少，能够使作为投影仪的噪音的主要原因的冷却风扇的驱动停止或者显著地降低，能够使来自投影仪的噪音降低到极限。
进而，通过以更低的功率点灯，能够减轻灯的热负荷，因此通过对需要投射的情况和不需要投射的情况进行组合，能够实质性地延长灯的寿命。其中，灯的热负荷即为对于发光管和电极的热负荷，它们的热负荷在投入功率越低时越小。
此外，投影仪的性能之一为对比度。其指的是，对投影的画面在白状态(亮状态)和黑状态(暗状态)下的画面上的辉度进行比较的比率。对比度高的话能够投影出明暗分明图像，因此与亮度同样是投影仪的重要性能。
当前，为了提高对比度，采用了安装上述的机械的闸门功能从而形成黑状态的技术(可变光阑功能)。
如上所述，要求在额定功率下具有固定值以上的亮度，并且能够进行调光功率点灯，进而能够进行尽量压缩调光功率的待机功率点灯的高压放电灯。
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
如上所述，需要能够将功率尽量压缩的待机功率点灯的高压放电灯，然而在供给矩形波交流电流的状态下原样不变地降低功率使用时，会产生下述问题。
例如专利文献4中记载有：该种高压放电灯在点灯时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。
根据专利文献4，通过根据灯电压或者灯点灯功率来改变额定频率和间歇地(周期性地)插入的低频波的频率和波的数量，从而能够通过维持作为电弧起点的突起来进行稳定的工作。
然而，在上述技术中，在对高压放电灯(例如额定功率为180W的灯)以90W进行点灯时，无论是在何种频率的组合下均不能使电弧起点稳定，经常产生所谓的闪变现象。特别是当额定功率为180W而以70W以下进行点灯时会显著地产生。
发明内容
本发明要解决的问题为，提供一种高压放电灯点灯装置以及搭载有该高压放电灯点灯装置的投影仪，灯的点灯功率极低，即使是在相对于常规点灯状态下的工作最大功率P(W)以0.5×P(W)以下的功率工作时也能够使放电灯的电弧起点位置稳定，防止所谓闪变的产生，进而不会因抑制电极的变形而对画面投射模式下的点灯工作产生影响。
首先，本发明的发明者们为了观察到以比上述现有的调光点灯功率更低的功率工作的情况下的交流驱动工作产生闪变现象的状态，观察了使功率逐渐下降时的电弧起点部分。例如使以180W进行额定工作的灯逐渐地改变功率时，如果是与额定工作相同的频率(将其称作额定频率)，则可以观察到在140W时形成电弧起点部的突起部分变形。进而，基于专利文献4可知，调光时的工作频率(将其称作调光频率)选择比额定工作频率更低的频率，进而通过插入间歇的低频波，能够观察到稳定工作的频率持续到130W为止，然而在功率进一步下降时无论选择何种频率突起部分都会变形。
对该突起部分的变形使用图3进行说明。图3示意性地示出了高压放电灯的发光管部分，20为电极，A为形成于电极20之间的电弧。
在使高压放电灯以额定功率点灯时，为了抑制作为电极材料的钨在点灯时因热量而蒸发并附着在发光管的管壁上形成的发光管黑化现象，在发光管内封入有促进卤素循环的卤素物质。蒸发的钨与卤素化合，在通过对流回到电弧等离子体后分解形成等离子。形成为等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中，并在该处堆积。接着，将该电极反转成阳极相位时，电极前端的整体发生电子碰撞，电极温度上升，堆积在阴极相位侧的钨再次蒸发。
在额定功率点灯时，该堆积和蒸发的平衡稳定在能够在电极前端维持适度的突起的程度(图3(a))。然而，在调光工作时，即以比额定功率低的功率进行点灯时，阴极相位状态的电极前端部的温度比额定功率点灯时更低，因此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处(图3(b))。即，在突起部中也会产生电场特别容易集中的点或者不容易集中的点。由于电弧点部分为极高温，因此在集中点被限定于狭窄区域中时，即使是阴极相位也会有钨的蒸发和形状改变(图3(c))。根据变形后的形状，电弧点部分温度降低，接着移动到容易形成电弧点的部位(图3(d))。可以想到通过重复此现象，突起整体变形为台形形状，电弧跳跃的重复在投射画面上作为闪变而被识别出来。
为了避免所述现象，根据所述观点可以容易地想象到通过间歇地插入低频波从而使电极前端的温度上升是有效的，通过增加插入的波的个数能够使电极温度上升。然而，在交流驱动的情况下，由于电极温度上升的阳极相位和降低的阴极相位一定会交互地产生，因此推测温度上升量也有界限。进而，在低频波的频率过低的情况下，例如为10Hz左右时，通过目视观察极性反转时电流的变化，在投影的画面上发生明暗变化的其他情况的闪变现象。
本发明的发明者们如上所述发现了在调光功率非常低时产生的闪变现象的原因，进而对解决该问题的方法进行了锐意研究，结果形成了本发明所述的高压放电灯点灯装置。
即，在本发明中，高压放电灯点灯装置由高压放电灯和供电装置构成，所述高压放电灯在由石英玻璃构成的放电容器中相对配置一对体积基本相等的电极，在该放电容器中封入0.2mg/mm3以上的水银、10-6μmol/mm3～10-2μmol/mm3范围的卤素和预定量的稀有气体，所述供电装置向该放电灯供给矩形波交流电流并使其点灯，在相对于除去启动后的初始点灯期间以外的常规点灯状态下的工作最大功率P(W)以0.5×P(W)以下的功率工作时，在直流驱动下工作。
在额定点灯的50％以下的功率下，通过直流驱动是否能够稳定工作并不确定，而能够如下所述地推测出来。在50％以下的极低的功率下，电极前端部的温度降低，因此在阴极相位下放出热电子的区域比常规点灯工作时小，被限定在非常狭小的点中。
在交流驱动工作中，阳极相位和阴极相位交互变化，此时作为点灯点的区域在每个阴极相位产生于不同的位置。而如果作为点灯点的区域改变的话，在前一次的阴极相位中作为点灯点的部分温度降低，难以在下一次的相位作为点灯点。这样的话，一直是阴极相位的话，电弧来回移动来寻找点灯点容易工作的区域，因此会产生闪变现象。另一方面，在直流工作的情况下进行阴极工作的电极一直是固定的，能够使上述点灯点集中于一个部位。进而，由于功率极低，因此耐电流性也不会损耗，能够持续稳定地工作。
进而，在本发明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，在额定功率的50％以下的功率下即使完全不进行冷却也会产生不能蒸发的水银，即未蒸发水银。
以往，未蒸发水银在限制放电电弧和放电起点方面作用效果较低，工作压力也很低，因此使光输出也降低了，因此并不优选。然而，其在以额定点灯的50％以下的功率工作时，在限制放电电弧和放电起点方面，具有保持固定的电极温度的功能，因此推测其能够使进行阴极工作的电极容易放出热电子。
基于以上内容，在本发明中，如下所述地达成上述目的。
(1)一种高压放电灯点灯装置，其由高压放电灯和向该高压放电灯供给矩形波交流电流的供电装置构成，所述高压放电灯将一对体积基本相等的电极相对配置在由石英玻璃构成的放电容器中，并在该放电容器中封入0.20mg/mm3以上的水银和10-6μmol/mm3～10-2μmol/mm3范围的卤素和预定量的稀有气体，该高压放电灯点灯装置在相对于除去启动后的初始点灯期间以外的常规点灯状态下的工作最大功率P(W)以0.5×P(W)以下的功率工作时，在直流驱动下工作。
(2)在上述(1)中，在直流驱动下工作期间，使极性从一方的极性向另一方的极性反转。
(3)在上述(1)和(2)中，在以0.5×P(W)以下的功率工作后，再次以大于0.5×P(W)的功率工作时，由直流驱动切换为交流驱动，使该交流驱动的功率或者频率中的任一个、或双方逐渐增大，改为常规点灯工作。
(4)一种投影仪，其搭载有上述(1)～(3)的任一个高压放电灯点灯装置，并具有对图像进行投影的功能。
(5)根据上述(4)所述的投影仪，其具有如下功能：当以大于0.5×P(W)的功率对所述放电灯点灯时，在投影仪的图像信号在一定期间没有变化的情况下，改为0.5×P(W)以下的功率模式。
(6)根据上述(4)所述的投影仪，其具有如下功能：在以0.5×P(W)以下的功率对所述放电灯点灯时，在投影仪的图像信号在一定期间没有变化的情况下自动地使高压放电灯灭灯。
在本发明中，能够得到以下效果。
(1)在相对于工作最大功率P(W)以0.5×P(W)以下的、灯点灯功率极低的待机功率工作时，在直流驱动下使其工作，因此能够使放电灯的电弧辉点的位置稳定，能够防止所谓的闪变的产生。
(2)使以直流驱动工作期间的极性从一方的极性反转为另一方的极性，由此，能够防止对于电极的热负荷产生偏移，即使是在长时间以待机功率工作，也能够确保照度寿命特性。
(3)在以0.5×P(W)以下的功率工作后，再次以大于0.5×P(W)的功率工作时，由直流驱动切换为交流驱动，使该交流驱动的功率或者频率中的任一个、或双方逐渐增大，改为常规点灯工作，由此，能够进一步减小对于电极的热负荷，使电极温度逐渐上升。由此，能够防止由于热应力等使电极前端部损伤等。
(4)在投影仪中搭载本发明中的高压放电灯点灯装置，并当以大于0.5×P(W)的功率进行点灯时，在投影仪的图像信号在一定期间没有变化的情况下，改为0.5×P(W)以下的功率模式，由此能够防止无端的功率浪费，实现省电化。
(5)在投影仪中搭载本发明中的高压放电灯点灯装置，并在以0.5×P(W)以下的功率进行点灯时，在投影仪的图像信号在一定期间没有变化的情况下自动地使高压放电灯灭灯，由此能够防止投影仪忘记关闭的情况。
附图说明
图1是示出作为本发明的高压放电灯点灯装置的对象的高压放电灯的图。
图2是示出作为本发明的高压放电灯点灯装置的对象的高压放电灯的电极的图。
图3示出高压放电灯的电极突起发生变形的状态。
图4是示出本发明的实施例的高压放电灯点灯装置的结构的图。
图5是示出搭载有本发明的实施例的高压放电灯点灯装置的投影仪的结构例的图。
图6是示出进行向待机功率点灯模式的切换控制的时候的处理内容的一个例子的流程图。
图7是示出常规点灯工作时放电灯的电流波形的一个例子的图。
图8是示出在从常规点灯工作切换到待机功率点灯时点灯功率指令信号与功率/电流波形的一个例子的图。
图9是示出常规点灯时的交流电流波形与脉冲重叠的波形示例的图。
图10是示出待机功率点灯模式下其他的波形示例的图。
图11是在进行周期性的极性反转工作时的待机功率点灯模式下的波形示例的图(1)。
图12是在进行周期性的极性反转工作时的待机功率点灯模式下的波形示例的图(2)。
图13是示出在从待机功率点灯改为常规点灯时用于减小热负荷的波形示例的图。
图14是示出图像信号在预定时间以上未发生变化时改为待机功率点灯模式的实施例的工作的流程图。
图15是示出图像信号在预定时间以上未发生变化时改为待机功率点灯模式的实施例的点灯功率指令信号、功率、电流的时序图。
图16是示出待机功率点灯模式的状态持续预定时间以上时使放电灯灭灯的实施例的工作的流程图。
图17是示出待机功率点灯模式的状态持续预定时间以上时使放电灯灭灯的实施例的点灯功率指令信号、功率、电流的时序图。
图18是示出现有的放电灯中流过的电流波形的一个例子的图。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式进行说明。
图1示出了作为本发明的对象的高压放电灯。
高压放电灯10具有利用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中以2mm以下的间隔相对配置有一对电极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中通过例如收缩密封方式气密性地埋设有由钼形成的导电用金属箔13。金属箔13的一端与电极20的轴部接合，此外金属箔13的另一端与外部导线14接合并从外部的供电装置进行供电。
在发光部11中封入有水银、稀有气体和卤素气体。水银用于得到必需的可见光波长，例如波长为360～780nm的放射光，并且被封入0.20mg/mm3以上。该封入量随温度条件不同而变化，在点灯时变成200气压以上的极高蒸气压力。此外，通过封入更多水银，能够制作出点灯时水银蒸气压在250气压以上、300气压以上的高水银蒸气压的放电灯，水银蒸气压越高越能够实现适于投影仪装置的光源。
封入有大约13kPa稀有气体、例如氩气。其功能为改善点灯启动性。卤素以氟、溴、氯等与水银或者其他金属的化合物的形态被封入。卤素的封入量从10-6μmol/mm3-10-2μmol/mm3范围选择。卤素的功能为利用所谓的卤素循环实现长寿命化，在像本发明的高压放电灯那样的极小型且点灯蒸气压力极高的产品中，也具有防止放电容器的失透现象的作用。
这里举出高压放电灯的数值例，例如，发光部的最大外径为9.4mm，电极间距离为1.0mm，发光管内的容积为55mm3，额定电压为70V，额定功率为180W的交流点灯。
另外，这种放电灯内置于小型投影仪装置中，装置的整体尺寸极小，但要求较高的发光光量。由此，发光部内的热量影响变得极为严格。灯的管壁负荷值为0.8～2.5W/mm2，具体来说为2.4W/mm2。
具有这样高的水银蒸气压、管壁负荷值的放电灯在被搭载到投影仪装置或者高架式投影器这样的用于演示的机器上时，能够提供彩色再现性好的放射光。
图2的目的为示出电极前端和突起，并且示意性地示出了图1所示的电极20的前端。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。
其中，上述突起21在作为本发明所述的放电灯那样电极间距离在2mm以下，且发光部具有0.2mg/mm3以上的水银的投影仪装置的光源使用时不可或缺。这是因为，在发光部中含有0.2mg/mm3以上的水银，工作压力达到200气压以上的放电灯中，通过较高的蒸气压力，将电弧放电限制得较小，结果放电起点也被限制得很小。
此外，通过在电极前端形成突起21，并以该处为起点产生电弧放电，电弧发出的光不容易被电极的球部20a遮住。由此，有着光的利用效率提高，能够得到更为明亮的图像的优点。另外，图2为示意性的图，通常，在轴部20b的前端具有相当于直径比轴径更大的球部的要素。
接着，对使上述放电灯点灯的高压放电灯点灯装置的结构例在图4中示出。
点灯装置由向放电灯10供电的供电装置构成，具有供给直流电压的降压斩波电路1、与降压斩波电路1的输出侧连接并将直流电压改变为交流电压、供给到放电灯10的全桥型变换电路2(以下称作“全桥电路”)、与放电灯10串联连接的线圈L1、并联连接的电容C1、以及启动电路3、驱动上述全桥电路2的开关元件Q1～Q4的驱动部4、和控制部5。
控制部5例如能够由微处理器等处理装置构成，在图4中示出了其功能结构的框图。
在图4中，降压斩波电路1由如下部件构成：与供给直流电压的阳极(+)侧电源端子连接的开关元件Qx和电抗器Lx；二极管Dx，其阴极侧连接在开关元件Qx和电抗器Lx的连接点与阴极(-)侧电源端子之间；平滑电容器Cx，其与电抗器Lx的输出侧连接；以及电流检测用的电阻Rx，其连接在平滑电容器Cx的一侧端子和二极管Dx的阳极侧之间。
通过以预定的负载驱动上述开关元件Qx，将输入直流电压Vdc降压至与该负载相应的电压。在降压斩波电路1的输出侧设有电压检测用电阻R1、R2的串联电路。
全桥电路2由连接成桥状的开关元件Q1～Q4构成，通过使开关元件Q1、Q4和开关元件Q2、Q3交互接通，在开关元件Q1、Q2的连接点和开关元件Q3、Q4的连接点之间产生矩形波状的交流电压。
启动电路3由电阻R3和开关元件Q5的串联电路、电容器C2和变压器T1构成。
使开关元件Q5接通时，充电至电容器C2的电荷经由开关元件Q5和变压器T1的一次侧卷线放电，并在变压器T1的二次侧产生脉冲状的高电压。该高电压施加到放电灯10的辅助电极Et上，使灯点灯。
在上述电路中，DC(直流)点灯能够通过调整全桥电路2的开关元件Q1～Q4的开关周期来完成，而且，输出电压能够通过调整降压斩波电路1的开关元件Qx的工作负载来完成。
降压斩波电路1的开关元件Qx随着门极信号Gx的负载而接通/断开，改变供给到灯10的功率。即，功率增加的话，使Qx的负载降低等，控制门极信号Gx变为与该输出的功率调整信号一致的功率值。
控制部5由驱动信号产生构件51和控制器52构成。
驱动信号产生构件51例如由交流信号产生部51a～51b、直流信号产生部51c、以及选择所述部件的输出的选择器51d构成，其选择性地对交流信号产生部51a～51b、直流信号产生部51c的输出进行输出，产生用于驱动全桥电路2的开关元件Q1～Q4的驱动信号。
控制器52具有控制灯10的点灯工作的点灯工作控制部52a和功率控制部52c，所述功率控制部52c根据来自外部的点灯功率指令信号，并以由降压斩波电路1的开关元件Qx设定的负载进行驱动，控制灯的功率。
此外，为了设定上述开关元件Q1～Q4的驱动信号，具有频率选择部52b，其根据是常规点灯还是以0.5×P(W)以下的功率工作的待机功率点灯来向上述驱动信号产生构件51的选择器发出频率选择指令。
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检测出的电压来求出灯电流1、灯电压V，计算灯功率，并控制降压斩波电路1的开关元件Qx的负载以使所述功率与对应于点灯功率指令的功率值一致。此外，根据是常规点灯还是待机功率点灯，向频率选择部52b发出频率/直流选择信号。
选择器51d根据来自频率选择部52b的指令，选择性地将交流信号产生部51a～52b、直流信号产生部51c的输出发送到驱动部4。
例如，在常规点灯时，交互选择输出常规点灯频率的交流信号产生部51a和输出低频率的交流信号产生部51b的输出，输出例如如后述的图7所示的波形信号。
此外，在待机功率点灯的情况下，选择直流信号产生部51c的输出，输出例如如后述的图8所示的波形信号。
另外，也可以根据由频率选择部52b输出的极性切换信号，切换从直流信号产生部51d输出的直流信号的极性。
此外，如后所述，在从待机功率点灯改为常规点灯时，逐渐使工作功率增大，或使进行阳极工作的电极侧的阳极工作期间逐渐减小，同时在改为常规点灯时，使由功率控制部52c供给到灯的功率逐渐增加，并根据送出到直流信号产生部51c的极性切换信号控制直流的极性。
在此，对搭载有本实施例所述的高压放电灯点灯装置的投影仪的构成例以图5示出。
投影仪由上述的高压放电灯点灯装置30和高压放电灯10、投影仪控制部31、由液晶显示装置等构成的图像显示装置32、对图像显示装置32显示的图像进行放大显示的放大装置33构成，由放大装置33放大的图像在屏幕34上投影显示。
投影仪控制部31具有处理来自计算机35或者电视等外部装置的图像信号的图像控制部31a、以及向上述的高压放电灯点灯装置30发送点灯指令和点灯功率指令的点灯控制部31b。
接着，对从常规点灯工作模式切换到本实施例的待机功率点灯模式的切换控制进行说明。图6是示出由图4所示的控制部5进行切换处理的一个例子的流程图。此处所谓常规点灯模式指的是以上述的“额定功率”、“调光功率”进行工作的情况。另外，“调光功率”的点灯功率由高压放电灯以及供电装置的设计决定，然而“调光功率”是以“额定功率”的大约60％～80％左右的功率工作的。
在图6中，根据提供到控制部5的点灯功率指令信号，选择待机功率模式后，图4所示的控制部5选择直流点灯驱动。即，频率选择部52b通过选择器51d选择直流信号产生部51c的输出，驱动部4向开关元件Q1～Q4发出直流的驱动信号，开关元件Q1、Q4或者开关元件Q2、Q3保持接通状态，对高压放电灯10进行直流驱动。
此外，在点灯功率指令信号选择为常规点灯模式的情况下，以矩形波交流点灯进行点灯工作。即，频率选择部52b通过选择器51d选择交流信号产生部51a、51b的输出，驱动部4向开关元件Q1～Q4发出交流驱动信号，开关元件Q1、Q4或者Q3、Q2交互接通并向高压放电灯10供给交流矩形波电流。
图7示出了在常规点灯工作时放电灯10的电流波形的一个例子，纵轴表示电流值，横轴表示时间。
图4所示的供电装置如下所示工作，在常规点灯时，向灯供给如图7所示的形式的电流。
(1)在收到点灯指令时，开始向灯10供电，并且控制器52的点灯工作控制部52a产生启动电路驱动信号，触发启动电路3，使灯10点灯。
(2)在灯10点灯时，在功率控制部52c，通过由分压电阻R1、R2检测出的电压值V和由电阻Rx检测出的电流值I计算点灯功率。
(3)控制器52的功率控制部52c基于点灯功率指令信号和上述计算得到的功率值，控制降压斩波电路1的开关元件Qx，控制点灯功率。
(4)在常规点灯时，控制器52的频率选择部52b通过驱动信号产生构件51的选择器51d选择交流信号产生部51a的输出和交流信号产生部51b的输出，并由选择器51d交互输出常规点灯频率信号f1和低频信号f2。
选择器51d的输出经由驱动部4传送到全桥电路2的开关元件Q1～Q4。
开关元件Q1～Q4在上述常规点灯时以常规点灯频率信号f1(60～1000Hz)驱动，如上所述，每次在第一预定时间(0.01秒～120秒)，以频率比常规点灯频率低的低频信号f2(5～200Hz)进行驱动，在第二预定时间(该低频信号的半个周期～5个周期的期间)进行驱动(参照图7的常规点灯时的波形)。
图8是示出在从常规点灯工作切换到待机功率点灯时点灯功率指令信号与功率/电流波形的一个例子的图，纵轴表示信号电平/电流值、功率值，横轴表示时间。在常规点灯工作时，以从60～1000Hz的范围选择的频率作为常规点灯频率，向上述的高压放电灯供给该频率的交流电流。
接着，在检测到待机功率点灯的信号时，如上所述控制部5选择直流点灯驱动，以直流电流点灯。此处所谓待机功率点灯为以额定功率的25％的直流功率使高压放电灯点灯。
在表1中示出了常规点灯时和待机功率点灯时的具体波形的示例。另外，表1的(a)、(b)对应于图8中所示的(a)、(b)区间的波形。
表1
此处常规点灯时的交流电流为单纯的矩形波，但是这只是简单的举例示出，并不限定于该驱动波形。例如，也可以采用由比该常规点灯频率低的频率、即从5～200Hz范围选择的频率与低频组合成的波形，如图9所示，也可以是脉冲等重叠的波形。
对待机功率点灯在本发明的直流工作功率值的范围进行实验后，得到表2的结果。
表2采用常规点灯功率180W的灯，使本发明的直流工作功率值在10W～140W的范围变化，并调查各功率值能否点灯、以及电极损耗、是否有闪变。
表2
  点灯功率   常规点灯功率比   能否点灯   电极损耗   闪变   判定
  10W   6％   ×   -   -   NG
  20W   11％   ○   ○   无   OK
  30W   17％   ○   ○   无   OK
  36W   20％   ○   ○   无   OK
  40W   22％   ○   ○   无   OK
  50W   28％   ○   ○   无   OK
  60W   33％   ○   ○   无   OK
  70W   39％   ○   ○   无   OK
  80W   44％   ○   ○   无   OK
  90W   50％   ○   ○   无   OK
  100W   56％   ○   ×   无   NG
  110W   61％   ○   ×   无   NG
  120W   67％   ○   ×   有   NG
  130W   72％   ○   ×   有   NG
  140W   78％   ○   ×   有   NG
如表2所示，比额定功率的11％低的功率不能够持续点灯。推测其原因是电极，特别是进行阴极工作的电极的温度过低，阴极不能够放出充分的热电子，因此不能够持续进行放电。
此外，在比额定功率的50％还高的功率下，进行阳极工作的电极的温度过高，突起消失了。根据所述理由，直流点灯功率仅在以额定功率的11％～50％的范围选择的功率进行点灯时能够不产生闪变，而且电极前端的突起也不会消失，形成良好的点灯状态。
另外，在以上的例子中，示出了以180W进行额定点灯的灯，然而额定功率的值并不限定于180W，其他的灯也同样能够适用。在该情况下，虽然根据灯的设计不同而有所改变，但是对于设计成具有能够耐受额定功率的大小的电极，在以大于其额定功率的50％的功率进行直流点灯驱动时，如上所示，由于突起的消失，会产生闪变现象。
另一方面，即使是设计不同的灯，能够在直流点灯驱动下在大约20W左右为止稳定工作，然而也发现其在10W时不能够维持放电。
接着，使用额定点灯功率为180W的灯，以作为现有驱动方法的交流驱动使功率值在70W～140W的范围变化，调查各功率值下能否点灯、电极损耗、以及是否有闪变。其结果在下面的表3中示出。
表3
  点灯功率   常规点灯功率比   能否点灯   电极损耗   闪变   判定
  70W   39％   ○   ×   有   NG
  80W   44％   ○   ×   有   NG
  90W   50％   ○   ×   有   NG
  100W   56％   ○   ×   有   NG
  110W   61％   ○   ×   有   NG
  120W   67％   ○   ×   有   NG
  130W   72％   ○   ○   无   OK
  140W   78％   ○   ○   无   OK
如表3所示，在点灯功率在120W以下时，由于电极前端表面的温度低，因此电弧点并不稳定，不仅电极产生损耗，而且观察到了闪变现象。
在图10(a)、(b)中示出了待机功率点灯模式下的其他波形示例。该图也示出了点灯功率指令信号和功率/电流波形的一个例子，纵轴表示信号电平/电流值、功率值，横轴表示时间。
图10(a)是根据待机功率指令信号进行直流驱动，在预定的时间使阴极工作和阳极工作反转的波形示例。
以往，在对以交流驱动进行常规点灯的高压放电灯进行直流驱动时，在如上所述的输出较高的情况下会发生突起消失的情况。
在额定功率的50％以下的功率下也不是一定不会产生损耗，其损耗量是极其轻微的，在例如待机功率点灯这样比较短的时间(例如1小时左右)的情况下没有问题，然而在以向画面投射的投影模式下使用时，即使是微小的损耗量，也会在需要满足超过例如5000小时的照度维持率的情况下会出现问题。
特别是在直流点灯驱动时，由于没有如专利文献4所示那样生成突起的流程，因此容易想象到损耗量的大小会对照度特性产生较大的影响。为了避免此情况，考虑例如在直流驱动的过程中使极性反转时(图10(a))或者在每次改变点灯模式时使直流驱动的极性反转(图10(b))。由此，能够避免对于电极的热负荷产生偏移，确保50％以下功率下的照度寿命特性。
另外，在待机功率点灯时，需要向灯供给直流电流，向图4所示的全桥电路2的开关元件Q1～Q4发送直流的驱动信号，确保开关元件Q1、Q4或者Q3、Q2的接通状态。
由此，需要持续向开关元件Q1、Q4的门极G1、G4、或者Q3、Q2的门极G3、G2发送高电平信号，需要向开关元件Q1、Q3的门极驱动信号施加比开关元件Q2、Q4的门极驱动信号高电平的电压。
考虑供给到开关元件Q1、Q3的门极G1、G3的高电平的驱动信号采用其他电源，或者采用供给泵电路等生成，然而会增加部件个数，也会增加成本。
因此，在实际的电路结构中，例如通过对电容器进行充电，从而生成供给到开关元件Q1、Q2的高电平的门极驱动信号。在该情况下，上述电容器放电，因此开关元件Q1、Q3难以长时间保持接通状态，需要周期性地对该电容器充电。在使用采用了这样的电容器的驱动电路的情况下，在对电容器充电的期间，使开关元件Q1、Q3临时断开，如图11、图12所示地进行周期性的极性反转工作。
图11、图12是示出在进行如上所述的周期性的极性反转工作时的待机功率点灯模式的波形示例的图。该图示出了点灯功率指令信号与功率/电流波形的一个例子，图11示出了在进行直流驱动时没有极性反转的情况下的波形示例，图12示出了在进行直流驱动时有极性反转的情况下的波形示例。另外，纵轴表示信号电平/电流值、功率值，横轴表示时间。
如图11所示可以确认，例如在每70ms进行1ms的反转工作时，也能够得到与直流驱动工作相同的效果。
进而，如图12所示可以确认，在与图10(a)相同的波形的情况下，也不会影响照度寿命特性，能够得到同样的效果。
接着，考虑在从待机功率点灯等常规点灯的50％以下的工作功率改为常规点灯的情况。在该情况下，在设置仅在预定时间的供给交流电流的期间后以常规点灯进行工作。其原因是，在改为常规点灯功率时，水银蒸发，形成一定的压力工作需要一定的时间，然而在该期间使其直流点灯工作时，容易想到如前所述地会产生阳极工作侧的电极的突起消失的情况。根据这样的观点，优选在逐渐提高工作功率的同时改为交流驱动工作(图10)。进而，改为交流驱动工作时使工作功率升高、通过对分别进行阳极、阴极工作的电极以比较低的功率进行交流驱动工作从而经历相反极性，不会急剧地产生热负荷，能够使电极温度逐渐上升，因此能够防止热应力使电极前端部出现破损等。
一般来说高压放电灯中使用的电极主要由钨构成，出于改善照度寿命特性的目的而使用99.999％以上的极高纯度的钨。高纯度的钨意味着不纯物质很少，能够期待维持较长寿命，而另一方面，由于结晶粒粗大，有着比较脆的缺点。特别是前端部的极端高温会使结晶粒容易变得粗大。会因急剧地施加热应力而产生由热应力使结晶晶界之间产生破损等问题。因此，优选在改为常规点灯时，先改为交流驱动，再进行功率的改变。
在根据这样的观点改为常规点灯时，额定工作的交流驱动频率并不一定是相同频率。或者说通过在进行功率改变的同时改变频率，能够将上述热负荷减小到极限。
图13是示出在从待机功率点灯改为常规点灯时能够减小热负荷的波形示例的图。另外，纵轴表示信号电平/电流值、功率值，横轴表示时间。
如图13所示，在从待机功率点灯改为常规点灯时，点灯功率逐渐增大，并改为常规点灯，如该图(a)所示使交流电流值逐渐增大来接近常规点灯工作。
或者如该图(b)的变形例所示，使频率、交流电流逐渐增大，靠近常规点灯工作，或者如该图(c)的变形例所示，在改变阳极工作和阴极工作的时间长度的同时接近常规点灯工作，以使阴极工作侧的电极与阳极工作侧的电极温度差减小。
接着，对本实施例的高压放电灯点灯装置搭载于图5所示的投影仪中的情况下的控制工作示例进行说明。
图14是示出图像控制部在比预先设定的固定期间T1更长的期间未发生图像信号的变化时的工作流程图，在图15中示出了该情况下的点灯功率指令信号、功率、电流的时序图。
在图14、图15中，在常规点灯时，在比固定期间T1更长的期间图像信号没有变化时，从投影仪控制部31的点灯控制部31b发出选择待机功率点灯模式的信号，点灯装置30基于该信号改为待机功率点灯模式。
并且，在图像信号接通时，再次从待机功率点灯模式改为常规点灯模式。
通过如上所述地进行控制，例如在通过计算机等的外部信号从投影仪向屏幕面投影图像的状态下，在图像没有变化的状态持续时等，能够自动地改为待机功率点灯模式，能够实现省电化。
进而，在改为待机功率点灯模式时，还能够通过高压放电灯的冷却停止等来实现进一步的省电化。此外，在以较短的点灯时间重复使用的环境下，启动时的损伤会对高压放电灯的寿命时间产生恶劣影响。通过利用待机功率点灯模式，无需使高压放电灯灭灯，通过连续点灯工作，具有能够实质性地改善寿命特性，并且能够在瞬间将画面投影出来的优点。
图16示出了在比预先设定的固定期间T2更长的期间，待机功率点灯工作持续进行的情况下的控制流程图，在图17中示出了该情况下的点灯功率指令信号、功率、电流的时序图。
如图16、17所示，在常规点灯时，在超过固定期间T1的较长期间图像信号没有变化的话，会从投影仪控制部31的点灯控制部31b发出选择待机功率点灯模式的信号，点灯装置30基于该信号改为待机功率点灯模式。进而，在待机功率点灯持续超过固定期间T2的情况下，从投影仪控制部31的点灯控制部31b发出使高压放电灯灭灯的信号。
点灯装置30在收到灭灯信号时，切断对高压放电灯10的电流供给，使高压放电灯灭灯。
通过该功能，能够防止例如在进行待机点灯工作的状态下结束投影仪的使用时，忘记关闭投影仪。即，在待机点灯工作的情况下，点灯功率较低，图像显示构件(例如液晶显示装置)的偏光方向被断开，从而会产生已经灭灯了的错觉。
特别是在投影仪未配置于身边的从顶棚上吊下的使用方法(吊起使用)的情况下，要考虑到这种情况。
作为待机功率点灯的另一个效果还可以举出上述的对比度的改善。在此，对比度高指的是能够表现出鲜明的图像的参数，其与屏幕照度都是投影仪的重要性能。
例如，在使用液晶元件作为图像显示构件时，基于液晶元件的性能的大概的对比度为500∶1左右。此处的500∶1指的是投影白图像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。例如，在投影黑画面时通过作为待机功率点灯以额定功率的25％的功率工作，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产生的工作压力的降低，光量降低得比功率比还要多，因此能够实现超过2000∶1的对比度。
在上述的实施例中，作为图像显示构件以液晶元件为例进行示出，然而也可以使用采用了DMD(Digital Micromirror Device，数字微镜器件)的DLP(Digital Lighting Processor，数据光处理器)。在DLP投影仪的情况下，基本能够实现比使用液晶元件的投影仪更高的对比度，然而通过与本发明进行组合，能够进一步改善对比度。

Claims (5)

1.一种高压放电灯点灯装置，其由高压放电灯和向该高压放电灯供给矩形波交流电流并点灯的供电装置构成，所述高压放电灯将一对电极相对配置在由石英玻璃构成的放电容器中，并在该放电容器中封入0.20mg/mm3以上的水银和10-6μmol/mm3～10-2μmol/mm3范围的卤素和预定量的稀有气体，其特征在于，
该高压放电灯点灯装置在相对于除去启动后的初始点灯期间以外的常规点灯状态下的工作最大功率P（W）以0.5×P（W）以下的功率工作时，在直流驱动下工作；在以0.5×P（W）以下的功率工作后再次以大于0.5×P（W）的功率工作时，由直流驱动切换为交流驱动，使该交流驱动的功率或者频率中的任一个、或双方逐渐增大，改为常规点灯工作。
2.根据权利要求1所述的高压放电灯点灯装置，其特征在于，
该高压放电灯点灯装置在所述直流驱动下工作期间，进行其极性从一方的极性向另一方的极性反转的工作。
3.一种投影仪，其特征在于，
其搭载有权利要求1或2所述的高压放电灯点灯装置，并具有对图像进行投影的功能。
4.根据权利要求3所述的投影仪，其特征在于，
其具有如下功能：当以大于0.5×P（W）的功率对所述高压放电灯点灯时，在投影仪的图像信号在一定期间没有变化的情况下，改为0.5×P（W）以下的功率模式。
5.根据权利要求3所述的投影仪，其特征在于，
其具有如下功能：在以0.5×P（W）以下的功率对所述高压放电灯点灯时，在投影仪的图像信号在一定期间没有变化的情况下，自动地使高压放电灯灭灯。
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