CN101933118B - 高压放电灯系统以及利用所述高压放电灯系统的投影仪 - Google Patents

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Abstract

一种高压放电灯系统具有高压放电灯4和操作所述灯4的照明电路3。所述灯4包括：具有发光部分6以及从所述发光部分6向相反方向延伸的第一和第二密封部分7、8的外壳，其中所述发光部分6具有布置在其中的第一和第二电极10、11；以及电连接到所述第二电极11的导体20。特别地，所述导体20的一部分至少基本上在对应于连接到所述第一电极10的第一金属箔16的一个区域内的单个点处与所述第一密封部分7的外表面接触或者与之最靠近。所述电路3通过在所述电极10、11之间施加具有预定频率的高频电压来激活所述灯4，其中所述预定频率处于10[kHz]-10[MHz]的范围(包括两个边界值)内。

Description

高压放电灯系统以及利用所述高压放电灯系统的投影仪
技术领域
本发明涉及高压放电灯系统以及利用所述高压放电灯系统的投影仪。
背景技术
近来，投影仪被用于在会议等场合进行演示，或者被用于普通家庭中的家庭影院。
所述投影仪具有光源以及根据图像信息操作的设备(例如透射型液晶显示设备、数字微镜设备等)。所述投影仪把来自所述光源的输出光束投影到所述设备上，并且扩大将要显示的光学图像。所述光源的一个例子是高压汞灯，其更接近点光源并且具有高亮度和高显色性。所述高压汞灯例如具有封闭在其中以作为发光材料的200[mg/cm3]的汞以及电弧管，在所述电弧管中布置有一对由钨制成的电极。
一般来说，为了激活所述高压汞灯，需要在所述电极对之间施加20[kv]或更高的高压脉冲。然而，为了生成这种高压脉冲，在照明电路中需要使用大尺度变压器、高压电阻电子装置组件或类似组件。使用这些组件对于具有所述照明电路的高压放电灯系统的成本降低或整体尺寸减小来说是有害的。
鉴于此，为了降低启动电压，按常规在实践中应用的做法是，把一段由金属线制成的导体(其被称作邻近导体或触发线)附着到所述电弧管上。为了降低所述启动电压，提出了许多附着所述导体的创新想法。
例如提出了以下想法。通过把所述触发线的顶端布置在所述电弧管的外部，当灯被激活时，在所述顶端与所述电弧管内部的电极之间形成显著的电场不平衡，从而促进所述电极对之间的介质击穿，从而可以把所述启动电压的高压脉冲降低到4-8[kV](例如专利引用1)。
另外还提出了以下想法。所述邻近导体的一部分的位置被限制在所述电弧管的密封部分的指定区域内，并且所述邻近导体被缠绕成使得不会形成闭环。所述启动电压的高压脉冲可以被降低到8[kV]或更低(例如专利引用2)。
然而，当如上面所提到的那样设计所述高压放电灯系统以便满足针对减小所述灯的整体尺寸以及降低成本的需求时，可以由所述照明电路生成的高压脉冲的上限近似为4.0[kV]。于是在针对实际使用而考虑余量时，要求所述高压汞灯的启动电压是3.0[kV]-3.5[kV](包括两个边界值)。仅仅通过采用所述触发线(邻近导体)以及如上所述地设计附着所述触发线被认为无法完全满足所述需求。因此，为了满足所述需求，除了采用所述触发线之外，还把诸如氪85(85Kr)之类的放射性材料封闭在所述电弧管内。
专利引用1：JP No.2003-317663
专利引用2：WO No.2004-090934
发明内容
本发明所解决的问题
然而，诸如氪85之类的放射性材料的成本高，从而无法完全满足针对降低所述高压放电灯系统的整体成本的需求。
在构想本发明时考虑到了上述问题。本发明的一个目的是提供一种不使用放射性材料并且可以在低启动电压下激活的低成本高压放电灯系统、以及一种使用所述灯系统的投影仪。
解决所述问题的手段
本发明的一方面是一种高压放电灯系统，其具有高压放电灯和操作所述高压放电灯的照明电路，所述高压放电灯包括：玻璃外壳(glassenvelope)，其包括具有在其中形成的放电空间的发光部分(part)以及从所述发光部分向相反方向延伸的第一和第二密封部分；第一电极，其一端位于所述放电空间内并且另一端被连接到密封在所述第一密封部分内的第一金属箔；第二电极，其一端位于所述放电空间内并且另一端被连接到密封在所述第二密封部分内的第二金属箔；以及电连接到所述第二电极并且布置在所述外壳外部的导体，其中，所述导体的一部分基本上在单个点处与所述第一密封部分的外表面接触或者与之最靠近，所述单个点位于所述外表面的一个区域内，该区域对应于所述第一金属箔并且排除所述外表面的夹在分别包含所述第一金属箔的一个主表面的两个虚拟平面之间的区域，所述照明电路通过在所述第一和第二电极之间施加具有预定频率的高频电压来激活所述高压放电灯，所述预定频率落在从10[kHz]到10[MHz]的范围内，所述范围包括两个边界值。
根据上述特征，当在所述第一和第二电极之间施加具有处于从10[kHz]到10[MHz]的范围(包括两个边界值)内的预定频率的高频电压时，可以获得以下效果。(1)首先，处于所述导体的电连接到所述第二电极的部分与所述第一金属箔之间的所述第一密封部分的玻璃发生介质极化。此外，由于所述第一金属箔被粘附到所述玻璃，也就是说由于没有导致所述导体与所述第一金属箔之间的介质极化减小的空间，因此所述玻璃能够被强极化。(2)其次，由于所述导体的所述部分基本上在指定区域内的单个点处与所述第一密封部分的外表面接触或者与之最靠近，因此出现极为显著的不平衡，从而在所述导体的所述部分与所述第一密封部分的外表面(玻璃表面)之间的电场中产生密度，进而加速来自所述导体的电子发射。(3)第三，由于所述高频电压被施加到所述导体，所以可以保持所述电子发射。结果，尽管被施加在所述导体与所述第一金属箔之间的电压极低(例如1.5[kV]-2.0[kV]并且包括两个边界值)，但是作为协同效应，还是从所述导体发射出电子。由于所述电子发射，主要是所述导体与所述第一密封部分的外表面(玻璃表面)之间的空气中的氮被电离，从而造成沿面放电或电晕放电。当氮被电离时，就辐射出波长为100[nm]-400[nm](包括两个边界值)的紫外线。所述紫外线穿过所述第一密封部分的玻璃并且辐射所述放电空间内的金属材料，比如一般封闭的发光材料和所述电极。由于光电效应，所述放电空间内的光电子可能会增多。相应地，这些光电子促进所述第一和第二电极之间的介质击穿。在不使用常规放射性材料的情况下，可以利用极低的启动电压(例如3.0[kV]或更低)激活所述灯。
在这里，所述导体的所述部分与所述第一密封部分的外表面接触在字面上意味着，所述导体与所述第一密封部分的外表面“接触”，其间的最短距离为0[mm]。与此相对，当所述导体的所述部分与所述第一密封部分的外表面“最靠近”时，所述导体的所述部分不与所述第一密封部分的外表面接触而是与之最靠近，更具体来说，其间的最短距离为0.3[mm]或更小。实验证实，如果所述导体的所述部分在上述范围内与所述第一密封部分“最靠近”，则和所述导体的所述部分与所述第一密封部分“接触”的情况相比可以获得基本上完全相同的效果。
在这里，所述金属箔的“主表面”意味着具有最大表面积的表面。
此外，所述导体的一部分基本上在单个点处与所述第一密封部分的外表面接触或者与之最靠近，所述单个点位于“所述外表面的一个区域内，该区域对应于所述第一金属箔并且排除所述外表面的夹在分别包含所述第一金属箔的一个主表面的两个虚拟平面之间的区域”。这意味着所述导体仅仅在上述指定区域内的单个点处与所述第一密封部分的外表面接触或者与之最靠近。在不同于所述指定区域的某一区域内，所述导体的所述部分可以(或者可以不)按照任何配置(比如在一点处、在一条线中或者在一个表面上)与所述第一密封部分的外表面接触或者与之最靠近。
在上述配置中，期望所述导体由金属线制成，并且所述导体的所述部分是所述金属线的一端。另外，期望所述导体由金属线制成，其具有基本上呈U形或V形的弯曲部分，并且所述导体的所述部分是所述弯曲部分的弯曲点。
此外，当所述导体的所述部分与所述第一密封部分的外表面接触时，所述导体具有围绕所述第一密封部分缠绕并且不与所述外表面接触的缠绕部分，所述缠绕部分的内直径小于所述第一密封部分的外直径，该缠绕部分通过其内直径的扩大而被装配在所述第一密封部分上，期望通过由所述缠绕部分的内直径的收缩力导致的弹性把所述部分压在所述第一密封部分的外表面上。
此外，期望所述频率是200[kHz]或更高。
本发明的另一方面是具有上面提到的高压放电灯系统的投影仪。
利用上述特征可以实现低成本投影仪。
本发明的效果
本发明可以实现一种不使用放射性材料并且可以在低启动电压下激活的低成本高压放电灯系统、以及一种使用所述高压放电灯系统的投影仪。
附图说明
图1是示出根据本发明的实施例1的高压放电灯系统的结构的框图；
图2是被包括在所述高压放电灯系统内的高压汞灯的电弧管的正视图；
图3是示出被包括在所述高压放电灯系统内的所述高压汞灯的电极的概略结构的正视图；
图4是(当导体的一部分与第一密封部分接触时)沿着图2的线C-C的横截面图；
图5是(当所述导体的所述部分与所述第一密封部分最靠近时)沿着图2的线C-C的横截面图；
图6是示出被包括在所述高压放电灯系统内的灯单元的部分剪切透视图；
图7是示出被包括在所述高压放电灯系统内的照明电路的操作的流程图；
图8是被包括在根据本发明的实施例2的高压放电灯系统内的高压汞灯的电弧管的正视图；
图9是沿着图8的线C-C的横截面图；
图10是示出作为根据本发明的实施例3的投影类型图像显示设备的正投影仪的结构的部分剪切透视图；以及
图11是示出作为所述投影类型图像显示设备的背投影仪的结构的透视图。
附图标记描述
1高压放电灯系统
2电源单元
3照明电路
4、40高压汞灯
5电弧管
6发光部分
7第一密封部分
8第二密封部分
9放电空间
10第一电极
11第二电极
10a、11a电极的顶端
10b、11b突出部分
12、13电极棒
14、15电极线圈
16第一金属箔
17第一外部引线
18第二金属箔
19第二外部引线
20、41导体
21、42缠绕部分
22反射镜
23灯单元
24反射表面
25电源连接端子
26基座
27供电器
28颈部分
29粘合剂
30通孔
31DC/DC变换器
32DC/AC逆变器
33高压供电单元
34灯电流检测单元
35灯电压检测单元
36控制单元
37开关设备
38线圈
39电容器
43投影仪
44、51外壳
45光学单元
46控制单元
47投影透镜
48冷却风扇单元
49电源单元
50背投影仪
52透射型屏幕
具体实施方式
下文参照附图描述本发明的各实施例。
实施例1
图1是示出根据本发明的实施例1的高压放电灯系统1的结构的框图。
如图1中所示，所述高压放电灯系统1包括电源单元2、照明电路3(电子镇流器)和高压汞灯4。与外部AC源(AC100[V])相连的所述电源单元2经由所述照明电路3被连接到高压放电灯，比如所述高压汞灯4。
(高压汞灯4)
首先，下文描述所述高压汞灯4的结构。作为其的一个例子，图2示出其额定电力为165[W]的高压汞灯4的电弧管5。
如图2中所示，所述电弧管5的外壳例如由石英玻璃制成。所述电弧管5具有发光部分6、第一密封部分7和第二密封部分8。所述发光部分6呈基本上旋转椭球体的形状并且位于所述电弧管5的中心处。所述第一密封部分7和第二密封部分8分别基本上呈圆柱体形状并且从所述发光部分6向相反方向延伸。
被封闭在所述发光部分6(放电空间9)内的分别有给定数量的作为发光材料的汞(Hg)、帮助激活的稀有气体(比如氩气(Ar)、氪气(Kr)、氙气(Xe)、或者两种或更多种上述气体的混合)、用于卤素循环的碘(I)或溴(Br)。举例来说，被封闭在其中的汞的数量处在150[mg/cm3]与650[mg/cm3]之间的范围(包括两个边界值)内。被封闭在其中的氩气(25摄氏度)的数量处在0.01[MPa]-1[MPa]之间的范围(包括两个边界值)内。被封闭在其中的溴的数量处在1*10-10[mol/cm3]-1*10-4[mol/cm3]之间的范围(包括两个边界值)内，优选地处在1*10-9[mol/cm3]与1*10-5[mol/cm3]之间的范围(包括两个边界值)内。
另外，被布置在所述发光部分6内的还有作为一对并且由钨制成的第一电极10和第二电极11，其末端基本上彼此相对。换句话说，所述第一电极10的纵向中心轴(其基本上与所述电弧管5的纵向中心轴重合)与所述第二电极11的纵向中心轴基本上彼此重合。举例来说，这两个电极10与11之间的距离L(参见图2)被设定在0.5[mm]与2.0[mm]之间的范围(包括两个边界值)内。
如图3中所示，所述第一电极10和第二电极11分别包括电极棒12和13以及分别附着到其一端的电极线圈14和15。特别地，对应的电极10和11的顶端10a和11a(一端)被分别处理成一定形状，比如基本上半球形、基本上球形或者基本上圆锥形，其中所述电极棒12和13当中的每一个的一部分分别集成熔合到所述电极线圈14和15当中的每一个的一部分。由于灯操作期间的卤素循环，在所述电极10和11的顶端10a和11a上分别形成突出部分10b和11b。也就是说，当作为所述电极10和11的构成材料的钨在灯操作期间蒸发之后，钨返回并且再次沉积在所述电极10和11上(特别是在所述顶端10a和11a的顶部)。结果，自然地形成由于所述沉积而产生的突出部分10b和11b。在这里所示的突出部分10b和11b是在制造过程的时效处理期间生成的。到制造过程完成时，所述突出部分10b和11b已经形成。所述电极10与11之间的距离L具体而言就是所述突出部分10b与11b之间的距离。
注意，为了形成分别呈基本上半球形、基本上球形或者基本上圆锥形的对应的第一和第二电极10和11的顶端10a和11a，取代分别把所述电极棒12和13的部分与所述电极线圈14和15的部分相熔合，可以把预先切刻成基本上半球形、基本上球形或者基本上圆锥形的对象分别附着到所述电极棒12和13的顶端。可选择地，可以把烧结成所述形状的对象附着到所述顶端10a和11a。
回到图2，所述第一电极10的另一端经由气密地密封在所述第一密封部分7内的钼第一金属箔16被连接到第一外部引线17的一端。所述第一外部引线17的另一端从所述第一密封部分7的边缘突出，并且被连接到未示出的供电器或基座。另外，所述第二电极11的另一端类似地经由气密地密封在所述第二密封部分8内的钼第二金属箔18被连接到第二外部引线19的一端。所述第二外部引线19的另一端从所述第二密封部分8的边缘突出，并且被连接到未示出的供电器或基座。注意，所述第一和第二金属箔16和18当中的每一个的厚度通常被设定在10[微米]与30[微米]之间的范围(包括两个边界值)内。在本实施例中，所述第一和第二金属箔16和18当中的每一个的厚度是20[微米]。
另外，附着到所述电弧管5的是导体20，其用来帮助激活所述高压汞灯4。所述导体20由铁和铬的合金制成，并且其线直径例如是0.3[mm]，从而落在0.1[mm]-2.0[mm]的范围(包括两个边界值)内。所述导体20被接合到所述第二引线19从而被电连接到所述第二电极11，并且所述导体20的一部分与所述第一密封部分7的外表面的对应于所述第一金属箔16的区域接触或者与之最靠近。更具体来说，所述导体20的所述部分位于所述第一密封部分7的外表面的对应于所述第一金属箔16的区域(图2中的区域A)内，并且所述导体20朝向所述第二外部引线19延伸，从而跨越所述发光部分6和所述第二密封部分8。所述导体20的另一端被电连接到所述第二外部引线19，从而被电连接到所述第二电极11。
注意，所述“区域A”是所述第一密封部分7的夹在表面A1(参见图2)与表面A2(参见图2)之间的区域。所述表面A1包括所述第一金属箔16在其纵向上的一端并且与所述第一密封部分7的纵向中心轴(其与所述电弧管5的纵向中心轴X重合)垂直。所述表面A2包括所述第一金属箔16在其纵向上的另一端，并且与所述第一密封部分7的纵向中心轴垂直。
如图2和图4中所示，所述导体20的一端的所述部分(在图2中被显示为B)基本上在单个点处与所述第一密封部分7的外表面接触，其中该单个点处在所述第一密封部分7的对应于所述第一金属箔16的所述区域(区域A)内并且处在当沿着一个虚拟平面E(参见图4)切割所述第一密封部分7时所得到的所述第一密封部分7的包含所述虚拟平面E的一个主表面D的一个区域(在图4中被显示为F)内。换句话说，所述导体20的所述部分B基本上在单个点处与一个弯曲表面(所述第一密封部分7的外表面)接触，其中该弯曲表面属于当沿着包含所述主表面D的平面E切割时通过仅仅在所述区域A内切割而获得的所述第一密封部分7的基本上一半。注意，所述主表面具有所述第一金属箔16的最大表面积。所述主表面是可以在图2的正视图中看到的表面或其后表面。也就是说，所述导体20的一端的所述部分(在图2中被显示为B)基本上在单个点处与所述第一密封部分7的外表面接触，其中该单个点处在所述外表面的对应于所述第一金属箔16的所述区域(区域A)内并且处在所述外表面的排除夹在包含所述第一金属箔16的一个主表面D(参见图4)的虚拟平面E(参见图4)与包含另一个主表面的另一个虚拟表面之间的区域的一个区域(在图4中被显示为F)内。
如上所述，所述第一和第二金属箔16和18当中的每一个的厚度是20[微米]，从而是极薄的。注意，为了描述方便起见，在图4以及后面示出的图5和图9中，所述厚度被夸张地绘出。
所述导体20的所述部分B不限于基本上在所述指定区域内的单个点处与所述第一密封部分7的外表面“接触”。如图5中所示，所述导体20的所述部分B可以基本上在所述指定区域内的单个点处与所述第一密封部分7的外表面“最靠近”。换句话说，所述导体20的所述部分B与所述第一密封部分7的外表面之间的最短距离d(参见图5)可以是0.3mm或更小，这是因为实验证实，当在上述范围内“最靠近”时可以实现如稍后所描述的操作效果。
上述内容的特征在于，所述导体20的一个端部围绕所述第一密封部分7缠绕基本上2.5匝。注意，所述导体20的所述部分仅仅在所述区域A和所述区域F(在下文中被称作“接触限制区域”)内的单个点处与所述第一密封部分7的外表面接触或者与之最靠近，并且所述导体20的剩余部分在所述接触限制区域内既不与所述外表面接触也不与之最靠近。当然，在排除了所述接触限制区域之外的区域内，所述导体20可以(或者可以不)按照任何配置(比如在一点处、在一条线中或者在一个表面上)与所述第一密封部分7的外表面接触或者与之最靠近。另外，除了所述第一密封部分7的外表面之外，所述导体20可以(或者可以不)按照任何配置(比如在一点处、在一条线中或者在一个表面上)与所述发光部分6的外表面或者所述第二密封部分8的外表面接触或者与之最靠近。当然，在排除了所述接触限制区域之外的区域内，可以通过围绕所述电弧管5缠绕来附着所述导体20，或者可以简单地沿着所述电弧管5线性地附着所述导体20。换句话说，在排除了所述接触限制区域之外的区域内，所述导体20可以通过任何配置被附着到所述电弧管5。
如图2的例子所示，所述导体20具有围绕所述第一密封部分7缠绕基本上2.5匝的缠绕部分21。另外，期望将所述缠绕部分21缠绕成环，其内直径小于所述第一密封部分7的外直径。期望的是，当把所述缠绕部分21装配在所述第一密封部分7上时，所述缠绕部分21的内直径被扩大。因此，通过所述缠绕部分21的内直径的收缩方向上的弹性将所述导体20的与所述第一密封部分7的外表面接触的部分压在所述第一密封部分7的外表面上。结果，可以防止所述导体20关于所述第一密封部分7发生错位。
在上面的例子中描述了当所述导体20由铁和铬的合金制成的情况。然而，注意，除了铁和铬之外，所述导体20还可以由钼之类制成的金属线制成。另外，所述导体20的整体不需要由金属线形成。所述导体20的基本上在单个点处与所述第一密封部分7接触或者与之最靠近的至少一部分呈线性形状就足够了。剩余的部分例如可以呈带状。
(灯单元23)
如图6中所示，如上所述被设置在反射镜22中的所述高压汞灯4构成灯单元23，并且被用作所述高压放电灯系统1中的光源。
如图6中所示，所述灯单元23包括上面的高压汞灯4和所述反射镜22(其基本物质是玻璃)。所述反射镜22具有反射表面24，其内表面是凹面。在所述反射镜22内部，以使得所述电弧管5的纵向中心轴X基本上与所述反射镜22的光轴Y重合的方式安装所述高压汞灯4。所述灯单元23被构造成使得从所述高压汞灯4投射的光从所述反射表面24被反射。
在所述高压汞灯4中，其中提供有电源连接端子25的圆柱形基座26被附着到所述电弧管5的第一密封部分7。从第一密封部分7向外延伸的第一外部引线(未示出)被连接到所述电源连接端子25。供电器27被连接到所述第二外部引线19。
在该高压汞灯4中，所述基座26被插入在所述反射镜22的颈部分28中，并且通过粘合剂29被固定在其中。随后把所述供电器27插入到提供在所述反射镜22中的通孔30内。
注意，所述反射表面24是球状表面或者抛物形表面，并且把多层干涉膜等沉积在所述反射表面24上。
(照明电路3)
所述照明电路3激活并保持所述高压汞灯4的照明。如图1中所示，所述照明电路3主要包括DC/DC变换器31、DC/AC逆变器32、高压供电单元33、灯电流检测单元34、灯电压检测单元35以及控制单元36。
所述DC/DC变换器31响应于来自所述控制单元36的PWM(脉冲宽度调制)控制信号向所述DC/AC逆变器32提供给定量值的直流电流。也就是说，在所述灯4的稳定操作(平稳操作)期间，需要执行控制以便保持灯功率恒定，从而将从所述高压汞灯4输出的光保持恒定。为此，所述控制单元36基于由所述灯电流检测单元34检测到的灯电流和由所述灯电压检测单元35检测到的灯电压来计算所述灯功率，并且向所述DC/DC变换器31发送将所述灯功率保持恒定的PWS控制信号。作为响应，所述DC/DC变换器31把来自所述电源单元2的直流电流变换成给定量值的直流电流。注意，从所述激活直到获得给定灯功率时(直到灯电压达到给定值)为止，所述控制单元36向所述DC/DC变换器31发送所述PWM控制信号以便控制灯电流保持恒定。
所述DC/AC逆变器32例如具有两对开关设备(FET)37。通过交替地接通及关断每一对所述开关设备，所述DC/AC逆变器32基于从所述控制单元36发送的控制信号来从馈送自所述DC/DC变换器31的直流电流生成预定频率的矩形电流。
举例来说，利用具有线圈38和电容器39的共振电路，所述高压供电单元33生成预定频率的高频电压并且把所述高频电压施加在所述第一电极10和所述第二电极11之间。所述预定频率落在10[kHz]与10[MHz]之间的范围(包括两个边界值)内。因此，所述高压供电单元33促进所述第一电极10和所述第二电极11之间的介质击穿，从而激活所述高压汞灯4。
随后利用图7的流程图来描述所述照明电路3的操作。
当所述电源单元2的开关(未示出)被接通时(步骤S1：是)，所述控制单元36控制所述DC/DC变换器31和所述DC/AC逆变器32以便生成具有预定频率的高频电压(其中所述预定频率在10[kHz]与10[MHz]之间的范围(包括两个边界值)内，其例如是300[kHz])，并且把所述高频电压施加在所述高压汞灯4的第一电极10和第二电极11之间(步骤S2)。
随后，确定所述高压汞灯4是否已被激活(步骤S3)。当在所述第一电极10和所述第二电极11之间发生介质击穿时，在其间流过电弧放电电流。所述灯电流检测单元34检测所述电弧放电电流的流动，从而确定所述高压汞灯4是否已被激活。
如果所述高压汞灯4尚未被激活(S3：否)，则所述操作转到步骤S10，并且确定自所述接通以后是否已经经过了例如2[s]。如果没有，则所述操作转到步骤S2，随后在步骤3中(当可以确定所述高压汞灯4已被激活时)停止施加所述高频电压，并且执行高频恒流控制(S4)。执行所述高频恒流控制是为了能够无害地预热所述第一电极10和所述第二电极11。在施加了给定时间段(例如2秒)之后(S5：是)，执行额定频率恒流控制(S6)。执行所述额定频率恒流控制是为了促进所述发光部分6内部(放电空间9)的汞蒸发。根据该额定频率恒流控制，所述控制单元36基于所述电流检测单元34的检测信号来控制所述DC/DC变换器31，从而将所述灯电流值保持恒定(3[A])。
随后，确定所述灯电压是否是例如55[V]或更高(S7)。当所述灯电压小于55[V]时(步骤S7：否)，则保持步骤6的额定频率恒流控制。
当所述灯电压是55[V]或更高时(步骤S7：是)，执行步骤8的额定频率恒定功率控制。根据该额定频率恒定功率控制，所述控制单元36基于所述灯电流检测单元34和所述灯电压检测单元35的每一个检测信号来控制所述DC/DC变换器31，从而适当地控制从所述DC/DC变换器31输出的电流值，以便把所述灯功率的值保持恒定(165[W])。在所述灯的操作期间(步骤S9：否)，规则地重复步骤S7-S9。当所述开关被关断时(步骤S9：是)，所述处理结束。
注意，当在步骤10中确定自所述接通以后已经经过了2[s]时，则确定所述高压汞灯4出现了某种异常，从而所述操作转到步骤S11，在该步骤中停止从所述照明电路3输出并且结束所述照明控制。注意，尽管自所述接通以后经过的时间被设定为2[s]，但是本发明不限于此，并且可以适当地设定所经过的时间。
另外，在步骤S7中用于判定所述灯电压的标准是55[V]。这是因为步骤S6中的额定频率恒流控制的电流值被设定为3[A]。这一标准根据所述额定频率恒流控制的电流值被如何设定或者根据所述高压汞灯4的额定电力而改变。
然而，在执行上面提到的额定频率恒流控制和额定频率恒定功率控制时，被馈送到所述高压汞灯4的交流电流(灯电流)的频率是一个固定值，比如170[Hz]。不言自明的是，可以根据灯电压的改变来执行控制以便切换所述交流电流的额定频率值。此外还可以在不取决于灯电压改变的情况下执行调制控制，以便在不同频率之间规则地进行切换。
根据具有上述特征的实施例1的高压放电灯系统1，当在所述第一电极10和所述第二电极11之间施加具有处于从10[kHz]到10[MHz]的范围(包括两个边界值)内的预定频率的高频电压时，可以获得以下效果。(1)首先，存在于所述导体20的电连接到所述第二电极11的部分与所述第一金属箔16之间的所述第一密封部分7的玻璃发生介质极化。此外，由于所述第一金属箔16被粘附到所述玻璃，也就是说由于没有导致所述导体20与所述第一金属箔16之间的介质极化减小的空间，因此所述玻璃能够被强极化。(2)其次，由于所述导体20的所述部分基本上在所述接触限制区域内的单个点处与所述第一密封部分7的外表面接触或者与之最靠近，因此出现极为显著的不平衡，从而在所述导体20的所述部分与所述第一密封部分7的外表面(玻璃表面)之间的电场中产生密度，进而加速来自所述导体20的电子发射。(3)第三，由于所述高频电压被施加到所述导体20，所以可以保持所述电子发射。结果，尽管被施加在所述导体20的所述部分与所述第一金属箔16之间的电压极低(例如1.5[kV]-2.0[kV]并且包括两个边界值)，但是作为协同效应，还是从所述导体20的所述部分发射出电子。由于所述电子发射，主要是所述导体20的所述部分与所述第一密封部分7的外表面(玻璃表面)之间的空气中的氮被电离，从而造成沿面放电或电晕放电。当氮被电离时，就发射出波长为100[nm]-400[nm](包括两个边界值)的紫外线。所述紫外线穿过所述第一密封部分7的玻璃并且辐射所述放电空间9内的金属材料，比如作为一般封闭在其中的发光材料的汞以及所述第一电极10和第二电极11。由于光电效应，所述放电空间9内的光电子可能会增多。相应地，这些光电子促进所述第一电极10和第二电极11之间的介质击穿。在不使用常规放射性材料的情况下，可以利用极低的启动电压(例如3.0[kV]或更低)激活所述灯。因此就可以实现利用低启动电压激活的低成本高压放电灯系统1。
即使所述导体20被布置在所述第一密封部分7的外表面的与不同于所述第一金属箔16的其他金属部件(比如所述电极棒12)相对应的区域内，此时虽然所述导体20与所述电极棒12之间的玻璃仍然发生介质极化，但是注意，由于在所述电极棒12的周围生成空气泡沫，因此所述极化弱于前面提到的极化。
特别地，所述高频电压的频率理想地是200[kHz]或更高。因此，在施加所述高频电压时，可以进一步加速来自所述导体20的电子发射。
实际上制备了根据本发明的实施例1的高压汞灯系统1的十种原型(在下文中被称作“本发明设计”)。根据测量结果，每一种所述原型的启动电压都处在2.2[kV]-2.5[kV]的范围(包括两个边界值)内。
注意，所述高频电压的频率被设定为300[kHz]。在本发明设计中没有封闭诸如氪85之类的放射性材料，并且仅利用所述高频电压来激活本发明设计。与常规的灯形成对比，没有施加高压脉冲电压(比如8[kV])。
为了进行比较，制备了高压放电灯系统的十种原型(在下文中被称作“比较对象”)。除了以下所述之外，每一种原型具有与实施例1的高压放电灯系统1基本上完全相同的结构。所述导体20的一端的一部分围绕所述第一密封部分7的所述区域A缠绕基本上2.5匝，并且所述导体20的一部分被附着成与所述第一密封部分7的外表面接触。根据测量结果，每一种所述原型的启动电压处于4.0[kV]-6.5[kV]的范围(包括两个边界值)内。
注意，所述高频电压的频率也被设定为300[kHz]。所述比较对象不具有封闭在其中的放射性材料(比如氪85)并且仅由所述高频电压激活，此外也没有施加所述高压脉冲电压。
实施例2
如图8中所示，除了以下所述之外，实施例2的高压放电灯系统具有与实施例1的高压放电灯系统1基本上完全相同的结构。根据高压汞灯40，附着到所述电弧管5的导体41的配置不同。相应地，主要详细描述所述导体41及其附着方法，并且省略对其他特征的描述。
如图8中所示，作为对所述高压汞灯40的启动辅助，具有以下特征的所述导体41被附着到所述电弧管5。所述导体41由铁和铬的合金制成，并且具有处于0.1[mm]-2.0[mm]的范围(包括两个边界值)内的线直径，例如0.3[mm]。更具体来说，所述导体41的一个端部位于所述第一密封部分7的外表面的对应于所述第一金属箔16的区域(在图8中被显示为区域A)内并且朝向所述第二外部引线19延伸，从而跨越所述发光部分6和所述第二密封部分8。所述第二外部引线19的另一端被电连接到所述第二外部引线19，从而被电连接到所述第二电极11。与上面提到的实施例一样，所述“区域A”是所述第一密封部分7的夹在表面A1(参见图8)与表面A2(参见图8)之间的区域。所述表面A1包括所述第一金属箔16在其纵向上的一端并且与所述第一密封部分7的纵向中心轴(其与所述电弧管5的纵向中心轴X重合)垂直。所述表面A2包括所述第一金属箔16在其纵向上的另一端并且与所述第一密封部分7的纵向中心轴垂直。
如图9中所示，所述导体41的一个端部弯曲成U形。所述U形的弯曲点(在图9中被显示为B)基本上在单个点处与所述第一密封部分的外表面接触，其中该单个点处在所述第一密封部分7的对应于所述第一金属箔16的所述区域(区域A)内并且处在当沿着一个虚拟平面E(参见图4)切割所述第一密封部分7时所得到的所述第一密封部分7的包含所述虚拟平面E的一个主表面D的一个区域(在图4中被显示为F)内。换句话说，所述导体41的所述点B基本上在单个点处与一个弯曲表面(所述第一密封部分7的外表面)接触，其中该弯曲表面属于当沿着包含所述第一金属箔16的主表面D的平面E切割时通过仅仅在所述区域A内切割而获得的所述第一密封部分7的基本上一半。注意，所述主表面具有所述第一金属箔16的最大表面积。所述主表面是可以在图8的正视图中看到的表面或其后表面。也就是说，所述U形的弯曲点(在图9中被显示为B)基本上在单个点处与所述第一密封部分的外表面接触，其中该单个点处在所述外表面的对应于所述第一金属箔的所述区域(区域A)内并且处在所述外表面的排除夹在包含所述第一金属箔16的一个主表面D的虚拟平面E(参见图9)与包含另一个主表面的另一个虚拟表面之间的区域的一个区域(在图9中被显示为F)内。
所述导体41的所述点B不限于基本上在所述接触限制区域内的单个点处与所述第一密封部分7的外表面“接触”。如图5中所示，所述导体41的所述点B可以基本上在所述指定区域内的单个点处与所述第一密封部分7的外表面“最靠近”。换句话说，所述导体41的所述点B与所述第一密封部分7的外表面之间的最短距离d(与图5中的最短距离完全相同)可以是0.3mm或更小。
所述导体41的一端的一部分围绕所述第一密封部分7缠绕基本上2.5匝。注意，所述导体41的所述部分仅仅在所述接触限制区域内的单个点处与所述第一密封部分7的外表面接触或者与之最靠近，并且所述导体41的剩余部分在所述接触限制区域内既不与所述外表面接触也不与之最靠近。当然，在排除了所述接触限制区域之外的区域内，所述导体41可以(或者可以不)按照任何配置(比如在一点处、在一条线中或者在一个表面上)与所述第一密封部分7的外表面接触或者与之最靠近。此外，除了所述第一密封部分7之外，所述导体20可以(或者可以不)按照任何配置(比如在一点处、在一条线中或者在一个表面上)与所述发光部分6的外表面或者所述第二密封部分8的外表面接触或者与之最靠近。当然，在排除了所述接触限制区域之外的区域内，可以通过围绕所述电弧管5缠绕来附着所述导体41，或者可以简单地沿着所述电弧管5线性地附着所述导体41。换句话说，在排除了所述接触限制区域之外的区域内，所述导体41可以通过任何配置被附着到所述电弧管5。
如图8的例子所示，所述导体41具有围绕所述第一密封部分7缠绕基本上2.5匝的缠绕部分42。另外，期望将所述缠绕部分42缠绕成环，其内直径小于所述第一密封部分7的外直径。期望的是，当把所述缠绕部分42装配在所述第一密封部分7上时，所述缠绕部分42的内直径被扩大。因此，通过所述缠绕部分42的内直径的收缩方向上的弹性将所述导体41的与所述第一密封部分7的外表面接触的部分压在所述第一密封部分7的外表面上。结果，可以防止所述导体41关于所述第一密封部分7发生错位。
在上面的例子中描述了当所述导体41由铁和铬的合金制成的情况。然而，注意，除了铁和铬之外，所述导体41还可以由钼之类制成的金属线制成。另外，所述导体41的U形弯曲点可以“基本上呈V形”。所述基本上V形的弯曲点可以基本上在所述接触限制区域内的单个点处与所述第一密封部分7的外表面接触或者与之最靠近。所述导体41的至少弯曲成基本上U或V形的点呈线性形状就足够了。剩余的部分例如可以呈带状。
根据具有上述特征的实施例2的高压放电灯系统，与实施例1的高压放电灯系统1一样，当在所述第一电极10和所述第二电极11之间施加具有处于从10[kHz]到10[MHz]的范围(包括两个边界值)内的预定频率的高频电压时，可以获得以下效果。(1)首先，在所述导体41的电连接到所述第二电极11的部分与所述第一金属箔16之间的所述第一密封部分7的玻璃发生介质极化。此外，由于所述第一金属箔16被粘附到所述玻璃，也就是说由于没有导致所述导体41与所述第一金属箔16之间的介质极化减小的空间，因此所述玻璃能够被强极化。(2)其次，由于所述导体41的所述部分基本上在所述接触限制区域内的单个点处与所述第一密封部分7的外表面接触或者与之最靠近，因此出现极为显著的不平衡，从而在所述导体41的所述部分与所述第一密封部分7的外表面(玻璃表面)之间的电场中产生密度。(3)第三，所述高频电压被施加到所述导体41，从而加速来自所述导体41的电子发射。结果，尽管被施加在所述导体41的所述基本上U形或V形的部分与所述第一金属箔16之间的电压极低(例如1.5[kV]-2.0[kV]并且包括两个边界值)，但是作为协同效应，还是从所述导体41的所述基本上U形或V形的部分发射出电子。由于所述电子发射，主要是所述导体41的所述基本上U形或V形的部分与所述第一密封部分7的外表面(玻璃表面)之间的空气中的氮被电离，从而造成沿面放电或电晕放电。当氮被电离时，就辐射出波长为100[nm]-400[nm](包括两个边界值)的紫外线。所述紫外线穿过所述第一密封部分7的玻璃并且辐射所述放电空间9内的金属材料，比如作为一般封闭的发光材料的汞以及所述第一电极10和所述第二电极11。由于光电效应，所述放电空间9内的光电子可能会增多。相应地，这些光电子促进所述第一电极10和所述第二电极11之间的介质击穿。在不使用常规放射性材料的情况下，可以利用极低的启动电压(例如3.0[kV]或更低)激活所述灯。因此就可以实现利用低启动电压激活的低成本高压放电灯系统1。
即使所述导体41被布置在所述第一密封部分7的外表面的与不同于所述第一金属箔16的其他金属部件(比如所述电极棒12)相对应的区域内，此时虽然所述导体41与所述电极棒12之间的玻璃仍然发生介质极化，但是注意，由于在所述电极棒12的周围生成空气泡沫，因此所述极化弱于前面提到的极化。
特别地，所述高频电压的频率理想地是200[kHz]或更高。在施加所述高频电压时，可以进一步加速来自所述导体41的电子发射。
实施例3
下文参照图10和图11描述根据本发明的实施例3的投影仪。
图10以使用了实施例1的高压放电灯系统1的投影仪为例来示出正投影仪43的概略结构。所述正投影仪43是朝向置于其前方的屏幕(未示出)投影图像的投影仪类型。
注意，图10示出在去除了外壳44的顶板时所述投影仪43的外壳44(稍后对其进行描述)。
所述正投影仪43包括含在所述外壳44内的作为光源的所述灯单元23、控制单元46、投影透镜47、冷却风扇单元48、电源单元49等等。所述灯单元45包括用于通过极化入射光而形成图像的图像形成单元、合成从所述图像形成单元投影的光的光合成单元、将从所述灯单元23辐射的光投影到所述图像形成单元的照明单元(分别都未示出)。所述照明单元具有三原色的滤色器或类似装置(未示出)，以及执行将所述光分离成所述三原色的颜色分离，并且将所述光投影到所述图像形成单元。所述光合成单元合成被分离成三原色的光，从而获得全色图像。所述控制单元46控制所述图像形成单元等的驱动。所述投影透镜47放大由所述光合成单元合成的光学图像以用于投影显示。所述电源单元49包括前面提到的照明电路3，以及适当地变换从商用电源馈送的电力并且将其馈送到所述控制单元46和所述灯单元23。
以图11中示出的投影仪为例，实施例1的高压放电灯系统1可以被用作背投影仪50的光源。所述背投影仪50包括含在外壳51内的所述灯单元23、光学单元、投影透镜、反射镜、高压放电灯照明设备等等(分别未示出)。从所述反射镜反射并且由所述投影透镜投影的图像被从透射屏幕52的后侧投影出来并且被显示。
如上所述，利用根据本发明的实施例3的投影仪的结构，可以实现低成本的投影仪。
在实施例3中，对所述高压放电灯系统的描述是在采用了实施例1的高压放电灯系统1的情况下进行的。注意，在使用根据实施例2的高压放电灯系统1时可以实现与前面类似的操作效果。
在上面的各实施例中是在把具有165[W]额定电力的高压汞灯4用作所述高压汞灯的情况下进行描述的。然而，本发明不限于此。如果使用其额定电力处于100[W]-400[W]之间的范围(包括两个边界值)内的高压汞灯，则也可以获得与前面类似的操作效果。
工业适用性
在需要以低启动电压激活并且不使用放射性材料的应用中可以使用本发明。

Claims (6)

1.一种具有高压放电灯和操作所述高压放电灯的照明电路的高压放电灯系统，所述高压放电灯包括：
玻璃外壳，其包括具有在其中形成的放电空间的发光部分以及从所述发光部分向相反方向延伸的第一和第二密封部分；
第一电极，其一端位于所述放电空间内并且另一端被连接到密封在所述第一密封部分内的第一金属箔；
第二电极，其一端位于所述放电空间内并且另一端被连接到密封在所述第二密封部分内的第二金属箔；以及
电连接到所述第二电极并且布置在所述外壳外部的导体，其中，
所述导体的一部分仅仅在单个点处与所述第一密封部分的外表面接触或者与之最靠近，所述单个点位于所述外表面的一个区域内，该区域对应于所述第一金属箔并且排除所述外表面的夹在分别包含所述第一金属箔的一个主表面的两个虚拟平面之间的区域，以及
所述照明电路通过在所述第一和第二电极之间施加具有预定频率的高频电压来激活所述高压放电灯，所述预定频率落在从10[kHz]到10[MHz]的范围内，所述范围包括两个边界值。
2.如权利要求1所述的高压放电灯系统，其中，
所述导体由金属线制成，并且所述导体的所述部分是所述金属线的一端。
3.如权利要求1所述的高压放电灯系统，其中，
所述导体由具有基本上呈U形或V形的弯曲部分的金属线制成；并且
所述导体的所述部分是所述弯曲部分的弯曲点。
4.如权利要求1所述的高压放电灯系统，其中，
所述导体的所述部分与所述第一密封部分的外表面接触；
所述导体具有围绕所述第一密封部分缠绕并且不与所述外表面接触的缠绕部分；
所述缠绕部分通过其内直径的扩大而被装配在所述第一密封部分上；以及
通过由所述缠绕部分的内直径的收缩力导致的弹性把所述部分压在所述第一密封部分的外表面上。
5.如权利要求1所述的高压放电灯系统，其中，
所述频率是200[kHz]或更高。
6.一种具有如权利要求1所述的高压放电灯系统的投影仪。
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