CN102026454B - 高压放电灯点灯装置及投影仪 - Google Patents

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Abstract

一种高压放电灯点灯装置及投影仪，抑制以极低的电力使高压放电灯动作的情况下从极低的电力转变至额定电力时的中断。从具有降压斩波电路和全桥电路的点灯装置向高压放电灯供电进行点灯。以额定电力或调光电力点灯时，将矩形波交流电流供给于放电灯进行点灯。此外，以额定消耗电力的50％以下进行点灯时，灯驱动交流电流IL由第一时间单位和第二时间单位构成，交替反复驱动上述放电灯，第一时间单位为时间宽度t1，第二时间单位反复5次以上时间宽度t2而成，从而不会损耗进行阳极动作的电极前端的突起，抑制向额定电力模式转变时的中断。

Description

高压放电灯点灯装置及投影仪
技术领域
本发明涉及一种高压放电灯点灯装置及配置有该高压放电灯点灯装置的投影仪。尤其是，本发明涉及由高压放电灯及其点灯装置构成的高压放电灯点灯装置及配置有该高压放电灯点灯装置的投影仪，上述高压放电灯是在发光管内封入有0.15mg/mm3以上的水银，且点灯时的水银蒸气压高例如为11MPa以上的交流点灯型高压放电灯，适合用作投射型投影装置或背投电视等的投射用光源。
背景技术
投射型投影装置要求在矩形的屏幕上以均匀且充分的显色性照明图像，所以作为光源使用封入水银及金属卤化物的金属卤化物灯。此外，最近小型化、点光源化进一步发展，电极间距离极小的技术得到实用化。基于这种背景，近来，代替金属卤化物灯，使用具有极高水银蒸气压例如20MPa以上的高压放电灯。这是通过提高水银蒸气压缩小电弧扩展，并进一步提升光输出的灯。
作为上述灯，例如使用如下高压放电灯：将一对电极以2mm以下的间隔相对配置于由石英玻璃构成的发光管中，将0.15mg/mm3以上的水银、稀有气体及以10-6μmol/mm3～10-2μmol/mm3范围的卤化物封入于该发光层中(例如参照专利文献1)。
这种放电灯及其点灯装置例如公开于专利文献2。公开于专利文献3的高压放电灯，在正常电力点灯时的管内水银蒸气压为15MPa～35MPa，将卤化物物质以10-6μmol/mm3～10-2μmol/mm3的范围封入于发光管内，在发光管内设置一对电极，在电极前端部的中心附近设置突起部，从而抑制发生在电极间的放电电弧的位置在电极前端的中央部或周边部之间不稳定而移动的所谓电弧跳动(Arcjump)现象。
此外，通过由DC/DC转换器(Converter)、DC/AC逆变器及高压产生装置所构成的点灯装置，在上述一对电极间施加交流电压进行点灯。
另外，随着近年来投影仪被小型化，一般家庭中也得到使用，需要根据使用环境的亮度、所投影的影像种类，防止画面不过度明亮。根据这种请求，提出了具有所谓调光功能的投影仪(例如专利文献3)。在此，调光功能是指如下功能：以比额定电力低的电力使高压放电灯点灯，从而实现灯的亮度调整、低电力消耗化等。以下，以比额定电力低的电力点灯被称为“调光电力点灯”。
在现有的高压放电灯点灯装置中，一般具备“额定电力点灯”和“调光电力点灯”两者，在本说明书中，以“额定电力点灯”和“调光电力点灯”使灯点亮的情形规定为正常电力点灯模式。此外，“调光电力点灯”通常是以“额定电力点灯”的60～80％的电力进行动作。
图5表示以具有调光功能的点灯装置点亮高压放电灯时的电流波形的一例。
如图5所示，在进行额定电力点灯时，当调光电力点灯指令信号接通(ON)时，将电极降低为额定电力点灯的60～80％左右使灯点亮。
此外，最近还提出了不需要向画面进行投射时暂时不投射的例如具有AV静噪(Mute)的功能的投影仪。
在放电灯刚熄灭之后因内部压力高而无法再点灯，因而这种功能调整机械式挡板或施加于液晶面板的电压，遮挡投射于屏幕的光等来进行应对。以下，将有意识地不投射画面的状态下点亮灯的情形规定作为小电力点灯模式。
在小电力点灯中，优选电力尽可能低。因为，通过以尽可能低的电力进行点灯，能够急剧降低来自灯的发热，可停止或降低来自投影仪的噪声的主要原因的冷却风扇的驱动，可尽可能降低来自投影仪的噪声。此外，以低电力进行点灯，可降低灯的热负荷，因而组合须投射的情形与不需要投射的情形，可实质上延长灯寿命。在此灯的热负荷为发光器及电极的热负荷。接通电力越低，上述热负荷越小。
此外，投影仪的性能之一有对比度。对比度为被投影的画面为白的状态(明状态)与黑的状态(暗状态)下比较画面上的亮度并表示其比例的参数。对比度高就可投影明暗清楚的图像，因而和明亮度均为投影仪的重要性能。当前，为了提高对比度，采用安装上述的机械式挡板功能等而实现黑的状态的技术(光阑功能)。
如上述地，要求如下的高压水银灯：在额定电力下需要一定以上明亮度，且可进行调光电力点灯，并且可实现调光电力很小的小电力点灯。
专利文献1：日本特开平2-148561号公报
专利文献2：日本特表2009-527871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
专利文献5：日本特开2005-522818号公报
专利文献6：日本特表2009-527871号公报
如上述地，需要可实现电力极小的小电力点灯的高压水银灯，但是在供给矩形波交流电流的状态下直接大幅度降低电力时，会产生如下的问题。
例如专利文献4中记载有，这种高压水银灯在点灯中在电极前端部形成突起，并以该突起作为起点形成稳定的电弧放电。
根据专利文献4，根据灯电压或根据灯点灯电力，变更正常频率及间歇地(周期地)插入的低频的频率或波数，以维持作为电弧起点的突起，从而能够进行稳定的动作。
然而，根据上述技术，例如使额定电力180W的高压放电灯以90W点灯时，组合任何频率都无法使电弧亮点稳定，发生很多所谓闪烁现象及中断。尤其是，额定电力180W的高压放电灯在70W以下时显著发生闪烁，在30W以下则发生中断。
发明内容
本发明要解决的课题是提供一种高压放电灯点灯装置及配置有该高压放电灯点灯装置的投影仪，上述高压放电灯点灯装置的灯点灯电力极低，即使在以额定消耗电力的50％以下的电力值进行灯驱动的小电力点灯模式时，也能够使放电灯的电弧亮点的位置稳定，防止所谓闪烁的发生，此外通过抑制电极变形，从而不会对画面投射模式的点灯动作带来影响，即使在极低的电力下也能够稳定地动作，在从小电力模式转变至正常电力点灯模式时不会发生中断地进行点灯。
首先，本发明人们为了在以比上述的现有调光点灯电力更低的电力进行动作的情况下观察交流驱动动作时发生闪烁的现象，观察逐渐降低电力时的电弧亮点部分。对例如180W下进行额定动作的灯逐渐变更电力，若是与额定动作时的频率相同的频率(称为额定频率)，发现140W下形成电弧亮度部的突起部分变形，此外根据专利文献4，将调光时的动作频率(称为调光频率)选择为比额定动作频率低的频率，此外间歇地插入低频，可发现一直到130W仍能稳定地动作的频率，但在进一步降低电力时，判明了无论选择哪一频率，突起部分均变形。
用图3说明该突起部分的变形。图3示意地表示高压放电灯的发光管部分，20是电极，A是形成于电极20间的电弧。以额定电力点灯高压放电灯时，作为电极材料的钨因点灯时的热而蒸发，为了抑制附着于发光管的管壁所致的发光管黑化现象，在发光管内封入卤素物质以促进卤素循环。蒸发的钨与卤素化合，通过对流回到电弧等离子体时被解离而成为正离子。成为正离子的钨被吸引至以阴极相位侧的电极前端的电场集中点即电弧点作为中心的区域，并在其上堆积。之后，当该电极反转成阳极相位，则电子与电极前端整体相撞，电极温度上升，在阴极相位所堆积的钨再蒸发。
在额定电力点灯时，该堆积与蒸发的平衡在电极前端可维持适当的突起的电平下稳定(图3(a))。然而，调光动作时，即以比额定电力低的电力进行点灯时，阴极相位状态的电极前端部的温度比额定电力点灯时低，因而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(图3(b))。即，在突起部中也产生电场特别容易集中的点与不容易集中的点。电弧点部分是极高温，因而虽为阴极相位，但钨会蒸发，形状会变形(图3(c))。由于变形的形状，电弧点部分的温度降低，之后移动至容易形成电弧点的位置(图3(d))。反复这些现象，使得突起整体变形成梯形，电弧跳动反复的情况显示为投射画面上的闪烁。
为了避免此现象，从以上观点考虑间歇地插入低频，对提高电极前端的温度有效，很容易想到增加所插入的波数可进一步提高电极前端的温度。然而，交流驱动时，必然交替地发生电极温度上升的阳极相位与降低的阴极相位，因此可推测温度上升量也有限度。此外，低频的频率过低时，例如10Hz左右时，可发现极性反转时的电流变化，会发生所投影的画面亮暗变化的其它闪烁现象。
将电力缩小到30W左右时确认如何发生中断现象。将电力刚从正常电力点灯切换成小点灯电力之后毫无问题地进行点灯，但在大约10秒钟后发生中断。确认灯电压，发现灯电压上升至200V左右，结果，镇流器判定为异常电压而熄灭灯。另一方面，观察电极的样子，电极温度极低而无法放出热电子，可知持续着以电极整体放电的所谓辉光放电。一般与以电极前端部的突起进行放电的电弧放电相比，辉光放电时灯电压变高，大约达到150～200V左右。
以下，确认从小电力点灯模式转变至正常电力点灯模式时中断现象如何发生。从正常电力点灯模式转变后约5分钟的短时间，在进行阳极动作的一侧的电极突起上没有观察到大变化，该状态表示于图4(a)。在超过5分钟而经过1小时，如图4(b)所示，突起损耗而变小成为球状。进一步放置经过20小时以上，则如图4(c)所示突起消失。除非故意长时间放置在小电力点灯模式，就不会成为图4(c)的状态。即，从小电力点灯模式转变至正常电力点灯模式时的中断发生在图4(c)的电极状态。
由此，从小电力点灯模式转变至正常电力点灯模式时的中断的原因在于，电极突起的损耗与阳极动作时的温度降低，在转变时当切换成阴极动作时，电极突起的温度过低，无法维持放电电流而中断。
本发明人们如上所述解释了调光电力极低时发生的闪烁现象及中断的原因，此外专心研究从小电力点灯模式转变至正常电力点灯模式时的中断以及解决该问题的方法的结果，实现了本发明的高压放电灯的点灯方法等。
即，为了实现上述目的，本发明的第1高压放电灯的点灯方法中，高压放电灯点灯装置包括：高压放电灯，在由石英玻璃构成的放电容器中以2mm以下的电极间距离相对配置体积大致相等的一对电极，在该放电容器中封入有0.15mg/m3以上的水银、10-6μmol/mm3～10-2μmol/mm3的范围的卤素及预定量的稀有气体；和供电装置，对该放电灯供给矩形波交流电流进行点灯，其特征为，除了刚起动之后的初期点灯期间以外的额定消耗电力的50％以下的电力值进行灯驱动的小电力点灯模式下进行动作时，由矩形波交流电流的第一时间单位与第二时间单位构成，交替地反复驱动上述放电灯，第一时间单位是时间宽度t1，而且第二时间单位由时间宽度t2的反复构成，且反复5次以上。
在本发明的高压放电灯中封入有0.15mg/mm3以上的水银。在这种高压放电灯中，在额定点灯的50％以下的电力下，即使未能完全冷却，也产生无法蒸发的水银即未蒸发水银。这是因为，本来是为了发挥照度寿命、明亮度等性能而确定能够耐受正常电力点灯的发光管设计，但在50％以下的电力下，即使在没有冷却的环境下，也无法达到足以使水银蒸发的发光管温度。以往，未蒸发水银缩小放电电弧或放电起点的作用也小，动作压力也降低，其结果降低光输出，因此认为是不理想的。然而，以额定点灯的50％以下的电力进行动作时，不缩小放电电弧及放电起点，因而有助于保持一定的电极温度，因此认为容易使进行阴极动作的电极放出热电子。
在此，在一定时间极性被固定的点灯方法可以考虑直流点灯。尤其是，作为灯调光方法，在专利文献5中记载有电流低时的直流点灯。
根据专利文献5，直流点灯时，灯不会熄灭，直到足够低的电流为止仍可动作。以额定消耗电力的50％以下的电力值对本发明的高压放电灯进行直流点灯驱动并进行确认。这时候，确认在30分钟左右可进行稳定动作，但阴极侧的电极前端变形，之后切换成正常动作时电压大幅上升，屏幕照度大幅降低。此外，也确认在切换成正常动作时发生中断。
在此，观察该现象是如何产生的。直流点灯时，阴极侧的电极前端的温度与交流驱动的正常动作时的温度相比显著降低，因此以仅在电极前端的一部分放电的所谓光点模式进行动作，这一点也记载于专利文献5。由于稳定地以光点模式进行动作，因而与交流驱动不同，电弧点不会移动。然而，成为电弧点的部分在极狭窄区域熔融，成为极高温。若为数秒钟的短时间的动作，则不会有很大影响，但若暂时继续点灯，则电弧点的部分会变形。之后，例如进行额定点灯进行正常动作时，变形的电极前端无法承受额定点灯时的电流，进一步变形使得电压大幅度上升。
这种现象是在电极间距离长，或水银密度低的类型的HID灯中可能不会发生。然而，如本发明这样电极间距离短至2mm以下，并且封入有0.15mg/mm3以上的水银的高压放电灯时，虽有未蒸发水银，但电弧被缩小，与正常动作时相比电流虽然小，但不能忽略电极前端部的电流密度，因而推测电弧点的集中会导致电极变形。
此外，根据专利文献6的记载，专利文献5中的为了供给DC型电压而采用全桥电路时使用半导体器件这种供给普通的AC型电压的驱动单元中，若强制继续供给DC型电压，就会发生错误动作。此外，即使是供给这种普通AC型电压的驱动单元，也进行DC型电压供给，使放电灯稳定地点灯。然而，确认了专利文献5中所确认的“照度不稳”、“中断”仍然存在。
另一方面，如本发明这样交流驱动的矩形波交流电流的第一时间单位为时间宽度t1，而且第二时间单位由时间宽度t2的反复构成，且反复5次以上，则进行阴极动作的电极前端的电弧点被固定，而且适当期间极性反转，从而可适当地保持进行阳极动作的电极前端温度，因而能够长时间进行稳定的动作，而且可抑制从小电力点灯模式转变至正常电力点灯模式时发生中断。
第一时间宽度t1是20ms～500ms，且第二时间单位的时间宽度t2是0.01ms～5ms时，以额定消耗电力的50％以下的电力值进行灯驱动的小电力点灯模式也可抑制闪烁的发生，可稳定地动作。然而，在长时间点灯时，虽然电极前端的变形很小，但前端部的突起位置有变化(偏离)。尤其是，即使第一时间宽度t1是20ms～500ms，且第二时间单位的第二时间宽度t2是0.01ms～5ms，t1及t2的期间长时，例如t2为5ms，t2为500ms时等，突起部虽然在极狭窄的区域熔融，但熔融部具有某一个大小，长时间的点灯中突起的前端部会有微小的变形，在狭窄区域内突起的位置会逐渐变化(偏离)。微小的突起位置的偏离大于电极间距离2.0mm时，其变形量的问题相对不大。然而，电极间距离为2.0mm以下的极短的电极间距离时，突起位置的偏离开始影响到屏幕照度。尤其是，由于LCD面板或DMD(Digital Mirror Device：数字微镜器件)的小型化，这样微小的变形在长时间使用时也会有影响。因此，为了确保长寿命，更严格地分析了t1、t2的时间。其结果，若第一时间宽度t1是30ms～100ms，且第二时间单位的第二时间宽度t2是0.05ms～1ms，则不会有微小的突起位置偏移，能够长时间稳定地保持电极前端部。
此外，对小电力点灯模式转变至正常电力点灯模式时的中断与第二时间单位的第二时间宽度t2的反复次数进行调查。结果，在反复1次、3次时，无法完全地抑制中断。将反复次数设为5次以上时，可完全抑制中断。
本发明通过如下结构实现上述目的。
(1)一种高压放电灯点灯装置，包括：高压放电灯，在由石英玻璃构成的放电容器中以2mm以下的电极间距离相对配置有第一电极和第二电极，在该放电容器中封入有0.15mg/mm3以上的水银、10-6μmol/mm3～10-2μmol/mm3范围的卤素及预定量的稀有气体；和供电装置，对上述高压放电灯供给矩形波交流电流进行点灯，上述供电装置对上述高压放电灯进行驱动，以能够切换正常电力点灯模式和以额定消耗电力的50％以下的电力值进行灯驱动的小电力点灯模式，包括：上述正常电力点灯模式，通过从100Hz～5kHz的范围所选择的正常电力点灯频率的、第一极性与第二极性交替地反复的交流电流IH驱动上述高压放电灯；和小电力模式，通过正常电力点灯模式的额定消耗电力的50％以下的交流电流IL驱动上述高压放电灯，上述交流电流IL由第一时间单位和第二时间单位构成，交替地反复驱动上述放电灯，第一时间单位以时间宽度t1具有第一极性或第二极性中的任一种极性，第二时间单位以时间宽度t2交替地反复5次以上第一极性和第二极性而成。
(2)上述(1)中，时间宽度t1是20ms～500ms，并且第二时间单位的时间宽度t2是0.01ms～5ms。
(3)上述(1)中，在小电力点灯模式下驱动时的电流满足第一时间单位≤第二时间单位的关系。
(4)将上述(1)～(3)中任一个的高压放电灯点灯装置配置于具备投影图像的功能的投影仪。
(5)在上述(4)的投影仪中，具备在正常电力点灯模式下投影仪的图像信号在一定期间没有变化时转变至小电力点灯模式的功能。
(6)在上述(4)的投影仪中，具备在小电力点灯模式下投影仪的图像信号在一定期间没有变化时自动熄灭高压放电灯的功能。
(7)在上述(4)的投影仪中，具备在小电力点灯模式下动作一定期间之后与检测单元连动而转变至正常电力点灯动作的功能。
在本发明中，可得到以下效果。
(1)以额定消耗电力的50％以下的电力值进行灯驱动时，由矩形波交流电流的第一时间单位与第二时间单位构成，交替地反复驱动上述放电灯，第一时间单位是时间宽度t1，而且第二时间单位是时间宽度t2的反复，且以反复5次以上的方式动作，因而能够稳定放电灯的电弧亮点的位置，可防止所谓闪烁的发生，在极低电力下也不会有中断，可稳定地点灯。
(2)以矩形波交流电流的时间宽度t1是20ms～500ms，而且第二时间单位的时间宽度t2是0.01ms～5ms的方式进行动作，因而可防止对电极的热负荷发生偏差，从而可防止电极前端部的突起的位置偏移，即使长时间以小电力动作，也可确保照度寿命特性。
(3)将本发明的高压放电灯点灯装置配置于投影仪，以额定消耗电力的50％以下的电力值对上述放电灯进行点灯时，投影仪的图像信号在一定期间没有变化时，转变为以额定消耗电力的50％以下的电力值进行灯驱动的小电力点灯模式，由此防止浪费电力，可实现省电力化。
(4)将本发明的高压放电灯点灯装置配置于投影仪，以额定消耗电力的50％以下的电力值进行灯驱动的小电力点灯模式下对上述放电灯进行点灯时，投影仪的图像信号在一定期间没有变化时，自动熄灭高压放电灯，由此可防止忘记关闭投影仪。
(5)将本发明的高压放电灯点灯装置配置于投影仪，以小于额定消耗电力的50％的电力值对上述放电灯进行点灯时，与检测单元连动而使投影仪点灯，由此可防止浪费电力，可实现省电力化。
附图说明
图1是表示本发明的高压放电灯点灯装置的对象即高压放电灯的图。
图2是表示本发明的高压放电灯点灯装置的对象即高压放电灯的电极的图。
图3(a)至图3(d)表示高压放电灯的电极突起变形的状态。
图4(a)至图4(c)表示小电力点灯模式时的电极突起变化的状态。
图5是表示本发明的实施例的高压放电灯点灯装置的结构的图。
图6是表示配置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7是表示本发明的放电灯的电流波形的一例的图。
图8是表示本发明的放电灯的电流波形的另一例的图。
图9是表示本发明的放电灯的电流波形的另一例的图。
图10是表示本发明的放电灯的电流波形的另一例的图。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式进行说明。
图1表示作为本发明的对象的高压放电灯。
高压放电灯10具有由放电容器形成的大致球形的发光部11，上述放电容器由石英玻璃构成。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的两端部形成有密封部12。在该密封部12，例如通过收缩密封气密地埋设有由钼构成的导电用金属箔13。在金属箔13的一端接合电极20的轴部，此外，在金属箔13的另一端接合外部引线14而从外部的供电装置进行供电。
在发光部11封入有水银、稀有气体及卤素气体。水银用于得到所须的可见光波长例如波长360～780nm的放射光，被封入0.15mg/mm3以上。该封入量根据温度条件也不同，在点灯时为200气压以上极高的蒸气压。此外，封入更多水银可制作点灯时的水银蒸气压达到250气压以上、300气压以上的高水银蒸气压的放电灯，水银蒸气压越高可实现越适合于投影装置的光源。
稀有气体例如封入有大约13kPa的氩气。其功能是改善点灯起动性。卤素是以碘、溴、氯等与水银或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的范围选择。卤素的功能是利用所谓的卤素循环实现长寿命化，但如本发明的高压放电灯这样极小型且极高点灯蒸气压时，也有防止放电容器失透的作用。
表示高压放电灯的数值例，例如发光部的最大外径9.4mm，电极间距离1.0mm，发光管内容积55mm3，额定电压70V，额定电力180W，进行交流点灯。
此外，这种放电灯被内置于小型化的投影装置中，全体尺寸要求极小型化，也被要求高发光光量。所以，发光部内的热影响是极其严格。灯的管壁负荷值是0.8～2.5W/mm2，具体为2.4W/mm2。
具有这种高水银蒸气压及管壁负荷的放电灯被设置于投影装置或高架投影仪等显示用设备时，可提供显色性优异的放射光。
图2以表示电极前端与突起作为目的，示意地表示图1的电极20的前端。电极20分别由球部20a与轴部20b构成，在球部20a的前端形成有突起21。
在此，如本发明的放电灯，电极间距离为2mm以下且在发光部含有0.15mg/mm3以上的水银的用作投影装置的光源时，上述突起21为不可缺少。这是因为，在发光部含有0.15mg/mm3以上的水银且动作压力达到200气压以上的放电灯中，由于高蒸气压，电弧放电被缩小，结果，放电起点也被缩小。
此外，在电极前端形成有突起21，而以该突起作为起点发生电弧放电，因而来自电弧的光难以被电极的球部20a遮住。所以，光的利用效率会提高，也产生可得到更明亮的影像的优点。此外，图2是示意的图，但通常在轴部20b的前端具有相当于直径大于轴径的球部的要素。
以下，图5表示使上述放电灯点灯的供电装置。
点灯装置由放电灯10与供电装置构成。供电装置包括：供给有直流电压的降压斩波电路1；连接于降压斩波电路1的输出侧且将直流电压变更成交流电压并供给于放电灯10的全桥型逆变电路2(以下，也称为“全桥电路”)；串联连接于放电灯的线圈L1；电容器C1；起动电路3；驱动上述全桥电路2的开关元件Q1～Q4的驱动器4；及控制部5。
控制部5由例如微处理器等处理装置构成，在图5中以框图表示其功能构成。
在图5中，降压斩波电路1包括：与供给有直流电压的正(+)侧电源端子连接的开关元件Qx与电抗器Lx；在开关元件Qx和电抗器Lx的连接点与负(-)侧电源端子间连接有阴极侧的二极管Dx；被连接于电抗器Lx的输出侧的平滑电容器Cx；在平滑电容器Cx的-侧端子与二极管Dx的阳极侧之间连接的电流检测用的电阻Rx。
通过以预定的占空比驱动上述开关元件Qx，将输入直流电压Vdc降压成与该占空比对应的电压。在降压斩波电路1的输出侧，设有电压检测用的电阻R1、R2的串联电路。
全桥电路2由桥状连接的开关元件Q1～Q4构成，通过交替地导通开关元件Q1、Q4和开关元件Q2、Q3，在开关元件Q1、Q2的连接点与开关元件Q3、Q4的连接点间产生矩形波状的交流电压。
起动电路3由电阻R3与开关元件Q5的串联电路、电容器C2及变压器T1构成。
将开关元件Q5导通时，被充电于电容器C2的电荷经由开关元件Q5、变压器T1的一次侧线圈进行放电，而在变压器T1的二次侧产生脉冲状高电压。该高电压被施加于放电灯10的辅助电极Et，点亮放电灯。
在上述电路中，第一时间单位是时间宽度t1，而且第二时间单位由时间宽度t2的反复构成，并且反复5次以上，为了以上述方式进行动作，可以调整全桥电路2的开关元件Q1～Q4的开关周期，此外，输出电压可通过调整降压斩波电路1的开关元件Qx的动作占空比来获得。
降压斩波电路1的开关元件Qx根据栅极信号Gx的占空比导通/截止，变更供给于灯10的电力。即，控制栅极信号Gx，以在电力提升时，降低Qx的占空比，成为与所输入的电力调整信号值一致的电力值。
由此，将所输出的电流波形表示于图7。
控制部5由驱动信号产生单元51与控制器52构成。
驱动信号产生单元51例如包括：交流信号产生部51a、51b；非对称矩形波信号产生部51c，产生驱动期间为非对称的矩形波，上述驱动期间的第一时间单位是时间宽度t1，而且第二时间单位由时间宽度t2的反复构成，且反复5次以上；及选择器51d，选择上述交流信号产生部51a、51b和非对称矩形波信号产生部51c的输出。选择器51d选择性地输出交流信号产生部51a～51b、非对称矩形波产生部51c的输出，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具备：点灯动作控制部52a，控制灯10的点灯动作；及电力控制部52c，根据来自外部的点灯电力指令，以所设定的占空比驱动降压斩波电路1的开关元件Qx，控制灯电力。
此外，具备频率选择部52b，为了设定上述开关元件Q1～Q4的驱动信号，根据是正常电力点灯，还是以0.5×P(W)以下的电力动作的小电力点灯，将频率选择指令发送至上述驱动信号产生单元51的选择器。
电力控制部52c根据通过电流检测用的电阻Rx的两端电压及电压检测用的电阻R1、R2所检测的电压，求出灯电流I、灯电压V，演算灯电力，控制降压斩波电路1的开关元件Qx的占空比，以使该电力与点灯电力指令一致。
选择器51d根据来自频率选择部52b的指令，选择性地向驱动器4输出交流信号产生部51a～51b、非对称矩形波信号产生部51c的输出。
此外，也可以根据从频率选择部52b所输出的非对称比增减信号，将从非对称矩形波信号产生部51c所输出的矩形波的时间宽度t1与第二时间单位的时间宽度t2的值对应地增减。
此外，也可以将第一时间单位的放电灯点灯电力与第二时间单位的放电灯点灯电力变更为
第一时间单位≤第二时间单位
由此可改善作为阳极动作的电极突起部的温度上升。
在此，从正常电力点灯转变至小电力点灯时，也可以从额定消耗电力的50％以下的电力逐渐降低电力并转变至小点灯电力。由此可进一步抑制电极温度的急剧变化。此时，控制降压斩波电路1的开关元件Qx的占空比而逐渐减小电力，并转变至小电力点灯。
此外，如下所述，由小电力点灯转变至正常电力点灯时，逐渐增大动作电力，或是逐渐减小进行阳极动作的电极侧的阳极驱动期间(变更Tb/Ta)，并转变至正常电力点灯，在该情况下，由电力控制部52c逐渐增加供给于灯的电力，或是通过被送出至非对称矩形波信号产生部51c的非对称比增减信号，控制矩形波的非对称率。
在此，将配置本实施例的高压放电灯点灯装置的投影仪的结构例表示于图6。
投影仪包括：上述的高压放电灯点灯装置30；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；将显示于图像显示装置32的图像放大显示的放大装置33，利用放大装置33放大的图像被投影显示在屏幕32。
投影仪控制部31具备：处理从个人计算机35或电视等外部装置所供给的图像信号的图像控制部31a；及将点灯指令及点灯电力指令发送至上述的高压放电灯点灯装置30的点灯控制部31b。
以下，对从正常电力点灯动作模式切换至本实施例的小电力模式的控制进行说明。在此，正常电力点灯模式是指以“额定电力”、“调光电力”动作的情形。此外，“调光电力”的点灯电力是由高压放电灯及供电装置的设计来确定，“调光电力”是以“额定电力”的大约60～80％左右的电力动作的情况。
通过提供到控制部5的点灯电力指令信号选择了小电力模式时，图5所示的控制部5选择产生驱动期间为非对称的矩形波的非对称矩形波，上述驱动期间的第一时间单位是时间宽度t1，而且第二时间单位由时间宽度t2的反复构成，且反复5次以上。即，频率选择部52b通过选择器51d选择非对称矩形波信号产生部51c的输出，驱动器4将非对称矩形波的驱动信号提供到开关元件Q1～Q4，使Q1、Q4或Q3、Q2交替导通的时间为非对称，从而以非对称矩形波驱动高压放电灯10。
此外，在点灯电力指令信号选择正常电力点灯模式时，以矩形波交流点灯进行点灯动作。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，驱动器4将交流驱动信号提供到开关元件Q1～Q4，交替地导通开关元件Q1、Q4或Q3、Q2，将交流矩形波电流供给于高压放电灯10。
将以图7所示的电流波形所驱动的实际评价结果表示于表1。点灯电路的条件是t1＝50ms，t2＝0.1ms，反复5次t2，使用上述180W的灯，输入额定电力180W，并进行评价。
将评价结果表示于表1。表1是在小电力点灯模式的100W～140W的范围内变化，调查在各电力值下可否点灯、电极损耗、有无闪烁及突起的位置偏移。在此，表中的判定基准如下。◎表示在可点灯的状态下没有闪烁，且没有电极前端部的损耗，并且也没有突起的位置偏移，能够长时间稳定地动作。○表示在可点灯的状态下没有闪烁，且没有电极前端部的损耗，但长时间点灯时产生突起的位置偏移，很难适用在需要超过4000小时的照度维持特性的长寿命灯。×表示不能点灯的状态，或即使可点灯但电极损耗大，并且存在闪烁等现象，因此无法正常使用。
如表1所示，在比额定电力的11％低的电力下，无法持续点灯。这是因为，极性以阴极侧动作的一侧的电极温度极端低，因此无法进行充分放出热电子，因此无法维持放电，成为辉光放电，被检测为异常电压，保护电路进行动作。此外，在比额定电力的50％高的电力下，长时间以阳极侧动作的电极温度过高，因而突起消失。所以，本发明仅在以11％～50％的范围中所选择的电力进行点灯时既没有闪烁，也不会有电极前端部的突起消失，也没有从小电力点灯模式转变至正常电力点灯模式时的中断，可构成良好的点灯状态。
[表1]
可是，在小电力点灯时，需要将非对称的矩形波电流供给于灯，需要将非对称矩形波的驱动信号提供到图5所示的全桥电路2的开关元件Q1～Q4，并且使交替地导通Q1、Q4或Q3、Q2的时间为非对称。
在实际的电路结构中，例如对电容器充电，从而可生成向开关元件Q1、Q2提供的高电平的栅极驱动信号。这时候，上述电容器会放电，因而难以长时间地将开关元件Q1、Q3保持在导通状态，需要周期性地对电容器充电。在使用这种电容器的驱动电路的情况下，对电容器充电的期间，开关元件Q1、Q3暂时截止，进行周期性的极性反转动作。在此，电容器被充电的期间取决于电容器的电容，约为0.1ms左右。因此，优选极性反转期间即驱动期间Tb是大约0.1ms左右。
假设进行直流点灯驱动时，需要向图5所示的全桥电路2的开关元件Q1～Q4提供直流的驱动信号，将开关元件Q1、Q4或Q3、Q2保持在导通状态。
所以，需要将高电平的信号持续提供到开关元件Q1、Q4的栅极G1、G4或Q3、Q2的栅极G3、G2，并需要向开关元件Q1、Q3的栅极驱动信号施加比开关元件Q2、Q4的栅极驱动信号高电平的电压。
供给于开关元件Q1、Q3的栅极G1、G3的高电平的驱动信号，可以使用其它电源或使用电荷泵电路等生成，但会增加部件数，也会增加成本。
因此，第一时间单位是时间宽度t1，而且第二时间单位由时间宽度t2的反复构成，且反复5次以上，从而进行矩形波点灯驱动时，在实际的电路结构中，也不会特别地增加部件数，能够以低成本构成点灯电路。
一般使用于高压放电灯的电极主要由钨构成，以改善照度寿命特性为目的，使用99.999％以上的极高纯度的钨。高纯度的钨因杂质少而可期待长寿命，但由于晶粒会粗大化，因而具有脆的缺点。尤其是前端部达到极高温，容易使得晶粒粗大化。由于热应力急剧增加，产生在晶界间生成裂纹等不良。因此，转变至正常电力点灯时，优选转变至交流驱动之后再转变电力。
通过如上进行控制，例如经个人计算机等的外部信号将图像从投影仪投影至屏幕面的状态下，画面上无变化的状态持续时等自动转变至小电力模式，可实现省电力化。
此外，通过转变至小电力模式，而且停止高压水银灯冷却等，可进一步省电。此外，在以较短的点灯时间反复使用的环境时，由于起动时的损伤对高压放电灯的寿命时间产生不良影响。利用小电力模式，不必熄灭高压放电灯进行连续点灯动作，实质上就可改善寿命特性，而且具有可立即投影画面等优点。
在此，小电力点灯以未投射于画面的情况为主，但并不限定于此。即，在投射模式中，为了将暗画面更暗地映出而以小于额定点灯电力的50％的电力进行动作时，非常有效。还可期待所谓对比度的改善效果。
作为小电力点灯的另一效果还包括上述的对比度的改善。在此，对比度高可相应地表现清楚的图像，因此与屏幕照度均为投影仪的重要性能。例如作为图像显示单元使用液晶元件时，虽然也与液晶元件的性能有关，但对比度是大约500∶1左右。在此，所谓500∶1是投影白画面时的屏幕面的照度与投影黑画面时的屏幕面的照度的比例。例如，在黑画面投影时，作为小电力点灯以额定点灯的25％的电力进行动作，则实质上可实现2000∶1的对比度。实际上如上所述，随着水银未蒸发所致的动作压力的降低，光量降低为电力比以上，因此能够实现超过2000∶1的对比度。
满足第三技术方案的以小电力点灯模式驱动时的电流满足第一时间单位≤第二时间单位的关系的其它实施例表示于图8、图9及图10。
在图8所示的实施例中，不降低第一时间单位中进行阴极动作的电极突起的温度而转变至第二时间单位。
在图9所示的实施例中，因在第一时间单位中提高阴极动作侧电极突起温度，因此阳极侧电极的电流增大。
在图10所示的实施例中，使第一时间单位内所供给的电力与第二时间单位内所供给的电力相同，以向第一时间单位内进行阳极动作的电极侧突起流过更多的电流的方式作成非对称。
此外，在此优选的是，所增加的第二时间单位的电力控制在投射装置的画面上不发生闪烁的范围。
在以上实施例中，作为图像显示单元表示了液晶元件的例子，但也可以是使用DMD(数字微镜器件：Digital Mirror Device)的DLP(数字光处理器：Digital Light Processor)。在DLP投影仪的情况下，与使用液晶元件的投影仪相比，可大致使对比度较大，通过与本发明组合可进一步改善对比度。

Claims (7)

1.一种高压放电灯点灯装置，包括：高压放电灯，在由石英玻璃构成的放电容器中以2mm以下的电极间距离相对配置有第一电极和第二电极，在该放电容器中封入有0.15mg/mm3以上的水银、10-6μmol/mm3～10-2μmol/mm3范围的卤素及预定量的稀有气体；和供电装置，对上述高压放电灯供给矩形波交流电流进行点灯，上述高压放电灯点灯装置的特征在于，
上述供电装置对上述高压放电灯进行如下地驱动：能够切换正常电力点灯模式和以额定消耗电力的50％以下的电力值进行灯驱动的小电力点灯模式，
上述正常电力点灯模式，通过从100Hz～5kHz的范围所选择的正常电力点灯频率的、第一极性与第二极性交替反复的交流电流IH驱动上述高压放电灯；
小电力点灯模式，通过正常电力点灯模式的额定消耗电力的50％以下的交流电流IL驱动上述高压放电灯，
上述交流电流IL由第一时间单位和第二时间单位构成，交替反复的驱动上述放电灯，
第一时间单位以时间宽度t1具有第一极性或第二极性中的任一种极性，第二时间单位以时间宽度t2交替地反复5次以上第一极性和第二极性而成。
2.如权利要求1所述的高压放电灯点灯装置，其特征在于，
时间宽度t1是20ms～500ms，并且第二时间单位的时间宽度t2是0.01ms～5ms。
3.如权利要求1所述的高压放电灯点灯装置，其特征在于，
在小电力点灯模式下驱动时的电流满足
第一时间单位≤第二时间单位的关系。
4.一种投影仪，其特征在于，
对图像进行投影，配置有权利要求1至3中任一项所述的高压放电灯点灯装置。
5.如权利要求4所述的投影仪，其特征在于，
具备在正常电力点灯模式下投影仪的图像信号在一定期间没有变化时转变至小电力点灯模式的功能。
6.如权利要求4所述的投影仪，其特征在于，
具备在小电力点灯模式下投影仪的图像信号在一定期间没有变化时自动熄灭高压放电灯的功能。
7.如权利要求4所述的投影仪，其特征在于，
具备在小电力点灯模式下动作一定期间之后与检测单元连动而转变至正常电力点灯动作的功能。
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