CN102421235B - 用于高压放电灯的点亮方法和点亮设备、高压放电灯设备以及投影型图像显示设备 - Google Patents
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Abstract
当在高压放电灯中开始放电后，执行恒定电流控制，因此灯电流变成4[A]。然后，控制供应给灯中的一对电极的电流，以便此时的电极尖端温度t[摄氏度]和稳定点亮期间的电极尖端温度T[摄氏度]满足关系t[摄氏度]＜＝1.1T[摄氏度]。当灯功率达到额定功率值时，功率控制改变为恒定功率控制。这种方法使得能够抑制在从点亮开始直到稳定点亮的初始点亮间隔中电极尖端温度的过度上升，从而防止由于电极尖端熔化引起的电弧长度的增加。因而，尤其是在包括安装到反射镜的高压放电灯的灯单元中，照度不容易降低。
Description
本申请是申请日为2008年8月29日、申请号为200880104799.1(PCT/JP2008/002382)、发明名称为“用于高压放电灯的点亮方法和点亮设备、高压放电灯设备以及投影型图像显示设备”的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及用于高压放电灯的点亮方法、用于高压放电灯的点亮设备、使用所述点亮设备的高压放电灯设备以及投影型图像显示设备。
背景技术
高压放电灯包括其中一对电极被彼此相对设置的电弧管，并且被用作诸如液晶投影仪的投影型图像显示设备中的光源。
通常，通过如下方法来点亮这样的高压放电灯：在初始阶段以恒定电流值点亮该灯，并且此后通过给该灯供应预定功率(额定功率)而变化为恒定功率控制(例如，参见专利引文1)。
在这种类型的投影型图像显示设备中要求提高的亮度(屏幕上的照度，其在下文中被简称为“照度”)，并且因此需要对被包含在其中的高压放电灯进行各种改进。
改进的一个示例涉及电极的形状。具体而言，电极的尖端部分被形成为从大体半球形到大体圆锥形的形状(例如，参见专利引文2)。从电极之间的电弧朝向电极辐射的光束被电极所阻挡并且不能从电弧管发射出去。然而，上面的形状减少了被电极阻挡的光束的比例，从而增大了从电弧管发射出去的光通量的量，并且对照度的改进有所贡献。
另外，已经提出的另一种方法涉及通过增加所封闭的汞量以便提高高压放电灯本身的亮度来改进照度。
专利引文1：日本专利申请公开号2000-306687
专利引文2：日本专利申请公开号2002-93363
发明内容
发明所解决的问题
本发明的发明人创造：包括其尖端部分具有大体圆锥形形状的电极的高压放电灯；以及其所封闭的汞量被提高到例如230[mg/cm3]或更大的高压放电灯，并且然后将反射镜附着到这些灯以产生高压放电灯单元。在利用传统点亮设备点亮高压放电灯以及评估其照度后，评估的结果表明尽管获得了照度上的一定改进，但是并未充分获得期望的照度水平。
为了识别上面结果的原因，本发明的发明人对点亮评估中所用的高压放电灯进行详细分析，并发现部分电极尖端部分耗损得比预期大，并且电极间距离(即电弧长度)超过了设计值。
通常，通过尽可能地缩短电极间距离(短电弧)以便近似为点光源、以及然后将近似的点光源布置在光轴上反射镜的焦点处从而改进反射镜的光收集率，来提高高压放电灯单元的照度。当如上所述，电弧长度变得较长时，无法近似为点光源，其结果是聚光率相当地降低并且未获取足够的照度。
尽管在点亮期间预期电极尖端部分的一部分的一定耗损，但是耗损量超过上面情况中的预期。其原因被认为是在点亮期间每个电极的尖端的温度(在下文中被称为“尖端温度”)的过度上升。温度的过度上升加速电极尖端部分处的蒸发，并且卤素循环不再能够补偿电极尖端部分的耗损，从而导致电极间距离的增大。
本发明的发明人推断与上述的尖端温度过度上升的原因有关的下列情况。
在使用其尖端部分具有大体圆锥形形状的电极的情况下，电弧通常在电极尖端部分处产生(形成电弧点)，并且在尖端部分处温度当然上升。在这种情况下，尖端温度的过度上升的原因被认为是下述事实，即：由于电极尖端部分是锥形的，所以热不能在电极的直径方向上容易地散出。
在将所封闭的汞量提高到230[mg/cm3]或更大的情况下，尖端温度的过度上升被认为是由于汞电弧本身的变窄。
鉴于上面的问题实现本发明，并且其目的是通过提供用于提高高压放电灯的亮度的各种改进来防止即使在尖端温度可能如上所述地上升的情形下照度的过度减小。
解决问题的手段
为了实现上面的目的，本发明的发明人对尖端温度的过度上升的原因进行了多方面的研究，并且发现主要原因在于点亮控制。
具体而言，本发明的发明人发现：在点亮开始后执行的恒定电流控制中的电流值大于在稳定点亮期间(在以额定功率的恒定功率控制期间)的电流值，并且因此在从恒定电流控制改变为以额定功率的恒定功率控制后，尖端温度比稳定点亮期间的温度大很多(参见稍后描述的图8)。
因此，在使用其尖端部分具有大体半球形形状的电极的情况下、以及在所封闭的汞量例如为200[mg/cm3]或更小的情况下，在从恒定电流控制改变为以额定功率的恒定功率控制之后的尖端温度被认为超过稳定点亮期间的温度。
尽管认为在这些情况下上面的现象也会发生，但是它们不成问题，原因在于它们发生的程度很小并且因此在实际用途的可容许范围内。
然而，在使用其尖端部分具有大体圆锥形形状的电极的情况下、以及在其中所封闭的汞量例如为230[mg/cm3]或更大的情况下，由于该现象的程度超过可容许范围，上面的问题变得显著。
考虑到上面的结论，本发明的发明人提出了执行控制以使得在从恒定电流控制改变为以额定功率的恒定功率控制之后的尖端温度不会大大超过稳定点亮期间的温度。
具体而言，本发明的第一方面是一种用于点亮具有电弧管的高压放电灯的点亮方法，汞被封闭在所述电弧管中作为发光材料，并且一对电极被布置在所述电弧管中，所述点亮方法包括以下步骤：通过将预定电压施加到这对电极上以使得在它们之间发生介质击穿，来开始点亮；通过在从高压放电灯的点亮开始到以额定功率值Ps[W]的恒定功率控制的初始点亮间隔中、根据预定条件控制供应给所述高压放电灯的灯功率，来执行点亮预热；以及通过执行以额定功率值Ps[W]的恒定功率控制，来执行稳定点亮，以使得高压放电灯被稳定地点亮，其中在点亮预热步骤中，根据满足关系表达式t[摄氏度]＜＝1.1T[摄氏度]的预定条件来控制灯功率，其中t[摄氏度]是所述初始点亮间隔中的电极尖端温度，而T[摄氏度]是稳定点亮期间的电极尖端温度。
本发明的第二方面是一种用于点亮具有电弧管的高压放电灯的点亮方法，汞被封闭在所述电弧管中作为发光材料，并且一对电极被布置在所述电弧管中，所述点亮方法包括以下步骤：通过将预定电压施加到这对电极上以使得在它们之间发生介质击穿，来开始点亮；通过在从高压放电灯的点亮开始到以额定功率值Ps[W]的恒定功率控制的初始点亮间隔中、根据预定条件控制供应给所述高压放电灯的灯功率，来执行点亮预热；以及通过执行以额定功率值Ps[W]的恒定功率控制，来执行稳定点亮，以使得高压放电灯被稳定地点亮，其中在点亮预热步骤中，根据所述初始点亮间隔包括较低功率点亮间隔的预定条件来控制灯功率，在所述较低功率点亮间隔中以低于额定功率值Ps[W]的恒定功率值Pa[W]维持点亮。
这里，点亮预热步骤可以包括：第一子步骤，执行以电流值Ia[A]的恒定电流控制；第二子步骤，当所述高压放电灯的灯电压达到值Va[V]时执行以功率值Pa[W]的恒定功率控制；以及第三子步骤，在从点亮开始起流逝预定时间段后改变为以额定功率值Ps[W]的恒定功率控制，可以满足关系表达式Ia[A]*Va[V]＝Pa[W]，并且可以在所述较低功率点亮间隔中执行所述第二子步骤。
另外，点亮预热步骤可包括：第一子步骤，执行以电流值Ib[A]的恒定电流控制，灯电压范围被指定为高压放电灯的设计属性，并且所述电流值Ib[A]被确定为满足关系表达式Ib[A]*Vb[V]＜Ps[W]，其中Vb[V]是作为所指定的灯电压范围的上限的电压值；以及第二子步骤，在从点亮开始起流逝预定时间段后改变为以额定功率值Ps[W]的恒定功率控制，并且所述较低功率点亮间隔可以是从灯电压达到灯电压Vc[V]时到执行所述第二子步骤时之前的间隔，所述灯电压Vc[V]在所述灯电压范围内并且是在第一子步骤中对目标用于点亮的高压放电灯而言唯一的最大灯电压。
另外，期望的是，较低功率点亮间隔中的功率值Pa[W]在额定功率值Ps[W]的70％到90％的范围内，包括额定功率值Ps[W]的70％和90％。
本发明的第三方面是一种用于点亮具有电弧管的高压放电灯的点亮设备，汞被封闭在所述电弧管中作为发光材料，并且一对电极被布置在所述电弧管中，所述点亮设备包括：供电单元，该供电单元用于供应功率到高压放电灯；以及控制单元，该控制单元用于：(a)通过使该供电单元将预定电压施加到这对电极以使得在它们之间发生介质击穿，来开始点亮，(b)在从高压放电灯的点亮开始到以额定功率值Ps[W]的恒定功率控制的初始点亮间隔中，根据预定条件控制供电单元向所述高压放电灯供应灯功率，以及(c)通过执行以额定功率值Ps[W]的恒定功率控制，使得高压放电灯被稳定地点亮，其中所述控制单元根据满足关系表达式t[摄氏度]＜＝1.1T[摄氏度]的预定条件来控制该供电单元供应灯功率，其中t[摄氏度]是所述初始点亮间隔中的电极尖端温度，而T[摄氏度]是稳定点亮期间的电极尖端温度。
本发明的第四方面是一种用于点亮具有电弧管的高压放电灯的点亮设备，汞被封闭在所述电弧管中作为发光材料，并且一对电极被布置在所述电弧管中，所述点亮设备包括：供电单元，该供电单元用于供应功率到高压放电灯；以及控制单元，该控制单元用于：(a)通过使该供电单元将预定电压施加到这对电极以使得在它们之间发生介质击穿，来开始点亮，(b)在从高压放电灯的点亮开始到以额定功率值Ps[W]的恒定功率控制的初始点亮间隔中，根据预定条件控制供电单元供应灯功率到所述高压放电灯，以及(c)通过执行以额定功率值Ps[W]的恒定功率控制，使得高压放电灯被稳定地点亮，其中所述控制单元根据所述初始点亮间隔包括较低功率点亮间隔的预定条件来控制供电单元供应灯功率，在所述较低功率点亮间隔中以低于额定功率值Ps[W]的恒定功率值Pa[W]维持点亮。
本发明的第五方面是一种高压放电灯设备，该高压放电灯设备包括：高压放电灯；反射镜，其反射从高压放电灯发射的光；以及用于高压放电灯的上述点亮设备。
本发明的第六方面是一种包括上述高压放电灯设备的投影型图像显示设备。
发明效果
本发明执行控制，以便即使为提高亮度所作的各种改进使得尖端温度趋于升高，也可防止电极尖端部分的温度过度升高，从而抑制电弧长度的增大，并防止照度的降低。
附图说明
图1示出高压汞灯的示意性结构。
图2是示出使用高压汞灯的灯单元的结构的部分剖视透视图。
图3示出与实施例1有关的电子镇流器的结构。
图4是由红外照相机捕获的电极尖端部分的图像。
图5是示出与实施例1有关的点亮方法的流程图。
图6示出与实施例2有关的电子镇流器的结构。
图7是示出在灯的初始点亮阶段中功率和点亮时间之间的关系的曲线图。
图8是示出点亮时间和在电极尖端部分附近的850[nm]波长的光的强度之间的关系的曲线图。
图9是示出灯电压随累积点亮时间的转变的曲线图。
图10A示出电弧管中的电子和气体的状态。
图10B示出电弧管中的电子和气体的状态。
图11是示出与实施例2的控制示例1有关的点亮方法的流程图。
图12示出控制示例1中的控制曲线。
图13A是示出控制示例1中的功率转变的曲线图。
图13B是示出控制示例1中的电流转变的曲线图。
图14A是示出当引入时间常数时控制示例1中的功率转变的曲线图。
图14B是示出当引入时间常数时控制示例1中的电流转变的曲线图。
图15是示出与实施例2的控制示例2有关的点亮方法的流程图。
图16A是示出控制示例2中的功率转变的曲线图。
图16B是示出控制示例2中的电流转变的曲线图。
图17A是示出当引入时间常数时控制示例2中的功率转变的曲线图。
图17B是示出当引入时间常数时控制示例2中的电流转变的曲线图。
图18示出控制示例2中的示例性控制曲线。
图19是示出液晶投影仪的结构的框图。
具体实施方式
下面参照附图描述本发明的实施例。
实施例1
1.高压放电灯
图1示出了作为高压放电灯的一个示例的、具有额定功率250[W]的高压汞灯(在下文中简称“灯”)100的结构。为了简单起见，图1是其中暴露电极的截面图。
如图1所示，灯100由石英电弧管101构成，所述石英电弧管101包括球形发光部分101a以及形成在发光部分101a的相应末端处的密封部分101b和101c。
封闭在发光部分101a中的发光空间108内的是作为发光材料的汞109，用于辅助启动的稀有气体诸如氩、氪或氙，以及卤素材料诸如碘或溴。在这种情况下，所封闭的汞109的量被设定在电弧管101的每内体积230[mg/cm3]到650[mg/cm3]的范围内，并且当灯冷却时所封闭的稀有气体压强被设定在0.01[MPa]到1[MPa]的范围内。
另外，一对钨(W)电极102和103被大体彼此相对地布置在发光部分101a中。
电极102和103的尖端部分124和134具有大体圆锥形的形状。在本实施例中使用大体圆锥形的形状，这是因为例如大体半球形的形状会导致向外发射的光通量的略微减小，原因在于半球形的凸出部分阻挡向其辐射的光。
电极间距离De是电极102和103的尖端部分124和134之间的间隙的长度，该距离De被设定在0.5[mm]到2.0[mm]的范围内，以便近似为点光源。注意，在本实施例的灯100中，当完成产品制造时在电极尖端部分124和134上形成凸起(未示出)，并且在这些凸起已经形成至合理长度的状态下，优选地将0.5[mm]到2.0[mm]的范围设定为电极间距离De。
电极102和103被电连接到密封在密封部分101b和101c中的钼箔104和105。
钼箔104和105连接到外部引线106和107，所述引线106和107从密封部分101b和101c的端面延伸到电弧管101外。
注意，溴作为卤素材料以1*10-10[mol/cm3]到1*10-4[mol/cm3]的范围被封闭在放电空间108中。溴被封闭在放电空间108中，以便通过实现卤素循环效应(其中钨蒸发离开电极102和103，然后重新沉积到电极102和103上)来抑制发光部分101a的内表面变黑，并且以便防止由于电极尖端部分的退缩而引起电弧长度的增加。使得能够最有效地实现卤素循环效应的所封闭的溴量优选在1*10-9[mol/cm3]到1*10-5[mol/cm3]的范围内(包括两个端点)。
2.灯单元
图2是示出了其中安装了灯100的灯单元200的结构的部分剖视透视图。
如图2所示，在灯单元200中，基座201已经安装到构成灯100的电弧管101的一端，并且该基座201已经由间隔物202附着到反射镜203。注意，基座201以使得灯100的放电电弧的位置存在于反射镜203的光轴上的方式进行附着。
电流经由端子204和引线205而供应到灯100的电极，所述引线205从电极之一向外延伸并且穿过穿透过反射镜203的通孔206。
紧凑型红外照相机208经由金属套管209嵌入在穿透过反射镜203的通孔207中。紧凑型红外照相机208的方向和透镜208a的焦点被设定成使得紧凑型红外照相机208捕获电极102的尖端部分124(或电极103的尖端部分134)的图像。这里，期望将红外照相机208的成像方向设定成与电极102的轴正交。
考虑到灯100达到高温的事实，提供金属套管209以进行散热，以便红外照相机208不会过热并受损坏。另外，可以单独提供吹风装置以将空气吹入到灯单元200的反射镜203所包围的空间中。
注意，当灯200被安装在图像显示设备等等中时，期望以使得红外照相机208不在灯100上方的位置也不在灯100正下方的位置的方式将灯200附着到该设备的主体。
另外，为了可靠地保护红外照相机208以免受热，红外照相机208可以安装在远离灯200的位置，并且可以经由光纤捕获电极尖端部分的图像。为保护红外照相机208以免受热而采用的方法应当根据所用的实际红外照相机208的耐热性进行选择。
不管采用的是什么方法，红外照相机208都很昂贵，并且当更换灯单元200时，期望红外照相机208应当能够被去除并且用于新的灯单元200中。
3.点亮设备(电子镇流器)
图3示出了用于点亮灯100的电子镇流器300的结构。
如图3所示，电子镇流器300包括DC/DC(直流/直流)变换器302、DC/AC(直流/交流)逆变器303、管电流检测单元304、管电压检测单元305、控制电路306以及高压脉冲发生单元308。
DC功率电路301例如包括整流器电路。DC功率电路301由家用100[V]AC生成DC电压，并且将DC电压供应给电子镇流器300。
DC/DC变换器302将具有预定电压的DC供应给DC/AC逆变器303。
DC/AC逆变器303依据从控制电路306接收的控制信号来生成具有预定频率的方波AC。
高压脉冲发生单元308例如包括变压器。高压脉冲发生单元308生成高压并将高压施加到灯100。
控制电路306执行对DC/DC变换器302、DC/AC逆变器303等的整体控制。控制电路306包括功率计算电路306a、PWM控制电路306b、计时器306c、比较单元306d以及温度计算单元306e。
功率计算单元306a基于分别由管电流检测单元304和管电压检测单元305所检测的灯电流和灯电压来计算灯功率。
PWM控制电路306b通过执行脉宽调制来控制电流等。
计时器306c测量从点亮开始起的时间。
温度计算单元306e通过分析红外照相机208捕获的电极尖端部分124的图像以及获取电极尖端部分124的温度分布来获得尖端温度。
图4示意性地示出了红外照相机208捕获的电极尖端部分124的图像以及电极尖端部分124的示例性温度分布。在图4中，X轴指示电极轴的方向，并且T1到TN指示已经检测到的示例性温度分布。
温度计算单元306e通过处理电极尖端部分124的图像并且提取轮廓线124a、以及基于所检测到的温度分布读取尖端P的温度来获得尖端温度。
图像中轮廓线的提取能够例如通过利用已知的边缘检测滤波器来扫描所捕获图像数据的像素而实现，并且能够通过搜索轮廓线124a上的、其位置在X轴方向上的最前方(在图4中为最右)的像素来找出尖端P。
注意，在本实施例中，温度计算单元306e实际上获得在X轴方向上从所检测的尖端P向内为预定距离D1(例如0.1[mm])的点处的温度。理想地，应当测量电极尖端部分124的精确尖端处的温度。然而，如果所测量的位置甚至稍微向外偏移，则测量结果会存在很大误差，因此在X轴方向上稍微向内的位置处获得该温度，以便可靠地检测电极尖端部分处的温度。这里，由于预定距离D1被设定为“0.1[mm]”的很低的值，所以所测量的温度能够被视为基本与精确尖端的温度相同，并且不存在控制问题。
比较单元306d将在初始点亮阶段时计算的尖端温度和稳定点亮期间的尖端温度进行比较，并且基于比较的结果向PWM控制电路306b发送控制信号。下面描述点亮方法的细节。
4.点亮方法
如先前提及的，由本发明的发明人执行的研究结果表明：当在点亮开始后改变为以额定功率的恒定功率控制时，尖端温度比稳定点亮期间的温度大许多。
让我们假设：t[摄氏度]是初始点亮间隔期间的尖端温度(所述初始点亮间隔是从点亮开始后直到达到额定功率的预热间隔)，并且T[摄氏度]是稳定点亮期间的尖端温度。在本实施例中，执行控制以使t[摄氏度]不会大大超过T[摄氏度]，从而使得能够防止由于过度的温度升高而引起的对电极尖端部分的耗损和损坏。
由本发明的发明人执行的实验证实了当t[摄氏度]＞1.1T[摄氏度]时，对电极尖端部分的耗损和损坏超过实际用途的允许范围，因此优选执行温度控制以使得持关系t[摄氏度]＜＝1.1T[摄氏度]。
图5是示出实施例1的点亮方法中的具体控制示例的流程图。图5中示出的控制由电子镇流器300的控制电路306(图3)执行。
首先，高压脉冲发生单元308生成高压并且将高压施加在灯100中的电极102和103之间，以造成介质击穿并开始放电(步骤S1)，并且计时器306c开始测量时间(步骤S2)。
此后，控制电路306执行恒定电流控制以便恒定的第一电流值I1[A](在本示例中为4[A])在电极102和103之间流动(步骤S3)，并且然后处理进行到步骤S4到S8的温度控制循环。
具体而言，如果由红外照相机208监视的电极102的尖端部分124的温度t[摄氏度]小于或等于1.1T[摄氏度](步骤S4：是)，则控制电路306继续执行4[A]恒定电流控制(步骤S5)。当灯电压变得大于或等于62.5[V]时，温度控制循环结束，并且控制电路306改变为以Ps[W]的功率额定值进行恒定功率控制(步骤S7：是，步骤S9)。在本示例中，功率额定值Ps是250[W](＝62.5[V]*4[A])。控制电路306继续执行恒定功率控制直到点亮结束(步骤S10)。
在步骤S4中，如果电极尖端温度t[摄氏度]大于1.1T[摄氏度](步骤S4：否)，则控制电路306改变为以比第一电流值I1[A]更小的第二电流值I2[A]进行恒定电流控制(步骤S6)。在本示例中，第二电流值I2[A]是2.5[A]。以此方式降低恒定电流控制的电流值就降低了尖端温度，并且使得能够维持关系t[摄氏度]＜＝1.1T[摄氏度]。
然后，当流逝120秒时，控制电路306改变为以额定功率值Ps[W](250[W])进行恒定功率控制(步骤S8：是，步骤S9)，并且继续执行恒定功率控制直到点亮结束(步骤S10)。
注意，如果控制电路306的响应性在判断步骤S4时很慢，则能够假设在控制中将存在时间延迟等。为安全起见，该关系可以被设定为例如“t[摄氏度]＜＝1.05T[摄氏度]”，以便使控制电路306在步骤S4中以更快的定时改变为第二电流值I2[A]。
第一电流值I1[A]和第二电流值I2[A]分别不限于4[A]和2.5[A]，只要维持关系I1[A]＞I2[A]并且I1[A]和I2[A]之间的差足够大以使得能够执行控制从而防止在两个电流值下电极尖端温度t[摄氏度]超过1.1T[摄氏度]即可。具体而言，如果第一电流值I1[A]太小，则点亮预热所需的时间太长，因此凭经验优选的是维持关系3[A]＜＝I1[A]＜＝5[A]。另外，如果第二电流值I2[A]太小，则当改变为稳定点亮时照度上存在很大差别，这让人很不舒服。因此，期望合适地设定电流值，以便当处理进行到步骤S6时，灯功率处于额定功率值的70％到90％的范围内。
满足上面条件的特定的第一和第二电流值可以例如通过根据要点亮的高压放电灯的额定功率预先执行实验来获取。
另外，如后面所描述的，在步骤S8中测量的时间的阈值不限于120秒，而是能够为其他合适值。
以此方式，根据本实施例的高压放电灯的点亮方法，电极102的尖端温度在从点亮开始直到到达额定功率的间隔中被监视，并且在电极102和103之间流动的电流的值根据电极尖端温度t[摄氏度]进行改变，从而实现控制，以便上面的间隔期间的电极尖端温度t[摄氏度]和稳定点亮期间的电极尖端温度T[摄氏度]满足关系t[摄氏度]＜＝1.1T[摄氏度]。本实施例的点亮方法使得能够防止电极尖端的温度在点亮预热期间过度上升，从而抑制由于电弧长度的增加而引起的照度减小。
5.液晶投影仪
上述灯单元200能够被安装并且用于投影型图像显示设备中。
图19示出了作为投影型图像显示设备的一个示例的液晶投影仪400的示意性结构。
如图19所示，透射型液晶投影仪400包括供电单元401、控制单元402、聚光透镜403、透镜405以及冷却风扇406，在所述透镜405中包括透射型彩色液晶显示板404和驱动马达。
供电单元401将商业AC输入(100[V])变换成预定DC电压，并且将预定DC电压供应给控制单元402。
控制单元402通过基于从外部装置接收的图像信号驱动彩色液晶显示板404而使彩色图像得以显示。另外，控制单元402通过控制透镜单元405中的驱动马达来执行聚焦操作和变焦操作。
从灯单元200辐射的光被聚光透镜403聚光并且穿过布置在光路中的彩色液晶显示板404。在液晶显示板404上形成的图像经由透镜单元405被投影到屏幕(未示出)上。
注意，本发明的灯单元200和灯点亮设备300的组合也可应用于其他类型的投影型图像显示设备，诸如使用DMD(数字微镜器件)技术的DLP(TM)投影仪以及其他使用反射型液晶设备的液晶投影仪。
实施例2
在实施例1中，电极尖端的温度利用红外照相机进行测量。然而在实施例2中，使用更简单的结构通过引入计时器控制等，来防止电极尖端的温度的过度上升。
注意，在本实施例中对目标用于点亮的灯的描述由于与使用实施例1中的图1所描述的灯类似而被省略。
1.点亮设备
图6示出了与实施例2有关的电子镇流器310的结构。在图6中，对与图3中相同的功能块使用相同的附图标记。
如图6所示，电子镇流器310包括DC/DC变换器302、DC/AC逆变器303、管电流检测单元304、管电压检测单元305、控制电路306以及高压脉冲发生单元308。
DC功率电路301例如包括整流器电路。DC功率电路301由家用100[V]AC生成DC电压，并且将DC电压供应给电子镇流器310。
DC/DC变换器302将具有预定电压的DC供应给DC/AC逆变器303。
DC/AC逆变器303依据从控制电路306接收的控制信号来生成具有预定频率的方波AC。
高压脉冲发生单元308例如包括变压器。高压脉冲发生单元308生成高压并将高压施加到灯100。
控制电路306执行对DC/DC变换器302、DC/AC逆变器303等的整体控制。控制电路306包括功率计算电路306a、PWM控制电路306b和计时器306c。
功率计算单元306a基于分别由管电流检测单元304和管电压检测单元305所检测的灯电流和灯电压来计算灯功率。
PWM控制电路306b通过执行脉宽调制来控制电流等。
计时器306c测量从点亮开始起的时间。
2.点亮方法
下面描述本实施例的点亮方法。
图7是示出在灯100的初始点亮阶段中灯功率和点亮时间之间的关系的曲线图。在图7中，虚线示出传统点亮方法中的轨迹，而实线示出本实施例的点亮方法中的轨迹。
传统方法涉及在点亮开始后以4[A]执行恒定电流控制，以及然后当功率到达250[W](额定功率)时改变为恒定功率控制。
本实施例的点亮方法涉及：在点亮开始后的预热期间以4[A]执行恒定电流控制，然后当功率到达200[W](其低于250[W]的额定功率)时以200[W]执行恒定功率控制，以及此后改变为以250[W]的额定功率执行恒定功率控制。
图8是示出点亮时间和电极102及103的尖端附近的850[nm]波长强度之间的关系的曲线图。与图7类似，图8中的虚线示出传统点亮方法中的轨迹，而图8中的实线示出本实施例的点亮方法中的轨迹。
在本示例中，从电极102及103的尖端发射的850[nm]的光束的波长强度被用作指示尖端温度的参数。
在本实施例中，测量方法具体地涉及如下。灯100被安装在先前描述的不带反射镜203的图像显示设备中，该安装方式是使得图像显示设备的投影透镜的光轴与灯100的管轴正交。灯100被点亮，电极被投影到屏幕上，红外摄谱仪被布置在所投影的图像上的对应于距离实际电极尖端0.1mm的地方，并且检测在所述地方处的850[nm]波长强度。注意，用于测量电极尖端部分的波长强度的方法不限于上面的方法。可以使用其他已知的方法。
注意，在例如“Infrared Thermometer Seminar Handbook”(IRCON公司，http://www.kawaso.co.jp/eng/seminahb.pdf)中找到波长强度和温度之间的关系的细节。
另外，图9是示出灯电压随累积点亮时间的转变的曲线图，其中灯被反复地打开两小时和关断15分钟。轨迹a是使用传统点亮方法的结果，而轨迹b和轨迹c(两个样本)是使用本实施例的点亮方法的结果。
根据图8所示的波长强度的转变，在传统点亮方法中从大约50秒直到80秒，电极102和103的尖端温度与稳定点亮期间的温度相比上升过度(过冲)。特别地，如图8中的椭圆形A所示，温度上升的峰值在55秒附近。
另外，根据图9中的轨迹，在传统点亮方法中灯电压易于随点亮时间的流逝而上升。特别地，如图9中的圆圈部分所示，灯电压在对应于点亮预热的每个间隔中急剧地上升。灯电压的上升意味着电极间距离增大，这造成偏离点光源，从而引起照度减小。
相比而言，在本实施例的点亮方法中，在点亮预热期间电极102和103的尖端温度几乎不超过稳定点亮期间的温度，如图8的实线所示。另外，图9的轨迹b和轨迹c示出不管累积点亮时间流逝多少灯电压的上升都被抑制。这些事实指示电极间距离是稳定的。
能够从当使用本实施例的点亮方法和传统点亮方法时灯电压和电极102及103的尖端温度的转变差别中得出以下结论。
首先，电极102和103的尖端温度的过度上升可以说得到抑制，因为当在45秒的流逝时间处(参见图8中的椭圆形B)功率是200[W](电流为4[A])时的负载小于在传统峰值时间处(参见图8中的椭圆形A)的负载。
另外，尽管灯电压从45秒到120秒被升高，但是电极102和103的尖端温度随着电流从4[A]下降到2.5[A]而下降。
当在流逝了120秒后改变功率(从200[W]到250[W])时，电流值从2.5[A]上升到3.13[A]。然而，尖端部分温度t[摄氏度]不会过冲的原因被认为是：在本实施例中120秒后电子轰击电极尖端部分的动能小于在其中发生过冲的传统点亮方法中大约55秒时电子轰击电极尖端部分的动能(即，在前者情况下电子的温度更低)。
具体而言，如图10A所示，电弧管(发光空间108)中的气体压强在点亮开始和流逝60秒时之间没有显著上升，并且因此从阴极103发射的电子(示为“e”)直接轰击阳极102。
然而如图10B所示，由于在自点亮开始以来流逝了120秒后氩气压强上升，所以电子会与氩气粒子(示为“g”)碰撞的几率增大。这些碰撞被视为将一些电子动能传递给氩气粒子，并且因此当电子到达阳极102时它们具有较低的动能。
下面描述本实施例的点亮方法中的具体控制示例。
(控制示例1)
图11是示出本点亮方法的控制示例1的流程图。图11所示的控制由先前描述的电子镇流器310的控制电路306(参见图6)执行。
首先，高压脉冲发生单元308生成高压并且将高压施加在灯100中的电极102和103之间，以造成介质击穿并开始放电(步骤S11)，并且计时器306c开始测量时间(步骤S12)。
在电极102和103之间发生介质击穿后的预热间隔期间，控制电路306以4[A]执行恒定功率控制直到灯电压变为大于或等于预定电压值Va[V](步骤S13，S14)。在本示例中，预定电压值Va[V]是50[V]。
当灯电压达到50[V](步骤S14：是)时，控制电路306以小于额定功率Ps[W]的功率值Pa[W](200[W])执行恒定功率控制，直到在步骤S12中测量的时间达到120秒(步骤S15，S16)。
在流逝了120秒后(步骤S16：是)，控制电路306将电流提高到额定电流，并且以250[W]的额定功率执行恒定功率控制直到点亮结束(步骤S17，S18，S19)。
如上所述，根据本实施例的高压灯的点亮方法，在点亮预热间隔期间不是立即将灯功率增大到额定功率Ps[W](250[W])，而是以小于额定功率的功率Pa[W](例如200[W])执行恒定功率控制，并且然后一旦电极102和103的尖端温度已经稳定就把功率增大到额定功率。这种方法防止像在传统技术中那样电极温度在点亮预热间隔期间过冲，从而消除在稳定点亮期间电极温度的显著增加。
另外，如果较低功率Pa[W]例如是200[W](额定功率时输出的80％)，则能够获得与稳定点亮大体相当的光通量和照度。因此，即使在达到以250[W]的额定功率的稳定点亮之前的时间比传统技术中的更长，但是用户也不会察觉延长的点亮预热间隔，因为在以200[W]执行恒定功率控制时获得了足够程度的照度。
图12示出了在图11的点亮控制中灯电流Ila[A]和灯电压Vla[V]之间的关系。
在灯中发生介质击穿后，首先以4[A](C1)执行恒定电流控制，然后当灯电压达到50[V]时以200[W]执行恒定功率控制(C2)。当自从点亮开始以来流逝了120秒时，以250[W]执行恒定功率控制(C3)，并且此后继续以250[W]执行恒定功率控制(C4)。
另外，图13A和13B分别示出在相同点亮控制下点亮开始后的时间[s]与灯功率[W]之间的关系、以及点亮开始后的时间[s]与灯电流[A]之间的关系。注意，图13A和13B示出使用80[V]灯(在灯属性中其电压不超过80[V]的灯)作为高压放电灯100的示例。
如图13A所示，在点亮开始后的点亮预热间隔期间(即在初始点亮间隔期间)，灯功率由于以4[A]的恒定电流控制而逐渐上升，当灯功率达到200[W]时以200[W]执行恒定功率控制，然后当自从点亮开始以来流逝120秒时以250[W]执行恒定功率控制。尽管图13B示出了在相同控制下时间和灯电流之间的关系，但使用80[V]灯，并且因此灯电流在流逝120秒后的以250[W]的恒定功率控制期间恒定为3.125[A]。
尽管在图13A和13B所示的示例中恒定功率控制立刻从200[W]改变为250[W]，但是优选的是从200[W]控制逐渐地改变为250[W]控制，以便甚至更有效地抑制尖端温度的过冲。
鉴于此，通过例如设定电子镇流器310中的时间常数，功率可以从200[W]平滑地提高到250[W]。图14A和14B示出了这种情况下的示例。
如图14A和14B所示，当恒定功率控制从200[W]改变为250[W]时发生逐渐增大间隔131和132，从而抑制灯功率的突然变化。
注意，实施例1使用被设计成使得灯电压在灯属性中不超过80[V](即，使得最大电压值为80[V](特征值))的灯的示例来描述高压放电灯100。然而，将最大灯电压值严格地设定为80[y]给制造过程中的管理增加了过多负担并且减小了生产率。因此，考虑到制造中的微小变化量，80[V]被设定为灯电压的中心设计值，并且可容许的范围是从62.5[V](下限)到95[V](上限)(在下文中，被设计为灯属性的这个灯电压范围称为“指定电压范围”)，并且还为电极间距离De设定中心值和可容许的范围。在这种情况下，电极间距离De的中心值是1.0[mm]，而可容许的范围是+-0.2[mm]的变化量。
根据实际使用的最大灯电压值，在图13B和14B中以250[W]的恒定功率控制中的额定电流值(3.125[A])略微有所变化，但是在效果方面几乎看不到差别。另外，即使最大灯电压是95[V]——其为指定电压范围的上限，在将电流提高到预设的额定电流(3.125[A])之前，当灯功率达到250[W]时可以在图11的步骤S18中执行恒定功率控制。这种方法防止灯功率超过250[W]。
(控制示例2)
在控制示例1中，在初始点亮间隔中执行以下三个阶段来控制供应给高压放电灯100的功率：(1)以4[A]的灯电流的恒定电流控制，(2)当灯功率达到50[V]时以200[W]的恒定功率控制(较低功率点亮间隔)，以及(3)在自从点亮开始以来流逝了预定时间段后以250[W]的恒定功率控制。然而，控制示例2特征如下。供应恒定电流值Ib[A]作为灯电流，以便Ib[A]*Vb[V]小于额定功率Ps[W]，其中Vb[V]是灯属性中设定的指定电压范围中的灯电压上限。这种方法实现了在进行到以额定功率Ps[W]的恒定功率控制之前，添加以比额定功率Ps[W]更低的功率的控制间隔(较低功率点亮间隔)。
图15是示出本控制示例2的流程图。注意，在本控制示例2中使用的高压灯100的指定电压范围也已经被设定为从62.5[V]到95[V](包括两个端点)，作为灯属性中的设计值。因而，在以额定功率Ps[W]执行恒定功率控制之前，供应的灯电流的恒定电流值Ib[A]被设定为例如2.5[A]的值，其小于Ps[W](＝250[W])/Vb[V](＝95[V])。
另外，在本控制示例中使用的高压放电灯100已经被设计成使得灯电压不超过灯属性中的80[V]，即，使得对灯而言唯一的最大电压值Vc[V]为80[V](特征值)。
首先，将高压施加至灯100以造成介质击穿(步骤S21)，并且计时器306c开始测量时间(步骤S22)。
接着，执行恒定电流控制以便把灯电流(Ib[A])保持在2.5[A](步骤S23)。
在这个间隔期间，灯电压逐渐上升但不超过80[V]。从此时直到在步骤S22中测量的时间达到120秒，以大体200[W]执行恒定功率控制。
当流逝了120秒时(步骤S24：是)，将灯电流增大到额定电流(3.125[A])，并且以250[W]执行恒定功率控制直到点亮结束(步骤S25，S26，S27)。
图16A示出了在控制示例2的点亮控制下、点亮开始后的时间[s]和灯功率[W]之间的关系，而图16B示出了点亮开始后的时间[s]和灯电流[A]之间的关系。
如图16A所示，灯功率由于点亮开始后的2.5[A]恒定电流控制而逐渐上升，并且当灯功率变成200[W]时灯电压达到80[V]。因而，以大体200[W]执行恒定功率控制而灯电压没有进一步上升。此后，当自从点亮开始以来流逝了120秒时以250[W]执行恒定功率控制。
图16B示出了点亮开始后的时间[s]和灯电流之间的关系。由于所用的灯具有80[V]的最大电压值Vc[V]，所以在自从点亮开始以来流逝了120秒后以250[W]的恒定功率控制期间灯电流恒定为3.125[A]。
同样，在本控制示例中，从200[W]恒定功率控制到250[W]恒定功率控制的变化可以被逐渐地执行，如图17A和17B所示。
如图17A和17B所示，当恒定功率控制从200[W]改变为250[W]时发生逐渐增大时间段141和142，从而抑制灯功率的突然变化，这甚至更有效地防止尖端温度过冲。
注意，在本控制示例中，当所用的灯具有70[V]的最大电压值Vc[V]时，较低功率Pa[W]是175(＝70*2.5)[W]。在流逝了120秒后，依据250[W]控制曲线将电流值从2.5[A]改变为3.6[A]使得能够改变为以250(＝70*3.6)[W]的额定功率进行的恒定功率控制。
图18是示出在使用最大电压值Vc[V]为95[V]的灯的情况下、灯电压和灯电流之间的关系的曲线图，95[V]是在本控制示例2中的灯属性中指定的电压范围的上限。在图18中，点划线指示本控制示例，而实线对应于传统控制示例。
在图18中，首先以2.5A(E1)执行恒定电流控制，然后当灯电压达到95[V]时以237.5[W]执行恒定功率控制，因为灯电压不再上升。在自从点亮开始以来流逝了120秒后，功率控制被改变为以250[W]的恒定功率控制(E2，E3)，从而确保以低于额定功率的功率值(273.5[W])的点亮间隔(即，较低功率点亮间隔)。
补充说明
1.电极尖端的形状
在实施例中，电极102和103的尖端部分124和134具有大体圆锥形的形状。在这种情况下，电极102和103的温度的过度上升是显而易见的，并且因此应用实施例1或2的点亮方法极其有效。然而，并不限于其中尖端部分具有大体圆锥形形状的情况，实施例1和2的点亮方法可应用于具有大体半球形或大体球形形状的电极。另外，并不限于其尖端部分通过熔融而形成的电极，实施例1和2的点亮方法也可应用于由机械加工等形成的电极。
2.当从恒定电流控制变化为以比额定功率更低的功率进行的恒定功率控制时对较低功率值的设定
在实施例中，当灯功率达到200[W]时功率控制变化为恒定功率控制。比额定功率更低的功率的上限优选地被设定为正好低得足以防止电极温度过冲的值。另外，如果下限被设定得太低，则在电极温度稳定时不能获取足够的光通量。因此，下限优选地被设定为与稳定点亮相比不会造成光通量的可察觉的减小的值。具体而言，额定功率的70％到90％的范围是优选的。
3.从较低功率上升到额定功率
在实施例2中，功率控制直接从200[W]的较低功率改变为250[W]的额定功率。然而，此改变可以通过例如如下方式来逐渐地执行：设定计时器值，以使得在自从点亮开始以来流逝了120秒后功率控制从200[W]改变为225[W]，然后在流逝了另外20秒后从225[W]改变为250[W]。这种方法进一步使得能够防止尖端温度过冲。
4.本发明可应用的灯
尽管上面的实施例描述了使用具有250[W]的额定功率的高压汞灯的示例，但是在传统点亮控制中照度减小的问题不仅存在于高压汞灯中，而且还存在于其他包括汞的高压放电灯中，原因在于该问题(当从初始点亮间隔期间的恒定电流控制改变为以额定功率的恒定功率控制时电极尖端温度的过冲)的原因。另外，灯不限于具有250[W]的额定功率。因而，本发明可应用于包括汞的所有高压放电灯。
例如，即使在具有180[W]的额定输出的高压放电灯的情况下，所封闭的材料(尤其是卤素)量被优化，以使得卤素循环在以额定功率的稳定点亮期间关于电极尖端温度适当地运行，因此如果初始点亮间隔中的电极尖端温度过度上升超过稳定点亮期间的温度，则卤素循环将不能适当地运行，其结果是电弧长度易于增大。
5.从点亮开始到改变为额定功率的时间
在实施例2中，当自从点亮开始以来流逝了120秒时执行改变为额定功率(在下文中，从点亮开始到以额定功率的恒定功率控制的时间被称为“变化到额定的时间”)。
然而，“120秒”的时间段仅仅是变化到额定的时间的一个示例。如先前所述，在传统点亮方法中，因为虽然在电弧管中封闭的气体原子还未被充分激发但由于改变为以额定功率的恒定功率控制而使电子直接轰击电极尖端部分，所以发生电极尖端温度的过冲。所封闭气体的激发态根据例如直接在点亮开始后的恒定电流控制中的电流值以及在以比额定功率更低的功率进行的恒定功率控制中的功率值而不同。在较低额定功率的情况下，改变为以额定功率的恒定功率控制期间的电流负载相当低，从而抑制在大约90秒的变化到额定的时间时影响电极间距离的过冲，所述90秒短于先前描述的120秒的额定变化时间。
因而，通过执行如图7所示的重复实验，综合地考虑诸如灯的额定功率、恒定电流控制的电流值以及以比额定功率更低的功率进行的功率控制中的功率值Pa[W]之类的条件，本领域技术人员能够容易地获取特定的变化到额定的时间。
这里，例如在改变为以额定功率的恒定电流控制之前引入到灯的功率的积分值(累积能量)会是一个有效的参数。
工业实用性
本发明的点亮设备适合用于抑制高压放电灯并且尤其是与反射镜组合的高压放电灯中的照度减小。
Claims (6)
1.一种用于点亮具有电弧管的高压放电灯的点亮方法，汞被封闭在所述电弧管中作为发光材料，并且一对电极被布置在所述电弧管中，所述点亮方法包括步骤：
通过将预定电压施加到这对电极以使得在它们之间发生介质击穿，来开始点亮；
通过在从高压放电灯的点亮开始到以额定功率值Ps[W]的恒定功率控制的初始点亮间隔中、根据预定条件控制供应给所述高压放电灯的灯功率，来执行点亮预热，其中所述额定功率值Ps[W]已经被预先确定；以及
通过执行以额定功率值Ps[W]的恒定功率控制来执行稳定点亮，以使得高压放电灯被稳定地点亮，其中
在点亮预热步骤中，根据所述初始点亮间隔包括较低功率点亮间隔的预定条件来控制灯功率，在所述较低功率点亮间隔中以低于额定功率值Ps[W]的恒定功率值Pa[W]维持点亮，其中点亮预热步骤包括：
第一子步骤，执行以电流值Ib[A]的恒定电流控制，考虑到制造中可容许的变化，灯电压范围被设定为灯属性，并且所述电流值Ib[A]被确定为使得满足关系表达式Ib[A]*Vb[V]<Ps[W]，其中Vb[V]是作为所指定的灯电压范围的上限的电压值；以及
第二子步骤，在从点亮开始起流逝预定时间段后改变为以额定功率值Ps[W]的恒定功率控制，并且
所述较低功率点亮间隔是从灯电压达到灯电压Vc[V]时到执行所述第二子步骤时之前的间隔，所述灯电压Vc[V]在所述灯电压范围内、并且是在第一子步骤中对目标用于点亮的高压放电灯而言唯一的最大灯电压。
2.根据权利要求1所述的点亮方法，其中
较低功率点亮间隔中的功率值Pa[W]在额定功率值Ps[W]的70％到90％的范围内，包括额定功率值Ps[W]的70％和90％。
3.一种用于点亮具有电弧管的高压放电灯的点亮设备，汞被封闭在所述电弧管中作为发光材料，并且一对电极被布置在所述电弧管中，所述点亮设备包括：
供电单元，该供电单元用于供应功率到高压放电灯；以及
控制单元，该控制单元用于：
(a)通过使该供电单元将预定电压施加到这对电极以使得在这对电极之间发生介质击穿来开始点亮，
(b)在从高压放电灯的点亮开始到以额定功率值Ps[W]的恒定功率控制的初始点亮间隔中，根据预定条件控制供电单元供应灯功率到所述高压放电灯，其中所述额定功率值Ps[W]已经被预先确定，以及
(c)通过执行以额定功率值Ps[W]的恒定功率控制，使得高压放电灯被稳定地点亮，其中
所述控制单元根据所述初始点亮间隔包括较低功率点亮间隔的预定条件来控制供电单元供应灯功率，在所述较低功率点亮间隔中，以低于额定功率值Ps[W]的恒定功率值Pa[W]维持点亮，
其中，在初始点亮间隔中，控制单元执行：
第一控制，用于使得供电单元输出恒定电流值Ib[A]，考虑到制造中可容许的变化，灯电压范围被设定为灯属性，并且所述电流值Ib[A]被确定为使得满足关系表达式Ib[A]*Vb[V]<Ps[W]，其中Vb[V]是作为所指定的灯电压范围的上限的电压值；以及
第二控制，用于在从点亮开始起流逝预定时间段后改变为以额定功率值Ps[W]的恒定功率控制，并且
所述较低功率点亮间隔是从灯电压达到灯电压Vc[V]时到执行所述第二控制时之前的间隔，所述灯电压Vc[V]在所述灯电压范围内，并且是在第一控制中对目标用于点亮的高压放电灯而言唯一的最大灯电压。
4.根据权利要求3所述的点亮设备，其中
较低功率点亮间隔中的功率值Pa[W]在额定功率值Ps[W]的70％到90％的范围内，包括额定功率值Ps[W]的70％和90％。
5.一种高压放电灯设备，包括：
高压放电灯；
反射镜，其反射从高压放电灯发射的光；以及
根据权利要求3到4中任一项的用于点亮高压放电灯的点亮设备。
6.一种投影型图像显示设备，包括根据权利要求5的高压放电灯设备。
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