CN104838728A - 放电灯点灯装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种放电灯点灯装置，在使放电灯长时间点灯的情况下，也能够抑制闪烁的发生，得到较长的闪烁寿命。放电灯点灯装置具有：短弧型的放电灯，具有发光管、在该发光管内相互相对配置的阳极及阴极和被封入在所述发光管内的氙气，所述阴极具有电子放射物质并且具有碳成分；点灯电路，对该放电灯提供电力；以及控制部，控制该点灯电路，其特征在于，所述控制部具有短时间点灯电路，在所述放电灯未稳态点灯的休止期间中，进行使该放电灯短时间点灯至少一次以上的短时间点灯动作。
Description
技术领域
本发明涉及放电灯点灯装置。尤其涉及在电影院中被用作放映机用光源的放电灯点灯装置。
背景技术
近年来，在电影院中，从胶片放映机向数字放映机的置换得到快速推进。并且，无论是在胶片放映机中还是数字放映机中，都广泛采用短弧型氙气放电灯等放电灯作为光源。但是，在胶片放映机和数字放映机中，对放电灯要求的亮度不同。具体而言，在数字放映机中，在积分柱(integrator rod)的端面聚光时，需要在比胶片放映机狭窄的范围聚光。因此，在数字放映机用的放电灯中，以比胶片放映机用的放电灯相当高的压力封入稀有气体(氙气)，以便形成更短更细的电弧。
关于具有这样的放电灯的放电灯点灯装置，公知有具备控制在点灯开始时供给到放电灯的电流的控制部(参照专利文献1)的放电灯点灯装置，具备通过使供给到放电灯的电流变化来对放电灯进行调光的控制部的放电灯点灯装置(参照专利文献2)等。
可是，在氙气放电灯中，例如阴极随着点灯时间经过而变形，因而产生闪烁。并且，从放电灯的使用开始到闪烁频繁产生的时间被称为闪烁寿命。
以往，关于能够得到较长的闪烁寿命的氙气放电灯提出了这样的方案，在末端面设置阴极，该阴极具有在钨相中形成有条纹状的碳化钨相的表层(参照专利文献3)。
在电影院中，随着数字放映机的普及，即使是具有专业特殊技能的放映员以外的人员，也能够进行放映机的操作。并且，不仅能够再现电影正片，也能够再现广告等各种格式，因而一天的上映时间延长。另外，作为光源的放电灯也随之长时间地连续点灯。因此，作为数字放映机的光源，期望闪烁寿命更长的放电灯。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012－22999号公报
专利文献2：日本特开2012－160387号公报
专利文献3：日本特开2012－150951号公报
发明内容
发明要解决的课题
本发明正是鉴于上述情况而提出的，其目的在于提供一种放电灯点灯装置，即使是放电灯长时间点灯的情况下，也能够抑制闪烁的发生，得到较长的闪烁寿命。
用于解决课题的技术方案
本发明的放电灯点灯装置具有：短弧型的放电灯，具有发光管、在该发光管内相互相对配置的阳极及阴极和被封入在所述发光管内的氙气，所述阴极具有电子放射物质并且具有碳成分；点灯电路，对该放电灯提供电力；以及控制部，控制该点灯电路，其特征在于，所述控制部具有短时间点灯电路，在所述放电灯未稳态点灯的休止期间中，进行使该放电灯短时间点灯至少一次以上的短时间点灯动作。
优选的是，在本发明的放电灯点灯装置中，所述短时间点灯动作的总点灯时间是0.1～700秒。
另外，优选的是，所述短时间点灯动作的点灯次数是1～20次。
另外，优选的是，所述短时间点灯动作的一次短时间点灯的点灯时间在0.1～5秒。
另外，优选的是，在所述短时间点灯动作的点灯次数是两次以上的情况下，从一次短时间点灯结束到后续的短时间点灯开始的关断时间是1秒以上。
发明效果
根据本发明的放电灯点灯装置，通过利用控制部的短时间点灯电路进行短时间点灯动作，即在放电灯未稳态点灯的休止期间使放电灯短时间点灯，即使是放电灯长时间点灯的情况下，也能够抑制闪烁的发生，得到较长的闪烁寿命。
附图说明
图1是表示本发明的放电灯点灯装置的一例的结构的概况的说明图。
图2是表示图1所示的放电灯点灯装置使用的放电灯的一例的结构的说明用剖面图。
图3是将设有碳化钨层的阴极主体与阳极主体一起放大示出的说明图。
图4是表示本发明的放电灯点灯装置执行短时间点灯动作的预定的定时的具体例的图。
图5是表示实验例1和比较实验例1的放电灯的灯电压的振幅和点灯时间的关系的曲线图。
图6是表示实验例2和比较实验例2的放电灯的灯电压的振幅和点灯时间的关系的曲线图。
图7是表示实验例3的放电灯的灯电压的振幅和短时间点灯的次数的关系的曲线图。
具体实施方式
下面，说明本发明的放电灯点灯装置的实施方式。
图1是表示本发明的放电灯点灯装置的一例的结构的概况的说明图。图1所示的放电灯点灯装置例如在电影院中被用作数字放映机用的光源。该放电灯点灯装置具有放电灯10、对该放电灯10提供电力的点灯电路20、和控制该点灯电路的控制部50。
图2是表示图1所示的放电灯点灯装置使用的放电灯的一例的结构的说明用剖面图。
该放电灯10是短弧型氙气放电灯。该放电灯10的发光管11例如用石英玻璃构成。并且，发光管11具有：发光部12，在其内部形成放电空间的外形大致呈椭圆球状；圆筒状的电极支撑部13，与该发光部12的两端分别成为一体地连续设置，并沿着管轴向外方延伸；密封部14，与电极支撑部13各自的外端成为一体地连续设置，外径大于电极支撑部13的外径。
在该发光管11的发光部12内相互相对地配置分别用高熔点金属例如钨构成的阳极15和阴极16。
具体而言，阳极15由沿着发光管11的管轴方向延伸的电极棒15b、和在该电极棒15b的末端设置的阳极主体15a构成。该阳极主体15a由圆柱状的胴体部和圆锥梯状的末端部构成。
另一方面，阴极16由沿着发光管11的管轴方向延伸的棒状的电极棒16b、和在该电极棒16b的末端设置的阴极主体16a构成。该阴极主体16a由圆柱状的后端部和大致圆锥梯状的末端部构成。
另外，阳极15和阴极16以如下方式配置：使阳极主体15a和阴极主体16a相互相对，而且各自的电极棒15b、16b通过电极支撑部13和密封部14从发光管11的两端突出。并且，在电极棒15b、16b的位于电极支撑部13的部分的周面上设有圆筒状的玻璃部件17。电极棒15b、16b通过该玻璃部件17被支撑在电极支撑部13上。
阳极15和阴极16之间的距离(电极间距离)例如是2～10mm。
对阴极主体16a要求放射电子的功能。因此，在阴极主体16a中含有使工作函数降低的发射材料即电子放射物质。关于阴极主体16a中含有的电子放射物质，能够使用氧化钍(ThO2)、氧化钡(BaO)、氧化锶(SrO)、氧化钙(CaO)等。
在电子放射物质使用氧化钍的情况下，该氧化钍由于动作温度(作为发射器发挥作用的温度)较高，因而优选包含在阴极主体16a整体中或者仅包含在阴极主体16a的末端部中。
另外，在电子放射物质使用氧化钡、氧化锶或者氧化钙的情况下，这些电子放射物质由于动作温度较低，因而优选包含在阴极主体16a的内部中。
阴极主体16a具有碳成分。作为具有碳成分的阴极主体16a的一种方式，如图3所示，能够举出在阴极主体16a的末端附近设有碳化钨层16c的结构。形成有这种碳化钨层16c的位置，优选从阴极16的阴极主体16a的末端面沿着轴向至少后退2mm的位置。并且，碳化钨层16c的厚度优选15～100μm。
当在末端形成15μm以上厚度的熔点较低的碳化钨(W2C或者WC)时，阴极主体16a的末端部的熔融量过大。因此，阴极主体16a的末端直径在短时间内损伤，亮度下降。或者，发光管12的内表面由于碳化钨(W2C或者WC)的蒸发而变黑，放射光的强度下降，因而灯的寿命早早地到期。为了避免产生这些问题，优选在阴极主体16a的末端形成碳化钨层16c。
在发光管11的发光部12内封入了氙气作为发光气体。氙气的封入压力例如是静压0.5～5.0MPa。并且，不在发光部12内封入水银。并且，由于不利于所谓卤素循环作用，因而也不封入臭氧等卤素。
另外，放电灯10的额定电流例如是25～175A，额定电压例如是20～45A，额定功率例如是1～8kW。
图示的例子的点灯电路20是采用所谓开关方式的电路。该点灯电路20由软启动电路21、第1整流/平滑电路22、逆变器电路23、变压器电路24、第2整流/平滑电路25、点火器26构成。
软启动电路21是使放电灯10点灯时的浪涌电流减小的电路。该软启动电路21具有由电阻元件和熔断器构成的电阻器R、根据来自控制部50的指令信号进行动作的开关元件S。
第1整流/平滑电路22是将来自软启动电路21的交流电变换为直流电，并使该直流电变平滑的电路。该第1整流/平滑电路22具有由4个整流二极管D1～D4构成的电桥电路、和电容器C1。
逆变器电路23是将来自第1整流/平滑电路21的直流电变换为例如20～1000kHz的高频电的电路。该逆变器电路23具有由4个开关元件S1～S4构成的电桥电路，这4个开关元件根据来自控制部50的例如脉宽控制信号等进行动作。
变压器电路24是将从逆变器电路23输入到一次侧的高频电的电压变压为适合于将放电灯10点灯的电压，并从二次侧输出的电路。第2整流/平滑电路25是将从变压器电路24的二次侧输出的高频电变为直流电，并使该直流电变平滑的电路。该第2整流/平滑电路25具有两个整流二极管D5、D6、电感器L1、电容器C2。
点火器26是仅在放电灯10的点灯动作时施加高电压的部件。
控制部50具有控制点灯电路20的控制电路，并且具有短时间点灯电路，在放电灯10未稳态点灯的休止期间中，进行使该放电灯10短时间点灯至少一次以上的短时间点灯动作。
在本发明的放电灯点灯装置中，在点灯电路20的点火器26动作时，在放电灯10的阳极15和阴极16之间被施加高电压而产生绝缘破坏。由此，电流开始流过放电灯10。
在产生了绝缘破坏后，流过放电灯10的灯电流的值上升，经过电晕放电而变为电弧放电。并且，在灯电流达到峰值时，阳极15和阴极16上升到足够的温度，由此形成稳定的电弧放电。然后，从点灯电路20提供所需要的直流电，由此实现放电灯10的稳态点灯。
并且，在本发明的放电灯点灯装置中，利用控制部50的短时间点灯电路在预定的定时进行短时间点灯动作，即在放电灯10未稳态点灯的休止期间中，使放电灯10短时间点灯至少一次以上。
例如，通过对放电灯10提供由一个或者多个具有基于直流电流的单向极性的单个脉冲波构成的直流单个脉冲波或者直流单个脉冲波组，执行放电灯10的短时间点灯动作。直流单个脉冲波形成基于急剧的灯电流的上升、下降的波形。该直流单个脉冲波通过点灯电路20及控制部50的动作，以与放电灯10稳态点灯时相同的步骤提供给到放电灯10。
在以上过程中执行短时间点灯动作的预定的定时能够适当设定，只要在放电灯10未稳态点灯的休止期间内即可。
图4是表示本发明的放电灯点灯装置执行短时间点灯动作的预定的定时的具体例的图。在图4中，L1、L2及L3表示放电灯稳态点灯的稳态点灯期间。另外，P、P2及P3表示放电灯未稳态点灯的休止期间。此外，S、S2及S3表示执行短时间点灯动作的短时间点灯动作期间。短时间点灯动作既可以如图4(a)所示在休止期间的放电灯即将启动稳态点灯前执行，也可以如图4(b)所示在休止期间的放电灯刚刚停止稳态点灯后执行，还可以在休止期间的其它定时执行。并且，不需要在每个休止期间执行短时间点灯动作，例如也可以如图4(c)所示在每两次休止期间执行一次短时间点灯动作。
另外，短时间点灯动作中的放电灯10的总点灯时间例如是0.1～700s，优选0.1～100s。
另外，短时间点灯动作中的点灯次数(在短时间点灯动作中提供给到放电灯10的直流单个脉冲波的数量)优选1～20次(直流单个脉冲波的数量是1～20个)。在短时间点灯动作中的点灯次数超过20次的情况下，阴极16的损耗加快而产生亮度的下降，并由于对阳极15的热冲击而产生裂纹，成为寿命缩短的原因。
另外，短时间点灯动作中的一次短时间点灯的点灯时间(提供给到放电灯10的直流单个脉冲波的时间长度)优选0.1～5秒。在一次点灯时间不足0.1秒的情况下，阴极16的温度不能充分上升，不能实现末端的激活。另一方面，在一次点灯时间超过5秒的情况下，已被激活的阴极16的末端重新向不激活的方向发展，不能得到充分的短时间点灯的效果。
另外，在短时间点灯动作中的点灯次数为2次以上的情况下，从一次短时间点灯结束到后续的短时间点灯开始的关断时间优选1秒钟以上，更优选5～30秒。在该关断时间不足1秒钟的情况下，阴极16的温度不能充分下降，在下一次短时间点灯时不能得到足够的热冲击，因而得不到效果。
根据这样的放电灯点灯装置，通过利用控制部50的短时间点灯电路执行短时间点灯动作，即在放电灯10未稳态点灯时，使放电灯10短时间点灯，由此即使是放电灯10长时间点灯的情况下，也能够抑制放电灯10的闪烁的发生，得到较长的闪烁寿命。
在本发明的放电灯点灯装置中，抑制放电灯10的闪烁的发生来得到闪烁寿命的理由是不确定的，例如可以推测如下。
(1)在放电灯10刚刚灭灯后，阴极主体16a的表面形状处于粗糙的状态。并且，在使放电灯10进行短时间点灯动作时，阴极主体16a的表面由于因点灯形成的热量而熔融成为平滑的形状。这样，阴极主体16a的表面被修复为平滑的形状，由此在放电灯10的点灯动作时顺利地进行快速的启动操作。因此，认为阴极主体16a的末端不易损耗，所以能够抑制闪烁的发生。
(2)在阴极主体16a中利用碳化钨层16c等使含有碳成分。例如，碳化钨具有将氧化物发射器还原使作为发射器的功能。并且，在还原中使用的碳与氧化物发射器的氧结合而成为一氧化碳或者二氧化碳提供到灯中。在该一氧化碳或者二氧化碳飞散到放电电弧中时，在等离子中被分解成为碳离子。该碳离子是阳离子，因而被吸引到阴极16侧而冲击阴极主体16a的表面，并再次作为碳化钨进行堆积。在此，在阴极主体16a的表面上堆积的碳化钨由于熔点比通常的钨低，因而即使是短时间的点灯，也容易借助因点灯形成的热量而熔融。因此，认为容易熔融的碳化钨通过短时间点灯而熔融，辅助了上述(1)的作用。
(3)在放电灯10灭灯后，发射器从阴极主体16a的表面消失，但在进行短时间点灯时，电子放射物质借助因点灯形成的热量而还原，并提供到阴极主体16a的表面上。并且，在放电灯10启动点灯时，发射器提供到阴极主体16a的表面上，由此顺利地进行快速的启动操作。因此，认为阴极主体16a的末端不易损耗，所以能够抑制闪烁的发生。
以上对本发明的放电灯点灯装置的实施方式进行了说明，但本发明不限于上述的实施方式，能够实施各种变更。
例如，点灯电路不限于图1所示的电路，也能够采用各种结构的电路。
实施例
<实施例1>
按照图2所示的结构制作了下述规格的放电灯(短弧型氙气放电灯)，使用该放电灯，按照图1所示的结构制作了放电灯点灯装置。
放电灯的规格：
·发光管是石英玻璃制品，发光部的最大外径是42mm，发光部的内容积是40mm3。
·阳极和阴极分别是钨制品，电极间距离是3.0mm。
·在阴极主体整体中含有氧化钍作为电子放射物质。
·在阴极主体的末端附近设有碳化钨层。形成有该碳化钨层的位置是从阴极主体的末端面沿着轴向至少后退2mm的位置，碳化钨层的厚度是30μm。
·在发光管内封入了静压1.6MPa的氙气。
·放电灯的额定电流是75A，额定电压是24V，额定功率是1.8kW。
使用上述的放电灯点灯装置，在下述(1)的条件下反复进行放电灯的稳态点灯，并且在休止期间中即将启动稳态点灯前在下述(2)的条件下执行短时间点灯动作(参照图4(a))。
(1)稳态点灯条件
稳态点灯期间＝2小时
休止期间＝30分钟
(2)短时间点灯动作条件
一次短时间点灯的点灯时间(直流单个脉冲波的时间长度)＝1秒钟
短时间点灯的点灯次数＝5次(直流单个脉冲波的数量＝5个)
短时间点灯的总点灯时间＝5秒钟
从一次短时间点灯结束到后续的短时间点灯开始的关断时间＝15秒钟并且，当在放电灯产生闪烁时，灯电压的振幅(灯电压的短时间的变动值)增大，因而确认到了灯电压的振幅与放电灯的总点灯时间的关系。其结果在图5中用实线示出。
并且，测定了截止到灯电压的振幅达到1.2V以上的总点灯时间作为闪烁寿命。其结果是，放电灯的闪烁寿命是2200小时。
<比较实验例1>
除了不进行短时间点灯动作以外，在与实验例1相同的条件下使放电灯稳态点灯，确认了灯电压的振幅与放电灯的总点灯时间的关系。其结果在图5中用虚线示出。
另外，与实验例1相同地测定了放电灯的闪烁寿命。其结果是，放电灯的闪烁寿命是1500小时。
<实验例2>
使用与实验例1相同结构的放电灯点灯装置，在下述(1)的条件下反复进行放电灯的稳态点灯，并且当在休止期间中稳态点灯刚刚停止后，在下述(2)的条件下进行了短时间点灯动作(参照图4(b))。
(1)稳态点灯条件
稳态点灯期间＝2小时
休止期间＝30分钟
(2)短时间点灯动作条件
一次短时间点灯的点灯时间(直流单个脉冲波的时间长度)＝1秒钟
短时间点灯的点灯次数＝5次(直流单个脉冲波的数量是5个)
短时间点灯的总点灯时间＝5秒钟
从一次短时间点灯结束到后续的短时间点灯开始的关断时间＝15秒钟并且，当在放电灯产生闪烁时，灯电压的振幅(灯电压的短时间的变动值)增大，因而确认了灯电压的振幅与放电灯的总点灯时间的关系。其结果在图6中用实线示出。
并且，测定了截止到灯电压的振幅达到1.2V以上的总点灯时间作为闪烁寿命。其结果是，放电灯的闪烁寿命是2200小时。
<比较实验例2>
除了不进行短时间点灯动作以外，在与实验例2相同的条件下使放电灯稳态点灯，确认了灯电压的振幅与放电灯的总点灯时间的关系。其结果在图6中用虚线示出。
另外，与实验例2相同地测定了放电灯的闪烁寿命。其结果是，放电灯的闪烁寿命是1300小时。
根据以上的结果可知，通过在放电灯未稳态点灯时进行短时间点灯动作，即使是使放电灯长时间点灯的情况下，也能够确认到抑制了闪烁的发生，得到较长的闪烁寿命。
<实验例3>
按照图2所示的结构制作了下述规格的放电灯，使用这些放电灯，按照图1所示的结构制作了放电灯点灯装置。
放电灯的规格：
·发光管是石英玻璃制品，发光部的最大外径是42mm，发光部的内容积是40mm3。
·阳极和阴极分别是钨制品，电极间距离是3.0mm。
·在阴极主体整体中含有氧化钍作为电子放射物质。
·在阴极主体的末端附近设有碳化钨层。形成有该碳化钨层的位置是从阴极主体的末端面沿着轴向后退2mm的位置，碳化钨层的厚度是30μm。
·在发光管内封入了静压1.9MPa的氙气。
·放电灯的额定电流是75A，额定电压是24V，额定功率是1.8kW。
使用上述的放电灯点灯装置，在下述(1)的条件下反复进行放电灯的稳态点灯，并且在休止期间中即将启动稳态点灯前在下述(2)的条件下执行短时间点灯动作(参照图4(a))。
(1)稳态点灯条件
稳态点灯期间＝2小时
休止期间＝30分钟
(2)短时间点灯动作条件
条件a：
没有短时间点灯动作
条件b：
一次短时间点灯的点灯时间(直流单个脉冲波的时间长度)＝1秒钟
短时间点灯的点灯次数＝5次(直流单个脉冲波的数量是5个)
短时间点灯的总点灯时间＝5秒钟
从一次短时间点灯结束到后续的短时间点灯开始的关断时间＝15秒钟条件c：
一次短时间点灯的点灯时间(直流单个脉冲波的时间长度)＝1秒钟
短时间点灯的点灯次数＝20次(直流单个脉冲波的数量是20个)
短时间点灯的总点灯时间＝20秒钟
从一次短时间点灯结束到后续的短时间点灯开始的关断时间＝15秒钟并且，测定了放电灯的总点灯时间经过了250小时时的灯电压的振幅，并确认了灯电压的振幅与短时间点灯的点灯次数的关系。其结果如图7所示。
<实验例4>
将放电灯变更为下述规格的放电灯，除此以外与实验例3相同，进行了放电灯的稳态点灯以及短时间点灯动作。并且，测定了放电灯的总点灯时间经过了250小时时的灯电压的振幅，并确认了灯电压的振幅与短时间点灯的点灯次数的关系。其结果如图7所示。
放电灯的规格：
·发光管是石英玻璃制品，发光部的最大外径是42mm，发光部的内容积是40mm3。
·阳极和阴极分别是钨制品，电极间距离是3.7mm。
·在阴极主体整体中含有氧化钍作为电子放射物质。
·在阴极主体的末端附近设有碳化钨层。形成有该碳化钨层的位置是从阴极主体的末端面沿着轴向后退2mm的位置，碳化钨层的厚度是30μm。
·在发光管内封入了静压1.9MPa的氙气。
·放电灯的额定电流是75A，额定电压是27V，额定功率是2.0kW。
根据图7的结果可知，如果短时间点灯的点灯次数是5～20次(条件b和条件c)，则灯电压的振幅降低，因此能够确认到确实抑制了闪烁的发生。
标号说明
10放电灯；11发光管；12发光部；13电极支撑部；14密封部；15阳极；15a阳极主体；15b电极棒；16阴极；16a阴极主体；16b电极棒；16c碳化钨层；17玻璃部件；20点灯电路；21软启动电路；22第1整流/平滑电路；23逆变器电路；24变压器电路；25第2整流/平滑电路；26点火器；30交流电源；50控制部；C1、C2电容器；D1～D6整流二极管；L1电感器；R电阻器；S1、S1～S4开关元件。
Claims (5)
1.一种放电灯点灯装置，包括：短弧型的放电灯，具有发光管、在该发光管内相互相对配置的阳极及阴极和被封入在所述发光管内的氙气，所述阴极具有电子放射物质并且具有碳成分；点灯电路，对该放电灯提供电力；以及控制部，控制该点灯电路，
所述放电灯点灯装置的特征在于，
所述控制部具有短时间点灯电路，该短时间点灯电路在所述放电灯未稳态点灯的休止期间中，进行使该放电灯短时间点灯至少一次以上的短时间点灯动作。
2.根据权利要求1所述的放电灯点灯装置，其特征在于，
所述短时间点灯动作中的总点灯时间是0.1～700秒。
3.根据权利要求1或2所述的放电灯点灯装置，其特征在于，
所述短时间点灯动作中的点灯次数是1～20次。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的放电灯点灯装置，其特征在于，
所述短时间点灯动作中的一次短时间点灯的点灯时间是0.1～5秒。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的放电灯点灯装置，其特征在于，
所述短时间点灯动作中的点灯次数是两次以上，从一次短时间点灯结束到后续的短时间点灯开始的关断时间是1秒以上。
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