CN1638592A - 高压放电灯照明装置及投影装置 - Google Patents

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Abstract

一种高压放电灯照明装置，在DLP型投影装置中使用的交流照明型放电灯的照明装置中，提供能够圆满解决伴随死区时间的灯电流减弱和光量减弱的结构。由以下部分构成：在由石英玻璃制成的放电容器内部设有相对的一对电极、并在放电容器的外部设有触发电极的高压放电灯；以及向该高压放电灯提供交流放电电流的供电装置。所述供电装置包括：在照明起动时使所述触发电极产生高压的起动电路；具有至少2个开关元件的转换电路；作为所述转换电路的后级而与放电灯串联的线圈；以及对所述开关元件设置死区时间并交替进行接通断开驱动的控制部，所述线圈的电感小于等于210μH。

Description

高压放电灯照明装置及投影装置
技术领域
本发明涉及高压放电灯照明装置及投影装置。
背景技术
一般来说，投影装置具有使用液晶面板的方式和使用DLP的方式。
使用液晶面板的方式包括1块式和3块式，不管哪种方式，都是将来自光源的发射光分离为3色(RGB)，在液晶面板中对图像信息所对应的光进行透射调整，之后合成透过面板的3色光，并投射到屏幕上。
另一方面，使用DLP的方式是使来自光源的发射光经过分割形成RGB区域的旋转滤光器而对空间调制元件(也称为光调制装置，具体地说，称为DMD元件等)等进行分时照射，由该DMD元件反射特定的光，投射到屏幕上。DMD元件是按像素布设数百万个小镜子的元件，通过控制一个一个小镜子的方向来控制光的投射。
DLP方式与液晶方式相比，光学系统较简单，同时不需要使用3块液晶面板，因此，具有装置整体小型、简单的优点。
这些投影装置的光源常常使用高压放电灯，特别是超高压水银灯。
图5是交流放电灯的一般性电路示意图。
电路由直流电源VDC、带开关元件Qx的降压限制电路1、由开关元件Q1～Q4组成的全桥式电路2以及照明起动用的起动电路3构成。
电路的工作如下：在从直流电源向全桥式电路2提供电压、电流的同时，全桥式电路2的开关元件Q1、Q4和开关元件Q2、Q3交替接通，向放电灯10提供交流矩形波电压，以使高压放电灯点亮。另外，放电灯10起动时，从所述起动电路3向放电灯10施加高压脉冲，从而使灯起动。
在全桥式电路2中，设置所谓死区时间(dead time)，即开关元件Q1～Q4全部关闭的时间。其用于防止串扰电流，防止开关元件Q1～Q4的破损。
在死区时间结束后，接通任意一个开关元件，灯中的电流不会马上达到希望的量，而是以缓慢上升的波形慢慢增加到希望的量。这是因为从全桥式电路2的输出到放电灯之间存在线圈L1、电容器C1、变压器Tr1。
这种灯电流的缓慢上升，灯电流虽不是零，但供给量不足，因此，成为降低放电灯的光输出的主要原因。
这种死区时间的产生以及死区时间结束后灯电流的缓慢上升，在一般的使用上不会产生特别的问题。这是因为由死区时间以及其后电流缓慢上升造成的光的下降只有数百μ秒左右，这种程度的光输出变化在应用上不会产生什么影响。
但是，在使用了空间调制元件、旋转色滤光器的色顺式投影装置中却成为致命的问题。这是因为使用了空间调制元件和旋转滤光器的情况下，即使数10μ秒左右的光输出的变化，也会对投影图像的精度产生很大的影响。
[专利文献1]特开昭62-26796号
发明内容
本发明所解决的课题在于，对于DLP型投影装置中使用的交流照明型放电灯的照明装置，提供能够圆满解决伴随极性切换而产生的灯功率和光量下降的结构。
为了解决所述课题，权利要求1的高压放电灯照明装置由以下部分构成：在由石英玻璃制成的放电容器内部设有相对的一对电极、并在放电容器的外部设有触发电极的高压放电灯；以及向该高压放电灯提供交流放电电流的供电装置。
并且，所述供电装置包括：在照明起动时使所述触发电极产生高压的起动电路3；具有至少2个开关元件的转换电路；作为所述转换电路的后级而与放电灯串联的线圈；以及对所述开关元件设置死区时间并交替进行接通断开驱动的控制部，所述线圈的电感小于等于210μH。
再有，权利要求2的投影装置由至少形成了RGB色区域的旋转滤光器、该旋转滤光器的旋转驱动装置、接收通过了该旋转滤光器的光的空间调制元件、以及高压放电灯装置构成。
并且，所述照明装置的特征在于，由以下部分构成：在由石英玻璃制成的放电容器内部设有相对的一对电极、并在放电容器的外部设有触发电极的高压放电灯；以及向该高压放电灯提供交流放电电流的供电装置，所述供电装置包括：在照明起动时使所述触发电极产生高压的起动电路；具有至少2个开关元件的转换电路；作为所述转换电路的后级而与放电灯串联的小于等于210μH的线圈；以及对所述开关元件设置死区时间并交替进行接通断开驱动的控制部，所述控制部，与所述旋转滤光器和所述空间调制元件非同步地，对开关元件进行接通断开驱动。
再有，权利要求3的高压放电灯照明装置由以下部分构成：在由石英玻璃制成的放电容器内部设有相对的一对电极的高压放电灯；以及向该高压放电灯提供交流放电电流的供电装置。所述供电装置的特征在于包括：在照明起动时向所述一对电极施加直流高压的起动电路；具有至少2个开关元件的转换电路；作为所述转换电路的后级而与放电灯串联的线圈；以及对所述开关元件设置死区时间并交替进行接通断开驱动的控制部，所述起动电路由与所述放电灯并联的电容器、对该电容器进行充电的充电电路、与放电灯串联且防止所述电容器的直流高压倒流的防止倒流二极管、以及正常照明时使该防止倒流二极管短路的开关电路构成，所述线圈的电感小于等于210μH。
权利要求4的投影装置由至少形成RGB色区域的旋转滤光器、该旋转滤光器的旋转驱动装置、接收通过了该旋转滤光器的光的空间调制元件、以及高压放电灯装置构成。
并且，所述照明装置的特征在于，由以下部分构成：在由石英玻璃制成的放电容器内部，设有相对的一对电极的高压放电灯；以及向该高压放电灯提供交流放电电流的供电装置，所述供电装置包括：在照明起动时对所述一对电极施加直流高压高压的起动电路；具有至少2个开关元件的转换电路；作为所述转换电路的后级而与放电灯串联的小于等于210μH的线圈；以及对所述开关元件设置死区时间并交替进行接通断开驱动的控制部，所述起动电路由与所述放电灯并联的电容器、对该电容器进行充电的充电电路、与放电灯串联且防止所述电容器的直流高压倒流的防止倒流二极管、以及正常照明时使该防止倒流二极管短路的开关电路构成，所述控制部与所述旋转滤光器和所述空间调制元件非同步地对开关元件进行接通断开驱动。
再有，权利要求5的高压放电灯照明装置的特征在于：所述供电装置使用从60Hz～1000Hz的范围选择的频率作为正常照明频率对放电灯进行照明控制，并且，间歇性地短时间使用比该正常照明频率低的频率、而且在5Hz～100Hz的范围选择的频率进行照明。
发明的效果
首先，本发明人发现：在放电灯的外部设置了触发电极的所谓外部触发方式的放电灯中，通过使与该放电灯串列的线圈的电感小于等于210μH，可以使伴随放电灯极性切换而产生的光输出下降减小至不影响实际应用的程度。这样，就不必与DMD等空间调制元件或旋转滤光器同步，无需为了实现同步控制而采用专用电路，而且，还可以获得放电灯进行交流照明时的极性切换动作与空间调制元件或旋转滤光器无关的巨大效果。
还有，本发明人发现：在放电灯照明起动时施加直流高压的所谓DC起动方式的放电灯中，也具有同样的效果。
附图说明
图1表示本发明的高压放电灯照明装置。
图2表示本发明的高压放电灯照明装置的电流波形。
图3表示本发明的高压放电灯照明装置。
图4表示放电灯的整体图。
图5表示交流放电灯的一般性电路。
图6表示投影装置的整体结构。
图7表示旋转滤光器。
图8表示说明突起的图。
图9表示说明突起的图。
图10表示控制突起的电流脉冲。
图11表示表明本发明效果的实验结果。
具体实施方式
图1表示权利要求1的高压放电灯照明装置的大致结构。
照明装置由放电灯10和供电装置构成。供电装置由以下部分构成：提供直流电压的降压限制电路1；与降压限制电路1的输出端相连，将直流电压变为交流矩形波电压，并将其提供给高压放电灯10(以下称为「放电灯」)的全桥式转换电路2(以下称为「全桥式电路」)；与放电灯串联的线圈L1；电容器C1；以及起动电路3。
另外，由降压限制电路1、全桥式电路2、以及起动电路3构成供电装置，再含有放电灯10而构成照明装置。
降压限制电路1与直流电源VDC连接，由开关元件Qx、二极管Dx、线圈Lx、滤波电容器Cx、以及开关元件Qx的驱动电路Gx构成。开关元件Qx由驱动电路Gx进行接通/断开驱动。该驱动通过控制解谐(デイ一テユ)比来控制供给放电灯10的电流或电功率。
全桥式电路2由开关元件Q1～Q4、开关元件Q1～Q4的驱动电路G1～G4构成，其中，所述开关元件Q1～Q4由以桥状连接的晶体管或FET构成。另外，在开关元件Q1～Q4上，也可以分别反相并联连接二极管，不过，在本实施例中省略了二极管。
所述开关元件Q1～Q4通过控制部、由驱动电路G1～G4驱动，向放电灯10提供交流矩形波电流，以使放电灯10点亮。
具体动作是：交替接通开关元件Q1、Q4与开关元件Q2、Q3，按降压限制电路1→开关元件Q1→放电灯10→线圈L1→开关元件Q4→降压限制电路1，以及降压限制电路1→开关元件Q2→线圈L1→放电灯10→开关元件Q3→降压限制电路1的路径，向放电灯10提供交流矩形波电流。
在驱动所述开关元件Q1～Q4时，为了防止开关元件Q1～Q4同时接通，如上所述，在交流矩形波的极性切换时，设置开关元件Q1～Q4全部关闭的期间(死区时间Td)。
另外，提供给放电灯10的交流矩形波输出的频率范围是60～1000Hz，例如200Hz。另外，所述死区时间通常在0.5μs～10μs的范围内，当交流矩形波输出的频率是200Hz时，死区时间Td可选为例如1μs左右。
图2表示在死区时间放电灯10的影响。(a)示意地表示在放电灯10中流过的电流波形，(b)示意地表示放电灯10的功率波形，(c)示意地表示从放电灯10发射的光输出。
横轴在(a)、(b)、(c)中均表示时间，纵轴在(a)中表示电流量，在(b)中表示电功率量，在(c)中表示光输出值。在(a)中，电流波形I1为接通开关元件Q1、Q4时流过的电流波形，波形I2表示接通开关元件Q2、Q3时流过的电流波形。在两个波形之间形成的电流量为0的期间Td表示所谓的死区时间。
现在，我们着眼于电流波形I1时将会发现，在死区时间Td之后存在上升期间T1。
正是上升期间T1使放电灯的光输出降低而影响了投影图像精度，本发明解决了这一问题。
起动电路3由电阻R1、开关元件Q5、电容器C2、高压变压器T2、开关元件Q5的驱动电路G5构成。由于起动电路3的高压输入端和低压输入端与放电灯10并联，因此，也会对起动电路3提供与施加到放电灯10的电压同样的电压。起动电路3接收该施加电压之后，通过电阻R1，电容器C2被充电。
开关元件Q5由SCR晶体闸流管等构成。驱动电路G5使开关元件Q5导通后，电容器C2的充电电压就在高压变压器T2的一次线圈中产生，在二次线圈中也产生破坏绝缘的触发电压。
此处，高压变压器T2的二次线圈的一端作为触发电极Et，设置在放电灯10的外表面。而二次线圈的另一端与放电灯10的一个电极电连接。
根据这种电路结构，如果在放电灯10照明起动时产生触发电压，那么在触发电极Et与放电容器中的电极之间夹设有石英玻璃(放电容器的构成材料)的所谓介质阻挡放电将发生。若通过所述介质阻挡放电，在放电容器中产生等离子体，则以该等离子体为种子，预先施加在放电容器的第一电极与第二电极之间的无负载开路电压就会导致产生放电。
触发电压为5Kv～20Kv，例如13Kv。此外，无负载开路电压为250v～400v，例如350v。
此处，触发电极Et设置于放电容器的外面，而不是如图5所示的电路那样，使高压发生变压器与放电灯串联。总之，其主要特征在于，不是采用使照明起动时的高压在放电灯的电极之间产生的方式(以下也称为「外部触发方式」)。
这种电路结构的优点在于：仅在照明起动时需要的高压发生用电感(高压发生用变压器的二次线圈)在照明起动后不存在于电流供给路径中。
具体来说，在图5所示的电路结构中，即使在放电灯点亮后，灯电流也会流过电感高的二次线圈。
本发明阻止了所述二次线圈成为所述电流上升期间T1变长的原因，通过去除该电感成分，达到防止放电灯的光输出降低和投影图像精度降低的目的。
另外，在图5所示的电路中，用切换开关等形成照明起动后在电流供给路径中不再用二次线圈的电路，理论上也行得通，但是因为会增加元件数量，导致电路结构复杂，增大体积，故并不理想。特别是由于投影装置的小型化要求很强烈，因此，就强烈要求电路结构简单化。
另外，本发明的特征在于：在所述外部触发方式这一新的见解的基础上，还应使在从全桥式电路2的输出至放电灯10的电流供给路径中的电感成分小于210μH。
严格地说，电感不仅指在线圈L1中，而且还有在放电灯10正常点亮时形成的电流回路中电感的总和。但是，由于有代表性的是由线圈L1的电感决定的，因此，在本发明中，着眼于线圈L1的电感进行数值规定。因此，电感的数值确定最好是在正常点亮时的电流回路中，即电容器Cx、全桥式电路2、线圈L1、放电灯10、全桥式电路2、电容器Cx中电感的总和，但是从实用效果来考虑，可以将线圈L1用于数值规定。
本发明人发现，如果因放电灯的极性切换产生的功率下降(功率的瞬间下降)为12μ秒以下，那么作为DLP式投影装置的光源，实际上光输出的下降不会出现问题。同时还发现，如果功率下降为6μ秒以下，那么就可以完全不受光输出降低的影响，如同放电灯不进行极性切换那样，形成与直流开灯时相同的点亮状态。
再重复一遍，在图5所示的以往技术的电路方式，即用于照明起动的高压产生变压器的二次线圈与放电灯串联的电路方式中，由于电感电路结构而导致难以使电感达到小于等于210μH。在本发明，正因为采用了外部触发电路方式才达到了减少电感的设想。
另外，为防止放电灯正常照明时的噪音，线圈L1、电容器C1是必须的，具体地说，在0.15μH或以上比较理想。
图3表示涉及权利要求3的高压放电灯照明装置的大致结构。
降压限制电路1及全桥式电路2的结构、动作与图1的电路均相同，不同之处仅在于起动电路3。因此，省略了对降压限制电路1及全桥式电路2的说明。
起动电路3由电阻R1、开关元件Q5、电容器C2、电容器C3、变压器T2构成。由于起动电路3的高压输入端和低压输入端与全桥式电路2并联，因此，也会对起动电路3提供与施加到全桥式电路2的电压同样的电压。起动电路3接收所述电压后，通过电阻R1对电容器C2充电。
开关元件Q5由晶体闸流管等元件构成。当电容器C2的电压达到规定值时，开关元件Q6导通，通过变压器T2，电容器C3被充电。当电容器C3达到规定的高压时，电容器C3开始放电，向放电灯10提供电流。该放电电流为直流，据此，放电灯10开始放电。二极管D2用于防止电容器C2的放电电流向全桥式电路2倒流，在放电灯10开始放电后，开关SW关闭，以使二极管D2短路。
之后，通过开关SW，从全桥式电路2向放电灯10提供规定的电流。
因此，电容器C3是向放电灯10施加直流高压的电容器，二极管D2是针对电容器C3的直流高压的防止倒流二极管，开关SW是使防止倒流二极管D2短路的开关电路。
另外，电容器C3不限于与放电灯10并联的结构，例如，也可以使其与防止倒流二极管D2并联。
这种电路结构，由于从照明起动后的对放电灯10提供电流的电流供给路径中去除了起动电路3，因此，仅在照明起动时需要的用于产生高压的电感成分，例如变压器T2等，在照明起动后并不存在于电流供给路径中。
此外，线圈L1仅从防止噪音的观点出发可设定得很小。结果，与图1所示的电路一样可以防止放电灯光输出的降低和投影图像精度的降低。
图4表示放电灯的整体结构。(a)为表示内部结构的剖面图，(b)为表示包含触发电极的外观图。另外，在(a)中省略了触发电极。图3所示的放电灯没有触发电极Et。
放电灯10具有由石英玻璃制成的放电容器形成的近似球形的发光部11，在所述发光部11中设有相对的一对电极20。密封部12从发光部11的两端伸出而形成，在这些密封部12内，由收缩封条气密地埋设了通常由钼形成的导电金属箔13。将一对电极20的轴部与金属箔13焊接在一起，形成电连接，在金属箔13的另一端焊接有突出于外部的外部导线14。
触发电极Et设置在发光部11的外面。触发电极Et从图1的起动电路3导出，卷绕一个密封部12的根部之后，以与发光部11的表面接触跨设的方式设置，并卷绕在另一密封部12的根部。
发光部11中封入了水银、稀有气体、卤素气体。
水银用于获得必要的可视光波长，例如波长为400～700nm的发射光，封入量大于0.15mg/mm3。该封入量因温度条件而不同，要在照明时形成150气压以上的极高蒸气压。此外，可以通过封入更多的水银，制作照明时的水银蒸气压在200气压以上、300气压以上的高水银蒸气压放电灯，水银蒸气压越高，越可以获得适合投影装置的理想光源。
稀有气体例如可以封入约13kPa的氩气，以便改善照明起动性能。
卤素是以碘、溴、氯等与水银或其它金属形成化合物的形态封入的，卤素的封入量从10-6～10-2μmol/mm3的范围中选择。虽然具有利用卤素周期延长寿命的作用，但对于如本发明的放电灯的这样的极小型的具有高内压的装置而言，封入所述卤素的主要目的在于防止放电容器丧失透明度。
放电灯的数值可以采用：发光部的最大外径9.4mm，电极间距1.0mm，发光管内容积85mm3，额定电压为75V，额定功率为120W，从而实现交流照明。
这种放电灯内置于小型化投影装置中，由于要求装置整体尺寸极小但光量较高，因此，发光管部内的热的影响极大，灯管壁的负荷值为0.8～2.0W/mm2，具体地说，为1.3W/mm2。
在将具有这种高水银蒸气压及管壁负荷值的装置安装于投影装置或顶式投影仪之类的显示仪器上时，可以提供色调效果良好的放射光。
在图1和图3中，虽然利用由4个开关元件形成的电路对全桥式电路2进行了说明，但不应局限于这种形态，也可以采用其它的电路结构。特别是开关元件数可以不是4个，只要采用至少2个开关元件，中间夹着死区时间，能够交替进行接通关闭驱动就可以。
此外，降压限制电路不是必要的构成元件，作为电流量调整部件，也可以采用其它的电路方式。
再有，降压限制电路中存在的电容器Cx可以采用在照明起动时和正常照明时容量变化的结构。这种结构可以考虑，例如并联多个电容器，通过开关元件来切换电路结构。
图6表示投影装置的大致结构。其由光源100、旋转滤光器200、棒状积分透镜300、透镜400、空间调制元件500(下面也称为DMD元件)、透镜600构成。光源装置100由放电灯10和凹面反射镜30构成。
在光源装置100中，放电灯10的电弧亮点与凹面反射镜30的第一焦点一致。凹面反射镜30的第二焦点位于棒状积分透镜300的入射端，凹面反射镜30的反射光通过旋转滤光器200入射到棒状积分透镜300。放电灯10通过供电控制装置30进行供电控制。滤光器200通过滤光器控制装置210进行旋转控制，DMD元件500通过控制装置510进行控制。
另外，放电灯10例如可以在额定功率120W、额定电流1.6A的条件下照明。在凹面反射镜30的前面开口处安装了透光玻璃部件21。
图7是旋转滤光器200的放大图。(a)表示投影蓝色时的状态，
(b)表示投影蓝色和绿色的边界的状态。
旋转滤光器也称为颜色过滤装置，由园盘状的玻璃构成。在滤光器中分别形成红(R)、绿(G)、蓝(B)的扇形区域。
从光源装置100发出的反射光透过形成于旋转滤光器200上的光透射区域201。通过滤光器200转动，将与光透射区域201对应的颜色依次导入后级的棒状透镜中。由于红(R)、绿(G)、蓝(B)被分时投影，因此，某一瞬间只能投影某一种颜色，但是人眼依然能将这些颜色或它们的混合色作为图像来识别。此外，在红(R)、绿(G)、蓝(B)之外，有时也设置白色(W)。白色(W)是为了使图像整体显得更明亮，对该实施例未举例说明。
此处，滤光器200例如以180Hz旋转(每秒180转)，因此，1秒钟内，红、绿、蓝被投影180次。
这些投影装置的光源通常使用高压放电灯，尤其是超高压水银灯。在交流照明时，大体在150Hz～200Hz的频率范围照明。
此处，本发明的高压放电灯照明装置具有这样的效果，即：放电灯的照明频率无需与空间调制元件的驱动频率或旋转滤光器的颜色变化频率同步，因而可以独立进行频率控制。
对于这一点详细一些的说明就是，在以往的照明装置中会发生以下现象，即：放电灯的照明频率必须与空间调制元件的驱动频率同步，放电灯极性切换时序会扰乱影像信息，使图像精度降低。因此，必须使照明频率与空间调制元件的驱动频率同步，以使放电灯的极性切换时间不影响空间调制元件的驱动。例如，在影像信号为PAL信号且空间调制元件的驱动频率为50Hz时，使放电灯也与50Hz同步，以150Hz或200Hz进行照明控制。另外，当影像信号为NTSC信号且DMD元件的驱动频率为60Hz时，使放电灯也与60Hz同步，以180Hz进行照明控制。
因此，为了与空间调制元件同步，放电灯的供电装置就需要用于实现与空间调制元件同步的同步端口、同步控制电路、以及根据空间调制元件的驱动频率使频率变化的频率选择电路等。
还有，与旋转滤光器之间的同步，是由于放电灯极性切换的时序与颜色变化的时序一致可以有效地防止投影影像的不稳定。
因此，供电装置为了与旋转滤光器的颜色变化频率同步，同样需要与同步控制相关的电路。
但是，本发明的高压放电灯照明装置由于，第一，采用了外部触发方式或DC起动方式，第二，使从全桥式电路的输出至放电灯之间的电流供给路径中的电感小于210μH，从而能够防止实际上的功率下降以及光下降。因此，不必使放电灯的照明频率与空间调制元件的驱动频率或旋转滤光器的颜色变化频率同步，从而可以独立且非同步地进行驱动控制。这一点是使用本发明的高压放电灯照明装置的投影装置的一大特征。
此处，如本发明的交流照明型高压放电灯那样，当采用的结构为电极间距小于2mm，在发光部中封入0.15mg/mm3以上的水银、稀有气体以及1×10-6～1×10-2μmol/mm3范围的卤素时，随着灯经过照明时间，会出现在电极顶端生成突起的现象。
这种现象不是很明白，但可以作以下的推断。即，照明时从电极顶端附近的高温部蒸发的钨与发光管中存在的卤素或残留氧结合，例如，假如作为卤素封入了溴(Br)，那么就以WBr、WBr2、WO、WO2、WO2Br、WO2Br2等钨化合物存在。这些化合物在电极顶端附近的气相中的高温部分解成钨原子或阳离子。而且可以认为：由于温度扩散(钨原子从气相中的高温部＝电弧中心向低温部＝电极顶端附近的钨原子的扩散)，以及在电弧中钨原子电离成为阳离子，当阴极工作时，通过电解被吸引到阴极方向(漂移)，因而在电极顶端附近的气相中的钨蒸气密度增高，从电极顶端析出而形成突起。
图8是电极顶端及突起的示意图。一对电极20分别由球部20a和轴部20b构成，在球部20a的顶端形成了突起21。另外，在照明开始时如果突起不存在，则通过之后的照明，将产生图中所示的突起21，通过该突起20产生电弧放电A。
但是，在所述突起的产生生长中存在几个问题。
第一，灯电压的变化。所述突起在灯的制造完成时即还未照明的阶段不存在，随着之后的照明而产生、生长。突起的形成因灯的种类不同而不同，大概要经过80～100分钟完成。即，在该突起形成并发展到基本稳定的期间，随着照明时间的加长，电极间距变短，放电灯的照明电压也会降低。
第二，光利用效率的降低。所述突起并不仅仅产生于电极轴上。例如，假如象(a)那样沿电极轴L形成，则不会产生问题，但有时候也会象(b)那样形成于电极轴L之外。在这种情况下，电弧位置也会离开电极轴L，在作为点光源设计的光学系统中，出现光的利用效率降低的大问题。
此处，还知道：通过不使照明频率固定不变而使其适当变化，也能抑制突起的生长，通过改变频率，可以抑制不希望的突起的生长、发展。
本发明的高压放电灯照明装置也可以圆满解决与这种突起形成相关的问题。这是因为，如上面所述，由于不必考虑放电灯的极性切换时序与空间调制元件或旋转滤光器同步的因素，因而可以以控制突起为出发点而进行频率控制。
图9为表示突起的生长与放电灯的频率控制之间的关系的示意图。图10表示正常照明时的照明频率和为达到控制突起的目的而使频率周期性变化的状态。
在图9中，在电极20的顶端卷绕线圈，该线圈熔化并在顶端形成大直径部。在大直径部的顶端形成突起21。(a)表示照明频率不变化，通常以150Hz正常照明的状态。(b)表示在以150Hz正常照明时，间歇、短暂地改变频率的状态。两图均是左图表示照明起动初期突起形成时的状态，右图表示照明数百小时后电极的状态。
图10表示在正常照明频率150Hz中，以1分钟1次的节奏夹入低频率例如10Hz的照明频率时电流的状态。
从图9可以看出，在不控制频率(参照图(a))的情况下，当初存在的突起21会损耗，同时新的突起21’又在不希望的位置处产生。另一方面，为了控制突起的生长而调整了频率(参照图(b))，则可以抑制不希望的突起的生长。
这样，本发明的高压放电灯照明装置具有以下一大特征：由于可以不必考虑与空间调制元件或旋转滤光器之间的关系来调整照明频率，因此，可以很好地调整突起。
此处，在电极顶端产生突起的现象并不是放电灯的一般现象。在以本发明为对象的放电灯，即当它的结构是电极间距小于2mm，在发光部中封入0.15mg/mm3以上的水银、稀有气体、以及1×10-6～1×10-2μmol/mm3范围的卤素的情况下，随着照明时间的流逝，在电极顶端会生成突起。
在本发明中，当正常照明时的频率为60Hz～1000Hz时，以低于该正常照明频率的、且1～100Hz的频率进行照明。举例来说，如果正常照明时频率为150Hz，那么以7.5Hz的频率进行照明。
使频率变化的时序在30秒～2分钟的正常频率照明时间中进行1～5周期的短时间的低频率照明。具体地说，就是在1分钟正常照明频率中按1周期的比例夹入低频率照明。
此处，本发明在图1中对外部触发方式的供电装置进行了说明，在图3中对DC起动方式的供电装置进行了说明。但是这些实施例的差异仅在于灯照明起动的结构不一样，而对于把在照明起动中必需的电感成分从正常照明时的电路回路中去除这一点则是一样的。
因此，在不采用这些照明起动方式，或者在采用这些照明起动方式的同时，与放电灯串联而插入电感的电路方式中，也可以象本发明一样，使电感值小于210μH。
最后，对将线圈的电感值设定为小于210μH的原因进行说明。
在实验中，使用了图1所示的供电装置和图6所示的投影装置，改变线圈L1的值，检测光输出的下降状态。使放电灯在额定电压120W、照明频率150Hz的条件下照明。
具体地说，在照明起动后，进入了正常照明状态时，一边改变线圈L1(图1所示)，一边对于各线圈L1，以大约1分钟左右，观察投影至屏幕上的影像，同时判断影像的闪烁。另外，使空间调制元件或旋转滤光器与放电灯的极性切换时序不同步。再有，测定伴随各电感值的极性切换而产生的功率波形的下降(相当于图2(b))。以半值宽度测定该功率波形的下降幅度。
实验结果如图11所示。
其分别表示各电感(例如0μH、10.1μH、20.5μH…)的功率波形的下降幅度、影像闪烁的状态、以及判定。
所述实验结果表明，当电感在76.1μH以下时，影像几乎不发生闪烁，当电感在85.6μH至206.0μH时，只稍微有点闪烁，但不影响实际使用。而当电感为216.1μH时，影像的闪烁将影响到实际使用。
因此，我们发现，如果电感小于等于210μH(实验值为206.0μH是考虑了检测误差等)，则伴随极性切换而产生的光输出的下降以及随之出现的影像闪烁处于不会产生问题的水平，结果可以看出，不必与空间调制元件或旋转滤光器同步就可以使用。还可以看出，如果电感值小于等于80.0μH(实验值为76.1μH是考虑了检测误差等)，可以获得更理想的优质投影图像。

Claims (5)

1.一种高压放电灯照明装置，由以下部分构成：在由石英玻璃制成的放电容器内部设有相对的一对电极、并在放电容器的外部设有触发电极的高压放电灯；以及向该高压放电灯提供交流放电电流的供电装置，其特征在于：
所述供电装置包括：在照明起动时使所述触发电极产生高压的起动电路；具有至少2个开关元件的转换电路；作为所述转换电路的后级而与放电灯串联的线圈；以及对所述开关元件设置死区时间并交替进行接通断开驱动的控制部，
所述线圈的电感小于等于210μH。
2.一种投影装置，由至少形成了RGB色区域的旋转滤光器、所述旋转滤光器的旋转驱动装置、接收通过了所述旋转滤光器的光的空间调制元件、以及高压放电灯装置构成，其特征在于，
所述照明装置由以下部分构成：在由石英玻璃制成的放电容器内部设有相对的一对电极、并在放电容器的外部设有触发电极的高压放电灯；以及向该高压放电灯提供交流放电电流的供电装置，
所述供电装置包括：在照明起动时使所述触发电极产生高压的起动电路；具有至少2个开关元件的转换电路；作为所述转换电路的后级而与放电灯串联的小于等于210μH的线圈；以及对所述开关元件设置死区时间并交替进行接通断开驱动的控制部，
所述控制部，与所述旋转滤光器和所述空间调制元件非同步地，对开关元件进行接通断开驱动。
3.一种高压放电灯照明装置，由以下部分构成：在由石英玻璃制成的放电容器内部设有相对的一对电极的高压放电灯；以及向该高压放电灯提供交流放电电流的供电装置，其特征在于：
所述供电装置包括：在照明起动时向所述一对电极施加直流高压的起动电路；具有至少2个开关元件的转换电路；作为所述转换电路的后级而与放电灯串联的线圈；以及对所述开关元件设置死区时间并交替进行接通断开驱动的控制部，
所述起动电路由向所述放电灯施加直流高压的电容器、对该电容器进行充电的充电电路、与放电灯串联且防止所述电容器的高压直流放电电流倒流的防止倒流二极管、以及正常照明时使该防止倒流二极管短路的开关电路构成，
所述线圈的电感小于等于210μH。
4.一种投影装置，由至少形成RGB色区域的旋转滤光器、所述旋转滤光器的旋转驱动装置、接收通过了所述旋转滤光器的光的空间调制元件、以及高压放电灯装置构成，其特征在于：
所述照明装置由以下部分构成：在由石英玻璃制成的放电容器内部，设有相对的一对电极的高压放电灯；以及向该高压放电灯提供交流放电电流的供电装置，
所述供电装置包括：在照明起动时对所述一对电极施加直流高压的起动电路；具有至少2个开关元件的转换电路；作为所述转换电路的后级而与放电灯串联的小于等于210μH的线圈；以及对所述开关元件设置死区时间并交替进行接通断开驱动的控制部，
所述起动电路由向所述放电灯施加高压直流放电电流的电容器、对该电容器进行充电的充电电路、与放电灯串联且防止所述电容器的直流电流倒流的防止倒流二极管、以及正常照明时使该防止倒流二极管短路的开关电路构成，
所述控制部与所述旋转滤光器和所述空间调制元件非同步地对开关元件进行接通断开驱动。
5.根据权利要求1或3所述的高压放电灯照明装置，其特征在于：所述供电装置使用从60Hz～1000Hz的范围选择的频率作为正常照明频率对所述放电灯进行照明控制，并间歇地短时间使用比所述正常照明频率低的频率、而且在5Hz～100Hz的范围选择的频率进行照明。
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Termination date: 20201224

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