專利名稱：高壓放電燈照明裝置及投影裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高壓放電燈照明裝置及投影裝置。
背景技術(shù)：
一般來說，投影裝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塊式和3塊式，不管哪種方式，都是將來自光源的發(fā)射光分離為3色(RGB)，在液晶面板中對圖像信息所對應(yīng)的光進(jìn)行透射調(diào)整，之后合成透過面板的3色光，并投射到屏幕上。
另一方面，使用DLP的方式是使來自光源的發(fā)射光經(jīng)過分割形成RGB區(qū)域的旋轉(zhuǎn)濾光器而對空間調(diào)制元件(也稱為光調(diào)制裝置，具體地說，稱為DMD元件等)等進(jìn)行分時照射，由該DMD元件反射特定的光，投射到屏幕上。DMD元件是按像素布設(shè)數(shù)百萬個小鏡子的元件，通過控制一個一個小鏡子的方向來控制光的投射。
DLP方式與液晶方式相比，光學(xué)系統(tǒng)較簡單，同時不需要使用3塊液晶面板，因此，具有裝置整體小型、簡單的優(yōu)點(diǎn)。
這些投影裝置的光源常常使用高壓放電燈，特別是超高壓水銀燈。
圖5是交流放電燈的一般性電路示意圖。
電路由直流電源VDC、帶開關(guān)元件Qx的降壓限制電路1、由開關(guān)元件Q1～Q4組成的全橋式電路2以及照明起動用的起動電路3構(gòu)成。
電路的工作如下在從直流電源向全橋式電路2提供電壓、電流的同時，全橋式電路2的開關(guān)元件Q1、Q4和開關(guān)元件Q2、Q3交替接通，向放電燈10提供交流矩形波電壓，以使高壓放電燈點(diǎn)亮。另外，放電燈10起動時，從所述起動電路3向放電燈10施加高壓脈沖，從而使燈起動。
在全橋式電路2中，設(shè)置所謂死區(qū)時間(dead time)，即開關(guān)元件Q1～Q4全部關(guān)閉的時間。其用于防止串?dāng)_電流，防止開關(guān)元件Q1～Q4的破損。
在死區(qū)時間結(jié)束后，接通任意一個開關(guān)元件，燈中的電流不會馬上達(dá)到希望的量，而是以緩慢上升的波形慢慢增加到希望的量。這是因?yàn)閺娜珮蚴诫娐?的輸出到放電燈之間存在線圈L1、電容器C1、變壓器Tr1。
這種燈電流的緩慢上升，燈電流雖不是零，但供給量不足，因此，成為降低放電燈的光輸出的主要原因。
這種死區(qū)時間的產(chǎn)生以及死區(qū)時間結(jié)束后燈電流的緩慢上升，在一般的使用上不會產(chǎn)生特別的問題。這是因?yàn)橛伤绤^(qū)時間以及其后電流緩慢上升造成的光的下降只有數(shù)百μ秒左右，這種程度的光輸出變化在應(yīng)用上不會產(chǎn)生什么影響。
但是，在使用了空間調(diào)制元件、旋轉(zhuǎn)色濾光器的色順式投影裝置中卻成為致命的問題。這是因?yàn)槭褂昧丝臻g調(diào)制元件和旋轉(zhuǎn)濾光器的情況下，即使數(shù)10μ秒左右的光輸出的變化，也會對投影圖像的精度產(chǎn)生很大的影響。
特開昭62-26796號發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所解決的課題在于，對于DLP型投影裝置中使用的交流照明型放電燈的照明裝置，提供能夠圓滿解決伴隨極性切換而產(chǎn)生的燈功率和光量下降的結(jié)構(gòu)。
為了解決所述課題，權(quán)利要求1的高壓放電燈照明裝置由以下部分構(gòu)成在由石英玻璃制成的放電容器內(nèi)部設(shè)有相對的一對電極、并在放電容器的外部設(shè)有觸發(fā)電極的高壓放電燈；以及向該高壓放電燈提供交流放電電流的供電裝置。
并且，所述供電裝置包括在照明起動時使所述觸發(fā)電極產(chǎn)生高壓的起動電路3；具有至少2個開關(guān)元件的轉(zhuǎn)換電路；作為所述轉(zhuǎn)換電路的后級而與放電燈串聯(lián)的線圈；以及對所述開關(guān)元件設(shè)置死區(qū)時間并交替進(jìn)行接通斷開驅(qū)動的控制部，所述線圈的電感小于等于210μH。
再有，權(quán)利要求2的投影裝置由至少形成了RGB色區(qū)域的旋轉(zhuǎn)濾光器、該旋轉(zhuǎn)濾光器的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置、接收通過了該旋轉(zhuǎn)濾光器的光的空間調(diào)制元件、以及高壓放電燈裝置構(gòu)成。
并且，所述照明裝置的特征在于，由以下部分構(gòu)成在由石英玻璃制成的放電容器內(nèi)部設(shè)有相對的一對電極、并在放電容器的外部設(shè)有觸發(fā)電極的高壓放電燈；以及向該高壓放電燈提供交流放電電流的供電裝置，所述供電裝置包括在照明起動時使所述觸發(fā)電極產(chǎn)生高壓的起動電路；具有至少2個開關(guān)元件的轉(zhuǎn)換電路；作為所述轉(zhuǎn)換電路的后級而與放電燈串聯(lián)的小于等于210μH的線圈；以及對所述開關(guān)元件設(shè)置死區(qū)時間并交替進(jìn)行接通斷開驅(qū)動的控制部，所述控制部，與所述旋轉(zhuǎn)濾光器和所述空間調(diào)制元件非同步地，對開關(guān)元件進(jìn)行接通斷開驅(qū)動。
再有，權(quán)利要求3的高壓放電燈照明裝置由以下部分構(gòu)成在由石英玻璃制成的放電容器內(nèi)部設(shè)有相對的一對電極的高壓放電燈；以及向該高壓放電燈提供交流放電電流的供電裝置。所述供電裝置的特征在于包括在照明起動時向所述一對電極施加直流高壓的起動電路；具有至少2個開關(guān)元件的轉(zhuǎn)換電路；作為所述轉(zhuǎn)換電路的后級而與放電燈串聯(lián)的線圈；以及對所述開關(guān)元件設(shè)置死區(qū)時間并交替進(jìn)行接通斷開驅(qū)動的控制部，所述起動電路由與所述放電燈并聯(lián)的電容器、對該電容器進(jìn)行充電的充電電路、與放電燈串聯(lián)且防止所述電容器的直流高壓倒流的防止倒流二極管、以及正常照明時使該防止倒流二極管短路的開關(guān)電路構(gòu)成，所述線圈的電感小于等于210μH。
權(quán)利要求4的投影裝置由至少形成RGB色區(qū)域的旋轉(zhuǎn)濾光器、該旋轉(zhuǎn)濾光器的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置、接收通過了該旋轉(zhuǎn)濾光器的光的空間調(diào)制元件、以及高壓放電燈裝置構(gòu)成。
并且，所述照明裝置的特征在于，由以下部分構(gòu)成在由石英玻璃制成的放電容器內(nèi)部，設(shè)有相對的一對電極的高壓放電燈；以及向該高壓放電燈提供交流放電電流的供電裝置，所述供電裝置包括在照明起動時對所述一對電極施加直流高壓高壓的起動電路；具有至少2個開關(guān)元件的轉(zhuǎn)換電路；作為所述轉(zhuǎn)換電路的后級而與放電燈串聯(lián)的小于等于210μH的線圈；以及對所述開關(guān)元件設(shè)置死區(qū)時間并交替進(jìn)行接通斷開驅(qū)動的控制部，所述起動電路由與所述放電燈并聯(lián)的電容器、對該電容器進(jìn)行充電的充電電路、與放電燈串聯(lián)且防止所述電容器的直流高壓倒流的防止倒流二極管、以及正常照明時使該防止倒流二極管短路的開關(guān)電路構(gòu)成，所述控制部與所述旋轉(zhuǎn)濾光器和所述空間調(diào)制元件非同步地對開關(guān)元件進(jìn)行接通斷開驅(qū)動。
再有，權(quán)利要求5的高壓放電燈照明裝置的特征在于所述供電裝置使用從60Hz～1000Hz的范圍選擇的頻率作為正常照明頻率對放電燈進(jìn)行照明控制，并且，間歇性地短時間使用比該正常照明頻率低的頻率、而且在5Hz～100Hz的范圍選擇的頻率進(jìn)行照明。
發(fā)明的效果首先，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在放電燈的外部設(shè)置了觸發(fā)電極的所謂外部觸發(fā)方式的放電燈中，通過使與該放電燈串列的線圈的電感小于等于210μH，可以使伴隨放電燈極性切換而產(chǎn)生的光輸出下降減小至不影響實(shí)際應(yīng)用的程度。這樣，就不必與DMD等空間調(diào)制元件或旋轉(zhuǎn)濾光器同步，無需為了實(shí)現(xiàn)同步控制而采用專用電路，而且，還可以獲得放電燈進(jìn)行交流照明時的極性切換動作與空間調(diào)制元件或旋轉(zhuǎn)濾光器無關(guān)的巨大效果。
還有，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在放電燈照明起動時施加直流高壓的所謂DC起動方式的放電燈中，也具有同樣的效果。


圖1表示本發(fā)明的高壓放電燈照明裝置。
圖2表示本發(fā)明的高壓放電燈照明裝置的電流波形。
圖3表示本發(fā)明的高壓放電燈照明裝置。
圖4表示放電燈的整體圖。
圖5表示交流放電燈的一般性電路。
圖6表示投影裝置的整體結(jié)構(gòu)。
圖7表示旋轉(zhuǎn)濾光器。
圖8表示說明突起的圖。
圖9表示說明突起的圖。
圖10表示控制突起的電流脈沖。
圖11表示表明本發(fā)明效果的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
具體實(shí)施例方式
圖1表示權(quán)利要求1的高壓放電燈照明裝置的大致結(jié)構(gòu)。
照明裝置由放電燈10和供電裝置構(gòu)成。供電裝置由以下部分構(gòu)成提供直流電壓的降壓限制電路1；與降壓限制電路1的輸出端相連，將直流電壓變?yōu)榻涣骶匦尾妷?，并將其提供給高壓放電燈10(以下稱為「放電燈」)的全橋式轉(zhuǎn)換電路2(以下稱為「全橋式電路」)；與放電燈串聯(lián)的線圈L1；電容器C1；以及起動電路3。
另外，由降壓限制電路1、全橋式電路2、以及起動電路3構(gòu)成供電裝置，再含有放電燈10而構(gòu)成照明裝置。
降壓限制電路1與直流電源VDC連接，由開關(guān)元件Qx、二極管Dx、線圈Lx、濾波電容器Cx、以及開關(guān)元件Qx的驅(qū)動電路Gx構(gòu)成。開關(guān)元件Qx由驅(qū)動電路Gx進(jìn)行接通/斷開驅(qū)動。該驅(qū)動通過控制解諧(デイ一テユ)比來控制供給放電燈10的電流或電功率。
全橋式電路2由開關(guān)元件Q1～Q4、開關(guān)元件Q1～Q4的驅(qū)動電路G1～G4構(gòu)成，其中，所述開關(guān)元件Q1～Q4由以橋狀連接的晶體管或FET構(gòu)成。另外，在開關(guān)元件Q1～Q4上，也可以分別反相并聯(lián)連接二極管，不過，在本實(shí)施例中省略了二極管。
所述開關(guān)元件Q1～Q4通過控制部、由驅(qū)動電路G1～G4驅(qū)動，向放電燈10提供交流矩形波電流，以使放電燈10點(diǎn)亮。
具體動作是交替接通開關(guān)元件Q1、Q4與開關(guān)元件Q2、Q3，按降壓限制電路1→開關(guān)元件Q1→放電燈10→線圈L1→開關(guān)元件Q4→降壓限制電路1，以及降壓限制電路1→開關(guān)元件Q2→線圈L1→放電燈10→開關(guān)元件Q3→降壓限制電路1的路徑，向放電燈10提供交流矩形波電流。
在驅(qū)動所述開關(guān)元件Q1～Q4時，為了防止開關(guān)元件Q1～Q4同時接通，如上所述，在交流矩形波的極性切換時，設(shè)置開關(guān)元件Q1～Q4全部關(guān)閉的期間(死區(qū)時間Td)。
另外，提供給放電燈10的交流矩形波輸出的頻率范圍是60～1000Hz，例如200Hz。另外，所述死區(qū)時間通常在0.5μs～10μs的范圍內(nèi)，當(dāng)交流矩形波輸出的頻率是200Hz時，死區(qū)時間Td可選為例如1μs左右。
圖2表示在死區(qū)時間放電燈10的影響。(a)示意地表示在放電燈10中流過的電流波形，(b)示意地表示放電燈10的功率波形，(c)示意地表示從放電燈10發(fā)射的光輸出。
橫軸在(a)、(b)、(c)中均表示時間，縱軸在(a)中表示電流量，在(b)中表示電功率量，在(c)中表示光輸出值。在(a)中，電流波形I1為接通開關(guān)元件Q1、Q4時流過的電流波形，波形I2表示接通開關(guān)元件Q2、Q3時流過的電流波形。在兩個波形之間形成的電流量為0的期間Td表示所謂的死區(qū)時間。
現(xiàn)在，我們著眼于電流波形I1時將會發(fā)現(xiàn)，在死區(qū)時間Td之后存在上升期間T1。
正是上升期間T1使放電燈的光輸出降低而影響了投影圖像精度，本發(fā)明解決了這一問題。
起動電路3由電阻R1、開關(guān)元件Q5、電容器C2、高壓變壓器T2、開關(guān)元件Q5的驅(qū)動電路G5構(gòu)成。由于起動電路3的高壓輸入端和低壓輸入端與放電燈10并聯(lián)，因此，也會對起動電路3提供與施加到放電燈10的電壓同樣的電壓。起動電路3接收該施加電壓之后，通過電阻R1，電容器C2被充電。
開關(guān)元件Q5由SCR晶體閘流管等構(gòu)成。驅(qū)動電路G5使開關(guān)元件Q5導(dǎo)通后，電容器C2的充電電壓就在高壓變壓器T2的一次線圈中產(chǎn)生，在二次線圈中也產(chǎn)生破壞絕緣的觸發(fā)電壓。
此處，高壓變壓器T2的二次線圈的一端作為觸發(fā)電極Et，設(shè)置在放電燈10的外表面。而二次線圈的另一端與放電燈10的一個電極電連接。
根據(jù)這種電路結(jié)構(gòu)，如果在放電燈10照明起動時產(chǎn)生觸發(fā)電壓，那么在觸發(fā)電極Et與放電容器中的電極之間夾設(shè)有石英玻璃(放電容器的構(gòu)成材料)的所謂介質(zhì)阻擋放電將發(fā)生。若通過所述介質(zhì)阻擋放電，在放電容器中產(chǎn)生等離子體，則以該等離子體為種子，預(yù)先施加在放電容器的第一電極與第二電極之間的無負(fù)載開路電壓就會導(dǎo)致產(chǎn)生放電。
觸發(fā)電壓為5Kv～20Kv，例如13Kv。此外，無負(fù)載開路電壓為250v～400v，例如350v。
此處，觸發(fā)電極Et設(shè)置于放電容器的外面，而不是如圖5所示的電路那樣，使高壓發(fā)生變壓器與放電燈串聯(lián)?？傊?，其主要特征在于，不是采用使照明起動時的高壓在放電燈的電極之間產(chǎn)生的方式(以下也稱為「外部觸發(fā)方式」)。
這種電路結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于僅在照明起動時需要的高壓發(fā)生用電感(高壓發(fā)生用變壓器的二次線圈)在照明起動后不存在于電流供給路徑中。
具體來說，在圖5所示的電路結(jié)構(gòu)中，即使在放電燈點(diǎn)亮后，燈電流也會流過電感高的二次線圈。
本發(fā)明阻止了所述二次線圈成為所述電流上升期間T1變長的原因，通過去除該電感成分，達(dá)到防止放電燈的光輸出降低和投影圖像精度降低的目的。
另外，在圖5所示的電路中，用切換開關(guān)等形成照明起動后在電流供給路徑中不再用二次線圈的電路，理論上也行得通，但是因?yàn)闀黾釉?shù)量，導(dǎo)致電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，增大體積，故并不理想。特別是由于投影裝置的小型化要求很強(qiáng)烈，因此，就強(qiáng)烈要求電路結(jié)構(gòu)簡單化。
另外，本發(fā)明的特征在于在所述外部觸發(fā)方式這一新的見解的基礎(chǔ)上，還應(yīng)使在從全橋式電路2的輸出至放電燈10的電流供給路徑中的電感成分小于210μH。
嚴(yán)格地說，電感不僅指在線圈L1中，而且還有在放電燈10正常點(diǎn)亮?xí)r形成的電流回路中電感的總和。但是，由于有代表性的是由線圈L1的電感決定的，因此，在本發(fā)明中，著眼于線圈L1的電感進(jìn)行數(shù)值規(guī)定。因此，電感的數(shù)值確定最好是在正常點(diǎn)亮?xí)r的電流回路中，即電容器Cx、全橋式電路2、線圈L1、放電燈10、全橋式電路2、電容器Cx中電感的總和，但是從實(shí)用效果來考慮，可以將線圈L1用于數(shù)值規(guī)定。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，如果因放電燈的極性切換產(chǎn)生的功率下降(功率的瞬間下降)為12μ秒以下，那么作為DLP式投影裝置的光源，實(shí)際上光輸出的下降不會出現(xiàn)問題。同時還發(fā)現(xiàn)，如果功率下降為6μ秒以下，那么就可以完全不受光輸出降低的影響，如同放電燈不進(jìn)行極性切換那樣，形成與直流開燈時相同的點(diǎn)亮狀態(tài)。
再重復(fù)一遍，在圖5所示的以往技術(shù)的電路方式，即用于照明起動的高壓產(chǎn)生變壓器的二次線圈與放電燈串聯(lián)的電路方式中，由于電感電路結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致難以使電感達(dá)到小于等于210μH。在本發(fā)明，正因?yàn)椴捎昧送獠坑|發(fā)電路方式才達(dá)到了減少電感的設(shè)想。
另外，為防止放電燈正常照明時的噪音，線圈L1、電容器C1是必須的，具體地說，在0.15μH或以上比較理想。
圖3表示涉及權(quán)利要求3的高壓放電燈照明裝置的大致結(jié)構(gòu)。
降壓限制電路1及全橋式電路2的結(jié)構(gòu)、動作與圖1的電路均相同，不同之處僅在于起動電路3。因此，省略了對降壓限制電路1及全橋式電路2的說明。
起動電路3由電阻R1、開關(guān)元件Q5、電容器C2、電容器C3、變壓器T2構(gòu)成。由于起動電路3的高壓輸入端和低壓輸入端與全橋式電路2并聯(lián)，因此，也會對起動電路3提供與施加到全橋式電路2的電壓同樣的電壓。起動電路3接收所述電壓后，通過電阻R1對電容器C2充電。
開關(guān)元件Q5由晶體閘流管等元件構(gòu)成。當(dāng)電容器C2的電壓達(dá)到規(guī)定值時，開關(guān)元件Q6導(dǎo)通，通過變壓器T2，電容器C3被充電。當(dāng)電容器C3達(dá)到規(guī)定的高壓時，電容器C3開始放電，向放電燈10提供電流。該放電電流為直流，據(jù)此，放電燈10開始放電。二極管D2用于防止電容器C2的放電電流向全橋式電路2倒流，在放電燈10開始放電后，開關(guān)SW關(guān)閉，以使二極管D2短路。
之后，通過開關(guān)SW，從全橋式電路2向放電燈10提供規(guī)定的電流。
因此，電容器C3是向放電燈10施加直流高壓的電容器，二極管D2是針對電容器C3的直流高壓的防止倒流二極管，開關(guān)SW是使防止倒流二極管D2短路的開關(guān)電路。
另外，電容器C3不限于與放電燈10并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，例如，也可以使其與防止倒流二極管D2并聯(lián)。
這種電路結(jié)構(gòu)，由于從照明起動后的對放電燈10提供電流的電流供給路徑中去除了起動電路3，因此，僅在照明起動時需要的用于產(chǎn)生高壓的電感成分，例如變壓器T2等，在照明起動后并不存在于電流供給路徑中。
此外，線圈L1僅從防止噪音的觀點(diǎn)出發(fā)可設(shè)定得很小。結(jié)果，與圖1所示的電路一樣可以防止放電燈光輸出的降低和投影圖像精度的降低。
圖4表示放電燈的整體結(jié)構(gòu)。(a)為表示內(nèi)部結(jié)構(gòu)的剖面圖，(b)為表示包含觸發(fā)電極的外觀圖。另外，在(a)中省略了觸發(fā)電極。圖3所示的放電燈沒有觸發(fā)電極Et。
放電燈10具有由石英玻璃制成的放電容器形成的近似球形的發(fā)光部11，在所述發(fā)光部11中設(shè)有相對的一對電極20。密封部12從發(fā)光部11的兩端伸出而形成，在這些密封部12內(nèi)，由收縮封條氣密地埋設(shè)了通常由鉬形成的導(dǎo)電金屬箔13。將一對電極20的軸部與金屬箔13焊接在一起，形成電連接，在金屬箔13的另一端焊接有突出于外部的外部導(dǎo)線14。
觸發(fā)電極Et設(shè)置在發(fā)光部11的外面。觸發(fā)電極Et從圖1的起動電路3導(dǎo)出，卷繞一個密封部12的根部之后，以與發(fā)光部11的表面接觸跨設(shè)的方式設(shè)置，并卷繞在另一密封部12的根部。
發(fā)光部11中封入了水銀、稀有氣體、鹵素氣體。
水銀用于獲得必要的可視光波長，例如波長為400～700nm的發(fā)射光，封入量大于0.15mg/mm3。該封入量因溫度條件而不同，要在照明時形成150氣壓以上的極高蒸氣壓。此外，可以通過封入更多的水銀，制作照明時的水銀蒸氣壓在200氣壓以上、300氣壓以上的高水銀蒸氣壓放電燈，水銀蒸氣壓越高，越可以獲得適合投影裝置的理想光源。
稀有氣體例如可以封入約13kPa的氬氣，以便改善照明起動性能。
鹵素是以碘、溴、氯等與水銀或其它金屬形成化合物的形態(tài)封入的，鹵素的封入量從10-6～10-2μmol/mm3的范圍中選擇。雖然具有利用鹵素周期延長壽命的作用，但對于如本發(fā)明的放電燈的這樣的極小型的具有高內(nèi)壓的裝置而言，封入所述鹵素的主要目的在于防止放電容器喪失透明度。
放電燈的數(shù)值可以采用發(fā)光部的最大外徑9.4mm，電極間距1.0mm，發(fā)光管內(nèi)容積85mm3，額定電壓為75V，額定功率為120W，從而實(shí)現(xiàn)交流照明。
這種放電燈內(nèi)置于小型化投影裝置中，由于要求裝置整體尺寸極小但光量較高，因此，發(fā)光管部內(nèi)的熱的影響極大，燈管壁的負(fù)荷值為0.8～2.0W/mm2，具體地說，為1.3W/mm2。
在將具有這種高水銀蒸氣壓及管壁負(fù)荷值的裝置安裝于投影裝置或頂式投影儀之類的顯示儀器上時，可以提供色調(diào)效果良好的放射光。
在圖1和圖3中，雖然利用由4個開關(guān)元件形成的電路對全橋式電路2進(jìn)行了說明，但不應(yīng)局限于這種形態(tài)，也可以采用其它的電路結(jié)構(gòu)。特別是開關(guān)元件數(shù)可以不是4個，只要采用至少2個開關(guān)元件，中間夾著死區(qū)時間，能夠交替進(jìn)行接通關(guān)閉驅(qū)動就可以。
此外，降壓限制電路不是必要的構(gòu)成元件，作為電流量調(diào)整部件，也可以采用其它的電路方式。
再有，降壓限制電路中存在的電容器Cx可以采用在照明起動時和正常照明時容量變化的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)可以考慮，例如并聯(lián)多個電容器，通過開關(guān)元件來切換電路結(jié)構(gòu)。
圖6表示投影裝置的大致結(jié)構(gòu)。其由光源100、旋轉(zhuǎn)濾光器200、棒狀積分透鏡300、透鏡400、空間調(diào)制元件500(下面也稱為DMD元件)、透鏡600構(gòu)成。光源裝置100由放電燈10和凹面反射鏡30構(gòu)成。
在光源裝置100中，放電燈10的電弧亮點(diǎn)與凹面反射鏡30的第一焦點(diǎn)一致。凹面反射鏡30的第二焦點(diǎn)位于棒狀積分透鏡300的入射端，凹面反射鏡30的反射光通過旋轉(zhuǎn)濾光器200入射到棒狀積分透鏡300。放電燈10通過供電控制裝置30進(jìn)行供電控制。濾光器200通過濾光器控制裝置210進(jìn)行旋轉(zhuǎn)控制，DMD元件500通過控制裝置510進(jìn)行控制。
另外，放電燈10例如可以在額定功率120W、額定電流1.6A的條件下照明。在凹面反射鏡30的前面開口處安裝了透光玻璃部件21。
圖7是旋轉(zhuǎn)濾光器200的放大圖。(a)表示投影藍(lán)色時的狀態(tài)，
(b)表示投影藍(lán)色和綠色的邊界的狀態(tài)。
旋轉(zhuǎn)濾光器也稱為顏色過濾裝置，由園盤狀的玻璃構(gòu)成。在濾光器中分別形成紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)的扇形區(qū)域。
從光源裝置100發(fā)出的反射光透過形成于旋轉(zhuǎn)濾光器200上的光透射區(qū)域201。通過濾光器200轉(zhuǎn)動，將與光透射區(qū)域201對應(yīng)的顏色依次導(dǎo)入后級的棒狀透鏡中。由于紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)被分時投影，因此，某一瞬間只能投影某一種顏色，但是人眼依然能將這些顏色或它們的混合色作為圖像來識別。此外，在紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)之外，有時也設(shè)置白色(W)。白色(W)是為了使圖像整體顯得更明亮，對該實(shí)施例未舉例說明。
此處，濾光器200例如以180Hz旋轉(zhuǎn)(每秒180轉(zhuǎn))，因此，1秒鐘內(nèi)，紅、綠、藍(lán)被投影180次。
這些投影裝置的光源通常使用高壓放電燈，尤其是超高壓水銀燈。在交流照明時，大體在150Hz～200Hz的頻率范圍照明。
此處，本發(fā)明的高壓放電燈照明裝置具有這樣的效果，即放電燈的照明頻率無需與空間調(diào)制元件的驅(qū)動頻率或旋轉(zhuǎn)濾光器的顏色變化頻率同步，因而可以獨(dú)立進(jìn)行頻率控制。
對于這一點(diǎn)詳細(xì)一些的說明就是，在以往的照明裝置中會發(fā)生以下現(xiàn)象，即放電燈的照明頻率必須與空間調(diào)制元件的驅(qū)動頻率同步，放電燈極性切換時序會擾亂影像信息，使圖像精度降低。因此，必須使照明頻率與空間調(diào)制元件的驅(qū)動頻率同步，以使放電燈的極性切換時間不影響空間調(diào)制元件的驅(qū)動。例如，在影像信號為PAL信號且空間調(diào)制元件的驅(qū)動頻率為50Hz時，使放電燈也與50Hz同步，以150Hz或200Hz進(jìn)行照明控制。另外，當(dāng)影像信號為NTSC信號且DMD元件的驅(qū)動頻率為60Hz時，使放電燈也與60Hz同步，以180Hz進(jìn)行照明控制。
因此，為了與空間調(diào)制元件同步，放電燈的供電裝置就需要用于實(shí)現(xiàn)與空間調(diào)制元件同步的同步端口、同步控制電路、以及根據(jù)空間調(diào)制元件的驅(qū)動頻率使頻率變化的頻率選擇電路等。
還有，與旋轉(zhuǎn)濾光器之間的同步，是由于放電燈極性切換的時序與顏色變化的時序一致可以有效地防止投影影像的不穩(wěn)定。
因此，供電裝置為了與旋轉(zhuǎn)濾光器的顏色變化頻率同步，同樣需要與同步控制相關(guān)的電路。
但是，本發(fā)明的高壓放電燈照明裝置由于，第一，采用了外部觸發(fā)方式或DC起動方式，第二，使從全橋式電路的輸出至放電燈之間的電流供給路徑中的電感小于210μH，從而能夠防止實(shí)際上的功率下降以及光下降。因此，不必使放電燈的照明頻率與空間調(diào)制元件的驅(qū)動頻率或旋轉(zhuǎn)濾光器的顏色變化頻率同步，從而可以獨(dú)立且非同步地進(jìn)行驅(qū)動控制。這一點(diǎn)是使用本發(fā)明的高壓放電燈照明裝置的投影裝置的一大特征。
此處，如本發(fā)明的交流照明型高壓放電燈那樣，當(dāng)采用的結(jié)構(gòu)為電極間距小于2mm，在發(fā)光部中封入0.15mg/mm3以上的水銀、稀有氣體以及1×10-6～1×10-2μmol/mm3范圍的鹵素時，隨著燈經(jīng)過照明時間，會出現(xiàn)在電極頂端生成突起的現(xiàn)象。
這種現(xiàn)象不是很明白，但可以作以下的推斷。即，照明時從電極頂端附近的高溫部蒸發(fā)的鎢與發(fā)光管中存在的鹵素或殘留氧結(jié)合，例如，假如作為鹵素封入了溴(Br)，那么就以WBr、WBr2、WO、WO2、WO2Br、WO2Br2等鎢化合物存在。這些化合物在電極頂端附近的氣相中的高溫部分解成鎢原子或陽離子。而且可以認(rèn)為由于溫度擴(kuò)散(鎢原子從氣相中的高溫部＝電弧中心向低溫部＝電極頂端附近的鎢原子的擴(kuò)散)，以及在電弧中鎢原子電離成為陽離子，當(dāng)陰極工作時，通過電解被吸引到陰極方向(漂移)，因而在電極頂端附近的氣相中的鎢蒸氣密度增高，從電極頂端析出而形成突起。
圖8是電極頂端及突起的示意圖。一對電極20分別由球部20a和軸部20b構(gòu)成，在球部20a的頂端形成了突起21。另外，在照明開始時如果突起不存在，則通過之后的照明，將產(chǎn)生圖中所示的突起21，通過該突起20產(chǎn)生電弧放電A。
但是，在所述突起的產(chǎn)生生長中存在幾個問題。
第一，燈電壓的變化。所述突起在燈的制造完成時即還未照明的階段不存在，隨著之后的照明而產(chǎn)生、生長。突起的形成因燈的種類不同而不同，大概要經(jīng)過80～100分鐘完成。即，在該突起形成并發(fā)展到基本穩(wěn)定的期間，隨著照明時間的加長，電極間距變短，放電燈的照明電壓也會降低。
第二，光利用效率的降低。所述突起并不僅僅產(chǎn)生于電極軸上。例如，假如象(a)那樣沿電極軸L形成，則不會產(chǎn)生問題，但有時候也會象(b)那樣形成于電極軸L之外。在這種情況下，電弧位置也會離開電極軸L，在作為點(diǎn)光源設(shè)計(jì)的光學(xué)系統(tǒng)中，出現(xiàn)光的利用效率降低的大問題。
此處，還知道通過不使照明頻率固定不變而使其適當(dāng)變化，也能抑制突起的生長，通過改變頻率，可以抑制不希望的突起的生長、發(fā)展。
本發(fā)明的高壓放電燈照明裝置也可以圓滿解決與這種突起形成相關(guān)的問題。這是因?yàn)椋缟厦嫠?，由于不必考慮放電燈的極性切換時序與空間調(diào)制元件或旋轉(zhuǎn)濾光器同步的因素，因而可以以控制突起為出發(fā)點(diǎn)而進(jìn)行頻率控制。
圖9為表示突起的生長與放電燈的頻率控制之間的關(guān)系的示意圖。圖10表示正常照明時的照明頻率和為達(dá)到控制突起的目的而使頻率周期性變化的狀態(tài)。
在圖9中，在電極20的頂端卷繞線圈，該線圈熔化并在頂端形成大直徑部。在大直徑部的頂端形成突起21。(a)表示照明頻率不變化，通常以150Hz正常照明的狀態(tài)。(b)表示在以150Hz正常照明時，間歇、短暫地改變頻率的狀態(tài)。兩圖均是左圖表示照明起動初期突起形成時的狀態(tài)，右圖表示照明數(shù)百小時后電極的狀態(tài)。
圖10表示在正常照明頻率150Hz中，以1分鐘1次的節(jié)奏夾入低頻率例如10Hz的照明頻率時電流的狀態(tài)。
從圖9可以看出，在不控制頻率(參照圖(a))的情況下，當(dāng)初存在的突起21會損耗，同時新的突起21’又在不希望的位置處產(chǎn)生。另一方面，為了控制突起的生長而調(diào)整了頻率(參照圖(b))，則可以抑制不希望的突起的生長。
這樣，本發(fā)明的高壓放電燈照明裝置具有以下一大特征由于可以不必考慮與空間調(diào)制元件或旋轉(zhuǎn)濾光器之間的關(guān)系來調(diào)整照明頻率，因此，可以很好地調(diào)整突起。
此處，在電極頂端產(chǎn)生突起的現(xiàn)象并不是放電燈的一般現(xiàn)象。在以本發(fā)明為對象的放電燈，即當(dāng)它的結(jié)構(gòu)是電極間距小于2mm，在發(fā)光部中封入0.15mg/mm3以上的水銀、稀有氣體、以及1×10-6～1×10-2μmol/mm3范圍的鹵素的情況下，隨著照明時間的流逝，在電極頂端會生成突起。
在本發(fā)明中，當(dāng)正常照明時的頻率為60Hz～1000Hz時，以低于該正常照明頻率的、且1～100Hz的頻率進(jìn)行照明。舉例來說，如果正常照明時頻率為150Hz，那么以7.5Hz的頻率進(jìn)行照明。
使頻率變化的時序在30秒～2分鐘的正常頻率照明時間中進(jìn)行1～5周期的短時間的低頻率照明。具體地說，就是在1分鐘正常照明頻率中按1周期的比例夾入低頻率照明。
此處，本發(fā)明在圖1中對外部觸發(fā)方式的供電裝置進(jìn)行了說明，在圖3中對DC起動方式的供電裝置進(jìn)行了說明。但是這些實(shí)施例的差異僅在于燈照明起動的結(jié)構(gòu)不一樣，而對于把在照明起動中必需的電感成分從正常照明時的電路回路中去除這一點(diǎn)則是一樣的。
因此，在不采用這些照明起動方式，或者在采用這些照明起動方式的同時，與放電燈串聯(lián)而插入電感的電路方式中，也可以象本發(fā)明一樣，使電感值小于210μH。
最后，對將線圈的電感值設(shè)定為小于210μH的原因進(jìn)行說明。
在實(shí)驗(yàn)中，使用了圖1所示的供電裝置和圖6所示的投影裝置，改變線圈L1的值，檢測光輸出的下降狀態(tài)。使放電燈在額定電壓120W、照明頻率150Hz的條件下照明。
具體地說，在照明起動后，進(jìn)入了正常照明狀態(tài)時，一邊改變線圈L1(圖1所示)，一邊對于各線圈L1，以大約1分鐘左右，觀察投影至屏幕上的影像，同時判斷影像的閃爍。另外，使空間調(diào)制元件或旋轉(zhuǎn)濾光器與放電燈的極性切換時序不同步。再有，測定伴隨各電感值的極性切換而產(chǎn)生的功率波形的下降(相當(dāng)于圖2(b))。以半值寬度測定該功率波形的下降幅度。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖11所示。
其分別表示各電感(例如0μH、10.1μH、20.5μH…)的功率波形的下降幅度、影像閃爍的狀態(tài)、以及判定。
所述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)電感在76.1μH以下時，影像幾乎不發(fā)生閃爍，當(dāng)電感在85.6μH至206.0μH時，只稍微有點(diǎn)閃爍，但不影響實(shí)際使用。而當(dāng)電感為216.1μH時，影像的閃爍將影響到實(shí)際使用。
因此，我們發(fā)現(xiàn)，如果電感小于等于210μH(實(shí)驗(yàn)值為206.0μH是考慮了檢測誤差等)，則伴隨極性切換而產(chǎn)生的光輸出的下降以及隨之出現(xiàn)的影像閃爍處于不會產(chǎn)生問題的水平，結(jié)果可以看出，不必與空間調(diào)制元件或旋轉(zhuǎn)濾光器同步就可以使用。還可以看出，如果電感值小于等于80.0μH(實(shí)驗(yàn)值為76.1μH是考慮了檢測誤差等)，可以獲得更理想的優(yōu)質(zhì)投影圖像。
權(quán)利要求
1.一種高壓放電燈照明裝置，由以下部分構(gòu)成在由石英玻璃制成的放電容器內(nèi)部設(shè)有相對的一對電極、并在放電容器的外部設(shè)有觸發(fā)電極的高壓放電燈；以及向該高壓放電燈提供交流放電電流的供電裝置，其特征在于所述供電裝置包括在照明起動時使所述觸發(fā)電極產(chǎn)生高壓的起動電路；具有至少2個開關(guān)元件的轉(zhuǎn)換電路；作為所述轉(zhuǎn)換電路的后級而與放電燈串聯(lián)的線圈；以及對所述開關(guān)元件設(shè)置死區(qū)時間并交替進(jìn)行接通斷開驅(qū)動的控制部，所述線圈的電感小于等于210μH。
2.一種投影裝置，由至少形成了RGB色區(qū)域的旋轉(zhuǎn)濾光器、所述旋轉(zhuǎn)濾光器的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置、接收通過了所述旋轉(zhuǎn)濾光器的光的空間調(diào)制元件、以及高壓放電燈裝置構(gòu)成，其特征在于，所述照明裝置由以下部分構(gòu)成在由石英玻璃制成的放電容器內(nèi)部設(shè)有相對的一對電極、并在放電容器的外部設(shè)有觸發(fā)電極的高壓放電燈；以及向該高壓放電燈提供交流放電電流的供電裝置，所述供電裝置包括在照明起動時使所述觸發(fā)電極產(chǎn)生高壓的起動電路；具有至少2個開關(guān)元件的轉(zhuǎn)換電路；作為所述轉(zhuǎn)換電路的后級而與放電燈串聯(lián)的小于等于210μH的線圈；以及對所述開關(guān)元件設(shè)置死區(qū)時間并交替進(jìn)行接通斷開驅(qū)動的控制部，所述控制部，與所述旋轉(zhuǎn)濾光器和所述空間調(diào)制元件非同步地，對開關(guān)元件進(jìn)行接通斷開驅(qū)動。
3.一種高壓放電燈照明裝置，由以下部分構(gòu)成在由石英玻璃制成的放電容器內(nèi)部設(shè)有相對的一對電極的高壓放電燈；以及向該高壓放電燈提供交流放電電流的供電裝置，其特征在于所述供電裝置包括在照明起動時向所述一對電極施加直流高壓的起動電路；具有至少2個開關(guān)元件的轉(zhuǎn)換電路；作為所述轉(zhuǎn)換電路的后級而與放電燈串聯(lián)的線圈；以及對所述開關(guān)元件設(shè)置死區(qū)時間并交替進(jìn)行接通斷開驅(qū)動的控制部，所述起動電路由向所述放電燈施加直流高壓的電容器、對該電容器進(jìn)行充電的充電電路、與放電燈串聯(lián)且防止所述電容器的高壓直流放電電流倒流的防止倒流二極管、以及正常照明時使該防止倒流二極管短路的開關(guān)電路構(gòu)成，所述線圈的電感小于等于210μH。
4.一種投影裝置，由至少形成RGB色區(qū)域的旋轉(zhuǎn)濾光器、所述旋轉(zhuǎn)濾光器的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置、接收通過了所述旋轉(zhuǎn)濾光器的光的空間調(diào)制元件、以及高壓放電燈裝置構(gòu)成，其特征在于所述照明裝置由以下部分構(gòu)成在由石英玻璃制成的放電容器內(nèi)部，設(shè)有相對的一對電極的高壓放電燈；以及向該高壓放電燈提供交流放電電流的供電裝置，所述供電裝置包括在照明起動時對所述一對電極施加直流高壓的起動電路；具有至少2個開關(guān)元件的轉(zhuǎn)換電路；作為所述轉(zhuǎn)換電路的后級而與放電燈串聯(lián)的小于等于210μH的線圈；以及對所述開關(guān)元件設(shè)置死區(qū)時間并交替進(jìn)行接通斷開驅(qū)動的控制部，所述起動電路由向所述放電燈施加高壓直流放電電流的電容器、對該電容器進(jìn)行充電的充電電路、與放電燈串聯(lián)且防止所述電容器的直流電流倒流的防止倒流二極管、以及正常照明時使該防止倒流二極管短路的開關(guān)電路構(gòu)成，所述控制部與所述旋轉(zhuǎn)濾光器和所述空間調(diào)制元件非同步地對開關(guān)元件進(jìn)行接通斷開驅(qū)動。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的高壓放電燈照明裝置，其特征在于所述供電裝置使用從60Hz～1000Hz的范圍選擇的頻率作為正常照明頻率對所述放電燈進(jìn)行照明控制，并間歇地短時間使用比所述正常照明頻率低的頻率、而且在5Hz～100Hz的范圍選擇的頻率進(jìn)行照明。
全文摘要
一種高壓放電燈照明裝置，在DLP型投影裝置中使用的交流照明型放電燈的照明裝置中，提供能夠圓滿解決伴隨死區(qū)時間的燈電流減弱和光量減弱的結(jié)構(gòu)。由以下部分構(gòu)成在由石英玻璃制成的放電容器內(nèi)部設(shè)有相對的一對電極、并在放電容器的外部設(shè)有觸發(fā)電極的高壓放電燈；以及向該高壓放電燈提供交流放電電流的供電裝置。所述供電裝置包括在照明起動時使所述觸發(fā)電極產(chǎn)生高壓的起動電路；具有至少2個開關(guān)元件的轉(zhuǎn)換電路；作為所述轉(zhuǎn)換電路的后級而與放電燈串聯(lián)的線圈；以及對所述開關(guān)元件設(shè)置死區(qū)時間并交替進(jìn)行接通斷開驅(qū)動的控制部，所述線圈的電感小于等于210μH。
文檔編號F21Y101/00GK1638592SQ20041006155
公開日2005年7月13日 申請日期2004年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月25日
發(fā)明者鈴木義一, 菅谷勝美, 有本智良 申請人:優(yōu)志旺電機(jī)株式會社