专利名称：超高压放电灯点亮装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种超高压放电灯点亮装置。特别是涉及一种在使用了将超高压水银灯作为光源的液晶显示装置或DMD(数字反射装置)的DLP(数字光处理机)等投影装置中所使用的点亮装置，该超高压水银灯的发光管内封入有0.15mg/mm3以上的水银，点亮时的水银蒸汽压为110个气压以上。
背景技术：
投射型投影装置被要求针对于矩形的屏幕，以均匀而且充分的演色性使图像明亮，因此，作为光源，使用了封入有水银或金属卤化物的金属卤化物灯。另外，这样的金属卤化物灯，最近在进一步的小型化、点光源化方面也不断发展，另外电极间距离极小的装置被实用化。
以这样的背景为基础，在最近，取代金属卤化物灯，而提出了具有前所未有的高的水银蒸汽压、例如150气压的灯。这是通过进一步提高水银蒸汽压，从而抑制(收缩)电弧的扩散，同时实现进一步提高光输出的一种灯。
例如在特开平2-148561、特开平6-52830号中公开了这种超高压放电灯。
上述灯是使用这样的超高压水银灯，例如在由石英玻璃制成的发光管中以2mm以下的间隔相向配置一对电极，在该发光管中封入0.15mg/mm3以上的水银和1×10-6～1×10-2μmol/mm3范围内的卤素。封入卤素的主要目的是防止发光管的透明消失，但由此也产生所谓的卤素循环。
但是上述超高压水银灯(下面仅称为放电灯)，随着点亮时间的经过，电弧的起点也移动，产生所谓的闪烁现象。这种闪烁现象在投影装置的情况下，导致画面的摇动或变动，会发展成致命的问题。
为了解决这种问题，已知有这样一种技术，在直流点亮放电灯的同时，每隔一定周期就重叠脉冲电流，抑制放电的起点移动。
但是，即使是这样的每隔一定周期就重叠电流进行点亮控制的方法，也不一定就能进行稳定地放电，而在现实中反倒存在助长闪烁现象的情况。
专利文献1特开2003-151786号。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种可抑制闪烁现象而又能稳定地进行点亮的超高压放电灯点亮装置。
为了解决上述问题，本发明方案1的超高压放电灯点亮装置，由超高压放电灯和对该放电灯提供直流电流进行点亮的供电装置，该超高压放电灯是在由石英玻璃制成的发光管中以2mm以下的间隔相向配置一对电极，在该发光管中封入有0.15mg/mm3以上的水银、稀有气体和1×10-6～1×10-2μmol/mm3的范围内的卤素。而所述供电装置，对所述放电灯，提供将周期性的脉冲电流重叠于直流电流的电流(下面称为“脉冲重叠电流”)，同时在该放电灯的点亮电压上升时，使该脉冲电流的大小变大。
另外，本发明方案2的超高压放电灯点亮装置，其特征是，供电装置对放电灯进行恒定功率控制。
另外，本发明方案3的超高压放电灯点亮装置，其特征是，放电灯的阴极由纯度为99.99％以上的钨构成。
另外，本发明方案4的超高压放电灯点亮装置，其特征是，放电灯的阴极是前端尖的大致圆锥形状。
本申请的发明人们经过锐意研究的结果得知，为了不产生闪烁而稳定地点亮放电灯，仅周期性的将脉冲施加在直流电流上并不足够，还需要根据与放电灯的点亮电压的关系来控制该脉冲电流，具体而言，当放电灯的点亮电压上升时，进行控制，使得脉冲电流的大小至少不减少，或者进行，调整使其变大，这一点是很重要的。
其理由并不明确，但可进行如下探讨。
即，当长时间点亮放电灯时，与阴极相比，在热增量大的阳极的前端，作为其构成材料的钨蒸发，所以电极间距离也变长。电极间距离一变长，灯电压就上升，因为一般放电灯是被恒定功率控制的，所以提供给放电灯的电流值下降。
而流到放电灯的电流值一减少，对阴极的热增量就低下，为了维持放电而在阴极前端上局部形成高温的热电子发射区域，因此放电电弧的阴极附近部分(下面称也为“阴极高光点部分”)收缩。
图4示出放电电弧收缩的状态，图4(a)示出放电电弧的阴极附近部分收缩前的状态，图4(b)示出放电电弧的阴极附近部分收缩后的状态。
在阳极2和阴极3之间形成放电电弧A。当伴随着灯电流值的低下而对阴极3的热增量下降时，放电电弧A的阴极附近部分如图4(b)所示，收缩成细的形状。
而当放电电弧的阴极附近部分收缩时，在阴极前端部电弧起点移动(下面也称为“波动”)，作为结果，产生了闪烁。图4(b)中的箭头表示电弧的移动。在放电电弧粗的情况下由阴极前端全体保持着，但当放电电弧收缩后，则由阴极前端的一部分保持，由于对流等的影响而容易波动。
象这样伴随着灯电流值的低下而对阴极的热增量下降时，放电电弧波动这样的现象，不是在放电灯中一般适用这样的性质的内容，是在以本发明为对象的超高压水银灯中，具体而言是在于发光管中以2mm以下的间隔相向配置一对电极、在该发光管中封入有0.15mg/mm3以上的水银的直流式点亮方式的放电灯中显著发生的现象。这是因为，由于点亮时水银蒸汽压极高，放电电弧自身原本就容易收缩，在此状况的基础之上，而且与交流式点亮方式不同，通常对进行热电子发射动作的阴极的热增量原本很小。因此直流点亮方式的灯的阴极最好被设计成与阳极相比较小、前端尖的大致圆锥形状，使得其相对于寿命初期的灯电流值，为了能够良好的(不收缩的)实现热电子发射动作，而要尽可能的高温，并且为了能够容忍钨的蒸发速度，而要尽可能的低温。适当的设计是使阴极前端部侧面的为2400K～2800K左右，但是伴随着所述灯电流值的低下而动作温度低下，从而形成收缩了的阴极高光点。
另外，以本发明为对象的放电灯，因为杂质的蒸发会污染发光管的原因，阴极材料(钨)不含有钍等电子放射性物质。因此，必须由不依赖于电子放射性物质的钨自身进行热电子放射，与包含有电子放射性物质的情况相比，以高的温度进行动作。即，当阴极温度低下时，电子放射特性容易下降。
若仅以使这样的直流式点亮方式的超高压放电灯的阴极动作稳定为目的，则不用恒定功率点亮而优选采用恒定电流点亮。但是，当发生所述的灯电压上升时，以恒定电流点亮会增加灯输入。在以为了提高光输出而封入0.15mg/mm3以上的水银、在为了以大致完全蒸发状态进行动作而以高的管壁负载点亮的本发明为对象的放电灯中，因为石英玻璃制发光管被设计成以仅比耐热临界温度略微低的温度进行动作，所以灯输入的略微增加就会引起电极支撑部分或发光管上部的透明消失、破损等短的寿命，因此，恒定电流点亮实际上并不能采用。
而本发明人们发现，当检测出放电灯的点亮电压的减少时，为使其成为恒定功率点亮，要使重叠在所提供的直流电流上的周期性的脉冲电流提高，会导致阴极前端部分的加温效果，作为其结果，可以防止放电电弧的波动。
图1示出本发明的超高压水银灯的电极的构造。
图2示出本发明的供电装置的概略构成。
图3示出本发明的电流波形。
图4示出本发明的放电电弧的状态。
图5示出本发明的供电装置的略化的具体例。
图6示出本发明的供电装置的供电控制电路的具体例。
图7示出说明本发明的供电装置的降压斩波电路的动作的视图。
图8示出本发明的供电装置的斩波能力控制目标信号调制电路的具体例。
图9示出本发明的供电装置的灯电流信号调制电路的具体例。
图10示出使用本发明的超高压水银灯的光源装置。
图11示出表示本发明的超高压放电灯点亮装置的效果的照度变动率测定例。
具体实施例方式
图1示出本发明的短电弧型高压放电灯(下面仅称为“放电灯”)的整体构造。
放电灯1具有通过由石英玻璃制成的放电容器而形成的大致球形的发光部10，在该发光部10内，相互相向而配置有阳极2和阴极3。另外，从发光部10的两端部延伸而分别形成有密封11，这些密封11中，例如比紧缩密封更严密地埋设有通常由钼构成的导电用金属箔4。金属箔4的一端与阳极2或者阴极3连接，金属箔4的另一端与外部导线5连接。
在发光部10中，封入有水银、稀有气体、卤素气体。
水银是用于得到需要的可视光波长、例如波长为360～780nm的放射光，封入有0.15mg/mm3以上。该封入量根据温度条件而不同，点亮时在150气压以上成为极高的蒸汽压。另外，通过封入更多的水银，可以制作点亮时的水银蒸汽压在200气压以上、300气压以上这样的高水银蒸汽压的放电灯，水银蒸汽压越高，就越能实现适用于投影装置的光源。
稀有气体、例如氩气被封入约13kPa，可以改善点亮的始动性。
卤素是以碘、溴、氯等与水银以外的其他金属的化合物的形式封入。卤素的封入量可以从10-6～10-2μmol/mm3的范围内选择，其功能是利用了卤循环的长寿命化，而如本发明的放电灯这样的极小型且具有高的内压的灯，封入这样的卤素具有防止放电容器的破损、透明消失的作用。
若示出这样的放电灯的数值例，例如，发光部的外径从6.0～15.0mm的范围内选取，例如为10.0mm，电极间距离从0.5～2.0mm的范围内选取，例如为1.2mm，发光管内容积从40～300mm3的范围内选取，例如为75mm3。点亮条件例如从管壁负载0.8～2.0W/mm2的范围内选取，例如为1.5W/mm2，初始额定电压为70V，额定功率为200W。
另外，该放电灯内置于小型化的投影装置等中，即要整体结构极小，要求高的光量。所以发光部内的热的条件极其严格。
放电灯设置于投影装置或高架发射装置这样的显示用设备中，提供演色性良好的放射光。
图2是本发明的放电灯点亮装置100，示出放电灯1和供电装置Ex。供电装置Ex由具有开关元件的镇流电路、DC电源Mx、起动器Ui构成。
另外，关于供电装置Ex的电路结构与动作说明，使用图5～图9在后面描述。
图3是供电装置对放电灯供给的电流波形，横向轴表示时间，纵向轴表示电流值。
在期间T1，电流值IL表示流通于灯的电流值，若因为恒定功率控制而灯电压为一定，则电流值IL也为一定。在电流值IL中以规定的周期施加(重叠)有脉冲电流。该脉冲电流由供电装置Ex生成，作为结果，成为图示这样的在直流电流IL上施加了脉冲电流的电流波形。
另外，在本发明中，将在直流电流中也包含有重叠电流的电流称为脉冲重叠电流IP，将被重叠的电流称为脉冲电流(IP-IL)。
脉冲电流可以是在供电装置中具有时钟而以一定周期产生脉冲，也可以是根据来自外部(例如，投影装置)的信号而以一定周期产生脉冲。
当放电灯长时间、例如400小时点亮时，阳极前端的钨材料蒸发而电极间距离变长。若举出一例，设计值为1.2mm的电极间距离成为1.5mm左右。
当电极间距离比设计值长时，由于放电灯的点亮电压上升，所以被恒定功率控制的放电灯的点亮电流减少。
期间T2是表示该点亮电流减少的状态，电流值IL变化为电流值IL’。
另一方面，本发明的供电装置检测上述灯点亮电压的上升。当灯的点亮电压上升时，输出用于使脉冲电流的大小(IP-IL)更大的脉冲生成用信号。
作为结果，由于脉冲电流(IP-IL)变大，可以防止阴极前端部分的温度低下，可以防止放电电弧的波动。图3中的期间T2表示出在直流电流IL’减少的情况下，产生高的脉冲电流(IP’-IL’)的状态。
也就是说，当灯点亮电压上升而直流电流IL减少时，控制脉冲电流值(IP-IL)使之成为更大的(IP’-IL’)。
根据钨的热扩散长等物理性质和阴极的形状尺寸确定适当的脉冲电流的时间宽度，使得在供给脉冲电流的期间中阴极前端部分有效的加温，并且不会因电极支撑部的过渡升温而产生透明消失等的问题。因为适当的脉冲的时间宽度是由即使长时间的点亮相对变化也较小的阴极的形状尺寸和物理值确定的，所以与灯电压的上升无关而可以成为一定值。当脉冲重叠期间结束而成为直流电流期间时，阴极的温度开始降低。确定适当的脉冲电流的周期，使得阴极高光点收缩的程度到阴极的温度下降之前，可以重叠下一个脉冲。由于同样的理由，脉冲电流的周期也与灯电压的上升无关而可设定为一定值，通过调整脉冲电流(IP-IL)，不会有因灯输入增加引起的短寿命的问题，可以维持良好的阴极动作。
调整脉冲电流的时序，可以使用在超过规定的灯电压时使规定的脉冲电流变化的方法，或者对应于灯电压的变化通常使脉冲电流模拟地变化的方法。
关于前者，举出一例，在恒定时的灯电压为80V的情况下，当超过阈值85V时，使脉冲电流增加。
关于后者，举出一例，在恒定时的灯电压为80V的情况下，当上升1V时，使脉冲电流增加，脉冲重叠电流从IP变为IP’，当灯电压进一步上升1V时，使脉冲重叠电流进一步上升为IP”。
另外，也可以将这些调整方法组合。例如，当灯电压超过规定的阈值时开始脉冲电流的调整，而之后的调整是相对于灯电压的变化而模拟地变化。
另外，与灯电压无关，也可以适用将脉冲重叠电流IP维持为一定的方法。这时，因灯电压上升而直流电流IL减少，所以作为结果，脉冲电流(IP-IL)增加。另外，该控制方法相当于后述的实施例的第1脉冲重叠方法。
也可以是这样的方法本发明的超高压放电灯点亮装置，在初始的恒定点亮时，不对放电灯施加脉冲电流，在供给所谓通常的直流电流的同时，而在灯电压上升时施加脉冲电流。这是因为初始的恒定点亮时的放电电弧的波动小的缘故。
在此，“脉冲电流”的意思并不仅是图3所示的完全的方形波。例如，也可以对应于包含相比于直流电流成分成为高电流的成分这样的急剧的振荡波形或者其它的波形。
而且，本发明的“重叠”，不只是对直流电流，附加脉冲电流(图3中所说的IP-IL)的情况，也包含使直流电流本身瞬间增加，而作为结果是成为重叠了脉冲电流的波形的情况。
针对本发明的脉冲电流，若举出数值例，当基准的电流值IL为3A时，脉冲重叠电流值IP为3.5～6.0A左右，例如为4.0A。
另外，脉冲宽度(半通带宽度)例如为200μ秒～1000μ秒左右，例如为500秒，脉冲的频率为60Hz～500Hz左右，例如为180Hz。
本发明的超高压放电灯点亮装置，相对于灯电压的上升，而调整脉冲电流的大小，在该大小的调整的基础之上，还可以调整脉冲宽度和频率。这是因为通过提供给阴极的电流量增加，而具有阴极的升温效果。
接着，针对本发明的超高压放电灯点亮装置的供电装置，具体的说明电路构造和动作说明。图5是图2所示的供电装置的具体例，示出DC驱动方式的供电装置的一例。
在供电装置Ex中，降压斩波型的镇流电路Bx，从PFC等DC电源Mx接受电压的供给而进行动作。在所述镇流电路Bx中，通过FET等开关元件Qx接通或关断来自DC电源Mx的电流，通过扼流圈Lx对平滑电容Cx进行充电，该电压施加在放电灯1上，在放电灯1中可以流通电流。
另外，在所述开关元件Qx为接通状态的期间，由通过开关元件Qx的电流直接进行对平滑电容Cx的充电和对作为负载的放电灯1的电流供给，同时以电流的形式把能量存储在扼流圈Lx，所述开关元件Qx为关断状态的期间，由以电流的形式存储在扼流圈Lx的能量，通过续流二极管Dx进行对平滑电容Cx的充电和对放电灯1的电流供给。
在起动器Ui，通过电阻Ri，电容Ci被灯电压VL充电。通过将门驱动电路Gi激活以及由晶闸管等构成的开关元件Qi的导通，所述电容Ci通过变压器Ki的初级侧绕组Pi而放电，在次级侧绕组Hi产生高电压脉冲。
起动器Ui的次级侧绕组Hi所产生的高电压，重叠于镇流电路Bx的输出电压而施加在电极2、3之间，可以起动放电灯1的放电。
供电控制电路Fx生成具有某一占空比的门驱动信号Sg，所述门驱动信号Sg通过门驱动电路Gx，被附加于所述开关元件Qx的门端子上，从而控制来自所述的DC电源Mx的电流的接通或关断。
在所述放电灯1的电极2、3之间流通的灯电流IL和在电极2、3之间产生的灯电压VL，通过电流检测装置Ix和电压检测装置Vx，可以检测出。另外，关于所述电流检测装置Ix使用分流电阻、而关于所述电压检测装置Vx使用分压电阻，可以简单的实现。
根据电流检测装置Ix检测的灯电流信号Si以及根据所述电压检测装置Vx检测的灯电压信号Sv，输入到供电控制电路Fx，根据该时刻的放电灯1的放电状态的不同，即，是非放电状态，或者是辉光放电状态(根据情况，是何种辉光放电状态)，或者是电弧放电状态(根据情况，是何种电弧放电状态)等，反馈式地控制所述门驱动信号Sg的占空比，使得灯电流IL和灯电压VL，或者作为这些电流和电压的积的灯功率，减少与其目标值的差。
图6示出供电控制电路Fx的简略化的构造。
所述灯电压信号Sv被输入到综合控制部Xpu中的AD转换器Adc，被转换成具有适当的位数的数字的灯电压数据Sxv，再输入到微处理单元Mpu。在此，微处理单元Mpu包含CPU、程序存储器、数据存储器、时钟脉冲产生电路、计时器、数字信号的输入输出用的IO控制器等。微处理单元Mpu，基于参照所述灯电压数据Sxv的计算、和对应于该时刻的种类的状态的条件判断，生成后述斩波能力控制电路Ud用的斩波能力控制目标数据Sxt。所述斩波能力控制目标数据Sxt由DA转换器转换成模拟的斩波能力控制目标信号St，然后通过为第1脉冲重叠(是使脉冲重叠电流峰值的绝对值成为一定的技术，意思是使图3的电流值IP成为一定的技术)而设置的、后述的斩波能力控制目标信号调制电路Um，转换成调制斩波能力控制目标信号St’，再输入到斩波能力控制电路Ud。
另外，所述灯电流信号Si，通过为第2脉冲重叠(是加上一定振幅的脉冲电流的技术，意思是使图3的电流值(IP-IL)成为一定的技术)而设置的、后述的灯电流信号调制电路Un，转换成调制灯电流信号Si’，输入到斩波能力控制电路Ud。
在斩波能力控制电路Ud中输入所述灯电压信号Sv。进一步，用于规定所允许的灯电流的上限值的灯电流上限信号Sk由灯电流上限信号产生电路Uc产生而输入。
另外，所述斩波能力控制目标信号调制电路Um和所述灯电流信号调制电路Un，根据进行第1脉冲重叠或者第2脉冲重叠中的一个，而设置有其中的一个。即，在设置所述斩波能力控制目标信号调制电路Um的情况下，就不设置所述灯电流信号调制电路Un，所以所述调制灯电流信号Si’与所述灯电流信号Si相同。反之，在设置所述灯电流信号调制电路Un的情况下，就不设置所述斩波能力控制目标信号调制电路Um，所以所述调制斩波能力控制目标信号St’与所述斩波能力控制目标信号St相同。
在所述斩波能力控制电路Ud中，所述调制斩波能力控制目标信号St’，通过根据需要设置的放大器或者缓冲器Ad1和二极管Dd1，另外，所述灯电流上限信号Sk通过根据需要设置的放大器或者缓冲器Ad2和二极管Dd2，同时与上拉电阻Rd1的一端连接，生成斩波驱动目标信号Sd2。另外，所述上拉电阻Rd1的另一端与具有适当的电压的基准电压源Vd1连接。
所以，所述斩波驱动目标信号Sd2成为选择了与所述调制斩波能力控制目标信号St’对应的信号Sd3或者与所述灯电流上限信号Sk对应的信号Sd4中的、不大的一方的信号。
即，所述综合控制部Xpu例如将对应于额定功率的常数除以所述灯电压数据Sxv，计算出用于达成额定功率的灯电流IL的值，从而生成与该值对应的值等，以任何的方法生成所述调制斩波能力控制目标信号St’，假设其即使是不适当的，在所述斩波能力控制电路Ud中，也能用硬件来控制所述斩波驱动目标信号Sd2，使得灯电流IL不超过所述灯电流上限信号Sk。
还有，所述通过AD转换器Adc或微处理单元Mpu的控制，因为动作速度慢(或者当速度快时则成本高)，而在发生例如灯的放电状态急速变化等的状况时，由于动作缓慢，发生所述的调制斩波能力控制目标信号St’的不适当，因此用硬件来构成这种电流控制功能，从灯或供电装置的保护的观点来说也是有益的。
另一方面，所述调制灯电流信号Si’通过根据需要设置的放大器或者缓冲器Ad3和二极管Dd3，与一端接地Gndx的下拉电阻Rd5的另一端连接，产生控制对象信号Sd5。
进一步，所述灯电压信号Sv，通过比较器Cmv，与其电压对应于所述的无负载开放电压的基准电压源Vd2的电压相比较，若所述灯电压信号Sv高于无负载开放电压时，晶体管Qd1成为关断或者有源状态，电流从适当的电压源Vd3，通过电阻Rd4和二极管Dd4，流至所述下拉电阻Rd5，从而提高所述控制对象信号Sd5的电平。
相反，当所述灯电压信号Sv低于无负载开放电压时，所述晶体管Qd1成为接通状态，因此来自所述电压源Vd3的电流被短路，所述控制对象信号Sd5对应于所述调制灯电流信号Si’。
这是因为，由所述的下拉电阻Rd5和二极管Dd3、二极管Dd4构成的电路，选择与各二极管的阳极侧的信号Sd6和信号Sd7的任何不小的一方对应的电压并在下拉电阻Rd5产生。
通过这样的构成，即使在例如输出电流基本上停止，所述调制灯电流信号Si’基本上不能进入的状态下，所述灯电压信号Sv若高于所述无负载开放电压时，所述控制对象信号Sd5急速上升，从而灯电压VL通常用硬件来大致被控制为无负载开放电压以下。
所述斩波驱动信号目标信号Sd2由电阻Rd2和电阻Rd3分压，被输入到运算放大器Ade的反转输入端子中。另一方面，所述控制对象信号Sd5输入到所述运算放大器Ade的非反转输入端子中。
所述运算放大器Ade的输出信号Sd1，通过积分电容Cd1和加速电阻Rd6而被反馈至反转输入端子，因此所述运算放大器Ade作为误差积分电路将所述控制对象信号Sd5相对于所述斩波驱动目标信号Sd2的由电阻Rd2和电阻Rd3引起的分压电压的电压的差积分。
与用于确定时间常数的电阻Rd0和电容Cd0连接的振荡器Osc，产生图7所示的锯齿状波信号Sd0，该锯齿状波信号Sd0和所述误差积分电路的输出信号Sd1由比较器Cmg进行比较。
但在比较时，对所述误差积分电路的输出信号Sd1增加了补偿电压Vd4的信号Sd8和所述锯齿状波信号Sd0进行比较。
在所述锯齿状波信号Sd0的电压高于所述信号Sd8的电压的期间，生成成为高电平的所述门驱动信号Sg，从所述斩波能力控制电路Ud输出。
如上所述，所述信号Sd8是在误差积分电路的输出信号Sd1中增加了补偿，所以所述误差积分电路的输出信号Sd1假设即使是零，所述门驱动信号Sg的占空比成为比100％小的最大值、即最大占空比Dxmax以下。
图7的a和b中，示出了所述门驱动信号Sg与所述误差积分电路的输出信号Sd1、以及对其增加了补偿的信号Sd8、所述锯齿状波信号Sd0的关系。
从所述供电控制电路Fx输出的所述门驱动信号Sg通过输入到所述门驱动电路Gx，作为结果，完成了所述调制灯电流信号Si’被反馈至开关元件Qx的动作中的反馈控制系统。
另外，在所述图6中记载的斩波能力控制电路Ud的构成中，作为将所述运算放大器Ade或者振荡器Osc、比较器Cmg等集成的市售的集成电路，可以使用德克萨斯仪器公司制的TL494等。
在先前所述的图6中，所述供电控制电路Fx内的所述灯电流上限信号产生电路Uc，作为未示出内部构造的模块而记述，但最简单而言，可以作为产生与允许灯电流上限值Ilmax对应的、一定电压的所述灯电流上限信号Sk的基准电源。或者，也可以根据放电状态(是辉光放电还是电弧放电)的不同，信号Sa从所述微处理单元Mpu输入到所述灯电流上限信号产生电路Uc，产生适用于放电状态的所述灯电流上限信号Sk。
图8示出为第1脉冲重叠而设置的、所述斩波能力控制目标信号调制电路Um的构造的一例。
晶体管Qm1若为关断状态，从调制原脉冲产生电路Pgm输出的调制信号Sm1，通过电阻Rm3、Rm4，连接于晶体管Qm2的基极，但所述调制信号Sm1在低电平的期间，所述晶体管Qm2为关断状态，由于上拉电阻Rm5的偏差，晶体管Qm3也成为关断状态。所以在该期间，所输入的所述斩波能力控制目标信号St，通过电阻Rm1，作为所述调制斩波能力控制目标信号St’而输出。
另一方面，当所述调制信号Sm1成为高电平时，所述晶体管Qm2接通，通过电阻Rm6而流通电流，因为所述晶体管Qm3成为接通状态，所以所述调制斩波能力控制目标信号St’的线连接于具有与所述基准电压源Vd1同等程度的电位的基准电压源Vm1。所以在该期间，所述调制斩波能力控制目标信号St’因为具有与所述基准电压源Vd1同等程度的高的电位，所以选择与所述灯电流上限信号Sk对应的信号Sd4作为所述斩波驱动目标信号Sd2。
所以，若将所述调制信号Sm1设定成希望的周期、希望的高电平占空比，则灯电流IL，在所述调制信号Sm1的低电平的期间实现根据所述斩波能力控制目标信号St的值，在高电平的期间实现根据所述灯电流上限信号Sk的值，实现灯电流IL的调制。
但是，当通过电阻Rm2连接至所述晶体管Qm1的基极的来自所述微处理单元Mpu的调制禁止信号Sb为高电平时，所述晶体管Qm1成为接通状态，因此由所述调制信号Sm1，阻止所述晶体管Qm2成为接通状态。所以所述微处理单元Mpu可以通过所述调制禁止信号Sb禁止调制动作，或者解除禁止。
在下面，针对从图5记载的供电装置的始动开始直到电弧放电的转移、调制的开始为止的过程、实际的控制进行简单的说明，图5记载的供电装置具有图8记载的斩波能力控制目标信号调制电路Um，作为供电控制电路Fx。
在该供电装置开始动作时，所述综合控制部Xpu将所述调制禁止信号Sb设定为高电平而禁止调制的同时，将所述斩波能力控制目标信号St设定得足够高，以便为了辉光放电而选择所述灯电流上限信号Sk作为所述斩波能力控制目标信号Sd2。在该时刻放电灯1熄灭，因灯电流IL不流通，而成为产生无负载开放状态。
在此，通过使起动器Ui动作，如前所述在所述电极2、3之间施加高电压而发生绝缘破坏，开始辉光放电，经过具有较高的放电电压的辉光放电，放电形式转变为电弧放电。
当灯转变为电弧放电时，灯电压VL急剧下降，所以通过AD转换器Adc检测灯电压信号Sv的所述综合控制部Xpu可以检测出灯电压VL的急剧下降。或者，灯转变为电弧放电后返回到辉光放电，之后再转变为电弧放电，或者在多次反复进行上述过程的基础之上，转变为电弧放电的情况下，通过等待适当的时间经过而检测灯电压VL的急剧下降，从而可以检测出灯转变为电弧放电的情况。
当检测出灯转变为电弧放电时，代替将所述斩波能力控制目标信号St设定得足够高，以便为了到此为止的辉光放电而选择所述灯电流上限信号Sk作为所述斩波能力控制目标信号Sd2的动作，所述综合控制部Xpu大致定期地检测灯电压VL，将所设定的目标功率除以所检测出的灯电压VL而计算出目标电流，将其作为所述斩波能力控制目标信号St而开始反复设定的动作。
如前所述，在电弧放电的初始的期间，灯的温度还未变得足够高，因为所计算出的目标电流超过所述允许灯电流上限值ILmax，所以不能达到目标电流，但是随着时间的经过，灯的电压上升，所计算出的目标电流变为所述允许灯电流上限值ILmax以下，从而可以将所设定的目标功率投入到灯中。
所述综合控制部Xpu在转变为电弧放电后的适当时刻，使所述调制禁止信号Sb成为低电平，解除调制禁止，从而如前所述，按照所述调制信号Sm1的周期、占空比，开始灯电流IL的调制、即开始在根据所述斩波能力控制目标信号St的值和根据所述灯电流上限信号Sk的值之间的反复动作。
这时，也可以按照从所述微处理单元Mpu输入到所述灯电流上限信号产生电路Uc的所述信号Sa，依据电弧放电开始起的经过时间等的条件，产生适当的所述灯电流上限信号Sk。
接着，图9示出为了第2脉冲重叠而设置的、所述灯电流信号调制电路Un的构造的一例。
所述灯电流信号Si，通过由电阻Rn1、Rn2以及运算放大器An1构成的反相放大器，变换成与极性被反转的灯电流信号对应的信号Sn1。另外，所述信号Sn1通过由电阻Rn3、Rn4以及运算放大器An2构成的反相放大器，极性再次被反转，变换成所述调制灯电流信号Si’。
在从所述信号Sn1变换为所述调制灯电流信号Si’时，通过电阻Rn5以及二极管Dn1、电阻Rn6，加上来自具有适当电压的基准电压源Vn1的DC成分，但是在晶体管Qn1或者晶体管Qn2为接通状态时阻止这种加法，所以所述调制灯电流信号Si’与所述灯电流信号Si相同。但是为了简便起见，考虑由所述运算放大器An1以及所述运算放大器An2构成的反相放大器的增益都是-1的情况。另外，插入有所述二极管Dn1，以使得将所述晶体管Qn1及晶体管Qn2的接通电压近似取消，提高所述调制灯电流信号Si’的相对于所述灯电流信号Si的同等性的精度。
现在考虑来自所述微处理单元Mpu的所述调制禁止信号Sb为低电平，通过电阻Rn7而基极连接于此的所述晶体管Qn1为关断状态的情况。这时，是否加上来自所述基准电压源Vn1的DC成分，是由通过电阻Rn7而基极连接于从调制原脉冲产生电路Pgn输出的调制信号Sn2的所述晶体管Qn2为关断还是接通来控制的。即，所述调制信号Sn2在低电平时进行加法运算，在高电平时不进行加法运算。
但是，因为由所述运算放大器An2构成的反相放大器的增益是负的，所以若以所述调制灯电流信号Si’的极性为基准，则所述来自基准电压源Vn1的DC成分的加法，实际上为减法。所以，所述调制灯电流信号Si’，在所述调制信号Sn2为低电平时，从所述灯电流信号Si减去一定量，在是高电平时，不进行减法计算。
如上所述，所述供电控制电路Fx反馈开关元件Qx的动作，使得所述调制灯电流信号Si’成为对应于所述斩波能力控制目标信号St的值，因此，所述在所述调制信号Sn2是高电平时，所述灯电流IL成为根据所述斩波能力控制目标信号St的值，在所述调制信号Sn2是低电平时，成为在此基础之上附加一定量的多余的电流的值。
所以，若将所述调制信号Sn2设定为期望的周期、期望的低电平占空比，则灯电流IL在所述调制信号Sn2的高电平的期间，实现根据所述斩波能力控制目标信号St的值，在低电平的期间，实现在此基础之上附加一定量的多余的电流的值，从而实现灯电流IL的调制。
但是，来自所述微处理单元Mpu的所述调制禁止信号Sb为高电平，所述晶体管Qn1为关断状态的情况下，所述的来自基准电压源Vn1的DC成分的加法动作，不通过所述调制信号Sn2而被阻止。所以所述微处理单元Mpu能够根据所述调制禁止信号Sb而禁止调制动作，或者解除禁止。
作为供电控制电路Fx，关于具有图9所示的灯电流信号调制电路Un的、图5记载的供电装置的开始动作起到转变为电弧放电为止的过程和控制，与所述的具有图8记载的斩波能力控制目标信号调制电路Um的、图5记载的供电装置相同。
关于调制的开始，所述综合控制部Xpu在转变为电弧放电后的适当的时刻，使所述调制禁止信号Sb为低电平，解除调制禁止，从而如前所述，根据所述调制信号Sn2的周期、占空比，开始灯电流IL的调制，即开始在根据所述斩波能力控制目标信号St的值和在此基础之上附加了一定量的多余的电流的值之间反复动作。
这时，也可以依据电弧放电开始起的经过时间等的条件，使所述基准电压源Vn1变化，从而变化所附加的多余的电流量。
在所述图8以及图9中记载的所述斩波能力控制目标信号调制电路Um以及所述灯电流信号调制电路Un中，在其内部具有所述调制原脉冲产生电路Pgm、Pgn，生成所述调制信号Sm1、Sm2，但它们也可以由所述综合控制部Xpu生成。
这时，所述综合控制部Xpu能够使所述综合控制部Xpu中的所述AD转换器Adc动作的时序与所述调制信号Sm1、Sm2同步，并限定在不进行调制所引起的灯电流的增加的期间内。通过这样，所述AD转换器Adc动作的时序或者在进行调制所引起的灯电流IL的增加的期间内重叠，或者不重叠，由此在灯电流IL的反馈控制中混入了干扰作用，可以防止灯电流IL发生摆动。
上述电流构成是用于说明本发明的供电装置的动作和功能、作用，而记载了必要的最小限度的构成。所以在实施例中说明的电路动作的详细事项，例如信号的极性、或者具体的电路元件的选择或增加、省略、或者基于元件的获得的方便性或者经济方面的理由的变更等的创意性劳动，是在实际的装置的设计业务中，以花费精力逐一进行为前提。
特别是以下列事项为前提，即从过电压或者过电流、过热等的损坏原因方面保护供电装置的FET等的开关元件等的电路元件用的机构，或者减少伴随着供电装置的电路元件的动作而产生的放射噪声和传导噪声的产生、或使产生的噪声不传到外部用的机构，例如缓冲电路或变阻器、钳位二极管、(包含逐脉冲方式)电流控制电路、共态或者常态的噪声过滤扼流圈、噪声过滤电容等，根据需要而增加到实施例中记载的电路构成的各部中。
本发明的供电装置的构成，并不限定于上述电路方式。例如所述图6中的所述供电控制电路Fx的所述综合控制部Xpu，将对应于灯电压VL的所述灯电压信号Sv进行AD转换，并基于此设定所述斩波能力控制目标信号St，而针对对应于灯电流IL的所述灯电流信号Si也可将其进行AD转换，修正并设定所述斩波能力控制目标信号St，使得所得到的电流值与目标电流值一致，从而在修正各电路元件参数的偏差的影响这样的高精度化、高功能化、或者相反例如废弃所述微处理单元Mpu，以更单纯的控制电路代替这样的简单化等的供电装置的构成的多样化的基础之上，也能良好的发挥本发明的效果。
本发明超高压放电灯点亮装置的放电灯，优选阴极由纯度为99.99％以上的钨构成。这是因为，在电极中所包含的杂质发射到放电空间的情况下，会导致放电容器的透明消失或者黑化。另外，这时的杂质中也包含有钍等的电子放射性物质。
另外，针对阳极同样为了使杂质不发射到放电容器中，优选由纯度高的钨构成。
本发明的放电灯的阴极构造，适用前端尖的圆锥形状或者在前端具有平面的圆锥台形状。
图10示出放电灯1和包围住该放电灯1的凹面反射镜20、以及将该组合(下面，将放电灯1和凹面反射镜20的组合称为光源装置)组装于投影装置30的状态。投影装置30在实际上是密集有复杂的光学部件或电子部件等，在图中为了说明的方便，将其简化而进行表现。
放电灯1通过凹面反射镜20的顶部开口而被保持着。未图示的供电装置与放电灯1的一方的端子T20以及另一方的端子T21连接。凹面反射镜20采用椭圆反射镜或者抛物面镜，在反射面实施有反射规定波长的光的蒸镀膜。
凹面反射镜20的焦点位置，被设计在放电灯1的电弧位置，可以通过反射镜效率良好的取出电弧起点的光。
另外，也可以在凹面反射镜20安装塞住前面开口的透光玻璃。
接着，对表现本发明超高压放电灯点亮装置的效果的实施例进行说明。
放电灯是前面记载的范围内的灯，将初始额定点亮电压为70V、额定点亮功率为200W的放电灯，以下述的3种重叠方法重叠脉冲电流，进行点亮试验。
点亮试验a，是重叠一定比例的脉冲电流的方法，具体而言，进行如下控制，使得脉冲重叠电流IP为基准的直流电流IL的1.4倍。
点亮试验b，是相当于所述第1脉冲重叠技术的方法，具体而言，进行如下控制，使得脉冲重叠电流IP为4A。
点亮试验c，是相当于所述第2脉冲重叠技术的方法，具体而言，进行如下控制，使得脉冲电流(IP-IL)为1.1A。
点亮初始的脉冲重叠电流IP在点亮试验a、点亮试验b、点亮试验c中的任何一种情况下都约是4A，为一定的，灯电压也是70V左右，为一定的。
另外，各点亮试验都是，脉冲电流的脉度为500秒，脉冲周期是180Hz，为一定的。
另外，点亮试验a为比较例(从前例)。这种点亮是使脉冲重叠电流IP和直流电流IL的比为一定，所以与本发明在内容上是不同的，灯电流(直流电流IL)低下，同时脉冲电流(IP-IL)也变小。
图11示出实验结果。纵向轴表示照度变动率(％)，横向轴表示点亮时间(hour)。
由此可知，在点亮初期，点亮试验a、点亮试验b、点亮试验c的照度变动率都在1％以下，而相对于此，经过4个小时的点亮，点亮试验a的照度变动率上升到6％左右。其原因是，由于阳极的损耗造成的电极间距离的增大，灯电压上升至约92V，电流值IL下降至约2.2A，脉冲重叠电流值IP下降至约3A，从而阴极前端部分的温度低下，电弧收缩造成阴极高光点的波动。
另一方面，点亮试验b中，点亮400个小时后的照度变动率被抑制在1％以下。另外可知，点亮试验c中，点亮400个小时后的照度变动率在1～2％之间变化。点亮试验c的照度变动率比点亮试验b的大，但与点亮试验a相比，被明显地改善。
在此，针对上述照度变动率进行说明。通过投影光学系统将来自放电灯的放射光投射到屏幕(40英寸)上，用照度计测量屏幕中央的照度，连续记录在记录器中。
测量以1小时为单位进行，在1个小时的测量期间，读取最大值和最小值，可以将该差除以该1小时的初期的照度而求得。即，照度变动率通过(1小时的最大照度值-1小时的最小照度值)÷(初期照度值)而求得。
在此，针对点亮试验a的灯，从点亮400个小时的时刻起更换点亮装置，切换成点亮试验b的控制，即将脉冲重叠电流IP维持为一定值(4A)的控制，继续试验。
其结果是可以确认，点亮400个小时的时刻的照度变动率6％开始慢慢下降，在约3个小时后下降到1％以下。也就是说，因为相对于电流值IL的相对脉冲电流变大，所以阴极前端部分的加温效果提高，可以抑制电弧的波动。
另外，在上述实施例中，说明了将脉冲重叠电流IP控制为一定的方法(第1脉冲重叠技术)、和将脉冲电流(IP-IL)控制为一定的方法(第2脉冲重叠技术)，但也可以进行控制使得脉冲重叠电流IP或者脉冲电流(IP-IL)成为比点亮初期高的值。
具体而言，是在点亮初期的灯电流IL约为3A、脉冲重叠电流约为4A的情况下，在灯电流IL减少时，将脉冲重叠电流积极地提高为比4A高的值的方法，或者将脉冲电流积极地提高为比1A(4A-3A)高的值的方法。
如以上说明的本发明的超高压放电灯点亮装置，通过当检测到放电灯的点亮电压的减少时，提高附加在所提供的直流电流上的周期性的脉冲电流(IP-IL)，从而招致阴极的加温效果，可以防止放电电弧的波动。
权利要求
1.一种超高压放电灯点亮装置，由超高压放电灯和对该放电灯提供直流电流进行点亮的供电装置，该超高压放电灯是在由石英玻璃制成的发光管中以2mm以下的间隔相向配置一对电极，在该发光管中封入有0.15mg/mm3以上的水银、稀有气体和1×10-6～1×10-2μmol/mm3的范围内的卤素，其特征在于，所述供电装置，对所述放电灯，提供周期性地将脉冲电流重叠于直流电流的电流，同时在该放电灯的点亮电压上升时，使该脉冲电流的大小变大。
2.如权利要求1所述的超高压放电灯点亮装置，其特征在于，所述供电装置对所述放电灯进行恒定功率控制。
3.如权利要求1所述的超高压放电灯点亮装置，其特征在于，所述放电灯的阴极由纯度为99.99％以上的钨构成。
4.如权利要求1所述的超高压放电灯点亮装置，其特征在于，所述放电灯的阴极是前端尖的大致圆锥形状。
全文摘要
本发明提供一种超高压放电灯点亮装置，可以抑制闪烁现象而稳定地进行点亮。其特征是，由超高压放电灯和对该放电灯供给直流电流使其点亮的供电装置构成，该超高压放电灯是在由石英玻璃制成的发光管中以2mm以下的间隔相向配置一对电极，在该发光管中封入0.15mg/mm
文档编号H01J61/20GK1622276SQ20041004317
公开日2005年6月1日 申请日期2004年5月13日 优先权日2003年6月18日
发明者堀川好广, 杉谷晃彦, 冈本昌士 申请人:优志旺电机株式会社