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CN1735308A - 灯动作控制装置及其方法 - Google Patents

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CN1735308A
CN1735308A CNA2005100831665A CN200510083166A CN1735308A CN 1735308 A CN1735308 A CN 1735308A CN A2005100831665 A CNA2005100831665 A CN A2005100831665A CN 200510083166 A CN200510083166 A CN 200510083166A CN 1735308 A CN1735308 A CN 1735308A
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discharge lamp
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Abstract

本发明提供可简单而且确实地实现稳定的发光而不需要放电所伴生的参数的检测的灯动作控制装置及其方法。使具备以规定的间隔配置在发光管的两端上的一对电极的放电灯动作的灯动作控制装置，借助于逆变器把电源(1)的电力变换成使极性连续交互地变化的交流电压或交流电流，产生动作电压或动作电流，将其施加到放电灯的一对电极上使其发光。驱动器电路借助于由运算处理电路(17)进行的控制，在放电灯的发光时供给的灯电流或灯电压的后端供给脉冲，同时，根据预先测定的灯电压(VL)对放电灯的点亮时间的变动，设定脉冲的大小。

Description

灯动作控制装置及其方法
技术领域
本发明涉及用来供给在液晶投影仪等投影式显示器中使用的高压放电灯的动作电压/电流的装置及其方法，特别是涉及可以得到稳定光(输出)而与该高压放电灯的时间性变化无关的灯动作控制装置及其方法。
背景技术
以往，作为液晶投影仪等投影式显示器的光源，出于变换效率高、而且易于得到近于点光源的光的理由，一直都使用金属卤化物灯或高压水银灯等的高压放电灯。此外，为了使这样的高压放电灯的点亮而供给点亮所需要的电压和电流，使用专用的放电灯点亮装置。在近些年，对于这样的放电灯点亮装置，例如，就如在日本专利特开平5-74583号公报、特开平8-8076号公报中所述的那样，为了计算消耗电力，并使电力保持恒定，人们已经提出了借助于微处理器进行放电灯点亮装置的控制的方式。
高压放电灯的构造，人们已经由特表2000-515311号公报得知。此外，在高压放电灯的情况下，例如，就如人们由特表2002-534766号公报、特表2002-532866号公报、特开2002-15883号公报、美国专利第5608294号所得知的那样，要施加高压放电灯交流的矩形形状的动作电压和动作电流。以减少由放电所伴生的电极的消耗引起的电弧电压的变动或闪光(闪烁)的发生为目的，向交互地使其极性变化的具有矩形或规定的形状的灯电流的规定的时间的部分，其中特别是在要使其极性逆转之前，供给脉冲状的电流。就是说，借助于该脉冲状电流的附加性的供给，在可以对放电灯供给预先决定的功率的同时，还可以抑制电弧放电位置的移动。
但是，若采用上述的现有技术，特别是，若采用在特表2002-534766号公报、特表2002-532866号公报、特开2002-15883号公报、美国专利第5608294号中所公开的电路装置或方法，则虽然向灯电流的规定的时间的部分追加性地供给脉冲状的电流，但是，这时，为了决定该脉冲状的灯电流的大小，就必须求高压放电灯的动作参数，例如，表明其电极间距离的参数。
作为被检测的参数，例如，是连续的期间内的每一个期间的灯电压等。这些参数，可借助于设置在电路装置内的微处理器进行检测。说得更具体点，可采用检测在逆变器(inverter)的感应装置中流动的电流的办法求得。
如上所述，若使用在特表2002-534766号公报、特表2002-532866号公报、特开2002-15883号公报、美国专利第5608294号中所公开的现有技术，则就要借助于微处理器求作为高压放电灯的动作参数的电极间距离。根据该所求得的参数决定脉冲状的灯电流的大小。为此，还需要对在用来检测参数的装置，例如，逆变器的感应装置中流动的电流进行检测的电流检测装置。因此，灯动作控制装置的部件个数就要增大，或者，装置就要大型化，此外，其造价也要增大。
除此之外，存在着在灯的长期使用中，特别是由于在放电灯的点亮装置内部发生的噪声，即，由于在放电灯的点亮开始前后的高电压的发生时产生噪声等，通过电流检测器误检测被微处理器检测的参数的危险。另外，这时，例如当把脉冲状的灯电流的大小设定为超过需要以上的大小的值时，还会导致高压放电灯的寿命的缩短。
发明内容
本发明的目的在于提供可以得到稳定的光输出而与高压放电灯的长期的使用中的电极间距离等的动作参数的变换无关，同时，可以减少放电所伴生的电极的消耗引起的电弧放电的变化或闪光(闪烁)的发生的灯动作控制装置及其方法。此外，目的还在于可以简单地而且确实地减少放电所伴生的电极的消耗引起的电弧放电的变化或闪光(闪烁)的发生的灯动作控制装置及其方法。
根据本发明，使具备以规定的间隔配置在发光管的两端上的一对电极的放电灯进行动作的灯动作控制装置，借助于逆变器，把电源1的电力变换成使极性连续地交互地变化的交流电压或交流电流以产生动作电压或动作电流，将之施加到放电灯的一对电极上使之发光。驱动器电路，借助于运算处理电路17进行的控制，向放电灯的发光时供给的灯电流或灯电压的后端供给脉冲，同时，根据预先测定的灯电压(VL)对放电灯的点亮时间的变动设定脉冲的大小。
实施例的其它的目的、优点和新颖的特点，一部分将在下述的说明中公开，一部分对于本领域的技术人员来说，借助于下述检测和附图说明是显而易见的或可通过实施例的制作或动作而明白。发明思想的目的和优点可以利用在所附权利要求中特别指明的方法、工具和组合实现或得到。
附图说明
附图所画出的与本发明思想相一致的一个或多个实施方式，仅仅是例示而不是限制。在所有的附图中，对于同一或相同的元件都将赋予同一标号。
图1的框图示出了作为本发明的一个实施例的灯动作控制装置的构成。
图2的波形图示出了借助于上述灯动作控制装置供给至放电灯的灯电流的一个例子。
图3是用来说明可由灯动作控制装置执行的、最佳设定应当附加的脉冲状电流的处理的内容和存储器的内容的说明图。
图4示出了具有100W的额定电力的高压放电灯的灯电压(LV)对使用(点亮)时间(h)的变化。
图5示出了具有120W的额定电力的高压放电灯的灯电压(LV)对使用(点亮)时间(h)的变化。
图6的框图示出了在其一部分上具备灯动作控制装置的放电灯点亮装置的构成。
图7的框图简单地说明使用放电灯点亮装置的投影式显示器的构造。
图8的波形图示出了图2所示的灯电流的另一个例子。
具体实施方式
以下，参看附图详细地对本发明的实施方式进行说明。首先，图6的框图示出了在其一部分中具备作为本发明的一个实施例的灯动作控制装置的放电灯点亮装置的构成。另外，该图示的放电灯点亮装置，例如，适合于附图7所示的投影式显示器，以下，首先简单地对该投影式显示器进行说明。
在该图7中，反射器77和高压放电灯78，构成用来从图像显示器件76的背面照射光的光源。透过该图像显示器件76后的光，借助于图中的光学系统75(例如，投影透镜等)被投影到屏幕74上边，得到所希望的图像。另外，该图像显示器件76，例如由液晶显示器装置(在这里，虽然示出1个装置，但是也可以是多个)构成，由于在其透光面上，可由上述图像显示器件驱动电路79进行驱动以显示图像，故可以在屏幕74上得到大画面地放大·投影后的图像。另外，该图中所示的放电灯点亮装置80是用来进行上述高压放电灯78的起动和点亮控制的放电灯点亮装置。
图6的框图示出了在其一部分上具备灯动作控制装置的放电灯点亮装置的构成。在图6中，标号1是例如商用电源等的主电源输入端子，2是MOS-FET，3是二极管，4是扼流线圈，5是电容器，6、7是电阻，8、9、10、11是MOS-FET，12是电阻，13是放电灯，14是灯ON(导通)输入端子，15是运算处理电路电源，16是运算处理电路电源ON/OFF(关断)电路，17是运算处理电路，18是热敏电阻，19是PWM控制电路，20是PWM控制电路19的ON/OFF信号输入端子，21是PWM控制电路19的控制电压输入端子，22是驱动器电路1，23是驱动器电路2，24是驱动器电路23的ON/OFF信号输入端子，25是驱动器电路23的输入端子1，26是驱动器电路23的输入端子2，27是点火器电路。
在上述的构成中，MOS-FET2、二极管3、扼流线圈4、电容器5、电阻6、7、12、驱动器电路22、和PWM控制电路19，构成电力控制电路。MOS-FET 8、9、10、11和驱动器电路23构成交流变换电路。点火器电路27产生高电压脉冲，使高压放电灯13起动。此外，运算处理电路17，例如，用微处理器构成，借助于用串联连接起来的电阻6、7进行分压的电压来检查输出电压，根据在电阻12上发生的电压检测输出电流。此外，借助于热敏电阻18监视放电灯点亮电路的温度。
运算处理电路17根据来自灯ON输入端子14的输入产生驱动驱动器电路23的信号，向驱动器电路23的输入端子25、26输出。该运算处理电路17进而根据输出电压检测结果和输出电流检测结果计算输出电压，使得输出电力变成为恒定那样地向PWM控制电路19的控制电压输入端子21提供限制电压，进行控制。此外，使输出电压、输出电流或放电灯点亮电路的温度等的检测结果，与在运算处理电路17的内部决定的限制值LV1、LV2、LV3进行比较。在这里，限制值LV1表示输出电压限制值，限制值LV2表示输出电流限制值，限制值LV3是过热限制值，表示放电灯点亮装置的温度的限制值。就是说，运算处理电路17在输出电压检测结果变成为LV1以上，或者热敏电阻监视结果变成为LV3以上的情况下，向PWM控制电路19的ON/OFF信号输入端子20和驱动器电路23ON/OFF信号输入端子24传达信号，使放电灯点亮装置停止。此外，在输出电流检测结果变成为LV2以上的情况下，向PWM控制电路19的控制电压输入端子20提供控制电压，使得用LV2决定的电流值限制输出电流，从而对PWM控制电路19进行控制。
此外，运算处理电路17借助于来自运算处理电路电源15的电力供给进行动作。该运算处理电路电源15的电力供给，借助于运算处理电路ON/OFF电路16进行ON/OFF。另外，在该运算处理电路ON/OFF电路16中，内置有定时器，在来自灯ON输入端子14的输入后，从放电灯点亮开始在高压发生期间，停止来自运算处理电路电源15的电力向运算处理电路的电力供给。
其次，在图4中，借助于曲线图示出了作为上述的放电灯13的、具有100W的额定电力的高压放电灯的随时间变化的特性，即，对灯电压(LV)的使用(点亮)时间(h)的变化。另外，该曲线图中的曲线A～E，示出了对于5根飞立浦(Philips)公司生产的高压放电灯的UHP100W、公称寿命10000h，根据其使用(点亮)时间的经过实际测定灯电压LV所得到的特性曲线。
此外，在图5中，仍然与上述同样，借助于曲线图示出了对作为上述的放电灯13的、然而具有120W的额定电力的高压放电灯的灯电压(LV)的使用(点亮)时间(h)的变化。另外，该曲线图中的曲线F～I，也仍然示出了对于5根飞立浦(Philips)公司生产的高压放电灯的UHP 120W、公称寿命8000h，根据其使用(点亮)时间的经过实际测定灯电压LV所得到的特性曲线。
由这些图4和图5可知，在高压放电灯中，呈现出这样的倾向：在其使用开始的期间(0～200小时左右)内，尽管其灯电压(LV)减少，或者急剧地上升，但是，之后一直到达到其寿命为止，都将以大体上恒定的比率上升而与其种类无关。就是说，在图4的曲线的情况下，在大约70V～100V之间，在图5的曲线的情况下，在大约80V～110V之间，以大体上恒定的比率上升。积极地利用这样的高压放电灯的特性，借助于以下所述的灯动作控制装置对放电灯点亮装置的动作电力，就是说对动作电压或电流进行控制。说得更为具体点，对于高压放电灯的使用(点亮)时间，根据预先测定的灯电压(LV)的变动，预先把要在以下说明的要施加的脉冲状电流的值设定成最佳，根据可对之逐次测量的灯的使用(点亮)时间边进行参照边进行控制。
其次，图1是在图6中示出了其细节的放电灯点亮装置的构成要素之内仅仅抽出并示出了构成灯动作控制装置的要素。就是说，灯动作控制装置，例如，可以简单地借助于由微处理器构成的运算处理电路17、驱动器电路23、由4个MOS-FET 8、9、10、11构成的逆变器构成，除此之外不需要设置参数的检测装置。就是说，可以大体上完全不加变动地利用以往一直采用的借助于微处理器进行放电灯点亮装置的控制的方式的放电灯点亮装置。为此，从制造成本方面来看也是有利的。在该例子的情况下，运算处理电路17，在其内部还具备存储装置(存储器)171，在该内部存储装置(存储器)171内，存储有要在以下讲述的与要施加的脉冲状电流有关的数据(信息)。就如在图中也用虚线表示的那样，该存储装置(存储器)171，也可以借助于设置在运算处理电路17外部的外部存储器构成。
然而，在图1所示的灯动作控制装置中，运算处理电路17，借助于已存储在其内部存储器内的软件，控制驱动器电路23。就是说，给放电灯13施加由4个MOS-FET 8～11构成的逆变器所产生的灯动作电压，向放电灯13供给在图2中示出了其波形的那样的灯电流。
图2所示的灯电流，为了防止放电所伴生的电极的消耗所引起的电弧电压的变化，要采取在放电灯的发光时供给的、连续地交互地变化为正和负的极性的矩形形状的灯电流(I0)的规定部位上附加(I0+Iad)脉冲状的电流的波形。运算处理电路17对灯电压进行控制使其成为该种波形。运算处理电路17，为了供给矩形形状的灯电压，通过对驱动器电路23下达用来产生矩形形状电压的电压值或周期(矩形波的时间宽度)以及脉冲状电流值或周期(矩形波的宽度)的指示，产生对于逆变器具有上述那样的波形的灯动作电压。
从得到减少以电弧放电的发生地点的移动为原因的闪光(闪烁)的发生的、稳定的点光源的观点看，优选的是使要附加该脉冲状的电流的规定部位为矩形形状的交流电压使其极性逆转之前的位置(后端部)。此外，矩形形状的灯电流的周期或期间(t0)，一般地设定为2.5ms～8.3ms左右，更为优选地，设定为4.0ms～5.2ms的范围内。此外，脉冲状的电流的时间宽度(tp)例如优选对于上述的期间(t0)，在t0/50～2t0/3的范围内进行设定。
在灯动作控制装置执行的控制方法中，使用对于放电灯的利用(点亮)时间的预先测定的放电灯的灯电压(LV)设定脉冲状电流的大小(振幅)。就是说，根据预先求得的上述放电灯的动作电压的时间性变化，预先计算出应当附加的脉冲状电流的大小(电流值)Iad，并将之预先存放在存储装置(存储器)171内，然后，在产生灯动作电压时，运算处理电路17与在该时刻处的灯的使用(点亮)时间相对应地取出存放在该存储装置(存储器)171内的应当附加的脉冲状电流的值(Iad)，设定放电灯的动作电压。
接着，以下，用图3对在灯的点亮动作的各个时刻中用来最佳地设定与灯的时间性变化有关的信息的处理，进行说明。具体地说，对用来根据预先测定的放电灯的灯电压(LV)的变动，最佳地设定应当附加的脉冲状电流的值(Iad)的处理，进行说明。
运算处理电路17，为了执行在图3(a)中也示出的处理，以例如20个小时～200个小时左右为单位的定时起动存放在该存储部分中的程序。然后，得到根据其内部的定时器等进行累计计算的、装置的动作时间(即，高压放电灯13的使用(点亮)时间)(步骤S11)。接着，就如在图3(b)中也示出的那样，以在S11中得到的动作(点亮)时间(T1、T2、……、Tn、Tn+1、……)为地址值输入作为已存放在存储装置(存储器)171内的数据的、脉冲状电流的值(IadT1、IadT2、…、IadTN、IadTN+1、…)(步骤S12)。然后，向驱动器电路23指示该所输入的电流值(步骤S13)，结束处理。
如上述的现有技术那样，作为高压放电灯的动作参数，仅仅根据灯的动作(点亮)时间来参照存储装置(存储器)171，就可以简单地把应当附加地供给至放电灯的脉冲状电流的值(Iad)，适宜设定为最佳的值，而无须检测作为表示其电极间距离的参数的动作期间中的灯电压等。就是说，可以得到稳定的光输出而与高压放电灯的长期间的使用中的电极间距离等的动作参数的变化无关，同时，还可以减少由放电所伴生的电极的消耗引起的电弧电压的变化或闪光(闪烁)的发生，而且，还不会缩短高压放电灯的寿命。
在以上所说明的例子中，根据预先求得的上述放电灯的动作电压的时间性变化，预先计算出应当附加的脉冲状电流的大小(电流值)Iad，并要将之存储在存储装置(存储器)171内。但是，在本实施方式中，并不限定于此，例如，也可以把预先求得的本身为上述放电灯的动作电压的时间性变化的灯电压(LV)的值存放在存储装置(存储器)171内。另外，在该情况下，结果，上述的运算处理电路17，根据所读出的灯电压(LV)的值设定应当附加的脉冲状电流的大小(电流值)Iad。
此外，如上所述，灯电压(LV)，由于呈现出与该使用(点亮)时间的经过一起，以大体上恒定的比率上升的倾向，故也可以借助于以下的公式(1)对每一个任意的时间t简单地进行计算。
LV＝70+(100-70)20t/8000＝70+3/40t……(1)
在这里，示出了图4所示的、具有8000个小时的寿命的额定100W的高压放电灯的情况下的例子。如上所述，在用规定的计算公式，求相对使用(点亮)时间进行变化的灯电压(LV)的情况下，必须预先准备好用来进行该计算的公式。另一方面，由于不需要上述的存储装置(存储器)171，故是优选的。此外，要预先准备的计算公式，如上所述，也是一次式的简单的计算，可根据预先测定的放电灯的灯电压(LV)的值(特别是经过200个小时后的值与在最大时间(寿命)时的值)简单地进行设定，可以容易地实现，这一点是明显的。
再有，在上述的例子中，如图2所示，进行使放电灯的发光时供给的灯电流的波形，变成为给连续地交互地变化成正和负的极性的矩形形状的灯电流(I0)的后端部附加(I0+Iad)脉冲状的电流的控制。但是，本发明并不限于此，也可以被代替为例如变成为图8所示的那样的波形。
就是说，图8(a)所示的灯电流波形，在连续地交互地变化成正和负的极性的同时，还使电流值从(I0)连续地变化成(I0+Iad)。此外，图8(b)所示的灯电流波形，在连续地交互地变换成正和负的极性的矩形后继续，但是却与之独立地附加上脉冲状的电流。另外，该独立地附加上的脉冲状的电流值，已变成为(I0+Iad)。另外，在该情况下，可以与上述的实施例同样地根据放电灯的动作电压的时间性变化把该Iad的值设定成最佳。
此外，即便是用这些灯电流波形，作为高压放电灯的动作参数，无须检测表示其电极间距离的参数的动作期间中的灯电压等，而且与在高压放电灯的长期间的使用中的电极间距离等的动作参数的变化无关地得到稳定的光输出，同时，还可以减少放电所伴生的电极的消耗引起的电弧电压的变化或闪光(闪烁)的发生。再有，还可以得到不会缩短高压放电灯的寿命的效果，这一点也是明显的。
如上所述，可以提供这样的灯动作控制装置：在使具备以规定长度的间隔配置在发光管的两端上的一对电极的放电灯进行动作的灯动作控制装置中，具备电源；使所述电源的电力变换成连续地交互地变化为正和负的极性的交流电压以产生动作电流的装置；和用来控制上述装置的动作电压的产生的控制装置，并且，把上述所产生的动作电压施加给上述放电灯的一对电极以使之发光的装置中，上述控制装置，具备向上述放电灯的发光时供给的灯电流的规定部位供给脉冲，同时，根据预先测定的上述放电灯的动作电压对于上述放电灯的点亮时间的变动设定该脉冲的大小的装置。
此外，还提供这样的灯动作控制方法：在使具备以规定长度的间隔配置在发光管的两端上的一对电极的放电灯进行动作的放电灯动作控制方法中，使上述电源的电力变换成连续地交互地变化为正和负的极性的交流电压以产生动作电压，把该所产生的动作电压施加给上述放电灯的一对电极以使之发光，向上述放电灯的发光时供给的灯电流的规定部位供给脉冲，同时，根据预先测定的上述放电灯的动作电压对上述放电灯的点亮时间的变动，设定该脉冲的大小。
另外，在上述的灯动作控制装置和方法中，优选的是上述设定装置具备存储器，此外，构成上述设定装置的存储器存储有与上述放电灯的点亮时间相对应地预先设定的上述脉冲的电流值，或者，与上述放电灯的点亮时间相对应地存储上述放电灯的动作电压的变动值。或者，上述设定装置也可以按照根据上述预先设定的放电灯的动作电压对放电灯的点亮时间的变动而设定的数学公式，设定该脉冲的值。
如上所述，高压放电灯的电压，是着眼于一直到其寿命时间为止，都呈现出以大体上恒定的比率上升的倾向而形成的。就是说，倘采用利用该情况的上述的灯动作控制装置及其方法，则可以实现如下的优良的效果：不需要现有技术那样的电流检测器等的参数的检测，从而可以简单而且确实地实现，而且，可以得到稳定的光输出而与高压放电灯的长期间的使用中的电极间距离等的动作参数的变化无关，同时，还可以减少放电所伴生的电极的消耗引起的电弧电压的变化或闪光(闪烁)的发生。

Claims (8)

1.一种灯动作控制装置，其特征在于，包括：
电源；
使所述电源的电力变换成连续地交互地变化为正和负的极性的交流电压以产生动作电流的逆变器；
放电灯，具备以规定长度的间隔配置在发光管的两端上的一对电极，将所产生的动作电流施加到所述放电灯的一对电极上进行发光；
控制基于所述逆变器产生的动作电流的处理电路，
向在所述放电灯的发光时供给的灯电流的规定的部位供给脉冲，同时，根据预先测定的所述放电灯的动作电压对所述放电灯发点亮时间的变动，设定该脉冲的大小。
2.根据权利要求1所述的灯动作控制装置，其特征在于，所述处理电路具备存储器。
3.根据权利要求2所述的灯动作控制装置，其特征在于，所述存储器存储根据所述放电灯的点亮时间预先设定的脉冲的电流值。
4.根据权利要求2所述的灯动作控制装置，其特征在于，所述存储器与所述放电灯的点亮时间相对应地存储所述放电灯的动作电压的变动值。
5.根据权利要求1所述的灯动作控制装置，其特征在于，所述处理电路，按照根据预先测定的所述放电灯的动作电压对所述放电灯的点亮时间的变动设定的数学公式，设定脉冲值。
6.一种放电灯动作控制方法，使具备以规定长度的间隔配置在发光管的两端上的一对电极的放电灯进行动作，其特征在于，包括如下步骤：
把电源的电力变换成连续地交互地变化成正和负的极性的交流电流以产生动作电流，
根据预先测定的所述放电灯的动作电流对所述放电灯的点亮时间的变动，设定灯电流的供给的脉冲的大小，
向灯电流的规定的部位供给设定的大小的脉冲，
把所产生的动作电流施加到所述放电灯的一对电极上使之发光。
7.根据权利要求6所述的灯动作控制方法，其特征在于，
从存储根据所述放电灯的点亮时间预先设定的所述脉冲的电流值的存储器中，与所述放电灯的点亮时间相对应地读出所述脉冲的电流值，
设定所述脉冲的大小。
8.根据权利要求6所述的灯动作控制方法，其特征在于，根据按照预先测定的所述放电灯的动作电压对所述放电灯的点亮时间的变动设定的数学公式，设定该脉冲的值。
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