專利名稱：投影機用的光源裝置的驅動方法
技術領域：
本發明涉及在使用色輪的單板式投影機裝置中使用的光源裝置的 驅動方法。尤其是，涉及與色輪同步地進行供電控制的光源裝置的驅 動方法。
背景技術：
使用液晶或數字微鏡器件(Digital Micro mirror Device, DMD)的
投影機裝置將從光源(放電燈)放射的光利用反射鏡或透鏡系統，聚 光照明在顯示影像信息的小型元件上，將來自該小型元件的反射或透 射光通過透鏡等光學系統照射在屏幕上。此時，要求放電燈是點光源。 小型元件小至1英寸以下，且入射光束的角度分量較小時，能夠提高 光的利用效率，且圖像的對比度也會變好。
用彩色投射圖像信息的方法存在單板方式與3板方式，但近年來， 由于投影機裝置的緊湊化，主要采用單板方式。該單板方式也稱為色 依次式。將來自光源的白色放射光經由被分割形成有紅色、綠色、藍 色(RGB)的區域的色輪照射在DMD上，利用該DMD使特定的光反 射，照射在屏幕上。DMD是指，在每l像素上鋪滿數百萬個小的反射 鏡，通過控制一個個的小的反射鏡的方向來控制光的投射。對于投影 機裝置的光源裝置，在專利文獻1中公開了其結構例。
將交流方式的超高壓水銀燈用于色依次式的投影機時， 一般使燈 電流的極性反轉與色輪的輪輻時間(色區域的切換期間)同步地進行 動作。這是由于，如果不達到該同步，則在燈電流的極性反轉時，光 輸出發生變動，作為其結果，會在投影屏幕上產生閃爍。在交流方式的超高壓水銀燈中，為了抑制不穩定放電而在電極前 端形成突起的技術已經公開于專利文獻2。并且，尤其是在封入的水銀
量達到0.20mg/mmS以上的超高壓水銀燈中，為了使電弧亮點穩定，并 抑制閃爍現象，尤其需要將該突起電極穩定維持在適當形狀，因而使 燈的點燈頻率以較高頻率與低頻率的組合來進行動作的技術已經公開 于專利文獻3。
專利文獻l:日本特開2005-196011號公報 專利文獻2:日本特開2003-51282號公報 專利文獻3:日本特開2006-332015號公報
將交流方式的超高壓水銀燈用于單板式投影機的光源時，如上所 述，使燈電流的極性反轉與色輪的輪輻時間(色區域的切換期間)同 步地進行動作。
發明人嘗試了將在電極前端具有突起形狀、封入的水銀量為 0.20mg/mm3以上的交流方式的超高壓水銀燈中使用用于適當地維持突 起形狀的專利文獻3的技術的點燈方法以及該"使燈電流的極性反轉 與色輪的輪輻時間同步地進行動作"的點燈方法予以組合，進行點燈。
可是，在燈的點燈初始的例如20小時以內的極早階段，出現了燈 電壓上升的不良現象。并且，其結果是，作為出現在屏幕面上的現象， 發生了照度降低。
發明內容
因此，本發明的要解決的問題在于，提供一種使用色輪的投影機 所使用的光源裝置的驅動方法，能夠抑制燈電壓的變動，并抑制在屏 幕上的燈壽命初期的照度變動。
為了解決上述課題，本發明的方法為一種投影機用的光源裝置的驅動方法，該投影機具備至少分割成RGB的色區域的色輪；入射有 通過該色輪的預定的光聚光區域的光的棒狀集成透鏡；以及接收來自 該棒狀集成透鏡的入射光的數字微鏡器件等影像顯示元件，該驅動方 法的特征在于該光源裝置由超高壓水銀燈以及供電控制裝置構成，
其中該超高壓水銀燈在放電容器內封入有0.20mg/mn^以上的水銀與稀 有氣體及鹵素，且具備在各個前端具有突起的一對電極，該供電控制 裝置對該超高壓水銀燈進行電流的供給控制，從該供電控制裝置，將 選自60 1000Hz的范圍的頻率的燈電流作為穩定頻率，供給到該超高 壓水銀燈，當該色輪的1個色區域與其它色區域的邊界部分適合于形 成在該色輪上的光聚光區域時，使供給到該超高壓水銀燈的供給電流 的極性反轉，且在該光聚光區域適合于向該色輪的同一色區域切換的 邊界時，以一定間隔、頻率為5 200Hz的低頻的燈電流的插入開始， 并持續供給與該色輪的色區域的整數個量相當的期間。
對于具備在前端具有突起的電極的、封入的水銀量為0.20mg/mm3 以上的超高壓水銀燈插入低頻的燈電流的技術在本發明之前在單板式 的投影機用的光源裝置中尚無被使用的例子，而僅用于將RGB各個顏 色1片片地加在一起而使用3片的平板濾光器的3板式投影機中。此 時僅僅隔開預定時間的時間間隔而僅預定的繼續時間被確定為低頻的 燈電流的插入時間。
另一方面，在單板式投影機中，在使用交流燈的光源裝置的驅動 中，為了避免圖像干擾，僅進行同步于輪輻時間的正負的電流切換。 發明人在單板式的投影機用的光源裝置使用具有突起的電極的交流燈 來進行低頻電流的插入時，在現有技術中，嘗試了與輪輻時間同步地 進行正負的電流切換，同時對于低頻電流的持續期間，使旋轉的色輪 的各個色區域通過光聚光點的數目相同的方法。
這是由于，通過插入低頻電流，在燈壽命中得以維持突起形狀， 而作為其方法，使色輪的各個色區域通過光聚光點的數目相同的方法，在制作點燈電源的程序上比較方便。
利用表示單板式投影機的內部結構的框圖的圖2與表示已知的光
源裝置的動作的流程圖的圖9,表示以下的其順序。
1. 光源裝置IO的供電控制裝置ll檢測來自投影機裝置100的控 制處理部16的同步信號。
2. 每當同步信號的上升時刻利用內置于供電控制裝置11的計數 器開始計數。
3. 每當同步信號的上升時刻反轉燈電流的極性。
4. 實施預定的色區域分量的高頻點燈。
5. 實施預定的色區域分量的低頻點燈。
6. 重置計數器。 如此地，之后重復2至6。
在單板方式的投影機裝置中，色輪的各色區域的形成角度的設計 是以投影機的亮度或顏色來決定的，因而由于各制造商的投影機機種 不同，形成角度各式各樣，并不是相同的角度設計。
色輪是以一定速度例如120Hz (每秒120轉)旋轉，因而在旋轉 的色輪的面上，在著眼于來自光源的放射光所通過的1點時，隨著各 色區域的預先確定的形成角度的不同，各色區域通過該點的時間不同。
即使僅決定放射光通過的色區域的數目，如果未特定插入的色區 域，則會產生低頻電流的頻率變動。例如在紅90。、黃色35°、綠90°、 青綠35°、白30°、藍80。的色輪設計中，插入低頻電流的色區域的個 數為5時，從紅開始低頻電流的插入時，頻率是對應于從紅到白為止 的280。的頻率，但在低頻電流的插入從綠開始時，則成為對應于從綠 到紅為止的325。的頻率，頻率發生了變動。這樣，發明人想到，作為 低頻電流的頻率不恒定的結果，在燈點亮初期會觀察到電壓上升。電壓上升在燈構造上是指電極間距離(電弧長度)的伸展，而電 弧長度的伸展意味著對于光學系統的利用效率減少，可以想到其結果 是造成初期的照度衰減。由進行燈的X射線照相觀察的結果來看，電 極的變形為電弧長度的伸展的原因。
如果進行低頻電流的插入時的色輪的色區域不固定就產生這種電 極變形的確切的機理尚不明確。但是可以推測出如下的機理。
如專利文獻3所示，低頻電流的插入具有從電極前端蒸發的電極
材料即鎢熔解析出在前端突起附近的物質的效果。可以推測出，低頻 電流插入繼續時間的微妙的長短不同表現為前端突起附近的析出物的 熔融或成長上的明顯差異。其應熔解的能量存在最適當領域，若低頻 電流插入繼續時間較久，能量過大時，則可熔解所析出的鎢，但主要 損耗突起。相反地，低頻電流插入繼續時間短時，熔解析出物的能量 不充分，因而抑制析出的效果較差，亦即，低頻電流插入繼續時間必 須始終保持恒定，但已知技術中，低頻電流的插入是在色輪的面上放 射光的光聚光區域來到色區域的開始位置的時刻，根據上述輪輻時間 來進行的情況下，由于未將低頻電流插入開始的色區域確定為相同， 因此可以想到與色輪的各色區域的形成角度為各式各樣這一點相互結 合，低頻電流插入繼續時間發生變化。由以上的研究完成了本發明的 結構。
通過本發明，在使用色輪的投影機裝置所使用的光源裝置中，通 過固定開始插入低頻電流的色區域，可抑制燈電壓的變動，其結果是， 可抑制燈壽命初期的光源裝置的劣化。
圖1是表示本發明的光源裝置的動作的流程圖。
圖2是表示本發明的驅動方法所適用的單板式投影機的內部結構的框圖。
圖3表示色輪的放大圖。
圖4表示供電控制裝置的概略結構。
圖5示出了表示投影機進行動作時在各構成模塊間輸出輸入的信
號的控制圖。
圖6示出了表示本發明的實施例與比較例的色輪色區域的關系的
低頻電流插入時刻圖。
圖7表示本發明的效果的圖。 圖8表示放電燈的概略結構。 圖9表示已知的光源裝置的動作的流程圖。
具體實施例方式
使用附圖來說明本發明的實施方式。圖2示出了表示單板式投影 機100的內部結構的框圖。投影機100由以下等構成具備凹面反射 鏡2的交流點燈型的超高壓水銀燈1;將來自燈1的光時間性地分割成 各色的色輪3;入射有通過該色輪3的預定的光聚光區域的光的棒狀集
成透鏡4;使通過棒狀集成透鏡的光到達DMD (數字微鏡器件)等影 像顯示元件5的光學元件6;以及將影像顯示元件5上的圖像投影在屏 幕上的光學系統7等。
以超高壓水銀燈1的電弧亮點與凹面反射鏡2的第一焦點大致一 致的方式配置二者。凹面反射鏡2的第二焦點位于棒狀集成透鏡4的 大致入射端，來自凹面反射鏡2的反射光經由色輪3入射到棒狀集成 透鏡4。色輪3由色輪驅動部15進行旋轉、停止等的驅動控制，超高 壓水銀燈1利用供電控制裝置11來進行供電控制。
并且，投影機100具備控制處理部16，該控制處理部16由進行運 算的處理器；存儲運算所必需的程序等信息的ROM;以及存儲暫時產 生的信息的RAM等構成，控制處理部16進行控制投影機整體的動作 的處理。并且，投影機100具有色輪驅動部15，該色輪驅動部15由旋轉色 輪3的電動機以及控制色輪的旋轉速度的控制電路等構成，色輪驅動 部15與控制處理部11連接。
交流型的超高壓水銀燈1與向燈供給交流電流的供電控制裝置11 連接，作為光源裝置10。供電控制裝置11通過信號線與控制處理部 16連接。影像顯示元件5上連接有進行在影像顯示元件5上形成必要 的圖像的處理的器件控制電路20，器件控制電路20與控制處理部11 連接。
圖3表示色輪3的放大圖。色輪也被稱為旋轉濾光器，由圓板狀 的玻璃構成。在濾光器上，紅色(R)、綠色(G)、藍色(B)、白 色(W)、青綠色(C)、黃色(Y)的領域分別形成為扇形。以斜線 四方區域表示光聚光區域301。
圖3 (a)是表示黃色入射到棒狀集成透鏡的狀態，圖3 (b)表示 由于紅色與黃色的邊界位于棒狀集成透鏡上，其結果是紅色與黃色混 合，入射到棒狀集成透鏡的狀態。
來自光源裝置10的凹面反射鏡2的反射光透射形成于色輪3上的 光聚光區域301。通過色輪3的旋轉，對應于光聚光區域301的顏色依 次被引導到后段的棒狀集成透鏡4。因此，紅色(R)、綠色(G)、 藍色(B)、白色(W)、青綠色(C)、黃色(Y)被時間分割性地 投影，因而在瞬間上僅任一顏色經由圖像顯示元件5投影在屏幕上， 但在人的視覺上，這些顏色或其混合色作為圖像被識別。并且，白色 (W)用于使圖像在整體上變亮，每一定周期地投影白色，則圖像整體 可以變明亮。在此，色輪3例如以120Hz進行旋轉(每秒120轉)， 因而在l秒鐘內，紅色、綠色、藍色、白色、青綠色、黃色被投影120 次。如果列舉各色區域的角度的一個例子，有紅色90°、綠色90°、藍 色80°、白色30°、青綠色35°、黃色35°。另外，考慮到最終的圖像的 色平衡或亮度，規定了色輪3的各個區域面積。在色輪上假想性地形 成的光聚光區域301例如為3.6x4.8mm的矩形形狀。
圖4是表示供電控制裝置11的內部結構的框圖。起動電路113是 為了燈的絕緣破壞而產生起動初期所必需的數 十數kV的高電壓的 電路，由點火線圈及晶閘管等構成。供電控制裝置11具有降壓斬波電 路111以及全橋電路112，其中降壓斬波電路將來自直流電源的直流電 流變換成適當的燈電力的直流電流，并輸出，全橋電路112將降壓斬 波電路輸出的直流電流變換成交流電流，并向超高壓水銀燈1輸出。
降壓斬波電路111由開關元件Qx、 二極管D、線圈L、電容器C 構成。在二極管D、線圈L的后段連接有電壓檢測用的電阻Rl、 R2 以及電流檢測用的電阻R，電流檢測信號Si被傳遞到控制電路114。 在開關元件Qx上連接有PWM控制電路Gx，控制電路部對電流檢測 信號及電壓檢測信號進行運算，以達到目標電力的方式將信號發送到 PWM控制電路Gx，通過該信號，進行開關元件的占空比的PWM控制， 從而成為控制降壓斬波電路111所輸出的直流電流的電力的結構。
全橋電路112在各開關元件Q1、 Q2、 Q3、 Q4上分別連接有橋控 制電路G1、 G2、 G3、 G4,全橋電路112具有通過將門信號輸入到各 開關元件Q1、 Q2、 Q3、 Q4而進行切換開關元件Q1、 Q2、 Q3、 Q4的 導通/斷開的控制的結構，通過成對的開關元件Q1、 Q4與Q2、 Q3交 互地進行導通/斷開，直流電流被變換成交流電流，并向交流的超高壓 水銀燈1供給。這些開關與燈同步信號同步地被控制。
接著，利用表示單板式投影機的內部結構的框圖的圖2與圖5來 說明投影機100及供電控制裝置11的動作。圖5是表示投影機100進行動作時在各構成模塊間被輸入輸出的信號的控制圖。為了在色輪3 上決定色區域的位置，在色輪3的旋轉部上具有標記，并通過傳感器
來讀取該標記，從而可以得到色輪的旋轉位置檢測信號Sc。由此，投 影機100可以檢測出在動作中通過哪一色區域的光被投影在屏幕上。 并且，搭載于投影機100內部的控制處理部16 (微處理器)根據該色 輪的旋轉位置檢測信號，發送用于控制供電控制裝置11的信號、同步 信號Sb。同步信號Sb具有兩個作用，第i個作用是將燈電流的極性反 轉時刻傳送到供電控制裝置11，第2個作用是將進行該極性反轉的是 哪一色區域這一點傳達到供電控制裝置11。在該圖5中，燈電流的極 性反轉時刻與同步信號的上升同步地進行，另一方面，哪一色區域的 識別是通過在特定的色區域施加繼續時間較長的長脈沖信號來進行 的。在該圖的例子中，將長脈沖信號發送到紅色區域中。
圖1表示本發明的光源裝置的動作的流程圖。其流程如下所述。
1. 光源裝置10的供電控制裝置11檢測來自投影機100的控制處 理部16的同步信號。
2. 每當同步信號的上升時刻，利用內置于供電控制裝置11的計 數器開始計數。
3. 每當同步信號的上升時刻，反轉燈電流的極性。
4. 在檢測出與來自控制處理部16的同步信號中的特定的色區域 對應的的長脈沖時重置計數器。
5. 每當同步信號的上升時刻，利用內置于供電控制裝置11的計 數器開始計數。
6. 實施預定的色區域分量的高頻點燈。
7. 實施預定的色區域分量的低頻點燈。
8. 重置計數器。
如此地，之后重復1至8，從而將燈保持在穩定點燈狀態。圖2的控制處理部16接收來自DVD播放器或個人電腦等的影像 輸出設備的圖像數據，將與圖像信號的垂直同步信號對應的旋轉控制 信號Sd向色輪驅動部15輸出。色輪驅動部15根據來自控制處理部16 的旋轉控制信號Sd，使色輪3以一定速度旋轉。色輪驅動部15具備檢 測光是否通過色輪3中的任一色區域的旋轉位置的部件，將表示所檢 測出的旋轉位置的旋轉位置檢測信號Sc向控制處理部16輸出。由此， 控制處理部16可以知道在各個時刻光是否通過哪一顏色的區域。控制 處理部16根據色輪3的旋轉位置來控制器件控制電路20的動作，將 基于圖像數據的各色用的圖像用圖像顯示元件顯示出來。控制處理部 16根據色輪3的旋轉位置生成同步信號Sb,并將生成的同步信號Sb 向燈電源輸出，其中上述同步信號是使反轉向交流的超高壓水銀燈1 供給的交流電流的極性的時刻與來自超高壓水銀燈1的光通過色輪3 內的色區域的邊界的時刻(輪輻時間)同步的信號。供電控制裝置11 根據同步信號Sb的時刻，通過橋控制電路來進行燈電流的極性反轉。
(實施例)
按照圖6及圖7，說明表示本發明的效果的實驗。
所使用的燈是如圖8所示的交流點燈方式的超高壓水銀燈30。該 超高壓水銀燈30是在石英玻璃制的發光管31內，封入有0.25mg/mm3 的水銀與稀有氣體及微量的鹵素氣體，發光管外徑為12mm，電極40、 40之間的距離為l.lmm，額定為250W的燈，在電極40、 40的前端分 別具有突起41、 41。
點燈初期的燈電壓約為80V。在發光部的兩端形成有密封部32。 在密封部32通過收縮密封氣密地埋設有由鉬構成的導電金屬箔33。在 金屬箔33的一端接合有電極40的軸部，在另一端接合有外部引線34， 并與供電控制裝置(未圖示)電連接。準備4支該規格的燈，以以下 條件兩支兩支地進行點燈試驗。條件1(比較例)
將穩定電流的頻率設為平均360Hz，插入74 96Hz的低頻電流。 將低頻電流的插入時刻的第1次設為色輪的青綠色(C)的色區域開始 時，持續供給插入繼續時間與色輪的色區域的9個量相當的期間。但 是，對于之后的低頻電流導入的時刻并不設為色輪的青綠色的色區域 開始時，僅使插入繼續時間為與色輪的色區域的9個量相當的期間。 低頻插入的間隔為色區域的38個量。
條件2(實施例)
將穩定電流的頻率設為平均360Hz，插入84Hz固定的低頻電流。 將低頻電流的插入時刻的第1次設為色輪的青綠色的色區域開始時， 持續供應插入繼續時間與色輪的色區域的9個量相當的期間。并且， 對于之后的低頻電流導入的時刻也設為色輪的青綠色(C)的色區域開 始時，插入繼續時間也為與色輪的色區域的9個量相當的期間。低頻 插入的間隔為色區域的39個量。
以條件1對于兩支燈進行了實驗的結果作為比較例1、比較例2 表示在圖7中。并且，以條件2對于兩支燈進行了實驗的結果作為實 施例1、實施例2表示在圖7中。
如果觀察該圖7的結果，則在比較例中，燈電壓在點燈開始之后 經過15小時，可看到20 30V的上升。但是，在本發明中，實施例1、 實施例2的光源裝置的燈電壓均從點燈開始幾乎沒有變化，保持穩定。 亦即，表示了如果使用該光源裝置，不會產生投影機的屏幕上的照度 的初期劣化。
權利要求
1.一種投影機用的光源裝置的驅動方法，該投影機具備至少分割成RGB的色區域的色輪；入射有通過該色輪的預定的光聚光區域的光的棒狀集成透鏡；以及接收來自該棒狀集成透鏡的入射光的數字微鏡器件等影像顯示元件，該驅動方法的特征在于該光源裝置由超高壓水銀燈以及供電控制裝置構成，其中該超高壓水銀燈在放電容器內封入有0.20mg/mm3以上的水銀與稀有氣體及鹵素，且具備在各個前端具有突起的一對電極，該供電控制裝置對該超高壓水銀燈進行電流的供給控制，從該供電控制裝置，將選自60～1000Hz的范圍的頻率的燈電流作為穩定頻率，供給到該超高壓水銀燈，當該色輪的1個色區域與其它色區域的邊界部分適合于形成在該色輪上的光聚光區域時，使供給到該超高壓水銀燈的供給電流的極性反轉，且在該光聚光區域適合于向該色輪的同一色區域切換的邊界時，以一定間隔、頻率為5～200Hz的低頻的燈電流的插入開始，并持續供給與該色輪的色區域的整數個量相當的期間。
全文摘要
本發明提供一種投影機用的光源裝置的驅動方法，在使用色輪的投影機所使用的光源裝置的驅動方法中，提供抑制燈電壓的變動，并抑制在屏幕上的燈壽命初期的照度變動。該具備色輪的投影機用的光源裝置的驅動方法中，光源裝置由超高壓水銀燈和供電控制裝置構成，從該供電控制裝置將選自60～1000Hz的范圍的頻率的燈電流作為穩定頻率，供給到該超高壓水銀燈，當該色輪的1個色區域與其它色區域的邊界部分適合于形成在該色輪上的光聚光區域時，使供給到該超高壓水銀燈的供給電流的極性反轉，且在該光聚光區域適合于向該色輪的同一色區域切換的邊界時，以一定間隔、頻率為5～200Hz的低頻的燈電流的插入開始，并持續供給與該色輪的色區域的整數個量相當的期間。
文檔編號H05B41/38GK101526726SQ200910007960
公開日2009年9月9日 申請日期2009年3月6日 優先權日2008年3月6日
發明者菅谷勝美 申請人:優志旺電機株式會社