專利名稱：超高壓水銀燈發(fā)光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超高壓水銀燈發(fā)光裝置，特別涉及一種被使用于以在發(fā)光管內(nèi)封入不少于0.15mg/mm3的水銀、點(diǎn)燈時(shí)的水銀蒸汽壓力在110大氣壓以上的短弧型超高壓水銀燈作為光源的液晶顯示裝置或者使用DMD(數(shù)字微鏡器件，Digital Micromirror Device)的DLP(數(shù)碼光輸處理器，Digital Light Processor)等投影裝置中的發(fā)光裝置。
背景技術(shù)：
投射型投影裝置，對(duì)矩形的熒光屏而言，要求具備均勻并且充足的顯色性來對(duì)圖像進(jìn)行照明，因此，作為光源使用封入了水銀和金屬鹵化物的金屬鹵化物燈(メタルハライドランプ)。另外，這種金屬鹵化物燈最近進(jìn)行了更進(jìn)一步的小型化、點(diǎn)光源化，另外電極間的距離極小的金屬鹵化物燈也被實(shí)用化。
基于這種背景，最近，取代金屬鹵化物燈，提出了具有迄今為止尚未有過的高水銀蒸汽壓力，例如150大氣壓的燈。其通過使水銀蒸汽壓力更高，實(shí)現(xiàn)在抑制(縮小)電弧的擴(kuò)展的同時(shí)，更進(jìn)一步提高光輸出。
這樣的超高壓放電燈在例如特開平2-148561號(hào)、特開平6-52830號(hào)公報(bào)中被揭示。
所述的電燈，例如，使用在由石英玻璃制成的發(fā)光管中，間隔不超過2mm的間隔相向地設(shè)置一對(duì)以鎢為主要成分的電極，并在該發(fā)光管中封入不少于0.15mg/mm3的水銀和1×10-6～1×10-2μmol/mm3范圍內(nèi)的鹵素的短弧型超高壓水銀燈。封入鹵素的主要目的是防止發(fā)光管的失透現(xiàn)象，而由此，也會(huì)產(chǎn)生所謂的鹵素循環(huán)。
但是，所述超高壓水銀燈(下面簡稱為放電燈)在歷經(jīng)一段點(diǎn)亮?xí)r間的同時(shí)，會(huì)引起在電極前端析出鎢，從而使電極前端變形，或者生成突起的現(xiàn)象。該現(xiàn)象雖不一定明確，但是可以如下推測(cè)。
即，電燈點(diǎn)亮過程中，從電極前端附近的高溫部蒸發(fā)的鎢與發(fā)光管中的鹵素和殘留氧氣結(jié)合，例如在以溴(Br)作為鹵素被封入的情況下，會(huì)作為WBr、WBr2、WO、WO2、WO2Br、WO2Br2等鎢化合物而存在。這些化合物在電極前端附近的氣相中的高溫部中分解從而成為鎢原子或者陽離子。此外，熱擴(kuò)散(從氣相中的高溫部＝電弧中心，向低溫部＝電極前端附近的鎢原子的擴(kuò)散)、濃度擴(kuò)散及在電弧中鎢原子電離從而成為陽離子，在陰極工作時(shí)，通過電場(chǎng)向陰極方向被吸引，由此，電極前端附近的氣相中的鎢蒸汽密度變高，在電極前端析出，因此認(rèn)為電極前端會(huì)變形、或者產(chǎn)生突起。
與所述突起相關(guān)的內(nèi)容例如特開2001-312997號(hào)公報(bào)所揭示。
圖9中模式化地表示了電極前端和突起。一對(duì)電極1分別由球部1a和軸部1b構(gòu)成，在球部1a的前端形成突起2。而且，即使在電燈點(diǎn)燈開始時(shí)不存在突起的情況下，通過其后的點(diǎn)燈，也會(huì)如圖所示產(chǎn)生突起2，從而以該突起2為起點(diǎn)產(chǎn)生電弧放電A。
在此，所述突起如果以理想的形態(tài)形成，則不會(huì)產(chǎn)生問題，但是，因?yàn)槭前殡S著如上所述的放電燈的點(diǎn)燈由物理現(xiàn)象而產(chǎn)生，其形態(tài)未必是理想的形態(tài)。尤其，在形成具有凹凸的橢圓形狀的情況下，會(huì)產(chǎn)生放電的起點(diǎn)不穩(wěn)定，作為以點(diǎn)光源為前提而進(jìn)行設(shè)計(jì)的投影裝置的光源，具有不能獲得充分的光等致命的問題。
專利文獻(xiàn)1特開平2-148561號(hào)專利文獻(xiàn)2特開平6-52830號(hào)專利文獻(xiàn)3特開2001-312997號(hào)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題是，提供一種具有總是可以穩(wěn)定放電的電極前端形狀的超高壓水銀燈發(fā)光裝置。
為了解決上述問題，本發(fā)明技術(shù)方案1的超高壓水銀燈發(fā)光裝置具有短弧型超高壓水銀燈及使該水銀燈交流點(diǎn)燈的點(diǎn)燈裝置，該短弧型超高壓水銀燈是在由石英玻璃制成的發(fā)光管中，以不超過2mm的間隔相向地設(shè)置一對(duì)以鎢為主要成分的電極，并在該發(fā)光管中封入不少于0.15mg/mm3的水銀、稀有氣體、在1×10-6～1×10-2μmol/mm3的范圍內(nèi)的鹵素，其特征在于，所述短弧型超高壓水銀燈，一對(duì)電極中的至少一方的電極的前端部表面在由所述點(diǎn)燈裝置進(jìn)行電燈點(diǎn)燈的過程中成為熔融狀態(tài)。
并且，本發(fā)明技術(shù)方案2的超高壓水銀燈發(fā)光裝置，其特征在于，所述點(diǎn)燈裝置向所述短弧型超高壓水銀燈供給的交流照明電流，在極性反轉(zhuǎn)之后高脈沖被重疊。
并且，本發(fā)明技術(shù)方案3的超高壓水銀燈發(fā)光裝置，其特征在于，所述點(diǎn)燈裝置向所述短弧型超高壓水銀燈中供給的交流照明電流，從高脈沖之后起向半周期的后半上升。
并且，本發(fā)明技術(shù)方案4的超高壓水銀燈發(fā)光裝置，其特征在于，所述點(diǎn)燈裝置向所述短弧型超高壓水銀燈中供給的交流照明電流，在高脈沖被重疊之后逐漸減小，然后，從半周期的后半部開始逐漸增大。
并且，本發(fā)明技術(shù)方案5的超高壓水銀燈發(fā)光裝置，其特征在于，所述點(diǎn)燈裝置向所述短弧型超高壓水銀燈中供給的交流照明電流，在高脈沖被重疊之后，在該半周期的整個(gè)期間中減小。
并且，本發(fā)明技術(shù)方案6的超高壓水銀燈發(fā)光裝置，其特征在于，所述電極的至少一方包括在軸部形成的大徑部、被設(shè)置在該大徑部的前端的突起部、從大徑部朝向突起部而被形成的縮徑部。
本發(fā)明技術(shù)方案7的超高壓水銀燈發(fā)光裝置，其特征在于，所述突起部的前端呈大致半球狀。
本發(fā)明技術(shù)方案8的超高壓水銀燈，其是在由石英玻璃制成的發(fā)光管中，以不超過2mm的間隔相向地設(shè)置一對(duì)以鎢為主要成分的電極，在該發(fā)光管內(nèi)封入不少于0.15mg/mm3的水銀、稀有氣體、在1×10-6～1×10-2μmol/mm3的范圍內(nèi)的鹵素的交流點(diǎn)燈型超高壓水銀燈，其特征在于，所述一對(duì)電極中的至少一方的電極，其前端部表面在電燈點(diǎn)燈過程中成為熔融狀態(tài)。
發(fā)明的效果如上所述，本發(fā)明的超高壓放電燈發(fā)光裝置，因?yàn)槭窃诮涣麟娏鞯陌胫芷谥羞M(jìn)行極性轉(zhuǎn)換之后使高脈沖電流重疊，放電燈的電極前端部表面至少在每次被切換為陽極動(dòng)作時(shí)處于熔融狀態(tài)，由此，可以防止在電極前端部表面上形成凹凸等不希望的形狀的產(chǎn)生。


圖1是表示本發(fā)明的超高壓水銀燈；圖2是表示本發(fā)明的超高壓水銀燈發(fā)光裝置的點(diǎn)燈裝置；圖3是表示本發(fā)明的超高壓水銀燈的電流波形；圖4是表示本發(fā)明的超高壓水銀燈的電流波形；圖5是表示本發(fā)明的超高壓水銀燈的電極；圖6是表示本發(fā)明的超高壓水銀燈的電流波形；圖7是表示本發(fā)明的超高壓水銀燈的電流波形；圖8是表示使用本發(fā)明的超高壓水銀燈的光源裝置；圖9是表示超高壓水銀燈的電極。
符號(hào)說明1-電極、2-突起部、3-縮徑部、4-大徑部、10-放電燈、11-發(fā)光部、12-封裝部、100-點(diǎn)燈裝置。
具體實(shí)施例方式
圖1是表示本發(fā)明的超高壓水銀燈發(fā)光裝置的整體大致結(jié)構(gòu)。發(fā)光裝置由短弧型超高壓水銀燈10(以下也簡稱為放電燈)和點(diǎn)燈裝置100構(gòu)成。
放電燈10具有由石英玻璃構(gòu)成的放電容器形成的大致球形的發(fā)光部11，在該發(fā)光部11中，相向地設(shè)置一對(duì)以鎢為主要成分的電極1。另外，從發(fā)光部11的兩端部延伸地形成封裝部12，在這些封裝部12內(nèi)，通過壓縮密封氣密性埋設(shè)著例如通常由鉬制成的導(dǎo)電用金屬箔13。一對(duì)電極1的軸部被焊接到金屬箔13上，從而被電連接，另外，在金屬箔13的另一端上，焊接著突出到外部的外部導(dǎo)線14。
外部導(dǎo)線14和點(diǎn)燈裝置100被電連接。
發(fā)光部11中封入了水銀、稀有氣體和鹵素氣體。
水銀被封入不少于0.15mg/mm3，用于獲得必要的可見光波長，例如波長360～780nm的放射光。該封入量根據(jù)溫度條件而不同，但在點(diǎn)燈時(shí)成為150大氣壓以上的極高蒸汽壓力。另外，可以通過封入更多水銀制成點(diǎn)燈時(shí)的水銀蒸汽壓力在200大氣壓以上、300大氣壓以上的高水銀蒸汽壓力的放電燈，水銀蒸汽壓力越高，則越可以實(shí)現(xiàn)適用于投影裝置的光源。
稀有氣體，例如氬氣被封入約13kPa，用于改善點(diǎn)燈起動(dòng)性。
鹵素是以碘、溴、氯等和水銀或者其他金屬的化合物的形式被封入的，鹵素的封入量可以在1×10-6～1×10-2μmol/mm3的范圍內(nèi)選擇。其功能雖存在利用鹵素循環(huán)來延長壽命，但是，像本發(fā)明的放電燈這樣地極小且具有高內(nèi)壓的裝置，封入這種鹵素的主要目的是防止放電容器的失透現(xiàn)象。
表示放電燈的數(shù)值的例子時(shí)，則，例如，發(fā)光部的最大外徑在Φ8～Φ12mm的范圍內(nèi)，例如是10mm，電極間的距離在0.5～2.0mm的范圍內(nèi)，例如是1.0mm，發(fā)光管的內(nèi)容積在50～120mm3的范圍內(nèi)，例如是65mm3，根據(jù)點(diǎn)燈裝置100在50Hz～700Hz的范圍內(nèi)，例如是150Hz，由此進(jìn)行額定電壓80V，額定功率200W的交流點(diǎn)燈。
另外，這種放電燈可以內(nèi)置于小型化的投影裝置中，裝置的整體尺寸被極小型化，另一方面要求高亮度，因此，發(fā)光管部內(nèi)的熱的影響極大，電燈的管壁負(fù)荷值是0.8～2.0W/mm2，具體來說是1.5W/mm2。
具有這種高水銀蒸汽壓力和管壁負(fù)荷值的裝置，在被搭載在投影裝置或者高架投影儀之類的呈示(プレゼンテ一シヨン)用設(shè)備上的情況下，可以提供顯色性優(yōu)良的放射光。
圖2表示了點(diǎn)燈裝置100的大致構(gòu)成的例子。
點(diǎn)燈裝置100具有，通過開關(guān)元件S1被脈沖寬度控制來控制功率的開關(guān)部101，由將該開關(guān)部101的直流功率轉(zhuǎn)換為交流矩形波功率的開關(guān)元件S2～S5構(gòu)成的全橋式電路102，及，分別控制這些開關(guān)部101及全橋式電路102的控制部103。
在放電燈10中，串聯(lián)連接著點(diǎn)火器(イグナイタ)用變壓器TR1，另外，在放電燈10和變壓器TR1上串聯(lián)連接著電容C3，從全橋式電路102供給交流低頻電流到放電燈10和變壓器TR1的串聯(lián)電路并使放電燈點(diǎn)燈。而且，點(diǎn)火器也可以是本申請(qǐng)人的特開2003-17283號(hào)的點(diǎn)火器從供電電路部分離的方式(外部觸發(fā)方式)。
開關(guān)部101由電容C1、通過控制部103的輸出進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作的開關(guān)元件S1、二極管D1、電感L1和平滑電容C2構(gòu)成，通過控制部103的PWM部25控制上述開關(guān)元件S1的開/關(guān)比，并介由全橋式電路102控制向放電燈10供給的功率(放電功率)。
另外，為了檢測(cè)從開關(guān)部101向放電燈10供給的電流，在開關(guān)部101和全橋式電路102之間設(shè)置電流檢測(cè)用電阻R1。
全橋式電路102具有由被橋狀連接的晶體管、FET構(gòu)成的開關(guān)元件S2～S5，以及被反并聯(lián)連接到該開關(guān)元件S2～S5上的二極管D2～D5。
上述開關(guān)元件S2～S5由被設(shè)置在控制部103上的全橋驅(qū)動(dòng)電路22驅(qū)動(dòng)，向放電燈10供給交流低頻電流從而使放電燈10點(diǎn)燈。
即，開關(guān)元件S2、S5、開關(guān)元件S3、S4交替打開，從而通過開關(guān)部101→開關(guān)元件S2→放電燈10→開關(guān)元件S5→開關(guān)部101，及開關(guān)部101→開關(guān)元件S4→放電燈10→開關(guān)元件S3→開關(guān)部101的路徑向放電燈3供應(yīng)交流低頻，并使放電燈10點(diǎn)燈。
控制部103具有全橋驅(qū)動(dòng)電路21，全橋驅(qū)動(dòng)電路21產(chǎn)生開關(guān)元件S2～S5的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
另外，放電燈10的電流檢測(cè)值、電壓檢測(cè)值被輸入到乘法器22中，從而計(jì)算出點(diǎn)燈功率，在比較器24中比較來自基準(zhǔn)功率信號(hào)發(fā)生器23的信號(hào)，由此進(jìn)行反饋控制。
以上表示放電燈通常的點(diǎn)燈中的一般控制。
如后所述，高脈沖重疊電路26的信號(hào)被發(fā)送到基準(zhǔn)功率信號(hào)發(fā)生器中，使高脈沖重疊的同時(shí)，從調(diào)光電路27發(fā)出的信號(hào)被發(fā)送到高脈沖重疊電路26和基準(zhǔn)功率信號(hào)發(fā)生器23中。而且，向調(diào)光電路27中發(fā)送從投影裝置主體發(fā)出的調(diào)光模式等信息。
圖3是放電燈的交流電流波形，縱軸表示電流值，橫軸表示時(shí)間。
(a)表示本發(fā)明的基本電流波形。從點(diǎn)燈裝置100向放電燈10供給的交流電流，在極性切換之后的期間Ta中，高脈沖電流被重疊，而在其后的期間Tb中避免重疊。
通過這種高脈沖電流的重疊，電極前端部至少表面部分處于熔融狀態(tài)。因此，在電極前端部，不會(huì)因?yàn)殒u的析出導(dǎo)致凹凸或者橢圓(扁圓)形狀的產(chǎn)生，可以進(jìn)行穩(wěn)定的放電。
此外，在本發(fā)明中，在至少各電極被切換為溫度變高的陽極動(dòng)作的每一個(gè)周期內(nèi)，至少使電極的前端部表面熔融，由此，在電燈點(diǎn)燈過程中，即使電極前端部產(chǎn)生凹凸或者橢圓(扁圓)的形狀，通過每一周期形成的熔融狀態(tài)，可以經(jīng)常防止凹凸或者橢圓形狀的產(chǎn)生。
因此，重疊脈沖電流，必須有至少在該陽極動(dòng)作的半周期內(nèi)僅可以使突起部前端面熔融的電流值和期間。
在此，在上述放電燈的設(shè)計(jì)例子中，如果舉出數(shù)值，則半周期T為10ms(50Hz)～0.7ms(700Hz)，期間Ta約為半周期T的1/2～1/5。電流值在期間Ta中為2.5～3.0A，在期間Tb中為1.8～2.5A。
(b)表示在本發(fā)明的超高壓水銀燈中，為了調(diào)光使電流值變化的情況下的電流波形。所謂調(diào)光，是在根據(jù)各種目的使投影裝置的亮度變化的情況下調(diào)整放電燈的電流量使其增減。
在圖中，期間Tb的電流值I’比基準(zhǔn)電流值I低，通過該電流值I’的改變進(jìn)行調(diào)光控制。但是，期間Ta必須使突起部表面熔融，因而不能對(duì)應(yīng)調(diào)光使其電流值改變。即，期間Tb為了所謂調(diào)光的目的使電流值適當(dāng)改變，但期間Ta為了所謂電極前端部的表面熔融的目的，因此總是需要使高脈沖電流重疊。這一點(diǎn)是本發(fā)明的一大特征。
如果列舉數(shù)值，則調(diào)光時(shí)的電流值I’大約是基準(zhǔn)電流值I的1/1.1～1/1.3，具體來說，例如在基準(zhǔn)電流值是2.5A的情況下，調(diào)光電流的平均值是1.9～2.3A。
(c)表示期間Ta相對(duì)半周期比較短的情況下的電流波形。
即，表示在期間Tb中供給某種程度的高電流值的情況下，在期間Ta中被重疊的脈沖的能量(時(shí)間和電流量)可以設(shè)定較低。這是因?yàn)槠陂gTb中，從點(diǎn)燈裝置供給的電流也對(duì)電極前端部的熔融起作用。
其一方面，例如，如(b)所示，在期間Tb中電流值較低的情況下，在期間Ta中，必須供給即使在期間Tb中也僅可以維持熔融狀態(tài)的能量。
即，極性轉(zhuǎn)換之后，為了使電極前端部表面開始熔融，必須使高脈沖電流重疊，但是，該時(shí)間和電流值，也可以兼顧即使在后續(xù)期間Tb中的電流值地進(jìn)行適當(dāng)選擇。從而，點(diǎn)燈裝置通過從投影裝置接收到與使用狀況相關(guān)的信息，取得在期間Tb應(yīng)供給的電流信息，則對(duì)應(yīng)其電流值選定期間Ta的時(shí)間和電流值。這種工作具有，在圖2所示的電路圖中，意味著高脈沖重疊電路26和調(diào)光電路27相連接，投影裝置是調(diào)光模式還是非調(diào)光模式，或者通過在調(diào)光模式的情況下把握調(diào)光的水平(級(jí)別)，調(diào)整在期間Ta中應(yīng)該供給的能量的量的功能。而且，在現(xiàn)實(shí)中，控制部103的任意一個(gè)中內(nèi)置著計(jì)算機(jī)功能，承擔(dān)這種控制功能。
此外，尤其是，考慮到放電燈的壽命和點(diǎn)燈裝置的耐壓，希望通過最小的能量達(dá)成電極前端部表面的熔融，高電流脈沖的供給也僅限于能夠形成熔融狀態(tài)，希望是較低的電流值或者較短的時(shí)間。
在此，介紹投影裝置的一般的調(diào)光模式中的數(shù)值的例子。放電燈的額定功率，例如是200W的情況下，調(diào)光在160～180W的范圍內(nèi)進(jìn)行。這種調(diào)光是，例如在較小的房間內(nèi)使用投影機(jī)的場(chǎng)合中，在亮度沒必要那么高的情況下或者希望減小冷卻扇的噪音來使用的情況下等進(jìn)行的。
圖4表示高電流脈沖波形的變形實(shí)施例，和圖3相同，縱軸表示電流值，橫軸表示時(shí)間。(a)表示高電流脈沖線性逐漸減小的波形，(b)、(c)表示高電流脈沖曲線性逐漸減小的波形。
這樣重疊的脈沖電流是方形波，其后并不是急劇減小，而是連續(xù)性減小，由此，調(diào)節(jié)至少每一周期的陽極動(dòng)作時(shí)的電極前端突起的加熱，從而可以控制電極前端面的熔融程度。這種連續(xù)地變化的波形因?yàn)榭梢越档桶殡S著電流變化的光輸出的變動(dòng)，所以在被使用在投影裝置中的情況下具有可以降低圖像閃爍的效果。
該電流波形尤其適用于減光模式中。期間Tb中的電流值較小，因此，與期間Ta的峰值間的變化變大。
而且，脈沖的形狀并不限定于上述(a)、(b)、(c)所示的波形，如果沒有上述氣泡的產(chǎn)生等實(shí)用上的問題，例如，也可以是階段性減少電流的方法或者，逐漸或者階段性上升，然后減小的方法等。
圖5表示電極1的擴(kuò)大圖。(a)表示大徑部的前端呈大致球面狀的電極，(b)表示大徑部的前端具有縮徑部的電極，該兩圖中，電極1都是由突起部2、縮徑部3、大徑部4和軸部1b構(gòu)成。
在(a)中，大徑部4的前端形成突起部2。
突起部2是在歷經(jīng)上述點(diǎn)燈時(shí)間的同時(shí)形成的，在電極間的距離在不超過2mm，發(fā)光管中封入不少于0.15mg/mm3的水銀、稀有氣體、在1×10-6～1×10-2μmol/mm3的范圍內(nèi)的鹵素等特有的方式中，通過鎢原子的堆積等產(chǎn)生。另外，突起部2在電燈點(diǎn)燈的過程中成為電弧起點(diǎn)，可以使電弧的位置維持穩(wěn)定，并防止所謂的電弧跳動(dòng)等電弧不穩(wěn)。而且，多數(shù)情況下突起部2呈大致球面形狀。
大徑部4，例如，是將絲狀的鎢卷繞成線圈狀熔融而形成。熔融是通過TIG焊接或者激光照射進(jìn)行的，如圖所示，會(huì)有在后端殘留有線圈部分的情況。該線圈部分具有作為點(diǎn)燈起動(dòng)時(shí)通過表面的凹凸效果而進(jìn)行起動(dòng)的根源(起動(dòng)開始位置)的功能，并且，具有在點(diǎn)燈后通過表面的凹凸效果和熱容量進(jìn)行放熱的功能。另外，線圈由于是細(xì)線因而容易被加熱，具有容易從輝光放電轉(zhuǎn)向電弧放電的作用。
縮徑部3是通過使線圈熔融而在大徑部4的前端形成的。而且，縮徑部3的前端部分的鎢結(jié)晶的平均粒徑不低于50μ。
在此，在本發(fā)明中，其特征在于，突起部2的至少前端表面在電燈點(diǎn)燈過程中處于熔融狀態(tài)。即，其特征在于，如上所述，從點(diǎn)燈裝置供給的交流電流的每半個(gè)周期進(jìn)行極性切換之后使高電流脈沖重疊，由此，至少在陽極動(dòng)作時(shí)熔融突起部表面。
突起部2是隨著電燈點(diǎn)燈而自然現(xiàn)象性地產(chǎn)生的，其形態(tài)多數(shù)是產(chǎn)生凹凸等所不希望的形狀的情況，凹凸的程度大的情況下等很有可能會(huì)帶給電弧放電不好的影響。
所述熔融控制在形成突起部以后繼續(xù)進(jìn)行。突起部2的前端表面在形成突起部以后，鎢原子堆積、消耗從而形態(tài)變化被反復(fù)進(jìn)行。
(b)是電極整體形狀的變形例，其特征在于，縮徑部3相對(duì)于球面而呈橢圓球狀，整體呈大致炮彈形狀。
這種形狀的優(yōu)點(diǎn)在于，縮徑部3的突起部以外的表面離開電弧，因此很難受到電弧的熱的影響，因此，可以減少縮徑部3的表面的鎢的蒸發(fā)。
在此，在目前為止的說明中所說明的是，突起部2并非是在放電燈制造完成時(shí)就存在的，而是隨著此后的電燈點(diǎn)燈在縮徑部前端自然生成的。但是，例如，也可以利用軸部1b的前端從而預(yù)先形成突起部2。
在這種情況下，在電燈點(diǎn)燈過程中，鎢原子堆積、消耗因而突起部的形態(tài)變化也不少生成，因此，本發(fā)明的熔融控制是有效的。尤其是，圖5(b)所示的縮徑部3是大致橢圓形狀的電極，因?yàn)殒u的蒸發(fā)少，很難受到點(diǎn)燈過程中的突起部的形狀變化的影響，因此，具有高電流脈沖也可以變小等很大的優(yōu)點(diǎn)。
另外，無論在如上所述預(yù)先形成突起部2的情況下，還是在如前所述通過電燈的點(diǎn)燈而形成的情況下，為了得到穩(wěn)定的放電，突起部的前端部最好形成大致半球形。
而且，關(guān)于突起部不是通過電燈的點(diǎn)燈而是在開始就形成的發(fā)明，可以參照本申請(qǐng)人的專利申請(qǐng)2003-33811號(hào)。
另外，在電燈點(diǎn)燈過程中，突起的成長、消減非常顯著時(shí)，不好的是電極間的距離變動(dòng)從而導(dǎo)致電燈電壓的變動(dòng)。本申請(qǐng)人在專利申請(qǐng)2002-295864號(hào)中提出通過調(diào)整功率來控制突起的成長消減的方案，及在專利申請(qǐng)2002-324780號(hào)中提出通過控制點(diǎn)燈頻率來控制突起的成長消減的方案。
而且，關(guān)于電極，如果列舉數(shù)值例子則如下所述。
突起部2外徑是Φ0.15～0.6mm，例如是0.3mm，軸向的長度是0.1～0.4mm，例如是0.25mm。
縮徑部3的軸方向長度是0.7～1.5mm，例如是1.0mm。
大徑部4的外徑是Φ1.0～2.0mm，例如是1.4mm，軸向的長度是0.7～2.0mm，例如是1.0mm。
軸部1b的外徑在Φ0.2～0.6mm的范圍內(nèi)，例如是0.4mm。
線圈4的線徑在Φ0.1～0.3的范圍內(nèi)，例如是0.25mm。
而且，以上數(shù)值例僅是一例，尤其是，利用和上述放電燈的設(shè)計(jì)值間的關(guān)系而被應(yīng)用的數(shù)值例。
在此，在以上實(shí)施例的說明中，專門就在電極前端形成突起的情況進(jìn)行敘述，但是，在不形成上述突起的情況下，即使由鎢向電極前端部的析出使電極前端產(chǎn)生變形的情況下，本發(fā)明的熔融控制對(duì)于穩(wěn)定放電也是有效的。
圖6表示放電燈的電流波形的變形例子，和圖3、圖4相同，縱軸表示電流值，橫軸表示時(shí)間。
該變形例子的特征在于，在交流電流的極性反轉(zhuǎn)之后高脈沖電流被重疊，此外，在其后，朝向半周期的后半部，使電流量增大。由此，電極的溫度在每半個(gè)周期內(nèi)，特別在溫度較低的陰極動(dòng)作的后半中，可以升溫，并且可以從電極前端的熔融面穩(wěn)定地放射出電子。
即，在陰極動(dòng)作的半周期的期間Tb中，電極前端溫度朝向后半而變低，因此，放電起點(diǎn)，所謂的陰極輝點(diǎn)收縮，但是，其收縮地點(diǎn)通常未必固定，會(huì)產(chǎn)生輝點(diǎn)移動(dòng)等的電弧不穩(wěn)定。尤其是，如本發(fā)明所述，在發(fā)光部中封入不少于0.15mg/mm3的大量水銀的工作壓力很高的放電燈中，放電起點(diǎn)被縮小，因此容易產(chǎn)生如上所述的電弧不穩(wěn)定。
(a)表示高脈沖被重疊后逐漸增大的電流波形。該波形的優(yōu)點(diǎn)在于，通過高壓脈沖可以將電極前端部表面熔融，并且，可以通過簡單的控制進(jìn)行電極的升溫。
(b)表示以逐漸減小的形式進(jìn)行高脈沖的重疊，其后，是逐漸增大的電流波形，半周期的電流波形呈大致M字形狀。該波形的優(yōu)點(diǎn)在于，當(dāng)然可以進(jìn)行所述電極前端部的熔融和電極的升溫，并且兩控制不會(huì)伴隨著電流值的急劇變化而是平穩(wěn)地進(jìn)行。
(c)是在(b)所示的M字形控制的基礎(chǔ)上，較高地設(shè)定高頻電流的電流值的電流波形。該波形的優(yōu)點(diǎn)在于，高頻電流的能量較大因而電極前端部表面的熔融效果也很顯著，因此，在調(diào)光模式下的使用中，尤其是伴隨著大量減光的使用中具有效果。
而且，(c)的電流波形的特征在于，半周期前半部分的電流值的平均值比半周期后半部分的電流值的平均值大。
另外，用于達(dá)成電極前端部表面的熔融和電極升溫兩方面效果的電流波形，并不僅限定于上述(a)、(b)、(c)所示的電流波形，也可以采用其他電流波形。
如上所述，在交流電流的半周期內(nèi)，在極性轉(zhuǎn)換之后使高脈沖電流重疊后，朝向半周期的后段使電流值增大，由此，電極前端部可以熔融，并且，電極可以良好地升溫，其結(jié)果是，可以穩(wěn)定維持從同一位置的電子放射。
圖7表示放電燈的電流波形的變形例，和圖3、圖4、圖6中相同，縱軸表示電流，橫軸表示時(shí)間。
該變形例的特征在于，交流電流的極性切換之后，高脈沖電流被重疊，其后，在該脈沖的整個(gè)期間內(nèi)電流量減少。
(a)、(b)表示高脈沖被重疊后逐漸減少的電流波形。該波形的優(yōu)點(diǎn)在于，通過高壓脈沖可以使電極前端部表面熔融，并且，其后的電流的減少量恒定，因此，例如，使DMD元件和旋轉(zhuǎn)濾波器實(shí)現(xiàn)同步時(shí)容易控制。
(c)表示高脈沖被重疊之后，電流量曲線性減少的電流波形。
在此，本發(fā)明的放電燈，是以電極間的距離不超過2mm，并封入稀有氣體和1×10-6～1×10-2μmol/mm3范圍內(nèi)的鹵素的超高壓水銀燈為前提的。其原因在于，正是具有所述結(jié)構(gòu)的放電燈，伴隨著電燈的點(diǎn)燈，在電極前端析出鎢，從而電極前端變形或者形成突起，另外，即使在從最初形成有突起的情況下，也會(huì)產(chǎn)生突起的形狀變化的問題。
從而，不具有上述結(jié)構(gòu)的放電燈中，在使用用途等完全不同的放電燈中，也許存在具有預(yù)先形成突起的電極的放電燈。但是，這種放電燈本來就不存在突起的產(chǎn)生、成長、形狀變化等技術(shù)課題，因而，這種現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明完全不是相同領(lǐng)域。
雖然反復(fù)進(jìn)行，但是本發(fā)明可以解決，在具有由伴隨著電燈點(diǎn)燈的鎢的析出而電極前端的形狀改變的條件的放電燈中，尤其是，伴隨著突起的形狀改變的問題。
圖8表示將放電燈10和裝入了該放電燈10的凹面反射鏡20，以及其組合(以下將放電燈10和凹面反射鏡20的組合稱為光源裝置)組裝到投影裝置30中的狀態(tài)。投影裝置30在現(xiàn)實(shí)中是密集了復(fù)雜的光學(xué)部件和電氣部件等的裝置，而在圖8中為了便于說明將其簡略化進(jìn)行表示。
放電燈10通過凹面反射鏡20的頂部開口被保持。放電燈10的一方的端子T1和另一方的端子T2被連接到未圖示的供電裝置上。凹面反射鏡20采用橢圓反射鏡或者拋物面反射鏡，在反射面上具有反射預(yù)定波長的光的蒸鍍膜。
凹面反射鏡20的焦點(diǎn)位置被設(shè)計(jì)在放電燈10的電弧位置，電弧起點(diǎn)的光可以有效地由反射鏡取出。
而且，如上說明的電極結(jié)構(gòu)最好使用在放電燈的兩電極中。但是，也可以是僅在任意一方的電極中采用。
如上所述，本發(fā)明的超高壓放電燈發(fā)光裝置，因?yàn)槭窃诮涣麟娏鞯陌胫芷谥羞M(jìn)行極性轉(zhuǎn)換之后使高脈沖電流重疊，放電燈的電極前端部表面至少在每次被切換為陽極動(dòng)作時(shí)處于熔融狀態(tài)，由此，可以防止在電極前端部表面上形成凹凸等不希望的形狀的產(chǎn)生。
權(quán)利要求
1.一種超高壓水銀燈發(fā)光裝置，具有短弧型超高壓水銀燈及使該水銀燈交流點(diǎn)燈的點(diǎn)燈裝置，該短弧型超高壓水銀燈是在由石英玻璃制成的發(fā)光管中，以不超過2mm的間隔相向地設(shè)置一對(duì)以鎢為主要成分的電極，并在該發(fā)光管中封入不少于0.15mg/mm3的水銀、稀有氣體、在1×10-6～1×10-2μmol/mm3的范圍內(nèi)的鹵素，其特征在于，所述短弧型超高壓水銀燈，一對(duì)電極中的至少一方的電極的前端部表面在由所述點(diǎn)燈裝置進(jìn)行電燈點(diǎn)燈的過程中成為熔融狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高壓水銀燈發(fā)光裝置，其特征在于，所述點(diǎn)燈裝置向所述短弧型超高壓水銀燈供給的交流照明電流，在極性反轉(zhuǎn)之后高脈沖被重疊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超高壓水銀燈發(fā)光裝置，其特征在于，所述點(diǎn)燈裝置向所述短弧型超高壓水銀燈中供給的交流照明電流，從高脈沖之后起向半周期的后半上升。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超高壓水銀燈發(fā)光裝置，其特征在于，所述點(diǎn)燈裝置向所述短弧型超高壓水銀燈中供給的交流照明電流，在高脈沖被重疊之后逐漸減小，然后，從半周期的后半部開始逐漸增大。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超高壓水銀燈發(fā)光裝置，其特征在于，所述點(diǎn)燈裝置向所述短弧型超高壓水銀燈中供給的交流照明電流，在高脈沖被重疊之后，在該半周期的整個(gè)期間中減小。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高壓水銀燈發(fā)光裝置，其特征在于，所述電極的至少一方包括在軸部形成的大徑部、被設(shè)置在該大徑部的前端的突起部、從大徑部朝向突起部而被形成的縮徑部。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超高壓水銀燈發(fā)光裝置，其特征在于，所述突起部的前端呈大致半球狀。
8.一種超高壓水銀燈，其是在由石英玻璃制成的發(fā)光管中，以不超過2mm的間隔相向地設(shè)置一對(duì)以鎢為主要成分的電極，在該發(fā)光管內(nèi)封入不少于0.15mg/mm3的水銀、稀有氣體、在1×10-6～1×10-2μmol/mm3的范圍內(nèi)的鹵素的交流點(diǎn)燈型超高壓水銀燈，其特征在于，所述一對(duì)電極中的至少一方的電極，其前端部表面在電燈點(diǎn)燈過程中成為熔融狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明目的是提供一種具有總是可以維持穩(wěn)定放電的電極前端的形狀的超高壓水銀燈發(fā)光裝置。其由短弧型超高壓水銀燈(10)及點(diǎn)燈裝置(100)構(gòu)成，該短弧型超高壓水銀燈(10)是在由石英玻璃制成的發(fā)光部(11)中以不超過2mm的間隔相向地設(shè)置一對(duì)以鎢為主要成分的電極，并在該發(fā)光部(11)中封入不少于0.15mg/mm
文檔編號(hào)H01J61/82GK1531002SQ200410028490
公開日2004年9月22日 申請(qǐng)日期2004年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月13日
發(fā)明者塚本卓也, 鈴木義一, 有本智良, 一, 本卓也, 良 申請(qǐng)人:優(yōu)志旺電機(jī)株式會(huì)社