專利名稱：投影裝置的光源裝置的制作方法
技術領域：
此發(fā)明涉及在使用旋轉濾光片的單板式投影裝置中使用的光源裝置。特別涉及具有與旋轉濾光片同步控制供電的機構的光源裝置。
背景技術：
利用液晶和DMD(數字式微鏡裝置)的投影裝置用反射鏡和透鏡組把從光源(放電燈)照射的光會聚照射到顯示圖像信息的小型元件上，把從此小型元件反射或透過的光通過透鏡等的光學系統(tǒng)照射到屏幕上。
此時要求放電燈是點光源。小型元件小到1英寸以下，而且入射光束的角度成分小的，光的利用率高，而且圖像的對比度也好。
用彩色投射圖像信息的方法有單板方式和三板方式。
在三板方式中把來自光源的發(fā)射光分成3種顏色(RGB)后，在各顯示元件中透過或反射對應于圖像信息的光，然后把透過各顯示元件的3種顏色合成，投射到屏幕上。
另一方面，單板方式通過把來自光源的照射光分割成RGB區(qū)域的旋轉濾光片，照射到DMD上，在此DMD上使特定的光反射，照射到屏幕上。所謂DMD是在每1個像素上鋪滿數百萬個小鏡，控制一個個小鏡的朝向，來控制光的照射。
DMD方式的情況下，在屏幕上應該是在每個微小時間內照射RGB中的某個顏色圖像，由于此時間非常短，在人們的視覺上顯示的是合成后的彩色圖像。
此DMD方式與液晶方式相比，光學系統(tǒng)簡單，目前由于無須使用3塊液晶板，所以具有使整個裝置體積變小、結構簡化的優(yōu)點。
但是，DMD方式顯示特定1種顏色(例如R)的時間舍棄相當于其他顏色(例如G、B)區(qū)域的光，存在總的光的利用效率低的問題。結果，存在有相對于光源的放電燈的輸入功率的畫面亮度低的問題。
為了解決上述問題，具有在旋轉濾光片上除有RGB的3種顏色外，還加設了W(白色)區(qū)域的技術。此技術在光通過(會聚)W區(qū)域時，使畫面整體的亮度提高，在對人的視覺上，改善得整體上看起來明亮。
可是，在旋轉濾光片上設置W區(qū)域的情況下，在濾光片上不僅RGB區(qū)域變窄，而且存在有在W區(qū)域和其他顏色區(qū)域的邊界過分受到白色光的影響，其他顏色的再現(xiàn)性降低的問題。
也就是，在旋轉濾光片上設置白色區(qū)域的方法在所說的圖像的亮度方面是有效的，但存在有，在所說的RGB的色再現(xiàn)性方面惡化的問題。
特開平7-318939號發(fā)明內容此發(fā)明要解決的課題是，在使用旋轉濾光片的投影裝置中使用的光源裝置中，提供可以同時解決(1)提高圖像的亮度、(2)RGB顏色的再現(xiàn)性、(3)體積變小和結構簡化的課題的結構。
此發(fā)明的投影裝置的光源裝置由至少分割成RGB顏色區(qū)域的旋轉濾光片、通過該旋轉濾光片的規(guī)定光會聚區(qū)域的光入射的棒狀組合透鏡、接受該棒狀組合透鏡射出的光的數字式微鏡裝置等圖像顯示元件構成，其特征在于，上述光源裝置由封入0.16mg/mm3及其以上的水銀的超高壓放電燈和對該超高壓放電燈的供電控制裝置構成，上述供電控制裝置在上述旋轉濾光片一個顏色區(qū)域和另一顏色區(qū)域的邊界部分與在該旋轉濾光片上形成的光會聚區(qū)域一致時，切斷或降低對上述超高壓放電燈的供給電流。
在使用旋轉濾光片的投影裝置中使用的光源裝置中，可以全部實現(xiàn)提高圖像亮度、RGB顏色的顯現(xiàn)性、體積變小和結構簡化。


圖1簡要表示本發(fā)明的光源裝置的結構。
圖2表示旋轉濾光片的放大圖。
圖3表示向放電燈提供的電流與光輸出的關系。
圖4簡要表示放電燈的結構。
圖5簡要表示供電控制裝置的結構。
圖6表示旋轉濾光片的具體結構。
圖7表示本發(fā)明的試驗結果。
具體實施例方式
圖1表示本發(fā)明的光源裝置的簡要結構。光源裝置100由放電燈10和凹面反射鏡20構成。在光源裝置100前方順序配置旋轉濾光片200、棒狀組合透鏡300、透鏡400、DMD 500、透鏡600。
將兩者配置成放電燈10的電弧光點和凹面反射鏡20的第一焦點大體一致。凹面反射鏡20的第二焦點大體位于棒狀組合透鏡300的入射端，來自凹面反射鏡20的反射光通過旋轉濾光片200入射到棒狀組合透鏡300。旋轉濾光片200由濾光片驅動機構210進行轉動、停止等的驅動控制，放電燈10利用供電控制裝置30進行供電控制。
此外，放電燈10例如在額定功率200W、額定電流2.6A條件下點亮。
圖2表示旋轉濾光片200的放大圖。(a)表示藍色入射至棒狀組合透鏡的狀態(tài)，(b)表示由于藍色和白色的邊界在棒狀組合透鏡上，結果藍色和白色混合后入射至棒狀組合透鏡的狀態(tài)。
旋轉濾光片也稱為彩色濾光片，由圓盤形的玻璃構成。在濾光片上分別形成扇形的紅(R)、綠(G)、藍(B)、白(W)的區(qū)域。
來自光源裝置100的反射光透過在旋轉濾光片200上形成的光會聚區(qū)域201。利用濾光片200旋轉，對應于光會聚區(qū)域201的顏色順序導入到后面的棒狀透鏡。因此，由于紅(R)、綠(G)、藍(B)按時間分割被投影，瞬間僅僅是通過某個顏色圖像顯示元件進行投影，但是人的視覺上看到的是這些顏色或它們混合顏色的圖像。此外，白色(W)是為了使整個圖像明亮，利用每隔一定周期投影白色，整個圖像也可以變得明亮。
其中，濾光片200例如以180Hz旋轉(每秒180轉)，在1秒鐘內紅、綠、藍、白被投影180次。
考慮最終圖像的色彩平衡和亮度，規(guī)定濾光片200各個區(qū)域的面積，而在圖中為了說明方便，表示成相同的面積。此外，旋轉濾光片200例如半徑為25mm，光會聚區(qū)域201例如為3.6×4.8mm的矩形。
本發(fā)明的特征在于，在旋轉濾光片200的狀態(tài)為，當一種顏色區(qū)域和另外顏色區(qū)域的邊界部分與光會聚區(qū)域(規(guī)定的位置)一致時，也就是在圖2(6)所示的狀態(tài)下，切斷或降低向放電燈的供電。
由于此狀態(tài)2種顏色混合，所以不能利用投影作為顏色信息使用。
此外，在對放電燈遮光或降低電流的情況下，可以把此遮光或降低電流的部分在其他顏色信息的投影時使用。這樣可以提高單位電輸入的光的利用率，即使是相同的額定功率，也能提高整體的亮度，也可以提高顏色的再現(xiàn)性。
具體說，是從濾光片驅動機構210向供電控制裝置30發(fā)送濾光片200處于圖2(b)狀態(tài)的信息，供電控制裝置30對放電燈10進行遮光或降低電流。
圖3為示意表示向放電燈提供的電流和投影的光輸出的關系的圖示。(a)是從濾光片驅動機構210向供電控制裝置30發(fā)送的信號，在濾光片邊界區(qū)域符合光會聚區(qū)域時發(fā)出接通(ON)信號。因此，縱軸表示接通(ON)、斷開(OFF)的2個值的狀態(tài)，橫軸表示時間。(b)表示流經放電燈的電流值IL。因此，縱軸表示電流值，橫軸表示時間。嚴格說，電流值受上升沿的上沖和波動的影響，但是在圖中為了便于說明，沒有考慮這樣的影響。(c)表示投影到屏幕上的光輸出和顏色信息。因此縱軸表示光輸出，橫軸表示時間。
根據圖，可以看出在濾光片的顏色區(qū)域的邊界部分與光會聚區(qū)域一致的時刻，切斷向放電燈的供電。
然后對放電燈10進行說明。圖4表示使用于本發(fā)明的光源裝置的高壓放電燈的整體結構。
放電燈10具有由石英玻璃制成的放電容器形成的大體為球形的發(fā)光部分11，在此發(fā)光部分11中，相對配置陽極2和陰極3。此外，從發(fā)光部分11的兩端伸出而分別構成密封部分12，在這些密封部分12中，例如一般利用收縮密封進行氣體密封，埋設用鉬制成的導電用金屬箔4。金屬箔4的一端連接陽極2或陰極3，金屬箔4的另一端連接外部引線16。
在陰極3的前端纏繞有線圈31。此線圈31由鎢制成，牢固地纏繞或焊接而成。線圈31在點燈開始時利用表面的凹凸效應，起到動作源(開始動作的位置)的功能，并且點亮后利用表面的凹凸效應和熱容量，起到放熱的功能。
在發(fā)光部分11中封入水銀、惰性氣體、鹵素氣體。
水銀是用于得到需要的可見光波長，例如波長400～700nm的發(fā)射光，封入0.25mg/mm3及其以上。此封入量根據溫度條件的不同而不同，點亮時變成在150大氣壓及其以上非常高的蒸氣壓。此外，封入更多水銀的情況下，能夠制作點亮時的水銀蒸氣壓在200大氣壓及其以上、300大氣壓及其以上的高的水銀蒸氣壓的放電燈，水銀蒸氣壓越高越可以實現(xiàn)適合于投影裝置的光源。
惰性氣體例如封入約13kPa的氬氣，改善點燈的起動性。
鹵素例如碘、溴、氯等以和水銀以外的其他金屬的化合物形式封入。鹵素的封入量是可以在例如10-6～10-2μmol/mm3的范圍選擇，此功能是利用鹵素周期延長壽命，而本發(fā)明的放電燈這樣非常小而且有高內壓的放電燈，可以認為利用封入鹵素起到防止放電容器的破損和失透的作用。
表示放電燈的數據示例的話，發(fā)光部分的外徑可以在φ6.0～15.0mm范圍選擇，例如9.5mm；電極之間距離可以從0.5～2.0mm范圍選擇，例如1.5mm；發(fā)光管內容積可以從40～300mm3范圍選擇，例如75mm3。點燈條件可以從管壁負荷0.8～2.0W/mm2范圍選擇，例如1.5W/mm2，額定電壓為80V，額定功率為200W。
此外，此放電燈是裝在小型化的投影裝置等內的，要求整體結構非常小，另一方面要求高的光量。因此，發(fā)光部分內的熱的條件非常嚴酷。
而放電燈被裝在投影裝置和頂置式投影儀這樣的圖像顯示用設備，提供演色性良好的發(fā)射光。
凹面反射鏡20是短焦距型橢園聚光鏡，以硼硅酸玻璃和結晶玻璃為基板，蒸鍍多層二氧化鈦、二氧化硅膜等。此外，在凹面反射鏡20的前方開口裝有前玻璃21。
下面對供電控制裝置進行說明。圖5表示使放電燈10點燈時的供電控制裝置。
在供電控制裝置(Ex)中，降壓斷路器型的鎮(zhèn)流電路(Bx)接受PFC等的DC電源(Mx)提供的電壓進行動作。在鎮(zhèn)流電路(Bx)中，利用FET等的開關元件(Qx)接通或斷開DC電源(Mx)提供的電流，通過扼流線圈(Lx)向平滑電容器(Cx)進行充電，把此電壓加在放電燈1上，可以使電流在放電燈1中流動。
起動裝置(Ui)在點亮起動時，在次級繞組(Hi)產生高電壓脈沖。此高電壓重疊在鎮(zhèn)流電路(Bx)的輸出電壓上，加在電極(2、3)之間，可以使放電燈10開始放電。
供電控制電路(Fx)生成柵極驅動信號(Sg)，通過柵極驅動電路(Gx)加在開關元件(Qx)的柵極端子上，可以控制上述DC電源(Mx)提供的電流接通或斷開。
用電流檢測裝置(Ix)和電壓檢測裝置(Vx)檢測流經放電燈10的燈電流(IL)和在電極之間生成的燈電壓(VL)。
電流檢測裝置(Ix)的燈電流信號(Si)和上述電壓檢測裝置(Vx)的燈電壓信號(Sv)被輸入到供電控制電路(Fx)，通過與目標值進行比較，反饋控制柵極驅動信號(Sg)的占空比。
其中，把要切斷電流的信號Sf從濾光片驅動機構210輸入到供電控制電路(Fx)的話，供電控制電路(Fx)優(yōu)先于上述反饋控制，對柵極驅動電路(Gx)發(fā)送斷開的柵極驅動信號(Sg)。這樣開關元件(Qx)斷開，也就是停止對放電燈10的供電。
本發(fā)明這樣的放電燈，也就是電極間距離在2mm及其以下、水銀量在0.15mg/mm3及其以上、封入的鹵素量在10-6～10-2μmol/mm3的情況，點亮的瞬間停止供電4m秒及其以下，希望在1m秒及其以下，具體說希望在0.1m秒～0.6m秒左右。
這是通過各種試驗搞清楚了的問題，因為停止供電長于4m秒的話，放電燈會完全滅掉，不能使燈再點亮。此外，停止供電長于1m秒的話，也許不能使起動裝置等起動，不能再點亮，因為供電后電弧非常不穩(wěn)定，光的輸出明顯不穩(wěn)定。
對于上述現(xiàn)象可以按如下考慮。
也就是，穩(wěn)定點燈情況下，由于從外部提供的電流使陰極加熱到高溫，從此陰極發(fā)出的熱電子在陰極前面生成活躍的等離子體，因此，能使穩(wěn)定的電弧放電持續(xù)?？墒?，提供的電流被切斷的話，將陰極加熱的等離子體熱能輸入沒有了，陰極的溫度降低。如果是非常短的時間的話，再次供電時，由于把比穩(wěn)定點燈時更高的電壓施加給放電燈，可以用比穩(wěn)定點燈時少的熱電子產生等離子體，可以在短時間回到穩(wěn)定狀態(tài)。可是，切斷時間長的話，放電空間內的電子密度降低，不大幅度提高可以供電的電壓就不能回到穩(wěn)定的狀態(tài)，其結果，燈滅掉(中斷)。
此外，也可以不切斷向放電燈提供的電流，而是降低電流。
具體說是，降到穩(wěn)定點燈時的燈電流的90％，希望是降到50％以下。與切斷的情況相比，具有電流返回時容易穩(wěn)定的優(yōu)點。
使電流降低的具體方法與切斷的情況相同，供電控制裝置30的供電控制電路(Fx)接收來自濾光片驅動機構201的信號Sf后，發(fā)送柵極信號(Sg)，使向開關元件(Qx)的占空比減小(接通期間變小)。
在本發(fā)明中，沒有必要在整個旋轉濾光片的邊界切斷或降低燈電流。在旋轉濾光片上存在有4個邊界，至少在一個部位切斷或降低燈電流，就有足夠的效果。特別是，不是白色的顏色之間的邊界是有效的。
本發(fā)明在使用沒有白色區(qū)域的旋轉濾光片的情況下也是有效的。也就是，對分成RGB三種顏色的旋轉濾光片，在各種顏色邊界切斷或降低向放電燈提供的電流。
由于此邊界部分不能作為顏色信息使用，在妨礙彩色再現(xiàn)性時，保持使DMD元件向暗轉方向移動，使光不照射。
因此如本發(fā)明這樣，在不能靈活應用光時，利用切斷或降低向放電燈提供的電流，即使采用相同的放電燈整體的額定功率，也可以有效地使用燈的輸出。
本發(fā)明并不限定于圖4所示直流點燈型的放電燈，交流點燈型的放電燈也可以使用。
圖6表示旋轉濾光片的具體結構。
圖6的旋轉濾光片是考慮了投射到屏幕上時的顏色平衡和亮度而規(guī)定各顏色面積，具體說在扇型的中心角，綠色(G)為103°，紅色(R)為77°，藍色(B)為97°，白色(W)為83°。在旋轉濾光片上假想形成的光會聚區(qū)域201為3.6×4.8mm的矩形。
使旋轉濾光片用于圖1所示的裝置，使放電燈在額定電流3.1A情況下點燈，并且在各顏色區(qū)域的邊界部分切斷0.2m秒。
圖7表示使用圖6的濾光片情況下的光輸出和燈電流關系。
在燈點亮后1.0m秒中切斷燈電流，0.2m秒后再提供燈電流(3.1A)。此時白色光輸出約11.4mV。再有光輸出為光電元件的顯示值。
在燈點亮約2.2m秒后再切斷燈電流，0.2m秒后提供燈電流(3.1A)。此時藍色光輸出約4.4mV。
在燈點亮約3.7m秒后再切斷燈電流，0.2m秒后提供燈電流(3.1A)。此時紅色光輸出約0.6mV。
在燈點亮約4.9m秒后再切斷燈電流，0.2m秒后提供燈電流(3.1A)。此時綠色光輸出約6.9mV。
在燈點亮約6.5m秒后再切斷燈電流，0.2m秒后提供燈電流(3.1A)。此時白色光輸出約11.4mV。
為了對比，不切斷燈電流，以一定的輸出得到同樣顏色平衡對準備了濾光片的情況也進行了同樣的測試。其結果表明，本發(fā)明的光源裝置比對比例提高了光輸出，而且RGB顏色的平衡也幾乎相同。
權利要求
1.一種投影裝置的光源裝置，由至少分割成RGB顏色區(qū)域的旋轉濾光片、通過了該旋轉濾光片的規(guī)定光會聚區(qū)域的光入射的棒狀組合透鏡、接受該棒狀組合透鏡射出的光的數字式微鏡裝置等圖像顯示元件構成，其特征在于，上述光源裝置包括封入了0.16mg/mm3及其以上的水銀的超高壓放電燈、和對該超高壓放電燈的供電控制裝置，在上述旋轉濾光片的一個顏色區(qū)域和另一顏色區(qū)域的邊界部分與在該旋轉濾光片上形成的光會聚區(qū)域一致時，上述供電控制裝置切斷或降低對上述超高壓放電燈的供給電流。
2.如權利要求1所述的光源裝置，其特征在于，上述切斷或降低的時間在4m秒或4m秒以下。
全文摘要
在使用旋轉濾光片的投影裝置中使用的光源裝置中，可以提供可以同時解決(1)提高圖像的亮度、(2)RGB顏色的再現(xiàn)性、(3)體積變小和結構簡化的課題的結構。由至少分割成RGB顏色區(qū)域的旋轉濾光片、通過了該旋轉濾光片的規(guī)定光會聚區(qū)域的光入射的棒狀組合透鏡、接受該棒狀組合透鏡射出的光的數字式微鏡裝置等圖像顯示元件構成的投影裝置的光源裝置，其特征是，上述光源裝置由封入0.16mg/mm
文檔編號G02B5/20GK1637586SQ20051000372
公開日2005年7月13日 申請日期2005年1月7日 優(yōu)先權日2004年1月9日
發(fā)明者杉谷晃彥 申請人:優(yōu)志旺電機株式會社