JP2009026747A - プロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】異常が発生しても直ちにアークを安定させることができ、目的の発光状態を維持することができる放電ランプ装置を備えるプロジェクタの提供。
【解決手段】駆動装置である光源駆動装置７０が、電極異常が検出された異常時に補修モードで動作する。この補修モードにおいて、光源駆動装置７０は、第１電極１５、第２電極１６のうち異常のあった電極が陽極期間中である場合のこの電極への供給エネルギーを増加させる。この補修モードにより、一方の電極の先端に存在する先端部１５ａ，１６ａを溶かさない程度に電極異常の原因となっている先端部１５ａ，１６ａの凹凸を溶かすことができる。つまり、一方の電極の先端部１５ａ，１６ａの表面がわずかに溶けて電極表面の凹凸がならされる。これにより、第１電極１５、第２電極１６の先端の突起位置やその形状が長期間安定し、チラツキや色ムラの発生が抑えられるととともに長期間に亘って照度を維持できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、一対の電極を有する放電発光型の光源装置を組み込んだプロジェクタに関する。

例えば、プロジェクタに用いる光源ランプ用の放電灯点灯装置として、制御回路とフリッカ検出手段とを備え、フリッカ検出時に高電力モードで動作するものがある（特許文献１参照）。この放電灯点灯装置では、電極等の温度を適正に保って突起の形成を促進することにより、アーク起点の位置を安定させてフリッカの発生を抑制する。

また、同様の放電ランプ装置として、アーク異常を検出する検出手段と、検出結果に基づいて駆動手段を制御する制御手段とを備えるものがある（特許文献２参照）。この放電ランプ装置では、アーク異常が検出されたら例えば周波数を高くすることで、電極の温度を調整し、電極上に安定した放電場所を形成し、熱電子の経路を安定させ、アーク異常の発生を抑制する。

同様の放電灯点灯装置として、フリッカ発生の検出時等において、高電力モードで動作し、電極等の温度を適性に保つものがある（特許文献３参照）。この場合、一対の電極のうち温度が低下した電極のみ温度を上昇させることもでき、温度を適正に保って突起の形成を促進し、アーク起点の位置を安定させてフリッカの発生を抑制する。

その他、ランプへの供給電圧等の検出結果に基づいて、極性反転の周波数を段階的に調整することによって電極の温度低下を抑制し、アークジャンプの発生を防止するものがある（特許文献４参照）。

また、駆動波形のデューティ比や放電電流を変化させることによって、突起が成長し過ぎたら強制的に突起を磨耗させてアーク長を一定に保つものがある（特許文献５参照）。

特開２００５−３２７７４４号公報 特開２００４−３９５６３号公報 特開２００６−１２０６５４号公報 国際公開第２００４／０６６６８７号パンフレット 特開２００３−２６４０９４号公報

しかしながら、発光管の点灯時間が増すと、電極上の突起において微小な凹凸が発生し、それに伴い突起が変形し、フリッカやアークジャンプが発生する。
なお、特許文献１〜４に開示の技術によれば、放電ランプの電極やバルブ内の温度を適正に保ち突起を成長させることはできるが、突起の変形に起因するアークの移動や変形が抑制できないことから、光源装置より後段の光学系の光の入射状態が変化して、投射像の色ムラや輝度低下を生じさせる。
また、特許文献５に開示の技術では、突起の成長途中における突起表面の凹凸によるフリッカやアークジャンプの発生を抑制することができない。

そこで、本発明は、電極の突起形状の変形が発生しても、これを解消してフリッカやアークを安定させることができ、目的の発光状態を維持することができる放電発光型の光源装置を備えるプロジェクタを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るプロジェクタは、（ａ）相互間の放電により発光を行う第１電極及び第２電極を有する発光管と、（ｂ）第１電極及び第２電極の少なくとも一方の動作が異常である電極異常を検出する検出装置と、（ｃ）電極異常が検出された異常時に、電極異常が生じた一方の電極が陽極である陽極期間中での一方の電極への供給エネルギーを、電極異常が検出されていない通常時における一方の電極の陽極期間中での一方の電極への供給エネルギーに比較して増加させる補修モードで動作可能な駆動装置とを備える。この駆動装置は、補修モードにおいて、一方の電極の温度を通常時の温度よりも高めることによって一方の電極の先端部の表面層を溶かす。なお、以上において、「電極異常」とは、両電極間でアークが安定せずフリッカ（以下フリッカというときは基本的にアークジャンプも含む）が生じている状態を意味するものとする。また、「供給エネルギー」とは、一定時間内の消費電力の累積値である。つまり、「陽極期間中の一方の電極への供給エネルギー」とは、一方の電極が陽極として働く時間内での消費電力の累積値を言う。

上記プロジェクタでは、駆動装置が、電極異常が検出された異常時に、陽極期間中の一方の電極への供給エネルギーを通常時における供給エネルギーに比較して増加させる補修モードで動作可能で、補修モードにおいて、一方の電極の温度を通常時の温度よりも高めることによって一方の電極の先端部の表面層を溶かすので、この補修モードでの動作中に、一方の電極の先端に存在する突起状の先端部を完全に溶かさない程度に加熱して電極異常の原因となっている先端部の表面の凹凸を溶かすことができる。これにより、先端部が滑らかな状態に維持され、フリッカやアークジャンプが定常的に生じすることを防止できる。さらに、先端部の先端を起点とした放電が持続されることにより、電極に形成された先端部の突起位置やその形状が比較的長期間安定し、チラツキや色ムラの発生が抑えられるととともに、比較的長期間に亘って照度を維持することができる。

また、本発明の具体的な態様又は観点では、上記プロジェクタにおいて、駆動装置が、補修モードにおいて、一方の電極が陽極期間中である場合の供給エネルギーを、一方の電極が陰極期間中である場合の供給エネルギーよりも大きくする。この場合、他方の電極については、特に供給エネルギーを増加させないので、その状態を維持することができる。

本発明の別の態様によれば、駆動装置が、電流、陽極期間、及び三角波の高さの少なくとも１つを増加させることによって供給エネルギーを増加させる。この場合、比較的簡易な制御によって補修モードの動作が可能になる。

本発明のさらに別の態様によれば、駆動装置が、補修モードにおいて、第１電極及び第２電極に対する交流電流の供給を所定サイクル繰り返すとともに、一方の電極の陽極期間中における一方の電極への供給エネルギーを通常時に対して増加させる。この場合、第１電極及び第２電極に供給する交流電流のサイクルとして、電極の先端部の表面層を溶かして表面層を平滑化する補修モードの動作が可能になる。

本発明のさらに別の態様によれば、駆動装置が、補修モードにおいて、一方の電極に対する陽極期間中の供給エネルギーを対応するサイクル内で段階的に増加させる。この場合、一方の電極の温度を徐々に増加させてその先端部の表面層を効率的に平滑化することができる。

本発明のさらに別の態様によれば、駆動装置が、補修モードにおいて、一方の電極に対する陽極期間中の供給エネルギーを所定量だけ増加させる。この場合、一方の電極の温度上昇に必要な供給エネルギーを補修モードのサイクル内で定常的に増加させてその先端部の表面層を平滑化することができる。

本発明のさらに別の態様によれば、発光管からの照明光によって照明される光変調装置と、光変調装置を経た像光を投射する投射光学系とをさらに備える。この場合、チラツキや色ムラが少なく照度が比較的長期間安定し易い発光管を備える光源装置によって光変調装置を照明することで、高品位の画像を投射できるプロジェクタを提供することができる。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係るプロジェクタの構造等について説明する。

図１は、第１実施形態に係るプロジェクタの構造を説明するための概念図である。本実施形態におけるプロジェクタ２００は、光源装置１００と、照明光学系２０と、色分離光学系３０と、液晶ライトバルブ４０ａ，４０ｂ，４０ｃと、クロスダイクロイックプリズム５０と、投射レンズ６０とを備える。

上記プロジェクタ２００において、光源装置１００は、光源ユニット１０と、光源駆動装置７０とを備え、照明光学系２０等を介して液晶ライトバルブ４０ａ，４０ｂ，４０ｃを照明するための照明光を発生する。

図２は、光源装置１００の構造を概念的に説明する断面図である。光源装置１００において、光源ユニット１０は、放電発光型の発光管１と、楕円型の主反射鏡であるリフレクタ２と、球面状の副反射鏡である副鏡３とを備える。光源駆動装置７０は、詳細は後述するが、光源ユニット１０に交流電流を供給して所望の状態に発光させるための電気回路である。

光源ユニット１０において、発光管１は、中央部が球状に膨出した透光性の石英ガラス管から構成され、照明用の光を放射する本体部分１１と、この本体部分１１の両端を通る軸線に沿って延びる第１封止部１３及び第２封止部１４とを備える。

本体部分１１内に形成される放電空間１２には、タングステン製の第１電極１５の先端部分と、同様にタングステン製の第２電極１６の先端部分とが所定距離で離間配置されており、希ガス、金属ハロゲン化合物等を含む放電媒体であるガスが封入されている。この本体部分１１の両端に延びる第１封止部１３、第２封止部１４の内部には、本体部分１１に設けた第１電極１５及び第２電極１６の根元部分に対し電気的に接続されるモリブデン製の金属箔１７ａ，１７ｂが挿入され、第１封止部１３、第２封止部１４は、それ自体或いはガラス材料等で周囲から封止されている。これらの金属箔１７ａ，１７ｂに接続されたリード線１８ａ，１８ｂに光源駆動装置７０により交流電圧を印加すると、一対の第１電極１５、第２電極１６間でアーク放電が生じ、本体部分１１が高輝度で発光する。ここで、図２から明らかなように、リフレクタ２は、第１電極１５側に配置され、副鏡３は、リフレクタ２に対向して第２電極１６側に配置される。したがって、第１電極１５は、本体部分１１を挟んで副鏡３と反対側にあることになる。

発光管１の本体部分１１のうち光束射出前方側の略半分は、副鏡３によって覆われている。この副鏡３は、石英ガラス製の一体成形品であり、発光管１の本体部分１１から前方に放射された光束を本体部分１１に戻す副反射部３ａと、この副反射部３ａの根元部を支持した状態で第２封止部１４の周囲に固定される支持部３ｂとを備える。支持部３ｂは、第２封止部１４を挿通させるとともに、副反射部３ａを本体部分１１に対してアライメントした状態で保持している。

リフレクタ２は、結晶化ガラスや石英ガラス製の一体成形品であり、発光管１の第１封止部１３が挿通される首状部２ａと、この首状部２ａから拡がる楕円曲面状の主反射部２ｂとを備える。首状部２ａは、第１封止部１３を挿通させるとともに、主反射部２ｂを本体部分１１に対してアライメントした状態で保持している。

発光管１は、主反射部２ｂの光軸に対応するシステム光軸ＯＡに沿って配置されるとともに、本体部分１１内の第１電極１５及び第２電極１６間の発光中心Ｏが主反射部２ｂの楕円曲面の第１焦点Ｆ１位置と一致するように配置される。発光管１を点灯した場合、本体部分１１から放射された光束は主反射部２ｂで反射され、或いは副反射部３ａでの反射を経て主反射部２ｂでさらに反射され、楕円曲面の第２焦点Ｆ２位置に収束する光束となる。つまり、リフレクタ２及び副鏡３は、システム光軸ＯＡに対して略軸対称な反射曲面を有し、一対の第１電極１５、第２電極１６は、その軸心である電極軸をシステム光軸ＯＡと略一致させるように配置されている。

図３（ａ）及び図３（ｂ）は、発光管１内に封入された第１電極１５及び第２電極１６の先端部分の拡大図である。第１電極１５及び第２電極１６は、先端部１５ａ，１６ａと、本体部１５ｂ，１６ｂと、コイル部１５ｃ，１６ｃと、芯棒１５ｄ，１６ｄとを備える。第１電極１５及び第２電極１６の先端部分は、芯棒１５ｄ，１６ｄにタングステンを巻き付け、これを加熱・溶融することにより形成される。この際、巻き付けられたタングステンのうち溶融されなかった残りの部分がコイル部１５ｃ，１６ｃとなる。第１電極１５及び第２電極１６の先端側に塊状の本体部１５ｂ，１６ｂを設けることで、熱容量を大きくすることができる。なお、第１電極１５、第２電極１６の作製段階、或いは本体部分１１中に封入後の仕上げ工程時には、第１電極１５、第２電極１６に放電等の処理を行って、両本体部１５ｂ，１６ｂの先端部間に所望のサイズの突起である先端部１５ａ，１６ａを形成することができる。第１電極１５及び第２電極１６の先端部１５ａ，１６ａは、発光管１の点灯時における放電の電極間距離を定めるものとなり、発光管１の動作状態に影響を与える。また、第１電極１５及び第２電極１６の先端部１５ａ，１６ａは、発光管１の点灯時に放電により主として電子の衝突を受ける部分となる。

図３（ａ）に示すように、第１電極１５及び第２電極１６の先端部１５ａ，１６ａの表面には、使用の継続によって微小な凹凸が発生する。このような微小な凹凸６１は、発光管１の点灯時間の経過に伴って発生する。先端部１５ａ，１６ａに発生した凹凸６１は、先端部１５ａ，１６ａの形状を変化させ、放電の起点の移動が連続的に起こるフリッカや、当初の放電起点位置から放電起点が完全に移動するアークジャンプの原因となる。すなわち、図示の例では、第１電極１５側において先端部１５ａに複数の凹凸６１が形成されており、第１電極１５が陽極となる際に、先端部１５ａの頂部と凹凸６１の頂部との間で輝点が不規則に移動し、フリッカやアークジャンプが発生する。フリッカはチラツキを発生させ、アークジャンプは照度低下を発生させる。さらに、発光管１の点灯時間がある程度以上長くなると、両本体部１５ｂ，１６ｂのうち先端部１５ａ，１６ａの周囲にある先端側領域１５ｇ，１６ｇの表面も加熱や放電によって徐々に荒らされる。これにより、先端部１５ａ，１６ａ周辺に延在する先端側領域１５ｇ，１６ｇの表面に微小な凹凸が形成され、さらに放置すると、先端側領域１５ｇ，１６ｇの表面に形成された凹凸の起伏量が徐々に増大する。この場合、アークの移動や変形により光源装置１００より後段の光学系の光の入射状態が変化して、照明光量の低下や照度ムラが生じて、投射像の色ムラや輝度低下を生じさせる。

本実施形態の光源装置１００では、先端部１５ａ，１６ａの形状変化を補修するため、先端部１５ａ，１６ａの表面に微小な凹凸が発生しフリッカやアークジャンプが検出された時点で、第１電極１５、第２電極１６のうちフリッカやアークジャンプの原因となる凹凸が発生した電極に対応する一方の電極に対する供給エネルギーを、他方の電極に対する供給エネルギーよりも多くする補修モードでの点灯動作が行われる。
図３（ｂ）は、フリッカやアークジャンプの検出された後に、フリッカやアークジャンプの原因となる凹凸６１が発生した第１電極１５を加熱して凹凸６１を溶かして、初期の基の形状に戻された先端部１５ａを示す。この補修モードでは、先端部１５ａに微小すなわち浅い凹凸６１が形成され始めた劣化の初期段階で、第１電極１５及び第２電極１６のうちフリッカやアークジャンプの原因となる凹凸６１が発生した第１電極１５に対する供給エネルギーを増加させるとともに第２電極１６に対する供給エネルギーを維持することで、本体部１５ｂのうち先端部１５ａの表面層を一時的に加熱し溶かす。その後、第１電極１５への供給エネルギーを元に戻して先端部１５ａの温度を元の温度まで低下させることにより、先端部１５ａの過剰な溶融を防止する。これにより、先端部１５ａ周辺の先端側領域１５ｇにまで凹凸が発生し大幅に放電起点が移動する大規模なフリッカやアークジャンプが生じることを防止できる。つまり、本体部１５ｂ，１６ｂの先端側領域１５ｇ，１６ｇに大きな凹凸が形成されて修復不能になる前に上記のような補修モードによる先端部１５ａ，１６ａの表面の平滑化処理を随時行って、本体部１５ｂ，１６ｂの先端側領域１５ｇ，１６ｇの表面を滑らかな状態に維持する。初期の電極異常時に補修モードによる平滑化処理を随時行うことで、アークの移動や変形により光源装置１００よりも後段の光学系の光の入射状態が変化して、照明光量の低下や照度ムラが生じることを抑えることができ、結果的に投射像の色ムラや輝度低下が生じることを比較的長期間に亘って抑えることができるものと思われる。

図１に戻って、照明光学系２０は、光源光の光束方向を平行化する光平行化手段である平行化レンズ２２と、光を分割して重畳するためのインテグレータ光学系を構成する第１フライアイレンズ２３ａ及び第２フライアイレンズ２３ｂと、光の偏光方向を揃える偏光変換素子２４と、第１フライアイレンズ２３ａ、第２フライアイレンズ２３ｂを経た光を重畳させる重畳レンズ２５と、光の光路を折り曲げるミラー２６とを備え、これらにより均一化された略白色の照明光を形成する。照明光学系２０において、平行化レンズ２２は、光源ユニット１０から射出された照明光の光束方向を略平行に変換する。第１フライアイレンズ２３ａ及び第２フライアイレンズ２３ｂは、それぞれマトリクス状に配置された複数の要素レンズからなり、第１フライアイレンズ２３ａを構成する要素レンズによって平行化レンズ２２を経た光を分割して個別に集光し、第２フライアイレンズ２３ｂを構成する要素レンズによって第１フライアイレンズ２３ａからの分割光束を適当な発散角にして射出させる。偏光変換素子２４は、ＰＢＳ、ミラー、位相差板等を一組の要素とするアレイで形成されており、第１フライアイレンズ２３ａにより分割された各部分光束の偏光方向を一方向の直線偏光に揃える役割を有する。重畳レンズ２５は、偏光変換素子２４を経た照明光を全体として適宜収束させて、後段の各色の光変調装置である液晶ライトバルブ４０ａ，４０ｂ，４０ｃの被照明領域に対する重畳照明を可能にする。

色分離光学系３０は、第１ダイクロイックミラー３１ａ及び第２ダイクロイックミラー３１ｂと、反射ミラー３２ａ，３２ｂ，３２ｃと、３つのフィールドレンズ３３ａ，３３ｂ，３３ｃとを備え、照明光学系２０により均一化された照明光を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、及び青（Ｂ）の３色に分離するとともに、各色光を後段の液晶ライトバルブ４０ａ，４０ｂ，４０ｃへ導く。より詳しく説明すると、まず、第１ダイクロイックミラー３１ａは、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色のうちＲ光を透過させＧ光及びＢ光を反射する。また、第２ダイクロイックミラー３１ｂは、Ｇ、Ｂの２色のうちＧ光を反射しＢ光を透過させる。次に、この色分離光学系３０において、第１ダイクロイックミラー３１ａを透過したＲ光は、反射ミラー３２ａを経て入射角度を調節するためのフィールドレンズ３３ａに入射する。また、第１ダイクロイックミラー３１ａで反射され、さらに、第２ダイクロイックミラー３１ｂでも反射されたＧ光は、入射角度を調節するためのフィールドレンズ３３ｂに入射する。さらに、第２ダイクロイックミラー３１ｂを通過したＢ光は、リレーレンズＬＬ１，ＬＬ２及び反射ミラー３２ｂ，３２ｃを経て入射角度を調節するためのフィールドレンズ３３ｃに入射する。

液晶ライトバルブ４０ａ，４０ｂ，４０ｃは、入射した照明光の空間的強度分布を変調する非発光型の光変調装置であり、色分離光学系３０から射出された各色光に対応してそれぞれ照明される３つの液晶パネル４１ａ，４１ｂ，４１ｃと、各液晶パネル４１ａ，４１ｂ，４１ｃの入射側にそれぞれ配置される３つの第１偏光フィルタ４２ａ，４２ｂ，４２ｃと、各液晶パネル４１ａ，４１ｂ，４１ｃの射出側にそれぞれ配置される３つの第２偏光フィルタ４３ａ，４３ｂ，４３ｃとを備える。第１ダイクロイックミラー３１ａを透過したＲ光は、フィールドレンズ３３ａ等を介して液晶ライトバルブ４０ａに入射し、液晶ライトバルブ４０ａの液晶パネル４１ａを照明する。第１ダイクロイックミラー３１ａ及び第２ダイクロイックミラー３１ｂの双方で反射されたＧ光は、フィールドレンズ３３ｂ等を介して液晶ライトバルブ４０ｂに入射し、液晶ライトバルブ４０ｂの液晶パネル４１ｂを照明する。第１ダイクロイックミラー３１ａで反射され、第２ダイクロイックミラー３１ｂを透過したＢ光は、フィールドレンズ３３ｃ等を介して液晶ライトバルブ４０ｃに入射し、液晶ライトバルブ４０ｃの液晶パネル４１ｃを照明する。各液晶パネル４１ａ〜４１ｃは、入射した照明光の偏光方向の空間的強度分布を変調し、各液晶パネル４１ａ〜４１ｃにそれぞれ入射した３色の光は、各液晶パネル４１ａ〜４１ｃに電気的信号として入力された駆動信号或いは画像信号に応じて、画素単位で偏光状態を調節される。この際、第１偏光フィルタ４２ａ〜４２ｃによって、各液晶パネル４１ａ〜４１ｃに入射する照明光の偏光方向が調整されるとともに、第２偏光フィルタ４３ａ〜４３ｃによって、各液晶パネル４１ａ〜４１ｃから射出される変調光から所定の偏光方向の変調光が取り出される。以上により、各液晶ライトバルブ４０ａ，４０ｂ，４０ｃは、それぞれに対応する各色の像光を形成する。

クロスダイクロイックプリズム５０は、各液晶ライトバルブ４０ａ，４０ｂ，４０ｃからの各色の像光を合成する。より詳しく説明すると、クロスダイクロイックプリズム５０は、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた界面には、Ｘ字状に交差する一対の第１誘電体多層膜５１ａ、第２誘電体多層膜５１ｂが形成されている。一方の第１誘電体多層膜５１ａは、Ｒ光を反射し、他方の第２誘電体多層膜５１ｂは、Ｂ光を反射する。クロスダイクロイックプリズム５０は、液晶ライトバルブ４０ａからのＲ光を第１誘電体多層膜５１ａで反射して進行方向右側に射出させ、液晶ライトバルブ４０ｂからのＧ光を第１誘電体多層膜５１ａ、第２誘電体多層膜５１ｂを介して直進・射出させ、液晶ライトバルブ４０ｃからのＢ光を第２誘電体多層膜５１ｂで反射して進行方向左側に射出させる。このようにして、クロスダイクロイックプリズム５０によりＲ光、Ｇ光及びＢ光が合成され、カラー画像による画像光である合成光が形成される。

投射レンズ６０は、投射光学系であり、クロスダイクロイックプリズム５０を経て形成された合成光による画像光を所望の拡大率で拡大してスクリーン（不図示）上にカラーの画像を投射する。

図４は、図１及び図２に示す光源ユニット１０を動作させる光源駆動装置７０の構成を模式的に示すブロック図である。光源駆動装置７０は、図２等に示す一対の第１電極１５、第２電極１６間で放電を行うための交流電流を発生させるとともに、第１電極１５、第２電極１６に対する交流電流の供給状態を制御する。光源駆動装置７０は、点灯装置７０ａと、制御装置７０ｂと、ＤＣ／ＤＣコンバータ７０ｃと、フリッカ・センサ７０ｆとを備える。ここで、点灯装置７０ａと制御装置７０ｂとは、発光管１に電力を供給するための駆動装置を構成する。なお、ここでは、一例として、光源駆動装置７０が、外部電源を使用する場合について説明する。つまり、光源駆動装置７０は、ＡＣ／ＤＣコンバータ８１に接続されており、ＡＣ／ＤＣコンバータ８１は、商用電源９０に接続されている。ＡＣ／ＤＣコンバータ８１は、商用電源９０から供給される交流電流を直流に変換する。

点灯装置７０ａは、図２の光源ユニット１０を点灯駆動させる部分であり、図３に示すように、ダウンチョッパ７１と、インバータ回路７２と、イグナイタ７３と、ランプ電圧検出回路７６と、ランプ電流検出回路７７とを備える。

ダウンチョッパ７１は、ＡＣ／ＤＣコンバータ８１からの直流電圧の供給を受けて、入力電圧を適切な直流電圧に降圧させてインバータ回路７２に供給する。このダウンチョッパ７１は、制御装置７０ｂによる制御の下、内蔵するスイッチング素子による周期的遮断動作のデューティ比（単位時間あたりのＯＮ時間と単位時間あたりのＯＦＦ時間との比率）を調整する。これによって、このダウンチョッパ７１からの出力電圧を調整する。

イグナイタ７３は、図示しない昇圧回路を備えており、制御装置７０ｂによる制御の下、光源ユニット１０の点灯開始時に、図１の一対の第１電極１５、第２電極１６間に直流で高い電圧パルスを短時間印加して絶縁破壊を発生させ、放電経路を作る部分である。

ランプ電圧検出回路７６は、一対の電源供給ライン間に設けられて、光源ユニット１０の動作電圧を検出する。ランプ電圧検出回路７６による検出電圧は、制御装置７０ｂに出力される。

ランプ電流検出回路７７は、一方の電源供給ラインに設けられて、光源ユニット１０の動作電流を検出する。ランプ電流検出回路７７による検出電流は、制御装置７０ｂに出力される。

制御装置７０ｂは、例えば、マイクロプロセッサ等から構成され、点灯装置７０ａを駆動制御する。そして、制御装置７０ｂは、ＤＣ／ＤＣコンバータ７０ｃにて生成された適切な駆動電圧により駆動される。

この制御装置７０ｂは、光源ユニット１０の種々の動作を可能にする制御機能を有する。具体的には、制御装置７０ｂに設けた電力変動制御部７４が、点灯開始時にイグナイタ７３を動作させて光源ユニット１０に発光を開始させるとともに、その後の起動時にダウンチョッパ７１等の制御によって光源ユニット１０を定電流の交流で駆動し、さらにその後の安定動作時にダウンチョッパ７１等の制御によって光源ユニット１０を定電力の交流で駆動する。

フリッカ・センサ７０ｆは、フォトダイオード、増幅器、トリガ回路等からなる検出装置であり、第１電極１５及び第２電極１６間のアーク強度のノイズ状の変化を例えば光検出信号の乱れとして検出する。フリッカ・センサ７０ｆは、光源ユニット１０や照明光学系２０内の適所に配置されており、制御装置７０ｂの制御下で動作する。つまり、制御装置７０ｂは、フリッカ・センサ７０ｆの検出出力と、フリッカ又はアークジャンプが発生した時点で第１電極１５及び第２電極１６のいずれが陰極であるかとを監視しており、フリッカ等が検出された場合、着目する電極の陰極期間中においてフリッカ等が発生するものとして、第１電極１５及び第２電極１６のうちいずれの電極の先端部に凹凸が発生したのかを特定することができる。

なお、光源ユニット１０の安定動作時すなわち通常時において、光源ユニット１０からの照明光にフリッカが現れる場合がある。このようなフリッカは、発光管１に埋め込まれた第１電極１５及び第２電極１６の本体部１５ｂ，１６ｂの先端側表面が荒らされて、表面に微小な凹凸が形成されることが原因となっており、チラツキとして観察される不安定な放電、発光位置の揺らぎであるアークジャンプ等に起因する照明光の不規則な変動ということができる。このため、フリッカ・センサ７０ｆによって第１電極１５、第２電極１６の先端部１５ａ，１６ａに発生した微小な凹凸によるフリッカまたはアークジャンプが検出された場合、制御装置７０ｂの補修動作制御部７５は、先端部１５ａ，１６ａに発生した微小な凹凸を無くすための補修モードで動作する。

図５は、光源駆動装置７０の動作例を説明するフローチャートである。
以下、図５のフローチャートを参照して補修モードにおける動作について詳細に説明する。
制御装置７０ｂは、点灯スイッチの動作を検出して処理を開始する。
まず、制御装置７０ｂは、イグナイタ７３を動作させて光源ユニット１０の発光管１に対し放電を開始させる（ステップＳ１１）。
次に、制御装置７０ｂは、電力変動制御部７４を介してダウンチョッパ７１等を適宜動作させ、光源ユニット１０の発光管１を定電流で発光させる（ステップＳ１２）。これにより、光源ユニット１０の発光の輝度が徐々に上昇し、光源ユニット１０の発光輝度を目標値まで高めることができる。
その後、制御装置７０ｂは、光源ユニット１０の発光管１への供給電力が目標値に達したことを検出した段階で、電力変動制御部７４を介してダウンチョッパ７１等を適宜動作させ、発光管１に定電力を供給する安定動作すなわち通常動作に切り替える（ステップＳ１３）。これにより、光源ユニット１０の発光管１を目標とする輝度で発光させることができる。
次に、制御装置７０ｂは、フリッカ・センサ７０ｆの出力を判定してフリッカが発生したか否か、すなわち第１電極１５、第２電極１６間のアークに輝度変動すなわちフリッカ又はアークジャンプが生じたか否かを検出する（ステップＳ１４）。
フリッカを検出した場合、制御装置７０ｂは、補修動作制御部７５を介してダウンチョッパ７１、インバータ回路７２等を適宜動作させ、発光管１内に封入された第１電極１５、第２電極１６の先端部１５ａ，１６ａを補修する。つまり、制御装置７０ｂの補修動作制御部７５が第１電極１５、第２電極１６への供給電流量を調節する補修モードで所定期間だけ動作する（ステップＳ１５）。補修モードにおいて、第１電極１５及び第２電極１６のうちフリッカが検出された電極のみに対して、点灯装置７０ａを介して陽極期間中の供給エネルギーを一時的に増大させることにより、対応する電極の本体部１５ｂ，１６ｂの先端部１５ａ，１６ａの表面層を一旦、加熱するとともに通常状態に戻す。図３（ａ）に示された状態を例として具体的に説明すると、補修動作制御部７５は、第１電極１５、第２電極１６のうちフリッカが検出された第１電極１５のみに対して、その陽極期間中の供給エネルギーに相当する電流値を例えば１サイクル〜１００サイクル程度に亘って所定量だけ通常値に比較して増加させた上昇値とする。そのとき、第１電極１５の先端部１５ａの表面層は徐々に加熱・溶融される。その後、制御装置７０ｂは、フリッカが検出された第１電極１５の陽極期間中における電流値を上昇値から補修モードによる動作前の元の通常値に戻す。つまり、第１電極１５、第２電極１６に対して供給されていた増加した電流値が安定動作時における通常値すなわち定電力駆動値に戻される。これにより、定電力の動作に対応するステップＳ１３の通常動作に復帰する。なお、補修モードでの動作は、陽極期間中における電流値を増大させるだけでなく、点灯装置７０ａの交流出力の陽極期間、波形等を調整すること（陽極期間の調整には、第１電極１５、第２電極１６に供給する交流電流の周期、デューティ比の調整が含まれる）によっても可能である。以上のような動作を達成するため、電力変動制御部７４は、制御プログラムにしたがって、イグナイタ７３、ダウンチョッパ７１、インバータ回路７２等の動作を管理し、点灯装置７０ａから図２の光源ユニット１０のリード線１８ａ，１８ｂに供給される駆動電圧及び駆動電流を制御する。例えば、ダウンチョッパ７１を制御して出力電圧を調整することによって、電流の振幅や波形が調整される。また、例えばインバータ回路７２を制御して出力の周波数、デューティ比、正負の電圧又は電流比、波形等を調整することができる。これにより、第１電極１５、第２電極１６に供給する電流値を調整し、具体的には陽極期間及び陰極期間を調整し、陽極期間中及び陰極期間中における電流の絶対値の最大値を調整し、或いは矩形波に対して鋸歯状の波形を重畳させて得た三角波のピーク高さを調整することができる。

一方、ステップＳ１４でフリッカを検出しなかった場合、制御装置７０ｂは、通常時と判定するとともに、消灯の信号を検出したか否かを検出する（ステップＳ１８）。消灯の信号を検出しなかった場合、ステップＳ１３に戻って発光管１に定電力を供給する通常動作を維持する。一方、消灯の信号を検出した場合、発光管１への電力供給を停止して、発光管１の発光を停止させる。

以上説明した光源装置１００では、駆動装置である光源駆動装置７０が、フリッカ又はアークジャンプの検出時に補修モードで動作する。この補修モードにおいて、光源駆動装置７０は、第１電極１５、第２電極１６のうちフリッカ又はアークジャンプの原因と判断された電極に対して陽極期間中の供給エネルギーを増加させる。この補修モードでの動作により、一方の電極の温度が通常時に比較して上昇し、一方の電極の先端に存在する先端部１５ａ，１６ａを溶かさない程度にフリッカ又はアークジャンプの原因となる先端部１５ａ，１６ａ表面の凹凸６１等を溶かすことができる。つまり、フリッカ又はアークジャンプの原因となる電極の先端部１５ａ，１６ａの表面がわずかに溶けて先端部表面の凹凸６１等がならされる。これにより、第１電極１５、第２電極１６の先端部１５ａ，１６ａの突起位置やその形状が比較的長期間安定し、チラツキや色ムラの発生が抑えられるととともに、比較的長期間に亘って照度を維持することが期待される。

図６（ａ）は、光源駆動装置７０の動作波形の一例を示すグラフであり、図６（ｂ）は、フリッカ・センサ７０ｆの出力を示すグラフであり、図６（ｃ）は、補修モードの動作タイミングを示すグラフである。ここで、横軸は時間を示し、縦軸はそれぞれ供給電流値、フリッカ検出出力、及び補修モードのオン・オフを示す。図６（ａ）に示すように、第１電極１５、第２電極１６への供給エネルギーに対応する供給電流値は、通常動作時すなわち安定動作時において、第１電極１５が陽極となる陽極期間中に値ａに保たれており、第１電極１５が陰極となる陰極期間中に値−ａに保たれている。つまり、交流の各サイクルにおいて、陽極期間中の第１電極１５に入射する電子の量と、陽極期間中の第２電極１６に入射する電子の量とは等しくなっている。図６（ｂ）に示す場合、フリッカ・センサ７０ｆの出力は、第１電極１５が陰極期間中にノイズ状の信号として検出される。すなわち、第１電極１５の先端部１５ａの表面が荒らされて、表面に微小な凹凸が形成されると、アークにフリッカを生じさせる。なお、図６（ｂ）の場合、第１電極１５側でフリッカが生じる場合について説明しているが、第２電極１６側でフリッカが生じる場合もあり、この場合、電流値がプラス時すなわち第２電極１６が陰極期間中にノイズ状の信号が検出される。図６（ｃ）に示すように、制御装置７０ｂは、ダウンチョッパ７１、インバータ回路７２等に対して、これらを補修モードで動作させるための補修モード信号を出力する。この補修モード信号は、第１電極１５、第２電極１６に供給される交流の例えば２サイクル分の長さに維持される。これに対応して、図６（ａ）に示すように、陽極期間中における第１電極１５への供給エネルギーに対応する供給電流値は、値ｂに設定されて、通常時すなわち安定動作時の値ａよりも所定量だけ大きくなっており、この状態が２回繰り返される。この際、制御装置７０ｂは、第１電極１５が陰極から陽極に切り替わる立ち上がりのタイミングで補修モード信号がオンの場合に供給電流値を値ｂに増加させる。このように第１電極１５の陽極期間中に供給電流量を増加させることにより、第１電極１５の先端部１５ａの表面層を一旦、加熱することができる。そして、一定期間後（具体的には２サイクル経過後）、第１電極１５の陽極期間中における供給電流値を値ｂから値ａに戻すので、先端部１５ａの表面が一旦、溶融によって滑らかになり通常の動作状態の温度に戻される。一方、第１電極１５の陰極期間中すなわち第２電極１６が陽極である間、第２電極１６に対する供給電流値は、通常動作時の値ａに保たれており、第１電極１５の先端側領域１５ｇは、通常動作時すなわち安定動作時の温度に保たれる。つまり、異常が生じた第１電極１５についてのみ、その先端部１５ａの補修が行われる。以上とは逆に、第２電極１６側でフリッカが生じる場合、第２電極１６の陽極期間中に供給する電流を所定サイクル分の陽極期間において増加させる。これにより、第１電極１５、第２電極１６間から射出される照明光においてフリッカや輝度ムラが定常的に生じることを防止でき、投射像の色ムラや輝度低下を比較的長期間に亘って抑えることができる。

なお、以上の例では、補修モード信号を２サイクル分の長さとしたが、第１電極１５、第２電極１６の補修に必要な温度上昇期間に対応させて補修モードのサイクル数を増減させることができる。例えば差ｂ−ａを小さくした場合、サイクル数を増加させ、差ｂ−ａを大きくした場合、サイクル数を減少させる。

図７は、図６（ａ）に示す光源駆動装置７０の動作に関する変形例を示すグラフである。この場合、補修モード信号がオンになった際に、供給電流値を初期の値ａから最大の値ｂに徐々に増加させ、その後、供給電流値を最大の値ｂから初期の値ａに徐々に減少させる。この場合も、補修モードでの動作により、先端部１５ａの表面は滑らかになり、フリッカやアークジャンプによる輝度ムラが定常的に生じることを防止でき、投射像の色ムラや輝度低下を比較的長期間に亘って抑えることができる。なお、以上の例では、補修モード信号を６サイクル分の長さとしているが、第１電極１５、第２電極１６の温度上昇期間に対応させて補修モードのサイクル数を増減させることができる。また、第２電極１６側でフリッカが生じる場合、第２電極１６の陽極期間中に供給する電流を一時的に増加させる。さらに、第１電極１５、第２電極１６に対する供給電流値の増減方法は、図示のように一様な増減に限らず、様々に設定することができ、例えば供給電流値を徐々に増加させた後、一度に元の電流値に戻したり、供給電流値を一度に増加させた後、元の電流値に徐々に戻したりすることができる。

図８は、図６（ａ）に示す光源駆動装置７０の動作に関する別の変形例を示すグラフである。この場合、補修モード信号がオンになった際に、フリッカが発生した第１電極１５に対する供給電流量を増加させないで通電時間すなわち陽極時間をｔ１からｔ２に増加させる。これは、周波数を減少させると見ることもできる。この場合も、補修モードでの動作により、先端部１５ａの表面は滑らかになり、フリッカやアークジャンプによる輝度ムラが定常的に生じることを防止でき、投射像の色ムラや輝度低下を比較的長期間に亘って抑えることができる。なお、以上の例では、補修モードで第１電極１５に通電する回数を１回としているが、補修モードで第１電極１５に通電する回数を２回以上とすることができる。また、第２電極１６側でフリッカが生じる場合、第２電極１６に対する通電時間すなわちその陽極期間を増加させることになる。

図９は、図８に示す光源駆動装置７０の動作の変形例を示すグラフである。この場合、補修モード信号がオンになった際に、フリッカが発生した第１電極１５が陽電極である陽極時間を増加させるだけでなく電流量を増加させる。この場合も、補修モードでの動作により、先端部１５ａの表面は滑らかになり、フリッカやアークジャンプによる輝度ムラが定常的に生じることを防止でき、投射像の色ムラや輝度低下を比較的長期間に亘って抑えることができる。なお、以上の例では、補修モードで第１電極１５に通電する回数を１回としているが、補修モードで第１電極１５に通電する回数を２回以上とすることができる。また、第２電極１６側でフリッカが生じる場合、第２電極１６に対する陽極時間及び電流量を増加させることになる。

図１０は、図６（ａ）に示す光源駆動装置７０の動作に関するさらに別の変形例を示すグラフである。この場合、補修モード信号がオンになった際に、供給電流値を増加させるが、この際、元の矩形波に対して鋸歯状の波形を重畳させそのピーク値を調節した三角波とし、その後、元の矩形波に戻す。この場合も、補修モードでの動作により、先端部１５ａの表面は滑らかになり、フリッカやアークジャンプによる輝度ムラが定常的に生じることを防止でき、投射像の色ムラや輝度低下を比較的長期間に亘って抑えることができる。なお、以上の例では、補修モード信号を２サイクル分の長さとしているが、第１電極１５、第２電極１６の温度上昇期間に対応させてサイクル数を増減させることができる。また、第２電極１６側でフリッカが生じる場合、第２電極１６の陽極期間中に供給する電流を同様の三角波とすることによって、第２電極１６への供給電流を一時的に増加させる。さらに、三角波による電流増加は、図示のように一様な場合に限らず、様々に設定することができる。

なお、この発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

以上で説明した光源装置１００において、第１電極１５、第２電極１６で同時にフリッカが検出される場合があるが、この場合、光源駆動装置７０は、その補修モードにおいて、例えば第１電極１５を先に補修し、第２電極１６を後で補修することができる。

以上説明した光源装置１００において、フリッカ・センサ７０ｆは、フォトダイオード等によって照度変動を検出するものに限らず、第１電極１５及び第２電極１６間に流れる電流のリップル等をモニタするものとできる。

また、光源装置１００に組み込まれる光源ユニット１０に用いるランプとしては、高圧水銀ランプやメタルハライドランプ等種々のものが考えられる。

また、上記実施形態のプロジェクタ２００では、光源装置１００からの光を複数の部分光束に分割するため、一対の第１フライアイレンズ２３ａ、第２フライアイレンズ２３ｂを用いていたが、この発明は、このようなフライアイレンズすなわちレンズアレイを用いないプロジェクタにも適用可能である。さらに、第１フライアイレンズ２３ａ、第２フライアイレンズ２３ｂをロッドインテグレータに置き換えることもできる。

また、上記プロジェクタ２００において、光源装置１００からの光を特定方向の偏光とする偏光変換素子２４を用いていたが、この発明は、このような偏光変換素子２４を用いないプロジェクタにも適用可能である。

また、上記実施形態では、透過型のプロジェクタに本発明を適用した場合の例について説明したが、本発明は、反射型プロジェクタにも適用することが可能である。ここで、「透過型」とは、液晶パネル等を含む液晶ライトバルブが光を透過するタイプであることを意味しており、「反射型」とは、液晶ライトバルブが光を反射するタイプであることを意味している。反射型プロジェクタの場合、液晶ライトバルブは液晶パネルのみによって構成することが可能であり、一対の偏光フィルタは不要である。なお、光変調装置は液晶パネル等に限られず、例えばマイクロミラーを用いた光変調装置であってもよい。

また、プロジェクタとしては、投写面を観察する方向から画像投写を行う前面プロジェクタと、投写面を観察する方向とは反対側から画像投写を行う背面プロジェクタとがあるが、図１に示すプロジェクタの構成は、いずれにも適用可能である。

また、上記実施形態では、３つの液晶パネル４１ａ〜４１ｃを用いたプロジェクタ２００の例のみを挙げたが、本発明は、１つの液晶パネルのみを用いたプロジェクタ、２つの液晶パネルを用いたプロジェクタ、或いは、４つ以上の液晶パネルを用いたプロジェクタにも適用可能である。

また、上記実施形態では、色分離光学系３０や液晶ライトバルブ４０ａ，４０ｂ，４０ｃ等を用いて各色の光変調を行っているが、これらに代えて、例えば光源装置１００及び照明光学系２０によって照明されるカラーホイールと、マイクロミラーの画素によって構成されカラーホイールの透過光が照射されるデバイスとを組み合わせたものを用いることによって、カラーの光変調及び合成を行うこともできる。

本発明の一実施形態に係るプロジェクタを説明する図。 光源ユニットについて説明する断面図。 一対の電極の先端周辺部についての一例を示す拡大図。 光源ユニットに組み込まれた電流駆動装置の構成を示すブロック図。 光源ユニットの動作を説明するフローチャート。 （ａ）、（ｂ）は動作波形等の一例を示すグラフ。 図６（ａ）に示す動作の変形例を説明するグラフ。 図６（ａ）に示す動作の別の変形例を説明するグラフ。 図８に示す動作の変形例を説明するグラフ。 図６（ａ）に示す動作のさらに別の変形例を説明するグラフ。

符号の説明

１…発光管、２…リフレクタ、３…副鏡、１０…光源ユニット、１１…本体部分、１２…放電空間、１３…第１封止部、１４…第２封止部、１５…第１電極、１６…第２電極、１５ａ，１６ａ…先端部、１５ｂ，１６ｂ…本体部、１５ｃ，１６ｃ…コイル部、１５ｄ，１６ｄ…芯棒、１５ｇ，１６ｇ…先端側領域、１７ａ，１７ｂ…金属箔、１８ａ，１８ｂ…リード線、２０…照明光学系、２２…平行化レンズ、２３ａ…第１フライアイレンズ、２３ｂ…第２フライアイレンズ、２４…偏光変換素子、２５…重畳レンズ、３０…色分離光学系、３１ａ…第１ダイクロイックミラー、３１ｂ…第２ダイクロイックミラー、４０ａ，４０ｂ，４０ｃ…液晶ライトバルブ、４１ａ，４１ｂ，４１ｃ…液晶パネル、４２ａ，４２ｂ，４２ｃ…第１偏光フィルタ、４３ａ，４３ｂ，４３ｃ…第２偏光フィルタ、５０…クロスダイクロイックプリズム、６０…投射レンズ、７０…光源駆動装置、７０ａ…点灯装置、７０ｂ…制御装置、７０ｃ…ＤＣ／ＤＣコンバータ、７０ｆ…フリッカ・センサ、７１…ダウンチョッパ、７２…インバータ回路、７３…イグナイタ、７４…電力変動制御部、７５…補修動作制御部、７６…ランプ電圧検出回路、７７…ランプ電流検出回路、８１…ＡＣ／ＤＣコンバータ、１００…光源装置、２００…プロジェクタ、ＯＡ…システム光軸。

Claims (7)

1. 相互間の放電により発光を行う第１電極及び第２電極を有する発光管と、
   前記第１電極及び前記第２電極の少なくとも一方の動作が異常である電極異常を検出する検出装置と、
   前記電極異常が検出された異常時に、前記電極異常が生じた一方の電極が陽極である陽極期間中での前記一方の電極への供給エネルギーを、前記電極異常が検出されていない通常時における前記一方の電極の陽極期間中での前記一方の電極への供給エネルギーに比較して増加させる補修モードで動作可能な駆動装置とを備え、
   前記駆動装置は、前記補修モードにおいて、前記一方の電極の温度を前記通常時の温度よりも高めることによって前記一方の電極のうち少なくとも先端部の表面層を溶かすことを特徴とするプロジェクタ。
2. 前記駆動装置は、前記補修モードにおいて、前記一方の電極が前記陽極期間中である場合の供給エネルギーを、前記一方の電極が陰極期間中である場合の供給エネルギーよりも大きくすることを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタ。
3. 前記駆動装置は、電流、陽極期間、及び三角波の高さの少なくとも１つを増加させることによって前記供給エネルギーを増加させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のプロジェクタ。
4. 前記駆動装置は、前記補修モードにおいて、前記第１電極及び前記第２電極に対する交流電流の供給を所定サイクル繰り返すとともに、前記一方の電極の前記陽極期間中における前記一方の電極への供給エネルギーを通常時に対して増加させることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のプロジェクタ。
5. 前記駆動装置は、前記補修モードにおいて、前記一方の電極に対する前記陽極期間中の供給エネルギーを段階的に増加させることを特徴とする請求項４に記載のプロジェクタ。
6. 前記駆動装置は、前記補修モードにおいて、前記一方の電極に対する前記陽極期間中の供給エネルギーを所定量だけ増加させることを特徴とする請求項４に記載のプロジェクタ。
7. 前記発光管からの照明光によって照明される光変調装置と、
   前記光変調装置を経た像光を投射する投射光学系とをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載のプロジェクタ。

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