JP2014056795A - 光源ユニットの製造方法、光源装置、及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】音響共鳴による電極やコイル部の損傷を低減する。
【解決手段】光源装置１において、放電灯５００と、主反射鏡１１２とが固着材１１６によって固定されている。音響共鳴によって一対の電極６１０、７１０の電極間電圧の変化に生じる複数の波形ピークのうち、駆動周波数のより周波数が低く最も近接した波形ピークを第１ピーク、駆動周波数より周波数が高く最も近接した波形ピークを第２ピークとし、第１ピークにおいて振動の大きさが最大値の半分となる周波数であって高い側の周波数を第１周波数、第２ピークにおいて振動の大きさが最大値の半分となる周波数であって低い側の周波数を第２周波数としたとき、駆動周波数が第１周波数から第２周波数までの範囲に入るように第１封止部５１と主反射鏡１１２とを固定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電極間の放電により点灯する放電灯の駆動技術に関する。

プロジェクターなどの画像表示装置の光源として、高圧水銀ランプやメタルハライドランプ等の放電灯が使用されている。この放電灯は、例えば、高周波数の交流電流を供給する駆動方法により駆動される。この駆動方法によれば、放電の安定性が得られ、放電灯本体のいわゆる黒化や失透等を防止することができ、放電灯の寿命の低下を抑制することができる（例えば特許文献１）。

特開２００７−１１５５３４号公報

ところで、交流駆動における放電灯の発光は、交流電流の正負の極性切換えに応じて、一対の電極の近傍におけるプラズマ密度が変化する。このプラズマ密度の変化が内部ガス密度の粗密として現れ、振動となり一対の電極の近傍から内壁に向けて伝搬する。この振動が、内壁で反射し、再度、一対の電極の近傍に戻ってきた場合に、共鳴現象によって振動を強めあうことがある。この共鳴現象により電極に設けられたコイル部が一部破損したり、電極が折れるといった問題がある。

本発明は、例えば共鳴現象による振動を抑制することができる光源ユニットの製造方法などを提供することを解決課題とする。

本発明の一態様に係る光源ユニットの製造方法は、放電灯からの光を凹状の反射面で反射する反射鏡と前記放電灯とを所定の固定条件で固定して光源ユニットを製造するものであって、前記放電灯は、電極に交流電流を供給すると振動し、前記振動は、前記交流電流の周波数および前記固定条件に応じて振幅が変化し、前記放電灯を発光させる時に使用する前記交流電流の周波数を駆動周波数としたとき、前記駆動周波数から低周波側に周波数を変化させた際に、最も前記駆動周波数に近い振動ピークを第１ピークとし、前記第１ピークの半値幅を含めた周波数範囲を第１範囲とし、前記駆動周波数から高周波側に周波数を変化させた際に、最も前記駆動周波数に近い振動ピークを第２ピークとし、前記第２ピークの半値幅を含めた周波数範囲を第２範囲とし、前記駆動周波数が前記第１範囲よりも高周波数であり、かつ、前記駆動周波数が前記第２範囲よりも低周波数であるように、前記固定条件を決定して固定することを特徴とする。

放電灯は音響共鳴によって振動するが、放電灯の固定条件によって、音響共鳴による振動の周波数が変化する。この発明の一態様によれば、駆動周波数が第１範囲よりも高周波数であり、かつ、駆動周波数が第２範囲よりも低周波数であるように、固定条件を決定して固定するから、音響共鳴の影響を受けにくい光源ユニットを製造できる。この結果、使用によって電極などに損傷を受けにくく信頼性の高い光源ユニットを製造することができる。
なお、第１範囲の上限周波数は、第１ピークにおいて振動の大きさが最大値の半分となる周波数であって高い側の周波数を第１周波数であり、第２範囲の下限周波数は、第２ピークにおいて振動の大きさが最大値の半分となる周波数であって低い側の第２周波数である。

上述した光源ユニットの製造方法の一態様において、前記固定条件は、前記反射鏡に対する前記放電灯の固定位置によって決定されることが好ましい。放電灯は、反射鏡に固定されると、等価的に片持ち梁の構造となる。このため、放電灯の固定位置によって振動の条件が変化する。よって、放電灯の固定位置を適切に定めることにより、音響共鳴の影響を受けにくくできる。

上述した光源ユニットの製造方法の一態様において、前記反射鏡は凹部の中心に貫通穴を備え、前記放電灯の一部を前記貫通穴の内部に位置させ、前記貫通穴の前記反射面と逆側から前記反射面側に向けて所定の位置まで固着材を充填し、前記固定条件は、前記固着剤の充填位置によって決定されることが好ましい。放電灯の光を効率良く反射できるように、放電灯と反射鏡との相対的な位置関係は定められるところ、この発明の一態様によれば、放電灯と反射鏡との相対的な位置は固定としたままで、固着材をどれだけ充填するかによって固着位置を調整することができる。

上述した光源ユニットの製造方法の一態様において、前記振動は、前記放電灯に前記交流電流を供給したときの電圧値によって検知されることが好ましい。音響共鳴は、電極間で発生するプラズマの粗密によって発生するところ、プラズマの粗密に応じて電極間の電圧が変化する。したがって、この発明の一態様によれば、電極間の電圧を測定することによって、音響共鳴による振動ピークを検知し、放電灯と反射鏡との固定条件（固着位置）を管理するが可能となる。なお、「電圧値によって検知される」とは、電圧振幅によって振動を検知してもよいし、電流振幅の分散値によって振動を検知してもよい。

上述した光源ユニットの製造方法の一態様において、前記振動は、前記放電灯に前記交流電流を供給したときの電流値によって検知されることが好ましい。音響共鳴は、電極間で発生するプラズマの粗密によって発生するところ、プラズマの粗密に応じて電極間の電流が変化する。したがって、この発明の一態様によれば、電極間の電流を測定することによって、音響共鳴による振動ピークを検知し、放電灯と反射鏡との固着位置を管理するが可能となる。なお、「電流値によって検知される」とは、電流振幅によって振動を検知してもよいし、電流振幅の分散値によって振動を検知してもよい。

上述した光源ユニットの製造方法の一態様において、前記振動は、前記放電灯に前記交流電流を供給したときの前記放電灯から発する光の光量によって検知されることが好ましい。音響共鳴は、電極間で発生するプラズマの粗密によって発生するところ、プラズマの粗密に応じて光量が変化する。この発明の一態様によれば、放電灯の光量変化を測定することによって、音響共鳴による振動ピークを検知し、放電灯と反射鏡との固着位置を管理するが可能となる。なお、「光量によって検知される」とは、光量変化によって振動を検知してもよいし、光量変化の分散値によって振動を検知してもよい。

本発明の一態様に係る光源ユニットは、放電灯と、前記放電灯からの光を凹状の反射面で反射する反射鏡と、を有し、前記放電灯は、交流電流を供給すると振動し、前記振動は、前記交流電流の周波数および前記固定条件に応じて振幅が変化し、前記放電灯を発光させる時に使用する前記交流電流の周波数を駆動周波数としたとき、前記駆動周波数から低周波側に周波数を変化させた際に、最も前記駆動周波数に近い振動ピークを第１ピークとし、
前記第１ピークの半値幅を含めた周波数範囲を第１範囲とし、前記駆動周波数から高周波側に周波数を変化させた際に、最も前記駆動周波数に近い振動ピークを第２ピークとし、前記第２ピークの半値幅を含めた周波数範囲を第２範囲とし、前記駆動周波数が前記第１範囲よりも高周波数であり、かつ、前記駆動周波数が前記第２範囲よりも低周波数であるように、前記放電灯と前記反射鏡とが所定の固定条件で固定されていることを特徴とする。
この発明の一態様によれば、電極間電流の変化に着目して、第１範囲よりも高周波数であり、かつ、駆動周波数が第２範囲よりも低周波数であるように、固定条件を決定して固定するから、音響共鳴の影響を受けにくく、電極の損傷を低減し、信頼性の高い光源装置を提供することができる。

本発明の一態様に係る光源ユニットは、前記反射鏡は凹部の中心に貫通穴を備え、前記放電灯の一部を前記貫通穴の内部に位置させ、と前記第１封止部との隙間に、前記第１封止部の端部から前記貫通穴の前記反射面と逆側から前記反射面側に向けて所定の位置距離まで固着材を充填し、前記固定条件は、前記固着剤の充填位置によって決定されていることを特徴とする。さらに、前記固着材は石膏であることが好ましい。放電灯の光を効率良く反射できるように、放電灯と反射鏡との相対的な位置関係は定められるところ、この発明の一態様によれば、放電灯と反射鏡との相対的な位置を固定としたままで、固着材をどれだけ充填するかによって固着位置を調整することができる。

本発明に係る電子機器の一態様は、上述した光源装置を備えたことを特徴とする。そのような電子機器としてはプロジェクターなどが該当する。

第１実施形態に係る光源装置を示す図である。 同光源装置における放電灯の要部断面図である。 同光源装置における放電灯と主反射鏡との固着部分を拡大して示す断面図である。 駆動装置の電気的な構成を示す図である。 高周波駆動の電流波形を示す図である。 低周波駆動との電流波形を示す図である。 同光源装置における組み合わせ駆動を説明するための示す図である。 放電灯の固着位置と音響共鳴との関係を説明するための説明図である。 固着位置を変化させた場合の電極間電圧の変化の周波数特性を示すブラフである。 振動のピークと交流電流の駆動周波数の理想的な関係を模式的に示す説明図である。 駆動周波数と第１周波数とが一致する場合の振動のピークを模式的に示す説明図である。 駆動周波数と第２周波数とが一致する場合の振動のピークを模式的に示す説明図である。 固着位置を変化させた場合の光量の変化の周波数特性を示すブラフである。 同光源装置を用いたプロジェクターを示す図である。 同プロジェクターの光学的な構成を示す図である。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。まず、発明の第１実施形態に係る光源ユニットが適用される光源装置について説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、光源装置の構造の一例を示す図である。この図に示されるように、光源装置１は、放電灯５００を有する光源ユニット１１０と、放電灯５００を駆動する駆動装置２００とを有する。放電灯５００は、駆動装置２００から電力の供給を受けて放電して、光を放射する。
光源ユニット１１０は、放電灯５００と、凹状の反射面を有する主反射鏡１１２と、出射光をほぼ平行光にする平行化レンズ１１４とを含む。主反射鏡の凹部の中心には貫通穴１１３が設けられている。主反射鏡１１２と放電灯５００とは、固着材１１６により固定されている。また、主反射鏡１１２は、放電灯５００側の面（内面）が反射面となっており、この反射面は、図示の構成では、回転楕円面をなしている。

なお、主反射鏡１１２の反射面の形状は、回転楕円面に限定されず、例えば回転放物面等としても良い。主反射鏡１１２の反射面が回転放物面である場合は、放電灯５００の発光部を回転放物面のいわゆる焦点に配置すれば、平行化レンズ１１４を省略することができる。

放電灯５００は、放電灯本体５１０と、凹状の反射面を有する副反射鏡５２０とを備え。放電灯本体５１０と副反射鏡５２０とは、副反射鏡５２０が主反射鏡１１２に向かい合って配置されるとともに、上記凹状の反射面が放電灯本体５１０との間に所定の間隔をおいて配置される。また、副反射鏡５２０は、放電灯５００側の内面が反射面となっており、この反射面は、図示の構成では、球面をなしている。

放電灯本体５１０の中央部は、放電媒体が封入された状態で密閉された空洞部５１２となっている。空洞部５１２の両端には、互いに離間する方向に延出する第１封止部５１及び第２封止部５２が形成されている。放電灯本体５１０には、光透過性を有する材料、例えば、石英ガラス等や、光透過性セラミックスなどが材料が用いられる。また、放電媒体とは、例えば放電開始用ガスや、発光に寄与するガスなどであり、このうち、放電開始用ガスとしては、例えばネオン、アルゴン、キセノン等の希ガス等が挙げられ、また、発光に寄与するガスとしては、例えば水銀、ハロゲン化金属の気化物等が挙げられる。
放電灯本体５１０には、一対の電極６１０、７１０と、一対の導電性を有する接続部材６２０、７２０と、一対の電極端子６３０、７３０とが設けられている。電極６１０、７１０は、空洞部５１２に取り付けられている。詳細には、各電極６１０、７１０の先端部は、放電灯本体５１０の空洞部５１２において、互いに所定距離離間し、互いに対向するように取り付けられている。このうち、電極（第１電極）６１０と電極端子６３０とは、接続部材６２０により互い電気的に接続されている。同様に、電極（第２電極）７１０と電極端子７３０とは、接続部材７２０により互いに電気的に接続されている。電極端子６３０、７３０は、それぞれ駆動装置２００の出力端子に接続されている。第１封止部５１は、電極端子６３０、接続部材６２０及び電極６１０を封止し、第２封止部５２は、電極端子７３０、接続部材７２０及び電極７１０を封止する。

駆動装置２００は、電極端子６３０、７３０に対し、交流電流（交流電力）を供給する。このため、電極端子６３０に接続部材６２０を介して接続された電極６１０と、電極端子７３０に接続部材７２０を介して接続された電極７１０とにあっては、電位が相対的に高くなる正極と、相対的に低くなる負極とで交互に極性が切り替わる。

電極端子６３０、７３０に交流電流が供給されると、空洞部５１２内にあって電極６１０、７１０の先端部の間でアーク放電が生じ、放電媒体が発光する。アーク放電により発生した光は、アークの発生位置（放電位置）から全方向に向かって放射されるが、当該放射光のうち、電極７１０の方向に放射された光は、副反射鏡５２０によって主反射鏡１１２に向かって反射する。このため、電極７１０の方向に放射される光を有効に利用することができる。
なお、本実施形態において、放電灯５００は、副反射鏡５２０を備えているが、放電灯５００は副反射鏡５２０を備えていない構成であっても良い。

図２は、放電灯５００の要部断面図の一例である。なお、図２では、図１における副反射鏡５２０が省略されている。
図２に示されるように、電極６１０は、芯棒６１２と、コイル部６１４と、本体部６１６とを有している。この電極６１０は、放電灯本体５１０内への封入前の段階において、芯棒６１２に電極材の線材を巻き付けてコイル部６１４を形成し、形成されたコイル部６１４を加熱・溶融することにより形成される。これにより、電極６１０の先端側には、熱容量が大きい本体部６１６が形成される。電極７１０についても、芯棒７１２と、コイル部７１４と、本体部７１６とを有しており、電極６１０と同様に形成される。
なお、各電極６１０、７１０の構成材料としては、例えば、タングステン等の高融点金属材料等が挙げられる。

放電灯５００を１度も点灯させていない状態では、本体部６１６、７１６には、突起６１８、７１８は形成されていないが、後述するように放電灯５００をアーク放電ＡＲによって１度でも点灯させると、本体部６１６、７１６の先端部に、それぞれ突起６１８、７１８が形成される。この突起６１８、７１８は、放電灯５００の点灯中維持されるとともに、また、消灯後も維持される。

図３は、放電灯５００と主反射鏡１１２との固着部分を拡大して示す断面図の一例である。まず、主反射鏡１１２と放電灯５００との相対的な位置は、放電灯５００から照射される光を主反射鏡１１２で効率良く反射できるように位置決めされる。このため、第１封止部５１の端面Ｘから主反射鏡１１２の端面Ｙまでの距離Ｌｚは固定である。また、主反射鏡１１２と放電灯５００とは、主反射鏡１１２の貫通穴１１３に第１封止部５１を挿入し、貫通穴１１３と第１封止部５１との隙間に、端面Ｘを基準として距離Ｌだけ固着材１１６を充填することによって固着される。固着材１１６は、放電灯５００の発光時の高温に耐えられ、主反射鏡１１２と第１封止部５１とを強固に固着できるのであれば、いかなる材料であってもよいが、この例では、石膏を採用する。なお、石膏は耐熱性であることが好ましい。

図４は、光源装置１、特に駆動装置２００の電気的な構成を示す図の一例である。この図に示されるように、駆動装置２００は、交流電流を放電灯５００に供給する供給部３０と、供給部３０を制御する制御部３３と、放電灯５００の電極間電圧を測定する電圧計３５とを備える。
また、供給部３０は、定電流源３１とブリッジ接続されたスイッチＳｗ１〜Ｓｗ４とを備える。定電流源３１は、その正極出力端（＋）から負極出力端（−）に戻ってくる電流値が制御部３３から指定された値で一定となるように制御するものである。
スイッチＳｗ１〜Ｓｗ４は、それぞれ制御部３３によってオン（閉成）状態、オフ（開放）状態が制御されるものであり、このうち、スイッチＳｗ１、Ｓｗ４が組をなして同一状態に制御され、同様にスイッチＳｗ２、Ｓｗ３が組をなして同一状態に制御される。ただし、スイッチＳｗ１、Ｓｗ４の組と、スイッチＳｗ２、Ｓｗ３の組とが同時にオン状態とはならずに、互いに排他的にオン状態になるように制御される。
スイッチＳｗ１は、定電流源３１の正極出力端（＋）と放電灯５００の電極端子６３０との間に電気的に介挿され、スイッチＳｗ２は、電極端子６３０と定電流源３１の負極出力端（−）との間に電気的に介挿されている。スイッチＳｗ３は、定電流源３１の正極出力端（＋）と放電灯５００の電極端子７３０との間に電気的に介挿され、スイッチＳｗ４は、電極端子７３０と定電流源３１の負極出力端（−）との間に電気的に介挿されている。
電圧計３５は、定電流源３１の正極出力端（＋）と負極出力端（−）と間の電圧を測定して、その測定値を制御部３３に供給する。

この駆動装置２００において、制御部３３によってスイッチＳｗ１、Ｓｗ４の組がオン状態に制御されるとともに、スイッチＳｗ２、Ｓｗ３の組がオフ状態に制御されたとき、定電流が、電極端子６３０から電極端子７３０に向かって流れる。反対に、スイッチＳｗ１、Ｓｗ４の組がオフ状態に制御されるとともに、スイッチＳｗ２、Ｓｗ３の組がオン状態に制御されたとき、定電流が電極端子７３０から電極端子６３０に向かって流れる。このため、制御部３３がスイッチＳｗ１、Ｓｗ４の組とスイッチＳｗ２、Ｓｗ３の組とに対するオン、オフ状態を交互に切り替えると、電極６１０、７１０の間に交流電流が流れるとともに、オン、オフ状態の切り替え周期を短くすると、当該交流の周波数が高くなることになる。
なお、本説明において、電極６１０、７１０の間に流れる電流（または電圧）については、電極６１０から電極７１０に向かって流れる場合を正の値（正極性）とし、反対に電極７１０から電極６１０に向かって流れる場合を負の値（負極性）とする。ただし、電圧計３５で測定される電圧は、電極６１０、７１０に流れる電流の方向にかかわらず、電極６１０、７１０の間の電圧の絶対値（正値）である。

駆動装置２００から放電灯５００に供給される交流電流について説明する。本実施形態においては、所定周波数以上の交流電流を放電灯５００に供給する高周波駆動と、所定周波数未満の低周波電流を放電灯５００に供給する低周波駆動とを組み合わせて放電灯５００を駆動させる。
すなわち、図５に示される高周波駆動によれば、上述したように放電の安定性が得られるほか、電極６１０、７１０を含む放電灯５００での温度変化が小さいため、黒化を抑制・回復するための化学反応が安定的となり、黒化や、それに伴う失透等を防止することができる。このため、放電灯の寿命の低下が抑制される。
ただし、高周波駆動では、電極６１０、７１０の間で発生するアーク放電のために、当該電極６１０、７１０が高温になって溶融するので、電極間の距離が徐々に広がってくる。電極間の距離が広がると、光の利用効率が低下するだけでなく、電極間のインピーダンスが変化して、無効電力が増加する結果、効率が低下するなどの問題が発生する。

一方、図６に示されるような交流電流を放電灯５００に供給する低周波駆動によれば、放電灯が点灯している際、電極６１０、７１０の先端に突起が形成されるとともに、溶融と凝固との繰り返しによって当該突起が成長するので、電極間が狭い状態を維持することができる。
ただし、低周波電流を放電灯５００に供給する駆動方法では、放電灯５００での温度変化が大きいため、黒化を抑制するための化学反応が不安定的となり、黒化や失透等が生じて放電量の寿命が低下する、という問題がある。

そこで、本実施形態では、図７に示されるように、高周波駆動を実行する第１期間と低周波駆動を実行する第２期間とを組み合わせて交互に切り替える組み合わせ駆動を採用する。
詳細には、第１に、電極６１０、７１０の間の電圧に上限値Ｖmax及び下限値Ｖminを予め設定しておく。上述したように、駆動装置２００は、電極６１０、７１０には定電流を流すので電極間距離が広くなるにつれて、電極６１０、７１０の間の電圧が高くなる。このため、電極間電圧は、電極６１０、７１０の距離を示すことになる。
第２に、例えば高周波電流を供給しつつ、電極間電圧を測定し、当該測定電圧が上限値Ｖmaxに達したとき、高周波駆動から低周波駆動に切り替える。なお、低周波駆動に切り替えると、図７に示されるように、電極間電圧が低下して、電極間距離が次第に狭まる。一方で、黒化が発生するのは避けられない。
第３に、測定した電圧が下限値Ｖminに達したとき、低周波駆動から高周波駆動に切り替える。なお、高周波駆動に切り替えると、同図に示されるように、電極間電圧が徐々に上昇して、電極間距離が徐々に広がる、一方で、低周波駆動で発生した黒化は、上記化学反応によって回復する場合がある。

この組み合わせ駆動によれば、電極間距離が、電極間電圧の下限値Ｖminに相当する距離から上限値Ｖmaxに相当する距離までの範囲に保たれるとともに、高周波駆動のときには、黒化が発生しないだけなく、低周波電流が供給されているときに発生した黒化も回復する場合もある。このため、電極間距離の維持と黒化の防止との両立を図ることができる。なお、高周波駆動と低周波駆動との境界となる所定周波数は、電極間距離を所定範囲内に保ち、黒化を抑制する観点から決定すればよく、この例では３ｋＨｚ〜５ｋＨｚを採用する。また、低周波駆動の周波数は１０Ｈｚ以上１ｋＨｚ未満が好ましい。なお、高周波駆動の周波数は１ｋＨｚ以上１０ＧＨｚ未満であってもよい。

ところで、交流駆動における放電灯５００の発光は、交流電流の正負の極性切換えに応じて、電極６１０、７１０の近傍におけるプラズマ密度が変化する。このプラズマ密度の変化が内部ガス密度の粗密として現れ、振動となり空洞部５１２の中心から内壁に向けて伝搬する。この振動が、空洞部５１２の内壁で反射し、再度、電極６１０、７１０の近傍に戻ってきた場合に、共鳴現象によって振動を強めあうことがある。そのような交流電流の周波数を音響共鳴周波数ｆｃという。音響共鳴周波数ｆｃは放電灯５００の形状及び内部ガス、更には放電灯５００と主反射鏡１１２との固着状態などによって定まる。

共鳴現象によって、電極６１０、７１０が振動し、コイル部６１４及びコイル部７１４が一部破損したり、あるいは電極６１０、７１０が折れるといった問題があり、更には、プラズマの粗密によって光量が変化し、発光が不安定になるといった問題が発生する。
音響共鳴周波数ｆｃは、放電灯５００の形状にもよるが、プロジェクターに用いられる小型のものでは、数十ｋＨｚ（例えば６０ｋＨｚ）であることが多い。但し、交流電流の周波数がｆｃ／２ｎ（但し、ｎは自然数）の場合にも音響共鳴が発生する。

図８に、放電灯５００の固着位置と音響共鳴との関係の一例を示す。この図に示すように放電灯５００は固着材１１６によって固着位置Ｑで固定されており、等価的に片持ち梁の構造となっている。そして、音響共鳴によって、空洞部５１２の中心で主として方向Ａの振動が発生する。放電灯５００と主反射鏡１１２との相対的な位置は、光の利用効率の観点から固定であり、図３に示す距離Ｌｚは一定に保つ必要がある。そこで、距離Ｌｚを一定としたまま、固着材１１６の充填量を調整することによって距離Ｌを変化させ、固着位置Ｑを調整する。これにより、等価的に片持ち梁の長さが変化するので、音響共鳴周波数ｆｃが変化することになる。

そこで、本実施形態では、光源ユニット１１０の製造工程で距離Ｌを管理することによって、高周波駆動の周波数で共鳴現象が発生するのを抑制して、コイル部や電極の破損を低減し、更には光量変化を抑制している。図９に距離Ｌを変化させた場合の電極間電圧の周波数特性を示す。共鳴現象が発生すると、プラズマの粗密や電極６１０及び電極７１０の振動によって、電極間電圧が変動する。したがって、電極間電圧は共鳴現象によって生じる振動を反映している。図９に示すように音響共鳴によって振動の複数のピークが生じるが、それらの周波数は、距離Ｌが変化すると、変化することがわかる。

図１０に振動のピークと交流電流の駆動周波数の理想的な関係の一例を模式的に示す。駆動周波数ｆａより周波数が低く最も近接した振動のピークを第１ピークＰ１、駆動周波数ｆａより周波数が高く最も近接した振動のピークを第２ピークＰ２とし、第１ピークＰ１の周波数を第１ピーク周波数ｆｐ１、第２ピークＰ２の周波数を第２ピーク周波数ｆｐ２としたとき、ｆａ＝（ｆｐ１＋ｆｐ２）／２となるように距離Ｌを定めるのが理想である。

但し、製造上のばらつきを考慮すると、以下のように距離Ｌを定めるのが現実に即している。すなわち、第１ピークＰ１の半値幅を含めた周波数範囲を第１範囲Ｗ１とし、第２ピークＰ２の半値幅を含めた周波数範囲を第２範囲Ｗ２としとき、第１範囲Ｗ１の上限周波数は第１ピークＰ１において振動の大きさが最大値の半分となる周波数であって高い側の周波数である第１周波数ｆ１となり、第２範囲Ｗ２の下限周波数は、第２ピークＰ２において振動の大きさが最大値の半分となる周波数であって低い側の周波数である第２周波数ｆ２となる。この場合、駆動周波数ｆａが第１周波数ｆ１から第２周波数ｆ２までの範囲に入るように距離Ｌを定めればよい。すなわち、駆動周波数ｆａが第１範囲Ｗ１よりも高周波数であり、かつ、駆動周波数ｆａが第２範囲Ｗ２よりも低周波数であるように、放電灯５００と主反射鏡１１２との固定条件を決定して固定すればよい。

即ち、光源ユニット１１０の製造においては、第１に、距離Ｌを少しずつ変えて、電極間電圧の周波数特性を測定する。第２に、予め定められている高周波駆動における駆動周波数ｆａが第１周波数ｆ１から第２周波数ｆ２までの範囲に入るように距離Ｌの範囲を決定する。図１０に示すように駆動周波数ｆａと第１周波数ｆ１とが一致する距離Ｌｘを特定し、図１１に示すように駆動周波数ｆａと第２周波数ｆ２とが一致する距離Ｌｙを特定し、距離Ｌの範囲をＬｘ〜Ｌｙとする。

第３に、光源ユニット１１０の組み立てにおいて、固着位置Ｑが、第１封止部５１の端面Ｘ（端部）から距離Ｌｘ〜距離Ｌｙの範囲に入るように固着材１１６を充填して、放電灯５００と主反射鏡１１２とを固定する。

次に、本発明の実施例について比較例と対比して説明する。
ここで、実施例は、図１乃至図３に示した光源装置１であって、図２に示した放電灯５００が用いられる。この実施例の駆動条件は以下の通りである。

＜実施例＞
放電灯本体の構成材料：石英ガラス
放電灯本体内の封入物：アルゴン、水銀、臭素メチル
放電灯本体内の点灯時の気圧：２００ａｔｍ
電極の構成材料：タングステン
電極間距離：１．１ｍｍ
定格電力：２００Ｗ
高周波電流の周波数：４．５ｋＨｚ（矩形波、Duty比50%）
固着位置：１５ｍｍに設定

＜比較例＞
固着位置：３ｍｍ〜１５ｍｍの範囲で適宜設定
他の条件は実施例と同じ

＜評価＞
実施例及び比較例について、各１０本のサンプルについて点灯試験を行い１０００時間経過した時点で電極状態を調べた。実施例では電極折れが無かったが、比較例では３本の電極折れが観測された。予め固着位置Ｑと音響共鳴による電極間電圧の周波数特性を測定して、固着位置Ｑを定めることにより、電極折れを低減することができた。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態について説明する。上述した第１実施形態においては、電極間電圧を測定することによって、固着位置Ｑを決定した。第２実施形態は、放電灯５００の光量を測定することによって固着位置Ｑを決定する点を除いて第１実施形態と同様である。

図１３に距離Ｌを変化させた場合の光量分散値の周波数特性を示す。共鳴現象が発生すると、プラズマの粗密や電極６１０及び電極７１０の振動によって、光量が変動する。したがって、光量は共鳴現象によって生じる振動を反映している。図１３に示すように音響共鳴によって振動の複数のピークが生じるが、それらの周波数は、距離Ｌが変化すると、変化することがわかる。

第２実施形態では、光源ユニット１１０の製造において、第１に、距離Ｌを少しずつ変えて、放電灯５００の光量の周波数特性を測定する。第２に、予め定められている高周波駆動における駆動周波数ｆａが第１周波数ｆ１から第２周波数ｆ２までの範囲に入るように距離Ｌの範囲を決定する。この場合、第１実施形態と同様に図１０に示すように駆動周波数ｆａと第１周波数ｆ１とが一致する距離Ｌｘを特定し、図１１に示すように駆動周波数ｆａと第２周波数ｆ２とが一致する距離Ｌｙを特定し、距離Ｌの範囲をＬｘ〜Ｌｙとする。第３に、光源ユニット１１０の組み立てにおいて、固着位置Ｑが、第１封止部５１の端面Ｘ（端部）から距離Ｌｘ〜距離Ｌｙの範囲に入るように固着材１１６を充填して、放電灯５００と主反射鏡１１２とを固定する。なお、理想的には、図９に示すようにｆａ＝（ｆｐ１＋ｆｐ２）／２であることが好ましい。

次に、本発明の実施例について比較例と対比して説明する。
ここで、実施例は、図１乃至図３に示した光源装置１であって、図２に示した放電灯５００が用いられる。この実施例の駆動条件は以下の通りである。

＜実施例＞
放電灯本体の構成材料：石英ガラス
放電灯本体内の封入物：アルゴン、水銀、臭素メチル
放電灯本体内の点灯時の気圧：２００ａｔｍ
電極の構成材料：タングステン
電極間距離：１．１ｍｍ
定格電力：２００Ｗ
高周波電流の周波数：４．５ｋＨｚ（矩形波、Duty比50%）
固着位置：１５ｍｍに設定

＜比較例＞
固着位置：３ｍｍ〜１５ｍｍの範囲で適宜設定
他の条件は実施例と同じ

＜評価＞
実施例及び比較例について、各１０本のサンプルについて点灯試験を行い１０００時間経過した時点で電極状態を調べた。実施例では電極折れが無かったが、比較例では３本の電極折れが観測された。予め固着位置Ｑと音響共鳴による電極間電圧の周波数特性を測定して、固着位置Ｑを定めることにより、電極折れを低減することができた。

＜変形例＞
本発明は上述した第１実施形態及び第２実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下の変形が可能である。また、各種の変形例を及び実施形態は適宜組み合わせてもよい。（１）上述した第１実施形態及び第２実施形態では、放電灯５００と主反射鏡１１２とを石膏などの固着材１１６で固定したが、両者が固定できるのであれば、どのような方法で固定してもよい。
（２）光源装置１は高周波駆動と低周波駆動とを組み合わせた組み合わせ駆動を一例として説明したが、１ｋＨｚ以上の周波数で駆動する高周波駆動のみを用いてもよい。
（３）高周波駆動において複数の駆動周波数ｆａを切り替えてもよい。この場合は、複数の駆動周波数ｆａのいずれにおいても、距離ＬがＬｘ〜-Ｌｙの範囲内に入ることが好ましい。

（４）図８に示す片持ち梁の構造に着目して、固着位置Ｑの範囲をさらに限定してもよい。即ち、放電灯本体５１０の中心で加振した場合に、振動の振幅がダンピングできることを考慮して、固着位置Ｑを定めてもよい。第１周波数ｆ１から第２周波数ｆ２のうち振動の振幅を一定の割合以上、ダンピング可能な範囲に駆動周波数ｆａが入るように距離Ｌ（固着位置Ｑ）を決定してもよい。一定の割合は、例えば、５０％である。

（５）上述した第１実施形態では、電極間電圧を測定して音響共鳴による振動ピークを特定したが、本発明はこれに限定されるものではなく、電極間電流を測定して振動ピークを特定してもよい。この場合は、図４に示す駆動装置２００において定電流源３１の替わりに定電圧源を用い、電極間に流れる電流を測定すればよい。さらに、測定された電極間電圧や電極間電流の分散値によって、音響共鳴による振動ピークを特定してもよい。要は、測定された電極間電圧に基づいて音響共鳴による振動ピークを特定してもよいし、あるいは測定された電極間電流に基づいて音響共鳴による振動ピークを特定してもよい。

（６）上述した第２実施形態では、放電灯５００の光量を測定し、その分散値から音響共鳴による振動ピークを特定したが、本発明はこれに限定されるものではなく、光量変化そのものから振動ピークを特定してもよい。要は、プラズマの粗密が反映される測定された光量に基づいて振動ピークを特定すればよい。

＜プロジェクター＞
次に、上述した光源装置１を適用したプロジェクターについて説明する。
図１４は、このプロジェクターの外観構成の一例を示す図である。この図に示されるように、プロジェクター２１００は据え置き型であり、その正面に、映像を投射するための投射レンズ２１１４が設けられ、その天板に、電源の投入／遮断を指示するプッシュオン型のスイッチ３８が設けられている。

図１５は、プロジェクター２１００の光学的構成の一例を示す平面図である。
この図に示されるように、プロジェクター２１００は、透過型の液晶ライトバルブ１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂを用いた、いわゆる３板式である。
プロジェクター２１００の内部には、上述した光源装置１が設けられ、駆動装置２００から放電灯５００に交流電流が供給されて、白色光が当該放電灯５００から放出されるとともに、主反射鏡などの光学部材によって図において３時方向に射出する。射出された白色光は、内部に配置された３枚のミラー２１０６及びダイクロイックミラー２１０８、２１０９によってＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３原色に分離されて、各原色に対応する液晶ライトバルブ１００Ｒ、１００Ｇ及び１００Ｂにそれぞれ入射する。詳細には、ダイクロイックミラー２１０８は、図において９時方向から入射した白色光のうち、Ｒの波長域の光を透過し、残りのＧ、Ｂの波長域の光を６時方向に反射させる。ダイクロイックミラー２１０９は、１２時方向から入射したＧ、Ｂの波長域の光のうち、Ｂの波長域の光を透過し、それ以外のＧの波長域の光を３時方向に反射させる。なお、Ｂは、ＲやＧと比較すると、光路が長いので、その損失を防ぐために、入射レンズ２１２２、リレーレンズ２１２３及び出射レンズ２１２４からなるリレーレンズ系２１２１を介して導かれる。

プロジェクター２１００には、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色のそれぞれに対応する映像信号がそれぞれ図示省略した上位回路から供給され、液晶ライトバルブ１００Ｒ、１００Ｇ及び１００Ｂのそれぞれが、Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれに対応する映像信号によって駆動される。これにより、液晶ライトバルブ１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂに入射した光は、その透過率が画素毎に変調されて出射することになる。すなわち、液晶ライトバルブ１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂは、放電灯５００から射出した光を映像信号（画像情報）に基づいて変調する変調装置として機能する。
液晶ライトバルブ１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂによってそれぞれ変調された光は、ダイクロイックプリズム２１１２に３方向から入射する。そして、このダイクロイックプリズム２１１２において、Ｒ及びＢの光は９０度に屈折する一方、Ｇの光は直進する。したがって、各色の変調光が合成された後、投射レンズ２１１４によってカラー画像がスクリーン２１２０に投射されることとなる。これらの光学系は、液晶ライトバルブ１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂによってそれぞれ変調された光を投射する投射装置として機能する。

なお、液晶ライトバルブ１００Ｒ、１００Ｇ及び１００Ｂには、ダイクロイックミラー２１０８によって、Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれに対応する光が入射するので、直視型のようにカラーフィルターは設けられない。また、液晶ライトバルブ１００Ｒ、１００Ｂの透過像は、ダイクロイックプリズム２１１２により反射した後に投射されるのに対し、液晶ライトバルブ１００Ｇの透過像はそのまま投射されるので、液晶ライトバルブ１００Ｒ、１００Ｂによる水平走査方向は、液晶ライトバルブ１００Ｇによる水平走査方向と逆向きにされて、左右反転像が作成される。

また、変調装置として、液晶ライトバルブ１００Ｒ、１００Ｇ及び１００Ｂの替わりにマイクロミラーの集合体素子であるＤＭＤ（Digital Mirror Device ）を用いてＤＬＰ（Digital Light Processing）方式のプロジェクターを構成してもよい。ＤＭＤは、多数の微細なマイクロミラーを１枚のパネル状に形成したものである。これらのマイクロミラーは、それぞれ±１０度程度傾けることが可能に装着されている。１つのミラーは、１つの画素に対応して例えば＋１０度に傾いた時に放電灯５００からの入射光を投射レンズの方向に反射し、−１０度に傾いた時に投射レンズの方向に反射しないように作用させる。従って、表示映像のデジタル信号を受け取ったＤＭＤがそのミラー１つ１つの傾斜角度を変え、光源ランプから発せられた光のオン／オフを行う仕組みになっており、オン／オフというデジタルで色階調を制御できるため、色ムラの無い鮮明な画像を得ることができるプロジェクターとして構成することが可能である。さらにＤＬＰ方式のプロジェクターとしては、カラーホイールと１枚のＤＭＤの構成であっても良い。
なお、光源装置１を用いた電子機器は、プロジェクターに限定されるものではなく、照明装置や高輝度の光源を必要とする機器に提供することができる。

１…光源装置、５１…第１封止部、１１０…光源ユニット、１１２…主反射鏡、１１３…貫通穴、１１６…固着材、５００…放電灯、５１２…空洞部、６１０，７１０…電極、ｆ１…第１周波数、ｆ２…第２周波数、ｆａ…駆動周波数、１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂ…液晶ライトバルブ、２１００…プロジェクター。

Claims (10)

1. 放電灯からの光を凹状の反射面で反射する反射鏡と前記放電灯とを所定の固定条件で固定して光源ユニットを製造する光源ユニットの製造方法であって、
   前記放電灯は、電極に交流電流を供給すると振動し、
   前記振動は、前記交流電流の周波数および前記固定条件に応じて振幅が変化し、
   前記放電灯を発光させる時に使用する前記交流電流の周波数を駆動周波数としたとき、
   前記駆動周波数から低周波側に周波数を変化させた際に、最も前記駆動周波数に近い振動ピークを第１ピークとし、
   前記第１ピークの半値幅を含めた周波数範囲を第１範囲とし、
   前記駆動周波数から高周波側に周波数を変化させた際に、最も前記駆動周波数に近い振動ピークを第２ピークとし、
   前記第２ピークの半値幅を含めた周波数範囲を第２範囲とし、
   前記駆動周波数が前記第１範囲よりも高周波数であり、かつ、前記駆動周波数が前記第２範囲よりも低周波数であるように、前記固定条件を決定して固定することを特徴とする光源ユニットの製造方法。
2. 請求項１に記載の光源ユニットの製造方法において、
   前記固定条件は、前記反射鏡に対する前記放電灯の固定位置によって決定されることを特徴とする光源ユニットの製造方法。
3. 請求項１または２に記載の光源ユニットの製造方法において、
   前記反射鏡は凹部の中心に貫通穴を備え、
   前記放電灯の一部を前記貫通穴の内部に位置させ、前記貫通穴の前記反射面と逆側から前記反射面側に向けて所定の位置まで固着材を充填し、
   前記固定条件は、前記固着剤の充填位置によって決定されることを特徴とする光源ユニットの製造方法。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の光源ユニットの製造方法において、
   前記振動は、前記放電灯に前記交流電流を供給したときの電圧値によって検知される光源ユニットの製造方法。
5. 請求項１乃至３のいずれかに記載の光源ユニットの製造方法において、
   前記振動は、前記放電灯に前記交流電流を供給したときの電流値によって検知されることを特徴とする光源ユニットの製造方法。
6. 請求項１乃至３のいずれかに記載の光源ユニットの製造方法において、
   前記振動は、前記放電灯に前記交流電流を供給したときの前記放電灯から発する光の光量によって検知されることを特徴とする光源ユニットの製造方法。
7. 放電灯と、
   前記放電灯からの光を凹状の反射面で反射する反射鏡と、を有し、
   前記放電灯は、交流電流を供給すると振動し、
   前記振動は、前記交流電流の周波数および前記固定条件に応じて振幅が変化し、
   前記放電灯を発光させる時に使用する前記交流電流の周波数を駆動周波数としたとき、
   前記駆動周波数から低周波側に周波数を変化させた際に、最も前記駆動周波数に近い振動ピークを第１ピークとし、
   前記第１ピークの半値幅を含めた周波数範囲を第１範囲とし、
   前記駆動周波数から高周波側に周波数を変化させた際に、最も前記駆動周波数に近い振動ピークを第２ピークとし、
   前記第２ピークの半値幅を含めた周波数範囲を第２範囲とし、
   前記駆動周波数が前記第１範囲よりも高周波数であり、かつ、前記駆動周波数が前記第２範囲よりも低周波数であるように、前記放電灯と前記反射鏡とが所定の固定条件で固定されていることを特徴とする光源装置。
8. 請求項７に記載の光源装置において、
   前記反射鏡は凹部の中心に貫通穴を備え、
   前記放電灯の一部を前記貫通穴の内部に位置させ、前記貫通穴の前記反射面と逆側から前記反射面側に向けて所定の位置まで固着材を充填し、前記固定条件は、前記固着剤の充填位置によって決定されていることを特徴とする光源装置。
9. 前記固着材は石膏であることを特徴とする請求項８に記載の光源装置。
10. 請求項７乃至９のうちいずれか１項に記載の前記光源装置を備えたことを特徴とする電子機器。

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