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

光源ユニットの製造方法、光源装置、及び電子機器 Download PDF

Info

Publication number
JP2014056795A
JP2014056795A JP2012202376A JP2012202376A JP2014056795A JP 2014056795 A JP2014056795 A JP 2014056795A JP 2012202376 A JP2012202376 A JP 2012202376A JP 2012202376 A JP2012202376 A JP 2012202376A JP 2014056795 A JP2014056795 A JP 2014056795A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
frequency
discharge lamp
light source
peak
vibration
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2012202376A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6031907B2 (ja
JP2014056795A5 (ja
Inventor
Satoshi Kito
聡 鬼頭
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP2012202376A priority Critical patent/JP6031907B2/ja
Publication of JP2014056795A publication Critical patent/JP2014056795A/ja
Publication of JP2014056795A5 publication Critical patent/JP2014056795A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6031907B2 publication Critical patent/JP6031907B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Fastening Of Light Sources Or Lamp Holders (AREA)
  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)
  • Projection Apparatus (AREA)

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。
JP2012202376A 2012-09-14 2012-09-14 光源ユニットの製造方法 Active JP6031907B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012202376A JP6031907B2 (ja) 2012-09-14 2012-09-14 光源ユニットの製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012202376A JP6031907B2 (ja) 2012-09-14 2012-09-14 光源ユニットの製造方法

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2014056795A true JP2014056795A (ja) 2014-03-27
JP2014056795A5 JP2014056795A5 (ja) 2015-10-15
JP6031907B2 JP6031907B2 (ja) 2016-11-24

Family

ID=50613938

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012202376A Active JP6031907B2 (ja) 2012-09-14 2012-09-14 光源ユニットの製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6031907B2 (ja)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003308989A (ja) * 2002-04-16 2003-10-31 Mitsubishi Electric Corp 高圧放電灯点灯装置
JP2009043698A (ja) * 2007-07-17 2009-02-26 Ushio Inc 光源装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003308989A (ja) * 2002-04-16 2003-10-31 Mitsubishi Electric Corp 高圧放電灯点灯装置
JP2009043698A (ja) * 2007-07-17 2009-02-26 Ushio Inc 光源装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP6031907B2 (ja) 2016-11-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2008034187A (ja) 光源装置、およびプロジェクタ
US8888299B2 (en) Light source device, method of driving discharge lamp, and projector
JP6155563B2 (ja) 光源装置、放電灯の駆動方法及びプロジェクター
JP5994272B2 (ja) 光源装置、放電灯の駆動方法およびプロジェクター
US9146451B2 (en) Light source device, method of driving discharge lamp, and projector
US9491839B2 (en) Driving device and driving method for discharge lamp, light source device, and projector
JP6031907B2 (ja) 光源ユニットの製造方法
JP6055170B2 (ja) 光源装置、放電灯の駆動方法およびプロジェクター
JP6003424B2 (ja) 放電灯の駆動装置及び駆動方法、光源装置、並びにプロジェクター
JP6003425B2 (ja) 放電灯の駆動装置及び駆動方法、光源装置、並びにプロジェクター
JP2013026124A (ja) 光源装置、放電灯の駆動方法およびプロジェクター
JP2014075211A (ja) 光源装置の調整方法、光源装置、プロジェクター、並びにプロジェクターシステム
JP2013125698A (ja) 光源装置、放電灯の駆動方法およびプロジェクター
JP5760688B2 (ja) 光源装置、放電灯の駆動方法およびプロジェクター
JP2014075210A (ja) 光源装置の調整方法、光源装置、プロジェクター、並びにプロジェクターシステム
JP2014060094A (ja) 放電灯の駆動装置及び駆動方法、光源装置、並びにプロジェクター
JP5942711B2 (ja) 駆動装置、プロジェクターおよび放電灯の駆動方法
JP6003075B2 (ja) 光源装置、放電灯の駆動方法およびプロジェクター
JP2014075259A (ja) 光源装置及びプロジェクター並びに光源装置の駆動方法
JP5853428B2 (ja) 光源装置、放電灯の駆動方法およびプロジェクター
JP5803269B2 (ja) 光源装置、放電灯の駆動方法およびプロジェクター
JP2014075258A (ja) 光源装置及びプロジェクター
JP2014053122A (ja) 放電灯の駆動方法およびプロジェクター
JP2013030299A (ja) 光源装置、放電灯の駆動方法およびプロジェクター
JP2013030298A (ja) 光源装置、放電灯の駆動方法およびプロジェクター

Legal Events

Date Code Title Description
RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20150108

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20150827

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150827

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160413

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160510

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20160609

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20160621

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160627

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160802

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160829

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160927

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20161010

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6031907

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150