JP2018022560A - 放電灯駆動装置、光源装置、プロジェクター、および放電灯駆動方法 - Google Patents

放電灯駆動装置、光源装置、プロジェクター、および放電灯駆動方法 Download PDF

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Abstract

【課題】放電灯の寿命を向上できる放電灯駆動装置を提供する。
【解決手段】本発明の放電灯駆動装置の一つの態様は、放電灯に駆動電流を供給する放電灯駆動部と、放電灯駆動部を制御する制御部と、を備え、駆動電流は、1kHzよりも高い周波数の交流電流が放電灯に供給される第1期間と、直流電流が放電灯に供給される第2期間と、が交互に繰り返される変調駆動期間を有し、第2期間において放電灯に供給される直流電流の極性は、第2期間が設けられるごとに反転し、制御部は、変調駆動期間において、第2期間のうち第1極性の直流電流が放電灯に供給される第1直流期間の長さ、および第2期間のうち第2極性の直流電流が放電灯に供給される第2直流期間の長さを周期的に変化させ、第1直流期間の長さと第2直流期間の長さとのうちの一方を増加させる間、第1直流期間の長さと第2直流期間の長さとのうちの他方を減少させることを特徴とする。
【選択図】図9

Description

本発明は、放電灯駆動装置、光源装置、プロジェクター、および放電灯駆動方法に関する。
例えば、特許文献1には、高圧放電ランプに供給する交流電流の周波数を、第1の周波数と、第1の周波数よりも大きい第2の周波数とに切り替える構成が記載されている。特許文献1では、電極の先端部の損耗を抑制することを目的として、高圧放電ランプに第1の周波数の交流電流が半周期の長さで供給される期間が設けられている。
特開2011−124184号公報
しかし、上記のように、単に第1の周波数の交流電流を半周期の長さで高圧放電ランプ(放電灯)に供給するのみでは、電極先端に形成される突起の形状が、先端が平坦化された形状となる場合がある。これにより、電極における放電位置の移動(以下、アークジャンプと呼ぶ)が生じて、電極の形状が不安定になり、電極が消耗しやすくなる。その結果、高圧放電ランプの寿命を十分に向上できない場合があった。
本発明の一つの態様は、上記問題点に鑑みて成されたものであって、放電灯の寿命を向上できる放電灯駆動装置、そのような放電灯駆動装置を備えた光源装置、およびそのような光源装置を備えたプロジェクターを提供することを目的の一つとする。また、本発明の一つの態様は、放電灯の寿命を向上できる放電灯駆動方法を提供することを目的の一つとする。
本発明の放電灯駆動装置の一つの態様は、第1電極および第2電極を有する放電灯に駆動電流を供給する放電灯駆動部と、前記放電灯駆動部を制御する制御部と、を備え、前記駆動電流は、1kHzよりも高い周波数の交流電流が前記放電灯に供給される第1期間と、直流電流が前記放電灯に供給される第2期間と、が交互に繰り返される変調駆動期間有し、前記第2期間において前記放電灯に供給される直流電流の極性は、前記第2期間が設けられるごとに反転し、前記制御部は、前記変調駆動期間において、前記第2期間のうち第1極性の直流電流が前記放電灯に供給される第1直流期間の長さ、および前記第2期間のうち第2極性の直流電流が前記放電灯に供給される第2直流期間の長さを周期的に変化させ、前記第1直流期間の長さと前記第2直流期間の長さとのうちの一方を増加させる間、前記第1直流期間の長さと前記第2直流期間の長さとのうちの他方を減少させることを特徴とする。
本発明の放電灯駆動装置の一つの態様によれば、制御部は、変調駆動期間において、第1直流期間の長さと第2直流期間の長さとのうちの一方を増加させる間、第1直流期間の長さと第2直流期間の長さとのうちの他方を減少させる。そのため、変調駆動期間においては、第1直流期間の長さを増加させて第1電極の突起を溶融させる際には、第2直流期間の長さが減少する。これにより、第2直流期間における第1電極の温度低下量を小さくでき、第1電極の突起を好適に溶融させることができる。したがって、突起を好適に成長させやすい。
また、第1直流期間の長さを減少させて第1電極の突起を成長させる際には、第2直流期間の長さが増加する。これにより、第2直流期間における第1電極の温度低下量を大きくでき、溶融した突起を順次好適に凝固させることができる。したがって、突起の先端を尖った形状としやすく、アークジャンプが生じることを抑制できる。なお、これらは、第2電極についても同様である。本発明の放電灯駆動装置の一つの態様によれば、第1電極の突起を溶融する間に、第2電極の突起を整形して成長させ、第2電極の突起を溶融する間に、第1電極の突起を整形して成長させることができる。
以上のように、本発明の放電灯駆動装置の一つの態様によれば、第1電極および第2電極の両方を好適に成長させることができ、かつ、突起の形状を先端が尖った好適な形状に整形しやすい。これにより、アークジャンプが生じることを抑制することができ、放電灯の寿命を向上させることができる。
また、本発明の放電灯駆動装置の一つの態様によれば、第1直流期間と第2直流期間との間に、1kHzよりも大きい周波数の交流電流が放電灯に供給される第1期間が設けられている。そのため、第1期間が緩衝期間となって、第1直流期間から第2直流期間に連続的に切り替わる場合に比べて、各電極に加えられる熱負荷の変化による刺激を和らげることができる。これにより、突起の整形をより好適に行うことができる。
前記変調駆動期間において、1つの前記第1直流期間と1つの前記第2直流期間とを含む単位期間が繰り返され、前記変調駆動期間において、前記単位期間における前記第1直流期間の長さと前記第2直流期間の長さとの合計長さは、ほぼ一定である構成としてもよい。
この構成によれば、第1直流期間を増加させる際と第2直流期間を増加させる際との両方において、各直流期間の長さの変化幅を同様に設定できる。これにより、第1電極および第2電極の両方において、バランスよく突起を成長させることができる。また、第2期間において放電灯に供給される駆動電流を交流電流とみなした場合の駆動電流の時間比を変化させることで、各直流期間の長さを変化させることができるため、制御が簡便である。
前記放電灯の電極間電圧を検出する電圧検出部をさらに備え、前記制御部は、検出された前記電極間電圧に応じて、前記変調駆動期間における前記合計長さを変化させる構成としてもよい。
この構成によれば、放電灯の劣化に応じて、変調駆動期間において第1電極に加えられる熱負荷を変化させることができる。そのため、放電灯の寿命をより向上できる。
前記制御部は、検出された前記電極間電圧が大きいほど、前記変調駆動期間における前記合計長さを大きくする構成としてもよい。
この構成によれば、放電灯が劣化した場合であっても、突起を好適に成長させることができる。そのため、放電灯の寿命をより向上できる。
前記制御部は、第1駆動電力が前記放電灯に供給される第1駆動と、前記第1駆動電力よりも小さい第2駆動電力が前記放電灯に供給される第2駆動と、を実行可能であり、前記第2駆動において、検出された前記電極間電圧に応じて、前記変調駆動期間における前記合計長さを変化させる構成としてもよい。
この構成によれば、上記の放電灯の劣化に応じた熱負荷の変化による効果をより大きく得られる。
前記放電灯の電極間電圧を検出する電圧検出部をさらに備え、前記制御部は、検出された前記電極間電圧に応じて、前記変調駆動期間の長さを変化させる構成としてもよい。
この構成によれば、放電灯の劣化に応じて、変調駆動期間において第1電極に加えられる熱負荷を変化させることができる。そのため、放電灯の寿命をより向上できる。
前記制御部は、検出された前記電極間電圧が大きいほど、前記変調駆動期間の長さを大きくする構成としてもよい。
この構成によれば、放電灯が劣化した場合であっても、突起を好適に成長させることができる。そのため、放電灯の寿命をより向上できる。
前記制御部は、第1駆動電力が前記放電灯に供給される第1駆動と、前記第1駆動電力よりも小さい第2駆動電力が前記放電灯に供給される第2駆動と、を実行可能であり、前記第2駆動において、検出された前記電極間電圧に応じて、前記変調駆動期間の長さを変化させる構成としてもよい。
この構成によれば、上記の放電灯の劣化に応じた熱負荷の変化による効果をより大きく得られる。
前記制御部は、前記変調駆動期間を、所定間隔を空けて繰り返す構成としてもよい。
この構成によれば、変調駆動期間を好適に実行しやすく、放電灯の寿命をより向上できる。
前記制御部は、前記放電灯に供給される駆動電力が小さいほど、前記所定間隔を大きくする構成としてもよい。
この構成によれば、駆動電力に応じて変調駆動期間が設けられる頻度を適切に設定することができるため、放電灯の寿命をより向上できる。
前記制御部は、前記放電灯に供給される駆動電力が小さいほど、前記第1直流期間の長さの最大値と最小値との間の変化幅、および前記第2直流期間の長さの最大値と最小値との変化幅を大きくする構成としてもよい。
この構成によれば、駆動電力が比較的大きい場合に、各直流期間において熱負荷の大きさの最大値と最小値との間の変化幅を小さくすることができ、突起が過度に溶融されることを抑制できる。また、駆動電力が比較的小さい場合に、各直流期間において熱負荷の大きさの最大値と最小値との間の変化幅を大きくすることができ、第1電極に加えられる熱負荷の変化による刺激を大きくできる。これにより、駆動電力が比較的小さい場合であっても、変調駆動期間において、好適に突起を溶融させることができる。したがって、放電灯の寿命をより向上できる。
前記制御部は、前記第2期間の長さが所定値よりも大きくなる場合、前記第2期間の代わりに、第3期間が設けられるように前記放電灯駆動部を制御し、前記第3期間は、前記放電灯に直流電流が供給される第1極性期間、および前記第1極性期間において前記放電灯に供給される前記直流電流の極性と反対の極性を有する直流電流が前記放電灯に供給される第2極性期間を交互に含み、前記第1極性期間の長さは、前記第2極性期間の長さよりも大きく、前記第2極性期間の長さは、0.5msよりも小さい構成としてもよい。
この構成によれば、第3期間で加熱される電極を十分に加熱しつつ、他方の電極の温度が低下し過ぎることを抑制できる。
本発明の光源装置の一つの態様は、光を射出する放電灯と、上記の放電灯駆動装置と、を備えることを特徴とする。
本発明の光源装置の一つの態様によれば、上記の放電灯駆動装置を備えるため、放電灯の寿命を向上できる。
本発明のプロジェクターの一つの態様は、上記の光源装置と、前記光源装置から射出される光を画像信号に応じて変調する光変調装置と、前記光変調装置により変調された光を投射する投射光学系と、を備えることを特徴とする。
本発明のプロジェクターの一つの態様によれば、上記の光源装置を備えるため、放電灯の寿命を向上できる。
本発明の放電灯駆動方法の一つの態様は、第1電極および第2電極を有する放電灯に駆動電流を供給して、前記放電灯を駆動する放電灯駆動方法であって、1kHzよりも高い周波数の交流電流が前記放電灯に供給される第1期間と、直流電流が前記放電灯に供給される第2期間と、が交互に繰り返される変調駆動期間を有する前記駆動電流を前記放電灯に供給し、前記第2期間において前記放電灯に供給される直流電流の極性を、前記第2期間が設けられるごとに反転させ、前記変調駆動期間において、前記第2期間のうち第1極性の直流電流が前記放電灯に供給される第1直流期間の長さ、および前記第2期間のうち第2極性の直流電流が前記放電灯に供給される第2直流期間の長さを周期的に変化させ、前記第1直流期間の長さと前記第2直流期間の長さとのうちの一方を増加させる間、前記第1直流期間の長さと前記第2直流期間の長さとのうちの他方を減少させることを特徴とする。
本発明の放電灯駆動方法の一つの態様によれば、上述したのと同様にして、放電灯の寿命を向上できる。
第1実施形態のプロジェクターの概略構成図である。 第1実施形態における放電灯を示す図である。 第1実施形態のプロジェクターの各種構成要素を示すブロック図である。 第1実施形態の放電灯点灯装置の回路図である。 第1実施形態の制御部の一構成例を示すブロック図である。 放電灯の電極先端の突起の様子を示す図である。 放電灯の電極先端の突起の様子を示す図である。 第1実施形態における放電灯に駆動電流が供給される期間の変化を示す模式図である。 第1実施形態の変調駆動期間の駆動サイクルにおける時間比の変化を示すグラフである。 第1実施形態の変調駆動期間において放電灯に供給される駆動電流の一例を示す図である。 第1実施形態の変調駆動期間において放電灯に供給される駆動電流の一例を示す図である。 第2実施形態の変調駆動期間において放電灯に供給される駆動電流の一例を示す図である。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係るプロジェクターについて説明する。
なお、本発明の範囲は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等を異ならせる場合がある。
<第1実施形態>
図1に示すように、本実施形態のプロジェクター500は、光源装置200と、平行化レンズ305と、照明光学系310と、色分離光学系320と、3つの液晶ライトバルブ(光変調装置)330R,330G,330Bと、クロスダイクロイックプリズム340と、投射光学系350と、を備えている。
光源装置200から射出された光は、平行化レンズ305を通過して照明光学系310に入射する。平行化レンズ305は、光源装置200からの光を平行化する。
照明光学系310は、光源装置200から射出される光の照度を、液晶ライトバルブ330R,330G,330B上において均一化するように調整する。さらに、照明光学系310は、光源装置200から射出される光の偏光方向を一方向に揃える。その理由は、光源装置200から射出される光を液晶ライトバルブ330R,330G,330Bで有効に利用するためである。
照度分布と偏光方向とが調整された光は、色分離光学系320に入射する。色分離光学系320は、入射光を赤色光(R)、緑色光(G)、青色光(B)の3つの色光に分離する。3つの色光は、各色光に対応付けられた液晶ライトバルブ330R,330G,330Bにより、映像信号に応じてそれぞれ変調される。液晶ライトバルブ330R,330G,330Bは、後述する液晶パネル560R,560G,560Bと、偏光板(図示せず)と、を備えている。偏光板は、液晶パネル560R,560G,560Bのそれぞれの光入射側および光射出側に配置される。
変調された3つの色光は、クロスダイクロイックプリズム340により合成される。合成光は投射光学系350に入射する。投射光学系350は、入射光をスクリーン700(図3参照)に投射する。これにより、スクリーン700上に映像が表示される。なお、平行化レンズ305、照明光学系310、色分離光学系320、クロスダイクロイックプリズム340、投射光学系350の各々の構成としては、周知の構成を採用することができる。
図2は、光源装置200の構成を示す断面図である。光源装置200は、光源ユニット210と、放電灯点灯装置(放電灯駆動装置)10と、を備えている。図2には、光源ユニット210の断面図が示されている。光源ユニット210は、主反射鏡112と、放電灯90と、副反射鏡113と、を備えている。
放電灯点灯装置10は、放電灯90に駆動電流Iを供給して放電灯90を点灯させる。主反射鏡112は、放電灯90から放出された光を照射方向Dに向けて反射する。照射方向Dは、放電灯90の光軸AXと平行である。
放電灯90の形状は、照射方向Dに沿って延びる棒状である。放電灯90の一方の端部を第1端部90e1とし、放電灯90の他方の端部を第2端部90e2とする。放電灯90の材料は、例えば、石英ガラス等の透光性材料である。放電灯90の中央部は球状に膨らんでおり、その内部は放電空間91である。放電空間91には、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。
放電空間91には、第1電極92および第2電極93の先端が突出している。第1電極92は、放電空間91の第1端部90e1側に配置されている。第2電極93は、放電空間91の第2端部90e2側に配置されている。第1電極92および第2電極93の形状は、光軸AXに沿って延びる棒状である。放電空間91には、第1電極92および第2電極93の電極先端部が、所定距離だけ離れて対向するように配置されている。第1電極92および第2電極93の材料は、例えば、タングステン等の金属である。
放電灯90の第1端部90e1に、第1端子536が設けられている。第1端子536と第1電極92とは、放電灯90の内部を貫通する導電性部材534により電気的に接続されている。同様に、放電灯90の第2端部90e2に、第2端子546が設けられている。第2端子546と第2電極93とは、放電灯90の内部を貫通する導電性部材544により電気的に接続されている。第1端子536および第2端子546の材料は、例えば、タングステン等の金属である。導電性部材534,544の材料としては、例えば、モリブデン箔が利用される。
第1端子536および第2端子546は、放電灯点灯装置10に接続されている。放電灯点灯装置10は、第1端子536および第2端子546に、放電灯90を駆動するための駆動電流Iを供給する。その結果、第1電極92および第2電極93の間でアーク放電が起きる。アーク放電により発生した光(放電光)は、破線の矢印で示すように、放電位置から全方向に向かって放射される。
主反射鏡112は、固定部材114により、放電灯90の第1端部90e1に固定されている。主反射鏡112は、放電光のうち、照射方向Dと反対側に向かって進む光を照射方向Dに向かって反射する。主反射鏡112の反射面(放電灯90側の面)の形状は、放電光を照射方向Dに向かって反射できる範囲内において、特に限定されず、例えば、回転楕円形状であっても、回転放物線形状であってもよい。例えば、主反射鏡112の反射面の形状を回転放物線形状とした場合、主反射鏡112は、放電光を光軸AXに略平行な光に変換することができる。これにより、平行化レンズ305を省略することができる。
副反射鏡113は、固定部材522により、放電灯90の第2端部90e2側に固定されている。副反射鏡113の反射面(放電灯90側の面)の形状は、放電空間91の第2端部90e2側の部分を囲む球面形状である。副反射鏡113は、放電光のうち、主反射鏡112が配置された側と反対側に向かって進む光を主反射鏡112に向かって反射する。これにより、放電空間91から放射される光の利用効率を高めることができる。
固定部材114,522の材料は、放電灯90からの発熱に耐え得る耐熱材料である範囲内において、特に限定されず、例えば、無機接着剤である。主反射鏡112および副反射鏡113と放電灯90との配置を固定する方法としては、主反射鏡112および副反射鏡113を放電灯90に固定する方法に限らず、任意の方法を採用できる。例えば、放電灯90と主反射鏡112とを、独立にプロジェクター500の筐体(図示せず)に固定してもよい。副反射鏡113についても同様である。
以下、プロジェクター500の回路構成について説明する。
図3は、本実施形態のプロジェクター500の回路構成の一例を示す図である。プロジェクター500は、図1に示した光学系の他、画像信号変換部510と、直流電源装置80と、液晶パネル560R,560G,560Bと、画像処理装置570と、CPU(Central Processing Unit)580と、を備えている。
画像信号変換部510は、外部から入力された画像信号502(輝度−色差信号やアナログRGB信号など)を所定のワード長のデジタルRGB信号に変換して画像信号512R,512G,512Bを生成し、画像処理装置570に供給する。
画像処理装置570は、3つの画像信号512R,512G,512Bに対してそれぞれ画像処理を行う。画像処理装置570は、液晶パネル560R,560G,560Bをそれぞれ駆動するための駆動信号572R,572G,572Bを液晶パネル560R,560G,560Bに供給する。
直流電源装置80は、外部の交流電源600から供給される交流電圧を一定の直流電圧に変換する。直流電源装置80は、トランス(図示しないが、直流電源装置80に含まれる)の2次側にある画像信号変換部510、画像処理装置570およびトランスの1次側にある放電灯点灯装置10に直流電圧を供給する。
放電灯点灯装置10は、起動時に放電灯90の電極間に高電圧を発生し、絶縁破壊を生じさせて放電路を形成する。以後、放電灯点灯装置10は、放電灯90が放電を維持するための駆動電流Iを供給する。
液晶パネル560R,560G,560Bは、前述した液晶ライトバルブ330R,330G,330Bにそれぞれ備えられている。液晶パネル560R,560G,560Bは、それぞれ駆動信号572R,572G,572Bに基づいて、前述した光学系を介して各液晶パネル560R,560G,560Bに入射される色光の透過率(輝度)を変調する。
CPU580は、プロジェクター500の点灯開始から消灯に至るまでの各種の動作を制御する。例えば、図3では、通信信号582を介して点灯命令や消灯命令を放電灯点灯装置10に出力する。CPU580は、放電灯点灯装置10から通信信号584を介して放電灯90の点灯情報を受け取る。
以下、放電灯点灯装置10の構成について説明する。
図4は、放電灯点灯装置10の回路構成の一例を示す図である。
放電灯点灯装置10は、図4に示すように、電力制御回路20と、極性反転回路30と、制御部40と、動作検出部60と、イグナイター回路70と、を備えている。
電力制御回路20は、放電灯90に供給する駆動電力Wdを生成する。本実施形態においては、電力制御回路20は、直流電源装置80からの電圧を入力とし、入力電圧を降圧して直流電流Idを出力するダウンチョッパー回路で構成されている。
電力制御回路20は、スイッチ素子21、ダイオード22、コイル23およびコンデンサー24を含んで構成される。スイッチ素子21は、例えば、トランジスターで構成される。本実施形態においては、スイッチ素子21の一端は直流電源装置80の正電圧側に接続され、他端はダイオード22のカソード端子およびコイル23の一端に接続されている。
コイル23の他端にコンデンサー24の一端が接続され、コンデンサー24の他端はダイオード22のアノード端子および直流電源装置80の負電圧側に接続されている。スイッチ素子21の制御端子には、後述する制御部40から電流制御信号が入力されてスイッチ素子21のON/OFFが制御される。電流制御信号には、例えば、PWM(Pulse Width Modulation)制御信号が用いられてもよい。
スイッチ素子21がONすると、コイル23に電流が流れ、コイル23にエネルギーが蓄えられる。その後、スイッチ素子21がOFFすると、コイル23に蓄えられたエネルギーがコンデンサー24とダイオード22とを通る経路で放出される。その結果、スイッチ素子21がONする時間の割合に応じた直流電流Idが発生する。
極性反転回路30は、電力制御回路20から入力される直流電流Idを所定のタイミングで極性反転させる。これにより、極性反転回路30は、制御された時間だけ継続する直流である駆動電流I、もしくは、任意の周波数を持つ交流である駆動電流Iを生成し、出力する。本実施形態において、極性反転回路30は、インバーターブリッジ回路(フルブリッジ回路)で構成されている。
極性反転回路30は、例えば、トランジスターなどで構成される第1のスイッチ素子31、第2のスイッチ素子32、第3のスイッチ素子33、および第4のスイッチ素子34を含んでいる。極性反転回路30は、直列接続された第1のスイッチ素子31および第2のスイッチ素子32と、直列接続された第3のスイッチ素子33および第4のスイッチ素子34と、が互いに並列接続された構成を有する。第1のスイッチ素子31、第2のスイッチ素子32、第3のスイッチ素子33、および第4のスイッチ素子34の制御端子には、それぞれ制御部40から極性反転制御信号が入力される。この極性反転制御信号に基づいて、第1のスイッチ素子31、第2のスイッチ素子32、第3のスイッチ素子33および第4のスイッチ素子34のON/OFF動作が制御される。
極性反転回路30においては、第1のスイッチ素子31および第4のスイッチ素子34と、第2のスイッチ素子32および第3のスイッチ素子33と、を交互にON/OFFさせる動作が繰り返される。これにより、電力制御回路20から出力される直流電流Idの極性が交互に反転する。極性反転回路30は、第1のスイッチ素子31と第2のスイッチ素子32との共通接続点、および第3のスイッチ素子33と第4のスイッチ素子34との共通接続点から、制御された時間だけ同一極性状態を継続する直流である駆動電流I、もしくは制御された周波数をもつ交流である駆動電流Iを生成し、出力する。
すなわち、極性反転回路30は、第1のスイッチ素子31および第4のスイッチ素子34がONのときには第2のスイッチ素子32および第3のスイッチ素子33がOFFであり、第1のスイッチ素子31および第4のスイッチ素子34がOFFのときには第2のスイッチ素子32および第3のスイッチ素子33がONであるように制御される。したがって、第1のスイッチ素子31および第4のスイッチ素子34がONのときには、コンデンサー24の一端から第1のスイッチ素子31、放電灯90、第4のスイッチ素子34の順に流れる駆動電流Iが発生する。第2のスイッチ素子32および第3のスイッチ素子33がONのときには、コンデンサー24の一端から第3のスイッチ素子33、放電灯90、第2のスイッチ素子32の順に流れる駆動電流Iが発生する。
本実施形態において、電力制御回路20と極性反転回路30とを合わせた部分が放電灯駆動部230に対応する。すなわち、放電灯駆動部230は、放電灯90を駆動する駆動電流Iを放電灯90に供給する。
制御部40は、放電灯駆動部230を制御する。図4の例では、制御部40は、電力制御回路20および極性反転回路30を制御することにより、駆動電流Iが同一極性を継続する保持時間、駆動電流Iの電流値、駆動電力Wdの電力値、周波数等のパラメーターを制御する。制御部40は、極性反転回路30に対して、駆動電流Iの極性反転タイミングにより、駆動電流Iが同一極性で継続する保持時間、駆動電流Iの周波数等を制御する極性反転制御を行う。制御部40は、電力制御回路20に対して、出力される直流電流Idの電流値を制御する電流制御を行う。
制御部40の構成は、特に限定されない。本実施形態においては、制御部40は、システムコントローラー41、電力制御回路コントローラー42、および極性反転回路コントローラー43を含んで構成されている。なお、制御部40は、その一部または全てを半導体集積回路で構成してもよい。
システムコントローラー41は、電力制御回路コントローラー42および極性反転回路コントローラー43を制御することにより、電力制御回路20および極性反転回路30を制御する。システムコントローラー41は、動作検出部60が検出したランプ電圧(電極間電圧)Vlaおよび駆動電流Iに基づき、電力制御回路コントローラー42および極性反転回路コントローラー43を制御してもよい。
本実施形態においては、システムコントローラー41には、記憶部44が接続されている。
システムコントローラー41は、記憶部44に格納された情報に基づき、電力制御回路20および極性反転回路30を制御してもよい。記憶部44には、例えば、駆動電流Iが同一極性で継続する保持時間、駆動電流Iの電流値、周波数、波形、変調パターン等の駆動パラメーターに関する情報が格納されていてもよい。
電力制御回路コントローラー42は、システムコントローラー41からの制御信号に基づき、電力制御回路20へ電流制御信号を出力することにより、電力制御回路20を制御する。
極性反転回路コントローラー43は、システムコントローラー41からの制御信号に基づき、極性反転回路30へ極性反転制御信号を出力することにより、極性反転回路30を制御する。
制御部40は、専用回路を用いて実現され、上述した制御や後述する処理の各種制御を行うようにすることができる。これに対して、制御部40は、例えば、CPUが記憶部44に記憶された制御プログラムを実行することによりコンピューターとして機能し、これらの処理の各種制御を行うようにすることもできる。
図5は、制御部40の他の構成例について説明するための図である。図5に示すように、制御部40は、制御プログラムにより、電力制御回路20を制御する電流制御手段40−1、極性反転回路30を制御する極性反転制御手段40−2として機能するように構成されてもよい。
図4に示した例では、制御部40は、放電灯点灯装置10の一部として構成されている。これに対して、制御部40の機能の一部をCPU580が担うように構成されていてもよい。
動作検出部60は、本実施形態においては、放電灯90のランプ電圧Vlaを検出して制御部40にランプ電圧情報を出力する電圧検出部を含む。また、動作検出部60は、駆動電流Iを検出して制御部40に駆動電流情報を出力する電流検出部などを含んでいてもよい。本実施形態においては、動作検出部60は、第1の抵抗61、第2の抵抗62および第3の抵抗63を含んで構成されている。
本実施形態において、動作検出部60の電圧検出部は、放電灯90と並列に、互いに直列接続された第1の抵抗61および第2の抵抗62で分圧した電圧によりランプ電圧Vlaを検出する。また、本実施形態において、電流検出部は、放電灯90に直列に接続された第3の抵抗63に発生する電圧により駆動電流Iを検出する。
イグナイター回路70は、放電灯90の点灯開始時にのみ動作する。イグナイター回路70は、放電灯90の点灯開始時に放電灯90の電極間(第1電極92と第2電極93との間)を絶縁破壊して放電路を形成するために必要な高電圧(放電灯90の通常点灯時よりも高い電圧)を、放電灯90の電極間(第1電極92と第2電極93との間)に供給する。本実施形態においては、イグナイター回路70は、放電灯90と並列に接続されている。
図6Aおよび図6Bには、第1電極92および第2電極93の先端部分が示されている。第1電極92および第2電極93の先端にはそれぞれ突起552p,562pが形成されている。
第1電極92と第2電極93の間で生じる放電は、主として突起552pと突起562pとの間で生じる。本実施形態のように突起552p,562pがある場合には、突起が無い場合と比べて、第1電極92および第2電極93における放電位置(アーク位置)の移動を抑えることができる。
図6Aは、第1電極92が陽極として動作し、第2電極93が陰極として動作する第1極性状態を示している。第1極性状態では、放電により、第2電極93(陰極)から第1電極92(陽極)へ電子が移動する。陰極(第2電極93)からは電子が放出される。陰極(第2電極93)から放出された電子は陽極(第1電極92)の先端に衝突する。この衝突によって熱が生じ、陽極(第1電極92)の先端(突起552p)の温度が上昇する。
図6Bは、第1電極92が陰極として動作し、第2電極93が陽極として動作する第2極性状態を示している。第2極性状態では、第1極性状態とは逆に、第1電極92から第2電極93へ電子が移動する。その結果、第2電極93の先端(突起562p)の温度が上昇する。
このように、放電灯90に駆動電流Iが供給されることで、電子が衝突する陽極の温度は上昇する。一方、電子を放出する陰極は、陽極に向けて電子を放出している間、温度は低下する。
第1電極92と第2電極93との電極間距離は、突起552p,562pの劣化とともに大きくなる。突起552p,562pが損耗するためである。電極間距離が大きくなると、第1電極92と第2電極93との間の抵抗が大きくなるため、ランプ電圧Vlaが大きくなる。したがって、ランプ電圧Vlaを参照することによって、電極間距離の変化、すなわち、放電灯90の劣化度合いを検出することができる。
なお、第1電極92と第2電極93とは、同様の構成であるため、以下の説明においては、代表して第1電極92についてのみ説明する場合がある。また、第1電極92の先端の突起552pと第2電極93の先端の突起562pとは、同様の構成であるため、以下の説明においては、代表して突起552pについてのみ説明する場合がある。
次に、制御部40による放電灯駆動部230の制御について説明する。
図7は、本実施形態における放電灯90に駆動電流Iが供給される期間の変化を示す模式図である。図8は、変調駆動期間VDの駆動サイクルCにおける時間比DRの変化を示すグラフである。時間比DRの詳細については後述する。図8において、縦軸は時間比DR[%]を示しており、横軸は時間Tを示している。図9は、変調駆動期間VDの駆動サイクルCにおける第1変調期間PH1において放電灯90に供給される駆動電流Iの一例を示す図である。図10は、変調駆動期間VDの駆動サイクルCにおける第2変調期間PH2において放電灯90に供給される駆動電流Iの一例を示す図である。図9および図10において、縦軸は駆動電流Iを示しており、横軸は時間Tを示している。また、駆動電流Iは、第1極性状態である場合を正とし、第2極性状態となる場合を負として示している。
図7に示すように、本実施形態において放電灯90に供給される駆動電流Iは、定常駆動期間SDと、変調駆動期間VDと、を交互に有する。すなわち、制御部40は、変調駆動期間VDを、所定間隔を空けて繰り返す。本実施形態において所定間隔とは、定常駆動期間SDの長さtsに相当する。
定常駆動期間SDは、放電灯90を定常的に点灯させるための駆動電流Iが放電灯90に供給される期間である。定常駆動期間SDにおいて放電灯90に供給される駆動電流Iは、例えば、交流電流が放電灯90に供給される交流期間と、直流電流が放電灯90に供給される直流期間と、を交互に有する。
定常駆動期間SDにおける交流期間においては、例えば、互いに異なる複数の周波数を有する矩形波交流電流が放電灯90に供給される。定常駆動期間SDにおける交流期間において放電灯90に供給される交流電流の周波数は、例えば、150Hz以上、300Hz以下である。定常駆動期間SDにおける交流期間の長さは、例えば、10ms(ミリ秒)以上、10s(秒)以下である。
定常駆動期間SDにおける直流期間においては、一定の電流値を有する駆動電流Iが放電灯90に供給される。定常駆動期間SDにおける直流期間は、例えば、設けられるごとに極性が反転してもよいし、所定の数ずつ同じ極性の直流期間が設けられてもよい。定常駆動期間SDにおける直流期間の長さは、例えば、5ms(ミリ秒)以上、200ms(ミリ秒)以下である。
定常駆動期間SDにおいて放電灯90に供給される駆動電流Iは、上述した例に限られず、放電灯90を定常的に点灯させるための駆動電流Iであれば、特に限定されない。
変調駆動期間VDは、第1電極92および第2電極93に熱負荷を加えて、突起552p,562pを溶融して整形する期間である。変調駆動期間VDにおいては、図8に示す駆動サイクルCが繰り返される。駆動サイクルCは、第1変調期間PH1と、第2変調期間PH2と、第3変調期間PH3と、第4変調期間PH4と、をこの順で有する。
図9および図10に示すように、第1変調期間PH1において放電灯90に供給される駆動電流I、および第2変調期間PH2において放電灯90に供給される駆動電流Iは、第1期間ACと、第2期間DCと、を交互に有する。すなわち、駆動電流Iは、第1期間ACと第2期間DCとが交互に繰り返される変調駆動期間VDを有する。
第1期間ACは、1kHzよりも高い周波数の交流電流が放電灯90に供給される期間である。第1期間ACの周波数は、例えば、1kHzよりも大きく、10GHz以下である。第1期間ACにおいて放電灯90に供給される交流電流は、例えば、電流値Im1と電流値−Im1との間で極性が反転される矩形波交流電流である。第1期間ACにおいて放電灯90に供給される交流電流の周期数は、例えば、1周期以上、10周期以下である。図9および図10の例では、第1期間ACにおいて放電灯90に供給される交流電流の周期数は、1周期である。
第2期間DCは、直流電流が放電灯90に供給される期間である。第2期間DCにおいて放電灯90に供給される直流電流の極性は、第2期間DCが設けられるごとに反転する。すなわち、第2期間DCとしては、第1極性の直流電流が放電灯90に供給される第1直流期間DC1と、第2極性の直流電流が放電灯90に供給される第2直流期間DC2と、の2種類が設けられている。図9および図10の例では、第1直流期間DC1においては、一定の電流値Imを有する第1極性の駆動電流Iが放電灯90に供給される。第2直流期間DC2においては、一定の電流値−Imを有する第1極性の駆動電流Iが放電灯90に供給される。
第1変調期間PH1および第2変調期間PH2において、複数の単位期間Uが繰り返されている。単位期間Uは、1つの第1直流期間DC1と1つの第2直流期間DC2とを含む。図9および図10の例では、単位期間Uは、第1直流期間DC1と、第1期間ACと、第2直流期間DC2と、第1期間ACと、がこの順で連続して構成されている。
図示は省略するが、第3変調期間PH3において放電灯90に供給される駆動電流I、および第4変調期間PH4において放電灯90に供給される駆動電流Iは、第1変調期間PH1および第2変調期間PH2と同様に、第1期間ACと、第2期間DCと、を交互に有し、複数の単位期間Uが繰り返されている。すなわち、各変調期間から構成される駆動サイクルCは、複数の単位期間Uが繰り返されている。そのため、変調駆動期間VDにおいては、単位期間Uが繰り返される。
第3変調期間PH3において放電灯90に供給される駆動電流Iの波形は、例えば、図9に示す第1変調期間PH1において放電灯90に供給される駆動電流Iの波形の極性を反転した波形である。第4変調期間PH4において放電灯90に供給される駆動電流Iの波形は、例えば、図10に示す第2変調期間PH2において放電灯90に供給される駆動電流Iの波形の極性を反転した波形である。
図8に示すように、本実施形態においては、第1変調期間PH1の長さt1と、第2変調期間PH2の長さt2と、第3変調期間PH3の長さt3と、第4変調期間PH4の長さt4とは、例えば、互いに同じである。
制御部40は、変調駆動期間VDにおいて、第2期間DCのうち第1極性の直流電流が放電灯90に供給される第1直流期間DC1の長さtd1、および第2期間DCのうち第2極性の直流電流が放電灯90に供給される第2直流期間DC2の長さtd2を周期的に変化させる。本実施形態において各直流期間の長さの変化は、駆動サイクルCごとに1周する。すなわち、駆動サイクルCが、各直流期間の長さの変化の1周期に相当する。各直流期間の長さの変化の周期、すなわち駆動サイクルCの長さtcは、例えば、1min(分)以上、10min(分)以下である。好ましくは、駆動サイクルCの長さtcは、2min(分)以上、5min(分)以下である。より好ましくは、駆動サイクルCの長さtcは、3min(分)である。このように駆動サイクルCの長さtcを設定することで、各電極の突起が溶融し過ぎることを抑制しつつ、突起を好適に整形できる。
各直流期間の長さの変化は、各変調期間によって異なる。
図9に示すように、第1変調期間PH1において第1直流期間DC1の長さtd1は、第1直流期間DC1が設けられるごとに大きくなる。第1変調期間PH1において第2直流期間DC2の長さtd2は、第2直流期間DC2が設けられるごとに小さくなる。
図10に示すように、第2変調期間PH2において第1直流期間DC1の長さtd1は、第1直流期間DC1が設けられるごとに小さくなる。第2変調期間PH2において第2直流期間DC2の長さtd2は、第2直流期間DC2が設けられるごとに大きくなる。
図示は省略するが、第3変調期間PH3において第1直流期間DC1の長さtd1は、第1直流期間DC1が設けられるごとに小さくなる。第3変調期間PH3において第2直流期間DC2の長さtd2は、第2直流期間DC2が設けられるごとに大きくなる。
図示は省略するが、第4変調期間PH4において第1直流期間DC1の長さtd1は、第1直流期間DC1が設けられるごとに大きくなる。第4変調期間PH4において第2直流期間DC2の長さtd2は、第2直流期間DC2が設けられるごとに小さくなる。
すなわち、制御部40は、各変調期間において、第1直流期間DC1の長さtd1と第2直流期間DC2の長さtd2とのうちの一方を増加させる間、第1直流期間DC1の長さtd1と第2直流期間DC2の長さtd2とのうちの他方を減少させる。
本実施形態において各直流期間の長さは、単位期間Uにおける第1直流期間DC1の長さtd1と第2直流期間DC2の長さtd2との合計長さtdに対する第1直流期間DC1の長さtd1の比が周期的に変化するように変化する。本明細書においては、単位期間Uにおける第1直流期間DC1の長さtd1と第2直流期間DC2の長さtd2との合計長さtdに対する第1直流期間DC1の長さtd1の比を、時間比DR[%]と呼ぶ。
本実施形態においては、変調駆動期間VDにおいて、単位期間Uにおける第1直流期間DC1の長さtd1と第2直流期間DC2の長さtd2との合計長さtdは、ほぼ一定である。そのため、隣り合う単位期間Uにおいては、第1直流期間DC1の長さtd1の変化量と第2直流期間DC2の長さtd2の変化量とは、ほぼ同じである。すなわち、隣り合う単位期間Uにおいて、第1直流期間DC1の長さtd1が増加する場合、第1直流期間DC1の長さtd1の増加量と第2直流期間DC2の長さtd2の減少量とは、ほぼ同じである。
なお、以下の説明においては、単位期間Uにおける第1直流期間DC1の長さtd1と第2直流期間DC2の長さtd2との合計長さtdを、単に、合計長さtdと呼ぶ場合がある。また、本明細書において、合計長さtdがほぼ一定とは、合計長さtdが厳密に一定である場合に加えて、例えば、合計長さtdが、合計長さtdの平均値に対して0.9倍以上、1.1倍以下程度の値の範囲で変化することも含む。
図8に示すように、1つの駆動サイクルC内において、時間比DRは、例えば、正弦波状に変化する。
第1変調期間PH1において時間比DRは、50%からDRmaxまで単調増加する。第2変調期間PH2において時間比DRは、DRmaxから50%まで単調減少する。第3変調期間PH3において時間比DRは、50%からDRminまで単調減少する。第4変調期間PH4において時間比DRは、DRminから50%まで単調増加する。DRmaxは、駆動サイクルCにおける時間比DRの最大値である。DRminは、駆動サイクルCにおける時間比DRの最小値である。
制御部40は、変調駆動期間VDにおいて放電灯90に供給される駆動電力Wdに応じて、変調駆動期間VDにおける各パラメーターを変化させる。本実施形態において、制御部40は、定格電力(第1駆動電力)が放電灯90に供給される定格駆動(第1駆動)と、定格電力よりも小さい電力(第2駆動電力)が放電灯90に供給される低電力駆動(第2駆動)と、を実行可能である。
制御部40は、放電灯90に供給される駆動電力Wdが小さいほど、第1直流期間DC1の長さtd1の変化幅、および第2直流期間DC2の長さtd2の変化幅を大きくする。すなわち、低電力駆動実行時の変調駆動期間VDにおける各直流期間の長さの変化幅は、定格駆動実行時の変調駆動期間VDにおける各直流期間の長さの変化幅よりも大きい。本実施形態において制御部40は、例えば、時間比DRの変化幅、すなわち最大値DRmaxと最小値DRminとの間の変化幅を大きくすることで、第1直流期間DC1の長さtd1の最大値と最小値との間の変化幅、および第2直流期間DC2の長さtd2の最大値と最小値との間の変化幅を大きくする。
制御部40は、放電灯90に供給される駆動電力Wdが小さいほど、変調駆動期間VDが設けられる間隔(所定間隔)を大きくする。すなわち、低電力駆動実行時において変調駆動期間VDが設けられる間隔は、定格駆動実行時において変調駆動期間VDが設けられる間隔よりも大きい。本実施形態において制御部40は、図7に示す変調駆動期間VDに挟まれた定常駆動期間SDの長さtsを大きくすることで、変調駆動期間VDが設けられる間隔を大きくする。
制御部40は、放電灯90に供給される駆動電力Wdが小さいほど、変調駆動期間VDの長さtvを大きくする。すなわち、低電力駆動実行時における変調駆動期間VDの長さtvは、定格駆動実行時における変調駆動期間VDの長さtvよりも大きい。
定格駆動時の変調駆動期間VDのパラメーターの一例、および低電力駆動時の変調駆動期間VDのパラメーターの一例を表1に示す。
Figure 2018022560
表1において時間比DRの変化幅は、時間比DRの最小値DRminおよび最大値DRmaxを示している。表1において、時間比DRの変化幅が33%−67%の場合、最小値DRminは33%であり、最大値DRmaxは67%である。また、サイクル数は、1つの変調駆動期間VDに含まれる駆動サイクルCの数を示している。表1において、駆動サイクルCの長さtcは、定常駆動および低電力駆動の両方において同じである。駆動サイクルCの長さtcは、変調駆動期間VDの長さtvをサイクル数で除した値である。表1の例では、駆動サイクルCの長さtsは、定常駆動および低電力駆動の両方において3min(分)である。
本実施形態において制御部40は、例えば、定常駆動においては、ランプ電圧Vlaによらず、変調駆動期間VDの各パラメーターを変化させない。一方、制御部40は、低電力駆動において、動作検出部60の電圧検出部によって検出されたランプ電圧Vlaに応じて、変調駆動期間VDの各パラメーターを変化させる。
制御部40は、低電力駆動において、検出されたランプ電圧Vlaに応じて、変調駆動期間VDにおける合計長さtdを変化させる。具体的には、制御部40は、検出されたランプ電圧Vlaが大きいほど、変調駆動期間VDにおける合計長さtdを大きくする。
制御部40は、低電力駆動において、検出されたランプ電圧Vlaに応じて、変調駆動期間VDの長さtvを変化させる。具体的には、制御部40は、検出されたランプ電圧Vlaが大きいほど、変調駆動期間VDの長さtvを大きくする。
低電力駆動時におけるランプ電圧Vlaに応じた変調駆動期間VDの各パラメーターの変化の一例を表2に示す。
Figure 2018022560
表2における各パラメーターの示す意味は、表1における各パラメーターが示す意味と同様である。表2において、駆動サイクルCの長さtcは、ランプ電圧Vlaによらず同じである。表2の例では、駆動サイクルCの長さtsは、いずれも3min(分)である。
上述した制御を行う制御部40を備える放電灯点灯装置10は、放電灯駆動方法としても表現できる。すなわち、本実施形態の放電灯駆動方法の一つの態様は、第1電極92および第2電極93を有する放電灯90に駆動電流Iを供給して、放電灯90を駆動する放電灯駆動方法であって、1kHzよりも高い周波数の交流電流が放電灯90に供給される第1期間ACと、直流電流が放電灯90に供給される第2期間DCと、が交互に繰り返される変調駆動期間VDを有する駆動電流Iを放電灯90に供給し、第2期間DCにおいて放電灯90に供給される直流電流の極性を、第2期間DCが設けられるごとに反転させ、変調駆動期間VDにおいて、第2期間DCのうち第1極性の直流電流が放電灯90に供給される第1直流期間DC1の長さtd1、および第2期間DCのうち第2極性の直流電流が放電灯90に供給される第2直流期間DC2の長さtd2を周期的に変化させ、第1直流期間DC1の長さtd1と第2直流期間DC2の長さtd2とのうちの一方を増加させる間、第1直流期間DC1の長さtd1と第2直流期間DC2の長さtd2とのうちの他方を減少させることを特徴とする。
本実施形態によれば、制御部40は、変調駆動期間VDにおいて、第1直流期間DC1の長さtd1、および第2直流期間DC2の長さtd2を周期的に変化させる。そのため、変調駆動期間VDにおいては、例えば、第1直流期間DC1の長さtd1が増加する際には、第1電極92に加える熱負荷を大きくして第1電極92の突起552pを溶融させることができる。一方、第1直流期間DC1の長さtd1が減少する際には、第1電極92に加えられる熱負荷を小さくして溶融した突起552pを凝固させ、突起552pを成長させることができる。ここで、第1電極92に加えられる熱負荷が大きいほど突起552pの溶融範囲が広く、第1電極92に加えられる熱負荷が小さいほど突起552pの溶融範囲が狭い。そのため、第1直流期間DC1の長さtd1を減少させることで、第1電極92に加えられる熱負荷を小さくし、突起552pの溶融範囲を徐々に狭めることができる。これにより、突起552pの根本から順に溶融した突起552pが凝固し、かつ、凝固する突起552pの範囲は徐々に狭くなっていく。したがって、突起552pが根元から順次積み上げられるように成長し、突起552pの形状を、先端が尖った形状に整形することができる。
ここで、例えば、第1直流期間DC1の長さtd1の増加および減少と、第2直流期間DC2の長さtd2の増加および減少と、を同じタイミングで行う場合について考える。この場合、第1直流期間DC1の長さtd1を増加させる間、第2直流期間DC2の長さtd2も増加させ、第1直流期間DC1の長さtd1を減少させる間、第2直流期間DC2の長さtd2も減少させる。一方の電極を加熱して溶融している間は、他方の電極の温度は低下する。そのため、例えば、第1直流期間DC1の長さtd1を増加させていくと、第1直流期間DC1における第1電極92に加えられる熱負荷は大きくなる一方で、第1直流期間DC1における第2電極93の温度低下量が大きくなる。これにより、各直流期間の長さを共に増加させていくと、各直流期間において加熱する電極に与える熱負荷は大きくなるものの、各直流期間における他方の電極の温度低下量も大きくなり、結果として、第1電極92の温度および第2電極93の温度が十分に大きくなりにくい。そのため、第1電極92の突起552pおよび第2電極93の突起562pの両方を十分に溶融させにくく、突起552pを十分に成長させにくい。したがって、放電灯90の寿命を十分に向上できない場合がある。
さらに、各直流期間の長さを共に減少させていくと、第1直流期間DC1における第1電極92に加えられる熱負荷は小さくなって突起552pの溶融範囲は狭くなる一方で、第2直流期間DC2の長さtd2も小さくなるため、第2直流期間DC2における第1電極92の温度低下量が小さくなる。これにより、溶融した突起552pが順次凝固しにくくなり、突起552pが根元から順次積み上げられるように成長しにくくなる。その結果、突起552pの先端が、平坦化する場合がある。これにより、アークジャンプが生じて、放電灯90の寿命を十分に向上できない場合がある。
これに対して、本実施形態によれば、制御部40は、第1直流期間DC1の長さtd1と第2直流期間DC2の長さtd2とのうちの一方を増加させる間、第1直流期間DC1の長さtd1と第2直流期間DC2の長さtd2とのうちの他方を減少させる。そのため、第1直流期間DC1の長さtd1を増加させて第1電極92の突起552pを溶融させる際には、第2直流期間DC2の長さtd2が減少する。これにより、第2直流期間DC2における第1電極92の温度低下量を小さくでき、第1電極92の突起552pを好適に溶融させることができる。したがって、突起552pを好適に成長させやすい。
また、第1直流期間DC1の長さtd1を減少させて第1電極92の突起552pを成長させる際には、第2直流期間DC2の長さtd2が増加する。これにより、第2直流期間DC2における第1電極92の温度低下量を大きくでき、溶融した突起552pを順次好適に凝固させることができる。したがって、突起552pの先端を尖った形状としやすく、アークジャンプが生じることを抑制できる。なお、これらは、第2電極93についても同様である。本実施形態によれば、第1電極92の突起552pを溶融する間に、第2電極93の突起562pを整形して成長させ、第2電極93の突起562pを溶融する間に、第1電極92の突起552pを整形して成長させることができる。
以上のように、本実施形態によれば、第1電極92および第2電極93の両方を好適に成長させることができ、かつ、突起552p,562pの形状を先端が尖った好適な形状に整形しやすい。これにより、アークジャンプが生じることを抑制することができ、放電灯90の寿命を向上させることができる。
また、本実施形態によれば、第1直流期間DC1と第2直流期間DC2との間に、1kHzよりも大きい周波数の交流電流が放電灯90に供給される第1期間ACが設けられている。そのため、第1期間ACが緩衝期間となって、第1直流期間DC1から第2直流期間DC2に連続的に切り替わる場合に比べて、各電極に加えられる熱負荷の変化による刺激を和らげることができる。これにより、突起552p,562pの整形をより好適に行うことができる。ここで、第1期間ACの長さtaが長すぎると、第1期間ACにおいて各電極の温度低下量が大きくなって、上述した突起552p,562pの整形効果を好適に得られにくい場合がある。第1期間ACの長さtaとしては、例えば、放電灯90に供給される交流電流の1周期分以上、5周期分以下程度が好ましく、特に1周期分が好ましい。また、第1期間ACで放電灯90に供給される交流電流の周波数が低すぎても、第1期間ACにおいて各電極の温度低下量が大きくなり、突起552p,562pの整形効果を好適に得られにくい場合がある。第1期間ACにおける交流電流の周波数は、1kHzよりも大きい周波数であることが好ましい。第1期間ACの長さtaをこのように設定することで、第1期間ACによる緩衝効果を好適に得つつ、突起552p,562pの整形効果を好適に得ることができる。
また、本実施形態によれば、変調駆動期間VDにおいて、単位期間Uにおける第1直流期間DC1の長さtd1と第2直流期間DC2の長さtd2との合計長さtdは、ほぼ一定である。そのため、第1直流期間DC1を増加させる場合と第2直流期間DC2を増加させる場合との両方において、各直流期間の長さの変化幅を同様に設定できる。これにより、第1電極92および第2電極93の両方において、バランスよく突起552p,562pを成長させることができる。
また、例えば、放電灯90が劣化すると第1電極92の突起552pは溶融しにくくなるため、第1電極92に放電灯90が劣化する前と同じ熱負荷を加えても突起552pが成長しにくくなる。
これに対して、本実施形態によれば、制御部40は、ランプ電圧Vlaに応じて合計長さtdを変化させる。そのため、放電灯90の劣化に応じて、変調駆動期間VDにおいて第1電極92に加えられる熱負荷を変化させることができる。これにより、本実施形態のように、ランプ電圧Vlaが大きいほど、合計長さtdを大きくすることで、放電灯90が劣化した場合であっても、突起552pを好適に成長させることができる。したがって、放電灯90の寿命をより向上できる。
また、本実施形態によれば、制御部40は、ランプ電圧Vlaに応じて変調駆動期間VDの長さtvを変化させる。そのため、放電灯90の劣化に応じて、変調駆動期間VDにおいて第1電極92に加えられる熱負荷を変化させることができる。これにより、本実施形態のように、ランプ電圧Vlaが大きいほど、変調駆動期間VDの長さtvを大きくすることで、放電灯90が劣化した場合であっても、突起552pを好適に成長させることができる。したがって、放電灯90の寿命をより向上できる。
また、本実施形態によれば、制御部40は、低電力駆動において、上述したランプ電圧Vlaに応じた変調駆動期間VDのパラメーター変化を実行する。低電力駆動においては、定格駆動に比べて放電灯90に供給される駆動電力Wdが小さいため、放電灯90が劣化した場合に、第1電極92の突起552pが特に溶融しにくくなりやすく、突起552pが成長しにくい。したがって、上述したランプ電圧Vlaに応じた変調駆動期間VDのパラメーター変化による効果は、低電力駆動において特に大きく得られる。
また、本実施形態によれば、制御部40は、変調駆動期間VDを、所定間隔を空けて繰り返す。そのため、第1電極92に過度な熱負荷が加えられることを抑制しつつ、定常駆動期間SDの中で突起552pの形状が崩れてきた際に、変調駆動期間VDを挿入して突起552pを整形することができる。これにより、変調駆動期間VDを好適に実行しやすく、放電灯90の寿命をより向上できる。
また、例えば、駆動電力Wdが比較的小さい場合においては、駆動電力Wdが比較的大きい場合に比べると、突起552pの形状が崩れにくく、突起552pの損耗が小さい。このような場合、変調駆動期間VDを駆動電力Wdが比較的大きい場合と同様に実行すると、突起552pの溶融および成長が過度に行われ、却って突起552pを損耗させる場合がある。
これに対して、本実施形態によれば、制御部40は、駆動電力Wdが小さいほど、変調駆動期間VDの間隔を大きくする。そのため、駆動電力Wdの大きさ、すなわち定常駆動期間SDにおける突起552pの崩れ度合い(損耗度合い)に応じて、変調駆動期間VDが設けられる頻度を適切に設定することができる。これにより、駆動電力Wdに応じて、突起552pを好適に成長させることができ、放電灯90の寿命をより向上できる。
また、例えば、駆動電力Wdが比較的大きいと、第1電極92に加えられる熱負荷が比較的大きいため、変調駆動期間VDにおいて突起552pが過度に溶融される場合がある。また一方で、駆動電力Wdが比較的小さいと、第1電極92に加えられる熱負荷が比較的小さいため、変調駆動期間VDにおいて突起552pを好適に溶融できない場合がある。
これに対して、本実施形態によれば、制御部40は、駆動電力Wdが小さいほど、第1直流期間DC1の長さtd1の最大値と最小値との間の変化幅、および第2直流期間DC2の長さtd2の最大値と最小値との間の変化幅を大きくする。そのため、駆動電力Wdが比較的大きい場合に、各直流期間において熱負荷の大きさの最大値と最小値との間の変化幅を小さくすることができ、突起552pが過度に溶融されることを抑制できる。また、駆動電力Wdが比較的小さい場合に、各直流期間において熱負荷の大きさの最大値と最小値との間の変化幅を大きくすることができ、第1電極92に加えられる熱負荷の変化による刺激を大きくできる。これにより、駆動電力Wdが比較的小さい場合であっても、変調駆動期間VDにおいて、好適に突起552pを溶融させることができる。したがって、放電灯90の寿命をより向上できる。
なお、本実施形態においては、以下の構成および方法を採用することもできる。
変調駆動期間VDは、例えば、放電灯90を点灯する際の立上期間に設けられてもよい。変調駆動期間VDは、放電灯90が点灯されるごとに一度のみ設けられてもよい。また、変調駆動期間VDを構成する駆動サイクルCは、設けられるごとに変化してもよい。また、駆動サイクルCを構成する各変調期間の長さは、互いに異なっていてもよい。
また、単位期間Uにおける第1直流期間DC1の長さtd1と第2直流期間DC2の長さtd2との合計長さtdは、一定でなくてもよい。合計長さtdは、例えば、単位期間Uが設けられるごとに変化してもよい。
また、ランプ電圧Vlaに応じた変調駆動期間VDの各パラメーター変化は、定格駆動において実行されてもよいし、定格駆動および低電力駆動の両方において実行されてもよいし、定格駆動および低電力駆動の両方において実行されなくてもよい。また、駆動電力Wdに応じた変調駆動期間VDの各パラメーター変化は、実行されなくてもよい。
また、本実施形態において、変調駆動期間VDにおける各直流期間の時間比DRは、1つの駆動サイクルC内において正弦波状に変化したが、これに限らない。時間比DRは、例えば、直線状に変化してもよいし、放物線状に変化してもよい。
また、本実施形態において、放電灯90に供給される駆動電流Iは、定常駆動期間SDと変調駆動期間VDとを交互に有していたが、これに限らない。例えば、制御部40は、定常駆動期間SDにおいて放電灯90に供給される交流電流の周波数よりも低い周波数(例えば150Hz以下)の交流電流が放電灯90に供給される低周波期間を所定のタイミングで設けてもよい。
<第2実施形態>
第2実施形態は、第1実施形態に対して、第3期間DC3が設けられる点において異なる。図11は、本実施形態の変調駆動期間VDにおいて放電灯90に供給される駆動電流Iの一例を示す図である。図11において、縦軸は駆動電流Iを示しており、横軸は時間Tを示している。なお、上記実施形態と同様の構成については、適宜同一の符号を付す等により説明を省略する場合がある。
本実施形態において制御部40は、第2期間DCの長さが所定値よりも大きくなる場合、第2期間DCの代わりに図11に示す第3期間DC3が設けられるように放電灯駆動部230を制御する。図11の例では、第2期間DCのうち第1直流期間DC1のみが第3期間DC3に代替された場合を示している。所定値は、例えば、20ms(ミリ秒)である。
第3期間DC3は、第1極性期間DC31および第2極性期間DC32を交互に含む期間である。第1極性期間DC31は、放電灯90に直流電流が供給される期間である。図11の例では、第1極性期間DC31においては、一定の電流値Imを有する第1極性の駆動電流Iが放電灯90に供給される。
第2極性期間DC32は、第1極性期間DC31において放電灯90に供給される直流電流の極性と反対の極性を有する直流電流が放電灯90に供給される期間である。図11の例では、第2極性期間DC32においては、一定の電流値−Imを有する第2極性の駆動電流Iが放電灯90に供給される。
第1極性期間DC31の長さtd31は、第2極性期間DC32の長さtd32よりも大きい。第1極性期間DC31の長さtd31は、例えば、第2極性期間DC32の長さtd32の10倍以上である。第1極性期間DC31の長さtd31がこのように設定されることで、第3期間DC3において、一方の電極を好適に加熱しつつ、他方の電極の温度が低下し過ぎることを好適に抑制できる。
第1極性期間DC31の長さtd31は、例えば、5ms(ミリ秒)以上、20ms(ミリ秒)以下である。第2極性期間DC32の長さtd32は、0.5ms(ミリ秒)よりも小さい。第3期間DC3に含まれる第1極性期間DC31の長さtd31の合計は、第3期間DC3に代替されなかった場合に実行される第2期間DCの長さと同じである。
例えば、変調駆動期間VDにおいて長さが所定値よりも大きく設定された第2期間DCが設けられた場合、第2期間DCで加熱される電極と反対の電極、例えば第2電極93の温度が低下し過ぎる虞がある。
これに対して、本実施形態によれば、第2期間DCの長さtd2が所定値よりも大きくなる場合、第2期間DCの代わりに、第1極性期間DC31において放電灯90に供給される直流電流と反対の極性の直流電流が放電灯90に供給される第2極性期間DC32を有する第3期間DC3が設けられる。そのため、第3期間DC3の長さtd3を大きくした場合、すなわち第1極性期間DC31の長さの合計を大きくした場合であっても、第3期間DC3中に第2極性期間DC32によって第2電極93を加熱できる。これにより、第3期間DC3で加熱される電極、例えば第1電極92を十分に加熱しつつ、第1電極92と反対の第2電極93の温度が低下し過ぎることを抑制できる。
なお、上述の実施形態において、透過型のプロジェクター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、反射型のプロジェクターにも適用することも可能である。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する。「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する。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、上述の実施形態において、3つの液晶パネル560R,560G,560B(液晶ライトバルブ330R,330G,330B)を用いたプロジェクター500の例を挙げたが、本発明は、1つの液晶パネルのみを用いたプロジェクター、4つ以上の液晶パネルを用いたプロジェクターにも適用可能である。
また、上述の実施形態において述べた各構成は、矛盾しない範囲内において、相互に組み合わせることができる。
10…放電灯点灯装置(放電灯駆動装置)、40…制御部、90…放電灯、92…第1電極、93…第2電極、200…光源装置、230…放電灯駆動部、330R,330G,330B…液晶ライトバルブ(光変調装置)、350…投射光学系、500…プロジェクター、502,512R,512G,512B…画像信号、AC…第1期間、DC…第2期間、DC1…第1直流期間、DC2…第2直流期間、DC3…第3期間、DC31…第1極性期間、DC32…第2極性期間、I…駆動電流、td…合計長さ、U…単位期間、VD…変調駆動期間、Vla…ランプ電圧(電極間電圧)、Wd…駆動電力

Claims (15)

  1. 第1電極および第2電極を有する放電灯に駆動電流を供給する放電灯駆動部と、
    前記放電灯駆動部を制御する制御部と、
    を備え、
    前記駆動電流は、1kHzよりも高い周波数の交流電流が前記放電灯に供給される第1期間と、直流電流が前記放電灯に供給される第2期間と、が交互に繰り返される変調駆動期間を有し、
    前記第2期間において前記放電灯に供給される直流電流の極性は、前記第2期間が設けられるごとに反転し、
    前記制御部は、前記変調駆動期間において、
    前記第2期間のうち第1極性の直流電流が前記放電灯に供給される第1直流期間の長さ、および前記第2期間のうち第2極性の直流電流が前記放電灯に供給される第2直流期間の長さを周期的に変化させ、
    前記第1直流期間の長さと前記第2直流期間の長さとのうちの一方を増加させる間、前記第1直流期間の長さと前記第2直流期間の長さとのうちの他方を減少させることを特徴とする放電灯駆動装置。
  2. 前記変調駆動期間において、1つの前記第1直流期間と1つの前記第2直流期間とを含む単位期間が繰り返され、
    前記変調駆動期間において、前記単位期間における前記第1直流期間の長さと前記第2直流期間の長さとの合計長さは、ほぼ一定である、請求項1に記載の放電灯駆動装置。
  3. 前記放電灯の電極間電圧を検出する電圧検出部をさらに備え、
    前記制御部は、検出された前記電極間電圧に応じて、前記変調駆動期間における前記合計長さを変化させる、請求項2に記載の放電灯駆動装置。
  4. 前記制御部は、検出された前記電極間電圧が大きいほど、前記変調駆動期間における前記合計長さを大きくする、請求項3に記載の放電灯駆動装置。
  5. 前記制御部は、
    第1駆動電力が前記放電灯に供給される第1駆動と、前記第1駆動電力よりも小さい第2駆動電力が前記放電灯に供給される第2駆動と、を実行可能であり、
    前記第2駆動において、検出された前記電極間電圧に応じて、前記変調駆動期間における前記合計長さを変化させる、請求項3または4に記載の放電灯駆動装置。
  6. 前記放電灯の電極間電圧を検出する電圧検出部をさらに備え、
    前記制御部は、検出された前記電極間電圧に応じて、前記変調駆動期間の長さを変化させる、請求項1から5のいずれか一項に記載の放電灯駆動装置。
  7. 前記制御部は、検出された前記電極間電圧が大きいほど、前記変調駆動期間の長さを大きくする、請求項6に記載の放電灯駆動装置。
  8. 前記制御部は、
    第1駆動電力が前記放電灯に供給される第1駆動と、前記第1駆動電力よりも小さい第2駆動電力が前記放電灯に供給される第2駆動と、を実行可能であり、
    前記第2駆動において、検出された前記電極間電圧に応じて、前記変調駆動期間の長さを変化させる、請求項6または7に記載の放電灯駆動装置。
  9. 前記制御部は、前記変調駆動期間を、所定間隔を空けて繰り返す、請求項1から8のいずれか一項に記載の放電灯駆動装置。
  10. 前記制御部は、前記放電灯に供給される駆動電力が小さいほど、前記所定間隔を大きくする、請求項9に記載の放電灯駆動装置。
  11. 前記制御部は、前記放電灯に供給される駆動電力が小さいほど、前記第1直流期間の長さの最大値と最小値との間の変化幅、および前記第2直流期間の長さの最大値と最小値との間の変化幅を大きくする、請求項1から10のいずれか一項に記載の放電灯駆動装置。
  12. 前記制御部は、前記第2期間の長さが所定値よりも大きくなる場合、前記第2期間の代わりに、第3期間が設けられるように前記放電灯駆動部を制御し、
    前記第3期間は、前記放電灯に直流電流が供給される第1極性期間、および前記第1極性期間において前記放電灯に供給される前記直流電流の極性と反対の極性を有する直流電流が前記放電灯に供給される第2極性期間を交互に含み、
    前記第1極性期間の長さは、前記第2極性期間の長さよりも大きく、
    前記第2極性期間の長さは、0.5msよりも小さい、請求項1から11のいずれか一項に記載の放電灯駆動装置。
  13. 光を射出する放電灯と、
    請求項1から12のいずれか一項に記載の放電灯駆動装置と、
    を備えることを特徴とする光源装置。
  14. 請求項13に記載の光源装置と、
    前記光源装置から射出される光を画像信号に応じて変調する光変調装置と、
    前記光変調装置により変調された光を投射する投射光学系と、
    を備えることを特徴とするプロジェクター。
  15. 第1電極および第2電極を有する放電灯に駆動電流を供給して、前記放電灯を駆動する放電灯駆動方法であって、
    1kHzよりも高い周波数の交流電流が前記放電灯に供給される第1期間と、直流電流が前記放電灯に供給される第2期間と、が交互に繰り返される変調駆動期間を有する前記駆動電流を前記放電灯に供給し、
    前記第2期間において前記放電灯に供給される直流電流の極性を、前記第2期間が設けられるごとに反転させ、
    前記変調駆動期間において、前記第2期間のうち第1極性の直流電流が前記放電灯に供給される第1直流期間の長さ、および前記第2期間のうち第2極性の直流電流が前記放電灯に供給される第2直流期間の長さを周期的に変化させ、
    前記第1直流期間の長さと前記第2直流期間の長さとのうちの一方を増加させる間、前記第1直流期間の長さと前記第2直流期間の長さとのうちの他方を減少させることを特徴とする放電灯駆動方法。
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