JP4293244B2 - プロジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、一対の電極と主反射鏡と副反射鏡とを有する光源装置及びこれを用いた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として、発光管からの光をできるだけ有効に利用するために補助ミラーを設けたものが存在する。この場合に、補助ミラーのような副反射鏡を用いた結果として、発光管における一対の電極のうち補助ミラー側の電極の温度が高くなる場合があるため、補助ミラー側の電極の熱容量を大きくして温度を調整するものが知られている（特許文献１参照）。
ＷＯ２００４／０８６４５３号公報

しかしながら、上記のような光源ランプでは、副反射鏡による反射光の一部が一対の電極のうち補助ミラーと反対側にある主ミラー側の電極を照射するため、光源ランプの起動時に主ミラー側の電極の温度が急激に上昇しやすくなり、電極の先端が溶けて光源ランプの特性を劣化させる場合があった。

なお、光源ランプの起動時における電極温度の急激な上昇については、起動時のランプ電流の増加を小さくすることによって防止することもできるが、この場合、ランプが定格の安定動作に達するまでの時間が長くなってしまうという問題がある。

そこで、本願発明は、補助ミラーのような副反射鏡からの反射光の影響により起動時に電極が劣化することを抑えつつ、迅速な起動を実現できる光源装置及びこれを組み込んだ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、本発明に係る光源装置は、（ａ）相互間の放電により発光を行う第１の電極と第２の電極と、（ｂ）第１及び第２の電極を内部に離間配置するための放電空間を有する本体部分と、本体部分の両端に設けられた封止部とを有する発光管と、（ｃ）第１の電極側に配置され、第１及び第２の電極間の放電により発生した光源光を反射して被照明領域に射出する主反射鏡と、（ｄ）主反射鏡に対向して第２の電極側に配置され、光源光を主反射鏡側へ反射する副反射鏡と、（ｅ）第１及び第２の電極間で放電を行わせるための交流電流を第１及び第２の電極に供給するとともに、第１及び第２の電極に対して給電を開始した後から安定動作が開始するまでの間において、少なくとも安定動作が開始する直前の所定期間中に、第１の電極の陽極期間の供給エネルギーが陰極期間の供給エネルギーより小さいものとなるよう電力制御を行う電流駆動装置とを備える。

上記光源装置では、電流駆動装置による交流電流の電力制御によって、少なくとも安定動作が開始する直前の所定期間中に、第１の電極の陽極期間の供給エネルギーが陰極期間の供給エネルギーより小さいものとなるようにしている。したがって、安定動作が開始する直前において第１の電極の温度が急激に上昇することを防止して光源装置の寿命を延ばすことができる。すなわち、起動時において、第１の電極が放電と補助ミラーからの反射光の照射とによってダメージを受ける場合であっても、供給エネルギーの調節によって、当該放電及び反射光によって両電極が受けるダメージの差が均一化され、電極の早期の劣化を抑えることができる。また、本発明の光源装置では、第１及び第２の電極に対して給電を開始して安定するまでの起動時において、第２の電極が陽極である場合の供給エネルギーを相対的に増加させることにより、全体としての供給電力を比較的大きなものとできるので、光源装置の迅速な起動を確保することができる。

また、本発明の具体的な態様又は観点として、電流駆動装置が、第１及び第２の電極に対して給電を開始した後から安定動作が開始するまでの間、略一定電流を第１及び第２の電極に供給する。ここで、略一定電流とは、交流を平滑化した電流が略一定であることをあることを意味し、起動時全体で正確に一定電流である場合に限らず、発光管の特性に応じて起動時中に電流値を適宜増減させる場合を含むものとする。これにより、第１及び第２の電極に過剰な負荷をかけることなく、比較的迅速に定格の安定動作に到達させることができ、光源装置の迅速な起動を達成することができる。

本発明の別の態様として、電流駆動装置が、第１の電極の陽極期間と陰極期間との時間比を調整することにより電力制御を行う。これにより、例えば、陽極期間と陰極期間とにおける電流の絶対値に差がなくても、第１の電極の陽極期間における供給エネルギーと陰極期間における供給エネルギーとに所定の差を設けることができる。

本発明のさらに別の態様として、電流駆動装置が、第１の電極の陽極期間と陰極期間とにおける電流比を調整することにより電力制御を行う。これによっても、第１の電極の陽極期間と陰極期間とにおける供給エネルギーに所定の差を設けることができる。

本発明のさらに別の態様として、主反射鏡及び副反射鏡が、光軸に対して略軸対称な反射曲面を有し、第１及び第２の電極の電極軸は、光軸と略一致するように配置されている。これにより、放電において、第１及び第２の電極間の発光中心を光軸に略一致するように配置することができ、主反射鏡及び副反射鏡により光源光が有効に利用されるとともに適切な被照明領域に射出される。

また、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）上記いずれかの光源装置と、（ｂ）光源装置からの照明光によって照明される光変調装置と、（ｃ）光変調装置を経た像光を投射する投射光学系とを備える。

本発明に係るプロジェクタは、上記いずれかの光源装置を用いるので、光源の始動時における劣化が抑制され、光源の寿命が長いものとなる。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る光源装置について説明するための断面図である。本実施形態における光源装置１００は、光源ユニット１０と、電流駆動装置７０とを備える。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。電流駆動装置７０は、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の両端側に延びる第１及び第２封止部１３、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の電極１５の先端部と、同様にタングステン製の第２の電極１６の先端部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とが封入されている。この本体部分１１の両端に延びる各封止部１３、１４の内部には、本体部分１１に設けた第１及び第２の電極１５、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、両封止部１３、１４の端部は、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に電流駆動装置７０により交流電圧を印加すると、一対の電極１５、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１から明らかなように、リフレクタ２は、第１の電極１５側に配置され、副鏡３は、リフレクタ２に対向して第２の電極１６側に配置される。したがって、第１の電極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、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ている。

リフレクタ２は、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とを備えた石英ガラス製の一体成形品である。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及び第２の電極１５、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、一対の電極１５、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２（Ａ）及び（Ｂ）は、光源ユニット１０に設けた副鏡３による光源光の反射について説明する拡大断面図である。副鏡３の副反射部３ａは、本体部分１１内の第１及び第２の電極１５、１６間で生じるアーク放電のうち発光中心Ｏから射出された光源光を発光中心Ｏに戻すように設計されており、発光中心Ｏから大きく離れた位置から射出された光源光については、発光中心Ｏから大きく離れた位置に戻される。すなわち、図２（Ａ）に示すように、第１の電極１５の付近から射出された光源光は、副反射部３ａによって対向する第２の電極１６の付近に一旦集光された後、本体部分１１内から副鏡３によって遮られないように外部に射出される。一方、図２（Ｂ）に示すように、第２の電極１６の付近から射出された光源光は、副反射部３ａによって対向する第１の電極１５の付近に集光されるが、この際、第１の電極１５で多くの光束が遮られる。このように副反射部３ａに向き合う第１の電極１５側で遮られた光源光は、有効に利用されないだけでなく、第１の電極１５にダメージを与える可能性を高める。すなわち、第１及び第２の電極１５、１６の先端周辺部は、アーク放電によってダメージ受け易い状態となっており、特に光源ユニット１０の点灯を開始する準備段階である起動時において、上述のように第１電極１５に副反射部３ａからの反射光が入射すると、第１電極１５の先端周辺部で加熱による溶融と劣化とを意味するダメージが急激に進行するため、光源ユニット１０の早期劣化の原因となっている。

図３は、第１及び第２の電極１５、１６の先端周辺部についての拡大図である。第１及び第２の電極１５、１６は、先端部１５ａ、１６ａと、溶接大径部１５ｂ、１６ｂと、コイル部１５ｃ、１６ｃと、軸部１５ｄ、１６ｄとを備える。第１及び第２の電極１５、１６の先端周辺部は、軸部１５ｄ、１６ｄにタングステンを巻き付け、これを溶融することにより形成される。つまり、溶融により、溶接大径部１５ｂ、１６ｂが形成され、さらに、その先端に先端部１５ａ、１６ａが形成される。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及び第２の電極１５、１６は、塊状の溶接大径部１５ｂ、１６ｂを有することで、熱容量を大きくすることができる。

第１及び第２の電極１５、１６の先端部１５ａ、１６ａは、発光管１での放電の電極間距離を定めるものとなり、当該放電時において主として電子の衝突を受ける部分となる。つまり、各先端部１５ａ、１６ａは、いずれもアーク放電時の電流によって過熱やダメージを受け易くなり、特に起動時において安定動作が開始する直前の最終期間中のアーク放電によって過熱やダメージが進行し易い状態となっている。この場合、両電極１５、１６のうち、特に電子を受ける側となる陽極側への過熱やダメージが相対的に大きくなるが、交流電流を用いる場合、第１の電極１５及び第２の電極１６の極性が周期的に切り替わって、双方が陽極側にも陰極側にもなりうる。

一方、図２で説明したように、両電極１５、１６間のアーク放電によって発生した光のうち、上述した副反射部３ａを経た一部の反射光によるダメージは、両電極１５、１６
のうち、特に第１の電極１５側の先端部１５ａ側で大きくなり、この先端部１５ａを起動毎に漸次劣化させる要因となっている。つまり、第１の電極１５側の先端部１５ａに入射する高輝度の反射光は、特に起動時において、安定動作が開始する直前の最終期間中のアーク放電との相乗効果によって先端部１５ａを過剰に過熱する。つまり、先端部１５ａに入射する安定動作に匹敵する高輝度の反射光と、上記最終期間中のアーク放電によって先端部１５ａに多量に入射する電子との相乗作用によって、第１の電極１５の過剰に加熱され、劣化すなわちダメージの進行が加速される。

図４は、参考のため添付したもので、旧来型の光源ユニット１０の起動時における第１の電極１５の温度変動を示すグラフである。横軸は、点灯時間を示し、縦軸は、電極温度すなわち先端部１５ａの温度を示す。このグラフにおいて、実線は、副鏡３を設けた第１比較例の光源ユニット１０の第１の電極１５の電極温度を示し、点線は、副鏡３を設けていない第２比較例の光源ユニット１０の第１の電極１５の電極温度を示す。第１比較例の光源ユニット１０の場合、本実施形態の光源ユニット１０と構成上の差はないが、第１の電極１５が陽極であるときに供給するエネルギーと、第２の電極１６が陽極であるときに供給するエネルギーとを等しくしてある。第１比較例の光源ユニット１０の場合、定電流で駆動される起動時において、定電力で駆動される安定動作時に切り替わる直前に、第１の電極１５側の先端部１５ａにおける電極温度が急激に上昇していることが分かる（グラフ中のＡ部分参照）。なお、第２比較例の光源ユニット１０の場合、起動時から安定動作時に切り替わる直前に第１の電極１５側の先端部１５ａにおける電極温度が急激に上昇するという上述の第１比較例のような現象が認められない。つまり、起動時から安定動作時に切り替わる直前に第１の電極１５の電極温度が上昇する現象は、副鏡３を設けたこと、すなわち第１電極１５に副反射部３ａからの反射光が入射することに起因すると考えられる。

本実施形態では、このような第１の電極１５の劣化現象による光源ユニット１０の寿命短縮を抑えるため、第１及び第２の電極１５、１６に対して給電を開始した後から安定するまでの起動時、或いは起動時のうち、少なくとも定動作が開始する直前の最終期間において、電流駆動装置７０の電力制御により、陽極時の第１及び第２の電極１５、１６に供給するエネルギーに差を与え、第１の電極１５の温度の急上昇によるダメージを低減する。なお、上記のような最終期間における第１の電極１５へのダメージを回避した場合、その後の安定動作時すなわち定格電力での駆動では、第１の電極１５の先端部１５ａが溶ける現象を抑制できることを実験的に確認した。

図５は、電流駆動装置７０の構成を模式的に示すブロック図である。電流駆動装置７０は、図１等の一対の電極１５、１６間での放電を行うための交流電流を発生させるとともに、両電極１５、１６に対する交流電流の供給状態を制御する。電流駆動装置７０は、点灯装置７０ａと、制御装置７０ｂと、ＤＣ／ＤＣコンバータ７０ｃとを備える。なお、ここでは、一例として、電流駆動装置７０が、外部電源を使用する場合について説明する。つまり、電流駆動装置７０は、ＡＣ／ＤＣコンバータ８０に接続されており、ＡＣ／ＤＣコンバータ８０は、商用電源９０に接続されている。ＡＣ／ＤＣコンバータ８０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１の光源ユニット１０を点灯駆動させる部分であり、図５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８０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。

インバータ回路７２は、ダウンチョッパ７１から供給される直流電流を所定の周波数の交流電流に変換して図１の光源ユニット１０に供給する部分である。このインバータ回路７２は、スイッチング素子からなる一対のインバータを備え、制御装置７０ｂによる制御の下、２個ずつのスイッチング素子を交互にＯＮ／ＯＦＦするタイミングを調整する。これによって、このインバータ回路７２からの出力波形のデューティ比や正負の電圧比を調整することができる。

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の一対の電極１５、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、種々の制御を行うための機能を有する。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の制御によって光源ユニット１０を定電流で駆動し、さらにその後の安定動作時にダウンチョッパ７１の制御によって光源ユニット１０を定電力で駆動する。特に、起動時において、電力変動制御部７４は、インバータ回路７２の制御によって、第１の電極１５が陽極であるときに供給するエネルギーを第２の電極１６が陽極であるときに供給するエネルギーよりも小さくして、第１の電極１５へのダメージを低減する。以上のような機能を達成するため、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１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、電圧の振幅が調整され、同様にダウンチョッパ７１を制御して出力電流を調整することによって、電流の振幅が調整される。また、例えばインバータ回路７２を制御して出力波形のデューティ比や正負の電圧又は電流比を調整することによって、陽極・陰極の期間や、陽極時・陰極時における電流の絶対値の最大値の調整をすることができる。

図１に戻って、光源ユニット１０の発光管１に対して電流駆動装置７０により点灯が開始されると、第１及び第２の電極１５、１６間に、既述のように、高電圧が印加されて放電路が形成され、アーク放電が発生する。この放電によって、放電空間１２内の温度が徐々に上昇し、放電媒体であるガスが徐々に加熱・気化され、発光中心Ｏ及びその周辺において発光現象が生じ徐々に発光輝度が増加する。この際、電力変動制御部７４は、動作電圧が低い発光管１を安全に動作させるため、起動時すなわち安定動作に移行するまでの１分〜数分間、ダウンチョッパ７１の動作状態を制御して、光源ユニット１０の両電極１５、１６間に一定電流を供給させる。その後、電力変動制御部７４は、発光管１の動作電圧が十分に上昇した段階で、発光管１の駆動を安定動作に切り替える。つまり、電力変動制御部７４は、ダウンチョッパ７１の動作状態を制御して、光源ユニット１０の両電極１５、１６間に一定電力を供給させる。

以上説明した起動時の定電流制御に際して、電力変動制御部７４は、インバータ回路７２の動作状態を制御することによって、第１の電極１５が陽極であるときに供給する電流を第２の電極１６が陽極であるときに供給する電流よりも小さくする電力制御を行う。また、起動時の定電流制御に際して、電力変動制御部７４は、インバータ回路７２の動作状態を制御することによって、第１の電極１５が陽極である時間を第２の電極１６が陽極である時間よりも短くする電力制御を行う。以上のような電力制御により、第１の電極１５に副鏡３からの反射光が第１電極１５に入射しても、第１の電極１５の温度上昇を抑えそのダメージを低減することができる。

図６は、電流駆動装置７０の動作例を説明するフローチャートである。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を適宜動作させ、光源ユニット１０を定電流で発光させる（ステップＳ１２）。次に、制御装置７０ｂは、電力変動制御部７４を介してインバータ回路７２を適宜動作させ、第１及び第２の電極１５、１６に供給するエネルギー比の調整を開始する（ステップＳ１３）。すなわち、光源ユニット１０の第１の電極１５が陽極であるときにこの第１の電極１５に供給されるエネルギーが、第２の電極１６が陽極であるときにこの第２の電極１６に供給されるエネルギーよりも小さくなる。次に、制御装置７０ｂは、両検出回路７６、７６等の検出出力を利用して、光源ユニット１０への供給電力Ｐが目標値Ｐ０に達したか否かを判断する（ステップＳ１４）。なお、発光管１の初期抵抗は低いが起動時に徐々に増加するので、光源ユニット１０の定電流駆動によって、光源ユニット１０への供給電力は徐々に増加する。光源ユニット１０への供給電力Ｐが安定動作を実現する目標値Ｐ０に達した場合、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を適宜動作させ、光源ユニット１０を定電力で発光させる（ステップＳ１５）。これと並行して、制御装置７０ｂは、電力変動制御部７４を介してインバータ回路７２を適宜動作させ、第１及び第２の電極１５、１６に供給するエネルギー比の調整を停止する（ステップＳ１６）。つまり、第１の電極１５が陽極であるときにこれに供給されるエネルギーと、第２の電極１６が陽極であるときにこれに供給されるエネルギーとが略等しくなる。

図７は、電流駆動装置７０による起動時の動作波形の一例を示すグラフであり、図６のステップＳ１３における電力制御、すなわち第１及び第２の電極１５、１６に供給するエネルギー比の調整を説明するものである。ここで、横軸は時間を示し、縦軸は第１の電極１５への供給電流の値を示す。そして、電流の値が正である期間が、第１の電極１５の陽極期間Ｔａ（第２の電極１６の陰極期間）となっており、負である期間が、第１の電極１５の陰極期間Ｔｂ（第２の電極１６の陽極期間）となっている。図７から明らかなように、電流駆動装置７０は、第１の電極１５の陽極期間Ｔａと陰極期間Ｔｂとの時間比を制御することにより電力制御を行っている。ここでは特に、第１の電極１５が陽極である時間を、陰極である時間よりも短くしている。すなわち、両電極１５、１６に供給される交流電流の一周期において、第１の電極１５の陽極期間Ｔａが、その陰極期間Ｔｂよりも短い（Ｔａ＜Ｔｂ）。これによって、陽極期間の供給エネルギーを陰極期間の供給エネルギーより小さいものとなるようにしている。ここで、「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、「陽極期間の供給エネルギー」とは、第１の電極１５が陽極として働く時間内での消費電力の累積値を言う。同様に「陰極期間の供給エネルギー」とは、第１の電極１５が陰極として働く時間内での消費電力の累積値を言う。例えば、図７のようなパルス型の矩形波形状のグラフの場合、各供給エネルギーは、電流の値が正のときと負のときとでそれぞれが形成する長方形の面積Ｓａ、Ｓｂが当該累積値の一つに相当する。つまり、この場合、Ｓａ＜Ｓｂとなるように制御される。

なお、起動時における第１の電極１５の陽極期間Ｔａと陰極期間Ｔｂとの時間比の決定は、例えば、副鏡３からの反射光によって第１の電極１５が受けるダメージの度合を計測して統計的に処理し、このようなダメージを低減できるような時間比を設定することができるが、時間比の設定は、このような手法に限られるものではない。なお、具体的な動作例では、陽極期間Ｔａの陰極期間Ｔｂに対する割合を例えば０．３〜０．４程度の範囲で調整したが、第１の電極１５の先端温度を第２の電極１６の先端温度と同程度に低下させ得ることを実験的に確認した。

また、この他にも、例えば図８のように、第１の電極１５の陽極期間Ｔａと陰極期間Ｔｂとにおける電流比を制御することにより電力制御を行うことも可能である。より具体的には、図８のような場合、陽極期間及び陰極期間のそれぞれの電流の最大の絶対値であるピーク電流値Ｉｍａｘａ、Ｉｍａｘｂについて、陽極期間のピーク電流値Ｉｍａｘａを陰極期間のピーク電流値Ｉｍａｘｂよりも小さくする（Ｉｍａｘａ＜Ｉｍａｘｂ）。この場合、例えば、陽極期間Ｔａと、陰極期間Ｔｂとを等しくしても（Ｔａ＝Ｔｂ）、供給エネルギーを示す面積Ｓａ、Ｓｂを、Ｓａ＜Ｓｂとすることができる。なお、期間Ｔａ、Ｔｂ及びピーク電流値Ｉｍａｘａ、Ｉｍａｘｂの双方について調整を行うものであってもよい。いずれにおいても、所望の割合で第１の電極１５の陽極期間の供給エネルギーが陰極期間の供給エネルギーより小さいものとなるよう電力制御を行うことができる。

以上のように、電流駆動装置７０によって起動時の電力制御を行うことで、第１の電極１５に関しては、陽極期間中の供給エネルギーが陰極期間中の供給エネルギーより小さいものとなるようにしている。これにより、図４に示すような起動時から安定動作時に切り替わる直前に第１の電極１５の電極温度が上昇する現象を抑えることができ、光源ユニット１０の寿命を延ばすことができる。すなわち、起動時において、第１の電極１５が放電によるダメージに加え副鏡３からの反射光の照射によるダメージを受ける場合であっても、両電極１５、１６が陽極か陰極かに応じた供給エネルギーの調節によって、当該放電及び反射光によって両電極が受けるダメージの差が均一化され、第１の電極１５の早期劣化を防止することができる。ここで、第１及び第２の電極１５、１６に対して給電を開始して安定するまでの起動時において、全体としての供給電力を従来と同様に比較的大きく維持できるので、光源ユニット１０の迅速な起動を確保することができる。

また、上述の技術に加え、例えば、図９のように、第１の電極１５の先端部１５ａ及びその周辺部のサイズを、第２の電極１６の先端部１６ａ及びその周辺部のサイズより大きくしてもよい。この場合、第１の電極１５の熱容量が大きくなるので、温度上昇が第２の電極１６よりも生じにくく、安定動作直前のアーク放電によるダメージに対する耐性が強くなる。このような場合であっても、副鏡３による反射光から受けるダメージの度合等を加味した場合に差があれば、統計上計測し、これに基づいて先と同様に第１の電極１５の陽極期間の供給エネルギーと陰極期間の供給エネルギーとに差を設けることができる。この場合、各電極のサイズを同じにする場合に比べ、当該供給エネルギーの差は小さくてもよい。また、この場合、例えば、第１の電極１５のサイズは、アーク放電により発生した光を遮って光の利用効率を下げない程度の大きさに止めることとするのが望ましいため、これを加味して当該供給エネルギーの差を制御してもよい。

なお、以上説明した光源装置において、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、本実施形態では、電流駆動装置７０によって印加される電圧・電流は、いずれも方形状の波形であるが、当該波形は、これに限らず、例えば、三角波のようなもの等であってもよい。この場合、例えば第１の電極１５の陽極期間における電流ピーク値又は供給エネルギーがその陰極期間における電流ピーク値又は供給エネルギーよりも小さくなるように制御する。

また、本実施形態では、第１及び第２の電極１５、１６に対して給電を開始して安定するまでの起動時全体に亘って、第１の電極１５の陽極期間の供給エネルギーが陰極期間の供給エネルギーより小さいものとなるようにしているが、起動時から安定動作時に切り替わる直前の最終期間においてのみ、電流駆動装置７０により、第１の電極１５の陽極期間の供給エネルギーが陰極期間の供給エネルギーより小さくなるように制御することもできる。

また、本実施形態では、発光管１の動作が安定するまでの起動時において、定電流で発光を行わせているが、この起動時全体に亘って発光管１に一定電流を供給する必要はなく、発光管１に供給する電流を段階的に変化させて発光管１の安定動作がより保たれるような制御を行うこともできる。

〔第２実施形態〕
第１実施形態では、本発明の光源装置について説明したが、第２実施形態では、本発明の光源装置を組み込んだプロジェクタについて説明する。

図１０は、第２実施形態に係るプロジェクタ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、光変調装置である液晶ライトバルブ４０ａ、４０ｂ、４０ｃと、クロスダイクロイックプリズム５０と、投射光学系である投射レンズ６０とを備える。なお、光源装置１００は、第１実施形態のものと同一であるので説明を省略する。

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及び第２フライアイレンズ２３ａ、２３ｂと、光の偏光方向を揃える偏光変換素子２４と、両フライアイレンズ２３ａ、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、光源光の光束方向を略平行に変換する。第１及び第２フライアイレンズ２３ａ、２３ｂは、それぞれマトリックス状に配置された複数の要素レンズからなり、これらの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・発散させる。偏光変換素子２４は、ＰＢＳ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及び第２ダイクロイックミラー３１ａ、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により形成された照明光を赤（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、ＲＧＢ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、ＧＢ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〜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〜４２ｃと、各液晶パネル４１ａ〜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〜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及び第２ダイクロイックミラー３１ａ、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誘電体多層膜５１ａ、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光を誘電体多層膜５１ａ、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、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。

本実施形態のプロジェクタ２００は、第１実施形態で説明した光源装置１００を用いているので、光源の早期の劣化が防がれ、寿命が長くなり、したがって、光源の取替え回数を減らすことが可能である。

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。

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、一対のフライアイレンズ２３ａ、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、フライアイレンズ２３ａ、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１０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。

第１実施形態に係る光源装置について説明する断面図である。 （Ａ，（Ｂ）は、副反射鏡による反射光について説明する拡大断面図である。 一対の電極の先端周辺部についての一例を示す拡大図である。 光源ユニットの起動時における第１の電極の温度変動を示すグラフである。 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である。 光源ユニットの動作を説明するフローチャートである。 図５の電流駆動装置による動作波形の一例を示すグラフである。 図５の電流駆動装置による動作波形の他の一例を示すグラフである。 一対の電極の先端周辺部についての他の一例を示す拡大図である。 第２実施形態に係るプロジェクタを説明するための概念図である。

符号の説明

１００…光源装置、 １０…光源ユニット、 ７０…電流駆動装置、 １…発光管、 ２…リフレクタ、 ３…副鏡、 １１…本体部分、 １３、１４…第１、第２封止部、 １２…放電空間、 １５、１６…第１、第２の電極、 １７ａ、１７ｂ…金属箔、 １８ａ、１８ｂ…リード線、 ２０…照明光学系、 ３０…色分離光学系、 ４０ａ、４０ｂ、４０ｃ…液晶ライトバルブ、 ５０…クロスダイクロイックプリズム、 ６０…投射レンズ、 ７０…電流駆動装置、 ７０ａ点灯装置、 ７０ｂ…制御装置、 ７０ｃ…ＤＣ／ＤＣコンバータ、 ７６…ランプ電圧検出回路、 ７７…ランプ電流検出回路

Claims (6)

1. 相互間の放電により発光を行う第１の電極と第２の電極と、
   前記第１及び第２の電極を内部に離間配置するための放電空間を有する本体部分と、前記本体部分の両端に設けられた封止部とを有する発光管と、
   前記第１の電極側に配置され、前記第１及び第２の電極間の放電により発生した光源光を反射して被照明領域に射出する主反射鏡と、
   前記主反射鏡に対向して前記第２の電極側に配置され、前記第１電極の付近から射出された光を前記第２電極付近に一旦集光させるとともに前記第２電極の付近から射出された光を前記第１電極付近に一旦集光させるように前記光源光を前記主反射鏡側へ反射する副反射鏡と、
   前記第１及び第２の電極間で放電を行わせるための交流電流を前記第１及び第２の電極に供給するとともに、前記第１及び第２の電極に対して給電を開始した後から安定動作が開始するまでの間において、少なくとも安定動作が開始する直前の所定期間中に、前記副反射鏡からの反射光が照射される前記第１の電極の先端部への放電時のダメージを低減するように前記第１の電極の陽極期間の供給エネルギーが陰極期間の供給エネルギーより小さいものとなるよう電力制御を行う電流駆動装置と
   を備える光源装置。
2. 前記電流駆動装置は、前記第１及び第２の電極に対して給電を開始した後から安定動作が開始するまでの間、略一定電流を前記第１及び第２の電極に供給する請求項１記載の光源装置。
3. 前記電流駆動装置は、前記第１の電極の陽極期間と陰極期間との時間比を調整することにより前記電力制御を行う請求項１及び請求項２のいずれか一項記載の光源装置。
4. 前記電流駆動装置は、前記第１の電極の陽極期間と陰極期間とにおける電流比を調整することにより前記電力制御を行う請求項１から請求項３のいずれか一項記載の光源装置。
5. 前記主反射鏡及び前記副反射鏡は、光軸に対して略軸対称な反射曲面を有し、前記第１及び第２の電極の電極軸は、前記光軸と略一致するように配置されている請求項１から請求項４のいずれか一項記載の光源装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項記載の光源装置と、
   前記光源装置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
   を備えるプロジェクタ。

Images