JP4462358B2 - 放電灯の駆動方法および駆動装置、光源装置並びに画像表示装置 - Google Patents

Description

この発明は、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。

プロジェクタ等の画像表示装置に使用される光源として、高圧ガス放電ランプ等の高輝度放電ランプが使用される。高輝度放電ランプを点灯させる方法として、高輝度放電ランプに交流の電流（交流ランプ電流）を供給することが行われている。このように、交流ランプ電流を供給して高輝度放電ランプを点灯させる際に、高輝度放電ランプ内で生じるライトアークの安定度を向上させるため、絶対値がほぼ一定で、正パルスのパルス幅と負パルスのパルス幅との間のパルス幅比率が変調された交流ランプ電流を高輝度放電ランプに供給することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特表２００４−５２５４９６号公報

しかしながら、交流ランプ電流をパルス幅変調して高輝度放電ランプを点灯しても、例えば、放電電極が劣化している場合など、高輝度放電ランプの電極の状態によっては、ライトアークを安定させることが困難な場合がある。この問題は、高輝度放電ランプに限らず、電極間のアーク放電により光を放射する種々の放電ランプ（放電灯）に共通する。

本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、放電灯をより安定的に点灯させることを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
２つの電極間に印加する電圧の極性を交互に切り替えつつ、両電極間で放電を行うことにより点灯する放電灯の駆動方法であって、
前記極性切替の一周期において前記電極の一方が陽極として動作する陽極時間の比率である陽極デューティ比が互いに異なる第１の期間と第２の期間とを設けることにより、前記陽極デューティ比を変調し、
所定の条件が満たされた場合には、前記第１の期間と前記第２の期間を含み、前記変調が行われる一変調周期において、前記第２の期間よりも前記陽極デューティ比が高い前記第１の期間を前記第２の期間よりも長くする
放電灯の駆動方法。

この適用例によれば、所定の条件が満たされた場合、陽極デューティ比がより高い第１の期間が第２の期間よりも長く設定される。一般に、陽極デューティ比を高くすることにより、放電が発生する電極の先端部の温度が上昇する。そのため、第１の期間をより長くすることにより、電極の先端部が溶融し、ドーム状の突起の形成が促進される。放電ランプの電極間のアークは、通常、このように形成された突起を基点として生じる。そのため、アークの発生位置が安定し、放電灯はより安定的に点灯される。

［適用例２］
適用例１記載の放電灯の駆動方法であって、
前記一変調周期は、前記第２の期間よりも前記陽極デューティ比が低い第３の期間を含んでおり、
前記所定の条件が満たされた場合、前記一変調周期において、前記第３の期間を前記第２の期間よりも長くする
放電灯の駆動方法。

この適用例によれば、第３の期間においては、第１の期間で陽極デューティ比がより低く設定されることになる電極側のデューティ比が、第２の期間よりも高くなる。そのため、第１の期間で陽極デューティ比がより低く設定されることになる電極においても、第３の期間ではドーム状の突起の形成が促進され、放電灯の点灯をより安定的に行うことが容易となる。

［適用例３］
適用例１または２記載の放電灯の駆動方法であって、
前記放電灯は、前記２つの電極の一方の電極が他方の電極より動作中の温度が高くなる条件を備えており、
前記一方の電極における陽極デューティ比を、前記他方の電極における陽極デューティ比よりも低くする
放電灯の駆動方法。

この適用例では、動作中の温度が高くなる一方の電極における陽極デューティ比を、他方の電極における陽極デューティ比よりも低くしている。これにより、動作中の温度が高くなる電極の過昇温が抑制されるので、その電極の劣化を抑制することができる。

［適用例４］
適用例３記載の放電灯の駆動方法であって、
前記放電灯は、前記電極間で放射される光を前記他方の電極側に向けて反射する反射鏡を有している
放電灯の駆動方法。

反射鏡を設けることにより、反射鏡が設けられた側の電極からの放熱が妨げられる。この適用例によれば、このように放熱が妨げられる電極の過昇温が抑制されるので、反射鏡側の電極の劣化を抑制することができる。

［適用例５］
適用例１ないし４のいずれか記載の放電灯の駆動方法であって、
前記所定の条件は、前記放電灯の累積点灯時間が所定の基準時間を経過することにより満たされる
放電灯の駆動方法。

この適用例によれば、放電灯の累積点灯時間が基準時間を超過すると、陽極デューティ比がより高い第１の期間が延長される。そのため、累積点灯時間が長く劣化が進行した電極では突起の形成が促され、累積点灯時間が短く劣化が進行していない電極では過昇温が抑制されるので、電極の劣化を抑制するとともに、電極の劣化に伴うアークの安定性の低下を抑制することができる。

［適用例６］
適用例１ないし４のいずれか記載の放電灯の駆動方法であって、さらに、
前記放電灯の使用に伴う前記電極の劣化状態を検知し、
前記所定の条件が満たされたか否かを前記劣化状態に基づいて決定する
放電灯の駆動方法。

この適用例によれば、電極の劣化状態に基づいて、陽極デューティ比がより高い第１の期間が延長される。そのため、劣化が進行した電極では突起の形成が促され、劣化が進行していない電極では過昇温が抑制されるので、電極の劣化を抑制するとともに、電極の劣化に伴うアークの安定性の低下を抑制することができる。

［適用例７］
適用例６記載の放電灯の駆動方法であって、
前記劣化状態は、前記２つの電極間に所定の電力を供給する際に両電極間に印加される電圧に基づいて検知される
放電灯の駆動方法。

一般に、電極が劣化するとアークの長さが長くなり、所定の電力を供給する際に印加される電圧が高くなる。そのため、この適用例によれば、電極の劣化状態をより容易に検知することが可能となる。

［適用例８］
適用例１ないし７のいずれか記載の放電灯の駆動方法であって、
前記極性切替の周期を、前記変調が行われる一変調周期内において一定値に維持する
放電灯の駆動方法。

この適用例によれば、極性の切替周期が変調周期内において一定値に維持される。そのため、一般的なパルス幅変調回路により陽極デューティ比の変調が可能となるので、陽極デューティ比の変調がより容易となる。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、放電灯の駆動装置と駆動方法、放電灯を使用した光源装置とその制御方法、その光源装置を利用した画像表示装置、等の態様で実現することができる。

次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ｂ．第２実施例：
Ｃ．変形例：

Ａ．第１実施例：
図１は、本発明の第１実施例を適用するプロジェクタ１０００の概略構成図である。プロジェクタ１０００は、光源装置１００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３３０Ｒ，３３０Ｇ，３３０Ｂと、クロスダイクロイックプリズム３４０と、投写光学系３５０とを備えている。

光源装置１００は、放電灯５００が取り付けられた光源ユニット１１０と、放電灯５００を駆動する放電灯駆動装置２００とを有している。放電灯５００は、放電灯駆動装置２００から電力の供給を受けて光を放射する。光源ユニット１１０は、放電灯５００の放射光を照明光学系３１０に向けて射出する。なお、光源ユニット１１０および放電灯駆動装置２００の具体的な構成や機能については、後述する。

光源ユニット１１０から射出された光は、照明光学系３１０により、照度が均一化されるとともに、偏光方向が一方向に揃えられる。照明光学系３１０を経て照度が均一化され偏光方向が揃えられた光は、色分離光学系３２０により、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）の３色の色光に分離される。色分離光学系３２０により分離された３色の色光は、それぞれ対応する液晶ライトバルブ３３０Ｒ，３３０Ｇ，３３０Ｂにより変調される。液晶ライトバルブ３３０Ｒ，３３０Ｇ，３３０Ｂにより変調された３色の色光は、クロスダイクロイックプリズム３４０により合成され、投写光学系３５０に入射する。投写光学系３５０が、入射した光を図示しないスクリーン上に投影することにより、スクリーン上には液晶ライトバルブ３３０Ｒ，３３０Ｇ，３３０Ｂにより変調された画像が合成されたフルカラーの映像として画像が表示される。なお、第１実施例では、３つの液晶ライトバルブ３３０Ｒ，３３０Ｇ，３３０Ｂにより３色の色光を別個に変調しているが、カラーフィルタを備える１つ液晶ライトバルブで光の変調を行うものとしてもよい。この場合、色分離光学系３２０とクロスダイクロイックプリズム３４０を省略することができる。

図２は、光源装置１００の構成を示す説明図である。光源装置１００は、上述のように、光源ユニット１１０と放電灯駆動装置２００とを有している。光源ユニット１１０は、放電灯５００と、回転楕円形の反射面を有する主反射鏡１１２と、出射光をほぼ並行光にする平行化レンズ１１４とを備えている。ただし、主反射鏡１１２の反射面は、必ずしも回転楕円形である必要はない。例えば、主反射鏡の１１２の反射面は、回転放物形であってもよい。この場合、放電灯５００の発光部を放物面鏡のいわゆる焦点に置けば、平行化レンズ１１４を省略することができる。主反射鏡１１２と放電灯５００とは、無機接着剤１１６により接着されている。

放電灯５００は、放電灯本体５１０と、球面状の反射面を有する副反射鏡５２０とを無機接着剤５２２で接着することにより形成されている。放電灯本体５１０は、例えば、石英ガラスなどのガラス材料で形成されている。放電灯本体５１０には、タングステン等の高融点金属の電極材で形成された２つの放電電極５３２，５４２と、２つの接続部材５３４，５４４と、２つの電極端子５３６，５４６とが設けられている。放電電極５３２，５４２は、その先端部が放電灯本体５１０の中央部に形成された放電空間５１２において対向するように配置されている。放電空間５１２には、放電媒体として、希ガス、水銀や金属ハロゲン化合物等を含むガスが封入されている。接続部材５３４，５４４は、放電電極５３２，５４２と、電極端子５３６，５４６とをそれぞれ電気的に接続する部材である。

放電灯５００の電極端子５３６，５４６は、それぞれ放電灯駆動装置２００に接続されている。放電灯駆動装置２００は、電極端子５３６，５４６にパルス状の交流電流（交流パルス電流）を供給する。電極端子５３６，５４６に交流パルス電流が供給されると、放電空間５１２内の２つの放電電極５３２，５４２の先端部の間で、アークＡＲが生じる。アークＡＲは、アークＡＲの発生位置から全方位に向かって光を放射する。副反射鏡５２０は、一方の放電電極５４２の方向に放射される光を、主反射鏡１１２に向かって反射する。このように、放電電極５４２方向に放射される光を主反射鏡１１２に向かって反射することにより、光源ユニット１１０から射出される光の平行度をより高くすることができる。なお、以下では、副反射鏡５２０が設けられている側の放電電極５４２を「副鏡側電極５４２」とも呼び、他方の放電電極５３２を「主鏡側電極５３２」とも呼ぶ。

図３は、放電灯駆動装置２００の構成を示すブロック図である。放電灯駆動装置２００は、駆動制御部２１０と、点灯回路２２０とを有している。駆動制御部２１０は、ＣＰＵ６１０と、ＲＯＭ６２０と、ＲＡＭ６３０と、タイマ６４０と、点灯回路２２０に制御信号を出力する出力ポート６５０と、点灯回路２２０からの信号を取得する入力ポート６６０とを備えるコンピュータとして構成されている。駆動制御部２１０のＣＰＵ６１０は、タイマ６４０の出力に基づいて、ＲＯＭ６２０に格納されたプログラムを実行する。これにより、ＣＰＵ６１０は、陽極デューティ比変調部６１２と、変調パターン設定部６１４との機能を実現する。なお、陽極デューティ比変調部６１２と、変調パターン設定部６１４の機能については、後述する。

点灯回路２２０は、交流パルス電流を発生するインバータ２２２を有している。点灯回路２２０は、駆動制御部２１０から出力ポート６５０を介して供給される制御信号に基づいて、インバータ２２２を制御することにより、放電灯５００に定電力（例えば、２００Ｗ）の交流パルス電流を供給する。具体的には、点灯回路２２０は、インバータ２２２を制御して、制御信号により指定された給電条件（例えば、交流パルス電流の周波数、デューティ比、および電流波形）に応じた交流パルス電流をインバータ２２２に発生させる。点灯回路２２０は、インバータ２２２により発生された交流パルス電流を放電灯５００に供給する。

駆動制御部２１０の陽極デューティ比変調部６１２は、予め設定された変調周期（例えば、２００秒）内で交流パルス電流のデューティ比を変調する。図４は、陽極デューティ比変調部６１２が、交流パルス電流のデューティ比を変調する際の変調パターンを示す説明図である。図４のグラフは、陽極デューティ比Ｄａｍ，Ｄａｓの時間変化を示している。ここで、陽極デューティ比Ｄａｍ，Ｄａｓとは、交流パルス電流の一周期に対する、２つの電極５３２，５４２のそれぞれが陽極として動作する時間（陽極時間）の比率である。図４のグラフにおいて、実線は主鏡側電極５３２の陽極デューティ比Ｄａｍを示し、破線は副鏡側電極５４２の陽極デューティ比Ｄａｓを示している。

図４の例では、陽極デューティ比変調部６１２（図３）は、変調周期Ｔｍ（２００秒）の１／２０のステップ時間Ｔｓ（１０秒）が経過するごとに、陽極デューティ比Ｄａｍ，Ｄａｓを所定の変更幅（５％）で変更する。主鏡側電極５３２の陽極デューティ比Ｄａｍは、３０％〜８０％の範囲で変調され、副鏡側電極５４２の陽極デューティ比Ｄａｓは、２０％〜７０％の範囲で変調される。このように、変調周期Ｔｍ内で陽極デューティ比Ｄａｍ，Ｄａｓを変調することにより、放電空間５１２（図２）の内壁に電極材が偏って蒸着されることを抑制することができる。電極材の偏った蒸着を抑制することにより、放電灯５００の光量の偏りや、電極材の針状結晶の成長による異常放電を抑制することが可能となる。なお、第１実施例では、変調周期Ｔｍを２００秒としているが、変調周期Ｔｍは、放電灯５００の特性や給電条件等に基づいて、適宜変更することができる。

図４に示す変調パターンでは、変調周期Ｔｍを通じて、ステップ時間Ｔｓが一定の時間（１０秒）となっている。すなわち、陽極デューティ比Ｄａｍ，Ｄａｓが一定値に維持される時間は、陽極デューティ比Ｄａｍ，Ｄａｓの値にかかわらず一定となっている。但し、後述するように、変調パターン設定部６１４により変調パターンが変更されると、ステップ時間Ｔｓは、設定される陽極デューティ比Ｄａｍ，Ｄａｓの値ごとに個々に増減され、変調周期Ｔｍ内で異なった長さとなる。

図４から明らかなように、第１実施例では、主鏡側電極５３２の陽極デューティ比Ｄａｍの最高値（８０％）が、副鏡側電極５４２の陽極デューティ比Ｄａｓの最高値（７０％）よりも高くなるように設定されている。しかしながら、２つの放電電極５３２，５４２の陽極デューティ比の最高値は必ずしも異なるものとする必要はない。但し、陽極デューティ比の最高値を高くすると、後述するように、放電電極５３２，５４２の最高温度が高くなる。一方、図２に示すように副反射鏡５２０を有する放電灯５００を用いる場合、副鏡側電極５４２からの熱は放出されにくくなる。そのため、主鏡側電極５３２の陽極デューティ比Ｄａｍの最高値を副鏡側電極５４２の陽極デューティ比Ｄａｓの最高値よりも高くするのが、副鏡側電極５４２の過度な温度上昇を抑制できる点でより好ましい。また、一般に、２つの放電電極５３２，５４２について同一の動作条件で駆動したときに、冷却方法等の影響により一方の放電電極の温度が他方の放電電極の温度よりも高くなる場合、その一方の放電電極の陽極デューティ比を他方の陽極デューティ比よりも低くするのがより好ましい。

なお、第１実施例では、主鏡側電極５３２の陽極デューティ比Ｄａｍは、変調周期Ｔｍの前半ではステップ時間Ｔｓごとに増やされ、後半ではステップ時間Ｔｓごとに減らされている。しかしながら、陽極デューティ比Ｄａｍ，Ｄａｓの変更パターンは、必ずしもこの限りでない。例えば、変調周期Ｔｍ内で、主鏡側電極５３２の陽極デューティ比Ｄａｍを単調に増加させるものとしてもよく、あるいは、単調に減少させるものとしてもよい。但し、放電灯５００に加わる熱衝撃を低減することが可能である点で、図４に示すように、ステップ時間Ｔｓごとの陽極デューティ比Ｄａｍ，Ｄａｓの変化量を一定にするのがより好ましい。

図５は、陽極デューティ比Ｄａｍ，Ｄａｓを変調して放電灯５００を駆動する様子を示す説明図である。図５（ａ）は、陽極デューティ比Ｄａｍ，Ｄａｓの時間変化を一変調周期（１Ｔｍ）分のみ図示している点で、図４と異なっている。他の点は、図４とほぼ同じであるので、ここではその説明を省略する。図５（ｂ）は、図５（ａ）において主鏡側電極５３２の陽極デューティ比Ｄａｍが異なる値（３０％，５５％，８０％）に設定されている３つの期間Ｔ１〜Ｔ３での主鏡側電極５３２の動作状態の時間変化を示すグラフである。

図５（ｂ）に示すように、陽極デューティ比Ｄａｍが異なる３つの期間Ｔ１〜Ｔ３のいずれにおいても、主鏡側電極５３２の極性が切り替えられる切替周期Ｔｐは一定である。このように、第１実施例では、変調周期Ｔｍの全期間にわたって、交流パルス電流の周波数（ｆ＝１／Ｔｐ）が一定の周波数（例えば、８０Ｈｚ）に設定されている。一方、主鏡側電極５３２の陽極時間Ｔａ１〜Ｔａ３は、陽極デューティ比Ｄａｍが異なる期間Ｔ１〜Ｔ３において、異なる値に設定されている。このように、第１実施例では、交流パルス電流の周波数ｆを一定に保ったまま、陽極時間Ｔａを変更することにより、陽極デューティ比Ｄａｍの変調が行われる。なお、交流パルス電流の周波数ｆは、必ずしも一定である必要はない。但し、一般的なパルス幅変調回路を使用して陽極デューティ比Ｄａｍが変調できる点で、交流パルス電流の周波数ｆを一定にするのがより好ましい。

第１実施例において、駆動制御部２１０の変調パターン設定部６１４（図３）は、放電灯５００の劣化状態に基づいて、変調周期Ｔｍ内で設定される陽極デューティ比の変調パターンを変更する。具体的には、ＣＰＵ６１０が、入力ポート６６０を介して、放電灯５００の劣化状態を表すパラメータとしてのランプ電圧を取得する。ここで、ランプ電圧とは、放電灯５００を定電力で駆動する際の、放電電極５３２，５４２間の電圧をいう。変調パターン設定部６１４は、このように取得されたランプ電圧（検出ランプ電圧）に基づいて、デューティ比の変調パターンを、陽極デューティ比変調部６１２に設定する。陽極デューティ比変調部６１２は、変調パターン設定部６１４により設定された変調パターンに従って陽極デューティ比が変更されるように、点灯回路２２０を制御する。なお、変調パターン設定部６１４による陽極デューティ比の変調パターンの設定方法については、後述する。

図６はランプ電圧により放電灯５００の劣化状態が検知される様子を示す説明図である。図６（ａ）は、初期状態での放電電極５３２，５４２の先端部の様子を示している。図６（ｂ）は、放電灯５００が劣化した状態における放電電極５３２，５４２の先端部の様子を示している。図６（ａ）に示すように、初期状態において、それぞれの放電電極５３２，５４２の先端部には、ドーム状の突起５３８，５４８が対向する放電電極に向かって形成されている。

このとき、放電電極５３２，５４２間の放電によるアークＡＲは、２つの突起５３８，５４８の間で発生する。放電灯５００が使用されると、これらの突起５３８，５４８から電極材が蒸発し、図６（ｂ）に示すように突起５３８ａ，５４８ａの先端が平坦化する。突起５３８ａ、５４８ａの先端が平坦化すると、放電のアークＡＲａの長さが長くなる。そのため、同一の電力を供給するのに要する電極間電圧、すなわち、ランプ電圧が上昇する。このように、ランプ電圧は、放電灯５００が劣化して行くにつれて漸次上昇する。そこで、第１実施例では、ランプ電圧を放電灯５００の劣化状態を表すパラメータとして使用している。

図７は、変調パターン設定部６１４が陽極デューティ比の変調パターンを設定する処理の流れを示すフローチャートである。この処理は、放電灯駆動装置２００において、例えば、プロジェクタ１０００の起動中あるいは放電灯５００の点灯中に常時実行される。但し、変調パターンの設定処理は、必ずしも常時実行される必要はない。例えば、タイマ６４０（図３）を、放電灯５００の点灯時間が所定の時間（例えば、１０時間）経過するごとにインターバル信号を発生するように構成し、ＣＰＵ６１０がインターバル信号を受け取った場合に変調パターンの設定処理を実行するものとしてもよい。

ステップＳ１１０において、変調パターン設定部６１４は、ＣＰＵ６１０が入力ポート６６０を介して取得したランプ電圧を取得する。次いで、ステップＳ１２０において、変調パターン設定部６１４は、取得したランプ電圧に基づいて、変調パターンを選択する。具体的には、変調パターン設定部６１４は、ＲＯＭ６２０あるいはＲＡＭ６３０に格納され、ランプ電圧の範囲と変調パターンとを対応づけるデータを参照して、変調パターンを選択する。ステップＳ１３０では、変調パターン設定部６１４が、選択した変調パターンを陽極デューティ比変調部６１２に設定する。これにより、陽極デューティ比は、ランプ電圧に応じて設定されたパターンで変調される。ステップＳ１３０の後、制御はステップＳ１１０に戻され、ステップＳ１１０〜Ｓ１３０は繰り返し実行される。

図８ないし図１１は、ランプ電圧Ｖｐに基づいて設定される変調パターンの一例を示している。図８ないし図１１の例では、放電灯５００の初期状態におけるランプ電圧（初期ランプ電圧）が約６５Ｖとなっている。ランプ電圧Ｖｐが放電灯５００の使用に伴って次第に上昇すると、変調パターンは、図８に示す第１期の変調パターンから、図９に示す第２期の変調パターン、図１０に示す第３期の変調パターン、そして、図１１に示す第４期の変調パターンへと、順次変更される。

図８は、ランプ電圧Ｖｐが初期ランプ電圧（約６５Ｖ）から８５Ｖに到達するまでの、第１期における変調パターンを示している。図８は、図５（ａ）とほぼ同じ図面である。第１期において、デューティ比最高時間Ｔｓｘと、デューティ比最低時間Ｔｓｎとは、いずれも１０秒に設定されている。また、変調周期Ｔｍを通じて、陽極デューティ比Ｄａｍ，Ｄａｓが変更される時間間隔も、一定の時間（１０秒）に設定されている。

図９は、ランプ電圧Ｖｐが８５Ｖを超えてから１００Ｖに到達するまでの、第２期における変調パターンを示している。第２期において、デューティ比最高時間Ｔｓｘは１６秒に設定され、デューティ比最低時間Ｔｓｎは１２秒に設定される。第２期においても、変調周期Ｔｍにおける陽極デューティ比Ｄａｍ，Ｄａｓの変更回数（２０回）と、変更ごとの陽極デューティ比Ｄａｍ，Ｄａｓの変更幅（５％）とは、第１期と同じである。そのため、第２期における主鏡側電極５３２の陽極デューティ比Ｄａｍの変調範囲（３０％〜８０％）は、第１期における主鏡側電極５３２の陽極デューティ比Ｄａｍの変調範囲と同一となっている。

図１０は、ランプ電圧Ｖｐが１００Ｖを超えてから１１５Ｖに到達するまでの、第３期における変調パターンを示している。第３期において、デューティ比最高時間Ｔｓｘは２１秒に設定され、デューティ比最低時間Ｔｓｎは１５秒に設定される。第３期においても、変調周期Ｔｍにおける陽極デューティ比Ｄａｍ，Ｄａｓの変更回数（２０回）と、変更ごとの陽極デューティ比Ｄａｍ，Ｄａｓの変更幅（５％）とは、第１期と同じである。そのため、第３期における主鏡側電極５３２の陽極デューティ比Ｄａｍの変調範囲（３０％〜８０％）は、第１期における主鏡側電極５３２の陽極デューティ比Ｄａｍの変調範囲と同一となっている。

図１１は、ランプ電圧Ｖｐが１１５Ｖを超えた第４期における変調パターンを示している。第４期において、デューティ比最高時間Ｔｓｘは３２秒に設定され、デューティ比最低時間Ｔｓｎは１６秒に設定される。第４期においても、変調周期Ｔｍにおける陽極デューティ比Ｄａｍ，Ｄａｓの変更回数（２０回）と、変更ごとの陽極デューティ比Ｄａｍ，Ｄａｓの変更幅（５％）とは、第１期と同じである。そのため、第４期における主鏡側電極５３２の陽極デューティ比Ｄａｍの変調範囲（３０％〜８０％）は、第１期における主鏡側電極５３２の陽極デューティ比Ｄａｍの変調範囲と同一となっている。

図１２は、陽極デューティ比の上昇が放電電極に対して及ぼす影響を示す説明図である。図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、主鏡側電極５３２が陽極として動作している状態における主鏡側電極５３２の様子を示している。図１２（ｃ）は、主鏡側電極５３２の動作状態の時間変化を表すグラフである。図１２（ｄ）は、主鏡側電極５３２の温度の時間変化を表すグラフである。

図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示すように、主鏡側電極５３２が陽極として動作している場合、電子は、副鏡側電極５４２から放出され、主鏡側電極５３２に衝突する。この電子の衝突により、陽極側の主鏡側電極５３２では電子の運動エネルギが熱エネルギに変換され、主鏡側電極５３２の温度が上昇する。一方、陰極側の副鏡側電極５４２では、電子の衝突が起こらないため、熱伝導や放射等により副鏡側電極５４２の温度が低下する。同様に、主鏡側電極５３２が陰極として動作している期間においては、主鏡側電極５３２の温度が低下し、副鏡側電極５４２の温度が上昇する。

そのため、図１２（ｃ）に示すように主鏡側電極５３２の陽極デューティ比を高くすると、図１２（ｄ）に示すように、主鏡側電極５３２の温度が上昇する時間が長くなるとともに、主鏡側電極５３２の温度が低下する時間が短くなる。このように主鏡側電極５３２の陽極デューティ比を高くすることにより、主鏡側電極５３２の最高温度が高くなる。主鏡側電極５３２の最高温度が高くなると、図１２（ｂ）に示すように、突起５３８ｂの先端では、電極材が溶融した溶融部ＭＲが発生する。電極材が溶融した溶融部ＭＲは、表面張力によりその形状がドーム状となる。そのため、図１２（ａ）に示すように、先端部が平坦化していた突起５３８ａから、ドーム状の突起５３８ｂが再形成される。

第１実施例では、図８ないし図１１に示すように、ランプ電圧Ｖｐが上昇するに従って、主鏡側電極５３２の陽極デューティ比Ｄａｍが最高値となるデューティ比最高時間Ｔｓｘが第１期よりも長く設定される。このように、ランプ電圧Ｖｐが上昇した第２期ないし第４期においてデューティ比最高時間Ｔｓｘを、初期の第１期よりも長く設定することにより、主鏡側電極５３２の温度が高くなっている状態がより長時間維持される。主鏡側電極５３２の温度が高くなっている状態が維持されることにより、主鏡側電極５３２のドーム状の突起５３８ｂの再形成がより確実に行われる。なお、このように、変調パターン設定部６１４は、変調パターンを変更することにより、デューティ比最高時間Ｔｓｘを延長する。そのため、変調パターン設定部６１４は、陽極デューティ比がより高い期間を延長する「高デューティ期間延長部」ともいうことができる。

一方、最低値となるデューティ比最低時間Ｔｓｎ、すなわち、第２の放電電極５４２の陽極デューティ比Ｄａｓが最高値となる時間の変化量は、デューティ比最高時間Ｔｓｘの変化量よりも少なくなっている。そのため、第２期ないし第４期において、第２の放電電極５４２の陽極デューティ比Ｄａｓが最高値となる時間は、第１の放電電極５３２の陽極デューティ比Ｄａｍが最高値となる時間よりも短くなる。これにより、第２期ないし第４期において、副鏡側電極５４２の過昇温を抑制することができる。このようにしても、通常、副反射鏡５２０により放熱が妨げられている副鏡側電極５４２は、その温度が十分に上昇する。そのため、副鏡側電極５４２においてもドーム状の突起の再形成が行われる。

第１実施例では、図６（ｂ）に示すように、突起５３８ａ，５４８ａの先端が平坦化し、ランプ電圧が上昇すると、放電電極５３２の陽極デューティ比Ｄａｍが最高値に設定される時間がより長くなり、ドーム状の突起５３８ｂの再形成が促進される。そのため、突起５３８，５４８の先端が平坦化することにより、アークの発生位置が不安定化し、点灯中にアークの位置が移動する問題（アークジャンプ）の発生が抑制される。

このように、第１実施例では、ランプ電圧Ｖｐの増加に従って、２つの放電電極５３２，５４２の陽極デューティ比Ｄａｍ，Ｄａｓの変調パターンが変更される。変調パターンは、ランプ電圧Ｖｐが高くなるに従って、主鏡側電極５３２の陽極デューティ比Ｄａｍが最高値に設定されている時間が長くなるように設定される。そのため、劣化が進んだ放電灯５００に対しては、突起の再形成を促すとともに、劣化が進んでいない放電灯５００に対しては、放電電極５３２，５４２の過昇温による劣化の進行を抑制する。これにより、放電灯５００をより長期間にわたって安定的に点灯させることが容易となる。

なお、変調周期Ｔｍにおける陽極デューティ比Ｄａｍ，Ｄａｓの変更回数や変更幅等の変調パターン、および、変調パターンを変更するランプ電圧は、放電灯の種類や放電電極の形状など、放電灯の特性によって適宜設定される。たとえば、陽極デューティ比Ｄａｍ，Ｄａｓの変更は、変調周期Ｔｍ内において少なくとも１回行われればよい。このようにしても、主鏡側電極５３２の陽極デューティ比Ｄａｍがより高く設定される期間を、主鏡側電極５３２の陽極デューティ比Ｄａｍがより低く設定される期間よりも長くすることにより、放電電極５３２，５４２の突起の再形成が促進される。また、陽極デューティ比Ｄａｍ，Ｄａｓの変更が２回以上行われる場合、ランプ電圧Ｖｐに応じて長くされる期間は、必ずしも陽極デューティ比Ｄａｍが最高値に設定される期間でなくても良い。

Ｂ．第２実施例：
図１３ないし図１６は、第２実施例において、ランプ電圧Ｖｐに基づいて設定される変調パターンの一例を示している。第２実施例は、図１３ないし図１６に示す第２期から第３期における変調パターン（図１４〜図１６）が、第１実施例の変調パターン（図９〜図１１）と異なっている。他の点は、第１実施例とほぼ同じであるので、ここではその説明を省略する。

図１４は、ランプ電圧Ｖｐが８５Ｖを超えてから１００Ｖに到達するまでの、第２期における変調パターンを示している。第２期において、デューティ比最高時間Ｔｓｘとデューティ比最低時間Ｔｓｎは、いずれも１３秒に設定される。第２期においても、変調周期Ｔｍにおける陽極デューティ比Ｄａｍ，Ｄａｓの変更回数（２０回）と、変更ごとの陽極デューティ比Ｄａｍ，Ｄａｓの変更幅（５％）とは、第１期と同じである。そのため、第２期における主鏡側電極５３２の陽極デューティ比Ｄａｍの変調範囲（３０％〜８０％）は、第１期における主鏡側電極５３２の陽極デューティ比Ｄａｍの変調範囲と同一となっている。

図１５は、ランプ電圧Ｖｐが１００Ｖを超えてから１１５Ｖに到達するまでの、第３期における変調パターンを示している。第３期において、デューティ比最高時間Ｔｓｘとデューティ比最低時間Ｔｓｎは、いずれも２０秒に設定される。第３期においても、変調周期Ｔｍにおける陽極デューティ比Ｄａｍ，Ｄａｓの変更回数（２０回）と、変更ごとの陽極デューティ比Ｄａｍ，Ｄａｓの変更幅（５％）とは、第１期と同じである。そのため、第３期における主鏡側電極５３２の陽極デューティ比Ｄａｍの変調範囲（３０％〜８０％）は、第１期における主鏡側電極５３２の陽極デューティ比Ｄａｍの変調範囲と同一となっている。

図１６は、ランプ電圧Ｖｐが１１５Ｖを超えた第４期における変調パターンを示している。第４期において、デューティ比最高時間Ｔｓｘとデューティ比最低時間Ｔｓｎは、いずれも２５秒に設定される。第４期においても、変調周期Ｔｍにおける陽極デューティ比Ｄａｍ，Ｄａｓの変更回数（２０回）と、変更ごとの陽極デューティ比Ｄａｍ，Ｄａｓの変更幅（５％）とは、第１期と同じである。そのため、第４期における主鏡側電極５３２の陽極デューティ比Ｄａｍの変調範囲（３０％〜８０％）は、第１期における主鏡側電極５３２の陽極デューティ比Ｄａｍの変調範囲と同一となっている。

このように、第２実施例においては、デューティ比最高時間Ｔｓｘとデューティ比最低時間Ｔｓｎとが同一の値に設定されている。そして、ランプ電圧Ｖｐの上昇に従って、デューティ比最高時間Ｔｓｘおよびデューティ比最低時間Ｔｓｎは、放電灯５００が初期状態である第１期よりも長く設定される。そのため、第１実施例と同様に、劣化が進んだ放電灯５００に対しては、突起の再形成を促すとともに、劣化が進んでいない放電灯５００に対しては、放電電極５３２，５４２の過昇温による劣化の進行を抑制する。これにより、第２実施例によっても、放電灯５００をより長期間にわたって安定的に点灯させることが容易となる。

また、第２実施例では、ランプ電圧Ｖｐの上昇に従って、デューティ比最低時間Ｔｓｎがデューティ比最高時間Ｔｓｘと同様に延長される。そのため、ランプ電圧Ｖｐがより高い第２期ないし第４期において、デューティ比最低時間Ｔｓｎ、すなわち副鏡側電極５４２の陽極デューティ比Ｄａｓが最高値となっている時間は、第１実施例よりも長くなる。従って、第２実施例では、副鏡側電極５４２における突起の再形成が第１実施例よりも促進される。

なお、第２実施例では、変調周期Ｔｍ内において陽極デューティ比Ｄａｍ，Ｄａｓの変更を２０回行っているが、陽極デューティ比Ｄａｍ，Ｄａｓの変更は、変調周期Ｔｍ内において少なくとも２回行われればよい。このようにしても、主鏡側電極５３２の陽極デューティ比Ｄａｍがより高く設定される高デューティ期間と、陽極デューティ比Ｄａｍがより低く設定される低デューティ期間と、陽極デューティ比Ｄａｍがそれらの期間の中間に設定される中間デューティ期間とが設けられればよい。この場合、ランプ電圧Ｖｐの上昇に従って、高デューティ期間と低デューティ期間とを中間デューティ期間よりも長くすることにより、放電電極５３２，５４２の突起の再形成が促進される。また、陽極デューティ比Ｄａｍ，Ｄａｓの変更が３回以上行われる場合、ランプ電圧Ｖｐに応じて長くされる期間は、必ずしも陽極デューティ比Ｄａｍが最高値あるいは最低値に設定される期間でなくても良い。

Ｃ．変形例：
なお、この発明は上記実施例や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。

Ｃ１．変形例１：
上記各実施例では、放電灯５００の劣化状態をランプ電圧を用いて検出しているが、放電灯５００の劣化状態は、他の方法で検出することも可能である。例えば、突起５３８ａ，５４８ａ（図６）の平坦化に伴うアークジャンプの発生に基づいて放電灯５００の劣化状態を検出することも可能である。また、放電空間５１２（図２）の内壁に電極材が蒸着することによる光量の低下などに基づいて放電灯５００の劣化状態を検出することも可能である。アークジャンプの発生や光量の低下は、放電灯５００に近接して配置されたフォトダイオード等の光センサを用いて検出することができる。

Ｃ２．変形例２：
上記各実施例では、図８に示すように、ランプ電圧、すなわち、放電灯５００の劣化状態を検出して、その検出結果に基づいて陽極デューティ比の変調パターンを変更しているが、他の条件に基づいて変調パターンの変更を行うものとしてもよい。例えば、タイマ６４０により計測される放電灯５００の累積点灯時間が、所定の基準時間（例えば、５００時間）を経過した場合に、陽極デューティ比の変調パターンを変更するものとしてもよい。このようにしても、劣化が進行していない放電電極に対してはその過昇温を抑制するとともに、劣化が進行している放電電極に対しては突起の形成を促すことができるので、放電灯５００をより長期間にわたって安定的に点灯させることが可能となる。なお、この場合、所定の基準時間は、放電灯５００の寿命や、放電電極の劣化の進行についての実験等に基づいて、適宜設定することができる。

Ｃ３．変形例３：
上記各実施例では、プロジェクタ１０００（図１）における光変調手段として、液晶ライトバルブ３３０Ｒ，３３０Ｇ，３３０Ｂを用いているが、光変調手段としては、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス：Texas Instruments社の商標）など、他の任意の変調手段を用いることも可能である。また、本発明は、放電灯を光源とする装置であれば、液晶表示装置をはじめとする種々の画像表示装置や、露光装置や照明装置等に適用することもできる。

本発明の第１実施例を適用するプロジェクタの概略構成図。 光源装置の構成を示す説明図。 放電灯駆動装置の構成を示すブロック図。 交流パルス電流のデューティ比を変調する様子を示す説明図。 陽極デューティ比を変調して放電灯を駆動する様子を示す説明図。 ランプ電圧により放電灯の劣化状態が検知される様子を示す説明図。 変調パターン設定部が変調範囲を決定する処理の流れを示すフローチャート。 第１期における陽極デューティ比の変調パターンの一例を示す説明図。 第２期における陽極デューティ比の変調パターンの一例を示す説明図。 第３期における陽極デューティ比の変調パターンの一例を示す説明図。 第４期における陽極デューティ比の変調パターンの一例を示す説明図。 陽極デューティ比の変更が放電電極に対して及ぼす影響を示す説明図。 第１期における第２実施例の変調パターンを示す説明図。 第２期における第２実施例の変調パターンを示す説明図。 第３期における第２実施例の変調パターンを示す説明図。 第４期における第２実施例の変調パターンを示す説明図。

符号の説明

１００…光源装置
１１０…光源ユニット
１１２…主反射鏡
１１４…平行化レンズ
１１６…無機接着剤
２００…放電灯駆動装置
２１０…駆動制御部
２２０…点灯回路
３１０…照明光学系
３２０…色分離光学系
３３０Ｒ，３３０Ｇ，３３０Ｂ…液晶ライトバルブ
３４０…クロスダイクロイックプリズム
３５０…投写光学系
５００…放電灯
５１０…放電灯本体
５１２…放電空間
５２０…副反射鏡
５２２…無機接着剤
５３２，５４２…放電電極
５３４，５４４…接続部材
５３６，５４６…電極端子
５３８，５４８…突起
５３８ａ，５４８ａ…突起
５３８ｂ…突起
６１０…ＣＰＵ
６１２…陽極デューティ比変調部
６１４…変調パターン設定部
６２０…ＲＯＭ
６３０…ＲＡＭ
６４０…タイマ
６５０…出力ポート
６６０…入力ポート
１０００…プロジェクタ

Claims (11)

1. ２つの電極間に印加する電圧の極性を交互に切り替えつつ、両電極間で放電を行うことにより点灯する放電灯の駆動方法であって、
   前記極性切替の一周期において前記電極の一方が陽極として動作する陽極時間の比率である陽極デューティ比が互いに異なる第１の期間と第２の期間とを設けることにより、前記陽極デューティ比を変調し、
   所定の条件が満たされた場合には、前記第１の期間と前記第２の期間を含み、前記変調が行われる一変調周期において、前記第２の期間よりも前記陽極デューティ比が高い前記第１の期間を前記第２の期間よりも長くする
   放電灯の駆動方法。
2. 請求項１記載の放電灯の駆動方法であって、
   前記一変調周期は、前記第２の期間よりも前記陽極デューティ比が低い第３の期間を含んでおり、
   前記所定の条件が満たされた場合、前記一変調周期において、前記第３の期間を前記第２の期間よりも長くする
   放電灯の駆動方法。
3. 請求項１または２記載の放電灯の駆動方法であって、
   前記放電灯は、前記２つの電極の一方の電極が他方の電極より動作中の温度が高くなる条件を備えており、
   前記一方の電極における陽極デューティ比を、前記他方の電極における陽極デューティ比よりも低くする
   放電灯の駆動方法。
4. 請求項３記載の放電灯の駆動方法であって、
   前記放電灯は、前記電極間で放射される光を前記他方の電極側に向けて反射する反射鏡を有している
   放電灯の駆動方法。
5. 請求項１ないし４のいずれか記載の放電灯の駆動方法であって、
   前記所定の条件は、前記放電灯の累積点灯時間が所定の基準時間を経過したことである
   放電灯の駆動方法。
6. 請求項１ないし４のいずれか記載の放電灯の駆動方法であって、さらに、
   前記放電灯の使用に伴う前記電極の劣化状態を検知し、
   前記所定の条件が満たされたか否かを前記劣化状態に基づいて決定する
   放電灯の駆動方法。
7. 請求項６記載の放電灯の駆動方法であって、
   前記劣化状態を、前記２つの電極間に所定の電力を供給する際の両電極間の電圧に基づいて検知する
   放電灯の駆動方法。
8. 請求項１ないし７のいずれか記載の放電灯の駆動方法であって、
   前記極性切替の周期を、前記変調が行われる一変調周期内において一定値に維持する
   放電灯の駆動方法。
9. 放電灯の駆動装置であって、
   前記放電灯の２つの電極間に電力を供給して前記放電灯を点灯する放電灯点灯部と、
   前記放電灯点灯部による電力の供給状態を制御する給電制御部と
   を備え、
   前記放電灯点灯部は、前記電極間に印加する電圧の極性を交互に切り替える極性切替部を有しており、
   前記給電制御部は、
   前記極性切替の一周期において前記電極の一方が陽極として動作する陽極時間の比率である陽極デューティ比が互いに異なる第１の期間と第２の期間とを設けることにより、前記陽極デューティ比を変調する陽極デューティ比変調部と、
   所定の条件が満たされた場合には、前記第１の期間と前記第２の期間を含み、前記変調が行われる一変調周期において、前記第２の期間よりも前記陽極デューティ比が高い前記第１の期間を前記第２の期間よりも長くする高デューティ期間延長部と
   を有する放電灯の駆動装置。
10. 光源装置であって、
    放電灯と、
    前記放電灯の２つの電極間に電力を供給して前記放電灯を点灯する放電灯点灯部と、
    前記放電灯点灯部による電力の供給状態を制御する給電制御部と
    を備え、
    前記放電灯点灯部は、前記電極間に印加する電圧の極性を交互に切り替える極性切替部を有しており、
    前記給電制御部は、
    前記極性切替の一周期において前記電極の一方が陽極として動作する陽極時間の比率である陽極デューティ比が互いに異なる第１の期間と第２の期間とを設けることにより、前記陽極デューティ比を変調する陽極デューティ比変調部と、
    所定の条件が満たされた場合には、前記第１の期間と前記第２の期間を含み、前記変調が行われる一変調周期において、前記第２の期間よりも前記陽極デューティ比が高い前記第１の期間を前記第２の期間よりも長くする高デューティ期間延長部と
    を有する光源装置。
11. 画像表示装置であって、
    画像表示用の光源である放電灯と、
    前記放電灯の２つの電極間に電力を供給して前記放電灯を点灯する放電灯点灯部と、
    前記放電灯点灯部による電力の供給状態を制御する給電制御部と
    を備え、
    前記放電灯点灯部は、前記電極間に印加する電圧の極性を交互に切り替える極性切替部を有しており、
    前記給電制御部は、
    前記極性切替の一周期において前記電極の一方が陽極として動作する陽極時間の比率である陽極デューティ比が互いに異なる第１の期間と第２の期間とを設けることにより、前記陽極デューティ比を変調する陽極デューティ比変調部と、
    所定の条件が満たされた場合には、前記第１の期間と前記第２の期間を含み、前記変調が行われる一変調周期において、前記第２の期間よりも前記陽極デューティ比が高い前記第１の期間を前記第２の期間よりも長くする高デューティ期間延長部と
    を有する画像表示装置。

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