JP4572940B2 - 放電灯の駆動方法、駆動装置、及びプロジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、一対の電極を有する放電灯の駆動方法、駆動装置、及び、かかる放電灯を組み込んだ光源を備えるプロジェクタに関する。

放電発光型ランプの状態は使用時間とともに変化し、特に電極は、点灯中に消耗して形状が時間とともに変化する。例えば、電極先端部に複数の突起が成長したり、電極本体部の不規則な消耗が進行すると、アークの起点移動やアーク長変化が生じ、光源装置及びプロジェクタの輝度低下を引き起こし、放電ランプの寿命を縮めるという問題がある。

このような電極本体部の消耗の進行に対処する方法として、定常点灯時に定格電流値以上の点灯電流を供給し、消耗した電極先端部の形状を修復する技術がある（特許文献１参照）。
特許第３８４００５４号公報

しかしながら、電流値の一時的な増加によって消耗した電極表面を修復する方法では、電極先端部を一時的に完全に溶融させるのでアーク長が一時的に急激に大きくなり、照度低下、ちらつき、色むら等の弊害を起こす恐れがあった。

そこで、本発明は、上記の弊害を生ずること無く、電極先端部に複数の突起が成長することや電極本体部が不規則に消耗することを十分に防止でき、光源の寿命を長くすることができる放電灯の駆動方法、駆動装置、及び、これを用いた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、本発明に係る放電灯の駆動方法は、第１電極及び第２電極を有する放電灯に交流電流を供給し放電させることによって発光を生じさせるものであって、交流電流を放電灯に供給する定常的動作において、交流電流の一周期中の２つの極性における電流値の絶対値の差を所定のパターンで変化させる。

上記駆動方法では、定常的動作において、交流電流の一周期中の２つの極性における電流値の絶対値の差を所定のパターンで変化させるので、極性が交番する交流電流を基本としつつも、第１電極が陽極の際の電流値と第２電極が陽極の際の電流値とのバランスを適宜変化させることができる。よって、両電極の先端部を例えば交互に適度に溶融させつつ単一の大きな突起を確実に維持又は成長させることができ、両電極の劣化抑制によって光源の寿命を長くすることができる。

本発明の具体的な態様では、所定のパターンの１周期の期間は、交流電流の複数周期分の期間に相当し、所定のパターンの１周期中に、２つの極性における半周期の平均電流値の絶対値の差が増減し、所定のパターンを繰り返すことにより、２つの極性における半周期の平均電流値の絶対値の差が周期的に変化する。この場合、両電極及びその周辺の熱的状態を比較的長いタイムスケールで大きく緩やかに変動させることができるので、例えば発光管中に定常的な対流が形成されることを回避できる。これにより、両電極が偏って消耗することや電極材料が偏って析出することを抑えることができる。

本発明のさらに別の態様では、第１電極の先端部が第２電極の先端部よりも高温となる場合に、第１電極が陽極として動作する際の電流値の絶対値の最大値を、第２電極が陽極として動作する際の電流値の絶対値の最大値よりも小さくする。この場合、第１電極の方が第２電極よりも高温になる傾向を抑制できるため、第１電極のみが早期に劣化する現象を抑制することができる。これにより、光源装置からの照明光の照度を維持できるとともに、光源装置を長寿命化できる。

本発明のさらに別の態様では、第１電極及び第２電極間の放電により発生した光束を反射して被照明領域に射出する主反射鏡が第２電極側に配置され、第１電極及び第２電極の電極間空間からの光束を電極間空間側に向けて反射する副反射鏡が主反射鏡に対向して第１電極側に配置されている。この場合、副反射鏡側の第１電極の方が主反射鏡側の第２電極よりも高温になる現象を抑制できる。なお、上記のように副反射鏡側の第１電極の方が相対的に高温となる原因として、第１電極の方がより副反射鏡に近く副反射鏡からの輻射熱にさらされやすいことや、発光管周辺を流れる冷却風が副反射鏡に遮られて副反射鏡に覆われている側すなわち第１電極を収納する半球側で冷却効率が低下することが考えられる。

本発明のさらに別の態様では、交流電流の一周期中の２つの極性のうち少なくとも電流値の絶対値が小さくなる側の極性の電流値を、対応する極性期間内で変化させる。この場合、陰極として動作している電極においては、フリッカが抑制され、陽極として動作している電極においては、先端部の必要十分な溶融を確保できる。これにより、放電の安定化と電極形状の維持を図ることができる。

本発明のさらに別の態様では、交流電流の一周期中の２つの極性のうち少なくとも電流値の絶対値が小さくなる側の極性の電流値を、対応する極性期間の末期に絶対値が最大となるように変化させる。この場合、フリッカ抑制と電極先端部の溶融による形状維持とを、より効果的に図ることができる。

本発明に係る駆動装置は、第１電極及び第２電極を有する放電灯に交流電流を供給し放電させることによって放電灯を発光させる駆動装置であって、交流電流を放電灯に供給する定常的動作において、交流電流の一周期中の２つの極性における電流値の絶対値の差を所定のパターンで変化させる電流駆動回路を備える。

上記駆動装置では、定常的動作において、交流電流の一周期中の２つの極性における電流値の絶対値の差を所定のパターンで変化させるので、極性が交番する交流電流を基本としつつも、第１電極が陽極の際の電流値と第２電極が陽極の際の電流値とのバランスを緩やかに変化させることができる。よって、両電極の先端部を交互に適度に溶融させつつ単一の大きな突起を確実に維持又は成長させることができ、両電極の劣化抑制によって光源の寿命を長くすることができる。

本発明に係るプロジェクタは、（ａ）上述の駆動方法で駆動されて発光する光源装置と、（ｂ）光源装置からの光束によって照明される光変調装置と、（ｃ）光変調装置によって形成された像を投射する投射光学系とを備える。

上記プロジェクタでは、上述の光源装置を用いているので、光源装置の両電極が劣化することを抑制ことができる。これにより、プロジェクタの投射輝度を長期にわたって保持することができる。

〔第１実施形態〕
以下、図面を参照して、本発明の第１実施形態に係る放電灯用の駆動装置を組み込んだ光源装置等について説明する。

図１は、光源装置１００の構造を概念的に説明する断面図である。光源装置１００において、光源ユニット１０は、放電灯として、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。また、光源駆動装置７０は、放電灯用の駆動装置として、光源ユニット１０に交流電流を供給して所望の状態で発光させるための電気回路を備える。

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で構成され、照明用の光を放射する封体である本体部分１１と、この本体部分１１の両端を通る軸線に沿って延びる第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電極１５の先端部分と、同様にタングステン製の第２電極１６の先端部分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は、その内部に本体部分１１に設けた第１及び第２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を封入しており、ガラス材料等によって外部に対して気密な封止を形成している。これらの金属箔１７ａ，１７ｂに接続されたリード線１８ａ，１８ｂに光源駆動装置７０により交流パルス状の電力を供給すると、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。

副鏡３は、発光管１の本体部分１１のうち、第１電極１５がある光束射出前方側の略半分を近接して覆っている。この副鏡３は、石英ガラス製の一体成形品であり、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１封止部１３の周囲に固定される支持部３ｂとを備える。支持部３ｂは、第１封止部１３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た状態で保持している。

リフレクタ２は、発光管１の本体部分１１のうち、第２電極１６がある光束射出後方側の略半分に対向して配置されている。このリフレクタ２は、結晶化ガラスや石英ガラス製の一体成形品であり、発光管１の第２封止部１４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とを備える。首状部２ａは、第２封止部１４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た状態で保持している。

発光管１は、主反射部２ｂの回転対称軸又は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位置と略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の発光中心Ｏ周辺のアーク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。

発光管１は、例えば石英ガラス管中に金属箔１７ａ，１７ｂの先端に固定された第１及び第２電極１５，１６を支持し、両封止部１３，１４に対応する部分で石英ガラス管を周囲からバーナで加熱して軟化、収縮させるシュリンクシールによって作製される。副鏡３は、発光管１の第１封止部１３に支持部３ｂを挿通させた状態で無機接着剤Ｃを注入及び充填して固化することにより、発光管１に固定される。発光管１は、リフレクタ２の首状部２ａに第２封止部１４を挿入した状態で、無機接着剤Ｃを注入及び充填して固化することにより、リフレクタ２に固定される。

図２は、図１に示す光源ユニット１０を所望の状態で点灯動作させるための光源駆動装置７０の構成を模式的に示すブロック図である。

光源駆動装置７０は、図１等に示す一対の電極１５，１６間で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。光源駆動装置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。ここでは、一例として、光源駆動装置７０が、外部電源を使用する場合について説明する。つまり、光源駆動装置７０は、ＡＣ／ＤＣコンバータ８１に接続されており、ＡＣ／ＤＣコンバータ８１は、商用電源９０に接続されている。ＡＣ／ＤＣコンバータ８１は、商用電源９０から供給される交流電圧を直流電圧に変換する。

点灯装置７０ａは、図１の光源ユニット１０を点灯駆動させる回路部分である。点灯装置７０ａにより、光源駆動装置７０から出力される駆動波形が調整される。ここで、駆動波形は、出力電流又は電圧の周波数、振幅、デューティ比、正負の振幅比、波形特性等を要素とするものであり、点灯装置７０ａから光源ユニット１０に対して、例えば矩形波、かかる矩形波に三角波を重畳した重畳波その他の、任意の波形特性を有する駆動電流が出力される。

制御装置７０ｂは、例えば、マイクロコンピュータ、メモリ、センサ、インターフェース等から構成される回路ユニットであり、電源である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。制御装置７０ｂは、点灯装置７０ａの動作状態を制御する駆動制御部７４と、発光管１の状態を判断する判断部７５と、点灯装置７０ａの動作態様すなわち給電条件等の各種情報を記憶するデータ収納部７６とを備える。

駆動制御部７４は、データ収納部７６等に保管されたプログラムに従って動作する部分である。駆動制御部７４は、データ収納部７６に保管された初期動作用給電条件及び定常的動作用給電条件から発光管１の現状に適合するものを選択するとともに、選択された給電条件に従った初期動作や定常的動作を点灯装置７０ａに行わせる。なお、駆動制御部７４は、点灯装置７０ａと協働して、発光管１に給電して必要な点灯動作を行わせるための電流駆動回路として機能する。本実施形態において、第２電極１６及び第１電極１５に定常的エネルギーを供給する動作を定常的動作とし、定常的動作を行う前の点灯開始時に定常的動作とは異なる動作で第２電極１６及び第１電極１５にエネルギーを供給する動作を初期動作とする。

判断部７５は、発光管１の状態、すなわち発光管１の累積点灯時間、発光管１への電極間電圧等に基づいて、発光管１の劣化段階等を判断する部分である。

データ収納部７６は、駆動制御部７４の動作用プログラム等のほか、発光管１の初期動作の態様として複数の初期用給電条件を記憶し、発光管１の定常的動作の態様として複数の定常用給電条件を記憶する。具体的には、データ収納部７６は、初期動作に含まれる始動時や立上げ時の電流値、周波数等の設定値等の各種パラメータを記憶する。また、データ収納部７６は、定常的動作すなわち定格駆動での点灯周波数、電流値、電流変位量、区分期間、電流変位周期、三角波跳ね上げ率等に関する各種パラメータを記憶する。ここで、電流変位量とは、正負の振幅値が等しい矩形波状の交流成分、すなわち発光管１を点灯するための点灯周波数の交流成分に重畳させるべき直流成分を意味する。このような電流変位量は、第１電極１５が陽極の際の電流値の絶対値と、第２電極１６が陽極の際の電流値の絶対値と差（後述する相対差ΔＩ）を所定のパターンで緩やかに変化させるものとなっている。

図３は、図１の発光管１の本体部分１１の内部を説明するための拡大断面図であり、図４（Ａ）〜４（Ｃ）は、両電極１５，１６の補修を説明する概念図である。図示のように、本体部分１１内において、第１及び第２電極１５，１６は、先端部１５ａ，１６ａと、大径部１５ｂ，１６ｂと、軸部１５ｃ，１６ｃとをそれぞれ備える。

図４（Ａ）に示す第１電極１５の場合、先端部１５ａ先端側の表面に、複数の微小な凹凸６３が形成されている。この場合、先端部１５ａと凹凸６３との間で放電起点が移動する現象、つまりフリッカやアークジャンプが発生する。ここで、フリッカは放電の起点の移動が連続的に起こるものであり、アークジャンプは、当初の放電起点位置から放電起点が完全に移動するものである。フリッカやアークジャンプは、画面のちらつきや照度低下を発生させる。

上記のようなフリッカやアークジャンプを事後に又は事前に防止するため、発光管１の定常動作において、以下に詳述するが、第１及び第２電極１５，１６に対して周期的な補修を交互に行なうものとする。

図４（Ｂ）に示す場合、例えば第１電極１５が陽極として動作する際の電流値を、第２電極１６が陽極として動作する際の電流値よりも大きくしている。これにより、第１電極１５の先端側の温度が上昇し、図４（Ａ）の凹凸６３が溶かされて溶融部６４が形成される。ここで、一周期内において、第１電極１５が陽極である場合における電流値の絶対値Ｉ１と、第２電極１６が陽極である場合における電流値の絶対値Ｉ２との差を相対差ΔＩとすると、第１電極１５の電流は、通常よりも相対差ΔＩの半分すなわちΔＩ／２だけ全体としてシフトしていることになり、このような増加分ΔＩ／２（以下、変位量）と増加期間ｔとの調整によって、第１電極１５の先端側の温度上昇を適宜調節できる。このような第１電極１５の先端側における温度上昇の調節により、先端部１５ａを略残したままで表面に溶融部６４を形成することができ、凹凸６３を平滑化することができる。以上のように第１電極１５の先端側を十分に加熱した後は、図４（Ｃ）に示すように、一周期内において、第２電極１６が陽極として動作する際の電流値の絶対値を、第１電極１５が陽極として動作する際の電流値の絶対値よりも大きくする。これにより、第１電極１５の先端側の温度が下降し、図４（Ｂ）の溶融部６４が徐々に冷却され、このように冷却された溶融部６４の固化に伴って、図４（Ｃ）に示すように先端部１５ａの形状が適度に大きな先細りに保持される。

以上は、第１電極１５に着目した補修駆動の説明であったが、第２電極１６に対しても同様の補修駆動が同時並行して行われる。つまり、図４（Ｃ）に示す状態で、第２電極１６の先端側の温度が上昇して溶融部６４が形成される。次に、図４（Ｂ）の状態に戻すならば、第２電極１６の先端側の温度が降下し、冷却された溶融部６４の固化に伴って先端部１６ａの形状が先細りに保持される。

つまり、図４（Ｂ）のように陽極の第１電極１５を加熱し第２電極１６を冷却する状態と、図４（Ｃ）のように陽極の第２電極１６を加熱し第１電極１５を冷却する状態とを交互に繰り返すことで、第１及び第２電極１５，１６を交互に補修することになり、両電極１５，１６の劣化を抑制することができ、発光管１の寿命を長くすることができる。

図３に戻って、発光管１を定格で動作させる定常的動作においては、一対の電極１５，１６の先端部１５ａ，１６ａ間にアーク放電によるアークＡＲが形成される。このアークＡＲ及びその付近領域は極めて高温となる。このため、放電空間１２内において、アークＡＲから上方に流れる対流ＡＦが形成される。この対流ＡＦは、本体部分１１の頂部１１ａに当たって上半部１１ｂに沿って移動し、両電極１５，１６の軸部１５ｃ，１６ｃ等を通過することによって冷却されつつ降下する。このように降下した対流ＡＦは、本体部分１１の下半部１１ｃに沿って更に降下するが、アークＡＲ下方で互いに衝突して上方のアークＡＲに戻されるように上昇する。つまり、両電極１５，１６の周囲に対流ＡＦが形成され循環するが、このような対流ＡＦは、アークＡＲによって溶融蒸発した電極材料を含むため、定常的な対流によって軸部１５ｃ，１６ｃの局所に電極材料が堆積或いは偏析して針状に成長し、例えば上半部１１ｂに向けて意図しない放電が生じる可能性がある。このような意図しない放電は、本体部分１１の内壁を劣化させ、発光管１の寿命を低下させる原因となる。また、単一の駆動波形による点灯を長時間続けると、電極が一定の温度分布で長時間持続されるため、経時的な状態変化に伴って生じた電極の非対称性が、時間と共により助長される方向に向かう。このため、第１及び第２電極１５，１６間に供給する交流電流において、第１電極１５が陽極時の電流値の絶対値Ｉ１と第２電極１６が陽極時の電流値の絶対値Ｉ２との差に相当する相対差ΔＩを比較的長い周期で緩やかに周期的に変化させ、電極１５，１６の温度分布を周期的に変動させることで、電極の偏った劣化を防止し、更に左右電極１５，１６間に生じ得る数百Ｋの温度差によって、対流に時間的な変動を起こし、放電空間１２内に定常的な対流ＡＦが形成されることを防止する。具体的には、一対の電極１５，１６に供給される一定周波数（点灯周波数）の電流波形の周期に比較して十分に大きな周期で、その電流波形における２つの極性の電流値の絶対値の差（相対差）ΔＩを周期的に変化させる。このため、正負の振幅値が等しい点灯周波数の交流成分に対して、上記のような相対差ΔＩを実現するように比較的長い周期で周期的に変化する直流成分（変位量ΔＩ／２）を重畳させた重畳電流を両電極１５，１６間に供給する。この際、電流波形の変位量ΔＩ／２を周期的に変化させるパターンとして、例えば変位量ΔＩ／２の変位周期が複数の区分期間で構成され各区分期間において変位量ΔＩ／２が一定期間以上維持されるものを用いる。つまり、両電極１５，１６に供給する電流波形の変位量ΔＩ／２を段階的に変化させ、かつ、周期的に増減させる。このような変位量ΔＩ／２とその変動周期とを調整することにより、図４（Ｂ）及び４（Ｃ）に示すような第１及び第２電極１５，１６の補修も並行して達成される。

具体的な駆動条件について説明すると、両電極１５，１６に供給される点灯周波数は、例えば６０Ｈｚ〜５００Ｈｚ程度になっているものとする。そして、電流波形における変位量ΔＩ／２に関する変位周期を構成する各区分期間を例えば１秒程度以上（具体例では１０秒）とするとともに、各区分期間において変位量ΔＩ／２を例えば点灯周波数の交流成分の振幅の５０％以下程度の一定値に維持する。ここで、変位量ΔＩ／２を例えば１０程度（具体例では１２）のレベルに区分することにより、各区分期間を統合した変位量ΔＩ／２に関する変位周期は、例えば１０秒以上（具体例では１２０秒）となる。このような変位量ΔＩ／２に関する変位パターンにより、第１及び第２電極１５，１６の先端部１５ａ，１６ａを溶かして成長させる補修が可能になり、先端部１５ａ，１６ａの形状を長期間にわたって維持することができるので、アークの起点移動やアーク長変化を防止でき、両電極１５，１６の寿命を長くすることができる。また、このような変位パターンにより、第１及び第２電極１５，１６及びその周辺の熱的状態を対流ＡＦに影響を与える程度のロングスパンで緩やかに変動させることができるようになるので、発光管１の本体部分１１内において定常的な対流ＡＦが形成されることを回避できる。結果的に、電極材料が両電極１５，１６の意図しない場所に針状に成長することを防止でき、さらに両電極１５，１６の偏った劣化を防止できる。

以下、副鏡３側の第１電極１５の方がリフレクタ２側の第２電極１６よりも高温になりやすい点について説明する。まず、第１電極１５の方が第２電極１６に比較してより副鏡３の近くに配置されるので、第１電極１５は、副鏡３からの輻射熱にさらされやすい。このため、第１電極１５の方が第２電極１６よりも相対的に高温になりやすい。また、光源ユニット１０は不図示の冷却装置からの冷却風によって適当な温度まで冷却されているが、発光管１の本体部分１１のうち副鏡３に覆われている半球側で冷却効率が低下する傾向が生じる。このため、第１電極１５の方が第２電極１６よりも相対的に高温になりやすい。以上のように、副鏡３側の第１電極１５の方が第２電極１６よりも高温になりやすいので、第１電極１５の劣化が加速される。このため、上記のように第１及び第２電極１５，１６間に供給する交流電流の偏りとしての変位量ΔＩ／２を周期的に変化させる際に、第１電極１５が陽極となる際の変位量ΔＩ／２の最大値ＤＭ１を、第２電極１６が陽極となる際の変位量ΔＩ／２の最大値ＤＭ２よりも小さくすることによって、副鏡３側の第１電極１５の温度上昇を抑える。具体的には、第１電極１５側の変位量ΔＩ／２の最大値ＤＭ１を点灯周波数の交流成分の例えば２０％程度とし、第２電極１６側の変位量ΔＩ／２の最大値ＤＭ２を点灯周波数の交流成分の例えば３０％程度とする。これによって、アークＡＲの輝度を保ちつつ副鏡３側の第１電極１５の偏った損耗を防止できる。

なお、第１電極１５が陽極となる際の変位量ΔＩ／２の最大値ＤＭ１を第２電極１６が陽極となる際の変位量ΔＩ／２の最大値ＤＭ２よりも小さくすることは、第１電極１５が陽極となる際の電流値の絶対値Ｉ１の最大値（陽極最大電流）を、第２電極１６が陽極となる際の電流値の絶対値Ｉ２の最大値（陽極最大電流）よりも小さくすることになる。

図５（Ａ）〜５（Ｃ）は、一対の電極１５，１６に供給する交流電流を説明するためのグラフである。各グラフにおいて、横軸は時間、縦軸は電流値を示す。図５（Ａ）は、両電極１５，１６間で点灯させるための交流成分を示す。この交流成分は、点灯周波数に対応する一定の周期Ｔａの矩形波であり、電流値Ａ０に対応する正負等しい振幅±Ａ０を有する。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の交流成分に重畳される直流成分に対応する変位量ΔＩ／２を示す。この変位量ΔＩ／２は、段階的に変化するとともに、周期Ｔｍで周期的に増減している。各周期Ｔｍは、副鏡３側の第１電極１５の陽極電流が相対的に大きくなる前半期Ｈ１と、リフレクタ２側の第２電極１６の陽極電流が相対的に大きくなる後半期Ｈ２とからなる。また、直流成分である変位量ΔＩ／２は、前半期Ｈ１において第１電極１５の陽極電流が相対的に大きくなる６段階の区分期間Ｐ１〜Ｐ６と、後半期Ｈ２において第２電極１６の陽極電流が相対的に大きくなる６段階の区分期間Ｐ７〜Ｐ１２との、全体で１２段階に変化する。ただし、第１電極１５が陽極に偏る前半期Ｈ１における陽極電流の最大値ＤＭ１（区分期間Ｐ４の直流電流値）は、上述のように交流成分の２０％であるのに対し、第２電極１６が陽極に偏る後半期Ｈ２における陽極電流の最大値ＤＭ２（区分期間Ｐ１０の直流電流値）は、上述のように３０％である。つまり、第２電極１６が陽極の際の直流成分に対応する変位量ΔＩ／２よりも、第１電極１５が陽極の際の直流成分に対応する変位量ΔＩ／２の方が小さくなっている。図５（Ｃ）は、図５（Ａ）の交流成分に図５（Ｂ）の変位量ΔＩ／２を重畳した電流波形を示す。両電極１５，１６には、交流電流が供給されているが、直流成分に対応する変位量ΔＩ／２が比較的長い周期で緩やかに正負に変化している。そして、第１電極１５の陽極最大電流は、第２電極１６の陽極最大電流よりも小さくなっている。これにより、第１及び第２電極１５，１６の補修を行いつつこれらの偏った消耗を防止できるだけでなく、副鏡３側の第１電極１５の相対的な温度上昇を抑えることができる。

なお、図５に示すような電流波形の相対差ΔＩに関連する変位その他を含む動作パターンにおいて、両電極１５，１６に供給する電流の点灯周波数やデューティ比を一定に維持する必要はなく、各区分期間Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，…ごとに異なる点灯周波数や電流値を割り当てることができる。

また、図５に示すような電流波形の相対差ΔＩに関連する変位その他を含む動作パターンにおいて、点灯周波数、電流値、電流変位量（具体的には駆動波形の変位量ΔＩ／２の変域）、区分期間、電流変位周期等の設定値は、判断部７５で得た両電極１５，１６の消耗度その他の劣化段階に関する情報に基づいて増減変更することができる。例えば、両電極１５，１６の劣化が進行した場合には、点灯周波数、電流値を一時的に増減させることで両電極１５，１６の先端部１５ａ，１６ａの形状を維持することができる。また、最大電流値すなわち変位量ΔＩ／２の範囲を増加させることで、経時的に劣化した電極を確実に溶融し、先端形状を良好に維持することができる。

図６（Ａ）〜６（Ｃ）は、図５（Ａ）〜５（Ｃ）に示す交流電流の変形例を説明するグラフである。図６（Ａ）は、両電極１５，１６を点灯するための交流成分を示し、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の交流成分に重畳される直流成分に対応する変位量ΔＩ／２を示し、図６（Ｃ）は、図６（Ａ）の交流成分に図６（Ｂ）の変位量ΔＩ／２を重畳した電流波形を示す。この場合、区分期間Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，…が切り替わるごとに直流成分すなわち変位量ΔＩ／２が段階的に変化している点で元と共通するが、交流電流の一周期あたりの正と負の極性のうち電流値の絶対値が小さくなる側の極性時に、駆動波形を変化させている。すなわち、前半期Ｈ１では第２電極１６の陽極時に、後半期Ｈ２では第１電極１５の陽極時に、矩形波に漸増する三角波を重畳させた重畳波が供給されている。重畳前の交流成分の平均電流値は、Ａ０に維持されているが、ピーク値は、Ａ１になっている。ここで、平均電流値Ａ０に対するピーク値Ａ１の比を重畳波の三角波跳上げ率とすると、三角波跳上げ率Ａ１／Ａ０は、矩形波の三角波跳上げ率１よりも増加している。三角波跳上げ率の調整により、陽極先端における十分な溶融と、陰極におけるフリッカ抑制とを図ることができる。

図７は、光源駆動装置７０の動作を説明するフローチャートである。制御装置７０ｂは、データ収納部７６に保管した駆動制御テーブルから、発光管１の点灯開始に必要な適当な初期駆動データを読み出す（ステップＳ１１）。

次に、制御装置７０ｂは、ステップＳ１１で読み出した初期用給電条件に基づいて点灯装置７０ａを制御し、発光管１の始動から立ち上げ動作を含む初期動作を制御する（ステップＳ１２）。

次に、制御装置７０ｂは、データ収納部７６に保管された駆動制御テーブルから、発光管１の発光維持に必要な適当な定常的駆動データを読み出す（ステップＳ１３）。具体的には、定常的動作時の、点灯周波数、電流値、電流変位量（具体的には駆動波形の変位量ΔＩ／２の変域）、区分期間、電流変位周期、三角波跳ね上げ率等の設定値が読み出される。この際、判断部７５で得た両電極１５，１６の消耗度その他の劣化段階に関する情報に基づいて、点灯周波数、電流値等の点灯波形や、電流変位量（具体的には駆動波形の変位量ΔＩ／２の変域）、区分期間、電流変位周期等を含む駆動パターン又は変位パターンが選択される。

次に、制御装置７０ｂは、ステップＳ１３で読み出した定常用給電条件に基づいて、点灯装置７０ａの発光管１の定常的動作を制御する（ステップＳ１４）。具体的な動作は、図４、５等に例示するものとなる。

ここで、判断部７５は、定常的動作中において、光源ユニット１０の点灯動作の終了を要求する割込要求信号が入力されたか否かを判断する（ステップＳ１５）。このような割込要求信号の入力があった場合、現在の累積点灯時間、現在の発光管１に供給されている電圧等、現在の発光管１の状態を示す情報をデータ収納部７６に記録し、消灯動作に移行させる。

以上の説明から明らかなように、本実施形態の光源装置１００によれば、制御装置７０ｂの制御下で動作する点灯装置７０ａにより、発光管１を定格で動作させる定常的動作において、交流電流の一周期中の２つの極性における電流値の絶対値の差に相当する相対差ΔＩやこれを直流成分として実現するための変位量ΔＩ／２を所定のパターンで変化させるので、極性が交番する交流電流を基本としつつも、第１電極１５が陽極の際の最大電流値と第２電極１６が陽極の際の最大電流値とのバランスを適宜変化させることができる。よって、両電極１５，１６の先端部１５ａ，１６ａを例えば交互に適度に溶融させつつ単一の大きな突起である先端部１５ａ，１６ａを確実に維持又は成長させることができ、両電極の劣化抑制によって光源の寿命を長くすることができる。

図８は、図１の光源装置１００を組み込んだプロジェクタの構造を説明するための概念図である。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、光変調部４０と、クロスダイクロイックプリズム５０と、投射レンズ６０とを備える。ここで、光変調部４０は、同様の構造を有する３つの液晶ライトバルブ４０ａ，４０ｂ，４０ｃを含む。

上記プロジェクタ２００において、光源装置１００は、図１に示した光源ユニット１０と、光源駆動装置７０とを備え、照明光学系２０等を介して光変調部４０すなわち液晶ライトバルブ４０ａ，４０ｂ，４０ｃを照明するための照明光を発生する。

照明光学系２０は、光源光の光束方向を平行化する平行化レンズ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とを備える。照明光学系２０において、平行化レンズ２２は、光源ユニット１０から射出された照明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、それぞれマトリクス状に配置された複数の要素レンズからなり、第１フライアイレンズ２３ａを構成する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し、第２フライアイレンズ２３ｂを構成する要素レンズによって第１フライアイレンズ２３ａからの分割光束を適当な発散角にして射出させる。偏光変換素子２４は、ＰＢＳ、ミラー、位相差板等を一組の要素とする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。つまり、両フライアイレンズ２３ａ，２３ｂと重畳レンズ２５とを経た照明光は、以下に詳述する色分離光学系３０を経て、光変調部４０に設けられた各色の液晶パネル４１ａ，４１ｂ，４１ｃを均一に重畳照明する。

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からの照明光を赤（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。

光変調部４０を構成する各液晶ライトバルブ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る。液晶ライトバルブ４０ａ，４０ｂ，４０ｃは、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，４１ｂ，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，４２ｂ，４２ｃと、各液晶パネル４１ａ，４１ｂ，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，４３ｂ，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、投射光学系であり、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。

以上のプロジェクタ２００によれば、光源装置１００を構成する一対の電極１５，１６を交互に補修することができ、また、一対の電極１５，１６のいずれかが偏って早期に劣化することを防止できるので、プロジェクタ２００の投射輝度を長期にわたって保持することができる。

〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態の光源装置について説明する。なお、第２実施形態の光源装置は、第１実施形態の光源装置１００を変形したものであり、特に説明しない部分は第１実施形態の光源装置１００と同様であるものとする。

第２実施形態の光源装置１００は、図示を省略するが、図１の光源ユニット１０において、例えば副鏡３を省略した構成となっている。このため、本実施形態の光源装置１００の場合、第１電極１５と第２電極１６といずれかが特に高温になるという傾向がないものとする。

図９（Ａ）〜９（Ｃ）は、第２実施形態の光源装置１００に設けた一対の電極１５，１６に供給する交流電流を説明するためのグラフである。図９（Ａ）は、両電極１５，１６を点灯するための交流成分を示し、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）の交流成分に重畳される直流成分に対応する変位量ΔＩ／２を示し、図９（Ｃ）は、図９（Ａ）の交流成分に図９（Ｂ）の変位量ΔＩ／２を重畳した交流電流を示す。この場合、区分期間Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，…が切り替わるごとに直流成分すなわち変位量ΔＩ／２が段階的に変化している点で第１実施形態と共通するが、第１電極１５の陽極最大電流ＤＭ１と、第２電極１６の陽極最大電流ＤＭ２とが等しくなっている。この場合も、第１及び第２電極１５，１６の補修を行いつつこれらの偏った消耗を防止できる。この際、第１電極１５と第２電極１６とは略等しい温度に保たれる。

図１０（Ａ）〜１０（Ｃ）は、図９（Ａ）〜９（Ｃ）に示す交流電流の変形例を説明するグラフである。図１０（Ａ）は、両電極１５，１６を点灯するための交流成分を示し、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）の交流成分に重畳される直流成分に対応する変位量ΔＩ／２を示し、図１０（Ｃ）は、図１０（Ａ）の交流成分に図１０（Ｂ）の変位量ΔＩ／２を重畳した交流電流を示す。この場合、区分期間Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，…が切り替わるごとに直流成分すなわち変位量ΔＩ／２が段階的に変化している点で元と共通するが、交流電流の一周期あたりの正と負の極性のうち電流値の絶対値が小さくなる側の極性時、すなわち前半期Ｈ１では第２電極１６の陽極時に、後半期Ｈ２では第１電極１５の陽極時に、矩形波に漸増する三角波を重畳させた重畳波が供給されている。このような三角波の三角波跳上げ率の調整により、陽極先端における十分な溶融と，陰極におけるフリッカ抑制とを図ることができる。

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。

例えば、図４、５、９、１０に示す変位パターンは、単なる例示であり、一対の電極１５，１６に供給する交流電流を様々な変位パターンで変化させることができ、第１及び第２電極１５，１６の補修を行いつつ、発光管１内に対流ＡＦが過度に局在することを防止することができる。

また、上記第２実施形態では、副鏡３を設けないから第１電極１５と第２電極１６との間に温度差が生じないものとしたが、副鏡３を設けなくても、空冷の状態によって両電極１５，１６間に温度差が生じる場合があり、両電極１５，１６のサイズが異なっていると両電極１５，１６間に温度差が生じる場合がある。このような場合も、図５や図６に示す波形を用いることで、両電極１５，１６の温度差を補償した電流駆動が可能になる。

また、上記第１実施形態のうち図６の動作や上記第２実施形態のうち図１０の動作では、交流電流の一周期あたりの正と負の極性のうち電流値の絶対値が小さくなる側の極性時、矩形波に漸増する三角波を重畳させた重畳波が供給されているが、電流値の絶対値が小さくなる極性時に限らず、電流値の絶対値が大きくなる極性時に三角波を重畳させた重畳波を供給することもできる。

また、上記実施形態の光源ユニット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、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。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、投射面を観察する方向から画像投射を行う前面プロジェクタと、投射面を観察する方向とは反対側から画像投射を行う背面プロジェクタとがあるが、図８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。

本発明の第１実施形態の光源装置について説明する断面図である。 光源装置に組み込まれた光源駆動装置の構成を示すブロック図である。 発光管の本体部分を説明する拡大断面図である。。 （Ａ）〜（Ｃ）は光源駆動装置による電極の補修を説明する拡大図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は両電極に供給される交流電流の波形を説明する図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は両電極に供給される交流電流の変形例を説明する図である。 光源駆動装置の動作を説明するフローチャートである。 光源装置を組み込んだプロジェクタを説明する図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は第２実施形態の光源装置の動作について説明する図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は第２実施形態の変形例の動作について説明する図である。

符号の説明

２…リフレクタ、 ３…副鏡、 １０…光源ユニット、 １１…本体部分、 １２…放電空間、 １３，１４…封止部、 １５…第１電極、 １５ａ，１６ａ…先端部、 １６…第２電極、 ２０…照明光学系、 ２２…平行化レンズ、 ２３ａ，２３ｂ…フライアイレンズ、 ２４…偏光変換素子、 ２５…重畳レンズ、 ３１ａ，３１ｂ…ダイクロイックミラー、 ４０…光変調部、 ４０ａ，４０ｂ，４０ｃ…液晶ライトバルブ、 ４１ａ，４１ｂ，４１ｃ…液晶パネル、 ５０…クロスダイクロイックプリズム、 ６０…投射レンズ、 ７０…光源駆動装置、 ７０ａ…点灯装置、 ７０ｂ…制御装置、 ７４…駆動制御部、 ７５…判断部、 ７６…データ収納部、 １００…光源装置、 ２００…プロジェクタ、 ＡＲ…アーク、 ＯＡ…システム光軸

Claims (8)

1. 第１電極及び第２電極を有する放電灯に交流電流を供給し放電させることによって発光を生じさせる放電灯の駆動方法であって、
   前記交流電流を前記放電灯に供給する定常的動作において、６０Ｈｚ〜５００Ｈｚの前記交流電流の一周期中の２つの極性における電流値の絶対値の差を、変位周期が１０秒以上の所定のパターンで変化させる、放電灯の駆動方法。
2. 前記所定のパターンの１周期の期間は、前記交流電流の複数周期分の期間に相当し、
   前記所定のパターンの１周期中に、前記２つの極性における半周期の平均電流値の絶対値の差が増減し、
   前記所定のパターンを繰り返すことにより、前記２つの極性における半周期の平均電流値の絶対値の差が周期的に変化する、請求項１に記載の放電灯の駆動方法。
3. 前記第１電極の先端部が前記第２電極の先端部よりも高温となる場合に、前記第１電極が陽極として動作する際の電流値の絶対値の最大値を、前記第２電極が陽極として動作する際の電流値の絶対値の最大値よりも小さくする、請求項１及び請求項２のいずれか一項に記載の放電灯の駆動方法。
4. 前記第１電極及び前記第２電極間の放電により発生した光束を反射して被照明領域に射出する主反射鏡が前記第２電極側に配置され、前記第１電極及び前記第２電極の電極間空間からの光束を前記電極間空間側に向けて反射する副反射鏡が前記主反射鏡に対向して前記第１電極側に配置されている、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の放電灯の駆動方法。
5. 前記交流電流の一周期中の２つの極性のうち少なくとも電流値の絶対値が小さくなる側の極性の電流値を、対応する極性期間内で変化させる、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の放電灯の駆動方法。
6. 前記交流電流の一周期中の２つの極性のうち少なくとも電流値の絶対値が小さくなる側の極性の電流値を、対応する極性期間の末期に絶対値が最大となるように変化させる、請求項５に記載の放電灯の駆動方法。
7. 第１電極及び第２電極を有する放電灯に交流電流を供給し放電させることによって放電灯を発光させる駆動装置であって、
   前記交流電流を前記放電灯に供給する定常的動作において、６０Ｈｚ〜５００Ｈｚの前記交流電流の一周期中の２つの極性における電流値の絶対値の差を、変位周期が１０秒以上の所定のパターンで変化させる電流駆動回路を備える、駆動装置。
8. 請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の駆動方法で駆動されて発光する光源装置と、
   前記光源装置からの光束によって照明される光変調装置と、
   前記光変調装置によって形成された像を投射する投射光学系と、
   を備えるプロジェクタ。

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