JP4730428B2 - 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、超高圧放電ランプ等の高輝度放電ランプが使用される。このような超高圧放電ランプでは、アークが形成される電極間の距離が使用に伴って長くなり光学系の光利用効率が低下し、プロジェクタなどの画像表示装置の表示画像の照度が低下する。このような表示画像の照度の低下を抑制するため、ランプ電圧の上昇で電極間距離が長くなったことを検出できることを利用して、ランプ電圧の上昇に伴い点灯周波数を所定時間毎に上昇させることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このように、点灯周波数を上昇させることにより、電極の先端には突起が再形成され、電極間距離の増大が抑制されることにより、表示画像の照度の低下が抑制される。

特開２００５−２７６６２３号公報

しかしながら、超高圧放電灯の状態によっては、点灯周波数が高い状態に維持される。この場合、電極の先端に形成される突起の変形や微小化に伴う突起の複数化が進行し、アークの形成位置が移動するいわゆるアークジャンプが発生するおそれがある。また、高周波に維持される点灯周波数と、材質や形状等の電極の状態によっては、電極材が超高圧放電灯内部に蒸着する黒化等の劣化が進行するおそれがある。また、電極の劣化がさらに進行した場合は、一定の高い点灯周波数を用いるだけでは電極間距離増大の抑制できず、プロジェクタなどの画像表示装置の表示画像の照度が低下するおそれがある。同様の問題は、超高圧放電灯に限らず、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）にも共通して存在する。

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、放電灯をより長期間にわたって使用可能にすることを目的とする。

本発明は、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］
放電灯の駆動装置であって、前記放電灯の２つの電極間に交流電流を供給する交流電流供給部と、前記交流電流供給部が供給する交流電流の周波数を周期的に切り替える周波数切替部と、を備え、前記周波数切替部は、切替周期内の複数の期間における前記周波数を互いに異なる値にすることにより前記周波数を切り替え、所定の条件が満たされた場合に、前記切替周期内で前記周波数が最も高い最高周波数期間と、前記切替周期内で前記周波数が最も低い最低周波数期間との間で前記周波数を非単調に変更する放電灯の駆動装置。

一般に、周波数が低い状態では、突起の溶融が十分に行われ太い突起が形成されることにより、微小突起の形成が抑制される。また、周波数が高い状態では低周波で形成された太い突起が伸長する。そのため、電極間の増大が抑制されランプ電圧の上昇を抑制するとともに、突起の形状を安定したアークの生成に適した形状とすることができる。さらに、本適用例によれば、所定の条件が満たされた場合に、周波数を非単調に変化させることにより、低周波で突起が十分に溶融された後、高周波により突起が伸長する。このように、突起の伸長が促進されることにより、ランプ電圧の上昇がより抑制されることにより、放電灯をより長期間にわたって使用することが可能となる。

［適用例２］
適用例１記載の放電灯の駆動装置であって、前記所定の条件は、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であるランプ電圧に基づいて判断され、前記周波数切替部は、前記ランプ電圧が所定の基準値を超えた場合に前記周波数を非単調に変更する放電灯の駆動装置。

この適用例によれば、所定の条件をランプ電圧に基づいて判断することにより、より確実にランプ電圧の上昇を抑制することができる。

［適用例３］
適用例２記載の放電灯の駆動装置であって、前記周波数切替部は、前記ランプ電圧が前記基準値よりも高い所定の上側閾値を越えた場合における前記周波数の変更量を、前記ランプ電圧が前記上側閾値を下回った場合における前記周波数の変更量よりも大きくする放電灯の駆動装置。

この適用例によれば、ランプ電圧が上限閾値を超えた場合に周波数の変更量を大きくすることにより、突起の成長をより促進することができ、より確実にランプ電圧の上昇を抑制することが可能となる。

［適用例４］
適用例２または３記載の放電灯の駆動装置であって、前記周波数切替部は、前記ランプ電圧が前記基準値よりも低い所定の下側閾値を下回った場合における前記周波数の変更範囲を、前記ランプ電圧が前記下側閾値を越えた場合における前記周波数の変更範囲よりも狭くする放電灯の駆動装置。

この適用例によれば、ランプ電圧が下側閾値を下回った場合に周波数の変更範囲を狭くすることにより、突起の成長が抑制される。そのため、ランプ電圧の更なる低下を抑制し、所定の電力を供給するために電流が増大することによる黒化を抑制することができる。

［適用例５］
適用例４記載の放電灯の駆動装置であって、前記ランプ電圧が前記基準値よりも低い所定の下側閾値を下回った場合における前記最高周波数期間の周波数を、前記ランプ電圧が前記下側閾値を越えた場合における前記最高周波数期間の周波数よりも低くする放電灯の駆動装置。

この適用例によれば、最高周波数期間の周波数を低くすることにより、突起の伸長が抑制されることにより、突起の成長が抑制される。

［適用例６］
適用例４または５記載の放電灯の駆動装置であって、前記ランプ電圧が前記下側閾値を下回った場合における前記最低周波数期間の周波数を、前記ランプ電圧が前記した下側閾値を超えた場合における前記最低周波数期間の周波数よりも高くする放電灯の駆動装置。

この適用例によれば、最低周波数期間の周波数を高くすることにより、突起の溶融が抑制されることにより、突起の成長が抑制される。

［適用例７］
適用例１記載の放電灯の駆動装置であって、前記所定の条件は、前記放電灯の劣化状態に基づいて判断され、前記周波数切替部は、前記放電灯の劣化が進行していると判断された場合に、前記周波数を非単調に変更する放電灯の駆動装置。

一般に、放電灯が劣化すると電極間の距離が増大してランプ電圧が高くなるため、放電灯の劣化状態に基づいて所定の条件を判断する方法として、ランプ電圧が上昇したら、放電灯の劣化状態が進行したと判断することができる。なお、放電灯の劣化状態に基づいた所定の条件として、放電灯駆動電流、光学系での所定場所での光量または照度などの他のパラメータの変移で放電灯の劣化状態の進行度を判断することもできる。

［適用例８］
放電灯の駆動装置であって、前記放電灯の２つの電極間に交流電流を供給する交流電流供給部と、前記交流電流供給部が供給する交流電流の周波数を周期的に切り替える周波数切替部と、を備え、前記周波数切替部は、切替周期内の複数の期間における前記周波数を互いに異なる値にすることにより前記周波数を切り替え、所定の条件が満たされた場合に、前記複数の期間のうち時間的に連続する２つの期間の間の周波数の変化量を、前記所定の条件が満たされていない場合における前記２つの期間の間の周波数の変化量よりも大きくする放電灯の駆動装置。

本適用例によれば、所定の条件が満たされた場合に、連続する２つの期間の間の周波数の変化量を大きくすることにより、低周波時における溶融性の向上と、高周波時における突起の伸長がより促進される。このように本適用例によっても、突起の伸長が促進されるので、ランプ電圧の上昇がより抑制され、放電灯をより長期間にわたって使用することが可能となる。

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。

Ａ１．プロジェクタの構成：
図１は、一実施例としてのプロジェクタ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、本実施例では、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。

Ａ２．光源装置の構成：
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。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、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、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電極５４２を「副鏡側電極５４２」とも呼び、他方の電極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と入力ポート６６０からの出力信号に基づいて、ＲＯＭ６２０に格納されたプログラムを実行する。これにより、ＣＰＵ６１０は、駆動周波数変調部６１２および変調パターン設定部６１４としての機能を実現する。なお、ＣＰＵ６１０により実現される駆動周波数変調部６１２および変調パターン設定部６１４のそれぞれの機能については、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。具体的には、点灯回路２２０は、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やパルス波形）に応じた交流パルス電流をインバータ２２２に発生させる。インバータ２２２は、交流電流供給部として、点灯回路２２０により指定された給電条件に従って、放電灯５００に供給する定電力（例えば、２００Ｗ）の交流パルス電流を発生し、発生した交流パルス電流を放電灯５００に供給する。

点灯回路２２０は、また、放電灯５００に定電力の交流パルス電流を供給する際の電極５３２，５４２間の電圧（ランプ電圧）を検出するように構成されている。一般に、放電灯５００が点灯されると、電極５３２，５４２が消耗し、その先端が平坦化する。電極５３２，５４２の先端が平坦化すると、電極間５３２，５４２の距離が増大する。そのため、放電灯５００が劣化して電極５３２の消耗が進むと、放電灯５００の定電力駆動に要する電極５３２，５４２間の電圧（ランプ電圧）が上昇する。従って、ランプ電圧を検出することにより、放電灯５００の劣化状態を検出することができる。電極５３２，５４２が消耗してその先端が平坦化すると、アークは、平坦化した部分のランダムな位置を基点として発生する。そのため、電極５３２，５４２の先端が平坦化すると、アークの発生位置が移動するいわゆるアークジャンプが発生する。

駆動制御部２１０の駆動周波数変調部６１２は、変調パターン設定部６１４により設定される変調パターンに従って、点灯回路２２０が出力する交流パルス電流の周波数（駆動周波数）ｆｄを設定する。このように、放電灯５００の駆動周波数は、駆動周波数変調部６１２と変調パターン設定部６１４とにより切り替えられる。そのため、駆動周波数変調部６１２と変調パターン設定部６１４とは、併せて「周波数切替部」とも呼ぶことができる。なお、変調パターン設定部６１４は、後述するように、ランプ電圧に応じて設定する変調パターンを変更する。

Ａ３．放電灯の駆動周波数変調：
図４は、変調パターン設定部６１４により設定される駆動周波数ｆｄの変調パターンの一例を示す説明図である。図４（ａ）は、駆動周波数ｆｄの時間変化を示すグラフである。図４（ａ）に示す変調パターンでは、変調周期Ｔｍ１（１２秒）が、長さが１秒の１２の期間に分割されている。この変調パターンでは、駆動周波数ｆｄが最も低い期間（最低周波数期間）Ｔｌ１と、駆動周波数ｆｄが最も高い期間（最高周波数期間）Ｔｈ１との間の複数の期間（中間周波数期間）において、駆動周波数ｆｄが単調に変化している。

図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す変調パターンの最低周波数期間Ｔｌ１と最高周波数期間Ｔｈ１とにおいて、放電灯５００に供給される電流（ランプ電流）Ｉｐの時間変化を示している。図４（ｂ）において、ランプ電流Ｉｐの正方向は、主鏡側電極５３２から副鏡側電極５４２に向かって電流が流れる方向を表している。すなわち、ランプ電流Ｉｐが正の値である期間Ｔａｌ，Ｔａｈでは、主鏡側電極５３２が陽極として動作し、ランプ電流Ｉｐが負の値である期間Ｔｃｌ，Ｔｃｈでは、主鏡側電極５３２が陰極として動作する。なお、以下では、一方の電極が陽極として動作する期間を当該電極の「陽極期間」とも呼び、一方の電極が陰極として動作する期間を当該電極の「陰極期間」とも呼ぶ。

図４（ａ）に示すように、最高周波数期間Ｔｈ１における駆動周波数ｆｄ（２９０Ｈｚ）は、最低周波数期間Ｔｌ１における駆動周波数ｆｄ（５５Ｈｚ）の約５．３倍となっている。そのため、図４（ｂ）に示すように、最低周波数期間Ｔｌ１においてランプ電流Ｉｐの極性が切り替えられる切替周期Ｔｐｌは、最高周波数期間Ｔｈ１における切替周期Ｔｐｈの約５．３倍の長さとなっている。また、最低周波数期間Ｔｌ１における主鏡側電極５３２の陽極期間Ｔａｌと陰極期間Ｔｃｌとは、それぞれ、最高周波数期間Ｔｈ１における陽極期間Ｔａｈと陰極期間Ｔｃｈの約５．３倍の長さとなっている。

本実施例では、図４（ｂ）に示すように、主鏡側電極５３２および副鏡側電極５４２の陽極デューティ比がいずれも５０％としている。ここで、主鏡側電極５３２の陽極デューティ比とは、切り替え周期Ｔｐｌ（Ｔｐｈ）に対する、主鏡側電極５３２の陽極期間Ｔａｌ（Ｔａｈ）の長さの比率である。また、副鏡側電極５４２の陽極デューティ比とは、切り替え周期Ｔｐｌ（Ｔｐｈ）に対する、副鏡側電極５４２の陽極期間、すなわち主鏡側電極５３２の陰極期間Ｔｃｌ（Ｔｃｈ）の長さの比率である。これらの２つの電極５３２，５４２の陽極デューティ比を必ずしも同じものとする必要はない。例えば、図２に示すように副反射鏡５２０を有する放電灯５００を用いる場合に、副鏡側電極５４２から熱が放出されにくくなることを考慮して、副鏡側電極５４２の陽極デューティ比を５０％よりも低くする、すなわち、主鏡側電極５３２の陽極デューティ比を５０％よりも高くすることも可能である。後述するように、電極における熱の発生は当該電極の陽極期間において起きるので、一方の電極の陽極デューティ比が高くなるに従って、当該電極での発熱量が多くなる。そのため、副鏡側電極５４２の過度な温度上昇を抑制できる点で、熱が放出されにくい副鏡側電極５４２の陽極デューティ比を５０％よりも低くするのがより好ましい。

図５は、図４（ａ）に示すように異なる駆動周波数ｆｄで放電灯５００を駆動することにより、主鏡側電極５３２の形状が変化する様子を示す説明図である。図５（ａ）に示すように、電極５３２，５４２には、それぞれ、対向する電極に向かって突起５３８，５４８が形成されている。図５（ｂ）は、駆動周波数ｆｄが低い場合における主鏡側電極５３２の状態を示している。図５（ｃ）は、駆動周波数ｆｄが高い場合にける主鏡側電極５３２の状態を示している。

図５（ａ）は、主鏡側電極５３２の陽極期間における２つの電極５３２，５４２の状態を示している。図５（ａ）に示すように、主鏡側電極５３２の陽極期間では、電子が副鏡側電極５４２から放出され、主鏡側電極５３２に衝突する。陽極となっている主鏡側電極５３２では、衝突した電子の運動エネルギが熱エネルギに変換されるため温度が上昇する。一方、陰極となっている副鏡側電極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温度が低下する。同様に、副鏡側電極５４２の陽極期間（すなわち、主鏡側電極５３２の陰極期間）においては、副鏡側電極５４２の温度が上昇し、主鏡側電極５３２の温度が低下する。

主鏡側電極５３２の陽極期間において、主鏡側電極５３２の温度が上昇することにより、主鏡側電極５３２の突起５３８には、電極材が溶融した溶融部が発生する。そして、主鏡側電極５３２の陰極期間になると、主鏡側電極５３２の温度が低下し、突起５３８の先端部に生じた溶融部の固化が始まる。このように、突起５３８，５４８に溶融部が発生し、発生した溶融部が固化することにより、突起５３８，５４８は、対向電極に向かって凸の形状に維持される。

図５（ｂ）および図５（ｃ）は、突起の形状に対して駆動周波数ｆｄが及ぼす影響を示している。駆動周波数ｆｄが低い場合、陽極状態の主鏡側電極５３２の突起５３８ａは、広い範囲にわたって温度が上昇する。また、駆動周波数ｆｄが低い場合には、対向する副鏡側電極５４２との電位差により溶融部ＭＲａに加わる力も、溶融部ＭＲａの広い範囲に対して加わる。そのため、図５（ｂ）に示すように、陽極状態の主鏡側電極５３２の突起５３８には、扁平な溶融部ＭＲａが形成される。そして、主鏡側電極５３２が陰極状態になると、溶融部ＭＲａが固化して、扁平な形状の突起５３８ａが形成される。このように、駆動周波数ｆｄが低い場合には、突起５３８ａの形状が扁平化していく。そのため、駆動周波数ｆｄが低い状態が連続すると、突起５３８ａの扁平化が進行し、突起５３８ａが消失する可能性がある。

一方、駆動周波数ｆｄが高い場合、陽極状態の主鏡側電極５３２の突起５３８ｂにおいて温度が上昇する範囲は小さくなり、突起５３８ｂには駆動周波数ｆｄが低い場合よりも小さい溶融部ＭＲｂが形成される。また、突起５３８ｂの溶融部ＭＲｂに加わる力は、溶融部ＭＲｂの中心部に集中する。そのため、図５（ｃ）に示すように、突起５３８に形成された溶融部ＭＲｂは、対向する副鏡側電極５４２に向かって細長くなり、陰極期間において溶融部ＭＲｂが固化した突起５３８ｂの形状は細長くなる。このように、駆動周波数ｆｄが高い場合、突起５３８ｂの形状が細長くなっていくため、駆動周波数ｆｄが高い状態が連続すると、突起５３８ｂの微細化が進行し、変形しやすい微小突起が形成される。

そこで、本実施例では、変調周期Ｔｍ１（図４）中において駆動周波数ｆｄを変調することにより、連続的に高周波駆動することにより生じる微小突起の生成と、連続的に低周波駆動することによる突起の消失とを抑制し、突起５３８をより好ましい状態に維持している。上述のように、駆動周波数ｆｄが低い場合、突起５３８ａが十分に溶融されることにより、突起５３８ａは大きくなる。一方、駆動周波数ｆｄが高い場合、対向する電極に向かうように突起５３８ｂの伸長が促進される。そのため、駆動周波数ｆｄを変調することにより、低周波駆動時に突起５３８ａが大きくなり、高周波駆動時に突起５３８ｂが伸長することにより、円錐状等、アークの発生位置を安定化させるのに好ましい形状の突起が形成される。なお、図４に示すような変調パターンにより逐次周波数を変動させた場合、上述したような駆動周波数ｆｄが高い場合の現象と低い場合の現象が連続的に繰り返されるため、見た目には電極５３２，５４２の先端の突起５３８，５４８が、円錐状等、アークの発生位置を安定化させるのに好ましい形状が維持されているようにみえ、低周波駆動時に突起５３８ａが大きくなり、高周波駆動時に突起５３８ｂが伸長する現状を観察するのは難しい。

さらに、図４（ａ）に示す駆動パターンでは、最低周波数期間Ｔｌ１と最高周波数期間Ｔｈ１との間に、駆動周波数ｆｄが単調に変化する中間的な駆動周波数ｆｄの期間を設けている。そのため、突起５３８ａが大きくなった後、大きくなった突起は細長い形状へ順次変化する。このように、大きな突起が順次細長い形状に変形されることにより、好ましい形状の突起がより確実に形成される。

Ａ４．変調パターンの設定：
図６は、変調パターン設定部６１４が駆動周波数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、駆動周波数の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駆動周波数変調部６１２に設定する。これにより、駆動周波数ｆｄは、ランプ電圧Ｖｐ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７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す説明図である。本実施例では、変調パターンとしては、ランプ電圧Ｖｐに応じて、５種類のパターンが使用される。

図７は、ランプ電圧Ｖｐが７０〜８０Ｖの際に設定される変調パターンを示している。本実施例では、初期のランプ電圧が７５Ｖの放電灯５００を使用している。そのため、放電灯５００の使用開始時点においては、駆動周波数ｆｄは図７に示す変調パターンに従って変調される。なお、図７に示す変調パターンは、図４（ａ）に示す変調パターンと同じであるので、ここではその説明を省略する。

上述のように、ランプ電圧Ｖｐは、放電灯５００の使用に伴って電極５３２，５４２が消耗することにより上昇する。しかしながら、駆動条件によっては、電極５３２，５４２の先端の突起５３８，５４８が成長し、放電灯５００の使用開始時点よりもランプ電圧Ｖｐが低下する場合もある。図８は、このようにランプ電圧Ｖｐが低下し、７０Ｖを下回った際に設定される変調パターンを示している。

図８に示す変調パターンにおいても、図７に示す変調パターンと同様に、変調周期Ｔｍ２（１２秒）は、長さが１秒の１２の期間に分割されている。また、最低周波数期間Ｔｌ２と、最高周波数期間Ｔｈ２との間の中間周波数期間において、駆動周波数ｆｄは単調に変化している。

一方、最高周波数期間Ｔｈ２の駆動周波数ｆｄは、図７の変調パターンにおける最高周波数期間Ｔｈ１の駆動周波数ｆｄ（２９０Ｈｚ）よりも低い値（２３０Ｈｚ）となっている。また、最低周波数期間Ｔｌ２の駆動周波数ｆｄは、図７の変調パターンにおける最低周波数期間Ｔｌ１の駆動周波数ｆｄ（５５Ｈｚ）よりも高い値（８０Ｈｚ）となっている。

このように、駆動周波数ｆｄの変調範囲を狭くすることにより、低周波駆動時における大きな突起の形成と、高周波駆動時における突起の伸長とが抑制される。そのため、さらなる突起５３８，５４８の成長が抑制される。なお、図８の例では、最高周波数期間Ｔｈ２の駆動周波数ｆｄ（＝２３０Ｈｚ）を、図７に示す変調パターンの最高周波数期間Ｔｌ１の駆動周波数ｆｄ（＝２９０ｈｚ）よりも低くしているが、必ずしも最高周波数期間Ｔｈ２の駆動周波数ｆｄを低くする必要はない。このようにしても、最低周波数期間Ｔｌ２の駆動周波数ｆｄが高くなることにより、低周波駆動時における突起の溶融が抑制されるため、突起５３８，５４８の成長を抑制することが可能となる。但し、より確実に突起５３８，５４８の成長を抑制できる点で、最高周波数期間Ｔｈ２の駆動周波数ｆｄを低くするのがより好ましい。

ランプ電圧Ｖｐが低下した際に、駆動周波数ｆｄの変調範囲を狭くして突起５３８，５４８の成長を抑制することにより、更なるランプ電圧Ｖｐの低下によるランプ電流Ｉｐの増大が抑制される。そのため、ランプ電流Ｉｐの増大による放電灯５００内部の黒化を抑制することができる。また、ランプ電流Ｉｐの増大を抑制することにより、インバータ２２０を構成するバラスト回路の熱負荷を軽減することが可能となる。なお、図８に示す変調パターンにおいても、最低周波数期間Ｔｌ２と最高周波数期間Ｔｈ２との間の中間周波数期間において駆動周波数ｆｄを単調に変化させることにより、連続して低周波駆動することによる突起の消失や、連続して高周波駆動することによる微小突起の生成を抑制し、形成される突起を好ましい形状に維持することができる。

図８に示す変調パターンを使用して突起５３８，５４８の成長を抑制することにより、ランプ電圧Ｖｐは、放電灯５００の使用に伴って上昇する。そして、ランプ電圧Ｖｐが所定の下側閾値（本実施例では、７０Ｖ）以上となった場合には、図７に示す変調パターンが設定される。これにより、突起５３８，５４８の成長が促進され、電極５３２，５４２の消耗によるランプ電圧Ｖｐの上昇が抑制される。

図９は、放電灯の点灯累積時間の増加に伴いランプ電圧Ｖｐが上昇して、８０Ｖ以上となった際に設定される変調パターンを示している。図９の変調パターンでは、変調周期Ｔｍ３（１１秒）が、長さが１秒の１１の期間に分割されている。図９の変調パターンでは、図７および図８の変調パターンと異なり、最低周波数期間Ｔｌ３と最高周波数期間Ｔｈ３との間の中間周波数期間において、駆動周波数ｆｄが高い期間と低い期間とが交互に設定されている。駆動周波数ｆｄが高い期間と低い期間を交互に設けることにより、中間周波数期間において駆動周波数ｆｄは非単調に変化する。このように、駆動周波数ｆｄを非単調に変化させることにより、図５（ｂ）に示すように低周波駆動により突起５３８ａの溶融性が高くなった状態で、図５（ｃ）に示すように高周波駆動による突起５３８ｂの伸長が促進される。そのため、突起５３８ｂの副鏡側電極５４２への伸長がより促進され、ランプ電圧Ｖｐの上昇が抑制される。また、アークは、高周波駆動することにより形成された細長い突起５３８ｂの位置に発生するため、その突起の位置の温度が上昇する。そのため、低周波駆動時においても高周波駆動時に形成された突起５３８ｂにおいてアークが発生しやすくなり、低周波駆動時における突起５３８ａの中心位置が定められ、突起の移動を抑制することが可能となる。

なお、非単調に変化させるとは、最大周波数期間の周波数（最高周波数）から最低周波数期間の周波数（最低周波数）まで、あるいは、最低周波数から最高周波数まで周波数を変化させる際に、その変化方向とは反対の方向に変化させることを言う。例えば、駆動周波数ｆｄを一方向に段階的に変化させていく際の２以上の中間周波数期間の順番を入れ換えることにより、駆動周波数ｆｄを非単調に変化させることもできる。また、非単調とは、最高周波数から最低周波数まで、あるいは、最低周波数から最高周波数まで変化させる際の、特定の方向の変化量の和が最高周波数と最低周波数との差よりも大きい状態であるとも表現することができる。駆動周波数ｆｄを非単調に変化させるための変調パターンは、変調パターンを規定する各期間の時間的な中心点を結ぶ基本波形（図７の例では、三角波）に、当該基本波形よりも高周波の波形を重畳した波形により規定するものとしてもよい。この場合、重畳される高周波の波形としては、ホワイトノイズやブルーノイズなどの雑音波形としても良い。また、１／ｆ揺らぎ特性を有する波形で、変調パターンを規定しても良い。

図１０は、ランプ電圧Ｖｐが更に上昇して、所定の上側閾値（本実施形態における１つ目の上側閾値は９０Ｖ）以上となった際に設定される変調パターンを示している。図１０の変調パターンでは、変調周期Ｔｍ４（１１秒）が、長さが１秒の１１の期間に分割されている。図１０の変調パターンでは、変調周期Ｔｍ４の前半および後半のそれぞれにおいて、所定の周波数（図１０の例では１５０Ｈｚ）よりも高い周波数と低い周波数とがそれぞれ交互に設定されている。これにより、図９の変調パターンと同様に、最低周波数期間Ｔｌ４と最高周波数期間Ｔｈ４との間の中間周波数期間において、駆動周波数ｆｄが非単調に変化する。

図１０に示す変調パターンでは、図９に示す変調パターンよりも駆動周波数ｆｄの変化量が大きくなっている。そのため、突起５３８ａの溶融性がより高くなった状態で、高周波駆動による突起５３８ｂの伸長がより促進される。そのため、図９の変調パターンを設定した場合よりも、さらに突起の成長が促進される。また、中間周波数期間を設けることにより、駆動周波数ｆｄの変化量が大きい状態が継続することを抑制し、駆動周波数ｆｄの変化が大きい場合に発生するおそれがある黒化等の劣化の進行を抑制することができる。さらに、中間周波数期間を設けることによって、変調周期Ｔｍ４中における最高周波数期間Ｔｈ４および最低周波数期間Ｔｌ４を短縮することにより、高周波駆動の際に形成される微小突起の発生を抑制するとともに、低周波駆動の際に発生しやすいちらつきを抑制することが可能となる。

図１１は、ランプ電圧Ｖｐが更に上昇して、所定の上側閾値（本実施形態における２つ目の上側閾値は、１１０Ｖ）以上となった際に設定される変調パターンを示している。図１１の変調パターンでは、変調周期Ｔｍ５（１５秒）が、長さが１秒の１５の期間に分割されている。図１１の変調パターンは、図１０の変調パターンに、より低周波の最低周波数期間Ｔｌ５と、より高周波の最高周波数期間Ｔｈ５と、これらの２つの期間の前後に２つの中間周波数期間を付加することにより、駆動周波数ｆｄの変調範囲を拡大している。図１１の変調パターンにおいても、変調周期Ｔｍ５の前半および後半のそれぞれにおいて、所定の周波数（図１１の例では１５０Ｈｚ）よりも高い周波数と低い周波数とがそれぞれ交互に設定されている。これにより、図１０の変調パターンと同様に、最低周波数期間Ｔｌ５と最高周波数期間Ｔｈ５との間の中間周波数期間において、駆動周波数ｆｄが非単調に変化する。

なお、図１１の変調パターンでは、図１０の変調パターンに高周波と低周波の４つの期間を付加することにより駆動周波数ｆｄの変調範囲を拡大しているが、他の方法により駆動周波数ｆｄの変調範囲を拡大することも可能である。例えば、図１０の変調パターンにおいて、最高周波数期間Ｔｈ４の駆動周波数ｆｄをより高くし、最低周波数期間Ｔｌ４における駆動周波数ｆｄをより低くするものとしてもよい。また、図１０の変調パターン全体を周波数軸方向に伸長することにより、駆動周波数ｆｄの変調範囲を拡大するものとしてもよい。

このように、図１１に示す変調パターンでは、図１０に示す変調パターンよりも駆動周波数ｆｄの変化量が更に大きくなっている。そのため、図１０の変調パターンを設定した場合よりも、さらに突起の成長が促進される。また、図１０の変調パターンと同様に、中間周波数期間を設けることにより、黒化等の劣化の進行を抑制するとともに、高周波駆動の際に形成される微小突起の発生と、低周波駆動の際に発生しやすいちらつきとを抑制することが可能となる。

このように、本実施例によれば、ランプ電圧Ｖｐに応じて変調パターンが切り替えられる。そして、ランプ電圧Ｖｐが所定の基準値（本実施例では、８０Ｖ）以上となった場合に、最高周波数期間と最低周波数期間との間の中間周波数期間において、駆動周波数ｆｄを非単調に変更することにより、突起５３８，５４８の成長が促進される。そのため、電極５３２，５４２の消耗に伴うランプ電圧Ｖｐの上昇を抑制することができ、より長期間にわたって放電灯を使用することが可能となる。

上記実施例では、ランプ電圧Ｖｐに応じて設定される５つの変調パターンを示しているが、ランプ電圧Ｖｐが所定の値以上となった場合に、最高周波数期間と最低周波数期間との間で駆動周波数ｆｄが非単調に変更されればよく、各変調パターンにおける駆動周波数ｆｄの設定値、変調パターンの形態、変調パターンの数、および変調パターンを切り替えるランプ電圧Ｖｐの閾値は、適宜変更することが可能である。また、上記の５つの変調パターンでは、駆動周波数ｆｄが一定に設定される時間（ステップ時間）を１秒とし、変調周期Ｔｍ１〜Ｔｍ５をそれぞれ１１〜１５の期間に分割しているが、ステップ時間、変調周期の長さ、変調周期内における駆動周波数ｆｄの切り替え回数も、適宜変更することも可能である。この場合、駆動周波数ｆｄの設定値毎にステップ時間を変えるものとしてもよい。

なお、図７ないし図１１から明らかなように、本実施例の変調パターンでは、最高周波数期間Ｔｈ１〜Ｔｈ５および最高周波数期間Ｔｈ１〜Ｔｈ５に続く期間等、時間的に連続する２つの期間の間の駆動周波数ｆｄの変化量は、ランプ電圧Ｖｐが上昇するに従って、より大きくなっている。このように、連続する２つの期間の間の駆動周波数ｆｄの変化量を大きくすることにより、低周波駆動による突起５３８，５４８の溶融性の向上と、高周波駆動による突起５３８，５４８の伸長とがより促進される。そのため、ランプ電圧Ｖｐの上昇に従って、ランプ電圧Ｖｐの上昇を抑制する効果がより高くなる。

なお、本実施例では、ランプ電圧Ｖｐに基づいて駆動周波数ｆｄの変調パターンを設定しているが、変調パターンは、電極５３２，５４２の消耗状態、すなわち、放電灯５００の劣化状態に基づいて設定するものとしても良い。放電灯５００の劣化状態は、種々の方法により検出することが可能である。例えば、突起５３８，５４８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、突起５３８，５４８間の距離が増加しプロジェクタなどの画像表示装置の光学系での光利用効率が低下することによる画像表示に利用でき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。

Ｂ．駆動波形の変形例：
上記実施例では、図４（ｂ）に示すように、ランプ電流Ｉｐの時間変化を表す駆動波形として、矩形波を用いているが、矩形波以外の種々の波形を駆動波形として使用することができる。図１２ないし図１４は、図４（ｂ）に示す駆動波形に替えて使用することが可能な駆動波形の例を示している。なお、図１２ないし図１４では、主鏡側電極５３２の陽極期間を符号Ｔａで、陰極期間をＴｃで示している。

図１２に示す駆動波形の第１の変形例は、矩形波に対して、矩形波と同一周波数のランプ波を重畳した波形である。図１３に示す駆動波形の第２の変形例は、矩形波に対して、期間Ｔａ，Ｔｃの後端の１／４の期間に矩形波を重畳した波形である。図１４に示す駆動波形の第３の変形例は、矩形波に対して、期間Ｔａ，Ｔｃの後半にランプ波を重畳した波形である。

このように、駆動波形としては、種々の波形を用いることができる。但し、矩形波以外の駆動波形を用いる場合、駆動波形および駆動周波数ｆｄは、照度の変動やスクロールノイズの発生度合などを考慮して適宜選択される。

図１２ないし図１４に示すように、極性が同一の期間Ｔａ，Ｔｃの後端のランプ電流Ｉｐの絶対値を、期間Ｔａ，Ｔｃの平均ランプ電流の絶対値よりも大きくすることにより、電極５３２，５４２の極性が陽極から陰極に切り替わる際の電極５３２，５４２の温度をより高くすることができる。そのため、突起５３８，５４８の周辺を十分に溶融することが可能となり、突起の成長をより促進することが可能となる。

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。

本発明の一実施例としての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。 駆動周波数の変調パターンの一例を示す説明図。 異なる駆動周波数で放電灯を駆動することにより主鏡側電極の形状が変化する様子を示す説明図。 変調パターン設定部が駆動周波数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。 ランプ電圧に基づいて設定される変調パターンの一例を示す説明図。 ランプ電圧に基づいて設定される変調パターンの一例を示す説明図。 ランプ電圧に基づいて設定される変調パターンの一例を示す説明図。 ランプ電圧に基づいて設定される変調パターンの一例を示す説明図。 ランプ電圧に基づいて設定される変調パターンの一例を示す説明図。 駆動波形の第１の変形例を示す説明図。 駆動波形の第２の変形例を示す説明図。 駆動波形の第３の変形例を示す説明図。

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…電極
５３４，５４４…接続部材
５３６，５４６…電極端子
５３８，５４８，５４８ａ，５４８ｂ…突起
６１０…ＣＰＵ
６１２…駆動周波数変調部
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 (8)

1. 放電灯の駆動装置であって、
   前記放電灯の２つの電極間に交流電流を供給する交流電流供給部と、
   前記交流電流供給部が供給する交流電流の周波数を周期的に切り替える周波数切替部と、
   を備え、
   前記周波数切替部は、
   切替周期内の複数の期間における前記周波数を互いに異なる値にすることにより前記周波数を切り替え、
   所定の条件が満たされた場合に、前記切替周期内で前記周波数が最も高い最高周波数期間と、前記切替周期内で前記周波数が最も低い最低周波数期間との間で前記周波数を非単調に変更する
   放電灯の駆動装置。
2. 請求項１記載の放電灯の駆動装置であって、
   前記所定の条件は、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であるランプ電圧に基づいて判断され、
   前記周波数切替部は、前記ランプ電圧が所定の基準値を超えた場合に前記周波数を非単調に変更する
   放電灯の駆動装置。
3. 請求項２記載の放電灯の駆動装置であって、
   前記周波数切替部は、前記ランプ電圧が前記基準値よりも高い所定の上側閾値を越えた場合における前記周波数の変更量を、前記ランプ電圧が前記上側閾値を下回った場合における前記周波数の変更量よりも大きくする
   放電灯の駆動装置。
4. 請求項１記載の放電灯の駆動装置であって、
   前記所定の条件は、前記放電灯の劣化状態に基づいて判断され、
   前記周波数切替部は、前記放電灯の劣化が進行していると判断された場合に、前記周波数を非単調に変更する
   放電灯の駆動装置。
5. 放電灯の駆動装置であって、
   前記放電灯の２つの電極間に交流電流を供給する交流電流供給部と、
   前記交流電流供給部が供給する交流電流の周波数を周期的に切り替える周波数切替部と、
   を備え、
   前記周波数切替部は、
   切替周期内の複数の期間における前記周波数を互いに異なる値にすることにより前記周波数を切り替え、
   所定の条件が満たされた場合に、前記複数の期間のうち時間的に連続する２つの期間の間の周波数の変化量を、前記所定の条件が満たされていない場合における前記２つの期間の間の周波数の変化量よりも大きくする
   放電灯の駆動装置。
6. 光源装置であって、
   放電灯と、
   前記放電灯を点灯するために、前記放電灯の２つの電極間に交流電流を供給する交流電流供給部と、
   前記交流電流供給部が供給する交流電流の周波数を周期的に切り替える周波数切替部と、
   を備え、
   前記周波数切替部は、
   切替周期内の複数の期間における前記周波数を互いに異なる値にすることにより前記周波数を切り替え、
   所定の条件が満たされた場合に、前記切替周期内で前記周波数が最も高い最高周波数期間と、前記切替周期内で前記周波数が最も低い最低周波数期間との間で前記周波数を非単調に変更する
   光源装置。
7. 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、
   前記放電灯を点灯するために、前記放電灯の２つの電極間に交流電流を供給する交流電流供給部と、
   前記交流電流供給部が供給する交流電流の周波数を周期的に切り替える周波数切替部と、
   を備え、
   前記周波数切替部は、
   切替周期内の複数の期間における前記周波数を互いに異なる値にすることにより前記周波数を切り替え、
   所定の条件が満たされた場合に、前記切替周期内で前記周波数が最も高い最高周波数期間と、前記切替周期内で前記周波数が最も低い最低周波数期間との間で前記周波数を非単調に変更する
   画像表示装置。
8. 放電灯の２つの電極間に供給する交流電流の周波数を周期的に切り替える放電灯の駆動方法であって、
   切替周期内の複数の期間における前記周波数を互いに異なる値にすることにより前記周波数を切り替え、
   所定の条件が満たされた場合に、前記切替周期内で前記周波数が最も高い最高周波数期間と、前記切替周期内で前記周波数が最も低い最低周波数期間との間で前記周波数を非単調に変更する
   放電灯の駆動方法。

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