JP4752478B2

JP4752478B2 - 光源装置

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Publication number: JP4752478B2
Application number: JP2005358476A
Authority: JP
Inventors: 一浩後藤; 晃彦杉谷; 庄一寺田; 崇寛東間
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2005-12-13
Filing date: 2005-12-13
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2025-12-13
Also published as: TWI396221B; US8410697B2; EP1798752A1; DE602006006530D1; TW200723346A; JP2007165067A; US20070132403A1; CN1983016B; CN1983016A; EP1798752B1

Description

この発明は光源装置に関する。特に、ＤＬＰ（デジタル・ライト・プロセッサ）を使ったプロジェクター装置に適した光源装置に関する。

液晶やＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）を用いたプロジェクター装置は、光源（放電ランプ）から放射される光を、反射鏡やレンズ系を用いて、映像情報を表示する小型素子上に集光照明させて、この小型素子からの反射あるいは透過光をレンズなどの光学系を通してスクリーンに照射させる。
この際、放電ランプは点光源であることが求められる。小型素子は１インチ以下と小さく、かつ入射光束の角度成分が小さい方が、光の利用効率が高くなり、かつ画像のコントラストも良くなるからである。

画像情報をカラーで投射する方法は、単板方式と三板方式が存在する。
三板方式において光源からの放射光を３色（ＲＧＢ）に分離した後、各表示素子において画像情報に対応させた光を透過あるいは反射して、その後、各表示素子を透過した３色を合成させてスクリーン上に投射させるものである。
一方、単板方式は、光源からの放射光をＲＧＢの領域が分割形成されたカラーホイールを介してＤＭＤに照射し、このＤＭＤで特定の光を反射させてスクリーンに照射するものである。ＤＭＤとは、１画素ごとに小さな鏡を数百万個敷き詰めたものであって、一つ一つの小さな鏡の向きを制御することで光の投射を制御するものである。

ＤＭＤ方式の場合、スクリーン上においては、微小時間ごとにＲＧＢのいずれかの色映像が投射されるわけであるが、当該時間は極めて短いために人間の視覚的には合成されたカラー画像が表示される。
このＤＭＤ方式は、液晶方式に比較して、光学系が簡易であるとともに３枚もの液晶パネルを使う必要がないことから装置全体が小型簡易化するメリットがある。

一方、プロジェクター装置の光源は、高い水銀蒸気圧の高圧放電ランプが使用される。水銀蒸気圧を高くすることで、可視波長域の光を高い出力で得られるからである。また、この種の水銀蒸気圧の高い放電ランプは、点灯中、電極の先端に突起が形成されることが知られている。例えば、特許文献１には、放電アークの発生位置を突起に安定的に集束させてアークジャンプ現象を効果的に抑制する技術が開示される。具体的には、所定のハロゲン量、水銀量と、電極間距離、点灯周波数などで突起の成長を制御することが記載される。

しかしながら、ＤＭＤ方式のプロジェクター装置の場合、突起を良好に制御すべき条件で点灯させても当該突起が消失してアークが不安定になる問題を生じた。この問題は楕円反射鏡の前面開口側に配置した電極において特に発生する。この原因は、ランプの放射光がカラーホイール（カラーホイール）で反射し、電極を照射することで当該電極が予定外に加熱されるからと考えられる。特に、カラーホイールは、楕円反射鏡の焦点位置より、やや手前（ランプ側）に配置するため、反射鏡の前面開口側に位置する電極が加熱されるのである。

特開２００１−３１２９９７号

この発明が解決しようとする課題は、ＤＭＤ方式であっても、突起の成長を良好に制御できる光源装置を提供することである。

上記課題を解決するために、この発明に係る光源装置は、石英ガラスからなる放電容器に一対の電極が１．５ｍｍ以下の間隔で対向配置して、この放電容器に０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上の水銀と、１０^−６μｍｏｌ／ｍｍ^３〜１０^−２μｍｏｌ／ｍｍ^３の範囲の臭素が封入される超高圧放電ランプと、この放電ランプに対して交流電流を供給して点灯させる給電装置と、この放電ランプの電極軸方向が光軸に一致するように配置しており、放電ランプの放射光を光軸前方に反射する楕円反射ミラーと、この楕円反射ミラーの焦点位置からランプよりの位置に配置しており反射ミラーからの光を受けて色成分に分解するカラーホイールとから構成される。
そして、前記一対の電極は、ともに、先端太径部と、この先端太径部に形成された突起を有するとともに、当該電極のうち前記楕円反射鏡の開口側に配置された電極は、先端太径部の体積Ｗ（ｍｍ^３）と、前記給電装置から供給される電流値Ｉ（Ａ）との関係が、０．０６＜Ｗ／Ｉ^２＜０．９６となり、さらに、前記電極のうち反射鏡の頂部側に配置された電極は、前記開口側に配置された電極より先端太径部の体積が小さいことを特徴とする。

本願発明は、反射鏡の前面開口側に位置する電極を、カラーホイールからの反射光の照射を考慮して設計するので、当該放電ランプをカラーホイールを必要とするＤＭＤに使った場合であっても突起が過剰過熱により消失することはない。

図１は本発明の光源装置の概略構成を示す。ランプユニット１００は放電ランプ１０と凹面型の楕円反射鏡２０より構成される。ランプユニット１００の前方には、カラーホイール２００、ロッドインテグレータレンズ３００、レンズ４００、ＤＭＤ５００、レンズ６００が順次配置される。
放電ランプ１０は楕円反射鏡の中に組み込まれ、放電ランプ１０の電極が延びる方向（長手方向）と楕円反射鏡の光軸方向は一致し、さらに、放電ランプのアーク輝点と楕円反射鏡２０の第一焦点が略一致するように両者が配置する。楕円反射鏡２０からの反射光はカラーホイール２００を介してロッドインテグレータレンズ３００に入射するが、カラーホイール２００は楕円反射鏡２０の第二焦点よりややランプ側に位置する。カラーホイール２００は、フィルター駆動機構２１０によって回転、停止などの駆動制御が行なわれ、放電ランプ１０は給電装置３０により給電制御が行なわれる。

カラーホイールは、回転フィルターとも呼ばれ、円盤状のガラスから構成される。フィルターには赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、白（Ｗ）の領域がそれぞれ扇型に形成されている。
ランプユニット１００からの反射光は、カラーホイール２００上に形成される光集光領域を透過する。カラーホイール２００が回転することにより、光集光領域に対応する色が順次、後段のロッドレンズに導かれることとなる。従って、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）が時間分割的に投影されるため、瞬間的にはいずれかの色しか画像表示素子を介して投影されないが、人間の視覚的にはこれらの色あるいはその混合色が画像として認識される。なお、白（Ｗ）は画像を全体に明るくするためのものであり、一定周期ごとに白色が投影されることで画像全体も明るくできる。
ここで、カラーホイール２００は、例えば、１８０Ｈｚで回転（毎秒１８０回転）するため、１秒間に赤、緑、青、白が１８０回投影されることとなる。
なお、カラーホイール２００は、最終的な画像の色バランスや明るさを考慮して、各々領域面積が規定される。カラーホイール２００は、例えば、半径２５ｍｍであり、光集光領域は、例えば、３．６×４．８ｍｍの矩形形状である。

図２は本発明の光源装置に使われる高圧放電ランプの全体構成を示す。
放電ランプ１０は、石英ガラスからなる放電容器によって形成された概略球形の発光部１１を有し、発光部１１の両端部には封止部１２が形成される。この封止部１２には、モリブデンよりなる導電用金属箔１３が、例えばシュリンクシールにより気密に埋設される。金属箔１３の一端には電極１５の軸部が接合しており、また、金属箔１３の他端には外部リード１４が接合して外部の給電装置３０から給電が行なわれる。この発光部１１の中には一対の電極１５が２ｍｍ以下の間隔で対向配置している。なお、アーク輝点は電極の間に形成される。

発光部１１には、水銀と、希ガスと、ハロゲンガスが封入されている。水銀は、必要な可視光波長、例えば、波長３６０〜７８０ｎｍの放射光を得るためのもので、０．２ｍｇ／ｍｍ^３以上封入されている。この封入量は、温度条件によっても異なるが、点灯時２００気圧以上で極めて高い蒸気圧となる。また、水銀をより多く封入することで点灯時の水銀蒸気圧２５０気圧以上、３００気圧以上という高い水銀蒸気圧の放電ランプを作ることができ、水銀蒸気圧が高くなるほどプロジェクター装置に適した光源を実現できる。

希ガスは、例えば、アルゴンガスが約１３ｋＰａ封入される。その機能は点灯始動性を改善することにある。ハロゲンは、沃素、臭素、塩素などが水銀あるいはその他の金属と化合物の形態で封入される。ハロゲンの封入量は、１０^−６μｍｏｌ／ｍｍ^３〜１０^−２μｍｏｌ／ｍｍ^３の範囲から選択される。ハロゲンの機能は、いわゆるハロゲンサイクルを利用した長寿命化であるが、本発明の放電ランプのように極めて小型できわめて高い点灯蒸気圧のものは、放電容器の失透防止をいう作用もある。
放電ランプの数値例を示すと、例えば、発光部の最大外径９．５ｍｍ、電極間距離１．５ｍｍ、発光管内容積７５ｍｍ^３、定格電圧７０Ｖ、定格電力２００Ｗであり交流点灯される。
また、この種の放電ランプは、小型化するＤＬＰ型プロジェクター装置に内蔵されるものであり、全体寸法として極めて小型化が要請させる一方で高い発光光量も要求される。このため、発光部内の熱的影響は極めて厳しいものとなる。ランプの管壁負荷値は０．８〜２．０Ｗ／ｍｍ^２、具体的には１．５Ｗ／ｍｍ^２となる。
このような高い水銀蒸気圧や管壁負荷値を有することがＤＬＰ型プロジェクター装置のようなプレゼンテーション用機器に搭載された場合に、演色性の良い放射光を提供することができる。

楕円反射鏡２０は短焦点型の楕円集光鏡であり、ホウケイサンガラスや結晶化ガラスを基板として、チタニア、シリカなどの多層膜を蒸着している。前記したように楕円反射鏡２の一方の焦点位置には放電ランプ１０のアーク輝点が位置し、他方の焦点位置にはカラーホイールのやや後方（光の直進方向において後方）に位置する。楕円反射鏡２０の前方開口には前面ガラス２１を装着される場合もある。

電極１５の先端（他方の電極に対向する端部）には、ランプの点灯に伴い、突起が形成される。突起が形成される現象は、必ずしも明らかではないが、以下のように推測できる。
すなわち、ランプ点灯中に電極先端付近の高温部から蒸発したタングステン（電極の構成材料）は、発光管内に存在するハロゲンや残留酸素と結合して、例えばハロゲンがＢｒならＷＢｒ、ＷＢｒ_２、ＷＯ、ＷＯ_２、ＷＯ_２Ｂｒ、ＷＯ_２Ｂｒ_２などのタングステン化合物として存在する。これら化合物は電極先端付近の気相中の高温部においては分解してタングステン原子または陽イオンとなる。温度拡散（気相中の高温部＝アーク中から、低温部＝電極先端近傍に向かうタングステン原子の拡散）および、アーク中でタングステン原子が電離して陽イオンになり、陰極動作しているとき電界によって陰極方向へ引き寄せられる（＝ドリフト）ことによって、電極先端付近における気相中のタングステン蒸気密度が高くなり、電極先端に析出し、突起を形成するものと考えられる。

突起は、当初、存在しない場合であっても、その後の点灯により、いわば自然発生的に形成される。しかし、突起は、いかなる放電ランプであっても生じるというわけではない。電極間距離が２ｍｍ以下であって、発光部に０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上の水銀と、希ガスと、１×１０^−６〜１×１０^−２μｍｏｌ／ｍｍ^３の範囲でハロゲンを封入したショートアーク型放電ランプにおいて、ランプ点灯に伴い突起が形成されることが知られている。

この突起は、本発明に係る放電ランプのように、電極間距離２ｍｍ以下であって発光管内に０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上（特に、０．２ｍｇ／ｍｍ^３以上）の水銀を含むプロジェクター装置の光源として用いられる場合は不可欠となる。
なぜなら、発光管内に０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上（特に、０．２ｍｇ／ｍｍ^３以上）もの水銀を含み、動作圧力が２００気圧以上にも達する放電ランプにおいては、高い蒸気圧によって、アーク放電が小さく絞られ、結果として放電起点も小さく絞られるからである。
このため、突起を消滅させた球面状の電極であれば、放電起点が小刻みに移動してしまい、プロジェクター装置の映像画面にフリッカー（チラツキ）という問題を導く。特に、２ｍｍ以下という短い電極間距離に形成されるアーク輝点は、０．５ｍｍ以下というわずかな移動であっても、映像画面にとして致命的なフリッカーとなりかねないからである。

図３は電極および先端に形成された突起を表す。
（ａ）はコイル状のタングステンを溶融させて作った電極（いわゆる溶融電極）を示し、（ｂ）（ｃ）（ｄ）は切削加工により作った電極（いわゆる切削電極）を示す。

（ａ）において、電極１５は、全体が先端太径部１５１、コイル部１５２、軸部１５３から構成され、先端太径部１５１の先端（他方の電極に対向する側）に突起１５４が形成される。コイル部１５２は、例えば糸状のタングステンをコイル状に巻き付けたものであって、点灯始動時においては表面の凹凸効果により始動の種（始動開始位置）として機能するとともに、点灯後においては表面の凹凸効果と熱容量により放熱の機能を有している。また、コイルは細線であるため高温化されやすく、グロー放電からアーク放電への移行を容易にする働きがある。
先端太径部１５１は、この実施例ではコイル部１５２と突起１５４の間に位置する部分であって、タングステンが蒸発する部位となる。先端太径部１５１は軸にタングステンのコイルを巻きつけてコイルを加熱あるいはレーザ照射により溶かすことで形成される。従って、軸に巻き付けたコイルのうち、完全に溶融した部分が先端太径部１５１となり、溶融していない部分がコイル部１５２となり、先端太径部１５１とコイル部１５２は一体的な関係にある。
なお、先端太径部１５２は上記のようにコイルが溶融することで形成されるが、図のように、コイルと、先端太径部あるいは軸部は完全に区別できているとは限らない。このような場合は、コイルとしての断面形状をほぼ維持している部分をコイル部と称し、コイルの断面形状を半分以上に溶融している場合は先端太径部と称する。

（ｂ）において、先端太径部１５１は、予め切削加工により形成される。その後、後端部分にコイルを巻きつけることでコイル部１５２が形成される。この電極の場合は先端太径部１５１とコイル部１５２は一体というわけではなく、組み合わせにより構成されるという関係になる。先端太径部１５１の形状は（ｂ）図の形状に限定されるものではなく、（ａ）のように球形状であってもかまわない。この場合、先端太径部１５１の範囲は、図において斜線で示すように、軸部１５３より太い部分となり、本発明では「先端太径部１５１」とは、タングステンが蒸発して突起１５４の生成および成長に寄与する部位と定義できる。

（ｃ）において、先端太径部１５１の外径はほぼ同一径のまま棒状に伸びる。（ｂ）と同様にコイル部１５２は先端太径部１５１の範囲で形成される。この場合も先端太径部１５１は、図において斜線で示すように、軸部１５３より太い部分となる。
（ｄ）において、先端太径部１５１は、軸部１５３側で大きく、突起部１５４側で小さく形成される。コイル部１５２は突起部１５４側に巻きつけられる。この場合も先端太径部１５１は、図において斜線で示すように、軸部１５３より太い部分となる。

コイル部は、始動時の機能や定常点灯時の放熱機能などで問題を生じなければ、溶融電極、切削電極に限定されることなく、いずれの電極においても採用できる。また、コイル部が存在しない電極も存在する。

（ａ）に示した溶融電極について、一例をあげると、先端太径部１５１の最大外径は、φ０．５ｍｍ〜１．８ｍｍ程度であって、例えば１．７ｍｍ、軸方向の長さは０．７ｍｍ〜３．５ｍｍ程度であって、例えば１ｍｍである。コイル部１５２の外径はφ０．５ｍｍ〜１．８ｍｍ程度であって、例えば１．７ｍｍ、軸方向の長さは０．６ｍｍ〜３．０ｍｍ程度であって、例えば０．８ｍｍである。軸部１５３の外径はφ０．３ｍｍ〜０．８ｍｍ程度であって、例えば０．５ｍｍ、軸方向の長さは３ｍｍ〜８ｍｍ程度であって、例えば５ｍｍである。突起１５４の外径はφ０．２〜０．７ｍｍであって、例えば、０．４ｍｍとなる。

ここで、本発明は、放電ランプ１０が反射鏡２０に組み込まれた場合に、反射鏡２０の前面開口側に位置する電極１５ａの先端太径部の体積を電流値との関係で規定することを特徴とする。この規定をすることで、放電ランプの放射光のうち、カラーホイールで反射された光が電極１５ａを照射したとしても、当該照射が突起の消失に影響をしないことを見出したからである。

具体的には、先端太径部１５２の体積Ｗ（ｍｍ^３）と、点灯電流値Ｉ（Ａ）との関係、Ｗ／（Ｉ^２）を０．０６〜０．９６の範囲から選ばれる値が好ましく、また、より好ましくは、０．１２〜０．７の範囲から選ばれる値である。この根拠は後述する実験により示す。

ここで、先端太径部１５２の体積をファクターとする理由は、先端太径部１５２が電極１５ａの主体部分であり、高温化によりタングステンの蒸発を招くからである。つまり、先端太径部１５２こそが、カラーホイールからの反射光により突起消失に影響するといえるからである。また、点灯電流値をファクターとする理由は、ランプ放射光のエネルギーが電流値の２乗に関連するからである。

さらに、反射鏡２０の前面開口側に位置する電極１５ａの先端太径部の体積を規定する理由は、カラーホイールは反射鏡の焦点位置より若干放電ランプよりに配置されるため、カラーホイールからの反射光は電極１５ａに照射するからである。従って、反射鏡２０の頂点側に位置する電極１５ｂは、前面開口側に位置する電極１５ａよりも小さい体積とすることが好ましい。カラーホイールからの反射光の照射を受けないという条件に適した体積を規定することが突起の良好な生成・成長に望ましいからである。

しかしながら、前面開口側に位置する電極１５ａの先端太径部の体積、および、反射鏡２０の頂点側に位置する電極１５ｂの先端太径部の体積は、いずれも突起を生成させない体積値として、あるいは、フリッカー発生という点でプロジェクター装置にとって致命傷となるレベルの問題を発生させない体積値をして、ある程度の数値幅と有するので、両電極の体積値が同じであっても不都合を生じない場合もありえる。

数値例をあげると、放電ランプの定格電力２００Ｗの場合、電極１５ａの先端太径部の体積は０．８〜３ｍｍ^３となる。また、放電ランプの定格電力２５０Ｗの場合、電極１５ａの先端太径部の体積は１．２〜４ｍｍ^３となる。

図４は上記放電ランプを点灯させる給電装置を示す。
点灯装置は放電ランプ１０と給電装置から構成される。給電装置３０は、直流電圧が供給される降圧チョッパ回路３１と、降圧チョッパ回路３１の出力側に接続され直流電圧を交流電圧に変化させて放電ランプ１０に供給するフルブリッジ型インバータ回路３２（以下、「フルブリッジ回路」ともいう）と、放電ランプに直列接続されたコイルＬ１、コンデンサＣ１、およびスタータ回路３３から構成される。
なお、降圧チョッパ回路３１、フルブリッジ回路３２、スタータ回路３３により給電装置３０を構成し、放電ランプ１０を含めて点灯装置と称される。

降圧チョッパ回路３１は、直流電源Ｖ_ＤＣに接続され、スイッチング素子Ｑｘと、ダイオードＤｘと、コイルＬｘと、平滑コンデンサＣｘと、スイッチング素子Ｑｘの駆動回路Ｇｘから構成される。スイッチング素子Ｑｘは、駆動回路Ｇｘによりオン／オフ駆動される。この駆動によって、スイッチング素子Ｑｘのディーテュ比が調整されて、放電ランプ１０に供給される電流あるいは電力が制御される。
フルブリッジ回路３２は、ブリッジ状に接続されたトランジスタやＦＥＴのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４と、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の駆動回路Ｇ１〜Ｇ４から構成される。なお、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４には、各々に並列にダイオードが逆並列に接続されることもあるが、この実施例においてダイオードは省略している。
上記スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、図示略の制御部を介して駆動回路Ｇ１〜Ｇ４により駆動される。

フルブリッジ回路３２の動作は、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４と、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３を交互にオン、オフを繰り返す。スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４がオンするときは、降圧チョッパ回路３１→スイッチング素子Ｑ１→コイルＬ１→放電ランプ１０→スイッチング素子Ｑ４→降圧チョッパ回路３１に電流が流れる。一方、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３がオンするときは、降圧チョッパ回路３１→スイッチング素子Ｑ３→放電ランプ１０→コイルＬ１→スイッチング素子Ｑ２→降圧チョッパ回路３１の経路で放電ランプ１０に交流矩形波電流を供給する。
上記スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を駆動するに際し、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の同時オンを防止するため、交流矩形波の極性切り替わり時に、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の全てオフにする期間（デッドタイムＴｄ）が設けられる。

なお、放電ランプ１０に供給される交流矩形波出力の周波数は、６０〜１０００Ｈｚ（定常周波数）の範囲から選択されるものであり、例えば２００Ｈｚである。また、上記デッドタイム期間は、０．５μｓ〜１０μｓの範囲から選択される。
また、給電装置によって、放電ランプを定常周波数（６０〜１０００Ｈｚ）で点灯させつつ、この定常周波数よりも低い周波数を定期的に挿入することが好ましい。低い周波数を挿入することで、電極を加熱させることとなり、結果として、突起の安定な成長に寄与できるからである。
低周波数は、半周期〜５周期の長さであって、０．１秒〜１２０秒の間隔で挿入される。

図５は本発明の効果を示す実験結果を表す。
実験は、図１に示す光源装置において、放電ランプの点灯に伴う電極先端の突起の状態を観察した。具体的には、点灯３０分後の反射鏡の前面開口側に配置された電極の突起の存在確率、点灯３０分後のスクリーン上における照度変動率、および突起が存在する場合の位置的安定性を観察した。
放電ランプは、図２に示す形態のものであって、また、電極は図３（ａ）に示す溶融電極を採用し、先端太径部の体積を変化させた２０本のランプ（図において、ランプ１〜ランプ２０で示す）を用意した。これら２０本のランプに対して電流値も変化させることで、Ｗ／（Ｉ^２）の値を０．０２〜１．０４の範囲で変化させて上記特性を観察した。

実験に使ったランプは、石英ガラスの発光管の最大外径がφ１０．０ｍｍ、発光部には水銀を０．２５ｍｇ／ｍｍ^３、臭素ガスを１０^−４μｍｏｌ／ｍｍ^３、および希ガスを封入している。また、電極間距離は１．０ｍｍで、２００Ｗ〜２３０Ｗの範囲で電力投入して交流点灯させ、反射鏡は前面開口が４６ｍｍ四方の楕円リフレクターを使った。

図５は、ランプ１〜ランプ２０のそれぞれのＷ／（Ｉ^２）の値、突起の存在確率、照度変動率、突起の位置的安定性を表している。各ランプは、それぞれ５〜１０回程度の観察を行い（観察回数はランプによって異なる）、突起の存在確率は観察回数（試行数に対する存在数）を％表示している。
また、照度変動率は目視で行い、「◎」は照度変動を全く感じない、「○」は照度変動がほとんど気にならない、「△」は微小な照度変動が生じるが全体として気にならない、「×」は目視でも不快感が生じるほどに照度変動が観察されるレベルとしてそれぞれを評価した。
さらに、位置安定性は、点灯３０分後の突起の位置を観察した。「◎」は電極軸上を中心として対照的に形成された場合（図３（ａ）参照）、「○」は電極軸上に突起の大部分が形成された場合、「△」は電極軸上に突起の一部が形成された場合、「×」は突起が電極軸上から外れた場合をそれぞれ表す。

図５の実験結果より、Ｗ／（Ｉ^２）の値が０．０４より小さい場合は突起の存在確率が６５％と低く、特に、０．０２の場合は突起がほとんど観察されなかった。さらに、Ｗ／（Ｉ^２）の値が０．０４より小さい場合は電極先端に突起が存在しないため、いわゆるアークジャンプ現象を繰り返し、映像装置としては許容できないレベルで照度変動を発生させた。また、Ｗ／（Ｉ^２）の値が１．０より大きい場合は、電極先端に突起そのものは存在するものの突起の存在位置が不適合であり、結果として、照度変動をもたらした。この原因は先端太径部の体積が大きくなりすぎて、カラーホイールからの反射光の照射を受ける部位と受けない部位が明確に生じてしまい、先端太径部にアンバランスな温度分布を生じさせ、結果として、タングステンが蒸発する部位が極めて不所望な位置となることで、その後の突起の成長も不所望な位置で生じたものといえる。

特に、Ｗ／（Ｉ^２）の値が０．１〜０．７の範囲にあっては、突起の存在確率も高く、照度変動や突起の位置安定性も良好であり、さらに、Ｗ／（Ｉ^２）の値が０．１２〜０．７の場合は突起の存在確率は１００％と極めてよいことがわかる。

なお、この実験ではカラーホイールは傾斜していない。すなわち、放電ランプの放射光が垂直に投射するようカラーホイールが配置する。しかし、本発明者らは、その後の実験により、カラーホイールを５°程度傾斜させた場合は、実用的に反射光が放電ランプまで戻ることを確認している。従って、本発明は、少なくともカラーホイールを０°〜５°傾けた場合にカラーホイールの反射光の照射を受けても突起が消失しない数値規定ということになる。なお、カラーホイールを５°以上傾けた場合は、カラーホイールの反射光は放電ランプに戻らず、違う方向に反射するため、電極と高温化する作用は生じないが、光学系が大掛かりとなる問題を生じる。

以上、説明したように、本発明は、カラーホイールの戻り光を考慮して、電極（先端太径部）と電流値で決まるパラメータを数値規定することで、上記戻り光の照射を受けても突起が消滅することなく、すなわち、点灯中にアークジャンプを発生させて照度不安定を生じることなくランプを点灯することができる。

本発明に係る光源装置の概略構成を示す。本発明に係る放電ランプを示す。本発明に係る放電ランプの電極を示す。本発明に係る給電装置の構成を示す。本発明の効果を示す実験結果を示す。

符号の説明

１０放電ランプ
１１発光部
１２封止部
１３金属箔
１４外部リード
１５電極
１５ａ反射鏡の前面開口側に位置する電極
１５ｂ反射鏡の頂部側に位置する電極
２０反射鏡
３０給電装置
１５１先端太径部
１５２コイル部
１５３軸部
１５４突起
２００カラーホイール

Claims

石英ガラスからなる放電容器に一対の電極が１．５ｍｍ以下の間隔で対向配置して、この放電容器に０．１５ｍｇ／ｍｍ ^３以上の水銀と、１０ ^−６ μｍｏｌ／ｍｍ ^３〜１０ ^−２ μｍｏｌ／ｍｍ ^３の範囲の臭素が封入される超高圧放電ランプと、この放電ランプに対して交流電流を供給して点灯させる給電装置と、
この放電ランプの電極軸方向が光軸に一致するように配置しており、放電ランプの放射光を光軸前方に反射する楕円反射ミラーと、
この楕円反射ミラーの焦点位置からランプよりの位置に配置しており反射ミラーからの光を受けて色成分に分解するカラーホイールと
から構成される光源装置において、
前記一対の電極は、ともに先端太径部と、この先端太径部に形成された突起を有するとともに、
当該電極のうち前記楕円反射鏡の開口側に配置された電極は、先端太径部の体積Ｗ（ｍｍ ^３）と、前記給電装置から供給される電流値Ｉ（Ａ）との関係が、
０．０６＜Ｗ／Ｉ ^２＜０．９６
であり、
前記電極のうち反射鏡の頂部側に配置された電極は、前記開口側に配置された電極より先端太径部の体積が小さいことを特徴とする光源装置。