JP5287212B2 - 光源装置、画像表示装置、および時分割色分離光の光生成方法 - 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。

空間変調素子としてＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス：Texas Instruments社の商標）を使用したプロジェクタでは、白色光を放射するメタルハライドランプ等の放電灯からの光を、カラーホイールを用いて時間的に赤、青、緑等の色光に分割することが行われている。この放電灯を交流のランプ駆動電流により駆動する場合、ランプ駆動電流の極性の変換がカラーホイールのブランキング期間以外で行われると、極性変換の瞬間における光出力の変動により、画面の明るさが変動するおそれがある。この問題を解決するため、特許文献１では、色フィルタのセグメント境界が光ビームを横切るブランキング期間において、ランプ駆動電流の極性を変換することが提案されている。

特開２００３−１６２００１号公報

しかしながら、特許文献１で提案されている方法によって放電灯を駆動した場合、放電灯内部における温度分布が定常的となり、電極の軸などに電極材が局所的に堆積して、電極材の針状結晶が成長する場合がある。この場合、針状結晶から放電灯の内壁への異常放電等により放電灯の劣化が急速に進行し、放電灯の寿命が短くなるおそれがある。

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。例えば、本発明は、光源装置であって、２つの電極を有する放電灯と、前記放電灯の一方の電極に対する他方の電極の極性を交互に切り替えつつ、前記放電灯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、点灯した前記放電灯から射出される光を受けて異なる色の光を順次射出する時分割色分離部とを備え、前記放電灯点灯部は、前記極性を前記時分割色分離部から射出される光の色の変化に同期して切り替えるとともに、前記極性切替の一周期において前記極性が正極性である正極性期間の比率であるデューティ比が所定時間以上にわたって一定の値に維持されている維持期間として、第１の維持期間と、前記第１の維持期間とは前記デューティ比が異なる第２の維持期間とを設けることにより前記デューティ比を変調し、前記放電灯の劣化状態に基づいて、前記極性切替の一周期の長さを変更する光源装置として実現することができる。その他、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］
光源装置であって、２つの電極を有する放電灯と、前記放電灯の一方の電極に対する他方の電極の極性を交互に切り替えつつ、前記放電灯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、点灯した前記放電灯から射出される光を受けて異なる色の光を順次射出する時分割色分離部とを備え、前記放電灯点灯部は、前記極性を前記時分割色分離部から射出される光の色の変化に同期して切り替えるとともに、前記極性切替の一周期において前記極性が正極性である正極性期間の比率であるデューティ比が所定時間以上にわたって一定の値に維持されている維持期間として、第１の維持期間と、前記第１の維持期間とは前記デューティ比が異なる第２の維持期間とを設けることにより前記デューティ比を変調する光源装置。

この適用例によれば、デューティ比が互いに異なる第１の維持期間と第２の維持期間とを設けることによりデューティ比が変調される。これらの維持期間では、所定時間以上にわたってデューティ比が一定の値に維持されているので、放電灯内部における温度分布を非定常的な状態にすることができる。このように温度分布が非定常的になることにより、電極材の局所的な堆積の原因と考えられる定常的な対流の形成が抑制され、電極の局所的な堆積を抑制することができる。そのため、劣化の原因となる針状結晶等の形成が抑制され、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。また、極性を色の変化に同期して切り替えることにより、極性の切替に伴う出射光量の変動に起因する映像の劣化を抑制することができる

［適用例２］
適用例１記載の光源装置であって、前記時分割色分離部は、前記異なる色の光を周期的に射出し、前記極性切替の一周期は、前記色の変化の周期の整数倍である光源装置。

極性切替の一周期を色の変化の周期の整数倍とすることにより、色が変わる時間間隔が一定でない場合においても各維持期間におけるデューティ比の設定がより容易となる。

［適用例３］
適用例１または２記載の光源装置であって、前記放電灯の劣化状態に基づいて、前記極性切替の一周期の長さを変更する光源装置。

極性切替の一周期の長さを劣化状態に基づいて変更することにより、放電灯の使用初期と放電灯の劣化が進行した後との双方で、より適切な条件で放電灯を駆動することができる。そのため、放電灯の使用可能な期間をより長くすることができる。

［適用例４］
適用例１ないし３のいずれか記載の光源装置であって、前記放電灯点灯部は、所定の変調パターンに従って前記デューティ比を変調し、前記変調パターンは、前記放電灯の劣化状態に基づいて変更される光源装置。

この適用例によっても、変調パターンを劣化状態に基づいて変更することにより、放電灯の使用初期と放電灯の劣化が進行した後との双方で、より適切な条件で放電灯を駆動することができる。そのため、放電灯の使用可能な期間をより長くすることができる。

［適用例５］
適用例３または４記載の光源装置であって、さらに、前記放電灯に所定の電力を供給する際の前記２つの電極間の電圧であるランプ電圧を取得するランプ電圧取得部を備え、前記放電灯の劣化状態は、前記ランプ電圧に基づいて判断される光源装置。

一般的に、ランプ電圧は放電灯の劣化が進行するにつれて上昇する。そのため、本適用例によれば、放電灯の劣化状態をより的確に把握することが可能となる。

［適用例６］
適用例１ないし５のいずれか記載の光源装置であって、前記放電灯点灯部は、前記時分割色分離部から射出される光の色に応じて、前記放電灯に供給する電力を設定する光源装置。

この適用例によれば、前記時分割色分離部から射出される光の色に応じて、前記放電灯に供給する電力を設定することにより、ホワイトバランスをより適切に設定することがより容易となる。

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、放電灯を用いて時間的に色が異なる光を生成する光生成方法、それらの装置あるいは方法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、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、白色光源装置１００と、色分離装置３１０と、照明光学系３２０と、空間変調装置３３０と、投写光学系３４０とを備えている。

白色光源装置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放電し略白色の光を放射する。光源ユニット１１０は、放電灯５００の放射光を色分離装置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。

色分離装置３１０は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）のフィルタを有する円盤状のカラーホイール３１２と、カラーホイール制御部３１４とを有している。カラーホイール３１２は、カラーホイール制御部３１４により制御されるモータ（図示しない）により、所定の回転数（図１の例では、１２０Ｈｚ）で回転する。カラーホイール３１２が回転することにより、光源ユニット１１０から色分離装置３１０への入射光の光路ＯＰ上に位置するフィルタは、順次入れ替わる。これにより、光路ＯＰ上に位置するフィルタに対応して、光源ユニット１１０からの略白色の光から時間的に異なる色光（時分割色光）が生成され、色分離装置３１０から射出される。カラーホイール制御部３１４は、また、カラーホイール３１２あるいはモータに取り付けられたセンサの出力信号を受け取り、光路ＯＰ上に位置するフィルタがＲ，Ｇ，Ｂのいずれであるかを特定する。カラーホイール制御部３１４は、特定したフィルタを表す信号（フィルタ特定信号）を放電灯駆動装置２００に供給する。

照明光学系３２０は、ロッドレンズ３２２と、凹面鏡３２４とを有している。色分離装置３１０において生成された時分割色光は、ロッドレンズ３２２と凹面鏡３２４とを介して、空間変調装置３３０を均一に照明する。

空間変調装置３３０は、照明光学系３２０から入射した時分割色光を空間的に変調して、変調した光を投写光学系３４０に向けて射出する。なお、第１実施例では、空間変調装置３３０として、画素ごとにマイクロミラーを設け、マイクロミラーの角度を変えることにより投写光学系３４０の方向に反射する光をオン・オフするＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス：Texas Instruments社の商標）を用いている。但し、空間変調装置３３０としては、空間変調装置３３０への入射光を空間的に変調して投写光学系３４０に射出することが可能であれば、種々の変調装置を用いることができる。例えば、磁気光学効果を用いた磁気光学空間変調装置や、液晶による空間変調装置（ライトバルブ）等を用いることも可能である。この場合、照明光学系３２０、空間変調装置３３０、および投写光学系３４０の位置関係は、適宜変更される。

投写光学系３４０は、入射した光をスクリーンＳＣＲ上に投影する。上述のように、第１実施例のプロジェクタ１０００では、時分割色光が空間変調装置３３０により空間変調される。このように、空間変調された時分割色光がスクリーンＳＣＲ上に投影することにより、スクリーンＳＣＲ上にはフルカラーの映像が表示される。

図２は、白色光源装置１００の構成を示す説明図である。白色光源装置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とを備えている。放電灯５００の発光部と、ロッドレンズ３２２の入射側端は、それぞれ主反射鏡１１２のいわゆる焦点に配置される。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６１０，７１０と、２つの接続部材６２０，７２０と、２つの電極端子６３０，７３０とが設けられている。電極６１０，７１０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、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６２０，７２０は、電極６１０，７１０と、電極端子６３０，７３０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６３０，７３０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６３０，７３０に接続されている。放電灯駆動装置２００は、カラーホイール制御部３１４から供給されるフィルタ特定信号に基づいて、放電灯５００に供給するパルス状の交流電流（交流パルス電流）を発生する。放電灯５００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６１０，７１０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７１０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７１０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、電極７１０方向に放射される光を有効に利用することができる。なお、以下では、副反射鏡５２０が設けられている側の電極７１０を「副鏡側電極７１０」とも呼び、他方の電極６１０を「主鏡側電極６１０」とも呼ぶ。

図３は、放電灯駆動装置２００の概略構成を示す説明図である。放電灯駆動装置２００は、駆動制御部２１０と、コンバータ２２０と、コンバータ制御部２３０と、インバータ２４０と、インバータ制御部２５０とを有している。

駆動制御部２１０は、ＣＰＵ８１０と、ＲＯＭおよびＲＡＭで構成されるメモリ８２０と、タイマ８３０と、コンバータ制御部２３０およびインバータ制御部２５０と信号を授受するための入出力ポート８４０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ＣＰＵ８１０は、タイマ８３０の出力と入出力ポート８４０が取得した信号とに基づいて、メモリ８２０に格納されたプログラムを実行することにより、給電条件設定部８１２と、デューティ比変調部８１４としての機能を実現する。

給電条件設定部８１２は、入出力ポート８４０を介してコンバータ制御部２３０とインバータ制御部２５０とに制御信号を送出することにより、放電灯５００に供給する交流パルス電流の給電条件を設定する。具体的には、給電条件設定部８１２は、放電灯に供給する交流パルス電流の電力値を指定する制御信号をコンバータ制御部２３０に送出し、交流パルス電流の周波数およびデューティ比を指定するための制御信号をインバータ制御部２５０に送出する。デューティ比変調部８１４は、放電灯５００に供給する交流パルス電流を変調するため、給電条件設定部８１２に、デューティ比の変調パターンを設定する。

コンバータ２２０は、放電灯駆動装置２００に設けられた高圧電源回路（図示しない）から供給される高圧直流電力を降圧する降圧型コンバータ（バック・コンバータ）として構成されている。コンバータ２２０は、スイッチング素子Ｑ１と、チョークコイルＬ１と、ダイオードＤ１と、コンデンサＣ１とを有している。スイッチング素子Ｑ１は、コンバータ制御部２３０から供給されるスイッチ制御信号によりオン・オフ状態が制御される。スイッチング素子Ｑ１のオン・オフ（チョッピング）により降圧された電力は、インバータ２４０に供給される。コンバータ制御部２３０は、スイッチング素子Ｑ１のオン状態のデューティ比を制御することにより、放電灯５００に給電条件設定部８１２により指定された電力を供給するように、インバータ２４０に供給する電圧を調整する。

インバータ２４０は、フルブリッジ接続された４個のスイッチング素子Ｑ２１〜Ｑ２４から構成されたフルブリッジインバータである。これらのスイッチング素子Ｑ２１〜Ｑ２４は、インバータ制御部２５０から供給されるスイッチ制御信号によりオン・オフ状態が制御される。スイッチング素子Ｑ２１，Ｑ２４のペアと、スイッチング素子Ｑ２２，Ｑ２３のペアとが交互にオン状態になることにより、２つのブリッジ中間点２４２、２４４のそれぞれに接続された放電灯５００には、極性は交互に切り替えられた交流パルス電流が供給される。インバータ制御部２５０は、給電条件設定部８１２からの制御信号と、カラーホイール制御部３１４から供給されるフィルタ特定信号とに基づいて、スイッチング素子Ｑ２１〜Ｑ２４のオン・オフ状態を制御する。なお、交流パルス電流の極性の切替については、後述する。

Ａ２．デューティ比の変調：
図４は、第１実施例におけるデューティ比の変調パターンの一例を示す説明図である。図４において、横軸は時間を表しており、縦軸はデューティ比を表している。なお、以下では、放電灯５００に流れる電流（ランプ電流）が主鏡側電極６１０から副鏡側電極７１０に流れる際の電流値を正の値とし、交流パルス電流の極性の切替周期に対する正値の電流が流れる期間の長さをデューティ比として用いている。

図４に示すように、デューティ比は、所定の時間Ｔｍ（図４では１秒）ごとに、所定の変化量ΔＤ（約３３．３％）で変更されている。すなわち、第１実施例の変調パターンには、デューティ比が低い値（３３．３％）に維持される長さがＴｍの期間Ｔ１１と、デューティ比が高い値（６６．７％）に維持される長さがＴｍの期間Ｔ１２とが交互に設けられている。

図５は、ランプ電流の極性が切り替えられる様子を示す説明図である。図５（ａ）は、光路ＯＰ（図１）上に位置するフィルタを示している。図５（ｂ）および図５（ｃ）は、図４に示すようにデューティ比が一定値に維持されている期間（維持期間）Ｔ１１，Ｔ１２のそれぞれにおけるランプ電流の時間変化を示している。図５（ｄ）は、比較例として、維持期間を設けていない場合のランプ電流の時間変化を示している。

図５（ａ）に示すように、光路ＯＰ上のフィルタは、カラーホイール３１２の回転数（１２０Ｈｚ）に応じた回転周期Ｔｒ（１／１２０秒）で入れ替わる。第１実施例のカラーホイール３１２では、Ｒ，Ｇ，Ｂの各フィルタの幅を全て同じ幅としている。そのため、各フィルタが光路ＯＰ上に位置する時間は、いずれも回転周期Ｔｒの１／３の長さとなっている。

図５に示すように、ランプ電流の切替周期は、カラーホイール３１２の回転周期Ｔｒ（１／１２０秒）となっている。そのため、ランプ電流の周波数は、カラーホイール３１２の回転数と同じ１２０Ｈｚとなっている。

低デューティ比の維持期間Ｔ１１では、図５（ｂ）に示すように、ランプ電流の極性は、Ｇフィルタが光路ＯＰ上に位置する期間において正となり、ＢフィルタおよびＲフィルタが光路ＯＰ上に位置する期間において負となる。そのため、維持期間Ｔ１１におけるデューティ比は、図４に示すように約３３．３％（１／３）となる。

高デューティ比の維持期間Ｔ１２では、図５（ｃ）に示すように、ランプ電流の極性は、ＧフィルタおよびＢフィルタが光路ＯＰ上に位置する期間において正となり、Ｒフィルタが光路ＯＰ上に位置する期間において負となる。そのため、維持期間Ｔ１２におけるデューティ比は、図４に示すように約６６．７％（２／３）となる。

一方、図５（ｄ）に示す比較例では、カラーホイール３１２の回転周期Ｔｒごとに、デューティ比が高い状態と、デューティ比が低い状態とが切り替えられている。これにより、デューティ比の平均値は、５０％に保たれている。これは、デューティ比が高い状態のまま、あるいは、デューティ比が低い状態のまま放電灯５００を駆動することにより、電極６１０，７１０の一方の温度が過度に上昇して電極６１０，７１０が偏って消耗することを抑制するために行われる。

図５に示すように、第１実施例においては、ランプ電流の極性の切替は、光路上に位置するフィルタが入れ替わる色変化のタイミングにおいて行われている。このように、ランプ電流の極性の切替を色変化に同期させることにより、極性の切替に伴う出射光量の変動に起因する映像の劣化（照度の低下やビートノイズの発生）を抑制することができる。

Ａ３．デューティ比の変調による電極の温度変化の評価結果：
デューティ比の変調が電極６１０，７１０の温度に与える影響を調べるため、実際にデューティ比を変調して、電極６１０，７１０がどのように変化するかの評価を行った。図６は、温度変化の評価に使用したデューティ比の変調パターンを示している。

使用した変調パターンでは、デューティ比が最も低い維持期間Ｔｌの２０％から、デューティ比が最も高い維持期間Ｔｈの８０％まで、デューティ比を１０％ずつ変更した。各デューティ比において、維持期間を５秒とし、６０秒の周期でデューティ比を変調した。

図７は、評価に用いた放電灯５００の中央部を模式的に示す説明図である。図７に示すように、電極６１０は、芯棒６１２と、コイル部６１４と、本体部６１６と、突起６１８を有している。電極６１０は、放電灯本体５１０への封入前の段階において、芯棒６１２に電極材（タングステン等）の線材を巻き付けてコイル部６１４を形成し、形成されたコイル部６１４を加熱・溶融することにより形成される。これにより、電極６１０の先端側には、熱容量が大きい本体部６１６と、アークＡＲの発生位置となる突起６１８が形成される。副鏡側電極７１０も、主鏡側電極６１０と同様に形成される。

温度の測定は、この主鏡側電極６１０に形成された本体部６１６の略中央付近の星印の測定位置ＭＰにおいて行った。アークＡＲの発生により高温となった測定位置ＭＰの温度は、放射温度計を用いて測定した。

図８（ａ）および図８（ｂ）は、デューティ比の変調による主鏡側電極６１０の温度変化を示すグラフである。図８（ａ）のグラフは、図６に示したグラフ表示期間における主鏡側電極６１０の温度変化を示している。図８に示すように、主鏡側電極６１０の温度は、デューティ比が高くなるにつれて、すなわち、主鏡側電極６１０が陽極として動作する期間が長くなるにつれて上昇した。これは、アークＡＲにより陰極から放出された電子が、陽極に衝突した際に運動エネルギが熱エネルギに変換されることによる。

図８（ｂ）は、デューティ比が５０％の維持期間の前後における主鏡側電極６１０の温度変化を示すグラフである。図８（ｂ）に示すように、デューティ比が４０％から５０％に増加することにより、主鏡側電極６１０の温度は、約４０Ｋ上昇した。また、デューティ比が５０％から６０％に増加することにより、主鏡側電極６１０の温度は、約２５Ｋ上昇した。

図９は、デューティ比が変更された際の電極温度の過渡特性を示すグラフである。図９は、デューティ比が４０％から５０％に増加させた際の主鏡側電極６１０の温度変化を示している。図９に示すように、デューティ比を変更してから約０．５秒経過すると、主鏡側電極６１０の温度は安定した。この安定期の前に、主鏡側電極６１０の温度変化がなだらかになる準安定期が観測された。主鏡側電極６１０の温度変化が大きい過渡期における温度の上昇量Δｔを、切替前の安定期の温度と、切替後において準安定期が始まる際の温度との差とすると、上昇量Δｔの１／２の温度差が生じる時間があれば、十分に主鏡側電極６１０の温度を変化させることが可能である。この結果から、維持期間の長さは、０．１秒以上とするのが好ましく、０．５秒以上とするのがさらに好ましいことが判った。一方、図５（ｄ）に示す比較例では、短時間（１／１２０秒）でデューティ比が変化するため、電極６１０，７１０の温度はほとんど変化しないことが判った。

Ａ４．維持期間の影響：
図１０は、デューティ比の維持期間の有無が電極６１０，７１０に与える影響を模式的に示す説明図である。図１０（ａ）は、デューティ比の維持期間を設けていない場合、すなわち、図５（ｄ）に示すようにランプ電流の極性を切り替えた際の放電灯５００の中央部を示している。図１０（ｂ）は、デューティ比の維持期間を設けた第１実施例により放電灯５００を駆動した際の放電灯５００の中央部を示している。

放電灯５００を点灯すると、放電空間５１２内に封入されたガスは、アークＡＲの発生により加熱され、放電空間５１２内において対流する。比較例のように維持期間を設けない場合、両電極６１０，７１０における温度分布は定常的となる。両電極６１０，７１０における温度分布が定常的となることにより、放電空間５１２内には定常的な対流ＣＦが発生する。対流するガス中には、アークＡＲによって溶融蒸発した電極材が含まれている。そのため、定常的な対流ＣＦが生じている場合、図１０（ａ）に示すように、電極先端部よりも温度が低い芯棒６１２，７１２やコイル部６１４，７１４に電極材が局所的に堆積する。これにより、ハッチングで示す電極材の針状結晶が、芯棒６１２，７１２やコイル部６１４，７１４上において成長する。

このように針状結晶が成長すると、ランプの始動時など本体部６１６，７１６や突起６１８，７１８の温度が十分に上昇していない場合において、針状結晶から放電空間５１２の内壁に向かってアークが発生する場合がある。針状結晶から放電空間５１２の内壁に向かってアークが発生すると、内壁自体が劣化する。さらに、内壁が劣化する際の酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の飛散および分解により、ハロゲンサイクルが乱されて電極材の蒸発が促進される。このように、デューティ比の維持期間を設けない場合、針状結晶が成長することにより、内壁自体が劣化し、あるいは、ハロゲンサイクルの異常が発生して電極の本体部６１６，６１７および突起６１８，７１８の形状が崩れるため、放電灯５００の寿命が短くなるおそれがある。

一方、第１実施例によれば、デューティ比を変調するとともに、デューティ比が一定の値に維持される維持期間を設けることにより、両電極６１０，７１０における温度分布は時間的に変動する。そのため、図１０（ｂ）に示すように、放電空間５１２内における定常的な対流ＣＦの発生が抑制される。定常的な対流ＣＦの発生が抑制されることにより、局所的な電極材の堆積とそれによる針状結晶の成長が抑制される。なお、定常的な対流ＣＦの形成を回避するためには、所定の期間Ｔｍの長さを１分以下とするのがより好ましい。

このように、第１実施例によれば、ランプ電流の極性の切替が、光路上に位置するフィルタが入れ替わるタイミング、すなわち、時分割色光の色が変化するタイミングにおいて行われている。そのため、極性の切替に伴う出射光量の変動に起因する映像の劣化を抑制することができる。また、デューティ比の変調を行う際に、デューティ比が一定に維持される維持期間を設けることにより、放電空間５１２内で定常的な対流ＣＦが発生することを抑制することができる。そのため、定常的な対流ＣＦに起因する針状結晶の成長を抑制し、針状結晶の成長による放電灯５００の寿命の低下を抑制することができる。

Ｂ．第２実施例：
図１１は、第２実施例におけるデューティ比の変調パターンの一例を示す説明図である。第２実施例では、放電灯５００の劣化状態に応じて変調パターンを切り替える点で、第１実施例と異なっている。他の点は、第１実施例と同様である。

第２実施例では、放電灯５００の劣化状態を、放電灯５００のランプ電圧に基づいて検出する。ここで、ランプ電圧とは、放電灯５００を定電力駆動する際の電極６１０，７１０間の電圧をいう。ランプ電圧は、例えば、コンバータ２２０（図２）の２つの出力端子間の電圧として取得することが可能である。取得したランプ電圧は、コンバータ制御部２３０と入出力ポート８４０とを通じて、デューティ比変調部８１４により取得される。デューティ比変調部８１４は、取得したランプ電圧に基づいて、給電条件設定部８１２に設定するデューティ比の変調パターンを変更する。このように、コンバータ制御部２３０は、ランプ電圧を取得することが可能に構成されているため、「ランプ電圧取得部」とも謂うことができる。

なお、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、本体部６１６，７１６の平坦化に伴うアークジャンプの発生や、放電空間５１２内部の黒化に伴う光量の低下に基づいて検出することも可能である。この場合、アークジャンプの発生や光量の低下は、例えば、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。

第２実施例においては、ランプ電圧が所定の閾値（図１１の例では９０Ｖ）未満である場合（低ランプ電圧時）には、図１１（ａ）に示すように、維持期間が切り替わる際のデューティ比の変化量ΔＤが小さい（約１６．７％）変調パターンが使用される。一方、ランプ電圧が所定の閾値以上である場合（高ランプ電圧時）には、図１１（ｂ）に示すように、変化量ΔＤが大きい（約３３．３％）変調パターンが使用される。

図１１（ａ）に示す低ランプ電圧時には、デューティ比は、維持期間Ｔ２１における約１６．７％から維持期間Ｔ２５における約８３．３％までの範囲で変調されている。これらの維持期間Ｔ２１，Ｔ２５と、デューティ比が中間的な値をとる他の維持期間（Ｔ２２〜Ｔ２４）との長さＴｍは、それぞれ１秒としている。上述のように、デューティ比は、約１６．７％の変化量ΔＤで段階的に変更されている。これにより、低ランプ電圧時には、８秒の周期でデューティ比が変調される。図１１（ｂ）に示す高ランプ電圧時の変調パターンは、第１実施例における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。

図１２は、低ランプ電圧時においてランプ電流の極性が切り替えられる様子を示す説明図である。図１２（ａ）は、光路ＯＰ（図１）上に位置するフィルタを示している。図１２（ｂ）ないし図１２（ｆ）は、それぞれ、維持期間Ｔ２１〜Ｔ２５におけるランプ電流の時間変化を示している。なお、高ランプ電圧時におけるランプ電流の極性切替は、図５に示す第１実施例と同じである。

図１２に示すように、低ランプ電圧時において、ランプ電流の切替周期は、カラーホイール３１２の回転周期Ｔｒ（１／１２０秒）の２倍の周期となっている。したがって、ランプ電流の周波数は、カラーホイール３１２の回転数（１２０Ｈｚ）の１／２の６０Ｈｚとなっている。

デューティ比が最も低い維持期間Ｔ２１では、図１２（ｂ）に示すように、ランプ電流の極性は、カラーホイール３１２が２回転する期間のうち、最初の回転周期ＴｒのＧフィルタが光路ＯＰ上に位置する期間において正となり、ＢフィルタおよびＲフィルタが光路ＯＰ上に位置する期間において負となる。また、次の回転周期Ｔｒにおいては、負に維持される。そのため、維持期間Ｔ２１におけるデューティ比は、図１１（ａ）に示すように約１６．７％（１／６）となる。

維持期間Ｔ２２では、図１２（ｃ）に示すように、ランプ電流の極性は、カラーホイール３１２が２回転する期間のうち、最初の回転周期ＴｒのＧフィルタおよびＢフィルタが光路ＯＰ上に位置する期間で正となり、Ｒフィルタが光路ＯＰ上に位置する期間において負となる。また、次の回転周期Ｔｒにおいては、負に維持される。そのため、維持期間Ｔ２２におけるデューティ比は、図１１（ａ）に示すように約３３．３％（２／６＝１／３）となる。

維持期間Ｔ２３では、図１２（ｄ）に示すように、ランプ電流の極性は、カラーホイール３１２が２回転する期間のうち、最初の回転周期Ｔｒにおいて正に維持され、次の回転周期Ｔｒにおいて負に維持される。そのため、維持期間Ｔ２３におけるデューティ比は、図１１（ａ）に示すように５０％（３／６＝１／２）となる。

維持期間Ｔ２４では、図１２（ｅ）に示すように、ランプ電流の極性は、カラーホイール３１２が２回転する期間のうち、最初の回転周期Ｔｒにおいて正に維持される。そして、次の回転周期Ｔｒでは、Ｇフィルタが光路ＯＰ上に位置する期間において正となり、ＢフィルタおよびＲフィルタが光路ＯＰ上に位置する期間において負となる。そのため、維持期間Ｔ２４におけるデューティ比は、図１１（ａ）に示すように約６６．７％（４／６＝２／３）となる。

デューティ比が最も高い維持期間Ｔ２５では、図１２（ｆ）に示すように、ランプ電流の極性は、カラーホイール３１２が２回転する期間のうち、最初の回転周期Ｔｒにおいて正に維持される。そして、次の回転周期Ｔｒでは、ＧフィルタおよびＢフィルタが光路ＯＰ上に位置する期間において正となり、Ｒフィルタが光路ＯＰ上に位置する期間において負となる。そのため、維持期間Ｔ２５におけるデューティ比は、図１１（ａ）に示すように約８３．３％（５／６）となる。

このように、第２実施例においても、ランプ電流の極性の切替は、光路ＯＰ上に位置するフィルタが入れ替わる色変化のタイミングにおいて行われている。そのため、ランプ電流の極性切替に伴う出射光量の変動に起因する映像の劣化を抑制することができる。

第２実施例では、低ランプ電圧時には、維持期間ごとのデューティ比の変化量ΔＤを小さく（約１６．７％）し、高ランプ電圧時には、維持期間ごとのデューティ比の変化量ΔＤを大きく（約３３．３％）している。通常、デューティ比の変化量ΔＤが大きいほど、電極６１０，７１０の突起６１８，７１８（図７）の形状が安定的に維持され、より長期間にわたって安定的にアークを発生させることができる。一方、デューティ比の変化量ΔＤが小さいほど、放電灯５００に加わる熱衝撃が小さくなる。そのため、劣化が進んでいない低ランプ電圧時にデューティ比の変化量ΔＤを小さくし、劣化が進んだ高ランプ電圧時にデューティ比の変化量ΔＤを大きくすることにより、熱衝撃による放電灯５００の損傷を抑制するとともに、劣化が進んだ放電灯５００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、第２実施例では、低ランプ電圧時の変調パターンでは、デューティ比を維持期間Ｔ２１の約１６．７％から維持期間Ｔ２５の約８３．３％までの間で段階的に変えているが、デューティ比の変調パターンは必ずしもこの限りでない。例えば、維持期間Ｔ２１および維持期間Ｔ２５を除いて変調範囲を狭くした変調パターンを用いることも可能である。

また、低ランプ電圧時において、変調パターンから維持期間Ｔ２１（デューティ比約１６．７％）と、維持期間Ｔ２３（デューティ比５０％）と、維持期間Ｔ２５（デューティ比約８３．３％）を除くものとしてもよい。この場合、変調パターンは高ランプ電圧時と同一となるが、ランプ電流の極性切替周期（周波数）は高ランプ電圧時よりも長くなる。一般に、劣化が進んだ放電灯５００では、低周波で駆動するとフリッカが発生しやすくなる。この場合、高ランプ電圧時のランプ電流の周波数が高くなり、フリッカの発生を抑制することが可能となる。

第２実施例では、高ランプ電圧時において、ランプ電流の極性切替を第１実施例と同様に行うことによりデューティ比の変化量ΔＤを大きくしているが、低ランプ電圧時の変調パターンから維持期間Ｔ２１（デューティ比約１６．７％）と、維持期間Ｔ２３（デューティ比５０％）と、維持期間Ｔ２５（デューティ比約８３．３％）を除くことによりデューティ比の変化量ΔＤを大きくすることも可能である。この場合、ランプ電流の極性切替パターンおよびランプ電流の極性切替周期（周波数）は、低ランプ電圧時と同じになっている。

以上の説明から明らかなように、第２実施例では、放電灯の劣化状態に基づいて、少なくともランプ電流の極性切替パターン、ランプ電流の極性切替周期、およびデューティ比の変調パターンのいずれかを変えることにより、放電灯５００をより長期間にわたって用いることが可能となる。

Ｃ．第３実施例：
図１３は、第３実施例においてランプ電流の極性が切り替えられる様子を示す説明図である。第３実施例は、光路ＯＰ（図１）上に位置するフィルタに応じて、ランプ電流の絶対値が変更されている。他の点は、第１実施例と同様である。なお、ランプ電流の絶対値を変更した場合においても、ランプ電圧は略一定の値となる。そのため、ランプ電流の絶対値を変更することは、放電灯５００に供給する交流パルス電流の電力値を変更することに相当する。

光路ＯＰ上に位置するフィルタ（すなわち、時分割色光の色）に応じたランプ電流の絶対値の変更は、カラーホイール制御部３１４（図３）が出力するフィルタ特定信号を、駆動制御部２１０あるいはコンバータ制御部２３０に供給することにより行うことができる。例えば、フィルタ特定信号を、駆動制御部２１０に供給する場合、駆動制御部２１０の給電条件設定部８１２は、入出力ポート８４０を介して取得したフィルタ特定信号に基づいて、コンバータ制御部２３０に設定する電力値を変更する。これにより、ランプ電流の絶対値は、フィルタに応じて変更することができる。

図１３（ａ）は、光路ＯＰ上に位置するフィルタを示している。図１３（ｂ）および図１３（ｃ）は、低デューティ比の維持期間Ｔ１１と高デューティ比の維持期間Ｔ１２とのようにデューティ比が一定値に維持されている期間（維持期間）Ｔ１１，Ｔ１２のそれぞれにおけるランプ電流の時間変化を示している。

第３実施例では、図１３（ｂ）および図１３（ｃ）に示すように、Ｇフィルタが光路ＯＰ上に位置する期間において、ランプ電流の絶対値を最小にしている。一方、Ｒフィルタが光路ＯＰ上に位置する期間において、ランプ電流の絶対値を最大にしている。このように、光路ＯＰ上に位置するフィルタに応じてランプ電流の絶対値を変更することにより、カラーホイール３１２におけるＲ，Ｇ，Ｂの各フィルタの幅を全て同じ幅としたまま、放電灯５００からの出射光が完全な白色でないために生じるホワイトバランスのずれを抑制することができる。また、プロジェクタ１０００（図１）における表示内容（コンピュータの画面表示や、テレビや映画の投影）に応じて、ホワイトバランスをより適切に設定することができる。

上述のように、Ｒ，Ｇ，Ｂの各フィルタの幅を全て同じ幅とすることにより、各フィルタが光路ＯＰ上に位置する時間は、いずれも同じ長さ（Ｔｒ／３）となる。そのため、光路上に位置するフィルタが入れ替わる色変化のタイミングにおいてランプ電流の極性切替を行う場合においても、デューティ比の変化量ΔＤを一定に保つことが可能となり、デューティ比の変調をより的確に行うことが可能となる。

なお、第３実施例では、１種類の変調パターンを用いる場合において、ランプ電流の絶対値を変更しているが、第２実施例のように、互いに異なる変調パターンでデューティ比を変調する場合にランプ電流の絶対値を変更することも可能である。

Ｄ．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。

Ｄ１．変形例１：
上記各実施例では、ランプ電流の極性切替周期をカラーホイール３１２の回転周期Ｔｒ（１／１２０秒）の整数倍としているが、ランプ電流の極性切替周期は、必ずしもこの限りでない。例えば、図１４に示すように、ランプ電流の極性切替周期を回転周期Ｔｒよりも長くする（図１４の例では４／３Ｔｒ）ことも可能である。図１４の例では、デューティ比は、図１４（ｂ）に示す期間Ｔ４１の２５％と、図１４（ｃ）に示す期間Ｔ４２の５０％と、図１４（ｄ）に示す期間Ｔ４３の７５％との３つの値にそれぞれ維持される。ただし、Ｒ，Ｇ，Ｂの各フィルタの幅が異なる場合（すなわち、色が変わる時間間隔が一定でない場合）においても各維持期間におけるデューティ比の設定がより容易となる点で、ランプ電流の極性切替周期をカラーホイール３１２の回転周期Ｔｒの整数倍とするのがより好ましい。

Ｄ２．変形例２：
上記各実施例では、Ｒ，Ｇ，Ｂの各フィルタの幅を同一としたカラーホイール３１２を用いているが、他の種類のカラーホイールを用いることも可能である。例えば、放電灯５００の発光スペクトルに合わせてＲ，Ｇ，Ｂの各フィルタの幅を変えることも可能である。この場合、ランプ電流の絶対値を一定にしたまま、ホワイトバランスをとることが可能である。なお、フィルタにより幅が異なる場合、極性切替周期内のランプ電流の極性切替パターンを反転させることにより、デューティ比を変化させることも可能である。

Ｄ３．変形例３：
上記各実施例では、カラーホイール３１２にＲ，Ｇ，Ｂの３つのフィルタを設けているが、カラーホイールに、Ｒ，Ｇ，Ｂの各フィルタに加えて白色（Ｗ）のフィルタや黄色（Ｙ）のフィルタを設けるものとしてもよい。この場合、ランプ電流の極性切替パターンおよび、デューティ比の変調パターンは、適宜変更される。

Ｄ４．変形例４：
上記各実施例では、カラーホイール３１２を回転させ、光路ＯＰ上に位置する透過型フィルタを周期的に切り替えることにより時間的に色が異なる時分割色光を生成しているが、カラーホイール３１２を用いずに時分割色光を生成することも可能である。例えば、反射型のフィルタとして、異なる色の光を反射するダイクロイックミラーを複数設けたカラーホイールを回転させて、時分割色光を生成することも可能である。また、光路上に複数の透過型フィルタを配置し、各透過型フィルタの放電灯５００側あるいは照明光学系３１０側に設けられたシャッタを開閉することにより時分割色光を生成することができる。この場合、時分割色光の色を非周期的に変化させることも可能である。

Ｄ５．変形例５：
上記各実施例では、本発明をプロジェクタ１０００（図１）に適用しているが、本発明は、放電灯を光源とし、時分割色光によりカラー画像を表示する装置であれば、種々の画像表示装置に適用することが可能である。

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。 白色光源装置の構成を示す説明図。 放電灯駆動装置の概略構成を示す説明図。 第１実施例におけるデューティ比の変調パターンの一例を示す説明図。 ランプ電流の極性が切り替えられる様子を示す説明図。 温度変化の評価に使用したデューティ比の変調パターン。 評価に用いた放電灯５００の中央部を模式的に示す説明図。 デューティ比の変調による電極の温度変化を示すグラフ。 デューティ比が変更された際の電極温度の過渡特性を示すグラフ。 デューティ比の維持期間の有無が電極に与える影響を模式的に示す説明図。 第２実施例におけるデューティ比の変調パターンの一例を示す説明図。 低ランプ電圧時においてランプ電流の極性が切り替えられる様子を示す説明図。 第３実施例においてランプ電流の極性が切り替えられる様子を示す説明図。 ランプ電流の極性切替パターンの変形例。

符号の説明

１００…白色光源装置
１１０…光源ユニット
１１２…主反射鏡
１１６…無機接着剤
２００…放電灯駆動装置
２００３…特開
２１０…駆動制御部
２２０…コンバータ
２３０…コンバータ制御部
２４０…インバータ
２４２…ブリッジ中間点
２５０…インバータ制御部
３１０…色分離装置
３１２…カラーホイール
３１４…カラーホイール制御部
３２０…照明光学系
３２２…ロッドレンズ
３２４…凹面鏡
３３０…空間変調装置
３４０…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
６１０，７１０…電極
６１２，７１２…芯棒
６１４，７１４…コイル部
６１６，７１６…本体部
６１８，７１８…突起
６２０，７２０…接続部材
６３０，７３０…電極端子
８１０…ＣＰＵ
８１２…給電条件設定部
８１４…デューティ比変調部
８２０…メモリ
８３０…タイマ
８４０…入出力ポート
１０００…プロジェクタ
Ｃ１…コンデンサ
Ｄ１…ダイオード
Ｌ１…チョークコイル
Ｑ１…スイッチング素子
Ｑ２１〜Ｑ２４…スイッチング素子
ＳＣＲ…スクリーン

Claims (8)

1. 光源装置であって、
   ２つの電極を有する放電灯と、
   前記放電灯の一方の電極に対する他方の電極の極性を交互に切り替えつつ、前記放電灯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、
   点灯した前記放電灯から射出される光を受けて異なる色の光を順次射出する時分割色分離部と
   を備え、
   前記放電灯点灯部は、前記極性を前記時分割色分離部から射出される光の色の変化に同期して切り替えるとともに、前記極性切替の一周期において前記極性が正極性である正極性期間の比率であるデューティ比が所定時間以上にわたって一定の値に維持されている維持期間として、第１の維持期間と、前記第１の維持期間とは前記デューティ比が異なる第２の維持期間とを設けることにより前記デューティ比を変調し、
   前記放電灯の劣化状態に基づいて、前記極性切替の一周期の長さを変更する
   光源装置。
2. 請求項１記載の光源装置であって、
   前記時分割色分離部は、前記異なる色の光を周期的に射出し、
   前記極性切替の一周期は、前記色の変化の周期の整数倍である
   光源装置。
3. 請求項１または２記載の光源装置であって、
   前記放電灯点灯部は、所定の変調パターンに従って前記デューティ比を変調し、
   前記変調パターンは、前記放電灯の劣化状態に基づいて変更される
   光源装置。
4. 請求項１または３記載の光源装置であって、さらに、
   前記放電灯に所定の電力を供給する際の前記２つの電極間の電圧であるランプ電圧を取得するランプ電圧取得部を備え、
   前記放電灯の劣化状態は、前記ランプ電圧に基づいて判断される
   光源装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか記載の光源装置であって、
   前記放電灯点灯部は、前記時分割色分離部から射出される光の色に応じて、前記放電灯に供給する電力を設定する
   光源装置。
6. 請求項１ないし５のいずれか記載の光源装置であって、
   前記所定時間は、０．１秒である
   光源装置。
7. 画像表示装置であって、
   表示用の光を放射する２つの電極を有する放電灯と、
   前記放電灯の一方の電極に対する他方の電極の極性を交互に切り替えつつ、前記放電灯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、
   点灯した前記放電灯から射出される光を受けて異なる色の光を順次射出する時分割色分離部と
   を備え、
   前記放電灯点灯部は、前記極性を前記時分割色分離部から射出される光の色の変化に同期して切り替えるとともに、前記極性切替の一周期において前記極性が正極性である正極性期間の比率であるデューティ比が所定時間以上にわたって一定の値に維持されている維持期間として、第１の維持期間と、前記第１の維持期間とは前記デューティ比が異なる第２の維持期間とを設けることにより前記デューティ比を変調し、
   前記放電灯の劣化状態に基づいて、前記極性切替の一周期の長さを変更する
   画像表示装置。
8. ２つの電極を有する放電灯を用いて時間的に色が異なる時分割色分離光を生成する時分割色分離光の生成方法であって、
   前記放電灯に電力を供給することにより点灯した前記放電灯から射出される光を受けて異なる色の光を順次生成し、
   前記放電灯に前記電力を供給する際に、前記放電灯の一方の電極に対する他方の電極の極性を前記生成される光の色の変化に同期して交互に切り替え
   前記極性切替の一周期において前記極性が正極性である正極性期間の比率であるデューティ比が所定時間以上にわたって一定の値に維持されている維持期間として、第１の維持期間と、前記第１の維持期間とは前記デューティ比が異なる第２の維持期間とを設けることにより前記デューティ比を変調し、
   前記放電灯の劣化状態に基づいて、前記極性切替の一周期の長さを変更する
   時分割色分離光の生成方法。

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