JP5768558B2 - 光源装置、放電灯の駆動方法およびプロジェクター - Google Patents
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Description
このような放電灯は、例えば、高周波数の交流電流を駆動電流として供給する駆動方法により駆動される。この駆動方法によれば、放電の安定性が得られ、放電灯本体の黒化や失透等を防止することができ、放電灯の寿命の低下を抑制することができる(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、放電灯本体の黒化や失透等が生じ、放電灯の寿命が低下するという問題がある。
この駆動方法によれば、放電灯の黒化を抑制し、放電灯を一定の輝度で点灯している場合は、電極間距離を一定の距離に保持して、放電灯を駆動することができる。
本発明の目的は、放電灯の黒化を抑制し、放電灯の輝度によらず、電極間距離を一定に保持して、放電灯を駆動することができる光源装置、放電灯の駆動方法およびプロジェクターを提供することにある。
本発明の光源装置は、1対の電極を有する放電灯と、
前記1対の電極に駆動電流を供給する駆動装置と、を有し、
前記駆動装置は、前記駆動電流の振幅を変調して前記放電灯の輝度を調整可能に構成され、
前記駆動電流は、周波数が1kHz以上10GHz以下であり、かつ、第1の区間と、前記第1の区間よりも振幅が小さい第2の区間とが交互に繰り返されるように構成される交流電流を含み、
1つの前記第1の区間と1つの前記第2の区間の合計の期間をA、前記1つの前記第1の区間の期間をBとしたとき、B/Aが、10%以上90%以下の範囲で、前記放電灯の輝度に応じて変化することを特徴とする。
これにより、放電灯の黒化を抑制し、放電灯の輝度によらず、電極間距離を一定の距離に保持して、放電灯を駆動することができる。
これにより、より確実に、電極に突起を形成することができる。
本発明の光源装置では、前記放電灯の輝度が最大値のときのB/Aは、45〜55%であることが好ましい。
これにより、より確実に、電極に突起を形成することができる。
これにより、より確実に、電極に突起を形成することができる。
本発明の光源装置では、前記交流電流の変調周波数は、前記放電灯の輝度によらず、一定であることが好ましい。
これにより、より確実に、電極に突起を形成することができる。
これにより、より確実に、電極に突起を形成することができる。
本発明の光源装置では、前記第2の区間において、前記交流電流の振幅は一定であることが好ましい。
これにより、より確実に、電極に突起を形成することができる。
これにより、音響共鳴効果によって放電が不安定になることを防止することができる。
本発明の光源装置では、前記駆動電流の供給により前記放電灯が点灯している際、前記1対の電極の温度が変動し、前記1対の電極の先端部に突起が形成されることが好ましい。
これにより、電極間距離を一定の距離に保持して、放電灯を駆動することができる。
これにより、より確実に電極間距離を一定の距離に保持して、放電灯を駆動することができる。
本発明の光源装置では、前記放電灯の輝度は、前記放電灯に供給される前記駆動電流の平均値または駆動電力の平均値であることが好ましい。
本発明の放電灯の駆動方法は、1対の電極を有する放電灯の駆動方法であって、
周波数が1kHz以上10GHz以下の交流電流を生成し、
第1の区間と、前記第1の区間よりも振幅が小さい第2の区間とが交互に繰り返され、かつ1つの前記第1の区間と1つの前記第2の区間の合計の期間をA、前記1つの前記第1の区間の期間をBとしたとき、B/Aが前記放電灯の輝度に応じて10%以上90%以下の範囲で変化する駆動電流を、前記交流電流の振幅を変調して生成し、
前記駆動電流を前記1対の電極に供給することを特徴とする。
これにより、放電灯の黒化を抑制し、放電灯の輝度によらず、電極間距離を一定の距離に保持、放電灯を駆動することができる。
前記光源装置から出射した光を画像情報に基づいて変調する変調装置と、
前記変調装置により変調された光を投射する投射装置と、を有することを特徴とする。
これにより、放電灯の黒化を抑制し、放電灯の輝度によらず、電極間距離を一定の距離に保持して、放電灯を駆動することができ、これによって、消費電力を低減でき、また、安定した良好な画像を表示することができる。
<光源装置>
図1は、本発明の光源装置の実施形態を示す断面図(ブロック図も含まれる)、図2は、図1に示す光源装置の放電灯を示す断面図、図3は、図1に示す光源装置を示すブロック図、図4は、図1に示す光源装置の放電灯駆動装置で生成される交流電流および駆動電流を示す図である。なお、図2では、副反射鏡の図示は省略されている。
光源ユニット110は、放電灯500と、凹状の反射面を有する主反射鏡112と、出射光をほぼ平行光にする平行化レンズ114とを備えている。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。また、主反射鏡112は、放電灯500側の面(内面)が反射面となっており、この反射面は、図示の構成では、回転楕円面をなしている。
放電灯500は、放電灯本体510と、凹状の反射面を有する副反射鏡520とを備えている。放電灯本体510と副反射鏡520とは、無機接着剤522により接着されている。また、副反射鏡520は、放電灯500側の面(内面)が反射面となっており、この反射面は、図示の構成では、球面をなしている。
この放電灯本体510には、1対の電極610、710と、1対の導電性を有する接続部材620、720と、1対の電極端子630、730とが設けられている。電極610と電極端子630とは、接続部材620により電気的に接続されている。同様に、電極710と電極端子730とは、接続部材720により電気的に接続されている。
電極610と電極710との間の最短距離である電極間距離は、1μm以上5mm以下であることが好ましく、500μm以上1.5mm以下であることがより好ましい。
なお、各電極610、710の構成材料としては、例えば、タングステン等の高融点金属材料等が挙げられる。
放電開始用ガスとしては、例えば、ネオン、アルゴン、キセノン等の希ガス等が挙げられる。また、発光に寄与するガスとしては、例えば、水銀、ハロゲン化金属の気化物等が挙げられる。また、その他のガスとしては、例えば、黒化を防止する機能を有するガス等が挙げられる。黒化を防止する機能を有するガスとしては、例えば、ハロゲン(例えば、臭素等)、ハロゲン化合物(例えば、臭化水素等)、またはこれらの気化物等が挙げられる。
放電灯500の電極端子630、730は、それぞれ放電灯駆動装置200の出力端子に接続されている。そして、放電灯駆動装置200は、放電灯500に高周波数の交流電流(交流電力)を含む駆動電流(駆動電力)を供給する。すなわち、放電灯駆動装置200は、電極端子630、730を介して電極610、710に上記の駆動電流を供給することにより放電灯500に電力を供給する。電極610、710に上記の駆動電流が供給されると、放電空間512内の1対の電極610、710の先端部の間でアーク放電(アークAR)が生じる。アーク放電により発生した光(放電光)は、そのアークARの発生位置(放電位置)から全方向に向かって放射される。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とにより、電極710の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、本実施形態において、放電灯500は副反射鏡520を備えているが、放電灯500は副反射鏡520を備えていない構成とすることも可能である。
図3に示すように、放電灯駆動装置200は、高周波数の交流電流を発生する高周波電流発生器31と、振幅変調器(振幅変調部)32と、増幅率が可変の増幅器(輝度調整部)33と、制御部34とを備えており、振幅変調した交流電流を駆動電流として放電灯500の1対の電極610、710に供給する装置である。制御部34は、高周波電流発生器31、振幅変調器32および増幅器33等、放電灯駆動装置200全体の作動を制御する。
これにより、前述したように、1対の電極610、710の先端部の間でアーク放電が生じ、放電灯500が点灯する。
すなわち、まず、駆動電流の第1の区間41では、電極610、710の温度が高くなることで、電極610、710の先端部の一部が、溶融し、その溶融した電極材が表面張力によって電極610、710の先端部に集まる。一方、第2の区間42では、電極610、710の温度が低くなることで、前記溶融した電極材が凝固する。このような溶融した電極材が電極610、710の先端部に集まる状態と、前記溶融した電極材が凝固する状態とを繰り返すことで突起618、718の成長が起こり、これにより、電極間距離を一定の距離に保持することができる。これにより、放電灯500を効率良く駆動することができる。
また、放電灯駆動装置200は、増幅器33により駆動電流の大きさ(振幅)を調整して放電灯500の輝度を調整することができるようになっており、後述するように、制御部34は、駆動電流波形のB/Aを放電灯500の輝度に応じて設定する(図4(b)参照)。また、制御部34は、増幅器33の増幅率を増減するように構成されており、制御部34が増幅器33の増幅率を増大させると、駆動電流(電力)の振幅が大きくなり、放電灯500の輝度が増大する。一方、制御部34が増幅器33の増幅率を減少させると、駆動電流の振幅が小さくなり、放電灯500の輝度が減少する。
また、交流電流の周波数は、1kHz以上10GHz以下であり、1kHz以上100kHz以下、または、3MHz以上10GHz以下であることが好ましく、1kHz以上20kHz以下、または、3MHz以上3GHz以下であることがより好ましい。
しかし、交流電流の周波数が前記下限値よりも小さいと、その駆動電流の1周期毎に、電極610、710の温度が変動し、これにより突起618、718の形成や維持ができなくなり、また、黒化が生じる場合がある。また、前記上限値よりも大きいものはコストが高くなる。
また、駆動電流の変調周波数は、特に限定されず、諸条件に応じて適宜設定されるが、10Hz以上1000Hz以下であることが好ましく、50Hz以上500Hz以下であることがより好ましい。
また、本実施形態では、第1の区間41および第2の区間42において、それぞれ、駆動電流の振幅は一定である。これにより、より確実に電極610、710に突起618、718を形成することができる。
b/aが前記上限値よりも大きいと、他の条件によっては、突起618、718が形成されない。なお、b/aが小さい程、突起618、718が延びる。
B/Aが前記下限値よりも小さい場合や、前記上限値よりも大きい場合は、突起618、718が形成されない。なお、B/Aが50%に近い程、突起618、718が延び、B/Aが50%の場合が、突起618、718が最も延びる。
なお、駆動電流の変調周波数は、放電灯500の輝度によらず、一定であってもよく、また、前記範囲で、放電灯500の輝度、すなわち、駆動電流の大きさ(振幅)に応じて設定するようになっていてもよい。変調周波数を放電灯500の輝度に応じて設定する場合、変調周波数は、放電灯500の輝度が低い程、大きく設定される。これにより、突起618、718の長さを一定にすることができる。
以上説明したように、この光源装置1によれば、放電灯500の黒化を防止し、長寿命化を図ることができる。また、放電灯500の輝度によらず、電極610、710に突起618、718が形成され、電極間距離を一定の距離に保持することができ、放電灯500を効率良く駆動することができる。
なお、前記実施形態では、駆動電流の変調周波数、b/aおよびB/Aは、一定であるが、本発明では、駆動電流の変調周波数、b/aおよびB/Aは、それぞれ、経時的に変化していてもよい。
また、前記実施形態では、第1の区間41および第2の区間42のそれぞれにおいて、交流電流の振幅は一定であるが、本発明では、第1の区間41と第2の区間42とのいずれか一方において、交流電流の振幅が経時的に変化していてもよい。また、第1の区間41および第2の区間42の両方において、交流電流の振幅が経時的に変化していてもよい。
図5は、駆動電流の構成例における包絡線を示す図である。
図5(a)に示す構成例では、駆動電流の包絡線のうち、駆動電流が正の値のときの包絡線(以下、単に「包絡線」と言う)は、第1の区間41において、経時的に上昇している(交流電流の振幅が漸増)。すなわち、包絡線は、傾きが正の直線状をなしている。
図5(c)に示す構成例では、包絡線は、第1の区間41において、上側に凸となるように湾曲した曲線状をなしている。
図5(d)に示す構成例では、包絡線は、第1の区間41において、下側に凸となるように湾曲した曲線状をなしている。
図5(f)に示す構成例では、包絡線は、第1の区間41において、経時的に、段階的に下降している。
なお、図5(a)から図5(f)において、駆動電流が負の値のときの包絡線は、駆動電流が正の値のときの包絡線を電流値が0となる線を対称軸として折り返した線対称の形状を有している。
図6は、駆動電流の構成例における包絡線を示す図である。
図6(a)に示す構成例では、包絡線は、第2の区間42において、経時的に上昇している(交流電流の振幅が漸増)。すなわち、包絡線は、傾きが正の直線状をなしている。
図6(b)に示す構成例では、包絡線は、第2の区間42において、経時的に下降している(交流電流の振幅が漸減)。すなわち、包絡線は、傾きが負の直線状をなしている。
図6(d)に示す構成例では、包絡線は、第2の区間42において、下側に凸となるように湾曲した曲線状をなしている。
図6(e)に示す構成例では、包絡線は、第2の区間42において、経時的に、段階的に上昇している。
なお、図6(a)から図6(f)において、駆動電流が負の値のときの包絡線は、それぞれの駆動電流が正の値のときの包絡線を電流値が0となる線を対称軸として折り返した線対称の形状を有している。
また、前記実施形態では、増幅器33は、振幅変調器32の後段に設置されているが、本発明では、これに限らず、例えば、増幅器33は、振幅変調器32の前段に設置されていてもよい。
図7は、本発明のプロジェクターの実施形態を摸式的に示す図である。
図7に示すプロジェクター300は、前述した光源装置1と、インテグレータレンズ302および303を有する照明光学系と、色分離光学系(導光光学系)と、赤色に対応した(赤色用の)液晶ライトバルブ84と、緑色に対応した(緑色用の)液晶ライトバルブ85と、青色に対応した(青色用の)液晶ライトバルブ86と、赤色光のみを反射するダイクロイックミラー面811および青色光のみを反射するダイクロイックミラー面812が形成されたダイクロイックプリズム(色合成光学系)81と、投射レンズ(投射光学系)82とを備えている。
まず、光源装置1から出射した白色光(白色光束)は、インテグレータレンズ302および303を透過する。この白色光の光強度(輝度分布)は、インテグレータレンズ302および303により均一化される。
インテグレータレンズ302および303を透過した白色光は、ミラー304で図7中左側に反射し、その反射光のうちの青色光(B)および緑色光(G)は、それぞれダイクロイックミラー305で図7中下側に反射し、赤色光(R)は、ダイクロイックミラー305を透過する。
ダイクロイックミラー305で反射した青色光および緑色光のうちの緑色光は、ダイクロイックミラー307で図7中左側に反射し、青色光は、ダイクロイックミラー307を透過する。
また、ダイクロイックミラー307を透過した青色光は、ダイクロイックミラー308で図7中左側に反射し、その反射光は、ミラー309で図7中上側に反射する。前記青色光は、集光レンズ312、313および314により整形され、青色用の液晶ライトバルブ86に入射する。
この際、液晶ライトバルブ84の液晶パネル16の各画素は、赤色用の画像信号に基づいて作動する駆動回路により、スイッチング制御(オン/オフ)され、また、液晶ライトバルブ85の液晶パネル16の各画素は、緑色用の画像信号に基づいて作動する駆動回路により、スイッチング制御され、また、液晶ライトバルブ86の液晶パネル16の各画素は、青色用の画像信号に基づいて作動する駆動回路により、スイッチング制御される。
前記液晶ライトバルブ84により形成された赤色用の画像、すなわち液晶ライトバルブ84からの赤色光は、入射面813からダイクロイックプリズム81に入射し、ダイクロイックミラー面811で図7中左側に反射し、ダイクロイックミラー面812を透過して、出射面816から出射する。
また、前記液晶ライトバルブ86により形成された青色用の画像、すなわち液晶ライトバルブ86からの青色光は、入射面815からダイクロイックプリズム81に入射し、ダイクロイックミラー面812で図7中左側に反射し、ダイクロイックミラー面811を透過して、出射面816から出射する。
以上説明したように、このプロジェクター300によれば、前述した光源装置1を有しているので、消費電力を低減でき、また、安定した良好な画像を表示することができる。
(実施例1)
図1に示され、高輝度および低輝度のそれぞれで点灯することができ、下記の構成の光源装置を作成した。
放電灯本体内の封入物:アルゴン、水銀、臭素、臭素メチル
放電灯本体内の点灯時の気圧:200atm
電極の構成材料:タングステン
電極間距離:1.1mm
放電灯の定格電力:200W
交流電流の周波数:5kHz
高輝度時の駆動電流の平均値:3A
低輝度時の駆動電流の平均値:2.75A
高輝度時の変調周波数:300Hz
低輝度時の変調周波数:300Hz
高輝度時のb/a:10%
低輝度時のb/a:10%
高輝度時のB/A:50%
低輝度時のB/A:65%
条件を下記のように変更した以外は、前記実施例1と同様の光源装置を作成した。
高輝度時の駆動電流の平均値:3A
低輝度時の駆動電流の平均値:2.2A
高輝度時の変調周波数:300Hz
低輝度時の変調周波数:300Hz
高輝度時のb/a:10%
低輝度時のb/a:10%
高輝度時のB/A:50%
低輝度時のB/A:75%
条件を下記のように変更した以外は、前記実施例1と同様の光源装置を作成した。
高輝度時の駆動電流の平均値:3A
低輝度時の駆動電流の平均値:2.5A
高輝度時の変調周波数:300Hz
低輝度時の変調周波数:400Hz
高輝度時のb/a:10%
低輝度時のb/a:10%
高輝度時のB/A:50%
低輝度時のB/A:40%
条件を下記のように変更した以外は、前記実施例1と同様の光源装置を作成した。
高輝度時の駆動電流の平均値:3A
低輝度時の駆動電流の平均値:2.6A
高輝度時の変調周波数:300Hz
低輝度時の変調周波数:400Hz
高輝度時のb/a:10%
低輝度時のb/a:10%
高輝度時のB/A:50%
低輝度時のB/A:60%
条件を下記のように変更した以外は、前記実施例1と同様の光源装置を作成した。
高輝度時の駆動電流の平均値:3A
低輝度時の駆動電流の平均値:2.6A
高輝度時の変調周波数:300Hz
低輝度時の変調周波数:400Hz
高輝度時のb/a:10%
低輝度時のb/a:15%
高輝度時のB/A:50%
低輝度時のB/A:45%
条件を下記のように変更した以外は、前記実施例1と同様の光源装置を作成した。
高輝度時の駆動電流の平均値:3A
低輝度時の駆動電流の平均値:2.65A
高輝度時の変調周波数:300Hz
低輝度時の変調周波数:400Hz
高輝度時のb/a:10%
低輝度時のb/a:15%
高輝度時のB/A:50%
低輝度時のB/A:55%
条件を下記のように変更した以外は、前記実施例1と同様の光源装置を作成した。
高輝度時の駆動電流の平均値:3A
低輝度時の駆動電流の平均値:2.2A
高輝度時の変調周波数:300Hz
低輝度時の変調周波数:300Hz
高輝度時のb/a:10%
低輝度時のb/a:10%
高輝度時のB/A:30%
低輝度時のB/A:30%
条件を下記のように変更した以外は、前記実施例1と同様の光源装置を作成した。
高輝度時の駆動電流の平均値:3A
低輝度時の駆動電流の平均値:2.5A
高輝度時の変調周波数:300Hz
低輝度時の変調周波数:300Hz
高輝度時のb/a:10%
低輝度時のb/a:10%
高輝度時のB/A:50%
低輝度時のB/A:50%
条件を下記のように変更した以外は、前記実施例1と同様の光源装置を作成した。
高輝度時の駆動電流の平均値:3A
低輝度時の駆動電流の平均値:2.3A
高輝度時の変調周波数:300Hz
低輝度時の変調周波数:300Hz
高輝度時のb/a:10%
低輝度時のb/a:10%
高輝度時のB/A:70%
低輝度時のB/A:70%
実施例1〜6、比較例1〜3に対し、それぞれ、下記のようにして各評価を行った。その結果は、下記表1に示す通りである。
(突起)
放電灯を点灯させ、その輝度を高輝度と低輝度とに交互に切り替え、点灯開始から500時間まで、1対の電極の電極間距離の変動を観察した。
表1において、「○」は電極間距離に変動が見られない(突起の成長が良好である)場合を示し、「△」は10%以下の変動があった場合を示し、「×」は光源装置が使用に耐え得る程度に突起が成長しない(突起の成長が不良である)場合を示す。
放電灯を点灯させ、その輝度を高輝度と低輝度とに交互に切り替え、点灯開始から500時間後に電源をoffし、そのときの放電灯の赤熱状態を観察した。
表1において、「○」は黒化が観察されない、または観察されても軽微である場合を示し、「×」は黒化が著しく観察された場合を示す。
これに対し、比較例1〜3では、高輝度から低輝度へ(またはこの逆に)放電灯の輝度を変更(調光)すると、低輝度時において、電極に突起が形成されず、電極間距離が広がってしまった。
Claims (13)
- 1対の電極を有する放電灯と、
前記1対の電極に駆動電流を供給する駆動装置と、を有し、
前記駆動装置は、前記駆動電流の振幅を変調して前記放電灯の輝度を調整可能に構成され、
前記駆動電流は、周波数が1kHz以上10GHz以下であり、かつ、第1の区間と、前記第1の区間よりも振幅が小さい第2の区間とが交互に繰り返されるように構成される交流電流を含み、
1つの前記第1の区間と1つの前記第2の区間の合計の期間をA、前記1つの前記第1の区間の期間をBとしたとき、B/Aが、10%以上90%以下の範囲で、前記放電灯の輝度に応じて変化することを特徴とする光源装置。 - 前記B/Aは、前記放電灯の輝度が低い程、50%から離れた値に設定される請求項1に記載の光源装置。
- 前記放電灯の輝度が最大値のときのB/Aは、45〜55%である請求項1または2に記載の光源装置。
- 前記第1の区間における前記交流電流の振幅の平均値をa、前記第2の区間における前記交流電流の振幅の平均値をbとしたとき、b/aは、前記放電灯の輝度によらず、一定である請求項1ないし3のいずれかに記載の光源装置。
- 前記交流電流の変調周波数は、前記放電灯の輝度によらず、一定である請求項1ないし4のいずれかに記載の光源装置。
- 前記第1の区間において、前記交流電流の振幅は一定である請求項1ないし5のいずれかに記載の光源装置。
- 前記第2の区間において、前記交流電流の振幅は一定である請求項1ないし6のいずれかに記載の光源装置。
- 前記交流電流の周波数は、1kHz以上20kHz以下、または、3MHz以上10GHz以下である請求項1ないし7のいずれかに記載の光源装置。
- 前記駆動電流の供給により前記放電灯が点灯している際、前記1対の電極の温度が変動し、前記1対の電極の先端部に突起が形成される請求項1ないし8のいずれかに記載の光源装置。
- 前記B/Aは、前記放電灯の輝度に応じて前記各突起の長さが一定になるように設定される請求項9に記載の光源装置。
- 前記放電灯の輝度は、前記放電灯に供給される前記駆動電流の平均値または駆動電力の平均値である請求項1ないし10のいずれかに記載の光源装置。
- 1対の電極を有する放電灯の駆動方法であって、
周波数が1kHz以上10GHz以下の交流電流を生成し、
第1の区間と、前記第1の区間よりも振幅が小さい第2の区間とが交互に繰り返され、かつ1つの前記第1の区間と1つの前記第2の区間の合計の期間をA、前記1つの前記第1の区間の期間をBとしたとき、B/Aが前記放電灯の輝度に応じて10%以上90%以下の範囲で変化する駆動電流を、前記交流電流の振幅を変調して生成し、
前記駆動電流を前記1対の電極に供給することを特徴とする放電灯の駆動方法。 - 請求項1ないし請求項11のいずれかに記載の光源装置と、
前記光源装置から出射した光を画像情報に基づいて変調する変調装置と、
前記変調装置により変調された光を投射する投射装置と、を有することを特徴とするプロジェクター。
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