JP5803269B2 - 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。
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。
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、
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が0%以上90%以下に設定されており、
前記第1の区間と前記第2の区間とのうちの一方においては、前記交流電流の振幅は一定であり、他方においては、前記交流電流の振幅は経時的に変化していることを特徴とする。
これにより、放電灯の黒化を抑制し、電極間距離が広がることを抑制して、放電灯を駆動することができる。
本発明の光源装置では、隣り合う前記第1の区間と前記第2の区間とにおける前記第1の区間と前記第2の区間の合計の期間をA、前記第1の区間の期間をBとしたとき、B/Aは、50%であることが好ましい。
本発明の光源装置では、隣り合う前記第1の区間と前記第2の区間とにおける前記第1の区間と前記第2の区間の合計の期間をA、前記第1の区間の期間をBとしたとき、B/Aは、経時的に変化していることが好ましい。
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。
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。
これにより、電極間距離が広がることを抑制し、放電灯を駆動することができる。
本発明の光源装置では、前記交流電流の変調周波数が10Hzより大きく200Hz以下の場合において、前記放電灯の定格電力が100W以上150W未満の場合は、b/aは、0%以上90%以下であり、前記定格電力が150W以上200W未満の場合は、b/aは、0%以上80%以下であり、前記定格電力が200W以上300W未満の場合は、b/aは、0%以上70%以下であり、前記定格電力が300W以上400W未満の場合は、b/aは、0%以上60%以下であり、
前記変調周波数が200Hzより大きく500Hz以下の場合において、前記定格電力が100W以上150W未満の場合は、b/aは、0%以上80%以下であり、前記定格電力が150W以上200W未満の場合は、b/aは、0%以上70%以下であり、前記定格電力が200W以上300W未満の場合は、b/aは、0%以上60%以下であり、前記定格電力が300W以上400W未満の場合は、b/aは、0%以上50%以下であり、
前記変調周波数が500Hzより大きく1kHz以下の場合において、前記定格電力が100W以上150W未満の場合は、b/aは、0%以上60%以下であり、前記定格電力が150W以上200W未満の場合は、b/aは、0%以上50%以下であり、前記定格電力が200W以上300W未満の場合は、b/aは、0%以上40%以下であり、前記定格電力が300W以上400W未満の場合は、b/aは、0%以上30%以下であることが好ましい。
本発明の光源装置では、前記交流電流の変調周波数は、経時的に変化していることが好ましい。
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、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が0%以上90%以下になる駆動電流を、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対の電極に供給し、
前記第1の区間と前記第2の区間とのうちの一方においては、前記交流電流の振幅は一定であり、他方においては、前記交流電流の振幅は経時的に変化していることを特徴とする。
これにより、放電灯の黒化を抑制し、電極間距離が広がることを抑制して、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、電極間距離が広がることを抑制して、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、0.5mm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。
また、放電灯点灯時の放電灯本体510内の気圧は、0.1atm以上300atm以下であることが好ましく、50atm以上300atm以下であることがより好ましい。
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、増幅器33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。
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、電極間距離が広がることを抑制することができ、電極間が狭い状態を維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。
ここで、放電灯500の定格電力は、用途等に応じて適宜設定され、特に限定されないが、10W以上5kW以下であることが好ましく、100W以上500W以下であることがより好ましい。
電極610、710が陽極として動作するときは、それぞれ、陰極として動作するときに比べて電極温度が高くなるが、交流電流の周波数を前記下限値以上に設定することにより、その駆動電流の1周期内における電極温度の変動を防止することができる。
また、交流電流の周波数が100kHzよりも大きく、3MHzよりも小さいと、他の条件によっては、音響共鳴効果により放電が不安定となる。
駆動電流の変調周波数が前記下限値よりも小さいと、他の条件によっては、突起がだれてしまい、また、前記上限値よりも大きいと、他の条件によっては、突起が形成されない。
また、図4に示すように、第1の区間41における交流電流の振幅の平均値をa、第2の区間42における交流電流の振幅の平均値をbとしたとき、その振幅aと振幅bの比b/aは、0以上90%以下であることがより好ましい。
なお、b/aが0、すなわち、駆動電流が間欠的に電極610、710に供給されるように構成されていることが最も好ましいが、駆動電流を連続的に電極610、710に供給する場合は、b/aは、1%以上90%以下であることが好ましい。
また、図4に示すように、第1の区間41と第2の区間42の合計の期間をA、第1の区間41の期間をBとしたとき、その期間Aと期間Bの比B/Aは、特に限定されず、諸条件に応じて適宜設定されるが、10%以上、90%以下であることが好ましく、20%以上80%以下であることがより好ましい。
また、b/aは、前記駆動電流の変調周波数および放電灯500の定格電力等に応じて設定することが好ましい。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。
定格電力が100W以上150W未満の場合は、b/aは、0%以上90%以下であることが好ましい。
また、定格電力が200W以上300W未満の場合は、b/aは、0%以上70%以下であることが好ましい。
また、定格電力が300W以上400W未満の場合は、b/aは、0%以上60%以下であることが好ましい。
定格電力が100W以上150W未満の場合は、b/aは、0%以上80%以下であることが好ましい。
また、定格電力が200W以上300W未満の場合は、b/aは、0%以上60%以下であることが好ましい。
また、定格電力が300W以上400W未満の場合は、b/aは、0%以上50%以下であることが好ましい。
定格電力が100W以上150W未満の場合は、b/aは、0%以上60%以下であることが好ましい。
また、定格電力が200W以上300W未満の場合は、b/aは、0%以上40%以下であることが好ましい。
また、定格電力が300W以上400W未満の場合は、b/aは、0%以上30%以下であることが好ましい。
以上、本発明の光源装置および放電灯の駆動方法を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。
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(c)に示す構成例では、包絡線は、第2の区間42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。
図6(f)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、段階的に下降している。
また、第1の区間41および第2の区間42の両方において振幅が経時的に変化している駆動電流の構成例については、図示は省略するが、図5に示す前記第1の区間41における包絡線と、図6に示す前記第2の区間42における包絡線とを任意に組み合わせて構成することができる。
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。
液晶ライトバルブ85は、液晶パネル16と、液晶パネル16の入射面側に接合された第1の偏光板(図示せず)と、液晶パネル16の出射面側に接合された第2の偏光板(図示せず)とを有している。液晶ライトバルブ84および86も、液晶ライトバルブ85と同様の構成をなしている。これら液晶ライトバルブ84、85および86の各液晶パネル16は、それぞれ、図示しない駆動回路にそれぞれ接続されている。
なお、このプロジェクター300では、液晶ライトバルブ84、85、86および駆動回路により、光源装置1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の主要部が構成され、投射レンズ82により、その変調装置により変調された光を投射する投射装置の主要部が構成される。
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。
このように、光源装置1から出射した白色光は、色分離光学系により、赤色、緑色および青色の三原色に色分離され、それぞれ、対応する液晶ライトバルブ84、85および86に導かれ、入射する。
これにより、赤色光、緑色光および青色光は、それぞれ、液晶ライトバルブ84、85および86で変調され、赤色用の画像、緑色用の画像および青色用の画像がそれぞれ形成される。
また、前記液晶ライトバルブ85により形成された緑色用の画像、すなわち液晶ライトバルブ85からの緑色光は、入射面814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および812をそれぞれ透過して、出射面816から出射する。
このように、前記液晶ライトバルブ84、85および86からの各色の光、すなわち液晶ライトバルブ84、85および86により形成された各画像は、ダイクロイックプリズム81により合成され、これによりカラー画像が形成される。この画像は、投射レンズ82により、所定の位置に設置されているスクリーン320上に投影(拡大投射)される。
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、下記の構成の光源装置を作成した。
放電灯本体の構成材料:石英ガラス
放電灯本体内の封入物:アルゴン、水銀、臭素
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
定格電力:200W
交流電流の周波数:13.56MHz
変調周波数:300Hz
b/a:0%
B/A:50%
(実施例2〜6)
b/a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。
b/aを10%、30%、50%、70%、90%に設定したものを、それぞれ、実施例2〜6とした。
振幅変調を行わない以外は、前記実施例1と同様の光源装置を作成した。
(比較例2)
駆動電流として、周波数が150Hz、デューティー比が50%であり、波形が矩形状をなす交流電流(直流交番電流)を用いた以外は、前記実施例1と同様の光源装置を作成した。
(比較例3)
b/aを95%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。
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)
各々の実施例、比較例で500時間点灯を行い、放電灯における1対の電極の先端部の観察を行い、突起状態を評価した。
なお、表1中の突起の評価基準は、◎は初期の突起形状を良好に維持している。○は初期と異なるが比較的良好な突起がある状態、△は突起らしきものが見える状態、×は突起形状がなく、放電位置が安定していない状態としている。
各々の実施例、比較例で500時間点灯を行い、放電灯の空洞部を構成する内壁部の観察を行い、黒化状態を評価した。
なお、表1中の耐黒化性の評価基準は、○は黒化が観察されなかった状態、×は黒化が観察できた状態を示している。
Claims (11)
- 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、
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が0%以上90%以下に設定されており、
前記第1の区間と前記第2の区間とのうちの一方においては、前記交流電流の振幅は一定であり、他方においては、前記交流電流の振幅は経時的に変化していることを特徴とする光源装置。 - 隣り合う前記第1の区間と前記第2の区間とにおける前記第1の区間と前記第2の区間の合計の期間をA、前記第1の区間の期間をBとしたとき、B/Aは、50%である請求項1に記載の光源装置。
- 隣り合う前記第1の区間と前記第2の区間とにおける前記第1の区間と前記第2の区間の合計の期間をA、前記第1の区間の期間をBとしたとき、B/Aは、経時的に変化している請求項1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3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3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100kHz以下、または、3MHz以上10GHz以下である請求項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6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が10Hzより大きく200Hz以下の場合において、前記放電灯の定格電力が100W以上150W未満の場合は、b/aは、0%以上90%以下であり、前記定格電力が150W以上200W未満の場合は、b/aは、0%以上80%以下であり、前記定格電力が200W以上300W未満の場合は、b/aは、0%以上70%以下であり、前記定格電力が300W以上400W未満の場合は、b/aは、0%以上60%以下であり、
前記変調周波数が200Hzより大きく500Hz以下の場合において、前記定格電力が100W以上150W未満の場合は、b/aは、0%以上80%以下であり、前記定格電力が150W以上200W未満の場合は、b/aは、0%以上70%以下であり、前記定格電力が200W以上300W未満の場合は、b/aは、0%以上60%以下であり、前記定格電力が300W以上400W未満の場合は、b/aは、0%以上50%以下であり、
前記変調周波数が500Hzより大きく1kHz以下の場合において、前記定格電力が100W以上150W未満の場合は、b/aは、0%以上60%以下であり、前記定格電力が150W以上200W未満の場合は、b/aは、0%以上50%以下であり、前記定格電力が200W以上300W未満の場合は、b/aは、0%以上40%以下であり、前記定格電力が300W以上400W未満の場合は、b/aは、0%以上30%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。 - 前記交流電流の変調周波数は、経時的に変化している請求項1ないし8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、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が0%以上90%以下になる駆動電流を、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対の電極に供給し、
前記第1の区間と前記第2の区間とのうちの一方においては、前記交流電流の振幅は一定であり、他方においては、前記交流電流の振幅は経時的に変化していることを特徴とする放電灯の駆動方法。 - 請求項1から請求項9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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