JP5942711B2 - 駆動装置、プロジェクターおよび放電灯の駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は、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。

プロジェクターなどの画像表示装置の光源として、高圧水銀ランプやメタルハライドランプ等の放電灯が使用されている。この放電灯は、例えば、高周波数の交流電流を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、放電灯本体のいわゆる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）。
放電灯の別の駆動方法としては、低周波数で、波形が矩形状をなす交流電流（直流交番電流）を供給する駆動方法もある。この駆動方法によれば、放電灯が点灯している際、一対の電極の先端部に突起が形成され成長するので、電極間が狭い状態を維持することができる（例えば特許文献２）。

特開２００７−１１５５３４号公報 特開２０１０−１１４０６４号公報

ところで、高周波数の交流電流を供給する駆動方法では、放電灯が点灯している際に一対の電極間に生じるアーク放電により電極が高温になって、電極が溶融して電極間の距離が徐々に広がる。一方、低周波数の直流交番電流を供給する駆動方法によれば、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。
このため、高周波数の交流電流の供給と、低周波数の直流交番電流の供給とを組み合わせた駆動方法が試みたが、この組み合わせた駆動方法においても種々の問題が発生した。
本発明のいくつかの態様の目的の一つは、高周波数の交流電流の供給と低周波数の直流交番電流の供給とを組み合わせた場合の諸問題の解決を図った駆動装置、プロジェクターおよび放電灯の駆動方法を提供することにある。

本発明の一態様に係る放電灯の駆動方法にあっては、放電媒体が封入された空洞部内で対向して配置された第１電極および第２電極を有する放電灯の駆動方法であって、前記第１電極および前記第２電極の間に、高周波数および低周波数で切り替えた交流電流を供給し、前記低周波数の交流電流を供給する期間は、第１直流を正極性または負極性の一方で供給する第１区間と、第１交流を供給する第２区間と、前記第１直流を正極性または負極性の他方で供給する第３区間と、前記第１交流を供給する第４区間と、第２直流を正極性または負極性の一方で供給する第５区間と、第２交流を供給する第６区間と、前記第２直流を正極性または負極性の他方で供給する第７区間と、前記第２交流を供給する第８区間と、を含むことを特徴とする。この駆動方法によれば、例えば高周波数の交流電流の供給と低周波数の直流交番電流の供給とを組み合わせた場合で発生しやすい電極突起の狭小化や消失を防止することができる。

上記態様において、前記第２区間、前記第４区間、前記第６区間および前記第８区間のそれぞれは、１ミリ秒以上１秒未満であることが好ましい。また、上記態様において、前記第１区間、前記第３区間、前記第５区間および前記第７区間のそれぞれは、１ミリ秒以上１００ミリ秒未満であることが好ましい。
また、第１交流、第２交流については、周波数が低いときに太い突起が形成される傾向があるので、前記第１交流および前記第２交流のうち、周波数の低い方が供給された後の直流の供給期間は、周波数の高い方が供給された後の直流の供給期間よりも長いことが好ましい。
上記態様において、電源投入後であって、前記高周波数および前記低周波数で切り替えた交流電流を供給する前に、前記第１電極および前記第２電極の間に、１ｋＨｚより高い周波数の交流電流を供給しても良い。これにより電源投入後における電極の変形を抑えることができる。

また、本発明の別の態様に係るプロジェクターにあっては、光源装置と、前記光源装置から射出された光を、映像信号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、を有し、前記光源装置は、放電媒体が封入された空洞部内で対向して配置された第１電極および第２電極を有する放電灯と、前記第１電極および前記第２電極の間に交流電流を供給する駆動装置と、を備え、前記駆動装置は、前記第１電極および前記第２電極の間に、高周波数および低周波数で切り替えた交流電流を供給し、前記低周波数の交流電流を供給する期間は、第１直流を正極性または負極性の一方で供給する第１区間と、第１交流を供給する第２区間と、前記第１直流を正極性または負極性の他方で供給する第３区間と、前記第１交流を供給する第４区間と、第２直流を正極性または負極性の一方で供給する第５区間と、第２交流を供給する第６区間と、前記第２直流を正極性または負極性の他方で供給する第７区間と、前記第２交流を供給する第８区間と、を含むことを特徴とする。このプロジェクターによれば、電極突起の狭小化や消失を防止することができる。

実施形態に係る放電灯の駆動方法が適用される光源装置を示す図である。 同光源装置における放電灯の要部断面図である。 同光源装置の電気的な構成を示す図である。 高周波駆動と低周波駆動との電流波形を示す図である。 同光源装置における組み合わせ駆動を説明するための示す図である。 実施形態に係る放電灯の駆動方法を時系列の順で示す図である。 同放電灯の駆動方法を示すフローチャートである。 同放電灯における電極の変形等を示す図である。 同光源装置を用いたプロジェクターを示す図である。 同プロジェクターの光学的な構成を示す図である。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。まず、実施形態に係る放電灯の駆動方法が適用される光源装置について説明する。

図１は、光源装置の構造の一例を示す図である。この図に示されるように、光源装置１は、放電灯５００を含む光源ユニット１１０と、放電灯５００を駆動する駆動装置２００とを有する。放電灯５００は、駆動装置２００から電力の供給を受けて放電し、光を放射する。
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とを含む。主反射鏡１１２と放電灯５００とは、接着材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。

なお、主反射鏡１１２の反射面の形状は、回転楕円面に限定されず、例えば回転放物面等としても良い。主反射鏡１１２の反射面が回転放物面である場合は、放電灯５００の発光部を回転放物面のいわゆる焦点に配置すれば、平行化レンズ１１４を省略することができる。

放電灯５００は、放電灯本体５１０と、凹状の内側に反射面を有する副反射鏡５２０とを備える。副反射鏡５２０は、その反射面が主反射鏡１１２に向かい合って配置されるとともに、放電灯本体５１０に対して所定の間隔をおいて配置されるように接着材５２２により接着されている。なお、副反射鏡５２０の反射面は、図示の構成では球面をなしている。

放電灯本体５１０の中央部は、放電媒体が封入された状態で密閉された空洞部５１２となっている。放電灯本体５１０には、光透過性を有する材料、例えば石英ガラス等や光透過性セラミックスなどの材料が用いられる。また、放電媒体とは、例えば放電開始用ガスや発光に寄与するガスなどであり、このうち、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、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。
放電灯本体５１０には、一対の電極６１０、７１０と、一対の導電性を有する接続部材６２０、７２０と、一対の電極端子６３０、７３０とが設けられている。電極６１０、７１０は、空洞部５１２に取り付けられている。詳細には、電極６１０、７１０は、その先端部が放電灯本体５１０の空洞部５１２において互いに所定距離だけ離れて、互いに対向するように取り付けられている。このうち、電極（第１電極）６１０と電極端子６３０とは、接続部材６２０により互い電気的に接続されている。同様に、電極（第２電極）７１０と電極端子７３０とは、接続部材７２０により互いに電気的に接続されている。電極端子６３０、７３０は、それぞれ駆動装置２００の出力端子に接続されている。

駆動装置２００は、電極端子６３０、７３０に対し、後述する交流電流または直流電流を供給する。このため、電極端子６３０に接続部材６２０を介して接続された電極６１０と、電極端子７３０に接続部材７２０を介して接続された電極７１０とにあっては、機能的には、電位が相対的に高くなって陽極になるときと、相対的に低くなって陰極になるときとがある。

電極端子６３０、７３０に交流電流が供給されると、空洞部５１２内にあって電極６１０、７１０の先端部の間でアーク放電が生じ、放電媒体が発光する。アーク放電により発生した光は、アークの発生位置（放電位置）から全方向に向かって放射されるが、当該放射光のうち、電極７１０の方向に放射された光は、副反射鏡５２０によって主反射鏡１１２に向かって反射する。このため、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であっても良い。

図２は、放電灯５００の要部断面図の一例である。なお、図２では、説明の便宜のために図１における副反射鏡５２０が省略されている。
図２に示されるように、電極６１０は、芯棒６１２と、コイル部６１４と、本体部６１６とを有している。この電極６１０は、放電灯本体５１０内への封入前の段階において、芯棒６１２に電極材の線材を巻き付けてコイル部６１４を形成し、当該コイル部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が形成される。電極７１０についても、芯棒７１２と、コイル部７１４と、本体部７１６とを有しており、電極６１０と同様に形成される。
なお、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。

放電灯５００を１度も点灯させていない状態では、本体部６１６、７１６には、突起６１８、７１８は形成されていないが、放電灯５００をアーク放電ＡＲによって１度でも点灯させると、本体部６１６、７１６の先端部に、それぞれ突起６１８、７１８が形成される。この突起６１８、７１８は、放電灯５００の点灯中維持されるとともに、また、消灯後も維持される。

図３は、光源装置１、特に駆動装置２００の電気的な構成の一例を示す図である。
この図に示されるように、駆動装置２００は、定電流源３１と、スイッチＳｗ１〜Ｓｗ４と、制御部３３と、電圧計３５と、時間計測部３６とを備える。
定電流源３１は、その正極出力端（＋）から負極出力端（−）に戻ってくる電流値が制御部３３によって指定された値で一定となるように制御するものである。
スイッチＳｗ１〜Ｓｗ４は、それぞれ制御部３３によってオン（閉成）状態、オフ（開放）状態が制御されるものであり、このうち、スイッチＳｗ１、Ｓｗ４が組をなして同一状態に制御され、同様にスイッチＳｗ２、Ｓｗ３が組をなして同一状態に制御される。ただし、スイッチＳｗ１、Ｓｗ４の組と、スイッチＳｗ２、Ｓｗ３の組とが同時にオン状態とはならずに、互いに排他的にオン状態になるように制御される。
スイッチＳｗ１は、定電流源３１の正極出力端（＋）と放電灯５００の電極端子６３０との間に電気的に介挿され、スイッチＳｗ２は、電極端子６３０と定電流源３１の負極出力端（−）との間に電気的に介挿されている。スイッチＳｗ３は、定電流源３１の正極出力端（＋）と放電灯５００の電極端子７３０との間に電気的に介挿され、スイッチＳｗ４は、電極端子７３０と定電流源３１の負極出力端（−）との間に電気的に介挿されている。
電圧計３５は、定電流源３１の正極出力端（＋）と負極出力端（−）と間の電圧を測定して、その測定値を制御部３３に供給する。時間計測部３６は、制御部３３の指示にしたがって時間を計測する一方、計測した時間を制御部３３に供給する。

この駆動装置２００において、制御部３３によってスイッチＳｗ１、Ｓｗ４の組がオン状態に制御されるとともに、スイッチＳｗ２、Ｓｗ３の組がオフ状態に制御されたとき、定電流が、電極６１０から電極７１０に向かって流れる。反対に、スイッチＳｗ１、Ｓｗ４の組がオフ状態に制御されるとともに、スイッチＳｗ２、Ｓｗ３の組がオン状態に制御されたとき、定電流が電極７１０から電極６１０に向かって流れる。このため、制御部３３がスイッチＳｗ１、Ｓｗ４の組とスイッチＳｗ２、Ｓｗ３の組とに対するオン、オフ状態を交互に切り替えると、電極６１０、７１０の間に交流電流が流れて、交流電圧が印加されることになる。
なお、本説明において、電極６１０、７１０の間に流れる電流（または電圧）については、電極６１０から電極７１０に向かって流れる場合を正の値とし、反対に電極７１０から電極６１０に向かって流れる場合を負の値とする。ただし、電圧計３５で測定される電圧は、電極６１０、７１０に流れる電流の方向にかかわらず、電極６１０、７１０の間の電圧の絶対値（正値）である。

ところで、電極６１０、７１０が陽極として動作するときには、それぞれ陰極として動作するときと比較して温度が高くなる。ここで、図４（ａ）に示されるように、電流周波数が１ｋＨｚ以上である高周波電流を放電灯５００に供給する高周波駆動によれば、１周期以内の温度変化が小さくなるために、黒化を抑制・回復するための化学反応が安定的となり、黒化や、それに伴う失透等を防止することができる。このため、放電灯の寿命の低下が抑制される。
ただし、高周波駆動では、電極６１０、７１０の間で発生するアーク放電のために、当該電極６１０、７１０が高温になって溶融するので、電極間の距離が徐々に広がってくる。電極間の距離が広がると、光の利用効率が低下するだけでなく、電極間のインピーダンスが変化して、無効電力が増加する結果、効率が低下するなどの問題が発生する。
なお、高周波電流の周波数としては、黒化を抑制するという観点からいえば、１ｋＨｚ以上であれば良いが、１０ＧＨｚを超えると、電源効率が低下するとともに電源のコスト高を招く。

一方、図４（ｂ）に示されるように、電流周波数が１ｋＨｚよりも低い直流交番電流を放電灯５００に供給する低周波駆動によれば、放電灯が点灯している際、電極６１０、７１０の先端に突起が形成されるとともに、溶融と凝固との繰り返しによって当該突起が成長するので、電極間が狭い状態を維持することができる。
ただし、低周波電流を放電灯５００に供給する駆動方法では、放電灯５００での温度変化が大きいため、黒化を抑制するための化学反応が不安定的となり、黒化や失透等が生じて放電量の寿命が低下する、という問題がある。

そこで、図５に示されるように、高周波駆動と低周波駆動とを組み合わせて交互に切り替える組み合わせ駆動が提案された。
詳細には、第１に、電極６１０、７１０の間の電圧に上限値および下限値を予め設定しておく。上述したように、駆動装置２００は、電極６１０、７１０には定電流を流すので電極間距離が広くなるにつれて、電極６１０、７１０の間の電圧が高くなる。このため、電極間電圧は、電極６１０、７１０の距離を示すことになる。
第２に、例えば高周波電流を供給しつつ、電極間電圧を測定し、当該測定電圧が上限値に達したとき、高周波駆動から低周波駆動に切り替える。なお、低周波駆動に切り替えると、図５に示されるように、電極間電圧が低下して、電極間距離が次第に狭まる。一方で、黒化が発生するのは避けられない。
第３に、測定した電圧が下限値に達したとき、低周波駆動から高周波駆動に切り替える。なお、高周波駆動に切り替えると、同図に示されるように、電極間電圧が徐々に上昇して、電極間距離が徐々に広がる、一方で、低周波駆動で発生した黒化は、上記化学反応によって回復する場合がある。

この組み合わせ駆動によれば、電極間距離が、電極間電圧の下限値に相当する距離から上限値に相当する距離までの範囲に保たれるとともに、高周波駆動のときには、黒化が発生しないだけなく、低周波電流が供給されているときに黒化が発生したとしても、当該黒化が回復する場合もある。このため、電極間距離の維持と黒化の防止との両立が期待された。

しかしながら、この組み合わせ駆動において次のような問題が発生した。詳細には、低周波駆動として例えば１５０Ｈｚ程度の単一の周波数を用いた場合において、初期段階では、突起を良好に伸ばして電極間距離を狭めることができるが、数百時間程度、運転を継続すると、電極の形状が緩やかに変化して、突起が次第に細くなったり、場合によっては突起が突発的に消失したりしてしまう、という第１の問題が発生した。
また、第２に、光源装置１に対する電源のオン（投入）、オフ（遮断）を繰り返していくと、組み合わせ駆動が破綻する場合がある、という第２の問題も発生した。

そこでまず、第１の問題を改善するために、組み合わせ駆動における低周波駆動として次のような駆動方法が提案された。すなわち、低周波駆動において１つの周波数の低周波電流を用いるだけでなく、異なる周波数の低周波電流を用いることがより好ましく、少なくとも第１直流交番電流（第１交流）および第２直流交番電流（第２交流）を用いることが好ましい。

低周波駆動における周波数としては、１Ｈｚ以上１ｋＨｚ未満とすることで、突起を伸ばすことができる。このため、第１交流の周波数と第２交流の周波数とは、好ましくは互いに異なる周波数で当該周波数範囲に含まれるように設定することが好ましい。また、周波数が低いほど、太い突起が形成されるが、突起の伸び率は小さい。

一方、直流を電極６１０、７１０に供給すると、突起およびその突起周辺の電極部分が溶融する。この溶融の際には、蒸発せずに、表面張力で形状が丸みを適度に保たれる程度に流動化させるのが好ましい。そして、この直流の供給後に交流電流を供給すると、直流の供給によって流動化した突起が電界方向に引張されるので、突起を伸ばすことができる、という効果がある。このため、本実施形態において低周波駆動では、直流電流の後に交流電流を供給することにする。
上述したように、組み合わせ駆動における低周波駆動の交流電流には第１交流と第２交流との２種類あるので、直流電流についても、第１交流と第２交流とのそれぞれに対応して供給する必要がある。さらに、電極６１０、７１０の一方から他方への直流電流の供給のみとすると、突起が一方の電極に偏在してしまうので、直流は、正極性で供給する場合と負極性で供給する場合とを１セットにして供給する。
結局、上述したように、低周波駆動において交流電流には第１交流と第２交流との２種類あり、それぞれについて正極性および負極性の直流を対応させる必要がある。

このため、本実施形態では、図６に示されるように、組み合わせ駆動における低周波駆動は、次の基本サイクルの繰り返しパターンとなっている。
すなわち、基本サイクルは、第１区間Ａから第８区間Ｈまでにそれぞれ分けられており、このうち、第１区間Ａでは、第１直流が例えば正極（＋）で供給されて、当該第１直流の正極（＋）に対応した第１交流が第２区間Ｂで供給される。第３区間Ｃでは、第１直流が反対極性の負極（−）で供給されて、当該第１直流の負極（−）に対応して第１交流が第４区間Ｄで供給される。続いて、第５区間Ｅでは、第２直流が正極（＋）で供給されて、当該第２直流の正極（＋）に対応した第２交流が第６区間Ｆで供給される。第７区間Ｇでは、第２直流が負極（−）で供給されて、当該第２直流の負極（−）に対応して第２交流が第８区間Ｈで供給される。

第１交流および第２交流が供給される第２区間Ｂ、第４区間Ｄ、第６区間Ｆおよび第８区間Ｈの時間的な長さについては、突起を引張する観点からいえば、それぞれ１ミリ秒以上１秒未満の範囲で、放電灯５００の形状などの個々の条件に応じて調整することが好ましいことが実験的に確認されている。

また、第１直流および第２直流が供給される第１区間Ａ、第３区間Ｃ、第５区間Ｅおよび第７区間Ｇの時間的な長さについては、適度に流動化させる観点からいえば、１ミリ秒以上１００ミリ秒未満とするのが好ましい。
一方、上述したように周波数が低いほど、太い突起が形成される傾向があるので、第１交流、第２交流のうち周波数が低い方が供給された後の直流の供給期間を、周波数が高い方が供給された後の直流の供給期間よりも長くするようにしても良い。具体的には、第２交流の周波数が第１交流の周波数よりも低いとき、第２交流後の第７区間Ｇと、繰り返したときを考慮して第１区間Ａとの時間長のそれぞれを、第１交流後の第３区間Ｃと第５区間Ｅとの時間長よりも長くすることが好ましい。反対に、第１交流の周波数が第２交流の周波数よりも低いとき、第３区間Ｃと第５区間Ｅとの時間長のそれぞれを、第７区間Ｇと第１区間Ａとの時間長よりも長くすることが好ましい。

なお、図６の例においては、第１区間Ａおよび第５区間Ｅでは正極性の直流を供給し、第３区間Ｃおよび第７区間Ｇでは負極性の直流を供給しているが、反対に、第１区間Ａおよび第５区間Ｅでは負極性の直流を供給し、第３区間Ｃおよび第７区間Ｇでは正極性の直流を供給しても良い。
また、基本サイクルでは第１交流、第２交流の２種類のみを用いたが、３種類以上を用いても良い。

次に、第２の問題を解決するための方法の一例について説明する。
前回の使用状態から十分に時間が経過した状態において放電灯５００の電極温度はほぼ室温になり、また、空洞部５１２の圧力は低くなる。一方で、放電灯５００の定格状態において放電灯５００の電極６１０、７１０の温度は極めて高く（１０００℃以上）、また、空洞部５１２の圧力も高い（５０ａｔｍ以上）。このため、電源が投入されてから定格状態までに放電灯５００を素早く移行させるためには、電源投入後から定格に近い、または、定格と同等な電流を放電灯５００に供給する必要がある。しかしながら、電源投入後において、電極６１０、７１０には多大な熱負荷がかかるため、先端に形成された突起６１８、７１８が変形したり、黒化が発生したりする。
このように突起が変形した状態において、組み合わせ駆動を継続すると、突起の変形がさらに進行する結果、正常な組み合わせ駆動ができなくなる。
そこで本実施形態では、図６に示されるように、電源投入直後の立ち上げ期間においては、組み合わせ駆動ではなく、あえて高周波駆動を実行する。これにより、立ち上げ時における電極６１０、７１０の形状変化が抑えられるとともに黒化が防止される。次に、立ち上げ期間の次の定格期間（第２期間）において組み合わせ駆動を実行して、電極間距離の維持と黒化の防止との両立を図る。
なお、電源投入直後における立ち上げ期間の高周波電流の周波数については、１ｋＨｚより高くするのが好ましい。

次に、図６に示した駆動方法を実現するための処理内容の一例について説明する。図７は、この処理内容を示すフローチャートである。
光源装置１に対して電源投入が指示されると、まず、制御部３３は、定電流源３１に対し定電流値として定格期間以下の値を指定するとともに、スイッチＳｗ１、Ｓｗ４の組とスイッチＳｗ２、Ｓｗ３の組とに対するオン、オフ状態を交互に切り替える周波数を２ｋＨｚ以上に設定する（ステップＳａ１１）。これにより、電流投入後の立ち上げ時において放電灯５００の電極６１０、７１０には、定格期間以下に制限された高周波電流が流れることになる。

次に、制御部３３は、時間計測部３６に対して時間の計測を指示する（ステップＳａ１２）。これにより、時間計測部３６は、時間の計測を開始するとともに、その計測した時間を制御部３３に供給する。
制御部３３は、計測を指示してから、すなわち電源投入後に高周波電流を供給してから、予め定められた時間経過したか否かを判別する（ステップＳａ１３）。ここで予め定められた時間としては、例えば１〜６０分の範囲で適切な値が適宜選択される。
所定時間が経過していなければ（ステップＳａ１３の判別結果が「Ｎｏ」であれば）、処理手順がステップＳａ１３に戻される。したがって、所定時間が経過するまで立ち上げ期間における高周波駆動が実行される一方、所定時間が経過すると、ステップＳａ１３の判別結果が「Ｙｅｓ」となって、定格期間における組み合わせ駆動の動作に移行する。

定格期間における組み合わせ駆動は、低周波駆動と高周波駆動との交互の切り替えであり、このうち、低周波駆動は、図６に示した基本サイクルの繰り返しであり、さらに、基本サイクルは、第１区間Ａから第８区間Ｈまでに分けられる。
そこでまず、制御部３３は、第１区間Ａにおける第１直流を正極性で供給するための動作を実行する。詳細には、制御部３３は、第１区間ＡにわたってスイッチＳｗ１、Ｓｗ４の組をオン状態に、スイッチＳｗ２、Ｓｗ３の組をオフ状態に、それぞれ制御する。これにより放電灯５００には、第１直流が電極６１０から電極７１０に向かう正極性で供給されることになる。
次に、制御部３３は、第２区間ＢにわたってスイッチＳｗ１、Ｓｗ４の組とスイッチＳｗ２、Ｓｗ３の組とに対するオン、オフ状態を、第１交流の周期で交互に切り替える。これにより放電灯５００には、第１交流が供給されることになる。続いて、制御部３３は、第３区間ＣにわたってスイッチＳｗ１、Ｓｗ４の組をオフ状態に、スイッチＳｗ２、Ｓｗ３の組をオン状態にそれぞれ制御する。これにより放電灯５００には、第１直流が電極７１０から電極６１０に向かう負極性で供給されることになる。制御部３３は、第４区間ＤにわたってスイッチＳｗ１、Ｓｗ４の組とスイッチＳｗ２、Ｓｗ３の組とに対するオン、オフ状態を、第１交流の周期で交互に切り替え、これにより放電灯５００には、第１交流が再び供給されることになる。

さらに、制御部３３は、第５区間ＥにわたってスイッチＳｗ１、Ｓｗ４の組をオン状態に、スイッチＳｗ２、Ｓｗ３の組をオフ状態にそれぞれ制御する。これにより放電灯５００には、第２直流が電極６１０から電極７１０に向かう正極性で供給される。制御部３３は、第６区間ＦにわたってスイッチＳｗ１、Ｓｗ４の組とスイッチＳｗ２、Ｓｗ３の組とに対するオン、オフ状態を、第２交流の周期で交互に切り替える。これにより放電灯５００には、第２交流が供給されることになる。次に、制御部３３は、第７区間ＧにわたってスイッチＳｗ１、Ｓｗ４の組をオフ状態に、スイッチＳｗ２、Ｓｗ３の組をオン状態にそれぞれ制御する。これにより放電灯５００には、第２直流が電極７１０から電極６１０に向かう負極性で供給されることになる。制御部３３は、第８区間ＨにわたってスイッチＳｗ１、Ｓｗ４の組とスイッチＳｗ２、Ｓｗ３の組とに対するオン、オフ状態を、第２交流の周期で交互に切り替え、これにより放電灯５００には、第２交流が再び供給されることになる。

組み合わせ駆動における低周波駆動の基本サイクル１回分が終了すると、制御部３３は、電圧計３５によって測定された電極間電圧を取得し（ステップＳａ１０２）、当該電圧が下限値に達しているか否かを判別する（ステップＳａ１０３）。当該電圧が下限値に達していなければ（ステップＳａ１０３の判別結果が「Ｎｏ」であれば）、処理手順が再びステップＳａ１０１に戻されて、再び基本サイクルが実行される。
低周波駆動が実行されているときには、突起が伸長し、電極間距離が徐々に狭まるので、電極間電圧がやがて下限値に達する。

電極間電圧が下限値に達したとき（ステップＳａ１０３の判別結果が「Ｙｅｓ」になったとき）、制御部３３は、スイッチＳｗ１、Ｓｗ４の組とスイッチＳｗ２、Ｓｗ３の組とに対するオン、オフ状態を組み合わせ駆動における高周波駆動の周期で交互に切り替える（ステップＳａ１０４）。これにより、放電灯５００の電極６１０、７１０に流れる電流は、高周波電流に切り替わることになる。
制御部３３は、電圧計３５によって測定された電極間電圧を取得し（ステップＳａ１０５）、当該電圧が上限値に達しているか否かを判別する（ステップＳａ１０６）。当該電圧が上限値に達していなければ（ステップＳａ１０６の判別結果が「Ｎｏ」であれば）、処理手順が再びステップＳａ１０５に戻される。ただし、高周波電流が放電灯５００に供給されているときには電極間距離が広がるので、電極間電圧がやがて上限値に達する。電極間電圧が上限値に達したとき（ステップＳａ１０６の判別結果が「Ｙｅｓ」になったとき）、処理手順が再びステップＳａ１０１に戻される。これにより、放電灯５００は、高周波駆動から低周波駆動の基本サイクルに切り替えられて駆動されるとともに、電極間電圧が再び下限値に達するまで当該基本サイクルの繰り返しで駆動されることになる。

本実施形態では、組み合わせ駆動の低周波駆動では、第１区間Ａから第８区間Ｈまでの基本サイクルによって突起の狭小化や消失を防止することができる。また、組み合わせ駆動における高周波駆動では、電極６１０（７１０）の突起６１８（７１８）が、図８（ａ）に示されるように平坦化して電極間距離が広がるが、直後の低周波駆動では、基本サイクルの最初に第１直流の供給によって、同図（ｂ）に示されるように、突起６１８およびその周辺部分が溶融して、その形状が整えられる。そして、形状が整えられた上で、第１交流の供給によって同図（ｃ）に示されるように突起６１８が引張される。このため、本実施形態によれば、適度な突起が安定して形成されるので、組み合わせ駆動による電極間距離の維持と黒化の抑制とを長期間にわたって両立することが可能になる。
また、本実施形態によれば、電源投入直後の所定時間経過するまでの立ち上げ期間における高周波駆動によって、電極６１０、７１０の形状変化が抑えられるとともに黒化が防止される。

なお、本実施形態において、組み合わせ駆動を、電極間電圧が上限値に達したら低周波駆動に切り替え、電極間電圧が下限値に達したら高周波駆動に切り替えたが、低周波駆動を１０分、高周波駆動を１０分というように時間で区切って交互に切り替えても良い。
また、立ち上げ期間については、電源投入後から予め定められた時間が経過するまの期間としたが、高周波電流の供給によって電極間距離が広がるので、電極間電圧が閾値、例えば上限値に達するまでとしても良い。

＜プロジェクター＞
次に、上述した光源装置１を適用したプロジェクターの一例について説明する。
図９は、このプロジェクターの外観構成を示す図である。この図に示されるように、プロジェクター２１００は据え置き型であり、その正面に、映像を投射するための投射レンズ２１１４が設けられ、その天板に、電源の投入／遮断を指示するプッシュオン型のスイッチ３８が設けられている。

図１０は、プロジェクター２１００の光学的構成の一例を示す平面図である。
この図に示されるように、プロジェクター２１００は、透過型の液晶ライトバルブ１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂを用いた、いわゆる３板式である。
プロジェクター２１００の内部には、上述した光源装置１が設けられ、駆動装置２００から放電灯５００に交流電流が供給されて、白色光が当該放電灯５００から放出されるとともに、主反射鏡などの光学部材によって図において３時方向に射出する。射出された白色光は、内部に配置された３枚のミラー２１０６およびダイクロイックミラー２１０８、２１０９によってＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３原色に分離されて、各原色に対応する液晶ライトバルブ１００Ｒ、１００Ｇおよび１００Ｂにそれぞれ入射する。詳細には、ダイクロイックミラー２１０８は、図において９時方向から入射した白色光のうち、Ｒの波長域の光を透過し、残りのＧ、Ｂの波長域の光を６時方向に反射させる。ダイクロイックミラー２１０９は、１２時方向から入射したＧ、Ｂの波長域の光のうち、Ｂの波長域の光を透過し、それ以外のＧの波長域の光を３時方向に反射させる。なお、Ｂは、ＲやＧと比較すると、光路が長いので、その損失を防ぐために、入射レンズ２１２２、リレーレンズ２１２３および出射レンズ２１２４からなるリレーレンズ系２１２１を介して導かれる。

プロジェクター２１００には、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色のそれぞれに対応する映像信号がそれぞれ図示省略した上位回路から供給され、液晶ライトバルブ１００Ｒ、１００Ｇおよび１００Ｂのそれぞれが、Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれに対応する映像信号によって駆動される。これにより、液晶ライトバルブ１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂに入射した光は、その透過率が画素毎に変調されて出射することになる。
液晶ライトバルブ１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂによってそれぞれ変調された光は、ダイクロイックプリズム２１１２に３方向から入射する。そして、このダイクロイックプリズム２１１２において、ＲおよびＢの光は９０度に屈折する一方、Ｇの光は直進する。したがって、各色の変調光が合成された後、投射レンズ２１１４によってカラー画像がスクリーン２１２０に投射されることとなる。

なお、液晶ライトバルブ１００Ｒ、１００Ｇおよび１００Ｂには、ダイクロイックミラー２１０８によって、Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれに対応する光が入射するので、直視型のようにカラーフィルターは設けられない。また、液晶ライトバルブ１００Ｒ、１００Ｂの透過像は、ダイクロイックプリズム２１１２により反射した後に投射されるのに対し、液晶ライトバルブ１００Ｇの透過像はそのまま投射されるので、液晶ライトバルブ１００Ｒ、１００Ｂによる水平走査方向は、液晶ライトバルブ１００Ｇによる水平走査方向と逆向きにされて、左右反転像が作成される。

１…光源装置、２００…駆動装置、５００…放電灯、６１０、７１０…電極、６１８、７１８…突起、３１…定電流源、３３…制御部、３５…電圧計、３６…時間計測部、２１００…プロジェクター。

Claims (10)

1. 第１電極と第２電極とを有する放電灯を駆動する駆動装置であって、
   前記第１電極と前記第２電極との間に電流を供給する制御部を備え、
   前記制御部は、１ｋＨｚより高い周波数の交流電流が前記第１電極と前記第２電極との間に供給される高周波期間と、１ｋＨｚ以下の周波数の交流電流が前記第１電極と前記第２電極との間に供給される低周波期間とを含む電流を前記第１電極と前記第２電極との間に供給し、
   前記低周波期間は、
   第１直流電流が正極性または負極性のいずれか一方で供給される第１区間と、
   第１周波数の第１交流電流が供給される第２区間と、
   前記第１直流電流が正極性または負極性の他方で供給される第３区間と、
   前記第１交流電流が供給される第４区間と、
   前記第１直流電流とは異なる第２直流電流が正極性または負極性のいずれか一方で供給される第５区間と、
   前記第１周波数とは異なる第２周波数の第２交流電流が供給される第６区間と、
   前記第２直流電流が正極性または負極性の他方で供給される第７区間と、
   前記第２交流電流が供給される第８区間と、
   を含むことを特徴とする駆動装置。
2. 請求項１に記載の駆動装置において、
   前記高周波期間および前記低周波期間は、前記放電灯の点灯中に設けられることを特徴とする駆動装置。
3. 請求項１または２に記載の駆動装置において、
   前記第２区間および前記第４区間のそれぞれの長さは、前記第１交流電流の周期の整数倍であり、
   前記第６区間および前記第８区間のそれぞれの長さは、前記第２交流電流の周期の整数倍であることを特徴とする駆動装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の駆動装置において、
   前記第２区間、前記第４区間、前記第６区間および前記第８区間のそれぞれの長さは、
   １ミリ秒以上１秒未満であることを特徴とする駆動装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の駆動装置において、
   前記第１区間の長さと前記第３区間の長さとが同一で、
   前記第５区間の長さと前記第７区間の長さとが同一であることを特徴とする駆動装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の駆動装置において、
   前記第１区間、前記第３区間、前記第５区間および前記第７区間のそれぞれの長さは、
   １ミリ秒以上１００ミリ秒未満であることを特徴とする駆動装置。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の駆動装置において、
   前記第１交流電流および前記第２交流電流のうち周波数の低い交流電流が供給された区間の後の直流電流が供給される区間の長さは、周波数の高い交流電流が供給された区間の後の直流電流が供給される区間の長さよりも長いことを特徴とする駆動装置。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の駆動装置において、
   前記放電灯の立ち上げ期間において、前記第１電極と前記第２電極との間に、１ｋＨｚより高い周波数の交流電流を供給することを特徴とする駆動装置。
9. 請求項１乃至８のいずれかに記載の駆動装置と、
   前記放電灯と、
   前記放電灯から射出された光を、映像信号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、
   を備えることを特徴とするプロジェクター。
10. 第１電極と第２電極とを有する放電灯の駆動方法であって、
    前記第１電極と前記第２電極との間に、１ｋＨｚより高い周波数の交流電流を供給する高周波期間と、１ｋＨｚ以下の周波数の交流電流を供給する低周波期間とを含む電流を供給するステップを備え、
    前記低周波期間は、
    第１直流電流が正極性または負極性のいずれか一方で供給される第１区間と、
    第１周波数の第１交流電流が供給される第２区間と、
    前記第１直流電流が正極性または負極性の他方で供給される第３区間と、
    前記第１交流電流が供給される第４区間と、
    前記第１直流電流とは異なる第２直流電流が正極性または負極性のいずれか一方で供給される第５区間と、
    前記第１周波数とは異なる第２周波数の第２交流電流が供給される第６区間と、
    前記第２直流電流が正極性または負極性の他方で供給される第７区間と、
    前記第２交流電流が供給される第８区間と、
    を含むことを特徴とする放電灯の駆動方法。
    

Images