JP6055170B2 - 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、周波数が1kHz以上10GHz以下の交流電流を前記1対の電極に供給する交流電流供給部と、直流電流を前記1対の電極に供給する直流電流供給部とを有し、
前記交流電流供給部は、前記交流電流を供給する交流電流供給区間と、前記交流電流の供給を停止する交流電流停止区間とを交互に繰り返すよう構成され、
前記直流電流供給部は、前記交流電流停止区間の期間中に前記直流電流を供給するよう構成されており、
前記交流電流停止区間の期間中に前記直流電流の供給も停止する期間が設けられ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、突起の形成が確実に促進される。
本発明の光源装置では、前記交流電流供給区間の期間は、前記交流電流停止区間の期間よりも長いことが好ましい。
本発明の光源装置では、前記直流電流を供給する際、前記交流電流停止区間の期間の全部にわたって、前記直流電流の供給が行なわれることが好ましい。
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、例えば突起の形成の促進を若干抑制したい場合に有効である。
本発明の光源装置では、前記直流電流を供給する際、該直流電流の大きさ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、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、前記交流電流供給区間と前記交流電流停止区間との合計の期間をA、前記交流電流供給区間の期間をBとしたとき、B/Aが50%より大きく75%以下に設定され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。
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、前記交流電流供給区間において、前記交流電流の大きさは、段階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。
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、該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することができ、放電灯を効率良く駆動することができる。
前記直流電流停止期間は、前記交流電流供給区間の直後と、前記交流電流供給区間の次に来る交流電流供給区間の直前とにそれぞれ設けられ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以下の交流電流と、直流電流とを生成し、
前記交流電流を前記1対の電極に供給する交流電流供給区間と、前記交流電流の供給を停止する交流電流停止区間とが交互に繰り返され、かつ、前記交流電流停止区間の期間中に前記直流電流が供給される駆動電流を生成し、
前記駆動電流を前記1対の電極に供給する工程を有し、
前記交流電流停止区間の期間中に前記直流電流の供給も停止する期間が設けられ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。
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。
<第1実施形態>
図1は、本発明の光源装置の第1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に示す光源装置の放電灯駆動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。また、図4中(図5〜図7についても同様)の二点鎖線は、「包絡線」を示す。
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。
また、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ACを発生する高周波電流発生器(交流電流供給部)31と、増幅器33と、直流電流DCを発生する直流電流発生器(直流電流供給部)35と、例えばCPU(Central Processing Unit)で構成され、高周波電流発生器31、増幅器33および直流電流発生器35の作動をそれぞれ制御する機能を有する制御部34とを備えており、交流電流AC、直流電流DC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。
すなわち、まず、交流電流供給区間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、交流電流停止区間42では、駆動電流の供給が停止するため、電極610、710の温度が交流電流供給区間41のときよりも低くなって、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の成長が起こるが、前述したように交流電流停止区間42の期間中に直流電流DCを付与すると、付与しない場合比べて、突起618、718成長(形成)が促進されることとなる。これにより、突起618、718が確実に形成され、よって、電極間距離を一定の距離に保持することができる。この状態の光源装置1では、放電灯500は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ACの周波数を前記下限値以上に設定することにより、その交流電流AC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AC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。
そして、交流電流供給区間41と交流電流停止区間42の合計の期間をA、交流電流供給区間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、50%以上、99%以下であることが好ましい。この数値範囲の中でも、特に、交流電流供給区間41の期間Bが交流電流停止区間42の期間C(=期間A−期間B)よりも長いのがより好ましい、すなわち、50%を越え、75%以下であることがより好ましい。
前記比B/Aが前記下限値よりも小さいと、他の条件によっては、電極温度変動により黒化が発生しやすくなり、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618、718が形成されない。
また、図4に示すように、直流電流発生器35は、交流電流停止区間42の期間中に直流電流DCを供給する際、直流電流DCの方向を1回変化させる、すなわち、極性を1回変化させる(反転する)。このように光源装置1では、放電灯500に「直流交番電流」が供給されると言うことができる。
このような周期により、突起618、718の形成が確実に促進される。
なお、直流電流DCの方向の変化の回数は、図4に示す構成では1回であるが、これに限定されず、例えば、2回以上であってもよい。
供給される直流電流DCの大きさ(電流値a)は、一定であり、交流電流供給区間41での交流電流ACの大きさ(振幅)の平均値bと同じであるのが好ましい。これにより、突起618、718をさらに確実に形成することができる。また、急激な温度変動が起こらず黒化を防げると言う利点もある。
以上説明したように、この光源装置1によれば、放電灯500の黒化を抑制し、長寿命化を図ることができる。また、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。
図5は、本発明の光源装置(第2実施形態)の放電灯駆動装置で生成される電流を示す図である。
以下、この図を参照して本発明の光源装置、放電灯の駆動方法およびプロジェクターの第2実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
図5に示すように、交流電流停止区間42の期間中には、その一部に直流電流DCの供給も停止する直流電流停止期間43が設けられている。この直流電流停止期間43は、交流電流供給区間41の直後と、当該交流電流供給区間41の次に来る交流電流供給区間41の直前とにそれぞれ設けられている。また、各直流電流停止期間43の期間Dは、交流電流停止区間42の期間Cの1〜99%であるのが好ましく、10〜50%であるのがより好ましい。
このような直流電流停止期間43が設けられていることは、例えば突起618、718の形成の促進を若干抑制したい場合に、有効な制御となる。
図6は、本発明の光源装置(第3実施形態)の放電灯駆動装置で生成される電流を示す図である。
以下、この図を参照して本発明の光源装置、放電灯の駆動方法およびプロジェクターの第3実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
図6に示すように、直流電流DCの供給は、交流電流停止区間42の期間の全部にわたって行なわれているが、当該直流電流DCは、前記第1実施形態と異なり、その方向が変化していない。これにより、直流電流発生器35の作動を、直流電流DCの方向を変化させる場合よりも、簡単な作動とすることができる。
図7は、本発明の光源装置(第4実施形態)の放電灯駆動装置で生成される電流を示す図である。
以下、この図を参照して本発明の光源装置、放電灯の駆動方法およびプロジェクターの第4実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
図7に示すように、直流電流DCは、前記第3実施形態と同様にその方向が変化していないが、交流電流停止区間42の期間中に直流電流停止期間43が設けられている。直流電流停止期間43は、交流電流供給区間41の直後と、当該交流電流供給区間41の次に来る交流電流供給区間41の直前とにそれぞれ設けられている。
このような構成により、直流電流発生器35の作動を簡単な作動とすることができることの他、突起618、718の形成の促進を若干抑制することもできる。
図8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8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8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8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8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8中左側に反射し、その反射光は、ミラー309で図8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8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8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。
また、本発明の光源装置、放電灯の駆動方法およびプロジェクターは、前記各実施形態のうちの、任意の2以上の構成(特徴)を組み合わせたものであってもよい。
また、交流電流供給区間での交流電流の大きさ(振幅)は、前記各実施形態では一定であるが、これに限定されず、段階的に変化していてもよい、すなわち、段階的に増加または減少していてもよい。
(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、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
交流電流値(OFF時を含めた平均値)=3A
B/A:50%
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2)
駆動電流として、周波数が5kHz、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。
実施例1、比較例1、比較例2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)
点灯開始から500時間における電極間距離の変動を観察した。
その観察結果を表1に示す。表1中の「○」は極間距離に変動がまったくない(突起の成長が良好)ことを示し、「△」は10%以下の変動があったことを示し、「×」は光源装置が使用に耐え得る程度に突起が好適に成長しないこと(突起の成長が不良)を示す。
点灯開始から500時間直後に電力をoffし、そのときのランプの赤熱状態を観察した。
その観察結果を表1に示す。表1中の「○」は黒化が観察されないまたは観察されても軽微であることを示し、「×」は黒化が著しく観察されたことを示す。
これに対し、比較例1では黒化が生じ、比較例2では突起が形成されず、電極が消耗した。
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、周波数が1kHz以上10GHz以下の交流電流を前記1対の電極に供給する交流電流供給部と、直流電流を前記1対の電極に供給する直流電流供給部とを有し、
前記交流電流供給部は、前記交流電流を供給する交流電流供給区間と、前記交流電流の供給を停止する交流電流停止区間とを交互に繰り返すよう構成され、
前記直流電流供給部は、前記交流電流停止区間の期間中に前記直流電流を供給するよう構成されており、
前記交流電流停止区間の期間中に前記直流電流の供給も停止する期間が設けられていることを特徴とする光源装置。 - 前記直流電流を供給する際、該直流電流の方向が少なくとも1回変化する請求項1に記載の光源装置。
- 前記交流電流供給区間の期間は、前記交流電流停止区間の期間よりも長い請求項1または2に記載の光源装置。
- 前記直流電流を供給する際、該直流電流の大きさ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。
- 前記交流電流供給区間での前記交流電流の大きさの平均値と、前記交流電流停止区間での前記直流電流の大きさとは、同じである請求項1ないし4のいずれかに記載の光源装置。
- 前記交流電流供給区間と前記交流電流停止区間との合計の期間をA、前記交流電流供給区間の期間をBとしたとき、B/Aが50%より大きく75%以下に設定されている請求項1ないし5のいずれかに記載の光源装置。
- 前記交流電流供給区間において、前記交流電流の大きさは、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。
- 前記交流電流供給区間において、前記交流電流の大きさは、段階的に変化している請求項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100kHz以下、または、3MHz以上10GHz以下である請求項1ないし8のいずれかに記載の光源装置。
- 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、該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9のいずれかに記載の光源装置。
- 前記交流電流停止区間の期間中に前記直流電流の供給も停止する直流電流停止期間が設けられており、
前記直流電流停止期間は、前記交流電流供給区間の直後と、前記交流電流供給区間の次に来る交流電流供給区間の直前とにそれぞれ設けられている請求項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以下の交流電流と、直流電流とを生成し、
前記交流電流を前記1対の電極に供給する交流電流供給区間と、前記交流電流の供給を停止する交流電流停止区間とが交互に繰り返され、かつ、前記交流電流停止区間の期間中に前記直流電流が供給される駆動電流を生成し、
前記駆動電流を前記1対の電極に供給する工程を有し、
前記交流電流停止区間の期間中に前記直流電流の供給も停止する期間が設けられ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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