以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係るプロジェクターについて説明する。
なお、本発明の範囲は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等を異ならせる場合がある。
図1に示すように、本実施形態のプロジェクター500は、光源装置200と、平行化レンズ305と、照明光学系310と、色分離光学系320と、3つの液晶ライトバルブ330R,330G,330B(光変調素子)と、クロスダイクロイックプリズム340と、投射光学系350と、を備えている。
光源装置200から射出された光は、平行化レンズ305を通過して照明光学系310に入射する。平行化レンズ305は、光源装置200からの光を平行化する。
照明光学系310は、光源装置200から射出される光の照度を、液晶ライトバルブ330R,330G,330B上において均一化するように調整する。さらに、照明光学系310は、光源装置200から射出される光の偏光方向を一方向に揃える。その理由は、光源装置200から射出される光を液晶ライトバルブ330R,330G,330Bで有効に利用するためである。
照度分布と偏光方向とが調整された光は、色分離光学系320に入射する。色分離光学系320は、入射光を赤色光(R)、緑色光(G)、青色光(B)の3つの色光に分離する。3つの色光は、各色光に対応付けられた液晶ライトバルブ330R,330G,330Bにより、映像信号に応じてそれぞれ変調される。液晶ライトバルブ330R,330G,330Bは、後述する液晶パネル560R,560G,560Bと、偏光板(図示せず)と、を備えている。偏光板は、液晶パネル560R,560G,560Bのそれぞれの光入射側および光射出側に配置される。
変調された3つの色光は、クロスダイクロイックプリズム340により合成される。合成光は投射光学系350に入射する。投射光学系350は、入射光をスクリーン700(図3参照)に投射する。これにより、スクリーン700上に映像が表示される。なお、平行化レンズ305、照明光学系310、色分離光学系320、クロスダイクロイックプリズム340、投射光学系350の各々の構成としては、周知の構成を採用することができる。
図2は、光源装置200の構成を示す断面図である。光源装置200は、光源ユニット210と、放電灯点灯装置(放電灯駆動装置)10と、を備えている。図2には、光源ユニット210の断面図が示されている。光源ユニット210は、主反射鏡112と、放電灯90と、副反射鏡50と、を備えている。
放電灯点灯装置10は、放電灯90に駆動電力Wd(駆動電流I)を供給して放電灯90を点灯させる。主反射鏡112は、放電灯90から放出された光を照射方向Dに向けて反射する。照射方向Dは、放電灯90の光軸AXと平行である。
放電灯90の形状は、照射方向Dに沿って延びる棒状である。放電灯90の一方の端部を第1端部90e1とし、放電灯90の他方の端部を第2端部90e2とする。放電灯90の材料は、例えば、石英ガラス等の透光性材料である。放電灯90の中央部は球状に膨らんでおり、その内部は放電空間91である。放電空間91には、希ガス、金属ハロゲン化合物等を含む放電媒体であるガスが封入されている。
放電空間91には、第1電極92および第2電極93の先端が突出している。第1電極92は、放電空間91の第1端部90e1側に配置されている。第2電極93は、放電空間91の第2端部90e2側に配置されている。第1電極92および第2電極93の形状は、光軸AXに沿って延びる棒状である。放電空間91には、第1電極92および第2電極93の電極先端部が、所定距離だけ離れて対向するように配置されている。第1電極92および第2電極93の材料は、例えば、タングステン等の金属である。
放電灯90の第1端部90e1に、第1端子536が設けられている。第1端子536と第1電極92とは、放電灯90の内部を貫通する導電性部材534により電気的に接続されている。同様に、放電灯90の第2端部90e2に、第2端子546が設けられている。第2端子546と第2電極93とは、放電灯90の内部を貫通する導電性部材544により電気的に接続されている。第1端子536および第2端子546の材料は、例えば、タングステン等の金属である。導電性部材534,544の材料としては、例えば、モリブデン箔が利用される。
第1端子536および第2端子546は、放電灯点灯装置10に接続されている。放電灯点灯装置10は、第1端子536および第2端子546に、放電灯90を駆動するための駆動電力Wdを供給する。その結果、第1電極92および第2電極93の間でアーク放電が起きる。アーク放電により発生した光(放電光)は、破線の矢印で示すように、放電位置から全方向に向かって放射される。
主反射鏡112は、固定部材114により、放電灯90の第1端部90e1に固定されている。主反射鏡112は、放電光のうち、照射方向Dと反対側に向かって進む光を照射方向Dに向かって反射する。主反射鏡112の反射面(放電灯90側の面)の形状は、放電光を照射方向Dに向かって反射できる範囲内において、特に限定されず、例えば、回転楕円形状であっても、回転放物線形状であってもよい。例えば、主反射鏡112の反射面の形状を回転放物線形状とした場合、主反射鏡112は、放電光を光軸AXに略平行な光に変換することができる。これにより、平行化レンズ305を省略することができる。
副反射鏡50は、固定部材522により、放電灯90の第2端部90e2側に固定されている。副反射鏡50の反射面(放電灯90側の面)の形状は、放電空間91の第2端部90e2側の部分を囲む球面形状である。副反射鏡50は、放電光のうち、主反射鏡112が配置された側と反対側に向かって進む光を主反射鏡112に向かって反射する。これにより、放電空間91から放射される光の利用効率を高めることができる。
固定部材114,522の材料は、放電灯90からの発熱に耐え得る耐熱材料である範囲内において、特に限定されず、例えば、無機接着剤である。主反射鏡112および副反射鏡50と放電灯90との配置を固定する方法としては、主反射鏡112および副反射鏡50を放電灯90に固定する方法に限らず、任意の方法を採用できる。例えば、放電灯90と主反射鏡112とを、独立にプロジェクター500の筐体(図示せず)に固定してもよい。副反射鏡50についても同様である。
以下、プロジェクター500の回路構成について説明する。
図3は、本実施形態のプロジェクター500の回路構成の一例を示す図である。プロジェクター500は、図1に示した光学系の他、画像信号変換部510と、直流電源装置80と、液晶パネル560R,560G,560Bと、画像処理装置570と、CPU(Central Processing Unit)580と、を備えている。
画像信号変換部510は、外部から入力された画像信号502(輝度−色差信号やアナログRGB信号など)を所定のワード長のデジタルRGB信号に変換して画像信号512R,512G,512Bを生成し、画像処理装置570に供給する。
画像処理装置570は、3つの画像信号512R,512G,512Bに対してそれぞれ画像処理を行う。画像処理装置570は、液晶パネル560R,560G,560Bをそれぞれ駆動するための駆動信号572R,572G,572Bを液晶パネル560R,560G,560Bに供給する。
直流電源装置80は、外部の交流電源600から供給される交流電圧を一定の直流電圧に変換する。直流電源装置80は、トランス(図示しないが、直流電源装置80に含まれる)の2次側にある画像信号変換部510、画像処理装置570およびトランスの1次側にある放電灯点灯装置10に直流電圧を供給する。
放電灯点灯装置10は、起動時に放電灯90の電極間に高電圧を発生し、絶縁破壊を生じさせて放電路を形成する。以後、放電灯点灯装置10は、放電灯90が放電を維持するための駆動電流Iを供給する。
液晶パネル560R,560G,560Bは、前述した液晶ライトバルブ330R,330G,330Bにそれぞれ備えられている。液晶パネル560R,560G,560Bは、それぞれ駆動信号572R,572G,572Bに基づいて、前述した光学系を介して各液晶パネル560R,560G,560Bに入射される色光の透過率(輝度)を変調する。
CPU580は、プロジェクター500の点灯開始から消灯に至るまでの各種の動作を制御する。例えば、図3の例では、通信信号582を介して点灯命令や消灯命令を放電灯点灯装置10に出力する。CPU580は、放電灯点灯装置10から通信信号584を介して放電灯90の点灯情報を受け取る。
以下、放電灯点灯装置10の構成について説明する。
図4は、放電灯点灯装置10の回路構成の一例を示す図である。
放電灯点灯装置10は、図4に示すように、電力制御回路20と、極性反転回路30と、制御部40と、動作検出部(電圧検出部)60と、イグナイター回路70と、を備えている。
電力制御回路20は、放電灯90に供給する駆動電力Wdを生成する。本実施形態においては、電力制御回路20は、直流電源装置80からの電圧を入力とし、入力電圧を降圧して直流電流Idを出力するダウンチョッパー回路で構成されている。
電力制御回路20は、スイッチ素子21、ダイオード22、コイル23およびコンデンサー24を含んで構成される。スイッチ素子21は、例えば、トランジスターで構成される。本実施形態においては、スイッチ素子21の一端は直流電源装置80の正電圧側に接続され、他端はダイオード22のカソード端子およびコイル23の一端に接続されている。
コイル23の他端にコンデンサー24の一端が接続され、コンデンサー24の他端はダイオード22のアノード端子および直流電源装置80の負電圧側に接続されている。スイッチ素子21の制御端子には、後述する制御部40から電流制御信号が入力されてスイッチ素子21のON/OFFが制御される。電流制御信号には、例えば、PWM(Pulse Width Modulation)制御信号が用いられてもよい。
スイッチ素子21がONすると、コイル23に電流が流れ、コイル23にエネルギーが蓄えられる。その後、スイッチ素子21がOFFすると、コイル23に蓄えられたエネルギーがコンデンサー24とダイオード22とを通る経路で放出される。その結果、スイッチ素子21がONする時間の割合に応じた直流電流Idが発生する。
極性反転回路30は、電力制御回路20から入力される直流電流Idを所定のタイミングで極性反転させる。これにより、極性反転回路30は、制御された時間だけ継続する直流である駆動電流I、もしくは、任意の周波数を持つ交流である駆動電流Iを生成し、出力する。本実施形態において、極性反転回路30は、インバーターブリッジ回路(フルブリッジ回路)で構成されている。
極性反転回路30は、例えば、トランジスターなどで構成される第1のスイッチ素子31、第2のスイッチ素子32、第3のスイッチ素子33、および第4のスイッチ素子34を含んでいる。極性反転回路30は、直列接続された第1のスイッチ素子31および第2のスイッチ素子32と、直列接続された第3のスイッチ素子33および第4のスイッチ素子34と、が互いに並列接続された構成を有する。第1のスイッチ素子31、第2のスイッチ素子32、第3のスイッチ素子33、および第4のスイッチ素子34の制御端子には、それぞれ制御部40から極性反転制御信号が入力される。この極性反転制御信号に基づいて、第1のスイッチ素子31、第2のスイッチ素子32、第3のスイッチ素子33および第4のスイッチ素子34のON/OFF動作が制御される。
極性反転回路30においては、第1のスイッチ素子31および第4のスイッチ素子34と、第2のスイッチ素子32および第3のスイッチ素子33と、を交互にON/OFFさせる動作が繰り返される。これにより、電力制御回路20から出力される直流電流Idの極性が交互に反転する。極性反転回路30は、第1のスイッチ素子31と第2のスイッチ素子32との共通接続点、および第3のスイッチ素子33と第4のスイッチ素子34との共通接続点から、制御された時間だけ同一極性状態を継続する直流である駆動電流I、もしくは制御された周波数をもつ交流である駆動電流Iを生成し、出力する。
すなわち、極性反転回路30は、第1のスイッチ素子31および第4のスイッチ素子34がONのときには第2のスイッチ素子32および第3のスイッチ素子33がOFFであり、第1のスイッチ素子31および第4のスイッチ素子34がOFFのときには第2のスイッチ素子32および第3のスイッチ素子33がONであるように制御される。したがって、第1のスイッチ素子31および第4のスイッチ素子34がONのときには、コンデンサー24の一端から第1のスイッチ素子31、放電灯90、第4のスイッチ素子34の順に流れる駆動電流Iが発生する。第2のスイッチ素子32および第3のスイッチ素子33がONのときには、コンデンサー24の一端から第3のスイッチ素子33、放電灯90、第2のスイッチ素子32の順に流れる駆動電流Iが発生する。
本実施形態において、電力制御回路20と極性反転回路30とを合わせた部分が放電灯駆動部230に対応する。すなわち、放電灯駆動部230は、放電灯90を駆動する駆動電力Wd(駆動電流I)を放電灯90に供給する。
制御部40は、放電灯駆動部230を制御する。図4の例では、制御部40は、電力制御回路20および極性反転回路30を制御することにより、駆動電流Iが同一極性を継続する保持時間、駆動電流Iの電流値(駆動電力Wdの電力値)、周波数等のパラメーターを制御する。制御部40は、極性反転回路30に対して、駆動電流Iの極性反転タイミングにより、駆動電流Iが同一極性で継続する保持時間、駆動電流Iの周波数等を制御する極性反転制御を行う。制御部40は、電力制御回路20に対して、出力される直流電流Idの電流値を制御する電流制御を行う。
本実施形態においては、制御部40は、放電灯90に定常点灯電力(第1駆動電力)Wsが供給される定常点灯モード(定常点灯駆動)と、放電灯90に定常点灯電力よりも大きいリフレッシュ電力(第2駆動電力)Wrが供給される高電力モード(高電力駆動)とを実行可能である。本実施形態において制御部40は、定常点灯電力Wsおよび第1電極92と第2電極93との間のランプ電圧(電極間電圧)Vlaに基づいて、高電力モードを実行する。詳細については、後述する。
制御部40の構成は、特に限定されない。本実施形態においては、制御部40は、システムコントローラー41、電力制御回路コントローラー42、および極性反転回路コントローラー43を含んで構成されている。なお、制御部40は、その一部または全てを半導体集積回路で構成してもよい。
システムコントローラー41は、電力制御回路コントローラー42および極性反転回路コントローラー43を制御することにより、電力制御回路20および極性反転回路30を制御する。システムコントローラー41は、動作検出部60が検出したランプ電圧Vlaおよび駆動電流Iに基づき、電力制御回路コントローラー42および極性反転回路コントローラー43を制御してもよい。
本実施形態においては、システムコントローラー41には、記憶部44が接続されている。
システムコントローラー41は、記憶部44に格納された情報に基づき、電力制御回路20および極性反転回路30を制御してもよい。記憶部44には、例えば、駆動電流Iが同一極性で継続する保持時間、駆動電流Iの電流値、周波数、波形、変調パターン等の駆動パラメーターに関する情報が格納されていてもよい。
また、本実施形態においては、記憶部44には、各種点灯モードの定常点灯電力Wsごとに設定された後述するリフレッシュ開始電圧Vrの値、および前回実行された点灯モードにおいて放電灯90に供給されていた定常点灯電力Wsの値が格納されている。
なお、本明細書において、前回実行された点灯モードとは、最後に電源が切られた際の直前において実行されていた点灯モードを含む。
電力制御回路コントローラー42は、システムコントローラー41からの制御信号に基づき、電力制御回路20へ電流制御信号を出力することにより、電力制御回路20を制御する。
極性反転回路コントローラー43は、システムコントローラー41からの制御信号に基づき、極性反転回路30へ極性反転制御信号を出力することにより、極性反転回路30を制御する。
制御部40は、専用回路を用いて実現され、上述した制御や後述する処理の各種制御を行うようにすることができる。これに対して、制御部40は、例えば、CPUが記憶部44に記憶された制御プログラムを実行することによりコンピューターとして機能し、これらの処理の各種制御を行うようにすることもできる。
図5は、制御部40の他の構成例について説明するための図である。図5に示すように、制御部40は、制御プログラムにより、電力制御回路20を制御する電流制御手段40−1、極性反転回路30を制御する極性反転制御手段40−2として機能するように構成されてもよい。
図4に示した例では、制御部40は、放電灯点灯装置10の一部として構成されている。これに対して、制御部40の機能の一部をCPU580が担うように構成されていてもよい。
動作検出部60は、本実施形態においては、放電灯90のランプ電圧Vlaを検出して制御部40にランプ電圧情報を出力する電圧検出部を含む。また、動作検出部60は、駆動電流Iを検出して制御部40に駆動電流情報を出力する電流検出部などを含んでいてもよい。本実施形態においては、動作検出部60は、第1の抵抗61、第2の抵抗62および第3の抵抗63を含んで構成されている。
本実施形態において、動作検出部60の電圧検出部は、放電灯90と並列に、互いに直列接続された第1の抵抗61および第2の抵抗62で分圧した電圧によりランプ電圧Vlaを検出する。また、本実施形態において、電流検出部は、放電灯90に直列に接続された第3の抵抗63に発生する電圧により駆動電流Iを検出する。
イグナイター回路70は、放電灯90の点灯開始時にのみ動作する。イグナイター回路70は、放電灯90の点灯開始時に放電灯90の電極間(第1電極92と第2電極93との間)を絶縁破壊して放電路を形成するために必要な高電圧(放電灯90の通常点灯時よりも高い電圧)を、放電灯90の電極間(第1電極92と第2電極93との間)に供給する。本実施形態においては、イグナイター回路70は、放電灯90と並列に接続されている。
図6(a),(b)には、第1電極92および第2電極93の先端部分が示されている。第1電極92および第2電極93の先端にはそれぞれ突起552p,562pが形成されている。第1電極92と第2電極93の間で生じる放電は、主として突起552pと突起562pとの間で生じる。本実施形態のように突起552p,562pがある場合には、突起が無い場合と比べて、第1電極92および第2電極93における放電位置(アーク位置)の移動を抑えることができる。
図6(a)は、第1電極92が陽極として動作し、第2電極93が陰極として動作する第1極性状態を示している。第1極性状態では、放電により、第2電極93(陰極)から第1電極92(陽極)へ電子が移動する。陰極(第2電極93)からは電子が放出される。陰極(第2電極93)から放出された電子は陽極(第1電極92)の先端に衝突する。この衝突によって熱が生じ、陽極(第1電極92)の先端(突起552p)の温度が上昇する。
図6(b)は、第1電極92が陰極として動作し、第2電極93が陽極として動作する第2極性状態を示している。第2極性状態では、第1極性状態とは逆に、第1電極92から第2電極93へ電子が移動する。その結果、第2電極93の先端(突起562p)の温度が上昇する。
このように、放電灯90に駆動電流Iが供給されることで、電子が衝突する陽極の温度は上昇する。一方、電子を放出する陰極は、陽極に向けて電子を放出している間、温度は低下する。
第1電極92と第2電極93との電極間距離Lは、突起552p,562pの劣化とともに大きくなる。突起552p,562pが損耗するためである。電極間距離Lが大きくなると、第1電極92と第2電極93との間の抵抗が大きくなるため、ランプ電圧Vlaが大きくなる。したがって、ランプ電圧Vlaを参照することによって、電極間距離Lの変化、すなわち、放電灯90の劣化度合いを検出することができる。
なお、第1電極92と第2電極93とは、同様の構成であるため、以下の説明においては、代表して第1電極92についてのみ説明する場合がある。また、第1電極92の先端の突起552pと第2電極93の先端の突起562pとは、同様の構成であるため、以下の説明においては、代表して突起552pについてのみ説明する場合がある。
次に、本実施形態における放電灯90へ供給される駆動電力Wdの制御について説明する。
上述したように、本実施形態においては、制御部40は、定常点灯電力Wsおよびランプ電圧Vlaに基づいて、高電力モードを実行する。以下の説明においては、一例として、放電灯90の点灯を開始してから、定常点灯モードへと移行するまでの立上期間において高電力モードが実行される場合について説明する。
また、本実施形態において、定常点灯モードにおける定常点灯電力(第1駆動電力)は、定格電力よりも低い駆動電力に設定されており、例えば、定常点灯モードは低電力モードである。
図7は、本実施形態の駆動電力波形を示す図である。図7において、縦軸は駆動電力Wdを示しており、横軸は時間Tを示している。図7では、放電灯90を点灯開始させた時点から定常点灯状態になるまでの駆動電力Wdの変化を示している。
図7に示すように、放電灯90の点灯を開始(ランプ点灯開始)すると、駆動電力Wdは徐々に上昇した後、所定の目標電力に到達する。このとき、放電灯90の内部のプラズマ密度は小さく、温度は低く、駆動電力Wdは不安定な状態である。その後、放電灯90の内部のプラズマ密度が大きく、温度が高くなるにつれて、駆動電力Wdは安定な状態となる。放電灯90の点灯開始から駆動電力Wdが安定するまでの期間を立上期間PH1と定義する。立上期間PH1が過ぎた後は継続的に放電灯90を点灯させる期間に入る。この期間を定常点灯期間PH2と定義する。
本実施形態の駆動電力波形においては、立上期間PH1は、駆動電力Wdが徐々に増加する第1立上期間PH11と、駆動電力Wdが概ね一定に維持される第2立上期間PH12と、を有している。第1立上期間PH11および第2立上期間PH12は、立上期間PH1において高電力モードが実行される場合(S1)と、立上期間PH1において高電力モードが実行されない場合(S2)と、でそれぞれ異なる。
立上期間PH1において高電力モードが実行される場合(S1)、第1立上期間PH11aにおいては、駆動電力Wdがリフレッシュ電力(第2駆動電力)Wrに向けて徐々に増加する。そして、駆動電力Wdがリフレッシュ電力Wrとなった時点(時刻T3)を境として、駆動電力波形は、第2立上期間PH12aへと移行する。第2立上期間PH12aにおいては、駆動電力Wdがリフレッシュ電力Wrの値に一定に維持される。すなわち、第2立上期間PH12aは、高電力モードで放電灯90が駆動される高電力点灯期間である。第2立上期間PH12aが所定時間、例えば、図7の例では時刻T3から時刻T4まで実行された後、駆動電力波形は、定常点灯期間PH2へと移行する。
一方、立上期間PH1において高電力モードが実行されない場合(S2)、第1立上期間PH11bにおいては、駆動電力Wdが定常点灯電力(第1駆動電力)Wsに向けて徐々に増加する。そして、駆動電力Wdが定常点灯電力Wsとなった時点(時刻T2)を境として、駆動電力波形は、第2立上期間PH12bへと移行する。第2立上期間PH12bにおいては、駆動電力Wdが定常点灯電力Wsの値に一定に維持される。第2立上期間PH12bが所定時間、例えば、図7の例では時刻T3から時刻T4まで実行された後、駆動電力波形は、定常点灯期間PH2に移行する。
定常点灯期間PH2は、放電灯90に定常点灯電力Wsが供給される定常点灯モードが実行される期間である。定常点灯電力Wsは、第2立上期間PH12におけるリフレッシュ電力Wrよりも小さい。すなわち、立上期間PH1において高電力モードが実行される場合(S1)においては、駆動電力波形が定常点灯期間PH2に移行する際に、駆動電力Wdはリフレッシュ電力Wrから定常点灯電力Wsまで低下する。一方、立上期間PH1において高電力モードが実行されない場合(S2)においては、駆動電力Wdが定常点灯電力Wsの値を概ね維持したまま、駆動電力波形は、定常点灯期間PH2へと移行する。
高電力モードの実行の有無は、定常点灯期間PH2におけるランプ電圧Vlaの値が、リフレッシュ開始電圧(所定値)Vr以上であるか否かに応じて決定される。リフレッシュ開始電圧Vrは、高電力モードの実行の有無を判定するための閾値である。リフレッシュ開始電圧Vrの値は、定常点灯期間PH2において実行される定常点灯モードごとに、定常点灯電力Wsに基づいて設定される。リフレッシュ開始電圧Vrについては、後段において詳述する。
制御部40は、定常点灯期間PH2におけるランプ電圧Vlaの値が、リフレッシュ開始電圧Vr以上である場合には、立上期間PH1において高電力モードを実行することを決定し、定常点灯期間PH2におけるランプ電圧Vlaの値が、リフレッシュ開始電圧Vrより小さい場合には、立上期間PH1において高電力モードを実行しないことを決定する。
具体的には、制御部40は、例えば、第1立上期間PH11における時刻T1において、ランプ電圧Vlaを参照するとともに、記憶部44に格納された定常点灯モードの定常点灯電力Wsを参照する。
ここで、第1立上期間PH11においては駆動電力Wdの増大に伴ってランプ電圧Vlaが徐々に上昇するため、第1立上期間PH11に含まれる時刻T1におけるランプ電圧Vlaは、定常点灯期間PH2におけるランプ電圧とは異なる。そこで、プロジェクターの設計者は、時刻T1でのランプ電圧Vlaの値から定常点灯期間PH2でのランプ電圧Vlaを求める換算式、もしくは複数の放電灯を実測して得られた電圧推移の統計値に基づく換算テーブルを予め用意し、記憶部44に格納しておく。制御部40は、この換算テーブルを参照することで、定常点灯期間PH2におけるランプ電圧Vlaを推定する。
また、記憶部44に格納された定常点灯モードの定常点灯電力Wsとは、本実施形態においては、前回実行された定常点灯モードにおいて放電灯90に供給されていた定常点灯電力Wsである。なお、初めて放電灯90が点灯される場合には、初期に設定されている定常点灯電力Wsを参照する。
制御部40は、参照した定常点灯電力Wsに応じたリフレッシュ開始電圧Vrを、記憶部44を参照して選択する。すなわち、制御部40は、高電力モードの実行の有無を判定する閾値であるリフレッシュ開始電圧Vrを、前回実行された定常点灯モードの定常点灯電力Wsに基づいて設定する。
そして、制御部40は、上記推定したランプ電圧Vlaとリフレッシュ開始電圧Vrとを比較し、ランプ電圧Vlaがリフレッシュ開始電圧Vr以上である場合には、高電力モードを実行し(S1)、ランプ電圧Vlaがリフレッシュ開始電圧Vrより小さい場合には、高電力モードを実行しない(S2)。
以上のようにして、制御部40は、放電灯90が点灯してから、定常点灯モードが行われる定常点灯期間PH2に移行するまでの立上期間PH1において、高電力モードを実行するように放電灯駆動部230を制御し、放電灯90を駆動する。
上記の制御部40による放電灯駆動部230の制御は、放電灯駆動方法として表現することもできる。すなわち、本実施形態の放電灯駆動方法は、第1電極92および第2電極93を有する放電灯90に駆動電力Wdを供給して、放電灯90を駆動させる放電灯駆動方法であって、放電灯90に定常点灯電力Wsを供給する定常点灯モードと、放電灯90に定常点灯電力Wsよりも大きいリフレッシュ電力Wrを供給する高電力モードと、を含み、定常点灯電力Wsおよび第1電極92と第2電極93との間のランプ電圧Vlaに基づいて、高電力モードを実行することを特徴とする。
次に、リフレッシュ開始電圧Vrについて詳細に説明する。
図8は、ランプ電圧Vlaの累積点灯時間Ttに対する変化を示すグラフである。図8において、縦軸はランプ電圧Vlaを示しており、横軸は累積点灯時間Ttを示している。累積点灯時間Ttとは、放電灯90が定常点灯モードで駆動された時間の累積時間である。図8においては、実行された定常点灯モードの定常点灯電力Wsが、Ws1、Ws2、Ws3のそれぞれの場合について、ランプ電圧Vlaの変化を示している。定常点灯電力Ws1と、定常点灯電力Ws2と、定常点灯電力Ws3と、はこの順に値が小さくなる。
定常点灯電力Ws1の場合においては、図8に示すように、ランプ電圧Vlaは、初期ランプ電圧Vla0から徐々に上昇し、累積点灯時間Tt1においてVla5を超えると、急激に上昇する。これは、累積点灯時間Ttの増加とともに、放電灯90の第1電極92の突起552pが損耗して細くなり、ある時点において突然、突起552pの消失や先端位置の移動が生じるためである。
本明細書においては、このようなランプ電圧Vlaが急激に上昇し始める点を、急変点と呼ぶ。また、本明細書においては、急変点におけるランプ電圧Vlaを急変点電圧Vcと呼ぶ。
図8において、定常点灯電力Ws1の急変点Pc1における急変点電圧Vcは、Vla5である。
定常点灯電力Ws2の場合においては、ランプ電圧Vlaは、初めのうち初期ランプ電圧Vla0から低下する。これは、定常点灯電力Wsが比較的小さい場合には、放電灯90を使用し始めた初期の段階においては、第1電極92の突起552pが成長して、電極間距離Lが短くなるためである。
初期ランプ電圧Vla0より小さくなったランプ電圧Vlaは、その後、累積点灯時間Ttの増加とともに、徐々に上昇する。そして、定常点灯電力Ws2におけるランプ電圧Vlaは、累積点灯時間Tt3においてVla3を超えると、急激に上昇する。すなわち、定常点灯電力Ws2におけるランプ電圧Vlaの急変点Pc2は、急変点電圧VcがVla3となる点である。
定常点灯電力Ws3の場合においては、定常点灯電力Ws2の場合と同様に、ランプ電圧Vlaは、初めのうち初期ランプ電圧Vla0から低下し、その後、累積点灯時間Ttの増加とともに徐々に上昇する。定常点灯電力Ws3におけるランプ電圧Vlaの急変点Pc3は、急変点電圧VcがVla1となる点である。図8においては、累積点灯時間Tt6のときに、定常点灯電力Ws3におけるランプ電圧Vlaは、急変点電圧VcであるVla1となる。
各定常点灯電力Ws1〜Ws3における急変点電圧Vcは、定常点灯電力Wsが小さくなるのに従って、小さくなる。すなわち、急変点Pc1の急変点電圧VcであるVla5と、急変点Pc2の急変点電圧VcであるVla3と、急変点Pc3の急変点電圧VcであるVla1と、はこの順に小さくなる。これは、以下の理由によるものである。
図9(a)〜(c)は、定常点灯電力Wsが異なる場合の第1電極92の突起552pの状態を示した図である。図9(a)においては、一例として定常点灯電力Wsが160Wである場合を示している。図9(b)においては、一例として定常点灯電力Wsが140Wである場合を示している。図9(c)においては、一例として定常点灯電力Wsが120Wである場合を示している。
図9(a)〜(c)に示すように、定常点灯電力Wsが小さくなるほど、電極間に流れる駆動電流Iの値が小さくなるため、電極の溶融領域AR1,AR2,AR3は小さくなる。第1電極92の突起552pの太さは、各溶融領域AR1〜AR3の大きさに応じたものとなるため、溶融領域AR1〜AR3が小さいほど、突起552pは細くなる。その結果、定常点灯電力Wsが小さいほど、第1電極92の突起552pが細くなる。第1電極92の突起552pが細いほど、ランプ電圧Vlaが低い状態であっても、突起552pの消失や移動が起こりやすい。したがって、定常点灯電力Wsが低いほど、急変点電圧Vcは小さくなる。
また、図8に示すように、各定常点灯電力Ws1〜Ws3において、ランプ電圧Vlaが急変点となるタイミングは、定常点灯電力Wsが小さいほど、遅くなる。すなわち、急変点Pc1となる累積点灯時間Tt1と、急変点Pc2となる累積点灯時間Tt3と、急変点Pc3となる累積点灯時間Tt6と、はこの順に大きくなる。これは、定常点灯電力Wsが小さくなるほど、第1電極92の突起552pが損耗する速度が遅くなるためである。
本実施形態においては、急変点のわずかに後にリフレッシュ開始点が設定される。本明細書において、リフレッシュ開始点とは、ランプ電圧Vlaがリフレッシュ開始電圧Vrとなる点である。定常点灯電力Ws1におけるリフレッシュ開始点Pr1は、リフレッシュ開始電圧VrがVla6となる点である。定常点灯電力Ws2におけるリフレッシュ開始点Pr2は、リフレッシュ開始電圧VrがVla4となる点である。定常点灯電力Ws3におけるリフレッシュ開始点Pr3は、リフレッシュ開始電圧VrがVla2となる点である。
上述したように、急変点電圧Vcは、定常点灯電力Wsが小さくなるほど、小さくなるため、本実施形態においては、リフレッシュ開始電圧Vrは、定常点灯電力Wsが小さいほど小さく設定される。
各リフレッシュ開始電圧Vrは、各急変点電圧Vcよりもわずかに大きい値に設定されている。一例として、リフレッシュ開始電圧Vrは、各急変点電圧Vcよりも1V以上、5V以下程度大きい値に設定される。本実施形態においては、実験等により求めた急変点電圧Vcから設定したリフレッシュ開始電圧Vrを記憶部44に予め格納しておく。
以上のようにして、各定常点灯電力Ws1〜Ws3のランプ電圧Vlaの変化に基づいて、各定常点灯電力Ws1〜Ws3に応じたリフレッシュ開始電圧Vrが設定され、記憶部44に格納される。
本実施形態によれば、定常点灯期間PH2の定常点灯電力Wsに応じて、リフレッシュ開始電圧Vrが設定されるため、放電灯90の寿命を向上できる。以下、詳細に説明する。
例えば、定常点灯期間PH2において放電灯90を駆動する定常点灯電力Wsによらず、リフレッシュ開始電圧Vrを一定に設定する場合には、適切に高電力モードを実行できない場合がある。一例として、図8において、リフレッシュ開始電圧VrをVla6と設定した場合について説明する。
この場合においては、放電灯90が定常点灯電力Ws1で駆動される際には、リフレッシュ開始点Pr1が急変点Pc1より後の近傍に設けられる。そのため、急変点Pc1となる累積点灯時間Tt1の後、リフレッシュ開始点Pr1となる累積点灯時間Tt2までの時間が比較的短い。これにより、第1電極92の突起552pが劣化してランプ電圧Vlaが急激に上昇し始めた後、比較的早い段階で高電力モードを実行できる。
しかし、放電灯90が定常点灯電力Ws2で駆動される際には、リフレッシュ開始点Pr4は、急変点Pc2から比較的離れた位置に設けられる。そのため、急変点Pc2となる累積点灯時間Tt3からリフレッシュ開始点Pr4となる累積点灯時間Tt5までの比較的長い間、高電力モードが実行されず、第1電極92の突起552pの劣化が進行する。
同様にして、放電灯90が定常点灯電力Ws3で駆動される際には、リフレッシュ開始点Pr5は、急変点Pc3から比較的離れた位置に設けられる。そのため、急変点Pc3となる累積点灯時間Tt6からリフレッシュ開始点Pr5となる累積点灯時間Tt8までの比較的長い間、高電力モードが実行されず、第1電極92の突起552pの劣化が進行する。
したがって、例えば、リフレッシュ開始電圧Vrを定常点灯電力WsによらずVla6に設定した場合、定常点灯電力WsがWs2,Ws3である際に、適切なタイミングで高電力モードを実行できず、放電灯90の寿命が低下する場合があった。
これに対して、本実施形態によれば、リフレッシュ開始電圧Vrは、定常点灯期間PH2における定常点灯電力Wsに応じて決定されるため、放電灯90が定常点灯電力Ws1〜Ws3で駆動される場合のそれぞれにおいて、適切なタイミングで高電力モードを実行できる。
具体的には、各リフレッシュ開始点Pr1,Pr2,Pr3は、各急変点Pc1,Pc2,Pc3より後の近傍にそれぞれ設定される。これにより、定常点灯電力Ws2の場合には、急変点Pc2からリフレッシュ開始点Pr2になるまでの時間が、累積点灯時間Tt3から累積点灯時間Tt4になるまでの時間となるため、比較的短くなる。これにより、第1電極92の突起552pが劣化してランプ電圧Vlaが急激に上昇し始めた後、比較的早い段階で、高電力モードを実行できる。
また、定常点灯電力Ws3の場合においても、急変点Pc3からリフレッシュ開始点Pr3になるまでの時間が、累積点灯時間Tt6から累積点灯時間Tt7になるまでの時間となるため、比較的短くなる。これにより、第1電極92の突起552pが劣化してランプ電圧Vlaが急激に上昇し始めた後、比較的早い段階で、高電力モードを実行できる。
定常点灯電力Ws1の場合については、上述したリフレッシュ開始電圧Vrを一律にVla6に設定した場合と同様である。
したがって、本実施形態によれば、各定常点灯電力Ws1〜Ws3において、ランプ電圧Vlaが急激に上昇し始めた後、比較的早い段階で高電力モードを実行できるため、放電灯90の寿命を向上できる。
また、高電力モードが実行されると、放電灯90に供給される駆動電力Wdが大きくなるため、放電灯90から射出される光の強度が大きくなる。これにより、定常点灯期間PH2中に高電力モードが実行されると、放電灯90から射出される光の強度が変化し、ちらつきが生じる場合がある。
これに対して、本実施形態によれば、立上期間PH1において高電力モードが実行される。そのため、定常点灯期間PH2において駆動電力Wdが大きくなることが抑制され、放電灯90のちらつきが生じることを抑制できる。
また、本実施形態によれば、高電力モードの実行の有無を決定する際に制御部40が参照する定常点灯電力Wsは、前回実行された定常点灯モードにおいて放電灯90に供給されていた定常点灯電力Wsである。そのため、例えば、第1立上期間PH11において、定常点灯電力Wsの設定が変更された場合であっても、実際にそれまで駆動されていた定常点灯電力Wsに応じた電極の劣化度合いに合わせて、高電力モードの実行の有無が判定される。したがって、本実施形態によれば、電極の劣化度合いに応じて、適切に高電力モードを実行できる。
また、本実施形態によれば、リフレッシュ開始点Pr1〜Pr3は、急変点Pc1〜Pc3の後に設けられている。そのため、第1電極92の突起552pが消失あるいは移動した後に、高電力モードが実行される。したがって、本実施形態によれば、突起552pがある程度劣化した後に高電力モードが実行されるため、突起552pを効果的に成長させることができる。
また、本実施形態によれば、制御部40は、設定されている定常点灯電力(第1駆動電力)Wsが定格電力よりも低い場合、例えば定常点灯電力Wsが低電力モードに対応する駆動電力である場合に高電力モードを実行する。そのため、低電力モードにより消耗、縮小等した第1電極92の突起552pおよび第2電極93の突起562pを効果的に溶融し、突起552p,562pの形成につなげることができる。
なお、本実施形態においては、以下の構成および方法を採用することもできる。
上記説明においては、リフレッシュ開始電圧Vrは、実験等に基づいて設定され、予め記憶部44に格納されるものとしたが、これに限られない。本実施形態においては、例えば、ランプ電圧Vlaを随時監視して記憶部44に記憶させておき、ランプ電圧Vlaの急激な上昇を検出した場合に、高電力モードを実行する構成としてもよい。
この構成によれば、急変点電圧Vcがバラつくような場合であっても、適切に高電力モードを実行できる。
また、本実施形態においては、上記のようにランプ電圧Vlaの急激な上昇を監視するとともに、予め記憶部44に記憶されたリフレッシュ開始電圧Vrを参照して、高電力モードを実行する構成としてもよい。具体的には、例えば、ランプ電圧Vlaの急激な上昇を検出し、かつ、急激に上昇する直前のランプ電圧Vlaが予め記憶部44に記憶されたリフレッシュ開始電圧Vrの近傍である場合に、高電力モードを実行する構成とできる。
この構成によれば、例えば、急変点より手前で、瞬間的にランプ電圧Vlaが上昇したような場合に、制御部40が急変点を誤認識して高電力モードを実行することを抑制できる。
また、上記説明においては、高電力モードが立上期間PH1において実行される構成としたが、これに限られない。本実施形態においては、高電力モードは、定常点灯期間PH2において実行される構成としてもよい。すなわち、制御部40は、定常点灯モードが行われる定常点灯期間PH2の間において、高電力モードを実行するように放電灯駆動部230を制御してもよい。この構成においては、定常点灯期間PH2における定常点灯電力Wsとランプ電圧Vlaとに基づいて、高電力モードが実行される。すなわち、定常点灯期間PH2において、ランプ電圧Vlaがリフレッシュ開始電圧Vrを超えた際に、高電力モードが実行される。
この構成によれば、制御部40は、定常点灯期間PH2中に、定常点灯期間PH2における点灯情報、すなわち、ランプ電圧Vlaおよび定常点灯電力Wsを取得できるため、放電灯90の劣化度合いをより正確に把握しやすい。したがって、この構成によれば、より適切に高電力モードの実行の有無を判定できる。
また、この構成によれば、定常点灯期間PH2中のいずれのタイミングにおいても高電力モードを実行できるため、突起552pの劣化度合いに応じて、適切なタイミングで高電力モードを実行することができる。
また、上記説明においては、リフレッシュ開始点Pr1〜Pr3は、急変点Pc1〜Pc3の後に設けられる構成としたが、これに限られない。本実施形態においては、例えば、リフレッシュ開始点が急変点Pc1〜Pc3と同じ位置に設けられてもよいし、急変点Pc1〜Pc3より前に設けられてもよい。言い換えると、本実施形態においては、リフレッシュ開始電圧Vrが、急変点電圧Vcと同じに設定されてもよいし、急変点電圧Vcよりも小さく設定されてもよい。
実際に放電灯を駆動させて、累積点灯時間Ttに対するランプ電圧Vlaの変化を、定常点灯電力Wsが160W,140W,120Wのそれぞれの場合について測定した。放電灯は、定格電力200Wとした。測定の結果を図10に示す。図10においては、縦軸がランプ電圧Vla(V)を示しており、横軸が累積点灯時間Tt(h(時間))を示している。
図10に示すように、各定常点灯電力Wsのランプ電圧Vlaにおいて、急変点Pc11,Pc21,Pc31が確認できた。急変点Pc11は、定常点灯電力Wsが160Wの場合における急変点である。急変点Pc21は、定常点灯電力Wsが140Wの場合における急変点である。急変点Pc31は、定常点灯電力Wsが120Wの場合における急変点である。各急変点Pc11〜Pc31における急変点電圧Vc(V)を表1に示す。
表1においては、各急変点電圧Vcと共に、各急変点電圧Vcに対して設定されるリフレッシュ開始電圧Vr(V)の一例を示している。
表1に示すように、定常点灯電力Wsが小さくなるほど、急変点電圧Vcが小さくなることが確かめられた。
急変点Pc11〜Pc31が図10のように設けられる場合には、例えば、各リフレッシュ開始点をPr11,Pr21,Pr31のように、急変点Pc11,Pc21,Pc31より後の近傍に設定する。各リフレッシュ開始点Pr11〜Pr31におけるリフレッシュ開始電圧Vrは、一例として表1に示すように設定される。
表1の例では、各リフレッシュ開始電圧Vrは、急変点電圧Vcに対して3V大きい値に設定されている。
このように設定することで、適切に高電力モードを実行することができ、放電灯の寿命を向上できる。