JP5309775B2 - 放電灯の駆動装置および駆動方法、光源装置並びに画像表示装置 - Google Patents

Description

この発明は、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。

プロジェクタ等の画像表示装置に使用される光源として、高圧ガス放電ランプ等の高輝度放電ランプが使用される。高輝度放電ランプを点灯させる方法として、高輝度放電ランプに交流の電流（交流ランプ電流）を供給することが行われている。このように、交流ランプ電流を供給して高輝度放電ランプを点灯させる際に、高輝度放電ランプ内で生じるライトアークの安定度を向上させるため、絶対値がほぼ一定で、正パルスのパルス幅と負パルスのパルス幅との間のパルス幅比率が変調された交流ランプ電流を高輝度放電ランプに供給することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特表２００４−５２５４９６号公報

しかしながら、交流ランプ電流をパルス幅変調して高輝度放電ランプを点灯しても、例えば、電極の劣化や高輝度放電ランプ内部への電極材の蒸着（黒化）により、高輝度放電ランプの使用可能な期間が限定される。この問題は、高輝度放電ランプに限らず、電極間のアーク放電により光を放射する種々の放電ランプ（放電灯）に共通する。

本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、放電灯をより長期間にわたって使用可能にすることを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
放電灯の駆動装置であって、
前記放電灯の２つの電極間に印加する電圧の極性を交互に切り替えつつ、前記放電灯に電力を供給して前記放電灯を点灯する放電灯点灯部と、
前記極性切替の一周期において前記電極の一方が陽極として動作する陽極時間の比率である陽極デューティ比が一定の値に維持されている維持期間として、少なくとも第１の維持期間と前記第１の維持期間に引き続き前記陽極デューティの異なる第２の維持期間とを設けることにより前記陽極デューティ比を変調する陽極デューティ比変調部と
を備え、
前記陽極デューティ比変調部は、前記放電灯を定常駆動するための第１の変調モードと、前記第１の維持期間から前記第２の維持期間への間の前記陽極デューティ比の変化量が前記第１の変調モードよりも大きい第２の変調モードとを有する
放電灯の駆動装置。

放電灯の電極先端に形成される突起は、陽極デューティ比の変化量を大きくすることにより、対向する電極に向かって成長する。一方、陽極デューティ比の変化量を大きくすることにより、放電灯の内壁への電極材の蒸着（黒化）が進み、放電灯の光量が低下するおそれがある。この適用例によれば、第２の変調モードにおいて、連続する２つの維持期間の間の陽極デューティ比の変化量を定常駆動のための第１の変調モードよりも大きくすることで、突起の成長を促進し、劣化した電極が修復される。また、定常駆動時には変化量を小さくすることにより、放電灯の黒化を抑制することが可能となる。そのため、放電灯をより長期間にわたって使用することが可能となる。

［適用例２］
適用例１記載の放電灯の駆動装置であって、
前記第２の変調モードにおいて、前記第１の維持期間における陽極デューティ比と、前記第２の維持期間における陽極デューティ比とは、前記陽極デューティ比の変調範囲の中間値に基づいて予め設定されたデューティ比基準値をまたぐように変化する
放電灯の駆動装置。

この適用例によれば、陽極デューティ比に十分な変化量を確保しつつ、２つの電極をバランス良く修復することが可能となる。

［適用例３］
適用例２記載の放電灯の駆動装置であって、
前記第１の維持期間の長さと前記第２の維持期間の長さは、互いに異なっている
放電灯の駆動装置。

一般に、陽極デューティ比が高い状態では電極の温度が上昇した場合、当該電極が陰極として動作する期間における電極材のスパッタ量が増加する。これは、陽極デューティ比が高い状態では、当該電極の極性が陽極から陰極に反転した直後において、電極が高温であり、電極材の離脱が起き易い状態になっていることが原因と考えられる。この適用例によれば、陽極デューティ比が大きく変化する第１と第２の維持期間の長さを互いに異なるものとすることにより、陽極デューティ比が高く電極の温度が上昇している状態で、当該電極が陰極として動作する時間を短くすることができる。そのため、スパッタ量を低減し黒化をより抑制することができるので、放電灯をより長期間にわたって使用することが可能となる。

［適用例４］
適用例３記載の放電灯の駆動装置であって、
前記変調の一周期の所定の期間において、前記陽極デューティ比が前記デューティ比基準値よりも高い期間の長さを前記陽極デューティ比が前記デューティ比よりも低い期間の長さよりも長くし、
前記変調の一周期の残りの期間において前記陽極デューティ比が前記デューティ比基準値よりも高い期間の長さを前記陽極デューティ比が前記デューティ比よりも低い期間の長さよりも短くした
放電灯の駆動装置。

この適用例によれば、所定の期間においては、一方の電極の温度をより高め、突起の成長をより促進するとともに、当該一方の電極におけるスパッタを抑制することができる。また、残りの期間においては、他方の電極の温度をより高め、突起の成長をより促進するとともに、当該他方の電極におけるスパッタを抑制することができる。そのため、２つの電極のいずれについても、突起の成長を促進するとともに、スパッタが抑制されるので、放電灯をより長期間にわたって使用することが可能となる。

［適用例５］
適用例１ないし４のいずれか記載の放電灯の駆動装置であって、さらに、
前記放電灯の使用に伴う前記電極の劣化状態を検知する電極状態検知部を備え、
前記陽極デューティ比変調部は、前記電極状態検知部が前記電極の劣化を検知した場合に前記第２の変調モードを実行する
放電灯の駆動装置。

この適用例によれば、電極の劣化状態に基づいて、陽極デューティ比の変化量がより大きくされる。そのため、劣化が進行した電極では突起の形成が促され、劣化が進行していない電極では黒化が抑制されるので、放電灯をより長期間にわたって使用することが可能となる。

［適用例６］
適用例５記載の放電灯の駆動装置であって、
前記電極状態検知部は、前記劣化状態を前記放電灯に所定の電力を供給する際の電極間電圧として検知し、
前記陽極デューティ比変調部は、前記電極間電圧が所定の基準電圧以上である場合に、前記電極が劣化していると判断して前記第２の変調モードを実行する
放電灯の駆動装置。

一般に、電極が劣化するとアークの長さが長くなり、所定の電力を供給する際に印加される電圧が高くなる。そのため、この適用例によれば、電極の劣化状態をより容易に検知することが可能となる。

［適用例７］
適用例１ないし６のいずれか記載の放電灯の駆動装置であって、
前記放電灯は、前記２つの電極の一方の電極が他方の電極より動作中の温度が高くなる条件を備えており、
前記陽極デューティ比変調部は、前記一方の電極における陽極デューティ比の変調範囲の最大値を、前記他方の電極における陽極デューティ比の変調範囲の最大値よりも低く設定する
放電灯の駆動装置。

この適用例では、動作中の温度が高くなる一方の電極における陽極デューティ比の最大値を、他方の電極における陽極デューティ比の最大値よりも低くしている。これにより、動作中の温度が高くなる電極の過昇温が抑制されるので、その電極の劣化を抑制することができる。

［適用例８］
適用例７記載の放電灯の駆動装置であって、
前記放電灯は、前記電極間で放射される光を前記他方の電極側に向けて反射する反射鏡を有することにより、前記一方の電極が前記他方の電極よりも動作中の温度が高くなる
放電灯の駆動装置。

反射鏡を設けることにより、反射鏡が設けられた側の電極からの放熱が妨げられる。この適用例によれば、このように放熱が妨げられる電極の過昇温が抑制されるので、反射鏡側の電極の劣化を抑制することができる。

［適用例９］
適用例１ないし８のいずれか記載の放電灯の駆動装置であって、
前記放電灯点灯部は、前記電力の供給に際し、前記２つの電極のうちの一方の電極における前記陽極デューティ比が少なくとも所定の基準値以上である場合に、該電極が連続して陽極として動作する陽極期間の後端において前記２つの電極に供給する電流の大きさを、前記陽極期間に供給する電流の平均値よりも大きくする
放電灯の駆動装置。

この適用例によれば、一方の電極における陽極デューティ比を大きくした際に、該電極が連続して陽極として動作する陽極期間の後端での電流の大きさが、陽極期間の電流の平均値よりも大きくされる。そのため、陽極デューティ比を大きくした際の電極の温度をより高くすることが可能となり、突起の成長をより促進することができる。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、放電灯の駆動装置と駆動方法、放電灯を使用した光源装置とその制御方法、その光源装置を利用した画像表示装置、等の態様で実現することができる。

Ａ．第１実施例：
図１は、本発明の第１実施例を適用するプロジェクタ１０００の概略構成図である。プロジェクタ１０００は、光源装置１００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と、クロスダイクロイックプリズム３４０と、投写光学系３５０とを備えている。

光源装置１００は、放電灯５００が取り付けられた光源ユニット１１０と、放電灯５００を駆動する放電灯駆動装置２００とを有している。放電灯５００は、放電灯駆動装置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の放射光を照明光学系３１０に向けて射出する。なお、光源ユニット１１０および放電灯駆動装置２００の具体的な構成や機能については、後述する。

光源ユニット１１０から射出された光は、照明光学系３１０により、照度が均一化されるとともに、偏光方向が一方向に揃えられる。照明光学系３１０を経て照度が均一化され偏光方向が揃えられた光は、色分離光学系３２０により、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）の３色の色光に分離される。色分離光学系３２０により分離された３色の色光は、それぞれ対応する液晶ライトバルブ３３０Ｒ，３３０Ｇ，３３０Ｂにより変調される。液晶ライトバルブ３３０Ｒ，３３０Ｇ，３３０Ｂにより変調された３色の色光は、クロスダイクロイックプリズム３４０により合成され、投写光学系３５０に入射する。投写光学系３５０が、入射した光を図示しないスクリーン上に投影することにより、スクリーン上には液晶ライトバルブ３３０Ｒ，３３０Ｇ，３３０Ｂにより変調された画像が合成されたフルカラーの映像として画像が表示される。なお、第１実施例では、３つの液晶ライトバルブ３３０Ｒ，３３０Ｇ，３３０Ｂにより３色の色光を別個に変調しているが、カラーフィルタを備える１つ液晶ライトバルブで光の変調を行うものとしてもよい。この場合、色分離光学系３２０とクロスダイクロイックプリズム３４０を省略することができる。

図２は、光源装置１００の構成を示す説明図である。光源装置１００は、上述のように、光源ユニット１１０と放電灯駆動装置２００とを有している。光源ユニット１１０は、放電灯５００と、回転楕円形の反射面を有する主反射鏡１１２と、出射光をほぼ並行光にする平行化レンズ１１４とを備えている。ただし、主反射鏡１１２の反射面は、必ずしも回転楕円形である必要はない。例えば、主反射鏡の１１２の反射面は、回転放物形であってもよい。この場合、放電灯５００の発光部を放物面鏡のいわゆる焦点に置けば、平行化レンズ１１４を省略することができる。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。

放電灯５００は、放電灯本体５１０と、球面状の反射面を有する副反射鏡５２０とを無機接着剤５２２で接着することにより形成されている。放電灯本体５１０は、例えば、石英ガラスなどのガラス材料で形成されている。放電灯本体５１０には、タングステン等の高融点金属の電極材で形成された２つの電極６１０，７１０と、２つの接続部材６２０，７２０と、２つの電極端子６３０，７３０とが設けられている。電極６１０，７１０は、その先端部が放電灯本体５１０の中央部に形成された放電空間５１２において対向するように配置されている。放電空間５１２には、放電媒体として、希ガス、水銀や金属ハロゲン化合物等を含むガスが封入されている。接続部材６２０，７２０は、電極６１０，７１０と、電極端子６３０，７３０とをそれぞれ電気的に接続する部材である。

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。放電灯駆動装置２００は、電極端子６３０，７３０に接続され、放電灯５００にパルス状の交流電流（交流パルス電流）を供給する。放電灯５００に交流パルス電流が供給されると、放電空間５１２内の２つの電極６１０，７１０の先端部の間で、アークＡＲが生じる。アークＡＲは、アークＡＲの発生位置から全方位に向かって光を放射する。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、以下では、副反射鏡５２０が設けられている側の電極７１０を「副鏡側電極７１０」とも呼び、他方の電極６１０を「主鏡側電極６１０」とも呼ぶ。

図３は、放電灯駆動装置２００の構成を示すブロック図である。放電灯駆動装置２００は、駆動制御部２１０と、点灯回路２２０とを有している。駆動制御部２１０は、ＣＰＵ８１０と、ＲＯＭ８２０と、ＲＡＭ８３０と、タイマ８４０と、点灯回路２２０に制御信号を出力する出力ポート８５０と、点灯回路２２０からの信号を取得する入力ポート８６０とを備えるコンピュータとして構成されている。駆動制御部２１０のＣＰＵ８１０は、タイマ８４０の出力に基づいて、ＲＯＭ８２０に格納されたプログラムを実行する。これにより、ＣＰＵ８１０は、給電状態制御部８１２と、給電条件設定部８１４との機能を実現する。

点灯回路２２０は、交流パルス電流を発生するインバータ２２２を有している。点灯回路２２０は、駆動制御部２１０から出力ポート８５０を介して供給される制御信号に基づいて、インバータ２２２を制御することにより、放電灯５００に定電力（例えば、２００Ｗ）の交流パルス電流を供給する。具体的には、点灯回路２２０は、インバータ２２２を制御して、制御信号により指定された給電条件（例えば、交流パルス電流の周波数、デューティ比、および電流波形）に応じた交流パルス電流をインバータ２２２に発生させる。点灯回路２２０は、インバータ２２２により発生された交流パルス電流を放電灯５００に供給する。

点灯回路２２０は、放電灯５００に交流パルス電流を供給する際の、電極６１０，７１０間の電圧（ランプ電圧Ｖｐ）を検出する。点灯回路２２０が検出したランプ電圧Ｖｐは、入力ポート８６０を通じて駆動制御部２１０のＣＰＵ８１０により取得される。

駆動制御部２１０の給電状態制御部８１２は、交流パルス電流のデューティ比を変調する。交流パルス電流のデューティ比を変調することにより、電極先端の形状が良好に維持される。また、電極表面における電極材の針状結晶の成長による異常放電を抑制することが可能となる。

図４は、デューティ比変調の電極６１０，７１０に対する影響を模式的に示す説明図である。図４（ａ）は、デューティ比を変調せずに放電灯５００を駆動した際の放電灯５００の中央部を示している。図４（ｂ）は、デューティ比を変調して放電灯５００を駆動した際の放電灯５００の中央部を示している。

図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、電極６１０は、芯棒６１２と、コイル部６１４と、本体部６１６と、突起６１８とを有している。電極６１０は、放電灯本体５１０への封入前の段階において、芯棒６１２に電極材（タングステン等）の線材を巻き付けてコイル部６１４を形成し、形成されたコイル部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と、アークＡＲの発生位置となる突起６１８が形成される。副鏡側電極７１０も、主鏡側電極６１０と同様に形成される。

放電灯５００を点灯すると、放電空間５１２内に封入されたガスは、アークＡＲの発生により加熱され、放電空間５１２内において対流する。交流パルス電流のデューティ比を変調しない場合、両電極６１０，７１０における温度分布は定常的となる。両電極６１０，７１０における温度分布が定常的となることにより、ガスの対流は定常的となる。放電空間５１２内において対流するガス中には、アークＡＲによって溶融蒸発した電極材が含まれている。このように、定常的な対流が生じている場合、図４（ａ）に示すように、温度が低い芯棒６１２，７１２やコイル部６１４，７１４において、電極材が局所的に堆積し電極材の針状結晶ＷＳＫが成長する。

このように針状結晶ＷＳＫが成長すると、ランプの始動時など本体部６１６，７１６や突起６１８，７１８の温度が十分に上昇していない場合、針状結晶ＷＳＫから放電空間５１２の内壁に向かってアークが発生する場合がある。針状結晶ＷＳＫから放電空間５１２の内壁に向かってアークが発生すると、内壁自体が劣化し、あるいは、高温の本体部６１６，７１６や突起６１８，７１８において電極材のハロゲン化物から電極材が再生するハロゲンサイクルに異常が発生する。

このように、交流パルス電流のデューティ比を変調しない場合、針状結晶ＷＳＫの成長が起こり、内壁自体の劣化やハロゲンサイクルの異常が発生して放電管の寿命が短くなるおそれがある。一方、交流パルス電流のデューティ比を変調した場合、両電極６１０，７１０における温度分布は時間的に変動する。そのため、放電空間５１２内における定常的な対流の発生が抑制され、局所的な電極材の堆積とそれによる針状結晶の成長が抑制される。

第１実施例の給電条件設定部８１４は、電極６１０，７１０の状態を表す所定のパラメータに基づいて、給電状態制御部８１２が交流パルス電流を変調する変調パターン（変調モード）を設定する。そして、給電状態制御部８１２が交流パルス電流を変調することにより、陽極デューティ比（後述する）が変調される。そのため、給電条件設定部８１４と給電状態制御部８１２とを併せて、陽極デューティ比変調部とも呼ぶことができる。

図５は、放電灯５００の使用に伴う電極６１０，７１０の形状の変化を示す説明図である。図５（ａ）は、放電灯５００の使用開始初期における電極６１０，７１０の先端部を示している。図５（ｂ）は、放電灯５００の使用により劣化した電極６１０ａ，７１０ａの先端部を示している。図５（ｃ）は、図５（ｂ）に示す状態から特定の変調パターン（後述する）を用いて駆動した後における電極６１０ｂ，７１０ｂの先端部を示している。なお、図５においては、主鏡側電極６１０（６１０ａ，６１０ｂ）と、副鏡側電極７１０（７１０ａ，７１０ｂ）とはほぼ同じであるので、副鏡側電極７１０（７１０ａ、７１０ｂ）についての説明を省略する。

放電灯５００が使用されると、電極６１０の先端部から電極材が蒸発し、図５（ｂ）に示すように、本体部６１６ａの先端側が平坦化する。そのため、本体部６１６ａの先端側が平滑化することにより、突起６１８の位置は芯棒６１２側に後退し、放電のアークＡＲａの長さが長くなる。このようにアークＡＲａの長さが長くなることにより、同一の電力を供給するのに要する電極間電圧、すなわち、ランプ電圧Ｖｐが上昇する。このように、ランプ電圧Ｖｐは、放電灯５００が劣化していくにつれて漸次上昇する。そこで、第１実施例では、ランプ電圧Ｖｐを放電灯５００の劣化状態を表すパラメータとして使用している。

図５（ｂ）の状態において、電極６１０，７１０間に特定の変調パターンで変調した交流パルス電流を供給すると、突起６１８が対向する電極に向かって成長する。図５（ｃ）に示すように、突起６１８ｂが成長することにより、アークＡＲｂの長さは短くなり、ランプ電圧Ｖｐが低下する。このように、ランプ電圧Ｖｐを低減することにより、放電灯５００をより長時間にわたって使用することが可能となる。但し、このように突起６１８，７１８の成長を促進する変調パターンを用いた場合、放電空間５１２の内壁の黒化等を生じさせるおそれがある。

そこで、第１実施例において、給電条件設定部８１４は、ランプ電圧Ｖｐが所定の閾値電圧Ｖｔ（例えば９０Ｖ）未満である場合には、交流パルス電流のデューティ比変調パターンを、放電空間５１２の内壁の黒化を抑制する第１の変調パターンに設定する。一方、ランプ電圧Ｖｐが所定の閾値電圧Ｖｔ以上である場合には、給電条件設定部８１４は、交流パルス電流のデューティ比変調パターンを、突起６１８，７１８の成長を促進する第２の変調パターンに設定する。このように、給電条件設定部８１４は、変調パターン（変調状態）を切り替える機能を有しているので、変調状態切替部とも呼ぶことができる。

なお、第１実施例では、ランプ電圧Ｖｐが所定の閾値電圧Ｖｔ以上であるか否かで使用する変調パターンを切り替えているが、ランプ電圧Ｖｐが上昇していく場合の閾値電圧Ｖｕと、ランプ電圧Ｖｐが下降していく場合の閾値電圧Ｖｄとを異なるものとしてもよい。この場合、上昇時の閾値電圧Ｖｕを下降時の閾値電圧Ｖｄよりも大きくするのが、突起の成長を十分に行うことにより、内壁の黒化を抑制する第１の変調パターンを使用する時間をより長くすることができる点で、より好ましい。

図６は、ランプ電圧Ｖｐが閾値電圧Ｖｔ未満の場合（低電圧時）におけるデューティ比の変調パターン（第１の変調パターン）を示す説明図である。図６のグラフは、陽極デューティ比Ｄａｍ，Ｄａｓの時間変化を示している。ここで、陽極デューティ比Ｄａｍ，Ｄａｓとは、交流パルス電流の一周期に対する、２つの電極６１０，７１０のそれぞれが陽極として動作する時間（陽極時間）の比率である。図６のグラフにおいて、実線は主鏡側電極６１０の陽極デューティ比Ｄａｍを示し、破線は副鏡側電極７１０の陽極デューティ比Ｄａｓを示している。

第１の変調パターンでは、陽極デューティ比Ｄａｍ，Ｄａｓは、変調周期Ｔｍａ（１６秒）の１／１６のステップ時間Ｔｓａ（１秒）が経過するごとに、所定の変化量ΔＤａ（４％）で変更される。なお、第１実施例では、第１の変調パターンにおける変調周期Ｔｍａを１６秒とし、ステップ時間Ｔｓａを１秒としている。但し、変調周期Ｔｍａやステップ時間Ｔｓａは、放電灯５００の特性や給電条件等に基づいて、適宜変更することができる。

第１の変調パターンでは、図６から明らかなように、主鏡側電極６１０の陽極デューティ比Ｄａｍの最高値が、副鏡側電極７１０の陽極デューティ比Ｄａｓの最高値よりも高くなっている。しかしながら、２つの電極６１０，７１０の陽極デューティ比の最高値は必ずしも異なるものとする必要はない。但し、陽極デューティ比の最高値を高くすると、電極６１０，７１０の最高温度が高くなる。一方、図２に示すように副反射鏡５２０を有する放電灯５００を用いる場合、副鏡側電極７１０からの熱は放出されにくくなる。そのため、副鏡側電極７１０の陽極デューティ比Ｄａｓの最高値を主鏡側電極６１０の陽極デューティ比Ｄａｍの最高値よりも低くするのが、副鏡側電極７１０の過度な温度上昇を抑制できる点でより好ましい。また、一般に、２つの電極６１０，７１０について同一の動作条件で駆動したときに、冷却方法等の影響により一方の電極の温度が他方の電極の温度よりも高くなる場合、その一方の電極の陽極デューティ比を他方の陽極デューティ比よりも低くするのがより好ましい。

図７は、第１の変調パターンにおいて、陽極デューティ比を変調して放電灯５００を駆動する様子を示す説明図である。図７（ａ）は、陽極デューティ比Ｄａｍ，Ｄａｓの時間変化を一変調周期（１Ｔｍａ）分のみ図示している点で、図６と異なっている。他の点は、図６とほぼ同じであるので、ここではその説明を省略する。図７（ｂ）は、主鏡側電極６１０の陽極デューティ比Ｄａｍが異なる値（３８％，５０％，７０％）に設定されている３つの期間Ｔ１〜Ｔ３のそれぞれにおけるランプ電流Ｉｐ（放電電流）の時間変化を示すグラフである。図７（ｂ）において、ランプ電流Ｉｐの正方向は、主鏡側電極６１０から副鏡側電極７１０に向かって電流が流れる方向を表している。すなわち、ランプ電流Ｉｐが正の値である期間Ｔａ１〜Ｔａ３では、主鏡側電極６１０は陽極として動作し、ランプ電流Ｉｐが負の値である残りの期間では、主鏡側電極６１０は陰極として動作する。

図７（ｂ）に示すように、陽極デューティ比Ｄａｍが異なる３つの期間Ｔ１〜Ｔ３のいずれにおいても、主鏡側電極６１０の極性が切り替えられる切替周期Ｔｐは一定である。そのため、変調周期Ｔｍａの全期間にわたって、交流パルス電流の周波数（ｆｄ＝１／Ｔｐ）は、一定の周波数（例えば、８０Ｈｚ）となっている。一方、主鏡側電極６１０の陽極時間Ｔａ１〜Ｔａ３は、陽極デューティ比Ｄａｍが異なる期間Ｔ１〜Ｔ３において、異なる値に設定されている。このように、第１実施例では、交流パルス電流の周波数ｆｄ（以下、「駆動周波数ｆｄ」とも呼ぶ）を一定に保ったまま、陽極時間Ｔａを変更することにより、陽極デューティ比Ｄａｍの変調が行われる。なお、駆動周波数ｆｄは、必ずしも一定である必要はない。

図８は、ランプ電圧Ｖｐが閾値電圧Ｖｔ以上の場合（高電圧時）におけるデューティ比の変調パターン（第２の変調パターン）を示す説明図である。図８のグラフは、主鏡側電極６１０の陽極デューティ比Ｄａｍの時間変化を示している。第２の変調パターンでは、ステップ時間Ｔｓｂ（１秒）が経過するごとに、陽極デューティ比Ｄａｍが基準デューティ比（５０％）よりも高い状態と、陽極デューティ比Ｄａｍが基準デューティ比よりも低い状態とが、交互に切り替えられる。陽極デューティ比Ｄａｍの基準デューティ比からのずれ幅は、１５秒間の変調周期Ｔｍｂの開始時点から中間時点まで漸増し、変調周期Ｔｍｂの中間時点から終了時点まで漸減する。なお、基準デューティ比は、放電灯５００の特性や給電条件等に基づいて、適宜変更することができる。高電圧時において、ランプ電流Ｉｐは、設定される陽極デューティ比Ｄａｍに基づいて低電圧時（図７（ｂ））と同様に設定される。そのため、ランプ電流Ｉｐの時間変化については、その説明を省略する。

図８に示す第２の変調パターンでは、陽極デューティ比Ｄａｍが基準デューティ比（５０％）よりも高い状態と、陽極デューティ比Ｄａｍが基準デューティ比よりも低い状態とが、交互に切り替えられる。そのため、ステップ状に変化する陽極デューティ比Ｄａｍの変化量（以下、「ステップ変化量」とも呼ぶ）は、図６に示す第１の変調パターンにおける陽極デューティ比Ｄａｍ，Ｄａｓのステップ変化量（４％）よりも大きくなっている。なお、第１実施例では、高電圧時におけるステップ変化量は、変調周期Ｔｍｂの全期間にわたって、低電圧時の第１の変調パターンにおけるステップ変化量よりも大きくなっている。しかしながら、高電圧時におけるステップ変化量は、変調周期Ｔｍｂの少なくとも一部の期間において低電圧時におけるステップ変化量よりも大きければよい。

なお、第１実施例では、高電圧時の変調パターンとして、図８の実線に示すように、主鏡側電極６１０と副鏡側電極７１０とのそれぞれの陽極デューティ比Ｄａｍ，Ｄａｓの最高値が同一の値（７０％）となる変調パターンを使用している。ただし、図８の破線に示すように、主鏡側電極６１０の陽極デューティ比Ｄａｍの最高値（７０％）よりも、副鏡側電極７１０の陽極デューティ比Ｄａｓの最高値を低く（６５％）するものとしてもよい。このように、副鏡側電極７１０の陽極デューティ比Ｄａｓの最高値を、主鏡側電極６１０の陽極デューティ比Ｄａｍの最高値よりも低くすることにより、副鏡側電極７１０の過昇温を抑制することが可能となる。

図９ないし図１１は、ステップごとのデューティ比変化量が電極６１０，７１０の突起６１８，７１８に及ぼす影響を示す説明図である。図９（ａ）、図１０（ａ）および図１１（ａ）は、それぞれ、ステップ変化量を５％、１０％および２０％としたときの変調パターンを示している。これらのグラフの横軸は時間を表し、縦軸は主鏡側電極６１０の陽極デューティ比Ｄａｍを示している。図９（ｂ）、図１０（ｂ）および図１１（ｂ）は、それぞれ、図９（ａ）、図１０（ａ）および図１１（ａ）に示す変調パターンを用いた場合の電極先端形状の変化を示している。図９（ｂ）、図１０（ｂ）および図１１（ｂ）において、実線は放電灯５００を６５時間駆動した後の電極先端形状を示し、一点鎖線は放電灯５００が未使用の状態における電極先端形状を示している。

図９（ａ）に示す変調パターンを用いた場合、すなわち、ステップ変化量が５％の場合、図９（ｂ）に示すように、破線で囲んだ電極先端の突起の大きさは、未使用の状態（一点鎖線）とほぼ同じであった。ステップ変化量が１０％（図１０（ａ））の場合、図１０（ｂ）に示すように、破線で囲んだ電極先端の突起の大きさは、ステップ変化量が５％の場合よりも大きくなった。さらに、ステップ変化量を２０％（図１１（ａ））とした場合、破線で囲んだ電極先端の突起の大きさは、ステップ変化量が１０％の場合よりもさらに大きくなった。このように、放電灯５００を駆動した後の電極先端の突起の大きさは、ステップ変化量を大きくするに伴って大きくなった。

このように、第１実施例では、ランプ電圧Ｖｐが所定の閾値電圧Ｖｔ未満である場合には、ステップ変化量が小さい第１の変調パターン（図６）で陽極デューティ比Ｄａｍを変調する。このように低電圧時においてステップ変化量が小さい第１の変調パターンを使用することにより、放電空間５１２の内壁の黒化が抑制される。一方、ランプ電圧Ｖｐが所定の閾値電圧Ｖｔ以上である場合には、ステップ変化量が大きい第２の変調パターン（図８）で陽極デューティ比Ｄａｍを変調する。このように、高電圧時においてステップ変化量が大きい第２の変調パターンを使用することにより、突起の成長を促進し、ランプ電圧Ｖｐの上昇を抑制することが可能となる。そのため、第１実施例では、ランプ電圧Ｖｐをより低い状態に維持するとともに、放電空間５１２の内壁の黒化が抑制されるので、放電灯５００をより長期間にわたって使用することが可能となる。

Ｂ．第２実施例：
図１２は、第２実施例において、ランプ電圧Ｖｐが閾値電圧Ｖｔ以上である場合に使用される変調パターンを示す説明図である。第２実施例における高電圧時の変調パターンは、変調周期Ｔｍｃの前半においては陽極デューティ比Ｄａｍが基準デューティ比（５０％）を下回る期間（低デューティ比期間）が短縮され、変調周期Ｔｍｃの後半においては陽極デューティ比Ｄａｍが基準デューティ比を越える期間（高デューティ比期間）が短縮されている。他の点は、第１実施例と同様である。

一方の電極の陽極デューティ比が高い状態においては、当該電極の温度が上昇する。このように、温度が上昇した状態において電極が陰極として動作すると、放電により発生した陽イオン（例えば、Ａｒ⁺やＨｇ⁺）の衝突による電極材料の放電空間５１２中への放出（スパッタ）が多くなり、放電空間５１２の内壁の黒化が生じやすい。そこで、第２実施例においては、主鏡側電極６１０の温度が上昇している変調周期Ｔｍｃの前半においては、低デューティ比期間を短縮して主鏡側電極のスパッタの発生を抑制し、副鏡側電極７１０の温度が上昇している変調周期Ｔｍｃの後半においては、高デューティ比期間を短縮して副鏡側電極のスパッタの発生を抑制している。

一方、第２実施例においても、高電圧時に使用される変調パターンは、ステップ変化量が低電圧時の変調パターンよりも大きくなっている。そのため、第１実施例と同様に、高電圧時においては突起の成長が促進され、ランプ電圧Ｖｐの上昇が抑制される。

このように、第２実施例においても、第１実施例と同様に、ランプ電圧Ｖｐをより低い状態に維持するとともに、放電空間５１２の内壁の黒化が抑制されるので、放電灯５００をより長期間にわたって使用することが可能となる。また、高電圧時の変調パターンにおいて、交互に切り替えられる高デューティ比期間と低デューティ比期間との長さを異なるものとすることにより、放電空間５１２の内壁の黒化をより抑制することが可能となる。

なお、第２実施例においても、図１２の破線に示すように、主鏡側電極６１０の陽極デューティ比Ｄａｍの最高値（７０％）よりも、副鏡側電極７１０の陽極デューティ比Ｄａｓの最高値を低く（６５％）するものとしてもよい。このように、副鏡側電極７１０の陽極デューティ比Ｄａｓの最高値を、主鏡側電極６１０の陽極デューティ比Ｄａｍの最高値よりも低くすることにより、副鏡側電極７１０の過昇温を抑制することが可能となる。

Ｃ．第３実施例：
図１３は、第３実施例において放電灯５００を駆動する様子を示す説明図である。図１３（ａ）は、低電圧時におけるデューティ比の変調パターンを示している。図１３（ａ）は、図７（ａ）と同じであるので、ここではその説明を省略する。図１３（ｂ）の実線は、第３実施例における３つの期間Ｔ１〜Ｔ３のそれぞれにおけるランプ電流Ｉｐの時間変化を示し、破線は、第１実施例における３つの期間Ｔ１〜Ｔ３のそれぞれにおけるランプ電流Ｉｐの時間変化を示している。なお、ランプ電流Ｉｐは、高電圧時においても、設定される陽極デューティ比に基づいて、図１３（ｂ）に示す低電圧時と同様に設定される。

図１３（ｂ）に示すように、第３実施例においては、デューティ比が基準デューティ比（５０％）を越える期間のランプ電流Ｉｐには三角波が重畳され、当該期間の後端におけるランプ電流Ｉｐの絶対値（大きさ）は、当該期間のランプ電流Ｉｐの平均値よりも大きく設定される。このように、デューティ比が基準デューティ比を越える期間の後端のランプ電流Ｉｐの大きさをその期間のランプ電流Ｉｐ平均値よりも大きくすることにより、電極６１０，７１０の先端部の溶融が促進され、突起の成長がより促進される。

このように、第３実施例においては、デューティ比が基準デューティ比（５０％）を越える期間の後端のランプ電流Ｉｐの絶対値をその期間のランプ電流Ｉｐ平均値よりも大きくすることにより、突起の成長が促進される。そのため、ランプ電圧Ｖｐの上昇がより抑制される。なお、第３実施例では、低電圧時および高電圧時のいずれにおいても、デューティ比が基準デューティ比を越える期間の後端のランプ電流Ｉｐの絶対値を大きくしているが、高電圧時のみデューティ比が基準デューティ比を越える期間の後端のランプ電流Ｉｐの絶対値を大きくするものとしてもよい。

Ｄ．変形例：
なお、この発明は上記実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

Ｄ１．変形例１：
上記各実施例では、放電灯５００の劣化状態をランプ電圧Ｖｐを用いて検出しているが、放電灯５００の劣化状態は、他の方法で検出することも可能である。例えば、本体部６１６ａ，７１６ａ（図５）の平坦化に伴うアークジャンプの発生に基づいて放電灯５００の劣化状態を検出することも可能である。この場合において、アークジャンプの発生は、例えば、放電灯５００に近接して配置されたフォトダイオード等の光センサを用いて検出することができる。

Ｄ２．変形例２：
上記各実施例では、プロジェクタ１０００（図１）における光変調手段として、液晶ライトバルブ３３０Ｒ，３３０Ｇ，３３０Ｂを用いているが、光変調手段としては、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス：Texas Instruments社の商標）など、他の任意の変調手段を用いることも可能である。また、本発明は、放電灯を光源とする装置であれば、液晶表示装置をはじめとする種々の画像表示装置や、露光装置や照明装置等に適用することもできる。

本発明の第１実施例を適用するプロジェクタの概略構成図。 光源装置の構成を示す説明図。 放電灯駆動装置の構成を示すブロック図。 デューティ比変調の電極に与える影響を示す説明図。 放電灯の使用に伴う電極形状の変化を示す説明図。 低電圧時におけるデューティ比の第１の変調パターンを示す説明図。 第１の変調パターンにおいて、陽極デューティ比を変調して放電灯を駆動する様子を示す説明図。 高電圧時におけるデューティ比の第２の変調パターンを示す説明図。 ステップごとのデューティ比変化量が電極の突起に及ぼす影響を示す説明図。 ステップごとのデューティ比変化量が電極の突起に及ぼす影響を示す説明図。 ステップごとのデューティ比変化量が電極の突起に及ぼす影響を示す説明図。 第２実施例において、ランプ電圧が閾値電圧以上である場合に使用される変調パターンを示す説明図。 第３実施例において放電灯を駆動する様子を示す説明図。

符号の説明

１００…光源装置
１１０…光源ユニット
１１２…主反射鏡
１１４…平行化レンズ
１１６…無機接着剤
２００…放電灯駆動装置
２１０…駆動制御部
２２０…点灯回路
２２２…インバータ
３１０…照明光学系
３２０…色分離光学系
３３０Ｒ，３３０Ｇ，３３０Ｂ…液晶ライトバルブ
３４０…クロスダイクロイックプリズム
３５０…投写光学系
５００…放電灯
５１０…放電灯本体
５１２…放電空間
５２０…副反射鏡
５２２…無機接着剤
６１０，７１０…電極
６１０ａ，７１０ａ…電極
６１０ｂ，７１０ｂ…電極
６２０，７２０…接続部材
６３０，７３０…電極端子
６１２，７１２…芯棒
６１４，７１４…コイル部
６１６，７１６…本体部
６１６ａ，７１６ａ…本体部
６１８，７１８…突起
６１８ｂ，７１８ｂ…突起
８１０…ＣＰＵ
８１２…給電状態制御部
８１４…給電条件設定部
８２０…ＲＯＭ
８３０…ＲＡＭ
８４０…タイマ
８５０…出力ポート
８６０…入力ポート
１０００…プロジェクタ

Claims (12)

1. 放電灯の駆動装置であって、
   前記放電灯の２つの電極間に印加する電圧の極性を交互に切り替えつつ、前記放電灯に電力を供給して前記放電灯を点灯する放電灯点灯部と、
   前記極性切替の一周期において前記電極の一方が陽極として動作する陽極時間の比率である陽極デューティ比が一定の値に維持されている維持期間として、少なくとも第１の維持期間と前記第１の維持期間に引き続き前記陽極デューティの異なる第２の維持期間とを設けることにより前記陽極デューティ比を変調する陽極デューティ比変調部と
   を備え、
   前記陽極デューティ比変調部は、前記放電灯を定常駆動するための第１の変調モードと、前記第１の維持期間から前記第２の維持期間への間の前記陽極デューティ比の変化量が前記第１の変調モードよりも大きい第２の変調モードとを有する
   放電灯の駆動装置。
2. 請求項１記載の放電灯の駆動装置であって、
   前記第２の変調モードにおいて、前記第１の維持期間における陽極デューティ比と、前記第２の維持期間における陽極デューティ比とは、前記陽極デューティ比の変調範囲の中間値に基づいて予め設定されたデューティ比基準値をまたぐように変化する
   放電灯の駆動装置。
3. 請求項２記載の放電灯の駆動装置であって、
   前記第１の維持期間の長さと前記第２の維持期間の長さは、互いに異なっている
   放電灯の駆動装置。
4. 請求項３記載の放電灯の駆動装置であって、
   前記変調の一周期の所定の期間において、前記陽極デューティ比が前記デューティ比基準値よりも高い期間の長さを前記陽極デューティ比が前記デューティ比よりも低い期間の長さよりも長くし、
   前記変調の一周期の残りの期間において前記陽極デューティ比が前記デューティ比基準値よりも高い期間の長さを前記陽極デューティ比が前記デューティ比よりも低い期間の長さよりも短くした
   放電灯の駆動装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか記載の放電灯の駆動装置であって、さらに、
   前記放電灯の使用に伴う前記電極の劣化状態を検知する電極状態検知部を備え、
   前記陽極デューティ比変調部は、前記電極状態検知部が前記電極の劣化を検知した場合に前記第２の変調モードを実行する
   放電灯の駆動装置。
6. 請求項５記載の放電灯の駆動装置であって、
   前記電極状態検知部は、前記劣化状態を前記放電灯に所定の電力を供給する際の電極間電圧として検知し、
   前記陽極デューティ比変調部は、前記電極間電圧が所定の基準電圧以上である場合に、前記電極が劣化していると判断して前記第２の変調モードを実行する
   放電灯の駆動装置。
7. 請求項１ないし６のいずれか記載の放電灯の駆動装置であって、
   前記放電灯は、前記２つの電極の一方の電極が他方の電極より動作中の温度が高くなる条件を備えており、
   前記陽極デューティ比変調部は、前記一方の電極における陽極デューティ比の変調範囲の最大値を、前記他方の電極における陽極デューティ比の変調範囲の最大値よりも低く設定する
   放電灯の駆動装置。
8. 請求項７記載の放電灯の駆動装置であって、
   前記放電灯は、前記電極間で放射される光を前記他方の電極側に向けて反射する反射鏡を有することにより、前記一方の電極が前記他方の電極よりも動作中の温度が高くなる
   放電灯の駆動装置。
9. 請求項１ないし８のいずれか記載の放電灯の駆動装置であって、
   前記放電灯点灯部は、前記電力の供給に際し、前記２つの電極のうちの一方の電極における前記陽極デューティ比が少なくとも所定の基準値以上である場合に、該電極が連続して陽極として動作する陽極期間の後端において前記２つの電極に供給する電流の大きさを、前記陽極期間に供給する電流の平均値よりも大きくする
   放電灯の駆動装置。
10. 光源装置であって、
    放電灯と、
    前記放電灯の２つの電極間に印加する電圧の極性を交互に切り替えつつ、前記放電灯に電力を供給して前記放電灯を点灯する放電灯点灯部と、
    前記極性切替の一周期において前記電極の一方が陽極として動作する陽極時間の比率である陽極デューティ比が一定の値に維持されている維持期間として、少なくとも第１の維持期間と前記第１の維持期間に引き続き前記陽極デューティの異なる第２の維持期間とを設けることにより前記陽極デューティ比を変調する陽極デューティ比変調部と
    を備え、
    前記陽極デューティ比変調部は、前記放電灯を定常駆動するための第１の変調モードと、前記第１の維持期間から前記第２の維持期間への間の前記陽極デューティ比の変化量が前記第１の変調モードよりも大きい第２の変調モードとを有する
    光源装置。
11. 画像表示装置であって、
    画像表示用の光源である放電灯と、
    前記放電灯の２つの電極間に印加する電圧の極性を交互に切り替えつつ、前記放電灯に電力を供給して前記放電灯を点灯する放電灯点灯部と、
    前記極性切替の一周期において前記電極の一方が陽極として動作する陽極時間の比率である陽極デューティ比が一定の値に維持されている維持期間として、少なくとも第１の維持期間と前記第１の維持期間に引き続き前記陽極デューティの異なる第２の維持期間とを設けることにより前記陽極デューティ比を変調する陽極デューティ比変調部と
    を備え、
    前記陽極デューティ比変調部は、前記放電灯を定常駆動するための第１の変調モードと、前記第１の維持期間から前記第２の維持期間への間の前記陽極デューティ比の変化量が前記第１の変調モードよりも大きい第２の変調モードとを有する
    画像表示装置。
12. 放電灯の駆動方法であって、
    前記放電灯の２つの電極間に印加する電圧の極性を交互に切り替えつつ、前記放電灯に電力を供給して前記放電灯を点灯し、
    前記極性切替の一周期において前記電極の一方が陽極として動作する陽極時間の比率である陽極デューティ比が一定の値に維持されている維持期間として、少なくとも第１の維持期間と前記第１の維持期間に引き続き前記陽極デューティの異なる第２の維持期間とを設けることにより前記陽極デューティ比を変調し、
    前記陽極デューティ比を変調する変調モードとして、前記放電灯を定常駆動するための第１の変調モードと、前記第１の維持期間から前記第２の維持期間への間の前記陽極デューティ比の変化量が前記第１の変調モードよりも大きい第２の変調モードとを有する
    放電灯の駆動方法。

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