JP2014053228A - 放電灯の駆動装置及び駆動方法、光源装置、並びにプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】放電灯の長寿命化を図りつつ、コイル部や電極の損傷を低減する。
【解決手段】光源装置１は、一対の電極６１０、７１０を有する放電灯５００と、駆動装置２００を備える。駆動装置２００は一対の電極６１０、７１０に交流電流を供給する供給部３０と、高周波駆動を行う第１期間と低周波駆動を行う第２期間とを交互に繰り返して供給部３０を制御する制御部３３とを備える。制御部３３は、第１期間において、周波数が１ｋＨｚ以上であり且つ周期が互いに相違する複数種類の波形を切り替えて交流電流を生成するように供給部３０を制御し、第２期間において、周波数が１ｋＨｚ未満となる交流電流を生成するように供給部３０を制御する。
【選択図】図３

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、交流駆動における放電灯の発光は、交流電流の正負の極性切換えに応じて、一対の電極の近傍におけるプラズマ密度が変化する。このプラズマ密度の変化が内部ガス密度の粗密として現れ、振動となり一対の電極の近傍から内壁に向けて伝搬する。この振動が、内壁で反射し、再度、一対の電極の近傍に戻ってきた場合に、共鳴現象によって振動を強めあうことがある。この共鳴現象により電極に設けられたコイル部が一部破損したり、電極が折れるといった問題がある。共鳴現象が発生する基本周波数を音響共鳴周波数という。共鳴現象は、音響共鳴周波数ばかりでなく、音響共鳴周波数をｆｃとしたとき、周波数ｆｃ／２ｎ（ｎは自然数）でも発生する。但し、ｎが大きくなるにつれ、振動の振幅は減少する。

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。さらに、高周波数の交流電流を供給する駆動方法では、低周波数の交流電流を供給する駆動方法と比較して、共鳴現象の影響を受け易いといった問題がある。
一方、低周波数の交流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。
本発明は、高周波数の交流電流の供給と低周波数の交流電流の供給とを組み合わせることにより、放電灯の長寿命化を図りつつ、電極などの損傷を低減することなどを解決課題とする。

本発明の一態様に係る駆動装置は、放電媒体が封入された空洞部内に配置された第１電極と第２電極とを有する放電灯を駆動するものであって、第１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前記第１電極と前記第２電極との間に供給する一方、第２期間において、１ｋＨｚ以下の周波数である交流電流を前記第１電極と前記第２電極との間に供給し、前記第１期間に供給する交流電流は、１ｋＨｚより高い第１周波数の第１交流電流と、１ｋＨｚより高く前記第１周波数と異なる第２周波数の第２交流電流とを少なくとも含み、前記第１期間に供給する交流電流は、１ｋＨｚ以下の第３周波数の第３交流電流を少なくとも含むことを特徴とする。

この発明の一態様によれば、第１期間では高周波駆動を行う一方、第２期間では低周波駆動を行う。高周波駆動と低周波駆動とを組み合わせることにより、黒化や失透を抑制しつつ、電極間距離を維持することができるので、放電灯の寿命を延ばすことができる。また、高周波駆動では、共鳴現象により電極などの損傷が問題となるが、本発明の一態様によれば、高周波駆動を行う第１期間において、周波数が相違する第１交流信号と第２交流信号とを放電灯に供給する。これにより、仮に、ある波形で共鳴現象が発生したとしても、周波数の異なる他の波形で共鳴現象が発生する可能性を低減でき、音響共鳴による電極などの損傷、更には光量変化を低減することが可能となる。

上述した駆動装置の一態様において、前記第１期間と前記第２期間とを交互に繰り返し設定することが好ましい。この発明の一態様によれば、高周波駆動と低周波駆動とを組み合わせることにより、黒化や失透を抑制しつつ、電極間距離を維持することができる。

上述した駆動装置の一態様において、前記第１交流電流および前記第２交流電流は、波形が矩形状の直流交番電流であることが好ましい。この発明の一態様によれば、矩形状の直流交番電流を生成すればよいので、比較的簡易なブリッジ回路などで、第１交流電流および第２交流電流を生成できる。
上述した駆動装置の一態様において、前記第１交流電流および前記第２交流電流のうち、少なくとも一方は供給時間が半周期以下であり、前記供給時間内における波形が直流電流となること好ましい。この発明の一態様によれば、第１交流電流および第２交流電流のうち、少なくとも一方は供給時間が半周期以下となるので、一方の交流電流によって共鳴現象は発生しても継続時間を短くすることができ、音響共鳴による電極などの損傷、更には光量変化を低減することが可能となる。

上述した駆動装置の一態様において、さらに、前記第１期間の中の予め定められた電流値を印加したときの前記第１電極と前記第２電極との間の第１電圧値を測定し、前記第２期間の中の予め定められた電流値を印加したときの前記第１電極と前記第２電極との間の第２電圧値を測定し、前記第１電圧値が予め定められた第１の閾値を越えたときに前記第１期間から前記第２期間に遷移させ、前記第２電圧値が予め定められた第２の閾値を越えたときに前記第２期間から前記第１期間に遷移させることが好ましい。
電極間電圧は電極間距離に応じて変化するところ、この発明の一態様によれば、電極間電圧に応じて高周波駆動を行う第１期間と低周波駆動を行う第２期間とを切り替えるので、電極間距離を所定範囲内に維持することができ、放電灯の寿命を延ばすことができる。

次に、本発明に係る光源装置の一態様は、上述した駆動装置と、放電媒体が封入された空洞部内に配置された第１電極と第２電極とを有する放電灯とを備える。この光源装置によれば、放電灯の長寿命化を図りつつ、電極などの損傷を低減することができる。

次に、本発明に係るプロジェクターの一態様は、上述した光源装置と、前記放電灯から射出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備える。この発明の一態様によれば、放電灯の長寿命化を図りつつ、電極などの損傷を低減することができるので、長時間、安定した画像を表示することができる。

次に、本発明に係る放電灯の駆動方法の一態様は、放電媒体が封入された空洞部内に配置された第１電極と第２電極とを有する放電灯を駆動する方法であって、第１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前記第１電極と前記第２電極との間に供給し、第２期間において、１ｋＨｚ以下の周波数である交流電流を前記第１電極と前記第２電極との間に供給し、前記第１期間に供給する交流電流は、１ｋＨｚより高い第１周波数の第１交流電流と、１ｋＨｚより高く前記第１周波数と異なる第２周波数の第２交流電流とを少なくとも含み、前記第１期間に供給する交流電流は、１ｋＨｚ以下の第３周波数の第２交流電流を少なくとも含むことを特徴とする。
この発明の一態様によれば、黒化や失透を抑制しつつ放電灯の寿命を延ばすことができ、さらに、音響共鳴による電極などの損傷や光量変化を低減することが可能となる。

実施形態に係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。 駆動装置の電気的な構成を示す図である。 高周波駆動の電流波形を示す図である。 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。 交流電流の周波数と放電灯の光量の標準偏差との関係の一例を示すグラフである。 同光源装置における組み合わせ駆動処理の内容を示すフローチャートである。 同光源装置における高周波駆動処理の内容を示すフローチャートである。 実施例１〜３の測定結果を示す図である。 比較例１〜６の測定結果を示す図である。 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の一例について説明する。まず、発明の実施形態に係る放電灯の駆動方法の一例が適用される光源装置の一例について説明する。

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を有する光源ユニット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て、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、凹状の反射面を有する副反射鏡５２０とを備え。放電灯本体５１０と副反射鏡５２０とは、副反射鏡５２０が主反射鏡１１２に向かい合って配置されるとともに、上記凹状の反射面が放電灯本体５１０との間に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。また、副反射鏡５２０は、放電灯５００側の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。

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が材料が用いられる。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、各電極６１０、７１０の先端部は、放電灯本体５１０の空洞部５１２において、互いに所定距離離間し、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（交流電力）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、電位が相対的に高くなる正極と、相対的に低くなる負極とで交互に極性が切り替わる。

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、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、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、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、後述するように放電灯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、交流電流を放電灯５００に供給する供給部３０と、供給部３０を制御する制御部３３と、放電灯５００の電極間電圧を測定する電圧計３５とを備える。
また、供給部３０は、定電流源３１とブリッジ接続されたスイッチＳｗ１〜Ｓｗ４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から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。

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、電極端子６３０から電極端子７３０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、定電流が電極端子７３０から電極端子６３０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るとともに、オン、オフ状態の切り替え周期を短くすると、当該交流の周波数が高くなることになる。
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（正極性）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（負極性）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。

駆動装置２００から放電灯５００に供給される交流電流について説明する。本実施形態においては、所定周波数以上の交流電流を放電灯５００に供給する高周波駆動と、所定周波数未満の低周波電流を放電灯５００に供給する低周波駆動とを組み合わせて放電灯５００を駆動させる。
すなわち、図４に示される高周波駆動によれば、上述したように放電の安定性が得られるほか、電極６１０、７１０を含む放電灯５００での温度変化が小さいため、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。

一方、図５に示されるような交流電流を放電灯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、本実施形態では、図６に示されるように、高周波駆動を実行する第１期間と低周波駆動を実行する第２期間とを組み合わせて交互に切り替える組み合わせ駆動を採用する。
詳細には、第１に、電極６１０、７１０の間の電圧に上限値Ｖmax（第１の閾値）及び下限値Ｖmin（第２の閾値）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Ｖmax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６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Ｖmin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。
即ち、高周波駆動の第１期間中の予め定められた電流値を印加したときの電極間電圧である第１電圧値を測定し、低周波駆動の第２期間の中の予め定められた電流値を印加したときの電極間電圧である第２電圧値を測定し、第１電圧値が予め定められた上限値Ｖmax（第１の閾値）を越えたときに第１期間から第２期間に遷移させ、第２電圧値が予め定められた下限値Ｖmin（第２の閾値）を越えたときに第２期間から第１期間に遷移させる。

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Ｖminに相当する距離から上限値Ｖmax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発生した黒化も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を図ることができる。なお、高周波駆動と低周波駆動との境界となる所定周波数は、電極間距離を所定範囲内に保ち、黒化を抑制する観点から決定すればよく、この例では１ｋＨｚを採用する。また、低周波駆動の周波数は１０Ｈｚ以上１ｋＨｚ未満が好ましく、高周波駆動の周波数は１ｋＨｚ以上１０ＧＨｚ未満が好ましい。

ところで、交流駆動における放電灯５００の発光は、交流電流の正負の極性切換えに応じて、電極６１０、７１０の近傍におけるプラズマ密度が変化する。このプラズマ密度の変化が内部ガス密度の粗密として現れ、振動となり空洞部５１２の中心から内壁に向けて伝搬する。この振動が、空洞部５１２の内壁で反射し、再度、電極６１０、７１０の近傍に戻ってきた場合に、共鳴現象によって振動を強めあうことがある。そのような交流電流の周波数を音響共鳴周波数ｆｃという。音響共鳴周波数ｆｃは放電灯５００の形状及び内部ガスなどによって定まる。

共鳴現象によって、電極６１０、７１０が振動し、コイル部６１４及びコイル部７１４が一部破損したり、あるいは電極６１０、７１０が折れるといった問題があり、更には、プラズマの粗密によって光量が変化し、発光が不安定になるといった問題が発生する。
音響共鳴周波数ｆｃは、放電灯５００の形状にもよるが、プロジェクターに用いられる小型のものでは、数十ｋＨｚ（例えば６０ｋＨｚ）であることが多い。但し、交流電流の周波数がｆｃ／２ｎ（但し、ｎは自然数）の場合にも音響共鳴が発生する。

図７に、交流電流の周波数と放電灯５００の光量の標準偏差との関係の一例を示す。光量のピークは共鳴現象によって発生し、周波数が低下するにつれ光量変化も次第に低下する。そして、低周波駆動（１ｋＨｚ未満）では、共鳴現象の影響がなくなっており、高周波駆動で問題となる。音響共鳴によるコイル部や電極の破損、更には光量変化を低減する観点から、交流電流の周波数は、共鳴現象が発生しない周波数に設定することが好ましい。

ところで、音響共鳴周波数ｆｃは、上述したように放電灯５００の形状や内部ガスによって定まるが、放電灯５００の製造ばらつきによって音響共鳴周波数ｆｃが変化する。このため、量産される放電灯５００の全てについて共鳴現象が発生しないように、交流電流の周波数を設定するのは困難である。

そこで、本実施形態では、共鳴現象の影響を受け易い高周波駆動において、周波数が所定周波数以上であり且つ周期が互いに相違する複数種類の波形を切り替えて交流電流を生成する。すなわち、高周波駆動の期間においては、複数種類の周波数を切り替えて交流電流を生成する。この結果、仮に、高周波駆動で選択した複数種類の周波数の一つで共鳴現象が発生したとしても、他の周波数で共鳴現象が発生する可能性を低減でき、音響共鳴によるコイル部や電極の破損、更には光量変化を低減することが可能となる。

高周波駆動に対応する第１期間における交流電流波形の具体例を図６に示す。波形例１は、周期Ｔ１（周波数ｆ１）の１周期の波形→周期Ｔ２（周波数ｆ２）の１周期の波形→周期Ｔ３（周波数ｆ３）の１周期の波形→周期Ｔ４（周波数ｆ４）の１周期の波形を１単位とし、これを繰り返すようになっている。

次に、波形例２は、周期Ｔ１（周波数ｆ１）の２周期の波形→周期Ｔ２（周波数ｆ２）の２周期の波形→周期Ｔ３（周波数ｆ３）の２周期の波形→周期Ｔ４（周波数ｆ４）の２周期の波形を１単位とし、これを繰り返すようになっている。

次に、波形例３は、周期Ｔ１（周波数ｆ１）の半周期の波形→周期Ｔ２（周波数ｆ２）の半周期の波形→周期Ｔ３（周波数ｆ３）の半周期の波形→周期Ｔ４（周波数ｆ４）の半周期の波形→周期Ｔ５（周波数ｆ５）の半周期の波形を１単位とし、これを繰り返すようになっている。上述したように共鳴現象は、内部ガス密度の粗密が振動となり、空洞部５１２の内壁で反射し、電極６１０、７１０の近傍に至る際に振動を強めあうことにより発生する。したがって、振動が繰り返し強めあうことにより、振幅が大きくなっていく。波形例３では、半周期ごとに周波数を切り替えるので、ある波形の周波数が音響共鳴を引き起こしても、次の半周期では、異なる周波数の波形が選択される。異なる周波数の波形が選択されることによって、振動を強めあう可能性を減らすことができる。よって、波形例３によれば、コイル部の一部破損や電極の折れを大幅に抑制することができる。

また、波形例３では、奇数種類（３以上）の波形を半周期ごとに反転するように切り替える。この場合、奇数番目の単位期間と偶数番目の単位期間で正極性の時間と負極性の時間を等しくすることができる。これによって、電極６１０、７１０の温度負荷を同程度にすることができ、放電灯５００の寿命を延ばすことが可能となる。
なお、偶数種類（２以上）の波形を半周期ごとに反転するように切り替えてもよい。また、波形例１乃至３では、波形が矩形状の直流交番電流となっている。すなわち、直流を切り替えることによって交流電流を生成している。さらに、高周波駆動の第２期間にあっては、第１周波数の前記第１交流電流および第２周波数の第２交流電流のうち、少なくとも一方は供給時間が半周期以下であってもよい。この供給時間内における波形は直流電流となる。

図８は、組み合わせ駆動処理を示すフローチャートであり、駆動装置２００によって実行される。
まず、駆動装置２００における制御部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、オフ状態を交互に切り替える周期を、高周波駆動に対応する第１期間に設定する（ステップＳ１０）。これにより、放電灯５００の電極６１０、７１０には高周波電流が流れることになる。
次に、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Ｓ１１）、当該電圧が上限値Ｖmaxに達しているか否かを判別する（ステップＳ１２）。当該電圧が上限値Ｖmaxに達していなければ（ステップＳ１２の判別結果が「ＮＯ」であれば）、制御部３３は、処理手順を再びステップＳ１１に戻す。ただし、高周波電流が放電灯５００に供給されている第１期間では電極間距離が広がるので、電極間電圧がやがて上限値Ｖmaxに達する。

電極間電圧が上限値Ｖmaxに達したとき（ステップＳ１２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、オフ状態を交互に切り替える周期を、低周波駆動の周期に切り替えて、第２期間を開始する（ステップＳ１３）。これにより、放電灯５００の電極６１０、７１０に流れる電流は、高周波電流から低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Ｓ１４）、当該電圧が下限値Ｖminに達しているか否かを判別する（ステップＳ１５）。当該電圧が下限値Ｖminに達していなければ（ステップＳ１５の判別結果が「ＮＯ」であれば）、制御部３３は、処理手順を再びステップＳ１４に戻す。ただし、低周波電流が放電灯５００に供給されているときには電極間距離が狭まるので、電極間電圧がやがて下限値Ｖminに達する。電極間電圧が下限値Ｖminに達したとき（ステップＳ１５の判別結果が「ＹＥＳ」になったとき）、制御部３３は、処理手順を再びステップＳ１０に戻す。これにより、放電灯５００の電極６１０、７１０に流れる電流は、低周波電流から高周波電流に切り替わることになる。

次に、図９は、第１期間で実行される高周波駆動処理のフローチャートである。この例では、図６に示す波形例２を生成するものとする。第１期間が開始されると、制御部３３は、第１周期Ｔ１（周波数ｆ１）を選択し（ステップＳ２０）、この後、所定周期が経過したか否かを判定する（ステップＳ２１）。この例では、所定周期は２周期であるから、制御部３３は、周波数ｆ１の波形を２周期分、生成したか否かを判定する。所定周期が経過していない場合には、制御部３３は、処理をステップＳ２０に戻し、２周期が経過するまで、ステップＳ２０及びステップＳ２１を繰り返す。

そして、周波数ｆ１の波形を２周期分、生成すると、ステップＳ２１の判定結果は「ＹＥＳ」となり、制御部３３は、第２周期Ｔ２（周波数ｆ２）を選択し（ステップＳ２２）、この後、所定周期が経過したか否かを判定する（ステップＳ２３）。周波数ｆ２の波形を２周期分、生成すると、ステップＳ２３の判定結果は「ＹＥＳ」となり、制御部３３は、第３周期Ｔ３（周波数ｆ３）を選択し（ステップＳ２４）、この後、所定周期が経過したか否かを判定する（ステップＳ２５）。周波数ｆ３の波形を２周期分、生成すると、ステップＳ２５の判定結果は「ＹＥＳ」となり、制御部３３は、第４周期Ｔ４（周波数ｆ４）を選択し（ステップＳ２６）、この後、所定周期が経過したか否かを判定する（ステップＳ２６）。周波数ｆ４の波形を２周期分、生成すると、ステップＳ２６の判定結果は「ＹＥＳ」となり、制御部３３は、処理をステップＳ２０に戻す。これにより、第１期間が終了するまで、周波数ｆ１の波形→周波数ｆ２の波形→周波数ｆ３の波形→周波数ｆ４の波形が繰り返し選択される。

なお、この例では、所定周期は２周期であったが、図６に示す波形例１を生成する場合は所定周期は１周期であり、図６に示す波形例３を生成する場合は所定周期は半周期である。更に、複数種類の周波数において、所定周期は同一でなくてもよく任意である。例えば、周波数ｆ１を１周期、周波数ｆ２を１.５周期、周波数ｆ３を２周期、周波数ｆ４を２．５周期としてもよい。くわえて、複数種類の周波数を選択する順序は、単位期間ごとに一定なくてもよく、ランダムであってもよいし、予め定められた順序であってもよい。例えば、第１番目の単位期間では、周波数ｆ１→周波数ｆ２→周波数ｆ３→周波数ｆ４、第１番目の単位期間では、周波数ｆ２→周波数ｆ３→周波数ｆ４→周波数ｆ１であってもよい。また、同一周波数を連続させない観点から、ある単位期間の終わりに選択する周波数と、次の単位期間の最初に選択する周波数とが異なるように設定することが好ましい。

次に、本発明の実施例について比較例と対比して説明する。
ここで、実施例は、図１及び図３に示した光源装置１であって、図２に示した放電灯５００が用いられる。この実施例の駆動条件は以下の通りである。

＜実施例１＞
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
定格電力：２００Ｗ
交流電流値（平均）：２．９Ａ
低周波電流の周波数：１３５Hz（矩形波、Duty比50%）
高周波電流の周波数：４周期毎に５ｋＨｚ→４．５４ｋＨｚ→４．１６ｋＨｚ→３．８６ｋＨｚ→３．５５ｋＨｚ→３．３３ｋＨｚとし、以降繰り返す。

＜実施例２＞
高周波電流の周波数：１周期毎に５ｋＨｚ→４．５４ｋＨｚ→４．１６ｋＨｚ→３．８６ｋＨｚ→３．５５ｋＨｚ→３．３３ｋＨｚとし、以降繰り返す。
他の条件は実施例１と同じ

＜実施例３＞
高周波電流の周波数：半周期毎に５ｋＨｚ→４．５４ｋＨｚ→４．１６ｋＨｚ→３．８６ｋＨｚ→３．５５ｋＨｚ→３．３３ｋＨｚとし、以降繰り返す。
他の条件は実施例１と同じ

＜比較例１＞
高周波電流の周波数：５ｋＨｚ（矩形波、Duty比50%）
他の条件は実施例１と同じ

＜比較例２＞
高周波電流の周波数：４．１６ｋＨｚ（矩形波、Duty比50%）
他の条件は実施例１と同じ

＜比較例３＞
高周波電流の周波数：３．８６ｋＨｚ（矩形波、Duty比50%）
他の条件は実施例１と同じ

＜比較例４＞
高周波電流の周波数：３．３３ｋＨｚ（矩形波、Duty比50%）
他の条件は実施例１と同じ

＜比較例５＞
低周波駆動を無くし高周波駆動のみ
高周波電流の周波数：５ｋＨｚ（矩形波、Duty比50%）
他の条件は実施例１と同じ

＜比較例６＞
低周波駆動を無くし高周波駆動のみ
高周波電流の周波数：
１周期毎に５ｋＨｚ→４．５４ｋＨｚ→４．１６ｋＨｚ→３．８６ｋＨｚ→３．５５ｋＨｚ→３．３３ｋＨｚとし、以降繰り返す。

＜評価＞
実施例１〜３及び比較例１〜６について、各５本のサンプルについて点灯試験を行い２００時間経過した時点で電極状態を調べた。実施例１〜３の評価結果を図１０に示し、比較例１〜６の評価結果を図１１に示す。なお、電極間維持は電極間電圧ついて評価し、電極間電圧が７０Ｖ〜８０Ｖは「良好」、８０Ｖ〜１００Ｖは「普通」、１００Ｖ以上は「不良」と評価した。また、黒化については、いずれの箇所にも黒化が無い状態を「良好」、電極の根元部分に黒化が認められる場合を「普通」、管全体に黒化が認められる場合を「不良」と評価した。
図１０及び図１１に示すように、比較例１〜４ではコイル取れ、電極折れが発生している。比較例５ではコイル取れ、電極折れが発生し、且つ極間維持もできていない。さらに比較例６ではコイル取れ、電極折れはないものの極間維持ができていない。
これに対して、実施例１では一部のサンプルでコイル取れがあるものの、電極折れは全くなく、極間維持もできている。実施例２及び実施例３では、全てのサンプルにおいてコイル取れ、電極折れもなく極間距離も維持できている。これらのことから、第１期間において周期が互いに相違する複数種類の波形を切り替えて交流電流を生成することにより、コイル部の一部破損や電極の折れを抑制しつつ、放電灯の寿命を延ばすことができる。
そして、実施例１から明らかなように、４周期毎に波形を切り替えることによって、コイル部や電極への損傷を低減でき、また、実施例３から明らかなように、半周期毎に波形を切り替えると、更に、コイル部や電極への損傷を低減できる。よって、第１期間において複数種類の波形の一つを選択する時間は、選択された一種類の波形の半周期以上４周期以下とすることが好ましい。

＜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１２は、このプロジェクターの外観構成の一例を示す図である。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１３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及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及び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及び出射レンズ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及び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。すなわち、液晶ライトバルブ１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂは、放電灯５００から射出した光を映像信号（画像情報）に基づいて変調する変調装置として機能する。
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及び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。これらの光学系は、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を投射する投射装置として機能する。

なお、液晶ライトバルブ１００Ｒ、１００Ｇ及び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。

また、変調装置として、液晶ライトバルブ１００Ｒ、１００Ｇ及び１００Ｂの替わりにマイクロミラーの集合体素子であるＤＭＤ（Digital Mirror Device ）を用いてＤＬＰ（Digital Light Processing）方式のプロジェクターを構成してもよい。ＤＭＤは、多数の微細なマイクロミラーを１枚のパネル状に形成したものである。これらのマイクロミラーは、それぞれ±１０度程度傾けることが可能に装着されている。１つのミラーは、１つの画素に対応して例えば＋１０度に傾いた時に放電灯５００からの入射光を投射レンズの方向に反射し、−１０度に傾いた時に投射レンズの方向に反射しないように作用させる。従って、表示映像のデジタル信号を受け取ったＤＭＤがそのミラー１つ１つの傾斜角度を変え、光源ランプから発せられた光のオン／オフを行う仕組みになっており、オン／オフというデジタルで色階調を制御できるため、色ムラの無い鮮明な画像を得ることができるプロジェクターとして構成することが可能である。さらにＤＬＰ方式のプロジェクターとしては、カラーホイールと１枚のＤＭＤの構成であっても良い。

１…光源装置、３０…供給部、３１…定電流源、３３…制御部、３５…電圧計、Ｖmax…上限値、Ｖmin…下限値、２００…駆動装置、５００…放電灯、６１０，７１０…電極、１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂ…液晶ライトバルブ、２１００…プロジェクター。

Claims (8)

1. 放電媒体が封入された空洞部内に配置された第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、
   第１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前記第１電極と前記第２電極との間に供給する一方、第２期間において、１ｋＨｚ以下の周波数である交流電流を前記第１電極と前記第２電極との間に供給し、
   前記第１期間に供給する交流電流は、１ｋＨｚより高い第１周波数の第１交流電流と、１ｋＨｚより高く前記第１周波数と異なる第２周波数の第２交流電流とを少なくとも含み、
   前記第１期間に供給する交流電流は、１ｋＨｚ以下の第３周波数の第３交流電流を少なくとも含む、
   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、
   前記第１期間と前記第２期間とを交互に繰り返し設定す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１交流電流および前記第２交流電流は、波形が矩形状の直流交番電流であることを特徴とする駆動装置。
4. 請求項３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、少なくとも一方は供給時間が半周期以下であり、
   前記供給時間内における波形が直流電流とな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、
   さらに、前記第１期間の中の予め定められた電流値を印加したときの前記第１電極と前記第２電極との間の第１電圧値を測定し、
   前記第２期間の中の予め定められた電流値を印加したときの前記第１電極と前記第２電極との間の第２電圧値を測定し、
   前記第１電圧値が予め定められた第１の閾値を越えたときに前記第１期間から前記第２期間に遷移させ、
   前記第２電圧値が予め定められた第２の閾値を越えたときに前記第２期間から前記第１期間に遷移させることを特徴とする駆動装置。
6. 請求項１乃至５のうちいずれかに記載の駆動装置と、
   放電媒体が封入された空洞部内に配置された第１電極と第２電極とを有する放電灯と、
   を備えたことを特徴とする光源装置。
7. 請求項６に記載の光源装置と、
   前記放電灯から射出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、
   を備えたことを特徴とするプロジェクター。
8. 放電媒体が封入された空洞部内に配置された第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、
   第１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前記第１電極と前記第２電極との間に供給し、
   第２期間において、１ｋＨｚ以下の周波数である交流電流を前記第１電極と前記第２電極との間に供給し、
   前記第１期間に供給する交流電流は、１ｋＨｚより高い第１周波数の第１交流電流と、１ｋＨｚより高く前記第１周波数と異なる第２周波数の第２交流電流とを少なくとも含み、
   前記第１期間に供給する交流電流は、１ｋＨｚ以下の第３周波数の第２交流電流を少なくとも含む、
   ことを特徴とする放電灯の駆動方法。

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