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
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Abstract
【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
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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
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
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
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
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
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
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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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