JP2014060094A - 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、黒化や失透を抑制する。
【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に電極間電流を供給する供給部３０と、制御部３３とを備える。制御部３３は、低周波駆動において、電極間電流が正極性となる第１状態、電極間電流が負極性となる第２状態、第１状態と第２状態との間の状態遷移の途中に設けられ電極間電流が一定の大きさとなる第３状態となるように供給部３０を制御する。
【選択図】図３

Description

本発明は、一対の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

しかしながら、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り、放電灯の寿命が短くなるといった問題があった。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により光量が低下し、放電灯の寿命が短くなるといった問題があった。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、高周波駆動と低周波駆動とを組み合わせた場合に、放電灯の寿命を長くしつつ、黒化や失透を抑制することを解決課題とする。

本発明に係る駆動装置の一態様は、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ものであって、前記駆動装置は、前記第１電極と前記第２電極との間に第１交流電流を供給し、前記第１交流電流は、電流値が一定の第１電流値である第１区間と、電流値が一定の第２電流値である第２区間と、を含み、前記第１区間と前記第２区間とが、交互に繰り返し設定され、前記第１区間と前記第２区間との間に設けられ、電流値が一定、かつ、前記第１電流値と前記第２電流値との間の電流値である第３電流値の第３区間と、前記第２区間と前記第１区間との間に設けられ、電流値が前記第３電流値である第４区間と、を含むことを特徴とする。
電極間距離は、電極の突起が成長することによって短くなり、成長速度には電極の温度変化が影響する。交流電流に第３区間及び第４区間を設けると、第１区間及び第２区間において高温となった電極が、第３区間及び第４区間で冷やされ、若干固まる傾向にある。融解した状態が継続するよりも、温度変化によって粘度が小さい状態（高温）と粘度が大きい状態（低温）とを繰り返すことによって、突起が早く成長する。駆動装置の一態様によれば、第３区間及び第４区間を含む交流電流を生成するので、第１区間及び第２区間のみからなる交流電流を生成する場合と比較して、突起の成長速度を早めることができる。

上述した駆動装置の一態様において、前記第１電極と前記第２電極との間に第２交流電流を供給し、前記第２交流電流は、前記第１区間と前記第２区間と前記第３区間と前記第４区間と、を含み、前記第１交流電流は、１ｋＨｚ以下の周波数であり、前記第２交流電流は、１ｋＨｚより高い周波数であり、前記第１交流電流と前記第２交流電流とが、交互に繰り返し設定されていることが好ましい。
この発明の一態様によれば、低周波の第１交流電流と高周波の第２交流電流とを交互に繰り返す。この場合、低周波の第１交流電流において、第３区間及び第４区間を設けると、温度変化によって粘度が小さい状態（高温）と粘度が大きい状態（低温）とを繰り返すことによって、突起が早く成長するから、低周波駆動の期間を短くすることができる。この結果、高周波駆動の期間の割合を大きくして、黒化や失透明を抑制しつつ、放電灯の寿命を延ばすことができる。

上述した駆動装置の一態様において、前記第１交流電流における前記第３区間と前記第４区間とが同じ長さの第１期間であり、前記第２交流電流における前記第３区間と前記第４区間とが同じ長さの第２期間であり、前記第１期間が前記第２期間よりも長いが好ましい。この発明の一態様によれば、低周波駆動の第３区間及び第４区間が、高周波駆動の第３区間及び第４区間よりも長いので、低周波駆動において突起の成長速度を早め、低周波駆動を短い時間で終了させることが可能となる。この結果、高周波駆動の期間の割合を大きくして、黒化や失透明を抑制しつつ、放電灯の寿命を延ばすことができる。

上述した駆動装置の一態様において、さらに前記第１交流電流よりも振幅が小さく、かつ、前記第１区間と前記第２区間と前記第３区間と前記第４区間と、を含む第３交流電流と、前記第２交流電流よりも振幅が小さい第４交流電流と、を供給し、前記第１交流電流と前記第２交流電流とが交互に繰り返し設定される定格期間の前に、前記第３交流電流と前記第４交流電流とが交互に繰り返し設定される低電力期間が設定され、前記第１交流電流における前記第３区間と前記第４区間とが同じ長さの第１期間であり、前記第３交流電流における前記第３区間と前記第４区間とが同じ長さの第３期間であり、前記第３期間が前記第１期間よりも長いことを特徴とする。
低電力期間では定格期間よりも黒化や失透が問題となるが、この発明の一態様によれば、低電力期間の低周波駆動となる第３交流電流の第３期間が、定格期間の低周波駆動となる第１交流電流の第１期間と比較して長くなるので、突起の成長速度をより一層早めることができる。この結果、低電力状態における黒化や失透を抑制して放電灯の寿命を延ばすことができる。

上述した駆動装置の一態様において、前記第１電極と前記第２電極との間に第２交流電流を供給し、前記第２交流電流は、前記第１区間と前記第２区間とが、交互に繰り返し設定され、前記第１交流電流は、１ｋＨｚ以下の周波数であり、前記第２交流電流は、１ｋＨｚより高い周波数であり、前記第１交流電流と前記第２交流電流とが、交互に繰り返し設定されていることが好ましい。この場合は、低周波駆動の第１交流電流にのみ第３区間と第４区間を設けて突起の成長を加速させる一方、高周波駆動の第２交流電流においては、２値の直流交番電流によって駆動することができる。
上述した駆動装置の一態様において、前記第３電流値がゼロであることが好ましい。この場合には、第１電極及び第２電極に大きな温度変化を付与することができるので、効率良く突起を成長させ、低周波駆動を短時間で終了させることができる。

次に、本発明に係る光電装置の一態様は、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たことを特徴とする。この光源装置の一態様によれば、放電灯の長寿命化を図りつつ、黒化や失透を抑制して、装置の信頼性を向上させることができる。

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、を備えたことを特徴とする。このプロジェクターの一態様によれば、放電灯の長寿命化を図りつつ黒化や失透を抑制するので、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、前記第１電極と前記第２電極との間に第１交流電流を供給し、前記第１交流電流は、電流値が一定の第１電流値である第１区間と、電流値が一定の第２電流値である第２区間と、を含み、前記第１区間と前記第２区間とが、交互に繰り返し設定され、前記第１区間と前記第２区間との間に設けられ、電流値が一定、かつ、前記第１電流値と前記第２電流値との間の電流値である第３電流値の第３区間と、前記第２区間と前記第１区間との間に設けられ、電流値が前記第３電流値である第４区間と、を含むように制御することを特徴とする。
この駆動方法の一態様によれば、第３区間及び第４区間を含む交流電流を生成するので、温度変化によって粘度が小さい状態（高温）と粘度が大きい状態（低温）とを繰り返すことによって、突起が早く成長する。このため、第１区間及び第２区間のみからなる交流電流を生成する場合と比較して、突起の成長速度を早めることができる。

また、上述した放電灯の駆動方法の一態様において、前記第１電極と前記第２電極との間に第２交流電流を供給し、前記第２交流電流は、前記第１区間と前記第２区間と前記第３区間と前記第４区間と、を含み、前記第１交流電流は、１ｋＨｚ以下の周波数であり、前記第２交流電流は、１ｋＨｚより高い周波数であり、前記第１交流電流と前記第２交流電流とが、交互に繰り返し設定され、前記第１交流電流における前記第３区間と前記第４区間とが同じ長さの第１期間であり、前記第２交流電流における前記第３区間と前記第４区間とが同じ長さの第２期間であり、前記第１期間が前記第２期間よりも長いことが好ましい。
この駆動方法の一態様では、低周波の第１交流電流と高周波の第２交流電流とを交互に繰り返す。この場合、低周波の第１交流電流の第３区間及び第４区間は、高周波の第２交流電流の第３区間及び第４区間より長い。したがって、第１交流電流によって、突起が早く成長するから、低周波駆動の期間を短くすることができる。この結果、高周波駆動の期間の割合を大きくして、黒化や失透明を抑制しつつ、放電灯の寿命を延ばすことができる。

第１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。 同光源装置に用いる駆動装置の電気的な構成を示す図である。 同光源装置における組み合わせ駆動の概要を示す図である。 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組み合わせ駆動の電極間電流の波形を示す図である。 低周波駆動における突起の成長を示す図である。 同実施形態の実施例と比較例との計測結果を示すブラフである。 第２実施形態に係る光源装置における組み合わせ駆動の電極間電流の波形を示す図である。 同光源装置の組み合わせ駆動の電極間電流の波形を示す図である。 同実施形態の実施例と比較例１及び比較例２との計測結果を示すブラフである。 変形例に係る低周波駆動の電極間電流の波形を示す図である。 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が適用される光源装置について説明する。

＜第１実施形態＞
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の電気的な構成を示す図の一例である。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（第１状態）。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（第２状態）。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の間に交流の電極間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。

また、本実施形態では、正極性で第１所定値の電極間電流を流す状態を第１状態、負極性で第２所定値の電極間電流を流す状態を第２状態としたとき、第１状態と第２状態との間の状態遷移の途中に、電極間電流をゼロとする第３状態を設ける。第３状態ではスイッチＳｗ１、Ｓｗ２、Ｓｗ３及びＳｗ４を全てオフ状態とする。特に、低周波駆動においては、低周波駆動の期間を短くする観点から、後述するように第３状態の期間を定めている。

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。即ち、図４に示すように組み合わせ駆動では高周波駆動と低周波駆動とを交互に繰り返す。
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、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４に示されるように、高周波駆動と低周波駆動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及び下限値Ｖmin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、例えば高周波の電極間電流を供給しつつ、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４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。

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、低周波の電極間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。

図５は、組み合わせ駆動処理を示すフローチャートの一例であり、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のオン・オフを切り替える周期を、高周波駆動に設定する（ステップＳ１０）。これにより、放電灯５００の電極６１０、７１０には高周波の電極間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、高周波の電極間電流が放電灯５００に供給されている高周波駆動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のオン・オフを切り替える周期を、低周波駆動の周期に切り替える（ステップＳ１３）。これにより、放電灯５００の電極６１０、７１０に流れる電極間電流は、高周波から低周波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、低周波の電極間電流が放電灯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に流れる電極間電流は、低周波から高周波に切り替わることになる。

図６に高周波の電極間電流と低周波の電極間電流との波形の一例を示す。高周波駆動と低周波駆動のどちらにおいても、第１区間Ｔ１で第１状態となり、第２区間Ｔ２で第２状態となり、第３区間Ｔ３及び第４区間Ｔ４で第３状態となる。そして、第１状態（第１区間Ｔ１）では、スイッチＳｗ１及びスイッチＳｗ４がオン状態、スイッチＳｗ２及びスイッチＳｗ３がオフ状態となり、第２状態（第２区間Ｔ２）では、スイッチＳｗ１及びスイッチＳｗ４がオフ状態、スイッチＳｗ２及びスイッチＳｗ３がオン状態となり、第３状態（第３区間Ｔ３及び第４区間Ｔ４）では、スイッチＳｗ１〜スイッチＳｗ４がオフ状態となる。即ち、制御部３３は、低周波駆動及び高周波駆動において、電極間電流が第１状態、第２状態、及び第３状態となるように供給部３０を制御する。

ところで、低周波駆動では黒化や失透が生じるといった問題がある。このため、低周波駆動の期間はなるべく短いことが望ましい。その一方、低周波駆動には、高周波駆動で短くなった電極間距離を長くする機能があり、電極間距離が次第に短くなり所定距離に達すると、低周波駆動から高周波駆動へ切り替える。したがって、電極間距離が長くなる速度を早くできれば、低周波駆動の期間を短くできる。

ここで、低周波駆動における電極の形状変化の一例を図７に示す。この例では、電極６１０について示すが、電極７１０についても同様に形状が変化する。まず、高周波駆動が終了して低周波駆動が開始された状態では、電極６１０における突起６１８が殆どない。そして、低周波駆動が進行すると突起６１８が成長し、所定の長さに達すると高周波駆動が終了する。突起６１８の成長には熱負荷の変化が影響している。すなわち、陽極と陰極とでは、陰極よりも陽極の方が高熱となる。低周波駆動では、陰極と陽極とが入れ替わる周期が長くなるので、陰極となった電極６１０は温度が下がり、高温で融解している電極６１０が若干固まる傾向にある。融解した状態が継続するよりも、温度変化によって粘度が小さい状態（高温）と粘度が大きい状態（低温）とを繰り返すことによって、突起６１８が成長すると考えられる。

本実施形態では、低周波駆動における第３状態の時間を管理することによって、突起６１８の成長速度を早めている。上述したように第３状態では電極間電流がゼロとなる。したがって、第３状態では、両方の電極６１０、７１０の温度を下げることができる。このため、第３状態では、両方の電極６１０、７１０の粘度が大きくなり、突起６１８、７１８の成長を促進することができる。

低周波駆動においては、第３状態（第３区間Ｔ３及び第４区間Ｔ４）を設けることによって、第３状態が無く第１状態と第２状態のみ（第１区間Ｔ１及び第２区間Ｔ２）で駆動する場合と比較して、突起６１８及び突起７１８の成長速度を早めることができる。この結果、短い時間で目標とする電極間距離に達することができ、低周波駆動の期間を短くすることができる。

より具体的には、低周波駆動における第３状態の時間ｔａ（第１期間）を、高周波駆動における第３状態の時間ｔｂ（第２期間）よりも長くなるように設定する。高周波駆動における第３状態は、主にスイッチＳｗ１及びＳｗ２の組み、又はスイッチＳｗ３及びＳｗ４の組が同時にオン状態となって貫通電流が流れることを防止する作用がある。これに対して、低周波駆動における第３状態は、上述したように突起６１８及び７１８の成長を促す作用がある。このため、低周波駆動における第３状態の時間ｔａを高周波駆動における第３状態の時間ｔｂより長く設定している。

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。

＜実施例＞
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
電極間電圧の上限値：８０Ｖ
電極間電圧の下限値：７０Ｖ
高周波駆動における第３状態の時間：１μｓ
低周波駆動における第３状態の時間：１０μｓ

＜比較例＞
高周波駆動における第３状態の時間：１μｓ
低周波駆動における第３状態の時間：１μｓ
他の条件は実施例と同じ

＜評価＞
実施例及び比較例について、低周波駆動における突起６１８、７１８の成長を計測した。図８に計測結果を示す。電極間電圧は、電極間距離を顕している。同図に示されるように実施例では、７０Ｖに達する時間が約１２分であるのに対し、比較例では７０Ｖに達する時間が約２４分である。したがって、実施例は比較例より突起６１８、７１８の成長速度が早いことが分かる。
さらに、実施例及び比較例の条件で１０００時間駆動したところ、比較例では根元部分に薄らと黒化が認められた。これに対して実施例では黒化が認められなかった。これは、実施例は比較例より突起６１８、７１８の成長速度が早いので、低周波駆動の期間が短くなり、その結果、黒化が抑制されたからである。

＜第２実施形態＞
上述した第１実施形態は、いわゆる定格期間における低周波駆動について説明した。これに対して、第２実施形態の光源装置１は、定格期間よりも電力を削減した低電力期間における低周波駆動に関するものであり、定格期間と比較して低電力期間では電極間電流の振幅が小さい点、及び低周波駆動における第３状態の時間を定格期間と低電力期間とで切り替える点を除いて、第１実施形態の光源装置１と同様に構成されている。

低電力期間における駆動は、例えば、電源投入直後の立ち上げ期間に実行される。前回の使用状態から十分に時間が経過した状態において放電灯５００の電極温度はほぼ室温であり、また、空洞部５１２の圧力は低い。一方で、放電灯５００の定格期間において放電灯５００の電極６１０、７１０の温度は極めて高く（１０００℃以上）、また、空洞部５１２の圧力も高い（５０ａｔｍ以上）。このため、電源が投入されてから定格期間までに放電灯５００を素早く移行させるためには、電源投入後から定格に近い、または、定格と同等な電流を放電灯５００に供給する必要がある。しかしながら、電源投入後において、電極６１０、７１０には多大な熱負荷がかかる。このため、立ち上げ期間において、定格状態で駆動すると、突起６１８、７１８が変形したり、電極の昇華に起因する黒化が発生したりする。そこで、立ち上げ期間では、低電力状態で駆動される。

図９に第２実施形態の光源装置における電極間電流の波形を示す。この図に示すように低電力期間では電極間電流（第３交流電流）の振幅ｘが、定格期間の電極間電流（第１交流電流）の振幅ｙより小さい。また、低電力期間の低周波駆動における第３状態の時間tc（第３期間）は、定格期間の低周波駆動における第３状態の時間tb（第１期間）よりも長い。このため、低電力期間の低周波駆動では、定格期間の低周波駆動と比較して、突起６１８、７１８の成長速度が早く、低周波駆動の期間を短くできる。よって、低電力期間の黒化や失透を抑制することができる。
また、定格期間と低電力期間との切り換えは、制御部３３が、定電流源３１の出力電流を制御することによって行われる。

なお、この例では、定格期間の低周波駆動における第３状態の時間を、定格期間の高周波駆動における第３状態の時間ｔｂと等しくしたが、図１０に示すように、定格期間の高周波駆動における第３状態の時間及び低電力期間の高周波駆動における第３状態の時間を「ｔｂ」とし、定格期間の低周波駆動における第３状態の時間を「ｔａ」とし、低電力期間の低周波駆動における第３状態の時間を「ｔｃ」としたとき、ｔｃ＞ｔａ＞ｔｂとしてもよい。

＜実施例＞
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
電力：１４０Ｗ
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
電極間電圧の上限値：７５Ｖ
電極間電圧の下限値：６５Ｖ
高周波駆動における第３状態の時間：１μｓ
低周波駆動における第３状態の時間：１０μｓ

＜比較例１＞
電力：２００Ｗ
電極間電圧の上限値：８０Ｖ
電極間電圧の下限値：７０Ｖ
高周波駆動における第３状態の時間：１μｓ
低周波駆動における第３状態の時間：１μｓ
他の条件は実施例と同じ

＜比較例２＞
高周波駆動における第３状態の時間：１μｓ
低周波駆動における第３状態の時間：１μｓ
他の条件は実施例と同じ

＜評価＞
実施例、比較例１及び比較例２について、低周波駆動における突起６１８、７１８の成長を計測した。図８に計測結果を示す。電極間電圧は、電極間距離を顕している。比較例１は定格期間の駆動であり、比較例２及び実施例は低電力期間の駆動である。低電力期間では放電媒体である水銀の蒸発量が少ないため、定格期間と比較して電極間電圧は下がる。比較例１より比較例２は電極間距離が狭くなるのが遅い。これは低電力期間の方が定格期間よりも温度変動が小さく突起が伸びにくいためである。また比較例２よりも実施例の方が早く電極極間が狭くなっている。これは、第３状態の時間ｔｃを長くすることによって、電極６１０、７１０に大きな温度変化を付与し、突起６１８、７１８の成長速度が早くなったからである。

＜変形例＞
本発明は上述した第１実施形態及び第２実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に述べる各種の変形が可能である。また、各実施形態と各変形例は適宜組み合わせることができる。

（１）上述した各実施形態では、第３状態における電極間電流をゼロとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、電極間電流が正極性の電流値Ｘ１から負極性の電流値Ｘ２までの範囲で一定の大きさとなってもよい。例えば、図１２（Ａ）に示すように第３状態となる第３区間Ｔ３及び第４区間Ｔ４において、電極間電流は振幅中心Ｉｃより低い電流値Ｘ３であってもよい。また、図１２（Ｂ）に示すように第３状態となる第３区間Ｔ３及び第４区間Ｔ４において、電極間電流は振幅中心Ｉｃより高い電流値Ｘ４であってもよい。さらに、図１２（Ｃ）に示すように第３状態となる第３区間Ｔ３の電極間電流の電流値Ｘ５と、第４区間Ｔ４の電極間電流の電流値Ｘ６とは一致しなくてもよい。
具体的には、駆動装置２００の制御部３３は、電極間電流が正極性で第１所定値（例えば、電流値Ｘ１）となる第１状態、電極間電流が負極性で第２所定値（例えば、電流値Ｘ２）となる第２状態、第１状態と第２状態との間の状態遷移の途中に設けられ電極間電流が第１所定値から第２所定値までの範囲で一定の大きさ（例えば、電流値Ｘ３、Ｘ４、Ｘ５、Ｘ６）となる第３状態となるように供給部３０を制御すればよい。

（２）上述した各実施形態及び変形例では、駆動装置２００の供給部３０を、ブリッジ回路で構成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、階段状の電極間電流を供給できるのであれば、どのような回路構成であってもよい。例えば、プッシュプル型の電流増幅装置であってもよい。

（３）高周波駆動の電極間電流は第３状態を含むものとしたが、本発明は、これに限定されるものではなく、高周波駆動の電極間電流は第１状態と第２状態とから構成してもよい。この場合、駆動装置２００の制御部３３は、高周波駆動において、周波数が所定周波数以上となり、第１状態と第２状態とからなる電極間電流を生成するように供給部３０を制御する。なお、供給部３０を実施形態のようにブリッジ型で構成すると、貫通電流が問題となるが、スイッチＳｗ１〜Ｓｗ４として高速のトランジスターを用いれば、貫通電流を低減できる。また、供給部３０をプッシュプル型の電流増幅装置で構成すれば、貫通電流は問題とならない。

（４）上述した第１実施形態は、低周波駆動の第３状態の時間が高周波駆動の第３状態の時間より長いことを特徴とし、上述した第２実施形態では、低電力期間における低周波駆動の第３状態の時間が定格期間における低周波駆動の第３状態の時間よりも長いことを特徴として説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、低周波駆動において、制御部３３は、第３状態を含む電極間電流を生成するように供給部３０を制御するものであればよい。この場合でも、低周波駆動において、第３状態を含まない場合と比較して突起６１８、７１８の成長速度を早くすることができるので、低周波駆動の時間を短くして、黒化や失透を抑制し、放電灯５００の寿命を延ばすことができるといった効果がある。

＜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１３は、このプロジェクターの外観構成を示す図である。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１４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。
なお、光源装置１を用いた電子機器は、プロジェクターに限定されるものではなく、照明装置や高輝度の光源を必要とする機器が含まれる。

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 (10)

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、
   前記駆動装置は、前記第１電極と前記第２電極との間に第１交流電流を供給し、
   前記第１交流電流は、
   電流値が一定の第１電流値である第１区間と、
   電流値が一定の第２電流値である第２区間と、を含み、
   前記第１区間と前記第２区間とが、交互に繰り返し設定され、
   前記第１区間と前記第２区間との間に設けられ、電流値が一定、かつ、前記第１電流値と前記第２電流値との間の電流値である第３電流値の第３区間と、
   前記第２区間と前記第１区間との間に設けられ、電流値が前記第３電流値である第４区間と、
   を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、
   さらに、前記第１電極と前記第２電極との間に第２交流電流を供給し、
   前記第２交流電流は、前記第１区間と前記第２区間と前記第３区間と前記第４区間と、を含み、
   前記第１交流電流は、１ｋＨｚ以下の周波数であり、
   前記第２交流電流は、１ｋＨｚより高い周波数であり、
   前記第１交流電流と前記第２交流電流とが、交互に繰り返し設定されていることを特徴とする駆動装置。
3. 請求項２に記載の駆動装置において、
   前記第１交流電流における前記第３区間と前記第４区間とが同じ長さの第１期間であり、
   前記第２交流電流における前記第３区間と前記第４区間とが同じ長さの第２期間であり、
   前記第１期間が前記第２期間よりも長いことを特徴とする駆動装置。
4. 請求項２に記載の駆動装置において、
   さらに前記第１交流電流よりも振幅が小さく、かつ、前記第１区間と前記第２区間と前記第３区間と前記第４区間と、を含む第３交流電流と、
   前記第２交流電流よりも振幅が小さい第４交流電流と、を供給し、
   前記第１交流電流と前記第２交流電流とが交互に繰り返し設定される定格期間の前に、
   前記第３交流電流と前記第４交流電流とが交互に繰り返し設定される低電力期間が設定され、
   前記第１交流電流における前記第３区間と前記第４区間とが同じ長さの第１期間であり、
   前記第３交流電流における前記第３区間と前記第４区間とが同じ長さの第３期間であり、
   前記第３期間が前記第１期間よりも長いことを特徴とする駆動装置。
5. 請求項１に記載の駆動装置において、
   さらに、前記第１電極と前記第２電極との間に第２交流電流を供給し、
   前記第２交流電流は、前記第１区間と前記第２区間とが、交互に繰り返し設定され、
   前記第１交流電流は、１ｋＨｚ以下の周波数であり、
   前記第２交流電流は、１ｋＨｚより高い周波数であり、
   前記第１交流電流と前記第２交流電流とが、交互に繰り返し設定されていることを特徴とする駆動装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の駆動装置において、
   前記第３電流値がゼロであることを特徴とする駆動装置。
7. 請求項１乃至６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。
8. 請求項７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。
9. 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、
   前記第１電極と前記第２電極との間に第１交流電流を供給し、
   前記第１交流電流は、
   電流値が一定の第１電流値である第１区間と、
   電流値が一定の第２電流値である第２区間と、を含み、
   前記第１区間と前記第２区間とが、交互に繰り返し設定され、
   前記第１区間と前記第２区間との間に設けられ、電流値が一定、かつ、前記第１電流値と前記第２電流値との間の電流値である第３電流値の第３区間と、
   前記第２区間と前記第１区間との間に設けられ、電流値が前記第３電流値である第４区間と、
   を含むように制御することを特徴とする放電灯の駆動方法。
10. 請求項９に記載の放電灯の駆動方法において、
    さらに、前記第１電極と前記第２電極との間に第２交流電流を供給し、
    前記第２交流電流は、前記第１区間と前記第２区間と前記第３区間と前記第４区間と、を含み、
    前記第１交流電流は、１ｋＨｚ以下の周波数であり、
    前記第２交流電流は、１ｋＨｚより高い周波数であり、
    前記第１交流電流と前記第２交流電流とが、交互に繰り返し設定され、
    前記第１交流電流における前記第３区間と前記第４区間とが同じ長さの第１期間であり、
    前記第２交流電流における前記第３区間と前記第４区間とが同じ長さの第２期間であり、
    前記第１期間が前記第２期間よりも長いことを特徴とする放電灯の駆動方法。

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