光源装置及び放電灯の駆動方法
【課題】放電灯の黒化を防止し、長寿命化を図ることができるとともに、電極に突起を安定して形成することができ、放電灯を効率良く駆動することができる光源装置及び放電灯の駆動方法を提供する。
【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、周波数が１ｋＨｚ以上１０ＧＨｚ以下の交流電流を振幅変調する振幅変調部を有し、振幅変調部により振幅変調した交流電流を駆動電流として一対の電極６１０、７１０に供給し、放電灯５００を点灯する放電灯駆動装置とを備えている。振幅変調部は、その振幅変調波形の包絡線が低電流から高電流へと次第に増加していく三角波のように交流電流を振幅変調し、三角波の一周期分の波形を最小電流から最大電流へと直線的に増加させる。
【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、周波数が１ｋＨｚ以上１０ＧＨｚ以下の交流電流を振幅変調する振幅変調部を有し、振幅変調部により振幅変調した交流電流を駆動電流として一対の電極６１０、７１０に供給し、放電灯５００を点灯する放電灯駆動装置とを備えている。振幅変調部は、その振幅変調波形の包絡線が低電流から高電流へと次第に増加していく三角波のように交流電流を振幅変調し、三角波の一周期分の波形を最小電流から最大電流へと直線的に増加させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置及び放電灯の駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクターの光源として、高圧水銀ランプやメタルハライドランプ等の放電灯（放電ランプ）が使用されている。このような放電灯は、例えば、高周波数の交流電流を駆動電流として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）。
【０００３】
一方、低周波数で、波形が矩形状をなす交流電流（直流交番電流）を駆動電流として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、これにより、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）しかしながら、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という問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１１５５３４号公報
【特許文献２】特開２０１０−１１４０６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
高周波数の交流電流を駆動電流として供給する駆動方法により駆動される方法によれば、放電の安定性が得られ、放電灯本体の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。しかし、高周波数の交流電流を駆動電流として供給する駆動方法の場合、放電灯が点灯している際は一対の電極間にアーク放電が生じている。これにより、電極が高温になっているので、電極が溶融して電極間の距離が広がってくる。
【０００６】
例えば、プロジェクターの用途では光の利用効率を向上させるために電極間が狭い状態を維持し、発光の大きさを小さくすることが好ましい。点灯中に電極間の距離が広がることは光の利用効率を低下させることになり、好ましくない。また、電極間の距離の変化は電極間のインピーダンスを変化させる。このため、点灯初期では効率良く放電灯を点灯することができていても、時間が経過するとインピーダンス不整合を生じる。その結果、無効電力が増加し効率が低下するという問題がある。
【０００７】
一方、低周波数で波形が矩形状をなす交流電流（直流交番電流）を駆動電流として供給する駆動方法の場合では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という問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、放電灯の黒化を防止し、長寿命化を図ることができるとともに、電極に突起を安定して形成することができ、放電灯を効率良く駆動することができる光源装置及び放電灯の駆動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
［適用例１］本適用例にかかる光源装置は、突起を有する一対の電極を備えた放電灯と、周波数が１ｋＨｚ以上１０ＧＨｚ以下の交流電流を振幅変調し振幅変調波を形成する振幅変調部を有し、前記振幅変調波を駆動電流として前記一対の電極に供給し、前記放電灯を点灯する放電灯駆動部と、を備え、前記振幅変調波の包絡線の波形は三角波のように低電流から高電流へと次第に増加する周期波形であり、前記三角波の一周期が終わる直前に前記駆動電流の振幅が最大となることを特徴とする。
【００１０】
本適用例によれば、周波数が１ｋＨｚ以上１０ＧＨｚ以下の交流電流であるため、放電灯の黒化が防止される。これによって、光源装置は、長寿命化図ることができる。また、振幅変調部は交流電流を振幅変調して振幅変調波を形成する。放電灯駆動部は振幅変調波を駆動電流として一対の電極に供給し、放電灯を点灯する。
【００１１】
振幅変調波の包絡線の波形は三角波のように低電流から高電流へと次第に増加する周期波形であり、前記三角波の一周期が終わる直前に駆動電流の振幅が最大となる。従って、周期波形の区切りでは電流が最大から最小へ切り替わる。
【００１２】
振幅変調波が最小電流から最大電流へと直線的に増加することにより、最大電流時に電極部分の突起が融点以上となって突起が融ける。その直後にくる最小電流時に融点以下の温度に下がるため、融けた突起が固まる。それにより電極に突起が安定して形成され、電極間距離を一定の距離に保持することができ、放電灯を効率良く駆動することができる。
【００１３】
従って、放電灯の黒化を防止し、長寿命化を図ることができ、また、電極に突起が安定して形成され、電極間距離を一定の距離に保持することができ、放電灯を効率良く駆動することができる光源装置を提供することができる。
【００１４】
［適用例２］上記適用例に記載の光源装置において、前記振幅変調波の平均電流をＡａｖｇ、最小振幅電流をＡmin、最大振幅電流をＡmaxとしたとき、前記振幅変調波の電流は０＜Ａmin＜Ａavg＜Ａmax＜２Ａavgに設定されていることが好ましい。
【００１５】
本適用例によれば、振幅変調波の電流は０＜Ａmin＜Ａavg＜Ａmax＜２Ａavgに設定されている。このとき、高電流により突起が融けすぎずに、電極に突起をより確実に安定して形成することができる。従って、放電灯の点灯時のちらつきが防止され、放電灯を効率良く駆動することができる。
【００１６】
［適用例３］上記適用例に記載の光源装置において、前記振幅変調波の変調周波数は１０Ｈｚ以上１０００Ｈｚ以下であることが好ましい。
【００１７】
本適用例によれば、変調周波数は１０Ｈｚ以上１０００Ｈｚ以下に設定されている。変調周波数がこの範囲にあるとき、電極に突起をより確実に安定して形成することができる。
【００１８】
［適用例４］上記適用例に記載の光源装置において、前記交流電流の周波数は、１ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下、または、３ＭＨｚ以上１０ＧＨｚ以下であることが好ましい。
【００１９】
本適用例によれば、交流電流の周波数は、１ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下、または、３ＭＨｚ以上１０ＧＨｚ以下に設定されている。従って、音響共鳴効果による放電が不安定になることを防止できる。その結果、放電灯のちらつきを防止することができる。
【００２０】
［適用例５］上記適用例に記載の光源装置において、前記駆動電流の供給により前記放電灯が点灯している際、前記一対の電極の温度が変動し、前記一対の電極の前記突起は溶融と固化とを繰り返すことが好ましい。
【００２１】
本適用例によれば、駆動電流の供給により前記放電灯が点灯している際、一対の電極の温度が変動し、一対の電極の突起は溶融と固化とを繰り返している。従って、突起は同じ形状を維持することができる為、電極間距離を一定の距離に保持することができる。その結果、放電灯を効率良い状態に維持させて駆動することができる。
【００２２】
［適用例６］上記適用例に記載の光源装置において、前記放電灯は、前記一対の電極が収納された放電空間を有する放電灯本体を備え、前記放電空間にはガスが封入されていることが好ましい。
【００２３】
本適用例によれば、前記放電灯は、前記一対の電極が収納された放電空間を有する放電灯本体を備え、前記放電空間にガスが封入されている。従って、放電灯はガスを発光させて明るくすることができる。その結果、放電灯を効率良く駆動することができる。
【００２４】
［適用例７］本適用例にかかる放電灯の駆動方法は、周波数が１ｋＨｚ以上１０ＧＨｚ以下の交流電流を振幅変調した振幅変調波を駆動電流として放電灯の一対の電極に供給し、前記放電灯を点灯する放電灯の駆動方法であって、前記振幅変調波の包絡線の波形は三角波のように低電流から高電流へと次第に増加する周期波形であり、前記三角波の一周期が終わる直前に前記駆動電流の振幅が最大となることを特徴とする。
【００２５】
本適用例によれば、交流電流を振幅変調し、振幅変調した振幅変調波を駆動電流として前記一対の電極に供給している。交流電流は周波数が１ｋＨｚ以上１０ＧＨｚ以下の交流電流であるため、放電灯の黒化が防止される。これによって、長寿命化図ることができる。
【００２６】
また、振幅変調波の包絡線の波形は三角波のように低電流から高電流へと次第に増加する周期波形であり、三角波の一周期が終わる直前に前記駆動電流の振幅が最大となっている。従って、周期波形の区切りでは電流が最大から最小へ切り替わる。
【００２７】
振幅変調波の一周期分の波形は最小電流から最大電流へと次第に増加する。これにより、最大電流時に電極部分の突起が融点以上となって突起が融け、その直後にくる最小電流時に融点以下の温度に下がるため、融けた突起が固まる。それにより電極に突起が安定して形成され、電極間距離を一定の距離に保持することができ、放電灯を効率良く駆動することができる。
【００２８】
従って、放電灯の黒化を防止し、長寿命化を図ることができる。また、電極に突起が安定して形成され、電極間距離を一定の距離に保持することができる。従って、放電灯を効率良く駆動することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】第１実施形態にかかり光源装置の構成を示す模式断面図。
【図２】放電灯を示す要部模式断面図、副反射鏡を省略した図。
【図３】放電灯駆動装置の構成を示すブロック図。
【図４】放電灯駆動装置で生成される交流電流及び駆動電流を説明するための図。
【図５】第２実施形態にかかり放電灯駆動装置で生成される交流電流及び駆動電流を説明するための図。
【図６】第３実施形態にかかり放電灯駆動装置で生成される交流電流及び駆動電流を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施形態について、光源装置及び放電灯の駆動方法を図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。尚、以下の各図においては、各部位や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各部位や各部材の尺度を実際とは異ならせしめている。
【００３１】
（第１実施形態）
図１は、光源装置の構成を示す模式断面図である。図２は、放電灯を示す要部模式断面図であり、副反射鏡を省略した図である。図３は、放電灯駆動装置の構成を示すブロック図であり、図４は、放電灯駆動装置で生成される交流電流及び駆動電流を説明するための図である。
【００３２】
図１に示すように、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を駆動する放電灯駆動部としての放電灯駆動装置２００とを備えている。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。
【００３３】
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、射出光をほぼ並行光にする平行化レンズ１１４とを備えている。主反射鏡１１２と放電灯５００とは、無機接着剤１１６を用いて固定されている。また、主反射鏡１１２の反射面は、図示の構成では、回転楕円形をなす殻の内面形状をなしている。
【００３４】
尚、主反射鏡１１２の反射面の形状は、前記の形状には限定されず、その他、例えば、回転放物形等が挙げられる。また、放電灯５００の発光部を放物面鏡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。
【００３５】
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とを備えている。放電灯本体５１０と副反射鏡５２０とは、無機接着剤５２２により接着されている。また、図示の構成では球形をなす殻の内面が副反射鏡５２０の反射面となっている。
【００３６】
放電灯本体５１０の中央部には、気密的に密閉された放電空間５１２が形成されている。この放電灯本体５１０の少なくとも放電空間５１２に対応する部位は、光透過性を有している。放電灯本体５１０の構成材料としては、例えば、石英ガラス等のガラス、光透過性セラミックス等が挙げられる。
【００３７】
この放電灯本体５１０には、一対の電極６１０、７１０と、一対の接続部材６２０、７２０と、一対の電極端子６３０、７３０とが設けられている。電極６１０と電極端子６３０とは、接続部材６２０により電気的に接続されている。同様に、電極７１０と電極端子７３０とは、接続部材７２０により電気的に接続されている。
【００３８】
各電極６１０、７１０は、放電空間５１２に収納されている。すなわち、各電極６１０、７１０は、その先端部が放電灯本体５１０の放電空間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配置されている。電極６１０と電極７１０との間の最短距離である電極間距離は、１μｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましく、５００μｍ以上１．５ｍｍ以下であることがより好ましい。
【００３９】
図２に示すように、電極６１０は、芯棒６１２と、コイル部６１４と、本体部６１６とを有している。この電極６１０には芯棒６１２に電極材（タングステン等）の線材を巻き付けたコイル部６１４が形成されている。そして、放電灯本体５１０内への封入前の段階において、形成されたコイル部６１４が加熱されて芯棒６１２を溶融することにより本体部６１６が形成される。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も前記電極６１０と同様に、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。
【００４０】
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、後述する条件で放電灯５００を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、また、消灯後も維持される。尚、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。
【００４１】
また、放電空間５１２には、放電媒体が封入されている。放電媒体は、例えば、放電開始用ガス、発光に寄与するガス等を含んでいる。また、放電媒体には、その他のガスが含まれていてもよい。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る。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。また、その他のガスとしては、例えば、黒化を防止する機能を有するガス等が挙げられる。黒化を防止する機能を有するガスとしては、例えば、ハロゲン（例えば、臭素等）、ハロゲン化合物（例えば、臭化水素等）、またはこれらの気化物等が挙げられる。また、放電灯本体５１０内の気圧は、０．１ａｔｍ以上３００ａｔｍ以下であることが好ましく、５０ａｔｍ以上３００ａｔｍ以下であることがより好ましい。
【００４２】
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。そして、放電灯駆動装置２００は、放電灯５００に交流電流（交流電力）を供給する。すなわち、放電灯駆動装置２００は、電極端子６３０、７３０を介して電極６１０、７１０に交流電流を供給することにより放電灯５００に電力を供給する。電極６１０、７１０に交流電流が供給されると、放電空間５１２内の一対の電極６１０、７１０の先端部の間でアーク放電（アークＡＲ）が生じる。アーク放電により発生した光（放電光）は、そのアークＡＲの発生位置（放電位置）から全方向に向かって放射される。
【００４３】
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とにより、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。
【００４４】
次に、放電灯駆動装置２００について説明する。図３に示すように、放電灯駆動装置２００は、高周波数の交流電流を発生する高周波電流発生器３１と、振幅変調器（振幅変調部）３２と、増幅器３３とを備えており、振幅変調した交流電流を駆動電流として放電灯５００の一対の電極６１０、７１０に供給する装置である。
【００４５】
この放電灯駆動装置２００では、高周波電流発生器３１で発生した図４（ａ）に示す交流電流３４を、図４（ｂ）及び、その詳細図（ｃ）に示すように駆動電流が最も小さいＡminと駆動電流が最も大きなＡmaxによって構成される三角波のように形成された包絡線３５が、周期Ｔ（Ｈｚ）の間で繰り返されるように振幅変調部としての振幅変調器３２で振幅変調する。振幅変調された振幅変調波３６の包絡線３５の波形は三角波のように低電流から高電流へと次第に増加する周期波形であり、包絡線３５の波形の一周期が終わる直前に前記駆動電流の振幅が最大となる。そして、その交流電流を増幅器３３で増幅して放電灯駆動用の駆動電流である交流電流を生成し、出力する。放電灯駆動装置２００から出力された交流電流は、駆動電流として放電灯５００の一対の電極６１０、７１０に供給される。
【００４６】
これにより、前述したように、一対の電極６１０、７１０の先端部の間でアーク放電が生じ、放電灯５００が点灯する。ここで、この光源装置１では、後述する条件の駆動電流を用いて放電灯５００を点灯するので、その放電灯５００が点灯している際、電極６１０、７１０の温度が変動し、その変動により、電極６１０、７１０の先端部に、それぞれ突起６１８、７１８が形成され、その突起６１８、７１８を維持することができる。
【００４７】
すなわち、まず駆動電流のＡmaxでは電極６１０、７１０の温度が高くなることで、電極６１０、７１０の先端部の一部が、溶融し、その溶融した電極材が表面張力によって電極６１０、７１０の先端部に集まる。一方、Ａminでは電極６１０、７１０の温度が低くなることで、前記溶融した電極材が凝固する。このような溶融した電極材が電極６１０、７１０の先端部に集まる状態と、前記溶融した電極材が凝固する状態とを繰り返すことで突起６１８、７１８の成長が起こり、これにより、電極間距離を一定の距離に保持することができ、電極間が狭い状態を維持することができる。これにより、放電灯を効率良く駆動することができる。また、高周波数の駆動電流を用いるので、放電灯５００の黒化を防止でき、長寿命化を図ることができる。
【００４８】
ここで、放電灯５００の定格電力は、用途等に応じて適宜設定され、特に限定されないが、１０Ｗ以上５ｋＷ以下であることが好ましく、１００Ｗ以上５００Ｗ以下であることがより好ましい。
【００４９】
また、駆動電流の周波数は、１ｋＨｚ以上１０ＧＨｚ以下であり、１ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下、または、３ＭＨｚ以上１０ＧＨｚ以下であることが好ましく、１ｋＨｚ以上２０ｋＨｚ以下、または、３ＭＨｚ以上３ＧＨｚ以下であることがより好ましい。
【００５０】
電極６１０、７１０が陽極として動作するときは、それぞれ、陰極として動作するときに比べて電極温度が高くなるが、駆動電流の周波数を前記下限値以上に設定することにより、その駆動電流の１周期内における電極温度の変動を防止することができる。しかし、駆動電流の周波数が前記下限値よりも小さいと、その駆動電流の１周期毎に、電極６１０、７１０の温度が変動し、これにより突起６１８、７１８の形成や維持ができなくなり、また、黒化が生じる場合がある。また、前記上限値よりも大きいものは現実性がない。
【００５１】
また、駆動電流の周波数が１００ｋＨｚよりも大きく、３ＭＨｚよりも小さいと、他の条件によっては、音響共鳴効果により放電が不安定となる。また、変調周波数は、１０Ｈｚ以上１ｋＨｚ以下であり、５０Ｈｚ以上８００Ｈｚ以下であることが好ましく、１５０Ｈｚ以上４００Ｈｚ以下であることがより好ましい。変調周波数が前記下限値よりも小さいと、突起６１８、７１８がだれてしまい、また、前記上限値よりも大きいと、突起６１８、７１８が形成されない。
【００５２】
さて、前述したように、放電灯駆動装置２００では、高周波電流発生器３１で発生した図４（ａ）に示す交流電流を、図４（ｂ）及びその詳細図（ｃ）に示すように、駆動電流が最も小さいＡminと駆動電流が最も大きなＡmaxによって構成される包絡線３５が、周期Ｔ（Ｈｚ）の間で繰り返されるように振幅変調器３２で振幅変調している。
【００５３】
そして、振幅変調は放電灯５００に投入する平均電流をＡavg、最小振幅電流をＡmin、最大振幅電力をＡmaxの関係は０＜Ａmin＜Ａavg＜Ａmax＜２Ａavgであることが好ましい。Ａmin及びＡmaxが前記範囲より外れると、他の条件によっては突起６１８、７１８が形成されない。Ａminが０である場合、電極に与える温度変動が大きすぎるため黒化が発生してしまい、Ａmaxが２Ａavg以上の場合、突起が融けすぎてしまい突起が形成されない。
【００５４】
このように駆動電流が振幅変調されていることにより、電極６１０、７１０の温度が変動し、電極６１０、７１０の突起６１８、７１８は溶融と固化とを繰り返す。そして、電極６１０、７１０に突起６１８、７１８をより確実に安定して形成することができ、電極間距離を一定の距離に確実に保持することができる。これにより、放電灯５００内でのアークＡＲの位置も安定することとなり、よって、放電灯５００の点灯時のちらつきが防止され、放電灯５００を効率良く駆動することができる。また、放電灯５００の黒化も防止され、長寿命化を図ることができる。
【００５５】
また、変調周波数は、ＡmaxとＡminとの比Ａmin／Ａmaxと、定格電力等に応じて設定することが好ましい。これにより、より確実に電極６１０、７１０に突起６１８、７１８を形成することができる。すなわち、まずは、Ａmin／Ａmaxが７０％より大きく９０％以下の場合は、変調周波数は、定格電力に応じて下記のように設定することが好ましい。
【００５６】
定格電力が１００Ｗ以上１５０Ｗ未満の場合は、変調周波数は、１００Ｈｚ以上４００Ｈｚ以下であることが好ましい。また、定格電力が１５０Ｗ以上２５０Ｗ未満の場合は、変調周波数は、１００Ｈｚ以上３００Ｈｚ以下であることが好ましい。また、定格電力が２００Ｗ以上３００Ｗ未満の場合は、変調周波数は、１００Ｈｚ以上２５０Ｈｚ以下であることが好ましい。また、定格電力が３００Ｗ以上４００Ｗ未満の場合は、変調周波数は、１００Ｈｚ以上２００Ｈｚ以下であることが好ましい。
【００５７】
また、Ａmin／Ａmaxが４０％より大きく７０％以下の場合は、変調周波数は、定格電力に応じて下記のように設定することが好ましい。定格電力が１００Ｗ以上１５０Ｗ未満の場合は、変調周波数は、１００Ｈｚ以上５００Ｈｚ以下であることが好ましい。また、定格電力が１５０Ｗ以上２５０Ｗ未満の場合は、変調周波数は、１００Ｈｚ以上４００Ｈｚ以下であることが好ましい。また、定格電力が２００Ｗ以上３００Ｗ未満の場合は、変調周波数は、１００Ｈｚ以上３００Ｈｚ以下であることが好ましい。また、定格電力が３００Ｗ以上４００Ｗ未満の場合は、変調周波数は、１００Ｈｚ以上２００Ｈｚ以下であることが好ましい。
【００５８】
また、Ａmin／Ａmaxが０％より大きく４０％以下の場合は、変調周波数は、定格電力に応じて下記のように設定することが好ましい。定格電力が１００Ｗ以上１５０Ｗ未満の場合は、変調周波数は、１００Ｈｚ以上７００Ｈｚ以下であることが好ましい。また、定格電力が１５０Ｗ以上２５０Ｗ未満の場合は、変調周波数は、１００Ｈｚ以上５００Ｈｚ以下であることが好ましい。また、定格電力が２００Ｗ以上３００Ｗ未満の場合は、変調周波数は、１００Ｈｚ以上４００Ｈｚ以下であることが好ましい。また、定格電力が３００Ｗ以上４００Ｗ未満の場合は、変調周波数は、１００Ｈｚ以上３００Ｈｚ以下であることが好ましい。
【００５９】
上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、振幅変調器３２が周波数が１ｋＨｚ以上１０ＧＨｚ以下の交流電流３４を振幅変調する。そして、増幅器３３が、振幅変調器３２により振幅変調した振幅変調波３６を駆動電流として電極６１０、７１０に供給し、放電灯５００を点灯する。振幅変調器３２は、振幅変調波３６の包絡線３５が低電流から高電流へと次第に増加していく三角波のように交流電流３４を振幅変調する。そして、包絡線３５の一周期分の波形は最小電流から最大電流へと直線的に増加することで、放電灯５００の黒化を防止し、長寿命化を図ることができる。また、電極６１０、７１０に突起６１８、７１８が安定して形成され、電極間距離を一定の距離に保持することができる。従って、放電灯５００を効率良く駆動する状態を長期に渡って維持ことができる。
【００６０】
（２）本実施形態によれば、振幅変調波３６の電流は０＜Ａmin＜Ａavg＜Ａmax＜２Aavgに設定している。これにより、高電流により突起が融けすぎずに、電極に突起をより確実に安定して形成することができる。従って、放電灯５００の点灯時のちらつきが防止され、放電灯５００を品質良く駆動させることができる。
【００６１】
（３）本実施形態によれば、包絡線３５の周波数は１０Ｈｚ以上１０００Ｈｚ以下に設定している。従って、電極６１０、７１０に突起６１８、７１８をより確実に安定して形成することができる。
【００６２】
（４）本実施形態によれば、交流電流３４の周波数は、１ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下、または、３ＭＨｚ以上１０ＧＨｚ以下に設定している。従って、音響共鳴効果による放電が不安定になることを防止することができる。その結果、放電灯５００のちらつきを防止することができる。
【００６３】
（５）本実施形態によれば、駆動電流の供給により放電灯５００が点灯している際、電極６１０、７１０の温度が変動し、電極６１０、７１０の先端に突起６１８、７１８が形成される。従って、電極間距離を一定の距離に保持することができる為、放電灯を効率良く駆動することができる。
【００６４】
（６）本実施形態によれば、放電灯５００は、電極６１０、７１０が収納された放電空間を有する放電灯本体５１０を備え、放電空間５１２にガスが封入されている。従って、放電灯５００を明るくすることができる。その結果、放電灯５００を効率良く駆動することができる。
【００６５】
（７）本実施形態によれば、振幅変調波３６の周波数が１ｋＨｚ以上１０ＧＨｚ以下の交流電流であるため、放電灯５００の黒化が防止される。その結果、長寿命化を図ることができる。また、振幅変調器３２は、包絡線３５が低電流から高電流へと次第に増加していく三角波ように交流電流３４を振幅変調し、包絡線３５の一周期分の波形は最小電流から最大電流へと直線的に増加している。これにより、最大電流時に電極６１０、７１０の突起６１８、７１８が融点以上となって融け、その直後にくる最小電流時に融点以下の温度に下がる。このため、融けた突起６１８、７１８が固まる。それにより電極６１０、７１０に突起６１８、７１８が安定して形成され、電極間距離を一定の距離に保持することができる。その結果、放電灯５００を効率良く駆動することができる。放電灯５００の黒化を防止し、長寿命化を図ることができ、また、電極６１０、７１０に突起が安定して形成され、電極間距離を一定の距離に保持することができ、放電灯５００を効率良く駆動することができる。
【００６６】
（第２実施形態）
図５は、放電灯駆動装置で生成される交流電流及び駆動電流を説明するための図である。以下、この図を参照して本発明の光源装置及び放電灯の駆動方法について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。本実施形態は、放電灯駆動装置での振幅変調の態様が異なること以外は前記第１実施形態と同様である。
【００６７】
放電灯駆動装置２００では、高周波電流発生器３１で発生した図５（ａ）に示す交流電流３４を、振幅変調器３２が変調する。図５（ｂ）に示すように、その振幅変調波の包絡線３７は電流振幅の平らな低電流区間ａと、低電流から高電流へと次第に増加していく三角波のように単純増加する波形となっている。また振幅変調波の包絡線３７は最小電流区間から始まり、最小電流から最大電流へと直線的に増加させることを一周期分の波形とする周期波形となっている。
【００６８】
一周期において、増加する電流の傾きは時間とともに増加もしくは同じであることが望ましい。電流が時間とともに増加せずに低くなったり高くなったりを繰り返すと、電極に与える温度変動が大きくなりすぎ、黒化を発生させてしまう。このような電流増加の傾きを持たせることで、実施形態１と同様の効果を発揮することが可能である。
【００６９】
（第３実施形態）
図６は、放電灯駆動装置で生成される交流電流及び駆動電流を説明するための図である。以下、この図を参照して本発明の光源装置及び放電灯の駆動方法について説明する。前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。本実施形態は、放電灯駆動装置での振幅変調の態様が異なること以外は前記第１実施形態と同様である。
【００７０】
放電灯駆動装置２００では、高周波電流発生器３１で発生した図５（ａ）に示す交流電流３４を、振幅変調器３２が変調する。図６（ｂ）に示すように、その振幅変調波の包絡線３８はＡminとＡmaxの間で複数の傾きを持った直線で電流値が増加する波形となっている。また振幅変調波の包絡線３８は最小電流から最大電流へと直線的に増加させることを一周期分の波形とする周期波形となっている。
【００７１】
一周期において、増加する電流の傾きは時間とともに増加することが望ましい。電流が時間とともに増加せずに低くなったり高くなったりを繰り返すと、電極に与える温度変動が大きくなりすぎ、黒化を発生させてしまう。このような電流増加の傾きを持たせることで、実施形態１と同様の効果を発揮することが可能である。
【００７２】
以上、本発明の光源装置及び放電灯の駆動方法を図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。
【実施例】
【００７３】
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
（実施例１）
図１に示され、下記の構成の光源装置を作成した。
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（初期電流値３Ａ）
駆動電流の周波数：５ｋＨｚ
変調周波数Ｔ：３００Ｈｚ
最大電流Ａmax：３．３Ａ
最小電流Ａmin：２．７Ａ
（実施例２〜６）
変調周波数を下記のように変更した以外は、前記実施例１と同様の光源装置を作成した。
変調周波数を５０Ｈｚ、１５０Ｈｚ、５００Ｈｚ、７５０Ｈｚ、９００Ｈｚに設定したものを、それぞれ、実施例２〜６とした。
（実施例７〜８）
Ａmin／Ａmaxを下記のように変更した以外は前記実施例１と同様の光源装置を作成した。Ａmin／Ａmaxを５０％、２０％に設定したものをそれぞれ実施例７〜８とした。
（比較例１）
振幅変調を行わない以外は、前記実施例１と同様の光源装置を作成した。
（比較例２）
駆動電流として、周波数が１５０Ｈｚ、デューティー比が５０％であり、波形が矩形状をなす交流電流（直流交番電流）を用いた以外は、前記実施例１と同様の光源装置を作成した。
（比較例３）
変調周波数を５Ｈｚに変更した以外は、前記実施例１と同様の光源装置を作成した。
（比較例４）
変調周波数を２０００Ｈｚに変更した以外は、前記実施例１と同様の光源装置を作成した。
（比較例５）
Ａmin／Ａmaxを０％にした以外は前記実施例１と同様の光源装置を作成した。
（比較例６）
Ａmin／Ａmaxを９４％にした以外は前記実施例１と同様の光源装置を作成した。
［評価］
実施例１〜８、比較例１〜６に対し、それぞれ、下記のようにして各評価を行った。その結果は、下記表１に示す通りである。
（突起）
点灯開始から５００ｈにおける電極間距離の変動を観察した。
判定は、極間距離に変動がまったくなければ◎、ごく若干（１％以内）の変動であれば○、若干（１０％以内）の変動であれば△、それ以上であれば×とした。
（耐黒化性）
点灯開始から５００ｈ直後に電力の供給を停止し、そのときのランプの赤熱状態を観察した。判定は管壁での赤熱がなければ○、あれば×とした。
【００７４】
【表１】
【００７５】
上記表１から明らかなように、実施例１〜８では、電極の先端に確実に突起が形成され、また、黒化は発生せず、良好な結果が得られた。また、最大電流Ａmax、最小電流Ａminを前記数値範囲を満足する範囲内で変更しても同様の結果が得られた。また、図５、６に示すような制御を行なっても同様の結果が得られた。
【００７６】
これに対し、比較例１では、電極に突起が形成されず、また、比較例２では黒化が生じた。また、比較例３では、電極に形成された突起がだれてしまった。また、比較例４では、電極に突起が形成されなかった。また、比較例５では、黒化が生じるとともに電極に突起も形成されなかった。また、比較例６では、電極に突起が形成されなかった。
【符号の説明】
【００７７】
１…光源装置、３２…振幅変調部としての振幅変調器、３４…交流電流、３５…包絡線、３６…振幅変調波、２００…放電灯駆動部としての放電灯駆動装置、５００…放電灯、６１０，７１０…電極。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置及び放電灯の駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクターの光源として、高圧水銀ランプやメタルハライドランプ等の放電灯（放電ランプ）が使用されている。このような放電灯は、例えば、高周波数の交流電流を駆動電流として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）。
【０００３】
一方、低周波数で、波形が矩形状をなす交流電流（直流交番電流）を駆動電流として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、これにより、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）しかしながら、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という問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１１５５３４号公報
【特許文献２】特開２０１０−１１４０６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
高周波数の交流電流を駆動電流として供給する駆動方法により駆動される方法によれば、放電の安定性が得られ、放電灯本体の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。しかし、高周波数の交流電流を駆動電流として供給する駆動方法の場合、放電灯が点灯している際は一対の電極間にアーク放電が生じている。これにより、電極が高温になっているので、電極が溶融して電極間の距離が広がってくる。
【０００６】
例えば、プロジェクターの用途では光の利用効率を向上させるために電極間が狭い状態を維持し、発光の大きさを小さくすることが好ましい。点灯中に電極間の距離が広がることは光の利用効率を低下させることになり、好ましくない。また、電極間の距離の変化は電極間のインピーダンスを変化させる。このため、点灯初期では効率良く放電灯を点灯することができていても、時間が経過するとインピーダンス不整合を生じる。その結果、無効電力が増加し効率が低下するという問題がある。
【０００７】
一方、低周波数で波形が矩形状をなす交流電流（直流交番電流）を駆動電流として供給する駆動方法の場合では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という問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、放電灯の黒化を防止し、長寿命化を図ることができるとともに、電極に突起を安定して形成することができ、放電灯を効率良く駆動することができる光源装置及び放電灯の駆動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
［適用例１］本適用例にかかる光源装置は、突起を有する一対の電極を備えた放電灯と、周波数が１ｋＨｚ以上１０ＧＨｚ以下の交流電流を振幅変調し振幅変調波を形成する振幅変調部を有し、前記振幅変調波を駆動電流として前記一対の電極に供給し、前記放電灯を点灯する放電灯駆動部と、を備え、前記振幅変調波の包絡線の波形は三角波のように低電流から高電流へと次第に増加する周期波形であり、前記三角波の一周期が終わる直前に前記駆動電流の振幅が最大となることを特徴とする。
【００１０】
本適用例によれば、周波数が１ｋＨｚ以上１０ＧＨｚ以下の交流電流であるため、放電灯の黒化が防止される。これによって、光源装置は、長寿命化図ることができる。また、振幅変調部は交流電流を振幅変調して振幅変調波を形成する。放電灯駆動部は振幅変調波を駆動電流として一対の電極に供給し、放電灯を点灯する。
【００１１】
振幅変調波の包絡線の波形は三角波のように低電流から高電流へと次第に増加する周期波形であり、前記三角波の一周期が終わる直前に駆動電流の振幅が最大となる。従って、周期波形の区切りでは電流が最大から最小へ切り替わる。
【００１２】
振幅変調波が最小電流から最大電流へと直線的に増加することにより、最大電流時に電極部分の突起が融点以上となって突起が融ける。その直後にくる最小電流時に融点以下の温度に下がるため、融けた突起が固まる。それにより電極に突起が安定して形成され、電極間距離を一定の距離に保持することができ、放電灯を効率良く駆動することができる。
【００１３】
従って、放電灯の黒化を防止し、長寿命化を図ることができ、また、電極に突起が安定して形成され、電極間距離を一定の距離に保持することができ、放電灯を効率良く駆動することができる光源装置を提供することができる。
【００１４】
［適用例２］上記適用例に記載の光源装置において、前記振幅変調波の平均電流をＡａｖｇ、最小振幅電流をＡmin、最大振幅電流をＡmaxとしたとき、前記振幅変調波の電流は０＜Ａmin＜Ａavg＜Ａmax＜２Ａavgに設定されていることが好ましい。
【００１５】
本適用例によれば、振幅変調波の電流は０＜Ａmin＜Ａavg＜Ａmax＜２Ａavgに設定されている。このとき、高電流により突起が融けすぎずに、電極に突起をより確実に安定して形成することができる。従って、放電灯の点灯時のちらつきが防止され、放電灯を効率良く駆動することができる。
【００１６】
［適用例３］上記適用例に記載の光源装置において、前記振幅変調波の変調周波数は１０Ｈｚ以上１０００Ｈｚ以下であることが好ましい。
【００１７】
本適用例によれば、変調周波数は１０Ｈｚ以上１０００Ｈｚ以下に設定されている。変調周波数がこの範囲にあるとき、電極に突起をより確実に安定して形成することができる。
【００１８】
［適用例４］上記適用例に記載の光源装置において、前記交流電流の周波数は、１ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下、または、３ＭＨｚ以上１０ＧＨｚ以下であることが好ましい。
【００１９】
本適用例によれば、交流電流の周波数は、１ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下、または、３ＭＨｚ以上１０ＧＨｚ以下に設定されている。従って、音響共鳴効果による放電が不安定になることを防止できる。その結果、放電灯のちらつきを防止することができる。
【００２０】
［適用例５］上記適用例に記載の光源装置において、前記駆動電流の供給により前記放電灯が点灯している際、前記一対の電極の温度が変動し、前記一対の電極の前記突起は溶融と固化とを繰り返すことが好ましい。
【００２１】
本適用例によれば、駆動電流の供給により前記放電灯が点灯している際、一対の電極の温度が変動し、一対の電極の突起は溶融と固化とを繰り返している。従って、突起は同じ形状を維持することができる為、電極間距離を一定の距離に保持することができる。その結果、放電灯を効率良い状態に維持させて駆動することができる。
【００２２】
［適用例６］上記適用例に記載の光源装置において、前記放電灯は、前記一対の電極が収納された放電空間を有する放電灯本体を備え、前記放電空間にはガスが封入されていることが好ましい。
【００２３】
本適用例によれば、前記放電灯は、前記一対の電極が収納された放電空間を有する放電灯本体を備え、前記放電空間にガスが封入されている。従って、放電灯はガスを発光させて明るくすることができる。その結果、放電灯を効率良く駆動することができる。
【００２４】
［適用例７］本適用例にかかる放電灯の駆動方法は、周波数が１ｋＨｚ以上１０ＧＨｚ以下の交流電流を振幅変調した振幅変調波を駆動電流として放電灯の一対の電極に供給し、前記放電灯を点灯する放電灯の駆動方法であって、前記振幅変調波の包絡線の波形は三角波のように低電流から高電流へと次第に増加する周期波形であり、前記三角波の一周期が終わる直前に前記駆動電流の振幅が最大となることを特徴とする。
【００２５】
本適用例によれば、交流電流を振幅変調し、振幅変調した振幅変調波を駆動電流として前記一対の電極に供給している。交流電流は周波数が１ｋＨｚ以上１０ＧＨｚ以下の交流電流であるため、放電灯の黒化が防止される。これによって、長寿命化図ることができる。
【００２６】
また、振幅変調波の包絡線の波形は三角波のように低電流から高電流へと次第に増加する周期波形であり、三角波の一周期が終わる直前に前記駆動電流の振幅が最大となっている。従って、周期波形の区切りでは電流が最大から最小へ切り替わる。
【００２７】
振幅変調波の一周期分の波形は最小電流から最大電流へと次第に増加する。これにより、最大電流時に電極部分の突起が融点以上となって突起が融け、その直後にくる最小電流時に融点以下の温度に下がるため、融けた突起が固まる。それにより電極に突起が安定して形成され、電極間距離を一定の距離に保持することができ、放電灯を効率良く駆動することができる。
【００２８】
従って、放電灯の黒化を防止し、長寿命化を図ることができる。また、電極に突起が安定して形成され、電極間距離を一定の距離に保持することができる。従って、放電灯を効率良く駆動することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】第１実施形態にかかり光源装置の構成を示す模式断面図。
【図２】放電灯を示す要部模式断面図、副反射鏡を省略した図。
【図３】放電灯駆動装置の構成を示すブロック図。
【図４】放電灯駆動装置で生成される交流電流及び駆動電流を説明するための図。
【図５】第２実施形態にかかり放電灯駆動装置で生成される交流電流及び駆動電流を説明するための図。
【図６】第３実施形態にかかり放電灯駆動装置で生成される交流電流及び駆動電流を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施形態について、光源装置及び放電灯の駆動方法を図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。尚、以下の各図においては、各部位や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各部位や各部材の尺度を実際とは異ならせしめている。
【００３１】
（第１実施形態）
図１は、光源装置の構成を示す模式断面図である。図２は、放電灯を示す要部模式断面図であり、副反射鏡を省略した図である。図３は、放電灯駆動装置の構成を示すブロック図であり、図４は、放電灯駆動装置で生成される交流電流及び駆動電流を説明するための図である。
【００３２】
図１に示すように、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を駆動する放電灯駆動部としての放電灯駆動装置２００とを備えている。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。
【００３３】
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、射出光をほぼ並行光にする平行化レンズ１１４とを備えている。主反射鏡１１２と放電灯５００とは、無機接着剤１１６を用いて固定されている。また、主反射鏡１１２の反射面は、図示の構成では、回転楕円形をなす殻の内面形状をなしている。
【００３４】
尚、主反射鏡１１２の反射面の形状は、前記の形状には限定されず、その他、例えば、回転放物形等が挙げられる。また、放電灯５００の発光部を放物面鏡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。
【００３５】
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とを備えている。放電灯本体５１０と副反射鏡５２０とは、無機接着剤５２２により接着されている。また、図示の構成では球形をなす殻の内面が副反射鏡５２０の反射面となっている。
【００３６】
放電灯本体５１０の中央部には、気密的に密閉された放電空間５１２が形成されている。この放電灯本体５１０の少なくとも放電空間５１２に対応する部位は、光透過性を有している。放電灯本体５１０の構成材料としては、例えば、石英ガラス等のガラス、光透過性セラミックス等が挙げられる。
【００３７】
この放電灯本体５１０には、一対の電極６１０、７１０と、一対の接続部材６２０、７２０と、一対の電極端子６３０、７３０とが設けられている。電極６１０と電極端子６３０とは、接続部材６２０により電気的に接続されている。同様に、電極７１０と電極端子７３０とは、接続部材７２０により電気的に接続されている。
【００３８】
各電極６１０、７１０は、放電空間５１２に収納されている。すなわち、各電極６１０、７１０は、その先端部が放電灯本体５１０の放電空間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配置されている。電極６１０と電極７１０との間の最短距離である電極間距離は、１μｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましく、５００μｍ以上１．５ｍｍ以下であることがより好ましい。
【００３９】
図２に示すように、電極６１０は、芯棒６１２と、コイル部６１４と、本体部６１６とを有している。この電極６１０には芯棒６１２に電極材（タングステン等）の線材を巻き付けたコイル部６１４が形成されている。そして、放電灯本体５１０内への封入前の段階において、形成されたコイル部６１４が加熱されて芯棒６１２を溶融することにより本体部６１６が形成される。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も前記電極６１０と同様に、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。
【００４０】
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、後述する条件で放電灯５００を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、また、消灯後も維持される。尚、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。
【００４１】
また、放電空間５１２には、放電媒体が封入されている。放電媒体は、例えば、放電開始用ガス、発光に寄与するガス等を含んでいる。また、放電媒体には、その他のガスが含まれていてもよい。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る。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。また、その他のガスとしては、例えば、黒化を防止する機能を有するガス等が挙げられる。黒化を防止する機能を有するガスとしては、例えば、ハロゲン（例えば、臭素等）、ハロゲン化合物（例えば、臭化水素等）、またはこれらの気化物等が挙げられる。また、放電灯本体５１０内の気圧は、０．１ａｔｍ以上３００ａｔｍ以下であることが好ましく、５０ａｔｍ以上３００ａｔｍ以下であることがより好ましい。
【００４２】
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。そして、放電灯駆動装置２００は、放電灯５００に交流電流（交流電力）を供給する。すなわち、放電灯駆動装置２００は、電極端子６３０、７３０を介して電極６１０、７１０に交流電流を供給することにより放電灯５００に電力を供給する。電極６１０、７１０に交流電流が供給されると、放電空間５１２内の一対の電極６１０、７１０の先端部の間でアーク放電（アークＡＲ）が生じる。アーク放電により発生した光（放電光）は、そのアークＡＲの発生位置（放電位置）から全方向に向かって放射される。
【００４３】
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とにより、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。
【００４４】
次に、放電灯駆動装置２００について説明する。図３に示すように、放電灯駆動装置２００は、高周波数の交流電流を発生する高周波電流発生器３１と、振幅変調器（振幅変調部）３２と、増幅器３３とを備えており、振幅変調した交流電流を駆動電流として放電灯５００の一対の電極６１０、７１０に供給する装置である。
【００４５】
この放電灯駆動装置２００では、高周波電流発生器３１で発生した図４（ａ）に示す交流電流３４を、図４（ｂ）及び、その詳細図（ｃ）に示すように駆動電流が最も小さいＡminと駆動電流が最も大きなＡmaxによって構成される三角波のように形成された包絡線３５が、周期Ｔ（Ｈｚ）の間で繰り返されるように振幅変調部としての振幅変調器３２で振幅変調する。振幅変調された振幅変調波３６の包絡線３５の波形は三角波のように低電流から高電流へと次第に増加する周期波形であり、包絡線３５の波形の一周期が終わる直前に前記駆動電流の振幅が最大となる。そして、その交流電流を増幅器３３で増幅して放電灯駆動用の駆動電流である交流電流を生成し、出力する。放電灯駆動装置２００から出力された交流電流は、駆動電流として放電灯５００の一対の電極６１０、７１０に供給される。
【００４６】
これにより、前述したように、一対の電極６１０、７１０の先端部の間でアーク放電が生じ、放電灯５００が点灯する。ここで、この光源装置１では、後述する条件の駆動電流を用いて放電灯５００を点灯するので、その放電灯５００が点灯している際、電極６１０、７１０の温度が変動し、その変動により、電極６１０、７１０の先端部に、それぞれ突起６１８、７１８が形成され、その突起６１８、７１８を維持することができる。
【００４７】
すなわち、まず駆動電流のＡmaxでは電極６１０、７１０の温度が高くなることで、電極６１０、７１０の先端部の一部が、溶融し、その溶融した電極材が表面張力によって電極６１０、７１０の先端部に集まる。一方、Ａminでは電極６１０、７１０の温度が低くなることで、前記溶融した電極材が凝固する。このような溶融した電極材が電極６１０、７１０の先端部に集まる状態と、前記溶融した電極材が凝固する状態とを繰り返すことで突起６１８、７１８の成長が起こり、これにより、電極間距離を一定の距離に保持することができ、電極間が狭い状態を維持することができる。これにより、放電灯を効率良く駆動することができる。また、高周波数の駆動電流を用いるので、放電灯５００の黒化を防止でき、長寿命化を図ることができる。
【００４８】
ここで、放電灯５００の定格電力は、用途等に応じて適宜設定され、特に限定されないが、１０Ｗ以上５ｋＷ以下であることが好ましく、１００Ｗ以上５００Ｗ以下であることがより好ましい。
【００４９】
また、駆動電流の周波数は、１ｋＨｚ以上１０ＧＨｚ以下であり、１ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下、または、３ＭＨｚ以上１０ＧＨｚ以下であることが好ましく、１ｋＨｚ以上２０ｋＨｚ以下、または、３ＭＨｚ以上３ＧＨｚ以下であることがより好ましい。
【００５０】
電極６１０、７１０が陽極として動作するときは、それぞれ、陰極として動作するときに比べて電極温度が高くなるが、駆動電流の周波数を前記下限値以上に設定することにより、その駆動電流の１周期内における電極温度の変動を防止することができる。しかし、駆動電流の周波数が前記下限値よりも小さいと、その駆動電流の１周期毎に、電極６１０、７１０の温度が変動し、これにより突起６１８、７１８の形成や維持ができなくなり、また、黒化が生じる場合がある。また、前記上限値よりも大きいものは現実性がない。
【００５１】
また、駆動電流の周波数が１００ｋＨｚよりも大きく、３ＭＨｚよりも小さいと、他の条件によっては、音響共鳴効果により放電が不安定となる。また、変調周波数は、１０Ｈｚ以上１ｋＨｚ以下であり、５０Ｈｚ以上８００Ｈｚ以下であることが好ましく、１５０Ｈｚ以上４００Ｈｚ以下であることがより好ましい。変調周波数が前記下限値よりも小さいと、突起６１８、７１８がだれてしまい、また、前記上限値よりも大きいと、突起６１８、７１８が形成されない。
【００５２】
さて、前述したように、放電灯駆動装置２００では、高周波電流発生器３１で発生した図４（ａ）に示す交流電流を、図４（ｂ）及びその詳細図（ｃ）に示すように、駆動電流が最も小さいＡminと駆動電流が最も大きなＡmaxによって構成される包絡線３５が、周期Ｔ（Ｈｚ）の間で繰り返されるように振幅変調器３２で振幅変調している。
【００５３】
そして、振幅変調は放電灯５００に投入する平均電流をＡavg、最小振幅電流をＡmin、最大振幅電力をＡmaxの関係は０＜Ａmin＜Ａavg＜Ａmax＜２Ａavgであることが好ましい。Ａmin及びＡmaxが前記範囲より外れると、他の条件によっては突起６１８、７１８が形成されない。Ａminが０である場合、電極に与える温度変動が大きすぎるため黒化が発生してしまい、Ａmaxが２Ａavg以上の場合、突起が融けすぎてしまい突起が形成されない。
【００５４】
このように駆動電流が振幅変調されていることにより、電極６１０、７１０の温度が変動し、電極６１０、７１０の突起６１８、７１８は溶融と固化とを繰り返す。そして、電極６１０、７１０に突起６１８、７１８をより確実に安定して形成することができ、電極間距離を一定の距離に確実に保持することができる。これにより、放電灯５００内でのアークＡＲの位置も安定することとなり、よって、放電灯５００の点灯時のちらつきが防止され、放電灯５００を効率良く駆動することができる。また、放電灯５００の黒化も防止され、長寿命化を図ることができる。
【００５５】
また、変調周波数は、ＡmaxとＡminとの比Ａmin／Ａmaxと、定格電力等に応じて設定することが好ましい。これにより、より確実に電極６１０、７１０に突起６１８、７１８を形成することができる。すなわち、まずは、Ａmin／Ａmaxが７０％より大きく９０％以下の場合は、変調周波数は、定格電力に応じて下記のように設定することが好ましい。
【００５６】
定格電力が１００Ｗ以上１５０Ｗ未満の場合は、変調周波数は、１００Ｈｚ以上４００Ｈｚ以下であることが好ましい。また、定格電力が１５０Ｗ以上２５０Ｗ未満の場合は、変調周波数は、１００Ｈｚ以上３００Ｈｚ以下であることが好ましい。また、定格電力が２００Ｗ以上３００Ｗ未満の場合は、変調周波数は、１００Ｈｚ以上２５０Ｈｚ以下であることが好ましい。また、定格電力が３００Ｗ以上４００Ｗ未満の場合は、変調周波数は、１００Ｈｚ以上２００Ｈｚ以下であることが好ましい。
【００５７】
また、Ａmin／Ａmaxが４０％より大きく７０％以下の場合は、変調周波数は、定格電力に応じて下記のように設定することが好ましい。定格電力が１００Ｗ以上１５０Ｗ未満の場合は、変調周波数は、１００Ｈｚ以上５００Ｈｚ以下であることが好ましい。また、定格電力が１５０Ｗ以上２５０Ｗ未満の場合は、変調周波数は、１００Ｈｚ以上４００Ｈｚ以下であることが好ましい。また、定格電力が２００Ｗ以上３００Ｗ未満の場合は、変調周波数は、１００Ｈｚ以上３００Ｈｚ以下であることが好ましい。また、定格電力が３００Ｗ以上４００Ｗ未満の場合は、変調周波数は、１００Ｈｚ以上２００Ｈｚ以下であることが好ましい。
【００５８】
また、Ａmin／Ａmaxが０％より大きく４０％以下の場合は、変調周波数は、定格電力に応じて下記のように設定することが好ましい。定格電力が１００Ｗ以上１５０Ｗ未満の場合は、変調周波数は、１００Ｈｚ以上７００Ｈｚ以下であることが好ましい。また、定格電力が１５０Ｗ以上２５０Ｗ未満の場合は、変調周波数は、１００Ｈｚ以上５００Ｈｚ以下であることが好ましい。また、定格電力が２００Ｗ以上３００Ｗ未満の場合は、変調周波数は、１００Ｈｚ以上４００Ｈｚ以下であることが好ましい。また、定格電力が３００Ｗ以上４００Ｗ未満の場合は、変調周波数は、１００Ｈｚ以上３００Ｈｚ以下であることが好ましい。
【００５９】
上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、振幅変調器３２が周波数が１ｋＨｚ以上１０ＧＨｚ以下の交流電流３４を振幅変調する。そして、増幅器３３が、振幅変調器３２により振幅変調した振幅変調波３６を駆動電流として電極６１０、７１０に供給し、放電灯５００を点灯する。振幅変調器３２は、振幅変調波３６の包絡線３５が低電流から高電流へと次第に増加していく三角波のように交流電流３４を振幅変調する。そして、包絡線３５の一周期分の波形は最小電流から最大電流へと直線的に増加することで、放電灯５００の黒化を防止し、長寿命化を図ることができる。また、電極６１０、７１０に突起６１８、７１８が安定して形成され、電極間距離を一定の距離に保持することができる。従って、放電灯５００を効率良く駆動する状態を長期に渡って維持ことができる。
【００６０】
（２）本実施形態によれば、振幅変調波３６の電流は０＜Ａmin＜Ａavg＜Ａmax＜２Aavgに設定している。これにより、高電流により突起が融けすぎずに、電極に突起をより確実に安定して形成することができる。従って、放電灯５００の点灯時のちらつきが防止され、放電灯５００を品質良く駆動させることができる。
【００６１】
（３）本実施形態によれば、包絡線３５の周波数は１０Ｈｚ以上１０００Ｈｚ以下に設定している。従って、電極６１０、７１０に突起６１８、７１８をより確実に安定して形成することができる。
【００６２】
（４）本実施形態によれば、交流電流３４の周波数は、１ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下、または、３ＭＨｚ以上１０ＧＨｚ以下に設定している。従って、音響共鳴効果による放電が不安定になることを防止することができる。その結果、放電灯５００のちらつきを防止することができる。
【００６３】
（５）本実施形態によれば、駆動電流の供給により放電灯５００が点灯している際、電極６１０、７１０の温度が変動し、電極６１０、７１０の先端に突起６１８、７１８が形成される。従って、電極間距離を一定の距離に保持することができる為、放電灯を効率良く駆動することができる。
【００６４】
（６）本実施形態によれば、放電灯５００は、電極６１０、７１０が収納された放電空間を有する放電灯本体５１０を備え、放電空間５１２にガスが封入されている。従って、放電灯５００を明るくすることができる。その結果、放電灯５００を効率良く駆動することができる。
【００６５】
（７）本実施形態によれば、振幅変調波３６の周波数が１ｋＨｚ以上１０ＧＨｚ以下の交流電流であるため、放電灯５００の黒化が防止される。その結果、長寿命化を図ることができる。また、振幅変調器３２は、包絡線３５が低電流から高電流へと次第に増加していく三角波ように交流電流３４を振幅変調し、包絡線３５の一周期分の波形は最小電流から最大電流へと直線的に増加している。これにより、最大電流時に電極６１０、７１０の突起６１８、７１８が融点以上となって融け、その直後にくる最小電流時に融点以下の温度に下がる。このため、融けた突起６１８、７１８が固まる。それにより電極６１０、７１０に突起６１８、７１８が安定して形成され、電極間距離を一定の距離に保持することができる。その結果、放電灯５００を効率良く駆動することができる。放電灯５００の黒化を防止し、長寿命化を図ることができ、また、電極６１０、７１０に突起が安定して形成され、電極間距離を一定の距離に保持することができ、放電灯５００を効率良く駆動することができる。
【００６６】
（第２実施形態）
図５は、放電灯駆動装置で生成される交流電流及び駆動電流を説明するための図である。以下、この図を参照して本発明の光源装置及び放電灯の駆動方法について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。本実施形態は、放電灯駆動装置での振幅変調の態様が異なること以外は前記第１実施形態と同様である。
【００６７】
放電灯駆動装置２００では、高周波電流発生器３１で発生した図５（ａ）に示す交流電流３４を、振幅変調器３２が変調する。図５（ｂ）に示すように、その振幅変調波の包絡線３７は電流振幅の平らな低電流区間ａと、低電流から高電流へと次第に増加していく三角波のように単純増加する波形となっている。また振幅変調波の包絡線３７は最小電流区間から始まり、最小電流から最大電流へと直線的に増加させることを一周期分の波形とする周期波形となっている。
【００６８】
一周期において、増加する電流の傾きは時間とともに増加もしくは同じであることが望ましい。電流が時間とともに増加せずに低くなったり高くなったりを繰り返すと、電極に与える温度変動が大きくなりすぎ、黒化を発生させてしまう。このような電流増加の傾きを持たせることで、実施形態１と同様の効果を発揮することが可能である。
【００６９】
（第３実施形態）
図６は、放電灯駆動装置で生成される交流電流及び駆動電流を説明するための図である。以下、この図を参照して本発明の光源装置及び放電灯の駆動方法について説明する。前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。本実施形態は、放電灯駆動装置での振幅変調の態様が異なること以外は前記第１実施形態と同様である。
【００７０】
放電灯駆動装置２００では、高周波電流発生器３１で発生した図５（ａ）に示す交流電流３４を、振幅変調器３２が変調する。図６（ｂ）に示すように、その振幅変調波の包絡線３８はＡminとＡmaxの間で複数の傾きを持った直線で電流値が増加する波形となっている。また振幅変調波の包絡線３８は最小電流から最大電流へと直線的に増加させることを一周期分の波形とする周期波形となっている。
【００７１】
一周期において、増加する電流の傾きは時間とともに増加することが望ましい。電流が時間とともに増加せずに低くなったり高くなったりを繰り返すと、電極に与える温度変動が大きくなりすぎ、黒化を発生させてしまう。このような電流増加の傾きを持たせることで、実施形態１と同様の効果を発揮することが可能である。
【００７２】
以上、本発明の光源装置及び放電灯の駆動方法を図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。
【実施例】
【００７３】
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
（実施例１）
図１に示され、下記の構成の光源装置を作成した。
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（初期電流値３Ａ）
駆動電流の周波数：５ｋＨｚ
変調周波数Ｔ：３００Ｈｚ
最大電流Ａmax：３．３Ａ
最小電流Ａmin：２．７Ａ
（実施例２〜６）
変調周波数を下記のように変更した以外は、前記実施例１と同様の光源装置を作成した。
変調周波数を５０Ｈｚ、１５０Ｈｚ、５００Ｈｚ、７５０Ｈｚ、９００Ｈｚに設定したものを、それぞれ、実施例２〜６とした。
（実施例７〜８）
Ａmin／Ａmaxを下記のように変更した以外は前記実施例１と同様の光源装置を作成した。Ａmin／Ａmaxを５０％、２０％に設定したものをそれぞれ実施例７〜８とした。
（比較例１）
振幅変調を行わない以外は、前記実施例１と同様の光源装置を作成した。
（比較例２）
駆動電流として、周波数が１５０Ｈｚ、デューティー比が５０％であり、波形が矩形状をなす交流電流（直流交番電流）を用いた以外は、前記実施例１と同様の光源装置を作成した。
（比較例３）
変調周波数を５Ｈｚに変更した以外は、前記実施例１と同様の光源装置を作成した。
（比較例４）
変調周波数を２０００Ｈｚに変更した以外は、前記実施例１と同様の光源装置を作成した。
（比較例５）
Ａmin／Ａmaxを０％にした以外は前記実施例１と同様の光源装置を作成した。
（比較例６）
Ａmin／Ａmaxを９４％にした以外は前記実施例１と同様の光源装置を作成した。
［評価］
実施例１〜８、比較例１〜６に対し、それぞれ、下記のようにして各評価を行った。その結果は、下記表１に示す通りである。
（突起）
点灯開始から５００ｈにおける電極間距離の変動を観察した。
判定は、極間距離に変動がまったくなければ◎、ごく若干（１％以内）の変動であれば○、若干（１０％以内）の変動であれば△、それ以上であれば×とした。
（耐黒化性）
点灯開始から５００ｈ直後に電力の供給を停止し、そのときのランプの赤熱状態を観察した。判定は管壁での赤熱がなければ○、あれば×とした。
【００７４】
【表１】
【００７５】
上記表１から明らかなように、実施例１〜８では、電極の先端に確実に突起が形成され、また、黒化は発生せず、良好な結果が得られた。また、最大電流Ａmax、最小電流Ａminを前記数値範囲を満足する範囲内で変更しても同様の結果が得られた。また、図５、６に示すような制御を行なっても同様の結果が得られた。
【００７６】
これに対し、比較例１では、電極に突起が形成されず、また、比較例２では黒化が生じた。また、比較例３では、電極に形成された突起がだれてしまった。また、比較例４では、電極に突起が形成されなかった。また、比較例５では、黒化が生じるとともに電極に突起も形成されなかった。また、比較例６では、電極に突起が形成されなかった。
【符号の説明】
【００７７】
１…光源装置、３２…振幅変調部としての振幅変調器、３４…交流電流、３５…包絡線、３６…振幅変調波、２００…放電灯駆動部としての放電灯駆動装置、５００…放電灯、６１０，７１０…電極。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
突起を有する一対の電極を備えた放電灯と、
周波数が１ｋＨｚ以上１０ＧＨｚ以下の交流電流を振幅変調し振幅変調波を形成する振幅変調部を有し、前記振幅変調波を駆動電流として前記一対の電極に供給し、前記放電灯を点灯する放電灯駆動部と、を備え、
前記振幅変調波の包絡線の波形は三角波のように低電流から高電流へと次第に増加する周期波形であり、前記三角波の一周期が終わる直前に前記駆動電流の振幅が最大となることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記振幅変調波の平均電流をＡavg、最小振幅電流をＡmin、最大振幅電流をＡmaxとしたとき、
前記振幅変調波の電流は０＜Ａmin＜Ａavg＜Ａmax＜２Ａavgに設定されていることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記振幅変調波の変調周波数は１０Ｈｚ以上１０００Ｈｚ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記交流電流の周波数は、１ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下、または、３ＭＨｚ以上１０ＧＨｚ以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項５】
前記駆動電流の供給により前記放電灯が点灯している際、前記一対の電極の温度が変動し、前記一対の電極の前記突起は溶融と固化とを繰り返すことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項６】
前記放電灯は、前記一対の電極が収納された放電空間を有する放電灯本体を備え、
前記放電空間にはガスが封入されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項７】
周波数が１ｋＨｚ以上１０ＧＨｚ以下の交流電流を振幅変調した振幅変調波を駆動電流として放電灯の一対の電極に供給し、前記放電灯を点灯する放電灯の駆動方法であって、
前記振幅変調波の包絡線の波形は三角波のように低電流から高電流へと次第に増加する周期波形であり、前記三角波の一周期が終わる直前に前記駆動電流の振幅が最大となることを特徴とする放電灯の駆動方法。
【請求項１】
突起を有する一対の電極を備えた放電灯と、
周波数が１ｋＨｚ以上１０ＧＨｚ以下の交流電流を振幅変調し振幅変調波を形成する振幅変調部を有し、前記振幅変調波を駆動電流として前記一対の電極に供給し、前記放電灯を点灯する放電灯駆動部と、を備え、
前記振幅変調波の包絡線の波形は三角波のように低電流から高電流へと次第に増加する周期波形であり、前記三角波の一周期が終わる直前に前記駆動電流の振幅が最大となることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記振幅変調波の平均電流をＡavg、最小振幅電流をＡmin、最大振幅電流をＡmaxとしたとき、
前記振幅変調波の電流は０＜Ａmin＜Ａavg＜Ａmax＜２Ａavgに設定されていることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記振幅変調波の変調周波数は１０Ｈｚ以上１０００Ｈｚ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記交流電流の周波数は、１ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下、または、３ＭＨｚ以上１０ＧＨｚ以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項５】
前記駆動電流の供給により前記放電灯が点灯している際、前記一対の電極の温度が変動し、前記一対の電極の前記突起は溶融と固化とを繰り返すことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項６】
前記放電灯は、前記一対の電極が収納された放電空間を有する放電灯本体を備え、
前記放電空間にはガスが封入されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項７】
周波数が１ｋＨｚ以上１０ＧＨｚ以下の交流電流を振幅変調した振幅変調波を駆動電流として放電灯の一対の電極に供給し、前記放電灯を点灯する放電灯の駆動方法であって、
前記振幅変調波の包絡線の波形は三角波のように低電流から高電流へと次第に増加する周期波形であり、前記三角波の一周期が終わる直前に前記駆動電流の振幅が最大となることを特徴とする放電灯の駆動方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２５６５６２（Ｐ２０１２−２５６５６２Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２９８７６（Ｐ２０１１−１２９８７６）
【出願日】平成２３年６月１０日（２０１１．６．１０）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１０日（２０１１．６．１０）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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