JP5776881B2 - 放電灯点灯装置、プロジェクター及び放電灯点灯方法 - Google Patents

Description

本発明は、放電灯点灯装置、プロジェクター及び放電灯点灯方法に関する。

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などの放電灯（放電ランプ）が使用されている。

放電灯の電極の損傷を抑制するために、特許文献１には、放電灯の電極間を絶縁破壊するための高電圧パルスを印加した後に、電極間に対称的な交流電流を印加する点灯制御装置が開示されている。

特開２００９−９８８５号公報

特許文献１にも記載されているように、放電灯の点灯動作の開始直後には、グロー放電となる期間を経た後にアーク放電となる。グロー放電中には、スパッタリングによって電極材料（タングステンなど）が放電灯の封体に析出する黒化現象が発生しやすくなる。黒化現象が発生すると、黒化した部分が光を吸収して放電灯の温度が上昇し、封体に用いられるガラスなどが溶融し再凝固して、失透現象が発生する原因となる。失透現象が発生すると、放電灯の照度が低下したり、封体が破損しやすくなったりするので、放電灯の長寿命化のためには黒化現象を発生させないことが重要である。

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものである。本発明のいくつかの態様によれば、スパッタリングによる放電灯の黒化現象を抑制できる放電灯点灯装置、プロジェクター及び放電灯点灯方法を提供することができる。

本発明に係る放電灯点灯装置は、第１電極及び第２電極を含む放電灯の前記第１電極と前記第２電極との間を絶縁破壊するための電圧パルスを前記第１電極と前記第２電極との間に印加する電圧パルス印加部と、前記第１電極が陽極となる第１極性期間と前記第２電極が陽極となる第２極性期間を含む交流電圧を前記放電灯に印加する交流電圧印加部と、前記電圧パルス印加部及び前記交流電圧印加部を制御する制御部と、を含み、前記制御部は、前記電圧パルス印加部によって、前記第１電極と前記第２電極との間に前記電圧パルスを印加させる電圧パルス印加処理と、前記電圧パルス印加処理を行った後に、前記交流電圧印加部によって、前記第１極性期間の長さが前記第２極性期間の長さよりも長い前記交流電圧を前記放電灯に印加させる第１制御処理と、前記第１制御処理の後に、前記交流電圧印加部によって、前記第２極性期間の長さが前記第１極性期間の長さよりも長い前記交流電圧を前記放電灯に印加させる第２制御処理と、を行う。

本発明によれば、第１制御処理によって陰極となる第２電極からの放電を速やかにグロー放電からアーク放電へと移行させ、第２制御処理によって陰極となる第１電極からの放電を速やかにグロー放電からアーク放電へと移行させることで、グロー放電となる期間を短くすることができる。したがって、スパッタリングによる放電灯の黒化現象を抑制できる放電灯点灯装置を実現できる。

この放電灯点灯装置は、前記制御部は、前記第２制御処理における前記第２極性期間の長さに対する前記第１極性期間の長さの比が、前記第１制御処理における前記第１極性期間の長さに対する前記第２極性期間の長さの比よりも大きくなるように、前記第１制御処理及び前記第２制御処理を行ってもよい。

これによって、第１制御処理によっては第２電極を速やかに加熱でき、第２制御処理によっては第１制御処理で加熱された第２電極の温度が下がることを抑制しつつ第１電極を加熱できる。したがって、第１電極及び第２電極の両方を速やかに加熱できるので、スパッタリングによる放電灯の黒化現象を抑制できる放電灯点灯装置を実現できる。

この放電灯点灯装置は、前記制御部は、前記第１制御処理及び前記第２制御処理において、前記交流電圧印加部によって、前記第１極性期間と前記第２極性期間との間に、前記第１電極及び前記第２電極のいずれも陽極とならない期間を有する前記交流電圧を印加させてもよい。

これによって、交流電圧の周期を変えずに第１極性期間と第２極性期間の長さを独立に設計できる自由度を大きくすることができる。

この放電灯点灯装置は、前記制御部は、前記第２制御処理の後に、前記交流電圧印加部によって、前記第１極性期間の長さと前記第２極性期間の長さとが等しい前記交流電圧を前記放電灯に印加させる第３制御処理をさらに行ってもよい。

これによって、一方の電極が他方の電極よりも消耗することを抑制できる。

本発明に係るプロジェクターは、これらのいずれかの放電灯点灯装置を含む。

本発明によれば、スパッタリングによる放電灯の黒化現象を抑制できる放電灯点灯装置を含むので、放電灯を長期間使用できるプロジェクターを実現できる。

本発明に係る放電灯点灯方法は、第１電極及び第２電極を含む放電灯を点灯させる放電灯点灯方法であって、前記第１電極と前記第２電極との間を絶縁破壊する絶縁破壊工程と、前記絶縁破壊工程の後に、前記第１電極が陽極となる第１極性期間の長さが、前記第２電極が陽極となる第２極性期間の長さよりも長い交流電圧を前記放電灯に印加する第１工程と、前記第１工程の後に、前記第２極性期間の長さが前記第１極性期間の長さよりも長い交流電圧を前記放電灯に印加する第２工程と、を含む。

本発明によれば、第１工程では陰極となる第２電極からの放電を速やかにグロー放電からアーク放電へと移行させ、第２工程では陰極となる第１電極からの放電を速やかにグロー放電からアーク放電へと移行させることで、グロー放電となる期間を短くすることができる。したがって、スパッタリングによる放電灯の黒化現象を抑制できる放電灯点灯方法を実現できる。

本発明の一実施例としてのプロジェクター５００を示す説明図。 光源装置２００の構成を示す説明図。 本実施形態に係る放電灯点灯装置１の回路図の一例。 図４（Ａ）は、第１電極９２が陽極となる第１極性状態Ｐ１を説明するための図、図４（Ｂ）は第２電極９３が陽極となる第２極性状態Ｐ２を説明するための図。 本実施形態に係る放電灯点灯方法を説明するためのフローチャート。 図６（Ａ）は、第１電極９２と第２電極９３との間に印加される電圧Ｖのタイミングチャート、図６（Ｂ）は、駆動電流Ｉのタイミングチャート。 図７（Ａ）は、図６（Ａ）で示されるタイミングチャートの後の第１電極９２と第２電極９３との間に印加される電圧Ｖのタイミングチャート、図７（Ｂ）は、図６（Ｂ）で示されるタイミングチャートの後の駆動電流Ｉのタイミングチャート。 図８（Ａ）は、図７（Ａ）で示されるタイミングチャートの後の第１電極９２と第２電極９３との間に印加される電圧Ｖのタイミングチャート、図８（Ｂ）は、図７（Ｂ）で示されるタイミングチャートの後の駆動電流Ｉのタイミングチャート。 変形例における第１電極９２と第２電極９３との間に印加される電圧Ｖのタイミングチャート。 本実施の形態に係るプロジェクターの回路構成の一例を示す図。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

１．プロジェクターの光学系
図１は、本発明の一実施例としてのプロジェクター５００を示す説明図である。プロジェクター５００は、光源装置２００と、平行化レンズ３０５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とを有している。

光源装置２００は、光源ユニット２１０と、放電灯点灯装置１と、を有している。光源ユニット２１０は、主反射鏡１１２と副反射鏡５０と放電灯９０とを有している。放電灯点灯装置１は、放電灯９０に電力を供給して、放電灯９０を点灯させる。主反射鏡１１２は、放電灯９０から放出された光を、照射方向Ｄに向けて反射する。照射方向Ｄは、光軸ＡＸと平行である。光源ユニット２１０からの光は、平行化レンズ３０５を通過して照明光学系３１０に入射する。この平行化レンズ３０５は、光源ユニット２１０からの光を、平行化する。

照明光学系３１０は、光源装置２００からの光の照度を液晶ライトバルブ３３０Ｒ、３３０Ｇ、３３０Ｂにおいて均一化する。また、照明光学系３１０は、光源装置２００からの光の偏光方向を一方向に揃える。この理由は、光源装置２００からの光を液晶ライトバルブ３３０Ｒ、３３０Ｇ、３３０Ｂで有効に利用するためである。照度分布と偏光方向とが調整された光は、色分離光学系３２０に入射する。色分離光学系３２０は、入射光を、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３つの色光に分離する。３つの色光は、各色に対応付けられた液晶ライトバルブ３３０Ｒ、３３０Ｇ、３３０Ｂによって、それぞれ変調される。液晶ライトバルブ３３０Ｒ、３３０Ｇ、３３０Ｂは、液晶パネル５６０Ｒ、５６０Ｇ、５６０Ｂと、液晶パネル５６０Ｒ、５６０Ｇ、５６０Ｂのそれぞれの光入射側及び出射側に配置される偏光板を備える。変調された３つの色光は、クロスダイクロイックプリズム３４０によって合成される。合成光は、投写光学系３５０に入射する。投写光学系３５０は、入射光を、図示しないスクリーンに投写する。これにより、スクリーン上には画像が表示される。

なお、平行化レンズ３０５と、照明光学系３１０と、色分離光学系３２０と、クロスダイクロイックプリズム３４０と、投写光学系３５０とのそれぞれの構成としては、周知の種々の構成を採用可能である。

図２は、光源装置２００の構成を示す説明図である。光源装置２００は、光源ユニット２１０と放電灯点灯装置１とを有している。図中には、光源ユニット２１０の断面図が示されている。光源ユニット２１０は、主反射鏡１１２と放電灯９０と副反射鏡５０とを有している。

放電灯９０の形状は、第１端部９０ｅ１から第２端部９０ｅ２まで、照射方向Ｄに沿って延びる棒形状である。放電灯９０の材料は、例えば、石英ガラス等の透光性材料である。放電灯９０の中央部は球状に膨らんでおり、その内には、放電空間９１が形成されている。放電空間９１内には、希ガス、金属ハロゲン化合物等を含む放電媒体であるガスが封入されている。

また、放電空間９１内には、第１電極９２及び第２電極９３が、放電灯９０から突き出している。第１電極９２は、放電空間９１の第１端部９０ｅ１側に配置され、第２電極９３は、放電空間９１の第２端部９０ｅ２側に配置されている。第１電極９２及び第２電極９３の形状は、光軸ＡＸに沿って延びる棒形状である。放電空間９１内では、第１電極９２及び第２電極９３の電極先端部（「放電端」とも呼ぶ）が、所定距離だけ離れて向かい合っている。なお、第１電極９２及び第２電極９３の材料は、例えば、タングステン等の金属である。

放電灯９０の第１端部９０ｅ１には、第１端子５３６が設けられている。第１端子５３６と第１電極９２とは、放電灯９０の内部を通る導電性部材５３４によって電気的に接続されている。同様に、放電灯９０の第２端部９０ｅ２には、第２端子５４６が設けられている。第２端子５４６と第２電極９３とは、放電灯９０の内部を通る導電性部材５４４によって電気的に接続されている。第１端子５３６及び第２端子５４６の材料は、例えば、タングステン等の金属である。また、各導電性部材５３４、５４４としては、例えば、モリブデン箔が利用される。

第１端子５３６及び第２端子５４６は、放電灯点灯装置１に接続されている。放電灯点灯装置１は、第１端子５３６及び第２端子５４６に、交流電流を供給する。その結果、第１電極９２及び第２電極９３の間でアーク放電が起きる。アーク放電により発生した光（放電光）は、破線の矢印で示すように、放電位置から全方向に向かって放射される。

放電灯９０の第１端部９０ｅ１には、固定部材１１４によって、主反射鏡１１２が固定されている。主反射鏡１１２の反射面（放電灯９０側の面）の形状は、回転楕円形状である。主反射鏡１１２は、放電光を照射方向Ｄに向かって反射する。なお、主反射鏡１１２の反射面の形状としては、回転楕円形状に限らず、放電光を照射方向Ｄに向かって反射するような種々の形状を採用可能である。例えば、回転放物線形状を採用してもよい。この場合は、主反射鏡１１２は、放電光を、光軸ＡＸにほぼ平行な光に変換することができる。したがって、平行化レンズ３０５を省略することができる。

放電灯９０の第２端部９０ｅ２側には、固定部材５２２によって、副反射鏡５０が固定されている。副反射鏡５０の反射面（放電灯９０側の面）の形状は、放電空間９１の第２端部９０ｅ２側を囲む球面形状である。副反射鏡５０は、放電光を、主反射鏡１１２に向かって反射する。これにより、放電空間９１から放射される光の利用効率を高めることができる。

なお、固定部材１１４、５２２の材料としては、放電灯９０の発熱に耐える任意の耐熱材料（例えば、無機接着剤）を採用可能である。また、主反射鏡１１２及び副反射鏡５０と放電灯９０との配置を固定する方法としては、主反射鏡１１２及び副反射鏡５０を放電灯９０に固定する方法に限らず、任意の方法を採用可能である。例えば、放電灯９０と主反射鏡１１２とを、独立に、プロジェクターの筐体（図示せず）に固定してもよい。副反射鏡５０についても同様である。

２．本実施形態に係る放電灯点灯装置及び放電灯点灯方法
２−１．放電灯点灯装置の構成
図３は、本実施形態に係る放電灯点灯装置１の回路図の一例である。本実施形態に係る放電灯点灯装置１は、電圧パルス印加部１０と、交流電圧印加部２０と、制御部３０とを含んで構成されている。

電圧パルス印加部１０は、第１電極９２及び第２電極９３を含む放電灯９０の第１電極９２と第２電極９３との間を絶縁破壊するための電圧パルスを第１電極９２と第２電極９３との間に印加する。すなわち、電圧パルス印加部１０は、放電灯９０の点灯開始時に放電灯９０の電極間を絶縁破壊して放電路を形成するために必要な高電圧（放電灯９０の通常点灯時よりも高い電圧）を放電灯９０の電極間に供給する。

図３に示される例では、電圧パルス印加部１０は、ダイオード１１と、コンデンサー１２と、トランス１３と、スイッチ素子１４とを含んで構成されている。スイッチ素子１４は、例えばトランジスターで構成されていてもよい。図３に示される例では、ダイオード１１のアノード端子は、トランス１３の２次側巻線Ｌ２を介して放電灯９０の第１電極９２と接続されるように構成されている。また、ダイオード１１のカソード端子は、トランス１３の１次側巻線Ｌ１とスイッチ素子１４とを介して放電灯９０の第２電極９３と接続されるとともに、コンデンサー１２を介して放電灯９０の第２電極９３と接続されるように構成されている。また、スイッチ素子１４の制御端子には制御部３０から電圧パルス印加制御信号Ｓ１が入力されてスイッチ素子１４のＯＮ／ＯＦＦ状態が制御される。

図３に示される電圧パルス印加部１０では、以下の動作によって電圧パルスが発生する。まずスイッチ素子１４をＯＦＦ状態として、ダイオード１１を介してコンデンサー１２に電荷を蓄積する。次にスイッチ素子１４をＯＮ状態とすることでコンデンサー１２及びトランス１３の１次側巻線Ｌ１とで直列共振回路が形成される。これによって、コンデンサー１２に蓄積された電荷がトランス１３の１次側巻線Ｌ１に流れこみ、トランス１３の２次側巻線Ｌ２に高電圧の減衰振動となる電圧パルスが発生する。発生した電圧パルスが放電灯９０の第１電極９２と第２電極９３との間に印加されることによって、第１電極９２と第２電極９３との間が絶縁破壊される。

交流電圧印加部２０は、第１電極９２が陽極となる第１極性期間と第２電極９３が陽極となる第２極性期間を含む交流電圧を放電灯９０に印加する。図３に示される例では、交流電圧印加部２０は、電力生成回路２２と極性反転回路２４とを含んで構成されている。

電力生成回路２２は、放電灯９０に供給する駆動電力を生成する。図３に示される例では、電力生成回路２２は、直流電源８０を入力とし、当該入力電圧を降圧するダウンチョッパー回路で構成されている。また、電力生成回路２２は、直流電流Ｉｄを出力する。

図３に示される例では、電力生成回路２２は、スイッチ素子２２１、ダイオード２２２、コイル２２３及びコンデンサー２２４を含んで構成されている。スイッチ素子２２１は、例えばトランジスターで構成されていてもよい。図３に示される例では、スイッチ素子２２１の一端は直流電源８０の正電圧側に接続され、他端はダイオード２２２のカソード端子及びコイル２２３の一端に接続されている。また、コイル２２３の他端にはコンデンサー２２４の一端が接続され、コンデンサー２２４の他端はダイオード２２２のアノード端子及び直流電源８０の負電圧側に接続されている。スイッチ素子２２１の制御端子には制御部３０から電力制御信号Ｓ２が入力されてスイッチ素子２２１のＯＮ／ＯＦＦ状態が制御される。電力制御信号Ｓ２には、例えばＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御信号が用いられてもよい。

電力生成回路２２において、スイッチ素子２２１をＯＮ状態とすると、コイル２２３に電流が流れ、コイル２２３にエネルギーが蓄えられる。その後、スイッチ素子２２１をＯＦＦ状態とすると、コイル２２３に蓄えられたエネルギーがコンデンサー２２４とダイオード２２２とを通る経路で放出される。その結果、スイッチ素子２２１をＯＮ状態とする時間の割合に応じた直流電流Ｉｄが発生する。

極性反転回路２４は、電力生成回路２２から出力される直流電流Ｉｄを入力し、所与のタイミングで極性反転することにより、放電灯９０の第１電極９２と第２電極９３との間に交流電圧を印加する。また、極性反転回路２４は、制御された時間だけ継続する直流であったり、任意の周波数をもつ交流であったりする駆動電流Ｉを生成出力する。本実施形態においては、極性反転回路２４はインバーターブリッジ回路（フルブリッジ回路）で構成されている。

図３に示される例では、極性反転回路２４は、４つのスイッチ素子２４１〜２４４を含んで構成されている。極性反転回路２４は、直列接続されたスイッチ素子２４１及びスイッチ素子２４２と、直列接続されたスイッチ素子２４３及び２４４とを、互いに並列接続して構成されている。スイッチ素子２４１〜２４４の制御端子には、それぞれ制御部３０から極性反転制御信号Ｃ１〜Ｃ４が入力され、スイッチ素子２４１〜２４４のＯＮ／ＯＦＦ状態が制御される。

極性反転回路２４は、スイッチ素子２４１及びスイッチ素子２４４と、スイッチ素子２４２及びスイッチ素子２４３を交互にＯＮ／ＯＦＦを繰り返すことにより、電力生成回路２２から出力される直流電流Ｉｄの極性を交互に反転し、スイッチ素子２４１及びスイッチ素子２４２の共通接続点とスイッチ素子２４３及びスイッチ素子２４４の共通接続点との間に交流電圧を発生させる。

すなわち、スイッチ素子２４１及びスイッチ素子２４４がＯＮ状態の時にはスイッチ素子２４２及びスイッチ素子２４３をＯＦＦ状態とし、スイッチ素子２４１及びスイッチ素子２４４がＯＦＦ状態の時にはスイッチ素子２４２及びスイッチ素子２４３をＯＮ状態となるように制御する。したがって、スイッチ素子２４１及びスイッチ素子２４４がＯＮ状態の時には、コンデンサー２２４の一端からスイッチ素子２４１、放電灯９０、スイッチ素子２４４の順に流れる駆動電流Ｉが発生する。また、スイッチ素子２４２及びスイッチ素子２４３がＯＮ状態の時には、コンデンサー２２４の一端からスイッチ素子２４３、放電灯９０、スイッチ素子２４２の順に流れる駆動電流Ｉが発生する。

制御部３０は、電圧パルス印加部１０及び交流電圧印加部２０を制御する。図３に示される例では、制御部３０は、電圧パルス印加制御手段３１、電力制御手段３２及び極性反転制御手段３３を含んで構成されている。

電圧パルス印加制御手段３１は、電圧パルス印加部１０のスイッチ素子１４に電圧パルス印加制御信号Ｓ１を出力することによって電圧パルス印加部１０を制御する。

電力制御手段３２は、電力生成回路２２のスイッチ素子２２１に電力制御信号Ｓ２を出力することによって電力生成回路２２を制御する。

極性反転制御手段３３は、極性反転回路２４のスイッチ素子２４１〜２４４に極性反転制御信号Ｃ１〜Ｃ４を出力することによって極性反転回路２４を制御する。

なお、制御部３０は、その一部又は全てを半導体集積回路で構成してもよい。また、制御部３０は、専用回路により実現して前述された制御や後述される処理の各種制御を行うようにすることもできるが、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）が記憶部（不図示）に記憶された制御プログラムを実行することによりコンピューターとして機能し、これらの処理の各種制御を行うようにすることもできる。

放電灯点灯装置１は、電流測定用の抵抗４０を含んでいてもよい。図３に示される例では、抵抗４０は、放電灯９０と直列に接続されるように構成されている。抵抗４０の両端に発生する電位差を測定することによって、放電灯９０の駆動電流Ｉを測定することができる。

放電灯点灯装置１は、電圧検出手段３４を含んで構成されていてもよい。図３に示される例では、電圧検出手段３４は、制御部３０の一部として構成されている。また、電圧検出手段３４は、ダイオード１１のアノード端子の電位Ｖ１と、抵抗４０の両端の電位Ｖ２及びＶ３を検出している。電位Ｖ１と電位Ｖ３との差によって放電灯９０の駆動電圧Ｖｌａを測定することができる。また、電位Ｖ２と電位Ｖ３との差によって放電灯９０の駆動電流Ｉを測定することができる。

２−２．グロー放電からアーク放電までの電極の状態
図４（Ａ）は、第１電極９２が陽極となる第１極性状態Ｐ１を説明するための図、図４（Ｂ）は第２電極９３が陽極となる第２極性状態Ｐ２を説明するための図である。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）には、第１電極９２及び第２電極９３の先端部分が示されている。第１電極９２の先端には突起５５２ｐが、第２電極９３の先端には突起５６２ｐがそれぞれ設けられている。放電は、これらの突起５５２ｐ、５６２ｐの間で生じる。第１電極９２及び第２電極９３の先端に突起を設けることによって、突起が無い場合と比べて、第１電極９２及び第２電極９３における放電位置（アーク位置）の移動を抑えることができる。ただし、このような突起を省略してもよい。

図４（Ａ）は、第１電極９２が陽極として動作し、第２電極９３が陰極として動作する第１極性状態Ｐ１を示している。電圧パルス印加部１０によって第１電極９２と第２電極９３との間が絶縁破壊された後の第１極性状態Ｐ１では、グロー放電によって、第１電極９２（陽極）から第２電極９３（陰極）へ陽イオン（放電灯９０に封入されている放電媒体であるガスに含まれる金属イオンなど）が移動し、第２電極９３（陰極）の先端に衝突する。陽イオンの衝突によって、第２電極９３（陰極）の材料（タングステンなど）の一部が削り取られるスパッタリングが発生する。また、陽イオンの衝突によって熱が生じ、第２電極９３（陰極）の先端の温度が上昇する。第２電極９３（陰極）の温度が上がり、第２電極９３（陰極）から熱電子放出が始まることで、グロー放電からアーク放電へと移行する。

図４（Ｂ）は、第２電極９３が陽極として動作し、第１電極９２が陰極として動作する第２極性状態Ｐ２を示している。電圧パルス印加部１０によって第２電極９３と第１電極９２との間が絶縁破壊された後の第２極性状態Ｐ２では、グロー放電によって、第２電極９３（陽極）から第１電極９２（陰極）へ陽イオンが移動し、第１電極９２（陰極）の先端に衝突する。陽イオンの衝突によって、第１電極９２（陰極）の材料の一部が削り取られるスパッタリングが発生する。また、陽イオンの衝突によって熱が生じ、第１電極９２（陰極）の先端の温度が上昇する。第１電極９２（陰極）の温度が上がり、第１電極９２（陰極）から熱電子放出が始まることで、グロー放電からアーク放電へと移行する。

２−３．放電灯点灯方法、及び、放電灯点灯装置の制御例
図５は、本実施形態に係る放電灯点灯方法を説明するためのフローチャートである。

本実施形態に係る放電灯点灯方法は、第１電極９２及び第２電極９３を含む放電灯９０を点灯させる放電灯点灯方法であって、第１電極９２と第２電極９３との間を絶縁破壊する絶縁破壊工程（ステップＳ１００）と、絶縁破壊工程（ステップＳ１００）の後に、第１電極９２が陽極となる第１極性期間が、第２電極９３が陽極となる第２極性期間よりも長い交流電圧を放電灯９０に印加する第１工程（ステップＳ１０２）と、第１工程（ステップＳ１０２）の後に、第２極性期間が第１極性期間よりも長い交流電圧を放電灯９０に印加する第２工程（ステップＳ１０４）と、を含む。

以下では、放電灯点灯装置１を用いて本実施形態に係る放電灯点灯方法を実現するための放電灯点灯装置１の制御例について説明する。

図６（Ａ）は、第１電極９２と第２電極９３との間に印加される電圧Ｖのタイミングチャート、図６（Ｂ）は、駆動電流Ｉのタイミングチャートである。図６（Ａ）の横軸は時間、縦軸は第１電極９２と第２電極９３との間に印加される電圧Ｖを表す。図６（Ｂ）の横軸は時間、縦軸は駆動電流Ｉを表す。また、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）において、後述される電圧パルス印加処理が行われる期間を電圧パルス印加期間、後述される第１制御処理が行われる期間を第１制御処理期間とする。

図５のフローチャートに示されるように、本実施形態に係る放電灯点灯方法は、まず、絶縁破壊工程（ステップＳ１００）を行う。放電灯点灯装置１においては、制御部３０が、電圧パルス印加部１０によって、第１電極９２と第２電極９３との間に電圧パルスを印加させる電圧パルス印加処理を行う。

電圧パルス印加処理において、制御部３０は、まず、極性反転制御手段３３によって、スイッチ素子２４１及びスイッチ素子２４４をＯＦＦ状態、スイッチ素子２４２及びスイッチ素子２４３をＯＮ状態とし、電圧パルス印加制御手段３１によって、スイッチ素子１４をＯＦＦ状態とする。これによって、コンデンサー１２に電荷が蓄えられる。次に、制御部３０は、図６（Ａ）における時刻ｔ０において、電圧パルス印加制御手段３１によって、スイッチ素子１４をＯＮ状態とする。これによって、図６（Ａ）の電圧パルス印加期間に示される高電圧の電圧パルスが第１電極９２と第２電極９３との間に印加される。これによって、第１電極９２と第２電極９３との間を絶縁破壊する。

図５のフローチャートに示されるように、本実施形態に係る放電灯点灯方法は、絶縁破壊工程（ステップＳ１００）の後に、第１電極９２が陽極となる第１極性期間が、第２電極９３が陽極となる第２極性期間よりも長い交流電圧を放電灯９０に印加する第１工程（ステップＳ１０２）を行う。放電灯点灯装置１においては、制御部３０が、電圧パルス印加処理を行った後に、交流電圧印加部２０によって、第１極性期間が第２極性期間よりも長い交流電圧を放電灯９０に印加させる第１制御処理を行う。

第１極性期間において、制御部３０は、電力制御手段３２によって電力生成回路２２の出力電圧の値をＥで一定となるように制御した状態で、極性反転制御手段３３によって、スイッチ素子２４１及びスイッチ素子２４４をＯＦＦ状態、スイッチ素子２４２及びスイッチ素子２４３をＯＮ状態とする。第２極性期間において、制御部３０は、電力制御手段３２によって電力生成回路２２の出力電圧の値をＥで一定となるように制御した状態で、極性反転制御手段３３によって、スイッチ素子２４１及びスイッチ素子２４４をＯＮ状態、スイッチ素子２４２及びスイッチ素子２４３をＯＦＦ状態とする。極性反転制御手段３３がスイッチ素子２４１〜２４４の状態を切り替えるタイミングを制御することによって、交流電圧印加部２０によって、第１極性期間が第２極性期間よりも長い交流電圧を放電灯９０に印加させることができる。

図６（Ａ）に示される例では、時刻ｔ１から時刻ｔ２まで、時刻ｔ３から時刻ｔ４まで、時刻ｔ５から時刻ｔ６まで、時刻ｔ７から時刻ｔ８までが第２極性期間、時刻ｔ２から時刻ｔ３まで、時刻ｔ４から時刻ｔ５まで、時刻ｔ６から時刻ｔ７まで、時刻ｔ８から時刻ｔ９までが第１極性期間となっている。

また、図６（Ａ）に示される例では、第１極性期間の長さは第２極性期間の長さの４倍程度となっている。なお、第１極性期間の長さ及び第２極性期間の長さは、放電灯９０の仕様に応じて実験的に決定することができる。

図６（Ｂ）に示されるように、駆動電流Ｉは、第１極性期間と第２極性期間とで逆向きの電流となる。図６（Ｂ）に示される例では、第１極性期間においても第２極性期間においても、時間とともに駆動電流Ｉの絶対値が増加している。本実施形態に係る放電灯点灯装置１においては、トランス１３の２次側巻線Ｌ２の影響によって、電圧Ｖの変化よりも遅れて駆動電流Ｉが変化するからである。

また、図６（Ｂ）に示されるように、第１極性期間における駆動電流Ｉの絶対値の最大値は、時間的に後の第１極性期間ほど大きくなっている。「２−２．グロー放電からアーク放電までの電極の状態」の項で説明したとおり、第１極性期間では第２電極９３の温度が上がり、第２電極９３から熱電子の放出が始まるため、駆動電流Ｉは大きくなる。

一方、図６（Ｂ）に示されるように、第２極性期間の長さは短いため、第２極性期間における駆動電流Ｉの絶対値の最大値は大きく変化していない。

すなわち、第１制御処理においては、第２電極９３を積極的に温めるように制御することによって、第２電極９３からの放電を速やかにグロー放電からアーク放電へと移行させている。また、第２極性期間の長さは短いため、スパッタリングによる悪影響は小さい。

図７（Ａ）は、図６（Ａ）で示されるタイミングチャートの後の第１電極９２と第２電極９３との間に印加される電圧Ｖのタイミングチャート、図７（Ｂ）は、図６（Ｂ）で示されるタイミングチャートの後の駆動電流Ｉのタイミングチャートである。図７（Ａ）の横軸は時間、縦軸は第１電極９２と第２電極９３との間に印加される電圧Ｖを表す。図７（Ｂ）の横軸は時間、縦軸は駆動電流Ｉを表す。また、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）において、後述される第２制御処理が行われる期間を第２制御処理期間とする。

図５のフローチャートに示されるように、本実施形態に係る放電灯点灯方法は、第１工程（ステップＳ１０２）の後に、第２極性期間が第１極性期間よりも長い交流電圧を放電灯９０に印加する第２工程（ステップＳ１０４）を行う。放電灯点灯装置１においては、制御部３０が、第１制御処理を行った後に、交流電圧印加部２０によって、第２極性期間が第１極性期間よりも長い交流電圧を放電灯９０に印加させる第２制御処理を行う。

本実施形態に係る放電灯点灯装置１においては、極性反転制御手段３３がスイッチ素子２４１〜２４４の状態を切り替えるタイミングを制御することによって、交流電圧印加部２０によって、第２極性期間の長さがが第１極性期間の長さよりも長い交流電圧を放電灯９０に印加させることができる。

図７（Ａ）に示される例では、時刻ｔ１１から時刻ｔ１２まで、時刻ｔ１３から時刻ｔ１４まで、時刻ｔ１５から時刻ｔ１６までが第２極性期間、時刻ｔ１２から時刻ｔ１３まで、時刻ｔ１４から時刻ｔ１５まで、時刻ｔ１６から時刻ｔ１７までが第１極性期間となっている。

また、図７（Ａ）に示される例では、第２極性期間の長さは第１極性期間の長さの３倍程度となっている。なお、第１極性期間の長さ及び第２極性期間の長さは、放電灯９０の仕様に応じて実験的に決定することができる。

図７（Ｂ）に示されるように、第２極性期間における駆動電流Ｉの絶対値の最大値は、時間的に後の第２極性期間ほど大きくなっている。「２−２．グロー放電からアーク放電までの電極の状態」の項で説明したとおり、第２極性期間では第１電極９２の温度が上がり、第１電極９２から熱電子の放出が始まるため、駆動電流Ｉは大きくなる。

一方、図７（Ｂ）に示されるように、第１極性期間の長さは短いため、第１極性期間における駆動電流Ｉの絶対値の最大値は大きく変化していない。

すなわち、第２制御処理においては、第１電極９２を積極的に温めるように制御することによって、第１電極９２からの放電を速やかにグロー放電からアーク放電へと移行させている。

本実施形態に係る放電灯点灯装置１によれば、第１制御処理によって陰極となる第２電極９３からの放電を速やかにグロー放電からアーク放電へと移行させ、第２制御処理によって陰極となる第１電極９２からの放電を速やかにグロー放電からアーク放電へと移行させることで、第１電極９２と第２電極９３とに対称的な交流電圧を印加する場合に比べてグロー放電となる期間を短くすることができる。したがって、スパッタリングによる放電灯９０の黒化現象を抑制できる放電灯点灯装置を実現できる。

また、本実施形態に係る放電灯点灯方法によれば、第１工程では陰極となる第２電極９３からの放電を速やかにグロー放電からアーク放電へと移行させ、第２工程では陰極となる第１電極９２からの放電を速やかにグロー放電からアーク放電へと移行させることで、グロー放電となる期間を短くすることができる。したがって、スパッタリングによる放電灯の黒化現象を抑制できる放電灯点灯方法を実現できる。

なお、放電灯９０のうち、より温まりやすい電極を第２電極９３とすることが好ましい。例えば、図２に示されるような光源装置２００の場合には、主反射鏡１１２に近い側の電極よりも主反射鏡から遠い側の電極の方が、実質的な熱容量が小さくなるので温まりやすい。したがって、本実施形態においても、主反射鏡１１２に近い側を第１電極９２とし、主反射鏡１１２から遠い側を第２電極９３としている。より温まりやすい電極を第１工程で加熱することにより、より速やかにアーク放電へと移行させることができる。

本実施形態に係る放電灯点灯方法において、第２工程（ステップＳ１０４）における第２極性期間の長さに対する第１極性期間の長さの比が、第１工程（ステップＳ１０２）における第１極性期間の長さに対する第２極性期間の長さの比よりも大きくなるように、第１工程（ステップＳ１０２）及び第２工程（ステップＳ１０４）を行ってもよい。本実施形態に係る放電灯点灯装置１においては、制御部３０が、第２制御処理における第２極性期間の長さに対する第１極性期間の長さの比が、第１制御処理における第１極性期間の長さに対する第２極性期間の長さの比よりも大きくなるように、第１制御処理及び第２制御処理を行ってもよい。

図６（Ｂ）及び図７（Ｂ）に示される例では、第２制御処理における第２極性期間の長さに対する第１極性期間の長さの比は１／３、第１制御処理における第１極性期間の長さに対する第２極性期間の長さの比は１／４となっている。

制御部３０がこのような制御を行うことによって、第１制御処理によっては第２電極９３を速やかに加熱でき、第２制御処理によっては第１制御処理で加熱された第２電極９３の温度が下がることを抑制しつつ第１電極９２を加熱できる。したがって、第１電極９２及び第２電極９３の両方を速やかに加熱できるので、スパッタリングによる放電灯の黒化現象を抑制できる放電灯点灯装置を実現できる。

本実施形態に係る放電灯点灯方法において、第２工程（ステップＳ１０４）の後に、第１極性期間の長さと第２極性期間の長さとが等しい交流電圧を放電灯に印加する第３工程をさらに行ってもよい。本実施形態に係る放電灯点灯装置１においては、制御部３０が、第２制御処理の後に、交流電圧印加部２０によって、第１極性期間の長さと第２極性期間の長さとが等しい交流電圧を放電灯９０に印加させる第３制御処理をさらに行ってもよい。

図８（Ａ）は、図７（Ａ）で示されるタイミングチャートの後の第１電極９２と第２電極９３との間に印加される電圧Ｖのタイミングチャート、図８（Ｂ）は、図７（Ｂ）で示されるタイミングチャートの後の駆動電流Ｉのタイミングチャートである。図８（Ａ）の横軸は時間、縦軸は第１電極９２と第２電極９３との間に印加される電圧Ｖを表す。図８（Ｂ）の横軸は時間、縦軸は駆動電流Ｉを表す。

本実施形態に係る放電灯点灯装置１においては、極性反転制御手段３３がスイッチ素子２４１〜２４４の状態を切り替えるタイミングを制御することによって、交流電圧印加部２０によって、第１極性期間の長さと第２極性期間の長さとが等しい交流電圧を放電灯９０に印加させることができる。

図８（Ａ）に示される例では、時刻ｔ２１から時刻ｔ２２まで、時刻ｔ２３から時刻ｔ２４まで、時刻ｔ２５から時刻ｔ２６までが第２極性期間、時刻ｔ２２から時刻ｔ２３まで、時刻ｔ２４から時刻ｔ２５まで、時刻ｔ２６から時刻ｔ２７までが第１極性期間となっている。なお、第１極性期間の長さ及び第２極性期間の長さは、放電灯９０の仕様に応じて実験的に決定することができる。

図８（Ｂ）に示されるように、第１極性期間における駆動電流Ｉの絶対値の最大値と第２極性期間における駆動電流Ｉの絶対値の最大値は同程度となっている。

制御部３０が第３制御処理を行うことによって、放電灯９０の一方の電極が他方の電極よりも消耗することを抑制できる。

２−４．放電灯点灯方法、及び、放電灯点灯装置の制御例の変形例
本実施形態に係る放電灯点灯方法は、第１工程（ステップＳ１０２）及び第２工程（ステップＳ１０４）において、第１極性期間と第２極性期間との間に、第１電極９２及び第２電極９３のいずれも陽極とならない期間を有する交流電圧を印加してもよい。本実施形態に係る放電灯点灯装置１においては、制御部３０が、第１制御処理及び第２制御処理において、交流電圧印加部２０によって、第１極性期間と第２極性期間との間に、第１電極及び第２電極のいずれも陽極とならない期間を有する交流電圧を印加させてもよい。

図９は、変形例における第１電極９２と第２電極９３との間に印加される電圧Ｖのタイミングチャートである。図９の横軸は時間、縦軸は第１電極９２と第２電極９３との間に印加される電圧Ｖを表す。

図９に示される例では、第１制御期間及び第２制御期間において、第２極性期間と、第２極性期間の後の第１極性期間との間に、第１電極及び第２電極のいずれも陽極とならない無極性期間を有している。なお、図９には示されていないが、第１制御期間及び第２制御期間において、第１極性期間と、第１極性期間の後の第２極性期間との間にも、第１電極及び第２電極のいずれも陽極とならない無極性期間を有している。また、図９に示されるように、制御部３０は、第３制御期間においても、第１極性期間と第２極性期間との間に無極性期間を有するように交流電圧印加部２０を制御してもよい。

無極性期間において、制御部３０は、極性反転制御手段３３によって、スイッチ素子２４１〜２４４をＯＦＦ状態とする。

制御部３０が、無極性期間を有するように交流電圧印加部２０を制御することによって、交流電圧の周期を変えずに第１極性期間と第２極性期間の長さを独立に設計できる自由度を大きくすることができる。また、極性反転回路２４において、スイッチ素子２４１及びスイッチ素子２４２を貫通する貫通電流や、スイッチ素子２４３及びスイッチ素子２４４を貫通する貫通電流が流れるリスクを低減できる。

３．プロジェクターの回路構成
図１０は、本実施の形態に係るプロジェクターの回路構成の一例を示す図である。プロジェクター５００は、先に説明した光学系の他に、画像信号変換部５１０、直流電源装置８０、液晶パネル５６０Ｒ、５６０Ｇ、５６０Ｂ、画像処理装置５７０を含む。

画像信号変換部５１０は、外部から入力された画像信号５０２（輝度−色差信号やアナログＲＧＢ信号など）を所定のワード長のデジタルＲＧＢ信号に変換して画像信号５１２Ｒ、５１２Ｇ、５１２Ｂを生成し、画像処理装置５７０に供給する。

画像処理装置５７０は、３つの画像信号５１２Ｒ、５１２Ｇ、５１２Ｂに対してそれぞれ画像処理を行い、液晶パネル５６０Ｒ、５６０Ｇ、５６０Ｂをそれぞれ駆動するための駆動信号５７２Ｒ、５７２Ｇ、５７２Ｂを出力する。

直流電源装置５２０は、外部の交流電源６００から供給される交流電圧を一定の直流電圧に変換し、トランス（図示しないが、直流電源装置５２０に含まれる）の２次側にある画像信号変換部５１０、画像処理装置５７０及びトランスの１次側にある放電灯点灯装置１に直流電圧を供給する。

液晶パネル５６０Ｒ、５６０Ｇ、５６０Ｂは、それぞれ駆動信号５７２Ｒ、５７２Ｇ、５７２Ｂにより、先に説明した光学系を介して各液晶パネルに入射する色光の輝度を変調する。

ＣＰＵ（Central Processing Unit）５８０は、プロジェクターの点灯開始から消灯に至るまでの動作を制御する。例えば、点灯命令や消灯命令を、通信信号５８２を介して放電灯点灯装置１に出力してもよい。また、ＣＰＵ５８０は、放電灯点灯装置１から放電灯９０の点灯の有無に関する情報を、通信信号５３２を介して受け取ってもよい。

放電灯点灯装置１は、起動時に放電灯９０の電極間に高電圧を発生して絶縁破壊させて放電路を形成し、以後放電灯９０が放電を維持するための駆動電流Ｉを供給する。放電灯点灯装置の詳細については、「２．本実施形態に係る放電灯点灯装置及び放電灯点灯方法」の項で述べたとおりである。

このように構成したプロジェクター５００は、スパッタリングによる放電灯の黒化現象を抑制できる放電灯点灯装置１を含むので、放電灯９０を長期間使用できるプロジェクターを実現できる。

上記各実施形態においては、３つの液晶パネルを用いたプロジェクターを例示して説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、１つ、２つ又は４つ以上の液晶パネルを用いたプロジェクターにも適用可能である。

上記各実施形態においては、透過型のプロジェクターを例示して説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、反射型のプロジェクターにも適用することが可能である。ここで、「透過型」とは、透過型の液晶パネル等のように光変調手段としての電気光学変調装置が光を透過するタイプであることを意味しており、「反射型」とは、反射型の液晶パネルやマイクロミラー型光変調装置などのように光変調手段としての電気光学変調装置が光を反射するタイプであることを意味している。マイクロミラー型光変調装置としては、例えば、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス；Texas Instruments社の商標）を用いることができる。反射型のプロジェクターにこの発明を適用した場合にも、透過型のプロジェクターと同様の効果を得ることができる。

本発明は、投写画像を観察する側から投写するフロント投写型プロジェクターに適用する場合にも、投写画像を観察する側とは反対の側から投写するリア投写型プロジェクターに適用する場合にも可能である。

なお、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。

本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

１ 放電灯点灯装置、１０ 電圧パルス印加部、１１ ダイオード、１２ コンデンサー、１３ トランス、１４ スイッチ素子、２０ 交流電圧印加部、２２ 電力生成回路、２４ 極性反転回路、３０ 制御部、３１ 電圧パルス印加制御手段、３２ 電力制御手段、３３ 極性反転制御手段、３４ 電圧検出手段、４０ 抵抗、５０ 副反射鏡、８０ 直流電源、９０ 放電灯、９１ 放電空間、９２ 第１電極、９３ 第２電極、１１２ 主反射鏡、１１４ 固定部材、２００ 光源装置、２１０ 光源ユニット、２２１ スイッチ素子、２２２ ダイオード、２２３ コイル、２２４ コンデンサー、２４１〜２４４ スイッチ素子、３０５ 平行化レンズ、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 プロジェクター、５０２ 画像信号、５１０ 画像信号変換部、５１２Ｒ 画像信号（Ｒ）、５１２Ｇ 画像信号（Ｇ）、５１２Ｂ 画像信号（Ｂ）、５２２ 固定部材、５３２ 通信信号、５３４ 導電性部材、５３６ 第１端子、５４４ 導電性部材、５４６ 第２端子、５５２ｐ 突起、５６０Ｇ 液晶パネル（Ｇ）、５６０Ｂ 液晶パネル（Ｂ）、５６２ｐ 突起、５７０ 画像処理装置、５７２Ｒ 液晶パネル（Ｒ）駆動信号、５７２Ｇ 液晶パネル（Ｇ）駆動信号、５７２Ｂ 液晶パネル（Ｂ）駆動信号、５８０ ＣＰＵ、５８２ 通信信号、６００ 交流電源、７００ スクリーン、Ｃ１〜Ｃ４ 極性反転制御信号、Ｌ１ １次側巻線、Ｌ２ ２次側巻線、Ｓ１ 電圧パルス印加制御信号、Ｓ２ 電力制御信号

Claims (6)

1. 第１電極及び第２電極を含む放電灯の前記第１電極と前記第２電極との間を絶縁破壊するための電圧パルスを前記第１電極と前記第２電極との間に印加する電圧パルス印加部と、
   前記第１電極が陽極となる第１極性期間と前記第２電極が陽極となる第２極性期間を含む交流電圧を前記放電灯に印加する交流電圧印加部と、
   前記電圧パルス印加部及び前記交流電圧印加部を制御する制御部と、
   を含み、
   前記制御部は、前記放電灯をグロー放電からアーク放電へと移行させる際に、
   前記電圧パルス印加部によって、前記第１電極と前記第２電極との間に前記電圧パルスを印加させる電圧パルス印加処理と、
   前記電圧パルス印加処理を行った後に、前記交流電圧印加部によって、前記第１極性期間の長さが前記第２極性期間の長さよりも長い前記交流電圧を前記放電灯に印加させる第１制御処理と、
   前記第１制御処理を行った後に、前記交流電圧印加部によって、前記第２極性期間の長さが前記第１極性期間の長さよりも長い前記交流電圧を前記放電灯に印加させる第２制御処理と、
   を行う、放電灯点灯装置。
2. 請求項１に記載の放電灯点灯装置において、
   前記制御部は、
   前記第２制御処理における前記第２極性期間の長さに対する前記第１極性期間の長さの比が、前記第１制御処理における前記第１極性期間の長さに対する前記第２極性期間の長さの比よりも大きくなるように、前記第１制御処理及び前記第２制御処理を行う、放電灯点灯装置。
3. 請求項１又は２に記載の放電灯点灯装置において、
   前記制御部は、前記第１制御処理及び前記第２制御処理において、
   前記交流電圧印加部によって、前記第１極性期間と前記第２極性期間との間に、前記第
   １電極及び前記第２電極のいずれも陽極とならない期間を有する前記交流電圧を印加させる、放電灯点灯装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の放電灯点灯装置において、
   前記制御部は、
   前記第２制御処理を行った後に、前記交流電圧印加部によって、前記第１極性期間の長さと前記第２極性期間の長さとが等しい前記交流電圧を前記放電灯に印加させる第３制御処理をさらに行う、放電灯点灯装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の放電灯点灯装置を含む、プロジェクター。
6. 第１電極及び第２電極を含む放電灯を点灯させる放電灯点灯方法であって、
   前記放電灯をグロー放電からアーク放電へと移行させる際に、
   前記第１電極と前記第２電極との間を絶縁破壊する絶縁破壊工程と、
   前記絶縁破壊工程の後に、前記第１電極が陽極となる第１極性期間の長さが、前記第２電極が陽極となる第２極性期間の長さよりも長い交流電圧を前記放電灯に印加する第１工程と、
   前記第１工程の後に、前記第２極性期間の長さが前記第１極性期間の長さよりも長い交流電圧を前記放電灯に印加する第２工程と、
   を行う、放電灯点灯方法。

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