(57)【要約】【課題】無電極の放電灯を用いた場合でも発光体積を大きくさせない。【解決手段】光源装置は、コの字状の磁性体コア２と、磁性体コア２に巻回されたコイルと、コイルに高周波の電流を供給する電源と、磁性体コア２の対向する端部に挟持される位置に設けられ、放電媒体を封入した発光管１とを備える。磁性体コア２の対向する端部間には磁界６が発生し、磁界６により誘導電界７が発生する。電源は、起動時から発光管１内の温度が所定温度に到達するまでは、所定周波数以上の高い周波数の駆動周波数で電源を供給し、前記所定温度に到達した後、前記所定周波数の駆動周波数で電源を供給する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
強磁性材料からなる磁性体コアと、
空洞部内に放電媒体が封入された発光管と、
異なる周波数の交流電流を供給できる電源と、
前記電源から供給される前記交流電流によって磁界を発生するコイルと、を有し、
前記コイルは、前記磁性体コアの少なくとも一部を囲うように設置され、
前記発光管は、前記磁性体コアから発する磁界によって発光し、
前記電源は、
第１期間において、第１周波数の交流電流を供給し、
前記第１期間後の第２期間において、前記第１周波数未満である第２周波数を供給することを特徴とする光源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光源装置において、
前記発光管は、前記磁性体コアの第１部分と第２部分との間に設置され、前記第１部分と前記第２部分との間に発生する磁界によって発光することを特徴とする光源装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の光源装置において、
前記第１周波数は１ＭＨｚ以上であることを特徴とする光源装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の光源装置において、
前記第２周波数は１ｋＨｚ以上であることを特徴とする光源装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の光源装置において、
さらに前記発光管の空洞部内の温度を測定する手段を有し、
前記電源は、前記空洞部内の温度が所定温度以上になったときに前記第２期間を開始することを特徴とする光源装置。
【請求項６】
請求項５に記載の光源装置において、
前記所定温度は、１０００Ｋであることを特徴とする光源装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の光源装置と、
前記発光管から発する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。
【請求項８】
空洞部内に放電媒体が封入された発光管の内部に磁界を発生させることによって発光する光源装置の駆動方法であって、
前記光源装置は、
強磁性材料からなる磁性体コアと、
異なる周波数の交流電流を供給できる電源と、
前記電源から供給される前記交流電流によって磁界を発生するコイルと、を有し、
前記コイルは、前記磁性体コアの少なくとも一部を囲うように設置され、
前記発光管は、前記磁性体コアから発する磁界によって発光し、
前記電源は、
第１周波数の交流電流を供給する第１期間と、
前記第１期間後に、前記第１周波数未満である第２周波数を供給する第２期間と、を設定することを特徴とする光源装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ガスを充填した発光管内に電磁界を発生させ、電磁界により発生した誘導電界により発光ガスを励起させて発光させる光源装置の駆動技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、発光管内の電極に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、光源として良好な性能を示すことができる。
しかし、このような放電灯においては、発光時の熱によって放電灯の電極先端が蒸発し、発光管内壁に付着することによる黒化現象が生じることがあった。
【０００３】
そこで、このような問題を回避するために、電極を用いることなく、電磁誘導による誘導電界を発光管内に発生させ、発光管内の水銀、キセノン等を励起させてプラズマを生成する無電極の放電灯が知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２１８８４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、以上のような無電極の放電灯は、磁性体のコアを中心に配置し、その周囲に磁界を発生させているため、発光体積が大きくなり、照明光として用いる場合には、照明効率が低下してしまうという問題があった。
本発明のいくつかの態様の目的の一つは、無電極の放電灯を用いた場合でも発光体積を大きくさせることのない光源装置及びプロジェクター並びに光源装置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】
【０００６】
本発明に係る光源装置の一態様は、強磁性材料からなる磁性体コアと、空洞部内に放電媒体が封入された発光管と、異なる周波数の交流電流を供給できる電源と、前記電源から供給される前記交流電流によって磁界を発生するコイルと、を有し、前記コイルは、前記磁性体コアの少なくとも一部を囲うように設置され、前記発光管は、前記磁性体コアから発する磁界によって発光し、前記電源は、第１期間において、第１周波数の交流電流を供給し、前記第１期間後の第２期間において、前記第１周波数未満である第２周波数を供給することを特徴とする。
【０００７】
この発明の態様によれば、電源により所定の周波数の交流電流がコイルに供給されると、発光管内には、磁界または電界が発生する。磁界による誘導電界、あるいは前記電界により、発光管内の電子が誘導電界により回転運動または振動を行い、発光管内の放電媒体に衝突する。その結果、放電媒体が励起してプラズマとなり発光する。このとき、第１期間は、電源による駆動周波数を第１周波数とするので、電子の回転運動の半径または振動の幅は小さくなり、発光体は小さくなる。そして、前記第１期間後の第２期間後は、電源による駆動周波数を前記第１周波数未満である第２周波数とするが、発光管内は温度が上昇し、圧力が高くなっているため、電子が頻繁に衝突し、すぐに運動エネルギーを消費するために発光体は小さくなる。その結果、発光管内には小さな発光体が集合することになり、全体としての発光体積は小さくなる。したがって、小さな発光体積を実現しつつ、発光管内の電極を設けることなく放電灯を駆動できるので、照明光として用いた場合には、照明効率の向上と、長寿命化及び高出力化を実現することができる。
【０００８】
上述した光源装置の一態様において、前記発光管は、前記磁性体コアの第１部分と第２部分との間に設置され、前記第１部分と前記第２部分との間に発生する磁界によって発光するようにしてもよい。この発明の態様によれば、小さな発光体積を実現しつつ、発光管内の電極を設けることなく放電灯を駆動できるので、照明光として用いた場合には、照明効率の向上と、長寿命化及び高出力化を実現することができる。
【０００９】
上述した光源装置の一態様において、前記第１周波数は１ＭＨｚ以上としてもよい。この発明の態様によれば、電子の回転運動の半径または振動の幅を小さくし、発光体を小さくすることができる。
【００１０】
上述した光源装置の一態様において、前記第２周波数は１ｋＨｚ以上としてもよい。この発明の態様によれば、前記第２周波数は１ｋＨｚ以上であっても、発光管内は温度が上昇し、圧力が高くなっているため、電子が頻繁に衝突し、すぐに運動エネルギーを消費するために発光体は小さくなる。その結果、発光管内には小さな発光体が集合することになり、全体としての発光体積を小さくできる。
【００１１】
上述した光源装置の一態様において、さらに前記発光管の空洞部内の温度を測定する手段を有し、前記電源は、前記空洞部内の温度が所定温度以上になったときに前記第２期間を開始するするようにしてもよい。この発明の態様によれば、起動時から発光管内の温度が所定温度以上に到達するまでは、電源による駆動周波数を前記第１周波数とするので、電子の振動の幅は小さくなり、発光体は小さくなる。発光管内の温度が所定温度以上に到達した後は、電源による駆動周波数を前記第１周波数未満である第２周波数とするが、発光管内は温度が上昇し、圧力が高くなっているため、電子が頻繁に衝突し、すぐに運動エネルギーを消費するために発光体は小さくなる。その結果、発光管内には小さな発光体が集合することになり、全体としての発光体積は小さくなる。したがって、小さな発光体積を実現しつつ、発光管内の電極を設けることなく放電灯を駆動できるので、照明光として用いた場合には、照明効率の向上と、長寿命化及び高出力化を実現することができる。
【００１２】
上述した光源装置の一態様において、前記所定温度はと１０００Ｋしてもよい。この発明の態様によれば、発光管内は温度が１０００Ｋまで上昇し、圧力が高くなっているため、電子が頻繁に衝突し、すぐに運動エネルギーを消費するために発光体は小さくなる。
【００１３】
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、前記発光管から発する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とを特徴とする。この発明の態様によれば、発光管内には小さな発光体が集合することになり、全体としての発光体積は小さくなる。したがって、小さな発光体積を実現しつつ、発光管内に電極を設けることなく放電灯を駆動できるので、プロジェクターにおける照明効率の向上と、長寿命化及び高出力化を実現することができる。
【００１４】
次に、本発明に係る光源装置の駆動方法の一態様は、空洞部内に放電媒体が封入された発光管の内部に磁界を発生させることによって発光する光源装置の駆動方法であって、  前記光源装置は、強磁性材料からなる磁性体コアと、異なる周波数の交流電流を供給できる電源と、前記電源から供給される前記交流電流によって磁界を発生するコイルと、を有し、前記コイルは、前記磁性体コアの少なくとも一部を囲うように設置され、前記発光管は、前記磁性体コアから発する磁界によって発光し、前記電源は、第１周波数の交流電流を供給する第１期間と、前記第１期間後に、前記第１周波数未満である第２周波数を供給する第２期間と、を設定することを特徴とする。この発明の態様によれば、小さな発光体積を実現しつつ、発光管内に電極を設けることなく放電灯を駆動できるので、照明効率の向上と、長寿命化及び高出力化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態に係る光源装置を示す図である。
【図２】同光源装置における発光管周辺の要部を示す図である。
【図３】第２実施形態に係る光源装置を示す図である。
【図４】第３実施形態に係るプロジェクターを示す図である。
【図５】同プロジェクターの光学的な構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
＜第１実施形態＞
以下、図面を参照して本発明を実施する一例である第１実施形態について説明する。まず、発明の実施形態に係る光源装置の一例について説明する。
【００１７】
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５０は、発光管１と、磁性体コア２と、コイル３と、電源４とを備えている。
発光管１は内部に空洞が形成された円柱形状の部材であり、放電媒体が封入された状態で密閉されている。発光管１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。
【００１８】
磁性体コア２はコの字状に形成された部材で、フェライト等の磁性体材料が用いられる。磁性体コア２の対向する端部の間隔は、本実施形態では５ｍｍに設定されている。なお、図２は発光管１の周辺の部分を拡大して示す図の一例である。
【００１９】
図１に示すように、発光管１は、磁性体コア２の対向する端部の間に挟持される位置に設けられる。そして、磁性体コア２の対向する端部は、図２に示すように発光管１の上面部と下面部に接するようになってるいる。
また、磁性体コア２には、コイル３が巻回されている。コイル３は電源４に接続されている。電源４は、起動時から発光管１内の温度が所定温度に到達するまでは、所定周波数以上の高周波数の電流を供給し、発光管１内の温度が所定温度に到達した後は、所定周波数の高周波数の電流を供給するように設定されている。詳細については後述する。
【００２０】
以上のように、本実施形態の光源装置５０においては、発光管１内には電極が設けられていない。本実施形態においては、電源４によって、コイル３に高周波数の電流を供給すると、磁性体コア２内には磁界が発生し、磁性体コア２の端部が対向する発光管１の内部にも、図２に示すように磁界６が端部間で発生する。
【００２１】
この磁界６によって、図２に点線矢印で示すような誘導電界７が発生する。この誘導電界７より、発光管１内の電子が回転運動を行う。そして、電子が発光管１内に封入された水銀等の発光ガスに衝突する。その結果、発光ガスが励起し、プラズマとなり、発光が行われることになる。
【００２２】
このとき、起動時から発光管１内の温度が所定温度に到達するまでは、電源４による駆動周波数は、所定周波数以上の高い周波数、例えば、１ＭＨｚ〜数十ＭＨｚ程度等のＭＨｚのオーダーの周波数とする。その結果、電子の回転運動の半径は小さくなり、発光体は小さくなる。
【００２３】
そして、発光管１内の温度が所定温度に到達し、発光管１内の温度が高くなり、発光管１内のガス圧が高くなった後は、電源４による駆動周波数は、所定周波数、例えば、１ｋＨｚ〜数十kＨｚ程度等のkＨｚのオーダーの周波数とする。しかし、発光管１内のガス圧が高くなっているために、発光管１内の電子は頻繁に衝突することになり、すぐに運動エネルギーを消費するために、発光体は小さくなる。
【００２４】
以上のように、本実施形態によれば、発光管内に電極を用いることなく、発光ガスを励起させて発光させることができるので、電極の破壊という問題がなく、光源装置の長寿命化と高出力化を図ることができる。
しかも、上述したように、常に発光体を小さくすることができ、全体としての発光体積を小さくすることができる。その結果、照明光として用いた場合には、照明効率を向上させることができる。
【００２５】
また、駆動周波数をＭＨｚのオーダーの周波数とする期間は、起動時から発光管内の温度が所定温度に到達するまでに制限することができるので、駆動電源のコストを低く抑えることができる。
【００２６】
なお、発光管内の温度が所定温度に到達するまでの時間を予め測定しておき、当該時間に到達した時に、発光管内の温度が所定温度に到達したと判断すればよい。また、発光管内の温度が所定温度に到達するまでの電源の消費電力を予め測定しておき、当該消費電力に到達した時に、発光管内の温度が所定温度に到達したと判断してもよい。
【００２７】
＜第２実施形態＞
次に、図３を参照して第２実施形態について説明する。図３に示すように、第２実施形態の光源装置５０Ａは、例えば第１実施形態と同様に放電媒体が封入された状態で密閉された発光管１Ａと、発光管１Ａの外部に配置された電極８，９と、電極８，９に交流電圧を供給する電源４Ａとを備えている。
【００２８】
第２実施形態においては、起動時から発光管１Ａ内の温度が所定温度に到達するまでは、電源４Ａによる駆動周波数を所定周波数以上の高い周波数、例えば、数ＭＨｚ〜数十ＭＨｚ等のＭＨｚのオーダーの周波数とする。その結果、発光管１Ａ内には電界が発生し、この電界によって電子が振動する。振動した電子は発光管１Ａ内の発光ガスを励起させ、プラズマを生成することにより発光を起こす。この際、電源４Ａによる駆動周波数がＭＨｚのオーダーの周波数なので、電子の振動の幅は小さくなり、発光体は小さくなる。
【００２９】
そして、発光管１Ａ内の温度が所定温度に到達し、発光管１Ａ内の温度が高くなり、発光管１Ａ内のガス圧が高くなった後は、電源４Ａによる駆動周波数は、所定周波数、例えば、数ｋＨｚ〜数十kＨｚ等のkＨｚのオーダーの周波数とする。しかし、発光管１Ａ内のガス圧が高くなっているために、発光管１Ａ内の電子と発光ガスの原子、あるいは電子同士、もしくは原子同士は頻繁に衝突することになり、すぐに運動エネルギーを消費するために、発光体は小さくなる。
【００３０】
以上のように、本実施形態によれば、発光管内に電極を用いることなく、発光ガスを励起させて発光させることができるので、電極の破壊という問題がなく、光源装置の長寿命化と高出力化を図ることができる。
しかも、上述したように、起動時から発光管１Ａ内の温度が所定温度に到達するまでは、電源４Ａによる駆動周波数を所定周波数以上の高い周波数、例えば、数ＭＨｚ〜数十ＭＨｚ等のＭＨｚのオーダーの周波数とするので、電子の振動の幅を小さくして発光体を小さくできる。その結果、電極８，９に挟まれる発光管１Ａの長手方向の長さを小さくし、発光管１Ａの内容積を小さくすることができる。
さらに、発光管１Ａ内の温度が所定温度に到達した後に、電源４Ａによる駆動周波数は、所定周波数、例えば、数ｋＨｚ〜数十kＨｚ等のkＨｚのオーダーの周波数とするので、発光管１Ａの内容積を小さくした場合でも、発光管１Ａ内のガス圧が高くなっているために、電子等がすぐに衝突してすぐに運動エネルギーを消費するために、発光体は小さくなり、内容積を小さくした発光管１Ａ内において良好に発光することになる。
以上のように、本実施形態では、全体としての発光体積を小さくすることができる。その結果、照明光として用いた場合には、照明効率を向上させることができる。
【００３１】
また、駆動周波数をＭＨｚのオーダーの周波数とする期間は、起動時から発光管内の温度が所定温度に到達するまでに制限することができるので、駆動電源のコストを低く抑えることができる。
【００３２】
なお、発光管内の温度が所定温度に到達するまでの時間を予め測定しておき、当該時間に到達した時に、発光管内の温度が所定温度に到達したと判断すればよい。また、発光管内の温度が所定温度に到達するまでの電源の消費電力を予め測定しておき、当該消費電力に到達した時に、発光管内の温度が所定温度に到達したと判断してもよい。
【００３３】
＜第３実施形態＞
次に、上述した光源装置５０を適用したプロジェクターの一例について説明する。
図４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。
【００３４】
図５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５０が設けられ、電源からコイルに交流電流が供給されて、白色光が発光管から放出されるとともに、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。
【００３５】
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、光源装置５０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。
【００３６】
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。
【００３７】
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度に傾いた時に光源装置５０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。
【００３８】
以上のようなプロジェクター２１００において、光源装置には例えば第１実施形態にて説明した光源装置５０を用いることができる。その結果、照明効率が高く、長寿命化及び後出力化が可能なプロジェクター２１００を提供可能である。
【００３９】
＜変形例＞
上述した第３実施形態のプロジェクター２１００において、光源装置として、第２実施形態で説明した光源装置５０Ａを用いてもよい。この場合でも、照明効率が高く、長寿命化及び後出力化が可能なプロジェクター２１００を提供可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１，１Ａ…発光管、２…磁性体コア、３…コイル、４，４Ａ…電源、６…磁界、７…誘導電界、８，９…電極、５０，５０Ａ…光源装置、１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂ…液晶ライトバルブ、２１００…プロジェクター。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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