(57)【要約】【課題】  デジタルプロジェクター用キセノンランプにおける黒化に由来した過熱状態を回避し、キセノンランプをフリッカ寿命まで十分に長く使用することが可能な、デジタルプロジェクター用光源装置を提供すること。【解決手段】  発光管の内部に陰極および陽極を備え、その管軸が水平方向に支持されてなるデジタルプロジェクター用のキセノンショートアークランプと、前記キセノンショートアークランプを点灯するためのランプ電源と、前記キセノンショートアークランプを前記管軸を中心として回転させるランプ回転手段と、前記ランプ回転手段の駆動を制御する回転制御回路とを備えてなることを特徴とする。また、前記回転制御回路は、ランプの回転方向の位置を検出する位置検出回路を備え、キセノンランプの発光管に形成されたチップの位置を検出し、当該チップが特定の範囲に位置されるよう回転を制御するものであるのが好ましい。【選択図】  図１
2011082012.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光管の内部に陰極および陽極を備え、その管軸が水平方向に支持されてなるデジタルプロジェクター用のキセノンショートアークランプと、
前記キセノンショートアークランプを点灯するためのランプ電源と、
前記キセノンショートアークランプを前記管軸を中心として回転させるランプ回転手段と、
前記ランプ回転手段の駆動を制御する回転制御回路とを備えてなる
ことを特徴とするデジタルプロジェクター用光源装置。
【請求項２】
前記回転制御回路は、ランプの回転方向の位置を検出する位置検出回路を備えてなり、前記発光管に形成されたチップの位置を検出し、当該チップが特定の範囲に位置されるよう回転を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載のデジタルプロジェクター用光源装置。
【請求項３】
前記キセノンショートアークランプに嵌合部を有する口金が装着され、
前記ランプ回転手段に前記口金の嵌合部と嵌合する口金嵌合部が備えられてなり、
前記口金と前記口金嵌合部とは、前記管軸を中心とした回転方向の位置が一定の位置においてのみ嵌合する
ことを特徴とする請求項２に記載のデジタルプロジェクター用光源装置。
【請求項４】
前記回転制御回路は、前記ランプ電源が前記キセノンショートアークランプに対して電力供給を停止している間に、前記ランプ回転手段の駆動を制御する
ことを特徴とする請求項１または２に記載のデジタルプロジェクター用光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタル・ライト・プロセッシング（ＤＬＰ：テキサス・インスツルメンツ社の登録商標）技術を用いた映画等に利用されるデジタルプロジェクター用光源装置であって、特に光源としてキセノンショートアークランプを備えたものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、映画に利用されるプロジェクターの光源としては、可視光領域において自然光に近い光を放射することが可能なキセノンショートアークランプ（以下、キセノンランプともいう。）が好適に使用されている。このキセノンランプは、石英ガラス製のバルブを備え、発光管部の内部において、互いに対向するよう設けられた陰極および陽極により構成されており、内部にはキセノンガスが封入されたものである。
【０００３】
このキセノンショートアークランプを備えた、映画館上映システム用のプロジェクターの構成を、図９を参照して説明する。同図は、フィルムプロジェクターの構成であり、標準的に３５ミリのフィルムをアパーチャーを介して照射し、スクリーン上に投影するものである。同図において、フィルム７１は、連続した内容を表す映像フレーム（以下、単にフレームという）が一定間隔で記録されたものである。このフィルム７１は、不図示の走行機構によって搬送され、ピクチャーゲート部７２を上部から下部に向かって通過する。光源装置７３から集光された光がピクチャーゲート部７２に形成されたアパーチャーを通過し、フィルム７１に記録されたフレームを照射する。
フィルム７１上の１つのフレームの寸法は、例えば約２４×１８ｍｍ、対角約３０ｍｍという大きさであり、光源装置７３は、光源であるキセノンランプ７３ａからの光を反射鏡７３ｂによって集光する。
【０００４】
反射鏡７３ｂは、キセノンランプ７３ａから放射された光を上記した直径約３０ｍｍの円の大きさに集光する回転楕円面を備えたものである。キセノンランプ７３ａから放射された光は、同図中に示す光線経路のように、反射鏡７３ｂによって反射され、第二焦点（Ｆ２）に集光され、フィルム７１を通過し、投影レンズ７４で拡大されて、スクリーン７５上へ投影される。
【０００５】
しかしながら、同図に示す光線経路は理想系であり、実際には、キセノンランプ７３ａのアークは点光源ではなく、有限の大きさを持つ。このため、アークからの全ての光線が一点に集光されることはなく、第二焦点の位置においても、ある大きさの円内を照射することになる。
そして、その照射面積は、楕円鏡が同じであれば、アークの断面積（横から見たときのアークの面積）に概略比例して大きくなることが知られている。
【０００６】
このようなことから、フィルムプロジェクター用の光源として、直径約３０ｍｍの円内を照射するために、アーク長が約３〜７ｍｍ（例えば、４ｋＷのランプでは６ｍｍ）のキセノンランプが用いられている。なおここでいう「アーク長」は、ランプの定常点灯時における電極間距離と等しいと考えてよい。
更にこのようなフィルムプロジェクター用のキセノンランプの他の仕様について数値例を挙げると、例えば定格消費電力が１〜６ｋＷであり、陰極の先端径は０．６〜１ｍｍ（例えば４ｋＷのランプでは０．９ｍｍ）、封入キセノン圧力は０．６〜０．９ＭＰａ（例えば、４ｋＷのランプでは、０．７ＭＰａ）である。
そして、ランプ入力を発光管内表面積で割った管壁負荷は、フィルムプロジェクター用のランプにおいては、１０〜２９Ｗ／ｃｍ２（例えば４ｋＷのランプでは２１Ｗ／ｃｍ２）である。
なお、本明細書において「発光管内表面積」は、球状となった発光管部のみの内表面積の値と定義している。また、陰極先端における電流密度は、フィルムプロジェクター用のランプにおいては、７６〜１１０Ａ／ｍｍ２（例えば４ｋＷのランプでは１０８Ａ／ｍｍ２）である。ここでの「電流密度」は、ランプ電流を陰極先端から０．５ｍｍの位置の断面積で除した見かけの電流密度と定義したものである。
【０００７】
キセノンランプは、高輝度の光を放射することから、電極先端温度が極めて高温になる。このため、陰極、陽極ともに損耗し、電極先端の損耗が激しくなるとアーク放電が不安定となる現象（フリッカ）が発生する。このフリッカが発生すると、ランプの輝度分布が変動して、スクリーン上にちらつきとなって現れる。通常、映写機用のランプは、フリッカにより寿命が制限されている。
【０００８】
ところで、映画館の上映システムにおいては、近年、映像品質が向上するデジタル技術を用いた高度なＣＧ化が可能になり、フィルム劣化が無く、フィルム作製に伴うコストを削減できる、といった利点から、デジタルシネマが普及し、これにあわせてＤＬＰ技術を利用したデジタルプロジェクターへの置き換えが急速に進んでいる（特許文献１参照）。
【０００９】
このようなデジタルプロジェクターの構成例を図１０に示す。このプロジェクター８０においては、キセノンランプ８１からの光を、楕円反射面をもつ反射鏡８２によって集光し、カラーフィルタ８３、インテグレーターロッド８４、および集光レンズ８５ａ，８５ｂを介してＤＭＤ８６と呼ばれる画像素子を照射する。そして、ＤＭＤ８６によって反射された光を投射レンズ８７によってスクリーン８８上に投射し、映像を映し出す。
【００１０】
このようなプロジェクター８０においては、キセノンランプ８１からの光を効率よく集光し、インテグレーターロッド８４の端面に入射させなければならない。通常インテグレーターロッド８４の端面は、ＤＭＤ素子８６と同程度の寸法であり、対角で０．７〜１インチ（１７．８〜２５．４ｍｍ）程度と小さいため、従来のフィルム用のプロジェクターと同程度の明るさの映像を映し出すためには、フィルム用プロジェクターの場合と比較して、面積で３５〜７０％程度の範囲に集光して照射する必要がある。
【００１１】
反射鏡８２による照射面積は、アークの断面積に略比例することから、デジタルプロジェクター用のキセノンランプ８１は、アーク長を短くし、かつ、アークを細くするため、封入キセノン圧力をいっそう高めたものが用いられる。
このようなランプのアーク長は、約２〜７ｍｍ（例えば、４ｋＷのランプでは、３．５ｍｍ）、封入キセノン圧力は１〜２ＭＰａ（例えば、４ｋＷのランプでは、１．８ＭＰａ）である。
【００１２】
ここで、反射鏡８２による照射面積を小さくするために、楕円反射面の焦点距離（Ｆ１〜Ｆ２の距離）を短くすることも考えられるが、その場合、光軸８９に対して大きな角度をもつ光線の割合が増えて、ＤＭＤ素子に到達しない光線が増え、光の利用率が低下するので、採用することができない。
【００１３】
更に、デジタルプロジェクターにおけるより明るい映像への要求から、キセノンランプ８１には、ランプの光出力を増やす必要があり、アークからの光線のうち陰極および陽極によって遮られるものを減らす必要がある。更には、反射鏡８２で反射された光線がインテグレーターロッド８４の端面に入射する際、発光管による光の蹴られも減らすため、発光管は従来よりも小型化されたものとなっている。
この結果、デジタルプロジェクター用のランプにおける上述のランプ入力を発光管内表面積で割った管壁負荷は、３０〜４５Ｗ／ｃｍ２（例えば４ｋＷのランプでは３５Ｗ／ｃｍ２）と、従来のフィルム用のキセノンランプと比較し、大きくなっている。
また、陰極先端径について数値例を挙げると、０．３５〜０．７ｍｍ（例えば４ｋＷのランプでは０．６ｍｍ）と、従来のものより小さくなっている。陰極先端における電流密度は１１９〜２１０Ａ／ｍｍ２（例えば４ｋＷのランプでは１１９Ａ／ｍｍ２）と、電流密度も従来のフィルム用のキセノンランプと比較し、格段に大きくなっている。なお、「電流密度」とは、上述したようにランプ電流を陰極先端から０．５ｍｍの位置の断面積で除した見かけの電流密度である。
【００１４】
以上の、デジタルプロジェクター用のキセノンショートアークランプの特徴を要約すると、封入キセノンガスの圧力が高いこと、発光管が小型化された結果、管壁負荷（ランプ電力を発光管の内表面積で割った値）が高いことなどが挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００５−１３４５６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
このように、デジタルプロジェクター用キセノンランプにおいては、点灯した場合、管壁負荷が高いことから、発光管温度が従来のものより高くなり、この結果、電極温度も高くなる。そのため、電極材料の蒸発量もまた多くなる。
このようにして、陰極または陽極から発生した蒸発物は、発光管内部の対流に乗って放電空間中を移動し、多くは、発光管の内壁に衝突し、そこに付着する。通常、キセノンランプは、実用の範囲においてランプ管軸が大地に対して±３０度以内の範囲となるよう、管軸を水平方向に支持して支持されており、蒸発物のほとんどは、対流により発光管上部に流過して、発光管の中央上部に付着する。
上述したようにデジタルプロジェクター用のキセノンランプは、内部のキセノンガスの圧力を高めるために発光管の内容積が小さくなるよう構成されており、必然的に内表面積が小さくなっているため、発光管には、従来とは比較にならない電極蒸発物が堆積する。この結果、黒化により部分的な光透過率の低下を招くのみならず、あまりに濃く（黒く）堆積するため、輻射熱を吸収し、発光管の温度が局部的に過熱するという事態が発生する。発光管は、上述したように通常石英ガラスより構成されるが、熱を吸収するとこで軟化点付近にまで温度が上昇し、発光管の内部が高圧状態に至ることと相俟って、発光管が黒化部分から破裂を生じるという問題が招来する。
【００１７】
このような、局所的な黒化に由来して生じる発光管の破裂現象は、このデジタルプロジェクター用の仕様を満足するため、キセノンランプが高負荷となったため、初めて確認された現象であり、未だかつて無かった事態である。そしてこのような、発光管の黒化が原因してランプの寿命が尽きる場合は、従来の電極先端の磨耗に由来して生じるフリッカ寿命よりも早期に生じる。
【００１８】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、デジタルプロジェクター用キセノンランプにおける黒化に由来した過熱状態を回避し、キセノンランプをフリッカ寿命まで十分に長く使用することが可能な、デジタルプロジェクター用光源装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するため、本発明に係るデジタルプロジェクター用光源装置は、下記の特徴を有する。
（１）
発光管の内部に陰極および陽極を備え、その管軸が水平方向に支持されてなるデジタルプロジェクター用のキセノンショートアークランプと、
前記キセノンショートアークランプを点灯するためのランプ電源と、
前記キセノンショートアークランプを前記管軸を中心として回転させるランプ回転手段と、
前記ランプ回転手段の駆動を制御する回転制御回路とを備えてなることを特徴とする。
（２）
前記回転制御回路は、ランプの回転方向の位置を検出する位置検出回路を備えてなり、前記発光管に形成されたチップの位置を検出し、当該チップが特定の範囲に位置されるよう回転を制御することを特徴とする。
（３）
前記キセノンショートアークランプに嵌合部を有する口金が装着され、
前記ランプ回転手段に前記口金の嵌合部と嵌合する口金嵌合部が備えられてなり、
前記口金と前記口金嵌合部とは、前記管軸を中心とした回転方向の位置が一定の位置においてのみ嵌合すことを特徴とする。
（４）
前記回転制御回路は、前記ランプ電源が前記キセノンショートアークランプに対して電力供給を停止している間に、前記ランプ回転手段の駆動を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
（１）
本願発明に係るデジタルプロジェクター用光源装置によれば、キセノンランプに回転することで、黒化する箇所を分散させることができるので、発光管における局所的な熱吸収が回避され、発光管の耐圧低下を防止することができる。この結果、フリッカ寿命よりも早期に発生するランプの破裂を未然に防ぐことができ、ランプの使用寿命が長いデジタルプロジェクター用光源装置を提供することができる。
（２）
また、キセノンランプに不可避に形成されるチップ位置を認識してランプを回転することで、黒化する箇所を分散させることができ、更にチップには黒化しないよう或いは他の領域より黒化しにくくすることで、更に破裂を抑制することができるようになる。
（３）
また、上記発明において、ランプ回転手段とキセノンランプとが、常に前記管軸を中心とした回転方向の位置が一定の位置において嵌合するよう取り付けられることで、チップ位置の検出、認識が確実なものとなり、回転制御を確実に実現できるようになる。
（４）
また、回転制御回路が、キセノンランプに対する電力供給が停止されている間に回転制御を実行することで、発光管が高温状態の間は回転が停止されるため、ランプの回転駆動を安全かつ確実に行うことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係るデジタルプロジェクター用光源装置を説明する構成図である。
【図２】本発明に係るデジタルプロジェクター用光源装置のキセノンショートアークランプの構成図である。
【図３】本発明に係るデジタルプロジェクター用光源装置におけるキセノンランプの口金を説明する斜視図である。
【図４】本発明に係るデジタルプロジェクター用光源装置における口金嵌合用冶具およびモータを拡大して示す（ａ）斜視図、（ｂ）側面図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係るデジタルプロジェクター用光源装置を説明する構成図である。
【図６】キセノンショートアークランプのチップ位置を説明する図である。
【図７】実験例における、実施例、参照例の各ランプのバルブ温度を測定した結果を示す図であり、発光管の外表面温度（℃）と時間の関係を表す図である。
【図８】ランプを固定して点灯したときの黒化の程度を観察した様子を説明する図である。
【図９】フィルム用プロジェクターの構成を説明する図である。
【図１０】ＤＬＰ用プロジェクターの構成を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１に本発明に係るデジタルプロジェクター用光源装置の構成を示す。
このデジタルプロジェクター用光源装置１（以下簡単に「光源装置」ともいう。）は、図１０で示したＤＬＰ用プロジェクター用の光源装置として使用されるものである。ＤＬＰ用プロジェクターについての詳細説明は、ここでは省略するが、上述したように光源ランプから放射された光を光源装置の先方に配置されるインテグレーターロッドの端面に向けて集光して入射する構成を備えるものである。
【００２３】
光源であるランプは、キセノンショートアークランプ１０であり、図２に示す構造のものである。すなわち、キセノンランプ１０は、石英ガラス製の発光管１１と、この発光管１１中央に設けられた膨出部の内部に対向配置された陽極１３および陰極１４、発光物質としてのキセノンガスが封入されて、構成されている。この発光管１１の中央の膨出部のやや後方位置には、ガス封入用の管の残部としてチップ１２が形成されている。
陽極１３および陰極１４の各々の電極棒１３ａ，１４ａは、発光管１１封止管部１１ａ，１１ｂ内に固定された肉厚円筒状の石英ガラス体１１０の穴に挿通されると共に、封止管部１１ａ，１１ｂの両端に形成された段継ぎガラス部１１Ａ，１１Ｂにおいて気密に封着されて保持されている。この電極棒１３ａ，１４ａは、発光管１１の端部から外方に突出して伸び、封止管部１１ａ，１１ｂまたの周囲に取り付けられた金属製の口金１７，１８に、金属ろうなどによって電気的に接続されている。なお、口金１７，１８は封止管部１１ａ，１１ｂの外周に接着剤などを用いることで、発光管１１に対して固定される。
この口金１７，１８に、図１で示すように給電ブラシやベアリング機構など、ランプの回転を許容する給電手段１９，２０が接続され、口金１７，１８を介してキセノンランプ１０に給電が行われる。無論、給電手段１９，２０として通常のリード線を用いることも可能であり、その場合は、時計回り、反時計回りの往復回転動作を行うよう、後述する回転制御回路において制御する。
【００２４】
このような本発明に係るデジタルプロジェクター用のキセノンショートアークランプ１０は、標準的に下記の仕様を満足するものである。
キセノンの封入圧力は１ＭＰａ以上、管壁負荷が３０Ｗ／ｃｍ２以上、陰極１４の先端面の電流密度が１１９Ａ／ｍｍ２以上である。このようなスペック上の要求は、すべてＤＬＰ用のデジタルプロジェクターに使用される光源として、ＤＭＤ素子と同程度の照射エリア、具体的には対角で０．７〜１インチ（１７．８〜２５．４ｍｍ）程度と小さい領域に高効率に光を集光すること、および、スクリーンをいっそう明るく照らすこと、の両方を満足するために必須のものである。なお、ここでいう「管壁負荷」とは、ランプ電力を発光管の内表面積で割った値であり、「電流密度」とは、ランプ電流を陰極先端から０．５ｍｍの位置の断面積で除した見かけの電流密度である。
【００２５】
再び、図１〜図４を参照して本実施形態について説明する。
上述したキセノンランプ１０は、発光管１１の両端部近傍において支持部材２１，２４によって支持されている。このキセノンランプ１０は、実用の範囲で言うとランプの管軸Ｌが大地に対して概ね±３０度以内の範囲となるよう、ランプの管軸Ｌが水平方向となるように支持されている。キセノンランプ１０の周囲には、反射鏡１５及び１６が配置されており、ランプから放射された光が反射鏡１５，１６において集光されて、反射鏡開口１５Ａの前方に形成された光出射部（不図示）から出射される。反射鏡１５，１６の構成についてはこのような例に限定されることなく適宜であるが、前方に向けて折り返す反射鏡１６は、光源装置１の先方に配置されるインテグレーターロッド（不図示）の端面に向けて集光せしめる構成を備えるものである。
【００２６】
反射鏡１６の後方側に配置されたランプ支持部材２４には、ランプ回転手段として、モータ２３およびモータ２３の回転をキセノンランプ１０に伝達するための口金嵌合用冶具２２が取り付けられている。
モータ２３は、ランプの管軸Ｌを中心としてキセノンランプ１０を回転させるための手段であり、例えばステッピングモータより構成される。
ここで、口金１８と口金嵌合用冶具２２の構成について、図３，図４を参照して詳細に説明する。
【００２７】
図３はランプ口金１８の後端部分を示す説明用斜視図である。同図に示すように、口金１８の後端部面には（管軸Ｌにそって）外方に突出する突出部１８ａ，１８ｂが設けられている。この突出部１８ａ，１８ｂは、管軸Ｌ上にその中心軸を有する略円柱状突出部１８ｂと、この円柱状突出部１８ｂと連続して設けられた板状突出部１８ａとにより構成されたものである。
【００２８】
一方の口金嵌合用冶具２２は、図４に示すようにモータ２３と軸部を介して固定された円形の板材であり、ランプ口金側の面には、円形の有底穴２２ａおよび縦溝２２ｂからなる口金嵌合部が形成されている。
【００２９】
口金１８における突出部１８ａ，１８ｂが、口金嵌合用冶具２２における口金嵌合部（有底穴２２ａおよび縦溝２２ｂ）に嵌合することで、管軸Ｌを中心とした回転方向における１箇所でのみ嵌合する。
図３，図４に示すようにモータ２３に取り付けられた口金嵌合用冶具２２とランプ口金１８に設けた突出部１８ａ，１８ｂとを嵌め合わせることで、モータ２３の回転がキセノンランプ（１０）に対して伝達される。
【００３０】
モータ２３の制御は、図１に示す回転制御回路３０により行われる。
この回転制御回路３０は、キセノンランプの点灯時間、ランプ入力、およびランプの回転履歴情報等のランプ点灯履歴情報から、回転角度およびタイミングを演算するＣＰＵ３２を備えた演算手段３１と、ランプの点灯情報を記憶するメモリ３３と、ＣＰＵ３２から出力された信号を受信してモータ２３を駆動させる駆動回路３４と、を基本的に備えて構成されている。
ランプ点灯中、例えば、点灯時間や、入力（電力値、電圧、電流）などの情報や履歴がメモリ３３に記録される。回転制御回路３０は、メモリに記憶された種々のランプの点灯履歴情報から必要な情報を取り出し、ランプに回転が必要であるか否かを演算によって判断する。なお、このような回転制御回路３０およびモータ２３は、それぞれ、同図では不図示としたメイン電源或いはモータ用電源を備えており、それぞれ、ランプ電源３５のＯＮ／ＯＦＦ状態にかかわらず、駆動することが可能となっている。従って、回転制御回路３０においてはランプ電源のＯＮ／ＯＦＦ状態にかかわらず上記演算を行うことが可能であると共に、その駆動回路３４からの信号によって駆動するモータ２３もまた、ランプ電源３５のＯＮ／ＯＦＦ状態にかかわらず、駆動することが可能である。
【００３１】
ここで、ランプの回転パターンについて具体的例を挙げて説明する。ランプの回転は、キセノンランプ１０を最初に光源装置に取り付けた状態を基準とし、例えば、発光管１１を１００時間の駆動タイミングで時計回りに９０度ずつ回転することで行われる。
このようなランプの回転制御は、例えば、ランプの始動のタイミングで、都度、ＣＰＵ３２による演算が行われ、回転が必要と判断された場合、駆動回路３４に指示が送信されてモータ２３が駆動し、ランプを回転させる。ランプ回転が完了した後、ランプ電源３５に対して点灯指示が出される。
若しくは、ランプの消灯のタイミングで行うことも可能である。すなわち、ランプが消灯した後、ランプ点灯時間が積算されてＣＰＵ３２による演算が行われ、回転が必要と判断された場合、駆動回路３４に指示が送信されてモータ２３が駆動し、ランプを回転させる。従って、次にランプを点灯する際には回転した位置でキセノンランプ１０が始動する。
このように演算→判断→モータ駆動（回転・静止）という動作が、給電停止中に行われることが好ましい。
【００３２】
このように、ランプを点灯履歴情報に従ってランプを回転駆動することにより、電極からの蒸発物が多量に発生し、対流により発光管上部に浮遊したとしても、それが発光管における定位置に堆積することが回避されるようになり、濃く（黒く）堆積することを防止することができる。換言すると、概略水平に支持されたランプがその管軸周りに回転することで、蒸発物を、発光管の全周にわたって分散して堆積させることにより、アークの輻射熱を吸収することで生じる発光管の局部的な過熱を回避することができ、キセノンランプの発光管の耐圧強度の低下を防止することができるようになる。この結果、発光管の破裂などの問題を確実に抑制することができ、キセノンランプを真の寿命まで十分に長く使用することが可能な、デジタルプロジェクター用光源装置を提供することができるようになる。
【００３３】
続いて、本発明の第２の実施形態について図５を参照して説明する。なお図５の説明においては、先に図１〜図４で説明した構成については同じ符号を付しており、詳細説明については省略する。
この実施形態は、上記実施形態において、演算手段３１にランプの方向性を検出する位置検出回路３６を追加的に設けた点である。この位置検出回路３６は、口金嵌合用冶具２２に設けられた口金嵌合用の縦溝２２ｂといった異形部位置などの情報を元に、口金１８の方向性を検出するものであり、例えば、口金嵌合用冶具２２の縦溝２２ｂの位置が、ランプの軸Ｌを基準にどの方向に位置されているか予め設定することによってキセノンランプの方向性を検出する。
図中に示す符号Ｗ１は位置検出用に設けた口金嵌合用冶具２２と位置検出回路３６とをつなぐ導線である。無論、同図のよう有線とする必要はなく無線としても良いし、非接触型の電子情報媒体等を口金嵌合用冶具２２に埋設しておき、適宜に位置を検出するようにしてもよい。また例えば、センサーで直接チップ位置あるいは反モータ側の口金に設けた突起部あるいは穴部を検出し、その情報をＣＰＵに送るような構成としても良い。
【００３４】
このように、ランプの回転方向の位置を検出することで、キセノンランプ１０の特定位置において黒化を抑制することができるようになる。従って、キセノンランプに不可避に設けられるチップ１２部分において黒化を回避しつつ、全体的に蒸発物の堆積に偏りが生じないよう回転制御を行うことができるようになる。
このような回転機構を採用する理由は、キセノンランプは、封入圧力が非常に高いため、チップのようにクサビ形状ができる箇所は、他に比べ大きな応力がかかるからである。すなわち、発光管１１の全方向に黒化を分散させたとしても、チップ部分には他の発光管領域に比べ大きな応力がかかることに変わりない。よって、チップ部分の黒化を他の領域よりも抑制することで、熱歪が入ることを抑制し、熱歪によって加わる応力付加を低減することで、チップ部分における強度低下を抑制する効果を奏することができる。
【００３５】
以下、この例について詳細に説明する。
キセノンランプ１０の封止管部１１ｂ端部には、図２で示した特定の位置に異形部となる板状突起を備えた口金１８がセメント等によって固定される。このとき、チップ１２の位置と板状突起１８ａの位置とを関連付けて口金１８を装着する。この位置関係は、モータ２３に取り付けられた口金嵌合冶具２２を介して演算装置３１内にある位置検出回路３６に送られる。
演算装置３１は、位置検出回路３６で得たチップ１２位置と、メモリから呼び出した点灯履歴データとを元に、ＣＰＵ３２においてキセノンランプの駆動タイミングと回転角度および回転位置を演算する。この結果が駆動回路３４に出力されてモータ２３が駆動し、キセノンランプ１０が回転する。
【００３６】
なお、本実施例においては、口金部に突起部を設け、それをモータの口金嵌合冶具に嵌め込む構成としたが、このときの嵌合状態を実現するにあたっては、凹凸の突出方向が逆向きであってもよいし、口金と嵌合用冶具とを端面同士を嵌め合わせる構造とするのみならず、口金端部に口金嵌合冶具が被さる構造としても良い。
【００３７】
ここで、本実施形態に係るランプの回転制御の一例を、図５、図６を参照して説明する。図６は回転機構を説明するための説明図であり、キセノンランプの発光管形状をモータ側から光出射方向に見た状態を示す図である。図中の円は軸方向から見た発光管１１形状であり、略三角状の突起部はチップ１２の位置を示す。
図６において、（ａ）を回転角０度とし、（ｂ）は（ａ）と比較して時計回りに９０度回転した場合、（ｃ）は（ａ）と比較して時計回りに１８０度回転した場合、（ｄ）は（ａ）と比較して反時計回りに９０度（時計方向に２７０度）回転した場合を示している。
回転制御パターンとしては、チップ１２がアークの直上に位置されないよう、例えば点灯時間が１００時間を経過するごとに、ランプの状態を（ａ）→（ｃ）→（ａ）→（ｃ）・・となるよう、１８０度ずつ回転させる。
無論このパターンに限定されることなく、例えば（ａ）→（ｂ）→（ｃ）→（ａ）→（ｂ）→（ｃ）・・というように、変則的に回転させてもよい。
【００３８】
このように、ランプを点灯履歴情報に従ってランプを回転駆動する際、チップの位置を回避しつつ回転させることにより、チップ近傍における黒化を確実に回避することができ、ランプを点灯することができるので、耐圧強度が低いチップにおいて、加熱されることが抑制され、耐圧強度の低下を防止することができるようになる。もちろん、電極からの蒸発物が多量に発生したとしても、それが発光管における定位置に堆積することが回避され、アークの輻射熱を吸収することで生じる発光管の局部的な過熱を回避することができるという効果を基本的に備えている。
この結果、発光管の破裂などの問題を確実に抑制することができ、キセノンランプを更に長く、十分に長く使用することが可能な、デジタルプロジェクター用光源装置を提供することができるようになる。
【００３９】
［実験例１］
以下、図５に示した本発明に係る光源装置１を用い、デジタルプロジェクター用キセノンランプのライフテストを行い実験例を試みた。使用したキセノンランプの構成は図２で示したものと同様であり、その仕様については下記に示すとおりである。
［キセノンショートアークランプ（１０）］
・発光管（１１）：材質；石英ガラス
・陽極（１３）：材質；タングステン
・陰極（１４）：材質；トリエーテッドタングステン
・アーク長：３．５ｍｍ
・管壁負荷：２１Ｗ／ｃｍ２
・電流密度：１０８Ａ／ｍｍ２
【００４０】
（実施例）
キセノンランプの管軸を水平に保持し、定期的に回転させてライフテストを行った。
回転制御の方法は、点灯時間が１００時間を経過するごとに、図６に従い、発光管を（ａ）→（ｃ）→（ａ）→（ｃ）・・となるよう、１８０度ずつ回転させることによった。本実験例においては、回転作業はランプ給電停止中、ランプ温度が低下したときに行い、その際、回転方向は時計回りと半時計回りを交互に行うことによった。なお、ランプ温度が低下した段階では電極蒸発物が全て沈着し、浮遊していないため、回転作業と発光管の黒化とは無関係と考えてよい。
【００４１】
（参照例）
また、キセノンランプを水平に支持した状態でランプの動きを固定して、従来の技術に従い参照例に係る実験を行った。
【００４２】
上記実施例、参照例におけるライフテストでは、一定時間ごとに発光管の温度測定を行った。この理由は、発光管の破裂は、発光管温度が上昇し熱歪が蓄積することによって発生することから、破裂しやすさを表す指標として、発光管の到達温度を用いることができるからである。なお、点灯時の発光管温度は、チップ位置にかかわらず上側が最も高くなるため、測定は毎回、点灯方向上側から行った。
【００４３】
上記実験例１の結果を、図７に示す。なお同図において、黒丸で示したランプ１の曲線は、実施例に係る光源装置により点灯したランプの温度測定結果である。他の白抜きのマークで示すランプ２、ランプ３、ランプ４の曲線は、いずれも、参照例に係る光源装置により点灯したランプの温度測定結果である。
この結果から明らかなように、ランプを回転させることで、発光管上部の温度上昇を抑制することができるようになる。しかも、回転を行った実施例に係る光源装置によれば、電極の損耗によりフリッカが生じた後も破裂が起こらないことが確認され、ランプをフリッカ寿命まで安定的に使用することができることが確認された。
【００４４】
［実験例２］
続いて実験例２を行った。
キセノンランプの発光管をチップを上側となるよう、管軸を水平に支持して設置した。ランプを回転させずに固定して点灯させ、発光管の周方向における黒化の程度を観察した。黒化の程度を定量化するため、一定時間ごとに照度計をランプの管軸を中心に３０度間隔で移動して照度を測定した。
ここで得た測定結果を、０ｈでの照度を基準として、下記定義により「黒化の程度」として算出した。なお、この実験に用いたキセノンランプはいずれもデジタルプロジェクター用キセノンショートアークランプであり、管壁負荷は、３０〜４５Ｗ／ｃｍ２、陰極先端径は、０．３５〜０．７ｍｍ、陰極先端における電流密度は、１１９〜２１０Ａ／ｍｍ２の範囲であった。
【００４５】
「黒化の程度」の定義
（黒化の程度）＝｛１−（各時間での照度）／（０ｈでの照度）｝＋１
【００４６】
この結果を図８に示す。
グラフには発光管上部を０度とし、時計回りに３０度間隔で順に角度を付した。この結果、時間とともに特に０度のバルブ上側の位置で黒化が顕著に生じていることが認められた。またこの結果、黒化の程度の分布形状は、ランプのスペックによらず、概ね同様の経過をたどることが判明した。
発光管上部の黒化の程度としては、４００ｈ時点では破裂の危険性はほとんどないが、６００ｈ時点では発光管の温度が９００℃以上（図７、ランプ２，４参照）に高くなることから、破裂の危険性が高くなることが判明した。
また、発光管の回転方向における黒化の程度の変位は、角度０度より±３０度未満の場合に顕著であったが、それ以上の回転角度になると極端に少なくなる。このため、チップを角度０度より±３０度の位置をスキップし、３０度から３３０度という特定の範囲に位置されるよう回転を制御することで、更に破裂に至る確率を小さくすることができるようになる。
【００４７】
以上、本発明の実施形態及び実験例について説明したが、本発明は上記例に限定されることなく適宜変更が可能であることは言うまでもない。例えば、回転制御方法に関して、上記においてはランプの回転角度を１８０度や９０度として説明したが、これらに限定されることなく４５度、３０度、１０度等、更に細かくしても良く、また、回転させる際に一定の角度とすることに限定されるものでもなく、適宜に設定すればよい。また回転のタイミングを一定時間ごととすることにも限定されるものでなく、ランプの点灯時間が経過し、黒化が進んだ場合に、比較的短い間隔で発光管を回転させるよう制御することも本発明に含まれる。また、本発明に係るデジタルプロジェクター用光源装置においては、プロジェクター装置本体の仕様やプロジェクター装置の設置状態などによって取り付け状態において制限を受けるため、実際のキセノンランプは、ランプ管軸が大地に対して完全に水平方向に支持されない場合もあるが、本発明はこのような場合においても適用されることは言うまでもない。すなわち、本発明は、ランプ管軸が大地に対して完全に水平方向となるよう支持されたものに限定されず、管軸を傾けた状態にキセノンランプを支持して使用する場合においても適用される。なお、本発明における作用、効果を発揮するにあたって望ましいキセノンランプの支持状態としては、ランプ管軸が大地に対して±４０度以下の範囲にあることであり、更に望ましくは±３０度以下の範囲にあることである。
【符号の説明】
【００４８】
１              デジタルプロジェクター用光源装置
１０            キセノンショートアークランプ
１１            発光管
１１ａ，１１ｂ  封止管部
１２            チップ
１３    陽極
１４    陰極
１３ａ  電極棒
１４ａ  電極棒
１５，１６    反射鏡
１７      口金
１８      口金
１８ａ    突起部（板状突起部）
１８ｂ    突起部
１９      給電手段
２０      給電手段
２１      ランプ支持部材
２２      口金嵌合用冶具
２２ａ    溝部
２２ｂ    穴部
２３      モータ
２４      ランプ支持部材
３０      回転制御回路
３１      位置検出回路
３２      ＣＰＵ
３３      メモリ
３４      駆動回路
３５      ランプ電源
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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