(57)【要約】【課題】発光部に失透が生じても照度の低下を抑制する。【解決手段】本開示の一態様に係るプロジェクタ装置は、石英ガラス製の発光管３、内部に発光管３が配置された凹面反射鏡１２４と、凹面反射鏡１２４から出射される光を利用して画像を投射する光学ユニット２０９とを備える。この発光管３は、一対の電極が鉛直方向(Ｚ軸)を向くように配置されている。光学ユニット２０９は、発光管３が垂直点灯配置にあるにもかかわらず、投射する画像の領域が横長矩形になるように構成されている。発光管３は、内部に少なくとも水銀が封入され、かつ、一対の電極が互いに向かい合うように配置された発光部６と、この発光部６から互いに反対方向に延出した一対の封止部１１、１３を有している。【選択図】図７
2016057601.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に少なくとも水銀が封入され、かつ、一対の電極が互いに向かい合うように配置された発光部、および、前記発光部から互いに反対方向に延出した一対の封止部を有する石英ガラス製の発光管と、
内部に前記発光管が配置された凹面反射鏡と、
前記凹面反射鏡から出射される光を利用して画像を投射する光学ユニットと、
を備え、
前記発光管は、前記一対の電極が鉛直方向を向くように配置されており、
前記光学ユニットは、投射する画像の領域が横長矩形になるように構成されている、プロジェクタ装置。
【請求項２】
前記凹面反射鏡は、光軸が前記一対の電極の長手方向の中心軸に整合するように配置されている、請求項１に記載のプロジェクタ装置。
【請求項３】
前記一対の電極の長手方向の中心軸と鉛直方向との間の角度は２０°以下である、請求項１または２に記載のプロジェクタ装置。
【請求項４】
前記光学ユニットは、
前記凹面反射鏡から出射された光を利用して画像を形成する少なくとも１つの空間光変調素子と、
前記空間光変調素子によって形成された画像を投射するレンズと、
を有し、かつ、
投射する画像の領域の長辺方向が、前記レンズの光軸および前記一対の電極の長手方向の中心軸の両方に平行な平面と直交するよう構成されている、請求項１から３のいずれかに記載のプロジェクタ装置。
【請求項５】
前記発光管を有する高圧放電ランプと、
前記一対の電極に電気的に接続され、前記高圧放電ランプを駆動する駆動回路と、
を備え、
前記発光管の内部の水銀蒸気の状態が飽和状態から不飽和状態に変化するときの前記高圧放電ランプのランプ電力をＰ０とするとき、前記駆動回路は、前記ランプ電力が１．５Ｐ０以下の範囲で前記高圧放電ランプを駆動する、
請求項１から４のいずれかに記載のプロジェクタ装置。
【請求項６】
前記駆動回路は、前記ランプ電力がＰ０以上１．５Ｐ０以下の範囲で前記高圧放電ランプを駆動する、請求項５に記載のプロジェクタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、プロジェクタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、プロジェクタの光源には、高圧放電ランプ、特に高圧水銀ランプが用いられている。高圧水銀ランプは、内部に放電空間が形成された発光部と、この発光部から互いに反対方向に延出した一対の封止部とを有する石英ガラス製の発光管を備えている。発光部においては、一対の電極が発光管の長手方向の中心軸上に位置し、互いに向かい合うように配置されている。したがって、一対の電極の長手方向の中心軸と発光管の長手方向の中心軸とは略一致している。このような発光管は、光源ユニット内において、反射鏡内の光軸と電極の長手方向の中心軸とが略一致するように配置されている。また、光源ユニットは、発光部における電極の長手方向の中心軸が略水平になるような状態でプロジェクタ装置内に組み込まれている。プロジェクタ装置から出射される光の軸（光軸）が略水平な場合、プロジェクタ装置から出射される光は、垂直に立てられたスクリーンに対して、横長矩形の画像を形成するように投射される（特許文献１参照）。横長矩形の画像を投射する理由は、規格に対応するためである。
【０００３】
このようなプロジェクタ装置を縦置きにして使用する場合がある（特許文献２参照）。これは、プロジェクタを縦置きにすることにより、縦長矩形の画像を利用するためである。縦置きされた複数のプロジェクタを並べて配置することにより、各々の縦長矩形の画像をつなぎ合わせ、大画面を実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２３５９７５号公報
【特許文献２】特開２００５−６２５９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
プロジェクタ装置におけるランプ寿命を延ばすことが求められている。
【０００６】
本開示の実施形態は、発光管の失透に伴う照明維持率の低下を抑制することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示のプロジェクタ装置は、内部に少なくとも水銀が封入され、かつ、一対の電極が互いに向かい合うように配置された発光部、および、前記発光部から互いに反対方向に延出した一対の封止部を有する石英ガラス製の発光管と、内部に前記発光管が配置された凹面反射鏡と、前記凹面反射鏡から出射される光を利用して画像を投射する光学ユニットとを備え、前記発光管は、前記一対の電極が鉛直方向を向くように配置されており、前記光学ユニットは、投射する画像の領域が横長矩形になるように構成されている。
【発明の効果】
【０００８】
本開示に係るプロジェクタ装置によれば、発光管に発生する失透の位置を、光が取り出される有効範囲から外すことが可能になる。発光部のうちの封止部の近傍に失透が発生したとしても、このような失透は出射光に影響しない。本開示によれば、照度維持率の低下を抑制することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】公知のプロジェクタ装置内における高圧放電ランプ１の配置のされ方と、高圧放電ランプ１から放射される光の角度範囲を模式的に示す断面図
【図２Ａ】水平点灯配置の高圧放電ランプ１から放射された光が凹面反射鏡１２４によって反射される様子を示す断面図
【図２Ｂ】垂直点灯配置の高圧放電ランプ１から放射された光が凹面反射鏡１２４によって反射される様子を示す断面図
【図３Ａ】水平点灯配置の高圧放電ランプにおける発光部の写真に相当する図（左側）と、発光部における失透部１００の位置を示す図（右側）
【図３Ｂ】垂直点灯配置の高圧放電ランプにおける発光部の写真に相当する図（左側）と、発光部における失透部１００の位置を示す図（右側）
【図４】電極の長手方向の中心軸(Ｊ１軸)と鉛直方向(Ｚ軸)とが形成する角度αが０°ではない場合を模式的に示す図
【図５】本開示の実施形態に係るプロジェクタ２０１の内部構造の一部を示す斜視図
【図６】本開示の実施形態に係るプロジェクタ２０１における光学ユニット２０９の内部構造の例を模式的に示す断面図
【図７】本開示の実施形態に係るプロジェクタ２０１における光学ユニット２０９の内部構造の例を模式的に示す斜視図
【図８】本開示の実施形態１に係る高圧放電ランプ１の構成を示す側面図
【図９】電極７、９の一部を拡大して示す図
【図１０】本開示の実施形態に係る光源ユニット１１０の構成を示す断面図
【図１１】電源ユニット２０７の構成例を示すブロック図
【図１２】高圧放電ランプの電力と電圧との関係の一例を示すグラフ
【図１３Ａ】水平点灯配置において、照度に影響する失透面積の時間変化を説明するための図
【図１３Ｂ】垂直点灯配置において、照度に影響する失透面積の時間変化を説明するための図
【図１４】垂直点灯配置および水平点灯配置のそれぞれについて、３つのサンプルの照度維持率の時間変化を測定した結果を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本開示の具体的な実施形態を説明する前に、本開示の基礎となった知見を説明する。
【００１１】
公知のプロジェクタ装置内において、高圧放電ランプは、電極の長手方向の中心軸が略水平となるような状態で点灯される。点灯中、発光管の表面温度は１０００℃近くに達することが知られている。その結果、石英ガラス製の発光管では、特に鉛直方向の上方に位置する、発光部の上側中央部が白濁化する。発光管が白濁すると、その部位で光透過率が著しく低下してしまう。このような石英ガラスの白濁化は「失透」と呼ばれる現象であり、非晶質が結晶化することによって生じる。失透は、放電空間からの出射光を遮ってしまうために、光束が低下し、高圧放電ランプの照度維持率が低くなる。ランプの寿命を延ばすため、失透の発生を抑制することが求められてきた。
【００１２】
本願発明者は、失透によって石英ガラスの白濁化が生じても、そのように白濁化する部位の位置を調整することにより、高圧放電ランプの照度維持率の低下を抑制し得ることを見出して本開示に想到した。
【００１３】
図１は、公知のプロジェクタ装置内における高圧放電ランプ１の配置例と、高圧放電ランプ１から出る光の角度範囲を模式的に示している。図１には、説明を分かりやすくするため、相互に直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなる座標軸が記載されている。Ｘ−Ｙ面は水平面に平行であり、Ｚ軸は鉛直方向に平行である。本明細書では、高圧放電ランプ１が有する電極の長手方向の中心軸を「Ｊ１軸」と呼ぶ場合がある。図１における矢印Ｄは、このＪ１軸に対してθだけ傾斜した方向を示している。
【００１４】
図１に示される高圧放電ランプ１は、電極の長手方向の中心軸Ｊ１軸が水平面（Ｘ−Ｙ面）に平行であり、鉛直方向（Ｚ軸）に対して直交するように配置されている。このような配置を、本明細書では「水平点灯配置」と呼ぶ。従来のプロジェクタ装置における高圧放電ランプ１の配置は水平点灯配置である。
【００１５】
高圧放電ランプ１から放射される光の強度は、電極の長手方向の中心軸（Ｊ１軸）に対する角度θに依存して変化する。一般には、Ｊ１軸に直交する方向、すなわち角度θが９０°程度の方向において最も高い強度を示す。また、角度θが０°および１８０°に近い方向において最も低い強度を示す。反射面が放物反射面であるリフレクタ（反射鏡）と組み合わせて使用される場合、高圧放電ランプ１から放射された光のうち、凹面状の反射面によって反射された光はＪ１軸に対して平行に進む。この光が、画像の投射に利用される。図１には、発光部から放射された光を取り出して画像の投射に利用できる角度を示す有効範囲３５０が模式的に示されている。この有効範囲３５０はＪ１軸の回りに軸対称的に広がっている。図１に模式的に示されている有効範囲３５０は、角度θが例えば２５°以上１５５°以下の範囲である。高圧放電ランプ１の配光特性は、発光管の構造および形状、電極の形状およびサイズ、ならびに電極間距離などに依存する。このため、有効範囲３５０を規定する角度の下限および上限は多様であり得る。反射面が楕円反射面などの種々の反射面である場合でも同様のことが言える。
【００１６】
高圧放電ランプ１の石英ガラス製発光管では、ランプ寿命の末期において、前述した失透が生じると、発光部の上側中央部が白濁する。以下、図２Ａおよび図２Ｂを参照して、白濁が生じる部位をより詳しく説明する。
【００１７】
図２Ａは、水平点灯配置の高圧放電ランプ１から放射された光が凹面反射鏡１２４によって反射される様子を示している。水平点灯配置の高圧放電ランプ１では、高温になると、発光部の上側中央部に失透部１００が生じて白濁化する。すると、光の強度が最も高くなる方向に出射される光が失透部１００の影響を受ける。こうして生じる失透部１００による光の強度の局所的低下は、画像の投射に利用される光束の低下を招くことになる。
【００１８】
本発明者は、高圧放電ランプ１の向き(配置)を適切に調整することにより、失透部１００の白濁化に伴う光の強度および光束の低下を避け得るのではないかと考えた。すなわち、高圧放電ランプ１が有する電極の長手方向の中心軸(Ｊ１軸)を鉛直方向(Ｚ軸)に向けることにより、光の強度の最も高くなる方向から失透部１００の形成位置を外すことが可能になることを見出した。このような高圧放電ランプ１の配置の典型例は、電極の長手方向の中心軸(Ｊ１軸)を鉛直方向(Ｚ軸)に一致させる配置である。このような配置は、従来の「水平点灯配置」と対比して「垂直点灯配置」と称することができる。後述する理由から、電極の長手方向の中心軸(Ｊ１軸)は鉛直方向(Ｚ軸)に対して完全に平行である必要はない。
【００１９】
図２Ｂは、垂直点灯配置の高圧放電ランプ１から放射された光が凹面反射鏡１２４によって反射される様子を示している。この例では、電極の長手方向の中心軸(Ｊ１軸)が鉛直方向(Ｚ軸)に平行である。垂直点灯配置の場合、本発明者の実験によると、失透部１００は、図２Ｂに示されるように、発光管における発光部の上側中央部に形成されることがわかった。このような位置に失透部１００が形成され、白濁化が生じても、出射光を遮ってしまうことが殆どない。その結果、高圧放電ランプ１の照度維持率が低下しにくくなる。垂直点灯配置を採用することにより、ランプの寿命を水平点灯配置の場合に比して１．５倍から２倍程度にまで延ばすことができることがわかった。
【００２０】
図３Ａは、水平点灯配置の高圧放電ランプにおける発光部の写真に相当する図（左側）と、発光部における失透部１００の位置を示す図（右側）である。この図は、図２Ａにおける矢印Ｄの方向から高圧放電ランプ１の丸い発光部をみたときの失透部１００を示している。失透部１００は、発光部の中央に拡がっていることがわかる。
【００２１】
図３Ｂは、垂直点灯配置の高圧放電ランプにおける発光部の写真に相当する図（左側）と、発光部における失透部１００の位置を示す図（右側）である。この図は、図２Ａにおける矢印Ｄの方向から高圧放電ランプ１の丸い発光部をみたときの失透部１００を示している。失透部１００は、発光部の中央よりも端部に近い位置に発生している。失透部１００が図３Ｂに示すような部位に形成された場合、失透部１００によって光が遮られることが充分に抑制され得る。
【００２２】
図４は、電極の長手方向の中心軸(Ｊ１軸)と鉛直方向(Ｚ軸)とが形成する角度αが０°ではない場合の例を模式的に示す図である。角度αが大きくなると、発光部の上部に形成された失透部１００が有効範囲３５０の光を遮るおそれがある。本発明者の検討によれば、電極の長手方向の中心軸(Ｊ１軸)と鉛直方向(Ｚ軸)とが形成する角度αが３０°以下であれば、失透部１００によって有効範囲３５０の光が遮られることを十分に抑制できる。さらに、角度αが２０°以下である場合、失透部１００は有効範囲３５０の光をほとんど遮らないことがわかった。このため、本明細書では、「垂直点灯配置」とは、電極の長手方向の中心軸(Ｊ１軸)と鉛直方向(Ｚ軸)とが形成する角度が３０°以下である配置を意味する。ただし、電極の長手方向の中心軸(Ｊ１軸)と鉛直方向(Ｚ軸)とが形成する角度が３０°を超える場合であっても、高圧放電ランプの構造によっては、失透の影響を充分に低下させることが可能な場合がある。一対の電極が水平方向よりも鉛直方向に近い方向を向くように発光管が配置されていれば、失透の影響を低減することが可能である。本明細書では、一対の電極が水平方向よりも鉛直方向に近い方向を向くことを、「一対の電極が鉛直方向を向く」と表現する。言い換えれば、「一対の電極が鉛直方向を向く」とは、電極の長手方向の中心軸(Ｊ１軸)と鉛直方向(Ｚ軸)とが形成する角度が４５°未満であることを意味する。
【００２３】
以上の考察から完成した本開示のプロジェクタ装置は、ある態様によれば、石英ガラス製の発光管と、内部に前記発光管が配置された凹面反射鏡と、凹面反射鏡から出射される光を利用して画像を投射する光学ユニットとを備える。この発光管は、一対の電極が鉛直方向を向く（即ち、α＜４５°）ように配置されており、典型的には「垂直点灯配置」（α≦３０°）を実現している。また、光学ユニットは、発光管が垂直点灯配置にあるにもかかわらず、投射する画像の領域が横長矩形になるように構成されている。なお、発光管は、内部に少なくとも水銀が封入され、かつ、一対の電極が互いに向かい合うように配置された発光部と、この発光部から互いに反対方向に延出した一対の封止部を有している。発光管の構造そのものは、特に制約されず、公知の各種構造を有するものであってよい。
【００２４】
ある実施形態において、凹面反射鏡は、光軸が一対の電極の長手方向の中心軸に整合するように配置されている。反射鏡の光軸と、一対の電極の長手方向の中心軸との関係は、厳密な意味で「平行」である必要はない。本明細書において、ある軸が他の軸に「整合する」とは、両軸が形成する角度が３０°以下であることを意味するものと定義する。
【００２５】
ある実施形態において、一対の電極の長手方向の中心軸と鉛直方向との間の角度は２０°以下である。この角度が２０°を超えて大きくなると、失透部１００が形成される部位が光線を遮る領域にシフトしていく。
【００２６】
ある実施形態において、光学ユニットは、凹面反射鏡から出射された光を利用して画像を形成する少なくとも１つの空間光変調素子と、空間光変調素子によって形成された画像を投射するレンズ（以下、「投射レンズ」と称する。）とを有している。本開示によるプロジェクタ装置を用いた場合、スクリーンなどの物体上に投射される画像の領域の長辺方向は、水平方向に一致している。すなわち、規格に従った横長矩形の画像がスクリーン上に形成され得る。一方、発光管の一対の電極は鉛直方向を向いている（好ましくは垂直点灯配置されている）。このため、投射レンズの光軸、および発光管の一対の電極の長手方向の中心軸の両軸を含む平面を考えると、この平面は、投射される画像の領域の長辺方向と交差(典型的には直交)する。
【００２７】
ここで、比較のため、従来のプロジェクタ装置を投射レンズの光軸周りに９０°回転させることにより、水平点灯配置の発光管を一時的に「垂直点灯配置」に変更した場合を考える。この場合、投射される画像の領域は、いわゆる「縦長矩形」になる。従って、投射レンズの光軸、および発光管の一対の電極の長手方向の中心軸の両軸を含む平面は、投射される画像の領域の長辺方向とは交差せず、平行な関係にある。
【００２８】
空間光変調素子の典型例は、透過型液晶パネル、反射型液晶パネル、またはデジタルミラーデバイスである。しかし、空間光変調素子は、これらの例に限定されない。また、使用される空間光変調素子の個数は１つに限定されない。高圧放電ランプから出射された光を色毎に分割し、分割された光路上に色毎に異なる像を形成するための空間光変調素子を置いても良い。こうして形成された色毎に異なる像は、合成されてカラー画像を形成し、スクリーンまたは他の物体上に投射され得る。
【００２９】
本開示に係るプロジェクタ装置によれば、発光管に発生する失透の位置を、発光部における光の強度が相対的に高くなる領域から外すことが可能になる。具体的には、失透は、発光部のうちの封止部の近傍に発生する。発光管の放電空間から放射された光は、直接、または反射鏡の内面に反射されて、反射鏡の開口部から出射される。その際、放電空間からの放射光は、発光部の中心が擬似的に発光中心となって電極の背後を除いて３６０°の全方位に放射されることになる。なお、「電極の背後を除いて」とするのは、電極が影となってその放射光を遮るためである。したがって、失透が発光部のうちの封止部の近傍に発生したとしても、封止部の近傍は電極の背後に位置するので、反射鏡からの出射光に寄与しない。このため、照度維持率の低下を抑制することができる。
【００３０】
本開示のある実施形態に係るプロジェクタ装置の構成によれば、前記一対の電極の長手方向の中心軸の鉛直方向に対する傾きが２０°以内であることにより、失透が発生する範囲を封止部の近傍に十分に抑えることができる。
【００３１】
（実施形態１）
本開示の実施形態は、垂直点灯配置の高圧放電ランプを備えるプロジェクタ装置である。以下、本開示のより具体的な実施形態を説明する。
【００３２】
＜プロジェクタ装置＞
まず、本開示の実施形態に係るプロジェクタ２０１の概略構成を説明する。図５は、本開示の実施形態に係るプロジェクタ２０１の内部構造の一部を示す斜視図である。図５は、わかりやすさのため、プロジェクタ２０１を底面側から斜めに見た図である。図５には、図２Ｂと同一のＺ軸が記載されている。前述したように、水平面はＸ−Ｙ面に平行であり、Ｚ軸は鉛直方向に平行である。プロジェクタ２０１からの光線は、Ｚ軸に垂直な方向（Ｘ軸方向とする。）に出射される。
【００３３】
プロジェクタ２０１は、前面投射型の液晶プロジェクタである。このプロジェクタ２０１は、垂直点灯配置された高圧放電ランプを内部に備える光源ユニット１１０、高圧放電ランプを点灯させるための駆動回路を含む電源ユニット２０７、制御ユニット２１５、および光学ユニット２０９などの部品をケース２１３の内部に備える。光学ユニット２０９は、投射レンズ２１９、集光レンズ、透過型のカラー液晶表示板、および駆動モータを内蔵し、レンズ２１９がケース２１３の外部に突き出るように配置されている。
【００３４】
電源ユニット２０７は、交流電圧（例えば家庭用ＡＣ１００〜１２０Ｖの電圧）を所定の直流電圧に変換して、駆動回路および制御ユニット２１５に供給する。制御ユニット２１５は、光学ユニット２０９の近傍に配置された基板と、この基板に実装された複数の電子・電気部品とを有する。
【００３５】
制御ユニット２１５は、外部から入力された画像信号に基づき、カラー液晶表示板を駆動してカラー画像を表示させる。また、光学ユニット２０９の内部に配置されている駆動モータを制御してフォーカシング動作およびズーム動作を実行させる。
【００３６】
光源ユニット１１０から出射した光は、光学ユニット２０９の内部に配置されている集光レンズによって集束され、光路途中に配置されたカラー液晶表示板を透過する。これにより、カラー液晶表示板に形成された画像が、レンズ２１９などの光学系を介して不図示のスクリーン上に投影される。このように、光学ユニット２０９は、光源ユニット１１０から放射された光を変調して表示のための像を形成する。
【００３７】
本実施形態では、光学ユニット２０９は、光路上に液晶表示板を有しているが、光学ユニット２０９の構成はこのような例に限定されない。表示すべき像は、例えばデジタルミラーデバイスを備えた処理装置によって形成されてもよい。
【００３８】
図６は、プロジェクタ２０１における光路の例を模式的に示す断面図である。
【００３９】
図６に示される例において、光源ユニット１１０から鉛直方向（Ｚ軸）の上側に出射した光は、光学ユニット２０９の内部に配置されている不図示のレンズによってコリメートされ、光路途中に配置されたミラー６０、６１、６２、６４、６５によって色毎に分岐される。簡単のため、図６では、レンズおよび各種フィルタなどの光学素子の記載は省略されている。
【００４０】
ミラー６０およびミラー６２は、それぞれ、赤色（Ｒ）および緑色（Ｇ）の光を選択的に反射するように構成されたダイクロイック・ミラーである。この例の場合、ミラー６０で選択的に反射された赤色光は、他のミラー６１で反射されてダイクロイック・プリズム６３に向かう。赤色光は、ダイクロイック・プリズム６３に入射する前において、空間光変調素子として機能する透過型の第１液晶パネル６７を通過し、赤色画像の輝度分布を形成する。ミラー６０を透過した光は、緑色および青色の成分を含んでいる。この光のうち、ミラー６２で選択的に反射された緑色光は、空間光変調素子として機能する透過型の第２液晶パネル６８を通過して緑色画像の輝度分布を形成する。ミラー６０を透過した青色光は、ミラー６４で反射された後、更に他のミラー６５で反射されてダイクロイック・プリズム６３に向かう。青色光は、ダイクロイック・プリズム６３に入射する前において、空間光変調素子として機能する透過型の第３液晶パネル６９を通過し、青色画像の輝度分布を形成する。
【００４１】
３つの空間光変調素子によって形成された色ごとに異なる画像は、ダイクロイック・プリズム６３の内部でカラー画像に合成される。カラー画像を構成する光線は、投射レンズ２１９を介して出射され、不図示のスクリーンなどの物体上に横長矩形の画像を表示する。
【００４２】
図７は、図６に示されている光路、ならびに、光路上に置かれているミラー６０、６１、６２、６４、６５、およびダイクロイック・プリズム６３の配置を模式的に示す斜視図である。図７では、プロジェクタ装置から出た光線が形成する横長矩形の画像表示領域３００が記載されている。図７では明らかではないが、画像表示領域３００は、不図示のスクリーンまたは他の物体上に投射される。画像表示領域３００は、投射レンズ２１９により所望の倍率で拡大される。画像表示領域３００は、横方向（Ｙ軸方向）における横サイズ（幅Ｗ）と、鉛直方向（Ｚ軸方向）における縦サイズ（高さＨ）とを有している。横サイズ：縦サイズ（＝Ｗ：Ｈ）は、例えば、４：３または１６：９などの比率（アスクペクト比率）に設定され得る。本開示の実施形態におけるプロジェクタ装置では、縦サイズ（高さＨ）よりも横サイズ（幅Ｗ）が大きい横長矩形の画像が得られるように、光学ユニット２０９内における各光学素子の方向が設定されている。
【００４３】
前述したように、光学ユニット２０９の内部構成は、この例に限定されない。表示すべき画像は、デジタルミラーデバイスを備えた処理装置によって形成されてもよい。また、回転する３色のカラーフィルタ盤を光路上に配置し、異なる色の画像をフィールドシーケンシャルに投射し、それによってカラー画像を形成しても良い。重要な点は、一対の電極が鉛直方向を向くように配置された発光管から放射された光を利用して横長矩形の画像を投射するように光学ユニット２０９が構成されている点にある。
【００４４】
図５、図６および図７に示す例において、光源ユニット１１０は、光が鉛直方向（Ｚ軸）の上側に進むように配置されているが、光源ユニット１１０の向きは、この例に限定されない。一対の電極が鉛直方向を向く配置が実現されるのであれば、光源ユニット１１０は鉛直方向（Ｚ軸）の下方に光を出射するように配置されていてもよい。
【００４５】
本開示の実施形態によれば、発光管から放射された光が鉛直方向（Ｚ軸）に進むため、プロジェクタ装置の鉛直方向サイズが相対的に拡大する。しかし、プロジェクタ装置の外形は、図５〜図７を参照しながら説明した形態、すなわち、鉛直方向のサイズが他の方向のサイズよりも大きなサイズを有する外形を持つ形態（縦置型）に限定されない。鉛直方向のサイズが他の方向のサイズよりも小さな外形を持つ形態、いわゆる「横置型」であってもよい。また、発光管から放射された光をＸ−Ｙ面に平行な方向に反射するミラーを配置することにより、すなわち電極の長手方向の中心軸とミラーの反射面の法線方向とのなす角度が約４５°になるようにミラーを配置することにより、「横置型」を実現できる。いずれにしても、プロジェクタ装置の外形は、縦置型、横置型などの特定の形状に限定されない。
【００４６】
＜高圧放電ランプ＞
図８は、本開示の実施形態１に係る高圧放電ランプ１の構成例を示す側面図である。
【００４７】
「高圧放電ランプ」は、高輝度放電灯（Ｈｉｇｈ  Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  Ｌａｍｐ：ＨＩＤ）と呼ばれることもある。高圧放電ランプは、メタルハライドランプ、超高圧水銀ランプなどの高圧で動作するランプを含む。高圧放電ランプの発光管内における圧力は、動作時、その種類に応じて、数気圧から１００気圧を超えるような高い値を示し得る。本実施形態における高圧放電ランプ１は、超高圧水銀ランプであるが、これに限らず、他の種類の高圧放電ランプであってもよい。高圧放電ランプ１の定格消費電力は、例えば１００Ｗから１ｋＷであり得る。本実施形態では、定格消費電力は３１０Ｗである。
【００４８】
高圧放電ランプ１は、発光管３と、一対の電極７、９と、一対の金属箔２３、２５と、一対の外部リード線２７、２９と、トリガ線５１とを備える。電極７、９、金属箔２３、２５および外部リード線２７、２９は、一対の電極構造体を構成する。
【００４９】
＜発光管＞
発光管３は、石英ガラス等の透光性材料から形成されている。発光管３は、内部に放電空間５が形成された発光部６と、発光部６の長手方向における両側から互いに離れる２方向に延伸する封止部１１、１３とを備える。発光部６の外形は、例えば略回転楕円体形状である。封止部１１、１３の外形は、円柱状である。発光部６の略回転楕円体形状および封止部１１、１３の円柱形状は、共通の中心軸Ｊ１を有する。
【００５０】
放電空間５の内部には、発光物質である水銀と、始動補助材として機能するアルゴン、クリプトン、キセノン等の希ガスと、放電空間５内でハロゲンサイクルを実現するために必要なヨウ素や臭素等のハロゲンガスとが封入されている。水銀の封入量は、例えば１５０ｍｇ／ｃｍ3以上６５０ｍｇ／ｃｍ3以下の範囲内であり得る。アルゴンの封入量は、例えば２５℃の環境下で０．０１ＭＰａ以上１ＭＰａ以下の範囲内であり得る。臭素の封入量は、例えば１×１０-10ｍｏｌ／ｃｍ3以上１×１０-3ｍｏｌ／ｃｍ3以下の範囲内であり得る。臭素の封入量は、好ましくは１×１０-9ｍｏｌ／ｃｍ3以上１×１０-5ｍｏｌ／ｃｍ3以下の範囲内であり得る。
【００５１】
発光管３の封止部１１、１３の直径は、例えば４．０ｍｍ以上１０ｍｍ以下であり得る。軸Ｊ１方向についての発光管３の長さは、例えば４０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下であり得る。発光部６は、例えば外径８．０ｍｍ以上４０ｍｍ以下、最大内径４．０ｍｍ以上２０ｍｍ以下の略回転楕円体形状であり得る。本実施形態では、発光管３の封止部１１、１３の直径は６．０ｍｍ、軸Ｊ１方向についての発光管３の長さは６０ｍｍ、発光部６の球体の外径は１１．６ｍｍ、発光部６の最大内径は５．４ｍｍである。
【００５２】
＜電極＞
電極７、９は、棒状の構造を有する。電極７、９のそれぞれは、一方の端部が発光部６の内部の放電空間５内に位置している。電極７、９は、放電空間５内において所定の距離（以下、「電極間距離」と称する。）Ｌだけ離間した状態で対向して配置されている。この電極間距離Ｌは、ランプ１の光取り出し効率向上の観点から、例えば０．５ｍｍから２．５ｍｍの範囲内に設定され得る。電極７、９は、例えばタングステンから形成され得る。
【００５３】
図９は、電極７、９の一部を拡大して示す図である。電極７、９は、細長の小径部７１、９１と、大径部７２、９２と、先端７３、９３とを有する。大径部７２、９２は、小径部７１、９１と先端７３、９３との間にそれぞれ位置する。電極７、９は、棒状部材の先端にコイルを巻回した状態で、棒状部材の先端とコイルの一部とを溶融することによって形成される。小径部７１、９１は、上記棒状部材におけるコイルが巻回されていない部分である。大径部７２、９２は、コイルのうち溶融されていない部分とその中央部に位置する棒状部材の一部とから構成される。先端７３、９３は、大径部７２、９２にそれぞれ連結した略半球状に溶融形成された部分である。先端７３、９３には、ランプ１の点灯中のハロゲンサイクルに起因して突起部７４、９４がそれぞれ形成される。ランプ１の点灯中、電極７、９を構成するタングステンが電極７、９の一部から蒸発してハロゲン化合物となる。当該ハロゲン化合物が電極７、９の先端７３、９３の頂部近傍に戻ったときにタングステンとして堆積する。その結果、突起部７４、９４が形成される。この突起部７４、９４は、ランプ１の製造工程の一部であるエージング工程において形成される。電極間距離Ｌは、突起部７４、９４間の距離によって規定される。
【００５４】
本実施形態における電極７、９の先端７３、９３は、略半球状であるが、このような形状に限定されない。例えば、略球状や略円錐状であってもよい。先端７３、９３の形成方法は、棒状部材の先端とコイルの一部とを溶融することによって形成する方法に限定されない。例えば、略半球状、略球状、または略円錐状に切削加工したものを用いてもよい。
【００５５】
なお、垂直点灯配置した高圧放電ランプを点灯させた場合、上側に位置する電極７の温度は、下側に位置する電極８の温度よりも高くなる傾向がある。このように温度が相違すると、各々の電極の損耗の状態も異なってくるため、ランプの寿命にも影響を及ぼす。そこで、高圧放電ランプを交流パルス波形で駆動する場合、その駆動波形を適宜、非対称にすることによって各々の電極７，８の温度をランプの寿命に影響がでない程度に調整することができる。
【００５６】
＜金属箔＞
図８に示すように、金属箔２３、２５は、封止部１１、１３にそれぞれ封止されている。金属箔２３、２５は、電極７、９にそれぞれ接続されている。金属箔２３、２５は、例えばモリブデン等の金属から形成され得る。金属箔２３、２５と電極７、９との接続は、例えば、溶接によって行われ得る。軸Ｊ１の方向についての金属箔２３、２５のそれぞれの長さは、例えば１０ｍｍから５０ｍｍの範囲内であり得る。本実施形態では、この長さは１８ｍｍである。
【００５７】
＜外部リード線＞
外部リード線２７、２９の一端は、金属箔２３、２５にそれぞれ接続されている。外部リード線２７、２９は、例えばモリブデン等の金属から形成され得る。外部リード線２７、２９の一端と金属箔２３、２５との接続は、例えば、溶接によって行われ得る。外部リード線２７、２９の他端は、それぞれ封止部１１、１３の外部に導出され、コネクタを介して図５に示す電源ユニット２０７内の駆動回路に電気的に接続される。
【００５８】
＜トリガ線＞
トリガ線５１は、ランプ１の始動に必要な電圧（本明細書において、「始動電圧」と称する。）を低減するために使用される。トリガ線５１は、例えば、外径が０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の線状部材から形成され得る。トリガ線５１の材料は、例えば、鉄およびクロムの合金やモリブデン等の導電性および耐熱性を有する金属であり得る。本実施形態では、トリガ線５１の断面形状は円形である。断面形状は多角形等の他の形状であってもよい。トリガ線５１は、全体が金属線から形成される必要はない。トリガ線５１の一部の形状が、例えば帯板状であってもよい。本開示では、そのような一部に帯板状の部分を有するものであっても「トリガ線」と称する。
【００５９】
＜光源ユニット＞
図１０は、本開示の実施形態に係る光源ユニット１１０の構成例を示す断面図である。
【００６０】
光源ユニット１１０は、本実施形態における高圧放電ランプ１と、高圧放電ランプ１から放射された光を反射させる凹面反射鏡１２４とを備える。光源ユニット１１０は、高圧放電ランプ１の両端の外部リード線２７、２９にそれぞれ接続された一対の給電線１２５、１２７と、給電線１２５、１２７の他端部にそれぞれ接続されたコネクタ１２９、１３１とを介して電源に接続されている。給電線１２５、１２７は、導電性を有する芯材を絶縁性の被覆材で被覆した部分（コネクタ１２９、１３１側の部分）と、外部リード線２７、２９に接続されるニッケル線などの導電線からなる部分とを有する。給電線１２５、１２７は、それぞれ、接続スリーブ１８７、１８９を介して外部リード線２７、２９に接続されている。反射鏡１２４は、凹面形状を有する基材１８２と、反射鏡１２４の前面側において基材１８２上に形成された反射面１８１とを有している。反射鏡１２４はまた、高圧放電ランプ１の一端を受け入れる開口１３２を中心に有し、側面の一部に給電線１２７を通す貫通孔１６５を有している。
【００６１】
光源ユニット１１０は、さらに、高圧放電ランプ１の一端を保持するベース１３３と、反射鏡１２４の背面の一部を覆う補強部材１３４と、反射鏡１２４の背面と補強部材１３４との間に保持された規制部材１３６とを備える。ベース１３３は、外部リード線２７に給電線１２５を接続することを可能にするように、ランプ１２３の一端を通す開口１３５および通風用穴１４０をもつ筒状の構造を有する。通風用穴１４０は、動作中に高温になるランプ１２３および反射鏡１２４の内部空間を冷却する冷却用ファン装置から送られてくる風を通すために設けられている。通風用穴１４０は、外部から埃などが内部に進入することを抑制するため、空気を流通させ得る多数の孔が空いた部材（例えば金属メッシュ）で覆われていてもよい。
【００６２】
ベース１３３は、例えばステアタイト（ＭｇＯ・ＳｉＯ2）などの電気的絶縁性を有する無機材料から形成され得る。ベース１３３は、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、ジルコンコージライト（ＭｇＯ−ＺｒＳｉＯ4）、炭化珪素（ＳｉＣ）、および窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）からなる群から選択された任意のセラミック材料から形成することもできる。
【００６３】
反射鏡１２４は、ガラス製の基材１８２と、基材１８２の表面にコーティングがされて形成された反射面１８１とを有する。基材１８２は、凹面形状を有する外周部と、ランプ１２３を保持するための開口１３２を有する筒状の内周部とを有する。反射鏡１２４の基材１８２は、背面側から視たとき、正方形に近い形状を有している。この反射鏡１２４を背面側から視たときの一辺の長さは、例えば３ｃｍから１０ｃｍ程度であり得る。このような形状を採用することにより、限られた空間内に光束の大きな光源を効率良く収容することが可能である。
【００６４】
反射面１８１の形状としては、反射鏡１２４の中心軸を含む断面において、短焦点型の楕円形状または放物線形状が選択され得る。光源ユニット１１０に凹レンズを組み合わせて使用する場合、長焦点型の楕円形状も選択され得る。反射面１８１は、誘電体多層膜の反射層から形成されていてもよい。その場合、可視光を選択的に反射し、紫外線および赤外線を透過させるように構成され得る。反射面１８１の誘電体多層膜は、利用する放射（電磁波）の波長に応じて適切に設計され得る。
【００６５】
反射鏡１２４は、例えば、結晶化ガラス、アルミノシリケートガラス、またはホウ珪酸ガラスから形成され得る。反射鏡１２４の反射効率は、反射鏡１２４における貫通孔１６５の位置が反射面１８１の前端に近いほど上昇する。したがって、本実施形態における貫通孔１６５は、反射面１８１の前端の比較的近くに設けられている。
【００６６】
光源ユニット１１０の構成は、上記のものに限定されず、多様な構成を採用し得る。本開示の光源ユニットは、一対の電極が鉛直方向を向くように配置された高圧放電ランプを有している限り、その構成は特定のものに限定されない。
【００６７】
＜駆動回路＞
次に、本実施形態における駆動回路の構成および好ましいランプ電力の範囲を説明する。ここで「ランプ電力」とは、高圧放電ランプの一対の電極に印加される電圧および電極を流れる電流の積の時間平均を意味する。
【００６８】
本実施形態における駆動回路は、図５に示す電源ユニット２０７内に設けられている。図１１は、電源ユニット２０７の構成例を示すブロック図である。この例における電源ユニット２０７は、商用交流電圧を所定の直流電圧に変換して出力するＤＣ電源回路３０１と、ＤＣ電源回路３０１から出力された直流電圧を所定の周波数の交流電圧に変換して光源ユニット１１０に供給する駆動回路３１０とを備えている。駆動回路３１０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１１と、インバータ回路３１２と、始動動作回路３１３と、制御回路３１４とを備えている。
【００６９】
ＤＣ−ＤＣコンバータ３１１は、例えば降圧チョッパ回路を備えている。降圧チョッパ回路内のスイッチング動作により、ＤＣ電源回路３０１から出力された直流電圧を所定の直流電圧に降圧する。このスイッチング動作は、制御回路３１４によって制御される。制御回路３１４は、例えばマイクロコンピュータ（マイコン）によって実現され得る。
【００７０】
インバータ回路３１２は、例えば４個のスイッチング素子を有するフルブリッジ回路である。インバータ回路３１２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１１が出力した直流電圧を所定の周波数の交流電圧（矩形波）に変換する。この変換は、制御回路３１４が各スイッチング素子のオン・オフの状態を切り替えることによって実現される。
【００７１】
始動動作回路３１３は、インダクタとキャパシタとを有する共振回路である。始動動作回路３１３は、インバータ回路３１２の２つの出力端子と光源ユニット１１０における２つのコネクタ１２９、１３１とに接続される。始動動作回路４は、始動時に、インバータ回路３１２から出力された交流電圧を増幅して高圧放電ランプに供給する。これにより、高圧放電ランプの電極間の絶縁破壊を促す。
【００７２】
本実施形態における駆動回路３１０は、発光管の内部の水銀蒸気の状態が飽和状態から不飽和状態に変化するときのランプ電力をＰ０として、ランプ電力が１．５Ｐ０以下の範囲になるように高圧放電ランプを駆動する。これにより、点灯中に電極が熱によって損耗することを抑制することができるため、ランプの寿命を向上させることができる。
【００７３】
駆動回路３１０は、ある例では、ランプ電力がＰ０以上１．５Ｐ０以下になるように高圧放電ランプを駆動する。
【００７４】
図１２は、高圧放電ランプの電力と電圧との関係の一例を示すグラフである。ランプ電力が閾値Ｐ０（この例では約２４０Ｗ）を下回るとランプ電圧が減少に転じており、水銀が凝集し始めていることを示している。すなわち、閾値Ｐ０以上では水銀が不飽和の状態、Ｐ０未満では飽和状態となる。
【００７５】
本発明者らの実験によれば、一対の電極を鉛直方向に向けることによるランプ寿命の向上の効果は、ランプ電力の範囲が上記のＰ０〜１．５Ｐ０の範囲にあるとき、特に高くなることがわかった。垂直点灯配置になるように設計された高圧放電ランプについて、ランプ電力を１．６Ｐ０（約３８０Ｗ）に設定してランプを点灯させ続けた場合、ランプの寿命は水平点灯配置における同一条件での寿命の１〜１．５倍であった。これに対し、ランプ電力を１．５Ｐ０（約３６０Ｗ）に設定してランプを点灯させ続けた場合、ランプの寿命は水平点灯配置における同一条件での寿命の１．５〜２倍に向上した。さらに、ランプ電力を１．２５Ｐ０（約３００Ｗ）に設定してランプを点灯させ続けた場合、ランプの寿命は水平点灯配置における同一条件での寿命の２倍以上に向上した。ランプ電力をＰ０〜１．５Ｐ０の範囲内の他の値に設定した場合も同様に寿命の向上の効果が確認できた。
【００７６】
このように、ランプ電力を比較的低く抑えることにより、垂直点灯配置を採用することによる効果がさらに向上する。これは、垂直点灯配置では、光が取り出される有効範囲に失透が広がるまでの時間が、ランプ電力が低いほど遅いことに起因している。図１３Ａおよび図１３Ｂは、それぞれ、水平点灯配置および垂直点灯配置において、照度に影響する失透面積の時間変化を説明するための図である。これらの図は、ランプ電力が比較的高い場合と比較的低い場合のそれぞれについての時間変化を示している。「照度に影響する失透面積」とは、形成された失透部分のうち、光が取り出される有効範囲内にまで及んでいる部分の面積を意味する。水平点灯配置では主に中央部に失透が出現する為、その失透は初期段階から照度に影響し、図１３Ａに示すように拡大していく。これに対し、失透が主に端部に出現する垂直点灯配置では、失透が出現してもそれが照度に影響するに至るまでには時間がかかり、その拡大も比較的緩やかである為、図１３Ｂに示すようになる。しかし、電力が比較的高い場合は、照度に影響する失透部分が比較的早くに出現し、その増加速度も大きい。よって、ランプ電力が低い場合の方が、寿命の改善効果が高い。
【００７７】
ランプ電力は、ある例では、１．１Ｐ０〜１．４Ｐ０の範囲内の値に設定され、他の例では、１．２Ｐ０〜１．３Ｐ０の範囲内の値に設定され得る。このようにランプ電力の上限および下限を設定することで、さらなる寿命の向上が期待できる
図１４は、垂直点灯配置および水平点灯配置のそれぞれについて、３つのサンプルの照度維持率の時間変化を測定した結果を示す図である。垂直点灯配置および水平点灯配置のそれぞれについて、３つのサンプルの設計条件は全て同じである。この実験では、光軸方向から見たときのサイズが６８ｍｍ角の凹面反射鏡を用いた。ＤＣファンによる空冷を行いながら、ランプ電力を３８０Ｗに設定し、２時間点灯、１５分消灯を繰り返す条件で寿命を測定した。ここで「寿命」は、初期状態における照度に対するその時点での照度の割合（即ち照度維持率）が、５０％になるまでの時間で定義される。図１４に示す例では、垂直点灯配置にした場合の寿命は、水平点灯配置にした場合の寿命に比べ、約１．３倍に向上した。このように、ランプ電力が１．５Ｐ０を上回っている場合でも、垂直点灯配置による寿命の改善の効果は大きい。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本開示のプロジェクタは、例えば、一般家庭、学校、病院、企業、行楽施設で使用される表示装置として広く利用され得る。
【符号の説明】
【００７９】
１      高圧放電ランプ
３      発光管
５      放電空間
６      発光部
７，９  電極
１１、１３  封止部
２３、２５  金属箔
２７、２９  外部リード線
５１      トリガ線（導体）
６０、６２    ダイクロイック・ミラー
６１、６４、６５    ミラー
６７    第１液晶パネル
６８    第２液晶パネル
６９    第３液晶パネル
７１、９１    小径部
７２、９２    大径部
７３、９３    先端
７４、９４    突起部
１００    失透部
１１０    光源ユニット
１２４  凹面反射鏡
１２５、１２７  給電線
１２９  第１のコネクタ
１３１  第２のコネクタ
１３２  開口
１３３  ベース
１３４  補強部材
１３５  開口
１３６  規制部材
１４０  通風用穴
１８１  反射面
１８２  反射鏡基材
１８７  接続スリーブ
１８９  接続スリーブ
２０１  プロジェクタ
２０７  電源ユニット
２０９  光学ユニット
２１３  ケース
２１５  制御ユニット
２１９  投射レンズ
３０１  ＤＣ電源回路
３１０  駆動回路
３１１  ＤＣ−ＤＣコンバータ
３１２  インバータ回路
３１３  始動動作回路
３１４  制御回路
３５０  光の有効範囲
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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