(57)【要約】【課題】高圧放電灯の電極上に成長した不要な副突起を溶解させ、放電起点移動によるチラツキ発生を抑制する。【解決手段】対向配置された一対の電極を内部に有し、少なくともハロゲン、水銀および希ガスが封入された発光管を有する高圧放電灯、高圧放電灯を点灯させる点灯装置、高圧放電灯を冷却するための空冷ファン、および点灯装置の動作に基づいて空冷ファンの動作を制御する制御手段を備えた光源装置において、高圧放電灯の点灯開始から所定期間を経過するまでは空冷ファンの回転数をｆ０とし、所定期間の経過後は空冷ファンの回転数をｆ０よりも高いｆ１とするように構成した。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向配置された一対の電極を内部に有し、少なくともハロゲン、水銀および希ガスが封入された発光管を有する高圧放電灯、該高圧放電灯を点灯させる点灯装置、該高圧放電灯を冷却するための空冷ファン、および該点灯装置の動作に基づいて該空冷ファンの動作を制御する制御手段を備えた光源装置において、
前記制御手段が、前記高圧放電灯の点灯開始から所定期間を経過するまでは前記空冷ファンの回転数をｆ０とし、前記所定期間の経過後は前記空冷ファンの回転数を前記ｆ０よりも高いｆ１とするように構成された光源装置。
【請求項２】
請求項１記載の光源装置において、前記所定期間が、（ｉ）前記高圧放電灯のランプ電圧が所定値以下であること、（ｉｉ）前記高圧放電灯の点灯開始からの経過時間が所定値以下であること、の少なくとも一方を満たす期間として規定された光源装置。
【請求項３】
請求項２記載の光源装置において、前記（ｉ）における前記ランプ電圧の所定値が６５Ｖから７５Ｖの間から選択された電圧である光源装置。
【請求項４】
請求項２記載の光源装置において、前記（ｉｉ）における前記経過時間の所定値が８分から１２分の間から選択された時間である光源装置。
【請求項５】
請求項１から５いずれか一項に記載の光源装置、前記高圧放電灯に取り付けられるレフレクタ、並びに前記光源装置及び前記レフレクタを収容する筐体からなるプロジェクタ。
【請求項６】
対向配置された一対の電極を内部に有し、少なくともハロゲン、水銀および希ガスが封入された発光管を有する高圧放電灯、該高圧放電灯を点灯させる点灯装置、該高圧放電灯を冷却するための空冷ファン、および該点灯装置の動作に基づいて該空冷ファンの動作を制御する制御手段を備えた光源装置における高圧放電灯の空冷方法であって、
（Ａ）前記高圧放電灯の点灯開始から所定期間を経過するまで、回転数ｆ０で前記空冷ファンを動作させるステップ、及び
（Ｂ）前記所定期間の経過後、前記ｆ０よりも高い回転数ｆ１で前記空冷ファンを動作させるステップ
からなる高圧放電灯空冷方法。
【請求項７】
請求項６記載の高圧放電灯空冷方法において、前記所定期間が、（ｉ）前記高圧放電灯のランプ電圧が所定値以下であること、（ｉｉ）前記高圧放電灯の点灯開始からの経過時間が所定値以下であること、の少なくとも一方を満たす期間として規定された高圧放電灯空冷方法。
【請求項８】
請求項７記載の高圧放電灯空冷方法において、前記（ｉ）における前記ランプ電圧の所定値が６５Ｖから７５Ｖの間から選択された電圧である高圧放電灯空冷方法。
【請求項９】
請求項７記載の高圧放電灯空冷方法において、前記（ｉｉ）における前記経過時間の所定値が８分から１２分の間から選択された時間である高圧放電灯空冷方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧放電灯を光源とするプロジェクタ、プロジェクションＴＶ、映写機等の光源装置に係り、特に高圧放電灯への空冷制御の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶プロジェクタ等の光源装置においては、図７に示すような高圧水銀ランプのような高圧放電灯（以下、「ランプ」又は「高圧放電灯」という）が用いられる。このようなランプにはハロゲン物質、希ガス及び水銀が封入され、発光管内には一対の電極が対向配置されている。このようなランプは、通常５０Ｈｚ〜４００Ｈｚの固定周波数の矩形波電流によって点灯される。
【０００３】
図７に示すように、ランプは石英ガラスなどからなる発光管１が備えられ、この発光管の中央付近には密閉空間を有する発光部（膨部）２が設けられている。この発光部２の密閉空間内には水銀、始動用補助ガスとしてアルゴン、黒化防止のための微量のハロゲンとして臭素が封入されると共に、タングステンからなる一対の電極３ａ、３ｂが対向配置されている。各電極３ａ、３ｂは、発光部２の両端を気密に封止する封止部４ａ、４ｂに埋設されたモリブデン箔５ａ、５ｂを介してリード棒に接続され、さらに電力供給用リード線（図示せず）に接続することにより、該リード線を通じて上記に説明した高圧放電灯点灯装置からランプ電力が供給されるようになっている。
【０００４】
ところで、ランプを上記のような交流電流で点灯すると、使用初期には放電アークの起点が定まり、電極の先端に突起が形成され成長する。ここで、電極の先端に突起が形成され、それが成長する原理は必ずしも明確ではないが以下のように推測される。
加熱されたタングステンが蒸発し、それが発光管内に存在するハロゲン等と結合してタングステン化合物が形成される。このタングステン化合物は対流などによって管璧付近から電極先端付近へ拡散され、高温部でタングステン原子に分解される。そしてタングステン原子はアーク中で電離することで陽イオンとなる。交流点灯している両電極が陽極と陰極を点灯周波数ごとに繰り返すが、この陰極動作をしている時にアーク中の陽イオンは、電界によって陰極側に引き寄せられることで両電極先端に析出され、それが突起を形成するものと考えられている（以下、「ハロゲンサイクル」という）。
【０００５】
このように点灯初期では電極は図８（ａ）のように突起状に成長する。この突起（以下、「主突起」という）はアークの起点であり放電を安定させるために必要な突起である。もし主突起が無い状態でランプを点灯させると放電起点が移動しアークが安定しないために人間の目でわかるほどのチラツキが生じる。
【０００６】
ところで、約１００時間を経過してくると主突起は点灯時間と共に成長と消耗を繰り返していく。しかし、２０００時間を経過してくるとハロゲンサイクルのバランスが崩れて次第に図８（ｂ）のように主突起が消耗していき、図８（ｃ）のように主突起の周囲に別の突起（以下、「副突起」という）が発生してしまう。この副突起は１つだけ発生する場合もあれば２つ以上発生する場合もあり、放電起点が副突起間を移動することによるチラツキを生じさせる。
【０００７】
このような電極表面が荒れて副突起が発生する課題に対して、それを修復するために電極表面補修期間を設けることが特許文献１に開示されている。これによると、（交流点灯の場合）ランプ点灯中の所定の時期に、ランプ電流が定格電流以上になる期間又は点灯周波数が５Ｈｚ以下となる期間を間欠的に１秒以上設ける方法が示されている。この補修期間の作用により電極表面が一様に加熱され、問題となる複数の副突起がなくなるというものである。
【特許文献１】特許第３８４００５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は特にプロジェクタ等の光源装置に向けられている。従って、装置の制御方法を検討するにあたって重要なこととして、まず、コンテンツの上映時にユーザの視覚に違和感を与えないことであり、即ち、ユーザの視覚に対する配慮がなされなければならない。
【０００９】
特許文献１では補修期間の点灯周波数が５Ｈｚ以下であったり、定格電流以上のランプ電流を印加するものであったりするので、安定点灯時（特にコンテンツの上映時）にその補修期間による制御が行われるとユーザの視覚に違和感を与えるおそれがある。特に、交流点灯式の場合、その点灯周波数が５０Ｈｚより低いとランプ電流の極性反転自体がちらつきとして視認できるようになり、ユーザには不快なものとなる。従って、同文献による対策は、仮にある特定のランプに対して効果があったとしても視覚上の観点から好適な対策とはいえない。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の側面は、対向配置された一対の電極を内部に有し、少なくともハロゲン、水銀および希ガスが封入された発光管を有する高圧放電灯、高圧放電灯を点灯させる点灯装置、高圧放電灯を冷却するための空冷ファン、および点灯装置の動作に基づいて空冷ファンの動作を制御する制御手段を備えた光源装置において、制御手段が、高圧放電灯の点灯開始から所定期間を経過するまでは空冷ファンの回転数をｆ０とし、所定期間の経過後は空冷ファンの回転数をｆ０よりも高いｆ１とするように構成された光源装置である。
【００１１】
本発明の第２の側面は、上記第１の側面の光源装置、高圧放電灯に取り付けられるレフレクタ、並びに光源装置及びレフレクタを収容する筐体からなるプロジェクタである。
【００１２】
本発明の第３の側面は、対向配置された一対の電極を内部に有し、少なくともハロゲン、水銀および希ガスが封入された発光管を有する高圧放電灯、高圧放電灯を点灯させる点灯装置、高圧放電灯を冷却するための空冷ファン、および点灯装置の動作に基づいて空冷ファンの動作を制御する制御手段を備えた光源装置における高圧放電灯の空冷方法であって、（Ａ）高圧放電灯の点灯開始から所定期間を経過するまで、回転数ｆ０で空冷ファンを動作させるステップ、及び（Ｂ）所定期間の経過後、ｆ０よりも高い回転数ｆ１で空冷ファンを動作させるステップからなる高圧放電灯空冷方法である。
【００１３】
上記第１及び第３の側面において、上記所定期間を、（ｉ）高圧放電灯のランプ電圧が所定値以下であること、（ｉｉ）高圧放電灯の点灯開始からの経過時間が所定値以下であること、の少なくとも一方を満たす期間として規定した。
具体的には、上記ランプ電圧の所定値を６５Ｖから７５Ｖの間から選択された電圧とするのが好ましい。
また、上記経過時間の所定値を８分から１２分の間から選択された時間とするのが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると、空冷ファンの回転数を通常動作中のｆ１より少ないｆ０で所定期間回転させることによりランプ電極の温度が上昇し、ランプの電極上に成長した不要な副突起を溶解させることができるので、放電起点移動によるチラツキ発生を抑制することができる。
【００１５】
また、空冷ファンの回転数を所定期間低減するだけで副突起対策ができるので、光出力変動による視覚的な違和感をユーザに与えるようなこともないし、ランプ電流変調に伴う騒音等の新たな問題をひきおこすこともない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１に本発明の光源装置１００のブロック図を示す。光源装置１００は高圧放電灯１０１、高圧放電灯１０１を点灯するための点灯装置１０２、高圧放電灯１０１を冷却するための空冷ファン１０４、および点灯装置１０２の動作に基づいて空冷ファン１０４を制御する制御手段１０３を含む。なお、点灯装置１０２、制御手段１０３および空冷ファン１０４は適宜給電されているものとする。
高圧放電灯１０１が点灯装置１０２によって始動動作を経て点灯開始されると、点灯開始を示す信号が点灯装置１０２から制御手段１０３に送られる。後述するように、制御手段１０３は点灯開始からの所定期間ｔ１経過時を境に空冷ファン１０４の回転数を変化させる。
【００１７】
図２に点灯開始からの経過時間と空冷ファン１０４の回転数の関係を示す。点灯中は通常は回転数ｆ１が適用されるが、点灯開始から所定期間ｔ１を経過するまでは通常の回転数ｆ１よりも低い回転数ｆ０が適用される。なお、回転数ｆ０はｆ０＜ｆ１であればよく、ｆ０＝０、即ち、停止状態も含む概念である。
【００１８】
所定期間ｔ１について、（ｉ）点灯装置１０２内で取得される高圧放電灯１０１のランプ電圧のデータが制御手段１０３に出力されるようにして、ランプ電圧が所定値以下である期間を所定期間ｔ１として規定してもよいし、（ｉｉ）点灯装置１０２又は制御手段１０３が点灯開始からの経過時間を測定して、点灯開始からの経過時間が所定値以下である期間を所定期間ｔ１として規定してもよい。なお、条件（ｉ）又は（ｉｉ）を単独で適用して所定期間ｔ１を決定してもよいし、条件（ｉ）と（ｉｉ）による判断結果の論理積又は論理和をとることによって所定期間ｔ１を決定してもよい。
【００１９】
具体的には、条件（ｉ）におけるランプ電圧の所定値は６５Ｖ〜７５Ｖ、より好ましくは７０Ｖ程度とすればよい。高圧放電灯において、点灯開始直後は希ガスによる放電が行われ、その間のランプ電圧は数十Ｖ程度と低い。その後、水銀等が蒸発して安定点灯に達するとランプ電圧は（新品ランプにおいて突起が無いか小さい場合）６５Ｖ〜７５Ｖとなる。従って、点灯開始を検出した後、ランプ電圧が約７０Ｖとなったことを検出することによって安定点灯に達したことを判断できる。
【００２０】
なお、点灯開始の検出は、ランプ電圧が無限大（検出上限値）から数十Ｖ（例えば１０Ｖ）になったことを検出すればよい。この点灯開始の検出は、制御手段１０３がランプ電圧のデータを取得して検出する構成としてもよいし、点灯装置１０２内で点灯開始を検出して制御手段１０３に点灯開始を示す信号を出力する構成としてもよい。
【００２１】
また、条件（ｉｉ）における経過時間の所定値は８分〜１２分、より好ましくは１０分程度とすればよい。これは、ランプが安定点灯に達して現実に通常程度の冷却が必要になるのが、点灯開始から１０分前後を経過した付近であることによる。
また、点灯装置の起動後であってもランプ点灯開始前は、回転数にはｆ０ではなくｆ１を適用することが望ましい。なぜなら、ホットリスタート（ランプが温かい状態での始動）を行う場合、回転数を高くしてランプを冷やした方が始動性が良くなるからである。従って、上記の経過時間を点灯装置の起動後からカウントするのであれば、起動後から約５秒以降かつ１０分以前の期間において回転数をｆ０とするのが望ましい。
【００２２】
補足すると、条件（ｉ）で述べた構成によって制御手段１０３が点灯開始に関する情報を得ることができる場合はｆ０適用期間を点灯開始から約１０分以内とすればよいし、制御手段１０３が点灯開始に関する情報を得ることができない構成の場合は、ｆ０適用期間を点灯装置１０２の起動開始（例えば電源投入）から５秒以降かつ約１０分以前となるようにすればよい。いずれにしても、点灯開始直後からの１０分間程度について回転数ｆ０が適用されるようにすればよい。
【００２３】
これにより、点灯開始初期の所定期間ｔ１内にランプ電極の温度が上昇し、ランプの電極上に成長した不要な副突起を溶解させることができる。
また、本発明は、従来の光源装置に用いられているような点灯装置および空冷ファンを用いて空冷ファンの回転数のみを変化させる構成としたので、汎用性の高い副突起対策を提供することができる。
【００２４】
図５は本発明の光源装置としてのプロジェクタ１１０の構成を示す図である。高圧放電灯１０１にレフレクタ１１１が取り付けられ、高圧放電灯１０１、レフレクタ１１１、点灯装置１０２、制御手段１０３および空冷ファン１０４が筐体１１２に内蔵される。なお、図は模擬的に図示したものであり、寸法、配置などは図面通りではない。そして、図示されない映像系の部材等を筐体１１２内に適宜配置してプロジェクタが構成される。
【００２５】
図４はプロジェクタ内におけるランプ収納部の概略図である。ランプ４０４は前面ガラス４０６で前面を覆われた前面密閉タイプのものであり、ランプ自身がランプ前面側の通気を遮断している。また、空冷用ファン４００は（通風用開口部４０３から空気を吸い込み）ランプ側からプロジェクタの外側に空気を吸い出す方向に風を流して空冷するものである。なお、この図は一例であり前面開放タイプや、空冷用ファンをランプに当てる空冷方法などを用いてもよい。なお、４０１、４０２及び４０５はそれぞれランプ口金、ランプケーブル及びランプボックスである。
【００２６】
図５は本発明のランプ空冷方法のフローチャートである。
電源が投入されると、ステップＳ５００で始動動作が行われ、点灯が開始される。
ステップＳ５０１において、空冷ファン４が回転数ｆ０で駆動される。
ステップＳ５０２において所定期間ｔ１を経過したか否かが判断され、経過していなければステップＳ５０１に戻り回転数ｆ０が維持され、経過後であればステップＳ５０３に進み、回転数がｆ１に上げられる。
なお、ステップＳ５０２における所定期間ｔ１を経過したか否かの判断は、上述したようにランプ電圧又は経過時間に基づいて行えばよい。
【００２７】
図６に点灯装置１０２の回路構成の一例を示す。本発明の点灯装置は、全波整流回路１０、全波整流回路１０の直流電圧をＰＷＭ（パルス幅変調）制御回路により所定のランプ電力又はランプ電流に制御する降圧チョッパ回路２０、降圧チョッパ回路２０の直流出力電圧を交流矩形波電流に変換してランプ６０に印加するためのフルブリッジ回路４０、ランプ始動時に高圧パルス電圧をランプに印加するためのイグナイタ回路５０、並びに降圧チョッパ回路２０及びフルブリッジ回路４０を制御するための制御回路３０で構成されている。なお、図面を見やすくするために整流回路１０として全波整流・コンデンサインプット型の回路を示しているが、必要に応じて昇圧回路（力率改善回路）等も含むものとする。
【００２８】
降圧チョッパ回路２０はＰＷＭ制御回路３７によってＰＷＭ制御されるトランジスタ２１、ダイオード２２、チョークコイル２３、及び平滑コンデンサ２４で構成され、全波整流回路１０から供給される直流電圧を所定のランプ電力又はランプ電流に変換するように制御される。フルブリッジ回路４０はブリッジ制御回路４５によってトランジスタ４１及び４４の組とトランジスタ４２及び４３の組とが所定の周波数で交互にオン／オフするように制御される。これにより、ランプ６０に（基本的には矩形波の）交流電流が印加される。なお、ランプ６０には定格電力５０〜４５０Ｗ程度のものを想定している。
【００２９】
制御回路３０において、抵抗３１及び３２はランプ電圧を検出するランプ電圧検出回路であり、抵抗３３はランプ電流を検出するものである。検出されたランプ電圧とランプ電流とが乗算器３４によって乗算処理されてランプ電力が検出される。誤差増幅器３５によって乗算器３４の出力と直流電源３８の電圧とが比較され、誤差増幅器３５の出力がＰＷＭ制御回路３７に入力され、降圧チョッパ回路２０のトランジスタ２１のＯＮ幅が制御される。これにより、定ランプ電力制御が行われる。
【００３０】
中央制御回路３００ではマイクロコンピュータ（図示せず）などを用いてランプ電圧を検出し、または所定の時間をカウントし、所定期間を経過したらＵＡＲＴ（シリアル通信方式）などを用いて制御手段１０３（プロジェクタ本体側のマイクロコンピュータ）へ送信して空冷ファンの回転数を調整させるようにする。なお、上述したように、所定時間のカウントは制御手段１０３（プロジェクタ本体側のマイクロコンピュータ）でカウントするようにしてもよい。
【００３１】
上記より、視覚性、信頼性を向上した点灯装置を内蔵したので、ユーザは映像を快適に視聴することができるとともに、信頼性の高いプロジェクタを得ることができる。
また、本発明は、高圧放電灯をファンで冷却しながら点灯する光源装置であればプロジェクタだけでなく、他の光源装置にも使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の光源装置を示すブロック図である。
【図２】本発明の空冷方法を説明する図である。
【図３】本発明のプロジェクタを示す図である。
【図４】プロジェクタ内における、ランプ収納部の概略図である。
【図５】本発明の空冷方法のフローチャートである。
【図６】本発明の高圧放電灯点灯装置を示す図である。
【図７】ランプの構成を説明する図である。
【図８】ランプの電極の状態を説明する図である。
【符号の説明】
【００３３】
１：ＡＣ電源
１０：全波整流回路
２０：降圧チョッパ回路
３０：制御回路
４０：フルブリッジ回路
５０：イグナイタ回路
６０：高圧放電灯
１００：光源装置
１０１：高圧放電灯
１０２：点灯装置
１０３：制御手段
１０４：空冷ファン
１１０：プロジェクタ
１１１：レフレクタ
１１２：筐体
３００：中央制御回路
４００：空冷ファン
４０１：ランプ口金
４０２：ランプケーブル
４０３：通風用開口部
４０４：ランプ
４０５：ランプボックス
４０６：前面ガラス
【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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