JP2001155882A - マイクロ波放電光源装置及びこのマイクロ波放電光源装置を用いた画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 点光源として長寿命で高輝度の無電極ランプ
を提供する。 【解決手段】 マイクロ波を発生するマグネトロン１６
と、前記マイクロ波を共振させると共に、光を出射させ
る開口部１１ａ１を形成した共振器１１と、前記共振器
１１内に設けられ、且つ、前記マイクロ波によって放電
される放電媒１５体を封入した無電極ランプ１４と、前
記無電極ランプからの出射光Ｌの出射方向に対して略直
角な方向に磁力線（１２ａ，１２ｂ），（１３ａ，１３
ｂ）を発生させると共に、前記無電極ランプを挟んで相
反する方向に前記磁力線を発生させる一対の磁力発生手
段１２，１３とを具備したことを特徴とするマイクロ波
放電光源装置１０を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、無電極ランプ内の
放電媒体をマイクロ波によって励起させるマイクロ波放
電光源装置及びこのマイクロ波放電光源装置を用いた画
像表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、電極を持たない無電極ランプを備
えた周知のマイクロ波放電光源装置は、照明装置などの
広い範囲を照射する装置として利用されていたため、発
光部がある程度広範囲でも問題がなかった。しかしなが
ら、近年、マイクロ波放電光源装置を画像表示装置の光
源として利用することが考えられるに至り、光学系によ
り光束を制御する必要が出て来たが、点光源化が困難な
ため、光束を収束させて高輝度化を図ることが出来なか
った。これを解決する手段として無電極ランプから出射
する出射光側に開口面積の小さいマスクを設けることが
行われていたが、無電極ランプが全体的に一様に発光し
ているため開口から出射する光量はその一部にすぎず、
極めて効率の悪いものとなっている。

【０００３】また、図６に示した如く、特開平７−１８
３００８号公報に開示されたマイクロ波放電光源装置
は、電子サイクロトロン共鳴を利用する方法の一例であ
る。

【０００４】図６に示した従来例の一例としてのマイク
ロ波放電光源装置１００では、マイクロ波を発振するマ
イクロ波発振器１０１と、このマイクロ波発振器１０１
で発振されたマイクロ波を導く導波管１０２と、この導
波管１０２に給電口１０３を通じて接続され且つ前方側
に開口部１０４ａが形成された円筒状のマイクロ波共振
空洞体１０４と、このマイクロ波共振空洞体１０４内に
設けられその内部にマイクロ波によって励起されて放電
発光する放電発光物質が収容された中空球形状のランプ
容器１０５と、このランプ容器１０５に給電装置１０６
を介して磁場を印加する電磁磁石又は永久磁石１０７と
を備えて構成されている。

【０００５】そして、マイクロ波発振器１０１から発振
されたマイクロ波は導波管１０２を伝わり給電口１０３
からマイクロ波共振空洞体１０４内に給電され、マイク
ロ波によってランプ容器１０５内の放電発光物質が励起
されて放電発光した時に、電磁磁石又は永久磁石１０７
による磁場の磁力線１０７ａがマイクロ波の進行方向と
ほぼ平行に発生しているため、この磁場の影響でランプ
容器１０５内に存在する電子に図７に示したような螺旋
状の回転運動を起こさせ、いわゆる電子サイクロトン共
鳴が起きる。この後、ランプ容器１０５内で放電発光し
た光は磁場を加えない場合よりも螺旋状に回転運動する
分だけ光の発光パス（距離）及び発光期間が長くなり、
発光した光がマイクロ波共振空洞体１０４の開口部１０
４ａから出射されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図６に示し
た従来のマイクロ波放電光源装置１００によれば、上述
したように、ランプ容器１０５内の電子が螺旋状に回転
運動する分だけ光の発光パス及び発光期間が長くなり、
発光する機会が増えるものの、中空球形状のランプ容器
１０５内で電子が螺旋状に回転運動する際の発光パスを
増加させるには、ランプ容器１０５の球径を大きくしな
ければならず、仮にランプ容器１０５の球径を大きくす
れば発光部が大きくなってしまうと共に、マイクロ波放
電光源装置１００も大型になってしまう。

【０００７】また、マイクロ波共振空洞体１０４の前方
に開口した開口部１０４ａの開口面積も大きいため、画
像表示装置などに用いる場合に点光源として利用するに
充分小さく且つ高輝度の発光源にはなりえないなどの問
題が生じている。

【０００８】そこで、ランプ容器の球径を大きくするこ
となく、ランプ容器内で電子の発光期間を長くすること
ができるマイクロ波放電光源装置が望まれている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題に鑑み
てなされたものであり、第１の発明は、マイクロ波を発
生するマグネトロンと、前記マイクロ波を共振させると
共に、光を出射させる開口部を形成した共振器と、前記
共振器内に設けられ、且つ、前記マイクロ波によって放
電される放電媒体を封入した無電極ランプと、前記無電
極ランプからの出射光の出射方向に対して略直角な方向
に磁力線を発生させると共に、前記無電極ランプを挟ん
で相反する方向に前記磁力線を発生させる一対の磁力発
生手段とを具備したことを特徴とするマイクロ波放電光
源装置である。

【００１０】また、第２の発明は、上記した第１の発明
のマイクロ波放電光源装置において、前記一対の磁力発
生手段は、永久磁石により前記磁力線を発生させるよう
にしたことを特徴とするものである。

【００１１】また、第３の発明は、上記した第１の発明
のマイクロ波放電光源装置において、前記一対の磁力発
生手段は、電磁コイルにより前記磁力線を発生させるよ
うにしたことを特徴とするものである。

【００１２】また、第４の発明は、上記した第１乃至第
３の発明のいずれかのマイクロ波放電光源装置におい
て、前記共振器に形成した前記開口部の開口面積が前記
無電極ランプのランプ径より小なることを特徴とするも
のである。

【００１３】更に、第５の発明は、上記した第１乃至第
４の発明のいずれかのマイクロ波放電光源装置を画像表
示用の投射用光源として用いたことを特徴とする画像表
示装置である。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に本発明に係るマイクロ波放
電光源装置及びこのマイクロ波放電光源装置を用いた画
像表示装置の一実施例を図１乃至図５を参照して＜第１
実施例＞，＜第２実施例＞の順に詳細に説明する。

【００１５】＜第１実施例＞図１は本発明に係るマイク
ロ波放電光源装置を示した断面図、図２は図１に示した
マイクロ波放電光源装置において、磁場の影響による無
電極ランプ内で発生した電子の運動形態を説明するため
の図、図３は図１に示したマイクロ波放電光源装置を一
部変形した変形例を示した断面図である。

【００１６】図１に示した如く、本発明に係るマイクロ
波放電光源装置１０では、共振器１１が小径部１１ａと
大径部１１ｂとで段付き円筒形状に形成されている。
尚、実施例では、共振器１１を段付き円筒形状に形成し
ているが、これに限ることなく、単なる円筒形状でも良
く、更に、箱形状でも良い。

【００１７】また、共振器１１の小径部１１ａには、先
端を開口した開口部１１ａ１が形成されており、この小
径部１１ａの内径に沿って永久磁石１２，１３（磁力発
生手段）が互いに対向して図示しない接着剤を用いて一
対固着されている。尚、実施例では、一対の永久磁石１
２，１３を共振器１１の小径部１１ａの内側に固着して
いるが、これに限ることなく、共振器１１の小径部１１
ａの外側に固着しても良い。

【００１８】また、共振器１１の小径部１１ａ内で開口
部１１ａ１側に無電極ランプ１４が、一対の永久磁石１
２，１３の内側に固着されている。この無電極ランプ１
４は、透明な石英ガラスを用いて内部を密閉して中空球
状に形成されている。この無電極ランプ１４の内部には
放電媒体１５が封入されており、この放電媒体１５とし
てアルゴン、ネオン、キセノン、クリプトン等の希ガス
及びガリウム・インジウム・タリウム等の金属ハロゲン
化物、水銀、亜鉛、硫黄、セレン、テルル等が封入され
ている。勿論、無電極ランプ１４内には電極がないため
に長寿命化が図れるものである。

【００１９】この際、一対の永久磁石１２，１３と無電
極ランプ１４との間に図示しない誘電性セラミックスを
充填又は焼結することで無電極ランプ１４が一対の永久
磁石１２，１３を介して共振器１１の小径部１１ａ内に
固着されている。

【００２０】また、上記した一対の永久磁石１２，１３
は、無電極ランプ１４からの出射光Ｌの出射方向（矢印
方向）に対して略直角（略垂直）な方向に磁力線（１２
ａ，１２ｂ），（１３ａ，１３ｂ）を発生させると共
に、無電極ランプ１４を挟んで相反する方向の磁力線
（１２ａ，１２ｂ），（１３ａ，１３ｂ）を発生させる
ように各磁石１２，１３の同極性同士（Ｎ極同士又はＳ
極同士）を互いに対向させている。

【００２１】また、共振器１１の大径部１１ｂの底面部
１１ｂ１の外側には、マイクロ波を発生するマグネトロ
ン１６が取り付けられている。また、マグネトロン１６
で発生したマイクロ波を発信するアンテナ１７が共振器
１１の大径部１１ｂ内に突出している。これにより、ア
ンテナ１７から発信されたマイクロ波が共振器１１の大
径部１１ｂ内で共振されて、共振したマイクロ波を無電
極ランプ１４内に給電している。

【００２２】そして、無電極ランプ１４内では、共振し
たマイクロ波により放電媒体１５の希ガスが放電してプ
ラズマ状態となり、それにより無電極ランプ１４に入る
電力が増大し、無電極ランプ１４のガラス壁の温度が上
昇して封入されている金属が蒸発し高温部で解離し凝縮
して粒子となりこの粒子が放電の加熱で金属特有のスペ
クトル発光をする。この粒子は無電極ランプ１４内の低
温部へ移動し、水素・酸素との反応により金属化したの
ち蒸発・解離・凝縮・発光を繰り返す。

【００２３】ここで、図２に拡大して示したように、永
久磁石１２から発生する磁力線１２ａ，１２ｂの向き
と、永久磁石１３から発生する磁力線１３ｂ，１３ｂａ
の向きとが、無電極ランプ１４からの出射光Ｌの出射方
向（矢印方向）に対して略直角な方向で且つ互いに相反
する方向に設定されているため、中空球状の無電極ラン
プ１４内で電子サイクロトロン共鳴により発生した電子
は従来のような螺旋状に回転運動することなく、中心部
で長期間に亘って略球状の回転運動を続け発光し続ける
ので、無電極ランプ１４のランプ径φＤを小さくしたま
ま強い光の点光源として機能し、無電極ランプ１４から
の出射光Ｌが共振器１１の小径部１１ａに形成した開口
部１１ａから出射される。この際、一対の永久磁石１
２，１３の磁束密度が高いほど電子サイクロトロン共鳴
を起こし易くなる。また、無電極ランプ１４内の電子が
自由に運動していたときにランプ壁に衝突して消費して
いたマイクロ波のエネルギーを効率良く利用することが
出来る。

【００２４】次に、図１に示したマイクロ波放電光源装
置１０を一部変形した変形例について図３を用いて簡略
に説明する。尚、図３では先に説明したマイクロ波放電
光源装置１０の構成部材と同一構成部材に対して同一の
符番を付すと共に、以下の説明では先に説明したマイク
ロ波放電光源装置１０と異なる点についてのみ説明す
る。

【００２５】図３に示した如く、変形例のマイクロ波放
電光源装置２０では、共振器１１の小径部１１ａの先端
に開口した開口部１１ａ１に、無電極ランプ１４のラン
プ径φＤより充分小さい直径で略１ｍｍ以下の中心孔２
１ａを穿設した蓋２１を取り付けることで、この中心孔
２１ａから出射した出射光Ｌがより鮮明な点光源として
得られ、中心孔２１ａの開口面積が小さくとも効率良く
出射光Ｌを取り出すことが出来る。また、中心孔２１ａ
を穿設した蓋２１に金属材料を用いたり、又は、金網と
遮光部材とを組み合わせて用いることでマイクロ波の外
部への漏洩を防止する効果が得られる。

【００２６】上記構成によるマイクロ波放電光源装置１
０（又は２０）は、無電極ランプ１４に電極がないため
に長寿命化が図れ、且つ、一対の永久磁石１２，１３で
発生した磁力線（１２ａ，１２ｂ），（１３ａ，１３
ｂ）の向きにより、無電極ランプ１４内の中心部で電子
が長期間に亘って略球状の回転運動を続け発光し続ける
ので、無電極ランプ１４の発光期間を長くすることがで
きるために発光輝度を上げることができ、且つ、無電極
ランプ１４からの出射光Ｌの出射方向に対して放電効率
を上げ高輝度化し小さい面積から出射光Ｌを出射させる
ことで、無電極ランプ１４からの出射光Ｌを点光源とし
て利用できる。また、無電極ランプ１４のランプ径φＤ
を小さく設定できるので、マイクロ波放電光源装置１０
（又は２０）を小型化できる。

【００２７】＜第２実施例＞図４は本発明に係るマイク
ロ波放電光源装置を用いた画像表示装置として透過型の
場合を示した構成図、図５は本発明に係るマイクロ波放
電光源装置を用いた画像表示装置として反射型の場合を
示した構成図である。

【００２８】まず、図４に示した如く、透過型の画像表
示装置３０は、先に説明したマイクロ波放電光源装置１
０（又は２０）を構成する無電極ランプ１４から出射し
た出射光Ｌがレンズ３１により透過型液晶板３２に照射
される。この透過型液晶板３２は、液晶駆動回路３３か
らの画像信号により所望の画像を表示する。透過型液晶
板３２を透過した画像光Ｇは投射レンズ３４により拡大
されてスクリーン３５上に拡大投射される。

【００２９】従って、先に説明したマイクロ波放電光源
装置１０（又は２０）は、無電極ランプ１４に電極がな
いために長寿命化が図れ、且つ、一対の永久磁石１２，
１３で発生した磁力線（１２ａ，１２ｂ），（１３ａ，
１３ｂ）の向きにより、無電極ランプ１４内の中心部で
電子が長期間に亘って略球状の回転運動を続け発光し続
けるので、無電極ランプ１４の発光期間を長くすること
ができ、且つ、無電極ランプ１４の出射光Ｌの出射方向
に対して放電効率を上げ高輝度化し小さい面積から出射
光Ｌを出射させることで、無電極ランプ１４からの出射
光Ｌを点光源として利用できるので、透過型の画像表示
装置３０の投射用光源として低消費電力であり、且つ、
画像を高輝度／高画質／高精細に拡大投射できる。

【００３０】次に、図５に示した如く、反射型の画像表
示装置４０は、光アドレス型空間変調素子４１の一方の
面４１ａに画像信号に応じた書き込み光Ｗが照射されて
光情報が書き込まれ、この光情報が内部で増幅されてい
る。

【００３１】一方、先に説明したマイクロ波放電光源装
置１０（又は２０）を構成する無電極ランプ１４から出
射した出射光Ｌは、赤外線カットフィルタ４２、レンズ
４３、波長フィルタ４４を通ってポラリゼーション・ビ
ームスプリッタ４５に入射され、ポラリゼーション・ビ
ームスプリッタ４５の半透過反射膜４５ａで反射されて
反射光が光アドレス型空間変調素子４１の他方の面４１
ｂに照射され、この他方の面４１ｂで画像情報を含んだ
読み出し光Ｒとして反射される。この後、画像情報を含
んだ読み出し光Ｒは、ポラリゼーション・ビームスプリ
ッタ４５の半透過反射膜４５ａを透過して投射レンズ４
６により拡大されてスクリーン４７上に拡大投射され
る。

【００３２】従って、先に説明したマイクロ波放電光源
装置１０（又は２０）は、無電極ランプ１４に電極がな
いために長寿命化が図れ、且つ、一対の永久磁石１２，
１３で発生した磁力線（１２ａ，１２ｂ），（１３ａ，
１３ｂ）の向きにより、無電極ランプ１４内の中心部で
電子が長期間に亘って略球状の回転運動を続け発光し続
けるので、無電極ランプ１４の発光期間を長くすること
ができ、且つ、無電極ランプ１４の出射光Ｌの出射方向
に対して放電効率を上げ高輝度化し小さい面積から出射
光Ｌを出射させることで、無電極ランプ１４からの出射
光Ｌを点光源として利用できるので、反射型の画像表示
装置４０の投射用光源として低消費電力であり、且つ、
画像を高輝度／高画質／高精細に拡大投射できる。

【００３３】

【発明の効果】以上詳述した本発明に係る本発明に係る
マイクロ波放電光源装置によると、無電極ランプに電極
がないために長寿命化が図れ、且つ、一対の永久磁石で
発生した磁力線の向きにより、無電極ランプ内の中心部
で電子が長期間に亘って略球状の回転運動を続け発光し
続けるので、無電極ランプの発光期間を長くすることが
できるために発光輝度を上げることができ、且つ、無電
極ランプからの出射光の出射方向に対して放電効率を上
げ高輝度化し小さい面積から出射光を出射させること
で、無電極ランプからの出射光を点光源として利用でき
る。また、無電極ランプのランプ径を小さく設定できる
ので、マイクロ波放電光源装置を小型化できる。

【００３４】また、本発明に係るマイクロ波放電光源装
置を用いた画像表示装置によれば、上記した無電極ラン
プの性能による点光源を画像表示用の投射用光源として
用いているので、画像表示装置の低消費電力に寄与で
き、且つ、マイクロ波放電光源装置により画像を高輝度
／高画質／高精細に拡大投射できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るマイクロ波放電光源装置を示した
断面図である。

【図２】図１に示したマイクロ波放電光源装置におい
て、磁場の影響による無電極ランプ内で発生した電子の
運動形態を説明するための図である。

【図３】図１に示したマイクロ波放電光源装置を一部変
形した変形例を示した断面図である。

【図４】本発明に係るマイクロ波放電光源装置を用いた
画像表示装置として透過型の場合を示した構成図であ
る。

【図５】本発明に係るマイクロ波放電光源装置を用いた
画像表示装置として反射型の場合を示した構成図であ
る。

【図６】従来例の一例としてマイクロ波放電光源装置を
示した構成図である。

【図７】図６に示したマイクロ波放電光源装置におい
て、磁場の影響でランプ容器内に存在する電子の回転運
動を説明するための図である。

【符号の説明】

１０…本発明に係るマイクロ波放電光源装置、１１…共
振器１１、１１ａ…小径部、１１ａ１…開口部、１１ｂ
…大径部、１２，１３…一対の磁力発生手段（一対の永
久磁石）、１２ａ，１２ｂ…永久磁石１２の磁力線、１
３ａ，１３ｂ…永久磁石１３の磁力線、１４…無電極ラ
ンプ、１５…放電媒体、１６…マグネトロン、２０…本
発明に係る変形例のマイクロ波放電光源装置、２１…
蓋、２１ａ…中心孔、３０…本発明に係るマイクロ波放
電光源装置を用いた透過型の画像表示装置、４０…本発
明に係るマイクロ波放電光源装置を用いた反射型の画像
表示装置、Ｌ…出射光。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マイクロ波を発生するマグネトロンと、 前記マイクロ波を共振させると共に、光を出射させる開
   口部を形成した共振器と、 前記共振器内に設けられ、且つ、前記マイクロ波によっ
   て放電される放電媒体を封入した無電極ランプと、 前記無電極ランプからの出射光の出射方向に対して略直
   角な方向に磁力線を発生させると共に、前記無電極ラン
   プを挟んで相反する方向に前記磁力線を発生させる一対
   の磁力発生手段とを具備したことを特徴とするマイクロ
   波放電光源装置。
2. 【請求項２】前記一対の磁力発生手段は、永久磁石によ
   り前記磁力線を発生させるようにしたことを特徴とする
   請求項１記載のマイクロ波放電光源装置。
3. 【請求項３】前記一対の磁力発生手段は、電磁コイルに
   より前記磁力線を発生させるようにしたことを特徴とす
   る請求項１記載のマイクロ波放電光源装置。
4. 【請求項４】前記共振器に形成した前記開口部の開口面
   積が前記無電極ランプのランプ径より小なることを特徴
   とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のマイ
   クロ波放電光源装置。
5. 【請求項５】請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載
   のマイクロ波放電光源装置を画像表示用の投射用光源と
   して用いたことを特徴とする画像表示装置。