JP2008226684A - 光源装置、プロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】より安価で小型化が可能な光源装置及び光源装置を備えたプロジェクタを提供する。
【解決手段】光源装置１０は、マイクロ波発生部１００と、マイクロ波発生部１００より延出する同軸線と、同軸線の先端部に配置した発光部５００と、光束反射面を有するリフレクタ５３０と、リフレクタ５３０前面の開口部側に配置する遮蔽板５２０と、発光部５００の支持部５４０と、を有し、さらにマイクロ波発生部と、発光部１００と、遮蔽板５２０と、を制御する制御部とを備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、光束を射出する光源装置及び光照射方法及び当該光源装置を備えたプロジェクタに関する。

従来の光出力照明用光源装置によれば、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、及び高圧水銀ランプなどの電極放電式ランプが用いられていた。さらに、プロジェクタは、映像投写装置として会議でのプレゼンテーションや家庭におけるホームシアタなど各方面に利用されている。このようなプロジェクタに使用される光源装置は、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、及び高圧水銀ランプなどの電極を有する放電式ランプが用いられている。

例えば特許文献１に開示されているように、無電極光源は、大きな空洞共振器を持つ構造が知られている。また、特許文献２に開示されているように、無電極光源は、ガスのプラズマ状態を利用する方法が提案されている。

特開２００２−２８０１９１号公報 特開平１０−１６２９８０号公報

ところが、特許文献１の構造では、マイクロ波の波長が１２ｃｍであり、使用できる波長の限度がその半分までであることから、空洞共振器のサイズを小型化するのには限界があった。つまり、この空洞共振器では、照明装置などに用いられる光源装置特には、プロジェクタに用いる光源としては大きすぎてしまい、その小型化を実現するのが困難であった。しかも、空洞共振器を使うことによりマイクロ波をうまく閉じ込めて効率を上げているものの、光の取り出しが充分に出来ていないことがあり、マイクロ波を充分に利用することができていなかった。また、特許文献２の方法では、プラズマ生成前後において、プラズマ放電前は絶縁体、プラズマ放電後は導通体となり、インピーダンスの変化が激しい。このインピーダンスの変化に対応すべく、インピーダンス調整回路、すなわち、マッチング調整回路と反射波の両方が具備されている。そして、このマッチング調整回路がプロジェクタに具備されることで、プラズマ生成前後のインピーダンスの変化には対応可能となるものの、プロジェクタのシステム構成が複雑になり、コスト面や、安定稼動の面では充分とはいえない状態であった。

本発明の目的は、より安価で小型化が可能な光源装置及び光源装置を備えたプロジェクタを提供することである。

本発明の光源装置は、マイクロ波発生部と、前記マイクロ波発生部より延出する同軸線と、前記同軸線の先端部に配置した発光部と、光束反射面を有するリフレクタと、前記リフレクタ前面の開口部側に配置する遮蔽板と、前記発光部の支持部と、を有し、さらに前記マイクロ波発生部と、前記発光部と、前記遮蔽板と、を制御する制御部とを備えていることを特徴とする。

この発明によれば、光源装置に反射部としての遮蔽板を設けることにより、プラズマ発生前は、リフレクタを利用して、反射部＋リフレクタとで空洞共振器を構成できる。一方、プラズマ発生後は、プラズマ自体で共振特性を得ることが出来る。このため、従来技術のような空洞共振器が不要になり、空洞共振器が不要になれば、マッチング回路も不要になる。光源装置を構成する部品が少なくなれば、より安価で小型化を実現することが可能な光源装置を提供できる。

本発明の光源装置は、前記発光部が、無電極光源であることが望ましい。

本発明の光源装置は、前記発光部の支持部は、前記マイクロ波発生部より延出する同軸線であることが望ましい。

本発明の光源装置は、前記発光管の直径が、前記支持部の直径より大きいことが望ましい。

この発明によれば、発光管の直径が、支持部の直径より大きいから、利用できるマイクロ波のエネルギをより集中させることができるので、プラズマの利用効率をより向上させることが可能な光源装置を提供できる。

本発明の光源装置は、前記同軸線が、金属導線部と、前記金属導線部を被覆する絶縁体と、前記絶縁体の外周を被覆しさらに（グランドに）接地される金属シールド層と、
からなり、前記同軸線は、前記発光管に接触する範囲以外の部分に金属シールド部を有していることが望ましい。

この発明によれば、等価的にインダクタンス成分を生じさせることができるから、直列共振回路を構成することができるので、マイクロ波エネルギを蓄えることができ、このマイクロ波エネルギを効率よくプラズマに変換することが可能な光源装置を提供できる。

本発明の光源装置は、前記絶縁体が、耐熱絶縁体であることが望ましい。

この発明によれば、前記絶縁体が、耐熱絶縁体であるから、熱に対する耐久性を向上させることが可能な光源装置を提供できる。

本発明の光源装置は、前記発光管の発光中心と前記リフレクタの光束反射面との間隔が、マイクロ波の波長λの略１／４であることが望ましい。

この発明によれば、発光管の中心とフレクタの光束反射面との間隔が、波長λの略１／４であるから、発光部内の定在波の電磁界強度が大きくなる位置に発光管を配置することにより、反射波を一定以下に抑えることができ、プラズマを効率よく励起させることが可能な光源装置を提供できる。

本発明の光源装置は、前記同軸線の延長線上であってさらに前記発光管の発光中心と前記遮蔽板の遮蔽面表面との最短距離は、前記マイクロ波の波長の略１／４波長に相当する距離であることが望ましい。

本発明の光源装置は、前記リフレクタの光束反射面は、金属材料で形成されていることが望ましい。

この発明によれば、リフレクタの光束反射面が、金属材料で形成されているから、金属材料は反射率が高いので、マイクロ波の反射効率を向上させることが可能な光源装置を提供できる。

本発明の光源装置は、前記遮蔽板の少なくとも反射面は、金属材料で形成されていることが望ましい。

この発明によれば、遮蔽板の反射面が、金属材料で形成されているから、金属材料は反射率が高いので、マイクロ波の反射効率を向上させることが可能な光源装置を提供できる。

本発明の光源装置は、前記遮蔽板の開閉機構を有することが望ましい。

本発明の光源装置は、光束反射面を有するリフレクタの、前記リフレクタ前面の開口部の端面と、前記遮蔽板の反射面との間隙は、前記マイクロ波の波長の略１/４波長に相当する距離以下であることが望ましい。

この発明によれば、良好な空洞共振器の構成が可能な光源装置を提供できる。

本発明の光源装置の光照射方法は、前記光源装置は、マイクロ波発生部及び反射部を備えており、前記マイクロ波発生部からマイクロ波を放射する工程と、前記マイクロ波発生部より延出する同軸線の端部よりマイクロ波を放射する工程と、前記マイクロ波により発光した光束を発光部から射出する工程と、前記発光部が発光を開始した後前記遮蔽板を開き、前記遮蔽板を閉じた後発光部の発光を停止する前記反射部の開閉工程とを、備えていることを特徴とする。

この発明によれば、光源装置は、適切なタイミングで反射部としての遮蔽板を開閉することができる。遮蔽板を開いたときには、マイクロ波の照射をすることができ、遮蔽板を閉じた後には、マイクロ波の発生を停止することができる。反射部としての遮蔽板を開閉することによって、必要なときにプラズマを取り出したりすることや、取り出すのをやめることができる。

本発明のプロジェクタは、前述に記載の光源装置と、前記光源装置から射出された前記光束を画像情報に応じて変調し、光学像を形成する光変調部と、前記光変調部により形成された前記光学像を投写する投写部とを備えていることを特徴とする。

この発明によれば、上述したように、消費電力の低減をすることが可能で、より安価で小型化を実現することが可能な光源装置を搭載しているので、省力化や、小型化を図ることが実現可能なプロジェクタを提供することができる。

（実施形態）

以下、本発明の光源装置及びプロジェクタについて実施形態を挙げ、添付図面に沿って詳細に説明する。

プロジェクタの構成について説明する。

図１は、本実施形態に係る光源装置を搭載したプロジェクタの光学系の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、プロジェクタ１の光学系５は、光源装置１０と、照明光学系６０と、光変調部７０と、色合成光学系８０と、投写部９０とで、概略構成されている。また、光源装置１０は、マイクロ波発生部１００と発光部５００とを有して構成されている。

マイクロ波発生部１００は、マイクロ波を放射する機能を有している。発光部５００は、マイクロ波発生部１００から放射されたマイクロ波により発光する機能を有している。また、照明光学系６０は、光源装置１０から射出された光束の照度を均一化して、各色光に分離する機能を有している。光変調部７０は、照明光学系６０で分離された各色光の光束に対して画像情報に応じて変調して光学像を形成する機能を有している。色合成光学系８０は、照明光学系６０で色分離され光変調部７０で変調された各色光の光学像を合成する機能を有している。投写部９０は、色合成光学系８０で合成された光学像を投写する機能を有している。

次に、光源装置の構成について説明する。

図２は、本実施形態に係る光源装置の構成を示す模式図である。

図２に示すように、光源装置１０は、マイクロ波発生部１００と、発光部５００と、マイクロ波発生部１００及び発光部５００を収容する光源ケース１５とを有して概略構成されている。また、発光部５００は、発光管５１０と、反射部としての遮蔽板５２０と、リフレクタ５３０と、同軸線としての支持部５４０とを有して構成されている。

マイクロ波発生部１００は、リフレクタ５３０の背面側に配置されている。発光管５１０（ガラス球）は、石英ガラスで形成される。また、発光管５１０は、略球形状を有し、内部には、マイクロ波により発光する発光物質を充填した内径略１ｍｍの球形状を有する発光領域５１１が形成される。なお、発光領域５１１の内径は、略１ｍｍ乃至２ｍｍ程度であることが適している。また、発光管５１０は、発光領域５１１内部に電極を有しない無電極構造である。

なお、発光管５１０の形成材料として石英ガラスを用いているが、これに限らない。例えば透明サファイアや透光性セラミックスなどの材料を用いても良い。それにより、発光管５１０の光透過率や耐熱性を向上させることができる。また、発光管５１０の発光領域５１１に封入される発光物質として、水銀、希ガス及び少量のハロゲンを封入しているが、これに限らない。例えばネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ハロゲンなどの希ガスや、これらのガスと共に水銀やナトリウムなどの金属や金属化合物などを封入しても良い。

反射部５２０は、この反射部５２０を開閉することができる駆動部５５０を有しており、反射部５２０は、軸５５１を介して駆動部５５０と接続されている。そこで、この駆動部５５０が駆動することで、反射部５２０が開閉動作をする。例えば反射部５２０が開いているときは、発光管５１０から照射される光を透過させることができる。逆に、反射部５２０が閉じているときは、発光管５１０から照射される光を遮ることができる。反射部５２０は、導電性材料である金属部材で形成されており、マイクロ波を反射するマイクロ波反射面５２１を有している。そして、マイクロ波反射面５２１は、マイクロ波１００ａを反射させて、反射したマイクロ波１００ａを発光管５１０の中心部の領域５１２に焦点位置が合うように配置されている。なお、マイクロ波反射面５２１の形状は平面形状にしたが、これに限らない。例えば放物面形状や、球面形状の曲面を有していても良い。

リフレクタ５３０は、石英ガラスで形成されており、その内面側には、発光管５１０の外面に相対して、放物面形状の曲面を有する光束反射面５３１が形成されている。光束反射面５３１は、マイクロ波を透過し、光束を反射する誘電体多層膜により構成される。また、光束反射面５３１の放物面形状は、リフレクタ５３０の内面側に設置される発光管５１０の中心部の領域５１２が略焦点となるように形成されている。なお、光束反射面５３１の形状は球面形状の曲面を有していても良い。

支持部５４０は、その一端は発光管５１０を支持固定し、他端はリフレクタ５３０に支持固定している。これにより、発光管５１０は、リフレクタ５３０の内面側に所定の位置で支持され、リフレクタ５３０に固定される。

光源ケース１５は、マイクロ波を遮蔽することが可能な導電性材料である金属部材を用いて形成されている。なお、光源ケース１５を形成する金属部材は、マイクロ波の波長の１/４波長以下の口径を有するような、網目状に編んだものや複数の孔を有するように形成されていても良い。

なお、マイクロ波発生部１００と発光部５００とを収容している光源ケース１５は、反射部５２０とによりマイクロ波発生部１００から放射されたマイクロ波１００ａや、反射部５２０により反射されたマイクロ波１００ｂや、その他の構成部分で反射されたマイクロ波１００ｂを外部と遮断している。なお、この光源装置１０は、主に発光体として用いられており、例えば電極を備えていない無電極光源ランプである。

次に、光源装置に搭載されている発光部についてより詳細に説明する。

図３は、本実施形態に係る光源装置に搭載されている発光部の構成を示す模式図であり、（ａ）は、反射部が閉じている状態を示す図であり、（ｂ）は、反射部が開いている状態を示す図である。図４は、光源装置の構成を示すブロック図である。

図３（ａ）に示すように、反射部５２０は、リフレクタ５３０の上に覆い被さるように配置されており、開閉可能に構成されている。支持部５４０は、リフレクタ５３０の内面から突出するように配置されており、この支持部５４０の先端には発光管５１０（ガラス球）が配置されている。反射部５２０は、マイクロ波の波長をλ、発振周波数を２．４５ＧＨｚにしたときに、発光管５１０の中心位置Aと、マイクロ波反射面５２１は反射部５２０と空洞共振器を構成するように配置されている。全体の大きさは使っている同軸ケーブルの材質や導体部分を考慮しその同軸ケーブルの誘電体材料中の波長（λｇ）の略１／４となるようにする。シャッターで閉じた閉空間は２．４５ＧＨｚで空洞共振器となる構成とする。反射部５２０が、金属材料で形成されている。金属材料は導電性が高く等電位面を形成できるためマイクロ波を反射し、その結果、シャッターを閉めた閉空間内において定在波を立たせることが可能となり、結果として共振状態を保持することができる。また、中心にシールド部分がむき出しになった導体があるため、必然的に導体部分近傍の電界強度が大きくなる。この大きな電界強度によって効率よく石英ガラス内のガスをプラズマ化することが可能となる。また、反射部５２０は、軸５５１に固定されており、モータ５５０を駆動させることによって、軸５５１を中心にして回転方向に回転することができるように構成されている。なお、同図において、反射部５２０は、閉じた状態を示している。リフレクタ５３０は、お椀型の形状になっており、その内側表面にはアルミニウムなどの光学的に反射率の高い金属で覆われている。この反射部５２０を閉じることによって空洞共振器を兼ねている。支持部５４０は、その外周にシールド部５４１を有しており、このシールド部５４１は、マイクロ波を遮蔽することが可能な導電性材料である金属部材を用いて形成されている。また、支持部５４０の内部に熱に強い絶縁材料を用いている。発光管５１０が発光して発光管５１０の中のガスがプラズマ状態になると、発光管５１０の温度が１００℃を越すことが想定されるので、熱に強いアルミナ、石英などのセラミックス材料を絶縁体として使用している。また、同図に示すように、発光管５１０の中心位置Aと、マイクロ波反射面５２１とは反射部５２０と空洞共振器を構成するように配置されている。電磁界強度が大きくなる位置に発光管５１０を配置することになる。なお、空気中において間隔Ｈは約３０ｍｍである。そして、反射波を一定以下に抑えることができるので、プラズマを効率よく励起させることができる。また、発光管５１０（ガラス球）の大きさを直径Ｄ１とし、支持部５４０の大きさを直径Ｄ２としたときに、Ｄ１＞Ｄ２（またはＤ１＝Ｄ２）になるように構成しているから、利用できるマイクロ波のエネルギをより集中させることができ、プラズマの利用効率をより向上させることができる。

図３（ｂ）に示すように、反射部５２０は、リフレクタ５３０の上から外れた位置に配置されている。支持部５４０は、その先端にシールド機能の存在しない未シールド部５４２を有しており、この未シールド部５４２が発光管５１０と接触している。支持部５４０は、その構造が同軸ケーブルとなっている。ここで、未シールド部５４２はインダクタンス成分Ｌ、支持部５４０（同軸ケーブル）の先端とプラズマ形成のところまではキャパシタンス成分Ｃ１、プラズマ形成部分は抵抗成分Ｒ、プラズマ形成部分と支持部５４０（同軸ケーブル）の未シールド部５４２のところまではキャパシタンス成分Ｃ２で表すことができる。この状態を等価回路で考えると、直列共振の状態であり、この直列共振における共振周波数ｆは、周知の式（式は省略）で求めることができる。なお、支持部５４０（同軸ケーブル）に未シールド部５４２を設けることにより、等価的にインダクタンス成分を生じさせることができ、直列共振回路を構成することになるので、マイクロ波エネルギを蓄えることができる。そして、マイクロ波エネルギをプラズマに効率よく変換することができる。なお、光源装置１０（図２参照）に開閉可能な反射部５２０を設けることによって、プラズマ発生前は、リフレクタ５３０を使って、反射部５２０と、リフレクタ５３０とで、空洞共振器を構成できる。一方、プラズマ発生後においては、支持部５４０（同軸ケーブル）に未シールド部５４２があることによって、インダクタンス成分（Ｌ）と、キャパシタンス成分（Ｃ）とを用いて直列共振回路を構成することができるから、反射部５２０と、リフレクタ５３０とで、共振特性を得る必要はない。つまり、プラズマ発生後は、プラズマ自体で共振特性を得ることができる。したがって、本実施形態によれば、従来技術のような空洞共振器が不要になる。一旦、プラズマが発生すればＬＣ共振状態を入力しているマイクロ波の周波数にあわせることが可能となるため、インピーダンスのマッチングをしなくてもよくなるので、マッチング回路を不要にすることが可能となる。マッチング回路が不要になれば、部品の点数が少なくなるので、小型化を実現することができる。なお、同図において、発光管５１０は点灯しており、プラズマ光を照射できる状態である。

図４に示すように、光源装置１０は、マイクロ波を発振するマイクロ波発生部としての発振器１００と、マイクロ波を増幅するアンプ１２０と、反射波強度から反射率を求めてアンプ１２０を制御する制御部８００と、信号の流れる方向に制限をつけるサーキュレータ５７０と、検出部としてのパワーモニタ５６０と、プラズマ光を発光する発光部５００と、反射部５２０を開閉する駆動部５５０とで、概略構成されている。

発振器１００は、固体高周波発振器である弾性表面波（Ｓｕｒｆａｃｅ・Ａｃｏｕｓｔｉｃ・Ｗａｖｅ：ＳＡＷ）を応用したダイヤモンドＳＡＷ発振器である。

アンプ１２０は、発振器１００から出力された信号を増幅させて、２．４５ＧＨｚ帯の高周波信号を出力することができる。そして、このアンプ１２０と、発振器１００とが、電気的に接続されている。

発光部５００は、発光管５１０（図２参照）を有しており、サーキュレータ５７０から供給される電力によってプラズマ光を発光することができる。そして、この発光部５００と、サーキュレータ５７０とが、電気的に接続されている。

反射部としての反射部５２０は、駆動部５５０の駆動によって動作する。そして、この反射部５２０と、駆動部５５０とが、電気的に接続されている。

駆動部５５０は、モータであり、制御部８００の指示によって反射部５２０の開閉をすることができる。そして、この駆動部５５０と、制御部８００とが、電気的に接続されている。

パワーモニタ５６０は、サーキュレータ５７０の電力強度をモニタリングすることができる。そして、このパワーモニタ５６０と、制御部８００とが、電気的に接続されている。そこで、パワーモニタ５６０でモニタリングした結果を制御部８００にフィードバックすることができる。このフィードバックされたデータに基づいて、アンプ１２０を制御することによって、発振器１００から発振される高周波信号の強度を適正な値に近づけるように制御している。なお、パワーモニタ５６０におけるモニタリングの方法は、例えば図示しないショットキーダイオード（ＳＢＤ）を利用することによって、マイクロ波の電流の大きさを測定して、検出することで可能である。

サーキュレータ５７０は、アンプ１２０で増幅された高周波信号を発光部５００に導入することができる。そして、このサーキュレータ５７０と、発光部５００とが、電気的に接続されている。高周波出力レベルに増幅された高周波信号は、発光部５００に有する発光管５１０内に封入されている発光物質を励起して発光管５１０を発光させることができる。

制御部８００は、プロジェクタ１（図６参照）に備えられており、プロジェクタ１の制御と、光源装置１０の制御とを行うことができる。さらに、反射部５２０を開閉する駆動部５５０を制御することができる。

次に、光源装置の動作について説明する。

図５は、本実施形態に係る光源装置の動作手順を示すフローチャートである。なお、マイクロ波及び光（光束）の進行方向を含めてステップごとに説明する。

図５のステップＳ１では、マイクロ波の放射を開始する。マイクロ波発生部１００（図２参照）は、高周波信号を生成しマイクロ波１００ａ（図２中の破線矢印で進行方向を示す）として、図２に示す発光部５００を構成する反射部５２０へ向けて放射する。

図５のステップＳ２では、マイクロ波を増幅する。マイクロ波１００ａ（図２参照）は、増幅器としてのアンプ１２０（図４参照）により増幅される。

図５のステップＳ３では、光を照射する。放射されるマイクロ波１００ａ（図２参照）は、略平面波であり、図２に示すリフレクタ５３０の光束反射面５３１を透過し、反射部５２０に進行する。反射部５２０に到達したマイクロ波１００ａは、マイクロ波反射面５２１は反射部５２０と空洞共振器が構成されているため、エネルギが発光管５１０の中心部の領域５１２に収束する。中心部の領域５１２に収束されたマイクロ波１００ｂにより、発光領域５１１の略中心の領域となる中心部の領域５１２において、発光領域５１１に封入される発光物質が励起（及び電離）されプラズマ発光することにより、発光領域５１１の全体が発光する。図２に示す発光管５１０の発光領域５１１が発光することにより、光束５００ａ（図１中の実線矢印で進行方向を示す）が発光管５１０の外部に放射される。放射された光束５００ａは、リフレクタ５３０の光束反射面５３１に達して反射される。本実施形態では、光束反射面５３１で反射された光束５００ｂは、照明光軸Ｌ（図２中の一点鎖線で図示）に略平行な平行光束となる。

図５のステップＳ４では、検出部５６０（図４参照）のパワーモニタにより反射波が一定値以下になることを確認する。反射波が一定値以下になれば、次のステップＳ５に進む。

図５のステップＳ５では、図３（ｂ）に示す駆動部５５０を駆動させて反射部５２０を開く。このとき、プラズマ発生後においては、支持部５４０（同軸ケーブル）に未シールド部５４２があることによって、インダクタンス成分（Ｌ）と、キャパシタンス成分（Ｃ）とを用いて直列共振回路を構成することができるから、反射部５２０と、リフレクタ５３０とで、共振特性を得る必要はない。つまり、プラズマ発生後は、プラズマ自体で共振特性を得え、反射部５２０がなくてもプラズマ発光は持続する。

図５のステップＳ６では、図３（ｂ）に示す駆動部５５０を停止して、所定の時間、光を照射する。そして、光源装置１０から射出された光束５００ｂ（図２参照）は、光学系５を構成する照明光学系６０の第１レンズアレイ６１１（図２参照）に入射する。

図５のステップＳ７では、所定の時間が経過して所望の役割を終えたら、図３（ａ）に示す駆動部５５０を停止して、反射部５２０を閉じる。

図５のステップＳ８では、マイクロ波の放射を停止する。マイクロ波発生部１００（図１参照）から発振される高周波信号の発振を停止する。

次に、プロジェクタの回路構成及びその動作について説明する。

図６は、プロジェクタの回路系のブロック図である。

図６に示すように、プロジェクタ１は、制御部８００と、信号変換部８１０と、画像処理部８２０と、液晶パネル駆動部８３０と、操作受付け部８４０と、電源部８５０と、記憶部８６０及びファン駆動部８７０などを有して構成されている。また、各部は、バスＢにより互いに接続されている。そして、光学系５として、光源装置１０（マイクロ波発生部１００、発光部５００）、光変調部７０及び投写部９０などで構成されている。

信号変換部８１０は、プロジェクタ１の本体外面に設置される画像入力端子８１５と接続されている。そして、画像入力端子８１５に接続された外部の画像信号供給装置（図示省略）から供給される例えばアナログ画像信号を受取る。なお、アナログ画像信号として、例えばパーソナルコンピュータから出力されたコンピュータ画像を表すＲＧＢ信号や、ビデオレコーダやテレビジョン受像機から出力された動画を表すコンポジット画像信号などの画像信号が、画像入力端子８１５に供給される。そして、信号変換部８１０は、画像入力端子８１５から入力したアナログ画像信号をＡＤ変換して、デジタル画像信号として画像処理部８２０に出力する。

画像処理部８２０は、入力したデジタル画像信号を後述する光変調部７０を構成する液晶パネル７１（図７参照）で表示するのに適した信号とするために、画像データを画像メモリ（図示省略）に書き込み、所定の条件で読み出すなどの画像処理を施した後、再度アナログ画像信号に変換して画像信号として液晶パネル駆動部８３０に出力する。また、画像処理とは、画像信号で表される画像を拡大及び縮小することにより液晶パネル７１の持つ解像度に合わせるスケーリング処理や、画像信号の有する階調値を液晶パネル７１で表示するのに適した階調値に変換するγ補正処理などが含まれる。なお、このような画像処理部８２０によるスケーリング処理及びγ補正処理などの画像処理は、記憶部８６０に記憶されている画像処理手順を規定したファームウエアを実行することにより行われる。

液晶パネル駆動部８３０は、画像処理部８２０から出力した画像信号と、画像信号に基づく駆動電圧などを液晶パネル７１（図７参照）に供給し駆動する。制御部８００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ・Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ・Ｕｎｉｔ）であり、バスＢを介して、各部と信号の送受信を行い、プロジェクタ１の動作を統括制御をすることができる。

記憶部８６０は、例えばプロジェクタ１を起動させる場合の処理の手順と内容を指示する起動プログラムなど、プロジェクタ１の動作を指示及び制御するための様々な制御プログラムや、ファームウエア、及び付随するデータが記憶されている。

操作受付け部８４０は、プロジェクタ１の本体外面に設置される操作部８４１またはリモコン８４２に対し、使用者が操作を行うと、その操作入力を受付け、各種動作のトリガとなる操作信号を制御部８００に出力する。

ファン駆動部８７０は、制御部８００からのファン駆動コマンドに従い、駆動回路（図示省略）によりファン８７５を駆動（回転）させる。また、ファン８７５は、プロジェクタ１の内部に複数設置され、回転することにより、プロジェクタ１の外部から外気を吸気して、空気の流れを起し、発光部５００、光変調部７０及び電源部８５０などで発生する熱を放熱させて、温まった空気をプロジェクタ１の外部に排気することにより発熱する各部を冷却することができる。

電源部８５０は、外部電源８８０からの交流電力をプラグから導き、内蔵するＡＣ／ＤＣ変換部（いずれも図示省略）で変圧、整流及び平滑などの処理を行い、安定化させた直流電圧をプロジェクタ１の各部に供給することができる。

光源装置１０のマイクロ波発生部１００は、制御部８００からの制御コマンドに従い、発光部５００を発光（点灯）及び非発光（消灯）を行うことができる。また、プロジェクタ１は、本実施形態における光源装置１０を搭載している。

次に、プロジェクタの光学系の構成及びその動作について説明する。

図７は、プロジェクタの光学系の構成を示す模式図である。

図７に示すように、光学系５は、光源装置１０と、照明光学系６０と、光変調部７０と、色合成光学系８０と、投写部９０と、から構成されている。そして、光源装置１０から射出された光束を光変調部７０で画像情報に応じて変調して光学像を形成し、投写部９０を介して、形成した光学像をスクリーンＳ（図６参照）上に投写するものである。

なお、光源装置１０は、図２に示すように、マイクロ波発生部１００の駆動により、マイクロ波１００ａが、発光部５００の発光管５１０の内部に封入する発光物質を励起し発光させ、発光管５１０から放射された光束５００ａをリフレクタ５３０の光束反射面５３１で照明光軸Ｌに略平行な平行光束５００ｂとして反射させ、光源装置１０から光束５００ｂを射出させるように構成されている。なお、発光部５００は、反射部５２０を備えている。

次に、光学系５は、光源装置１０に加えて、照明光学系６０と、光変調部７０と、色合成光学系８０と、投写部９０を構成する投写レンズ９１とから構成されている。また、照明光学系６０は、インテグレータ照明光学系６１、色分離光学系６２及びリレー光学系６３から構成されている。

また、光学部品用筐体６５は、光源装置１０と、照明光学系６０と、光変調部７０と、色合成光学系８０とを、構成する各部品が収容しており、一体にユニット化されている。なお、照明光学系６０は、使用する光学系により、適宜変更や省略など行うことができる。

照明光学系６０を構成するインテグレータ照明光学系６１は、光源装置１０から射出された光束を照明光軸Ｌ（一点鎖線で図示）に直交する面内における照度を均一にするための光学系である。このインテグレータ照明光学系６１は、光源装置１０、第１レンズアレイ６１１、第２レンズアレイ６１２、偏光変換素子６１３、及び重畳レンズ６１４を備えて構成されている。

第１レンズアレイ６１１は、照明光軸Ｌ方向から見て略矩形形状の輪郭を有する小レンズがマトリクス状に配列された構成を有している。各小レンズは、光源装置１０から射出された光束を部分光束に分割し、照明光軸Ｌに沿った方向に射出する。第２レンズアレイ６１２は、第１レンズアレイ６１１と略同様の構成であり、小レンズがマトリクス状に配列された構成を有する。この第２レンズアレイ６１２は、重畳レンズ６１４とともに、第１レンズアレイ６１１の各小レンズの像を後述する液晶パネル７１上に結像させる機能を有する。

偏光変換素子６１３は、第１レンズアレイ６１１及び第２レンズアレイ６１２により分割された各部分光束の偏光方向を略一方向の偏光光束に変換する（揃える）光学素子である。偏光変換素子６１３は、照明光軸Ｌに対して傾斜配置される偏光分離膜（図示省略）及び反射膜（図示省略）を交互に配列した構成を備えている。偏光分離膜は、各部分光束に含まれるＰ偏光光束及びＳ偏光光束のうち、一方の偏光光束を透過し、他方の偏光光束を反射する。反射された他方の偏光光束は、反射膜によって曲折され、一方の偏光光束の射出方向、すなわち照明光軸Ｌに沿った方向に射出される。射出された偏光光束は、偏光変換素子６１３の光束射出面（図示省略）に配設される位相差板（図示省略）によって偏光変換され、偏光光束の偏光方向が一方向の偏光光束として揃えられる。

偏光光束を変調するタイプの液晶パネル７１を用いたプロジェクタ１では、一方向の偏光光束しか利用できないため、ランダムな方向の偏光光束を放射する発光管５１０からの光束の略半分が利用されない。このため、偏光変換素子６１３を用いることにより、発光管５１０から放射され光源装置１０から射出された光束を略一方向の偏光光束に変換することにより、光変調部７０における光の利用効率を高めている。

重畳レンズ６１４は、偏光変換素子６１３によって略一方向の偏光光束に変換された複数の部分光束を集光して光変調部７０の後述する３つの液晶パネル７１の画像形成領域上に重畳させる光学素子である。この重畳レンズ６１４から射出された光束は、色分離光学系６２に射出される。

色分離光学系６２は、２枚のダイクロイックミラー６２１、６２２と、反射ミラー６２３とを備える。インテグレータ照明光学系６１から射出された複数の部分光束は、２枚のダイクロイックミラー６２１、６２２により赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の色光に分離される。

リレー光学系６３は、入射側レンズ６３１と、一対のリレーレンズ６３３と、反射ミラー６３２、６３５とを備えている。このリレー光学系６３は、本実施形態では、色分離光学系６２で分離された色光である青色光を光変調部７０の後述する青色光用の液晶パネル７１Ｂまで導く機能を有している。

この際、色分離光学系６２のダイクロイックミラー６２１では、インテグレータ照明光学系６１から射出された光束のうち、緑色光成分と青色光成分とを透過し、赤色光成分は反射する。ダイクロイックミラー６２１によって反射した赤色光は、反射ミラー６２３で反射し、フィールドレンズ６１９を通って、赤色光用の液晶パネル７１Ｒに到達する。このフィールドレンズ６１９は、第２レンズアレイ６１２から射出された各部分光束をその中心軸（主光線）に対して平行な光束に変換する。青色光及び緑色光用の液晶パネル７１Ｂ、７１Ｇの光入射側に設けられたフィールドレンズ６１９も同様である。

また、ダイクロイックミラー６２１を透過した青色光と緑色光のうち、緑色光は、ダイクロイックミラー６２２によって反射し、フィールドレンズ６１９を通って、緑色光用の液晶パネル７１Ｇに到達する。一方、青色光は、ダイクロイックミラー６２２を透過してリレー光学系６３を通り、さらにフィールドレンズ６１９を通って、青色光用の液晶パネル７１Ｂに到達する。なお、青色光にリレー光学系６３が用いられているのは、青色光の光路の長さが他の色光の光路の長さよりも長いため、光の発散などによる光の利用効率の低下を防止するためである。すなわち、入射側レンズ６３１に入射した部分光束をそのまま、フィールドレンズ６１９に伝えるためである。なお、リレー光学系６３には、３つの色光のうちの青色光を通す構成としたが、これに限らない。例えば赤色光を通す構成としても良い。

光変調部７０は、入射された光束を画像情報に応じて変調してカラー画像を形成する。この光変調部７０は、色分離光学系６２で分離された各色光が入射される３つの入射偏光板７２（赤色光用を赤色光入射偏光板７２Ｒ、緑色光用を緑色光入射偏光板７２Ｇ、青色光用を青色光入射偏光板７２Ｂとする）を備える。また、各入射偏光板７２の後段に設置される光変調装置としての３つの液晶パネル７１（赤色光用を赤色光液晶パネル７１Ｒ、緑色光用を緑色光液晶パネル７１Ｇ、青色光用を青色光液晶パネル７１Ｂとする）を備える。また、各液晶パネル７１の後段に設置される３つの射出偏光板７３（赤色光用を赤色光射出偏光板７３Ｒ、緑色光用を緑色光射出偏光板７３Ｇ、青色光用を青色光射出偏光板７３Ｂとする）とを備えている。

液晶パネル７１（７１Ｒ、７１Ｇ、７１Ｂ）は、例えばポリシリコンＴＦＴ（Ｔｈｉｎ・Ｆｉｌｍ・Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）をスイッチング素子として用いたものであり、対向配置される一対の透明基板内に液晶が密封封入されている。そして、この液晶パネル７１は、入射偏光板７２を介して入射する光束を画像情報に応じて変調して射出する。

入射偏光板７２は、色分離光学系６２で分離された各色光のうち、一方向の偏光光束のみ透過させ、その他の光束を吸収するものであり、サファイアガラスなどの基板に偏光膜が貼付されたものである。また、射出偏光板７３も、入射偏光板７２と略同様に構成され、液晶パネル７１から射出された光束のうち、所定方向の偏光光束のみ透過させ、その他の光束を吸収するものであり、透過させる偏光光束の偏光軸は、入射偏光板７２において透過させる偏光光束の偏光軸に対して直交するように設定されている。

色合成光学系８０は、１つのクロスダイクロイックプリズム８１を備える。クロスダイクロイックプリズム８１は、射出偏光板７３から射出された色光毎に変調された光学像を合成してカラー画像を形成する光学素子である。このクロスダイクロイックプリズム８１は、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなしている。そして、直角プリズム同士を貼り合わせた略Ｘ字状の界面には、界面に沿って誘電体多層膜が形成されている。略Ｘ字状の一方の誘電体多層膜は、赤色光を反射するものであり、他方の誘電体多層膜は、青色光を反射するものであり、赤色光及び青色光は対応する誘電体多層膜によって反射され曲折される。また、緑色光は双方の誘電体多層膜を透過する。

これにより、赤色光及び青色光の進行方向を緑色光の進行方向に揃えることができ、３つの色光が合成される。クロスダイクロイックプリズム８１によって合成された色光は、投写部９０を構成する投写レンズ９１の方向に射出される。そして、クロスダイクロイックプリズム８１から射出された映像光は、投写レンズ９１により、スクリーンＳ上に投写される。

なお、上述した液晶パネル７１（７１Ｒ、７１Ｇ、７１Ｂ）、射出偏光板７３（７３Ｒ、７３Ｇ、７３Ｂ）及びクロスダイクロイックプリズム８１は、一体となるようにユニット化されている。

以上のような実施形態における光源装置及びプロジェクタの構成によれば、以下の効果が得られる。
（１）光源装置１０に反射部５２０を設けることにより、プラズマ発生前は、リフレクタ５３０を利用して、反射部５２０＋リフレクタ５３０とで空洞共振器を構成できる。プラズマ発生後は、プラズマ自体で共振特性を得ることが出来る。このため、従来技術のような空洞共振器が不要になり、空洞共振器が不要になれば、マッチング回路も不要になる。光源装置１０を構成する部品が少なくなれば、より安価で小型化を実現することが可能な光源装置１０を提供できる。
（２）発光管５１０の大きさを直径Ｄ１とし、支持部５４０の大きさを直径Ｄ２としたときに、発光管５１０の直径Ｄ１を支持部の直径Ｄ２より大きくしておけば、利用できるマイクロ波のエネルギをより集中させることができるので、プラズマの利用効率をより向上させることが可能な光源装置１０を提供できる。
（３）等価的にインダクタンス成分を生じさせることができるから、直列共振回路を構成することができるので、マイクロ波エネルギを蓄えることができ、このマイクロ波エネルギを効率よくプラズマに変換することが可能な光源装置１０を提供できる。
（４）発光管５１０の中心Ｏと反射部５２０との間隔Ｈが、波長λの略１／２であるから、発光部５００内の定在波の電磁界強度が大きくなる位置に発光管５１０を配置することにより、反射波を一定以下に抑えることができ、プラズマを効率よく励起させることが可能な光源装置１０を提供できる。
（５）反射部５２０や、リフレクタ５３０が、金属材料で形成されているから、金属材料は反射率が高いので、マイクロ波の反射効率を向上させることが可能な光源装置１０を提供できる。
（６）反射部５２０を開閉することによって、必要なときにプラズマを取り出すことができるから、消費電力の低減をすることが実現可能な光源装置１０を提供できる。
（７）光源装置１０は、反射部５２０を適切なタイミングで開閉することができる。反射部５２０を開いたときには、マイクロ波の照射をすることができ、反射部５２０を閉じたときには、マイクロ波の発生を停止させることができる。このように、反射部５２０を開閉することによって、必要なときにプラズマを取り出したりすることや、取り出すのを中止することができる。例えば発光部５００が破損した場合には故障したことと判断し、光源装置１０が反射部５２０を閉じることもできる。
（８）消費電力を低減することが可能で、より安価で小型化を実現することが可能な光源装置１０を搭載しているので、省力化や、小型化を図ることが実現可能なプロジェクタ１を提供することができる。

以上、好ましい実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、以下に示すような変形をも含み、本発明の目的を達成できる範囲で、他のいずれの具体的な構造及び形状に設定できる。

（変形例１）
前述の実施形態で、球状のレンズを有する発光管５１０を本発明に採用したが、これに限らない。例えばかまぼこ型のような形状をしたシリンドリカルレンズ、半球状のレンズなどを発光管５１０に採用してもよい。このようにしても、間隔Ｈが波長λの略１／２の距離になるように設定されていれば、本実施形態と同様の効果を得ることができる。

（変形例２）
前述の実施形態で、光源装置１０をプロジェクタ１の光源へ摘要したが、これに限らない。例えばヘッドランプ、照明装置、露光装置などの光源の発光源として光源装置１０を採用してもよい。このようにすれば、光源装置１０の用途（応用範囲）を広げることができる。

本実施形態に係る光源装置を搭載したプロジェクタの光学系の構成を示すブロック図。 光源装置の構成を示す模式図。 発光部の構成を示す模式図であり、（ａ）は、反射部が閉じている状態を示す図であり、（ｂ）は、反射部が開いている状態を示す図。 光源装置の構成を示すブロック図。 光源装置の動作手順を示すフローチャート。 プロジェクタの回路系のブロック図。 プロジェクタの光学系の構成を示す模式図。

符号の説明

１…プロジェクタ、１０…光源装置、７０…光変調部、９０…投写部、１００…マイクロ波発生部としての発振器、１２０…アンプ、５００…発光部、５１０…発光管、５２０…反射部としての遮蔽板、５３０…リフレクタ、５４０…同軸線としての支持部、５４１…シールド部、５４２…未シールド部、５５０…駆動部、５６０…検出部としてのパワーモニタ、５７０…サーキュレータ、８００…制御部、Ｄ１…直径、Ｄ２…直径、Ｈ…間隔。

Claims (14)

1. マイクロ波発生部と、
   前記マイクロ波発生部より延出する同軸線と、
   前記同軸線の先端部に配置した発光部と、
   光束反射面を有するリフレクタと、
   前記リフレクタ前面の開口部側に配置する遮蔽板と、
   前記発光部の支持部と、を有し、
   さらに前記マイクロ波発生部と、
   前記発光部と、
   前記遮蔽板と、を制御する制御部とを備えていることを特徴とする光源装置。
2. 前記発光部が、無電極光源であることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
3. 前記発光部の支持部は、前記マイクロ波発生部より延出する同軸線であることを特徴とする請求項1または請求項２に記載の光源装置。
4. 前記発光管の直径が、前記支持部の直径より大きいことを特徴とする請求項１〜3のいずれか一項に記載の光源装置。
5. 前記同軸線が、金属導線部と、
   前記金属導線部を被覆する絶縁体と、
   前記絶縁体の外周を被覆しさらに（グランドに）接地される金属シールド層と、
   からなり、前記同軸線は、前記発光管に接触する範囲以外の部分に金属シールド部を有していることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の光源装置。
6. 前記絶縁体が、耐熱絶縁体であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の光源装置。
7. 前記発光管の発光中心と前記リフレクタの光束反射面との間隔が、マイクロ波の波長λの略１／４であることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の光源装置。
8. 前記同軸線の延長線上であってさらに前記発光管の発光中心と前記遮蔽板の遮蔽面表面との最短距離は、前記マイクロ波の波長の略１／４波長に相当する距離であることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の光源装置。
9. 前記リフレクタの光束反射面は、金属材料で形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の光源装置。
10. 前記遮蔽板の少なくとも反射面は、金属材料で形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の光源装置
11. 請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載の光源装置において、
    前記遮蔽板の開閉機構を有することを特徴とする光源装置。
12. 光束反射面を有するリフレクタの、前記リフレクタ前面の開口部の端面と、前記遮蔽板の反射面との間隙は、前記マイクロ波の波長の略１/４波長に相当する距離以下であることを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載の光源装置。
13. 光源装置から光を照射する光照射方法であって、
    前記光源装置は、マイクロ波発生部及び反射部を備えており、
    前記マイクロ波発生部からマイクロ波を放射する工程と、
    前記マイクロ波発生部より延出する同軸線の端部よりマイクロ波を放射する工程と、
    前記マイクロ波により発光した光束を発光部から射出する工程と、
    前記発光部が発光を開始した後前記遮蔽板を開き、前記遮蔽板を閉じた後発光部の発光を停止する前記反射部の開閉工程とを、
    備えていることを特徴とする光源装置の光照射方法。
14. 請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載の光源装置と、
    前記光源装置から射出された前記光束を画像情報に応じて変調し、光学像を形成する光変調部と、
    前記光変調部により形成された前記光学像を投写する投写部とを、
    備えていることを特徴とするプロジェクタ。

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