JP2009187731A - 光源装置、光源装置の発光制御方法、およびプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 マイクロ波励起ランプのエネルギー効率を高めことができる、光源装置を提供する。
【解決手段】 先端部分が発光部１４に挿入される２つのアンテナ２１、２２を有するランプ部１０において、一方のアンテナ２１に対して同軸ケーブル４によりマイクロ波を給電し、他方のアンテナ２２に抵抗器Ｚ_Ｌを接続する。そして、この抵抗器Ｚ_Ｌの抵抗値を、マイクロ波に対するランプ部１０のインピーダンス、およびマイクロ波に対する空気のインピーダンスに比べ十分に大きい値とする。この構成により、同軸ケーブル４から一方のアンテナ２１に給電されるマイクロ波を、他方のアンテナ２２に接続された抵抗器Ｚ_Ｌにより高反射率で反射させ、発光部１４においてマイクロ波の定在波を立てることができる。すなわち、発光部１４の発光領域１５においてマイクロ波の電界の振幅が腹になるようにすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロ波励起ランプを使用した光源装置に関し、特にマイクロ波励起ランプのエネルギー効率を高めることができる、光源装置、光源装置の発光制御方法、およびプロジェクタに関する。

マイクロ波励起ランプは従来の白熱灯や高圧水銀ランプに代表される放電灯と異なりランプ内部に放電用の電極を持たないため、フィラメントや電極の消耗や、それに伴うガラスの白濁等のランプ劣化要因を持たないという特徴を持つ。また、内部ガスの選択肢が広がり、必ずしも水銀を使用する必要がないので不必要な紫外線を放出せずに済み、液晶プロジェクタ向けの長寿命光源として有力である。

このようなマイクロ波励起の光源装置として、従来技術の無電極放電灯装置がある（特許文献１を参照）。この特許文献１の放電灯においては、放電容器を溶融破壊しないため、電灯内部に、アンテナ部材の一部が突出するように設けられており、当該アンテナからマイクロ波を与えることで、放電容器を溶融破壊することなく、放電容器内のガスを励起させて発光させる技術が示されている。
特開２００７−１１５５３４号公報

しかしながら、特許文献１のマイクロ波励起の光源装置は、片側のアンテナからマイクロ波を供給する構成であり、反対側のアンテナは空気中に浮いている。従って、マイクロ波に対する空気のインピーダンス（３７７Ω程度）が後段に接続されているのと等価になり、伝送系のインピーダンスの値が３７７Ωに近い場合はマイクロ波が放射されてしまう。ここで、マイクロ波の反射率を上げ、発光効率を上げることが望ましい。

本発明は、斯かる実情に鑑みなされたものであり、本発明は、マイクロ波励起ランプの発光の際のエネルギー効率を高めることができる、光源装置、光源装置の発光制御方法、およびプロジェクタを提供することを目的とする。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の光源装置は、マイクロ波を出力するマイクロ波電源と、前記マイクロ波の照射を受けて発光する発光物質が封入された発光容器内に、互いに対向する一端が離間して挿入された一対のアンテナと、前記一対のアンテナのうちいずれか一方のアンテナに、前記マイクロ波電源から出力されるマイクロ波を給電するマイクロ波伝送線路と、前記一対のアンテナのうち他方のアンテナの端部の電位を固定する電位固定部と、を備えることを特徴とする。

上記構成からなる本発明の光源装置では、マイクロ波を出力するマイクロ波電源と、マイクロ波の照射を受けて発光する発光物質が封入された発光容器内に、互いに対向する一端が離間して挿入された一対のアンテナとを設け、一対のアンテナのうちいずれか一方のアンテナに、マイクロ波電源から出力されるマイクロ波を給電するマイクロ波伝送線路を接続し、一対のアンテナのうち他方のアンテナの端部の電位を固定する。例えば、直接接地するか、またはインピーダンス素子（例えば、マイクロ波に対するランプ部のインピーダンスおよびマイクロ波に対する空気のインピーダンスに比べ充分大きいインピーダンス）を接続して電位を接地側に固定する。この構成により、マイクロ波伝送線路から一方のアンテナに給電されるマイクロ波を、他方のアンテナに接続されたインピーダンス素子により高反射率で反射させ、発光部においてマイクロ波の定在波を立てることができる。すなわち、発光部の中心部においてマイクロ波の電界の振幅が腹になるようにすることができる。
これにより、マイクロ波励起ランプを使用する光源装置において、発光の際のエネルギー効率を高めることができる。

また、本発明の光源装置は、前記電位固定部により、前記他方のアンテナの端部を接地側の電位に固定することを特徴とする。

上記構成からなる本発明の光源装置では、一対のアンテナのうちいずれか一方のアンテナに、マイクロ波電源から出力されるマイクロ波を給電するマイクロ波伝送線路を接続し、一対のアンテナのうち他方のアンテナの端部を直接接地する。この構成により、マイクロ波伝送線路から一方のアンテナに給電されるマイクロ波を、他方のアンテナの接地された端部により逆位相で反射させ、発光部においてマイクロ波の定在波を立てることができる。すなわち、発光部の中心部においてマイクロ波の電界の振幅が腹になるようにすることができる。
これにより、マイクロ波励起ランプを使用する光源装置において、発光の際のエネルギー効率を高めることができる。

また、本発明の光源装置は、前記電位固定部はインピーダンス素子であり、該インピーダンス素子により前記他方のアンテナの端部の電位を固定することを特徴とする。

上記構成からなる本発明の光源装置では、一対のアンテナのうちいずれか一方のアンテナに、マイクロ波電源から出力されるマイクロ波を給電するマイクロ波伝送線路を接続し、一対のアンテナのうち他方のアンテナにインピーダンス素子（例えば、マイクロ波に対するランプ部のインピーダンスおよびマイクロ波に対する空気のインピーダンスに比べ充分大きいインピーダンス）を接続して電位を接地側に固定する。この構成により、マイクロ波伝送線路から一方のアンテナに給電されるマイクロ波を、他方のアンテナに接続されたインピーダンス素子により高反射率で反射させ、発光部においてマイクロ波の定在波を立てることができる。すなわち、発光部の中心部においてマイクロ波の電界の振幅が腹になるようにすることができる。
これにより、マイクロ波励起ランプを使用する光源装置において、発光の際のエネルギー効率を高めることができる。

また、本発明の光源装置は、前記インピーダンス素子は、前記マイクロ波に対する空気のインピーダンスの値よりも大きなインピーダンスの値であることを特徴とする。

上記構成からなる本発明の光源装置では、アンテナに接続されるインピーダンス素子のインピーダンスの値を、開放状態よりも反射率を高めるために、マイクロ波に対する空気のインピーダンスよりも大きくする。このように、空気のインピーダンスよりも大きなインピーダンス値を有するインピーダンス素子をアンテナに接続することにより、マイクロ波伝送線路から一方のアンテナに給電されるマイクロ波を、他方のアンテナに接続されたインピーダンス素子によりほぼ全反射で反射させることができる。このため、発光部においてマイクロ波の定在波を立てることができる。すなわち、発光部の中心部においてマイクロ波の電界の振幅が腹になるようにすることができる。
これにより、マイクロ波励起ランプを使用する光源装置において、発光の際のエネルギー効率を高めることができる。

また、本発明の光源装置は、前記アンテナと前記マイクロ波伝送線路の接続点と、前記アンテナと前記インピーダンス素子との接続点との間の距離が、前記マイクロ波の波長の略１／２の奇数倍であることを特徴とする。

上記構成からなる本発明の光源装置では、２つのアンテナの全長（発光部におけるアンテナの端部間の一定の間隔を含めた長さ）を、マイクロ波の波長の略１／２の奇数倍にする。
これにより、発光部においてマイクロ波の定在波を立て、発光部の中心部においてマイクロ波が強め合う条件とすることができる。この場合、発光物質容器内のマイクロ波の波長は、発光物質容器を形成する材料の誘電率により変化するので、この誘電率を考慮してアンテナの長さを決めるようにする。すなわち、発光部の中心部においてマイクロ波の電界の振幅が腹になるようにすることができる。

また、本発明の光源装置において、前記インピーダンス素子は、抵抗器で構成され、該抵抗器の一端が前記他方のアンテナに接続され、他端が接地側に接続されることを特徴とする。

上記構成からなる本発明の光源装置では、アンテナに接続されるインピーダンス素子として抵抗器を使用する。この抵抗値はなるべく大きい方がよく、抵抗値が大きい程、マイクロ波伝送線路から一方のアンテナに給電されるマイクロ波を、抵抗器により高反射率で反射させることができる。このため、発光部においてマイクロ波の定在波を立てることができる。すなわち、発光部の中心部においてマイクロ波の電界の振幅が腹になるようにすることができる。
これにより、マイクロ波励起ランプを使用する光源装置において、発光の際のエネルギー効率を高めることができる。

また、本発明の光源装置は、前記インピーダンス素子は、抵抗ＲまたはインダクタンスＬまたはキャパシタＣのいずれかのうちの１つ以上を用いた回路で構成され、前記マイクロ波の周波数において、当該インピーダンス素子のインピーダンスと前記発光容器のインピーダンスとで表される反射率の大きさが空気よりも大きな値であり、かつ位相回転が１８０度の倍数となり、さらに、当該インピーダンス素子の一端が前記他方のアンテナに接続され、他端が接地側に接続されることを特徴とする。

上記構成からなる本発明の光源装置では、インピーダンス素子を、抵抗ＲまたはインダクタンスＬまたはキャパシタＣのいずれかのうちの１つ以上を用いた回路で構成する。また、マイクロ波の周波数において、このインピーダンス素子による反射率の大きさが空気よりも大きな値であり、かつ位相回転が１８０度の倍数となるようにする。この構成により、マイクロ波伝送線路から一方のアンテナに給電されるマイクロ波を、他方のアンテナに接続されたインピーダンス素子により高反射率で反射させ、発光部においてマイクロ波の定在波を立てることができる。すなわち、発光部の中心部においてマイクロ波の電界の振幅が腹になるようにすることができる。
これにより、マイクロ波励起ランプを使用する光源装置において、発光の際のエネルギー効率を高めることができる。

また、本発明の光源装置は、前記インピーダンス素子は、可変の抵抗ＲまたはインダクタンスＬまたはキャパシタＣのいずれかのうちの１つ以上を用いた回路で構成され、前記マイクロ波の周波数において、当該インピーダンス素子のインピーダンスと前記発光容器のインピーダンスとで表される反射率の大きさが空気よりも大きな値であり、かつ位相回転を制御することができ、さらに、当該インピーダンス素子の一端が前記他方のアンテナに接続され、他端が接地側に接続されることを特徴とする。

上記構成からなる本発明の光源装置では、インピーダンス素子を、インピーダンス値が可変の抵抗ＲまたはインダクタンスＬまたはキャパシタＣのいずれかのうちの１つ以上を用いた回路で構成する。そして、マイクロ波の周波数において、このインピーダンス素子による反射率の大きさが空気よりも大きな値であり、かつ位相回転を制御できるようにする。この構成により、マイクロ波伝送線路から一方のアンテナに給電されるマイクロ波を、他方のアンテナに接続されたインピーダンス素子により高反射率で反射させ、発光部においてマイクロ波の定在波を立てることができる。すなわち、発光部の中心部においてマイクロ波の電界の振幅が腹になるようにすることができる。
これにより、マイクロ波励起ランプを使用する光源装置において、発光の際のエネルギー効率を高めることができる。

また、本発明の光源装置の発光制御方法は、マイクロ波を出力するマイクロ波電源と、マイクロ波の照射を受けて発光する発光物質が封入された発光容器内に、互いに対向する一端が離間して挿入された一対のアンテナと、を備えた光源装置の発光制御方法であって、一対のアンテナのうちいずれか一方のアンテナに接続されるマイクロ波伝送線路を介して、一方のアンテナにマイクロ波電源から出力されるマイクロ波を給電する手順と、一対のアンテナのうち他方のアンテナの端部の電位を固定する電位固定部により、マイクロ波を反射する手順と、を含むことを特徴とする。

上記手順を含む本発明の発光制御方法では、対向する端部により発光部にマイクロ波を印加する２つのアンテナを有するマイクロ波励起ランプにおいて、一方のアンテナに対してマイクロ波伝送線路によりマイクロ波を給電し、他方のアンテナに所定の値以上のインピーダンス（例えば、マイクロ波に対するランプ部のインピーダンスおよびマイクロ波に対する空気のインピーダンスに比べ充分大きいインピーダンス）を持つ抵抗等を接続して電位を固定する。この構成により、マイクロ波伝送線路から一方のアンテナに給電されるマイクロ波を、他方のアンテナに接続された電位固定部により高反射率で反射させ、発光部においてマイクロ波の定在波を立てることができる。すなわち、発光部の中心部においてマイクロ波の電界の振幅が腹になるようにすることができる。
これにより、マイクロ波励起ランプを使用する光源装置において、発光の際のエネルギー効率を高めることができる。

また、本発明のプロジェクタは、光源装置と、光源装置から射出された光束を、入力される画像情報に応じて変調し光学像を形成する光変調部と、光変調部により形成された光学像を投写する投写部と、を備えるプロジェクタであって、光源装置は、マイクロ波を出力するマイクロ波電源と、マイクロ波の照射を受けて発光する発光物質が封入された発光容器内に、互いに対向する一端が離間して挿入された一対のアンテナと、一対のアンテナのうちいずれか一方のアンテナに、マイクロ波電源から出力されるマイクロ波を給電するマイクロ波伝送線路と、一対のアンテナのうち他方のアンテナの端部の電位を固定する電位固定部と、を備えることを特徴とする

上記構成からなる本発明のプロジェクタでは、本発明による光源装置を備えており、この光源装置では、対向する端部により発光部にマイクロ波を印加する２つのアンテナを有するマイクロ波励起ランプにおいて、一方のアンテナに対してマイクロ波伝送線路によりマイクロ波を給電し、他方のアンテナに所定の値以上のインピーダンス（例えば、マイクロ波に対するランプ部のインピーダンスおよびマイクロ波に対する空気のインピーダンスに比べ充分大きいインピーダンス）を持つ抵抗等を接続して電位を固定する。この構成により、マイクロ波伝送線路から一方のアンテナに給電されるマイクロ波を、他方のアンテナに接続された電位固定部により高反射率で反射させ、発光部においてマイクロ波の定在波を立てることができる。すなわち、発光部の中心部においてマイクロ波の電界の振幅が腹になるようにすることができる。
これにより、光源装置において、発光の際のエネルギー効率を高めることができる。このため、エネルギー効率の高い光源装置を搭載したプロジェクタを提供することができる。したがって、旧来の光源装置を有するプロジェクタに比べ、プロジェクタの消費電力を低減させることができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光源装置の全体構成を示すブロック図である。図１に示すように、本発明の光源装置は、固体マイクロ波電源１とマイクロ波励起ランプ部１０と、マイクロ波励起ランプ部１０に接続される抵抗器Ｚ_Ｌから構成される。なお、一般に、マイクロ波帯としての慣用的周波数は、３ＧＨｚ〜３０ＧＨｚをいうが本案件では、ＵＨＦ帯からＳＨＦ帯に相当する３００ＭＨｚ〜３０ＧＨｚ帯と定義する。また、以下の説明では「マイクロ波励起ランプ部」を単に「ランプ部」ともいう。

固体マイクロ波電源１は、固体高周波発振器としての弾性表面波（Su r f a c e Ac ou s ti c Wa v e：SAW）発振器であるダイヤモンドＳＡＷ発振器２と、増幅器３とを有して構成される。ダイヤモンドＳＡＷ発振器２から出力されたマイクロ波の高周波信号は、増幅器３で増幅される。増幅器３で増幅されたマイクロ波は、マイクロ波伝送線路となる同軸ケーブル４によりランプ部１０に給電される。なお、固体マイクロ波電源１は、ダイヤモンドＳＡＷ発振器に限るものではなく、位相を制御できる個体発信源であれば良い。また、このマイクロ波伝送線路としては同軸ケーブルに限られず、ストリップ線路や、マイクロストリップ線路、導波管などさまざまな伝送線路を用いることができる。

ランプ部１０は、非導電性材料で形成される略球形状の膨出部１３と、この膨出部１３から外側に対向するように延出される一対の細管部１１、１２を有する透明な発光物質容器で構成されている。この発光物質容器は、石英ガラス、サファイアガラス、透明セラミックス等から形成される。また、膨出部１３には、マイクロ波により発光する発光物質を充填した発光部１４（発光ガスを封入した封入空間）が形成されている。発光部（封入空間）１４の内径は例えば、略１ｍｍ〜２ｍｍ程度である。

細管部１１、１２の内部それぞれには、棒状の内部導電体がアンテナ２１、２２として封入されている。このアンテナ２１に同軸ケーブル４の中心線（中心導体）が接続され、アンテナ２２には抵抗器Ｚ_Ｌが接続される。また、抵抗器Ｚ_Ｌの他端はＧＮＤ（接地側）に接続される。この抵抗器Ｚ_Ｌの抵抗値は、マイクロ波に対するランプ部１０のインピーダンスおよびマイクロ波に対する空気のインピーダンスよりも十分に大きな値を持つ抵抗器である。なお、同軸ケーブル４の中心線をアンテナ２１に直接接続せずに、例えば、細管部１１の長手方向の範囲に巻回されたコイルを通して、マイクロ波をアンテナ２１に給電するようにしてもよい。
このように、ランプ部１０へのマイクロ波給電を１系統のみとし、給電側のアンテナ２１に対向するアンテナ２２には大きなインピーダンス値（抵抗値）をもつ抵抗器Ｚ_Ｌを接続する。

上記構成により、同軸ケーブル４から一方のアンテナ２１に給電されるマイクロ波を、他方のアンテナ２２に接続されたインピーダンス素子（抵抗器Ｚ_Ｌ）により高反射率で反射させることができる。このため、発光部１４においてマイクロ波の定在波を立てることができる。すなわち、発光部１４内の発光領域１５（発光中心部１６）においてマイクロ波の電界の振幅が腹になるようにすることができる。
これにより、マイクロ波励起ランプを使用する光源装置において、発光の際のエネルギー効率を高めることができる。

また、図２は、本発明の光源装置におけるランプ部の等価回路を示す図である。
図２に示すように、ランプ部の全体のトータルインピーダンスＺ_Ｏは、インダクタンスＬ１、キャパシタＣ１、抵抗Ｒｐ、キャパシタＣ２、およびインダクタンスＬ２の直列回路で表される。
ここで、インダクタンスＬ１は、棒状の導体であるアンテナ２１により生じるインダクタンス成分である。キャパシタＣ１は、アンテナ２１の先端部ａと発光領域（プラズマ状態部）１５との間のギャップｇ１により生じるキャパシタンス成分である。抵抗Ｒｐは、発光領域１５を抵抗成分で表したものである。

また、キャパシタＣ２は、アンテナ２２の先端部ｂと発光領域１５との間のギャップｇ２により生じるキャパシタンス成分である。インダクタンスＬ２は、棒状の導体であるアンテナ２２により生じるインダクタンス成分である。
そして、インダクタンスＬ２に抵抗器Ｚ_Ｌが接続され、抵抗器Ｚ_Ｌの他端がＧＮＤ（接地側）に接続される。この抵抗器Ｚ_Ｌの抵抗値は、マイクロ波に対する空気のインピーダンス（略３７７Ω程度）よりも十分大きな値に設定される。
図２に示す等価回路において、Ａ点での反射率ρは、

ρ＝（Ｚ_Ｌ−Ｚ_Ｏ）／（Ｚ_Ｌ＋Ｚ_Ｏ）

となる。Ｚ_Ｌは、インピーダンス素子（抵抗器Ｚ_Ｌ）のインピーダンス値であり、Ｚ_Ｏは、ランプ部１０のインピーダンス値である（例えば、略５０Ω程度）。ここで、Ｚ_Ｌ≫Ｚ_Ｏ、の場合、ρ≒1となり、ほぼ完全に反射する。

したがって、ランプ部のインピーダンス（例えば、略５０Ω程度）に比べ、十分に大きいインピーダンス成分（例えば、数ＭΩ）を持つ抵抗器Ｚ_Ｌ（インピーダンス素子）を、ランプ部の後端のインダクタンスＬ２に接続する。また、空気のインピーダンスは略３７７Ωと計算されるので、抵抗器Ｚ_Ｌには、空気のインピーダンスよりも大きなインピーダンス成分を持つインピーダンス素子を接続する。このように、インピーダンス素子が３７７Ω以下のインピーダンス成分であれば、インピーダンス素子を接続しない場合よりも反射率ρが低くなるため、より効果的に反射させるために、３７７Ω以上のインピーダンス成分を持つインピーダンス素子を適用する。

そして、図３に示すように、マイクロ波の波長をλとした場合に、ランプ部１０のアンテナ２１、２２とギャップ部を含む長さＬ（Ｌ＝ａ＋ｇ＋ａ）を「λｇ／２」とする。この長さの規定により、ギャップ中心部が腹となるような定在波を起こすことができ、発光効率が良くなる。また、Ｌはマイクロ波の波長λの半分（λｇ／２）に限られず、その奇数倍（Ｌ＝ｎ・λｇ／２、ここでｎは奇数）でもよい。

なお、上述した例では、インピーダンス素子として抵抗器Ｚ_Ｌを用いた例について説明したが、このインピーダンス素子を抵抗Ｒ、インダクタンスＬ、キャパシタＣのいずれかのうち１つ以上を用いて構成することもできる。
例えば、図８（Ａ）に示すインピーダンス素子Ｚ_Ｌを、図８（Ｂ）に示すＬＣＲの直列回路とすることができる。この場合に、Ｒの値はマイクロ波に対する空気のインピーダンスよりも大きくすると好適である。

そして、使用するマイクロ波の周波数において、反射率ρは、
ρ＝（Ｚ_Ｌ−Ｚ_Ｏ）／（Ｚ_Ｌ＋Ｚ_Ｏ）＝Γｅ^ｊθ、となる。

ここで、θは、反射率の位相回転角（単位ラジアン）であり、位相回転角が±１８０度（±π）の倍数となる場合に進行波と反射波とが定在波を作る。
なお、Ｒ、Ｌ、Ｃのいずれかのうち１つ以上の素子について、インピーダンス値を可変にできるように構成してもよい。この場合は、使用するマイクロ波の周波数に合わせて、素子のインピーダンス値を調整することができる。

また、図８（Ｃ）に示すように、ＬＣの並列回路でもよい。
この場合は、使用するマイクロ波の周波数と、ＬＣ並列回路の共振周波数とを一致させて、使用マイクロ波の周波数においてＬＣ並列回路のインピーダンスが最大になるようにする。
すなわち、使用マイクロ波の角周波数をω、または、周波数をｆとすると、

ω＝１／（√ＬＣ）、
ｆ＝１／（２π√ＬＣ）、となるようにする。

この場合についても、Ｌ、Ｃのいずれかのうち１つ以上の素子について、インピーダンス値を可変にできるように構成してもよい。この場合は、使用するマイクロ波の周波数に合わせて、素子のインピーダンス値を調整することができる。

また、図８（Ｄ）に示すように、ＬＣ並列回路に抵抗Ｒを直列に接続した構成とすることもできる。
さらに、所望の場合には、インピーダンス素子を‘Ｚ_Ｌ＝０’、すなわち、アンテナ２２の一端を直接にＧＮＤに接地することもできる。この場合は、反射率が−１となり、逆位相の反射波が生じるので、進行波と逆位相の反射波とで定在波を作るようにする。

次に、ランプ部１０について、補足して説明する。前述したように、ランプ部１０において、膨出部１３と細管部１１、１２とを構成する発光物質容器は、石英ガラスや、サファイアガラスや、パイレックス（登録商標）などの可視光の透過率の高い材料を使って構成する。ランプ部１０の細管部１１、１２にはマイクロ波を集中させるための２本のアンテナ２１、２２が備えられている。この２本のアンテナ２１、２２は、発光部１４の発光領域１５に対して対称に配置されている。

アンテナ２１、２２は発光部１４に侵入してもしなくても構わない。アンテナ２１、２２の材質は導体とし、特に、熱膨張係数が小さく耐熱性が高い材料、具体的にはタングステン合金やステンレス合金、モリブデン等が適している。途中、石英ガラスとの熱膨張差を打ち消すために、一部分が箔になっていても良い。

発光部１４中のガスは、点灯中の水銀蒸気圧が１〜２００気圧程度（超高圧水銀ランプ程度）になるように水銀を封じこめたものか、キセノンガスにヨウ化ナトリウムやヨウ化スカンジウムを用いたものを用いても良い。
なお、アンテナ２１、２２の先端がガスの発光部１４に侵入する場合は内部に充填するガスの種類にもよるが、ガスとの反応によりアンテナ材料の金属が腐食することが考えられるので、その場合は保護膜などを備えることが望ましい。

そして、ランプ部１０の構造が、アンテナ部分とギャップ部を含む全長を「λ／２」とする場合について考える。ランプ部のアンテナ部分の石英の比誘電率（ε_ｒ）が４．２であることから、２．４５ＧＨｚのマイクロ波の石英中のマイクロ波の１／４波長（λｇ）は、空気中のλ_０／４波長３．００ｃｍから次式で求める。

λｇ＝λ_０／√ε_ｒ

その結果、石英中のλｇ／４波長は、１．４９ｃｍとなる。ギャップ間を１．０ｍｍとすると、ａの部分は、１．４４ｃｍとなる。この結果、ギャップ間で電界の強度が大きく振幅し、効率よくプラズマを点灯し維持できる。

このように、本発明の光源装置においては、エネルギー効率の高いマイクロ波励起ランプを使用した光源装置を提供することができる。また、ギャップ間での電界の強さと、ランプから発光される輝度とは比例するため、固体マイクロ波電源１から出力されるマイクロ波の強度を調整することにより、ランプ部１０の発光輝度を調整することができる。

なお、前述のマイクロ波電源は、固体マイクロ波電源１が相当し、前述の発光部は発光部１４が相当する。また、前述のマイクロ波伝送線路は同軸ケーブル４が相当する。また、前述の２つのアンテナは、アンテナ２１、２２が相当し、前述のインピーダンス素子は、抵抗器Ｚ_Ｌが相当する。

［第２の実施の形態］
さらに、光源装置の全体としてのエネルギー効率を上げるために重要なことは、マイクロ波伝送線路の特性インピーダンスとランプ部の入力インピーダンスとを整合させることである。すなわち、ランプ部１０からマイクロ波伝送線路への反射波を低減して、反射による伝送損失を低減することである。

図４は、本発明の第２の実施の形態に係る光源装置の構成を示すブロック図であり、インピーダンスマッチング回路を備える光源装置の構成例を示している。
図４に示すように、マイクロ波伝送線路である同軸ケーブル４とランプ部１０とのインピーダンス整合を取るためのマッチング回路５１を備えることができる。

マッチング回路５１は、図５に示すように、リアクタンス値が可変なリアクタンス素子６１、６２で構成することができる。このリアクタンス素子６１、６２の成分は、インダクタンスＬまたはキャパシタＣのどちらであってもよく、ランプ部１０からの反射波の強度に応じてＬまたはＣを変化させる機構をもつ。

反射波モニタ４１はサーキュレータ３１を介して同軸ケーブル４とマッチング回路５１との間に配置される。このサーキュレータ３１には、マイクロ波の反射波が固体マイクロ波電源１側へ戻ることを防ぐためのアイソレータとしての機能も付加することができる。
反射波モニタ４１では、サーキュレータ３１から出力されるマイクロ波の反射波を減衰器４２で所定の範囲の電力強度の信号に減衰させ、パワーメータ４３に過大な信号が印加され、破壊されるのを防ぐようにしている。

このパワーメータ４３により反射波の信号強度を測定し、その値が‘０’または‘０’に近い値になるように、マッチング回路５１の可変リアクタンス値を、制御回路５２を介して制御する。なお、パワーメータ４３は、マイクロ波電流を測定する電流計であってもよい。

このように、図４に示す構成例では、反射波の強度が常に最小になるように、マッチング回路５１の可変リアクタンス（Ｌ又はＣ）を調整するフィードバック制御が行われる。これにより、ランプ部１０からの反射波による伝送損失を低減させ、光源装置の全体としてのエネルギー効率を上げることができる。
なお、前述のマッチング回路は、マッチング回路５１が相当する。また、前述の反射波モニタは、サーキュレータ３１、反射波モニタ４１、および制御回路５２が相当する。

［第３の実施の形態］
続いて、本発明の光源装置を使用したプロジェクタについて図面を参照して説明する。
図６は、本発明の光源装置を備えるプロジェクタの構成を示す図である。図６に示すように、プロジェクタ１０１は、光学系１０２と、制御回路１０３と、電源部１０４とを備えている。このプロジェクタ１０１は、外部から入力される画像信号に応じた画像を、光学系１０２を介してスクリーンＳなどに投写するものである。なお、プロジェクタ１０１では、外部電源１０５からの交流電力が電源部１０４によって直流電力に変換され、直流電力が電源部１０４から光学系１０２や制御回路１０３などに供給される。

また、図７は、図６に示すプロジェクタの光学系１０２の構成を示すブロック図である。図７に示すように、光学系１０２は、前述した本発明の光源装置１１１と、照明光学系１１２と、光変調部１１３と、色合成光学系１１４と、投写部１１５とを有して構成されている。また、光源装置１１１は、前述した本発明の光源装置で構成されるものである。
なお、図７においては、図１に示した本発明の第１の実施の形態に係る光源装置を光源装置として使用した例を示しているが、これに限られず、第２の実施の形態の光源装置であってもよい。

次に、図７を参照して、この光学系１０２の動作について説明する。
光源装置１１１内の固体マイクロ波電源１では、ダイヤモンドＳＡＷ発振器２から出力された高周波信号を、増幅器３で増幅した後に、同軸ケーブル４によりランプ部１０に向けて出力する。

同軸ケーブル４はランプ部１０のアンテナ２１に接続されており、アンテナ２２には抵抗器Ｚ_Ｌが接続されている。この構成により、アンテナ２１にマイクロ波を給電すると共に、アンテナ２２でマイクロ波を高反射率で反射させ、発光部１４の発光領域１５においてマイクロ波の定在波を立てることができる。これにより、ランプ部１０の発光部１４から高効率で光束が放射される。

照明光学系１１２は、光源装置１１１から射出された光束の照度を均一化し、各色光に分離する。光変調部１１３は、照明光学系１１２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。色合成光学系１１４は、照明光学系１１２で色分離され光変調部１１３で変調された各色光の光学像を合成し、投写部１１５にて光学像を投写する。

以上説明したように、本発明のプロジェクタにおいては、本発明による光源装置を使用しており、エネルギー効率の高い光源装置を搭載したプロジェクタを提供することができる。したがって、旧来の光源装置を有するプロジェクタに比べ、プロジェクタの消費電力を低減させることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明のマイクロ波励起ランプを使用した光源装置、およびプロジェクタは、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明の第１の実施の形態に係る光源装置の構成を示す図。 本発明の光源装置におけるランプ部の等価回路を示す図。 ランプ部の構成を説明するための図。 本発明の第２の実施の形態に係る光源装置の構成を示す図。 インピーダンスマッチング回路の例を示す図。 本発明の第３の実施の形態に係るプロジェクタの構成を示す図。 プロジェクタの光学系の構成を示す図。 インピーダンス素子の構成例を示す図。

符号の説明

１・・・固体マイクロ波電源、２・・・ダイヤモンドＳＡＷ発振器、３・・・増幅器、１０・・・マイクロ波励起ランプ部、１１・・・細管部、１３・・・膨出部、１４・・・発光部、１５・・・発光領域、１６・・・発光中心部、２１、２２・・・アンテナ、４・・・同軸ケーブル、３１・・・サーキュレータ、４１・・・反射波モニタ、４２・・・減衰器、４３・・・パワーメータ、５１・・・マッチング回路、５２・・・制御回路、６１、６２・・・可変リアクタンス素子、１０１・・・プロジェクタ、１０２・・・光学系、１０３・・・制御回路、１０４・・・電源部、１０５・・・外部電源、１１１・・・光源装置、１１２・・・照明光学系、１１３・・・光変調部、１１４・・・色合成光学系、１１５・・・投写部

Claims (10)

1. マイクロ波を出力するマイクロ波電源と、
   前記マイクロ波の照射を受けて発光する発光物質が封入された発光容器内に、互いに対向する一端が離間して挿入された一対のアンテナと、
   前記一対のアンテナのうちいずれか一方のアンテナに、前記マイクロ波電源から出力されるマイクロ波を給電するマイクロ波伝送線路と、
   前記一対のアンテナのうち他方のアンテナの端部の電位を固定する電位固定部と、
   を備えることを特徴とする光源装置。
2. 前記電位固定部により、前記他方のアンテナの端部を接地側の電位に固定すること
   を特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記電位固定部はインピーダンス素子であり、該インピーダンス素子により前記他方のアンテナの端部の電位を固定すること
   を特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の光源装置。
4. 前記インピーダンス素子は、前記マイクロ波に対する空気のインピーダンスの値よりも大きなインピーダンスの値であること
   を特徴とする請求項３に記載の光源装置。
5. 前記アンテナと前記マイクロ波伝送線路の接続点と、前記アンテナと前記インピーダンス素子との接続点との間の距離が、前記マイクロ波の波長の略１／２の奇数倍であること
   を特徴とする請求項３または請求項４に記載の光源装置。
6. 前記インピーダンス素子は、抵抗器で構成され、該抵抗器の一端が前記他方のアンテナに接続され、他端が接地側に接続されること
   を特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の光源装置。
7. 前記インピーダンス素子は、抵抗ＲまたはインダクタンスＬまたはキャパシタＣのいずれかのうちの１つ以上を用いた回路で構成され、
   前記マイクロ波の周波数において、当該インピーダンス素子のインピーダンスと前記発光容器のインピーダンスとで表される反射率の大きさが空気よりも大きな値であり、
   かつ位相回転が１８０度の倍数となり、
   さらに、当該インピーダンス素子の一端が前記他方のアンテナに接続され、他端が接地側に接続されること
   を特徴とする請求項３から請求項５までのいずれか１項に記載の光源装置。
8. 前記インピーダンス素子は、可変の抵抗ＲまたはインダクタンスＬまたはキャパシタＣのいずれかのうちの１つ以上を用いた回路で構成され、
   前記マイクロ波の周波数において、当該インピーダンス素子のインピーダンスと前記発光容器のインピーダンスとで表される反射率の大きさが空気よりも大きな値であり、
   かつ位相回転を制御することができ、
   さらに、当該インピーダンス素子の一端が前記他方のアンテナに接続され、他端が接地側に接続されること
   を特徴とする請求項３から請求項５までのいずれか１項に記載の光源装置。
9. マイクロ波を出力するマイクロ波電源と、前記マイクロ波の照射を受けて発光する発光物質が封入された発光容器内に、互いに対向する一端が離間して挿入された一対のアンテナと、を備えた光源装置の発光制御方法であって、
   前記一対のアンテナのうちいずれか一方のアンテナに接続されるマイクロ波伝送線路を介して、当該一方のアンテナに前記マイクロ波電源から出力されるマイクロ波を給電する手順と、
   前記一対のアンテナのうち他方のアンテナの端部の電位を固定する電位固定部により、前記マイクロ波を反射する手順と、
   を含むことを特徴とする発光制御方法。
10. 光源装置と、前記光源装置から射出された光束を、入力される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光学像を投写する投写部と、を備えるプロジェクタであって、
    前記光源装置は、
    マイクロ波を出力するマイクロ波電源と、
    前記マイクロ波の照射を受けて発光する発光物質が封入された発光容器内に、互いに対向する一端が離間して挿入された一対のアンテナと、
    前記一対のアンテナのうちいずれか一方のアンテナに、前記マイクロ波電源から出力されるマイクロ波を給電するマイクロ波伝送線路と、
    前記一対のアンテナのうち他方のアンテナの端部の電位を固定する電位固定部と、
    を備えることを特徴とするプロジェクタ。

Images