JP5024082B2 - 光源装置及びこれを備えたプロジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、光源装置及びこれを備えたプロジェクタに関するものである。

近年、プロジェクタに用いられる光源装置として、マイクロ波放電方式を用いた無電極光源が提案されてきている。無電極光源は、従来の白熱灯や高圧水銀ランプに代表される電極放電式ランプとは異なり発光管内部に放電用の電極を有しないので、電極の消耗やそれに伴う発光管の白濁や黒化等に起因する発光管の劣化が抑制される。また、発光管内に封入される発光物質の選択肢が広がり、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、プロジェクタ向けの長寿命光源として期待されている。
このようなマイクロ波放電方式の光源装置では、発光管内に封入された発光物質がマイクロ波によって励起されてプラズマ発光する構成であることから、長時間点灯させるとランプ全体が高温になって破損する虞がある。

光源装置の冷却技術としては、マイクロ波の放電を集中させる放電コンセントレータに、その先端から公報に向かって熱を移送する熱移送手段を備えた構造や（特許文献１参照）、発光管に冷却風を当てることで発光管の温度上昇を防止する冷却用送風機構を備えた構造（特許文献２参照）が開示されている。
特開２００２−７５２９０号公報 特開平５−５４８６１号公報

しかしながら、特許文献１では、放電コンセントレータが発光管内に封入されているためランプの外部に熱を移送させることができず、長時間点灯させた場合には発光管内に熱がこもってしまう虞がある。また、特許文献２では、冷却用送風機構が発光管の端部に外装される口金に一体形成されているものの、発光管の上部に向けて冷却風を送風する構成となっている。そのため、発光管の一部にしか冷却風を当てることができず、発光管全体を冷却することは困難である。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、ランプ全体の冷却効率を高め、良好な点灯を長時間維持可能とした光源装置及びこれを備えたプロジェクタを提供することを目的としている。

本発明は、上記課題を解決するために、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マイクロ波励起ランプと、前記マイクロ波電源と前記マイクロ波励起ランプとを接続する伝送線路と、前記伝送線路及び前記マイクロ波励起ランプと略同軸位置に設けられ、前記伝送線路の一部外周及び前記マイクロ波励起ランプの一部を取り囲む筒状の同軸部とを有し、前記同軸部と前記伝送線路との間に、該記伝送線路に沿う方向に冷却空気を流通させる空気流路が形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、マイクロ波電源から出力されたマイクロ波が伝送線路を介してマイクロ波励起ランプへと伝送され、そのマイクロ波によってマイクロ励起ランプがプラズマ発光する。そのため、長時間点灯させた場合にマイクロ波励起ランプが高温となるが、同軸部から送出される冷却空気によって、発熱するマイクロ波励起ランプを効率よく冷却することができる。また、筒状の同軸部を伝送線路及びマイクロ波励起ランプに略同軸で外装させることにより、導入した冷却空気をマイクロ波励起ランプ全体に向けて送出することができる。その結果、マイクロ波励起ランプ全体に冷却空気を当てることができるようになり、マイクロ波励起ランプの冷却効率を向上させることができる。

また、前記マイクロ波励起ランプは、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管と、該発光管内で互いの端部が所定間隔をおいて対向配置された一対のアンテナと、を備え、前記伝送線路が、前記一対のアンテナのいずれかに接続される内部導体と、該内部導体を覆う外部導体とを有し、前記同軸部内において、前記内部導体の一部が前記外部導体から露出していることが好ましい。
本発明によれば、同軸部内（空気流路）を流通する冷却空気によって、アンテナに接続されている内部導体の露出部分が直接冷却されるので、内部導体の熱伝導性が向上し、プラズマを照射する（マイクロ波電位が集中する）ことによって発熱するアンテナの熱を効率よく放熱することができる。

また、前記内部導体の表面が、凹凸形状とされていることが好ましい。
本発明によれば、内部導体の表面積が増加するので、露出部分における放熱効率が向上し、アンテナの熱を内部導体を介して逃がすことができる。

また、前記同軸部が、筒状の本体部と該本体部と一体に形成された拡径部とにより漏斗形状とされ、前記拡径部の端部における空気導入口の口径と前記本体部の内径との差が、マイクロ波の１／４波長よりも小さいことが好ましい。
本発明によれば、同軸部にチョーク効果を持たせることができるので、マイクロ波が、例えば同軸部の空気導入口から外部に漏洩することを抑制することができる。また、漏斗形状とすることで、空気導入口からより多くの空気を導入でき、マイクロ波励起ランプに向けて効率よく冷却空気を送出することができる。

また、前記外部導体の前記マイクロ波励起ランプに接続される側の端部が、前記同軸部の前記本体部内に配置されていることが好ましい。
本発明によれば、同軸部内において内部導体の一部が露出している場合でも、マイクロ波の漏洩を防止でき、マイクロ波の伝送効率を向上させることができる。

また、前記同軸部がグランド電位であることが好ましい。
本発明によれば、同軸部を外部導体として機能させることができ、同軸部内で露出する内部導体とでマイクロ波を伝送することができる。

また、前記伝送線路と前記マイクロ波励起ランプとの間の特性インピーダンスを整合するマッチング回路が設けられていることが好ましい。
本発明によれば、マッチング回路によって、伝送線路における反射波を低減するようにインピーダンスを整合し、反射波による伝送損失を低減することができる。そのため、マイクロ波励起ランプに対し、省電力でマイクロ波を連続的に発振することができる。これにより、光源装置全体のエネルギー効率を高めることができる。

また、前記一対のアンテナにそれぞれ前記伝送線路が接続されているとともに、前記各伝送線路に前記同軸部がそれぞれ設けられていることが好ましい。
本発明によれば、マイクロ波励起ランプの両側から各アンテナに対してマイクロ波の電力を供給することができる。また、マイクロ波励ランプの両側から冷却空気を当てることが可能となり、マイクロ波励起ランプの冷却効率をより一層向上させることができる。また、各伝送線路に供給するマイクロ波の電力を半分にすることができるので、例えば、安価な省電力のマイクロ波電源を２つ用いることができる。

また、前記発光管内における前記一対のアンテナと、該一対のアンテナの対向端部間の距離を含めた長さが、マイクロ波の１／２波長の整数倍となることが好ましい。
本発明によれば、マイクロ派が照射される一対のアンテナの対向する端部間、すなわちマイクロ波励起ランプの中央（アンテナ間のギャップの中央）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、前記空気流路に空気を流通させる流通手段を有することが好ましい。
本発明によれば、冷却空気の送出量や送出時間を適宜調整することができ、より効率よくマイクロ波励起ランプを冷却することができる。

本発明のプロジェクタは、上記光源装置と、前記光源装置から射出された光束を、入力された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射する投射部と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、マイクロ波励起ランプの温度上昇を防止して長寿命化を実現することが可能で、省力化を図ることが可能なプロジェクタを提供することができる。

以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。

以下に説明する各実施形態の光源装置は、後述のプロジェクタに組み込まれるものである。

（第１の実施形態）
図１は本実施形態の光源装置の概略を示す模式図である。図２（ａ）は、空洞同軸部の空気導入口側から見た平面図、図２（ｂ）は、空洞同軸部及び同軸ケーブルの概略構成を示す模式図である。

一般にマイクロ波帯としての慣用的周波数は、３ＧＨｚ〜３０ＧＨｚを言うが、本案件では、ＵＨＦ帯からＳＨＦ帯に相当する３００ＭＨｚ〜３０ＧＨｚ帯と定義する。

本実施形態の光源装置２は、図１に示すように、マイクロ波電源部２００と光源部３００とを有して構成されている。ここで、マイクロ波電源部２００は、マイクロ波を発振する機能を有し、光源部３００は、マイクロ波電源部２００から発振されたマイクロ波により光束を出射する機能を有し、これらマイクロ波電源部２００と光源部３００とが同軸ケーブル４２を介して接続されている。

マイクロ波電源部２００は、図６に示すように、固体高周波発振部２０、パワーモニタ２２、制御回路２１、サーキュレータ２３、マッチング回路２４とを有し、それぞれを接続する伝送線路として同軸ケーブル４２が使用されている。この複数の同軸ケーブル４２によって、固体高周波発振部２０からマイクロ波励起ランプ３２までマイクロ波を伝送する伝送路４００が構成されている。

伝送路４００における終端側の同軸ケーブル４２（マイクロ波励起ランプ３２に接続されている同軸ケーブル１４２）には、該同軸ケーブル１４２の一部外周及びマイクロ波励起ランプ３２の一部を取り囲む筒状の空洞同軸部４４が設けられている。この空洞同軸部４４と同軸ケーブル１４２とによって、マイクロ波励起ランプ３２に対して冷却空気を送出することにより当該マイクロ波励起ランプ３２の冷却が可能となっている。この空洞同軸部４４については後程詳述する。

光源部３００は、図１に示すように、マイクロ波励起ランプ３２と、リフレクタ３４と、反射器３６とを有して構成され、マイクロ波電源部２００から伝送路４００を介して導入されたマイクロ波によって発光する。

まず、マイクロ波励起ランプの構成について詳述する。
マイクロ波励起ランプ３２は、例えば石英ガラス等の非導電性材料から形成される発光管１０と、この発光管１０内に配置される一対のアンテナ１１ａ，１１ｂとを備えている。発光管１０の形成材料としては、透明セラミックスや透明サファイヤなどを用いても良く、これにより、発光管１０の光透過率や耐熱性を向上させることができる。発光管１０は、中央部分が略球状に膨出した膨出部１０Ａと、膨出部１０Ａの両側に延在する細管部１０Ｂ，１０Ｃとを有して構成されている。

膨出部１０Ａ内に形成された発光空間Ｋには、マイクロ波によって発光する発光物質が充填されている。発光空間Ｋの内径は、例えば１〜２ｍｍ程度である。発光物質としては、点灯中の水銀蒸気圧が１〜２００気圧程度（超高圧水銀ランプ）になるように水銀を封じ込めたものか、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よい。超高圧に封入することで、マイクロ波の励起によって十分な輝度を得ることができる。

アンテナ１１ａ，１１ｂは、例えば熱膨張係数が小さく耐熱性が高い導電性材料、具体的にはタングステン合金やステンレス合金等からなることが好適である。そして、各細管部１０Ｂ内にそれぞれに挿入され、膨出部１０Ａの発光空間Ｋ内において先端同士を対向させ且つ互いに所定間隔（以下、ギャップｇと呼ぶこともある）をおいて配置されている。なお、ギャップｇはなるべく小さいほうが好ましく、これによって点光源に近い高輝度発光を得ることができる。

アンテナ１１ａ，１１ｂは、先端に向かって先鋭形状となっている。これにより、マイクロ波の放射指向性が向上し、発光管１０の中央部にマイクロ波を集中させることができる。また、低エネルギーのマイクロ波であっても発光物質を効率よく励起させることが可能となる。

図１では、アンテナ１１ａ，１１ｂの先端が僅かに発光空間Ｋ内に侵入しているが、発光空間Ｋ内に侵入しなくても構わない。アンテナ１１ａ，１１ｂの先端が発光空間Ｋ内に侵入している場合には、発光空間Ｋ内に充填された発光物質の種類にもよるが、発光物質との反応によってアンテナ１１ａ，１１ｂの金属が腐食することが考えられるので、その場合には、アンテナ１１ａ，１１ｂの先端を保護膜で被覆しておくことが好ましい。

さらに、アンテナ１１ａ，１１ｂの一部を箔状としても良く、例えば、アンテナ１１ａ，１１ｂにモリブデン製の金属箔１２を接続することが好ましい。これによって、石英ガラスとの熱膨張率差を打ち消すことができ、発光空間Ｋ内の気密性を維持することが可能となる。

伝送路４００を構成する各同軸ケーブル４２は、図２（ａ），（ｂ）に示す内部導体４２Ａと、これを覆う外部導体４２Ｂと、さらに内部導体４２Ａと外部導体４２Ｂとの間に介在する誘電体４２Ｃ（絶縁体）とから構成されている。例えば、内部導体４２Ａ及び外部導体４２Ｂには銅が用いられ、誘電体４２Ｃには、マイクロ波に対して誘電体損失の少ないＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などが用いられる。ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）を用いることにより、誘電体損失を低く抑えることができる。なお、内部導体４２Ａを構成する銅線の表面には銀メッキ処理が施されていることが好ましく、これによって少ない損失でマイクロ波を伝送することができる。

図３に、内部導体の断面形状を示す。
図３に示すように、本実施形態における内部導体４２Ａは、その表面が凹凸形状とされている。詳細には、内部導体４２Ａの周方向に凸条４８と凹条４９（溝）とが繰り返し存在する形状とされ、凹凸のない場合に比べて内部導体４２Ａの表面積を大幅に増加させている。

伝送路４００（各同軸ケーブル４２）の特性インピーダンスは、内部導体４２Ａ及び外部導体４２Ｂの距離と、これらの間に介在する誘電体４２Ｃの比誘電率（絶縁部材の静電容量）との関係により５０Ωに保持されている。

そして、伝送路４００における終端側の同軸ケーブル４２（１４２）の内部導体４２Ａがマイクロ波励起ランプ３２のアンテナ１１ａに接続される。

同軸ケーブル１４２の一端（アンテナ１１ａに接続される側の端部）は、外部導体４２Ｂ及び誘電体４２Ｃが所定の寸法で除去され、内部導体４２Ａが引き出されている。すなわち、内部導体４２Ａの端部は、外部導体４２Ｂ及び誘電体４２Ｃによって被覆されておらず露出している。以下、この部分を露出部４２ａと呼ぶ。

この同軸ケーブル１４２には空洞同軸部４４が設けられている。

次に、空洞同軸部について詳述する。
空洞同軸部４４は、マイクロ波励起ランプ３２を冷却するための冷却空気を送出する機能を有している。図２（ａ），（ｂ）に示すように、空洞同軸部４４は、導電性材料である金属からなり、円筒形状の本体部４４Ａと該本体部４４Ａの端部に一体形成される拡径部４４Ｂとを備えた漏斗形状を呈している。そして、同軸ケーブル１４２の一部外周及びマイクロ波励起ランプ３２の一部を取り囲むようにして、マイクロ波励起ランプ３２の近傍に外装されている。詳細には、空洞同軸部４４の本体部４４Ａが、同軸ケーブル１４２の内部導体４２Ａの露出部４２ａを覆うとともに、本体部４４Ａ内に軸ケーブル１４２の外部導体４２Ｂの端部が位置するように配置されている。

拡径部４４Ｂは、本体部４４Ａの周縁から径方向外側に拡がるフランジ形状とされており、本体部４４Ａとは反対側の開口が冷却空気を導入させるための空気導入口４４ｂとされている。

このような空洞同軸部４４を同軸ケーブル１４２に外装させることにより、空洞同軸部４４と同軸ケーブル１４２との間に同軸ケーブル１４２に沿う方向の空気流路Ｒが形成される。そして、空気導入口４４ｂから空洞同軸部４４内に導入された冷却空気が空気流路Ｒを流通し、空気導出口４４ａからマイクロ波励起ランプ３２へ向かって送出される。

なお、空洞同軸部４４内に外気を冷却空気として導入させるための手段、すなわち、空気流路Ｒに冷却空気を流通させるための流通手段としては、後述のプロジェクタ１００（図８参照）の内部に設置されるファン（不図示）が用いられる。空洞同軸部４４内に導入された空気は、本体部４４Ａの空気導出口４４ａからマイクロ波励起ランプ３２に向けて送出される。この空洞同軸部４４から送出される冷却空気によって、マイクロ波励起ランプ３２を冷却することができる。
また、これに限らず光源装置２内に流通手段を備えるようにしても良い。

上述したように、同軸ケーブル１４２の内部導体４２Ａの一部が、空洞同軸部４４内において露出している。そのため、空洞同軸部４４が同軸ケーブル１４２の外部導体４２Ｂと同じ働きをする。また、空洞同軸部４４と内部導体４２Ａ（露出部）との間に導入される空気がこれらを絶縁する絶縁体となる。これにより、空洞同軸部４４が内部導体４２Ａ（露出部４２ａ）との間でマイクロ波を伝送することになる。

空洞同軸部４４の特性インピーダンスＺ_０は、下記の式で表される。
ここで、ｄ：内部導体４２Ａの外径、Ｄ：本体部４４Ａの内径、ε_ｒ：空気の比誘電率とする。

図２（ｂ）に示すように、空洞同軸部４４における本体部４４Ａの内径Ｄと、同軸ケーブル１４２の内部導体４２Ａの外径ｄとの最適な導体径比は、空洞同軸部４４の特性インピーダンスＺの値を５０Ωとすると、本体部４４Ａと内部導体４２Ａとの絶縁体が空気（比誘電率は１）であることから、上式より、Ｄ／ｄ＝２．３となる。ここで例えば、内部導体４２Ａの外径ｄが２ｍｍの場合、本体部４４Ａの内径Ｄは４．６ｍｍとなり、本体部４４Ａと内部導体４２Ａとの間には、厚さ２．６ｍｍの空気層が介在することになる。この構成により、同軸ケーブル１４２と同じ５０Ωの特性インピーダンスを維持できるようになっている。

このように、本体部４４Ａの内径Ｄを上記式１を用いて設定し、これに応じて空洞同軸部４４の軸方向長さを適宜設定することによって、空洞同軸部４４の特性インピーダンスの値を、同軸ケーブル１４２の特性インピーダンスの値と同じ５０Ωに保持する。その結果、信号伝達において損失を生じさせることなく、マイクロ波を効率よくマイクロ波励起ランプ３２へと供給することができる。

また、空気導入口４４ｂの口径Ｄ_１と、空洞同軸部４４の内径Ｄとの差がマイクロ波の１／４波長を越えないようにすることで、空洞同軸部４４にチョーク効果を持たせることができ、マイクロ波が外部に漏洩することが防止される。

また、空洞同軸部４４には、同軸ケーブル１４２に装着させるための装着部４５が設けられている。装着部４５は、絶縁性材料から形成された複数の保持板４６からなり、拡径部４４Ｂの内面に垂直姿勢で立設されている。各保持板４６は、拡径部４４Ｂの周方向に等間隔で配置され、中心軸を介して対向する保持板４６の端部４６ａ同士の間に同軸ケーブル１４２が挿入され保持されている。

なお、保持板４６の軸方向に沿う長さは、例えばフレキシブル性を有する同軸ケーブル１４２の、少なくとも発光管１０に接続される側の端部を、中心軸と平行に保持可能とする長さに適宜設定する。また、本実施形態では４つの保持板４６を設けるとしたが、これに限ったものではなく、増やしても良い。

図１に示すリフレクタ３４は、空洞同軸部４４が挿入される挿入部３４Ａと、この挿入部３４Ａから拡がる方物曲面状の光束反射面３４ｂを有した反射部３４Ｂとを備えたガラス製の一体形成品であり、例えば石英ガラスから構成される。挿入部３４Ａには、中央に挿入孔３４ａが形成されており、その挿入孔３４ａ内に空洞同軸部４４が配置される。光束反射面３４ｂは、マイクロ波を透過するとともに発光管１０から入射する光束を反射する誘電体多層膜によって構成されている。また、光束反射面３４ｂの二つの焦点位置の一方と一対のアンテナ１１ａ，１１ｂの中心位置（ギャップｇの位置）とが略一致するように構成されていることが好ましい。
なお、光束反射面３４ｂの形状は、収束性の面では方物面形状の曲面を有することが好ましいが、製造簡易性の面では球面形状とする方が有利である。

反射器３６は、方物曲面状の反射面３６ａを発光管１０の膨出部１０Ａに向けるとともにリフレクタ３４と対向配置されている。この反射器３６は、例えば導電性材料である金属部材から構成されるものであって、リフレクタ３４よりも小型の反射部材である。反射面３６ａは、その焦点位置と、発光管１０内のアンテナ１１ａ，１１ｂ間のギャップｇとが略一致するように構成されている。この反射面３６ａによってマイクロ波を反射する。

図４（ａ）は固定治具の構成を示す斜視図、図４（ｂ）は光源部の固定状態を示す断面図である。
また、光源装置２は、光源部３００を後述のプロジェクタ１００（図８参照）の本体内に固定するための固定治具５０を有している。固定治具５０は、金属材料からなるＴ継ぎ手などにより構成され、プロジェクタ１００の本体に固定される板状の固定部５１と、固定部５１に対して垂直姿勢とされた板状の保持部５２とからなる。保持部５２の面内中央部には、板厚方向を貫通する貫通孔５２ａが形成されており、空洞同軸部４４を挿通可能とする孔径で形成されている。このような固定治具５０は、プロジェクタ１００の本体内において、光源部３００の光束が予め設定された所定の照明光軸と一致するように光源部３００を位置決め固定する。

空洞同軸部４４はグランド電位とされており、これによって空洞同軸部４４を外部導体として機能させることができる。その結果、内部導体４２Ａの露出部４２ｂを冷却空気によって冷却するのと同時にマイクロ波をマイクロ波励起ランプ３２へと伝送することが可能となっている。

なお、図５に示す固定治具５５のように、空洞同軸部４４を挿通させることなく保持する構成としてもよく、これにより光源部３００を組み立てた後に固定治具５５に取り付けることができるので、作業性が良く簡単に製造することができる。

（マイクロ波電源部）
図６は、マイクロ波電源部の概略構成を示すブロック図である。
図６に示すように、マイクロ波電源部２００は、高周波信号を出力する固体高周波発振部２０（マイクロ波電源）と、反射波強度を検出するパワーモニタ２２と、反射波強度から反射率を求めてアンプ２９を制御する制御部２１と、信号の流れる方向に制限をつけるサーキュレータ２３と、固体高周波発振部２０とマイクロ波励起ランプ３２との特性インピーダンスのマッチングを行うマッチング回路２４とを有して構成されている。

固体高周波発振部２０は、電源（不図示）と、固体高周波発振器である弾性表面波（Surface Acoustic Wave：SAW）発振器としてのダイヤモンドＳＡＷ発振器２８と、アンプ２９とを有して構成される。

電源（不図示）は、駆動信号に基づいて、ダイヤモンドＳＡＷ発振器２８と、アンプ２９とに電力を供給する。ダイヤモンドＳＡＷ共振器２８は、アンプ２９の前段に接続されており、ＧＨｚ帯の高周波信号を生成するとともに生成した高周波信号をアンプ２９に出力する。アンプ２９は、入力された高周波信号を増幅した後、光源部３００へ出力する。

ダイヤモンドＳＡＷ発振器２８は、移相回路（不図示）によって高周波信号に周波数変調をかけることが可能な周波数可変発振器であり、発光管１０に対してマイクロ波周波数を可変及び調整することができる。

アンプ２９は、ダイヤモンドＳＡＷ発振器２８から出力された信号を、発光管１０内に封入される発光物質を励起して発光させることができる高周波出力レベルに増幅させて、２．４５ＧＨｚ帯の高周波信号を出力することができる。

制御回路２１は、パワーモニタ２２、サーキュレータ２３、マッチング回路２４を制御することができる。

サーキュレータ２３は、アンプ２９で増幅された高周波信号を光源部３００に供給するとともに、信号の流れる方向に制限をつける機能を有している。アンプ２９によって高周波出力レベルに増幅された高周波信号は、発光管１０内に封入されている発光物質を励起して発光管１０を発光させることができる。また、高周波信号を光源部３００に供給した結果として、光源部３００から反射された反射波（消費されなかった余剰電力）が固体高周波発振部２０に戻ることを阻止するアイソレータの機能も有しており、アンプ２９などの故障を防止している。

マッチング回路２４は、サーキュレータ２３の後段に設けられ、固体高周波発振部２０側の特性インピーダンスと光源部３００側の特性インピーダンスとの整合を行う。このマッチング回路２４により、一定の特性インピーダンス、具体的には５０Ωとされている。

パワーモニタ２２は、サーキュレータ２３の電力強度をモニタリングすることによって、光源部３００から反射された反射波の反射強度を検出する機能を有している。そして、このパワーモニタ２２と制御回路２１とが電気的に接続されている。これにより、パワーモニタ２２でモニタリングした結果を制御回路２１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、マッチング回路２４を制御することによって、反射波の強度が常に最小になるようにマッチング回路２４を調整するフィードバック制御が行われる。
これにより、マイクロ波励起ランプ３２からの反射波による伝送損失を低減させ、光源装置全体としてのエネルギー効率を向上させることができる。

なお、固体高周波発振部２０に適用される発振器としては、ダイヤモンドＳＡＷ共振子を用いたダイヤモンドＳＡＷ発振器に限定されず、誘電体共振子やＬＣ共振子などを用いた発振器であってもよい。また、パワーモニタ２２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。

固体高周波発振部２０から出力された高周波信号は、同軸ケーブル１４２及び空洞同軸部４４を導波してアンテナ１１ａ，１１ｂへと供給され、アンテナ１１ａ，１１ｂの先端から発光管１０内にマイクロ波として放射される。マイクロ波は、アンテナ１１ａ，１１ｂの先端に局所的に集中するため、発光空間Ｋ内の発光物質が効率よく励起される。

なお、アンプ２９、サーキュレータ２３及びマッチング回路２４の各々が同軸ケーブル４２によって接続され、マッチング回路２４の出力端とマイクロ波励起ランプ３２のアンテナ１１ａとが上記した同軸ケーブル１４２によって接続されている。

次に、本実施形態の光源装置の動作について説明する。
本実施形態の光源装置２は、例えば後述のプロジェクタ１００内のファン（不図示）の駆動によって、空洞同軸部４４の拡径部４４Ｂから本体部４４Ａ内に外気が導入され、本体部４４Ａ内を流動した空気が、空気導入口４４ｂとは反対側の空気導出口４４ａからマイクロ波励起ランプ３２へと送出される。空洞同軸部４４は、同軸ケーブル１４２及びマイクロ波励起ランプ３２と略同軸に設けられていることから、空洞同軸部４４から流れ出た冷却空気は発光管１０の管壁全体に亘って流れるようになる。このように、発光管１０全体に冷却空気を当てることで発光管１０の温度上昇を効果的に防止することができるため、長時間の点灯においてもアンテナ１１ａ，１１ｂの変形が防止される。

また、アンテナ１１ａ，１１ｂに接続されている同軸ケーブル１４２の内部導体４２Ａは、その一部が空洞同軸部４４内において露出している。この内部導体４２Ａの露出部４２ａが、空洞同軸部４４内を通過する空気（冷気）によって直接冷却されることにより、マイクロ波が集中することで発熱するアンテナ１１ａ，１１ｂとの間で温度差が生じる。その結果、アンテナ１１ａ，１１ｂの熱が内部導体４２Ａへと伝熱され、アンテナ１１ａ，１１ｂの熱が内部導体４２Ａの露出部４２ａを介して放熱される。このように、内部導体４２Ａの熱伝導を利用して、アンテナ１１ａ，１１ｂの温度上昇を防止することができる。

さらに、本実施形態の同軸ケーブル１４２の内部導体４２Ａは、その表面が凹凸形状とされている（図３参照）。つまり、露出する内部導体４２Ａの表面積を大きくすることで内部導体４２Ａの熱伝導性を向上させることが可能なため、アンテナ１１ａ，１１ｂの放熱効率が高まる。

本実施形態では、空洞同軸部４４から送風される冷却空気によって、発光管１０全体を冷却するとともに、内部導体４２Ａ（露出部４２ａ）を介してアンテナ１１ａ，１１ｂの熱を放熱することにより、マイクロ波励起ランプ３２の温度上昇が効果的に抑制され、寿命特性が向上する。

以上のように、同軸ケーブル１４２と同軸をなす空洞同軸部４４（空気導入口４４ｂ）を設けることにより、発光管１０の管壁全体に亘って冷却空気を当てることができるので、マイクロ波励起ランプ３２を効果的に冷却することが可能となる。

また、空洞同軸部４４内に挿入される同軸ケーブル１４２の内部導体４２Ａを露出させることにより、空洞同軸部４４内を流動する空気によってその露出部４２ａが冷却され、内部導体４２Ａに接続されたアンテナ１１ａの熱を効率よく放熱することができる。そのため、マイクロ波の励起によって発熱するアンテナ１１ａの温度上昇を抑えることができるので、発光空間Ｋ内にマイクロ波を安定して放射することができる。

本実施形態によれば、マイクロ波励起ランプ３２の発光管１０のみならずアンテナ１１ａも同時に冷却することができるので、マイクロ波励起ランプ３２の冷却効率を格段に向上させることが可能となる。

（第２の実施形態）
図７は本発明の第２の実施形態に係る光源装置の構成を示す模式図である。
本実施形態は、発光管の両側からマイクロ波を導入させている点において先の実施形態と異なる。

本実施形態の光源装置７０は、図７に示すようにマイクロ波励起ランプ３２の一対のアンテナ１１ａ，１１ｂにそれぞれ同軸ケーブル１４２が接続されている。また、各同軸ケーブル１４２にはそれぞれ空洞同軸部４４が設けられており、上記マイクロ波電源部２００からのマイクロ波を各同軸ケーブル１４２及び各空洞同軸部４４を介して、マイクロ波励起ランプ３２の両側からマイクロ波電力を供給する構成となっている。

上記実施形態では、発光管１０における細管部１０Ｂ，１０Ｃとリフレクタ３４とが同軸をなすように構成されていたが、本実施形態の光源装置７０は、図７に示すように、発光管１０における細管部１０Ｂ，１０Ｃの軸方向がリフレクタ３５の軸方向（照明方向Ａ）に交差した姿勢とされている。リフレクタ３５には、方物曲面状の光束反射面３５ｂに開口する一対の挿通孔３５ａが設けられている。挿通孔３５ａは、上記実施形態同様、空洞同軸部４４の挿通を可能とした孔径で形成され、各挿通孔３５ａ内に空洞同軸部４４が嵌合される。

本実施形態における固定治具７２は、矩形状の板部材からなるリフレクタ保持部７３と、その表面の両端に所定間隔をおいて配置された一対の同軸固定部７４とからなる。同軸固定部７４は、空洞同軸部４４を固定するものであって、その上面７４ａが空洞同軸部４４の外形に沿って曲面状に形成されていることが好ましい。これによって、同軸固定部７４に対する空洞同軸部４４の位置決めが容易になるとともにその位置ずれが防止されるので、空洞同軸部４４を確実に固定できる。また、リフレクタ保持部７３は、リフレクタ３５をその上面７３ａに当接させることにより保持している。このような固定治具７２によって、プロジェクタ１００内における光源装置７０の位置決めがなされることになる。

本実施形態の光源装置７０によれば、上記実施形態で記述する同様の効果が得られるとともに、下記の効果を得ることができる。

本実施形態の光源装置７０は、マイクロ波励起ランプ３２の両側に冷却機能を備えた構成となっているため、両方の空洞同軸部４４から発光管１０に向けてそれぞれ冷却空気を送出することができる。これにより、冷却空気が発光管１０の膨出部１０Ａ（発光点）まで確実に行き届くようになり、効率よく発光管１０の冷却を行うことができる。

なお、一方の空洞同軸部４４から送出された冷却空気が他方の空洞同軸部４４内に導入されるようにしても良い。これにより、発光管１０の管壁に沿って冷却空気が流れることになるので上記同様の冷却効果を得ることができる。また、マイクロ波励起ランプ３２を冷却したことで温められた空気を、他方の空洞同軸部４４からプロジェクタ１００の排気口（不図示）などを介して外部に排出されるようにしておくことにより、冷却空気送出側の空洞同軸部４４内に常に冷気を導入することができる。

また、本実施形態は、マイクロ波電源部２００から出力されたマイクロ波を２系統に分配する構成となっている。これは、例えば固体高周波発振部２０内に、小型のアンプを２つ備えることで可能となる。２つのアンプを用いてマイクロ波励起ランプ３２にマイクロ波を供給するため、各アンプにおけるマイクロ波の出力電力を小さくすることができる。例えば、マイクロ波励起ランプ３２に１００Ｗのマイクロ波電力を供給する場合に、各アンプから５０Ｗずつのマイクロ波電力を出力すればよいことになる。これにより、高出力な大型のアンプを用いる必要がないので、マイクロ波電源部２００の小型化を実現できるとともに省電力化が可能となる。

なお、小型のアンプを備えたマイクロ波電源部を２つ備えてもよい。これにより、各マイクロ波電源部に備えるダイヤモンドＳＡＷ発振器として、低出力の安価なものを用いることができる。

（プロジェクタ）
次に、以上のようにして構成された光源装置が組み込まれたプロジェクタについて説明する。図８は、プロジェクタの回路ブロック図である。図８を用いて、プロジェクタの回路構成と動作を説明する。

プロジェクタ１００は、制御部８００、信号変換部８１０、画像処理部８２９、液晶パネル駆動部８３０、操作受付け部８４０、電源部８５０、記憶部８６０及びファン駆動部８７０などを有して構成される。また、各部は、バスＢにより互いに接続されている。そして、光学系として、マイクロ波電源部２００及び光源部３００を有する光源装置２（７０）、光変調部６、投射部９などで構成されている。

信号変換部８１０は、プロジェクタ１００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（不図示）から供給される例えばアナログ画像信号を受け取る。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信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８２９に出力する。

画像処理部８２９は、入力したデジタル画像信号を後述する光変調部６を構成する液晶パネル（不図示）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（不図示）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の持つ解像度にあ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補正処理などの画像処理は、記憶部８６０に記憶されている画像処理手段を規定したファームウェ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８２９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（不図示）に供給し駆動する。制御部８５０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、プロジェクタの動作を統括制御することができる。

記憶部８６０は、例えばプロジェクタ１００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１００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、ファームウェ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１００の本体外面に設置される操作部８４１またはリモコンに対し、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（不図示）によりファンを駆動（回転）させる。また、ファンは、プロジェクタ１００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１００の外部から外気を吸気して空気の流れを起こし、光源部３００、光変調部６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１００の外部に排気することにより発熱する各部を冷却する。

本実施形態においては、プロジェクタ１００の内部に設置される複数のファンのうちのいずれかによって、光源部３００における空洞同軸部４４内に外気が導入されるとともに、冷却空気としてマイクロ波励起ランプ３２に向けて送出されることになる。

電源部８５０は、外部電源からの交流電力をプラグから導き、内蔵するＡＣ／ＤＣ変換部（いずれも不図示）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１００の各部に供給することができる。

光源装置２（７０）のマイクロ波電源部２００は、制御部８２０からの制御コマンドに従い、光源部３００を発光（点灯）及び非発光（消灯）を行うことができる。

このように構成されたプロジェクタ１００においては、本発明による光源装置２（７０）が用いられているため、マイクロ波励起ランプ３２が効果的に冷却され、これにより光源装置のマイクロ波励起ランプ３２の発熱によるプロジェクタ内の温度上昇を防止することができる。その結果、液晶パネルの温度上昇による性能低下、投射画像の画質悪化を防止することが可能となる。

本実施形態の光源装置２（７０）によれば長時間に亘って良好な点灯状態を維持することができるので、これを備えたプロジェクタ１００の信頼性を向上させることが可能である。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもなく、上記各実施形態を組み合わせても良い。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態では同軸ケーブル４２を用いているが、これに限らず、ストリップ線路やマイクロストリップ線路、導波管など様々な伝送線路を用いることができる。この際、マイクロ波電源部と伝送線路の特性インピーダンスを整合させることが重要である。

また、上記実施形態では、空洞同軸部４４内で同軸ケーブル１４２の内部導体４２Ａの一部を露出させているが、露出させなくても空洞同軸部４４から発光管１０に向けて送出される冷却空気によってマイクロ波励起ランプ３２を十分に冷却することが可能である。但し、発光管１０だけでなくアンテナ１１ａ，１１ｂの温度上昇も抑える構成とすることでより長期的な使用が可能となる。

また、上記実施形態でのプロジェクタ１００は、光変調部６として液晶パネルを用いている。しかし、これに限らず、一般に、入射光を画像情報に応じて変調するものであればよく、マイクロミラー型光変調装置などを使用しても良い。なお、マイクロミラー型光変調装置としては、例えば、ＤＭＤ（Digital Micro mirror Device）（登録商標）を用いることができる。なお、マイクロミラー型光変調装置を用いた場合には、入射偏光板や射出偏光板などは不要とすることができ、偏光変換素子も不要とすることができる。

上記実施形態での光源装置２，７０は、透過型液晶方式のプロジェクタ１００に用いられている。しかし、これに限らず、反射型液晶方式であるＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）方式などを採用したプロジェクタに用いられても同様の効果を奏することが可能である。

上記実施形態での光変調部６は、液晶パネルを３枚使用する３板方式であっても、液晶パネルを１枚使用する単板方式を用いても良い。なお、単板方式を用いた場合には、照明光学系の色分離光学系や色合成光学系などは不要とすることができる。

上記実施形態での光源装置２，７０は、外部に設置されるスクリーンに光学像の投射を行うフロントタイプのプロジェクタに適用している。しかし、これに限らず、プロジェクタの内部にスクリーンを有して、そのスクリーンに光学像を投射するリアタイプのプロジェクタにも適用可能である。

上記実施形態でのプロジェクタ１００に電圧調整部を設け、固体高周波発振部２０のアンプ２９の増幅度を可変とすることでも良い。このような構成にすることで、マイクロ波の出力パワーを可変できるため、発光管１０で発光する光束の輝度を可変できる。従って、投射する映像のシーン（例えば、明るいシーンや暗いシーン）に合わせて、増幅度を調整することにより、プロジェクタ１００から投射される映像光の輝度を映像のシーンに合わせて調整を行うことができる。

上記実施形態での光源装置２，７０は、固体高周波発振部２０で２．４５ＧＨｚ帯の高周波信号を出力し、アンテナ１１ａ，１１ｂからマイクロ波として放射している。しかし、これに限らず、弾性表面波共振子の構成を適宜変更することにより、色々な高周波信号を出力し、マイクロ波として放射して、発光管１０を発光させることも可能となる。また、このようにすることで、発光管１０に封入する発光物質の種類や発光具合（発光色の具合）に合わせるマイクロ波を放射させることも可能となる。

上記実施形態での光源装置２，７０は、プロジェクタ１００の光源として適用している。しかし、これに限らず、小型軽量の光源装置は、他の光学機器に適用しても良い。また、航空、船舶、車輌などの照明機器や、屋内照明機器などへも好適に適用することができる。

本発明の第１の実施形態に係る光源装置を示す概略構成図。 光源装置の要部構成を示す図であって、（ａ）平面図、（ｂ）断面図。 内部導体の形状を示す断面図。 （ａ）固定治具の構成を示す斜視図、（ｂ）固定治具による光源装置の保持状態を示す断面図。 固定治具の変形例を示す斜視図。 光源装置の構成を示すブロック図。 本発明の第２の実施形態に係る光源装置の構成を示す模式図。 プロジェクタの光学系における構成部の構造を示す模式図。

符号の説明

２…光源装置、１０…発光管、１１ａ，１１ｂ…アンテナ、２０…固体高周波発振部（マイクロ波電源）、３２…マイクロ波励起ランプ、４２，１４２…同軸ケーブル（同軸線路）、４２Ａ…内部導体、４２ａ…露出部、４２Ｂ…外部導体、４４…空洞同軸部、４４Ｂ…拡径部、４４ｂ…空気導入口、２００…マイクロ波電源部、３００…光源部、４００…伝送路、ｄ…内部導体の外径、Ｄ…本体部の内径、Ｄ_１…空気導入口４４ｂの口径、Ｒ…空気流路、１００…プロジェクタ、６…光変調部、９…投射部

Claims (11)

1. 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マイクロ波励起ランプと、
   前記マイクロ波電源と前記マイクロ波励起ランプとを接続する伝送線路と、
   前記伝送線路及び前記マイクロ波励起ランプと略同軸位置に設けられ、前記伝送線路の一部外周及び前記マイクロ波励起ランプの一部を取り囲む筒状の同軸部とを有し、
   前記同軸部と前記伝送線路との間に、該伝送線路に沿う方向に冷却空気を流通させる空気流路が形成されていることを特徴とする光源装置。
2. 前記マイクロ波励起ランプは、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管と、該発光管内で互いの端部が所定間隔をおいて対向配置された一対のアンテナと、を備え、
   前記伝送線路が、前記一対のアンテナのいずれかに接続される内部導体と、該内部導体を覆う外部導体とを有し、
   前記同軸部内において、前記内部導体の一部が前記外部導体から露出していることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
3. 前記内部導体の表面が、凹凸形状とされていることを特徴とする請求項１または２記載の光源装置。
4. 前記同軸部が、筒状の本体部と該本体部と一体に形成された拡径部とにより漏斗形状とされ、
   前記拡径部の端部における空気導入口の口径と前記本体部の内径との差が、マイクロ波の１／４波長よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光源装置。
5. 前記外部導体の前記マイクロ波励起ランプに接続される側の端部が、前記同軸部の前記本体部内に配置されていることを特徴とする請求項４記載の光源装置。
6. 前記同軸部がグランド電位であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光源装置。
7. 前記伝送線路と前記マイクロ波励起ランプとの間の特性インピーダンスを整合するマッチング回路が設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光源装置。
8. 前記一対のアンテナにそれぞれ前記伝送線路が接続されているとともに、前記各伝送線路に前記同軸部がそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光源装置。
9. 前記発光管内における前記一対のアンテナと、該一対のアンテナの対向端部間の距離を含めた長さが、マイクロ波の１／２波長の整数倍となることを特徴とする請求項３記載の光源装置。
10. 前記空気流路に前記冷却空気を流通させる流通手段を有することを特徴とする請求項１記載の光源装置。
11. 請求項１乃至１０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光束を、入力された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射する投射部と、を備えることを特徴とするプロジェクタ。

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