JP5239908B2 - 光源装置、プロジェクター - Google Patents

Description

本発明は、光源装置、プロジェクターに関するものである。

近年、プロジェクター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放電ランプの開発が盛んに行われている。無電極放電ランプは、従来の白熱灯や高圧水銀ランプ等の電極放電式ランプと異なり発光管内部に放電用の電極を有していないため、フィラメントや電極の消耗が抑制され、長寿命光源として期待されている。

このような無電極放電ランプとしては、マイクロ波にアンテナの原理を利用した共振をさせて、ランプの発光部にマイクロ波のエネルギーを供給して発光させる構造がある。例えば、特許文献１及び２では、内部に発光物質が封入された発光管に一対の電極を突出させ、所定の間隔を有して対向配置させることにより、発光管の中心の発光部に高インピーダンス部を形成している。そして、一対の電極の一方にマイクロ波発生用の電源を接続し、発光管内部の高インピーダンス部にマイクロ波を供給することにより、強い電界を発生して発光部から光を射出させている。

特開２００７−１１５５３４号公報 特開２００７−１１５５４７号公報

しかしながら、特許文献１及び２の技術では、アンテナの原理を利用して発光させる構造であるため、発光部から光を射出させるとともに、供給するマイクロ波が外部へ漏洩してしまい、他の電子機器、さらには人体に悪影響を与えてしまう場合がある。また、従来の光源装置は、ランプの全長がマイクロ波の波長に応じた長さとなるため、装置全体を小型化することが困難な場合がある。また、従来の光源装置は、入力端のインピーダンス整合が不十分となり、発光効率を向上させることが困難な場合がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、マイクロ波の漏洩を低減するとともに、光源装置全体を小型化し、発光効率を向上させることが可能な構造を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、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、前記マイクロ波の入力を受けて発光する発光物質が充填される発光空間を有した発光管と、前記発光空間を挟んで前記発光管の一方の側に設けられ、前記マイクロ波電源に電気的に接続された第１電極と、前記発光空間を挟んで前記発光管の他方の側に設けられた第２電極と、前記第２電極に電気的に接続され、前記マイクロ波を共振させて前記発光空間で高周波電流の定在波の振幅の腹が位置するように反射する反射板と、を備えることを特徴とする。
この構成によれば、反射板を設けることで、発光部の中心でマイクロ波の共振によって生じる高周波電流の定在波の振幅が腹となり高周波電流が最大となるので、発光効率を向上させることができる。本願発明者は、所定の条件の下、マイクロ波の周波数を１．５〜４．０ＧＨｚの範囲で、発光管の支持部の長さと反射板の半径とを所定の長さに調整して本発明に係る光源装置の入力端のインピーダンス整合のシミュレーションを行った。その結果、本願発明者は、本発明に係る光源装置に使用する周波数２．４ＧＨｚで従来に比較して入力端のインピーダンスの整合がとれることを確認し、このときの支持部の長さと反射板の半径との関係を見出した。これにより、反射板の半径を所定の長さにすることで、従来の光源装置よりも支持部の長さを短くし、結果としてランプの全長を短くすることができる。また、本願発明者は、上記シミュレーションを行い、反射板を設けることによって、漏洩電波の放射性能が低下することを見出した。したがって、漏洩電波を低減させるとともに、光源装置全体を小型化し、発光効率を向上させることが可能な構造が提供できる。

本発明においては、前記反射板は、前記第２電極の前記発光管に設けられた側と反対の側の端部に接続されていることが望ましい。
この構成によれば、マイクロ波電源から出力されたマイクロ波と、反射板から反射されたマイクロ波とを共振させて定在波を生じさせることができる。その結果、発光部の中心で共振により生じた高周波電流の定在波の振幅が腹になり高周波電流が最大になるので、発光効率を向上させることができる。

本発明においては、前記反射板は、前記第２電極の長手方向に対して垂直方向に配置されていることが望ましい。
本願発明者は、本発明に係る光源装置の入力端のインピーダンス整合性のシミュレーションを行い、反射板を第２電極の長手方向に対して垂直方向に設けたほうが、反射板を第２電極の長手方向に配置するよりも、漏洩電波の放射性能が低下することを見出した。したがって、漏洩電波を格段に低減させることが可能な構造が提供できる。

本発明においては、前記反射板が円板形状であることが望ましい。
この構成によれば、マイクロ波電源から出力されたマイクロ波を効率的に反射させることができる。

本発明においては、前記反射板が椀形状であることが望ましい。
この構成によれば、発光部から射出された光を集光させて反射させることができる。これにより、光が集光されるので点光源に近い高輝度発光を得ることができる。

本発明においては、前記反射板が金属からなることが望ましい。
この構成によれば、反射板が放熱器の機能を兼ねるので、発光部に熱が発生した場合に効率よく放熱することができる。

本発明においては、前記反射板から反射された光を反射させる反射面を有するリフレクタを備えることが望ましい。
この構成によれば、リフレクタによって、反射板から反射された光を略一定方向に効率的に射出させることができる。

本発明のプロジェクターは、前述した本発明の光源装置を備えていることを特徴とする。
この構成によれば、上述した光源装置を備えているため、マイクロ波の漏洩を低減するとともに、光源装置全体を小型化し、発光効率に優れた高性能なプロジェクターを提供することができる。

第１実施形態の光源装置の概略構成を示した模式図である。 第１実施形態の光源装置のスミスチャートである。 第１実施形態の光源装置の支持部の長さと反射板の半径の関係図である。 第２実施形態の光源装置の概略構成を示した模式図である。 第３実施形態の光源装置の概略構成断面図である。 第４実施形態の光源装置の概略構成を示した模式図である。 第４実施形態の光源装置のスミスチャートである。 第４実施形態の光源装置の支持部の長さと反射板の半径の関係図である。 第５実施形態の光源装置の概略構成斜視図である。 第６実施形態の光源装置の概略構成断面図である。 第６実施形態の光源装置の変形例を示した概略構成断面図である。 プロジェクターの一実施形態を示す概略構成図である。 従来の光源装置の概略構成断面図である。 従来の光源装置のスミスチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。かかる実施の形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等が異なっている。

（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る光源装置の概略を示す模式図である。図１（ａ）は、図１（ｂ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、本実施形態の光源装置１は、マイクロ波励起ランプ１５と、マイクロ波励起ランプ１５の一方の側に接続された反射板３０と、マイクロ波励起ランプ１５の他方の側に接続された同軸ケーブル２０とを備えている。同軸ケーブル２０のマイクロ波励起ランプ１５の接続された側と反対の側には、マイクロ波を出力するマイクロ波電源（図示略）が接続されている。このマイクロ波電源から同軸ケーブル２０を介して入力されるマイクロ波によってマイクロ波励起ランプ１５が発光する。

マイクロ波励起ランプ１５は、発光管１０と、発光管１０内に配置される一対の電極１１ａ（第１電極）、１１ｂ（第２電極）とを備えている。発光管１０は、中央部分が球状に膨出した発光部１０ａと、発光部１０ａの両側に延在する細管状の支持部１０ｂ，１０ｃとを有して構成されている。発光管１０は、例えば石英ガラス等の絶縁材料から形成されている。

発光部１０ａ内に形成された発光空間Ｋには、マイクロ波の入力を受けて発光する発光物質が充填されている。発光物質としては、例えば水銀、希ガス、ハロゲン化合物を用いることができる。なお、発光物質を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。

第１電極１１ａは、支持部１０ｂ内に挿入され、同軸ケーブル２０を介してマイクロ波電源と電気的に接続されている。一方、第２電極１１ｂは、支持部１０ｃ内に挿入されている。電極１１ａ，１１ｂは発光部１０ａの発光空間Ｋ内において互いの先端部を対向させて、所定の間隔（以下、ギャップという。）を有して配置されている。なお、電極１１ａ，１１ｂの先端部のギャップは、なるべく小さくするのがよい。これにより、点光源に近い高輝度発光を得ることができる。電極１１ａ，１１ｂの形成材料は、熱膨張係数が小さく耐熱性が高い導電性材料、例えばタングステンを用いることができる。

反射板３０は、円板形状からなり、第２電極１１ｂの支持部１０に設けられた側と反対の側の端部に接続されている。また、反射板３０は、図１（ｂ）の断面図で、同軸ケーブル２０と発光部１０ａとに重なる位置に配置されている。これにより、マイクロ波電源から出力されたマイクロ波を効率的に反射させることができる。そして、マイクロ波電源から出力されたマイクロ波と、反射板３０から反射されたマイクロ波とを共振させて定在波を生じさせることができる。反射板３０の形成材料は、例えばアルミニウム等の金属からなっている。これにより、反射板３０が放熱器の機能を兼ねるので、発光部１０ａに熱が発生した場合に効率よく放熱することができる。

同軸ケーブル２０は、内部導体２１と、内部導体２１を覆う外部導体２２と、内部導体２１と外部導体２２との間に介在する誘電体２３とから構成されている。内部導体２１及び外部導体２２の形成材料は、例えば銅が用いられる。誘電体２３の形成材料は、例えば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）が用いられる。なお、同軸ケーブル２０の特性インピーダンスを５０Ωに保持しておくのがよい。これにより、信号伝達において損失を生じさせることなく高周波信号（マイクロ波）を効率よく発光部１０ａへ供給することができる。

次に、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すそれぞれの寸法について説明する。寸法Ｈは、マイクロ波励起ランプ１５の長手方向の距離（以下、ランプの全長という。）である。寸法Ｌは、支持部１０ｂ，１０ｃの長手方向の距離（以下、支持部の長さという。）である。また、寸法Ｒは、反射板３０の半径である。

ここで、支持部の長さＬのうち、寸法Ｌ１は支持部１０ｂの長さであり、寸法Ｌ２は支持部１０ｃの長さである。なお、支持部の長さＬ１，Ｌ２は略同じ長さになっている。これにより、発光管１０の左右の向きがどちらでもよくなるので、発光管１０の左右の向きを合わせる必要がなく、製造効率を向上させることができる。

そして、本願発明者は、所定の条件の下、マイクロ波の周波数を１．５〜４．０ＧＨｚの範囲で、発光管１０の支持部の長さＬと反射板の半径Ｒとを所定の長さに調整して本発明に係る光源装置１の入力端のインピーダンス整合のシミュレーションを行った。その結果、本願発明者は、本実施の形態である光源装置１に使用する周波数２．４ＧＨｚで従来に比較して入力端のインピーダンスの整合がとれることを確認し、このときの支持部の長さＬと反射板の半径Ｒとの関係を見出した。これにより、反射板の半径Ｒを所定の長さにすることで、従来の光源装置１０００（図１３）よりも支持部の長さＬを短くし、結果としてランプの全長Ｈを短くすることができる。

ここで、従来の光源装置について説明する。図１３は、従来の光源装置１０００の概略を示す模式図である。本図は、図１（ａ）に対応した、従来の光源装置１０００の断面構成を表した図である。図１（ａ）と同様の要素には同一の記号を付し、詳細な説明を省略する。

図１３に示すように、光源装置１０００は、マイクロ波励起ランプ１０１５と、マイクロ波励起ランプ１０１５の一方の側に接続された同軸ケーブル１０２０とを有して構成されている。符号１０１０は発光管、符号１０１０ａは発光部、符号１０１０ｂ，１０１０ｃは支持部、符号１０１１ａ，１０１１ｂは電極、符号１０２１は内部導体、符号１０２２は外部導体、符号１０２３は誘電体である。寸法Ｈ_０はマイクロ波励起ランプ１０１５の全長、寸法Ｌ_０は支持部１０１０ｂ，１０１０ｃのそれぞれの長さである。従来の光源装置１０００は、反射板３０を有していない点で本実施形態の光源装置１と異なる。

光源装置１０００は、発光空間Ｋに一対の電極１０１１ａ，１０１１ｂを突出させ、所定の間隔を有して対向配置させることにより、アンテナの原理を利用して発光部１０１０ａに高インピーダンス部を形成している。また、光源装置１０００のランプの全長Ｈ_０は、マイクロ波の実効波長の略１／２の長さとなっている。つまり、マイクロ波の実効波長をλとすると、ランプの全長Ｈ_０が「Ｈ_０＝ｎλ／２、ここでｎは奇数」を満たしている。このため、光源装置１０００はプロジェクター等の光学機器への実装において占有体積が大きくなってしまい、小型化することが困難な場合があった。

次に、従来の光源装置１０００について本願発明者が行った光源装置１０００の入力端のインピーダンス整合のシミュレーションの結果を説明する。図１４は、従来の光源装置１０００のスミスチャート（インピーダンスチャート）を示した図である。なお、シミュレーションの条件（各種パラメータ）は、比誘電率：８０＋３０ｊ、シミュレーション方法：有限積分法、シミュレーション空間の境界条件：完全吸収境界、周波数：１．５〜４．０ＧＨｚ、信号入力：５０Ω同軸線路による入力、である。なお、周波数は１．５〜４．０ＧＨｚの範囲である。また、ランプの全長Ｈ_０は４２．６ｍｍ、支持部の長さＬ_０は１８ｍｍに設定している。

光源装置の入力端のインピーダンスはＲ±ｊＸ（実数＋虚数）で表される。図１４のスミスチャート上にプロットされるインピーダンスの座標が、中心の正規化インピーダンス１Ωに近づくにつれて、光源装置の入力端のインピーダンス整合が向上される（インピーダンスマッチングが行われる）。一方、図１４中の外周側（周囲側）では不整合となり光源装置にマイクロ波が入力されること無く反射される。

図１４中の記号○は、周波数１．５ＧＨｚにおける光源装置１０００の入力端のインピーダンスの座標（１．４０，−５６．３７）を示している。この場合は基準が５０ΩなのでＲパートの１．４０を基準の５０で割って正規化すると０．０３、ｊパートの５６．３７を同様に正規化すると１．１３となり、それぞれの座標が求まる。よって、横軸の０．０３とマイナス側（横軸の下側）の１．１３の交点が、周波数１．５ＧＨｚにおける光源装置１０００の入力端の正規化インピーダンスの座標となる。

また、図１４中の記号△は、光源装置１０００で使用する周波数２．４ＧＨｚにおける入力端のインピーダンスの座標（１８．２８，−３２．４１）を示している。正規化すると、Ｒパートの座標は０．３７、ｊパートの座標は０．６５となる。よって、横軸の０．３７とマイナス側（横軸の下側）の０．６５の交点が、周波数２．４ＧＨｚにおける光源装置１０００の入力端の正規化インピーダンスの座標となる。

また、図１４中の記号□は、周波数４．０ＧＨｚにおける光源装置１０００の入力端のインピーダンスの座標（５．８１，１３．５７）を示している。正規化すると、Ｒパートの座標は０．１２、ｊパートの座標は０．２７となる。よって、横軸の０．１２とプラス側（横軸の上側）の０．２７の交点が、周波数４．０ＧＨｚにおける光源装置１０００の入力端の正規化インピーダンスの座標となる。

図１４中の実線は、周波数範囲１．５〜４．０ＧＨｚにおける光源装置１０００の入力端のインピーダンスの軌跡を示している。図１４に示すように、周波数１．５〜２．４ＧＨｚの範囲では、周波数が大きくなるにつれ、容量性から誘導性に変化し、円の中心の１Ωへ向かってシフトしている（図１４中○→△）。一方、周波数２．４〜４．０ＧＨｚの範囲では、周波数が大きくなるにつれ、円の中心から離れ、途中から円の外周に沿って移動している（図１４中△→□）。

しかしながら、スミスチャートの円の中心から光源装置１０００で使用する周波数２．４ＧＨｚにおける座標（図１４中△）を見ると、それほど近くにはない（光源装置１０００の入力端のインピーダンス整合が向上しているとはいえない）ことが確認される。このため、従来の光源装置は、入力端のインピーダンス整合が十分にとれずに、発光効率を向上させることが困難な場合があった。

そこで、本願発明者は、従来技術の光源装置１０００のマイクロ波励起ランプ１０１５の一方の側に反射板３０を設けることで、光源装置全体を小型化し、発光効率を向上させることができる条件（入力端のインピーダンス整合をとれる条件）となる支持部の長さＬと反射板の半径Ｒの関係を見出した。

次に、本実施形態の光源装置１について本願発明者が行った入力端のインピーダンス整合のシミュレーションの結果を説明する。図２は、図１４に対応した、光源装置１のスミスチャート（インピーダンスチャート）を示した図である。図１４と同様の要素には同一の記号を付し、詳細な説明を省略する。なお、本シミュレーションにおいて、ランプの全長Ｈは１６．６ｍｍ、支持部の長さＬは５．３ｍｍ、反射板の半径Ｒは２４ｍｍに設定している。

図２中の記号○は、周波数１．５ＧＨｚにおける光源装置１の入力端のインピーダンスの座標（２．６７，−６６．６２）を示している。正規化すると、Ｒパートの座標は０．０５、ｊパートの座標は１．３３となる。よって、横軸の０．０５とマイナス側（横軸の下側）の１．３３の交点が、周波数１．５ＧＨｚにおける光源装置１の入力端の正規化インピーダンスの座標となる。

また、図２中の記号△は、本実施形態の光源装置１で使用する周波数２．４ＧＨｚにおける入力端のインピーダンスの座標（４５．３９，−１２．１６）を示している。正規化すると、Ｒパートの座標は０．９１、ｊパートの座標は０．２４となる。よって、横軸の０．９１とマイナス側（横軸の下側）の０．２４の交点が、周波数２．４ＧＨｚにおける光源装置１の入力端の正規化インピーダンスの座標となる。

また、図２中の記号□は、周波数４．０ＧＨｚにおける光源装置１の入力端のインピーダンスの座標（１．２６，６．０１）を示している。正規化すると、Ｒパートの座標は０．０３、ｊパートの座標は０．１２となる。よって、横軸の０．０３とプラス側（横軸の上側）の０．１２の交点が、周波数４．０ＧＨｚにおける光源装置１の入力端の正規化インピーダンスの座標となる。

図２中の実線は、周波数範囲１．５〜４．０ＧＨｚにおける光源装置１の入力端のインピーダンスの軌跡を示している。図２に示すように、周波数１．５〜２．４ＧＨｚの範囲では、周波数が大きくなるにつれ、容量性から誘導性に変化し、円の中心の１Ωへ向かってシフトしている（図２中○→△）。一方、周波数２．４〜４．０ＧＨｚの範囲では、周波数が大きくなるにつれ、円の中心から離れ、途中から円の外周に沿って移動している（図２中△→□）。

図２と図１４（従来の光源装置のスミスチャート）とを比較すると、図２のほうが、周波数２．４ＧＨｚにおける座標（図２中△）が円の中心の１Ωに近くなっている。すなわち、スミスチャートの円の中心から周波数２．４ＧＨｚにおける座標（図２中△）を見ると、従来に比較してｊパートを減少させるとともにＲパートを５０Ω（１Ω）に近づけることができる（入力端のインピーダンス整合が向上している）ことが確認される。したがって、スミスチャートからも、本実施形態の光源装置１は従来の光源装置１０００より、２．４ＧＨｚにおける入力端のインピーダンス整合が向上し、発光効率を向上させることができることが確認される。

次に、本実施形態の光源装置１について、周波数２．４ＧＨｚで入力端のインピーダンスを整合させた際の支持部の長さＬと反射板の半径Ｒの関係について説明する。図３は、支持部の長さＬと反射板の半径Ｒの関係を示した図である。図３中の横軸が支持部の長さＬ（ｍｍ）、縦軸が反射板の半径Ｒ（ｍｍ）を表している。なお、支持部の長さＬは支持部１０ｂ，１０ｃの一方の長さ、言い換えると、支持部の長さＬ１，Ｌ２の一方を示している。本実施形態では、支持部の長さＬ１，Ｌ２は略同じ長さになっている。

図３中の実線は、反射板無し（従来の光源装置）を起点とし、反射板を設けて反射板の半径Ｒを大きくさせた場合における支持部の長さの変化を示している。図３に示すように、反射板無しから反射板の半径Ｒが２４ｍｍの範囲では、反射板の半径Ｒが大きくなるにつれ、支持部の長さＬが小さくなっている。反射板無しから反射板の半径Ｒが２４ｍｍの範囲で、支持部の長さＬが最も小さくなっているのは、反射板の半径Ｒが２４ｍｍのときである。反射板の半径Ｒが２４ｍｍのとき、支持部の長さＬは５．３ｍｍとなっている。

また、本実施形態の光源装置１のランプの全長Ｈは１６．６ｍｍであり、従来の光源装置１０００のランプの全長Ｈ_０が４２．６ｍｍであるのに対して約４０％の長さに短縮されている。したがって、本実施形態の光源装置１と従来の光源装置１０００のランプの全長の関係からも、本実施形態の光源装置１は従来の光源装置１０００より光源装置全体を小型化できることが確認される。

なお、本願発明者は、上記シミュレーションを行い、反射板を設けることによって、漏洩電波の放射性能が低下することを見出した。本実施形態の光源装置１の漏洩電波の放射性能は、従来の光源装置１０００の漏洩電波の放射性能に対して約７０％となっていることが確認された。したがって、本実施形態の光源装置１は従来の光源装置１０００より漏洩電波を低減することができる。

本実施形態の光源装置１によれば、反射板３０を設けることで、発光部１０ａの中心でマイクロ波の共振によって生じる高周波電流の定在波の振幅が腹となり高周波電流が最大になるので、発光効率を向上させることができる。本願発明者は、所定の条件の下、マイクロ波の周波数を１．５〜４．０ＧＨｚの範囲で、発光管１０の支持部の長さＬと反射板の半径Ｒとを所定の長さに調整して光源装置１の入力端のインピーダンス整合のシミュレーションを行った。その結果、本願発明者は、周波数が２．４ＧＨｚで従来に比較して光源装置１の入力端のインピーダンスの整合がとれることを確認し、このときの支持部の長さＬと反射板の半径Ｒとの関係を見出した。これにより、反射板の半径Ｒを所定の長さにすることで、従来の光源装置１０００よりも支持部の長さＬを短くし、結果としてランプの全長Ｈを短くすることができる。また、本願発明者は、上記シミュレーションを行い、反射板３０を設けることによって、漏洩電波の放射性能が低下することを見出した。したがって、漏洩電波を低減するとともに、光源装置全体を小型化し、発光効率を向上させることが可能な構造が提供できる。

また、この構成によれば、反射板３０が第２電極１１ｂの発光管１０に設けられた側と反対の側の端部に接続されているので、マイクロ波電源から出力されたマイクロ波と、反射板３０から反射されたマイクロ波とを共振させて定在波を生じさせることができる。その結果、発光部１０ａの中心で共振により生じた高周波電流の定在波の振幅が腹になり高周波電流が最大になるので、発光効率を向上させることができる。

また、この構成によれば、反射板３０が円板形状なので、マイクロ波電源から出力されたマイクロ波を効率的に反射させることができる。

また、この構成によれば、反射板３０が金属からなるので、反射板３０が放熱器の機能を兼ねる。これにより、発光部１０ａに熱が発生した場合に効率よく放熱することができる。

(第２実施形態)
次に、本発明の第２実施形態に係る光源装置について、図４を用いて説明する。図４は、光源装置２の概略構成を示す模式図である。本実施形態では、反射板３１が椀形状である点で上述の第１実施形態で説明した光源装置１と異なっている。その他の点は第１実施形態と同様であるので、図１と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

図４に示すように、光源装置２は第１実施形態の光源装置１と異なり、反射板３０が円板形状ではなく、椀形状となっている。マイクロ波励起ランプ１５の一方の側、具体的には、支持部１０ｃの発光部１０ａに隣接する側と反対の側の端部が椀形状の反射板３０の凹部の中心に接続されている。

本実施形態の光源装置２によれば、反射板３０が椀形状なので、発光部１０ａから射出された光を集光させて反射させることができる。これにより、光が集光されるので点光源に近い高輝度発光を得ることができる。

(第３実施形態)
次に、本発明の第３実施形態に係る光源装置について、図５を用いて説明する。図５は、光源装置２にリフレクタ４０を設けた光源装置２Ａの断面構成を示す図となっている。本実施形態では、リフレクタ４０が設けられている点で上述の第２実施形態で説明した光源装置２と異なっている。その他の点は第２実施形態と同様であるので、図４と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

図５に示すように、光源装置２Ａは第２実施形態の光源装置２に、発光部１０ａから射出される光と反射板３１から反射された光とを反射するリフレクタ４０を設けたものである。リフレクタ４０は、マイクロ波励起ランプ１５が挿入される挿入部４０ｂと、この挿入部４０ｂから拡がる放物曲面状の反射面を有する反射部４０ａとを備えている。リフレクタ４０の形成材料は、例えば石英ガラスが用いられ、挿入部４０ｂと反射部４０ａとが一体で形成されている。反射部４０ａの反射面上には、マイクロ波を透過するとともに発光部１０ａから射出される光と反射板３０から反射された光とを反射する誘電体多層膜が形成されている。これにより、リフレクタ４０によって反射された光５０の射出方向が略一定の方向になる。

本実施形態の光源装置２Ａによれば、反射板３０から反射された光を反射させる反射面を有するリフレクタ４０を備えるので、リフレクタによって、発光部１０ａから射出される光と反射板３０から反射された光とを略一定方向に効率的に射出させることができる。

(第４実施形態)
次に、本発明の第４実施形態に係る光源装置について、図６（ａ）及び図６（ｂ）を用いて説明する。図６（ａ）は、光源装置３の概略構成を示す斜視図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）の矢視Ｃから見た底面図である。本実施形態では、反射板３０Ａが、支持部１０ｃの長手方向（第２電極１１ｂの長手方向）に対して垂直方向に配置されている点で上述の第１実施形態で説明した光源装置１と異なっている。その他の点は第１実施形態と同様であるので、図１と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、光源装置３は第１実施形態の光源装置１と異なり、反射板３０Ａが支持部１０ｃの長手方向（第２電極１１ｂの長手方向）に対して垂直方向に配置されている。具体的には、反射板３０Ａは、Ｌ字状に屈曲した導電性部材１２を介してマイクロ波励起ランプ１５内部に設けられた第２電極１１ｂと電気的に接続されている。また、反射板３０Ａは、図６（ｂ）に示す底面視で発光部１０ａと重なる位置に配置されている。言い換えると、反射板３０Ａは、発光部１０ａの支持部１０ｂ，１０ｃが設けられた側に隣り合う側面に対向する位置に配置されている。導電性部材１２は、円板形状の反射板３０Ａの側面に接続されている。寸法Ｈ’はマイクロ波励起ランプ１５の全長、寸法Ｌ’は支持部１０ｂ，１０ｃの長さである。

そして、本願発明者は、本実施形態の光源装置３について、上述の第１実施形態の光源装置１と同様に入力端のインピーダンス整合のシミュレーションを行った。その結果、光源装置３は、第１実施形態の光源装置１と同様に、従来の光源装置１０００よりもランプの全長を短くすることができることを見出した。また、本願発明者は、上記シミュレーションを行い、光源装置３は、第１実施形態の光源装置１よりも漏洩電波の放射性能が低下できることを見出した。以下、本発明の光源装置３について本願発明者が行った入力端のインピーダンス整合のシミュレーションの結果を説明する。

図７は、図１４に対応した、光源装置３のスミスチャート（インピーダンスチャート）を示した図である。図１４と同様の要素には同一の記号を付し、詳細な説明を省略する。なお、本シミュレーションでは、ランプの全長Ｈ’は１６．６ｍｍ、支持部の長さＬ’は５．３ｍｍ、反射板の半径Ｒ’は７ｍｍに設定している。

図７中の記号○は、周波数１．５ＧＨｚにおける光源装置３の入力端のインピーダンスの座標（−０．４７，−４６．４８）を示している。正規化すると、Ｒパートの座標は０．０１、ｊパートの座標は０．９３となる。よって、横軸の０．０１とマイナス側（横軸の下側）の０．９３の交点が、周波数１．５ＧＨｚにおける光源装置３の入力端の正規化インピーダンスの座標となる。

また、図７中の記号△は、光源装置３で使用する周波数２．４ＧＨｚにおける光源装置３の入力端のインピーダンスの座標（２８．１６，１．７７）を示している。正規化すると、Ｒパートの座標は０．５６、ｊパートの座標は０．０４となる。よって、横軸の０．５６とプラス側（横軸の上側）の０．０４の交点が、周波数２．４ＧＨｚにおける光源装置３の入力端の正規化インピーダンスの座標となる。

また、図７中の記号□は、周波数４．０ＧＨｚにおける光源装置３の入力端のインピーダンスの座標（２．９４，１３．３２）を示している。正規化すると、Ｒパートの座標は０．０６、ｊパートの座標は０．２７となる。よって、横軸の０．０６とプラス側（横軸の上側）の０．２７の交点が、周波数４．０ＧＨｚにおける光源装置３の入力端の正規化インピーダンスの座標となる。

図７中の実線は、周波数範囲１．５〜４．０ＧＨｚにおけるインピーダンスの軌跡を示している。図７に示すように、周波数１．５〜２．４ＧＨｚの範囲では、周波数が大きくなるにつれ、容量性から誘導性に変化し、円の中心の１Ωへ向かってシフトしている（図７中○→△）。一方、周波数２．４〜４．０ＧＨｚの範囲では、周波数が大きくなるにつれ、円の中心から離れ、途中から円の外周に沿って移動している（図７中△→□）。

図７と図１４（従来の光源装置のスミスチャート）とを比較すると、図７のほうが、光源装置３で使用する周波数２．４ＧＨｚにおける座標（図７中△）が円の中心の１Ωに近くなっている。すなわち、スミスチャートの円の中心から周波数２．４ＧＨｚにおける座標（図７中△）を見ると、従来に比較してｊパートを減少させるとともにＲパートを５０Ω（１Ω）に近づけることができる（インピーダンス整合が向上している）ことが確認される。したがって、スミスチャートからも、本実施形態の光源装置３は、第１実施形態の光源装置１と同様に、従来の光源装置１０００より、２．４ＧＨｚにおける入力端のインピーダンス整合が向上し、発光効率を向上させることができることが確認される。

次に、本実施形態の光源装置３について、周波数２．４ＧＨｚで入力端のインピーダンスを整合させた際の支持部の長さＬと反射板の半径Ｒの関係について説明する。図８は、支持部の長さＬ’と反射板の半径Ｒ’の関係を示した図である。図８中の横軸が支持部の長さＬ’（ｍｍ）、縦軸が反射板の半径Ｒ’（ｍｍ）を表している。

図８中の実線は、反射板無し（従来の光源装置）を起点とし、反射板３０Ａを設けて反射板の半径Ｒ’を大きくさせた場合における支持部の長さの変化を示している。図８に示すように、反射板無しから反射板の半径Ｒ’が７ｍｍの範囲では、反射板の半径Ｒ’が大きくなるにつれ、支持部の長さＬ’が小さくなっている。反射板無しから反射板の半径Ｒ’が７ｍｍの範囲で、支持部の長さＬ’が最も小さくなっているのは、反射板の半径Ｒ’が７ｍｍのときである。反射板の半径Ｒ’が７ｍｍのとき、支持部の長さＬ’は５．３ｍｍとなっている。

また、本実施形態の光源装置３のランプの全長Ｈ’は１６．６ｍｍであり、従来の光源装置１０００のランプの全長Ｈ_０が４２．６ｍｍであるのに対して約４０％の長さに短縮されている。したがって、本実施形態の光源装置３と従来の光源装置１０００のランプの全長の関係からも、本実施形態の光源装置３は、第１実施形態の光源装置１と同様に、従来の光源装置１０００より光源装置全体を小型化できることが確認される。また、本実施形態の光源装置３の反射板の半径Ｒ’は７ｍｍであり、第１実施形態の光源装置１の反射板の半径Ｒが２４ｍｍであるのに対して約３０％の長さに短縮されている。したがって、本実施形態の光源装置３は第１実施形態の光源装置１より光源装置全体を小型化できることが確認される。

なお、本願発明者は、上記シミュレーションを行い、反射板３０Ａを設けることによって、第１実施形態の光源装置１よりも漏洩電波の放射性能が低下することを見出した。本実施形態の光源装置３の漏洩電波の放射性能は、従来の光源装置１０００の漏洩電波の放射性能に対して約３５％となっていることが確認された。第１実施形態の光源装置１の漏洩電波の放射性能が従来の光源装置１０００の漏洩電波の放射性能に対して約７０％となっていることから、本実施形態の光源装置３の漏洩電波の放射性能は相対的に低いことがわかる。したがって、本実施形態の光源装置３は第１実施形態の光源装置１より漏洩電波を低減することができる。

本実施形態の光源装置３によれば、反射板３０Ａを支持部１０ｃの長手方向に対して垂直方向に設けることで、第１実施形態の光源装置１のように反射板３０を支持部１０ｃの長手方向に配置するよりも、漏洩電波を格段に低減させることができる。

なお、本実施形態の光源装置３の導電性部材１２は、反射板３０Ａの側面に接続されているが、これに限らない。例えば、導電性部材１２は、導電性部材１２の端部が反射板３０Ａの発光部１０ａと対向する側と反対の側（裏側）に接するように引き回して接続されていてもよい。すなわち、導電性部材１２の反射板３０Ａへの接続部位は、光のブロッキングの生じない位置で任意に設定することができる。

(第５実施形態)
次に、本発明の第５実施形態に係る光源装置について、図９を用いて説明する。図９は、図６（ａ）に対応した、光源装置４の概略構成を示す斜視図である。本実施形態では、反射板３１Ａが椀形状である点で上述の第４実施形態で説明した光源装置３と異なっている。その他の点は第４実施形態と同様であるので、図６（ａ）と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

図９に示すように、光源装置４は第４実施形態の光源装置３と異なり、反射板３１Ａが円板形状ではなく、椀形状となっている。

本実施形態の光源装置４によれば、反射板３１Ａが椀形状なので、発光部１０ａから射出された光を集光させて反射させることができる。これにより、光が集光されるので点光源に近い高輝度発光を得ることができる。

(第６実施形態)
次に、本発明の第６実施形態に係る光源装置について、図１０を用いて説明する。図１０は、図５に対応した、光源装置４にリフレクタ４１を設けた光源装置４Ａの断面構成を示す図となっている。本実施形態では、リフレクタ４１が設けられている点で上述の第５実施形態で説明した光源装置４と異なっている。その他の点は第４実施形態と同様であるので、図９と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

図１０に示すように、光源装置４Ａは第５実施形態の光源装置４に反射板３１Ａから反射された光を反射するリフレクタ４１を設けたものである。リフレクタ４１は、マイクロ波励起ランプ１５が挿入される挿入部４１ｂと、この挿入部４０ｂから拡がる放物曲面状の反射面を有する半椀形状の反射部４１ａとを備えている。反射部４１ａは、反射板３１Ａとマイクロ波励起ランプ１５を介して対向する側（片側のみ）に位置して設けられている。

本実施形態の光源装置４Ａによれば、反射板３１Ａから反射された光を反射させるリフレクタ４１の半椀形状の反射部４１ａが片側のみに位置して設けられているので、発光部１０ａから射出される光と反射板３１Ａから反射された光とのブロッキングが生じることなく、略一定方向に効率的に射出させることができる。

なお、光源装置４Ａを２つ備えた構造とすることもできる。図１１は、図１０に対応した、２つの光源装置４Ａを対向させて配置した光源装置４Ｂの断面構成を示す図となっている。図１０と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

図１１に示すように、光源装置４Ｂは第６実施形態の光源装置４Ａを２つ有している。光源装置４Ｂは、２つの反射板３１Ａを挟んで、２つのリフレクタ４１が対向する位置に設けられている。これにより、１灯分のランプ体積で複数灯の反射板３１Ａを有した光源装置４Ｂを得ることができる。

なお、本発明の光源装置は、発光管１０の形成材料として石英ガラスを用いる例を示したが、これに限らない。例えば、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アを用いてもよい。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。

なお、本発明の光源装置は、電極１１ａ，１１ｂの形成材料としてタングステンを用いる例を示したが、これに限らない。例えば、電極１１ａ，１１ｂのうち、支持部１０ｂ，１０ｃ内に配置される部分を箔状としてもよい。このとき、電極１１ａ，１１ｂにモリブデン製の金属箔を接続するのがよい。これにより、発光管１０の形成材料の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になる。

なお、本発明の光源装置は、発光管の支持部の長さＬ１，Ｌ２が略同じ長さになっているが、これに限らない。例えば、支持部の長さＬ１，Ｌ２のうち、いずれか一方を短くしてもよい。このとき、支持部の長さＬ２を短くするのがよい。これにより、発光部１０ａの電流密度を密にし、光源装置１の発光効率を格段に向上させることができると本願発明者は推測している。

なお、本発明の光源装置は、電極１１ａ，１１ｂが支持部１０ｂ，１０ｃ内にそれぞれ挿入され、発光部１０ａの発光空間Ｋ内において互いの先端部を対向させて、ギャップを有して配置されているが、これに限らない。例えば、電極１１ａ，１１ｂの互いの先端部をコイル状の連結部材で連結することにより配置してもよい。

（プロジェクター）
次に、図１２を参照しつつ本発明に係るプロジェクターの一実施形態を説明する。図１２に示すように、プロジェクター５００は、光源装置５５０、液晶ライトバルブ（画像形成装置）５５１ａ、５５１ｂ、５５１ｃ、クロスダイクロイックプリズム５５２、及び投射レンズ（投射装置）５５３を備えている。光源装置５５０は、本発明の光源装置を適用したものであり、マイクロ波励起ランプ５０１、リフレクタ５０２、フィルタ５０３、レンズアレイ５０４、偏光変換素子５０５、及びコンデンサレンズ５０６を備えている。光源装置５５０から射出された光は、ダイクロイックミラー５０７、５０８、リレー光学系５０９等を経て、液晶ライトバルブ５５１ａ〜５５１ｃに入射する。

ダイクロイックミラー５０７、５０８は、例えばガラス表面に誘電体多層膜を積層したものである。これにより、所定の波長帯域の色光が選択的に反射し、それ以外の波長帯域の色光が透過するようになっている。例えば、光源装置５５０から射出された光源光のうち、赤色光Ｌａがダイクロイックミラー５０７を透過するとともに、緑色光Ｌｂ及び青色光Ｌｃがダイクロイックミラー５０７で反射する。また、ダイクロイックミラー５０７で反射した緑色光Ｌｂ及び青色光Ｌｃのうち、青色光Ｌｃがダイクロイックミラー５０８を透過し、緑色光Ｌｂがダイクロイックミラー５０８で反射する。

ダイクロイックミラー５０７を透過した赤色光Ｌａは、反射ミラーで反射し平行化レンズを経て赤色光用の液晶ライトバルブ５５１ａに入射する。ダイクロイックミラー５０８で反射した緑色光Ｌｂは、平行化レンズを経て緑色光用の液晶ライトバルブ５５１ｂに入射する。ダイクロイックミラー５０８を透過した青色光Ｌｃは、リレー光学系５０９を経て青色光用の液晶ライトバルブ５５１ｃに入射する。

クロスダイクロイックプリズム５５２は、三角柱プリズムが貼り合わされた構造となっており、その内面に赤色光Ｌａが反射し緑色光Ｌｂが透過するミラー面と、青色光Ｌｂが反射し緑色光が透過するミラー面とが互いに直交して形成されている。赤色光Ｌａ、緑色光Ｌｂ、青色光Ｌｃは、これらのミラー面で選択的に反射あるいは透過して同じ側に射出される。これにより、３つの色光が重ね合わされて合成光となる。この合成光は、投射レンズ５５３によってスクリーン５６０に拡大投射される。これにより、カラー表示の映像が得られるようになっている。

以上のようなプロジェクター５００にあっては、本発明の光源装置を適用した光源装置５５０を備えているので、光源装置５５０を小型にすることができ、プロジェクター５００を小型にすることができる。また、光源装置５５０において光の利用効率が高くなっているので、低消費電力のプロジェクター５００になっている。また、光源装置５５０により漏洩電波を低減させることができ、信頼性に優れたプロジェクター５００になっている。

なお、前記実施形態では、画像形成装置として透過型の液晶ライトバルブを用いた例を示したが、反射型の液晶ライトバルブを用いることも可能である。その場合には、反射型の液晶ライトバルブを用いるのに適した光学系に適宜変更される。また、液晶ライトバルブ以外の画像形成装置を用いることも可能である。例えば、デジタルミラーデバイス等の液晶ライトバルブ以外の画像形成装置を用いても良い。

１，２，２Ａ，３，４，４Ａ，４Ｂ，５５０…光源装置、１０…発光管、１１ａ…第１電極、１１ｂ…第２電極、３０，３０Ａ，３１，３１Ａ…反射板、４０，４１…リフレクタ、５００…プロジェクター、Ｋ…発光空間

Claims (8)

1. マイクロ波を出力するマイクロ波電源と、
   前記マイクロ波の入力を受けて発光する発光物質が充填される発光空間を有した発光管と、
   前記発光空間を挟んで前記発光管の一方の側に設けられ、前記マイクロ波電源に電気的に接続された第１電極と、
   前記発光空間を挟んで前記発光管の他方の側に設けられた第２電極と、
   前記第２電極に電気的に接続され、前記マイクロ波を共振させて前記発光空間で高周波電流の定在波の振幅の腹が位置するように反射する反射板と、を備えることを特徴とする光源装置。
2. 前記反射板は、前記第２電極の前記発光管に設けられた側と反対の側の端部に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記反射板は、前記第２電極の長手方向に対して垂直方向に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
4. 前記反射板が円板形状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光源装置。
5. 前記反射板が椀形状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光源装置。
6. 前記反射板が金属からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光源装置。
7. 前記反射板から反射された光を反射させる反射面を有するリフレクタを備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の光源装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の光源装置を備えていることを特徴とするプロジェクター。

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