マイクロ波ランプ用の筐体、マイクロ波ランプ、光源装置、プロジェクター
【課題】マイクロ波の漏洩を防止してマイクロ波エネルギーを効率よくプラズマに伝送することが可能とされ、光の取り出し効率を高めることができるマイクロ波ランプ用の筐体、発光効率の高いマイクロ波ランプ、光源装置、プロジェクターを提供する。
【解決手段】本発明のマイクロ波ランプ用の筐体１３は、中心導体８Ａ，８Ｂと、一方に開口端を有する導体筒部７と、中心導体８Ｂにマイクロ波を供給するコネクター４Ａ，４Ｂとを備え、マイクロ波の波長をλｇ、ｎを０以上の整数、ｍを自然数とすると、導体筒部７は、軸方向長さがλｇ／４のｍ倍とされＴＥＭモードのマイクロ波を共振させる共振部と、軸方向長さがλｇ／４のｍ倍とされ共振部とコネクター４Ａ，４Ｂとのインピーダンスマッチングを行うマッチング部と、軸方向長さがλｇ／１６のｍ倍とされコネクターとマッチング部との間に設けられたインピーダンスキーパー部と、を有している。
【解決手段】本発明のマイクロ波ランプ用の筐体１３は、中心導体８Ａ，８Ｂと、一方に開口端を有する導体筒部７と、中心導体８Ｂにマイクロ波を供給するコネクター４Ａ，４Ｂとを備え、マイクロ波の波長をλｇ、ｎを０以上の整数、ｍを自然数とすると、導体筒部７は、軸方向長さがλｇ／４のｍ倍とされＴＥＭモードのマイクロ波を共振させる共振部と、軸方向長さがλｇ／４のｍ倍とされ共振部とコネクター４Ａ，４Ｂとのインピーダンスマッチングを行うマッチング部と、軸方向長さがλｇ／１６のｍ倍とされコネクターとマッチング部との間に設けられたインピーダンスキーパー部と、を有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波ランプ用の筐体、マイクロ波ランプ、光源装置、プロジェクターに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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、発光管の内部に放電用の電極を有していない（例えば、特許文献１〜３）。このため、フィラメントや電極の消耗が抑制されることとなり、長寿命光源として期待されている。
【０００３】
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、発光管にマイクロ波エネルギーを供給することにより発光させる構造がある。例えば、特許文献４，５では、発光物質が封入された発光管の発光空間に一対の電極を突出させるとともに、互いに所定の間隔をおいて対向配置させることによって、発光部の中心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発生して発光部から光を射出させている。
また、金属外壁で覆われた伝送路にて伝播するＴＥもしくはＴＭモードのマイクロ波を使用した円筒型キャビティ構造も提案されており、特許文献６では、アルミナなどの誘電体を使用した円筒型キャビティが用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１０２００５号公報
【特許文献２】特開２００１−２５６９２６号公報
【特許文献３】特開２００２−７５２９０号公報
【特許文献４】特開２００７−１１５５４７号公報
【特許文献５】特開２００７−１１５５３４号公報
【特許文献６】特表２００４−５０５４２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記文献の技術のうち、アンテナの原理を利用して発光させる構造の場合には供給するマイクロ波の漏洩が懸念され、円筒型キャビティ構造の場合には光を前方向に取り出しにくいという問題があった。また、従来の構成の場合、入端側のインピーダンス整合が不十分なため、発光効率を向上させることが困難であった。
【０００６】
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、マイクロ波の漏洩を防止するとともに、マイクロ波エネルギーをプラズマ部分に閉じ込めた共振構造であり、伝送路と共振部分をＴＥＭモードとすること、且つインピーダンスマッチングを行うことによりプラズマへの電力を効率良く伝送することが可能とした。さらに、光の取り出し効率を高めることができるマイクロ波ランプ用の筐体である。以上の点から、発光効率の極めて高いマイクロ波ランプ、光源装置、プロジェクターを提供することを目的の一つとしている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のマイクロ波ランプ用の筐体は、上記課題を解決するために、少なくとも一端が開口端とされた導体筒部と、前記導体筒部の中心軸に沿って配置された中心導体と、前記中心導体の一端に接続されたコネクターとを備えたマイクロ波ランプ用の筐体であって、マイクロ波の波長をλｇ、ｎを０以上の整数、ｍを自然数とするとき、前記中心導体は、前記中心軸方向において前記開口端からλｇ／４の２ｎ倍の位置に発光管の取付部を有し、前記導体筒部は、前記中心軸方向の長さがλｇ／４のｍ倍とされＴＥＭモードのマイクロ波を共振させる共振部と、前記中心軸方向の長さがλｇ／４のｍ倍とされ前記共振部と前記コネクターとのインピーダンスマッチングを行うマッチング部と、前記中心軸方向の長さがλｇ／１６のｍ倍とされ前記コネクターと前記マッチング部との間に設けられたインピーダンスキーパー部と、を有し、前記マッチング部の内径は、前記共振部側から前記インピーダンスキーパー部側へ向かって縮径されているとともにその内面が放物線を軸周りに回転させて得られる面であり、前記導体筒部の内面には、前記マイクロ波の共振長を決める凸部が設けられ、前記凸部は、前記ｍが偶数の場合に前記開口端からλｇ／４のｎ倍の位置に設けられ、前記ｍが奇数の場合には前記共振部と前記インピーダンスキーパー部との境界位置に設けられることを特徴とする。
【０００８】
本発明は、導体筒部の内側に発光管を取り付け可能なマイクロ波ランプ用の筐体であって、インピーダンスキーパー部によってマイクロ波の安定化を図りつつ、インピーダンスマッチング部によって入力端側（コネクター）とのインピーダンスの整合を行い、共振部によってプラズマに効率よくマイクロ波のエネルギーを伝送することを可能としたものである。マイクロ波ランプの構成要件となる筐体に共振およびインピーダンス整合機能を付与することによって、構成の簡素化を図れるとともにマイクロ波の伝送効率の向上が実現される。
また、上記寸法とされた導体筒部により、ＴＥＭモードを使った共振を発生させることにより、マイクロ波の漏洩を効果的に防止することができる。さらに、この導体筒部に対して上記位置に発光管が取り付けられることで、発光管の中心でマイクロ波エネルギーを最大にさせることができる。このため、高輝度発光のランプが得られる。
また、インピーダンスマッチング部における内面が放物線を軸周りに回転させて得られる面であるので、発光管からの発光光を平行光として開口端側へ反射させることが可能となり、光の取り出し効率を向上させることができる。
また、外部導体の内側に凸部を設けてスタブ構造とすることによって、ＴＥＭ共振モードの次数が決まり、効果的な共振構造となる。これにより、マイクロ波の通過特性を改善することができ、マイクロ波の利用効率が向上する。
【０００９】
本発明のマイクロ波ランプ用の筐体は、上記課題を解決するために、少なくとも一端が開口端とされた導体筒部と、前記導体筒部の中心軸に沿って配置された中心導体と、前記中心導体の一端に接続されたコネクターと、前記共振部と前記中心導体とを接続するショート部材と、を備えたマイクロ波ランプ用の筐体であって、前記マイクロ波の波長をλｇ、ｎを０以上の整数、ｍを自然数とするとき、マイクロ波の波長をλｇ、ｎを０以上の整数、ｍを自然数とするとき、前記中心導体は、前記中心軸方向において前記開口端からλｇ／４の２ｎ＋１倍の位置に発光管の取付部を有し、前記導体筒部は、前記中心軸方向の長さがλｇ／４のｍ倍とされＴＥＭモードのマイクロ波を共振させる共振部と、前記中心軸方向の長さがλｇ／４のｍ倍とされ前記共振部と前記コネクターとのインピーダンスマッチングを行うマッチング部と、前記中心軸方向の長さがλｇ／１６のｍ倍とされ前記コネクターと前記マッチング部との間に設けられたインピーダンスキーパー部と、を有し、前記マッチング部の内径は、前記共振部側から前記インピーダンスキーパー部側へ向かって縮径されているとともに、その内面が放物線を軸周りに回転させて得られる面であり、前記導体筒部の内面には、前記マイクロ波の共振長を決める凸部が設けられ、前記凸部は、前記ｍが偶数の場合に前記開口端からλｇ／４のｎ倍の位置に設けられ、前記ｍが奇数の場合には前記共振部と前記インピーダンスキーパー部との境界位置に設けられることを特徴とする。
【００１０】
本発明は、導体筒部の内側に発光管を取り付け可能なマイクロ波ランプ用の筐体であって、インピーダンスキーパー部によってマイクロ波の安定化を図りつつ、インピーダンスマッチング部によって入力端側（コネクター）とのインピーダンスの整合を行い、共振部によってプラズマに効率よくマイクロ波のエネルギーを伝送することを可能としたものである。マイクロ波ランプの構成要件となる筐体に共振およびインピーダンス整合機能を付与することによって、構成の簡素化を図れるとともにマイクロ波の伝送効率の向上が実現される。
また、上記寸法とされた導体筒部により、ＴＥＭモードを使った共振を発生させることにより、マイクロ波の漏洩を効果的に防止することができる。さらに、この導体筒部に対して上記位置に発光管が取り付けられることで、発光管の中心でマイクロ波エネルギーを最大にさせることができる。このため、高輝度発光のランプが得られる。
また、インピーダンスマッチング部における内面が放物線を軸周りに回転させて得られる面であるので、発光管からの発光光を平行光として開口端側へ反射させることが可能となり、光の取り出し効率を向上させることができる。
また、外部導体の内側に凸部を設けてスタブ構造とすることによって、ＴＥＭ共振モードの次数が決まり、効果的な共振構造となる。これにより、マイクロ波の通過特性を改善することができ、マイクロ波の利用効率が向上する。
【００１１】
また、前記導体筒部の内面が、ｙ＝１６．５Ｘ２の式で表わされる放物線を軸周りに回転させて得られる面であることが好ましい。
本発明によれば、マッチングの内面が上式によって表わされる放物線を軸周りに回転させて得られる面であるので、コネクター側と発光管側とのインピーダンス整合を良好に行うことができ、マイクロ波の電力の反射を抑えることができる。これにより、マイクロ波電力の伝送効率を向上させることができる。
【００１２】
また、前記中心導体にコイルが外装され、もしくは前記中心導体に凹凸を設けてスタブ構成とされていることが好ましい。
本発明によれば、コイルもしくはスタブにより正のリアクタンスを作ることによって、発光管の負のリアクタンスをキャンセルさせることができ、マイクロ波電力をプラズマ中に有効に伝達させることが可能となる。
【００１３】
また、前記凹凸部が、前記外部導体の中心軸を介して対向配置される一対の金属片であることが好ましい。
本発明によれば、外部導体の内側に一対の金属片を設けることによって、ＴＥＭ共振モードの次数が決まり、効果的な共振構造となり、マイクロ波の利用効率が向上する。
【００１４】
本発明のマイクロ波ランプは、先に記載のマイクロ波ランプ用の筐体と、マイクロ波によって励起される発光物質が封入され且つ前記筐体内に取り付けられる発光管と、を備えたことを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、マイクロ波の漏洩を効果的に防止するとともにその伝送効率を高めることが可能なマイクロ波ランプ用の筐体を備えたことにより、発光効率の良いマイクロ波ランプが得られる。よって、低電力で高輝度発光可能なランプが得られる。発光管にはアーク放電ランプのように必ずしも発光管内に電極がなくても良い。
【００１６】
本発明の光源装置は、マイクロ波ランプと、マイクロ波を発生させるマイクロ波電源と、前記マイクロ波電源において発生したマイクロ波を前記マイクロ波ランプへと伝送するマイクロ波伝送線路と、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、上記マイクロ波ランプを備えているため、マイクロ波の漏洩を効果的に防止できるとともに、発光効率に優れた光源装置を提供することができる。
【００１７】
本発明のプロジェクターは、先に記載の光源装置を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、先に記載の本発明の光源装置を備えているため、視認性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。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１実施形態の光源装置の全体構成を示す模式図。
【図２】第１実施形態のマイクロ波ランプの概略構成を示す図。
【図３】第２実施形態における光源装置のマイクロ波ランプの構成を示す図。
【図４】第３実施形態における光源装置のマイクロ波ランプの構成を示す断面図。
【図５】プロジェクターの一実施例を示す概略構成を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態である光源装置の全体構成を示す模式図、図２（ａ）は、マイクロ波ランプ１２の概略構成を示す断面図、図２（ｂ）は開口端側から見た側面図、図２（ｃ）は入力端側から見た側面図である。
本実施形態では、各部位における具体的な設計寸法がマイクロ波の波長λｇに応じて決定されている。波長λｇは光速／（周波数・√ε）によって求められ、空気中の周波数が２．４５ＧＨｚ帯（Industry, Science, and Medical：ISMバンド）のマイクロ波を用いた場合、波長λｇが１２２．４４ｍｍとなる。以下、各構成の寸法表記において、ｎを０以上の整数、ｍを自然数とする。また、同軸構造のインピーダンスは、導体筒部の内径（Ｄ）及び中心導体の外径（ｄ）の比で決まり、Ｚ＝１３８／√ε・ｌｏｇ（Ｄ／ｄ）と表示される。従って、導体筒部の内径もしくは中心導体の外径が決まれば一意に決まる。
【００２１】
本実施形態の光源装置１は、図１に示すように、マイクロ波電源２、マイクロ波伝送線路３、およびマイクロ波ランプ１２を主体として、２．４５ＧＨｚ帯のＴＥＭモードのマイクロ波（高周波電磁波）に対応すべく構成されたものである。
【００２２】
マイクロ波電源２は、２．４５ＧＨｚ帯のＴＥＭモードのマイクロ波を発生させるもので、マイクロ波伝送線路３を介してマイクロ波ランプ１２に接続されている。
【００２３】
マイクロ波伝送線路３は、マイクロ波電源２で発生させたマイクロ波をマイクロ波ランプ１２へ伝送するために用いられ、特性インピーダンスが５０Ωに保持されている。これにより、損失を生じさせることなく効率よくマイクロ波電力をマイクロ波ランプ１２へ供給することができる。このマイクロ波伝送線路３の端部には第１コネクター４Ａが設けられている。
【００２４】
第１コネクター４Ａ（雄側）は、マイクロ波ランプ１２に設けられた第２コネクター４Ｂ（雌側）と結合することにより、マイクロ波伝送線路３とマイクロ波ランプ１２の給電用アタッチメント９とを電気的に接続する。第１コネクター４Ａは、特性インピーダンスがマイクロ波伝送線路３の特性インピーダンスと同じ５０Ωに整合された低損失タイプのもので、ここではＮ型コネクターが用いられている。
【００２５】
マイクロ波ランプ１２は、図２（ａ）に示すように、導体筒部７、給電用アタッチメント９、第２コネクター４Ｂを具備するマイクロ波ランプ用の筐体１３と、ランプ部６とを備えて構成されている。
【００２６】
本実施形態の導体筒部７は、少なくとも一端が開口端とされたオープン型同軸構造であって、給電用アタッチメント９に接続されて固定されたランプ部６に対してマイクロ波を集中させる機能を有する。この導体筒部７は、互いの内径を異ならせた複数の貫通孔７１，７２，７３によって構成される内部空間Ｋを有し、各貫通孔７１，７２，７３の内径Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３の関係がＤ１＜Ｄ３、Ｄ２≦Ｄ１，Ｄ２≦Ｄ３、となっている。このうち貫通孔７２についてはその内径Ｄ２が軸方向に変化しており、具体的には貫通孔７３側から貫通孔７１側にかけて漸次縮径している。
【００２７】
本実施形態においては、ＴＥＭ共振のモードの次数を決めるため、導体筒部７の内側が凹凸構造とされている。具体的には、開口端側（プラズマ発光部）からλｇ／４のｎ倍だけ離れた位置（貫通孔７３の軸方向中央）に板状の一対の金属片７ｃ，７ｃ（凸部）が設けられている。これら金属片７ｃ，７ｃは中心軸Ｏを介して対向配置され、導体筒部７の内面に立設された状態で設けられている。このように、金属片７ｃ，７ｃを導体筒部７の内壁から中心へ突出させることによりマイクロ波の通過特性を改善することができ、また、この突出量や設置位置を変えることにより、マイクロ波の位相調整を行うことが可能となる。
このような導体筒部７には、光が射出される開口７０（図２（ｂ））とは軸方向反対側の端部に位置する貫通孔７１内に第２コネクター４Ｂが取り付けられている。
【００２８】
第２コネクター４Ｂは、プラグ４１と、プラグ４１に設けられた板状のマウンター４２と、このマウンター４２の軸部４５側に設けられたパッキン４３と、マウンター４２を導体筒部７に固定するためのビス穴４４とを備えている（図２（ｃ））。パッキン４３は、絶縁性を有する材料（空気でもよい）からなっており、プラグ４１の軸部４５の周りに環状に設けられている。このような第２コネクター４Ｂに、マイクロ波伝送線路３側の第１コネクター４Ａが接続されることで、マイクロ波伝送線路３からマイクロ波ランプ１２内にマイクロ波が供給されることになる。この第２コネクター４Ｂについても５０Ωに整合されたＮ型コネクターを採用する。
なお、上述した第２コネクター４Ｂの構造は一例であってこれに限定されない。
【００２９】
給電用アタッチメント９は、導体筒部７の中心軸Ｏに沿って延在する一対の中心導体８Ａ，８Ｂを有してなり、導体筒部７の内部空間Ｋにおいて互いの先端同士を対向させて配置されている。中心導体８Ａ，８Ｂは、熱膨張係数が小さく耐熱性が高い導電材料からなっている。これら一対の中心導体８Ａ，８Ｂのうち、中心導体８Ｂはその一端が第２コネクター４Ｂに接続されて固定され、他方の中心導体８Ａはランプ部６を介して中心導体８Ｂと同軸をなすように保持されている。
【００３０】
中心導体８Ａ，８Ｂは、各々の先端側に、後述するランプ部６の各細管部１６ｂ，１６ｃをそれぞれ挿入させるための挿入穴９ａ，９ｂが形成されており、所定間隔をおいて対向する先端同士の間に膨出部１６ａを露出させた状態でランプ部６を保持できるようになっている。中心導体８Ａの外径ｄは、ランプ部６の光の取り出しを考慮して０．５〜３．０ｍｍの範囲内で設定され、ここでは２ｍｍとなっている。一方、中心導体８Ｂは軸方向に外径が異ならせてあり、両側の先端部８ａ及び基端部８ｃの外径ｄ１，ｄ３に比べて縮径部８ｂの外径ｄ２が縮径されている。先端部８ａ及び縮径部８ｂの外径ｄ１，ｄ２は、導体筒部７の内面７ｂの曲率に沿って設定され、後述するインピーダンス整合作用が得られる形状にする。また、基端部８ｃ側の軸心部分には挿入穴９ｃが形成されており、この挿入穴９ｃ内に軸部４５が挿入された状態で第２コネクター４Ｂと中心導体８Ｂとが電気的に接続されている。
なお、本実施形態においては中心導体８Ａ側にコイル１８が巻回されている。コイル１８は、中心導体８Ａの先端側であってランプ部６近傍に配置される。
【００３１】
ランプ部６は、発光物質が封入された発光管１６と一対の電極１１Ａ，１１Ｂとを備えてなり、中心軸Ｏ上に配置されている。発光管１６は、石英ガラス等を用いて、中央部分が球状の膨出した膨出部１６ａと、膨出部１６ａの両側に延在する細管部１６ｂ、１６ｃとが一体成形されたものである。
【００３２】
膨出部１６ａ内に形成された発光空間には、マイクロ波の入力を受けて発光する発光物質が封入されている。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。膨出部１６ａの外径は約６ｍｍ以下が好ましい。
【００３３】
電極１１Ａ，１１Ｂは、熱膨張係数が小さく耐熱性が高い導電材料を用いて形成され、膨出部１６ａの発光空間内において互いの先端側を対向させて、所定の間隔（以下、ギャップｇという。）をおいて配置されている。点光源に近い高輝度発光を得るためには、電極１１Ａ，１１Ｂ同士のギャップｇがなるべく小さくなるように配置することが好ましい。
【００３４】
このようなランプ部６は、導体筒部７内の最も高い電界位置に配置、本実施形態では、導体筒部７の開口７０からλｇ／４の２ｎ倍の位置（０、λ／２、λ、λ・３／２、…）において中心導体８Ａ，８Ｂに設けられた取付部（不図示）に取り付けられている。図２（ａ）中においては、上記ギャップｇの中央部分が導体筒部７の貫通孔７２，７３の境界と一致している。
【００３５】
ここで、光源装置１の全体としてのエネルギー効率を高めるために重要なことは、マイクロ波伝送線路３（コネクター４Ａ，４Ｂ）の特性インピーダンスとランプ部６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６からマイクロ波伝送線路３（コネクター４Ａ，４Ｂ）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。
【００３６】
そこで、本実施形態における光源装置１は、マイクロ波ランプ１２におけるマイクロ波の入力端側から、マイクロ波電力の変動を抑えるインピーダンスキーパー部５Ａと、入力側とのインピーダンスマッチングを行うインピーダンスマッチング部５Ｂと、マイクロ波電力を共振させる共振部５Ｃと、を順に有した構成となっている。
【００３７】
一般的な高圧水銀ランプやメタルハライドランプのプラズマ発光時におけるインピーダンスＺ０が５０〜２５０Ω−ｊ１０〜３０Ωであるので、ランプ部６（１００ｔｏｒｒ）のプラズマ発光のインピーダンスＺ０＝２００Ω−ｊ１０Ωをもつ発光管を用いた場合、コネクター４Ａ，４Ｂ（５０Ω）と共振部５Ｃ（２００Ω）との間でインピーダンスマッチングが必要となる。
そこで、本実施形態においては、コネクター４Ａ，４Ｂ側のインピーダンスと共振部５Ｃ側のインピーダンスとの整合を行うためのインピーダンスマッチング部５Ｂを備えることにより、共振部５Ｃからの反射波を抑える構成とした。
【００３８】
まず、インピーダンスキーパー部５Ａは、マイクロ波伝送線路３から供給されたマイクロ波電力をインピーダンスマッチング部５Ｂへとスムーズに伝達させる機能を有し、特性インピーダンスが５０Ωとなっている。インピーダンスキーパー部５Ａにおける導体筒部７の軸方向長さＬ１はλｇ／１６のｍ倍で規定され、その内部空間Ｋはフッ素樹脂（本実施形態ではテフロン（登録商標）を用いた）やセラミックスなどの誘電体２３で満たされている。テフロン（登録商標）で満たした場合、Ｚ＝１３８／√ε・ｌｏｇ（Ｄ／ｄ）式から、電源回路の特性インピーダンス５０Ωに合わるため、その内径Ｄ１は２６．８ｍｍとなる。このインピーダンスキーパー部５Ａは、ランプ部６の負荷変動があった場合でも安定的にＴＥＭモードを補償する。
【００３９】
インピーダンスマッチング部５Ｂは、インピーダンスキーパー部５Ａと共振部５Ｃとの間においてこれらのインピーダンス整合を行う機能を有し、導体筒部７の軸方向長さＬ２がλｇ／４のｍ倍となっている。
【００４０】
インピーダンスマッチング部５Ｂにおける導体筒部７の内径Ｄ２は、共振部５Ｃ側からインピーダンスキーパー部５Ａにかけて変化しており、その内面７ｂが緩やかなカーブを描いている。また、上述したようにこのインピーダンスマッチング部５Ｂにおける中心導体８Ｂの外径が軸方向に異なっており、先端部８ａが部分的に拡径した形状となっている。これらにより、インピーダンスキーパー部５Ａと共振部５Ｃとのマッチングが良好に行われ、マイクロ波の反射が防止される。
本実施形態では、インピーダンスマッチング部５Ｂにおける導体筒部７の内面７ｂを放物線や楕円線を描くような曲面状にし、インピーダンスマッチングだけでなくランプ部６の発光光を開口７０側へ反射させている。以下、内面７ｂを反射面と呼ぶこともある。
【００４１】
本実施形態では、内面７ｂの曲面が下式（１）で定義する放物線を軸Ｏの周りに回転させて得られる曲面とする。
ｙ＝１６．５Ｘ２ ・・・（１）
【００４２】
この式（１）から得られる曲線からずれるとマッチングがずれて電力の反射が発生する。マイクロ波伝送線路３から９９％以上の電力が供給されることを前提とすると、式（１）の二次係数は１３〜２０の範囲内であればよい。つまり、式（２）および式（３）で描かれる範囲にある任意の曲線でも同様に、電力の反射を１％以下に抑えることができる。
ｙ＝１３Ｘ２ ・・・（２）
ｙ＝２０Ｘ２ ・・・（３）
【００４３】
共振部５Ｃ及び金属片７ｃは、内部空間Ｋ内でマイクロ波を共振させる機能を有し、特性インピーダンスが２００Ωとなっている。本実施形態において、この共振部５Ｃにおける軸方向長さＬ３はλｇ／４のｍ倍で規定される。また、共振部５Ｃにおける導体筒部７の内径Ｄ３は５６ｍｍとなっている。
ＴＥＭ共振モードの次数を決める一対の金属片７ｃ，７ｃは、ランプ部６の位置からλｇ／４離れた位置に中心軸Ｏを介して互いに対向配置されている。
【００４４】
本実施形態の光源装置１は、インピーダンスキーパー部５Ａ、インピーダンスマッチング部５Ｂ、共振部５Ｃを有するマイクロ波ランプ１２を備えており、マイクロ波伝送線路３側と共振部５Ｃ側とのインピーダンスの整合を行えるようになっている。このように、マイクロ波ランプ１２（導体筒部７）自体にインピーダンス整合機能を付与することによって外部にマッチング回路を設ける必要がなくなり、ランプ１２の構成部材のみで上記作用を実現することができる。これにより、装置構成の簡素化を図りつつマイクロ波の伝送効率を向上させることが可能となる。
【００４５】
また、例えば、第１コネクター４Ａの温度上昇によりインピーダンスが５０Ωから多少ずれた場合でも、ランプ１２の電力入力端側にインピーダンスが５０Ωとされたインピーダンスキーパー部５Ａを設けておくことにより、入力側のインピーダンスの変動を許容することができる。これにより、電力の反射が抑えられて、コネクター４Ａ，４Ｂの故障を防止することが可能である。また、このインピーダンスキーパー部５Ａによりランプ部６の負荷変動があった場合でも安定的にＴＥＭモードを補償することが可能なため、結果としてマイクロ波エネルギーを効率よくプラズマに伝送することができ、発光光率に優れた光源装置１が得られる。
【００４６】
さらに、放物面とされた導体筒部７の内面７ｂによってランプ部６の発光光を平行光として開口７０側へ反射させることができるため、光の取り出し効率が向上する。このため、別体のリフレクターを導体筒部７内に設置しなくてもランプ部６の発光光を十分に取り出すことが可能である。
また、導体筒部７の開口端からλｇ／４の２ｎ倍の位置にランプ部６が配置されていることから、このランプ部６にマイクロ波電流の定在波の振幅の腹が位置することになり、高輝度発光が得られる。
また、開口端からλｇ／４のｎ倍の位置に金属片７ｃが配置されていることにより、ＴＥＭ共振モードの次数が決まり、効果的な共振構造となり、マイクロ波の利用効率が向上する。
【００４７】
また、本実施形態においては、中心導体８Ａにコイル１８を外装させている。ランプ部６のインピーダンスはＲ±ｊＸ（実数＋虚数）で表され、実数部分だけでなく負のリアクタンス成分を持っている。このため、中心導体８Ａにコイルを設けることで正のリアクタンスを作り、ランプ部６の負のリアクタンスを精度良くキャンセルさせることによってマイクロ波電力をプラズマ中に有効に伝達させることとした。
また、マイクロ波ランプ１２のインピーダンスキーパー部５Ａ、インピーダンスマッチング部５Ｂ、共振部５Ｃを上記寸法構成とすることにより、マイクロ波の漏洩が防止されて、周辺機器へ悪影響を及ぼすおそれがないといった効果が得られ、信頼性を向上させることができる。
したがって、本実施形態の光源装置１は、低電力で高輝度発光可能な高信頼性の光源となる。
【００４８】
なお、中心導体８Ｂの形状は上記構成に限られず、例えば、軸方向に外径が漸次変化するようなテーパ形状としてもよく、導体筒部７の内面７ｂの形状によって優れたマッチング効果が得られるような形状とする。
【００４９】
［具体例１］
本例では、２．４５ＧＨｚ帯のＴＥＭモードのマイクロ波に対応するように構成された光源装置１について示し、図１および図２を参照する。上述したように、光源装置１における具体的な寸法は、マイクロ波の波長λｇに応じて決定し、１２２．４５ｍｍとなる。
以下に、本具体例における光源装置１のマイクロ波ランプ１２の各寸法について示す。
ランプ点灯時のインピーダンスＺ０：１００Ω
（インピーダンスキーパー部５Ａ）
導体筒部７の軸方向長さＬ１：７．６ｍｍ（λg／１６）
導体筒部７の内径Ｄ１：２６．８ｍｍ
導体筒部７と中心導体８の内部空間Ｋ：テフロン（登録商標）等の誘電体２３で満たす。
（インピーダンスマッチング部５Ｂ）
導体筒部７の軸方向長さＬ２：３０．６１ｍｍ（λg／４）
導体筒部の内側曲線は、ｙ＝１６．５Ｘ２ である。
中心導体８Ｂの先端部８ａの軸方向長さＬ４：７．１ｍｍ
先端部８ａの外径ｄ１：１０ｍｍ
縮径部８ｂの外径ｄ２：５．３ｍｍ
基端部８ｃの外径ｄ３：８．０ｍｍ
（発光管の点灯部分の位置）
ランプ部６の中心がインピーダンスマッチング部５Ｂと共振部５Ｃの境界位置となるように設置する。
（共振部５Ｃ）
軸方向長さＬ３：６１．２２ｍｍ（λｇ／２）
内径Ｄ３：５０．０ｍｍ
中心導体８Ａの外径ｄ：９．４８４ｍｍ
金属片７ｃの位置：開口端側から３０．６２ｍｍの位置（λg／４）
【００５０】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態の光源装置について図３を用いて説明する。図３（ａ）は、第２実施形態の光源装置のマイクロ波ランプの全体構成を示す断面図、図３（ｂ）はマイクロ波ランプの入力端側から見た側面図である。
以下に示す本実施形態の光源装置の基本構成は上記第１実施形態と略同様であるが、開放端側にショート部材５１が設けられている点、ランプ部６が共振部５Ｃ側に配置されている点、金属片７ｃ，７ｃの配置位置において異なる。よって、以下の説明では、構成の異なる部分について詳しく説明し、共通な箇所の説明は省略する。また、説明に用いる各図面において、図１および図２と共通の構成要素には同一の符号を付すものとする。
【００５１】
本実施形態の光源装置には、導体筒部７の開放端側にショート部材５１が設けられている。ショート部材５１は、アルミニウムや銅等の良伝導性の金属より形成されており、環状部材５１Ａとクロスバー５１Ｂとから構成され、導体筒部７と給電用アタッチメント２２（中心導体２１Ａ）にそれぞれ固定されている。このショート部材５１により、導体筒部７と給電用アタッチメント２２（中心導体２１Ａ）とが電気的に接続されて、導体筒部７と給電用アタッチメント２２とを同電位に保持することが可能である。
【００５２】
ランプ部６は、一対の中心導体２１Ａ，２１Ｂからなる給電用アタッチメント２２により導体筒部７の共振部５Ｃ側に配置されている。本実施形態では、導体筒部７の開口７０からλｇ／４のｎの奇数倍（λｇ／４、λｇ・３／４、…）の位置にランプ部６が配置されるように構成されている。
また、ＴＥＭ共振を決める金属片７ｃ，７ｃは、ランプ部６の中心からλｇ/４離れた位置、つまり、共振部５Ｃとインピーダンスマッチング部５Ｂとの境界に配置されており、これによって次数が決定される。
【００５３】
給電用アタッチメント２２を構成している中心導体２１Ａ，２１Ｂは、軸方向に外径が変化することなく一定の寸法で形成されている。つまり、本実施形態ではランプ部６を共振部５Ｃ側へ配置したことから、インピーダンスマッチング部５Ｂにおける中心導体２１Ｂの外径が軸方向に一定であってもインピーダンスマッチングを良好に行える。
【００５４】
本実施形態の構成によれば、ショート部材５１を設けることで導体筒部７と給電用アタッチメント２２とを同電位にすることで、開放端が電気的にシールドされて開口７０からマイクロ波が漏洩するのを阻止することが可能となる。つまり、開口端側においてマイクロ波によって発生する電界の一部が打ち消されることになり、マイクロ波の漏洩防止効果がより高まる。
【００５５】
なお、ショート部材５１の構成は上記したものに限られず、導体筒部７と給電用アタッチメント９とを短絡させることが可能な構成であればよいことから、例えば格子状に構成されたメッシュ部材を採用してもよい。ここで、ショート部材５１としては、開口７０から射出される光のうち、ショート部材５１によって遮断される光を最小限に抑えられる形状が好ましい。
また、共振部５Ｃとインピーダンスマッチング部５Ｂとの境界の位置に金属片７ｃ，７ｃが配置されていることにより、ＴＥＭ共振モードの次数が決まり、効果的な共振構造となり、マイクロ波の利用効率が向上する。
【００５６】
［具体例２］
本例では、２．４５ＧＨｚ帯のＴＥＭモードのマイクロ波に対応するように構成された光源装置１について示し、図３（ａ），（ｂ）を参照する。上述したように、光源装置１における具体的な寸法については、マイクロ波の波長λｇに応じて決定し、１２２．４５ｍｍとなる。以下に、本具体例における光源装置１のマイクロ波ランプ１２の各寸法について示す。
ランプ点灯時のインピーダンスＺ０：１００Ω
（インピーダンスキーパー部５Ａ）
導体筒部７の軸方向長さＬ１：７．６ｍｍ（λg／１６）
導体筒部７の内径Ｄ１：２６．８ｍｍ
導体筒部７と中心導体８の内部空間Ｋ：テフロン（登録商標）等の誘電体２３で満たす。
（インピーダンスマッチング部５Ｂ）
導体筒部７の軸方向長さＬ２：３０．６１ｍｍ（λg／４）
導体筒部の内側曲線は、ｙ＝１６．５Ｘ２ である。
中心導体８Ｂの外径ｄ：９．４８４ｍｍ
（発光管の点灯部分の位置）
ランプ部６の中心が共振部５Ｃの開口端から３０．６２ｍｍ（λg／４）離れた位置となるように設置する。
（共振部５Ｃ）
軸方向長さＬ３：６１．２２ｍｍ（λｇ／２）
内径Ｄ３：５０．０ｍｍ
中心導体８Ａの外径ｄ：９．４８４ｍｍ
金属片７ｃの位置：インピーダンスマッチング部５Ｂと共振部５Ｃとの境界位置
【００５７】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態の光源装置について図４を用いて説明する。図４は、第３実施形態の光源装置のマイクロ波ランプの全体構成を示す断面図である。
本実施形態の光源装置は、図４に示すように導体筒部７の開放端側にショート部材５１を備えるとともに、導体筒部７の軸方向長さ、すなわち共振部５Ｃの軸方向長さが上記各実施形態に比べて短く構成されており小型化されている。
上述したように共振部５Ｃにおける軸方向長さはλｇ／４のｍ倍で規定される。先の実施形態では共振部５Ｃの軸方向長さがλｇ／２に設定されていたが、本実施形態ではλｇ／４の長さに設定されている。また、これに伴い、中心導体８Ａの軸方向長さも短くなっている。
【００５８】
本実施形態によれば、導体筒部７（共振部５Ｃ）の軸方向長さを短くすることでマイクロ波ランプ１２の小型化及び軽量化を実現することが可能となる。共振部５Ｃにおける導体筒部７の軸方向長さを短くした場合でも、上記寸法にすることによって遮断波長が存在しないため、上記各実施形態同様にマイクロ波の伝送効率が高められるとともにマイクロ波の漏洩を効果的に防止することができる。これにより、小型で汎用性が高く信頼性に優れた光源装置が得られる。
【００５９】
［具体例３］
本例では、２．４５ＧＨｚ帯のＴＥＭモードのマイクロ波に対応する光源装置１の構成について示し、図４を参照する。上述したように、光源装置１における具体的な寸法については、マイクロ波の波長λｇに基づいて決定した。
以下に、本具体例における光源装置１のマイクロ波ランプ１２の各寸法について示す。
ランプ点灯時のインピーダンスＺ０：１００Ω
（インピーダンスキーパー部５Ａ）
導体筒部７の軸方向長さＬ１：７．６ｍｍ（λg／１６）
内径Ｄ１：２６．８ｍｍ
導体筒部７と中心導体８の内部空間Ｋ：テフロン（登録商標）等の誘電体２３で満たす。
（インピーダンスマッチング部５Ｂ）
導体筒部７の軸方向長さＬ２：３０．６１ｍｍ（λg／４）
中心導体８Ｂの先端部８ａの軸方向長さＬ４：７．１ｍｍ
先端部８ａの外径ｄ１：１０ｍｍ
縮径部８ｂの外径ｄ２：５．３ｍｍ
基端部８ｃの外径ｄ３：８．０ｍｍ
（発光管の点灯部分の位置）
ランプ６の中心がインピーダンスマッチング部５Ｂと共振部５Ｃの境界にとなるように設置する。
（共振部５Ｃ）
導体筒部７の軸方向長さＬ３：３０．６１ｍｍ（λg／４）
内径Ｄ３：５０．０ｍｍ
中心導体８Ａの外径ｄ：９．４８４ｍｍ
【００６０】
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。
【００６１】
例えば、マイクロ波ランプ１２の導体筒部７の内側に別個に形成されたリフレクターを配置してもよい。例えば、このリフレクターの反射面を導体筒部７の内面７ｂ（反射面）に対向させるようにして設けることにより、ランプ部６から放射される発光光のうち内面（反射面）７ｂに入射しない方向へ放射された光をリフレクターの反射面によって反射させて内面（反射面）７ｂへ入射させることができ、その結果、発光光の殆どを平行光として取り出すことが可能になる。これにより、ランプ部６からの放射光の利用効率がより一層向上して更なる高輝度発光が得られるようになる。
【００６２】
（プロジェクター）
次に、図５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５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、リフレクター５０２、フィルター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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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Ｌｃ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。
【００６６】
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において光の利用効率が高くなっているので、視認性に優れた高性能なプロジェクター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。
【００６７】
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。
【００６８】
また、本発明の光源装置をデジタルサイネージ（Digital Signage）用プロジェクターの光源として適用してもよい。また、紫外線による洗浄作用や改質効果のある紫外線ランプの光源として適用することも可能である。
【符号の説明】
【００６９】
１…光源装置、２…マイクロ波電源、３…マイクロ波伝送線路、４Ａ…第１コネクター、４Ｂ…第２コネクター、６…ランプ部、７…導体筒部、５Ａ…インピーダンスキーパー部、５Ｂ…インピーダンスマッチング部、５Ｃ…共振部、７ｂ…内面（反射面）、７ｃ…金属片（凸部）、８Ａ,８Ｂ…中心導体、１１Ａ，１１Ｂ…電極、１２…マイクロ波ランプ、１３…筐体、１６…発光管、１８…コイル、２１Ａ…中心導体、２１Ｂ…中心導体、５１…ショート部材、５００…プロジェクター
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波ランプ用の筐体、マイクロ波ランプ、光源装置、プロジェクターに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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、発光管の内部に放電用の電極を有していない（例えば、特許文献１〜３）。このため、フィラメントや電極の消耗が抑制されることとなり、長寿命光源として期待されている。
【０００３】
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、発光管にマイクロ波エネルギーを供給することにより発光させる構造がある。例えば、特許文献４，５では、発光物質が封入された発光管の発光空間に一対の電極を突出させるとともに、互いに所定の間隔をおいて対向配置させることによって、発光部の中心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発生して発光部から光を射出させている。
また、金属外壁で覆われた伝送路にて伝播するＴＥもしくはＴＭモードのマイクロ波を使用した円筒型キャビティ構造も提案されており、特許文献６では、アルミナなどの誘電体を使用した円筒型キャビティが用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１０２００５号公報
【特許文献２】特開２００１−２５６９２６号公報
【特許文献３】特開２００２−７５２９０号公報
【特許文献４】特開２００７−１１５５４７号公報
【特許文献５】特開２００７−１１５５３４号公報
【特許文献６】特表２００４−５０５４２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記文献の技術のうち、アンテナの原理を利用して発光させる構造の場合には供給するマイクロ波の漏洩が懸念され、円筒型キャビティ構造の場合には光を前方向に取り出しにくいという問題があった。また、従来の構成の場合、入端側のインピーダンス整合が不十分なため、発光効率を向上させることが困難であった。
【０００６】
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、マイクロ波の漏洩を防止するとともに、マイクロ波エネルギーをプラズマ部分に閉じ込めた共振構造であり、伝送路と共振部分をＴＥＭモードとすること、且つインピーダンスマッチングを行うことによりプラズマへの電力を効率良く伝送することが可能とした。さらに、光の取り出し効率を高めることができるマイクロ波ランプ用の筐体である。以上の点から、発光効率の極めて高いマイクロ波ランプ、光源装置、プロジェクターを提供することを目的の一つとしている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のマイクロ波ランプ用の筐体は、上記課題を解決するために、少なくとも一端が開口端とされた導体筒部と、前記導体筒部の中心軸に沿って配置された中心導体と、前記中心導体の一端に接続されたコネクターとを備えたマイクロ波ランプ用の筐体であって、マイクロ波の波長をλｇ、ｎを０以上の整数、ｍを自然数とするとき、前記中心導体は、前記中心軸方向において前記開口端からλｇ／４の２ｎ倍の位置に発光管の取付部を有し、前記導体筒部は、前記中心軸方向の長さがλｇ／４のｍ倍とされＴＥＭモードのマイクロ波を共振させる共振部と、前記中心軸方向の長さがλｇ／４のｍ倍とされ前記共振部と前記コネクターとのインピーダンスマッチングを行うマッチング部と、前記中心軸方向の長さがλｇ／１６のｍ倍とされ前記コネクターと前記マッチング部との間に設けられたインピーダンスキーパー部と、を有し、前記マッチング部の内径は、前記共振部側から前記インピーダンスキーパー部側へ向かって縮径されているとともにその内面が放物線を軸周りに回転させて得られる面であり、前記導体筒部の内面には、前記マイクロ波の共振長を決める凸部が設けられ、前記凸部は、前記ｍが偶数の場合に前記開口端からλｇ／４のｎ倍の位置に設けられ、前記ｍが奇数の場合には前記共振部と前記インピーダンスキーパー部との境界位置に設けられることを特徴とする。
【０００８】
本発明は、導体筒部の内側に発光管を取り付け可能なマイクロ波ランプ用の筐体であって、インピーダンスキーパー部によってマイクロ波の安定化を図りつつ、インピーダンスマッチング部によって入力端側（コネクター）とのインピーダンスの整合を行い、共振部によってプラズマに効率よくマイクロ波のエネルギーを伝送することを可能としたものである。マイクロ波ランプの構成要件となる筐体に共振およびインピーダンス整合機能を付与することによって、構成の簡素化を図れるとともにマイクロ波の伝送効率の向上が実現される。
また、上記寸法とされた導体筒部により、ＴＥＭモードを使った共振を発生させることにより、マイクロ波の漏洩を効果的に防止することができる。さらに、この導体筒部に対して上記位置に発光管が取り付けられることで、発光管の中心でマイクロ波エネルギーを最大にさせることができる。このため、高輝度発光のランプが得られる。
また、インピーダンスマッチング部における内面が放物線を軸周りに回転させて得られる面であるので、発光管からの発光光を平行光として開口端側へ反射させることが可能となり、光の取り出し効率を向上させることができる。
また、外部導体の内側に凸部を設けてスタブ構造とすることによって、ＴＥＭ共振モードの次数が決まり、効果的な共振構造となる。これにより、マイクロ波の通過特性を改善することができ、マイクロ波の利用効率が向上する。
【０００９】
本発明のマイクロ波ランプ用の筐体は、上記課題を解決するために、少なくとも一端が開口端とされた導体筒部と、前記導体筒部の中心軸に沿って配置された中心導体と、前記中心導体の一端に接続されたコネクターと、前記共振部と前記中心導体とを接続するショート部材と、を備えたマイクロ波ランプ用の筐体であって、前記マイクロ波の波長をλｇ、ｎを０以上の整数、ｍを自然数とするとき、マイクロ波の波長をλｇ、ｎを０以上の整数、ｍを自然数とするとき、前記中心導体は、前記中心軸方向において前記開口端からλｇ／４の２ｎ＋１倍の位置に発光管の取付部を有し、前記導体筒部は、前記中心軸方向の長さがλｇ／４のｍ倍とされＴＥＭモードのマイクロ波を共振させる共振部と、前記中心軸方向の長さがλｇ／４のｍ倍とされ前記共振部と前記コネクターとのインピーダンスマッチングを行うマッチング部と、前記中心軸方向の長さがλｇ／１６のｍ倍とされ前記コネクターと前記マッチング部との間に設けられたインピーダンスキーパー部と、を有し、前記マッチング部の内径は、前記共振部側から前記インピーダンスキーパー部側へ向かって縮径されているとともに、その内面が放物線を軸周りに回転させて得られる面であり、前記導体筒部の内面には、前記マイクロ波の共振長を決める凸部が設けられ、前記凸部は、前記ｍが偶数の場合に前記開口端からλｇ／４のｎ倍の位置に設けられ、前記ｍが奇数の場合には前記共振部と前記インピーダンスキーパー部との境界位置に設けられることを特徴とする。
【００１０】
本発明は、導体筒部の内側に発光管を取り付け可能なマイクロ波ランプ用の筐体であって、インピーダンスキーパー部によってマイクロ波の安定化を図りつつ、インピーダンスマッチング部によって入力端側（コネクター）とのインピーダンスの整合を行い、共振部によってプラズマに効率よくマイクロ波のエネルギーを伝送することを可能としたものである。マイクロ波ランプの構成要件となる筐体に共振およびインピーダンス整合機能を付与することによって、構成の簡素化を図れるとともにマイクロ波の伝送効率の向上が実現される。
また、上記寸法とされた導体筒部により、ＴＥＭモードを使った共振を発生させることにより、マイクロ波の漏洩を効果的に防止することができる。さらに、この導体筒部に対して上記位置に発光管が取り付けられることで、発光管の中心でマイクロ波エネルギーを最大にさせることができる。このため、高輝度発光のランプが得られる。
また、インピーダンスマッチング部における内面が放物線を軸周りに回転させて得られる面であるので、発光管からの発光光を平行光として開口端側へ反射させることが可能となり、光の取り出し効率を向上させることができる。
また、外部導体の内側に凸部を設けてスタブ構造とすることによって、ＴＥＭ共振モードの次数が決まり、効果的な共振構造となる。これにより、マイクロ波の通過特性を改善することができ、マイクロ波の利用効率が向上する。
【００１１】
また、前記導体筒部の内面が、ｙ＝１６．５Ｘ２の式で表わされる放物線を軸周りに回転させて得られる面であることが好ましい。
本発明によれば、マッチングの内面が上式によって表わされる放物線を軸周りに回転させて得られる面であるので、コネクター側と発光管側とのインピーダンス整合を良好に行うことができ、マイクロ波の電力の反射を抑えることができる。これにより、マイクロ波電力の伝送効率を向上させることができる。
【００１２】
また、前記中心導体にコイルが外装され、もしくは前記中心導体に凹凸を設けてスタブ構成とされていることが好ましい。
本発明によれば、コイルもしくはスタブにより正のリアクタンスを作ることによって、発光管の負のリアクタンスをキャンセルさせることができ、マイクロ波電力をプラズマ中に有効に伝達させることが可能となる。
【００１３】
また、前記凹凸部が、前記外部導体の中心軸を介して対向配置される一対の金属片であることが好ましい。
本発明によれば、外部導体の内側に一対の金属片を設けることによって、ＴＥＭ共振モードの次数が決まり、効果的な共振構造となり、マイクロ波の利用効率が向上する。
【００１４】
本発明のマイクロ波ランプは、先に記載のマイクロ波ランプ用の筐体と、マイクロ波によって励起される発光物質が封入され且つ前記筐体内に取り付けられる発光管と、を備えたことを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、マイクロ波の漏洩を効果的に防止するとともにその伝送効率を高めることが可能なマイクロ波ランプ用の筐体を備えたことにより、発光効率の良いマイクロ波ランプが得られる。よって、低電力で高輝度発光可能なランプが得られる。発光管にはアーク放電ランプのように必ずしも発光管内に電極がなくても良い。
【００１６】
本発明の光源装置は、マイクロ波ランプと、マイクロ波を発生させるマイクロ波電源と、前記マイクロ波電源において発生したマイクロ波を前記マイクロ波ランプへと伝送するマイクロ波伝送線路と、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、上記マイクロ波ランプを備えているため、マイクロ波の漏洩を効果的に防止できるとともに、発光効率に優れた光源装置を提供することができる。
【００１７】
本発明のプロジェクターは、先に記載の光源装置を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、先に記載の本発明の光源装置を備えているため、視認性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。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１実施形態の光源装置の全体構成を示す模式図。
【図２】第１実施形態のマイクロ波ランプの概略構成を示す図。
【図３】第２実施形態における光源装置のマイクロ波ランプの構成を示す図。
【図４】第３実施形態における光源装置のマイクロ波ランプの構成を示す断面図。
【図５】プロジェクターの一実施例を示す概略構成を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態である光源装置の全体構成を示す模式図、図２（ａ）は、マイクロ波ランプ１２の概略構成を示す断面図、図２（ｂ）は開口端側から見た側面図、図２（ｃ）は入力端側から見た側面図である。
本実施形態では、各部位における具体的な設計寸法がマイクロ波の波長λｇに応じて決定されている。波長λｇは光速／（周波数・√ε）によって求められ、空気中の周波数が２．４５ＧＨｚ帯（Industry, Science, and Medical：ISMバンド）のマイクロ波を用いた場合、波長λｇが１２２．４４ｍｍとなる。以下、各構成の寸法表記において、ｎを０以上の整数、ｍを自然数とする。また、同軸構造のインピーダンスは、導体筒部の内径（Ｄ）及び中心導体の外径（ｄ）の比で決まり、Ｚ＝１３８／√ε・ｌｏｇ（Ｄ／ｄ）と表示される。従って、導体筒部の内径もしくは中心導体の外径が決まれば一意に決まる。
【００２１】
本実施形態の光源装置１は、図１に示すように、マイクロ波電源２、マイクロ波伝送線路３、およびマイクロ波ランプ１２を主体として、２．４５ＧＨｚ帯のＴＥＭモードのマイクロ波（高周波電磁波）に対応すべく構成されたものである。
【００２２】
マイクロ波電源２は、２．４５ＧＨｚ帯のＴＥＭモードのマイクロ波を発生させるもので、マイクロ波伝送線路３を介してマイクロ波ランプ１２に接続されている。
【００２３】
マイクロ波伝送線路３は、マイクロ波電源２で発生させたマイクロ波をマイクロ波ランプ１２へ伝送するために用いられ、特性インピーダンスが５０Ωに保持されている。これにより、損失を生じさせることなく効率よくマイクロ波電力をマイクロ波ランプ１２へ供給することができる。このマイクロ波伝送線路３の端部には第１コネクター４Ａが設けられている。
【００２４】
第１コネクター４Ａ（雄側）は、マイクロ波ランプ１２に設けられた第２コネクター４Ｂ（雌側）と結合することにより、マイクロ波伝送線路３とマイクロ波ランプ１２の給電用アタッチメント９とを電気的に接続する。第１コネクター４Ａは、特性インピーダンスがマイクロ波伝送線路３の特性インピーダンスと同じ５０Ωに整合された低損失タイプのもので、ここではＮ型コネクターが用いられている。
【００２５】
マイクロ波ランプ１２は、図２（ａ）に示すように、導体筒部７、給電用アタッチメント９、第２コネクター４Ｂを具備するマイクロ波ランプ用の筐体１３と、ランプ部６とを備えて構成されている。
【００２６】
本実施形態の導体筒部７は、少なくとも一端が開口端とされたオープン型同軸構造であって、給電用アタッチメント９に接続されて固定されたランプ部６に対してマイクロ波を集中させる機能を有する。この導体筒部７は、互いの内径を異ならせた複数の貫通孔７１，７２，７３によって構成される内部空間Ｋを有し、各貫通孔７１，７２，７３の内径Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３の関係がＤ１＜Ｄ３、Ｄ２≦Ｄ１，Ｄ２≦Ｄ３、となっている。このうち貫通孔７２についてはその内径Ｄ２が軸方向に変化しており、具体的には貫通孔７３側から貫通孔７１側にかけて漸次縮径している。
【００２７】
本実施形態においては、ＴＥＭ共振のモードの次数を決めるため、導体筒部７の内側が凹凸構造とされている。具体的には、開口端側（プラズマ発光部）からλｇ／４のｎ倍だけ離れた位置（貫通孔７３の軸方向中央）に板状の一対の金属片７ｃ，７ｃ（凸部）が設けられている。これら金属片７ｃ，７ｃは中心軸Ｏを介して対向配置され、導体筒部７の内面に立設された状態で設けられている。このように、金属片７ｃ，７ｃを導体筒部７の内壁から中心へ突出させることによりマイクロ波の通過特性を改善することができ、また、この突出量や設置位置を変えることにより、マイクロ波の位相調整を行うことが可能となる。
このような導体筒部７には、光が射出される開口７０（図２（ｂ））とは軸方向反対側の端部に位置する貫通孔７１内に第２コネクター４Ｂが取り付けられている。
【００２８】
第２コネクター４Ｂは、プラグ４１と、プラグ４１に設けられた板状のマウンター４２と、このマウンター４２の軸部４５側に設けられたパッキン４３と、マウンター４２を導体筒部７に固定するためのビス穴４４とを備えている（図２（ｃ））。パッキン４３は、絶縁性を有する材料（空気でもよい）からなっており、プラグ４１の軸部４５の周りに環状に設けられている。このような第２コネクター４Ｂに、マイクロ波伝送線路３側の第１コネクター４Ａが接続されることで、マイクロ波伝送線路３からマイクロ波ランプ１２内にマイクロ波が供給されることになる。この第２コネクター４Ｂについても５０Ωに整合されたＮ型コネクターを採用する。
なお、上述した第２コネクター４Ｂの構造は一例であってこれに限定されない。
【００２９】
給電用アタッチメント９は、導体筒部７の中心軸Ｏに沿って延在する一対の中心導体８Ａ，８Ｂを有してなり、導体筒部７の内部空間Ｋにおいて互いの先端同士を対向させて配置されている。中心導体８Ａ，８Ｂは、熱膨張係数が小さく耐熱性が高い導電材料からなっている。これら一対の中心導体８Ａ，８Ｂのうち、中心導体８Ｂはその一端が第２コネクター４Ｂに接続されて固定され、他方の中心導体８Ａはランプ部６を介して中心導体８Ｂと同軸をなすように保持されている。
【００３０】
中心導体８Ａ，８Ｂは、各々の先端側に、後述するランプ部６の各細管部１６ｂ，１６ｃをそれぞれ挿入させるための挿入穴９ａ，９ｂが形成されており、所定間隔をおいて対向する先端同士の間に膨出部１６ａを露出させた状態でランプ部６を保持できるようになっている。中心導体８Ａの外径ｄは、ランプ部６の光の取り出しを考慮して０．５〜３．０ｍｍの範囲内で設定され、ここでは２ｍｍとなっている。一方、中心導体８Ｂは軸方向に外径が異ならせてあり、両側の先端部８ａ及び基端部８ｃの外径ｄ１，ｄ３に比べて縮径部８ｂの外径ｄ２が縮径されている。先端部８ａ及び縮径部８ｂの外径ｄ１，ｄ２は、導体筒部７の内面７ｂの曲率に沿って設定され、後述するインピーダンス整合作用が得られる形状にする。また、基端部８ｃ側の軸心部分には挿入穴９ｃが形成されており、この挿入穴９ｃ内に軸部４５が挿入された状態で第２コネクター４Ｂと中心導体８Ｂとが電気的に接続されている。
なお、本実施形態においては中心導体８Ａ側にコイル１８が巻回されている。コイル１８は、中心導体８Ａの先端側であってランプ部６近傍に配置される。
【００３１】
ランプ部６は、発光物質が封入された発光管１６と一対の電極１１Ａ，１１Ｂとを備えてなり、中心軸Ｏ上に配置されている。発光管１６は、石英ガラス等を用いて、中央部分が球状の膨出した膨出部１６ａと、膨出部１６ａの両側に延在する細管部１６ｂ、１６ｃとが一体成形されたものである。
【００３２】
膨出部１６ａ内に形成された発光空間には、マイクロ波の入力を受けて発光する発光物質が封入されている。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。膨出部１６ａの外径は約６ｍｍ以下が好ましい。
【００３３】
電極１１Ａ，１１Ｂは、熱膨張係数が小さく耐熱性が高い導電材料を用いて形成され、膨出部１６ａの発光空間内において互いの先端側を対向させて、所定の間隔（以下、ギャップｇという。）をおいて配置されている。点光源に近い高輝度発光を得るためには、電極１１Ａ，１１Ｂ同士のギャップｇがなるべく小さくなるように配置することが好ましい。
【００３４】
このようなランプ部６は、導体筒部７内の最も高い電界位置に配置、本実施形態では、導体筒部７の開口７０からλｇ／４の２ｎ倍の位置（０、λ／２、λ、λ・３／２、…）において中心導体８Ａ，８Ｂに設けられた取付部（不図示）に取り付けられている。図２（ａ）中においては、上記ギャップｇの中央部分が導体筒部７の貫通孔７２，７３の境界と一致している。
【００３５】
ここで、光源装置１の全体としてのエネルギー効率を高めるために重要なことは、マイクロ波伝送線路３（コネクター４Ａ，４Ｂ）の特性インピーダンスとランプ部６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６からマイクロ波伝送線路３（コネクター４Ａ，４Ｂ）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。
【００３６】
そこで、本実施形態における光源装置１は、マイクロ波ランプ１２におけるマイクロ波の入力端側から、マイクロ波電力の変動を抑えるインピーダンスキーパー部５Ａと、入力側とのインピーダンスマッチングを行うインピーダンスマッチング部５Ｂと、マイクロ波電力を共振させる共振部５Ｃと、を順に有した構成となっている。
【００３７】
一般的な高圧水銀ランプやメタルハライドランプのプラズマ発光時におけるインピーダンスＺ０が５０〜２５０Ω−ｊ１０〜３０Ωであるので、ランプ部６（１００ｔｏｒｒ）のプラズマ発光のインピーダンスＺ０＝２００Ω−ｊ１０Ωをもつ発光管を用いた場合、コネクター４Ａ，４Ｂ（５０Ω）と共振部５Ｃ（２００Ω）との間でインピーダンスマッチングが必要となる。
そこで、本実施形態においては、コネクター４Ａ，４Ｂ側のインピーダンスと共振部５Ｃ側のインピーダンスとの整合を行うためのインピーダンスマッチング部５Ｂを備えることにより、共振部５Ｃからの反射波を抑える構成とした。
【００３８】
まず、インピーダンスキーパー部５Ａは、マイクロ波伝送線路３から供給されたマイクロ波電力をインピーダンスマッチング部５Ｂへとスムーズに伝達させる機能を有し、特性インピーダンスが５０Ωとなっている。インピーダンスキーパー部５Ａにおける導体筒部７の軸方向長さＬ１はλｇ／１６のｍ倍で規定され、その内部空間Ｋはフッ素樹脂（本実施形態ではテフロン（登録商標）を用いた）やセラミックスなどの誘電体２３で満たされている。テフロン（登録商標）で満たした場合、Ｚ＝１３８／√ε・ｌｏｇ（Ｄ／ｄ）式から、電源回路の特性インピーダンス５０Ωに合わるため、その内径Ｄ１は２６．８ｍｍとなる。このインピーダンスキーパー部５Ａは、ランプ部６の負荷変動があった場合でも安定的にＴＥＭモードを補償する。
【００３９】
インピーダンスマッチング部５Ｂは、インピーダンスキーパー部５Ａと共振部５Ｃとの間においてこれらのインピーダンス整合を行う機能を有し、導体筒部７の軸方向長さＬ２がλｇ／４のｍ倍となっている。
【００４０】
インピーダンスマッチング部５Ｂにおける導体筒部７の内径Ｄ２は、共振部５Ｃ側からインピーダンスキーパー部５Ａにかけて変化しており、その内面７ｂが緩やかなカーブを描いている。また、上述したようにこのインピーダンスマッチング部５Ｂにおける中心導体８Ｂの外径が軸方向に異なっており、先端部８ａが部分的に拡径した形状となっている。これらにより、インピーダンスキーパー部５Ａと共振部５Ｃとのマッチングが良好に行われ、マイクロ波の反射が防止される。
本実施形態では、インピーダンスマッチング部５Ｂにおける導体筒部７の内面７ｂを放物線や楕円線を描くような曲面状にし、インピーダンスマッチングだけでなくランプ部６の発光光を開口７０側へ反射させている。以下、内面７ｂを反射面と呼ぶこともある。
【００４１】
本実施形態では、内面７ｂの曲面が下式（１）で定義する放物線を軸Ｏの周りに回転させて得られる曲面とする。
ｙ＝１６．５Ｘ２ ・・・（１）
【００４２】
この式（１）から得られる曲線からずれるとマッチングがずれて電力の反射が発生する。マイクロ波伝送線路３から９９％以上の電力が供給されることを前提とすると、式（１）の二次係数は１３〜２０の範囲内であればよい。つまり、式（２）および式（３）で描かれる範囲にある任意の曲線でも同様に、電力の反射を１％以下に抑えることができる。
ｙ＝１３Ｘ２ ・・・（２）
ｙ＝２０Ｘ２ ・・・（３）
【００４３】
共振部５Ｃ及び金属片７ｃは、内部空間Ｋ内でマイクロ波を共振させる機能を有し、特性インピーダンスが２００Ωとなっている。本実施形態において、この共振部５Ｃにおける軸方向長さＬ３はλｇ／４のｍ倍で規定される。また、共振部５Ｃにおける導体筒部７の内径Ｄ３は５６ｍｍとなっている。
ＴＥＭ共振モードの次数を決める一対の金属片７ｃ，７ｃは、ランプ部６の位置からλｇ／４離れた位置に中心軸Ｏを介して互いに対向配置されている。
【００４４】
本実施形態の光源装置１は、インピーダンスキーパー部５Ａ、インピーダンスマッチング部５Ｂ、共振部５Ｃを有するマイクロ波ランプ１２を備えており、マイクロ波伝送線路３側と共振部５Ｃ側とのインピーダンスの整合を行えるようになっている。このように、マイクロ波ランプ１２（導体筒部７）自体にインピーダンス整合機能を付与することによって外部にマッチング回路を設ける必要がなくなり、ランプ１２の構成部材のみで上記作用を実現することができる。これにより、装置構成の簡素化を図りつつマイクロ波の伝送効率を向上させることが可能となる。
【００４５】
また、例えば、第１コネクター４Ａの温度上昇によりインピーダンスが５０Ωから多少ずれた場合でも、ランプ１２の電力入力端側にインピーダンスが５０Ωとされたインピーダンスキーパー部５Ａを設けておくことにより、入力側のインピーダンスの変動を許容することができる。これにより、電力の反射が抑えられて、コネクター４Ａ，４Ｂの故障を防止することが可能である。また、このインピーダンスキーパー部５Ａによりランプ部６の負荷変動があった場合でも安定的にＴＥＭモードを補償することが可能なため、結果としてマイクロ波エネルギーを効率よくプラズマに伝送することができ、発光光率に優れた光源装置１が得られる。
【００４６】
さらに、放物面とされた導体筒部７の内面７ｂによってランプ部６の発光光を平行光として開口７０側へ反射させることができるため、光の取り出し効率が向上する。このため、別体のリフレクターを導体筒部７内に設置しなくてもランプ部６の発光光を十分に取り出すことが可能である。
また、導体筒部７の開口端からλｇ／４の２ｎ倍の位置にランプ部６が配置されていることから、このランプ部６にマイクロ波電流の定在波の振幅の腹が位置することになり、高輝度発光が得られる。
また、開口端からλｇ／４のｎ倍の位置に金属片７ｃが配置されていることにより、ＴＥＭ共振モードの次数が決まり、効果的な共振構造となり、マイクロ波の利用効率が向上する。
【００４７】
また、本実施形態においては、中心導体８Ａにコイル１８を外装させている。ランプ部６のインピーダンスはＲ±ｊＸ（実数＋虚数）で表され、実数部分だけでなく負のリアクタンス成分を持っている。このため、中心導体８Ａにコイルを設けることで正のリアクタンスを作り、ランプ部６の負のリアクタンスを精度良くキャンセルさせることによってマイクロ波電力をプラズマ中に有効に伝達させることとした。
また、マイクロ波ランプ１２のインピーダンスキーパー部５Ａ、インピーダンスマッチング部５Ｂ、共振部５Ｃを上記寸法構成とすることにより、マイクロ波の漏洩が防止されて、周辺機器へ悪影響を及ぼすおそれがないといった効果が得られ、信頼性を向上させることができる。
したがって、本実施形態の光源装置１は、低電力で高輝度発光可能な高信頼性の光源となる。
【００４８】
なお、中心導体８Ｂの形状は上記構成に限られず、例えば、軸方向に外径が漸次変化するようなテーパ形状としてもよく、導体筒部７の内面７ｂの形状によって優れたマッチング効果が得られるような形状とする。
【００４９】
［具体例１］
本例では、２．４５ＧＨｚ帯のＴＥＭモードのマイクロ波に対応するように構成された光源装置１について示し、図１および図２を参照する。上述したように、光源装置１における具体的な寸法は、マイクロ波の波長λｇに応じて決定し、１２２．４５ｍｍとなる。
以下に、本具体例における光源装置１のマイクロ波ランプ１２の各寸法について示す。
ランプ点灯時のインピーダンスＺ０：１００Ω
（インピーダンスキーパー部５Ａ）
導体筒部７の軸方向長さＬ１：７．６ｍｍ（λg／１６）
導体筒部７の内径Ｄ１：２６．８ｍｍ
導体筒部７と中心導体８の内部空間Ｋ：テフロン（登録商標）等の誘電体２３で満たす。
（インピーダンスマッチング部５Ｂ）
導体筒部７の軸方向長さＬ２：３０．６１ｍｍ（λg／４）
導体筒部の内側曲線は、ｙ＝１６．５Ｘ２ である。
中心導体８Ｂの先端部８ａの軸方向長さＬ４：７．１ｍｍ
先端部８ａの外径ｄ１：１０ｍｍ
縮径部８ｂの外径ｄ２：５．３ｍｍ
基端部８ｃの外径ｄ３：８．０ｍｍ
（発光管の点灯部分の位置）
ランプ部６の中心がインピーダンスマッチング部５Ｂと共振部５Ｃの境界位置となるように設置する。
（共振部５Ｃ）
軸方向長さＬ３：６１．２２ｍｍ（λｇ／２）
内径Ｄ３：５０．０ｍｍ
中心導体８Ａの外径ｄ：９．４８４ｍｍ
金属片７ｃの位置：開口端側から３０．６２ｍｍの位置（λg／４）
【００５０】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態の光源装置について図３を用いて説明する。図３（ａ）は、第２実施形態の光源装置のマイクロ波ランプの全体構成を示す断面図、図３（ｂ）はマイクロ波ランプの入力端側から見た側面図である。
以下に示す本実施形態の光源装置の基本構成は上記第１実施形態と略同様であるが、開放端側にショート部材５１が設けられている点、ランプ部６が共振部５Ｃ側に配置されている点、金属片７ｃ，７ｃの配置位置において異なる。よって、以下の説明では、構成の異なる部分について詳しく説明し、共通な箇所の説明は省略する。また、説明に用いる各図面において、図１および図２と共通の構成要素には同一の符号を付すものとする。
【００５１】
本実施形態の光源装置には、導体筒部７の開放端側にショート部材５１が設けられている。ショート部材５１は、アルミニウムや銅等の良伝導性の金属より形成されており、環状部材５１Ａとクロスバー５１Ｂとから構成され、導体筒部７と給電用アタッチメント２２（中心導体２１Ａ）にそれぞれ固定されている。このショート部材５１により、導体筒部７と給電用アタッチメント２２（中心導体２１Ａ）とが電気的に接続されて、導体筒部７と給電用アタッチメント２２とを同電位に保持することが可能である。
【００５２】
ランプ部６は、一対の中心導体２１Ａ，２１Ｂからなる給電用アタッチメント２２により導体筒部７の共振部５Ｃ側に配置されている。本実施形態では、導体筒部７の開口７０からλｇ／４のｎの奇数倍（λｇ／４、λｇ・３／４、…）の位置にランプ部６が配置されるように構成されている。
また、ＴＥＭ共振を決める金属片７ｃ，７ｃは、ランプ部６の中心からλｇ/４離れた位置、つまり、共振部５Ｃとインピーダンスマッチング部５Ｂとの境界に配置されており、これによって次数が決定される。
【００５３】
給電用アタッチメント２２を構成している中心導体２１Ａ，２１Ｂは、軸方向に外径が変化することなく一定の寸法で形成されている。つまり、本実施形態ではランプ部６を共振部５Ｃ側へ配置したことから、インピーダンスマッチング部５Ｂにおける中心導体２１Ｂの外径が軸方向に一定であってもインピーダンスマッチングを良好に行える。
【００５４】
本実施形態の構成によれば、ショート部材５１を設けることで導体筒部７と給電用アタッチメント２２とを同電位にすることで、開放端が電気的にシールドされて開口７０からマイクロ波が漏洩するのを阻止することが可能となる。つまり、開口端側においてマイクロ波によって発生する電界の一部が打ち消されることになり、マイクロ波の漏洩防止効果がより高まる。
【００５５】
なお、ショート部材５１の構成は上記したものに限られず、導体筒部７と給電用アタッチメント９とを短絡させることが可能な構成であればよいことから、例えば格子状に構成されたメッシュ部材を採用してもよい。ここで、ショート部材５１としては、開口７０から射出される光のうち、ショート部材５１によって遮断される光を最小限に抑えられる形状が好ましい。
また、共振部５Ｃとインピーダンスマッチング部５Ｂとの境界の位置に金属片７ｃ，７ｃが配置されていることにより、ＴＥＭ共振モードの次数が決まり、効果的な共振構造となり、マイクロ波の利用効率が向上する。
【００５６】
［具体例２］
本例では、２．４５ＧＨｚ帯のＴＥＭモードのマイクロ波に対応するように構成された光源装置１について示し、図３（ａ），（ｂ）を参照する。上述したように、光源装置１における具体的な寸法については、マイクロ波の波長λｇに応じて決定し、１２２．４５ｍｍとなる。以下に、本具体例における光源装置１のマイクロ波ランプ１２の各寸法について示す。
ランプ点灯時のインピーダンスＺ０：１００Ω
（インピーダンスキーパー部５Ａ）
導体筒部７の軸方向長さＬ１：７．６ｍｍ（λg／１６）
導体筒部７の内径Ｄ１：２６．８ｍｍ
導体筒部７と中心導体８の内部空間Ｋ：テフロン（登録商標）等の誘電体２３で満たす。
（インピーダンスマッチング部５Ｂ）
導体筒部７の軸方向長さＬ２：３０．６１ｍｍ（λg／４）
導体筒部の内側曲線は、ｙ＝１６．５Ｘ２ である。
中心導体８Ｂの外径ｄ：９．４８４ｍｍ
（発光管の点灯部分の位置）
ランプ部６の中心が共振部５Ｃの開口端から３０．６２ｍｍ（λg／４）離れた位置となるように設置する。
（共振部５Ｃ）
軸方向長さＬ３：６１．２２ｍｍ（λｇ／２）
内径Ｄ３：５０．０ｍｍ
中心導体８Ａの外径ｄ：９．４８４ｍｍ
金属片７ｃの位置：インピーダンスマッチング部５Ｂと共振部５Ｃとの境界位置
【００５７】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態の光源装置について図４を用いて説明する。図４は、第３実施形態の光源装置のマイクロ波ランプの全体構成を示す断面図である。
本実施形態の光源装置は、図４に示すように導体筒部７の開放端側にショート部材５１を備えるとともに、導体筒部７の軸方向長さ、すなわち共振部５Ｃの軸方向長さが上記各実施形態に比べて短く構成されており小型化されている。
上述したように共振部５Ｃにおける軸方向長さはλｇ／４のｍ倍で規定される。先の実施形態では共振部５Ｃの軸方向長さがλｇ／２に設定されていたが、本実施形態ではλｇ／４の長さに設定されている。また、これに伴い、中心導体８Ａの軸方向長さも短くなっている。
【００５８】
本実施形態によれば、導体筒部７（共振部５Ｃ）の軸方向長さを短くすることでマイクロ波ランプ１２の小型化及び軽量化を実現することが可能となる。共振部５Ｃにおける導体筒部７の軸方向長さを短くした場合でも、上記寸法にすることによって遮断波長が存在しないため、上記各実施形態同様にマイクロ波の伝送効率が高められるとともにマイクロ波の漏洩を効果的に防止することができる。これにより、小型で汎用性が高く信頼性に優れた光源装置が得られる。
【００５９】
［具体例３］
本例では、２．４５ＧＨｚ帯のＴＥＭモードのマイクロ波に対応する光源装置１の構成について示し、図４を参照する。上述したように、光源装置１における具体的な寸法については、マイクロ波の波長λｇに基づいて決定した。
以下に、本具体例における光源装置１のマイクロ波ランプ１２の各寸法について示す。
ランプ点灯時のインピーダンスＺ０：１００Ω
（インピーダンスキーパー部５Ａ）
導体筒部７の軸方向長さＬ１：７．６ｍｍ（λg／１６）
内径Ｄ１：２６．８ｍｍ
導体筒部７と中心導体８の内部空間Ｋ：テフロン（登録商標）等の誘電体２３で満たす。
（インピーダンスマッチング部５Ｂ）
導体筒部７の軸方向長さＬ２：３０．６１ｍｍ（λg／４）
中心導体８Ｂの先端部８ａの軸方向長さＬ４：７．１ｍｍ
先端部８ａの外径ｄ１：１０ｍｍ
縮径部８ｂの外径ｄ２：５．３ｍｍ
基端部８ｃの外径ｄ３：８．０ｍｍ
（発光管の点灯部分の位置）
ランプ６の中心がインピーダンスマッチング部５Ｂと共振部５Ｃの境界にとなるように設置する。
（共振部５Ｃ）
導体筒部７の軸方向長さＬ３：３０．６１ｍｍ（λg／４）
内径Ｄ３：５０．０ｍｍ
中心導体８Ａの外径ｄ：９．４８４ｍｍ
【００６０】
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。
【００６１】
例えば、マイクロ波ランプ１２の導体筒部７の内側に別個に形成されたリフレクターを配置してもよい。例えば、このリフレクターの反射面を導体筒部７の内面７ｂ（反射面）に対向させるようにして設けることにより、ランプ部６から放射される発光光のうち内面（反射面）７ｂに入射しない方向へ放射された光をリフレクターの反射面によって反射させて内面（反射面）７ｂへ入射させることができ、その結果、発光光の殆どを平行光として取り出すことが可能になる。これにより、ランプ部６からの放射光の利用効率がより一層向上して更なる高輝度発光が得られるようになる。
【００６２】
（プロジェクター）
次に、図５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５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、リフレクター５０２、フィルター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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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Ｌｃ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。
【００６６】
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において光の利用効率が高くなっているので、視認性に優れた高性能なプロジェクター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。
【００６７】
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。
【００６８】
また、本発明の光源装置をデジタルサイネージ（Digital Signage）用プロジェクターの光源として適用してもよい。また、紫外線による洗浄作用や改質効果のある紫外線ランプの光源として適用することも可能である。
【符号の説明】
【００６９】
１…光源装置、２…マイクロ波電源、３…マイクロ波伝送線路、４Ａ…第１コネクター、４Ｂ…第２コネクター、６…ランプ部、７…導体筒部、５Ａ…インピーダンスキーパー部、５Ｂ…インピーダンスマッチング部、５Ｃ…共振部、７ｂ…内面（反射面）、７ｃ…金属片（凸部）、８Ａ,８Ｂ…中心導体、１１Ａ，１１Ｂ…電極、１２…マイクロ波ランプ、１３…筐体、１６…発光管、１８…コイル、２１Ａ…中心導体、２１Ｂ…中心導体、５１…ショート部材、５００…プロジェクター
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一端が開口端とされた導体筒部と、前記導体筒部の中心軸に沿って配置された中心導体と、前記中心導体の一端に接続されたコネクターとを備えたマイクロ波ランプ用の筐体であって、
マイクロ波の波長をλｇ、ｎを０以上の整数、ｍを自然数とするとき、
前記中心導体は、前記中心軸方向において前記開口端からλｇ／４の２ｎ倍の位置に発光管の取付部を有し、
前記導体筒部は、前記中心軸方向の長さがλｇ／４のｍ倍とされＴＥＭモードのマイクロ波を共振させる共振部と、前記中心軸方向の長さがλｇ／４のｍ倍とされ前記共振部と前記コネクターとのインピーダンスマッチングを行うマッチング部と、前記中心軸方向の長さがλｇ／１６のｍ倍とされ前記コネクターと前記マッチング部との間に設けられたインピーダンスキーパー部と、を有し、
前記マッチング部の内径は、前記共振部側から前記インピーダンスキーパー部側へ向かって縮径されているとともにその内面が放物線を軸周りに回転させて得られる面であり、
前記導体筒部の内面には、前記マイクロ波の共振長を決める凸部が設けられ、
前記凸部は、前記ｍが偶数の場合に前記開口端からλｇ／４のｎ倍の位置に設けられ、前記ｍが奇数の場合には前記共振部と前記インピーダンスキーパー部との境界位置に設けられることを特徴とするマイクロ波ランプ用の筐体。
【請求項２】
少なくとも一端が開口端とされた導体筒部と、前記導体筒部の中心軸に沿って配置された中心導体と、前記中心導体の一端に接続されたコネクターと、前記共振部と前記中心導体とを接続するショート部材と、を備えたマイクロ波ランプ用の筐体であって、
前記マイクロ波の波長をλｇ、ｎを０以上の整数、ｍを自然数とするとき、
マイクロ波の波長をλｇ、ｎを０以上の整数、ｍを自然数とするとき、
前記中心導体は、前記中心軸方向において前記開口端からλｇ／４の２ｎ＋１倍の位置に発光管の取付部を有し、
前記導体筒部は、前記中心軸方向の長さがλｇ／４のｍ倍とされＴＥＭモードのマイクロ波を共振させる共振部と、前記中心軸方向の長さがλｇ／４のｍ倍とされ前記共振部と前記コネクターとのインピーダンスマッチングを行うマッチング部と、前記中心軸方向の長さがλｇ／１６のｍ倍とされ前記コネクターと前記マッチング部との間に設けられたインピーダンスキーパー部と、を有し、
前記マッチング部の内径は、前記共振部側から前記インピーダンスキーパー部側へ向かって縮径されているとともに、その内面が放物線を軸周りに回転させて得られる面であり、
前記導体筒部の内面には、前記マイクロ波の共振長を決める凸部が設けられ、
前記凸部は、前記ｍが偶数の場合に前記開口端からλｇ／４のｎ倍の位置に設けられ、前記ｍが奇数の場合には前記共振部と前記インピーダンスキーパー部との境界位置に設けられることを特徴とするマイクロ波ランプ用の筐体。
【請求項３】
前記導体筒部の内面が、ｙ＝１６．５Ｘ２の式で表わされる放物線を軸周りに回転させて得られる面であることを特徴とする請求項１または２記載のマイクロ波ランプ用の筐体。
【請求項４】
前記中心導体にコイルが外装され、もしくは前記中心導体に凹凸を設けてスタブ構成とされていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のマイクロ波ランプ用の筐体。
【請求項５】
前記凹凸部が、前記外部導体の中心軸を介して対向配置される一対の金属片であることを特徴とする請求項１または２記載のマイクロ波ランプ用の筐体。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載のマイクロ波ランプ用の筐体と、
マイクロ波によって励起される発光物質が封入され且つ前記筐体内に取り付けられる発光管と、を備えたことを特徴とするマイクロ波ランプ。
【請求項７】
請求項６記載のマイクロ波ランプと、
マイクロ波を発生させるマイクロ波電源と、
前記マイクロ波電源において発生したマイクロ波を前記マイクロ波ランプへと伝送するマイクロ波伝送線路と、を備えたことを特徴とする光源装置。
【請求項８】
請求項７記載の光源装置を備えたことを特徴とするプロジェクター。
【請求項１】
少なくとも一端が開口端とされた導体筒部と、前記導体筒部の中心軸に沿って配置された中心導体と、前記中心導体の一端に接続されたコネクターとを備えたマイクロ波ランプ用の筐体であって、
マイクロ波の波長をλｇ、ｎを０以上の整数、ｍを自然数とするとき、
前記中心導体は、前記中心軸方向において前記開口端からλｇ／４の２ｎ倍の位置に発光管の取付部を有し、
前記導体筒部は、前記中心軸方向の長さがλｇ／４のｍ倍とされＴＥＭモードのマイクロ波を共振させる共振部と、前記中心軸方向の長さがλｇ／４のｍ倍とされ前記共振部と前記コネクターとのインピーダンスマッチングを行うマッチング部と、前記中心軸方向の長さがλｇ／１６のｍ倍とされ前記コネクターと前記マッチング部との間に設けられたインピーダンスキーパー部と、を有し、
前記マッチング部の内径は、前記共振部側から前記インピーダンスキーパー部側へ向かって縮径されているとともにその内面が放物線を軸周りに回転させて得られる面であり、
前記導体筒部の内面には、前記マイクロ波の共振長を決める凸部が設けられ、
前記凸部は、前記ｍが偶数の場合に前記開口端からλｇ／４のｎ倍の位置に設けられ、前記ｍが奇数の場合には前記共振部と前記インピーダンスキーパー部との境界位置に設けられることを特徴とするマイクロ波ランプ用の筐体。
【請求項２】
少なくとも一端が開口端とされた導体筒部と、前記導体筒部の中心軸に沿って配置された中心導体と、前記中心導体の一端に接続されたコネクターと、前記共振部と前記中心導体とを接続するショート部材と、を備えたマイクロ波ランプ用の筐体であって、
前記マイクロ波の波長をλｇ、ｎを０以上の整数、ｍを自然数とするとき、
マイクロ波の波長をλｇ、ｎを０以上の整数、ｍを自然数とするとき、
前記中心導体は、前記中心軸方向において前記開口端からλｇ／４の２ｎ＋１倍の位置に発光管の取付部を有し、
前記導体筒部は、前記中心軸方向の長さがλｇ／４のｍ倍とされＴＥＭモードのマイクロ波を共振させる共振部と、前記中心軸方向の長さがλｇ／４のｍ倍とされ前記共振部と前記コネクターとのインピーダンスマッチングを行うマッチング部と、前記中心軸方向の長さがλｇ／１６のｍ倍とされ前記コネクターと前記マッチング部との間に設けられたインピーダンスキーパー部と、を有し、
前記マッチング部の内径は、前記共振部側から前記インピーダンスキーパー部側へ向かって縮径されているとともに、その内面が放物線を軸周りに回転させて得られる面であり、
前記導体筒部の内面には、前記マイクロ波の共振長を決める凸部が設けられ、
前記凸部は、前記ｍが偶数の場合に前記開口端からλｇ／４のｎ倍の位置に設けられ、前記ｍが奇数の場合には前記共振部と前記インピーダンスキーパー部との境界位置に設けられることを特徴とするマイクロ波ランプ用の筐体。
【請求項３】
前記導体筒部の内面が、ｙ＝１６．５Ｘ２の式で表わされる放物線を軸周りに回転させて得られる面であることを特徴とする請求項１または２記載のマイクロ波ランプ用の筐体。
【請求項４】
前記中心導体にコイルが外装され、もしくは前記中心導体に凹凸を設けてスタブ構成とされていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のマイクロ波ランプ用の筐体。
【請求項５】
前記凹凸部が、前記外部導体の中心軸を介して対向配置される一対の金属片であることを特徴とする請求項１または２記載のマイクロ波ランプ用の筐体。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載のマイクロ波ランプ用の筐体と、
マイクロ波によって励起される発光物質が封入され且つ前記筐体内に取り付けられる発光管と、を備えたことを特徴とするマイクロ波ランプ。
【請求項７】
請求項６記載のマイクロ波ランプと、
マイクロ波を発生させるマイクロ波電源と、
前記マイクロ波電源において発生したマイクロ波を前記マイクロ波ランプへと伝送するマイクロ波伝送線路と、を備えたことを特徴とする光源装置。
【請求項８】
請求項７記載の光源装置を備えたことを特徴とするプロジェクター。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−６０５０６（Ｐ２０１１−６０５０６Ａ）
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０７２１７（Ｐ２００９−２０７２１７）
【出願日】平成２１年９月８日（２００９．９．８）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月８日（２００９．９．８）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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