光源装置、プロジェクタ
【課題】マイクロ波の漏洩を防ぎなら、光の利用効率を高める光源装置を提供する。
【解決手段】光源装置６０は、マイクロ波を生成するマイクロ波発生部１００と、マイクロ波発生部１００と接続されるリフレクタ７０と、リフレクタ７０の開口部を覆う金属製のチャンバ７１とにより構成されるキャビティ７５に内設されるマイクロ波無電極ランプ１０と、を備え、チャンバ７１が、チャンバ本体７２とキャビティ７５の内外を連通して光束をチャンバ７１外部に導出する開口部７４を有する筒体７３を有し、開口部７４の口径Ｄと、筒体７３の長さＬと、マイクロ波の波長λと、光の波長Λの関係がΛ＜Ｄ≦（１／４）λ、Ｌ≦（１／４）λ、且つ、Ｄ＋Ｌ＝（１／２）λとしている。このことにより、マイクロ波の漏洩を防ぎなら、光の利用効率を高めることができる。
【解決手段】光源装置６０は、マイクロ波を生成するマイクロ波発生部１００と、マイクロ波発生部１００と接続されるリフレクタ７０と、リフレクタ７０の開口部を覆う金属製のチャンバ７１とにより構成されるキャビティ７５に内設されるマイクロ波無電極ランプ１０と、を備え、チャンバ７１が、チャンバ本体７２とキャビティ７５の内外を連通して光束をチャンバ７１外部に導出する開口部７４を有する筒体７３を有し、開口部７４の口径Ｄと、筒体７３の長さＬと、マイクロ波の波長λと、光の波長Λの関係がΛ＜Ｄ≦（１／４）λ、Ｌ≦（１／４）λ、且つ、Ｄ＋Ｌ＝（１／２）λとしている。このことにより、マイクロ波の漏洩を防ぎなら、光の利用効率を高めることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波を照射することで発光するマイクロ波無電極ランプを備える光源装置と、この光源装置を備えるプロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
映像信号に応じた画像または映像情報を投写するプロジェクタは、プレゼンテーションや、シアタなどに多く用いられている。これらプロジェクタの光源には、速やかに明るい投写映像を得るために、素早く点灯し、高輝度で安定した光量を確保することができること、発光スペクトルを変えずに光量を調整可能であること、ランプが長寿命であることが期待されている。このような光源としてマイクロ波無電極ランプ用いた光源装置が提案されている。
【０００３】
マイクロ波無電極ランプを用いた光源装置において、マイクロ波無電極ランプが内設されるマイクロ波空胴内にはマイクロ波による強電界と光束とが共存している。光源装置としては、光束を効率よく射出し、エネルギ効率または安全性からマイクロ波エネルギの放出を抑制する必要がある。
【０００４】
そこで、マイクロ波が導入される給電口を有し、少なくとも一部が開口部を有する空胴壁と、この開口部を塞ぐ金属メッシュ板とで構成されたマイクロ波空胴内に無電極放電灯を内設し、金属メッシュ部分にてマイクロ波の放出を抑制し、金属メッシュの開口部分で光束を透過する光源装置というものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、マイクロ波共振器に突設した金属製の筒体を備え、筒体の一方の端部はマイクロ波共振器内に開口し、他方の筒体はマイクロ波共振器外に開口し、この筒体はマイクロ波エネルギの放出を抑制し、バルブ（ランプ）の発する光束を透過させてマイクロ波共振器外に導出させるマイクロ波無電極放電ランプ装置というものも知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開昭５８−１９４２４２号公報（第２頁、図２）
【特許文献２】特開２００２−１６４１８８号公報（第４頁、図１，２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述した特許文献１によれば、金属メッシュ部分で反射される光束が存在することから、光の利用効率が低下するという課題がある。また、無電極放電灯からの放熱により金属メッシュが加熱され、金属メッシュの構造的強度が低下するということが予測される。
【０００８】
また、特許文献２によれば、マイクロ波の放出抑制のために必要な筒体の長さを、筒体の開口部断面積の６倍以上としている。このように筒体の長さを長くすることにより、筒体内における光学ロスが増加し、光利用効率が低下するという課題を有する。
【０００９】
本発明の目的は、発光部からのマイクロ波の漏洩を防ぎなら、光の利用効率を高める光源装置と、この光源装置を備えるプロジェクタを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の光源装置は、マイクロ波を生成するマイクロ波発生部と、前記マイクロ波発生部と接続するリフレクタと、前記リフレクタと前記リフレクタの開口部を覆う金属製のチャンバとにより構成されるキャビティに内設されるマイクロ波無電極ランプと、を備え、前記チャンバが、前記キャビティの内外を連通して光束を前記チャンバの外部に導出する開口部を有する筒体を有し、前記開口部の口径Ｄと、前記筒体の長さＬと、マイクロ波の波長λと、光の波長Λの関係がΛ＜Ｄ≦（１／４）λ、Ｌ≧（１／４）λ、且つ、Ｄ＋Ｌ＝（１／２）λであることを特徴とする。
【００１１】
また、前記開口部の口径Ｄが（１／４）λ、前記筒体の長さＬが（１／４）λであることがより好ましい。
【００１２】
この発明によれば、チャンバにキャビティの内外を連通する筒体を設け、この筒体の開口部の口径をΛ＜Ｄにすることで、マイクロ波無電極ランプから射出する光束を筒体からキャビティの外部に導出し、Ｄ≦（１／４）λにすることでマイクロ波による強電界、つまり、マイクロ波エネルギの放出を抑制することができる。
【００１３】
また、筒体の長さＬをＬ≧（１／４）λとし、さらに、Ｄ＋Ｌ＝（１／２）λとしていることから、筒体の長さは最大でもＬ＝（１／２）λとなり、筒体内を導出されるマイクロ波無電極ランプからの光束の光学ロスを低減し、光利用効率が高い光源装置を実現できる。
【００１４】
また、前述した特許文献１のように金属メッシュを用いる構造に対して、金属メッシュ部分で反射される光束が存在しないことから、光の利用効率が低下するということがない。また、マイクロ波無電極ランプからの放熱によりチャンバの構造的強度が低下するということもないという効果がある。
【００１５】
さらに、筒体の開口部の口径Ｄを（１／４）λ、筒体の長さＬを（１／４）λとすれば、チャンバからみた電気的等価長がＤ＋Ｌ＝（１／２）λとなり、短絡回路が挿入されたものと等価になる。従って、筒体から外部にマイクロ波が漏洩することを抑制できるとともに、光束をさらに高効率で出力することができる。
【００１６】
また、前記チャンバにおいて、少なくとも前記筒体の内面が、鏡面状態であることが好ましい。
【００１７】
マイクロ波無電極ランプから射出される光束は、筒体の内面を反射しながら導出される。従って、筒体の内面を鏡面状態に仕上げておくことで、反射時の光学ロスを抑制することができる。
【００１８】
また、前記筒体が、前記マイクロ波無電極ランプから射出される光束の光軸上に光学レンズを備えていることが好ましい。
【００１９】
このように筒体に光学レンズを備えることにより、光源から光学レンズまでの導光距離を短くできるため、光利用効率がより向上する。光学レンズとしては集光レンズやコリメートレンズ等を採用することができるため、光源装置の光束出口において、光束を集光したり平行光にしたりすることができ、光学系設計上の自由度を増すという効果がある。
【００２０】
また、前記光学レンズが、筒状のレンズ筐体に装着されて光学レンズユニットを構成し、前記光学レンズユニットが前記筒体に装着されていることが好ましい。
【００２１】
マイクロ波無電極ランプから射出される光束を集光または平行光にする際には、その目的に対応して光学レンズの様々な組み合わせが存在する。この際、光学レンズをユニット化しておけば、使用目的に対応して光学レンズユニットを選択使用することができる。
【００２２】
さらに、前記光学レンズユニットが、前記マイクロ波無電極ランプから射出される光束の光軸方向に移動可能に装着されていることが望ましい。
【００２３】
光学レンズユニットを移動可能にすることで、焦点距離の設定の自由度が増し、個別の使用形態に合わせた専用光源装置とせず、光源装置の種類を増やさずに多種の使用形態に対応することができる。
【００２４】
また、本発明のプロジェクタは、マイクロ波を生成するマイクロ波発生部と、前記マイクロ波発生部と接続するリフレクタと、前記リフレクタと前記リフレクタの開口部を覆うチャンバとにより構成されるキャビティに内設されるマイクロ波無電極ランプと、を備え、前記チャンバが、前記キャビティの内外を連通して光束を前記チャンバの外部に導出する開口部を有する筒体を有し、前記開口部の口径Ｄと、前記筒体の長さＬと、マイクロ波の波長λと、光の波長Λの関係がΛ＜Ｄ≦（１／４）λ、Ｌ≧（１／４）λ、且つ、Ｄ＋Ｌ＝（１／２）λである光源装置と、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、が備えられていることを特徴とする。
【００２５】
この発明によれば、前述したマイクロ波無電極ランプを光源とする光源装置を採用することにより、マイクロ波エネルギの放出を抑制するため安全で、光利用効率が高い光輝度のプロジェクタを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図５は実施形態１に係る光源装置及びマイクロ波無電極ランプを示し、図６は実施形態２、図７は実施形態３に係る光源装置、図８は本発明に係るプロジェクタを示している。
（実施形態１）
【００２７】
図１は、本発明の実施形態１に係る光源装置の概略構造を示す断面図である。図１において、光源装置６０は、マイクロ波発生部１００と、発光部５００と、マイクロ波発生部１００及び発光部５００を収容するマイクロ波遮蔽部としての光源ケース８０とを有して構成される。また、発光部５００は、マイクロ波無電極ランプ１０（以降、単にランプと表示することがある）と、リフレクタ７０と、リフレクタ７０の開口部を覆う金属製のチャンバ７１と、ランプ１０を支持する支持部９０とを有して構成されている。
【００２８】
マイクロ波発生部１００は、リフレクタ７０の背面側に接続されている。
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、本発明では、ＵＨＦ帯からＳＨＦ帯に相当する３００ＭＨｚ〜３０ＧＨｚ帯をマイクロ波帯と定義する。
【００２９】
チャンバ７１とリフレクタ７０とによって構成されるキャビティ７５内にランプ１０が内設されている。チャンバ７１は、球面形状の曲面を有するチャンバ本体７２と、キャビティ７５の内外を連通してランプ１０が射出する光束をチャンバ７１の外部に導出する開口部７４を有する筒体７３とから構成される。
【００３０】
ここで、筒体７３の開口部７４の口径Ｄと、筒体の長さＬと、マイクロ波の波長λと、光の波長Λとすると、口径ＤはΛ＜Ｄ≧（１／４）λ、長さＬはＬ≧（１／４）λ、且つ、Ｄ＋Ｌ＝（１／２）λとなるように設定される。Ｄ＝（１／４）λ、Ｌ＝（１／４）λにすればなおよい。
【００３１】
なお、図１では、チャンバ７１は、チャンバ本体７２と筒体７３とが一体で形成される構造を例示しているが、チャンバ本体７２と筒体７３を別部材で構成してもよく、異種材料で構成してもよい。
【００３２】
また、筒体７３は、チャンバ本体７２を貫通して、開口部７４の一方の端部がランプ１０の近傍にまで突設され、他方の端部がチャンバ本体７２の外側方向に突設される構成としてもよい。
【００３３】
チャンバ本体７２の内面７２ａと筒体７３の内面７４ａは鏡面に仕上げられており、チャンバ本体７２の内面７２ａの球面形状は、ランプ１０の中心部の発光領域２１の略中心部が焦点となるように構成されている。この内面７２ａはマイクロ波を反射させる。また、筒体７３の内面７４ａは、ランプが射出した光束２５を反射しながらキャビティ７５の外部に導出する。
【００３４】
なお、チャンバ本体７２の内面７２ａの形状は放物面形状の曲面を有していても良い。また、内面７２ａの形状は光束の収束性としては、放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、球面形状の曲面を有する方が有利である。
【００３５】
リフレクタ７０は石英ガラスで形成され、内面側には、ランプ１０の外面に相対して放物面形状の曲面を有する光束反射面７０ａが形成されている。光束反射面７０ａは、マイクロ波を透過し、光束を反射する誘電体多層膜により構成される。また、光束反射面７０ａの放物面形状は、リフレクタ７０の内面側に設置されるランプ１０の発光領域２１の略中心部が焦点となるように形成されている。なお、光束反射面７０ａの形状は球面形状の曲面を有していても良い。
【００３６】
ここで、リフレクタ７０の開放端部には、チャンバ本体７２の開放端部を係合させることにより、リフレクタ７０にチャンバ７１が固定され、マイクロ波空間としてのキャビティ７５が構成される。
【００３７】
ランプ１０は、発光物質が収容された透明容器２０と、透明容器２０の外周部を周回して封入空間２１（発光領域２１と表すことがある）の内部に入り込むように形成される窪み２６の外周に沿って設けられるリング状の導電性部材からなる導電体３０と、から構成されている。そして、ランプ１０は、支持部９０によりリフレクタ７０の内側底部に固定されている。なお、ランプ１０の詳しい構造については、後述する図５を参照して説明する。
【００３８】
支持部９０は棒状の石英ガラスで形成され、一端はランプ１０の透明容器２０の凸部領域を、導電体３０の周回面に対して略垂直に接合され、他端はリフレクタ７０に支持固定されている。これにより、ランプ１０は、リフレクタ７０の内面側の所定位置で支持され、キャビティ７５の内面側に突出した形態でリフレクタ７０に固定されている。
【００３９】
光源ケース８０は、マイクロ波が光源装置６０の外部へ漏洩することにより、人体や周辺の電子機器等に悪影響を与えることを防止するために設置されている。このため、光源ケース８０は、マイクロ波を遮蔽する導電性材料（金属材料）を用いて形成される。
【００４０】
また、光源ケース８０において、チャンバ７１に相対する面側に、略円形状の孔部８１が形成されており、孔部８１の縁辺は、チャンバ７１の開放端部外面と同様の曲面を有する内面となるように形成されている。これにより、光源ケース８０は、孔部８１にチャンバ７１の開放端部を嵌着させてチャンバ７１を固定する。従って、光源装置６０は、発光部５００から筒体７３が光源ケース８０から突出した形態となる。また、光源ケース８０は、マイクロ波発生部１００と発光部５００とを収容している。本実施形態では、光源ケース８０とチャンバ７１とにより、光源装置６０からマイクロ波が漏洩することを防止している。
【００４１】
なお、光源ケース８０は、マイクロ波の波長の１／４波長以下の口径を有するような網目状に編んだものや複数の孔を有するように形成されていても良い。また、光源ケース８０は、マイクロ波を遮蔽する構成をとることができるものであれば、他の部材を用いても良い。
【００４２】
マイクロ波発生部１００は、高周波信号を生成しマイクロ波としてチャンバ７１へ向けて放射する（マイクロ波発生部１００の構成については後述する）。放射されるマイクロ波は、略平面波であり、リフレクタ７０の光束反射面７０ａを透過し、チャンバ７１方向に進行する。チャンバ７１に到達したマイクロ波は、内面７２ａにより反射され、反射されたマイクロ波は、ランプ１０の中心部の発光領域２１に収束する。発光領域２１に収束されたマイクロ波により、封入されている発光物質が発光領域２１において励起（及び電離）されプラズマ発光することにより、発光領域２１が発光する。
【００４３】
ランプ１０の発光領域２１が発光することにより、光束が射出される。射出された光束の一部は、リフレクタ７０の光束反射面７０ａに達して反射される。本実施形態では、光束反射面７０ａで反射された光束は、光軸Ｐ（一点鎖線で図示）に略平行な平行光束となる。また、ランプから直接筒体７３の開口部７４内に入射される光束２５も存在する。そして、これら光束は、筒体７３の内面７４ａで反射されながら筒体７３の外部へと導出される。
【００４４】
次に、マイクロ波発生部の構成について図面を参照して説明する。
図２は、マイクロ波発生部の概略構成を示すブロック図である。図２において、マイクロ波発生部１００は、高周波信号を出力する固体高周波発振部１１０と、固体高周波発振部１１０から出力された高周波信号をマイクロ波として放射する導波部１５０とから構成されている。
【００４５】
固体高周波発振部１１０は、電源１１１と、固体高周波発振器としての弾性表面波（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ：ＳＡＷ）発振器と、第１増幅器１１２とを有して構成される。本実施形態では弾性表面波発振器としてダイヤモンドＳＡＷ発振器２０２を採用している。導波部１５０は、アンテナ１５１と安全器としてのアイソレータ１５２とを有して構成される。
【００４６】
固体高周波発振部１１０について詳細に説明する。電源１１１は、ダイヤモンドＳＡＷ発振器２０２と第１増幅器１１２とに電力を供給している。ダイヤモンドＳＡＷ発振器２０２の後段は、第１増幅器１１２の前段に接続されている。そして、ダイヤモンドＳＡＷ発振器２０２から出力された高周波信号は、第１増幅器１１２で増幅された後に出力される。この第１増幅器１１２から出力される高周波信号が、固体高周波発振部１１０から出力される高周波信号となる。本実施形態では、固体高周波発振部１１０から、ランプ１０内に封入される発光物質を励起して発光させる高周波出力レベルに増幅された高周波信号（本実施形態では２．４５ＧＨｚ帯）を出力する。
【００４７】
次に、導波部１５０について詳細に説明する。導波部１５０は、固体高周波発振部１１０から出力された高周波信号を導波してマイクロ波１００ａとして放射するものであり、マイクロ波１００ａを放射させるアンテナ１５１と反射波対策としてアイソレータ１５２とを備えている。
【００４８】
アンテナ１５１は、本実施形態では、パッチアンテナとして構成されており、単一指向性を有するマイクロ波を放射する平面アンテナとなっている。このアンテナ１５１により、略平面波のマイクロ波１００ａを放射することができる。
【００４９】
アイソレータ１５２は、第１増幅器１１２の後段で、アンテナ１５１との間に設置されている。そのため、アンテナ１５１からマイクロ波１００ａを放射した結果として、対象物となるチャンバ７１、ランプ１０及び光源ケース８０などからの反射波が固体高周波発振部１１０に戻ることを阻止し、反射波による第１増幅器１１２などの故障を防止している。
【００５０】
続いて、ダイヤモンドＳＡＷ発振器について図面を参照して説明する。
図３は、固体高周波発振器としてのダイヤモンドＳＡＷ発振器の概略構成を示すブロック図である。図３において、ダイヤモンドＳＡＷ発振器２０２は、移相回路２１０、ダイヤモンドＳＡＷ共振子３１０、第２増幅器２２０および電力分配器２３０でループ回路２４０を構成し、電力分配器２３０の一方の出力側にバッファ回路２５０を接続した構成としている。
【００５１】
移相回路２１０は、電源１１１から制御電圧を入力してループ回路２４０の位相を可変させるものである。これら各ブロックは、一定の特性インピーダンス、具体的には５０Ωに全て整合接続されている。なお、ダイヤモンドＳＡＷ共振子３１０は、第２増幅器２２０が飽和状態となる入力電圧が供給されるように第２増幅器２２０の入力側に接続されている。
【００５２】
これにより、ダイヤモンドＳＡＷ共振子３１０を用いてＧＨｚ帯での高周波信号をダイレクト発振させることが可能となる。また、整合を保ったまま第２増幅器２２０の出力パワーを電力分配器２３０からバッファ回路２５０を介して外部に出力することができる。
【００５３】
そして、この回路構成により、ダイヤモンドＳＡＷ共振子３１０に印加する電力を最小限として連続発振状態を継続することが可能となる。また、移相回路２１０により、高周波信号に周波数変調をかけることが可能となり、ランプ１０に対して、マイクロ波周波数を可変・調整することが可能になる。なお、移相回路２１０は用いなくても良く、その場合には、固体高周波発振器はダイヤモンドＳＡＷ共振子３１０の特性により一意的に決まる周波数で発振する固体発振器となる。
【００５４】
次に、ダイヤモンドＳＡＷ発振器から出力される信号の特性について図面を参照して説明する。
図４は、ダイヤモンドＳＡＷ発振器から出力される信号の周波数と強度との関係を示すグラフである。図４において、横軸は周波数を示し、縦軸は出力信号の強度を示している。
【００５５】
ダイヤモンドＳＡＷ発振器２０２から出力される信号は、特定の周波数ｆ1の高周波信号（ＧＨｚ帯）のみを出力する。また、図４に示すように急峻なダイレクト発振ができる。本実施形態では、特定の周波数ｆ1は、２．４５ＧＨｚ帯の高周波信号を出力する。このように急峻なダイレクト発振ができるということは、ランプ１０の瞬時点灯あるいは瞬時消灯を可能にする。
【００５６】
続いて、本実施形態の光源装置６０に用いられるランプ１０の構造について図面を参照して説明する。
図５は、実施形態１に係るランプの構造の１例を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は導電体の平面図（図５（ａ）の上方から視認）である。図５（ａ），（ｂ）において、ランプ１０は、非導電性材料で形成される透明容器２０と、透明容器２０の外周部を周回して封入空間２１の内部に入り込む窪み２６の外周部に沿って設けられるリング形状の導電体３０とから構成されている。
【００５７】
透明容器２０は、非導電性材料である石英ガラスまたは透明セラミックス等により形成される。透明容器２０には、マイクロ波により発光する発光物質を充填した封入空間２１（発光領域２１と表すことがある）が形成されている。そして、透明容器２０の外周を周回する窪み２６が形成されている。このことにより、透明容器２０は、窪み２６によってくびれた略瓢箪状の形状をしており、窪み２６の内側は封入空間２１の大部分の球形領域２０ａよりも内側に入り込む深さを有している。
【００５８】
導電体３０は、熱膨張係数が小さく耐熱性が高い材料が用いられる。具体的にはタングステン合金やステンレス合金等が適している。図５では、導電体３０の断面３０ｂは円形をしているが、断面形状は円形でも、楕円でも四角形でもよく限定されない。また、導電体３０の内側面３０ａは、窪み２６の外周部に密接させても、離間させてもよい。離間させる場合には、内側面３０ａが封入空間２１の大部分の球形領域２０ａよりも内側に入り込む大きさとする。
【００５９】
このように構成されるランプ１０は、導電体３０が電気的に独立している状態（無給電の状態）であるので、本発明のランプ１０は、電極を有しない無電極構造である。
【００６０】
なお、透明容器２０は、中空の球体を製造した後に変形可能な温度まで加熱し、窪み２６の断面形状を有するバンドにてバンド締めを行うことにより形成することができる。また、透明容器２０の外周の直径と導電体３０の内径との差が小さい場合には、導電体３０を透明容器２０に圧入してもよい。この場合、導電体３０を加熱して焼き嵌めとしてもよい。
【００６１】
発光物質の封入は、透明容器２０に小さな貫通孔（図示せず）を設け、封入空間２１の内部に発光物質を封入した後、封止部材にて封止することで行うことができる。
【００６２】
また、封入空間２１に封入される発光物質としては、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン等の希ガスや、これらのガスの他に水銀、金属ハロゲン化合物等であってもよい。
【００６３】
ランプ１０は、透明容器２０の窪み２６に導電体３０を嵌め込んだ状態で一体化し、支持部９０によってリフレクタ７０に固定される（図１、参照）。
【００６４】
導電体３０は、マイクロ波を照射したときにマイクロ波の電界成分を集中させるために設けており、電磁界中に置かれたアンテナと等価の役割を有し、マイクロ波の電界成分を導電体３０の中央部に集中（図中、二点鎖線Ｅで表す）してランプの発光効率を高めるために備えている。従って、導電体３０の中央部領域には、より電界成分が集中するため、発光の強度も高まり、点光源に近い発光となる。
【００６５】
従って、前述した実施形態１によれば、チャンバ７１にキャビティ７５の内外を連通する筒体７３を設け、この筒体７３の開口部７４の口径をΛ＜Ｄにすることで、ランプ１０から発する光束を筒体７３からキャビティ７５の外部に導出し、Ｄ≦（１／４）λにすることでマイクロ波による強電界、つまり、マイクロ波エネルギの放出を抑制することができる。
【００６６】
また、筒体７３の長さＬをＬ≧（１／４）λとし、さらに、Ｄ＋Ｌ＝（１／２）λとしていることから、筒体７３の長さＬは最大でもＬ＝（１／２）λとなり、筒体７３内を導出されるランプ１０からの光束の光学ロスを低減し、光利用効率が高い光源装置６０を実現できる。
【００６７】
また、前述した特許文献１のように金属メッシュを用いる構造に対して、金属メッシュ部分で反射される光束が存在しないことから、光の利用効率が低下するということがない。また、ランプ１０からの放熱によるチャンバ７１の構造的強度が低下するということもないという効果がある。
【００６８】
さらに、筒体７３の開口部の口径Ｄを（１／４）λ、筒体の長さＬを（１／４）λとすれば、チャンバ７１からみた電気的等価長がＤ＋Ｌ＝（１／２）λとなり、短絡回路が挿入されたものと等価になる。従って、筒体７３から外部にマイクロ波が漏洩することを抑制でき、光束を高効率で出力することができる。
【００６９】
また、ランプ１０から発する光束は、筒体７３の内面７４ａを反射しながら導出され、筒体７３の内面７４ａを鏡面状態にすることにより、光束反射時における光学ロスを抑制することができる。
（実施形態２）
【００７０】
続いて、本発明の実施形態２に係る光源装置について図面を参照して説明する。実施形態２は、チャンバの筒体に光学レンズを備えたところに特徴を有している。それ以外は前述した実施形態１と同じであり説明を省略し、実施形態１と同じ符号を附して説明する。
【００７１】
図６は、実施形態２に係る光源装置の概略構造を示す断面図である。図６において、チャンバ７１の筒体７３の開口部７４には、光学レンズ４１，４２が装着されている。光学レンズ４１，４２は、筒体７３の内部に耐熱性を有する接着剤等で固着されている。
【００７２】
例示された光学レンズ４１は凹レンズ、光学レンズ４２は凸レンズであり、これらの組み合わせによって光束２５を集光あるいは平行光に変換する。なお、これら光学レンズの構成は、図６に示す組み合わせには限定されず、その使用目的に合わせて光学レンズの種類または形状等を自在に組み合わせることが可能である。
【００７３】
このように筒体７３に光学レンズ４１，４２を備えることにより、光源としてのランプ１０から光学レンズまでの導光距離を短くできるため光利用効率がより向上する。光学レンズとしては集光レンズやコリメートレンズ等を採用することができ、光源装置６０の光束出口において、光束を集光したり平行光にしたりすることができ、光学系設計上の自由度を増すという効果がある。
（実施形態３）
【００７４】
続いて、本発明の実施形態３について図面を参照して説明する。実施形態３は、前述した実施形態２において備えられた光学レンズをユニット化して筒体に装着したことを特徴とする。それ以外は前述した実施形態２と同じであり説明を省略し、実施形態２と同じ符号を附して説明する。
【００７５】
図７は、実施形態３に係る光源装置の概略構造を示す断面図である。図７において、チャンバ７１の筒体７３には、光学レンズユニット４０が装着されている。光学レンズユニットは、筒状のレンズ筐体４３に光学レンズ４１，４２とが固着されて構成される。
【００７６】
光学レンズ４１，４２のレンズ筐体４３への固着方法としては、耐熱性を有する接着剤による方法、あるいは、レンズ筐体４３の筒内部に凹凸を形成しておき、この凹凸に光学レンズ４１，４２を嵌着して固定する方法等が採用できる。
【００７７】
レンズ筐体４３の筒体７３との係合部には雌螺子４３ａが形成されており、筒体７３の外周部には、雄螺子７３ａが形成され、光学レンズユニット４０と筒体７３とは螺合固定される。このような螺合固定構造では、光学レンズユニット４０を光軸Ｐに沿って移動可能である。つまり、光学レンズユニット４０は、光束の光軸Ｐ方向の任意の位置に固定することができる。光学レンズユニット４０は、所望の位置まで螺合させた後、接着剤等で固定してもよく、別の横螺子（固定螺子）を設けてもよい。
【００７８】
また、図７に示す構造の変形として、レンズ筐体４３の外周径を筒体７３の内周径よりも小さくし、レンズ筐体４３の外周部に雄螺子を、筒体７３の内周に雌螺子を形成して、光学レンズユニット４０を筒体７３の内部に装着する構造としてもよい。このような構造の場合、レンズ筐体の内周面の光束反射面を鏡面状態に仕上げておくことが望ましい。
【００７９】
上述したように、実施形態３は、光学レンズ４１，４２を筒状のレンズ筐体４３に装着して光学レンズユニット４０を構成し筒体７３に装着する構造である。このようにすれば、ランプ１０から射出される光束を集光またはコリメートする等、その目的に対応して複数種類の光学レンズユニット４０を用意しておけば、１眼レフカメラのようにその使用目的に対応して１種類の光源装置に対して複数種類の光学レンズユニットを用意して組み合わせ使用することができる。
【００８０】
また、光学レンズユニット４０を移動可能にすることで、焦点距離の設定の自由度が増し、個別の使用形態に合わせた専用光源装置とせず、光源装置に種類を増やさずに多種の使用形態に対応することができる。
（プロジェクタ）
【００８１】
続いて、前述した光源装置６０を適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８は、本発明のプロジェクタの概略構成を示すブロック図である。図８において、プロジェクタ４００は、前述した光源装置６０と光学系４１０とから構成されている。
光学系４１０は、照明光学系４６０と、光変調部４７０と、色合成光学系４８０と、投写部４９０とを有して構成されている。また、光源装置６０は、マイクロ波発生部１００と発光部５００とを有して構成される。
【００８２】
次に、プロジェクタ４００の動作について説明する。マイクロ波発生部１００からはマイクロ波を放射し、発光部５００は、マイクロ波発生部１００から放射されたマイクロ波により発光する。また、照明光学系４６０は、光源装置６０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。
【００８３】
光変調部４７０は、照明光学系４６０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４８０は、照明光学系４６０で色分離され光変調部４７０で変調された各色光の光学像を合成し、投写部４９０にて光学像を投写する。なお、光源装置６０は、マイクロ波発生部１００と発光部５００とを光源ケース８０（図１、参照）によりマイクロ波を遮蔽すると共にユニット化されている。
【００８４】
本発明のプロジェクタ４００は、前述した光源装置６０を搭載しているために、ランプ点灯タイミングが早く、しかも高輝度で立ち上がるため、従来の放電式ランプを用いる照明装置を搭載するプロジェクタよりもスイッチ入力してから所定の輝度にて映像を投写できるまでの待ち時間を格段に短縮することができる。
【００８５】
また、消灯にかかる時間も短くでき、点灯及び消灯を短時間の内に繰り返すことが可能となり、利便性を向上させるという効果がある。
【００８６】
さらに、搭載されるランプ１０はマイクロ波無電極ランプであり、従来の放電式ランプを用いる照明装置を備えたプロジェクタと比較して、光源装置６０の長寿命化を実現し、光源装置交換の煩わしさを軽減し、経済的効果を向上させることができる。
【００８７】
また、前述した光源装置６０を採用することにより、光源装置６０外部へのマイクロ波エネルギの放出を抑制しながら安全で、かつ、光利用効率が高く光輝度のプロジェクタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の実施形態１に係る光源装置の概略構造を示す断面図。
【図２】本発明の実施形態１に係るマイクロ波発生部の概略構成を示すブロック図。
【図３】本発明の実施形態１に係る固体高周波発振器としてのダイヤモンドＳＡＷ発振器の概略構成を示すブロック図。
【図４】本発明の実施形態１に係るダイヤモンドＳＡＷ発振器から出力される信号の周波数と強度との関係を示すグラフ。
【図５】本発明の実施形態１に係るランプの構造の１例を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は導電体の平面図。
【図６】本発明の実施形態２に係る光源装置の概略構造を示す断面図。
【図７】本発明の実施形態３に係る光源装置の概略構造を示す断面図。
【図８】本発明のプロジェクタの概略構成を示すブロック図。
【符号の説明】
【００８９】
１０…ランプ（マイクロ波無電極ランプ）、６０…光源装置、７０…リフレクタ、７１…チャンバ、７２…チャンバ本体、７３…筒体、７４…開口部、７５…キャビティ、１００…マイクロ波発生部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波を照射することで発光するマイクロ波無電極ランプを備える光源装置と、この光源装置を備えるプロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
映像信号に応じた画像または映像情報を投写するプロジェクタは、プレゼンテーションや、シアタなどに多く用いられている。これらプロジェクタの光源には、速やかに明るい投写映像を得るために、素早く点灯し、高輝度で安定した光量を確保することができること、発光スペクトルを変えずに光量を調整可能であること、ランプが長寿命であることが期待されている。このような光源としてマイクロ波無電極ランプ用いた光源装置が提案されている。
【０００３】
マイクロ波無電極ランプを用いた光源装置において、マイクロ波無電極ランプが内設されるマイクロ波空胴内にはマイクロ波による強電界と光束とが共存している。光源装置としては、光束を効率よく射出し、エネルギ効率または安全性からマイクロ波エネルギの放出を抑制する必要がある。
【０００４】
そこで、マイクロ波が導入される給電口を有し、少なくとも一部が開口部を有する空胴壁と、この開口部を塞ぐ金属メッシュ板とで構成されたマイクロ波空胴内に無電極放電灯を内設し、金属メッシュ部分にてマイクロ波の放出を抑制し、金属メッシュの開口部分で光束を透過する光源装置というものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、マイクロ波共振器に突設した金属製の筒体を備え、筒体の一方の端部はマイクロ波共振器内に開口し、他方の筒体はマイクロ波共振器外に開口し、この筒体はマイクロ波エネルギの放出を抑制し、バルブ（ランプ）の発する光束を透過させてマイクロ波共振器外に導出させるマイクロ波無電極放電ランプ装置というものも知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開昭５８−１９４２４２号公報（第２頁、図２）
【特許文献２】特開２００２−１６４１８８号公報（第４頁、図１，２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述した特許文献１によれば、金属メッシュ部分で反射される光束が存在することから、光の利用効率が低下するという課題がある。また、無電極放電灯からの放熱により金属メッシュが加熱され、金属メッシュの構造的強度が低下するということが予測される。
【０００８】
また、特許文献２によれば、マイクロ波の放出抑制のために必要な筒体の長さを、筒体の開口部断面積の６倍以上としている。このように筒体の長さを長くすることにより、筒体内における光学ロスが増加し、光利用効率が低下するという課題を有する。
【０００９】
本発明の目的は、発光部からのマイクロ波の漏洩を防ぎなら、光の利用効率を高める光源装置と、この光源装置を備えるプロジェクタを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の光源装置は、マイクロ波を生成するマイクロ波発生部と、前記マイクロ波発生部と接続するリフレクタと、前記リフレクタと前記リフレクタの開口部を覆う金属製のチャンバとにより構成されるキャビティに内設されるマイクロ波無電極ランプと、を備え、前記チャンバが、前記キャビティの内外を連通して光束を前記チャンバの外部に導出する開口部を有する筒体を有し、前記開口部の口径Ｄと、前記筒体の長さＬと、マイクロ波の波長λと、光の波長Λの関係がΛ＜Ｄ≦（１／４）λ、Ｌ≧（１／４）λ、且つ、Ｄ＋Ｌ＝（１／２）λであることを特徴とする。
【００１１】
また、前記開口部の口径Ｄが（１／４）λ、前記筒体の長さＬが（１／４）λであることがより好ましい。
【００１２】
この発明によれば、チャンバにキャビティの内外を連通する筒体を設け、この筒体の開口部の口径をΛ＜Ｄにすることで、マイクロ波無電極ランプから射出する光束を筒体からキャビティの外部に導出し、Ｄ≦（１／４）λにすることでマイクロ波による強電界、つまり、マイクロ波エネルギの放出を抑制することができる。
【００１３】
また、筒体の長さＬをＬ≧（１／４）λとし、さらに、Ｄ＋Ｌ＝（１／２）λとしていることから、筒体の長さは最大でもＬ＝（１／２）λとなり、筒体内を導出されるマイクロ波無電極ランプからの光束の光学ロスを低減し、光利用効率が高い光源装置を実現できる。
【００１４】
また、前述した特許文献１のように金属メッシュを用いる構造に対して、金属メッシュ部分で反射される光束が存在しないことから、光の利用効率が低下するということがない。また、マイクロ波無電極ランプからの放熱によりチャンバの構造的強度が低下するということもないという効果がある。
【００１５】
さらに、筒体の開口部の口径Ｄを（１／４）λ、筒体の長さＬを（１／４）λとすれば、チャンバからみた電気的等価長がＤ＋Ｌ＝（１／２）λとなり、短絡回路が挿入されたものと等価になる。従って、筒体から外部にマイクロ波が漏洩することを抑制できるとともに、光束をさらに高効率で出力することができる。
【００１６】
また、前記チャンバにおいて、少なくとも前記筒体の内面が、鏡面状態であることが好ましい。
【００１７】
マイクロ波無電極ランプから射出される光束は、筒体の内面を反射しながら導出される。従って、筒体の内面を鏡面状態に仕上げておくことで、反射時の光学ロスを抑制することができる。
【００１８】
また、前記筒体が、前記マイクロ波無電極ランプから射出される光束の光軸上に光学レンズを備えていることが好ましい。
【００１９】
このように筒体に光学レンズを備えることにより、光源から光学レンズまでの導光距離を短くできるため、光利用効率がより向上する。光学レンズとしては集光レンズやコリメートレンズ等を採用することができるため、光源装置の光束出口において、光束を集光したり平行光にしたりすることができ、光学系設計上の自由度を増すという効果がある。
【００２０】
また、前記光学レンズが、筒状のレンズ筐体に装着されて光学レンズユニットを構成し、前記光学レンズユニットが前記筒体に装着されていることが好ましい。
【００２１】
マイクロ波無電極ランプから射出される光束を集光または平行光にする際には、その目的に対応して光学レンズの様々な組み合わせが存在する。この際、光学レンズをユニット化しておけば、使用目的に対応して光学レンズユニットを選択使用することができる。
【００２２】
さらに、前記光学レンズユニットが、前記マイクロ波無電極ランプから射出される光束の光軸方向に移動可能に装着されていることが望ましい。
【００２３】
光学レンズユニットを移動可能にすることで、焦点距離の設定の自由度が増し、個別の使用形態に合わせた専用光源装置とせず、光源装置の種類を増やさずに多種の使用形態に対応することができる。
【００２４】
また、本発明のプロジェクタは、マイクロ波を生成するマイクロ波発生部と、前記マイクロ波発生部と接続するリフレクタと、前記リフレクタと前記リフレクタの開口部を覆うチャンバとにより構成されるキャビティに内設されるマイクロ波無電極ランプと、を備え、前記チャンバが、前記キャビティの内外を連通して光束を前記チャンバの外部に導出する開口部を有する筒体を有し、前記開口部の口径Ｄと、前記筒体の長さＬと、マイクロ波の波長λと、光の波長Λの関係がΛ＜Ｄ≦（１／４）λ、Ｌ≧（１／４）λ、且つ、Ｄ＋Ｌ＝（１／２）λである光源装置と、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、が備えられていることを特徴とする。
【００２５】
この発明によれば、前述したマイクロ波無電極ランプを光源とする光源装置を採用することにより、マイクロ波エネルギの放出を抑制するため安全で、光利用効率が高い光輝度のプロジェクタを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図５は実施形態１に係る光源装置及びマイクロ波無電極ランプを示し、図６は実施形態２、図７は実施形態３に係る光源装置、図８は本発明に係るプロジェクタを示している。
（実施形態１）
【００２７】
図１は、本発明の実施形態１に係る光源装置の概略構造を示す断面図である。図１において、光源装置６０は、マイクロ波発生部１００と、発光部５００と、マイクロ波発生部１００及び発光部５００を収容するマイクロ波遮蔽部としての光源ケース８０とを有して構成される。また、発光部５００は、マイクロ波無電極ランプ１０（以降、単にランプと表示することがある）と、リフレクタ７０と、リフレクタ７０の開口部を覆う金属製のチャンバ７１と、ランプ１０を支持する支持部９０とを有して構成されている。
【００２８】
マイクロ波発生部１００は、リフレクタ７０の背面側に接続されている。
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、本発明では、ＵＨＦ帯からＳＨＦ帯に相当する３００ＭＨｚ〜３０ＧＨｚ帯をマイクロ波帯と定義する。
【００２９】
チャンバ７１とリフレクタ７０とによって構成されるキャビティ７５内にランプ１０が内設されている。チャンバ７１は、球面形状の曲面を有するチャンバ本体７２と、キャビティ７５の内外を連通してランプ１０が射出する光束をチャンバ７１の外部に導出する開口部７４を有する筒体７３とから構成される。
【００３０】
ここで、筒体７３の開口部７４の口径Ｄと、筒体の長さＬと、マイクロ波の波長λと、光の波長Λとすると、口径ＤはΛ＜Ｄ≧（１／４）λ、長さＬはＬ≧（１／４）λ、且つ、Ｄ＋Ｌ＝（１／２）λとなるように設定される。Ｄ＝（１／４）λ、Ｌ＝（１／４）λにすればなおよい。
【００３１】
なお、図１では、チャンバ７１は、チャンバ本体７２と筒体７３とが一体で形成される構造を例示しているが、チャンバ本体７２と筒体７３を別部材で構成してもよく、異種材料で構成してもよい。
【００３２】
また、筒体７３は、チャンバ本体７２を貫通して、開口部７４の一方の端部がランプ１０の近傍にまで突設され、他方の端部がチャンバ本体７２の外側方向に突設される構成としてもよい。
【００３３】
チャンバ本体７２の内面７２ａと筒体７３の内面７４ａは鏡面に仕上げられており、チャンバ本体７２の内面７２ａの球面形状は、ランプ１０の中心部の発光領域２１の略中心部が焦点となるように構成されている。この内面７２ａはマイクロ波を反射させる。また、筒体７３の内面７４ａは、ランプが射出した光束２５を反射しながらキャビティ７５の外部に導出する。
【００３４】
なお、チャンバ本体７２の内面７２ａの形状は放物面形状の曲面を有していても良い。また、内面７２ａの形状は光束の収束性としては、放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、球面形状の曲面を有する方が有利である。
【００３５】
リフレクタ７０は石英ガラスで形成され、内面側には、ランプ１０の外面に相対して放物面形状の曲面を有する光束反射面７０ａが形成されている。光束反射面７０ａは、マイクロ波を透過し、光束を反射する誘電体多層膜により構成される。また、光束反射面７０ａの放物面形状は、リフレクタ７０の内面側に設置されるランプ１０の発光領域２１の略中心部が焦点となるように形成されている。なお、光束反射面７０ａの形状は球面形状の曲面を有していても良い。
【００３６】
ここで、リフレクタ７０の開放端部には、チャンバ本体７２の開放端部を係合させることにより、リフレクタ７０にチャンバ７１が固定され、マイクロ波空間としてのキャビティ７５が構成される。
【００３７】
ランプ１０は、発光物質が収容された透明容器２０と、透明容器２０の外周部を周回して封入空間２１（発光領域２１と表すことがある）の内部に入り込むように形成される窪み２６の外周に沿って設けられるリング状の導電性部材からなる導電体３０と、から構成されている。そして、ランプ１０は、支持部９０によりリフレクタ７０の内側底部に固定されている。なお、ランプ１０の詳しい構造については、後述する図５を参照して説明する。
【００３８】
支持部９０は棒状の石英ガラスで形成され、一端はランプ１０の透明容器２０の凸部領域を、導電体３０の周回面に対して略垂直に接合され、他端はリフレクタ７０に支持固定されている。これにより、ランプ１０は、リフレクタ７０の内面側の所定位置で支持され、キャビティ７５の内面側に突出した形態でリフレクタ７０に固定されている。
【００３９】
光源ケース８０は、マイクロ波が光源装置６０の外部へ漏洩することにより、人体や周辺の電子機器等に悪影響を与えることを防止するために設置されている。このため、光源ケース８０は、マイクロ波を遮蔽する導電性材料（金属材料）を用いて形成される。
【００４０】
また、光源ケース８０において、チャンバ７１に相対する面側に、略円形状の孔部８１が形成されており、孔部８１の縁辺は、チャンバ７１の開放端部外面と同様の曲面を有する内面となるように形成されている。これにより、光源ケース８０は、孔部８１にチャンバ７１の開放端部を嵌着させてチャンバ７１を固定する。従って、光源装置６０は、発光部５００から筒体７３が光源ケース８０から突出した形態となる。また、光源ケース８０は、マイクロ波発生部１００と発光部５００とを収容している。本実施形態では、光源ケース８０とチャンバ７１とにより、光源装置６０からマイクロ波が漏洩することを防止している。
【００４１】
なお、光源ケース８０は、マイクロ波の波長の１／４波長以下の口径を有するような網目状に編んだものや複数の孔を有するように形成されていても良い。また、光源ケース８０は、マイクロ波を遮蔽する構成をとることができるものであれば、他の部材を用いても良い。
【００４２】
マイクロ波発生部１００は、高周波信号を生成しマイクロ波としてチャンバ７１へ向けて放射する（マイクロ波発生部１００の構成については後述する）。放射されるマイクロ波は、略平面波であり、リフレクタ７０の光束反射面７０ａを透過し、チャンバ７１方向に進行する。チャンバ７１に到達したマイクロ波は、内面７２ａにより反射され、反射されたマイクロ波は、ランプ１０の中心部の発光領域２１に収束する。発光領域２１に収束されたマイクロ波により、封入されている発光物質が発光領域２１において励起（及び電離）されプラズマ発光することにより、発光領域２１が発光する。
【００４３】
ランプ１０の発光領域２１が発光することにより、光束が射出される。射出された光束の一部は、リフレクタ７０の光束反射面７０ａに達して反射される。本実施形態では、光束反射面７０ａで反射された光束は、光軸Ｐ（一点鎖線で図示）に略平行な平行光束となる。また、ランプから直接筒体７３の開口部７４内に入射される光束２５も存在する。そして、これら光束は、筒体７３の内面７４ａで反射されながら筒体７３の外部へと導出される。
【００４４】
次に、マイクロ波発生部の構成について図面を参照して説明する。
図２は、マイクロ波発生部の概略構成を示すブロック図である。図２において、マイクロ波発生部１００は、高周波信号を出力する固体高周波発振部１１０と、固体高周波発振部１１０から出力された高周波信号をマイクロ波として放射する導波部１５０とから構成されている。
【００４５】
固体高周波発振部１１０は、電源１１１と、固体高周波発振器としての弾性表面波（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ：ＳＡＷ）発振器と、第１増幅器１１２とを有して構成される。本実施形態では弾性表面波発振器としてダイヤモンドＳＡＷ発振器２０２を採用している。導波部１５０は、アンテナ１５１と安全器としてのアイソレータ１５２とを有して構成される。
【００４６】
固体高周波発振部１１０について詳細に説明する。電源１１１は、ダイヤモンドＳＡＷ発振器２０２と第１増幅器１１２とに電力を供給している。ダイヤモンドＳＡＷ発振器２０２の後段は、第１増幅器１１２の前段に接続されている。そして、ダイヤモンドＳＡＷ発振器２０２から出力された高周波信号は、第１増幅器１１２で増幅された後に出力される。この第１増幅器１１２から出力される高周波信号が、固体高周波発振部１１０から出力される高周波信号となる。本実施形態では、固体高周波発振部１１０から、ランプ１０内に封入される発光物質を励起して発光させる高周波出力レベルに増幅された高周波信号（本実施形態では２．４５ＧＨｚ帯）を出力する。
【００４７】
次に、導波部１５０について詳細に説明する。導波部１５０は、固体高周波発振部１１０から出力された高周波信号を導波してマイクロ波１００ａとして放射するものであり、マイクロ波１００ａを放射させるアンテナ１５１と反射波対策としてアイソレータ１５２とを備えている。
【００４８】
アンテナ１５１は、本実施形態では、パッチアンテナとして構成されており、単一指向性を有するマイクロ波を放射する平面アンテナとなっている。このアンテナ１５１により、略平面波のマイクロ波１００ａを放射することができる。
【００４９】
アイソレータ１５２は、第１増幅器１１２の後段で、アンテナ１５１との間に設置されている。そのため、アンテナ１５１からマイクロ波１００ａを放射した結果として、対象物となるチャンバ７１、ランプ１０及び光源ケース８０などからの反射波が固体高周波発振部１１０に戻ることを阻止し、反射波による第１増幅器１１２などの故障を防止している。
【００５０】
続いて、ダイヤモンドＳＡＷ発振器について図面を参照して説明する。
図３は、固体高周波発振器としてのダイヤモンドＳＡＷ発振器の概略構成を示すブロック図である。図３において、ダイヤモンドＳＡＷ発振器２０２は、移相回路２１０、ダイヤモンドＳＡＷ共振子３１０、第２増幅器２２０および電力分配器２３０でループ回路２４０を構成し、電力分配器２３０の一方の出力側にバッファ回路２５０を接続した構成としている。
【００５１】
移相回路２１０は、電源１１１から制御電圧を入力してループ回路２４０の位相を可変させるものである。これら各ブロックは、一定の特性インピーダンス、具体的には５０Ωに全て整合接続されている。なお、ダイヤモンドＳＡＷ共振子３１０は、第２増幅器２２０が飽和状態となる入力電圧が供給されるように第２増幅器２２０の入力側に接続されている。
【００５２】
これにより、ダイヤモンドＳＡＷ共振子３１０を用いてＧＨｚ帯での高周波信号をダイレクト発振させることが可能となる。また、整合を保ったまま第２増幅器２２０の出力パワーを電力分配器２３０からバッファ回路２５０を介して外部に出力することができる。
【００５３】
そして、この回路構成により、ダイヤモンドＳＡＷ共振子３１０に印加する電力を最小限として連続発振状態を継続することが可能となる。また、移相回路２１０により、高周波信号に周波数変調をかけることが可能となり、ランプ１０に対して、マイクロ波周波数を可変・調整することが可能になる。なお、移相回路２１０は用いなくても良く、その場合には、固体高周波発振器はダイヤモンドＳＡＷ共振子３１０の特性により一意的に決まる周波数で発振する固体発振器となる。
【００５４】
次に、ダイヤモンドＳＡＷ発振器から出力される信号の特性について図面を参照して説明する。
図４は、ダイヤモンドＳＡＷ発振器から出力される信号の周波数と強度との関係を示すグラフである。図４において、横軸は周波数を示し、縦軸は出力信号の強度を示している。
【００５５】
ダイヤモンドＳＡＷ発振器２０２から出力される信号は、特定の周波数ｆ1の高周波信号（ＧＨｚ帯）のみを出力する。また、図４に示すように急峻なダイレクト発振ができる。本実施形態では、特定の周波数ｆ1は、２．４５ＧＨｚ帯の高周波信号を出力する。このように急峻なダイレクト発振ができるということは、ランプ１０の瞬時点灯あるいは瞬時消灯を可能にする。
【００５６】
続いて、本実施形態の光源装置６０に用いられるランプ１０の構造について図面を参照して説明する。
図５は、実施形態１に係るランプの構造の１例を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は導電体の平面図（図５（ａ）の上方から視認）である。図５（ａ），（ｂ）において、ランプ１０は、非導電性材料で形成される透明容器２０と、透明容器２０の外周部を周回して封入空間２１の内部に入り込む窪み２６の外周部に沿って設けられるリング形状の導電体３０とから構成されている。
【００５７】
透明容器２０は、非導電性材料である石英ガラスまたは透明セラミックス等により形成される。透明容器２０には、マイクロ波により発光する発光物質を充填した封入空間２１（発光領域２１と表すことがある）が形成されている。そして、透明容器２０の外周を周回する窪み２６が形成されている。このことにより、透明容器２０は、窪み２６によってくびれた略瓢箪状の形状をしており、窪み２６の内側は封入空間２１の大部分の球形領域２０ａよりも内側に入り込む深さを有している。
【００５８】
導電体３０は、熱膨張係数が小さく耐熱性が高い材料が用いられる。具体的にはタングステン合金やステンレス合金等が適している。図５では、導電体３０の断面３０ｂは円形をしているが、断面形状は円形でも、楕円でも四角形でもよく限定されない。また、導電体３０の内側面３０ａは、窪み２６の外周部に密接させても、離間させてもよい。離間させる場合には、内側面３０ａが封入空間２１の大部分の球形領域２０ａよりも内側に入り込む大きさとする。
【００５９】
このように構成されるランプ１０は、導電体３０が電気的に独立している状態（無給電の状態）であるので、本発明のランプ１０は、電極を有しない無電極構造である。
【００６０】
なお、透明容器２０は、中空の球体を製造した後に変形可能な温度まで加熱し、窪み２６の断面形状を有するバンドにてバンド締めを行うことにより形成することができる。また、透明容器２０の外周の直径と導電体３０の内径との差が小さい場合には、導電体３０を透明容器２０に圧入してもよい。この場合、導電体３０を加熱して焼き嵌めとしてもよい。
【００６１】
発光物質の封入は、透明容器２０に小さな貫通孔（図示せず）を設け、封入空間２１の内部に発光物質を封入した後、封止部材にて封止することで行うことができる。
【００６２】
また、封入空間２１に封入される発光物質としては、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン等の希ガスや、これらのガスの他に水銀、金属ハロゲン化合物等であってもよい。
【００６３】
ランプ１０は、透明容器２０の窪み２６に導電体３０を嵌め込んだ状態で一体化し、支持部９０によってリフレクタ７０に固定される（図１、参照）。
【００６４】
導電体３０は、マイクロ波を照射したときにマイクロ波の電界成分を集中させるために設けており、電磁界中に置かれたアンテナと等価の役割を有し、マイクロ波の電界成分を導電体３０の中央部に集中（図中、二点鎖線Ｅで表す）してランプの発光効率を高めるために備えている。従って、導電体３０の中央部領域には、より電界成分が集中するため、発光の強度も高まり、点光源に近い発光となる。
【００６５】
従って、前述した実施形態１によれば、チャンバ７１にキャビティ７５の内外を連通する筒体７３を設け、この筒体７３の開口部７４の口径をΛ＜Ｄにすることで、ランプ１０から発する光束を筒体７３からキャビティ７５の外部に導出し、Ｄ≦（１／４）λにすることでマイクロ波による強電界、つまり、マイクロ波エネルギの放出を抑制することができる。
【００６６】
また、筒体７３の長さＬをＬ≧（１／４）λとし、さらに、Ｄ＋Ｌ＝（１／２）λとしていることから、筒体７３の長さＬは最大でもＬ＝（１／２）λとなり、筒体７３内を導出されるランプ１０からの光束の光学ロスを低減し、光利用効率が高い光源装置６０を実現できる。
【００６７】
また、前述した特許文献１のように金属メッシュを用いる構造に対して、金属メッシュ部分で反射される光束が存在しないことから、光の利用効率が低下するということがない。また、ランプ１０からの放熱によるチャンバ７１の構造的強度が低下するということもないという効果がある。
【００６８】
さらに、筒体７３の開口部の口径Ｄを（１／４）λ、筒体の長さＬを（１／４）λとすれば、チャンバ７１からみた電気的等価長がＤ＋Ｌ＝（１／２）λとなり、短絡回路が挿入されたものと等価になる。従って、筒体７３から外部にマイクロ波が漏洩することを抑制でき、光束を高効率で出力することができる。
【００６９】
また、ランプ１０から発する光束は、筒体７３の内面７４ａを反射しながら導出され、筒体７３の内面７４ａを鏡面状態にすることにより、光束反射時における光学ロスを抑制することができる。
（実施形態２）
【００７０】
続いて、本発明の実施形態２に係る光源装置について図面を参照して説明する。実施形態２は、チャンバの筒体に光学レンズを備えたところに特徴を有している。それ以外は前述した実施形態１と同じであり説明を省略し、実施形態１と同じ符号を附して説明する。
【００７１】
図６は、実施形態２に係る光源装置の概略構造を示す断面図である。図６において、チャンバ７１の筒体７３の開口部７４には、光学レンズ４１，４２が装着されている。光学レンズ４１，４２は、筒体７３の内部に耐熱性を有する接着剤等で固着されている。
【００７２】
例示された光学レンズ４１は凹レンズ、光学レンズ４２は凸レンズであり、これらの組み合わせによって光束２５を集光あるいは平行光に変換する。なお、これら光学レンズの構成は、図６に示す組み合わせには限定されず、その使用目的に合わせて光学レンズの種類または形状等を自在に組み合わせることが可能である。
【００７３】
このように筒体７３に光学レンズ４１，４２を備えることにより、光源としてのランプ１０から光学レンズまでの導光距離を短くできるため光利用効率がより向上する。光学レンズとしては集光レンズやコリメートレンズ等を採用することができ、光源装置６０の光束出口において、光束を集光したり平行光にしたりすることができ、光学系設計上の自由度を増すという効果がある。
（実施形態３）
【００７４】
続いて、本発明の実施形態３について図面を参照して説明する。実施形態３は、前述した実施形態２において備えられた光学レンズをユニット化して筒体に装着したことを特徴とする。それ以外は前述した実施形態２と同じであり説明を省略し、実施形態２と同じ符号を附して説明する。
【００７５】
図７は、実施形態３に係る光源装置の概略構造を示す断面図である。図７において、チャンバ７１の筒体７３には、光学レンズユニット４０が装着されている。光学レンズユニットは、筒状のレンズ筐体４３に光学レンズ４１，４２とが固着されて構成される。
【００７６】
光学レンズ４１，４２のレンズ筐体４３への固着方法としては、耐熱性を有する接着剤による方法、あるいは、レンズ筐体４３の筒内部に凹凸を形成しておき、この凹凸に光学レンズ４１，４２を嵌着して固定する方法等が採用できる。
【００７７】
レンズ筐体４３の筒体７３との係合部には雌螺子４３ａが形成されており、筒体７３の外周部には、雄螺子７３ａが形成され、光学レンズユニット４０と筒体７３とは螺合固定される。このような螺合固定構造では、光学レンズユニット４０を光軸Ｐに沿って移動可能である。つまり、光学レンズユニット４０は、光束の光軸Ｐ方向の任意の位置に固定することができる。光学レンズユニット４０は、所望の位置まで螺合させた後、接着剤等で固定してもよく、別の横螺子（固定螺子）を設けてもよい。
【００７８】
また、図７に示す構造の変形として、レンズ筐体４３の外周径を筒体７３の内周径よりも小さくし、レンズ筐体４３の外周部に雄螺子を、筒体７３の内周に雌螺子を形成して、光学レンズユニット４０を筒体７３の内部に装着する構造としてもよい。このような構造の場合、レンズ筐体の内周面の光束反射面を鏡面状態に仕上げておくことが望ましい。
【００７９】
上述したように、実施形態３は、光学レンズ４１，４２を筒状のレンズ筐体４３に装着して光学レンズユニット４０を構成し筒体７３に装着する構造である。このようにすれば、ランプ１０から射出される光束を集光またはコリメートする等、その目的に対応して複数種類の光学レンズユニット４０を用意しておけば、１眼レフカメラのようにその使用目的に対応して１種類の光源装置に対して複数種類の光学レンズユニットを用意して組み合わせ使用することができる。
【００８０】
また、光学レンズユニット４０を移動可能にすることで、焦点距離の設定の自由度が増し、個別の使用形態に合わせた専用光源装置とせず、光源装置に種類を増やさずに多種の使用形態に対応することができる。
（プロジェクタ）
【００８１】
続いて、前述した光源装置６０を適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８は、本発明のプロジェクタの概略構成を示すブロック図である。図８において、プロジェクタ４００は、前述した光源装置６０と光学系４１０とから構成されている。
光学系４１０は、照明光学系４６０と、光変調部４７０と、色合成光学系４８０と、投写部４９０とを有して構成されている。また、光源装置６０は、マイクロ波発生部１００と発光部５００とを有して構成される。
【００８２】
次に、プロジェクタ４００の動作について説明する。マイクロ波発生部１００からはマイクロ波を放射し、発光部５００は、マイクロ波発生部１００から放射されたマイクロ波により発光する。また、照明光学系４６０は、光源装置６０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。
【００８３】
光変調部４７０は、照明光学系４６０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４８０は、照明光学系４６０で色分離され光変調部４７０で変調された各色光の光学像を合成し、投写部４９０にて光学像を投写する。なお、光源装置６０は、マイクロ波発生部１００と発光部５００とを光源ケース８０（図１、参照）によりマイクロ波を遮蔽すると共にユニット化されている。
【００８４】
本発明のプロジェクタ４００は、前述した光源装置６０を搭載しているために、ランプ点灯タイミングが早く、しかも高輝度で立ち上がるため、従来の放電式ランプを用いる照明装置を搭載するプロジェクタよりもスイッチ入力してから所定の輝度にて映像を投写できるまでの待ち時間を格段に短縮することができる。
【００８５】
また、消灯にかかる時間も短くでき、点灯及び消灯を短時間の内に繰り返すことが可能となり、利便性を向上させるという効果がある。
【００８６】
さらに、搭載されるランプ１０はマイクロ波無電極ランプであり、従来の放電式ランプを用いる照明装置を備えたプロジェクタと比較して、光源装置６０の長寿命化を実現し、光源装置交換の煩わしさを軽減し、経済的効果を向上させることができる。
【００８７】
また、前述した光源装置６０を採用することにより、光源装置６０外部へのマイクロ波エネルギの放出を抑制しながら安全で、かつ、光利用効率が高く光輝度のプロジェクタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の実施形態１に係る光源装置の概略構造を示す断面図。
【図２】本発明の実施形態１に係るマイクロ波発生部の概略構成を示すブロック図。
【図３】本発明の実施形態１に係る固体高周波発振器としてのダイヤモンドＳＡＷ発振器の概略構成を示すブロック図。
【図４】本発明の実施形態１に係るダイヤモンドＳＡＷ発振器から出力される信号の周波数と強度との関係を示すグラフ。
【図５】本発明の実施形態１に係るランプの構造の１例を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は導電体の平面図。
【図６】本発明の実施形態２に係る光源装置の概略構造を示す断面図。
【図７】本発明の実施形態３に係る光源装置の概略構造を示す断面図。
【図８】本発明のプロジェクタの概略構成を示すブロック図。
【符号の説明】
【００８９】
１０…ランプ（マイクロ波無電極ランプ）、６０…光源装置、７０…リフレクタ、７１…チャンバ、７２…チャンバ本体、７３…筒体、７４…開口部、７５…キャビティ、１００…マイクロ波発生部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波を生成するマイクロ波発生部と、
前記マイクロ波発生部と接続するリフレクタと、
前記リフレクタと前記リフレクタの開口部を覆う金属製のチャンバとにより構成されるキャビティに内設されるマイクロ波無電極ランプと、を備え、
前記チャンバが、前記キャビティの内外を連通して光束を前記チャンバの外部に導出する開口部を有する筒体を有し、
前記開口部の口径Ｄと、前記筒体の長さＬと、マイクロ波の波長λと、光の波長Λの関係がΛ＜Ｄ≦（１／４）λ、Ｌ≧（１／４）λ、且つ、Ｄ＋Ｌ＝（１／２）λであることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光源装置において、
前記開口部の口径Ｄが（１／４）λ、前記筒体の長さＬが（１／４）λであることを特徴とする光源装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の光源装置において、
前記チャンバにおいて、少なくとも前記筒体の内面が、鏡面状態であることを特徴とする光源装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の光源装置において、
前記筒体が、前記マイクロ波無電極ランプから射出される光束の光軸上に光学レンズを備えていることを特徴とする光源装置。
【請求項５】
請求項４に記載の光源装置において、
前記光学レンズが、筒状のレンズ筐体に装着されて光学レンズユニットを構成し、
前記光学レンズユニットが前記筒体に装着されていることを特徴とする光源装置。
【請求項６】
請求項５に記載の光源装置において、
前記光学レンズユニットが、前記マイクロ波無電極ランプから射出される光束の光軸方向に移動可能に装着されていることを特徴とする光源装置。
【請求項７】
マイクロ波を生成するマイクロ波発生部と、前記マイクロ波発生部と接続するリフレクタと、前記リフレクタと前記リフレクタの開口部を覆うチャンバとにより構成されるキャビティに内設されるマイクロ波無電極ランプと、を備え、前記チャンバが、前記キャビティの内外を連通して光束を前記チャンバの外部に導出する開口部を有する筒体を有し、前記開口部の口径Ｄと、前記筒体の長さＬと、マイクロ波の波長λと、光の波長Λの関係がΛ＜Ｄ≦（１／４）λ、Ｌ≧（１／４）λ、且つ、Ｄ＋Ｌ＝（１／２）λである光源装置と、
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、
が備えられていることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項１】
マイクロ波を生成するマイクロ波発生部と、
前記マイクロ波発生部と接続するリフレクタと、
前記リフレクタと前記リフレクタの開口部を覆う金属製のチャンバとにより構成されるキャビティに内設されるマイクロ波無電極ランプと、を備え、
前記チャンバが、前記キャビティの内外を連通して光束を前記チャンバの外部に導出する開口部を有する筒体を有し、
前記開口部の口径Ｄと、前記筒体の長さＬと、マイクロ波の波長λと、光の波長Λの関係がΛ＜Ｄ≦（１／４）λ、Ｌ≧（１／４）λ、且つ、Ｄ＋Ｌ＝（１／２）λであることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光源装置において、
前記開口部の口径Ｄが（１／４）λ、前記筒体の長さＬが（１／４）λであることを特徴とする光源装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の光源装置において、
前記チャンバにおいて、少なくとも前記筒体の内面が、鏡面状態であることを特徴とする光源装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の光源装置において、
前記筒体が、前記マイクロ波無電極ランプから射出される光束の光軸上に光学レンズを備えていることを特徴とする光源装置。
【請求項５】
請求項４に記載の光源装置において、
前記光学レンズが、筒状のレンズ筐体に装着されて光学レンズユニットを構成し、
前記光学レンズユニットが前記筒体に装着されていることを特徴とする光源装置。
【請求項６】
請求項５に記載の光源装置において、
前記光学レンズユニットが、前記マイクロ波無電極ランプから射出される光束の光軸方向に移動可能に装着されていることを特徴とする光源装置。
【請求項７】
マイクロ波を生成するマイクロ波発生部と、前記マイクロ波発生部と接続するリフレクタと、前記リフレクタと前記リフレクタの開口部を覆うチャンバとにより構成されるキャビティに内設されるマイクロ波無電極ランプと、を備え、前記チャンバが、前記キャビティの内外を連通して光束を前記チャンバの外部に導出する開口部を有する筒体を有し、前記開口部の口径Ｄと、前記筒体の長さＬと、マイクロ波の波長λと、光の波長Λの関係がΛ＜Ｄ≦（１／４）λ、Ｌ≧（１／４）λ、且つ、Ｄ＋Ｌ＝（１／２）λである光源装置と、
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、
が備えられていることを特徴とするプロジェクタ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−１９２３９２（Ｐ２００８−１９２３９２Ａ）
【公開日】平成２０年８月２１日（２００８．８．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２３８２２（Ｐ２００７−２３８２２）
【出願日】平成１９年２月２日（２００７．２．２）
【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２０年８月２１日（２００８．８．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月２日（２００７．２．２）
【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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