光源装置及びこれを備えたプロジェクタ
【課題】マイクロ波の伝送効率をより向上させることを可能とした光源装置およびそれを備えたプロジェクタを提供する。
【解決手段】本発明は、マイクロ波を出力するマイクロ波電源２００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３２と、マイクロ波電源２００とマイクロ波励起ランプ３２とを接続する複数の同軸ケーブル４２と、各同軸ケーブル４２とマイクロ波励起ランプ３２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２４とを備え、同軸ケーブル４２におけるマッチング回路２４の出力端からマイクロ波励起ランプ３２までの距離が、マイクロ波の波長の１／２の整数倍とされた光源装置２及びこれを備えたプロジェクタである。
【解決手段】本発明は、マイクロ波を出力するマイクロ波電源２００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３２と、マイクロ波電源２００とマイクロ波励起ランプ３２とを接続する複数の同軸ケーブル４２と、各同軸ケーブル４２とマイクロ波励起ランプ３２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２４とを備え、同軸ケーブル４２におけるマッチング回路２４の出力端からマイクロ波励起ランプ３２までの距離が、マイクロ波の波長の１／２の整数倍とされた光源装置２及びこれを備えたプロジェクタである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
従来、プロジェクタに使用さ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知られている。このような無電極光源は、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となっている。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。
【０００３】
このような無電極光源では、マイクロ波電源からランプまでを同軸ケーブルまたは同軸管などの伝送線路を用いて接続することが知られている（例えば、特許文献１参照）。マイクロ波電源からランプの間に双方の特性インピーダンスの整合を行うマッチング回路を設け、マイクロ波電力の出力を調整することにより、ランプを効率よく発光させることができる。
【特許文献１】特開２００６−１４７４５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
無電極光源ではＧＨｚ帯の高周波信号（マイクロ波）を出力するため、伝送線路としての同軸ケーブルの長さが電力損失に大きく影響し、発光効率を左右することになる。上記した特許文献１には、インピーダンス整合された位置からランプまでを接続する同軸ケーブルの電力損失については考慮されておらず、十分な発光光率を得ることができないという問題があった。
【０００５】
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、マイクロ波の伝送効率をより向上させることを可能とした光源装置およびそ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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の光源装置は、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、前記伝送線路上に設けられたマッチング回路と、を備え、前記マッチング回路から前記マイクロ波励起ランプまでの前記伝送線路の距離が、マイクロ波の波長の１／２の整数倍であることを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、マッチング回路とマイクロ波励起ランプとを接続する伝送線路の長さをマイクロ波の１／２波長の整数倍とすることで、伝送線路とマイクロ波励起ランプとの境界（接続部分）でマイクロ波の電界の振幅が節となり、マイクロ波の電力損失を低下させることができる。すなわち、マイクロ波の反射を減らすようにインピーダンスの整合を行うことにより伝送損失を低減することができ、マイクロ波励起ランプに対して効率よくマイクロ波電力を供給することができる。
【０００８】
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、該発光管内で一端が所定間隔をおいて配置された一対のアンテナとを有し、前記一対のアンテナの一方に前記伝送線路が接続されていることが好ましい。
本発明によれば、従来の構成において伝送線路の距離を変えるだけでマイクロ波励起ランプの発光輝度を向上させることができるため、利便性がよい。
【０００９】
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、該発光管内で一端が所定間隔をおいて配置された一対のアンテナとを有し、前記一対のアンテナにはそれぞれ伝送線路が接続され、前記いずれかの伝送線路上に前記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、各伝送線路に供給されるマイクロ波電力を小さくすることができるので、例えば各伝送線路にマイクロ波電源をそれぞれ接続する場合、マイクロ波の出力電力の小さい安価なマイクロ波電源を用いることができる。
【００１０】
本発明のプロジェクタは、光源装置と、該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、マイクロ波の電力（伝送）損失を抑えた光源装置を備えているので、低出力で所望の発光輝度を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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。
【００１２】
（第１の実施形態）
図１は本実施形態の光源装置の概略構成を示すブロック図、図２は光源装置の概略構成を示す模式図、図３はマイクロ波励起ランプと同軸ケーブルとの接続状態を示す図である。
【００１３】
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。
【００１４】
本実施形態の光源装置２は、図１，２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発光する機能を有し、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（伝送線路）を介して接続されている。
【００１５】
マイクロ波電源部２００は、図１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。
【００１６】
光源部３００は、図２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。
【００１７】
まず、マイクロ波励起ランプの構成について述べる。
図３に示すように、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。
【００１８】
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。
【００１９】
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内において互いの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。
【００２０】
アンテナ１１ａ，１１ｂは、先端に向かって先鋭形状とされており、これによって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。
【００２１】
図３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、アンテナ１１ａ，１１ｂの先端は発光空間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。
【００２２】
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。
【００２３】
なお、発光管１０内におけるアンテナ１１ａ，１１ｂと相互間のギャップｇとを含む長さを、ギャップｇの中心部においてマイクロ波の電界が強くなるような長さに規定することで、高輝度発光が可能となる。
【００２４】
このような構成のマイクロ波励起ランプ３２には、所定長さの同軸ケーブル１４２が接続されている。この同軸ケーブル１４２は、上記伝送路４００を構成する複数の同軸ケーブル４２のうちの終端ケーブルである。
【００２５】
伝送路４００を構成する各同軸ケーブル４２は、図３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４２Ｃの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。
【００２６】
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。
【００２７】
各同軸ケーブル４２の両端には、伝送路４００上に設けられるマッチング回路２４などの出入力端子に接続するためのコネクタ１１２がそれぞれ取り付けられている。各コネクタ１１２は、特性インピーダンスが同軸ケーブル４２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ある。
【００２８】
そして、伝送路４００における終端側の同軸ケーブル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。本実施形態の同軸ケーブル１４２の長さＬは、マイクロ波の波長をλｇとすると、「λｇ／２の整数倍」に設定されている。ここで、同軸ケーブル１４２の長さＬというのは、アンテナ１１ａに接続されるコネクタ１１２の中心コンタクト部（図示略）を含めた長さのことを言う。
【００２９】
このように、マッチング回路２４の出力端と、マイクロ波励起ランプのアンテナ１１ａとを接続する同軸ケーブル１４２の長さＬを「λｇ／２の整数倍」とすることによって、同軸ケーブル１４２とマイクロ波励起ランプ３２との境界（接続部分）でマイクロ波の電界の振幅が節になるようにすることができる。これにより、同軸ケーブル１４２における定常波比が下がり、マイクロ波の電力損失（伝送損失）を低下させることができる。
【００３０】
ここで、マッチング回路２４の出力端からマイクロ波励起ランプ３２までの距離Ｌを「λｇ／２の整数倍」とする場合、同軸ケーブル１４２の絶縁材として使用されるＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）の比誘電率εｒが２．０であることから、２．４５ＧＨｚのマイクロ波の同軸ケーブル１４２（伝送路４００）におけるマイクロ波の波長（λｇ）は、空気中の波長λ０「１２２ｍｍ」から次式で求められる。
【００３１】
λｇ＝λ０／（εｒ）１／２ ・・・（１）
【００３２】
式１から、同軸ケーブル１４２におけるマイクロ波の波長λｇは８５．４ｍｍとなり、λｇ／２＝４２．７ｍｍとなる。したがって、誘電体としてＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）を用いた同軸ケーブル１４２の場合、長さＬ１を４２．７ｍｍの整数倍にすることでマッチング回路２４とマイクロ波励起ランプ３２とを同軸ケーブルを用いることなく直接接続した状態と同じになる。すなわち、同軸ケーブル１４２におけるマイクロ波の電力損失を抑えることができるので、マッチング回路２４において整合された特性インピーダンスの値（５０Ω）を維持することが可能となる。その結果、マイクロ波励起ランプ３２に対して効率よくマイクロ波電力を供給することができる。
【００３３】
図２に示すリフレクタ３４は、マイクロ波励起ランプ３２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内にマイクロ波励起ランプ３２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。
【００３４】
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。
【００３５】
（マイクロ波電源部）
次に、マイクロ波電源部について説明する。
図１に示すように、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を制御する制御回路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、それぞれが同軸ケーブル４２によって接続されている。
【００３６】
固体高周波発振部２０は、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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。アンプ２９、サーキュレータ２３及びマッチング回路２４の各々は同軸ケーブル４２によって接続され、これら複数の同軸ケーブル４２から構成される伝送路を介して、ダイヤモンドＳＡＷ発振器２８から発信されたマイクロ波がマイクロ波励起ランプ３２へと伝送される。
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とを接続する同軸ケーブル４２は伝送路の終端ケーブルであり、上記した本実施形態の同軸ケーブル１４２である。
【００４１】
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（マイクロ波）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ための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。
【００４２】
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、伝送路４００の特性インピーダンスが一定の特性インピーダンス、具体的には５０Ωとされ、マイクロ波の伝送損失を抑えている。
【００４３】
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。
そして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。
【００４４】
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。
【００４５】
固体高周波発振部２０から出力された高周波信号は、伝送路４００を介してアンテナ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。
【００４６】
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。
【００４７】
以上のように、上述した第１の実施形態においては、伝送路４０上に設けられるマッチング回路２４の出力端とマイクロ波励起ランプ３２とを接続する同軸ケーブル１４２の長さを「λｇ／２の整数倍」とすることによって、同軸ケーブル１４２とマイクロ波励起ランプ３２との境界（接続部分）でマイクロ波の電界の振幅が節になるようにすることができる。これにより、同軸ケーブル１４２におけるマイクロ波の電力損失（伝送損失）を低下させることができる。同軸ケーブル１４２の長さが上記条件を満たさない場合には、マイクロ波励起ランプ３２からの反射波によってマイクロ波の電力損失が生じて発熱することになるが、本実施形態の構成によればこのような心配が解消され、エネルギー効率の高い光源装置２とすることができる。
【００４８】
（第２の実施形態）
図４（ａ）は本発明の第２の実施形態に係る光源装置の概略構成を示す模式図、図４（ｂ）は第２実施形態に係る光源装置の概略構成を示すブロック図である。
以下の説明では、先の実施形態と同様の構造及び同一部材には同一符号を付して、その詳細な説明は省略または簡略化する。
【００４９】
本実施形態は、図４（ａ）に示すようにマイクロ波励起ランプ３２の各アンテナ１１ａ，１１ｂに、長さがマイクロ波の半波長（λｇ／２）の整数倍とされた同軸ケーブル１４２がそれぞれ接続されており、図４（ｂ）に示す固体高周波発振部２０から出力されるマイクロ波を２系統に分配し、マイクロ波励起ランプ３２の各アンテナ１１ａ，１１ｂに接続する各伝送路４００Ａ，４００Ｂから各アンテナ１１ａ，１１ｂにマイクロ波をそれぞれ供給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にダイヤモンドＳＡＷ発振器２８から発振されたマイクロ波を２系統に分配する分配器１１３などをアンプ２９の後段に設けることにより可能となる。
【００５０】
ダイヤモンドＳＡＷ発振器２８から発振されたマイクロ波の高周波信号は、アンプ２９で増幅された後に分配器において２系統に分配され各伝送路４００Ａ，４００Ｂに供給される。そして、固体高周波発振部２０から延在する各伝送路４００Ａ，４００Ｂ上には、これら各伝送路４００Ａ，４００Ｂとマイクロ波励起ランプ３２とのインピーダンス整合を取るためのマッチング回路２４がそれぞれ配置されている。
【００５１】
また、２系統の伝送ラインのうち片側のみに位相差制御回路１１４が設けられている。この位相差制御回路１１４は、各伝送路４００Ａ，４００Ｂからマイクロ波励起ランプ３２に入力されるマイクロ波の位相差を検出し、その検出した位相差に基づいてマイクロ波励起ランプ３２の中心（ギャップｇの中央）において、マイクロ波電力の強度が最大となるように位相制御を行う。これにより、各伝送路４００Ａ，４００Ｂからマイクロ波励起ランプ３２の両アンテナ１１ａ，１１ｂに給電されるマイクロ波の位相差を最適な値に調整することができるので、発光の際のエネルギー効率が高められ発光輝度を容易に調整可能となる。
【００５２】
そして、上記実施形態同様、各伝送路４００Ａ，４００Ｂの終端となる各同軸ケーブル１４２の長さＬをマイクロ波の半波長λｇ／２の整数倍としたことから、マッチング回路２４において整合された特性インピーダンスの値を維持することができる。
これにより、本実施形態においても上記実施形態と同様に、エネルギー効率の高いマイクロ波励起ランプ３２を使用した光源装置７０を提供することができる。
【００５３】
なお、他の実施例としては、例えば固体高周波発振部２０にアンプ２９を二つ設け、ダイヤモンドＳＡＷ発振器２８からのマイクロ波を分配器１１３によって各アンプに分配するようにしても良い。このように、２系統の伝送路４００Ａ，４００Ｂそれぞれに対し、対応するアンプ２９からマイクロ波を給電する構成とすることにより、各アンプ２９におけるマイクロ波の電力出力が小さくて済むため、安価な小型のアンプを使用することができる。
【００５４】
また、マイクロ波電源部２００を２つ備え、２系統の伝送路４００Ａ，４００Ｂそれぞれに対し、対応する各マイクロ波電源部２００の固体高周波発振部２０からマイクロ波電力を供給するとしてもよい。この構成においても、各固体高周波発振部２０におけるマイクロ波の電力出力が少なくて済むため、安価な固体高周波発振部２０を使用することができる。
【００５５】
（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５は、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である。
【００５６】
図５に示すプロジェクタ１００は、光源装置２（７０）を備え、該光源装置２（７０）から出射された出射光の照度分布を均一化して、液晶パネル（光変調部）の画像形成領域を均一に照明するための照明光学系１３０と、この照明光学系１３０から出射される光束Ｗを、赤、緑、青の各色光束Ｒ、Ｇ、Ｂに分離すると共に赤色光束Ｒおよび緑色光束Ｇをそれぞれ対応する液晶パネルに導く色光分離光学系１４０と、色光分離光学系１４０によって分離された各色光束のうち、光路の長い青色光束Ｂを対応する液晶パネルに導くリレー光学系１５０と、各色光束を与えられた画像情報に従って変調する光変調部としての液晶パネル１６０ａ、１６０ｂ、１６０ｃ（特に区別しない場合は１６０と符号を付す）と、変調された各色光束を合成するクロスダイクロイックプリズム１７０と、合成された光束を投射面１８０上に拡大投射する投射レンズ１９０とを備えている。
【００５７】
照明光学系１３０は、光源装置２（７０）の他に第一レンズアレイ１３１と、第二レンズアレイ１３２と、偏光変換素子１３３と、重畳レンズ１３４とを備えており、光源装置２（７０）から発せられた光を第一レンズアレイ１３１によって複数の部分光束に分割し、その部分光束のそれぞれを第二レンズアレイ１３２および偏光変換素子１３３を介して重畳レンズ１３４に入射させ、入射された複数の部分光束のそれぞれを、重畳レンズ１３４によって液晶パネル１６０上に重畳して照射するもので、このように重畳照明することにより液晶パネル１６０を均一に照明するようにしている。
【００５８】
色光分離光学系１４０は、青緑反射ダイクロイックミラー１４１と緑反射ダイクロイックミラー１４２と、反射鏡１４３とを備えている。青緑反射ダイクロイックミラー１４１は、照明光学系１３０からの照明光の赤色光成分を透過させるとともに、青色光成分と緑色成分とを反射する。透過した赤色光束Ｒは、反射鏡４３で反射されて、液晶パネル１６０ａに達する。一方、青緑反射ダイクロイックミラー１４１で反射された青色光束Ｂと緑色光束Ｇのうち、緑色光束Ｇは緑反射ダイクロイックミラー１４２によって反射され、液晶パネル１６０ｂに達する。一方、青色光束Ｂは、緑反射ダイクロイックミラー１４２も透過してリレー光学系１５０へと入射する。
【００５９】
リレー光学系１５０は、青色光束Ｂを対応する液晶パネル１６０ｃに導く光路中に設けられ、青色光束Ｂをその強度を維持したまま液晶パネル１６０ｃまで導くものであり、第二リレーレンズ１５２に集光する第一リレーレンズ１５１と、第二リレーレンズ１５２と、コンデンサーレンズ１５３と、反射鏡１５４、１５５とを備えている。
【００６０】
３枚の液晶パネル１６０は、入射した光を、与えられた画像情報（画像信号）に従ってそれぞれの色光を変調し、それぞれの色成分の画像を形成する光変調手段としての機能を有するもので、いわゆる電気光源装置に相当するものである。なお、これら３つの液晶パネル１６０の入射側と出射側には図示しない偏光板が設けられており、所定の偏光光のみが液晶パネル１６０の入射側の偏光板を透過し、変調される。
【００６１】
変調された３つの色光は、クロスダイクロイックプリズム１７０に入射して合成され、合成された光は投射レンズ１９０（投射部）によって投射面１８０上に投射される。
【００６２】
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、本発明はかか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。
【００６３】
また、本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。
【００６４】
また、上記実施形態でのプロジェクタ１００は、光変調部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。
【００６５】
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。
【００６６】
上記実施形態での光変調部は、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。
【００６７】
上記実施形態での光源装置２，７０は、外部に設置される投射面１８０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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
上記実施形態での光源装置２，７０は、プロジェクタ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。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光源装置の概略構成を示すブロック図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る光源装置の概略構成を示す模式図。
【図３】光源装置の要部を示す模式図。
【図４】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（ａ）及びブロック図（ｂ）。
【図５】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】
【００７２】
２…光源装置（第１の実施形態）、１０…発光管、１１ａ，１１ｂ…アンテナ、２０…固体高周波発振器（マイクロ波電源）、２４…マッチング回路、３２…マイクロ波励起ランプ、４２…同軸ケーブル（同軸線路）、１４２…終端側の同軸ケーブル、４２Ａ…内部導体、４２Ｂ…外部導体、２００…マイクロ波電源部、３００…光源部、４００…伝送路、７０…光源装置（第２の実施形態）、１００…プロジェクタ、１６０ａ，１６０ｂ，１６０ｃ…液晶パネル（光変調部）、１９０…投射部
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
従来、プロジェクタに使用さ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知られている。このような無電極光源は、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となっている。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。
【０００３】
このような無電極光源では、マイクロ波電源からランプまでを同軸ケーブルまたは同軸管などの伝送線路を用いて接続することが知られている（例えば、特許文献１参照）。マイクロ波電源からランプの間に双方の特性インピーダンスの整合を行うマッチング回路を設け、マイクロ波電力の出力を調整することにより、ランプを効率よく発光させることができる。
【特許文献１】特開２００６−１４７４５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
無電極光源ではＧＨｚ帯の高周波信号（マイクロ波）を出力するため、伝送線路としての同軸ケーブルの長さが電力損失に大きく影響し、発光効率を左右することになる。上記した特許文献１には、インピーダンス整合された位置からランプまでを接続する同軸ケーブルの電力損失については考慮されておらず、十分な発光光率を得ることができないという問題があった。
【０００５】
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、マイクロ波の伝送効率をより向上させることを可能とした光源装置およびそ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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の光源装置は、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、前記伝送線路上に設けられたマッチング回路と、を備え、前記マッチング回路から前記マイクロ波励起ランプまでの前記伝送線路の距離が、マイクロ波の波長の１／２の整数倍であることを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、マッチング回路とマイクロ波励起ランプとを接続する伝送線路の長さをマイクロ波の１／２波長の整数倍とすることで、伝送線路とマイクロ波励起ランプとの境界（接続部分）でマイクロ波の電界の振幅が節となり、マイクロ波の電力損失を低下させることができる。すなわち、マイクロ波の反射を減らすようにインピーダンスの整合を行うことにより伝送損失を低減することができ、マイクロ波励起ランプに対して効率よくマイクロ波電力を供給することができる。
【０００８】
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、該発光管内で一端が所定間隔をおいて配置された一対のアンテナとを有し、前記一対のアンテナの一方に前記伝送線路が接続されていることが好ましい。
本発明によれば、従来の構成において伝送線路の距離を変えるだけでマイクロ波励起ランプの発光輝度を向上させることができるため、利便性がよい。
【０００９】
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、該発光管内で一端が所定間隔をおいて配置された一対のアンテナとを有し、前記一対のアンテナにはそれぞれ伝送線路が接続され、前記いずれかの伝送線路上に前記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、各伝送線路に供給されるマイクロ波電力を小さくすることができるので、例えば各伝送線路にマイクロ波電源をそれぞれ接続する場合、マイクロ波の出力電力の小さい安価なマイクロ波電源を用いることができる。
【００１０】
本発明のプロジェクタは、光源装置と、該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、マイクロ波の電力（伝送）損失を抑えた光源装置を備えているので、低出力で所望の発光輝度を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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。
【００１２】
（第１の実施形態）
図１は本実施形態の光源装置の概略構成を示すブロック図、図２は光源装置の概略構成を示す模式図、図３はマイクロ波励起ランプと同軸ケーブルとの接続状態を示す図である。
【００１３】
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。
【００１４】
本実施形態の光源装置２は、図１，２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発光する機能を有し、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（伝送線路）を介して接続されている。
【００１５】
マイクロ波電源部２００は、図１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。
【００１６】
光源部３００は、図２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。
【００１７】
まず、マイクロ波励起ランプの構成について述べる。
図３に示すように、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。
【００１８】
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。
【００１９】
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内において互いの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。
【００２０】
アンテナ１１ａ，１１ｂは、先端に向かって先鋭形状とされており、これによって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。
【００２１】
図３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、アンテナ１１ａ，１１ｂの先端は発光空間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。
【００２２】
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。
【００２３】
なお、発光管１０内におけるアンテナ１１ａ，１１ｂと相互間のギャップｇとを含む長さを、ギャップｇの中心部においてマイクロ波の電界が強くなるような長さに規定することで、高輝度発光が可能となる。
【００２４】
このような構成のマイクロ波励起ランプ３２には、所定長さの同軸ケーブル１４２が接続されている。この同軸ケーブル１４２は、上記伝送路４００を構成する複数の同軸ケーブル４２のうちの終端ケーブルである。
【００２５】
伝送路４００を構成する各同軸ケーブル４２は、図３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４２Ｃの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。
【００２６】
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。
【００２７】
各同軸ケーブル４２の両端には、伝送路４００上に設けられるマッチング回路２４などの出入力端子に接続するためのコネクタ１１２がそれぞれ取り付けられている。各コネクタ１１２は、特性インピーダンスが同軸ケーブル４２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ある。
【００２８】
そして、伝送路４００における終端側の同軸ケーブル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。本実施形態の同軸ケーブル１４２の長さＬは、マイクロ波の波長をλｇとすると、「λｇ／２の整数倍」に設定されている。ここで、同軸ケーブル１４２の長さＬというのは、アンテナ１１ａに接続されるコネクタ１１２の中心コンタクト部（図示略）を含めた長さのことを言う。
【００２９】
このように、マッチング回路２４の出力端と、マイクロ波励起ランプのアンテナ１１ａとを接続する同軸ケーブル１４２の長さＬを「λｇ／２の整数倍」とすることによって、同軸ケーブル１４２とマイクロ波励起ランプ３２との境界（接続部分）でマイクロ波の電界の振幅が節になるようにすることができる。これにより、同軸ケーブル１４２における定常波比が下がり、マイクロ波の電力損失（伝送損失）を低下させることができる。
【００３０】
ここで、マッチング回路２４の出力端からマイクロ波励起ランプ３２までの距離Ｌを「λｇ／２の整数倍」とする場合、同軸ケーブル１４２の絶縁材として使用されるＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）の比誘電率εｒが２．０であることから、２．４５ＧＨｚのマイクロ波の同軸ケーブル１４２（伝送路４００）におけるマイクロ波の波長（λｇ）は、空気中の波長λ０「１２２ｍｍ」から次式で求められる。
【００３１】
λｇ＝λ０／（εｒ）１／２ ・・・（１）
【００３２】
式１から、同軸ケーブル１４２におけるマイクロ波の波長λｇは８５．４ｍｍとなり、λｇ／２＝４２．７ｍｍとなる。したがって、誘電体としてＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）を用いた同軸ケーブル１４２の場合、長さＬ１を４２．７ｍｍの整数倍にすることでマッチング回路２４とマイクロ波励起ランプ３２とを同軸ケーブルを用いることなく直接接続した状態と同じになる。すなわち、同軸ケーブル１４２におけるマイクロ波の電力損失を抑えることができるので、マッチング回路２４において整合された特性インピーダンスの値（５０Ω）を維持することが可能となる。その結果、マイクロ波励起ランプ３２に対して効率よくマイクロ波電力を供給することができる。
【００３３】
図２に示すリフレクタ３４は、マイクロ波励起ランプ３２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内にマイクロ波励起ランプ３２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。
【００３４】
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。
【００３５】
（マイクロ波電源部）
次に、マイクロ波電源部について説明する。
図１に示すように、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を制御する制御回路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、それぞれが同軸ケーブル４２によって接続されている。
【００３６】
固体高周波発振部２０は、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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。アンプ２９、サーキュレータ２３及びマッチング回路２４の各々は同軸ケーブル４２によって接続され、これら複数の同軸ケーブル４２から構成される伝送路を介して、ダイヤモンドＳＡＷ発振器２８から発信されたマイクロ波がマイクロ波励起ランプ３２へと伝送される。
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とを接続する同軸ケーブル４２は伝送路の終端ケーブルであり、上記した本実施形態の同軸ケーブル１４２である。
【００４１】
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（マイクロ波）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ための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。
【００４２】
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、伝送路４００の特性インピーダンスが一定の特性インピーダンス、具体的には５０Ωとされ、マイクロ波の伝送損失を抑えている。
【００４３】
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。
そして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。
【００４４】
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。
【００４５】
固体高周波発振部２０から出力された高周波信号は、伝送路４００を介してアンテナ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。
【００４６】
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。
【００４７】
以上のように、上述した第１の実施形態においては、伝送路４０上に設けられるマッチング回路２４の出力端とマイクロ波励起ランプ３２とを接続する同軸ケーブル１４２の長さを「λｇ／２の整数倍」とすることによって、同軸ケーブル１４２とマイクロ波励起ランプ３２との境界（接続部分）でマイクロ波の電界の振幅が節になるようにすることができる。これにより、同軸ケーブル１４２におけるマイクロ波の電力損失（伝送損失）を低下させることができる。同軸ケーブル１４２の長さが上記条件を満たさない場合には、マイクロ波励起ランプ３２からの反射波によってマイクロ波の電力損失が生じて発熱することになるが、本実施形態の構成によればこのような心配が解消され、エネルギー効率の高い光源装置２とすることができる。
【００４８】
（第２の実施形態）
図４（ａ）は本発明の第２の実施形態に係る光源装置の概略構成を示す模式図、図４（ｂ）は第２実施形態に係る光源装置の概略構成を示すブロック図である。
以下の説明では、先の実施形態と同様の構造及び同一部材には同一符号を付して、その詳細な説明は省略または簡略化する。
【００４９】
本実施形態は、図４（ａ）に示すようにマイクロ波励起ランプ３２の各アンテナ１１ａ，１１ｂに、長さがマイクロ波の半波長（λｇ／２）の整数倍とされた同軸ケーブル１４２がそれぞれ接続されており、図４（ｂ）に示す固体高周波発振部２０から出力されるマイクロ波を２系統に分配し、マイクロ波励起ランプ３２の各アンテナ１１ａ，１１ｂに接続する各伝送路４００Ａ，４００Ｂから各アンテナ１１ａ，１１ｂにマイクロ波をそれぞれ供給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にダイヤモンドＳＡＷ発振器２８から発振されたマイクロ波を２系統に分配する分配器１１３などをアンプ２９の後段に設けることにより可能となる。
【００５０】
ダイヤモンドＳＡＷ発振器２８から発振されたマイクロ波の高周波信号は、アンプ２９で増幅された後に分配器において２系統に分配され各伝送路４００Ａ，４００Ｂに供給される。そして、固体高周波発振部２０から延在する各伝送路４００Ａ，４００Ｂ上には、これら各伝送路４００Ａ，４００Ｂとマイクロ波励起ランプ３２とのインピーダンス整合を取るためのマッチング回路２４がそれぞれ配置されている。
【００５１】
また、２系統の伝送ラインのうち片側のみに位相差制御回路１１４が設けられている。この位相差制御回路１１４は、各伝送路４００Ａ，４００Ｂからマイクロ波励起ランプ３２に入力されるマイクロ波の位相差を検出し、その検出した位相差に基づいてマイクロ波励起ランプ３２の中心（ギャップｇの中央）において、マイクロ波電力の強度が最大となるように位相制御を行う。これにより、各伝送路４００Ａ，４００Ｂからマイクロ波励起ランプ３２の両アンテナ１１ａ，１１ｂに給電されるマイクロ波の位相差を最適な値に調整することができるので、発光の際のエネルギー効率が高められ発光輝度を容易に調整可能となる。
【００５２】
そして、上記実施形態同様、各伝送路４００Ａ，４００Ｂの終端となる各同軸ケーブル１４２の長さＬをマイクロ波の半波長λｇ／２の整数倍としたことから、マッチング回路２４において整合された特性インピーダンスの値を維持することができる。
これにより、本実施形態においても上記実施形態と同様に、エネルギー効率の高いマイクロ波励起ランプ３２を使用した光源装置７０を提供することができる。
【００５３】
なお、他の実施例としては、例えば固体高周波発振部２０にアンプ２９を二つ設け、ダイヤモンドＳＡＷ発振器２８からのマイクロ波を分配器１１３によって各アンプに分配するようにしても良い。このように、２系統の伝送路４００Ａ，４００Ｂそれぞれに対し、対応するアンプ２９からマイクロ波を給電する構成とすることにより、各アンプ２９におけるマイクロ波の電力出力が小さくて済むため、安価な小型のアンプを使用することができる。
【００５４】
また、マイクロ波電源部２００を２つ備え、２系統の伝送路４００Ａ，４００Ｂそれぞれに対し、対応する各マイクロ波電源部２００の固体高周波発振部２０からマイクロ波電力を供給するとしてもよい。この構成においても、各固体高周波発振部２０におけるマイクロ波の電力出力が少なくて済むため、安価な固体高周波発振部２０を使用することができる。
【００５５】
（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５は、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である。
【００５６】
図５に示すプロジェクタ１００は、光源装置２（７０）を備え、該光源装置２（７０）から出射された出射光の照度分布を均一化して、液晶パネル（光変調部）の画像形成領域を均一に照明するための照明光学系１３０と、この照明光学系１３０から出射される光束Ｗを、赤、緑、青の各色光束Ｒ、Ｇ、Ｂに分離すると共に赤色光束Ｒおよび緑色光束Ｇをそれぞれ対応する液晶パネルに導く色光分離光学系１４０と、色光分離光学系１４０によって分離された各色光束のうち、光路の長い青色光束Ｂを対応する液晶パネルに導くリレー光学系１５０と、各色光束を与えられた画像情報に従って変調する光変調部としての液晶パネル１６０ａ、１６０ｂ、１６０ｃ（特に区別しない場合は１６０と符号を付す）と、変調された各色光束を合成するクロスダイクロイックプリズム１７０と、合成された光束を投射面１８０上に拡大投射する投射レンズ１９０とを備えている。
【００５７】
照明光学系１３０は、光源装置２（７０）の他に第一レンズアレイ１３１と、第二レンズアレイ１３２と、偏光変換素子１３３と、重畳レンズ１３４とを備えており、光源装置２（７０）から発せられた光を第一レンズアレイ１３１によって複数の部分光束に分割し、その部分光束のそれぞれを第二レンズアレイ１３２および偏光変換素子１３３を介して重畳レンズ１３４に入射させ、入射された複数の部分光束のそれぞれを、重畳レンズ１３４によって液晶パネル１６０上に重畳して照射するもので、このように重畳照明することにより液晶パネル１６０を均一に照明するようにしている。
【００５８】
色光分離光学系１４０は、青緑反射ダイクロイックミラー１４１と緑反射ダイクロイックミラー１４２と、反射鏡１４３とを備えている。青緑反射ダイクロイックミラー１４１は、照明光学系１３０からの照明光の赤色光成分を透過させるとともに、青色光成分と緑色成分とを反射する。透過した赤色光束Ｒは、反射鏡４３で反射されて、液晶パネル１６０ａに達する。一方、青緑反射ダイクロイックミラー１４１で反射された青色光束Ｂと緑色光束Ｇのうち、緑色光束Ｇは緑反射ダイクロイックミラー１４２によって反射され、液晶パネル１６０ｂに達する。一方、青色光束Ｂは、緑反射ダイクロイックミラー１４２も透過してリレー光学系１５０へと入射する。
【００５９】
リレー光学系１５０は、青色光束Ｂを対応する液晶パネル１６０ｃに導く光路中に設けられ、青色光束Ｂをその強度を維持したまま液晶パネル１６０ｃまで導くものであり、第二リレーレンズ１５２に集光する第一リレーレンズ１５１と、第二リレーレンズ１５２と、コンデンサーレンズ１５３と、反射鏡１５４、１５５とを備えている。
【００６０】
３枚の液晶パネル１６０は、入射した光を、与えられた画像情報（画像信号）に従ってそれぞれの色光を変調し、それぞれの色成分の画像を形成する光変調手段としての機能を有するもので、いわゆる電気光源装置に相当するものである。なお、これら３つの液晶パネル１６０の入射側と出射側には図示しない偏光板が設けられており、所定の偏光光のみが液晶パネル１６０の入射側の偏光板を透過し、変調される。
【００６１】
変調された３つの色光は、クロスダイクロイックプリズム１７０に入射して合成され、合成された光は投射レンズ１９０（投射部）によって投射面１８０上に投射される。
【００６２】
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、本発明はかか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。
【００６３】
また、本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。
【００６４】
また、上記実施形態でのプロジェクタ１００は、光変調部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。
【００６５】
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。
【００６６】
上記実施形態での光変調部は、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。
【００６７】
上記実施形態での光源装置２，７０は、外部に設置される投射面１８０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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
上記実施形態での光源装置２，７０は、プロジェクタ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。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光源装置の概略構成を示すブロック図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る光源装置の概略構成を示す模式図。
【図３】光源装置の要部を示す模式図。
【図４】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（ａ）及びブロック図（ｂ）。
【図５】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】
【００７２】
２…光源装置（第１の実施形態）、１０…発光管、１１ａ，１１ｂ…アンテナ、２０…固体高周波発振器（マイクロ波電源）、２４…マッチング回路、３２…マイクロ波励起ランプ、４２…同軸ケーブル（同軸線路）、１４２…終端側の同軸ケーブル、４２Ａ…内部導体、４２Ｂ…外部導体、２００…マイクロ波電源部、３００…光源部、４００…伝送路、７０…光源装置（第２の実施形態）、１００…プロジェクタ、１６０ａ，１６０ｂ，１６０ｃ…液晶パネル（光変調部）、１９０…投射部
【特許請求の範囲】
【請求項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、
前記伝送線路上に設けられたマッチング回路と、を備え、
前記マッチング回路から前記マイクロ波励起ランプまでの前記伝送線路の距離が、マイクロ波の波長の１／２の整数倍であることを特徴とする光源装置。
【請求項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、該発光管内で一端が所定間隔をおいて配置された一対のアンテナとを有し、
前記一対のアンテナの一方に前記伝送線路が接続されている、
ことを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項３】
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、該発光管内で一端が所定間隔をおいて配置された一対のアンテナとを有し、
前記一対のアンテナにはそれぞれ前記伝送線路が接続され、
前記いずれかの伝送線路上に前記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記載の光源装置。
【請求項４】
請求項１乃至３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。
【請求項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、
前記伝送線路上に設けられたマッチング回路と、を備え、
前記マッチング回路から前記マイクロ波励起ランプまでの前記伝送線路の距離が、マイクロ波の波長の１／２の整数倍であることを特徴とする光源装置。
【請求項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、該発光管内で一端が所定間隔をおいて配置された一対のアンテナとを有し、
前記一対のアンテナの一方に前記伝送線路が接続されている、
ことを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項３】
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、該発光管内で一端が所定間隔をおいて配置された一対のアンテナとを有し、
前記一対のアンテナにはそれぞれ前記伝送線路が接続され、
前記いずれかの伝送線路上に前記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記載の光源装置。
【請求項４】
請求項１乃至３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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−１８１７３４（Ｐ２００９−１８１７３４Ａ）
【公開日】平成２１年８月１３日（２００９．８．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１７８７６（Ｐ２００８−１７８７６）
【出願日】平成２０年１月２９日（２００８．１．２９）
【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２１年８月１３日（２００９．８．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月２９日（２００８．１．２９）
【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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