光源装置
【課題】マイクロ波の漏洩を低減するとともに、光源装置全体を小型化することが可能な構造を提供する。
【解決手段】本発明の光源装置１は、マイクロ波を出力するマイクロ波電源と、マイクロ波の入力を受けて発光する発光物質が充填される発光空間Ｋを有した発光管１０と、発光空間Ｋを挟んで発光管１０の一方の側に設けられ、マイクロ波電源に電気的に接続された第１電極１１ａと、発光空間Ｋを挟んで発光管１０の他方の側に設けられた第２電極１１ｂと、第２電極１１ｂの発光管１０に設けられた側と反対の側の端部に電気的に接続され、マイクロ波によって発生する電界の一部を打ち消すように配置された補助線３０と、を備えることを特徴とする。
【解決手段】本発明の光源装置１は、マイクロ波を出力するマイクロ波電源と、マイクロ波の入力を受けて発光する発光物質が充填される発光空間Ｋを有した発光管１０と、発光空間Ｋを挟んで発光管１０の一方の側に設けられ、マイクロ波電源に電気的に接続された第１電極１１ａと、発光空間Ｋを挟んで発光管１０の他方の側に設けられた第２電極１１ｂと、第２電極１１ｂの発光管１０に設けられた側と反対の側の端部に電気的に接続され、マイクロ波によって発生する電界の一部を打ち消すように配置された補助線３０と、を備えることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置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内部に放電用の電極を有していないため、フィラメントや電極の消耗が抑制され、長寿命光源として期待されている。
【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、ランプの発光部にマイクロ波のエネルギーを供給して発光させる構造がある。例えば、特許文献１及び２では、内部に発光物質が封入された発光管に一対の電極を突出させ、所定の間隔を有して対向配置させることにより、発光管の中心の発光部に高インピーダンス部を形成している。そして、一対の電極の一方にマイクロ波発生用の電源を接続し、発光管内部の高インピーダンス部にマイクロ波を供給することにより、強い電界を発生して発光部から光を射出させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１１５５３４号公報
【特許文献２】特開２００７−１１５５４７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、特許文献１及び２の技術では、アンテナの原理を利用して発光させる構造であるため、発光部から光を射出させるとともに、供給するマイクロ波が外部へ漏洩してしまい、他の電子機器、さらには人体に悪影響を与えてしまう場合がある。また、従来の光源装置は、ランプの全長がマイクロ波の波長に応じた長さとなるため、装置全体を小型化することが困難な場合がある。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、マイクロ波の漏洩を低減するとともに、光源装置全体を小型化することが可能な構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、本発明の光源装置は、マイクロ波を出力するマイクロ波電源と、前記マイクロ波の入力を受けて発光する発光物質が充填される発光空間を有した発光管と、前記発光空間を挟んで前記発光管の一方の側に設けられ、前記マイクロ波電源に電気的に接続された第１電極と、前記発光空間を挟んで前記発光管の他方の側に設けられた第２電極と、前記第２電極の前記発光管に設けられた側と反対の側の端部に電気的に接続され、前記マイクロ波によって発生する電界の一部を打ち消すように配置された補助線と、を備えることを特徴とする。
この構成によれば、補助線を設けることで、マイクロ波電源から出力されたマイクロ波によって発光管の周辺に発生する電界の一部が打ち消されるので、漏洩電波を低減させることができる。本願発明者は、所定の条件の下、マイクロ波の周波数を１．５〜４．０ＧＨｚの範囲で、発光管の支持部の長さと補助線の長さとを所定の長さに調整して本発明に係る光源装置の入力端のインピーダンス整合のシミュレーションを行った。その結果、本願発明者は、本発明に係る光源装置に使用する周波数２．４ＧＨｚで従来に比較して入力端のインピーダンスの整合がとれることを確認し、このときの支持部の長さと補助線の長さとの関係を見出した。これにより、補助線の長さを所定の長さにすることで、従来の光源装置よりも支持部の長さを短くし、結果としてランプの全長を短くすることができる。また、本願発明者は、上記シミュレーションを行い、補助線を設けることによって、漏洩電波の放射性能が低下することを見出した。したがって、漏洩電波を低減させるとともに、光源装置全体を小型化することが可能な構造が提供できる。
【０００８】
本発明においては、前記補助線は、前記発光管の長手方向に対して垂直な立ち上がり部と、前記立ち上がり部に接続され前記発光管の長手方向に対して平行な本線部と、を有していることが望ましい。
この構成によれば、マイクロ波電源から出力されたマイクロ波によって発生する電界の方向と平行な本線部を備えるので、マイクロ波によって発生する電界の方向に対して逆方向の電界によって電界の一部を効果的に打ち消すことができる。その結果、漏洩電波を格段に低減させることが可能な構造が提供できる。
【０００９】
本発明においては、前記補助線は、前記立ち上がり部と前記本線部とが折り返された屈曲部を複数有していることが望ましい。
この構成によれば、補助線が複数回折り返されるので、電界の一部を効果的に打ち消すことができる。その結果、漏洩電波を格段に低減させることが可能な構造が提供できる。また、補助線の本線部の長さが１回のみ折り返す場合の本線部の長さに対して短くでき、結果として光源装置全体を小型化することが可能となる。
【００１０】
本発明においては、前記本線部の長手方向の距離が、前記発光管の長手方向の距離より長いことが望ましい。
この構成によれば、マイクロ波電源から出力されたマイクロ波によって発生する電界の方向と平行な本線部が長いので、電界の一部を効果的に打ち消すことができる。その結果、漏洩電波を格段に低減させることが可能な構造が提供できる。
【００１１】
本発明においては、前記補助線が、細線形状からなることが望ましい。
この構成によれば、発光部から射出される光のブロッキングを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態の光源装置の概略構成を示した模式図である。
【図２】第１実施形態の光源装置のスミスチャートである。
【図３】第１実施形態の光源装置の支持部の長さと補助線の長さの関係図である。
【図４】第２実施形態の光源装置の概略構成を示した模式図である。
【図５】従来の光源装置の概略構成断面図である。
【図６】従来の光源装置のスミスチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。かかる実施の形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等が異なっている。
【００１４】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る光源装置の概略を示す模式図である。図１（ａ）は、図１（ｂ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、本実施形態の光源装置１は、マイクロ波励起ランプ１５と、マイクロ波励起ランプ１５の一方の側に接続された補助線３０と、マイクロ波励起ランプ１５の他方の側に接続された同軸ケーブル２０とを備えている。同軸ケーブル２０のマイクロ波励起ランプ１５の接続された側と反対の側には、マイクロ波を出力するマイクロ波電源（図示略）が接続されている。このマイクロ波電源から同軸ケーブル２０を介して入力されるマイクロ波によってマイクロ波励起ランプ１５が発光する。
【００１５】
マイクロ波励起ランプ１５は、発光管１０と、発光管１０内に配置される一対の電極１１ａ（第１電極）、１１ｂ（第２電極）とを備えている。発光管１０は、中央部分が球状に膨出した発光部１０ａと、発光部１０ａの両側に延在する細管状の支持部１０ｂ，１０ｃとを有して構成されている。発光管１０は、例えば石英ガラス等の絶縁材料から形成されている。
【００１６】
発光部１０ａ内に形成された発光空間Ｋには、マイクロ波の入力を受けて発光する発光物質が充填されている。発光物質としては、例えば水銀、希ガス、ハロゲン化合物を用いることができる。なお、発光物質を超高圧に封入することで、マイクロ波の励起によって十分な輝度を得ることができる。
【００１７】
第１電極１１ａは、支持部１０ｂ内に挿入され、同軸ケーブル２０を介してマイクロ波電源と電気的に接続されている。一方、第２電極１１ｂは、支持部１０ｃ内に挿入されている。電極１１ａ，１１ｂは発光部１０ａの発光空間Ｋ内において互いの先端部を対向させて、所定の間隔（以下、ギャップという。）を有して配置されている。なお、電極１１ａ，１１ｂの先端部のギャップは、なるべく小さくするのがよい。これにより、点光源に近い高輝度発光を得ることができる。電極１１ａ，１１ｂの形成材料は、熱膨張係数が小さく耐熱性が高い導電性材料、例えばタングステンを用いることができる。
【００１８】
補助線３０は、第２電極１１ｂの支持部１０に設けられた側と反対の側の端部に接続されている。補助線３０は、補助線３０の形状が維持できる程度の細線形状からなっている。これにより、発光部１０ａから射出される光のブロッキングを抑制することができる。補助線３０の形成材料は、例えば金属等の導電性材料を用いることができる。補助線３０の接続方法としては、例えば溶接、カシメが挙げられる。
【００１９】
また、補助線３０は、発光管１０の長手方向に対して垂直な立ち上がり部３０ａと、立ち上がり部３０ａに接続され発光管１０の長手方向に対して平行な本線部３０ｂと、立ち上がり部３０ａと本線部３０ｂとが折り返された屈曲部３０ｃと、を有している。これにより、マイクロ波電源から出力されたマイクロ波によって発生する電界の方向に対して逆方向の電界によって電界の一部を効果的に打ち消すことができる。
【００２０】
同軸ケーブル２０は、内部導体２１と、内部導体２１を覆う外部導体２２と、内部導体２１と外部導体２２との間に介在する誘電体２３とから構成されている。内部導体２１及び外部導体２２の形成材料は、例えば銅が用いられる。誘電体２３の形成材料は、例えばマイクロ波に対して誘電体損失の少ないＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）が用いられる。
【００２１】
次に、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すそれぞれの寸法について説明する。寸法Ｈは、マイクロ波励起ランプ１５の長手方向の距離（発光管の長手方向の距離、以下、ランプの全長という。）である。寸法Ｌは、支持部１０ｂ，１０ｃの長手方向の距離（以下、支持部の長さという。）である。寸法Ｍは、寸法Ｍ１と寸法Ｍ２とを足し合わせた長さ（以下、補助線の長さという。）である。寸法Ｍ１は、補助線３０の立ち上がり部３０ａの中心軸の長さ（以下、立ち上がり部の長さという。）である。寸法Ｍ２は、補助線３０の本線部３０ｂの中心軸の長さ（以下、本線部の長さという。）である。なお、本線部の長さＭ２は、ランプの全長Ｈより長くなっている（ランプの長さＨ＜本線部の長さＭ２）。これにより、電界の一部を効果的に打ち消すことができる。
【００２２】
ここで、支持部の長さＬのうち、寸法Ｌ１は支持部１０ｂの長さであり、寸法Ｌ２は支持部１０ｃの長さである。なお、支持部の長さＬ１，Ｌ２は略同じ長さになっている。これにより、発光管１０の左右の向きがどちらでもよくなるので、発光管１０の左右の向きを合わせる必要がなく、製造効率を向上させることができる。
【００２３】
そして、本願発明者は、所定の条件の下、マイクロ波の周波数を１．５〜４．０ＧＨｚの範囲で、発光管１０の支持部の長さＬと補助線の長さＭとを所定の長さに調整して本発明に係る光源装置１の入力端のインピーダンス整合のシミュレーションを行った。その結果、本願発明者は、本実施の形態である光源装置１に使用する周波数が２．４ＧＨｚで従来に比較して入力端のインピーダンスの整合がとれることを確認し、このときの支持部の長さＬと補助線の長さＭとの関係を見出した。これにより、補助線の長さＭを所定の長さにすることで、従来の光源装置１０００（図５）よりも支持部の長さＬを短くし、結果としてランプの全長Ｈを短くすることができる。
【００２４】
ここで、従来の光源装置について説明する。図５は、従来の光源装置１０００の概略構成を示す模式図である。本図は、図１（ａ）に対応した、従来の光源装置１０００の断面構成を表した図である。図１（ａ）と同様の要素には同一の記号を付し、詳細な説明を省略する。
【００２５】
図５に示すように、光源装置１０００は、マイクロ波励起ランプ１０１５と、マイクロ波励起ランプ１０１５の一方の側に接続された同軸ケーブル１０２０とを有して構成されている。符号１０１０は発光管、符号１０１０ａは発光部、符号１０１０ｂ，１０１０ｃは支持部、符号１０１１ａ，１０１１ｂは電極、符号１０２１は内部導体、符号１０２２は外部導体、符号１０２３は誘電体である。寸法Ｈ０はマイクロ波励起ランプ１０１５の全長、寸法Ｌ０は支持部１０１０ｂ，１０１０ｃのそれぞれの長さである。従来の光源装置１０００は、補助線３０を有していない点で本実施形態の光源装置１と異なる。
【００２６】
光源装置１０００は、発光空間Ｋに一対の電極１０１１ａ，１０１１ｂを突出させ、所定の間隔を有して対向配置させることにより、アンテナの原理を利用して発光部１０１０ａに高インピーダンス部を形成している。また、光源装置１０００のランプの全長Ｈ０は、マイクロ波の実効波長の略１／２の長さとなっている。つまり、マイクロ波の実効波長をλとすると、ランプの全長Ｈ０が「Ｈ０＝ｎλ／２、ここでｎは奇数」を満たしている。このため、光源装置１０００はプロジェクター等の光学機器への実装において占有体積が大きくなってしまい、小型化することが困難な場合があった。
【００２７】
次に、従来の光源装置１０００について本願発明者が行った光源装置１０００の入力端のインピーダンス整合のシミュレーションの結果を説明する。図６は、従来の光源装置１０００のスミスチャート（インピーダンスチャート）を示した図である。なお、シミュレーションの条件（各種パラメータ）は、比誘電率：８０＋３０ｊ、シミュレーション方法：有限積分法、シミュレーション空間の境界条件：完全吸収境界、周波数：１．５〜４．０ＧＨｚ、信号入力：５０Ω同軸線路による入力、である。なお、周波数は１．５〜４．０ＧＨｚの範囲である。また、ランプの全長Ｈ０は４２．６ｍｍ、支持部の長さＬ０は１８ｍｍに設定している。
【００２８】
光源装置の入力端のインピーダンスはＲ±ｊＸ（実数＋虚数）で表される。図６のスミスチャート上にプロットされるインピーダンスの座標が、中心の正規化インピーダンス１Ωに近づくにつれて、光源装置の入力端のインピーダンス整合が向上される（インピーダンスマッチングが行われる）。一方、図６中の外周円側（周囲側）では不整合となり光源装置にマイクロ波が入力されること無く反射される。
【００２９】
図６中の記号○は、周波数１．５ＧＨｚにおける光源装置１０００の入力端のインピーダンスの座標（１．４０，−５６．３７）を示している。この場合は基準が５０ΩなのでＲパートの１．４０を基準の５０で割って正規化すると０．０３、ｊパートの５６．３７を同様に正規化すると１．１３となり、それぞれの座標が求まる。よって、横軸の０．０３とマイナス側（横軸の下側）の１．１３の交点が、周波数１．５ＧＨｚにおける光源装置１０００の入力端の正規化インピーダンスの座標となる。
【００３０】
また、図６中の記号△は、光源装置１０００で使用する周波数２．４ＧＨｚにおける入力端のインピーダンスの座標（１８．２８，−３２．４１）を示している。正規化すると、Ｒパートの座標は０．３７、ｊパートの座標は０．６５となる。よって、横軸の０．３７とマイナス側（横軸の下側）の０．６５の交点が、周波数２．４ＧＨｚにおける光源装置１０００の入力端の正規化インピーダンスの座標となる。
【００３１】
また、図６中の記号□は、周波数４．０ＧＨｚにおける光源装置１０００の入力端のインピーダンスの座標（５．８１，１３．５７）を示している。正規化すると、Ｒパートの座標は０．１２、ｊパートの座標は０．２７となる。よって、横軸の０．１２とプラス側（横軸の上側）の０．２７の交点が、周波数４．０ＧＨｚにおける光源装置１０００の入力端の正規化インピーダンスの座標となる。
【００３２】
図６中の実線は、周波数範囲１．５〜４．０ＧＨｚにおける光源装置１０００の入力端のインピーダンスの軌跡を示している。図６に示すように、周波数１．５〜２．４ＧＨｚの範囲では、周波数が大きくなるにつれ、容量性から誘導性に変化し、円の中心の１Ωへ向かってシフトしている（図６中○→△）。一方、周波数２．４〜４．０ＧＨｚの範囲では、周波数が大きくなるにつれ、円の中心から離れ、途中から円の外周に沿って移動している（図６中△→□）。
【００３３】
しかしながら、スミスチャートの円の中心から光源装置１０００で使用する周波数２．４ＧＨｚにおける座標（図６中△）を見ると、それほど近くにはない（光源装置１０００の入力端のインピーダンス整合が向上しているとはいえない）ことが確認される。
【００３４】
そこで、本願発明者は、従来技術の光源装置１０００のマイクロ波励起ランプ１０１５の一方の側に補助線３０を設けることで、光源装置全体を小型化し、入力端のインピーダンス整合をとれる条件となる支持部の長さＬと補助線の長さＭの関係を見出した。
【００３５】
次に、本実施形態の光源装置１について本願発明者が行った入力端のインピーダンス整合のシミュレーションの結果を説明する。図２は、図６に対応した、光源装置１のスミスチャート（インピーダンスチャート）を示した図である。図６と同様の要素には同一の記号を付し、詳細な説明を省略する。なお、本シミュレーションにおいて、ランプの全長Ｈは１６．６ｍｍ、支持部の長さＬは５．５ｍｍ、補助線の長さＭは２６ｍｍに設定している。
【００３６】
図２中の記号○は、周波数１．５ＧＨｚにおける光源装置１の入力端のインピーダンスの座標（２．１７，−４６．９４）を示している。正規化すると、Ｒパートの座標は０．０４、ｊパートの座標は０．９４となる。よって、横軸の０．０４とマイナス側（横軸の下側）の０．９４の交点が、周波数１．５ＧＨｚにおける光源装置１の入力端の正規化インピーダンスの座標となる。
【００３７】
また、図２中の記号△は、本実施形態の光源装置１で使用する周波数２．４ＧＨｚにおける入力端のインピーダンスの座標（４６．５０，１６．０７）を示している。正規化すると、Ｒパートの座標は０．９３、ｊパートの座標は０．３２となる。よって、横軸の０．９３とプラス側（横軸の上側）の０．３２の交点が、周波数２．４ＧＨｚにおける光源装置１の入力端の正規化インピーダンスの座標となる。
【００３８】
また、図２中の記号□は、周波数４．０ＧＨｚにおける光源装置１の入力端のインピーダンスの座標（７．８７，１２．８５）を示している。正規化すると、Ｒパートの座標は０．１６、ｊパートの座標は０．２６となる。よって、横軸の０．１６とプラス側（横軸の上側）の０．２６の交点が、周波数４．０ＧＨｚにおける光源装置１の入力端の正規化インピーダンスの座標となる。
【００３９】
図２中の実線は、周波数範囲１．５〜４．０ＧＨｚにおける光源装置１の入力端のインピーダンスの軌跡を示している。図２に示すように、周波数１．５〜２．４ＧＨｚの範囲では、周波数が大きくなるにつれ、容量性から誘導性に変化し、円の中心の１Ωへ向かってシフトしている（図２中○→△）。一方、周波数２．４〜４．０ＧＨｚの範囲では、周波数が大きくなるにつれ、円の中心から離れ、途中から円の外周に沿って移動している（図２中△→□）。
【００４０】
図２と図６（従来の光源装置のスミスチャート）とを比較すると、図２のほうが、周波数２．４ＧＨｚにおける座標（図２中△）が円の中心の１Ωに近くなっている。すなわち、スミスチャートの円の中心から周波数２．４ＧＨｚにおける座標（図２中△）を見ると、従来に比較してｊパートを減少させるとともにＲパートを５０Ω（１Ω）に近づけることができる（入力端のインピーダンス整合が向上している）ことが確認される。したがって、スミスチャートからも、本実施形態の光源装置１は従来の光源装置１０００より、２．４ＧＨｚにおける入力端のインピーダンス整合が向上していることが確認される。
【００４１】
次に、本実施形態の光源装置１について、周波数２．４ＧＨｚで入力端のインピーダンスを整合させた際の支持部の長さＬと補助線の長さＭの関係について説明する。図３は、支持部の長さＬと補助線の長さＭの関係を示した図である。図３中の横軸が支持部の長さＬ（ｍｍ）、縦軸が補助線の長さＭ（ｍｍ）を表している。なお、支持部の長さＬは支持部１０ｂ，１０ｃの一方の長さ、言い換えると、支持部の長さＬ１，Ｌ２の一方を示している。本実施形態では、支持部の長さＬ１，Ｌ２は略同じ長さになっている。
【００４２】
図３中の実線は、補助線無し（従来の光源装置）を起点とし、補助線３０を設けて補助線の長さＭを長くさせ、且つ前述のように本発明に係る光源装置のインピーダンス整合が得られるように光源装置の支持部の長さＬを変化させた時の状況を示している。図３に示すように、補助線無しから補助線の長さＭが２６ｍｍの範囲では、補助線の長さＭが長くなるにつれ、支持部の長さＬが短くなる状況を示している。補助線の長さＭが２６ｍｍのとき、支持部の長さＬは５．５ｍｍとなっている。
【００４３】
また、本実施形態の光源装置１のランプの全長Ｈは１６．６ｍｍであり、従来の光源装置１０００のランプの全長Ｈ０が４２．６ｍｍであるのに対して約４０％の長さに短縮されている。したがって、本実施形態の光源装置１と従来の光源装置１０００のランプの全長の関係からも、本実施形態の光源装置１は従来の光源装置１０００より光源装置全体を小型化できることが確認される。
【００４４】
なお、本願発明者は、上記シミュレーションを行い、補助線３０を設けることによって、漏洩電波の放射性能が低下することを見出した。本実施形態の光源装置１の漏洩電波の放射性能は、従来の光源装置１０００の漏洩電波の放射性能に対して約１８％となっていることが確認された。したがって、本実施形態の光源装置１は従来の光源装置１０００より漏洩電波を格段に低減することができる。
【００４５】
本実施形態の光源装置１によれば、補助線３０を設けることで、マイクロ波電源から出力されたマイクロ波によって発光管１０の周辺に発生する電界の一部が打ち消されるので、漏洩電波を低減させることができる。本願発明者は、所定の条件の下、マイクロ波の周波数を１．５〜４．０ＧＨｚの範囲で、発光管１０の支持部の長さＬと補助線の長さＭとを所定の長さに調整して本発明に係る光源装置１の入力端のインピーダンス整合のシミュレーションを行った。その結果、本願発明者は、本発明に係る光源装置１に使用する周波数が２．４ＧＨｚで従来に比較して光源装置１の入力端のインピーダンスの整合がとれることを確認し、このときの支持部の長さＬと補助線の長さＭとの関係を見出した。これにより、補助線の長さＭを所定の長さにすることで、従来の光源装置１０００よりも支持部の長さＬを短くし、結果としてランプの全長Ｈを短くすることができる。また、本願発明者は、上記シミュレーションを行い、補助線３０を設けることによって、漏洩電波の放射性能が低下することを見出した。したがって、漏洩電波を低減させるとともに、光源装置全体を小型化することが可能な構造が提供できる。
【００４６】
また、この構成によれば、マイクロ波電源から出力されたマイクロ波によって発生する電界の方向と平行な本線部３０ｂを備えるので、マイクロ波によって発生する電界の方向に対して逆方向の電界によって電界の一部を効果的に打ち消すことができる。その結果、漏洩電波を格段に低減させることが可能な構造が提供できる。
【００４７】
また、この構成によれば、マイクロ波電源から出力されたマイクロ波によって発生する電界の方向と平行な本線部３０が長い（ランプの長さＨ＜本線部の長さＭ２）ので、電界の一部を効果的に打ち消すことができる。その結果、漏洩電波を格段に低減させることが可能な構造が提供できる。
【００４８】
また、この構成によれば、補助線３０が細線形状からなるので、発光部１０ａから射出される光のブロッキングを抑制することができる。
【００４９】
なお、本実施形態の光源装置１は、補助線３０が立ち上がり部３０ａと、本線部３０ｂとを有する構造であるが、これに限らない。例えば、補助線３０が立ち上がり部３０ａのみを有する構造でもよい。発光管１０の長手方向に垂直な成分の立ち上がり部３０ａを設けることにより、発光管１０の長手方向に平行な成分の本線部３０ｂを設けなくても漏洩電波を低減させることができると本願発明者は推測している。
【００５０】
(第２実施形態)
次に、本発明の第２実施形態に係る光源装置について、図４（ａ）及び図４（ｂ）を用いて説明する。図４（ａ）は、図４（ｂ）のＤ−Ｄ線に沿った断面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。なお、図４（ａ）は、図１（ａ）に対応した、光源装置２の概略構成を示す断面図である。また、図４（ｂ）は、図１（ｂ）に対応した、光源装置２の概略構成を示す断面図である。本実施形態では、補助線３１が、屈曲部３１ｇ，３１ｈ，３１ｉ，３１ｊ，３１ｋを複数有している点で上述の第１実施形態で説明した光源装置１と異なっている。その他の点は第１実施形態と同様であるので、図１と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５１】
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、光源装置２は第１実施形態の光源装置１と異なり、補助線３１が複数の屈曲部３１ｇ，３１ｈ，３１ｉ，３１ｊ，３１ｋを有している。具体的には、補助線３１は、発光管１０の長手方向に対して垂直な立ち上がり部３１ａ，３１ｂ，３１ｃと、発光管１０の長手方向に対して平行な本線部３１ｄ，３１ｅ，３１ｆと、を有している。そして、立ち上がり部３１ａ，３１ｂ，３１ｃと本線部３１ｄ，３１ｅ，３１ｆとがそれぞれ折り返された屈曲部３１ｇ，３１ｈ，３１ｉ，３１ｊ，３１ｋを有している。すなわち、光源装置２は補助線３１が５つの屈曲部３１ｇ，３１ｈ，３１ｉ，３１ｊ，３１ｋで折り返されている。
【００５２】
次に、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すそれぞれの寸法について説明する。寸法Ｎは、寸法Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４，Ｎ５，Ｎ６を足し合わせた長さ（以下、補助線の長さという。）である。寸法Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３は、それぞれ立ち上がり部３１ａ，３１ｂ，３１ｃの中心軸の長さ（以下、立ち上がり部の長さという。）である。寸法Ｎ４，Ｎ５，Ｎ６は、それぞれ本線部３１ｄ，３１ｅ，３１ｆの中心軸の長さ（以下、本線部の長さという。）である。
【００５３】
なお、本線部の長さＮ４，Ｎ５，Ｎ６は、それぞれランプの全長Ｈより短くなっている。また、本線部の長さＮ４，Ｎ５，Ｎ６はそれぞれランプの全長Ｈの範囲内で任意の長さに適宜設定することができる。また、立ち上がり部の長さＮ１，Ｎ２，Ｎ３は、それぞれ任意の長さに適宜設定することができる。
【００５４】
本実施形態の光源装置２によれば、補助線３１が複数回折り返されるので、電界の一部を効果的に打ち消すことができる。その結果、漏洩電波を格段に低減させることが可能な構造が提供できる。また、補助線の本線部の長さＮ４，Ｎ５，Ｎ６が、第１実施形態で示した１回のみ折り返す場合の本線部の長さＭ２に対してそれぞれ短くでき、結果として光源装置全体を小型化することが可能となる。
【００５５】
なお、本実施形態の光源装置２は、補助線３１が５つの屈曲部３１ｇ，３１ｈ，３１ｉ，３１ｊ，３１ｋを有しているが、これに限らない。例えば、補助線３１が２つの屈曲部、３つの屈曲部を有していてもよい。すなわち、補助線３１が屈曲部を複数有してさえいればよく、任意の数に適宜設定することができる。
【００５６】
なお、本発明の光源装置は、補助線を１本のみ備えているが、これに限らず、例えば２本、３本、４本等、複数の補助線を備えていてもよい。このように、複数の補助線をバランスよく配置することで、補助線が１本のみの場合より漏洩電波を格段に低減させることができると本願発明者は推測している。
【００５７】
なお、本発明の光源装置は、発光管１０の形成材料として石英ガラスを用いる例を示したが、これに限らない。例えば、発光管１０の形成材料としては、透明セラミックスや透明サファイアを用いてもよい。これにより、発光管１０の光透過率や耐熱性を向上させることができる。
【００５８】
なお、本発明の光源装置は、電極１１ａ，１１ｂの形成材料としてタングステンを用いる例を示したが、これに限らない。例えば、電極１１ａ，１１ｂのうち、支持部１０ｂ，１０ｃ内に配置される部分を箔状としてもよい。このとき、電極１１ａ，１１ｂにモリブデン製の金属箔を接続するのがよい。これにより、発光管１０の形成材料の石英ガラスとの熱膨張率差を打ち消すことができ、発光空間Ｋ内の気密性を維持することが可能になる。
【００５９】
なお、本発明の光源装置は、発光管の支持部の長さＬ１，Ｌ２が略同じ長さになっているが、これに限らない。例えば、支持部の長さＬ１，Ｌ２のうち、いずれか一方を短くしてもよい。
【００６０】
なお、本発明の光源装置は、電極１１ａ，１１ｂが支持部１０ｂ，１０ｃ内にそれぞれ挿入され、発光部１０ａの発光空間Ｋ内において互いの先端部を対向させて、ギャップを有して配置されているが、これに限らない。例えば、電極１１ａ，１１ｂの互いの先端部をコイル状の連結部材で連結することにより配置してもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１，２…光源装置、１０…発光管、１１ａ…第１電極、１１ｂ…第２電極、３０，３１…補助線、３０ａ，３１ａ，３１ｂ，３１ｃ…立ち上がり部、３０ｂ，３１ｄ，３１ｅ，３１ｆ…本線部、３０ｃ，３１ｇ，３１ｈ，３１ｉ，３１ｊ，３１ｋ…屈曲部、Ｈ…ランプの全長（発光管の長手方向の距離）、Ｋ…発光空間、Ｍ２，Ｎ４，Ｎ５，Ｎ６…本線部の長さ（本線部の長手方向の距離）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置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内部に放電用の電極を有していないため、フィラメントや電極の消耗が抑制され、長寿命光源として期待されている。
【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、ランプの発光部にマイクロ波のエネルギーを供給して発光させる構造がある。例えば、特許文献１及び２では、内部に発光物質が封入された発光管に一対の電極を突出させ、所定の間隔を有して対向配置させることにより、発光管の中心の発光部に高インピーダンス部を形成している。そして、一対の電極の一方にマイクロ波発生用の電源を接続し、発光管内部の高インピーダンス部にマイクロ波を供給することにより、強い電界を発生して発光部から光を射出させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１１５５３４号公報
【特許文献２】特開２００７−１１５５４７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、特許文献１及び２の技術では、アンテナの原理を利用して発光させる構造であるため、発光部から光を射出させるとともに、供給するマイクロ波が外部へ漏洩してしまい、他の電子機器、さらには人体に悪影響を与えてしまう場合がある。また、従来の光源装置は、ランプの全長がマイクロ波の波長に応じた長さとなるため、装置全体を小型化することが困難な場合がある。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、マイクロ波の漏洩を低減するとともに、光源装置全体を小型化することが可能な構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、本発明の光源装置は、マイクロ波を出力するマイクロ波電源と、前記マイクロ波の入力を受けて発光する発光物質が充填される発光空間を有した発光管と、前記発光空間を挟んで前記発光管の一方の側に設けられ、前記マイクロ波電源に電気的に接続された第１電極と、前記発光空間を挟んで前記発光管の他方の側に設けられた第２電極と、前記第２電極の前記発光管に設けられた側と反対の側の端部に電気的に接続され、前記マイクロ波によって発生する電界の一部を打ち消すように配置された補助線と、を備えることを特徴とする。
この構成によれば、補助線を設けることで、マイクロ波電源から出力されたマイクロ波によって発光管の周辺に発生する電界の一部が打ち消されるので、漏洩電波を低減させることができる。本願発明者は、所定の条件の下、マイクロ波の周波数を１．５〜４．０ＧＨｚの範囲で、発光管の支持部の長さと補助線の長さとを所定の長さに調整して本発明に係る光源装置の入力端のインピーダンス整合のシミュレーションを行った。その結果、本願発明者は、本発明に係る光源装置に使用する周波数２．４ＧＨｚで従来に比較して入力端のインピーダンスの整合がとれることを確認し、このときの支持部の長さと補助線の長さとの関係を見出した。これにより、補助線の長さを所定の長さにすることで、従来の光源装置よりも支持部の長さを短くし、結果としてランプの全長を短くすることができる。また、本願発明者は、上記シミュレーションを行い、補助線を設けることによって、漏洩電波の放射性能が低下することを見出した。したがって、漏洩電波を低減させるとともに、光源装置全体を小型化することが可能な構造が提供できる。
【０００８】
本発明においては、前記補助線は、前記発光管の長手方向に対して垂直な立ち上がり部と、前記立ち上がり部に接続され前記発光管の長手方向に対して平行な本線部と、を有していることが望ましい。
この構成によれば、マイクロ波電源から出力されたマイクロ波によって発生する電界の方向と平行な本線部を備えるので、マイクロ波によって発生する電界の方向に対して逆方向の電界によって電界の一部を効果的に打ち消すことができる。その結果、漏洩電波を格段に低減させることが可能な構造が提供できる。
【０００９】
本発明においては、前記補助線は、前記立ち上がり部と前記本線部とが折り返された屈曲部を複数有していることが望ましい。
この構成によれば、補助線が複数回折り返されるので、電界の一部を効果的に打ち消すことができる。その結果、漏洩電波を格段に低減させることが可能な構造が提供できる。また、補助線の本線部の長さが１回のみ折り返す場合の本線部の長さに対して短くでき、結果として光源装置全体を小型化することが可能となる。
【００１０】
本発明においては、前記本線部の長手方向の距離が、前記発光管の長手方向の距離より長いことが望ましい。
この構成によれば、マイクロ波電源から出力されたマイクロ波によって発生する電界の方向と平行な本線部が長いので、電界の一部を効果的に打ち消すことができる。その結果、漏洩電波を格段に低減させることが可能な構造が提供できる。
【００１１】
本発明においては、前記補助線が、細線形状からなることが望ましい。
この構成によれば、発光部から射出される光のブロッキングを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態の光源装置の概略構成を示した模式図である。
【図２】第１実施形態の光源装置のスミスチャートである。
【図３】第１実施形態の光源装置の支持部の長さと補助線の長さの関係図である。
【図４】第２実施形態の光源装置の概略構成を示した模式図である。
【図５】従来の光源装置の概略構成断面図である。
【図６】従来の光源装置のスミスチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。かかる実施の形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等が異なっている。
【００１４】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る光源装置の概略を示す模式図である。図１（ａ）は、図１（ｂ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、本実施形態の光源装置１は、マイクロ波励起ランプ１５と、マイクロ波励起ランプ１５の一方の側に接続された補助線３０と、マイクロ波励起ランプ１５の他方の側に接続された同軸ケーブル２０とを備えている。同軸ケーブル２０のマイクロ波励起ランプ１５の接続された側と反対の側には、マイクロ波を出力するマイクロ波電源（図示略）が接続されている。このマイクロ波電源から同軸ケーブル２０を介して入力されるマイクロ波によってマイクロ波励起ランプ１５が発光する。
【００１５】
マイクロ波励起ランプ１５は、発光管１０と、発光管１０内に配置される一対の電極１１ａ（第１電極）、１１ｂ（第２電極）とを備えている。発光管１０は、中央部分が球状に膨出した発光部１０ａと、発光部１０ａの両側に延在する細管状の支持部１０ｂ，１０ｃとを有して構成されている。発光管１０は、例えば石英ガラス等の絶縁材料から形成されている。
【００１６】
発光部１０ａ内に形成された発光空間Ｋには、マイクロ波の入力を受けて発光する発光物質が充填されている。発光物質としては、例えば水銀、希ガス、ハロゲン化合物を用いることができる。なお、発光物質を超高圧に封入することで、マイクロ波の励起によって十分な輝度を得ることができる。
【００１７】
第１電極１１ａは、支持部１０ｂ内に挿入され、同軸ケーブル２０を介してマイクロ波電源と電気的に接続されている。一方、第２電極１１ｂは、支持部１０ｃ内に挿入されている。電極１１ａ，１１ｂは発光部１０ａの発光空間Ｋ内において互いの先端部を対向させて、所定の間隔（以下、ギャップという。）を有して配置されている。なお、電極１１ａ，１１ｂの先端部のギャップは、なるべく小さくするのがよい。これにより、点光源に近い高輝度発光を得ることができる。電極１１ａ，１１ｂの形成材料は、熱膨張係数が小さく耐熱性が高い導電性材料、例えばタングステンを用いることができる。
【００１８】
補助線３０は、第２電極１１ｂの支持部１０に設けられた側と反対の側の端部に接続されている。補助線３０は、補助線３０の形状が維持できる程度の細線形状からなっている。これにより、発光部１０ａから射出される光のブロッキングを抑制することができる。補助線３０の形成材料は、例えば金属等の導電性材料を用いることができる。補助線３０の接続方法としては、例えば溶接、カシメが挙げられる。
【００１９】
また、補助線３０は、発光管１０の長手方向に対して垂直な立ち上がり部３０ａと、立ち上がり部３０ａに接続され発光管１０の長手方向に対して平行な本線部３０ｂと、立ち上がり部３０ａと本線部３０ｂとが折り返された屈曲部３０ｃと、を有している。これにより、マイクロ波電源から出力されたマイクロ波によって発生する電界の方向に対して逆方向の電界によって電界の一部を効果的に打ち消すことができる。
【００２０】
同軸ケーブル２０は、内部導体２１と、内部導体２１を覆う外部導体２２と、内部導体２１と外部導体２２との間に介在する誘電体２３とから構成されている。内部導体２１及び外部導体２２の形成材料は、例えば銅が用いられる。誘電体２３の形成材料は、例えばマイクロ波に対して誘電体損失の少ないＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）が用いられる。
【００２１】
次に、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すそれぞれの寸法について説明する。寸法Ｈは、マイクロ波励起ランプ１５の長手方向の距離（発光管の長手方向の距離、以下、ランプの全長という。）である。寸法Ｌは、支持部１０ｂ，１０ｃの長手方向の距離（以下、支持部の長さという。）である。寸法Ｍは、寸法Ｍ１と寸法Ｍ２とを足し合わせた長さ（以下、補助線の長さという。）である。寸法Ｍ１は、補助線３０の立ち上がり部３０ａの中心軸の長さ（以下、立ち上がり部の長さという。）である。寸法Ｍ２は、補助線３０の本線部３０ｂの中心軸の長さ（以下、本線部の長さという。）である。なお、本線部の長さＭ２は、ランプの全長Ｈより長くなっている（ランプの長さＨ＜本線部の長さＭ２）。これにより、電界の一部を効果的に打ち消すことができる。
【００２２】
ここで、支持部の長さＬのうち、寸法Ｌ１は支持部１０ｂの長さであり、寸法Ｌ２は支持部１０ｃの長さである。なお、支持部の長さＬ１，Ｌ２は略同じ長さになっている。これにより、発光管１０の左右の向きがどちらでもよくなるので、発光管１０の左右の向きを合わせる必要がなく、製造効率を向上させることができる。
【００２３】
そして、本願発明者は、所定の条件の下、マイクロ波の周波数を１．５〜４．０ＧＨｚの範囲で、発光管１０の支持部の長さＬと補助線の長さＭとを所定の長さに調整して本発明に係る光源装置１の入力端のインピーダンス整合のシミュレーションを行った。その結果、本願発明者は、本実施の形態である光源装置１に使用する周波数が２．４ＧＨｚで従来に比較して入力端のインピーダンスの整合がとれることを確認し、このときの支持部の長さＬと補助線の長さＭとの関係を見出した。これにより、補助線の長さＭを所定の長さにすることで、従来の光源装置１０００（図５）よりも支持部の長さＬを短くし、結果としてランプの全長Ｈを短くすることができる。
【００２４】
ここで、従来の光源装置について説明する。図５は、従来の光源装置１０００の概略構成を示す模式図である。本図は、図１（ａ）に対応した、従来の光源装置１０００の断面構成を表した図である。図１（ａ）と同様の要素には同一の記号を付し、詳細な説明を省略する。
【００２５】
図５に示すように、光源装置１０００は、マイクロ波励起ランプ１０１５と、マイクロ波励起ランプ１０１５の一方の側に接続された同軸ケーブル１０２０とを有して構成されている。符号１０１０は発光管、符号１０１０ａは発光部、符号１０１０ｂ，１０１０ｃは支持部、符号１０１１ａ，１０１１ｂは電極、符号１０２１は内部導体、符号１０２２は外部導体、符号１０２３は誘電体である。寸法Ｈ０はマイクロ波励起ランプ１０１５の全長、寸法Ｌ０は支持部１０１０ｂ，１０１０ｃのそれぞれの長さである。従来の光源装置１０００は、補助線３０を有していない点で本実施形態の光源装置１と異なる。
【００２６】
光源装置１０００は、発光空間Ｋに一対の電極１０１１ａ，１０１１ｂを突出させ、所定の間隔を有して対向配置させることにより、アンテナの原理を利用して発光部１０１０ａに高インピーダンス部を形成している。また、光源装置１０００のランプの全長Ｈ０は、マイクロ波の実効波長の略１／２の長さとなっている。つまり、マイクロ波の実効波長をλとすると、ランプの全長Ｈ０が「Ｈ０＝ｎλ／２、ここでｎは奇数」を満たしている。このため、光源装置１０００はプロジェクター等の光学機器への実装において占有体積が大きくなってしまい、小型化することが困難な場合があった。
【００２７】
次に、従来の光源装置１０００について本願発明者が行った光源装置１０００の入力端のインピーダンス整合のシミュレーションの結果を説明する。図６は、従来の光源装置１０００のスミスチャート（インピーダンスチャート）を示した図である。なお、シミュレーションの条件（各種パラメータ）は、比誘電率：８０＋３０ｊ、シミュレーション方法：有限積分法、シミュレーション空間の境界条件：完全吸収境界、周波数：１．５〜４．０ＧＨｚ、信号入力：５０Ω同軸線路による入力、である。なお、周波数は１．５〜４．０ＧＨｚの範囲である。また、ランプの全長Ｈ０は４２．６ｍｍ、支持部の長さＬ０は１８ｍｍに設定している。
【００２８】
光源装置の入力端のインピーダンスはＲ±ｊＸ（実数＋虚数）で表される。図６のスミスチャート上にプロットされるインピーダンスの座標が、中心の正規化インピーダンス１Ωに近づくにつれて、光源装置の入力端のインピーダンス整合が向上される（インピーダンスマッチングが行われる）。一方、図６中の外周円側（周囲側）では不整合となり光源装置にマイクロ波が入力されること無く反射される。
【００２９】
図６中の記号○は、周波数１．５ＧＨｚにおける光源装置１０００の入力端のインピーダンスの座標（１．４０，−５６．３７）を示している。この場合は基準が５０ΩなのでＲパートの１．４０を基準の５０で割って正規化すると０．０３、ｊパートの５６．３７を同様に正規化すると１．１３となり、それぞれの座標が求まる。よって、横軸の０．０３とマイナス側（横軸の下側）の１．１３の交点が、周波数１．５ＧＨｚにおける光源装置１０００の入力端の正規化インピーダンスの座標となる。
【００３０】
また、図６中の記号△は、光源装置１０００で使用する周波数２．４ＧＨｚにおける入力端のインピーダンスの座標（１８．２８，−３２．４１）を示している。正規化すると、Ｒパートの座標は０．３７、ｊパートの座標は０．６５となる。よって、横軸の０．３７とマイナス側（横軸の下側）の０．６５の交点が、周波数２．４ＧＨｚにおける光源装置１０００の入力端の正規化インピーダンスの座標となる。
【００３１】
また、図６中の記号□は、周波数４．０ＧＨｚにおける光源装置１０００の入力端のインピーダンスの座標（５．８１，１３．５７）を示している。正規化すると、Ｒパートの座標は０．１２、ｊパートの座標は０．２７となる。よって、横軸の０．１２とプラス側（横軸の上側）の０．２７の交点が、周波数４．０ＧＨｚにおける光源装置１０００の入力端の正規化インピーダンスの座標となる。
【００３２】
図６中の実線は、周波数範囲１．５〜４．０ＧＨｚにおける光源装置１０００の入力端のインピーダンスの軌跡を示している。図６に示すように、周波数１．５〜２．４ＧＨｚの範囲では、周波数が大きくなるにつれ、容量性から誘導性に変化し、円の中心の１Ωへ向かってシフトしている（図６中○→△）。一方、周波数２．４〜４．０ＧＨｚの範囲では、周波数が大きくなるにつれ、円の中心から離れ、途中から円の外周に沿って移動している（図６中△→□）。
【００３３】
しかしながら、スミスチャートの円の中心から光源装置１０００で使用する周波数２．４ＧＨｚにおける座標（図６中△）を見ると、それほど近くにはない（光源装置１０００の入力端のインピーダンス整合が向上しているとはいえない）ことが確認される。
【００３４】
そこで、本願発明者は、従来技術の光源装置１０００のマイクロ波励起ランプ１０１５の一方の側に補助線３０を設けることで、光源装置全体を小型化し、入力端のインピーダンス整合をとれる条件となる支持部の長さＬと補助線の長さＭの関係を見出した。
【００３５】
次に、本実施形態の光源装置１について本願発明者が行った入力端のインピーダンス整合のシミュレーションの結果を説明する。図２は、図６に対応した、光源装置１のスミスチャート（インピーダンスチャート）を示した図である。図６と同様の要素には同一の記号を付し、詳細な説明を省略する。なお、本シミュレーションにおいて、ランプの全長Ｈは１６．６ｍｍ、支持部の長さＬは５．５ｍｍ、補助線の長さＭは２６ｍｍに設定している。
【００３６】
図２中の記号○は、周波数１．５ＧＨｚにおける光源装置１の入力端のインピーダンスの座標（２．１７，−４６．９４）を示している。正規化すると、Ｒパートの座標は０．０４、ｊパートの座標は０．９４となる。よって、横軸の０．０４とマイナス側（横軸の下側）の０．９４の交点が、周波数１．５ＧＨｚにおける光源装置１の入力端の正規化インピーダンスの座標となる。
【００３７】
また、図２中の記号△は、本実施形態の光源装置１で使用する周波数２．４ＧＨｚにおける入力端のインピーダンスの座標（４６．５０，１６．０７）を示している。正規化すると、Ｒパートの座標は０．９３、ｊパートの座標は０．３２となる。よって、横軸の０．９３とプラス側（横軸の上側）の０．３２の交点が、周波数２．４ＧＨｚにおける光源装置１の入力端の正規化インピーダンスの座標となる。
【００３８】
また、図２中の記号□は、周波数４．０ＧＨｚにおける光源装置１の入力端のインピーダンスの座標（７．８７，１２．８５）を示している。正規化すると、Ｒパートの座標は０．１６、ｊパートの座標は０．２６となる。よって、横軸の０．１６とプラス側（横軸の上側）の０．２６の交点が、周波数４．０ＧＨｚにおける光源装置１の入力端の正規化インピーダンスの座標となる。
【００３９】
図２中の実線は、周波数範囲１．５〜４．０ＧＨｚにおける光源装置１の入力端のインピーダンスの軌跡を示している。図２に示すように、周波数１．５〜２．４ＧＨｚの範囲では、周波数が大きくなるにつれ、容量性から誘導性に変化し、円の中心の１Ωへ向かってシフトしている（図２中○→△）。一方、周波数２．４〜４．０ＧＨｚの範囲では、周波数が大きくなるにつれ、円の中心から離れ、途中から円の外周に沿って移動している（図２中△→□）。
【００４０】
図２と図６（従来の光源装置のスミスチャート）とを比較すると、図２のほうが、周波数２．４ＧＨｚにおける座標（図２中△）が円の中心の１Ωに近くなっている。すなわち、スミスチャートの円の中心から周波数２．４ＧＨｚにおける座標（図２中△）を見ると、従来に比較してｊパートを減少させるとともにＲパートを５０Ω（１Ω）に近づけることができる（入力端のインピーダンス整合が向上している）ことが確認される。したがって、スミスチャートからも、本実施形態の光源装置１は従来の光源装置１０００より、２．４ＧＨｚにおける入力端のインピーダンス整合が向上していることが確認される。
【００４１】
次に、本実施形態の光源装置１について、周波数２．４ＧＨｚで入力端のインピーダンスを整合させた際の支持部の長さＬと補助線の長さＭの関係について説明する。図３は、支持部の長さＬと補助線の長さＭの関係を示した図である。図３中の横軸が支持部の長さＬ（ｍｍ）、縦軸が補助線の長さＭ（ｍｍ）を表している。なお、支持部の長さＬは支持部１０ｂ，１０ｃの一方の長さ、言い換えると、支持部の長さＬ１，Ｌ２の一方を示している。本実施形態では、支持部の長さＬ１，Ｌ２は略同じ長さになっている。
【００４２】
図３中の実線は、補助線無し（従来の光源装置）を起点とし、補助線３０を設けて補助線の長さＭを長くさせ、且つ前述のように本発明に係る光源装置のインピーダンス整合が得られるように光源装置の支持部の長さＬを変化させた時の状況を示している。図３に示すように、補助線無しから補助線の長さＭが２６ｍｍの範囲では、補助線の長さＭが長くなるにつれ、支持部の長さＬが短くなる状況を示している。補助線の長さＭが２６ｍｍのとき、支持部の長さＬは５．５ｍｍとなっている。
【００４３】
また、本実施形態の光源装置１のランプの全長Ｈは１６．６ｍｍであり、従来の光源装置１０００のランプの全長Ｈ０が４２．６ｍｍであるのに対して約４０％の長さに短縮されている。したがって、本実施形態の光源装置１と従来の光源装置１０００のランプの全長の関係からも、本実施形態の光源装置１は従来の光源装置１０００より光源装置全体を小型化できることが確認される。
【００４４】
なお、本願発明者は、上記シミュレーションを行い、補助線３０を設けることによって、漏洩電波の放射性能が低下することを見出した。本実施形態の光源装置１の漏洩電波の放射性能は、従来の光源装置１０００の漏洩電波の放射性能に対して約１８％となっていることが確認された。したがって、本実施形態の光源装置１は従来の光源装置１０００より漏洩電波を格段に低減することができる。
【００４５】
本実施形態の光源装置１によれば、補助線３０を設けることで、マイクロ波電源から出力されたマイクロ波によって発光管１０の周辺に発生する電界の一部が打ち消されるので、漏洩電波を低減させることができる。本願発明者は、所定の条件の下、マイクロ波の周波数を１．５〜４．０ＧＨｚの範囲で、発光管１０の支持部の長さＬと補助線の長さＭとを所定の長さに調整して本発明に係る光源装置１の入力端のインピーダンス整合のシミュレーションを行った。その結果、本願発明者は、本発明に係る光源装置１に使用する周波数が２．４ＧＨｚで従来に比較して光源装置１の入力端のインピーダンスの整合がとれることを確認し、このときの支持部の長さＬと補助線の長さＭとの関係を見出した。これにより、補助線の長さＭを所定の長さにすることで、従来の光源装置１０００よりも支持部の長さＬを短くし、結果としてランプの全長Ｈを短くすることができる。また、本願発明者は、上記シミュレーションを行い、補助線３０を設けることによって、漏洩電波の放射性能が低下することを見出した。したがって、漏洩電波を低減させるとともに、光源装置全体を小型化することが可能な構造が提供できる。
【００４６】
また、この構成によれば、マイクロ波電源から出力されたマイクロ波によって発生する電界の方向と平行な本線部３０ｂを備えるので、マイクロ波によって発生する電界の方向に対して逆方向の電界によって電界の一部を効果的に打ち消すことができる。その結果、漏洩電波を格段に低減させることが可能な構造が提供できる。
【００４７】
また、この構成によれば、マイクロ波電源から出力されたマイクロ波によって発生する電界の方向と平行な本線部３０が長い（ランプの長さＨ＜本線部の長さＭ２）ので、電界の一部を効果的に打ち消すことができる。その結果、漏洩電波を格段に低減させることが可能な構造が提供できる。
【００４８】
また、この構成によれば、補助線３０が細線形状からなるので、発光部１０ａから射出される光のブロッキングを抑制することができる。
【００４９】
なお、本実施形態の光源装置１は、補助線３０が立ち上がり部３０ａと、本線部３０ｂとを有する構造であるが、これに限らない。例えば、補助線３０が立ち上がり部３０ａのみを有する構造でもよい。発光管１０の長手方向に垂直な成分の立ち上がり部３０ａを設けることにより、発光管１０の長手方向に平行な成分の本線部３０ｂを設けなくても漏洩電波を低減させることができると本願発明者は推測している。
【００５０】
(第２実施形態)
次に、本発明の第２実施形態に係る光源装置について、図４（ａ）及び図４（ｂ）を用いて説明する。図４（ａ）は、図４（ｂ）のＤ−Ｄ線に沿った断面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。なお、図４（ａ）は、図１（ａ）に対応した、光源装置２の概略構成を示す断面図である。また、図４（ｂ）は、図１（ｂ）に対応した、光源装置２の概略構成を示す断面図である。本実施形態では、補助線３１が、屈曲部３１ｇ，３１ｈ，３１ｉ，３１ｊ，３１ｋを複数有している点で上述の第１実施形態で説明した光源装置１と異なっている。その他の点は第１実施形態と同様であるので、図１と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５１】
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、光源装置２は第１実施形態の光源装置１と異なり、補助線３１が複数の屈曲部３１ｇ，３１ｈ，３１ｉ，３１ｊ，３１ｋを有している。具体的には、補助線３１は、発光管１０の長手方向に対して垂直な立ち上がり部３１ａ，３１ｂ，３１ｃと、発光管１０の長手方向に対して平行な本線部３１ｄ，３１ｅ，３１ｆと、を有している。そして、立ち上がり部３１ａ，３１ｂ，３１ｃと本線部３１ｄ，３１ｅ，３１ｆとがそれぞれ折り返された屈曲部３１ｇ，３１ｈ，３１ｉ，３１ｊ，３１ｋを有している。すなわち、光源装置２は補助線３１が５つの屈曲部３１ｇ，３１ｈ，３１ｉ，３１ｊ，３１ｋで折り返されている。
【００５２】
次に、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すそれぞれの寸法について説明する。寸法Ｎは、寸法Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４，Ｎ５，Ｎ６を足し合わせた長さ（以下、補助線の長さという。）である。寸法Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３は、それぞれ立ち上がり部３１ａ，３１ｂ，３１ｃの中心軸の長さ（以下、立ち上がり部の長さという。）である。寸法Ｎ４，Ｎ５，Ｎ６は、それぞれ本線部３１ｄ，３１ｅ，３１ｆの中心軸の長さ（以下、本線部の長さという。）である。
【００５３】
なお、本線部の長さＮ４，Ｎ５，Ｎ６は、それぞれランプの全長Ｈより短くなっている。また、本線部の長さＮ４，Ｎ５，Ｎ６はそれぞれランプの全長Ｈの範囲内で任意の長さに適宜設定することができる。また、立ち上がり部の長さＮ１，Ｎ２，Ｎ３は、それぞれ任意の長さに適宜設定することができる。
【００５４】
本実施形態の光源装置２によれば、補助線３１が複数回折り返されるので、電界の一部を効果的に打ち消すことができる。その結果、漏洩電波を格段に低減させることが可能な構造が提供できる。また、補助線の本線部の長さＮ４，Ｎ５，Ｎ６が、第１実施形態で示した１回のみ折り返す場合の本線部の長さＭ２に対してそれぞれ短くでき、結果として光源装置全体を小型化することが可能となる。
【００５５】
なお、本実施形態の光源装置２は、補助線３１が５つの屈曲部３１ｇ，３１ｈ，３１ｉ，３１ｊ，３１ｋを有しているが、これに限らない。例えば、補助線３１が２つの屈曲部、３つの屈曲部を有していてもよい。すなわち、補助線３１が屈曲部を複数有してさえいればよく、任意の数に適宜設定することができる。
【００５６】
なお、本発明の光源装置は、補助線を１本のみ備えているが、これに限らず、例えば２本、３本、４本等、複数の補助線を備えていてもよい。このように、複数の補助線をバランスよく配置することで、補助線が１本のみの場合より漏洩電波を格段に低減させることができると本願発明者は推測している。
【００５７】
なお、本発明の光源装置は、発光管１０の形成材料として石英ガラスを用いる例を示したが、これに限らない。例えば、発光管１０の形成材料としては、透明セラミックスや透明サファイアを用いてもよい。これにより、発光管１０の光透過率や耐熱性を向上させることができる。
【００５８】
なお、本発明の光源装置は、電極１１ａ，１１ｂの形成材料としてタングステンを用いる例を示したが、これに限らない。例えば、電極１１ａ，１１ｂのうち、支持部１０ｂ，１０ｃ内に配置される部分を箔状としてもよい。このとき、電極１１ａ，１１ｂにモリブデン製の金属箔を接続するのがよい。これにより、発光管１０の形成材料の石英ガラスとの熱膨張率差を打ち消すことができ、発光空間Ｋ内の気密性を維持することが可能になる。
【００５９】
なお、本発明の光源装置は、発光管の支持部の長さＬ１，Ｌ２が略同じ長さになっているが、これに限らない。例えば、支持部の長さＬ１，Ｌ２のうち、いずれか一方を短くしてもよい。
【００６０】
なお、本発明の光源装置は、電極１１ａ，１１ｂが支持部１０ｂ，１０ｃ内にそれぞれ挿入され、発光部１０ａの発光空間Ｋ内において互いの先端部を対向させて、ギャップを有して配置されているが、これに限らない。例えば、電極１１ａ，１１ｂの互いの先端部をコイル状の連結部材で連結することにより配置してもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１，２…光源装置、１０…発光管、１１ａ…第１電極、１１ｂ…第２電極、３０，３１…補助線、３０ａ，３１ａ，３１ｂ，３１ｃ…立ち上がり部、３０ｂ，３１ｄ，３１ｅ，３１ｆ…本線部、３０ｃ，３１ｇ，３１ｈ，３１ｉ，３１ｊ，３１ｋ…屈曲部、Ｈ…ランプの全長（発光管の長手方向の距離）、Ｋ…発光空間、Ｍ２，Ｎ４，Ｎ５，Ｎ６…本線部の長さ（本線部の長手方向の距離）
【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、
前記マイクロ波の入力を受けて発光する発光物質が充填される発光空間を有した発光管と、
前記発光空間を挟んで前記発光管の一方の側に設けられ、前記マイクロ波電源に電気的に接続された第１電極と、
前記発光空間を挟んで前記発光管の他方の側に設けられた第２電極と、
前記第２電極の前記発光管に設けられた側と反対の側の端部に電気的に接続され、前記マイクロ波によって発生する電界の一部を打ち消すように配置された補助線と、を備えることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記補助線は、前記発光管の長手方向に対して垂直な立ち上がり部と、前記立ち上がり部に接続され前記発光管の長手方向に対して平行な本線部と、を有していることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記補助線は、前記立ち上がり部と前記本線部とが折り返された屈曲部を複数有していることを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記本線部の長手方向の距離が、前記発光管の長手方向の距離より長いことを特徴とする請求項２または３に記載の光源装置。
【請求項５】
前記補助線が、細線形状からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１】
マイクロ波を出力するマイクロ波電源と、
前記マイクロ波の入力を受けて発光する発光物質が充填される発光空間を有した発光管と、
前記発光空間を挟んで前記発光管の一方の側に設けられ、前記マイクロ波電源に電気的に接続された第１電極と、
前記発光空間を挟んで前記発光管の他方の側に設けられた第２電極と、
前記第２電極の前記発光管に設けられた側と反対の側の端部に電気的に接続され、前記マイクロ波によって発生する電界の一部を打ち消すように配置された補助線と、を備えることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記補助線は、前記発光管の長手方向に対して垂直な立ち上がり部と、前記立ち上がり部に接続され前記発光管の長手方向に対して平行な本線部と、を有していることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記補助線は、前記立ち上がり部と前記本線部とが折り返された屈曲部を複数有していることを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記本線部の長手方向の距離が、前記発光管の長手方向の距離より長いことを特徴とする請求項２または３に記載の光源装置。
【請求項５】
前記補助線が、細線形状からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光源装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−１７７０１１（Ｐ２０１０−１７７０１１Ａ）
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７７０５（Ｐ２００９−１７７０５）
【出願日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【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２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【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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