(57)【要約】【課題】マイクロ波励起ランプのエネルギー効率を高め、かつ輝度を容易に制御することができる、光源装置を提供する。【解決手段】固体マイクロ波電源１０１から出力されるマイクロ波を２系統のマイクロ波伝送線路（同軸ケーブル１１０Ａ、１１０Ｂ）によりランプ部１０に伝送し、ランプ部１０のアンテナ２１、２２により封入空間（発光領域）１４にマイクロ波を給電する。この場合に、一方のマイクロ波伝送線路（同軸ケーブル１１０Ｂ）にマイクロ波の位相を制御する位相制御回路１２１を設ける。この位相制御回路１２１により封入空間１４に給電されるマイクロ波の位相差を調整し、封入空間１４に中心部においてマイクロ波の定在波を立てマイクロ波が強め合う条件とする。すなわち、発光部においてマイクロ波による電界の振幅が腹になるようにする。【選択図】図１
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【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、
前記マイクロ波の照射を受けて発光する発光物質が封入された発光容器内に一端が離間して挿入された一対のアンテナと、
前記アンテナの他端にそれぞれ接続された一対のマイクロ波伝送線路と、
前記マイクロ波伝送線路のいずれか一方の側に設けられ、前記アンテナから照射されるマイクロ波の位相を制御する位相制御部と、
を備えたことを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記アンテナと前記マイクロ波伝送線路の接続点間の距離が、
前記マイクロ波の波長の１／２の奇数倍である
ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記一対のマイクロ波伝送線路の少なくとも一方に設けられ、前記発光容器内の一端からの反射波を検出する反射波モニタと、
前記一対のマイクロ波伝送線路の少なくとも一方に設けられ、前記反射波モニタが検出する反射波に基づいて、前記アンテナからの前記マイクロ波の照射強度が最大となるように前記マイクロ波伝送線路の特性インピーダンスと、当該マイクロ波伝送線路から前記アンテナへの入力インピーダンスの整合を行うマッチング回路と、
を備えたことを特徴とする請求項１から２のいずれか１つに記載の光源装置。
【請求項４】
前記マイクロ波電源は、２つ存在し、
前記一対のマイクロ波伝送線路が、それぞれのマイクロ波電源に接続される
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の光源装置。
【請求項５】
前記アンテナと前記マイクロ波伝送線路の接続点間に接続された位相差検出部を有し、
該位相差検出部が検出する位相差に基づいて、前記アンテナからの前記マイクロ波の照射強度が最大となるように前記位相制御部で位相制御を行う
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の光源装置。
【請求項６】
前記位相制御部は、
前記アンテナと前記マイクロ波伝送線路の接続点間の位相差が±πの自然数倍であるように位相を制御する
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の光源装置。
【請求項７】
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、を備えるプロジェクであって、
前記光源装置は、
マイクロ波を出力するマイクロ波電源と、
前記マイクロ波の照射を受けて発光する発光物質が封入された発光容器内に一端が離間して挿入された一対のアンテナと、
前記アンテナの他端にそれぞれ接続された一対のマイクロ波伝送線路と、
前記マイクロ波伝送線路のいずれか一方の側に設けられ、前記アンテナから照射されるマイクロ波の位相を制御する位相制御部と、
を備えたことを特徴とするプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波励起ランプを使用した光源装置に関し、特にマイクロ波励起ランプのエネルギー効率を高めると共に、発光輝度を容易に制御することができる、光源装置、およびプロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波励起ランプは従来の白熱灯や高圧水銀ランプに代表される放電灯と異なりランプ内部に放電用の電極を持たないため、フィラメントや電極の消耗や、それに伴うガラスの白濁等のランプ劣化要因を持たないという特徴を持つ。また、内部ガスの選択肢が広がり、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、液晶プロジェクタ向けの長寿命光源として有力である。
【０００３】
このようなマイクロ波励起の光源装置として、従来技術の無電極放電灯装置がある（特許文献１を参照）。この特許文献１の放電灯においては、放電容器を溶融破壊しないため、電灯内部に、アンテナ部材の一部が突出するように設けられており、当該アンテナからマイクロ波を与えることで、放電容器を溶融破壊することなく、放電容器内のガスを励起させて発光させる技術が示されている。
【０００４】
また、従来技術の無電極ランプアプリェータにエネルギーを結合するための装置がある（特許文献２を参照）。この特許文献２の無電極電灯においては、両側から光源にマイクロ波エネルギーを供給する構成と、伝送路の長さを予め決めて両側から与えるマイクロ波エネルギーの位相差が１８０度なるようにして、パワーを高める構成を有している。
【特許文献１】特開２００７−１１５５３４号公報
【特許文献２】特開平７−３０７１０５号公報
【発明の開示】
【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の従来技術では、片側のアンテナからマイクロ波を給電する構成であり、マイクロ波の位相を制御して、発光輝度を制御することはできない。
【０００６】
また、特許文献２の従来技術においても、伝送路の長さが固定的に定められているため、例えば、位相差を調整して、発光輝度を制御することはできない。
【０００７】
このように、従来技術のマイクロ波励の無電極電灯においては、マイクロ波の位相を制御して、発光輝度を制御することはできないという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、マイクロ波励起ランプへと給電されるマイクロ波の位相を制御することで発光の際のエネルギー効率を高めるとともに、発光輝度を容易に制御することができる、光源装置、およびプロジェクタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記問題を解決するために、本発明は、マイクロ波を出力するマイクロ波電源と、前記マイクロ波の照射を受けて発光する発光物質が封入された発光容器内に一端が離間して挿入された一対のアンテナと、前記アンテナの他端にそれぞれ接続された一対のマイクロ波伝送線路と、前記マイクロ波伝送線路のいずれか一方の側に設けられ、前記アンテナから照射されるマイクロ波の位相を制御する位相制御部と、を備えたことを特徴とする光源装置である。
上記構成からなる本発明の光源装置では、マイクロ波電源から出力されるマイクロ波を２系統のマイクロ波伝送線路により伝送し、発光物質が封入された発光容器の両端側から、マイクロ波を給電する。この場合に、いずれか一方のマイクロ波伝送線路にマイクロ波の位相を制御する位相制御部を設ける。この位相制御部により発光部に給電されるマイクロ波の位相差を調整し、発光部においてマイクロ波の定在波を立てマイクロ波が強め合う条件とする。すなわち、発光部の中心部においてマイクロ波の電界の振幅が腹になるようにする。
これにより、マイクロ波励起ランプを使用する光源装置において、発光の際のエネルギー効率を高めるとともに、発光輝度を容易に制御することができる。
【００１０】
また、本発明の光源装置において、前記アンテナと前記マイクロ波伝送線路の接続点間の距離が、前記マイクロ波の波長の１／２の奇数倍であることを特徴とする。
上記構成からなる本発明の光源装置では、２つのアンテナの全長（封入空間におけるアンテナの先端間の一定の間隔を含めた長さ）を、マイクロ波の波長の１／２の奇数倍にする。
これにより、２つのアンテナに給電されるマイクロ波の位相差がπの場合において、封入空間（発光領域）においてマイクロの定在波を立て、封入空間の中心部においてマイクロ波が強め合う条件とすることができる。すなわち、封入空間内の中心部においてマイクロ波の電界の振幅が腹になるようにすることができる。
【００１１】
また、本発明の光源装置において、前記一対のマイクロ波伝送線路の少なくとも一方に設けられ、前記発光容器内の一端からの反射波を検出する反射波モニタと、前記一対のマイクロ波伝送線路の少なくとも一方に設けられ、前記反射波モニタが検出する反射波に基づいて、前記アンテナからの前記マイクロ波の照射強度が最大となるように前記マイクロ波伝送線路の特性インピーダンスと、当該マイクロ波伝送線路から前記アンテナへの入力インピーダンスの整合を行うマッチング回路と、を備えたことを特徴とする。
上記構成からなる本発明の光源装置では、マイクロ波伝送線路の少なくとも一方に、反射波を検出する反射波モニタと、インピーダンス整合を行うマッチング回路とを設け、マイクロ波伝送線路において反射波を検出し、この反射波を低減するようにマッチング回路にインピーダンス整合を行わせる。
これにより、マイクロ波伝送線路における反射を低減し、反射により伝送損失を低減できる。このため、光源装置の全体としてのエネルギー効率を上げることができる。
【００１２】
また、本発明の光源装置において、前記マイクロ波電源は、２つ存在し、前記一対のマイクロ波伝送線路が、それぞれのマイクロ波電源に接続されることを特徴とする。
上記構成からなる本発明の光源装置では、マイクロ波電源を２つ設け、２系統のマイクロ波伝送線路のそれぞれに対し、対応する各マイクロ波電源からマイクロ波を給電する。
これにより、各マイクロ波電源のマイクロ波出力電力を小さくすることができる。このため、マイクロ波電源内の増幅器で使用するパワー半導体素子に電流容量の小さい安価なものを使用できる。また調光する場合に、パワー半導体素子を効率の高い動作点で使用でき、１つの大容量のパワー半導体素子を使用する場合に比べて効率的である。また、例えば、マイクロ波電源からのマイクロ波出力電力を半分にする場合は、片方の系統のマイクロ波電源を休止させて、１つのマイクロ波電源のみを使うことができる。このため、同じマイクロ波出力電力を得るために使用する消費電力が少なくて済み、エネルギー効率を高めることができる。
【００１３】
また、本発明の光源装置において、前記アンテナと前記マイクロ波伝送線路の接続点間に接続された位相差検出部を有し、該位相差検出部が検出する位相差に基づいて、前記アンテナからの前記マイクロ波の照射強度が最大となるように前記位相制御部で位相制御を行うことを特徴とする。
上記構成からなる本発明の光源装置では、マイクロ波の位相差を検出し、この検出信号により位相制御部における位相シフト量を制御する。
これにより、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。
【００１４】
また、本発明の光源装置は、前記位相制御部は、前記アンテナと前記マイクロ波伝送線路の接続点間の位相差が±πの自然数倍であるように位相を制御することを特徴とする。
上記構成からなる本発明の光源装置では、位相制御部により、２つのマイクロ波伝送線路が伝送するマイクロ波の位相差が発光部において±πの自然数倍になるように制御する。これにより、２つのアンテナの全長（封入空間におけるアンテナの先端間の一定の間隔を含めた長さ）をマイクロ波の波長の１／２の奇数倍にした場合に、封入空間（発光領域）においてマイクロの定在波を立て、封入空間の中心部においてマイクロ波が強め合うことができる。
【００１５】
また、本発明は、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、を備えるプロジェクであって、前記光源装置は、マイクロ波を出力するマイクロ波電源と、前記マイクロ波の照射を受けて発光する発光物質が封入された発光容器内に一端が離間して挿入された一対のアンテナと、前記アンテナの他端にそれぞれ接続された一対のマイクロ波伝送線路と、前記マイクロ波伝送線路のいずれか一方の側に設けられ、前記アンテナから照射されるマイクロ波の位相を制御する位相制御部と、を備えたことを特徴とするプロジェクタである。
上記構成からなる本発明のプロジェクタでは、本発明による光源装置を備えており、これにより、エネルギー効率の高い光源装置を搭載したプロジェクタを提供することができる。したがって、旧来の光源装置を有するプロジェクタに比べ、プロジェクタの消費電力を低減させることができると共に、その発光輝度の調整を容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００１７】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光源装置の全体構成を示すブロック図である。図１に示すように、本発明の光源装置は、マイクロ波励起ランプ部１０と、固体マイクロ波電源１０１と、位相制御回路１２１を備えている。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、以下の説明では、ＵＨＦ帯からＳＨＦ帯に相当する３００ＭＨｚ〜３０ＧＨｚ帯と定義する。また、以下の説明では「マイクロ波励起ランプ部」を単に「ランプ部」ともいう。
【００１８】
固体マイクロ波電源１０１は、固体高周波発振器としての弾性表面波（Su r f a c e Ac ou s ti c Wa v e：SAW）発振器１０２と、増幅器１０３とを有して構成される。ダイヤモンドＳＡＷ発振器１０２から出力されたマイクロ波の高周波信号は、増幅器１０３で増幅された後に、分配器１０４に向けて出力される。なお、固体マイクロ波電源１０１は、ダイヤモンドＳＡＷ発振器１０２を用いるものに限られず、位相を制御できる固体発振源でも良い。
【００１９】
固体マイクロ波電源１０１から出力されるマイクロ波は分配器１０４を用いて２系統に分けられる。この場合、マイクロ波電源内の増幅器１０３の増幅率は入力パワーが大きいほど高いので、分配器１０４で分けた後に増幅する場合に比べ電力使用効率を高くすることができる。
【００２０】
分配器１０４からランプ部１０までのマイクロ波伝送線路には同軸ケーブル１１０Ａ、１１０Ｂが使用される。この際、マイクロ波伝送線路としては同軸ケーブルに限られず、ストリップ線路や、マイクロストリップ線路、導波管などさまざまな伝送線路を用いることができる。
【００２１】
ランプ部１０は、非導電性材料で形成される球形状の膨出部１３と、この膨出部１３から外側に対向するように延出される一対の細管部１１、１２を有する透明な発光容器で構成されている。この発光容器は、石英ガラス、サファイアガラス、パイレックス（登録商標）等から形成される。また、膨出部１３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１４（発光領域）が形成されている。封入空間１４の内径は、例えば、１ｍｍ〜２ｍｍ程度である。
【００２２】
細管部１１、１２の内部それぞれには、棒状の内部導電体がアンテナ２１、２２として封入されている。このアンテナ２１に同軸ケーブル１１０Ａの中心線（中心導体）が接続され、アンテナ２２に同軸ケーブル１１０Ｂの中心線が接続される。なお、同軸ケーブル１１０Ａ、１１０Ｂの中心線を直接アンテナ２１、２２に接続せずに、例えば、細管部１１、１２の長手方向の範囲に巻回されたコイルを通して、マイクロ波をアンテナ２１、２２に給電するようにしてもよい。
【００２３】
そして、図２に示すように、マイクロ波の波長をλとした場合に、ランプ部１０のアンテナ２１、２２とギャップ部を含む長さＬ（Ｌ＝ａ＋ｇ＋ａ）を「λ／２」の奇数倍とする。この長さの規定と、マイクロ波の位相制御により、ギャップ中心部が腹となるような定在波を起こすことができ、発光効率が良くなる。（なお、ランプ部１０の詳細については後述する。）
【００２４】
また、片側の給電ラインとなる同軸ケーブル１１０Ｂには位相制御回路（位相シフター）１２１が挿入される。この位相制御回路１２１により、ランプ部１０の片側のマイクロ波の位相を制御することで、ランプ部１０の両端に給電されるマイクロ波の位相差を調整し、封入空間１４の中心部において腹となるような定在波を起こすことができる。
【００２５】
図８は、位相制御回路（位相シフター）の構成例を示す図である。図８に示す例は、機械的な構成の位相シフターの例を示している。
【００２６】
図８（Ａ）は、同軸ケーブル等で構成された位相シフターであり、Ａ側の伝送路の外部導体１７１の外表面が、Ｂ側の伝送路の外部導体１７３の内表面と接触するようにして、矢印ａ方向に挿入または引き抜き可能に構成されている。また、Ａ側の伝送路の中心導体１７２の外表面が、Ｂ側の伝送路の中心導体１７４に設けた円筒部１７４Ａの内表面と接触するようにして、矢印ａ方向に挿入または引き抜き可能に構成されている。このような構成により、機械的に伝送路長を変化させ、位相シフターを構成することができる。
【００２７】
また、図８（Ｂ）は伝送路の長さが異なる複数の同軸ケーブル（または導波管）１８１、１８２、１８３をスイッチ１８４、１８５により選択できる構成にしたものである。このように、スイッチ１８４、１８５により伝送路長を切り替えることにより、位相シフターを構成することができる。なお、スイッチ１８４、１８５はトランジスタ等の半導体スイッチにより構成することができる。
【００２８】
また、図９は、電気的な構成の位相シフターの例を示す図である。図９（Ａ）に示す例は−３ｄＢ減衰した９０度位相差の信号を出力するハイブリッド型の位相シフターを示している。
【００２９】
図９（Ａ）に示す位相シフターにおいては、入力ポート１（Ｉｎ）に入力した信号は、ポート２（Ｏｕｔ）と分岐ライン（ポート３、４）に等分配されて入力信号に対して−３ｄＢ減衰され、ポート２（Ｏｕｔ）と分岐ライン（ポート３、４）の間の位相差は９０度となる。
【００３０】
例えば、電力分配比を決めるためのインピーダンスをＺｐ＝５０Ω、Ｚｓ＝３５Ωとし、分岐ライン（ポート３、４）を開放、短絡するとポート２（Ｏｕｔ）では±９０度の位相変化が生じることになる。この分岐ライン（ポート３、４）に可変リアクタンス素子ＶＲ１、ＶＲ２を接続することにより、所望の角度で位相を調整できる位相シフターを構成できる。
【００３１】
また、図９（Ｂ）に示す例は、電圧制御型の位相シフターの構成例を示す図であり、ＳＫＹＷＯＲＫＳ（登録商標）社から市販されている位相シフターである。図９（Ｂ）に示す位相シフターは、相互誘導される２つのインダクタンスＬ１、Ｌ２と、各インダクタンスＬ１、Ｌ２に直列に接続されるキャパシタＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４と、キャパシタＣ２、Ｃ４とＧＮＤとの間に接続されるバラクタダイオードＤ１、Ｄ２とで構成される。このバラクタダイオードＤ１、Ｄ２のカソード側に抵抗器Ｒを介してコントロール電圧（０〜１２Ｖ）を印加することにより、位相シフターが構成される。この位相シフターでは、７００ＭＨｚ〜１１００ＭＨｚの周波数帯において、約１００度程度の位相シフトが実現できるように構成されている。
【００３２】
次に、前述したランプ部１０の詳細について説明する。前述したように、ランプ部１０の発光容器は石英ガラスや、サファイアガラスや、パイレックス（登録商標）などの可視光の透過率の高い材料を使って構成する。ランプ部１０の細管部１１、１２にはマイクロ波を集中させるための２本のアンテナ２１、２２が備えられている。この２本のアンテナ２１、２２は、封入空間１４の中心部（発光中心領域１５）に対して対称に配置されている。
【００３３】
アンテナ２１、２２は封入空間１４に侵入してもしなくても構わない。アンテナ２１、２２の材質は導体とし、特に、熱膨張係数が小さく耐熱性が高い材料、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。途中、石英ガラスとの熱膨張差を打ち消すために、一部分が箔になっていても良い。
【００３４】
封入空間１４中のガスは、点灯中の水銀蒸気圧が１〜２００気圧程度（超高圧水銀ランプ程度）になるように水銀を封じこめたものか、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良い。
【００３５】
なお、アンテナ２１、２２の先端がガスの封入空間１４に侵入する場合は内部に充填するガスの種類にもよるが、ガスとの反応によりアンテナ材料の金属が腐食することが考えられるので、その場合は保護膜などを備えることが望ましい。
【００３６】
また、図２に示すように、アンテナ２１は同軸ケーブル１１０Ａの中心線（中心導体）に接続され、アンテナ２２は同軸ケーブル１１０Ｂの中心線に接続される。そして、同軸ケーブル１１０Ａ、１１０Ｂから露出する部分の距離をＬ、マイクロ波の波長をλとしたとき、Ｌは、「Ｌ＝ｎ・λ／２、ここでｎは奇数」を満たすようにする。また、このＬが「Ｌ＝ｎ・λ／２、ここでｎは奇数」の場合、同軸ケーブル１１０Ａ、１１０Ｂの両端から給電されるマイクロ波の位相差を±πとすることでＬ間に定在波が生じ、ランプ中心部においマイクロ波の電界が強め合うことにより点灯効率を高めることができる。
【００３７】
そして、ランプ部１０の構造が、アンテナ部分とギャップ部を含む全長を「λ／２」とする場合について考える。ランプ部のアンテナ部分の石英の比誘電率（εｒ）が４．２であることから、２．４５ＧＨｚのマイクロ波の石英中のマイクロ波の１／２波長（λｇ）は、空気中のλ０／２波長６．００ｃｍから次式で求める。
【００３８】
λｇ＝λ０／（εｒ）１／２
【００３９】
その結果、石英中のλｇ／２波長は、２．９８cmとなる。ギャップ間を１．０ｍｍとすると、ａの部分は、１．４４ｃｍとなる。この結果、ギャップ間で電界の強度が大きく振幅し、効率よくプラズマを点灯／維持できる。なお、サファイアガラスの場合、比誘電率（εｒ）は、約９であるため、石英に比べてａの部分を、短くすることができる。
【００４０】
このように、本発明の光源装置においては、エネルギー効率の高いマイクロ波励起ランプを使用した光源装置を提供することができる。また、ギャップ間での電界の強さと、ランプから発光される輝度とは比例するため、２つのアンテナに印加するマイクロ波の位相差を調整することにより、ランプ部１０の発光輝度を調整することができる。
【００４１】
なお、前述のマイクロ波電源は、固体マイクロ波電源１０１が相当する。また、マイクロ波伝送線路は同軸ケーブル１１０Ａと同軸ケーブル１１０Ｂが相当し、前述の位相制御部は位相制御回路１２１が相当する。また、前述の発光物質が封入された発光容器は、膨出部１３が相当する。
【００４２】
［第２の実施の形態］
前述したように、図１に示す第１の実施の形態の構成例では、固体マイクロ波電源１０１から出力される１つの高出力マイクロ波を２系統に分配しているが、これに限定されず、２つの固体マイクロ波電源を用いる形態も考えられる。
【００４３】
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る光源装置の構成を示すブロック図であり、２つの固体マイクロ波電源を使用する例を示す図である。図３に示す例では、２つの固体マイクロ波電源１０１Ａと１０１Ｂを使用し、これらの固体マイクロ波電源１０１Ａと１０１Ｂは、図１に示した固体マイクロ波電源１０１と同じ構成のものである。
【００４４】
図３に示す構成の場合、２つの固体マイクロ波電源１０１Ａ、１０１Ｂを使用してランプ部１０にマイクロ波電力を与えるため、各固体マイクロ波電源１０１Ａ、１０１Ｂ内の増幅器１０３のマイクロ波出力電力を小さくすることができる。例えば、ランプ部１０に１００Ｗのマイクロ波電力を供給する場合に、各固体マイクロ波電源１０１Ａ、１０１Ｂから５０Ｗずつマイクロ波電力を与えるようにできる。このため、増幅器１０３で使用するパワー半導体素子に電流容量の小さい安価なものを使用できる。また調光する場合に、パワー半導体素子を効率の高い動作点で使用でき、１つの大容量のパワー半導体素子を使用する場合に比べて効率的である。
【００４５】
また、ランプ部１０の輝度を調整するに当たり、例えば、図１に示す１つの増幅器からのマイクロ波出力電力を半分にする場合に、図３の構成では、片方の系統を休止させて、１つの固体マイクロ波電源のみを使うことができる。このため、同じマイクロ波発出力電力を得るための使用する消費電力が少なくて済み、エネルギー効率を高めることができる。
【００４６】
なお、前述の２つ存在するマイクロ波電源は、固体マイクロ波電源１０１Ａと固体マイクロ波電源１０１Ｂとが相当する。
【００４７】
［第３の実施の形態］
さらに、マイクロ波電源中に２つの増幅器を設ける形態も考えられる。
【００４８】
図４は、本発明の第３の実施の形態に係る光源装置の構成を示すブロック図であり、固体マイクロ波電源内に２つの増幅器を設ける例を示している。図４に示す例では、固体マイクロ波電源１０１Ｃ中に２つの増幅器１０３Ａと１０３Ｂを設け、ダイヤモンドＳＡＷ発振器１０２からの高周波出力を、それぞれの増幅器１０３Ａと１０３Ｂで増幅する。そして、増幅器１０３Ａから出力されるマイクロ波は同軸ケーブル１１０Ａによりランプ部１０に伝送され、増幅器１０３Ｂから出力されるマイクロ波は同軸ケーブル１１０Ｂによりランプ部１０に伝送される。
【００４９】
図４に示す構成の場合、２つの増幅器１０３Ａ、１０３Ｂを使用してランプ部１０にマイクロ波電力を与えるため、各増幅器１０３Ａ、１０３Ｂの出力電力を小さくすることができる。例えば、ランプ部１０に１００Ｗのマイクロ波電力を供給する場合に、各増幅器１０３Ａ、１０３Ｂから５０Ｗずつマイクロ波電力を与えるようにできる。
【００５０】
従って、図３に示す第３の実施の形態の場合と同様に、増幅器１０３Ａ、１０３Ｂで使用するパワー半導体素子に電流容量の小さい安価なものを使用できると共に、パワー半導体素子を効率の高い動作点で使用でき、１つのパワー半導体素子を使用する場合に比べて効率的である。
【００５１】
また、ランプ部１０の輝度を調整するに当たり、例えば、図１に示す１つの増幅器からのマイクロ波出力電力を半分にする場合に、図４の構成では、片方の系統を休止させて、1つの増幅器のみを使うことができる。このため、同じマイクロ波発出力電力を得るための使用する消費電力が少なくて済み、エネルギー効率を高めることができる。
【００５２】
［第４の実施の形態］
さらに、光源装置の全体としてのエネルギー効率を上げるために重要なことは、固体マイクロ波電源の伝送線路の特性インピーダンスとランプ部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１０からの反射波が生じないようして、反射により伝送損失を生じさせないようにすることである。
【００５３】
図５は、本発明の第４の実施の形態に係る光源装置の構成を示すブロック図であり、インピーダンスマッチング回路を備える光源装置の構成例を示している。
【００５４】
図５に示すように、マイクロ波伝送線路である同軸ケーブル１１０Ａとランプ部１０とのインピーダンス整合を取るためのマッチング回路１３１Ａを備えることができる。同様にして、マイクロ波伝送線路である同軸ケーブル１１０Ｂとランプ部１０とのインピーダンス整合を取るためのマッチング回路１３１Ｂを備えることができる。
【００５５】
マッチング回路１３１Ａ、１３１Ｂは、図１０に示すように、リアクタンス値が可変なリアクタンス素子１９１、１９２で構成することができる。このリアクタンス素子１９１、１９２の成分は、インダクタンスＬまたはキャパシタＣのどちらであってもよく、ランプ部１０からの反射波強度に応じてＬまたはＣを変化させる機構を有する。
【００５６】
反射波モニタ１４１Ａはサーキュレータ１４０Ａを介して同軸ケーブル１１０Ａとマッチング回路１３１Ａとの間に配置される。同様にして、反射波モニタ１４１Ｂはサーキュレータ１４０Ｂを介して同軸ケーブル１１０Ｂとマッチング回路１３１Ｂとの間に配置される。このサーキュレータ１４０Ａとサーキュレータ１４０Ｂは同じ構成のものであり、このサーキュレータ１４０Ａ、１４０Ｂには、マイクロ波の反射波が電源側や増幅器側へ戻ることを防ぐためのアイソレータとしての機能も付加することができる。
【００５７】
反射波モニタ１４１Ａでは、サーキュレータ１４０Ａから出力されるマイクロ波の反射波を減衰器１４２で所定の範囲の電力強度の信号に減衰させ、パワーメータ１４３に過大な信号が印加され、破壊されるのを防ぐようにしている。
【００５８】
このパワーメータ１４３により反射波の信号強度を測定し、その値が‘０’または‘０’に近い値になるように、マッチング回路１３１Ａの可変リアクタンス値を、制御回路１４４Ａを介して制御する。なお、パワーメータ１４３は、マイクロ波電流を測定する電流計であってもよい。
【００５９】
同様にして、反射波モニタ１４１Ｂでは、サーキュレータ１４０Ｂから出力されるマイクロ波の反射波を減衰器１４２で所定の範囲の電力強度に減衰させ、パワーメータ１４３により反射波の信号強度を測定し、その値が‘０’ または‘０’に近い値になるように、マッチング回路１３１Ｂの可変リアクタンス値を、制御回路１４４Ｂを介して制御する。
【００６０】
このように、図５に示す構成例では、反射波の強度が常に最小になるように、マッチング回路１３１Ａ、１３１Ｂの可変リアクタンス（Ｌ又はＣ）を調整するフィードバック制御が行われる。これにより、ランプ部１０からの反射波による伝送損失を低減させ、光源装置の全体としてのエネルギー効率を上げることができる。
【００６１】
なお、マッチング回路１３１Ａ及び反射波モニタ１４１Ａ、あるいはマッチング回路１３１Ｂ及び反射波モニタ１４１Ｂは、いずれか一方に設けられるようにして、いずれか一方のマッチング回路及び反射波モニタにより反射波による伝送損失を低減させるようにしてもよい。
【００６２】
また、前述の少なくとも一方に設けられるマッチング回路は、マッチング回路１３１Ａとマッチング回路１３１Ｂのいずれかが相当し、前述の少なくとも一方に設けられる反射波モニタは、反射波モニタ１４１Ａと反射波モニタ１４１Ｂのいずれかが相当する。
【００６３】
［第５の実施の形態］
図６は、本発明の第５の実施の形態に係る光源装置の構成を示すブロック図である。
図６に示す本発明の光源装置が、図５に示す光源装置と構成上異なるのは、図６に示す光源装置において、位相差モニタ回路１５１を新たに追加した点であり、他の構成は図５に示す光源装置と同様である。このため、同一の構成部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００６４】
図６に示す構成例では、２系統の伝送ラインのうち片側のみに位相制御回路１２１を設けと共に、さらにランプ部１０の両端のアンテナ部分に位相差モニタ回路１５１を設けている。この位相差モニタ回路１５１には、一般的な位相比較器１５２を用いる。この位相比較器１５２の出力信号は位相差に応じて変化するので、この出力信号をローパスフィルタ１５３を通して制御回路１５４に入力する。制御回路１５４では、位相差の信号を基にフィードバック信号ＦＤＢＫを生成して、このフィードバック信号ＦＤＢＫを位相制御回路１２１に出力する。なお、ローパスフィルタ１５３は、高周波成分や雑音を取り除くためのフィルタである。
【００６５】
上記構成により、ランプ部１０の両側アンテナ２１、２２に印加されるマイクロ波の位相差が最適な位相差になるように位相制御回路１２１を制御する。これにより、ランプ部１０に給電される２系統の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。
【００６６】
なお、上記の例では、第４の実施の形態の光源装置に位相差モニタ回路１５１を適用する例を示したが、第１から第３の実施の形態の光源装置に位相差モニタ回路１５１を適用するようにしてもよい。
【００６７】
また、前述の位相差検出部は位相差モニタ回路１５１が相当する。
【００６８】
［第６の実施の形態］
図７は、本発明の第６の実施の形態に係る光源装置の構成を示す図である。図7に示す構成のように、リフレクタ２０１を備えることで、さらに効率よく光を利用することが可能となる。
【００６９】
このリフレクタ２０１は石英ガラス等で形成され、内面側には、ランプ部１０の発光中心領域１５に相対して放物面形状の曲面を有する光束反射面２０１ａが形成されている。光束反射面２０１ａ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２０１ａの放物面形状は、リフレクタ２０１の内面側に設置されるランプ部１０の中心部（発光中心領域１５）が焦点となるように形成されている。なお、光束反射面２０１ａの形状は球面形状の曲面を有していても良い。
【００７０】
以上説明したように、本発明の光源装置においては、エネルギー効率の高いマイクロ波励起ランプを使用した光源装置を提供することができる。また、本発明の光源装置は、様々なマイクロ波アプリケータに適用できるものである。
【００７１】
［第７の実施の形態］
続いて、本発明の光源装置を使用したプロジェクタについて図面を参照して説明する。
【００７２】
図１１は、本発明の光源装置を備えるプロジェクタの構成を示す図である。図１１に示すように、プロジェクタ３０１は、光学系３０２と、制御回路３０３と、電源部３０４とを備えている。このプロジェクタ３０１は、外部から入力される画像信号に応じた画像を、光学系３０２を介してスクリーンＳなどに投写するものである。なお、プロジェクタ３０１では、外部電源３０５からの交流電力が電源部３０４によって直流電力に変換され、直流電力が電源部３０４から光学系３０２や制御回路３０３などに供給される。
【００７３】
また、図１２は、図１１に示すプロジェクタの光学系３０２の構成を示すブロック図である。図１２に示すように、光学系３０２は、前述した本発明の光源装置３１０と、照明光学系３１１と、光変調部３１２と、色合成光学系３１３と、投写部３１４とを有して構成されている。また、光源装置３１０は、前述した第１の実施の形態から第６の実施の形態で説明した本発明の光源装置で構成されるものである。
【００７４】
なお、図１２においては、図１に示した本発明の第１の実施の形態に係る光源装置を光源装置として使用した例を示しているが、これに限られず、前述した第１の実施の形態から第６の実施の形態で説明した本発明の光源装置のいずれであってもよい。
【００７５】
次に、図１２を参照して、この光学系３０２の動作について説明する。固体マイクロ波電源１０１のダイヤモンドＳＡＷ発振器１０２から出力された高周波信号は、増幅器１０３で増幅された後に、分配器１０４に向けて出力される。
【００７６】
固体マイクロ波電源１０１から出力されるマイクロ波は分配器１０４を用いて２系統のマイクロ波伝送線路に分けられ、ランプ部１０の両側からマイクロ波が給電される。この場合に、片側のマイクロ波伝送線路には位相制御回路１２１が挿入される。これにより、ランプ部１０の片側のマイクロ波の位相を制御することで、ランプ部１０の両端に給電されるマイクロ波の位相差を調整することができる。このため、アンテナ２１、２２のギャップ部においてマイクロ波の定在波を立てマイクロ波が強め合うように調整することができる。すなわち、マイクロ波励起ランプを使用する光源装置において、発光の際のエネルギー効率を高めることができる。
【００７７】
また、照明光学系３１１は、光源装置３１０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。光変調部３１２は、照明光学系３１１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３１３は、照明光学系３１１で色分離され光変調部３１２で変調された各色光の光学像を合成し、投写部３１４にて光学像を投写する。
【００７８】
このプロジェクタでは、本発明の光源装置３１０を使用しており、エネルギー効率の高いマイクロ波励起ランプを使用した光源装置３１０を搭載したプロジェクタを提供することができる。したがって、旧来の光源装置を有するプロジェクタに比べ、プロジェクタの消費電力を低減させることができる。
【００７９】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明のマイクロ波励起ランプを使用した光源装置、およびプロジェクタは、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光源装置の構成を示す図。
【図２】ランプ部の構成について説明するための図。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る光源装置の構成を示す図。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係る光源装置の構成を示す図。
【図５】本発明の第４の実施の形態に係る光源装置の構成を示す図。
【図６】本発明の第５の実施の形態に係る光源装置の構成を示す図。
【図７】本発明の第６の実施の形態に係る光源装置の構成を示す図。
【図８】機械的な位相シフターの構成を示す図。
【図９】電気的な位相シフターの構成を示す図。
【図１０】インピーダンスマッチング回路の例を示す図。
【図１１】本発明の第７の実施の形態に係るプロジェクタの構成を示す図
【図１２】プロジェクタの光学系の構成を示す図。
【符号の説明】
【００８１】
１０・・・マイクロ波励起ランプ部、１１・・・細管部、１３・・・膨出部、１４・・・封入空間、１５・・・発光中心領域、２１、２２・・・アンテナ、１０１、１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ・・・固体マイクロ波電源、１０２・・・ダイヤモンドＳＡＷ発振器、１０３、１０３Ａ、１０３Ｂ・・・増幅器、１０４・・・分配器、１１０Ａ、１１０Ｂ・・・同軸ケーブル、１２１・・・位相制御回路、１３１Ａ、１３１Ｂ・・・マッチング回路、１４０Ａ、１４０Ｂ・・・サーキュレータ、１４１Ａ、１４１Ｂ・・・反射波モニタ、１４２・・・減衰器、１４３・・・パワーメータ、１４４Ａ、１４４Ｂ・・・制御回路、１５１・・・位相差モニタ回路、１５２・・・位相比較器、１５３・・・ローパスフィルタ、１５４・・・制御回路、２０１・・・リフレクタ、２０１ａ・・・光束反射面、３０１・・・プロジェクタ、３０２・・・光学系、３０３・・・制御回路、３０４・・・電源部、３０５・・・外部電源、３１０・・・光源装置、３１１・・・照明光学系、３１２・・・光変調部、３１３・・・色合成光学系、３１４・・・投写部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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