JP3173362B2 - Microwave discharge light source device - Google Patents
Microwave discharge light source deviceInfo
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、高エネルギー光出
力の照明に利用されるマイクロ波放電光源装置に関する
ものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a microwave discharge light source device used for illumination with high energy light output.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、高圧放電ランプ、特にメタルハラ
イドランプは、高効率、高演色性という特性から、ハロ
ゲンランプに変わる高出力点光源として、液晶ビデオプ
ロジェクター用光源などへの応用が進められている。ま
た、その高演色性という特性から、ハイビジョン中継に
対応したスポーツ照明や博物館・美術館の施設照明など
への展開も進められている。2. Description of the Related Art In recent years, high-pressure discharge lamps, particularly metal halide lamps, have been applied to light sources for liquid crystal video projectors and the like as high-output point light sources instead of halogen lamps because of their high efficiency and high color rendering properties. . In addition, due to its high color rendering properties, the development of sports lighting compatible with HDTV broadcasting and facility lighting of museums and art galleries has been promoted.
【０００３】中でも、マイクロ波放電光源装置は、有電
極アーク放電ランプ装置に比して、電磁エネルギーを充
填物に結合しやすく、放電発光のための充填物から水銀
を省くことが容易であるという利点を持つ。また、放電
空間内部に電極を持たないため、電極蒸発によるバルブ
内壁の黒化が発生しない。これによりランプ寿命を大幅
に伸ばすことが可能となる。[0003] Above all, a microwave discharge light source device is easier to couple electromagnetic energy to a filler than an electrode arc discharge lamp device, and it is easier to omit mercury from the filler for discharge light emission. With benefits. Further, since no electrodes are provided inside the discharge space, blackening of the bulb inner wall due to electrode evaporation does not occur. This makes it possible to greatly extend the lamp life.
【０００４】以下に従来のマイクロ波放電光源装置の例
として、図７に特公昭５９−２３６１３号公報に開示さ
れているものを示す。図７において、７１は可電離媒体
を封入した無電極放電ランプ、７２は無電極放電ランプ
を囲みマイクロ波および無電極ランプからの光に対して
不透明で回転放物面形状を有する反射板、７３は反射板
７２の開口面を覆いマイクロ波に対して不透明でかつ光
に対して実質的に透過させる金属網よりなる光透過体で
ある。光透過体７３と反射板７２によりマイクロ波共振
空洞７４を形成している。なお、７６は共振空洞７４内
に設けられた給電口、７５はマイクロ波を励振し、マイ
クロ波共振空洞７４に給電口７６を介して供給されるマ
イクロ波を伝播するマイクロ波発振器およびマイクロ波
導波管である。給電口７６を介してマイクロ波共振空洞
７４に内に供給されるマイクロ波エネルギーは、マイク
ロ波共振空洞壁面で反射しながら共振マイクロ波電磁場
を形成する。無電極放電ランプ７１はマイクロ波電磁場
のエネルギーを吸収する事によって放電を持続する。こ
の放電によって発生した光が反射板７２により反射さ
れ、光透過体７３を通過して照明光として用いられる。FIG. 7 shows an example of a conventional microwave discharge light source device disclosed in Japanese Patent Publication No. 59-23613. 7, reference numeral 71 denotes an electrodeless discharge lamp in which an ionizable medium is sealed, 72 denotes a reflector surrounding the electrodeless discharge lamp and having a paraboloid of revolution opaque to microwaves and light from the electrodeless lamp, and 73. Is a light transmitting body made of a metal net that covers the opening surface of the reflecting plate 72 and is opaque to microwaves and substantially transmits light. The light transmitting body 73 and the reflecting plate 72 form a microwave resonance cavity 74. In addition, 76 is a power supply port provided in the resonance cavity 74, 75 is a microwave oscillator that excites microwaves and propagates microwave supplied to the microwave resonance cavity 74 through the power supply port 76, and a microwave waveguide. Tube. The microwave energy supplied into the microwave resonant cavity 74 via the feed port 76 forms a resonant microwave electromagnetic field while being reflected on the wall surface of the microwave resonant cavity. The electrodeless discharge lamp 71 sustains the discharge by absorbing the energy of the microwave electromagnetic field. The light generated by the discharge is reflected by the reflection plate 72, passes through the light transmitting body 73, and is used as illumination light.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の構成では、両端部に壁面を有するマイクロ波共振空
洞内に無電極放電ランプを配設し、給電口を介してマイ
クロ波エネルギーを供給しているので、無電極放電ラン
プの放電開始前後でマイクロ波空洞内部のマイクロ波励
振電磁場の共振条件が大きく変化する。However, in the above-mentioned conventional configuration, an electrodeless discharge lamp is provided in a microwave resonance cavity having wall surfaces at both ends, and microwave energy is supplied through a power supply port. Therefore, the resonance condition of the microwave-excited electromagnetic field inside the microwave cavity changes greatly before and after the discharge of the electrodeless discharge lamp starts.
【０００６】それは、放電開始前には無電極放電ランプ
部分は、おおよそ空気と変わらぬ誘電率を持った誘電体
とみなせるが、放電開始後、特に安定高圧放電時はラン
プ内部のガスの電離が進み導体として振る舞うためであ
る。[0006] It can be considered that before the start of discharge, the electrodeless discharge lamp portion can be regarded as a dielectric material having a dielectric constant almost equal to that of air, but after the start of discharge, especially during stable high-pressure discharge, ionization of the gas inside the lamp is reduced. This is to act as a lead conductor.
【０００７】これら従来例では一般に、放電開始前にマ
イクロ波共振空洞の電場が最大となる点、即ちマイクロ
波空洞共振器のモードによって定まる定在波の電場の腹
となる部分に無電極放電ランプを配設する。しかし、放
電開始後は無電極放電ランプ内部の電離プラズマにより
この放電ランプ部分が導体として振る舞い電場の節とな
るため、空洞共振器のモードは大きく乱される。それに
伴って、無電極放電ランプの放電開始後に給電口周辺が
電場の定在波の腹となろうとして強い表面電流が生じ
る。そのため、給電口周辺での表面電流に対する電気的
抵抗によるマイクロ波エネルギーの損失が起きるという
問題点や、給電口のスロット間で気中放電が起きるとい
う問題点を有していた。In these conventional examples, generally, the electrodeless discharge lamp is located at the point where the electric field of the microwave resonant cavity becomes maximum before the start of discharge, that is, at the antinode of the electric field of the standing wave determined by the mode of the microwave cavity resonator. Is arranged. However, after the discharge is started, the discharge lamp portion behaves as a conductor and becomes a node of the electric field due to the ionized plasma inside the electrodeless discharge lamp, so that the mode of the cavity resonator is greatly disturbed. Along with this, a strong surface current is generated after the discharge of the electrodeless discharge lamp starts, so that the periphery of the power supply port tends to be an antinode of the standing wave of the electric field. For this reason, there is a problem that microwave energy is lost due to electric resistance to a surface current around the power supply port, and an air discharge occurs between slots of the power supply port.
【０００８】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、マイクロ波空洞をなくすことで、無電極放電ランプ
の安定放電点灯状態において電場が集中するマイクロ波
給電口を不要とした、マイクロ波放電光源装置を提供す
ることを目的とする。The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and eliminates the need for a microwave power supply port in which an electric field concentrates in a stable discharge lighting state of an electrodeless discharge lamp by eliminating a microwave cavity. It is an object to provide a discharge light source device.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に第１の発明におけるマイクロ波放電光源装置は、両端
部がマイクロ波に対して電気的に短絡された反射終端を
なし、かつ少なくとも一部がマイクロ波を遮断し光を透
過させることができる導電性光透過部材からなるマイク
ロ波導波管により、マイクロ波発振器の発振アンテナに
よって励振されたマイクロ波を伝播し、伝播されたマイ
クロ波によって放電発光する充填物を内部に封入した無
電極放電ランプをマイクロ波導波管内部に設け、かつ放
電開始前ではなく安定放電時にインピーダンス整合が得
られ、ＶＳＷＲ（電圧定在波比）が十分に小さくなるよ
うに、前記発振アンテナと前記無電極放電ランプの距離
を定めた構成を有している。In order to achieve the above object, a microwave discharge light source device according to a first aspect of the present invention has a reflective terminal whose both ends are electrically short-circuited to microwaves, and has at least one terminal. Microwave waveguide made of a conductive light transmitting member capable of blocking microwaves and transmitting light transmits microwaves excited by the oscillating antenna of the microwave oscillator. An electrodeless discharge lamp in which a filler that emits light by microwave discharge is enclosed is provided inside the microwave waveguide, and impedance matching is obtained at the time of stable discharge, not before the start of discharge, and the VSWR (voltage standing wave ratio) is obtained. Is set so that the distance between the oscillation antenna and the electrodeless discharge lamp is determined so as to be sufficiently small.
【００１０】次に、第２の発明におけるマイクロ波放電
光源装置は、第１の発明におけるマイクロ波放電光源装
置の無電極放電ランプから出た光を有効に利用するため
に、光を反射させる部材からなる放物面形状の第２のマ
イクロ波導波管による反射鏡を設け、マイクロ波を遮断
し光を透過させることができる導電性光透過性部材を前
記第２のマイクロ波導波管の開口端部を電気的に短絡す
るように設け、かつ前記第２のマイクロ波導波管の放物
面の焦点近傍に無電極放電ランプを設けた構成を有して
いる。Next, the microwave discharge light source device according to the second invention is a member for reflecting light in order to effectively use the light emitted from the electrodeless discharge lamp of the microwave discharge light source device according to the first invention. A reflecting mirror made of a parabolic second microwave waveguide comprising: a conductive light transmitting member capable of blocking microwaves and transmitting light; an open end of the second microwave waveguide; The second microwave waveguide is provided with an electrodeless discharge lamp near the focal point of the paraboloid of the second microwave waveguide.
【００１１】また、第３の発明におけるマイクロ波放電
光源装置は第１の発明におけるマイクロ波放電光源装置
の無電極放電ランプから出た光を有効に利用するため
に、導電性光透過部材からなるマイクロ波導波管の外周
囲に放物面形状の光反射性部材からなる反射鏡を設けた
構成を有している。The microwave discharge light source device according to the third invention comprises a conductive light transmitting member in order to effectively use light emitted from the electrodeless discharge lamp of the microwave discharge light source device according to the first invention. It has a configuration in which a reflecting mirror made of a parabolic light reflecting member is provided around the outer periphery of the microwave waveguide.
【００１２】[0012]
（実施の形態１）以下、本発明の第１の実施の形態につ
いて、図１から図３を参照しながら説明する。図１にお
いて、１１はマイクロ波によって放電発光する可電離媒
体を充填した球形の石英ガラスからなる無電極放電ラン
プであり、石英ガラス製の支持棒により支持されてい
る。１２はマイクロ波に対して不透明でかつ光に対して
実質的に透過させる金属網の導電性光透過部材からなる
マイクロ波導波管部である。１３は通常の金属導体から
なるマイクロ波導波管である。１４はマイクロ波を励振
するためのマグネトロンであり、マイクロ波導波管１３
内部に発振アンテナ１５が設けられている。高電圧電源
よりマグネトロン１４に高電圧を加えることでマイクロ
波導波管１２、１３の内部にマイクロ波が発振され、そ
の伝播したマイクロ波により無電極放電ランプ１１内部
の可電離媒体が放電を起こし発光する。放電による発光
はマイクロ波導波管１２の金属網を通じて外部に取り出
される。Embodiment 1 Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In FIG. 1, reference numeral 11 denotes an electrodeless discharge lamp made of spherical quartz glass filled with an ionizable medium which emits light by microwave discharge, and is supported by a support rod made of quartz glass. Numeral 12 is a microwave waveguide portion made of a metal net conductive light transmitting member which is opaque to microwaves and substantially transmits light. Reference numeral 13 denotes a microwave waveguide made of a normal metal conductor. Reference numeral 14 denotes a magnetron for exciting microwaves.
An oscillation antenna 15 is provided inside. When a high voltage is applied to the magnetron 14 from a high-voltage power supply, microwaves are oscillated inside the microwave waveguides 12 and 13, and the propagated microwaves cause the ionizable medium inside the electrodeless discharge lamp 11 to discharge and emit light. I do. Light emitted by the discharge is extracted outside through the metal net of the microwave waveguide 12.
【００１３】マイクロ波導波管１２、および１３はとも
にアルミニウムや銅のような電気抵抗の低い導体からな
り、矩形ＴＥ10モードでマイクロ波を伝播するように断
面形状が定められている。安定放電時の無電極放電ラン
プ１１のプラズマの負荷インピーダンスと発振アンテナ
１１から伝播するマイクロ波の入力インピーダンスが整
合してＶＳＷＲ（電圧定在波比）が２以下になるよう
に、無電極放電ランプ１１と発振アンテナ１５の距離を
定めている。さらに好適には、ＶＳＷＲが１．５以下に
なるように前記距離が設定される。この無電極放電ラン
プ１１と発振アンテナ１５の距離は、無電極放電ランプ
１１の負荷インピーダンスによって変化するため、一意
的に定めることはできない。無電極放電ランプ内部の封
入物質や封入量の変化によって、点灯時の放電プラズマ
の特性が変われば、それに伴って変化する。[0013] microwave waveguide 12, and 13 are both made of an electric resistance lower conductor such as aluminum or copper, it is determined cross-sectional shape so as to propagate microwave rectangular TE 10 mode. An electrodeless discharge lamp such that the load impedance of the plasma of the electrodeless discharge lamp 11 during stable discharge matches the input impedance of the microwave propagating from the oscillating antenna 11 and the VSWR (voltage standing wave ratio) becomes 2 or less. 11 and the oscillation antenna 15 are determined. More preferably, the distance is set so that VSWR is 1.5 or less. Since the distance between the electrodeless discharge lamp 11 and the oscillation antenna 15 changes depending on the load impedance of the electrodeless discharge lamp 11, it cannot be uniquely determined. If the characteristics of the discharge plasma at the time of lighting change due to a change in the filling material and the filling amount inside the electrodeless discharge lamp, the characteristics change accordingly.
【００１４】またさらに好適には、無電極放電ランプ１
１はマイクロ波導波管１２の終端部から１／４管内波長
離れた距離に球の中心部がくるように、石英ガラスから
なる支持棒により支持される。放電開始前にはマイクロ
波導波管１２の終端部近傍には、前記終端部を節とする
マイクロ波定在波が生じている。前記終端部からマイク
ロ波導波管のモードによって定まる管内波長の１／４離
れた位置に無電極放電ランプ１１を設けられる事によ
り、放電始動前にマイクロ波電場の腹部に無電極放電ラ
ンプ１１が位置する事になり始動が容易になる。また１
／４管内波長の奇数倍離れた位置もまたマイクロ波電場
の腹部にあたるので、同様の効果が得られる。Still more preferably, the electrodeless discharge lamp 1
Numeral 1 is supported by a support rod made of quartz glass such that the center of the sphere is located at a distance of 1/4 in-wavelength from the end of the microwave waveguide 12. Before the start of discharge, a microwave standing wave having a node at the end is generated near the end of the microwave waveguide 12. Since the electrodeless discharge lamp 11 is provided at a position １ ／ of the guide wavelength determined by the mode of the microwave waveguide from the terminal end, the electrodeless discharge lamp 11 is positioned at the abdomen of the microwave electric field before the discharge is started. And start-up becomes easier. Also one
A position which is an odd multiple of the / 4 tube wavelength also corresponds to the abdomen of the microwave electric field, so that a similar effect is obtained.
【００１５】以上の説明を、図２と図８を参照しながら
もう少し詳しく説明する。図２は本実施の形態によるマ
イクロ波放電光源装置の無電極放電ランプとその周辺の
マイクロ波導波管の横断面の概略図である。図８は従来
のマイクロ波放電光源装置の無電極放電ランプとその周
辺のマイクロ波空洞、マイクロ波導波管の横断面の概略
図である。図２と図８ともに、（ａ）は無電極放電ラン
プ点灯前の、（ｂ）は無電極放電ランプ点灯後安定放電
時のマイクロ波導波管中央部でのマイクロ波定在波電場
の強度分布をそれぞれ示している。The above description will be described in more detail with reference to FIGS. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the electrodeless discharge lamp of the microwave discharge light source device according to the present embodiment and the microwave waveguide around the electrodeless discharge lamp. FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of an electrodeless discharge lamp of a conventional microwave discharge light source device, a microwave cavity around it, and a microwave waveguide. 2 and 8, (a) is the intensity distribution of the microwave standing wave electric field at the center of the microwave waveguide at the time of stable discharge after lighting of the electrodeless discharge lamp, and (b) is at the time of stable discharge after lighting of the electrodeless discharge lamp. Are respectively shown.
【００１６】図８に示すような従来のマイクロ波空洞の
内部に無電極放電ランプを設けた構成からなるマイクロ
波放電光源装置では、図８（ａ）に示すように、マイク
ロ波空洞８４の大きさをマイクロ波導波管８２の１／２
管内波長（またはその整数倍）にして、放電開始前に無
電極放電ランプ８１を定在波電場８３の腹部（即ちマイ
クロ波空洞の壁より１／４管内波長またはその奇数倍の
位置）に設けていた。In a conventional microwave discharge light source device having a configuration in which an electrodeless discharge lamp is provided inside a conventional microwave cavity as shown in FIG. 8, as shown in FIG. The half of the microwave waveguide 82
Before the start of the discharge, the electrodeless discharge lamp 81 is provided at the abdomen of the standing wave electric field 83 (that is, at a position of 1/4 tube wavelength from the wall of the microwave cavity or an odd multiple thereof) before starting the discharge. I was
【００１７】しかしながら、無電極放電ランプが点灯し
放電が安定した後には、マイクロ波定在波電場８３は図
８（ｂ）に示すように無電極放電ランプ８１の位置が定
在波電場８３の節部となるように変化する。これは、無
電極放電ランプ内部のプラズマが導電体として振舞い、
表面電流が流れるためである。そのため、そこから１／
４管内波長（またはその奇数倍）離れた位置にあるマイ
クロ波空洞の給電口８５部分の電場が強くなり、給電口
８５を形成するスロット間で空中放電が生じたり、給電
口８５の周辺に大きな表面電流が流れマイクロ波の損失
が増大したりする。However, after the electrodeless discharge lamp is turned on and the discharge is stabilized, the microwave standing wave electric field 83 is positioned at the position of the electrodeless discharge lamp 81 as shown in FIG. Change to be a knot. This is because the plasma inside the electrodeless discharge lamp behaves as a conductor,
This is because surface current flows. Therefore, 1 /
The electric field at the power supply port 85 portion of the microwave cavity located at a position separated by four wavelengths (or an odd multiple thereof) in the tube becomes strong, so that air discharge occurs between the slots forming the power supply port 85 or a large electric field is generated around the power supply port 85. Surface current flows and microwave loss increases.
【００１８】一方本実施の形態の構成によれば、図２
（ａ）に示すように、不点灯時にはマイクロ波導波管２
２内部の定在波電場２３の腹部（すなわち導波管の端部
より１／４管内波長離れた位置またはその奇数倍離れた
位置）に無電極放電ランプ２１が置かれている。点灯開
始前の定在波電場２３の強度は無電極放電ランプ２１内
部のプラズマの放電を開始させるのに十分であればよ
い。次に図２（ｂ）に示すように、無電極放電ランプ点
灯後の放電が安定している時は、発振器より伝播したマ
イクロ波は負荷である無電極放電ランプとインピーダン
ス整合することにより、プラズマにおいてエネルギー消
費されて、反射波が十分に小さくなるように構成されて
いる。この構成では給電口を持たないため、無電極放電
ランプ点灯後の負荷インピーダンスの変化による定在波
分布の変化に対して気中放電やマイクロ波損失の増大と
いった問題を生じない。On the other hand, according to the configuration of the present embodiment, FIG.
As shown in (a), when no light is emitted, the microwave waveguide 2
The electrodeless discharge lamp 21 is placed at the abdomen of the standing wave electric field 23 inside (i.e., at a position apart from the end of the waveguide by 1/4 tube wavelength or an odd multiple thereof). It is sufficient that the intensity of the standing wave electric field 23 before the start of lighting is sufficient to start the discharge of the plasma inside the electrodeless discharge lamp 21. Next, as shown in FIG. 2B, when the discharge after lighting the electrodeless discharge lamp is stable, the microwave propagated from the oscillator is impedance-matched with the electrodeless discharge lamp as a load, so that the plasma is generated. , Energy is consumed, and the reflected wave is configured to be sufficiently small. In this configuration, since there is no power supply port, problems such as an increase in air discharge and an increase in microwave loss are not caused by a change in the standing wave distribution due to a change in load impedance after the electrodeless discharge lamp is turned on.
【００１９】すなわち、本構成によれば、マイクロ波共
振空洞を用いずに、マイクロ波導波管を伝播してきたマ
イクロ波を無電極放電ランプに直接結合させることが可
能となる。That is, according to this configuration, it is possible to directly couple the microwave propagating through the microwave waveguide to the electrodeless discharge lamp without using the microwave resonant cavity.
【００２０】次に、図３は図１で例示したマイクロ波放
電光源装置のマイクロ波導波管の途中にコーナー部を設
けた構成を示す。マグネトロン３４から発振されたマイ
クロ波はマイクロ波導波管３３を通して伝播し、コーナ
ー部３５で進行方向を９０°変化する。その後光透過性
部材からなるマイクロ波導波管３２に伝播する。このマ
イクロ波により、マイクロ波導波管３２内に設けられた
無電極放電ランプ３１内部の可電離媒体が励起され発光
する。無電極放電ランプ３１から生じた放射光は、マイ
クロ波導波管３２を通して外部に取り出される。先の例
と同様にマグネトロン３４の発振アンテナと無電極放電
ランプ３１の距離は、入力と負荷のインピーダンス整合
が得られ、ＶＳＷＲが十分に小さくなるように定められ
る。Next, FIG. 3 shows a configuration in which a corner portion is provided in the middle of the microwave waveguide of the microwave discharge light source device exemplified in FIG. The microwave oscillated from the magnetron 34 propagates through the microwave waveguide 33 and changes its traveling direction at the corner 35 by 90 °. Thereafter, the light propagates to the microwave waveguide 32 made of a light transmitting member. The microwave excites the ionizable medium inside the electrodeless discharge lamp 31 provided in the microwave waveguide 32 to emit light. Radiation light generated from the electrodeless discharge lamp 31 is extracted outside through the microwave waveguide 32. As in the previous example, the distance between the oscillation antenna of the magnetron 34 and the electrodeless discharge lamp 31 is determined so that impedance matching between the input and the load is obtained and the VSWR is sufficiently small.
【００２１】マイクロ波導波管の伝播方向に光を取り出
そうとする時に、本構成をとることで、装置の奥行きを
浅くする事が可能になる。これは、装置の取付け空間の
奥行きが狭く、制限される場合などに有効な構成であ
る。When light is to be extracted in the propagation direction of the microwave waveguide, this configuration makes it possible to reduce the depth of the device. This is an effective configuration when the depth of the installation space for the device is narrow and limited.
【００２２】また、図４は図１で例示したマイクロ波放
電光源装置の金属網部のマイクロ波導波管部分を発振部
と異なるモードとするためマイクロ波導波管の途中にテ
ーパー部を設けた構造としたものである。マグネトロン
４４から発振されたマイクロ波はマイクロ波導波管４３
に矩形ＴＥ10モードで伝播していく。このマイクロ波は
テーパー部４５を通して円筒ＴＥ10モードに変換され光
透過性部材からなる円筒マイクロ波導波管４２に伝播さ
れる。このマイクロ波により、無電極放電ランプ４１内
部の可電離媒体がプラズマをなし、放射光が取り出され
る。この構成を取る事により、例えば矩形ＴＥ10モード
から円筒ＴＥ10モードへの変換が可能となる。本構成
は、無電極放電ランプからの放射光を取り出すための金
属網部分が円筒形である事が望ましい時や、マイクロ波
発振手段周辺と無電極放電ランプ周辺の導波管形状やモ
ードを変化させたい時に有効である。FIG. 4 shows a structure of the microwave discharge light source device exemplified in FIG. 1 in which a tapered portion is provided in the middle of the microwave waveguide in order to make the mode of the microwave waveguide portion of the metal net portion different from that of the oscillation portion. It is what it was. The microwave oscillated from the magnetron 44 is applied to the microwave waveguide 43
Propagates in the rectangular TE 10 mode. The microwave is propagated in a cylindrical microwave waveguide 42 made of a light transmitting member is converted into a cylindrical TE 10 mode through the tapered section 45. Due to this microwave, the ionizable medium inside the electrodeless discharge lamp 41 forms plasma, and radiated light is extracted. By taking this configuration, for example, it is possible to convert from rectangular TE 10 mode to the cylindrical TE10 mode. This configuration changes the shape and mode of the waveguide when it is desirable that the metal mesh part for extracting the radiated light from the electrodeless discharge lamp is cylindrical, or around the microwave oscillation means and the electrodeless discharge lamp. It is effective when you want to make it.
【００２３】なお、以上の説明では、マイクロ波導波管
を矩形および円筒のＴＥ10モードで構成した例で説明し
たが、その他のモードのマイクロ波導波管で構成しても
同様に実施可能である。[0023] In the above description has been described in example configured in TE 10 mode rectangular and cylindrical the microwave waveguide can be carried out similarly be constituted by microwave waveguide of other modes .
【００２４】また、コーナー部で矩形導波管から円筒導
波管に変換するといった、図３、図４で例示した方法を
あわせ持つ構成を取ることも無論可能である。It is of course possible to adopt a configuration that combines the methods illustrated in FIGS. 3 and 4, such as converting from a rectangular waveguide to a cylindrical waveguide at the corner.
【００２５】以上のように本実施の形態によれば、マイ
クロ波共振空洞およびそれを形成するための空洞壁と給
電口を設けずに、プラズマの負荷インピーダンスが発振
器からの入力インピーダンスと整合して反射波が生じな
いように、無電極放電ランプをマイクロ波導波管内部に
設けることで、安定放電時に強い電場が生じようとする
給電口を不要にし、マイクロ波の損失を低減し、給電口
によるマイクロ波導波管内部での気中放電を防止したマ
イクロ波放電光源装置を得る事ができる。As described above, according to the present embodiment, the load impedance of the plasma matches the input impedance from the oscillator without providing the microwave resonant cavity, the cavity wall for forming the cavity, and the power supply port. By providing an electrodeless discharge lamp inside the microwave waveguide so that reflected waves do not occur, there is no need for a power supply port that tends to generate a strong electric field during stable discharge, reducing microwave loss, and A microwave discharge light source device in which air discharge inside the microwave waveguide is prevented can be obtained.
【００２６】（実施の形態２）次に本発明の第２の実施
の形態について、図５を参照しながら説明する。(Embodiment 2) Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
【００２７】図５において、５１はマイクロ波によって
放電発光する充填物を封入した石英ガラスからなる球形
の無電極放電ランプであり、石英ガラス製の棒により支
持されている。５６は通常の金属導体からなる第１のマ
イクロ波導波管である。５２は内壁が放物面形状の光反
射性の金属導体からなる第２のマイクロ波導波管による
反射鏡である。第１のマイクロ波導波管５６と第２のマ
イクロ波導波管５２は接合部５５で接合される。５３は
マイクロ波に対して不透明でかつ光に対して実質的に透
過させる金属網からなる導電性光透過性部材であり、マ
イクロ波導波管５２の開口端部を短絡するように設けら
れている。５４はマイクロ波を励振するためのマグネト
ロンであり、マイクロ波導波管５２、５６を通じて伝播
したマイクロ波により無電極放電ランプ５１内部の充填
物が放電を起こし発光する。In FIG. 5, reference numeral 51 denotes a spherical electrodeless discharge lamp made of quartz glass in which a filler which emits light by microwaves is sealed, and is supported by a rod made of quartz glass. Reference numeral 56 denotes a first microwave waveguide made of a normal metal conductor. Reference numeral 52 denotes a second microwave waveguide reflecting mirror made of a light-reflective metal conductor having a parabolic inner wall. The first microwave waveguide 56 and the second microwave waveguide 52 are joined at a joint 55. Reference numeral 53 denotes a conductive light transmitting member made of a metal net that is opaque to microwaves and substantially transmits light, and is provided to short-circuit the open end of the microwave waveguide 52. . Numeral 54 denotes a magnetron for exciting microwaves. The microwaves propagated through the microwave waveguides 52 and 56 cause discharge of the filling inside the electrodeless discharge lamp 51 to emit light.
【００２８】無電極放電ランプ５１は、反射鏡の焦点部
分に設けられている。無電極放電ランプより生じた放射
光の内、開口部から直接放射されないものは、第２のマ
イクロ波導波管５２の内壁により反射され、マイクロ波
導波管５２に設けられた金属網５３を通じて外部に平行
光として取り出される。The electrodeless discharge lamp 51 is provided at the focal point of the reflecting mirror. Of the radiated light generated by the electrodeless discharge lamp, the radiated light not directly radiated from the opening is reflected by the inner wall of the second microwave waveguide 52 and is output to the outside through the metal net 53 provided in the microwave waveguide 52. It is extracted as parallel light.
【００２９】また、結合部５５手前のマイクロ波導波管
５６の途中にコーナー部を設けて光射出方向を変化させ
たり、テーパー部を設ける事で結合部５５の断面形状を
変化させる事が可能である。Further, it is possible to change the light emitting direction by providing a corner part in the microwave waveguide 56 before the coupling part 55, or to change the cross-sectional shape of the coupling part 55 by providing a tapered part. is there.
【００３０】以上のように本実施の形態によれば、マイ
クロ波の損失を低減し、マイクロ波導波管内部での給電
口による気中放電を防止できる第１の実施の形態の効果
に加えて、無電極放電ランプから生じた放射光を平行光
として取り出す事ができ、より有効に利用できる。As described above, according to the present embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, which can reduce the loss of microwaves and prevent aerial discharge by the power supply port inside the microwave waveguide. In addition, radiated light generated from the electrodeless discharge lamp can be extracted as parallel light, and can be used more effectively.
【００３１】さらに好適には、第１のマイクロ波導波管
５６と第２のマイクロ波導波管５２の接合部５５の断面
部に石英ガラスにダイクロイックコートを施したような
低誘電損失の誘電体からなる反射板を設ける事で、より
放射光の回収効率を上げる事が可能となる。また、その
反射板は平面であっても十分に有用であるが、第２のマ
イクロ波導波管５２のなす放物面を補う形状とする事
で、より平行光の回収効率を上げる事ができる。More preferably, a dielectric material having a low dielectric loss such as a dichroic coat applied to quartz glass on a cross section of a joint 55 between the first microwave waveguide 56 and the second microwave waveguide 52 is used. By providing such a reflector, it becomes possible to further increase the efficiency of collecting the emitted light. Although the reflector is sufficiently useful even if it is flat, the efficiency of collecting parallel light can be further increased by making the shape complementary to the paraboloid formed by the second microwave waveguide 52. .
【００３２】なお、本実施の形態において、反射鏡をな
すマイクロ波導波管の材料を、金属導体としたもので例
示したが、内側が石英ガラスにダイクロイックコートを
施したような低誘電損失の誘電体材料からなり、外側に
開口部に用いられている金属網のような、マイクロ波に
対して不透明な導電性光透過部材を重ね合わせた部材で
構成する事も可能である。反射鏡にこういった部材を用
いる事で不要な赤外線の前面への反射を防止する事が可
能になるといった効果が得られる。In this embodiment, the material of the microwave waveguide forming the reflecting mirror is exemplified by a metal conductor. However, the inside of the waveguide has a low dielectric loss such as a dichroic coat made of quartz glass. It is also possible to use a member in which a conductive light transmitting member that is opaque to microwaves, such as a metal net used for the opening on the outside, is overlapped with a body material. By using such a member for the reflecting mirror, there is obtained an effect that unnecessary reflection of infrared rays to the front surface can be prevented.
【００３３】（実施の形態３）次に本発明の第３の実施
の形態について、図６を参照しながら説明する。(Embodiment 3) Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
【００３４】図６において、６１はマイクロ波によって
放電発光する充填物を封入した球形の石英ガラスからな
る無電極放電ランプであり、石英ガラス製の支持棒で支
持されている。６２はマイクロ波に対して不透明でかつ
光に対して実質的に透過させる金属網よりなる導電性光
透過部材からなるマイクロ波導波管部である。６３は通
常の金属導体からなるマイクロ波導波管である。６４は
マイクロ波を励振するためのマグネトロンであり、マイ
クロ波導波管６３内部に発振アンテナが設けられてい
る。６５は内壁が放物面形状の反射鏡であり、無電極放
電ランプ６１は、反射鏡６５の焦点部分に設けられてい
る。In FIG. 6, reference numeral 61 denotes an electrodeless discharge lamp made of spherical quartz glass in which a filler which emits light by microwave discharge is enclosed, and is supported by a support rod made of quartz glass. Reference numeral 62 denotes a microwave waveguide portion made of a conductive light transmitting member made of a metal net that is opaque to microwaves and substantially transmits light. Reference numeral 63 denotes a microwave waveguide made of a normal metal conductor. Reference numeral 64 denotes a magnetron for exciting a microwave, and an oscillation antenna is provided inside the microwave waveguide 63. Reference numeral 65 denotes a reflector having a paraboloid inner wall, and the electrodeless discharge lamp 61 is provided at a focal point of the reflector 65.
【００３５】本実施の形態のように、金属網からなる導
電性光透過部材の外側に反射鏡を設けた構成とする事に
より、第１の実施の形態と同様の効果が得られるばかり
でなく、不必要な方向へ向かう放射光の回収効率を改善
し、望ましい平行光線を得る事ができる。これによって
無電極放電ランプからの放射光の利用効率が改善でき
る。By providing a reflecting mirror outside the conductive light transmitting member made of a metal net as in the present embodiment, not only the same effects as in the first embodiment can be obtained, but also Thus, the efficiency of collecting the emitted light in unnecessary directions can be improved, and a desired parallel light beam can be obtained. As a result, the efficiency of using the emitted light from the electrodeless discharge lamp can be improved.
【００３６】なお、第２の実施の形態と同様に、マイク
ロ波導波管の内部に反射鏡の回転放物面を補間するよう
に、石英ガラスにダイクロイックコートを施したような
低誘電損失の誘電体からなる反射板を設ける事で、より
放射光の回収効率を上げる事が可能となる。またその反
射板は平面であっても十分に有用であるが、放物面形状
とする事で、より平行光線の回収効率を上げる事ができ
る。As in the second embodiment, a dielectric material having a low dielectric loss such as a dichroic coat applied to quartz glass so as to interpolate the paraboloid of revolution of the reflector inside the microwave waveguide. By providing a reflector made of a body, it becomes possible to further increase the efficiency of collecting emitted light. Although the reflector is sufficiently useful even if it is flat, a parabolic shape can further increase the efficiency of collecting parallel rays.
【００３７】なお、以上の第１から第３の実施の形態で
は、無電極放電ランプを球形で構成した例で説明した
が、円筒形状の被包体で構成しても、放物面鏡の形状を
回転形状型から長尺形状型に変える事で同様に実施可能
である。また、マイクロ波発振器についても特にマグネ
トロンに限るものではなく、半導体素子を用いたマイク
ロ波発振手段でも実施可能である。In the first to third embodiments described above, an example in which the electrodeless discharge lamp is formed in a spherical shape has been described. The present invention can be similarly implemented by changing the shape from the rotary shape type to the long shape type. Further, the microwave oscillator is not particularly limited to the magnetron, but can be implemented by microwave oscillation means using a semiconductor element.
【００３８】[0038]
【発明の効果】以上のように本発明は、両端部がマイク
ロ波に対して電気的に短絡された反射終端をなし、かつ
少なくとも一部がマイクロ波を遮断し光を透過させるこ
とができる導電性光透過部材からなるマイクロ波導波管
により、マイクロ波発振器の発振アンテナによって励振
されたマイクロ波を伝播し、伝播されたマイクロ波によ
って放電発光する充填物を内部に封入した無電極放電ラ
ンプをマイクロ波導波管内部に設け、前記無電極ランプ
と前記発振アンテナとの距離を安定放電時にインピーダ
ンス整合が取れるようにマイクロ波導波管の形状を定め
た構成とすることにより、マイクロ波共振空洞および給
電口を不要にし、マイクロ波の損失を低減し、給電口に
よるマイクロ波導波管内部での気中放電を防止すること
ができる優れたマイクロ波無電極放電光源装置を実現で
きるものである。As described above, according to the present invention, both ends constitute a reflective end electrically short-circuited to microwaves, and at least a part of the conductive end can block microwaves and transmit light. An electrodeless discharge lamp in which a microwave excited by an oscillating antenna of a microwave oscillator is propagated by a microwave waveguide made of a transparent light transmitting member, and a filling that discharges and emits light by the propagated microwave is sealed inside. A microwave resonance cavity and a power supply port are provided inside the waveguide, and the distance between the electrodeless lamp and the oscillation antenna is determined so that impedance can be matched during stable discharge. An excellent filter that eliminates the need for microwave power, reduces microwave loss, and prevents air discharge inside the microwave waveguide due to the feed port Those that can achieve black wave electrodeless discharge light source apparatus.
【図１】本発明の実施の形態１におけるマイクロ波放電
光源装置の一部切り欠き斜視図FIG. 1 is a partially cutaway perspective view of a microwave discharge light source device according to a first embodiment of the present invention.
【図２】（ａ）本発明の実施の形態１におけるマイクロ
波放電光源装置の無電極放電ランプ点灯前の横断面の概
略図 （ｂ）無電極放電ランプ安定点灯後の横断面の概略図FIG. 2A is a schematic cross-sectional view of the microwave discharge light source device according to the first embodiment of the present invention before the electrodeless discharge lamp is turned on. FIG. 2B is a schematic cross-sectional view after the electrodeless discharge lamp is stably turned on.
【図３】マイクロ波導波管の途中にコーナー部を設けた
本発明の実施の形態１におけるマイクロ波放電光源装置
の一部切り欠き斜視図FIG. 3 is a partially cutaway perspective view of the microwave discharge light source device according to Embodiment 1 of the present invention in which a corner is provided in the middle of the microwave waveguide.
【図４】マイクロ波導波管の途中にテーパー部を設けた
本発明の実施の形態１におけるマイクロ波放電光源装置
の一部切り欠き斜視図FIG. 4 is a partially cutaway perspective view of the microwave discharge light source device according to the first embodiment of the present invention in which a tapered portion is provided in the middle of the microwave waveguide.
【図５】本発明の実施の形態２におけるマイクロ波放電
光源装置の一部切り欠き斜視図FIG. 5 is a partially cutaway perspective view of a microwave discharge light source device according to a second embodiment of the present invention.
【図６】本発明の実施の形態３におけるマイクロ波放電
光源装置の一部切り欠き斜視図FIG. 6 is a partially cutaway perspective view of a microwave discharge light source device according to Embodiment 3 of the present invention.
【図７】従来例におけるマイクロ波放電光源装置の一部
切り欠き斜視図FIG. 7 is a partially cutaway perspective view of a microwave discharge light source device in a conventional example.
【図８】（ａ）従来例におけるマイクロ波放電光源装置
の無電極放電ランプ点灯前の横断面の概略図 （ｂ）無電極放電ランプ安定点灯後の横断面の概略図8A is a schematic view of a cross section of a conventional microwave discharge light source device before lighting of an electrodeless discharge lamp, and FIG. 8B is a schematic view of a cross section after stable lighting of an electrodeless discharge lamp.
１１，２１，３１，４１，５１，６１，８１ 無電極放
電ランプ １２，３２，４２，６２ 導電性光透過部材からなるマ
イクロ波導波管 ５３ 導電性光透過部材からなるマイクロ波導波管開口
短絡部 ５２，６５ 反射鏡 １３，２３，３３，４３，５６，６３，８２ マイクロ
波導波管 １４，３４，４４，５４，６４ マグネトロン ２３，８３ マイクロ波定在波電場の強度分布11, 21, 31, 41, 51, 61, 81 Electrodeless discharge lamp 12, 32, 42, 62 Microwave waveguide made of conductive light transmitting member 53 Microwave waveguide opening short-circuited part made of conductive light transmitting member 52,65 Reflector 13,23,33,43,56,63,82 Microwave waveguide 14,34,44,54,64 Magnetron 23,83 Intensity distribution of microwave standing wave electric field
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01J 65/00 - 65/04 H05B 41/24 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01J 65/00-65/04 H05B 41/24
Claims (9)
と、前記マイクロ波発振器の前記発振アンテナによって
励振されたマイクロ波を伝播し、かつ両端部がマイクロ
波に対して電気的に短絡された反射終端をなし、かつそ
の少なくとも一部がマイクロ波を遮断し光を透過させる
ことができる導電性光透過部材からなるマイクロ波導波
管と、前記マイクロ波導波管によって伝播されたマイク
ロ波によって放電発光する充填物を内部に封入した無電
極放電ランプを有し、前記発振アンテナと前記無電極放
電ランプを前記マイクロ波導波管内部に設け、かつ安定
放電時にＶＳＷＲ（電圧定在波比）が２以下となるよう
に前記発振アンテナと前記無電極放電ランプの距離を定
めることにより給電口を不要としたことを特徴とするマ
イクロ波放電光源装置。 A microwave oscillator having an oscillating antenna , and a reflection terminal that propagates a microwave excited by the oscillating antenna of the microwave oscillator and has both ends electrically short-circuited to the microwave. None, and at least a part thereof, a microwave waveguide made of a conductive light transmitting member capable of blocking microwaves and transmitting light, and a filler that emits and emits light by the microwaves propagated by the microwave waveguide. , The oscillation antenna and the electrodeless discharge lamp are provided inside the microwave waveguide, and the VSWR (voltage standing wave ratio) becomes 2 or less at the time of stable discharge. the distance of the oscillation antenna and the electrodeless discharge lamp is characterized in that the unnecessary power port by a constant <br/> Me Rukoto microwave discharge light Apparatus.
振器の発振アンテナを設け、かつ逆側の反射終端から管
内波長の１／４の奇数倍の距離に無電極放電ランプを設
けたことを特徴とする請求項１記載のマイクロ波放電光
源装置。2. The method according to claim 1, wherein an oscillation antenna of the microwave oscillator is provided in the vicinity of one of the reflection terminals, and an electrodeless discharge lamp is provided at a distance of an odd multiple of 1/4 of the guide wavelength from the opposite reflection terminal. The microwave discharge light source device according to claim 1, wherein:
くは概略円筒状であることを特徴とする請求項１記載の
マイクロ波放電光源装置。3. The microwave discharge light source device according to claim 1, wherein the envelope of the electrodeless discharge lamp is substantially spherical or substantially cylindrical.
のマイクロ波導波管の少なくとも一部にコーナー部を設
けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の
マイクロ波放電光源装置。4. The microwave discharge light source according to claim 1, wherein a corner portion is provided in at least a part of the microwave waveguide between the microwave oscillator and the electrodeless discharge lamp. apparatus.
のマイクロ波導波管の少なくとも一部にテーパー部を設
けて、前記マイクロ波発振器周辺と前記無電極放電ラン
プ周辺の前記マイクロ波導波管の断面形状を異なるもの
としたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載
のマイクロ波放電光源装置。5. A microwave waveguide between at least a part of a microwave oscillator and an electrodeless discharge lamp is provided with a tapered portion, and a portion of the microwave waveguide around the microwave oscillator and around the electrodeless discharge lamp is provided. The microwave discharge light source device according to any one of claims 1 to 4, wherein the cross-sectional shape is different.
クロ波を伝播する第１のマイクロ波導波管と、光を反射
させる部材からなる放物面形状の第２のマイクロ波導波
管による反射鏡と、マイクロ波を遮断し光を透過させる
ことができる導電性光透過性部材を有し、前記第１のマ
イクロ波導波管から前記第２のマイクロ波導波管にマイ
クロ波が伝播するように接合し、かつ前記第２のマイク
ロ波導波管の開口端部をマイクロ波に対して電気的に短
絡するように前記導電性光透過部材を設け、かつ前記第
２のマイクロ波導波管の放物面の焦点近傍に無電極放電
ランプを設け、前記反射鏡により反射された光を前記導
電性光透過性部材より取り出すようにする事を特徴とす
る請求項１〜５のいずれかに記載のマイクロ波放電光源
装置。6. A first microwave waveguide for propagating the microwave excited by the microwave oscillator, a parabolic second microwave waveguide comprising a member for reflecting light, and a reflecting mirror. A conductive light transmissive member capable of blocking microwaves and transmitting light, and joining the first microwave waveguide to the second microwave waveguide so that the microwaves propagate; The conductive light transmitting member is provided so as to electrically short the open end of the second microwave waveguide to the microwave, and the focal point of the parabolic surface of the second microwave waveguide is provided. The microwave discharge light source according to any one of claims 1 to 5, wherein an electrodeless discharge lamp is provided in the vicinity, and light reflected by the reflecting mirror is extracted from the conductive light transmitting member. apparatus.
る第１のマイクロ波導波管と放物面形状の第２のマイク
ロ波導波管との接合部の断面部分に、誘電体からなる反
射部材を設けたことを特徴とする請求項６記載のマイク
ロ波放電光源装置。7. A reflecting member made of a dielectric is provided on a cross section of a junction between a first microwave waveguide for transmitting microwaves from a microwave oscillator and a parabolic second microwave waveguide. 7. The microwave discharge light source device according to claim 6, wherein the microwave discharge light source device is provided.
管の外周囲に放物面形状の光反射性部材からなる反射鏡
を設け、無電極放電ランプを前記反射鏡の焦点に設けた
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のマイ
クロ波放電光源装置。8. A reflecting mirror made of a parabolic light reflecting member is provided around an outer periphery of a microwave waveguide made of a conductive light transmitting member, and an electrodeless discharge lamp is provided at a focal point of said reflecting mirror. The microwave discharge light source device according to any one of claims 1 to 5, wherein
管の外周囲の光反射性部材からなる反射鏡の放物面をマ
イクロ波導波管内部へ延在した場所に誘電体からなる第
２の反射鏡を設けた事を特徴とする請求項８記載のマイ
クロ波放電光源装置。9. A second portion made of a dielectric material at a place where a parabolic surface of a reflecting mirror made of a light-reflecting member extends around the outside of the microwave waveguide made of a conductive light-transmitting member into the inside of the microwave waveguide. 9. The microwave discharge light source device according to claim 8, wherein a reflecting mirror is provided.
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