JPH0722455U - マイクロ波駆動型無電極光源装置 - Google Patents

マイクロ波駆動型無電極光源装置

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JPH0722455U
JPH0722455U JP010678U JP1067894U JPH0722455U JP H0722455 U JPH0722455 U JP H0722455U JP 010678 U JP010678 U JP 010678U JP 1067894 U JP1067894 U JP 1067894U JP H0722455 U JPH0722455 U JP H0722455U
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 高レベルのパワーをバルブと結合させる。 【構成】 円筒状のマイクロ波キャビティ７０の壁上に
約９０°変位させて一対のカップリングスロット７２，
７４を設ける。 【効果】 始動が容易であり且つ高光出力のマイクロ波
駆動型光源装置が提供される。

Description

【考案の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本考案は改良されたマイクロ波駆動型無電極光源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年無電極光源は周知されるに至っておりそして半導体デバイスの製造、光重 合性コーティング及びインキの硬化に使用されている。更にこのような光源は可 視照明用途に有用である。
【０００３】 一般に無電極光源はプラズマ形成性媒体を含む被包体即ちバルブが配置されて いるマイクロ波キャビイティ又はチャンバを含む。励起されると放射するバルブ 中のプラズマを励起するためのスロットを介してキャビティにカップリングせし められている磁電管がマイクロ波エネルギーを発生させるために設けられている 。マイクロ波エネルギーを通さないがバルブから放出された光は通すキャビティ の部分を通って光がキャビティから出る。
【０００４】 或る用途については、大量のマイクロ波パワーをバルブにカップリングさせる ことが望ましい。例えば或る用途においては非常に明るい光源が必要とされ、そ の場合には大量のマイクロ波パワーを小さなバルブにカップリングさせてバルブ における比較的高いパワー密度を生じることが必要である。幾らかのこのような 用途に対しては１個の磁電管によりフィードされる慣用のマイクロ波キャビティ を使用することが可能であるが、マイクロ波パワーが増加するにつれて先行技術 のシステムは問題及び欠点を生じる傾向がある。例えば、マイクロ波パワーがあ る点を越えるとカップリングスロットがブレークダウンしてスロットを横切って アークを発生することがある。更に、あるパワーレベルでは磁電管のコストが急 激に上昇し、従って１個の高パワー磁電管を使用するのは経済的でないことがあ る。
【０００５】 マイクロ波キャビティのバルブの如き小さな負荷にカップリングするときに起 こる追加の問題はキャビティの定在波比が極めて高く、相当な反射パワーを生じ るということである。バルブが始動するのを確実にするためにシステムのターン オンの時にバルブにできるだけ多くのパワーをカップリングさせることが望まれ る。
【０００６】 上記の問題及び欠点を解決するために、２個又はそれより多くのマイクロ波パ ワー供給源を使用すること及びそれにより発生したエネルギーをそれぞれのパワ ー供給源によって発生せしめられるモード間でマイクロ波キャビティにおいて実 質的にカップリングが無いような方法で前記マイクロ波キャビティにカップリン グさせることが本考案により提唱される。幾つかの磁電管が使用されるので１つ の磁電管が非常に高いパワーソースである必要はなく磁電管の全体のコストは１ 個の高パワー磁電管が使用される場合より少ない。更にアーク発生に伴う問題が 取り除かれ、磁電管の寿命は増加することが出来そしてバルブは首尾よく始動す る。
【０００７】
【考案が解決しようとする課題】
本考案の目的は効果的な方法でバルブに高いマイクロ波レベルをカップリング させるマイクロ波駆動型無電極光源装置を提供することである。
【０００８】 本考案の他の目的は費用効果的な方法でバルブに高いパワーレベルをカップリ グさせるこのような光源を提供することである。
【０００９】 本考案の他の目的は効果的な始動が得られるような方法でバルブにマイクロ波 パワーをカップリングさせることである。
【００１０】 本考案の他の目的は利用可能な空間をより良く利用するマイクロ波キャビティ 配列を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本考案に従えば、キャビティにおけるエネルギーモードはお互いにデカップリ ングせしめられそれにより磁電管からバルブへの最大パワー伝達をもたらすよう に構成される。これはキャビティにおける電界が互いに直交するように配列する ことにより達成される。このようなデカップリングが達成されない場合にはそれ ぞれの磁電管により発生したモードは相互に干渉しバルブへのパワーのカップリ ングの減少、磁電管の離調及び困難なバルブ始動をもたらす。
【００１２】 更に以下に詳細に説明するとおり、空間を節約しそしてキャビティの長い寸法 を短くする配列が得られるようにキャビティは折れ曲がった構造にすることが出 来る。
【００１３】
【実施例】
本考案を添付図面を参照して更に説明する。
【００１４】 図１を参照すると、反射器４及び網６から成るマイクロ波キャビティを含むマ イクロ波パワー式無電極光源２の大体の断面が示されている。
【００１５】 バルブ８はキャビティ内に配置されており、網６はキャビティ内にマイクロ波 エネルギーを保持するがバルブ８によって放出される紫外線又は可視放射が出て 行くのを許容するのに有効である。バルブ８は心棒１０によって取り付けられて おり、心棒１０は米国特許第４，４８５，３３２号に開示された如く冷却流体流 をバルブに向けながら回転せしめられて効果的な冷却を行なう。
【００１６】 マイクロ波エネルギーは磁電管１２及び１４により発生せしめられそしてそれ ぞれ送り出し器１６および１８並びに導波路２０及び２２を通ってマイクロ波キ ャビティにカップリングされる。
【００１７】 図２を参照すると、導波路２０はキャビティのカップリングスロット２４に送 り、導波路２２はカップリングスロット２６に送る。図２は、或る態様のキャビ ティ４はセグメントの各々が米国特許出願第７０７，１５９号に更に詳細に説明 されている如く比較的平坦化されている複数のセグメント２８から成っていて他 の態様においては異なる形状であってもよい放出される光の所望の反射を得るこ とができることを更に明白に示す。
【００１８】 カップリングスロット２４及び２６は相互に実質的に直交するように向けられ る。これはそれぞれのエネルギー波は直交偏波しているのでそれぞれの導波路か らチャンバにカップリングさせられるエネルギーモードを実質的にお互いにデカ ップリングさせることになる。
【００１９】 上記した如くこれはそれぞれのエネルギーモードが相互に干渉又はクロストー クしないこと及びバルブ８への最大のパワーカップリングを生じることを確実に する。更に２個のカップリングスロットの使用は１個のスロットが高パワーで使 用及び負荷される場合に起こり得るアーク発生の問題を取り除き、２個の磁電管 の使用は等価のパワー出力の１個の磁電管を使用する場合よりも経済的である。 更にこの構成は効果的なバルブ始動を提供する。
【００２０】 図３を参照すると直交に配向したカップリングスロット４０及び４２がシリン ダ状キャビティ４４内に配置されている他のランプ構成が示されている。バルブ ４６はキャビティ内に位置付けられそしてモータ４８により回転させられること が示されている。磁電管５０及び５２はそれぞれスロット４０及び４２にカップ リングしている導波路５４及び５６に送る。
【００２１】 図４は直交に配向したスロット６０および６２がキャビティのシリンダ状壁及 び底部に位置付けられる代わりにキャビティの頂部及び底部に位置付けられてい ることを除いて図３に示されたのと同様な他の態様を例示する。
【００２２】 図３及び図４に示された構成はキャビティの開口端部を覆う網及び所望により 外部反射器と共に使用する。
【００２３】 更に他の態様において、キャビティはそのすべてが実質的に相互に直交してい る３個のスロットにより供給されることができる。
【００２４】 図５に示された態様においてはシリンダ状キャビティ７０はシリンダ状壁の回 りに相互に９０°変位した２つの平行なスロット７２及び７４を有する。スロッ ト７２及び７４は磁電管８０及び８２がカップリングしているそれぞれ導波路７ ６及び７８により供給される。
【００２５】 キャビティはＴＥ11N モードがキャビティにおいて生じるように設計されてお りそしてスロットは９０°変位しているのでキャビティにおいてそれぞれの磁電 管により発生させられる電界は相互に直交している。
【００２６】 これは図６に示されている。図６はシリンダ状ＴＥ11N モードにおける２つの 電界を示す図である。フィールド８５はスロット７２を通って供給されるエネル ギーにより発生させられ、フィールド８７はスロット７４を通って供給されるエ ネルギーにより発生させられる。ＴＥ11N モードはフィールドの直交性にとって 必要であり、例えばスロットがシリンダ状壁の何処に配置されていようともフィ ールドは半径方向においてシリンダ状のＴＭ011 モードにありそして周方向にお いてシリンダ状のＴＥ011 モードにあるということに留意されたい。
【００２７】 図５の態様において、バルブはスロットから軸線方向に変位しておりそして事 実スロットの延長上には見られないことが注目される。この配列はスロットの近 接により引き起こされる局部歪みが回避されうるのでバルブ出力の一様さを促進 することができる。
【００２８】 図７の態様を参照すると、シリンダ状壁の回りに相互に１２０°変位したカッ プリングスロット９２，９４，９６を有するシリンダ状キャビティ９０が示され ている。キャビティはシリンダ状のＴＥ11N モードにある。図５の態様と異なり 、スロットは９０°離れているのではないので電界間で幾らかの交差結合（クロ スカップリング）がある。しかしながら、追加のパワーソースの設置によって相 当より多くのエネルギーが供給され、或る用途に関しては図７の態様により得ら れる全体のパワーとフィールドカップリングとのトレードオフが最善の結果をも たらすことが見出された。
【００２９】 図８及び図９を参照すると、折れ曲がったシリンダ状キャビティ１００が示さ れている。“折れ曲がったシリンダ状キャビティ”という用語は互いに９０°の 角度をなす２つのシリンダ状部分から成るキャビティを指す。
【００３０】 故に、キャビティ１００はバルブ１０４をハウジングしている部分１０２とカ ップリングスロット１０８及び１１０が配置されている部分１０６とから成る。 これらのスロットは互いに９０°変位しているのでＴＥ11N モードにおいて直交 電界が形成される。
【００３１】 折れ曲がったキャビティの目的は部分１０２の長さを短くすることであり、こ れはランプをより便利なパッケージにすると共にランプを使用する或る用途にと って物理的に必要であるか又は望ましいことがある。
【００３２】 上記キャビティ全体は共振構造であり、出願人が最初に知った折れ曲がったデ ザインのキャビティである。この折れ曲がったデザインによってバルブへのフィ ールドの強いカップリグが達成されることが、行なわれた実験により示された。 図７及び図８に示されたデザインにおいても、バルブ１０４とモータを連絡す るシャフトが底部１２０を通って延びているので、取り替えるためにバルブ１０ ４はキャビティの底部を通して容易に出し入れできる。
【００３３】 折れ曲がったキャビティは単一カップリングスロットが存在しているデザイン にも使用できることが注目される。
【００３４】 図１及び図２に従う実施される態様は光安定化装置の紫外線源として使用され ている。実際の態様において図２に示された如きセグメント化された反射器が使 用されそして磁電管は約１．５ｋｗで２４５０Ｍｈｚのマイクロ波エネルギーを 発生するヒタチ２Ｍ１３１（Ｈｉｔａｃｈｉ ２Ｍ１３１）である。チャンバは 図における約４インチの最大鉛直方向寸法及び約８インチの最大水平方向寸法を 有する。更にカップリングスロット寸法は２．５インチ×．３インチである。
【００３５】 平行なカップリングスロットを有するシリンダ状キャビティ構造の例示的態様 においては（図５）、キャビティの直径は２．９０インチであり、長さ１０．１ ０インチであり、バルブの中心はスクリーンから１．１５インチ、カップリング スロットの中心から６．７５インチの所に配置されている。
【００３６】 好ましい例示的態様が開示されているが、当業者は変更を行うことができるこ と及び本考案の範囲の実用新案登録請求の範囲及びその均等物によってのみ限定 されるべきことが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本考案の１つの態様の断面図である。
【図２】 図１の態様のそれぞれのカップリングスロッ
トの向きを示す。
【図３】 シリンダ状キャビティを使用する本考案の態
様の例示の１つである。
【図４】 シリンダ状キャビティを使用する本考案の態
様の例示の１つである。
【図５】 シリンダ状キャビティを使用する本考案の態
様の例示の１つである。
【図６】 図５の態様の電界の図である。
【図７】 シリンダ状キャビティを使用する本考案の態
様の例示の１つである。
【図８】 折れ曲がったシリンダ状キャビティを使用す
る本考案の態様の例示の１つである。
【図９】 折れ曲がったシリンダ状キャビティを使用す
る本考案の態様の例示の１つである。
【符号の説明】
２ マイクロ波パワー式無電極光源 ４ 反射器 ６ 網 ８ バルブ １２，１４ 磁電管 １６，１８ 送り出し器 ２０，２２ 導波路 ２４，２６ カップリングスロット ４０，４２ カップリングスロット ４４ シリンダ状キャビティ ４６ バルブ ５０，５２ 磁電管 ５４，５６ 導波路 ７０ シリンダ状キャビティ ７２，７４ 平行なスロット ７６，７８ 導波路 ８０，８２ 磁電管 ８４，８６ フィールド ９０ シリンダ状キャビティ ９２，９４，９６ カップリングスロット １００ 折れ曲がったシリンダ状キャビティ １０４ バルブ １０８，１１０ カップリングスロット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 ドナルド リンチ アメリカ合衆国メリーランド州20879ゲイ ザーズバーグ・ブルックリッジコート9928 (72)考案者 モハマド・カマレイ アメリカ合衆国メリーランド州20852ロッ クビル・ナンバー９・ブラックスフィール ドコート12200 (72)考案者 チャールズ・エイチ・ウッド アメリカ合衆国メリーランド州20850ロッ クビル・メイプルアベニュー712

Claims (5)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項１】 マイクロ波駆動型無電極光源装置におい
    て、 マイクロ波エネルギを実質的に通さないが光を実質的に
    通す部分を具備しておりＴＥ11N モードで動作する円筒
    形状のマイクロ波キャビティ、 前記キャビティ内に配置されたプラズマ形成用媒体を収
    容する被包体、 第１及び第２マイクロ波エネルギ発生手段、 が設けられており、前記キャビティの壁には第１及び第
    ２カップリングスロットが設けられており、前記第１及
    び第２カップリングスロットは互いに約９０度変位して
    おり、前記第１及び第２マイクロ波エネルギ発生手段か
    ら連続的に発生されるマイクロ波エネルギを夫々のモー
    ド間で前記キャビティ内において実質的にカップリング
    が発生しないような態様で前記キャビティに供給するこ
    とを特徴とするマイクロ波駆動型無電極光源装置。
  2. 【請求項２】 請求項１において、前記第１及び第２マ
    イクロ波エネルギ発生手段からの夫々エネルギの電界が
    前記キャビティ内において相互に直交させてモード間の
    カップリングを回避していることを特徴とするマイクロ
    波駆動型無電極光源装置。
  3. 【請求項３】 請求項２において、相互に実質的に直交
    して配設された第１及び第２カップリングスロットが前
    記キャビティに設けられていることを特徴とするマイク
    ロ波駆動型電極光源装置。
  4. 【請求項４】 請求項１において、前記カップリングス
    ロットは前記被包体がスロットの延長上に存在しないよ
    うに前記被包体の位置から軸方向に変位している前記キ
    ャビティの壁の位置に設けられていることを特徴とする
    マイクロ波駆動型無電極光源装置。
  5. 【請求項５】 請求項１において、前記円筒状キャビテ
    ィは互いに関して折れ曲がった被包体ハウジング部分及
    びフィード部分を有しており、前記キャビティのフィー
    ド部分に互いに平行な第１及び第２カップリングスロッ
    トが設けられていることを特徴とするマイクロ波駆動型
    無電極光源装置。
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