JPH076738A - 回転場を有するマイクロ波ランプ - Google Patents

回転場を有するマイクロ波ランプ

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JPH076738A
JPH076738A JP5052699A JP5269993A JPH076738A JP H076738 A JPH076738 A JP H076738A JP 5052699 A JP5052699 A JP 5052699A JP 5269993 A JP5269993 A JP 5269993A JP H076738 A JPH076738 A JP H076738A
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 一層一様な照射を提供すべく動作し、一層一
様なフィールドを必要とするバルブ充填物質を使用し、
無電極ランプの空胴に対してのマイクロ波エネルギの効
果的な結合のために有効なマイクロ波伝送手段を提供す
る。 【構成】中実の金属部分１４とメッシュ部分１３とから
構成した円筒状の空胴を有しており、励起可能な充填物
質を有するバルブ１２を空胴内に配設し、バルブが発生
する光はメッシュを介して空胴から外部へ取出す。結合
用スロット９、１０を中実の円筒状部分に互いに約９０
度離して配設する。ほぼ等しい振幅のマイクロ波エネル
ギをマイクロ波供給源３からスロットへ供給し、夫々の
スロットにおいてマイクロ波エネルギは約９０度位相が
ずれている。その結果発生するフィールドは一定の振幅
で且つランプ被包体、ランプ包囲体の内側表面において
回転し、そのフィールドは包囲体の垂直な軸の周りに回
転対称形である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業状の利用分野】本発明は、一様な光出力を供給す
ることが可能な改良型マイクロ波駆動型無電極ランプに
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】無電極ランプは従来公知であり、励起可
能な充填物を具備するバルブが内部に配設されたマイク
ロ波空胴から構成することが可能である。該空胴は、典
型的に、発生された光に対してリフレクタ即ち反射器と
して作用することが可能な固体乃至は中実の金属部分
と、マイクロ波を空胴内に閉込めるが光が透過すること
を許容するメッシュ部分とから構成される。例えばマグ
ネトロン等のマイクロ波供給源がマイクロ波エネルギを
発生し、該エネルギは空胴へ供給され且つそれと結合さ
れてバルブ内の充填物質を励起させる。
【０００３】このようなランプにおいて、多数の相互に
関連する要因が空胴内の電界及び磁界のパターンを決定
し、特に、バルブの特定の位置におけるそれらのフィー
ルド即ち場を決定する。これらの要因としては、空胴の
寸法及び形状、マイクロ波フィールドの周波数及びパワ
ー、バルブの寸法及びロスの程度、及び特定の結合構成
等がある。
【０００４】従来の無電極ランプに関する問題は、発生
された光が完全には一様ではないということである。何
故ならば、充填物質を励起する空胴内の電界はバルブの
体積全体にわたって一様なものではなくランプの軸に関
して対称的なものはない。バルブの一様でない光出力
は、典型的に、装置の光学系にわたって存在しており、
且つターゲットの区域において一様でない照射を発生す
る。
【０００５】関連する問題は、ある特定のバルブの充填
物質は、一様でないフィールド即ち場により励起される
場合に稼動状態が効率的ではなくなるということであ
る。この例は、ジスプロシウム元素を含有する充填物質
であり、その充填物質は適切な動作を行うためには非常
に一様なフィールド即ち場を必要とする。
【０００６】典型的な点源無電極ランプにおいては、空
胴内に単一の結合用スロットが存在しており、該空胴に
対して単一のマグネトロンによりマイクロ波エネルギが
供給される。米国特許第４，７４９，９１５号（Ｌｙｎ
ｃｈ ｅｔ ａｌ．）は、空胴へ供給されるパワーを増
加させるために、各々が一個の結合用スロットへエネル
ギを供給する二個のマグネトロンを使用する技術を開示
している。この構成においては、これら二つのスロット
は円筒状の空胴の周りに互いに直交した関係で位置され
ており、且つその一つの効果はフィールド即ち場の一様
性が増加される。その理由は、二つのマグネトロンは正
確に同一の周波数を有することはないので、それら二つ
のマグネトロンの間の位相差が常に変化し、それら二つ
のマグネトロンにより発生されるフィールドがうなり周
波数に従って位相があったりずれたりする。空胴内にお
いてこれら二つのフィールド（場）が合わされるのでそ
の結果回転フィールド（場）が発生し、その大きさはそ
れが３６０度にわたって回転するに従い変化する。更
に、回転による変化は、これら二つのフィードの間の位
相差が変化すると共に変化し、その変化する偏りは、こ
れら二つのフィールドの間の位相差が９０度にわたって
通過する時刻においてのみ円偏波的である。
【０００７】本発明によれば、ブルブにおいて一層一様
なフィールド即ち場を与えるために、回転電界が空胴に
与えられるが、上述した従来技術の場合と異なり、サイ
クル毎に一定の楕円率が得られるように偏りが設定さ
れ、従ってフィールド即ち場の一様性の程度を予測可能
に制御することを可能としている。本発明の好適実施例
においては、回転場の一定の楕円率は１であり、即ちそ
の場合のフィールド即ち場は円偏波的である。本発明に
より与えられる改善された一様性に加えて、それは単に
一つのマグネトロンを使用することを必要とするに過ぎ
ないので、米国特許第４，７４９，９１５号における従
来の構成のものと比較して有利である。
【０００８】本明細書に記載されるようなマイクロ波無
電極バルブが動作している場合、バルブは空胴内におい
て共振する電磁エネルギを発生する。インピーダンスの
実成分はエネルギを散逸するが、インピーダンスの実成
分及び虚成分の両方が負荷のない空胴のフィールドパタ
ーンから異なったフィールドパターンを発生させる。本
発明は、共振ランプ及び非共振ランプと呼ばれるものに
適用可能であり、公知の如く、共振及び非共振ランプと
いう用語はＱ即ち（クオリティ）に関係するものであ
り、且つ振動毎に蓄積されたエネルギと失われたエネル
ギとの比を表わすものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的とすると
ころは、一層一様な照射を提供すべく動作することが可
能な無電極ランプを提供することである。
【００１０】本発明の別の目的とするところは、適切な
動作のために一層一様なフィールド（場）を必要とする
バルブ充填物質を使用することが可能な無電極ランプを
提供することである。
【００１１】本発明の更に別の目的とするところは、無
電極ランプの空胴に対してのマイクロ波エネルギの効果
的な結合のために有効なマイクロ波伝送手段を提供する
ことである。
【００１２】
【実施例】図１はＴＥ111 モードで動作している従来の
円筒状の空胴位置を示している。この空胴は円筒状の壁
に結合用のスロット１７を有しており、且つ該スロット
内においては水平方向にある電界線が空胴の内側におい
て同一の方向に表われている。これらの電界線１８はこ
の図面中における空胴内において実線であり、且つ空胴
の一方の側部から他方の側部へ横断しており、一方磁界
線１９はこの図面中においては点線で表わしてある。
【００１３】図１に示したような空胴は従来の無電極ラ
ンプにおいて使用されている。この構成における問題点
は、電界が空胴全体にわたって一様なものではなく、実
際に、空胴内に配設されたバルブの垂直軸周りに一様で
はないという点である。上述した如く、このことは、バ
ルブからの一様でないラジエーション即ち照射を発生す
る。更に、図１に示したタイプ以外のその他のタイプの
従来のランプ空胴においては一様でない電界を発生させ
る。
【００１４】本発明によれば、空胴内においてサイクル
毎に一定の楕円偏光の回転場を発生するようにマイクロ
波エネルギを空胴に結合させることにより一様なラジエ
ーション即ち光の発生を達成している。更に、この一定
の偏りは、所望の程度の一様性を達成するために制御す
ることが可能である。従って、その偏りが円偏波である
場合には、電界強度はフィールド即ち場が回転する場合
に同一の状態を維持し、且つフィールド即ち場はその軸
に関して回転的に対称的である。それが本発明の好適実
施例であるが、フィールド即ち場が円偏波ではないが固
定された楕円偏光である場合に、図１に示した空胴と比
較して一様性を増加させることが可能である。この場合
には、その偏りがより円偏波に近いものであればあるほ
ど、３６０度にわたり回転する場合に空胴内の電界の一
様性は一層高い。バルブの出力において所定の方向性を
持った非一様性が望ましいものであると思われる適用例
の場合には、本発明は、楕円偏光したフィールド即ち場
の偏りベクトルを制御することによりそのような選択的
な非一様性を与えるために使用することが可能である。
本明細書において使用される如く、「一定の楕円率」と
いう用語は、サイクル毎に偏りベクトルが一定である楕
円的又は円形的に偏光したフィールド即ち場のことを意
味している。
【００１５】本発明の一側面によれば、一定の偏りの回
転電界が、空間的に互い変位されており且つ両者間に一
定の位相差を有する空胴内に二つのフィールド（場）を
確立することにより得られる。好適実施例においては、
これらのフィールド即ち場は９０度だけ空間的に変位さ
れており、９０度だけ位相がずれて、且つ等しい大きさ
であり、従って円偏波を有する複合フィールド（場）が
得られる。然しながら、空間的変位及び位相差の多数の
組合わせがフィールドの一様性において著しい改善を発
生する。例えば、６０度空間的に変位しており且つ７５
度位相がずれている等しい大きさのフィールド（場）
は、１２０度空間的に変位しており且つ１０５度位相が
ずれているフィールドと同じく、改良を発生する。好適
には、スロットの空間的変位は８５度と９５度との間で
あり、且つマイクロ波信号の位相差は８５度と９５度と
の間である。
【００１６】然しながら、少なくとも０．６の楕円率を
有する回転場を発生するフィールド即ち場の振幅と、空
間的変位と、位相変位との間の任意の組合わせが一様性
において改良を発生し、尚「楕円率」は、楕円の短軸と
長軸の比を表わしている。更に、上述した如く、適宜空
間的変位及び位相差を制御することにより、本発明に従
って所定の方向上の非一様性を与えることが可能であ
る。
【００１７】以下の例においては、これらのフィールド
は振幅が等しく、且つ両方とも空間的に変位されており
且つ９０度だけ位相がずれている。然しながら、理解す
べきことであるが、上述した如く、その他の空間的変位
と、位相差、及び振幅の組合わせを使用することも可能
である。
【００１８】図２を参照すると、本発明の第一実施例が
示されている。このランプは、円筒状の空胴を有してお
り、それは固体即ち中実の金属部分１４とメッシュ部分
１３とから構成されている。励起可能な充填物質を有す
るバルブ１２が空胴内に配設されており、バルブが発生
する光はメッシュ１３を介して空胴から外部へ取出すこ
とが可能である。このランプは高圧放電源であり、その
場合に充填物は典型的に動作期間中において１乃至２０
気圧範囲にある。
【００１９】結合用スロット９及び１０が中実の円筒状
部分１４に設けられており、それらは互いに約９０度離
して配設されている。更に、ほぼ等しい振幅のマイクロ
波エネルギがマイクロ波供給源３からスロットへ供給さ
れ、夫々のスロットにおいてマイクロ波エネルギは約９
０度位相がずれている。その結果発生するフィールド即
ち場は一定の振幅で且つランプ被包体の内側表面におい
て回転し、ランプ包囲体の内側表面において回転し、そ
のフィールドは該包囲体の垂直な軸の周りに回転対称形
である。
【００２０】上述したことは、該供給源と各スロットと
の間に異なった実効長が存在するように配設された導波
路手段を使用することにより達成されている。図２を参
照すると、導波路は主要部分５と、各々がＴＥ10モード
で動作すべく寸法構成されている分岐部６及び７とから
構成されている。更に、分岐部６は分岐部７よりも１／
４波長の奇数倍分岐部７よりも長く構成されており、従
ってスロット１０へ供給される信号はスロット９へ供給
される信号に関して９０度だけ遅延されている。
【００２１】マイクロ波技術における当業者にとって公
知の如く分岐部６及び７の各々は、主要導波路５の高さ
の半分とすることが可能であり、従ってインピーダンス
が整合され、分岐部６におけるベンド即ち屈曲部は通常
Ｅ面ベンドである。
【００２２】本実施例及び以下の実施例における円筒状
の空胴は、好適には、ＴＥ111 モードで動作すべく寸法
構成されているが、その他のＴＥ11n モードを使用する
ことも可能である。従って、各スロットを介して結合さ
れるマイクロ波エネルギは同一のモードである。この空
胴は、典型的には、動作期間中に共振状態となる共振空
胴であり、且つ各結合用スロットは電界をスロットの幅
に平行な空胴へ結合させる。空胴内に確立される二つの
フィールドは振幅が等しく、互いに直交しており、且つ
９０度位相がずれている。これらのフィールドは空胴内
において加算されるので、その和のフィールドは中心軸
において一定の振幅を有し且つ各高周波数サイクル毎に
一定の角加速度で回転する。
【００２３】以下の実施例においては、導波路は途中で
破断した破断線で示してあるが、通常はその端部である
図示していない導波路の部分に従来の態様でマグネトロ
ンが装着されていることを理解すべきである。以下の図
面においては、同一の構成要素には同一の参照番号を付
してある。
【００２４】図３はＹ型導波路分岐を使用した実施例を
示している。導波路５′の主要部分は分岐部６′及び
７′に連結している。分岐部６′は分岐部７′よりも導
波路内におけるマイクロ波信号の波長の長さの１／４の
奇数倍だけ長くなっている。二個の結合用スロット即ち
アイリス９，１０が円筒状の空胴の壁上において９０度
だけ離隔されている。
【００２５】図４はＴＥ111 空胴の断面及びその空胴へ
マイクロ波エネルギを供給する導波路を示している。導
波路部分１５は、円筒状の壁１４の周りに巻着されて結
合用スロット９及び１０と連結されており、一方主要導
波路部分は結合用スロット９と連通している。結合用ス
ロット９及び１０は円筒状の空胴の壁の周りに９０度だ
け変位されており、且つ導波路１５部分に沿って第二の
結合用スロット１０への距離は、導波路を介して電波す
るマイクロ波フィールドの波長の１／４の奇数倍に等し
い。１／４波長の奇数倍と等しい距離とするために、導
波路の幅を変化させるか又は空胴の直径を変化させるこ
とが可能である。導波路分岐部１５の幅を増加させるか
又は減少させると、導波路分岐部１５における波長の長
さを夫々減少又は増加させる。与えられた周波数におい
て、長さが適宜短くされている場合に、所望のＴＥ111
モードを維持しながら円筒状の空胴の直径を増加させる
ことが可能である。空胴の正しい直径及び導波路分岐部
１５の幅は、公知の計算方法に基づいて予備的に計算を
行い次いで実験を行うことによって決定することが可能
である。
【００２６】図５は別の実施例を示しており、この場合
に、円弧状の導波路９０はそれがＴＥ111 空胴の外側の
円筒状壁１４に適合する半径を有している。この空胴及
び導波路９０は、好適には、共通の壁を有している。二
つの結合用スロット９及び１０がこの共通の壁の上に配
設され且つ９０度だけ分離されている。マグネトロン３
が空胴壁１８と共用される壁に対向した導波路９０の壁
の上に設けられている。マグネトロン３は結合用スロッ
ト９及び１０に関して中心に位置決めされている。導波
路９０は一方のスロットを超えて他方のスロットよりも
更に遠くに延在している。一方、スロット９及び１０を
超える導波路９０の延長部は等しいものとすることが可
能であり、且つマグネトロン３を一方のスロットに近づ
けて位置決めさせることが可能である。第二変形例とし
ては、マグネトロン３を導波路９０の端部に関して中心
に位置決めさせ且つスロット９及び１０を一方の端部に
向けて変位させることが可能である。上述した構成の場
合、スロット９，１０、導波路１７及びマグネトロン３
の正確な位置は、マグネトロン３から二個のスロット９
及び１０への距離の間の差が導波路内のマイクロ波の波
長の１／４の奇数倍であるように設定され、又はこれら
のスロットを超えて延在する導波路が９０度の位相差を
発生する位相シフト要素として作用するように設定され
る。
【００２７】図６の実施例においては、導波路９１がそ
の側部がＴＥ111 モードをサポートすべく寸法構成され
た円筒状の空胴へ連結されている。導波路の連結される
部分１８は切除されており且つ空胴の円筒状の壁８がこ
の切除された部分１８に嵌込まれている。空胴の壁上に
おいて９０度離されている二個の結合用スロット９及び
１０が導波路９１の連結される部分１８における湾曲し
た円筒状の壁部分の上に位置されている。この導波路
は、夫々のスロット９及び１０に到達するマイクロ波エ
ネルギの位相が１／４サイクルだけ異なるように寸法構
成されている。このように、無電極バルブ１２が位置さ
れている空胴の中心において回転電界ベクトルが得られ
ている。
【００２８】図７及び７ａは更に別の実施例を示してお
り、この場合、円筒状のＴＥ111 空胴は円筒状の空胴壁
１４上において９０度離されて位置された第一スロット
９と第二スロット１０とを有している。導波路内のマイ
クロ波信号の波長が少なくとも１／４波長長い第一導波
路部分３０が第一スロット９と連結されており、従って
それは空胴から半径方向に延在している。ショート即ち
短絡部３１と呼ばれる金属スラブが第一導波路の断面に
嵌合して設けられている。ベリリウム銅スプリングフィ
ンガガスケット３２または同様の機能を提供するその他
の手段が短絡部３１の端部に配設されており、該短絡部
と第一導波路３０との間に導通を与えており、同調のた
めに該短絡部を軸方向に移動することを可能としてい
る。少なくとも１／４波長長い第二導波路３３は同様の
態様で第二スロット１０へ連結されている。マグネトロ
ン（不図示）が第二スロット１０と反対側の端部近くに
おいて第二導波路３３に結合されている。これら二つの
導波路はそれらの間の空間３４により連結されており、
空間３４は片側において空胴壁部分３６により且つ空胴
壁の反対側においてこれら二つの導波路の二つの対面す
る壁を接続する壁３７により境界が決定されている。更
に、空間３４は上部壁及び底部壁により境界が決められ
ており、それらの壁は導波路の上部壁及び底部壁と連結
されているかまたは連続的なものである。
【００２９】マイクロ波エネルギが第二導波路のマグネ
トロンが設けられた端部から第二スロット１０へ向けて
伝播する。そのエネルギのい幾らかは第二スロット１０
を介して空胴内へ結合される。エネルギの残りの部分は
更に伝播し第一スロット９と結合される。ショート３１
を移動させることにより、これら二つのスロット９及び
１０の間の位相差及びこれら二つのスロット９及び１０
を介して結合される相対的なパワーを変化させることが
可能である。その目的は、二つのスロット９及び１０を
介して等しいパワーの結合を得且つ９０度の位相差を得
ることである。そのことが得られていることの証は、放
電ランプから発生される光を測定した場合にそれが方位
角方向に一様であることを示すことである。
【００３０】図８及び９は本発明の更に別の実施例を示
している。この実施例においては、空胴が、ＴＥ10モー
ドで動作される導波路５０の幅広の側に設けられてい
る。交差形状の結合用アイリス５１，５２が該空胴を導
波路５０とインターフェースさせている。ＴＥ111 空胴
が導波路５０の幅広の面の中心からずらされて装着され
ており、一方交差形状のアイリス５１，５２は空胴に関
して中心に位置決めされている。空胴が装着される場合
に中心からずらされる位置は、アイリスにおいて回転Ｈ
フィールドが表われる様に設定される。回転Ｈフィール
ドは空胴内にＴＥ111 モードパターンを発生し、それは
各マイクロ波サイクロ毎に一回転を行う。空胴が装着さ
れる場合に中心からずらされる距離は、導波路の長さ方
向における最大のＨフィールドが導波路を横断する方向
における最大のＨフィールドと等しく且つこれらの最大
値が１／４サイクル位相がずれている位置である。この
位置は、導波路を横断しての位置の関数としてのＨの夫
々の成分の大きさに対する方程式を等置させ且つその位
置に対して解を得ることにより決定される。
【００３１】導波路５０は空胴への接続部近くにおいて
テーパ形状とされており、且つ空胴の下側において高さ
が低くなっている。この低い高さは、マグネトロンの反
対側の導波路の端部からのマイクロ波信号の反射を防止
するために設けられている。反射されたマイクロ波はオ
リジナルのマイクロ波によって発生されるものと反対方
向に回転するＨフィールドをスロット内に発生させ、従
ってそれは回転を相殺する傾向となる。
【００３２】高さを減少させた導波路を使用する変形例
として、反射波による回転の相殺を回避するためにマイ
クロ波技術において公知のその他の技術を使用すること
が可能である。例えば、マグネトロンと反対側の導波路
５０の端部にマイクロ波吸収物質を配設することが可能
である。
【００３３】図１０及び１１は本発明の更に別の実施例
を示している。この実施例においては、円筒形状をした
空胴１がほぼＴＥ111 空胴として寸法構成されており、
その正確な寸法は実験的に決定することが可能である。
この空胴は例えばタングステンからなるメッシュから構
成された上部部分１３を有しており、それは金属のリブ
２０と、例えばアルミニウムからなる中実の金属下部部
分１４により補強されている。この空胴は単一の結合用
スロット９５を有している。空胴の壁に接触する円弧状
の面２２と直線的な面２３とを有する二個のインサート
２１が空胴内に挿入されている。これらのインサート２
１は互いに対向して位置されており且つそれらの頂点の
間の線がアイリスを貫通する直径に関して４５度の角度
になるように位置決めされている。インサート２１は空
胴よりも短く、即ちインサート２１は空胴の中実部分１
４を超えて延在することはなく、従ってインサート２１
は光の外部への取出しと干渉を発生することはない。こ
の空胴は変形された円筒空胴ＴＥ111 モードである二つ
のモードをサポートする。図１に示した円筒状の空胴と
異なり、この空胴内においては、二つの好適なモードの
偏りが存在している。これらの二つの好適なモードは互
いに直交しており、これら二つのモードと関連する電界
は空胴の中心において互いに直交している。
【００３４】実際上、一つの中で二つの異なった周波数
へ同調される二つの空胴が存在している。第一空胴は電
界線がほぼ一方のインサートから他方のインサートへ横
断するモードに関連している。この第一空胴は、空胴の
部品等を所定の寸法とすることにより同調され、従って
その共振周波数は第一空胴の負荷がかけられた（即ち、
ランプが完全に点灯した状態）帯域幅の半分だけ駆動周
波数（例えば、２．４５ＧＨｚ）よりも低い。従って、
第一空胴モード振動はスロットに表われるマイクロ波の
位相から４５度だけ遅延する。
【００３５】第二空胴はインサート間を電界線が横断す
るモードに関連している。この第二空胴は空胴部品等を
所定の寸法とすることにより同調され、従ってその共振
周波数は、第二空胴の負荷がかけられた帯域幅の半分だ
け駆動周波数よりも高い。従って、第二空胴モード振動
はスロットに表われるマイクロ波の位相より４５度だけ
先行する。
【００３６】第一空胴に関連する振動の位相と第二空胴
に関連する振動の位相との間の全体的な差は９０度であ
る。又、第一空胴及び第二空胴の夫々の関連する空胴１
の中心における電界は互いに直交している。従って、空
胴の中心における電界の和は一定の大きさを有しており
且つ各マイクロ波サイクル毎に一回転を行う。
【００３７】図１２は本発明の更に別の実施例を示して
いる。この実施例においては、六面体形状の空胴が、中
実の金属壁部分１４とメッシュ壁部分１３とから構成さ
れている。単一の結合用スロット９６が空胴の第一端部
４１に位置されている。第一端部４０とその反対側の端
部とに連結する第一側部４１は、端部４０と第二側部反
対側の壁とに連結する第二側部４２より一層長い。放電
バルブ１２が第一端部４０と平行に空胴の中心線位置に
位置されている。
【００３８】この空胴は二つの直交する振動モードをサ
ポートすることが可能である。第一モードは、第一側部
４１にほぼ垂直な電界線を有している。第二振動モード
は、第二側部４２にほぼ垂直な電界線を有している。こ
のモードは好適にはＴＥ101モードである。これら二つ
のモードの共振周波数における差は、一方のモードが他
方のモードを１／４サイクルだけ先行するようなもので
ある。このことは、前述した実施例に関して説明した如
くに達成することが可能である。
【００３９】この実施例及び前述した実施例において、
所定の角度πだけスロットにおいて信号から遅延する一
方のモードを有し且つ角度９０度−πだけスロットにお
いて信号を先行する他のモードを有することも可能であ
る。
【００４０】図１１及び１２に示したものはその変形例
として、結合手段を使用する代りに、マグネトロンを結
合用アイリスの位置において空胴に直接的に装着し、そ
のアンテナを空胴の中心に向けて空胴内へ突出させるこ
とが可能である。
【００４１】図１３は本発明の更に別の実施例を示して
いる。この実施例においては、主要導波路６０が二つの
等しい長さの分岐部６１，６２に分割されている。第一
分岐部６１は主要分岐部への接続部とＴＥ111 空胴への
接続部との間に位置した容量性アイリス６３を有してい
る。第二分岐部６２は主要分岐部５への接続部と同一の
ＴＥ111 空胴への接続部との間に誘導性アイリス６４を
有している。両方の分岐部は、好適には、誘導性アイリ
ス９，１０を介してＴＥ111 空胴へ結合されている。容
量性アイリス又は容量性でも誘導性でもないアイリスを
結合用のために使用することも可能である。
【００４２】第一分岐部における容量性アイリス６３と
第二分岐部における誘導性アイリス６４との結合によ
り、分岐部６１，６２の端部における誘導性アイリス
９，１０において表われるマイクロ波信号の間に９０度
の位相差が発生される。この空胴内には回転ＴＥ111 モ
ードが確立される。
【００４３】一方、結合用アイリス９，１０と位相シフ
ト用アイリス６３，６４の機能及び構成を結合させるこ
とが可能である。即ち、これらの分岐部は、中間長のア
イリスを有するものではなく、一方の分岐部の空胴結合
用端部において誘導性アイリスを使用し且つ他方の分岐
部の空胴結合用端部において容量性アイリスを使用する
ことが可能である。
【００４４】図１４は図１３に示した実施例の変形例を
示している。この変形した実施例においては、マグネト
ロン３が導波路７０の中心に位置されており、導波路７
０の二つの端部は第一誘導性アイリス９及び第二誘導性
アイリス１０を介してＴＥ111空胴へ結合されている。
該空胴上の誘導性アイリス９，１０は互いに９０度離さ
れている。マグネトロン３と第一誘導性アイリス９との
間に容量性アイリス７１が設けられている。マグネトロ
ン３と第二誘導性アイリス１０との間に別の誘導性アイ
リス７２が設けられている。この実施例の構成は空間占
有率に関して効率が高い。
【００４５】図１５は更に別の実施例を示している。こ
の場合には、マグネトロン３が箱型形状のマイクロ波包
囲体８０に装着されており、それは円筒状の空胴と交差
している。その交差部において、包囲体の平面上の壁が
開放されている。該空胴の円筒状の壁は包囲体８０内部
に延在しており、従って空胴の約半分は包囲体の中に位
置している。二つの結合用アイリス９，１０が包囲体２
８内の空胴の円筒状の壁８の部分の上に９０度離されて
位置されている。それらはマグネトロンアンテナ８１か
ら異なった間隔とされており、従って一方のスロット９
において表われるマイクロ波の位相は他方のスロット１
０において表われるものから１／４サイクル異なってい
る。
【００４６】該包囲体は、パッキング及び設計上の考慮
により所要の形状とすることが可能である。この包囲体
は、これら二つのスロットの位置の間に１／４波長の奇
数倍のマイクロ波信号をサポートすることが必要である
に過ぎない。
【００４７】図１６は別の実施例を示している。この実
施例においては、マグネトロン３が導波路８２上に装着
されている。導波路８２はマグネトロン３から二つの方
向に延在しており、且つ屈曲されて、その端部がＴＥ
111 空胴に連結しており、その連結位置は空胴壁上にお
いて互いに９０度離れている。誘導性又は容量性結合用
アイリス９，１０が導波路８２の端部においてこれらの
位置に配設されている。誘電性スラブ８３がマグネトロ
ン３の片側において導波路８２内側に嵌合されている。
この誘電性スラブ８３はアイリス９へ到達するマイクロ
波の位相を変化させ、従ってスロット９及び１０におい
て表われる夫々のマイクロ波信号の間には１／４波長の
位相差が存在している。
【００４８】注意すべきことであるが、誘電性スラブの
替代りに、当該技術分野において公知の任意の手段を一
方又は両方の導波路に設け、二つのスロットにおいて表
われる夫々の信号の間に所望の位相差を発生させること
が可能である。
【００４９】実際の具体的なランプを図２に示した実施
例に従って構成した。そのランプは球状バルブを有して
おり、その体積は１２ｃｃであり空胴の中心軸に位置さ
せた。そのバルブは１ｍｇの沃化ジスプロシウムと、１
ｍｇの沃化水銀と、６０トールのアルゴンとを充填し
た。
【００５０】以上、本発明の具体的実施の態様について
詳細に説明したが、本発明は、これら具体例にのみ限定
されるべきものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱す
ることなしに種々の変形が可能であることは勿論であ
る。例えば、前述した実施例の多くは円筒状の空胴を使
用しているが、本発明は非平行な振動モードをサポート
することの可能なその他の任意の空胴形状を使用するこ
とが可能なものであり、例えば立方体形状のものを使用
することも可能である。更に、上述した実施例において
はバルブが軸方向に位置されていたが、それは軸からず
らした状態に位置させることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ある時刻における円筒状のＴＥ111 空胴内に
おける電界線と磁界線との状態を示した概略図。
【図２】 位相シフトを発生させるために異なった長さ
の導波路分岐部を使用した本発明の一実施例を示した概
略図。
【図３】 Ｙ型に分岐した導波路を使用した本発明の実
施例を示した概略図。
【図４】 空胴の円周方向の壁に沿って延在する導波路
を有する本発明の実施例を示した概略図。
【図５】 導波路が空胴の円周に沿って延在し且つ導波
路の一端に変位させてマグネトロンを装着した本発明の
実施例を示した概略図。
【図６】 本発明の更に別の実施例を示した概略図。
【図７】 短絡状態とさせた導波路を使用する本発明の
実施例を示した概略図。
【図７ａ】 図７に示した実施例の概略側面図。
【図８】 交差形状の結合用スロットを介してＴＥ111
空胴がその底端部において導波路へ接続される本発明の
実施例を示した概略側面図。
【図９】 図８に示した実施例の概略平面図。
【図１０】 変形した円筒状空胴を有する本発明の実施
例を示した概略側面図。
【図１１】 図１０に示した実施例の概略平面図。
【図１２】 六面体形状の空胴を使用する本発明の実施
例を示した概略図。
【図１３】 位相シフトを発生させるために誘導性のア
イリスと容量性のアイリスとを使用とする本発明の実施
例を示した概略図。
【図１４】 本発明の更に別の実施例を示した概略図。
【図１５】 空胴とマイクロ波発生器との間に箱型形状
の結合用構成体を使用する本発明の実施例を示した概略
図。
【図１６】 マグネトロンと導波路の一端との間におけ
る導波路内に誘導性スラブを有する本発明の一実施例を
示した概略図。
【符号の説明】 ３ マイクロ波供給源 ５ 導波路主要部分 ６，７ 導波路分岐部 ９，１０ 結合用スロット １２ バルブ １３ メッシュ部分 １４ 中実（固体）金属部分
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 モハメッド カマラヒ アメリカ合衆国， メリーランド 20850, ロックビル， カレッジ パークウエイ 866， ナンバー 102

Claims (41)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 マイクロ波駆動無電極ランプにおいて、 マイクロ波空胴が設けられており、前記空胴にはそれを
    介して前記空胴へマイクロ波エネルギを結合することが
    可能な少なくとも一個の開口が設けられており、 前記空胴内の特定の位置に配設され励起可能な充填物を
    収容するバルブが設けられており、 マイクロ波エネルギ発生手段が設けられており、 一定の楕円率の回転電界が前記バルブの特定の位置にお
    いて前記空胴内に確立されるように前記空胴における前
    記少なくとも一個の開口を介して前記マイクロ波エネル
    ギ回転手段からのマイクロ波エネルギを結合させる手段
    が設けられている、 ことを特徴とするランプ。
  2. 【請求項２】 請求項１において、前記マイクロ波空胴
    が固体金属部材と金属メッシュ部材とから構成されてお
    り、且つ前記少なくとも一個の空胴開口が前記固体金属
    部分に設けられていることを特徴とするランプ。
  3. 【請求項３】 請求項２において、前記少なくとも一個
    の空胴開口がスロットアンテナを有することを特徴とす
    るランプ。
  4. 【請求項４】 請求項３において、前記電界の偏りが実
    質的に円偏波であることを特徴とするランプ。
  5. 【請求項５】 請求項１又は４において、前記マイクロ
    波エネルギ発生手段が単一マイクロ波供給源を有するこ
    とを特徴とするランプ。
  6. 【請求項６】 請求項５において、前記空胴内の場が単
    一モードであることを特徴とするランプ。
  7. 【請求項７】 請求項５において、前記バルブ内の充填
    物が動作期間中１乃至２０気圧の範囲内の圧力であるこ
    とを特徴とするランプ。
  8. 【請求項８】 マイクロ波駆動型ランプにおいて、 固体金属部材とメッシュ部材とから構成されるマイクロ
    波空胴が設けられており、前記固体金属部材はマイクロ
    波エネルギを前記空胴に結合させるために少なくとも一
    個の結合用スロットを有しており、 前記空胴内において特定の位置に配設されており励起可
    能な充填物を収容するバルブが設けられており、 マイクロ波エネルギ発生手段が設けられており、 前記バルブの特定の位置において前記空胴内にほぼ円偏
    波の回転電界が確立されるような態様で前記マイクロ波
    エネルギ発生手段からのマイクロ波エネルギを前記少な
    くとも一個の結合用スロットへ結合させる手段が設けら
    れている、 ことを特徴とするランプ。
  9. 【請求項９】 請求項８において、前記マイクロ波空胴
    の固体金属部材が、前記金属メッシュ部材を介して、前
    記空胴外部へ前記バルブにより発生された光を反射させ
    る反射器を有することを特徴とするランプ。
  10. 【請求項１０】 請求項９において、前記マイクロ波空
    胴が円筒状であり、且つ前記結合させる手段が、前記円
    筒状の空胴の軸方向に伸びる長い寸法を有しており前記
    空胴の壁に形成されたスロットを有することを特徴とす
    るランプ。
  11. 【請求項１１】 マイクロ波駆動型無電極ランプにおい
    て、 所定の空間角度だけ互いに分離されて空胴壁に形成され
    た二つの結合用スロットを有する円筒状のマイクロ波空
    胴が設けられており、 特定の位置において前記空胴内に配設されており且つ励
    起可能な充填物質を収容するバルブが設けられており、 単一マイクロ波供給源が設けられており、 夫々のスロットへ供給される波エネルギが所定の振幅及
    び所定の位相差を有するように前記結合用スロットへ前
    記単一マイクロ波供給源からのマイクロ波エネルギを結
    合させる手段が設けられており、前記所定の空間角度、
    前記所定の振幅及び前記所定の位相差は、少なくと０．
    ６の楕円率を有する空胴内において回転場を発生させる
    ように設定されていることを特徴とするランプ。
  12. 【請求項１２】 請求項１１において、前記マイクロ波
    空胴が中実部分とメッシュ部分とから構成されており、
    前記結合用スロットが前記中実部分に位置されており、
    且つそれらの長い寸法の方向が前記空胴の円筒軸と平行
    であることを特徴とするランプ。
  13. 【請求項１３】 請求項１２において、前記空間角度及
    び前記位相差の両方が少なくとも約６０度であるが約９
    ０度を超えるものではないことを特徴とするランプ。
  14. 【請求項１４】 請求項１３において、前記所定振幅が
    ほぼ等しく且つ前記空間角度及び前記位相差の両方が約
    ９０度であることを特徴とするランプ。
  15. 【請求項１５】 請求項１４において、夫々のスロット
    へ供給される波エネルギが同一のモードにあることを特
    徴とするランプ。
  16. 【請求項１６】 請求項１４において、前記バルブ内の
    充填物が動作期間中に１乃至２０気圧の範囲内の圧力に
    あることを特徴とするランプ。
  17. 【請求項１７】 請求項１１又は１４において、前記結
    合用の手段が、前記一定の位相差を達成するために、前
    記マイクロ波供給源から一方の結合用スロットへの実効
    長が前記供給源から他方の結合用スロットへの実効長よ
    りも長いマイクロ波伝送手段を有することを特徴とする
    ランプ。
  18. 【請求項１８】 請求項１７において、前記マイクロ波
    伝送手段が導波路手段を有することを特徴とするラン
    プ。
  19. 【請求項１９】 請求項１８において、前記導波路手段
    が異なった長さの分岐部を有することを特徴とするラン
    プ。
  20. 【請求項２０】 請求項１８において、前記導波路手段
    が、一方の結合用スロットと他方の結合用スロットとの
    間に延在する部分を有することを特徴とするランプ。
  21. 【請求項２１】 請求項２０において、前記導波路手段
    が、前記供給源から前記結合用スロットの一方へ延在す
    る主要部分を有することを特徴とするランプ。
  22. 【請求項２２】 請求項２１において、前記導波路手段
    が、前記円筒状空胴の周りに巻着される部分を有するこ
    とを特徴とするランプ。
  23. 【請求項２３】 請求項２０において、前記マイクロ波
    供給源のアンテナが、一方のスロットと他方のスロット
    との間に延在する前記導波路部分内に挿入されているこ
    とを特徴とするランプ。
  24. 【請求項２４】 請求項１８において、前記導波路手段
    が、前記供給源と前記結合用スロットとの一方との間に
    延在する第一導波路部分と、短絡部と前記結合用スロッ
    トのうちの他方との間に延在する第二導波路部分と、前
    記第一及び第二導波路部分を接続する第三導波路部分と
    を有することを特徴とするランプ。
  25. 【請求項２５】 請求項２４において、前記第二導波路
    部分における前記短絡部が可動短絡部であることを特徴
    とするランプ。
  26. 【請求項２６】 請求項１７において、前記マイクロ波
    伝送手段が、前記結合用スロットの他方のものよりも一
    方の方により近接した位置において前記供給源からマイ
    クロ波エネルギが供給される金属箱を有することを特徴
    とするランプ。
  27. 【請求項２７】 請求項１１において、前記結合用手段
    が二つの分岐部を具備する導波路手段を有しており、且
    つ前記分岐部のうちの少なくとも一方に位相シフト手段
    が設けられていることを特徴とするランプ。
  28. 【請求項２８】 請求項２７において、前記位相シフト
    手段が、前記分岐部のうちの一方に誘導性アイリスを有
    すると共に前記分岐部のうちの他方に容量性アイリスを
    有することを特徴とするランプ。
  29. 【請求項２９】 請求項２７において、前記位相シフト
    手段が、誘電体スラブを有することを特徴とするラン
    プ。
  30. 【請求項３０】 無電極ランプにおいて、 円筒状空胴壁周りに互いに約９０度離隔して配設された
    二個のスロットを具備する円筒状の空胴が設けられてお
    り、 特定の位置において前記空胴内に配設されており且つ励
    起可能な充填物質を具備するバルブが設けられており、 マイクロ波エネルギ供給源が設けられており、 前記供給源からのマイクロ波エネルギを前記スロットの
    うちの一方へ供給する第一導波路が設けられており、 前記スロットのうちの他方と連通しており可動短絡部を
    有する第二導波路が設けられており、 前記第一及び第二導波路は、前記空胴壁の一部を一つの
    壁として有すると共に前記二つの導波路の間を連通する
    他の壁を有するマイクロ波用の包囲体により接続されて
    いる、 ことを特徴とする無電極ランプ。
  31. 【請求項３１】 無電極ランプにおいて、 円筒状の空胴壁周りに互いに約９０度離隔して配設され
    た二個のスロットを具備する円筒状の空胴が設けられて
    おり、 特定の位置において前記空胴内に配設されており且つ励
    起可能な充填物を具備するバルブが設けられており、 マイクロ波エネルギ供給源が設けられており、 前記バルブの位置において円偏波を有する回転電界を前
    記空胴内に発生させるような態様で前記空胴へ前記供給
    源からのマイクロ波エネルギを結合させる手段が設けら
    れており、 前記結合させる手段が、 （ａ）前記供給源と前記スロットとのうちの一方との間
    を連通する第一導波路と、 （ｂ）前記スロットのうちの他方と連通する可動短絡部
    を具備する第二導波路と、 （ｃ）前記第一及び第二導波路の間を連通するマイクロ
    波包囲体とを、 有することを特徴とする無電極ランプ。
  32. 【請求項３２】 請求項３１において、前記包囲体の一
    つの壁が前記円筒状の空胴の一部であり、且つその他の
    壁が前記第一及び第二導波路を互いに接続していること
    を特徴とする無電極ランプ。
  33. 【請求項３３】 請求項３２において、前記円筒状の空
    胴の一部が光透過性のメッシュ部材から構成されてお
    り、前記空胴は動作中に共振状態となることを特徴とす
    る無電極ランプ。
  34. 【請求項３４】 請求項３２において、前記空胴内に確
    立される電界が単一モードにあることを特徴とする無電
    極ランプ。
  35. 【請求項３５】 無電極ランプにおいて、 第一端及び第二端を具備する円筒状の壁と前記第一端に
    近接したメッシュ部材とから構成される円筒状の空胴が
    設けられており、 特定の位置において前記空胴内に配設されており且つ励
    起可能な充填物質を収容するバルブが設けられており、 マイクロ波供給源が設けられており、 前記供給源と前記空胴の第二端との間を連通する導波路
    が設けられており、 前記導波路は、前記第二端において前記空胴内にマイク
    ロ波エネルギを供給するために、前記空胴の第二端にお
    いて交差形態で互いに重なり合う二つのスロット具備し
    ている、 ことを特徴とする無電極ランプ。
  36. 【請求項３６】 無電極ランプにおいて、 結合用スロットが形成された円筒状の壁を具備すると共
    に前記空胴の一端に近接してメッシュ部材を具備する円
    筒状の空胴が設けられており、 前記空胴内にその他方の端部に近接して設けられており
    前記空胴の直径のかなりの部分により互いに離隔されて
    おり前記空胴内部に対抗する直線的表面を形成する一対
    の金属インサートが設けられており、 マイクロ波供給源が設けられており、 前記供給源から前記結合用スロットへマイクロ波エネル
    ギを結合させる手段が設けられている、 ことを特徴とする無電極ランプ。
  37. 【請求項３７】 請求項３６において、前記対抗する表
    面が前記結合用スロットを介して通過する前記空胴の直
    径に関して約４５度の角度にあることを特徴とする無電
    極ランプ。
  38. 【請求項３８】 無電極ランプにおいて、 二つの長い側部と二つの短い側部とを具備すると共に長
    い側部が短い側部に連結する四つの端部を具備する矩形
    状の平行パイプの形状のマイクロ波空胴が設けられてお
    り、前記空胴は一端に近接してメッシュ部材を具備して
    おり、 前記端部の一つにおいて前記空胴内に配設して結合用ス
    ロットが設けられており、前記空胴内に位置されており
    且つ励起可能な充填物質を有するバルブが設けられてお
    り、 マイクロ波供給源が設けられており、 前記供給源からのマイクロ波エネルギは前記結合用スロ
    ットへ結合させる手段が設けられている、 ことを特徴とする無電極ランプ。
  39. 【請求項３９】 無電極ランプにおいて、 約９０度互いに離隔された二個の結合用スロットが設け
    られている円筒状の壁を具備する円筒状の空胴が設けら
    れており、前記空胴は一端に近接してメッシュ部材を具
    備しており、 マイクロ波供給源が設けられており、 前記供給源からのマイクロ波エネルギを前記結合用スロ
    ットへ結合させる包囲体が設けられており、前記供給源
    は前記包囲体へマイクロ波エネルギを供給すべく配設さ
    れており、且つ包囲体は前記結合用スロットの両方を取
    囲むように配設されている、 ことを特徴とする無電極ランプ。
  40. 【請求項４０】 請求項３９において、前記供給源が前
    記円筒状の空胴壁に対抗しており且つ前記二つの結合用
    スロットから等距離にはない前記包囲体の壁に配設させ
    ていることを特徴とする無電極ランプ。
  41. 【請求項４１】 マイクロ波駆動型ランプにおいて、 中実部分とメッシュ部分とから構成されている円筒状の
    マイクロ波空胴が設けられており、前記中実部分は約９
    ０度の空間角度だけ互いに離隔されている二個の結合用
    スロットを有しており、前記空胴はランプ動作期間中に
    共振状態となり、 特定の位置において前記空胴内に配設されており且つ励
    起可能な充填物質を収容するバルブが設けられており、 単一マイクロ波エネルギ発生手段が設けられており、 それぞれのスロットヘ供給される波エネルギが前記バル
    ブの特定の位置において前記空胴内に円偏波で回転する
    単一モードの電界を確立するために約９０度の電気的位
    相差を有するように前記発生手段からのマイクロ波エネ
    ルギを前記スロットへ供給する手段が設けられている、 ことを特徴とするマイクロ波駆動型ランプ。
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