JPH10189270A - 高周波エネルギー供給手段と高周波無電極放電ランプ装置 - Google Patents
高周波エネルギー供給手段と高周波無電極放電ランプ装置Info
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- JPH10189270A JPH10189270A JP29850297A JP29850297A JPH10189270A JP H10189270 A JPH10189270 A JP H10189270A JP 29850297 A JP29850297 A JP 29850297A JP 29850297 A JP29850297 A JP 29850297A JP H10189270 A JPH10189270 A JP H10189270A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】空洞共振器を高周波放電のエネルギー供給手段
として用いる場合、比較的小寸法のプラズマが求められ
る応用分野には適さないという課題。 【解決手段】ベイン型側空洞共振器群10は、銅などの
電気抵抗の低い導電性材料からなり、円筒から4枚の板
(ベイン)12a〜12dを中央に向けて突出した構造
からなっている。その中央には、無電極放電ランプ11
が設けられている。矢印は共振高周波電場Eの電気力線
であり、「+」および「−」はベインの突出部に生じて
いる電荷Qの極性の正と負をそれぞれ表している。上記
共振高周波電場E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。この様に高周波エネ
ルギー供給手段を高周波無電極放電ランプ装置に利用す
ることで、比較的小型の無電極放電ランプにも高周波エ
ネルギーを効率的に結合することが可能となる。
として用いる場合、比較的小寸法のプラズマが求められ
る応用分野には適さないという課題。 【解決手段】ベイン型側空洞共振器群10は、銅などの
電気抵抗の低い導電性材料からなり、円筒から4枚の板
(ベイン)12a〜12dを中央に向けて突出した構造
からなっている。その中央には、無電極放電ランプ11
が設けられている。矢印は共振高周波電場Eの電気力線
であり、「+」および「−」はベインの突出部に生じて
いる電荷Qの極性の正と負をそれぞれ表している。上記
共振高周波電場E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。この様に高周波エネ
ルギー供給手段を高周波無電極放電ランプ装置に利用す
ることで、比較的小型の無電極放電ランプにも高周波エ
ネルギーを効率的に結合することが可能となる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高周波エネルギー
供給手段と、それを用いた高周波無電極放電ランプ装置
に関するものである。
供給手段と、それを用いた高周波無電極放電ランプ装置
に関するものである。
【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。
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。
【0003】中でも、高周波無電極放電ランプは、有電
極アーク放電ランプに比べて、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
くことが可能であり、かつ高発光効率化が望めるという
優れた利点を持つ。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。これらの特徴から次世代の高圧放電ランプとして
研究開発が盛んに行われている。
極アーク放電ランプに比べて、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
くことが可能であり、かつ高発光効率化が望めるという
優れた利点を持つ。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。これらの特徴から次世代の高圧放電ランプとして
研究開発が盛んに行われている。
【0004】以下に、従来の高周波無電極放電ランプ装
置について、公開特許昭59−86153号公報に記載
されている「マイクロ波無電極ランプ」を引用して説明
する。
置について、公開特許昭59−86153号公報に記載
されている「マイクロ波無電極ランプ」を引用して説明
する。
【0005】即ち、従来のマイクロ波無電極ランプで
は、無電極放電ランプを、マイクロ波を透過させない網
が付設された開口を持つマイクロ波空洞共振器内に設
け、そのマイクロ波空洞共振器にマイクロ波発振器が連
結された構成である。ここで、その無電極放電ランプの
放電管(バルブ)の最大寸法は、使用されるマイクロ波
の波長よりも小さい。
は、無電極放電ランプを、マイクロ波を透過させない網
が付設された開口を持つマイクロ波空洞共振器内に設
け、そのマイクロ波空洞共振器にマイクロ波発振器が連
結された構成である。ここで、その無電極放電ランプの
放電管(バルブ)の最大寸法は、使用されるマイクロ波
の波長よりも小さい。
【0006】このような構成において、マイクロ波発振
器により発生させたマイクロ波エネルギーが、上記マイ
クロ波空洞共振器の壁面に設けられたマイクロ波通過用
のスロットを通じて放電管と結合し、放電管内の封入媒
体を励起するものである。この様にして、マイクロ波無
電極放電ランプより発生した放射光は、上記マイクロ波
空洞共振器に設けられた網を通してマイクロ波空洞共振
器の外部に取り出される構成となっている。
器により発生させたマイクロ波エネルギーが、上記マイ
クロ波空洞共振器の壁面に設けられたマイクロ波通過用
のスロットを通じて放電管と結合し、放電管内の封入媒
体を励起するものである。この様にして、マイクロ波無
電極放電ランプより発生した放射光は、上記マイクロ波
空洞共振器に設けられた網を通してマイクロ波空洞共振
器の外部に取り出される構成となっている。
【0007】このように高周波、特にマイクロ波を用い
る無電極放電ランプ装置の高周波エネルギー供給手段と
しては、空洞共振器を用いるのが、従来より一般的であ
った。
る無電極放電ランプ装置の高周波エネルギー供給手段と
しては、空洞共振器を用いるのが、従来より一般的であ
った。
【0008】ところで、一般的に放電ランプ装置におい
ては、光源を小さくするほど、配光設計がより理想化で
きるため、照明応用分野において、光源であるプラズマ
アークの小寸法化が広く求められる。
ては、光源を小さくするほど、配光設計がより理想化で
きるため、照明応用分野において、光源であるプラズマ
アークの小寸法化が広く求められる。
【0009】一方、無電極放電ランプではプラズマアー
クの寸法は、バルブの内径によって決定されている。従
って、プラズマアークの寸法を小さくするには、バルブ
の内径を小さくする必要があった。
クの寸法は、バルブの内径によって決定されている。従
って、プラズマアークの寸法を小さくするには、バルブ
の内径を小さくする必要があった。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の無
電極放電ランプの空洞共振器により、無電極放電ランプ
のバルブに対してエネルギーを供給する構成では、その
バルブ寸法が上記空洞共振器の寸法に比べて極端に小さ
い場合、マイクロ波エネルギーの結合性が悪くなり、反
射波が増大してランプの発光効率が悪くなったり、ラン
プ点灯時の始動性が急激に低下するなどの悪影響が生じ
る。そのため、バルブの寸法は、空洞共振器の寸法によ
って決まる限界の寸法より小さくすることは出来なかっ
た。
電極放電ランプの空洞共振器により、無電極放電ランプ
のバルブに対してエネルギーを供給する構成では、その
バルブ寸法が上記空洞共振器の寸法に比べて極端に小さ
い場合、マイクロ波エネルギーの結合性が悪くなり、反
射波が増大してランプの発光効率が悪くなったり、ラン
プ点灯時の始動性が急激に低下するなどの悪影響が生じ
る。そのため、バルブの寸法は、空洞共振器の寸法によ
って決まる限界の寸法より小さくすることは出来なかっ
た。
【0011】また、上記の従来の無電極放電ランプの構
成では、無電極放電ランプへのエネルギー供給手段とし
て空洞共振器を用いている。そして、空洞共振器の寸法
は印加される高周波の波長によって決定される。しか
も、一般の情報通信用波長帯域と区別するために、工業
的用途として使用可能な高周波の波長範囲(ISM(I
ndustrial,Scientific,Medi
cal)周波数帯)が、予め定められている。そのた
め、空洞共振器の寸法は、使用可能な高周波の波長限界
から決まる寸法より小さくすることは出来なかった。
成では、無電極放電ランプへのエネルギー供給手段とし
て空洞共振器を用いている。そして、空洞共振器の寸法
は印加される高周波の波長によって決定される。しか
も、一般の情報通信用波長帯域と区別するために、工業
的用途として使用可能な高周波の波長範囲(ISM(I
ndustrial,Scientific,Medi
cal)周波数帯)が、予め定められている。そのた
め、空洞共振器の寸法は、使用可能な高周波の波長限界
から決まる寸法より小さくすることは出来なかった。
【0012】以上のことから、バルブの寸法は、使用可
能な高周波の波長限界から決まる寸法より小さくするこ
とは出来ないという課題を有していた。
能な高周波の波長限界から決まる寸法より小さくするこ
とは出来ないという課題を有していた。
【0013】例えば、一般的に用いられるISM周波数
の2.45GHz(波長:122mm)の高周波では、
安定して放電が持続できるプラズマアークの寸法は経験
的に約15mm以上に限られる。
の2.45GHz(波長:122mm)の高周波では、
安定して放電が持続できるプラズマアークの寸法は経験
的に約15mm以上に限られる。
【0014】一方、液晶ビデオプロジェクター等への応
用を考えると、放射光の利用効率を高めるための光学設
計上の都合から、約3mm以下のプラズマアーク寸法が
求められる。
用を考えると、放射光の利用効率を高めるための光学設
計上の都合から、約3mm以下のプラズマアーク寸法が
求められる。
【0015】従って、空洞共振器を使用する高周波無電
極放電ランプ装置は、高輝度の点光源が求められる応用
分野には適さないという問題点を有していた。そのた
め、空洞共振器よりも小さな空間に高周波共振電磁場を
集中して供給できる高周波エネルギー供給手段が強く望
まれている。
極放電ランプ装置は、高輝度の点光源が求められる応用
分野には適さないという問題点を有していた。そのた
め、空洞共振器よりも小さな空間に高周波共振電磁場を
集中して供給できる高周波エネルギー供給手段が強く望
まれている。
【0016】本発明は上記従来の課題を考慮し、従来に
比べてより一層小さな空間に高周波共振電磁場を集中し
て供給できる高周波エネルギー供給手段、およびそれを
用いた高周波無電極放電ランプ装置を提供することを目
的とする。
比べてより一層小さな空間に高周波共振電磁場を集中し
て供給できる高周波エネルギー供給手段、およびそれを
用いた高周波無電極放電ランプ装置を提供することを目
的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の本発明
は、磁場の変化に伴い誘導電流を生じる、導電性材料か
らなる実質上環状の電磁誘導性機能部と、前記誘導電流
の経路の少なくとも一部に設けられた空隙を有する電気
容量性機能部とを備えた側空洞共振器が複数個、実質上
環形状に配置された側空洞共振器群であって、前記電気
容量性機能部は前記側空洞共振器で囲まれる前記環形状
の中央部側にあり、前記側空洞共振器群の外部からエネ
ルギーが与えられた際、前記環形状の中央部に発生する
共振高周波電磁場により、前記中央部に配置された対象
物に対して高周波エネルギーを供給する高周波エネルギ
ー供給手段である。
は、磁場の変化に伴い誘導電流を生じる、導電性材料か
らなる実質上環状の電磁誘導性機能部と、前記誘導電流
の経路の少なくとも一部に設けられた空隙を有する電気
容量性機能部とを備えた側空洞共振器が複数個、実質上
環形状に配置された側空洞共振器群であって、前記電気
容量性機能部は前記側空洞共振器で囲まれる前記環形状
の中央部側にあり、前記側空洞共振器群の外部からエネ
ルギーが与えられた際、前記環形状の中央部に発生する
共振高周波電磁場により、前記中央部に配置された対象
物に対して高周波エネルギーを供給する高周波エネルギ
ー供給手段である。
【0018】請求項2記載の本発明は、導電性材料から
なる円筒と、導電性材料からなる複数のベインを有する
ベイン型側空洞共振器であって、前記ベイン型側空洞共
振器の外部からエネルギーが与えられた際、前記ベイン
型側空洞共振器の内側に発生する共振高周波電磁場によ
り、前記内側に配置された対象物に対して高周波エネル
ギーを供給する高周波エネルギー供給手段である。
なる円筒と、導電性材料からなる複数のベインを有する
ベイン型側空洞共振器であって、前記ベイン型側空洞共
振器の外部からエネルギーが与えられた際、前記ベイン
型側空洞共振器の内側に発生する共振高周波電磁場によ
り、前記内側に配置された対象物に対して高周波エネル
ギーを供給する高周波エネルギー供給手段である。
【0019】請求項6記載の本発明は、ホールとスロッ
トとを複数個有する導電性材料からなるホール・スロッ
ト型側空洞共振器であって、前記ホール・スロット型側
空洞共振器の外部からエネルギーが与えられた際、前記
ホール・スロット型側空洞共振器の内側に発生する共振
高周波電磁場により、前記内側に配置された対象物に対
して高周波エネルギーを供給する高周波エネルギー供給
手段である。
トとを複数個有する導電性材料からなるホール・スロッ
ト型側空洞共振器であって、前記ホール・スロット型側
空洞共振器の外部からエネルギーが与えられた際、前記
ホール・スロット型側空洞共振器の内側に発生する共振
高周波電磁場により、前記内側に配置された対象物に対
して高周波エネルギーを供給する高周波エネルギー供給
手段である。
【0020】請求項11記載の本発明は、上記の何れか
一つの高周波エネルギー供給手段と、前記高周波エネル
ギー供給手段の中央部に配置された無電極放電ランプ
と、前記高周波エネルギー供給手段を囲み、少なくとも
一部が光透過性である高周波漏洩防止手段と、前記高周
波エネルギー供給手段が有する前記複数の側空洞共振器
に共振高周波電磁場を励起するための共振高周波励起手
段と、高周波を発振する高周波発振手段と、前記高周波
発振手段より発振された高周波を前記共振高周波励起手
段に伝播する高周波伝播手段とを備え、前記複数の側空
洞共振器で囲まれる環形状の中央部に発生する前記共振
高周波電磁場により、前記無電極放電ランプの放電に必
要な高周波エネルギーを供給する高周波無電極放電ラン
プ装置である。
一つの高周波エネルギー供給手段と、前記高周波エネル
ギー供給手段の中央部に配置された無電極放電ランプ
と、前記高周波エネルギー供給手段を囲み、少なくとも
一部が光透過性である高周波漏洩防止手段と、前記高周
波エネルギー供給手段が有する前記複数の側空洞共振器
に共振高周波電磁場を励起するための共振高周波励起手
段と、高周波を発振する高周波発振手段と、前記高周波
発振手段より発振された高周波を前記共振高周波励起手
段に伝播する高周波伝播手段とを備え、前記複数の側空
洞共振器で囲まれる環形状の中央部に発生する前記共振
高周波電磁場により、前記無電極放電ランプの放電に必
要な高周波エネルギーを供給する高周波無電極放電ラン
プ装置である。
【0021】請求項12記載の本発明は、上記の何れか
一つの高周波エネルギー供給手段と、前記高周波エネル
ギー供給手段の中央部に配置された無電極放電ランプ
と、前記無電極放電ランプから出た光を反射する光反射
手段と、前記高周波エネルギー供給手段を囲み、少なく
とも一部が光透過性である高周波漏洩防止手段と、前記
高周波エネルギー供給手段が有する前記複数の側空洞共
振器に共振高周波電磁場を励起するための共振高周波励
起手段と、高周波を発振する高周波発振手段と、前記高
周波発振手段より発振された高周波を前記共振高周波励
起手段に伝播する高周波伝播手段とを備え、前記光反射
手段は、(1)前記高周波漏洩防止手段を通過した前記
光を外部へ反射する、前記高周波漏洩防止手段の外部に
設けられた第一光反射手段と、(2)前記高周波漏洩防
止手段の内部から外部へ前記光を反射する、前記高周波
漏洩防止手段の内部に設けられた、非導電性材料で構成
された第二光反射手段とを有しており、前記複数の側空
洞共振器で囲まれる環形状の中央部に発生する前記共振
高周波電磁場により、前記無電極放電ランプの放電に必
要な高周波エネルギーを供給する高周波無電極放電ラン
プ装置である。
一つの高周波エネルギー供給手段と、前記高周波エネル
ギー供給手段の中央部に配置された無電極放電ランプ
と、前記無電極放電ランプから出た光を反射する光反射
手段と、前記高周波エネルギー供給手段を囲み、少なく
とも一部が光透過性である高周波漏洩防止手段と、前記
高周波エネルギー供給手段が有する前記複数の側空洞共
振器に共振高周波電磁場を励起するための共振高周波励
起手段と、高周波を発振する高周波発振手段と、前記高
周波発振手段より発振された高周波を前記共振高周波励
起手段に伝播する高周波伝播手段とを備え、前記光反射
手段は、(1)前記高周波漏洩防止手段を通過した前記
光を外部へ反射する、前記高周波漏洩防止手段の外部に
設けられた第一光反射手段と、(2)前記高周波漏洩防
止手段の内部から外部へ前記光を反射する、前記高周波
漏洩防止手段の内部に設けられた、非導電性材料で構成
された第二光反射手段とを有しており、前記複数の側空
洞共振器で囲まれる環形状の中央部に発生する前記共振
高周波電磁場により、前記無電極放電ランプの放電に必
要な高周波エネルギーを供給する高周波無電極放電ラン
プ装置である。
【0022】請求項13記載の本発明は、上記の何れか
一つの高周波エネルギー供給手段と、前記高周波エネル
ギー供給手段の中央部に配置された無電極放電ランプ
と、前記無電極放電ランプから出た光を反射する光反射
手段と、前記高周波エネルギー供給手段を囲み、一部が
光透過性である高周波漏洩防止手段と、前記高周波エネ
ルギー供給手段が有する前記複数の側空洞共振器に共振
高周波電磁場を励起するための共振高周波励起手段と、
高周波を発振する高周波発振手段と、前記高周波発振手
段より発振された高周波を前記共振高周波励起手段に伝
播する高周波伝播手段とを備え、前記高周波漏洩防止手
段の内壁面の一部は光反射面であり、且つ、前記内壁面
の前記一部は、前記高周波漏洩防止手段の内部から外部
へ前記光を反射する前記光反射手段であり、前記複数の
側空洞共振器で囲まれる環形状の中央部に発生する前記
共振高周波電磁場により、前記無電極放電ランプの放電
に必要な高周波エネルギーを供給する高周波無電極放電
ランプ装置である。
一つの高周波エネルギー供給手段と、前記高周波エネル
ギー供給手段の中央部に配置された無電極放電ランプ
と、前記無電極放電ランプから出た光を反射する光反射
手段と、前記高周波エネルギー供給手段を囲み、一部が
光透過性である高周波漏洩防止手段と、前記高周波エネ
ルギー供給手段が有する前記複数の側空洞共振器に共振
高周波電磁場を励起するための共振高周波励起手段と、
高周波を発振する高周波発振手段と、前記高周波発振手
段より発振された高周波を前記共振高周波励起手段に伝
播する高周波伝播手段とを備え、前記高周波漏洩防止手
段の内壁面の一部は光反射面であり、且つ、前記内壁面
の前記一部は、前記高周波漏洩防止手段の内部から外部
へ前記光を反射する前記光反射手段であり、前記複数の
側空洞共振器で囲まれる環形状の中央部に発生する前記
共振高周波電磁場により、前記無電極放電ランプの放電
に必要な高周波エネルギーを供給する高周波無電極放電
ランプ装置である。
【0023】請求項14記載の本発明は、上記の何れか
一つの高周波エネルギー供給手段と、前記高周波エネル
ギー供給手段の中央部に配置された無電極放電ランプ
と、前記無電極放電ランプから出た光を反射する光反射
手段と、前記高周波エネルギー供給手段を囲み、少なく
とも一部が光透過性である高周波漏洩防止手段と、前記
高周波エネルギー供給手段が有する前記複数の側空洞共
振器に共振高周波電磁場を励起するための共振高周波励
起手段と、高周波を発振する高周波発振手段と、前記高
周波発振手段より発振された高周波を前記共振高周波励
起手段に伝播する高周波伝播手段とを備え、前記光反射
手段は、前記高周波漏洩防止手段の外部に設けられてお
り、かつ前記高周波漏洩防止手段を通過した前記光を外
部へ反射するものであり、前記複数の側空洞共振器で囲
まれる環形状の中央部に発生する前記共振高周波電磁場
により、前記無電極放電ランプの放電に必要な高周波エ
ネルギーを供給する高周波無電極放電ランプ装置であ
る。
一つの高周波エネルギー供給手段と、前記高周波エネル
ギー供給手段の中央部に配置された無電極放電ランプ
と、前記無電極放電ランプから出た光を反射する光反射
手段と、前記高周波エネルギー供給手段を囲み、少なく
とも一部が光透過性である高周波漏洩防止手段と、前記
高周波エネルギー供給手段が有する前記複数の側空洞共
振器に共振高周波電磁場を励起するための共振高周波励
起手段と、高周波を発振する高周波発振手段と、前記高
周波発振手段より発振された高周波を前記共振高周波励
起手段に伝播する高周波伝播手段とを備え、前記光反射
手段は、前記高周波漏洩防止手段の外部に設けられてお
り、かつ前記高周波漏洩防止手段を通過した前記光を外
部へ反射するものであり、前記複数の側空洞共振器で囲
まれる環形状の中央部に発生する前記共振高周波電磁場
により、前記無電極放電ランプの放電に必要な高周波エ
ネルギーを供給する高周波無電極放電ランプ装置であ
る。
【0024】請求項15記載の本発明は、上記の何れか
一つの高周波エネルギー供給手段と、前記高周波エネル
ギー供給手段の中央部に配置された無電極放電ランプ
と、前記無電極放電ランプから出た光を反射する光反射
手段と、前記高周波エネルギー供給手段を囲み、少なく
とも一部が光透過性である高周波漏洩防止手段と、前記
高周波エネルギー供給手段が有する前記複数の側空洞共
振器に共振高周波電磁場を励起するための共振高周波励
起手段と、高周波を発振する高周波発振手段と、前記高
周波発振手段より発振された高周波を前記共振高周波励
起手段に伝播する高周波伝播手段とを備え、前記光反射
手段は、前記高周波漏洩防止手段の内部に設けられてお
り、前記高周波漏洩防止手段の外部へ前記光を反射する
ものであり、且つ、非導電性材料で構成されており、前
記複数の側空洞共振器で囲まれる環形状の中央部に発生
する前記共振高周波電磁場により、前記無電極放電ラン
プの放電に必要な高周波エネルギーを供給する高周波無
電極放電ランプ装置である。
一つの高周波エネルギー供給手段と、前記高周波エネル
ギー供給手段の中央部に配置された無電極放電ランプ
と、前記無電極放電ランプから出た光を反射する光反射
手段と、前記高周波エネルギー供給手段を囲み、少なく
とも一部が光透過性である高周波漏洩防止手段と、前記
高周波エネルギー供給手段が有する前記複数の側空洞共
振器に共振高周波電磁場を励起するための共振高周波励
起手段と、高周波を発振する高周波発振手段と、前記高
周波発振手段より発振された高周波を前記共振高周波励
起手段に伝播する高周波伝播手段とを備え、前記光反射
手段は、前記高周波漏洩防止手段の内部に設けられてお
り、前記高周波漏洩防止手段の外部へ前記光を反射する
ものであり、且つ、非導電性材料で構成されており、前
記複数の側空洞共振器で囲まれる環形状の中央部に発生
する前記共振高周波電磁場により、前記無電極放電ラン
プの放電に必要な高周波エネルギーを供給する高周波無
電極放電ランプ装置である。
【0025】以上の構成によれば、例えば、2.45G
Hzの高周波を用いても、10mm以下の比較的小さな
プラズマアークを安定して点灯維持することが可能とな
る。
Hzの高周波を用いても、10mm以下の比較的小さな
プラズマアークを安定して点灯維持することが可能とな
る。
【0026】なお、本明細書内における「高周波」と
は、1MHz〜100GHzの周波数の電磁波を指す。
特に、周波数範囲が300MHz〜30GHzの「マイ
クロ波」周波数において、本発明は好適な効果を得るこ
とが出来る。
は、1MHz〜100GHzの周波数の電磁波を指す。
特に、周波数範囲が300MHz〜30GHzの「マイ
クロ波」周波数において、本発明は好適な効果を得るこ
とが出来る。
【0027】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。
て図面を参照しながら説明する。
【0028】(実施の形態1)ここでは、本発明の高周
波エネルギー供給手段の一実施の形態について説明す
る。
波エネルギー供給手段の一実施の形態について説明す
る。
【0029】まず図1(a)から図1(c)を参照しな
がら、本実施の形態の構成を述べると同時に、側空洞共
振器群がどのような形で共振電磁場を形成するかを定性
的に説明する。
がら、本実施の形態の構成を述べると同時に、側空洞共
振器群がどのような形で共振電磁場を形成するかを定性
的に説明する。
【0030】図1(a)に示すように、ベイン型側空洞
共振器群10は、銅などの電気抵抗の低い導電性材料か
らなり、円筒から4枚の板(ベイン)12a〜12dを
中央に向けて突出した構造からなっている。そしてその
中央には、無電極放電ランプ11が設けられている。
共振器群10は、銅などの電気抵抗の低い導電性材料か
らなり、円筒から4枚の板(ベイン)12a〜12dを
中央に向けて突出した構造からなっている。そしてその
中央には、無電極放電ランプ11が設けられている。
【0031】図1(a)と図1(c)に示す矢印は共振
高周波電場Eの電気力線であり、「+」および「−」は
ベインの突出部に生じている電荷Qの極性の正と負をそ
れぞれ表している。前記の共振高周波電場E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。また、図1(b)に示す円印は、ベインと円筒か
らなる略環状の導体部に錯交する共振高周波磁場の方向
を示している。○の中に●で示される印が、紙面に向か
って手前方向に生じている共振高周波磁場であり、○の
中に×で示される印が、紙面向こう側に向かって生じて
いる共振高周波磁場である。また、磁場の記号周辺の渦
状の矢印は、ベインと円筒からなる略環状の電磁誘導性
機能部の表面を流れる電流Iの方向を示している。
高周波電場Eの電気力線であり、「+」および「−」は
ベインの突出部に生じている電荷Qの極性の正と負をそ
れぞれ表している。前記の共振高周波電場E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。また、図1(b)に示す円印は、ベインと円筒か
らなる略環状の導体部に錯交する共振高周波磁場の方向
を示している。○の中に●で示される印が、紙面に向か
って手前方向に生じている共振高周波磁場であり、○の
中に×で示される印が、紙面向こう側に向かって生じて
いる共振高周波磁場である。また、磁場の記号周辺の渦
状の矢印は、ベインと円筒からなる略環状の電磁誘導性
機能部の表面を流れる電流Iの方向を示している。
【0032】隣接する各ベイン型側空洞共振器の位相が
πずつずれるπモードで動作するように設計されている
時、図1(a)に示すように、隣接するベイン突出部に
電荷Qが正負逆の極性で交互に帯電される。この時、各
ベインの突出部間の空隙は、キャパシタのような電気容
量性機能部として働き電場Eが生じる。次に図1(b)
に示すように、帯電した電荷を打ち消すように表面電流
Iが生じて、それに伴い共振高周波磁場Hが発生する。
この時、ベインと円筒からなる略環状の導体部はインダ
クタのような電磁誘導性機能部として働いている。この
表面電流Iにより、図1(c)に示すような、図1
(a)とは逆極性の電荷Qの分布と、逆位相(逆方向)
の共振高周波電場Eが発生する。このような過程を繰り
返して、電場と磁場が交互に発生しながらベイン型側空
洞共振器群10は共振を続ける。
πずつずれるπモードで動作するように設計されている
時、図1(a)に示すように、隣接するベイン突出部に
電荷Qが正負逆の極性で交互に帯電される。この時、各
ベインの突出部間の空隙は、キャパシタのような電気容
量性機能部として働き電場Eが生じる。次に図1(b)
に示すように、帯電した電荷を打ち消すように表面電流
Iが生じて、それに伴い共振高周波磁場Hが発生する。
この時、ベインと円筒からなる略環状の導体部はインダ
クタのような電磁誘導性機能部として働いている。この
表面電流Iにより、図1(c)に示すような、図1
(a)とは逆極性の電荷Qの分布と、逆位相(逆方向)
の共振高周波電場Eが発生する。このような過程を繰り
返して、電場と磁場が交互に発生しながらベイン型側空
洞共振器群10は共振を続ける。
【0033】このような、共振高周波電磁場を得るため
の側空洞共振器群の形状は図1(a)に示すような、4
枚ベイン型側空洞共振器群に限られるものではない。例
えば、図2に示す8枚ベイン型側空洞共振器群22のよ
うにベインの数を増やしても、同様に共振高周波電磁場
を得ることができる。
の側空洞共振器群の形状は図1(a)に示すような、4
枚ベイン型側空洞共振器群に限られるものではない。例
えば、図2に示す8枚ベイン型側空洞共振器群22のよ
うにベインの数を増やしても、同様に共振高周波電磁場
を得ることができる。
【0034】また、図3に示すように導体に複数の円筒
形のホールを設け、ホールの一部に空隙を為すスロット
を設けたホール・スロット型側空洞共振器群32を用い
ても良い。これらの、側空洞共振器群22または32を
用いることで、先に例示した4枚ベイン型側空洞共振器
群と同様に無電極放電ランプ21または31に高周波エ
ネルギーを供給できる。
形のホールを設け、ホールの一部に空隙を為すスロット
を設けたホール・スロット型側空洞共振器群32を用い
ても良い。これらの、側空洞共振器群22または32を
用いることで、先に例示した4枚ベイン型側空洞共振器
群と同様に無電極放電ランプ21または31に高周波エ
ネルギーを供給できる。
【0035】尚、本実施の形態のベイン型側空洞共振器
群10,22(図1(a)、図2参照)の形状、及び、
ホール・スロット型側空洞共振器群32(図3参照)の
形状は、従来マグネトロンに用いられてきたベイン型側
空洞共振器、及びホール・スロット型側空洞共振器と同
様の形状である。ここで、これら従来の共振器と本願発
明の高周波エネルギー供給手段との主な相違点を述べ
る。
群10,22(図1(a)、図2参照)の形状、及び、
ホール・スロット型側空洞共振器群32(図3参照)の
形状は、従来マグネトロンに用いられてきたベイン型側
空洞共振器、及びホール・スロット型側空洞共振器と同
様の形状である。ここで、これら従来の共振器と本願発
明の高周波エネルギー供給手段との主な相違点を述べ
る。
【0036】即ち、上記従来の共振器は、マグネトロン
の陽極として利用されており、共振器の中央部には、マ
グネトロンの陰極が配置されている。
の陽極として利用されており、共振器の中央部には、マ
グネトロンの陰極が配置されている。
【0037】このような従来の構成からも明らかな様
に、本願の高周波エネルギー供給手段が、中央部のバル
ブに対して、高周波エネルギーを供給するものであるの
に対し、従来のマグネトロンに使用される上記共振器
が、中央部の電極から外部に出力されるマイクロ波エネ
ルギーの発振周波数を決定するためのものである点で、
双方の役割・作用は全く異なる。
に、本願の高周波エネルギー供給手段が、中央部のバル
ブに対して、高周波エネルギーを供給するものであるの
に対し、従来のマグネトロンに使用される上記共振器
が、中央部の電極から外部に出力されるマイクロ波エネ
ルギーの発振周波数を決定するためのものである点で、
双方の役割・作用は全く異なる。
【0038】つまり、本願の発明者は、外部から供給さ
れた高周波を利用して、中央部に配置された対象物に対
してエネルギーを供給するという、従来のマグネトロン
の共振器における役割からは誰も思いつかなかった高周
波エネルギー供給手段を発明したのである。
れた高周波を利用して、中央部に配置された対象物に対
してエネルギーを供給するという、従来のマグネトロン
の共振器における役割からは誰も思いつかなかった高周
波エネルギー供給手段を発明したのである。
【0039】さて、上述した側空洞共振器群に生じる高
周波電磁場のモードとして、図1においては隣接する側
空洞共振器の位相がπずつずれたπモードに従って説明
を行ったが、側空洞共振器群のモードはこれに限るもの
ではない。
周波電磁場のモードとして、図1においては隣接する側
空洞共振器の位相がπずつずれたπモードに従って説明
を行ったが、側空洞共振器群のモードはこれに限るもの
ではない。
【0040】例えば、図4に示すように、πモードで8
孔ホール・スロット型側空洞共振器群42を駆動する
時、電荷Qは一つおきに反対の極性を持つ。この電荷Q
により生じる共振高周波電場Eにより、無電極放電ラン
プ41内部に生じるプラズマ中の電子は十字形に引き寄
せられることになる。このモードで生じる十字形のプラ
ズマ分布は、π周期毎に45°ずつずれるので、無電極
放電ランプ41は比較的均一なバルブ表面温度分布を得
ることができる。
孔ホール・スロット型側空洞共振器群42を駆動する
時、電荷Qは一つおきに反対の極性を持つ。この電荷Q
により生じる共振高周波電場Eにより、無電極放電ラン
プ41内部に生じるプラズマ中の電子は十字形に引き寄
せられることになる。このモードで生じる十字形のプラ
ズマ分布は、π周期毎に45°ずつずれるので、無電極
放電ランプ41は比較的均一なバルブ表面温度分布を得
ることができる。
【0041】側空洞共振器群を上記のようなπモードで
積極的に動作させたい場合には、一つおきのベイン(も
しくは突出部)の電荷Qの極性が等しくなるように、一
つおきのベイン(もしくは突出部)を導体からなるスト
ラップリングで電気的に結合するのが、より望ましい方
法である。
積極的に動作させたい場合には、一つおきのベイン(も
しくは突出部)の電荷Qの極性が等しくなるように、一
つおきのベイン(もしくは突出部)を導体からなるスト
ラップリングで電気的に結合するのが、より望ましい方
法である。
【0042】一方、図5に示すように、隣接する側空洞
共振器の位相がπ/4ずつずれたπ/4モードで8孔ホ
ール・スロット型側空洞共振器群52を駆動する時、電
荷Qは対向する突出部において反対の極性を持つ。
共振器の位相がπ/4ずつずれたπ/4モードで8孔ホ
ール・スロット型側空洞共振器群52を駆動する時、電
荷Qは対向する突出部において反対の極性を持つ。
【0043】この電荷Qにより生じる共振高周波電場E
は、側空洞共振器群52の中央部の直径方向を指向して
おり、無電極放電ランプ51を横切って行く分布を持
つ。
は、側空洞共振器群52の中央部の直径方向を指向して
おり、無電極放電ランプ51を横切って行く分布を持
つ。
【0044】図5に示すような、無電極放電ランプ51
を横切って行く分布を持つ共振高周波電場を生じさせる
モードを得ることができる側空洞共振器の数は、無論8
個に限られるものではない。側空洞共振器の数がN個で
構成される時に、隣接する側空洞共振器間の位相差は2
π/Nであるとき、図5に示すのと同様の共振高周波電
場を得ることができる。
を横切って行く分布を持つ共振高周波電場を生じさせる
モードを得ることができる側空洞共振器の数は、無論8
個に限られるものではない。側空洞共振器の数がN個で
構成される時に、隣接する側空洞共振器間の位相差は2
π/Nであるとき、図5に示すのと同様の共振高周波電
場を得ることができる。
【0045】尚、図5に示す場合、図4の構成に比べて
より強い電場が中央部において得られるモードが実現出
来る。
より強い電場が中央部において得られるモードが実現出
来る。
【0046】側空洞共振器のひとつを取り出して等価回
路で示すと、図6のようなインダクタンスLとキャパシ
タンスCrを並列に結合したLC共振器で表される。こ
の時、導体の電気抵抗はLとCrに対して十分に小さい
ものとして無視している。先に述べたとおり、ベインと
円筒からなる略環状の電磁誘導性機能部が、磁場Hと表
面電流IによるインダクタンスLを生じ、各ベイン突出
部間の空隙からなる電気容量性機能部がキャパシタンス
Crとして働く。この等価回路のアドミッタンスYrは
(数1)で表される。
路で示すと、図6のようなインダクタンスLとキャパシ
タンスCrを並列に結合したLC共振器で表される。こ
の時、導体の電気抵抗はLとCrに対して十分に小さい
ものとして無視している。先に述べたとおり、ベインと
円筒からなる略環状の電磁誘導性機能部が、磁場Hと表
面電流IによるインダクタンスLを生じ、各ベイン突出
部間の空隙からなる電気容量性機能部がキャパシタンス
Crとして働く。この等価回路のアドミッタンスYrは
(数1)で表される。
【0047】
【数1】
【0048】次に、一つの側空洞共振器から、他の(N
−1)個の側空洞共振器およびプラズマとの結合の等価
回路を図7に示す。各側空洞共振器は、電圧Vq、電流
Iqで表される開放端にそれぞれ接続される。ただし、
プラズマの電気抵抗も簡便のため十分に小さいとして無
視している。各相互作用空間の結合容量をCiとする
と、一つの側空洞共振器から見た相互作用空間のアドミ
ッタンスは(数2)のようになる。
−1)個の側空洞共振器およびプラズマとの結合の等価
回路を図7に示す。各側空洞共振器は、電圧Vq、電流
Iqで表される開放端にそれぞれ接続される。ただし、
プラズマの電気抵抗も簡便のため十分に小さいとして無
視している。各相互作用空間の結合容量をCiとする
と、一つの側空洞共振器から見た相互作用空間のアドミ
ッタンスは(数2)のようになる。
【0049】
【数2】
【0050】側空洞共振器群の共振は、(数3)に示す
ように、一つの側空洞共振器のアドミッタンスと、一つ
の側空洞共振器から相互作用空間を見たアドミッタンス
が等しいときに起こる。
ように、一つの側空洞共振器のアドミッタンスと、一つ
の側空洞共振器から相互作用空間を見たアドミッタンス
が等しいときに起こる。
【0051】
【数3】
【0052】(数1)で表されるアドミッタンスより、
一つの側空洞共振器の共振角周波数ω0は次の(数4)
で表される。
一つの側空洞共振器の共振角周波数ω0は次の(数4)
で表される。
【0053】
【数4】
【0054】このとき、側空洞共振器群の共振角周波数
ωは(数3)より、次のように表される。
ωは(数3)より、次のように表される。
【0055】
【数5】
【0056】ただし、Nは先程から述べているように、
側空洞共振器の個数であり、nはモードナンバーと呼ば
れ、基本となる共振モードでは1からN/2の値を取
る。例えば、先に図4と図5で示した8孔ホール・スロ
ット型側空洞共振器群では、n=1の時にπ/4モード
で動作し、n=N/2=4の時にπモードで動作するこ
とになる。
側空洞共振器の個数であり、nはモードナンバーと呼ば
れ、基本となる共振モードでは1からN/2の値を取
る。例えば、先に図4と図5で示した8孔ホール・スロ
ット型側空洞共振器群では、n=1の時にπ/4モード
で動作し、n=N/2=4の時にπモードで動作するこ
とになる。
【0057】以上示してきた、側空洞共振器および相互
作用空間の実形状でのアドミッタンス(および共振周波
数)は、側空洞共振器群を形成する導体材料部の、表面
の電界の接線方向成分が0であるという境界条件と、各
側空洞共振器の空隙部の電界Eが均一であるという初期
条件を満たす、マックスウェル方程式より導出される微
分方程式の解から求める解析的手法により求めることが
できる。
作用空間の実形状でのアドミッタンス(および共振周波
数)は、側空洞共振器群を形成する導体材料部の、表面
の電界の接線方向成分が0であるという境界条件と、各
側空洞共振器の空隙部の電界Eが均一であるという初期
条件を満たす、マックスウェル方程式より導出される微
分方程式の解から求める解析的手法により求めることが
できる。
【0058】本実施の形態の所望の共振周波数を得るた
めの設計手段は、マグネトロンについて解説された書籍
などが参考となる。
めの設計手段は、マグネトロンについて解説された書籍
などが参考となる。
【0059】従って、より詳細な解析的手法による側空
洞共振器群の設計手段については、G.B.Colli
ns著の”Microwave Magnetoro
n;McGRAW−HILL(1948)”などを参照
すれば良い。
洞共振器群の設計手段については、G.B.Colli
ns著の”Microwave Magnetoro
n;McGRAW−HILL(1948)”などを参照
すれば良い。
【0060】また所望の共振周波数を得るために、等価
回路のアドミッタンスをマックスウェル方程式より導出
される微分方程式の解析より求める解析的手法の他に、
最近進歩の著しい計算機での有限要素法による設計も有
効である。
回路のアドミッタンスをマックスウェル方程式より導出
される微分方程式の解析より求める解析的手法の他に、
最近進歩の著しい計算機での有限要素法による設計も有
効である。
【0061】ここで、図8に、有限要素法を用いてベイ
ン型側空洞共振器群の共振周波数を求めた解析例を示
す。この場合、ベインの数は8枚、ベインの板厚は2.
5mm、ベイン突出部が形成する円柱状空間の内半径
(図2において、符号Aを付した部分の寸法に対応)は
5mmで固定し、円筒部の内半径(図2において、符号
Bを付した部分の寸法に対応)を20mmから22.5
mmの範囲で変化させたときの、共振周波数を2次元で
の固有値解析より求めた。
ン型側空洞共振器群の共振周波数を求めた解析例を示
す。この場合、ベインの数は8枚、ベインの板厚は2.
5mm、ベイン突出部が形成する円柱状空間の内半径
(図2において、符号Aを付した部分の寸法に対応)は
5mmで固定し、円筒部の内半径(図2において、符号
Bを付した部分の寸法に対応)を20mmから22.5
mmの範囲で変化させたときの、共振周波数を2次元で
の固有値解析より求めた。
【0062】同じ、円筒半径では周波数が増加するにつ
れて、モードナンバーの小さい(n=1)π/4モード
から、モードナンバーの大きい(n=4)πモードまで
順番に共振が起こることが判る。また円筒部の半径が、
大きいほど同じモードでの共振周波数は下がっていく。
例えば、ISM周波数である2.45GHzでは、円筒
部の半径が約20mmの時π/4モード、約22mmの
時にπモードの共振が起こることが判る。
れて、モードナンバーの小さい(n=1)π/4モード
から、モードナンバーの大きい(n=4)πモードまで
順番に共振が起こることが判る。また円筒部の半径が、
大きいほど同じモードでの共振周波数は下がっていく。
例えば、ISM周波数である2.45GHzでは、円筒
部の半径が約20mmの時π/4モード、約22mmの
時にπモードの共振が起こることが判る。
【0063】この時、無電極放電ランプが設けられるベ
イン突出部が形成する円柱状空間の内直径は10mmで
ある。一般的な高周波無電極放電で用いられている空洞
共振器では、2.45GHzの共振高周波電磁場を得る
ためには、最も小さな直径で共振高周波電磁場を形成で
きる円筒TE11nモードでも、直径は約76mm以上が
必要である。それと比較すると、このベイン型側空洞共
振器群22の中央部で発生している共振高周波電場が、
非常に小さな空間に集中できることが解る。
イン突出部が形成する円柱状空間の内直径は10mmで
ある。一般的な高周波無電極放電で用いられている空洞
共振器では、2.45GHzの共振高周波電磁場を得る
ためには、最も小さな直径で共振高周波電磁場を形成で
きる円筒TE11nモードでも、直径は約76mm以上が
必要である。それと比較すると、このベイン型側空洞共
振器群22の中央部で発生している共振高周波電場が、
非常に小さな空間に集中できることが解る。
【0064】図8に示した条件のうち、円筒部の内半径
が20mmであるπ/4モードの側空洞共振器群を銅を
用いて試作し、無電極放電ランプを点灯したときの分光
分布を図9に示す。これは内径約3mmの球形の石英ガ
ラスからなる無電極放電管に、InBr0.4mgとA
rガス1.33kPaを封入した無電極放電ランプを、
マイクロ波入力150Wで点灯したときの分光分布であ
る。側空洞共振器群へのマイクロ波入力あたりの全光束
で表されるランプ効率は、約50lm/Wであった。ち
なみに、この分光分布の標準演色評価指数Raは96、
色温度は約5800Kであった。
が20mmであるπ/4モードの側空洞共振器群を銅を
用いて試作し、無電極放電ランプを点灯したときの分光
分布を図9に示す。これは内径約3mmの球形の石英ガ
ラスからなる無電極放電管に、InBr0.4mgとA
rガス1.33kPaを封入した無電極放電ランプを、
マイクロ波入力150Wで点灯したときの分光分布であ
る。側空洞共振器群へのマイクロ波入力あたりの全光束
で表されるランプ効率は、約50lm/Wであった。ち
なみに、この分光分布の標準演色評価指数Raは96、
色温度は約5800Kであった。
【0065】以上のように、本実施の形態によるエネル
ギー供給手段は、一般的に用いられる空洞共振器より
も、小さな空間に共振高周波電場を集中する事が可能に
なる。これにより従来よりも、小寸法の無電極放電ラン
プに、高周波エネルギーを効率的に結合することが可能
となる。
ギー供給手段は、一般的に用いられる空洞共振器より
も、小さな空間に共振高周波電場を集中する事が可能に
なる。これにより従来よりも、小寸法の無電極放電ラン
プに、高周波エネルギーを効率的に結合することが可能
となる。
【0066】(実施の形態2)以下、実施の形態1で述
べた高周波エネルギー供給手段を用いた高周波無電極放
電ランプ装置の実施の形態について、図10を参照しな
がら説明する。
べた高周波エネルギー供給手段を用いた高周波無電極放
電ランプ装置の実施の形態について、図10を参照しな
がら説明する。
【0067】図10において、101は高周波によって
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る。無電極放電ランプ10
1は、同じく石英ガラスからなる支持棒により、前記の
実施の形態1で示した側空洞共振器群102の中央部に
支持されている。1010は金属導体からなる高周波導
波管である。107は高周波を励振するためのマグネト
ロンであり、高周波導波管1010内部に発振アンテナ
108が設けられている。この発振アンテナ108から
発振される高周波の周波数に、側空洞共振器群102の
共振周波数が一致するように側空洞共振器群102の各
部寸法は設計されている。高電圧電源よりマグネトロン
107に高電圧を加えることで高周波導波管1010の
内部に高周波が発振され、その伝播した高周波は、結合
アンテナ103によって、側空洞共振器群102に結合
される。高周波漏洩防止手段106は、例えばニッケル
に銀メッキを施したような金属材料からなる網で形成さ
れ、側空洞共振器群102の外側に設けられている。こ
れにより、側空洞共振器群102の開放端面から放射さ
れる高周波が外部に漏洩するのを実質的に防止してい
る。
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る。無電極放電ランプ10
1は、同じく石英ガラスからなる支持棒により、前記の
実施の形態1で示した側空洞共振器群102の中央部に
支持されている。1010は金属導体からなる高周波導
波管である。107は高周波を励振するためのマグネト
ロンであり、高周波導波管1010内部に発振アンテナ
108が設けられている。この発振アンテナ108から
発振される高周波の周波数に、側空洞共振器群102の
共振周波数が一致するように側空洞共振器群102の各
部寸法は設計されている。高電圧電源よりマグネトロン
107に高電圧を加えることで高周波導波管1010の
内部に高周波が発振され、その伝播した高周波は、結合
アンテナ103によって、側空洞共振器群102に結合
される。高周波漏洩防止手段106は、例えばニッケル
に銀メッキを施したような金属材料からなる網で形成さ
れ、側空洞共振器群102の外側に設けられている。こ
れにより、側空洞共振器群102の開放端面から放射さ
れる高周波が外部に漏洩するのを実質的に防止してい
る。
【0068】側空洞共振器群102の中央部に発生した
共振高周波電磁場により、無電極放電ランプ101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、高周波漏洩防止手段106の外部に設けられた第一
の反射鏡105と、非導電性材料からなり高周波漏洩防
止手段106の内部に設けられた第二の反射鏡104に
より反射され所望の方向に放射光を得ることができる。
反射鏡は使用される光学系に合わせて、放物面や楕円面
を用いることができる。
共振高周波電磁場により、無電極放電ランプ101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、高周波漏洩防止手段106の外部に設けられた第一
の反射鏡105と、非導電性材料からなり高周波漏洩防
止手段106の内部に設けられた第二の反射鏡104に
より反射され所望の方向に放射光を得ることができる。
反射鏡は使用される光学系に合わせて、放物面や楕円面
を用いることができる。
【0069】高周波導波管1010の長さ、特に発振ア
ンテナ108から結合アンテナ103までの距離は、無
電極放電ランプ101の安定点灯時に十分にVSWRが
小さくなるように定められている。さらにインピーダン
ス整合が良くなるように、必要に応じて、金属導体から
なるスタブや突起などによる整合手段が高周波導波管1
010の内部に設けられる。また、109は結合アンテ
ナ103を適切な位置に固定するための誘電体である。
ンテナ108から結合アンテナ103までの距離は、無
電極放電ランプ101の安定点灯時に十分にVSWRが
小さくなるように定められている。さらにインピーダン
ス整合が良くなるように、必要に応じて、金属導体から
なるスタブや突起などによる整合手段が高周波導波管1
010の内部に設けられる。また、109は結合アンテ
ナ103を適切な位置に固定するための誘電体である。
【0070】次に、側空洞共振器群に高周波を結合して
励起するための、共振高周波励起手段について図11と
図12を参照しながら説明する。図10に示すように、
マグネトロンなどの高周波発振手段から生じた高周波
は、結合アンテナを通じて側空洞共振器群に結合され
る。この結合方法としては図11に示すような電場結合
型のものと、図12に示すような磁場結合型のものが有
る。
励起するための、共振高周波励起手段について図11と
図12を参照しながら説明する。図10に示すように、
マグネトロンなどの高周波発振手段から生じた高周波
は、結合アンテナを通じて側空洞共振器群に結合され
る。この結合方法としては図11に示すような電場結合
型のものと、図12に示すような磁場結合型のものが有
る。
【0071】図11の側空洞共振器群112を励起して
共振させるため同軸管の外周導体部114が側空洞共振
器円筒外側に溶接などにより接合され、同軸管の中央導
体部113が一つのベイン突出部に溶接またはカシメな
どにより接合されている。同軸管により伝播されてきた
高周波により、中央部円柱導体113が接合されたベイ
ンに電荷が生じる。その高周波電場が各側空洞共振器に
伝播して、側空洞共振器群に共振高周波電磁場が生じ
る。無電極放電ランプ111は側空洞共振器群112の
中央部に生じる共振高周波電場により励起され放電発光
する。
共振させるため同軸管の外周導体部114が側空洞共振
器円筒外側に溶接などにより接合され、同軸管の中央導
体部113が一つのベイン突出部に溶接またはカシメな
どにより接合されている。同軸管により伝播されてきた
高周波により、中央部円柱導体113が接合されたベイ
ンに電荷が生じる。その高周波電場が各側空洞共振器に
伝播して、側空洞共振器群に共振高周波電磁場が生じ
る。無電極放電ランプ111は側空洞共振器群112の
中央部に生じる共振高周波電場により励起され放電発光
する。
【0072】同様に、図12においては、側空洞共振器
群122を励起して共振させるため同軸管の外周導体部
124が側空洞共振器円筒外側に溶接などにより接合さ
れ、同軸管の中央導体部123はベイン間の空間の一つ
に、ループアンテナを形成して円筒内側に溶接などによ
り接合されている。同軸管により伝播されてきた高周波
により中央部円柱導体123に流れる電流から、ループ
アンテナ内部に高周波磁場が生じる。その高周波磁場が
各側空洞共振器に伝播して、側空洞共振器群に共振高周
波電磁場が生じる。無電極放電ランプ121は、側空洞
共振器群122の中央部に生じる共振高周波電場により
励起され放電発光する。
群122を励起して共振させるため同軸管の外周導体部
124が側空洞共振器円筒外側に溶接などにより接合さ
れ、同軸管の中央導体部123はベイン間の空間の一つ
に、ループアンテナを形成して円筒内側に溶接などによ
り接合されている。同軸管により伝播されてきた高周波
により中央部円柱導体123に流れる電流から、ループ
アンテナ内部に高周波磁場が生じる。その高周波磁場が
各側空洞共振器に伝播して、側空洞共振器群に共振高周
波電磁場が生じる。無電極放電ランプ121は、側空洞
共振器群122の中央部に生じる共振高周波電場により
励起され放電発光する。
【0073】以上のように、本実施の形態によるエネル
ギー供給手段を用いた高周波無電極放電ランプ装置は、
一般的な空洞共振器を用いた高周波無電極放電装置より
も、小型の無電極放電ランプに高周波エネルギーを効率
的に結合することが可能となり、かつバルブ温度の均熱
化も可能となる。
ギー供給手段を用いた高周波無電極放電ランプ装置は、
一般的な空洞共振器を用いた高周波無電極放電装置より
も、小型の無電極放電ランプに高周波エネルギーを効率
的に結合することが可能となり、かつバルブ温度の均熱
化も可能となる。
【0074】(実施の形態3)以上の第2の実施の形態
では、主要な高周波伝播手段として導波管を用いた例を
示した。
では、主要な高周波伝播手段として導波管を用いた例を
示した。
【0075】次に、高周波発振手段から直接同軸管を用
いて高周波を伝播する形態を図13を用いて示す。
いて高周波を伝播する形態を図13を用いて示す。
【0076】図13において、無電極放電ランプ131
は、金属網からなる高周波漏洩防止手段136の内部に
配置された側空洞共振器群132の中央部に支持されて
いる。137は高周波を励振するためのマグネトロンで
あり、同軸管外周導体部139の内部にマグネトロン1
37の発振アンテナ138が設けられている。発振アン
テナ138は同軸管外周導体部139とは電気的に絶縁
されており、かつ同軸管中央導体部133に接合されて
いる。高電圧電源よりマグネトロン137により高周波
が発振され、その伝播した高周波は、同軸管により伝播
され、側空洞共振器群132に結合される。
は、金属網からなる高周波漏洩防止手段136の内部に
配置された側空洞共振器群132の中央部に支持されて
いる。137は高周波を励振するためのマグネトロンで
あり、同軸管外周導体部139の内部にマグネトロン1
37の発振アンテナ138が設けられている。発振アン
テナ138は同軸管外周導体部139とは電気的に絶縁
されており、かつ同軸管中央導体部133に接合されて
いる。高電圧電源よりマグネトロン137により高周波
が発振され、その伝播した高周波は、同軸管により伝播
され、側空洞共振器群132に結合される。
【0077】共振高周波励起手段としては、図11およ
び図12に示した電場結合型および磁場結合型のどちら
でも実施できる。無電極放電ランプ131からの放射光
は、図10で示した形態と同様に、高周波漏洩防止手段
136の外部に設けられた第一の反射鏡135と、非導
電性材料からなり高周波漏洩防止手段136の内部に設
けられた第二の反射鏡134により反射され所望の方向
に放射光を得ることができる。同軸管の長さ、特に発振
アンテナ138から側空洞共振器群132までの距離
は、無電極放電ランプ131の安定点灯時に十分にVS
WRが小さくなるように定められている。また、さらに
インピーダンス整合が良くなるように、必要に応じて、
金属導体製のねじからなる整合手段1310を同軸管外
周導体部139の途中に設けることが望ましい。整合手
段1310のねじの同軸管外周導体部139への挿入量
を調整することで、より望ましいインピーダンス整合が
得られ、これにより無電極放電ランプ131からの放射
光の発光効率もさらに増加できる。
び図12に示した電場結合型および磁場結合型のどちら
でも実施できる。無電極放電ランプ131からの放射光
は、図10で示した形態と同様に、高周波漏洩防止手段
136の外部に設けられた第一の反射鏡135と、非導
電性材料からなり高周波漏洩防止手段136の内部に設
けられた第二の反射鏡134により反射され所望の方向
に放射光を得ることができる。同軸管の長さ、特に発振
アンテナ138から側空洞共振器群132までの距離
は、無電極放電ランプ131の安定点灯時に十分にVS
WRが小さくなるように定められている。また、さらに
インピーダンス整合が良くなるように、必要に応じて、
金属導体製のねじからなる整合手段1310を同軸管外
周導体部139の途中に設けることが望ましい。整合手
段1310のねじの同軸管外周導体部139への挿入量
を調整することで、より望ましいインピーダンス整合が
得られ、これにより無電極放電ランプ131からの放射
光の発光効率もさらに増加できる。
【0078】本実施の形態で示したように、高周波伝播
手段を同軸管のみからなる構成とすることにより、高周
波導波管を途中に入れる構成に比べて、無電極放電ラン
プ装置全体を小型化することが可能となる。
手段を同軸管のみからなる構成とすることにより、高周
波導波管を途中に入れる構成に比べて、無電極放電ラン
プ装置全体を小型化することが可能となる。
【0079】(実施の形態4)第2と第3の実施の形態
では、光反射手段である反射鏡を高周波漏洩防止手段の
内外にひとつずつ設けた構成を示したが、光反射手段の
構成はこれだけに限るものではない。
では、光反射手段である反射鏡を高周波漏洩防止手段の
内外にひとつずつ設けた構成を示したが、光反射手段の
構成はこれだけに限るものではない。
【0080】そこで、次に、高周波漏洩防止手段の一部
の内壁面を光反射面とした実施の形態について図14を
参照しながら説明する。
の内壁面を光反射面とした実施の形態について図14を
参照しながら説明する。
【0081】図14において、無電極放電ランプ141
は、支持棒により側空洞共振器群142の中央部に支持
されている。147は金属導体からなる高周波導波管で
ある。マグネトロンなどの高周波発振手段から伝播した
高周波は、結合アンテナ143によって、側空洞共振器
群142に結合される。146は結合アンテナ143を
適切な位置に固定するための誘電体からなる結合アンテ
ナ支持部である。側空洞共振器群142の中央部に発生
した共振高周波電磁場により、無電極放電ランプ141
が放電を起こし発光する。放電による放射光は、導体か
らなる反射鏡144により反射され、金属網145を通
じて外部に取り出される。反射鏡144と金属網145
を合わせて、高周波漏洩防止手段として機能している。
は、支持棒により側空洞共振器群142の中央部に支持
されている。147は金属導体からなる高周波導波管で
ある。マグネトロンなどの高周波発振手段から伝播した
高周波は、結合アンテナ143によって、側空洞共振器
群142に結合される。146は結合アンテナ143を
適切な位置に固定するための誘電体からなる結合アンテ
ナ支持部である。側空洞共振器群142の中央部に発生
した共振高周波電磁場により、無電極放電ランプ141
が放電を起こし発光する。放電による放射光は、導体か
らなる反射鏡144により反射され、金属網145を通
じて外部に取り出される。反射鏡144と金属網145
を合わせて、高周波漏洩防止手段として機能している。
【0082】本実施の形態に示すような構成とすること
により、高周波漏洩防止手段の一部を光反射手段とする
ことができ、無電極放電ランプ装置の構成をより簡易に
することができる。
により、高周波漏洩防止手段の一部を光反射手段とする
ことができ、無電極放電ランプ装置の構成をより簡易に
することができる。
【0083】(実施の形態5)次に、高周波漏洩防止手
段の外部に光反射手段を設けた実施の形態について図1
5を参照しながら説明する。
段の外部に光反射手段を設けた実施の形態について図1
5を参照しながら説明する。
【0084】図15において、無電極放電ランプ151
は、側空洞共振器群152の中央部に支持されている。
マグネトロンなどの高周波発振手段から高周波導波管1
57を通じて伝播した高周波は、結合アンテナ153に
よって、側空洞共振器群152に結合される。156は
結合アンテナ153を適切な位置に固定するための誘電
体からなる結合アンテナ支持部である。無電極放電ラン
プ151の放電による放射光は、主に金属網からなる高
周波漏洩防止手段155の外部に設けられた反射鏡15
4により反射され、所望の方向に取り出される。
は、側空洞共振器群152の中央部に支持されている。
マグネトロンなどの高周波発振手段から高周波導波管1
57を通じて伝播した高周波は、結合アンテナ153に
よって、側空洞共振器群152に結合される。156は
結合アンテナ153を適切な位置に固定するための誘電
体からなる結合アンテナ支持部である。無電極放電ラン
プ151の放電による放射光は、主に金属網からなる高
周波漏洩防止手段155の外部に設けられた反射鏡15
4により反射され、所望の方向に取り出される。
【0085】光反射手段を高周波漏洩防止手段の内部に
設ける場合、光反射手段が導体でなくかつ誘電損失の少
ない材料を選ばなければならない。しかしながら、本実
施の形態に示すような高周波漏洩防止手段の外部にのみ
光反射手段を設けた構成とすることにより、光反射手段
を構成する材料の選択は自由なものとなる。
設ける場合、光反射手段が導体でなくかつ誘電損失の少
ない材料を選ばなければならない。しかしながら、本実
施の形態に示すような高周波漏洩防止手段の外部にのみ
光反射手段を設けた構成とすることにより、光反射手段
を構成する材料の選択は自由なものとなる。
【0086】(実施の形態6)次に、高周波漏洩防止手
段の内部に光反射手段を設けた実施の形態について図1
6を参照しながら説明する。
段の内部に光反射手段を設けた実施の形態について図1
6を参照しながら説明する。
【0087】図16において、無電極放電ランプ161
は、側空洞共振器群162の中央部に支持されている。
マグネトロンなどの高周波発振手段から高周波導波管1
67を通じて伝播した高周波は、結合アンテナ163に
よって、側空洞共振器群162に結合される。166は
結合アンテナ163を適切な位置に固定するための誘電
体からなる結合アンテナ支持部である。無電極放電ラン
プ161の放電による放射光は、主に金属網からなる高
周波漏洩防止手段165の内部に設けられた誘電体から
なる反射鏡164により反射され、所望の方向に取り出
される。
は、側空洞共振器群162の中央部に支持されている。
マグネトロンなどの高周波発振手段から高周波導波管1
67を通じて伝播した高周波は、結合アンテナ163に
よって、側空洞共振器群162に結合される。166は
結合アンテナ163を適切な位置に固定するための誘電
体からなる結合アンテナ支持部である。無電極放電ラン
プ161の放電による放射光は、主に金属網からなる高
周波漏洩防止手段165の内部に設けられた誘電体から
なる反射鏡164により反射され、所望の方向に取り出
される。
【0088】本実施の形態に示すような高周波漏洩防止
手段の内部にのみ光反射手段を設けた構成とすることに
より、高周波漏洩手段および光反射手段を構成する部位
の寸法を小型化することができる。
手段の内部にのみ光反射手段を設けた構成とすることに
より、高周波漏洩手段および光反射手段を構成する部位
の寸法を小型化することができる。
【0089】以上の第4から第6の実施の形態において
は、第2の実施の形態と同様に高周波伝播手段として高
周波導波管を用いた例を示したが、第3の実施の形態と
同様に同軸管のみで高周波を伝播する構成とすることが
可能であるのは言うまでもない。
は、第2の実施の形態と同様に高周波伝播手段として高
周波導波管を用いた例を示したが、第3の実施の形態と
同様に同軸管のみで高周波を伝播する構成とすることが
可能であるのは言うまでもない。
【0090】なお、以上述べてきた第2から第6の実施
の形態においては、高周波発振手段として真空管発振器
であるマグネトロンを例として挙げたが、最近進歩の著
しいGaAsFETのような半導体増幅器などを用いた
固体発振素子を高周波発振手段として用いることも可能
である。
の形態においては、高周波発振手段として真空管発振器
であるマグネトロンを例として挙げたが、最近進歩の著
しいGaAsFETのような半導体増幅器などを用いた
固体発振素子を高周波発振手段として用いることも可能
である。
【0091】また、以上述べてきた第2から第6の実施
の形態においては、高周波伝搬手段として、高周波導波
管及び同軸線路を用いた例を示したが、これに限らず例
えば、マイクロストリップ線路や平衡型ストリップ線路
のようなストリップ線路などのその他の高周波伝搬手段
を用いることも可能である。
の形態においては、高周波伝搬手段として、高周波導波
管及び同軸線路を用いた例を示したが、これに限らず例
えば、マイクロストリップ線路や平衡型ストリップ線路
のようなストリップ線路などのその他の高周波伝搬手段
を用いることも可能である。
【0092】また、以上述べてきた第2から第6の実施
の形態においては光反射手段により有効に所望の方向に
放射光を配光する構成を示したが、むろん利用する目的
によっては、光反射手段を設けない構成とすることも可
能である。
の形態においては光反射手段により有効に所望の方向に
放射光を配光する構成を示したが、むろん利用する目的
によっては、光反射手段を設けない構成とすることも可
能である。
【0093】(実施の形態7)以上の実施の形態で述べ
たように、側空洞共振器群を用いることで、小型の無電
極放電ランプに効率的に高周波を結合することが可能に
なるが、バルブが小型化するとともにバルブに対する熱
的負荷も飛躍的に増大していく。石英ガラスからなるバ
ルブではバルブの表面温度を1000℃以下に保つこと
が望ましいが、入力高周波エネルギーが増大するに連れ
てそれは困難になっていく。そのため、石英ガラスなど
を無電極放電ランプのバルブ材料に選択した場合、バル
ブ表面温度を1000℃以下に保つための、何等かのバ
ルブ冷却手段が望まれる。
たように、側空洞共振器群を用いることで、小型の無電
極放電ランプに効率的に高周波を結合することが可能に
なるが、バルブが小型化するとともにバルブに対する熱
的負荷も飛躍的に増大していく。石英ガラスからなるバ
ルブではバルブの表面温度を1000℃以下に保つこと
が望ましいが、入力高周波エネルギーが増大するに連れ
てそれは困難になっていく。そのため、石英ガラスなど
を無電極放電ランプのバルブ材料に選択した場合、バル
ブ表面温度を1000℃以下に保つための、何等かのバ
ルブ冷却手段が望まれる。
【0094】そこで、次に、バルブ冷却手段の一実施の
形態について図17,18を参照しながら説明する。
形態について図17,18を参照しながら説明する。
【0095】図17において、無電極放電ランプ171
は側空洞共振器群172より供給される高周波エネルギ
ーにより放電発光している。ノズル173は石英ガラス
などの誘電材料からなり、無電極放電ランプ171のバ
ルブ表面温度が1000℃以下に保たれるのに十分な量
の空気を、無電極放電ランプ171に向けて吹き出して
いる。
は側空洞共振器群172より供給される高周波エネルギ
ーにより放電発光している。ノズル173は石英ガラス
などの誘電材料からなり、無電極放電ランプ171のバ
ルブ表面温度が1000℃以下に保たれるのに十分な量
の空気を、無電極放電ランプ171に向けて吹き出して
いる。
【0096】また、本実施の形態の別の形態において
は、図18に示すように側空洞共振器群182の各突出
部にノズル183を設けて、バルブ表面温度が1000
℃以下に保たれるのに十分な量の空気を、無電極放電ラ
ンプ181に向けて吹き出す構成とすることも可能であ
る。
は、図18に示すように側空洞共振器群182の各突出
部にノズル183を設けて、バルブ表面温度が1000
℃以下に保たれるのに十分な量の空気を、無電極放電ラ
ンプ181に向けて吹き出す構成とすることも可能であ
る。
【0097】以上のように、本実施の形態によるエネル
ギー供給手段と冷却手段を用いた高周波無電極放電ラン
プ装置は、一般的な高周波無電極放電で用いられている
空洞共振器よりも、小型の無電極放電ランプに高周波エ
ネルギーを効率的に結合することができ、かつ第1から
第6の実施の形態よりもさらに大きな高周波エネルギー
密度での駆動が可能となる。
ギー供給手段と冷却手段を用いた高周波無電極放電ラン
プ装置は、一般的な高周波無電極放電で用いられている
空洞共振器よりも、小型の無電極放電ランプに高周波エ
ネルギーを効率的に結合することができ、かつ第1から
第6の実施の形態よりもさらに大きな高周波エネルギー
密度での駆動が可能となる。
【0098】尚、以上述べた実施の形態においては、無
電極放電ランプを石英ガラスで構成した例で説明した
が、これに限らず例えば、その他のアルミナなどの透光
性セラミックを用いることにより、さらに高入力の高周
波エネルギーでの実施が可能となる。
電極放電ランプを石英ガラスで構成した例で説明した
が、これに限らず例えば、その他のアルミナなどの透光
性セラミックを用いることにより、さらに高入力の高周
波エネルギーでの実施が可能となる。
【0099】また、上述した第2から第7の実施の形態
においては、本発明の側空洞共振器群を用いた高周波エ
ネルギー供給手段を、高周波無電極放電ランプ装置へ応
用する形態でのみ示したが、本発明の高周波エネルギー
供給手段の応用分野はこれだけにのみ限られるものでは
ない。例えば、プラズマCVDやプラズマトーチ、ある
いは気体レーザーなどの高周波放電を利用する装置にお
いて、比較的小寸法のプラズマを形成するために、集中
した共振高周波電磁場による放電エネルギーの供給が必
要な場合に、本発明の高周波エネルギー供給手段は有用
である。更にまた、上記高周波エネルギーにより、上記
高周波エネルギー供給手段の中央部に配置された対象物
を加熱、発光、溶融、又は蒸発させることも可能であ
る。
においては、本発明の側空洞共振器群を用いた高周波エ
ネルギー供給手段を、高周波無電極放電ランプ装置へ応
用する形態でのみ示したが、本発明の高周波エネルギー
供給手段の応用分野はこれだけにのみ限られるものでは
ない。例えば、プラズマCVDやプラズマトーチ、ある
いは気体レーザーなどの高周波放電を利用する装置にお
いて、比較的小寸法のプラズマを形成するために、集中
した共振高周波電磁場による放電エネルギーの供給が必
要な場合に、本発明の高周波エネルギー供給手段は有用
である。更にまた、上記高周波エネルギーにより、上記
高周波エネルギー供給手段の中央部に配置された対象物
を加熱、発光、溶融、又は蒸発させることも可能であ
る。
【0100】以上のように本発明は、空洞共振器に比べ
て小空間に集中した高周波放電が可能となる優れた高周
波エネルギー供給手段を実現できるものである。かつま
た、前記の高周波エネルギー供給手段を用いることによ
り、小型の無電極放電ランプに高周波エネルギーを効率
的に結合することが可能となり、光源の点状化によって
光学設計がより理想化される優れた高周波無電極放電ラ
ンプ装置を実現できるものである。
て小空間に集中した高周波放電が可能となる優れた高周
波エネルギー供給手段を実現できるものである。かつま
た、前記の高周波エネルギー供給手段を用いることによ
り、小型の無電極放電ランプに高周波エネルギーを効率
的に結合することが可能となり、光源の点状化によって
光学設計がより理想化される優れた高周波無電極放電ラ
ンプ装置を実現できるものである。
【0101】
【発明の効果】以上述べたところから明らかなように本
発明は、従来に比べてより一層小さな空間に高周波共振
電磁場を集中して供給できるという長所を有する。
発明は、従来に比べてより一層小さな空間に高周波共振
電磁場を集中して供給できるという長所を有する。
【0102】また、本発明は、光源をより一層小さくで
きるという長所を有する。
きるという長所を有する。
【図1】(a)〜(c):本発明の第1の実施の形態に
関わる4枚ベイン型側空洞共振器群の共振高周波電磁場
の図
関わる4枚ベイン型側空洞共振器群の共振高周波電磁場
の図
【図2】本発明の第1の実施の形態に関わる8枚ベイン
型側空洞共振器群の図
型側空洞共振器群の図
【図3】本発明の第1の実施の形態に関わる8孔ホール
・スロット型側空洞共振器群の図
・スロット型側空洞共振器群の図
【図4】本発明の第1の実施の形態に関わるπモード動
作の8孔ホール・スロット型側空洞共振器群の共振高周
波電磁場の図
作の8孔ホール・スロット型側空洞共振器群の共振高周
波電磁場の図
【図5】本発明の第1の実施の形態に関わるπ/4モー
ド動作の8孔ホール・スロット型側空洞共振器群の共振
高周波電磁場の図
ド動作の8孔ホール・スロット型側空洞共振器群の共振
高周波電磁場の図
【図6】本発明の第1の実施の形態に関わる側空洞共振
器の等価回路図
器の等価回路図
【図7】本発明の第1の実施の形態に関わる側空洞共振
器群の等価回路図
器群の等価回路図
【図8】本発明の第1の実施の形態に関わる8ベーン型
側空洞共振器群の共振周波数計算解析図
側空洞共振器群の共振周波数計算解析図
【図9】本発明の第1の実施の形態に関わる8ベーン型
側空洞共振器群による無電極放電ランプの放射スペクト
ル図
側空洞共振器群による無電極放電ランプの放射スペクト
ル図
【図10】本発明の第2の実施の形態に関わる高周波無
電極放電ランプ装置の略断面図
電極放電ランプ装置の略断面図
【図11】本発明の第2の実施の形態に関わる電場結合
型側空洞共振器群の共振高周波励起手段の図
型側空洞共振器群の共振高周波励起手段の図
【図12】本発明の第2の実施の形態に関わる磁場結合
型側空洞共振器群の共振高周波励起手段の図
型側空洞共振器群の共振高周波励起手段の図
【図13】本発明の第3の実施の形態に関わる高周波無
電極放電ランプ装置の略断面図
電極放電ランプ装置の略断面図
【図14】本発明の第4の実施の形態に関わる高周波無
電極放電ランプ装置の略断面図
電極放電ランプ装置の略断面図
【図15】本発明の第5の実施の形態に関わる高周波無
電極放電ランプ装置の略断面図
電極放電ランプ装置の略断面図
【図16】本発明の第6の実施の形態に関わる高周波無
電極放電ランプ装置の略断面図
電極放電ランプ装置の略断面図
【図17】本発明の第7の実施の形態に関わる誘電体ノ
ズルを用いたバルブ冷却手段の図
ズルを用いたバルブ冷却手段の図
【図18】本発明の第7の実施の形態に関わる側空洞共
振器群内側突出部穿設ノズルを用いたバルブ冷却手段の
図
振器群内側突出部穿設ノズルを用いたバルブ冷却手段の
図
10:ベイン型側空洞共振器群 12a〜12d:ベイン 32:ホール・スロット型側空洞共振器群 11、21、31、41、51、101、111、12
1、131、141、151、161、171、18
1: 無電極放電ランプ 12、22、32、42、52、102、112、12
2、132、142、152、162、172、18
2: 側空洞共振器群 173、183: バルブ冷却手段ノズル
1、131、141、151、161、171、18
1: 無電極放電ランプ 12、22、32、42、52、102、112、12
2、132、142、152、162、172、18
2: 側空洞共振器群 173、183: バルブ冷却手段ノズル
Claims (21)
- 【請求項1】 磁場の変化に伴い誘導電流を生じる、導
電性材料からなる実質上環状の電磁誘導性機能部と、前
記誘導電流の経路の少なくとも一部に設けられた空隙を
有する電気容量性機能部とを備えた側空洞共振器が複数
個、実質上環形状に配置された側空洞共振器群であっ
て、 前記電気容量性機能部は前記側空洞共振器で囲まれる前
記環形状の中央部側にあり、 前記側空洞共振器群の外部からエネルギーが与えられた
際、前記環形状の中央部に発生する共振高周波電磁場に
より、前記中央部に配置された対象物に対して高周波エ
ネルギーを供給することを特徴とする高周波エネルギー
供給手段。 - 【請求項2】 導電性材料からなる円筒と、導電性材料
からなる複数のベインを有するベイン型側空洞共振器で
あって、 前記ベイン型側空洞共振器の外部からエネルギーが与え
られた際、前記ベイン型側空洞共振器の内側に発生する
共振高周波電磁場により、前記内側に配置された対象物
に対して高周波エネルギーを供給することを特徴とする
高周波エネルギー供給手段。 - 【請求項3】 前記ベインの数は偶数であることを特徴
とする請求項2記載の高周波エネルギー供給手段。 - 【請求項4】 前記ベイン型側空洞共振器は、前記ベイ
ンに対応した側空洞共振器を複数有しており、隣接する
前記側空洞共振器間の位相差はπであることを特徴とす
る請求項3記載の高周波エネルギー供給手段。 - 【請求項5】 前記ベイン型側空洞共振器は、Nを2以
上の整数として、前記ベインに対応した側空洞共振器を
N個有しており、隣接する前記側空洞共振器間の位相差
は2π/Nであることを特徴とする請求項2または請求
項3記載の高周波エネルギー供給手段。 - 【請求項6】 ホールとスロットとを複数個有する導電
性材料からなるホール・スロット型側空洞共振器であっ
て、 前記ホール・スロット型側空洞共振器の外部からエネル
ギーが与えられた際、前記ホール・スロット型側空洞共
振器の内側に発生する共振高周波電磁場により、前記内
側に配置された対象物に対して高周波エネルギーを供給
することを特徴とする高周波エネルギー供給手段。 - 【請求項7】 前記ホール・スロット型側空洞共振器
は、前記ホールとスロットに対応した側空洞共振器を複
数有しており、その数は偶数であることを特徴とする請
求項6記載の高周波エネルギー供給手段。 - 【請求項8】 隣接する前記側空洞共振器間の位相差は
πであることを特徴とする請求項7記載の高周波エネル
ギー供給手段。 - 【請求項9】 前記ホール・スロット型側空洞共振器
は、Nを2以上の整数として、前記ホールとスロットに
対応した側空洞共振器をN個有しており、隣接する前記
側空洞共振器間の位相差は2π/Nであることを特徴と
する請求項6または請求項7記載の高周波エネルギー供
給手段。 - 【請求項10】 前記高周波エネルギーが、前記対象物
を放電、加熱、発光、溶融、又は蒸発させることを特徴
とする請求項1〜9の何れか一つに記載の高周波エネル
ギー供給手段。 - 【請求項11】 請求項1〜9の何れか一つに記載の高
周波エネルギー供給手段と、 前記高周波エネルギー供給手段の中央部に配置された無
電極放電ランプと、 前記高周波エネルギー供給手段を囲み、少なくとも一部
が光透過性である高周波漏洩防止手段と、 前記高周波エネルギー供給手段が有する前記複数の側空
洞共振器に共振高周波電磁場を励起するための共振高周
波励起手段と、 高周波を発振する高周波発振手段と、 前記高周波発振手段より発振された高周波を前記共振高
周波励起手段に伝播する高周波伝播手段とを備え、 前記複数の側空洞共振器で囲まれる環形状の中央部に発
生する前記共振高周波電磁場により、前記無電極放電ラ
ンプの放電に必要な高周波エネルギーを供給することを
特徴とする高周波無電極放電ランプ装置。 - 【請求項12】 請求項1〜9の何れか一つに記載の高
周波エネルギー供給手段と、 前記高周波エネルギー供給手段の中央部に配置された無
電極放電ランプと、 前記無電極放電ランプから出た光を反射する光反射手段
と、 前記高周波エネルギー供給手段を囲み、少なくとも一部
が光透過性である高周波漏洩防止手段と、 前記高周波エネルギー供給手段が有する前記複数の側空
洞共振器に共振高周波電磁場を励起するための共振高周
波励起手段と、 高周波を発振する高周波発振手段と、 前記高周波発振手段より発振された高周波を前記共振高
周波励起手段に伝播する高周波伝播手段とを備え、 前記光反射手段は、(1)前記高周波漏洩防止手段を通
過した前記光を外部へ反射する、前記高周波漏洩防止手
段の外部に設けられた第一光反射手段と、(2)前記高
周波漏洩防止手段の内部から外部へ前記光を反射する、
前記高周波漏洩防止手段の内部に設けられた、非導電性
材料で構成された第二光反射手段とを有しており、 前記複数の側空洞共振器で囲まれる環形状の中央部に発
生する前記共振高周波電磁場により、前記無電極放電ラ
ンプの放電に必要な高周波エネルギーを供給することを
特徴とする高周波無電極放電ランプ装置。 - 【請求項13】 請求項1〜9の何れか一つに記載の高
周波エネルギー供給手段と、 前記高周波エネルギー供給手段の中央部に配置された無
電極放電ランプと、 前記無電極放電ランプから出た光を反射する光反射手段
と、 前記高周波エネルギー供給手段を囲み、一部が光透過性
である高周波漏洩防止手段と、 前記高周波エネルギー供給手段が有する前記複数の側空
洞共振器に共振高周波電磁場を励起するための共振高周
波励起手段と、 高周波を発振する高周波発振手段と、 前記高周波発振手段より発振された高周波を前記共振高
周波励起手段に伝播する高周波伝播手段とを備え、 前記高周波漏洩防止手段の内壁面の一部は光反射面であ
り、且つ、前記内壁面の前記一部は、前記高周波漏洩防
止手段の内部から外部へ前記光を反射する前記光反射手
段であり、 前記複数の側空洞共振器で囲まれる環形状の中央部に発
生する前記共振高周波電磁場により、前記無電極放電ラ
ンプの放電に必要な高周波エネルギーを供給することを
特徴とする高周波無電極放電ランプ装置。 - 【請求項14】 請求項1〜9の何れか一つに記載の高
周波エネルギー供給手段と、 前記高周波エネルギー供給手段の中央部に配置された無
電極放電ランプと、 前記無電極放電ランプから出た光を反射する光反射手段
と、 前記高周波エネルギー供給手段を囲み、少なくとも一部
が光透過性である高周波漏洩防止手段と、 前記高周波エネルギー供給手段が有する前記複数の側空
洞共振器に共振高周波電磁場を励起するための共振高周
波励起手段と、 高周波を発振する高周波発振手段と、 前記高周波発振手段より発振された高周波を前記共振高
周波励起手段に伝播する高周波伝播手段とを備え、 前記光反射手段は、前記高周波漏洩防止手段の外部に設
けられており、かつ前記高周波漏洩防止手段を通過した
前記光を外部へ反射するものであり、 前記複数の側空洞共振器で囲まれる環形状の中央部に発
生する前記共振高周波電磁場により、前記無電極放電ラ
ンプの放電に必要な高周波エネルギーを供給することを
特徴とする高周波無電極放電ランプ装置。 - 【請求項15】 請求項1〜9の何れか一つに記載の高
周波エネルギー供給手段と、 前記高周波エネルギー供給手段の中央部に配置された無
電極放電ランプと、 前記無電極放電ランプから出た光を反射する光反射手段
と、 前記高周波エネルギー供給手段を囲み、少なくとも一部
が光透過性である高周波漏洩防止手段と、 前記高周波エネルギー供給手段が有する前記複数の側空
洞共振器に共振高周波電磁場を励起するための共振高周
波励起手段と、 高周波を発振する高周波発振手段と、 前記高周波発振手段より発振された高周波を前記共振高
周波励起手段に伝播する高周波伝播手段とを備え、 前記光反射手段は、前記高周波漏洩防止手段の内部に設
けられており、前記高周波漏洩防止手段の外部へ前記光
を反射するものであり、且つ、非導電性材料で構成され
ており、 前記複数の側空洞共振器で囲まれる環形状の中央部に発
生する前記共振高周波電磁場により、前記無電極放電ラ
ンプの放電に必要な高周波エネルギーを供給することを
特徴とする高周波無電極放電ランプ装置。 - 【請求項16】 前記無電極放電ランプのバルブを冷却
するバルブ冷却手段を有することを特徴とする請求項1
1〜15の何れか一つに記載の高周波無電極放電ランプ
装置。 - 【請求項17】 前記バルブ冷却手段は、前記無電極放
電ランプのバルブに指向される冷却用の空気またはガス
を供給することを特徴とする請求項16に記載の高周波
無電極放電ランプ装置。 - 【請求項18】 前記バルブ冷却手段は、前記バルブ近
傍に設けられた非導電性材料で構成されたノズルによ
り、前記冷却用の空気またはガスを供給することを特徴
とする請求項17記載の高周波無電極放電ランプ装置。 - 【請求項19】 前記バルブ冷却手段は、前記側空洞共
振器の突出部に穿設されたノズルにより、前記冷却用の
空気またはガスを供給することを特徴とする請求項17
記載の高周波無電極放電ランプ装置。 - 【請求項20】 前記共振高周波励起手段は、電場結合
型又は磁場結合型であることを特徴とする請求項11〜
19の何れか一つに記載の高周波無電極放電ランプ装
置。 - 【請求項21】 前記バルブの形は、実質上球形である
ことを特徴とする請求項11〜19の何れか一つに記載
の高周波無電極放電ランプ装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29850297A JP3209952B2 (ja) | 1996-11-01 | 1997-10-30 | 高周波無電極放電ランプ装置 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29142096 | 1996-11-01 | ||
JP8-291420 | 1996-11-01 | ||
JP29850297A JP3209952B2 (ja) | 1996-11-01 | 1997-10-30 | 高周波無電極放電ランプ装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10189270A true JPH10189270A (ja) | 1998-07-21 |
JP3209952B2 JP3209952B2 (ja) | 2001-09-17 |
Family
ID=26558539
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP29850297A Expired - Fee Related JP3209952B2 (ja) | 1996-11-01 | 1997-10-30 | 高周波無電極放電ランプ装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3209952B2 (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0920240A2 (en) * | 1997-11-28 | 1999-06-02 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | A high-frequency energy supply means, and a high-frequency eletrodeless discharge lamp device |
US6274984B1 (en) | 1997-10-30 | 2001-08-14 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | High-frequency energy supply means, and a high-frequency electrodeless discharge lamp device using side resonator coupling |
US6737810B2 (en) | 2000-10-30 | 2004-05-18 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Electrodeless discharge lamp apparatus with adjustable exciting electrodes |
KR100531908B1 (ko) * | 2003-09-03 | 2005-11-29 | 엘지전자 주식회사 | 무전극 조명기기의 마이크로파 집속장치 |
US7276860B2 (en) | 2003-12-13 | 2007-10-02 | Lg Electronics Inc. | Electrodeless lighting system |
-
1997
- 1997-10-30 JP JP29850297A patent/JP3209952B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6274984B1 (en) | 1997-10-30 | 2001-08-14 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | High-frequency energy supply means, and a high-frequency electrodeless discharge lamp device using side resonator coupling |
EP0920240A2 (en) * | 1997-11-28 | 1999-06-02 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | A high-frequency energy supply means, and a high-frequency eletrodeless discharge lamp device |
EP0920240A3 (en) * | 1997-11-28 | 2000-01-05 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | A high-frequency energy supply means, and a high-frequency eletrodeless discharge lamp device |
US6737810B2 (en) | 2000-10-30 | 2004-05-18 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Electrodeless discharge lamp apparatus with adjustable exciting electrodes |
KR100531908B1 (ko) * | 2003-09-03 | 2005-11-29 | 엘지전자 주식회사 | 무전극 조명기기의 마이크로파 집속장치 |
US7276860B2 (en) | 2003-12-13 | 2007-10-02 | Lg Electronics Inc. | Electrodeless lighting system |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3209952B2 (ja) | 2001-09-17 |
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---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |