JPS62274547A - デカツプリングされたモ−ドを使用するマイクロ波パワ−式無電極光源 - Google Patents

デカツプリングされたモ−ドを使用するマイクロ波パワ−式無電極光源

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JPS62274547A
JPS62274547A JP61192978A JP19297886A JPS62274547A JP S62274547 A JPS62274547 A JP S62274547A JP 61192978 A JP61192978 A JP 61192978A JP 19297886 A JP19297886 A JP 19297886A JP S62274547 A JPS62274547 A JP S62274547A
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JP
Japan
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cavity
coupling
light source
microwave
electrodeless light
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Application number
JP61192978A
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マイケル・ジー・ユーリー
ドナルド・リンチ
モハマド・カマレイ
チヤールズ・エイチ・ウツド
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Fusion Systems Corp
Original Assignee
Fusion Systems Corp
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Publication date
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J65/00—Lamps without any electrode inside the vessel; Lamps with at least one main electrode outside the vessel
    • H01J65/04—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels
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    • H01J65/042—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels by an external electromagnetic field
    • H01J65/044—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels by an external electromagnetic field the field being produced by a separate microwave unit
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/207—Hollow waveguide filters
    • H01P1/208—Cascaded cavities; Cascaded resonators inside a hollow waveguide structure
    • H01P1/2082—Cascaded cavities; Cascaded resonators inside a hollow waveguide structure with multimode resonators

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Discharge Lamps And Accessories Thereof (AREA)
  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 本発明は改良されたマイクロ波パワー大本本無電極光源
（、ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　ｐｏｗｅｒｅｄ　ｅｌｅｃｔ
ｒｏｄｅｌｅｓｓｌｉｇｈｔ　５ｏｕｒｃｅｓ）に関す
る。
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。
一般に無電極光源はプラズマ形成性媒体を含むエンベロ
ープ又はパルプが配Ｗ１されているマイクロ波キャビテ
ィ又はチャンバを含む。励起されると放射するパルプ中
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。この放
射はマイクロ波エネルギーを通さないがパルプから放出
された放射は通すキャビティの部分を通ってキャビティ
から出る。
成る用途については、大量のマイクロ波パワーをパルプ
にカップリングさせることが望ましい。
例えば成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Ｉトさなノ
ずルプにカップリングさせてパルプ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ろ、更に、あるパワーレベルでは
磁′Ｋｉ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。
マイクロ波キャビティのパルプ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。パルプが始動するのを確実にするため（こ
システムのターンオンの時にパルプ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。
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ソースを使用すること及び　
それにより発生したエネルギーを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
ることが本発明により提唱される。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
出来上してパルプは首尾よく始動する。
本発明に従えば、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（ｄｅｃｏｕｐｌ
ｅｄ）それにより磁電管からパルプ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）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
渉しパルプへのパワーのカップリングの減少、磁電管の
離調（ｄｅ　ｔｕｎｉｎｇ）及び困難なパルプ始動をも
たらす。
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６ 故に本発明の目的は効果的な方法でパルプに高いマイク
ロ波レベルをカップリングさせるマイクロ波パワー式無
電極光源を提供することである。
本発明の他の目的は費用効果的な（ｃｏｓｔ−ｅｆｆｅ
ｃｔｉｖｅ）方法でパルプに高いパワーレベルをカップ
リングさせるこのような光源を提供することである。
本発明の他の目的は効果的な始動が得られるような方法
でパルプにマイクロ波パフ−をカップリングさせること
である。
本発明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。
本発明を添付図面を参照して更に説明する。
第１図を参照すると、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。
パルプ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パルプ８
によって放出される紫外縁又は可視放射が出て行（のを
許容するのに有効である。
パルプ８は心棒１０によって取り付けられでおり、心棒
１０は米国特許第４，４８５．３３２号に開示された如
く冷却流体流をパルプに向けながら回転せしめられて効
果的な冷却を行う。
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（Ｉａｕｎｃｈｅ
ｒｓ）１６お上１１８並びに導波路２０及ゾ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。
第２図を参照すると、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。＠２図は、成る態様のキャビティ
４はセグメントの各が米国特許出願第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１．。
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イー
波は直交偏波している（　ｃｒｏｓｓ−ｐ。
ｌａｒｉｚｗｄ）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。
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パルプ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パルプ始動を提供する
。
ｆ５３図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。パルプ４６
はキャビティ内に位置付けられモしてモータ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５
２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。
第４図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ｖ＊Ｔ６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
とを除いて第３図に示されたのと同様な他の態様を例示
する。
［３囲周Ｖ第４図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。
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。
ｒｊ＆５図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Ｉ）ｌこ相互に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７６及び７８により供給される
。
キャビティはＴＥＩＩＮ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。
これは第６図に示されている。第６図はシリンダ状ＴＥ
、、、モードにおける２つの電界を示す図である。フィ
ールド８４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８６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。
、ＴＥ、、、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ＴＭｏＩ＋モードにありそして周方向（ｃｉｒａｕ
ｍｆｅｒｅｎｔｉａｌ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）において
シリンダ状のＴＥｏｚモードにあるということに留意さ
れたい。
第５図の態様において、パルプはスロットから紬縄方向
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パルプ出
力の一様さを促進することができる。
第７図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六ロッ）　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ＴＥＩＩＮモードにある
。ｍ５図の態様と異なり、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、
成る用途に関しては第７図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　（
ｔｒａｄｅ−ｏｆｆ）が最善の結果をもたらすことが見
出された。
酢ＯＦＦＲｎ　ＩＩ　ＩｖｖＯＦ７１　Ｌ　専關−Ｊ−
１Ｌ　　Ｍ３　ｋ＊　＋ｌｈ　Ｊ＋＃　−ｈ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。
故に、キャビティ１００はパルプ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１
１０が配置されている部分１０６とから成る。これらの
スロットは丸いに９０°変位しでいるのでＴＥｌｌＮモ
ードにおいて直交電界が形成される。
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フケー
ノにすると共にランプを使用する成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。
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１こよってパルプへのフィールド
の強いカップリングが達成されることが、行なわれた実
験により示された。
第７図及び第８図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、取り替えるためにパルプ１０４は
キャビティの底部を通して容易に出し入れできる。
折れ曲がったキャビティは単一カッブリングスロットが
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
。
第１図及びｔＪＳ２図に従う実施される態様は光安定化
ｖｃ置（ｐｈｏｔｏｓｔａｂｉｌｉｚａＬｉｏｎ　ａｐ
ｐａｒａｔｕｓ）の紫外＃ａ源として使用されている。
実際の態様においては第２図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？！管は約１．５に
−で２４５０Ｍｂｚのマイクロ波エネルギーを発生する
ヒタチ２Ｍ１３１（旧ｔａｃｈｉ　２８１３１）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。史にカッ
ツブりングスロット寸法は２．５インチ×、３インチで
ある。
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（第５図）、キャビテ
ィの直径は２．９０インチであり、ｉｊ！−１０，１０
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。
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発明の範囲は特許請求の
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】
第１図は本発明の１つの態様の断面図である。 第２図は！＠１図の態様のそれぞれのカップリンティを
使用する本発明の態様の例示である。 第６図は第５図の態様の電界の図である。 第８図及び第９図は折れ曲がったシリンダ状キャビティ
を使用する態様の例示である。 図において、２・・・マイクロ波パワー式無電極光源、
４・・・反射器、６・・・網、８・・・パルプ、１２．
１４・・・磁′？１１ｇ、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・・・パルプ
、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豐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である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、放射を行なうためのマイクロ波パワー式無電極光源
    であって、 マイクロ波エネルギーを実質的に通さないが放出される
    放射を実質的に通す部分を少なくとも有しているマイク
    ロ波キャビティと、 該キャビティ内に配置されたプラズマ形成性媒体が入つ
    ているエンベロープと、 マイクロ波エネルギーを発生させるための第１及び第２
    手段と、 前記第１及び第２発生手段からのマイクロ波エネルギー
    を、それぞれ前記第１及び第２マイクロ波エネルギー発
    生手段により発生せしめられたモード間で該キャビティ
    において実質的にカップリングが起こらないような方法
    で、該キャビティにカップリングさせる手段とを具備す
    ることを特徴とする無電極光源。 ２、該第１及び第２発生手段からのマイクロ波エネルギ
    ーを該キャビティにカップリングさせるための手段はそ
    れぞれの該発生手段により発生した電界が該キャビティ
    において相互に直交するように配列されている特許請求
    の範囲第１項記載の無電極光源。 ３、該マイクロ波エネルギーを該キャビティにカップリ
    ングさせるための手段は相互に実質的に直交して配置さ
    れている該キャビティにおける第１及び第２カップリン
    グスロットを含む特許請求の範囲第２項記載の無電極光
    源。 ４、該マイクロ波キャビティはシリンダ状キャビティを
    具備しそしてキャビティにおける該直交する電界はＴＥ
    ＿１＿１＿Ｎモードで存在する特許請求の範囲第２項記
    載の無電極光源。 ５、該カップリングさせるための手段は該シリンダ状キ
    ャビティの壁における第１及び第２の平行なカップリン
    グスロットを含み、該第１及び第２カップリングスロッ
    トは該シリンダ状壁の回りに互いに約９０°変位してお
    りそして該キャビティの軸線方向に平行に向けられてい
    る特許請求の範囲第４項記載の無電極光源。 ６、該カップリングスロットは該エンベロープがスロッ
    トの延長上に見られないように該エンベロープの位置か
    ら軸線方向に変位している該キャビティ壁の位置に位置
    付けられている特許請求の範囲第５項記載の無電極光源
    。 ７、該シリンダ状キャビティは互いに関して折れ曲がっ
    たエンベロープハウジング部分及びフィード部分を具備
    し、そして該カップリングさせるための手段は該キャビ
    ティのフィード部分に配置されている第１及び第２の平
    行なカップリングスロットを含む特許請求の範囲第４項
    記載の無電極光源。 ８、放射を行なうためのマイクロ波パワー式無電極光源
    であって、 マイクロ波エネルギーを実質的に通さないが放出される
    放射を実質的に通す部分を少なくとも有しているシリン
    ダ状マイクロ波キャビティと、該キャビティ内のプラズ
    マ形成性媒体が入つているエンベロープを具備し、 該キャビティは３つの平行なカップリングスロットが配
    置されているシリンダ状キャビティ壁を有しており、該
    スロットの方向は該キャビティの軸線方向に平行であり
    、そして該スロットは該キャビティ壁の回りに相互に約
    １２０°で配置されており、 前記無電極光源はマイクロ波エネルギーを発生させるた
    めの３つの手段と、 該３つの発生手段の各からの該発生したマイクロ波エネ
    ルギーをそれぞれのカップリングスロットにカップリン
    グさせるための手段とを更に具備することを特徴とする
    無電極光源。
JP61192978A 1986-05-21 1986-08-20 デカツプリングされたモ−ドを使用するマイクロ波パワ−式無電極光源 Pending JPS62274547A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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US06/865,488 US4749915A (en) 1982-05-24 1986-05-21 Microwave powered electrodeless light source utilizing de-coupled modes
US865488 1997-05-29

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JP1994010683U Expired - Lifetime JP2550479Y2 (ja) 1986-05-21 1994-08-29 マイクロ波駆動型無電極光源装置
JP1994010678U Expired - Lifetime JP2586180Y2 (ja) 1986-05-21 1994-08-29 マイクロ波駆動型無電極光源装置

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