JP2000011963A

JP2000011963A - マイクロ波放電ランプ装置

Info

Publication number: JP2000011963A
Application number: JP17688098A
Authority: JP
Inventors: Katsushi Seki; 勝志関; Koichi Katase; 幸一片瀬
Original assignee: Matsushita Electronics Corp
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-06-24
Filing date: 1998-06-24
Publication date: 2000-01-14

Abstract

(57)【要約】【課題】製造コストを削減するとともに、光の利用効
率を改善したマイクロ波放電ランプ装置を提供する。【解決手段】導波管２の一端部にはマイクロ波発生器
１が、他端部にはスロットアンテナ等のマイクロ波結合
器３がそれぞれ設けられ、このマイクロ波結合器３を介
して導波管２に結合された空洞共振器４が設けられ、空
洞共振器４内にはランプ５が設置されている。空洞共振
器４は例えば円筒形状であり、マイクロ波結合器３と対
峙する第１の端面４ａおよび側面４ｂは金属メッシュ部
材で、マイクロ波結合器３が設けられた第２の端面４ｄ
は、光を反射させる平板状部材でそれぞれ構成されてお
り、ランプ５と第２の端面４ｄとの間に凸レンズ１０が
配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波電磁界
により放電発光するマイクロ波放電ランプ装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来のマイクロ波放電ランプ装置は、特
開平７−４５１０４号公報等に開示されており、これを
図６に示す。

【０００３】図６に示すように、従来のマイクロ波放電
ランプ装置は、マイクロ波発生器１から発生したマイク
ロ波を伝導する導波管２と、導波管２に設けられたマイ
クロ波結合器３と、マイクロ波結合器３を介して導波管
２に接続された空洞共振器４と、空洞共振器４内に配置
され、かつ内部に発光物質と始動用ガスとが封入された
ランプ５と、ランプ５からの光を外部に取り出すための
外部リフレクタ６および内部リフレクタ７とを備えてい
る。また、ランプ５を冷却するため、ランプ５の近傍に
は空気流を噴射するためのノズル８およびランプ５を回
転させるためのモータ９が設けられている。

【０００４】導波管２は、例えば矩形状の断面を有する
箱体により構成されている。この導波管２の一端部側に
はマイクロ波発生器１が接続され、他端部側にはスロッ
トアンテナ等のマイクロ波結合器３が設けられており、
このマイクロ波結合器３によって導波管２と空洞共振器
４とが結合されている。空洞共振器４は例えば円筒形状
であり、マイクロ波結合器３と対峙する空洞共振器４の
第１の端面４ａおよび側面４ｂは導電性物質からなるメ
ッシュ板により構成されている。空洞共振器４の第２の
端面４ｃは導波管２の表面のうちマイクロ波結合器３を
取り囲む部分で構成されている。外部リフレクタ６は、
その中心軸が空洞共振器４の中心軸とほぼ一致し、空洞
共振器４を取り囲むように設置されている。内部リフレ
クタ７は、空洞共振器４内のマイクロ波電磁界への影響
の少ない非導電性の物質で構成されており、空洞共振器
４内に設置されている。この外部リフレクタ６および内
部リフレクタ７はランプ５で発生した光を有効に外部に
取り出せるような形状、例えば回転楕円面や回転放物面
の形状を有している。

【０００５】このような従来のマイクロ波放電ランプ装
置の動作について次に説明する。マイクロ波発生器１か
ら発生したマイクロ波が、導波管２およびマイクロ波結
合器３を経て空洞共振器４に入射すると、空洞共振器４
の内部空間に所定のマイクロ波電磁界が形成される。こ
のマイクロ波電磁界により、ランプ５内の発光物質が励
起され発光する。発生した光は空洞共振器４の外壁のメ
ッシュ板を経て、外部リフレクタ６および内部リフレク
タ７によって外部に取り出される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来のマイクロ波放電
ランプ装置において、内部リフレクタ７には、非導電
性、低誘電損失、低誘電率および高反射率といった性能
が要求されるので、誘電体多層膜をコーティングした石
英ガラスなどが用いられている。光の利用率を向上する
ため、内部リフレクタ７を回転楕円面または回転放物面
などの曲面にする場合、石英ガラスを回転楕円面または
回転放物面など所定の曲面形状に加工し、その曲面上へ
誘電体多層膜をコーティングしなければならないため、
製造コストが高くなるという問題があった。また、曲面
形状のガラス上に誘電体多層膜を均一な厚みでコーティ
ングすることが困難であるという問題があった。

【０００７】また、空洞共振器４内に設置された非導電
性の内部リフレクタ７によって、空洞共振器４内のマイ
クロ波電磁界が変化する。特に、内部リフレクタ７の形
状が平面ではなく、従来のような回転楕円面または回転
放物面といった曲面形状の場合には、空洞共振器４内の
マイクロ波電磁界の変化が大きくなる。そのため、ラン
プ５内に封入された発光物質に与えられるマイクロ波エ
ネルギーが低下して、発光効率が低下するといった問題
があった。

【０００８】本発明は上記従来の問題を解決するために
なされたもので、製造コストを削減するとともに、光の
利用効率を改善したマイクロ波放電ランプ装置を提供す
ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のマイクロ波放電
ランプ装置は、空洞共振器と、前記空洞共振器にマイク
ロ波エネルギーを伝達するマイクロ波エネルギー結合器
と、前記空洞共振器の内部に設けられたランプおよび凸
レンズと、前記空洞共振器の外部に設けられた外部リフ
レクタとを具備し、前記空洞共振器が、前記ランプから
の光を透過させる透過部材と、前記ランプからの光を反
射させる反射部材とを有し、前記凸レンズが前記ランプ
と前記反射部材との間に位置する構成を有するものであ
る。

【００１０】この構成により、共振器内に非導電性の内
部リフレクタを使用することなくランプから発生した光
を有効に外部に取り出せるため、マイクロ波放電ランプ
装置の光利用効率を改善し、製造コストを削減すること
ができる。

【００１１】また、本発明の別のマイクロ波放電ランプ
装置は、壁面の一部が光を透過させる部材からなる空洞
共振器と、前記空洞共振器にマイクロ波エネルギーを伝
達するマイクロ波エネルギー結合器と、前記空洞共振器
の内部に設けられたランプ、凸レンズおよび非導電性物
質よりなる内部リフレクタと、前記空洞共振器の外部に
設けられた外部リフレクタとを具備し、前記凸レンズが
前記ランプと前記内部リフレクタとの間に位置する構成
を有するものである。

【００１２】この構成により、曲面形状の非導電性内部
リフレクタを使用することがないので、空洞共振器内部
に形成されるマイクロ波電磁界の変化が少なく、発光効
率を従来よりも向上させることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図面を参照して説明する。

【００１４】（実施の形態１）本発明の第１の実施形態
に係るマイクロ波放電ランプ装置を図１に示す。

【００１５】図１に示すように、本実施の形態のマイク
ロ波放電ランプ装置では、導波管２の一端部にマイクロ
波発生器１が、他端部にはスロットアンテナ等のマイク
ロ波結合器３がそれぞれ設けられ、このマイクロ波結合
器３を介して導波管２に結合された空洞共振器４が設け
られている。ここでスロットアンテナとは、導波管２に
設けられたスロット形状の孔であり、このスロットアン
テナ等のマイクロ波結合器３によって導波管２を伝播し
てきたマイクロ波エネルギーが空洞共振器４へ伝達され
る。

【００１６】空洞共振器４内には発光物質と始動用ガス
とが封入されたランプ５が設置されている。発光物質と
してはランプ５のバルブ材料である石英と反応しない物
質であればどんなものでも用いることができるが、例え
ば特開平９−１２０８００号公報に記載されているよう
に、インジウム（Ｉｎ）ハロゲン化物を用いることによ
り白色の連続発光を得ることができる。また、始動用ガ
スとしてはアルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）また
はキセノン（Ｘｅ）等を用いる。

【００１７】空洞共振器４は例えば円筒形状であり、ラ
ンプ５からの光を外部に取り出すために、マイクロ波結
合器３と対峙する第１の端面４ａおよび側面４ｂは、銅
などの金属をメッシュ状に形成した金属メッシュ部材で
構成されており、ランプ５で発生した光を透過する。マ
イクロ波結合器３が設けられた空洞共振器４の第２の端
面４ｄは、光を反射させる部材、たとえばアルミニウム
を鏡面研磨した板材等で構成されており、平板状になっ
ている。ここで、第２の端面４ｄである板材を設けるか
わりに、導波管２の端部表面を鏡面研磨し、鏡面研磨し
た領域上に第１の端面４ａおよび側面４ｂからなる金属
メッシュ部材を配設し、この金属メッシュ部材と鏡面研
磨した導波管２の表面とにより空洞共振器４を構成して
もよい。また、金属メッシュ部材のかわりに透光性導電
膜を設けてもよい。また、外部に放射する光をある範囲
に限定する場合には誘電体多層膜が形成されたガラスに
より端面４ｄを構成してもよい。

【００１８】外部リフレクタ６は、その対称軸が空洞共
振器４の中心軸とほぼ一致し、空洞共振器４の外側に設
置されている。外部リフレクタ６として、アルミニウム
を蒸着したガラス等が用いられ、外部に放射する光の波
長をある範囲に限定する場合には誘電体多層膜が形成さ
れたガラスが用いられる。外部リフレクタ６は、ランプ
５において発生した光を有効に外部に放射させるような
形状、例えば回転楕円面や回転放物面の形状を有してい
る。

【００１９】凸レンズ１０は、ランプ５と空洞共振器４
の第２の端面４ｄとの間に配置されており、空洞共振器
４内に形成されるマイクロ波電磁界への影響の少ない石
英ガラス等の非導電性物質より構成されている。また、
ランプ５を冷却するため、ランプ５の近傍には空気流を
噴射するノズル８およびランプ５を回転させるモータ９
が設けられている。

【００２０】次に本実施の形態に係るマイクロ波放電ラ
ンプ装置の動作について説明する。マイクロ波発生器１
で発生したマイクロ波が導波管２からマイクロ波結合器
３を経て空洞共振器４内に入射すると、空洞共振器４内
に所定のマイクロ波電磁界が形成される。このマイクロ
波電磁界により、ランプ５の内部に封入された始動用ガ
スが放電を開始する。この放電によりランプ５の管壁の
温度が上昇するとランプ５内の発光物質の蒸気圧が上昇
し、発光物質が放電発光を開始する。発生した光のう
ち、空洞共振器４の側面４ｂを透過して外部リフレクタ
６に到達した光は、外部リフレクタ６の形状に応じて外
部に放射される。ランプ５で発生した光のうち凸レンズ
１０に入射した光は、凸レンズ１０により屈折した後、
空洞共振器４の第２の端面４ｄで反射され、再び凸レン
ズ１０で屈折されて外部に放射される。放射される光の
方向は、ランプ５と凸レンズ１０と空洞共振器４の第２
の端面４ｄの配置等によって決まる。

【００２１】例えば、図２（ａ）に示すように、外部リ
フレクタ６をランプ５が焦点である回転放物面の形状と
し、空洞共振器４の第２の端面４ｄを平面形状とし、ラ
ンプ５の中心と凸レンズ１０との距離をＳ₁（ｍｍ）、
凸レンズ１０と空洞共振器４の第２の端面４ｄとの距離
をＳ₂（ｍｍ）、凸レンズ１０の焦点距離をｆ（ｍ
ｍ）、ランプ５の最大径をａ（ｍｍ）とするとき、これ
らの間に −ａ≦Ｓ₁−ｆ×（ｆ−２×Ｓ₂）／（２×ｆ−２×
Ｓ₂）≦ａの関係がある場合には、ランプ５から放射され外部リフ
レクタ６および凸レンズ１０に入射した光は、図２
（ｂ）に矢印で示すように、ほぼ平行光として外部に放
射されるので、光学系などに組み入れた場合、発生した
光を有効に利用することができる。なお、図２ではノズ
ル８等説明上必要ないものは図示を省略した。

【００２２】また、図３（ａ）に示すように空洞共振器
４の第２の端面４ｄを平面形状とし、外部リフレクタ６
をランプ５が一方の焦点である回転楕円面の形状とし、
この回転楕円面の焦点間距離をｒ、ランプ５の中心と凸
レンズ１０との距離をＳ₁（ｍｍ）、凸レンズ１０と空
洞共振器４の第２の端面４ｄとの距離をＳ₂（ｍｍ）、
凸レンズ１０の焦点距離をｆ（ｍｍ）、ランプ５の最大
径をａ（ｍｍ）とするとき、これらの間に −ａ≦ｆ×（２×Ｓ₁−２×ｆ×Ｓ₁−ｆ×Ｓ₂）／｛ｆ
×（ｆ−２×Ｓ₂）−２×Ｓ₁×（ｆ−Ｓ₂）｝−Ｓ₂−ｒ
≦ａの関係がある場合には、図３（ｂ）に矢印で示すよう
に、ランプ５から放射され外部リフレクタ６および凸レ
ンズ１０に入射した光をほぼ一点に集光できるため、光
学系に組み込む場合、発生した光を有効に利用すること
ができる。なお、図３ではノズル８等説明上必要ないも
のは図示を省略した。

【００２３】このように、本実施の形態のマイクロ波放
電ランプ装置では、発生した光を有効に利用するために
凸レンズ１０で光を２回屈折させている。そのため、従
来のマイクロ波放電ランプ装置に用いられている内部リ
フレクタに比べて凸レンズ１０の形状は平板に近いの
で、空洞共振器４内のマイクロ波電磁界の乱れが小さ
い。したがって従来のランプに比べて空洞共振器の設計
が容易になり、発光効率を高めることができる。

【００２４】（実施の形態２）第２の実施形態のマイク
ロ波放電ランプ装置を図４に示す。図４に示すように、
本実施の形態のマイクロ波放電ランプ装置では、空洞共
振器４の側面４ｂにマイクロ波結合器３を設けている。
ほかの構成部材については図１に示したものと同じであ
るので説明を省略する。

【００２５】このように構成することにより、空洞共振
器４の第２の端面４ｄにマイクロ波結合器３としてのス
ロット孔を設ける必要がないため、ランプ５から放射さ
れた光を反射する有効反射面積が大きくなるので、光の
利用効率が改善される。

【００２６】さらに、実施の形態１において図２および
図３を用いて説明したマイクロ波放電ランプ装置の各構
成部材の形状や配置を、本実施の形態のマイクロ波放電
ランプ装置に採用することにより、ランプ５で発生した
光を有効に利用することができる。

【００２７】（実施の形態３）第３の実施形態のマイク
ロ波放電ランプ装置を図５に示す。図５に示すように、
本実施の形態のマイクロ波放電ランプ装置では、図１に
示す実施の形態１のマイクロ波放電ランプ装置における
空洞共振器４の第２の端面４ｄのかわりに、空洞共振器
４内に非導電性物質よりなる平板状の内部リフレクタ１
１を設けたものである。内部リフレクタ１１に使われる
非導電性材質には低誘電損失、低誘電率、高反射率のも
のが適していて、例えば、誘電体多層膜をコーティング
した石英ガラスがあげられる。内部リフレクタ１１は平
板状であるので、従来のものに比べて空洞共振器４の内
部に形成されるマイクロ波電磁界の変化が小さくなると
ともに、誘電体多層膜を均一な厚みでコーティングする
ことが容易となる。ほかの構成部材については図１に示
したものと同じであるので説明を省略する。

【００２８】本実施の形態のマイクロ波放電ランプ装置
の動作は、ランプ５が発光するまでは、実施の形態１に
記載したマイクロ波放電ランプ装置と同じである。発生
した光のうち、空洞共振器４の側面４ｂを透過して外部
リフレクタ６に到達した光は、外部リフレクタ６の形状
に応じて外部に放射される。発生した光のうち、凸レン
ズ１０に入射した光は、凸レンズ１０により屈折された
後、内部リフレクタ１１で反射され、再び凸レンズ１０
で屈折され、凸レンズ１０の焦点距離、および、ランプ
５と凸レンズ１０と内部リフレクタ１１の配置に応じて
外部に放射される。

【００２９】さらに、実施の形態１において図２および
図３を用いて説明したマイクロ波放電ランプ装置の各構
成部材の形状や配置を、本実施の形態のマイクロ波放電
ランプ装置に採用することにより、ランプ５で発生した
光を有効に利用することができる。

【００３０】以上の実施の形態では、凸レンズとして両
凸レンズを使用した例について説明したが、平凸レンズ
や断面形状が三日月形のレンズ等、焦点距離が正である
レンズを用いることにより同様の効果を得ることができ
る。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のマイクロ
波放電ランプ装置によれば、空洞共振器の内部にはラン
プおよび凸レンズが、空洞共振器の外部には外部リフレ
クタがそれぞれ設けられ、空洞共振器がランプからの光
を透過させる透過部材と、ランプからの光を反射させる
反射部材とを有し、凸レンズがランプと反射部材との間
に位置することにより、製造コストを削減できるととも
に、ランプから発生した光の利用効率を向上することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態であるマイクロ波放電
ランプ装置の部分断面図

【図２】本発明の第１の実施形態であるマイクロ波放電
ランプ装置の光の放射経路を示す図

【図３】本発明の第１の実施形態である他のマイクロ波
放電ランプ装置の光の放射経路を示す図

【図４】本発明の第２の実施形態であるマイクロ波放電
ランプ装置の部分断面図

【図５】本発明の第３の実施形態であるマイクロ波放電
ランプ装置の部分断面図

【図６】従来のマイクロ波放電ランプ装置の部分断面図

【符号の説明】

１マイクロ波発生器２導波管３マイクロ波結合器４空洞共振器５ランプ６外部リフレクタ１０凸レンズ１１内部リフレクタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】空洞共振器と、前記空洞共振器にマイク
ロ波エネルギーを伝達するマイクロ波エネルギー結合器
と、前記空洞共振器の内部に設けられたランプおよび凸
レンズと、前記空洞共振器の外部に設けられた外部リフ
レクタとを具備し、前記空洞共振器が、前記ランプから
の光を透過させる透過部材と、前記ランプからの光を反
射させる反射部材とを有し、前記凸レンズが前記ランプ
と前記反射部材との間に位置することを特徴とするマイ
クロ波放電ランプ装置。
【請求項２】前記外部リフレクタの形状が前記ランプ
を焦点とする回転放物面であり、前記反射部材が平面で
あり、前記ランプの中心と前記凸レンズとの距離をＳ₁
（ｍｍ）、前記凸レンズと前記反射部材との距離をＳ₂
（ｍｍ）、前記凸レンズの焦点距離をｆ（ｍｍ）、前記
ランプの最大径をａ（ｍｍ）とするとき、 −ａ≦Ｓ₁−ｆ×（ｆ−２×Ｓ₂）／（２×ｆ−２×
Ｓ₂）≦ａの関係を満たすことを特徴とする請求項１記載のマイク
ロ波放電ランプ装置。
【請求項３】前記外部リフレクタの形状が、前記ラン
プを一方の焦点とし、焦点間距離がｒである回転楕円面
であり、前記反射部材が平面であり、前記ランプの中心
と前記凸レンズとの距離をＳ₁（ｍｍ）、前記凸レンズ
と前記反射部材との距離をＳ₂（ｍｍ）、前記凸レンズ
の焦点距離をｆ（ｍｍ）、前記ランプの最大径をａ（ｍ
ｍ）とするとき、 −ａ≦ｆ×（２×Ｓ₁−２×ｆ×Ｓ₁−ｆ×Ｓ₂）／｛ｆ
×（ｆ−２×Ｓ₂）−２×Ｓ₁×（ｆ−Ｓ₂）｝−Ｓ₂−ｒ
≦ａの関係を満たすことを特徴とする請求項１記載のマイク
ロ波放電ランプ装置。
【請求項４】壁面の一部が光を透過させる部材からな
る空洞共振器と、前記空洞共振器にマイクロ波エネルギ
ーを伝達するマイクロ波エネルギー結合器と、前記空洞
共振器の内部に設けられたランプ、凸レンズおよび非導
電性物質よりなる内部リフレクタと、前記空洞共振器の
外部に設けられた外部リフレクタとを具備し、前記凸レ
ンズが前記ランプと前記内部リフレクタとの間に位置す
ることを特徴とするマイクロ波放電ランプ装置。
【請求項５】前記外部リフレクタの形状が前記ランプ
を焦点とする回転放物面であり、前記内部リフレクタが
平面であり、前記ランプの中心と前記凸レンズとの距離
をＳ₁（ｍｍ）、前記凸レンズと前記内部リフレクタと
の距離をＳ₂（ｍｍ）、前記凸レンズの焦点距離をｆ
（ｍｍ）、前記ランプの最大径をａ（ｍｍ）とすると
き、 −ａ≦Ｓ₁−ｆ×（ｆ−２×Ｓ₂）／（２×ｆ−２×
Ｓ₂）≦ａの関係を満たすことを特徴とする請求項４記載のマイク
ロ波放電ランプ装置。
【請求項６】前記外部リフレクタの形状が、前記ラン
プを一方の焦点とし、焦点間距離がｒである回転楕円面
であり、前記内部リフレクタが平面であり、前記ランプ
の中心と前記凸レンズとの距離をＳ₁（ｍｍ）、前記凸
レンズと前記内部リフレクタとの距離をＳ₂（ｍｍ）、
前記凸レンズの焦点距離をｆ（ｍｍ）、前記ランプの最
大径をａ（ｍｍ）とするとき、 −ａ≦ｆ×（２×Ｓ₁−２×ｆ×Ｓ₁−ｆ×Ｓ₂）／｛ｆ
×（ｆ−２×Ｓ₂）−２×Ｓ₁×（ｆ−Ｓ₂）｝−Ｓ₂−ｒ
≦ａの関係を満たすことを特徴とする請求項４記載のマイク
ロ波放電ランプ装置。