JP2000348684A - マイクロ波放電ランプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 発生したマイクロ波電磁界を効率良くランプ
の発光エネルギーに変換させることのできるマイクロ波
放電ランプ装置を提供する。 【解決手段】 マイクロ波発生器１と、同軸共振器４１
と、同軸共振器４１内に位置するランプ５１と、一端が
マイクロ波発生器１に接続され、他端がマイクロ波結合
器３によって同軸共振器に接続された同軸伝送線２１ｄ
とを備え、ランプ５１の形状が、同軸共振器４１の内導
体４１ｄを取り囲むドーナツ形状である。

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、米
国特許３，９９３，９２７号等に開示されているような
構成となっており、これを図４に示す。図４において、
１はマイクロ波発生器を、２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同軸伝送線を、３は同軸
伝送線２に設けられたマイクロ波結合器を、４はマイク
ロ波結合器３を介して同軸伝送線２に接続された半同軸
共振器を、５は半同軸共振器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を、それ
ぞれ示す。また、必要に応じて、ランプ５において発光
した光を外部に取り出すためのリフレクタを備える場合
もある。

【０００３】同軸伝送線２は、例えば円形の断面を有す
る外導体２ｂ及び内導体２ｄによって構成されている。
かかる同軸伝送線２の一端部側にはマイクロ波発生器１
が接続され、他端部側にはマイクロ波結合器３が設けら
れている。このマイクロ波結合器３によって同軸伝送線
２と半同軸共振器４とが結合されている。

【０００４】半同軸共振器４は、例えば円筒形状を有し
ており、マイクロ波結合器３と対峙する半同軸共振器４
の第１の端面４ａ及び側面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。半同軸共振器４の第２
の端面４ｃは同軸伝送線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。また、その中心
部に同軸伝送線２と結合する形で内導体４２ｄが設けら
れており、かかる内導体４２ｄによってマイクロ波電磁
界が形成される。

【０００５】すなわち、図４において、マイクロ波発生
器１において発生したマイクロ波が同軸伝送線２、マイ
クロ波結合器３を経て半同軸共振器４に入射すると、半
同軸共振器４の内部空間に内導体４２ｄの先端部を起点
とした所定のマイクロ波電磁界が形成される。このマイ
クロ波電磁界によって、ランプ５内の発光物質が励起さ
れ、ランプ５が発光する。発生した光は半同軸共振器４
の外壁のメッシュ板を経て、外部に取り出される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような従来のマイ
クロ波放電ランプ装置において、ランプ５は製造の容易
さもあり、そのほとんどがほぼ球形のランプが用いられ
ている。しかし、共振器内のマイクロ波電磁界分布に必
ずしも対応した形状とは言えない。すなわち、半同軸共
振器４の内部空間に形成されたマイクロ波電磁界は、同
軸伝送線２の内導体２ｄの先端以遠においては均質では
なく、電磁界の強さも先端から離れるほど弱まってい
る。したがって、球状のランプ５において、同軸伝送線
２の内導体２ｄの先端に近い部分ほど活発に発光物質が
励起されることになり、ランプ５全体にわたって均質に
発光物質が励起されず、発生したマイクロ波電磁界を効
率良くランプの発光エネルギーに変換できないという問
題点があった。

【０００７】本発明は上記従来の問題点を解決するべ
く、発生したマイクロ波電磁界を効率良くランプの発光
エネルギーに変換させることのできるマイクロ波放電ラ
ンプ装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明にかかるマイクロ波放電ランプ装置は、マイク
ロ波発生器と、内導体と外導体とからなる同軸共振器
と、外導体内に位置し、内導体を取り囲むドーナツ形状
のランプとを備えたことを特徴とする。

【０００９】また、本発明にかかるマイクロ波放電ラン
プ装置は、一端がマイクロ波発生器に接続され、他端が
マイクロ波結合器によって同軸共振器に接続された導波
手段を備えることが好ましい。

【００１０】かかる構成により、同軸共振器内のマイク
ロ波エネルギーを有効にランプ発光エネルギーに変換さ
せることができ、ランプ全体としてのシステム効率を高
くすることができる。

【００１１】また、本発明にかかるマイクロ波放電ラン
プ装置は、同軸共振器の内導体の表面が鏡面仕上げされ
ていることが好ましい。ランプで発生し、内導体に入射
した光を損失することなく反射することができるので、
システム効率を高めることが可能となるからである。

【００１２】さらに、同軸共振器の代わりに内導体と外
導体とからなる半同軸共振器を備え、外導体内に位置
し、内導体の先端部と対向し、かつ先端部の側周部を取
り囲むよう湾曲した形状のランプを備えることが好まし
い。内導体の先端に集中的に存在するマイクロ波エネル
ギーを有効にランプ発光エネルギーに変換することがで
き、マイクロ波放電ランプ装置のシステム効率を高くす
ることができるからである。

【００１３】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）以下、本発明の
実施の形態１にかかるマイクロ波放電ランプ装置につい
て、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実
施の形態１にかかるマイクロ波放電ランプ装置の側断面
図である。

【００１４】図１に示すように、本実施の形態１にかか
るマイクロ波放電ランプ装置においては、外導体２１ｂ
及び内導体２１ｄで構成される同軸伝送線２１の一端部
にマイクロ波発生器１が、他端部にはアンテナ等のマイ
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を介して同軸伝送線２１に結合された同軸共振器
４１が設けられている。同軸共振器４１は、マイクロ波
結合器３と対峙する第１の端面部４１ａ、側面部４１
ｂ、及びマイクロ波結合器３が設けられた第２の端面部
４１ｃからなる外導体と、内導体４１ｄとで構成され、
内側にランプ５１が設置されている。

【００１５】ここで、同軸伝送線２１の内導体２１ｄの
直径をａ（ｍｍ）、外導体２１ｂの直径をｂ（ｍｍ）、
駆動に用いるマイクロ波の波長をｘ（ｍｍ）としたと
き、 ｘ＞１．４７０×（ａ＋ｂ） を満たすようにすれば、同軸伝送線２１内にはＴＥＭ波
（Transverse-Electro-Magnetic wave）しか存在し得な
いので、マイクロ波エネルギーは内導体２１ｄを軸とし
て軸対称に分布することになる。これは、同軸共振器４
１についても同様であり、同軸共振器４１の内導体４１
ｄを軸としてマイクロ波エネルギーが軸対称に分布する
ことになる。したがって、遮断波長が存在せず、マイク
ロ波放電ランプ装置の小型化が可能となる。さらに、同
軸共振器の長さをｘ（ｍｍ）の半分のほぼ整数倍にする
ことにより、共振点でのマイクロ波電磁界が大きくなる
ので、ランプの始動がより容易になることが期待でき
る。

【００１６】同軸共振器４１の第１の端面部４１ａおよ
び側面部４１ｂは、ランプ５１からの発光を外部に取り
出すために、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５１で発生した
光を透過する。第２の端面部４１ｃは、光の損失をなく
すために鏡面研磨されている。ここで、図１では同軸伝
送線２１の端部表面を鏡面研磨し、鏡面研磨した領域上
に第１の端面部４１ａ及び側面部４１ｂ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
した領域の同軸伝送線端部表面とにより同軸共振器４１
を構成している。同軸共振器４１の内導体４１ｄは銅な
どの金属製の棒又は中空管で、図１の場合は一端がマイ
クロ波結合器に接続されている。さらに、同軸共振器４
１の内導体４１ｄの表面を鏡面研磨するなどして、反射
率を上げることにより、同軸共振器４１の内導体４１ｄ
に入射する光の損失をなくすことができる。

【００１７】ランプ５１のバルブ材料は、例えば石英ガ
ラスや透光性セラミックスが適している。ランプ５１内
には発光物質と始動用ガスが封入されており、発光物質
としてはバルブ材料と反応しない物質であればどんな発
光物質でも用いることができるが、例えば特開平９−１
２０８００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（Ｘ
ｅ）等を用いる。ランプ５１の形状は、同軸共振器４１
の内導体４１ｄを取り囲むドーナツ形状をしている。そ
の断面形状は、例えば円形がよい。このような形状とす
ることで、同軸共振器４１内に内導体４１ｄを軸として
軸対称に分布するマイクロ波エネルギーを確実に発光エ
ネルギーに変換することができ、発光も軸対称となる。

【００１８】図１においては、マイクロ波発生器１で発
生したマイクロ波が同軸伝送線２１からマイクロ波結合
器３を経て同軸共振器４１内に入射すると、同軸共振器
４１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５１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
１の管壁の温度が上昇するとランプ５１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
した光は、直接、又は、同軸共振器４１の第２の端面部
４１ｃ又は内導体４１ｄで大きな損失をすることなく反
射した後、同軸共振器４１の第１の端面部４１ａ又は側
面部４１ｂを透過して外部に発せられる。

【００１９】図２には、２．４５ＧＨｚのマイクロ波発
生装置を適用した場合の本発明の一実施例にかかるマイ
クロ波放電ランプ装置における同軸共振器４１及びラン
プ５１の寸法の一例を示す。単位はすべて（ｍｍ）（ミ
リメートル）である。

【００２０】以上のように本実施の形態１によれば、遮
断波長が存在しない同軸伝送線２１、同軸共振器４１を
用いているため、マイクロ波放電ランプ装置を小型化で
き、かつ、ランプ５１をドーナツ形状にすることで同軸
共振器４１内に軸対称に分布するマイクロ波エネルギー
を効率よく発光エネルギーに変換できる。また、同軸共
振器４１の内導体４１ｄの表面に鏡面加工を施すことに
より、システム効率を向上させることができる。

【００２１】また、同軸共振器４１の内導体４１ｄと同
軸伝送線２１の内導体２１ｄとが別体に設けられている
場合について説明したが、内導体２１ｄと内導体４１ｄ
とは一体形成されていても良い。

【００２２】（実施の形態２）以下、本発明の実施の形
態２にかかるマイクロ波放電ランプ装置について、図面
を参照しながら説明する。図３は、本発明の実施の形態
２にかかるマイクロ波放電ランプ装置の側断面図であ
る。

【００２３】図３に示すように、本実施の形態２にかか
るマイクロ波放電ランプ装置において、実施の形態１に
かかるマイクロ波放電ランプ装置における同軸共振器４
１を半同軸共振器４２に置き換え、それに伴いランプ５
２の形状を図３に示すように変えている。

【００２４】半同軸共振器４２の内導体４２ｄ、側面部
４２ｂの直径は前述した実施の形態１のものと同じであ
る。半同軸共振器４２の内導体４２ｄの長さＬ（ｍｍ）
は、駆動に用いるマイクロ波の波長をｘ（ｍｍ）、ｎを
１以上の整数としたとき、 ｘ／２×ｎ＜Ｌ＜ｘ／４＋ｘ／２×ｎ を満たすように設定する。ランプ５２の形状は半同軸共
振器４２の内導体４２ｄの先端を取り囲む形状となる。

【００２５】図３において、マイクロ波発生器１で発生
したマイクロ波が同軸伝送線２１からマイクロ波結合器
３を経て半同軸共振器４２内に入射すると、半同軸共振
器４２内に、内導体４２ｄの先端部に集中するようにマ
イクロ波電磁界が形成される。かかるマイクロ波電磁界
は、内導体４２ｄの先端部から放射状に発生するので、
内導体４２ｄの先端部を取り囲むように湾曲した形状の
ランプ５２においては、このマイクロ波電磁界によって
発光物質が効率良く励起され、均質に発光することが可
能となる。その他の動作は上述した本発明の実施の形態
１と同じであるので説明を省略する。

【００２６】以上のように、実施の形態２によれば、遮
断波長が存在しない同軸伝送線２１、半同軸共振器４２
を用いているため、マイクロ波放電ランプ装置を小型化
できる。また、ランプ５２を半同軸共振器４２の内導体
４２ｄの先端を取り囲むような形状とすることで、内導
体４２ｄの先端に集中して存在するマイクロ波エネルギ
ーを効率良く発光エネルギーに変換できる。

【００２７】また、半同軸共振器４２の内導体４２ｄと
同軸伝送線２１の内導体２１ｄとが別体に設けられてい
る場合について説明したが、内導体２１ｄと内導体４２
ｄとは一体形成されていても良い。

【００２８】なお、以上の実施の形態においては、同軸
伝送線を使用した例について説明したが、同軸伝送線の
代わりに導波管を用いることにより同様の効果を得るこ
とができる。また、マイクロ波発生器１と同軸共振器４
１又は半同軸共振器４２のインピーダンスの整合がとれ
る場合は、導波管や同軸伝送線等の導波手段を用いる必
要はない。

【００２９】

【発明の効果】以上のように本発明にかかるマイクロ波
放電ランプ装置によれば、内導体を鏡面仕上げした同軸
共振器と同軸共振器の内導体を取り囲むドーナツ形状の
ランプを設置、または、半同軸共振器と半同軸共振器の
内導体先端を取り囲む形状のランプを設置することによ
り、マイクロ波エネルギーを効率よく発光エネルギーに
変換できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１にかかるマイクロ波放
電ランプ装置の断面図

【図２】 本発明の実施の形態１にかかるマイクロ波放
電ランプ装置の部分断面図

【図３】 本発明の実施の形態２にかかるマイクロ波放
電ランプ装置の断面図

【図４】 従来のマイクロ波放電ランプ装置の断面図

【符号の説明】

１ マイクロ波発生器 ２ 同軸伝送線 ３ マイクロ波結合器 ４ 半同軸共振器 ５、５１、５２ ランプ ２１ 同軸伝送線 ４１ 同軸共振器 ４２ 半同軸共振器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 一番ヶ瀬 剛 大阪府高槻市幸町１番１号 松下電子工業 株式会社内 Ｆターム(参考） 5C039 PP02 PP04

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マイクロ波発生器と、内導体と外導体と
   からなる同軸共振器と、前記外導体内に位置し、前記内
   導体を取り囲むドーナツ形状のランプとを備えたことを
   特徴としたマイクロ波放電ランプ装置。
2. 【請求項２】 一端が前記マイクロ波発生器に接続さ
   れ、他端がマイクロ波結合器によって前記同軸共振器に
   接続された導波手段を備えた請求項１記載のマイクロ波
   放電ランプ装置。
3. 【請求項３】 前記同軸共振器の内導体の表面が鏡面仕
   上げされている請求項１又は２記載のマイクロ波放電ラ
   ンプ装置。
4. 【請求項４】 前記同軸共振器の代わりに内導体と外導
   体とからなる半同軸共振器を備え、前記外導体内に位置
   し、前記内導体の先端部と対向し、かつ前記先端部の側
   周部を取り囲むよう湾曲した形状のランプを備えた請求
   項１から３のいずれか一項に記載のマイクロ波放電ラン
   プ装置。