JP2003162981A - マイクロ波放電照明装置 - Google Patents
マイクロ波放電照明装置Info
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- JP2003162981A JP2003162981A JP2001402209A JP2001402209A JP2003162981A JP 2003162981 A JP2003162981 A JP 2003162981A JP 2001402209 A JP2001402209 A JP 2001402209A JP 2001402209 A JP2001402209 A JP 2001402209A JP 2003162981 A JP2003162981 A JP 2003162981A
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Abstract
(57)【要約】
［課題］ 可視光等の有用な電磁波はマイクロ波空洞共
振器１の開口より放射し、人体に有害なマイクロ波は遮
断し外部へ放射しないようにする。 ［解決手段］ マイクロ波空洞共振器１は金属メッシュ
を具備せず、導電性を有する材料よりなり、開口の最大
幅Ｄ（ｃｍ）と、マイクロ波放射アンテナ２の先端から
開口端までの長さＬ（ｃｍ）と、マイクロ波電力供給部
より供給されるマイクロ波の周波数ｆ（ＧＨｚ）とが、
Ｄ≦１７．６／ｆ及びＬ≧Ｄを満足する。
振器１の開口より放射し、人体に有害なマイクロ波は遮
断し外部へ放射しないようにする。 ［解決手段］ マイクロ波空洞共振器１は金属メッシュ
を具備せず、導電性を有する材料よりなり、開口の最大
幅Ｄ（ｃｍ）と、マイクロ波放射アンテナ２の先端から
開口端までの長さＬ（ｃｍ）と、マイクロ波電力供給部
より供給されるマイクロ波の周波数ｆ（ＧＨｚ）とが、
Ｄ≦１７．６／ｆ及びＬ≧Ｄを満足する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はマイクロ波放電を利
用して光源を形成したマイクロ波放電照明装置に関す
る。
用して光源を形成したマイクロ波放電照明装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、マイクロ波を用いて放電管をプラ
ズマ発光させる照明装置には、例えば特開平８−１４８
１２７号公報、特開昭６１−１２６７５９号公報、特開
昭６１−１２６７６０号公報、特開昭６１−９９２６４
号公報、特開昭５７−６０３０３号公報記載の発明が存
在し、マグネトロンで発振しマイクロ波空洞共振器へ導
入されたマイクロ波は、マイクロ波がマイクロ波空洞共
振器外へ放射されないように金属メッシュでシールドさ
れている。
ズマ発光させる照明装置には、例えば特開平８−１４８
１２７号公報、特開昭６１−１２６７５９号公報、特開
昭６１−１２６７６０号公報、特開昭６１−９９２６４
号公報、特開昭５７−６０３０３号公報記載の発明が存
在し、マグネトロンで発振しマイクロ波空洞共振器へ導
入されたマイクロ波は、マイクロ波がマイクロ波空洞共
振器外へ放射されないように金属メッシュでシールドさ
れている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来例のマイクロ
波照明装置は、金属メッシュによる光遮断が生じ、その
ため１０％程度効率が低下するという問題点があった。
本発明は上記従来技術の有する問題点を解決するために
創案されたもので、マイクロ波空洞共振器の開口最大幅
を遮断周波数以下の最大寸法に形成することにより、可
視光等の有用な電磁波は開口より放射し、人体に有害な
マイクロ波は遮断し外部へ放射しないマイクロ波放電照
明装置を提供することを目的とする。
波照明装置は、金属メッシュによる光遮断が生じ、その
ため１０％程度効率が低下するという問題点があった。
本発明は上記従来技術の有する問題点を解決するために
創案されたもので、マイクロ波空洞共振器の開口最大幅
を遮断周波数以下の最大寸法に形成することにより、可
視光等の有用な電磁波は開口より放射し、人体に有害な
マイクロ波は遮断し外部へ放射しないマイクロ波放電照
明装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本願発明のうち請求項１記載の発明は、放電管を挿入
可能な開口と、マイクロ波電力供給部と、伝送路を有す
るマイクロ波空洞共振器を設け、前記マイクロ波電力供
給部より給電されるマイクロ波エネルギーにより放電管
が前記マイクロ波空洞共振器内で放電発光するように構
成されたマイクロ波放電照明装置において、前記マイク
ロ波空洞共振器が金属メッシュを具備せず、導電性を有
する材料よりなり、マイクロ波は遮断するが紫外光、可
視光、赤外光等を放射可能に前記開口の最大幅はマイク
ロ波遮断波長よりも小さく形成されてなることを特徴と
する。請求項２記載の発明は、上記マイクロ波空洞共振
器の開口の最大幅Ｄ（ｃｍ）と、このマイクロ波空洞共
振器内に於けるマイクロ波電力供給部の供給端からマイ
クロ波空洞共振器の開口端までの長さＬ（ｃｍ）と、マ
イクロ波電力供給部より供給されるマイクロ波の周波数
をｆ（ＧＨｚ）とが、Ｄ≦１７．６／ｆ及びＬ≧Ｄを満
足することを特徴とする。
に本願発明のうち請求項１記載の発明は、放電管を挿入
可能な開口と、マイクロ波電力供給部と、伝送路を有す
るマイクロ波空洞共振器を設け、前記マイクロ波電力供
給部より給電されるマイクロ波エネルギーにより放電管
が前記マイクロ波空洞共振器内で放電発光するように構
成されたマイクロ波放電照明装置において、前記マイク
ロ波空洞共振器が金属メッシュを具備せず、導電性を有
する材料よりなり、マイクロ波は遮断するが紫外光、可
視光、赤外光等を放射可能に前記開口の最大幅はマイク
ロ波遮断波長よりも小さく形成されてなることを特徴と
する。請求項２記載の発明は、上記マイクロ波空洞共振
器の開口の最大幅Ｄ（ｃｍ）と、このマイクロ波空洞共
振器内に於けるマイクロ波電力供給部の供給端からマイ
クロ波空洞共振器の開口端までの長さＬ（ｃｍ）と、マ
イクロ波電力供給部より供給されるマイクロ波の周波数
をｆ（ＧＨｚ）とが、Ｄ≦１７．６／ｆ及びＬ≧Ｄを満
足することを特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】以下、図を参照にして本発明の実
施の形態について説明する。図１はマイクロ波放電照明
装置の一実施の形態における要部を示す斜視図である。
図１において、マイクロ波空洞共振器１は、金属メッシ
ュを具備せず、導電性を有する材料よりなり、一端を閉
塞し、他端を開口した円筒形に形成されている。マイク
ロ波空洞共振器１の一端閉塞部内側にはマイクロ波放射
アンテナ２を設けている。マイクロ波放射アンテナ２
は、マイクロ波空洞共振器１内にマイクロ波を給電可能
に、マイクロ波給電ケーブル３を介してマイクロ波発生
装置（図示せず）と接続されている。マイクロ波空洞共
振器１の内側壁には放電管支持体４を設けている。放電
管支持体４は、マイクロ波が放電管５に到達し吸収され
る距離内のマイクロ波放射アンテナ２の近傍に配設され
ている。マイクロ波放射アンテナ２の先端からマイクロ
波空洞共振器１の開口端までの長さＬ（ｃｍ）と、マイ
クロ波空洞共振器１開口の最大幅Ｄ（ｃｍ）と、マイク
ロ波空洞共振器１の空洞に供給されるマイクロ波の周波
数ｆ（ＧＨｚ）とが、Ｄ≦１７．６／ｆ及びＬ≧Ｄを満
足するように設定されている。具体例として、供給され
るマイクロ波の周波数が２．４５ＧＨｚとすると、７．
１８ｃｍが遮断波長であり、円筒形のマイクロ波空洞共
振器１の開口の口径（内径）は７．１８ｃｍ以下の例え
ば５ｃｍに設定される。又、Ｌ≧Ｄより、マイクロ波放
射アンテナ２からマイクロ波空洞共振器１の開口端まで
の長さＬ（ｃｍ）はＤ（ｃｍ）以上の長さであればよ
く、５ｃｍ以上に設定されていればよい。次に、このこ
とを詳述する。図２に、マイクロ波空洞共振器１の長さ
と開口の最大幅（開口が真円の場合は口径）の比に対し
て、漏れてくる電磁波の電力相対値（減衰量）を図示す
る。例えば、２．４５ＧＨｚのμ波については、円筒形
伝送路を有するマイクロ波空洞共振器１の開口の口径を
７．１８ｃｍ以下とし、その空洞に収容された放電管５
の先端から開口端までの距離をマイクロ波空洞共振器１
の開口最大幅と等しくすると、開口からの放射電力は１
０−５となる。例えば１００Ｗのマイクロ波をマイクロ
波空洞共振器１の空洞に導入し放電管５を発光させた場
合には、１ｍＷ程度以下の漏れ電力となる。この電力は
携帯電話の電力よりも小さい電力であり、人体に対して
安全であるといえる。このように、マイクロ波空洞共振
器１の寸法を、放電管５の先端から開口端までの距離が
マイクロ波空洞共振器１の開口最大幅以上に設定するこ
とで、安全なマイクロ波放電照明装置を得る事が可能に
なった。
施の形態について説明する。図１はマイクロ波放電照明
装置の一実施の形態における要部を示す斜視図である。
図１において、マイクロ波空洞共振器１は、金属メッシ
ュを具備せず、導電性を有する材料よりなり、一端を閉
塞し、他端を開口した円筒形に形成されている。マイク
ロ波空洞共振器１の一端閉塞部内側にはマイクロ波放射
アンテナ２を設けている。マイクロ波放射アンテナ２
は、マイクロ波空洞共振器１内にマイクロ波を給電可能
に、マイクロ波給電ケーブル３を介してマイクロ波発生
装置（図示せず）と接続されている。マイクロ波空洞共
振器１の内側壁には放電管支持体４を設けている。放電
管支持体４は、マイクロ波が放電管５に到達し吸収され
る距離内のマイクロ波放射アンテナ２の近傍に配設され
ている。マイクロ波放射アンテナ２の先端からマイクロ
波空洞共振器１の開口端までの長さＬ（ｃｍ）と、マイ
クロ波空洞共振器１開口の最大幅Ｄ（ｃｍ）と、マイク
ロ波空洞共振器１の空洞に供給されるマイクロ波の周波
数ｆ（ＧＨｚ）とが、Ｄ≦１７．６／ｆ及びＬ≧Ｄを満
足するように設定されている。具体例として、供給され
るマイクロ波の周波数が２．４５ＧＨｚとすると、７．
１８ｃｍが遮断波長であり、円筒形のマイクロ波空洞共
振器１の開口の口径（内径）は７．１８ｃｍ以下の例え
ば５ｃｍに設定される。又、Ｌ≧Ｄより、マイクロ波放
射アンテナ２からマイクロ波空洞共振器１の開口端まで
の長さＬ（ｃｍ）はＤ（ｃｍ）以上の長さであればよ
く、５ｃｍ以上に設定されていればよい。次に、このこ
とを詳述する。図２に、マイクロ波空洞共振器１の長さ
と開口の最大幅（開口が真円の場合は口径）の比に対し
て、漏れてくる電磁波の電力相対値（減衰量）を図示す
る。例えば、２．４５ＧＨｚのμ波については、円筒形
伝送路を有するマイクロ波空洞共振器１の開口の口径を
７．１８ｃｍ以下とし、その空洞に収容された放電管５
の先端から開口端までの距離をマイクロ波空洞共振器１
の開口最大幅と等しくすると、開口からの放射電力は１
０−５となる。例えば１００Ｗのマイクロ波をマイクロ
波空洞共振器１の空洞に導入し放電管５を発光させた場
合には、１ｍＷ程度以下の漏れ電力となる。この電力は
携帯電話の電力よりも小さい電力であり、人体に対して
安全であるといえる。このように、マイクロ波空洞共振
器１の寸法を、放電管５の先端から開口端までの距離が
マイクロ波空洞共振器１の開口最大幅以上に設定するこ
とで、安全なマイクロ波放電照明装置を得る事が可能に
なった。
【０００６】本実施の形態のマイクロ波放電照明装置
は、マイクロ波を導入して放電管５を点灯させた場合、
可視光等の短波長の光はマイクロ波空洞共振器１の開口
から効率よく放射されるが、マイクロ波は波長が遮断波
長以上であるため、放電管５の先端部から先へは進行す
ることはできない。そのため、マイクロ波はマイクロ波
空洞共振器１の開口方向に急速に減衰し、マイクロ波空
洞共振器１の開口部に到達することができない。従っ
て、可視光等の波長の短い電磁波は放射するが、マイク
ロ波は開口から漏れることがなく、安全で光放射的に高
効率的なマイクロ波放電照明装置を提供できる。マイク
ロ波空洞共振器の各寸法は、マイクロ波回路（コロナ社
発行 電気通信学会大学講座 昭和３５年発行の１２ペ
ージ〜２９ページ）の以下の式により導かれた。まず、
ＴＥｍｎモードについては円筒導波管の伝送モードは、
電磁波の磁界成分をＨ、軸方向をＺ軸、半径方向をｒ
軸、軸に対する回転方向をθ方向とし、下記の数１及び
数２が成立する。
は、マイクロ波を導入して放電管５を点灯させた場合、
可視光等の短波長の光はマイクロ波空洞共振器１の開口
から効率よく放射されるが、マイクロ波は波長が遮断波
長以上であるため、放電管５の先端部から先へは進行す
ることはできない。そのため、マイクロ波はマイクロ波
空洞共振器１の開口方向に急速に減衰し、マイクロ波空
洞共振器１の開口部に到達することができない。従っ
て、可視光等の波長の短い電磁波は放射するが、マイク
ロ波は開口から漏れることがなく、安全で光放射的に高
効率的なマイクロ波放電照明装置を提供できる。マイク
ロ波空洞共振器の各寸法は、マイクロ波回路（コロナ社
発行 電気通信学会大学講座 昭和３５年発行の１２ペ
ージ〜２９ページ）の以下の式により導かれた。まず、
ＴＥｍｎモードについては円筒導波管の伝送モードは、
電磁波の磁界成分をＨ、軸方向をＺ軸、半径方向をｒ
軸、軸に対する回転方向をθ方向とし、下記の数１及び
数２が成立する。
【数１】
【数２】
Θ（θ）＝ｅｆｗθ ｍは整数
上記数１及び数２より数３が導かれる。
【数３】
マイクロ波空洞共振器１の開口半径をａ＝Ｄ／２（ｃ
ｍ）とすると、数４が導かれる。
ｍ）とすると、数４が導かれる。
【数４】
ρ′ｍｎはＪ′ｍｎのｎ番目の根である。Ｊｍ、Ｊ′ｍ
のｎ番目の根は下記の表１に示す。
のｎ番目の根は下記の表１に示す。
【表１】
以上よりマイクロ波遮断波長λｃは下記の数５のように
表される。
表される。
【数５】
又、同様にＴＭモードについても数６が導かれる。
【数６】
ρｍｎはＪｍｎの番目の根である。上記表１中の最小の
根に対して使用するマイクロ波空洞共振器１の開口半径
に対する最小周波数の遮断波長が定まり、遮断波長λｃ
は数５より数７の通りである。
根に対して使用するマイクロ波空洞共振器１の開口半径
に対する最小周波数の遮断波長が定まり、遮断波長λｃ
は数５より数７の通りである。
【数７】
数７より遮断波長の周波数ｆｃは数８の通りである。
【数８】
周波数が電子レンジと同じ２．４５ＧＨｚの場合には数
９の式が導かれる。
９の式が導かれる。
【数９】
以上より、周波数がｆ（ＧＨｚ）のマイクロ波を用いた
場合、放電管５を放電させるマイクロ波空洞共振器１の
開口の口径Ｄ（ｃｍ）と、マイクロ波電力供給部の供給
端、つまりマイクロ波放射アンテナ２からマイクロ波空
洞共振器１の開口端までの長さＬ（ｃｍ）がＤ≦２ａ＝
１７．６／ｆ及びＬ≧Ｄを満足すれば、マイクロ波空洞
共振器１の空洞に導入され放電管５で消費されなかった
残りのマイクロ波電力は、マイクロ波電力供給部の供給
端、つまりマイクロ波放射アンテナ２の先端からマイク
ロ波空洞共振器１の開口端の間で減衰カットオフされ、
マイクロ波空洞共振器１の開口端からマイクロ波が漏れ
ることがなく安全な光のみを効率よく放射できる。
場合、放電管５を放電させるマイクロ波空洞共振器１の
開口の口径Ｄ（ｃｍ）と、マイクロ波電力供給部の供給
端、つまりマイクロ波放射アンテナ２からマイクロ波空
洞共振器１の開口端までの長さＬ（ｃｍ）がＤ≦２ａ＝
１７．６／ｆ及びＬ≧Ｄを満足すれば、マイクロ波空洞
共振器１の空洞に導入され放電管５で消費されなかった
残りのマイクロ波電力は、マイクロ波電力供給部の供給
端、つまりマイクロ波放射アンテナ２の先端からマイク
ロ波空洞共振器１の開口端の間で減衰カットオフされ、
マイクロ波空洞共振器１の開口端からマイクロ波が漏れ
ることがなく安全な光のみを効率よく放射できる。
【０００７】尚、以上の実施の形態では伝送路が円筒形
のマイクロ波空洞共振器を用いるマイクロ波放電照明装
置を例に説明したが、共振器の開口の最大幅Ｄ（ｃｍ）
がＤ≦１７．６／ｆ及びＬ≧Ｄを満足すれば開口形状が
楕円形、長方形、菱形等のあらゆる中空断面形状の伝送
路を有するマイクロ波空洞共振器を用いたマイクロ波放
電照明装置が本発明に包含される。
のマイクロ波空洞共振器を用いるマイクロ波放電照明装
置を例に説明したが、共振器の開口の最大幅Ｄ（ｃｍ）
がＤ≦１７．６／ｆ及びＬ≧Ｄを満足すれば開口形状が
楕円形、長方形、菱形等のあらゆる中空断面形状の伝送
路を有するマイクロ波空洞共振器を用いたマイクロ波放
電照明装置が本発明に包含される。
【０００８】
【発明の効果】マイクロ波空洞共振器の開口からマイク
ロ波を漏らすことなく、紫外光、可視光、赤外光等を効
率的に開口から放射する安全なマイクロ波放電照明装置
を提供し得るという効果がある。
ロ波を漏らすことなく、紫外光、可視光、赤外光等を効
率的に開口から放射する安全なマイクロ波放電照明装置
を提供し得るという効果がある。
【図１】マイクロ波放電照明装置の要部を示す斜視図で
ある。
ある。
【図２】円筒形伝送路を有するマイクロ波空洞共振器の
長さと開口の口径（直径）の比に対するマイクロ波電力
減衰量との関係を示すグラフ図である。
長さと開口の口径（直径）の比に対するマイクロ波電力
減衰量との関係を示すグラフ図である。
１ マイクロ波空洞共振器
５ 放電管
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 上野 貴史
愛媛県今治市旭町５丁目２番地の１ ハリ
ソン東芝ライティング株式会社内
(72)発明者 井上 昭浩
神奈川県茅ヶ崎市赤羽根306−１
Ｆターム(参考） 5C039 PP08 PP16
Claims (2)
- 【請求項１】 放電管を挿入可能な開口と、マイクロ波
電力供給部と、伝送路を有するマイクロ波空洞共振器を
設け、前記マイクロ波電力供給部より給電されるマイク
ロ波エネルギーにより放電管が前記マイクロ波空洞共振
器内で放電発光するように構成されたマイクロ波放電照
明装置において、前記マイクロ波空洞共振器が金属メッ
シュを具備せず、導電性を有する材料よりなり、マイク
ロ波は遮断するが、紫外光、可視光、赤外光等を放射可
能に前記開口の最大幅はマイクロ波遮断波長よりも小さ
く形成されてなることを特徴とするマイクロ波放電照明
装置。 - 【請求項２】 上記マイクロ波空洞共振器の開口の最大
幅Ｄ（ｃｍ）と、このマイクロ波空洞共振器内に於ける
マイクロ波電力供給部の供給端からマイクロ波空洞共振
器の開口端までの長さＬ（ｃｍ）と、マイクロ波電力供
給部より供給されるマイクロ波の周波数をｆ（ＧＨｚ）
とが、Ｄ≦１７．６／ｆ及びＬ≧Ｄを満足することを特
徴とする請求項１記載のマイクロ波放電照明装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001402209A JP2003162981A (ja) | 2001-11-27 | 2001-11-27 | マイクロ波放電照明装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001402209A JP2003162981A (ja) | 2001-11-27 | 2001-11-27 | マイクロ波放電照明装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003162981A true JP2003162981A (ja) | 2003-06-06 |
Family
ID=19190018
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001402209A Pending JP2003162981A (ja) | 2001-11-27 | 2001-11-27 | マイクロ波放電照明装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003162981A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006261098A (ja) * | 2005-03-14 | 2006-09-28 | Lg Electronics Inc | 無電極照明機器 |
| GB2470060A (en) * | 2009-05-08 | 2010-11-10 | Jenact Ltd | Improved screen assembly for an electrodeless UV lamp |
| WO2019103083A1 (ja) * | 2017-11-24 | 2019-05-31 | 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 | マイクロ波プラズマ源 |
-
2001
- 2001-11-27 JP JP2001402209A patent/JP2003162981A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006261098A (ja) * | 2005-03-14 | 2006-09-28 | Lg Electronics Inc | 無電極照明機器 |
| GB2470060A (en) * | 2009-05-08 | 2010-11-10 | Jenact Ltd | Improved screen assembly for an electrodeless UV lamp |
| WO2019103083A1 (ja) * | 2017-11-24 | 2019-05-31 | 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 | マイクロ波プラズマ源 |
| CN111149438A (zh) * | 2017-11-24 | 2020-05-12 | 国立研究开发法人宇宙航空研究开发机构 | 微波等离子体源 |
| US11259397B2 (en) | 2017-11-24 | 2022-02-22 | Japan Aerospace Exploration Agency | Microwave plasma source |
| CN111149438B (zh) * | 2017-11-24 | 2022-03-18 | 国立研究开发法人宇宙航空研究开发机构 | 微波等离子体源 |
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