JP2003515875A

JP2003515875A - 自己同調型無電極ランプ

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Publication number: JP2003515875A
Application number: JP2001540569A
Authority: JP
Inventors: ドナルドエイ．マクレナン，; ダグラスエイ．カークパトリック，; ピーターツァイ，; ジェームズティー．ドーラン，; ヨーツァンレン，; ポールフィンチ，; ジョンジェイ．ナジェル，; ブルースエイチ．ハークネス，; ジョージダブリュ．ラッフォール，; リチャードリュウ，
Original assignee: フュージョンライティング，インコーポレイテッド
Priority date: 1999-11-23
Filing date: 2000-11-22
Publication date: 2003-05-07
Also published as: AU1580901A; TW480535B; WO2001039555A1; DE10085223T1

Abstract

(57)【要約】自己同調型システムはオシレータ（３０）及びオシレータ駆動型負荷を有しており、それは該オシレータ駆動型負荷を共振システムの周波数決定要素として使用する。１つの例示においては、該オシレータ駆動型負荷は無電極ランプ用のランプヘッド回路である。無電極ランプのランプヘッド回路は充填物を収容する被包体即ちバルブ（４２）に近接している励起コイル（４０）を有しており、該充填物は点火された場合にプラズマ放電を形成する。該負荷と共に、修正型ハートレー（３０Ａ）、修正型コルピッツ（Ｃｌａｐｐ）（３０Ｂ）、修正型アームストロング構成（３０Ｃ）を包含する種々のオシレータ構成を使用することが可能である。クランプ回路（１００）の種々の実施例も増幅器によって許容される領域に対してフィードバックシステムにより印加されるフィードバック信号を制限するために使用することが可能である。本発明にとって特に興味のあることは、高周波数及び高パワーにおいて動作する自己同調型システムである。高周波数及び高パワー無電極ランプの例示的具体例、及び高周波数高パワー自己同調型システムの例えば充分な利得を与え且つ点火／自己始動（例えば、始動時間の減少）を向上させる種々の発明的技術が提供される。本発明の自己同調型システムに対し充分な利得を確保するための技術及び構成は、オシレータ構成、多段増幅（必要とされる場合）、及びフィードバックシステム構成の選択を包含している。該負荷の自己点火は例えば特別の始動用オシレータの使用、ランプバルブ用に低圧希ガス充填物の使用、及び励起コイルにおける電流の増加（例えば、タップ（６０）の励起コイルに対する接続部の選択的位置決め）を包含している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は無電極ランプがその１つの例である変化する共振周波数を有している
オシレータ駆動型負荷の動作に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

無線周波数（ＲＦ）駆動型負荷は共振周波数に影響を与える変化する特性を有
している場合がある。例えば、共振周波数は負荷の動作のスタートアップ即ち始
動フェーズにおいて著しく変化する場合がある。更に、経年変化及びその他の考
慮事項によって、負荷の寿命期間にわたって負荷の共振周波数が動作の始動後の
フェーズにおいて変化することとなる。このようなＲＦ駆動型負荷の例は無線周
波数アンテナを包含している。

【０００３】歴史的には、ある低パワー、低周波数環境において動作しているＲＦ駆動型負
荷に関連して種々のタイプのオシレータが使用されている。このような公知のタ
イプのオシレータとしては、コルピッツ（Ｃｌａｐｐ）オシレータ、ハートレー
オシレータ、及びアームストロングオシレータ等がある。これらの公知のタイプ
のオシレータは主に送信器用に何年も前から使用されている。例えば、マンドル
（Ｍａｎｄｌ）著「エレクトロニクスハンドブック（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ
Ｈａｎｄｂｏｏｋ）」、レストン出版社、１９８３年７３−７７頁を参照すると
良い。

【０００４】無電極ランプはＲＦ駆動型負荷の１例であり、それは、対比的に高いパワー及
び高い周波数を使用する。幾つかの無電極ランプは交換を必要とすること無しに
１０，０００時間の動作を超えて高い輝度のレベルを発生することが可能である
。無電極ランプは内部電極を有するものではなく光を射出するために充填物質の
ブレークダウン及び励起を行わせるための外部的構造に依存する。典型的に、無
電極ランプは誘導結合型（Ｈ放電）、容量結合型（Ｅ放電）、マイクロ波放電、
及び進行波放電に分類される。無電極ランプのある基本原理及びこれらの分類の
各々については文献に記載されている。例えば、Ｗｈａｒｍｂｙ、Ｄ．Ｏ．著「
照明用無電極ランプ：レビュー（ＥｌｅｃｔｒｏｄｅｌｅｓｓＬａｍｐｓＦ
ｏｒＬｉｇｈｔｉｎｇ：ＡＲｅｖｉｅｗ）」、ＩＥＥＥプロシーディング
ズＡ、Ｖｏｌ．１４０、Ｎｏ．６、１９９３年１１月、４６５−４７３頁を参照
すると良い。

【０００５】誘導結合型無電極ランプは電気的変圧器に対して類推させることが可能である
。誘導結合型無電極ランプにおいては、放電容器（バルブ）内の充填物質（例え
ばプラズマ）が単巻二次コイルとして作用し、一方一次（励起器）コイルが適宜
のインピーダンス整合を介して電源へ接続されている。種々の形態の誘導結合型
無電極ランプが存在しており、一次（励起器）コイルは放電容器の外側とするこ
とが可能であり、容器の内側とすることが可能であり、リエントラント（ｒｅｅ
ｎｔｒａｎｔ）内とすることが可能であり、又はトーラス即ち円環体を形成する
筒状ランプの一部の周りに巻着させることが可能である。空気コア又は磁気コア
を具備するコイルによって磁界を与えることが可能である。

【０００６】誘導結合型無電極ランプにおいては、コイル内の交流が変化する磁界を発生さ
せ、それがプラズマ内に電流を駆動する電界を誘起する。誘導結合型無電極ラン
プの場合に関与するある電気的特性及び減少は、例えば、Ｐｉｅｊａｋ，Ｒ．Ｂ
．等による「誘導性ＲＦ放電の簡単な解析（ＡＳｉｍｐｌｅＡｎａｌｙｓｉ
ｓｏｆＡｎＩｎｄｕｃｔｉｖｅＲＦＤｉｓｃｈａｒｇｅ）」、プラズ
マ・ソーシズ・サイエンス・テクノロジー１（１９９２）１７９−１８６頁に記
載されている。

【０００７】誘導結合型無電極ランプに対する構造及び動作技術の例は１９９９年７月２２
日に公開された「高周波数誘導性ランプ及びパワーオシレータ（ＨｉｇｈＦｒ
ｅｑｕｅｎｃｙＩｎｄｕｃｔｉｖｅＬａｍｐａｎｄＰｏｗｅｒＯｓｃ
ｉｌｌａｔｏｒ）」という名称のＰＣＴ公開公報ＷＯ９９／３６９４０及び米国
特許第５，７９８，６１１号に与えられており、それらは両方共引用によってそ
の全体を本明細書に取込む。

【０００８】無電極ランプにおいては、プラズマで充填されたバルブはＲＦ駆動型負荷を構
成する。始動後で且つ点火前において、低温のプラズマは無限のインピーダンス
を有しており、電源（オシレータ）はほぼリアクタンス負荷を見ることになる。
然しながら、点火されると、バルブのプラズマの抵抗及びインダクタンスが著し
く且つ継続的に変化し、それによりランプヘッドの共振周波数を変化させる。プ
ラズマの抵抗及びインダクタンスが一次即ち駆動回路へ反射によって戻されるの
で、駆動回路の周波数及びＱの両方が影響を受ける。典型的に、このことはスタ
ートアップ（始動）、動作及びエージング（経年変化）に起因する変化する共振
周波数の影響を最小とさせるために特別の周波数調節回路が必要とされることを
意味する。そうでない場合には、拙いマッチング即ち整合に起因してランプアウ
ト又は高反射パワーが発生する場合がある。

【０００９】幾つかの無電極ランプにおいては、ＲＦ供給源がランプヘッドに対してある周
波数におけるＲＦエネルギを供給し、そのランプヘッドは供給されたエネルギの
周波数において共振すべく設計されている別の共振回路の一部である。このよう
なランプにおいては、周波数整合（同調）及びインピーダンス整合の両方が全体
的なシステム効率を最適化させるために重要である。ＰＣＴ公開公報ＷＯ９９／
３６９４０は、例えば、ランプヘッド共振回路に対して３００ＭＨｚを超える周
波数（例えば７００−９００ＭＨｚ）において高いパワー（例えば、７０ワット
以上）でＲＦパワーを効率的に供給することが可能な新規なＲＦ供給源を具備す
るタイプのランプシステムを記載している。更に、高い周波数（例えば、７００
−９００ＭＨｚ以上）において無電極ランプバルブへエネルギを結合させる新規
なコイル構造のみならず、ＲＦ供給源とランプヘッドとの間で周波数のチューニ
ング即ち同調を実施する種々のＲＦ制御回路が記載されている。然しながら、別
のＲＦ供給源及び制御回路を使用する無電極ランプは周波数同調用の付加的なコ
ンポーネント及び回路を包含しており、それに関連する製造コスト及び複雑性が
存在している。

【００１０】その他の無電極ランプでは、ランプがＲＦ供給源の一部、例えばオシレータの
タンク回路の一部であるように構成されており、従ってランプは少なくとも部分
的にオシレータ回路の動作周波数に影響を与える。ランプは誘導結合型とさせる
か又は容量結合型とさせることが可能である。これらの結合技術の夫々の例はＨ
ｏｌｌｉｓｔｅｒの米国特許第４，０１０，４００号及びＧｏｌｄｂｅｒｇの米
国特許第４，４８５，３３３号において開示されている。自己同調型オシレータ
回路（振動用の条件が満足されているものと仮定）が示唆されているがそれは低
周波数適用例に関連してである。例えば高周波数無電極ランプ等の高周波数回路
の場合には、オシレータ回路の一部として負荷（例えばランプヘッド）を効果的
に統合させることは多くのその他のファクタに依存する場合があり且つより複雑
なものとなる場合がある。例えば、全体的なシステム効率を最適化させるために
インピーダンスマッチング（整合）が重要である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】

必要とされているもの及び本発明の目的は、コンポーネントの数がより少なく
従って製造コスト及び複雑性が減少されている高パワー高周波数誘導性ランプで
ある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】

自己同調型システムはそのシステムに対する周波数決定要素としてＲＦ駆動型
負荷を使用するオシレータとして構成されているＲＦ駆動型負荷と共に利得要素
（能動要素）を包含している。該利得要素は、例えば、増幅器を有しており、そ
れは単一段、二重段、又はその他の構成とすることが可能である。１つの例示に
おいては、オシレータ駆動型負荷は無電極ランプ用のランプヘッド回路である。
無電極ランプ用のランプヘッド回路は充填物を収容する被包体に近接した励起コ
イルを有しており、該充填物は点火された場合にプラズマ放電を形成する。更に
、ランプヘッド回路は高パワー容量及びマッチング（整合）容量を有している。
該負荷と共に種々のオシレータ構成を使用することが可能であり、修正型ハート
レー、修正型コルピッツ（Ｃｌａｐｐ）及び修正型アームストロング構成等があ
る。

【００１３】利得要素（例えば、増幅器）に加えて、該オシレータはオシレータ駆動型負荷
と増幅器との間に接続されているフィードバックシステムを有している。電圧保
護のために、クランプ回路に対する種々の位置のみならず増幅器によって許容さ
れる領域に対してフィードバックシステムによって印加されるフィードバック信
号を制限するためにクランプ回路の種々の実施例を使用することも可能である。
1つの構成においては、フィードバックシステムは異なるインピーダンスを具備
する複数個のセグメントを有しており、該クランプ回路はクランプ回路の1つの
要素の制限に打ち勝つインピーダンスを具備している複数個のセグメントのうち
の1つへ接続されている（例えば、ショットキーダイオードの高い動的インピー
ダンスはクランプ回路を有している）。該フィードバックシステムは、1実施例
においては、二重経路フィードバックシステムである。

【００１４】本発明の自己同調型システムは高い周波数及び高いパワーにおいて動作する。
高周波数高パワー自己同調型システムの動作を簡単化させるために、例えば充分
な利得を供給するため及び点火／自己始動（例えば開始時間の減少）を向上させ
るための種々の発明技術を開示する。

【００１５】本発明の自己同調型システムに対する充分な利得を確保するための技術及び構
成は、オシレータ構成、多段増幅器（必要とされる場合）及びフィードバックシ
ステム構成の選択を包含している。例えば、自己同調型ランプのバルブへ顕著な
パワーを転送しながら該能動要素が振動を高い周波数に維持するための低利得装
置である場合に、ハートレーオシレータ構成はコルピッツオシレータ構成よりも
好適である。更に、増幅の付加的な段を付加させることが可能である。更に、二
重フィードバック遅延線を具備するフィードバックシステムがより大きな利得を
促進させる。

【００１６】本発明は、又、自己同調型システムの負荷に対する改良された点火／減少され
た開始（始動）時間に対処している。自己点火は種々の態様で達成することが可
能であり、例えばランプバルブに対して低圧希ガスを使用することが可能である
。別の技術は励起コイルにおける電流を増加させることである。例えば、ハート
レー型自己同調ランプにおいては、励起コイルに対するタップの接続位置が励起
コイル内の電流を増加させるように選択される。更に、改良された点火を助ける
ために、自己同調型システムは始動用オシレータ及びパワーオシレータの両方を
包含することが可能であり、該始動用オシレータは低温のタンクに対して整合／
同調されているインピーダンス／動作周波数を有している。自己同調型システム
が開始した後に、該タンクのインピーダンスはパワーオシレータに対してより良
い整合を有する。パワーオシレータが高いパワーを引出すべく開始したことが検
知された場合に始動オシレータはターンオフされる。

【００１７】

【発明の実施の形態】

以下の説明においては、制限のためではなく説明の便宜上、本発明の完全なる
理解を与えるために、特定のアーキテクチャ、インターフェース、技術等の特定
の詳細について説明する。然しながら、当業者にとって明らかなように、本発明
はこれらの特定の詳細から逸脱したその他の実施例において実施することも可能
である。その他の場合においては、不必要な詳細で本発明の説明がぼやけること
がないように、公知の装置、回路及び方法の詳細なる説明は割愛する。

【００１８】図１は負荷３２を駆動する一般的なオシレータ３０を有している自己同調型シ
ステムを示している。負荷３２はオシレータ３０に対して反射を与えるタイプの
ものである。オシレータ３０は増幅係数Ａを具備する増幅器３４及び増幅係数Ｂ
を具備するフィードバック遅延又はマッチング（整合）要素３６を有している（
フィードバック係数Ｂはマッチング（整合）及び減衰のみならず位相変化又は遅
延調節である）。負荷３２は増幅器面において反射を与える。図１の自己同調型
システムにおいては、フィードバックはオシレータ出力から直接的ではなく負荷
３２（点線で示した如く）から来る。

【００１９】本発明によれば、例えば図１のもの等の自己同調型システムにおいて使用する
ことが可能な負荷の１つの例は無電極ランプである。上述したように、無電極ラ
ンプは種々の分類に類別することが可能である。例えば、図２は誘導結合型（Ｈ
放電）無電極ランプ用のランプヘッド回路の基本的な側面を示している。図３は
容量結合型（Ｅ放電）無電極ランプ用のランプヘッド回路の基本的側面を示して
いる。それに続く説明の前置きとして、これらの二つのタイプの無電極ランプの
簡単な概観を以下に与える。

【００２０】図２に示したような誘導結合型（Ｈ放電）無電極ランプのランプヘッド回路の
代表的な例示は、充填物４４を収容する被包体即ちバルブ４２に近接して位置さ
れている励起コイル４０を包含している。図２の誘導結合型無電極ランプのラン
プヘッド回路は、励起コイル４０の第一端部へ接続している高パワー容量Ｃ１及
び励起コイル４０の第二端部へ及び電気的接地へ接続しているマッチング（整合
）容量Ｃ２を包含している。

【００２１】図２の誘導結合型無電極ランプにおいては、ＲＦ入力４３が高パワー容量Ｃ１
と整合容量Ｃ２との間の点においてランプヘッド回路へ印加される。図２の誘導
結合型無電極ランプは１００乃至３０００＋ＭＨｚの範囲内の上昇された周波数
において動作する。図４に例示したように、励起コイル４０によって点火される
と、充填物４４はプラズマ放電４６を形成し、それにより照明を与える。図４は
図２の断面図であって、基本的にトロイド即ち環状形状を有するものとしてプラ
ズマ放電４６を示している。励起コイル４０はインダクタンスと抵抗とを有して
いる。点火されると、該プラズマは夫々のインダクタンスと抵抗とを有する。誘
導結合型無電極ランプのランプヘッド回路を駆動するある技術は前述したＰＣＴ
公開公報ＷＯ９９／３６９４０において記載されている。

【００２２】図３に示したような容量結合型無電極ランプのランプヘッド回路の代表的な例
示においては、充填物を具備するバルブ５２がコンデンサ５０のプレート間に位
置される。充填物が点火されると、変位電流がバルブ５２の壁の容量を介して流
れ、プラズマ放電を発生させる。

【００２３】前に示したように、点火されると、無電極ランプが誘導結合型（例えば図２に
示したように）であるか又は容量結合型（例えば図３に示したように）であるか
否かに拘わらずに、バルブのプラズマの抵抗及びインダクタンスは著しく且つ継
続して変化する。プラズマの抵抗及びインダクタンスの継続的な変化は共振周波
数を変化させる。何故ならば、プラズマの抵抗及びインダクタンスはランプヘッ
ド用の一次即ち駆動回路へ反射して戻されるからである。従って、周波数とＱの
両方が影響を受ける。

【００２４】図５乃至７は、本発明に基づいて、どのようにして無電極ランプのランプヘッ
ド回路が負荷３２として図１の自己同調型回路内に組込まれるかを示した３つの
実施例を例示している。図５乃至７の例示は、特に、一般的に無電極ランプ（例
えば、その他の分類の無電極ランプを包含する）の代表として誘導結合型ランプ
を示している。図１及び２におけるものと同等の図５及び７における要素は同等
の数値的識別子を有しているが、それぞれ図５，６又は７に属するものとしてそ
れらの要素を区別するために英文字サフィックスＡ，Ｂ，Ｃが与えられている。

【００２５】図５は、特に、修正型ハートレーオシレータの形態をとっている無電極ランプ
のランプヘッド回路を駆動するオシレータ３０Ａを示している。図５の自己同調
型回路においては、オシレータ３０Ａは入力端子と出力端子とを具備している増
幅器３４Ａを有している。増幅器３４Ａの出力端子は高パワー容量Ｃ１と整合容
量Ｃ２との間に接続されている。タップ６０が励起コイル４０へ接続されている
。フィードバック要素３６Ａ及びブロッキングコンデンサ６２がタップ６０と増
幅器３４Ａの入力端子との間に直列に接続されている。従って、図５の修正型ハ
ートレーオシレータは接地されたソース及び接地された励起コイル４０を有して
いる。フィードバック要素３６Ａにおいて、Ｂはコイルタップインダクタンスの
長さを包含して行われる種々の同調調節を表している。効果的なことであるが、
図５のオシレータ３０Ａは高いフィードバックを与え、そのことは比較的低い利
得の単一トランジスタ増幅器にとって有益的である。図８は二段増幅器１３４Ａ
を使用する修正、特に、オシレータ１３０Ａを示している。

【００２６】図６は修正型コルピッツ（Ｃｌａｐｐ）オシレータの形態をとるオシレータ３
０Ｂを示している。図６の自己同調型回路においては、オシレータ３０Ｂは増幅
器３４Ｂを有している。増幅器３４Ｂは入力端子と出力端子とを具備しており、
該増幅器の出力端子は高パワー容量Ｃ１と整合容量Ｃ２との間に接続されている
。第三容量Ｃ３は整合容量Ｃ２と接地との間に接続されている。フィードバック
要素３６Ｂは整合容量Ｃ２と第三容量Ｃ３との間に接続されている第一端部と、
増幅器３４Ｂの入力端子へ接続している第二端部とを具備している。図５のオシ
レータ３０Ｂと図６のオシレータ３０Ａとの間の顕著な差異は、オシレータ３０
Ｂがより少ないフィードバックを有していることである。図６におけるＢの量は
必ずしも図５におけるものと同じではない。二段増幅器１３４Ｂを有する図９に
おけるオシレータ１３０Ｂとして示した修正型コルピッツ（Ｃｌａｐｐ）オシレ
ータ実施例の二段増幅器バージョンは例えばフィードバックパラメータを考慮し
た場合に好適である。

【００２７】図７は修正型アームストロングオシレータの形態をとるオシレータ３０Ｃを示
している。図７の自己同調型回路においては、オシレータ３０Ｃが増幅器３４Ｃ
を包含している。増幅器３４Ｃは入力端子と出力端子とを具備しており、該増幅
器の出力端子は高パワー容量Ｃ１と整合容量Ｃ２との間に接続されている。更に
、オシレータ３０Ｃは励起コイル４０に対して同軸上に配設されているピックア
ップコイル６４を具備している。ピックアップコイル６４は第一端部と第二端部
とを具備しており、ピックアップコイル６４の第一端部は電気的接地へ接続して
いる。フィードバック要素３６Ｃはピックアップコイル６４の第二端部と増幅器
３４Ｃの入力端子との間に接続している。従って、図７の修正型アームストロン
グオシレータ３０Ｃはピックアップコイル６４からそのフィードバック信号を得
る。図１０は、修正型アームストロングオシレータ３０１Ｃが二段増幅器１３４
Ｃを包含している実施例を示している。

【００２８】上述した図５−７及び図８−１０から理解されるように、本発明によれば、オ
シレータ駆動型ランプヘッド回路用の自己同調型ＲＦオシレータが、その入力信
号をランプヘッド回路から取ることによってランプヘッド回路の周波数条件に追
従する。修正型ハートレー（図５，８）、コルピッツ（図６，９）及びアームス
トロング（図７，１０）オシレータはこの機能を充足するために使用することが
可能なオシレータの例である。

【００２９】図１１，１２，１３は、夫々、電圧保護のために本発明の実施例と共に使用す
ることが可能なクランプ回路の第一、第二、第三実施例１００Ａ，１００Ｂ，１
００Ｃを示している。クランプ回路１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃは本発明のオ
シレータ３０のフィードバック信号をオシレータ３０の能動要素，例えば増幅器
３４によって許容される領域へ制限する。そうであるので、クランプ回路１００
Ａ，１００Ｂ，１００Ｃは直接的に又はフィードバックシステムを介して増幅器
３４のゲートへ接続している。一般的には、クランプ回路は高い電流担持能力を
与え、低容量およびインダクタンスを提供し、且つ短いライン長さを使用すべき
である。以下の説明においては、クランプ回路１００に対する一般的な参照は図
１１のクランプ回路１００Ａ、図１２のクランプ回路１００Ｂ、図１３のクラン
プ回路１００Ｃ、又はその均等物又は変形物のいずれかを参照することが可能で
ある。

【００３０】図１１に示したように、クランプ回路１００Ａは直列対のスイッチングダイオ
ード、例えばショットキーダイオード１０２及び１０４を有しており、ショット
キーダイオード１０４のアノードとショットキーダイオード１０２のカソードが
固定電圧−Ｖ_B及び＋Ｖ_Bへ接続しており、それは能動装置に対する最大定格電圧
を超えるべきではなく且つ典型的にこのような定格の７０−８０％である。図１
２のクランプ回路１００Ｂもスイッチングダイオード（例えば、ショットキーダ
イオード１０２，１０４）を有しているが、更に、各ショットキーダイオード１
０２，１０４と接地との間に接続されている調整用ダイオード（例えば、ツェナ
ーダイオード１０６，１０８）を有している。特に、ツェナーダイオード１０８
のアノードはショットキーダイオード１０４のアノードへ接続しており、ツェナ
ーダイオード１０８のカソードは接地へ接続している。ツェナーダイオード１０
６のカソードはショットキーダイオード１０２のカソードへ接続しており、ツェ
ナーダイオード１０６のアノードは接地へ接続している。上述したクランプ回路
１００において、ショットキーダイオード１０２，１０４は、例えば、直列対Ｍ
Ａ４ＣＳ１０２Ｂ（最大Ｃ_jが１．０ｐＦ）とすることが可能であり、ツェナー
ダイオード１０６，１０８は１６ボルトＴＶＳ／ツェナーＩＮ６２７６とするこ
とが可能である。図１３のクランプ回路１００Ｃは、ツェナーダイオード１０６
，１０８の各々と並列接続されている小さな容量を有している点で図１２のもの
と異なっている。

【００３１】無電極ランプのコイルは多様な形態をとることが可能である。図１４，図１５
，図１６はコイル断面形態の３つの例を示している。特に図１４はリードがコイ
ルループに対して接線方向に曲げられている「オメガ」コイル１４０と呼ばれる
ものを示しており、図１６はリードがコイルからほぼ半径方向に延在している「
ＤＣＣ」コイルを示しており、図１５は１つの接線方向リードと１つの半径方向
リードとを具備する修正型コイルを示している。理解すべきことであるが、無電
極ランプの文脈においては、本発明はこれらの例示したものを包含する任意のタ
イプのコイルと共に使用することが可能である。然しながら、以下に説明するよ
うに，例えば図５又は図１８に示したような修正型ハートレーオシレータを使用
する場合には、タップ６０が励起コイル４０上の適切な位置に位置決めされ且つ
それと一体的に形成されることが望ましい。タップ６０の励起コイル４０への接
続部の位置決めは，励起コイル内の電流を増加させるべく選択することが可能で
あり、それにより無電極ランプの自己点火を助ける。

【００３２】上述したように、修正型ハートレーオシレータはタップを介してフィードバッ
クシステムの励起コイルへの接続が関与する（図５におけるタップ６０を参照）
。好適には、無電極ランプのバルブに対しての励起コイル４０の近接性による熱
的遷移に打ち勝つために、該タップは埋込型とされるかまたは1つの組立体にお
いて励起コイルへ接続され、例えば、励起コイルに対するタップの溶接又は半田
付けによる接続は存在しない。本発明の1つの側面によれば、励起コイル及びタ
ップは1個の中実部品（例えば銅）から形成することが可能である。例えば、該
タップは励起コイルに対して刻印且つ形成することが可能であり、又は組立体全
体をキャスティングにより形成することが可能である。図17は該タップを一体的
に形成したそのような1つのコイルを示している。一般的に言えば、接地リード
に関してのタップの角度θが増加するに従いフィードバック電圧が増加し且つ角
度θが増加するに従いコイル損失も増加する。この角度が大き過ぎる場合には、
高いフィードバック信号が得られるが、放電を維持するためには損失が大き過ぎ
る場合がある。従って、該タップは、対応する損失を最小としながら充分なるフ
ィードバック電圧を与える角度に位置決めされる。低利得装置に対してはより高
い角度が必要となる場合がある。好適には、1実施例においては、励起コイルを
介しての満足のいく電流を維持しながら該タップを介しての充分なフィードバッ
クを容易なものとさせるために、タップ６０を接地リードと相対的に励起コイル
４０の単巻周りに約１５−３０％に位置決めさせる。

【００３３】図１８は修正型ハートレー型オシレータ２３０を使用する自己同調型システム
の１つの例示的実現例に対する回路基板レイアウトを示している。図１９は図１
８のライン１９−１９に沿ってとったオシレータ２３０の部分断面図である。図
１８及び１９は第一端部を接地パッド２８０へ接続（半田付け）した励起コイル
２４０を示している。励起コイル２４０の第二端部は高パワー容量Ｃ１及び伝送
線２８１（約１０Ω）を介して増幅器２３４のドレイン２８２へ接続している。
オシレータ２３０のタップ２６０は励起コイル２４０からブロッキングコンデン
サ２６２へ延在している。ブロッキングコンデンサ２６２はフィードバックパッ
ド２８４上に位置しており、該パッドはフィードバックシステム２８６Ａ及びフ
ィードバックシステム２８６Ｂを有している二重フィードバックシステムへ接続
している。フィードバックシステム２８６Ａ及びフィードバックシステム２８６
Ｂは互いに基本的に同一の鏡像関係にあり、その各々は１５Ω伝送線セグメント
２８８Ａ，Ｂ、９３Ω伝送線セグメント２９０Ａ，Ｂ、調節可能な容量２９２Ａ
，Ｂ、２４Ω伝送線セグメント２９４Ａ，Ｂを包含している種々のセグメントを
有している。各フィードバックシステム２８６Ａ及び２８６Ｂに対して，伝送線
セグメント２９４Ａ，Ｂは増幅器２３４のゲート２８３へ接続している。図１８
のオシレータ２３０において、９３Ω伝送線セグメント２９０Ａ，Ｂは良好な電
気的長さを与えるため（正しい位相を得るため）フィードバックシステム２８６
Ａ，Ｂを構成するその他の伝送線よりもより狭い幅のものである。調節可能容量
２９２Ａ，Ｂはほぼ１ｐＦと３ｐＦとの間である。増幅器２３４は、例えば、モ
トローラ部品ＭＲＦ１８４又はＭＲＦ３７３とすることが可能である。

【００３４】二重フィードバック遅延線を具備するフィードバックシステム２８６Ａ，Ｂは
従って、遅延調節用のより高いインピーダンスのセクション（９３Ω伝送線セグ
メント２９０Ａ，Ｂ）及びコイル・トランジスタ分離用にトランジスタドレイン
から高電圧コンデンサへの短い低インピーダンスセクション（伝送線２８１）を
組込んでいる。有益的なことであるが、フィードバックシステム２８６Ａ，Ｂの
二重の側面は安定性とローバストネス（堅牢性）の両方を与える。

【００３５】本発明のクランプ回路１００は本発明のオシレータ３０の増幅器３４のゲート
上へ接続することが可能であるが、クランプ回路１００をより高いインピーダン
スを有するフィードバックシステムの一部の上に位置させることが好適である。
一方、図１８に関連して、例えば、ゲート２８３は２乃至３Ω又は０．３乃至１
Ωとすることが可能であり（例えば、７００乃至１０００ＭＨｚの範囲内のモト
ローラＭＲＦ−１８４増幅器の場合）、フィードバック伝送線セグメント２８８
，２９０，２９４は夫々１５，９３，２４Ωのインピーダンスを有している。従
って、図２０はどのようにしてクランプ回路１００（それは、上述したように、
例えば、図１１のクランプ回路１００Ａ、図１２のクランプ回路１００Ｂ、図１
３のクランプ回路１００Ｃのいずれかとすることが可能である）をフィードバッ
クシステム２８６Ａ，Ｂの９３Ω伝送線セグメント２９０Ａ，Ｂへ接続すること
が可能であるかを示している。図２１はどのようにしてクランプ回路１００を２
４Ω伝送線セグメント２９４Ａ，Ｂへ接続することが可能であるかを示している
。従って、クランプ回路１００はショットキーダイオード１０２，１０４の高い
動的インピーダンス（約５Ω）が問題を提起することのないフィードバックシス
テム２８６上の点へ接続している（例えば、図２０における９３Ω伝送線セグメ
ント２９０及び図２１における２４Ω伝送線セグメント２９４）。

【００３６】図２２はバルブ３４２に対する修正型ハートレー型オシレータ変形例３３０を
示している。励起コイル３４０はそれと共に形成されているタップ３６０を有し
ており、それはブロッキングコンデンサ３６２を介して増幅器３３４のゲートへ
接続している。クランプ回路１００Ｂも増幅器３３４のゲートへ接続しており、
クランプ回路１００Ｂは基本的に図１２に示したものと同一である。図２２に示
した要素３９０はＲＦチョーク（ＲＦＣ）であり、５巻、２０ＡＷＧ、０．１２
６の内径を有している。

【００３７】図２３は更に別の自己同調型回路変形例を示している。励起コイル４４０はバ
ルブ４４２に近接しており、且つ高パワー容量Ｃ１（約６ｐＦの程度）を介して
増幅器４３４の出力端へ接続している。容量（コンデンサ）４９４及び４９５は
約２０と４０ｐＦの間の値を有しており、容量４９６はフィードバックを取扱う
のに充分に大きいものである。駆動電流Ｉ₁が示されている。必要である場合に
は、クランプ回路１００Ａ（図１１に示したものと同様）を増幅器４３４のゲー
トへ接続することが可能である。増幅器４３４は充分な利得を有するものでなけ
ればならず、且つ必要である場合には、複数個の段を包含することが可能である
。然しながら、ループ周りの位相変化を除去するために小さな寸法でなければな
らない。

【００３８】本発明の幾つかの側面は、又、本発明の自己同調型ランプに対する充分なる利
得を与えるための種々の構成及び技術を提供している。例えば、ハートレーオシ
レータ構成はより少ないフィードバックを必要とするということに鑑み、能動要
素が低利得装置である場合にはコルピッツオシレータ構成よりもハートレーオシ
レータ構成（図５又は図１８に示したもの等）が好適である。更に、二重フィー
ドバック遅延線を具備するフィードバックシステム（図１８におけるフィードバ
ックシステム４８６等）はより大きな利得を促進する。

【００３９】更に、利得の点に鑑み、付加的な増幅段を付加することが可能である。この点
に関して、図５，図６，図７に示したもののようなオシレータは単一段増幅を有
することが可能であるが、ループ利得をブーストさせるために第二段増幅を付加
することも可能である（夫々図８−図１０に示したように）。本発明は１つ又は
２つの段の増幅に制限されるものではなく、より大きな数の増幅段（例えば３個
）を使用することも可能である。段数に拘わらず、ループ周りの位相変化は必要
とされるものから最小とされ（例えば、ｎ×３６０度、尚ｎ＝１）、従ってラン
プヘッド回路は所要の周波数範囲にわたって動作することが可能である。後に説
明するように、該フィードバック信号は能動要素によって許容される領域へクラ
ンプさせることが可能である。

【００４０】本発明のその他の側面は自己同調型ランプに対して改良した点火を与えている
（例えば、減少された開始時間）。これらの側面の幾つかのものは、パワーオシ
レータが高いパワーを引出すことを開始する場合にターンオフされる特別の開始
オシレータ、より低い被包体質量、及び増加したコイル電流／減少した圧力の充
填物を使用することを包含している。

【００４１】改良した点火を助けるために、図２４に示したように、自己同調型システムは
パワーオシレータ５０１及び始動用オシレータ５０２の両方を包含することが可
能であり、それらは両方共自己同調型ランプ等の自己同調型システムのタンク回
路５０３へ接続している。タンク回路５０３からのフィードバック５０８はパワ
ーオシレータ５０１へ印加される。パワーがパワー検知回路５０４を介してパワ
ーオシレータ５０１と始動用オシレータ５０２の両方へ印加される。始動用オシ
レータ５０２は、タンク回路５０３が低温である場合のタンク回路５０３に対し
て整合されている高インピーダンスＺ_out1（出力端５０６上）、及びタンク回路
５０３が低温である場合のタンク回路５０３に対して同調されている動作周波数
を有している。該回路（例えば、ランプ）が始動即ち開始すると、タンク回路５
０３のＺ_in（入力端５０７上）がプルダウンされ、従ってそれはパワーオシレー
タ５０１に対してより良い整合を有している。パワー検知回路５０４は、パワー
オシレータ５０１が高いパワーを引出すことを開始する場合に、始動用オシレー
タ５０２をターンオフさせる。図２４において、Ｚ_out2（出力端５０５上）は、
タンク回路５０３が高温である場合にほぼＺ_inに等しく且つＺ_out2はタンク回路
５０３が低温である場合にＺ_inよりも著しく低い。

【００４２】被包体即ちバルブの質量に関して、バルブ４２は例えば石英、サファイア、又
は多結晶アルミナ（例えば）等の任意の適宜の物質から形成することが可能であ
る。バルブ４２は例示した実施例においては球状形状を有しているが、バルブ４
２に対してその他の形状とすることが可能であり例えば円筒形状又はピルボック
ス形状型のバルブとすることが可能である。バルブ４２はアパーチャバルブとす
ることが可能である。アパーチャバルブはそこを介して光が射出されるアパーチ
ャの領域を除いて反射性のセラミックジャケットで取囲まれている。

【００４３】好適には、バルブ４２に対して使用される石英又はその他の物質の量は可及的
に小さいものである。無電極ランプバルブは、ランプ石英被包体の最も低い温度
の部分が正しい密度の蒸発充填物を与えるために充分に高温である温度に到達せ
ねばならない。本発明者等は石英バルブの熱容量に関しての計算と実験とを行い
、その結果を表１−表４に示してある。表１は６ｃｍ内径及び種々のバルブ壁厚
さを有するバルブを扱っており、表２は７ｃｍ外径及び種々のバルブ壁厚さを有
するバルブを扱っており、表３は６ｃｍ外径及び種々のバルブ壁厚さを有するバ
ルブを扱っており、表４は５ｃｍ外径及び種々のバルブ壁厚さを有するバルブを
扱っている。これらの表において、パワー入力は９０ワットであり、最初の３秒
においてプラズマに結合される熱は１８ジュール／秒であり、初期温度は２５℃
であり、最終温度は９００℃であり、バルブｃｐは１２５０Ｊ／ｋｇ−Ｃであり
、バルブ密度は２．２０Ｅ＋０３ｋｇ／ｍ³（即ち、２．２０Ｅ−０６ｋｇ／ｍ
ｍ³）である。表１―表４に反映されている結果から、本発明者等は、スタート
アップ時間はバルブ４２の質量に対して比例する場合があることを結論づけた。
従って、本発明の１つの側面は無電極ランプのより短いスタートアップ時間を得
るためにより低い石英質量を使用することである。

【００４４】自己点火を助ける別の態様は、点火直前のコイル電流を最大とさせることであ
る。このコイル電流最大化は、例えば、単一段増幅（例えば、１２乃至１５ｄＢ
）を有するシステムにおいて重要なものである場合があり、それは、そうでなけ
れば、ランプヘッド回路（低Ｑ）に負荷を与え従ってより低い初期的コイル電圧
を与える。コイル電流を最大とさせる１つの技術はタップ６０（修正型ハートレ
ー自己点火ランプにおいて）が励起コイル４０と連結する位置を位置的により低
いもの（即ち図１７に示した角度θを減少させる）ことである。

【００４５】本発明は充填物依存性ではないが、無電極ランプの自己点火を助けるために低
圧希ガス充填物を使用することが望ましいものと思われる。例えば、圧力は、好
適には、約５乃至３０トール以下の範囲内とすべきであり、且つより好適には２
０トール未満とすべきである。例示的な充填物は臭化インジウム（１ｍｇ／ｃｃ
）、アルゴン、及び少量のクリプトン８５を包含している。

【００４６】例示的実施例においては、コイル４０等のコイルが単一巻を有するものとして
例示されている。然しながら、理解すべきことであるが、本明細書に記載した減
少及び本発明原理は複数巻を有するコイルに対しても等しく適用することが可能
であり、コイル寸法／波長関係は前述したＰＣＴ公開公報ＷＯ９９／３６９４０
において説明されている。更に、異なるタイプの幾何学的形状のコイルを有益的
である場合には使用することが可能である（例えば、アーク発生を最小とさせる
ため、直交駆動用の最適寸法決定等）。

【００４７】本明細書に記載したランプ及び本発明の範囲内のランプは低、中間及び高パワ
ー範囲において動作することが可能である。本明細書に例示したランプへ印加さ
れる信号は、好適には、２００ＭＨｚ乃至２０００ＭＨｚの帯域内にあり、３０
０ＭＨｚ乃至９００ＭＨｚの帯域が最も好適な周波数帯域である。

【００４８】発明者等の作業において包含されていたものは、単一段増幅器を具備する修正
方ハートレーオシレータを具備する２つの無電極ランプを製造することであった
。これらのランプのうちの１つは図１６に示したもののようなＤＣＣ１０ｍｍ直
径コイルを有しており、これらのランプのうちの他方は図１４に示したもののよ
うなオメガ構成コイルを有していた。これらのランプの両方において、ランプの
アパーチャに対して垂直な５６．４ｃｍの距離において少なくとも２７００ｌｕ
ｘが得られた。オメガ構成コイルを有するランプは２６ボルトにプリセットされ
、且つ援助された始動でもって、スイッチオンされた場合に、付加的な関与なし
で７．５秒で２７００ｌｕｘ近くとなった。この７．５秒遷移は比較的迅速であ
る。何故ならば、２０−３０秒はその他のシステムにおいては異常なものではな
いからである。点火の後、該共振システムは外部周波数調節に対する必要性なし
で、青色モードを介して完全なる出力へ滑らかに遷移する。

【００４９】自己同調型システムの周波数決定要素としてＲＦ型駆動負荷（例えば、ランプ
ヘッド回路）の使用に関する本発明の側面に関して、図５、図６、図７に示した
基本的実施例は例である過ぎない。以下に説明するように、その他のオシレータ
構成及びこれらの基本的実施例の変形例は本発明の範囲内である。

【００５０】例えば、図２５、図２６、図２７、図２８は種々のコルピッツ型オシレータ変
形例を示している。図２５は点５０５において高電圧入力が付加された場合の等
価な模式図を示している。図２５のオシレータは増幅器５３４及び高電圧コンデ
ンサＣ１周りに接続されたフィードバック要素５３６を包含している。フィード
バック要素５３６は位相シフト要素とすることが可能である。図２５において、
励起コイル５４０は負荷Ｚと直列に示されている（該負荷はバルブ及びプラズマ
である）。

【００５１】図２６は低電圧入力が点６０６において付加される場合の無電極ランプヘッド
回路を駆動するオシレータに対する等価な模式図を示している。図２６のオシレ
ータは、容量の配置及び第三容量（即ち容量６６４）の付加によって図２５のも
のから主に異なっている。図２６のオシレータにおいては、高電圧容量Ｃ１は容
量Ｃ２及び６６４より著しく小さい。図２７の等価な模式図は図２６のものと同
様であるが、増幅器７３４が高利得トランジスタ又はＦＥＴであり、そのエミッ
タは容量Ｃ２及び７６４の間及び抵抗７６６を介して接地へ接続されている。図
２８の等価な模式図は図２７のものと同様であるが、更にＲＦ入力電流経路８７
０を示している。図２８において、ＤＣバイアスＶｂが必要な場合に供給されて
点８７２において３０乃至１００ボルトのＲＦを供給する。当業者によって理解
されるように、フィードバックは図２５、図２６、図２７、図２８の実施例に対
して０゜、３６０゜等の位相でなければならない。

【００５２】図２９はアームストロング型オシレータ変形例を示しており、そのピックアッ
プコイル９６４は共振励起コイル９４０からフィードバックを発生する。増幅器
９３４は一段増幅器か又は二段増幅器（図２９に示したように一段増幅器９８０
を包含している）とすることが可能である。更に、クランプ回路を、例えば、図
２９における点９８２において接続させ、該オシレータの増幅器の１つ又はそれ
以上を保護することが可能である。したがって、図２９のオシレータシステムに
おいては、振動に対するフィードバックはパワーオシレータにおいてＲＦ電流か
らＤＣ電流を分離する場合に使用されるチョークから派生される。フィードバッ
ク信号を発生するために使用されるチョーク上にエキストラな巻線が巻着されて
いる。フィードバックのレベルはチョーク上の巻線に対するこの巻線の比によっ
て制御される。アームストロング型オシレータ回路の利点は、共振コイル（即ち
、励起コイル９４０）及び増幅器（即ち、増幅器９３４）の最後の段の両方を接
地されることが可能であるということである。ウェディングリング型励起コイル
を使用する高周波数ランプの場合には、ピックアップコイルをウェディングリン
グコイルに近接して配置させることが望ましい。

【００５３】従って、現在のところ最も実際的であり且つ好適な実施例であると考えられる
ものに関連して本発明を説明したが、本発明は開示した実施例に制限されるべき
ものではなく、特許請求の範囲の製品及び範囲内に包含される種々の修正例及び
等価な構成をカバーすることが意図されていることを理解すべきである。例えば
、誘導結合型無電極ランプの文脈において種々の実施例を例示したが、本発明の
技術及び原理は例えば容量結合型ランプ等のその他の分類の無電極ランプでも使
用可能であることを理解すべきである。更に、上述したように、無電極ランプの
分野は本発明の原理及び技術が適用可能である単に１つの分野の例として役立つ
ものである。

【００５４】本発明の側面は多数の利点を有している。本発明は負荷（例えば、無電極ラン
プのランプヘッド回路）の始動及び長期動作期間中に変化する共振周波数におい
て止まる自己同調型システムを使用している。ランプバルブにおいてより少ない
石英及びより高い初期的なパワーを使用することは自己点火及び減少させたスタ
ートアップ時間に貢献する。更に、信頼性のあるランプ点火は点火前のコイル電
流を増加させることによって達成される。更に、より低い圧力の充填物を使用す
ることが可能である。

【００５５】ランプ構造の周波数決定要素を除去することにより（直列共振回路とは独立的
）、本システムは簡単化され且つスタートアップ及び動作期間中の周波数調節回
路に対する必要を排除している。更に、ランプが年を取る場合にランプは良好に
整合された条件で動作し続ける。このような自己同調型ランプシステムは入力パ
ワーがランプシステムとの共振状態からずれることに起因してランプが消灯する
ことを防止する。自己同調型ランプは、又、より広い製造トリランスを可能とし
、それにより歩留まりを増加させ且つ製造コストを低下させる。

【００５６】

【表１】

【００５７】

【表２】

【００５８】

【表３】

【００５９】

【表４】

【図面の簡単な説明】

【図１】オシレータ及びオシレータ駆動型負荷を包含する共振システムの
概略図。

【図２】誘導結合型無電極ランプ用のランプヘッド回路の概略図。

【図３】容量結合型無電極ランプ用ランプヘッド回路の概略図。

【図４】図２の誘導結合型無電極ランプ用ランプヘッドの部分的断面概略
図。

【図５】負荷として無電極ランプヘッド回路を駆動するための異なるオシ
レータを使用する共振回路の概略図。

【図６】負荷として無電極ランプヘッド回路を駆動するための異なるオシ
レータを使用する共振回路の概略図。

【図７】負荷として無電極ランプヘッド回路を駆動するための異なるオシ
レータを使用する共振回路の概略図。

【図８】図５の回路に対応するが異なるオシレータにおいて二段増幅が与
えられている共振回路の概略図。

【図９】図６の回路に対応するが異なるオシレータにおいて二段増幅が与
えられている共振回路の概略図。

【図１０】図７の回路に対応するが異なるオシレータにおいて二段増幅が
与えられている共振回路の概略図。

【図１１】本発明の異なる実施例に基づくクランプ回路の概略図。

【図１２】本発明の異なる実施例に基づくクランプ回路の概略図。

【図１３】本発明の異なる実施例に基づくクランプ回路の概略図。

【図１４】本発明に使用することが可能な異なるコイル形態の断面図。

【図１５】本発明に使用することが可能な異なるコイル形態の断面図。

【図１６】本発明に使用することが可能な異なるコイル形態の断面図。

【図１７】本発明の共振システム内に設けられている修正型ハートレーオ
シレータにおいて使用する一体的なタップを具備するコイルを示した断面図。

【図１８】無電極ランプヘッド回路に関連する修正型ハートレー型オシレ
ータを使用する共振システムの１具体例に対する回路レイアウトの概略図。

【図１９】図１８のライン１９−１９に沿って取ったオシレータの部分断
面図。

【図２０】図１８の回路レイアウトに対してクランプ回路を接続する第一
位置を示した概略図。

【図２１】図１８の回路レイアウトへクランプ回路を接続する第二位置を
示した概略図。

【図２２】本発明に基づく更にその他の共振回路変形例の概略図。

【図２３】本発明に基づく更にその他の共振回路変形例の概略図。

【図２４】パワーオシレータと始動用オシレータの両方を包含する自己同
調型システムの概略図。

【図２５】種々のコルピッツ型オシレータ変形例に対する等価回路を示し
た概略図。

【図２６】種々のコルピッツ型オシレータ変形例に対する等価回路を示し
た概略図。

【図２７】種々のコルピッツ型オシレータ変形例に対する等価回路を示し
た概略図。

【図２８】種々のコルピッツ型オシレータ変形例に対する等価回路を示し
た概略図。

【図２９】アームストロング型オシレータ変形例に対する等価回路を示し
た概略図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者カークパトリック，ダグラスエイ．アメリカ合衆国，バージニア 22066，グレートフォールズ，ビーチミルロード 10929 (72)発明者ツァイ，ピーターアメリカ合衆国，メリーランド 20832，オルニー，トランクウィルレーン 18405 (72)発明者ドーラン，ジェームズティー．アメリカ合衆国，メリーランド 21702，フレデリック，エルローズコート 536 (72)発明者レン，ヨーツァンアメリカ合衆国，メリーランド 20872，ダマスカス，クロスカットコート３ (72)発明者フィンチ，ポールアメリカ合衆国，テキサス 76020，アズール，ジャクソントレイル 1417 (72)発明者ナジェル，ジョンジェイ．アメリカ合衆国，テキサス 77513，リーグシティー，マリーナベイドライブ 2951，スイート 130，ピーエムビー 431 (72)発明者ハークネス，ブルースエイチ．アメリカ合衆国，テキサス 77059− 5509，ヒューストン，ラスティングウッズコート 4007 (72)発明者ラッフォール，ジョージダブリュ．アメリカ合衆国，テキサス 77040，ヒューストン，タミレニーレーン 9018 (72)発明者リュウ，リチャードアメリカ合衆国，テキサス 77478，シュガーランド，レベルリッヂドライブ 4914 Ｆターム(参考） 3K072 AA17 AA19 AC02 AC11 CA03 CA16 CB02 CB06 CB07 DD04 DE02 DE04 GA01 GA02 GA09 GB20 GC01 GC02 HA05 HB10 5C039 NN09 5H007 AA05 AA07 BB03 BB11 CA01 CA02 CB03 CB07 CC03 CC09 DA03 DC04 DC05 EA09 GA01 HA03 【要約の続き】充分な利得を与え且つ点火／自己始動（例えば、始動時間の減少）を向上させる種々の発明的技術が提供される。本発明の自己同調型システムに対し充分な利得を確保するための技術及び構成は、オシレータ構成、多段増幅（必要とされる場合）、及びフィードバックシステム構成の選択を包含している。該負荷の自己点火は例えば特別の始動用オシレータの使用、ランプバルブ用に低圧希ガス充填物の使用、及び励起コイルにおける電流の増加（例えば、タップ（６０）の励起コイルに対する接続部の選択的位置決め）を包含している。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】利得要素及びオシレータとして構成されているＲＦ駆動型負
荷を包含している自己同調型システムにおいて、前記ＲＦ駆動型負荷が前記自己
同調型システムの周波数決定要素であり、且つ前記オシレータが３００ＭＨｚよ
り大きな周波数で振動する自己同調型システム。
【請求項２】請求項１において、前記オシレータ駆動型負荷が無電極ラン
プのランプヘッド回路を有している装置。
【請求項３】請求項２において、前記無電極ランプが誘導結合型無電極ラ
ンプ及び容量結合型無電極ランプのうちの１つである装置。
【請求項４】請求項２において、前記無電極ランプのランプヘッド回路が
、点火された場合にプラズマ放電を形成する充填物を収容している被包体に近接
している励起コイル、前記励起コイルの第一端部へ接続している高パワー容量、前記励起コイルの第二端部へ及び電気的接地へ接続している整合容量、を有している装置。
【請求項５】請求項４において、前記オシレータが、入力端子及び前記高パワー容量と前記整合容量との間に接続されている出力端
子を具備している増幅器、前記励起コイルへ接続しているタップ、前記タップと前記増幅器の入力端子との間に接続しているフィードバック要素
、を有している装置。
【請求項６】請求項５において、前記タップの前記励起コイルへの接続部
は前記ランプが自己点火するように前記励起コイルにおいて充分な電流を供給す
るように位置されている装置。
【請求項７】請求項５において、前記増幅器は第一増幅段と第二増幅段と
を具備している二段増幅器であり、前記第一増幅段が前記第二増幅段よりも低い
利得を有している装置。
【請求項８】請求項４において、前記オシレータが、入力端子と前記高パワー容量及び前記整合容量の間に接続されている出力端子
とを具備している増幅器、前記整合容量と接地との間に接続されている第三容量、前記整合容量と前記第三容量との間に接続されている第一端部及び前記増幅器
の入力端子へ接続している第二端部を具備しているフィードバック要素、を有している装置。
【請求項９】請求項８において、前記増幅器が第一増幅段と第二増幅段と
を具備している二段増幅器であり、前記第一増幅段が前記第二増幅段よりも低い
利得を有している装置。
【請求項１０】請求項４において、前記オシレータが、入力端子と前記高パワー容量及び前記整合容量の間に接続されている出力端子
を具備している増幅器、前記励起コイルと同軸上に配設されており電気的接地へ接続されている第一端
部を具備すると共に第二端部を具備しているピックアップコイル、前記ピックアップコイルの第二端部と前記増幅器の入力端子との間に接続され
ているフィードバック要素、を有している装置。
【請求項１１】請求項１０において、前記増幅器が第一増幅段と第二増幅
段とを具備している二段増幅器であって、前記第一増幅段が前記第二増幅段より
も低い利得を有している装置。
【請求項１２】請求項４において、前記ランプヘッド回路が、更に、制御
信号に従って前記整合容量を変化させる手段を有しており、前記制御信号が前記
無電極ランプの動作段階を表わしている装置。
【請求項１３】請求項４において、前記被包体が低石英質量を有している
装置。
【請求項１４】請求項１において、前記オシレータが、増幅器、前記オシレータ駆動型負荷と前記増幅器との間に接続されているフィードバッ
クシステム。前記増幅器によって許容される領域に対して前記フィードバックシステムによ
って印加されるフィードバック信号を制限するクランプ回路、を有している装置。
【請求項１５】請求項１４において、フィードバックシステムが異なるイ
ンピーダンスを具備している複数個のセグメントを有しており、且つ前記クラン
プ回路が前記クランプ回路の１つの要素の制限を上回るインピーダンスを有して
いる前記複数個のセグメントのうちの１つへ接続されている装置。
【請求項１６】請求項１４において、フィードバックシステムが異なるイ
ンピーダンスを具備している複数個のセグメントを有しており、且つ前記クラン
プ回路が前記クランプ回路を構成しているショットキーダイオードの高い動的イ
ンピーダンスに打ち勝つインピーダンスを具備している前記複数個のセグメント
のうちの１つへ接続している装置。
【請求項１７】請求項１４において、前記フィードバックシステムが二重
のフィードバック経路を有しており、前記フィードバック経路の各々が異なるイ
ンピーダンスを具備している複数個のセグメントを有しており、前記二重のフィ
ードバック経路のうちの第一のものに対して第一クランプ回路が設けられており
且つ前記二重フィードバック経路のうちの第二のものに対して第二クランプ回路
が設けられており、且つ前記二重フィードバック経路の各々に対して、夫々のク
ランプ回路が前記クランプ回路の１つの要素の制限に打ち勝つインピーダンスを
具備している前記複数個のセグメントのうちの１つへ接続している装置。
【請求項１８】無電極ランプにおいて、点火された場合にプラズマ放電を形成する充填物を収容している被包体に近接
している励起コイルと、前記励起コイルの第一端部へ接続している高パワー容量と、前記励起コイルの第二端部へ及び電気的接地へ接続している整合容量と、を有しているランプヘッド回路、及び、増幅器と、オシレータ駆動型負荷と前記増幅器との間に接続されているフィードバックシ
ステムと、前記増幅器によって許容される領域に対して前記フィードバックシステムによ
って印加されるフィードバック信号を制限するクランプ回路と、を有しており前記ランプヘッド回路を駆動するオシレータ、を有している無電極ランプ。
【請求項１９】請求項１８において、前記フィードバックシステムが異な
るインピーダンスを具備している複数個のセグメントを有しており、且つ前記ク
ランプ回路が前記クランプ回路の１つの要素の制限に打ち勝つインピーダンスを
具備している前記複数個のセグメントのうちの１つへ接続されている装置。
【請求項２０】請求項１８において、前記フィードバックシステムが異な
るインピーダンスを具備している複数個のセグメントを有しており、且つ前記ク
ランプ回路が前記クランプ回路を構成するショットキーダイオードの高い動的イ
ンピーダンスに打ち勝つインピーダンスを具備している前記複数個のセグメント
のうちの１つへ接続されている装置。
【請求項２１】請求項１８において、フィードバックシステムが二重フィ
ードバック経路を有しており、前記二重フィードバック経路の各々が異なるイン
ピーダンスを具備している複数個のセグメントを有しており、前記二重フィード
バック経路の第一のものに対して第一クランプ回路が設けられており且つ前記二
重フィードバック経路の第二のものに対して第二クランプ回路が設けられており
、且つ前記二重フィードバック経路の各々に対して、夫々のクランプ回路が前記
クランプ回路の１つの要素の制限に打ち勝つインピーダンスを具備している前記
複数個のセグメントのうちの１つへ接続している装置。
【請求項２２】オシレータシステムにおいて、パワーオシレータ、始動用オシレータ、前記パワーオシレータ及び前記始動用オシレータの両方からパワーを受取り且
つ前記パワーオシレータへフィードバックを供給するタンク回路、前記パワーオシレータ及び始動用オシレータの両方へパワーを供給するパワー
検知回路、を有しており、前記始動用回路が前記タンク回路が低温である場合に前記タンク
回路へより良く整合される構成とされており、前記パワーオシレータは前記タン
ク回路が高温である場合に前記タンク回路へより良く整合される構成とされてお
り、且つ前記パワー検知回路は前記パワーオシレータが高いパワーを引出す場合
に前記始動用オシレータをターンオフさせる構成とされているオシレータシステ
ム。
【請求項２３】請求項２２において、前記タンク回路が無電極ランプのラ
ンプヘッド回路を有している装置。