JP2005038751A - Electrodeless discharge lamp lighting device - Google Patents

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Motohiro Saimi
元洋 齋見
Atsushi Kobayashi
敦 小林
Makoto Ukekawa
信 請川
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Panasonic Electric Works Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrodeless discharge lamp lighting device of a long life which prevents flow of a large current in a metal mesh and is excellent in a light distribution property. <P>SOLUTION: Of the electrodeless discharge lamp lighting device provided with a microwave oscillator 1, a waveguide 2 guiding microwave from the microwave oscillator 1, a microwave resonator 3 combined with the waveguide 2 and containing a metal mesh 3a transmitting light but not the microwave at part of it, and an electrodeless discharge lamp 4 arranged inside the microwave resonator 3 and with discharge gas containing at least mercury and rare gas sealed inside, the shape of the microwave resonator 3 is an ellipsoid of revolution 5 with a part of an elliptic curve revolved with an axis of an ellipse as an axis center, and at the same time, a direction of a maximum field generated in the microwave resonator 3 is almost vertical to the revolving axis, and a focus of the elliptic curve is made to almost match with the maximum position of the field, and the electrodeless discharge lamp 4 is arranged in the vicinity of the matched point. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、マイクロ波を用いた無電極放電灯点灯装置に関する。   The present invention relates to an electrodeless discharge lamp lighting device using microwaves.

無電極放電灯は、放電空間内部に電極を持たないため、電極蒸発によるバルブ内壁の黒化が発生しない。これにより、放電灯の寿命を大幅に伸ばすことが可能となる。このような特徴から無電極放電灯は、次世代の高輝度放電灯として、近年盛んに研究が行われている。   Since the electrodeless discharge lamp does not have an electrode in the discharge space, blackening of the inner wall of the bulb due to electrode evaporation does not occur. As a result, the life of the discharge lamp can be greatly extended. Due to these characteristics, electrodeless discharge lamps have been actively studied in recent years as next-generation high-intensity discharge lamps.

無電極放電灯を点灯させるための手段として、マイクロ波を用いたものがある。この種の第1の従来例としては、たとえば、特開昭59−86153号公報に記載のものが挙げられる。このものは、図7に示すようにマイクロ波を空洞共振器であるチャンバ1J4を介して高周波電磁界に変換し、この高周波電磁界を無電極放電灯であるランプ1J2に印加し、ランプ1J2を点灯させている。   As means for lighting the electrodeless discharge lamp, there is one using microwaves. As this kind of first conventional example, for example, the one described in JP-A-59-86153 can be mentioned. As shown in FIG. 7, the microwave is converted into a high-frequency electromagnetic field through a chamber 1J4 that is a cavity resonator, and the high-frequency electromagnetic field is applied to a lamp 1J2 that is an electrodeless discharge lamp. Lights up.

また、第2の従来例として、特開昭57−60695号公報に記載のものがある。このものは、図9に示すようにマイクロ波共振空胴2J4の内壁の一部に光を反射する球面部分2J41を設けており、この球面部分2J41の反射機能によって、マイクロ波共振空胴2J4に外部に光を効率よく取り出している。   A second conventional example is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-60695. As shown in FIG. 9, a spherical portion 2J41 for reflecting light is provided on a part of the inner wall of the microwave resonant cavity 2J4 as shown in FIG. 9, and the microwave resonant cavity 2J4 has a reflecting function of the spherical portion 2J41. Light is efficiently extracted outside.

ところで、第1の従来例においては、チャンバ1J4を適当な開封率を持つ金属網1J20で構成しているが、図8に示すようにチャンバ1J4の共振電磁界モードとしてTM011モードを使用しており、金属網1J20に大電流が流れる場合がある。したがって、金属網1J20が高温となり、無電極放電灯装置の寿命に影響を及ぼす場合がある。   By the way, in the first conventional example, the chamber 1J4 is constituted by the metal net 1J20 having an appropriate opening rate, but the TM011 mode is used as the resonance electromagnetic field mode of the chamber 1J4 as shown in FIG. In some cases, a large current flows through the metal net 1J20. Therefore, the metal net 1J20 becomes high temperature, which may affect the life of the electrodeless discharge lamp device.

また、第2の従来例においても、マイクロ波共振空胴2J4の共振電磁界モードとしてTM011モードを使用しており、図10に示すように金属メッシュ板2J43の中央付近に高電界が発生し、この金属メッシュ板2J43の中央付近に大電流が流れる。したがって、金属メッシュ板2J43が高温となり、マイクロ波放電光源装置の寿命に影響を及ぼす場合がある。   Also in the second conventional example, the TM011 mode is used as the resonant electromagnetic field mode of the microwave resonant cavity 2J4, and a high electric field is generated near the center of the metal mesh plate 2J43 as shown in FIG. A large current flows near the center of the metal mesh plate 2J43. Therefore, the metal mesh plate 2J43 becomes high temperature, which may affect the life of the microwave discharge light source device.

さらに、第1の従来例及び第2の従来例のいずれもが、空洞共振器内における無電極放電灯の配置に関して特に配慮をしておらず、配光性に優れているとはいえなかった。
特開昭59−86153号公報 特開昭57−60695号公報
Furthermore, neither the first conventional example nor the second conventional example has been particularly considered with respect to the arrangement of the electrodeless discharge lamp in the cavity resonator, and it cannot be said that the light distribution is excellent. .
JP 59-86153 A JP 57-60695 A

本発明は、上記問題点に鑑みてなしたものであり、その目的とするところは、金属メッシュに大電流が流れず、長寿命化することができるとともに、配光性に優れた無電極放電灯点灯装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and its object is to prevent a large current from flowing through the metal mesh, to prolong the life, and to provide an electrodeless discharge with excellent light distribution. The object is to provide an electric lamp lighting device.

上記課題を解決するために、本願発明においては、マイクロ波発振器と、マイクロ波発振器からのマイクロ波を導波する導波管と、導波管と結合されるとともにマイクロ波は非透過で光は透過する金属メッシュを少なくとも一部に含むマイクロ波共振器と、マイクロ波共振器内に配設されるとともに少なくとも水銀及び希ガスを含む放電ガスが内部に封入されている無電極放電灯と、を備えた無電極放電灯点灯装置であって、マイクロ波共振器の形状が楕円曲線の一部を楕円の軸を軸心として回転させた回転楕円体であるとともに、マイクロ波共振器内に発生する最大電界の方向は回転軸に対して略垂直方向であり、楕円曲線の焦点と電界の最大位置とを略一致させるとともに、該一致点近傍に無電極放電灯を配置している。   In order to solve the above problems, in the present invention, a microwave oscillator, a waveguide for guiding the microwave from the microwave oscillator, and the waveguide are coupled, and the microwave is not transmitted and the light is not transmitted. A microwave resonator including at least a part of a transparent metal mesh, and an electrodeless discharge lamp disposed in the microwave resonator and including a discharge gas including at least mercury and a rare gas inside. The electrodeless discharge lamp lighting device is provided, and the shape of the microwave resonator is a spheroid in which a part of an elliptic curve is rotated about the axis of the ellipse, and is generated in the microwave resonator The direction of the maximum electric field is substantially perpendicular to the rotation axis, and the focal point of the elliptic curve and the maximum position of the electric field are substantially coincided with each other, and an electrodeless discharge lamp is disposed in the vicinity of the coincidence point.

本発明の無電極放電灯点灯装置においては、マイクロ波共振器の形状が楕円曲線の一部を楕円の軸を軸心として回転させた回転楕円体、又は放物線の一部を回転させた回転放物線体であるとともに、マイクロ波共振器内に発生する最大電界の方向は回転軸に対して略垂直方向であり、楕円曲線の焦点と電界の最大位置とを略一致させるとともに、該一致点近傍に無電極放電灯を配置しているので、電界に対して水平方向に配置されている金属メッシュには電界が集中しなく、したがって、金属メッシュには大電流が流れず、長寿命の無電極放電灯点灯装置を提供することができる。また、楕円曲線の焦点近傍である該一致点に無電極放電灯を配置しているので、マイクロ波共振器内面で反射した光が楕円曲線のもう一方の焦点に集光し、この集光点が擬似光源となり、配光性に優れた無電極放電灯点灯装置を提供することができる。   In the electrodeless discharge lamp lighting device of the present invention, the shape of the microwave resonator is a rotating ellipsoid obtained by rotating a part of an elliptic curve around the axis of the ellipse, or a rotating parabola obtained by rotating a part of a parabola. The direction of the maximum electric field generated in the microwave resonator is substantially perpendicular to the rotation axis, and the focal point of the elliptic curve and the maximum position of the electric field are substantially coincided with each other and in the vicinity of the coincidence point. Since the electrodeless discharge lamp is arranged, the electric field is not concentrated on the metal mesh arranged in the horizontal direction with respect to the electric field. Therefore, a large current does not flow in the metal mesh, and the long-life electrodeless discharge is performed. An electric lamp lighting device can be provided. In addition, since the electrodeless discharge lamp is arranged at the coincidence point in the vicinity of the focal point of the elliptic curve, the light reflected by the inner surface of the microwave resonator is condensed at the other focal point of the elliptic curve, and this condensing point Becomes a pseudo light source, and an electrodeless discharge lamp lighting device having excellent light distribution can be provided.

さらに、導波管とマイクロ波共振器との結合部分の結合窓を反射率の大きい誘電体で覆っているので、無電極放電灯からの光の一部が反射率の大きい誘電体で反射し、誘電体で反射した光がマイクロ波共振器内に戻り、光の損失を防ぐことができる。   Furthermore, since the coupling window at the coupling portion between the waveguide and the microwave resonator is covered with a highly reflective dielectric, part of the light from the electrodeless discharge lamp is reflected by the highly reflective dielectric. The light reflected by the dielectric returns to the microwave resonator, and the loss of light can be prevented.

(第1の実施の形態)
以下、本発明の第1の実施の形態を図1から図5までを参照して説明する。図1は本実施の形態の斜視図であり、図2は本実施の形態の断面図である。また、図3は金属メッシュ3aの平面図であり、図4はマイクロ波共振器3内の電界分布を示す図である。さらに、図5は楕円曲線の焦点と共振中心距離hとの関係を示す特性図である。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a perspective view of the present embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the present embodiment. 3 is a plan view of the metal mesh 3a, and FIG. 4 is a diagram showing the electric field distribution in the microwave resonator 3. As shown in FIG. FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the focal point of the elliptic curve and the resonance center distance h.

つぎに、各部の構成を説明する。   Next, the configuration of each unit will be described.

マイクロ波発振器1は、導波管2にマイクロ波出力するものであり、たとえば、電源7が接続され、マイクロ波電力750Wで2.45GHzのマイクロ波を生成するマグネトロンによって構成されている。そして、マイクロ波発振器1には導波管2に挿入されたアンテナ11が接続されている。   The microwave oscillator 1 outputs microwaves to the waveguide 2, and is configured by, for example, a magnetron that is connected to a power source 7 and generates a microwave of 2.45 GHz with a microwave power of 750W. An antenna 11 inserted in the waveguide 2 is connected to the microwave oscillator 1.

導波管2は、マイクロ波発振器1からのマイクロ波をマイクロ波共振器に低損失で導波するものであり、本実施の形態においては、導波管2として導波方向に直交する断面が矩形状である方形導波管を用いている。そして、導波管2の断面の寸法は109mm×54.5mmに設定されている(この周波数に適合する方形導波管の規格寸法は、形名がWRJ−2であって、内径呼び寸法は109.2mm×54.6mmである)。   The waveguide 2 guides the microwave from the microwave oscillator 1 to the microwave resonator with a low loss. In the present embodiment, the waveguide 2 has a cross section orthogonal to the waveguide direction. A rectangular waveguide having a rectangular shape is used. The cross-sectional dimension of the waveguide 2 is set to 109 mm × 54.5 mm (the standard dimension of the rectangular waveguide conforming to this frequency is the model name WRJ-2, and the inner diameter nominal dimension is 109.2 mm × 54.6 mm).

また、導波管2のマイクロ波共振器3とが接続される部分の導波管2側には結合窓8を設けている。この結合窓8は、導波管2を通して供給されるマイクロ波エネルギーを、マイクロ波発振器1に結合するものであり、結合窓8は矩形状であって、たとえば、48mm×12mmに設定されている。   A coupling window 8 is provided on the side of the waveguide 2 where the waveguide 2 is connected to the microwave resonator 3. The coupling window 8 is for coupling the microwave energy supplied through the waveguide 2 to the microwave oscillator 1. The coupling window 8 has a rectangular shape and is set to 48 mm × 12 mm, for example. .

マイクロ波共振器3は、内部に発生する共振マイクロ波電場によって、無電極放電灯4の放電に必要なマイクロ波エネルギーを供給ものである。そして、マイクロ波共振器3の内面は導電材料であるアルミニウムにより形成されており、鏡面仕上げになっている。   The microwave resonator 3 supplies microwave energy necessary for discharging the electrodeless discharge lamp 4 by a resonant microwave electric field generated inside. The inner surface of the microwave resonator 3 is made of aluminum, which is a conductive material, and has a mirror finish.

このマイクロ波共振器3の形状は、他方の軸によって分離される楕円曲線の一部を一方の軸を回転軸として回転させた回転楕円体5で他方の軸方向が開口している。そして開口部には、金属メッシュ3aが配設されている。また、マイクロ波共振器3の楕円曲線の焦点近傍に発生させる電界は、図4に示すように回転軸である一方の軸に対して略垂直方向としている。すなわち、この焦点近傍の電界は、マイクロ波共振器3に発生する電界の最大位置となる。   The shape of the microwave resonator 3 is a spheroid 5 in which a part of an elliptic curve separated by the other axis is rotated with one axis as a rotation axis, and the other axis direction is open. A metal mesh 3a is disposed in the opening. In addition, the electric field generated in the vicinity of the focal point of the elliptic curve of the microwave resonator 3 is in a direction substantially perpendicular to one of the rotation axes as shown in FIG. That is, the electric field in the vicinity of the focal point is the maximum position of the electric field generated in the microwave resonator 3.

金属メッシュ3aは、マイクロ波を閉じ込めるためのものであり、マイクロ波は非透過であるが、光は透過するものである。そして、この金属メッシュ3aはマイクロ波共振器3の開口部に開口部を覆うように配設されている。本実施の形態において、この金属メッシュ3aは図3に示すように平面視にて直径略143mmの円状であって、幅0.2mmの金属帯が1.8mmの間隔で格子状に配置されているものを用いている。そして、この金属メッシュ3aの材料として、マイクロ波は非透過である銀メッキをしたステンレス製のものを用いている。ここで、金属メッシュ3aの材料はアルミ又は銅でもよく、また、ITOなどの導電性薄膜を形成した導電体シールドであってもよい。   The metal mesh 3a is for confining the microwave, and the microwave is not transmitted but the light is transmitted. The metal mesh 3 a is disposed at the opening of the microwave resonator 3 so as to cover the opening. In the present embodiment, the metal mesh 3a has a circular shape with a diameter of about 143 mm in plan view as shown in FIG. 3, and metal bands with a width of 0.2 mm are arranged in a grid pattern at intervals of 1.8 mm. Use what you have. As the material for the metal mesh 3a, a silver-plated stainless steel that is opaque to microwaves is used. Here, the material of the metal mesh 3a may be aluminum or copper, or may be a conductor shield in which a conductive thin film such as ITO is formed.

無電極放電灯4は、内部の電子がマイクロ波共振器3からの高周波電磁界によってエネルギーを受け取り、放電ガス原子に衝突することによって発光するものである。そして、この無電極放電灯4はマイクロ波共振器3内に、マイクロ波共振器3の内壁に固定された石英ガラス製の支持棒10を介して固定されている。   The electrodeless discharge lamp 4 emits light when internal electrons receive energy by a high-frequency electromagnetic field from the microwave resonator 3 and collide with discharge gas atoms. The electrodeless discharge lamp 4 is fixed in the microwave resonator 3 via a quartz glass support rod 10 fixed to the inner wall of the microwave resonator 3.

この無電極放電灯4をさらに詳しく説明すると、形状は略球形状であって材料は石英ガラス等の透光性材料であり、その内部に含む放電ガスを封入されている。放電ガスの種類としては、水銀、希ガス及び金属ハロゲン化物である。また、無電極放電灯4の内壁は蛍光体及び保護膜が塗布されている。蛍光体は水銀からの放射された紫外線を可視光に変換するものであり、蛍光体の材料としてはハロ燐酸カルシウム、赤色蛍光体である(Y、Gd)BO3:Eu、緑色蛍光体であるCaPO4、青色蛍光体であるBaMgAll4O23:Euが用いられる。また、保護膜は水銀と無電極放電灯4を形成する石英ガラスとの反応を抑えることによって、無電極放電灯4の光束維持率を向上させるものである。保護膜の材料としては、アルミナ(Al2O3)、シリカ(SiO2)、チタニア(TiO2)、セリア(CeO2)、イットリア(Y2O3)、マグネシア(MgO)等の微粒子が用いられる。通常の無電極放電灯4では、透過率が高い方が望ましいため、保護膜は蛍光体に比べ薄く無電極放電灯4の内壁に形成される。   The electrodeless discharge lamp 4 will be described in more detail. The shape is substantially spherical, and the material is a translucent material such as quartz glass, and a discharge gas contained therein is enclosed. The types of discharge gas are mercury, rare gas and metal halide. The inner wall of the electrodeless discharge lamp 4 is coated with a phosphor and a protective film. The phosphor converts ultraviolet rays radiated from mercury into visible light. The phosphor material is calcium halophosphate, red phosphor (Y, Gd) BO3: Eu, and green phosphor CaPO4. The blue phosphor BaMgAll4O23: Eu is used. Further, the protective film improves the luminous flux maintenance factor of the electrodeless discharge lamp 4 by suppressing the reaction between mercury and quartz glass forming the electrodeless discharge lamp 4. As a material for the protective film, fine particles such as alumina (Al 2 O 3), silica (SiO 2), titania (TiO 2), ceria (CeO 2), yttria (Y 2 O 3), magnesia (MgO) are used. In the normal electrodeless discharge lamp 4, it is desirable that the transmittance is high, so that the protective film is thinner than the phosphor and is formed on the inner wall of the electrodeless discharge lamp 4.

この無電極放電灯4は、楕円曲線の焦点と電界の最大位置とが一致する両者の一致点近傍に配置されている。このように無電極放電灯4を両者の一致点近傍に配置すると、電界によるエネルギーが効率よく無電極放電灯4に伝達され、無電極放電灯点灯装置全体の効率を上げることができるとともに、楕円曲線の焦点近傍に無電極放電灯4を配置しているので、マイクロ波共振器3内面で反射した光が楕円曲線のもう一方の焦点に集光し、この集光点が擬似光源となり、優れた配光性を提供することができる。   The electrodeless discharge lamp 4 is disposed in the vicinity of the coincidence point where the focal point of the elliptic curve coincides with the maximum position of the electric field. When the electrodeless discharge lamp 4 is arranged in the vicinity of the coincidence point between the two, energy by the electric field is efficiently transmitted to the electrodeless discharge lamp 4 and the efficiency of the entire electrodeless discharge lamp lighting device can be increased. Since the electrodeless discharge lamp 4 is arranged in the vicinity of the focal point of the curve, the light reflected by the inner surface of the microwave resonator 3 is condensed on the other focal point of the elliptic curve, and this condensing point becomes a pseudo light source, which is excellent. Light distribution can be provided.

つぎに、マイクロ波共振器3の寸法を決定するための方法について述べる。   Next, a method for determining the dimensions of the microwave resonator 3 will be described.

上述したように、マイクロ波共振器3の形状は、他方の軸によって分離される楕円曲線の一部を一方の軸を軸心として回転させた回転楕円体5であって、一方の軸方向に開口している。   As described above, the shape of the microwave resonator 3 is a spheroid 5 in which a part of an elliptic curve separated by the other axis is rotated about one axis as an axis, It is open.

ここで、この楕円曲線の一方の軸をa、他方の軸をb(a又はbのどちらかが長軸に相当し、どちらかが短軸に相当する。)とすると、マイクロ波共振器3の楕円曲線と一方の軸a、他方の軸bとの関係は図4に示すようになる。また、開口面から共振マイクロ波電場の電界が最大となる位置までの距離を共振中心距離hとする。さらに、楕円曲線は、

X^2/a^2+Y^2/b^2=1・・・(1)

で表される。
Here, if one axis of the elliptic curve is a and the other axis is b (one of a and b corresponds to the long axis and one corresponds to the short axis), the microwave resonator 3 The relationship between the elliptic curve and one axis a and the other axis b is as shown in FIG. A distance from the opening surface to a position where the electric field of the resonant microwave electric field is maximized is a resonance center distance h. Furthermore, the elliptic curve is

X ^ 2 / a ^ 2 + Y ^ 2 / b ^ 2 = 1 (1)

It is represented by

つぎに、一方の軸aを固定し他方の軸bを変化させていったときの共振マイクロ波電場の共振周波数を有限要素法によって計算し、有限要素法によって得られたマイクロ波電場の電界分布図によって、共振中心距離hを決定する。また、楕円曲線の焦点は(1)式より

√(b^2−a^2)・・・(2)

で表され、(2)式によって、楕円曲線の焦点の計算を行う。ここで、(2)式で計算される長さは、金属メッシュ3aが覆設されている開口面から焦点までの距離である。
Next, the resonance frequency of the resonant microwave electric field when the one axis a is fixed and the other axis b is changed is calculated by the finite element method, and the electric field distribution of the microwave electric field obtained by the finite element method is calculated. The resonance center distance h is determined from the figure. The focal point of the elliptic curve is from equation (1)

√ (b ^ 2-a ^ 2) (2)

The focal point of the elliptic curve is calculated by the equation (2). Here, the length calculated by equation (2) is the distance from the opening surface on which the metal mesh 3a is covered to the focal point.

つぎに、共振中心距離hと楕円曲線の焦点とが略一致するときの他方の軸bを決定し、この決定された一方の軸a、他方の軸bによって共振周波数を有限要素法によって計算する。   Next, the other axis b when the resonance center distance h substantially coincides with the focal point of the elliptic curve is determined, and the resonance frequency is calculated by the finite element method using the determined one axis a and the other axis b. .

そして最後に、決定された共振周波数によって、2.45GHzで共振するように一方の軸a、他方の軸bを再計算する。   Finally, one axis a and the other axis b are recalculated so as to resonate at 2.45 GHz with the determined resonance frequency.

ここで、無電極放電灯4のバルブの材質は石英ガラス等の誘電体であるから、波長短縮効果によって共振周波数が低くなる場合がある。この波長短縮効果とは、真空中での波長がλ0の電磁波が比誘電率εの誘電体内を伝搬する場合、誘電体内での波長λはλ=λ0/√εとなる効果をいう。たとえば、周波数2.45GHzのマイクロ波では、真空中の波長λ0が約122mmであるのに対し、誘電体内を伝搬する際の波長λは、たとえば、誘電体として多結晶アルミナを考えると、多結晶アルミナの比誘電率が約8.5であるから、約42mmと計算される。すなわち、単純に考えると電磁波の伝搬経路を真空から誘電体に置き換えることでその距離を約3分の1に縮めることができるのである。   Here, since the material of the bulb of the electrodeless discharge lamp 4 is a dielectric such as quartz glass, the resonance frequency may be lowered due to the wavelength shortening effect. The wavelength shortening effect is an effect in which, when an electromagnetic wave having a wavelength of λ0 in a vacuum propagates through a dielectric having a relative dielectric constant ε, the wavelength λ in the dielectric becomes λ = λ0 / √ε. For example, in a microwave having a frequency of 2.45 GHz, the wavelength λ0 in vacuum is about 122 mm, whereas the wavelength λ when propagating in a dielectric is, for example, polycrystalline alumina as a dielectric. Since the relative dielectric constant of alumina is about 8.5, it is calculated to be about 42 mm. In other words, when considered simply, the distance can be reduced to about one third by replacing the propagation path of the electromagnetic wave from a vacuum to a dielectric.

そして、この波長短縮効果によって、たとえば、φ30mmの無電極放電灯4のバルブでは、共振周波数が略50MHz低周波側にシフトする場合がある。このように誘電体の材料によって、共振周波数はシフトするため、上述した計算によって得られた一方の軸a、他方の軸bなどの値は、±10%程度の誤差を考慮する必要がある。   Due to this wavelength shortening effect, for example, in the bulb of the electrodeless discharge lamp 4 having a diameter of 30 mm, the resonance frequency may be shifted to the lower frequency side by about 50 MHz. Since the resonance frequency shifts depending on the dielectric material as described above, it is necessary to consider an error of about ± 10% in the values of the one axis a and the other axis b obtained by the above-described calculation.

また、マイクロ波共振器3の形状と共振周波数とは反比例の関係にあり、2.45GHzで共振するように一方の軸a、他方の軸bを再計算する場合、比例計算によって再計算をすることができる。   Also, the shape of the microwave resonator 3 and the resonance frequency are in an inversely proportional relationship, and when recalculating one axis a and the other axis b so as to resonate at 2.45 GHz, recalculation is performed by proportional calculation. be able to.

具体的な値に関しては、以下のように一方の軸a、他方の軸bなどを決定していった。   Regarding specific values, one axis a, the other axis b, etc. were determined as follows.

マイクロ波共振器3の開口部の半径である一方の軸a(mm)を、たとえば、75mmと固定し、他方の軸bを80mmから110mmまで、80、85、90、100、110と変化させていった。また、(2)式によって楕円曲線の焦点を計算していき、同時に有限要素法によって共振中心距離hを決定していった。このときの楕円曲線の焦点と共振中心距離hとの関係を図5に示す。図5より、他方の軸bの変化に対して、楕円曲線の焦点の変化は大きく、共振中心距離hの変化は小さい。また、b=85mmで楕円曲線の焦点と共振中心距離hとが略40mmで一致することがわかる。そして、この略40mmにおいて、共振周波数は、2.383GHzであった。ここで、計算上は共振周波数を2.5GHzとするために、2.5/2.383=1.049=cとして、一方の軸a、他方の軸b、及び共振中心距離hをそれぞれ、a’=a/c=75/1.049=71.5mm、b’=b/c=85/1.049=81.0mmであり、及びh’=h/c=40/1.049=略38mmと変換した。   One axis a (mm) which is the radius of the opening of the microwave resonator 3 is fixed to, for example, 75 mm, and the other axis b is changed from 80 mm to 110 mm to 80, 85, 90, 100, 110. I went. In addition, the focal point of the elliptic curve was calculated by equation (2), and at the same time, the resonance center distance h was determined by the finite element method. The relationship between the focal point of the elliptic curve and the resonance center distance h at this time is shown in FIG. From FIG. 5, the change of the focal point of the elliptic curve is large and the change of the resonance center distance h is small with respect to the change of the other axis b. It can also be seen that when b = 85 mm, the focal point of the elliptic curve and the resonance center distance h coincide with each other at approximately 40 mm. At about 40 mm, the resonance frequency was 2.383 GHz. Here, in calculation, in order to set the resonance frequency to 2.5 GHz, 2.5 / 2.383 = 1.49 = c, and one axis a, the other axis b, and the resonance center distance h are respectively a ′ = a / c = 75 / 1.049 = 71.5 mm, b ′ = b / c = 85 / 1.049 = 81.0 mm, and h ′ = h / c = 40 / 1.049 = Converted to approximately 38 mm.

実際に作製したものは、図2に示すようにマイクロ波共振器3の開口内径が一方の軸a’の略2倍であるφ143mmとし、マイクロ波共振器3の高さは、他方の軸b’ よりも少し短い略75mmとし、さらに共振中心距離hである金属メッシュ3aから無電極放電灯4の配置位置までの距離を略40mmとし、無電極放電灯4の点灯確認を行った。   As shown in FIG. 2, the actually manufactured product has a microwave resonator 3 having an opening inner diameter of φ143 mm, which is approximately twice the one axis a ′, and the microwave resonator 3 has a height of the other axis b. The electrodeless discharge lamp 4 was confirmed to be turned on by setting the distance from the metal mesh 3a, which is the resonance center distance h, to approximately 75 mm, which is slightly shorter than ', and approximately 40 mm.

以上、本実施の形態によれば、マイクロ波共振器3内に発生する最大電界の方向は回転軸に対して略垂直方向であるので、マイクロ波共振器3の内面に電界が集中することとなり、電界に対して水平方向に配置されている金属メッシュ3aには電界が集中しない。したがって、金属メッシュ3aには大電流が流れず、金属メッシュ3aが高温となることがなく、金属メッシュ3aが劣化しにくいので、無電極放電灯点灯装置の寿命を長くすることができる。   As described above, according to the present embodiment, since the direction of the maximum electric field generated in the microwave resonator 3 is substantially perpendicular to the rotation axis, the electric field is concentrated on the inner surface of the microwave resonator 3. The electric field does not concentrate on the metal mesh 3a arranged in the horizontal direction with respect to the electric field. Therefore, a large current does not flow through the metal mesh 3a, the metal mesh 3a does not become high temperature, and the metal mesh 3a is not easily deteriorated, so that the life of the electrodeless discharge lamp lighting device can be extended.

また、電界の最大位置の近傍に無電極放電灯4を配置しているので、電界によるエネルギーが効率よく無電極放電灯4に伝達され、無電極放電灯点灯装置全体の効率を上げることができる。   In addition, since the electrodeless discharge lamp 4 is disposed in the vicinity of the maximum position of the electric field, energy due to the electric field is efficiently transmitted to the electrodeless discharge lamp 4, and the efficiency of the entire electrodeless discharge lamp lighting device can be increased. .

さらに、楕円曲線の焦点近傍である該一致点に無電極放電灯4を配置しているので、光が楕円曲線のもう一方の焦点に集光し、この集光点が擬似光源となり、配光性に優れた無電極放電灯点灯装置を提供することができる。   Furthermore, since the electrodeless discharge lamp 4 is disposed at the coincidence point in the vicinity of the focal point of the elliptic curve, the light is condensed at the other focal point of the elliptic curve, and this condensing point becomes a pseudo light source. It is possible to provide an electrodeless discharge lamp lighting device excellent in performance.

なお、無電極放電灯4からの光の一部が結合窓8を通過してしまい、光の一部が損失してしまう場合がある。このような場合を防ぐために、白色アルミナなどの比較的光の反射率が高い誘電体を用いて結合窓8を覆ってしまってもよい。このように光の反射率が高い誘電体で結合窓8を塞ぐと、誘電体で反射した光がマイクロ波共振器3内に戻るので、光の損失を防ぐことができる。   In addition, a part of the light from the electrodeless discharge lamp 4 may pass through the coupling window 8 and a part of the light may be lost. In order to prevent such a case, the coupling window 8 may be covered with a dielectric having a relatively high light reflectance such as white alumina. When the coupling window 8 is closed with a dielectric having a high light reflectivity as described above, the light reflected by the dielectric returns to the inside of the microwave resonator 3, so that loss of light can be prevented.

また、本実施の形態においては、マイクロ波発振器1の出力を2.45GHzとしたが、出力が4.9GHzの場合はマイクロ波共振器3の大きさは略半分となる。   In the present embodiment, the output of the microwave oscillator 1 is 2.45 GHz. However, when the output is 4.9 GHz, the size of the microwave resonator 3 is approximately halved.

(第2の実施の形態)
以下、本発明の第2の実施の形態を図6を参照して説明する。図6は本実施の形態の断面図である。ここで、第1の実施の形態と同一構成には同一符号を付すことにより説明を省略する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view of the present embodiment. Here, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

本実施の形態では、図6に示すようにマイクロ波共振器3の形状と回転楕円体5に代えて、放物線の一部を放物線の軸を軸心として回転させた回転放物線体6としている。そして、第1の実施の形態と同様の計算方法により計算し、無電極放電灯点灯装置を作成した。実際の寸法は、マイクロ波共振器3の開口内径をφ143mmとし、マイクロ波共振器3の高さを略75mmとし、さらに共振中心距離hである金属メッシュ3aから無電極放電灯4の配置位置までの距離を略41mmとした。そして、無電極放電灯4の点灯確認を行った。   In the present embodiment, instead of the shape of the microwave resonator 3 and the spheroid 5 as shown in FIG. 6, a part of the parabola is a rotating parabola 6 rotated about the axis of the parabola. And it calculated with the calculation method similar to 1st Embodiment, and produced the electrodeless discharge lamp lighting device. The actual dimensions are as follows. The opening inner diameter of the microwave resonator 3 is φ143 mm, the height of the microwave resonator 3 is approximately 75 mm, and further, from the metal mesh 3 a that is the resonance center distance h to the arrangement position of the electrodeless discharge lamp 4. The distance was about 41 mm. And the lighting check of the electrodeless discharge lamp 4 was performed.

ここで、本実施の形態においては、第1の実施の形態が奏する効果に加え、放物線の焦点に無電極放電灯4を配置しているので、マイクロ波共振器3内面で反射した光は、高さ方向と略平行な光となり、配光性に優れた無電極放電灯点灯装置を提供することができる。   Here, in the present embodiment, in addition to the effect of the first embodiment, the electrodeless discharge lamp 4 is arranged at the focal point of the parabola, so that the light reflected by the inner surface of the microwave resonator 3 is It is possible to provide an electrodeless discharge lamp lighting device having light substantially parallel to the height direction and excellent light distribution.

なお、本実施の形態で特に言及していない作用・効果等は第1の実施の形態と同様である。   Note that the operations and effects not particularly mentioned in the present embodiment are the same as those in the first embodiment.

第1の実施の形態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows 1st Embodiment. 第1の実施の形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows 1st Embodiment. 金属メッシュ3aの平面図である。It is a top view of the metal mesh 3a. マイクロ波共振器3内の電界分布を示す図である。3 is a diagram showing an electric field distribution in the microwave resonator 3. FIG. 楕円曲線の焦点と共振中心距離hとの関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the focus of an elliptic curve, and the resonance center distance h. 第2の実施の形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows 2nd Embodiment. 第1の従来例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a 1st prior art example. 第1の従来例において、チャンバ1J4内の電界分布を示す図である。In a 1st prior art example, it is a figure which shows electric field distribution in the chamber 1J4. 第2の従来例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a 2nd prior art example. 第2の従来例において、マイクロ波共振空胴2J4内の電界分布を示す図である。In a 2nd prior art example, it is a figure which shows electric field distribution in the microwave resonant cavity 2J4.

符号の説明Explanation of symbols

1 マイクロ波発振器
2 導波管
3 マイクロ波共振器
3a 金属メッシュ
4 無電極放電灯
5 回転楕円体
6 回転放物線体
8 結合窓
9 誘電体
1 Microwave Oscillator 2 Waveguide 3 Microwave Resonator 3a Metal Mesh 4 Electrodeless Lamp 5 Spheroid 6 Rotating Paraboloid 8 Coupling Window 9 Dielectric

Claims (3)

マイクロ波発振器と、マイクロ波発振器からのマイクロ波を導波する導波管と、導波管と結合されるとともにマイクロ波は非透過で光は透過する金属メッシュを少なくとも一部に含むマイクロ波共振器と、マイクロ波共振器内に配設されるとともに少なくとも水銀及び希ガスを含む放電ガスが内部に封入されている無電極放電灯と、を備えた無電極放電灯点灯装置であって、マイクロ波共振器の形状が楕円曲線の一部を楕円の軸を軸心として回転させた回転楕円体であるとともに、マイクロ波共振器内に発生する最大電界の方向は回転軸に対して略垂直方向であり、楕円曲線の焦点と電界の最大位置とを略一致させるとともに、該一致点近傍に無電極放電灯を配置したことを特徴とする無電極放電灯点灯装置。 Microwave oscillator including a microwave oscillator, a waveguide that guides microwaves from the microwave oscillator, and a metal mesh that is coupled to the waveguide and that does not transmit microwaves but transmits light at least in part An electrodeless discharge lamp lighting device comprising: a micro-resonator; and an electrodeless discharge lamp disposed in the microwave resonator and having a discharge gas containing at least mercury and a rare gas enclosed therein, The shape of the wave resonator is a spheroid in which a part of the elliptic curve is rotated around the axis of the ellipse, and the direction of the maximum electric field generated in the microwave resonator is substantially perpendicular to the rotation axis An electrodeless discharge lamp lighting device characterized in that the focal point of the elliptic curve and the maximum position of the electric field substantially coincide with each other, and an electrodeless discharge lamp is disposed in the vicinity of the coincidence point. マイクロ波共振器の形状が回転楕円体に代えて、放物線の一部を放物線の軸を軸心として回転させた回転放物線体であるとともに、マイクロ波共振器内に発生する最大電界の方向は回転軸に対して略垂直方向であり、放物線の焦点とマイクロ波共振器内の電界の最大位置とを略一致させるとともに、該一致点近傍に無電極放電灯を配置したことを特徴とする無電極放電灯点灯装置。 The shape of the microwave resonator is a spheroid instead of a spheroid, and a parabolic parabola is rotated around the axis of the parabola, and the direction of the maximum electric field generated in the microwave resonator is rotated. An electrodeless electrode characterized by being substantially perpendicular to the axis, the focal point of the parabola substantially coincides with the maximum position of the electric field in the microwave resonator, and an electrodeless discharge lamp is disposed near the coincidence point Discharge lamp lighting device. 導波管とマイクロ波共振器との結合部分の導波管側に結合窓を備え、結合窓を反射率の大きい誘電体で覆ったことを特徴とする請求項1又は2に記載の無電極放電灯点灯装置。 3. The electrodeless electrode according to claim 1, wherein a coupling window is provided on a waveguide side of a coupling portion between the waveguide and the microwave resonator, and the coupling window is covered with a dielectric having a high reflectance. Discharge lamp lighting device.
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