JP2009070632A - 放電灯及び放電灯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマ柱の変形を防止して光源を安定させるとともに、光源が凹面反射鏡の焦点に合わせ易くなる放電灯及び放電灯装置を得る。
【解決手段】透光性資材により中空に形成された放電容器２６内に第１アンテナ部材２７、及び第２アンテナ部材２８を突出させるとともに、該第１、第２アンテナ部材２７，２８の突出端同士を放電容器２６の中心部にて、鉛直方向に放電に適した間隙Ｇ１となる如く変位させ、マイクロ波発生装置１５によって発生した電磁波を、導波部材２０を介して少なくとも第１アンテナ部材２７に供給し、第１、第２アンテナ部材２７，２８の突出端から電磁波を放出してプラズマ柱を生成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、放電容器内でアンテナ部材により電磁波を放出してプラズマ柱を発生させるアンテナ励起型の放電灯及び放電灯装置に関するものである。

従来の放電灯として、図６に示すものがあった。図６において、１は放電灯であり、楕円体状の放電容器２内にキセノンガスと少量の添加物とからなる発光物質を封入し、該放電容器２内に、該放電容器２の長軸に沿って長軸方向に伸びるように所定の間隔をおいて一対の棒状部材３，４を設ける。各棒状部材３，４は石英またはアルミナ等の高誘電率絶縁体により形成し、先端は放電容器２内に突出させ、他端は放電容器２の外部に突出させる。

各棒状部材３，４には、先端が先鋭に形成された金属製の棒状アンテナ部材５，６が埋設され、該棒状アンテナ部材５，６の基端部は棒状部材３，４から外部に突出されている。前記各棒状アンテナ部材５，６は放電容器２内で所定のギャップＧ３が保持され、アンテナの高インピーダンスを形成する。

一方の棒状部材３にランチャ７を接続する。ランチャ７は、導体金属製の内部円筒部材８と外部円筒部材９とが所定の間隙を保持して同軸に嵌合されてなり、前記ランチャ７の一端（先端）側の内部円筒部材８に前記一方の棒状部材３を嵌合させ、該ランチャ７の他端は同軸ケーブル１０を介して固体発振器１１に接続する。

これにより、固体マイクロ波発振器１１で発振された電磁波は、同軸ケーブル１０を介してランチャ７に導波され、該ランチャ７の同軸導波路を導波して棒状アンテナ部材５，６に導波される。そして、該棒状アンテナ部材５，６の先端部から強い電磁波が放射され、放電容器２内の発光物質が発光されることになる。

前記従来のものは、一対の棒状アンテナ部材５，６を水平方向に隔ててギャップＧ３を形成していたため、重力の関係で高温のプラズマ柱Ｐが対流によりアンテナ部材３，４間でアーチ状に変形する。この結果、アーチ状のプラズマ柱が放電容器（ランプ）内壁に接触してプラズマを冷却し、放射光を弱めたり、放電容器壁を損傷したりするばかりでなく、ランプ発光部を反射鏡の焦点に合わせることが困難となる。
特開２００７−１１５５３４号公報

本発明は、プラズマ柱の変形を防止して光源を安定させるとともに、光源が凹面反射鏡の焦点に合わせ易くなる放電灯及び放電灯装置を得るようにしたものである。

請求項１に係る発明は、透光性資材により中空に形成された放電容器内に第１アンテナ部材、及び第２アンテナ部材を突出させるとともに、該第１、第２アンテナ部材の突出端同士を放電に適した間隙で対面させ、マイクロ波発生装置によって発生した電磁波を、導波部材を介して少なくとも第１アンテナ部材に供給し、第１アンテナ部材の突出端から電磁波を放出してプラズマ柱を生成してなる放電灯において、前記第１、第２アンテナ部材の突出端同士を放電容器の中心部にて、鉛直方向に放電に適した間隙となる如く変位させる構成にしたものである。
請求項２に係る発明は、前記放電容器の一端部に、第１アンテナ部材、及び第２アンテナ部材を鉛直方向に間隔をおいて並列に配置するとともに、該第１、第２アンテナ部材を放電容器の一端部から該放電容器内に突出させ、第１、第２アンテナ部材の突出端部を放電容器の中心部にて互いに接近する上下方向に屈曲させ、該屈曲した端部同士を放電に適した間隙としたものである。
請求項３に係る発明は、前記放電容器の一端部と他端部に、第１アンテナ部材と第２アンテナ部材とを鉛直方向に変位させて平行に配置するとともに、該第１、第２アンテナ部材を放電容器の両端部から該放電容器内に突出させ、第１、第２アンテナ部材の突出端部を放電容器の中心部にて上下方向に放電に適した間隙となる如く変位させたものである。
請求項４に係る発明は、放電容器内に第１アンテナ部材、及び第２アンテナ部材を突出させ、該第１、第２アンテナ部材の突出端同士を放電容器の中心部にて鉛直方向に放電に適した間隙となる如く変位させ、マイクロ波発生装置によって発生した電磁波を、導波部材を介して少なくとも第１アンテナ部材に供給し、第１アンテナ部材の突出端から電磁波を放出してプラズマ柱を生成してなる放電灯と、内面が凹面型に形成された凹面反射器とを設け、前記放電灯を前記凹面反射器で包囲するとともに、放電灯の放射光部を前記凹面反射器の焦点部に配置する構成にしたものである。
請求項５に係る発明は、一対の凹面反射器を向き合わせて楕円面反射器を形成し、前記放電灯を前記楕円面反射器で包囲するとともに、放電灯の放射光部を前記楕円面反射器の一方の焦点部に配置し、該楕円面反射器の他方の焦点部に楕円面反射器内で発生した光を外部に放出する光放出体を設けたものである。

請求項１に係る発明は、第１、第２アンテナ部材の突出端部を放電容器の中心部にて上下方向に変位させたので、両者間で発生するプラズマ柱が上下（重力）方向の紡錘状となり、発光時に放電容器１内で上下に対流する発光物質に左右され難くなる。このため、放射光（プラズマ柱）が安定するとともに、点光源化することになる。
請求項２に係る発明は、第１、第２アンテナ部材を放電容器の一端部から該放電容器内に突出させたので、放電管の他端側に放射光の遮蔽物がなくなる。このため、放射光を有効に活用することができる。
請求項３に係る発明は、第１、第２アンテナ部材を安価な線形状にして両者間で発生するプラズマ柱を上下方向の紡錘状にすることができる。
請求項４に係る発明は、第１、第２アンテナ部材の突出端部間で発生するプラズマ柱が、凹面反射器の焦点部で上下の紡錘状となるため、光源が凹面反射器の焦点部で安定するとともに、放射光（プラズマ柱）が凹面反射器によって効率よく発射されることになる。
請求項５に係る発明は、第１、第２アンテナ部材の突出端部間で発生するプラズマ柱が、楕円面反射器の一方の焦点部で上下（重力）方向の紡錘状となり、光源が楕円面反射器の一方の焦点部で安定する。また、光に変換されなかった電磁波が他方の焦点側から一方の焦点部に戻され、第１、第２アンテナ部材によって光に変換されることになる。このため、電磁波の光変換効率が高くなるとともに、楕円面反射器内で生成された光が光放出体によって外部に効率よく放出されることになる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基いて説明する。図面において、図１は本発明による放電灯の第１実施例を示す断面図、図２は本発明による放電灯の第２実施例を示す断面図、図３は凹面反射器に第１実施例の放電灯を取り付けた状態の断面図、図４は凹面反射器に第２実施例の放電灯を取り付けた状態の断面図、図５は楕円面反射器に第２実施例の放電灯を取り付けた状態の断面図である。

図１において、１５はマイクロ波発生装置であり、固体マイクロ波発振器１６によって発生されるマイクロ波電力を同軸ケーブル１７を介して同軸導波管（ラーンチャ）２０に導くようになっている。前記固体マイクロ波発振器１６は、本例では２．４５ＧＨｚのマイクロ波が発振されるようになっている。１８は固体マイクロ波発振器１６の出力を調整する電力調整部である。

前記同軸導波管２０は、導体性資材、本例では銅により形成され、円筒状の外部導体２１内に同じく円筒状の内部導体２２が所定の間隙を保持して同軸に嵌合され、該同軸導波管２０の特性インピーダンスは、固体マイクロ波発振器１６、及び同軸ケーブル１７が有する特性インピーダンスと等しくなるように設定、本例では５０Ωに設定されている。２３は外部導体２１と内部導体２２とを同軸に保持する絶縁体であり、石英ガラス、アルミナ、ポリエチレン等の低い誘電体損失を有する絶縁資材により形成されている。

２５は前記同軸導波管２０の端部に取付けられる第１実施例の放電灯である。該放電灯２５は、透光性資材、本例では石英ガラスにより中空の球状に形成された放電容器２６内に、第１アンテナ部材２７、及び第２アンテナ部材２８の先端部を突出させ、前記放電容器２５内に発光物質を封入してなる。該発光物質は、キセノン、水銀、硫黄とアルゴン
、あるいはこれらと少量の添加物等からなる。

前記第１、第２アンテナ部材２７，２８は、導体性の帯板（ストリップライン）、例えばタングステン、モリブデン等の耐熱性資材、あるいは放電ガスに対して耐腐食性を有する白金、金等からなり、図１（ａ）に示すように、左右水平方向に延出させるとともに、上下に間隔をおいて並列に配置し、両者を保持体２９を介して放電容器２６に一体的に固定する。また、前記第１、第２アンテナ部材２７，２８の先端部２７ａ，２８ａは、保持体２９から露出させて放電容器２６内に突出させ、該突出端部を放電容器２６の中心部にて互いに接近する上下方向に屈曲させるとともに、該屈曲した端部間の間隙、つまりギャップＧ１は放電に適した値、本例では１ｍｍ〜３ｍｍとする。前記保持体２９は石英ガラス、アルミナ等の低い誘電体損失を有する絶縁資材からなる。なお、第１、第２アンテナ部材２７，２８の先端部２７ａ，２８ａは保持体２９内に埋め込むようにしてもよい。

前記第１、第２アンテナ部材２７，２８は、図１（ｂ）に示すように、共に同じ長さ（１５ｍｍ〜２５ｍｍ）にして後部側を保持体２９内に埋め込むようにしてもよく。また、図１（ｃ）に示すように、保持体２９の頭部２９ａを下方に変位した大径とし、第２アンテナ部材２８を第１アンテナ部材２７よりも遥かに短くし、該第２アンテナ部材２８の後部を前記頭部２９ａに埋め込むようにしてもよい。

前記実施例によれば、固体マイクロ波発振器１６で発振された電磁波は、同軸ケーブル１７を介してランチャ２０に導波され、該ランチャ２０の同軸導波路を導波して第１アンテナ部材２７に導波され、該第１アンテナ部材２７の先端部２７ａから強い電磁波が放射されてプラズマ柱が発生し、放電容器２６内の発光物質が発光されることになる。

このとき、第１、第２アンテナ部材２７，２８の先端部２７ａ，２８ａは、放電容器２６の中心部で上下方向に変位してギャップＧ１が形成されているので、両者間で発生するプラズマ柱は上下（重力）方向の紡錘状となり、該プラズマ柱の形状は発光時に放電容器２６内で上下に対流する発光物質に左右され難くなる。このため、放射光（プラズマ柱）が安定するとともに、点光源化することになる。

図２は第２実施例の放電灯を示す。図２において、２５−１は前記同軸導波管２０の端部に取付けられる放電灯である。該放電灯２５−１は、石英ガラス等の透光性資材により楕円中空状に形成された放電容器２６−２の長軸側両端部に第１、第２アンテナ部材２７−１，２８−１を取付ける。各第１、第２アンテナ部材２７−１，２８−１は、前述した第１、第２アンテナ部材２７，２８と同様の導体性資材によりピン状に形成され、先端部２７−１ａ，２８−１ａを残す後部側が保持体２９−１ａ，２９−１ｂ内に埋設され、該保持体２９−１ａ，２９−１ｂを介して前記放電容器２６−２の長軸側両端部に固定される。

前記第１、第２アンテナ部材２７−１，２８−１は、図２に示すように、鉛直方向に変位させて平行に配置するとともに、その先端部（突出端部）２７−１ａ，２８−１ａを放電容器２６−１内に突出させる。各先端部２７−１ａ，２８−１ａの突出端は放電容器２６−２の長軸方向中心部に延出させ、この部で上下方向のギャップ（間隙）Ｇ２を形成する。該ギャップＧ２は放電に適した値にする。その他は前述した第１実施例と略同様の構造となっている。

図３は、前述した第１実施例の放電灯を凹面反射器に取り付けた放電灯装置である。図３において、３０は放電灯装置であり、凹面反射鏡３１に第１実施例と同様の放電灯２５を取り付けてなる。凹面反射鏡３１はアルミ材により長軸方向中心部で分割した楕円型凹面、または放物型凹面に形成され、内面は鏡面に仕上げられて電磁波が円滑に反射する反射面３１ａとなっている。

前記凹面反射器３１の長軸側壁の中心部に取付けボス３２が形成され、該取付けボス３２の中心部に通し孔３３が形成され、該通し孔３３を介して放電灯２５が凹面反射鏡３１内に収容される。放電灯２５は、放電容器２６の中心部、即ち、第１、第２アンテナ部材２７，２８の放射光部（光源）が前記凹面反射器３１の焦点Ｆ１部に位置した状態で、保持体２９と通し孔３３との間隙部に間材３４を介装し、放電灯２５と凹面反射器３１とをユニット化する。前記凹面反射器３１は取付けボス３２を介して固体マイクロ波発振器１６のケースに着脱可能にボルト締め固定される。前記放電灯２５に同軸導波管２０が取り付けられ、該同軸導波管２０は固体マイクロ波発振器１６に直接接続されている。該同軸導波管２０は固体マイクロ波発振器１６側の特性インピーダンスと整合している。なお、図３において、図１と同符号の部分は該図１に記した部分と同様の構造となっている。

図４は、前述した第２実施例の放電灯を凹面反射器に取り付けた放電灯装置である。図４において、３０−１は放電灯装置、２５−１は前述した第２実施例と同様の放電灯、３１−１は前述した凹面反射鏡３１と同様の凹面反射鏡である。放電灯２５−１は、放電容器２６−１の中心部、即ち、第１、第２アンテナ部材２７−１，２８−１の放射光部（光源）が前記凹面反射器３１−１の焦点Ｆ１部に位置した状態で、保持体２９−１ａと通し孔３３との間隙部に間材３４を介装し、放電灯２５−１と凹面反射器３１−１とをユニット化し、放電灯２５に固体マイクロ波発振器１６側の特性インピーダンスと整合する同軸導波管２０を連結する。なお、図４において、図２、図３と同符号の部分は図２、図３に記した部分と同様の構造となっている。

前記図３、図４に記した放電灯装置３０（３０−１）によれば、第１、第２アンテナ部材２７，２８（２７−１，２８−１）の突出端部間で発生するプラズマ柱が、凹面反射器３１（３１−１）の焦点Ｆ１部で上下の紡錘状となるため、光源、即ち、第１、第２アンテナ部材２７，２８（２７−１，２８−１）の放射光（プラズマ柱）が凹面反射器３１（３１−１）の焦点Ｆ１部で安定し、放電灯２５（２５−１）によって生成された光が凹面反射器３１（３１−１）によって効率よく発射されることになる。

図５は、前述した第２実施例の放電灯を楕円面反射器に取り付けた放電装置である。図５において、３５は放電灯装置であり、楕円面反射器３６に第２実施例と同様の放電灯２５−１を取り付けてなる。楕円面反射器３６は長軸方向（左右）中心部で２分割したアルミ製の凹面反射器３６ａ，３６ｂを向き合わせて内部に楕円反面３６ｃが形成され、長軸側の各壁の中心部に取付けボス３７，３８が形成されている。

一方（左部）の取付けボス３７の中心部から放電灯２５−１が楕円面反射器３６内に収容され、左部の保持体２９−１ａを介して前記取付けボス３７に固定される。また、他方（右部）の取付けボス３８の中心部に光ケーブル材からなる光放出体４０が嵌合固定され、その一端部（左端部）が楕円面反射器３６内に突出されている。

前記放電灯２５−１の放電容器中心部、即ち、第１、第２アンテナ部材２７−１，２８−１の放射光部は、前記楕円面反射器３６の一方の焦点Ｆ１部に位置し、前記光放出体４０の突出端は楕円面反射器３６の他方の焦点Ｆ２部に位置している。また、放電灯２５−１には固体マイクロ波発振器１６側の特性インピーダンスと整合する同軸導波管２０が連結されている。前記楕円面反射器３６は取付けボス３７を介して固体マイクロ波発振器１６のケースに着脱可能にボルト締め固定される。なお、図５において、図２と同符号の部分は図２に記した部分と同様の構造となっている。

前記図５に記した放電灯装置３５によれば、第１、第２アンテナ部材２７−１，２８−１の突出端部間で発生するプラズマ柱が、楕円面反射器の一方の焦点部で上下（重力）方向の紡錘状となり、光源が楕円面反射器３６の一方の焦点Ｆ１部で安定し、該光源から発せられた光Ｌ１は楕円反面３６ｃに反射されて他方の焦点Ｆ２部に集合し、光放出体４０を介して外部に放出される。また、光に変換されなかった電磁波Ｍ１は他方の焦点（Ｆ２側から一方の焦点Ｆ１部に戻され、第１、第２アンテナ部材２７−１，２８−１によって光に変換されることになる。このため、電磁波の光変換効率が高くなるとともに、楕円面反射器３６内で生成された光が光放出体４０によって外部に効率よく放出されることになる。

本発明による放電灯の第１実施例を示す断面図である。 本発明による放電灯の第２実施例を示す断面図である。 凹面反射器に第１実施例の放電灯を取り付けた状態の断面図である。 凹面反射器に第２実施例の放電灯を取り付けた状態の断面図である。 楕円面反射器に第２実施例の放電灯を取り付けた状態の断面図である。 従来例を示す放電灯の断面図である。

符号の説明

１５ マイクロ波発生装置
１６ 固体マイクロ波発振器
１７ 同軸ケーブル
１８ 電力調整部
２０ 同軸導波管（ラーンチャ）
２１ 外部導体
２２ 内部導体
２３ 絶縁体
２５（２５−１） 放電灯
２６（２６−１） 放電容器
２７（２７−１） 第１アンテナ部材
２８（２８−１） 第２アンテナ部材
２７ａ，２８ａ 先端部（突出端部）
２９（２９−１） 保持体
３０（３０−１） 放電灯装置
３１（３１−１） 凹面反射器
３１ａ 反射面
３２ 取付けボス
３３ 通し孔
３４ 間材
３５ 放電灯装置
３６ 楕円面反射器
３６ａ，３６ｂ 凹面反射器
３６ｃ 楕円反射面
３７，３８ 取付けボス
４０ 光放出体

Claims (5)

1. 透光性資材により中空に形成された放電容器（２６）内に第１アンテナ部材（２７）、及び第２アンテナ部材（２８）を突出させるとともに、該第１、第２アンテナ部材（２７，２８）の突出端同士を放電に適した間隙で対面させ、マイクロ波発生装置によって発生した電磁波を、導波部材を介して少なくとも第１アンテナ部材（２７）に供給し、第１アンテナ部材（２７）の突出端から電磁波を放出してプラズマ柱を生成してなる放電灯において、前記第１、第２アンテナ部材（２７，２８）の突出端（２７ａ，２８ａ）同士を放電容器（２６）の中心部にて、鉛直方向に放電に適した間隙（Ｇ１）となる如く変位させたことを特徴とする放電灯。
2. 放電容器（２６）の一端部に、第１アンテナ部材（２７）、及び第２アンテナ部材（２８）を鉛直方向に間隔をおいて並列に配置するとともに、該第１、第２アンテナ部材（２７，２８）を放電容器（２６）の一端部から該放電容器（２６）内に突出させ、第１、第２アンテナ部材（２７，２８）の突出端部（２７ａ，２８ａ）を放電容器（２６）の中心部にて互いに接近する上下方向に屈曲させ、該屈曲した端部同士を放電に適した間隙（Ｇ１）としたことを特徴とする請求項１記載の放電灯。
3. 放電容器（２６−１）の一端部と他端部に、第１アンテナ部材（２７−１）と第２アンテナ部材（２８−１）とを鉛直方向に変位させて平行に配置するとともに、該第１、第２アンテナ部材（２７−１，２８−１）を放電容器（２６−１）の両端部から該放電容器（２６−１）内に突出させ、第１、第２アンテナ部材（２７−１，２８−１）の突出端部を放電容器（２６−１）の中心部にて上下方向に放電に適した間隙（Ｇ２）となる如く変位させたことを特徴とする請求項１記載の放電灯。
4. 放電容器（２６）内に第１アンテナ部材（２７）、及び第２アンテナ部材（２８）を突出させ、該第１、第２アンテナ部材（２７，２８）の突出端同士を放電容器（２６）の中心部にて鉛直方向に放電に適した間隙となる如く変位させ、マイクロ波発生装置（１５）によって発生した電磁波を、導波部材（２０）を介して少なくとも第１アンテナ部材（２７）に供給し、第１、第２アンテナ部材（２７，２８）の突出端から電磁波を放出してプラズマ柱を生成してなる放電灯（２５）と、内面が凹面型に形成された凹面反射器（３１）とを設け、前記放電灯（２５）を前記凹面反射器（３１）で包囲するとともに、放電灯（２５）の第１、第２アンテナ部材（２７，２８）放射光部を前記凹面反射器（３１）の焦点（Ｆ１）部に配置したことを特徴とする放電灯装置。
5. 一対の凹面反射器（３６ａ，３６ｂ）を向き合わせて楕円面反射器（３６）を形成し、前記放電灯（２５）を前記楕円面反射器（３６）で包囲するとともに、放電灯（２５−１）の第１、第２アンテナ部材（２７−１，２８−１）放射光部を前記楕円面反射器（３６）の一方の焦点（Ｆ１）部に配置し、該楕円面反射器（３６）の他方の焦点（Ｆ２）部に楕円面反射器（３６）内で発生した光を外部に放出する光放出体（４０）を設けたことを特徴とする請求項４記載の放電灯装置。

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