JP2009099479A - Electromagnetic wave excitation light source device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は電磁波励起で点灯する光源装置に関し、特に指向性のある放射をする電磁波放射部を備えた電磁波供給手段からの電磁波励起で点灯する光源装置に関する。 The present invention relates to a light source device that is lit by electromagnetic wave excitation, and more particularly, to a light source device that is lit by electromagnetic wave excitation from an electromagnetic wave supply means having an electromagnetic wave radiation part that emits directional radiation.
現在、会議や展示会等でのプレゼンテーションツールとして液晶プロジェクターが使用されている。その液晶プロジェクター用の高輝度光源としては、超高圧水銀ランプが主流として使用されている。しかし、箔シールによって封止された超高圧水銀ランプは封止部の耐圧に限界があることから、高輝度化には近い将来限界が来ることが想定される。 Currently, liquid crystal projectors are used as presentation tools in conferences and exhibitions. As a high-intensity light source for the liquid crystal projector, an ultrahigh pressure mercury lamp is mainly used. However, since the ultra-high pressure mercury lamp sealed with a foil seal has a limit in the pressure resistance of the sealing portion, it is assumed that there will be a limit in the near future for higher brightness.
特許文献1には、箔シールがない放電コンセントレータ型の光源装置が提案されている。この方式の放電ランプによると放電コンセントレータが放電空間の中で電界を集中させ、かつ放電空間と異なる異質な部材を外部に導出する封止部を持たないので、放電ランプの破裂耐圧を高くすることができるとされる。 Patent Document 1 proposes a discharge concentrator type light source device without a foil seal. According to the discharge lamp of this system, the discharge concentrator concentrates the electric field in the discharge space and does not have a sealing part that leads to a different member different from the discharge space. It is supposed to be possible.
図6に放電コンセントレータ型の光源装置の一例を示す。反射ミラー7を具備した放電ランプ1がマイクロ波共鳴室9内に配置され、マイクロ波源6からのマイクロ波により放電ランプ1内の放電コンセントレータ3、3´に電波共振作用によって電力が供給され、放電空間1A中で放電コンセントレータ3、3´によって電界が集中され、電界が強められて放電コンセントレータ3、3´の2つの先端部3a、3´a間に高輝度の点光源が現出する。マイクロ波共鳴室9に設けられた開口部8から光が放射される。
FIG. 6 shows an example of a discharge concentrator light source device. A discharge lamp 1 having a reflection mirror 7 is arranged in a microwave resonance chamber 9, and electric power is supplied to the
この放電コンセントレータ型の光源装置200において、放電コンセントレータと称される部材3、3´は放電空間内部においてマイクロ波電界を集中させる機能を有するもので、本願発明においては、その放電コンセントレータを、その機能からアンテナ部材と呼称する。
In this discharge concentrator type
さらに、非特許文献1には、マイクロ波による新しいランプ発光励起方法として、指向性のあるマイクロ波放射をするマイクロ波放射部である「マイクロ波ランチャー」と称する、マイクロ波を放射する同軸状の導波路の先端部分、に無電極ランプや有電極の箔シール型ランプを配置してマイクロ波点灯する光源装置が提案されている。 Further, in Non-Patent Document 1, as a new lamp emission excitation method using microwaves, a “microwave launcher” which is a microwave radiating unit that emits directional microwaves, is a coaxial type that emits microwaves. There has been proposed a light source device that is arranged to irradiate with microwaves by arranging an electrodeless lamp or a foil seal lamp with electrode at the tip of the waveguide.
従来のマイクロ波励起の手法は、マイクロ波を空洞共振器内に閉じ込め、その内部で放電ランプを点灯させる技術が広く知られている。これに対し、マイクロ波ランチャーは、伝搬してきたマイクロ波を放電ランプに対してある方向から指向性もって与え、放電ランプを点灯させる技術である。特に放電ランプ内部にアンテナ部材を設けることで、マイクロ波を直接、放電ランプ内の放電空間に投入できる。マイクロ波ランチャーの構成としては、例えば同軸状に内部導体と外部導体を配置して、その間でマイクロ波を伝播させ、その端面からマイクロ波を放射させる。 As a conventional microwave excitation technique, a technique for confining a microwave in a cavity resonator and lighting a discharge lamp therein is widely known. On the other hand, the microwave launcher is a technique for giving a propagating microwave to the discharge lamp with a directivity from a certain direction and lighting the discharge lamp. In particular, by providing an antenna member inside the discharge lamp, microwaves can be directly input into the discharge space in the discharge lamp. As a configuration of the microwave launcher, for example, an inner conductor and an outer conductor are arranged coaxially, a microwave is propagated therebetween, and a microwave is radiated from an end face thereof.
この方法によると特許文献1にあるような放電コンセントレータ型の光源装置と比べ、マイクロ波の空洞共振器が不要で、低ワットのマイクロ波で放電ランプを点灯させることができるというメリットがあるとされる。
本発明者は、特許文献1のコンセントレータ型ランプをマイクロ波の空洞共振器の不要なコンパクトな装置となる非特許文献1のマイクロ波ランチャー型装置に組み合わせた光源装置を製作し、そして点灯実験によって詳細な検討を行った。図2にコンセントレータ型の放電ランプ1をマイクロ波ランチャー10に配置した光源装置300を示す。13はスタブ同調器、14は可動プランジャでいずれも整合作用を担う。マイクロ波ランチャー10は軸状に内部導体10aと外部導体10bが配置されその内部導体10aと外部導体10b間にはガラス10cが充填されている。前述したが、本発明においては、放電コンセントレータをアンテナ部材と呼称する。
The present inventor manufactured a light source device in which the concentrator lamp of Patent Document 1 is combined with the microwave launcher type device of Non-Patent Document 1 which is a compact device that does not require a microwave cavity resonator, and by a lighting experiment. Detailed examination was conducted. FIG. 2 shows a
アンテナ部材30は金属製であり、そのアンテナ部材30が石英ガラスからなる細管部50bに支持される構造を持っている。しかし、液晶プロジェクター用に代表される高輝度光源とする場合、水銀量は150mg/cm3以上の封入量が必要となる。そのときの点灯時の圧力は20MPa以上となる。図中50aは膨出部である。
図4は細管部50bを拡大した図であるが、この放電ランプを点灯した場合、アンテナ部材30の周囲全体に水銀が入り込み、アンテナ部材30を支持するために焼き込んだガラスとアンテナ部材との界面に存在する微小クラックを起点として、クラックが細管部外方に向かって成長し、ついには放電ランプが不点灯になるという不具合が起きてしまうことが見出された。微小クラックの入る部位は図4において、×印が連続的に付けられた部分となる。
The
FIG. 4 is an enlarged view of the
この不具合は、金属ハロゲン化物、例えば臭化インジウムInBrを用いた場合でも同様に生じ、可視域の発光を得るために動作圧が2MPa程度になる条件のランプにおいても同様な不具合が生じることが見出された。 This failure occurs in the same way even when a metal halide, for example, indium bromide InBr, is used, and it is seen that the same failure also occurs in a lamp under a condition where the operating pressure is about 2 MPa in order to obtain light emission in the visible region. It was issued.
そこで本発明の目的は、封入する水銀量または金属ハロゲン化物の多い放電ランプとした場合でも、放電ランプ点灯中にアンテナ部材を支持するために焼き込んだガラスとの界面に存在する微小なクラックを起点として、クラックが成長し放電ランプがリークして、放電ランプが不点灯になるという不具合が生じることのない、放電ランプを具えた電磁波励起光源装置を提供することを目的とする。 Therefore, the object of the present invention is to prevent microcracks present at the interface with the glass baked to support the antenna member during the operation of the discharge lamp even in the case of a discharge lamp containing a large amount of mercury or metal halide. It is an object of the present invention to provide an electromagnetic wave excitation light source device including a discharge lamp that does not cause a problem that a crack grows and a discharge lamp leaks and the discharge lamp does not light up.
上記課題を解決するために本発明は次の構成をとる。
請求項1に記載の発明は、石英ガラスからなり、膨出部とそれに連設された細管部を有する放電容器と、該放電容器外部に突出することなく、該細管部に支持されて先端部が該膨出部の放電空間に臨む、該放電空間の中で電界を集中させ強める作用をする、金属材料からなるアンテナ部材を備え、該放電容器に水銀または金属ハロゲン化物を封入した放電ランプと、該アンテナ部材に電磁波を供給する電磁波供給手段とからなる電磁波励起光源装置において、前記アンテナ部材が、放電空間に突出する棒状のアンテナ先端部と該先端部に続くアンテナ主部とからなり、該アンテナ主部が少なくとも金属箔部を具え、その金属箔部が前記細管部内で石英ガラスと密着してなることを特徴とする電磁波励起光源装置とする。
In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration.
The invention according to claim 1 is made of quartz glass, and has a bulging portion and a narrow tube portion connected thereto, and a tip portion supported by the narrow tube portion without protruding outside the discharge vessel. A discharge lamp comprising an antenna member made of a metal material facing the discharge space of the bulging portion and acting to concentrate and strengthen an electric field in the discharge space, wherein mercury or a metal halide is enclosed in the discharge vessel; In the electromagnetic wave excitation light source device comprising an electromagnetic wave supply means for supplying an electromagnetic wave to the antenna member, the antenna member comprises a rod-shaped antenna tip portion protruding into a discharge space and an antenna main portion following the tip portion, The antenna main portion includes at least a metal foil portion, and the metal foil portion is formed in close contact with quartz glass in the narrow tube portion.
請求項2の発明は、前記金属箔部の放電ランプ外端側の輪郭が曲線状になっていることを特徴とする請求項1に記載の電磁波励起光源装置とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided the electromagnetic wave excitation light source device according to the first aspect, wherein a contour of the metal foil portion on the outer end side of the discharge lamp is curved.
本発明によれば、アンテナ主部が少なくとも金属箔部を有し、その金属箔部が前記細管部内でガラスと密着しているため、放電ランプ点灯中にアンテナ部材を支持するために焼き込んだガラスとの界面に存在する微小なクラックを起点として、クラックが成長し、放電ランプが不点灯になるという不具合が生じることのない、放電ランプを具えた電磁波励起光源装置を提供することができる。 According to the present invention, the antenna main portion has at least a metal foil portion, and the metal foil portion is in close contact with the glass in the narrow tube portion, so that the antenna member is baked to support the antenna member during the discharge lamp lighting. It is possible to provide an electromagnetic wave excitation light source device including a discharge lamp that does not cause a problem that a crack grows from a minute crack existing at an interface with glass and the discharge lamp is not turned on.
また、その金属箔の外端側の輪郭が曲線状になっていることにより、マイクロ波電界が局所的に強くなることが抑えられ、マイクロ波のエネルギーが金属箔の外端から大気中へ放射されエネルギーが消費されることが抑えられる。換言すれば、ランプの外へマイクロ波エネルギーが漏れることを防ぐことができる。 In addition, the contour on the outer edge side of the metal foil is curved, so that the microwave electric field is prevented from becoming locally strong, and the microwave energy is radiated from the outer edge of the metal foil to the atmosphere. Energy consumption is suppressed. In other words, microwave energy can be prevented from leaking out of the lamp.
図3に本発明の一実施形態である光源装置400のアンテナ部材30を含む放電ランプの部位の拡大図を示す。光源装置400の全体は図2で示した光源装置300と同様であり、放電ランプのみが異なる。すなわち、ここでは、図2の放電ランプ1とは、アンテナ部材30が異なる放電ランプ60である。この光源装置300は非特許文献1にあるような、指向性のある放射をする電磁波放射部である、マイクロ波ランチャー10を使用したタイプの装置である。
FIG. 3 shows an enlarged view of a portion of the discharge lamp including the
マイクロ波ランチャー10は内部導体10aと外部導体10bが同軸状に配置されている。不図示だが、外部導体10bの外周には放熱のため凹凸がつけられている場合もある。アンテナ部材30は、放電ランプ60の放電空間に突出する棒状のアンテナ先端部30a、30´aと、該先端部に続くアンテナ主部30b、30´bとからなっている。アンテナ主部30b、30´bは金属箔部を具えており、その金属箔部が細管部内でガラスと気密に密着している。
In the
アンテナ先端部に続くアンテナ主部が金属箔部を具えることで、細管部内に位置するアンテナと石英ガラスとの密着部に生じている微小クラックの存在する領域が小さくなり、微小クラックに入り込む水銀または金属ハロゲン化物の量を抑制できるため、クラックの伝播拡大を抑制できる。 The main part of the antenna following the tip of the antenna is provided with a metal foil part, so that the area where the microcrack is generated in the close contact part between the antenna and the quartz glass located in the narrow tube part is reduced, and mercury enters the microcrack. Alternatively, since the amount of metal halide can be suppressed, propagation of cracks can be suppressed.
図5には、金属箔部30b1の外端側の輪郭e1が曲線状になっている状態を示す。このように曲線状になっていることにより、マイクロ波電界が局所的に強くなることが抑えられ、マイクロ波のエネルギーが金属箔の外端から大気中へ放射されエネルギーが消費されることが抑えられる。
5 shows a state in which the contour e1 of the outer end side of the
また、金属箔部30b1の幅を細くして、アンテナ先端30aとほぼ同じ程度にすることが本発明の効果を奏すために一層好ましい。その理由はアンテナ先端部と金属箔部とからなるアンテナ部材を、細管部を構成するガラス管材に挿入する際、金属箔部をアンテナ先端部同等の幅にまで小さくしておくと、ガラス管材の内径を予め細いものとすることができ、アンテナ部材をその周囲からガラス溶融密着するときに、アンテナ部材が上下左右に動く量を最小限度に抑えることができ、またガラス管材を熱収縮させる量が少なくてすむので、短時間でガラス溶融密着を完了することができる。結果としてアンテナ部材の棒状部分をガラスで収縮する部分に発生するクラックが抑えられるのでさらによい。
なお、金属箔80は放電容器材料が石英ガラスの場合は良好な密着性を得るためにモリブデン製であることが望ましい。
そして、金属箔部の長さは、アンテナ先端部の棒状部分と比べて長くなっている。また、金属箔部は細管部内の放電空間近傍まで存在する形態が好ましい。放電空間近傍とは、直接、金属箔部が放電空間に露出するのではなく、アンテナ部材先端部を構成する棒状部材を支持できる細管部内の石英ガラスの幅を隔てた内側をいう。
Further, by narrowing the width of the
The metal foil 80 is preferably made of molybdenum in order to obtain good adhesion when the discharge vessel material is quartz glass.
The length of the metal foil portion is longer than that of the rod-shaped portion at the tip of the antenna. In addition, it is preferable that the metal foil part exists up to the vicinity of the discharge space in the narrow tube part. In the vicinity of the discharge space, the metal foil portion is not directly exposed to the discharge space, but refers to the inside of the narrow tube portion that can support the rod-shaped member constituting the tip portion of the antenna member with a width separated.
図1は本発明に適用される放電ランプ60であり、図1において、放電ランプ60の放電容器50は透明石英ガラス製で、放電容器の内径はφ3.5mm、放電容器内部の長軸方向の長さが7mm、肉厚1.5mmである。細管部も透明石英ガラス製でその長さは20mmである。放電空間内で対向するアンテナ部材間の距離は4mmである。アンテナ部材30のアンテナ先端部30aの棒状部分は直径φ0.3mm、長さ8mmのタングステンを使用し、アンテナ主部である金属箔部30b1は厚さ25μm、幅2mm、長さ10mmのモリブデン箔を使用した。アンテナ先端部30aの棒状部分とアンテナ主部である金属箔部30b1とはスポット溶接で固定される。
発光物質として水銀を220mg/cm3、バッファーガスとしてアルゴンを13.3kPa封入した。
FIG. 1 shows a
Mercury was sealed at 220 mg / cm 3 as a luminescent material, and argon was sealed at 13.3 kPa as a buffer gas.
この放電ランプを10本製作し、図2に示したマイクロ波ランチャーを備えた装置に組み込み、周波数2.45GHzのマイクロ波電力を固体発振器から出力し、100Wの電力で放電ランプを点灯させた。10本中、1本も細管部におけるアンテナ部材近傍のガラスの微小クラックからのクラック伝播による放電ランプ破損は生じなかった。すなわち、図1のNで示した領域には微小クラックが生じているが、アンテナ主部が金属箔部を有し、その金属箔部が細管部内でガラスと密着しているため、放電ランプ点灯中にアンテナ部材を支持するために焼き込んだガラスとの界面に存在する微小なクラックを起点として、クラックが成長し、放電ランプが不点灯になるという不具合が生じることがない。 Ten discharge lamps were manufactured and incorporated in the apparatus equipped with the microwave launcher shown in FIG. 2, microwave power with a frequency of 2.45 GHz was output from a solid state oscillator, and the discharge lamp was turned on with power of 100 W. Of the ten, one discharge lamp was not damaged by the crack propagation from the minute cracks in the glass near the antenna member in the narrow tube portion. That is, although the microcrack has arisen in the area | region shown by N of FIG. 1, since the antenna main part has metal foil part and the metal foil part is closely_contact | adhered with glass within a thin tube part, discharge lamp lighting There is no problem that the crack grows and the discharge lamp is not turned off starting from a minute crack existing at the interface with the glass baked to support the antenna member.
比較のために、特許文献1にある金属箔部を有しないアンテナ部材(特許文献1ではコンセントレータ)を備え、アンテナ部材のアンテナ先端部の棒状部分は直径φ0.3mm、長さ8mmのタングステンを使用し、発光物質として水銀を220mg/cm3、バッファーガスとしてアルゴンを13.3kPa封入した放電ランプを10本製作し、同じく図2の装置に組み込み、周波数2.45GHzのマイクロ波電力を固体発振器から出力し、100Wの電力で放電ランプを点灯した。その結果、10本中6本に細管部におけるクラックの伝播による放電ランプ破損が生じた。 For comparison, the antenna member (concentrator in Patent Document 1) that does not have a metal foil portion as disclosed in Patent Document 1 is used, and the rod-shaped portion of the antenna tip of the antenna member uses tungsten having a diameter of 0.3 mm and a length of 8 mm. 10 discharge lamps, in which mercury as the luminescent material is sealed at 220 mg / cm 3 and argon as the buffer gas is sealed at 13.3 kPa, are also incorporated into the apparatus shown in FIG. 2, and microwave power with a frequency of 2.45 GHz is generated from the solid-state oscillator. The discharge lamp was turned on with power of 100 W. As a result, discharge lamp breakage occurred due to the propagation of cracks in the narrow tube portion in six out of ten.
なお、本実施例においては、周波数に関してはマイクロ波に限らず例えば13.56MHzの高周波点灯においても、本発明の内容を適用することができる。そして、入力電力に関しては、上記では100Wの場合を例にあげたが、放電ランプのサイズを適宜選択することで数kWオーダーの電力での点灯も可能となる。 In the present embodiment, the content of the present invention can be applied to high frequency lighting of 13.56 MHz, for example, in addition to the microwave. Regarding the input power, the case of 100 W is taken as an example in the above description, but lighting with power of the order of several kW is also possible by appropriately selecting the size of the discharge lamp.
本実施例においては、発光種として水銀の例を示したが、本発明においては金属ハロゲン化物を発光種とする場合も適用可能であり、臭化インジウムInBr、InBr3、沃化亜鉛ZnI2、臭化亜鉛ZnBr2などがある。 In this embodiment, mercury is used as the luminescent species. However, in the present invention, the case where a metal halide is used as the luminescent species is also applicable. Indium bromide InBr, InBr 3 , zinc iodide ZnI 2 , there is such as zinc bromide ZnBr 2.
アンテナ部材のアンテナ主部である金属箔部の細管部内の放電空間側の端の位置は、理想的には、放電空間に臨む位置まで金属箔部があることが微小クラックの伝播を抑えるためには望ましいが、放電空間に金属箔部が露出していると、放電空間のプラズマからの熱で金属箔が蒸発してしまうなどの問題が生じるため、放電空間に金属箔部が露出せず、アンテナ部材先端部を細管部のガラスで支持する幅を適宜確保するように金属箔部の放電空間側の端の位置は決められる。その一例を挙げれば、放電容器内径φ3.5mm、放電容器内部の長軸方向の長さ7mmの放電ランプにおいて、2mm程度である。 In order to suppress the propagation of micro cracks, the position of the end of the metal foil part, which is the antenna main part of the antenna member, on the discharge space side end in the thin tube part ideally has the metal foil part to the position facing the discharge space. However, if the metal foil portion is exposed in the discharge space, problems such as evaporation of the metal foil due to heat from the plasma in the discharge space occur, so the metal foil portion is not exposed in the discharge space. The position of the end of the metal foil portion on the discharge space side is determined so as to appropriately secure a width for supporting the tip of the antenna member with the glass of the thin tube portion. For example, in a discharge lamp having a discharge vessel inner diameter of 3.5 mm and a length of 7 mm in the major axis direction inside the discharge vessel, it is about 2 mm.
1 放電ランプ
1A 放電空間
1B 細管部
3、3´ 放電コンセントレータ
3a、3´a 先端部
6 マイクロ波源
9 マイクロ波共鳴室
10 マイクロ波ランチャー
10a 内部導体
10b 外部導体
10c ガラス
11 導波路
13 スタブ同調器
14 可動プランジャ
30、30´ アンテナ部材
30a、30´a アンテナ先端部
30b、30´b アンテナ主部
30b1 金属箔部
30b2 棒状体部
50 放電容器
50a 膨出部
50b、50´b 細管部
60 放電ランプ
200 光源装置
300 光源装置
400 光源装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (2)
該放電容器外部に突出することなく、該細管部に支持されて先端部が該膨出部の放電空間に臨む、該放電空間の中で電界を集中させ強める作用をする、金属材料からなるアンテナ部材を備え、該放電容器に水銀または金属ハロゲン化物を封入した放電ランプと、
該アンテナ部材に電磁波を供給する電磁波供給手段と
からなる電磁波励起光源装置において、
前記アンテナ部材が、放電空間に突出する棒状のアンテナ先端部と該先端部に続くアンテナ主部とからなり、
該アンテナ主部が少なくとも金属箔部を具え、その金属箔部が前記細管部内で石英ガラスと密着してなることを特徴とする電磁波励起光源装置。 A discharge vessel made of quartz glass and having a bulging portion and a thin tube portion connected thereto,
An antenna made of a metal material that is supported by the narrow tube portion without projecting to the outside of the discharge vessel and whose tip portion faces the discharge space of the bulging portion, and that acts to concentrate and strengthen the electric field in the discharge space. A discharge lamp comprising a member, wherein the discharge vessel encloses mercury or a metal halide;
In an electromagnetic wave excitation light source device comprising an electromagnetic wave supply means for supplying an electromagnetic wave to the antenna member,
The antenna member is composed of a rod-shaped antenna tip portion protruding into the discharge space and an antenna main portion following the tip portion,
The electromagnetic wave excitation light source device characterized in that the antenna main portion includes at least a metal foil portion, and the metal foil portion is in close contact with quartz glass in the narrow tube portion.
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