JP2015069740A

JP2015069740A - 放電ランプ装置

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Publication number: JP2015069740A
Application number: JP2013200951A
Authority: JP
Inventors: 基松永; Motoi Matsunaga; 耕生玉木; Kosei Tamaki; 正士神藤; Masashi Shindo; フサリクヤン; Jan HUSARIK; クラルマーティン; Kral Martin
Original assignee: PRASMA APPLICATIONS CO Ltd; Tokyo Keiki Inc
Current assignee: PRASMA APPLICATIONS CO Ltd; Tokyo Keiki Inc
Priority date: 2013-09-27
Filing date: 2013-09-27
Publication date: 2015-04-13
Anticipated expiration: 2033-09-27
Also published as: JP6200256B2; WO2015046458A1

Abstract

【課題】電磁波漏洩を遮蔽するとともに、放射光の遮蔽が少なく、天井部が不要であり、放電ランプの光束を増加させることのできる電磁波遮断部及びそれを用いた放電ランプ装置を提供する。
【解決手段】電磁波遮断部を、同軸導波管の軸方向に伸びる複数の導電性部材によって筒状に形成し、電磁波遮断部の円形導波管構造の長さは電磁波の波長の４分の１以上とし、電磁波遮断部の直径は電磁波との関係でエバネッセントモードを実現する径とし、周方向の開口率を９１％以下とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、放電ランプ装置に属し、より詳細には、放電ランプを包囲する電磁波遮断部に関する。

近年、マイクロ波放電ランプ装置の開発が盛んになってきている。高発光効率と長寿命化を実現したアンテナ励起型マイクロ波放電ランプとして、特許文献１に示すものが知られている。

マイクロ波は放電ランプの発光現象に寄与するが、その一部は電磁波として外部へ放射される。このような漏洩電磁波は、他の電子機器に悪影響を及ぼすため、一定量以下に遮蔽する必要がある。漏洩電磁波を遮蔽する手段としては、例えば特許文献２に示すように、メッシュ状の部材で放電ランプを全て覆うタイプのものが一般的である。

特許第４７１４８６８号公報特開２００２−２７９９３８公報

しかしながら、従来の放電ランプ装置に用いられている電磁波遮蔽メッシュは、正方形等の細かい網目状となっており、放電ランプの放射光も遮蔽してしまうという問題があった。また、従来の電磁波遮蔽メッシュは、放電ランプを全て覆うために天井部が必要であり、天井部の加工成形が複雑になるという問題もあった。

本発明は、上述の課題を鑑みてなされたものであり、放電ランプからの電磁波漏洩を遮蔽するとともに、放射光の遮蔽が少なく、天井部が不要な電磁波遮断部を有する放電ランプ装置を提供することを課題とする。

さらに、本発明は、電磁波漏洩を遮蔽するとともに、放電ランプの光束を増加させる機能を備えた電磁波遮断部を有する放電ランプ装置を提供することも、その課題とする。

本発明の一実施形態によると、電磁波発生部と、電磁波電界を形成して発光する放電ランプと、電磁波発生部から放電ランプに電磁波を導く同軸導波管と、放電ランプを包囲する電磁波遮断部とを有し、電磁波遮断部は、同軸導波管の軸方向に伸びる複数の導電性部材によって筒状に形成され、電磁波遮断部の放電ランプを含まない部分の長さは電磁波の波長の４分の１以上であることを特徴とする放電灯装置が提供される。

本発明の一実施形態に係る放電灯装置は、放電ランプがアンテナ励起型マイクロ波放電ランプであるのが好ましい。また、本発明の一実施形態に係る放電灯装置では、電磁波遮断部は、アンテナ励起型マイクロ波放電ランプのアンテナ軸と、電磁波遮断部の軸が、同方向になるように設置されることが好ましい。

本発明の一実施形態に係る放電灯装置は、電磁波遮断部が円筒状に形成されてもよく、Ｆを電磁波の周波数とし、Φを電磁波遮断部の直径としたとき、Ｆ及びΦは、１．７０５Φ ＜３００／Ｆを満たすことが好ましい。

本発明の一実施形態に係る放電灯装置は、電磁波遮断部の周方向の開口率が９１％以下であってもよい。

本発明の一実施形態に係る放電灯装置は、導電性部材の比透磁率が１．１以下であってもよい。

本発明の一実施形態に係る放電灯装置は、導電性部材が鏡面状に形成されてもよい。

本発明の一実施形態に係る放電灯装置は、放電ランプ及び電磁波遮断部が反射ミラー内部に設置されてもよい。

本発明によれば、電磁波漏洩を遮蔽するとともに、放射光の遮蔽が少なく、天井部が不要であり、放電ランプの光束を増加させることのできる電磁波遮断部及びそれを用いた放電ランプ装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る放電ランプ装置の概要図である。本発明の一実施形態に係る放電ランプ１０とラーンチャ２０を設置した場合の、電界分布のシミュレーション図である。本発明の一実施形態に係る放電ランプ装置の、電磁波遮断部５０の斜視図である。本発明の一実施形態に係る放電ランプ装置の、電磁波遮断部５０の側面図である。本発明の一実施形態に係る放電ランプ１０の放射光強度と、電磁波遮断部５０の有無及び直径との関係を示したグラフである。本発明の一実施形態に係る電磁波遮断部５０の構造と、電磁波漏洩との関係について、ＡＮＳＹＳ社の電磁界シミュレータＨＦＳＳを用いて計算したシミュレーション図であり、ＦｕｌｌＭｅｓｈのシミュレーション結果を示したものである。本発明の一実施形態に係る電磁波遮断部５０の構造と、電磁波漏洩との関係について、ＡＮＳＹＳ社の電磁界シミュレータＨＦＳＳを用いて計算したシミュレーション図であり、ＴｒｉａｌＭｅｓｈ１のシミュレーション結果を示したものである。本発明の一実施形態に係る電磁波遮断部５０の構造と、電磁波漏洩との関係について、ＡＮＳＹＳ社の電磁界シミュレータＨＦＳＳを用いて計算したシミュレーション図であり、ＴｒｉａｌＭｅｓｈ２のシミュレーション結果を示したものである。本発明の一実施形態に係る電磁波遮断部５０の構造と、電磁波漏洩との関係について、ＡＮＳＹＳ社の電磁界シミュレータＨＦＳＳを用いて計算したシミュレーション図であり、ＴｒｉａｌＭｅｓｈ３のシミュレーション結果を示したものである。［図６ａ］〜［図６ｄ］の表示色と、電界強度との関係を示した図である。本発明の一実施形態に係る電磁波遮断部５０の長さと、電磁遮蔽特性との関係について、ＡＮＳＹＳ社の電磁界シミュレータＨＦＳＳを用いて計算したシミュレーション図であり、ＴｒｉａｌＭｅｓｈ４のシミュレーション結果を示したものである。本発明の一実施形態に係る電磁波遮断部５０の長さと、電磁遮蔽特性との関係について、ＡＮＳＹＳ社の電磁界シミュレータＨＦＳＳを用いて計算したシミュレーション図であり、ＴｒｉａｌＭｅｓｈ５のシミュレーション結果を示したものである。本発明の一実施形態に係る電磁波遮断部５０を構成する導電性部材５１の線幅、本数および直径と、電磁波漏洩との関係について、ＡＮＳＹＳ社の電磁界シミュレータＨＦＳＳを用いて計算したシミュレーションにおいて、計算で使用したモデル図である。本発明の一実施形態に係る電磁波遮断部５０を構成する導電性部材５１の線幅、本数および直径と、電磁波漏洩との関係について、ＡＮＳＹＳ社の電磁界シミュレータＨＦＳＳを用いて計算したシミュレーション図であり、台８１２の直径Φを１８ｍｍに設定した場合のシミュレーション結果である。本発明の一実施形態に係る電磁波遮断部５０を構成する導電性部材５１の線幅、本数および直径と、電磁波漏洩との関係について、ＡＮＳＹＳ社の電磁界シミュレータＨＦＳＳを用いて計算したシミュレーション図であり、台８１２の直径Φを２２ｍｍに設定した場合のシミュレーション結果である。本発明の一実施形態に係る電磁波遮断部５０を構成する導電性部材５１の線幅、本数および直径と、電磁波漏洩との関係について、ＡＮＳＹＳ社の電磁界シミュレータＨＦＳＳを用いて計算したシミュレーション図であり、台８１２の直径Φを３０ｍｍに設定した場合のシミュレーション結果である。本発明の一実施形態に係る電磁波遮断部５０を構成する導電性部材５１の線幅、本数および直径と、電磁波漏洩との関係について、ＡＮＳＹＳ社の電磁界シミュレータＨＦＳＳを用いて計算したシミュレーション図であり、台８１２の直径Φを４０ｍｍに設定した場合のシミュレーション結果である。本発明の一実施形態に係る電磁波遮断部を構成する導電性部材の導電率及び比透磁率と、電磁波漏洩との関係について、ＡＮＳＹＳ社の電磁界シミュレータＨＦＳＳを用いて計算したシミュレーション図である。導電性部材の導電率と比透磁率との関係を示した表である。本発明の一実施形態における電磁波遮断部の光反射率と、電磁波遮断部から外に放出される光の強さとの関係を計算したものであり、計算の対象とした電磁波遮断部の概要を示したものである。本発明の一実施形態における電磁波遮断部の光反射率と、電磁波遮断部から外に放出される光の強さとの関係を計算したものであり、設定した光源９２０を示したものである。本発明の一実施形態における電磁波遮断部の光反射率と、電磁波遮断部から外に放出される光の強さとの関係を計算した結果を示したものである。本発明の一実施形態に係る電磁波遮断部５０の具体例である。本発明の一実施形態に係る反射ミラーを有する放電ランプ装置の具体例である。

以下、本発明の実施形態について図面等を参照しながら説明する。ただし、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、以下に例示する実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。

なお、以下に説明する発明の内容については、同一部分又は同様な機能を有する部分については同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その場合において特段の事情がない限り繰り返しの説明は省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係る放電ランプ装置の概要図である。

図１を参照すると、本発明の一実施形態に係る放電ランプ装置は、楕円体状の放電容器１１内に放電ガスを封入した放電ランプ１０を備えており、一対のアンテナ導体１２及び１３が設けられる。各アンテナ導体１２及び１３の先端は放電容器１１内の空洞部分に突出して設置され、他端は放電容器１１の外部に突出して設置される。各アンテナ導体１２及び１３は、放電容器内１１で所定の間隔で保持される。

ラーンチャ２０は、導体金属製の内部円筒部材２１と外部円筒部材２２とが、所定の間隙を保持して同軸に嵌合された同軸導波管である。一方のアンテナ導体１３は、ラーンチャ２０の一端側の内部円筒部材２１に嵌合され、接続される。ラーンチャ２０の他端側は、マイクロ波伝送経路としての同軸ケーブル４０を介して、マイクロ波発振源３０に接続される。

マイクロ波発振源３０で発振されたマイクロ波は、同軸ケーブル４０を介してラーンチャ２０の同軸導波路を伝搬し、アンテナ導体１２及び１３のギャップ部分に強いマイクロ波電界を形成する。この電界によって、ギャップ部分にアーク状プラズマ柱が形成され、高輝度発光が実現される。

図２は、中央に放電ランプ１０とラーンチャ２０を設置した場合の、電界分布のシミュレーションを示した図である。

マイクロ波は発光現象に寄与するが、その一部は電磁波として外部へ放射される。図２を参照すると、放電ランプ１０が点灯した際にはモノポールアンテナと同じような電磁波を放出すると考えられる。本発明の一実施形態によると、放電ランプ１０はラーンチャ２０の同軸方向に設置されている。従って放出される電磁波は軸方向に電界成分を持つ。

図３は、本発明の一実施形態に係る放電ランプ装置の、電磁波遮断部５０の斜視図である。

図３を参照すると、電磁波遮断部５０は、複数の軸方向の導電性部材５１によって筒状に形成され、放電ランプ１０を包囲している。電磁波遮断部５０の一端側は固定部５３を備え、放電ランプ１０の周囲に固定される。図３では図示しないが、固定部５３は接地された反射ミラーに接続される。電磁波遮断部５０の他端側は開放部５５となり、補強部５４を備えてもよい。

電磁波遮断部５０は、周方向の導電性部材５２を備えても良い。後述するように、漏洩電磁波の遮断効果及び放電ランプ１０の光束増加効果は、主として軸方向の導電性部材５１が寄与する。したがって、周方向の導電性部材５２は、主として電磁波遮断部５０の機械的強度を保つための補強として用いられる。

図３に示した電磁波遮断部５０は円柱状に形成されているが、本件発明の実施形態はこれに限られず、角柱その他の柱状に形成してもよい。

また、図３に示した軸方向の導電性部材５１及び周方向の導電性部材５２の幅は、同一でなくてもよい。軸方向の導電性部材５１と周方向の導電性部材５２で幅が異なってもよい。また、図１０に示すように、軸方向の導電性部材５１の一部について幅が異なってもよい。

図４は、本発明の一実施形態に係る放電ランプ装置の、電磁波遮断部５０の側面図である。

図４を参照すると、電磁波遮断部５０の放電ランプ１０を含む部分は、同軸管構造Ａとなる。このとき、放電ランプ１０から放射される電界は、電磁波遮断部５０の軸方向であるため、軸方向の導電性部材５１が電磁波の遮蔽効果に寄与する。

これに対して、周方向の導電性部材５２は、放電ランプ１０から放射される電界ベクトルと直行するため、遮蔽効果には寄与しない。したがって、周方向の導電性部材５２は、電磁波遮断部５０の機械的強度を保つために設置すればよいので、従来技術で使用されている電磁波遮断部と比較して、少ない本数で構成することが可能となる。これは、電磁波遮断効果を有しながら、電磁波遮断部の開口率を向上させることを意味するので、従来技術における放電ランプ装置よりも、光の放射量を増加させることが可能となる。

電磁波遮断部５０の放電ランプ１０を含まない部分は、円形導波管構造Ｂとみなすことができる。ここで、円形導波管の優勢なモードであるＴＥ１１波のカットオフ周波数λｃと、円形導波管の直径Φとの間に、

の関係が成立する。したがって、放電ランプ１０に供給されるマイクロ波の波長をλとした場合に、

の関係を満たす場合には、漏洩電磁波はエバネッセントモード（減衰モード）となり、電磁波遮断部５０の外部への放射することができなくなる。エバネッセントモードの場合には、電磁波遮断部５０の開放部５５の端面には、電磁波が到着しないので、導電性部材等を設置する必要がなく、開放した形状をとることができる。

一例として、マイクロ波の周波数を２．４５ＧＨｚとした場合には、マイクロ波の波長は約１２２ｍｍとなるので、電磁波遮断部５０の直径を約７１．５５ｍｍ以下に設定すると、エバネッセントモードを実現することが可能となる。

一方、電磁波遮断部５０の円形導波管構造Bの長さは減衰量に比例するため、マイクロ波の波長の４分の１以上が望ましい。

＜放電ランプの光束が増加する効果について＞
本発明の特筆すべき点は、本発明の実施形態に係る電磁波遮断部５０で放電ランプ１０を囲むことによって、電磁波遮断部５０を設置しなかった場合よりも、放電ランプ１０の光束を増加させることである。

図５は、放電ランプ１０の放射光強度と、電磁波遮断部５０の有無及び直径との関係を示したグラフである。図５の縦軸は、放電ランプ１０の放射光強度（光束［ｌｍ］）を表し、横軸は電磁波遮断部５０の直径［ｍｍ］を表している。ただし、横軸の縦軸との直行部分は、電磁波遮断部５０を設置しなかった場合を表している。また、マイクロ波の周波数は２．４５ＧＨｚ（一定）、電磁波遮断部は直径０．２ｍｍの銅線で構成し、電磁波遮断部の長さを９０ｍｍ、周方向に隣り合う銅線の中心から中心までの間隔を２ｍｍとした。放射光強度の測定は、放電ランプと測定装置との間に銅線が入り影とならないように行った。

図５によれば、電磁波遮断部５０を設置しなかったときは、光束が約３１００［ｌｍ］であった。これに対して、電磁波遮断部５０を設置したときは、光束が約４５００［ｌｍ］から４９００［ｌｍ］を推移しており、電磁波遮断部５０を設置しなかったときと比べて、光束が約１．５倍増加したことが認められる。この効果は、放電ランプ１０の放電形成に消費されなかったマイクロ波が電磁波遮断部５０の内部に閉じ込められ、再度放電形成に寄与するためと推測される。

＜実施例＞
本発明の一実施形態に係る放電ランプ装置の、電磁波遮断部の具体例を図１１に示す。図１１に示す電磁波遮断部は、全長７０ｍｍ、直径２２ｍｍ、図面下側の固定部と、上側に補強部を備え、周方向の導電性部材は２本備える。固定部と下側の導電性部材間、２本の導電性部材間、上側の導電性部材と補強部間の間隔は、それぞれ２０ｍｍである。導電性部材の厚さは０．３ｍｍであり、軸方向の導電性部材の間隔は２ｍｍである。図面の奥行方向には幅の広い部分を設けている。これは平面状に製作した電磁波遮蔽部を円筒状に形成するための溶接部分である。この幅の広い部分は光の放射を妨げるため、下側の放電ランプ設置部分を取り除く事もできる。

また、本発明の一実施形態に係る放電ランプ装置は、図１２に示すように、放電ランプ１０を包囲する電磁波遮断部５０が、反射ミラー６０の内部に設置された構造を有してもよい。

＜シミュレーション１＞
以下、本件発明に関して実施した各シミュレーション結果を示す。シミュレーション１は、電磁波遮断部５０の構造と、電磁波漏洩との関係について、ＡＮＳＹＳ社の電磁界シミュレータＨＦＳＳを用いて計算したものである。放電ランプの周りに金属メッシュシリンダを被せる従来の電磁波漏洩手段と、本発明の実施形態に係る電磁波遮断部において、主に周方向の導電性部材の本数を変化させたパターンとを、比較検討した。

ＨＦＳＳの計算手順は、１．空間に設定したモノポールが２．４５ＧＨｚで最大放射となるアンテナ長さを計算し、２．アンテナ周りに金属メッシュを設定し、空間の電界ベクトルの時間平均分布を計算した。なお、計算にあたっては、３次元金属線は線幅の長方形（長手方向）とリボン（周方向）の２次元要素に完全導体境界条件を設定した。計算繰り返し数は４回行い、計算要素数は６万〜３０万個となった。

従来の電磁波漏洩手段としては、金属線幅０．２ｍｍ、周方向の金属線の間隔１．５３ｍｍ、軸方向の金属線の間隔１．５９ｍｍ、シリンダ径２２ｍｍ、シリンダ長９８．４ｍｍの、金属メッシュシリンダを設定した。ただし、金属メッシュシリンダの上端は開放した形状としている。上記各設定値で実際に銅線メッシュシリンダを作成し、放電ランプに取り付け、簡易電磁漏洩検知器で測定したところ、対象から約５ｃｍの距離で１ｍＷ／ｃｍ^２以下であった。よって、上記設定値を有する金属メッシュシリンダ（以下、「ＦｕｌｌＭｅｓｈ」とする。）をシミュレーション１の基準とすることにした。

図６ａは、ＦｕｌｌＭｅｓｈのシミュレーション結果を表した図であり、電界強度０〜１０Ｖ／ｍを１９色分布で表している（図６（ｅ）参照）。シリンダ周囲の領域６１１及びシリンダ上部の領域６１２は９〜１０Ｖ／ｍを示し、シリンダ内部の上側の領域６１３は０〜２Ｖ／ｍを示し、その他領域６１４は３〜６Ｖ／ｍを示している。

図６ｂは、周方向の金属線の間隔を３．８４ｍｍ（２０度ごとに１８本に相当）、軸方向の金属線の間隔を１０ｍｍとし、他はＦｕｌｌＭｅｓｈと同じ条件に設定した場合（以下、「ＴｒｉａｌＭｅｓｈ１」とする。）の、シミュレーション結果である。シリンダ内部の上側の領域６２１は０〜７Ｖ／ｍを示し、他の領域６２２は１０Ｖ／ｍを示している。したがって、ＴｒｉａｌＭｅｓｈ１では、シリンダ上部で電磁漏洩抑制効果が認められるものの、ＦｕｌｌＭｅｓｈと比較して漏洩が若干大きいといえる。

図６ｃは、周方向の金属線の間隔を２．３ｍｍ（１２度ごとに３０本に相当）、軸方向の金属線の間隔を１０ｍｍとし、他はＦｕｌｌＭｅｓｈと同じ条件に設定した場合（以下、「ＴｒｉａｌＭｅｓｈ２」とする。）の、シミュレーション結果である。シリンダ周囲の領域６３１及びシリンダ上部の領域６３２は９〜１０Ｖ／ｍを示し、シリンダ内部の上側の領域６３３は０〜２Ｖ／ｍを示し、その他領域６３４は３〜６Ｖ／ｍを示している。図６ａと図６ｃを比較すると、ＴｒｉａｌＭｅｓｈ２は、ＦｕｌｌＭｅｓｈと同様の電磁遮蔽特性を示しているといえる。しかし、電界強度が９〜１０Ｖ／ｍの領域６１１及び６１２と、領域６３１及び６３２を比較すると、後者のほうがその領域が広いので、ＴｒｉａｌＭｅｓｈ２の電磁遮蔽特性は、ＦｕｌｌＭｅｓｈよりもやや劣るといえる。

図６ｄは、周方向の金属線の間隔を１．９２ｍｍ（１０度ごとに３６本に相当）、軸方向の金属線の間隔を１０ｍｍとし、他はＦｕｌｌＭｅｓｈと同じ条件に設定した場合（以下、「ＴｒｉａｌＭｅｓｈ３」とする。）の、シミュレーション結果である。シリンダ周囲の領域６４１及びシリンダ上部の領域６４２は９〜１０Ｖ／ｍを示し、シリンダ内部の上側の領域６４３は０〜２Ｖ／ｍを示し、その他領域６４４は３〜６Ｖ／ｍを示している。図６ａと図６ｄを比較すると、電磁波漏洩の分布が両者でほぼ同じであり、ＴｒｉａｌＭｅｓｈ３はＦｕｌｌＭｅｓｈと同等の電磁遮蔽特性を有することが確認できた。

＜シミュレーション２＞
シミュレーション２は、電磁波遮断部５０の長さと、電磁遮蔽特性との関係について、シミュレーション１と同様に電磁界シミュレータＨＦＳＳを用いて計算したものである。

図７ａは、シリンダ長を７０．２ｍｍとし、他は上記ＴｒｉａｌＭｅｓｈ３と同じ条件に設定した場合（以下、「ＴｒｉａｌＭｅｓｈ４」とする。）の、シミュレーション結果である。シリンダ周囲の領域７１１及びシリンダ上部の領域７１２は９〜１０Ｖ／ｍを示し、シリンダ内部の上側の領域７１３は０〜２Ｖ／ｍを示し、その他領域７１４は３〜６Ｖ／ｍを示している。シリンダ内部の上側の領域７１３は、シリンダ底面から約６０ｍｍの位置にあたる。この領域７１３で急速に電磁界が減衰しているのは、アンテナ長さ分（約３０ｍｍ）から先の構造がカットオフ導波管として動作し、電波が３０ｍｍ進むうちにエバネッセント減衰が起こるためである。

図７ｂは、シリンダ長を６０．２ｍｍとし、他は上記ＴｒｉａｌＭｅｓｈ３と同じ条件に設定した場合（以下、「ＴｒｉａｌＭｅｓｈ５」とする。）の、シミュレーション結果である。シリンダ内部及び周辺の領域７２１は９〜１０Ｖ／ｍを示し、他の領域７２４は０〜８Ｖ／ｍを示している。ＴｒｉａｌＭｅｓｈ５とＴｒｉａｌＭｅｓｈ４を比較すると、遮蔽特性に大きな違いは見られず、シリンダ長を６０．２ｍｍとしてもＦｕｌｌＭｅｓｈと同様の電磁遮蔽特性を有していることがわかる。

シミュレーション２におけるマイクロ波の周波数は２．４５ＧＨｚであり、波長は約１２２ｍｍとなる。そして、図７ｂで示されたように、シリンダ長がマイクロ波の波長の約２分の１である６０．２ｍｍの場合でも、ＦｕｌｌＭｅｓｈと同様の電磁遮蔽特性を有していることが確認できた。よって、シミュレーション２より、電磁波遮断部５０の長さが、少なくとも波長の２分の１以上あるときは、マイクロ波漏洩を抑制する効果があることが示されており、このことは電磁波遮断部５０の長さから４分の１波長のモノポールアンテナの長さを除いた電磁波遮断部５０の円形導波管構造Ｂの長さが、少なくとも波長の４分の１以上あるときは、マイクロ波漏洩を抑制する効果があることを示している。

＜シミュレーション３＞
シミュレーション３は、電磁波遮断部５０を構成する導電性部材５１の線幅、本数および直径と、電磁波漏洩との関係について、ＡＮＳＹＳ社の電磁界シミュレータＨＦＳＳを用いて計算したものである。

図８ａは、シミュレーション３の計算で使用したモデル図である。計算周波数を２．４５ＧＨｚ、原点からＺ軸方向に４分の１波長のモノポールアンテナ８１１を立て、周囲に完全導体の円柱状の台８１２と、台８１２の外周に線８１３を配置し、導波管８１４でモノポールアンテナ８１１からの電波を受信する設定とした。導波管８１４の開口は１４０×９０ｍｍ、モノポールアンテナ８１１から導波管８１４の距離を８５ｍｍ、アンテナパターン計算等で必要となる電磁界分布を求める境界（放射境界）８１５の直径を２００ｍｍ、長さ１６０ｍｍとした。以上の条件のもと、台８１２の直径Φ、線８１３の数Ｎ、および、線８１３の線幅Ｗを変化させ、その特性を計算した。

図８ｂないし図８ｅは、それぞれ台８１２の直径Φを１８ｍｍ、２２ｍｍ、３０ｍｍ、４０ｍｍに設定した場合のシミュレーション結果である。いずれも、横軸は線８１３の線幅Ｗとし、Ｗを０．１ｍｍから３．０ｍｍまで、０．１ｍｍごとに変化させた。縦軸は、遮蔽特性［ｄＢ］を表しており、遮蔽特性は、電磁波遮断部が存在しない時の導波管受信能力から、電磁波遮断部が存在する時の導波管受信能力を引いたものであり、数値が大きいほど遮蔽特性が良好であることを示している。線８１３の数Ｎは、６本、１８本及び３６本の場合について計算した。

図８ｂないし図８ｅを参照すると、いずれの場合においても、線８１３の数Ｎが３６本、１８本、６本の順に遮蔽特性の数値が高いことから、線８１３の数Ｎが多いほど遮蔽特性が良好になることがわかる。また、線８１３の線幅Ｗが増加するに従い、遮蔽特性も増加していることから、線８１３の線幅Ｗが大きいほど、遮蔽特性が良好になることがわかる。さらに、線８１３の数Ｎと線８１３の線幅Ｗが同じ場合、台８１２の直径Φが１８ｍｍ、２２ｍｍ、３０ｍｍ、４０ｍｍの順に遮蔽特性の数値が高いことから、台８１２の直径Φが小さいほど、遮蔽特性が良好になることがわかる。

台８１２の直径Φ、線８１３の数Ｎ、および、線８１３の線幅Ｗの値は、いずれも電磁波遮断部の開口率を決定するパラメタである。したがって上述のシミュレーション３によると、開口率が小さいほど遮蔽特性が良好になることを示している。ただし、開口率を小さくすると、光束が小さくなる関係があるので、本発明を実施するにあたっては、所望の遮蔽特性と光束の範囲で、台８１２の直径Φ、線８１３の数Ｎ、および、線８１３の線幅Ｗの値を設定する必要がある。

例えば、上述したように、シミュレーション１のＴｒｉａｌＭｅｓｈ２（図６ｃ参照）は、ＦｕｌｌＭｅｓｈと同等の電磁遮蔽特性を示した。ＴｒｉａｌＭｅｓｈ２における設定値から開口率を計算すると、約９１％であった。なお、ＴｒｉａｌＭｅｓｈ２よりも電磁遮蔽特性が良好なＴｒｉａｌＭｅｓｈ３（図６ｄ参照）の開口率は、約７９％であった。したがって、開口率を９１％以上にすると、一定程度の電磁遮蔽特性を有する電磁波遮断部を実現可能であることが示された。

＜シミュレーション４＞
シミュレーション４は、電磁波遮断部を構成する導電性部材の導電率及び比透磁率と、電磁波漏洩との関係について、ＡＮＳＹＳ社の電磁界シミュレータＨＦＳＳを用いて計算したものである。

シミュレーション４では、導電性部材５１の材質を完全導体、銀、アルミ及び鉄の各材質について、台８１２の直径Φを２２ｍｍ、線８１３の数Ｎを３６本、線８１３の線幅Ｗを０．２ｍｍとし、周波数を２ＧＨｚから３ＧＨｚまで変化させ、その他の諸条件をシミュレーション３と同様に設定し、遮蔽特性を測定した。シミュレーション４で設定した完全導体、銀、アルミ及び鉄の、導電率［Ｓ／ｍ］と比透磁率［μ／μｏ］は、図９ｂの通りである。

図９ａを参照すると、完全導体（実線）、銀（長破線）及びアルミ（点線）は、シミュレーションした全ての周波数において、遮蔽特性が約３４ｄＢから約４０ｄＢを示している。同一周波数で完全導体、銀及びアルミの遮蔽特性を比較すると、この順で特性が良好であることが認められるが、差は約１ｄＢ程度以内であり、ほぼ同等の遮蔽特性を有している。一方、鉄（破線）については、遮蔽特性が約１５ｄＢから約２０ｄＢで推移しており、完全導体、銀及びアルミと比較して遮蔽特性が劣る。

図９ｂを参照すると、完全導体、銀及びアルミの比透磁率が０．９９９９８〜１．００００２であるのに対し、鉄の比透磁率が４０００であることから、上記シミュレーション結果の差異は、比透磁率の差に起因するものと考えられる。したがって、本発明の実施形態における導電性部材は、比透磁率が低いほど望ましく、比透磁率が１．１以下であれば十分な性能が得られると考えられる。

＜シミュレーション５＞
シミュレーション５は、本発明の一実施形態における電磁波遮断部の光反射率と、電磁波遮断部から外に放出される光の強さとの関係を計算したものである。

シミュレーション５で計算の対象とした電磁波遮断部の概要を、図１０ａに示した。電磁波遮断部の各構成要素については、電磁波遮断部の全長を７０ｍｍ、固定部に相当する台部分の長さを１０ｍｍ、導電性部材の厚さを０．３ｍｍ、導電性部材の間隔を２ｍｍ、導電性部材の一部の幅を０．２ｍｍと設定した。なお、数値解析には（株）ベストメディア「照明シミュレータ」ＣＡＤＶｅｒ１．１を使用した。

図１０ｂは、シミュレーション５で設定した光源９２０を示したものである。アンテナ９２１及び９２２は、それぞれ１０ｍｍとし、アンテナ９２１及び９２２間の光源９２３は、長さ５ｍｍ、幅１ｍｍとした。

図１０ｃは、シミュレーション５の結果を示した表である。これを見ると、電磁波遮断部の光反射率を０％とした場合には、光源の６８％が放出された。これに対し、電磁波遮断部の光反射率を７０％、９０％、１００％とした場合には、それぞれ光源の８４．５％、９０％、９２．９％が放出された。したがって、本発明の実施形態における電磁波遮断部は、鏡面状に形成する等して、光反射率を向上させた部材を用いることが望ましい。

１０放電ランプ
１１放電容器
１２、１３アンテナ導体
２０ラーンチャ
２１内部円筒部材
２２外部円筒部材
３０マイクロ波発振源
４０同軸ケーブル
５０電磁波遮断部
５１軸方向の導電性部材
５２周方向の導電性部材
６０反射ミラー

Claims

電磁波発生部と、
電磁波電界を形成して発光する放電ランプと、
前記電磁波発生部から前記放電ランプに電磁波を導く同軸導波管と、
前記放電ランプを包囲する電磁波遮断部とを有し、
前記電磁波遮断部は、前記同軸導波管の軸方向に伸びる複数の導電性部材によって筒状に形成され、
前記電磁波遮断部の前記放電ランプを含まない部分の長さは前記電磁波の波長の４分の１以上である、
ことを特徴とする放電灯装置。
前記放電ランプは、アンテナ励起型マイクロ波放電ランプであり、
前記電磁波遮断部は、前記アンテナ励起型マイクロ波放電ランプのアンテナ軸と、前記電磁波遮断部の軸が、同方向になるように設置される、
ことを特徴とする、請求項１に記載の放電灯装置。
前記電磁波遮断部は円筒状に形成され、
Ｆは前記電磁波の周波数であり、
Φは前記電磁波遮断部の直径であり、
Ｆ及びΦは、
を満たすことを特徴とする、請求項１又は２に記載の放電灯装置。
前記電磁波遮断部の周方向の開口率が９１％以下であることを特徴とする、請求項３に記載の放電灯装置。
前記導電性部材の比透磁率が１．１以下であることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の放電灯装置。
前記導電性部材は鏡面状に形成されていることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の放電灯装置。
前記放電ランプ及び前記電磁波遮断部が反射ミラー内部に設置されることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の放電灯装置。