JP2822035B2 - マイクロ波駆動型無電極光源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、大略、無電極光源装置に関するものであっ
て、更に詳細には、マイクロ波励磁型無電極光源装置及
びその中に使用するのに適した種々の関連装置に関する
ものである。 従来技術 マイクロ波励磁型無電極光源装置は従来公知である。
この様な装置においては、ガス及び固体及び／又は液体
状の添加元素を封入したランプ乃至は球体をマイクロ波
室乃至は空洞内に位置させる。該マイクロ波空洞は、典
型的には、固体壁部分と、光を通過させるがマイクロ波
を反射させるメッシュ壁部分とによって画定される。マ
イクロ波を該固体壁部分に形成した結合スロットを介し
て該マイクロ波空洞内に導入させ、従って該ランプは該
導入させたマイクロ波を吸収して光を射出する。この様
なマイクロ波光源装置においては、該ランプに対して電
極を設けていない、従って該ランプは電極を持った従来
のランプよりも比較的長い寿命を持っている。従って、
マイクロ波光源装置は、電極を持った従来のランプと比
較して一層長期間の間安定した光出力を与えることが可
能である。 然し乍ら、マイクロ波光源装置においては、ランプを
通常マグネトロンによって発生されるマイクロ波によっ
て励起させねばならないので、高強度光出力を供給する
上での困難性が存在していた。このことは、部分的に
は、市販されているマグネトロンが固定された定格を持
っており、それらは多様性が無く且つパワーがむしろ限
定されていることに起因している。従って、高強度光出
力を得る為には、特別の性能を持ったマグネトロンを注
文せねばならないが、それは極めてコスト高となること
がある。更に、マイクロ波光源装置は、印刷及び半導体
製造分野において適用されることが予測されている。こ
の様な場合に、より高い分解能が要求され、且つこれら
の技術分野においてマイクロ波光源装置が適用される為
には、比較的広い区域に渡って良好な一様性も要求され
る。従って、これらの新たに発生した要求を満足するこ
との可能な改良したマイクロ波励起型無電極光源装置を
開発することの必要性が存在していた。 目 的 本発明は、以上の点に鑑みなされたものであって、上
述した如き従来技術の欠点を解消し且つ改良した無電極
光源装置を提供することを主目的としている。本発明の
別の目的とするところは、長期間に渡って安定で且つ高
強度の光出力を供給することの可能なマイクロ波駆動型
無電極光源装置を提供することである。本発明の更に別
の目的とするところは、分解能が高く且つ画像品質の高
いマイクロ波駆動型無電極光源装置を提供することであ
る。本発明の更に別の目的とするところは、広い区域に
渡って良好な一様性の光出力を供給することの可能なマ
イクロ波駆動型無電極光源装置を提供することである。 構 成 本発明の１側面に拠れば、長手軸に沿って延在するマ
イクロ波空洞と、前記空洞内に配設されておりマイクロ
波を吸収して光を射出する手段とを有するマイクロ波駆
動型無電極光源装置が提供される。該マイクロ波空洞
は、固体壁部分とメッシュ壁部分とを有する壁によって
画定されている。該固体壁部分は、好適には、例えば
銅、ステンレススチール、又はアルミニウム等の導電性
物質から構成されており、且つ該メッシュ壁部分は、好
適には、光は通過させるがマイクロ波を反射させる導電
性メッシュスクリーンから構成されている。従って、メ
ッシュ寸法は、使用されるマイクロ波の波長を考慮して
適宜決定されねばならない。好適実施例においては、該
固体壁部分は円筒形状であり、その一端は開放されてお
り且つ他端は閉塞されており、且つ、同様に、該メッシ
ュ壁部分も円筒形状であって、その一端は開放されてお
り且つ他端は閉塞されている。好適には、該固体壁部分
は該メッシュ壁部分にそれらの開放端部を接続させるこ
とによって端部同士を合せて接続され、従って固体及び
メッシュ壁部分は該長手軸に沿って軸方向に整合され
る。この場合、両方の開放端部を直接的に、又は両者間
に付加的な要素を介在させて間接的に接続させることが
可能である。 好適実施例においては、該固体壁部分に少なくとも１
個の結合スロットが形成されている。最も好適には、該
結合スロットは該固体壁部分の側壁部分に形成する。高
光強度適用においては、２つ以上の結合スロットを設け
ることが可能であり、そうすることにより、マイクロ波
を複数個の結合スロットを介してマイクロ波空洞内へ供
給することが可能である。この場合、複数個の結合スロ
ットの各々は個別的に導波路を介して、典型的にはマグ
ネトロンである個別的なマイクロ波発生源へ動作上結合
されている。従って、この構成の場合、マイクロ波を複
数個のマグネトロンから同一のマイクロ波空洞内へ供給
することが可能である。然し乍ら、この場合に、該結合
スロットが直交関係を維持する様にそれらを配設するこ
とが望ましい。例えば、各々の結合スロットが個別的な
マグネトロンと動作上関連付けられている２つの結合ス
ロットが設けられている場合に、該２つの結合スロット
を該マイクロ波空洞の長手軸に垂直な面内において略直
角に配設させる。更に、該光射出手段は、好適には、球
状ランプを有しており、且つ好適には、該メッシュ壁部
分によって画定される領域内に位置されている。 本発明の別の側面に拠れば、マイクロ波駆動型無電極
光源装置に使用する大略ドーム形状をしたメッシュスク
リーンが提供される。該ドーム形状をしたメッシュスク
リーンは、大略円筒形状の側壁と、光は通過させるがマ
イクロ波は反射させるメッシュ部材から構成されており
且つその周辺部を前記円筒状側壁の一端に固着している
ドーム形状端壁とを有している。好適には、該側壁も少
なくとも部分的に前記メッシュスクリーンから構成され
ており、且つ該ドーム形状端壁を該円筒状側壁の端部へ
固着する為に機械的固着手段を使用する。１実施例にお
いては、該機械的固着手段は、金属締着具又はクランプ
を有している。好適には、該メッシュ部材はタングステ
ンから構成されており、且つ該金属締着具は、アルミニ
ウム又は銅等の金属又は金属の組合せから構成されてい
る。好適実施例においては、該円筒状側壁は、平坦なメ
ッシュ部材を湾曲させ且つ湾曲させることにより当接さ
れた２つの反対側部を、例えば金属締着具又はクランプ
等の機械的固着手段によって固定的にクランプさせるこ
とによって形成される。 この様なドーム形状メッシュスクリーンは、マイクロ
波空洞の少なくとも一部を画定し、且つそれは、増加し
た一様性を持った光出力を供給することが可能であるの
で、球状又は略球状のランプを該ドーム形状メッシュス
クリーンの内側に位置させる場合に特に効果的である。
更に、円筒状側壁とドーム形状端壁との間に金属締着部
乃至はクランプ等の機械的固着手段を使用しているの
で、本ドーム形状メッシュスクリーンは極めて容易に且
つ低コストで製造することが可能である。このことは、
該メッシュ部材に対してタングステンを使用する場合に
は、タングステンは堅く且つ処理が比較的困難であるか
ら、特に言えることである。更に、側壁は湾曲させ且つ
金属締着具を使用することによって極めて容易に形成す
ることが可能である。この様な金属締着具を具備するメ
ッシュスクリーンは、又、高度の構造的一体性を持った
補強構造を持っているので、効果的である。 本発明の更に別の側面に拠れば、マイクロ波駆動型無
電極光源装置に使用するのに特に好適なランプ冷却シス
テムが提供される。本ランプ冷却装置は、マイクロ波空
洞の内側に位置されており且つマイクロ波を吸収して光
を射出するランプの周囲に配設されている複数個のノズ
ルを有している。好適実施例においては、該複数個のノ
ズルは、その各々が該ランプの外側表面上の異なった点
に指向されたガスの流れを放出する様に配列されてお
り、従って該ランプはその全表面に渡って実質的に一様
に冷却される。１実施例においては、該ランプはその形
状が球状であり、且つ所定の回転軸の周りに回転駆動さ
れる。この場合、該複数個のノズルは、好適には、該回
転軸の周りに配設され、該複数個のノズルの各々が該回
転軸に沿って異なった高さにおいて前記球状ランプに向
かってガスの流れを射出し、その際に該ランプの全表面
をカバーする。 該ノズルは、好適には、外部から該マイクロ波空洞内
に延在しており、且つ好適には、実質的にマイクロ波を
吸収することのない物質から構成する。例えば、該ノズ
ルは石英又はセラミックス等から形成することが可能で
ある。好適には、該ノズルの各々にはその基端部に金属
フェルール乃至はフィッティングを具備しており、該フ
ェルールはマイクロ波空洞を画定している壁内に設けら
れている装着用の孔内に嵌合される。この様な構成は、
破損したり又は機能障害を起こしている場合に、ノズル
を容易に交換することを可能とするので、効果的であ
る。 本発明の更に別の側面に拠れば、マイクロ波駆動型無
電極光源装置に使用するのに特に好適なランプ回転装置
が提供される。本ランプ回転装置は、マイクロ波を吸収
して光を照射するランプと、前記ランプをマイクロ波空
洞内に保持する保持手段と、前記保持手段を所定の回転
軸の周りに回転自在に支持しており該回転軸に沿って互
いに離隔した２つの支持点で回転自在に支持する支持手
段とを有している。１実施例においては、該保持手段
は、直線的に延在する長尺ステムを有しており、該ステ
ムの長手軸は該ランプがその周りに回転される回転軸を
画定している。該ランプは、該ステムの自由端に固着さ
れている。該支持手段は、好適には、該ステムをその基
端部において２つの点で支持する為に互いに離隔して位
置されている一対の軸受を有している。この様な２点支
持構成においては、ランプがマイクロ波空洞の内側の所
定の位置に維持され、従って光出力を一定に維持するこ
とが可能であるので、極めて効果的である。 １実施例においては、該ランプは球状ランプである。
又、該一対の軸受の間に位置させて該ステムにスプロケ
ットを固着させる。無端状チェーンを、該ステム状に固
着したスプロケットと、モータの駆動シャフト上に固着
した別のスプロケットとの間に延在させる。この様な構
成においては、ランプが揺動することが防止され、且つ
或る適用例において必要とされることのある様にランプ
を比較的高速度で駆動する場合においても、ランプをマ
イクロ波空洞の内側の意図した位置に維持することが可
能となる。 本発明の更に別の側面に拠れば、高分解能無電極光源
装置が提供される。この側面に拠れば、ランプ又は球体
がメッシュスクリーンによって画定されるマイクロ波空
洞の領域内に位置され、従って、光を一層広い方向に照
射させることが可能である。照射された光が画像面へ向
かって前進する様に、該ランプから所定の方向に照射さ
れた光を反射させる為に反射手段が設けられている。従
って、該反射手段は、該画像面に向かって可及的にコリ
メートされた光を得ることを主目的としている。好適実
施例においては光源から直接的に、該画像面上の或る選
択した点へ入射する光束と該反射手段によって反射され
た後に該選択した点へ入射する別の光束との間に定義さ
れる局所的発散角度が可及的に小さく維持される。分解
能の程度を決定するのはこの局所的発散角度であるから
この考えは特に重要であり、且つ局所的発散角度が小さ
ければ小さい程、分解能は一層高くなる。 １実施例においては、該反射手段は、頂部に孔を具備
する大略傘形状の反射器を有している。好適には、該反
射器は多面構成、即ち複数個のファセットを有する構成
である。換言すると、該傘形状反射器は、好適には、各
々の周面が異なった傾斜角度を持っている複数個の切頭
円錐の周面から構成されている。好適実施例において
は、該傾斜角度が内側面（内側ファセット）から外側面
（外側ファセット）へ段階的に単調的に次第に変化して
いる。この様な面分割構成は、設計及び製造を著しく容
易とするので、特に効果的である。然し乍ら、変形例と
して、該反射器を、所望により、面分割していない連続
的な表面を持った構成とすることも可能である。 更に、該傘形状型反射器の縁に付加的なスクリーンを
設けることも可能である。この様な付加的なスクリーン
は、何等かの理由により内側のメッシュスクリーンを介
して漏れ出てくるマイクロ波が外部へ漏れ出ることを防
止することに貢献する。この様な付加的なスクリーン
は、例えばアルミニウム等の任意の導電性物質から構成
することが可能であり、且つそれは所定のパターンにエ
ッチングすることにより製造することが可能である。換
言すると、この付加的なスクリーンは光射出機能に参画
するものではないので、任意の物質から形成することが
可能であり、一方、内側メッシュスクリーンは光射出機
能に参画し、従って、好適には、タングステンから構成
する。尚、内側メッシュスクリーンも任意の所望の物質
から構成することも可能である。更に、正面構成体全体
を被覆する為に保護ガラスプレートを設けることが望ま
しい。この様なガラスプレートはパイレックスガラスか
ら形成することが可能であり、ランプが爆発した時に破
片がオペレータに衝突することを防止する。この様なガ
ラスプレートは、好適には、その内側又は両側表面を反
射防止膜でコーティングする。 実施例 以下、添付の図面を参考に、本発明の具体的実施の態
様を実施例を用いて詳細に説明する。 第１図を参照すると、本発明の１実施例に基づいて構
成したマイクロ波駆動型無電極光源装置１が概略示され
ている。注意すべきことであるが、図示した無電極光源
装置自身が新規な発明を構成すると共に、該図示した装
置内に使用されている種々のパーツ及び部品もその他の
発明を構成している。第１図に示した如く、図示した無
電極光源装置１は、第１図中において垂直に延在して示
してある長尺のマイクロ波室乃至は空洞８を有してい
る。該マイクロ波空洞８は、大略、固体壁部分8a及びメ
ッシュ壁部分8bによって画定されている。図示例におい
ては、該固体壁部分8aは、円筒側壁10と、該円筒側壁10
の頂端部に封止状に固着した円形状の端部壁11と、円筒
側壁10の底端部に封止状に固着した冷却ガスブロック12
とを有している。該側壁及び短壁10及び11及び冷却ガス
ブロック12の各々は、好適には、導電性物資から形成さ
れており、且つ、好適には、加工上の容易さからアルミ
ニウムを使用する。該円筒状側壁10は長さＬと直径Ｄを
持っており、それらは動作上使用するマイクロ波の周波
数に関連して決定される。一般的には、D/Lの比は使用
されるマイクロ波の周波数と関数的な関係を持ってお
り、従って、同一の周波数に対して、円筒状側壁10の長
さＬを長くすると、該円筒状側壁10の直径Ｄは短くする
ことが可能であり、又その逆も真である。注意すべきこ
とであるが、図示例においては、側壁10は円筒状であ
り、従ってその断面形状は円形である。然し乍ら、所望
により、側壁10を、例えば正方形や矩形の任意のその他
の所望の断面形状を持つ様に形成することも可能であ
る。 第１図に示した実施例において、側壁10には一対の結
合スロット10a,10aが形成されており、これらの結合ス
ロットは夫々の導波路14l及び14rと連通されており、そ
れらの導波路はその中の端部に夫々のマグネトロン15l
及び15rを収納している。従って、導波路14l及び14rの
各々においてマグネトロン15l及び15rの各々によってマ
イクロ波が発生され、且つその様にして発生されたマイ
クロ波は夫々の結合スロット10a及び10aを介してマイク
ロ波空洞８内に導入される。図示例においては、２つの
マグネトロン15l及び15rがマイクロ波を同一のマイクロ
波空洞８内へ供給するので、マイクロ並空洞８の内側に
おいて増幅されたマイクロ波を得ることが可能であり、
そのことは高強度光出力を得ることに貢献する。然し乍
ら、注意すべきことであるが、更に高強度の光出力を得
る為に、３個以上のマグネトロンを個別的に導波路及び
結合スロットを介して同一のマイクロ波空洞８へ結合さ
せる設けることも可能である。又は、別法として、十分
に高いエネルギを持ったマイクロ波を発生することの可
能な単一のマグネトロンを使用する場合には、この様な
単一のマグネトロンを使用することで十分な場合もあ
る。然し乍ら、市場において入手可能なマグネトロンの
種類は制限されているので、パワーを増加させる為には
第１図に示した如くマルチマグネトロン構成とすること
が望ましい。 第１図に示した特定の構成においては、一対の結合ス
ロット10a及び10aを特定の角度関係で配設してある。即
ち、好適実施例においては、結合スロット10a及び10a
は、円筒状側壁10の長手軸に垂直な面内において互いに
直交する関係で配列されている。このことを、第２図を
も参照して更に詳細に説明する。第２図に示した如く、
円筒状側壁10に形成した一対の結合スロット10a及び10a
は、それらが角度θ_０を画定すべくに配列されており、
且つ、好適実施例においては、この角度θ_０は90゜乃至
はその近辺に設定される。この様な構成においては、一
対の結合スロット10a及び10aを介して同一のマイクロ波
空洞８内へ導入される２つのマイクロ波は互いにデカッ
プル即ち分離されており、従ってそれらは互いに干渉す
ることが防止されている。従って、２つのマグネトロン
151及び15rを使用することによってマイクロ波空洞８内
に増加したパワーが得られる。第２図に示した構成にお
いては、左側導波路14lは３つの部分、即ち水平導波路
部分14l−１と、中間導波路部分14l−２と、傾斜導波路
部分14l−３とを有している。同様に、右側導波路14rも
３つの部分、即ち水平導波路部分14r−１と、中間導波
路部分14r−２と、傾斜導波路部分14r−３とを有してい
る。又、導波路の実効長さを変更させる為の同調スタブ
16l又は16rが中間部分14l−２又は14r−２内に設けられ
ている。水平及び傾斜部分14l−１と14l−３との間に角
度θ_１が画定されており、且つ水平及び傾斜部分14r−
１と14r−３との間に角度θ_２が画定されている。好適
には、左側及び右側の導波路14l及び14rは構成が対称的
であり、従ってその場合には角度θ_１と角度θ_２とは等
しく設定される。第２図の実施例においては、角度θ_０
は90゜に設定されるので、これらの角度θ_１及びθ
_２は、夫々45゜となる。 第１図に戻って説明すると、一対の結合スロット10a
及び10aは、マイクロ波空洞８の頂部に比較的近接して
位置されている。この配置は、マイクロ空洞８内におい
て一層一様なマイクロ波を得ることを可能とするので、
好適である。このことは、長尺のマイクロ波空洞８の一
端においてその長手軸に対して直角な方向にマイクロ波
をマイクロ波空洞８内に導入するという事実から得られ
るとも考えられる。然し乍ら、所望により、変形例とし
て、１つ以上の結合スロットを端壁11内に形成すること
も可能であり、その場合には、マイクロ波は長尺のマイ
クロ波空洞８の長手軸と平行にマイクロ波空洞８内に導
入される。 第１図に示した如く、メッシュスクリーン部分8bはド
ーム形状型メッシュスクリーン13を有している。後に明
らかになる如く、第１図に示した無電極光源装置は、実
際には、二重メッシュスクリーン系を構成しており、且
つ該ドーム形状メッシュスクリーン13は該二重メッシュ
スクリーン系の内側メッシュスクリーンを構成してい
る。図示した実施例においては、該ドーム形状メッシュ
スクリーン13は、長尺マイクロ波空洞８の底部部分を画
定乃至は構成している。図示したドーム形状メッシュス
クリーン13は、光を通過させるがマイクロ波を反射する
メッシュ部分によって形成されている。従って、後に更
に詳述する如く、一対の結合スロット10a及び10aを介し
てマイクロ波空洞８内に導入したマイクロ波はメッシュ
スクリーン13を介して通過することが防止される。然し
乍ら、ランプ乃至は球体18bによって射出される光はメ
ッシュスクリーン13を介してその外部へ通過することが
許容される。重要なことであるが、メッシュスクリーン
13は、概略、円筒形状であり、その一端が開放しており
且つ他端はドーム形状をしている。従って、該メッシュ
スクリーン13は、円筒状の側壁13aと、該円筒状の側壁1
3aの一端に設けられているドーム形状をした端壁13bと
を有している。この様な構成は、一様な光出力を発生さ
せる為の安定な動作を得るために効果的であることが判
明した。 次に、第3a図乃至第3e図を参照して、ドーム形状をし
たメッシュスクリーン13の構成を詳細に説明する。メッ
シュスクリーン13は、円筒状の側壁13aと、ドーム形状
をした端壁13bとを有しており、その各々は光は通過さ
せるがマイクロ波を反射するメッシュ部材から構成され
ている。好適には、該メッシュ部材は織ったタングステ
ンワイヤから形成されている。図示した実施例において
は、該ドーム形状をした端壁13bは、例えば好適にはア
ルミニウム、銅等の延性金属から構成される金属締着具
又はクランプ13eによって円筒状側壁13aの低端部に固着
されている。第3c図に示した如く、該ドーム形状の端壁
13bの周辺部13b′は屈曲されており、この屈曲周辺部13
b′は円筒状側壁13aの低端部部分と面接続させることが
可能であり、且つ金属円形締着具乃至はクランプ13eが
面接触された側壁及び端壁13a及び13bのこれらの部分を
締着乃至はクランプする。この様な円形状の金属締着具
13eを設けることは、それにより、ドーム形状メッシュ
スクリーン13に増加した剛性及び強度を与えるので、特
に好適であり、従って、メッシュスクリーン13に対して
何等かの不所望の外力が付与されても、メッシュスクリ
ーン13は変形することが防止され且つその原形を維持す
ることが可能である。この様な形状維持能力は、マイク
ロ波駆動型無電極光源装置に使用するメッシュスクリー
ンに対しては特に重要である。何故ならば、それは安定
した動作を確保することを可能とするからである。そう
でないと、光出力は不所望に変動する場合がある。第3f
図は第3c図に示した構成の変形例を示している。この変
形例においては、ドームリング13b″が別個に形成され
且つドーム13bの周辺部に固着されて一体化されてい
る。この構成はドーム13bにその所望の形状を与え且つ
向上した構造的一体性を与える上で効果的である。 側壁13aは、メッシュ部分の平坦片を湾曲させ且つ反
対側の側部を側部金属締着具乃至はクランプ13dによっ
てクランプすることによって円筒状の構成に形成され
る。即ち、第3d図に示した如く、反対側の側部は屈曲部
13a′及び13a′を画定するべく屈曲されており、これら
の屈曲部は面接触すべく当接され、且つ該側部金属締着
具乃至はクランプ13dを付与してこれらの屈曲部13a′及
び13a′を一体的に機械的に保持する。この側部金属締
着具13dは、又、組み立てたメッシュスクリーン13に構
造的な剛性及び一体性を与えることに貢献する。図示し
た実施例においては、１つの側部金属締着具13dのみ設
けられているが、所望により、２個以上のこの様な側部
金属締着具13dを設けることも可能である。２個以上の
側部金属締着具13dを設ける場合には、この様な複数個
の側部金属締着具13dを円筒状側壁13aを長手軸の周りに
対称的に配設することが望ましい。更に注意すべきこと
であるが、この様な側部金属締着具13dを、不所望な程
度に光の通過を遮断しない程度に、所望の数設けること
が可能である。 更に、接続金属締着具乃至はクランプ13cが設けられ
ており、第3e図に示した如く、この接続金属締着具13c
も円形状乃至はリング形状をしており、円筒状側壁13a
の頂端部部分にクランプされている。注意すべきことで
あるが、該接続金属締着具13cは、半径方向外側に延在
するフランジを持っており、且つ該フランジには複数個
の装着孔13fが形成されている。従って、この接続金属
締着具13cは、メッシュスクリーン13に対して増加した
構造的一体性を与えるのみならず、関連する部品へ接続
させる為の手段を与えている。第１図に示した如く、該
接続金属締着具13cは、メッシュスクリーン13の頂端部
部分に固着されており且つ円形形状をしており、リング
形状をした冷却ガスブロック12内にきっちりと嵌合され
ている。該ブロック12は、実効的に、長手軸方向におけ
る円筒状側壁10の延長部を画定している。接続金属締着
具13cに形成されている装着孔13fと対応した位置に複数
個の装着孔が設けられているリング形状をしたスクリー
ンブラケット34が接続金属締着具13cのフランジ上に位
置されており、且つ、次いで、メッシュスクリーン13が
ブラケット34及び螺子によって冷却ガスブロック12に固
着されている。注意すべきことであるが、上述した機械
的固着手段に加えて又はその代替として、溶接、半田付
け、焼結等のその他の固着手段を使用することも可能で
ある。締着具がステンレススチールからできている場合
には、スポット溶接を行なって強度を上げることが可能
である。 第１図に示した実施例においては、マイクロ波空洞８
の内側に配設してランプ組立体18が設けられている。該
ランプ組立体18は、マイクロ波空洞８の長手軸に大略沿
って延在する細長ステム18aと、該ステム18aの自由端に
固着されている発光球乃至はランプ18bとを有してい
る。該ランプ18bは、当業者等に公知の如く、ガス及び
固体及び／又は液体状の添加元素を収容しており、それ
は該マイクロ波空洞８内に導入されたマイクロ波を吸収
して光を射出する。図示した実施例においては、ランプ
18bは球状ランプである。然し乍ら、所望により、変形
球状ランプや円形ランプ等の非球状ランプを使用するこ
とも可能である。注意すべきことであるが、図示した構
成においては、ランプ18bはメッシュスクリーン13によ
って画定される領域の内側に位置されている。ランプ18
bから射出される光を可及的に多く集光し、且つ増加し
た光出力を得る為に、ランプ18bをメッシュスクリーン1
3の端壁13bに可及的に近接させて位置させることが望ま
しい。この点に関連して、ドーム形状の端壁13bを使用
することが望ましい。何故ならば、それにより、ランプ
18bをマイクロ波空洞８の閉塞端から一層離れた位置に
位置させることを可能とするのみならず、ランプ18bに
対してマイクロ波を一様に付与することを可能とする。
ドーム形状の端壁13bは、形状が球状であるか又は実質
的に球状であるランプ18bと結合して使用する場合に特
に効果的である。何故ならば、この様な結合は、一様な
光出力を得ることに貢献するからである。 ランプ18bを所定の位置に保持する為のステム18は所
望の物質から構成することが可能であるが、それは好適
にはマイクロ波を吸収することのない物質から構成す
る。例えば、ステム18aは合成樹脂又はガラスから構成
することが可能である。ステム18aは、ランプ18bを意図
した位置に保持することを可能とする為に十分な剛性を
持つものとすべきである。１例においては、ステム18a
は中空の構成を持つことが可能である。 第１図に示した実施例においては、ランプ組立体18
は、回転自在に支持されており且つ操作中駆動回転され
る。本発明のこの側面に付いて以下詳細に説明する。第
１図に示した如く、貫通孔11aが端壁11の中心に形成さ
れており、且つ底部軸受20が該端壁11内に設けられてい
る。複数個の支柱21（第１図中には21aと21bのみが示さ
れている）が上方向に延在して端壁11に植設されてお
り、上部プレート22が支柱21の頂部に固着されている。
上部軸受23が上部プレート22の中心に且つ底部軸受20と
更にマイクロ波空洞８の長手軸と軸方向に整合されて設
けられている。一方、金属フェルール18cがステム18aの
基端部上に嵌着されており、且つ金属フェルール18c
は、ステム18aの長手軸に沿って互いに離隔して位置さ
れている一対の軸受20及び23を介して延在しており且つ
これらによって支持されている。その結果、ランプ組立
体18は２つの点、即ち軸受20及び23において、ステム18
aの長手軸の周りに回転自在に支持されている。この様
な２点支持構成は、ランプ組立体18を回転自在に支持す
る上で極めて有益である。何故ならば、それは、ランプ
組立体18がマイクロ波空洞８内において駆動回転された
場合においても、ランプ18bを所定の位置に維持するこ
とに貢献するからである。ことことは極めて重要であ
る。何故ならば、ランプ18bが駆動回転された時に位置
が変動すると、光出力の強度が変動する。 第１図に示した如く、ランプ組立体18の金属フェルー
ル18c上にスプロケット24が固着されている。又、端壁1
1はその延長部として支持プレート11bを持っており、且
つモータ25が該支持プレート11bに固着されている。ス
プロケット26が該モータ25の駆動シャフト上に固着され
ており、且つ無端状チェーン27が駆動スプロケット26と
被駆動スプロケット24との間に延在されている。従っ
て、該モータ25を駆動回転させることによって、該ラン
プ組立体18をマイクロ波空洞８内において駆動回転させ
ることが可能である。この場合に、回転力は一対の離隔
した軸受20及び23の間に位置されているステム18a即ち
金属フェルール18cの部分に付与されるので、ランプ18b
はそれが駆動回転される場合に揺動することが防止され
ている。 次に、第１図に示した装置に組み込まれているランプ
18bに冷却ガスの流れを付与する冷却システムに付いて
説明する。第１図に示した無電極光源装置１において
は、ランプ18bを冷却する冷却システムが設けられてお
り、それは、ランプ18bの周り、即ちランプ組立体18の
長手軸の周りに配設した複数個（図示した実施例におい
ては４個）のノズル組立体30を有している。第１図にお
いては、互いに対抗して配設されている２個のノズル組
立体30,30のみが示されている。図示した実施例におい
て、ランプ組立体18の長手軸の周りに等角度間隔で４個
のノズル組立体30が配設されていることに注意すべきで
ある。尚、本発明はこの様な特定の配置にのみ制限され
るべきものではない。各ノズル組立体30は、第４図に示
した構成を持っており、且つそれは大略Ｓ字形状をした
ノズル31と、該ノズル31の基端部に固着された金属フェ
ルール32とを有している。該ノズル31は、好適には、透
明、即ちそれを介して光を透過させることを許容し且つ
マイクロ波を吸収することのない物質、例えば石英から
構成されている。ノズル31は、所望により、例えばセラ
ミックの如き不透明物質から構成することも可能であ
る。該金属フェルール32には、プラグ部分32aと、螺設
部分32bとが設けられている。後に明らかにされる如
く、注意すべきことであるが、ノズル31の長さのみが異
なる４つの異なった種類のノズル組立体30が設けられて
いる。即ち、ノズル31の長さのみが異なる４つの異なっ
た種類のノズル組立体30が用意されている。 第１図に示した如く、リング形状をした冷却ガスブロ
ック12が、円筒状側壁11の下端に固着されており、その
際に円筒状側壁11の下部延長部を画定している。ブロッ
ク12には、図示した実施例においては、90゜の角度間隔
で配設された４つの装着孔が具備されている。又、ノズ
ル組立体30は、該ブロック12の対応する装着孔内に、そ
の金属フェルール乃至はフィッテング32を嵌入させて所
定位置に装着させることが可能である。金属フェルール
32上にスペーサ38を嵌合させ、次いでロックナット39を
金属フェルール32の螺設部分32b上に螺着させ、従って
ノズル組立体30は所定の位置に固着されることとなる。
次いで、冷却ガスホース35のコネクタ35aを金属フェル
ール32の螺設部分32bに螺着させる。従って、例えば空
気の如き冷却気体を、ホース35を介して冷却ガス源（不
図示）からノズル組立体30へ供給することが可能であ
る。ノズル組立体30をその様に所定の位置に装着した状
態で、冷却ガスが排出されるノズル31の先端はランプ18
bの選択した緯度位置に対抗して位置される。又、長さ
の異なるノズル31を持った４個のノズル組立体30をラン
プ18bの周りの所定の位置に装着したので、これらの４
個の異なったノズル組立体30のノズル31の先端はランプ
18bの夫々の選択した緯度位置に指向されている。この
構成においては、これらの４個のノズル組立体30から放
出されるガスの流れはランプ18bの異なった部分に指向
され、従ってランプ18bの全表面を一様に冷却させるこ
とが可能である。注意すべきことであるが、ランプ18b
の冷却における一様性を増加させる為に、４個を越えた
又はそれより少ない数のノズル組立体30を設けることも
可能である。この様なランプ18bの一様な冷却は、不均
一な熱分布に起因して発生しランプ18bを破壊すること
もある局所的な高い応力が発生することを防止するの
で、有益である。 図示した実施例においては、ランプ18bは動作中に回
転状態とされるので、ランプ18bの各部分は一様に冷却
させることが可能である。このことは、第5a図乃至第5c
図を参照すると一層良く理解することが可能である。即
ち、第5a図に示した如く、４個のノズル組立体30a乃至3
0dがランプ18bの回転軸の周囲に配設されている。該４
個のノズル組立体の先端は、ランプ18bの回転軸に沿っ
た異なった高さに位置されている。例えば、第5b図に示
した如く、該回転軸の反対側に配設されている２つのノ
ズル組立体30a及び30bは、ノズル組立体30aから排出さ
れる冷却用ガスの流れがランプ18bの頂部Ａに指向され
ており、且つ他方のノズル組立体30bから排出される冷
却用ガスの流れがランプ18bの底部Ｂに指向される様
に、それらの先端を位置させている。更に、第5c図に示
される如く、該回転軸の反対側に配設されている他の２
つのノズル組立体30c及び30dは、ノズル組立体30cから
排出される冷却用のガスの流れがランプ18bの下側中間
部Ｃに指向されており、且つノズル組立体30dから排出
される冷却用ガスの流れがランプ18bの上側中間部Ｄに
指向される様に、それらの先端を位置させている。その
結果、ランプ18bは動作中は回転状態に維持されるの
で、冷却用ガスの流れはランプ18bの全表面に満遍無く
付与され、従ってランプ18bは冷却され且つその全表面
に渡って一定の温度に維持される。注意すべきことであ
るが、ランプ18bの異なった緯度部分に複数個の冷却用
ガスの流れが付与されるので、夫々の緯度部分へ付与さ
れるべき冷却用ガスの量は１つづづ変えて、ランプ18b
の全表面が一定の温度に維持される様にさせることが可
能である。この様な複数個の冷却用ジェットに対しての
可変流量は、ランプ18bが特定の適用において局所的に
加熱される傾向がある場合に有用である。 次に、第１図に示した実施例中に組み込んだより広い
区域において一様な照明を得る場合の本発明の更に別の
側面に付いて説明する。第１図の実施例に示した如く、
マイクロ波駆動型無電極光源装置１は、傘形状をした反
射器40を有している。装置１のフレーム乃至はハウジン
グの一部を構成するベースプレート37に中央孔が形成さ
れており、それを介してマイクロ波空洞８のメッシュ部
分8bが下方向に延在している。反射器40は、ベースプレ
ート37に固着されており、且つその頂部には孔が形成さ
れている。従って、マイクロ波空洞８のメッシュ部分8b
は更に反射器40のこの孔を介しても延在している。冷却
用ガスブロック12とベースプレート37との間に閉塞部材
33が設けられており、ブロック12とベースプレート37と
の間のギャップを封止している。更に、閉塞部材33とベ
ースプレート37との間及びベースプレート37と反射器40
の後部表面との間に延在してRFガスケット36が設けられ
ている。RFガスケット36を設けることによって、マイク
ロ波が外部へ漏れることを効果的に防止している。 第１図に示した如く、傘形状をした反射器40はマルチ
ファセット、即ち分割面構成を有している。即ち、反射
器40は、各々が切頭円錐の周面によって画定される複数
個（図示した実施例においては６個）の反射器40a乃至4
0fを有している。従って、図示した実施例においては、
反射器セグメント40a乃至40fの各々の反射表面はその断
面が平坦な表面である。更に、反射器セグメント40a乃
至40fの各々の傾斜角度は、内側セグメント40aから外側
セグメント40fへかけて単調的に次第に増加している。
重要なことであるが、このマルチファセット型の反射器
40は、画像面上の広い区域に渡って高分解能の光照射を
与えるべく構成されている。本発明のこの側面に関し
て、第７図を参照して以下に詳細に説明する。 第７図に示した構成においては、簡単化の為に３個の
反射器セグメント40a乃至40cのみを示してある。第７図
に示した如く、ランプ18bの回転軸は、本光源装置１に
よって照射される光の照射方向乃至は中心軸を画定して
いる。ランプ18bから射出された光は、該反射器セグメ
ントの１つによって反射された画像面50上の選択した点
50b又は50c上に入射するか、又は直接的にその選択した
点50b又は50cへ指向される。該選択した点50b又は50c上
に入射するこれら２つの光束の間に形成される角度θ
（即ち図示例においてはθ_７又はθ_６）は局所的発散角
度として定義される。中心軸の周りの中心部近くにおい
ては、この局所的発散角度θ（即ち図示例においては、
θ_５）は同一の反射器セグメントの反対側の点から反射
する２つの光束によって定義される。分解能の程度を決
定する上で、この局所的発散角度は重要な役割を演じ、
この局所的発散角度が小さいと、分解能は高くなる。本
面分割した反射器40は、光強度を最大としながら、この
局所的発散角度を可及的に最小とすることを可能として
いる。更に、画像面50における関心のある区域全体に渡
ってこの局所的発散角度が実質的に一定に維持されるこ
とが重要である。局所的発散角度が関心のある区域に渡
って実質的に一定に維持される場合には、その関心のあ
る区域に渡って実質的に一定の分解能を得ることが可能
となる。換言すると、画像面50上の関心のある区域に渡
って局所的発散角度が実質的に一様である場合には、θ
_５≒θ_６≒θ_７の条件が成立する。 従って、本反射器40は、画像面50上の広い区域に渡っ
て、一様で光強度が高く且つ高分解能の光照射を与える
ことを可能としている。従って、本装置１から結果的に
得られる光照射は、実質的にコリメートされており、且
つ照射方向と平行である。注意すべきことであるが、反
射器40は寸法が大きい（即ち、大きな直径を持っている
ので、反射器40から反射される光は、画像面50上の広い
区域に渡って正確に実質的に直角に入射する。更に注意
すべきことであるが、局所的発散角度が可及的に小さく
維持され且つ画像面50上の広い区域に渡って実質的に一
定に維持される。注意すべきことであるが、反射器40は
面分割せずに、所望により連続的に反射表面を持つこと
も可能である。然し乍ら、面分割構成は、設計及び製造
を著しく容易化させるので、好適である。このことは、
反射器40を金属から製造する場合に特に言えることであ
り、何故ならば反射器40を面分割した構成とした場合に
は機械加工が著しく容易化されるからである。 第１図に示した無電極光源装置１においては、反射器
40の外側フランジに固着して外側スクリーン42も設けら
れている。この外側スクリーン42は、光射出機能に参画
するものではなく、それはマイクロ波空洞８から放出さ
れることのあるマイクロ波が外部へ排出されることを防
止するものである。マイクロ波空洞８のメッシュ部分8b
はメッシュ部材によって画定されているので、マイクロ
波空洞８からマイクロ波が排出される場合があり得る。
その様な場合でも、外側スクリーン42はこの様なマイク
ロ波が外部へ漏れ出ることを防止すべく機能する。１例
においては、この外側スクリーン42は、第６図に示した
如くエッチングによって形成したスクリーンとして形成
することが可能である。この場合に、外側スクリーン42
は、例えばアルミニウム等から第６図に示したハニカム
パターン等のパターンにエッチングすることによって形
成することが可能である。この様な二重スクリーン構成
は、マイクロ波の大気への漏れの発生を防止する上で効
果的である。 更に第１図に示した如く、装置１の正面端部には保護
用ガラスプレート44が設けられている。この保護用ガラ
スプレート44は、塵やほこりが反射器40や内側メッシュ
スクリーン13上に付着することを防止すると共に、ラン
プ18bが何等かの理由によって爆発する場合に破片が近
くのオペレータに衝突することを防止すべき機能する。
ガラスプレート44は、パイレックスガラス又はそれを介
しての光の透過を許容するその他の任意のガラス物質か
ら形成することが可能である。装置１から得られる合成
光照射は光強度が高く且つ比較的コリメートされている
ので、その光はガラスプレート44の表面によって反射さ
れ、その際に局所的発散角度を増加させ且つ分解能を低
下させる傾向となる。この状態に対処する為に、ガラス
プレート44の内側表面上、好適には両側表面上、に反射
防止膜44aを形成してある。この構成によれば、合成光
照射は、反射すること無しに、ガラスプレート44を通過
し、従って局所的発散角度を最小に維持することが可能
となる。 効 果 上述した如く、本発明に拠れば、長期間に渡って安定
した光出力を供給することの可能なマイクロ波駆動型無
電極光源装置が提供される。更に、高強度光出力を供給
することの可能な高パワーマイクロ波空洞が提供され
る。更に、光出力は関心のある広い区域に渡って一様で
あり且つ高分解能であり、それは従来の無電極光源装置
のいずれによっても可能なものではなかった。 以上、本発明の具体的実施の態様に付いて詳細に説明
したが、本発明はこれら具体例にのみ限定されるべきも
のでは無く、本発明の技術的範囲を逸脱すること無しに
種々の変形が可能であることは勿論である。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の１実施例に基づいて構成されたマイク
ロ波駆動型無電極光源装置１の全体的構成を示した概略
図、第２図は本発明の１実施例に基づいて構成された同
一のマイクロ波空洞へ２つの別々のマグネトロンが結合
されている２マグネトロンシステムを示した概略図、第
3a図乃至第3e図は本発明の１実施例に基づいて構成され
たドーム形状型メッシュスクリーンを示した各概略図、
第3f図は第3c図の変形例を示した概略図、第４図は本発
明の１実施例に基づいて構成されたノズル組立体を示し
た概略図、第5a図乃至第5c図は本発明の１実施例に基づ
いて構成された冷却システムにおける４つのノズル組立
体の配列状態を示した各概略図、第６図は本発明の１実
施例に基づいて構成されたエッチング形成した外側スク
リーンを示した概略図、第７図は本発明の１実施例に基
づいて構成された反射器の原理を説明するのに有用な概
略図、である。 （符号の説明） 1:マイクロ波駆動型無電極光源装置 8:マイクロ波空洞 8a:固体壁部分 8b:メッシュ壁部分 10:円筒状側壁 11:端壁 12:冷却用ガスブロック 13:ドーム形状メッシュスクリーン 14:導波路 15:マグネトロン 18:ランプ組立体 18a:ステム 18b:ランプ（球体） 20,23:軸受 30:ノズル組立体 40:反射器 42:外側スクリーン 44:ガラスプレート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−29097（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−224258（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−250095（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−54172（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−185399（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−235325（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−123954（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−123955（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H05B 41/24 F21S 1/00 H01J 65/04

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．長手軸に沿って延在するマイクロ波空洞の全長より
   も短い所定の長さにわたって前記マイクロ波空洞の一部
   を光を通過させるがマイクロ波を反射させるメッシュ部
   材で形成し、前記マイクロ波空洞内にマイクロ波を供給
   する少なくとも１個の結合スロットを設け、前記メッシ
   ュ部材によって画定された前記マイクロ波空洞の領域内
   にマイクロ波を吸収して光を射出する手段を配設したマ
   イクロ波駆動型無電極光源装置において、前記マイクロ
   波空洞は、導電性物質から構成され且つ前記長手軸に沿
   って第１長さにわたって延在する固体壁部分と、前記長
   手軸に沿って第２長さにわたって延在する導電性メッシ
   ュ壁部分とを有しており、且つ前記結合スロットが前記
   固体壁部分に形成されていることを特徴とするマイクロ
   波駆動型無電極光源装置。 ２．特許請求の範囲第１項において、前記固体壁部分は
   その形状が大略円筒状でありその一端は開放し且つ他端
   は閉塞しており、前記メッシュ壁部分も大略円筒形状で
   あってその一端は開放しており且つ他端は閉塞してお
   り、且つ前記固体壁部分の前記開放端と前記メッシュ壁
   部分の前記開放端とが直接的又は間接的に接続されて前
   記マイクロ波空洞を画定していることを特徴とするマイ
   クロ波駆動型無電極光源装置。 ３．特許請求の範囲第１項において、前記結合スロット
   が前記円筒状固体壁部分の側壁に形成されていることを
   特徴とするマイクロ波駆動型無電極光源装置。 ４．特許請求の範囲第３項において、前記結合スロット
   を２つ以上前記側壁に形成し、前記結合スロットの各々
   が導波路を介して個別的なマイクロ波発生源に動作上結
   合されていることを特徴とするマイクロ波駆動型無電極
   光源装置。 ５．特許請求の範囲第１項乃至第４項の内のいずれか１
   項において、前記光射出手段は球状ランプであることを
   特徴とするマイクロ波駆動型無電極光源装置。