JP2829730B2 - 無電極ランプの射出特性を変化させる方法及び装置 - Google Patents

無電極ランプの射出特性を変化させる方法及び装置

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    • H01J65/04Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels

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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、マイクロ波によって付勢される無電極ラン
プに関するものであって、更に詳細には、無電極ランプ
からの光及び熱射出乃至は放出パターンを修正する方法
及び装置に関するものである。
従来技術 本発明が関係する無電極ランプは、大略、マイクロ波
空洞を有しており、該空洞の内部には、プラズマ形成用
媒体を収容するランプ包囲体が装着されている。この媒
体は、マイクロ波、R.F.、又はその他の電磁エネルギに
よって付勢され、その際に、スペクトルの紫外線領域、
可視領域、又は赤外線領域の夫々の部分において光照射
を射出するプラズマを形成する。
典型的な無電極ランプにおいては、定電界幾何学形状
配向で、電気エネルギを前記空洞及び前記ランプに結合
させ、その場合にランプ包囲体体積内にホット領域が発
生し、従って該包囲体の種々の部分から射出される光照
射において及び壁温度において非一様性が発生する。こ
の様な非一様な壁温度は、ランプへ付与することの可能
なパワーを不当に制限し、且つ非一様な光射出は或る適
用の場合には好ましくないものである。
無電極マイクロ波駆動ランプにおける光強度分布は、
電気的パワー、包囲体内のプラズマ形成用成分、及びマ
イクロ波パワー供給部とマイクロ波共振空洞と且つ電球
包囲体の幾何学的形状等を含有する多数の変数の複雑な
関数である。光の非一様分布は、反射器の設計において
或る程度は補償することが可能であるが、この様な方法
で非一様な光射出の問題を解決することが常に可能なわ
けではなく、且つ無電極ランプから射出される光の強度
の一様性を向上させる改良された方法及び装置が所望さ
れている。
無電極ランプにおいては、著しく多量の熱エネルギが
包囲体表面へ伝達される。マイクロ波によってプラズマ
形成用媒体及びプラズマへ結合され且つ周辺部へ射出さ
れることのない電気的パワーは、伝導、対流、及び輻射
を介して包囲体によって吸収される。この包囲体の熱負
荷は、上述した如く通常非一様であり、該包囲体を冷却
してそれを柔らかくさせるか又はそれを溶融する様な温
度から保護することを必要とする。
上述した如く、非一様な壁温度は好ましくなく、且つ
米国特許第4,485,332号は、この冷却問題に関するもの
であって、冷却用ガスの一本又は数本の流れを回転中の
包囲体のホットスポットを包含する表面に向けて指向さ
せる冷却方法を提供している。例えば300RPM等の比較的
低い回転速度で、回転軸に対して直角な面内において、
即ち等緯度線に沿って、該包囲体の表面上の点において
実質的に一様な温度を発生させることが可能であった。
低速回転は、回転軸の周りの方位において温度分布を対
称的とさせることに有効であった。何故ならば、包囲体
の熱容量は数秒の範囲の冷却時間となっていたからであ
り、その時間は回転時期よりも一層大きなものだからで
ある。然し乍ら、この様な低回転速度は、等経度線に沿
って、即ち極を通過する大円に沿って、該包囲体の表面
上における温度の非一様性を除去するものではなかっ
た。
1984年11月26日に出願した発明者Ury et al.の米国
特許出願第674,631号、「無電極ランプ冷却方法及び装
置(Method and Apparatus for Cooling Electrodeless
Lamps)」もこのあ冷却問題に関係するものであり、ラ
ンプ包囲体に対して冷却用ガスの流れを指向させ且つ該
ランプ包囲体と冷却用ガスの流れとの間に相対的回転を
与えることによって無電極ランプを冷却する方法を記載
している。そこに記載してある相対的回転の方法は、包
囲体の周りに冷却用ガスの流れを回転させることも包含
していた。尚、上記米国特許出願第674,631号は日本に
おける特許出願第58−229730に対応しており、その日本
出願は既に出願公開されている。
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、無電極ランプにお
ける包囲体の表面上の温度の一様性を向上させる方法及
び装置を提供することを目的とする。本発明の別の目的
とするところは、無電極ランプにおける包囲体の選択領
域から射出される光のスペクトルを修正する方法及び装
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、赤道領域における光強度が極領域における光
強度と実質的に同一である様に無電極ランプの光射出特
性を変化させる方法及び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、無電極ランプを動
作させることが可能なパワーレベルを向上させることを
特徴とする方法及び装置を提供することである。
構 成 十分に高い包囲体の回転速度において、包囲体の赤道
領域の温度が低下される様な態様で遠心力によって包囲
体への熱対流が修正されることが判明した。電界の軸乃
至は方向が、回転軸から約90゜である場合、赤道領域に
形成されるホットスポット即ち高温部は、高回転速度に
おけるこの作用によって減少される。赤道領域から射出
される光の強度も減少される。
本発明によれば、前述した目的等は、プラズマ形成用
媒体を収容し且つマイクロ波によって付勢される包囲体
を回転させることによって達成される。その回転は、回
転によって発生される遠心力が該包囲体の赤道領域の対
流加熱を減少させるのに十分な大きさである回転速度で
実施する。その回転は、包囲体の等経度線に沿っての非
一様性を残したままで該包囲体上の等緯度線に沿って実
質的に一様何温度を発生させる様な回転速度よりも一層
大きな回転速度で実施する。
尚、本明細書において、「極領域」及び「極区域」と
は回転軸の交差点又はその近傍における包囲体の表面に
おける部分乃至は区域を示すものである。更に、「赤道
領域」又は「赤道区域」とは、緯度がゼロの大円上又は
その近傍である包囲体の表面における部分乃至は区域を
示すものである。
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
様に付いて詳細に説明する。
第1図を参照すると、マグネトロン1が導波路3及び
スロット5を介してマイクロ波パワーをマイクロ波共振
空洞7内へ供給する。空洞7は、反射壁15及びスクリー
ン9によって画定されている。包囲体17は、プラズマ形
成用媒体の1構成成分として水銀を含有しており、且つ
モーター11によって回転されるステム13上に装着されて
いる。
第2図は、包囲体17を比較的低速で回転させた時の光
射出を行なう水銀蒸気25の分布を図示している。第2図
に示した如く、包囲体17の回転軸21は電界の軸乃至は方
向27に対して直交している。この電界の対流力は、包囲
体17内のプラズマ23に作用して、極領域31内に比較的厚
い低温水銀蒸気の層25及び赤道領域29にはそれの薄い層
を発生させる。表面温度は、赤道領域において最大であ
る。
第3図は、包囲体17を、第2図の包囲体の回転速度よ
りも著しく高い回転速度で回転させた場合の、低温水銀
蒸気の分布に与える影響を示している。低温水銀蒸気25
は、包囲体17の内側表面に実質的に一様に分布されて示
されている。この様な条件下において、赤道領域におけ
る温度は、その他の表面領域における温度に近接したレ
ベルに減少される。包囲体の種々の領域から射出される
光の一層一様な強度も、増大した回転速度から派生す
る。
第4図は、表4面温度と回転速度との間の関係を決定
する為に、第1図に図示した装置に関して行なった実験
結果を示してある。その装置は、内径が28mmで、アルゴ
ンと、水銀と、ハロゲン化金属とからなる充填物を収容
する球状包囲体を具備している。該ランプは2.45GHzで
の1.4キロワットのマイクロ波パワーに結合させた。約1
00乃至1,000RPMの間の回転速度において、該包囲体内に
おいて低温水銀蒸気の分布に著しい変化は認められなか
った。約2,000RPMの速度において、低温水銀蒸気は、該
包囲体の内側表面に実質的に均一に分布される様になっ
た。第4図に示した如く、極軸の周りの区域における温
度は、2,000乃至3,000RPMの間の回転速度に到達する
迄、略一定のままであり、その範囲の回転速度におい
て、温度は上昇し始めた。回転速度が1,000乃至2,000RP
Mの間に到達する迄、赤道領域における温度は一定のま
まであり、その範囲の速度において、その温度は減少し
始めた。約2,000RPMにおいて、温度は極領域におけるも
のと赤道領域におけるものとは実質的に同一であった。
第4図から理解される如く、回転速度は、包囲体表面
において高速に一様な温度を得るべく選択することが可
能である。表面温度の一様性における変化は、必ずしも
光射出の一様性において等価な変化を発生するものでは
ないが、第1図に示したシステム乃至は方式において
は、約2,000RPMの回転速度は、光射出乃至は光射出の一
様性も発生させるものである。
上述した如く、回転速度における変化は、又、電球乃
至は包囲体の表面の異なった部分から射出される光のス
ペクトルにおける変化を発生させることが可能である。
例えば、可視光用に構成された無電極ランプを、各々が
可視光スペクトルの異なった部分に貢献する多数のハロ
ゲン化金属で充填させることが可能である。動作におい
て、幾つかのタイプのハロンゲン化金属は他のタイプの
ものから分離する場合が或る。その結果、該ランプの或
る区域からは他の区域と比較して異なった色の光が射出
されることとなる。
加色分離乃至は色分離が最小である回転速度を選択す
ることによって、ランプ性能は、高性能カラー画像形成
又は投影を必要とする適用に対してランプ性能は著しく
改善される。
最適回転速度、即ち所望の熱、光、及びカラー分布を
与える回転速度は、異なったランプ構成の場合に、通常
異なっている。例えば、包囲体の直径を増加させるに従
い、最適回転速度は減少する。最適回転速度に影響を与
えることのあるその他の要因としては、マイクロ波空洞
寸法、マイクロ波周波数、動作パワーレベル、プラズマ
形成用媒体の構成成分、及び電界の軸に関しての回転軸
の配向状態等がある。熱、光強度、及びカラーの分布
は、多数の変数の複雑な関数であるが、最適回転速度
は、検討中の包囲体を回転させ、且つ温度と、光強度
と、スペクトルとを種々の回転速度で測定することによ
って、実験的に容易に決定することが可能である。
包囲体の周りの表面加熱と、光強度と、色分布とに関
して測定可能な影響を得る為には、約600RPMより高い回
転速度が通常必要である。1,500乃至2,500RPMの範囲内
の回転速度は、0.75インチ(1.905cm)乃至1.5(3.81c
m)の範囲内の直径を持った包囲体に対してこれらの射
出特性において一様性を得る為に通常必要である。
回転軸が電界の軸と平行乃至は一致する場合、包囲体
を回転させると、極領域と赤道領域との間の温度差を増
大させ且つ光射出乃至は放出における非一様性を増大さ
せる。従って、回転軸が電界の軸に対して適切に配向さ
れていることが重要である。極領域及び赤道領域の間の
一様性を向上させる為に、これら2つの軸の間の角度
は、好適には、30゜よりも大きく且つ更に好適には90゜
に近接して設定することが良い。該2つの領域の間の差
異を増加させつ為に、これら2つの軸は略平行に設定す
る。
図示例においては、包囲体は球形であるが、球形以外
の形状の持った包囲体とすることも可能であることは勿
論である。
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図は本発明を実施する為に使用することの可能な無
電極ランプを示した概略図、第2図は低速で回転する包
囲体の内側表面における光射出物質の分布を示した無電
極ランプ用の包囲体の1実施例を示した概略図、第3図
は本発明に従って回転中の包囲体の内側表面におけるプ
ラズマ形成用媒体の分布を示した無電極ランプ用の包囲
体の1実施例を示した概略図、第4図は極領域及び赤道
領域において回転速度が温度に与える影響を示したグラ
フ図、である。 (符号の説明) 1:マグネトロン 3:導波路 5:スロット 7:空洞 9:スクリーン 11:モーター 13:ステム 15:反射壁 17:包囲体 21:回転軸 27:電界軸 29:赤道領域 31:極領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−237302(JP,A) 特開 昭59−87751(JP,A) 特開 昭59−86153(JP,A) 特開 昭58−196023(JP,A) 実開 昭63−159210(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H05B 41/24 H01J 65/04 F21S 1/00

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】プラズマ形成用媒体を収容する包囲体と、
    光射出用プラズマを形成するために前記包囲体内の前記
    媒体へ電磁エネルギを結合させる手段、とを具備する無
    電極ランプの光射出特性を変化させる方法において、回
    転によって発生される遠心力が前記包囲体の表面加熱及
    びその内表面におけるプラズマ形成用媒体の分布を修正
    させ且つ同時的に前記無電極ランプの光射出特性を変化
    させるのに十分に大きな速度で回転軸の周りに前記包囲
    体を回転させ、前記回転速度は、前記包囲体の等経度線
    に沿って非一様性を残したままその等緯度線に関して実
    質的に一様な温度を発生させるのに必要な回転速度より
    も大きいことを特徴とする無電極ランプの光射出特性を
    変化させる方法。
  2. 【請求項2】特許請求の範囲第1項において、前記包囲
    体は、直径が約0.75インチ(1.905cm)乃至1.5インチ
    (3.81cm)の球状であり、且つ前記回転速度は約1,500
    乃至2,500RPMであることを特徴とする無電極ランプの光
    射出特性を変化させる方法。
  3. 【請求項3】特許請求の範囲第1項において、前記包囲
    体を回転させている間に前記包囲体に冷却用ガスを吹き
    付けることを特徴とする無電極ランプの光射出特性を変
    化させる方法。
  4. 【請求項4】特許請求の範囲第1項において、前記電磁
    エネルギを結合させる手段が電界を発生し、且つ前記包
    囲体の回転軸と前記電界の方向との間の角度が約30゜乃
    至90゜の範囲内であることを特徴とする無電極ランプの
    光射出特性を変化させる方法。
  5. 【請求項5】特許請求の範囲第1項において、前記回転
    速度が少なくとも約1,000RPMであることを特徴とする無
    電極ランプの光射出特性を変化させる方法。
  6. 【請求項6】プラズマ形成用媒体を収容する包囲体と、
    光射出用プラズマを形成するために前記包囲体内の前記
    媒体へ電磁エネルギを結合させる手段と、を具備する無
    電極ランプの光射出特性を変化させる方法において、前
    記包囲体を約600RPMを越える回転速度で所定の回転軸周
    りに回転させることを特徴とする無電極ランプの光射出
    特性を変化させる方法。
  7. 【請求項7】無電極ランプを具備する光発生装置におい
    て、前記ランプはプラズマ形成用媒体を収容する包囲体
    を有しており、電磁エネルギを発生する手段が設けられ
    ており、前記包囲体内において電界を発生し且つ光射出
    用プラズマを形成させるために前記電磁エネルギを前記
    包囲体内の前記媒体と結合させる手段が設けられてお
    り、発生される遠心力が前記包囲体周りの表面加熱及び
    プラズマ形成用媒体の分布を修正させ且つ同時に前記無
    電極ランプの射出特性を変化させるのに十分に大きな回
    転速度で前記包囲体を所定の軸周りに回転させる手段が
    設けられており、前記回転速度は、等緯度線に沿って非
    一様性を残したままで前記包囲体の等経度線に関して実
    質的に一様な温度を発生させるのに必要な回転速度より
    も一層大きなものであることを特徴とする光発生装置。
  8. 【請求項8】特許請求の範囲第7項において、前記回転
    軸と電界方向と間の角度は約30゜乃至90゜の範囲内であ
    ることを特徴とする光発生装置。
  9. 【請求項9】特許請求の範囲第7項において、前記回転
    速度が少なくとも1,000RPMであることを特徴とする光発
    生装置。
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