JP3178368B2 - 高周波無電極放電ランプ光反射器と高周波無電極放電ランプ装置 - Google Patents

高周波無電極放電ランプ光反射器と高周波無電極放電ランプ装置

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JP3178368B2 JP6767797A JP6767797A JP3178368B2 JP 3178368 B2 JP3178368 B2 JP 3178368B2 JP 6767797 A JP6767797 A JP 6767797A JP 6767797 A JP6767797 A JP 6767797A JP 3178368 B2 JP3178368 B2 JP 3178368B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高周波無電極放電
ランプの光反射器、及びそれを用いた高周波無電極放電
ランプ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、高周波無電極放電ランプは、次の
ような特徴から次世代の高輝度放電ランプとして研究開
発が盛んに行われている。
【0003】高周波無電極放電ランプは、有電極のアー
ク放電ランプに比べて、電磁エネルギーを充填物に結合
しやすく、放電発光のための充填物から水銀を省くこと
が可能であり、かつ高発光効率化が望めるという優れた
利点を持つ。また、放電空間内部に電極を持たないた
め、電極蒸発によるバルブ内壁の黒化が発生しない。こ
れによりランプ寿命を大幅に伸ばすことが可能となる。
【0004】これら、高周波無電極放電ランプにおいて
は、光反射器の形状が、高周波エネルギー供給手段の形
状により、大幅な制約を受ける。しかしながら、例えば
液晶プロジェクションのように方向性のそろった光放射
が必要とされる分野においては光反射器の設計が光利用
効率(ランプから放射される光量のなかで、有効に照射
される光の量)に大きく影響を及ぼす。そのため、ラン
プからの放射光を効率良く外部に取り出すための光反射
器の構成は、重要な技術課題となっている。
【0005】以下に、従来の高周波無電極放電ランプの
光反射器について説明する。特開昭56−126250
号公報に開示されている「マイクロ波放電光源装置」に
おいては、無電極放電ランプを球形に形成し、マイクロ
波空洞の内壁面を無電極放電ランプを点光源と見なした
反射面とすることにより、円形の照射面域の照度分布を
均一に、かつ所望の分布特性にしている。
【0006】また、特開平7−45104号公報に開示
されている「リフレクタレスマイクロ波駆動ランプにお
いて光を回収するためのリフレクタ」においては、マイ
クロ波空洞外部に設けられた第1の光反射器(リフレク
タ)と、マイクロ波空洞の外部に光を反射させるために
マイクロ波空洞の内部に設けられた非導電性材料からな
る第2の光反射器により、光を有効に反射する構成を有
している。また、これによりマイクロ波空洞と光反射器
の設計を分離して行えるため、マイクロ波空洞の設計の
自由度が高まっている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術で例示し
た、前者の「マイクロ波放電光源装置」においては、光
反射器がマイクロ波空洞を兼ねているため、光反射器の
材料が導電性材料(主として金属材料)に限定される。
そのため、一般的な照明用途には不必要な赤外線の反射
を、抑制するためのダイクロイックミラーなどを利用す
る事が困難である。また、光反射器がマイクロ波空洞を
兼ねている場合、電磁界設計と光学設計を両立する必要
があり、設計が非常に困難であるという課題を有してい
た。
【0008】また、後者の「リフレクタレスマイクロ波
駆動ランプにおいて光を回収するためのリフレクタ」に
おいては、第1の光反射器をマイクロ波空洞の外部に、
第2の光反射器をマイクロ波空洞の内部に設ける構成と
している。そのため、第2の光反射器が、非導電性であ
り、かつ非常に低い誘電損失の材料に限定される。これ
により、マイクロ波空洞の内部に設ける第2の光反射器
のコストが、マイクロ波空洞の外部に設ける第1の光反
射器に比べて非常に高価になるという課題を有してい
た。
【0009】さらにまた、近年マイクロ波空洞以外にも
優れた高周波エネルギー供給手段が提案されており、こ
れらのマイクロ波空洞以外の高周波エネルギー供給手段
にも適した光反射器(及び高周波漏洩防止手段)が必要
となっている。
【0010】なお、本明細書内における「高周波」とは
1MHz〜100GHzの周波数の電磁波を指す。
【0011】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明の高周波無電極放電ランプ光反射器、及びそ
れを用いた高周波無電極放電ランプ装置は、光反射性材
料からなる光反射器が、無電極放電ランプの放電に必要
なエネルギーを供給するためのマイクロ波空洞を構成す
る光透過性導電材料の外側、あるいは高周波エネルギー
供給手段の外側に設けられた高周波漏洩防止手段を構成
する光透過性導電材料の外側に接するように設けられた
構成を有している。
【0012】
【発明の実施の形態】 (実施の形態1)以下本発明の第1の実施の形態につい
て、図1を参照しながら説明する。
【0013】図1において、11は水銀や金属ハロゲン
化物などを発光材料とし、アルゴンなどの希ガスをバッ
ファガスとして封入した無電極放電ランプである。無電
極放電ランプ11のバルブは石英ガラスからなる球形の
ものであり、同様に石英ガラスからなる支持部によって
マイクロ波空洞14の内部に支持されている。マイクロ
波空洞14は、光非射出方向壁12aと光射出方向壁1
2bで形成されており、材料は金属メッシュなどの光透
過性導電材料からなっている。マイクロ波発振手段であ
るマグネトロン16から発振されたマイクロ波は、マイ
クロ波伝播手段である導波管15によりマイクロ波空洞
に伝播され、放電に必要なエネルギーを無電極放電ラン
プ11に供給する。
【0014】無電極放電ランプ11より放射された光の
内、光射出方向に放射されたものは光射出方向壁12b
から直接放射される。一方、光射出方向ではない方向に
放射された光は、光非射出方向壁12aを通して、光反
射器13により反射されて光射出方向壁12bより、取
り出される。図2に、金属メッシュからなる光非射出方
向壁21およびそれに接して設けられた光反射器22の
詳細な斜視図を示す。図2に示すように、金属メッシュ
と光反射器22を接するように設けることは、機械的強
度の弱い金属メッシュの保守にも望ましい結果が得られ
る。
【0015】光反射器13は、パイレックスなどの耐熱
性ガラスから形成し、ダイクロイックコートなどを施し
て、可視光だけを反射し、赤外線を反射しないようにす
ることが好適である。光反射器13の形状は、利用され
る光学系に併せて、回転放射面や回転楕円面とする事に
より光利用効率を高めることが可能となる。その時、無
電極放電ランプ11は、光反射器13の回転軸上である
焦点に設置されなければならない。また、無電極放電ラ
ンプ11は、マイクロ波空洞の端部をなす光射出方向壁
12bから、1/4管内波長(あるいはその奇数倍)離
れた位置に設置するのが電磁界設計の面からは望まし
い。
【0016】以上のような構成とすることにより、金属
壁のみで光反射器を構成するときに比べて、不要な赤外
域の照射を抑制することが可能となる。また、光反射器
をマイクロ波空洞の外側に接する構成にすることによ
り、マイクロ波空洞の内部に非導電性低誘電損失材料か
らなる光反射器を設ける必要を無くすことができる。こ
れにより、光反射器材料の選択の自由度が非常に大きく
なる。
【0017】(実施の形態2)以下本発明の第2の実施
の形態である、マイクロ波空洞以外の高周波エネルギー
供給手段を用いる場合について、図3以降を参照しなが
ら説明する。
【0018】図3において、マグネトロンや半導体発振
器などにより発振された高周波は、高周波伝播手段であ
る同軸管36、ループアンテナ35を通して高周波エネ
ルギー供給手段であるループギャップ共振器34に伝播
される。無電極放電ランプ31は、ループギャップ共振
器34の中心部に生じた共振電磁界により、高周波エネ
ルギーを結合され放電発光をする。32aと32bに示
される、金属メッシュなどの光透過性導電材料からなる
壁により、無電極放電ランプ31に結合されなかった高
周波エネルギーの漏洩は防止される。
【0019】ループギャップ共振器を用いた無電極放電
ランプへのエネルギー供給については、特開平8−14
8127号公報に開示されている。図4に特開平8−1
48127号公報に開示されている、ループギャップ共
振器の一例を示す。ループギャップ共振器42は、円環
状のループに電流が流れることによりインダクタLとし
て働き、ギャップに電荷が溜まることによりコンデンサ
Cとして働く。これらLとCが電気的に結合し、LC共
振器として共振を起こす。図4において、点線矢印で示
されるループギャップ共振器42の共振磁界により、無
電極放電ランプ41を点灯維持することができる。
【0020】第1の実施の形態と同様に、無電極放電ラ
ンプ31より放射された光の内、光射出方向に放射され
たものは光射出方向壁32bから直接放射される。一
方、光射出方向ではない方向に放射された光は、光非射
出方向壁32aを通して、光反射器33により反射され
て光射出方向壁32bより、取り出される。
【0021】光反射器33はパイレックスなどの耐熱性
ガラスからなり、ダイクロイックコートなどを施すこと
が好適である事は、第1の実施の形態と同様である。さ
らにまた光反射器33の形状は利用される光学系に併せ
て回転放射面や回転楕円面として、無電極放線ランプ1
1を光反射器33の回転軸上の焦点に設置するのが、望
ましいことも言うまでもない。
【0022】こういった高周波エネルギー供給手段を用
いた場合、無電極放電ランプに結合されなかった高周波
は高周波エネルギー供給手段の外部に漏洩するため、必
ず高周波漏洩防止手段が必要となる。始動時などは、高
周波エネルギーが無電極放電ランプに十分結合されてい
ないため、特に大きなエネルギーが高周波エネルギー供
給手段の外部に漏洩する。高周波漏洩防止手段と光反射
器の構成を、上記のようなものとすることにより、高周
波漏洩防止と光放射の光利用効率の向上が同時に可能と
なる。
【0023】(実施の形態3)以上、第1の実施の形態
と第2の実施の形態で述べてきた例は、主に「300M
Hz〜30GHz」のマイクロ波帯の周波数の高周波に
ついて好適なものであった。以下本発明の第3の実施の
形態において、マイクロ波帯よりも低周波の「1MHz
〜300MHz」の周波数帯を用いる場合について、図
5を参照しながら説明する。
【0024】この周波数帯域において、無電極放電ラン
プの放電エネルギー供給手段として最も多く用いられて
いるのは図5に示す誘導コイルを用いるH放電方式であ
る。高周波電源55から生じた高周波電流は、誘導コイ
ル54により高周波磁界となる。誘導コイル内部に設置
された無電極放電ランプ51は、高周波磁界により誘導
電流を生じ、これにより無電極放電ランプ51内部に放
電プラズマを始動・維持することができる。始動時など
は、高周波エネルギーが無電極放電ランプ51に十分結
合されていないため、特に大きなエネルギーが誘導コイ
ルの外部に漏洩する。52aと52bに示される、金属
メッシュなどの光透過性導電材料からなる壁により、こ
れらの高周波エネルギーの漏洩は防止される。
【0025】本実施の形態においては、第1及び第2の
実施の形態と同様に、無電極放電ランプ51より放射さ
れた光の内、光射出方向に放射されたものは光射出方向
壁52bから直接放射される。一方、光射出方向ではな
い方向に放射された光は、光非射出方向壁52aを通し
て、光反射器63により反射されて光射出方向壁52b
より、照射光として取り出される。
【0026】さらにまた、光反射器53の形状は利用さ
れる光学系に併せて回転放射面や回転楕円面とすること
で、光学系に適した光射出特性を得ることが可能とな
る。また、光反射器53はパイレックスなどの耐熱性ガ
ラスに、ダイクロイックコートなどを施した構成とする
ことにより、高輝度放電で大量に放射される赤外域の放
射が照射されるのを、大幅に抑制することが可能とな
る。
【0027】
【発明の効果】以上のように本発明は、赤外域の放射を
抑制し、かつまたマイクロ波空洞(または高周波漏洩防
止手段)の内部に非導電性低誘電損失材料からなる光反
射器を設ける必要を無くすことが可能となる優れた高周
波無電極放電ランプ光反射器、及びそれを用いた高周波
無電極放電ランプ装置を実現できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る高周波無電極
放電ランプ光反射器、及びそれを用いた高周波無電極放
電ランプ装置の断面図
【図2】本発明の第1の実施の形態に係る高周波無電極
放電ランプ光反射器の詳細図
【図3】本発明の第2の実施の形態に係る高周波無電極
放電ランプ光反射器、及びそれを用いた高周波無電極放
電ランプ装置の断面図
【図4】本発明の第2の実施の形態に係るループギャッ
プ共振器の斜視図
【図5】本発明の第3の実施の形態に係るH放電方式の
高周波無電極放電ランプ光反射器、及びそれを用いた高
周波無電極放電ランプ装置の断面図
【符号の説明】
11 無電極放電ランプ 12 光透過性導電部材 13 光反射器 14 マイクロ波空洞 21 光透過性導電部材 22 光反射器 31,41,51,61 無電極放電ランプ 32,52 光透過性導電部材 33,53 光反射器 42 ループギャップ共振器 54 誘導コイル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 片瀬 幸一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 三升 睦己 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−104559(JP,A) 実開 昭57−168168(JP,U) 実開 昭60−177458(JP,U) 実開 平2−50906(JP,U) 実開 昭60−187454(JP,U) 実開 昭62−33162(JP,U) 実開 昭60−177459(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F21S 2/00 H01J 65/04 H05B 41/24

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光反射性材料からなる光反射器が、無電極
    放電ランプの放電に必要なエネルギーを供給するための
    マイクロ波空洞の少なくとも一部を構成する光透過性導
    電壁に対し、光射出方向でない前記光透過性導電壁外側
    に略接して設けられることを特徴とする高周波無電極放
    電ランプ光反射器。
  2. 【請求項2】光反射性材料からなる光反射器が、無電極
    放電ランプの放電に必要なエネルギーを供給するための
    高周波エネルギー供給手段の外側に設けられた高周波漏
    洩防止手段の少なくとも一部を構成する光透過性導電壁
    に対し、光射出方向でない前記光透過性導電壁外側に略
    接して設けられることを特徴とする高周波無電極放電ラ
    ンプ光反射器。
  3. 【請求項3】光反射器は、耐熱性ガラス状物質を有する
    ことを特徴とする請求項1または2記載の高周波無電極
    放電ランプ光反射器。
  4. 【請求項4】光反射器は、光射出方向に平行な軸に対し
    て回転対称であることを特徴とする請求項1〜3のいず
    れかに記載の高周波無電極放電ランプ光反射器。
  5. 【請求項5】無電極放電ランプと、マイクロ波を発振す
    るマイクロ波発振手段と、マイクロ波エネルギーを前記
    無電極放電ランプに供給するための光透過性導電材料か
    らなるマイクロ波空洞と、前記マイクロ波発振手段から
    発振されたマイクロ波を前記マイクロ波空洞に伝えるマ
    イクロ波伝播手段と、光反射性材料からなる光反射器か
    らなり、前記光反射器は前記マイクロ波空洞を構成する
    光透過性導電壁の、光射出方向ではない前記光透過性導
    電壁外側に略接して設けられることを特徴とする高周波
    無電極放電ランプ装置。
  6. 【請求項6】無電極放電ランプと、高周波を発振する高
    周波発振手段と、高周波エネルギーを前記無電極放電ラ
    ンプに供給するための高周波エネルギー供給手段と、前
    記高周波エネルギー供給手段の外側に設けられた光透過
    性導電材料からなる高周波漏洩防止手段と、前記高周波
    発振手段から発振された高周波を前記高周波エネルギー
    供給手段に伝える高周波伝播手段と、光反射性材料から
    なる光反射器からなり、前記光反射器は前記高周波漏洩
    防止手段を構成する光透過性導電壁の光射出方向ではな
    い前記光透過性導電壁外側に略接して設けられることを
    特徴とする高周波無電極放電ランプ装置。
  7. 【請求項7】光反射器は、耐熱性ガラス状物質を有する
    ことを特徴とする請求項5または6記載の高周波無電極
    放電ランプ装置。
  8. 【請求項8】光反射器は、光射出方向に平行な軸に対し
    て回転対称であり、前記光反射器の回転対称軸上に無電
    極放電ランプが設けられることを特徴とする請求項5〜
    7のいずれかに記載の高周波無電極放電ランプ装置。
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