JP3196653B2

JP3196653B2 - 無電極放電ランプ装置

Info

Publication number: JP3196653B2
Application number: JP22488596A
Authority: JP
Inventors: 保知　　昌; 守竹田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-08-27
Filing date: 1996-08-27
Publication date: 2001-08-06
Anticipated expiration: 2016-08-27
Also published as: JPH1069890A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、異なる相関色温度
の発光を可能にした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、高圧放電ランプ、特にメタルハラ
イドランプは、高効率、高演色性という特性から、ハロ
ゲンランプに変わる高出力点光源として、舞台・テレビ
ジョン用の照明装置や液晶ビデオプロジェクター用光源
などへの応用が進められている。また、その高演色性と
いう特性から、ハイビジョン中継に対応したスポーツ照
明や博物館・美術館の施設照明などへの展開も進められ
ている。

【０００３】ランプの光色は様々な心理的効果を演出し
得るため、使用者が好む光色を得られる可変色ランプは
様々な応用分野で有用である。例えば、屋外における景
観照明において、季節に応じて照明の色温度を変化させ
ることで、春から夏にかけては高い色温度の白色光で樹
木の緑を鮮やかにかつ涼しく見せ、秋から冬にかけては
低色温度の光で紅葉を演出し暖かに見せることが可能で
ある。また、色温度の低いランプで照明された空間内で
は体感温度が高くなり、逆に色温度の高いランプで照明
された空間内では体感温度が低くなることが知られてい
る。そこで可変色の光源と空調とを合わせて利用するこ
とにより、室内での冷暖房に要するエネルギーを節約す
ることなどが可能である。

【０００４】さらに、ＴＶの表示系では、表示系の置か
れている室内照明光の色温度よりもおよそ３０００Ｋぐ
らい高い色温度の白色を基準白色とすることが、好まれ
ると分かっている。白熱灯の色温度は３０００Ｋ程度で
あるので、ＮＴＳＣやＰＡＬで定められている６５００
Ｋ程度の色温度を基準白色とするのが適しているが、６
０００Ｋ以上の色温度が多い蛍光灯や昼光利用の照明下
では、より高い９０００Ｋ以上の色温度を基準白色とす
る方が好まれる。そのため、液晶プロジェクショターの
光源の色温度が可変であれば、様々な照明条件や使用者
の好みの変化にＴＶ画面の基準白色の色温度を対応させ
ることが可能となる。

【０００５】しかしながら従来のほとんどの可変色光源
は、色温度の異なる複数のランプを切換えて点灯するこ
とにより光色を変化させている。また例えば、特開平６
−１４０００２号公報に開示された高圧放電灯において
は、一つのランプ外管内に低色温度のナトリウム放電管
と高色温度の高圧水銀放電管を配置し、点灯回路により
入力を切換えることで、一つの器具で色温度を変化させ
ることを可能にしており、これによりランプの保守点検
を容易にしている。

【０００６】また、一本のランプで可変色としているも
のも例として挙げられる。特開平７−６７３４号公報に
開示された放電装置においては、ネオンと水銀のような
励起レベルの異なる気体を封入した一つの放電管に電界
を印加する電極を切換えることで、低圧気体のグロー放
電において陰極降下部の電界が陽光柱部分より大きいこ
とを利用して発光色を変化させている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の複数のランプを切換える構成では、複数の照明器具を
必要とし、設備や保守点検の費用がかさむばかりでな
く、設置場所のスペースも多く必要となる。また、特開
平６−１４０００２号公報に開示された高圧放電灯の構
成では、器具が一つですむため、ランプの保守点検の費
用は低減できるが、ランプや点灯回路の構造は複雑にな
る。さらに特開平７−６７３４号公報に開示された放電
装置では、ネオンや水銀のグロー放電の特性を利用した
もので、高圧放電灯のアーク放電では実現できず、強い
発光を得ることができないという問題点を有していた。

【０００８】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、一つの高圧放電管と一つの点灯装置だけを用いて様
々な色温度の光色の照明が可能な無電極高圧放電ランプ
装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の無電極放電ランプ装置は、金属化合物と希ガ
スからなる充填物を封入した無電極放電ランプと、前記
充填物を放電発光させるための電気エネルギー入力手段
と、前記無電極放電ランプ内部に前記電気エネルギー入
力手段が作る電界方向の放電プラズマの有効長さあたり
の前記充填物の封入量を変化させる手段とを設けた構成
を有している。

【００１０】

【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から図６を参照しながら説明する。

【００１１】図１は、内直径１．８ｃｍの球形の石英ガ
ラス管の内部に、アルゴンガス１０トルと、臭化インジ
ウム（ＩｎＢｒ）を１ｍｇから２０ｍｇに変化させて充
填封入した複数の無電極放電ランプを、図２に示すマイ
クロ波無電極放電ランプ装置において、１００〜８００
Ｗの入力マイクロ波エネルギー量で放電発光させたとき
の発光スペクトルの相関色温度の分布を等高線プロット
にて表示したものである。充填物の封入量が多いほど、
また入力マイクロ波エネルギー量が大きいほど相関色温
度が低くなっているのが分かる。ｙ軸は無電極放電ラン
プの内直径の長さで除算した、単位長さあたりのＩｎＢ
ｒの充填封入量を１０^-5ｍｏｌ／ｃｍの単位で、またｘ
軸は無電極放電ランプの内直径の長さで除算した単位長
さあたりの入力マイクロ波エネルギー量をＷ／ｃｍの単
位で表している。

【００１２】図１から明らかなように、無電極放電ラン
プ内部に電気エネルギー入力手段が作る入力電気エネル
ギー量または臭化インジウムの封入量を変化させること
で、相関色温度を変化させることが可能である。また、
無電極放電ランプの内直径の単位長さあたりで変化して
いることから、内直径の長さを変えることでも所望の相
関色温度に設定することが可能である。

【００１３】本実施の形態に示すような球形の無電極放
電ランプでは、マイクロ波発振器であるマグネトロンの
駆動電力を調整して、入力マイクロ波エネルギー量を変
化させることで前記の効果を得ることが出来る。

【００１４】また、無電極放電ランプ内壁の最冷点部の
温度が、封入した臭化インジウムの飽和蒸気圧温度より
低い場合、封入した臭化インジウムは最冷点部に堆積す
る。したがって、無電極放電ランプに吹き付ける冷却ガ
スの流量を変化することなどにより、無電極放電ランプ
内壁の最冷点部の温度をコントロールして、無電極放電
ランプ内部での臭化インジウムの蒸発量を変化させるこ
とが出来る。これにより、臭化インジウムのプラズマに
対しての有効な封入量を変えることが可能となり、前記
の効果を得ることが出来る。

【００１５】さらにまた、臭化インジウムの封入量か内
直径を変化させた複数の無電極放電ランプを用意し、電
気エネルギー入力手段から電気エネルギーの供給を受け
る無電極放電ランプを、自動または手動で交換する方法
によっても、放射光の相関色温度を変化させることが可
能となる。

【００１６】なお、単一の無電極放電ランプで、入力エ
ネルギー量を変化させる必要も、無電極放電ランプの冷
却量のコントロールをする必要もなく、放射光の相関色
温度を変えることが可能な手段については、後述する第
２から第４の実施の形態で例示する。

【００１７】図１に示すような本発明に関する放射を得
るための、マイクロ波無電極放電装置の構成を、図２を
参照しながら説明する。

【００１８】図２において、石英ガラスからなる球形の
無電極放電ランプ２１は臭化インジウムとアルゴンガス
を充填物として有している。無電極放電ランプ２１は、
石英ガラス等の誘電性材料からなる支持棒２２により、
マイクロ波共振器２３内に支持されている。支持棒２２
は、無電極放電ランプ２１の回転対称軸及びモーター２
４の回転軸に、支持棒２２の軸が一致するように接続さ
れている。図１に相関色温度の分布を示した本実施の形
態においては、無電極放電ランプ２１はモーター２４に
より約３０００ｒｐｍにて回転させながら発光させてい
る。

【００１９】これにより、無電極放電ランプ２１の管温
度の均熱化と、放電プラズマの安定化を得ることが出来
る。マイクロ波発振器のマグネトロン２６より発生した
マイクロ波エネルギーは、マイクロ波導波管２５を通じ
て、マイクロ波共振器２３へ供給される。供給されたマ
イクロ波エネルギー入力は、無電極放電ランプ２１内部
の充填物を励起して、プラズマ状態として放射光を発生
させる。マイクロ波共振器２３を、マイクロ波エネルギ
ーを実質的に透過せず、且つ無電極放電ランプ２１より
発生した光を実質的に透過するように構成された導電性
のメッシュなどにすることにより、発生した放射光はマ
イクロ波共振器２３の外側へ取り出される。

【００２０】本実施の形態ではマイクロ波導波管２５は
矩形ＴＥ₁₀モードであり、マイクロ波共振器２３は内直
径８ｃｍで円筒形ＴＥ₁₁₁モードになるよう構成されて
いる。

【００２１】マグネトロン２６の励振アンテナ近傍およ
び無電極放電ランプ２１内部及び近傍での電界Ｅの方向
を矢印で示している。

【００２２】これまで一般的に、無電極放電ランプの入
力電気エネルギー量と充填物の封入量は無電極放電ラン
プの容積で除算した単位体積あたりで規定されてきた。
しかしながらこの規定方法では無電極放電ランプの大き
さを変化させた時、所望の光特性を得るための好適な電
気エネルギー入力量および充填物の封入量に大きなずれ
が生じてくる。一方本発明で提案している、アークの有
効長さで除算した単位長さあたりで入力電気エネルギー
量と充填物の封入量を規定した場合は、無電極放電ラン
プの大きさを変化させた時も、好適な規定量にはほとん
どずれが生じてこない。

【００２３】図３から図６にその例を示す。球形無電極
放電ランプにＩｎＢｒを封入した無電極放電ランプのＩ
ｎＢｒ封入量と入力マイクロ波エネルギー量を変化させ
た時の平均演色評価指数Ｒ_aの分布の等高線プロットで
ある。内直径１．８ｃｍの球形無電極放電ランプの、入
力マイクロ波エネルギー量と充填物の封入量に対する平
均演色評価指数Ｒ_aの分布を、図３と図５にそれぞれ内
直径の長さと内容積で除算して示す。同様に、内直径
３．８ｃｍの球形無電極放電ランプの、入力マイクロ波
エネルギー量と充填物の封入量に対する平均演色評価指
数Ｒ_aの分布を、図４と図６にそれぞれ内直径の長さと
内容積で除算して示す。

【００２４】図３と図４はｘ軸とｙ軸のおおよそ同様の
数値範囲において、同様のＲ_aの分布が得られている。
一方、図５と図６では同様のＲ_aの分布を得るための入
力マイクロ波エネルギー量と充填物の封入量の数値範囲
に５倍程度のずれが生じている。入力マイクロ波エネル
ギー量及び充填物の封入量の好適な値を、内容積で除算
した単位体積あたりで数値規定した場合には、かなり大
きなずれが生じてくることが明らかである。一方、アー
クの有効長さに比例する無電極放電ランプの内直径で除
算した単位長さあたりで数値限定した場合には、かなり
よい一致が得られるが分かる。

【００２５】放電アークから放射される分光スペクトル
の形状は、アーク温度により概ね決定される。その分光
スペクトルの形状により演色性や相関色温度が決定さ
れ、発光効率も大きな影響を受ける。「ザハイプレ
ッシャーマーキュリーベイパージスチャージ」
（Ｗ．Ｅｌｅｎｂａａｓの”ＴｈｅＨｉｇｈＰｒｅ
ｓｓｕｒｅＭｅｒｃｕｒｙＶａｐｏｕｒＤｉｓｃ
ｈａｒｇｅ；ＮｏｒｔｈＨｏｌｌａｎｄＰｕｂｌｉｓ
ｈｉｎｇＣｏｍｐａｎｙ（１９５１）”）によれば、
有電極の高圧水銀放電ランプのアークの有効温度Ｔ_eff
は次式で表される。

【００２６】

【数１】

【００２７】ここでＰはアークの単位長さあたりの入力
電気エネルギー（Ｗ／ｃｍなど）、Ｐ_condはアークの電
極間距離の単位長さあたりの熱伝導損失（Ｗ／ｃｍな
ど）、ｍはアークの電極間距離の単位長さあたりの水銀
の封入量（ｍｇ／ｃｍなど）、Ｒ_effはアークの有効半
径、Ｖ_aは水銀の平均励起ポテンシャル、Ｃ₁とγは定数
である。現実の有電極の高圧水銀放電ランプの放電アー
クは径方向に対して中央で最も高く、管壁に近づくほど
低くなる温度分布を持つ。ここでは簡単のため均一なア
ークの有効温度Ｔ_effを導入し、有効半径をＲ_effで表わ
し電極間距離を軸方向の長さとする円柱形状のアークモ
デルを用いて近似計算がなされている。この近似モデル
計算は有電極の高圧水銀放電ランプの設計において十分
に有用であることが知られている。

【００２８】以上は有電極の高圧水銀ランプの場合であ
るが、本実施の形態に示すような無電極放電ランプでも
同様にアークの単位長さあたりの発光物質の充填量と入
力電気エネルギーで、分光特性が近似的に決定できるこ
とが図３と図４を比較することで明らかである。ただし
無電極高圧放電ランプでは電極を持たないため、電極間
のアークの長さは入力電気エネルギーの電界方向のアー
クの有効長さで置き換えられる。

【００２９】ただし、「アークの有効長さ」とは、アー
ク形状を電界方向に軸方向が一致する均一なアーク温度
の円柱で近似した時の円柱の長さである。この値を具体
的に算出するためにはアークの温度分布などの測定が必
要であり繁雑である。また、アークの充填量や入力エネ
ルギーにより温度分布は変化するため、この方法は簡易
な設計手段としては適さない。

【００３０】マイクロ波放電では、無電極放電ランプ内
部でのアークの大きさは、おおよそ無電極放電ランプの
大きさで決まる。したがって、マイクロ波エネルギー入
力が作る電界方向のアークの有効長さは、電界方向に対
する無電極放電ランプ内壁間距離に比例する。そこで、
計算の簡易化のため、アークの有効長さに比例するマイ
クロ波エネルギー入力が作る電界方向の無電極放電ラン
プ内壁間距離を用いることが有効である。本実施の形態
では、無電極放電ランプの形状は球形であるため、内直
径の長さが、そのまま電界方向に対する無電極放電ラン
プ内壁間距離にあたる。無電極放電ランプにおいては内
壁間距離を用いて除算しても十分によい一致が得られる
ことは、図３及び図４を比較すれば明らかである。

【００３１】なお、本実施の形態では、高演色性と高効
率を広い相関色温度の範囲（約４０００Ｋ〜２００００
Ｋ以上）で実現できる封入材料として臭化インジウムを
例示したが、ヨウ化インジウム（ＩｎＩ）でも臭化イン
ジウムと同様に高演色性と高効率を広い相関色温度の範
囲で実現できる。

【００３２】また、本実施の形態では、電気エネルギー
入力手段をマイクロ波発振器およびマイクロ波立体回路
で構成したマイクロ波結合放電の例で説明したが、その
他の高周波電磁波発振器と励起コイルによる磁界結合放
電や、高周波電磁波発振器と対電極による電界結合放電
についても同様に実施可能である。

【００３３】（実施の形態２）以下、異なる内壁間距離
を持つ無電極放電ランプの、電界に対する方向を変化さ
せることにより、異なる相関色温度の光の放射を可能に
する、本発明の第２の実施の形態について、図７から図
１１を参照しながら説明する。

【００３４】本実施の形態においては、電気エネルギー
入力手段として、第１の実施の形態と同様に図２に示す
ものと同様のマイクロ波結合放電手段を用いている。た
だし異なる内壁間距離を持たせるために、図７及び図８
に示すように無電極放電ランプ７１及び８１を円柱形状
としている。但し、円柱形状無電極放電ランプ７１及び
８１の両端部は、耐圧性を向上するため半球形としてい
る。円柱形状無電極放電ランプ７１及び８１の円柱軸の
長さは約６．０ｃｍ、円断面の外直径は約１．５ｃｍで
あり、厚さ１ｍｍの石英ガラスからなっている。円柱形
状無電極放電ランプ７１及び８１の内部には臭化インジ
ウム２０ｍｇとアルゴンガス１０Ｔｏｒｒを充填物とし
て封入してある。

【００３５】また円柱形状無電極放電ランプ７１及び８
１は支持棒７２及び８２によって回転手段７４及び８４
に接合されている。本実施の形態においてもマイクロ波
導波管は矩形ＴＥ₁₀モードで、マイクロ波共振器７３及
び８３は円筒形ＴＥ₁₁₁モードになるよう構成されてい
る。その時の無電極放電ランプ７１及び８１の内部及び
近傍での電界Ｅの方向を矢印で示している。

【００３６】図７は回転手段７４により、無電極放電ラ
ンプ７１の円柱軸の方向が電界と垂直に設定された時を
表しており、図８は回転手段８４により、無電極放電ラ
ンプ８１の円柱の軸の方向が電界と平行に設定された時
を示している。回転手段７４及び８４は手動、またはモ
ーターなどによる自動の、どちらにすることも可能であ
る。

【００３７】軸が電界と垂直の時は、軸が電界と平行の
時に比べて無電極放電ランプの内部及び近傍の電界の方
向に対する無電極放電ランプの内壁間距離が１／４程度
に小さくなっており、従って電界方向のプラズマの有効
長さも小さくなっている。すなわち同じ充填物封入量
で、かつ同じ入力電気エネルギー量であっても、無電極
放電ランプの方向を回転手段で変化させることにより電
気エネルギー入力手段が作る電界方向のプラズマの有効
長さを変化させることが可能となる。

【００３８】これにより、電気エネルギー入力手段が作
る電界方向のプラズマの有効長さあたりの入力電気エネ
ルギー量、及び電気エネルギー入力手段が作る電界方向
のプラズマの有効長さあたりの充填物の封入量が変化し
て、放射光の相関色温度を変化することができる。

【００３９】図９に、図７と図８に示す本実施の形態に
おいて充填物に結合する入力マイクロ波エネルギー量を
変化させたときの、相関色温度の変化をそれぞれ示す。
ｙ軸は、色の識別域の変化とほぼ等しくなるように、相
関色温度の逆数を１０⁶倍した逆数相関色温度（Ｍ
Ｋ^-1）を用いて示している。また右のｙ軸には、参考の
ため通常の相関色温度Ｔ_cp（Ｋ）を記した。ｘ軸は無電
極放電ランプに入力される入力マイクロ波エネルギー量
（Ｗ）を表している。丸と実線で示しているのが図７に
示す円柱形状無電極放電ランプの軸の方向が近傍の電界
と垂直の時であり、四角と点線で示しているのが図８に
示す円柱形状無電極放電ランプの軸の方向が近傍の電界
と平行の時である。丸及び四角で表わしている点が測定
点であり、それを２次関数で補完したものが実線と点線
である。

【００４０】無電極放電ランプの方向を変えたとき、逆
数相関色温度は約１．５から２倍の差異を示している。
これは色の変化を感じるには十分な差であると言える。
例えばマイクロ波エネルギー入力量が８００Ｗの時を取
り上げると、円柱形状無電極放電ランプの軸と電界が垂
直の時の相関色温度は５０５０Ｋであり、これは蛍光灯
の昼白色に相当する。一方、円柱形状無電極放電ランプ
の軸と電界が平行の時の相関色温度は７８５０Ｋであ
り、これは蛍光灯の昼光色よりもさらに高い相関色温度
である。

【００４１】ただし、無電極放電ランプの円柱軸と電界
の方向が平行の時に対して、円柱軸と電界の方向が垂直
の時に同等の色温度が得られる電気入力エネルギー量の
値が約１／２程度になっている。無電極放電ランプの電
界方向の内壁間距離の比は約１／４である。これは、ア
ークの有効長さが無電極放電ランプの電界方向の内壁間
距離に比例しており、この距離で除算した入力エネルギ
ー量及び充填物の封入量に従って変化すると言う考え方
と一致しない。本実施の形態ではマイクロ波共振器の内
直径が８ｃｍであるのに対して無電極放電ランプの長さ
が６ｃｍと長いため、電界の分布が均一ではなく無電極
放電ランプ端部では十分な放電が得られず臭化インジウ
ムが凝縮していた。そのため、放電アークに有効な封入
充填物の蒸発量が異なっていたことや、アークの有効長
さの変化が無電極放電ランプの内壁間距離の変化に比例
していなかったことなどが理由として考えられる。

【００４２】図１０には、図７及び図８に示す本実施の
形態において充填物７２及び８２に結合するマイクロ波
エネルギー入力の量（Ｗ）を変化させたときの、ランプ
の全光束（ｌｍ）をマイクロ波エネルギー入力で除算し
たランプ効率（ｌｍ／Ｗ）の変化を示す。ｘ軸は図９と
同様にランプに入力されるマイクロ波エネルギー入力量
を表しており、ｙ軸はランプ効率（ｌｍ／Ｗ）を示して
いる。図９と同様に、実線と丸で示しているのが図７に
示す円柱形状無電極放電ランプの円柱軸の方向が近傍の
電界と垂直の時であり、点線及び四角で示しているのが
図８に示す円柱形状無電極放電ランプの円柱軸の方向が
近傍の電界と平行の時である。

【００４３】図１０において、ランプ効率は約９０ｌｍ
／Ｗから約９７ｌｍ／Ｗあたりの比較的高い値に分布し
ている。円柱の軸の方向を変えたときのランプ効率の変
化は約６％以内に納まっており、相関色温度を変化させ
たときも明るさの変化が十分に小さいことが分かる。

【００４４】以上のように本実施の形態においては、電
気エネルギー入力手段が無電極放電ランプの内部及び近
傍に作る、電界の方向に対する無電極放電ランプ内壁間
距離を可変とすることで、単一の無電極放電ランプで、
かつまた一定の入力電気エネルギー量で、無電極放電ラ
ンプから放射される光の相関色温度を可変とすることが
できる。

【００４５】本実施の形態２においては無電極放電ラン
プの形状を円柱形状とした時の測定結果を例示したが、
図１１に示すように無電極放電ランプ１１１の形状を楕
円体形状として、その楕円体の長軸方向を支持棒１１２
を垂直に接合した構成とすることも有用である。無電極
放電ランプ１１１を楕円体形状にすることにより、回転
手段１１４により回転して方向を変化させるとき、マイ
クロ波共振器１１３が無電極放電ランプ１１１の内部及
び近傍に作る電界の方向に対しての無電極放電ランプの
内壁間距離を連続的に変化させることが可能になる。こ
れにより無電極放電ランプの形状を円柱形状としたとき
よりも、より滑らかで細かな相関色温度の変化が可能に
なる。

【００４６】（実施の形態３）以下、異なる内壁間距離
を持つ無電極放電ランプの、回転数を周期的に変化させ
て、電界方向の内壁間距離の時間的平均を変化させるこ
とにより、異なる相関色温度の光の放射を可能にする、
本発明の第３の実施の形態について、図１２と図１３を
参照しながら説明する。

【００４７】楕円体形状無電極放電ランプ１２１は支持
棒１２２によってモーター１２４に接合されている。本
実施の形態においても、マイクロ波導波管は矩形ＴＥ₁₀
モード、マイクロ波共振器１２３は円筒形ＴＥ₁₁₁モー
ドになるよう構成されている。無電極放電ランプの楕円
体内壁の長軸は４ｃｍ、短軸は２ｃｍであり、長軸の方
向と支持棒１２２の軸が直交するように接合されてい
る。また、無電極放電ランプ１２１近傍での電界Ｅの方
向を矢印で示している。

【００４８】モーター１２４の回転数は、変調手段によ
って周期的に変化できるようになっている。

【００４９】図１３に回転数を変化させたときの電界方
向の、無電極放電ランプの中心部の内壁間距離の時間変
化を示す。図１３（ａ）は１０００ｒｐｍの一定速度で
回転させたときの内壁間距離の時間変化である。この時
内壁間距離の時間変化は余弦波に近い形で表わされ、時
間的平均は約３．１ｃｍとなる。次に、回転速度を０か
ら２０００ｒｐｍの範囲で変調させたときの、電界方向
の無電極放電ランプの内壁間距離を、図１３の（ｂ）と
（ｃ）に示す。

【００５０】図１３（ｂ）は、長軸方向が電界方向と平
行となる時間が最大となるように、変調の位相を調整し
たときのものである。また、図１３（ｃ）は逆に短軸方
向が電界方向と平行となる時間が最大となるように、変
調の位相を調整したときのものである。図１３（ｂ）に
示す長軸方向の滞在時間が最大のときの、電界方向の内
壁間距離の時間的平均値は約３．５ｃｍである。一方、
図１３（ｃ）に示す短軸方向の滞在時間が最大のときの
内壁間距離の時間的平均値は約２．６ｃｍである。

【００５１】このように、楕円体形状の無電極放電ラン
プの回転数を周期的に変化させることにより、電界方向
の内壁間距離の時間的平均を約２．６ｃｍから約３．５
ｃｍまで変化させることが可能である。これは、電界方
向の内壁間距離を変化させたことに相当し、実施の形態
１および実施の形態２と同様に相関色温度を変化させる
ことが可能となる。

【００５２】なお、本実施の形態では無電極放電ランプ
を２対１の長短軸比率の楕円対形状の例を示したが、そ
れ以外の軸比率であっても無論実施可能である。また、
楕円体形状以外にも円柱形状などでも実施可能である。
かつまた、回転数に関しても１０００ｒｐｍを中心とし
て変調した例で説明を行ったが、それ以外の回転数でも
実施可能である。

【００５３】（実施の形態４）以下、異なる内壁間距離
を持つ無電極放電ランプに電気エネルギーを結合して入
力する手段を２つ以上持ち、入力手段の内から少なくと
も一つを選択して供給することで、異なる相関色温度の
光の放射を可能にする、本発明の第４の実施の形態につ
いて、図１４と図１５を参照しながら説明する。

【００５４】マイクロ波結合型の無電極放電ランプ装置
において、２つの導波管と給電口から直交する電界を無
電極放電ランプに結合させる例を、図１４に示す。無電
極放電ランプ１４１は楕円体形状をなしており、楕円体
の長軸は支持棒１４２の軸と直交するように接合され、
円筒形ＴＥ₁₁₂モードのマイクロ波共振器１４３内部に
支持されている。矩形ＴＥ₀₁モードの第１のマイクロ波
導波管１４４_aから伝播したマイクロ波は、無電極放電
ランプ１４１の楕円体長軸と平行な方向の第１の給電口
１４５_aから供給され、無電極放電ランプ１４１の長軸
と垂直な方向に電界Ｅ_aを生じる。一方、同様に矩形Ｔ
Ｅ₀₁モードの第２のマイクロ波導波管１４４_bから伝播
したマイクロ波は、無電極放電ランプ１４１の楕円体長
軸と垂直な方向の第２の給電口１４５_bから供給され、
無電極放電ランプ１４１の長軸と平行な方向に電界Ｅ_b
を生じる。それぞれの給電口から供給される入力マイク
ロ波エネルギー量の比率を変化させることにより、電界
Ｅ_aと電界Ｅ_bを合成した電界ベクトルの方向を変化する
ことができる。それに伴い、無電極放電ランプ１４１の
電界方向の内壁間距離が変化し、放射光の相関色温度が
変化する。

【００５５】例えば、無電極放電ランプ１４１の電界方
向の内壁間距離が最も短くなるのは、第１の給電口１４
４_aのみからマイクロ波が供給されるときであり、逆に
無電極放電ランプ１４１の電界方向の内壁間距離が最も
長くなるのは、第２の給電口１４４_bのみからマイクロ
波が供給されるときである。さらに第１の給電口１４４
_aと第２の給電口１４４_b両方からマイクロ波を供給する
ことで、その中間の電界方向の内壁間距離を実現でき
る。例えば臭化インジウムを主たる放射光の発生源とし
て充填物とした場合は、第１の給電口１４４_aからマイ
クロ波を供給したときの方が、第２の給電口１４４_bか
らマイクロ波を供給したときよりも低い相関色温度の放
射光が得られる。また、両方の給電口からマイクロ波を
供給した場合その中間の相関色温度の放射光が得られ
る。

【００５６】尚、本実施の形態におけるマイクロ波結合
型無電極放電ランプ装置において、給電口の数やマイク
ロ波立体回路のモードなどは、無論前記のものに限るも
のではない。また、無電極放電ランプの形状も楕円体に
限らず、円柱形状などでも実施可能である。

【００５７】異なる内壁間距離を持つ形状の無電極放電
ランプに対して、電気エネルギーを結合させ入力して、
印加する電界の方向を変化させる手段は、前記のマイク
ロ波結合放電にのみ限られるものではない。例えば図１
５に示す電界結合型放電でも同様に実施可能である。円
柱形状無電極放電ランプ１５１の、円柱軸方向に電界を
生じさせるための第１の対電極１５２と、直径方向に電
界を生じるための第２の対電極１５３が無電極放電ラン
プ１５１の外部近傍に設けられている。対電極１５２及
び１５３の間には高周波電磁波発振器１５５より印加さ
れる高周波電磁波の電気エネルギーにより対電極間に高
周波電界が生じる。これにより無電極放電ランプ１５１
内部の充填物が放電発光する。無電極放電ランプ１５１
に印加される電界の方向、すなわち高周波電磁波エネル
ギーを印加する対電極は、電気エネルギー入力切替手段
である切替スイッチ１５４により選択される。

【００５８】図１５に示す構成においては、軸方向の無
電極放電ランプ内壁間距離の方が直径方向の内壁間距離
よりも大きい。したがって、第１の対電極１５２に高周
波電磁波の電気エネルギーを印加したときの方が、同じ
量の高周波電磁波の電気エネルギーを第２の対電極１５
３に印加したときよりも、アークの有効長さあたりの入
力電気エネルギー量及び充填物の封入量は小さくなる。
例えば臭化インジウムを主たる放射光の発生源として充
填物とした場合は、第１の対電極１５２に高周波電磁波
の電気エネルギーを印加したときの方が、第２の対電極
１５３に高周波電磁波の電気エネルギーを印加したとき
よりも、高い相関色温度となる。

【００５９】以上の図１５では複数の外部対電極を設け
て、電界結合放電により放射光を得る手段を示したが、
複数の外部励起コイルを設けて、磁界結合放電により放
射光を得る手段を用いても同様の効果を得ることができ
る。ただし、電気エネルギー入力切替手段を切り替えた
とき、電磁誘導によって生じる渦状電界の方向のアーク
の有効長さ、すなわち渦状アークの円周長さを可変とで
きるように、無電極放電ランプと複数の励起コイルを設
けた構成とすることが必要である。

【００６０】また、少なくとも２つの電気エネルギー入
力手段は必ずしも同じエネルギー結合方式に限るもので
はない。例えば、第１の電気エネルギー入力手段がマイ
クロ波結合放電方式で、第２の電気エネルギー入力手段
が電界結合放電方式である、といった構成も可能であ
る。

【００６１】尚、以上の本発明の第２の実施の形態から
第４の実施の形態では、高演色性と高効率を広い相関色
温度の範囲（約４０００Ｋ〜２００００Ｋ以上）で実現
できる封入材料として、臭化インジウムを用いた例を示
した。しかしながら、本発明の実施の形態２から実施の
形態４に関わる充填物の封入材料はこれに限るものでは
ない。例えば、ヨウ化インジウムなどの他のインジウム
ハロゲン化物でも、臭化インジウムと同様に高演色性と
高効率を広い相関色温度の範囲で実現できる。それ以外
にも、電界方向のアークの有効長さあたりの入力電気エ
ネルギー量及び充填物の封入量の変化に対して、連続的
に相関色温度を変化させる封入材料として、タリウムの
ハロゲン化物やガリウムのハロゲン化物、あるいは特開
平６−１３２０１８号公報に開示された硫黄やセレンな
どの、分子発光による連続スペクトルを放射する材料が
挙げられる。これらの封入材料は図１に相関色温度の変
化を示した臭化インジウムと同様に、電気エネルギー入
力手段が作る電界方向の放電プラズマの有効長さあたり
の入力電気エネルギー量または充填物の封入量が大きく
なるほど相関色温度が低くなっていく特性を示す。

【００６２】さらに言うならば、放電を起こし放射光を
発生する材料が少なくとも２つの励起レベルからなる放
射スペクトルを有する限り、アーク温度が変化すれば放
射光の光色は変化する。したがって本発明によれば、連
続的な相関色温度の変化に限らなければ、ほとんどの一
般的な放電管で用いている封入材料に対して可変色の効
果を得ることができる。

【００６３】また、以上の本発明の実施の形態において
は、無電極放電ランプの管材料として石英ガラスを用い
た例のみを示したが、管材料はこれに限るものではな
い。例えば透光性セラミックなどを用いることにより、
石英ガラスに比べ耐熱性や均熱性が向上するという効果
を得ることができる。

【００６４】

【発明の効果】以下のように本発明は、金属化合物と希
ガスからなる充填物を封入した内側に突出した電極を持
たない透光性部材からなる無電極放電ランプと、前記充
填物を放電発光させるための電気エネルギー入力手段
と、前記無電極放電ランプ内部に前記電気エネルギー入
力手段が作る電界方向の放電プラズマの有効長さを変化
させる手段を設けることにより、使用者が好む光色を得
られるように異なる相関色温度の発光を可能にした優れ
た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の実施の形態に関わる無電極放電
ランプの内直径で除算した臭化インジウムの封入量と入
力マイクロ波エネルギー量に対する相関色温度分布の等
高線プロット図

【図２】本発明の第１の実施の形態に関わる球形無電極
放電ランプを用いたマイクロ波結合型無電極放電ランプ
装置の概略図

【図３】本発明の第１の実施の形態に関わる内直径１．
８ｃｍの無電極放電ランプの内直径で除算した臭化イン
ジウムの封入量と入力マイクロ波エネルギー量に対する
平均演色評価指数分布の等高線プロット図

【図４】本発明の第１の実施の形態に関わる内直径３．
８ｃｍの無電極放電ランプの内直径で除算した臭化イン
ジウムの封入量と入力マイクロ波エネルギー量に対する
平均演色評価指数分布の等高線プロット図

【図５】本発明の第１の実施の形態に関わる内直径１．
８ｃｍの無電極放電ランプの内容積で除算した臭化イン
ジウムの封入量と入力マイクロ波エネルギー量に対する
平均演色評価指数分布の等高線プロット図

【図６】本発明の第１の実施の形態に関わる内直径３．
８ｃｍの無電極放電ランプの内容積で除算した臭化イン
ジウムの封入量と入力マイクロ波エネルギー量に対する
平均演色評価指数分布の等高線プロット図

【図７】本発明の第２の実施の形態に関わるマイクロ波
結合型無電極放電ランプ装置の円柱形状無電極放電ラン
プの円柱軸が内部及び近傍の電界の方向と垂直をなす時
の概略図

【図８】本発明の第２の実施の形態に関わるマイクロ波
結合型無電極放電ランプ装置の円柱形状無電極放電ラン
プの円柱軸が内部及び近傍の電界の方向と平行をなす時
の概略図

【図９】本発明の第２の実施の形態に関わる円柱形状無
電極放電ランプの円柱軸が内部及び近傍の電界と垂直の
時と平行の時の入力マイクロ波エネルギーと逆数相関色
温度の相関を表わす図

【図１０】本発明の第２の実施の形態に関わる円柱形状
無電極放電ランプの円柱軸が内部及び近傍の電界と垂直
の時と平行の時の入力マイクロ波エネルギーとランプ効
率の相関を表わす図

【図１１】本発明の第２の実施の形態に関わる楕円体形
状無電極放電ランプを用いたマイクロ波結合型無電極放
電ランプ装置の概略図

【図１２】本発明の第３の実施の形態に関わるマイクロ
波結合型無電極放電ランプ装置の概略図

【図１３】（ａ）本発明の第３の実施の形態に関わる無
電極放電ランプを、一定速度で回転させたときの電界方
向の内壁間距離の時間変化を表わす図（ｂ）本発明の第３の実施の形態に関わる無電極放電ラ
ンプを、長軸方向が電界方向と略平行となる滞在時間が
最大となるように回転数の変調の位相を調整したときの
電界方向の内壁間距離の時間変化を表わす図（ｃ）本発明の第３の実施の形態に関わる無電極放電ラ
ンプを、短軸方向が電界方向と略平行となる滞在時間が
最大となるように回転数の変調の位相を調整したときの
電界方向の内壁間距離の時間変化を表わす図

【図１４】本発明の第４の実施の形態に関わるマイクロ
波結合型無電極放電ランプ装置の概略図

【図１５】本発明の第４の実施の形態に関わる高周波電
界波結合型無電極放電ランプ装置の概略図

【符号の説明】

２１，７１，８１，１１１，１２１，１４１，１５１
無電極放電ランプ２２，７２，８２，１１２，１２２，１４２支持棒２３，７３，８３，１１３，１２３，１４３マイクロ
波共振器２４，７４，８４，１１４，１２４無電極放電ランプ
回転手段２６マグネトロン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 65/00 - 65/04 F21S 2/00 H05B 41/24

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】金属化合物と希ガスからなる充填物を封入
した無電極放電ランプと、前記無電極放電ランプを放電
発光させるための電気エネルギー入力手段と、前記無電
極放電ランプ内部に前記電気エネルギー入力手段が作る
電界方向の放電プラズマの有効長さあたりの前記充填物
の封入量を変化させる手段とを有することを特徴とする
無電極放電ランプ装置。
【請求項２】インジウムハロゲン化物を主要な放電成分
とする充填物が、無電極放電ランプ内部に封入されてお
り、前記インジウムハロゲン化物の封入量は、前記イン
ジウムハロゲン化物の放電プラズマが分子発光による連
続発光を放射するのに十分な量であることを特徴とする
請求項１記載の無電極放電ランプ装置。
【請求項３】少なくとも２つの異なる内壁間距離を持
ち、かつ金属化合物と希ガスからなる充填物を封入した
無電極放電ランプと、前記無電極放電ランプを放電発光
させるための電気エネルギー入力手段と、前記無電極放
電ランプを前記電気エネルギー入力手段内部に保持する
支持手段と、前記支持手段を保持しかつ回転させるため
の回転手段とを有し、前記回転手段により前記電気エネ
ルギー入力手段内部での前記無電極放電ランプの方向を
変えることで、前記電気エネルギー入力手段の作る電界
方向の前記無電極放電ランプの内壁間距離を変化するこ
とを特徴とする無電極放電ランプ装置。
【請求項４】少なくとも２つの異なる内壁間距離を持
ち、かつ金属化合物と希ガスからなる充填物を封入した
無電極放電ランプと、前記無電極放電ランプを放電発光
させるための電気エネルギー入力手段と、前記無電極放
電ランプを前記電気エネルギー入力手段内部に保持する
支持手段と、前記支持手段を保持しかつ回転させるため
の回転手段と、回転数変化手段とを有し、前記回転数変
化手段により前記電気エネルギー入力手段内部での前記
無電極放電ランプの回転数を周期的に変えることで、前
記電気エネルギー入力手段の作る電界方向の前記無電極
放電ランプの内壁間距離の時間的平均を変化することを
特徴とする無電極放電ランプ装置。
【請求項５】少なくとも２つの異なる内壁間距離を持
ち、かつ金属化合物と希ガスからなる充填物を封入した
無電極放電ランプと、前記無電極放電ランプを放電発光
させるための少なくとも２つの電気エネルギー入力手段
と、電気エネルギー入力切替手段とを有し、前記電気エ
ネルギー入力切替手段により前記電気エネルギー入力手
段の内から少なくとも一つを選択して前記無電極放電ラ
ンプに電気エネルギーを供給し、電界の方向を変えるこ
とで、前記無電極放電ランプ内部に前記電気エネルギー
入力手段が作る電界方向の前記無電極放電ランプの内壁
間距離を変化させることを特徴とする無電極放電ランプ
装置。
【請求項６】無電極放電ランプは略円柱形状であること
を特徴とする請求項３から請求項５のいずれかに記載の
無電極放電ランプ装置。
【請求項７】無電極放電ランプは略楕円体形状であるこ
とを特徴とする請求項３から請求項５のいずれかに記載
の無電極放電ランプ装置。
【請求項８】インジウムハロゲン化物を主要な放電成分
とする充填物が、無電極放電ランプ内部に封入されてお
り、前記インジウムハロゲン化物の封入量は、前記イン
ジウムハロゲン化物の放電プラズマが分子発光による連
続発光を放射するのに十分な量であることを特徴とする
請求項３から請求項７のいずれかに記載の無電極放電ラ
ンプ装置。
【請求項９】電気エネルギー入力手段が、マイクロ波発
振器と、マイクロ波導波管と、マイクロ波共振器とを有
し、前記マイクロ波発振器より励振されたマイクロ波を
前記マイクロ波導波管により前記マイクロ波共振器に伝
播し、前記マイクロ波共振器より無電極放電ランプにマ
イクロ波を供給して、マイクロ波結合放電を発生させる
ことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記
載の無電極放電ランプ装置。
【請求項１０】電気エネルギー入力手段が、高周波電磁
波発振器と励起コイルを有し、無電極放電ランプの外部
近傍に設けた前記励起コイルから前記高周波電磁波発振
器より伝播した高周波電磁波を前記無電極放電ランプに
供給して、磁界結合放電を発生させることを特徴とする
請求項１から請求項８のいずれかに記載の無電極放電ラ
ンプ装置。
【請求項１１】電気エネルギー入力手段が、高周波電磁
波発振器と対電極を有し、無電極放電ランプの外部近傍
に設けた前記対電極から前記高周波電磁波発振器より伝
播した高周波電磁波を前記無電極放電ランプに供給し
て、電界結合放電を発生させることを特徴とする請求項
１から請求項８のいずれかに記載の無電極放電ランプ装
置。