JP3202925B2 - マイクロ波放電ランプ点灯装置 - Google Patents

マイクロ波放電ランプ点灯装置

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JP3202925B2 JP21028096A JP21028096A JP3202925B2 JP 3202925 B2 JP3202925 B2 JP 3202925B2 JP 21028096 A JP21028096 A JP 21028096A JP 21028096 A JP21028096 A JP 21028096A JP 3202925 B2 JP3202925 B2 JP 3202925B2
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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、マイクロ波で放電
する無電極放電ランプの改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、環境保護、省エネルギーが叫ばれ
ている。その中で、従来タイプの蛍光体を発光させて光
出力を得る蛍光灯や、ランプ内の金属原子の発光を利用
する水銀灯や、メタルハライドランプ等の有電極ランプ
に代わるものとして、無電極放電ランプが注目されてい
る。その理由は次の通りである。
【0003】従来の蛍光灯、メタルハライドランプ、水
銀ランプ等の有電極の放電ランプでは、電極の消耗によ
って、電極間隔が変わり放電条件が変化する。このた
め、発光スペクトルなど光出力特性の経時変化が生じ
る。また電極のスパッタによる飛散物がランプの管壁に
付いて透過率を落し、光出力を低下させていた。これに
対し、無電極放電ランプは電極を持たないため、電極自
身の劣化による寿命短縮の要因が除かれる。このため、
無電極放電ランプは有電極放電ランプに比べ本質的に長
寿命である特性を有している。無電極放電ランプの主な
特性としては、発光スペクトルの経時変化がほとんどな
く、点滅動作にも強く、始動・再始動特性も有電極放電
ランプにくらべ、はるかに優れていることが挙げられ
る。また、無電極放電ランプでは長寿命という特性に加
えて、従来の有電極放電ランプにおいて使用されている
有害な水銀を封入することなく従来の光源と同程度また
はそれ以上の光出力、効率が得られるランプが実現でき
る。このため、無電極放電ランプは環境保護という点に
おいて非常に優れたランプであるということができる。
【0004】無電極放電ランプとして商品化されている
主なものには、コイル近傍で生じる電磁界による電磁誘
導で放電を起こすもの(以下RF無電極放電ランプと称
する)と、マイクロ波(1〜数10GHz帯域)によっ
て空洞内で放電させるもの(以下マイクロ波放電ランプ
と称する)との2つのタイプのものがある。
【0005】マイクロ波放電ランプは従来はRF無電極
放電ランプに比べ大型でサイズが大きくシステム効率が
低かったため開発が遅れていた。しかし最近、たとえば
インターナショナルシンポジウムダイジェスト技術報告
第24巻、p716−719(Small Long-Lived Stabl
e Light Souce for Projection-Display Application)
において、液晶プロジェクションの光源として、RF無
電極放電ランプではできなかった分野における応用が可
能であることが示された。
【0006】従来、液晶プロジェクションなどのプロジ
ェクターの光源としては、メタルハライドランプやキセ
ノンランプが用いられてきた。しかし、液晶プロジェク
ションの光源は光出力をレンズを通して平行光としてか
ら液晶パネルに入射させなければならないので、光利用
率をあげるため、発光部のサイズができるだけ小さく、
しかも光出力は電極間隔が長いものと同等の性能のもの
が必要とされた。メタルハライドランプやキセノンラン
プにおいては、発光部のサイズを小さくするため電極間
の距離を小さくしたものが用いられてきた。ところが、
液晶プロジェクション用の光源として要求される光出力
は下げられないため、この種のランプでは電極にかかる
電力は大きくなる。このように小さいサイズの発光部の
小さい電極にかかる電力が大きいため、この種のランプ
の寿命は数千時間程度であり、TVモニターなどに必要
とされる寿命(一般に2万時間以上)に対して、極めて
短いものであった。現在でも、いろいろな努力は続けら
れているが、明るさと寿命に対する要望を同時に達成す
ることはできていない。
【0007】このような有電極の放電ランプに比べて、
前掲のマイクロ波放電ランプの報告では、明るさと寿命
への要求を同時に満足するべく、発光部のサイズを小型
にしたランプの実現が報告されている。
【0008】図8に一般的な従来のマイクロ波放電ラン
プの点灯装置の構成例を示し、この装置の動作を説明す
る。まず、高圧電源6からマグネトロン4に高圧電圧が
与えられると、マグネトロン4が動作を始める。そのマ
グネトロン4から発生したマイクロ波はマグネトロンア
ンテナ5により導波管1に放射される。導波管1内を伝
搬したマイクロ波は、給電窓10から空洞7に放射され
る。空洞7内に入ったマイクロ波は、空洞7内に高周波
電磁界をつくり出す。この高周波電磁界によって空洞7
内に支持棒3により支持設置されたランプ2内の希ガス
が放電を開始する。ランプ2からは数秒で求める光出力
が得られる。このランプ2内には希ガスと金属または金
属ハロゲン化物が封入されている。また、空洞7の出力
用開口端は、その中で発光した光出力を空洞7の外部に
取り出すため金属メッシュ8が取り付けられている。そ
して、空洞7の内壁には、光の取り出し効率を向上させ
るため反射鏡を形成することが多い。またランプ2の管
壁温度の過度の上昇による破損を防止するため、ランプ
2を冷却する気体を吹き付ける。冷却用気体を噴出する
ためにランプ近傍までノズル9が伸びている。ランプ2
内の放電プラズマを安定させランプ2の管壁温度を所定
の略均一なものにしてランプ2の破損を防ぐため、支持
棒3の下端にランプ回転用モータ14が接続して設けら
れている。マグネトロン4は動作中は常に冷却する必要
があるためファン11がつけられている。ランプ2の形
状は球もしくは球状、球に近い形状又は細長い円筒状の
ものがよく用いられる。始動を容易にするため、ランプ
2内の、始動時のガス圧は、数十mbarにしてある。そし
て点灯して管壁温度の上昇とともにランプ内部にある封
入物が蒸気となって圧力を上げていき、定常点灯時状態
では、効率の良い発光を得るに十分なプラズマを発生さ
せるガス圧(数気圧程度)になる。
【0009】このように構成された図8に示す従来例の
マイクロ波放電ランプは、有電極の放電ランプにない長
寿命で経時変化の少ない優れた特性を有する光源であ
る。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】以上に説明したような
マイクロ波放電ランプを液晶プロジェクションのような
用途に用いる場合、点灯装置全体として小さいことが要
求される。しかし、マイクロ波放電ランプはランプの回
転を必要とし、さらに高負荷のマイクロ波放電ランプの
場合には冷却を必要とする。このため、回転用の動力で
あるモータやランプ冷却専用の空冷装置を含む大型な装
置となり、液晶プロジェクションなどの光源として要求
される仕様を満足するに至っていない。本発明は上記の
問題を解決することを課題とし、従来よりも小型のマイ
クロ波放電ランプ点灯装置を提供することを目的として
いる。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明のマイクロ波放電
ランプ点灯装置は、希ガスと発光物質を封入したラン
プ、前記ランプを内部に配置した空洞、前記空洞の中へ
マイクロ波電磁界を供給するためのマイクロ波発生手
段、前記マイクロ波発生手段から発生するマイクロ波電
磁界を前記空洞に導くための導波管、前記ランプに一端
が取り付けられ他端が前記空洞外部に伸び電気モータを
接続してないベアリングで回転可能に支持されたランプ
支持用の支持棒および点灯装置外部から前記空洞内に伸
び前記ランプを風力で回転させるようランプの回転中心
軸から中心軸をずらして配置した送風ノズルを備えた構
造である。
【0012】本発明の別の観点のマイクロ波放電ランプ
点灯装置は、希ガスと発光物質を封入したランプ、前記
ランプを内部に配置した空洞、前記空洞の中へマイクロ
波電磁界を供給するためのマイクロ波発生手段、前記マ
イクロ波発生手段から発生するマイクロ波電磁界を前記
空洞に導くための導波管および前記ランプに一端が取り
付けられ他端が空洞外部に伸び電気モータを接続してな
いベアリングで回転可能に支持され風力によって回転さ
せるための風車が設けられた支持棒を備えた構造であ
る。
【0013】本発明によれば、上記の構成により、ラン
プ回転用のモーターなどの駆動装置を特別に設けずにラ
ンプの回転を行うことができるため、従来よりもコンパ
クトなマイクロ波放電ランプ点灯装置を提供することを
できる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一つの実施の形態
について図1を参照にしながら説明する。なお、本実施
形態はランプの回転及び冷却を必要とするマイクロ波放
電ランプに関するものである。図1に示すようにマイク
ロ波放電ランプ点灯装置は、マイクロ波を発生するマグ
ネトロン4、マイクロ波を空洞7に伝送する導波管1、
ランプ2及びランプ冷却用のノズル9で構成されてい
る。高圧電源6からマグネトロン4に高圧電源が与えら
れ、マグネトロン4が駆動する。そのマグネトロン4か
ら発生したマイクロ波は導波管1中に配置されているマ
グネトロンアンテナ5から導波管1内に放射される。そ
の際発生する熱損失による熱を冷却用ファン11を用い
て冷却する。導波管1はたとえば矩形状の断面を有する
金属の箱体であり、その一端部側にはマグネトロンアン
テナ5を配置し、他端部側には給電窓10が設けられて
いる。
【0015】空洞7は金属の略円筒体であり、一方の開
口端部が導波管の給電窓10を取り囲むように導波管1
の表面上にとりつけられている。また、他方の開口端部
はその中で発生した光出力を空洞の外部に取り出すため
開口率の高い金属メッシュ8が取り付けられている。こ
の空洞7の内部空間はマイクロ波放電ランプが点灯して
いるときはマイクロ波共振電磁界を形成し、ランプ出力
が効率よく発光するように設計されている。さらに、空
洞7内壁には光出力を効率よく取り出すために反射面が
形成されている。
【0016】ランプ2は石英ガラス、または投光性を有
するセラミックスで形成されており、内部には少なくと
も希ガスと発光物質が封入されている。発光物質として
メタルハライドランプ等の高圧放電灯で用いられている
金属ハロゲン化物、金属単体を用いる。ランプ2の形状
は球状に限定されるものではない。支持棒3はランプ2
と同様に石英またはセラミックスで形成されている。ラ
ンプ2は支持棒3を介して導波管1の外側に設置された
ベアリング15で支持している。支持棒3の下端には従
来のようにモータなどの駆動動力手段は設けられていな
い。本発明の場合、ランプ近傍の冷却用のノズル9から
噴出する気流によってランプを回転させる。
【0017】この構成によって、ランプの回転と空冷を
同時に必要とする高負荷のマイクロ波放電ランプに対
し、専用のモータを設けることなく回転と空冷を同時に
行うことができる。このため、従来例で回転手段として
用いられていたモータが不要になり、マイクロ波放電ラ
ンプ点灯装置の小型化及び装置全体としての高効率化が
実現できる。
【0018】図2に示すようにノズル9の中心軸をラン
プ2の回転軸(支持棒3の軸でもある)から少しずらし
て配置する。好ましい例として、ノズル9の中心軸がラ
ンプ2の外周に接線となる関係に選ぶと回転の効率がよ
い。この構成によりランプ2の回転力が生じる。また複
数ノズル9を用いることにより、回転力が向上し、軸ぶ
れを緩和することができる。また、図3のようにベアリ
ング15を複数個用いたり、図4のように支持棒3をラ
ンプ2の対応する2カ所に同軸となるように接続してベ
アリング15により両側から支えることによってベアリ
ング15にかかる負荷の軽減をはかり、且つ軸ぶれを抑
制することができる。
【0019】以下、本発明の別の実施形態について図5
を参照にしながら説明する。なお、本実施形態はランプ
の回転を必要とするマイクロ波放電ランプに関するもの
である。図5に示すようにマイクロ波放電ランプ点灯装
置は、支持棒3をベアリング15で固定し、ランプ2が
回転可能な支持を行うとともに、支持棒3の一部に風を
受けて回転する風車12を接続している。この構成によ
りマグネトロンを冷却する風の風力を利用してランプ2
を回転させることができる。この構成によって、ランプ
専用の駆動装置が不要となり、点灯システムの小型化及
び装置全体としての高効率化が実現できる。図6は図5
において更にマグネトロンを冷却した風を効率よく風車
に導くために送風ガイド16を設けた構造である。また
この点灯システムとは別の風力を利用して回転させるこ
とも可能である。
【0020】また特に風力源のない場合にも、図7のよ
うに空洞内部に風車12aを設け、ランプ2を熱源とし
た上昇流をこの風車に当てることにより回転を引き起こ
すことができる。風車12aの形状については特に指定
するものではなく、タービンのように同軸的に複数個つ
けて効率を向上することができる。
【0021】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、ランプ
回転用の専用駆動動力装置を設けずに、ランプの回転を
行うことができるため、従来よりも小型で高効率なマイ
クロ波放電ランプ点灯装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第一の実施の形態であるマイクロ波放電ランプ
点灯装置の構成図
【図2】(a)ノズルの配置の平面図 (b)複数のノズルの配置の場合の平面図
【図3】別の実施の形態であるマイクロ波放電ランプ点
灯装置の構成図
【図4】別の実施の形態であるマイクロ波放電ランプ点
灯装置の構成図
【図5】別の実施の形態であるマイクロ波放電ランプ点
灯装置の構成図
【図6】別の実施の形態であるマイクロ波放電ランプ点
灯装置の構成図
【図7】別の実施の形態であるマイクロ波放電ランプ点
灯装置の構成図
【図8】従来のマイクロ波放電ランプ点灯装置の構成図
【符号の説明】
1 導波管 2 ランプ 3 支持棒 4 マグネトロン 5 マグネトロンアンテナ 6 高圧電源 7 空洞 8 金属メッシュ 9 ノズル 10 給電窓 11 ファン 12 、12a 風車 13 モータ軸受け 14 モータ 15 ベアリング 16 送風ガイド
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−84595(JP,A) 特開 昭64−89201(JP,A) 特開 平1−221896(JP,A) 特開 平8−7610(JP,A) 特開 平10−40874(JP,A) 特開 平10−50112(JP,A) 特開 昭60−235353(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F21S 2/00 H01J 65/04 H05B 41/24

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 希ガスと発光物質を封入したランプ、 前記ランプを内部に配置した空洞、 前記空洞の中へマイクロ波電磁界を供給するためのマイ
    クロ波発生手段、 前記マイクロ波発生手段から発生するマイクロ波電磁界
    を前記空洞に導くための導波管、 前記ランプに一端が取り付けられ他端が前記空洞外部に
    伸び電気モータを接続していないベアリングで回転可能
    に支持されたランプ支持用の支持棒および点灯装置外部
    から前記空洞内に伸び前記ランプを風力で回転させるよ
    うランプの回転中心軸から中心軸をずらして配置した送
    風ノズルを備えたマイクロ波放電ランプ点灯装置。
  2. 【請求項2】 希ガスと発光物質を封入したランプ、 前記ランプを内部に配置した空洞、 前記空洞の中へマイクロ波電磁界を供給するためのマイ
    クロ波発生手段、 前記マイクロ波発生手段から発生するマイクロ波電磁界
    を前記空洞に導くための導波管および前記ランプに一端
    が取り付けられ他端が前記空洞外部に伸び電気モータを
    接続していないベアリングで回転可能に支持され風力に
    よって回転させるための風車が設けられた支持棒を備え
    たマイクロ波放電ランプ点灯装置。
  3. 【請求項3】 前記支持棒を前記ランプの両端に接続
    し、両方の前記支持棒に回転可能な支持方法としてベア
    リングを有する請求項1または請求項2に記載のマイク
    ロ波放電ランプ点灯装置。
  4. 【請求項4】 マイクロ波発生装置の冷却用ファンの風
    を支持棒に設けた風車に効率よく導くために送風ガイド
    を設けた請求項2に記載のマイクロ波放電ランプ点灯装
    置。
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