JP3202970B2 - 無電極放電エネルギー供給装置、および無電極放電ランプ装置 - Google Patents
無電極放電エネルギー供給装置、および無電極放電ランプ装置Info
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- JP3202970B2 JP3202970B2 JP6234799A JP6234799A JP3202970B2 JP 3202970 B2 JP3202970 B2 JP 3202970B2 JP 6234799 A JP6234799 A JP 6234799A JP 6234799 A JP6234799 A JP 6234799A JP 3202970 B2 JP3202970 B2 JP 3202970B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、無電極放電に必要
な高周波エネルギーを供給するための無電極放電エネル
ギー供給装置、およびそれを用いた無電極放電ランプ装
置に関する。
な高周波エネルギーを供給するための無電極放電エネル
ギー供給装置、およびそれを用いた無電極放電ランプ装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】高周波無電極放電ランプは、有電極アー
ク放電ランプに比べて、電磁エネルギーを充填物に結合
させやすく、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。
これらの特徴から、高周波無電極放電ランプは次世代の
放電ランプとして、近年研究開発が盛んに行われてい
る。
ク放電ランプに比べて、電磁エネルギーを充填物に結合
させやすく、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。
これらの特徴から、高周波無電極放電ランプは次世代の
放電ランプとして、近年研究開発が盛んに行われてい
る。
【０００３】従来、無電極放電に必要な高周波エネルギ
ーを供給するための手段としては、特開昭５９−８６１
５３号公報に記載された空洞共振器が知られている。
ーを供給するための手段としては、特開昭５９−８６１
５３号公報に記載された空洞共振器が知られている。
【０００４】図１４に特開昭５９−８６１５３号公報
「輝度の高い出力を生じるためのマイクロ波発生式電極
なしランプ」に開示された、従来の空洞共振器による無
電極放電エネルギー供給装置を用いた無電極放電ランプ
装置の構造を示している。
「輝度の高い出力を生じるためのマイクロ波発生式電極
なしランプ」に開示された、従来の空洞共振器による無
電極放電エネルギー供給装置を用いた無電極放電ランプ
装置の構造を示している。
【０００５】石英ガラスなどの光透過性部材の内部に希
ガスや金属などの放電媒体を封入した無電極放電ランプ
１３１は、金属導体からなる空洞共振器１３２内部に配
置されている。マグネトロンなどの発振器から発生した
高周波エネルギーは、導波管などを通じて伝播し、高周
波結合スロット１３３により空洞共振器１３２に結合さ
れる。空洞共振器１３２内部に共振定在波が生じ、その
共振定在波のエネルギーにより無電極放電ランプ１３１
内部に放電プラズマが生じる。無電極放電ランプより生
じた放射光は、開口部１３４に設けられた金属網を通じ
て外部に取り出される構成となっている。
ガスや金属などの放電媒体を封入した無電極放電ランプ
１３１は、金属導体からなる空洞共振器１３２内部に配
置されている。マグネトロンなどの発振器から発生した
高周波エネルギーは、導波管などを通じて伝播し、高周
波結合スロット１３３により空洞共振器１３２に結合さ
れる。空洞共振器１３２内部に共振定在波が生じ、その
共振定在波のエネルギーにより無電極放電ランプ１３１
内部に放電プラズマが生じる。無電極放電ランプより生
じた放射光は、開口部１３４に設けられた金属網を通じ
て外部に取り出される構成となっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】この従来の無電極放電
エネルギー供給装置および無電極放電ランプ装置におい
ては、空洞共振器をエネルギー供給装置として用いてい
るため、空洞共振器内には管内波長に基づく電界強度の
分布が生じる。例えば工業用の周波数帯として広く用い
られている２．４５ＧＨｚの高周波においては、自由空
間波長が１２ｃｍ程度である。従ってこの様な従来の装
置を用いて、半波長の長さ（約６ｃｍ）よりも広い放電
領域に放電を起こそうとすると、放電領域内の場所によ
って電界強度の強さが大きく異なる。そのため、放電領
域内の場所によって放電強度にむらが生じ、均一な放電
が得られないという課題があった。そのため、この様な
従来の装置は、印加する高周波の波長に比べて、広い放
電領域において均一な放電が要求される、平面光源や線
光源のような応用分野には適さなかった。
エネルギー供給装置および無電極放電ランプ装置におい
ては、空洞共振器をエネルギー供給装置として用いてい
るため、空洞共振器内には管内波長に基づく電界強度の
分布が生じる。例えば工業用の周波数帯として広く用い
られている２．４５ＧＨｚの高周波においては、自由空
間波長が１２ｃｍ程度である。従ってこの様な従来の装
置を用いて、半波長の長さ（約６ｃｍ）よりも広い放電
領域に放電を起こそうとすると、放電領域内の場所によ
って電界強度の強さが大きく異なる。そのため、放電領
域内の場所によって放電強度にむらが生じ、均一な放電
が得られないという課題があった。そのため、この様な
従来の装置は、印加する高周波の波長に比べて、広い放
電領域において均一な放電が要求される、平面光源や線
光源のような応用分野には適さなかった。
【０００７】無電極放電エネルギー供給装置において
は、印加する高周波の波長よりも広い放電領域において
も、むら無く放電を起こすことが可能な、所望の放電領
域に対して均一な電界を印加できる無電極放電エネルギ
ー供給装置の開発が望まれている。
は、印加する高周波の波長よりも広い放電領域において
も、むら無く放電を起こすことが可能な、所望の放電領
域に対して均一な電界を印加できる無電極放電エネルギ
ー供給装置の開発が望まれている。
【０００８】本発明は、従来のエネルギー供給装置のこ
の様な課題を考慮し、従来の空洞共振器に比べて、印加
する高周波の波長に比べて広い放電領域において、より
均一な放電を起こすことが出来る無電極放電エネルギー
供給装置及び、それを用いた無電極放電ランプ装置を提
供することを目的とする。
の様な課題を考慮し、従来の空洞共振器に比べて、印加
する高周波の波長に比べて広い放電領域において、より
均一な放電を起こすことが出来る無電極放電エネルギー
供給装置及び、それを用いた無電極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】第１の本発明（請求項１
記載の本発明に対応）は、所定の周期的構造を有した、
高周波により表面波を励起する励起手段を備え、前記励
起された表面波により、無電極放電に必要なエネルギー
を供給する無電極放電エネルギー供給装置において、前
記励起手段は、導電性を有しており、実質上平板状形状
の表面波線路であり、前記エネルギーとして供給される
表面波は、前記表面波線路の近傍に発生する表面波であ
る無電極放電エネルギー供給装置である。
記載の本発明に対応）は、所定の周期的構造を有した、
高周波により表面波を励起する励起手段を備え、前記励
起された表面波により、無電極放電に必要なエネルギー
を供給する無電極放電エネルギー供給装置において、前
記励起手段は、導電性を有しており、実質上平板状形状
の表面波線路であり、前記エネルギーとして供給される
表面波は、前記表面波線路の近傍に発生する表面波であ
る無電極放電エネルギー供給装置である。
【００１０】
【００１１】又、第４の本発明（請求項４記載の本発明
に対応）は、所定の周期的構造を有した、高周波により
表面波を励起する励起手段を備え、前記励起された表面
波により、無電極放電に必要なエネルギーを供給する無
電極放電エネルギー供給装置において、上記励起手段
は、（１）誘電性材料を用いた平板状基板と、（２）前
記基板上に導電性材料を用いて形成された表面波線路と
を備え、前記エネルギーとして供給される表面波は、前
記表面波線路の近傍に発生する表面波である無電極放電
エネルギー供給装置である。
に対応）は、所定の周期的構造を有した、高周波により
表面波を励起する励起手段を備え、前記励起された表面
波により、無電極放電に必要なエネルギーを供給する無
電極放電エネルギー供給装置において、上記励起手段
は、（１）誘電性材料を用いた平板状基板と、（２）前
記基板上に導電性材料を用いて形成された表面波線路と
を備え、前記エネルギーとして供給される表面波は、前
記表面波線路の近傍に発生する表面波である無電極放電
エネルギー供給装置である。
【００１２】又、第８の本発明（請求項８記載の本発明
に対応）は、所定の周期的構造を有した、高周波により
表面波を励起する励起手段を備え、前記励起された表面
波により、無電極放電に必要なエネルギーを供給する無
電極放電エネルギー供給装置において、上記励起手段
は、導電性の線状部材がらせん状に連なった円筒らせん
型表面波線路である無電極放電エネルギー供給装置であ
る。
に対応）は、所定の周期的構造を有した、高周波により
表面波を励起する励起手段を備え、前記励起された表面
波により、無電極放電に必要なエネルギーを供給する無
電極放電エネルギー供給装置において、上記励起手段
は、導電性の線状部材がらせん状に連なった円筒らせん
型表面波線路である無電極放電エネルギー供給装置であ
る。
【００１３】これにより、例えば、より均一な高周波電
界を平面状または線状の放電空間に印加できる。
界を平面状または線状の放電空間に印加できる。
【００１４】又、第１１の本発明（請求項１１記載の本
発明に対応）は、高周波エネルギーを発生する高周波発
振手段と、前記発生された高周波エネルギーを伝播させ
る高周波伝播手段と、上記本発明のいずれかの無電極放
電エネルギー供給装置と、前記伝播されてきた高周波エ
ネルギーを前記無電極放電エネルギー供給装置に結合さ
せる高周波結合手段と、前記無電極放電エネルギー供給
装置により発生された表面波により放電する無電極放電
ランプとを備えた無電極放電ランプ装置である。
発明に対応）は、高周波エネルギーを発生する高周波発
振手段と、前記発生された高周波エネルギーを伝播させ
る高周波伝播手段と、上記本発明のいずれかの無電極放
電エネルギー供給装置と、前記伝播されてきた高周波エ
ネルギーを前記無電極放電エネルギー供給装置に結合さ
せる高周波結合手段と、前記無電極放電エネルギー供給
装置により発生された表面波により放電する無電極放電
ランプとを備えた無電極放電ランプ装置である。
【００１５】これにより、例えば、印加する高周波の波
長よりも広い放電領域において、より均一な輝度分布の
平面状または線状の光源を実現することが可能となる。
長よりも広い放電領域において、より均一な輝度分布の
平面状または線状の光源を実現することが可能となる。
【００１６】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。
特に、周波数範囲が３００ＭＨｚ〜３０ＧＨｚの「マイ
クロ波」周波数において、本発明は好適な効果を得るこ
とが出来る。
は、１ＭＨｚ〜１００ＧＨｚの周波数の電磁波を指す。
特に、周波数範囲が３００ＭＨｚ〜３０ＧＨｚの「マイ
クロ波」周波数において、本発明は好適な効果を得るこ
とが出来る。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図１から図１０を用いて説明する。
て、図１から図１０を用いて説明する。
【００１８】（実施の形態１)図１は平板状のひだ型表
面波線路を用いた無電極放電エネルギー供給装置の斜視
図を表しており、１１が平板ひだ型表面波線路である。
平板ひだ型表面波線路１１は、銅やアルミニウムといっ
た金属などの導電性材料からなる平板１３の上に、同様
の導電性材料からなる複数のひだ１４が略垂直に周期的
に設けられた周期的構造となっている。
面波線路を用いた無電極放電エネルギー供給装置の斜視
図を表しており、１１が平板ひだ型表面波線路である。
平板ひだ型表面波線路１１は、銅やアルミニウムといっ
た金属などの導電性材料からなる平板１３の上に、同様
の導電性材料からなる複数のひだ１４が略垂直に周期的
に設けられた周期的構造となっている。
【００１９】平板ひだ型表面波線路１１のこの様な周期
的構造においては、結合アンテナ（図２の符号２６参
照）により所望の周波数の高周波エネルギーが印加され
た際に、各ひだ１４の上端部１４ａ及びその近傍に、平
板１３と平行であり且つひだ１４と垂直の方向（図１
中、符号Ａを付した矢印の方向）に、表面波が励起され
伝播していくように、各部の寸法が設計されている。
的構造においては、結合アンテナ（図２の符号２６参
照）により所望の周波数の高周波エネルギーが印加され
た際に、各ひだ１４の上端部１４ａ及びその近傍に、平
板１３と平行であり且つひだ１４と垂直の方向（図１
中、符号Ａを付した矢印の方向）に、表面波が励起され
伝播していくように、各部の寸法が設計されている。
【００２０】この平板ひだ型表面波線路１１の上端部近
傍に、希ガスや金属などの放電媒体を封入した平板状の
無電極放電管１２を設ける事により、ひだ上端部１４ａ
に生じる表面波の電界により平面状の無電極放電を起こ
すことができる。又、この様な放電は、封入された放電
媒体の種類や封入条件などにより、無電極放電管１２の
内部全体で発生させることも出来るし、あるいは、無電
極放電管１２の内部の内、表面波線路１１の近傍で発生
させることも出来る。尚、無電極放電管１２は、石英ガ
ラス等により形成されている。
傍に、希ガスや金属などの放電媒体を封入した平板状の
無電極放電管１２を設ける事により、ひだ上端部１４ａ
に生じる表面波の電界により平面状の無電極放電を起こ
すことができる。又、この様な放電は、封入された放電
媒体の種類や封入条件などにより、無電極放電管１２の
内部全体で発生させることも出来るし、あるいは、無電
極放電管１２の内部の内、表面波線路１１の近傍で発生
させることも出来る。尚、無電極放電管１２は、石英ガ
ラス等により形成されている。
【００２１】図２は、図１に示した平板ひだ型表面波線
路による無電極放電エネルギー供給装置を用いた無電極
放電ランプ装置の横断面図である。
路による無電極放電エネルギー供給装置を用いた無電極
放電ランプ装置の横断面図である。
【００２２】同図に示す様に、マグネトロンなどの高周
波発振手段２３から発振した高周波エネルギーは、導波
管や同軸などの高周波伝播手段２４を通じて伝播し、ル
ープアンテナなどの高周波結合手段２６により平板ひだ
型表面波線路２１に結合される。平板ひだ型表面波線路
２１に励起された表面波の電界は、無電極放電ランプ２
２に結合され、無電極放電に必要なエネルギーを供給す
る。無電極放電ランプ２２より生じた放射光は、金属網
からなる光透過性の高周波漏洩防止手段２５を通じて取
り出される。平板ひだ型表面波線路においては、図１の
平板部１３が、放射光透過部と反対側への高周波漏洩防
止手段を兼ねている。これにより無電極放電ランプ２２
内部に無電極放電を得ることができ、比較的均一な輝度
分布の平面状光源を実現できる。
波発振手段２３から発振した高周波エネルギーは、導波
管や同軸などの高周波伝播手段２４を通じて伝播し、ル
ープアンテナなどの高周波結合手段２６により平板ひだ
型表面波線路２１に結合される。平板ひだ型表面波線路
２１に励起された表面波の電界は、無電極放電ランプ２
２に結合され、無電極放電に必要なエネルギーを供給す
る。無電極放電ランプ２２より生じた放射光は、金属網
からなる光透過性の高周波漏洩防止手段２５を通じて取
り出される。平板ひだ型表面波線路においては、図１の
平板部１３が、放射光透過部と反対側への高周波漏洩防
止手段を兼ねている。これにより無電極放電ランプ２２
内部に無電極放電を得ることができ、比較的均一な輝度
分布の平面状光源を実現できる。
【００２３】次に、以上の平板ひだ型表面波線路１１の
電界強度分布について、図３を参照しながら述べる。
電界強度分布について、図３を参照しながら述べる。
【００２４】上記周期的構造の周期間隔をＬ、ひだ１４
同士の間隔をｄ、ひだ１４の高さをｈとする。又、図３
に示す様に、ｘ−ｙ−ｚ座標系を用い、ひだ１４の上端
部１４ａの位置をｙ＝０とする。尚、ｘ軸は紙面に対し
て手前から奥に向かう方向を正方向とする。又、説明を
簡単にするために、平板ひだ型表面波線路１１は、電気
抵抗のない理想的導体材料から形成されているとする。
同士の間隔をｄ、ひだ１４の高さをｈとする。又、図３
に示す様に、ｘ−ｙ−ｚ座標系を用い、ひだ１４の上端
部１４ａの位置をｙ＝０とする。尚、ｘ軸は紙面に対し
て手前から奥に向かう方向を正方向とする。又、説明を
簡単にするために、平板ひだ型表面波線路１１は、電気
抵抗のない理想的導体材料から形成されているとする。
【００２５】あるひだ１４とひだ１４の間に高周波電圧
Ｖを印加した時、ｚ方向に表面波として伝播していく高
周波電界を、ｘ方向に電界が一様なＴＭモードで考える
と、ｚ方向の電界Ｅzは（数１）のように表される。
Ｖを印加した時、ｚ方向に表面波として伝播していく高
周波電界を、ｘ方向に電界が一様なＴＭモードで考える
と、ｚ方向の電界Ｅzは（数１）のように表される。
【００２６】
【数１】 このように、電界はｚ方向に周期的に方向を変え、ひだ
上端部１４ａからｙ方向に向かって離れるにつれて指数
関数的に減少していく分布を有している。なお、βnは
第ｎ空間高調波の位相定数であり、固有値γnは波数ｋ
を用いると（数２）のように表される。
上端部１４ａからｙ方向に向かって離れるにつれて指数
関数的に減少していく分布を有している。なお、βnは
第ｎ空間高調波の位相定数であり、固有値γnは波数ｋ
を用いると（数２）のように表される。
【００２７】
【数２】 さらに、ｙ＝ｂの位置に導電性のシールド（図２に示す
高周波漏洩防止手段２５に該当）が設けられた構造の場
合、第ｎ空間高調波のｚ方向の電界Ｅzは（数３）のよ
うに表される。
高周波漏洩防止手段２５に該当）が設けられた構造の場
合、第ｎ空間高調波のｚ方向の電界Ｅzは（数３）のよ
うに表される。
【００２８】
【数３】 この様なシールド２５を設けた場合、ｙ方向の電界の分
布が変化するものの、表面波は、シールド２５を設けな
い場合と同様にｚ方向に伝播していく。
布が変化するものの、表面波は、シールド２５を設けな
い場合と同様にｚ方向に伝播していく。
【００２９】さらに放電が生じた場合には、放電プラズ
マのインピーダンス成分も影響し、より複雑な振る舞い
をしていく。電源側から見て十分なインピーダンス整合
を得るためには、実験的に最適な寸法値を決定していく
事が望ましい。
マのインピーダンス成分も影響し、より複雑な振る舞い
をしていく。電源側から見て十分なインピーダンス整合
を得るためには、実験的に最適な寸法値を決定していく
事が望ましい。
【００３０】なお、ここでは無電極放電管として単一の
放電空間を持つ平板上の無電極放電ランプを図示した
が、無電極放電管の形状はこれに限られるものではな
い。例えば図４に示すように、平板ひだ型表面波線路１
１の上端部近傍に、複数の円柱状無電極放電管４２を平
面状に並べた構成を用いても、同様に表面波により略平
面状の無電極放電を得ることができる。
放電空間を持つ平板上の無電極放電ランプを図示した
が、無電極放電管の形状はこれに限られるものではな
い。例えば図４に示すように、平板ひだ型表面波線路１
１の上端部近傍に、複数の円柱状無電極放電管４２を平
面状に並べた構成を用いても、同様に表面波により略平
面状の無電極放電を得ることができる。
【００３１】また、高周波により表面波を励起する表面
波線路は、以上述べてきた平板ひだ型表面波線路に限ら
れるものではない。図５から図７にその他の表面波線路
の例を示す。
波線路は、以上述べてきた平板ひだ型表面波線路に限ら
れるものではない。図５から図７にその他の表面波線路
の例を示す。
【００３２】図５は、スタブ型表面波線路５１の斜視図
である。
である。
【００３３】図５に示すように、スタブ型表面波線路５
１は、導電性材料からなる平板５２の上に、同じく導電
性材料からなる複数の棒状部材（スタブ）５３が周期的
に設けられた構造である。スタブ５３の上端部に表面波
が励起され伝播していくように周期的構造の寸法を適切
に設計すれば、スタブ５３上端部近傍に無電極放電管を
設ける事で、同様に平面状の無電極放電を実現すること
ができる。なお、図５では棒状部材として円柱状のもの
を示しているが、棒状平板など別の形態においても同様
の効果を得ることができる。
１は、導電性材料からなる平板５２の上に、同じく導電
性材料からなる複数の棒状部材（スタブ）５３が周期的
に設けられた構造である。スタブ５３の上端部に表面波
が励起され伝播していくように周期的構造の寸法を適切
に設計すれば、スタブ５３上端部近傍に無電極放電管を
設ける事で、同様に平面状の無電極放電を実現すること
ができる。なお、図５では棒状部材として円柱状のもの
を示しているが、棒状平板など別の形態においても同様
の効果を得ることができる。
【００３４】図６は、インターディジタル型表面波線路
６１の斜視図である。
６１の斜視図である。
【００３５】図６に示す様に、インターディジタル型表
面波線路６１は、ともに導電性材料からなる周期的に設
けられた櫛状の平板６１ａと６１ｂが交互に組み合わさ
れた構成である。上記周期的構造の寸法を適切に設計す
れば、開放端部６２ａと６２ｂに高周波電圧を印加する
事により、組み合わされた櫛状部材間に高周波電界が伝
播して表面波が励起される。従って、インターディジタ
ル型表面波線路６１がなす平面の近傍に無電極放電管を
設ける事で、図１の場合と同様に平面状の無電極放電を
実現することができる。
面波線路６１は、ともに導電性材料からなる周期的に設
けられた櫛状の平板６１ａと６１ｂが交互に組み合わさ
れた構成である。上記周期的構造の寸法を適切に設計す
れば、開放端部６２ａと６２ｂに高周波電圧を印加する
事により、組み合わされた櫛状部材間に高周波電界が伝
播して表面波が励起される。従って、インターディジタ
ル型表面波線路６１がなす平面の近傍に無電極放電管を
設ける事で、図１の場合と同様に平面状の無電極放電を
実現することができる。
【００３６】図７は、平板らせん型表面波線路７２の斜
視図である。
視図である。
【００３７】同図に示すように、導電性材料からなる帯
状の平板７１が周期的にジグザグ状に連なった構造を有
しており、周期的構造の寸法を適切に設計すれば、隣合
う帯状の平板間に電界を生じつつ表面波が励起され伝播
していく。従って、平板らせん型表面波線路７２がなす
平面の近傍に無電極放電管を設ける事で、図１の場合と
同様に平面状の無電極放電を実現することができる。
状の平板７１が周期的にジグザグ状に連なった構造を有
しており、周期的構造の寸法を適切に設計すれば、隣合
う帯状の平板間に電界を生じつつ表面波が励起され伝播
していく。従って、平板らせん型表面波線路７２がなす
平面の近傍に無電極放電管を設ける事で、図１の場合と
同様に平面状の無電極放電を実現することができる。
【００３８】（実施の形態２）以上述べた実施の形態１
では、表面波線路を導電性材料のみで構成した例を示し
たが、本実施の形態では誘電性材料からなる基板上に導
電性材料で表面波線路が形成された構成の例を示す。
では、表面波線路を導電性材料のみで構成した例を示し
たが、本実施の形態では誘電性材料からなる基板上に導
電性材料で表面波線路が形成された構成の例を示す。
【００３９】図８は、インターディジタル型表面波線路
８１を誘電性材料からなる基板８３上に設けた構成の斜
視図である。
８１を誘電性材料からなる基板８３上に設けた構成の斜
視図である。
【００４０】同図に示す様に、インターディジタル型表
面波線路８１は、誘電性材料からなる基板８３上に、と
もに導電性材料からなる周期的に並んだ櫛状の平板８１
ａと８１ｂが交互に組み合わされた形状として設けられ
ている。上記周期的構造の寸法を適切に設計すれば、開
放端部８２ａと８２ｂに高周波電圧を印加する事によ
り、図６に示した導電性材料のみからなるインターディ
ジタル型表面波線路６１と同様、組み合わされた櫛状部
材８１ａと８１ｂ間に高周波電界が伝播して表面波を励
起する。従って、インターディジタル型表面波線路８１
がなす平面の近傍に無電極放電管を設ける事で、上記実
施の形態と同様に平面状の無電極放電を実現することが
できる。
面波線路８１は、誘電性材料からなる基板８３上に、と
もに導電性材料からなる周期的に並んだ櫛状の平板８１
ａと８１ｂが交互に組み合わされた形状として設けられ
ている。上記周期的構造の寸法を適切に設計すれば、開
放端部８２ａと８２ｂに高周波電圧を印加する事によ
り、図６に示した導電性材料のみからなるインターディ
ジタル型表面波線路６１と同様、組み合わされた櫛状部
材８１ａと８１ｂ間に高周波電界が伝播して表面波を励
起する。従って、インターディジタル型表面波線路８１
がなす平面の近傍に無電極放電管を設ける事で、上記実
施の形態と同様に平面状の無電極放電を実現することが
できる。
【００４１】尚、図９は、インターディジタル型表面波
線路８１上に無電極放電管１２を設けた場合の斜視図で
ある。高周波伝播手段である同軸線９０の中心導体（芯
線）が開放端部８２ａに、又、外部導体が開放端部８２
ｂに、それぞれ半田などにより電気的に接合されてい
る。これにより、同軸線９０により伝播してきた高周波
エネルギーは、インターディジタル型表面波線路８１に
結合され、表面波を励起する。
線路８１上に無電極放電管１２を設けた場合の斜視図で
ある。高周波伝播手段である同軸線９０の中心導体（芯
線）が開放端部８２ａに、又、外部導体が開放端部８２
ｂに、それぞれ半田などにより電気的に接合されてい
る。これにより、同軸線９０により伝播してきた高周波
エネルギーは、インターディジタル型表面波線路８１に
結合され、表面波を励起する。
【００４２】このように基板上に表面波線路を設ける構
成を用いる事により、導体材料のみで表面波線路を作る
場合に比べて、比較的薄い表面波線路でも十分な強度を
得ることができる。従って、比較的小電力で放電を起こ
す場合には、本実施の形態の方が適していると言える。
成を用いる事により、導体材料のみで表面波線路を作る
場合に比べて、比較的薄い表面波線路でも十分な強度を
得ることができる。従って、比較的小電力で放電を起こ
す場合には、本実施の形態の方が適していると言える。
【００４３】なお、以上の説明では、表面波線路をイン
ターディジタル型で構成した例で説明したが、その他の
表面波線路についても同様に実施可能である。図１０
は、平板らせん型表面波線路を誘電性材料からなる基板
上に設けた構成の斜視図である。誘電性材料からなる基
板９３上に、導電性材料からなる帯状の平板９１ａおよ
び９１ｂが周期的に矩形状に連なった形状で設けられて
いる。周期的構造の寸法を適切に設計すれば、開放端部
９２ａと９２ｂに高周波電圧を印加する事により、図７
に示した導電性材料のみからなる平板らせん型表面波線
路と同様、隣合う帯状の平板間に高周波電界が伝播して
表面波を励起することができる。従って、平板らせん型
表面波線路９１がなす平面の近傍に無電極放電管を設け
る事で、同様に平面状の無電極放電を実現することがで
きる。
ターディジタル型で構成した例で説明したが、その他の
表面波線路についても同様に実施可能である。図１０
は、平板らせん型表面波線路を誘電性材料からなる基板
上に設けた構成の斜視図である。誘電性材料からなる基
板９３上に、導電性材料からなる帯状の平板９１ａおよ
び９１ｂが周期的に矩形状に連なった形状で設けられて
いる。周期的構造の寸法を適切に設計すれば、開放端部
９２ａと９２ｂに高周波電圧を印加する事により、図７
に示した導電性材料のみからなる平板らせん型表面波線
路と同様、隣合う帯状の平板間に高周波電界が伝播して
表面波を励起することができる。従って、平板らせん型
表面波線路９１がなす平面の近傍に無電極放電管を設け
る事で、同様に平面状の無電極放電を実現することがで
きる。
【００４４】なおまた、本実施の形態に示した表面波線
路８１を誘電性材料からなる基板８３の表面に設けた構
成において、基板８３の裏面を導体で覆った両面基板を
用いる構成としても良い。この場合、基板８３の裏面に
設けた導体面と、表面波線路８１の部分とにより、マイ
クロストリップ線路が構成される。このような構成にす
れば、広く用いられているマイクロストリップ線路の設
計パラメータや波長の電気的長さのデータなどを用いる
ことができ、表面波線路の設計が容易になる。
路８１を誘電性材料からなる基板８３の表面に設けた構
成において、基板８３の裏面を導体で覆った両面基板を
用いる構成としても良い。この場合、基板８３の裏面に
設けた導体面と、表面波線路８１の部分とにより、マイ
クロストリップ線路が構成される。このような構成にす
れば、広く用いられているマイクロストリップ線路の設
計パラメータや波長の電気的長さのデータなどを用いる
ことができ、表面波線路の設計が容易になる。
【００４５】（実施の形態３）以上述べた第１と第２実
施の形態では、表面波線路および無電極放電管を平板形
状で構成した例を示したが、本実施の形態では半円筒形
状で表面波線路が形成された構成の例を示す。
施の形態では、表面波線路および無電極放電管を平板形
状で構成した例を示したが、本実施の形態では半円筒形
状で表面波線路が形成された構成の例を示す。
【００４６】図１１は、半円筒状のひだ型表面波線路を
用いた無電極放電エネルギー供給装置の斜視図を表して
いる。
用いた無電極放電エネルギー供給装置の斜視図を表して
いる。
【００４７】同図に示す様に、１０１に示す半円筒ひだ
型表面波線路は、無電極放電管１０２からの放射光を半
円筒の回転軸１０６と垂直の方向に取出すために半円筒
形状となっている。半円筒ひだ型表面波線路１０１は、
実施の形態１に示した平板型表面波線路と同様に、銅や
アルミニウムといった金属などの導電性材料から形成さ
れている。又、半円筒ひだ型表面波線路１０１は、半円
筒１０３の内側に、同様の導電性材料からなるひだ１０
４が略垂直に且つ、一定の間隔をおいて周期的に設けら
れている。
型表面波線路は、無電極放電管１０２からの放射光を半
円筒の回転軸１０６と垂直の方向に取出すために半円筒
形状となっている。半円筒ひだ型表面波線路１０１は、
実施の形態１に示した平板型表面波線路と同様に、銅や
アルミニウムといった金属などの導電性材料から形成さ
れている。又、半円筒ひだ型表面波線路１０１は、半円
筒１０３の内側に、同様の導電性材料からなるひだ１０
４が略垂直に且つ、一定の間隔をおいて周期的に設けら
れている。
【００４８】半円筒ひだ型表面波線路１０１のこの様な
周期的構造においては、結合アンテナ１０５により所望
の周波数の高周波エネルギーが印加された際に、各ひだ
１０４の上端部及びその近傍に、半円筒の回転軸１０６
と平行であり、且つひだ１０４と垂直の方向（図１１
中、符号Ａを付した矢印の方向）に、表面波が励起さ
れ、伝播していくように、各部の寸法が設計されてい
る。
周期的構造においては、結合アンテナ１０５により所望
の周波数の高周波エネルギーが印加された際に、各ひだ
１０４の上端部及びその近傍に、半円筒の回転軸１０６
と平行であり、且つひだ１０４と垂直の方向（図１１
中、符号Ａを付した矢印の方向）に、表面波が励起さ
れ、伝播していくように、各部の寸法が設計されてい
る。
【００４９】この半円筒ひだ型表面波線路１０１の中央
部近傍に、希ガスや金属などの放電媒体を封入した円筒
状の無電極放電管１０２を設ける事により、ひだ１０４
の上端中央部近傍に生じる表面波の電界により、線状の
無電極放電を起こすことができる。
部近傍に、希ガスや金属などの放電媒体を封入した円筒
状の無電極放電管１０２を設ける事により、ひだ１０４
の上端中央部近傍に生じる表面波の電界により、線状の
無電極放電を起こすことができる。
【００５０】無電極放電管１０２より生じた放射光は、
半円筒１０３の開放部より放射されるが、半円筒１０３
の内側を反射面とすることにより、より効率よく放射光
を利用することが可能となる。
半円筒１０３の開放部より放射されるが、半円筒１０３
の内側を反射面とすることにより、より効率よく放射光
を利用することが可能となる。
【００５１】図１２に、図１１の変形例として、更に反
射面を含んだ、半円筒ひだ型表面波線路１１１の断面図
を示す。
射面を含んだ、半円筒ひだ型表面波線路１１１の断面図
を示す。
【００５２】同図に示すように、半円筒ひだ型表面波線
路１１１は、半円筒部１１３とひだ１１４から表面波線
路を形成している。ここで、半円筒１１３の内側は、研
磨したアルミなどの光反射性部材からなる、第一の光反
射手段（図１１の半円筒１０３の内壁面に相当する部
分）及び第二の光反射手段１１５とから構成されてい
る。第二の光反射手段１１５は、高周波漏洩防止機能を
兼ね備えている。無電極放電管１１２より生じた放射光
は、高周波漏洩防止手段である金属網１１６を通して外
部へ取り出される。第一と第二の光反射手段の断面は、
双方が一体となって所望の光学特性を得るための曲線形
状をなしている。半円筒１１３部は概略半円筒状になっ
ていれば良く、例えば、直線上に集中した光特性が求め
られる場合は、断面が楕円曲線形状であることが望まし
い。また、平行光線が求められときは、放物線形状にす
れば良い。
路１１１は、半円筒部１１３とひだ１１４から表面波線
路を形成している。ここで、半円筒１１３の内側は、研
磨したアルミなどの光反射性部材からなる、第一の光反
射手段（図１１の半円筒１０３の内壁面に相当する部
分）及び第二の光反射手段１１５とから構成されてい
る。第二の光反射手段１１５は、高周波漏洩防止機能を
兼ね備えている。無電極放電管１１２より生じた放射光
は、高周波漏洩防止手段である金属網１１６を通して外
部へ取り出される。第一と第二の光反射手段の断面は、
双方が一体となって所望の光学特性を得るための曲線形
状をなしている。半円筒１１３部は概略半円筒状になっ
ていれば良く、例えば、直線上に集中した光特性が求め
られる場合は、断面が楕円曲線形状であることが望まし
い。また、平行光線が求められときは、放物線形状にす
れば良い。
【００５３】なお、本実施の形態では、表面波線路とし
て、概略半円筒の形状を有する半円筒ひだ型表面波線路
を用いた例で示したが、放射光の取り出し方向を円筒の
軸方向に設定する場合には、表面波線路として、半円筒
ではなく、完全に閉じた円筒形状とすることが可能であ
る。その場合には円筒の一方又は両方の端部の少なくと
も一部に放射光を取り出すための光透過部を設けてやれ
ば良い。
て、概略半円筒の形状を有する半円筒ひだ型表面波線路
を用いた例で示したが、放射光の取り出し方向を円筒の
軸方向に設定する場合には、表面波線路として、半円筒
ではなく、完全に閉じた円筒形状とすることが可能であ
る。その場合には円筒の一方又は両方の端部の少なくと
も一部に放射光を取り出すための光透過部を設けてやれ
ば良い。
【００５４】なおまた、上記実施の形態では、表面波線
路として半円筒ひだ型表面波線路を用いた例で示した
が、これに限らず例えば、図１３の１２１に示すような
線状部材がらせん状に連なった円筒らせん型表面波線路
の内側に、無電極放電管を配置する構成としても良い。
これにより、上記実施の形態と同様の効果を得ることが
できる。
路として半円筒ひだ型表面波線路を用いた例で示した
が、これに限らず例えば、図１３の１２１に示すような
線状部材がらせん状に連なった円筒らせん型表面波線路
の内側に、無電極放電管を配置する構成としても良い。
これにより、上記実施の形態と同様の効果を得ることが
できる。
【００５５】以上のように、本願の表面波線路は様々な
形状により構成できると共に、無電極放電を起こすため
のエネルギー供給装置として利用した点が特徴である。
尚、従来より知られている表面波線路は、電子ビーム制
御のための進行波管やフィルタなどに用いられており、
多くの研究論文や参考書が出版されている。
形状により構成できると共に、無電極放電を起こすため
のエネルギー供給装置として利用した点が特徴である。
尚、従来より知られている表面波線路は、電子ビーム制
御のための進行波管やフィルタなどに用いられており、
多くの研究論文や参考書が出版されている。
【００５６】しかしながら、上述の様に、表面波線路を
無電極放電エネルギー供給装置として用いて、平面状も
しくは線状に比較的均一な無電極放電を実現できる本発
明の構成は、従来の表面波線路の用いられ方とは全く異
なるものである。
無電極放電エネルギー供給装置として用いて、平面状も
しくは線状に比較的均一な無電極放電を実現できる本発
明の構成は、従来の表面波線路の用いられ方とは全く異
なるものである。
【００５７】尚、所望の周波数帯に適した表面波線路の
設計を行うために、前述の表面波に関する先行研究の書
籍などを参考にするのは有用なことである。
設計を行うために、前述の表面波に関する先行研究の書
籍などを参考にするのは有用なことである。
【００５８】なお、以上述べてきた実施の形態において
は、表面波線路を用いた無電極放電エネルギー供給装置
を無電極放電ランプ装置に用いる例のみを述べてきた
が、本発明の無電極放電エネルギー供給装置の応用先
は、無電極放電ランプ装置のみに限られるものではな
い。例えば、半導体のプラズマプロセス装置のような広
範囲に均一なプラズマが要求される用途や、プラズマレ
ーザーのような線状に長い均一なプラズマが要求される
用途においても本発明は有用なものである。
は、表面波線路を用いた無電極放電エネルギー供給装置
を無電極放電ランプ装置に用いる例のみを述べてきた
が、本発明の無電極放電エネルギー供給装置の応用先
は、無電極放電ランプ装置のみに限られるものではな
い。例えば、半導体のプラズマプロセス装置のような広
範囲に均一なプラズマが要求される用途や、プラズマレ
ーザーのような線状に長い均一なプラズマが要求される
用途においても本発明は有用なものである。
【００５９】
【発明の効果】以上述べたところから明らかなように本
発明は、印加する高周波の波長に比べて広い放電領域に
おいて、より均一な放電を起こすことが出来るという長
所を有する。
発明は、印加する高周波の波長に比べて広い放電領域に
おいて、より均一な放電を起こすことが出来るという長
所を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態に関わる平板ひだ型
表面波線路を用いた無電極放電エネルギー供給装置を示
す斜視図
表面波線路を用いた無電極放電エネルギー供給装置を示
す斜視図
【図２】本発明の第一の実施の形態に関わる平板ひだ型
表面波線路を用いた無電極放電ランプ装置の横断面図
表面波線路を用いた無電極放電ランプ装置の横断面図
【図３】本発明の第一の実施の形態に関わる平板ひだ型
表面波線路を用いた無電極放電エネルギー供給装置の横
断面図
表面波線路を用いた無電極放電エネルギー供給装置の横
断面図
【図４】本発明の第一の実施の形態に関わる平板ひだ型
表面波線路を用いた無電極放電エネルギー供給装置を示
す斜視図
表面波線路を用いた無電極放電エネルギー供給装置を示
す斜視図
【図５】本発明の第一の実施の形態に関わるスタブ型表
面波線路を用いた無電極放電エネルギー供給装置を示す
斜視図
面波線路を用いた無電極放電エネルギー供給装置を示す
斜視図
【図６】本発明の第一の実施の形態に関わるインターデ
ィジタル型表面波線路を示す斜視図
ィジタル型表面波線路を示す斜視図
【図７】本発明の第一の実施の形態に関わる平板らせん
型表面波線路を示す斜視図
型表面波線路を示す斜視図
【図８】本発明の第二の実施の形態に関わるインターデ
ィジタル型表面波線路を示す斜視図
ィジタル型表面波線路を示す斜視図
【図９】本発明の第二の実施の形態に関わるインターデ
ィジタル型表面波線路上に無電極放電管を設けた場合の
斜視図
ィジタル型表面波線路上に無電極放電管を設けた場合の
斜視図
【図１０】本発明の第二の実施の形態に関わる平板らせ
ん型表面波線路を示す斜視図
ん型表面波線路を示す斜視図
【図１１】本発明の第三の実施の形態に関わる半円筒ひ
だ型表面波線路を用いた無電極放電エネルギー供給装置
を示す斜視図
だ型表面波線路を用いた無電極放電エネルギー供給装置
を示す斜視図
【図１２】本発明の第三の実施の形態に関わる半円筒ひ
だ型表面波線路を用いた無電極放電エネルギー供給装置
の断面図
だ型表面波線路を用いた無電極放電エネルギー供給装置
の断面図
【図１３】本発明の第三の実施の形態に関わる円筒らせ
ん型表面波線路を用いた無電極放電エネルギー供給装置
を示す斜視図
ん型表面波線路を用いた無電極放電エネルギー供給装置
を示す斜視図
【図１４】従来の空洞共振器を用いた無電極放電エネル
ギー供給装置を示す斜視図
ギー供給装置を示す斜視図
１１、２１ 平板ひだ型表面波線路 １２、２２、４２、１０２、１１２、１３１ 無電極放
電管 ５１ スタブ型表面波線路 ６１、８１ インターディジタル型表面波線路 ７２、９１ 平板らせん型表面波線路 ８３、９３ 誘電体基板 １０１、１１１ 半円筒ひだ型表面波線路 １２１ 円筒らせん型表面波線路
電管 ５１ スタブ型表面波線路 ６１、８１ インターディジタル型表面波線路 ７２、９１ 平板らせん型表面波線路 ８３、９３ 誘電体基板 １０１、１１１ 半円筒ひだ型表面波線路 １２１ 円筒らせん型表面波線路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−58565（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01J 65/04 H01P 1/203 - 1/205 H01P 7/08 H05B 41/24 F21S 1/00
Claims (12)
- 【請求項１】 所定の周期的構造を有した、高周波によ
り表面波を励起する励起手段を備え、前記励起された表
面波により、無電極放電に必要なエネルギーを供給する
無電極放電エネルギー供給装置において、 前記励起手段は、導電性を有しており、実質上平板状形
状の表面波線路であり、前記エネルギーとして供給され
る表面波は、前記表面波線路の近傍に発生する表面波で
あることを特徴とする無電極放電エネルギー供給装置。 - 【請求項２】 前記表面波線路は、導電性材料からなる
平板上に、導電性材料からなるひだが、実質上垂直に且
つ所定の間隔をおいて周期的に設けられた平板ひだ型表
面波線路であることを特徴とする請求項１記載の無電極
放電エネルギー供給装置。 - 【請求項３】 前記表面波線路は、導電性材料からなる
平板上に、導電性材料からなる棒状部材が、実質上垂直
に且つ所定の間隔をおいて周期的に設けられたスタブ型
表面波線路であることを特徴とする請求項１記載の無電
極放電エネルギー供給装置。 - 【請求項４】 所定の周期的構造を有した、高周波によ
り表面波を励起する励起手段を備え、前記励起された表
面波により、無電極放電に必要なエネルギーを供給する
無電極放電エネルギー供給装置において、 前記励起手段は、（１）誘電性材料を用いた平板状基板
と、（２）前記基板上に導電性材料を用いて形成された
表面波線路とを備え、 前記エネルギーとして供給される表面波は、前記表面波
線路の近傍に発生する表面波であることを特徴とする無
電極放電エネルギー供給装置。 - 【請求項５】 前記基板の前記表面波線路が形成された
面と反対側の面は、導電性材料で覆われていることを特
徴とする請求項４に記載の無電極放電エネルギー供給装
置。 - 【請求項６】 前記表面波線路は、少なくとも２つの櫛
状の導電性の平板が互いに交叉する形に設けられるイン
ターディジタル型表面波線路であることを特徴とする請
求項１または請求項４に記載の無電極放電エネルギー供
給装置。 - 【請求項７】 前記表面波線路は、帯状の導電性の平板
がジグザグ形状に連なった平板らせん型表面波線路であ
ることを特徴とする請求項１または請求項４に記載の無
電極放電エネルギー供給装置。 - 【請求項８】 所定の周期的構造を有した、高周波によ
り表面波を励起する励起手段を備え、前記励起された表
面波により、無電極放電に必要なエネルギーを供給する
無電極放電エネルギー供給装置において、 前記励起手段は、導電性の線状部材がらせん状に連なっ
た円筒らせん型表面波線路であることを特徴とする無電
極放電エネルギー供給装置。 - 【請求項９】 前記無電極放電を閉じ込めるために用い
る無電極放電管の長手方向が、前記円筒状形状の表面波
線路の軸方向と実質上平行であることを特徴とする請求
項８に記載の無電極放電エネルギー供給装置。 - 【請求項１０】 前記表面波線路の少なくとも一部が、
光透過性部材により覆われていることを特徴とする請求
項８または請求項９に記載の無電極放電エネルギー供給
装置。 - 【請求項１１】 高周波エネルギーを発生する高周波発
振手段と、 前記発生された高周波エネルギーを伝播させる高周波伝
播手段と、 請求項１から請求項１０のいずれかに記載の無電極放電
エネルギー供給装置と、 前記伝播されてきた高周波エネルギーを前記無電極放電
エネルギー供給装置に結合させる高周波結合手段と、 前記無電極放電エネルギー供給装置により発生された表
面波により放電する無電極放電ランプと、を備えたこと
を特徴とする無電極放電ランプ装置。 - 【請求項１２】 前記無電極放電エネルギー供給装置か
ら高周波エネルギーが漏洩するのを防止するための、導
電性の高周波漏洩防止手段を有し、 前記高周波漏洩防止手段は、少なくとも前記無電極放電
エネルギー供給装置と前記無電極放電ランプとを内包
し、かつ前記高周波漏洩防止手段の少なくとも一部は、
光透過性部材から構成されていることを特徴とする請求
項１１に記載の無電極放電ランプ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6234799A JP3202970B2 (ja) | 1998-03-16 | 1999-03-09 | 無電極放電エネルギー供給装置、および無電極放電ランプ装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10-65012 | 1998-03-16 | ||
| JP6501298 | 1998-03-16 | ||
| JP6234799A JP3202970B2 (ja) | 1998-03-16 | 1999-03-09 | 無電極放電エネルギー供給装置、および無電極放電ランプ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11329369A JPH11329369A (ja) | 1999-11-30 |
| JP3202970B2 true JP3202970B2 (ja) | 2001-08-27 |
Family
ID=26403408
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6234799A Expired - Fee Related JP3202970B2 (ja) | 1998-03-16 | 1999-03-09 | 無電極放電エネルギー供給装置、および無電極放電ランプ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3202970B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7285413B2 (ja) * | 2019-03-29 | 2023-06-02 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 高周波加熱装置 |
-
1999
- 1999-03-09 JP JP6234799A patent/JP3202970B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11329369A (ja) | 1999-11-30 |
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Legal Events
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