JP3217001B2 - 無電極放電ランプ - Google Patents

無電極放電ランプ

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JP3217001B2 JP30507296A JP30507296A JP3217001B2 JP 3217001 B2 JP3217001 B2 JP 3217001B2 JP 30507296 A JP30507296 A JP 30507296A JP 30507296 A JP30507296 A JP 30507296A JP 3217001 B2 JP3217001 B2 JP 3217001B2
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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、球管内に高周波電
磁界の集群によりプラズマを形成し、そのプラズマの発
生する光線を球管から所定の光軸に沿って出射し、その
際プラズマ領域で狭めた球管部分を出射軸に沿った貫通
穴として設置する無電極低圧放電ランプに関する。
【０００２】
【従来の技術】ドイツ特許公開公報第４１２０７３０号
によれば、球管内で高周波電磁界の集群によりプラズマ
を形成し、プラズマの発生する光線を球管から出射する
無電極低圧放電ランプが知られている。この放電ランプ
は、プラズマ領域に、耐熱性材料から構成されプラズマ
領域のピンチングのための開口を有する絞り体が設置さ
れている。この絞り体は、その開口を通る光学軸を有
し、それに沿って光線が出射する。高周波電磁界でのプ
ラズマピンチングのとき、十分大きい光線強度及び光線
密度となるため、材料は大きい壁面応力に耐えなければ
ならず、従って、材料は、１５００Ｋ以上の温度で分
解、溶解、汚染物質を放出したり、ランプの点灯及び消
灯時の熱衝撃のため破裂してはならない。
【０００３】ドイツ特許公開公報第４１２０７３０号で
は、絞り体の材料として窒化ホウ素が好ましくも使用さ
れている。
【０００４】プラズマをピンチングする絞り体領域から
の熱放出は、その周囲の球管にとって問題となり、光源
の小型化傾向の中で周知の放電ランプは、その構造のた
め比較的高価となる。
【０００５】さらに英国特許明細書第１００３８７３号
によれば、無電極高周波放電スペクトルランプが知られ
る。これは透光性材料から成り中空形状に密封された球
管を有し、その際球管は毛管貫通により互いに接続する
二つの部分に分けられ、また球管内にある金属蒸気中で
放電を励起するための電磁的配置を有する。放電のため
の電磁エネルギの集群は球管周囲のコイル配置により維
持され、その際本来の点火は外部電極により行われる。
【０００６】英国特許明細書では顕著な点火が問題にな
るため、点火を導く付加的電極は球管の外側領域に設置
されなければならず、その場合好ましい光軸に沿った一
定方向の放射は考えられない。
【０００７】それは比較的高価な構造であり、とりわけ
小型化傾向の中で望まれる小型の構造形態で障害にな
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、低圧
放電ランプ、とりわけできるだけ大きい光線密度の連続
スペクトルを有する低圧ガス放電ランプをより大きい光
線強度で実現することであり、さらに小さい幾何形状寸
法でも簡単な機械的構造を達成し、場合により光源とし
て分光光度計及びＨＰＬＣ検出器に使用することであ
り、とりわけ高い光線安定性を有する２００〜３５０ｎ
ｍの波長λのスペクトル領域を達成することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この課題は、本発明によ
り請求項１の特徴により解決される。
【００１０】とりわけガス放電ランプでは、放射する光
線の連続性における大きなスペクトル帯域、及び使用す
る電極材料によるランプ雰囲気の不利がないことが有利
であり、さらに簡単な幾何形状の構造がきわめて小さい
構造寸法を可能にするので、場合により光源を基板に設
置することが可能になる。
【００１１】その他の有利な実施形態は、請求項２乃至
請求項１２に記載される。
【００１２】付加的光源の補助により光学軸に沿って導
かれる光線をスペクトル的に補完できるので、放電ラン
プに光学軸に沿った二つの対面する光線出射窓を設置す
ることは特に有利である。このようにして例えば、本発
明の放電ランプにより発生する紫外光線の可視または赤
外スペクトルの付加的部分を重ねることが可能である。
【００１３】
【発明の実施の形態】 実施の形態１．本発明の実施の形態を図１乃至図５を参
照して以下に詳細に説明する。
【００１４】図１でランプ１は、円筒対称の絞り体２を
有し、その内部空間が絞り３により二つの部分空間４と
５に分けられる。二つの部分空間は、シリンダ軸６に沿
って伸びる絞り開口７を介して互いに接続される。二つ
の部分空間４と５は、それぞれ絞り体２の前面８と９で
密封され、その際前面８は絞り体の材料から成るカバー
１０により密封され、前面９は発生した光線のための透
光性材料から成る出射窓１１を有し、それを通って光線
が軸６に沿って出射する。二つの前面８と９はそれぞれ
外側に設置した電極１３、１４を有し、それらによりラ
ンプ１の内部へのエネルギの容量性集群により励起を行
い、部分空間４、５及び絞り開口７の領域でプラズマを
発生させ、プラズマ強度向上のため絞り開口７にピンチ
ングする。平面に形成した円環状の電極１４は軸６に沿
って、出射窓１１の一つに隣接して設置される光線出射
開口１５を有する。
【００１５】好ましい実施形態では、絞り体の材料とし
て酸化アルミニウムを使用し、光線出射窓１１は石英ガ
ラスから成る。窓１１と絞り体２との間の接続はガラス
封じにより行い、その際熱処理による気密な密封を行
う。しかし出射窓１１と絞り体間の気密に密封した接続
を遷移ガラスの融解により行うことも可能である。絞り
は直径０．１〜６ｍｍの穴ないし絞り開口７を有し、長
さ０．０１〜９０ｍｍである。ランプ１の放電容器は、
ジューテリウムを１〜１００ｍｂａｒの冷間充填圧で充
填する。電極、放電容器及び絞りから成る全体システム
の外径は、５〜８０ｍｍの領域にある。
【００１６】別の実施形態では、絞り体の材料として酸
化アルミニウムを使用する。石英ガラスのほか、ガラス
またはサファイアを出射窓の材料として使用することも
可能である。ランプ内部で絞り３が部分空間４と５から
成る内部空間で最大の容積を占める。ランプ１の内部で
絞り体２の後側部分及び絞り３のいずれもミラー化して
反射板として使用でき、その際例えば反射セラミックに
よる表面の被覆、または表面の金属層ないし金属メッキ
により、それが可能である。
【００１７】さらに出射方向に光線軸６に沿って、例え
ば中空円錐ないし中空円錐台の形状、または放物面体な
いし双曲面体の形状といった軸対称の反射板の幾何形状
の反射表面により絞り体を形成することが可能である。
【００１８】さらに絞り体の材料として窒化ホウ素、酸
化トリウム、酸化ベリリウムまたは多結晶ダイヤモンド
を使用することが可能であり、その際これら材料は、壁
面の大きな熱応力に耐え、１５００Ｋ以上の温度で支障
ないし変形なく耐える。
【００１９】実施の形態２．図２は、円筒対称の絞り体
２’を有するランプ１を示し、図１の絞り体と異なりそ
の二つの前面８と９に光学軸６に沿ってそれぞれ一つの
開口を有し、その際絞り開口７を通る円筒軸６に沿って
二つの前面８と９は、それぞれ光線出射窓１１と１２に
より気密に密封される。光線出射窓にはそれぞれ電極１
３、１４があり、それらは光軸６に沿って光線出射のた
めの開口１５、１６を有する。すでに図１により述べた
ように、ここでも部分空間４と５は反射する内表面を有
し、その上二つの部分空間４と５に、例えば中空円錐な
いし中空円錐台の形状、または放物面内表面の反射板形
状を与えることも可能である。
【００２０】図２に示す配置により光軸６に沿って幾つ
かのランプを設置でき、その際個々のランプから出射す
る光線が重なることにより光線強度の向上を達成でき特
に有利である。
【００２１】図３では、電気的制御のためブロック回路
図に示した回路配置が示される。符号１によりシンボル
的に示したランプはその前面８、９にそれぞれ一つの電
極１３、１４を有し、それらが制御回路１７と方向性結
合器１８を介して高周波発生器１９により、すなわち電
極１３、１４により容量的に励起される。高周波発生器
１９は、１０〜１００ワットの領域の出力を得るためで
あり、その際上側の周波数限界が約２．４５ＧＨｚ、下
側限界が０．０１ＭＨｚである。方向性結合器１８は、
制御回路１７を最適化するため測定信号を脱結合するた
めだけに使用される。
【００２２】実際業務では高周波発生器１９は０．０１
〜２４５０ＭＨｚの周波数領域で運転され、その際測定
実施のため制御回路１７と高周波発生器１９間にある方
向性結合器１８をベクトル電圧計２０と接続する。
【００２３】実際業務ではランプの運転は、周波数領域
５００〜２４５０ＭＨｚが有利であり、その際ランプの
リアクタンスが例えば通常の特性インピーダンス５０Ω
を有する導線のインピーダンスに近づくので、わずかな
損失しか発生しない。しかし原理的に、ランプの制御の
ため任意の周波数を使用でき、その際例えば１００ＫＨ
ｚ〜５００ＭＨｚの領域の低い周波数で高周波発生器の
出力インピーダンスの直接整合可能であるため、ここで
もわずかな損失しか発生しない。
【００２４】図４は、曲線Ａによりジュートリウムラン
プとした本発明の光線配置を使用する際の波長λ上の分
光エネルギ分布を示す。光軸６に沿った約５〜８°の半
値幅により空間的な放射特性は、本発明により３６°以
上の半値幅を用いる従来のジューテリウムランプよりず
っと強力に調整される。連続の領域は約２２０ｎｍで最
大となり、放射は約１８０ｎｍ〜約３６０ｎｍの領域で
線を消失する。
【００２５】図５では、モリブデンまたはヴォルフラム
など耐熱金属から成る絞り体２’を有する放電ランプを
使用することも可能であり、この場合電極１３、１４に
対する短絡を回避するため導電性絞り体を電気的に絶縁
し、その際第一電極１３の電気絶縁を酸化アルミニウム
または窒化アルミニウムなど耐熱性セラミック材料から
成る環状絶縁体２２により行い、第二電極１４を出射窓
１１の絞り体に対する電気絶縁材料により絶縁する。出
射窓と絶縁体の固定と密封は、例えばガラス封じにより
行う。このランプもドイツ特許公開公報第４１２０７３
０号により１〜１００ｍｂａｒ好ましくは９ｍｂａｒの
冷間充填圧によりジューテリウムを使用できる。絞り体
２にある開口は、０．０１〜９０ｍｍの領域の長さを有
し、その際穴として形成する絞り開口７は０．１〜６ｍ
ｍ領域の直径を有する。実際業務では、絞り体２内の回
転磁界の予測にかかわりなく過度の温度上昇のないこと
を確認する必要がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１を示すガス放電ランプの縦
方向断面の概略図である。
【図２】図１に示すランプが両側光線出射を有する実施
形態２を示す図である。
【図３】容量励起したガス放電ランプの配置をブロック
回路図による電気的回路配置とともに示す概略図であ
る。
【図４】ジューテリウムを充填した本発明の放電ランプ
のスペクトルを示す図である。
【図５】金属放電体を有する放電ランプの縦方向断面を
示す図である。
【符号の説明】
１ ランプ ２、２’ 絞り体 ３ 絞り ４、５ 部分空間 ６ 円筒軸 ７ 絞り開口 ８、９ 前面 １０ カバー １１、１２ 出射窓 １３、１４ 電極 １５、１６ 開口 １７ 制御回路 １８ 方向性結合器 １９ 高周波発生器 ２０ ベクトル電圧計 ２２ 絶縁体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フランツ・シリング ドイツ連邦共和国、63477 マインター ル、アム・フェルゼンケラー 28 (72)発明者 アンケ・シュナプル ドイツ連邦共和国、63546 ハマースバ ッハ、ケプラーヴェーク 89 (72)発明者 ベアテ・ヘルター ドイツ連邦共和国、70563 シュツット ガルト、オテロストラーセ 20 (56)参考文献 特開 平５−314955（ＪＰ，Ａ) 英国特許出願公開1003873（ＧＢ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01J 65/00 - 65/04

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 高周波電磁界の集群によりプラズマを球
    管に形成しプラズマの発生する光線を球管から所定の光
    軸に沿って出射し、その際プラズマの領域に狭めた球管
    部分を出射軸に沿った貫通穴として設置する無電極低圧
    放電ランプであって、球管が円筒対称の絞り体（２、
    ２’）を有し、これが光軸（６）に沿って別の構成部品
    として設置する少なくとも一つの透光性出射窓（１１、
    １２）をガス気密に密封し、 電磁界の容量性集群のため前記絞り体（２、２’）が前
    記光軸（６）に沿ってそれぞれ各端部に平面状電極（１
    ３、１４）を有し、その際少なくとも一つの電極（１
    ４）が光線出射光の軸（６）内に出射窓（１１）に隣接
    して設置する開口を有する ことを特徴とする無電極放電
    ランプ。
  2. 【請求項２】 絞り体（２、２’）が出射開口を有する
    前面を有し、その際出射開口の反対側の前面が少なくと
    もその内側に、発生した光線を反射する表面を有するこ
    とを特徴とする請求項１に記載の無電極放電ランプ。
  3. 【請求項３】 絞り体（２、２’）が二つの前面（８、
    ９）を貫通する穴を光学軸（６）に沿ってそれぞれ電極
    （１３、１４）の一つを通る開口（１５、１６）を有
    し、その際開口（１５、１６）それぞれを各一つの光線
    出射窓（１１、１２）に隣接して設置することを特徴と
    する請求項１に記載の無電極放電ランプ。
  4. 【請求項４】 光軸（６）を付加的光源の光軸に沿って
    設置し、その際絞り開口（７）により付加的光源の光線
    も導くことを特徴とする請求項３に記載の無電極放電ラ
    ンプ。
  5. 【請求項５】 絞り開口（７）を円形状に形成し、その
    際その直径が０．１〜６ｍｍの領域にあることを特徴と
    する請求項１から請求項４までのいずれかに記載の無電
    極放電ランプ。
  6. 【請求項６】 絞り体（７）が酸化アルミニウム、窒化
    アルミニウム、窒化ホウ素から成ることを特徴とする請
    求項１から請求項５までのいずれかに記載の無電極放電
    ランプ。
  7. 【請求項７】 絞り体（７）が酸化トリウム、酸化ベリ
    リウムまたは多結晶ダイヤモンドから成ることを特徴と
    する請求項１から請求項５までのいずれかに記載の無電
    極放電ランプ。
  8. 【請求項８】 光線出射窓（１１、１２）が石英ガラ
    ス、紫外線透過ガラスまたはサファイアから成ることを
    特徴とする請求項１から請求項７までのいずれかに記載
    の無電極放電ランプ。
  9. 【請求項９】 絞り体（２’）が耐熱性金属から成り、
    その際電極（１３、１４）と絞り体（２’）間にそれぞ
    れ一つの電気絶縁した構成要素を出射窓（１１、１２）
    または絶縁体（２２）として設置することを特徴とする
    請求項１から請求項５までのいずれかに記載の無電極放
    電ランプ。
  10. 【請求項１０】 充填ガスとしてジューテリウムを１〜
    １００ｍｂａｒの冷間充填圧により使用することを特徴
    とする請求項１から請求項９までのいずれかに記載の無
    電極放電ランプ。
  11. 【請求項１１】 電極（１３、１４）を０．０１〜２４
    ５０ＭＨｚ領域の励起周波数を発生する高周波発生器
    （１９）に接続することを特徴とする請求項１から請求
    項１０までのいずれかに記載の無電極放電ランプ。
JP30507296A 1995-12-20 1996-11-15 無電極放電ランプ Expired - Lifetime JP3217001B2 (ja)

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JPH09190803A JPH09190803A (ja) 1997-07-22
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