JP4295888B2

JP4295888B2 - ガス放電管及び光源装置

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Publication number: JP4295888B2
Application number: JP2000067443A
Authority: JP
Inventors: 智之池戸; 耕造足立; 孝浩松浦; 克夫中村
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2000-03-10
Filing date: 2000-03-10
Publication date: 2009-07-15
Anticipated expiration: 2020-03-10
Also published as: JP2001256922A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に、分光器やクロマトグラフィなどの光源として利用するためのガス放電管及び光源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このような分野の技術として、ＷＯ９９／３４４０４，ＷＯ９９／３４４０５，ＷＯ９９／３４４０６，ＷＯ９９／３４４０８，特開平８−７７９７９号，特開平８−７７９６５号，特開平８−２３６０８１号，特開平８−７７９６９号，特開平８−２２２１８６号，特開平８−２２２１８５号，特開平７−３２６３２４号，実公昭５５−８１９９号公報がある。これら公報に記載されたガス放電管は、密封容器内に所定のガス（例えば重水素ガス）を封入させ、ステムにはステムピンが固定され、ステムピンの上端にフィラメント（陰極）及び板状の陽極を固定させている。従って、ステムピンを介して電圧を供給し、陰極と陽極との間で放電を発生させることにより、密封容器から外部に向けて所定の光（重水素ガスの場合は紫外線）を放出させ得る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前述したガス放電管は、強い光を密封容器から出射させることができ、単一光源としては優れている。しかしながら、ガス放電管の前方に配置させた検査対象物に、別の波長の光を当てようとした場合、ガス放電管を別の光源に取り替える必要があり、光源の交換作業を余儀なくされ、それと同時に再度の光軸合わせを必要とするので、不利不便であった。また、実公昭５５−８１９９号公報には、重水素ランプ中に白熱ランプを封入した複合ランプが開示されているが、製造が困難であると同時に、一方のランプのみの取り替えはできない。
【０００４】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、特に、汎用性が高く、利用価値の高いガス放電管及び光源装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、密封容器内にガスを封入し、密封容器内に配置した陽極部と陰極部との間で放電を発生させることにより、密封容器の光出射窓から外部に向けて所定の光を放出させるガス放電管において、
陽極部と陰極部との間で光出射窓に対向して配置させた収束開口を有する収束電極部と、
収束開口に対向して配置させた陽極開口を有する陽極部と、
密封容器の底部でステムの一部として設けられ、陽極開口に対向して配置させた光透過部を有するベース部とを備え、
密封容器には、光透過部に対向して配置されたランプ差込み口を有する光源収容部が取り付けられていることを特徴とする。
【０００６】
このガス放電管においては、密封容器の光出射窓と、収束電極部の収束開口と、陽極部の陽極開口と、ステムの光透過部とを一列に整列させることができる。これは、ステムに光透過部を形成し、かつ陽極部に陽極開口を形成させたことによる。従って、陽極部と陰極部との間の放電によって発生させた光を、密封容器の光出射窓から外部に向けて放出させることができるばかりか、所定の波長光を、ガス放電管の外方から光透過部に入射させた場合でも、この光を光出射窓から放出させることができる。このように、本発明のガス放電管は、汎用性が高く、利用価値も高められ、コンパクト化の実現に大きく寄与するものである。
【０００７】
さらに、密封容器には、光透過部に対向して配置されたランプ差込み口を有する光源収容部が取り付けられている。これは、光透過部を光入射窓として利用する場合に適しており、ランプ交換を可能にするタイプとして利用される。
【０００８】
また、ベース部に設けられた光透過部は、周囲の肉厚より薄い薄肉部分によって形成させると好適である。このような構成は、ベース部を透明な材質（例えば、ガラスやプラスチック等）で形成する場合、光透過部での光の透過率を向上させるに適した形状といえる。
【０００９】
また、ベース部に設けられた光透過部は、レンズ部によって形成させると好適である。このような構成は、光透過部で集光率を向上させる際に適した形状といえる。
【００１０】
また、ベース部は、光透過部の周囲に光不透過部分を有すると好適である。このような構成は、ベース部において光透過部以外での光の透過を防止するものである。この場合、光不透過部分に鋼材を利用すると、成形が容易でベース部の形状設計に自由度が増すことになり、また、光不透過部にセラミックを利用すると、ベース部の電気絶縁性が高められることになる。
【００１１】
また、ベース部に複数のステムピンを環状に配列させ、この環状内に光透過部を配置させると好適である。このような構成を採用した場合、各ステムピンに邪魔されることなく、光透過部を、光入射窓又は光出射窓として適切な位置（例えば、ベース部の中央）に配置させることができる。
【００１２】
本発明に係る光源装置は、密封容器内にガスを封入し、密封容器内に配置した陽極部と陰極部との間で放電を発生させることにより、密封容器の光出射窓から外部に所定の光を放出させるガス放電管を有する光源装置において、ガス放電管に設けられると共に、陽極部と陰極部との間で光出射窓に対向して配置させた収束開口を有する収束電極部と、ガス放電管に設けられると共に、収束開口に対向して配置させた陽極開口を有する陽極部と、ガス放電管に設けられると共に、密封容器の底部でステムの一部として設けられ、陽極開口に対向して配置させた光透過部を有するベース部と、ガス放電管の光透過部に対向して、ベース部の外方に配置させた外部光源部とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
この光源装置に適用させるガス放電管においては、密封容器の光出射窓と、収束電極部の収束開口と、陽極部の陽極開口と、ステムの光透過部とを一列に整列させることができる。これは、ステムに光透過部を形成し、かつ陽極部に陽極開口を形成させたことによる。従って、陽極部と陰極部との間の放電によって発生させる光を、密封容器の光出射窓から放出させることができるばかりか、外部光源部から発生させる所定の波長光を、ガス放電管の外方から光透過部に入射させることができ、外部光をも光出射窓から放出させることができる。しかも、この光源装置においては、放電管自体の内部の光と、外部光源部からの入射光と、放電による光と外部光源部からの光との混合光とからなる三種類の光を、光出射窓から適宜放出させることができる。このように、本発明の光源装置は、極めて汎用性が高く、利用価値も高く、装置自体のコンパクト化の実現に大きく寄与するものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明によるガス放電管及び光源装置の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１５】
図１及び図２に示すように、ガス放電管１はヘッドオン型の重水素ランプであり、この放電管１は、重水素ガスが数百Ｐａ程度封入された密封容器２を有し、この密封容器２内には発光部組立体３が収容されている。この発光部組立体３は、ステム４のベース部２０上に配置させるセラミックス製の陽極支持板５を有し、この陽極支持板５上に陽極板（陽極部）６を配置させることで、ベース部２０に対して陽極板６を離間配置させる。この陽極板６は、ベース部２０及び陽極支持板５を貫通するように固定させたステムピン１０ａの上端に溶接固定され、ステムピン１０ａによる給電化が図られる。
【００１６】
また、陽極支持板５上にはセラミックス製のスペーサ７が配置され、このスペーサ７上には収束電極板（収束電極部）８が配置され、この収束電極板８は、ベース部２０、陽極支持板５及びスペーサ７を貫通するように固定させたステムピン１０ｃの上端に溶接固定され、ステムピン１０ｃによる給電化が図られる。更に、この収束電極板８に設けられた収束開口８ａは、スペーサ７の開口７ａに臨むようにして配置されると共に、陽極板６の陽極開口６ａに対峙させる。従って、収束開口８ａと陽極開口６ａとによって光路が形成されることになる。
【００１７】
さらに、収束開口８ａの側方には、スペーサ７の上方に位置する陰極部９が設けられ、この陰極部９の両端は、ベース部２０、陽極支持板５及びスペーサ７を貫通するように固定させた２本のステムピン１０ｂの上端にそれぞれ溶接固定され、陰極部９で熱電子を発生させる。具体的にこの陰極部９は、ベース部２０に対して平行に延在するコイル部からなる。また、陰極部９と収束開口８ａとの間には、光路から外れた位置に放電整流板１１が設けられている。この放電整流板１１には、熱電子を通過させるための矩形開口の電子放出窓１１ａが設けられ、放電整流板１１は収束電極板８の上面に溶接固定されている。また、放電整流板１１には、陰極部９の上方及び側方を囲むようなカバー板１２が一体に形成されている。このカバー板１２は、陰極部９から出るスパッタ物あるいは蒸発物を光出射窓１４ａに付着させないための板である。
【００１８】
このような構成の発光部組立体３は密封容器２内に設けられるが、この密封容器２内を数百Ｐａの重水素ガスで満たす必要性から、密封容器２のガラス製の側管１４には排気管１３が一体形成されている。この排気管１３は、組立最終工程において、密封容器２内の空気を一旦抜き、所定圧の重水素ガスを適切に充填させた後に融着によって封止されるものである。
【００１９】
更に、密封容器２は、石英ガラス又は紫外線透過ガラスからなる側管１４を有し、この側管１４は、一側（ベース部２０側）が開放された円筒状に形成され、その頂部は円形の光出射窓１４ａとして利用される。また、ステム４のベース部２０は、ガラスによって円板状に形成され、ステム４の周縁部には、金属製（例えばコバール金属製）の第１接合部１５が設けられている。そして、この第１接合部１５は、ベース部２０の外周部と融着あるいは接着により固定させている。これに対して、側管１４の開放端側には、金属製（例えばコバール金属製）の第２接合部１６が設けられている。
【００２０】
そこで、ベース部２０上に発光部組立体３を固定させた状態で、発光部組立体３を側管１４内に挿入させながら、第１接合部１５と第２接合部１６とを密着させ、その状態を維持しつつ、その合わせ部分に、電気溶接やレーザ溶接等の溶接作業を施し、密封容器２の気密シールを行う。そして、その溶接作業後、排気管１３から密封容器２内の空気を抜いた後、密封容器２内に数百Ｐａ程度の重水素ガスを充填させ、その後、排気管１３を封止して組立て作業を完了させる。
【００２１】
ここで、前述したように、密封容器２の光出射窓１４ａと、収束電極板８の収束開口８ａと、陽極板６の陽極開口６ａとは、互いに対向するように一列に整列している。更に、このガス放電管１では、陽極開口６ａに対向させるようにして、ベース部２０に光透過部２１を設けている。具体的に、このベース部２０は、耐熱性のガラスやプラスチックの一体成形により円板状に形成させたものである。そして、光透過部２１は、ベース部２０の中央に配置した薄肉部分により円形状に形成され、光透過部２１の周囲には、ステムピン１０を固定するために所定の肉厚に形成させた台座部２２が設けられている。従って、ベース部２０のこのような構成は、光透過部２１において光の透過率を向上させるのに適した形状といえる。
【００２２】
このように、光出射窓１４ａと収束開口８ａと陽極開口６ａと光透過部２１とを一列に整列させることで、汎用性の高いガス放電管１が達成される。例えば、ベース部２０を、側管１４と同じ紫外線透過ガラスによって成形し、光透過部２１を第２の光出射窓として利用する場合、陽極板６と陰極部９との協働によって発生する紫外線は、密封容器２の光出射窓１４ａから放出させると同時に、光透過部２１からも放出させることになる。従って、光を二方向に出射させることを可能にする。
【００２３】
また、光出射窓１４ａから二種類の光を放出させる場合、ベース部２０をコバールガラスで形成し、外部から所定の波長光を光透過部２１内に入射させるようにする。例えば、外部の光源としてハロゲンランプを利用し、可視光又は赤外光を光透過部２１に入射させる場合について説明すると、ガス放電管１を点灯させない場合には、光出射窓１４ａから可視光又は赤外光が放出され、ガス放電管１を点灯させた場合には、陽極板６と陰極部９との協働によって発生する紫外線と、ハロゲンランプによって発生する可視光又は赤外光との混合光が放出され、波長帯域の広い光が光出射窓１４ａから放出されることになる。また、ハロゲンランプを点灯させない場合には、当然のこととして紫外線のみが光出射窓１４ａから放出されることになる。
【００２４】
このように、ガス放電管１自体の光と、外部光源からの入射光と、ガス放電管１自体の光と外部光源からの光との混合光とからなる三種類の光を、光出射窓１４ａから適宜放出させることができる。従って、前述したガス放電管１は、極めて汎用性が高く、利用価値も高く、分析装置等の構造のコンパクト化の実現に大きく寄与するものである。
【００２５】
なお、ガス放電管１の動作について、簡単に説明すると、先ず、２０秒程度、外部電源から陰極部９に１０Ｗ程度の電力を供給し、陰極部９を予熱する。その後、陰極部９と陽極板６との間に１５０Ｖ程度の直流開放電圧を印加して、アーク放電の準備を整える。その準備が整った状態で、陰極部９と陽極板６との間に３５０Ｖ〜５００Ｖ程度のトリガ電圧を印加する。このとき、陰極部９から放出された熱電子は、放電整流板１１で整流させられながら、収束電極板８の収束開口８ａで収斂し、陽極板６に至る。そして、収束開口８ａの前方にアーク放電が発生し、このアーク放電によるアークボールから取り出される紫外線は、側管１４の光出射窓１４ａを透過して外部に放出される。
【００２６】
本発明のガス放電管１は、前述した実施形態に限定されるものではない。図３に示すように、ベース部３０において、薄肉部分を形成する光透過部３１を台座部３２と異なる材質で形成してもよい。例えば、光透過部３１を紫外線透過ガラスで形成し、台座部３２をコバールガラスで形成し、互いに融着させる。勿論、光透過部３１をコバールガラスとしても良い。また、台座部３２を電気絶縁性の高いセラミックスで形成し、ガラス製の光透過部３１を接着材によって台座部３２に固定させるようにしてもよい。この場合、台座部３２には、不透明な着色ガラスやセラミックスが利用され、台座部３２を光不透過部分として形成させることで、光透過部３１以外での光の透過を適切に防止することができる。
【００２７】
また、図４に示すベース部４０の台座部４２は、不透明な鋼材により形成されている。これにより、第１接合部１５の一体成形を可能にし、ベース部４０の設計に自由度が増すことになる。なお、ガラス製の光透過部４１は、台座部４２に対して接着剤を介して固定される。
【００２８】
また、図５に示すベース部５０は、耐熱性のガラスやプラスチックの一体成形により円板状に形成されている。また、光透過部５１は、ベース部５０の中央に配置したレンズ部により形成され、光透過部５１の周囲には、ステムピン１０を固定するための台座部５２が設けられている。従って、凸レンズを採用することで、光透過部５１での集光率の向上化が図られることになる。
【００２９】
更に、図６に示すベース部６０の台座部６２をコバールガラス又は電気絶縁性の高いセラミックスで形成する。これに対して、光透過部６１を紫外線透過ガラスでレンズ部として別途形成し、この光透過部６１を接着材によって台座部６２に固定させるようにしてもよい。勿論、光透過部６１をコバールガラス等の可視光を透過する材料としてもよい。この場合、台座部６２には、不透明な着色ガラスやセラミックスが利用され、台座部６２を光不透過部分として形成させることで、光透過部６１以外での光の透過を適切に防止することができる。このようにすることで、ガス放電管１の用途に応じたレンズ設計を容易にし、レンズのみの設計変更により様々な態様を可能にするものである。
【００３０】
ここで、図７に示すように、ガス放電管１には光源収容部７０が設けられている。この光源収容部７０は、ガス放電管１のフランジ部７１に対して圧入ピン７２で固定されている。更に、光源収容部７０は、光透過部２１に対向して、管軸方向に延在するランプ差込み口７３を有すると共に、ランプ差込み口７３と光透過部２１との間にレンズ素子７４を具備している。そこで、ハロゲンランプ７５をランプ差込み口７３に外側から差し込み、止めネジ７６によって、ハロゲンランプ７５を光源収容部７０に固定させることで、ガス放電管１にランプがワンタッチで取り付けられることになる。このような構成は、光透過部２１を光入射窓として利用する場合に適しており、ランプ交換を可能にするタイプのガス放電管として利用される。
【００３１】
次に、図８に示すように、前述のガス放電管１を利用した光源装置８０は、分光器やクロマトグラフィなどの光源として採用されるものであり、装置８０の筺体８１には前述のガス放電管１が固定される。なお、ガス放電管１は、その光透過部２１が、筺体８１の開口８２から覗くようにして固定される。更に、光源装置８０には、光透過部２１に所定の光を入射させるための外部光源部８３が設けられ、この外部光源部８３は、所定の波長光を発生させるランプ８４ａを収容したランプハウス８４と、この光を光透過部２１の近傍まで導くための光ファイバ８５からなる。そして、光ファイバ８５の光出射口８５ａは光透過部２１に向けられる。
【００３２】
このような構成の光源装置８０は、光出射窓１４ａから少なくとも三種類の光を放出させることができる。例えば、ガス放電管１を点灯させない場合、光出射窓１４ａからは、ランプ８４ａの種類に依存した光が放出され、ガス放電管１を点灯させた場合には、陽極板６と陰極部９との協働によって発生する光とランプ８４ａによる光との混合光が放出されることになる。また、ランプ８４ａを点灯させない場合には、ガス放電管１自体の光のみが光出射窓１４ａから放出される。従って、ガス放電管１自体の光と、外部光源部８３からの入射光と、ガス放電管１自体の光と外部光源部８３からの光との混合光とからなる三種類の光を、光出射窓１４ａから適宜放出させることができる。
【００３３】
また、ランプハウス８４内に可視光ランプや赤外線ランプ等の二種以上のランプ８４ａを配備させ、各ランプ８４ａの切替によって、光ファイバ８５から出射させる光の種類を適宜変化させることもできる。従って、前述したガス放電管１を光源装置８０に適用させた場合には、極めて汎用性が高く、利用価値も高く、分析装置等の構造のコンパクト化の実現に大きく寄与する。
【００３４】
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、密封容器２に封入されるガスとしては、重水素ガス以外に水銀蒸気やヘリウムガス、ネオンガス等の採用も可能である。また、側管１４は、これらガスとの組み合わせによって、ガラス、金属又はセラミックのいずれか選択されるが、光出射窓１４ａ及び光透過部２１には、光透過性の高い材質のものが適宜採用される。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によるガス放電管は、以上のように構成されているため、次のような効果を得る。すなわち、密封容器内にガスを封入し、密封容器内に配置した陽極部と陰極部との間で放電を発生させることにより、密封容器の光出射窓から外部に向けて所定の光を放出させるガス放電管において、陽極部と陰極部との間で光出射窓に対向して配置させた収束開口を有する収束電極部と、収束開口に対向して配置させた陽極開口を有する陽極部と、
密封容器の底部でステムの一部として設けられ、陽極開口に対向して配置させた光透過部を有するベース部とを備え、密封容器には、光透過部に対向して配置されたランプ差込み口を有する光源収容部が取り付けられていることにより、汎用性が高く、利用価値の高いガス放電管を可能にする。
【００３６】
また、本発明に係る光源装置において、密封容器内にガスを封入し、密封容器内に配置した陽極部と陰極部との間で放電を発生させることにより、密封容器の光出射窓から外部に所定の光を放出させるガス放電管を有する光源装置において、ガス放電管に設けられると共に、陽極部と陰極部との間で光出射窓に対向して配置させた収束開口を有する収束電極部と、ガス放電管に設けられると共に、収束開口に対向して配置させた陽極開口を有する陽極部と、ガス放電管に設けられると共に、密封容器の底部でステムの一部として設けられ、陽極開口に対向して配置させた光透過部を有するベース部と、ガス放電管の光透過部に対向して、ベース部の外方に配置させた外部光源部とを備えたことにより、汎用性が高く、利用価値の高い光源装置を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るガス放電管の一実施形態を示す断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図３】ステムの第１の変形例を示す断面図である。
【図４】ステムの第２の変形例を示す断面図である。
【図５】ステムの第３の変形例を示す断面図である。
【図６】ステムの第４の変形例を示す断面図である。
【図７】本発明に係るガス放電管が光源収容部を備えた状態を示す断面図である。
【図８】本発明に係る光源装置の一実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
１…ガス放電管、２…密封容器、４…ステム、６…陽極板（陽極部）、６ａ…陽極開口、８…収束電極板（収束電極部）、８ａ…収束開口、９…陰極部、１０…ステムピン、１４ａ…光出射窓、２０，３０，４０，５０，６０…ベース部、２１，３１，４１，５１，６１…光透過部、７０…光源収容部、７３…ランプ差込み口、８０…光源装置、８３…外部光源部。

Claims

密封容器内にガスを封入し、前記密封容器内に配置した陽極部と陰極部との間で放電を発生させることにより、前記密封容器の光出射窓から外部に向けて所定の光を放出させるガス放電管において、
前記陽極部と前記陰極部との間で前記光出射窓に対向して配置させた収束開口を有する収束電極部と、
前記収束開口に対向して配置させた陽極開口を有する前記陽極部と、
前記密封容器の底部でステムの一部として設けられ、前記陽極開口に対向して配置させた光透過部を有するベース部とを備え、
前記密封容器には、前記光透過部に対向して配置されたランプ差込み口を有する光源収容部が取り付けられていることを特徴とするガス放電管。
前記ベース部に設けられた前記光透過部は、周囲の肉厚より薄い薄肉部分によって形成させたことを特徴とする請求項１記載のガス放電管。
前記ベース部に設けられた前記光透過部は、レンズ部によって形成させたことを特徴とする請求項１記載のガス放電管。
前記ベース部は、前記光透過部の周囲に光不透過部分を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載のガス放電管。
前記ベース部に複数のステムピンを環状に配列させ、この環状内に前記光透過部を配置させたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載のガス放電管。
密封容器内にガスを封入し、前記密封容器内に配置した陽極部と陰極部との間で放電を発生させることにより、前記密封容器の光出射窓から外部に所定の光を放出させるガス放電管を有する光源装置において、
前記ガス放電管に設けられると共に、前記陽極部と前記陰極部との間で前記光出射窓に対向して配置させた収束開口を有する収束電極部と、
前記ガス放電管に設けられると共に、前記収束開口に対向して配置させた陽極開口を有する前記陽極部と、
前記ガス放電管に設けられると共に、前記密封容器の底部でステムの一部として設けられ、前記陽極開口に対向して配置させた光透過部を有するベース部と、
前記ガス放電管の前記光透過部に対向して、前記ベース部の外方に配置させた外部光源部とを備えたことを特徴とする光源装置。