JP5033263B2

JP5033263B2 - 外部接地プローブを有する無電極ランプおよび改良型のバルブアセンブリ

Info

Publication number: JP5033263B2
Application number: JP2011516500A
Authority: JP
Inventors: フレデリックエム．エスピオ; ティモシージェイ．ブロッケット; メーランマトロウビアン
Original assignee: トパンガテクノロジーズ，インク
Priority date: 2008-06-25
Filing date: 2009-06-22
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2029-06-22
Also published as: BRPI0913269A2; US20110037389A1; KR101088522B1; JP2011525696A; US20090322240A1; EP2289288A4; US7830092B2; CN102084724B; CN102084724A; US8884518B2; EP2289288B1; US20130175921A1; WO2009158312A1; MX2010013719A; EP2289288A1; KR20110025189A; US8283866B2

Description

本発明は、プラズマランプで光を発生するための装置および方法を対象にする。より詳しくは、本発明は、ガス充填容器（バルブ）内部の電極を用いることなく高周波源（ＲＦ源）で駆動されるプラズマランプおよび関連した方法を提供する。

［関連出願についてのクロス・リファレンス］
本願は、同一出願人による発明者らＦＲＥＤＥＲＩＣＫＭ．ＥＳＰＩＡＵ，ｅｔａｌによって２００８年６月２５日に出願された米国特許仮出願番号６１／０７５７３５の「外部接地プローブを有する無電極ランプおよびバルブアセンブリ」による優先権を主張し、本書において参照することによりここに組み込まれるものとする。

［連邦政府によって支援される研究または開発の下で達成される発明に対する権利に関する記載］

［適用せず］
コンパクトディスクに提出される「シーケンス・リスト」、表またはコンピュータプログラムリスト付録への言及。

［適用せず］

単に例として、この種のプラズマランプは、スタジアム、セキュリティ、駐車場、軍事や防衛、街路、大小さまざまな建物、車両ヘッドライト、航空機着陸、橋、倉庫、紫外線水処理、農業、建築上の照明、ステージ照明、医療照明、顕微鏡、プロジェクタおよびディスプレイのようなアプリケーション、これらのあらゆる組合せなどに適用され得る。

プラズマランプは、非常に明るい高帯域光を提供し、例えば一般の照明、プロジェクション・システムおよび工業用処理などの応用に役立つ。今日製造される典型的なプラズマランプは、ガス混合物および密集した電極を流れる大電流を利用するプラズマを形成するために励起される微量物質を含む。しかしながら、このような方式は、電極の劣化、および、それゆえの限られた寿命に悩まされる。

マイクロ波源によって駆動される無電極プラズマランプは、すでに従来技術で提案されている。従来の構成は、バルブまたは導波管を形成している誘電体の内部で密封された凹部に入れられ、マグネトロンのようなソースによって提供されており、導波管に導入され、プラズマ抵抗加熱するマイクロ波エネルギーで満たすプラズマを含む。他の実施例は、米国特許番号第６，７３７，８０９Ｂ２（Ｅｓｐｉａｕら）によって提供され、それは、欠点を有する異なる装置を示すものである。Ｅｓｐｉａｕらは、励起を提供するためにマイクロ波増幅器とともに共振マイクロ波回路の一部を形成しているプラズマ封入バルブおよび誘電体空洞を示す。しかしながら、Ｅｓｐｉａｕらにはいくつかの欠点が存在する。誘電体空洞は、一体化された構成のプラズマ封入バルブの周辺付近に空間的に配置されるものであり、特に可視領域においてバルブから発される光の形で、物理的に電磁放射の実質部分をブロックする。加えて、一体化された構成は、通常、製造するのが困難で、プラズマ封入バルブの動作および信頼性を制限する。従来技術のこれらおよび他の限定は、本願明細書および特に下記全体にわたってさらに説明され得る。

上記から、改良型の照明の技術が大変望ましいと考えられる。

本発明によれば、プラズマランプで光を発生するための装置および方法を対象にする技術が提供される。より詳しくは、本発明は、電極を用いることなく高周波源（ＲＦ源）で駆動されるプラズマランプおよび関連した方法を提供する。本発明は、電極および関連した方法を用いずに高周波源によって駆動されるプラズマランプを提供する。単に例として、この種のプラズマランプは、スタジアム、セキュリティ、駐車場、軍事や防衛、街路、大小さまざまな建物、橋、倉庫、農業、紫外線水処理、建築上の照明、ステージ照明、医療照明、顕微鏡、プロジェクタおよびディスプレイのようなアプリケーション、これらのあらゆる組合せなどに適用され得る。

具体的な実施態様において、プラズマ無電極ランプは、導電性外側被膜によって実質的に覆われた誘電体と、密接に受支する２つの結合要素、ＲＦアンプの出力に接続される入力結合要素（ＲＦ源結合要素）およびＲＦアンプの入力に接続されるフィードバック結合要素を含む。入力結合要素は、その上面でランプ本体の導電性被膜に伝導的に接続される（接地される）が、一方、フィードバック結合要素はそうではない。ランプはさらに、バルブ／出力結合要素アセンブリを含み、このアセンブリはランプ本体の底面である導電性被膜に接地される。電磁エネルギーは、入力結合要素とバルブ／出力結合要素アセンブリとの間、および、バルブ／出力結合要素アセンブリとフィードバック結合要素との間でＲＦ結合される。電磁エネルギーは、容量的または誘導的であり、あるいは容量的にバルブ／出力結合要素アセンブリの範囲内でバルブに接続される誘導的と容量的の組合せである。前記ランプはさらにバルブ／出力結合要素アセンブリにおけるバルブの発光出力を導く反射体を含む。あるいは、それに限らず、前記ランプはさらに導電的にバルブ／出力結合要素アセンブリの上部をランプ本体の導電性の外側被膜に接続する接地用ストラップを含む。あるいは、接地用ストラップは、同じくバルブ／出力結合要素アセンブリの上部を反射体に導電的に接続することができ、ランプ本体に導電的に接続される。

他の実施形態では、第２の結合要素は取り外され、第１の結合要素はさらにＲＦ発振器やアンプを含んでもよく、ＲＦ源の出力に接続される。

さらに別の実施形態では、ランプ本体は、誘電体の挿入で部分的に満たされる金属導電性本体を含む。

さらに別の実施形態では、ランプ本体は、誘電体の挿入のない実質的に中空の金属導電性本体を含む。

さらに別の実施形態では、プラズマ無電極ランプの中でバルブ／出力結合要素アセンブリは、単一または複数セクション体を構成する。第１セクションにおいて、固体導体を構成する第１の結合要素は、密接に受支されるが、誘電体によって完全には封止されない。第１セクションの一部は、導電的に被覆され得る。第２セクションにおいて、ガス充填容器（バルブ）は、誘電体によって密接に受支される。ガス充填容器は、誘電体によって完全に封止されても、封止されなくてもよい。第３セクションにおいて、固体導体を構成する第２の結合要素は、密接に受支されるが、誘電体によって完全には封止されない。第３セクションの一部は、導電的に被覆され得る。第１セクションと第３セクションとの間にＤＣ伝導経路は存在しない。電磁エネルギーは、容量的にまたは誘導的に、あるいは容量的および誘導的の組み合わせでもって第２セクションを介するそれらの間で結合される。

さらに他の態様では、第１および第２の結合要素は導電性薄板で被覆される誘電材料を含み、ガス充填容器は第１および第２の結合要素の中心の誘電体部分によって部分的に、しかし、密接に受支される。第１および第２の結合要素の間にＤＣ伝導経路は存在しない。電磁エネルギーは、容量的にまたは誘導的に、あるいは容量的および誘導的の組み合わせでもってガス充填容器を介するそれらの間で結合される。

具体的な実施態様において、本発明は、無電極プラズマランプを提供する。ランプは、導電性ハウジングを有し、導電性ハウジングはその内部で定められる空間体積を有する。具体的な実施態様において、空間体積は導電性ハウジング内で内側領域および外側領域を有する。ランプは、導電性ハウジングの空間体積の内側領域内に配置されるまたは部分的に配置される外側表面領域を有する支持体本体と、この支持体本体の外側表面領域上を覆う導電材料を備えている。ランプは、内部表面および外部表面と、内部表面の中に形成されたキャビティを有する透明体または半透明体を有するガス充填容器を備えている。具体的な実施態様において、ランプはまた、透明部分および半透明部分の両方を含むこともできる。ガス充填容器は、第１端部領域および第２端部領域と、かつ第１端部領域と第２端部領域との間で定義された長さとを含む。第１の結合要素（出力結合要素）は、ガス充填容器の第１端部領域に結合される。この第１の結合要素は、導電材料に電気的に結合される。第２の結合要素は、ガス充填容器の第２端部領域に結合する。入力結合要素（ＲＦ源結合要素）は、導電性ハウジングの外側領域の中で、かつ、第１の結合要素から所定距離の範囲内で空間的に配置される（すなわち、第１の結合要素から所定距離の範囲内のスペースに配置される）。ランプは、入力結合要素（ＲＦ源結合要素）と第１の結合要素との間に設けられる間隙（例えばエアギャップ）を有する。この間隙は、具体的な実施態様に従って所定の距離によって提供される。ランプは、出力および任意入力を含むＲＦ源を有する。ＲＦ源の出力は、間隙および入力結合要素（ＲＦ源結合要素）を介して第１の結合要素と結合している。

他の具体的な実施態様において、本発明は、別の無電極プラズマランプを提供する。ランプは、導電性ハウジングを有し、導電性ハウジングはその内部で定められる空間体積を有する。空間体積は、導電性ハウジング内で内側領域および外側領域を有する。具体的な実施態様において、ランプは、導電性ハウジングの空間体積の内側領域内に配置されるまたは部分的に配置される外側表面領域を有する支持体本体と、この支持体本体の外側表面領域上を覆う導電材料を備えている。ランプは、内部表面および外部表面と、内部表面の中に形成されたキャビティを有する透明体または半透明体を有するガス充填容器を備えている。ガス充填容器は、第１端部領域および第２端部領域と、かつ第１端部領域と第２端部領域との間で定義された長さとを含む。具体的な実施態様において、ランプは、ガス充填容器の第１端部領域に結合する第１の結合要素（出力結合要素）を備えている。第１の結合要素は、導電性ハウジングに電気的に結合される。ランプは、導電性ハウジングの外側領域の中で、かつ、第１の結合要素から所定距離の範囲内で空間的に配置される入力結合要素（ＲＦ源結合要素）を備えている。具体的な実施態様において、ランプは、入力結合要素（ＲＦ源結合要素）および第１の結合要素の間で提供される間隙を有する。この間隙は、所定の距離によって形成される。特定の実施態様において、ランプは、出力および任意入力を含むＲＦ源を有する。ＲＦ源の出力は、間隙および入力結合要素（ＲＦ源結合要素）を介して第１の結合要素と結合している。

さらに他の具体的な実施態様において、本発明は、無電極プラズマランプを提供する。
ランプは、導電性ハウジングを有し、導電性ハウジングはその内部で定められる空間体積を有する。空間体積は内側領域および外側領域を有する。ランプは、導電性ハウジングの空間体積の内側領域内に配置されるまたは部分的に配置される外側表面領域を有する金属支持体本体を備えている。ランプは、内部表面および外部表面と、内部表面の中に形成されたキャビティを有する透明体または半透明体を有するガス充填容器を備えている。ガス充填容器は、第１端部領域および第２端部領域と、かつ第１端部領域と第２端部領域との間で定義された長さとを含む。ランプは、ガス充填容器の第１端部領域に結合する第１の結合要素を備えている。具体的な実施態様において、第１の結合要素は、導電性ハウジングに電気的に結合される。ランプも、ガス充填容器の第２端部領域に結合する第２の結合要素を備えている。入力結合要素（ＲＦ源結合要素）は、導電性ハウジングの外側領域の中で、かつ、第１の結合要素から所定距離の範囲内で空間的に配置される。入力結合要素（ＲＦ源結合要素）と第１の結合要素との間で間隙が設けられている。ランプは出力を構成するＲＦ源を有し、このＲＦ源は間隙および入力結合要素（ＲＦ源結合要素）を介して第１の結合要素に結合する。

さらに本発明は、無電極プラズマランプ装置を作動させる方法を提供する。本方法は本願明細書において記載されているもののいずれかであり得るプラズマランプを提供することを含む。本方法はＲＦエネルギーをＲＦ源から入力結合要素（ＲＦ電源結合要素）に伝達することを含む。このＲＦエネルギーは第１の結合要素（出力結合要素）およびエアギャップを介してガス充填容器に結合される。好ましい実施態様において、ＲＦエネルギーは、約１００ＭＨｚから約２０ＧＨｚまでの周波数を有するが、その他でも可能である。本方法は、ガス充填容器の放電から、ガス充填容器の長さから、実質的に電磁エネルギーを明るくすることを含む。任意には、本方法は、第１の結合要素の導電材料を介してガス充填容器から熱エネルギーを伝達することを含む。好ましい実施態様において、導電材料は、熱導体および電気導体として特徴付けられ得る。

さらに、本発明は、無電極プラズマランプ装置の操作方法を作動させる方法を提供する。本方法は本願明細書において記載されているもののいずれかであり得るプラズマランプを提供することを含む。本方法は、第１の間隙をそれとは異なる第２の間隙に変えるために第１の距離から第２の距離までガス充填容器に結合する入力結合要素（ＲＦ源結合要素）と第１の結合要素との間の所定距離を調整することを含む。好ましい実施態様において、上記所定距離は、エアギャップまたは他の非固体領域。もちろん、他のバリエーション、変更態様および代替手段があり得る。

本発明が使用している既存の技術を越えて利点は達成される。具体的な実施態様において、本発明は、入力、出力および従来の誘電体共振器とはほとんど無関係である電力伝達および周波数共振特性のバルブに電磁結合を提供するフィードバック結合要素の構成を有する方法および装置を提供する。好ましい実施態様において、本発明は、設計の自由度や改良された製造可能性を提供する設定を伴う方法および構成を提供する。さらに、本方法および装置は、改良された伝熱特性とともにさらなる製造の簡素化を提供する。具体的な実施態様において、本方法および結果として得られる構造は、商用アプリケーションのための製造に対し、比較的簡単で、費用効果的である。実施例によって、これらの利点の一つ以上は、達成され得る。これらの、そして他の利点は、本願明細書および特に下記の全体にわたって記載され得る。

本発明は、これらの利点および他を周知の加工技術を背景にして達成する。しかしながら、本発明の本質と効果のさらなる理解は、本明細書のこの後の部分および添付の図面を参照することによって実現され得る。

本発明およびその効果のより完全な理解は、以下の好ましい実施形態の説明の検討から得られ、本願明細書において提供される添付の図面とともに読み取れる。図および説明において、数字は本発明のさまざまな特徴を示し、図面および説明の全体にわたって同種の形状を指す同等の数字を示す。
図１Ａは、ＲＦ源によって駆動されており、ＲＦ源に容量結合されているガス充填容器の一般的な概略図である。ランプ効率および光出力を最適化するために、複数のインピーダンス整合回路網が、ＲＦ源と共振回路との間、共振回路とガス充填容器との間に存在する。図ＩＢは、ＲＦ源によって駆動されており、ＲＦ源に誘導結合されているガス充填容器の一般的な概略図である。ランプ効率および光出力を最適化するために、複数のインピーダンス整合回路網が、ＲＦ源と共振回路との間、共振回路とガス充填容器との間に存在する。図２Ａは、外部共振器無電極ランプの簡略斜視図であり、該ランプは、ランプ本体、入力およびフィードバック結合要素、一体化したバルブ／出力結合要素アセンブリ、外部反射器、および本発明の一実施例に応じた外部ＲＦアンプを備える。外部ＲＦアンプは、エネルギーがバルブに結合される発振を持続する正のフィードバック構成につながっている。入出力結合要素間の結合の特性は、フィードバックループにおいて周波数選択可能振動を提供する。図２Ｂは、別の外部共振器無電極ランプの簡略斜視図であり、該ランプは、ランプ本体、入力結合要素、一体化したバルブ／出力結合要素アセンブリ、外部反射器、および本発明の一実施例に応じた発振器およびアンプを含めることのできる外部ＲＦ源を備える。図２Ｃは、別の外部共振器無電極ランプの簡略斜視図であり、該ランプは、ランプ本体、入力およびフィードバック結合要素、一体化したバルブ／出力結合要素アセンブリ、および本発明の一実施例に応じた外部ＲＦアンプを備える。外部ＲＦアンプは、エネルギーがバルブに結合される発振を持続する正のフィードバック構成につながっている。入出力結合要素間の結合の特性は、フィードバックループにおいて周波数選択可能振動を提供する。図２Ｄは、別の外部共振器無電極ランプの簡略斜視図であり、該ランプは、ランプ本体、入力結合要素、一体化したバルブ／出力結合要素アセンブリ、外部反射器、および本発明の一実施例に応じた発振器およびアンプを含めることのできる外部ＲＦ源を備える。図３Ａは、一体化したバルブ／出力結合要素アセンブリの簡略斜視図であり、該アセンブリは、出力結合要素、バルブであるガス充填容器、および本発明の一実施例に応じた最上部結合要素を含む複数セクションを備える。出力結合要素と最上部結合要素は、固体電気導体である。図３Ｂは、図３Ａで示す一体化したバルブ／出力結合要素アセンブリの簡略側断面図であり、該アセンブリは、出力結合要素、バルブであるガス充填容器、および本発明の一実施例に応じた最上部結合要素を含む複数セクションを備える。出力結合要素と最上部結合要素は、固体電気導体である。図３Ｃは、別の一体化したバルブ／出力結合要素アセンブリの簡略斜視図であり、該アセンブリは、出力結合要素、バルブであるガス充填容器、および本発明の一実施例に応じた最上部結合要素を含む複数セクションを備える。出力結合要素と最上部結合要素は、伝導的に誘電材料で覆われてなる。図３Ｄは、図３Ｃで示すのとは別の一体化したバルブ／出力結合要素アセンブリの簡略側断面図であり、該アセンブリは、出力結合要素、バルブであるガス充填容器、および本発明の一実施例に応じた最上部結合要素を含む複数セクションを備える。出力結合要素と最上部結合要素は、伝導的に誘電材料で覆われてなる。図３Ｅは、別の一体化したバルブ／出力結合要素アセンブリの簡略斜視図であり、該アセンブリは、出力結合要素、バルブであるガス充填容器、および本発明の一実施例に応じた最上部結合要素を含む複数セクションを備える。出力結合要素と最上部結合要素は、伝導的に誘電材料で覆われてなる。図３Ｆは、図３Ｅで示すのとは別の一体化したバルブ／出力結合要素アセンブリの簡略側断面図であり、該アセンブリは、出力結合要素、バルブであるガス充填容器、および本発明の一実施例に応じた最上部結合要素を含む複数セクションを備える。出力結合要素と最上部結合要素は、伝導的に誘電材料で覆われてなる。図３Ｇは、図３Ｅのものとは別の一体化したバルブ／出力結合要素アセンブリの斜視図であり、該アセンブリは、最上部結合要素を除いて、出力結合要素と、バルブであるガス充填容器とを含む複数セクションを備える。出力結合要素は、伝導的に誘電材料で覆われて作り上げられている。図３Ｈは、図３Ｇで示すのとは別の一体化したバルブ／出力結合要素アセンブリの簡略側断面図であり、該アセンブリは、最上部結合要素を除いて、出力結合要素と、バルブであるガス充填容器とを含む複数セクションを備える。出力結合要素は、伝導的に誘電材料で覆われて作り上げられている。図３Ｉは、図３Ｇのものとは別の一体化したバルブ／出力結合要素アセンブリの斜視図であり、該アセンブリは、金属製の出力結合要素で構成され、ガス充填容器（バルブ）受支用にくぼみが作られている。図３Ｊは、図３Ｉで示すのとは別の一体化したバルブ／出力結合要素アセンブリの簡略側断面図であり、該アセンブリは、金属製の出力結合要素と、ガス充填容器（バルブ）受支用にくぼみが作られている。図４は、本発明の一実施例に応じた図２Ａ、２Ｂ、２Ｃおよび２Ｄに示されるランプのランプ本体／金属エンクロージャの簡略斜視図である。中空導電性ランプ本体は、入力結合要素およびフィードバック結合要素と同様に、一体化したバルブ／出力結合要素アセンブリを受支する。図５Ａは、本発明の一実施例に応じた図４に示される伝導ランプ本体および図３Ｄに示される一体化したバルブ／出力結合要素アセンブリを用いるのとは別の無電極ランプ設計の簡略側断面図である。ランプ本体内部は空気で満たされ、アーク放電を防止するために入力結合要素周辺で誘電体層が用いられる。図５Ｂは、図５Ａに示されるランプ設計を変更したランプ設計の簡略側断面図である。バルブアセンブリの出力結合要素周辺の誘電体層の部分は、実施例にしたがって取り除かれている。図５Ｃは、図５Ａに示されるのとは別のランプ設計の簡略側断面図である。本発明の一実施例にしたがって、ランプ本体の下部は、誘電体で部分的に満たされている。図５Ｄは、図５Ａに示されるのとは別のランプ設計の側断面図である。本発明の一実施例にしたがって、ランプ本体の下部は、誘電体で部分的に満たされている。

本発明によれば、プラズマランプを有する光を発生する装置および方法を対象にする技術が提供される。より詳しくは、本発明は、ガス充填容器（バルブ）内部の電極および関連した方法を用いずに、高周波源（ＲＦ源）によって駆動されるプラズマランプを提供する。ほんの一例として、この種のプラズマランプは、スタジアム、セキュリティ、駐車場、軍事や防衛、街路、大小さまざまな建物、車両ヘッドライト、航空機着陸、橋、倉庫、農業、紫外線水処理、建築上の照明、ステージ照明、医療照明、顕微鏡、プロジェクタおよびディスプレイのようなアプリケーション、これらのあらゆる組合せなどに適用され得る。

以下の説明は、従来技術において当業者は本発明を製作し使用し、それを特定のアプリケーションとの関連で組み入れることができるために提示される。異なるアプリケーションの種々の用途が当業者に直ちに明らかになるのと同様に、さまざまな変更態様および本願明細書において定められる一般的原理は、広範囲にわたる実施例に適用され得る。このように、本発明は、提示される実施例に限られるものではなく、原理と合致した最も広い範囲および本願明細書において開示される新しい特徴を与えられるべきである。

以下の詳細な説明において、多くの具体的な詳細は、本発明のより完全な理解を提供するために記載される。しかしながら、本発明が必然的にこれらの具体的な詳細に限られることなく実施され得ることは、当業者にとって明らかである。他の例では、本発明を不明瞭にすることを回避するために、詳細にするよりも、周知の構造および装置はブロック図形式に示される。

読み手の関心は、この明細書と同時期に出願され公開される全ての書類および文書に向けられ、その種の書類および文書の内容は参照することにより本願明細書に組み込まれるものとする。明示的に別段の定めをした場合を除き、本願明細書において開示される全ての特徴（あらゆる添付の請求の範囲、アブストラクトおよび図面をも含む）は、同じであるか、等価であるか、類似した目的にかなっている代わりの特徴と置き換えられ得る。このように、明示的に別段の定めをした場合を除き、開示される各々の特徴は、一般的な一連の等価であるか類似した特徴のほんの一例である。

さらに、特定の機能を実行する「ための手段」、または、特定の機能を実行する「ためのステップ」の状況が明記されていない請求項のいかなる要素も、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．第１１２条第６項に定められているように、「手段」または「ステップ」として解釈されることになっていない。特に本願明細書の請求の範囲における「のステップ」または「の行為」の使用は、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．第１１２条第６項を行使することを目的としていない。

左、右、前、後、最上部、最下部、反転、時計回り、および反時計回りのラベル付けを用いる場合、単なる便宜上の目的から使用されるのであって、いかなる特定の定まった方向をも意味することを目的としないことを留意されたい。その代わりに、それらは、目的のさまざまな部分間の相対的位置および／または方向を反映するために用いる。加えて、「第１」および「第２」の用語、または他の同じような記述は、必ずしも序列を意味するというわけではなくて、通常の意味を使用して解釈されなければならない。

図１Ａは、ＲＦ源１１０からガス充填容器１３０への効果的なエネルギー伝達のために例示する一般的な概略図である。この図は単に一例であり、本願明細書における請求項の範囲を過度に制限してはならない。当業者は、他のバリエーション、変更態様および代替手段を認識するであろう。ＲＦ源からのエネルギーは、ＲＦ源から共振構造２２０までエネルギーの効果的伝達を可能にするインピーダンス整合回路網２１０へ向かわせる。この種のインピーダンス整合回路網の例は、Ｅフィールド（電界）またはＨフィールド（磁界）結合要素であるが、他であり得る。他のインピーダンス整合回路網２３０は、同様に、本発明の一実施例に応じた共振器からガス充填容器１３０への効果的なエネルギー伝達を可能にする。インピーダンス整合回路網の一例はＥフィールドまたはＨフィールド結合要素で、もちろん他のバリエーション、変更態様および代替手段があり得る。

具体的な実施態様において、ガス充填容器は、適切な材料（例えば石英または他の透明であるか半透明の材料）でできている。ガス充填容器は、アルゴンなどの不活性ガスや、水銀、ナトリウム、ジスプロシウム、硫黄などのフルオロフォア、または臭化インジウム、臭化スカンジウム、ヨウ化セシウムなどの遷移金属塩（または、それは、同時に多数のフルオロフォアを含むことができる）で満たされる。具体的な実施例によると、水銀、ヨウ化タリウムおよび臭化インジウムとする。ガス充填容器はまた、遷移金属または具体的な実施例に従って電磁放射を放電する他の金属片を含む。もちろん、他のバリエーション、変更態様および代替手段があり得る。

具体的な実施例において、容量結合構造１３１は、バルブ１３０内に満たされたガスにＲＦエネルギーを供給するために用いられる。周知のように容量結合部は、概して体積を包囲する有限の広がりの２本の電極を含み、少なくとも電界（Ｅ−ｆｉｅｌｄｓ）を主に利用してエネルギーを結合させる。当業者によって認められ得るように、インピーダンス整合回路網２１０および２３０および共振構造２２０は、この概略的な形にて図示するように、ＲＦ源と容量結合構造との間の分散型電磁結合の等価回路モデルと解釈され得る。インピーダンス整合回路網の使用はまた、ソースが５０オーム以外のインピーダンスを有することができる。これは、ＲＦ源から加熱低減または電力消費の形でＲＦ源パフォーマンスに関して効果を提供することができる。ＲＦ源からの電力消費および損失を下げることは、全体としてランプのためのさらなる性能の向上を可能にする。また、当業者によって評価され得るように、インピーダンス整合回路網２１０および２３０が必ずしも同一であるというわけではない。

図１Ｂは、ＲＦ源１１０からガス充填容器１３０への効果的なエネルギー伝達のための一般的な概略図を例示する。この図は単に一例にすぎず、本願明細書において請求項の範囲を過度に制限してはならない。当業者は、他のバリエーション、変更態様および代替手段を認識するであろう。ＲＦ源からのエネルギーは、ＲＦ源から共振構造２２０までエネルギーの効果的伝達を可能にするインピーダンス整合回路網２１０の方向を対象にする。他のインピーダンス整合回路網２３０は、順に、共鳴部からガス充填容器１３０への効果的なエネルギー伝達を可能にする。誘導結合構造１４０は、ＲＦエネルギーを、バルブ１３０内に満たされたガスに提供するために用いられる。周知のように誘導カプラは、概して導線または有限の広がりのコイルのような導線を含み、主に磁界（Ｈフィールド）を利用してエネルギーを結合させる。当業者によって認められ得るように、インピーダンス整合回路網２１０および２３０および共振構造２２０は、この概略的な形にて図示するように、ＲＦ源と誘導結合構造との間の分散型電磁結合の等価回路モデルと解釈され得る。インピーダンス整合回路網の使用はまた、ソースが５０オーム以外のインピーダンスを有することができる。これは、ＲＦ源から加熱低減または電力消費の形でＲＦ源パフォーマンスに関して効果を提供することができる。ＲＦ源からの電力消費および損失を下げることは、全体としてランプのためのさらなる性能の向上を可能にする。また、当業者によって評価され得るように、インピーダンス整合回路網２１０および２３０が必ずしも同一であるというわけではない。

図２Ａは無電極ランプの斜視図であり、外面６０１が導電性で接地接続されているランプ本体６００を使用する。この図は単に一例にすぎず、本願明細書において請求項の範囲を過度に制限してはならない。当業者は、他のバリエーション、変更態様および代替手段を認識するであろう。円筒状ランプ本体が示されるが、矩形であるか他の形状が使われてもよい。この伝導率は、導電性薄板を適用することにより、または導電材料の選択により達成され得る。導電性薄板についての具体例は銀の塗料、または代わりとしてランプ本体は例えばアルミニウムなどの導電性材料のシートから製造され得る。一体化したバルブ／出力結合要素アセンブリ１００は、開口部６１０を介しランプ本体６００によって密接に受支される。バルブ／出力結合要素アセンブリ１００は、バルブ１３０を内蔵する。バルブ１３０は最終的に発光出力を生じさせるガス充填容器である。

本発明の一態様は、アセンブリ１００（出力結合要素１２０）の底部が平面１０１で本体６００およびその導電面６０１に接地されるということである。バルブからの発光出力は集光され外部反射器６７０によって方向づけられる。外部反射器６７０は導電性であるか、誘電材料から作られる場合は導電性バッキングを有し、本体６００に取り付けられ電気的に接続する。本発明の別の態様は、アセンブリ１００の最上部（最上部結合要素１２５）が接地用ストラップ７１０および反射器６７０を経て平面１０２で本体６００に接地されるということである。あるいは、反射器６７０が存在しなくてもよく、接地用ストラップは本体６００と直接に電気的接続を行う。反射器６７０は、その中心付近に配置されるバルブ１３０を有する放物線形状として図示される。当業者は、多種多様な可能な反射器形状が光線−方向必要条件を満たすように設計され得ると認識する。具体的な実施例において、その形状は、円錐形、凸形、凹形、台形、ピラミッド状であるか、または、これらのあらゆる組合せでもあり得る。より短いフィードバックＥフィールド結合要素６３５は、バルブ／出力結合要素アセンブリ１００からの少量のＲＦエネルギーを結合して、ＲＦアンプ２１０のＲＦ増幅器入力端２１１にフィードバック供給する。フィードバック結合要素６３５は、開口部６１２を介しランプ本体６００によって密接に受支され、ランプ本体の導電面６０１に直接的に電気的にＤＣ接続しないものとしてある。入力結合要素６３０は、ＲＦ増幅器出力端２１２と伝導的に導電的に接続される。入力結合要素６３０は、開口部６１１を介しランプ本体６００によって密接に受支され、ランプ本体の導電面６０１に直接的に電気的にＤＣ接続しないものとしてある。しかしながら、入力結合要素の最上部が平面６３１で本体６００およびその導電面６０１に接地されることは、本発明の他の重要な特徴である。

ＲＦ電力は主に、入力結合要素６３０から、物理的接近、それらの相対的な長さおよびそれらの接地平面の相対的な配列によるバルブ／出力結合要素アセンブリ１００まで、強く誘導結合される。バルブ／出力結合要素アセンブリの表面６３７は、導電性薄板または導電材料で覆われており、本体６００およびその導電面６０１に接続される。表面６３８、６３９および６４０を含むバルブ／出力結合要素アセンブリの他の表面は、導電層でおおわれていない。加えて、表面６４０は、光学的に透明であるか半透明である。入力結合要素６３０および出力結合要素１２０およびランプアセンブリ１００間の結合は、電磁シミュレーションによって、また、極めて周波数選択的で、主に誘導的な直接測定によって分かる。この周波数選択性は、入力結合要素６３０、バルブ／出力結合要素アセンブリ１００、フィードバック結合要素６３５およびアンプ２１０を備えた回路の共振発振器を提供する。

当業者は、共振発振器が図１Ａおよび図１Ｂにおいて図式的に表されるＲＦ源１１０に相当すると認識するであろう。本発明の重要な効果は、共振周波数が入出力結合要素の相対的な長さに強く依存しているということである。これは、固有共振周波数が実動作周波数よりかなり高くてもよいコンパクト・ランプ本体の使用を可能にする。一実施例において、ランプ本体６００の最下部は、１．５”直径と０．７５”の高さを有する中空アルミニウム・シリンダからなってもよい。この種のエアキャビティ共振器の基本共振周波数はほぼ４ＧＨｚである、しかし、入力結合要素および出力結合要素のために上記した設計を用いて、そして、出力結合要素の長さを調整することによってランプアセンブリの全体の共振周波数は具体的実施例の９００ＭＨｚまたは約９００ＭＨｚ以下に減らすことができる。本発明の他の重要な効果は、バルブ１３０に結合するＲＦ電力がバルブ／出力結合要素アセンブリ１００内で入力結合要素６３０および出力結合要素１２０間の物理的な分離に強く依存しているということである。これはアセンブル時間での、緩和された寸法の許容値を有する部品で構成されるランプの輝度出力の微調整を可能にする。本発明の他の重要な効果は、入力結合要素６３０およびバルブ／出力結合要素アセンブリ１００が本体６００の外面と一致する平面６３１および１０１でそれぞれ接地されるということである。これは、ランプ本体へのそれらアセンブリ１００の挿入の深さを微調整する必要を取り除く。同じく、上記挿入深さ間のＲＦ結合のあらゆる感度の他ランプ輝度収率の整合性を改善するランプ製造の簡素化もまた解消する。

図２Ｂは、図２Ａに示されるＲＦ源だけが別の無電極ランプの斜視図である。このＲＦ源は区別された発振回路ではなく、むしろＲＦアンプ２１０のＲＦ増幅器入力端２１１に導電接続した別個の発振器２０５である。ＲＦ増幅器出力端２１２は、入力結合要素６３０に導電接続されており、それはＲＦ電力をランプ／出力結合要素アセンブリ１００に送る。入力結合要素６３０およびバルブ／出力結合要素アセンブリ１００の出力結合要素間の結合の共振特性は、ＲＦ電力伝送を最適化するために、ＲＦ源と周波数マッチングされている。もちろん、他のバリエーション、変更態様および代替手段があり得る。

図２Ｃは、それが反射器６７０を有しないことを除いては、図２Ａに示される無電極ランプと同様の無電極ランプの斜視図である。バルブアセンブリの最上部の結合要素１２５は、接地用ストラップ７１５を使用しているランプ本体６００に、直接接続される。このような図は単なる一例であり、本願明細書における請求項の範囲を過度に制限してはならない。当業者は、他のバリエーション、変更態様および代替手段を認識するであろう。

図２Ｄは、図２Ｂに示されたランプ／出力結合素アセンブリ１００とは異なる無電極ランプの斜視図である。ランプ／出力結合素アセンブリは１２０がガス充填容器１３０を受けるために上部で凹部を作った固体金属（金属ポスト）を含む。結合要素の他端は、表面１０１でランプ本体に接地される。金属ポストの最上部部分は、図４に示される金属リング６５０によって取り囲まれる。例えばモリブデンなどの薄い誘電体材料層または高融点金属が、バルブおよび金属ポストの間のインターフェースとして用いられ得る。あるいは、金属ポストの最上部または金属ポストの全ては、例えば銀または銅などの高い導電率を有する金属の層で覆われる外面を有する高融点金属から作られ得る。金属ポストはまた、中空内部であり得る。

図３Ａは、一体化したバルブ／出力結合要素アセンブリ１００の斜視図であり、このアセンブリ１００は図２Ａ、２Ｂ、および２Ｃ図において表されるアセンブリ１００と同様である。この図は単に一例にすぎず、本願明細書における請求項の範囲を過度に制限してはならない。当業者は、他のバリエーション、変更態様および代替手段を認識するであろう。アセンブリは、下側セクション１１０、中間セクション１１１および上側セクション１１２を備える。あるいは、これらのセクションは、物理的に別々であってはならない。下側セクション１１０は、固体導体である出力結合要素１２０を密接に受支するために貫穴される。結合要素１２０は、平面１２１で下側セクション１１０から突出する。図２Ａ、２Ｂ、および２Ｃにおいて表されるように、結合要素１２０が、ランプ本体６００に、平面１２１で接地コンタクトすることは、本発明の重要な特徴である。中間セクション１１１は、最終的にランプの発光出力を生じさせるバルブ１３０を密接に受支するために貫穴される。ガス充填容器は、アルゴンなどの不活性ガスや、水銀、ナトリウム、硫黄などのフルオロフォア、または臭化インジウム、ヨウ化セシウムなどの遷移金属塩（または、それは、同時に多数のフルオロフォアを含むことができる）で満たされる。あるいは、中間セクション１１１は、結果としてバルブ１３０の容積（容量）を形成するキャビティを伴ってくり抜かれ、２つの一体化した装置を構成する。中間セクション１１１は、高温接着剤を使用して下側セクション１１０および上側セクション１１２に取り付けられる。上側セクション１１２は、固体導体である最上部電極１２５を密接に受支するために貫穴される。最上部電極１２５は、平面１２６で上側セクション１１２から突出する。図２Ａ、２Ｂ、および２Ｃにおいて表されるように、最上部結合要素１２５が、ランプ本体６００に、平面１２６で接地コンタクトすることは、本発明の重要な特徴である。これは、接地用ストラップ７１０および反射器本体６７０、または接地用ストラップ７１５に通じる。全体としてＲＦエネルギーは、石英、半透明のアルミナまたは他の類似した材料から製造され、不活性ガスをイオン化して、ランプから発せられる強い光１１５となるフルオロフォアを気化させるバルブ１３０に対する出力結合要素１２０および最上部結合要素１２５によって容量的に、誘導的に、または容量的と誘導的の組合せ的に結合される。

セクション１１０、１１１および１１２の全ては、同一材料からまたは異なる材料から製作され得る。セクション１１１は、可視光を透過する必要があり、例えば石英または半透明のアルミナなどの高い融点を有する。セクション１１０および１１２は、透明材料（石英または半透明のアルミナ）または不透明材料（アルミナ）から構成され得るが、それらはＲＦ周波数で低い損失を有する必要がある。同一材料が３つの全セクションに用いられる場合には、アセンブリは例えば石英または半透明のアルミナの中空管などの単一材料から製造され得る。上側セクション１１２は、最上部電極１２５からの電磁放射をシールドする目的で導電性薄板１１６によって覆われていてもよい。下側セクション１１０は、出力結合要素１２０からの電磁放射をシールドする目的で導電性薄板１１７によって部分的に覆われていてもよい。部分的なコーティングは、図２Ａ、２Ｂおよび２Ｃにて図示するように、ランプ本体６００から突出して、入力結合要素６３０と重ならない下側セクション１１０の部分に及ぶ。点線１４０によって図式的に表されていないその部分はランプ本体から突き出るその部分を分けている平面である。導電性薄板１１６および１１７についての具体化の実施例は、銀の塗料である。あるいは、下側セクション１１０の導電性薄板部分の代わりに、図４にて図示するように、ランプ本体６００の拡張の一部として、金属リング６５０によってカバーされ得る。中央セクション１１１の外面は、被覆されていない。

図３Ｂは、図３Ａに示される一体化したバルブ／出力結合要素アセンブリ１００の側断面図である。この図は単に一例にすぎず、本願明細書における請求項の範囲を過度に制限してはならない。当業者は、他のバリエーション、変更態様および代替手段を認識するであろう。アセンブリは例えば中空石英管または半透明のアルミナなどの単一材料から製造され得る。または、アセンブリは３つの異なる部分でできており、一緒に組み立てられ得る。

図３Ｃは、一体化したバルブ／出力結合要素アセンブリ１００の代替設計の斜視図である。この図は単に一例にすぎず、本願明細書における請求項の範囲を過度に制限してはならない。当業者は、他のバリエーション、変更態様および代替手段を認識するであろう。出力結合要素１２０および最上部結合要素１２５が固体導体の代わりに導電性被覆誘電体を使用して構成されることを除いては、アセンブリは図３Ａと同様である。バルブアセンブリは、３つのセクション１１０、１１１および１１２を備え、これらは別に異なる材料から構成され、ともに一体化され得るか、石英または半透明のアルミナの中空管のような単体から構成され得る。出力結合要素１２０は、例えば、導電性薄板（例えば銀）で被覆された外面を有するアルミナなどの材料から製造される誘電体ポスト１２２からなる。本体１１０は、出力結合要素１２０を受支するために貫穴される。最上部結合要素１２５も、例えば、導電性薄板（例えば銀）で被覆された外面を有するアルミナなどの材料から製造される誘電体ポスト１２７からなる。出力結合要素１２０および最上部結合要素１２５の誘電体ポストが密接にバルブ１３０を受支するために突き通されることは重要な発明であって、それらの誘電体中心を介する熱伝達およびそれらの導電性外側被膜によるＲＦ結合が同時に起こる。出力結合要素の誘電体ポストおよびバルブと接触することになる最上部結合要素の領域は、導電性薄板で覆われていない。このバルブ組立体方法を用いることにより、高いＲＦフィールドは、より信頼性の高いランプにつながるバルブ端から遠ざけられる。出力結合要素１２０および最上部結合要素１２５が図２Ａ、２Ｂおよび２Ｃにそれぞれ示されるランプ本体６００に伴う平面１２１および１２６で接地コンタクトを構成することは本発明の重要な特徴でもある。

図２Ａ、２Ｂおよび２Ｃ（および入力結合要素６３０の長さと重なる）に示されるようにランプ本体６００より受支され、そして、点線１４０の下方にあるように図３Ｃに示される、本体１１０の部分は、導電層で覆われていない。ランプ本体６００より上にあるが、実質的にバルブ１３０の下で１４０および１４１間の領域として概略的に示される本体１１０の部分、この部分は、導電性薄板で被覆され得る。１４２のラインより上の領域として示される、実質的にバルブ１３０より上にある本体１１０の部分、この部分も導電性薄板１１６で被覆されてもよい。導電性被覆の目的は、不必要な電磁放射に対するシールドにある。導電性薄板１１６および１１７についての実施例は、銀の塗料である。あるいは、下側セクション１１０の導電性薄板部分の代わりに、図４にて図示するように、ランプ本体６００の拡張の一部として、金属リング６５０によって被覆され得る。中間セクション１１１の外面は覆われていない。

図３Ｄは、図３Ｃに示される一体化したバルブ／出力結合要素アセンブリ１００の側断面図である。この図は単に一例にすぎず、本願明細書における請求項の範囲を過度に制限してはならない。当業者は、他のバリエーション、変更態様および代替手段を認識するであろう。アセンブリは例えば中空石英管または半透明のアルミナなどの単一材料から製造され得る。または、アセンブリは３つの異なる部分でできており、一緒に組み立てられ得る。

図３Ｅは、一体化したバルブ／出力結合要素アセンブリ１００の代替設計の斜視図である。この図は単に一例にすぎず、本願明細書における請求項の範囲を過度に制限してはならない。当業者は、他のバリエーション、変更態様および代替手段を認識するであろう。アセンブリは、その中間セクションおよび最上部セクションが例えば石英管などの誘電体管内部でないことを除いて、図３Ｃと同様である。アセンブリは３つのセクションで構成されている。下部セクション１１０は、図３Ｃと同一であり、例えば銀などの導電性薄板（例えば銀）で覆われているその外面を伴うアルミナなどの材料で作られる誘電体ポスト１２２からなる出力結合要素１２０を含む。中間セクションは、例えば石英または半透明のアルミナなどの可視光を透過する材料から作られるバルブ（ガス充填容器）１３０からなる。最上部セクションは、また、例えば銀などの導電性薄板（例えば銀）で覆われているその外面を伴うアルミナなどの材料で作られる誘電体ポスト１２７からなる最上部結合要素１２０を含む。出力結合要素１２０および最上部結合要素１２５の誘電体ポストが密接にバルブ１３０を受支するために突き通されることは重要な発明であって、それらの誘電体中心を介する熱伝達およびそれらの導電性外側被膜によるＲＦ結合が同時に起こる。出力結合要素の誘電体ポストおよびバルブと接触することになる最上部結合要素の領域は、導電性薄板で覆われていない。このバルブ組立体方法を用いることにより、高いＲＦフィールドは、より信頼性の高いランプにつながるバルブ端から遠ざけられる。出力結合要素１２０および最上部結合要素１２５が図２Ａ、２Ｂおよび２Ｃにそれぞれ示されるランプ本体６００に伴う平面１２１および１２６で接地コンタクトを構成することは本発明の重要な特徴でもある。

図２Ａ、２Ｂおよび２Ｃ（および入力結合要素６３０の長さと重なる）に示されるようにランプ本体６００より受支され、そして、点線１４０の下方にあるように図３Ｅに示される、本体１１０の部分は、導電層で覆われていない。ランプ本体６００より上にあるが、実質的にバルブ１３０の下で１４０および１４１間の領域として概略的に示される本体１１０の部分、この部分は、導電性薄板１１７で被覆され得る。導電性被覆の目的は、不必要な電磁放射に対するシールドにある。導電性薄板１１７についての実施例は、銀の塗料である。あるいは、下側セクション１１０の導電性薄板部分の代わりに、図４にて図示するように、ランプ本体６００の拡張の一部として、金属リング６５０によって被覆され得る。

図３Ｆは、図３Ｄに示される一体化したバルブ／出力結合要素アセンブリ１００の側断面図である。この図は単に一例にすぎず、本願明細書における請求項の範囲を過度に制限してはならない。当業者は、他のバリエーション、変更態様および代替手段を認識するであろう。アセンブリは、その中間および最上部セクションが例えば石英などの材料から構成される誘電体管内部でないことを除いて、図３Ｅに示されるアセンブリと同様である。

図３Ｇは、一体化したバルブ／出力結合要素アセンブリ１００の代替設計の斜視図である。この図は単に一例にすぎず、本願明細書における請求項の範囲を過度に制限してはならない。当業者は、他のバリエーション、変更態様および代替手段を認識するであろう。アセンブリは、最上部結合要素がないことを除いて、図３Ｅと同様である。アセンブリには２つのセクションで構成されている。下部セクション１１０は、図３Ｅと同一であり、例えば銀などの導電性薄板（例えば銀）で覆われているその外面を伴うアルミナなどの材料で作られる誘電体ポスト１２２からなる出力結合要素１２０を含む。最上部セクションは、例えば石英または半透明のアルミナなどの可視光を透過する材料から作られるバルブ（ガス充填容器）１３０からなる。出力結合要素１２０の誘電体ポストが密接にバルブ１３０を受支するために突き通されることは重要な発明であって、それらの誘電体中心を介する熱伝達およびそれらの導電性外側被膜によるＲＦ結合が同時に起こる。バルブと接触することになる出力結合要素の誘電体ポストの領域は、導電性薄板で覆われていない。このバルブ組立体方法を用いることにより、高いＲＦフィールドは、より信頼性の高いランプにつながるバルブ端から遠ざけられる。出力結合要素１２０が図２Ａ、２Ｂおよび２Ｃにそれぞれ示されるランプ本体６００に伴う平面１２１で接地コンタクトを構成することは本発明の重要な特徴でもある。

図２Ａ、２Ｂおよび２Ｃ（および入力結合要素６３０の長さと重なる）に示されるようにランプ本体６００より受支され、そして、点線１４０の下方にあるように図３Ｇに示される、ランプ本体６００より上にあるが、実質的にバルブ１３０の下で１４０および１４１間の領域として概略的に示される本体１１０の部分、この部分は、導電性薄板１１７で被覆され得る。導電性被覆の目的は、不必要な電磁放射に対するシールドにある。導電性薄板１１７についての実施例は、銀の塗料である。あるいは、導電性薄板部分の代わりに、１４０と１４１の間の本体１１０の部分は、図４に示されるようにランプ本体６００の拡張の一部として、金属リング６５０によって被覆され得る。

図３Ｈは、図３Ｇに示される一体化したバルブ／出力結合要素アセンブリ１００の側断面図である。この図は単に一例にすぎず、本願明細書における請求項の範囲を過度に制限してはならない。当業者は、他のバリエーション、変更態様および代替手段を認識するであろう。アセンブリは、最上部結合要素がないことを除いて、図３Ｆと同様である。

図３１は、図２Ｄにおいて示されるアセンブリと同様である一体化したバルブ／出力結合要素アセンブリ１００の代替設計の斜視図である。アセンブリは、固体導体（金属ポスト）１２０を使用してなり、最上部でガス充填容器１３０の一端を密接に受支するために埋め込まれている。金属ポスト他端１２１は、ランプ本体に接地される。誘電体材料の薄い層または例えばモリブデンなどの高融点金属が、バルブと金属ポスト間のインターフェースとして用いられ得る。あるいは、金属ポストの最上部または金属ポストの全ては、例えば銀または銅などの高い電気伝導度を有する金属の層で被覆されるその外面を有する高融点金属から構成され得る。金属柱ポストは、また、内部をくり抜かれ得る。アセンブリは、最上部結合要素を備えていない。

図３Ｊは、図３１に示される統合したバルブ／出力結合要素アセンブリ１００の側断面図である。バルブ／出力結合要素は、ポストが導電層で覆われている誘電体材料の代わりに固体導体から構成されること以外は、図３Ｈと同様である。この図は単に一例にすぎず、本願明細書における請求項の範囲を過度に制限してはならない。当業者は、他のバリエーション、変更態様および代替手段を認識するであろう。

図４は、図２Ａ、２Ｂ、２Ｃおよび２Ｄに示されるランプのランプ本体／金属エンクロージャの斜視図である。この図は単に一例にすぎず、本願明細書における請求項の範囲を過度に制限してはならない。当業者は、他のバリエーション、変更態様および代替手段を認識するであろう。ランプ本体／金属エンクロージャは、下部セクション６００および最上部セクション６５０の２つのセクションからなる。ランプ本体の下部セクションはこの場合円筒状であるが、矩形または他の形状において同様に構成され得る。ランプ本体の最上部分は金属リングの形であるが、それが同様に長方形／正方形の形をとることができる。ランプ本体は、例えばアルミニウムまたは銅などの金属から製造される。ランプ本体は、多数の部品および一緒に取り付けられるネジからまたはハンダ付けまたは溶接または他の技術を使用することによって製造され得る。ランプ本体６３８の内部は、中空であり、それは、一体化したバルブ／出力結合要素アセンブリ１００（図３Ａ、３Ｃ、３Ｅ、３Ｇおよび３Ｉ）をホール６１０および５１０を介して受支する。出力結合要素１２０および最上部結合要素１２５は、接地接続されているランプ本体に、電気的に接続している。また、図２Ａ、２Ｂ、２Ｃおよび２Ｄに示される入力結合要素６３０およびフィードバック結合要素６３５を受支するためランプ本体６１１および６１２のホールがある。２つの結合要素は、下部でランプ本体の壁に接触しない。しかしながら、入力結合要素６３０は、ランプ本体６００の最上面でホール７３１を介して突出し、接地接続しているランプ本体につながる。

図５Ａは、図４に示されるランプ本体／金属エンクロージャおよび図３Ｅに示される一体化したバルブ／出力結合要素アセンブリを使用する、別の無電極ランプ設計の側断面図である。このような図は単に一例であり、本願明細書における請求項の範囲を過度に制限してはならない。当業者は、他のバリエーション、変更態様および代替手段を認識するであろう。ランプ本体６３８の内部は、実質的に空洞である。例えばテフロン（登録商標）のような誘電体層６０５は、入力結合要素６３０周辺でのアーク放電を防ぐために用いられ得る。入力結合要素端部６３１は、接地接続しているランプ本体に接続されている。ランプアセンブリはまた、平面１０１および１０２で接地接続されている。ランプ本体６００内部にあるランプアセンブリ１１０の下側セクションは、いかなる金属にも覆われていない。これによって、ＲＦエネルギーが入力結合要素６３０から出力結合要素１２０まで結合され得る。結合とインピーダンスは、２つの結合要素の間の長さおよび直径を含む寸法の分離に依存するバルブにマッチする。ランプ本体およびランプアセンブリの共振周波数は、出力結合要素の長さに強く依存していて、円筒状ランプ本体の直径への依存を減らしている。フィードバック結合要素６３５は、開口部６１２を介するランプ本体６００によって密接に受支され、このように直接ランプ本体６００にＤＣ電気的接続されない。短いフィードバックＥフィールド結合要素６３５は、バルブ／出力結合要素アセンブリ１００からの少量のＲＦエネルギーを結合して、ＲＦアンプ２１０にフィードバック供給する。図５Ａに示される構成は図２Ａと同様なフィードバック構成であるが、この設計に図２Ｂに同様なノーフィードバック構成を使用し実施することもできる。

図５Ｂは、図５Ａに示されるものに代わる無電極ランプ設計の側断面図である。この図は単に一例にすぎず、本願明細書における請求項の範囲を過度に制限してはならない。当業者は、他のバリエーション、変更態様および代替手段を認識するであろう。この設計は、ランプ本体６００の下部セクション内部で出力結合要素１２０を囲んでいる図５Ａに示される誘電体層１１０（例えば石英管）の一部が取り除かれたこと以外は同様である。

図５Ｃは、図５Ａに示されるものに代わる無電極ランプ設計の側断面図である。この図は単に一例にすぎず、本願明細書における請求項の範囲を過度に制限してはならない。当業者は、他のバリエーション、変更態様および代替手段を認識するであろう。この設計は、ランプ本体６００がその下部において誘電体６０２で部分的に満たされること以外は同様である。

図５Ｄは、図５Ｃに示されるものに代わる無電極ランプ設計の側断面図である。この図は単に一例にすぎず、本願明細書における請求項の範囲を過度に制限してはならない。当業者は、他のバリエーション、変更態様および代替手段を認識するであろう。この場合、誘電体層がランプアセンブリの出力結合要素を囲む円筒状になっていること以外は、この設計もまた、誘電体で部分的に満たされるランプ体６００を有する。ランプ本体が誘電体で完全に満たされることも可能である。

図２Ａ、２Ｂ、２Ｃおよび２Ｄに示されるランプ設計の２つの重要な効果、つまり、ランプ本体６００の直径には依存性が低いが、共振周波数が入出力結合要素の長さに強く依存し、そして、バルブ１３０に連結するＲＦ電力が、バルブ／出力結合要アセンブリ１００内において、図５Ａ、５Ｂ、および５Ｃに示される設計にて保持されている入力結合要素６３０および出力結合要素間の物理的な分離に強く依存していることが、電磁シミュレーションを通じて示される。それはまた、本発明に実質的な変更なしで図２Ｂにおいて表される、ひとまとめにされたＲＦ源構成によって置き換えられ得る図２Ａにおいて表される構成と同様な、バルブ／出力結合要素アセンブリ１００周辺で正のフィードバックループを形成するフィードバック結合要素６３５およびアンプ２１０および入力結合要素６３０を含んでいる図５Ａ、５Ｂおよび５Ｃにおいて示される分布型ＲＦ発振器構成が、当業者によって認められ得る。

上記が具体的な実施態様のすべての説明である一方、さまざまな変更態様、代替構造物および均等物が用いられ得る。従って、前記説明および図は、添付の請求の範囲によって定義される本発明の範囲を制限するとみなされるべきではない。

Claims

内側領域および外側領域を有する導電性ハウジングであって、空間体積が前記内側領域の内部で定められる導電性ハウジングと、
内面、外面および前記内面の中で形成されたキャビティを有する透明体もしくは半透明体であって、第１端部領域、第２端部領域およびこれら第１端部領域および第２端部領域間に定められる長さを含むガス充填容器と、
前記ガス充填容器の前記第１端部領域に結合する前記導電性ハウジングの前記内側領域内のスペースに配置され、一端が前記導電性ハウジングに電気的に接続している第１の結合要素と、
前記第１の結合要素から予め定められた距離の範囲内で、前記導電性ハウジングの内部のスペースに配置され、その第１の端部が前記導電性ハウジングに電気的に接続され、その第２の端部が入力端となるＲＦ源結合要素
と、
前記ＲＦ源結合要素および第１の結合要素の間に設けられる間隙と、
前記間隙と前記ＲＦ源結合要素を介して前記第１の結合要素に結合している出力端を含み、前記出力端が前記ＲＦ源結合要素の入力端に結合しているＲＦ源と、
を備える無電極プラズマランプ。
請求項１のランプにおいて、電磁エネルギーは、前記ガス充填容器に少なくとも容量結合されるか、誘導結合されるか、もしくは誘導的と容量的の組合せで結合されている。
請求項１のランプにおいて、前記ガス充填容器は、希ガスと、放電光源のできる一つ以上の部品とを含む。
請求項１のランプにおいて、前記第１の結合要素の一端は、前記ガス充填容器の前記第１端部領域に結合されており、前記１の結合要素の他端は、接地電位に接続されている。
請求項１のランプにおいて、前記ＲＦ源結合要素の第１の端部は、接地電位に接続されている。
請求項１のランプにおいて、前記空間体積は、実質的に真空または実質的に一つ以上のガスの混合物を含む。
請求項１のランプにおいて、前記空間体積は、実質的に誘電体材料である。
内側領域および外側領域を有する導電性ハウジングであって、空間体積が前記内側領域の内部で定められる導電性ハウジングと、
内面、外面および前記内面の中で形成されたキャビティを有する透明体もしくは半透明体であって、第１端部領域、第２端部領域およびこれら第１端部領域および第２端部領域間に定められる長さを含むガス充填容器と、
前記ガス充填容器の前記第１端部領域に結合する前記導電性ハウジングの前記内側領域内のスペースに配置され、一端が前記導電性ハウジングに電気的に接続している第１の結合要素と、
前記第１の結合要素から予め定められた距離の範囲内で、前記導電性ハウジングの前記外側領域の内部のスペースに配置され、一端が前記導電性ハウジングに電気的に接続されているＲＦ源結合要素と、
前記ＲＦ源結合要素および第１の結合要素の間に設けられ、所定の距離によって形成されている間隙と、
前記間隙と前記ＲＦ源結合要素を介して前記第１の結合要素に結合している出力端を含むＲＦ源と、
を備える無電極プラズマランプ。
請求項８のランプにおいて、前記ＲＦ源は、前記間隙と前記ＲＦ源結合要素を介して前記第１の結合要素に少なくとも容量結合されるか、誘導結合されるか、もしくは誘導的と容量的の組合せで結合されている。
請求項８のランプにおいて、電磁エネルギーは、前記ガス充填容器に少なくとも容量結合されるか、誘導結合されるか、もしくは誘導的と容量的の組合せで結合されている。
請求項８のランプにおいて、前記ＲＦ源結合要素は、入力端をさらに含み、前記ＲＦ源の前記出力端は前記ＲＦ源結合要素の前記入力端に結合されている。
請求項８のランプにおいて、前記第１の結合要素の一端は、前記ガス充填容器の前記第１端部領域に結合されており、前記第１の結合要素の他端は、接地電位に接続されている。
請求項８のランプにおいて、前記ＲＦ源結合要素の一端は、前記ＲＦ源の前記出力端に接続されており、他端は、接地電位に接続されている。
請求項８のランプにおいて、第２の結合要素をさらに備え、前記第２の結合要素の一端は、前記ガス充填容器の前記第２端部領域に結合されており、前記第２の結合要素の他端は、接地電位に直接結合されている。
請求項８のランプにおいて、導電性ハウジングは金属製であり、電磁エネルギーを前記空間体積に閉じ込めるように構成されており、電磁エネルギーのためのガイド構造として構成されている。
請求項１５のランプにおいて、前記導電性ハウジングに挿入される誘電体をさらに備える。
請求項８のランプにおいて、前記空間体積は、実質的に真空または実質的に一つ以上のガスの混合物を含む。
請求項８のランプにおいて、前記空間体積は、実質的に誘電体材料である。
請求項８のランプにおいて、前記導電性ハウジングの前記空間体積の一部の外側領域内に配置されるフィードバック結合要素をさらに備え、前記フィードバック結合要素は、共振回路の始動の指示を前記ＲＦ源に伝送するように構成されている。
請求項８のランプにおいて、前記導電性ハウジングは、円筒形、矩形のいずれか、またはこれらの形状の組合せの形状にて構成される。