JP6121667B2 - 放電ランプ及び光源装置 - Google Patents

Description

本発明は、放電ランプ、及び放電ランプを備える光源装置に関する。

従来、重水素等の放電ガス中で放電発光を起こし、光を出射させる放電ランプが知られている（例えば、特許文献１〜４参照）。例えば、特許文献１には、内部空間に重水素が充填された放電容器と、内部空間を挟んで互いに対向するように放電容器の外面に取り付けられた一対の電極と、内部空間において電子が通過する部分を制限する絞り体と、を備える無電極放電ランプが記載されている。陽極となる電極には、光を通過させるための開口が設けられている。この無電極放電ランプでは、一対の電極の間に高周波電流を供給することにより、内部空間に誘導放電が起こる。放電が絞り体で収束されることにより、点状の光が発生し、この光が陽極の開口から出射する。

特許第３３８５１７０号 特表２００５−５１９４３７号公報 特開平２−２７３４５２号公報 特開平６−６０８５２号公報

上述の無電極放電ランプにおいては、誘導放電のみにより放電ガス中に電子流を生じさせているため、供給電力に比して内部空間へ供給される電子量が充分ではなく、充分な電流密度が得られない場合がある。充分な電流密度が得られないと、充分な光量を得られない懼れがある。一方、充分な電流密度を得るために供給電力を増加させた場合には、一対の電極がともに放電容器の外面に取り付けられているため、電極間での沿面放電の発生等といった耐電圧に関する問題が発生する場合があり、安定動作を行うことが困難となる懼れがある。

本発明は、充分な電流密度と高い安定性とを得ることができる放電ランプ及び光源装置を提供することを目的とする。

本発明の放電ランプは、誘電体材料から形成されると共に光を透過させる光透過領域を有する誘電部と、放電ガスが封入された放電ガス封入空間を誘電部と共に形成する本体部と、を有する筐体と、放電ガス封入空間において、光透過領域と対向して配置された電子放出源と、放電ガス封入空間において電子放出源と光透過領域との間を仕切り、電子放出源から放出された電子を通過させる電子通過孔が設けられた放電路制限部材と、筐体の外側において誘電部を挟んで電子放出源と対向するように配置され、光透過領域を透過した光を通過させる開口部が設けられた外部電極と、を備える。

本発明の光源装置は、上述の放電ランプと、電子放出源と外部電極との間に交流電流を供給する交流電源と、を備える。

これらの放電ランプ及び光源装置では、筐体の内側の放電ガス封入空間に電子放出源が配置されているため、電子放出源と、筐体の外側に配置された外部電極との間に、交流電流が供給されると、誘電部に誘電分極が発生し、放電が開始される。放電ガス封入空間に配置された電子放出源から放電ガス中に充分な量の電子が放出されるため、充分な電流密度を得ることができる。また、一対の電極が、それぞれ筐体の内部と外部とに分かれて配置されているため、電極間の耐電圧能が高くなり、異常放電の発生しない、安定した動作を行うことができる。

外部電極は、誘電部に当接していてもよい。この場合、誘電分極が好適に発生するため、安定した放電状態が維持され、より安定した動作行うことができる。

電子放出源は、電流を導通させる基部と、基部の外面に設けられた電子放出部と、を有し、電子放出部は、基部を形成する材料よりも電子を放出し易い易電子放射物質により形成されていてもよい。この場合、易電子放射物質により形成された電子放出部から電子が放出されるため、基部から電子を放出させる場合に比して、確実に電子が放出され、より充分な電流密度を得ることができる。

放電路制限部材は、電子放出源を収容する電子放出源収容空間を画設する、胴体部と蓋部と、を有し、胴体部は、電子放出源と光透過領域とが対向する方向から見た場合に、電子放出源を囲う壁状を呈し、蓋部は、胴体部における光透過領域側の端部に接続され、電子通過孔が設けられていてもよい。この場合、電子放出部から放出された電子が筐体の本体部等に入射することが抑制される。従って、より安定した動作を行うことができる。

放電路制限部材を形成する材料よりも高い融点を有する材料により形成され、貫通孔が設けられた保護部材を備え、保護部材は、貫通孔と電子通過孔とが連通するように、放電路制限部材に取り付けられていてもよい。この場合、放電路制限部材において放電によって劣化しやすい電子通過孔の周縁部及びその近傍を保護部材により保護することが可能となるため、放電路が安定した状態に保たれ、より安定した動作を行うことができる。

放電ランプは、放電路制限部材に接続され、内部が電子通過孔と連通した筒状部を備え、筒状部は、光透過領域、又は電子放出源に向かって突出していてもよい。この場合、筒状部において、電流密度をより高めることができる。

放電ランプは、誘電部を覆うように筐体に固定されるカバーを備え、外部電極は、カバーと誘電部とにより挟持されてもよい。この場合、外部電極と誘電部とを密着させることが可能となり、安定した放電状態が維持され、より安定した動作を行うことができる。

電子放出源は、熱電子を放出する熱電子放出源であってもよい。この場合、好適に電子を供給することができるので、より安定した動作を行うことができる。

光源装置は、上述の放電ランプと、電子放出源と外部電極との間に交流電流を供給する交流電源と、電子放出源を加熱するための加熱用直流電源と、を備えていてもよい。この場合、加熱された電子放出源から好適に電子を供給することができるので、より安定した動作を行うことができる。

本発明によれば、充分な電流密度と高い安定性とを得ることができる放電ランプ及び光源装置を提供することが可能となる。

第一実施形態の放電ランプを示す斜視図である。 図１の放電ランプを示す一部破断分解斜視図である。 図１の放電ランプを備えた光電装置の一例を示す概略構成図である。 第二実施形態の放電ランプを示す断面図である。 第三実施形態の放電ランプを示す断面図である。 第四実施形態の放電ランプを示す断面図である。 第五実施形態の放電ランプを備えた光源装置の一例を示す概略構成図である。

以下、図面を参照しつつ実施形態について詳細に説明する。なお、同一又は相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

［第一実施形態］
図１は第一実施形態の放電ランプを示す斜視図、図２は図１の放電ランプを示す一部破断分解斜視図である。図１及び図２に示される放電ランプ１Ａは、放電ガス中で放電発光を起こして光を出射させる光源である。放電ランプ１Ａは、筐体２、内部電極３、電極ボックス４、アパーチャ５Ａ、外部電極６Ａ、及びカバー７を備えている。

筐体２は、放電ガスを収容する容器である。筐体２の内部は、放電ガスが封入される放電ガス封入空間である。筐体２に封入される放電ガスは、例えば重水素又はキセノン等である。筐体２の内部の圧力（ガス圧）は、例えば１００〜１００００Ｐａ程度である。筐体２は、筒状の胴部２４と、胴部２４の両端を閉塞する一対の円板状の蓋部と、を有する。一方の蓋部は、誘電部２１を構成しており、他方の蓋部は、給電ピン３１（後述）、及び固定ピン５３（後述）を保持するステム部２３を構成している。胴部２４及びステム部２３は、本体部２２を構成している。

誘電部２１は、誘電分極を発生させると共に、筐体２の内部で発生した光を外部に透過させる。誘電部２１は、例えば各種ガラス、又はセラミック等の、筐体２の内部で発生した光に対して透光性を有する誘電体材料により形成された板状部材であり、例えば円板状等を呈している。誘電部２１における略中心部を含む所定の領域、つまり円板状の誘電部２１の場合の円周方向中央領域は、放電ガス封入空間で発生した光を透過させる光出射窓となる光透過領域２１ａである。

本体部２２は、誘電部２１と共に放電ガス封入空間を形成する。本体部２２は、例えば各種ガラス、又はセラミック等の、誘電部２１が取り付け可能である絶縁性材料により形成され、誘電部２１と一体となって密閉空間を形成している。

内部電極３は、放電ガス封入空間に熱電子を放出する熱電子放出源であり、放電を起こす際に熱陰極として機能する。内部電極３は、放電ガス封入空間において、ステム部２３寄りの位置で光透過領域２１ａと対向して配置されている。

内部電極３としては、例えばフィラメント等が使用される。内部電極３は、電流を導通させるばね状に延在した基部と、基部の外周面に設けられた電子放出部と、を有している。基部は、例えばタングステン等により形成されている。電子放出部は、基部を形成する材料よりも電子を放出し易い易電子放射物質により形成されている。易電子放射物質としては、例えば酸化バリウム等が使用される。電子放出部は、例えば、基部に対して易電子放射物質を塗布することにより形成される。内部電極３の両端部には、それぞれ給電ピン３１，３１の一端側が接続されている。導電部材からなる２本の給電ピン３１，３１は、それぞれ、その一端側で内部電極３を筐体２内の所定の空間位置に保持すると共に、その他端側が電極ボックス４の底蓋４２（後述）及びステム部２３を貫通して、筐体２の外側に突出した状態でステム部２３に立設、及び固定されている。２本の給電ピン３１，３１は、それぞれ高周波電源Ｈ（後述）、及び定電圧電源Ｃ１（後述）と電気的に接続される。

電極ボックス４は、内部電極３から放出された電子の放電路を制限する放電路制限部材として機能し、内部電極３を収容する電子放出源収容空間ＥＲを画設している。電極ボックス４は、包囲部４１及び底蓋４２を有している。包囲部４１は、光軸方向（後述）に延在した側壁からなる円筒状の胴体部４１ｃと、光透過領域２１ａに沿った方向に拡がった円板状の蓋部４１ｂと、を有している。胴体部４１ｃは、光軸方向から見た場合に、内部電極３を囲っている。蓋部４１ｂは、胴体部４１ｃにおける光透過領域２１ａ側の端部に接続されている。本実施形態においては、蓋部４１ｂと胴体部４１ｃとは、一体に形成されている。蓋部４１ｂは、内部電極３と光透過領域２１ａとの間に配置されている。底蓋４２は、円板状を呈しており、包囲部４１の胴体部４１ｃの他方の端部に内挿されている。

包囲部４１及び底蓋４２は、内部電極３を包囲するように筐体２と同軸に配置されており、放電ガス封入空間において内部電極３と光透過領域２１ａとの間を仕切り、電子放出源収容空間ＥＲを画設している。蓋部４１ｂの略中心部を含む所定の領域、つまり円板状の蓋部４１ｂの場合の円周方向中央部には、内部電極３から放出された電子を通過させる略円形状の電子通過孔４１ａが設けられている。なお、光透過領域２１ａ、及び電子通過孔４１ａの略中心部を通る仮想線を光軸Ｚとし、光軸Ｚの延びる方向を光軸方向とする。換言すると、光軸方向は、光透過領域２１ａと電子放出源３とが対向する方向である。光軸Ｚと交わる方向における電子通過孔４１ａの大きさ（直径）は、同方向における光透過領域２１ａの大きさ（直径）よりも小さく、同方向における内部電極３の長手方向（延在方向）の大きさ（長さ）よりも小さい。

底蓋４２と本体部２２との間には、スペーサ４３，４３が挟まれている（図３参照）。スペーサ４３は、軸線方向に沿った断面が略凸字状を呈した円筒状を呈している、スペーサ４３は、給電ピン３１に外挿されており、給電ピン３１と底蓋４２の貫通孔との間に介されている。包囲部４１、底蓋４２及びスペーサ４３は、例えばセラミック等の絶縁材料により形成されている。そのため、電子放出源収容空間ＥＲを、その周囲の筐体２内の空間に対して、電気的、及び温度的に遮断することができ、内部電極３の安定動作に寄与する。また、底蓋４２を設けることで、内部電極３から放出された電子が包囲部４１におけるステム部２３側の端部から回り込んで誘電部２１に向かうことを抑制することができ、アパーチャ５Ａに電子が集中して向かいやすくさせることができる。

アパーチャ５Ａは、電子通過孔４１ａによって制限した放電経路の狭窄領域をさらに延長する放電路狭窄部材として機能する。また、アパーチャ５Ａは、電子通過孔４１ａの周縁部及びその近傍を保護する保護部材として機能する。アパーチャ５Ａは、両端が開口し、その内部に狭窄孔５１ａが貫通している円筒状の円筒部（筒状部）５１と、円筒部５１の一方の端部から径方向外側に突出した円環状の鍔部５２と、を有している。狭窄孔５１ａの内径は、電子通過孔４１ａの内径と同程度とされており、光軸Ｚと交わる方向における狭窄孔５１ａの大きさ（直径）は、同方向における光透過領域２１ａの大きさ（直径）よりも小さく、同方向における内部電極３の長手方向（延在方向）の大きさ（長さ）よりも小さくなっている。円筒部５１は、電子通過孔４１ａと同軸上に並んで連通するように配置されている。つまり、円筒部５１は、光軸Ｚ上に配置されている。鍔部５２は、蓋部４１ｂの光透過領域２１ａ側の面に当接している。

鍔部５２、蓋部４１ｂ、底蓋４２、及びステム部２３には、２本の軸状の固定ピン５３，５３が貫通している。導電部材からなる固定ピン５３は、ステム部２３に固定されている。固定ピン５３の一端側には、軸線方向に沿った断面が略凸字状を呈した円筒状の留具５４が外挿され、固定ピン５３の他端側は、筐体２の外側に突出している。アパーチャ５Ａは、蓋部４１ｂと留具５４とに挟持されている。固定ピン５３において、蓋部４１ｂとステム部２３との間には、円筒状の絶縁材料からなるスリーブ５５が外挿されている。スリーブ５５は、固定ピン５３と底蓋４２との間に介されている。アパーチャ５Ａは、電極ボックス４を形成する材料よりも高い融点を有する材料により形成されており、例えばモリブデンやタングステン等の高融点金属やその合金・化合物等により形成されている。固定ピン５３は、例えばステム部２３の構成材料と熱膨張係数が近い材料、例えばコバール金属等により形成されている。留具５４は、例えばニッケル等の金属によって形成されている。スリーブ５５は、例えばセラミック等により形成されている。

アパーチャ５Ａは、留具５４をかしめて固定ピン５３の所定の位置に固定し、留具５４、及び固定ピン５３を介して蓋部４１ｂ上の所定の位置に押圧されることにより、蓋部４１上に固定される。また、包囲部４１は、留具５４を固定し、底蓋４２に押圧されることにより、電極ボックス４全体としてステム部２３に固定される。また、固定ピン５３は、スリーブ５５に覆われることで電子放出部収容空間ＥＲ内に露出されないので、内部電極３との間における放電といった不具合を抑制することができる。なお、固定ピン５３に関しては、アパーチャ５Ａ等の固定が十分であれば、１本でも良く、また３本以上でも良い。さらに、固定ピン５３は、フローティング電位とされ、電力供給を受けないので、各構成要素を確実に固定することが可能であれば、導電部材に限らず、絶縁部材により形成されていてもよい。

外部電極６Ａは、放電を起こす際に陽極として機能する。外部電極６Ａは、略円環状を呈した板状の導電部材からなっている。外部電極６Ａの略中心部を含む所定の領域、つまり略円環状の外部電極６Ａの場合の円周方向中央部には、開口部６１が設けられている。外部電極６Ａの外周縁の所定の箇所からは、高周波電源Ｈ（後述）に電気的に接続される端子６２が径方向外側に延在している。外部電極６Ａは、例えばニッケルやアルミニウム等の金属により形成されている。

外部電極６Ａは、筐体２の外側において、誘電部２１を挟んで内部電極３と対向するように配置されている。具体的には、外部電極６Ａは、筐体２と同軸に配置されており、開口部６１は光軸Ｚ上に配置されて、光透過領域２１ａを透過した光を通過させる。つまり、内部電極３、電子通過孔４１ａ、狭窄孔５１ａ、光透過領域２１ａおよび開口部６１は、光軸Ｚ上に同軸に配置されている。また、外部電極６Ａは、端子６２を除き、その誘電部２１側の面のほぼ全面が誘電部２１に面状に当接している。

カバー７は、外部電極６Ａを誘電部２１に対して固定するための部材である。カバー７は、絶縁部材からなり、誘電部２１と対向するように拡がった円環状の挟持部７１と、挟持部７１の誘電部２１側の面の外周縁付近から胴部２４に沿う方向に突出した略円筒状の外挿部７２と、を有している。外挿部７２は、挟持部７１と誘電部２１とで外部電極６Ａを挟持するように筐体２に外挿され、この状態で接着剤等により筐体２に固定されている。これにより、外部電極６Ａと誘電部２１とは密着している。外挿部７２には、外部電極６Ａの端子６２を引き出すための切欠きが設けられている。挟持部７１の略中心部を含む所定の領域、つまり円環状の挟持部７１の場合の円周方向中央部には、開口部７３が設けられている。開口部７３は光軸Ｚ上に配置されて、外部電極６Ａの開口部６１を通過した光を放電ランプ１Ａの外部に出射させる。つまり、内部電極３、電子通過孔４１ａ、狭窄孔５１ａ、光透過領域２１ａ、開口部６１、及び開口部７３は、光軸Ｚ上に同軸に配置されている。カバー７は、例えばセラミック等により形成されている。

図３は、図１の放電ランプを備えた光電装置の一例を示す概略構成図である。図３に示されるように、光源装置１００は、放電ランプ１Ａを備えている。光源装置１００は、例えば環境測定等に使用される装置である。光源装置１００は、放電ランプ１Ａの他に、高周波電源Ｈ、及び定電圧電源Ｃ１を備えている。

高周波電源Ｈは、内部電極３と外部電極６Ａとの間に交流電流を供給する交流電源であり、双方の給電ピン３１，３１と外部電極６Ａの端子６２とに電気的に接続されている。高周波電源Ｈから供給される交流電流の周波数は、例えば１０ｋＨｚ〜２．４５ＧＨｚ程度である。高周波電源Ｈから供給される交流電流のピーク電圧は、例えば数Ｖ〜数十ｋＶ程度である。定電圧電源Ｃ１は、内部電極３を加熱するための加熱用直流電源であり、双方の給電ピン３１，３１に電気的に接続されている。高周波電源Ｈ、及び定電圧電源Ｃ１は、共通の接地経路を有している。

以上のような放電ランプ１Ａ及び光源装置１００では、定電圧電源Ｃ１から内部電極３に直流電流が供給され、内部電極３が加熱される。その状態で、筐体２の内側の放電ガス封入空間に配置された内部電極３と、筐体２の外側に配置された外部電極６Ａとの間に、高周波電源Ｈから交流電流が供給される。交流電流が供給されると、誘電部２１に誘電分極が発生する。加熱された内部電極３から放出された熱電子は、内部電極３と誘電部２１との間に放電を形成する。放電は、電子通過孔４１ａ及びアパーチャ５Ａの狭窄孔５１ａにおいて収束され、点状の放電発光が発生する。放電発光により生じた光は、光透過領域２１ａ、外部電極６Ａの開口部６１、及びカバー７の開口部７３を通過して、放電ランプ１Ａの外部に出射される。このように、放電ランプ１Ａ及び光源装置１００では、誘電分極を発生させつつ、放電ガス封入空間に配置された内部電極３から放電ガス中に電子を放出させるため、充分な電流密度が得られる。また、高周波電源Ｈに接続される内部電極３と外部電極６Ａとが筐体２の内部と外部とに分かれて配置されているので、放電電極間の耐電圧能が高くなり、沿面放電等の不具合の発生しない、安定した動作を行うことができる。また、放電ランプ１Ａは、比較的短期間に点灯することが可能となっている。

放電ランプ１Ａでは、外部電極６Ａは、誘電部２１に当接している。このため、誘電分極が好適に発生し、安定した放電状態が維持され、より安定した動作行うことができる。

放電ランプ１Ａでは、内部電極３は、電流を導通させる基部と、基部の外面に設けられた電子放出部と、を有し、電子放出部は、基部を形成するタングステン等よりも電子を放出し易い酸化バリウム等の易電子放射物質により形成されている。従って、易電子放射物質により形成された電子放出部から電子が放出されるため、基部から電子を放出させる場合に比して、確実に電子が放出され、より充分な電流密度を得ることができる。

放電ランプ１Ａでは、電極ボックス４は、内部電極３を収容する電子放出源収容空間ＥＲを画設する、胴体部４１ｃと蓋部４１ｂと、を有し、胴体部４１ｃは、内部電極３と光透過領域２１ａとが対向する方向から見た場合に、内部電極３を囲う壁状を呈し、蓋部４１ｂは、胴体部４１ｃにおける光透過領域２１ａ側の端部に接続され、電子通過孔４１ａが設けられている。このため、内部電極３から放出された電子が本体部２２等に入射することを抑制することができる。従って、より安定した動作を行うことができる。本実施形態では、胴体部４１ｃは、円筒状を呈している。

放電ランプ１Ａでは、電極ボックス４を形成するセラミック等よりも高い融点を有する高融点金属やその合金・化合物等により形成され、狭窄孔５１ａが設けられたアパーチャ５Ａを備え、アパーチャ５Ａは、狭窄孔５１ａと電子通過孔４１ａとが連通するように、電極ボックス４の蓋部４１ｂにおける光透過領域２１ａ側の面に取り付けられている。このため、電極ボックス４において放電によって劣化しやすい電子通過孔４１ａの周縁部及びその近傍をアパーチャ５Ａにより保護することが可能となる。従って、放電路が安定した状態に保たれ、より安定した動作を行うことができる。

放電ランプ１Ａでは、電極ボックス４に取り付けられ、内部が電子通過孔４１ａと連通した円筒部５１を備え、円筒部５１は、光透過領域２１ａに向かって突出している。このため、円筒部５１において、電流密度をより高めることができる。

放電ランプ１Ａでは、内部電極３から放出された電子が電子通過孔４１ａ、及びアパーチャ５Ａの狭窄孔５１ａで収束され、放電発光が発生する。このように、アパーチャ５Ａにより電子の放電路が狭窄されるため、高輝度化を図ることが可能となる。

放電ランプ１Ａは、誘電部２１を覆うように筐体２に固定されるカバー７を備え、外部電極６Ａは、カバー７と誘電部２１とにより挟持されている。これにより、外部電極６Ａと誘電部２１とが密着されており、安定した放電状態が維持され、より安定した動作を行うことができる。

放電ランプ１Ａでは、内部電極３は、熱電子を放出する熱電子放出源である。このため、好適に電子を供給することができるので、より安定した動作を行うことができる。

光源装置１００は、放電ランプ１Ａと、内部電極３と外部電極６Ａとの間に交流電流を供給する高周波電源Ｈと、内部電極３を加熱するための定電圧電源Ｃ１と、を備えている。このため、加熱された内部電極３から好適に熱電子が放出されるため、安定して電子を供給することができ、より安定した動作を行うことができる。

［第二実施形態］
図４は、第二実施形態の放電ランプを示す断面図である。本実施形態の放電ランプ１Ｂが第一実施形態の放電ランプ１Ａと異なる点は、電極ボックス４の内側にアパーチャ５Ｂが取り付けられている点である。

アパーチャ５Ｂは、第一実施形態のアパーチャ５Ａと同様な構造であり、円筒部（筒状部）５３と鍔部５４と、を有している。アパーチャ５Ｂは、放電路狭窄部材として機能する他に、電子通過孔４１ａの周縁部及びその近傍を保護する保護部材として機能する。円筒部５３の狭窄孔５３ａは、電子通過孔４１ａと同軸上に並ぶように、つまり光軸Ｚ上に配置されている。アパーチャ５Ｂの鍔部５２は、蓋部４１ｂの内部電極３側の面に当接している。すなわち、アパーチャ５Ｂは、円筒部５３の狭窄孔５３ａと電子通過孔４１ａとが連通するように、蓋部４１ｂにおける内部電極３側の面に取り付けられている。アパーチャ５Ｂの鍔部５２の包囲部４１に対する取り付けは、例えば、アパーチャ５Ａの鍔部５２の包囲部４１に対する取り付けと同様に、留具５４をかしめることで、固定ピン５３に外挿されたスリーブ５５と蓋部４１ｂの内部電極３側の面とにより挟持することで実施できる。

以上のような放電ランプ１Ｂでは、内部電極３に直流電流が供給され、内部電極３が加熱される。その状態で、内部電極３と外部電極６Ａとの間に交流電流が供給されると、誘電部２１に誘電分極が発生し、内部電極３から放電ガス中に電子が放出され、内部電極３と誘電部２１との間に放電が形成される。放電は、アパーチャ５Ｂの狭窄孔５３ａ、電子通過孔４１ａ、及びアパーチャ５Ａの狭窄孔５１ａにおいて収束され、点状の放電発光が発生する。放電発光により生じた光は、光透過領域２１ａ、外部電極６Ａの開口部６１、及びカバー７の開口部７３を通過して、放電ランプ１Ｂの外部に出射される。

このような放電ランプ１Ｂは、第一実施形態の放電ランプ１Ａと同様な効果を奏する。加えて、放電ランプ１Ｂは、電極ボックス４を形成するセラミック等よりも高い融点を有する高融点金属やその合金・化合物等により形成され、狭窄孔５３ａが設けられたアパーチャ５Ｂを備え、アパーチャ５Ｂは、狭窄孔５３ａと電子通過孔４１ａとが連通するように、電極ボックス４の蓋部４１ｂにおける内部電極３側の面に取り付けられている。このため、電極ボックス４において放電によって劣化しやすい電子通過孔４１ａの周縁部及びその近傍をアパーチャ５Ｂによりさらに保護することが可能となり、放電路が安定した状態に保たれ、より安定した動作を行うことができる。

放電ランプ１Ｂでは、電極ボックス４に取り付けられ、内部が電子通過孔４１ａと連通した円筒部５３を備え、円筒部５３は、内部電極３に向かって突出している。このため、円筒部５３において電流密度をより高めることができる。

また、放電ランプ１Ｂでは、内部電極３から放出された電子がアパーチャ５Ｂの狭窄孔５３ａ、電子通過孔４１ａ、及びアパーチャ５Ａの狭窄孔５１ａで収束され、放電発光が発生する。このように、アパーチャ５Ａ及びアパーチャ５Ｂの双方により電子の放電路が狭窄されるため、より高輝度化を図ることが可能となる。

［第三実施形態］
図５は、第三実施形態の放電ランプを示す断面図である。本実施形態の放電ランプ１Ｃが第一実施形態の放電ランプ１Ａと異なる点は、外部電極６Ｂが誘電部２１に対してカバー等を用いることなく固定されている点である。

外部電極６Ｂは、円環状を呈している。外部電極６Ｂは、誘電部２１の外側の面に対して、例えば、ニッケルやアルミニウム等の金属を蒸着することにより形成され、導電膜からなっている。外部電極６Ｂは、外部電極６Ａと同じく筐体２と同軸に配置されている。

以上のような放電ランプ１Ｃでは、内部電極３に直流電流が供給され、内部電極３が加熱される。その状態で、内部電極３と外部電極６Ｂとの間に交流電流が供給されると、誘電部２１に誘電分極が発生し、内部電極３から放電ガス中に電子が放出され、内部電極３と誘電部２１との間に放電が形成される。放電は、電子通過孔４１ａ、及び狭窄孔５１ａにおいて収束され、点状の放電発光が発生する。放電発光により生じた光は、光透過領域２１ａ、及び外部電極６Ｂの開口部６１を通過して、放電ランプ１Ｃの外部に出射される。

このような放電ランプ１Ｃは、第一実施形態の放電ランプ１Ａと同様な効果を奏する。加えて、放電ランプ１Ｃでは、外部電極６Ｂが蒸着等によって誘電部２１に対してカバー等を用いることなく固定されているため、誘電部２１に対する密着性の向上や部品点数の低減、装置の小型化を図ることが可能となる。

［第四実施形態］
図６は、第四実施形態の放電ランプを示す断面図である。本実施形態の放電ランプ１Ｄは、筐体２、内部電極３、外部電極６Ａ、及びカバー７に加えて、アパーチャ５Ｃを備えている。

アパーチャ５Ｃは、内部電極３から放出された電子の放電路を制限する電子通過孔を有する放電路制限部材として機能する。アパーチャ５Ｃは、円筒部５５と、円筒部５５の一方の端部から径方向外側に突出した鍔部５６と、を有している。円筒部５５に形成された貫通孔５５ａは、上述の電子通過孔４１ａと同様に、内部電極３から放出された電子を通過させる電子通過孔として機能すると共に、上述の狭窄孔５１ａと同様に、放電路を狭窄する狭窄孔として機能する。アパーチャ５Ｃは、放電ガス封入空間において、内部電極３と光透過領域２１ａとの間に配置されており、内部電極３と光透過領域２１ａとの間を仕切っている。鍔部５６の外径は、胴部２４の内径と同程度とされている。鍔部５６の外周縁は、胴部２４の内周面に対して、例えば融着や接着剤等により固定されている。アパーチャ５Ｃは、例えばモリブデンやタングステン等の高融点金属やその合金・化合物等により形成されている。

以上のような放電ランプ１Ｄでは、内部電極３に直流電流が供給され、内部電極３が加熱される。その状態で、内部電極３と外部電極６Ａとの間に交流電流が供給されると、誘電部２１に誘電分極が発生し、内部電極３から放電ガス中に電子が放出され、内部電極３と誘電部２１との間に放電が形成される。放電は、アパーチャ５Ｃの貫通孔５５ａにおいて収束され、点状の放電発光が発生する。放電発光により生じた光は、光透過領域２１ａ、外部電極６Ａの開口部６１、及びカバー７の開口部７３を通過して、放電ランプ１Ｄの外部に出射される。

このような放電ランプ１Ｄは、第一実施形態の放電ランプ１Ａと同様な効果を奏する。加えて、放電ランプ１Ｄでは、放電路制限部材として機能するアパーチャ５Ｃが直接筐体２に固定されているため、電極ボックス４等の部品を削減することができる。従って、部品点数の低減や、製造コストの低減を図ることができる。

［第五実施形態］
図７は、第五実施形態の放電ランプを備えた光源装置の一例を示す概略構成図である。本実施形態の放電ランプ１Ｅは、外形が多角形、又は円形の扁平な形状を有しており、光の出射方向の長さ（厚み）が出射方向と垂直な方向の長さ（幅）よりも小さい板状の構造となっている。放電ランプ１Ｅは、筐体８、内部電極９、ヒータ１０、絶縁体１１、アパーチャ１２、及び外部電極１３を備えている。

筐体８は放電ガスを収容する容器であり、筐体８の内部は放電ガスが封入される放電ガス封入空間である。筐体８は、筒状の胴部８１と、胴部８１の一方の端部を閉塞する板状の窓材８２と、胴部８１の他方の端部を閉塞する板状のステム部８３と、を有している。

窓材８２は、誘電分極を発生させると共に、筐体８の内部で発生した光を外部に透過させる誘電部として機能する。窓材８２は、例えば各種ガラス、又はセラミック等の、筐体８内で発生した光に対して透光性を有する誘電体材料により形成された板状部材である。誘電部２１における略中心部を含む所定の領域は、放電ガス封入空間で発生した光を透過させる光出射窓となる略円形状の光透過領域８２ａである。

胴部８１及びステム部８３は、窓材８２と共に放電ガス封入空間を形成する本体部として機能し、金属等の導電材料、又はガラス若しくはセラミック等の絶縁材料等によって形成される。例えば、胴部８１をインジウム等の金属により形成し、ステム部８３を金属、ガラス、又はセラミック等により形成しても良い。

内部電極９は、放電ガス封入空間に熱電子を放出する熱電子放出源であり、放電を起こす際に熱陰極として機能する。内部電極９は、放電ガス封入空間において、ヒータ１０を介してステム部８３における放電ガス封入空間側の面上に積層されており、光透過領域８２ａと対向している。

内部電極９は、光透過領域８２ａに沿った方向に拡がる平板状を呈している。内部電極９は、導電部材からなる板状部材、又は膜状部材である基部と、基部において光透過領域８２ａと対向する外面に設けられた電子放出部と、を有している。電子放出部は、例えば、酸化バリウム等の易電子放射物質を基部に塗布することにより形成されている。内部電極９には、導電部材からなる陰極用給電ピン９１の一端側が接続されている。陰極用給電ピン９１の他端側は、ステム部８３を貫通して筐体８の外側に突出している。陰極用給電ピン９１は、高周波電源Ｈと電気的に接続される。なお、ステム部８３が絶縁材料からなる場合、ステム部８３により陰極用給電ピン９１が直接保持され、一方、ステム部８３が金属により形成されている場合、陰極用給電ピン９１とステム部８３との間には、絶縁材により形成されたスペーサＳ（例えば、ハーメチックシール等）が介される。

ヒータ１０は、内部電極９を加熱する加熱源である。ヒータ１０は、内部電極９と密着できるような平らな形状を呈しており、内部電極９とステム部８３との間に介されている。ヒータ１０は、例えばタングステン等の高融点金属からなる線状部材を面状に配置すること等により形成されている。ヒータ１０には、導電部材からなる一対のヒータ用給電ピン１０ａ，１０ａのそれぞれの一端側が接続されている。ヒータ用給電ピン１０ａの他端側は、ステム部８３を貫通して筐体８の外側に突出している。ヒータ用給電ピン１０ａは、定電圧電源Ｃ１に接続されている。なお、陰極用給電ピン９１と同様に、ステム部８３が金属により形成されている場合、ヒータ用給電ピン３１ａとステム部８３との間には、スペーサＳが介される。

絶縁体１１は、筐体８と内部電極９との間を電気的に絶縁すると共に、内部電極９から放出された電子の放電路を制限する放電路制限部材として機能する。絶縁体１１は、略筒状を呈しており、その外面が胴部８１の内面に当接するように、胴部８１に内挿されている。絶縁体１１は、ステム部８３上に積層されている。絶縁体１１は、光透過領域８２ａ側の蓋部１１ａと、ステム部８３側の胴体部１１ｂと、を有している。胴体部１１ｂは、光軸方向（後述）から見た場合に、内部電極９を囲っている。蓋部１１ａは、胴体部１１ｂにおける光透過領域８２ａ側の端部に接続されている。蓋部１１ａの内面１１ｃは、胴体部１１ｂの内面１１ｄよりも小さくされており、蓋部１１ａにおけるステム部８３側の面とステム部８３との間に、内部電極９の辺縁部が挟まれている。このように、蓋部１１ａと胴体部１１ｂとにより、内部電極９を収容する電子放出源収容空間ＥＲが画設されている。蓋部１１ａの内面１１ｃは、内部電極９から放出された電子を通過させる電子通過孔として機能する。絶縁体１１は、例えばガラス又はセラミック等の絶縁材料により形成されている。

アパーチャ１２は、蓋部１１ａの内面１１ｃにより制限された放電経路をさらに狭窄する放電路狭窄部材として機能すると共に、蓋部１１ａの内面１１ｃ及びその近傍を保護する保護部材として機能する。アパーチャ１２は、光透過領域８２ａに沿った方向に拡がる略平板状（面板状）を呈しており、その外面が胴部８１の内面に当接するよう胴部８１に内挿されている。アパーチャ１２は、絶縁体１１における光透過領域８２ａ側の面上に積層されている。アパーチャ１２の略中心部を含む所定の領域には、内部電極９から放出された電子を通過させる略円形状の狭窄孔１２ａが設けられている。アパーチャ１２は、蓋部１１ａの内面１１ｃと狭窄孔１２ａとが連通するように配置されている。アパーチャ１２は、例えばモリブデンやタングステン等の高融点金属やその合金・化合物等により形成されており、放電の際に絶縁体１１を保護することが可能となっている。なお、アパーチャ１２は、例えば、絶縁体１１と同一の材料により絶縁体１１と一体に形成されていてもよく、この場合、アパーチャ１２における光透過領域８２ａ側の面上に、例えばモリブデン、又はタングステン等の高融点金属やその合金・化合物等により形成された保護部材をさらに配置してもよい。なお、光透過領域８２ａ及び狭窄孔１２ａの略中心部を通る仮想線を光軸Ｚとし、光軸Ｚの延びる方向を光軸方向とする。換言すると、光軸方向は、内部電極９と光透過領域８２ａとが対向する方向である。光軸Ｚと交わる方向における狭窄孔１２ａの大きさ（直径）は、同方向における光透過領域８２ａの大きさ（直径）、同方向における内面１１ｃの大きさ（直径）、及び同方向における内部電極９の大きさ（長さ）よりも小さい。

外部電極１３は、放電を起こす際に陽極として機能する。外部電極１３は、窓材８２の外側の面に対して、例えば、ニッケルやアルミニウム等の金属を蒸着することにより形成された平板状の導電部材である。外部電極１３は、筐体８の外側において、窓材８２を挟んで内部電極９と対向するように配置されている。外部電極１３の略中心部を含む所定の領域に形成された円形状の開口部１３ａは、光軸Ｚ上に配置されており、光透過領域８２ａを透過した光を通過させる。つまり、内部電極９、開口１１ａ、狭窄孔１２ａ、光透過領域８２ａ及び開口部１３ａは、光軸Ｚ上に同軸に配置されている。

放電ランプ１Ｅを備える光源装置２００は、上述と同様な高周波電源Ｈ、及び定電圧電源Ｃ１を備える。高周波電源Ｈは、接地されている。定電圧電源Ｃ１は、ヒータ１０に電流を供給し、ヒータ１０により内部電極９を加熱する。

以上のような放電ランプ１Ｅ及び光源装置２００では、定電圧電源Ｃ１からヒータ１０に直流電流が供給され、ヒータ１０により内部電極９が加熱される。その状態で、筐体８の内側の放電ガス封入空間に配置された内部電極９と、筐体８の外側に配置された外部電極１３との間に、高周波電源Ｈから交流電流が供給される。交流電流が供給されると、窓材８２に誘電分極が発生する。加熱された内部電極９から放出された熱電子は、内部電極９と窓材８２との間に放電を形成する。放電は、狭窄孔１２ａにおいて収束され、点状の放電発光が発生する。放電発光により生じた光は、光透過領域８２ａ、及び外部電極１３の開口部１３ａを通過して、放電ランプ１Ｅの外部に出射される。このように、放電ランプ１Ｅ及び光源装置２００では、誘電分極を発生させつつ、放電ガス封入空間に配置された内部電極９から放電ガス中に電子を放出させるため、充分な電流密度が得られる。また、高周波電源Ｈに接続される内部電極９と外部電極１３とが筐体８の内部と外部とに分かれて配置されているので、放電電極間の耐電圧能が高くなり、沿面放電等の不具合の発生しない、安定した動作を行うことができる。また、放電ランプ１Ｅは、比較的短期間に点灯することが可能となっている。なお、放電ランプ１Ｅにおいても、第一実施形態の放電ランプ１Ａと同様に、内部電極とヒータとを一体化し、易電子放出物質が外面に設けられた導電材料を通電加熱してもよい。

放電ランプ１Ｅは、ステム部８３、胴部８１、ヒータ１０、内部電極９、絶縁体１１、アパーチャ１２、窓材８２、及び外部電極１３といった主要な構成要素が積層されることにより、構成されている。このため、製造が容易であり、小型化も可能となる。特に、放電ランプ１Ｅでは、窓材８２に対応する部分を複数含む基板と、ステム部８３に対応する部分を複数含む基板とを用いて、複数の放電ランプ１Ｅを一体形成し、放電ガスの封入後に、放電ランプ１Ｅ毎に切断するといった製造方法を採用することが可能となる。

放電ランプ１Ｅでは、外部電極１３は、窓材８２に当接している。このため、誘電分極が好適に発生するため、安定した放電状態が維持され、より安定した動作行うことができる。また、放電ランプ１Ｅでは、外部電極１３が蒸着によって窓材８２に対してカバー等を用いることなく固定されているため、窓材８２に対する外部電極１３の密着性の向上、部品点数の低減、及び装置の小型化を図ることが可能となる。

放電ランプ１Ｅでは、内部電極９は、交流電流を導通させる基部と、基部の外面に設けられた電子放出部と、を有し、電子放出部は、基部を形成するタングステン等よりも電子を放出し易い酸化バリウム等の易電子放射物質により形成されている。従って、易電子放射物質により形成された電子放出部から電子が放出されるため、基部から電子を放出させる場合に比して、確実に電子が放出され、より充分な電流密度を得ることができる。

放電ランプ１Ｅでは、絶縁体１１は、内部電極９を収容する電子放出源収容空間ＥＲを画設する、胴体部１１ｂと蓋部１１ａと、を有し、胴体部１１ｂは、内部電極９と光透過領域８２ａとが対向する方向から見た場合に、内部電極９を囲う壁状を呈し、蓋部１１ａは、胴体部１１ｂにおける光透過領域８２ａ側の端部に接続され、電子通過孔としての内面１１ｃが設けられている。このため、内部電極９から放出された電子が胴部８１等に入射することを抑制することができる。従って、より安定した動作を行うことができる。

放電ランプ１Ｅでは、絶縁体１１の蓋部１１ａを形成するセラミック等よりも高い融点を有する高融点金属やその合金・化合物等により形成され、狭窄孔１２ａが設けられたアパーチャ１２を備え、アパーチャ１２は、狭窄孔１２ａと蓋部１１ａの内面１１ｃとが連通するように、蓋部１１ａにおける光透過領域８２ａ側の面に取り付けられている。このため、絶縁体１１において放電によって劣化しやすい蓋部１１ａの内面１１ｃ及びその近傍をアパーチャ１２により保護することが可能となる。従って、放電路が安定した状態に保たれ、より安定した動作を行うことができる。

放電ランプ１Ｅでは、内部電極９は、熱電子を放出する熱電子放出源である。このため、好適に電子を供給することができるので、より安定した動作を行うことができる。

光源装置２００は、放電ランプ１Ｅと、内部電極９と外部電極１３との間に交流電流を供給する高周波電源Ｈと、ヒータ１０を介して内部電極９を加熱するための定電圧電源Ｃ１を備えている。また、放電ランプ１Ｅは、内部電極９を加熱するためのヒータ１０を備えている。このため、加熱された内部電極９から好適に熱電子が放出されるため、一層安定して電子が放出され、より安定した動作を行うことができる。

以上、本発明の放電ランプ及び光源装置の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、放電ランプ１Ａ〜１Ｄでは、誘電部２１及び本体部２２は、同一の材料により一体に形成されているが、それぞれ異なる材料により形成されていてもよい。

内部電極３，９は、タングステン等により形成された基部と、酸化バリウム等の易電子放射物質により形成された電子放出部とを有しているが、電子放出部を有さず、基部からの熱電子放出によって電子を放出してもよい。また、内部電極３は、内部電極３自体を定電圧電源Ｃ１によって通電加熱する直熱型ではなく、内部電極９と同様に、内部電極３に高周波電源Ｈを接続すると共に、内部電極３の近傍に配置され、内部電極３を加熱するヒータを設け、ヒータに定電圧電源Ｃ１を接続する傍熱型であってもよい。また、内部電極３，９は、熱陰極であるが、冷陰極であってもよい。

外部電極６Ａ，６Ｂは、筐体２において誘電部２１にのみ当接しているが、拡径して胴部２４の誘電部２１側の外表面を覆うようにし、胴部２４と当接させてもよい。この場合、放電量が増加することにより、高輝度化を図ることが可能となる。

１Ａ〜１Ｅ…放電ランプ、２…筐体、３…内部電極、４…電極ボックス、５Ａ〜５Ｃ…アパーチャ、６Ａ，６Ｂ…外部電極、７…カバー、８…筐体、９…内部電極、１２…アパーチャ、１２ａ…電子通過孔、１３…外部電極、１３ａ…開口部、２１…誘電部、２１ａ…光透過領域、２２…本体部、４１ａ…電子通過孔、６１…開口部、８１…胴部、８２…窓材、８２ａ…光透過領域、８３…ベース、Ｈ…高周波電源、Ｃ１…定電圧電源。

Claims (13)

1. 誘電体材料から形成されると共に光を透過させる光透過領域を有する誘電部と、放電ガスが封入された放電ガス封入空間を前記誘電部と共に形成する本体部と、を有する筐体と、
   前記放電ガス封入空間において、前記光透過領域と対向して配置された電子放出源と、
   前記放電ガス封入空間において前記電子放出源と前記光透過領域との間を仕切り、前記電子放出源から放出された電子を通過させる電子通過孔が設けられた放電路制限部材と、
   前記筐体の外側において前記誘電部を挟んで前記電子放出源と対向するように配置され、前記光透過領域を透過した前記光を通過させる開口部が設けられた外部電極と、
   前記電子放出源に接続される一端と前記筐体の外側に位置する他端とを有すると共に前記本体部における前記誘電部に対向する部分に配置されている、前記電子放出源に給電するための導電部材と、を備える、
   放電ランプ。
2. 誘電体材料から形成されると共に光を透過させる光透過領域を有する誘電部と、放電ガスが封入された放電ガス封入空間を前記誘電部と共に形成する本体部と、を有する筐体と、
   前記放電ガス封入空間において、前記光透過領域と対向して配置された電子放出源と、
   前記放電ガス封入空間において前記電子放出源と前記光透過領域との間を仕切り、前記電子放出源から放出された電子を通過させる電子通過孔が設けられた放電路制限部材と、
   前記筐体の外側において前記誘電部を挟んで前記電子放出源と対向するように配置され、前記光透過領域を透過した前記光を通過させる開口部が設けられた外部電極と、
   前記放電路制限部材を形成する材料よりも高い融点を有する材料により形成され、貫通孔が設けられた保護部材と、を備え、
   前記保護部材は、前記貫通孔と前記電子通過孔とが連通するように、前記放電路制限部材に取り付けられている、
   放電ランプ。
3. 前記放電路制限部材に接続され、内部が前記電子通過孔と連通した筒状部を備え、
   前記筒状部は、前記光透過領域、又は前記電子放出源に向かって突出している、
   請求項２に記載の放電ランプ。
4. 誘電体材料から形成されると共に光を透過させる光透過領域を有する誘電部と、放電ガスが封入された放電ガス封入空間を前記誘電部と共に形成する本体部と、を有する筐体と、
   前記放電ガス封入空間において、前記光透過領域と対向して配置された電子放出源と、
   前記放電ガス封入空間において前記電子放出源と前記光透過領域との間を仕切り、前記電子放出源から放出された電子を通過させる電子通過孔が設けられた放電路制限部材と、
   前記筐体の外側において前記誘電部を挟んで前記電子放出源と対向するように配置され、前記光透過領域を透過した前記光を通過させる開口部が設けられた外部電極と、
   前記放電路制限部材に接続され、内部が前記電子通過孔と連通した筒状部と、を備え、
   前記筒状部は、前記光透過領域、又は前記電子放出源に向かって突出している、
   放電ランプ。
5. 前記放電路制限部材を形成する材料よりも高い融点を有する材料により形成され、貫通孔が設けられた保護部材を備え、
   前記保護部材は、前記貫通孔と前記電子通過孔とが連通するように、前記放電路制限部材に取り付けられている、
   請求項４に記載の放電ランプ。
6. 前記電子放出源に接続される一端と前記筐体の外側に位置する他端とを有すると共に前記本体部における前記誘電部に対向する部分に配置されている、前記電子放出源に給電するための導電部材を備える、
   請求項２〜５のいずれか一項に記載の放電ランプ。
7. 前記外部電極は、前記誘電部に当接している、
   請求項１〜６のいずれか一項に記載の放電ランプ。
8. 前記電子放出源は、
   電流を導通させる基部と、
   前記基部の外面に設けられた電子放出部と、を有し、
   前記電子放出部は、前記基部を形成する材料よりも電子を放出し易い易電子放射物質により形成されている、
   請求項１〜７のいずれか一項に記載の放電ランプ。
9. 前記放電路制限部材は、前記電子放出源を収容する電子放出源収容空間を画設する、胴体部と蓋部と、を有し、
   前記胴体部は、前記電子放出源と前記光透過領域とが対向する方向から見た場合に、前記電子放出源を囲う壁状を呈し、
   前記蓋部は、前記胴体部における前記光透過領域側の端部に接続され、前記電子通過孔が設けられている、
   請求項１〜８のいずれか一項に記載の放電ランプ。
10. 前記誘電部を覆うように前記筐体に固定されるカバーを備え、
    前記外部電極は、前記カバーと前記誘電部とにより挟持される、
    請求項１〜９のいずれか一項に記載の放電ランプ。
11. 前記電子放出源は、熱電子を放出する熱電子放出源である、
    請求項１〜１０のいずれか一項に記載の放電ランプ。
12. 請求項１〜１１のいずれか一項に記載の放電ランプと、
    前記電子放出源と前記外部電極との間に交流電流を供給する交流電源と、を備える、
    光源装置。
13. 請求項１１に記載の放電ランプと、
    前記電子放出源と前記外部電極との間に交流電流を供給する交流電源と、
    前記電子放出源を加熱するための加熱用直流電源と、を備える、
    光源装置。

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