JPH02267852A - 放電管装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は放電管装置に関し、例えば光源として使用する
ためのこの種の装置に関する。

例えばヨーロッパ特許第０２２５７５３Ａ号（カリフォ
ルニア大学）に開示されているように、電磁表面波を用
いることによってガス内で低圧放電を発生させかつそれ
を維持することが知られている。表面波はそのガスの入
った放電管のまわりにそれの全長にわたって延長するこ
となしに配置された付勢器（ｅｎｅｒｇｉｚｅｒ）　（
ランチャ−（ｌａｕｎｃｈｅｒ）としても知られている
）によって発生される。このような構成では、放電管の
内側に電極を設ける必要はない。電磁波を発生するため
の電力は高周波（ｒｆ）電力発生器によって与えられる
が、上記ヨーロッパ特許第０２２５７５３Ａ号には放電
管を包囲しかつ接地された透明な高周波シールドも開示
されている。

使用される高周波（ｒａｄｉｏ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）
（ｒ、ｆ、）はＩＭＨｚからＩＧＨｚの範囲に入り得る
ものと考えられる。

しかし、実際には、光源として使用するための放電管装
置によって利用され得る動作周波数は約２０ＭＨｚ、約
８４ＭＨｚあるいは約９００ＭＨｚ、多分１３〜３０Ｍ
Ｈ２の範囲であろうと思われる。

高周波電力によって付勢されて高周波スクリーニング構
造として作用する構造のまわりにファラデー・ケージ（
Ｆａｒａｄａｙ　ｃａｇｅ）、例えばワイヤ・メツシュ
を設けることが知られている。このようなメツシュの寸
法は、特に、使用される高周波電力の周波数と、放出さ
れる必要な高周波電力の減衰に依存する。所要周波数で
例えば３０ｄＢの減衰を生ずるためには、使用されるメ
ツシュが非常に薄いものとなり、かつメツシュ・サイズ
かミリメートルのオーダーとなる。このようなものでは
放電管からの光を減殺しくｏｂｓｃｕｒｅ）、従ってそ
の放電管が非能率的な光源となってしまう。国際的な規
約に合致するように高周波干渉を軽減するためには減衰
を大きくする必要があるが、これにより上記の問題がさ
らに大きくなる。

本発明のひとつの目的は特に光源として使用するための
改良された放電管装置を提供することである。

本発明によれば、 高周波電力で付勢された場合に充填剤の入った放電管内
で表面波を励起させるようになされたランチャ−と、 このランチャ−内に部分的に配置された放電管と、 この放電管に沿って延長した導電性構造を具備し、使用
時には、前記構造は接地されており、そして前記構造は
前記構造を有していない放電管の全光出力に対して全光
出力の増加を生ずるような半径方向の距離だけ前記放電
管から離間されており、また前記構造は前記全光出力の
増加を減殺するには不十分な量の材料よりなる放電管装
置が提供される。

放電管に沿って延長した構造が設けられたとすると、そ
れに使用されている材料が、放電管から放出される光を
感知しに＜＜シ、それにより、このような構造を有する
放電管装置はそのような構造を有しない放電管装置より
も放出光が少なくなる。しかし、ある半径距離だけ放電
管から離れたこのような構造を設けると放電管の全体の
光出力が増大すること、およびこのような構造は全光出
力のこの増大を感知しにくくするには足りない料の材料
で構成しうろことを本発明者等は認めた。

このよにして、このような導電性の構造を具備した放電
管装置はそのような導電性の構造を有しない放電管装置
より大きい全光出力を有することを本発明者等は認めた
。全光出力の２５〜３０％のオーダーの大きな増加が実
現される。この出力の増加は導電性構造の高周波スクリ
ーニング特性によって生ずる高周波電力放出の減少分よ
り大きい。

この放電管装置は放電管から放出される高周波電力の減
衰を生ずる手段を具備し、この手段が放電管と前記構造
を包囲していることが好ましい。

放電管から充分遠く離れて設けられたこのような手段は
、放電管から放出される光を、前記構造の作用を打消す
程度まで減殺することなしに、高周波スクリーニング効
果を有し得る。

前記構造は１本のワイヤ・ストランドよりなることが好
ましく、放電管のまわりの螺旋状構造よりなることが有
利である。このような構造は最小限の料の光減殺材料で
最大の改良を与える。

１つの好ましい実施例では、螺旋状構造は放電管の長さ
に沿って変化するピッチを有する。これが付勢される放
電管の異なる部分からの光出力の分布を変更する。

以下図面を参照して本発明に実施例につき説明しよう。

しよう。

第１図に示されているように、放電管装置１０はランチ
ャ−（ｌａｕｎｃｈｅｒ）　２２に取り付けられた放電
管２０を具備している。その放電管２０はガラスのよう
な光透過性絶縁材料で形成されており、これにはアルゴ
ンのような希ガスの充填剤２４と、水銀のようなイオン
化可能材料を入っている。

ランチャ−２２は真鍮のような導電性材料で作成されて
おり、かつ内管２６および外管２８よりなる同軸状構造
として形成されている。外管の一端部における第１の板
３０がランチャ−構造に対する第１の端壁を与える。外
管２８の他の端部では、その外管２８と一体の第２の板
３１が第２の端壁を与える。

内管２６は外管２８よりも短く、従って第１の環状ギャ
ップ３２と第２の環状ギャップ３３を画成するように外
管２８内に配置される。第１の板３０は放電管２゜を受
入れるための孔を有している。外管２８、第１の板３０
および第２の板が内管２６のまわりにそれと電気的接触
をさせないで中断していない導電性通路を画成し、その
まわりに高周波スクリーニング構造を与える。

第１図のランチャ−に対する適当な寸法は下記のとおり
である。

ランチャ−長　　　　７−２０ｍｍ 内管２６長　　　　　　３−１３ｍｍ 導電性材料の厚みは用いられる構成方法に依存して、ミ
リメートルのオーダーである。

高周波電力発生器３４（概略的に示されている）は、同
軸ケーブル３５とインピーダンス整合回路３６（コンデ
ンサ３７およびインダクタ３８よりなるものとして概略
的に示されている）を介してランチャ−２２の内管２６
に電気的に接続されている。その接続は高周波（ｒ、ｆ
）信号が内管２６に印加され、他方、外管２８と端板３
０は接地される。高周波電力発生器３４、インピーダン
ス整合回路３６、同軸ケーブル３５およびランチャ−２
２が、充填剤を付勢して放電を発生する高周波電力を供
給される付勢装置を構成する。

ランチャ−２２の内側の絶縁材料３９はギャップ３２．
３３の寸法を一定に保持しかつ内管２６を所定の位置に
保持すための構造要素として設けられている。

絶縁材料３９は始動を容易にするため又は他の目的のた
めにギャップ３２．３３にける電界を整形するのを助け
る。高周波周波数で低損失を呈する適当な絶縁材料とし
ては、ガラス、石英およびＰＴＦＥがある。

高周波電源３４がオンされると、通常ＩＭＨｚ　−ＩＧ
Ｈｚの範囲の周波数を有する発振電界がランチャ−２２
の内側に設定される。第１および第２のギャップ３２．
３３では、この電界は放電管２０の長手方向の軸線と平
行である。充分な電力が印加されると、それによって充
填剤２４内に発生される電界は、ヨーロッパ特許第ＥＰ
　０２２５７５３Ａ２号の構成と同様の態様で電磁表面
波が伝播され得る放電を発生するのに充分である。第１
のギャップ３２はランチングギャップとして作用し、他
方、第２のギャップ３３は第１のギャップ３２の効果を
補足する。従って、高周波電力発生器３４によって電力
を供給されたランチャ−２２は充填剤中に放電を発生し
かつそれを維持する。

放電の長さと輝度は特に放電管２０のサイズと高周波電
力発生器３４によって供給される電力に依存する。

さらに、前述のように、例えば第１図に示されているよ
うな放電管装置では、その放電管に沿って延長していて
接地された導電性の構造が、この構造を有していあに放
電管装置の全光出力に対して全光出力の増加を生ずるよ
うな半径方向の距離に配置され得ることが認められた。

第２図および第３図は所定の電力入力に対する放電管装
置からの全光出力を決定するためにもちいられる装置を
示している。要するに、２つの測定が行なわれるだけで
よい。すなわち、第１に、放電管装置に入力される電力
、第２に、この電力が入力として与えられた場合の全光
出力である。

第２図は高周波電源４０から放電管装置４１に入力され
る電力を測定するための装置を示しており、その放電管
装置４１は放電管４２、ランチャ−４３、およびランチ
ャ−４３と放電管４２のインピーダンスを電源のそれに
整合させるためのインピーダンス整合回路４４として概
略的に示されている。高周波信号発生器４５の出力は二
方向カブラ４７を介して放電管装置４１に電力を与える
高周波増幅器４６によって所定のレベル（通常は約１０
Ｗ）まで増幅される。カブラ４７はそれを順方向（負荷
に向う方向）および逆方向に通る高周波電力の小部分（
不整合負荷から反射される電力）をカブル・アウトさせ
る。２つの減衰器（図示せず）がこれらの信号を電力計
４８によって測定され得るレベルまで減少させる。

高周波スイッチ４９は順方向電力Ｐ、と反射電力ＰＲの
測定を電力計４８を用いて行なうことができるようにす
る。放電管装置４１に対する入力電力Ｐ。は順方向電力
と反射電力との差によって与えられる。

第３図は放電管装置４１からの全光出力を決定するため
に用いられる装置を示している。白い反射塗料を被覆さ
れた非導電性のボックスが包み込んでいて、その放電管
装置からあらゆる方向に放出された光を統合する。放電
管装置４１からの直接の光がボックス５０の小さな穴５
２に到達するのを防止するために白くペイントされたバ
ッフル５１が配置される。穴５２を通ってボックス５０
から出て来る光の量は放電管装置４１の全光出力に比例
する。穴５２からのこの光出力はフォトダイオードと高
周波スクリーン・ボックス内に装着された増幅回路との
組合せ５３によってモニタされる。このフォトダイオー
ドと増幅器の組合せからの出力は全体のシステムを包囲
したファラデーケージ５４の側を通じて取り出され、デ
ィジタル電圧計５５によってモニタされる。

放電管装置４１のクールスポット温度Ｔｃを制御するた
めの装置も第３図に示されている。これは放電管４２の
一端に温度制御器５６を具備しており、この場合、温度
は放電管４２のその端部における小さい領域に接触した
循環水の温度によって定義される。システムの他の部分
の温度は暖かい空気５７を用いてＴ。より高い温度Ｔ。

（スクリーン熱電対５８によって測定される）にセット
される。従って、温度制御器５６によって定義される温
度は放電管装置のクールスポット温度Ｔ、である。

多数の導電性構造が試みられた。これらの構造のうちの
幾つか、について測定が行なわれたが、それらの測定の
殆どの場合に、クールスポット温度ＴＣは制御されなか
った。

第１図の放電管装置が第４図に概略的に示されており、
その後の図はランチャ−６４と放電管６２である。第４
図に示されているように、３つのターンを有し銅のよう
な導電性材料で作成された螺旋状構造が放電管６２に沿
って延長している。疑問を避けるために、ここで用いら
れている螺旋状という用語は、一定のまたは可変の距離
をもって中心軸線にそって移動する点の三次元軌跡とし
て定義されるものとする。従って、螺旋状という用語は
一定のピッチと可変ピッチとの両方の構造を含む。

構造６４からランチャ−６０の外管までの接地接続か設
けられている。

第５図は一定の光入力電力に対して放電管装置によって
発生される全光出力に対する螺旋のターンの数の影響を
示している。放電管６２は水銀と５ｔｏｒｒアルゴンを
含んでおり、長さが１０５ｍｍで内径が１３ｍｍの電極
無し蛍光管よりなる。螺旋状構造は直径０．５６ｍｍの
スズメツキ銅線を巻回したものであった。ターン数の異
なる螺旋状体が放電管のまわりに巻回され、約ＬＯＷま
での光入力電力の範囲にわたって光出力が測定された。

比較のために、螺旋状態なしで測定がなされた。すべて
の測定が周波数１２０ＭＨｚの高周波電力を用いて行な
われた。

図面において各グラフは次のとおりである。

グラフ　　搭−丞 ６６　　　　螺旋状体なし ６８　　　　螺旋状体−１ターン ７０　　　　螺旋状体−３ターン ７２　　　　螺旋状体−５ターン ７４　　　　螺旋状体−７ターン ７６　　　　螺旋状体−９ターン ７８　　　５０１ｍ／Ｗを示す 第５図から判るように、５Ｗの入力電力では、螺旋状態
の存在によって発生された全光出力の増加は約２５％と
３０％との間であり、これはターン数には無関係のよう
に見えた（少なくとも測定精度の範囲内では）。このよ
うにして、放電管に沿って延長しかつランチャ−のアー
ス側に電気的に接続された導電性の構造を有しており、
そのような構造を有しない放電管装置の全光出力より大
きい全光出力を発生する放電管装置を提供することがで
きる。多数のターンを有する螺旋状体を設けることによ
って高周波スクリーン効果が改善されるが、このことは
放電管からの全光出力を減少させるという犠牲を伴い、
従って螺旋状構造の効果を減殺する。

真っ直ぐなワイヤ７９よりなる構造が第６図に示されて
いる。これによって５Ｗで約２０％の全光出力増加が得
られた。

第７図は所定の光入力電力に対して放電管装置によって
発生される全光出力に対する螺旋状体または他の構造の
半径方向の寸法の影響を示している。周波数１２５ＭＨ
ｚの高周波電力を用いて測定が行なわれた。放電管６２
は長さ１０５ｍｍ、内径１３ｍｍで、５ｔｏｒｒアルゴ
ンと水銀の入った電極なし蛍光管よりなる。使用された
構造は半径７　、５ｍｍの螺旋状体（すなわち放電管に
きつく捲きつけられた）と半径の変化したケージであっ
た。第８図に示されているように、各ケージは６つのル
ープによって接合された４つの垂直支持体よりなる。こ
れらの構造は直径０．５６ｍｍのスズメツキ銅線で作成
された。

図面において各グラフは次のとおりである。

グラフ　　措−１ ８１構造無し ８２　　　　螺旋状体−３ターン−半径７　、５ｍｍ８
４　　　　ケージ　−　半径７．５ｍｍ８６　　　　ケ
ージ　−　半径２０ｍｍ８８　　　　ケージ　−　半径
３１ｍｍ９０　　　　ケージ　−　半径３７ｍｍ９２　
　　５０１ｍ／Ｗを示す 第７図から判るように、構造が用いられなかった場合に
比較して、すべての構造が全光出力の大きな増加を与え
た。しかし、両方とも放電管壁にきつく装着された螺旋
状体および半径７　、５ｍｍケージは他の構造に比較し
て全光出力の実質的な増加を与えた。直径１５ｍｍの放
電管の場合には、構造は５ｃｍまたは放電管の直径の５
倍のうちの大きい方より小さく、好ましくは大きい増加
に対しては放電管の１２ｍｍ以内、最大の効果のために
は約２　、５ｍｍ以内であることが必要であろう。

３タ一ン螺旋状体はそれの少なくとも５倍の材料を含ん
だケージ構造と等しい全光出力の増加を生じたことも第
７図から判る。

構造における材料の量の影響の他の比較が第９図および
第１０図に示された結果からなされ得る。

第９図は１２９ＭＨｚで動作される放電管装置の全光出
力に対する、放電管壁にきつく捲きつけられた５タ一ン
螺旋状体の影響を示している。図面における各グラフは
次のとおりである。

グラフ　　植−丞 ９４　　　　構造なし ９６　　　　接地された螺旋状体 ９８　　　５０１ｍ／Ｗを示す 接地されていない螺旋状体によって包囲された放電管装
置からの全光出力は、螺旋状体の存在しないものと同一
であった。つまり、５タ一ン螺旋状体における材料の量
は光出力の測定可能な部分を減少させるのには不十分で
ある。この実施例では、接地された螺旋状体の存在によ
って全光出力が２５％増加した。放電管の表面積の２５
％以下を暗くさせるメツシュ構造はその構造の存在によ
って発生される全光出力の増加を減少させるのには不十
分な材料の量である。太さ０．５５ｍｍのワイヤのメツ
シュでは、メツシュのホールサイズが約４ｍｍとなる。

第１Ｏ図は１２９ＭＨｚで動作される放電管装置の光出
力に対するアルミニウム・メツシュの効果を示している
。アルミニウム・メツシュは０　、４ｍｍのワイヤ太さ
を有し、ホールサイズが約２ｍｍであり、かつ放電管壁
に対して圧着されている。図面における各グラフは次の
とおりである。

ｌ之２　　批−１ １００構造なし １０２　　　　非接地メツシュ １０４　　　　接地メツシュ １０６　　　５０１ｍ／Ｗを示す これらのグラフから判るように、非接地アルミニウム・
メツシュの材料が放電管装置からの大量の全光出力を暗
くさせる。アルミニウム・メツシュを接地すると、より
少ない材料よりなる螺旋状体のような構造としてそれほ
ど有効ではないが、この暗化の問題を緩和する光出力の
増加を発生する。

単純な５タ一ン螺旋状体が１５ｄＢのオーダーの高周波
スクリ−ニグを与える。もしこれで不十分な場合には、
必要な付加的な高周波スクリーニング効果を有するよう
になされた他の構造が設けられる。第１１図はランチャ
−１１０、放電管１１２．５タ一ン螺旋状体１１４、お
よび高周波シールド１１６を有する放電管装置を示して
いる。例えば、放電管装置から放出された高周波電力の
全減衰が１００ＭＨｚで動作される放電管装置の場合に
３０ｄＢであるとすると、高周波シールド１１６は約１
５ｄＢの減衰を生ずる必要があり、これは放電管１１２
から３〜４管半径の距離に配置された１ｃｍのオーダー
のホールサイズの比較的粗なメツシュによって与えられ
得る。

全光出力の増加を生ずる種々の構造１１８．１２０１１
２２が第１２図〜第１４図に示されている。放電のそれ
に沿った位置における輝度は第１３図および第１４図に
示されているように螺旋状体のピッチを変えることによ
って変更され得る。

放電管壁に密着した構造は、より大きい半径方向寸法を
有する他の構造に比較して、全光出力の相当な増加を与
えることが認められている。第５図は外表面上に３タ一
ン螺旋状体１３２を被覆された電極なし放電管１３０を
示している。放電管１３０は所定の構造のステンシルを
発生するためにテープを用いてマスクされ、そしてマス
クされない表面は銀ペイントを用いてまたはアルミニウ
ムを真空被着することによって被覆される。抵抗が１Ω
以下のアルミニウム螺旋状体は、放電管にきつく捲きつ
けられた銅線螺旋状体によって生ずる増加と同程度の全
光出力の増加を生ずることが認められた。放電管の螺旋
状体を被着させることは、再現性が高くなるという他の
利点を有する。銀ペイント螺旋状体は放電管装置の全光
出力に対しては測定可能な影響を及ぼさないが、これは
それの抵抗が比較的高い（約２００Ω）ことによるもの
と考えられた。両方の場合に、螺旋状体１３２からラン
チャ−の外管への接地接続は放電管のまわりのワイヤリ
ングを含んでいた。螺旋状体のピッチは２０ｍｍであっ
た。

上記実施例に対する本発明の範囲内での他の変形変更が
当業者には明らかとなろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によらない放電管装置を示す図、第２図
および第３図は所定の電力入力に対する放電管装置から
の全光出力を決定するために用いられる装置を示す図、
第４図は本発明の第１の実施例による放電管装置を概略
的に示す図、第５図は全光出力の増加に対する螺旋状構
造の多数のタン部分の影響を示す図、第６図は本発明の
第２の実施例による放電管装置を概略的に示す図、第７
図は全光出力の増加に対する前記構造と放電管壁との半
径方向の間隔の影響を示す図、第８図は本発明の第３の
実施例による放電管装置を概略的に示す図、第９図およ
び第１０図は螺旋状構造およびファイン・メツシュによ
ってそれぞれ生ずる全光出力の増加を示す図、第１１〜
１４図は本発明のさらに他の実施例による放電管装置を
概略的に示す図、第１５図は螺旋状構造が被着された放
電管を示す図である。 １０・・・放電管装置 ２２・・・ランチャー ２４・・・充填剤 Ｚ６・・・内管 ２８・・・外管 ３０・・・第１の板 ３１・・・第２の板 ３２・・・第１の環状ギャップ ３３・・・第２の環状ギャップ ３４・・・高周波電力発生器 ３６・・・インピーダンス整合回路 ３９・・・絶縁材料 ４０・・・高周波電源 ４１・・・放電管装置 ４２・・・放電管 ４３・・・ランチャ− ４４・・・インピーダンス整合回路 ４５・・・高周波信号発生器 ４７・・・二方向カブラ ４６・・・高周波増幅器 ４８・・・電力計 ４９・・・高周波スイッチ 図面のθ侵 ５０・・・ボックス ５６・・・温度制御器 ６０・・・ランチャ− ６２・・・放電管 ６４・・・ランチャ ７９・・・ワイヤ １１０・・・ランチャ− １１２・・・放電管 １１４・・・螺旋状体 １１６・・・高周波シールド １３０・・・放電管 １３２・・・螺旋状体

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、高周波電力で付勢された場合に充填剤の入った放電
   管内で表面波を励起させるようになされたランチャーと
   、 このランチャー内に部分的に配置された放電管と、 この放電管に沿って延長した導電性構造を具備し、使用
   時には、前記構造は接地されており、そして前記構造は
   それを有していない放電管の全光出力に対して全光出力
   の増加を生ずるような半径方向の距離だけ前記放電管か
   ら離間されており、また前記構造は前記全光出力の増加
   を感知し減殺するには不十分な量の材料よりなる放電管
   装置。 ２、前記放電管から放出あれる高周波電力に減衰を生じ
   させる手段をさらに具備しており、この手段が前記放電
   管を包囲している請求項１の放電管装置。 ３、前記構造が単一のワイヤ・ストランドよりなる請求
   項１または２の放電管装置。 ４、前記単一のワイヤ・ストランドが放電管のまわりの
   螺旋状構造よりなる請求項３の放電管装置。 ５、前記螺旋状構造が放電管の長さに沿って可変ピッチ
   を有している請求項４の放電管装置。 ６、前記半径方向の距離が５ｃｍおよび放電管の直径の
   ５倍のうちのどちらか大きい方より小さい請求項１〜５
   の放電管装置。 ７、前記半径方向の距離が２．５ｍｍ以下である請求項
   ６の放電管装置。 ８、前記構造が放電管と連続している請求項７の放電管
   装置。 ９、前記構造が放電管の外表面上に被着された請求項７
   の放電管装置。