JPH07111917B2 - マイクロ波放電光源装置 - Google Patents

マイクロ波放電光源装置

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JPH07111917B2
JPH07111917B2 JP61118603A JP11860386A JPH07111917B2 JP H07111917 B2 JPH07111917 B2 JP H07111917B2 JP 61118603 A JP61118603 A JP 61118603A JP 11860386 A JP11860386 A JP 11860386A JP H07111917 B2 JPH07111917 B2 JP H07111917B2
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power supply
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憲治 吉沢
明彦 岩田
正和 滝
勲 正田
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Mitsubishi Electric Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はマイクロ波放電光源装置,とくにその電源回
路に関するものである。
〔従来の技術〕
第3図は例えば特開昭56−126250号公報に示されたマイ
クロ波放電光源装置を示す断面構成図であり,図におい
て(1)はマグネトロン,(2)はマグネトロンアンテ
ナで,これら(1)(2)によりマイクロ波を発生する
マイクロ波発振器を構成する。(3)は導波管,(4)
は内壁の形状を回転対称形に構成されたマイクロ波空胴
壁で金属メツシュ板(5)とでマイクロ波空胴(6)を
形成する。(7)は空胴壁(4)と導波管(3)の接合
部に設けられたマイクロ波給電口,(8)は球形に形成
された放電灯でプラズマ生成媒体が封入されている。
(9)はフアン,(10)は導波管(3)の一部に設けら
れた通気口,(11)はマグネトロン(1),導波管
(3),空胴(5)等を覆う箱体である。
次に動作について説明する。マグネトロン(1)によつ
て発生したマイクロ波は,マグネトロンアンテナ(2)
を通じて導波管(3)中に放射される。このマイクロ波
は導波管(3)を伝幡し,給電口(7)を通して空胴
(6)中に放射され,空胴(6)中にマイクロ波電磁界
を形成する。このマイクロ波電磁界により,放電灯
(8)中のガスが放電し、放電灯内壁が熱せられ,管中
にある水銀等の金属が蒸発しガス化されて放電は金属ガ
スの放電に移る。この時,金属の種類に応じた特定の発
光スペクトルを持つ光が発生する。この光を有効に利用
するため,空胴壁(4)の内面で反射面を形成させると
ともに前面をマイクロ波は透過させないが,光は透過さ
せるメツシユ板(5)で覆い,光を前方のみに放射させ
ている。
ここで,マグネトロン(1)を駆動する電源は例えば実
開昭56−162899号公報に示されるように50〜60Hzの商用
電源をトランスで昇圧して整流した高圧の脈流を用いて
いる。
整流回路が全波整流回路であるから高圧は100〜120Hzの
脈流となり,マグネトロン(1)は100〜120Hzのパルス
状のマイクロ波を発生する。放電灯(8)中のガスはこ
のように100〜120Hzで変調されたマイクロ波により放電
している。
〔発明が解決しようとする問題点〕
従来のマイクロ波放電光源装置は以上のように構成され
ており,電源が50〜60Hzの商用電源であるから,例えば
マグネトロンの入力が1.5kWの場合,昇圧トランスの重
量は10Kg以上にもなり非常に重い。
また,整流回路が全波整流回路であるため,昇圧トラン
スの2次巻線は巻き始め,巻き終わり共に接地すること
ができないため,絶縁を確保するのにトランス全体が大
きくなり,また,トランス以外の部分でも非常な高圧が
発生し,部品の信頼性が低下する等の不都合があつた。
一方,整流回路を半波整流回路にすれば,昇圧トランス
の2次巻線は片側が接地できるため,上述の問題は少な
くなるが,マグネトロン(1)に印加される電圧が電源
の半周期で0になり,8〜10msはマイクロ波が休止するた
め,放電灯(8)の立上り時に放電が維持できなくな
り,放電の立ち消えが起きる恐れがある。従つて,全波
整流回路を用いざるを得ない。
この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので,装置を軽くできるとともに電力の制御即ち放
電の制御も簡単に行なえ,放電灯の放電も安定なマイク
ロ波放電光源装置を得ることを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明に係るマイクロ波放電光源装置は,マイクロ波
発振器の電源を高周波インバータ化すると共に,放電灯
の直径がDmmの時,インバータの周波数を1500/DKHz以上
に設定したものである。
〔作 用〕
この発明におけるマイクロ波発振器の電源は,インバー
タにより高周波化されているので,放電灯の放電が安定
になり,昇圧トランスも軽量,小型になる。
〔実施例〕
以下,この発明の一実施例を図について説明する。第1
図はこの発明の一実施例に係るマイクロ波発振器の電源
回路を示す回路図であり,図において,Eは商用電源,D1
はダイオードブリツジ,D2,D3,D4はダイオード,Q2,Q3は
半導体トランジスタでFETであり,FETQ2,Q3によりインバ
ータ(30)を構成する。C1,C2はコンデンサ,T1は昇圧ト
ランス,(21)はFETを駆動するドライブ回路,(22)
はドライブ回路(21)にPWMで制御されたパルスを送る
制御回路,(23)はマグネトロン(1)のフイラメント
電源である。これに用いられるマイクロ波放電光源装置
は第3図のものと同様のものである。
次に動作について説明する。商用電源Eから送られる交
流電圧はダイオードブリツジD1により全波整流された後
コンデンサC1で平滑されて直流電圧になる。一方,制御
回路(22)は例えばTi社製のスイツチングレギユレータ
電源用IC TL−494を主として構成されており,その出力
(222),(223)にパルスを交互に出すようになつてい
る。さらにはパルス巾を可変にすることもできる。この
パルスを入力として,FET Q2,Q3を交互に導通状態にする
ようにドライブ回路(21)が構成されている。FET Q2,Q
3が交互に導通状態(ON)になるため,トランスT1の1
次巻線のセンタータツプTpより上下に交互に電流が流れ
る。したがつてトランスT1の2次巻線には,1次巻線との
巻線比で昇圧された交流電圧が発生する。この交流電圧
は,コンデンサC2,ダイオードD4からなる半波倍電圧整
流回路により高圧の脈流に変換され,マグネトロン
(1)に印加されてマグネトロン(1)が駆動される。
このようにしてマグネトロン(1)は高圧の脈流で動作
するため,発生されるマイクロ波もパルス状である。こ
のマイクロ波の様子を第2図に示す。第2図は横軸が時
間で,縦軸がマイクロ波出力の大きさを表わす。第1図
のFETQ3がONの時,トランスT1の2次側にはダイオードD
4に対し順方向の電圧が発生し,コンデンサC2への充電
電流が流れコンデンサC2が充電される。次にFET Q3がOF
Fした後,FET Q2がONし,トランスT1の2次側にはダイオ
ードD4に対し逆方向の電圧が発生し,ダイオードD4はOF
Fして,トランスT1の2次側の電圧と,コンデンサC2に
充電されていた電圧の和がマグネトロン(1)に印加さ
れる。すなわち第2図のt1の時間がFET Q2がONしている
時間になる。このように,FET Q2がONする毎にマグネト
ロン(1)が動作してマイクロ波が発生する。つまり,
周期Tでt1の巾のマイクロ波パルスが発生するわけであ
る。
第2図のマイクロ波で第3図に放電灯(8)を放電させ
るのであるが,この時放電灯(8)の直径Dが30mm,封
入された水銀量が100mg,マグネトロン(1)の入力電力
が1.5kWであれば,電源の周波数を10〜20KHz程度にし
た場合,この間のかなりの周波数範囲で放電が不安定と
なつた。これは照明学会誌第67巻第2号P55〜P61で,有
電極の放電灯において明らかにされているように,放電
灯内の音波による音響的共鳴現象に類似したものと考え
られる。しかしながら,有電極の放電灯では,放電は電
極間のアーク放電になつており,一般に電極間で線状に
なつているものである。これに対してこの発明のもの
は,無電極であつて,マイクロ波エネルギーが放電灯
(8)の周囲から放電に浸入する形で放電が維持されて
おり,例えば放電灯(8)が球であれば球状の放電とな
る。このように,有電極の放電灯と,この発明の無電極
のマイクロ波放電を利用した放電灯とではその放電の様
子が全く異なり,音響的共鳴現象も自ずと異なつたもの
となる。音響的共鳴現象は,放電媒質ガス中の音速と放
電灯の形状寸法によることは知られている。音速は,ガ
スの温度と圧力により変化する。前述のように,有電極
の放電灯と無電極の放電灯では放電の様子が異なるた
め,ガスの温度も温度分布も異なり,音速の分布も異な
る。したがつて,共鳴のモードが異なり,共鳴の周波数
も異なる。
本発明者らが,直径30mmの球形の無電極放電灯で電源の
周波数を変化させて放電の安定性を調べたところ,50K
Hz以下では放電が不安定となる周波数領域がかなり広い
が,50KHz以上ではこの領域が急速に狭くなることがわか
つた。すなわち,50KHz以上では音響的共鳴現象が少なく
なることを示す。よつて,50KHz以上の周波数の電源によ
り動作させたマグネトロン発振するマイクロ波で放電さ
せれば放電を安定に維持できることがわかつたのであ
る。音響的共鳴現象が起こる周波数は放電灯の直径D,
ガスの音速をCとすればC/Dに比例する。今,無電極放
電灯で水銀が比較的高圧(動作中1気圧以上)になるも
のではCはあまり変化しない。したがつて,共鳴の周波
数はDに反比例する。今,D=30mmで=50KHzで共鳴が
少なくなるということは,Dが変われば(KHz)1500/
D(mm)で共鳴が少なくなることを示す。
一方,この場合,高圧即の整流回路は半波倍電圧整流回
路であるが,マイクロ波の休止時間,すなわち第2図の
t2は,PWM制御よりパルス巾を小さくしたとしても周波数
が1KHzである限り1ms以下である。
放電灯(8)中のプラズマ生成媒体が希ガス,あるいは
希ガスと水銀,金属のように一般に放電灯に使用される
ものであれば,いわゆるアフターグローは1ms程度以上
ある。したがつて,マイクロ波が休止してもアフターブ
ロー中に次のマイクロ波パルスが加えられるため,放電
は容易に持続する。すなわち放電の立ち消えの恐れがな
い。
ここで1500/Dにするため,Dが1.5m以上にならなけれ
ばは1KHz以下にならない。実際にはDは10cm以上にな
ることはないから1500/Dということは現実としてt2
が1ms以上にはならないことを示し,1500/Dを選ぶ
ということは放電の立ち消えの恐れがない周波数を選ぶ
ことになる。
以上のように,放電の立ち消えを起こすことなく,高圧
側の整流回路を半波倍電圧整流回路にできるため,トラ
ンスT1の2次巻線の片側を接地でき,2次巻線の巻き始め
はトランスのコアに接触してもよく,巻き終わりとコア
間,巻き終わりと1次巻線間等の絶縁を考慮するだけで
よく絶縁が簡単になる。
一方,例えば周波数を100KHzにするとすれば,トラン
スT1は100KHzの高周波で励磁されるため,トランスT1は
非常に小さいものでよい。マグネトロン(1)の入力電
力を1.5kWとした時50〜60Hzの昇圧トランスは10Kg以上
のものが必要であつたが,第1図のものではわずか600g
程度になる。
さらに,PWM制御によりマイクロ波電力を制御しても放電
灯(8)の立ち消えが起る恐れがないから,例えばピー
ク電力を大きくしてパルス巾を縮めて,平均電力一定
で,ピークの高いマイクロ波を加えることもでき,様々
の放電の制御が可能である。
なお,以上の実施例では,インバータ回路にプツシユプ
ル回路を用いたが,一石フオワード回路,あるいはハー
フブリツジ回路やフルブリツジ回路等どのような回路を
用いてもよい。
〔発明の効果〕
以上のようにこの発明によれば,プラズマ生成媒体が封
入された直径Dmmの球形放電灯を,1500/DKHz以上の周波
数の高周波インバータによる電源で動作されるマイクロ
波発振器によるマイクロ波で放電させるので,放電が安
定になり,また立ち消えがなく放電の制御が容易で,装
置も軽いものが得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例に係るマイクロ波発振器の
電源回路を示す回路図,第2図はこの発明の一実施例に
係るマイクロ波発振器より発生するマイクロ波の発振波
形を示す波形図,及び第3図はマイクロ波放電光源装置
を示す断面構成図である。 (1)……マグネトロン,(8)……放電灯,(30)…
…インバータ,T1……トランス,Q2,Q3……FET。 なお,図中,同一符号は同一又は相当部分を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 正田 勲 神奈川県鎌倉市大船5丁目1番1号 三菱 電機株式会社大船製作所内 (56)参考文献 特開 昭59−203399(JP,A) 実開 昭56−162899(JP,U)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】マイクロ波発振器により発生されたマイク
    ロ波により、直径Dmmの球形放電灯中に封入されたプラ
    ズマ生成媒体を放電させ、光を発生させるものにおい
    て、直流電圧を発生する電源部、この電源部から出力さ
    れる電源信号の周波数を1500/DKHz以上の高周波にする
    インバータ回路、このインバータ回路からの出力を昇圧
    するトランス、及びこのトランスで昇圧された電圧を整
    流する半波倍電圧整流回路により上記マイクロ波発振器
    の電源回路を構成することを特徴とするマイクロ波放電
    光源装置。
JP61118603A 1986-05-23 1986-05-23 マイクロ波放電光源装置 Expired - Lifetime JPH07111917B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0115118Y2 (ja) * 1980-05-07 1989-05-08
JPS59203399A (ja) * 1983-05-06 1984-11-17 三菱電機株式会社 マイクロ波放電光源装置

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