JPH10189270A - High frequency energy supply means, and high frequency electrodeless discharge lamp device - Google Patents

High frequency energy supply means, and high frequency electrodeless discharge lamp device

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JPH10189270A
JPH10189270A JP29850297A JP29850297A JPH10189270A JP H10189270 A JPH10189270 A JP H10189270A JP 29850297 A JP29850297 A JP 29850297A JP 29850297 A JP29850297 A JP 29850297A JP H10189270 A JPH10189270 A JP H10189270A
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frequency
discharge lamp
electrodeless discharge
side cavity
frequency energy
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保知  昌
Mamoru Takeda
守 竹田
Kazuyuki Sakiyama
一幸 崎山
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high frequency energy supply means in which a high frequency resonance magnetic field can be concentrically supplied to a smaller space than in conventional devices, and a high frequency electrodeless discharge lamp device using that. SOLUTION: A group 10 of vane type side cavity resonators comprises conductive material of low electric resistance such as copper to compose a structure in which four vanes 12a-12b are protruded from a cylinder toward a center. At the center, an electrodeless discharge lamp 11 is provided. Arrows show electric power lines of resonance high frequency magnetic field E, and 'a' and '-' respectively express positive and negative polarity of charge Q generated at a protruded part of the van 12a-12b. By the resonance high frequency field E, ionization-possible medium in the electrodeless lamp 11 makes discharge to emit light. By thus utilizing a high frequency energy supply means to a high frequency electrodesless discharge lamp device, high frequency energy can be effectively coupled even with a relatively compact electrodeless lamp.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、高周波エネルギー
供給手段と、それを用いた高周波無電極放電ランプ装置
に関するものである。
The present invention relates to a high-frequency energy supply means and a high-frequency electrodeless discharge lamp apparatus using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、高圧放電ランプ、特にメタルハラ
イドランプは、高効率、高演色性という特性から、ハロ
ゲンランプに変わる高出力点光源として、液晶ビデオプ
ロジェクター用光源などへの応用が進められている。ま
た、その高演色性という特性から、ハイビジョン中継に
対応したスポーツ照明や博物館・美術館の施設照明など
への展開も進められている。
2. Description of the Related Art In recent years, high-pressure discharge lamps, particularly metal halide lamps, have been applied to light sources for liquid crystal video projectors and the like as high-output point light sources instead of halogen lamps because of their high efficiency and high color rendering properties. . In addition, due to its high color rendering properties, the development of sports lighting compatible with HDTV broadcasting and facility lighting of museums and art galleries has been promoted.

【0003】中でも、高周波無電極放電ランプは、有電
極アーク放電ランプに比べて、電磁エネルギーを充填物
に結合しやすく、放電発光のための充填物から水銀を省
くことが可能であり、かつ高発光効率化が望めるという
優れた利点を持つ。また、放電空間内部に電極を持たな
いため、電極蒸発によるバルブ内壁の黒化が発生しな
い。これによりランプ寿命を大幅に伸ばすことが可能と
なる。これらの特徴から次世代の高圧放電ランプとして
研究開発が盛んに行われている。
[0003] Above all, a high-frequency electrodeless discharge lamp is easier to couple electromagnetic energy to a filler than an arc discharge lamp with an electrode, and can eliminate mercury from the filler for discharge light emission. It has an excellent advantage that luminous efficiency can be improved. Further, since no electrodes are provided inside the discharge space, blackening of the bulb inner wall due to electrode evaporation does not occur. This makes it possible to greatly extend the lamp life. Due to these characteristics, research and development are being actively conducted as a next-generation high-pressure discharge lamp.

【0004】以下に、従来の高周波無電極放電ランプ装
置について、公開特許昭59−86153号公報に記載
されている「マイクロ波無電極ランプ」を引用して説明
する。
A conventional high-frequency electrodeless discharge lamp device will be described below with reference to a "microwave electrodeless lamp" described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-86153.

【0005】即ち、従来のマイクロ波無電極ランプで
は、無電極放電ランプを、マイクロ波を透過させない網
が付設された開口を持つマイクロ波空洞共振器内に設
け、そのマイクロ波空洞共振器にマイクロ波発振器が連
結された構成である。ここで、その無電極放電ランプの
放電管(バルブ)の最大寸法は、使用されるマイクロ波
の波長よりも小さい。
That is, in the conventional microwave electrodeless lamp, the electrodeless discharge lamp is provided in a microwave cavity having an opening provided with a net that does not transmit microwaves. Wave oscillators are connected. Here, the maximum size of the discharge tube (bulb) of the electrodeless discharge lamp is smaller than the wavelength of the microwave used.

【0006】このような構成において、マイクロ波発振
器により発生させたマイクロ波エネルギーが、上記マイ
クロ波空洞共振器の壁面に設けられたマイクロ波通過用
のスロットを通じて放電管と結合し、放電管内の封入媒
体を励起するものである。この様にして、マイクロ波無
電極放電ランプより発生した放射光は、上記マイクロ波
空洞共振器に設けられた網を通してマイクロ波空洞共振
器の外部に取り出される構成となっている。
In such a configuration, the microwave energy generated by the microwave oscillator is coupled to the discharge tube through the microwave passage slot provided on the wall surface of the microwave cavity resonator, and sealed in the discharge tube. It excites the medium. In this way, the radiated light generated from the microwave electrodeless discharge lamp is taken out of the microwave cavity resonator through the net provided in the microwave cavity resonator.

【0007】このように高周波、特にマイクロ波を用い
る無電極放電ランプ装置の高周波エネルギー供給手段と
しては、空洞共振器を用いるのが、従来より一般的であ
った。
As described above, a cavity resonator has been generally used as a high-frequency energy supply means of an electrodeless discharge lamp device using a high frequency, particularly a microwave.

【0008】ところで、一般的に放電ランプ装置におい
ては、光源を小さくするほど、配光設計がより理想化で
きるため、照明応用分野において、光源であるプラズマ
アークの小寸法化が広く求められる。
In general, in a discharge lamp device, the smaller the light source is, the more ideal the light distribution design can be. Therefore, in the field of lighting applications, it is widely required to reduce the size of the plasma arc as the light source.

【0009】一方、無電極放電ランプではプラズマアー
クの寸法は、バルブの内径によって決定されている。従
って、プラズマアークの寸法を小さくするには、バルブ
の内径を小さくする必要があった。
On the other hand, in an electrodeless discharge lamp, the size of the plasma arc is determined by the inner diameter of the bulb. Therefore, in order to reduce the size of the plasma arc, it was necessary to reduce the inner diameter of the bulb.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の無
電極放電ランプの空洞共振器により、無電極放電ランプ
のバルブに対してエネルギーを供給する構成では、その
バルブ寸法が上記空洞共振器の寸法に比べて極端に小さ
い場合、マイクロ波エネルギーの結合性が悪くなり、反
射波が増大してランプの発光効率が悪くなったり、ラン
プ点灯時の始動性が急激に低下するなどの悪影響が生じ
る。そのため、バルブの寸法は、空洞共振器の寸法によ
って決まる限界の寸法より小さくすることは出来なかっ
た。
However, in a configuration in which energy is supplied to the bulb of the electrodeless discharge lamp by the above-mentioned cavity resonator of the conventional electrodeless discharge lamp, the bulb size is the same as that of the cavity resonator. When the intensity is extremely small as compared with the above, adverse effects such as poor coupling of microwave energy, increase in reflected waves and deterioration of the luminous efficiency of the lamp, and a sudden decrease in startability at the time of lamp lighting occur. Therefore, the dimensions of the valve could not be made smaller than the limit dimension determined by the dimensions of the cavity resonator.

【0011】また、上記の従来の無電極放電ランプの構
成では、無電極放電ランプへのエネルギー供給手段とし
て空洞共振器を用いている。そして、空洞共振器の寸法
は印加される高周波の波長によって決定される。しか
も、一般の情報通信用波長帯域と区別するために、工業
的用途として使用可能な高周波の波長範囲(ISM(I
ndustrial,Scientific,Medi
cal)周波数帯)が、予め定められている。そのた
め、空洞共振器の寸法は、使用可能な高周波の波長限界
から決まる寸法より小さくすることは出来なかった。
In the above-described conventional electrodeless discharge lamp, a cavity resonator is used as a means for supplying energy to the electrodeless discharge lamp. The size of the cavity resonator is determined by the wavelength of the applied high frequency. In addition, in order to distinguish it from the general information communication wavelength band, a high-frequency wavelength range (ISM (ISM
ndustrial, Scientific, Medi
cal) frequency band) is predetermined. Therefore, the size of the cavity resonator cannot be made smaller than the size determined from the wavelength limit of usable high frequency.

【0012】以上のことから、バルブの寸法は、使用可
能な高周波の波長限界から決まる寸法より小さくするこ
とは出来ないという課題を有していた。
As described above, there has been a problem that the dimensions of the bulb cannot be made smaller than the dimensions determined from the wavelength limit of usable high frequency.

【0013】例えば、一般的に用いられるISM周波数
の2.45GHz(波長:122mm)の高周波では、
安定して放電が持続できるプラズマアークの寸法は経験
的に約15mm以上に限られる。
For example, at a high frequency of 2.45 GHz (wavelength: 122 mm) of a commonly used ISM frequency,
Empirically, the size of a plasma arc that can sustain a stable discharge is limited to about 15 mm or more.

【0014】一方、液晶ビデオプロジェクター等への応
用を考えると、放射光の利用効率を高めるための光学設
計上の都合から、約3mm以下のプラズマアーク寸法が
求められる。
On the other hand, in consideration of application to a liquid crystal video projector or the like, a plasma arc size of about 3 mm or less is required from the viewpoint of optical design for improving the use efficiency of radiation light.

【0015】従って、空洞共振器を使用する高周波無電
極放電ランプ装置は、高輝度の点光源が求められる応用
分野には適さないという問題点を有していた。そのた
め、空洞共振器よりも小さな空間に高周波共振電磁場を
集中して供給できる高周波エネルギー供給手段が強く望
まれている。
Therefore, the high-frequency electrodeless discharge lamp device using the cavity resonator has a problem that it is not suitable for an application field requiring a high-brightness point light source. Therefore, there is a strong demand for a high-frequency energy supply means capable of concentratingly supplying a high-frequency resonance electromagnetic field to a space smaller than a cavity resonator.

【0016】本発明は上記従来の課題を考慮し、従来に
比べてより一層小さな空間に高周波共振電磁場を集中し
て供給できる高周波エネルギー供給手段、およびそれを
用いた高周波無電極放電ランプ装置を提供することを目
的とする。
In view of the above-mentioned conventional problems, the present invention provides a high-frequency energy supply means capable of intensively supplying a high-frequency resonance electromagnetic field to a much smaller space than before, and a high-frequency electrodeless discharge lamp device using the same. The purpose is to do.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の本発明
は、磁場の変化に伴い誘導電流を生じる、導電性材料か
らなる実質上環状の電磁誘導性機能部と、前記誘導電流
の経路の少なくとも一部に設けられた空隙を有する電気
容量性機能部とを備えた側空洞共振器が複数個、実質上
環形状に配置された側空洞共振器群であって、前記電気
容量性機能部は前記側空洞共振器で囲まれる前記環形状
の中央部側にあり、前記側空洞共振器群の外部からエネ
ルギーが与えられた際、前記環形状の中央部に発生する
共振高周波電磁場により、前記中央部に配置された対象
物に対して高周波エネルギーを供給する高周波エネルギ
ー供給手段である。
According to the present invention, there is provided a substantially annular electromagnetic inductive function portion made of a conductive material, which generates an induced current with a change in a magnetic field; A plurality of side cavity resonators each having an electric capacitance function part having a void provided in at least a part thereof, a side cavity resonator group arranged substantially in a ring shape, wherein the electric capacitance function part is The center portion of the ring-shaped cavity is surrounded by the side cavity resonator, and when energy is applied from the outside of the side cavity resonator group, the center of the ring-shaped resonator is generated by a resonant high-frequency electromagnetic field. High-frequency energy supply means for supplying high-frequency energy to an object placed in the unit.

【0018】請求項2記載の本発明は、導電性材料から
なる円筒と、導電性材料からなる複数のベインを有する
ベイン型側空洞共振器であって、前記ベイン型側空洞共
振器の外部からエネルギーが与えられた際、前記ベイン
型側空洞共振器の内側に発生する共振高周波電磁場によ
り、前記内側に配置された対象物に対して高周波エネル
ギーを供給する高周波エネルギー供給手段である。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a vane-type side cavity resonator having a cylinder made of a conductive material and a plurality of vanes made of a conductive material. A high-frequency energy supply means for supplying high-frequency energy to an object disposed inside by the resonant high-frequency electromagnetic field generated inside the vane-type side cavity resonator when energy is applied.

【0019】請求項6記載の本発明は、ホールとスロッ
トとを複数個有する導電性材料からなるホール・スロッ
ト型側空洞共振器であって、前記ホール・スロット型側
空洞共振器の外部からエネルギーが与えられた際、前記
ホール・スロット型側空洞共振器の内側に発生する共振
高周波電磁場により、前記内側に配置された対象物に対
して高周波エネルギーを供給する高周波エネルギー供給
手段である。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a hole / slot type side cavity resonator made of a conductive material having a plurality of holes and slots, wherein energy is supplied from outside the hole / slot type side cavity resonator. Is a high-frequency energy supply means for supplying high-frequency energy to an object disposed inside by a resonant high-frequency electromagnetic field generated inside the hole-slot type side cavity resonator when given.

【0020】請求項11記載の本発明は、上記の何れか
一つの高周波エネルギー供給手段と、前記高周波エネル
ギー供給手段の中央部に配置された無電極放電ランプ
と、前記高周波エネルギー供給手段を囲み、少なくとも
一部が光透過性である高周波漏洩防止手段と、前記高周
波エネルギー供給手段が有する前記複数の側空洞共振器
に共振高周波電磁場を励起するための共振高周波励起手
段と、高周波を発振する高周波発振手段と、前記高周波
発振手段より発振された高周波を前記共振高周波励起手
段に伝播する高周波伝播手段とを備え、前記複数の側空
洞共振器で囲まれる環形状の中央部に発生する前記共振
高周波電磁場により、前記無電極放電ランプの放電に必
要な高周波エネルギーを供給する高周波無電極放電ラン
プ装置である。
The present invention according to claim 11 encloses any one of the above-described high-frequency energy supply means, an electrodeless discharge lamp disposed at a center of the high-frequency energy supply means, and the high-frequency energy supply means, A high-frequency leakage prevention unit at least partially light-transmitting, a resonance high-frequency excitation unit for exciting a resonance high-frequency electromagnetic field to the plurality of side cavity resonators of the high-frequency energy supply unit, and a high-frequency oscillation for oscillating a high frequency Means, and high-frequency propagation means for propagating the high frequency oscillated by the high-frequency oscillating means to the resonance high-frequency excitation means, wherein the resonant high-frequency electromagnetic field generated at the center of an annular shape surrounded by the plurality of side cavity resonators Thus, a high-frequency electrodeless discharge lamp device for supplying high-frequency energy necessary for discharging the electrodeless discharge lamp.

【0021】請求項12記載の本発明は、上記の何れか
一つの高周波エネルギー供給手段と、前記高周波エネル
ギー供給手段の中央部に配置された無電極放電ランプ
と、前記無電極放電ランプから出た光を反射する光反射
手段と、前記高周波エネルギー供給手段を囲み、少なく
とも一部が光透過性である高周波漏洩防止手段と、前記
高周波エネルギー供給手段が有する前記複数の側空洞共
振器に共振高周波電磁場を励起するための共振高周波励
起手段と、高周波を発振する高周波発振手段と、前記高
周波発振手段より発振された高周波を前記共振高周波励
起手段に伝播する高周波伝播手段とを備え、前記光反射
手段は、(1)前記高周波漏洩防止手段を通過した前記
光を外部へ反射する、前記高周波漏洩防止手段の外部に
設けられた第一光反射手段と、(2)前記高周波漏洩防
止手段の内部から外部へ前記光を反射する、前記高周波
漏洩防止手段の内部に設けられた、非導電性材料で構成
された第二光反射手段とを有しており、前記複数の側空
洞共振器で囲まれる環形状の中央部に発生する前記共振
高周波電磁場により、前記無電極放電ランプの放電に必
要な高周波エネルギーを供給する高周波無電極放電ラン
プ装置である。
According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided any one of the above-described high-frequency energy supply means, an electrodeless discharge lamp disposed at a central portion of the high-frequency energy supply means, and an electrodeless discharge lamp. A light reflecting means for reflecting light, a high frequency leakage preventing means surrounding at least a part of the high frequency energy supplying means, and at least a part of which is light transmissive; Resonance high-frequency excitation means for exciting the high-frequency, high-frequency oscillation means for oscillating high frequency, high-frequency propagation means for transmitting the high frequency oscillated by the high-frequency oscillation means to the resonance high-frequency excitation means, the light reflection means (1) a first light reflector provided outside the high-frequency leakage prevention means, which reflects the light passing through the high-frequency leakage prevention means to the outside; And (2) a second light reflecting means made of a non-conductive material and provided inside the high-frequency leak preventing means for reflecting the light from inside the high-frequency leak preventing means to the outside. A high-frequency electrodeless discharge lamp device that supplies high-frequency energy necessary for discharging the electrodeless discharge lamp by the resonant high-frequency electromagnetic field generated in a ring-shaped central portion surrounded by the plurality of side cavity resonators. is there.

【0022】請求項13記載の本発明は、上記の何れか
一つの高周波エネルギー供給手段と、前記高周波エネル
ギー供給手段の中央部に配置された無電極放電ランプ
と、前記無電極放電ランプから出た光を反射する光反射
手段と、前記高周波エネルギー供給手段を囲み、一部が
光透過性である高周波漏洩防止手段と、前記高周波エネ
ルギー供給手段が有する前記複数の側空洞共振器に共振
高周波電磁場を励起するための共振高周波励起手段と、
高周波を発振する高周波発振手段と、前記高周波発振手
段より発振された高周波を前記共振高周波励起手段に伝
播する高周波伝播手段とを備え、前記高周波漏洩防止手
段の内壁面の一部は光反射面であり、且つ、前記内壁面
の前記一部は、前記高周波漏洩防止手段の内部から外部
へ前記光を反射する前記光反射手段であり、前記複数の
側空洞共振器で囲まれる環形状の中央部に発生する前記
共振高周波電磁場により、前記無電極放電ランプの放電
に必要な高周波エネルギーを供給する高周波無電極放電
ランプ装置である。
According to a thirteenth aspect of the present invention, there is provided any one of the above-described high-frequency energy supply means, an electrodeless discharge lamp disposed at a central portion of the high-frequency energy supply means, and an electrodeless discharge lamp. A light reflection unit that reflects light, a high-frequency leakage prevention unit that surrounds the high-frequency energy supply unit and is partially light-transmissive, and a resonance high-frequency electromagnetic field is applied to the side cavity resonators included in the high-frequency energy supply unit Resonance high-frequency excitation means for exciting;
High-frequency oscillation means for oscillating high frequency, and high-frequency propagation means for propagating the high frequency oscillated by the high-frequency oscillation means to the resonance high-frequency excitation means, a part of the inner wall surface of the high-frequency leakage prevention means is a light reflection surface And the part of the inner wall surface is the light reflecting means for reflecting the light from the inside to the outside of the high-frequency leakage preventing means, and has a ring-shaped central portion surrounded by the plurality of side cavity resonators. A high-frequency electrodeless discharge lamp device for supplying high-frequency energy required for discharging the electrodeless discharge lamp by the resonant high-frequency electromagnetic field generated in the discharge lamp.

【0023】請求項14記載の本発明は、上記の何れか
一つの高周波エネルギー供給手段と、前記高周波エネル
ギー供給手段の中央部に配置された無電極放電ランプ
と、前記無電極放電ランプから出た光を反射する光反射
手段と、前記高周波エネルギー供給手段を囲み、少なく
とも一部が光透過性である高周波漏洩防止手段と、前記
高周波エネルギー供給手段が有する前記複数の側空洞共
振器に共振高周波電磁場を励起するための共振高周波励
起手段と、高周波を発振する高周波発振手段と、前記高
周波発振手段より発振された高周波を前記共振高周波励
起手段に伝播する高周波伝播手段とを備え、前記光反射
手段は、前記高周波漏洩防止手段の外部に設けられてお
り、かつ前記高周波漏洩防止手段を通過した前記光を外
部へ反射するものであり、前記複数の側空洞共振器で囲
まれる環形状の中央部に発生する前記共振高周波電磁場
により、前記無電極放電ランプの放電に必要な高周波エ
ネルギーを供給する高周波無電極放電ランプ装置であ
る。
According to a fourteenth aspect of the present invention, there is provided any one of the above-described high-frequency energy supply means, an electrodeless discharge lamp disposed at a central portion of the high-frequency energy supply means, and an electrodeless discharge lamp. A light reflecting means for reflecting light, a high frequency leakage preventing means surrounding at least a part of the high frequency energy supplying means, and at least a part of which is light transmissive; Resonance high-frequency excitation means for exciting the high-frequency, high-frequency oscillation means for oscillating high frequency, high-frequency propagation means for transmitting the high frequency oscillated by the high-frequency oscillation means to the resonance high-frequency excitation means, the light reflection means , Provided outside the high-frequency leakage prevention means, and reflects the light passing through the high-frequency leakage prevention means to the outside. Ri, by the resonant radio frequency electromagnetic field to be generated in the central portion of the ring shape surrounded by said plurality of side resonators, wherein a high-frequency electrodeless discharge lamp device for supplying high frequency energy necessary for the discharge of the electrodeless discharge lamp.

【0024】請求項15記載の本発明は、上記の何れか
一つの高周波エネルギー供給手段と、前記高周波エネル
ギー供給手段の中央部に配置された無電極放電ランプ
と、前記無電極放電ランプから出た光を反射する光反射
手段と、前記高周波エネルギー供給手段を囲み、少なく
とも一部が光透過性である高周波漏洩防止手段と、前記
高周波エネルギー供給手段が有する前記複数の側空洞共
振器に共振高周波電磁場を励起するための共振高周波励
起手段と、高周波を発振する高周波発振手段と、前記高
周波発振手段より発振された高周波を前記共振高周波励
起手段に伝播する高周波伝播手段とを備え、前記光反射
手段は、前記高周波漏洩防止手段の内部に設けられてお
り、前記高周波漏洩防止手段の外部へ前記光を反射する
ものであり、且つ、非導電性材料で構成されており、前
記複数の側空洞共振器で囲まれる環形状の中央部に発生
する前記共振高周波電磁場により、前記無電極放電ラン
プの放電に必要な高周波エネルギーを供給する高周波無
電極放電ランプ装置である。
According to a fifteenth aspect of the present invention, there is provided any one of the above-described high-frequency energy supply means, an electrodeless discharge lamp disposed at a central portion of the high-frequency energy supply means, and an electrodeless discharge lamp. A light reflecting means for reflecting light, a high frequency leakage preventing means surrounding at least a part of the high frequency energy supplying means, and at least a part of which is light transmissive; Resonance high-frequency excitation means for exciting the high-frequency, high-frequency oscillation means for oscillating high frequency, high-frequency propagation means for transmitting the high frequency oscillated by the high-frequency oscillation means to the resonance high-frequency excitation means, the light reflection means , Is provided inside the high-frequency leakage prevention means, reflects the light to the outside of the high-frequency leakage prevention means, and, The resonant high-frequency electromagnetic field, which is formed of a conductive material and is generated in a ring-shaped center surrounded by the plurality of side cavity resonators, supplies a high-frequency energy required for discharging the electrodeless discharge lamp. It is an electrode discharge lamp device.

【0025】以上の構成によれば、例えば、2.45G
Hzの高周波を用いても、10mm以下の比較的小さな
プラズマアークを安定して点灯維持することが可能とな
る。
According to the above configuration, for example, 2.45G
Even if a high frequency of Hz is used, a relatively small plasma arc of 10 mm or less can be stably lit and maintained.

【0026】なお、本明細書内における「高周波」と
は、1MHz〜100GHzの周波数の電磁波を指す。
特に、周波数範囲が300MHz〜30GHzの「マイ
クロ波」周波数において、本発明は好適な効果を得るこ
とが出来る。
The term "high frequency" in this specification refers to an electromagnetic wave having a frequency of 1 MHz to 100 GHz.
In particular, in the "microwave" frequency range of 300 MHz to 30 GHz, the present invention can obtain suitable effects.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0028】(実施の形態1)ここでは、本発明の高周
波エネルギー供給手段の一実施の形態について説明す
る。
(Embodiment 1) Here, the high frequency
It will be described an embodiment of Namie energy supply means.

【0029】まず図1(a)から図1(c)を参照しな
がら、本実施の形態の構成を述べると同時に、側空洞共
振器群がどのような形で共振電磁場を形成するかを定性
的に説明する。
First, the configuration of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 (a) to 1 (c). At the same time, it is qualitatively determined how the side cavity resonators form a resonance electromagnetic field. Will be explained.

【0030】図1(a)に示すように、ベイン型側空洞
共振器群10は、銅などの電気抵抗の低い導電性材料か
らなり、円筒から4枚の板(ベイン)12a〜12dを
中央に向けて突出した構造からなっている。そしてその
中央には、無電極放電ランプ11が設けられている。
As shown in FIG. 1A, a vane-type side cavity resonator group 10 is made of a conductive material having a low electric resistance such as copper, and has four plates (veins) 12a to 12d formed from a cylinder at the center. It has a structure protruding toward. An electrodeless discharge lamp 11 is provided at the center.

【0031】図1(a)と図1(c)に示す矢印は共振
高周波電場Eの電気力線であり、「+」および「−」は
ベインの突出部に生じている電荷Qの極性の正と負をそ
れぞれ表している。前記の共振高周波電場Eにより無電
極放電ランプ11内部の可電離媒体が放電を起こし発光
する。また、図1(b)に示す円印は、ベインと円筒か
らなる略環状の導体部に錯交する共振高周波磁場の方向
を示している。○の中に●で示される印が、紙面に向か
って手前方向に生じている共振高周波磁場であり、○の
中に×で示される印が、紙面向こう側に向かって生じて
いる共振高周波磁場である。また、磁場の記号周辺の渦
状の矢印は、ベインと円筒からなる略環状の電磁誘導性
機能部の表面を流れる電流Iの方向を示している。
The arrows shown in FIGS. 1 (a) and 1 (c) are lines of electric force of the resonance high-frequency electric field E, and "+" and "-" indicate the polarity of the charge Q generated at the protruding portion of the vane. Represents positive and negative respectively. Due to the resonance high-frequency electric field E, the ionizable medium inside the electrodeless discharge lamp 11 causes discharge to emit light. The circles shown in FIG. 1 (b) indicate the direction of the resonant high-frequency magnetic field intersecting the substantially annular conductor portion composed of the vane and the cylinder. The mark indicated by ● in ○ is the resonant high-frequency magnetic field generated in the front direction toward the paper surface, and the mark indicated by × in ○ is the resonant high-frequency magnetic field generated in the other side of the paper surface It is. A spiral arrow around the symbol of the magnetic field indicates the direction of the current I flowing on the surface of the substantially annular electromagnetic inductive function section including the vane and the cylinder.

【0032】隣接する各ベイン型側空洞共振器の位相が
πずつずれるπモードで動作するように設計されている
時、図1(a)に示すように、隣接するベイン突出部に
電荷Qが正負逆の極性で交互に帯電される。この時、各
ベインの突出部間の空隙は、キャパシタのような電気容
量性機能部として働き電場Eが生じる。次に図1(b)
に示すように、帯電した電荷を打ち消すように表面電流
Iが生じて、それに伴い共振高周波磁場Hが発生する。
この時、ベインと円筒からなる略環状の導体部はインダ
クタのような電磁誘導性機能部として働いている。この
表面電流Iにより、図1(c)に示すような、図1
(a)とは逆極性の電荷Qの分布と、逆位相(逆方向)
の共振高周波電場Eが発生する。このような過程を繰り
返して、電場と磁場が交互に発生しながらベイン型側空
洞共振器群10は共振を続ける。
When each of the adjacent vane-type side cavity resonators is designed to operate in the π mode in which the phases are shifted by π, as shown in FIG. It is charged alternately with opposite polarity. At this time, the gap between the protruding portions of each vane acts as a capacitive function portion such as a capacitor, and an electric field E is generated. Next, FIG.
As shown in (1), a surface current I is generated so as to cancel the charged charge, and a resonant high-frequency magnetic field H is generated accordingly.
At this time, the substantially annular conductor portion including the vane and the cylinder functions as an electromagnetic inductive function portion such as an inductor. Due to this surface current I, as shown in FIG.
The distribution of the charge Q having the opposite polarity to that of FIG.
A high-frequency electric field E is generated. By repeating such a process, the vane-side cavity resonator group 10 continues to resonate while an electric field and a magnetic field are generated alternately.

【0033】このような、共振高周波電磁場を得るため
の側空洞共振器群の形状は図1(a)に示すような、4
枚ベイン型側空洞共振器群に限られるものではない。例
えば、図2に示す8枚ベイン型側空洞共振器群22のよ
うにベインの数を増やしても、同様に共振高周波電磁場
を得ることができる。
The shape of the group of side cavity resonators for obtaining such a resonant high-frequency electromagnetic field has a shape as shown in FIG.
The present invention is not limited to the single-vane type side cavity resonator group. For example, even if the number of vanes is increased as in the eight-vane-type side cavity resonator group 22 shown in FIG. 2, a resonant high-frequency electromagnetic field can be obtained similarly.

【0034】また、図3に示すように導体に複数の円筒
形のホールを設け、ホールの一部に空隙を為すスロット
を設けたホール・スロット型側空洞共振器群32を用い
ても良い。これらの、側空洞共振器群22または32を
用いることで、先に例示した4枚ベイン型側空洞共振器
群と同様に無電極放電ランプ21または31に高周波エ
ネルギーを供給できる。
As shown in FIG. 3, a hole-slot type side cavity resonator group 32 in which a plurality of cylindrical holes are provided in a conductor and a slot is provided in a part of the holes to form a gap may be used. By using these side cavity resonator groups 22 or 32, high-frequency energy can be supplied to the electrodeless discharge lamp 21 or 31 similarly to the four-vane-type side cavity resonator group exemplified above.

【0035】尚、本実施の形態のベイン型側空洞共振器
群10,22(図1(a)、図2参照)の形状、及び、
ホール・スロット型側空洞共振器群32(図3参照)の
形状は、従来マグネトロンに用いられてきたベイン型側
空洞共振器、及びホール・スロット型側空洞共振器と同
様の形状である。ここで、これら従来の共振器と本願発
明の高周波エネルギー供給手段との主な相違点を述べ
る。
The shapes of the vane-type side cavity resonator groups 10 and 22 (see FIGS. 1A and 2) of the present embodiment, and
The shape of the hole / slot type cavity resonator group 32 (see FIG. 3) is the same as that of the vane type cavity resonator and the hole / slot type cavity resonator conventionally used in magnetrons. Here, the main differences between these conventional resonators and the high-frequency energy supply means of the present invention will be described.

【0036】即ち、上記従来の共振器は、マグネトロン
の陽極として利用されており、共振器の中央部には、マ
グネトロンの陰極が配置されている。
That is, the above-mentioned conventional resonator is used as an anode of a magnetron, and a cathode of the magnetron is arranged at the center of the resonator.

【0037】このような従来の構成からも明らかな様
に、本願の高周波エネルギー供給手段が、中央部のバル
ブに対して、高周波エネルギーを供給するものであるの
に対し、従来のマグネトロンに使用される上記共振器
が、中央部の電極から外部に出力されるマイクロ波エネ
ルギーの発振周波数を決定するためのものである点で、
双方の役割・作用は全く異なる。
As is apparent from such a conventional configuration, the high-frequency energy supply means of the present invention supplies high-frequency energy to the central valve, whereas the high-frequency energy supply means is used in a conventional magnetron. The above resonator is for determining the oscillation frequency of the microwave energy output from the central electrode to the outside,
Their roles and effects are completely different.

【0038】つまり、本願の発明者は、外部から供給さ
れた高周波を利用して、中央部に配置された対象物に対
してエネルギーを供給するという、従来のマグネトロン
の共振器における役割からは誰も思いつかなかった高周
波エネルギー供給手段を発明したのである。
That is, the inventor of the present application argues that the role of a conventional magnetron resonator in that energy is supplied to an object disposed in the center by using an externally supplied high frequency power is used. He invented a high-frequency energy supply means that he could not even think of.

【0039】さて、上述した側空洞共振器群に生じる高
周波電磁場のモードとして、図1においては隣接する側
空洞共振器の位相がπずつずれたπモードに従って説明
を行ったが、側空洞共振器群のモードはこれに限るもの
ではない。
Now, the mode of the high-frequency electromagnetic field generated in the above-described side cavity resonator group has been described in accordance with the π mode in which the phases of adjacent side cavity resonators are shifted by π in FIG. The mode of the group is not limited to this.

【0040】例えば、図4に示すように、πモードで8
孔ホール・スロット型側空洞共振器群42を駆動する
時、電荷Qは一つおきに反対の極性を持つ。この電荷Q
により生じる共振高周波電場Eにより、無電極放電ラン
プ41内部に生じるプラズマ中の電子は十字形に引き寄
せられることになる。このモードで生じる十字形のプラ
ズマ分布は、π周期毎に45°ずつずれるので、無電極
放電ランプ41は比較的均一なバルブ表面温度分布を得
ることができる。
For example, as shown in FIG.
When driving the hole-hole / slot-type side cavity resonator group 42, every other charge Q has the opposite polarity. This charge Q
, The electrons in the plasma generated inside the electrodeless discharge lamp 41 are attracted in a cross shape. Since the cross-shaped plasma distribution generated in this mode is shifted by 45 ° every π period, the electrodeless discharge lamp 41 can obtain a relatively uniform bulb surface temperature distribution.

【0041】側空洞共振器群を上記のようなπモードで
積極的に動作させたい場合には、一つおきのベイン(も
しくは突出部)の電荷Qの極性が等しくなるように、一
つおきのベイン(もしくは突出部)を導体からなるスト
ラップリングで電気的に結合するのが、より望ましい方
法である。
When it is desired to operate the side cavity resonator group positively in the π mode as described above, every other vane (or protruding portion) has the same charge Q so that the polarity of the charge Q is equal. It is more desirable to electrically connect the vanes (or protrusions) with a strap ring made of a conductor.

【0042】一方、図5に示すように、隣接する側空洞
共振器の位相がπ/4ずつずれたπ/4モードで8孔ホ
ール・スロット型側空洞共振器群52を駆動する時、電
荷Qは対向する突出部において反対の極性を持つ。
On the other hand, as shown in FIG. 5, when driving the 8-hole hole / slot type side cavity resonator group 52 in the π / 4 mode in which the phase of the adjacent side cavity resonator is shifted by π / 4, the charge is Q has opposite polarity at opposing protrusions.

【0043】この電荷Qにより生じる共振高周波電場E
は、側空洞共振器群52の中央部の直径方向を指向して
おり、無電極放電ランプ51を横切って行く分布を持
つ。
The resonance high-frequency electric field E generated by this charge Q
Are directed in the diametrical direction at the center of the side cavity resonator group 52, and have a distribution crossing the electrodeless discharge lamp 51.

【0044】図5に示すような、無電極放電ランプ51
を横切って行く分布を持つ共振高周波電場を生じさせる
モードを得ることができる側空洞共振器の数は、無論8
個に限られるものではない。側空洞共振器の数がN個で
構成される時に、隣接する側空洞共振器間の位相差は2
π/Nであるとき、図5に示すのと同様の共振高周波電
場を得ることができる。
An electrodeless discharge lamp 51 as shown in FIG.
Of course, the number of side cavity resonators that can obtain a mode that produces a resonant high-frequency electric field having a distribution that crosses
It is not limited to individuals. When the number of side cavity resonators is N, the phase difference between adjacent side cavity resonators is 2
When π / N, a resonance high-frequency electric field similar to that shown in FIG. 5 can be obtained.

【0045】尚、図5に示す場合、図4の構成に比べて
より強い電場が中央部において得られるモードが実現出
来る。
In the case shown in FIG. 5, it is possible to realize a mode in which a stronger electric field is obtained at the center than in the configuration shown in FIG.

【0046】側空洞共振器のひとつを取り出して等価回
路で示すと、図6のようなインダクタンスLとキャパシ
タンスCrを並列に結合したLC共振器で表される。こ
の時、導体の電気抵抗はLとCrに対して十分に小さい
ものとして無視している。先に述べたとおり、ベインと
円筒からなる略環状の電磁誘導性機能部が、磁場Hと表
面電流IによるインダクタンスLを生じ、各ベイン突出
部間の空隙からなる電気容量性機能部がキャパシタンス
rとして働く。この等価回路のアドミッタンスYr
(数1)で表される。
[0046] When shown in the equivalent circuit is taken out one side cavity, represented by the LC resonator inductance L and a capacitance C r and coupled in parallel as shown in FIG. 6. At this time, the electric resistance of the conductor is ignored because it is sufficiently small with respect to L and Cr . As described above, the substantially annular electromagnetic inductive function part composed of the vane and the cylinder generates the inductance L due to the magnetic field H and the surface current I, and the capacitance function part composed of the gap between the respective vane protrusions has the capacitance C. Work as r . Admittance Y r of this equivalent circuit is expressed by equation (1).

【0047】[0047]

【数1】 (Equation 1)

【0048】次に、一つの側空洞共振器から、他の(N
−1)個の側空洞共振器およびプラズマとの結合の等価
回路を図7に示す。各側空洞共振器は、電圧Vq、電流
qで表される開放端にそれぞれ接続される。ただし、
プラズマの電気抵抗も簡便のため十分に小さいとして無
視している。各相互作用空間の結合容量をCiとする
と、一つの側空洞共振器から見た相互作用空間のアドミ
ッタンスは(数2)のようになる。
Next, from one side cavity resonator, another (N
FIG. 7 shows an equivalent circuit of coupling with -1) side cavity resonators and plasma. Each side cavity resonator is connected to an open end represented by a voltage Vq and a current Iq , respectively. However,
The electric resistance of the plasma is ignored because it is sufficiently small for simplicity. Assuming that the coupling capacitance of each interaction space is C i , the admittance of the interaction space viewed from one side cavity resonator is as shown in (Equation 2).

【0049】[0049]

【数2】 (Equation 2)

【0050】側空洞共振器群の共振は、(数3)に示す
ように、一つの側空洞共振器のアドミッタンスと、一つ
の側空洞共振器から相互作用空間を見たアドミッタンス
が等しいときに起こる。
The resonance of the group of side cavity resonators occurs when the admittance of one side cavity resonator is equal to the admittance of the interaction space viewed from one side cavity resonator, as shown in (Equation 3). .

【0051】[0051]

【数3】 (Equation 3)

【0052】(数1)で表されるアドミッタンスより、
一つの側空洞共振器の共振角周波数ω0は次の(数4)
で表される。
From the admittance expressed by (Equation 1),
The resonance angular frequency ω 0 of one side cavity resonator is given by the following (Equation 4)
It is represented by

【0053】[0053]

【数4】 (Equation 4)

【0054】このとき、側空洞共振器群の共振角周波数
ωは(数3)より、次のように表される。
At this time, the resonance angular frequency ω of the side cavity resonator group is expressed as follows from (Equation 3).

【0055】[0055]

【数5】 (Equation 5)

【0056】ただし、Nは先程から述べているように、
側空洞共振器の個数であり、nはモードナンバーと呼ば
れ、基本となる共振モードでは1からN/2の値を取
る。例えば、先に図4と図5で示した8孔ホール・スロ
ット型側空洞共振器群では、n=1の時にπ/4モード
で動作し、n=N/2=4の時にπモードで動作するこ
とになる。
Where N is, as described above,
This is the number of side cavity resonators, and n is called a mode number, and takes a value of 1 to N / 2 in the basic resonance mode. For example, the group of 8-hole-slot-type side-cavities shown in FIGS. 4 and 5 operates in the π / 4 mode when n = 1, and operates in the π mode when n = N / 2 = 4. Will work.

【0057】以上示してきた、側空洞共振器および相互
作用空間の実形状でのアドミッタンス(および共振周波
数)は、側空洞共振器群を形成する導体材料部の、表面
の電界の接線方向成分が0であるという境界条件と、各
側空洞共振器の空隙部の電界Eが均一であるという初期
条件を満たす、マックスウェル方程式より導出される微
分方程式の解から求める解析的手法により求めることが
できる。
As described above, the admittance (and resonance frequency) of the side cavity and the interaction space in the actual shape is determined by the fact that the tangential component of the electric field on the surface of the conductive material forming the side cavity group is reduced. It can be obtained by an analytical method that satisfies the boundary condition of 0 and the initial condition that the electric field E in the gap of each side cavity is uniform, which is obtained from the solution of the differential equation derived from the Maxwell equation. .

【0058】本実施の形態の所望の共振周波数を得るた
めの設計手段は、マグネトロンについて解説された書籍
などが参考となる。
As a design means for obtaining a desired resonance frequency in this embodiment, a book or the like describing a magnetron can be referred to.

【0059】従って、より詳細な解析的手法による側空
洞共振器群の設計手段については、G.B.Colli
ns著の”Microwave Magnetoro
n;McGRAW−HILL(1948)”などを参照
すれば良い。
Therefore, a means for designing a side cavity group by a more detailed analytical method is described in G. B. Colli
"Microwave Magnetro
n; McGRAW-HILL (1948) ".

【0060】また所望の共振周波数を得るために、等価
回路のアドミッタンスをマックスウェル方程式より導出
される微分方程式の解析より求める解析的手法の他に、
最近進歩の著しい計算機での有限要素法による設計も有
効である。
In order to obtain a desired resonance frequency, in addition to an analytical method for determining the admittance of an equivalent circuit by analyzing a differential equation derived from the Maxwell equation,
Design by the finite element method on a computer with remarkable progress is also effective.

【0061】ここで、図8に、有限要素法を用いてベイ
ン型側空洞共振器群の共振周波数を求めた解析例を示
す。この場合、ベインの数は8枚、ベインの板厚は2.
5mm、ベイン突出部が形成する円柱状空間の内半径
(図2において、符号Aを付した部分の寸法に対応)は
5mmで固定し、円筒部の内半径(図2において、符号
Bを付した部分の寸法に対応)を20mmから22.5
mmの範囲で変化させたときの、共振周波数を2次元で
の固有値解析より求めた。
Here, FIG. 8 shows an analysis example in which the resonance frequency of the vane-side cavity resonator group is obtained by using the finite element method. In this case, the number of vanes is 8, and the thickness of the vanes is 2.
5 mm, the inner radius of the columnar space formed by the vane protrusions (corresponding to the dimension of the portion denoted by the symbol A in FIG. 2) is fixed at 5 mm, and the inner radius of the cylindrical portion (the symbol B in FIG. 2 is denoted by B). 20mm to 22.5
The resonance frequency when changing in the range of mm was obtained by two-dimensional eigenvalue analysis.

【0062】同じ、円筒半径では周波数が増加するにつ
れて、モードナンバーの小さい(n=1)π/4モード
から、モードナンバーの大きい(n=4)πモードまで
順番に共振が起こることが判る。また円筒部の半径が、
大きいほど同じモードでの共振周波数は下がっていく。
例えば、ISM周波数である2.45GHzでは、円筒
部の半径が約20mmの時π/4モード、約22mmの
時にπモードの共振が起こることが判る。
At the same cylinder radius, as the frequency increases, resonance occurs in order from a mode number (n = 1) π / 4 mode having a small mode number (n = 4) π mode with a large mode number (n = 4). The radius of the cylindrical part is
The larger the value, the lower the resonance frequency in the same mode.
For example, at 2.45 GHz, which is the ISM frequency, it can be seen that resonance occurs in the π / 4 mode when the radius of the cylindrical portion is about 20 mm, and in the π mode when the radius is about 22 mm.

【0063】この時、無電極放電ランプが設けられるベ
イン突出部が形成する円柱状空間の内直径は10mmで
ある。一般的な高周波無電極放電で用いられている空洞
共振器では、2.45GHzの共振高周波電磁場を得る
ためには、最も小さな直径で共振高周波電磁場を形成で
きる円筒TE11nモードでも、直径は約76mm以上が
必要である。それと比較すると、このベイン型側空洞共
振器群22の中央部で発生している共振高周波電場が、
非常に小さな空間に集中できることが解る。
At this time, the inner diameter of the columnar space formed by the vane protrusion provided with the electrodeless discharge lamp is 10 mm. In a cavity resonator used in general high-frequency electrodeless discharge, in order to obtain a resonant high-frequency electromagnetic field of 2.45 GHz, the diameter is about 76 mm even in a cylindrical TE 11n mode in which a resonant high-frequency electromagnetic field can be formed with the smallest diameter. The above is necessary. In comparison, the resonant high-frequency electric field generated at the center of the vane-type side cavity group 22 is
You can see that you can concentrate on a very small space.

【0064】図8に示した条件のうち、円筒部の内半径
が20mmであるπ/4モードの側空洞共振器群を銅を
用いて試作し、無電極放電ランプを点灯したときの分光
分布を図9に示す。これは内径約3mmの球形の石英ガ
ラスからなる無電極放電管に、InBr0.4mgとA
rガス1.33kPaを封入した無電極放電ランプを、
マイクロ波入力150Wで点灯したときの分光分布であ
る。側空洞共振器群へのマイクロ波入力あたりの全光束
で表されるランプ効率は、約50lm/Wであった。ち
なみに、この分光分布の標準演色評価指数Raは96、
色温度は約5800Kであった。
Among the conditions shown in FIG. 8, a π / 4 mode side cavity resonator group in which the inner radius of the cylindrical portion is 20 mm was prototyped using copper, and the spectral distribution when the electrodeless discharge lamp was turned on was manufactured. Is shown in FIG. This is an electrodeless discharge tube made of spherical quartz glass with an inner diameter of about 3 mm.
An electrodeless discharge lamp filled with 1.33 kPa of r gas was used.
It is a spectral distribution at the time of lighting with a microwave input of 150 W. The lamp efficiency, expressed as the total luminous flux per microwave input to the side resonator group, was about 50 lm / W. Incidentally, the standard color rendering index Ra of this spectral distribution is 96,
The color temperature was about 5800K.

【0065】以上のように、本実施の形態によるエネル
ギー供給手段は、一般的に用いられる空洞共振器より
も、小さな空間に共振高周波電場を集中する事が可能に
なる。これにより従来よりも、小寸法の無電極放電ラン
プに、高周波エネルギーを効率的に結合することが可能
となる。
As described above, the energy supply means according to the present embodiment makes it possible to concentrate the resonance high-frequency electric field in a smaller space than a generally used cavity resonator. This makes it possible to efficiently couple high-frequency energy to an electrodeless discharge lamp having a smaller size than before.

【0066】(実施の形態2)以下、実施の形態1で述
べた高周波エネルギー供給手段を用いた高周波無電極放
電ランプ装置の実施の形態について、図10を参照しな
がら説明する。
Embodiment 2 Hereinafter, an embodiment of a high-frequency electrodeless discharge lamp device using the high-frequency energy supply means described in Embodiment 1 will be described with reference to FIG.

【0067】図10において、101は高周波によって
放電発光する可電離媒体を充填した球形の石英ガラスか
らなる無電極放電ランプである。無電極放電ランプ10
1は、同じく石英ガラスからなる支持棒により、前記の
実施の形態1で示した側空洞共振器群102の中央部に
支持されている。1010は金属導体からなる高周波導
波管である。107は高周波を励振するためのマグネト
ロンであり、高周波導波管1010内部に発振アンテナ
108が設けられている。この発振アンテナ108から
発振される高周波の周波数に、側空洞共振器群102の
共振周波数が一致するように側空洞共振器群102の各
部寸法は設計されている。高電圧電源よりマグネトロン
107に高電圧を加えることで高周波導波管1010の
内部に高周波が発振され、その伝播した高周波は、結合
アンテナ103によって、側空洞共振器群102に結合
される。高周波漏洩防止手段106は、例えばニッケル
に銀メッキを施したような金属材料からなる網で形成さ
れ、側空洞共振器群102の外側に設けられている。こ
れにより、側空洞共振器群102の開放端面から放射さ
れる高周波が外部に漏洩するのを実質的に防止してい
る。
In FIG. 10, reference numeral 101 denotes an electrodeless discharge lamp made of spherical quartz glass filled with an ionizable medium which emits and discharges by high frequency. Electrodeless discharge lamp 10
Reference numeral 1 is supported at the center of the side cavity resonator group 102 shown in the first embodiment by a support rod also made of quartz glass. Reference numeral 1010 denotes a high-frequency waveguide made of a metal conductor. Reference numeral 107 denotes a magnetron for exciting high frequency, and an oscillation antenna 108 is provided inside the high frequency waveguide 1010. The dimensions of each part of the side cavity resonator group 102 are designed such that the resonance frequency of the side cavity resonator group 102 matches the frequency of the high frequency oscillated from the oscillation antenna 108. When a high voltage is applied to the magnetron 107 from a high voltage power supply, a high frequency is oscillated inside the high frequency waveguide 1010, and the propagated high frequency is coupled to the side cavity resonator group 102 by the coupling antenna 103. The high frequency leakage preventing means 106 is formed of a net made of a metal material such as nickel plated with silver, and is provided outside the side cavity resonator group 102. This substantially prevents the high frequency radiation radiated from the open end face of the side cavity resonator group 102 from leaking outside.

【0068】側空洞共振器群102の中央部に発生した
共振高周波電磁場により、無電極放電ランプ101内部
の可電離媒体が放電を起こし発光する。放電による発光
は、高周波漏洩防止手段106の外部に設けられた第一
の反射鏡105と、非導電性材料からなり高周波漏洩防
止手段106の内部に設けられた第二の反射鏡104に
より反射され所望の方向に放射光を得ることができる。
反射鏡は使用される光学系に合わせて、放物面や楕円面
を用いることができる。
The ionizable medium inside the electrodeless discharge lamp 101 is discharged by the resonance high-frequency electromagnetic field generated in the center of the side cavity resonator group 102 to emit light. Light emitted by the discharge is reflected by a first reflecting mirror 105 provided outside the high-frequency leak preventing means 106 and a second reflecting mirror 104 made of a non-conductive material and provided inside the high-frequency leak preventing means 106. The emitted light can be obtained in a desired direction.
The reflecting mirror can use a paraboloid or an elliptical surface according to the optical system used.

【0069】高周波導波管1010の長さ、特に発振ア
ンテナ108から結合アンテナ103までの距離は、無
電極放電ランプ101の安定点灯時に十分にVSWRが
小さくなるように定められている。さらにインピーダン
ス整合が良くなるように、必要に応じて、金属導体から
なるスタブや突起などによる整合手段が高周波導波管1
010の内部に設けられる。また、109は結合アンテ
ナ103を適切な位置に固定するための誘電体である。
The length of the high-frequency waveguide 1010, particularly the distance from the oscillation antenna 108 to the coupling antenna 103, is determined so that the VSWR becomes sufficiently small when the electrodeless discharge lamp 101 is stably operated. If necessary, a matching means such as a stub or projection made of a metal conductor may be used to improve the impedance matching.
010. Reference numeral 109 denotes a dielectric for fixing the coupling antenna 103 at an appropriate position.

【0070】次に、側空洞共振器群に高周波を結合して
励起するための、共振高周波励起手段について図11と
図12を参照しながら説明する。図10に示すように、
マグネトロンなどの高周波発振手段から生じた高周波
は、結合アンテナを通じて側空洞共振器群に結合され
る。この結合方法としては図11に示すような電場結合
型のものと、図12に示すような磁場結合型のものが有
る。
Next, a description will be given, with reference to FIGS. 11 and 12, of a resonance high-frequency excitation means for coupling and exciting a high frequency to the side cavity resonator group. As shown in FIG.
A high frequency generated from a high-frequency oscillator such as a magnetron is coupled to the side cavity resonator group through a coupling antenna. As the coupling method, there are an electric field coupling type as shown in FIG. 11 and a magnetic field coupling type as shown in FIG.

【0071】図11の側空洞共振器群112を励起して
共振させるため同軸管の外周導体部114が側空洞共振
器円筒外側に溶接などにより接合され、同軸管の中央導
体部113が一つのベイン突出部に溶接またはカシメな
どにより接合されている。同軸管により伝播されてきた
高周波により、中央部円柱導体113が接合されたベイ
ンに電荷が生じる。その高周波電場が各側空洞共振器に
伝播して、側空洞共振器群に共振高周波電磁場が生じ
る。無電極放電ランプ111は側空洞共振器群112の
中央部に生じる共振高周波電場により励起され放電発光
する。
In order to excite and resonate the side cavity resonator group 112 shown in FIG. 11, the outer conductor 114 of the coaxial tube is joined to the outer side of the side cavity resonator cylinder by welding or the like, and the center conductor 113 of the coaxial tube is formed of one. It is joined to the vane protrusion by welding or caulking. High-frequency waves propagated by the coaxial tube generate charges in the vane to which the central cylindrical conductor 113 is joined. The high-frequency electric field propagates to each side cavity resonator, and a resonance high-frequency electromagnetic field is generated in the side cavity resonator group. The electrodeless discharge lamp 111 is excited by a resonance high-frequency electric field generated at the center of the side cavity resonator group 112 and emits light.

【0072】同様に、図12においては、側空洞共振器
群122を励起して共振させるため同軸管の外周導体部
124が側空洞共振器円筒外側に溶接などにより接合さ
れ、同軸管の中央導体部123はベイン間の空間の一つ
に、ループアンテナを形成して円筒内側に溶接などによ
り接合されている。同軸管により伝播されてきた高周波
により中央部円柱導体123に流れる電流から、ループ
アンテナ内部に高周波磁場が生じる。その高周波磁場が
各側空洞共振器に伝播して、側空洞共振器群に共振高周
波電磁場が生じる。無電極放電ランプ121は、側空洞
共振器群122の中央部に生じる共振高周波電場により
励起され放電発光する。
Similarly, in FIG. 12, in order to excite and resonate the side cavity resonator group 122, the outer conductor portion 124 of the coaxial tube is joined to the outer side of the side cavity resonator cylinder by welding or the like, and the center conductor of the coaxial tube is The part 123 forms a loop antenna in one of the spaces between the vanes and is joined to the inside of the cylinder by welding or the like. A high-frequency magnetic field is generated inside the loop antenna from the current flowing through the central cylindrical conductor 123 due to the high frequency propagated by the coaxial tube. The high-frequency magnetic field propagates to each side cavity resonator, and a resonance high-frequency electromagnetic field is generated in the side cavity resonator group. The electrodeless discharge lamp 121 emits discharge light by being excited by a resonance high-frequency electric field generated at the center of the side cavity resonator group 122.

【0073】以上のように、本実施の形態によるエネル
ギー供給手段を用いた高周波無電極放電ランプ装置は、
一般的な空洞共振器を用いた高周波無電極放電装置より
も、小型の無電極放電ランプに高周波エネルギーを効率
的に結合することが可能となり、かつバルブ温度の均熱
化も可能となる。
As described above, the high-frequency electrodeless discharge lamp device using the energy supply means according to the present embodiment
Compared with a high-frequency electrodeless discharge device using a general cavity resonator, high-frequency energy can be more efficiently coupled to a small electrodeless discharge lamp, and the bulb temperature can be uniformed.

【0074】(実施の形態3)以上の第2の実施の形態
では、主要な高周波伝播手段として導波管を用いた例を
示した。
(Embodiment 3) In the above-described second embodiment, an example in which a waveguide is used as main high-frequency propagation means has been described.

【0075】次に、高周波発振手段から直接同軸管を用
いて高周波を伝播する形態を図13を用いて示す。
Next, an embodiment in which high-frequency waves are directly propagated from the high-frequency oscillation means using a coaxial tube will be described with reference to FIG.

【0076】図13において、無電極放電ランプ131
は、金属網からなる高周波漏洩防止手段136の内部に
配置された側空洞共振器群132の中央部に支持されて
いる。137は高周波を励振するためのマグネトロンで
あり、同軸管外周導体部139の内部にマグネトロン1
37の発振アンテナ138が設けられている。発振アン
テナ138は同軸管外周導体部139とは電気的に絶縁
されており、かつ同軸管中央導体部133に接合されて
いる。高電圧電源よりマグネトロン137により高周波
が発振され、その伝播した高周波は、同軸管により伝播
され、側空洞共振器群132に結合される。
In FIG. 13, the electrodeless discharge lamp 131
Are supported at the center of the side cavity resonator group 132 disposed inside the high-frequency leakage prevention means 136 made of a metal net. 137 is a magnetron for exciting high frequency, and the magnetron 1 is provided inside the outer conductor 139 of the coaxial tube.
37 oscillating antennas 138 are provided. The oscillation antenna 138 is electrically insulated from the outer conductor 139 of the coaxial tube and is joined to the center conductor 133 of the coaxial tube. A high frequency is oscillated by the magnetron 137 from the high voltage power supply, and the propagated high frequency is propagated by the coaxial tube and coupled to the side cavity resonator group 132.

【0077】共振高周波励起手段としては、図11およ
び図12に示した電場結合型および磁場結合型のどちら
でも実施できる。無電極放電ランプ131からの放射光
は、図10で示した形態と同様に、高周波漏洩防止手段
136の外部に設けられた第一の反射鏡135と、非導
電性材料からなり高周波漏洩防止手段136の内部に設
けられた第二の反射鏡134により反射され所望の方向
に放射光を得ることができる。同軸管の長さ、特に発振
アンテナ138から側空洞共振器群132までの距離
は、無電極放電ランプ131の安定点灯時に十分にVS
WRが小さくなるように定められている。また、さらに
インピーダンス整合が良くなるように、必要に応じて、
金属導体製のねじからなる整合手段1310を同軸管外
周導体部139の途中に設けることが望ましい。整合手
段1310のねじの同軸管外周導体部139への挿入量
を調整することで、より望ましいインピーダンス整合が
得られ、これにより無電極放電ランプ131からの放射
光の発光効率もさらに増加できる。
As the resonance high-frequency excitation means, either the electric field coupling type or the magnetic field coupling type shown in FIGS. 11 and 12 can be used. As in the embodiment shown in FIG. 10, the radiation light from the electrodeless discharge lamp 131 includes a first reflecting mirror 135 provided outside the high-frequency leakage preventing means 136 and a high-frequency leakage preventing means made of a non-conductive material. The reflected light can be obtained in a desired direction by being reflected by the second reflecting mirror 134 provided inside 136. The length of the coaxial tube, particularly the distance from the oscillation antenna 138 to the side cavity resonator group 132, is sufficiently VS when the electrodeless discharge lamp 131 is stably operated.
The WR is set to be small. Also, if necessary, to further improve the impedance matching,
It is desirable that the matching means 1310 made of a screw made of a metal conductor be provided in the middle of the coaxial tube outer conductor 139. By adjusting the insertion amount of the screw of the matching means 1310 into the outer conductor 139 of the coaxial tube, more desirable impedance matching can be obtained, and the luminous efficiency of the radiated light from the electrodeless discharge lamp 131 can be further increased.

【0078】本実施の形態で示したように、高周波伝播
手段を同軸管のみからなる構成とすることにより、高周
波導波管を途中に入れる構成に比べて、無電極放電ラン
プ装置全体を小型化することが可能となる。
As shown in the present embodiment, by employing a configuration in which the high-frequency wave propagation means comprises only a coaxial tube, the size of the entire electrodeless discharge lamp device can be reduced as compared with a configuration in which a high-frequency waveguide is inserted in the middle. It is possible to do.

【0079】(実施の形態4)第2と第3の実施の形態
では、光反射手段である反射鏡を高周波漏洩防止手段の
内外にひとつずつ設けた構成を示したが、光反射手段の
構成はこれだけに限るものではない。
(Embodiment 4) In the second and third embodiments, the configuration in which the reflecting mirrors, which are the light reflecting means, are provided one by one inside and outside the high-frequency leakage preventing means has been described. Is not limited to this.

【0080】そこで、次に、高周波漏洩防止手段の一部
の内壁面を光反射面とした実施の形態について図14を
参照しながら説明する。
Next, an embodiment in which a part of the inner wall surface of the high-frequency leakage preventing means has a light reflecting surface will be described with reference to FIG.

【0081】図14において、無電極放電ランプ141
は、支持棒により側空洞共振器群142の中央部に支持
されている。147は金属導体からなる高周波導波管で
ある。マグネトロンなどの高周波発振手段から伝播した
高周波は、結合アンテナ143によって、側空洞共振器
群142に結合される。146は結合アンテナ143を
適切な位置に固定するための誘電体からなる結合アンテ
ナ支持部である。側空洞共振器群142の中央部に発生
した共振高周波電磁場により、無電極放電ランプ141
が放電を起こし発光する。放電による放射光は、導体か
らなる反射鏡144により反射され、金属網145を通
じて外部に取り出される。反射鏡144と金属網145
を合わせて、高周波漏洩防止手段として機能している。
In FIG. 14, the electrodeless discharge lamp 141
Are supported at the center of the side cavity resonator group 142 by support rods. 147 is a high-frequency waveguide made of a metal conductor. The high-frequency wave propagated from high-frequency oscillation means such as a magnetron is coupled to the side cavity resonator group 142 by the coupling antenna 143. Reference numeral 146 denotes a coupling antenna support made of a dielectric for fixing the coupling antenna 143 at an appropriate position. The electrodeless discharge lamp 141 is generated by the resonance high-frequency electromagnetic field generated in the center of the side cavity resonator group 142.
Causes discharge and emits light. Light emitted by the discharge is reflected by a reflecting mirror 144 made of a conductor, and is extracted outside through a metal net 145. Reflector 144 and metal net 145
Function as high-frequency leakage prevention means.

【0082】本実施の形態に示すような構成とすること
により、高周波漏洩防止手段の一部を光反射手段とする
ことができ、無電極放電ランプ装置の構成をより簡易に
することができる。
With the configuration as shown in the present embodiment, a part of the high-frequency leakage preventing means can be used as the light reflecting means, and the configuration of the electrodeless discharge lamp device can be further simplified.

【0083】(実施の形態5)次に、高周波漏洩防止手
段の外部に光反射手段を設けた実施の形態について図1
5を参照しながら説明する。
(Embodiment 5) Next, an embodiment in which light reflecting means is provided outside the high frequency leakage preventing means will be described with reference to FIG.
This will be described with reference to FIG.

【0084】図15において、無電極放電ランプ151
は、側空洞共振器群152の中央部に支持されている。
マグネトロンなどの高周波発振手段から高周波導波管1
57を通じて伝播した高周波は、結合アンテナ153に
よって、側空洞共振器群152に結合される。156は
結合アンテナ153を適切な位置に固定するための誘電
体からなる結合アンテナ支持部である。無電極放電ラン
プ151の放電による放射光は、主に金属網からなる高
周波漏洩防止手段155の外部に設けられた反射鏡15
4により反射され、所望の方向に取り出される。
In FIG. 15, the electrodeless discharge lamp 151
Are supported at the center of the side cavity resonator group 152.
High-frequency waveguide 1 from high-frequency oscillation means such as a magnetron
The high frequency wave propagated through 57 is coupled to the side cavity resonator group 152 by the coupling antenna 153. Reference numeral 156 denotes a coupling antenna support made of a dielectric for fixing the coupling antenna 153 at an appropriate position. The radiation emitted by the discharge of the electrodeless discharge lamp 151 is reflected by a reflecting mirror 15 provided outside the high-frequency leakage prevention means 155 mainly composed of a metal net.
4 and is extracted in a desired direction.

【0085】光反射手段を高周波漏洩防止手段の内部に
設ける場合、光反射手段が導体でなくかつ誘電損失の少
ない材料を選ばなければならない。しかしながら、本実
施の形態に示すような高周波漏洩防止手段の外部にのみ
光反射手段を設けた構成とすることにより、光反射手段
を構成する材料の選択は自由なものとなる。
When the light reflecting means is provided inside the high frequency leakage preventing means, the light reflecting means must be made of a material which is not a conductor and has a small dielectric loss. However, when the light reflecting means is provided only outside the high frequency leakage preventing means as shown in the present embodiment, the material forming the light reflecting means can be freely selected.

【0086】(実施の形態6)次に、高周波漏洩防止手
段の内部に光反射手段を設けた実施の形態について図1
6を参照しながら説明する。
(Embodiment 6) Next, an embodiment in which light reflecting means is provided inside the high-frequency leakage preventing means will be described with reference to FIG.
This will be described with reference to FIG.

【0087】図16において、無電極放電ランプ161
は、側空洞共振器群162の中央部に支持されている。
マグネトロンなどの高周波発振手段から高周波導波管1
67を通じて伝播した高周波は、結合アンテナ163に
よって、側空洞共振器群162に結合される。166は
結合アンテナ163を適切な位置に固定するための誘電
体からなる結合アンテナ支持部である。無電極放電ラン
プ161の放電による放射光は、主に金属網からなる高
周波漏洩防止手段165の内部に設けられた誘電体から
なる反射鏡164により反射され、所望の方向に取り出
される。
In FIG. 16, the electrodeless discharge lamp 161
Are supported at the center of the side cavity resonator group 162.
High-frequency waveguide 1 from high-frequency oscillation means such as a magnetron
The high frequency wave propagated through 67 is coupled to side cavity resonator group 162 by coupling antenna 163. Reference numeral 166 denotes a coupling antenna support made of a dielectric for fixing the coupling antenna 163 at an appropriate position. The radiation emitted by the discharge of the electrodeless discharge lamp 161 is reflected by a reflecting mirror 164 made of a dielectric material provided inside a high-frequency leakage preventing means 165 mainly made of a metal net, and extracted in a desired direction.

【0088】本実施の形態に示すような高周波漏洩防止
手段の内部にのみ光反射手段を設けた構成とすることに
より、高周波漏洩手段および光反射手段を構成する部位
の寸法を小型化することができる。
By providing the light reflecting means only inside the high frequency leak preventing means as shown in the present embodiment, it is possible to reduce the size of the parts constituting the high frequency leak means and the light reflecting means. it can.

【0089】以上の第4から第6の実施の形態において
は、第2の実施の形態と同様に高周波伝播手段として高
周波導波管を用いた例を示したが、第3の実施の形態と
同様に同軸管のみで高周波を伝播する構成とすることが
可能であるのは言うまでもない。
In the above-described fourth to sixth embodiments, an example is shown in which a high-frequency waveguide is used as high-frequency propagation means as in the second embodiment. Similarly, it goes without saying that it is possible to adopt a configuration in which a high frequency is propagated only by the coaxial waveguide.

【0090】なお、以上述べてきた第2から第6の実施
の形態においては、高周波発振手段として真空管発振器
であるマグネトロンを例として挙げたが、最近進歩の著
しいGaAsFETのような半導体増幅器などを用いた
固体発振素子を高周波発振手段として用いることも可能
である。
In the second to sixth embodiments described above, the magnetron which is a vacuum tube oscillator has been described as an example of the high-frequency oscillation means. However, a semiconductor amplifier such as a GaAs FET, which has been remarkably advanced recently, is used. It is also possible to use the solid-state oscillation element used as high-frequency oscillation means.

【0091】また、以上述べてきた第2から第6の実施
の形態においては、高周波伝搬手段として、高周波導波
管及び同軸線路を用いた例を示したが、これに限らず例
えば、マイクロストリップ線路や平衡型ストリップ線路
のようなストリップ線路などのその他の高周波伝搬手段
を用いることも可能である。
Further, in the second to sixth embodiments described above, an example in which a high-frequency waveguide and a coaxial line are used as the high-frequency propagation means has been described. It is also possible to use other high-frequency propagation means such as a line or a strip line such as a balanced strip line.

【0092】また、以上述べてきた第2から第6の実施
の形態においては光反射手段により有効に所望の方向に
放射光を配光する構成を示したが、むろん利用する目的
によっては、光反射手段を設けない構成とすることも可
能である。
Further, in the above-described second to sixth embodiments, the structure in which the radiated light is effectively distributed in the desired direction by the light reflecting means has been described. It is also possible to adopt a configuration without the reflection means.

【0093】(実施の形態7)以上の実施の形態で述べ
たように、側空洞共振器群を用いることで、小型の無電
極放電ランプに効率的に高周波を結合することが可能に
なるが、バルブが小型化するとともにバルブに対する熱
的負荷も飛躍的に増大していく。石英ガラスからなるバ
ルブではバルブの表面温度を1000℃以下に保つこと
が望ましいが、入力高周波エネルギーが増大するに連れ
てそれは困難になっていく。そのため、石英ガラスなど
を無電極放電ランプのバルブ材料に選択した場合、バル
ブ表面温度を1000℃以下に保つための、何等かのバ
ルブ冷却手段が望まれる。
(Embodiment 7) As described in the above embodiment, the use of the side cavity resonator group makes it possible to efficiently couple a high frequency to a small electrodeless discharge lamp. As the size of the valve decreases, the thermal load on the valve also increases dramatically. In a bulb made of quartz glass, it is desirable to keep the surface temperature of the bulb at 1000 ° C. or lower, but it becomes more difficult as the input high-frequency energy increases. Therefore, when quartz glass or the like is selected as the bulb material of the electrodeless discharge lamp, some kind of bulb cooling means for keeping the bulb surface temperature at 1000 ° C. or lower is desired.

【0094】そこで、次に、バルブ冷却手段の一実施の
形態について図17,18を参照しながら説明する。
Next, an embodiment of the valve cooling means will be described with reference to FIGS.

【0095】図17において、無電極放電ランプ171
は側空洞共振器群172より供給される高周波エネルギ
ーにより放電発光している。ノズル173は石英ガラス
などの誘電材料からなり、無電極放電ランプ171のバ
ルブ表面温度が1000℃以下に保たれるのに十分な量
の空気を、無電極放電ランプ171に向けて吹き出して
いる。
In FIG. 17, the electrodeless discharge lamp 171
Are discharging and emitting light by the high-frequency energy supplied from the side cavity resonator group 172. The nozzle 173 is made of a dielectric material such as quartz glass, and blows a sufficient amount of air toward the electrodeless discharge lamp 171 to keep the bulb surface temperature of the electrodeless discharge lamp 171 at 1000 ° C. or less.

【0096】また、本実施の形態の別の形態において
は、図18に示すように側空洞共振器群182の各突出
部にノズル183を設けて、バルブ表面温度が1000
℃以下に保たれるのに十分な量の空気を、無電極放電ラ
ンプ181に向けて吹き出す構成とすることも可能であ
る。
In another embodiment of the present embodiment, as shown in FIG. 18, a nozzle 183 is provided at each protruding portion of the side cavity resonator group 182 so that the valve surface temperature becomes 1000
It is also possible to adopt a configuration in which a sufficient amount of air is blown toward the electrodeless discharge lamp 181 so as to be maintained at a temperature of not more than ° C.

【0097】以上のように、本実施の形態によるエネル
ギー供給手段と冷却手段を用いた高周波無電極放電ラン
プ装置は、一般的な高周波無電極放電で用いられている
空洞共振器よりも、小型の無電極放電ランプに高周波エ
ネルギーを効率的に結合することができ、かつ第1から
第6の実施の形態よりもさらに大きな高周波エネルギー
密度での駆動が可能となる。
As described above, the high-frequency electrodeless discharge lamp device using the energy supply means and the cooling means according to the present embodiment is smaller in size than the cavity resonator used in general high-frequency electrodeless discharge. High-frequency energy can be efficiently coupled to the electrodeless discharge lamp, and driving with a higher high-frequency energy density than in the first to sixth embodiments becomes possible.

【0098】尚、以上述べた実施の形態においては、無
電極放電ランプを石英ガラスで構成した例で説明した
が、これに限らず例えば、その他のアルミナなどの透光
性セラミックを用いることにより、さらに高入力の高周
波エネルギーでの実施が可能となる。
In the above-described embodiment, an example in which the electrodeless discharge lamp is made of quartz glass has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, by using other translucent ceramics such as alumina, Further, it is possible to perform the operation with high input high frequency energy.

【0099】また、上述した第2から第7の実施の形態
においては、本発明の側空洞共振器群を用いた高周波エ
ネルギー供給手段を、高周波無電極放電ランプ装置へ応
用する形態でのみ示したが、本発明の高周波エネルギー
供給手段の応用分野はこれだけにのみ限られるものでは
ない。例えば、プラズマCVDやプラズマトーチ、ある
いは気体レーザーなどの高周波放電を利用する装置にお
いて、比較的小寸法のプラズマを形成するために、集中
した共振高周波電磁場による放電エネルギーの供給が必
要な場合に、本発明の高周波エネルギー供給手段は有用
である。更にまた、上記高周波エネルギーにより、上記
高周波エネルギー供給手段の中央部に配置された対象物
を加熱、発光、溶融、又は蒸発させることも可能であ
る。
In the above-described second to seventh embodiments, the high-frequency energy supply means using the group of side cavity resonators of the present invention is shown only in a form applied to a high-frequency electrodeless discharge lamp device. However, the application field of the high-frequency energy supply means of the present invention is not limited to this. For example, in an apparatus using a high-frequency discharge such as a plasma CVD, a plasma torch, or a gas laser, when it is necessary to supply discharge energy by a concentrated resonant high-frequency electromagnetic field in order to form a relatively small-sized plasma, The high frequency energy supply means of the invention is useful. Furthermore, it is also possible to heat, emit light, melt, or evaporate an object disposed at the center of the high-frequency energy supply means with the high-frequency energy.

【0100】以上のように本発明は、空洞共振器に比べ
て小空間に集中した高周波放電が可能となる優れた高周
波エネルギー供給手段を実現できるものである。かつま
た、前記の高周波エネルギー供給手段を用いることによ
り、小型の無電極放電ランプに高周波エネルギーを効率
的に結合することが可能となり、光源の点状化によって
光学設計がより理想化される優れた高周波無電極放電ラ
ンプ装置を実現できるものである。
As described above, the present invention can realize an excellent high-frequency energy supply means capable of performing high-frequency discharge concentrated in a small space as compared with a cavity resonator. In addition, by using the high-frequency energy supply means, high-frequency energy can be efficiently coupled to a small electrodeless discharge lamp, and the optical design is more idealized by the pointed light source. A high-frequency electrodeless discharge lamp device can be realized.

【0101】[0101]

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように本
発明は、従来に比べてより一層小さな空間に高周波共振
電磁場を集中して供給できるという長所を有する。
As is apparent from the above description, the present invention has an advantage that the high-frequency resonant electromagnetic field can be concentrated and supplied to a much smaller space than in the prior art.

【0102】また、本発明は、光源をより一層小さくで
きるという長所を有する。
Further, the present invention has an advantage that the light source can be further reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】(a)〜(c):本発明の第1の実施の形態に
関わる4枚ベイン型側空洞共振器群の共振高周波電磁場
の図
FIGS. 1A to 1C are diagrams of a resonant high-frequency electromagnetic field of a group of four-vein type side cavity resonators according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施の形態に関わる8枚ベイン
型側空洞共振器群の図
FIG. 2 is a diagram of an eight-vein type side cavity resonator group according to the first embodiment of the present invention;

【図3】本発明の第1の実施の形態に関わる8孔ホール
・スロット型側空洞共振器群の図
FIG. 3 is a diagram of an 8-hole hole / slot type side cavity resonator group according to the first embodiment of the present invention;

【図4】本発明の第1の実施の形態に関わるπモード動
作の8孔ホール・スロット型側空洞共振器群の共振高周
波電磁場の図
FIG. 4 is a diagram of a resonant high-frequency electromagnetic field of a group of 8-hole-slot-type side-cavities in a π-mode operation according to the first embodiment of the present invention;

【図5】本発明の第1の実施の形態に関わるπ/4モー
ド動作の8孔ホール・スロット型側空洞共振器群の共振
高周波電磁場の図
FIG. 5 is a diagram of a resonant high-frequency electromagnetic field of a group of 8-hole-slot-type side-cavity resonators in π / 4 mode operation according to the first embodiment of the present invention;

【図6】本発明の第1の実施の形態に関わる側空洞共振
器の等価回路図
FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of the side cavity resonator according to the first embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第1の実施の形態に関わる側空洞共振
器群の等価回路図
FIG. 7 is an equivalent circuit diagram of a group of side cavity resonators according to the first embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第1の実施の形態に関わる8ベーン型
側空洞共振器群の共振周波数計算解析図
FIG. 8 is a diagram illustrating a resonance frequency calculation and analysis of the 8-vane side cavity resonator group according to the first embodiment of the present invention;

【図9】本発明の第1の実施の形態に関わる8ベーン型
側空洞共振器群による無電極放電ランプの放射スペクト
ル図
FIG. 9 is a radiation spectrum diagram of an electrodeless discharge lamp by the group of 8-vane side cavity resonators according to the first embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第2の実施の形態に関わる高周波無
電極放電ランプ装置の略断面図
FIG. 10 is a schematic sectional view of a high-frequency electrodeless discharge lamp device according to a second embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第2の実施の形態に関わる電場結合
型側空洞共振器群の共振高周波励起手段の図
FIG. 11 is a diagram of a resonance high-frequency excitation unit of the electric field coupling type side cavity resonator group according to the second embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第2の実施の形態に関わる磁場結合
型側空洞共振器群の共振高周波励起手段の図
FIG. 12 is a diagram of a resonance high-frequency excitation unit of the magnetic field coupling type side cavity resonator group according to the second embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第3の実施の形態に関わる高周波無
電極放電ランプ装置の略断面図
FIG. 13 is a schematic sectional view of a high-frequency electrodeless discharge lamp device according to a third embodiment of the present invention.

【図14】本発明の第4の実施の形態に関わる高周波無
電極放電ランプ装置の略断面図
FIG. 14 is a schematic sectional view of a high-frequency electrodeless discharge lamp device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図15】本発明の第5の実施の形態に関わる高周波無
電極放電ランプ装置の略断面図
FIG. 15 is a schematic sectional view of a high-frequency electrodeless discharge lamp device according to a fifth embodiment of the present invention.

【図16】本発明の第6の実施の形態に関わる高周波無
電極放電ランプ装置の略断面図
FIG. 16 is a schematic sectional view of a high-frequency electrodeless discharge lamp device according to a sixth embodiment of the present invention.

【図17】本発明の第7の実施の形態に関わる誘電体ノ
ズルを用いたバルブ冷却手段の図
FIG. 17 is a view of a valve cooling unit using a dielectric nozzle according to a seventh embodiment of the present invention.

【図18】本発明の第7の実施の形態に関わる側空洞共
振器群内側突出部穿設ノズルを用いたバルブ冷却手段の
FIG. 18 is a view of a valve cooling means using a nozzle having a protruding portion inside the side cavity resonator group according to the seventh embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10:ベイン型側空洞共振器群 12a〜12d:ベイン 32:ホール・スロット型側空洞共振器群 11、21、31、41、51、101、111、12
1、131、141、151、161、171、18
1: 無電極放電ランプ 12、22、32、42、52、102、112、12
2、132、142、152、162、172、18
2: 側空洞共振器群 173、183: バルブ冷却手段ノズル
10: Vane type cavity resonator group 12a to 12d: Vane 32: Hole / slot type cavity resonator group 11, 21, 31, 41, 51, 101, 111, 12
1, 131, 141, 151, 161, 171, 18
1: electrodeless discharge lamps 12, 22, 32, 42, 52, 102, 112, 12
2, 132, 142, 152, 162, 172, 18
2: Side cavity resonator group 173, 183: Valve cooling means nozzle

Claims (21)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 磁場の変化に伴い誘導電流を生じる、導
電性材料からなる実質上環状の電磁誘導性機能部と、前
記誘導電流の経路の少なくとも一部に設けられた空隙を
有する電気容量性機能部とを備えた側空洞共振器が複数
個、実質上環形状に配置された側空洞共振器群であっ
て、 前記電気容量性機能部は前記側空洞共振器で囲まれる前
記環形状の中央部側にあり、 前記側空洞共振器群の外部からエネルギーが与えられた
際、前記環形状の中央部に発生する共振高周波電磁場に
より、前記中央部に配置された対象物に対して高周波エ
ネルギーを供給することを特徴とする高周波エネルギー
供給手段。
A substantially circular electromagnetically inductive function portion made of a conductive material that generates an induced current with a change in a magnetic field, and a capacitive element having a gap provided in at least a part of a path of the induced current. A side cavity resonator group including a plurality of side cavity resonators each having a function part, and arranged substantially in a ring shape, wherein the capacitive function part is a center of the ring shape surrounded by the side cavity resonators. When energy is applied from the outside of the side cavity resonator group, a high-frequency energy is applied to an object disposed in the central portion by a resonant high-frequency electromagnetic field generated in the central portion of the ring shape. High frequency energy supply means for supplying.
【請求項2】 導電性材料からなる円筒と、導電性材料
からなる複数のベインを有するベイン型側空洞共振器で
あって、 前記ベイン型側空洞共振器の外部からエネルギーが与え
られた際、前記ベイン型側空洞共振器の内側に発生する
共振高周波電磁場により、前記内側に配置された対象物
に対して高周波エネルギーを供給することを特徴とする
高周波エネルギー供給手段。
2. A vane-type side cavity resonator having a cylinder made of a conductive material and a plurality of vanes made of a conductive material, wherein when energy is given from outside the vane-type side cavity resonator, A high-frequency energy supply unit, wherein high-frequency energy is supplied to an object disposed inside by the resonance high-frequency electromagnetic field generated inside the vane-type side cavity resonator.
【請求項3】 前記ベインの数は偶数であることを特徴
とする請求項2記載の高周波エネルギー供給手段。
3. The high frequency energy supply means according to claim 2, wherein the number of said vanes is an even number.
【請求項4】 前記ベイン型側空洞共振器は、前記ベイ
ンに対応した側空洞共振器を複数有しており、隣接する
前記側空洞共振器間の位相差はπであることを特徴とす
る請求項3記載の高周波エネルギー供給手段。
4. The vane-type side cavity resonator has a plurality of side cavity resonators corresponding to the vanes, and a phase difference between adjacent side cavity resonators is π. The high-frequency energy supply means according to claim 3.
【請求項5】 前記ベイン型側空洞共振器は、Nを2以
上の整数として、前記ベインに対応した側空洞共振器を
N個有しており、隣接する前記側空洞共振器間の位相差
は2π/Nであることを特徴とする請求項2または請求
項3記載の高周波エネルギー供給手段。
5. The vane-type side cavity resonator has N side cavity resonators corresponding to the vanes, where N is an integer of 2 or more, and a phase difference between adjacent side cavity resonators. The high frequency energy supply means according to claim 2 or 3, wherein is 2π / N.
【請求項6】 ホールとスロットとを複数個有する導電
性材料からなるホール・スロット型側空洞共振器であっ
て、 前記ホール・スロット型側空洞共振器の外部からエネル
ギーが与えられた際、前記ホール・スロット型側空洞共
振器の内側に発生する共振高周波電磁場により、前記内
側に配置された対象物に対して高周波エネルギーを供給
することを特徴とする高周波エネルギー供給手段。
6. A hole-slot type side resonator made of a conductive material having a plurality of holes and slots, wherein when energy is given from outside the hole-slot type side resonator, High-frequency energy supply means for supplying high-frequency energy to an object disposed inside by a resonant high-frequency electromagnetic field generated inside the hole-slot type side cavity resonator.
【請求項7】 前記ホール・スロット型側空洞共振器
は、前記ホールとスロットに対応した側空洞共振器を複
数有しており、その数は偶数であることを特徴とする請
求項6記載の高周波エネルギー供給手段。
7. The hole / slot type side cavity resonator has a plurality of side cavity resonators corresponding to the holes and the slots, and the number thereof is an even number. High frequency energy supply means.
【請求項8】 隣接する前記側空洞共振器間の位相差は
πであることを特徴とする請求項7記載の高周波エネル
ギー供給手段。
8. The high frequency energy supply means according to claim 7, wherein the phase difference between adjacent side cavity resonators is π.
【請求項9】 前記ホール・スロット型側空洞共振器
は、Nを2以上の整数として、前記ホールとスロットに
対応した側空洞共振器をN個有しており、隣接する前記
側空洞共振器間の位相差は2π/Nであることを特徴と
する請求項6または請求項7記載の高周波エネルギー供
給手段。
9. The hole-slot type side cavity resonator has N side cavity resonators corresponding to the holes and slots, where N is an integer of 2 or more. The high frequency energy supply means according to claim 6 or 7, wherein a phase difference between the two is 2π / N.
【請求項10】 前記高周波エネルギーが、前記対象物
を放電、加熱、発光、溶融、又は蒸発させることを特徴
とする請求項1〜9の何れか一つに記載の高周波エネル
ギー供給手段。
10. The high-frequency energy supply unit according to claim 1, wherein the high-frequency energy causes the object to discharge, heat, emit light, melt, or evaporate.
【請求項11】 請求項1〜9の何れか一つに記載の高
周波エネルギー供給手段と、 前記高周波エネルギー供給手段の中央部に配置された無
電極放電ランプと、 前記高周波エネルギー供給手段を囲み、少なくとも一部
が光透過性である高周波漏洩防止手段と、 前記高周波エネルギー供給手段が有する前記複数の側空
洞共振器に共振高周波電磁場を励起するための共振高周
波励起手段と、 高周波を発振する高周波発振手段と、 前記高周波発振手段より発振された高周波を前記共振高
周波励起手段に伝播する高周波伝播手段とを備え、 前記複数の側空洞共振器で囲まれる環形状の中央部に発
生する前記共振高周波電磁場により、前記無電極放電ラ
ンプの放電に必要な高周波エネルギーを供給することを
特徴とする高周波無電極放電ランプ装置。
11. A high-frequency energy supply unit according to any one of claims 1 to 9, an electrodeless discharge lamp disposed at a central portion of the high-frequency energy supply unit, and surrounding the high-frequency energy supply unit. A high-frequency leakage preventing means at least partially light-transmitting; a high-frequency oscillation means for exciting a high-frequency electromagnetic field to the plurality of side cavity resonators of the high-frequency energy supply means; Means for transmitting high-frequency waves oscillated by the high-frequency oscillating means to the resonant high-frequency excitation means, wherein the resonant high-frequency electromagnetic field generated in a central portion of an annular shape surrounded by the plurality of side cavity resonators A high-frequency energy required for discharging the electrodeless discharge lamp.
【請求項12】 請求項1〜9の何れか一つに記載の高
周波エネルギー供給手段と、 前記高周波エネルギー供給手段の中央部に配置された無
電極放電ランプと、 前記無電極放電ランプから出た光を反射する光反射手段
と、 前記高周波エネルギー供給手段を囲み、少なくとも一部
が光透過性である高周波漏洩防止手段と、 前記高周波エネルギー供給手段が有する前記複数の側空
洞共振器に共振高周波電磁場を励起するための共振高周
波励起手段と、 高周波を発振する高周波発振手段と、 前記高周波発振手段より発振された高周波を前記共振高
周波励起手段に伝播する高周波伝播手段とを備え、 前記光反射手段は、(1)前記高周波漏洩防止手段を通
過した前記光を外部へ反射する、前記高周波漏洩防止手
段の外部に設けられた第一光反射手段と、(2)前記高
周波漏洩防止手段の内部から外部へ前記光を反射する、
前記高周波漏洩防止手段の内部に設けられた、非導電性
材料で構成された第二光反射手段とを有しており、 前記複数の側空洞共振器で囲まれる環形状の中央部に発
生する前記共振高周波電磁場により、前記無電極放電ラ
ンプの放電に必要な高周波エネルギーを供給することを
特徴とする高周波無電極放電ランプ装置。
12. The high-frequency energy supply means according to claim 1, an electrodeless discharge lamp arranged at a central portion of the high-frequency energy supply means, and an output from the electrodeless discharge lamp. A light reflecting means for reflecting light; a high-frequency leakage preventing means surrounding the high-frequency energy supplying means, at least a part of which is light-transmitting; and a plurality of side high-frequency resonators of the high-frequency energy supplying means having a resonant high-frequency electromagnetic field. A high-frequency oscillating unit that oscillates a high frequency, and a high-frequency propagating unit that propagates the high frequency oscillated by the high-frequency oscillating unit to the resonant high-frequency exciting unit. (1) a first light reflector provided outside the high-frequency leakage prevention means, which reflects the light passing through the high-frequency leakage prevention means to the outside; When, for reflecting the light from the inside to the outside of (2) the high frequency leakage preventing means,
A second light reflecting means provided in the high-frequency leakage preventing means and made of a non-conductive material, wherein the second light reflecting means is generated at a center of an annular shape surrounded by the plurality of side cavity resonators. A high-frequency electrodeless discharge lamp device, wherein high-frequency energy required for discharging the electrodeless discharge lamp is supplied by the resonant high-frequency electromagnetic field.
【請求項13】 請求項1〜9の何れか一つに記載の高
周波エネルギー供給手段と、 前記高周波エネルギー供給手段の中央部に配置された無
電極放電ランプと、 前記無電極放電ランプから出た光を反射する光反射手段
と、 前記高周波エネルギー供給手段を囲み、一部が光透過性
である高周波漏洩防止手段と、 前記高周波エネルギー供給手段が有する前記複数の側空
洞共振器に共振高周波電磁場を励起するための共振高周
波励起手段と、 高周波を発振する高周波発振手段と、 前記高周波発振手段より発振された高周波を前記共振高
周波励起手段に伝播する高周波伝播手段とを備え、 前記高周波漏洩防止手段の内壁面の一部は光反射面であ
り、且つ、前記内壁面の前記一部は、前記高周波漏洩防
止手段の内部から外部へ前記光を反射する前記光反射手
段であり、 前記複数の側空洞共振器で囲まれる環形状の中央部に発
生する前記共振高周波電磁場により、前記無電極放電ラ
ンプの放電に必要な高周波エネルギーを供給することを
特徴とする高周波無電極放電ランプ装置。
13. The high-frequency energy supply device according to claim 1, an electrodeless discharge lamp disposed at a central portion of the high-frequency energy supply device, and an output from the electrodeless discharge lamp. A light reflecting means for reflecting light, a high-frequency leakage preventing means surrounding the high-frequency energy supplying means, and a part of which is light-transmitting; and a resonant high-frequency electromagnetic field applied to the plurality of side cavity resonators of the high-frequency energy supplying means. A resonance high-frequency excitation means for exciting; a high-frequency oscillation means for oscillating a high frequency; and a high-frequency propagation means for transmitting the high frequency oscillated by the high-frequency oscillation means to the resonance high-frequency excitation means. A part of the inner wall surface is a light reflecting surface, and the part of the inner wall surface reflects the light from the inside of the high-frequency leakage prevention means to the outside. A reflection means for supplying high-frequency energy necessary for discharging the electrodeless discharge lamp by the resonance high-frequency electromagnetic field generated in a center portion of a ring surrounded by the plurality of side cavity resonators. Electrodeless discharge lamp device.
【請求項14】 請求項1〜9の何れか一つに記載の高
周波エネルギー供給手段と、 前記高周波エネルギー供給手段の中央部に配置された無
電極放電ランプと、 前記無電極放電ランプから出た光を反射する光反射手段
と、 前記高周波エネルギー供給手段を囲み、少なくとも一部
が光透過性である高周波漏洩防止手段と、 前記高周波エネルギー供給手段が有する前記複数の側空
洞共振器に共振高周波電磁場を励起するための共振高周
波励起手段と、 高周波を発振する高周波発振手段と、 前記高周波発振手段より発振された高周波を前記共振高
周波励起手段に伝播する高周波伝播手段とを備え、 前記光反射手段は、前記高周波漏洩防止手段の外部に設
けられており、かつ前記高周波漏洩防止手段を通過した
前記光を外部へ反射するものであり、 前記複数の側空洞共振器で囲まれる環形状の中央部に発
生する前記共振高周波電磁場により、前記無電極放電ラ
ンプの放電に必要な高周波エネルギーを供給することを
特徴とする高周波無電極放電ランプ装置。
14. The high-frequency energy supply means according to claim 1, an electrodeless discharge lamp arranged at a central portion of the high-frequency energy supply means, and an output from the electrodeless discharge lamp. A light reflecting means for reflecting light; a high-frequency leakage preventing means surrounding the high-frequency energy supplying means, at least a part of which is light-transmitting; and a plurality of side high-frequency resonators of the high-frequency energy supplying means having a resonant high-frequency electromagnetic field. A high-frequency oscillating unit that oscillates a high frequency, and a high-frequency propagating unit that propagates the high frequency oscillated by the high-frequency oscillating unit to the resonant high-frequency exciting unit. , Provided outside the high-frequency leakage prevention means, and reflects the light passing through the high-frequency leakage prevention means to the outside. A high-frequency electrodeless discharge lamp device for supplying high-frequency energy required for discharging the electrodeless discharge lamp by the resonance high-frequency electromagnetic field generated in a center portion of an annular shape surrounded by the plurality of side cavity resonators. .
【請求項15】 請求項1〜9の何れか一つに記載の高
周波エネルギー供給手段と、 前記高周波エネルギー供給手段の中央部に配置された無
電極放電ランプと、 前記無電極放電ランプから出た光を反射する光反射手段
と、 前記高周波エネルギー供給手段を囲み、少なくとも一部
が光透過性である高周波漏洩防止手段と、 前記高周波エネルギー供給手段が有する前記複数の側空
洞共振器に共振高周波電磁場を励起するための共振高周
波励起手段と、 高周波を発振する高周波発振手段と、 前記高周波発振手段より発振された高周波を前記共振高
周波励起手段に伝播する高周波伝播手段とを備え、 前記光反射手段は、前記高周波漏洩防止手段の内部に設
けられており、前記高周波漏洩防止手段の外部へ前記光
を反射するものであり、且つ、非導電性材料で構成され
ており、 前記複数の側空洞共振器で囲まれる環形状の中央部に発
生する前記共振高周波電磁場により、前記無電極放電ラ
ンプの放電に必要な高周波エネルギーを供給することを
特徴とする高周波無電極放電ランプ装置。
15. The high-frequency energy supply means according to claim 1, an electrodeless discharge lamp disposed at a central portion of the high-frequency energy supply means, and an output from the electrodeless discharge lamp. A light reflecting means for reflecting light; a high-frequency leakage preventing means surrounding the high-frequency energy supplying means, at least a part of which is light-transmitting; and a plurality of side high-frequency resonators of the high-frequency energy supplying means having a resonant high-frequency electromagnetic field. A high-frequency oscillating unit that oscillates a high frequency, and a high-frequency propagating unit that propagates the high frequency oscillated by the high-frequency oscillating unit to the resonant high-frequency exciting unit. , Provided inside the high-frequency leakage prevention means, for reflecting the light to the outside of the high-frequency leakage prevention means, and High frequency energy necessary for discharging the electrodeless discharge lamp is supplied by the resonant high frequency electromagnetic field generated in the center of the ring surrounded by the plurality of side cavity resonators. High frequency electrodeless discharge lamp device.
【請求項16】 前記無電極放電ランプのバルブを冷却
するバルブ冷却手段を有することを特徴とする請求項1
1〜15の何れか一つに記載の高周波無電極放電ランプ
装置。
16. The apparatus according to claim 1, further comprising a valve cooling unit for cooling a bulb of the electrodeless discharge lamp.
The high-frequency electrodeless discharge lamp device according to any one of 1 to 15.
【請求項17】 前記バルブ冷却手段は、前記無電極放
電ランプのバルブに指向される冷却用の空気またはガス
を供給することを特徴とする請求項16に記載の高周波
無電極放電ランプ装置。
17. The high frequency electrodeless discharge lamp device according to claim 16, wherein the bulb cooling means supplies cooling air or gas directed to a bulb of the electrodeless discharge lamp.
【請求項18】 前記バルブ冷却手段は、前記バルブ近
傍に設けられた非導電性材料で構成されたノズルによ
り、前記冷却用の空気またはガスを供給することを特徴
とする請求項17記載の高周波無電極放電ランプ装置。
18. The high-frequency wave according to claim 17, wherein said valve cooling means supplies said cooling air or gas by a nozzle made of a non-conductive material provided near said valve. Electrodeless discharge lamp device.
【請求項19】 前記バルブ冷却手段は、前記側空洞共
振器の突出部に穿設されたノズルにより、前記冷却用の
空気またはガスを供給することを特徴とする請求項17
記載の高周波無電極放電ランプ装置。
19. The cooling device according to claim 17, wherein the valve cooling means supplies the cooling air or gas through a nozzle formed in a protruding portion of the side cavity resonator.
The high-frequency electrodeless discharge lamp device according to claim 1.
【請求項20】 前記共振高周波励起手段は、電場結合
型又は磁場結合型であることを特徴とする請求項11〜
19の何れか一つに記載の高周波無電極放電ランプ装
置。
20. The resonance high-frequency excitation means is of an electric field coupling type or a magnetic field coupling type.
20. The high-frequency electrodeless discharge lamp device according to any one of items 19 to 19.
【請求項21】 前記バルブの形は、実質上球形である
ことを特徴とする請求項11〜19の何れか一つに記載
の高周波無電極放電ランプ装置。
21. The high frequency electrodeless discharge lamp device according to claim 11, wherein the shape of the bulb is substantially spherical.
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