JPS6326881Y2 - - Google Patents

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JPS6326881Y2
JPS6326881Y2 JP1982004792U JP479282U JPS6326881Y2 JP S6326881 Y2 JPS6326881 Y2 JP S6326881Y2 JP 1982004792 U JP1982004792 U JP 1982004792U JP 479282 U JP479282 U JP 479282U JP S6326881 Y2 JPS6326881 Y2 JP S6326881Y2
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microwave
discharge
waveguide
impedance
light source
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Description

【考案の詳細な説明】 この考案は、マイクロ波放電による発光を利用
した、マイクロ波放電光源装置に関するものであ
る。
[Detailed Description of the Invention] This invention relates to a microwave discharge light source device that utilizes light emission by microwave discharge.

第1図は従来提案されているマイクロ波放電光
源装置であり、図において、1はマイクロ波を発
生するマグネトロン、2はこのマグネトロンのマ
グネトロンアンテナ、3はこのマグネトロンアン
テナから放射されるマイクロ波を伝送する導波
管、4はこの導波管の端部にマイクロ波給電口1
2を介して接続された空胴壁で、球面部5とこれ
に連らなり、端部が外方に屈曲されたフランジ部
10を有する円筒部6から構成され、アルミニウ
ム等で形成されたものである。7は上記空胴壁4
のフランジ部10に押えフランジ8と押えネジ9
とで装着された金属メツシユ板でマイクロ波を遮
えぎるが光を透過させるものであり、上記空胴壁
4とでマイクロ波空胴11を構成するものであ
る。13は上記空胴壁4の球面部5の中心近傍に
配設された球形の無電極放電灯で、石英ガラス等
で形成され、内部にアルゴン等の希ガス、水銀、
鉄等の金属およびヨウ素等のハロゲンが封入され
ている。14はこの放電灯13の外壁の一部に設
けられた突起で、上記空胴壁4の球面部5頂部に
設けられた放電灯支持部17に一端が挿入支持さ
れた石英ガラスのような低損失の誘電体からなる
円筒状の放電灯支持体15の他端に形成されたフ
レアー状となつた放電灯支持部16に嵌合され、
上記放電灯13を支持するものである。18は金
属メツシユ板7より外部へ放射される光を被照射
面(図示せず)に集光させるためのレンズであ
る。
Figure 1 shows a conventionally proposed microwave discharge light source device. In the figure, 1 is a magnetron that generates microwaves, 2 is a magnetron antenna of this magnetron, and 3 is a transmitter that transmits microwaves radiated from this magnetron antenna. 4 is a microwave power feed port 1 at the end of this waveguide.
A cavity wall connected via 2, consisting of a spherical part 5 and a cylindrical part 6 connected to this and having a flange part 10 whose end is bent outward, and made of aluminum or the like. It is. 7 is the cavity wall 4
Attach a presser flange 8 and a presser screw 9 to the flange portion 10 of
A metal mesh plate attached to the cavity wall 4 blocks microwaves but allows light to pass through, and together with the cavity wall 4, constitutes a microwave cavity 11. Reference numeral 13 denotes a spherical electrodeless discharge lamp disposed near the center of the spherical portion 5 of the cavity wall 4, and is made of quartz glass or the like, and contains rare gas such as argon, mercury,
Metals such as iron and halogens such as iodine are enclosed. Reference numeral 14 denotes a protrusion provided on a part of the outer wall of the discharge lamp 13, which is made of a low material such as quartz glass and one end of which is inserted and supported in the discharge lamp support portion 17 provided on the top of the spherical portion 5 of the cavity wall 4. It is fitted into a flared discharge lamp support part 16 formed at the other end of a cylindrical discharge lamp support body 15 made of a lossy dielectric material,
It supports the discharge lamp 13 described above. Reference numeral 18 denotes a lens for condensing the light emitted from the metal mesh plate 7 to the outside onto an irradiated surface (not shown).

この様に構成されたマイクロ波放電光源装置に
おいて、電源を投入すると、マグネトロン1によ
つてマイクロ波が発生され、この発生されたマイ
クロ波が、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。そしてこの放射されたマイ
クロ波は、導波管3を伝播し、給電口12を通し
てマイクロ波空胴11内に放射され、マイクロ波
空胴11内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13中の希ガス
が放電して放電灯13の内壁が熱せられ、放電灯
13内の水銀、鉄等がハロゲン化物となつて蒸発
し、放電は金属ガスの放電が主となり、封入金属
の種類に応じた特定の発光スペクトルを持つ光が
放射される。この時の放電は放電灯13の管壁近
傍で起こる。すなわち放電灯13からの発光は球
面状になつている。したがつて、空胴壁4の球面
部5を光反射面にしておけば、放電灯13が球面
部5の中心近傍にあるため、反射光は再び放電灯
13近傍を通過することになる。この反射光と放
電灯13の直接光が金属メツシユ板7を通して外
方へ放射される。外方へ放射された光は集光レン
ズ18で必要な被照射面に集光される。
In the microwave discharge light source device configured in this way, when the power is turned on, microwaves are generated by the magnetron 1, and the generated microwaves are radiated into the waveguide 3 through the magnetron antenna 2. . The radiated microwaves propagate through the waveguide 3 and are radiated into the microwave cavity 11 through the feed port 12, thereby forming a microwave electromagnetic field within the microwave cavity 11. Due to this microwave electromagnetic field, the rare gas in the discharge lamp 13 is discharged and the inner wall of the discharge lamp 13 is heated, and the mercury, iron, etc. in the discharge lamp 13 are converted into halides and evaporated, and the discharge is caused by the discharge of metal gas. Discharge is the main component, and light with a specific emission spectrum depending on the type of metal encapsulated is emitted. The discharge at this time occurs near the tube wall of the discharge lamp 13. That is, the light emitted from the discharge lamp 13 has a spherical shape. Therefore, if the spherical portion 5 of the cavity wall 4 is made a light reflecting surface, the reflected light will pass through the vicinity of the discharge lamp 13 again since the discharge lamp 13 is located near the center of the spherical portion 5. This reflected light and the direct light from the discharge lamp 13 are radiated outward through the metal mesh plate 7. The light emitted outward is focused by a condensing lens 18 onto a necessary irradiated surface.

この様に構成されたマイクロ波放電光源装置に
あつては、マイクロ波エネルギーをより多く放電
灯13の放電エネルギーに変換するため、給電口
12は、放電灯13の放電が定常状態の時に導波
管3内のマイクロ波電磁界とマイクロ波空胴11
中のそれとが最も良好に結合するよう設計されて
いる。しかしながら、この設計にあたつては、空
胴11の形状、大きさ、給電口12の形状、大き
さを最適に決定する必要があり、これらは計算に
より求めるのは困難で実験のくり返しで求めるた
め、かなりめんどうな手続きとなる。又、放電灯
13内における放電(以下単に放電という)が定
常状態になるまでの間は、給電口12におけるマ
イクロ波電磁界の結合状態が変化し、定常状態で
初めて設計の結合状態となる。この結合状態の変
化はすなわち空胴11のインピーダンスが変化す
ることであり、マグネトロン1の動作にも影響を
及ぼすものである。放電の初期より定常状態にな
るまでマグネトロン1の動作が安定で、できるだ
け効率良くマイクロ波電力が引き出せるように、
空胴11や給電口12の形状、大きさを設計する
のはさらに難しくなる。
In the microwave discharge light source device configured in this way, in order to convert more microwave energy into the discharge energy of the discharge lamp 13, the power supply port 12 is configured as a waveguide when the discharge of the discharge lamp 13 is in a steady state. Microwave electromagnetic field in tube 3 and microwave cavity 11
It is designed to best combine with that inside. However, in designing this, it is necessary to optimally determine the shape and size of the cavity 11 and the shape and size of the power feed port 12, which are difficult to determine by calculation and must be determined by repeated experiments. Therefore, the procedure is quite troublesome. Further, until the discharge in the discharge lamp 13 (hereinafter simply referred to as discharge) reaches a steady state, the coupling state of the microwave electromagnetic field at the power supply port 12 changes, and only in the steady state does it reach the designed coupling state. This change in the coupling state means that the impedance of the cavity 11 changes, which also affects the operation of the magnetron 1. The operation of magnetron 1 is stable from the beginning of discharge until it reaches a steady state, so that microwave power can be extracted as efficiently as possible.
It becomes even more difficult to design the shape and size of the cavity 11 and the power feeding port 12.

この考案は、上記従来の欠点の解消を目的とし
てなされたもので、導波管3にインピーダンス変
換素子を設けることで、空胴11や給電口12の
設計が容易になるようにしたものである。
This invention was made with the aim of eliminating the above-mentioned conventional drawbacks, and by providing an impedance conversion element in the waveguide 3, the design of the cavity 11 and the feed port 12 was made easier. .

第2図はこの考案の一実施例の要部断面図で、
導波管3の途中に容量性窓31を挿入したもの
で、A−A線での断面は第3図のようである。導
波管3中にこのような容量性窓31を挿入した場
合、窓のインピーダンス(又はアドミタンス)は
近似的に計算できる。この窓の場合は、サセプタ
ンスが計算でき、導波管の高さb、窓の高さd、
マイクロ波の導波管の管内波長λg、導波管の特
性アドミタンスYoとすれば、窓のサセプタンス
は Y0・4b/λgloge{cosec(πd/2b)} となる。一方、空胴11のインピーダンス(又は
アドミタンス)は、スロツト導波管等を用いて測
定できる。このインピーダンスをマグネトロンが
安定に動作するインピーダンスに変換するための
窓は、その位置と高さdを計算により求めること
ができる。すなわち、空胴11,給電口12の形
状や大きさを適当に設計し、インピーダンスを測
定して、計算により窓を求めればよく、何度も実
験をくり返して形状,大きさを決める必要がな
い。すなわち、空胴を完全な共振状態にあわせる
必要がないということである。窓は第4図のよう
な誘導性のものでもよく、この場合も計算により
サセプタンスが求まる。さらに、インピーダンス
変換素子として第5図およびそのB−B線での断
面図の第6図で示すような金属棒でもよく、やは
り近似的にサセプタンスが計算できる。この棒は
低損失の誘電体でもよく、インピーダンス変換の
範囲は狭いが、金属棒の場合は気中放電の恐れが
あるのに対して、誘電体棒の場合はこれがない。
Figure 2 is a sectional view of the main parts of an embodiment of this invention.
A capacitive window 31 is inserted in the middle of a waveguide 3, and the cross section taken along line A-A is as shown in FIG. When such a capacitive window 31 is inserted into the waveguide 3, the impedance (or admittance) of the window can be approximately calculated. In the case of this window, the susceptance can be calculated, the height of the waveguide b, the height of the window d,
If the internal wavelength of the microwave waveguide is λg and the characteristic admittance of the waveguide is Yo, then the susceptance of the window is Y 0 ·4b/λgloge {cosec(πd/2b)}. On the other hand, the impedance (or admittance) of the cavity 11 can be measured using a slot waveguide or the like. The position and height d of the window for converting this impedance into an impedance that allows the magnetron to operate stably can be determined by calculation. In other words, it is only necessary to appropriately design the shape and size of the cavity 11 and the power supply port 12, measure the impedance, and calculate the window, and there is no need to repeat experiments many times to determine the shape and size. . That is, there is no need to bring the cavity into perfect resonance. The window may be an inductive one as shown in FIG. 4, and in this case as well, the susceptance can be determined by calculation. Furthermore, the impedance conversion element may be a metal rod as shown in FIG. 5 and its sectional view taken along line B--B in FIG. 6, and the susceptance can also be approximately calculated. This rod may be a low-loss dielectric material, and the range of impedance transformation is narrow, but unlike a metal rod, there is a risk of air discharge, whereas a dielectric rod does not.

なお、以上の説明ではインピーダンス変換素子
を1個挿入したものについて述べたが、1個では
マグネトロン1の動作を安定できない場合は、複
数個のインピーダンス変換素子によつてインピー
ダンス変換すればよい。
In the above description, one impedance conversion element is inserted, but if the operation of the magnetron 1 cannot be stabilized with one impedance conversion element, impedance conversion may be performed using a plurality of impedance conversion elements.

この考案は以上述べたように、マイクロ波を発
生するマイクロ波発生器、このマイクロ波発生器
により発生されたマイクロ波を伝送する導波管、
この導波管に給電口を介して接続された空胴壁の
開口を塞ぐメツシユ板とで構成されたマイクロ波
空胴、このマイクロ波空胴内に配設された無電極
の放電灯とを備えたマイクロ波放電光源装置にお
いて、上記導波管にインピーダンス変換素子を設
けたことを特徴とするもので、マグネトロンを安
定に動作させる空胴や給電口の設計が容易となる
ものである。
As mentioned above, this invention consists of a microwave generator that generates microwaves, a waveguide that transmits the microwaves generated by this microwave generator,
A microwave cavity consisting of a mesh plate that closes an opening in a cavity wall connected to this waveguide via a power supply port, and an electrodeless discharge lamp disposed inside this microwave cavity. The microwave discharge light source device is characterized in that the waveguide is provided with an impedance conversion element, which facilitates the design of the cavity and feed port for stable operation of the magnetron.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来提案されているマイクロ波放電光
源装置の要部断面図、第2図はこの考案の一実施
例の要部断面図、第3図は第2図A−A線での断
面図、第4図はこの考案の他の実施例を示す断面
図、第5図はこの考案のさらに他の実施例を示す
要部断面図、第6図は第5図B−B線での断面図
である。 図において、1はマイクロ波発生器、3は導波
管、4は空胴壁、7はメツシュ板、12は給電
口、13は無電極放電灯、31,32,33はイ
ンピーダンス変換素子である。なお、図中、同一
符号はそれぞれ同一又は相当部分を示す。
Fig. 1 is a cross-sectional view of the main part of a conventionally proposed microwave discharge light source device, Fig. 2 is a cross-sectional view of the main part of an embodiment of this invention, and Fig. 3 is a cross-section taken along the line A-A in Fig. 2. 4 is a sectional view showing another embodiment of this invention, FIG. 5 is a sectional view of a main part showing still another embodiment of this invention, and FIG. 6 is a sectional view taken along line B-B in FIG. 5. FIG. In the figure, 1 is a microwave generator, 3 is a waveguide, 4 is a cavity wall, 7 is a mesh plate, 12 is a feed port, 13 is an electrodeless discharge lamp, and 31, 32, and 33 are impedance conversion elements. . In addition, in the figures, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】 (1) マイクロ波を発生するマイクロ波発生器、こ
のマイクロ波発生器により発生されたマイクロ
波を伝送する導波管、この導波管に給電口を介
して接続された空胴壁とこの空胴壁の開口を塞
ぐメツシユ板とで構成され、内部に配設された
球形の無電極放電灯の放電が定常状態の時、そ
のインピーダンスが、上記導波管のインピーダ
ンスよりズレているマイクロ波空胴、及び上記
導波管内に配設され、上記マイクロ波空胴と上
記導波管のインピーダンスを上記無電極放電灯
の放電が定常状態の時に整合させるインピーダ
ンス変換素子を備えたマイクロ波放電光源装
置。 (2) インピーダンス変換素子が窓である実用新案
登録請求の範囲第1項記載のマイクロ波放電光
電光源装置。 (3) インピーダンス変換素子が金属棒である実用
新案登録請求の範囲第1項記載のマイクロ波放
電光源装置。 (4) インピーダンス変換素子が低損失誘電体棒で
ある実用新案登録請求の範囲第1項記載のマイ
クロ波放電光源装置。
[Scope of claims for utility model registration] (1) A microwave generator that generates microwaves, a waveguide that transmits the microwaves generated by this microwave generator, and a connection to this waveguide via a power supply port. When the discharge of a spherical electrodeless discharge lamp disposed inside the lamp is in a steady state, its impedance is equal to that of the waveguide. A microwave cavity whose impedance deviates from the impedance, and an impedance conversion element disposed within the waveguide to match the impedance of the microwave cavity and the waveguide when the discharge of the electrodeless discharge lamp is in a steady state. Microwave discharge light source device equipped with (2) The microwave discharge photoelectric light source device according to claim 1, wherein the impedance conversion element is a window. (3) The microwave discharge light source device according to claim 1, wherein the impedance conversion element is a metal rod. (4) The microwave discharge light source device according to claim 1, wherein the impedance conversion element is a low-loss dielectric rod.
JP479282U 1982-01-18 1982-01-18 Microwave discharge light source device Granted JPS58107563U (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3872349A (en) * 1973-03-29 1975-03-18 Fusion Systems Corp Apparatus and method for generating radiation

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