KR101707041B1 - 광원 - Google Patents
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Abstract
광원은 마그네트론(1)에 의해 동력화되며, 여자 충전재를 갖는 플라즈마 보이드(8)를 구비하는 석영 도가니를 가지며, 사용시 상기 플라즈마로부터 광을 방사한다. 2개의 알루미늄 부착 블록들(3)이 함께 부착되며, 상기 블록(3)은 도시되지 않은 스크류에 의해 마그네트론(1)의 케이싱(5)에 부착된다. 상기 석영 도가니는 그의 림(7)이 상기 블록(4)에 부착된 천공 금속 엔클로저 형태로 페러데이 케이지(6)에 의해 상기 블록(4)에 부착된다. 상기 마그네트론의 출구 형상부(11)는 그와 전기 접촉으로 결합되는 전도성 구리 캡(12)을 갖는다. 마이크로웨이브를 상기 마그네트론으로부터 상기 도가니 내에 결속하기 위해, 로드가 상기 블록들(3, 4)을 통해 상기 도가니(2)에 있는 구멍(5) 안으로 연장한다. 에어스페이서(16)가 상기 블록(3)에 있는 캡(12) 둘레에 제공된다. 상기 캡으로부터, 상기 로드는 상기 블록(3)의 단부 벽에 있는 구멍에 위치된 블록(4)의 보스(18)와 상기 에어스페이스를 통해 알루미나 세라믹 튜브(17)에 있는 무시해도 좋을 정도의 에어 갭만큼 연장한다.
Description
본 발명은 광원에 관한 것이다.
미국특허 제6,737,809호에서는 다음과 같이 설명 및 권리화 하고 있다.
1. 다음을 포함하는 램프:
(a) 미리 선택된 형상과 미리 선택된 치수의 세라믹 절연(dielectric) 재료를 포함하는 몸체를 갖는 도파관으로서, 상기 몸체는 제 1 도파관 외부면에 의해 결정되는 제 1 측면을 갖는, 상기 도파관;
(b) 입구 및 출구를 갖는 마이크로웨이브 소스로부터 몸체 내로 마이크로웨이브 에너지를 결합하도록 구성되고, 미리 선택된 주파수와 강도하에 약 0.5 내지 약 30 GHz 범위의 주파수 내에서 작동하는, 상기 도파관 몸체 내에 위치하여 그와 긴밀 접촉하는 제 1 마이크로웨이브 공급부로서, 상기 공급부는 소스 출구에 연결되고, 상기 주파수와 강도 및 상기 몸체 형태와 치수는 상기 몸체가 적어도 하나의 최대 전계를 갖는 적어도 하나의 공진 모드에서 공진하도록 선택되는, 상기 제 1 마이크로웨이브 공급부;
(c) 제 1 표면으로부터 상기 도파관 몸체 내에 의존하는 밀봉된 제 1 캐비티; 및
(d) 작동되는 동안 최대 전계에 대응하는 위치에서 상기 캐비티 내에 위치되는 제 1 벌브로서, 상기 공진 도파관 몸체로부터 마이크로웨이브 에너지를 수용할 때 발광 플라즈마를 형성하는 가스-충전재(gas-fill)를 포함하는 상기 벌브.
우리는 이와 같은 램프를 세라믹 도파관 램프라 명명하며, 그 기술은 발전되었고, 특히 도파관의 입력 임피던스에 마이크로웨이브 소스의 출력 임피던스를 매칭시키기 위한 매칭 회로가 발전되었다. 이는 본 출원인에 의한 국제출원 제 PCT/GB2007/001935호("1935 출원")에서 설명되고 있다. 영국 국내 진입 단계에서, GB 0820183.2 하에서, 주요 청구항은 다음과 같이 보정되었다:
1. 마이크로웨이브 에너지의 소스로부터 구동될 램프로서,
＊ 무전극 방전 벌브,
＊ 상기 벌브에 마이크로웨이브 에너지를 방사하기 위한 라디에이터,
＊ 전기 전도성 실드로 코팅되는 세라믹 재료로 구성되는 벌브 저장소로서, 상기 저장소는:
- 상기 벌브로부터 광이 빛을 내도록 개방되는, 상기 벌브를 포함하는 제 1 리세스, 및
- 상기 라디에이터로의 마이크로웨이브의 접속을 허용하도록 개방되는, 상기 라디에이터를 포함하는 제 2 리세스를 포함하는, 상기 벌브 저장소, 및
＊ 마이크로웨이브 회로로서,
- 상기 소스로부터 마이크로웨이브 에너지를 위한 입구, 및
- 상기 세라믹 저장소에 있는 라디에이터로의 출구 연결부를 갖는, 상기 마이크로웨이브 회로를 포함하며,
상기 마이크로웨이브 회로는
- 밴드패스(bandpass) 필터로서 구성된 용량식-유도 회로이며, 마이크로웨이브 에너지의 소스의 출력 임피던스를 상기 회로, 저장소 및 벌브 결합의 입력 임피던스에 매칭시키는, 상기 마이크로웨이브 회로를 포함한다.
도파관에 있어서의 무전극 벌브의 발전 과정에서, 우리는 램프와 도파관을 결합했고, 광이 상기 도파관을 통해 방사되도록 하였다. 이와 같은 발전은 국제출원번호 제PCT/GB2008/003829호의 주제이다. 이는 다음과 같이 설명 및 청구된다:
1. 마이크로웨이브 에너지에 의해 동력 공급될 광원으로서,
＊ 광 출사를 위한 루슨트(lucent) 물질로 제조되는 고형 플라즈마 도가니로서, 상기 플라즈마 도가니는 상기 플라즈마 도가니에 밀봉된 보이드(void)를 갖는, 상기 고형 플라즈마 도가니,
＊ 상기 플라즈마 도가니를 둘러싸는 페러데이 케이지(Faraday cage)로서, 상기 케이지는 상기 플라즈마 도가니로부터의 광 출사를 위해 적어도 부분적으로 광을 통과시키며, 마이크로웨이브가 밀봉되는, 상기 페러데이 케이지,
＊ 내부에 발광 플라즈마를 형성하기 위해 마이크로웨이브 에너지에 의해 여기(excitation)될 수 있는 재료의 보이드 내의 충전재(fill), 및
＊ 플라즈마-유도 마이크로웨이브 에너지를 상기 충전재로 전달하기 위한 상기 플라즈마 도가니 내에 배열된 안테나로서,
- 마이크로웨이브 에너지의 소스에 결속하기 위해 상기 플라즈마 도가니 외부로 연장하는 연결부를 갖는 상기 안테나를 포함하며,
상기 보이드에 있는 플라즈마로부터의 광이 상기 플라즈마 도가니를 관통할 수 있고 또한 케이지를 통해 플라즈마로부터 방사되도록 배열된다.
이와 같은 광원을 이해하기 위해, 우리는 다음과 같은 정의를 사용하였다:
"루슨트(lucent)"는 루슨트로 기재된 품목이 투명하거나 또는 반투명한 재료를 의미한다;
"플라즈마 도가니"는 플라즈마를 둘러싸는 밀봉된 몸체를 의미하며, 여기서 플라즈마는 상기 보이드의 충전재가 마이크로웨이브 에너지에 의해 안테나로부터 여기될 때 보이드에 위치한다.
우리는 이와 같은 광원을 LER이라 칭한다.
우리는 도파관에 삽입되는 무전극 벌브를 사용하는 세라믹 도파관 램프와 LER 사이의 중요한 차이점에 주목한다. 상기 세라믹 도파관 램프에 있어서는 개시와 안정 상태 동작 사이에 도파관의 출력 임피던스의 변화가 존재한다. 이는 램프를 구동하는 마이크로웨이브 소스의 출력 임피던스로 임피던스의 불일치를 야기한다. 이와 같은 불일치는 본 출원인에 의한 1935 출원의 밴드패스 매칭 회로에서 조정될 수 있으며, 이는 개시와 정상 동작 동안 모두에서 마이크로웨이브 에너지를 통과시키도록 허용한다. (본 발명자는 우리가 이와 같은 임피던스 변화에 대한 이유를 이해했다고는 완전히 확신하지는 못하지만, 그러나 본 발명자는 그것이 세라믹 도파관 램프에 있어서 벌브와 도파관 사이의 용량성 갭(capacitive gap)과 관련이 있는 것으로 믿는다.) LER의 경우에 있어서는 입력 임피던스에서의 그와 같은 변화는 전혀 없다. 실제로, 본 발명자는 LER의 입력 임피던스가 개시와 정상 동작 사이에서 거의 일정하게 유지된다는 특징에 놀라웠다.
본 출원인의 특허출원 제0907947.6호에 있어서, 본 출원인은 마이크로웨이브 에너지에 의해 동력 공급될 광원에 대해 기재하였으며, 상기 광원은:
＊ 광 출사를 위한 루슨트 물질로 제조되는 고형 플라즈마 도가니로서, 상기 플라즈마 도가니에 밀봉된 보이드를 갖는 상기 고형 플라즈마 도가니;
＊ 상기 플라즈마 도가니를 둘러싸는 페러데이 케이지로서, 상기 케이지는 상기 플라즈마 도가니로부터의 광 출사를 위해 적어도 부분적으로 광을 통과시키며, 마이크로웨이브가 둘러싸이는, 상기 페러데이 케이지;
＊ 내부에 발광 플라즈마를 형성하기 위해 마이크로웨이브 에너지에 의해 여기될 수 있는 재료의 보이드 내의 충전재;
＊ 플라즈마-유도 마이크로웨이브 에너지를 상기 충전재로 전달하기 위한 상기 플라즈마 도가니 내에 배열된 안테나로서, 상기 안테나는:
- 마이크로웨이브 에너지의 소스에 결속하기 위해 상기 플라즈마 도가니 외부로 연장하는 연결부를 갖는, 상기 안테나를 포함하며,
상기 광원은 또한:
＊ 상기 루슨트 도가니 및 상기 밀봉된 보이드에서 발광 플라즈마를 여기시키기 위한 상기 퍼레데이 케이지 내의 공진을 여기시키기 위한 주파수에서의 마이크로웨이브 발생기; 및
＊ 마이크로 웨이브를 상기 발생기로부터 상기 안테나에 결합시키기 위한 도파관으로서, 상기 도파관은:
- 대체로 2개 이상의 반파장(half wave) 길이로 되며:
- 입구 단부로부터 1/4 파장에 위치되는 상기 발생기로부터의 출구 및
- 출구 단부로부터 1/4 파장에 위치되는 상기 안테나 연결부로의 입구를 갖는, 상기 도파관을 포함한다.
본 출원인은 마이크로웨이브를 발생기로부터 안테나에 결합시키기 위한 도파관에 대한 대안책을 새롭게 발전시켰으며, 여기서 본 출원인은 도파관이 발생기와 안테나 사이를 동축 연결시킴으로써 대체될 수 있도록 결정했다.
따라서, 본 발명에 따르면, 마이크로웨이브 에너지에 의해 동력 공급될 광원이 제공되고 있으며, 상기 광원은:
＊ 광 출사를 위한 루슨트 물질로 제조되는 고형 플라즈마 도가니로서, 상기 루슨트 도가니는 그 내부에 밀봉된 보이드(void)를 갖는, 상기 고형 플라즈마 도가니;
＊ 상기 루슨트 도가니를 둘러싸는 마이크로웨이브-포위 페러데이 케이지(Faraday cage)로서, 상기 케이지는 그를 통한 상기 루슨트 도가니로부터의 광 출사를 위해 적어도 부분적으로 광을 통과시키는, 상기 페러데이 케이지;
＊ 내부에 발광 플라즈마를 형성하기 위해 마이크로웨이브 에너지에 의해 여기될 수 있는 재료의 보이드 내의 충전재(fill);
＊ 플라즈마-유도 마이크로웨이브 에너지를 상기 충전재로 전달하기 위해 상기 루슨트 도가니 내에 배열된 안테나로서, 상기 안테나는:
- 마이크로웨이브 에너지의 소스에 결속하기 위해 상기 루슨트 도가니 외부로 연장하는 연결부를 갖는, 상기 안테나;
＊ 마이크로웨이브를 위한 출구를 가지며, 상기 밀봉된 보이드에서 발광 플라즈마를 여기시키기 위한 마이크로웨이브 발생기;
＊ 상기 발생기를 상기 루슨트 도가니에 부착시키기 위한 부착 수단으로서, 상기 부착 수단은:
- 상기 발생기 출구로부터 상기 안테나 연결부로 연장하는 전도성 벽(conductive wall)을 구비한 통로를 갖는, 상기 부착 수단; 및
상기 발생기의 출구로부터 상기 안테나의 연결부로 상기 통로를 따라 통과하는 전기 전도체로서, 내부에 상기 플라즈마의 여기를 위해 마이크로웨이브 에너지를 위한 전달 라인을 상기 발생기로부터 상기 루슨트 도가니로 통과시키는 전도성 통로와 함께 형성되는 상기 전기 전도체를 포함한다.
적합하게도, 상기 발생기는 상기 루슨트 도가니 내의 공진을 여기시키기 위한 주파수에서 마이크로웨이브를 발생시키도록 구성된다.
적합하게도, 상기 페러데이 케이지와 상기 마이크로웨이브 발생기의 섀시는 상기 통로의 전도성 벽에 의해 함께 전기적으로 접속된다. 일반적으로, 상기 케이지, 상기 섀시 및 상기 벽 모두는 접지된다. 적합한 실시예에 있어서, 상기 전도성 벽은 상기 페러데이 케이지 및 루슨트 도가니와 상기 마이크로웨이브 발생기를 연결하는 금속 몸체 내의 보어(bore)이다.
적합하게도, 상기 전기 전도체는 상기 보어와 동축을 이루며, 스페이서에 의해 상기 보어의 중앙에 보유된다. 편리하게도, 상기 스페이서는 고형 절연 재료로 구성되며, 적합한 실시예에 있어서, 알루미나 세라믹이다.
본 발명의 이해를 돕기 위해, 특정 실시예가 첨부된 도면들을 참고하여 예시적 방식으로 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 광원의 분해도.
도 2는 도 1의 광원에 대한 부분 중심 단면도.
도 3은 적합한 실시예의 치수를 나타내는 도 2와 유사한 도면.
도 2는 도 1의 광원에 대한 부분 중심 단면도.
도 3은 적합한 실시예의 치수를 나타내는 도 2와 유사한 도면.
도면을 참조하면, 광원은 마그네트론(1)에 의해 동력 공급되며, 사용 중 광을 방사하는 석영 도가니(2)를 갖는다.
2개의 알루미늄 부착 블록들(3, 4)이 함께 부착되고, 상기 블록(3)은 스쿠류들(도시되지 않음)에 의해 상기 마크네트론(1)의 케이싱(5)에 부착된다. 상기 석영 도가니는, 블록(4)에 대해 림(7)에 부착되는 천공 금속 인클로저의 형태로, 페러데이 케이지(6)에 의해 상기 블록(4)에 부착된다.
상기 석영 도가니는, 엔드 보스(end boss; 9)에 의해 밀봉되는, 중앙 보이드(8)에 여기 가능한 충전재를 둘러싼다.
본 발명에 따르면, 마크네트론의 출구 형상부(11)는 그와 전기 접촉으로 결합되는 전도성 구리 캡(12)을 갖는다. 상기 캡은 구리 로드(14)에 의해 연장된다. 상기 로드는 마이크로웨이브를 마그네트론으로부터 도가니에 결합시키기 위해 블록들(3, 4)을 통해 상기 도가니(2)에 있는 보어(15) 안으로 연장한다.
에어스페이서(airspace; 16)가 상기 블록(3)에 있는 캡(12) 둘레에 제공된다. 상기 캡으로부터, 상기 로드는 상기 블록(3)의 단부 벽에 있는 구멍에 위치된 블록(4)의 보스(18)와 상기 에어스페이스를 통해 알루미나 세라믹 튜브(17)에 있는 무시해도 좋을 정도의 에어 갭만큼 연장한다.
상기 구성 요소들은 2.4 GHz에서 작동을 위한 치수를 갖는다. 상기 치수에 대하여는 도 3에 도시되어 있다.
사용 중, 마그네트론에서 발생된 마이크로웨이브는 상기 블록들 내부에서 로드(14)에 의해 동축 배열로 형성된 전달 라인을 따라 전파되며, 상기 세라믹 튜브가 무시해도 좋을 정도의 에어 갭만큼 연장하는, 상기 형상부(11), 상기 캡(12), 상기 로드(14), 상기 세라믹 튜브(17), 상기 에어스페이스(16), 및 보어(19)는 모두 원형 횡단면 및 동심을 갖는다. 상기 로드의 원위 단부로부터, 상기 마이크로웨이브는 보이드(8)에서 최대 전계 강도로 전자기 공진을 증진시키는 석영 도가니 내로 방사되어, 그 안의 플라즈마가 광을 방사하게 한다. 상기 플라즈마는 도시되지 않은 개시자에 의해 상기 블록(4)에 있는 보어(20)에서 착수된다.
Claims (10)
- 마이크로웨이브 에너지에 의해 동력 공급될 광원으로서,
광 출사를 위한 루슨트(lucent) 물질로 이루어지고, 내부에 밀봉된 보이드(void)를 갖는 고형 플라즈마 도가니;
상기 고형 플라즈마 도가니를 둘러싸는 마이크로웨이브-포위 페러데이 케이지(Faraday cage)로서, 상기 고형 플라즈마 도가니로부터 상기 케이지를 통한 광 출사를 위해 적어도 부분적으로 광을 통과시키는, 마이크로웨이브-포위 페러데이 케이지(Faraday cage);
내부에 발광 플라즈마를 형성하기 위해 마이크로웨이브 에너지에 의해 여기될 수 있는 재료로 이루어진 상기 보이드 내의 충전재(fill);
플라즈마-유도 마이크로웨이브 에너지를 상기 충전재로 전달하기 위해 상기 고형 플라즈마 도가니 내에 배열된 안테나로서, 마이크로웨이브 에너지의 소스에 결속하기 위해 상기 고형 플라즈마 도가니 외부로 연장하는 연결부를 갖는, 상기 안테나;
마이크로웨이브를 위한 출구를 가지며, 상기 밀봉된 보이드에서 발광 플라즈마를 여기시키기 위한 마이크로웨이브 발생기;
상기 발생기 출구로부터 상기 안테나의 연결부로 통과하며 일정한 단면적을 갖는 전기 전도체; 및
상기 발생기를 상기 고형 플라즈마 도가니에 부착시키기 위한 부착 수단을 포함하고,
상기 부착 수단은, 상기 발생기 출구로부터 상기 안테나의 연결부로 연장하는 전도성 벽(conductive wall)을 구비한 통로를 갖고, 상기 전기 전도체는 상기 통로를 따라 통과하며,
상기 통로는, 상기 전도성 벽과 상기 전기 전도체 사이에 에어 갭을 갖는 제 1 부분과, 상기 전도성 벽과 상기 전기 전도체 사이에 고형 절연 스페이서를 갖는 제 2 부분의 두 부분으로 구성되며,
상기 전도체는, 상기 발생기로부터 내부에서의 상기 플라즈마의 여기를 위한 상기 고형 플라즈마 도가니로의 마이크로웨이브 에너지를 위한 전달 라인을 상기 전도성 통로와 함께 형성하는, 광원. - 제 1 항에 있어서, 상기 발생기는 상기 고형 플라즈마 도가니 내에서 공진을 여기시키기 위한 주파수로 마이크로웨이브를 발생시키도록 구성되는 광원.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 페러데이 케이지와 상기 마이크로웨이브 발생기의 섀시는 상기 통로의 전도성 벽에 의해 함께 전기적으로 접속되는 광원.
- 제 3 항에 있어서, 상기 케이지, 상기 섀시 및 상기 벽의 모두를 위한 접지부를 포함하는 광원.
- 제 3 항에 있어서, 상기 전도성 벽은 상기 페러데이 케이지 및 상기 고형 플라즈마 도가니와 상기 마이크로웨이브 발생기를 연결하는 금속 몸체 내의 보어(bore)인 광원.
- 제 5 항에 있어서, 상기 전기 전도체는 상기 보어와 동축을 이루며, 스페이서에 의해 상기 보어의 중앙에 보유되는 광원.
- 제 6 항에 있어서, 상기 스페이서는 고형 절연 재료로 이루어지는 광원.
- 제 7항에 있어서, 상기 고형 절연 재료는 알루미나 세라믹인 광원.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 전기 전도체는 상기 마이크로웨이브 발생기의 출구 구성에 결합되는 금속 캡에 연결되는 광원.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 마이크로웨이브 발생기는 마그네트론인 광원.
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