| 【発明の名称】 |
無電極放電ランプ光源装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】佐伯 隆昭
【住所又は居所】神奈川県横浜市神奈川区守屋町３丁目１２番地 日本ビクター株式会社内
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| 【要約】 |
【課題】発光管にマイクロ波の電界を集中させて、高効率な放電を行う無電極放電ランプ光源装置を提供する。
【解決手段】内部が中空、かつ上面部２ｂに第１開口部２ｃを有する導体ケース２と、導体ケース２内部の一側面２ａ及び他側面２ｄに固定され、かつ所定の間隙を有して対向配置された一対の共振器４、４と、前記所定の間隙に収納された発光管３と、第１開口部２ｃに設けられ、発光管３を挿入する第２開口部５ａを有しており、発光管３からの放電発光を反射するリフレクタ５と、導体ケース２の内側底面２ｆに設けられた金属製支持台１０と、金属製支持台１０表面に誘電体基板１１を介して一対の共振器４、４に対向して、平行となるように設けられたマイクロストリップ線路１２と、マイクロストリップ線路１２にマイクロ波を供給する高周波電源２３と、からなる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】内部が中空、かつ上面に第１開口部を有する接地用導体ケースと、前記接地用導体ケース内部の一側面及び他側面に固定され、かつ所定の間隙を有して対向配置された一対の共振器と、前記所定の間隙に収納された発光管と、前記第１開口部に設けられ、前記発光管を挿入する第２開口部を有しており、前記発光管からの放電発光を反射するリフレクタと、前記接地用導体ケースの内側底面に設けられた金属製支持台と、前記金属製支持台表面に誘電体基板を介して前記一対の共振器に対向して、平行となるように設けられたマイクロストリップ線路と、前記マイクロストリップ線路にマイクロ波を供給する高周波電源と、からなることを特徴とする無電極放電ランプ光源装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波で放電する無電極放電ランプ光源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】無電極放電ランプ光源装置は、発光部に電極を有していないので、メタルハライド、キセノンランプ等の有電極放電ランプのように、発光時のプラズマによって電極が消耗しランプの寿命を短縮させてしまう問題がなく、長寿命、高効率、高演色が図れるという特徴を有している。そして、２ＧＨｚ帯のＩＳＭ（Industrial Scientific and Medical）バンド周波数を利用した半導体製造用照射装置に用いられ、大電力マグネトロンにより励起して導波管を経てキャビティで空洞共振させ、発光管の放電を行うものであるが、高コスト等の問題があった。この対策として、共振器にマイクロ波を結合させ共振器内の最も高い電界位置に無電極ランプを配置させることが考えられた。
【０００３】図２は、従来の無電極放電ランプ光源装置を示す断面図を示し、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は（Ａ）のＭＭ方向から見た正面図である。図２において、この無電極放電ランプ共振装置７は、内部が中空、かつ前面部２ａの中央部に開口部２ｅを有し、アルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）などの良導電性の金属を用いて形成された箱状または円筒状の接地用導体ケース（シールドケース）２と、先端が前面部２ａの開口部２ｅ側に向かい、他端が接地用導体ケース２の背面部２ｄの中央部に固着接地された電気伝導性および熱伝導性の良好なアルミニウムや銅または銅合金からなる棒状の共振器８と、湾曲面側が共振器８の先端側になるように配置され、かつ共振器８が貫通する開口部９ａを有し、接地用導体ケース２の開口部２ｅに固定されたリフレクタ９と、リフレクタ９の焦点Ｆ1に配置された共振器８の先端に取り付けられ、希ガス及び発光物質を封入した石英ガラス等からなる発光管３と、接地用導体ケース２の内側底面２ｆに載置された金属製支持台１０と、その表面にアルミナ等の誘電体基板１１を介して共振器８に対向し、略平行となるように設けられた良導電性の銅箔または金箔等の金属箔からなるマイクロストリップ線路１２と、を有して構成されている。
【０００４】ここで、図３に示すように、発光管３は、円柱状凹部を有した石英ガラスからなる発光管半体１３と、凹部を閉じるように発光管半体１３に接合された部材１４と、この部材１４を接合することによって形成された中空部１５に封入された放電始動ガスを含む発光物質１６と、からなる。
【０００５】なお、上記共振器８の長さは、マイクロストリップ線路１２から放出されるマイクロ波の波長をλｇとした場合、λｇ／４となるように形成される。例えば、マイクロ波の周波数が２．４５ＧＨｚである場合には、λｇ＝１２．２４ｃｍであるので、共振器８の長さは、略３０．６ｍｍとなる。また、上記マイクロストリップ線路１２は、インピーダンスが略５０Ωとなるように、誘電体基板１１の誘電率を考慮して適当な線幅、厚さでもって形成される。例えば、誘電体基板１１として誘電率が８〜１０で厚さが１．５ｍｍのアルミナを用いた場合には、マイクロストリップ線路１２は、幅が２ｍｍで厚さが０．１７ｍｍとなるように設定される。
【０００６】また、接地用導体ケース２の背面部２ｄには穿設した孔１７が形成されている。この孔１７を介して、マイクロストリップ線路１２とインピーダンス整合回路１８とが同軸ケーブルまたは硬質のマイクロ波ケーブルを用いた第１給電線１９によって接続されている。
【０００７】このインピーダンス整合器１８は、さらに第１給電線１９と同種の第２給電線２０によって、共振器８からの反射波を検出して駆動周波数や整合条件を可変させる方向性結合器２１に接続されている。この方向性結合器２１は、第１及び２給電線１９、２０と同種の第３給電線２２によって、マイクロ波を発生する高周波電源２３に接続されている。上記インピーダンス整合器１８は、高周波電源２３のインピーダンスと、共振器８側のインピーダンスとのマッチングをとるために設けられるものであり、マッチングをとる必要がない場合には第１給電線１９の一端を直接高周波電源２３に接続してもよい。
【０００８】この無電極放電ランプ共振装置７は、以下のように動作する。高周波電源２３で発生したＩＳＭバンド周波数帯のマイクロ波を、第３給電線２２、方向性結合器２１、第２給電線２０、インピーダンス整合器１８、第１給電線１９を伝送してマイクロストリップ線路１２に供給する。そして、方向性結合器２１により、共振器８からの反射波を検出して共振器８の反射波が小さくなる反射波条件を高周波電源２３に供給する。
【０００９】この高周波電源２３からは、上記したようにマイクロ波を供給する一方、前記した反射波条件に基づいて共振器８側のインピーダンスとマッチングする整合定数をインピーダンス整合器１８に出力する。そして、インピーダンス整合器１８では、上記した整合定数に基づいて共振器８側と高周波電源２３のインピーダンスがマッチングするように調整する。インピーダンスマッチングしない場合には、反射波が増加する。ここで、伝送された波長λｖ（自由空間における波長）のマイクロ波を誘電体基板１１、空気などの誘電媒体を介してマイクロストリップ線路１２の表面より波長λｇで空気中に放出する。
【００１０】この場合、誘電体および空気の比誘電率を考慮した実効比誘電率をε1とすれば、自由空間におけるマイクロ波の波長λｖと、マイクロストリップ線路１２から放出されるマイクロ波の波長λｇとは、次式で表される関係になる。即ち、波長λｇ＝λｖ／（ε1）1/2となる。
【００１１】更に、マイクロストリップ線路１２から放出された波長λｇのマイクロ波に対して、略λｇ／４の共振長のマイクロ波を共振器８で得る。このマイクロ波の強い電界が発光管３に供給され、希ガスの放電によって発光管３の管壁が熱せられ、発光物質を気化させて、発光物質特有の発光スペクトルの光を発光させる。発光管３で発光した光を、リフレクタ９で反射させ、接地用導体ケース２の外部に向けて放射する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、共振器８の先端は開放された構成になっているため、共振器８の先端から放出されるマイクロ波電界の一部が接地用導体ケース２の前面部２ａやリフレクタ９に漏れるため、共振器８としてのＱ（先鋭度）が小さくなる。そのため、効率良く、発光管３に電界を集中させることができず、高効率な放電を得ることができなかった。
【００１３】そこで、本発明は、懸かる問題を解決するためになされたものであり、発光管にマイクロ波の電界を集中させて、高効率な放電を行う無電極放電ランプ光源装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は、内部が中空、かつ上面に第１開口部を有する接地用導体ケースと、前記接地用導体ケース内部の一側面及び他側面に固定され、かつ所定の間隙を有して対向配置された一対の共振器と、前記所定の間隙に収納された発光管と、前記第１開口部に設けられ、前記発光管を挿入する第２開口部を有しており、前記発光管からの放電発光を反射するリフレクタと、前記接地用導体ケースの内側底面に設けられた金属製支持台と、前記金属製支持台表面に誘電体基板を介して前記一対の共振器に対向して、平行となるように設けられたマイクロストリップ線路と、前記マイクロストリップ線路にマイクロ波を供給する高周波電源と、からなることを特徴とする無電極放電ランプ光源装置を提供する。
【００１５】
【発明の実施の形態】まず、本発明の実施形態の無電極放電ランプ光源装置について図１を用いて説明する。従来例と同一構成には同一符号を付し、その説明を省略する。図１は、本発明の実施形態の無電極放電ランプ光源装置を示す概略断面図である。
【００１６】図１に示すように、本発明の実施形態の無電極放電ランプ光源装置１は、従来の無電極放電ランプ光源装置７において、接地用導体ケース２は、前面部２ａに開口部２ｅが形成されずに、上面部２ｂに開口部２ｃが形成されたものであり、共振器８は、互いに一端が接地用導体ケース２の前面部２ａ、背面部２ｄに固定され、かつ発光管３を挟むようにした一対の共振器４、４であり、リフレクタ９は、発光管３を挿入する第１開口部５ａを有し、接地用導体ケース２の上面部２ｂの開口部２ｃに向かって第１開口部５ａよりも広い第２開口部５ｂを有し、発光管３からの放電発光を効率良く集光するリフレクタ５であり、それ以外は同様である。なお、接地用導体ケース２の開口部２ｃには、金属製のメッシュ６が形成され、マイクロ波が接地用導体ケース２から外部に飛び出さないようにしている。この際、一対の共振器４、４は、それぞれ直径６ｍｍ、長さがλｇ／４である。
【００１７】以上のように、本発明の実施形態によれば、共振器としてのＱ値が高まり、一対の共振器４、４の間にマイクロストリップ線１２から供給される高周波電力の電界が他に漏れることなく集中するので、この一対の共振器４、４の間に発光管３を配置することにより、高効率な放電を行うことができる無電極放電ランプ光源装置１を得ることができる。
【００１８】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、接地用導体ケース内部の一側面及び他側面に固定され、かつ所定の間隙を有して対向配置された一対の共振器と、前記所定の間隙に収納された発光管と、を有しているので、マイクロストリップ線路から供給されるマイクロ波の電界漏れを生じることなく発光管に供給することができる。このため、高効率な放電を行うことができる無電極放電ランプ光源装置を得ることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００４３２９
【氏名又は名称】日本ビクター株式会社
【住所又は居所】神奈川県横浜市神奈川区守屋町３丁目１２番地
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| 【出願日】 |
平成１４年３月１５日（２００２．３．１５） |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開２００３−２７２４０７（Ｐ２００３−２７２４０７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年９月２６日（２００３．９．２６） |
| 【出願番号】 |
特願２００２−７１５６２（Ｐ２００２−７１５６２） |
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