JPH08148127A - マイクロ波放電光源装置 - Google Patents
マイクロ波放電光源装置Info
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- JPH08148127A JPH08148127A JP6283413A JP28341394A JPH08148127A JP H08148127 A JPH08148127 A JP H08148127A JP 6283413 A JP6283413 A JP 6283413A JP 28341394 A JP28341394 A JP 28341394A JP H08148127 A JPH08148127 A JP H08148127A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 マイクロ波放電光源装置において、マイクロ
波エネルギーを効率よく放電管内部に供給することで始
動性と発光効率の向上を実現する。 【構成】 電磁誘導性を持つ機能部と電気容量性を持つ
機能部とを一導体材料内に合わせ持つ共振器１２と放電
管１１とを、放電管内部の充填物に電磁エネルギーが結
合されるように配置したものを、マイクロ波共振空胴１
７内部に設置することで始動性とマイクロ波エネルギー
の供給効率が改善される。
波エネルギーを効率よく放電管内部に供給することで始
動性と発光効率の向上を実現する。 【構成】 電磁誘導性を持つ機能部と電気容量性を持つ
機能部とを一導体材料内に合わせ持つ共振器１２と放電
管１１とを、放電管内部の充填物に電磁エネルギーが結
合されるように配置したものを、マイクロ波共振空胴１
７内部に設置することで始動性とマイクロ波エネルギー
の供給効率が改善される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は高出力照明用のマイクロ
波放電光源装置に関するものである。
波放電光源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来よりマイクロ波を用いて放電管をプ
ラズマ発光させる光源装置が提案且つ利用されている。
特に放電のための電極を有しない無電極放電管は、電極
の消耗による劣化現象が生じないことから長寿命が期待
できるなど、有電極の放電管と比較して優れた点を多く
有している。そのため近年、特に高出力照明用光源とし
て注目されている。
ラズマ発光させる光源装置が提案且つ利用されている。
特に放電のための電極を有しない無電極放電管は、電極
の消耗による劣化現象が生じないことから長寿命が期待
できるなど、有電極の放電管と比較して優れた点を多く
有している。そのため近年、特に高出力照明用光源とし
て注目されている。
【０００３】図９に、マイクロ波放電光源装置の例とし
て、特開昭６１−９９２６４号公報に記載されているも
のを示す。図９において、９１はマイクロ波を発振する
ためのマグネトロン、９２はマグネトロンアンテナ、９
３は端部にマグネトロンを装着した導波管、９５はマイ
クロ波共振空胴で、導波管９３の他端部に接続された空
胴壁９６と円筒の金属メッシュよりなる光透過部材９７
とから構成される。９８は空胴壁９６に設けられた給電
口で、導波管９３よりマイクロ波共振空胴９５内にマイ
クロ波を給電するものである。９９はマイクロ波共振空
胴９５内に配置された放電管で希ガスや水銀などの充填
物が封入された石英ガラスのような光透過性の被包体で
できている。９４はマイクロ波共振空胴７５から放射さ
れた光を反射する反射板である。
て、特開昭６１−９９２６４号公報に記載されているも
のを示す。図９において、９１はマイクロ波を発振する
ためのマグネトロン、９２はマグネトロンアンテナ、９
３は端部にマグネトロンを装着した導波管、９５はマイ
クロ波共振空胴で、導波管９３の他端部に接続された空
胴壁９６と円筒の金属メッシュよりなる光透過部材９７
とから構成される。９８は空胴壁９６に設けられた給電
口で、導波管９３よりマイクロ波共振空胴９５内にマイ
クロ波を給電するものである。９９はマイクロ波共振空
胴９５内に配置された放電管で希ガスや水銀などの充填
物が封入された石英ガラスのような光透過性の被包体で
できている。９４はマイクロ波共振空胴７５から放射さ
れた光を反射する反射板である。
【０００４】装置は次のように動作する。マグネトロン
９１で発振されたマイクロ波はマグネトロンアンテナ９
２を通じて導波管９３へ伝搬モードとして励振される。
このマイクロ波は給電口９８を通じてマイクロ波共振空
胴９５へ給電される。前記充填物はマイクロ波エネルギ
ーにより前記放電管が駆動されると蒸発し且つ放電発光
をする。このように従来のマイクロ波放電光源装置の共
振機能部にはマイクロ波共振空胴のみが用いられてい
る。
９１で発振されたマイクロ波はマグネトロンアンテナ９
２を通じて導波管９３へ伝搬モードとして励振される。
このマイクロ波は給電口９８を通じてマイクロ波共振空
胴９５へ給電される。前記充填物はマイクロ波エネルギ
ーにより前記放電管が駆動されると蒸発し且つ放電発光
をする。このように従来のマイクロ波放電光源装置の共
振機能部にはマイクロ波共振空胴のみが用いられてい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成のように、マイクロ波共振空胴９５から放電管９
９に給電する方法では、放電開始以前には前記放電管内
部で電離が進んでおらず電子及びイオン密度が低く導電
路が存在しないため、前記放電管にマイクロ波エネルギ
ーが集中しないので始動に困難が伴うという問題と、放
電開始以後は前記マイクロ波共振空胴内部での共振電磁
場の内前記放電管内部に供給されず拡散して損失される
マイクロ波エネルギーが存在するので供給電力に対する
発光効率が低下するという問題点を有している。また上
記の従来の構成で用いられている前記マイクロ波共振空
胴９５の寸法は２．４５ＧＨｚの波長が１２ｃｍ程度で
あることから最小で十数ｃｍ程度に制限されるという問
題を有している。
の構成のように、マイクロ波共振空胴９５から放電管９
９に給電する方法では、放電開始以前には前記放電管内
部で電離が進んでおらず電子及びイオン密度が低く導電
路が存在しないため、前記放電管にマイクロ波エネルギ
ーが集中しないので始動に困難が伴うという問題と、放
電開始以後は前記マイクロ波共振空胴内部での共振電磁
場の内前記放電管内部に供給されず拡散して損失される
マイクロ波エネルギーが存在するので供給電力に対する
発光効率が低下するという問題点を有している。また上
記の従来の構成で用いられている前記マイクロ波共振空
胴９５の寸法は２．４５ＧＨｚの波長が１２ｃｍ程度で
あることから最小で十数ｃｍ程度に制限されるという問
題を有している。
【０００６】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、導波路を通じて伝播されるマイクロ波エネルギーを
効率よく放電管内部に供給することで、始動性と発光効
率の向上を実現することを第１の目的とする。また給電
口より先の共振機能部の構成の小型化を実現することを
第２の目的とする。
で、導波路を通じて伝播されるマイクロ波エネルギーを
効率よく放電管内部に供給することで、始動性と発光効
率の向上を実現することを第１の目的とする。また給電
口より先の共振機能部の構成の小型化を実現することを
第２の目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、マイクロ波を発振する発振部と、マイク
ロ波を伝播する機能部と、給電口と、マイクロ波共振空
胴と、電磁誘導性を持つ機能部と電気容量性を持つ機能
部とを一導体材料内に合わせ持つ共振器と、充填物と光
透過性の被包体を有し前記被包体内部に前記充填物を設
けた放電管から成り、前記充填物に電磁エネルギーが結
合されるように前記共振器と前記放電管とを配置したも
のを、前記マイクロ波共振空胴内部の共振電磁場により
前記共振器の電磁誘導性を持つ機能部が動作するように
設置し、前記放電管に前記共振器からマイクロ波エネル
ギーを供給する構成である。
成するために、マイクロ波を発振する発振部と、マイク
ロ波を伝播する機能部と、給電口と、マイクロ波共振空
胴と、電磁誘導性を持つ機能部と電気容量性を持つ機能
部とを一導体材料内に合わせ持つ共振器と、充填物と光
透過性の被包体を有し前記被包体内部に前記充填物を設
けた放電管から成り、前記充填物に電磁エネルギーが結
合されるように前記共振器と前記放電管とを配置したも
のを、前記マイクロ波共振空胴内部の共振電磁場により
前記共振器の電磁誘導性を持つ機能部が動作するように
設置し、前記放電管に前記共振器からマイクロ波エネル
ギーを供給する構成である。
【０００８】またマイクロ波を発振する発振部と、マイ
クロ波を伝播する機能部と、給電口と、電磁誘導性を持
つ機能部と電気容量性を持つ機能部とを一導体材料内に
合わせ持つ共振器と、充填物と光透過性の被包体を有し
前記被包体内部に前記充填物を設けた放電管から成り、
前記充填物に電磁エネルギーが結合されるように前記共
振器と前記放電管とを配置したものを、前記給電口から
の共振電磁場により前記共振器の電磁誘導性を持つ機能
部が動作するように設置し、前記放電管に前記共振器か
らマイクロ波エネルギーを供給するように構成したもの
である。
クロ波を伝播する機能部と、給電口と、電磁誘導性を持
つ機能部と電気容量性を持つ機能部とを一導体材料内に
合わせ持つ共振器と、充填物と光透過性の被包体を有し
前記被包体内部に前記充填物を設けた放電管から成り、
前記充填物に電磁エネルギーが結合されるように前記共
振器と前記放電管とを配置したものを、前記給電口から
の共振電磁場により前記共振器の電磁誘導性を持つ機能
部が動作するように設置し、前記放電管に前記共振器か
らマイクロ波エネルギーを供給するように構成したもの
である。
【０００９】
【作用】前記共振器をマイクロ波共振空胴内部に配置す
ることで前記マイクロ波空胴内部の共振電磁場が前記共
振器周辺に集中し、その集中した共振電磁場と放電管が
電磁的に結合し駆動することで供給マイクロ波エネルギ
ーに対する発光効率が高められる。
ることで前記マイクロ波空胴内部の共振電磁場が前記共
振器周辺に集中し、その集中した共振電磁場と放電管が
電磁的に結合し駆動することで供給マイクロ波エネルギ
ーに対する発光効率が高められる。
【００１０】また前記共振器はマイクロ波共振空胴に比
較して小さく設計しうることから、マイクロ波共振空胴
とこの共振器を置換することによりマイクロ波放電光源
装置のマイクロ波共振機能部を小型化できる。
較して小さく設計しうることから、マイクロ波共振空胴
とこの共振器を置換することによりマイクロ波放電光源
装置のマイクロ波共振機能部を小型化できる。
【００１１】
（実施例１）以下本発明の第１の実施例について図面を
参照しながら説明する。図１は本発明の第１の実施例に
おけるマイクロ波放電光源装置の要部断面図である。放
電管１１と導電材料からなる共振器１２の構成をマイク
ロ波発振部であるマグネトロン１３、マイクロ波伝播機
能部である導波管１４、給電口１５、金属メッシュ製の
マイクロ波共振空胴１７、反射板１６からなる従来と同
様のマイクロ波放電光源装置の内部に配置する。本実施
例では共振器１２としてループギャップ共振器を用いて
いる。
参照しながら説明する。図１は本発明の第１の実施例に
おけるマイクロ波放電光源装置の要部断面図である。放
電管１１と導電材料からなる共振器１２の構成をマイク
ロ波発振部であるマグネトロン１３、マイクロ波伝播機
能部である導波管１４、給電口１５、金属メッシュ製の
マイクロ波共振空胴１７、反射板１６からなる従来と同
様のマイクロ波放電光源装置の内部に配置する。本実施
例では共振器１２としてループギャップ共振器を用いて
いる。
【００１２】ループギャップ共振器の動作及び形状につ
いて図７と図８を用いて説明する。ループギャップ共振
器は図７（ａ）にその横断面図を示し、図７（ｂ）にそ
の斜視図を示すように、導電材料から成る円筒形の共振
環と、前記共振環を一定幅で中心軸の方向に切断する空
隙とから成る。前記ループギャップ共振器の中心軸方向
を変動電磁場の磁束の方向と略平行になるように配置す
ると、前記円筒型共振環が電磁誘導性を持ち、円方向に
渦状の誘導電位が生じ、これにより前記空隙間に電場が
生じ電気容量を持つ。図７（ｃ）は前記ループギャップ
共振器を等価回路で示したものでインダクタＬ、抵抗
Ｒ、キャパシタＣを接続した共振回路で表される。等価
回路の抵抗Ｒが大きいほど前記ループギャップ共振器内
部での熱損失は増加するので、ループギャップ共振器の
導電材料としては等価回路の抵抗値が小さくなるように
固有抵抗の小さい材料を用いることが望ましい。したが
って本実施例においては銅を用いたが、アルミや銀を用
いてもよい。
いて図７と図８を用いて説明する。ループギャップ共振
器は図７（ａ）にその横断面図を示し、図７（ｂ）にそ
の斜視図を示すように、導電材料から成る円筒形の共振
環と、前記共振環を一定幅で中心軸の方向に切断する空
隙とから成る。前記ループギャップ共振器の中心軸方向
を変動電磁場の磁束の方向と略平行になるように配置す
ると、前記円筒型共振環が電磁誘導性を持ち、円方向に
渦状の誘導電位が生じ、これにより前記空隙間に電場が
生じ電気容量を持つ。図７（ｃ）は前記ループギャップ
共振器を等価回路で示したものでインダクタＬ、抵抗
Ｒ、キャパシタＣを接続した共振回路で表される。等価
回路の抵抗Ｒが大きいほど前記ループギャップ共振器内
部での熱損失は増加するので、ループギャップ共振器の
導電材料としては等価回路の抵抗値が小さくなるように
固有抵抗の小さい材料を用いることが望ましい。したが
って本実施例においては銅を用いたが、アルミや銀を用
いてもよい。
【００１３】ループギャップ共振器の各寸法を、図７
（ａ）に示されているように、円筒共振環の内径をｒ、
厚さをＷ、軸方向長さをＺ、空隙の幅をｔとおく。空隙
の数をｎ、空隙間の誘電率をε、真空の透磁率をμ0 と
おくと図７（ｃ）の前記等価回路のインダクタンスＬ及
びキャパシタンスＣはそれぞれ（数１）のように表され
る。
（ａ）に示されているように、円筒共振環の内径をｒ、
厚さをＷ、軸方向長さをＺ、空隙の幅をｔとおく。空隙
の数をｎ、空隙間の誘電率をε、真空の透磁率をμ0 と
おくと図７（ｃ）の前記等価回路のインダクタンスＬ及
びキャパシタンスＣはそれぞれ（数１）のように表され
る。
【００１４】
【数１】
【００１５】これより前記ループギャップ共振器の共振
周波数が近似的に求められる。共振周波数νは（数２）
のように表される。
周波数が近似的に求められる。共振周波数νは（数２）
のように表される。
【００１６】
【数２】
【００１７】したがって近似的には前記円筒環の軸方向
長さＺは共振周波数に関与しないことがわかる。
長さＺは共振周波数に関与しないことがわかる。
【００１８】マイクロ波放電光源装置において共振周波
数は一定であり、マグネトロンの発振周波数によって定
められる。一般的に用いられている発振周波数は２．４
５ＧＨｚである。前記共振周波数νにこの値を代入すれ
ばループギャップ共振器の各寸法を定めることができ
る。本実施例では空隙は一つであるのでｎ＝１として、
前記円筒共振環の内径ｒを１．５ｃｍと定める。前記円
筒共振環の厚さＷと前記空隙の幅ｔの関係は（数２）か
ら次式のように求められる。 ｔ＝０．０２Ｗ すなわち前記ループギャップ共振器の各寸法はかなりの
自由度を持ち、前記円筒共振環の厚さＷ、前記円筒共振
環の内径ｒ、前記空隙の幅ｔのいずれか一つの寸法を定
めれば他の二つの寸法の関係式が導出され、そこからル
ープギャップ共振器の略寸法を決定できる。
数は一定であり、マグネトロンの発振周波数によって定
められる。一般的に用いられている発振周波数は２．４
５ＧＨｚである。前記共振周波数νにこの値を代入すれ
ばループギャップ共振器の各寸法を定めることができ
る。本実施例では空隙は一つであるのでｎ＝１として、
前記円筒共振環の内径ｒを１．５ｃｍと定める。前記円
筒共振環の厚さＷと前記空隙の幅ｔの関係は（数２）か
ら次式のように求められる。 ｔ＝０．０２Ｗ すなわち前記ループギャップ共振器の各寸法はかなりの
自由度を持ち、前記円筒共振環の厚さＷ、前記円筒共振
環の内径ｒ、前記空隙の幅ｔのいずれか一つの寸法を定
めれば他の二つの寸法の関係式が導出され、そこからル
ープギャップ共振器の略寸法を決定できる。
【００１９】なお、本実施例でのループ部断面は、誘導
電流が流れる時に電流経路が最短になるので最も効率の
よい同心円形を用いているが、内部が空胴になって変動
磁束が通りさえすれば多角形などの構造でもよい。
電流が流れる時に電流経路が最短になるので最も効率の
よい同心円形を用いているが、内部が空胴になって変動
磁束が通りさえすれば多角形などの構造でもよい。
【００２０】ループギャップ共振器をマイクロ波共振空
胴内部に設置した場合の磁場分布の変化の例を図８に示
す。８２ａ、８２ｂはＴＥ102 モードのマイクロ共振空
胴、８３ａ、８３ｂは前記ＴＥ102 モードのマイクロ共
振空胴内部の強電磁場の磁力線分布、８１は前記ＴＥ
102 モードのマイクロ共振空胴と同一の共振周波数を持
ったループギャップ共振器である。図８（ａ）のような
通常のＴＥ102 モードでの磁場分布と比較して、ループ
ギャップ共振器８１を前記マイクロ波共振空胴内部に前
記マイクロ波共振空胴の磁力線と前記ループギャップ共
振器の中心軸が略平行となる位置に設置した場合、図８
（ｂ）のように磁力線が前記ループギャップ共振器内部
に集中したような磁場分布となる。
胴内部に設置した場合の磁場分布の変化の例を図８に示
す。８２ａ、８２ｂはＴＥ102 モードのマイクロ共振空
胴、８３ａ、８３ｂは前記ＴＥ102 モードのマイクロ共
振空胴内部の強電磁場の磁力線分布、８１は前記ＴＥ
102 モードのマイクロ共振空胴と同一の共振周波数を持
ったループギャップ共振器である。図８（ａ）のような
通常のＴＥ102 モードでの磁場分布と比較して、ループ
ギャップ共振器８１を前記マイクロ波共振空胴内部に前
記マイクロ波共振空胴の磁力線と前記ループギャップ共
振器の中心軸が略平行となる位置に設置した場合、図８
（ｂ）のように磁力線が前記ループギャップ共振器内部
に集中したような磁場分布となる。
【００２１】放電管とループギャップ共振器の構成の第
１例として図３に示されている構成について説明する。
３１は直径３０ｍｍの球形の石英ガラスより成る被包体
内部に充填物としてアルゴンガス５ｈＰａと水銀２０ｍ
ｇを封入した放電管、３２は銅を材料とする円筒の中心
軸の方向に形成される空隙を一つ持つループギャップ共
振器であり、各寸法は円筒の内径ｒを１．５ｃｍとして
上記の計算結果から定めている。放電管３１はループギ
ャップ共振器３２の端部近傍に互いの中心軸が一致する
ように設置している。
１例として図３に示されている構成について説明する。
３１は直径３０ｍｍの球形の石英ガラスより成る被包体
内部に充填物としてアルゴンガス５ｈＰａと水銀２０ｍ
ｇを封入した放電管、３２は銅を材料とする円筒の中心
軸の方向に形成される空隙を一つ持つループギャップ共
振器であり、各寸法は円筒の内径ｒを１．５ｃｍとして
上記の計算結果から定めている。放電管３１はループギ
ャップ共振器３２の端部近傍に互いの中心軸が一致する
ように設置している。
【００２２】なお、図３のループギャップ共振器３２に
よりつくられる共振電磁場の磁力線は点線で示されてい
るような分布を持ち、ループギャップ共振器３２の端部
から距離が離れると前記ループギャップ共振器の共振マ
イクロ波がつくる電磁場は急激に減少するので、放電管
３１はループギャップ共振器３２の端部にできるだけ近
接して設置することが望ましい。しかしながら放電管３
１がループギャップ共振器３２の端部に当接するように
配置すると、放電管３１の構成材料である石英ガラスの
線膨張係数が１０００℃以下で５．５×１０-7であるの
に対し、ループギャップ共振器３２の構成材料である銅
の線膨張係数は３００℃で０．１７５と大きく異なるこ
とから、マイクロ波電力給電時に発する熱による熱膨張
量の差により放電管が破壊されるおそれがある。したが
って放電管３１とループギャップ共振器３２端部と間
は、放電管３１駆動時の熱膨張によって干渉しないだけ
の距離の隙間を少なくとも空けておく必要がある。
よりつくられる共振電磁場の磁力線は点線で示されてい
るような分布を持ち、ループギャップ共振器３２の端部
から距離が離れると前記ループギャップ共振器の共振マ
イクロ波がつくる電磁場は急激に減少するので、放電管
３１はループギャップ共振器３２の端部にできるだけ近
接して設置することが望ましい。しかしながら放電管３
１がループギャップ共振器３２の端部に当接するように
配置すると、放電管３１の構成材料である石英ガラスの
線膨張係数が１０００℃以下で５．５×１０-7であるの
に対し、ループギャップ共振器３２の構成材料である銅
の線膨張係数は３００℃で０．１７５と大きく異なるこ
とから、マイクロ波電力給電時に発する熱による熱膨張
量の差により放電管が破壊されるおそれがある。したが
って放電管３１とループギャップ共振器３２端部と間
は、放電管３１駆動時の熱膨張によって干渉しないだけ
の距離の隙間を少なくとも空けておく必要がある。
【００２３】図４は放電管とループギャップ共振器の第
２の構成例を示すもので、直径２５ｍｍの球形の石英ガ
ラスより成る被包体内部に、充填物としてアルゴンガス
５ｈＰａと水銀１２ｍｇを封入した放電管４１が銅を材
料とする円筒の中心軸の方向に形成される空隙を一つ持
つループギャップ共振器４２の円筒環の内部に互いの中
心軸が一致し且つ放電管の中心が円筒共振環の中点と一
致するように設置された構成をもつものである。
２の構成例を示すもので、直径２５ｍｍの球形の石英ガ
ラスより成る被包体内部に、充填物としてアルゴンガス
５ｈＰａと水銀１２ｍｇを封入した放電管４１が銅を材
料とする円筒の中心軸の方向に形成される空隙を一つ持
つループギャップ共振器４２の円筒環の内部に互いの中
心軸が一致し且つ放電管の中心が円筒共振環の中点と一
致するように設置された構成をもつものである。
【００２４】ループギャップ共振器の各部寸法は第１の
構成例と同様であり、２．４５ＧＨｚで動作するように
円筒共振環の内径ｒを１．５ｃｍとし、空隙の幅ｔと円
筒共振環の厚さＷがｔ＝０．０２Ｗの関係を満たすよう
に設計している。また放電管４１からの発光ができるだ
けループギャップ共振器４２の外部に出るように、円筒
共振環の長さＺは第１の構成例よりも短く設計されてい
る。
構成例と同様であり、２．４５ＧＨｚで動作するように
円筒共振環の内径ｒを１．５ｃｍとし、空隙の幅ｔと円
筒共振環の厚さＷがｔ＝０．０２Ｗの関係を満たすよう
に設計している。また放電管４１からの発光ができるだ
けループギャップ共振器４２の外部に出るように、円筒
共振環の長さＺは第１の構成例よりも短く設計されてい
る。
【００２５】ループギャップ共振器４２による共振電磁
場の磁場の強度は図４で点線で示すように、ループギャ
ップ共振器４２の円筒環内部の中央部で最大になる。し
たがって図４に示すようにループギャップ共振器４２内
部に放電管４１が配置されるとき、ループギャップ共振
器４２から放電管４１に供給されるマイクロ波エネルギ
ーの効率は、図３の構成例のように前記放電管を前記ル
ープギャップ共振器の端部より外側に配置するときより
も向上する。
場の磁場の強度は図４で点線で示すように、ループギャ
ップ共振器４２の円筒環内部の中央部で最大になる。し
たがって図４に示すようにループギャップ共振器４２内
部に放電管４１が配置されるとき、ループギャップ共振
器４２から放電管４１に供給されるマイクロ波エネルギ
ーの効率は、図３の構成例のように前記放電管を前記ル
ープギャップ共振器の端部より外側に配置するときより
も向上する。
【００２６】放電管４１の直径はループギャップ共振器
４２の円筒環の内径に近いほど効率は向上するが、上記
の第１の実施例と同様に石英ガラスと銅の熱膨張の差を
考慮して、前記放電管と前記ループギャップ共振器との
間に熱により干渉しないだけの空隙を設けておく必要が
ある。
４２の円筒環の内径に近いほど効率は向上するが、上記
の第１の実施例と同様に石英ガラスと銅の熱膨張の差を
考慮して、前記放電管と前記ループギャップ共振器との
間に熱により干渉しないだけの空隙を設けておく必要が
ある。
【００２７】なお、この第２の構成においては、他の構
成の例と比較して前記ループギャップ共振器による遮光
が最も大きくなる。そこで前記ループギャップ共振器の
材料として銅のような非光透過性の物質ではなく、石英
ガラスのような光透過性の誘電材料の表面にＩＴＯ等の
光透過性の導電膜を蒸着したものを考えることもでき
る。また、この構成を他の構成例に適用しても良い。
成の例と比較して前記ループギャップ共振器による遮光
が最も大きくなる。そこで前記ループギャップ共振器の
材料として銅のような非光透過性の物質ではなく、石英
ガラスのような光透過性の誘電材料の表面にＩＴＯ等の
光透過性の導電膜を蒸着したものを考えることもでき
る。また、この構成を他の構成例に適用しても良い。
【００２８】図５は放電管とループギャップ共振器の第
３の構成例を示したもので、直径３０ｍｍの球形の石英
ガラスより成る被包体内部に充填物としてアルゴンガス
５ｈＰａと水銀２０ｍｇを封入した放電管５１が銅を材
料とする円筒の中心軸の方向に形成される空隙を二つ持
つループギャップ共振器５２の端部近傍に設置された構
成をもつものである。この第３の構成例においては、ル
ープギャップ共振器の二つの空隙は中心軸に対して対称
になるように設けられている。この空隙を二つ設けると
いうことは、ループギャップ共振器駆動時の電気容量性
を持つ機能部が二カ所に増えることを意味し、共振電場
を形成する部分が二つに分散することになる。したがっ
て第１の構成例と比較して、ループギャップ共振器内部
及び周辺でのマイクロ波共振電磁場がより均一に形成し
うることとなり、ひいては前記放電管内部の発光プラズ
マの均一化が実現される。
３の構成例を示したもので、直径３０ｍｍの球形の石英
ガラスより成る被包体内部に充填物としてアルゴンガス
５ｈＰａと水銀２０ｍｇを封入した放電管５１が銅を材
料とする円筒の中心軸の方向に形成される空隙を二つ持
つループギャップ共振器５２の端部近傍に設置された構
成をもつものである。この第３の構成例においては、ル
ープギャップ共振器の二つの空隙は中心軸に対して対称
になるように設けられている。この空隙を二つ設けると
いうことは、ループギャップ共振器駆動時の電気容量性
を持つ機能部が二カ所に増えることを意味し、共振電場
を形成する部分が二つに分散することになる。したがっ
て第１の構成例と比較して、ループギャップ共振器内部
及び周辺でのマイクロ波共振電磁場がより均一に形成し
うることとなり、ひいては前記放電管内部の発光プラズ
マの均一化が実現される。
【００２９】この構成例のループギャップ共振器の共振
周波数νに対する各寸法の関係は、（数２）においてｎ
＝２とすれば導くことができる。共振周波数νが２．４
５ＧＨｚであるので、ループギャップ共振器５２の円筒
共振環の内径ｒを１．５ｃｍとするとループギャップ共
振器５２の空隙の幅ｔと円筒共振環の厚さＷの関係は次
式で表される。 ｔ＝０．０１Ｗ なお、この構成例では空隙の数ｎを２つとしたが、空隙
の数は工作と設置が可能であるかぎり、空隙の数は多い
方がループギャップ共振器内部の電磁場の分布を均一化
できる。
周波数νに対する各寸法の関係は、（数２）においてｎ
＝２とすれば導くことができる。共振周波数νが２．４
５ＧＨｚであるので、ループギャップ共振器５２の円筒
共振環の内径ｒを１．５ｃｍとするとループギャップ共
振器５２の空隙の幅ｔと円筒共振環の厚さＷの関係は次
式で表される。 ｔ＝０．０１Ｗ なお、この構成例では空隙の数ｎを２つとしたが、空隙
の数は工作と設置が可能であるかぎり、空隙の数は多い
方がループギャップ共振器内部の電磁場の分布を均一化
できる。
【００３０】図６は第４の構成例を示したもので、銅を
材料とする円筒の中心軸の方向に形成される空隙を一つ
持つ二つのループギャップ共振器６２、６３の間の端部
近傍に、直径３０ｍｍの球形の石英ガラスより成る被包
体内部に充填物としてアルゴンガス５ｈＰａと水銀２０
ｍｇを封入した放電管６１が設置された構成をもつ。ル
ープギャップ共振器６２、６３の各部寸法は第１の構成
例と同じである。
材料とする円筒の中心軸の方向に形成される空隙を一つ
持つ二つのループギャップ共振器６２、６３の間の端部
近傍に、直径３０ｍｍの球形の石英ガラスより成る被包
体内部に充填物としてアルゴンガス５ｈＰａと水銀２０
ｍｇを封入した放電管６１が設置された構成をもつ。ル
ープギャップ共振器６２、６３の各部寸法は第１の構成
例と同じである。
【００３１】２つのループギャップ共振器６２と６３は
図６に点線で示すように連結された電磁場のモードを持
つように配置されており、前記２つの共振器の間には拡
散せず集中した電磁場が存在する。前記２つの共振器の
間に放電管６１を配置することにより、第１の構成例に
比べて拡散及び損失するマイクロ波エネルギーの量を減
らすことができる。ただしこの配置ではループギャップ
共振器の間の空隙からしか放射光が出ないことに注意し
てマイクロ波放電光源装置に設置しなければならない。
図６に点線で示すように連結された電磁場のモードを持
つように配置されており、前記２つの共振器の間には拡
散せず集中した電磁場が存在する。前記２つの共振器の
間に放電管６１を配置することにより、第１の構成例に
比べて拡散及び損失するマイクロ波エネルギーの量を減
らすことができる。ただしこの配置ではループギャップ
共振器の間の空隙からしか放射光が出ないことに注意し
てマイクロ波放電光源装置に設置しなければならない。
【００３２】以上の図３から図６に示される放電管とル
ープギャップ共振器の第１から第４の構成のいずれか
を、図１のマイクロ波共振空胴１７内部に、前記ループ
ギャップ共振器の中心軸と前記マイクロ波共振空胴内部
１７の固有モードにより生じる磁束とが略平行になるよ
うに配置すれば、前記ループギャップ共振器内部に周辺
の磁束が図８で示したように集中し、マイクロ波共振空
胴のみを用いる従来の構成よりも始動性が向上し、高効
率での放電が実現される。
ープギャップ共振器の第１から第４の構成のいずれか
を、図１のマイクロ波共振空胴１７内部に、前記ループ
ギャップ共振器の中心軸と前記マイクロ波共振空胴内部
１７の固有モードにより生じる磁束とが略平行になるよ
うに配置すれば、前記ループギャップ共振器内部に周辺
の磁束が図８で示したように集中し、マイクロ波共振空
胴のみを用いる従来の構成よりも始動性が向上し、高効
率での放電が実現される。
【００３３】なお、以上の実施例において、放電管の充
填物として水銀とアルゴンのみについて説明を行った
が、勿論充填物についてはこれらにのみ限定されるもの
ではなく金属ハライドなどの添加物を加えることも可能
であり、また特開平６ー１３２０１８号公報で提案され
た硫黄なども放電物質として考えられる。
填物として水銀とアルゴンのみについて説明を行った
が、勿論充填物についてはこれらにのみ限定されるもの
ではなく金属ハライドなどの添加物を加えることも可能
であり、また特開平６ー１３２０１８号公報で提案され
た硫黄なども放電物質として考えられる。
【００３４】（実施例２）次に本発明の第２の実施例に
ついて図２を用いて説明する。図２に示すマイクロ波放
電光源装置は、マイクロ波発振部であるマグネトロン２
３、マイクロ波伝播機能部である導波管２４、給電口２
５、反射板２６、放電管２１、及び導体材料からなる共
振器であるループギャップ共振器２２から構成される。
本実施例では図１に示す第１の実施例からマイクロ波共
振空胴を取り除き、代わってループギャップ共振器のみ
を共振機能部として用いることを特徴としている。既に
述べたようにマイクロ波共振空胴は十数ｃｍ以下に設計
できないのに対して、ループギャップ共振器は数ｃｍ以
下で設計できることから、マイクロ波放電光源装置の給
電口より先のマイクロ波共振機能部の構成の小型化が実
現できる。
ついて図２を用いて説明する。図２に示すマイクロ波放
電光源装置は、マイクロ波発振部であるマグネトロン２
３、マイクロ波伝播機能部である導波管２４、給電口２
５、反射板２６、放電管２１、及び導体材料からなる共
振器であるループギャップ共振器２２から構成される。
本実施例では図１に示す第１の実施例からマイクロ波共
振空胴を取り除き、代わってループギャップ共振器のみ
を共振機能部として用いることを特徴としている。既に
述べたようにマイクロ波共振空胴は十数ｃｍ以下に設計
できないのに対して、ループギャップ共振器は数ｃｍ以
下で設計できることから、マイクロ波放電光源装置の給
電口より先のマイクロ波共振機能部の構成の小型化が実
現できる。
【００３５】図２の放電管２１とループギャップ共振器
２２の構成としては第１の実施例で述べた図３から図６
の四つの構成を同様に用いることができる。そこで前記
の放電管とループギャップ共振器の構成例の内いずれか
を、給電口近傍にマイクロ波電磁場の磁束方向と前記ル
ープギャップ共振器の中心軸が略平行になるように配置
することによりマイクロ波放電光源装置のマイクロ波共
振機能部の小型化が実現される。
２２の構成としては第１の実施例で述べた図３から図６
の四つの構成を同様に用いることができる。そこで前記
の放電管とループギャップ共振器の構成例の内いずれか
を、給電口近傍にマイクロ波電磁場の磁束方向と前記ル
ープギャップ共振器の中心軸が略平行になるように配置
することによりマイクロ波放電光源装置のマイクロ波共
振機能部の小型化が実現される。
【００３６】なお、実施例１および２において、ループ
ギャップ共振器および放電管の支持方法については特定
しなかったが、誘電性であり且つ熱伝導率の低く適度な
強度がある物質であればよく、例としては石英管や誘電
性セラミックなどが考えられる。
ギャップ共振器および放電管の支持方法については特定
しなかったが、誘電性であり且つ熱伝導率の低く適度な
強度がある物質であればよく、例としては石英管や誘電
性セラミックなどが考えられる。
【００３７】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、１マイク
ロ波共振空胴内部の放電管の近傍に電磁誘導性を持つ機
能部と電気容量性を持つ機能部を一導電材料内部に合わ
せ持つ共振器を設置することにより、放電管の始動性を
向上することができ、且つマイクロ波エネルギーの損失
を低減し供給電力に対する発光効率が向上し装置駆動の
ための電力費用の削減を実現できるものである。
ロ波共振空胴内部の放電管の近傍に電磁誘導性を持つ機
能部と電気容量性を持つ機能部を一導電材料内部に合わ
せ持つ共振器を設置することにより、放電管の始動性を
向上することができ、且つマイクロ波エネルギーの損失
を低減し供給電力に対する発光効率が向上し装置駆動の
ための電力費用の削減を実現できるものである。
【００３８】またマイクロ波共振空胴に代わって、電磁
誘導性を持つ機能部と電気容量性を持つ機能部を一導電
材料内部に合わせ持つ共振器を用いることにより、放電
管を駆動させるための共振機能部の構造を小型化し、装
置の一部設置空間の削減を実現できるものである。
誘導性を持つ機能部と電気容量性を持つ機能部を一導電
材料内部に合わせ持つ共振器を用いることにより、放電
管を駆動させるための共振機能部の構造を小型化し、装
置の一部設置空間の削減を実現できるものである。
【図１】本発明の第１の実施例におけるマイクロ波放電
光源装置の要部断面図
光源装置の要部断面図
【図２】本発明の第２の実施例におけるマイクロ波放電
光源装置の要部断面図
光源装置の要部断面図
【図３】本実施例の放電管とループギャップ共振器の第
１の構成例の要部斜視図
１の構成例の要部斜視図
【図４】本実施例の放電管とループギャップ共振器の第
２の構成例の要部斜視図
２の構成例の要部斜視図
【図５】本実施例の放電管とループギャップ共振器の第
３の構成例の要部斜視図
３の構成例の要部斜視図
【図６】本実施例の放電管とループギャップ共振器の第
４の構成例の要部斜視図
４の構成例の要部斜視図
【図７】（ａ）はループギャップ共振器の断面図 （ｂ）はループギャップ共振器の斜視図 （ｃ）はループギャップ共振器の等価回路を示す図
【図８】（ａ）はＴＥ102モードマイクロ波共振空胴内
部の磁場分布を示す斜視図 （ｂ）はループギャップ共振器を設置したＴＥ102モー
ドマイクロ波共振空胴内部の磁場分布を示す斜視図
部の磁場分布を示す斜視図 （ｂ）はループギャップ共振器を設置したＴＥ102モー
ドマイクロ波共振空胴内部の磁場分布を示す斜視図
【図９】従来のマイクロ波放電光源装置の要部断面図
１１、２１、３１、４１、５１、６１ 放電管 １２、２２、３２、４２、５２、６２、６３、８１ ル
ープギャップ共振器 １７、８２ａ、８２ｂ マイクロ波共振空胴 １３、２３ マグネトロン １４、２４ 導波管 １５、２５ 給電口
ープギャップ共振器 １７、８２ａ、８２ｂ マイクロ波共振空胴 １３、２３ マグネトロン １４、２４ 導波管 １５、２５ 給電口
Claims (8)
- 【請求項１】マイクロ波を発振する発振部と、前記マイ
クロ波を伝播する機能部と、給電口と、マイクロ波共振
空胴と、電磁誘導性を持つ機能部と電気容量性を持つ機
能部とを一導体材料内に合わせ持つ共振器と、充填物と
光透過性の被包体を有し前記被包体内部に前記充填物を
設けた放電管とを備え、前記充填物に電磁エネルギーが
結合されるように前記共振器と前記放電管とを配置した
構成を、前記マイクロ波共振空胴内部の共振電磁場によ
り前記共振器の電磁誘導性を持つ機能部が動作するよう
に設置し、前記放電管に前記共振器からマイクロ波エネ
ルギーを供給するようにしたことを特徴とするマイクロ
波放電光源装置。 - 【請求項２】共振器は、導電材料によって形成される略
円筒型の共振環と前記共振環の中心軸の方向に形成され
る少なくとも一つの空隙とを有するループギャップ共振
器の構造を持ち、充填物に電磁エネルギーが結合される
ように、前記ループギャップ共振器の端部に近接し且つ
前記ループギャップ共振器の中心軸が少なくとも一部を
通るように放電管を配置した構成を、マイクロ波空胴共
振器内部の共振電磁場の磁力線と前記ループギャップ共
振器の中心軸が略平行になるように設置し、前記放電管
に前記ループギャップ共振器からマイクロ波エネルギー
を供給するようにしたことを特徴とする請求項１記載の
マイクロ波放電光源装置。 - 【請求項３】共振器は、導電材料によって形成される略
円筒型の共振環と前記共振環の中心軸の方向に形成され
る少なくとも一つの空隙とを有するループギャップ共振
器の構造を持ち、充填物に電磁エネルギーが結合される
ように前記ループギャップ共振器の共振環内部の空間に
放電管の少なくとも一部を挿入した配置を持つ構成を、
マイクロ波空胴共振器内部の共振電磁場の磁力線と前記
ループギャップ共振器の中心軸が略平行になるように設
置し、前記放電管に前記ループギャップ共振器からマイ
クロ波エネルギーを供給するようにしたことを特徴とす
る請求項１記載のマイクロ波放電光源装置。 - 【請求項４】共振器は、導電材料によって形成される略
円筒型の共振環と前記共振環の中心軸の方向に形成され
る少なくとも一つの空隙とを有するループギャップ共振
器の構造を持ち、充填物に電磁エネルギーが結合される
ように少なくとも二つの前記ループギャップ共振器と少
なくとも一つの放電管を有し前記ループギャップ共振器
の中心軸が一致し且つ前記中心軸が前記放電管の少なく
とも一部を通るように交互に配置した構成を、マイクロ
波空胴共振器内部の共振電磁場の磁力線と前記ループギ
ャップ共振器の中心軸が略平行になるように設置し、前
記放電管に前記ループギャップ共振器からマイクロ波エ
ネルギーを供給するようにしたことを特徴とする請求項
１記載のマイクロ波放電光源装置。 - 【請求項５】マイクロ波を発振する発振部と、前記マイ
クロ波を伝播する機能部と、給電口と、電磁誘導性を持
つ機能部と電気容量性を持つ機能部とを一導体材料内に
合わせ持つ共振器と、充填物と光透過性の被包体を有し
前記被包体内部に前記充填物を設けた放電管とを備え、
前記共振器と前記放電管とを、前記給電口からの共振電
磁場により前記共振器の電磁誘導性を持つ機能部が動作
するように設置し、前記放電管に前記共振器からマイク
ロ波エネルギーを供給するようにしたことを特徴とする
マイクロ波放電光源装置。 - 【請求項６】共振器は、導電材料によって形成される略
円筒型の共振環と前記共振環の中心軸の方向に形成され
る少なくとも一つの空隙とを有するループギャップ共振
器の構造を持ち、充填物に電磁エネルギーが結合される
ように、前記ループギャップ共振器の端部に近接し且つ
前記ループギャップ共振器の中心軸が少なくとも一部を
通るように放電管を配置した構成を、前記給電口より伝
播される共振電磁場の磁力線と前記ループギャップ共振
器の中心軸が略平行になるように設置し、前記放電管に
前記ループギャップ共振器からマイクロ波エネルギーを
供給するようにしたことを特徴とする請求項５記載のマ
イクロ波放電光源装置。 - 【請求項７】共振器は、導電材料によって形成される略
円筒型の共振環と前記共振環の中心軸の方向に形成され
る少なくとも一つの空隙とを有するループギャップ共振
器の構造を持ち、充填物と光透過性の被包体を有し前記
被包体内部に前記充填物を設けた放電管から成り、充填
物に電磁エネルギーが結合されるように前記ループギャ
ップ共振器の共振環内部の空間に放電管の少なくとも一
部を挿入した配置を持つ構成を、前記給電口より伝播さ
れる共振電磁場の磁力線と前記ループギャップ共振器の
中心軸が略平行になるように設置し、前記放電管に前記
ループギャップ共振器からマイクロ波エネルギーを供給
するようにしたことを特徴とする請求項５記載のマイク
ロ波放電光源装置。 - 【請求項８】共振器は、導電材料によって形成される略
円筒型の共振環と前記共振環の中心軸の方向に形成され
る少なくとも一つの空隙とを有するループギャップ共振
器の構造を持ち、充填物に電磁エネルギーが結合される
ように少なくとも二つの前記ループギャップ共振器と少
なくとも一つの放電管を有し前記ループギャップ共振器
の中心軸が一致し且つ前記中心軸が前記放電管の少なく
とも一部を通るように交互に配置した構成を、前記給電
口より伝播される共振電磁場の磁力線と前記ループギャ
ップ共振器の中心軸が略平行になるように設置し、前記
放電管に前記ループギャップ共振器からマイクロ波エネ
ルギーを供給するようにしたことを特徴とする請求項５
記載のマイクロ波放電光源装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28341394A JP3196534B2 (ja) | 1994-11-17 | 1994-11-17 | マイクロ波放電光源装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28341394A JP3196534B2 (ja) | 1994-11-17 | 1994-11-17 | マイクロ波放電光源装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08148127A true JPH08148127A (ja) | 1996-06-07 |
| JP3196534B2 JP3196534B2 (ja) | 2001-08-06 |
Family
ID=17665212
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28341394A Expired - Fee Related JP3196534B2 (ja) | 1994-11-17 | 1994-11-17 | マイクロ波放電光源装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3196534B2 (ja) |
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