説明

放電ランプ装置

【課題】放電ランプと発振源とのインピーダンス整合を図り、発振源からの電力を効率よく放電ランプに供給することができる放電ランプ装置を提供する。
【解決手段】放電ランプ10と発振源42との間に設けられ、中心導体22と外導体30とを有する同軸チューナー20を備える。同軸チューナー20は、放電ランプ10側から、放電ランプ10が取り付けられるランプ取付部と、第1特性インピーダンス部分と、第2特性インピーダンス部分と、第3特性インピーダンス部分と、を有しており、第1特性インピーダンス部分と第3特性インピーダンス部分の特性インピーダンスが同一に設定され、第2特性インピーダンス部分が第1特性インピーダンス部分及び第3特性インピーダンス部分と異なる特性インピーダンスに設定される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、放電容器内に突出させたアンテナに電力を供給して放電容器内の放電ガスを励起して放電させる放電ランプを備える放電ランプ装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来の放電ランプ装置としては、図4及び特許文献1に示すものが知られている。
【0003】
図4において、放電ランプ装置は、楕円体状の放電容器2内に放電ガスを封入した放電ランプ1を備えており、放電容器2内に、一対のアンテナ導体3,4が設けられる。各アンテナ導体3、4の先端は放電容器2の空洞内に突出され、他端は放電容器2の外部に突出される。前記各アンテナ導体3、4は放電容器2内で所定のギャップが保持され、アンテナのインピーダンスを決定する。
【0004】
そして、一方のアンテナ導体4はラーンチャ7に接続される。ラーンチャ7は、導体金属製の内部円筒部材8と外部円筒部材9とが所定の間隙を保持して同軸に嵌合された同軸導波管であり、ラーンチャ7の一端側の内部円筒部材8に前記一方のアンテナ導体4を嵌合し、該ラーンチャ7の他端は伝送線路としての同軸ケーブル40を介してマイクロ波発振源42に接続される。
【0005】
マイクロ波発振源で発振されたマイクロ波は、同軸ケーブルを介してラーンチャ7の同軸導波路を伝搬し、アンテナ導体3、4のギャップ部分に強くマイクロ波電界を形成する。この電界によってギャップ部分にアーク状プラズマ柱が形成され、高輝度発光が実現されることになる。
【0006】
また、特許文献2では、ラーンチャにおいて、内部導体を、外部導体の軸心部に所定の間隙を有して抜き差し可能に嵌合させており、両者が嵌合したときの特性インピーダンスをマイクロ波発振器が有する特性インピーダンスに対応させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開2007−115534号公報
【特許文献2】特開2009−70633号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかしながら、従来の上記放電ランプ装置に用いられる同軸導波路は、一般的な50Ω伝送線路であるため、放電ランプ自体の持つインピーダンスとミスマッチを起こし、マイクロ波発振源から供給される電力を効率よく放電ランプに供給することが困難であるという問題がある。また、反射された電力がマイクロ波発振源に戻り、発振源が発熱するという問題もある。
【0009】
本発明はかかる問題に鑑みなされたもので、放電ランプと発振源とのインピーダンス整合を図り、発振源からの電力を効率よく放電ランプに供給するための放電ランプ装置を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記目的を達成するために、請求項1記載の発明は、放電ガスが封入された放電容器及び放電容器内で所定のギャップを保持して配設される一対のアンテナ導体を有する放電ランプと、
アンテナ導体へ電力を供給するために、一定周波数の搬送波を発振する搬送波発振源と、
放電ランプと搬送波発振源との間に配置されて、中心導体と外導体とを有する同軸チューナーとを備え、
前記同軸チューナーは、放電ランプ側から、放電ランプが取り付けられるランプ取付部と、第1特性インピーダンス部分と、第2特性インピーダンス部分と、第3特性インピーダンス部分と、を少なくとも構成しており、第1特性インピーダンス部分と第3特性インピーダンス部分の特性インピーダンスが搬送波発振源の特性インピーダンスと同一に設定され、第2特性インピーダンス部分が第1特性インピーダンス部分及び第3特性インピーダンス部分と異なる特性インピーダンスに設定される、ことを特徴とする。
【0011】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の放電ランプ装置において、前記第1特性インピーダンス部分の長さが調整可能であることを特徴とする。
【0012】
請求項3記載の発明は、請求項2記載の放電ランプ装置において、前記第2特性インピーダンス部分は中心導体と外導体との間に調整部材を有し、該調整部材が中心導体及び外導体に対して移動可能であることを特徴とする。
【0013】
請求項4記載の発明は、請求項1ないし3のいずれか1項に記載の放電ランプ装置において、前記ランプ取付部は、互いに異なる特性インピーダンスを持つ複数の構造部からなることを特徴とする。
【0014】
請求項5記載の発明は、請求項1ないし4のいずれか1項に記載の放電ランプ装置において、
前記中心導体は、前記ランプ取付部の少なくとも一部を構成して、前記放電ランプのアンテナ導体が固着される第1導体と、第1導体に着脱可能に接続される第2導体と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、ランプ取付部と、第1特性インピーダンス部分と、第2特性インピーダンス部分と、第3特性インピーダンス部分と、を少なくとも有する同軸チューナーを備えることで、放電ランプを含むランプ取付部を負荷とみなし、第2特性インピーダンス部分の特性インピーダンスを調整することで、インピーダンス整合を図ることができるようになる。
【0016】
また、第1特性インピーダンス部分の長さを調整することで、確実に整合を図り、または第2特性インピーダンス部分の調整部材を移動することで、第1特性インピーダンス部分の長さを調整することができる。
【0017】
また、ランプ取付部を、互いに異なる特性インピーダンスを持つ複数の構造部からなるようにすることで、放電ランプを含むランプ取付部のインピーダンスを整合しやすい範囲に調整することができる。
【0018】
また、中心導体が着脱可能に接続される第1導体と第2導体を有することで、同軸チューナーの構成を簡単にすることができ、且つ、組み立て及び分解を簡単に行うことができ、併せて放電ランプの交換を簡単に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】本発明による第1実施形態による放電ランプ装置を表す断面図である。
【図2】第1実施形態におけるインピーダンス整合を説明するためのスミスチャートである。
【図3】本発明による第2実施形態による放電ランプ装置を表す断面図である。
【図4】従来の放電ランプ装置を表す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【0021】
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態による放電ランプ装置を表している。図において、10は放電ランプであり、放電ガスが封入された放電容器12を有する。放電容器12内には、該放電容器12の長軸に沿って長軸方向に伸びるように所定の間隔をおいてアンテナを構成する一対のアンテナ導体13、14が配設される。各アンテナ導体13、14の対向端は棒状導体15、16となっており、棒状導体15、16は、放電容器12の空洞内に突出されて所定のギャップが保持され、アンテナのインピーダンスを決定する。任意には、放電ランプ10の周囲には反射ミラーを設けることも可能である。
【0022】
一対のアンテナ導体13、14からなるアンテナの給電を行うために、100MHz〜10GHzの間にある一定周波数の搬送波を持つ連続波またはパルス波を発振する搬送波発振源42が設けられる。搬送波の波長をλとしたときに、アンテナの長さは、λ/4となるように設定されるとよい。
【0023】
放電ランプ10と搬送波発振源42とは、伝送線路である同軸ケーブル40及びインピーダンス整合を行うための同軸チューナー20を介して繋がれる。
【0024】
同軸チューナー20は、大まかに、中心導体22と、外導体30とから構成される。
【0025】
詳細には、中心導体22は、互いに分解可能となった放電ランプ10側の第1導体23と反放電ランプ側の第2導体24とから構成される。第1導体23は、拡径部23aと縮径部23bとを有し、縮径部23bの反放電ランプ側には、雄ネジ部23cが形成されている。第2導体24は、一定の外径となった本体部24aを有し、本体部24aの放電ランプ10側には雌ネジ部24bが、反放電ランプ側にはコネクタ部24cがそれぞれ形成されている。雄ネジ部23cと雌ネジ部24bとを螺合することで、第1導体23と第2導体24とが一体化される。尚、コネクタ部24cは、図の例では雄ネジとなっているが、これに限らず、被接続部材との接続に適した任意のコネクタ構造とすることができる。
【0026】
外導体30は筒状をなしており、放電ランプ10側に第1導体23の拡径部23aに対応した拡径部30aと、本体部30bとを有する。本体部30bの側面には、第2導体24の本体部24aに対応した部分に一対のスロット30dが形成されている。
【0027】
第1導体23の拡径部23a内には、前記放電ランプ10のアンテナの一方のアンテナ導体14が挿入されてその端部が半田付け等で固着されている。第1導体23の拡径部23aは、その外周側に支持部材32が配設され、該支持部材32を介して外導体30の拡径部30aに同軸的に支持される。支持部材32は、テフロン(登録商標)等の誘電体やフェライト等の磁性体から構成することができる。
【0028】
拡径部23a、縮径部23b及びこれらに対応する外導体30の部分並びに支持部材32から、ランプ取付部が構成され、ランプ取付部は、拡径部23a、支持部材32及びそれに対応する外導体30の拡径部30aからなる第1構造部と、縮径部23b及びこれに対応する外導体30からなる第2構造部とからなり、第1構造部と第2構造部とは、互いに異なる特性インピーダンスに設定される。
【0029】
また、第2導体24の本体部24aの周囲には、調整部材34が摺動可能に配設される。外導体30の外周には、操作リング36が摺動可能に配設されており、調整部材34は、連結ネジによって操作リング36にスロット30dを通過して接続されている。調整部材34は、テフロン(登録商標)等の誘電体やフェライト等の磁性体から構成することができる。操作リング36は、図示しない別途の固定ネジによって、スロット30dの存在する軸方向範囲内の任意の位置で外導体30に固定することができるようになっている。
【0030】
ランプ取付部と調整部材34とに挟まれた部分が第1特性インピーダンス部分(特性インピーダンスZ1、長さL1)を構成し、調整部材34の存在する部分が第2特性インピーダンス部分(特性インピーダンスZ2、長さL2)を構成し、調整部材34よりも反放電ランプ側が第3特性インピーダンス部分(特性インピーダンスZ3)を構成している。
【0031】
第1特性インピーダンス部分の特性インピーダンスZ1と第3特性インピーダンス部分の特性インピーダンスZ3は、互いに等しく、且つ同軸ケーブル40の特性インピーダンス延いては搬送波発振源42の特性インピーダンスに等しいように、即ち50Ωになるように、本体部24aの外径と本体部30bの内径が設定されている。また、第2特性インピーダンス部分の特性インピーダンスZ2は、調整部材34によって、特性インピーダンスZ1、Z3と異なる50Ω以外の特性インピーダンスとなるように設定されている。また、その長さL2は半波長以下となっている。
【0032】
以上のように構成される放電ランプ装置において、搬送波発振源42で発振された一定周波数(例えば、2.45GHz)の搬送波は、同軸ケーブル40を介して同軸チューナー20を伝搬し、棒状導体15、16のギャップ部分に強く電界を形成する。この電界によってギャップ部分にアーク状プラズマ柱が形成され、高輝度発光が実現される。
【0033】
放電ランプ10のインピーダンスは、各個体によってばらつきがある。例えば、放電容器12内の気圧、金属製棒状導体15、16間のギャップのばらつきによって、変化する可能性がある。その上、放電ランプ10に反射ミラーが取り付けられることによっても、そのインピーダンスが変化する。本発明においては、ランプ取付部を含めた放電ランプ10のインピーダンスZLがおおよそ所定の範囲に入るように、ランプ取付部が調整されている。
【0034】
さらに、第1特性インピーダンス部分(Z1、L1)と、第2特性インピーダンス部分(Z2、L2)とによって、ランプ取付部を含む放電ランプとの整合を確保している。
【0035】
即ち、ランプ取付部を含む放電ランプのインピーダンスZLを負荷とみなして、これが図2に示す位置にあるものとすると、該インピーダンスZLに対して、第1特性インピーダンス部分(Z1、L1)によって、第2特性インピーダンス部分(Z2、L2)から見たインピーダンスが図2に示す軌跡P1をたどり、A点に移る。
【0036】
今、第2特性インピーダンス部分(Z2、L2)の特性インピーダンスZ2が50Ωよりも小さいものとすると、A点からZ2を中心とした円弧P2をたどり、第3特性インピーダンス部分(Z3)のインピーダンス50Ω(整合点)へと到達することができ、こうして、整合をとることができる。
【0037】
ランプ取付部において、拡径部23aを含む第1構造部と、縮径部23bを含む第2構造部とでは、特性インピーダンスが異なるものとなっている。この異なる特性インピーダンスを組み合わせることで、インピーダンスZLを図2に示す円弧P2に接して整合点を中心とする円C1よりも内側の範囲に収めることができる。一例として、第1構造部は、その長さが半波長以下で、特性インピーダンスが50Ω、第2構造部は、その長さが半波長以下で、特性インピーダンスが50Ω以外(図1の例では、50Ωよりも大きい)の特性インピーダンスを持つように構成することができる。
【0038】
さらに、操作リング36を調整して、調整部材34の位置を変化させることによって、第1特性インピーダンス部分の長さを変えて、インピーダンスZLからZ2を中心とした円C2上へと確実に到達させるようにすることができる。実際の調整作業は、反射強度を計測して反射強度を小さくする位置を見つけるか、または、放電ランプ10の照度を計測して照度を大きくする位置を見つけて、操作リング36をその位置に固定することで行うことができる。
【0039】
こうして、整合を図ることで、搬送波発振源42から供給される電力を効率よく放電ランプに供給することができるようになる。また、搬送波発振源42における発熱を防ぐことができる。
【0040】
この同軸チューナー20の無い従来の放電ランプ装置と、同軸チューナー20を設けた本発明による放電ランプ装置とを比較した結果、同軸チューナー20が無い場合、反射が−4.8dBであり効率が67%程度であったのに対して、同軸チューナー20を設けた場合は、反射が−20dBに減少し、効率が99%に向上した。
【0041】
また、この実施形態では、第1導体23と第2導体24とが螺合によって着脱可能となっているので、その組み立てまたは分解が容易となっている。よって、放電ランプ10の交換時に、第1導体23と共に放電ランプ10を取り外して別のものに交換することも可能となる。この交換時に直接放電ランプ10を取り扱う必要がないので、放電ランプ10の破損等を防ぐこともできる。勿論、第1導体23と第2導体24とは、螺合以外の任意の手段で着脱可能とすることもできる。
【0042】
(第2実施形態)
図3は、本発明の第2実施形態による放電ランプ装置の断面図である。本実施形態において、第1実施形態と同じ部分については同じ符号を付してその詳細説明を省略する。
【0043】
この実施形態では、中心導体22の第1導体23は、縮径部23bが省略されており、その代わりに、第2導体24の本体部24aが、調整部材34の可動範囲となるスロット30dよりも放電ランプ10側へと延びている。
【0044】
この実施形態においては、ランプ取付部が、第1導体23の拡径部23a、支持部材32及びそれに対応する外導体30の拡径部30aからなる第1構造部と、第2導体24の本体部24aの一部とそれに対応する外導体30からなる第2構造部と、から構成される。ここで、第1構造部と第2構造部とは、特性インピーダンスを異なるものとしてもよいし、または同一とすることも可能である。ランプ取付部を含む放電ランプのインピーダンスZLを第1実施形態と同様に、所定の範囲に収めることで、第1実施形態と同様に作用させることができる。
【0045】
(その他)
尚、以上の実施形態では、第2特性インピーダンス部分が可動するようになっていたが、これに限るものではなく、放電ランプのインピーダンスのばらつきが小さい場合には、その位置を固定的なものとすることもできる。この場合、第2特性インピーダンス部分のインピーダンスの調整は、調整部材34によって行うのに限らず、例えば、第2特性インピーダンス部分に相当する第2導体24の部分の外径を調整することで、行うこともできる。
【0046】
また、以上の例では、第2特性インピーダンス部分の特性インピーダンスが50Ω(即ち、搬送波発振源42の特性インピーダンス)よりも小さいものとなっていたが、これに限るものではなく、50Ωよりも大きいインピーダンスを持つようにすることもでき、その場合には、図2において、A点が円C3の範囲に入るように第1特性インピーダンス部分が調整されればよい。
【0047】
また、以上の例では、同軸チューナー12と搬送波発振源42とが伝送線路である同軸ケーブル40を介して繋がれていたが、これに限るものではなく、同軸ケーブル40を省略することも可能であり、同軸チューナー12を搬送波発振源42に直接接続することも可能である。この場合も、同軸チューナー12の第1特性インピーダンス部分と第3特性インピーダンス部分の特性インピーダンスが、搬送波発振源42の特性インピーダンスに等しくなるように、設定すればよい。
【0048】
以上の放電ランプ装置は、一般光源、プロジェクタ、殺菌灯として使用することができる。
【符号の説明】
【0049】
10 放電ランプ
12 放電容器
13、14 アンテナ導体
20 同軸チューナー
22 中心導体
23 第1導体
24 第2導体
30 外導体
34 調整部材
42 搬送波発振源

【特許請求の範囲】
【請求項1】
放電ガスが封入された放電容器及び放電容器内で所定のギャップを保持して配設される一対のアンテナ導体を有する放電ランプと、
アンテナ導体へ電力を供給するために、一定周波数の搬送波を発振する搬送波発振源と、
放電ランプと搬送波発振源との間に配置されて、中心導体と外導体とを有する同軸チューナーとを備え、
前記同軸チューナーは、放電ランプ側から、放電ランプが取り付けられるランプ取付部と、第1特性インピーダンス部分と、第2特性インピーダンス部分と、第3特性インピーダンス部分と、を少なくとも構成しており、第1特性インピーダンス部分と第3特性インピーダンス部分の特性インピーダンスが搬送波発振源の特性インピーダンスと同一に設定され、第2特性インピーダンス部分が第1特性インピーダンス部分及び第3特性インピーダンス部分と異なる特性インピーダンスに設定される、ことを特徴とする放電ランプ装置。
【請求項2】
前記第1特性インピーダンス部分の長さが調整可能であることを特徴とする請求項1記載の放電ランプ装置。
【請求項3】
前記第2特性インピーダンス部分は中心導体と外導体との間に調整部材を有し、該調整部材が中心導体及び外導体に対して移動可能であることを特徴とする請求項2記載の放電ランプ装置。
【請求項4】
前記ランプ取付部は、互いに異なる特性インピーダンスを持つ複数の構造部からなることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の放電ランプ装置。
【請求項5】
前記中心導体は、前記ランプ取付部の少なくとも一部を構成して、前記放電ランプのアンテナ導体が固着される第1導体と、第1導体に着脱可能に接続される第2導体と、を有することを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の放電ランプ装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2012−178275(P2012−178275A)
【公開日】平成24年9月13日(2012.9.13)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−40638(P2011−40638)
【出願日】平成23年2月25日(2011.2.25)
【出願人】(000003388)東京計器株式会社 (103)
【出願人】(509204127)株式会社プラズマアプリケーションズ (2)
【Fターム(参考)】