(57)【要約】【課題】広範囲に効率よく光を照射可能なマイクロ波放電ランプを提供する。【解決手段】長尺の放電管４０を備えたマイクロ波放電ランプにおいて、マイクロ波を発振する２つのマグネトロン１２Ａ、１２Ｂを放電管４０の両端部４０Ａ、４０Ｂと同軸結合させ、放電管４０を管軸方向に沿って囲むように導体管３０を配置する。そして、マグネトロン１２Ａ、１２Ｂによって同軸モードのマイクロ波を放電管４０の端部４０Ａ、４０Ｂへ供給する。【選択図】図３
2010135171.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波を発振する少なくとも１つのマイクロ波発振器と、
放電ガスが封入され、マイクロ波が端部に供給される放電管と、
前記放電管を管軸方向に沿って囲む管状導体とを備え、
前記放電管内に生じるプラズマと前記管状導体が、それぞれ同軸線路の内側導体、外側導体として機能することにより、マイクロ波が管軸方向に伝搬し、マイクロ波の伝搬とともにプラズマが管軸方向に延伸することを特徴とするマイクロ波放電ランプ。
【請求項２】
前記放電管の他方の端部付近までプラズマが延伸する電力をもつマイクロ波が、前記放電管の端部に供給されることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波放電ランプ。
【請求項３】
前記放電管の端部が、前記マイクロ波発振器の出力部と同軸接続することを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載のマイクロ波放電ランプ。
【請求項４】
前記マイクロ波発振器の出力部と前記放電管の端部を連結し、同軸線路の内側導体として機能する中継導体部をさらに有することを特徴とする請求項３に記載のマイクロ波放電ランプ。
【請求項５】
前記中継導体部から管軸方向に沿って延出し、管軸方向長さがマイクロ波の１／４波長であるインピーダンス整合治具をさらに有することを特徴とする請求項４に記載のマイクロ波放電ランプ。
【請求項６】
前記マイクロ波発振器からのマイクロ波を伝送する導波管をさらに有し、
前記放電管の端部が前記導波管内に挿入されていることを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載のマイクロ波放電ランプ。
【請求項７】
前記管状導体が、光を通過させる光通過部を部分的に有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のマイクロ波放電ランプ。
【請求項８】
前記管状導体が、空間を間に設けて前記放電管を囲む導体管を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のマイクロ波放電ランプ。
【請求項９】
前記管状導体が、管軸方向に沿って光を通過させるスリットを有することを特徴とする請求項８に記載のマイクロ波放電ランプ。
【請求項１０】
前記導体管が楕円断面形状を有し、一方の楕円焦点付近に前記放電管が配置され、他方の楕円焦点近くに前記スリットが形成されることを特徴とする請求項９に記載のマイクロ波放電ランプ。
【請求項１１】
前記導体管の内表面に光反射膜が形成されていることを特徴とする請求項９乃至１０のいずれかに記載のマイクロ波放電ランプ。
【請求項１２】
前記導体管が、ガスを取り込むための注入穴が形成されていることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれかに記載のマイクロ波放電ランプ。
【請求項１３】
前記管状導体が、前記放電管の外表面上に形成されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のマイクロ波放電ランプ。
【請求項１４】
２つのマイクロ波発振器が、前記放電管の両端部にそれぞれマイクロ波を供給することを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載のマイクロ波放電ランプ。
【請求項１５】
前記２つのマイクロ波発振器が交互に断続動作し、前記放電管の両端部へマイクロ波を交互に供給することを特徴とする請求項１４に記載のマイクロ波放電ランプ。
【請求項１６】
前記２つのマイクロ波発振器の電源がそれぞれ半波整流回路を有し、互いに位相がずれていることを特徴とする請求項１５に記載のマイクロ波放電ランプ。
【請求項１７】
ＣＯとＸｅの混合ガスが前記放電管内に封入されることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれかに記載のマイクロ波放電ランプ。
【請求項１８】
放電ガスが封入される放電管と、
前記放電管を管軸方向に沿って囲む導体と、
前記放電管内に生じるプラズマと前記導体がそれぞれ内側導体、外側導体として構成される同軸線路の端部にマイクロ波を供給するマイクロ波供給手段と
を備えたことを特徴とするマイクロ波放電ランプ。
【請求項１９】
前記マイクロ波供給手段が、前記放電管の端部に同軸接続可能であって、マイクロ波を同軸出力することを特徴とする請求項１８に記載のマイクロ波放電ランプ。
【請求項２０】
放電ガスが封入される放電管と、
前記放電管を管軸方向に沿って囲む導体とを備え、
マイクロ波が前記放電管の端部に供給され、
放電中、前記放電管内に生じるプラズマと前記導体がそれぞれ同軸線路の内側導体、外側導体として構成されることを特徴とするマイクロ波放電発光部。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波によって放電発光するマイクロ波放電ランプに関し、特に、長尺の放電管を配置可能な放電ランプの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波放電ランプでは、マイクロ波共振器（キャビティ）内に放電管を配置し、マグネトロンなどマイクロ波発振器から出力されるマイクロ波を共振器内で共振させる。マイクロ波電力の供給によって強電界が加えられ、放電ガスがプラズマ状態となって放電発光する。
【０００３】
マイクロ波放電ランプの発光効率を向上させるため、共振器の構造、放電管の配置構成、マイクロ波の供給方法などについて様々な改善が試みられている。例えば、共振器内に同軸的な２つの導体を配置し、あるいは、共振器の開口部との距離間隔を調整しながら放電管を配置する（特許文献１、２参照）。また、マイクロ波のパワーを上げるため、複数のマグネトロンを共振器に接続させる（特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平８−１６１９１１号公報
【特許文献２】特開２００４−３５５９８０号公報
【特許文献３】実開平７−２２４５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
フォトリソグラフィー、殺菌処理、洗浄処理などの工業分野では、液晶デバイスなど照射対象物の大型化に伴い、広範囲に光を照射する光源装置が要求される。しかしながら、共振器内に長尺放電管を配置させることは、共振器の大型化、コストの観点から困難であり、また、電磁波漏洩防止のシールド構造を採る共振器内部に放電管を収容するため、効率よく光を外部へ取り出すことが難しい。特に、放電管全体に渡って光を放射状に取り出すことができない。
【０００５】
したがって、本発明の課題は、広範囲に効率よく光を放射可能なマイクロ波放電ランプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のマイクロ波放電ランプは、マイクロ波共振器を使用せずに放電発光するランプであり、マグネトロンなどマイクロ波を発振する少なくとも１つのマイクロ波発振器と、放電ガスが封入される放電管と、放電管を管軸方向に沿って囲む管状導体とを備える。
【０００７】
石英ガラス、セラミックスなどから成る放電管は、管軸方向に沿って長く延びる長尺の放電管として構成可能であり、また、放電ガスとして、例えば真空紫外光を放射するＣＯとＸｅの混合ガスが封入される。管状導体は導電性を有し、放電管を覆うように構成される。
【０００８】
本発明では、マイクロ波が放電管の端部に供給される。マイクロ波電力の供給によって放電管内にプラズマが発生すると、プラズマは導電性をもつため、放電管内のプラズマと管状導体が、それぞれ同軸線路の内側導体、外側導体として機能する。
【０００９】
したがって、放電開始直後によって放電管の端部にプラズマが生じると、同軸線路内をマイクロ波が管軸方向に伝搬し、マイクロ波の伝搬とともにプラズマが管軸方向に延伸する。マイクロ波伝搬とプラズマ生成が相互に作用することで、放電管の他端に向けてプラズマ発生部分、すなわち放電発光するエリアが延びていく。なお、同軸線路とは、断面形状が円状の内側導体、外側導体を同軸的配置させた線路に限定されものではなく、円あるいは楕円断面形状の内側導体、外側導体を配置する線路も含む。また、楕円の焦点と内側導体の中心位置を一致させる配置についても、内側導体と外側導体との間にマイクロ波伝送空間を形成するという意味では同軸的な配置として捉えることができ、同軸線路を構成するものとする。
【００１０】
マイクロ波電力はプラズマ生成に消費されるため、進行するにつれてマイクロ波が減衰する。マイクロ波電力がすべて消費されるまでプラズマが延伸すると、プラズマ延伸範囲で放電発光する。マイクロ波を供給し続けることにより、放電状態が維持される。
【００１１】
このように、同軸線路をマイクロ波が伝搬する経路で放電発光が生じるため、放電管から光を放射状に取り出すことが可能であり、放電管の管軸方向長さに合わせて広範囲に光を照射でき、管軸方向に沿ってどの位置でも光を取り出すことができる。マイクロ波電力がプラズマ生成に消費されることから、放電管の他端付近までプラズマが延伸させることができる電力をもつマイクロ波を、放電管の端部に供給するのがよい。
【００１２】
光をあらゆる方向に向けて放射状に照射させてもよいが、照射対象物に向けて光を照射させる場合、管状導体に光を通過させる光通過部を部分的に設けるのがよい。例えば、部分的に開口部を形成し、あるいは金属メッシュを配設して光を透過させる。
【００１３】
導波管、立体回路素子はランプ構造を大型化し、また回路構成を複雑にする。このような構成部品を使用せずに放電発光させるため、放電管の端部を、マイクロ波発振器の出力部と同軸接続させ、マイクロ波を直接供給するのが望ましい。
【００１４】
放電管を確実に同軸固定し、マイクロ波を放電管に同軸出力するため、例えば、マイクロ波発振器の出力部と放電管の端部を連結し、内側導体として機能する中継導体部を設けるのがよい。また、マイクロ波の反射を抑制するため、中継導体部から管軸方向に沿って延出し、管軸方向長さがマイクロ波の１／４波長であるインピーダンス整合治具を設けるのがよい。
【００１５】
あるいは、従来のマイクロ波導波管や立体回路素子を利用するため、マイクロ波発振器から出力されるマイクロ波を伝送する導波管を設け、放電管の端部を導波管内に挿入し、導波管内のマイクロ波を放電管端部に供給するのがよい。例えば、放電管挿入用の管状部、可変短絡器を設けた導波管において、放電管内のプラズマ、導波管の管状部がそれぞれ同軸線路の内側導体、外側導体として作用し、同軸モードでマイクロ波が放電管端部に供給される。
【００１６】
管状導体の構成としては、空間、隙間を間に設けるように放電管を囲む導体管を構成してもよく、あるいは、放電管の外表面に金属膜などを形成するように構成してもよい。導体管を別途設ける場合、マイクロ波は放電管の管壁内と、放電管と導体管との間に形成された空間を伝搬する。一方、放電管外表面に密接して管状導体を形成する場合、放電管の管壁内をマイクロ波が伝搬する。
【００１７】
放電管が石英ガラス製で、かつ放電発光が真空紫外光の場合、放電管が光を吸収し、発光効率が低下する。そのため、放電管をあまり肉厚にできない。このように放電条件、放電管の構造特性などの条件に適応、対処できるようにするため、導体管を別途配置して放電管との間に空間を設けるのが好ましい。一方、従来のランプ構造をできるだけ利用し、小型化等を図る場合、放電管の外表面上に管状導体を形成し、放電管と管状導体が一体となって同軸線路を構成するのがよい。
【００１８】
マイクロ波の漏洩を防止しながら効率よく光を取り出すためには、金属メッシュを配設することが考えられる。しかしながら、光源として特定方向に効率よく光を外部に直接放射させるためには、管状導体に管軸方向に沿って光を通過させるスリットを形成するのが望ましい。
【００１９】
スリットの形成されていない方向に放射された光をできるだけ集光し、外部に放出するため、導体管を楕円断面形状に形成し、一方の楕円焦点付近に放電管を配置する一方、他方の楕円焦点近くにスリットを形成するのが好ましい。放電管から放射した光は他方の楕円焦点に集まるので、放電による光は損失なく外部へ放射される。特に集光率を上げるため、導体管の内表面に光反射膜を形成するのがよい。
【００２０】
放電発光中、マイクロ波電力は伝搬しながら消費されるため、プラズマが延伸するにつれて光強度がある程度弱まっていく。管軸方向に沿った光強度を一定にするため、２つのマイクロ波発振器を放電管の両端部に設け、放電管の両側からそれぞれマイクロ波を供給するのが望ましい。
【００２１】
この場合、マイクロ波の干渉を防ぐため、２つのマイクロ波発振器が交互に断続動作し、放電管の両端部へマイクロ波を交互に供給するのがよい。交互パルス放電によって照度分布が一様になる。商用電源を利用してマイクロ波を発振するのであれば、２つのマイクロ波発振器の電源にそれぞれ半波整流回路を設け、互いに位相をずらせばよい。
【００２２】
本発明のマイクロ波放電ランプは、放電ガスが封入される放電管と、放電管を管軸方向に沿って囲む導体と、放電管内に生じるプラズマと導体がそれぞれ内側導体、外側導体として構成される同軸線路の端部にマイクロ波を供給するマイクロ波供給手段とを備える。
【００２３】
供給されるマイクロ波は、放電管端部に供給された後に放電管内でマイクロ波伝搬、プラズマ延伸が続くような周波数、電力であればよく、光をより高密度、高輝度で放射させる場合には周波数を高く設定するのがよい。長尺（径に対し管軸方向に十分長い）放電管を使用するときに効率よくマイクロ波を供給するため、マイクロ波供給手段は、放電管の端部に同軸接続可能であって、マイクロ波を同軸出力するのがよい。
【００２４】
本発明のマイクロ波放電発光部は、マグネトロンなどのマイクロ波発振器（特に、マイクロ波を同軸出力させる同軸出力部を備えたマイクロ波発振器）に接続可能であり、放電ガスが封入される放電管と、放電管を管軸方向に沿って囲む導体とを備え、マイクロ波が放電管の端部に供給され、放電中、放電管内に生じるプラズマと導体がそれぞれ同軸線路の内側導体、外側導体として構成される。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、広範囲に効率よく光を照射可能なマイクロ波放電ランプを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下では、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００２７】
図１は、第１の実施形態であるマイクロ波放電ランプの概略的構成図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩに沿ったマイクロ波放電ランプの断面図である。
【００２８】
マイクロ波放電ランプ１０は、マイクロ波を発振する２つの同軸出力型マグネトロン（以下、同軸出力マグネトロンという）１２Ａ、１２Ｂと、放電発光部２０を備え、放電発光部２０の両端に同軸出力マグネトロン１２Ａ、１２Ｂが設置される。放電発光部２０は、円筒状導体管３０と円筒状放電管４０から構成されており、導体管３０内部に放電管４０を挿入配置させている。そして後述するように、導体管３０、放電管４０は、リング２２Ａ、２２Ｂの位置において、同軸出力マグネトロン１２Ａ、１２Ｂの同軸出力部６０Ａ、６０Ｂと同軸的に接続している。
【００２９】
石英製の放電管４０は、両端を封止切りした長尺（ここでは１ｍ以上）の肉薄放電管であり、また、導電性のリング２２Ａ、２２Ｂの間に設けられた誘電体の支持部（図示せず）によって導体管３０の中心に保持されている。金属などから成る導体管３０は、放電管４０全体を管軸方向に沿って囲んでいる。
【００３０】
図２に示すように、放電管４０は導体管３０の軸Ｅに対して同軸的に配置されている。放電管４０内の放電空間ＤＳには、一酸化炭素（ＣＯ）とキセノン（Ｘｅ）の混合ガスが所定の封入圧力で封入されており、放電発光によって１５０〜２００ｎｍの範囲で真空紫外光が放射される。
【００３１】
導体管３０と放電管４０との間の空間（以下、伝送空間という）ＴＳは、後述するようにマイクロ波が管軸方向に沿って伝搬する空間であり、導体管３０上部には、微小開口部３０Ｈが所定間隔で管軸方向に形成されている。ここでは、効率的に光を外部に取り出すため、真空紫外光の吸収がない窒素が開口部３０Ｈを通って伝送空間ＴＳ内に供給される。
【００３２】
導体管３０の下部には、放電発光による真空紫外光を外部へ放射させるためのスリット３０Ｓが管軸方向に沿って形成されている。伝搬するマイクロ波が漏洩しないように、スリット３０Ｓの大きさが定められている。
【００３３】
導体管３０の内表面には真空紫外光に関して高反射率の反射膜３２がコーティングされており、放電空間ＤＳから放射される真空紫外光は、反射膜３２によって反射しながらスリット３０Ｓを通って外部へ射出する。これにより、ランプ下方に配置された基板（図示せず）等に真空紫外光がライン照射する。
【００３４】
図３は、同軸出力マグネトロン１２Ａと放電管４０との接続部を放電発光部２０の内部から見て示した構成図である。
【００３５】
同軸出力マグネトロン１２Ａの同軸出力部６０Ａは、リング状の外側導体部６２Ａ、内側導体部５０Ａから構成されている。マイクロ波出力部となるアンテナ１４Ａに対し、銅パイプなどの内側導体部５０Ａが直結、固定され、同軸出力マグネトロン１２Ａの接地された導電性の筐体１２Ａ１には外側導体部６２Ａが固定されている。
【００３６】
内側導体部５０Ａは、放電管４０の一方の端部４０Ａとアンテナ１４Ａを連結させ、外側導体部６２Ａとともに同軸線路を構成する。これにより、内側導体部５０Ａ、外側導体部６２Ａから成る同軸モードのマイクロ波が、同軸出力マグネトロン１２Ａから直接出力される。ここでは、ＷＸ−３９Ｄ等の規格に従って同軸出力部６０Ａが構成される。
【００３７】
放電管４０の端部４０Ａは内側導体部５０Ａに直接差し込まれ、固定されている。また、導体管３０と外側導体部６２Ａは導電性のリング２２Ａの両端部において嵌合し、これによって導体管３０と外側導体部６２Ａが電気的に接続される。導体管３０と外側導体部６２Ａとの距離間隔Ｍが調整可能であり、リング外側からホースバンドなどを締め付けることによってリング２２Ａが位置決めされる。一方、内側導体部５０Ａと放電管端部４０Ａの接続部分には、インピーダンス整合治具５２Ａが設けられている。インピーダンス整合治具５２Ａは、内側導体部５０Ａの端から同軸出力マグネトロン１２Ｂに向けて管軸方向に延び、その管軸方向長さは、供給されるマイクロ波の波長λの１／４に定められている。
【００３８】
インピーダンス整合治具５２Ａの長さ（１／４λ）は、マイクロ波の反射を抑えるように定められており、同軸出力部６０Ａの特性インピーダンスＺ０と、放電管４０内に生じるプラズマを内側導体、導体管３０を外側導体として構成される同軸線路の特性インピーダンスＺｐとの相乗平均が、インピーダンス整合治具５２Ａと放電管４０内に生じるプラズマが管軸方向に沿って並ぶ範囲Ｌの特性インピーダンスＺｃと一致する（Ｚｃ＝（Ｚ０Ｚｐ）１／２）。
【００３９】
反対側の同軸出力マグネトロン１２Ｂと放電管４０との接続部分についても同様の構成になっており、放電管４０の他方の端部４０Ｂは内側導体部５０Ｂと同軸接続し、同軸出力マグネトロン１２Ｂの外側導体部６２Ｂが筐体１２Ｂ１に固定されて導体管３０と電気的に接続している。また、内側導体部５０Ｂの先端にはインピーダンス整合治具５２Ｂが設けられている。
【００４０】
同軸出力マグネトロン１２Ａ、１２Ｂは、商用電源から供給される交流電圧を高電圧に変換するトランス１５Ａ、１５Ｂ、半波整流回路１６Ａ、１６Ｂとともにマイクロ波電源１７Ａ、１７Ｂを構成し、半波整流回路１６Ａ、１６Ｂによる半波整流に従ってＯＮ／ＯＦＦ動作する。すなわち、商用周波数の半周期毎に断続しながらマイクロ波を発振する。マイクロ波電源１７Ａ、１７Ｂの入力電源位相はあらかじめ１８０度ずらして設定されており、同軸出力マグネトロン１２Ａと同軸出力マグネトロン１２Ｂからマイクロ波が交互に発振される。
【００４１】
図４は、マイクロ波放電ランプ１０における放電発光の仕組みを示した図である。
【００４２】
上述したように、同軸出力マグネトロン１２Ａ、１２Ｂの同軸出力部６０Ａ、６０Ｂは内側導体部５０Ａ、５０Ｂと外側導体部６２Ａ、６２Ｂをそれぞれ同軸線路の内側導体、外側導体とした同軸線路を構成する。
【００４３】
同軸出力マグネトロン１２Ａから出力されるマイクロ波は、同軸ＴＥＭモードで同軸出力部６０Ａに供給され、これによってマイクロ波は同軸伝搬される。すなわち、内側導体部５０Ａと外側導体部６２Ａとの間をマイクロ波が管軸方向に沿って伝搬する。
【００４４】
内側導体部５０Ａと同軸結合している放電管４０の端部４０Ａでは、内側導体部５０Ａを介したマイクロ波電力の供給によって放電ガスがプラズマ状態となり、放電発光する（図４では、プラズマ発生部分Ｐを斑点で示している）。
【００４５】
放電ガスは元々絶縁状態にあるが、プラズマ状態になると導電性を帯びる。すなわち、放電空間ＤＳ内に生じるプラズマは導体となり、導体管３０の内部に内側導体が形成された同軸線路と同じ構造になる。その結果、マイクロ波は、放電空間ＤＳ内のプラズマと導体管３０の間、すなわち放電管４０の管壁部分および伝送空間ＴＳを伝搬していく。
【００４６】
マイクロ波が管軸方向に伝わると、マイクロ波電力の供給によって放電管４０の端部４０Ａから離れた放電ガスもプラズマ状態となり、放電発光する。そして、プラズマ発生部分が同軸線路の内側導体として機能し、マイクロ波がさらに管軸方向へ伝搬し、それによってプラズマがさらに生成される。
【００４７】
このようにマイクロ波伝搬とプラズマ発生が相補的に続くことにより、プラズマが管軸方向に延伸する。マイクロ波電力はプラズマ生成のために消費されるため、マイクロ波は、進行するにつれて減衰していく。すべてのマイクロ波電力がプラズマ生成のために消費されると、それ以上プラズマは延伸しない。
【００４８】
ここでは、放電管４０の長さに応じてマイクロ波電力が設定されており、マイクロ波は放電管４０の端部４０Ｂまで伝搬する。その結果、プラズマが放電管全体に渡って発生し、放電管全体から真空紫外光が放射される。マイクロ波電力はほぼすべて消費されるので、放電管４０の端部４０Ｂにおけるマイクロ波の反射、および端部４０Ｂを超えるマイクロ波の漏洩はほとんどない。
【００４９】
反対側の同軸出力マグネトロン１２Ｂから供給されるマイクロ波についても同様であり、マイクロ波が放電管４０の端部４０Ａまで伝搬することにより、プラズマが放電管全体にまで延伸する。
【００５０】
上述したように同軸出力マグネトロン１２Ａ、１２Ｂは交互に間欠動作するため、交互パルス放電によって放電発光する。その結果、放電管４０の両側から延伸するプラズマの密度が時間平均で管軸方向均一となり、発光強度が実質的に一様な真空紫外光がランプ下方に向けて照射される。
【００５１】
このように本実施形態によれば、長尺の放電管４０を備えたマイクロ波放電ランプ１０において、２つの同軸出力マグネトロン１２Ａ、１２Ｂが放電管４０の両端部４０Ａ、４０Ｂと同軸結合し、放電管４０を管軸方向に沿って囲むように導体管３０が配置されている。
【００５２】
同軸出力マグネトロン１２Ａ、１２Ｂによって同軸モードのマイクロ波が放電管４０の端部４０Ａ、４０Ｂへ交互に供給されると、プラズマ生成、マイクロ波伝搬が相補的に進行し、これによって放電管４０から真空紫外光が放射される。そして、導体管３０に形成されたスリット３０Ｓを通って真空紫外光が基板などへ照射される。
【００５３】
共振器を使用せずに長尺の放電管４０全体に渡って光を放射させることができるため、広範囲に渡って効率よく光を外部へ取り出すことができ、発光効率の優れたランプを提供することができる。また、長尺の放電管４０の長さに合わせてマイクロ波電力を供給するため、供給電力を必要最小限に抑えてランプ点灯させることが可能となる。
【００５４】
また、同軸出力マグネトロン１２Ａ、１２Ｂと放電管４０を同軸結合させてマイクロ波を同軸出力させることにより、インピーダンス整合器、同軸変換器など構成が複雑で高価な立体回路素子を必要とせず、廉価な装置構成で発光効率の高いランプを実現できる。
【００５５】
さらに、放電管４０の両端に設けた同軸出力マグネトロン１２Ａ、１２Ｂからマイクロ波を交互に放電管４０へ供給することにより、光強度が時間平均で均一な真空紫外光が放電管４０から放射される。これにより、照度一定の要求が厳しい基板等などの対象物に対し光源として使用することができる。また、交互にマイクロ波を放電管４０に供給するため、マイクロ波の干渉を抑えることが出来る。
【００５６】
その上、インピーダンス整合治具５２Ａ、５２Ｂを放電管４０の両端部４０Ａ、４０Ｂに設けられることにより、接続部におけるマイクロ波の反射を防ぎ、マイクロ波電力がプラズマ発生に最大限利用される。
【００５７】
次に、図５を用いて第２の実施形態であるマイクロ波放電ランプについて説明する。第２の実施形態では、放電管を覆う導体管の断面が楕円状に形成されている。それ以外の構成については、実質的に第１の実施形態と同じである。
【００５８】
図５は、第２の実施形態であるマイクロ波放電ランプの放電部断面図である。
【００５９】
図５に示すように、マイクロ波放電ランプ１００の導体管１３０は、楕円断面形状であり、放電管４０の軸Ｅが楕円の焦点と一致するように放電管４０が位置決めされている。２つの同軸出力マグネトロン（ここでは図示せず）の出力部が放電管４０の位置に合わせて同軸接続している。
【００６０】
導体管１３０の断面が楕円形状であるため、放電管４０から放射される真空紫外光は、反射膜１３２によって他方の楕円焦点方向に集められる。他方の楕円焦点位置近くにスリット１３０Ｓが形成されているため、真空紫外光を効果的に外部へ取り出すことができる。なお、円筒の組み合わせで擬似的な楕円断面形状の導体管を構成してもよい。
【００６１】
なお、第１、第２の実施形態のように導体管にスリットを形成せず、金属メッシュを配設して光を外部に取り出すように構成してもよい。また、真空紫外光以外の波長域の光を照射させる場合などには、冷却用に空気を導体管３０内の伝送空間ＴＳへ入り込ませるように構成してもよい。放電管は、石英ガラス以外でセラミックスなどの誘電体によって構成すればよく、また、導体管も導電性を有するものであればよい。
【００６２】
放電管４０内に封入する放電ガスはＣＯ、Ｘｅ以外のガスでもよく、真空紫外光以外の光を放射させてもよい。また、放電管４０、あるいは導体管３０の内壁に蛍光体をコーティングし、可視光を外部へ照射させるように構成してもよい。さらに、１つの同軸出力マグネトロンを放電管の一端に同軸結合し、放電管の一方のみからマイクロ波を供給するように構成してもよい。
【００６３】
さらに、放電管に供給するマイクロ波は、放電管の端までプラズマ延伸が続き、安定な放電が可能な周波数と電力をもつマイクロ波であればよい。
【００６４】
図６を用いて、第３の実施形態であるマイクロ波放電ランプについて説明する。第３の実施形態では、導波管、立体回路素子などを備え、導波管内に放電管端部を配置する。それ以外の構成については、実質的に第１の実施形態と同じである。
【００６５】
図６は、第３の実施形態であるマイクロ波放電ランプの概略的構成図である。
【００６６】
マイクロ波放電ランプ２００は、導波管２１０、マグネトロン２２０を備え、導波管２１０にはインピーダンス整合器２３０と、パワーモニター、アイソレータを含む立体回路素子２５０が配設されている。導波管２１０の端部には可動短絡（終端）器２６０が設けられるとともに、導波管２１０の軸方向に直角な管状部２１０Ａが一体的に形成されている。ここでは、放電管２４０の端部２４０Ａが管状部２１０Ａに挿入されように放電管２４０が配置される。これにより、放電管２４０内部に生じるプラズマと管状部２１０Ａがそれぞれ同軸線路の内側導体、外側導体として機能し、マイクロ波が導波管内に供給されると、導波管−同軸変換器と同様の構成になる。
【００６７】
放電管２４０は、石英製で長尺の肉厚放電管であり、放電管２４０の外表面にはアルミ蒸着膜２４２がコーティングされている。そしてアルミ蒸着膜２４２には、光を取り出すためのスリット（図示せず）が管軸方向に沿って形成されている。
【００６８】
マグネトロン２２０から出力されるマイクロ波は、立体回路素子２５０を経た後、インピーダンス整合器２３０と可動終端器２６０との間で構成される共振器に供給され、これによって放電管２４０の端部にプラズマが発生する。そして、アルミ蒸着膜２４２が同軸線路の外側導体、プラズマが同軸線路の内側導体として機能し、絶縁性である放電管２４０の管壁内をマイクロ波が伝搬する。マイクロ波伝搬、プラズマ延伸が放電管２４０の他端２４０Ｂまで続き、放電管２４０のスリットから管軸方向全体に渡って真空紫外光が取り出される。
【００６９】
なお、アルミ蒸着膜以外の導電性物質を放電管表面上に形成してもよい。また、第１、第２の実施形態において、導体管を別途設ける代わりに、第３の実施形態に示した内側導体と外側導体が一体的な放電管を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】第１の実施形態であるマイクロ波放電ランプの概略的構成図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩに沿ったマイクロ波放電ランプの断面図である。
【図３】マグネトロンと放電管との接続部を放電発光部の内部から見て示した構成図である。
【図４】マイクロ波放電ランプにおける放電発光の仕組みを示した図である。
【図５】第２の実施形態であるマイクロ波放電ランプの放電部断面図である。
【図６】第３の実施形態であるマイクロ波放電ランプの概略的構成図である。
【符号の説明】
【００７１】
１０、１００、２００  マイクロ波放電ランプ
１２Ａ、１２Ｂ、２２０  マグネトロン（マイクロ波発振器）
２０  放電発光部
３０、１３０  導体管（管状導体）
４０、２４０  放電管
２４２  アルミ蒸着膜（管状導体）
４０Ａ、４０Ｂ  放電管の端部
５０Ａ、５０Ｂ  内側導体部（中継導体部）
５２Ａ、５２Ｂ  インピーダンス整合治具
【図１】
2010135171.tif 000003
【図２】
2010135171.tif 000004
【図３】
2010135171.tif 000005
【図４】
2010135171.tif 000006
【図５】
2010135171.tif 000007
【図６】
2010135171.tif 000008