(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体の封入された密閉容器と、
前記密閉容器内に配置されたカソードと、
前記密閉容器内に配置されたアノードと、
前記カソードと前記アノードとの間の放電経路上に位置する第１開口を有するアパーチャ部材と、
間仕切り板によって仕切られる第１室及び第２室を有するシールド電極であって、前記第１室内には前記カソードが配置され、前記第１室と前記第２室とは、前記間仕切り板に設けられ、且つ、前記カソードと前記アパーチャ部材との間の放電経路上に位置する第２開口を介して連通しており、前記第２室は、前記アパーチャ部材の前記第１開口が位置する第３開口及び光出射用の第４開口を有する前記シールド電極と、
前記アパーチャ部材の前記第１開口が位置する貫通孔を有し、前記シールド電極の前記間仕切り板の一端が固定され、絶縁体からなる支持部と、
絶縁体からなり、前記支持部との間の空間内に前記アノードが配置されるベース部と、
前記シールド電極の電位を、接地電位からフローティング電位に切り替えるよう、前記シールド電極と接地電位との間に接続された電圧トリガ型スイッチと、
を備える光源装置。
【請求項２】
前記電圧トリガ型スイッチは、前記シールド電極と接地電位との間に接続された双方向電圧トリガ型スイッチであることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記双方向電圧トリガ型スイッチは、Ｐ型半導体、Ｎ型半導体、Ｐ型半導体、Ｎ型半導体、及びＰ型半導体を順次積層してなる半導体素子であることを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
【請求項４】
気体の封入された密閉容器と、
前記密閉容器内に配置されたカソードと、
前記密閉容器内に配置されたアノードと、
前記カソードと前記アノードとの間の放電経路上に位置する第１開口を有するアパーチャ部材と、
間仕切り板によって仕切られる第１室及び第２室を有するシールド電極であって、前記第１室内には前記カソードが配置され、前記第１室と前記第２室とは、前記間仕切り板に設けられ、且つ、前記カソードと前記アパーチャ部材との間の放電経路上に位置する第２開口を介して連通しており、前記第２室は、前記アパーチャ部材の前記第１開口が位置する第３開口及び光出射用の第４開口を有する前記シールド電極と、
前記アパーチャ部材の前記第１開口が位置する貫通孔を有し、前記シールド電極の前記間仕切り板の一端が固定され、絶縁体からなる支持部と、
絶縁体からなり、前記支持部との間の空間内に前記アノードが配置されるベース部と、
前記シールド電極の電位を、接地電位からフローティング電位に切り替えるよう、前記シールド電極と接地電位との間に接続された電圧トリガ型スイッチと、
を備える放電ランプ。
【請求項５】
前記電圧トリガ型スイッチは、前記シールド電極と接地電位との間に接続された双方向電圧トリガ型スイッチであることを特徴とする請求項４に記載の放電ランプ。
【請求項６】
前記双方向電圧トリガ型スイッチは、Ｐ型半導体、Ｎ型半導体、Ｐ型半導体、Ｎ型半導体、及びＰ型半導体を順次積層してなる半導体素子であることを特徴とする請求項５に記載の放電ランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置及び放電ランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、重水素ランプなどの放電ランプが知られている。特許文献１に開示の放電ランプは、気体の封入された密閉容器内にカソード、アノード、アパーチャ部材及びシールド電極を配置しており、カソード及びアノード間に放電を形成している。カソードはフィラメントからなり、フィラメントへの通電によって発生した熱電子は、シールド電極の開口を通って、アパーチャ部材の開口内に至り、アノードで収集される。アパーチャ部材の開口の近傍では、熱電子によって荷電した気体粒子が発光し、この発光は密閉容器の側壁を介して外部に出力される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００４−５１９０７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の放電ランプにおいて、点灯性が悪くなる場合があったが、その原因は不明であった。
【０００５】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、点灯性を改善可能な光源装置及び放電ランプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の光源装置は、気体の封入された密閉容器と、前記密閉容器内に配置されたカソードと、前記密閉容器内に配置されたアノードと、前記カソードと前記アノードとの間の放電経路上に位置する第１開口を有するアパーチャ部材と、間仕切り板によって仕切られる第１室及び第２室を有するシールド電極であって、前記第１室内には前記カソードが配置され、前記第１室と前記第２室とは、前記間仕切り板に設けられ、且つ、前記カソードと前記アパーチャ部材との間の放電経路上に位置する第２開口を介して連通しており、前記第２室は、前記アパーチャ部材の前記第１開口が位置する第３開口及び光出射用の第４開口有する前記シールド電極と、前記アパーチャ部材の前記第１開口が位置する貫通孔を有し、前記シールド電極の前記間仕切り板の一端が固定され、絶縁体からなる支持部と、絶縁体からなり、前記支持部との間の空間内に前記アノードが配置されるベース部と、前記シールド電極の電位を、接地電位からフローティング電位に切り替えるよう、前記シールド電極と接地電位との間に接続された電圧トリガ型スイッチと、を備える。
【０００７】
上述の光源装置において、前記電圧トリガ型スイッチは、前記シールド電極と接地電位との間に接続された双方向電圧トリガ型スイッチであることを特徴とする。上述の光源装置において、前記双方向電圧トリガ型スイッチは、Ｐ型半導体、Ｎ型半導体、Ｐ型半導体、Ｎ型半導体、及びＰ型半導体を順次積層してなる半導体素子であることを特徴とする。
【０００８】
本発明の放電ランプは、気体の封入された密閉容器と、前記密閉容器内に配置されたカソードと、前記密閉容器内に配置されたアノードと、前記カソードと前記アノードとの間の放電経路上に位置する第１開口を有するアパーチャ部材と、間仕切り板によって仕切られる第１室及び第２室を有するシールド電極であって、前記第１室内には前記カソードが配置され、前記第１室と前記第２室とは、前記間仕切り板に設けられ、且つ、前記カソードと前記アパーチャ部材との間の放電経路上に位置する第２開口を介して連通しており、前記第２室は、前記アパーチャ部材の前記第１開口が位置する第３開口及び光出射用の第４開口有する前記シールド電極と、前記アパーチャ部材の前記第１開口が位置する貫通孔を有し、前記シールド電極の前記間仕切り板の一端が固定され、絶縁体からなる支持部と、絶縁体からなり、前記支持部との間の空間内に前記アノードが配置されるベース部と、前記シールド電極の電位を、接地電位からフローティング電位に切り替えるよう、前記シールド電極と接地電位との間に接続された電圧トリガ型スイッチと、を備える。
【０００９】
上述の放電ランプにおいて、前記電圧トリガ型スイッチは、前記シールド電極と接地電位との間に接続された双方向電圧トリガ型スイッチであることを特徴とする。上述の放電ランプにおいて、前記双方向電圧トリガ型スイッチは、Ｐ型半導体、Ｎ型半導体、Ｐ型半導体、Ｎ型半導体、及びＰ型半導体を順次積層してなる半導体素子であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明にかかる光源装置及び放電ランプによれば、点灯性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ガス放電管の斜視図である。
【図２】ガス放電管の平面図である。
【図３】ガス放電管のＩＩＩ−ＩＩＩ矢印断面図である。
【図４】双方向電圧トリガ型スイッチを用いた光源装置の回路図である。
【図５】トリガ電源の回路図である。
【図６】実験に用いた光源装置の回路図である。
【図７】実施例に係るアノード電圧の時間波形（ａ）、及びアパーチャ部材を流れる電流の時間波形（ｂ）である。
【図８】比較例に係るアノード電圧の時間波形（ａ）、及びアパーチャ部材を流れる電流の時間波形（ｂ）である。
【図９】光検出素子とスイッチを用いた光源装置の回路図である。
【図１０】電流検出素子とスイッチを用いた光源装置の回路図である。
【図１１】温度検出素子とスイッチを用いた光源装置の回路図である。
【図１２】双方向電圧トリガ型スイッチを用いた放電ランプの回路図である。
【図１３】温度依存性のスイッチを用いた放電ランプの回路図である。
【図１４】電位制御素子を密閉容器外部に備えた放電ランプの模式図である。
【図１５】電位制御素子を密閉容器内部に備えた放電ランプの模式図である。
【図１６】双方向電圧トリガ型スイッチを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、実施の形態に係る光源装置、放電ランプ及びその制御方法について説明する。なお、同一要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。
【００１３】
図１はガス放電管の斜視図、図２はガス放電管の平面図、図３はガス放電管のＩＩＩ−ＩＩＩ矢印断面図である。
【００１４】
放電ランプ１００は、気体の封入された密閉容器１０を備えている。密閉容器１０内には、カソード１、アノード２、アパーチャ部材（放電制限部）３、シールド電極４、支持部１１、ベース部１２、及び各種ピンＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆが配置されている。カソード１、アノード２、アパーチャ部材３、シールド電極４、及び各種ピンＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆは導電体からなり、支持部１１及びベース部１２はセラミックなどの絶縁体からなる。
【００１５】
密閉容器１０は、透明材料からなり内部で発生した光を窓材としての側壁を介して外部に出力する。密閉容器１０の側方から光を出射するタイプのガス放電管をサイドオン型のガス放電管といい、密閉容器１０の頂面から光を出射するタイプのガス放電管をヘッドオン型のガス放電管という。本例では、サイドオン型のガス放電管が示されている。窓材の材料としては、ホウ珪酸ガラス、石英ガラスやフッ化マグネシウムなどを用いることができるが、その他のガラス材料も窓材に適用することが可能である。
【００１６】
カソード１は、コイル状に巻かれたフィラメントからなり、フィラメントの両端間に支持ピンＡ，Ｂを介して電流を供給すると、カソード１としてのフィラメントが加熱され、カソード１から熱電子が放出される。
【００１７】
密閉容器１０内の封入される気体としては、希ガスや水銀ガス、或いは重水素ガスが知られている。本例の放電ランプは重水素ランプである。重水素ランプは、重水素ガスの放電によって、紫外域において連続スペクトルを発生するものであり、分析機器などに用いられている。
【００１８】
アノード２は、支持ピンＥによって支えられており、カソード１において発生した熱電子を収集する。
【００１９】
アパーチャ部材３は、電界狭窄を行う第１開口Ｈ１を有する部材であって、接続部材Ｄ３を介して支持ピンＤに電気的に接続されている。アパーチャ部材３の第１開口Ｈ１の周囲の開口端面は、シールド電極４側に突出しており、この突出部分はシールド電極の開口Ｈ３から僅かに突出している。
【００２０】
シールド電極４は、間仕切り板４ｄによって仕切られる２つの室４Ｘ、４Ｙを備えたボックス型の部材であり、第１室４Ｘ内にはカソード１が配置され、第１室４Ｘと第２室４Ｙとは間仕切り板４ｄに設けられた長方形の第２開口Ｈ２を介して連通している。第１室４Ｘは、光出射用の開口Ｈ４が設けられた前面板４ａと間仕切り板４ｄによって画成されており、間仕切り板４ｄの一端は支持部１１に固定されている。第２室４Ｙは、開口Ｈ３を有する固定板４ｂと前面板４ａによって画成されている。
【００２１】
支持部１１はベース部１２に固定されており、これらの間の空間内にアノード２、支持ピンＣ，Ｄが配置されている。支持部１１は、中央に貫通孔を有しており、この貫通孔内にアパーチャ部材３が配置されている。アパーチャ部材３の後面に固定された接続部材Ｄ３の前面が、支持部１１の後面に当接しており、アパーチャ部材３の位置決めが行われている。支持ピンＡ及び支持ピンＦは、支持部１１の幅方向両端部を管軸と平行に貫通している。ベース部１２の中央を、管軸に平行に支持ピンＣが貫通しており、支持ピンＣは、シールド電極４に電気的に接続されている。詳細には、シールド電極４は、後面板４ｂの上方端部から後方に向かって延びた頂面板４ｃを備えており、頂面板４ｃが支持ピンＣに固定されていることで、シールド電極４と支持ピンＣとが電気的に接続されている。
【００２２】
アパーチャ部材３の第１開口Ｈ１は、カソード１とアノード２との間の放電経路Ｗ上に位置しており、シールド電極４の第２開口Ｈ２は、カソード１とアパーチャ部材３との間の放電経路Ｗ上に位置している。すなわち、カソード１において発生した熱電子は、第２開口Ｈ２、第１開口Ｈ１を介してアノード２に至る。
【００２３】
なお、上述の支持ピンＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆは、それぞれ、密閉容器１０の外部に延びるリードピン（リード端子）Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１，Ｅ１，Ｆ１に固定され、また、電気的に接続されている。
【００２４】
図４は双方向電圧トリガ型スイッチ５Ｘを用いた光源装置の回路図である。
【００２５】
放電ランプ１００のカソード１の一端の端子Ａ１は接地電位ＧＮＤに接続され、他端の端子Ｂ１はヒータ電源Ｐ３の高電位側に接続されている。
【００２６】
アノード２の端子Ｅ１は、主電源Ｐ４の高電位側にダイオードＤＯを介して接続されている。また、アノード２の端子Ｅ１は、スイッチＳ２を介してトリガ電源Ｐ２の高電位側に接続されている。
【００２７】
アパーチャ部材３の端子Ｄ１は、スイッチＳ１を介してトリガ電源Ｐ１の高電位側に接続されている。トリガ電源Ｐ１，Ｐ２の低電位側は接地電位ＧＮＤに接続されている。
【００２８】
シールド電極４の端子Ｃ１と接地電位ＧＮＤとの間には、電位制御手段としての電位制御素子５（双方向電圧トリガ型スイッチ５Ｘ）が電気的に接続されている。
【００２９】
電位制御素子５は、シールド電極４の電位を、接地電位ＧＮＤ及びフローティング電位のいずれかに切り替える。放電ランプ１００の点灯は、以下の工程を経て行われる。
【００３０】
（１）熱電子発生工程
【００３１】
約２０秒間、ヒータ電源Ｐ３からカソード１に電力を供給することでカソード１を加熱し、カソード１から熱電子を放出させる。
【００３２】
（２）主電界形成工程
【００３３】
主電源Ｐ４により、カソード１とアノード２との間に電圧を印加し、カソード１とアノード２との間に、熱電子がアノード２方向に力を受ける主電界を発生させる。この主電界は、放電経路Ｗに沿って形成される。
【００３４】
（３）予備放電工程
【００３５】
放電開始初期においては、予備放電を行う。すなわち、スイッチＳ１を接続することで、カソード１とアパーチャ部材３との間に、トリガ電源Ｐ１からトリガ電圧を印加する。これによりカソード１とアパーチャ部材３との間に予備放電が生じ、アパーチャ部材３の開口Ｈ１の近傍に荷電粒子が発生する。スイッチＳ１の接続に連動して、スイッチＳ２を同時に接続することで、カソード１とアノード２との間に、トリガ電源Ｐ２からトリガ電圧を印加する。スイッチＳ１とスイッチＳ２の接続タイミングは同時であってもよいし、多少の時間差でずれていてもよい。また、アノード２に与えられるトリガ電位は、アパーチャ部材３に与えられるトリガ電位よりも高い。これにより、アパーチャ部材３の開口Ｈ１の近傍で発生した荷電粒子が、開口Ｈ１を通過し、アノード２に至り、予備放電が行われることとなる。
【００３６】
ここで、予備放電期間において、電位制御素子（手段）５が導通することで、シールド電極４の電位は接地電位ＧＮＤにされている。すなわち、この制御方法では、放電開始初期の期間において、シールド電極４の電位を接地電位ＧＮＤとした状態で、カソード１とアノード２との間、及び、カソード１とアパーチャ部材３との間にトリガ電圧を印加している。トリガ電圧が与えられる予備放電工程においては、シールド電極４は接地されているため、シールド電極４内にはカソード１からの熱電子が蓄積されず、したがって、シールド電極４が負電位に帯電せず、カソード１からアパーチャ部材３に至る熱電子量の低下が抑制され、点灯性が改善される。すなわち、この装置では、アパーチャ部材３の開口Ｈ１の近傍に荷電粒子を確実に発生させ、確実に主放電を形成させることができる。
【００３７】
（４）主放電工程
【００３８】
予備放電に続いて、主放電を行う。主放電が形成された後、シールド電極４の電位をフローティング電位とする。すなわち、電位制御素子５を切断することで、シールド電極４を接地電位ＧＮＤから切り離す。主放電工程においては、電位制御素子（手段）５によって、シールド電極４がフローティング電位とされているため、シールド電極４からアノード２への不本意な放電が抑制され、持続放電が安定し、点灯性が改善される。
【００３９】
カソード１において発生した熱電子は、原則的には、シールド電極４の第２開口Ｈ２内、及びアパーチャ部材３の第１開口Ｈ１内を通り、アノード２で収集される。この放電経路Ｗ上において、アパーチャ部材３の近傍では、封入された気体が励起し、発光が行われる。
【００４０】
上述の電位制御素子（手段）５は、放電ランプ１００の外部の電源装置内に設けることとしてもよいし、放電ランプ１００自体に取り付けることとしても、既存の電源装置を使用することも可能となるため、工業的に有用である。
【００４１】
本例の電位制御素子５は、シールド電極４と接地電位ＧＮＤとの間に接続された双方向電圧トリガ型スイッチ５Ｘである。双方向電圧トリガ型スイッチ５Ｘは、入力された電圧によって、接続される、又は、切断されるスイッチである。好適には、双方向電圧トリガ型スイッチ５Ｘは、図１６に示すような半導体素子である。
【００４２】
かかる半導体素子は、両端Ｔ１，Ｔ２（図１６参照）間の電圧に応じて、両端間の導通状態及び切断状態が継続する。
【００４３】
上述の放電開始初期において、アパーチャ部材３にトリガ電位が印加されると、アパーチャ部材３とカソード１との間に位置するシールド電極４の電位が上昇するため、この電位をトリガとして、双方向電圧トリガ型スイッチ５Ｘとしての半導体素子の両端間が導通する。
【００４４】
すなわち、放電開始初期においては、シールド電極４が双方向電圧トリガ型スイッチ５Ｘとしての半導体素子を介して接地電位ＧＮＤに接続される。その後、シールド電極４内の電荷が接地電位ＧＮＤに流れてしまうと、この電位をトリガとして、双方向電圧トリガ型スイッチ５Ｘの両端間が切断する。したがって、かかる素子を用いることで、自動的に、放電ランプ１００の点灯性を改善することができる。なお、このような半導体素子としては、双方向２端子複合サイリスタである「サイダック」（登録商標）を用いることができ、同様の構造のトライアックを用いることも可能である。
【００４５】
また、本例の放電ランプ１００は、支持ピンＣに着眼すると、シールド電極４に電気的に接続された支持ピン（導電部材）Ｃを備えており、支持ピンＣの電位は、放電開始初期時には接地電位ＧＮＤとされ、その後フローティング電位とされている。すなわち、放電ランプ１００が、このような支持ピンＣを備えることにより、支持ピンＣに接続されたシールド電極４の電位を、放電開始初期時には接地電位ＧＮＤとし、その後、フローティング電位とすることができ、上述の作用を奏することができる。
【００４６】
図５はトリガ電源の回路図である。
【００４７】
図４に示したトリガ電源Ｐ１，Ｐ２は、例えば図５に示す回路によって構成することができる。
【００４８】
トリガ電源Ｐ１は、トリガ電源用主電源Ｐに切り替えスイッチＳ１を介して接続されたキャパシタであり、切り替えスイッチＳ１をトリガ電源用主電源Ｐ側に接続すると、当該キャパシタが充電され、端子Ｄ１側に接続すると、このキャパシタをトリガ電源Ｐ１として、端子Ｄ１と接地電位ＧＮＤとの間にトリガ電圧が与えられる。
【００４９】
トリガ電源Ｐ２は、トリガ電源用主電源Ｐに切り替えスイッチＳ２を介して接続されたキャパシタであり、切り替えスイッチＳ２をトリガ電源用主電源Ｐ側に接続すると、当該キャパシタが充電され、端子Ｅ１側に接続すると、このキャパシタをトリガ電源Ｐ２として、端子Ｅ１と接地電位ＧＮＤとの間にトリガ電圧が与えられる。
【００５０】
図６は実験に用いた光源装置の回路図である。
【００５１】
図４の光源装置において、端子Ｄ１とスイッチＳ１との間に電流計Ｍ１が挿入され、端子Ｅ１と接地電位ＧＮＤとの間に電圧計Ｍ２が挿入されている。トリガー電圧の印加時において、電流計Ｍ１によって、アパーチャ部材３を流れる電流を測定し、電圧計Ｍ２によって、カソード１とアノード２との間の電圧を測定した。
【００５２】
図６に示した光源装置を実施例とし、この光源装置から電位制御素子５を取り除いたものを比較例とする。
【００５３】
図７は実施例に係るアノード電圧の時間波形（ａ）、及びアパーチャ部材を流れる電流の時間波形（ｂ）である。また、図８は比較例に係るアノード電圧の時間波形（ａ）、及びアパーチャ部材を流れる電流の時間波形（ｂ）である。
【００５４】
実施例に係る光源装置においては、シールド電極４が帯電しないため、アパーチャ部材３に多くの電流が流れており、良好な予備放電が行われることとなる。一方、比較例に係る光源装置においては、シールド電極４が帯電しているため、アパーチャ部材３に僅かな電流しか流れず、良好な予備放電が行われていないことが分かる。
【００５５】
図９は光検出素子とスイッチを用いた光源装置の回路図である。
【００５６】
上述の電位制御手段５としては、光検出素子５Ａとスイッチ５Ｂを用いることも可能である。
【００５７】
すなわち、電位制御手段は、シールド電極４と接地電位ＧＮＤとの間に介在するスイッチ５Ｂと、放電開始初期後の放電状態を感知する光検出素子（検出手段）５Ａとを備え、光検出素子５Ａが放電状態を感知しない場合にはスイッチ５Ｂを接続し、感知した場合にはスイッチ５Ｂを切断する。この場合、放電開始初期においては、シールド電極４が接地電位ＧＮＤに接続され、その後の放電状態となった場合には、シールド電極４をフローティング電位とすることができ、上述の作用を奏することができる。
【００５８】
光検出素子５Ａをフォトダイオードとすると、主放電が開始されたときには、フォトダイオードの出力が増加し、放電開始初期後の放電状態を感知することができる。したがって、この出力の増加によって、スイッチ５Ｂが切断されるように、フォトダイオードとスイッチ５Ｂを接続すればよい。スイッチ５Ｂを電界効果トランジスタ又はバイポーラトランジスタとすれば、そのゲート又はベースに、フォトダイオードの出力が入力される。例えば、フォトダイオードの電流を抵抗に流して電圧に変換する場合、放電ランプからの光量（放電量）増加に伴って、出力電圧が増加するため、この電圧をノーマリオン型のＰチャネルＦＥＴに入力すれば、上述の動作を達成することができる。
【００５９】
図１０は電流検出素子とスイッチを用いた光源装置の回路図である。
【００６０】
上述の電位制御手段５としては、電流検出素子５Ｃとスイッチ５Ｄを用いることも可能である。
【００６１】
すなわち、電位制御手段は、シールド電極４と接地電位ＧＮＤとの間に介在するスイッチ５Ｄと、放電開始初期後の放電状態を感知する電流検出素子（検出手段）５Ｃとを備え、電流検出素子５Ｃが放電状態を感知しない場合にはスイッチ５Ｄを接続し、感知した場合にはスイッチ５Ｄを切断する。この場合も、放電開始初期においては、シールド電極４が接地電位ＧＮＤに接続され、その後の放電状態となった場合には、シールド電極４をフローティング電位とすることができ、上述の作用を奏することができる。
【００６２】
電流検出素子５Ｃを主電源Ｐ４に対して直列接続された抵抗とすると、主放電が開始されたときには、この抵抗両端間の電圧が増加し、放電開始初期後の放電状態を感知することができる。したがって、この出力の増加によって、スイッチ５Ｄが切断されるように、抵抗とスイッチ５Ｄを接続すればよい。スイッチ５Ｂを電界効果トランジスタ又はバイポーラトランジスタとする場合、抵抗両端間電圧のトランジスタへの入力方法は上記と同じでよい。
【００６３】
図１１は温度検出素子とスイッチを用いた光源装置の回路図である。
【００６４】
上述の電位制御手段５としては、温度検出素子５Ｅとスイッチ５Ｆを用いることも可能である。
【００６５】
すなわち、電位制御手段は、シールド電極４と接地電位ＧＮＤとの間に介在するスイッチ５Ｆと、放電開始初期後の放電状態を感知する温度検出素子（検出手段）５Ｅとを備え、温度検出素子５Ｅが放電状態を感知しない場合にはスイッチ５Ｆを接続し、感知した場合にはスイッチ５Ｆを切断する。この場合も、放電開始初期においては、シールド電極４が接地電位ＧＮＤに接続され、その後の放電状態となった場合には、シールド電極４をフローティング電位とすることができ、上述の作用を奏することができる。
【００６６】
温度検出素子５Ｅを放電ランプ１００からの放射熱が検知できる位置に配置した温度センサとすると、主放電が開始されたときには、この温度センサ両端間の電圧が増加し、放電開始初期後の放電状態を感知することができる。したがって、この出力の増加によって、スイッチ５Ｆが切断されるように、温度センサとスイッチ５Ｆを接続すればよい。スイッチ５Ｆを電界効果トランジスタ又はバイポーラトランジスタとする場合、温度センサの出力電圧のトランジスタへの入力方法は、上記抵抗両端間電圧の入力方法と同じでよい。
【００６７】
図１２は双方向電圧トリガ型スイッチを用いた放電ランプの回路図である。
【００６８】
電位制御素子５（５Ｘ）として、シールド電極４とカソード１の接地電位側の端子Ａ１が電気的に接続されている。上述のように、予備放電開始初期においては、双方向電圧トリガ型スイッチ５Ｘの両端間電位が増加し、双方向電圧トリガ型スイッチ５Ｘが導通して、シールド電極４が接地電位に接続される。これにより、シールド電極４の帯電を防止し、十分な予備放電を行うことができる。
【００６９】
また、シールド電極４の電荷が放出されると、上述のように、双方向電圧トリガ型スイッチ５Ｘが切断され、シールド電極４がフローティング電位となる。これにより、主放電を安定して持続させることができる。
【００７０】
図１３は温度依存性のスイッチを用いた放電ランプの回路図である。
【００７１】
すなわち、電位制御素子５は、シールド電極４と接地電位（カソード１の接地電位側の端子Ａ１）との間に接続され、温度上昇時に切断される温度依存性のスイッチ５Ｇである。温度依存性のスイッチ５Ｇとしては、バイメタルが知られている。このようなスイッチ５Ｇは、放電時のスイッチ５Ｇの温度上昇に伴って、その両端間が切断される。
【００７２】
すなわち、放電開始初期においては、シールド電極４がスイッチ５Ｇを介して接地電位に接続されている。その後、シールド電極４内の電荷が接地電位に流れることによるスイッチ５Ｇ自身の発熱、或いは、放電に伴う気体やアパーチャ部材３、シールド電極４からの放射熱、又は、放電によって加熱されたシールド電極４からスイッチ５Ｇに伝導した熱によって、スイッチ５Ｇが切断する。したがって、かかるスイッチ５Ｇを用いることで、自動的に、放電ランプ１００の点灯性を改善することができる。
【００７３】
図１４は電位制御素子を密閉容器外部に備えた放電ランプの模式図である。
【００７４】
上述の電位制御素子５は、密閉容器１０の外部に配置することができる。放電ランプ１００は、密閉容器１０の側管周囲に固定されたソケット１３を備えており、ソケット１３の内部空間において、上述の電位制御素子５が配置されている。電位制御素子５は、シールド電極４に接続された端子Ｃ１とカソード接地電位側の端子Ａ１との間に電気的に接続されており、電位制御端子５としては、双方向電圧トリガ型スイッチ５Ｘや温度依存性のスイッチ５Ｇを採用することができる。
【００７５】
図１５は電位制御素子を密閉容器内部に備えた放電ランプの模式図である。
【００７６】
上述の電位制御素子５は、密閉容器１０の内部に配置することができる。電位制御素子５は、シールド電極４に接続された支持ピンＣとカソード接地電位側の支持ピンＡとの間に電気的に接続されており、電位制御端子５としては、双方向電圧トリガ型スイッチ５Ｘや温度依存性のスイッチ５Ｇを採用することができる。
【００７７】
図１６は双方向電圧トリガ型スイッチを示す図である。
【００７８】
同図に示すように、上述の双方向電圧トリガ型スイッチ５Ｘは、好適には、Ｐ型半導体５ａ、Ｎ型半導体５ｂ、Ｐ型半導体５ｃ、Ｎ型半導体５ｄ、及びＰ型半導体５ｅを順次積層してなる半導体素子であり、無ゲートの双方向2端子サイリスタを構成している。両端間の電圧が閾値を越えると導通し、両端間電圧が無くなると絶縁状態となり切断する。このような素子の一例であるサイダック（登録商標）は、標準ブレークオーバー電圧を超える電圧印加時には、負性抵抗領域を介して、低いオンステート電圧に切り替わる。電流が遮断されるか、最小保持電流以下になるまで伝導は継続する。
【００７９】
なお、本実施の形態においては、双方向電圧トリガ型スイッチを用いたが、片方向電圧トリガ型スイッチなどの電圧トリガ型スイッチを用いても良い。なお、この場合、製造時において、その接続の方向性に留意する必要が生じるが、双方向電圧トリガ型スイッチの場合はその必要がないため、作業上は双方向電圧トリガ型スイッチを用いた方が好ましい。
【００８０】
なお、従来の放電ランプにおいては、点灯性が悪くなる場合があったが、本願発明者らが鋭意検討を行った結果、以下のような原因が発見された。すなわち、シールド電極の電位をフローティング電位とすると、カソードからの熱電子がシールド電極内に蓄積し、シールド電極の電位が負電位となってしまう。この場合、カソードからアパーチャ部材へ向かう熱電子量が減少し、放電開始初期における良好な点灯が阻害される。そこで、シールド電極の電位を接地すると、シールド電極のチャージアップを抑制することが可能であるため、良好な点灯が可能となると思われた。しかしながら、このような場合、カソードからの放電に加えて、接地電位のシールド電極から高電位のアノードに向けて放電が行われ、持続点灯が不安定となってしまった。
【００８１】
そこで、上述の光源装置は、気体の封入された密閉容器と、密閉容器内に配置されたカソードと、密閉容器内に配置されたアノードと、カソードとアノードとの間の放電経路上に位置する第１開口を有するアパーチャ部材と、カソードとアパーチャ部材との間の放電経路上に位置する第２開口を有するシールド電極と、シールド電極の電位を、接地電位及びフローティング電位のいずれかに切り替える電位制御手段とを備える。
【００８２】
カソードにおいて発生した熱電子は、原則的には、シールド電極の第２開口内、及びアパーチャ部材の第１開口内を通り、アノードで収集される。この放電経路上において、アパーチャ部材の近傍では、封入された気体が励起し、発光が行われる。
【００８３】
放電開始初期においては、カソードとアパーチャ部材との間、カソードとアノードとの間にトリガ電圧が印加され、予備放電が行われる。この時、シールド電極の電位は電位制御手段によって接地電位とされるため、シールド電極内にはカソードからの熱電子が蓄積されず、したがって、シールド電極が負電位にならないため、カソードからアパーチャ部材に至る熱電子量の低下が抑制され、放電初期における予備放電の点灯性が改善される。また、予備放電後には、電位制御手段によってシールド電極の電位がフローティング電位とされるため、シールド電極からアノードへの不本意な放電が抑制され、持続点灯が安定し、点灯性が改善される。
【００８４】
このような電位制御手段は、放電ランプの外部の電源装置内に設けることとしてもよいし、放電ランプ自体に取り付けることとしても、既存の電源装置を使用することも可能となるため、工業的に有用である。
【００８５】
すなわち、上述の放電ランプは、気体の封入された密閉容器と、密閉容器内に配置されたカソードと、密閉容器内に配置されたアノードと、カソードとアノードとの間の放電経路上に位置する第１開口を有するアパーチャ部材と、カソードとアパーチャ部材との間の放電経路上に位置する第２開口を有するシールド電極と、シールド電極の電位を、接地電位及びフローティング電位のいずれかに切り替える電位制御素子とを備えることとする。
【００８６】
電位制御手段としての電位制御素子が、上述のように、シールド電極の電位を切り替えるので、放電開始初期及び持続点灯時の点灯性を改善することができる。
【００８７】
また、電位制御素子は、シールド電極と接地電位との間に接続された双方向電圧トリガ型スイッチであることが好ましい。双方向電圧トリガ型スイッチは、入力された電圧によって、接続される、又は、切断されるスイッチである。好適には、双方向電圧トリガ型スイッチは、Ｐ型半導体、Ｎ型半導体、Ｐ型半導体、Ｎ型半導体、及びＰ型半導体を順次積層してなる半導体素子である。
【００８８】
かかる半導体素子は、両端間の電圧に応じて、両端間の導通状態及び切断状態が継続する。放電開始初期において、アパーチャ部材にトリガ電位が印加されると、アパーチャ部材とカソードとの間に位置するシールド電極の電位が上昇するため、この電位をトリガとして、双方向電圧トリガ型スイッチとしての半導体素子の両端間が導通する。
【００８９】
すなわち、放電開始初期においては、シールド電極が半導体素子を介して接地電位に接続される。その後、シールド電極内の電荷が接地電位に流れてしまうと、この電位をトリガとして、半導体素子の両端間が切断する。したがって、かかる素子を用いることで、自動的に、放電ランプの点灯性を改善することができる。なお、このような半導体素子としては、双方向２端子複合サイリスタである「サイダック」（登録商標）を用いることができ、同様の構造のトライアックを用いることも可能である。
【００９０】
また、電位制御素子は、シールド電極と接地電位との間に接続され、温度上昇時に切断される温度依存性のスイッチであることとしてもよい。温度依存性のスイッチとしては、バイメタルが知られている。このようなスイッチは、放電時のスイッチの温度上昇に伴って、その両端間が切断される。
【００９１】
すなわち、放電開始初期においては、シールド電極が切り替えスイッチを介して接地電位に接続されている。その後、シールド電極内の電荷が接地電位に流れることによるスイッチ自身の発熱、或いは、放電に伴う気体やアパーチャ部材、シールド電極からの放射熱、又は、放電によって加熱されたシールド電極からスイッチに伝導した熱によって、スイッチが切断する。したがって、かかるスイッチを用いることで、自動的に、放電ランプの点灯性を改善することができる。
【００９２】
なお、電位制御手段は、シールド電極と接地電位との間に介在するスイッチと、放電開始初期後の放電状態を感知する検出手段とを備え、検出手段が前記放電状態を感知しない場合にはスイッチを接続し、感知した場合にはスイッチを切断する構成としてもよい。この場合には、放電開始初期においては、シールド電極が接地電位に接続され、その後の放電状態となった場合には、シールド電極をフローティング電位とすることができ、上述の作用を奏することができる。
【００９３】
また、上述の放電ランプは、気体の封入された密閉容器と、密閉容器内に配置されたカソードと、密閉容器内に配置されたアノードと、カソードとアノードとの間の放電経路上に位置する第１開口を有するアパーチャ部材と、カソードとアパーチャ部材との間の放電経路上に位置する第２開口を有するシールド電極と、シールド電極に電気的に接続された導電部材とを備え、導電部材の電位は、放電開始初期時には接地電位とされ、その後フローティング電位とされることを特徴とする。
【００９４】
すなわち、このような導電部材を備えることにより、導電部材に接続されたシールド電極の電位を、放電開始初期時には接地電位とし、その後、フローティング電位とすることができ、上述の作用を奏することができる。
【００９５】
また、上述の放電ランプの制御方法は、気体の封入された密閉容器と、記密閉容器内に配置されたカソードと、密閉容器内に配置されたアノードと、カソードとアノードとの間の放電経路上に位置する第１開口を有するアパーチャ部材と、カソードとアパーチャ部材との間の放電経路上に位置する第２開口を有するシールド電極とを備える放電ランプの制御方法において、放電開始初期の期間においてシールド電極の電位を接地電位とした状態で、カソードとアノードとの間、及び、カソードと前記アパーチャ部材との間にトリガ電圧を印加する予備放電工程と、予備放電工程の後、カソードとアノードとの間に主電圧を印加した状態で、シールド電極の電位をフローティング電位とする主放電工程とを備える。
【００９６】
トリガ電圧が与えられる予備放電工程においては、シールド電極は接地されているため、シールド電極が負電位に帯電せず、カソードからアパーチャ部材に至る熱電子量の低下が抑制され、点灯性が改善される。また、主放電工程においては、シールド電極がフローティング電位とされているため、シールド電極からアノードへの放電が抑制され、持続放電時の点灯性が改善される。
【符号の説明】
【００９７】
１・・・カソード、２・・・アノード、３・・・アパーチャ部材、４・・・シールド電極、５・・・電位制御手段（電位制御素子）、５Ｘ・・・双方向電圧トリガ型スイッチ、５Ｅ・・・温度検出素子、５Ａ・・・光検出素子、５Ｃ・・・電流検出素子、１０・・・密閉容器、１１・・・支持部、１２・・・ベース部、１３・・・ソケット、１００・・・放電ランプ、ＤＯ・・・ダイオード、ＧＮＤ・・・接地電位、Ｈ１・・・開口、Ｈ２・・・開口、Ｈ３・・・開口、Ｈ４・・・開口、Ｍ１・・・電流計、Ｍ２・・・電圧計、Ｗ・・・放電経路。
【図１】
0005576454.tif 000002
【図２】
0005576454.tif 000003
【図３】
0005576454.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005576454.tif 000008
【図８】
0005576454.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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