(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の放電領域（１２−４）を有するガス放電管（１２−１）及び該ガス放電管（１２−１）の外側に配置された二つの電極（１２−３、１２−４）を有するガス放電ランプにおいて、前記電極（１２−２、１２−３）がそれぞれ平らな板状の支持部（１２−６、１２−７）を備え、該支持部がそれぞれ開口（１２−８、１２−９）を含み、該開口（１２−８、１２−９）に前記円筒状の放電領域（１２−４）が嵌め込まれ、該円筒状の放電領域（１２−４）の円筒軸が前記平らな支持部（１２−６、１２−７）に垂直になっていることを特徴とするガス放電ランプ。
【請求項２】
前記支持部（１２−６、１２−７）の材料の厚さが約０．１５ｍｍであり、両電極（１２−２、１２−３）の支持部（１２−６、１２−７）の間隔が約３ｍｍであることを特徴とする、請求項１に記載のガス放電ランプ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のガス放電ランプを備える光源であって、Ｎ極がガス放電管の一方の側に配置された磁石と、Ｓ極が前記一方の側と反対側に配置された磁石とを備え、該Ｎ極及びＳ極がいずれも二つの部分磁石（１５−１及び１５−２、又は、１５−３及び１５−４）から成り、該二つの部分磁石の同名の極が対向して前記Ｎ極又はＳ極を構成し、該対向するＮ極又は対向するＳ極の間にそれぞれ前記ガス放電管（１２−１）に向かって広がる隙間が形成されていることを特徴とする光源。
【請求項４】
前記隙間にそれぞれ鉄心（１５−５、１５−６）が充填され、ガス放電管（１２−１）の方に向いた鉄心の端部が凹面状に成形されていることを特徴とする、請求項３に記載の光源。
【請求項５】
前記ガス放電管（１２−１）の対向する両側に前記磁石が配置され、該磁石が、内周縁に一方の極を有し、外周縁に他方の極を有するリング磁石（１５０−１、１５０−２）として構成されていることを特徴とする、請求項３に記載の光源。
【請求項６】
請求項３〜５のいずれか一項に記載の光源を備える水銀スペクトルランプであって、前記ガス放電管（１２−１）が石英ガラスで作製され、その内部に水銀が入っていることを特徴とする水銀スペクトルランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１のプレアンブルに記載のガス放電ランプ及びそのようなガス放電ランプを備える光源に関し、特に水銀スペクトルランプとして好適に利用されるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のランプとして、外部に電極を有するガス放電ランプがUS 5,013,966に開示されている。このランプでは各電極がリング電極として構成されており、それぞれが放電管の円筒状の部分を包み込んでいる。これらのリング電極は比較的広い面を持つ止め輪のような形をしている。公知のすべてのガス放電ランプに共通の問題として寿命の短さがあるが、これは放電管の内側が黒ずむことによる。この現象は特に水銀灯に当てはまるが、これは水銀イオンが放電管の石英ガラスの表面に集まり、そこで反応して酸化水銀になるためだと考えられる。このプロセスは、水銀イオンがガラスの表面に入射する際の速度が速ければ速いほどその効果を増す。その速度はガラスの表面に垂直な方向の電場に依存する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】US 5,013,966
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような技術的背景から成された本発明の課題は、外部に電極を有するガス放電ランプであって、その寿命が長くなるように改良されたものを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この課題は、請求項１に記載の特徴を有するガス放電ランプにより解決される。
【０００６】
本発明に係るガス放電ランプは、円筒状の放電領域を有するガス放電管と、該ガス放電管の外側に配置された２つの電極とを備える。前記電極はそれぞれ平らな板状の支持部を有し、該支持部はそれぞれ開口を含む。この開口に前記円筒状の放電領域が嵌め込まれ、該円筒状の放電領域の円筒軸が前記平らな支持部に垂直になっている。
【０００７】
本発明の方法によって電極を構成すると、電極のごく狭い領域（すなわち前記開口の内周縁）だけがガス放電管に当接するが、このようにするとガス放電管の内側の黒ずみが著しく軽減されることが分かった。水銀スペクトルランプを用いた実験で、同じガス放電管を有する二つのランプを用意し、一方では従来から知られている電極（即ち、円筒状のガス放電管を包むように配置された止め輪状の電極）、他方では本発明に従って構成された電極をそれぞれ使用して比較測定を行ったところ、後者の寿命が前者の６倍を超えるほど長くなり得るという結果が出た。このように寿命が伸びたことの一つの説明として、特殊な幾何形状（即ち互いに平行に配置された平板の形状）を有する平らな支持部の間に電磁場を発生させ、放電管をその電磁場に垂直に配置したことが、黒ずみの軽減に寄与したのではないかということが言える。
【０００８】
本発明の一実施形態として、前記支持部の材料の厚さを約０．１５ｍｍ、該支持部の間隔を約３ｍｍとすると特に有利である。
【０００９】
特に本発明のガス放電ランプを水銀スペクトルランプとして利用する場合、しばしばスペクトル線のゼーマン成分（Zeeman Komponenten）が必要とされる。そこで、本発明は、本発明に係るガス放電ランプを備える光源であって、磁石を備え、該磁石の間に十分に均一な磁場を発生させることができるような光源をも含む。
【００１０】
発生する磁場が非常に均一なものになるようにするため、本発明に係る光源の一実施形態では、一方の磁石のＮ極がガス放電管の一方の側に配置され、他方の磁石のＳ極が前記一方の側と反対側に配置され、該Ｎ極及びＳ極がいずれも二つの部分磁石から成り、該二つの部分磁石の同名の極が対向して前記Ｎ極又はＳ極を構成し、該対向するＮ極又は対向するＳ極の間にそれぞれ前記ガス放電管に向かって広がる隙間が形成されている。更に前記隙間にそれぞれ鉄心を充填すれば磁場の均一性が一層高まる。この場合、ガス放電管の方に向いた鉄心の端部を凹面状に成形することが好ましい。
【００１１】
光源の別の実施形態では、ガス放電管の対向する両側に前記磁石が配置され、該磁石が、内周縁に一方の極を有し、外周縁に他方の極を有するリング磁石として構成される。この種のリング磁石は市販されており、簡単な構造で光源に組み込むことができる。そのため、この光源は先の実施形態に比べて比較的簡単に組み立てることができる。
【００１２】
本発明に係るガス放電ランプを水銀スペクトルランプとして利用する場合は、前記ガス放電管を石英ガラスで作製することが好ましい。このような水銀スペクトルランプはガスの水銀濃度の測定に好適に利用できる。
【００１３】
以下、実施例に基づき、図面を参照しながら本発明について詳しく説明する。図面の内容は以下のとおりである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る光源を用いてガス中の物質濃度を測定する装置の概略図。
【図２】図１のうち、本発明に係る光源をやや詳しく描いた概略図。
【図３】本発明に係るガス放電ランプの斜視図。
【図４】ガス放電ランプを備える光源の断面を示す更に別の詳細図。
【図５】ガス放電ランプを備える光源の別の実施形態を示す図。
【図６】光源の水銀スペクトルを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１はガス中の水銀含有量を測定するための装置１０の概略図である。図に示したとおり、この装置１０は本発明に係る光源１２を備えている。この光源１２は光軸１４に沿って水銀スペクトル線を出射するためのものである。
【００１６】
図２に概略的ではあるがやや詳しく描いたように、本発明に係る光源１２は電極を持たないガス放電ランプとして構成されており、内部で放電を発生させる放電管１２−１を有する。図２の光源は光軸１４が紙面に垂直になるように描かれている。
【００１７】
特に図３を見れば分かるように、ガス放電管１２−１は円筒状の放電領域１２−４と球状部１２−５を有している。球状部１２−５には水銀が入っているため、ガス放電の際には水銀スペクトル線が発生する。水銀としては、天然の同位体組成を有するものが好ましい。ガス放電は、放電管１２−１の外側で円筒状の放電領域１２−４の部分に配置されている二つの電極１２−２及び１２−３により点火され、維持される。これらの電極１２−２及び１２−３には一般に、周波数２００〜２５０ＭＨｚ、振幅４〜８Ｖの高周波電圧が印加される。
【００１８】
各電極１２−２及び１２−３は、本発明に従って、それぞれ開口１２−８及び１２−９を有する平らな板状の支持部１２−６及び１２−７を含んでいる。開口１２−８及び１２−９にはガス放電管１２−１の円筒状の放電領域１２−４が嵌め込まれている。支持部１２−６及び１２−７は互いに平行であり、円筒状の放電領域１２−４はその円筒軸が支持部１２−６及び１２−７に垂直になるように配置されている。
【００１９】
本実施例では支持部１２−６及び１２−７が厚さ約０．１５ｍｍの材料で作製され、約３ｍｍの間隔で配置されている。これらの支持部は電気の良導体である銅で作製することが好ましい。
【００２０】
光源１２のガス放電管１２−１は磁石１５によって作り出されるできるだけ均一な磁場の中に配置されている。この磁場は光の発生場所において光軸に垂直な方向を向いている。このようにすると、ゼーマン効果によってスペクトル光のσ＋、σ−及びπという３種類のゼーマン偏光成分が生じる。
【００２１】
スペクトル線が十分に分離され、且つ鮮明な状態に維持されるには、そのずれの大きさがランプ内のどの場所でも等しくなるようにする必要があるが、それには十分な強度と均一性を持つ磁場を発生させなければならない。そのため、磁石１５は図４に示したような特殊な形で構成されている。即ち、均一な磁場を作り出す磁石１５は４個の磁石１５−１〜１５−４を組み合わせて成り、ガス放電管１２−１の一方の側（図４ではガス放電管の上側）にＮ極が配置され、その反対側（図４ではガス放電管の下側）にＳ極が配置されている。そのうち、Ｎ極同士が向き合うように配置された２個の部分磁石１５−１及び１５−２により磁石１５のＮ極が構成される。同様に、磁石１５のＳ極は部分磁石１５−３及び１５−４の２個のＳ極で構成される。部分磁石１５−１及び１５−２の対向するＮ極の間、及び部分磁石１５−３及び１５−４の対向するＳ極の間には、ガス放電管１２−１に向かって広がる隙間がそれぞれ設けられている。更に、どちらの隙間にもそれぞれ鉄心１５−５及び１５−６を充填し、ガス放電管１２−１の方に向いた鉄心の端部を断面図で示したように凹面状にすることが好ましい。部分磁石と鉄心から成る本実施形態の磁石１５により、ガス放電の発生場所（破線１５−７で示した領域）に非常に均一な磁場を発生させることができる。
【００２２】
部分磁石１５−１〜１５−４は支持金具１５−８及び１５−９により外側から支持されている。部分磁石１５−１及び１５−４又は１５−２及び１５−３の間の磁場を適切な形で導くため、前記金具は鉄製にすることが好ましい。支持金具１５−９には開口１５−１０が設けられており、ガス放電管１２−１の内部で発生した光はこの開口を通じて外部へ出射し、光軸１４に沿って装置１０へと入射することができる。
【００２３】
図６はガス放電ランプ１２から発生した水銀スペクトルを示している。太線で描かれたスペクトル線はπ成分に対応しており、π成分の個々のスペクトル線はそれぞれ状態変化の仕方が異なる各同位体に対応している。個々の線は同位体のそれぞれの質量数により特徴付けられる。高周波数側にはσ＋成分のスペクトル線が、また低周波数側にはσ−成分のスペクトル線がそれぞれ現れている。ガス放電の発生場所では磁場が非常に強いため、σ＋成分及びσ−成分のスペクトル分布はπ成分のスペクトル分布と重なり合わない。そのためには磁場の強度を１〜１．５テスラ程度にするのが一般的である。これは、例えばσ−成分の１９９Ｈｇスペクトル線（図中の符号１６で示した線。これはπ成分の中で最も高いエネルギー、つまり図中の符号１８で示した線に対応する）が低周波数側へ大きくずれて、π成分のうち最もエネルギーの低い２０４Ｈｇのスペクトル線（図中の符号２０で示した線）から明確に分離されているということを意味する。
【００２４】
この分離を十分に大きくすることが重要である。なぜなら、後で再び説明するように、本実施例の方法では、ずれのないπ成分はガス中の水銀により吸収されるのに対し、ずれのあるσ成分は吸収されないため参照光として利用される。従って、最終的にはπ成分が測定量となるからである。このような測定方法の原理は既に従来技術として知られている（US 3,914,054参照）。
【００２５】
最後に、本発明に係る水銀スペクトル線発生用光源１２の別の実施形態を図５に示す。ガス放電管１２−１並びに電極１２−２及び１２−３の構成は前記実施例と同様である。一方、磁石はリング磁石１５０−１及び１５０−２として構成されており、ガス放電管１２−１の対向する両側に配置されている。リング磁石１５０−２のＮ極及びＳ極はそれぞれリングの外周縁及び内周縁にあり、他方のリング磁石１５０−１ではそれが逆になっている。このように一対の簡単なリング磁石を用いた方法でも、ガス放電の発生場所に比較的均一な磁場が作り出される。なお、図５は原寸に忠実な図ではなく、装置の構成を概略的に示したものに過ぎない。特に、リング磁石１５０−１及び１５０−２の間隔は実際の寸法比の通りに描かれていないことに注意されたい。
【００２６】
理解を完全にするため、以下では、ガス中の水銀含有量を測定するための装置１０に本発明に係るガス放電ランプを用いた例について詳しく説明する。
【００２７】
光源１２で発生した光は、図６に示したような水銀スペクトル線のゼーマン成分を含んでいる。これは既に述べたとおりである。
【００２８】
光源から出射した光は光分割装置２２を通過する。本実施例の光分割装置は光弾性変調器２４として構成されている。この変調器２４は複屈折性を有しているため、直線偏光されたπ成分に対する影響と、それと垂直な方向に偏光されたσ＋成分及びσ−成分に対する影響とが異なる。このような影響の差異は、電圧供給装置２８から圧電素子２６に印加された交番電圧のリズムに合わせて生じる。光弾性変調器２４を偏光器（詳細は図示せず）と組み合わせると、σ成分の偏光方向が回転し、ある特定の時点でσ＋成分及びσ−成分だけが通過する一方、別の特定の時点ではπ成分だけが通過するようになる。こうして、光弾性変調器２４を用いることにより、π成分とσ＋成分及びσ−成分とを時間的に分割することができる。
【００２９】
その後、光は測定対象の水銀汚染物質が入った測定セル３０を通過する。この測定セルには必要に応じてヒータ３２が設けられる。ずれのないπ成分のスペクトル線は測定セル３０内で水銀原子による吸収を受ける。一方、ずれのあるσ＋成分及びσ−成分はエネルギーにずれがあるため吸収されない。従って、これらのスペクトル線の光は参照光として利用できる。
【００３０】
光は最終的に受光器３４により受光され、ロックイン増幅器３８に送られる。この増幅器３８は光弾性変調器２４に供給される交番電圧をトリガとして動作する。その結果、図１に符号４０で定性的に示したような信号がロックイン増幅器３８を通じて得られる。受光器３４は、参照光と、測定光のうち吸収されずに通過する部分とを、変調器の駆動電圧の周波数で交互に受け取る。そして後者の差、つまり曲線４０の振幅が、測定セル３０内での吸収量の尺度、つまりは水銀濃度の尺度となる。従って、その信号から検査対象のガスの水銀濃度を求めることができる。
【符号の説明】
【００３１】
１０…装置
１２…光源（ガス放電ランプ）
１２−１…放電管
１２−２、１２−３…電極
１２−４…円筒状の放電領域
１２−５…球状部
１２−６、１２−７…板状の支持部
１２−８、１２−９…開口
１４…光軸
１５…磁石
１５−１〜１５−４…部分磁石
１５−５、１５−６…鉄心
１５−７…磁力線
１５−８、１５−９…支持金具
１５−１０…開口
１６、１８、２０…スペクトル線
２２…光分割装置
２４…変調器
２６…圧電素子
２８…電圧供給装置
３０…測定セル
３２…ヒータ
３４…受光器
３８…ロックイン増幅器
４０…信号
１５０−１、１５０−２…リング磁石
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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