(57)【要約】   プラズマ無電極ランプが記載される。該装置は、電磁共振器と、該電磁共振器に導電的に結合される電磁放射線源とを備える。該装置はさらに、該電磁共振器と導電的に結合される一対の電界プローブを備える。ガス充填容器は、キャビティを形成する密閉された透明体で形成される。該ガス充填容器は該電磁共振器と連続しておらず（距離を置き）、該電界プローブと容量結合される。該ガス充填容器はさらにキャビティ内にガスを含むことによって、該ガスが、電磁放射線源からの電磁放射線が該電磁共振器内で共振するときに光を発するよう誘導され、該電磁共振器は電磁放射線を該ガスに容量結合して、それがプラズマとなり光を発する。  【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁共振器と、
電磁共振器と導電的に結合される電磁放射線源と、
電磁共振器と導電的に結合される第一の電界プローブと、
電磁共振器と導電的に結合される第二の電界プローブと、
外表面および内表面を有する密閉透明体を有するガス充填容器であって、内表面がキャビティを形成し、電磁共振器から距離を置き、第一の電界プローブおよび第二の電界プローブと容量結合されるガス充填容器と、
ガス充填容器のキャビティ内に含まれる蛍光体と、
を備え、電磁放射線源からの電磁放射線が電磁共振器内で共振するとき、蛍光体が蛍光を発生し、電磁共振器が電磁放射線を蛍光体に容量結合することを特徴とするプラズマ無電極ランプ。
【請求項２】
第一の電界プローブと導電的に結合される第一の導体プローブ端とガス充填容器に接続される第一の導体容器端とを有する第一の導体と、
第二の電界プローブと導電的に結合される第二の導体プローブ端とガス充填容器に接続される第二の導体容器端とを有する第二の導体と、
をさらに備え、２つの導体が電磁放射線をガス充填容器に容量結合する伝送線を形成することを特徴とする、請求項１に記載のプラズマ無電極ランプ。
【請求項３】
第一の導体および第二の導体が電磁共振器をガス充填容器にインピーダンス整合することを特徴とする、請求項２に記載のプラズマ無電極ランプ。
【請求項４】
第一の電界プローブをガス充填容器と、第二の電界プローブをガス充填容器と導電的に結合するインピーダンス整合ネットワークをさらに含み、エネルギーが電磁共振器に保存されているとき、インピーダンス整合ネットワークによって略最大量のエネルギーをガス充填容器に移送させることができることを特徴とする、請求項１に記載のプラズマ無電極ランプ。
【請求項５】
ガス充填容器内に含まれるガスをさらに含み、ガスをプラズマになるように誘導することによって、電磁共振器が電磁放射線を蛍光体に容量結合し、その後、エネルギーを蛍光体に移送して蛍光を発生させることを特徴とする、請求項１に記載のプラズマ無電極ランプ。
【請求項６】
電磁放射線源は同調発振器であり、同調発振器は光出力を最大化するように調整されることを特徴とする、請求項１に記載のプラズマ無電極ランプ。
【請求項７】
電磁共振器は集中回路構成要素を備える集中回路であることを特徴とする、請求項１に記載のプラズマ無電極ランプ。
【請求項８】
電磁共振器は分散構造であることを特徴とする、請求項１に記載のプラズマ無電極ランプ。
【請求項９】
電磁共振器は集中回路構成要素と分散構造を備えることを特徴とする、請求項１に記載のプラズマ無電極ランプ。
【請求項１０】
電磁共振器は調整可能であることにより、電磁共振器光出力を最大化するように調整されることを特徴とする、請求項１に記載のプラズマ無電極ランプ。
【請求項１１】
電磁共振器は集中回路構成要素を備える集中回路であることを特徴とする、請求項１０に記載のプラズマ無電極ランプ。
【請求項１２】
電磁共振器は分散構造であることを特徴とする、請求項１０に記載のプラズマ無電極ランプ。
【請求項１３】
電磁共振器は、集中回路構成要素と分散構造を備えることを特徴とする、請求項１０に記載のプラズマ無電極ランプ。
【請求項１４】
ガス充填容器の外表面の被覆部と、
ガス充填容器の外表面の被覆部と接続される耐熱板と、
耐熱板が被覆部と導電板の間に配置されるように耐熱板に接続される導電板と、
をさらに備え、第一の電界プローブまたは第二の電界プローブが導電板に導電的に結合されることによって、耐熱板がガス充填容器と導電板の間の拡散バリアとしての役割を果たすことを特徴とする、請求項１に記載のプラズマ無電極ランプ。
【請求項１５】
透明体の外表面が反射部および透明部を含み、光が反射部から反射され透明部を通って脱出させられ、反射部が存在しない場合よりも実質上小さな立体角に光を強制的に脱出させることを特徴とする、請求項１に記載のプラズマ無電極ランプ。
【請求項１６】
電磁共振器を形成する行為と、
電磁放射線源を電磁共振器と導電的に接続する行為と、
第一の電界プローブを電磁共振器と導電的に接続する行為と、
第二の電界プローブを電磁共振器と導電的に接続する行為と、
外表面および内表面を有する密閉透明体を有するガス充填容器を形成する行為であって、内表面はキャビティを形成し、ガス充填容器が電磁共振器と距離を置くように形成され、ガス充填容器と第一の電界プローブおよび第二の電界プローブを導電的に接続する行為と、
ガス充填容器のキャビティ内に蛍光体を挿入する行為と、
を備え、電磁放射線源からの電磁放射線が、電磁放射線を蛍光体に容量結合する電磁共振器内で共振するとき、蛍光体が蛍光を発生することを特徴とするプラズマ無電極ランプの製造方法。
【請求項１７】
第一の導体プローブ端および第一の導体容器端を有する第一の導体を形成する行為と、
第一の電界プローブを第一の導体プローブ端に導電的に接続する行為と、
ガス充填容器を第一の導体容器端に接続する行為と、
第二の導体プローブ端および第二の導体容器端を有する第二の導体を形成する行為と、
第二の電界プローブを第二の導体プローブ端に導電的に接続する行為と、
ガス充填容器を第二の導体容器端に接続する行為と、
をさらに備え、二つの導体が電磁放射線をガス充填容器に容量結合する伝送線を形成することを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
第一の導体および第二の導体が、電磁共振器をガス充填容器にインピーダンス整合するように形成されることを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
第一の電界プローブをガス充填容器に導電的に接続し、第二の電界プローブをガス充填容器に導電的に接続することによって、エネルギーが電磁共振器に保存される際、ガス充填容器に略最大量のエネルギーを移送させるようにインピーダンス整合ネットワークを形成する行為をさらに含むことを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
ガスをガス充填容器に挿入する行為をさらに含み、ガスをプラズマになるように誘導することによって、電磁共振器が電磁放射線を蛍光体に容量結合し、その後、エネルギーを蛍光体に移送して蛍光を発生させることを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
外表面が被覆部を有するようにガス充填容器を形成する行為と、
耐熱板をガス充填容器の外表面の被覆部と接続する行為と、
耐熱板が被覆部と導電板の間に配置されるように導電板を耐熱板と接続する行為と、
第一の電界プローブまたは第二の電界プローブを導電板と導電的に接続する行為と、
をさらに含み、耐熱板がガス充填容器と導電板間の拡散バリアとしての役割を果たすことを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
反射部および透明部を含むように透明体の外表面を形成する行為と、
反射部を反射材で覆う行為と、
をさらに含み、光が反射部から反射され透明部を通って脱出させられ、反射部が存在しない場合よりも実質上小さな立体角に光を強制的に脱出させることを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
【請求項２３】
電磁放射線源を電磁共振器と導電的に接続する行為と、
第一の電界プローブを電磁共振器と導電的に接続する行為と、
第二の電界プローブを電磁共振器と導電的に接続する行為と、
電磁共振器と距離を置くように配置されるガス充填容器内に蛍光体を挿入する行為と、
を備え、電磁放射線源からの電磁放射線が、電磁放射線を蛍光体に容量結合する電磁共振器内で共振するとき、蛍光体が蛍光を発生することを特徴とするプラズマ無電極ランプの製造方法。
【請求項２４】
第一の導体プローブ端および第一の導体容器端を有する第一の導体を第一の電界プローブと導電的に接続する、具体的には第一の導体プローブ端を第一の電界プローブと接続する行為と、
第二の導体プローブ端および第二の導体容器端を有する第二の導体を第一の電界プローブと導電的に接続する、具体的には第二の導体プローブ端を第二の電界プローブと接続する行為と、
ガス充填容器を第二の導体容器端と接続する行為と、
をさらに備え、二つの導体が、電磁放射線をガス充填容器に容量結合する伝送線を形成することを特徴とする、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
第一の導体および第二の導体は、電磁共振器をガス充填容器にインピーダンス整合させるようにガス充填容器に接続されることを特徴とする、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
インピーダンス整合ネットワークを介して第一の電界プローブをガス充填容器に導電的に接続し、インピーダンス整合ネットワークを介して第二の電界プローブをガス充填容器に導電的に接続する行為をさらに含み、エネルギーが電磁共振器に保存されているときに、インピーダンス整合ネットワークによって略最大量のエネルギーをガス充填容器に移送させることができることを特徴とする、請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
ガスをガス充填容器に挿入する行為をさらに含み、ガスをプラズマになるように誘導することによって、電磁共振器が電磁放射線を蛍光体に容量結合し、その後、エネルギーを蛍光体に移送して蛍光体に蛍光を発生させることを特徴とする、請求項２３に記載の方法。
【請求項２８】
耐熱板をガス充填容器の外表面の被覆部と接続する行為と、
耐熱板が被覆部と導電板の間に来るように、導電板を耐熱板に接続する行為と、
第一の電界プローブまたは第二の電界プローブを導電板と導電的に接続する行為と、
をさらに備え、耐熱板がガス充填容器と導電板間の拡散バリアとしての役割を果たすことを特徴とする、請求項２３に記載の方法。
【請求項２９】
透明体の反射部を反射材で覆う行為をさらに含み、光が反射部から反射され透明部を通って脱出させられ、反射部が存在しない場合よりも実質上小さな立体角に光を強制的に脱出させることを特徴とする、請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の分野は、光を生成する装置および方法、特にプラズマランプの分野、さらに特に内部電極または電磁界結合を強化する周囲の誘電体を使用せずに無線周波数源によって駆動されるプラズマランプに関する。さらに、本発明の分野は、ランプが組み込まれていない、あるいはマイクロ波共振器、キャビティ、または導波管のサブセット、特にランプおよび共振器またはキャビティ構造が幾何学形状的に連続していない装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
（優先権主張）
本発明は、２００５年１０月４日に提出された米国仮出願第６０／７２３、１４４号の「外部共振器／キャビティ無電極プラズマランプおよび無線周波数エネルギーを励起する方法」の優先権の恩恵を主張する非仮出願である。
【０００３】
プラズマランプは、極めて明るい広帯域の光を提供し、投射システム、産業処理、および一般的な照明などの用途で有益である。今日製造される典型的なプラズマランプは、プラズマを形成するために励起されるガスと微量物質の混合物を含む。微量物質（セレニウムまたはその他）とプラズマの相互作用は、電磁スペクトルのＵＶ、可視、および近赤外線部分において光を生じる。プラズマ形成を結果的に招くガスイオン化は、ガス充填タンクである容器内に含まれる密集した電極に高電流を通過させることによって達成される。ただし、この配列は、スパッタリングのため電極の劣化が起こるので、寿命が制限される。
【０００４】
マイクロ波源によって駆動される無電極プラズマランプが先行技術で開示されている。たとえば、米国特許第６、６１７、８０６Ｂ２（Ｋｉｒｋｐａｔｒｉｃｋ  ｅｔ．ａｌ．）と米国特許出願第ＵＳ２００１／００３５７２０Ａ１号（Ｇｕｔｈｒｉｅ  ｅｔ．ａｌ．）はどちらも、マグネトロンなどの線源によって提供され、導波管に導入され、抵抗的にプラズマを加熱するマイクロ波エネルギーを有する、バルブまたは導波管を形成する誘電体内の封止凹部のいずれかに入れられたガス充填物の類似の基本構造を開示している。米国特許第６、７３７、８０９Ｂ２号（Ｅｓｐｉａｕ  ｅｔ．ａｌ．）は、プラズマ包入バルブおよび誘電キャビティが、マイクロ波増幅器を有する共振マイクロ波回路の１部を成し、励起を提供する幾分異なる装置を開示している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の各実施形態では、プラズマを含むバルブの周囲の共振キャビティを、意図的または偶然に形成する誘電または金属／誘電導波本体が使用される。駆動マイクロ波エネルギーは、マイクロ波技術の当業者にとって十分既知な様々なプローブ手段を用いて導波管本体に導入される。バルブを取り巻く導波管本体は、無駄な光、共振または励起周波数に関連するランプ寸法、製造上の障害、および関連コストなどを含む多くの問題をもたらす。これらの障害は、本明細書に提示されるアプローチによって克服される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、背景技術の無電極プラズマランプを超える明確な利点を提供する。最初に、外部共振器またはキャビティ構造を利用することによって、１ＧＨｚをずっと下回る周波数でのランプ動作を可能とし、ランプコストを低減して、ランプの適用範囲を拡大する。さらに、ランプを誘電導波管本体から除去すると、当該技術において上述したアプローチの重大な欠点である集光性の増大を可能にする。最後に、誘電導波管本体の寸法と動作周波数間の基本的な譲歩をなくすことによって、ランプ寸法を実質上低減し、再度適用範囲を拡大することができる。さらに、これらの実質上の３つの利点に加えて、これらのランプはエネルギー効率がよく寿命の長い、明るくてスペクトル上安定した光源をさらに形成する。ガス充填（ランプ）を誘電導波本体のサブセットに組み込むのではなく、ランプは、プラズマを維持するためにガス充填物に必要な電界を提供する外部共振回路によって容量的に駆動される。
【０００７】
簡潔に言うと、ランプは、約１０ＭＨｚ〜１０ＧＨｚの周波数範囲で動作し、約１０Ｗもの電力を発する増幅ＲＦ源を含む。ランプはさらに、ＲＦ源に続く集中回路または誘電キャビティの実施形態における外部共振器（その一例は筒形共振器であってもよい）を含み、プラズマを維持するのに必要な電位低下を提供することを目的とする。最も単純な実装では、共振回路は、平行な抵抗、コンデンサ、インダクタネットワークを備えるが、この構造に限定されず、他のすべての構造が拡張により含まれると意図される。ランプはさらに、約６ｍｍの直径を有する密封容器を含むが、当業者によって認識され得るように、この寸法は用途に応じて異なる。この密封容器はガス充填物を含む。容器の外壁の一部は被覆される、あるいはＲＦエネルギーをプラズマに容量結合するのに使用される金属層と機械的に密接してもよい。
【０００８】
ランプで光を生成するための概要は、ステップ、ａ）ＲＦ／マイクロ波エネルギーが、ガラス充填物と幾何学的に連続しない（距離を置く）共振器に向けられ、共振器が集中回路または配分構造の形状を成す、ｂ）電界強度が共振器内で最大である位置に配置された電界プローブが、ＲＦエネルギーをバルブに向ける、および、ｃ）ＲＦエネルギーが、ガス充填容器上の金属接触を通じてプラズマに容量結合される、を含むが、それらに限定されない。
【０００９】
一つの側面では、ランプは、電磁共振器と、電磁共振器に導電的に結合される電磁放射線源とを備える。第一の電界プローブおよび第二の電界プローブは、電磁共振器と導電的に結合される。ランプは、密閉された透明体を有する電磁共振器と連続しない（距離を置く）ガス充填容器も含む。透明体は外表面および内表面を有し、内表面はキャビティを形成する。ガス充填容器は、第一の電界プローブおよび第二の電界プローブと容量結合される。蛍光体は、ガス充填容器のキャビティ内に含まれる。電磁放射線源からの電磁放射線が電磁共振器内で共振するとき、蛍光体が蛍光を発し、電磁放射線を蛍光体に容量結合する。
【００１０】
別の側面では、ランプは、伝送線を形成する第一の導体および第二の導体を含む。各導体は、電界プローブと導電的に結合される導体プローブ端と、ガス充填容器に接続される導体容器端とを有する。よって、二つの導体によって形成される伝送線は、電磁放射線をガス充填容器に容量結合する。
【００１１】
さらに別の側面では、第一の導体および第二の導体は、電磁共振器をガス充填容器にインピーダンス整合するように構成され配置される。
【００１２】
さらに別の側面では、ランプはインピーダンス整合ネットワークを含む。インピーダンス整合ネットワークは、第一の電界プローブをガス充填容器に、第二の電界プローブをガス充填容器に容量結合する。よって、インピーダンス整合ネットワークは、エネルギーが電磁共振器に保管されているとき、略最大量のエネルギーをガス充填容器に移送させることができる。
【００１３】
さらに別の側面では、ガス充填容器はガスを含む。電磁共振器は、ガスをプラズマになるよう誘導することによって電磁放射線を蛍光体に容量結合し、次にエネルギーを蛍光体に移送して、蛍光体に蛍光を発生させる。
【００１４】
さらに別の側面では、電磁放射線源は、光出力を最大化するように調整される同調発振器である。
【００１５】
さらに別の側面では、電磁共振器は、集中回路構成要素を備える集中回路である。
さらに別の側面では、電磁共振器は分散構造である。
さらに別の側面では、電磁共振器は、集中回路構成要素と分散構造の両方を備える。
【００１６】
さらに別の側面では、電磁共振器は調整可能であるので、電磁共振器は光出力を最大にするように調整される。
【００１７】
さらに別の側面では、ガス充填容器は、外表面の被覆部を含む。耐熱板はガス充填容器の外表面の被覆部に接続され、導電板は、耐熱板が被覆部と導電板の間に来るように耐熱版と接続される。第一の電界プローブまたは第二の電界プローブのいずれかが、導電板と導電的に結合される。この側面では、耐熱板は、ガス充填容器と導電板間の拡散バリアとしての役割を果たす。
【００１８】
さらに別の側面では、ガス充填容器の透明体の外表面は、反射部と非反射部を含む。放射光は、反射部から反射させられ、非反射部を通って脱出し、実質上より小さな立体角に光を強制的に脱出させる。
【００１９】
最後に、本発明は、装置を形成し使用する方法も備える。装置を形成する方法は、本明細書に記載される各種部品を形成し装着する複数の行為を備える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の目的、特徴、および利点は、以下の図面に関連して記載される本発明の様々な側面の以下の詳細な説明から明らかであろう。
【００２１】
本発明は、プラズマランプ、特に、ＲＦ／マイクロ波キャビティまたは共振器と連続しない（距離を置く）ガス充填容器を有する無電極プラズマランプに関する。以下の説明は、当業者が、本発明を製造および使用し、特定用途の状況に本発明を組み込むことができるように提示される。様々な修正および様々な用途での各種使用は、当業者にとって容易に自明となり、本明細書に定義される一般的原理は幅広い実施形態に適用可能である。よって、本発明は、提示される実施形態に制限されることを目的とせず、本明細書に開示される原則および新規な特徴と一致する最も広い範囲を認められるべきである。
【００２２】
以下の詳細な説明では、本発明の理解を深めるために、多くの具体的な詳細が記載される。ただし、当業者にとっては、本発明はこれらの具体的な詳細に必ずしも限定されずに実行可能であることは自明であろう。他の例では、十分既知な構造および装置が、本発明を曖昧にするのを避けるため、詳細図ではなくブロック図で示される。
【００２３】
読者の注目は、本明細書と同時に提出され、本明細書とともに公的審査に公開されるすべての文書と文献に向けられ、上記すべての文書と文献の内容は、参照により本文書に組み込む。本明細書（添付の請求項、要約、および図面を含む）で開示されるすべての特徴は、明示的に別段の定めをした場合を除き、同一、等価、または類似の目的に供する別の特徴によって置き換えることができる。よって、明示的に別段の定めをした場合を除き、開示された各特徴は、一般的な一連の等価または類似の特徴の１例にすぎない。
【００２４】
さらに、特定の機能を遂行する「ための手段」または特定の機能を遂行する「ためのステップ」を明確に陳述していない請求項の要素は、米国特許法第１１２条６項に規定される「手段」または「ステップ」節として解釈すべきではない。特に、本文書の請求項の「ステップ」または「行為」は、米国特許法第１１２条６項の条件を行使することを目的としていない。
【００２５】
仮に使用される場合、左、右、前、後、上、下、順、逆、時計回り、反時計回りなどの表示は便宜上のためにのみ使用されており、いかなる特定の固定的な方向を示唆することも意図していないことに注意されたい。その代わりに、それらの表示は、対象の様々な部分間の相対的位置および／または方向を反映するために使用される。
【００２６】
（１）用語解説
本発明の具体的な詳細を説明する前に、本明細書および請求項で使用される様々な用語の解説を提供する。この用語解説は、用語の意図される意味の一般的な理解を読者に提供することを目的とし、各用語の範囲全体を伝えることを目的としていない。この用語解説は、使用される用語をより正確に説明する明細書の以下の部分を補足することを目的とする。
【００２７】
分散構造−本発明に関して使用される「分散構造」という用語は、寸法が周波数源の波長と比較可能なＲＦ／マイクロ波構造を指す。これは伝送線または共振器の長さであってもよい。
【００２８】
フィードバック誘導発振−本発明に関して使用される「フィードバック誘導発振」という用語は、増幅器を発振させるために正のフィードバックで十分なゲインを有する増幅器の入力に、増幅器の出力の部分をフィードバックすること（補足的意味／略同相で）を指す。
【００２９】
蛍光発光−本発明に関して使用される「蛍光発光」という用語は、励起されたエネルギーレベルから低い（通常は接地状態）レベルへの原子または分子の緩和に関連する放射線の放出を指す。
【００３０】
蛍光体−本発明に関して使用される「蛍光体」という用語は、蛍光発光（上記の蛍光発光の定義を参照）を受ける材料を指す。
【００３１】
集中回路−本発明に関して使用される「集中回路」という用語は、たとえば、伝送線または誘電共振器（ＲＦ源の波長と寸法が比較可能な回路構成要素）とは対照的に、実際の抵抗、コンデンサ、およびインダクタを備える回路を指す。
【００３２】
集中平行発振器−本発明に関して使用される「集中平行発振器」という用語は、平行に接続されて共振器を形成する抵抗、コンデンサ、およびインダクタを指す。
【００３３】
寄生−本発明に関して使用される「寄生」という用語は、この場合、エネルギーを分配するのに使用される構成要素における非理想的性質を指す。これらは、ＲＦ／マイクロ波源の出力を有効に無駄にする構成要素の「外部の」抵抗、キャパシタンス、およびインダクタンスである。
【００３４】
耐熱−本発明に関して使用される「耐熱」という用語は、高温にさらされたとき、物理的形状と化学的特質を保持できる能力を有する材料を指す。
【００３５】
（２）具体的な側面
図１は、無電極ランプの一般的な／包括的な実施形態を示す。電磁共振器１１０は電磁放射線源１２０によって駆動され、放射線は電磁スペクトルのマイクロ波／ＲＦ部分である。電磁共振器１１０に保管されたＲＦ／マイクロ波エネルギーは大きな電界を生じ、第一の電界プローブ１４０と第二の電界プローブ１５０によってサンプリングされる。当業者によって認識され得るように、電界プローブのいずれを「第一」または「第二」と指定するかは問題ではない。次に、電界は、電磁共振器１１０と幾何学的に連続していない（距離を置く）ガス充填容器１３０に配分される。ガス充填容器１３０は、ガスを包含するキャビティ１６０を含む。ガスはＲＦエネルギーの存在下でプラズマ状態に遷移し、このガスは通常希ガスであるが、希ガスの１つに限定されない。後のエネルギーはガス充填容器１３０にも含まれるプラズマと蛍光体（発光体）間に移動し、広範な照明用途で利用可能な強い可視のＵＶまたは赤外線を生じる。
【００３６】
一つの実施形態では、ＲＦ／マイクロ波  電磁放射線源１２０は、電磁共振器１１０に送られる出力全体が１０〜２００Ｗの範囲に属するが、この範囲外の出力が用途に応じて必要となり、本発明で利用可能となるように、いくつかの段階の増幅に追従されるエネルギー源を備える。電磁放射線源１２０は固体電子部品の集合として示されるが、当業者にとって既知な他の線源を備えていてもよい。別の実施形態では、ＲＦ／マイクロ波電磁放射線源１２０はＲＦ／マイクロ波発振器を備える。増幅段２１０と電磁共振器１１０間のフィードバックは、電磁共振器１１０、ひいてはガス充填容器１３０を駆動する維持されたＲＦエネルギー源を補強するのに使用される。
【００３７】
電磁共振器１１０は、筒形共振器などの分散  ＲＦ／マイクロ波構造、あるいは平行ＲＬＣ回路網などの集中回路として具体化することができる。分散共振器の場合、ＲＦ／マイクロ波場は、その中での位置の関数として振幅が変動する。この場合、第一および第二の電界プローブ１４０および１５０は、電磁共振器内の最大電界振幅をサンプリングするように配置される。集中平行共振器の場合、電界はそれに沿った位置に依存せず、第一および第二の電界プローブ１４０および１５０は任意に配置することができる。電磁共振器１１０は、限定された周波数範囲でのエネルギー保存を可能にする特徴的な周波数挙動を有する。分散構造の場合、この周波数範囲は、幾何学形状と材料パラメータによって決定されるが、集中共振器の場合、この同じ動作周波数が回路トポロジと構成要素の値によって決定される。
【００３８】
当業者によって認識され得るように、約１００ＭＨｚでのプラズマランプの動作によって、エネルギーを分配するのに使用される構成要素中の非理想的性質である寄生からの影響を最小限にとどめてＲＦエネルギーを分配することができる。これらの寄生は通常、周波数の関数であり、周波数の増大とともに強度が増加する。さらに、より低い周波数で動作させることにより、ランプコストを低減させて、現行のランプソケット市場にこの技術を浸透させることができる。ただし、この周波数範囲での動作は、ＲＦエネルギーをプラズマに有効に結合するためにランプ形状／材料パラメータに制限を課すことにより、用途の範囲も制限する。動作周波数が増大するにつれ、この制限は緩和されて、より小型の光バルブが使用できるようになる。特に、高周波数、高出力増幅器が成熟するにつれ、コストは低下し、約１０ＧＨｚでの動作は、多くの高性能用途で所望される効果的な点光源を容易にする。
【００３９】
図２Ａは、電磁共振器１１０が集中共振器２００であるプラズマ無電極ランプの実施形態を示す。この場合、集中共振器２００は、増幅段２１０に送られたエネルギーを保存し、大きな電位低下を生じさせる平行ＲＬＣ回路を備える。この実装は、ランプの低動作周波数範囲で好ましい。ＲＦ／マイクロ波エネルギーはガス充填容器１３０に送られて、強い放射線を発する。本実施形態では、増幅段２１０は、電磁集中共振器２００の共振周波数でＲＦ／マイクロ波源１２０によって駆動される。約１００ＭＨｚ未満の周波数でのランプ動作によって、最小限の寄生影響でのＲＦ分配を可能とし、ＲＦエネルギーをガス充填容器に送るために簡易なケーブル布線を利用する。
【００４０】
図２Ｂは、調整可能な集中共振器２４０を有するプラズマ無電極ランプの実施形態を示す。図２Ａと同様、共振器は、電磁放射線源１２０と増幅段２１０の組み合わせによって駆動される。ＲＦ／マイクロ波センサ２３０は、ガス充填容器１３０に送られないエネルギーの量を測定し、フィードバックを同調回路２２０に提供する。次に、同調回路は調整可能な集中共振器２４０の共振周波数を調節して、ガス充填容器１３０に送られるエネルギーを最大化する。これによって、無駄にされるＲＦエネルギーが低減されるので、ランプ効率が向上する。フィードバックアプローチは集中共振器に限定されないが、分散構造に拡張することができる。
【００４１】
図３は、誘電共振器発振回路（ＤＲＯ）３３０を組み込むプラズマ無電極ランプの実施形態を示す。この場合、ＲＦ／マイクロ波エネルギーは、フィードバック誘導発振を通じて維持される。ＤＲＯ３３０は連結構造３５０および３６０を通じて、エネルギーを電磁共振器１１０に、および電磁共振器１１０から結合する。サンプリングされたＲＦ／マイクロ波場は、増幅段２１０にフィードバックされ、そうする際、サンプル信号は遅延素子３４０および損失素子３２０を通過する。増幅段がループ損を克服すると仮定すると、発振は共振器の物理的および幾何学的形状特性によって決定される周波数で開始される。第一および第二の電界プローブ１４０および１５０は、電磁共振器１１０内の最大電界をサンプリングするように配置され、サンプリングされた電界は次にガス充填容器１３０に送られる。当業者によって認識され得るように、誘電共振器（電磁共振器１１０）とバルブ（ガス充填容器１３０）を分離することによって、ランプ設計はずっと柔軟性が高くなる。動作周波数が下がるにつれ、必要とされる誘電共振器の寸法は増大するが、より高い誘電率の材料を用いることにより、誘電共振器材料とバルブとの間の熱的不一致に関する懸念なく、誘電共振器の寸法を実際に維持または低減することができる。
【００４２】
図４Ａは、ガス充填容器１３０の可能な一つの実施形態を示す。該容器は、内表面４００ｂおよび外表面４００ｃを有する透明体４００ａを備える。透明体は、石英またはその他の適切な透明な耐熱材製とすることができる。耐熱板４２０はガス充填容器１３０の一部を覆う。この耐熱板４２０は、適切な誘電体製とすることができ、その非限定例は、アルミナ、酸化バリウムチタン、酸化チタン、および窒化ケイ素である。耐熱板は耐熱金属製とすることができ、その非限定例はタングステン、タンタル、およびチタンである。導電板４１０は誘電板４２０に付着され、導電板４１０は金属電極としての役割を果たす。放射線は透明体４００ａを通ってガス充填容器を脱出する。ＲＦエネルギーは、金属電極として機能する導電板４１０を介してガス充填容器１３０内のガスに容量結合される。
【００４３】
図４Ｂは、台形形状で形成されるガス充填容器１３０の第２の実施形態を示す。ガスと蛍光体（発光体）は、透明体４００ａの石英側壁によって囲まれる。ガス充填容器１３０の台形キャビティの端部には耐熱板４２０（誘電拡散バリア）が被せられて、その上に導電板４１０（金属電極）が蒸着されている。導電板４１０および耐熱板４２０は、光が最小限の散乱と吸収で反射する光学面を形成する。さらに、ガス充填容器１３０は、透明体４００ａの石英側壁に金属または誘電層を蒸着することによって形成可能な反射部４３０を有し、反射部は、ガス充填容器１３０の透明部４４０を通過する際の集光性を向上させる。
【００４４】
当業者によって認識され得るように、上記の説明は多くの具体的な測定値やパラメータを使用しているが、本発明はそれに限定されず、できる限り広い範囲が与えられる。さらに、装置は照明のために可視光を生成するランプとして使用されるものと説明されているが、装置はこの範囲の電磁スペクトルに限定されず、電磁スペクトルの紫外線および赤外線部分での照射を要する用途を含め、多用な用途のための広範な装置に組み込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】ＲＦ源が共振器を駆動し、次に共振器と幾何学的に連続しない（距離を置く）ガス充填容器を駆動する、本発明の概略図である、
【図２Ａ】ＲＦ発振器のサブセットとは全く異なり、ＲＦ源によって駆動される集中抵抗／インダクタ／コンデンサ（ＲＬＣ）無電極プラズマランプである、
【図２Ｂ】無線周波数（ＲＦ）源によって駆動される集中ＲＬＣ無電極プラズマランプであり、ＲＬＣ共振器は同調回路によって制御される調整可能な素子から成り、フィードバックは同調回路に情報を提供し、次に、共振器を調整してガス充填容器に送られるＲＦエネルギーを最大化する、
【図３】誘電体共振器発振回路（ＤＲＯ）の誘電共振器内の電界をサンプリングすることによって駆動される無電極プラズマランプを示す、
【図４Ａ】拡散バリアとしての役割を果たす端部キャップを含むガス充填容器を示し、端部が金属電極（ガス充填容器を横断するＲＦ界の方向）によって画定される、
【図４Ｂ】集光性増大のための構造における、拡散バリア端を有するガス充填容器であり、一つの容器壁は、適切な反射性および非吸収性材料から成る光学反射器を含む。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【国際調査報告】
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