(57)【要約】本発明は、光（Ｌ）発生のために電子サイクロトロン共鳴（ＲＣＥ）現象を利用するマイクロ波励起照明装置（１）に関するものであって、マイクロ波発生手段（２、３）と、マイクロ波を閉じこめるためにマイクロ波を通さない複数の内壁を備え、空洞（６）の少なくとも一つの内壁が光線（Ｌ）を通す、少なくとも一つのマイクロ波空洞（６）と、光（Ｌ）を通す空洞の内壁に向けて光線（Ｌ）を方向づけるように配置された凹型の光線（Ｌ）反射手段と、空洞（６）の内部に置かれた、プラズマを封入する少なくとも一つのエンクロージャ（４）と、少なくとも一つの永久磁石（５）とを備え、エンクロージャ、空洞、磁石、およびマイクロ波発生手段が光（Ｌ）を放射するためにエンクロージャ内部に電子サイクロトロン共鳴（ＲＣＥ）を発生させるように配置され、それぞれのエンクロージャ（４）が少なくとも一つの永久磁石の直近に配置されている、装置（１）。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光線（Ｌ）発生のために電子サイクロトロン共鳴（ＲＣＥ）現象を利用するマイクロ波励起照明装置（１）であって、
・マイクロ波発生手段（２、３、１０）、
・マイクロ波を閉じこめるためにマイクロ波を通さない複数の内壁を備え、空洞（６）の少なくとも一つの内壁が光線（Ｌ）を通す、少なくとも一つのマイクロ波空洞（６）、
・光線（Ｌ）を通す空洞の内壁に向けて光線（Ｌ）を方向づけるように配置された凹型の光線（Ｌ）反射手段と、
・マイクロ波空洞（６）の内部に置かれた、プラズマを封入する少なくとも一つのエンクロージャ（４）、
・磁界発生手段（５）、
を備える装置であって、エンクロージャ、空洞、および磁界とマイクロ波との発生手段が光線（Ｌ）を放射するためにエンクロージャ内部に電子サイクロトロン共鳴を発生させるように配置され、
磁界発生手段が少なくとも一つの永久磁石（５）によって構成され、それぞれのエンクロージャ（４）が少なくとも一つの永久磁石（５）の直近に配置されていることを特徴とする装置。
【請求項２】
それぞれの空洞（６）が一つの空間体積内に内接され、マイクロ波空洞（６）が内接される最小空間体積の少なくとも二つの特性寸法（高さ、長さ、幅）が２５センチメートル未満であることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
エンクロージャ（４）の寸法がエンクロージャ（４）が空洞（６）の空間体積の４０〜１００％を、また好適には空洞（６）の空間体積の６０〜１００％を占めるような寸法であることを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
永久磁石（５）がマイクロ波空洞（６）の内部に配置されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つに記載の装置。
【請求項５】
永久磁石（５）がエンクロージャ（４）の内部に配置されていることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
永久磁石（５）がエンクロージャ（４）の外部に配置されていることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
【請求項７】
永久磁石（５）が空洞（６）の外部に配置されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つに記載の装置。
【請求項８】
永久磁石（５）が光線（Ｌ）を通す空洞（６）の内壁に正対して配置されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一つに記載の装置。
【請求項９】
永久磁石（５）が光線（Ｌ）を通す空洞（６）の内壁の部位に配置されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一つに記載の装置。
【請求項１０】
エンクロージャ（４）が光線（Ｌ）を通す空洞（６）の内壁に正対して配置されることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一つに記載の装置。
【請求項１１】
エンクロージャ（４）が光線（Ｌ）を通す空洞（６）の内壁の部位に配置されることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一つに記載の装置。
【請求項１２】
エンクロージャ（４）と空洞（６）との内壁が一体化していることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一つに記載の装置。
【請求項１３】
凹型の反射手段が光線（Ｌ）を通す内壁に正対する空洞（６）の内壁によって構成されることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一つに記載の装置。
【請求項１４】
反射手段が凹型の反射板を形成するように配置される一つまたは複数の磁石（５）によって構成されることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一つに記載の装置。
【請求項１５】
反射手段が磁気層を備えていることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか一つに記載の装置。
【請求項１６】
それぞれのエンクロージャ（４）がそれぞれに固有の永久磁石（５）に組み合わされていることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか一つに記載の装置。
【請求項１７】
それぞれのエンクロージャ（４）が複数個の永久磁石（５）に組み合わされていることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか一つに記載の装置。
【請求項１８】
マイクロ波発生手段がマイクロ波エネルギー発生器（２）と導波管とを備え、導波管は発生器（２）によって発生したマイクロ波を空洞（６）に向けて誘導するために発生器と空洞（６）との間に配置されることを特徴とする、請求項１〜１７のいずれか一つに記載の装置。
【請求項１９】
マイクロ波発生手段が、一つのマイクロ波エネルギー発生器（２）、少なくとも一本の同軸ケーブル（１０）、および少なくとも一つのアンテナ（３）を備え、一つ（または複数）のケーブルは発生器と空洞との間に配置され、一つ（または複数）のアンテナは一つ（または複数）の空洞の内部に配置されることを特徴とする、請求項１〜１７のいずれか一つに記載の装置。
【請求項２０】
それぞれの空洞（６）が単一のアンテナ（３）に組み合わされていることを特徴とする、請求項１〜１９のいずれか一つに記載の装置。
【請求項２１】
装置（１）が、指定光強度になるように、マイクロ波出力、および／または気体圧力、および／または装置の温度を自動制御する手段（１８）を備えていることを特徴とする、請求項１〜２０のいずれか一つに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は照明装置の一般的な技術分野に関するものである。
【０００２】
さらに正確には、本発明は、プロジェクタ、より詳細にはマイクロ波によって励起され電子サイクロトロン共鳴（ＲＣＥ）現象を利用するプロジェクタの技術分野に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
マイクロ波によって励起される照明装置はすでにさまざまなものが提案されている。
【０００４】
これらの装置の中で、下記のものを備える装置が知られている。
・マイクロ波を閉じ込めるための空洞、
・マイクロ波発生器とマイクロ波を発生器から空洞に導くことができる手段とを備える複数のマイクロ波発生手段（同軸ケーブルおよび空洞の内部のアンテナ、または導波管）、
・光線を放射するように、マイクロ波によって励起されるためのプラズマを封入する、空洞の内部に位置決められた少なくとも一つのエンクロージャ、
・放射される光線を集束し方向づけるための一つの反射板。
【０００５】
これらの装置は数多くの制約に応じて特殊な構成を有する。例えば、文書、米国特許第３９１１３１８号明細書および日本国特許第６２０５５８５９号明細書には反射板が空洞の外部に配置されている装置がそれぞれ記載されている。他の装置では、反射板は空洞の内部に配置されている（国際公開第０２／０７９６９２号パンフレット）。
【０００６】
しかしながら、これらの装置は次のようなものに関して操作上の制約をもたらす。
ｉ）空洞の内部でマイクロ波の伝播の共鳴形態を確立し、最大電磁界区域を定義するための、空洞の最小サイズと形状。
最大電磁界区域は少なくとも二つの特性寸法（高さ、長さ、幅）が波長の２倍を超える空洞によって従来算出されている（参照：米国特許第４５０７５８７号明細書、国際公開第０２／０７９６９２号パンフレット）。
ｉｉ）一つの（または複数のエンクロージャ）の寸法ならびに空洞の内部でのその位置決め。
実際、一つのエンクロージャ（または複数のエンクロージャ）によって放射される光線の輝度とエネルギー効率は最大電磁界区域に対する空洞内でのエンクロージャの位置に依存する（参照：日本国特許第６１１０４５６０号明細書、国際公開第０２／０７９６９２号パンフレット、米国特許第４５０７５８７号明細書）。
ｉｉｉ）マイクロ波の伝播を阻害しないための空洞の内部での反射板の形状と位置決め（参照：日本国特許第７０５０１５５号明細書、日本国特許第７２７２６９７号明細書）。
ｉｖ）装置の瞬間的点灯を可能にするための、提供される最小マイクロ波出力
実際、とくに空洞の寸法と形状、ならびにエンクロージャの位置決めによっては、このような装置の点灯を引き起こすために数百ワットが必要になる。この問題を解消するために、複雑な装置の使用が提案された（参照：国際公開第９９／５３７３０号パンフレット、欧州特許第０７９４６９３号明細書）。
【０００７】
これらの制約はどれも、装置をかさ高にし、実現を複雑にしている。
【０００８】
マイクロ波励起照明装置の実現のために当業者に教示されているこれら多数の条件があるので当業者は簡単で小型の装置を提供することができないでいる。
【０００９】
くわえて、空洞のサイズと形状について、また空洞の内部の一つのエンクロージャ（または複数のエンクロージャ）の位置決めについてのこれらの文書に課された制約は、文書、日本国特許第２２０４９０２号明細書が示しているように、次のことを妨げる。
・一つのエンクロージャ（または複数のエンクロージャ）によって放射される光線の効果の最適化、および
・被照明区域に対する光線の指向性と均一性の制御。
【００１０】
くわえて、これらの装置の効率と輝度は限定され、大量の熱を発生することがあるので障害を起こす（参照：日本国特許第６１５０８８７号明細書、国際公開第０２／０７４０１９号パンフレット）。
【００１１】
本発明の枠内において、「輝度」は、単位面積あたりの光線密度を意味するものとする。
【００１２】
本発明の枠内において、「効率」は、装置に提供されるマイクロ波出力に対する、装置によって発生される光エネルギーの比に対応する能率を意味するものとする。
【００１３】
最後に、これらの装置は低出力（２００ワット未満）では作動性がきわめて低く、そのため導波管が用いられることが多い。
【００１４】
マイクロ波によって励起される上述の装置の低い輝度という不便を解消するために、ＲＣＥ現象を利用する装置が提案された。
【００１５】
ＲＣＥはマイクロ波によって励起されるプラズマのエネルギーレベルを向上させるものとして周知である。
【００１６】
ＲＣＥは、マイクロ波周波数と磁界の値に応じて、きわめて低圧のプラズマを封入するエンクロージャの内部に、プラズマの電子サイクロトロン共鳴を引き起こす磁界を導入することをもって成る。
【００１７】
この現象はエンクロージャの光線の輝度を向上させると共により低い出力での点灯を可能にする。重要なのはマイクロ波励起装置内のマイクロ波空洞の共鳴態様とＲＣＥ現象を利用する装置内のエンクロージャ内部のＲＣＥ現象との差に注意することである（ＲＣＥ現象は、共鳴しない空洞の内部に配置されたエンクロージャの内部で引き起こすことは可能である）。
【００１８】
電子サイクロトロン共鳴（ＲＣＥ）現象を利用するさまざまな装置の磁界はヘルムホルツコイルによって、またあるいは永久磁石によって発生される。
【００１９】
文書、米国特許第３９１１３１８号明細書は、空洞の外部の一つの反射板と磁界発生のための複数のヘルムホルツコイルとを備える装置を記載している。この装置は、したがってきわめてかさ高であり（外部反射板／コイル）、実用性が低く、なぜならヘルムホルツコイルを利用するには、電子サイクロトロン共鳴を得るのに十分強力な磁界の発生を可能にするために大きな電流を与える必要があるからである。
【００２０】
文書、日本国特許第７１８３００８号明細書と日本国特開平１１−１０２７９５号公報は、一つの空洞、一つのエンクロージャ、および複数の永久磁石を備える装置を記載している。
【００２１】
永久磁石の位置は、永久磁石が高熱に弱いのでいくつかの制約を満たしていなければならない。
【００２２】
しかも、永久磁石は空洞の内部のマイクロ波の伝播と干渉する（フラッシングの可能性）。
【００２３】
したがって、永久磁石はエンクロージャから離れた、空洞の外部に配置される。
【特許文献１】日本国特許第６２０５５８５９号明細書
【特許文献２】日本国特許第６１１０４５６０号明細書
【特許文献３】日本国特許第７０５０１５５号明細書
【特許文献４】日本国特許第２２０４９０２号明細書
【特許文献５】日本国特許第６１５０８８７号明細書
【特許文献６】日本国特許第７１８３００８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
本発明の一つの目的は、必要な完全なる安全性を呈し、小型性、輝度と効率、低出力での作動を同時に両立させ、被照明区域に対してエンクロージャから放射される光線の指向性と均一性を集束させ、制御し、また最適化することを可能にするＲＣＥ現象を利用するマイクロ波励起照明装置を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明の説明
この目的のために、光線発生のために電子サイクロトロン共鳴現象を利用するマイクロ波励起照明装置であって、
・マイクロ波発生手段と、
・マイクロ波を閉じこめるためにマイクロ波を通さない内壁を備え、空洞の少なくとも一つの内壁が光線を通す、少なくとも一つのマイクロ波空洞と、
・光線を通す空洞の内壁に向けて光線を方向づけるように配置された凹型の光線反射手段と、
・マイクロ波空洞の内部に置かれた、プラズマを封入する少なくとも一つのエンクロージャと、
・磁界発生手段、
を備える装置であって、（一つまたは複数の）エンクロージャ、（一つまたは複数の）空洞、および磁界とマイクロ波との発生手段が光線を放射するためにエンクロージャ（一つまたは複数）の内部に電子サイクロトロン共鳴を発生させるように配置される、
該装置において、
磁界発生手段が少なくとも一つの永久磁石によって構成され、それぞれのエンクロージャが少なくとも一つの磁石の直近に配置されている装置が考えられる。
【００２６】
本発明の枠内において、「直近」は磁石の容易磁化軸（磁石の磁化ベクトルに平行）にそった磁石の寸法Ｌ以下の、好適にはＬ/２以下の、エンクロージャと永久磁石との間の距離Ｄを意味するものとする。
【００２７】
有利には、「直近」の概念は、エンクロージャと永久磁石との間の距離が反射板の厚みに、および／または空洞の内壁の厚みにほぼ等しいときに満たされる。
【００２８】
エンクロージャと永久磁石とが直近に配置されることによって、エンクロージャの形状と寸法、空洞の形状と寸法、および空洞内のエンクロージャの位置決めに関する制約を克服することができる。他方で、磁石を磁界発生手段として用いることによって、装置の瞬間的点灯および装置のよりいっそうの小型化が可能になる。
【００２９】
くわえて、エンクロージャと永久磁石とを直近に配置することによって、光線反射手段に対して最適に位置決めすることができるハイライト区域（つまり最大輝度区域）を得ることができる。
【００３０】
本発明による装置の好適な様相は次の通りであるが、それらに限定されはしない。
・それぞれの空洞（６）は一つの空間体積内に内接し、マイクロ波空洞（６）が内接される最小空間体積の少なくとも二つの特性寸法（高さ、長さ、幅）は２５センチメートル未満である、
これによって本発明による照明装置の小型化が確保される。
・反射手段は磁力層を備えている、
・装置は、指定光強度に従わせる、マイクロ波出力、および／または、気体圧力および／または、装置の温度の制御手段を備えている。
【００３１】
いくつかの実施態様において、エンクロージャの寸法は、エンクロージャが空洞の空間体積の４０〜１００％を、また好適には空洞の空間体積の６０〜１００％を占めるような寸法である。
【００３２】
一つの実施態様において、永久磁石はマイクロ波空洞の内部に配置されている。これによって装置の小型化を増すことができる。この場合、永久磁石はエンクロージャの内部に、あるいはエンクロージャの外部に配置することができる。
【００３３】
一つの実施態様において、永久磁石は空洞の外部に配置される。この場合、エンクロージャの内壁と空洞の内壁は一体化しても良い。このようにして、エンクロージャの寸法が空洞の寸法に対して最大の装置が得られる。これによってエンクロージャがマイクロ波最大吸収能力を呈する照明装置を得ることができる。実際、エンクロージャによるマイクロ波吸収能力はその寸法に依存する。つまり、エンクロージャの寸法が大きいほど、プラズマの空間体積が大きくなり、エンクロージャによるマイクロ波吸収能力は大きくなり、放射される光の量は大きくなる（あるいは後述のごとく発生されるマイクロ波出力が可変であるので大きくすることができる）。
【００３４】
実施態様がいずれかを問わず、永久磁石は光線を通す空洞の内壁に正対して、あるいは光線を通す空洞の内壁の部位に配置することができる。
【００３５】
同様に、実施態様がいずれかを問わず、エンクロージャは光線を通す空洞の内壁に正対して、あるいは光線を通す空洞の内壁の部位に配置することができる。
【００３６】
いくつかの実施態様において、凹型の反射手段は光線を通す内壁に正対する空洞の内壁によって構成される。別の実施態様において、反射手段は凹型の反射板を形成するように配置される一つまたは複数の磁石によって構成される。これにより、さらに装置の小型化を増すことができ、装置の構成部品数を制限して照明装置の工業的組立を容易にすることができる。
【００３７】
それぞれのエンクロージャはそれぞれに固有の永久磁石に組み合わせるか、あるいは所望の用途に応じて複数の永久磁石に組み合わせることができる。
【００３８】
最後に、いくつかの実施態様において、マイクロ波発生手段は、マイクロ波エネルギー発生器と導波管とを備え、導波管は発生器によって発生されるマイクロ波を空洞に向けて誘導するために発生器と空洞との間に配置される。このタイプの発生手段は、空洞内に投入されるマイクロ波出力が２００ワットを越える場合にとくに適している。別の実施態様において、マイクロ波発生手段は、一つのマイクロ波エネルギー発生器、少なくとも一本の同軸ケーブル、および少なくとも一つのアンテナを備えており、（一つまたは複数の）ケーブルは発生器と空洞との間に配置され、一つ（または複数の）アンテナは（一つまたは複数の）空洞の内部に配置される。
【００３９】
照明装置がそれぞれ一つ（または複数の）エンクロージャを含む複数の空洞で構成され、マイクロ波発生手段が、一つのマイクロ波エネルギー発生器、少なくとも一本の同軸ケーブル、および少なくとも一つのアンテナを備える場合、装置のそれぞれの空洞はそれぞれに固有の単一のアンテナに組み合わされる。本発明による装置のこの実施態様は、とくにそれぞれの空洞内のマイクロ波出力分布を制御することを可能にし、したがって、エンクロージャの輝度の制御、またしたがって被照明区域上の光線を均一化することを可能にする。
【実施例】
【００４０】
本発明のその他の特徴、目的、および利点は、付属の図面を参照して、非制限的な例として挙げられた、下記の説明を読むことによって明らかになるだろう。
【００４１】
・図１〜７は本発明による照明装置の七つの実施態様の断面図である。
・図８は図７に例示した照明装置の上面図である。
・図９は本発明による装置に供給されるマイクロ波出力の特定の三つの実施態様を、経時的に示している。
・図１０は自動制御装置を備える本発明による装置を例示している。
【００４２】
つぎに、図１〜１０を参照して、光線発生のために電子サイクロトロン共鳴現象を利用するマイクロ波励起照明装置を詳細に説明する。
【００４３】
図１を参照し、本発明による照明装置１は、
・マイクロ波の発生および誘導手段２、３、１０と、
・光線Ｌを通す内壁８を備えた、マイクロ波を閉じこめるための少なくとも一つのマイクロ波空洞６と、
・マイクロ波空洞６の内部に置かれた、プラズマを封入する少なくとも一つのエンクロージャ４
・磁界発生手段５と、
・光線を通す空洞６の内壁８に向けて光線Ｌを方向づけるように配置された凹型の形状の光線Ｌの反射手段７、１１
を備えている。
【００４４】
マイクロ波発生手段２、３は、マイクロ波エネルギー発生器２およびマイクロ波３を空洞６内に導くための手段を備えている。
【００４５】
マイクロ波発生器２および空洞６内にマイクロ波を誘導するための手段３は、当業者に周知の、これらの機能を満たすすべての手段であることができる。
【００４６】
マイクロ波発生器２は、例えば、電子管、ＵＨＦトランジスタ（例えば、ＳｉＣベース）、またはマグネトロンのタイプである。
【００４７】
マイクロ波３を空洞６内に導くための手段は、例えば、
・一つ（または複数）の導波管、
・一本（または複数）の同軸ケーブル１０および一つ（または複数）のアンテナ３、
である。
【００４８】
本発明の枠内において「マイクロ波」は、周波数が１ＧＨｚを越える、好適には３０ＧＨｚ未満の、より好適には１．８ＧＨｚと６．４ＧＨｚの間に含まれる電磁波を意味するものとする。
【００４９】
標準的電子レンジのマイクロ波エネルギー発生器は、周波数が２．４５ＧＨｚに等しい磁気波の発生を可能にする。このマイクロ波エネルギー発生器は広く普及しているので、周波数が２．４５ＧＨｚに等しい磁気波の発生を可能にするマイクロ波エネルギー発生器を使用するのが有利である。
【００５０】
図１に例示した実施態様において、マイクロ波発生手段は同軸ケーブル１０およびアンテナ３を備えている。
【００５１】
アンテナと組み合わせた、柔軟という特性を呈する同軸ケーブルは、硬質でかさ高である導波管よりも設置が容易である（実際、導波管の少なくとも一つの特性寸法は一般的にマイクロ波の波長の０．５倍を超える）。
【００５２】
さらに、マイクロ波を空洞内に導くための導波管の効率は、その形状とその寸法に依存する。反対に、アンテナと同軸ケーブルとを組み合わせてマイクロ波を空洞内に導く場合には形状による制約はない。
【００５３】
結果として、マイクロ波を空洞６内に導くためにアンテナ３に組み合わされた同軸ケーブル１０を利用することで、本発明による装置の実現においてより大きな柔軟性を得ることができる。
【００５４】
しかしながら、（とくに３００ワットを超える出力の場合）本発明による装置は導波管を用いて実現することもできる。
【００５５】
アンテナ３は空洞６の内部に配置される。したがって、マイクロ波はマイクロ波空洞６の内部のアンテナ３によって放射される。空洞６は、マイクロ波を通さないので、マイクロ波は空洞６内に閉じ込められるが、これは照明装置を使用する人の安全のために重要な要素である。
【００５６】
マイクロ波空洞６はファラデー箱である。マイクロ波空洞６は、空洞６の内部で発生する電磁界から外部環境を保護するためにマイクロ波をその中に閉じ込めるためのものである。このために、空洞６はマイクロ波を通さない内壁を備えている。空洞は光Ｌを通す少なくとも一つの内壁と、光Ｌを通さない一つの内壁を備えている。光を通し、マイクロ波を通さない空洞６の内壁は、例えば金属格子である。光Ｌもマイクロ波も通さない内壁は好適には金属製である。
【００５７】
マイクロ波空洞６は任意の形状と寸法である。より詳細には、空洞６の形状と寸法はマイクロ波周波数とは独立している。後述のより詳細な説明のごとく、この独立性は磁界発生手段５の性質と、この手段５とエンクロージャ４との間の近接性に結び付けられる。
【００５８】
図１に例示した実施態様において、マイクロ波空洞６は、光線Ｌを反射する凹型の後部７とプラズマエンクロージャ４から放射される光線Ｌを透過させるための前部８を備えている。前部８は光を通す空洞の壁で構成され、後部はマイクロ波と光を通さない壁で構成されている。
【００５９】
凹型の後部７は光線Ｌのための、例えば放物線状または球状の反射板を構成する。磁界発生手段５、エンクロージャ４、および凹型の後部７は、空洞の前部８の方向に光線Ｌを集中させ、方向づけるように配置されている。マイクロ波発生手段２、３、１０は、空洞６の外部の、装置１の後部７の部位に配置される。
【００６０】
プラズマを封入するエンクロージャ４は低圧の任意の気体を閉じ込めるための気密の囲いである。このエンクロージャ４は、例えばガラスまたは石英で構成され、空洞６の内部に配置される。
【００６１】
エンクロージャ４は、例えば全圧が２０μバールの一つまたは複数の希ガス、重水素あるいは例えば、ナトリウム、亜鉛または水銀である金属の蒸気を封入する。エンクロージャの内壁は、所望の光スペクトル帯内、例えば、可視光帯内またはＵＶ帯内でだけ透過性とすることができる。
【００６２】
エンクロージャ４は任意の形状と寸法である。エンクロージャ４の寸法と形状が任意であることができることは、後述のより詳細な説明のごとく、磁界発生手段の性質と、この手段とエンクロージャ４との間の近接性に結び付けられる。
【００６３】
エンクロージャ４の内壁はマイクロ波を通す。エンクロージャ４はプラズマによって放射される光線を通す少なくとも一つの内壁を備えている。この透過内壁は空洞６の透過内壁に向かい合っている内壁である。エンクロージャのもう一つの内壁は光線を通さないようにすることもできるし、透過内壁で構成された空洞の前部に向けて光線を反射するために反射被覆を備えることもできる。
【００６４】
本発明の枠内において、「低圧」は１０-4と１０ミリバールの間に含まれる圧力を意味するものとする。
【００６５】
磁界発生手段５は磁界の発生を可能にする手段である。
【００６６】
（一つまたは複数の）エンクロージャ４、（一つまたは複数の）空洞６、および磁界とマイクロ波の発生手段２、３、１０は、光線を放射するために（一つまたは複数の）エンクロージャ４の内部で電子サイクロトロン共鳴（以下ＲＣＥと称する）を発生させるように配置されている。
【００６７】
ＲＣＥ、またはジャイロ磁気共鳴は、プラズマ活性化技術である。プラズマ活性化の原理は磁界内の電子回転周波数が励起電磁波周波数に等しくなるように所与の周波数の電磁波に静的磁界に重ねることをもって成る。
【００６８】
共鳴現象が発生したときに、プラズマ電子はエネルギーを獲得し、衝突によってプラズマをイオン化する。このとき光線が発生する。
【００６９】
ＲＣＥ現象はエンクロージャからの光線の輝度と効率を向上させる。
【００７０】
本発明による装置の第一の特性は、磁界発生手段５が少なくとも一つの永久磁石によって構成されることである。
【００７１】
この永久磁石５は任意の形状である。永久磁石５の寸法は、エンクロージャ４内でＲＣＥを得ることを可能にするためにできる限り小さいものが選択される。当業者はエンクロージャ４内でＲＣＥを得ることを可能にする磁石の最小寸法を決定することができる。
【００７２】
永久磁石５の形状を問わず、永久磁石は磁石の磁化ベクトルに平行な容易磁化軸を有する。
【００７３】
永久磁石５は単一の磁石で、あるいは組み合わされた複数個の単位永久磁石で構成することができる。
【００７４】
本発明による装置の第二の特性は、磁界発生手段５がエンクロージャ４の直近に配置されていることである。
【００７５】
本発明の枠内において、「直近」とは、磁石５の容易磁化軸にそった磁石５の寸法Ｌ以下の、好適にはＬ/２以下のエンクロージャ４と永久磁石５との間の距離Ｄを意味するものとする。
【００７６】
さらに好適には、永久磁石５はエンクロージャ４の壁と接触している（言い換えれば、エンクロージャ４と永久磁石５との間の距離Ｄはゼロである）か、あるいは永久磁石５とエンクロージャ４との間の反射板または空洞６の内壁と接触している。
【００７７】
磁界発生手段５が一つまたは複数のエンクロージャ４の直近に配置されている一つまたは複数の磁石５から成ることによって次のことが可能になる。
・エンクロージャ４の光線の輝度と効率の向上、
・マイクロ波の波長の倍数である必要がない任意の寸法で小型の形状の、マイクロ波を全く通さない空洞６を備えた装置の構想、
・任意の形状と寸法のエンクロージャを備えた装置の構想、
・空洞が波長の１/４を超える寸法を有するときにきわめて低い出力で（数ワット）すぐに点灯する機能の達成、
・被照明区域に対する光線の効率を最適化するために、自由に、かつ反射手段に対して正確に位置決めることができる、ＲＣＥによる輝度区域９の創造。
【００７８】
さらに、磁石とエンクロージャが直近に配置されていることで空洞６内の反射手段の位置決めに関する制約を克服することができる。
【００７９】
図１において、永久磁石５は装置１の空洞６の内部に配置され、エンクロージャ４によって囲繞されることでその直近になっている。
【００８０】
これによってマイクロ波の波長の倍数でない寸法の空洞６を用いることが可能になる。
【００８１】
したがって、好適には、空洞６はある空間体積に内接し、マイクロ波空洞６が内接する最小空間体積の特性寸法（高さ、長さ、幅）の少なくとも二つは約２５センチメートル未満（より正確には２４．４センチメートル）であり、これは周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波の波長の二倍に対応する。
【００８２】
当業者には自明のごとく、高い周波数、例えば５ＧＨｚの周波数については、空洞が内接する最小空間体積の少なくとも二つの特性寸法は１２センチメートル未満である。同様に、低い周波数、例えば１ＧＨｚの周波数については、空洞が内接する最小空間体積の少なくとも二つの特性寸法は好適には約４８センチメートル未満になるだろう。
【００８３】
もちろん、空洞が内接する最小空間体積の少なくとも二つの特性寸法が２５ｃｍ未満の装置で周波数が１ＧＨｚまたは５ＧＨｚのマイクロ波を発生するマイクロ波エネルギー発生器を用いることもできる。
【００８４】
永久磁石５はきわめて小型でマイクロ波波動場と適合するという利点を呈するが、それに反してヘルムホルツコイルは追加の電気接続を必要とする。
【００８５】
図１において、アンテナ３は空洞６の後部７の部位に配置され、磁石５はエンクロージャ４に囲繞されている。
【００８６】
エンクロージャ４は卵形である。光線Ｌはエンクロージャ４の内部で、ＲＣＥの条件が揃った区域で発生する。装置１の後部７の方向に放射された光線Ｌは光線Ｌを通す前部８の方向に反射される。
【００８７】
本発明による装置の二つの特性、すなわち、
・磁界発生手段５がエンクロージャ４の近傍に配置されている、
・この磁界発生手段が少なくとも一つの永久磁石で構成されている、
ということは空洞６内のエンクロージャ４の位置決めに関する制約を克服することを可能にする。
【００８８】
図１に例示した実施態様において、エンクロージャ４は空洞の前部８の部位に配置されている。
【００８９】
より正確には、エンクロージャ４とハイライト区域９は光線Ｌの反射手段の光学焦点（すなわち焦点）の部位に配置される。
【００９０】
その結果、エンクロージャ４によって放射され反射手段にぶつかる光線Ｌはほぼ平行に反射される。
【００９１】
したがって、本発明の特性は、光線Ｌの指向性と均一性を制御することができる照明装置１の提供を可能にする。反射手段の形状と空洞６内のエンクロージャ４の位置決めによって、光線Ｌを拡散または集束させることができる。
【００９２】
好適には、永久磁石５によって発生される静的磁界は０．０８７５テスラ程度、またマイクロ波周波数は２．４５ＧＨｚであり、これは超高周波源に通常用いられる周波数である。しかしながら、寸法を小さくし、光線の密度を上げるために、周波数を例えば５−１０ＧＨｚに増やし、磁界を適合させることもできる。
【００９３】
静的磁界は勾配を呈するので、共鳴の条件はエンクロージャの空間全体において必ずしも満たされない。最大共鳴区域は、エンクロージャ内の静的磁界の分布によって定義される、任意の形状を取ることができる。それはまた、その形状にかかわらず、エンクロージャ内に含まれるプラズマの残りについてスタータの役割も果たす。
【００９４】
エンクロージャの形状は用いられる磁石５の磁界の分布に適合させることができ、またアンテナ３はエンクロージャ４の空間体積全体がマイクロ波を受けるように配置することができる。
【００９５】
照明装置１の光効率は、（２０ワット未満の）きわめて低い給電出力を含めて（水銀プラズマの場合）ワットあたり１００ルーメンを越え、それは既知の照明装置よりもはるかに高く、瞬時かつ変調の点灯を可能にするが、これは放電灯や沃化金属灯などの先行技術の装置ではきわめて困難である。
【００９６】
凝結しうる元素の特定の蒸気（Ｈｇ、Ｎａ、Ｓ）の場合、瞬間的スタートのために媒体の気体を組み込ませることが可能である。媒体気体の瞬間励起によって凝結元素の実用的な即時励起が可能になる。特定のスペクトルまたは特定のスペクトルの組合せを得るための気体の混合も可能である。
【００９７】
図１に例示した実施態様において、光線反射手段は空洞６の内壁の内面に配置した反射被覆層である。
【００９８】
しかしながら、当業者には自明のごとく、光線Ｌの反射手段は空洞６から独立させることができる（空洞から分離した反射板）。
【００９９】
図２において、アンテナ３と永久磁石５はエンクロージャ４の外部と空洞６の内部に配置されている。アンテナ３は後部７の部位に配置され、磁石５は装置の前部の部位に配置される。
【０１００】
磁石５はエンクロージャ４の直近になるようにエンクロージャ４の内壁と接触している。
【０１０１】
図２に例示した実施態様において、エンクロージャ４の形状と寸法は、
・アンテナ３と磁石５を囲繞し、
・励起プラズマの空間体積を、したがって、吸収されるマイクロ波出力を、またしたがって、放射光量を最大にするために空洞６の空間を満たす、
ように構成されている。
【０１０２】
図２において、光Ｌのハイライト（または最大輝度）区域は空洞６の反射後部７によって構成される反射手段の光学焦点のほぼ中に配置された点線９によって示される。光Ｌのハイライト区域はＲＣＥの条件が満たされた区域によって定義される。
【０１０３】
図２に例示した装置の変型である図３において、エンクロージャ４は空洞６の空間体積全体を占めている。言い換えれば、エンクロージャ４の内壁と空洞６の内壁が一体化している。
【０１０４】
エンクロージャと空洞は二つの別個の要素とすることができる。例えば、エンクロージャ４は石英の内壁で構成し、空洞６の前部８と後部７はエンクロージャ４の石英の内壁と密着させることができる。
【０１０５】
また、エンクロージャと空洞は単一の同じ要素とすることもできる。例えば、前部８は、光線を通しマイクロ波を反射する処理ガラスによって、あるいは電磁波を通さない金属格子を組み込んだ板ガラスで構成することができ、後部７は電磁波を通さず光を反射するアルミガラスによって構成することができる。
【０１０６】
図３において、磁石５は（直近の条件を満たすために）エンクロージャ４の内部に、装置１の前部８の部位に位置決められている。アンテナ３は後部７の部位でエンクロージャ４の内部に突き通っている。
【０１０７】
このようにして、エンクロージャ４の寸法が空洞６の寸法に対して最大になる装置が得られる。これによって、エンクロージャ４がマイクロ波最大吸収能力を呈する照明装置１を得ることができる。実際、エンクロージャ４によるマイクロ波吸収能力はその中心に閉じ込められたプラズマの空間体積に、したがって、エンクロージャの寸法に依存する。つまり、エンクロージャ４の寸法が大きいほど、エンクロージャ内に閉じ込められるプラズマの空間体積が大きくなり、エンクロージャ４によるマイクロ波吸収能力が大きくなり、したがって、装置によって放射される光の量が多くなる。
【０１０８】
図４において、エンクロージャ４は空洞６の後部７と前部８によって構成される。言い換えれば、エンクロージャ４と空洞６の内壁は一体化している。
【０１０９】
この実施態様において、磁界発生手段は二つの永久磁石５ａ、５ｂを備え、したがって、複数の磁石５の近傍にそれぞれ配置された、光線Ｌの二つの放射区域９を備えている。
【０１１０】
二つの磁石は、後部７の部位の空洞の外部に配置されている。これらの磁石５ａ、５ｂはエンクロージャ４との直近の条件を満たすように空洞の内壁と接触している。
【０１１１】
この実施態様において、磁石５ａ、５ｂは空洞６の外部に配置されているのでエンクロージャ４によって閉じ込められるプラズマの空間体積（したがって、吸収出力、ひいては放射光線量）をさらに増すことができる。図４の実施態様のエンクロージャ４内に閉じ込められるプラズマの追加空間体積は、図３の実施態様の磁石５によって占められるエンクロージャ４の空間体積に対応する。
【０１１２】
他方で、永久磁石を空洞の外部に置くことによって、マイクロ波の吸収による永久磁石の過熱を防止し、ひいてはより大きな出力のマイクロ波を空洞内に発生させることができる。
【０１１３】
図５において、磁石５は空洞６の外部の、装置１の前部８の部位に配置されている。磁石５は空洞６の透過内壁と接触している。
【０１１４】
エンクロージャ４は、前部８の部位に配置され、おなじく空洞６の透過内壁と接触している。
【０１１５】
このようにして、磁石５とエンクロージャ４は直近の条件を満たすように、空洞６の透過内壁の厚みに等しい距離だけ隔てられている。
【０１１６】
前部の部位に磁石５が配置されることによって、磁石はマスクの役割をすることができる。
【０１１７】
これによって照明装置１の前に置かれた標的を直接眩惑させないことができる。
【０１１８】
とりわけ、照明装置の用途が車の前照灯である場合、対向車を直接眩惑しないことが必要である。
【０１１９】
照明装置１が塗料の硬化（ｃｕｒｉｎｇ）に適用される場合、硬化させる塗料を赤外線で照射しないことが必要である。このとき磁石５はマスクの役割を果たし、エンクロージャ４によって放射される赤外線を吸収するために有利には反射手段が備えられる。
【０１２０】
アンテナ３は後部７の部位で、エンクロージャ４の外部に配置される。放射区域９から放射された光線Ｌは、したがって、後部７を介して前部８に向けて方向づけられる。
【０１２１】
図６に示したもう一つの特定の実施態様において、反射後部７は磁石５によって、あるいはエンクロージャ４が中に収納される凹型の反射板を形成するように配置された複数個の磁石５によって構成される。したがって（一つまたは複数の）磁石はエンクロージャの直近になる。これにより本発明による照明装置の最大限の小型化が図れる。
【０１２２】
マイクロ波発生手段２は、好適には装置１の後部７の部位に直接配置されるＵＨＦトランジスタを含む。これによって、例えば、寸法が３ｃｍと６ｃｍの間に含まれる、小さなサイズの照明装置１の実現が可能になる。このような装置には、出力が１〜５０ワットの間に含まれ、周波数が５〜１０ＧＨｚの間に含まれるマイクロ波を供給することができる。
【０１２３】
図７と８に例示した実施態様において、本発明による照明装置は、複数個の、空洞、エンクロージャ、アンテナ、光線反射手段、および磁石を備えている。
【０１２４】
それぞれの空洞６は、一つのエンクロージャ４、（空洞６とは別個の）一つの反射板１１、一つの磁石５、および一つのアンテナ３に組み合わされている。
【０１２５】
空洞６は隣接するように配置されている。好適には、隣接する二つの空洞６の接触している内壁は、マイクロ波を通さないで光線を通すように導電性格子である。
【０１２６】
照明装置１のこの実施態様は、照明装置内のマイクロ波の分布をより良く制御し、均一な光線を提供することを可能にする。
【０１２７】
また、例えば、任意の形状と周波数のパルスの形で、エンクロージャ４内に投射されたマイクロ波の出力Ｐの変調を実現することもできる。これらのパルスは、好適には図９に示したごとく矩形である。三つの矩形パルスＰ１、Ｐ２、およびＰ３は、同じ平均出力Ｐｍｎに対応し、したがって同じ平均光強度に対応する。実際、矩形パルスＰ１に従って、所定の連続出力がエンクロージャ４の中に投射される。連続出力（Ｐ１）は平均出力Ｐｍｎに等しい。投射される平均出力Ｐｍｎは、例えば、１〜１０００Ｗの間に含まれる。寸法が２０ｃｍ程度の装置については、出力は好適には数百ワット程度である。矩形パルスＰ２は、例えば５０Ｈｚの周波数で最大出力Ｐｍａｘ２を有し、エンクロージャ４内に投射される平均出力Ｐｍｎが曲線矩形パルスの平均出力と同じになるようなサイクル比を有する矩形パルスを示している。矩形パルスＰ３は、矩形パルスＰ２の周波数より二倍高い周波数を示している。このように、矩形パルスＰ２とＰ３の平均出力Ｐｍｎはほぼ等しい。しかしながら、矩形パルスＰ１、Ｐ２、およびＰ３の最大出力は異なっているので、矩形パルスＰ１、Ｐ２、およびＰ３は異なる光のスペクトルに対応する。
【０１２８】
矩形パルスの連続は必ずしも周期的ではない。実際、それぞれが例えば、マイクロ秒程度の長さのパルスの連続を投射することを検討することもできる。パルスの時間長さおよび／または二つの連続するパルス間の時間的差は変調できる。したがって、得られた光線は情報の符号化を可能にする。一般的に、光線の振幅または周波数のいっさいの変調は、情報の符号化を可能にすることができる。
【０１２９】
図１０において、照明装置は、マイクロ波出力を放射光線の特性的指定物理量、例えば、光線強度または装置１に向かい合って測定される、あるいは装置１と接触して測定される温度で自動制御することができる制御ユニット１１を備えている。したがって、マイクロ波出力は所望の光線強度に調節される。そのために、光線強度は、例えば、装置１に向かい合って配置された光または熱のセンサーあるいは検出器１２を介して測定され、マイクロ波出力は、測定した強度が指定強度よりも低いときに増加され、反対の場合には低下される。マイクロ波出力はこのとき測定した強度に応じて調整される。また、気体圧力、および／または、装置１の温度を指定光強度で自動制御し、気体圧力および／または装置１の温度を指定光強度に調節し、光の強度を調節することも可能である。温度は、好適には装置１の冷却によって、例えば、換気装置または水冷回路を介して調節される。
【０１３０】
したがって、照明装置の使用中に光の強度が次第に低下したとき、マイクロ波出力または気体圧力を増すことによって強度を一貫して補正することができる。このようにして、装置１の老化作用は補われる。
【０１３１】
本発明による装置は、例えば、コンベヤに載せられた材料の化学処理（インクまたは塗料の露光または照射にとくに適している。これらの用途分野において、装置を点灯および消灯できること、また、マイクロ波出力を常時適合させることができることがとくに有意である。ＲＣＥによる動作原理のおかげで、照明装置は、例えば１ミリ秒の間での瞬間点灯を実施することができる。これは非連続使用にはとくに重要である。実際、従来の低圧照明装置は、点灯時間が長いことと、再点灯によって引き起こされる寿命の制限の故に常時点灯していなければならない。光度は、コンベヤの流れ速度に従わせることもできる。
【０１３２】
照明装置は、気体の原子とイオンの発光スペクトル線に対応する、可視スペクトル内またはＵＶスペクトル内で光線を提供する。非イオン化水銀原子の２５４ｎｍスペクトル線は標準ＵＶランプの輝度の１０倍に達することができる。波長が２００ｎｍ未満のイオンの発光スペクトル線はとくに強い。波長１６４．９ｎｍと１９４．２ｎｍの一度イオン化した水銀のスペクトル線は、エンクロージャ内の圧力に応じて、非イオン化水素原子の２５４ｎｍのスペクトル線より約５倍強くすることができる。エンクロージャ内の気体と圧力との選択は、照明装置のスペクトルをその照明装置の使用に、とくに所望のＵＶ定格に適合させることを可能にする。例えば、圧力が高いほど、長い波長で、すなわち非イオン化原子の発光スペクトル線で放射されたスペクトル線が優位になる。したがって、気体を構成する原子の原子スペクトルと一回または複数回イオン化された原子のイオンスペクトルを知ることによって、所望の光線を得ることができる。発生した光線は、対応する原子およびイオンのスペクトル線を特徴とする。
【０１３３】
本発明は図面に示した特定の実施態様に限定されない。とくに、光線Ｌの放射区域９が装置の前部８に向けて光Ｌを方向づけることができるように装置の後部と前部に対して配置されるように、磁石、アンテナ、およびエンクロージャの異なる配置のいっさいの組合せを検討することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３４】
【図１】本発明による照明装置の第一の実施態様の断面図
【図２】本発明による照明装置の第二の実施態様の断面図
【図３】本発明による照明装置の第三の実施態様の断面図
【図４】本発明による照明装置の第四の実施態様の断面図
【図５】本発明による照明装置の第五の実施態様の断面図
【図６】本発明による照明装置の第六の実施態様の断面図
【図７】本発明による照明装置の第七の実施態様の断面図
【図８】図７に例示した照明装置の上面図
【図９】本発明による装置に供給されるマイクロ波出力の特定の三つの実施態様を、経時的に示している図
【図１０】自動制御装置を備える本発明による装置を例示している図
【符号の説明】
【０１３５】
１  マイクロ波励起照明装置
２  マイクロ波エネルギー発生器
３  アンテナ
４  エンクロージャ
５  磁界発生手段
５ａ  永久磁石
５ｂ  永久磁石
６  マイクロ波空洞
７  光線Ｌの反射手段
８  光線Ｌを通す内壁
９  ハイライト区域
１０  同軸ケーブル
１１  反射板
１２  検出器
【図１】
2009500801.tif 000003
【図２】
2009500801.tif 000004
【図３】
2009500801.tif 000005
【図４】
2009500801.tif 000006
【図５】
2009500801.tif 000007
【図６】
2009500801.tif 000008
【図７】
2009500801.tif 000009
【図８】
2009500801.tif 000010
【図９】
2009500801.tif 000011
【図１０】
2009500801.tif 000012
【国際調査報告】
2009500801.tif 000013
2009500801.tif 000014
2009500801.tif 000015
2009500801.tif 000016
2009500801.tif 000017
2009500801.tif 000018