(57)【要約】ランプは、本体が、誘電率約２を越える誘電物質からなり、適切な周波数のマイクロ波エネルギーと結合したときに共振モードで共振するような形状及び寸法を有する誘電体導波管一体型のプラズマランプである。本体のランプチャンバ内の誘電体バルブは、共振本体からエネルギーを受けたときに発光プラズマを形成する充填物を含有し、プラズマが発する赤外線及び可視光線を透過する。プラズマから喪失する放射エネルギーは、バルブ外表面及び／又はランプチャンバ表面の薄膜多層誘電体コーティングで反射してバルブに戻ることで再利用される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電率２を越える物質からなる導波管本体を設け、この導波管本体付近にはバルブを設け、前記導波管本体と前記バルブとの間には第１薄膜多層誘電体コーティングを設け、前記導波管本体には導波管本体にエネルギーを供給するエネルギー供給源を設けたことを特徴とするランプ。
【請求項２】
前記導波管本体には開口部を設け、この開口部にはバルブが配置される部位を設けたことを特徴とする請求項１に記載のランプ。
【請求項３】
前記バルブは、前記導波管本体から離間して設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載のランプ。
【請求項４】
さらに、前記導波管本体と前記バルブとの間にセラミック接着剤を施したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のランプ。
【請求項５】
前記第１薄膜多層誘電体コーティングを、前記バルブに施したことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のランプ。
【請求項６】
前記第１薄膜多層誘電体コーティングを、前記導波管本体に施したことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のランプ。
【請求項７】
さらに、前記バルブと前記導波管本体との間にスリーブを設けたことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のランプ。
【請求項８】
前記第１薄膜多層誘電体コーティングを、前記スリーブに施したことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載のランプ。
【請求項９】
前記スリーブは透過性を有しており、また、前記第１薄膜多層誘電体コーティングは前記スリーブの外面に施されたことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載のランプ。
【請求項１０】
前記スリーブは、石英からなることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載のランプ。
【請求項１１】
前記スリーブは、前記バルブとは離間していることを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載のランプ。
【請求項１２】
前記スリーブは、２つの部位からなることを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載のランプ。
【請求項１３】
前記第１薄膜多層誘電体コーティングは、反射体であることを特徴とする請求項１〜請求項１２のいずれか１項に記載のランプ。
【請求項１４】
前記第１薄膜多層誘電体コーティングは、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の層からなることを特徴とする請求項１〜請求項１３のいずれか１項に記載のランプ。
【請求項１５】
前記第１薄膜多層誘電体コーティングは、二酸化チタン（ＴｉＯ２）の層からなることを特徴とする請求項１〜請求項１４のいずれか１項に記載のランプ。
【請求項１６】
垂直入射から３０度偏倚した前記第１薄膜多層誘電体コーティングの反射率は、５００ナノメータ〜９００ナノメータの範囲の波長で９０％を越えることを特徴とする請求項１〜請求項１５のいずれか１項に記載のランプ。
【請求項１７】
前記第１薄膜多層誘電体コーティングの垂直入射反射率は、６００ナノメータ〜８００ナノメータの範囲の波長で９０％を越えることを特徴とする請求項１〜請求項１６のいずれか１項に記載のランプ。
【請求項１８】
前記第１薄膜多層誘電体コーティングは、１０を越える層からなることを特徴とする請求項１〜請求項１７のいずれか１項に記載のランプ。
【請求項１９】
前記第１薄膜多層誘電体コーティングは、１００未満の層からなることを特徴とする請求項１〜請求項１８のいずれか１項に記載のランプ。
【請求項２０】
前記第１薄膜多層誘電体コーティングの各層の厚さは、少なくとも０．１μｍであることを特徴とする請求項１〜請求項１９のいずれか１項に記載のランプ。
【請求項２１】
前記第１薄膜多層誘電体コーティングの各層の厚さは、１０μｍを越えないことを特徴とする請求項１〜請求項２０のいずれか１項に記載のランプ。
【請求項２２】
さらに、第２薄膜多層誘電体コーティングを設けたことを特徴とする請求項１〜請求項２１のいずれか１項に記載のランプ。
【請求項２３】
前記第２薄膜多層誘電体コーティングは、前記バルブに施すことを特徴とする請求項１〜請求項２２のいずれか１項に記載のランプ。
【請求項２４】
前記第２薄膜多層誘電体コーティングは、前記導波管本体に施すことを特徴とする請求項１〜請求項２３のいずれか１項に記載のランプ。
【請求項２５】
前記第２薄膜多層誘電体コーティングは、反射体であることを特徴とする請求項１〜請求項２４のいずれか１項に記載のランプ。
【請求項２６】
前記第２薄膜多層誘電体コーティングは、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の層からなることを特徴とする請求項１〜請求項２５のいずれか１項に記載のランプ。
【請求項２７】
前記第２薄膜多層誘電体コーティングは、二酸化チタン（ＴｉＯ２）の層からなることを特徴とする請求項１〜請求項２６のいずれか１項に記載のランプ。
【請求項２８】
垂直入射から３０度偏倚した前記第２薄膜多層誘電体コーティングの反射率は、５００ナノメータ〜９００ナノメータの範囲の波長で９０％を越えることを特徴とする請求項１〜請求項２７のいずれか１項に記載のランプ。
【請求項２９】
前記第２薄膜多層誘電体コーティングの垂直入射反射率は、６００ナノメータ〜８００ナノメータの範囲の波長で９０％を越えることを特徴とする請求項１〜請求項２８のいずれか１項に記載のランプ。
【請求項３０】
前記第２薄膜多層誘電体コーティングは、１０を越える層からなることを特徴とする請求項１〜請求項２９のいずれか１項に記載のランプ。
【請求項３１】
前記第２薄膜多層誘電体コーティングは、１００未満の層からなることを特徴とする請求項１〜請求項３０のいずれか１項に記載のランプ。
【請求項３２】
前記第２薄膜多層誘電体コーティングの各層の厚さは、少なくとも０．１μｍであることを特徴とする請求項１〜請求項３１のいずれか１項に記載のランプ。
【請求項３３】
前記第２薄膜多層誘電体コーティングの各層の厚さは、１０μｍを越えないことを特徴とする請求項１〜請求項３２のいずれか１項に記載のランプ。
【請求項３４】
前記導波管本体は、前記バルブを含有するランプチャンバを形成することを特徴とする請求項１〜請求項３３のいずれか１項に記載のランプ。
【請求項３５】
前記バルブは、前記ランプチャンバの台に載置されることを特徴とする請求項１〜請求項３４のいずれか１項に記載のランプ。
【請求項３６】
前記エネルギー供給源は、０．５〜３０ＧＨｚの周波数でエネルギーを供給することを特徴とする請求項１〜請求項３５のいずれか１項に記載のランプ。
【請求項３７】
前記導波管本体は、０．５〜３０ＧＨｚの周波数でエネルギーが供給されるときに共振することを特徴とする請求項１〜請求項３６のいずれか１項に記載のランプ。
【請求項３８】
前記導波管本体は、０．５〜３０ＧＨｚの周波数でエネルギーが供給されるときに、プラズマを形成する充填物を含有することを特徴とする請求項１〜請求項３７のいずれか１項に記載のランプ。
【請求項３９】
前記エネルギー供給源は、増幅器であることを特徴とする請求項１〜請求項３８のいずれか１項に記載のランプ。
【請求項４０】
前記増幅器は、前記導波管本体からフィードバックを得ることを特徴とする請求項１〜請求項３９のいずれか１項に記載のランプ。
【請求項４１】
前記バルブは、透明であることを特徴とする請求項１〜請求項４０のいずれか１項に記載のランプ。
【請求項４２】
前記バルブは、石英からなることを特徴とする請求項１〜請求項４１のいずれか１項に記載のランプ。
【請求項４３】
ランプ本体を設け、このランプ本体近傍にはバルブを設け、前記ランプ本体と前記バルブとの間には少なくとも二つの薄膜多層誘電体コーティングを設け、前記バルブとエネルギーとを結合するように構成したエネルギー供給源を設けたことを特徴とするランプ。
【請求項４４】
前記ランプ本体は、前記エネルギー供給源からのエネルギーの導波管であり、このランプ本体を介してエネルギーがバルブと結合することを特徴とする請求項４３に記載のランプ。
【請求項４５】
前記薄膜多層誘電体コーティングの少なくとも一つは、前記バルブに施されることを特徴とする請求項４３又は請求項４４のいずれかに記載のランプ。
【請求項４６】
前記薄膜多層誘電体コーティングの少なくとも一つは、前記ランプ本体に施されることを特徴とする請求項４３〜請求項４５のいずれか１項に記載のランプ。
【請求項４７】
前記薄膜多層誘電体コーティングのそれぞれは、反射体であることを特徴とする請求項４３〜請求項４６のいずれか１項に記載のランプ。
【請求項４８】
前記バルブは、石英からなることを特徴とする請求項４３〜請求項４７のいずれか１項に記載のランプ。
【請求項４９】
前記ランプ本体は、誘電率２を越える誘電物質からなることを特徴とする請求項４３〜請求項４８のいずれか１項に記載のランプ。
【請求項５０】
ランプ本体を設け、このランプ本体近傍にはバルブを設け、前記ランプ本体と前記バルブとの間にはセラミック接着剤を施して設け、前記バルブとエネルギーとを結合するように構成したエネルギー供給源を設けたことを特徴とするランプ。
【請求項５１】
前記ランプ本体は、前記エネルギー供給源からのエネルギーの導波管であり、このランプ本体を介してエネルギーがバルブと結合することを特徴とする請求項５０に記載のランプ。
【請求項５２】
前記ランプ本体は、誘電率２を越える誘電物質からなることを特徴とする請求項５０又は請求項５１のいずれかに記載のランプ。
【請求項５３】
前記エネルギー供給源は、０．５〜３０ＧＨｚの周波数でエネルギーを供給することを特徴とする請求項５０〜請求項５２のいずれか１項に記載のランプ。
【請求項５４】
前記導波管本体は、０．５〜３０ＧＨｚの周波数でエネルギーが供給されるときに共振することを特徴とする請求項５０〜請求項５３のいずれか１項に記載のランプ。
【請求項５５】
さらに、前記ランプ本体と前記ランプとの間に少なくとも一つの薄膜多層誘電体コーティングを設けたことを特徴とする請求項５０〜請求項５４のいずれか１項に記載のランプ。
【請求項５６】
前記ランプ本体には、前記バルブ用の台を設けたことを特徴とする請求項５０〜請求項５５のいずれか１項に記載のランプ。
【請求項５７】
前記バルブは、石英からなることを特徴とする請求項５０〜請求項５６のいずれか１項に記載のランプ。
【請求項５８】
誘電率２を越える物質からなる導波管本体を設け、この導波管本体の近傍でこれから離間した位置に透明のバルブを設け、前記導波管本体と前記バルブとの間に反射コーティングを設け、前記バルブとエネルギーとを結合するように構成したエネルギー供給源を設けたことを特徴とするランプ。
【請求項５９】
前記バルブは、石英からなることを特徴とする請求項５８に記載のランプ。
【請求項６０】
前記反射体は、薄膜多層誘電体コーティングであることを特徴とする請求項５８又は請求項５９のいずれかに記載のランプ。
【請求項６１】
前記反射体は、前記バルブ周囲のスリーブであることを特徴とする請求項５８〜請求項６０のいずれか１項に記載のランプ。
【請求項６２】
誘電率２を越える物質からなる導波管本体と、この導波管本体の近傍に設けたバルブと、前記導波管本体にエネルギーを供給するため前記導波管本体に結合したエネルギー供給源とを設けたランプにおける放射エネルギー再利用方法において、前記バルブの少なくとも一つの外表面には、プラズマ放射を前記バルブに反射する薄膜多層誘電体コーティングを施すことを特徴とするランプにおける放射エネルギー再利用方法。
【請求項６３】
誘電率２を越える物質からなる導波管本体と、この導波管本体の近傍に設けたバルブと、前記導波管本体にエネルギーを供給するため前記導波管本体に結合したエネルギー供給源とを設けたランプにおける放射エネルギー再利用方法において、前記導波管の少なくとも一つの内表面には、プラズマ放射を前記バルブに反射する薄膜多層誘電体コーティングを施すことを特徴とするランプにおける放射エネルギー再利用方法。
【請求項６４】
誘電率２を越える物質からなる導波管本体と、この導波管本体の近傍に設けたバルブと、前記導波管本体にエネルギーを供給するため前記導波管本体に結合したエネルギー供給源とを設けたランプにおける放射エネルギー再利用方法において、前記バルブの少なくとも一つの外表面には、プラズマ放射を前記バルブに反射する薄膜多層誘電体コーティングを施すこと、前記導波管の少なくとも一つの内表面には、プラズマ放射を前記バルブに反射する薄膜多層誘電体コーティングを施すことを特徴とするランプにおける放射エネルギー再利用方法。
【請求項６５】
前記薄膜多層誘電体コーティングそれぞれの層の数は、１０〜１００の範囲にあることを特徴とする請求項６２〜請求項６４のいずれか１項に記載のランプ。
【請求項６６】
前記薄膜多層誘電体コーティングそれぞれの層の厚さは、０．１μｍ〜１０μｍの範囲であることを特徴とする請求項６２〜請求項６４のいずれか１項に記載のランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ランプ及びランプにおける放射エネルギー再利用方法に係り、特に発光装置および発光方法に関し、より具体的には、少なくとも一つの透明バルブを一体化した固体誘電体導波管を備えたマイクロ波放射により作動する無電極のプラズマランプであって、プラズマからの熱エネルギーがバルブに再利用（リサイクル）されるという高効率のプラズマランプ及びランプにおける放射エネルギー再利用方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本件出願は、２００４年２月４日に出願した米国特許出願第１０／７７１、７８８号（以下「７８８出願」という）（発明の名称「Ｐｌａｓｍａ  Ｌａｍｐ  Ｗｉｔｈ  Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ」）の一部継続出願であって、この７８８出願は、２００１年３月１５日に出願し米国特許第６、７３７、８０９Ｂ２号（発明の名称「Ｐｌａｓｍａ  Ｌａｍｐ  Ｗｉｔｈ  Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ」）として付与された米国特許出願第０９／８０９、７１８号（以下「７１８出願」という）の継続であり、この７１８出願は、２０００年７月３１日に出願された優先出願第６０／２２２、０２８号（以下「０２８出願」という）（発明の名称「Ｐｌａｓｍａ  Ｌａｍｐ」）につき優先権を主張したものである。
本件出願人の７１８出願は、「誘電体導波管」、すなわちマイクロ波プローブによってマイクロ波エネルギー供給源と結合した導波管を有しており、誘電物質からなる本体とこの本体中へ延伸するランプチャンバ側面とを有する「誘電体導波管一体化型プラズマランプ」（ＤＷＩＰＬ）を開示している。供給源動作周波数および導波管本体の寸法は、少なくとも一つの電場最高点を有する少なくとも一つの共振モードで本体が共振するように選択される。さらにこのランプは、チャンバ内にバルブ（電球）を備えている。このように、本体、チャンバ、およびバルブは、一体構造として組み込まれている。バルブは、導波管によってバルブにマイクロ波エネルギーが導かれたときに発光プラズマを形成する充填混合物（「充填物」）を含有している。この７１８出願は、誘電体導波管および二つのマイクロ波プローブを有する誘電体導波管一体型プラズマランプも開示している。一方のプローブは、このプローブとマイクロ波供給源との間のフィードバック手段に結合しており、導波管本体をプローブ測定して即座に場の振幅および位相をサンプリングするとともに、この情報をフィードバック手段を介して供給源に提供し、導波管本体内で少なくとも一つの共振モードを維持できるよう動作周波数を動的に調整し、これにより、ランプが「誘電体共振発振器」モードで作動する。さらに、７１８出願は、導波管本体の形状、バルブのタイプ（一つのエンベロープに対し一つの自己封入バルブ）、バルブの数（１対２）、ランプチャンバの数（１対２）、プローブの数（１対２）に応じて異なった誘電体導波管一体型プラズマランプの実施例を開示している。
特許出願公開第２００３／０１７８９４３Ａ１号として公開された一部継続出願第１０／３５６、３４０号（以下「３４０出願」という）（発明の名称「Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｅｎｅｒｇｉｚｅｄ  Ｐｌａｓｍａ  Ｌａｍｐ  Ｗｉｔｈ  Ｓｏｌｉｄ  Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ」）は、マイクロ波エネルギーを充填物に供給する「ドライブプローブ」や「フィードバックプローブ」のデザインを向上させたもの、またドライブプローブの過結合を緩和する「スタートプローブ」の使用、およびプラズマの形成前およびプラズマが安定状態に達した後に本体から供給源へ反射するパワーを最小化する２プローブ型用または３プローブ型用の増幅器や制御回路の使用を開示している。さらにこの３４０出願は、導波管本体空洞（すなわちランプチャンバ）を窓またはレンズで封止し、この封止がランプ作動時に生じる熱機械応力やチャンバ圧力に耐えるとする技術手段や、誘電体導波管一体型プラズマランプ用の別の技術手段や、二つの固体誘電物質からなる導波管本体を開示している。
【特許文献１】米国特許出願第０９／８０９、７１８号
【特許文献２】米国特許出願第１０／７７１、７８８号
【特許文献３】米国特許出願公開第２００３／０１７８９４３Ａ１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、従来、上記の７１８出願、３４０出願、７８８出願においては、石英バルブは、プラズマを含有するバルブ壁が受ける１０００℃の領域で故障しやすいため、石英バルブは当該発明のプラズマランプには不適切であるし、また、たとえ構造的損傷が生じないとしても、その温度で繰り返した場合、長期間の機械的性質、光学的性質、電気的性質が不安定であると主張している。結論は、石英バルブを使用すると、ランプが早期段階で故障しがちであるというものであった。 
【０００４】
そこで、本発明では、上記のランプを使用する場合に、石英は適切な物質であることを証明し、さらに、不透明体の充填エンベロープや自己封入バルブでは達成できない重要な利点も証明する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様において、本発明のランプは、誘電率が約２を越える少なくとも一つの誘電物質からなる本体と、導波管外表面によって画定される少なくとも一つの本体表面とを有する導波管を備えている。さらに、このランプは、約０．２５〜約３０ＧＨｚの周波数で作動する供給源から本体へのマイクロ波エネルギーを結合するプローブを前記本体内に備えている。この本体は、少なくとも一つの電場最高点を有する少なくとも一つのモードで共振する。この本体は、導波管の外表面から垂下する（これにより開口部を形成する）ランプチャンバを備えており、このランプチャンバは、底表面と少なくとも一つの周囲壁表面とによって画定される。このランプは、さらに、チャンバ内に透明の誘電体バルブを備えおり、またこのバルブ内には共振本体からマイクロ波エネルギーを受けたときに発光プラズマを形成する充填物を含有している。
本発明の第２態様において、ランプは、誘電体導波管本体のランプチャンバに密接に取付けた自己封入バルブを備えている。このランプチャンバは、開口部によって画定されるとともに、封入エンクロージャーは、底表面と少なくとも一つの周囲壁表面とによって画定される。バルブは、透明な誘電物質からなる円筒形状壁を有しており、これは同じ誘電物質からなる底部に付着している。バルブの上円周端は、透明な窓で密閉封止されている。バルブの外表面はチャンバ壁表面と熱接触し、バルブ底の外表面はチャンバの底表面と熱接触する。
本発明の第３態様においては、ランプチャンバは、誘電体導波管本体のランプチャンバ内に配置される自己封入バルブを備えている。このチャンバは、開口部とエンクロージャーによって画定される。このエンクロージャーは、底表面と少なくとも一つの周囲壁表面によって画定される。バルブは、透過性誘電物質からなる円筒壁を備えており、対向した下方表面と上方表面を有する外周リップを上方に延長し、また透過底部に付着している。このリップの下方表面は、開口部と外接するバルブ支持構造に密閉封止するとともに、導波管本体に取り付けられている。さらに、バルブは、リップ上方表面で密閉封止した窓を備えている。
本発明の第４態様においては、ランプは、誘電体導波管本体のランプチャンバを備えており、これは、開口部と、誘電物質の周囲壁の境界となり対称的に底部へ先細りとなる形状の表面とによって画定される。さらにこのランプは、底部に取り付けられる円筒状で透明な壁を有する自己封入バルブと、この壁に密閉封止される窓とを備えている。バルブの底部は、第１接着層によってセラミック台に付着している。このセラミック台は、第２接着層により底部付近に付着している。チャンバの表面は、ランプ出力放射を受ける光学系に課せられる放射線拡散の規格を満たすように、バルブ内でプラズマが発した光を導く形状となっている。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は、ランプが早期段階で故障しないようにする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明は、ランプが早期段階で故障しないようにする目的を、マイクロ波エネルギーを結合するプローブ等を本体内に備えて実現するものである。
以下、図面に基づいてこの発明の実施例を詳細且つ具体的に説明する。
【実施例】
【０００８】
本発明は、様々な改変をなしたり別構造になりうるとしても、本発明の実施例は、詳細に以下示される。ただし、本発明を特定の開示形態に限定する意図はないと理解されるはずである。むしろ、本発明は、あらゆる変更、等価物等、特許請求の範囲に記載される本発明の趣旨や範囲内にある別の構造体を保護することを意図している。
【０００９】
ここで「誘電体導波管一体型プラズマランプ」、「ＤＷＩＰＬ」、「固体の誘電体導波管を備えたマイクロ波エネルギーによるプラズマランプ」、「ランプ」という用語は、すべて同義語であり、「ランプ本体」は「導波管本体」と同義語である。「プローブ」は７１８出願の「フィード（供給部）」と同義語である。７１８出願と同様に、「パワー」、すなわち単位時間あたりのエネルギーは、むしろ「エネルギー」として使われている。「ランプチャンバ」および「穴部」は、７１８出願の「キャビティー（空洞部）」と同義であり、開示される誘電体導波管一体型プラズマランプのいくつかの実施例におけるシール等の物質のような構造細部を示すために使われている。「ランプチャンバ」は、ここでは、本体表面に設けた開口部を有する導波管本体の容器、すなわち穴であって、通常は環境に曝される導波管表面と同一平面にあるものと定義される。一般的な用語である「バルブ」は、自己封入で分離構造であって、充填混合物を含有しており、ランプチャンバ内に配置されるもの（タイプＡ）、あるいは「バルブエンベロープ」、すなわち充填混合物を含有するチャンバが、窓またはレンズによって環境から封止されているもの（タイプＢ）を指す。ここで使用されているように、「充填物」は「充填混合物」と同義である。「自己封入バルブ」は、タイプＡを指す。ここで使用される「空洞部」は、プローブ設計、結合、共振モードといったマイクロ波に関連する技術である。電磁的観点からみて、誘電体導波管一体型プラズマランプの本体は、共振空洞である。７１８出願に対する用語の変更は、３４０出願で最初になされた。比較を単純かつ容易できるよう、ランプ実施例におけるほとんどのランプチャンバおよび／またはバルブは、本願では円筒状のもの開示されている。しかし、長方プリズム形状や楕円形状その他の形状でも実施可能である。
【００１０】
図１は、０２８出願、７１８出願、３４０出願、および７８８出願を変更したものであって、セラミックのような不透明物質ではなく透明の誘電物質からなるバルブエンベロープを備えた、誘電体導波管一体型プラズマランプを示している。誘電体導波管一体型プラズマランプ１０１は、マイクロ波照射のためのマイクロ波供給源１１５、固体の誘電物質からなる本体１０４を有する導波管１０３、およびマイクロ波供給源１１５と導波管とを結合するドライブプローブ１１７を備えており、対向側面１０３Ａ、１０３Ｂ、およびこの側面１０３Ａ、１０３Ｂとほぼ直角の対向側面１０３Ｃ、１０３Ｄとによって長形プリズム形状となっている。さらに、導波管一体型プラズマランプ１０１は、側面１０３Ａの近傍で好ましくはドライブプローブ１１７と対向した、タイプＢのバルブ１０７を備えている。このバルブ１０７は、希ガスのような「スタート」ガス１０８Ｇと発光体１０８Ｅとを含む充填物１０８を含有しており、所定作動周波数で所定強度のマイクロ波エネルギーを受け取ったときにプラズマを形成して発光する。マイクロ波供給源１１５は、ドライブプローブ１１７を介して導波管１０３にマイクロ波エネルギーを供給する。導波管は、側面１０３Ａから本体１０４側に垂下しておりバルブ１０７が密着挿入されるランプチャンバ１０５に、エネルギー流を案内する。このエネルギー流は、スタートガスの原子から電子を自由にしプラズマを生成する。ほとんどの場合、発光体は室温で固体である。発光体は、硫黄やセレニウム、硫黄やセレニウムの化合物、あるいは臭化インジウムのようなハロゲン化金属といった、当業界において知られた数多くの元素または化合物を含む。始動プラズマは発光体を蒸発させ、またマイクロ波エネルギーによる自由電子が発光体電子を高エネルギーレベルに励振させる。発光体電子の脱励起により発光に至る。固体の発光体とともにスタートガスを使用することは必ずしも必要ではなく、キセノンのようなガス充填物単体をプラズマ生成および発光に使用することもできる。好ましいマイクロ波供給源１１５の作動周波数は、約０．２５〜約３０ＧＨｚの範囲である。マイクロ波供給源１１５は、作動時に通常約７００度〜１０００度に達するバルブ１０７とは熱的に分離しているので、熱による供給源劣化が避けられる。好ましくは、導波管本体により、熱の効果的な分布や散逸を補助する相当な熱量が提供されるとともに、ランプと供給源とが熱分離されている。供給源の熱分離は、マイクロ波供給源１１５と導波管１０３との間の任意の空間１１６を占有する断熱材またはバキュームギャップによってなされる。この空間１１６を設けた場合、適切なマイクロ波プローブを使用してマイクロ波供給源と導波管とを結合する。
【００１１】
熱、振動、劣化、衝撃といった機械的問題を考慮するため、ドライブプローブ１１７と導波管１０３との接触は、図１にバネ装置として示される積極的接触機構１２１を使用して維持されるのが好ましい。この機構は、プローブが導波管に定圧を与えることにより、導波管に入らずプローブを通じてマイクロ波エネルギーが反射して戻る可能性を最小限にする。定圧を与える際、この機構は、熱や機械的衝撃によるプローブと導波管との小さな寸法変化を補う。結合を妨害する隙間をなくすため、導波管には金属材料１２３をドライブプローブ１１７との接触部位で直接堆積させることにより接触することが好ましい。
【００１２】
誘電物質からなる導波管本体１０４は、それ自体でマイクロ波フィールドを共振モードに限定できるが、本体外表面で伝導境界状態（ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  ｂｏｕｎｄａｒｙ  ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）のマイクロ波フィールドを呈することが望ましい。なぜなら、限定されたフィールド振幅が増加し、ランプ効率を改善するとともに、誘電体導波管の特徴である導波管本体外部のエバネッセント場が減少するからである。増加した限定フィールド振幅および減少したエバネッセント場の両方によって、導波管本体内での振動が外部環境の影響をより受けにくくなるとともに、漂遊マイクロ波の干渉を抑圧することができる。伝導境界状態は、単独のまたは組み合わせの二つの方法によって生じる。導波管１０３の側面１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃ、１０３Ｄは、側面１０３Ａから本体１０４側に垂下する部位を除いて、作動周波数範囲にあるマイクロ波を反射する薄い金属コーティング１１９で被覆される。あるいは、密接嵌合した金属ヒートシンクを同じ目的のために利用できる。好ましいコーティングは、銀である。好ましいヒートシンクの材料は、銅やアルミニウムである。
【００１３】
バルブ１０７は、透明の誘電物質、好ましくは石英からなる壁１０９を備えている。このバルブは、窪んだ弓状の内側表面１１０Ａ、ほぼ円筒状の外表面１１０Ｂ、およびほぼ平坦な底表面１１０Ｃによって形状が定まる。シール１１３を利用して側面１０３Ａに取り付けられる窓１１１は、壁１０９を密閉封止し、この壁１０９とともにバルブエンベロープ１２７を形成する。このバルブエンベロープ１２７は、充填物１０８、すなわち発光体１０８Ｅやスタートガス１０８Ｇを含有する。窓１１１は、壁１０９ではなく導波管表面で密封されているので、窓および壁に使用される物質熱膨張係数（ＣＴＥ）の一致は重要ではない。したがって、高い光透過性を有するサファイアを窓１１１の材料として使用できる。好ましくは、表面１１０Ａは、バルブエンベロープ１２７から窓１１１を通じて反射する光の量を最大化するような形状となっている。窓１１１は、発せられた光を集中するレンズを有している。壁１０９が約１０００℃まで達することがある作動時には、壁の表面１１０Ｂ、１１０Ｃが導波管の本体１０４と熱接触しているため、本体１０４はヒートシンクとして機能する。効果的な本体１０４の熱散逸は、複数のヒートシンクフィン１２５を側面１０３Ａ、１０３Ｃ、１０３Ｄに取り付けることによってなし得る。プラズマが吸収するエネルギーのほとんどは、最終的には熱として現れる。壁１０９が透明なので、このような熱は、本体１０４によって吸収される赤外線および可視光線の形態で、継続してバルブエンベロープ１２７から排出される。セラミック壁を有する同様のバルブエンベロープと比較すると、プラズマ温度を維持するため比較的多量のエネルギーを供給する必要がある。したがって、ランプ１１０は低効率となる。 
【００１４】
導波管本体１０４の共振エネルギーが高いと本体のＱ値が高いことになり（Ｑは作動周波数の共振周波数幅に対する比率である）、ランプチャンバ１０５へのマイクロ波エネルギーの漏出が多くなる。このような漏出が生じると、バルブエンベロープ１２７内のガスの準静的破壊に至り、よって第１自由電子が発生する。自由電子の振動エネルギーは、Ｉλ２とされる（Ｉは環流するマイクロ波エネルギーの強度、λは波長である）。したがって、マイクロ波エネルギーが高ければ高いほど、自由電子の振動エネルギーが高くなる。振動エネルギーをガスのイオン化電位よりも大きくすることによって、電子−中性衝突がプラズマ密度の効率的な蓄積に至る。 
【００１５】
ひとたびプラズマが形成され入力エネルギーが吸収されると、導波管本体のＱ値は、プラズマの伝導率および吸収性質のため低下する。Ｑ値の低下は、概して導波管のインピーダンスの変化が原因である。プラズマ形成後、チャンバにプラズマが存在することにより、チャンバが共振エネルギーを吸収しやすくなり、したがって導波管のインピーダンスが変化する。このインピーダンス変化は、効果的に導波管の全体反射率を減少させる。プローブの反射率を減少した導波管の反射率近傍に一致させることで、エネルギー供給源への純反射率を相対的に低くできる。
【００１６】
図２は、０２８出願、７１８出願、７８８出願の図３Ｂであって、誘電導波管本体１４４のランプチャンバ１４２内に配置されるタイプＡ（自己封入）のバルブ１４０を示している。バルブ１４０は、下表面１４８Ｌおよび上表面１４８Ｕを有する円周リップ部１４８まで上方に延長するとともに不透明の底部１５０に付着した不透明の誘電物質からなる円筒形状の壁１４６を有している。下表面１４８Ｌは、本体１０４に取り付けられたバルブ支持構造体１５４へ、シール１５２によって密着封止されている。さらに、バルブ１４０は、シール１５８によって上表面１４８Ｕに密着封止された窓１５６を有している。アクセスシール１６０はバルブ支持構造体に埋め込まれており、これを介してランプチャンバ１４２からの空気が排出される。好ましくは、壁１４６、リップ部１４８、および底部１５０はアルミナからなる。アルミナのような高熱伝導性物質からなる支持構造体１５４は、バルブから熱を効率的に散逸させる。ランプチャンバ１４２を減圧すると、バルブ１４０と導波管本体１４４との間の伝熱は減少する。
【００１７】
図３Ａは、図１に示されるタイプＢの実施例に類似した、タイプＡのバルブおよびランプチャンバを示している。自己封入のバルブ１７０は、誘電体導波管の本体１７４のランプチャンバ１７２に密接に挿入されている。このバルブ１７０は、透明の誘電物質からなる円筒形状の壁１７６を有しており、同じ物質からなる底部１７８に取り付けられている。壁１７６の円周上端１７６Ｕは、シール１８２によって透明な窓１８０に密接封止されている。窓１８０は、壁および底部と同じ物質からなるか、あるいはその物質の熱膨張係数にかなり近い熱膨張係数を有している。壁、底部、および窓は、石英からなるのが好ましい。壁１７６の外表面１７６Ｅおよび底部１７８の外表面１７８Ｅは、それぞれそれと隣接するランプチャンバ１７２の表面１７２Ａ、１７２Ｂと熱接触する。壁１７６の厚さは、１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲にあるのが好ましい。図１の実施例と同様に、プラズマからの熱はバルブ壁および底部から排出され、導波管本体１７４によって吸収される。したがって、この「バルブ空洞部」の実施例は、低効率である。
【００１８】
図３Ｂは、ひとつの点において図３Ａの実施例と異なった、バルブおよびランプチャンバの実施例を示している。自己封入バルブ１９０の円筒形状の壁１９２の外表面１９２Ｅおよび底部１９４の外表面１９４Ｅは、薄膜の多層誘電体コーティング２００で被覆されている。これにより、壁１９２及び底部１９４から出る放射を反射してバルブへ戻すことによって、安定作動温度状態のプラズマ発光スペクトルのかなりの部分が維持される。このコーティングは、マイクロ波エネルギーの発光プラズマ加熱を防ぐ反射物質から形成されているものではないことは強調されなければならない。広帯域のプラズマ発光範囲にわたる調整反射率は、むしろ、ほぼその波長にわたるスケールの屈折率変化を表す、薄膜層を伝播する電磁波の干渉によって達成される。層の数やおよびその厚さは、第一次的な設計変数である。これは、光学業界においてよく知られた技術であるが（Ｈ．Ａ．ＭｃＬｅｏｄ，”Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｌｔｅｒｓ，”３ｒｄ  ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ（２００１）の第５章及び第７章を参照）、本発明にとって適切な反射率スペクトラムを有するコーティングは、商業的に入手可能である。バルブ１９０付近の苛酷な環境のためのコーティング２００の一方法は、０．１２μｍ〜４．５μｍ波長透過の二酸化珪素（ＳｉＯ２）の層を堆積させるものである。他の方法は、０．４３μｍ〜６．２μｍ波長透過の二酸化チタン（ＴｉＯ２）の層を堆積させるものである。図９は、ＳｉＯ２多層基材に対する、それぞれ垂直入射および垂直入射から３０度偏倚した反射率スペクトル２０２Ａ、２０２Ｂを示している。このコーティングは、我々の仕様に従って調合されたものである（ＺＣ＆Ｒ  Ｃｏａｔｉｎｇｓ  ｆｏｒ  Ｏｐｔｉｃｓ  Ｉｎｃ．  ｏｆ  Ｔｏｒｒａｎｃｅ，ＣＡ）。通常は、本発明で使用されるコーティングは、約１０〜１００の層からなり、各層の厚さは０．１μｍ〜１０μｍの範囲にある。バルブ内表面のコーティングは、プラズマ環境では存続できないものと思われる。 
【００１９】
図４Ａは、図２の実施例に類似した、バルブおよびランプチャンバの実施例を示している。自己封入のバルブ２１０は、誘電体導波管の本体２１４のランプチャンバ２１２内に配置されている。バルブ２１０は、透明な誘電物質からなる円筒形状の壁２１６を有しており、これは上表面２１８Ｌおよび下表面２１８Ｕ有する円周リップ部２１８側へ上方に延長するとともにまた透明な底部２２０に付着している。下表面２１８Ｌは、本体２１４に取り付けられたバルブ支持構造体２２４へシール２２２で密接封止されている。さらにバルブ２１０は、シール２２８により上表面２１８Ｕに密接封止された窓２２６を有している。好ましくは、壁２１６、リップ部２１８、底部２２０、および窓２２６は石英からなる。好ましくは、バルブ支持構造体２２４は、アルミナや銅のような高電熱性を有する誘電物質または金属材料からなる。バルブ支持構造体２２４は、作動状態のプラズマ発光帯の様々な角度に対して透過性があるか、あるいは不透明でありうる。図２の実施例と比較すると、ランプチャンバ２１２は空気が充填されるのであって、排気されない。この実施例により構成されるランプは、バルブから失われる熱が再利用（リサイクル）されないので、低効率である。
【００２０】
図４Ｂは、図４Ａの実施例とは、自己封入バルブ２３０の円筒形状壁の外表面２３２Ｅおよび底部２３４の外表面２３４Ｅが薄膜の多層誘電体コーティング２４０で被覆されているという点のみが異なった、バルブおよびランプチャンバの実施例を示している。これにより、壁２３２及び底部２３４から出る放射を反射してバルブへ戻すことによって、その安定作動温度状態のプラズマの発光スペクトルのかなりの部分が維持される。
【００２１】
図４Ｃは、自己封入バルブ２５０の円筒形状の壁２５２の外表面２５２Ｅおよび底部２５４の外表面２５４Ｅには被覆が施されていないが、ランプチャンバ２６０の円筒形状壁表面２５６と平坦底表面２５８は薄膜の多層誘電体コーティング２６２で被覆されているというバルブおよびランプチャンバの実施例を示している。壁２５２および底部２５４を出る放射は、被覆した表面２５６、２５８からバルブ２５０へ反射するので、熱エネルギーが再利用される。
【００２２】
図４Ｄは、自己封入バルブ２７０の円筒形状の壁２７２の外表面２７２Ｅおよび底部２７４の外表面２７４Ｅは薄膜の第１多層誘電体コーティング２７０Ｃで被覆されており、またランプチャンバ２８０の円筒形状壁表面２７６と平坦底表面２７８は薄膜の第２多層誘電体コーティング２８０Ｃで被覆されているというバルブとランプチャンバの実施例を示している。被覆した表面２７２Ｅ、２７４Ｅで反射せず壁２７２および底部２７４を出た放射は（すなわち第１多層誘電体コーティング２７０Ｃを通過）、被覆したランプチャンバ表面２７６、２７８から、第１多層誘電体コーティング２７０Ｃを通ってバルブ２７０に反射する。バルブおよびチャンバ表面のコーティングは、同じ設計である必要がなく、熱効率および光出力を最適化するように分光特性を変更できることに注目すべきである。
【００２３】
図５Ａおよび図５Ｂによると、ランプチャンバ２９０は、誘電物質（導波管本体を形成する誘電物質２９０Ｄと連続しているか、これと連続していない）の周囲壁２９０Ｗの境界となる表面２９０Ｓを有しており、また開口部２９０Ａを有している。表面２９０Ｓは、ランプチャンバ底部２９０Ｂへと対称的に先細りになっており、ランプ出力放射を受ける光学システムに課せられる光線拡散仕様を満たすようにバルブでプラズマが発した光を導く形状となっている。このような仕様は、必ずしも厳密に収束した光線であることや厳密に平行した光線であることは必要ではなく、限定された開度数値の光線であれば足りる。実施にあたっては、ランプチャンバ表面の設計出発点として放物形状や楕円形状のものを使用することができる。それから、表面の形状は、測定可能なバルブのプラズマ発光量、台や他のマウントによる形状制限、および製造工程による制約を考慮に入れ、光線追跡ソフトウェアによって最適化されうる。適切なソフトウェアは、ＺＥＭＡＸ（登録商標。Ｚｅｍａｘ  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓａｎ  Ｄｉｅｇｏ，ＣＡにより入手可能）やＣＯＤＥ−Ｖ（登録商標。Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ  ｏｆ  Ｐａｓａｄｅｎａ，ＣＡにより入手可能）が挙げられる。図５Ａは、自己封入バルブ２９２から放射して表面２９０Ｓから反射した二つの光線Ｒ１、Ｒ２を示している。反射は、チャンバ壁材（好ましくはアルミナ）の自然反射率のためである。
【００２４】
図５Ｂに示すように、バルブ２９２は、底部２９６に取り付けた円筒形状の透明壁２９４と、この透明壁２９４にシール３００によって密着封止される窓２９８とを有している。好ましくは、壁、底部、窓は石英でできている。バルブ２９２は、セラミックの台３０２に載置されているが、これは、ＲＥＳＢＯＮＤ（登録商標）９４０ＨＴまたは９８９（アルミナ酸化物が主成分の混合物であり、Ｃｏｔｒｏｎｉｃｓ  Ｃｏｒｐ．  ｏｆ  Ｂｒｏｏｋｌｙｎ，ＮＹから入手可能である）のような高純度で高温、急速硬化のセラミック接着剤の第１層３０４Ａとともに、底部２９６の平坦底表面２９６Ｂを平坦な台３０２の上表面３０２Ｔに取り付けることによってなされる。台３０２の底表面３０２Ｂは、チャンバ底部２９０Ｂの近傍においてセラミック接着剤の第２層３０４Ｂによって周囲壁２９０Ｗに付着される。
【００２５】
図５Ｃは、図５Ａのバルブランプチャンバの実施例を変更したものであって、ランプチャンバ３１０の表面３１０Ｓは、上記のような薄膜の多層誘電体コーティング３１２で被覆されている。円筒形状の透明壁３１６を介してバルブ３１４を出る放射は、被覆された表面３１０Ｓで反射されるので、熱エネルギーはバルブ内で再利用されない。
【００２６】
図５Ｄは、図５Ａのバルブランプチャンバの実施例を変更したものであって、バルブ３２０の円筒状透明壁３２２の外表面３２２Ｅと窓３２４の外表面３２４Ｅは、薄膜の多層誘電体コーティング３２６で被覆されている。少なくとも一つの所定スペクトル帯における放射が漏出して、ランプチャンバ３２８の被覆されていない表面３２８Ｓで反射されるものの、この多層誘電体コーティング３２６は、プラズマからの放射のほとんどがバルブへ反射するように変更し高効率のものとなっている。
【００２７】
図５Ｅは、図５Ａのランプおよびランプチャンバの実施例を変更したものであって、バルブ３３０の円筒状透明壁３３２の外表面３３２Ｅと窓３３４の外表面３３４Ｅは、薄膜の第１多層誘電体コーティング３３６Ａで被覆されており、ランプチャンバ３３８の表面３３８Ｓは、薄膜の第２多層誘電体コーティング３３６Ｂで被覆されている。第１、第２の多層誘電体コーティング３３６Ａ、３３６Ｂは、ほとんどの励起プラズマ発生スペクトルがバルブに反射して熱エネルギーが再利用されるとともに、第１多層誘電体コーティング３３６Ａから伝送されるこれらのスペクトルが被覆された表面３３６Ｂから選択的に反射して光学的に有用な光のみが外側に導かれるように調整されている。この実施例は、高効率のものであって、調整された第１、第２多層誘電体コーティング３３６Ａ、３３６Ｂが正確な波長または要望のスペクトル帯を提供できるようになる。
【００２８】
図５Ｆは、図５Ａ〜図５Ｅの実施例のいずれとも組み合わせて利用可能な一部レンズのカバー３３８を示している。このカバー３３８は、チャンバの開口部を完全に覆うものであって、内側レンズ部３３８Ｌと外側平坦部３３８Ｐとからなり、これらは石英のような透明物質からなる。外側平坦部３３８Ｐは、接着層３３３により、開口部に外接する導波管壁表面３３９に取り付けられている。レンズ部位やレンズの領域フラクション対平坦部位の光学的処方は、市販の光線追跡ソフトウェアを使用して決定される設計パラメータである。一部レンズのカバー３３８は、バルブから放射される光線の拡散を処理する。光線Ｒ１、Ｒ２で示されるバルブの直線光線は、レンズ部３３８Ｌにより集中するが、光線Ｒ３、Ｒ４で示されるバルブの反射光線は、平坦部３３８Ｐを通り屈曲せずに通過する。ランプの直線光線は平坦部３３８Ｐからはフォーカスせず漏出するが、反射光線はレンズ部３３８Ｌによって不適当にフォーカスすることになる。しかし、バルブのチャンバ内での位置やチャンバの底部形状はバルブ放射を収斂するにつき理想的な形状を構成できず潜在的には形状要素の制約となりうることを考慮すると、一部レンズのカバーは、そのような状況でもランプの全体光学拡散性質を改良したものということができる。
石英や同様の物質からなるプラズマバルブの外表面に施される薄膜の多層誘電体コーティングは、１０００度まで接近する加熱・室温までの冷却という多数のサイクルを経る。かかるコーティングの耐用寿命は、依然として限定されている。
【００２９】
図６Ａおよび図６Ｂは、この潜在的な問題を解決する実施例を示している。石英や同様の物質からなる円筒形状で透明なバルブ３４０は、Ｃ形状の第１、第２半シリンダ３４２Ａ、３４２Ｂで包囲されている。この第１半シリンダ３４２Ａは、表面３４４Ａと、一対の第１端３４６Ａ、３４８Ａとを有しており、第２半シリンダ３４２Ｂは、表面３４４Ｂと、一対の第２端３４６Ｂ、３４８Ｂとを有している。表面３４４Ａ、３４４Ｂは、薄膜の多層コーティング３５０で被覆されている。第１、第２半シリンダ３４２Ａ、３４２Ｂ（透明でもよいし、そうでなくてもよい）は、多層コーティング３５０と同様の熱膨張係数を有する物質からなる。第１端３４６Ａ、３４６Ｂおよび第２端３４８Ａ、３４８Ｂは、アルミナ酸化物ベースの化合物であるＲＥＳＢＯＮＤ（登録商標）９４０ＨＴまたは９８９のような高純度、高温、即時硬化のセラミック接着剤によって接着し、バルブ３４０と同心円の円筒形状のスリーブ３５２を構成する。好ましくは、スリーブ３５２は、空気ギャップ３５４によってバルブ３４０の外表面３４０Ｅから分離している。あるいは、空気ギャップは設けられていない。多層コーティング３５０はバルブの表面３４０Ｅではなく表面３４４Ａ、３４４Ｂに存するので、バルブ加熱冷却サイクルによる極度の温度変化を直接には受けない。さらに、これはバルブではなく熱膨張係数適合スリーブの機械的応力を受ける。
【００３０】
図７Ａおよび図７Ｂは、図６Ａ、図６Ｂに類似する実施例を示すものであって、Ｃ形状の半シリンダ３６０Ａ、３６０Ｂは石英や同様の透明物質からなり、それぞれその外表面３６２Ａ、３６２Ｂは、薄膜の多層コーティング３６４で被覆されている。半シリンダ３６０Ａ、３６０Ｂを結合することによって形成されるスリーブ３６６は、好ましくは空気ギャップ３７０によりバルブ３６８の外表面３６８Ｅから分離している。あるいは、空気ギャップは設けられていない。多層コーティング３６４は、スリーブ３６６および空気ギャップ３７０によりバルブ３６８から断熱されているので、多層コーティング３５０と比較してあまり温度変化を受けない。
【００３１】
図６Ａ、図６Ｂ、図７Ａ、図７Ｂに示される二枚スリーブは、薄膜の多層コーティング製造時の潜在的な問題を回避できる。多層コーティングの反射性質の調整は、個々の層の厚さを精密に制御できるか否かによる。堆積工程においてコーティングを施すために通常使用されるビーム材料の形状制約は、円筒状のスリーブの全表面を同時に被覆するにつき実際的ではないものの、半シリンダの両者を同時に被覆することは可能である。
【００３２】
図８Ａ、図８Ｂは、石英や同様の透明物質からなる円筒形状の一体スリーブ３８０の外表面３８２Ａは、薄膜の多層コーティング３８４を有するという実施例を示すものである。スリーブ３８０の内側面３８２Ｂは、好ましくは空間ギャップ３８８によりバルブ３８６の外表面３８６Ｅから分離している。あるいは、空間ギャップは設けられていない。多層コーティング３８４は、スリーブ３８０および空間ギャップ３８８によりバルブ３８６から断熱しているので、多層コーティング３５０と比較してあまり温度変化を受けず、また多層コーティング３６４と同様の温度変化を受ける。
【００３３】
図３Ａ〜図３Ｂ、図５Ａ〜図５Ｆに示されるバルブおよびランプチャンバの実施例においては、バルブが図６Ａ〜図６Ｂ、図７Ａ〜図７Ｂ、図８Ａ〜図８Ｂのいずれかのスリーブで包囲されるか否かに関わらず、バルブおよび／またはスリーブと周囲の支持構造体との密接な機械的接触は、伝熱による十分な廃熱除去につき不十分であることが多いということを我々は発見した。このような場合、バルブと支持構造体（図５Ｂ）との間の、あるいはスリーブの外表面と支持構造との間の、少なくとも一つの高純度、高温度、即時硬化のセラミック接着層は、要求の熱伝導のために必要である。好ましい接着剤は、ＲＥＳＢＯＮＤ（登録商標）９４０ＨＴまたは９８９である。図４Ａ〜図４Ｄに示されるバルブおよびランプチャンバの実施例の場合、十分な廃熱除去は、熱伝導度が高いバルブ支持構造体によってなしうる。
【００３４】
誘電体導波管一体型プラズマランプは、それぞれ環境から封止されたバルブエンベロープか自己封入バルブかを有する一つ以上のランプチャンバを備えた導波管本体と、ドライバ回路およびドライバ回路基板と、本体およびドライバ回路を分離する熱障壁と、外部ヒートシンクとからなる単一のアセンブリである。あるいは、（ａ）ランプ本体およびヒートシンク、および（ｂ）ドライバ回路およびそのヒートシンクについては、個別のパッケージが使用される。二つのプローブ（図１１Ａ、図１１Ｂ、および７１８出願の図６）を使用する誘電体導波管一体型プラズマランプの場合、本体およびドライバ回路は、二つのＲＦパワーケーブルで結合しており、一方はドライバ回路の出力と本体とを結合し、他方はその他の本体からのフィードバックとドライバ回路とを結合する。この二つの個別パッケージは、ランプの熱およびランプドライバの熱の分配の自由度を高める。
【００３５】
マイクロ波エネルギーがドライバ回路からランプ本体に適用される場合、マイクロ波エネルギーは充填混合物を加熱溶解し、塩あるいはハロゲン化物を蒸発させ、ランプチャンバ圧を上昇させる。使用される塩またはハロゲン化物に応じてこの圧力は４００気圧にも達し、バルブ温度は１０００℃の温度にも達する。そのため、窓やレンズをランプ本体側面や自己封入バルブの壁を封止するシールは、丈夫なものでなければならない。 
【００３６】
電磁的には、誘電体導波管一体型プラズマランプは、少なくとも一つのバルブに含有されるプラズマにマイクロ波エネルギーを提供する少なくとも一つのドライブプローブを有する共振空洞である。以下の詳細な説明において、「空洞部」は誘電体導波管一体型プラズマランプの本体を指している。７１８出願に開示されているように、「バルブ」は、ランプチャンバ内に設けられた、充填混合物を含有する個別のエンクロージャーであるか、あるいはチャンバそれ自体がバルブである。最適効率となるため、バルブは、好ましくは使用される共振空洞モードの電場最高点に位置している。ただし、バルブは、壁や空洞部により消散される追加パワーを犠牲にすることで、電場最高点から離れて移動させることもできる。ドライブプローブの位置は、電場最小点でない限り重要ではない。要望の結合効率は、プローブの設計パラメータ（特に長さや形状）を変更することで実現されるからである。図１０Ａおよび図１０Ｂは、一般的にＴＭ０，１，０として知られる基本円筒空洞モードで作動し、それぞれ単一の電場最高点に位置するバルブ４０２Ａ、４０２Ｂを有している二つの円筒形状のランプ形状４００Ａ、４００Ｂを概略的に示したものである。点線４０１Ａ、４０１Ｂは、それぞれ空洞部における電場分布を表している。図１０Ａにおいて、ドライブプローブ４０４Ａは、電場最高点に位置している。図１０Ｂにおいて、ドライブプローブ４０４Ｂは、電場最高点には位置していないが、プローブ４０４Ａと同じ結合効率をもたらすより長いプローブを有している。ただＴＭ０，１，０モードが例としてここで使用されているが、横断方向電場（「ＴＥ」）および横断方向磁場（「ＴＭ」）モードを含む、より高次の空洞モードも使用できる。
【００３７】
ドライブプローブの設計は、適切なランプ作動にとって重要である。ドライブプローブは、発光効率を最大化にするとともに供給源を保護するため、マイクロ波供給源とランプチャンバとの結合量を補正する。空洞部の効率が減少する主要なメカニズムは４つある。すなわち、ランプチャンバ壁による消散、誘電体本体による消散、プラズマによる消散、そしてプローブの結合喪失がそれである。ここに示されるように、プローブの結合喪失とは、ドライブプローブと別の空洞部内のプローブとの結合が解かれたパワーのことである。いかなるプローブもエネルギーを空洞と結合させるし、またそれとの結合も喪失させうる以上、プローブ結合喪失は主要な設計考慮事項である。もし「不足結合」として知られる供給源と空洞部との結合が少ない場合、供給源からのパワーの大部分は、空洞部に入らず、反射して供給源に戻ってしまう。それにより、発光効率が低下するとともに、マイクロ波供給源の寿命が短くなる。もし「過結合」として知られる供給源と空洞部との結合が強すぎる場合は、供給源からのパワーの大部分は、空洞部に入ることになる。しかし、空洞喪失メカニズムでもパワーの全てを消費しないので、過剰部分はドライブプローブと空洞部内の他のプローブとの結合が外れる。再びいうと、発光効率が減少するとともにマイクロ波供給源の寿命が短くなってしまう。発光効率を最大化にするとともに供給源を保護するためには、ドライブプローブは、共振周波数において空洞部から供給源への反射戻りが最小限になるように、結合量を適切にする。この状態は「臨界結合」として知られているが、ドライブプローブの形状や位置を調整することでこれを達成できる。プローブの設計パラメータは、空洞内におけるロスに左右され、これはプラズマ状態やランプ本体の温度によって左右される。プラズマ状態および／または本体温度が変化すると、結合および共振周波数も変化する。さらに、誘電体導波管一体型プラズマランプの製造時の避けられない誤差によっても、結合および共振周波数の不確実性が増大する。
【００３８】
ランプ作動時にプローブの物理的パラメータを調整するのは実際的ではない。いかなる状況下においてもできるだけ臨界結合点の近くに維持されるようにするため、フィードバック構成が必要となる（７１８出願の図６を参照）。この構成は、それぞれ長形プリズム形状空洞および円筒空洞のランプ形状４１０Ａ、４１０Ｂとしてそれぞれ図１１Ａ、１１Ｂに示されている。第２「フィードバック」プローブ４１２Ａ、４１２Ｂは、それぞれ空洞部４１４Ａ、４１４Ｂにそれぞれ導入される。フィードバックプローブ４１２Ａ、４１２Ｂは、それぞれ増幅器−制御回路の結合体（ＡＣＣ）４１８Ａ、４１８Ｂの入力ポート４１６Ａ、４１６Ｂに連結している。ドライブプローブ４２０Ａ、４２０Ｂは、それぞれＡＣＣの出力ポート４２２Ａ、４２２Ｂに連通している。それぞれの構成は、発振器を形成する。空洞部内の共振は、プラズマ生成に必要な電界強度を増強するとともに、ドライブプローブとバルブとの結合効率を高める。ドライブプローブおよびフィードバックプローブの両方は、電場結合の最小電場点付近あるいは磁場結合の最小磁場界点付近でなければ、空洞部内のどこに配置してもよい。一般に、フィードバックプローブは、ドライブプローブよりも結合量が少ない。なぜなら、結合喪失が最小限の増加となった空洞部内の電界をサンプリングするからである。
【００３９】
回路の見地からすると、空洞部は、損失しやすい狭帯域通過フィルタとして作用する。空洞部は、ドライブプローブからフィードバックプローブへ授受される共振周波数を選択する。ＡＣＣはこの好ましい周波数を増幅するとともにそれを空洞部に戻す。もし増幅ゲインが、Ｓ２１として知られるフィードバックプローブ入口ポートでの挿入損失と比較して、ドライブプローブ入力ポートでの挿入損失よりも大きい場合、共振周波数で振動し始める。これは、プラズマ状態や温度状態が連続的にあるいは不連続的に変化した場合でも、自動的に連続的に行われる。このフィードバックにより、製作公差が緩くなる。なぜなら、空洞部が増幅器に好ましい周波数を絶えず「知らせる」ので、最終的な作動周波数の正確な予測は、増幅器または誘電体導波管一体型プラズマランプの製造には不要となるからである。全ての増幅器は、どれもランプ作動時の通常の周波数帯域において十分なゲインを与えることができる。この設計により、増幅器はいかなる状況下においてもバルブに最大パワーを確実に出力する。
【００４０】
発光効率を最大にするため、ドライブプローブは、安定状態作動点に達したプラズマ用に最適化される。これは、プラズマ生成前において、空洞部での損失がいまだ少ない場合に、空洞部が過結合することを意味する。したがって、マイクロ波供給源からくるエネルギーの一部は、空洞部に入らず、供給源に反射して戻ることになる。この反射量は、プラズマ生成前後の損失差に応じて異なる。この損失差が小さければ、プラズマ生成前の反射は小さく、空洞部は臨界結合に近いところにある。図１１Ａまたは図１１Ｂに示すようなフィードバック構成は、バルブ内のガスを分解（ブレークダウン）してプラズマ生成処理を開始するにつき十分である。しかし、ほとんどの場合、プラズマ生成前後の損失差が大きく、プラズマ生成前にドライブプローブがかなりの過結合となる。エネルギーのほとんどが増幅器に反射して戻るので、ガス分解に十分な電界強度にならない。また、反射エネルギー量が大きいと、増幅器を破壊してその寿命を短縮することになる。
【００４１】
図１２は、このドライブプローブ過結合の問題を解決するランプ構成４３０を示している。第３「始動（スタート）」プローブ４３２は、プラズマ生成前の臨界結合のために最適化されており、これは空洞部４３４内に配置される。スタートプローブ４３２、ドライブプローブ４３６、およびフィードバックプローブ４３８は、最小界点の近傍でなければ、空洞部内のどこに配置してもよい。ＡＣＣ４４０の出力ポート４４０Ｂからのパワーは、分配器４４２により二つの部分に分けられる。すなわち、一つはドライブプローブ４３６に伝送され、他方は移相器４４４を介してスタートプローブ４３２に伝送される。フィードバックプローブ４３８は、ＡＣＣ４４０の入力ポート４４０Ａに連通している。スタートプローブもドライブプローブも、エネルギーが同じ空洞モード、例えば図１２に示すような円筒形空胴部用のＴＭ０，１，０になるように設計される。プローブ４３６、４３２間の分配率と位相量は、増幅器への反射戻りが最小化となるように選択される。これらのパラメータ値は、ネットワーク分析機器であるＳパラメータ測定法および／または高周波構造シミュレータ（ＨＦＳＳ（登録商標）。ペンシルバニア州ピッツバーグのＡｎｓｏｆｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎにより入手可能）のようなシミュレーションソフトにより決定される。要するに、スタートプローブは、プラズマ生成前に臨界的に結合しているとともに、ドライブプローブは、プラズマが安定状態に達したときに臨界的に結合している。分配器および位相器は、増幅器−制御回路の結合体（ＡＣＣ）への反射戻りが最小限となるように設計される。
【００４２】
図１３は、ドライブプローブの過結合問題を解決する第２ランプ構成４５０を示している。スタートプローブ４５２もドライブプローブ４５４も、エネルギーが同じ空洞モード、例えば円筒形空胴部４５６用のＴＭ０，１，０になるように設計される。さらに第２ランプ構成４５０は、ＡＣＣ４６０の入力ポート４６０Ａに連通したフィードバックプローブ４５８を備えている。三つのプローブは、最小界点の近傍でなければ、空洞部内のどこに配置してもよい。ＡＣＣ４６０の出力ポート４６０Ｂからのエネルギーは、循環器４６２の第１ポート４６２Ａに伝達される。この循環器４６２は、第１ポート４６２Ａからのエネルギーを、ドライブプローブ４５４に供給する第２ポート４６２Ｂに導く。プラズマ生成前には、ドライブプローブからかなりの量の反射が生じる。なぜなら、プラズマが安定状態に至る前に、ドライブプローブが過結合しているからである。この反射は、循環器４６２により、スタートプローブ４５２に供給する第３ポート４６２Ｃへと再び導かれる。プラズマ生成前においては、エネルギーの大部分が空洞部４５６に伝達されスタートプローブの反射が最小限となるように、スタートプローブは臨界結合している。微々たる量のエネルギーが第３ポート４６２Ｃに入り、ＡＣＣの出力ポート４６０Ｂに戻る。充填混合物が分解してプラズマ生成開始するまで、空洞部内のエネルギーは増大する。プラズマが安定状態に至ると、ドライブプローブ４５４は臨界結合し、よってドライブプローブからの反射は最小限となる。このとき、不足結合のスタートプローブ４５２に達するエネルギー量は微量である。スタートプローブは高反射率となっているものの、反射エネルギー合計量は無視できる量である。なぜなら入射エネルギーは微々たるものだからである。要するに、スタートプローブはプラズマ生成前には臨界結合しているとともに、ドライブプローブはプラズマが安定状態に至ったときに臨界結合している。循環器は、第１ポート４６２Ａからのパワーを第２ポート４６２Ｂに導き、ここからさらに第３ポート４６２Ｃに導き、さらに第１ポート４６２Ａに導く。
【００４３】
図１４Ａおよび図１４Ｂは、ドライブプローブの過結合問題を解決する第３、第４ランプ構成４７０Ａ、４７０Ｂを示している。プラズマ生成前には「始動」空洞モードが使用され、またプラズマを安定状態にしてこの状態を維持するために別の「ドライブ」空洞モードが使用される。スタートプローブ４７２Ａ、４７２Ｂは、始動空洞モードでそれぞれ作動し、ドライブプローブ４７４Ａ、４７４Ｂはそれぞれドライブ空洞モードでそれぞれ作動する。点線４７１Ａ、４７１Ｂに示すように、ドライブ空洞モードは基準空洞モードであるとともに、始動空洞モードは、より高次の空洞モードである。これは、通常、要望の光出力のプラズマ安定状態を維持するには、プラズマ生成のためのガス分解（ブレークダウン）する場合よりも高出力のパワーが必要だからである。したがって、高出力のマイクロ波供給源がより低周波数で作動するように誘電体導波管一体型プラズマランプを設計すると、より経済的となる。円筒空洞部、例えば空洞部４７６Ａ、４７６Ｂの場合、スタートプローブ４７２Ａ、４７２Ｂは、プラズマ生成前にはそれぞれＴＭ０，２，０モードの共振周波数で臨界結合している。また、ドライブプローブ４７４Ａ、４７４Ｂは、プラズマ安定状態後にはそれぞれＴＭ０，１，０モードの共振周波数で結合している。フィードバックプローブは、ドライブ空洞モード最小界点や始動空洞モード最小界点の近傍でなければ、空洞部内のどこに配置してもよい。スタートプローブは、始動空洞モード最小界点の近傍でなければ、空洞部内のどこに配置してもよい。ドライブプローブは、ドライブ空洞モードの最小界点の近傍ではなく、始動空洞モードの最小界点またはその近傍に配置しなければならない。これにより、空洞部内の電界がより高い値に達してガスを分解（ブレークダウン）するように、プラズマ生成前のドライブプローブの結合損失を最小限にする。ダイプレクサ２４８Ａ、２４８Ｂは、それぞれ二つの共振周波数を分割するのに用いられる。図１４Ａにおいて、その出力ポート４８０Ｂがダイプレクサ４７８Ａに連通している単一のＡＣＣ４８０は、両空洞モードを出力するのに用いられる。ダイプレクサ４７８Ａにより二つの周波数に分割され、スタートプローブ４７２Ａおよびドライブプローブ４７４Ａに供給される。フィードバックプローブ４８２Ａは、ＡＣＣ４８０の入力ポート４８０Ａに連通している。図１４Ｂに示すように、出力ポート４９０Ｂ、４９２Ｂを備えた二つの別個の増幅器４９０、４９２は、二つの空洞モードをそれぞれ独立して出力するのに使用される。ダイプレクサ４７８Ｂは、フィードバックプローブ４８２Ｂからの二つの周波数に分割する。要するに、スタートプローブは、ある一つの空洞モードで作動し、ドライブプローブは別の空洞モードで作動する。フィードバックプローブは、いずれかの空洞モード最小界点の近傍でなければ、空洞部内のどこに配置してもよい。スタートプローブは、始動空洞モード最小界点の近傍でなければ、空洞部内のどこに配置してもよい。ドライブプローブは、ドライブ空洞モードの最小界点の近傍ではなく、始動空洞モードの最小界点またはその近傍に配置しなければならない。
【００４４】
図１４Ｂに示される方法とは別の方法は、フィードバックプローブ４８２Ｂを二つのフィードバックプローブに分割することであり、これによりダイプレクサ４７８Ｂを設ける必要がなくなる。第１フィードバックプローブは、始動空洞モードの最小界点に配置して、ドライブ空洞モードのみの結合を解き、それからその出力部４９０Ｂがドライブプローブ４７４Ｂに連絡したＡＣＣ４９０により増幅される。第２フィードバックプローブは、ドライブ空洞モードの最小界点に配置して、始動空洞モードのみの結合を解き、それからその出力部４９２Ｂがドライブプローブ４７２Ｂに連絡したＡＣＣ４９２により増幅される。二つの個別のフィードバックループが実行される。ドライブモードおよび始動モードを分離するダイプレクサの機能は、二つのフィードバックプローブを適切に配置することにより、置換される。
【００４５】
図１５Ａおよび図１５Ｂは、スタートプローブを備えていないが二つの別個の空洞モードを使用するランプ構成５００Ａ、５００Ｂを示している。曲線５０１Ａおよび５０１Ｂに示すように、空洞部５０２Ａ、５０２Ｂ内において、プラズマ生成前には比較的高次の始動空洞モードが使用され、プラズマ安定状態にしてこの状態を維持するためには比較的低次のドライブ空洞モードが使用される。好ましくは、経済性および効率性のため、ドライブ空洞モードが再び基準空洞モードとなり、始動空洞モードがより高次の空洞モードとなる。例えば、プラズマ生成前には円筒形状ランプ空洞用のＴＭ０，２，０モードが使用され、プラズマ安定状態を維持するためにはＴＭ０，１，０モードが使用される。二つの空洞モードを使用することで、プラズマ生成前とプラズマ安定状態後の両方で臨界結合する単一のドライブプローブの設計が可能となり、これによりスタートプローブを設ける必要がなくなる。フィードバックプローブ５０４Ａ、５０４Ｂは、それぞれいずれかの空洞モード最小界点の近傍でなければ、空洞部内のどこに配置してもよい。ドライブプローブ５０６Ａ、５０６Ｂは、それぞれドライブ空洞モードの最小界点の近傍ではなく、始動空洞モードの最小界点またはその近傍に配置しなければならない。ドライブプローブを始動空洞モードの最小界点ではなくその近傍に配置することにより、ドライブプローブは、プラズマ生成前に必要な小結合となるとともに、プラズマ安定状態後に必要な大結合となるように設計できる。図１５Ａにおいて、それぞれ入出力ポート５１０Ａ、５１０Ｂを備えた単一のＡＣＣ５１０は、両空洞モードで出力するために使用される。図１５Ｂにおいて、二つの独立したＡＣＣ５１２、５１４は、それぞれ独立して二つの空洞モードで出力するのに使用される。第１ダイプレクサ５１６Ｂは、フィードバックプローブ５０４Ｂからの二つの周波数に分割するとともに、第２ダイプレクサ５１８Ｂは、ドライブプローブ５０６Ｂに向かう二つの周波数を結合する。要するに、ドライブプローブは、プラズマ生成前には始動空洞モード共振周波数で臨界結合するとともに、プラズマ安定状態時にはドライブ空洞モード共振周波数で臨界結合する。フィードバックプローブは、いずれかの空洞モード最小界点の近傍でなければ、空洞部内のどこに配置してもよい。ドライブプローブは、ドライブ空洞モードの最小界点の近傍ではなく、始動空洞モードの最小界点またはその近傍に配置しなければならない。
【００４６】
７１８出願は、金属のマイクロ波プローブがランプ本体の高誘電率材料と密接しているドライブプローブ構造技術を開示している。この方法は、結合量がプローブの正確な寸法に非常に影響を受けるという欠点を有している。さらに、プラズマ生成前およびプラズマ安定状態後の温度変化が大きいことから、プローブとランプ本体との接触を維持するためのスプリング等の機構を必要とするという欠点も有している。この制約により、製造工程が複雑になり、よって製造コストも増加する。かかる両方の問題を回避する技術は、金属マイクロ波プローブを高破壊電圧の誘電体物質で包囲することである。（限定された空間内に多量のエネルギーが伝送されるため、プローブの先端近傍の電界強度は非常に高くなっているので、高破壊電圧の物質が必要となる）。通常、この物質の誘電率は、ランプ本体を構成する誘電体物質よりも低くなっている。この物質は、プローブ寸法の結合依存度を減感させる「緩衝材」として作用し、よって成形加工を単純化してコストを減少させる。好ましい緩衝材はＴＥＦＬＯＮ（登録商標）や耐火性セラミックのムライトである。マイクロ波供給源とランプ本体との結合量は、プローブの位置および寸法、そして前記物質の誘電率を変化させることで調整できる。一般的に、プローブ長さが作動周波数の１／４未満の場合は、より長いプローブの方が短いプローブよりも結合量が大きい。また、より高い界に位置するプローブは、低い界に位置する場合よりも結合量が多くなる。この方法は、スタートプローブやフィードバックプローブにも適用することもできる。プローブの位置や形状や寸法は、ネットワーク分析機器であるＳパラメータ測定法および／またはＨＦＳＳ（登録商標）のようなシミュレーションソフトにより決定される。
【００４７】
図１６は、図１１Ａ、図１１Ｂ、図１５Ａ、図１５Ｂに示すようなドライブプローブ５２６とフィードバックプローブ５２８のみを備えた誘電体導波管一体型プラズマランプ（ここではランプ５３０とする）に適した、増幅器５２２と制御回路５２４とを備えた回路５２０を示している。増幅器５２２の機能は、充填混合物にエネルギー付与して発光プラズマを生じさせるに十分なパワーでランプ本体５３２とランプチャンバ５３４とを結合するように、直流エネルギーを適切な周波数およびパワーレベルのマイクロ波力に変換することである。
【００４８】
好ましくは、増幅器５２２は、２０〜３０ｄＢゲインの前置増幅器段階５３６と、１０〜２０ｄＢゲインの中間出力増幅器段階５３８と、１０〜１８ｄＢゲインの高出力増幅器段階５４０とを備えている。好ましくは、前置増幅器段階５３６ではモトローラのＭＨＬ２１３３６・３Ｇ帯ＲＦリニアＬＤＭＯＳ増幅器を、中間出力増幅器段階５３８ではモトローラのＭＲＦ２１０３０・ラテラルＮチャンネルＲＦパワーＭＯＳＦＥＴを、高出力増幅器段階５４０ではモトローラのＭＲＦ２１１２５・ラテラルＮチャンネルＲＦパワーＭＯＳＦＥＴを使用する。この装置や、サポート・バイアス回路についての完全な情報は、モトローラセミコンダクタープロダクツセクター（テキサス州オースティン）から入手可能である。あるいは、これらの段階５３６、５３８、５４０は、単一の一体型回路に含まれる。あるいは、段階５３６、５３８、および制御回路５２４は、一体としてパッケージ化され、また高出力増幅器段階５４０は別個にパッケージ化される。
【００４９】
さらに、増幅器５２２は、ＰＩＮダイオード減衰器５４２を段階５３６、５３８、５４０とともに直列に設けているが、できれば減衰器が扱うパワー量を限定するために前置増幅器段階５３６に結合しているのがよい。ＰＩＮダイオード減衰器５４２は、ランプ本体５３２への供給量を制御して、ランプ始動、ランプ作動、ランプ光量を調整する。段階５３６、５３８、５４０による一連の増幅は固定ゲインなので、ランプ作動時の減衰量が変化するとランプ本体５３２へのパワーが変化する。好ましくは、ＰＩＮダイオード減衰器５４２は、アナログまたはデジタル制御回路５２４や光強度検出器５４４とともに作動する。この光強度検出器５４４は、発光強度を監視するとともに、エネルギー状態および／またはランプ発光性質が時間が経つにつれて変化したとしてもランプ作動時に要望の照明レベルに維持するものである。あるいは、ドライブプローブ５２６、高出力増幅器段階５４０、制御回路５２４に連通したＲＦ強度検出器５４６は、減衰器５４２を制御するのに使用される。さらに、制御回路５２４を使用して、使用者の要求に応じた輝度レベルに制御することもできる。制御回路５２４は、保護回路を備えるとともに適切な検知回路に連通しており、過剰温度シャットダウン、過電流シャットダウン、過電圧シャットダウン機能を有している。また、制御回路５２４は、発光には不十分であるが充填混合物のイオン化を維持するには十分である非常に低いパワーレベルにプラズマが維持される低パワーモードを備えている。さらに、制御回路５２４は、減衰量を増大させることでゆっくりとランプの運転停止を行う。この機能により、ランプが繰り返し受ける熱ショックを減少させるとともに、充填混合物がランプ室の最も冷却された部位で凝縮することになってランプ始動を促進させる。
【００５０】
あるいは、減衰器５２４は、充填混合物の気化を通常の作動パワーの場合に比してより迅速に行うため、ランプ作動サイクルの初期段階において出力を高レベルに制御するアナログまたはデジタル制御回路と組み合わせている。あるいは、減衰器５４２は、アナログまたはデジタル制御回路と組み合わせており、これは、伝搬および／または反射されるマイクロ波力レベルをＲＦ強度検出器を通じて監視するとともに、交流供給やその他の負荷による入力供給電圧が変化したとしても減衰器が通常のランプ作動時に要望のレベルを維持するように制御する。
【００５１】
図１７は、増幅器５６２および制御回路５６４を備えた別の制御回路５６０を示しているが、これは図１１Ａ、図１１Ｂ、図１５Ａ、図１５Ｂに示すようなドライブプローブ５７２とフィードバックプローブ５７４を備えた誘電体導波管一体型プラズマランプ５７０のランプ本体５６６およびランプチャンバ５６８にパワー供給・制御するに適している。並列しており独立に選択切換可能な「始動」帯域通過フィルタ５８０Ａおよび「作動」帯域通過フィルタ５８０Ｂは、図１６の一連の増幅器と、また好ましくは図１６に示すような一連の増幅器の入力側とに直列している。フィルタ５８０Ａ、５８０Ｂは、好ましくないランプ本体５６６の共振モード周波数を除外する。第１および第２ＰＩＮダイオードスイッチ５８２Ａ、５８２Ｂを用いて制御回路を適切なフィルタ帯域通過に選択切換することで、誘電体導波管一体型プラズマランプ５７０は、選択周波数に応じた空洞モードのみで作動し、増幅器パワーの全てがこのモードになる。ピンダイオード減衰器５８４は、第１ＰＩＮダイオードスイッチ５８２Ａとフィードバックプローブ５７４とを連結する。フィルタ５８０Ａを切り換えることにより、ランプ始動のために第１空洞モードが使用可能になる。充填混合物がイオン化してプラズマが生成し始めると、フィルタ５８６０Ｂに切り換えることで予め選択した第２空洞モードが使用可能となる。短時間の間、両フィルタはランプにパワー供給して、充填混合物がプラズマ状態を維持することを確実にする。両フィルタがスイッチインした場合、両空洞モードはランプ本体５６６および一連の増幅器を通じて伝搬する。所定状態になった場合、例えば所定時間ずれが生じたり最小パワーレベルになったりした場合、フィルタ５８０Ａはスイッチアウトしてランプ作動用の空洞モードが一連の増幅器を介して伝搬する。制御回路５６４は、所定作動周波数に応じて、フィルタ５８０Ａ、５８０Ｂの選択、選択解除、スイッチイン、スイッチアウトする。制御回路５４４に連通した光強度検出器５８６は、図１６のモードの光強度検出器５４４と同じ機能を果たす。
【００５２】
図１８は、増幅器６０２およびアナログまたはデジタル制御回路６０４を備えた制御回路６００を示しているが、これは図１２、図１３、図１４Ａ、図１４Ｂに示すようなドライブプローブ６１２とフィードバックプローブ６１６とスタートプローブ６１４とを備えた誘電体導波管一体型プラズマランプ６１０のランプ本体６０６およびランプチャンバ６０８にパワー供給・制御するに適している。フィードバックプローブ６１６は、ＰＩＮダイオード減衰器６１８およびフィルタ６２０を介して、前置増幅器５３６の入力部５３６Ａに連通している。スタートプローブ６１４は、ランプ６１０がオフの場合に臨界結合するように設計されている。ランプを始動するには、一連の増幅器の前置増幅器段階５３６または中間出力増幅器段階５３８から少量のマイクロ波力がスタートプローブ６１４に導かれる。制御回路６０４により制御される双極ＰＩＮダイオードスイッチ５２２からパワーが送られる。スイッチ６２２は、充填混合物がイオン化するまでＲＦマイクロ波エネルギーをスタートプローブ６１４に供給するように制御される。センサ６２４２Ａは、ランプ本体５７６内でのパワー使用状態を監視する。あるいはそれに加えてセンサ６２４Ｂは、ガスイオン化を表す光強度を監視する。制御回路６０４の一部である個別のタイマ制御回路は、ガス分解に必要な時間を割り当てる。ひとたびガスがイオン化すると、制御回路６０４は、スイッチ６２２をオンにしてマイクロ波エネルギーを高出力段階５４０に導き、ドライブプローブへマイクロ波エネルギーを供給する。短時間の間、スタートプローブ６１４とドライブプローブ６１２はともにランプにパワー供給して、充填混合物がプラズマ状態を維持することを確実にする。所定状態が生じた場合、例えば所定時間が経過したりあるいは予定したパワーレベルになった場合、制御回路６０４はスイッチ６２２をオフにして、ドライブプローブ６１２のみがプラズマにエネルギー付与するようスタートプローブ６１４へのパワー付与を停止する。これにより、効率が最大となる。
【００５３】
始動時における誘電体導波管一体型プラズマランプ６１０のＱ値（すなわち共振周波数帯域幅に対する作動周波数の比率）を高めるには、制御回路６０４は、ドライブプローブ６１２から高出力段階５４０への漏れを最小限にするインピーダンスになるまで、高出力段階５４０のトランジスタにバイアスをかける。これを実現するためには、制御回路６０４は、直流電圧をトランジスタゲートに与えて適切な始動インピーダンスになるよう制御する。
【００５４】
即ち、この発明においては、ランプ１０１は、本体（１０４）が誘電率約２を越える少なくとも一つの誘電物質からなるとともに、この本体が適切な周波数のマイクロ波エネルギーと結合したときに本体が少なくとも一つの共振モードで共振するような形状および寸法を有する誘電体導波管（１０３）一体型プラズマランプ（ＤＷＩＰＬ）である。本体のランプチャンバ内に設けた誘電体バルブ（１０７）は、共振本体からエネルギーを受けたときに発光プラズマを形成する充填物を含有している。このバルブは、プラズマが発する赤外線および可視光線を透過する。プラズマから喪失する放射エネルギーは、バルブ外表面および／またはランプチャンバ表面に設けた薄膜多層誘電体コーティングで反射してバルブに戻ることで再利用される。さらに、ランプは、マイクロ波供給源（１１５）が（ａ）本体が一つのモードで共振する周波数で作動する場合、あるいは（ｂ）プラズマ形成前には本体がより高次モードで共振するような少なくとも一つの周波数で作動し、またプラズマ安定状態後にはより低次モードで共振する別の周波数で作動する場合に、本体から反射してマイクロ波供給源（１１５）に戻るエネルギーを最小限にする二つのまたは三つのマイクロ波プローブ構造からなる。
【００５５】
本発明の種々の実施態様が明らかになったが、本明細書による発明概念から逸脱せずに追加変更をなしうることは当業者にとって明らかである。したがって、本発明を本明細書に記載の態様に限定する意図はない。むしろ本発明は、全ての変更態様、同等構造、代替構造をカバーし、それらは請求項に示される本発明の範囲に含まれることを意図している。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明の誘電体導波管一体型のプラズマランプを、他の構造にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】固体誘電物質からなる本体を備えており、透明壁を有し発光プラズマを含有したバルブエンベロープを一体化した、導波管を有する誘電体導波管一体型プラズマランプ（ＤＷＩＰＬ）の断面図である。
【図２】バキュームギャップにより導波管本体から分離した自己封入セラミックバルブとサファイア窓とを有する導波管一体型プラズマランプの断面図である。
【図３Ａ】チャンバ壁に熱接触する透明壁および透明底部と、これら透明壁および透明底部と同じ物質からなる窓とを有する導波管一体型プラズマランプの自己封入バルブの断面図である。
【図３Ｂ】図３Ａのバルブにつき、バルブの壁と底部の外表面に多層誘電体コーティングを施したものを示している。
【図４Ａ】リップ側へ上方に延長する円筒状の透明壁および透明の底部と、前記壁やリップや底部と同じ物質からなる窓とを有しており、空気ギャップにより導波管本体から分離している誘電体導波管一体型プラズマランプの自己封入バルブの断面図である。
【図４Ｂ】図４Ａのバルブにつき、円筒状バルブ壁および底部の外表面に多層誘電体コーティングを施したものを示している。
【図４Ｃ】図４Ａの形状につき、円筒状ランプチャンバの壁と底部に多層誘電体コーティングを施したものを示している。
【図４Ｄ】図４Ａの形状につき、バルブ壁と底部の外表面に、またランプチャンバの壁と底部に多層誘電体コーティングを施したものを示している。
【図５Ａ】大気へ開口したランプチャンバの断面図であって、自己封入の円筒形透明バルブは、ランプチャンバの底部に取り付けた台に搭載している。
【図５Ｂ】図５Ａのバルブおよび台の詳細図である。
【図５Ｃ】図５Ａの形状につき、ランプチャンバ表面に多層誘電体コーティングを施したものである。
【図５Ｄ】図５Ａの形状につき、バルブ壁と窓の外表面に多層誘電体コーティングを施したものである。
【図５Ｅ】図５Ａの形状につき、バルブ壁と窓の外表面に、またランプチャンバの表面に多層誘電体コーティングを施したものである。
【図５Ｆ】図５Ａの形状につき、レンズ部と平坦部とからなるチャンバ開口部を覆う部分レンズを設けたものである。
【図６Ａ】二つの半部分に分離した不透明な誘電体スリーブと同心となっておりこれに包囲される透明な円筒状壁を有しており、空気ギャップによってスリーブから分離しているバルブの立面図である。多層誘電体コーティングは、それぞれのスリーブ半部分の内表面に施される。
【図６Ｂ】図６Ａの形状の分解平面図である。
【図７Ａ】二つの半部分に分離した透明な誘電体スリーブと同心となっておりこれに包囲される透明な円筒状壁を有しており、空気ギャップによってスリーブから分離しているバルブの立面図である。多層誘電体コーティングは、それぞれのスリーブ半部分の外表面に施される。
【図７Ｂ】図７Ａの形状の分解平面図である。
【図８Ａ】透明な一体構成スリーブと同心となっておりこれに包囲されるとともに空気ギャップによりスリーブから分離した、透明な円筒状壁を有するバルブの立面図である。多層誘電体コーティングはスリーブの外表面に施されている。
【図８Ｂ】図８Ａの形状の分解平面図である。
【図９】垂直入射および３０度偏倚した入射についての、０．１２〜４．５μｍ波長透過の好ましいＳｉＯ２からなる多層誘電体コーティングの反射スペクトルを示している。
【図１０Ａ】バルブおよびドライブプローブが共振モードの電場最高点に位置する、円筒状本体を有する誘電体導波管一体型プラズマランプの概略図である。
【図１０Ｂ】バルブが図１０Ａの共振モードの電場最高点に位置するとともにドライブプローブは最高点から偏倚した位置にある、円筒状本体を有する図１０Ａの誘電体導波管一体型プラズマランプの概略図である。図１０Ｂのプローブは、偏倚による結合損失を補うため、図１０Ａのプローブよりも長くなっている。
【図１１Ａ】長方形でプリズム形状の本体を有する誘電体導波管一体型プラズマランプの概略図であり、バルブと、ドライブプローブと、増幅器−制御回路の結合体（ＡＣＣ）により連絡したフィードバックプローブとが設けられている。
【図１１Ｂ】円筒状本体を有する誘電体導波管一体型プラズマランプの概略図であり、バルブと、ドライブプローブと、増幅器−制御回路の結合体により連絡したフィードバックプローブとが設けられている。
【図１２】スタートプローブを利用する第１実施例による誘電体導波管一体型プラズマランプの概略図である。誘電体導波管一体型プラズマランプは円筒状の本体を有しており、バルブと、ドライブプローブと、フィードバックプローブと、スタートプローブとが設けられている。フィードバックプローブは、増幅器−制御回路の結合体および分配器を介してドライブプローブに連絡しているとともに、増幅器−制御回路の結合体、分配器、および移相器を介してスタートプローブに連絡している。
【図１３】スタートプローブを使用した第２実施例による誘電体導波管一体型プラズマランプの概略図である。誘電体導波管一体型プラズマランプは円筒状の本体を有しており、バルブと、ドライブプローブと、フィードバックプローブと、スタートプローブとが設けられている。フィードバックプローブは、増幅器−制御回路の結合体および循環器を介してドライブプローブに連絡している。
【図１４Ａ】スタートプローブを使用した第３実施例による誘電体導波管一体型プラズマランプの概略図である。誘電体導波管一体型プラズマランプは円筒状の本体を有しており、バルブと、ドライブプローブと、フィードバックプローブと、スタートプローブとが設けられている。フィードバックプローブは、増幅器−制御回路の結合体およびダイプレクサを介して、ドライブプローブおよびスタートプローブに連絡している。
【図１４Ｂ】図１４Ａの実施例の別の形状を示す誘電体導波管一体型プラズマランプの概略図である。フィードバックプローブは、ダイプレクサおよび第１増幅器−制御回路の結合体を介してドライブプローブに連絡しており、またダイプレクサおよび第２増幅器−制御回路の結合体を介してスタートプローブに連絡している。
【図１５Ａ】誘電体導波管一体型プラズマランプの概略図であって、プラズマ形成前にはスタート共振モードが使用され、プラズマが安定状態になるようドライブ共振モードが使用される。誘電体導波管一体型プラズマランプは円筒状の本体を有しており、バルブ、ドライブプローブ、およびフィードバックプローブが設けられている。増幅器−制御回路の結合体は、ドライブプローブとフィードバックプローブとを連絡する。
【図１５Ｂ】図１５Ａの実施例の別の形状を示す概略図であって、フィードバックプローブは、第１・第２ダイプレクサおよび第１・第２増幅器−制御回路の結合体を介してドライブプローブに連絡している。
【図１６】図１１Ａ、図１１Ｂ、図１５Ａ、図１５Ｂの第１形状および増幅器−制御回路の結合体を示すブロック図である。
【図１７】図１１Ａ、図１１Ｂ、図１５Ａ、図１５Ｂの第２形状および増幅器−制御回路の結合体を示すブロック図である。
【図１８】図１２、図１３、図１４Ａ、図１５Ｂの形状および増幅器−制御回路の結合体を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０１  誘電体導波管一体型プラズマランプ
１０３  導波管
１０４  導波管本体
１０５  ランプチャンバ
１０７  バルブ
１０８  充填物
１０９  壁
１１１  窓
１１５  マイクロ波供給源
１１６  空間
１１７  ドライブプローブ
１１９  金属コーティング
１２７  バルブエンベロープ
【図１】
2008515152.tif 000003
【図２】
2008515152.tif 000004
【図３Ａ】
2008515152.tif 000005
【図３Ｂ】
2008515152.tif 000006
【図４Ａ】
2008515152.tif 000007
【図４Ｂ】
2008515152.tif 000008
【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
2008515152.tif 000010
【図５Ａ】
2008515152.tif 000011
【図５Ｂ】
2008515152.tif 000012
【図５Ｃ】
2008515152.tif 000013
【図５Ｄ】
2008515152.tif 000014
【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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