(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電ガスが封入された放電容器及び放電容器内で所定のギャップを保持して配設される一対のアンテナ導体を有する放電ランプと、
アンテナ導体へ電力を供給するために、一定周波数の搬送波を発振する搬送波発振源と、
放電ランプと搬送波発振源との間に配置されて、中心導体と外導体とを有する同軸チューナーとを備え、
前記同軸チューナーは、放電ランプ側から、放電ランプが取り付けられるランプ取付部と、第１特性インピーダンス部分と、第２特性インピーダンス部分と、第３特性インピーダンス部分と、を少なくとも構成しており、第１特性インピーダンス部分と第３特性インピーダンス部分の特性インピーダンスが搬送波発振源の特性インピーダンスと同一に設定され、第２特性インピーダンス部分が第１特性インピーダンス部分及び第３特性インピーダンス部分と異なる特性インピーダンスに設定され、
前記ランプ取付部は、互いに異なる特性インピーダンスを持つ複数の構造部からなることを特徴とする放電ランプ装置。
【請求項２】
前記第１特性インピーダンス部分の長さが調整可能であることを特徴とする請求項１記載の放電ランプ装置。
【請求項３】
前記第２特性インピーダンス部分は中心導体と外導体との間に調整部材を有し、該調整部材が中心導体及び外導体に対して移動可能であることを特徴とする請求項２記載の放電ランプ装置。
【請求項４】
前記中心導体は、前記ランプ取付部の少なくとも一部を構成して、前記放電ランプのアンテナ導体が固着される第１導体と、第１導体に着脱可能に接続される第２導体と、を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の放電ランプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電容器内に突出させたアンテナに電力を供給して放電容器内の放電ガスを励起して放電させる放電ランプを備える放電ランプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の放電ランプ装置としては、図４及び特許文献１に示すものが知られている。
【０００３】
図４において、放電ランプ装置は、楕円体状の放電容器２内に放電ガスを封入した放電ランプ１を備えており、放電容器２内に、一対のアンテナ導体３，４が設けられる。各アンテナ導体３、４の先端は放電容器２の空洞内に突出され、他端は放電容器２の外部に突出される。前記各アンテナ導体３、４は放電容器２内で所定のギャップが保持され、アンテナのインピーダンスを決定する。
【０００４】
そして、一方のアンテナ導体４はラーンチャ７に接続される。ラーンチャ７は、導体金属製の内部円筒部材８と外部円筒部材９とが所定の間隙を保持して同軸に嵌合された同軸導波管であり、ラーンチャ７の一端側の内部円筒部材８に前記一方のアンテナ導体４を嵌合し、該ラーンチャ７の他端は伝送線路としての同軸ケーブル４０を介してマイクロ波発振源４２に接続される。
【０００５】
マイクロ波発振源で発振されたマイクロ波は、同軸ケーブルを介してラーンチャ７の同軸導波路を伝搬し、アンテナ導体３、４のギャップ部分に強くマイクロ波電界を形成する。この電界によってギャップ部分にアーク状プラズマ柱が形成され、高輝度発光が実現されることになる。
【０００６】
また、特許文献２では、ラーンチャにおいて、内部導体を、外部導体の軸心部に所定の間隙を有して抜き差し可能に嵌合させており、両者が嵌合したときの特性インピーダンスをマイクロ波発振器が有する特性インピーダンスに対応させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１１５５３４号公報
【特許文献２】特開２００９−７０６３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の上記放電ランプ装置に用いられる同軸導波路は、一般的な５０Ω伝送線路であるため、放電ランプ自体の持つインピーダンスとミスマッチを起こし、マイクロ波発振源から供給される電力を効率よく放電ランプに供給することが困難であるという問題がある。また、反射された電力がマイクロ波発振源に戻り、発振源が発熱するという問題もある。
【０００９】
本発明はかかる問題に鑑みなされたもので、放電ランプと発振源とのインピーダンス整合を図り、発振源からの電力を効率よく放電ランプに供給するための放電ランプ装置を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の一態様は、放電ガスが封入された放電容器及び放電容器内で所定のギャップを保持して配設される一対のアンテナ導体を有する放電ランプと、
アンテナ導体へ電力を供給するために、一定周波数の搬送波を発振する搬送波発振源と、
放電ランプと搬送波発振源との間に配置されて、中心導体と外導体とを有する同軸チューナーとを備え、
前記同軸チューナーは、放電ランプ側から、放電ランプが取り付けられるランプ取付部と、第１特性インピーダンス部分と、第２特性インピーダンス部分と、第３特性インピーダンス部分と、を少なくとも構成しており、第１特性インピーダンス部分と第３特性インピーダンス部分の特性インピーダンスが搬送波発振源の特性インピーダンスと同一に設定され、第２特性インピーダンス部分が第１特性インピーダンス部分及び第３特性インピーダンス部分と異なる特性インピーダンスに設定される、ことを特徴とする。
【００１１】
さらに本発明の一態様は、前記第１特性インピーダンス部分の長さが調整可能であることを特徴とする。
【００１２】
さらに本発明の一態様は、前記第２特性インピーダンス部分が中心導体と外導体との間に調整部材を有し、該調整部材は中心導体及び外導体に対して移動可能であることを特徴とする。
【００１３】
さらに本発明の一態様は、前記ランプ取付部が、互いに異なる特性インピーダンスを持つ複数の構造部からなることを特徴とする。
【００１４】
さらに本発明の一態様は、前記中心導体が、前記ランプ取付部の少なくとも一部を構成して、前記放電ランプのアンテナ導体が固着される第１導体と、第１導体に着脱可能に接続される第２導体と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ランプ取付部と、第１特性インピーダンス部分と、第２特性インピーダンス部分と、第３特性インピーダンス部分と、を少なくとも有する同軸チューナーを備えることで、放電ランプを含むランプ取付部を負荷とみなし、第２特性インピーダンス部分の特性インピーダンスを調整することで、インピーダンス整合を図ることができるようになる。
【００１６】
また、第１特性インピーダンス部分の長さを調整することで、確実に整合を図り、または第２特性インピーダンス部分の調整部材を移動することで、第１特性インピーダンス部分の長さを調整することができる。
【００１７】
また、ランプ取付部を、互いに異なる特性インピーダンスを持つ複数の構造部からなるようにすることで、放電ランプを含むランプ取付部のインピーダンスを整合しやすい範囲に調整することができる。
【００１８】
また、中心導体が着脱可能に接続される第１導体と第２導体を有することで、同軸チューナーの構成を簡単にすることができ、且つ、組み立て及び分解を簡単に行うことができ、併せて放電ランプの交換を簡単に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明による第１実施形態による放電ランプ装置を表す断面図である。
【図２】第１実施形態におけるインピーダンス整合を説明するためのスミスチャートである。
【図３】本発明による第２実施形態による放電ランプ装置を表す断面図である。
【図４】従来の放電ランプ装置を表す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による放電ランプ装置を表している。図において、１０は放電ランプであり、放電ガスが封入された放電容器１２を有する。放電容器１２内には、該放電容器１２の長軸に沿って長軸方向に伸びるように所定の間隔をおいてアンテナを構成する一対のアンテナ導体１３、１４が配設される。各アンテナ導体１３、１４の対向端は棒状導体１５、１６となっており、棒状導体１５、１６は、放電容器１２の空洞内に突出されて所定のギャップが保持され、アンテナのインピーダンスを決定する。任意には、放電ランプ１０の周囲には反射ミラーを設けることも可能である。
【００２２】
一対のアンテナ導体１３、１４からなるアンテナの給電を行うために、１００ＭＨｚ〜１０ＧＨｚの間にある一定周波数の搬送波を持つ連続波またはパルス波を発振する搬送波発振源４２が設けられる。搬送波の波長をλとしたときに、アンテナの長さは、λ／４となるように設定されるとよい。
【００２３】
放電ランプ１０と搬送波発振源４２とは、伝送線路である同軸ケーブル４０及びインピーダンス整合を行うための同軸チューナー２０を介して繋がれる。
【００２４】
同軸チューナー２０は、大まかに、中心導体２２と、外導体３０とから構成される。
【００２５】
詳細には、中心導体２２は、互いに分解可能となった放電ランプ１０側の第１導体２３と反放電ランプ側の第２導体２４とから構成される。第１導体２３は、拡径部２３ａと縮径部２３ｂとを有し、縮径部２３ｂの反放電ランプ側には、雄ネジ部２３ｃが形成されている。第２導体２４は、一定の外径となった本体部２４ａを有し、本体部２４ａの放電ランプ１０側には雌ネジ部２４ｂが、反放電ランプ側にはコネクタ部２４ｃがそれぞれ形成されている。雄ネジ部２３ｃと雌ネジ部２４ｂとを螺合することで、第１導体２３と第２導体２４とが一体化される。尚、コネクタ部２４ｃは、図の例では雄ネジとなっているが、これに限らず、被接続部材との接続に適した任意のコネクタ構造とすることができる。
【００２６】
外導体３０は筒状をなしており、放電ランプ１０側に第１導体２３の拡径部２３ａに対応した拡径部３０ａと、本体部３０ｂとを有する。本体部３０ｂの側面には、第２導体２４の本体部２４ａに対応した部分に一対のスロット３０ｄが形成されている。
【００２７】
第１導体２３の拡径部２３ａ内には、前記放電ランプ１０のアンテナの一方のアンテナ導体１４が挿入されてその端部が半田付け等で固着されている。第１導体２３の拡径部２３ａは、その外周側に支持部材３２が配設され、該支持部材３２を介して外導体３０の拡径部３０ａに同軸的に支持される。支持部材３２は、テフロン（登録商標）等の誘電体やフェライト等の磁性体から構成することができる。
【００２８】
拡径部２３ａ、縮径部２３ｂ及びこれらに対応する外導体３０の部分並びに支持部材３２から、ランプ取付部が構成され、ランプ取付部は、拡径部２３ａ、支持部材３２及びそれに対応する外導体３０の拡径部３０ａからなる第１構造部と、縮径部２３ｂ及びこれに対応する外導体３０からなる第２構造部とからなり、第１構造部と第２構造部とは、互いに異なる特性インピーダンスに設定される。
【００２９】
また、第２導体２４の本体部２４ａの周囲には、調整部材３４が摺動可能に配設される。外導体３０の外周には、操作リング３６が摺動可能に配設されており、調整部材３４は、連結ネジによって操作リング３６にスロット３０ｄを通過して接続されている。調整部材３４は、テフロン（登録商標）等の誘電体やフェライト等の磁性体から構成することができる。操作リング３６は、図示しない別途の固定ネジによって、スロット３０ｄの存在する軸方向範囲内の任意の位置で外導体３０に固定することができるようになっている。
【００３０】
ランプ取付部と調整部材３４とに挟まれた部分が第１特性インピーダンス部分（特性インピーダンスＺ１、長さＬ１）を構成し、調整部材３４の存在する部分が第２特性インピーダンス部分（特性インピーダンスＺ２、長さＬ２）を構成し、調整部材３４よりも反放電ランプ側が第３特性インピーダンス部分（特性インピーダンスＺ３）を構成している。
【００３１】
第１特性インピーダンス部分の特性インピーダンスＺ１と第３特性インピーダンス部分の特性インピーダンスＺ３は、互いに等しく、且つ同軸ケーブル４０の特性インピーダンス延いては搬送波発振源４２の特性インピーダンスに等しいように、即ち５０Ωになるように、本体部２４ａの外径と本体部３０ｂの内径が設定されている。また、第２特性インピーダンス部分の特性インピーダンスＺ２は、調整部材３４によって、特性インピーダンスＺ１、Ｚ３と異なる５０Ω以外の特性インピーダンスとなるように設定されている。また、その長さＬ２は半波長以下となっている。
【００３２】
以上のように構成される放電ランプ装置において、搬送波発振源４２で発振された一定周波数（例えば、２．４５ＧＨｚ）の搬送波は、同軸ケーブル４０を介して同軸チューナー２０を伝搬し、棒状導体１５、１６のギャップ部分に強く電界を形成する。この電界によってギャップ部分にアーク状プラズマ柱が形成され、高輝度発光が実現される。
【００３３】
放電ランプ１０のインピーダンスは、各個体によってばらつきがある。例えば、放電容器１２内の気圧、金属製棒状導体１５、１６間のギャップのばらつきによって、変化する可能性がある。その上、放電ランプ１０に反射ミラーが取り付けられることによっても、そのインピーダンスが変化する。本発明においては、ランプ取付部を含めた放電ランプ１０のインピーダンスＺLがおおよそ所定の範囲に入るように、ランプ取付部が調整されている。
【００３４】
さらに、第１特性インピーダンス部分（Ｚ１、Ｌ１）と、第２特性インピーダンス部分（Ｚ２、Ｌ２）とによって、ランプ取付部を含む放電ランプとの整合を確保している。
【００３５】
即ち、ランプ取付部を含む放電ランプのインピーダンスＺLを負荷とみなして、これが図２に示す位置にあるものとすると、該インピーダンスＺLに対して、第１特性インピーダンス部分（Ｚ１、Ｌ１）によって、第２特性インピーダンス部分（Ｚ２、Ｌ２）から見たインピーダンスが図２に示す軌跡Ｐ１をたどり、Ａ点に移る。
【００３６】
今、第２特性インピーダンス部分（Ｚ２、Ｌ２）の特性インピーダンスＺ２が５０Ωよりも小さいものとすると、Ａ点からＺ２を中心とした円弧Ｐ２をたどり、第３特性インピーダンス部分（Ｚ３）のインピーダンス５０Ω（整合点）へと到達することができ、こうして、整合をとることができる。
【００３７】
ランプ取付部において、拡径部２３ａを含む第１構造部と、縮径部２３ｂを含む第２構造部とでは、特性インピーダンスが異なるものとなっている。この異なる特性インピーダンスを組み合わせることで、インピーダンスＺLを図２に示す円弧Ｐ２に接して整合点を中心とする円Ｃ１よりも内側の範囲に収めることができる。一例として、第１構造部は、その長さが半波長以下で、特性インピーダンスが５０Ω、第２構造部は、その長さが半波長以下で、特性インピーダンスが５０Ω以外（図１の例では、５０Ωよりも大きい）の特性インピーダンスを持つように構成することができる。
【００３８】
さらに、操作リング３６を調整して、調整部材３４の位置を変化させることによって、第１特性インピーダンス部分の長さを変えて、インピーダンスＺLからＺ２を中心とした円Ｃ２上へと確実に到達させるようにすることができる。実際の調整作業は、反射強度を計測して反射強度を小さくする位置を見つけるか、または、放電ランプ１０の照度を計測して照度を大きくする位置を見つけて、操作リング３６をその位置に固定することで行うことができる。
【００３９】
こうして、整合を図ることで、搬送波発振源４２から供給される電力を効率よく放電ランプに供給することができるようになる。また、搬送波発振源４２における発熱を防ぐことができる。
【００４０】
この同軸チューナー２０の無い従来の放電ランプ装置と、同軸チューナー２０を設けた本発明による放電ランプ装置とを比較した結果、同軸チューナー２０が無い場合、反射が−４．８ｄＢであり効率が６７％程度であったのに対して、同軸チューナー２０を設けた場合は、反射が−２０ｄＢに減少し、効率が９９％に向上した。
【００４１】
また、この実施形態では、第１導体２３と第２導体２４とが螺合によって着脱可能となっているので、その組み立てまたは分解が容易となっている。よって、放電ランプ１０の交換時に、第１導体２３と共に放電ランプ１０を取り外して別のものに交換することも可能となる。この交換時に直接放電ランプ１０を取り扱う必要がないので、放電ランプ１０の破損等を防ぐこともできる。勿論、第１導体２３と第２導体２４とは、螺合以外の任意の手段で着脱可能とすることもできる。
【００４２】
（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態による放電ランプ装置の断面図である。本実施形態において、第１実施形態と同じ部分については同じ符号を付してその詳細説明を省略する。
【００４３】
この実施形態では、中心導体２２の第１導体２３は、縮径部２３ｂが省略されており、その代わりに、第２導体２４の本体部２４ａが、調整部材３４の可動範囲となるスロット３０ｄよりも放電ランプ１０側へと延びている。
【００４４】
この実施形態においては、ランプ取付部が、第１導体２３の拡径部２３ａ、支持部材３２及びそれに対応する外導体３０の拡径部３０ａからなる第１構造部と、第２導体２４の本体部２４ａの一部とそれに対応する外導体３０からなる第２構造部と、から構成される。ここで、第１構造部と第２構造部とは、特性インピーダンスを異なるものとしてもよいし、または同一とすることも可能である。ランプ取付部を含む放電ランプのインピーダンスＺLを第１実施形態と同様に、所定の範囲に収めることで、第１実施形態と同様に作用させることができる。
【００４５】
（その他）
尚、以上の実施形態では、第２特性インピーダンス部分が可動するようになっていたが、これに限るものではなく、放電ランプのインピーダンスのばらつきが小さい場合には、その位置を固定的なものとすることもできる。この場合、第２特性インピーダンス部分のインピーダンスの調整は、調整部材３４によって行うのに限らず、例えば、第２特性インピーダンス部分に相当する第２導体２４の部分の外径を調整することで、行うこともできる。
【００４６】
また、以上の例では、第２特性インピーダンス部分の特性インピーダンスが５０Ω（即ち、搬送波発振源４２の特性インピーダンス）よりも小さいものとなっていたが、これに限るものではなく、５０Ωよりも大きいインピーダンスを持つようにすることもでき、その場合には、図２において、Ａ点が円Ｃ３の範囲に入るように第１特性インピーダンス部分が調整されればよい。
【００４７】
また、以上の例では、同軸チューナー１２と搬送波発振源４２とが伝送線路である同軸ケーブル４０を介して繋がれていたが、これに限るものではなく、同軸ケーブル４０を省略することも可能であり、同軸チューナー１２を搬送波発振源４２に直接接続することも可能である。この場合も、同軸チューナー１２の第１特性インピーダンス部分と第３特性インピーダンス部分の特性インピーダンスが、搬送波発振源４２の特性インピーダンスに等しくなるように、設定すればよい。
【００４８】
以上の放電ランプ装置は、一般光源、プロジェクタ、殺菌灯として使用することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１０  放電ランプ
１２  放電容器
１３、１４  アンテナ導体
２０  同軸チューナー
２２  中心導体
２３  第１導体
２４  第２導体
３０  外導体
３４  調整部材
４２  搬送波発振源
【図１】
0005803037.tif 000002
【図２】
0005803037.tif 000003
【図３】
0005803037.tif 000004
【図４】
0005803037.tif 000005