(57)【要約】【課題】簡素な構成で信頼性の高い無電極放電ランプシステムを得るための始動補助手段の駆動構成を提供する。【解決手段】マイクロ波発振源、マイクロ波発振源によるマイクロ波によって放電発光する放電ランプ、マイクロ波発振源と放電ランプを繋ぐ第１の伝送線路、及び放電ランプを始動させるための始動補助手段を有し、放電ランプの安定点灯時に放電ランプからマイクロ波発振源への反射電力が入射電力の１０％以下となるようにマイクロ波発振源、放電ランプ及び第１の伝送線路が設定された放電ランプ点灯システムにおいて、さらに、第１の伝送線路中に設けたサーキュレータ、及びサーキュレータと始動補助手段とを繋ぐ第２の伝送線路を備え、放電ランプからの反射電力が、第１の伝送線路、サーキュレータ及び第２の伝送線路を介して始動補助手段に供給されることにより始動補助手段が駆動される構成とした。【選択図】図１
2008130238.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波発振源、該マイクロ波発振源によるマイクロ波によって放電発光する放電ランプ、前記マイクロ波発振源と前記放電ランプを繋ぐ第１の伝送線路、及び前記放電ランプを始動させるための始動補助手段を有し、前記放電ランプの安定点灯時に該放電ランプから前記マイクロ波発振源への反射電力が入射電力の１０％以下となるように前記マイクロ波発振源、前記放電ランプ及び前記第１の伝送線路が設定された放電ランプ点灯システムにおいて、
さらに、前記第１の伝送線路中に設けたサーキュレータ、及び該サーキュレータと前記始動補助手段とを繋ぐ第２の伝送線路を備え、
前記放電ランプからの反射電力が、前記第１の伝送線路、前記サーキュレータ及び前記第２の伝送線路を介して前記始動補助手段に供給されることにより該始動補助手段が駆動される放電ランプ点灯システム。
【請求項２】
請求項１記載の放電ランプ点灯システムにおいて、前記始動補助手段が、紫外線を発生する手段である放電ランプ点灯システム。
【請求項３】
請求項１記載の放電ランプ点灯システムにおいて、前記始動補助手段が、前記放電ランプにマイクロ波を供給する手段である放電ランプ点灯システム。
【請求項４】
請求項１から請求項３いずれか一項に記載の放電ランプ点灯システムにおいて、前記第２の伝送線路中に、前記始動補助手段から前記サーキュレータに向かう電力を遮断するアイソレータを設けた放電ランプ点灯システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマイクロ波を利用して点灯する放電ランプの点灯装置の保護と点灯補助手段の駆動に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在多くの分野で放電ランプが使用され改良も試みられているが、中でも電極を有さない無電極放電ランプと呼ばれる放電ランプは発光部に電極を有していないため、電極の消耗による発光効率の低下が無く、また硫黄などのように発光効率は高いが電極材料と反応するため有電極ランプでは使用することができない発光物質を使用することができるため、ランプの長寿命化、高効率化という観点で期待されている。
【０００３】
従来の無電極ランプシステムはマイクロ波共振空洞内に無電極ランプを配置し、導波管を使ってマグネトロンから発生したマイクロ波を伝送し、結合穴を使ってマイクロ波共振空洞に送り込み、マイクロ波エネルギーにより無電極ランプを点灯させている。
このとき、マイクロ波共振空胴の一部は金属網で形成し、マイクロ波を遮断し光を透過させる構成になっている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
また、無電極ランプの放電開始には一般に放電開始用の特別な装置や制御が必要であり、例えば、放電開始を補助するために紫外線源などの始動補助光源を使用する場合がある。この場合には始動補助光源用の電源やタイミング回路等が必要となる。それらの回路をなくすために、マイクロ波発振源と無電極ランプとを繋ぐ導波路に始動補助光源を取り付け、マイクロ波発振源からのマイクロ波エネルギーにより始動補助光源を点火し、無電極ランプ点灯後は自動的に始動補助光源が消灯する構成が提案されている（例えば、特許文献２）。
【０００５】
このような無電極ランプにおいては、点灯開始前にマイクロ波共振空洞内の電場が最大となる点に無電極ランプを配置するのが一般的であったが、点灯開始前と安定点灯時ではランプ内部のプラズマにより共振空洞内のモードが大きく変化する。そのため、モードによって定まる定在波の位置によっては、給電口付近での表面電流に起因してマイクロ波エネルギーの損失や給電口のスロット間での気中放電の発生という問題があった。
このため、安定点灯時の無電極ランプの状態に合わせてインピーダンスの整合を行い、上記不具合を解消する構成が提案されている（例えば、特許文献３）。
【特許文献１】特開昭５８−１６４５８号公報
【特許文献２】特開昭５５−１２２３９８号公報
【特許文献３】特開平９−２４５７４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、放電ランプの安定点灯時の状態に合わせてインピーダンスの整合を行った場合、点灯開始前の状態ではインピーダンスの整合が取れていないため、点灯開始前及び点灯開始直後においては、マイクロ波共振空洞に送られた電力が反射してマイクロ波発振源に戻ってくる。
そして、マイクロ波発振源であるマグネトロンに反射したマイクロ波が戻ってくると、マグネトロンの出力低下や周波数変化を引き起こす場合があった。また、マイクロ波発振源が半導体素子を用いたマイクロ波発振源の場合には、マイクロ波の反射が発生すると素子の耐圧を超えることにより素子が破壊するおそれがあった。
【０００７】
また、特許文献２のようなマイクロ波発振源のマイクロ波エネルギーにより始動補助光源を点火する構成において、放電ランプの安定点灯状態にインピーダンス整合させようとする場合、マイクロ波伝送線路中に配置した始動補助光源用の回路には電力を伝えることなく、点灯した放電ランプにインピーダンスを合わせなければならないため、インピーダンスの整合が非常に困難であった。
【０００８】
本発明は上記問題点を解決するもので、放電ランプの安定点灯時の状態に合わせてインピーダンスの整合を行い、安定点灯時のマイクロ波の反射を抑えるとともに、始動補助手段を駆動するためのエネルギーにマイクロ波発振源による（放電ランプ点灯開始前の）反射電力を使用することにより、始動補助手段のための電源等を必要としない構成とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を解決するための本発明の第１の側面は、マイクロ波発振源、マイクロ波発振源によるマイクロ波によって放電発光する放電ランプ、マイクロ波発振源と放電ランプを繋ぐ第１の伝送線路、及び放電ランプを始動させるための始動補助手段を有し、放電ランプの安定点灯時に放電ランプからマイクロ波発振源への反射電力が入射電力の１０％以下となるようにマイクロ波発振源、放電ランプ及び第１の伝送線路が設定された放電ランプ点灯システムにおいて、さらに、第１の伝送線路中に設けたサーキュレータ、及びサーキュレータと始動補助手段とを繋ぐ第２の伝送線路を備え、放電ランプからの反射電力が、第１の伝送線路、サーキュレータ及び第２の伝送線路を介して始動補助手段に供給されることにより始動補助手段が駆動される放電ランプ点灯システムである。
【００１０】
ここでサーキュレータとは、強磁界の作用によりマイクロ波の伝播経路を回転させ、備えている３つのポートにおいて、それぞれ隣り合うポートにのみマイクロ波を伝送させる装置である。
このサーキュレータを用いて、放電ランプからの反射電力を始動補助手段に伝送し、この反射電力により始動補助手段を駆動させる。このとき、放電ランプの未点灯時及び始動初期には大きい反射電力が発生するがこのサーキュレータの作用により、反射電力はマイクロ波発振源には直接到達しない。そして、安定点灯時の放電ランプからの反射電力を入射電力の１０％以下にしているため、放電ランプの安定点灯時には反射電力が少なくなり、始動補助手段は駆動しなくなる。
【００１１】
また、上記第１の側面において、始動補助手段は、紫外線を発生する手段であってもよいし、放電ランプにマイクロ波を供給する手段であってもよい。
またさらに、第２の伝送線路中に、始動補助手段からサーキュレータに向かう電力を遮断するアイソレータを設けてもよい。
ここで、アイソレータとは、サーキュレータの３つのポートのうち１つを無反射終端としたものであり、残りの２つのポートの間で、マイクロ波を１方向にのみ伝送させる装置である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る放電ランプ点灯システムにおいては、放電ランプの安定点灯時に合わせてインピーダンスの整合を行うことにより、安定点灯時の放電ランプからの反射電力を抑え、反射電力によりマイクロ波発振源であるマグネトロンや半導体素子に影響を与えることをなくし、反射電力の発生する放電ランプ未点灯時や始動初期においては、反射電力をサーキュレータにより始動補助手段に送り込み、マイクロ波発振源を保護することができる。
【００１３】
また始動補助手段の駆動には、放電ランプからの反射電力を使用するため、始動補助手段のための別個の電源などを必要せず、また、放電ランプの安定点灯時に合わせてインピーダンスの整合を行っているため、安定点灯時には反射電力がなくなり、タイミング装置などを使用しなくとも、始動補助手段を放電ランプ未点灯時及び始動初期のみ駆動させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の放電ランプ点灯システムの実施の形態について詳細に説明する。
図１は本発明に係る放電ランプ点灯システムの一例における構成を示す概略図である。
マグネトロン１から発振されたマイクロ波は、導波管２ａを伝播し、導波管型サーキュレータ３のポート３ａに入力される。
ポート３ａに入力されたマイクロ波はポート３ｂから出力され、導波管２ｂを伝播し結合穴４を介してマイクロ波空胴５内に送られるが、このときマイクロ波空胴５内の無電極ランプは点灯せず、マイクロ波空胴５内に送られたマイクロ波は反射する。
これは、結合穴４とマイクロ波空胴５の形状について、無電極ランプ６の安定点灯時においてインピーダンスの整合をとっている（放電ランプの安定点灯中に反射電力が入射電力に対して１０％以下となるように設計されている）ので、従って、無電極ランプの点灯していない状態ではインピーダンスの整合がとれていないためである。
【００１５】
また、無電極ランプ６が点灯しない理由は、無電極ランプ６の安定点灯時においてインピーダンスの整合をとるようにマイクロ波空胴５と結合穴４を設計した場合には、無電極ランプ６が点灯していないと、マイクロ波空胴５内の電場の強い場所は、無電極ランプ６の存在する場所とは異なる場所に存在しており、無電極ランプ６が存在する場所の電場は弱いため、無電極ランプ６が非常に点灯しにくい状態におかれているためである。
【００１６】
マイクロ波空胴５より反射されたマイクロ波は導波管２ｂを伝播し、サーキュレータ３のポート３ｂに入力される。サーキュレータ３のポート３ｂに入力されたマイクロ波は、サーキュレータ内の強磁界の作用によりポート３ｃから出力され、ポート３ａからは出力されない。
ポート３ｃから出力されたマイクロ波は導波管２ｃを伝播し、始動補助光源７を点灯させるために使われる。
始動補助光源７は点灯すると紫外線を放射し、この紫外線の励起作用により無電極ランプ６の始動電圧が低下することにより、マイクロ波空胴内の弱い電場においても無電極ランプ６が点灯する。点灯した無電極ランプ６の光は、マイクロ波空胴５前面の金属網８より取り出される。
【００１７】
図２は無電極ランプ点灯後の導波管２ｂ部分での入射電力と反射電力のグラフである。
マイクロ波の発振が開始されると、始動補助光源７がすぐに点灯し、その後１秒ほどで無電極ランプ６の放電が開始する。
無電極ランプ６の放電が開始すると、無電極ランプ６内のプラズマでマイクロ波電力が消費されるようになる。無電極ランプ６により電力が消費されるので、マイクロ波空胴５からの反射電力は減少する。
【００１８】
放電が開始しプラズマが発生することにより、マイクロ波空胴５内の電場は変化するが、このときマイクロ波空胴５と結合穴４は無電極ランプ６にプラズマが発生した状態においてインピーダンスの整合がとれるように設計されているため、無電極ランプ６の存在する場所での電場は強くなり、プラズマで消費される電力はさらに大きくなる。
プラズマで消費される電力は徐々に大きくなり、それに伴い反射電力は徐々に減少し、無電極ランプが安定点灯状態になると、反射電力はほぼ０になり、駆動のための電力がなくなるため始動補助光源７は消灯する。
【００１９】
以上のように、本構成によれば、無電極ランプの安定点灯時には反射電力を入射電力の１０％以下にすることができ、ランプ未点灯時及び始動初期における反射電力はサーキュレータにより始動補助光源の駆動のために使われるため、無電極ランプ６から反射したマイクロ波がマグネトロン１に影響を与えることがなく、マグネトロン１の周波数変化や出力低下を引き起こすことがない。
また、始動補助光源は、無電極ランプからの反射電力を用いて駆動させているため、始動補助光源駆動用の電源等が必要なく、また、無電極ランプが安定点灯に移行すると、無電極ランプからの反射電力が無くなり始動補助光源のみ消灯するので、タイミング装置なども不要である。
【００２０】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されることはなく、以下のように変更を加えることが可能である。
【００２１】
例えば、図３に示すように、マイクロ波の発振源はマグネトロンではなく、半導体素子を使用したマイクロ波発振源１１を使用することも可能である。半導体素子を使用したマイクロ波発振源１１を使用する場合には、伝送線路は導波管ではなく、同軸ケーブル１２やマイクロストリップラインを使用し、サーキュレータ１３は伝送線路に対応したものを採用すればよい。
マイクロ波空胴１５にマイクロ波を送るには、マイクロ波空胴内に給電用アンテナ１４を設置し、無電極ランプ１６に給電してもよい。この構成においてもマイクロ波空胴１５の形状や給電用アンテナ１４の位置を調整することにより、無電極ランプ１６の安定点灯時に反射電力を入射電力の１０％以下にすることが可能である。
【００２２】
図３の動作は図１の場合と同様である。即ち、放電ランプ点灯開始前において、マイクロ波発振源１１からの入射電力が、同軸ケーブル１２ａ→サーキュレータ１３→同軸ケーブル１２ｂ→給電用アンテナ１４へ搬送され、これによる反射電力が、給電用アンテナ１４→同軸ケーブル１２ｂ→サーキュレータ１３→同軸ケーブル１２ｃ→始動補助手段１７と搬送される。これにより、順に、始動補助手段１７（例えば、始動補助光源）が駆動され、始動補助手段の作用により無電極ランプ１６が点灯開始し、無電極ランプ１６が安定点灯に移行するとともに反射電力が減少し、始動補助手段１７が停止する。
【００２３】
半導体素子を使用したマイクロ波発振源を使用した場合、大きな電力の反射が発生すると、半導体素子の耐圧を超え半導体素子が破損するが、上記構成によれば、大きな電力の反射はなくなり、半導体素子を破損させることがない。
さらに、図４に示すように、始動補助手段２７とマイクロ波発振源２１の間にアイソレータ２８を挿入しても良い。この場合、始動補助手段２７に入力されたマイクロ波が反射しても、この反射電力がマイクロ波発振源２１に影響を与えることがない。
【００２４】
また図５に示すように、始動補助手段３７はマイクロ波空洞３５内に始動補助電力供給用アンテナ３９を設置する構成としてもよい。この構成においては無電極ランプ３６が始動補助電力供給用アンテナから供給される電力によって始動しやすいように、マイクロ波空洞３５に対する始動補助電力供給用アンテナ３９を調整する必要がある。
この構成によれば、特別な始動補助光源を必要とせず、しかも始動補助光源からの紫外線の励起作用により無電極ランプを始動させるよりも直接的に無電極ランプに電力を供給することになるので、始動特性を改善できる。なお、電力の伝搬等の動作は図１と同様である。
【００２５】
以上をまとめると、本発明は、放電ランプの安定点灯時に合わせたインピーダンスの整合により安定点灯時には反射電力がほとんどなくなる（１０％以下）になるという前提の下、以下の効果を達成することができる。
放電ランプ点灯前の反射電力を利用することによって始動補助手段を駆動する構成としたことによって、始動補助手段用の別個の電源、タイミング装置などが不要となり、簡素な構成で始動補助手段を放電ランプ未点灯時及び始動初期のみ駆動させることができる。
また、サーキュレータを用いて入射電力及び反射電力を適切に方向付けて伝搬させる構成としたことによって、大きな反射電力が発生する放電ランプ未点灯時や始動初期においても反射電力からマイクロ波発振源を保護することができ、これによりマイクロ波発振源等の信頼性を向上することができる。さらに、このサーキュレータによって放電ランプと始動補助光源とはマイクロ波の伝搬に関して分離しているので、お互いに影響を与えることがない。このため、マイクロ波に対して放電ランプと始動補助光源を個別にインピーダンス調整することができ、上記のインピーダンス整合が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る放電ランプ点灯システムの一例を示す図である。
【図２】本発明に係る放電ランプ点灯システムにおける電力の時間変化を示した図である。
【図３】本発明に係る放電ランプ点灯システムの他の形態を示す図である。
【図４】本発明に係る放電ランプ点灯システムの他の形態を示す図である。
【図５】本発明に係る放電ランプ点灯システムの他の形態を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１，１１，２１，３１．マイクロ波発振源
２ａ，２ｂ，２ｃ，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ．導波管
３，１３，２３，３３．サーキュレータ
３ａ，３ｂ，３ｃ．サーキュレータポート
４，３４．結合穴
８，１８，２８，３８．金属網
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，２２ａ、２２ｂ、２２ｃ．同軸ケーブル
１４，２４．給電アンテナ
５，１５，２５，３５．マイクロ波空胴
６，１６，２６，３６．無電極ランプ
７，１７，２７．始動補助光源
２８．アイソレータ
３９．始動補助電力供給用アンテナ
【図１】
2008130238.tif 000003
【図２】
2008130238.tif 000004
【図３】
2008130238.tif 000005
【図４】
2008130238.tif 000006
【図５】
2008130238.tif 000007