(57)【要約】【課題】簡素な構成でマイクロ波放電ランプのインピーダンスマッチングを行うと共に、小型化したマイクロ波放電ランプシステムを提供する。【解決手段】マイクロ波発振源からのマイクロ波をアンテナ１と金属製のチャンバー５を使って放電ランプ３に結合させるマイクロ波放電ランプシステムにおいて、アンテナ１には長さ方向と垂直な面においてアンテナ１の断面積を変化させるためのアンテナアダプター２を設置し、インピーダンスマッチングを実現する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波を発生するマイクロ波発振源、金属製のチャンバー、並びに該金属製のチャンバー内部に配置され該マイクロ波を発射するアンテナ及び該マイクロ波により点灯する放電ランプを備えたマイクロ波放電ランプシステムにおいて、
前記アンテナに、長さ方向に沿って断面積が変化する部分を少なくとも１つ設けたマイクロ波放電ランプシステム。
【請求項２】
前記断面積が変化する部分が、前記アンテナに取り付けた導電性材料からなるアンテナアダプターからなる請求項１記載のマイクロ波放電ランプシステム。
【請求項３】
前記アンテナアダプターが第１及び第２のアンテナアダプターからなり、該第１のアンテナアダプターの外側に該第２のアンテナアダプターが取り付けられた請求項２記載のマイクロ波放電ランプシステム。
【請求項４】
前記アンテナアダプターが第１及び第２のアンテナアダプターからなり、前記アンテナの長さ方向において異なる位置に該第１のアンテナアダプター及び該第２のアンテナアダプターが取り付けられた請求項２記載のマイクロ波放電ランプシステム。
【請求項５】
前記アンテナアダプターが該アンテナに対して摺動可能である請求項２から４いずれか一項に記載のマイクロ波放電ランプシステム。
【請求項６】
前記放電ランプからの反射電力を検出する検出部、前記アンテナアダプターを摺動させる駆動部、及び検出された該反射電力に基づいて該アンテナアダプターの位置をフィードバックするよう該駆動部を制御する制御部をさらに備えた請求項５記載のマイクロ波放電ランプシステム。
【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に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高圧放電ランプは高効率・高演色という特性からハロゲンランプに代わり、一般照明だけでなく、自動車用の前照灯やプロジェクタ用のバックライトとして、需要が高まっている。
特に、マイクロ波を利用した放電ランプにおいては、発光空間に電極を持たなくても発光空間内の発光物質に電磁エネルギーを結合させることが可能なため、放電ランプの無電極化が実現できる。
【０００３】
無電極ランプは、電極の蒸発による発光管内壁の黒化が発生しないため、ランプ寿命を大幅に改善することができ、また硫黄などの電極材料と反応するために使用できなかった物質を発光材料として使用できるので、高効率・高演色な光源が実現可能となる。
【０００４】
従来のマイクロ波放電ランプはマイクロ波共振空洞内に放電ランプを配置し、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放電ランプを点灯させている（例えば、特許文献１）。
【０００５】
ここで、マイクロ波放電ランプは自動車用の前照灯やプロジェクタ用のバックライトへの応用が期待されているが、マイクロ波を伝送するための導波管や、インピーダンスマッチングをとるためのマイクロ波共振空洞が必要なため、装置が非常に大きくなってしまう。
このため、二つの共振器を備えることでインピーダンスマッチングを可能にし、点灯装置の小型化を図った無電極照明システムが提案されている（例えば、特許文献２）。
【特許文献１】特開昭５８−１６４５８
【特許文献２】特開２００４−２７３４１２
【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、特許文献２によると、いくらか小型化されたとはいえ、インピーダンスマッチングをとるために二つの共振器を必要とするため、自動車用の前照灯やプロジェクタ用のバックライトとしては大型の装置になってしまい、適用できない。
【０００７】
また、ここでいう共振器とは導体及び共振空間からなるものであり、インピーダンスマッチングは主として二つの導体の配置と共振空間の形状によって決まる。従って、一度これらの配置を決定してシステムとして完成させた後にインピーダンスを再調整することはできない。
【０００８】
従って、放電ランプの特性に経時変化がある場合、たとえ放電ランプが寿命に達していなくても、時間とともにインピーダンスマッチングがずれていくことにより放電ランプが適切に点灯できなくなる場合もある。また、複数の仕様の放電ランプについて共振器を設計する場合、それぞれについて導体や共振空間全体の配置や形状を変える必要があり、開発効率が悪く生産性の向上が図れない。
【０００９】
そこで本発明はマイクロ波を利用して点灯する放電ランプにおいて、装置の小型化と、共振器を必要とせずインピーダンスマッチングをとることを技術的課題としている。また経時変化前後の放電ランプや多数の仕様の放電ランプについても適切かつ効率的にインピーダンスマッチングを行うことができるようにすることも課題の一つである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の側面は、マイクロ波を発生するマイクロ波発振源、金属製のチャンバー、並びに金属製のチャンバー内部に配置されマイクロ波を発射するアンテナ及びマイクロ波により点灯する放電ランプを備えたマイクロ波放電ランプシステムにおいて、アンテナに、長さ方向に沿って断面積が変化する部分を少なくとも１つ設けたマイクロ波放電ランプシステムである。
ここで金属製のチャンバーとは、マイクロ波発振源からアンテナに導入されたマイクロ波をランプに伝えると共に、アンテナから放出されたマイクロ波が外部に漏洩しないようにするためのものである。
【００１１】
上記第１の側面において、断面積が変化する部分を、アンテナに取り付けた導電性材料からなるアンテナアダプターとしてもよい。ここで、アンテナアダプターが第１及び第２のアンテナアダプターからなり、第１のアンテナアダプターの外側に第２のアンテナアダプターが取り付けられる構成としてもよいし、アンテナの長さ方向において異なる位置に第１のアンテナアダプター及び第２のアンテナアダプターが取り付けられる構成としてもよい。
【００１２】
また、アンテナアダプターをアンテナに対して摺動可能としてもよい。さらに、放電ランプからの反射電力を検出する検出部、アンテナアダプターを摺動させる駆動部、及び検出された反射電力に基づいてアンテナアダプターの位置をフィードバックするよう駆動部を制御する制御部をさらに備えた構成としてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、アンテナの長さ方向と垂直な面において断面積の大きくなる部分を設けることにより、マイクロ波発振源と放電ランプのインピーダンスマッチングを行っているので、従来のマイクロ波放電ランプでは必要であった共振器が不要となり、点灯装置の小型化が可能となる。
【００１４】
また、このアンテナの断面積の大きくなる部分を摺動可能とすることで、このアンテナの断面積の大きくなる部分を動かすことにより、インピーダンスの微調整が可能となるので、インピーダンスマッチングが容易になる。そして、多種の放電ランプ仕様に対して効率的にシステムを完成させることができる。
【００１５】
また、放電ランプの寿命に合わせてインピーダンスを調整できるので、寿命が多少進んだ放電ランプについても適切な点灯状態を得ることができ、無電極放電ランプの特長である長寿命性をより活かすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明のマイクロ波放電ランプシステムの実施の形態について詳細に説明する。
尚、本明細書におけるマイクロ波とは周波数が３００ＭＨｚから３００ＧＨｚの電磁波を指す。
【００１７】
実施例１．
図１は本発明に係るマイクロ波放電ランプシステムの第一の実施の形態における構成を示す概略図である。
マイクロ波発振源（図示せず）より発振されたマイクロ波は周波数２．４５ＧＨｚであり、同軸ケーブルを伝播し同軸コネクタ７を介してアンテナ１に伝えられる。
アンテナ１は直径３ｍｍ、長さ２５ｍｍの銅製の棒で、同軸コネクタ７の内部導体と電気的に接続されている。
【００１８】
アンテナアダプター２は、アンテナ１の長さ方向と垂直な面において、アンテナ１に断面積の大きくなる部分を設けるためのもので、直径１０ｍｍ、高さ８ｍｍの円筒形状をしており、中心に直径３ｍｍの穴を設け、この穴にアンテナ１を通しアンテナ１と電気的に接続されている。このときアンテナ１の端面からアンテナアダプター２の端面（先端）までの距離は４ｍｍとしている。
【００１９】
マイクロ波発振源からアンテナ１に伝えられたマイクロ波は金属製のチャンバー５を介して放電ランプ３に送られる。
放電ランプ３は内部に発光物質と希ガスが封入されており、アンテナ１から放射されたマイクロ波により放電し発光する。直径１５ｍｍの球形の石英ガラス製であり、石英ガラスより形成されたランプ支持棒４により固定されている。
【００２０】
金属製のチャンバー５の内部寸法は高さ４０ｍｍ、幅８０ｍｍ長さ１００ｍｍであり、アンテナ１から放射されるマイクロ波を閉じ込める役割を持っており、従来までのマイクロ波共振空洞に比べ非常に小型になっている。
尚、金属製のチャンバー５のランプ側は、金属網部６より形成されており、放電ランプ３から放射された光を実質的に透過させるがマイクロ波は実質的に透過させない構造になっている。
また、金属製のチャンバー５の材質は銅やアルミニウムなど電気伝導率の高い金属が望ましい。
【００２１】
このマイクロ波放電ランプシステムにマイクロ波発振源よりマイクロ波を導入し、放電ランプ３を点灯させたところ、入力電力２００Ｗに対して反射電力は２Ｗと非常に少ないものであった。
このようにマイクロ波共振器が無くても、アンテナ形状の変更により反射電力が少なく良好なインピーダンスマッチングが行えることがわかった。
【００２２】
また比較のため、図２のようにアンテナアダプターを設けておらず、それ以外は実施例１と同様のマイクロ波放電ランプシステムにマイクロ波を導入し放電ランプを点灯させたところ、入力電力２００Ｗに対して３２Ｗの反射電力があり、アンテナアダプターによりインピーダンスマッチングが行われていることがわかる。
尚、放電ランプに封入される発光物質を変えた場合、放電ランプのインピーダンスが変化するため、アンテナアダプターの位置や寸法を放電ランプのインピーダンスに合わせて変える必要がある。
【００２３】
実施例２．
図３は本発明に係るマイクロ波放電ランプシステムの第二の実施の形態における構成を示す概略図である。
図３に示すマイクロ波放電ランプシステムと図１に示す図１に示すマイクロ波放電ランプシステムでは、下記の点で異なる。
【００２４】
すなわち、図３に示すマイクロ波放電ランプシステムにおいては、アンテナアダプター２２を金属製のチャンバー２５の外側より動かすための誘電体よりなる支持棒８がアンテナアダプター２２に接続されており、アンテナアダプター２２がアンテナ２１上を移動可能な構造となっている。
その他の構成は図１に示すマイクロ波放電ランプシステムと同様であるので、説明を省略する。
【００２５】
このように構成されたマイクロ波放電ランプシステムにおいては、アンテナアダプター２２を金属製のチャンバー２５の外側から動かすことが可能である。
表１はアンテナアダプター２２を動かした時の、アンテナ２１の端面からアンテナアダプター２２の端面までの距離と、入力電力２００Ｗに対する反射電力の値を示したものである。
【表１】
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【００２６】
表１よりアンテナアダプター２２を動かすことによって反射電力を調整できることが分かる。つまり、アンテナアダプター２２を動かすことによって、このマイクロ波放電ランプシステムのインピーダンスを変化させることが可能となっている。即ち、システム組立後であっても簡単にインピーダンスを再調整することができる。
【００２７】
また、放電ランプ２３の封入物を変えた場合は、放電ランプのインピーダンスが変化するため反射電力は増大するが、アンテナアダプターの位置を変えることによりインピーダンスマッチングを行い、反射電力を減らすことが可能である。
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。
【００２８】
例えば、図４のようにアンテナアダプター３２を２個設け、アンテナ３１の長さ方向と垂直な面において、アンテナ３１の断面積の大きくなる部分を２個設けても良い。この構成によれば、アンテナアダプター３２が１個では反射電力を小さくできない放電ランプのインピーダンス範囲においても、アンテナアダプター１個の時に比べ反射電力を小さくすることが可能になる。即ち、インピーダンスの調整範囲を広げることができる。
また、図５のようにアンテナアダプター４２ａの外側に別のアンテナアダプター４２ｂを設けても良い。
なお、各実施例において、アンテナアダプターの形状を円筒形又は直方体のものとして示しているが、球形、円錐形、多角錐形、紡錘形等又はこれらを組み合わせた形状としてもよい。また、図示した形状はアンテナの軸に対して対称なものとしているが、非対称なものであってもよい。
【００２９】
また、アンテナアダプターの位置を自動調整する手段として、放電ランプからの反射電力を検出し、この反射電力の情報を元にフィードバックをかけても良い。図６はこのフィードバックのための構成を示すものである。なお、図中の部材６１〜６７はそれぞれ図３の部材２１〜２７と同じものである。検出部６９ｃが放電ランプからの反射電力を検出し、制御部６９ｂは検出された反射電力に基づいて、反射電力が所望の値（例えば、最小値）となる位置にアンテナアダプター６２が配置されるように支持棒６８の駆動部６９ａを制御するものである。
【００３０】
この構成によれば、放電ランプ始動時のインピーダンス変化の大きい期間においても、その変化に追従して最適なインピーダンスマッチングを実現することにより、放電ランプの立ち上がり時間を短縮することが可能であり、また経時変化により放電ランプのインピーダンスが変化したとしても、その経時変化に追従して反射電力を小さくでき効率が改善されるので、光束維持率の改善が可能になる。
【００３１】
また、金属製のチャンバーの形状は直方体に限られるものではなく、図７のように円筒形の金属製のチャンバー５５を使用しても良い。このときはアンテナ５１の先端側に放電ランプ配置しても良く、本マイクロ波放電ランプシステムの使用条件に合わせて、形状は適宜変更しても構わない。
尚、マイクロ波の伝送には同軸ケーブルを使用した例を記載したが、導波管など同軸ケーブル以外の伝送線路を使用する構成としても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係るマイクロ波放電ランプシステムの一例を示す図である。
【図２】本発明に係るマイクロ波放電ランプシステムの比較例を示す図である。
【図３】本発明に係るマイクロ波放電ランプシステムの他の形態を示す図である。
【図４】本発明に係るマイクロ波放電ランプシステムの他の形態を示す図である。
【図５】本発明に係るマイクロ波放電ランプシステムの他の形態を示す図である。
【図６】本発明に係るマイクロ波放電ランプシステムの他の形態を示す図である。
【図７】本発明に係るマイクロ波放電ランプシステムの他の形態を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１，１１，２１，３１，４１，５１，６１        アンテナ
２，２２，３２，４２ａ，４２ｂ，５２，６２    アンテナアダプター
３，１３，２３，３３，４３，５３，６３        ランプ
４，１４，２４，３４，４４，５４，６４        ランプ支持棒
５，１５，２５，３５，４５，５５，６５        チャンバー
６，１６，２６，３６，４６，５６，６６        金属網部
７，１７，２７，３７，４７，５７，６７        コネクタ
８，６８                                      支持棒
６９ａ  駆動部
６９ｂ  制御部
６９ｃ  検出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2008181737.tif 000009
【図７】
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