(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つ以上の固体の誘電体物質からなる本体を設け、第１の位置で固体の誘電体物質に挿入されて前記本体へエネルギーを供給する供給部を設け、前記供給部を介して前記個体の誘電体物質内の第２の位置で最大電界点を有する基準共振モードで共振する一つ以上の周波数でエネルギーを供給するエネルギー供給源を設け、前記固体の誘電体物質内の第一の位置が固体の誘電体物質の第２の位置とはずれていて前記供給部は最大電界点ではないところに位置されていることを特徴とし、さらに、前記本体からのエネルギーの少なくとも一部を受け取るように配置されて前記本体からエネルギーを受け取った場合に発光プラズマを生成する充填物を含有するバルブを設けたことを特徴とするプラズマランプ。
【請求項２】
一つ以上の固体の誘電体物質からなる本体を設け、前記個体の誘電体物質内に挿入されて前記本体へエネルギーを供給する供給部を設け、前記本体内において一つ以上の共振モードで共振する一つ以上の周波数でエネルギーを前記供給部を介して供給するエネルギー供給源であって、前記供給部がプラズマ生成前にエネルギーが前記本体と過結合するように配置されており、前記エネルギーが過結合すると過剰エネルギーが前記供給部によって前記固体の誘電体物質から結合されることを特徴とするエネルギー供給源を設け、そして、前記本体からエネルギーを受け取った場合に発光プラズマを生成する充填物を含有するバルブを設けたことをするプラズマランプ。
【請求項３】
前記供給部は第１供給部であり、前記プラズマランプは、さらに前記本体からのフィードバックを得る第２供給部を有しており、この第２供給部は前記第２の位置からずれた前期固体の誘電体物質内の第３の位置に配置されていて、従って、第３供給部が最大電界点ではないところに位置されているを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラズマランプ。
【請求項４】
さらに、前記第１供給部と前記第２供給部との間の電気的経路に位相器を設けたことを特徴とする請求項３に記載のプラズマランプ。
【請求項５】
最小電界点が前記固体の誘電体物質内の第４の位置に設けられており、前記第１の位置が前記第４の位置とはずれていて、従って、前記第１供給部は最小電界点ではないところに位置しており、前記第３の位置は前記第４の位置からずれていて、従って、前記第２供給部は最小電界点ではないところに位置していることを特徴とする請求項３または請求項４に記載のプラズマランプ。
【請求項６】
一つ以上の固体の誘電体物質からなる本体を設け、前記本体へエネルギーを供給するために第１の位置で前記固体の誘電体物質内に挿入される第１供給部を設け、前記固体の誘電体物質内の第２の位置で最小電界点を有する一つ以上の共振モードで共振する周波数で前記第１供給部を介してエネルギーを供給するエネルギー供給源を設け、前記本体からエネルギーを受け取った時にそのエネルギーの少なくとも一部を受け取るように配置されて、前記本体からエネルギーを受け取った場合に発光プラズマを生成する充填物を含有するバルブを設け、前記固体の誘電体物質内に第３の位置で挿入されて前記本体からフィードバックを得る第２供給部を設け、第３の位置が第２の位置とはずれていて、従って、前記第２供給部が前記最小電界点ではないところに配置されていることを特徴とし、さらに、第１供給部と第２供給部との間の電気的経路に位相器を設けたことを特徴とするプラズマランプ。
【請求項７】
一つ以上の固体の誘電体物質からなる本体を設け、エネルギーを供給するエネルギー供給源を設け、第１の位置で前記固体の誘電体物質内に挿入されて前記本体へエネルギーを供給するように配置した第１供給部を設け、最小電界点が前記固体の誘電体物質内の第２の位置にあり、第３の位置で前記固体の誘電体物質内に挿入されて前記本体からフィードバックを得るように配置された第２供給部であって、前記固体の誘電体物質内の第３の位置が誘電体物質内の第２の位置とはずれているので、従って、前記第２供給部が最小電界点ではないところに位置されていることを特徴とする第２供給部を設け、フィードバックから信号を発生するとともに前記本体内で共振する周波数で信号を第１供給部に与えて前記本体にエネルギーを提供する回路であって、前記第１供給部に与えられる信号のエネルギーレベルを制御する制御回路を有する前記回路を設け、前記プラズマランプの作動状態を検出する検出器を設け、前記制御回路は前記検出器に反応して前記第１供給部に与えられる信号のエネルギーレベルを制御することを特徴とするプラズマランプ。
【請求項８】
前記第１供給部は、プローブからバルブへの結合効率が最大となるよう、最大電界点に位置するプローブに必要とされる長さよりも長く構成されていることを特徴とする請求項３〜７のいずれかに記載のプラズマランプ。
【請求項９】
前記第１供給部と前記第２供給部との間の電気的経路に位相器を設けたことを特徴とする請求項６または請求項７に記載のプラズマランプ。
【請求項１０】
前記第１供給部は、プラズマ生成前にエネルギー供給源が前記本体と過結合するように前記固体の誘電体物質内に配置されており、エネルギーが過結合されると、過剰エネルギーが前記第１供給部によって前記固体の誘電体物質から結合されることを特徴とする請求項６または請求項７に記載のプラズマランプ。
【請求項１１】
前記第１供給部は、プラズマ生成後の安定状態時にエネルギーが前記本体と臨界結合するように前記固体の誘電体物質内に配置して設けられており、臨界結合中に前記固体の誘電体物質から前記エネルギー供給源へのエネルギーの反射が共振周波数で最小化されることを特徴とする請求項３〜請求項１０のいずれかに記載のプラズマランプ。
【請求項１２】
前記本体の外面は、エネルギーが前記本体に供給される領域およびエネルギーが前記本体からバルブに供給される領域を除き、電導材料で被覆されていることを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれかに記載のプラズマランプ。
【請求項１３】
前記エネルギーによって前記本体が基準共振モードで共振することを特徴とする請求項２、６、７、９および１０に記載のプラズマランプ。
【請求項１４】
前記基準共振モードは、横断方向磁界（ＴＭ）モードであることを特徴とする請求項１３に記載のプラズマランプ。
【請求項１５】
前記本体は幅および高さを有しており、その幅は高さよりも長いことを特徴とする請求項１〜請求項１４のいずれかに記載のプラズマランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光装置および発光方法に関するものであって、より具体的にはマイクロ波放射によりエネルギー付与される無電極プラズマランプに関するものである。本発明の態様は、共振空洞部を備えた導波管を使用するものではなく、誘電率約２以上の一つ以上の誘電体物質からなる本体を備えた導波路を使用するものである。このような誘電体物質には、セラミック等の固体物質やシリコーンオイル等の液体物質が含まれる。この本体は、導波路に一体化されており、バルブを収容する一つ以上のランプ室を備えている。
【背景技術】
【０００２】
米国特許出願第０９／８０９，７１８（以下「’７１８」と称する）号に基づく国際出願番号ＰＣＴ／ＵＳ０１／２３７４５号（公開番号ＷＯ０２／１１１８１Ａ１として公開）は、「誘電体導波路」すなわち誘電率２以上の一つ以上の誘電体物質からなる本体を備えた導波路と、その本体内を延長する一つ以上の「ランプ室」（その願書では「空洞部」と称している）とを備えた「誘電体導波路一体型プラズマ」ランプ（ＤＷＩＰＬ）の好適な態様を開示している。ランプ室は、導波路本体表面に開口部を備えた導波路本体内の開放容器であって、通常は環境に露出している導波路表面と同一平面上に位置している。この導波路は、導波路本体内に接触位置するマイクロ波プローブ（その願書では「供給部」と称している）によるマイクロ波力の供給源に連絡している。作動周波数および導波路本体の形状やその寸法は、一つ以上の最大電界を有する一つ以上の共振モードで導波路本体が共振するように選択される。（注意：この「モード」すなわち振動の状態は、次の文に記載される「モード・態様」（発明の実施例と同義語である）と混同してはならない）。そこに開示される好ましい実施例・態様は、単一の固体物質すなわちセラミックおよび単一のランプ室（一つ例外がある）とからなる。さらに、ランプは、各ランプ室にバルブを備えており、このランプ室は、共振導波路本体によりマイクロ波力がバルブへ誘導されると発光プラズマを生成する充填混合物を含有している。ランプは、「バルブエンベロープ」すなわち周囲壁と開口部を覆う窓部とによる包囲（壁に封着している）であるか、ランプ室内に単体で自己封入される個別的なバルブである。その願書で使用される「バルブ空洞部」という用語は、ランプ室とそのランプ室内に設けた単体のバルブとの結合体を指す。充填混合物が単体バルブに閉じ込められているため、バルブ空洞部は密閉される必要はない。導波路本体とバルブとは、単一構造として一体化される。さらに、この願書は、誘電体導波路と、導波路本体とマイクロ波力供給源とを連結する第２マイクロ波プローブとを備えたＤＷＩＰＬを開示している。作動周波数および導波路本体の形状やその寸法は、一つ以上の最大電界を有する一つ以上の共振モードで導波路本体が共振するように選択される。さらに、ランプは、第２プローブと供給源との間に設けたフィードバック手段と、マイクロ波力が共振本体によりランプ室に導かれたときに発光プラズマを生成する充填混合物をその中に含むランプ室内に設けたバルブとを備えている。導波路本体およびバルブは、単一構造として一体化されている。フィードバック手段に連結したプローブは、導波路を電界振幅および位相を即座にサンプリングするように検知するとともに、この情報をフィードバック手段を通じて供給源に提供し、作動周波数を動的に調整して導波路内での一つ以上の共振モードを維持し、これによりランプを「誘電共振発振器」モードで作動させる。さらにこの願書は、（ａ）その本体が固体の誘電体物質で構成されるとともにその外面には導波路本体内側に延長するランプ室を備えた導波路にマイクロ波力を導くステップであって、この導波路本体は一つ以上の最大電界を有する一つ以上の共振モードで共振する前記ステップと、（ｂ）ランプ室と窓とで形成される充填材を含有するバルブエンベロープに共振力を導くステップと、（ｃ）共振力と充填材とを相互作用させプラズマを生成して発光させるステップと、（ｄ）導波路内におけるマイクロ波界の振幅および位相をサンプリングするステップと、（ｅ）サンプリングしたマイクロ波力が最大となるまでマイクロ波の周波数を調整するステップとを備えた発光方法を開示している。
【特許文献１】国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ０１／２３７４５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
解決しようとする課題は、誘電体導波路を備えたマイクロ波力によるプラズマランプについて、単一の固体誘導体物質と比較して機械的性質及び電気的性質を改善するとともに、ランプ全体寸法を縮小し、温度管理を容易になし得て、作動周波数をより低くなし得て、低コストを実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、一つ以上の固体の誘電体物質からなる本体を設け、前記本体へエネルギーを供給する供給部を設け、最大電界点を有する基準共振モードで共振する一つ以上の周波数でエネルギーを供給するエネルギー供給源を設け、前記供給部は最大電界点ではないところに配置して設け、前記本体からのエネルギーの少なくとも一部を受け取るように配置し、前記本体からエネルギーを受け取った場合に発光プラズマを生成する充填物を含有するバルブを設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明は、一つ以上の個体の誘電体物質からなる導波路体を備えたプラズマランプであって、導波路本体はマイクロ波供給源と結合しており、これにより導波路は本体が一つ以上の共振モードで共振する。一つ以上のランプ室は、導波路本体と一体化しており、ランプ室が共振体からエネルギーを受け取ったときに発光プラズマを生成する。充填物を含有したバルブを備え、バルブは自己封入されているか、ランプ室開口部を覆う窓部またはレンズにより包囲密封されている。供給源が（a）導波路本体が単一モードで共振するような周波数で、あるいは（ｂ）導波路本体がプラズマ生成前の比較的に高次のモードで共振するような周波数で、および導波路本体がプラズマ安定状態後の比較的に低次のモードで共振するような別の周波数で作動する場合に、導波路本体から反射して供給源に戻るエネルギーは最小限になる。
【０００６】
これにより、本発明は、誘電体導波路を備えたマイクロ波力によるプラズマランプについて、単一の固体誘導体物質と比較して機械的性質及び電気的性質を改善するとともに、ランプ全体寸法を縮小し、温度管理を容易になし得て、作動周波数をより低くなし得て、低コストを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本願は、米国特許出願第’７１８号が２００１年３月に出願されているので、その実施を限定した改良に関するものである。この改良は、充填材へマイクロ波力を供給する（第１）励振プローブおよび（第２）フィードバックプローブの設計において進歩している。これらのプローブは、それぞれ増幅器の出力部および入力部に連結しており、発振器構造を構成する。さらにここに開示される追加改良は、励振プローブと増幅器との過結合を緩和する（第３）「始動プローブ」と、三プローブ構造を制御する制御回路とを使用したものである。また、窓部またはレンズによってランプ室開口部を密閉して、この密閉によりランプ作動時の大きな熱動力応力（ｔｈｅｒｍｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｓｔｒｅｓｓ）およびランプ室圧力に耐えるようにする技術も開示されるとともに、ＤＷＩＰＬアセンブリ用の別の技術も開示されている。また、二種類の固体の誘電体物質を使用した導波路本体の構造も開示されており、これにより、単一の固体誘電体物質と比較して機械的性質および電気的性質を改善するとともに、ランプ全体寸法をより縮小し、温度管理を容易になしえ、作動周波数をより低くなしえ、低コストを実現する。
【０００８】
本発明は、一つ以上の固体誘電体物質からなる導波路本体を備えたランプを提供するものである。導波路本体の第１側面は、第１導波路外面および一つ以上のランプ室で構成され、このランプ室はこの第１側面から垂下するように設けられ、ランプ室底部に対向した導波路外面に開口部を備えている。導波路本体およびランプ室は、一体構造を構成する。第１マイクロ波プローブは、導波路本体内で接触配置しており、マイクロ波供給源からのマイクロ波力を導波路本体に結合させる。作動周波数および強度や、導波路本体の形状や寸法は、一つ以上の最大電界を有する一つ以上の共振モードで導波路本体が共振するように選択される。各ランプ室は、始動ガスや発光体を含有する充填混合物を備えたバルブを収容しており、共振する導波路本体により供給されたマイクロ波力を受け取ると発光プラズマを生成する。第２マイクロ波プローブも、導波路本体内に位置している。本発明は、（ａ）導波路本体が単一の共振モードで共振するような周波数で供給源が作動する場合、あるいは（ｂ）プラズマ生成前のより高次の共振モードで導波路本体が共振するような周波数で、さらにプラズマ安定状態後のより低次の共振モードで導波路本体が共振するような別の周波数で供給源が作動する場合に、導波路本体から反射して供給源へ戻るマイクロ波力を最小限にする手段を提供するものである。
【０００９】
さらに本発明は、始動ガスや発光体をランプ室に配置する別の手段を提供するものであるとともに、ランプ室を環境から密封してランプ室からの光を伝達させる別の手段を提供するものである。
【００１０】
本発明や別の態様やそれらの利点についてのより完全な理解は、以下の好ましい実施例についての図面および明細書の記述を考察することにより得ることができる。図面および明細書の記述において、番号は、本発明の種々の構成要素を示すものであって、図面および明細書全体を通じて、類似した番号は類似した構成要素を指している。
【実施例】
【００１１】
本発明は、種々の変形・構造にも向いているが、図面に示される好ましい態様がここでは詳細に記載される。しかし、本発明をここに開示された特定の形態に限定する意図はないことは理解されよう。これに対して、本発明は、添付の請求項に示された本発明の精神や範囲内にある全ての変形例や同等物や別の構造を包摂することは意図している。
【００１２】
ここで使用されている「誘電体導波路一体型プラズマランプ」、「ＤＷＩＰＬ」、「固体誘電体導波路を備えたマイクロ波力プラズマランプ」、「ランプ」という用語は、同義語であるし、「ランプ本体」という用語は、「導波路本体」と同義語である。ここで使用されている「プローブ」という用語は、出願第’７１８号および公開第ＷＯ０２／１１１８１Ａ１の「供給部」と同義語である。「パワー・力」という用語は、「エネルギー」ではなく、単位時間当たりのエネルギーとしてここで用いている。ここで用いている「ランプ室」や「穴」は、出願第’７１８号および公開第ＷＯ０２／１１１８１Ａ１の「空洞部」と同義語であるとともに、これらを開示されるＤＷＩＰＬのモードのシールや材料として詳細に示すために使用している。「ランプ室」は、ここでは環境に露出している導波路本体表面と同軸でその表面に形成される開口部を備えた導波路本体の容器すなわち穴として記載されている。「バルブ」という用語は、（Ａ）充填混合物を収容したランプ室内に配置される自己封入の単独構造物を示しているか、（Ｂ）充填混合物を収容しており窓部やレンズにより環境から密封される「バルブエンベロープ」すなわちチャンバを示している。ここで使用している「充填材」は、「充填混合物」と同義である。「自己封入バルブ」は、上記（Ａ）の意味を指す。マイクロ波技術に関連する詳細項目、例えばプローブ設計、結合、共振モードを示す場合に、「空洞部」という用語がここで使用される。電磁的見地からみてＤＷＩＰＬの本体は共振空洞部であることから、この用語の変更が行われている。
【００１３】
図１は、出願第’７１８号および公開第ＷＯ０２／１１１８１Ａ１のコピーであるが、これは、本開示の態様にたとえられる、誘電体導波路一体型プラズマランプ「基準」態様を示している。ＤＷＩＰＬ１０１は、マイクロ波照射の供給源１１５と、固体の誘電体からなる本体１０４を有する導波路１０３と、供給源１１５と導波路とを結ぶ励振（駆動）プローブ１１７とを備えている。この導波路は、対向面１０３Ａ・１０３Ｂと、これとほぼ直角な対向面１０３Ｃ・１０３Ｄとで構成される長方プリズム形状となっている。さらに、ＤＷＩＰＬ１０１は、側面１０３Ａ近傍で好ましくは励振プローブ１１７とほぼ対向して設けた種類（Ａ）のバルブ１０７を備えており、このバルブ１０７は、希ガス等の「始動」ガスと、所定作動周波数の所定強度のマイクロ波力（パワー）を受け取るとプラズマを生成して発光する発光体とを含む充填材１０８を収容している。供給源１１５は、励振プローブ１１７を介して導波路１０３にマイクロ波力を供給する。導波路は、エネルギー流を収容とするとともに同封したランプ室１０５へと案内する。このランプ室１０５は、側面１０３Ａから本体１０４内側に垂下しており、その中にバルブ１０７が配置される。このエネルギー流により電子が始動ガスの原子から自由になり、プラズマを生成する。多くの場合、発光体は室温では固体である。発光体には、従来技術において知られた数多くの元素や化合物が含まれている。例えばイオウ、セレニウム、イオウまたはセレニウムを含む化合物、あるいは臭化インジウムのようなハロゲン化金属がそれである。プラズマ始動によって発光体が気化するとともに、マイクロ波力による自由電子によって発光体の電子を高エネルギーレベルにまで励起する。発光体電子が逆励起すると発光する。固体の発光体とともに始動ガスを使用することは、常に必要ではない。単独のガス充填物、例えばキセノンをプラズマ始動発光に使用してもよい。供給源１１５による好ましい作動周波数は、約０．５〜約１０ＧＨｚの範囲である。バルブ１０７は作動中には摂氏約７００〜約１０００度にまで達するので、供給源１１５はそれと熱的に分離して、熱による供給源劣化を避ける。導波路本体は、熱が有効に分布して散逸するような熱量を供給するとともに、ランプと供給源とを熱分離させることが好ましい。供給源のさらなる熱分離は、供給源１１５と導波路１０３との間の空間部１１６に断熱材や真空空間を使用することによって達成できる。この空間部１１６を設けた場合、供給源と導波路とを結合する適切なマイクロ波プローブを使用する。
【００１４】
機械的考慮やその他の考慮、例えば熱、振動、老化、衝撃を考慮するため、図１に示すバネ装填装置としての接触機構１２１を使用して、励振プローブ１１７と導波路１０３との接触を維持するのが好ましい。この接触機構はプローブによる導波路への圧力を定圧にし、マイクロ波力が導波路に入らずプローブを介して反射して戻る可能性を最小限にする。定圧を与える際に、接触機構は、加熱や機械的衝撃によるプローブおよび導波路の少さな寸法変化を補う。この接触は、励振プローブ１１７との接触点において金属材料１２３を導波路に直接堆積させることで、結合を妨害する空間をなくすことが好ましい。
【００１５】
導波路１０３の側面１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃ、１０３Ｄは、側面１０３Ａから本体側に垂下するランプ室１０５を構成する面を除いては、作動周波数領域のマイクロ波を反射する薄い金属被覆１１９で被覆される。この被覆の全体的な反射率により、導波路内のエネルギーレベルが決定される。より多くのエネルギーが導波路内に貯留すると、ランプ効率がより高まることになる。好ましくは、金属被覆１１９は、感知しにくい照射漏れも抑制するとともに、迷走マイクロ波界をかなり減少させる。バルブ１０７は、外壁１０９と内側面１１０、および窓部１１１とを備えている。あるいは、ランプ室の壁がバルブ外壁として作用する。バルブ１０７の内容物は、好ましくは一つ以上のセラミックやサファイヤ等の誘電体物質を含む。バルブのセラミックは、本体１０４で使用される物質と同じでもよい。バルブ１０７には誘電体物質が望まれる。なぜなら、バルブは好ましくは本体１０４により包囲されるとともに、誘電体物質はマイクロ波力とバルブ内の充填材１０８との結合を容易にするからである。外壁１０９は、シール１１３により窓部１１１と連結しており、充填材を収容するバルブエンベロープ１２７を構成する。バルブ内に充填材を閉じ込めるため、シール１１３は密封シールであることが好ましい。外壁１０９は、白色であり、温度安定性があり、気孔率および熱膨張率が低いことから、アルミナを含むことが好ましい。外壁１０９の内側面１１０の輪郭は、好ましくは窓部１１１からランプ室１０５外への光反射量を最大化するようになっている。窓部１１１は、高い光透過率を有しその熱膨張率がアルミナの熱膨張率と一致するサファイアであるのが好ましい。窓部１１１は、発光した光を集中させるレンズを備えている。バルブ１０７の温度が約１０００度にまで達する作動中には、本体１０４は、バルブのヒートシンクとして機能する。効率的な熱消散は、複数のヒートシンクフィン１２５を側面１０３Ａ、１０３Ｃ、１０３Ｄに設けることで達成できる。
【００１６】
導波路本体１０４が、通常高温では不安定なチタン酸塩等の誘電体物質で構成される場合、熱障壁を本体とバルブとの間に介在させて、導波路１０３をバルブ１０７の熱から遮蔽することになる。あるいは、外壁１０９は、ＮＺＰ（ＮａＺｒ２（ＰＯ４）３）セラミック等の熱障壁として作用する低熱伝導率の物質で構成される。
【００１７】
図１は、長形プリズム形状の導波路１０３を示しているが、出願第’７１８号および公開第ＷＯ０２／１１１８１Ａ１に開示される発明の導波路は、円筒シリンダ形状や、球状や、励振プローブから導波路本体に一体化したバルブへとマイクロ波力を効率的に案内することができるその他の形状、例えば、電磁理論シミュレーションツールを用いて適切にその共振周波数が決定される複雑で不規則な形状でもよい。導波路の寸法は、マイクロ波作動周波数や導波路本体の誘電率に応じて変化させてもよい。その形状や寸法とは関係なしに、導波路本体は、以下の性質を持った一つ以上の固体の誘電体で構成されるのが好ましい。すなわち、（１）約２．０以上の誘電率、（２）約０．０１未満の誘電正接、（３）摂氏約２００度以上の故障温度により定量化された熱衝撃抵抗性、（４）約２００キロボルト／インチ以上の直流破壊限界値、（５）約１０−５／Ｃ未満の熱膨張率、（６）ゼロあるいはわずかにマイナスの誘電率温度係数、（７）摂氏−８０度〜１００度の温度領域にわたる理論的安定性、（８）約２Ｗ／ｍＫ（ワット／ミリケルビン）の熱伝導率。このような性質や電気的・熱的に十分な機械的性質を有するセラミックには、アルミナ、ジルコニア、特定のチタン酸塩、およびこれらの物質の組み合わせが含まれる。ただし、出願第’７１８号および公開第ＷＯ０２／１１１８１Ａ１に開示される通り、誘電率が約２以上である一つ以上の液体物質、例えばシリコーンオイルも使用可能である。
【００１８】
導波路１０３内における共振エネルギーが高いと、導波路のＱ値が高く（Ｑ値は、共振の周波数帯域幅に対する作動周波数の比率である）、ランプ室１０５へのマイクロ波力の感知しにくい洩れも多くなる。このような洩れはバルブエンベロープ内の始動ガスの準静的分解につながり、初期自由電子を生じさせる。自由電子の振動エネルギーは、Ｉё２（Ｉはマイクロ波エネルギーの回転強度であり、ёは波長である）で増加する。このように、マイクロ波エネルギーが強ければ強いほど、自由電子の振動エネルギーが強くなる。振動エネルギーをガスのイオン化ポテンシャルよりも強くすることで、電子中性衝突によるプラズマ密度形成効率を高める。プラズマが形成されるとともに力を吸収すると、プラズマの伝導率および吸収性質のため、導波路のＱ値は減少する。このＱ値の減少は、ほぼ導波路インピーダンスの変化によるものである。プラズマ生成後はランプ室内にプラズマが存在することで、ランプ室は共振エネルギー吸収性を有し、それによりインピーダンスが変化する。このインピーダンスの変化により、導波路の全体反射率を効果的に減少させる。励振プローブの反射率を導波路の減少した反射率近くに合わせることで、エネルギー供給源へ戻る純反射率を比較的低くすることができる。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。導波路をヒートシンクとして使用する場合、熱膨張により導波路の寸法が変化する。もし導波路が膨張したならば、導波路内で共振するマイクロ波周波数が変化するとともに、共振が失われる。共振を維持するためには、導波路の一つ以上の寸法は、供給源１１５により発生するマイクロ波の半波長の整数倍とならなければならない。この寸法変化は、本体１０４には熱膨張率とほぼ同じで＋−反対符号となった屈折率の温度係数の誘電体物質を選択することで補うことができ、これにより屈折率変化によって熱膨張が少なくとも部分的に相殺される。
【００１９】
ＤＷＩＰＬのランプ室は、誘電体ランプ本体内に穴を形成している。この穴は、充填材を内部に留める透明の窓部またはレンズで覆われる。充填剤は、希ガスや、例えばアルゴンおよび塩の希ガス混合気や、例えば臭化インジウムまたはヨウ化インジウムといったハロゲン化物が通常である。ランプ本体表面からこの穴が垂下しているが、ランプ本体表面の穴の断面部位は、「開口部」という。開口部は、円形、長形、その他任意の形状でありうる。ランプ室孔の三次元形状は、その断面が穴の形状と同じである（例えば円柱プリズムと円形開口部）長形プリズムや、その断面が開口部の形状とは異なり、開口部近傍に移行領域を有する通常のプリズムや、任意の形状でありうる。ランプ室底部は、光反射面として機能ように形成され、それにより底面にあたる光が開口部側へ反射する。特に、底部の形状は、放物面、特定の用途に応じて、楕円や、彫刻形状のプリズムや、一つ以上の湾曲面となるように形成される。
【００２０】
ランプ室は、要望の発光性質をもたらすように形成される。例えば、ランプ室は、ランプに連絡する光集合開口部の寸法と一致するようにその寸法を適切に選択した円筒形状でありうる。エネルギーを与えられた電子の平均自由経路は電子がランプ室の壁に当たる前に十分な電子・イオン衝突が生じるに十分な長さとなる必要があることから、ランプ室の下限寸法は制約されることになる。さもなければ、効率が低くなりすぎる。ランプの作動周波数に応じて、上限寸法は制約される。さもなければ、マイクロ波エネルギーが開口部を通じて放出されてしまう。
【００２１】
例えばプロジェクションテレビセットのような適用場面におけるランプの典型的な要件は、開口部領域ＡおよびＦ数（「Ｆ＃」）に左右される「光範囲」（あるいは「ｅｔｅｎｄｕｅ」Ｅ）をランプ室が有するように設定することである。それにより、ランプ室直径とランプ室深さとの比率に応じた発光の円錐角が特徴づけられることになる。具体的には、Ｅ＝πＡ／４（ｆ＃）２。通常、ランプ室の深さは、要望のＦ数が得られるように選択され、深さが深くなればＦ数およびＥが小さくなる。かなり深いランプ室の場合、ランプ室中間側あるいは底部側に発せられた光は、ランプ室壁に当たり吸収される傾向があり、ランプの実効率が低下する。とても浅いランプ室の場合、大きすぎる円錐角で発光されてしまう。
【００２２】
ランプ室は、電界集中点が生じるように不連続部分も備えており（図７Ａおよび図８を参照）、ランプをオフにした場合に充填混合物を容易に分解（ブレークダウン）する傾向があり、これにより始動が簡単になる。このような不連続部分は、ランプ室底部または側面から突起する円錐やカップ形状でありうる。あるいは、不連続部分は、ランプ室側に延長する充填チューブのような故意に付加した物体でもよい。
【００２３】
同じランプ本体には、いくつかのランプ室が設けられている場合もある。このランプ室は、選択された導波路作動モードで存在する最大電界点に位置している。好ましくは、ランプ室が種々の光学経路に光を発するに適する状態で配置されるようにモードを選択する。各ランプ室は、同じ充填混合物を含有しているが、この混合物は異なっていてもよい。そこで、各ランプ室から発光される光スペクトルは、同じか異なることになる。例えば、３つのランプ室を備えたランプにそれぞれ異なったある充填混合物を収容させた場合、各ランプ室から赤・青・緑の光をそれぞれ発し、各ランプ室からの光は、赤・青・緑の分離独立チャンネルとして使用される。あるいは、各ランプ室は、関連しているが別の使用目的のための複合の独立供給源となるように、同じ充填混合物を含有を収容している。
【００２４】
ランプ本体は、本質上、一つ以上の誘電体物質を含みうる。例えばランプ本体においては、良好な熱的化学的性質を利用するため、ランプ室周囲部位は少量のアルミナで構成し、そしてその他の本体部位は、プラズマを収容するに十分な熱的、機械的および／または電子的性質を持たないアルミナと比較して誘電率がより高い物質で構成することもできる。このようなランプは、全てアルミナで構成されたランプよりも小型になるとともに、全てアルミナで構成した同じサイズのランプよりも低周波数で作動でき、さらに、高誘電率の物質の要求量が少ないためより製造価格を安価にできる。
【００２５】
一つ以上の固体の誘電体物質からなるランプ本体の電磁的設計は、反復的に予め形成される。まず初めに、ランプの粗形状を選択するとともに、本体の大部分を占める物質からなるランプ本体の電磁的分析やシミュレーションが行われる。第２に、このシミュレーションの結果を評価して、ランプをどれだけ要望の作動周波数に近づけるかを判断する。第３に、このシミュレーションによる構造物に含まれるいくつかの誘電体物質につき、シミュレーションを繰り返し行う。この分析結果を利用して寸法を調整するとともに、本体が要望の作動周波数、サイズ、物質特性の組み合わせとなるようにシミュレーションを繰り返し行う。
【００２６】
複数の物質からなるランプ本体は、二つの物質間において、熱障壁として機能させるため、例えば退避空間、不活性ガス、あるいは固体物質のレイヤを含むように設計することもできる。退避空間は、ランプ室壁の温度を上昇させること、および実ランプ熱流量の温度差が退避空間なしの場合（’７１８願書の図３Ａ・図３Ｂを参照）に比べて大きくなる領域を設けることによって、容易な温度管理に貢献する。 
【００２７】
一つ以上の機械的要素は、プラズマによる熱機械的応力や圧力に対抗すべく、ランプ室を包囲して密封するために必要となる。図２に示すように、ＤＷＩＰＬ２００の本体２０２は、表面２０４Ｓを有する側面２０４を備えている。この表面２０４Ｓから、開口部２０８を備えたランプ室２０６が垂下している。シール２１２により、ボールレンズ２１０がこの表面２０４Ｓに取り付けられている。好ましくは、レンズ２１０はサファイアである。矢印２２０は、ランプ室２０６からの発光方向を示している。
【００２８】
ランプ室を包囲密封する窓部またはレンズは、出力ランプ光を収集・処理・案内する別の光学要素に連結していてもよい。例としては、反射物質または被覆を施したチューブや、光パイプが含まれる。このような光学要素は、ランプ本体周囲のヒートシンクに一体的に取り付けたブラケットに搭載される。それにより、低コストかつ確実な方法で光学要素をランプに取付ることができる。図３に示すように、ＤＷＩＰＬ３００の本体３０２は、表面３０４Ｓを有する側面３０４を備えている。この表面３０４Ｓから、開口部３０８を備えたランプ室３０６が垂下している。本体３０２は、その中央部３１２がＵ字形状のヒートシンク３１０により包囲される。中央部３１２は、対向した略平行な第１部位３１４・第２部位３１６とほぼ直交しており、第１部位３１４・第２部位３１６は、これとほぼ直交した耳部３１４Ｅ、３１６Ｅをそれぞれ備えており、この耳部は、それぞれ第１・第２ランプ取付パネル３１８、３２０に取り付けられる。第１部位３１４は、固着したフランジ３２２に延長しており、ほぼ対面した第１・第２ブラケット３２４、３２６は、フランジ３２２とほぼ直交する。表面３０４Ｓに取り付けられランプ室３０６を包囲密封する窓部／レンズ３３０は、開口部３０８を包囲する。光パイプのような光学要素３３２は、ブラケット３２４、３２６に固着して、窓部／レンズ３３０と位置合わせをする。矢印３３４は、光学要素３３２からの出力光の方向を示している。
【００２９】
ＤＷＩＰＬは、密封ランプ室を備えたランプ本体と、駆動回路および駆動回路基板と、本体と駆動回路とを分離する熱障壁と、外側にヒートシンクとを備えた単一の一体型アセンブリからなりうる。あるいは、（ａ）ランプ本体およびヒートシンク、および（ｂ）駆動回路とそのヒートシンクのために、別のパッケージを使用しても良い。二つのプローブを使用したＤＷＩＰＬの場合（図１５Ａおよび図１５Ｂ、さらに’７１８願書の図６を参照）、本体および駆動回路は、二つのＲＦパワーケーブルに連結しており、一つは駆動回路の出力部と本体とを連結し、他方は本体から駆動回路へフィードバックさせる。この二つの別個のパッケージを使用すると、ランプの熱およびランプ駆動部の熱の分配についての自由度がより増す。これにより、ランプ用のファンを設けずに、プロジェクションテレビやその他の装置を構築できることになる。このような二つのパッケージ構造により、従来に比して、スクリーンからバックパネルまでの奥行き寸法が短いテレビセットの設計も可能になる。
【００３０】
ＤＷＩＰＬは排熱につき有利となる。なぜならランプ本体に使用される固体の誘電体物質は、熱が要望の経路を流動する性質をもたらすように選択されるからである。ヒートシンクは、エンドユーザの用途を考慮して、熱に関して最適化された任意の形状でよい。円筒形状のランプ本体用のヒートシンクは、フィンを備えた円筒形状となってもよくプロジェクションテレビのシャシに取り付けるための規格化された小部品を設けているとともに、光学機器をランプアセンブリに取り付ける要素も備えている。円筒状ランプおよび円筒状ヒートシンクの場合、有用な構築技術としては、ヒートシンクが膨張するまでそれを加熱して、それからランプ本体周囲に配置し、冷却して本体と機械的密着するよう収縮させることがあげられる。ランプ本体の外被覆が導通性を有するよう、金属ヒートシンクを使用することもできる。この技術は、耐久性および密接結合を確実にするとともに、ランプの熱的要求や電気的要求の両方を満足させ、合計コストを削減させる。
【００３１】
図４に示すように、ＤＷＩＰＬ４００は、略円筒形状のランプ本体４０２を備えている。この本体４０２の上面４０４は、表面４０４Ｓを備えており、そこにランプ室の開口部４０３を覆う窓部４０６が取り付けられる。本体４０２は、略円筒形状の金属ヒートシンク４１２の略円筒形状のボア４０１内に密接配置される。この金属ヒートシンク４１２の環状上面４１４には、複数の取付孔４１６が設けられている。好ましくは、可撓性、高熱界面の材料４１８、例えばグリースやシリコーンパッドを本体４０２とヒートシンク４１２との間に挿入してもよい。
【００３２】
別の実用的なヒートシンク装置は、２ピース「貝殻」である。これは、二つの小さな等しいピースが、広い領域にわたってランプ本体と密接させるものである。これらのピースは、締結具で圧縮することで共に保持される。図５に示すように、ＤＷＩＰＬ５００は、略円筒形状の本体５０２と、表面５０４Ｓを有する上面５０４と、表面５０４に取り付けられランプ室の開口部５０８を覆う窓部５０６とを備えている。本体５０２は、貝殻形状ヒートシンク５１４の半円筒形部５１０、５１２で包囲される。半円筒形状部５１０、５１２は、それぞれ端部５１０Ａ、５１０Ｂ、５１２Ａ、５１２Ｂにより形成され、それらはフランジ５１０Ｃ、５１０Ｄ、５１２Ｃ、５１２Ｄにそれぞれ取り付けられる。第１、第２締結具５２０、５２２は、フランジを連結し本体５０２周囲で半円筒形状部５１０、５１２を圧縮するため使用される。
【００３３】
さらに別のヒートシンク装置は、銀やニッケル等の伝熱・電導材料をランプ本体に塗布し、それからこの表面被覆にヒートシンク片を半田あるいは鑞付けしたものである。
【００３４】
マイクロ波力が駆動回路からランプ本体へ適用されると、充填混合物を加熱し、塩またハロゲン化物を溶解・気化し、ランプ室の圧力を大幅に上昇させる。使用される塩またハロゲン化物に左右されるが、この圧力は４００気圧にもなり、バルブ温度は１０００度にもなる。したがって、窓部またはレンズをランプ本体に取り付けさせるシールは、とても強力なものでなければならない。
【００３５】
図６に示すように、ＤＷＩＰＬ６００の本体６０２は、表面６０４Ｓを有する側面６０４を備えている。この表面６０４Ｓからランプ室６０６が垂下しており、このランプ室６０６は、開口部６０８と、孔部６１０Ｈが設けられた底部６１０とを備えている。窓部６１２は、サファイアで構成されるのが好ましいが、シール６１４により表面６０４Ｓに取り付けられている。さらにランプ本体６０２は、雌螺切（タップ）型のボア６１０を備えている。この雌螺切（タップ）型のボアは、側面６０４と略対向する本体側面６１８に形成された孔部６２０Ｈとランプ室底部６１０との間を延長するので、このボアは孔部６１０Ｈと連絡することになる。例えば鑞付け、フリット、金属シーリングといった従来技術で知られたセラミック封着技術を使用して、窓部６１２は、不活性雰囲気において表面６０４Ｓに封着される。ランプ本体６０２および頭部６２２を有するネジ型プラグ６２０は、それから要望のランプ非作動圧力近傍のランプ室で使用される始動ガスを含有する大気室に運ばれる。ボア６１６および孔部６１０Ｈを通じて、発光体がランプ室６０６内に配置される。それから、充填材を含有するための機械的ガス障壁となるプラグ６２０は、孔部６２０Ｈを介してボア６１６に挿入され、金属またはガラス材６２４が頭部６２２上に堆積され、最終的に密封される。
【００３６】
図７および図７Ａに示すように、ＤＷＩＰＬ７００の本体７０２は、表面７０４Ｓを有する側面７０４を備えている。ランプ室７０６は表面７０４Ｓから垂下しており、このランプ室７０６は、第１開口部７０８と下部７１０とを備えている。この下部７１０は、首部７１２でテーパ状になっており、第２開口部７１４で終結している。窓部７１６は、好ましくはサファイアで構成されており、シール７１８により表面７０４Ｓに取り付けられている。さらにランプ本体７０２は、テーパ状ボア７２０を有しており、このボアは、側面７０４と略対向する本体側面７２２に形成された孔部７２０Ｈと開口部７１４との間を延長するので、このボアは唇部７１３を有する首部７１２と連絡することになる。窓部７１６は、不活性雰囲気において表面７０４Ｓに封着する。ランプ本体７０２および頭部７３２を有しておりボア７２０のテーパ形状と一致するプラグ７３０は、それから要望のランプ非作動圧力近傍のランプ室で使用される始動ガスを含有する大気室に運ばれる。ボア７２０および開口部７１４を通じて、発光体がランプ室７０６内に配置される。それからプラグ７３０は、プラグが唇部７１３と接触するように孔部７２０Ｈを介してボア７２０に圧入することでメカニカルシール効果をもたらし、また金属またはガラス材７３４を頭部７３２を覆って配置して、最終的に封止する。
【００３７】
図８は、スクリュー型プラグ２６０の３つの形状６３０、６４０、６５０と、テーパ状プラグ７３０の４つの形状７４０、７５０、７６０、７７０を示している。プラグ６３０、６４０、６５０は、それぞれドーム状先端６３０Ｔ、ロッド状先端６４０Ｔ、ノミ状先端６５０Ｔを有している。プラグ７４０、７５０、７６０、７７０は、それぞれ円錐状先端７４０Ｔ、カップ状先端７５０Ｔ、ノミ状先端７６０Ｔ、凹端７２２を有するロッド状先端７７０Ｔを備えている。プラグ６５０や７６０のような延長型先端を有するプラグを使用した場合、この先端は、ランプ室７０６内へ延長して、電界集中点となる不連続部を形成する。
【００３８】
図９に示すように、ＤＷＩＰＬ９００の本体９０２は、表面９０４Ｓを有する側面９０４を備えている。開口部９０８と孔部９１０Ｈが設けられた底部９１０とを有するランプ室９０６は、表面９０４Ｓから垂下している。窓部９１２は、サファイアで構成されるのが好ましいが、シール９１４により表面９０４Ｓに取り付けられている。さらにランプ本体９０２は、円筒形ボア９１６を備えており、このボアは側面９０４と略対向する本体側面９１８に形成された孔部９１６Ｈと開口部９１０との間を延長するので、このボアは孔部９１０Ｈと連絡することになる。窓部９１２を不活性雰囲気において表面９０４Ｓに封着した後において、端部９２０Ｅを有するガラスまたは石英チューブ９２０は、その端部が孔部９１０Ｈを介してランプ室９０６内を延長するように、孔部９１６Ｈを介してボア９１６に挿入される。ランプ室は、それからチューブ９２０に連結した減圧ポンプで減圧される。始動ガスおよび発光体の充填混合物は、チューブを介してランプ室に配置される。この充填が完了すると、その外径がチューブの内径よりも少し小さなガラスまたは石英ロッド９３０をチューブに挿入し、チューブおよびロッドは加熱され切り取られる。このように、チューブ９２０には、確実な封止をなす誘電体物質が充填される。ランプ室の充填・封止処理は、減圧室に頼らなくても、すなわち常圧でもなしうる。あるいは、チューブ９２０をボア９１６に挿入したランプ本体９０２は、それから要望のランプ非作動圧力近傍のランプ室で使用される始動ガスを含有する大気圧室に運ばれる。発光体は、それからチューブを介してランプ室に導入される。この充填が完了すると、ロッド９３０をチューブに挿入し、チューブおよびロッドは加熱され切り取られる。
【００３９】
図１０に示すように、ＤＷＩＰＬ１０００の本体１００２は、表面１００４Ｓを有する側面１００４を備えている。開口部１００８と底部１０１０とを有するランプ室１００６は、表面１００４Ｓから垂下している。側面１００４には孔部１００４Ｈが形成されており、ランプ室１００６に形成された孔部１００６Ｈと連絡している。端部１００２Ｅを有するガラスまたは石英チューブ１０２０は、端部がランプ室を貫通するように、孔部１００４Ｈ、１００６Ｈを介して挿入される。それから開口部１００８を覆う窓部１０３０は、サファイアで構成されるのが好ましいが、チューブを溶解させない温度で溶解するフリットまたはシール材１０３２により、表面１００４Ｓに取り付けられる。チューブ１０２０を配置して孔部１００４Ｈをシール材で塞ぎ窓部を表面１００４Ｓに封着した後で、ランプ室は、チューブに連結した減圧ポンプで減圧される。始動ガスおよび発光体の充填混合物は、チューブを介してランプ室に配置される。この充填が完了すると、その外径がチューブ１０２０の内径よりも少し小さなガラスまたは石英ロッド１０４０をチューブに挿入し、チューブ１０２０およびロッド１０４０は加熱され切り取られる。
【００４０】
図１１に示すように、ＤＷＩＰＬ１１００の本体１１０２は、表面１１０４Ｓを有する側面１１０４を備えている。開口部１１０８と底部１１１０とを有するランプ室１１０６は、表面１１０４Ｓから垂下している。側面１１０４には、開口部１１０８を包囲するＯリング溝１１１２が設けられている。さらにＤＷＩＰＬ１１００は、第１、第２クランプ１１２０Ａ、１１２０Ｂを備えており、それぞれ開口部を覆う窓部１１３０を機械的に圧縮する。ランプ本体１１０２、窓部１１３０、Ｏリング１１１４、始動ガス１１４０および発光体１１５０の充填混合物は、要望のランプ非作動圧力近傍の始動ガス１１４０を含有する大気圧室に運ばれる。それから発光体をランプ室に配置し、Ｏリング１１１４をＯリング溝１１１２に配置し、窓部１１３０をＯリング上に配置し、クランプ１１２０Ａ、１１２０Ｂで締め付け、それにより一時的なあるいは永久的なシールが形成される。
【００４１】
図１２に示すように、ＤＷＩＰＬ１２００のＵ字形状の本体１２０２は、中央本体部１２０４を備えている。この中央本体部は、第１、第２本体部１２０６、１２０８にそれぞれ対向して取付られており、この第１、第２本体部は、本体部１２０４と略直交してそれぞれ上部１２０６Ｕ、１２０８Ｕに延長している。中央本体部１２０４の側面１２０１は表面１２１０Ｓを有しており、ここから開口部１２２２と底部１２２４を有するランプ室１２２０が垂下する。側面１２１０には、開口部１２２２を包囲するＯリング溝１２１２が設けられている。上部１２０６Ｕ、１２０８Ｕは、ねじ切り部１２３０を有する内面１２０６Ｓ、１２０８Ｓをそれぞれ備えている。このねじ切り部は、内側面に金属的に取り付けることで、あるいは内側面を切り分けることで形成される。図１１の形態に関しては、ランプ本体１２０２、窓部１２４０、Ｏリング１２１４、始動ガスのおよび発光体の充填混合物は、要望のランプ非作動圧力近傍の始動ガス１１４０を含有する大気圧室に運ばれる。それから発光体をランプ室１２２０に配置し、Ｏリング１２１４をＯリング溝１２１２に配置し、窓部１２４０をＯリング上に配置し、スクリュー型金属キャップ１２５０をねじ切り部１２３０に係合させる。キャップ１２５０は、そこを貫通する中央孔１２５０Ｈを有しており、これは光トンネルとして機能する。窓への圧力は、キャップを下方に螺着することで与えられ、Ｏリングを圧縮して一時的あるいは永久的なシールが形成される。
【００４２】
図１３に示すように、ＤＷＩＰＬ１３００の本体１３０２は、表面１３０４Ｓを有する側面１３０４を備えている。開口部１３０８と底部１３１０とを有するランプ室１３０６は、表面１３０４Ｓから垂下している。側面１３０４には、開口部１３０８を包囲する細部１３１２が設けられており、これは例えばプラチナあるいはガラスのリング等のシールプリフォーム１３２０を密着して受け入れるように適合されている。ランプ本体１３０２、窓部１３２０、始動ガス１３４０および発光体１３５０の充填混合物は、要望のランプ非作動圧力近傍の始動ガス１３４０を含有する大気圧室に運ばれる。発光体をランプ室１３０６に配置し、シールプリフォーム１３２０を細部１３１２に配置し、窓部１３３０をシールプリフォーム上に配置する。それからランプ本体１３０２は、冷却表面１３６０上に配置し、あるいは冷却表面へ締め付けるので、シールプリフォーム加熱時には物質が気化しないように本体と充填混合物が十分に冷却維持される。それから高温のマンドレル１３７０を窓部１３３０に圧接し、窓部を加熱してシールプリフォームを溶解させる。表示１３７０Ａ、１３７０Ｂは、伝熱による溶解を示している。シールプリフォーム材は、窓部およびランプ本体の熱限界以下の温度で溶解し流動するように選択される。シールプリフォームが溶解してそれから冷却されると、窓部と側面１３０４とが密封される。密封処理の際には、ランプ室の気圧は、加熱時の膨張を補うように選択されなければならない。
【００４３】
図１４に示すように、ＤＷＩＰＬ１４００の本体１４０２は、表面１４０４Ｓを有する側面１４０４を備えている。開口部１４０８と底部１４１０とを有するランプ室１４０６は、表面１４０４Ｓから垂下している。開口部１４０８を包囲する第１金属溶射リング１４１２は、蝋付け法、真空蒸着法、スクリーン法により側面１４０４に取り付けられており、側面１４０４の細部１４０４Ｄ内に配置される。プラチナリング等のシールプリフォーム１４２０は、細部１４０４Ｄ内でリング１４１２上に配置される。窓部１４３０の下面１４３０Ｓは、その周囲近傍で、第２金属溶射リング１４３２が蝋付け法、真空蒸着法、スクリーン法により取り付けられる。ランプ本体１４０２、窓部１４３０、シールプリフォーム１４２０、始動ガス１４４０および発光体１４５０の充填混合物は、要望のランプ非作動圧力近傍の始動ガス１４４０を含有する大気圧室に運ばれる。発光体はランプ室１４０６内に配置され、そしてシールプリフォーム１４２０がリング１４１２、１４３２間に挟まれるように窓部１４３０はシールプリフォーム上に配置される。好ましくは、鑞付けフレーム１４７０またはその他の高熱源がシールプリフォームを溶解してシールを生じさせる間、クランプ１４６０が窓部を保持する。
【００４４】
図１５に示すように、ＤＷＩＰＬ１５００の本体１５０２は、表面１５０４Ｓを有する側面１５０４を備えている。開口部１５０８と底部１５１０とを有するランプ室１５０６は、表面１５０４Ｓから垂下している。開口部１５０８を包囲する第１金属溶射リング１５１２は、蝋付け法、真空蒸着法、スクリーン法により側面１５０４に取り付けられており、側面１５０４の細部１５０４Ｄ内に配置される。プラチナまたはガラスのリング等のシールプリフォーム１５２０は、細部１５０４Ｄ内でリング１５１２上に配置される。窓部１５３０の下面１５３０Ｓは、その周囲近傍で、第２金属溶射リング１５３２が蝋付け法、真空蒸着法、スクリーン法により取り付けられる。ランプ本体１５０２、窓部１５３０、シールプリフォーム１５２０、始動ガス１５４０および発光体１５５０の充填混合物は、要望のランプ非作動圧力近傍の始動ガス１５４０を含有する大気圧室に運ばれる。充填混合物はランプ室１５０６内に配置され、そしてシールプリフォーム１５２０がリング１５１２、１５３２間に挟まれるように窓部１５３０はシールプリフォーム上に配置される。好ましくは、レーザ１５７０が焦点を合わせ溶解制御パターンになりそれからシールプリフォーム材を冷却する間、クランプ１５６０が窓部を保持する。このレーザによるシールは、大気圧あるいは分圧でなしうる。
【００４５】
図１６および図１６Ａに示すように、ＤＷＩＰＬ１６００の本体１６０２は、表面１６０４Ｓを有する側面１６０４を備えている。開口部１６０８と底部１６１０とを有するランプ室１６０６は、表面１６０４Ｓから垂下している。開口部１６０８を包囲する第１金属溶射リング１６１２は、蝋付け法、真空蒸着法、スクリーン法により側面１６０４に取り付けられており、側面１６０４の細部１６０４Ｄ内に配置される。プラチナまたはその他の導電材料等のシールプリフォーム１６２０は、細部１６０４Ｄ内でリング１６１２上に配置される。窓部１６３０の下面１６３０Ｓは、その周囲近傍で、第２金属溶射リング１６３２が蝋付け法、真空蒸着法、スクリーン法により取り付けられる。ランプ本体１６０２、窓部１６３０、シールプリフォーム１６２０、始動ガス１６４０および発光体１６５０の充填混合物は、要望のランプ非作動圧力近傍の始動ガス１６４０を含有する大気圧室に運ばれる。発光体１６５０はランプ室１６０６内に配置され、それからシールプリフォーム１６２０がリング１６１２、１６３２間に挟まれるように窓部１６３０はシールプリフォーム上に配置される。好ましくは、無線周波数（ＲＦ）コイル１６７０がシールプリフォーム付近に移動する間、クランプ１６６０は窓部を保持する。コイルはシールプリフォームを加熱溶解し、冷却後に窓部と側面１６０４との間が密封される。このＲＦシーリングは、大気圧あるいは分圧でなしうる。
【００４６】
電磁的に、ＤＷＩＰＬの共振空洞部は、一つ以上のバルブに含有されるプラズマにエネルギー付与するマイクロ波力を供給する一つ以上の励振（駆動）プローブを設けている。明細書の以下の詳述部分における「空洞部」は、ＤＷＩＰＬの本体のことである。’７１８願書に示されるように、「バルブ」は、ランプ室内の充填混合物を含有する個別の包囲体である。あるいは、ランプ室自体がバルブである。最適効率をもたらすため、バルブは、使用される共振空洞部モードの最大電界点に位置するのが好ましい。しかし、壁と空洞部により消散する更なるパワーを犠牲にすることで、バルブを最大電界点から離れて移動することもできる。励振プローブの位置は、最小電界点に位置しない限り、重要ではない。なぜなら、プローブの設計パラメータ、特に長さと形状を変化させることで、要望の結合効率を達成できるからである。図１７Ａと図１７Ｂは、二つの円筒状ランプ構成１３０Ａ、１３０Ｂを概略的に示している。両方とも、ＴＭ０，１，０として知られた基本円筒空洞モードで作動するとともに、単一の最大電界点に位置するバルブ１３２Ａ、１３２Ｂをそれぞれ備えている。点線１３１Ａ、１３１Ｂは、それぞれ空洞内における電界分布を示している。図１７Ａにおいて、励振プローブ１３４Ａは、電界最大点に位置している。図１７Ｂにおいては、励振プローブ１３４Ｂは、電界最大点には位置していないが、プローブ１３４Ａと同じ結合効率をもたらす長いプローブを備えている。ただＴＭ０，１，０モードが例としてここで使用されているが、横断方向電界（「ＴＥ」）および横断方向磁界（「ＴＭ」）モードを含むより高次の空洞モードも使用できる。
【００４７】
励振プローブの設計は、適切なランプ作動にとって重要である。励振プローブは、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、マイクロ波力とランプ室との結合量を補正する。主要な空洞部の効率減少メカニズムは４つある。すなわち、ランプ室壁による消散、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、励振プローブと別の空洞内のプローブとの結合が解かれたパワーのことである。プローブ結合喪失は、どの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ので、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を短くなる。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、過剰部分は励振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、励振プローブは、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、励振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、ＤＷＩＰＬ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。
【００４８】
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臨界結合点のできるだけ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願書の図６を参照）。このような構成は、長形プリズム形状の空洞用ランプ構成１４０Ａ、円筒形状の空洞用のランプ構成１４０Ｂとしてそれぞれ図１８Ａ、１８Ｂに示されている。第２「フィードバック」プローブ１４２Ａ、１４２Ｂは、それぞれ空洞部１４４Ａ、１４４Ｂにそれぞれ導入される。フィードバックプローブ１４２Ａ、１４２Ｂは、一体結合された増幅器・制御回路（ＡＣＣ）１４８Ａ、１４８Ｂの入力ポート１４６Ａ、１４６Ｂにそれぞれ連通している。また励振プローブ１５０Ａ、１５０Ｂは、ＡＣＣの出力ポート１５２Ａ、１５２Ｂにそれぞれ連通している。それぞれの構成は、発振器を構成する。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、励振プローブとバルブとの結合効率を高める。励振プローブおよびフィードバックプローブの両方は、電界結合の最小電界点付近、あるいは磁界結合の最小磁界点付近でなければ、空洞部内のどこに配置してもよい。一般的には、フィードバックプローブの結合量は、励振プローブよりも少ない。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。
【００４９】
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、励振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、励振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。フィードバックがあることにより、製造許容値が緩くなる。なぜなら、空洞部が絶えず増幅器に「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ＤＷＩＰＬ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。
【００５０】
発光効率を最大にするため、励振プローブは、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１８Ａまたは図１８Ｂ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のに十分である。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、プラズマ生成前に励振プローブがかなりの過結合となる。エネルギー（パワー）のほとんどが増幅器に反射して戻るので、電界強度はガス分解に十分な強さにならない。また、反射パワー量が大きいと、増幅器を破壊してその寿命を短縮することになる。
【００５１】
図１９は、この励振プローブ過結合の問題を解決するランプ構成１６０を示している。第３「始動」プローブ１６２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１６４内に配置される。始動プローブ１６２、励振プローブ１６６、およびフィードバックプローブ１６８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。ＡＣＣ１７０の出力ポート１７０Ｂからのパワーは、分配器１７２により二つの部位に分けられる。すなわち、一つは励振プローブ１６６に伝送され、他方は移相器１７４を介して始動プローブ１６２に伝送される。フィードバックプローブ１６８は、ＡＣＣ１７０の入力ポート１７０Ａに連通している。始動プローブも励振プローブも、エネルギーが同じ空洞モード、例えば図１９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１６６、１６２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。ペンシルバニア州ピッツバーグのアンソフト社により入手可能）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、始動プローブは、プラズマ生成前に臨界的に結合しているとともに、励振プローブは、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。分配器と位相器は、結合した増幅器・制御回路への反射戻りが最小限となるように設計される。
【００５２】
図２０は、励振プローブの過結合問題を解決する第２ランプ構成１８０を示している。始動プローブ１８２も励振プローブ１８４も、エネルギーが同じ空洞モード、例えば図１９に示すような円筒形空胴部１８６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１８０は、ＡＣＣ１９０の入力ポート１９０Ａに連通したフィードバックプローブ１８８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。ＡＣＣ１９０の出力ポート１９０Ｂからのパワーは、循環器１９２の第１ポート１９２Ａに伝送される。この循環器は、第１ポート１９２Ａからのエネルギーを、励振プローブ１８４に供給する第２ポート１９２Ｂに導く。プラズマ生成前には、励振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、励振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１９２により、始動プローブ１８２に供給する第３ポート１９２Ｃ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１８６に伝達され始動プローブの反射が最小限となるように、始動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１９２Ｃに入り、ＡＣＣの出力ポート１９０Ｂ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、励振プローブ１８４は臨界結合し、よって励振プローブからの反射は最小限となる。このとき、不足結合の始動プローブ１８２に達するエネルギー量は微量である。始動プローブは高反射率となっているので、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、始動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、励振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１９２Ａからのパワーを第２ポート１９２Ｂに導き、ここからさらに第３ポート１９２Ｃに導き、さらに第１ポート１９２Ａに導く。
【００５３】
図２１Ａおよび図２１Ｂは、励振プローブの過結合問題を解決する第３、第４ランプ構成２４０Ａ、２４０Ｂ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「励振」（駆動）空洞モードが使用される。始動プローブ２４２Ａ、２４２Ｂは、始動空洞モードでそれぞれ作動し、励振プローブ２４４Ａ、２４４Ｂはそれぞれ励振空洞モードでそれぞれ作動する。一点曲線２４１Ａ、２４１Ｂに示すように、励振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ＤＷＩＰＬ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２４６Ａ、２４６Ｂの場合、始動プローブ２４２Ａ、２４２Ｂ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、励振プローブ２４４Ａ、２４４Ｂ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、励振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。始動プローブは、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。励振プローブは、励振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、プラズマ生成前の励振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使用される。図２１Ａにおいて、その出力ポート２５０Ｂがダイプレクサ２４８Ａに連通している単一のＡＣＣ２５０は、両空洞モードを出力するのに使用される。ダイプレクサ２４８Ａにより二つの周波数が分割され、始動プローブ２４２Ａおよび励振プローブ２４４Ａに供給される。フィードバックプローブ２５２Ａは、ＡＣＣ２５０の入力ポート２５０Ａに連通している。図２１Ｂに示すように、出力ポート２６Ｂ、２６２Ｂを備えた二つの別個の増幅器２６０、２６２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２４８Ｂは、フィードバックプローブ２５２Ｂからの二つの周波数を分割する。要するに、始動プローブは、ある空洞モードで作動し、励振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。始動プローブは、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。励振プローブは、励振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。
【００５４】
別の方法は、第２フィードバックプローブを追加することであり、これによりダイプレクサ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、励振空洞モードのみの結合を解く。第２フィードバックプローブは、励振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く。
【００５５】
図２２Ａおよび図２２Ｂは、始動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２８０Ａ、２８０Ｂを示している。一点曲線２８１Ａおよび２８１Ｂに示すように、空洞部２８２Ａ、２８２Ｂ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励振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、励振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励振プローブの設計が可能となり、これにより始動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２８４Ａ、２８４Ｂ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。励振プローブ２８６Ａ、２８６Ｂは、それぞれ励振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。励振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、励振プローブは、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２２Ａにおいて、それぞれ入出力ポート２９０Ａ、２９０Ｂを備えた単一のＡＣＣ２９０は、両空洞モードで出力するのに使用される。図２２Ｂにおいて、二つの独立したＡＣＣ２９２、２９４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２９６Ｂは、フィードバックプローブ２８４Ｂからの二つの周波数を分割するとともに、第２ダイプレクサ２９８Ｂは、励振プローブ２８６Ｂに向かう二つの周波数を結合する。要するに、励振プローブは、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励振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。励振プローブは、励振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。
【００５６】
出願第‘７１８号および公開第ＷＯ０２／１１１８１Ａ１は、金属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励振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。
【００５７】
図２３は、かかる両方の問題を回避する技術を示している。ランプ本体３５２内へ延長する金属マイクロ波プローブ３５０は、高破壊電圧の誘電体物質３５４により包囲される。ランプ本体３５２は、ランプ室３５６を備えている。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３５０の先端３５０Ｔ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、誘電体物質３５４の誘電率は、ランプ本体３５２を構成する誘電体物質よりも低くなっている。誘電体物質３５４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。
【００５８】
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、そして誘電体物質３５４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、始動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のようなシミュレーションソフトにより決定される。
【００５９】
図２４は、図１８Ａ、図１８Ｂ、図２２Ａ、図２２Ｂに示すような励振プローブ４３６とフィードバックプローブ４３８のみを備えたＤＷＩＰＬ（ここではランプ４２０とする）に適した、増幅器４３２と制御回路４３４とを備えた回路４３０を示している。増幅器４３２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４４０とランプ室４４２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。
【００６０】
好ましくは、増幅器４３２は、２０〜３０ｄＢｍゲインの前置増幅器段階４５０と、１０〜２０ｄＢゲインの中間出力増幅器段階４５２と、１０〜１８ｄＢゲインの高出力増幅器段階４５４とを備えている。好ましくは、前置増幅器段階４５０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４５２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４５４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４５０、４５２、４５４は、単一の一体型回路に含まれる。あるいは、段階４５０、４５２、および制御回路４３４は、一体としてパッケージ化され、また高出力増幅器段階４５４は別個にパッケージ化される。
【００６１】
さらに、増幅器４３２は、ＰＩＮダイオード減衰器４６０を段階４５０、４５２、４５４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４５０に結合しているのがよい。ＰＩＮダイオード減衰器４６０は、ランプ本体４４０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４５０、４５２、４５４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４４０へのパワーが変化する。好ましくは、ＰＩＮダイオード減衰器４６０は、アナログまたはデジタル制御回路４３４や光強度検出器４６２とともに作動する。この光強度検出器４６２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、励振プローブ４３６、高出力増幅器段階４５４、制御回路４３４に連通したＲＦ強度検出器４６４は、減衰器４６０を制御するのに使用される。あるいは、制御回路４３４を使用して、使用者の要求に応じた輝度レベルを制御することもできる。制御回路４３４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４３４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４３４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。
【００６２】
あるいは、減衰器４６０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４６０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。
【００６３】
図２５は、増幅器５４２および制御回路５４４を備えた別の制御回路５４０を示しているが、これは図１８Ａ、図１８Ｂ、図２２Ａ、図２２Ｂに示すような励振プローブ５５２とフィードバックプローブ５５４を備えたＤＷＩＰＬ５５０のランプ本体５４６およびランプ室５４８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は「始動」帯域通過フィルタ５６０Ａおよび「作動」帯域通過フィルタ５６０Ｂは、図２４の一連の増幅器と、また好ましくは図２４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５６０Ａ、５６０Ｂは、好ましくないランプ本体５４６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５６２Ａ、５６２Ｂ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、ＤＷＩＰＬ５５０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。フィルタ５６０Ａ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５６０Ｂ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５４６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５６０Ａ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５４４は、所定作動周波数に応じて、フィルタ５６０Ａ、５６０Ｂ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５６４は、図２４のモードの光強度検出器４６２と同じ機能を果たす。
【００６４】
図２６は、増幅器５７２およびアナログまたはデジタル制御回路５７４を備えた制御回路５７０を示しているが、これは図１９、図２０、図２１Ａ、図２１Ｂに示すような励振プローブ５８２とフィードバックプローブ５８６と始動プローブ５８４とを備えたＤＷＩＰＬ５８０のランプ本体５７６およびランプ室５７８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５８６は、ＰＩＮダイオード減衰器５８８およびフィルタ５８９を介して、前置増幅器４５０の入力部４５０Ａに連通している。始動プローブ５８４は、ランプ５８０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４５０または中間出力増幅器段階４５２から少量のマイクロ波力が始動プローブ５８４に導かれる。制御回路５７４により制御される双極ＰＩＮダイオードスイッチ５９０からパワーが送られる。スイッチ５９０は、充填混合物がイオン化するまでＲＦマイクロ波力を励振プローブ５８４に供給するように制御される。センサ５９２Ａ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５９２Ｂは、ガスイオン化を表す光強度を監視する。制御回路５７４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。ひとたびガスイオン化が生じると、制御回路５７４は、スイッチ５９０をオンにしてマイクロ波力を高出力段階４５４に導き、励振プローブへマイクロ波力を供給する。短時間の間、始動プローブ５８４と励振プローブ５８２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５７４はスイッチ５９０をオフにして、励振プローブ５８２のみがプラズマにエネルギー付与するため始動プローブ５８４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。
【００６５】
始動時におけるＤＷＩＰＬ５８０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５７４は、励振プローブ５８２から高出力段階４５４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４５４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５７４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。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明によるランプは、マイクロ波力が空気空洞部に導かれる無電極ランプよりも明らかな利点を有している。空気空洞部で共振させる必要があるので、空洞部は、通常、ランプにパワー供給するマイクロ波力の１／２波長よりも短くてはならない。
【００６７】
その結果、空気空洞ランプは、そのサイズに下限があり、プロジェクションテレビや高解像度モニタや該当ランプや救急車等へ適用する場合には極端に大きいことになる。これに対して、本発明は導波路本体に固体および／または液体の誘電体物質を使用するので、ランプを小型化できるのみならず、バルブにつき従来の無電極ランプよりも機械的、光学的、電気的性質をより安定させることができる。さらに、本発明によるランプは、より低エネルギーでプラズマを発生維持できるとともに、効率的に熱消散をする構成物の追加は最小限である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】出願‘７１８号の図１であって、固体の誘電体物質からなり発光プラズマ含有のバルブを一体化した導波路本体を備えたＤＷＩＰＬ（誘電体導波路一体型プラズマランプ）の断面を示している。
【図２】その本体に、ボールレンズで包囲密封されたランプ室を備えたＤＷＩＰＬの概略図である。
【図３】その本体に、窓部またはレンズで包囲密封されたランプ室を備えた概略図であって、この窓部またはレンズは、導波路本体を包囲するヒートシンクから延長するフランジに設けたブラケットに取り付けた光学要素に合わせて配置している。
【図４】本体が円筒形のＤＷＩＰＬの概略図であって、この本体を受け入れるボアを備えた円筒形のヒートシンクに取り付けるものである。
【図５】「貝殻」型ヒートシンク内に包囲される円筒形本体となったＤＷＩＰＬの概略図である。
【図６】その本体に雌螺切（タップ）型ボアを設けたＤＷＩＰＬの概略図であって、この雌螺切型ボアは、ランプ室開口部側とは反対側の本体側面とランプ室底部との間を延長している。ランプ室の始動ガスおよび発光体を含有する充填材は、開口部を覆う窓部および雌螺切型ボアに挿入したプラグにより密閉される。
【図７】図６に示すＤＷＩＰＬの概略図であって、ボアはテーパ状になっており、テーパ状プラグをそのボアに圧入している。
【図７Ａ】図７の円で示した「７Ａ」の詳細図であって、プラグ先端部とランプ室底部を示している。
【図８】図６に示すＤＷＩＰＬ用の第１、第２、第３プラグ形状と、図７に示すＤＷＩＰＬ用の第１、第２、第３、第４プラグ形状とを示す図である。
【図９】その本体に、ガラスチューブあるいは石英チューブが挿入される細い円筒ボアを備えたＤＷＩＰＬの概略図であって、この円筒ボアは、ランプ室開口部側とは反対側の本体側面とランプ室底部との間を延長している。ランプ室の充填材は、開口部を覆う窓部と、チューブに挿入されるガラスロッドまたは石英ロッドとにより密封される。
【図１０】その本体側面に窓部を覆うランプ室開口部を備えたＤＷＩＰＬの概略図である。ランプ室の充填材は、ガラスチューブまたは石英チューブに挿入されたガラスロッドまたは石英ロッドにより密封されるが、かかるチューブは、ランプ室壁の孔と連絡する孔に挿入されている。
【図１１】その本体側面にランプ室開口部を設けたＤＷＩＰＬの概略図であって、この開口部は、Ｏリングを配置した溝により包囲される。ランプ室の充填材は、クランプ機構によりＯリングと圧着した状態の窓部により密閉される。
【図１２】Ｕ字形状の本体を備えたＤＷＩＰＬの概略図であって、その本体面には、Ｏリングを配置した溝により包囲されるランプ室開口部を設けている。ランプ室の充填材は、スクリューキャップによりＯリングと圧着した状態の窓部により密閉される。
【図１３】その本体側面に、プリフォームシールで包囲されるランプ室開口部を設けたＤＷＩＰＬの概略図である。ランプ室の充填材は、加熱された窓部により密閉されるが、この加熱窓部は、高温マンドレルにより窓部がシールと圧接した場合にシールを溶解する。
【図１４】その本体側面にランプ室開口部を設けたＤＷＩＰＬの概略図であって、取り付けた第１金属溶射リングおよびプリフォームシールがこの開口部を包囲している。クランプにより窓部に取り付けた第１金属溶射リングと第１リングとを圧接して、プリフォームシールを溶融する熱が加えられた場合に、ランプ室の充填材は密閉される。
【図１５】図１４に示すＤＷＩＰＬの概略図であって、プリフォームシールを溶解するのにレーザを用いている。
【図１６】図１４に示すＤＷＩＰＬの概略図であって、ＲＦコイルの誘導加熱によってプリフォームシールを溶解するものである。
【図１６Ａ】図１６に示すＤＷＩＰＬの上面図である。
【図１７Ａ】円筒形状の本体を有するＤＷＩＰＬの概略図であって、バルブおよび励振プローブを共振モードの最大電界の位置に設けている。
【図１７Ｂ】図１７Ａに示すＤＷＩＰＬの概略図であって、バルブは図１７Ａの共振モードの最大電界の位置に設けているが、励振プローブはこの最大電界位置から偏倚させている。この図１７Ｂのプローブは、偏倚による結合損失を補うため、図１７Ａのプローブよりも長くなっている。
【図１８Ａ】その本体が長方プリズム状となったＤＷＩＰＬの概略図であって、バルブおよび励振プローブおよびフィードバックプローブが設けられており、それらは結合した増幅器・制御回路により連結している。
【図１８Ｂ】その本体が円筒状となったＤＷＩＰＬの概略図であって、バルブおよび励振プローブおよびフィードバックプローブが設けられており、それらは結合した増幅器・制御回路により連結している。
【図１９】始動プローブを使用したＤＷＩＰＬの第１モードを示す図である。ＤＷＩＰＬの本体は円筒形状となっており、バルブ、励振プローブ、フィードバックプローブ、および始動プローブが設けられている。このフィードバックプローブは、増幅器・制御回路を介して励振プローブに連結しているとともに、増幅器・制御回路、分配器、および移相器を介して始動プローブに連結している。
【図２０】始動プローブを使用したＤＷＩＰＬの概略図である。ＤＷＩＰＬの本体は円筒形状となっており、バルブ、励振プローブ、フィードバックプローブ、始動プローブが設けられている。フィードバックプローブは、結合した増幅器・制御回路および循環器を介して、励振プローブおよび始動プローブに連結している。
【図２１Ａ】始動プローブを使用したＤＷＩＰＬの第３モードの概略図である。ＤＷＩＰＬの本体は円筒形状となっており、バルブ、励振プローブ、フィードバックプローブ、始動プローブが設けられている。フィードバックプローブは、結合した増幅器・制御回路およびダイプレクサを介して、励振プローブおよび始動プローブに連結している。
【図２１Ｂ】図２１Ａのモードの別の形状を示す図であって、フィードバックプローブは、第１結合増幅制御回路を介して励振プローブに、ダイプレクサおよび第２結合増幅制御回路を介して始動プローブに連結している。
【図２２Ａ】ＤＷＩＰＬの概略図であって、プラズマ生成前には始動共振モードが使用されているとともに、プラズマを安定状態にするためには励振共振モードが使用されている。ＤＷＩＰＬの本体は円筒形状となっており、バルブ、励振プローブ、フィードバックプローブが設けられている。結合増幅制御回路は、励振プローブとフィードバックプローブとを連結している。
【図２２Ｂ】図２２Ａのモードの別の形状を示す図であって、フィードバックプローブは、第１・第２ダイプレクサ、第１・第２結合増幅制御回路を介して励振プローブに連結している。
【図２３】高誘電率のＤＷＩＰＬ本体を示す概略図である。本体内へ延長する励振プローブは、高破壊電圧の誘導体により包囲される。
【図２４】図１８Ａ、図１８Ｂ、図２２Ａ、図２２Ｂに示す第１形状の結合増幅制御回路のブロック図である。
【図２５】図１８Ａ、図１８Ｂ、図２２Ａ、図２２Ｂに示す第２形状の結合増幅制御回路のブロック図である。
【図２６】図１９、図２０、図２１Ａ、図２１Ｂに示す形状の結合増幅制御回路のブロック図である。
【符号の説明】
【００６９】
１０１  ＤＷＩＰＬ 
１０３  導波路 
１０４  本体 
１０５  ランプ室 
１０７  バルブ 
１０８  充填材 
１０９  外壁 
１１０  内側面 
１１１  窓部 
１１５  供給源 
１１６  空間部 
１１７  励振プローブ 
１１９  金属被覆 
１２５  ヒートシンクフィン 
１２７  バルブエンベロープ 
【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】
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【図７】
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【図７Ａ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１６Ａ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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