マイクロ波で駆動される光源
ランプは発光共振器としての光源（１）、マグネトロン（２）、スタブ整合器（３）を備えている。反射器（４）は、光を略平行光とするように前記光源と前記スタブ整合器の接合部に設けられる。前記発光共振器は石英製の内側円筒と外側円筒からなる筺体（11）を備えている。これらはそれぞれ終端板（16、17）のある円筒状の管（14、15）である。前記共振器内部でマイクロ波に対する接地平面となるような大きさの網目を有するタングステン製ワイヤ網（18）は前記管と前記終端板の間にそれぞれ挟まれている。管と終端板からなる内外の各円筒は密封されている。アース接続部（18’）は前記網から前記円筒の外側へ伸びている。前記終端板に挟まれた前記ワイヤ網の間の前記筺体の軸方向の長さはそのマイクロ波の周波数に対してλ／２である。前記筺体の一端においてモリブデン製の駆動接続部19はタングステン製のディスク部（20）まで伸びている。このディスク部は前記筺体の端部の前記網からλ／１６離れた位置において前記筺体の軸Ａに対して横向きに配置される。前記筺体は励起可能なプラズマ材料、例えば希土類ハロゲン化合物の気体が充填されている。前記ディスク部はアンテナとして作用し、前記整合回路（３）を介して前記マグネトロン（２）によって駆動される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマイクロ波で駆動されるランプ光源に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光を発生させるために、カプセルの中で放電させることはよく知られている。
【０００３】
典型的な例としてナトリウムランプや蛍光灯などがある。後者は紫外線を発生する水銀蒸気を用いている。この水銀蒸気が蛍光性粉末を励起させて発光させている。これらはタングステン・フィラメントのランプよりも消費電力１ワット当たりの光束の点では高効率である。しかしながら、これらの照明器具はカプセル内に電極が必要となる点で劣っている。これらは放電に必要な電流を流すために劣化し、最終的には効率も低下する。
【０００４】
国際出願番号ＰＣＴ／ＧＢ２００６／００２０１８号（以下「２０１８ランプ」という）、ランプ用バルブに関する国際出願番号ＰＣＴ／ＧＢ２００５／００５０８０号、マイクロ波で駆動されるランプの整合回路に関する国際出願番号ＰＣＴ／ＧＢ２００７／００１９３５号に示すとおり、我々は無電極バルブ型ランプを開発してきた。これらはすべて、バルブ内の発光プラズマを励起させるためのマイクロ波エネルギーを使用して無電極で駆動されるランプに関するものである。マイクロ波のエネルギーをバルブに供給するために電波を使用の伴う以前の提案は、例えばフュージョン・ライティング社の米国特許番号５，３３４，９１３号によって成し遂げられている。もし、電波の導波器が使用されると、導波器の物理的な大きさは、空気中のマイクロ波の波長分の１であるので、ランプは大型になってしまう。例えばこのような光は街灯に使用しても問題はないが、多くの機器に対して適さなくなってしまう。そのため、前記２０１８ランプは誘電性の導波器を使用しているが、これは実質的に２．４ＧＨｚの駆動周波数で波長を減らしている。このランプは背面投射型テレビのような家庭用電気機器に適している。
【０００５】
現在、我々はバルブと導波器を結合して一つの部品にすることが可能だと信じている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、結合されたバルブと導波器等を有する改良型のランプを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、マイクロ波エネルギーによって駆動される光源であって、前記光源が、
・中に密閉されたボイド空間を有するプラズマのルツボであって、そこから出てくる光のために透明または半透明の材料からなる固体のプラズマのルツボと、
・前記プラズマのルツボを取り囲むファラデー箱であって、前記プラズマのルツボから出てくる光を少なくとも部分的に透過しつつ、マイクロ波を閉じ込めているファラデー箱と、
・前記密閉されたボイド空間において、その内部で発光プラズマを生成するために充填された、マイクロ波のエネルギーによって励起可能な充填材と、
・前記充填材にプラズマ誘導マイクロ波エネルギーを伝送するために前記プラズマのルツボの中に設けられたアンテナであって、
・マイクロ波エネルギー源と結合するために前記プラズマのルツボの外側に伸び
ている接続部
を有しているアンテナと、
を有しており、前記密閉ボイド空間のプラズマからの光が前記プラズマのルツボを通過可能であり、前記箱を介して放射されるような配置になっている光源が提供される。
【０００８】
この明細書で用いられている用語として、「半透明」とは半透明とされている物の材料が透明または半透明であることを意味する。
【０００９】
「プラズマのルツボ」とはプラズマを閉じ込めた密封体を意味し、後者の充填材がアンテナからのマイクロ波エネルギーによって励起された時はそのボイド空間を意味する。
【００１０】
通常、ルツボの材料は固体の誘電材料となる。
【００１１】
固体のプラズマのルツボは、その容積にわたり多様な構造および構成を持たせることが可能であるが、互いに封着された一つ以上のピースからなるものであるため、その容積全体で考えれば、通常は実質的に均一であると考えられる。
【００１２】
発光プラズマのマイクロ波駆動についての我々の研究では、通常は導波器に設置される分離したバルブを用いているが、我々は少なくとも共振導波器内の基本共振は励起可能な材料にマイクロ波のエネルギーを供給するのに不可欠なものではないことを承知している。したがって、中にボイド空間と充填材とアンテナが入っている固体のプラズマのルツボは共振導波器である必要がない。
【００１３】
それにもかかわらず、我々は共振を採用する方が好ましいと考えている。例えば、後述の第２実施例において、プラズマのルツボは断面が円形であり、内部で直径方向に広げていくために半波長の寸法で形成される。
【００１４】
プラズマ光源は、一般的には、特定の方向に向けられた光源自身の反射光を利用して使用される。そのために外部反射器を設けたり、あるいは、第２実施例において、プラズマのルツボは特定の方向に反射するような曲面形状に形成してもよい。そのルツボの曲面状の表面は研磨されていて、内部で全反射させてもよい。あるいは反射率を高めるために金属化してもよい。この場合、ファラデー箱の一部を金属で形成してもよい。さらに別の方法として、プラズマのルツボを介して光を反射するためにプラズマのルツボは補助反射器と結合させてもよい。
【００１５】
プラズマのルツボが石英あるいは焼結されたセラミック材料からなることが予測されるが、他にも適した材料を用いてもよい。特に、セラミック材料は透明または半透明な材料にすることができる。適切な半透明セラミック材料の一例として多結晶アルミナがあり、透明なセラミック材料の一例としては多結晶のイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）がある。他には窒化アルミニウムか単結晶サファイアがある。
【００１６】
ファラデー箱は、プラズマのルツボを透明な導電性材料、例えばインジウムや酸化スズ等の薄い層でコーティングすることによって得られる。もしくはプラズマのルツボは導電性のワイヤ網で覆われる。さらに、この導電性の網はプラズマのルツボの中に結合し、プラズマのルツボの材料が網の外側に出ているようにすることもできる。
【００１７】
アンテナは、プラズマボイド空間の中まで突き出していてもよいが、その時は充填材によって損傷しないような適切な材料からなり、特にプラズマのルツボはファラデー箱とプラズマのルツボの間での一端あるいは終端から他端あるいは終端までの距離に対して比較的小さい壁の厚さを有する。この場合、共振は主にそのボイド空間内で確立することができる。このアンテナはそのボイド空間に突き出すようなロッド型にすることができるが、好ましいのは平板型であり、普通ならディスク型にするものであり、プラズマのルツボの長手方向に対して横向きになるように配置される。アンテナ用接続部はプラズマのルツボの横に突き出させて、アンテナの平板と結合もしくは近接させることができ、好ましくは、アンテナ平板の横にプラズマのルツボの軸上を延長する形で設けることができる。
【００１８】
また、アンテナは導電性金属のロッド型にして、プラズマのルツボの凹部に差し込むように取り付けることができる。ロッドアンテナも平板アンテナの場合と同様に凹部をボイド空間に突き出すような薄い壁として取り付けることができる。凹部はボイド空間の長手方向に対して平行にすることも横向きにすることもできる。また、ボイド空間をファラデー箱とプラズマのルツボの間での一端あるいは終端から他端あるいは終端までの距離に比べて小さくすることによって、そのボイド空間の側面に凹部を設けることができ、主にプラズマのルツボ内でプラズマのルツボを横切るように共振させることができる。この場合、プラズマのルツボは常に周囲の空気よりも高い誘電率を有することになり、共振波長は自由空間での波長より短くなる。
【００１９】
プラズマのルツボは、プラズマのルツボ内で共振する波長と同一または波長の整数倍の長さにすることができるが、好ましくは波長の半分にする。
【００２０】
充填材料はプラズマから光が生成されると知られている多数の元素を任意に単独で、もしくは複数を組み合わせて使用することができる。
【００２１】
好ましくは、ファラデー箱は部分的に増大する光を通すために少なくとも一つの開口部を含んでいる。通常、その開口部はルツボ内のマイクロ波の自由空間での波長の１０分の１程度の大きさである。例えば、通常、２．４５ＧＨｚでの動作では、１／１０×１２．２４ｃｍ程度、すなわち１２．２４ｍｍ程度の大きさとなり、５．８ＧＨｚなら６．１２ｍｍ程度の大きさとなる。
【００２２】
開口部は１つ以上設けることができる。例えば、対応する場所に開口部を設けることにより、ルツボの半径方向からでも、軸方向からでも光を取り出すことができる。
【００２３】
開口部を設けた場所は開口部がない場合よりも多くの光を放射することができる。
【００２４】
好ましくは半透明のプラズマのルツボは、
・ステップとボイド空間からルツボの表面まで伸びたカウンターボアを有するボアと、
・カウンターボア内において、ルツボを塞ぐための半透明の材料の栓と、
を有する。
【００２５】
ステップとボイド空間は、ルツボの材料の機械的な穿孔による形成方法があるが、その他に鋳造で形成する方法もある。
【００２６】
栓とルツボの材料が異なる材料にできるため、栓用の人工サファイアとルツボ用の半透明材料の場合には熱膨張係数の相性について考えるが、通常、これらの材料には石英などの同じ材料を使用することができる。
【００２７】
また、栓は栓とルツボの間をフリット等の融解可能な材料で塞ぐことができるが、好適な実施形態としては、栓とルツボはそれら自身の材料を融解させることによって塞がれる。融解するためにルツボ全体が加熱される。しかしながら、融解させる領域を限定して局所的に加熱する方が好ましい。この場合、通常はレーザーを使用して行う。
【００２８】
栓はステップと同じ深さにすることが可能であり、その場合、栓はルツボの表面と同一平面となる。しかしながら、栓をその表面から出た状態にすることもできる。これら２つの選択肢はボイド空間がルツボの表面に近接している場合に適している。ルツボ内の奥深い位置にボイド空間がある第３の選択肢では、栓は埋め込まれた状態になる。後者の実施形態では、カウンターボアから表面までの長さは同一材料のもう１つの栓で埋められるが、必ずしもカウンターボア内でそのもう１つの栓で表面と同じ高さまで埋められるわけではない。この配置だとボイド空間をルツボの中心にすることができ、ルツボはその誘電体材料として中央のボイド空間と共に単一の固体として動作するように形成される。
【００２９】
光源は単一の積層構造のようにマイクロ波源や整合回路とランプに結合したものであることが望ましい。
【００３０】
マイクロ波源は半導体素子からなる発振器と増幅器とすることができ、好適な実施形態としては、出力を考慮してマイクロ波源はマグネトロンとする。一般的にマグネトロンの出力は１kＷである。
【００３１】
好適な実施形態としては、整合回路はスタブ整合器であり、３スタブ整合器だとさらに便利である。
【００３２】
通常、本発明の光源は可視光を発生させるための使用が期待されるが、同様に不可視光、特に紫外線においても適している。
【００３３】
ここで、本発明をわかりやすくするために、さまざまな詳しい実施形態を一例として図を参照しながら説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】マイクロ波の駆動回路とランプが結合している本発明の光源の側面図である。
【図２】図１のランプ内の光源の拡大図である。
【図３】図１のマイクロ波の駆動回路のスタブ整合器の同様の図である。
【図４】光源とスタブ整合器の接合部を抽出した断面図である。
【図５】別の光源を用いた場合の図２と同様の図である。
【図６】別の光源を用いた本発明のプラズマのルツボの透視図である。
【図７】さらに別の光源を用いた半透明のプラズマのルツボの透視図である。
【図８】整合回路の部分とプラズマのルツボのアダプタを含むさらに別の光源の断面の側面図である。
【図９】本発明のさらに別の光源の半透明のプラズマのルツボの透視図である。
【図１０】図９の半透明のプラズマのルツボを含むマイクロ波で駆動されるランプの線図である。
【図１１】本発明のマイクロ波で駆動されるランプのさらに別の半透明のプラズマのルツボの透視図である。
【図１２】図１１の半透明のプラズマのルツボを含むマイクロ波で駆動されるランプの線図である。
【図１３】本発明のさらに別の半透明のプラズマのルツボの図１１と同様の図である。
【図１４】図１３のルツボのみの図１２と同様の図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
図１〜図５を参照すると、本発明のランプは発光共振器としての光源１、マグネトロン２、スタブ整合器３を備えている。反射器４は光源とスタブ整合器の接合部に取り付けられ、略平行光５を導いている。
【００３６】
発光共振器は石英製の内側円筒と外側円筒12、13からなるルツボ11を備えている。これらはそれぞれ終端板（16,17）のある円筒状の管14、15である。共振器内部でマイクロ波に対する接地平面となるような大きさの網目を有するタングステン製ワイヤ網18としてのファラデー箱は管と終端板の間にそれぞれ挟まれている。管と終端板からなる各円筒は密封されている。アース接続部（18’）は網から円筒の外側へ伸びている。
【００３７】
終端板に挟まれたワイヤ網の間のルツボの軸方向の長さはそのマイクロ波の周波数に対してλ／２である。ルツボの一端においてモリブデン製の駆動接続部19はタングステン製のディスク部（20）まで伸びている。このディスク部はルツボの端部の網からλ／１６離れた位置において、ルツボの軸Ａを横切るように配置される。ルツボは励起可能なプラズマ材料、例えば希土類ハロゲン化合物の気体が充填されている。
【００３８】
ディスク部はアンテナとして作用し、整合回路３を介して前記マグネトロン２によって駆動される。整合回路は、その入力となるマグネトロンの出力アンテナ22を有するアルミニウム製の電波の導波器32である。整合回路の出力アンテナ33は共振器アンテナ用ディスクのようなディスクであり、これは整合回路から出ている接続部34に接続され、絶縁ブッシング35によってそこから絶縁されている。整合回路は３つの整合スタブ36、37、38を有している。これらはλ/4のスタブ整合器としての整合回路が設定される。
【００３９】
整合回路は、マグネトロンと光源に接続されるものを介して、その終端部にフランジ39、40を有している。後者の端部41はセラミック材料のホルダー42の中に固定される。これは整合回路のフランジ40においてボア44と同じＰＣＤでボア43を有しており、ねじ45で留められている。スペーサリング46によって整合回路とホルダーの間には間隔が空けられており、これによりスタブ整合器と光源の接続部34,19を同軸にして互いにクリップ47で接続することができる。反射器４もホルダー42とスペーサ46の間のねじにより固定される。アース接続部18’もねじ45で接続される。
【００４０】
図５は別の発光共振器を示しており、この場合も石英製の内側円筒と外側円筒、および、それらの間にある接地平面とする網を有している。ディスクアンテナ20の代わりにアンテナ120のようなロッドが円筒の中心軸上の石英製の凹型スリーブ部の中に突き出している。この配置はルツボの充填材からアンテナを完全に隔離しており、この点は特に充填材によってアンテナが損傷しやすい場合において有益である。
【００４１】
運転中、マグネトロンは１〜５ｋＷでスタブ整合器とアンテナ20またはアンテナ120を介してマイクロ波をルツボに供給している。これは混合した誘電体共振器を形成する。この共振は共振器内で充填材が発光するプラズマを形成するような電界強度を形成する。通常は共振のモードはＴＥ１０１となる。他の共振のモードも可能である。
【００４２】
通常５．８ＧＨｚでは、相対する端部の網同士の間の距離であって、個々の円筒の壁の厚さ１．５ｍｍを可能とするルツボの軸方向の長さは７２ｍｍであり、直径は３１ｍｍである。当然の事だが、このようなサイズは家庭内で使用するには大きすぎるが広い場所を照らすのには適している。
【００４３】
スタブ整合器は１１４×４０×２０ｍｍの内側寸法にすることができる。スタブは１／１６λの中央に配置された一組の平面である。これは有利であることがわかる。
【００４４】
プラズマのルツボの石英材料は透明なセラミックと交換することが可能であり、この場合、セラミックと接触している接続器はニオブとすることができる。さらに、ルツボの壁の中にある網の代わりに、ルツボはインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）の導電性コーティングでコーティングすることができる。
【００４５】
図６に示すように、光源は、ろう付け部53でろう付けされたモリブデン製ロッド52およびタングステン製アンテナ54を搭載しているモリブデン製の端末キャップ51の組立部品で構成することができる。キャップのエッジ部55はルツボの石英製のエンドカバー57部の首部56に嵌め込まれる。この組立部品はルツボの円筒型本体58と反対側の端部59に対して貼付部60で貼付される。カバー57は充填管61を有しており、ここから励起可能な材料や希ガスを充填することができる。この管は密閉されている。ファラデー箱62はＩＴＯコーティングという形で提供される。
【００４６】
ところで、図７と図８には本発明のもう１つのランプが記載されている。これは平面になっている前面102とパラボラ形状の後面103のある研磨された石英製の固体のプラズマのルツボ101を有している。この前面は、導電性を与える透明なインジウムスズ酸化物104でコーティングされている。ＩＴＯ層と電気的に接触するのは、パラボラ形状の後面の面上にある白金層105である。これら２つの層は共に石英製のプラズマのルツボの周りのファラデー箱を形成する。
【００４７】
その中心軸に位置合わせした焦点は、マイクロ波で励起する励起材料107を充填されたボイド空間106であり、その励起材料は通常はキセノンのハロゲン化物である。ボイド空間は石英内のボアであり、これは栓108によって貼付されるが、この栓はレーザーで融解させることにより他の材料を用いることなく封着される。
【００４８】
ボイド空間の横にあるのは金属製ロッドアンテナ110の石英製の容器109である。これは回路３のような整合回路の出力111に直接接続される。その回路のアダプタプレート112は石英製プラズマのルツボの後面となる面に外形113を有する。固定用リング114はファラデー箱を接地させるためにプレート端部を石英に接触するように締め付ける。
【００４９】
整合回路からのマイクロ波の伝搬において、共振は石英製プラズマのルツボ内で起こり、プラズマはボイド空間内で形成される。光はボイド空間内のハロゲン化物から放射される。この光はプラズマのルツボ直接前面102を介して、あるいはパラボラ形状の後面103の白金層105によって反射されて、前面から出ていく。
【００５０】
通常、石英製プラズマのルツボは２．４ＧＨｚのマイクロ波では直径４９ｍｍであり、５．８ＧＨｚでは３１．５ｍｍである。これらのいずれかの場合、ボイド空間は直径５ｍｍで、長さ１０ｍｍのボイド空間から出ている栓は長さ８ｍｍである。アンテナ容器109は直径２ｍｍであり、プラズマのルツボの中心軸であるボイド空間から５ｍｍずれている。光の放射口はバルブの直径で制限される不透明な導波器内で小さなバルブを使用する先に述べた無電極ランプと比較して、プラズマボイド空間106の直径よりはるかに大きい導波器の前面全体から光が出るだけでなく、横や後方に伝搬する光も前方に向けて反射され、ランプの外に出て行くことは注目すべき点である。
【００５１】
図９と図１０を参照すると、ランプ201はマイクロ波エネルギーを形成する発振器202とアンプ203を備えており、通常は２．４５ＧＨｚまたは５．８ＧＨｚあるいはＩＳＭバンドの範囲内のその他の周波数で動作される。光源は半透明のプラズマのルツボ内において整合回路204を介してマイクロ波を凹部206に突き出たアンテナ205に通す。これは石英製であり、中央の希ガスと励起可能な材料が充填されたボイド空間208を有しており、マイクロ波によって励起されると発光する。石英は透明であり、光はあらゆる方向に出ていくことができるが、後述のファラデー箱によってもたらされる制限を受ける。
【００５２】
ルツボは正円筒であり、長さ６３ｍｍで直径４３ｍｍである。ルツボの中央のボイド空間は長さ１０ｍｍ、直径３ｍｍである。凹部はボイド空間の同軸上にあり、直径２ｍｍで長さ１０ｍｍである。
【００５３】
ルツボを取り囲んでいるファラデー箱209は、
・光反射コーティングであって、アンテナ凹部のある端面211を通常は銀色の一酸化ケイ素でコーティングしている光反射コーティング210と、
・端面214に蒸着させたインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）212と、
・円筒面216の面上にある化学気相成長法によって処理された導電性の網215であり、構成要素210、212および215の電気的接続のために端部に伸びているフィンガー217を有し、網の線幅が０．５ｍｍでピッチが６ｍｍである網と、
を備えている。
【００５４】
ファラデー箱は筺体219内の収納部218に入れられることにより接地される。
【００５５】
ＩＴＯ蒸着物は端面214の中央にメッキされていない１２ｍｍの開口部220を有しており、これによりボイド空間内のプラズマ放電部222の端部からの光221がファラデー箱によって減衰することなく半透明のプラズマのルツボの外に直接通過できる。ある程度、減衰されるものの、多くの光もファラデー箱を経由して通過する。
【００５６】
ファラデー箱はボイド空間に沿って、ルツボの周りのワイヤ網によって完全に形成できる点に注目すべきである。
【００５７】
図１１と図１２を参照すると、ランプ301はマイクロ波エネルギー源302を形成するための発振器とアンプを備えており、通常は２．４５または５．８ＧＨｚあるいはＩＳＭバンドの範囲内の他の周波数で動作する。このマイクロ波エネルギー源はそのマイクロ波を整合回路303を介して半透明のプラズマのルツボの凹部305に突き出たアンテナ304に通す。これは石英製であり、希ガスおよびマイクロ波で励起される材料を含む中央のボイド空間307を有しており、マイクロ波で励起されると光が放射される。石英は透明であり、光はあらゆる方向に出ていくことができるが、後述のファラデー箱によってもたらされる制限を受ける。
【００５８】
ルツボは正円筒であり、長さ６３ｍｍで直径４３ｍｍである。ルツボの中央でその中心軸Ａ上において、ボイド空間は長さ１０ｍｍ、直径３ｍｍである。凹部はボイド空間の同軸上にあり、直径２ｍｍで長さ１０ｍｍである。
【００５９】
ルツボを取り囲んでいるファラデー箱308は、
・光反射コーティングであって、アンテナ凹部のある端面311を通常は銀色の一酸化ケイ素309でコーティングしてボイド空間のプラズマからの光を反射して、ルツボの外に出すための光反射コーティング310と、
・ルツボの端面312に蒸着させたインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）の蒸着物であって、プラズマからの光を通すＩＴＯコーティングであるＩＴＯ蒸着物311と、
・円筒面315の面上にある化学気相成長法によって処理された導電性の網314であり、構成要素309、311および314の電気的接続のために端部に伸びているフィンガー316を有し、プラズマからの光が網の線間からルツボの外へ出ていくことができる導電性の網314と、
を備えている。
【００６０】
ファラデー箱は部分的にアルミニウム製筺体318の収納部317に入れられることによって接地される。
【００６１】
端面312はルツボと同じ材料、すなわち石英製の栓322を受け入れるためのボア321を有する。栓が中央ボイド空間から伸びているために面312と外面32が重なるような所にボアはステップ324を形成する。栓はボア321とステップ323の間の角においてレーザーで融解させることによりシートに貼付される。
【００６２】
図１３と図１４を見ると、図１１と図１２と同様にアンテナ駆動部がなくマイクロ波源も整合回路もない光源が示されている。ルツボ406は中央ボイド空間407を有しているが、ボイド空間307が直径方向でのみ中央にあるのに対し、これは長手方向と直径方向の両方において正確にルツボの中央にある。ボア421は、ボアとボイド空間の接合部にあるステップ424で静止し、同じ太さである栓422と共にルツボのより深いところまで伸びている。栓422は栓322と同様にレーザー封着される。
【００６３】
ボア421の中の栓322の外側では追加の栓431が栓422からルツボの面412まで伸びている。このようなマイクロ波共振の目的のために、ルツボは石英の誘電率で連続したピースとなっている。
【００６４】
本発明は上記の詳細な実施例に限られるものではない。例えば２つの栓422と431は全体で１つとして設けることができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明はマイクロ波で駆動されるランプ光源に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光を発生させるために、カプセルの中で放電させることはよく知られている。
【０００３】
典型的な例としてナトリウムランプや蛍光灯などがある。後者は紫外線を発生する水銀蒸気を用いている。この水銀蒸気が蛍光性粉末を励起させて発光させている。これらはタングステン・フィラメントのランプよりも消費電力１ワット当たりの光束の点では高効率である。しかしながら、これらの照明器具はカプセル内に電極が必要となる点で劣っている。これらは放電に必要な電流を流すために劣化し、最終的には効率も低下する。
【０００４】
国際出願番号ＰＣＴ／ＧＢ２００６／００２０１８号（以下「２０１８ランプ」という）、ランプ用バルブに関する国際出願番号ＰＣＴ／ＧＢ２００５／００５０８０号、マイクロ波で駆動されるランプの整合回路に関する国際出願番号ＰＣＴ／ＧＢ２００７／００１９３５号に示すとおり、我々は無電極バルブ型ランプを開発してきた。これらはすべて、バルブ内の発光プラズマを励起させるためのマイクロ波エネルギーを使用して無電極で駆動されるランプに関するものである。マイクロ波のエネルギーをバルブに供給するために電波を使用の伴う以前の提案は、例えばフュージョン・ライティング社の米国特許番号５，３３４，９１３号によって成し遂げられている。もし、電波の導波器が使用されると、導波器の物理的な大きさは、空気中のマイクロ波の波長分の１であるので、ランプは大型になってしまう。例えばこのような光は街灯に使用しても問題はないが、多くの機器に対して適さなくなってしまう。そのため、前記２０１８ランプは誘電性の導波器を使用しているが、これは実質的に２．４ＧＨｚの駆動周波数で波長を減らしている。このランプは背面投射型テレビのような家庭用電気機器に適している。
【０００５】
現在、我々はバルブと導波器を結合して一つの部品にすることが可能だと信じている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、結合されたバルブと導波器等を有する改良型のランプを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、マイクロ波エネルギーによって駆動される光源であって、前記光源が、
・中に密閉されたボイド空間を有するプラズマのルツボであって、そこから出てくる光のために透明または半透明の材料からなる固体のプラズマのルツボと、
・前記プラズマのルツボを取り囲むファラデー箱であって、前記プラズマのルツボから出てくる光を少なくとも部分的に透過しつつ、マイクロ波を閉じ込めているファラデー箱と、
・前記密閉されたボイド空間において、その内部で発光プラズマを生成するために充填された、マイクロ波のエネルギーによって励起可能な充填材と、
・前記充填材にプラズマ誘導マイクロ波エネルギーを伝送するために前記プラズマのルツボの中に設けられたアンテナであって、
・マイクロ波エネルギー源と結合するために前記プラズマのルツボの外側に伸び
ている接続部
を有しているアンテナと、
を有しており、前記密閉ボイド空間のプラズマからの光が前記プラズマのルツボを通過可能であり、前記箱を介して放射されるような配置になっている光源が提供される。
【０００８】
この明細書で用いられている用語として、「半透明」とは半透明とされている物の材料が透明または半透明であることを意味する。
【０００９】
「プラズマのルツボ」とはプラズマを閉じ込めた密封体を意味し、後者の充填材がアンテナからのマイクロ波エネルギーによって励起された時はそのボイド空間を意味する。
【００１０】
通常、ルツボの材料は固体の誘電材料となる。
【００１１】
固体のプラズマのルツボは、その容積にわたり多様な構造および構成を持たせることが可能であるが、互いに封着された一つ以上のピースからなるものであるため、その容積全体で考えれば、通常は実質的に均一であると考えられる。
【００１２】
発光プラズマのマイクロ波駆動についての我々の研究では、通常は導波器に設置される分離したバルブを用いているが、我々は少なくとも共振導波器内の基本共振は励起可能な材料にマイクロ波のエネルギーを供給するのに不可欠なものではないことを承知している。したがって、中にボイド空間と充填材とアンテナが入っている固体のプラズマのルツボは共振導波器である必要がない。
【００１３】
それにもかかわらず、我々は共振を採用する方が好ましいと考えている。例えば、後述の第２実施例において、プラズマのルツボは断面が円形であり、内部で直径方向に広げていくために半波長の寸法で形成される。
【００１４】
プラズマ光源は、一般的には、特定の方向に向けられた光源自身の反射光を利用して使用される。そのために外部反射器を設けたり、あるいは、第２実施例において、プラズマのルツボは特定の方向に反射するような曲面形状に形成してもよい。そのルツボの曲面状の表面は研磨されていて、内部で全反射させてもよい。あるいは反射率を高めるために金属化してもよい。この場合、ファラデー箱の一部を金属で形成してもよい。さらに別の方法として、プラズマのルツボを介して光を反射するためにプラズマのルツボは補助反射器と結合させてもよい。
【００１５】
プラズマのルツボが石英あるいは焼結されたセラミック材料からなることが予測されるが、他にも適した材料を用いてもよい。特に、セラミック材料は透明または半透明な材料にすることができる。適切な半透明セラミック材料の一例として多結晶アルミナがあり、透明なセラミック材料の一例としては多結晶のイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）がある。他には窒化アルミニウムか単結晶サファイアがある。
【００１６】
ファラデー箱は、プラズマのルツボを透明な導電性材料、例えばインジウムや酸化スズ等の薄い層でコーティングすることによって得られる。もしくはプラズマのルツボは導電性のワイヤ網で覆われる。さらに、この導電性の網はプラズマのルツボの中に結合し、プラズマのルツボの材料が網の外側に出ているようにすることもできる。
【００１７】
アンテナは、プラズマボイド空間の中まで突き出していてもよいが、その時は充填材によって損傷しないような適切な材料からなり、特にプラズマのルツボはファラデー箱とプラズマのルツボの間での一端あるいは終端から他端あるいは終端までの距離に対して比較的小さい壁の厚さを有する。この場合、共振は主にそのボイド空間内で確立することができる。このアンテナはそのボイド空間に突き出すようなロッド型にすることができるが、好ましいのは平板型であり、普通ならディスク型にするものであり、プラズマのルツボの長手方向に対して横向きになるように配置される。アンテナ用接続部はプラズマのルツボの横に突き出させて、アンテナの平板と結合もしくは近接させることができ、好ましくは、アンテナ平板の横にプラズマのルツボの軸上を延長する形で設けることができる。
【００１８】
また、アンテナは導電性金属のロッド型にして、プラズマのルツボの凹部に差し込むように取り付けることができる。ロッドアンテナも平板アンテナの場合と同様に凹部をボイド空間に突き出すような薄い壁として取り付けることができる。凹部はボイド空間の長手方向に対して平行にすることも横向きにすることもできる。また、ボイド空間をファラデー箱とプラズマのルツボの間での一端あるいは終端から他端あるいは終端までの距離に比べて小さくすることによって、そのボイド空間の側面に凹部を設けることができ、主にプラズマのルツボ内でプラズマのルツボを横切るように共振させることができる。この場合、プラズマのルツボは常に周囲の空気よりも高い誘電率を有することになり、共振波長は自由空間での波長より短くなる。
【００１９】
プラズマのルツボは、プラズマのルツボ内で共振する波長と同一または波長の整数倍の長さにすることができるが、好ましくは波長の半分にする。
【００２０】
充填材料はプラズマから光が生成されると知られている多数の元素を任意に単独で、もしくは複数を組み合わせて使用することができる。
【００２１】
好ましくは、ファラデー箱は部分的に増大する光を通すために少なくとも一つの開口部を含んでいる。通常、その開口部はルツボ内のマイクロ波の自由空間での波長の１０分の１程度の大きさである。例えば、通常、２．４５ＧＨｚでの動作では、１／１０×１２．２４ｃｍ程度、すなわち１２．２４ｍｍ程度の大きさとなり、５．８ＧＨｚなら６．１２ｍｍ程度の大きさとなる。
【００２２】
開口部は１つ以上設けることができる。例えば、対応する場所に開口部を設けることにより、ルツボの半径方向からでも、軸方向からでも光を取り出すことができる。
【００２３】
開口部を設けた場所は開口部がない場合よりも多くの光を放射することができる。
【００２４】
好ましくは半透明のプラズマのルツボは、
・ステップとボイド空間からルツボの表面まで伸びたカウンターボアを有するボアと、
・カウンターボア内において、ルツボを塞ぐための半透明の材料の栓と、
を有する。
【００２５】
ステップとボイド空間は、ルツボの材料の機械的な穿孔による形成方法があるが、その他に鋳造で形成する方法もある。
【００２６】
栓とルツボの材料が異なる材料にできるため、栓用の人工サファイアとルツボ用の半透明材料の場合には熱膨張係数の相性について考えるが、通常、これらの材料には石英などの同じ材料を使用することができる。
【００２７】
また、栓は栓とルツボの間をフリット等の融解可能な材料で塞ぐことができるが、好適な実施形態としては、栓とルツボはそれら自身の材料を融解させることによって塞がれる。融解するためにルツボ全体が加熱される。しかしながら、融解させる領域を限定して局所的に加熱する方が好ましい。この場合、通常はレーザーを使用して行う。
【００２８】
栓はステップと同じ深さにすることが可能であり、その場合、栓はルツボの表面と同一平面となる。しかしながら、栓をその表面から出た状態にすることもできる。これら２つの選択肢はボイド空間がルツボの表面に近接している場合に適している。ルツボ内の奥深い位置にボイド空間がある第３の選択肢では、栓は埋め込まれた状態になる。後者の実施形態では、カウンターボアから表面までの長さは同一材料のもう１つの栓で埋められるが、必ずしもカウンターボア内でそのもう１つの栓で表面と同じ高さまで埋められるわけではない。この配置だとボイド空間をルツボの中心にすることができ、ルツボはその誘電体材料として中央のボイド空間と共に単一の固体として動作するように形成される。
【００２９】
光源は単一の積層構造のようにマイクロ波源や整合回路とランプに結合したものであることが望ましい。
【００３０】
マイクロ波源は半導体素子からなる発振器と増幅器とすることができ、好適な実施形態としては、出力を考慮してマイクロ波源はマグネトロンとする。一般的にマグネトロンの出力は１kＷである。
【００３１】
好適な実施形態としては、整合回路はスタブ整合器であり、３スタブ整合器だとさらに便利である。
【００３２】
通常、本発明の光源は可視光を発生させるための使用が期待されるが、同様に不可視光、特に紫外線においても適している。
【００３３】
ここで、本発明をわかりやすくするために、さまざまな詳しい実施形態を一例として図を参照しながら説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】マイクロ波の駆動回路とランプが結合している本発明の光源の側面図である。
【図２】図１のランプ内の光源の拡大図である。
【図３】図１のマイクロ波の駆動回路のスタブ整合器の同様の図である。
【図４】光源とスタブ整合器の接合部を抽出した断面図である。
【図５】別の光源を用いた場合の図２と同様の図である。
【図６】別の光源を用いた本発明のプラズマのルツボの透視図である。
【図７】さらに別の光源を用いた半透明のプラズマのルツボの透視図である。
【図８】整合回路の部分とプラズマのルツボのアダプタを含むさらに別の光源の断面の側面図である。
【図９】本発明のさらに別の光源の半透明のプラズマのルツボの透視図である。
【図１０】図９の半透明のプラズマのルツボを含むマイクロ波で駆動されるランプの線図である。
【図１１】本発明のマイクロ波で駆動されるランプのさらに別の半透明のプラズマのルツボの透視図である。
【図１２】図１１の半透明のプラズマのルツボを含むマイクロ波で駆動されるランプの線図である。
【図１３】本発明のさらに別の半透明のプラズマのルツボの図１１と同様の図である。
【図１４】図１３のルツボのみの図１２と同様の図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
図１〜図５を参照すると、本発明のランプは発光共振器としての光源１、マグネトロン２、スタブ整合器３を備えている。反射器４は光源とスタブ整合器の接合部に取り付けられ、略平行光５を導いている。
【００３６】
発光共振器は石英製の内側円筒と外側円筒12、13からなるルツボ11を備えている。これらはそれぞれ終端板（16,17）のある円筒状の管14、15である。共振器内部でマイクロ波に対する接地平面となるような大きさの網目を有するタングステン製ワイヤ網18としてのファラデー箱は管と終端板の間にそれぞれ挟まれている。管と終端板からなる各円筒は密封されている。アース接続部（18’）は網から円筒の外側へ伸びている。
【００３７】
終端板に挟まれたワイヤ網の間のルツボの軸方向の長さはそのマイクロ波の周波数に対してλ／２である。ルツボの一端においてモリブデン製の駆動接続部19はタングステン製のディスク部（20）まで伸びている。このディスク部はルツボの端部の網からλ／１６離れた位置において、ルツボの軸Ａを横切るように配置される。ルツボは励起可能なプラズマ材料、例えば希土類ハロゲン化合物の気体が充填されている。
【００３８】
ディスク部はアンテナとして作用し、整合回路３を介して前記マグネトロン２によって駆動される。整合回路は、その入力となるマグネトロンの出力アンテナ22を有するアルミニウム製の電波の導波器32である。整合回路の出力アンテナ33は共振器アンテナ用ディスクのようなディスクであり、これは整合回路から出ている接続部34に接続され、絶縁ブッシング35によってそこから絶縁されている。整合回路は３つの整合スタブ36、37、38を有している。これらはλ/4のスタブ整合器としての整合回路が設定される。
【００３９】
整合回路は、マグネトロンと光源に接続されるものを介して、その終端部にフランジ39、40を有している。後者の端部41はセラミック材料のホルダー42の中に固定される。これは整合回路のフランジ40においてボア44と同じＰＣＤでボア43を有しており、ねじ45で留められている。スペーサリング46によって整合回路とホルダーの間には間隔が空けられており、これによりスタブ整合器と光源の接続部34,19を同軸にして互いにクリップ47で接続することができる。反射器４もホルダー42とスペーサ46の間のねじにより固定される。アース接続部18’もねじ45で接続される。
【００４０】
図５は別の発光共振器を示しており、この場合も石英製の内側円筒と外側円筒、および、それらの間にある接地平面とする網を有している。ディスクアンテナ20の代わりにアンテナ120のようなロッドが円筒の中心軸上の石英製の凹型スリーブ部の中に突き出している。この配置はルツボの充填材からアンテナを完全に隔離しており、この点は特に充填材によってアンテナが損傷しやすい場合において有益である。
【００４１】
運転中、マグネトロンは１〜５ｋＷでスタブ整合器とアンテナ20またはアンテナ120を介してマイクロ波をルツボに供給している。これは混合した誘電体共振器を形成する。この共振は共振器内で充填材が発光するプラズマを形成するような電界強度を形成する。通常は共振のモードはＴＥ１０１となる。他の共振のモードも可能である。
【００４２】
通常５．８ＧＨｚでは、相対する端部の網同士の間の距離であって、個々の円筒の壁の厚さ１．５ｍｍを可能とするルツボの軸方向の長さは７２ｍｍであり、直径は３１ｍｍである。当然の事だが、このようなサイズは家庭内で使用するには大きすぎるが広い場所を照らすのには適している。
【００４３】
スタブ整合器は１１４×４０×２０ｍｍの内側寸法にすることができる。スタブは１／１６λの中央に配置された一組の平面である。これは有利であることがわかる。
【００４４】
プラズマのルツボの石英材料は透明なセラミックと交換することが可能であり、この場合、セラミックと接触している接続器はニオブとすることができる。さらに、ルツボの壁の中にある網の代わりに、ルツボはインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）の導電性コーティングでコーティングすることができる。
【００４５】
図６に示すように、光源は、ろう付け部53でろう付けされたモリブデン製ロッド52およびタングステン製アンテナ54を搭載しているモリブデン製の端末キャップ51の組立部品で構成することができる。キャップのエッジ部55はルツボの石英製のエンドカバー57部の首部56に嵌め込まれる。この組立部品はルツボの円筒型本体58と反対側の端部59に対して貼付部60で貼付される。カバー57は充填管61を有しており、ここから励起可能な材料や希ガスを充填することができる。この管は密閉されている。ファラデー箱62はＩＴＯコーティングという形で提供される。
【００４６】
ところで、図７と図８には本発明のもう１つのランプが記載されている。これは平面になっている前面102とパラボラ形状の後面103のある研磨された石英製の固体のプラズマのルツボ101を有している。この前面は、導電性を与える透明なインジウムスズ酸化物104でコーティングされている。ＩＴＯ層と電気的に接触するのは、パラボラ形状の後面の面上にある白金層105である。これら２つの層は共に石英製のプラズマのルツボの周りのファラデー箱を形成する。
【００４７】
その中心軸に位置合わせした焦点は、マイクロ波で励起する励起材料107を充填されたボイド空間106であり、その励起材料は通常はキセノンのハロゲン化物である。ボイド空間は石英内のボアであり、これは栓108によって貼付されるが、この栓はレーザーで融解させることにより他の材料を用いることなく封着される。
【００４８】
ボイド空間の横にあるのは金属製ロッドアンテナ110の石英製の容器109である。これは回路３のような整合回路の出力111に直接接続される。その回路のアダプタプレート112は石英製プラズマのルツボの後面となる面に外形113を有する。固定用リング114はファラデー箱を接地させるためにプレート端部を石英に接触するように締め付ける。
【００４９】
整合回路からのマイクロ波の伝搬において、共振は石英製プラズマのルツボ内で起こり、プラズマはボイド空間内で形成される。光はボイド空間内のハロゲン化物から放射される。この光はプラズマのルツボ直接前面102を介して、あるいはパラボラ形状の後面103の白金層105によって反射されて、前面から出ていく。
【００５０】
通常、石英製プラズマのルツボは２．４ＧＨｚのマイクロ波では直径４９ｍｍであり、５．８ＧＨｚでは３１．５ｍｍである。これらのいずれかの場合、ボイド空間は直径５ｍｍで、長さ１０ｍｍのボイド空間から出ている栓は長さ８ｍｍである。アンテナ容器109は直径２ｍｍであり、プラズマのルツボの中心軸であるボイド空間から５ｍｍずれている。光の放射口はバルブの直径で制限される不透明な導波器内で小さなバルブを使用する先に述べた無電極ランプと比較して、プラズマボイド空間106の直径よりはるかに大きい導波器の前面全体から光が出るだけでなく、横や後方に伝搬する光も前方に向けて反射され、ランプの外に出て行くことは注目すべき点である。
【００５１】
図９と図１０を参照すると、ランプ201はマイクロ波エネルギーを形成する発振器202とアンプ203を備えており、通常は２．４５ＧＨｚまたは５．８ＧＨｚあるいはＩＳＭバンドの範囲内のその他の周波数で動作される。光源は半透明のプラズマのルツボ内において整合回路204を介してマイクロ波を凹部206に突き出たアンテナ205に通す。これは石英製であり、中央の希ガスと励起可能な材料が充填されたボイド空間208を有しており、マイクロ波によって励起されると発光する。石英は透明であり、光はあらゆる方向に出ていくことができるが、後述のファラデー箱によってもたらされる制限を受ける。
【００５２】
ルツボは正円筒であり、長さ６３ｍｍで直径４３ｍｍである。ルツボの中央のボイド空間は長さ１０ｍｍ、直径３ｍｍである。凹部はボイド空間の同軸上にあり、直径２ｍｍで長さ１０ｍｍである。
【００５３】
ルツボを取り囲んでいるファラデー箱209は、
・光反射コーティングであって、アンテナ凹部のある端面211を通常は銀色の一酸化ケイ素でコーティングしている光反射コーティング210と、
・端面214に蒸着させたインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）212と、
・円筒面216の面上にある化学気相成長法によって処理された導電性の網215であり、構成要素210、212および215の電気的接続のために端部に伸びているフィンガー217を有し、網の線幅が０．５ｍｍでピッチが６ｍｍである網と、
を備えている。
【００５４】
ファラデー箱は筺体219内の収納部218に入れられることにより接地される。
【００５５】
ＩＴＯ蒸着物は端面214の中央にメッキされていない１２ｍｍの開口部220を有しており、これによりボイド空間内のプラズマ放電部222の端部からの光221がファラデー箱によって減衰することなく半透明のプラズマのルツボの外に直接通過できる。ある程度、減衰されるものの、多くの光もファラデー箱を経由して通過する。
【００５６】
ファラデー箱はボイド空間に沿って、ルツボの周りのワイヤ網によって完全に形成できる点に注目すべきである。
【００５７】
図１１と図１２を参照すると、ランプ301はマイクロ波エネルギー源302を形成するための発振器とアンプを備えており、通常は２．４５または５．８ＧＨｚあるいはＩＳＭバンドの範囲内の他の周波数で動作する。このマイクロ波エネルギー源はそのマイクロ波を整合回路303を介して半透明のプラズマのルツボの凹部305に突き出たアンテナ304に通す。これは石英製であり、希ガスおよびマイクロ波で励起される材料を含む中央のボイド空間307を有しており、マイクロ波で励起されると光が放射される。石英は透明であり、光はあらゆる方向に出ていくことができるが、後述のファラデー箱によってもたらされる制限を受ける。
【００５８】
ルツボは正円筒であり、長さ６３ｍｍで直径４３ｍｍである。ルツボの中央でその中心軸Ａ上において、ボイド空間は長さ１０ｍｍ、直径３ｍｍである。凹部はボイド空間の同軸上にあり、直径２ｍｍで長さ１０ｍｍである。
【００５９】
ルツボを取り囲んでいるファラデー箱308は、
・光反射コーティングであって、アンテナ凹部のある端面311を通常は銀色の一酸化ケイ素309でコーティングしてボイド空間のプラズマからの光を反射して、ルツボの外に出すための光反射コーティング310と、
・ルツボの端面312に蒸着させたインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）の蒸着物であって、プラズマからの光を通すＩＴＯコーティングであるＩＴＯ蒸着物311と、
・円筒面315の面上にある化学気相成長法によって処理された導電性の網314であり、構成要素309、311および314の電気的接続のために端部に伸びているフィンガー316を有し、プラズマからの光が網の線間からルツボの外へ出ていくことができる導電性の網314と、
を備えている。
【００６０】
ファラデー箱は部分的にアルミニウム製筺体318の収納部317に入れられることによって接地される。
【００６１】
端面312はルツボと同じ材料、すなわち石英製の栓322を受け入れるためのボア321を有する。栓が中央ボイド空間から伸びているために面312と外面32が重なるような所にボアはステップ324を形成する。栓はボア321とステップ323の間の角においてレーザーで融解させることによりシートに貼付される。
【００６２】
図１３と図１４を見ると、図１１と図１２と同様にアンテナ駆動部がなくマイクロ波源も整合回路もない光源が示されている。ルツボ406は中央ボイド空間407を有しているが、ボイド空間307が直径方向でのみ中央にあるのに対し、これは長手方向と直径方向の両方において正確にルツボの中央にある。ボア421は、ボアとボイド空間の接合部にあるステップ424で静止し、同じ太さである栓422と共にルツボのより深いところまで伸びている。栓422は栓322と同様にレーザー封着される。
【００６３】
ボア421の中の栓322の外側では追加の栓431が栓422からルツボの面412まで伸びている。このようなマイクロ波共振の目的のために、ルツボは石英の誘電率で連続したピースとなっている。
【００６４】
本発明は上記の詳細な実施例に限られるものではない。例えば２つの栓422と431は全体で１つとして設けることができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波で駆動される光源であって、前記光源が、
・中に密閉されたボイド空間を有するプラズマのルツボであって、そこから出てくる光に対して半透明な材料からなる固体のプラズマのルツボと、
・前記プラズマのルツボを取り囲むファラデー箱であって、前記プラズマのルツボから出てくる光を少なくとも部分的に透過しつつ、マイクロ波を閉じ込めているファラデー箱と、
・前記密閉されたボイド空間において、その内部で発光プラズマを生成するために充填された、マイクロ波のエネルギーによって励起可能な充填材と、
・前記充填材にプラズマを誘導するマイクロ波エネルギーを伝送するために前記プラズマのルツボの中に設けられたアンテナであって、前記アンテナが、
・マイクロ波エネルギー源と結合するために前記プラズマのルツボの外側に伸びている接続部
を有しているようなアンテナと、
を有しており、前記密閉されたボイド空間のプラズマからの光が前記プラズマのルツボを通過可能であり、そこから前記箱を介して放射されるように配置されたことを特徴とする光源。
【請求項２】
前記プラズマのルツボが互いに封着された複数のピースからなることを特徴とする請求項１記載の光源。
【請求項３】
前記プラズマのルツボが均一であることを特徴とする請求項１〜２のいずれか１項記載の光源。
【請求項４】
前記プラズマのルツボが共振導波器であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の光源。
【請求項５】
前記プラズマのルツボは円形の断面を有し、内部で直径方向に広がっていくため半波長の寸法にしたことを特徴とする請求項４記載の光源。
【請求項６】
前記プラズマのルツボが特定方向に光を反射させるために曲面形状としたことを特徴とする請求項４記載の光源。
【請求項７】
前記プラズマのルツボの曲面が反射率を高めるために金属化されたことを特徴とする請求項６記載の光源。
【請求項８】
前記金属化がファラデー箱の一部を形成することを特徴とする請求項７記載の光源。
【請求項９】
前記プラズマのルツボを介して光を反射するように配置された補助反射器を有することを特徴とする請求項６記載の光源。
【請求項１０】
特定の方向において半透明ルツボから放射された光を反射する分離反射器と結合していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の光源。
【請求項１１】
前記プラズマのルツボが固体の誘電体材料からなることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項記載の光源。
【請求項１２】
前記プラズマのルツボが石英、多結晶アルミナ、多結晶イットリウム・アルミニウム・ガーネット、窒化アルミニウムまたは単結晶サファイアからなることを特徴とする請求項１１記載の光源。
【請求項１３】
前記ファラデー箱が、薄い導電性の層、透明な材料および／または導電性のワイヤ網および／または網状の金属シートからなる、あるいは含んでいることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項記載の光源。
【請求項１４】
前記導電性網または前記網状のシートを融解させて前記プラズマのルツボの中に入れたことを特徴とする請求項１３記載の光源。
【請求項１５】
前記ファラデー箱が局所的に増加する光を通過させるための少なくとも一つの開口部を有することを特徴とする請求項１３〜１４のいずれか１項記載の光源。
【請求項１６】
前記開口部が前記ルツボのマイクロ波の自由空間での波長の１０分の１程度の大きさであることを特徴とする請求項１５項記載の光源。
【請求項１７】
前記アンテナが充填材によって損傷しないような材料からなり、プラズマボイド空間の中に伸びていることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項記載の光源。
【請求項１８】
前記プラズマのルツボがファラデー箱とプラズマのルツボの間での一端あるいは終端から他端あるいは終端までの距離に対して比較的小さい壁の厚さを有することを特徴とする請求項１７記載の光源。
【請求項１９】
前記アンテナが平板型であり、通常はディスク型であり、前記プラズマのルツボの長さに対して横向きとなるように配置され、前記接続部がロッド型あるいは前記プラズマのルツボの壁に広がっているワイヤであることを特徴とする請求項１８〜１９のいずれか１項記載の光源。
【請求項２０】
前記アンテナが、前記プラズマのルツボの凹部の中に突き出しているロッドまたは導電性金属ワイヤであり、前記接続部が前記ロッド型アンテナまたは前記ワイヤと一体となっていることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項記載の光源。
【請求項２１】
前記ボイド空間をファラデー箱とプラズマのルツボの間での一端あるいは終端から他端あるいは終端までの距離に比べて小さくして前記凹部が前記ボイド空間の側面に設けたことを特徴とする請求項２０記載の光源。
【請求項２２】
前記半透明プラズマのルツボが、
・前記ボイド空間から前記ルツボの表面まで伸びているカウンターボアとステップを有するボアと、
・前記カウンターボア内において前記ルツボを塞ぐための半透明材料からなる栓と、
を有することを特徴とする請求項１〜２１のいずれか１項記載の光源。
【請求項２３】
前記ルツボと前記栓がガラス材料からなり、前記栓が、栓の材料を局所的に融解させることによって前記ルツボに貼付されたことを特徴とする請求項２２記載の光源。
【請求項２４】
前記ルツボと前記栓がセラミック材料からなり、前記栓が、前記ステップおよび／または前記カウンターボアにおいてフリット材料を局所的に融解させることにより前記ルツボに貼付されたことを特徴とする請求項２２記載の光源。
【請求項２５】
前記栓の外面が前記ルツボの外面と同じ平面上になっていることを特徴とする請求項２２〜２４記載の光源。
【請求項２６】
貼付された前記栓が前記カウンターボア内の奥まった所に埋め込まれており、第２の栓が前記ルツボの外面と同一平面上となるように設けられたことを特徴とする請求項２２〜２４記載の光源。
【請求項２７】
ランプが
・マイクロ源と、
・整合回路と、
を備えたマイクロ波駆動回路と組み合わせたものであることを特徴とする請求項１〜２６記載の光源。
【請求項１】
マイクロ波で駆動される光源であって、前記光源が、
・中に密閉されたボイド空間を有するプラズマのルツボであって、そこから出てくる光に対して半透明な材料からなる固体のプラズマのルツボと、
・前記プラズマのルツボを取り囲むファラデー箱であって、前記プラズマのルツボから出てくる光を少なくとも部分的に透過しつつ、マイクロ波を閉じ込めているファラデー箱と、
・前記密閉されたボイド空間において、その内部で発光プラズマを生成するために充填された、マイクロ波のエネルギーによって励起可能な充填材と、
・前記充填材にプラズマを誘導するマイクロ波エネルギーを伝送するために前記プラズマのルツボの中に設けられたアンテナであって、前記アンテナが、
・マイクロ波エネルギー源と結合するために前記プラズマのルツボの外側に伸びている接続部
を有しているようなアンテナと、
を有しており、前記密閉されたボイド空間のプラズマからの光が前記プラズマのルツボを通過可能であり、そこから前記箱を介して放射されるように配置されたことを特徴とする光源。
【請求項２】
前記プラズマのルツボが互いに封着された複数のピースからなることを特徴とする請求項１記載の光源。
【請求項３】
前記プラズマのルツボが均一であることを特徴とする請求項１〜２のいずれか１項記載の光源。
【請求項４】
前記プラズマのルツボが共振導波器であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の光源。
【請求項５】
前記プラズマのルツボは円形の断面を有し、内部で直径方向に広がっていくため半波長の寸法にしたことを特徴とする請求項４記載の光源。
【請求項６】
前記プラズマのルツボが特定方向に光を反射させるために曲面形状としたことを特徴とする請求項４記載の光源。
【請求項７】
前記プラズマのルツボの曲面が反射率を高めるために金属化されたことを特徴とする請求項６記載の光源。
【請求項８】
前記金属化がファラデー箱の一部を形成することを特徴とする請求項７記載の光源。
【請求項９】
前記プラズマのルツボを介して光を反射するように配置された補助反射器を有することを特徴とする請求項６記載の光源。
【請求項１０】
特定の方向において半透明ルツボから放射された光を反射する分離反射器と結合していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の光源。
【請求項１１】
前記プラズマのルツボが固体の誘電体材料からなることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項記載の光源。
【請求項１２】
前記プラズマのルツボが石英、多結晶アルミナ、多結晶イットリウム・アルミニウム・ガーネット、窒化アルミニウムまたは単結晶サファイアからなることを特徴とする請求項１１記載の光源。
【請求項１３】
前記ファラデー箱が、薄い導電性の層、透明な材料および／または導電性のワイヤ網および／または網状の金属シートからなる、あるいは含んでいることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項記載の光源。
【請求項１４】
前記導電性網または前記網状のシートを融解させて前記プラズマのルツボの中に入れたことを特徴とする請求項１３記載の光源。
【請求項１５】
前記ファラデー箱が局所的に増加する光を通過させるための少なくとも一つの開口部を有することを特徴とする請求項１３〜１４のいずれか１項記載の光源。
【請求項１６】
前記開口部が前記ルツボのマイクロ波の自由空間での波長の１０分の１程度の大きさであることを特徴とする請求項１５項記載の光源。
【請求項１７】
前記アンテナが充填材によって損傷しないような材料からなり、プラズマボイド空間の中に伸びていることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項記載の光源。
【請求項１８】
前記プラズマのルツボがファラデー箱とプラズマのルツボの間での一端あるいは終端から他端あるいは終端までの距離に対して比較的小さい壁の厚さを有することを特徴とする請求項１７記載の光源。
【請求項１９】
前記アンテナが平板型であり、通常はディスク型であり、前記プラズマのルツボの長さに対して横向きとなるように配置され、前記接続部がロッド型あるいは前記プラズマのルツボの壁に広がっているワイヤであることを特徴とする請求項１８〜１９のいずれか１項記載の光源。
【請求項２０】
前記アンテナが、前記プラズマのルツボの凹部の中に突き出しているロッドまたは導電性金属ワイヤであり、前記接続部が前記ロッド型アンテナまたは前記ワイヤと一体となっていることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項記載の光源。
【請求項２１】
前記ボイド空間をファラデー箱とプラズマのルツボの間での一端あるいは終端から他端あるいは終端までの距離に比べて小さくして前記凹部が前記ボイド空間の側面に設けたことを特徴とする請求項２０記載の光源。
【請求項２２】
前記半透明プラズマのルツボが、
・前記ボイド空間から前記ルツボの表面まで伸びているカウンターボアとステップを有するボアと、
・前記カウンターボア内において前記ルツボを塞ぐための半透明材料からなる栓と、
を有することを特徴とする請求項１〜２１のいずれか１項記載の光源。
【請求項２３】
前記ルツボと前記栓がガラス材料からなり、前記栓が、栓の材料を局所的に融解させることによって前記ルツボに貼付されたことを特徴とする請求項２２記載の光源。
【請求項２４】
前記ルツボと前記栓がセラミック材料からなり、前記栓が、前記ステップおよび／または前記カウンターボアにおいてフリット材料を局所的に融解させることにより前記ルツボに貼付されたことを特徴とする請求項２２記載の光源。
【請求項２５】
前記栓の外面が前記ルツボの外面と同じ平面上になっていることを特徴とする請求項２２〜２４記載の光源。
【請求項２６】
貼付された前記栓が前記カウンターボア内の奥まった所に埋め込まれており、第２の栓が前記ルツボの外面と同一平面上となるように設けられたことを特徴とする請求項２２〜２４記載の光源。
【請求項２７】
ランプが
・マイクロ源と、
・整合回路と、
を備えたマイクロ波駆動回路と組み合わせたものであることを特徴とする請求項１〜２６記載の光源。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公表番号】特表２０１０−５３８４１２（Ｐ２０１０−５３８４１２Ａ）
【公表日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５２２４５３（Ｐ２０１０−５２２４５３）
【出願日】平成２０年１１月１４日（２００８．１１．１４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＧＢ２００８／００３８２９
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０６３２０５
【国際公開日】平成２１年５月２２日（２００９．５．２２）
【出願人】（５０７２１２０６７）セラビジョン・リミテッド (14)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月１４日（２００８．１１．１４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＧＢ２００８／００３８２９
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０６３２０５
【国際公開日】平成２１年５月２２日（２００９．５．２２）
【出願人】（５０７２１２０６７）セラビジョン・リミテッド (14)
【Ｆターム（参考）】
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