KR101246412B1 - 점등 장치 - Google Patents

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데츠야 도리카이
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우시오덴키 가부시키가이샤
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Abstract

외관의 내부에 방전관이 설치되고, 외관의 내경과 방전관의 외경이 거의 동일하여, 외관과 방전관의 적어도 일부가 접촉하고 있는 고압 방전 램프에 있어서, 표면 온도의 불균일 등에 의해 발생하는 조도 불균일을 억제하는 것이다.
고압 방전 램프(10)는 방전관(11)과 외관(20)으로 구성되어, 고압 방전 램프(10)의 한 쌍의 전극(16)에 급전부(1)로부터 교류 전압을 인가함으로써 점등한다. 점등시, 냉각수 유로(65) 내에 냉각수(W)를 순환시킴으로써 고압 방전 램프(10)는 냉각된다. 급전부(1)는, 정상 점등 주파수 f1의 구동 신호로 인버터를 구동하여 램프(10)를 점등시키는데, 조도 불균일이 발생하기 전에, 조도 불균일을 해소할 수 있는, 그것보다 주파수가 낮은 주파수 f2의 구동 신호로 전환하여 램프(10)를 점등시킨다. 이에 의해, 정상 점등시에 발생하는 양이온의 밀도 분포 불균일을 해소하여 조도 분포가 불균일해지는 것을 억제할 수 있다.

Description

점등 장치{LIGHTING APPARATUS}
본 발명은, 양단이 시일되고, 내부에, 한 쌍의 전극이 대향 배치됨과 함께, 적어도 금속이 봉입된 방전관과, 방전관의 바깥쪽에 설치된 외관을 가지는 고압 방전 램프의 점등 장치에 관한 것이다.
예를 들면 접착제 등의 수지의 경화 처리나 프린트 기판 등의 노광 처리에 있어서는, 자외선 광원으로서, 예를 들면 고압 방전 램프(자외선 조사 램프)가 이용되고 있다.
이 고압 방전 램프(자외선 조사 램프)는, 램프 점등시에 고온이 되기 때문에, 특허 문헌 1에 기재되는 바와 같이 냉각된다.
특허 문헌 1에는, 방전관(이하, 특허 문헌 1에서는 발광관)의 바깥쪽에 이중관 구조의 수냉 재킷을 설치하여, 발광관과 수냉 재킷 내관 사이에 냉각풍을 흘리는 기술이 기재되어 있다.
도 10에 특허 문헌 1의 도 1에 나타내는 광원을 나타낸다. 동 도면에 나타내는 바와 같이, 자외선 조사 램프(101)와 수냉 재킷(102)과 수냉 재킷 양단의 단(端) 캡(103a, 103b)을 구비하고 있다. 자외선 조사 램프(101)는 직관형상의 석영 유리제 발광관(106)의 양단에 한 쌍의 전극을 봉착하고, 내부에 희가스와 수은 및 금속 할로겐화물을 봉입한 것이다.
수냉 재킷(102)은 원통형상의 석영 유리 등의 투명한 재료로 이루어지고, 내관(121)과 외관(122)으로 이루어지는 이중관 구조로 되어 있으며, 또, 양단 외주에 설치된 접속관(123a, 123b)을 통해 외부로부터 냉각수(104)가 재킷 내를 순환하여, 공기층을 통해 근접하는 발광관(106)을 냉각함과 함께 램프(101)로부터 방사되는 열을 흡수한다.
수냉 재킷(102)의 한쪽의 단 캡(103a)에는 냉기의 통기구(131)가, 다른쪽의 단 캡(103b)에는 배기구(132)가 설치되어 있다. 그리고, 외부로부터 냉각풍(105)이 화살표로 나타내는 바와 같이 통기구(131)로부터 수냉 재킷(102)의 내측으로 들어가, 발광관(106)과 수냉 재킷(102)의 내관(121)의 공간을 흘러, 발광관 표면으로부터 열을 빼앗아 발광관(106)을 냉각한다.
특허 문헌 1의 단락 번호［0011］에 기재된 수치예로부터, 특허 문헌 1에 기재된 것은, 예를 들면 발광관(106)의 외경은 24mm, 수냉 재킷 내관(121)이 26mm으로, 양자의 간극이 1mm(=1000μm)인 것을 판독할 수 있다.
도 10(b)에 특허 문헌 1에 기재된 발광관(106)과 내관(121)을 관축방향에 수직인 평면으로 자른 단면도를 나타낸다.
특허 문헌 1에 기재된 냉각에서는, 고압 방전 램프(자외선 조사 램프)가 충분하게 냉각되지 않기 때문에, 최근 특허 문헌 2에 기재되는 기술이 개발되었다.
특허 문헌 2에 기재된 것은, 고압 방전 램프를 이중관 구조로 하여, 방전관 과 그 바깥쪽에 위치하는 외관의 간극을 근접시킴으로써, 외관의 외주에 흐르는 냉각수에 의해, 방전관으로의 냉각 효과를 높이도록 한 것이다.
도 11에 특허 문헌 2에 나타내는 광조사 장치의 단면 구성을 나타내고, 도 12에 도 11에 나타내는 광조사 장치의 방전관과 외관의 단면 구성을 나타낸다. 또한, 도 12(b)는, 도 12(a)에 있어서의 B-B선 단면도이다.
이 광조사 장치는, 고압 방전 램프(10)를 광원으로서 구비한다. 고압 방전 램프(10)는, 전체가 봉형상인 방전관(11)과, 이 방전관(11)이 내부에 배치된 예를 들면 석영 유리로 이루어지는 외관(20)에 의해 구성되어 있다.
방전관(11)은, 양단이 시일된 예를 들면 석영 유리로 이루어지는 직관형상의 내관(12)의 내부에, 각각 예를 들면 텅스텐으로 이루어지는 한 쌍의 봉형상의 전극(16)이 대향 배치된 것이며, 각 전극(16)이 내관(12)에 형성된 로드형상의 시일부(13)에 기밀하게 매설된 예를 들면 몰리브덴으로 이루어지는 금속박(1)을 통해 시일부(13)의 외단으로부터 축방향 바깥쪽으로 돌출하여 신장되는 외부 리드(18)에 전기적으로 접속되어 있다.
고압 방전 램프(10)의 방전관(11)과 외관(20) 사이의 공극에는, 공기층 또는 적절한 가스에 의한 가스층이 형성되어 있다.
이 광조사 장치는, 상기 고압 방전 램프(10)의 관축을 따라 신장하도록 설치되어, 고압 방전 램프(10)의 외주면과의 사이에 냉각수(W)가 흘려 보내지는 냉각수 유로(65)를 형성하는 원통형상의 냉각 재킷(60)과, 고압 방전 램프(10) 및 냉각 재킷(60)의 양단에 배치된, 내부 공간이 고압 방전 램프(10)와 냉각 재킷(60) 사이의 냉각수 유로(65)에 연통하는 냉각수 공급 유로 형성 부재(61) 및 냉각수 배출 유로 형성 부재(62)에 의해 구성된 냉각 기구를 갖는다.
또, 광조사 방향(도 11에 있어서 하방향)에 대해서 고압 방전 램프(10)의 배면측에는, 예를 들면 단면이 포물형상의 반사면(71)을 가지는 홈통형상의 반사경(70)이, 그 제1 초점이 고압 방전 램프(10)의 중심(고압 방전 램프(10)에 있어서의 한 쌍의 전극(16)의 중심을 잇는 직선)과 일치하는 상태로, 고압 방전 램프(10)를 따라 신장하도록 배치되어 있으며, 고압 방전 램프(10)로부터 방사되는 광이 직접적으로 혹은 반사경(70)에 의해 반사되어 평행광이 되어 마스크 스테이지(75)에 유지된 마스크(M)를 통해 워크 스테이지(76) 상에 재치된, 예를 들면 레지스트 등의 감광제가 도포된 액정 패널이나 반도체 소자 등의 워크(77)에 조사된다.
상기 광조사 장치에 있어서는, 고압 수은 램프(10)의 점등시에 있어서, 냉각수(W)가 도시하지 않은 적절한 냉각수 공급 수단(펌프)에 의해 공급된다.
공급되는 냉각수(W)는, 고압 방전 램프(10)와 냉각 재킷(60) 사이에 형성된 냉각수 유로(65) 내를, 고압 방전 램프(10)의 벽면, 구체적으로는 외관(20)의 외주면을 따라 축방향으로 흘려 보내져 고압 방전 램프(10) 전체를 냉각한 후, 냉각수 배출 유로 형성 부재(62)를 통해 배출된다.
이들 고압 방전 램프의 방전관 내에는, Hg, 혹은, Hg와 함께 Fe, Tl, Sn, Zn, In 등의 양이온이 봉입되어 있으며, 이들이 램프 점등 중에 여기되어 광이 방사된다.
[특허 문헌 1] 일본국 공개특허 평06-267512호 공보
[특허 문헌 2] 일본국 공개특허 2008-146962 공보
방전관과, 외주면에 냉각수가 흐르는 외관 사이의 평균 간극, 즉, 방전관의 외경과 외관의 내경의 차를 작게 하여, 예를 들면 평균 간극을 100μm 이하로 하면 방전관의 길이 방향에 있어서의 조도 분포가 불균일(이른바 조도 불균일)해지는 일이 있었다. 이는 특허 문헌 1에 기재된 것인 경우에는 발생하지 않았던 것이다.
본 발명자들의 예의 검토의 결과, 이는 간극을 특허 문헌 1의 것보다도 작게 한 것에 기인한 것을 알 수 있었다.
구체적으로는, 방전관과 외관을 구성하는 부재는 유리 부재이기 때문에, 그 외면형상은 물결형상이 되는 것 같이 불균일하다. 이 때문에, 방전관과 외관의 간극은, 예를 들면 ±100μm의 변동을 받아, 평균 간극이 예를 들면 100μm 이하인 경우, 그 간극이 100% 이상 변동하게 된다.
즉, 방전관과 외관은 곳곳에 맞닿는 부분이 있으며, 다른 곳에서는 예를 들면 200μm 이하의 간극이 존재하게 된다. 외관의 외주면에 냉각수를 흘리면, 방전관은, 맞닿는 부분은 열전도성이 양호하기 때문에, 효율적으로 냉각되는데 반해, 간극이 200μm인 부분은 맞닿는 부분보다 열전도성이 좋지 않기 때문에, 효율적으로 냉각되지 않았다. 방전관의 길이 방향에 있어서도, 효율적으로 냉각되는 부분과, 냉각되지 않는 부분이 생기게 된다.
방전관의 내부에는, Hg, 혹은, Hg와 함께 Fe, Tl 등의 양이온이 봉입되어 있 다. 이들 양이온은, 열평형 상태로 온도가 낮은 부분에서 밀도가 높아지고, 온도가 높은 부분에서 밀도가 낮아지므로, 특허 문헌 2에 기재되는 고압 방전 램프의 경우, 그 길이 방향에서, 효율적으로 냉각되는 부분에서 양이온의 밀도가 높아지고, 냉각되지 않는 부분에서 밀도가 낮아진다. 이와 같이, 방전관 내의 길이 방향에서 양이온의 밀도 분포가 불균일해져, 조도 분포가 불균일(조도 불균일)해졌다고 생각된다.
또한, 특허 문헌 1의 경우는, 평균 간극이 1000μm이기 때문에, 방전관과 외관의 외면형상이 물결 형상이 됨으로써 그 간극이 예를 들면 ±100μm의 변동을 받아도, 그 간극의 변동은 10% 정도에 지나지 않는다. 이 때문에, 특허 문헌 1에 기재된 고압 방전 램프는 그 길이 방향에 있어서의 냉각 분포가 거의 발생하지 않아, 조도 분포가 불균일(조도 불균일)해지는 일도 없었다고 생각된다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어지는 것으로서, 본 발명의 목적은, 방전관과, 그 바깥쪽에 설치된 외관을 구비하고, 외관의 내경과 방전관의 외경이 거의 동일하며, 외관과 방전관의 적어도 일부가 접촉하고 있는 고압 방전 램프에 있어서, 조도 불균일을 억제한 점등 장치 및 점등 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명에 있어서는, 상기 과제를 다음과 같이 하여 해결한다.
(1) 양단이 시일되고, 내부에, 한 쌍의 전극이 대향 배치됨과 함께, 적어도 금속이 봉입되어 이루어지는 전체가 봉형상인 방전관과, 그 방전관의 바깥쪽에 설치된 외관을 구비하고, 외관의 내경과 방전관의 외경이 거의 동일하며, 외관과 방 전관이 곳곳에서 접촉하고 있으며, 외관의 내경과 방전관의 외경의 차의 평균값이 예를 들면 100μm 정도인 고압 방전 램프와, 이 고압 방전 램프의 관축을 따라 신장하도록 설치되어, 고압 방전 램프의 외관과의 사이에 냉각수가 흘려 보내지는 유로를 형성하는 유로 형성 부재와, 이 한 쌍의 전극에 전기적으로 접속되어 상기 고압 방전 램프에 급전하는 급전부를 구비한 점등 장치에 있어서, 급전부를 다음과 같이 구성한다.
즉, 상기 고압 방전 램프를 점등시키기 위한 정상 점등 주파수 f1를 가지는 제1 신호와 상기 고압 방전 램프의 조도 불균일을 해소시키기 위한 그 정상 점등 주파수 f1보다 낮은 주파수 f2를 가지는 제2 신호를 생성하는 신호 생성 수단과, 상기 제1 신호 혹은 제2 신호를 선택적으로 출력시키는 전환 수단과, 상기 제1 신호 혹은 제2 신호에 의해 구동되어, 상기 고압 방전 램프에 주파수 f1 혹은 주파수 f2의 교류 전압을 공급하는 인버터 회로로 구성된다. 그리고, 정상 점등 주파수 f1로 고압 방전 램프를 점등시켜, 조도 불균일이 발생하기 전에, 조도 불균일을 해소할 수 있는, 그것보다 주파수가 낮은 주파수 f2로 전환하여 램프(10)를 점등시킨다.
(2) 상기 (1)에 있어서, 전환 수단에 타이머 수단을 설치하고, 이 타이머 수단에 의해, 방전 램프에 주파수 f1의 교류 전압을 공급하고 나서 제1 소정 시간 후에, 상기 고압 방전 램프에 공급하는 교류 전압의 주파수를 f1로부터 f2로 저하시켜, 제2 소정 시간 동안, 상기 고압 방전 램프에 상기 주파수 f2의 교류 전압을 공급한다.
(3) 상기 (1)(2)에 있어서, 정상 점등 주파수 f1［Hz］와 주파수 f2［Hz］의 관계를, f2≤0.3 f1로 한다.
(4) 상기 (1)(2)(3)에 있어서, 상기 방전관 내에 봉입된 금속에는 수은이 포함되고, 상기 정상 점등 주파수 f1［Hz］를, 방전관에 봉입된 수은 밀도［mg/cm3］를 Hg로 하고, 전극간 거리［m］를 AL로 했을 때, f1<(Hg/30)-0.33×250/AL로 한다.
본 발명에 있어서는, 이하의 효과를 얻을 수 있다.
(1) 정상 점등 주파수 f1를 가지는 제1 신호와, 조도 불균일을 해소시키기 위한 f1보다 낮은 주파수 f2를 가지는 제2 신호를 생성하고, 상기 제1의 신호와 제2 신호를 전환하여 고압 방전 램프를 점등시키도록 했으므로, 정상 점등시에 발생하는 양이온의 밀도 분포 불균일을 해소하여, 조도 분포가 불균일(조도 불균일)해지는 것을 억제할 수 있다.
즉, 주파수 f1보다 낮은 주파수 f2로 전환함으로써, 양이온이 한쪽의 전극측에 끌어 당겨져, 정상 점등 주파수 f1로 점등하고 있었을 때에 발생하는 양이온의 밀도 분포 불균일을 해소할 수 있는, 이에 의한 조도 불균일을 억제할 수 있다.
(2) 타이머 수단을 이용하여, 상기 고압 방전 램프에 공급하는 교류 전압의 주파수를 전환하도록 함으로써, 비교적 간단한 구성의 수단으로, 실용상에 지장 없을 정도로, 조도 분포의 불균일(조도 불균일)을 억제할 수 있다.
(3) 정상 점등 주파수 f1［Hz］와 주파수 f2［Hz］의 관계를, f2≤0.3 f1로 함으로써, 조도 불균일을 효과적으로 해소할 수 있다.
(4) 정상 점등 주파수 f1［Hz］를, 방전관에 봉입된 수은 밀도［mg/cm3］를 Hg로 하고, 전극간 거리［m］를 AL로 했을 때, f1<(Hg/30)-0.33×250/AL로 함으로써, 음향 공명을 억제할 수 있어, 가스 분포나 이온의 소밀한 정재파의 발생에 의한 색불균일을 억제할 수 있다.
우선, 본 발명이 대상으로 하는 광조사 장치에 대해서 설명한다.
본 발명의 광조사 장치는, 상기 도 11에 나타낸 것과 마찬가지로, 고압 방전 램프를 구비하여, 램프 점등시에 있어서 램프를 냉각하는 냉각수가 외관의 벽면을 따라 흘려 보내지는 유로를 구획하는 유로 형성 부재가 설치된 구성의 것이다.
도 1은, 본 발명의 실시 형태에 관련된 광조사 장치의 구성의 개략을 나타내는 단면도이며, 도 2는, 도 1에 있어서의 A-A선 단면도이다.
이 광조사 장치는, 고압 방전 램프(10)를 광원으로서 구비하고 있으며, 고압 방전 램프(10)가 내부에 삽입 통과된 상태로 고압 방전 램프(10)의 관축을 따라 신장하도록 설치되고, 고압 방전 램프(10)의 외주면과의 사이에 냉각수(W)가 흘려 보내지는 냉각수 유로(65)를 형성하는 유로 형성 부재인 원통형상의 냉각 재킷(60)을 갖는다.
고압 방전 램프(10) 및 냉각 재킷(60)의 양단에는, 내부 공간이 고압 방전 램프(10)와, 냉각 재킷(60) 사이의 냉각수 유로(65)에 연통하는 냉각수 공급 유로 형성 부재(61) 및 냉각수 배출 유로 형성 부재(62)가 배치되어, 이들에 의해 냉각 기구를 구성한다. ·
냉각수 공급 유로 형성 부재(61) 및 냉각수 배출 유로 형성 부재(62)는 전체가 대략 L자형의 관형상이며, 고압 방전 램프(10) 및 냉각 재킷(60)이, 예를 들면 관축이 수평 방향으로 신장되는 자세로 접속되어 있다.
그리고, 축방향 안쪽측의 막음부(63)에 의해 예를 들면 ○링(도시하지 않음)을 통해 냉각 재킷(60)의 외주면이 유지 고정되어 있음과 함께, 축방향 바깥쪽측의 막음부(64)에 의해 예를 들면 ○링(도시하지 않음)을 통해 고압 방전 램프(10)의 외주면이 유지 고정되어 있다.
냉각 재킷(60)은, 고사 방전 램프(10)로부터 방사되는 자외선을 투과하는 재료, 예를 들면 석영 유리에 의해 구성되어 있다.
광조사 방향(도 1 및 도 2에 있어서 하방향)에 대해서 고압 방전 램프(10)의 배면측에는, 예를 들면 단면이 포물형상의 반사면(71)을 가지는 홈통형상의 반사경(70)이, 그 제1 초점이 고압 방전 램프(10)의 중심(고압 방전 램프(10)에 있어서의 한 쌍의 전극(16)의 중심을 잇는 직선)과 일치하는 상태로, 고압 방전 램프(10)를 따라 신장하도록 배치되어 있다.
고압 방전 램프(10)로부터 방사되는 광은 직접적으로 혹은 반사경(70)에 의해 반사되어 평행광이 되어 마스크 스테이지(75)에 유지된 마스크(M)를 통해 워크 스테이지(76) 상에 재치된, 예를 들면 레지스트 등의 감광제가 도포된 액정 패널이나 반도체 소자 등의 워크(77)에 조사된다.
이에, 반사면(71)은, 예를 들면 이산화티타늄 및 실리카 등의 다른 반사층을 교대로 증착시켜 형성한 다층막에 의해 형성되어 있다.
고압 방전 램프(10)의 한 쌍의 전극(16)에는, 외부 리드(18)를 통해 급전부(1)가 전기적으로 접속되고, 급전부(1)로부터 한 쌍의 전극간에 교류 전압을 인가함으로써, 고압 방전 램프(10)는 점등한다.
고압 수은 램프(10)의 점등시에 있어서, 냉각수(W)가 도시하지 않은 적절한 냉각수 공급 수단(펌프)에 의해 공급된다. 이에, 고압 방전 램프(10)의 냉각은, 냉각수(W)를 예를 들면 5L(리터)/min의 유량으로 순환시킴으로써 달성된다.
공급되는 냉각수(W)는, 고압 방전 램프(10)와 냉각 재킷(60) 사이에 형성된 냉각수 유로(65) 내를, 고압 방전 램프(10)의 벽면, 구체적으로는 외관(20)의 외주면을 따라 흐른다.
다음에 상기 고압 방전 램프(10)에 대해 설명한다.
고압 방전 램프(10)는, 외관(20)의 내경과 방전관(11)의 외경이 거의 동일하고, 외관(20)과 방전관(11)이 곳곳에서 접촉하고 있으며, 외관과 방전관의 평균 간극이 100μm 이하로 구성된 이중관 구조인 것이다.
또한, 여기서 말하는 평균 간극이란, 외관(20)과 방전관(11)을 조립하기 전에, 외관(20)의 내경(L4)과 방전관(11)의 외경(L5)을 복수 개소에서 측정하여, 그 차분을 1/2한 평균값이며, 유효 발광 영역의 복수 개소에서 측정한 전극간의 직경 방향의 간극의 평균값을 말한다.
예를 들면, 외관(20)의 내경(L4)은, 이하와 같이 구한다.
외관(20)과 방전관(11)을 조립하기 전의 외관(20)의 외경(L1)을 측정하고, 외관(20)의 내측 두께의 두꺼운 곳의 두께(L2)와 얇은 곳의 두께(L3)를 측정하여, L4=L1-L2-L3에 의해 외관(20)의 내경(L4)을 구한다.
또, 방전관(11)의 외경(L5)은, 외관(20)과 방전관(11)을 조립하기 전에 측정한 방전관(11)의 외경이다.
도 3은, 본 발명의 실시 형태에 관련된 고압 방전 램프의 구성의 개략을 나타내는 단면도이다.
이 고압 방전 램프(10)는, 상기 도 11에 나타낸 바와 마찬가지로, 양단이 시일된, 예를 들면 석영 유리로 이루어지는 직관형상의 내관(12)의 내부에, 각각 예를 들면 텅스텐으로 이루어지는 한 쌍의 봉형상의 전극(16)이 대향 배치되고, 각 전극(16)이 내관(12)에 형성된 로드형상의 시일부(13)에 기밀하게 매설된 예를 들면 몰리브덴으로 이루어지는 금속박(1)을 통해 시일부(13)의 외단으로부터 축방향 바깥쪽으로 돌출하여 신장되는 외부 리드(18)에 전기적으로 접속되어 이루어지는, 전체가 봉형상인 방전관(11)과, 이 방전관(11)이 내부에 배치된, 예를 들면 석영 유리로 이루어지는 외관(20)에 의해 구성되어 있다. 방전관(11)과 외관(20)의 양단 부분은, 베이스(25)를 통해 접착제(24)에 의해 고정되어 있다.
방전관(11)에 있어서의 시일부(13)는, 예를 들면, 내관(12)의 구성 재료인 파이프체에 있어서의 양단부를 용융 상태로 하고 내부를 감압하는 쉬링크 시일법에 의해 형성된 것이며, 방전관(11)의 중앙부(발광 영역에 상당하는 부분)보다 소경으로 되어 있다
이 고압 방전 램프(10)는 고압 수은 램프, 혹은, 메탈할라이드램프이며, 방전관(11)의 내부에, 예를 들면 1mg/mm3 이상의 수은이 봉입됨과 함께 아르곤 가스 등의 희가스가 적절한 양으로 봉입되어 있다. 또한, 수은(Hg)과 함께 철(Fe), 탈륨(Tl), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In) 등의 할로겐 화합물이 봉입되어 있어도 되고, 또, 수은(Hg)을 포함하지 않는 것도 있다. 그리고, 예를 들면 파장이 350~450nm인 자외선을 포함하는 광을 방사한다.
고압 방전 램프(10)의 한 쌍의 전극에는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 급전부(1)가 전기적으로 접속된다.
도 4는, 본 발명의 제1 실시 형태에 관련된 급전부의 상세를 나타낸 구성도이다.
급전부(1)는, 직류 전압이 공급되는 승압 정류 회로(2)와, 승압 정류 회로(2)의 출력측에 접속되어 직류 전압을 교류 전압으로 변화시켜 방전 램프(10)에 공급하는 풀 브릿지형 인버터 회로(3)와, 풀 브릿지형 인버터 회로(3)와 고압 방전 램프(10) 사이에 고압 방전 램프(10)에 직렬 접속된 코일(LL1), 스타터 코일(LL2) 및 스타터 회로(4)와, 풀 브릿지형 인버터 회로(3)의 스위칭 소자(예를 들면 IGBT)의 구동을 제어하는 제어부(5)에 의해 구성된다.
승압 정류 회로(2)는, 교류 전원(2a)에 접속되어, 승압 트랜스(T1), 정류 다이오드(D1), 평활 콘덴서(C1)에 의해 구성되는 정류 회로이며, 교류 전압을 직류 전압으로 변환하고, 그 후의 코일(LL3), 스위칭 소자(S1), 다이오드(D1), 콘덴 서(C2)에 의해 구성되는 승압 쵸퍼 회로로 승압된 직류 전압을 풀 브릿지형 인버터 회로(3)에 공급한다.
승진 쵸퍼 회로의 IGBT나 FET 등의 스위칭 소자(S1)에는 제어 회로(2b)가 접속되어 있으며, 스위칭 소자(S1)의 스위칭 주파수 및 ON, OFF 기간을 변화시킴으로써, 원하는 전압을 공급할 수 있게 되어 있다.
풀 브릿지 인버터 회로(3)는, 브릿지형상으로 접속된 IGBT나 FET 등의 스위칭 소자(Q1~Q4)로 구성되어 있다. 풀 브릿지 인버터 회로(3)의 스위칭 소자의 ON, OFF는, 후술하는 드라이버 회로에 의해 구동된다.
풀 브릿지형 인버터 회로(3)의 동작은, 스위칭 소자 Q1, Q4와 스위칭 소자 Q2, Q3를 교대로 ON, OFF를 반복한다. 스위칭 소자 Q2, Q3가 ON할 때에는, 승압 정류 회로(2)→스위칭 소자(Q3)→코일(LL1)→스타터 코일(LL2)→방전 램프(10)→스위칭 소자(Q2)→승압 정류 회로(2)에 전류가 흐른다.
한편, 스위칭 소자 Q1, Q4가 ON 할 때에는, 승압 정류 회로(2)→스위칭 소자(Q1)→방전 램프(10)→스타터 코일(LL2)→코일(LL1)→스위칭 소자(Q4)→승압 정류 회로(2)의 경로로 방전 램프(10)에 교류 직사각형파 전류를 공급한다.
제어부(5)는, 멀티 바이브레이터, LC발진 회로 등으로 구성되고, 기본 발진 파형인 신호 A를 발신하는 기본 주파수 발진 회로(5a)와, 그 신호 A보다도 저주파인 신호 B를 발신하는 저주파 발진 회로(5c)와, 소정 시간에 ON-OFF를 전환하는 타이머 신호 T를 발신하는 타이머 회로(5b)에 의해 구성된다. 상기 기본 주파수 발진 회로(5a), 타이머 회로(5b), 저주파 발진 회로(5c)가 출력하는 각 신호 A, T, B는, 드라이버 회로(5d)에서 조합된다.
각 신호 A, B, T가 조합되어, 풀 브릿지형 인버터 회로(3)를 제어하기 위한 신호의 합성에 대해서, 도 5~도 7을 이용하여 설명한다.
도 5는 드라이버 회로의 상세도이다.
발진 회로(5a)가 출력하는 주파수 f1를 가진 신호 A는, 논리 회로 L1(AND 회로)의 한쪽의 입력 단자에 입력되고, 논리 회로 L1의 다른쪽의 입력 단자에는, 타이머 회로(5b)의 출력 신호 T가 입력된다. 타이머 회로(5b)의 출력 신호 T는, 후술하는 도 7에 나타내는 바와 같이 예를 들면, 신호 A의 하강시에 하이레벨(H레벨)로부터 로우레벨(L레벨), 혹은 로우레벨(L레벨)로부터 하이레벨(H레벨)로 바뀌는 신호이며, 신호 A의 제1 소정 주기마다 상태가 H로부터 L레벨로 바뀌고, 신호 A의 제2 소정 주기마다 상태가 L로부터 H레벨로 바뀐다.
논리 회로 L1는, 타이머 회로(5b)의 출력이 H레벨일 때, 신호 A를 출력한다.
또, 타이머 회로(5b)의 출력 신호 T는 논리 회로 L2(반전 회로)에 입력되어 반전되고, 논리 회로 L3(AND 회로)의 한쪽의 입력 단자에 입력된다. 논리 회로 L3의 다른쪽의 입력 단자에는, 저주파 발진 회로(5c)의 출력［주파수 f2(f2<f1)를 가지는 신호 B］가 입력된다. 논리 회로 L3는, 타이머 회로(5b)의 출력 신호 T가 L레벨일 때 신호 B를 출력한다.
논리 회로 L1, L2의 출력은 논리 회로 L4(OR 회로)의 입력 단자에 입력되고, 논리 회로 L4는, 타이머 회로(5b)의 출력이 H레벨일 때에는 신호 A를 출력하고, 타이머 회로(5b)의 출력이 L레벨일 때에는 신호 B를 출력한다. 즉, 타이머 회로(5b) 와 논리 회로(L1, L2, L3, L4)로 전환 회로(SL)를 구성하고, 전환 회로(SL)는, 타이머 회로(5b)의 출력 신호 T에 따라, 신호 A 또는 신호 B를 선택적으로 출력한다.
논리 회로 L4의 출력 신호 C1는, 지연 회로(DD1)에 입력되고, 지연 회로(DD1)는 신호 C1을 지연시킨 신호 C2를 출력한다. 신호 C1, C2는 논리 회로 L5(AND 회로)의 입력 단자에 입력되고, 논리 회로 L5는, 그 AND 신호인 신호 X를 출력한다. 이 신호 X는, 풀 브릿지형 인버터 회로(3)의 스위칭 소자 Q1, Q4의 구동 신호가 된다.
또, 신호 C1, C2는 논리 회로 L6, L7(반전 회로)에서 반전되어, 논리 회로 L8(AND 회로)의 입력 단자에 입력되고, 논리 회로 L8는, 그 AND 신호인 신호 Y를 출력한다. 이 신호 Y는, 풀 브릿지형 인버터 회로(3)의 스위칭 소자 Q2, Q3의 구동 신호가 된다.
도 6은 제어부의 동작을 나타낸 플로우차트도, 도 7은 제어부에서의 타이밍 차트이며, 도 5, 도 6, 도 7에 의해, 동작을 설명한다.
우선, 스텝 S1에서, 기본 주파수 발진 회로(5a)로부터 기본 발진 파형인 신호 A가 작성된다.
다음에, 스텝 S2에서, 기본 발진 파형을 바탕으로 주파수 f1, f2의 점등파형, 타이머파형이 생성된다. 즉, 발진 회로(5a)가 출력하는 신호 A를 바탕으로 저주파 발진 회로(5c)에서, 신호 A보다도 저주파인 신호 B가 작성되고, 또, 신호 A를 이용하여 타이머 회로(5b)에서, 소정 시간에 ON-OFF를 전환하는 타이머 신호 T가 작성된다.
스텝 3에서, 신호 A(주파수 f1), 신호 B(주파수 f2) 및 신호 T가 조합되어, 풀 브릿지형 인버터 회로의 IGBT 등으로 구성되는 스위칭 소자(Q1~Q4)의 구동 신호 X, Y가 작성된다.
스텝 4에서 X, Y파형에 기초하여, 상기 스위칭 소자(Q1~Q4)가 온, 오프하여 교류 점등한다.
즉, 신호 T가 H레벨인 기간은, 정상 점등 주파수 f1의 신호 X, Y를 출력하여, 고압 방전 램프를 정상 점등 주파수 f1로 점등시킨다.
다음에, 고압 방전 램프가 조도 불균일을 일으키기 전의, 정상 점등 주파수 f1로 점등 개시하고 나서 소정 시간 후에, 신호 T를 L레벨로 하고, 정상 점등 주파수 f1보다도 낮은 주파수 f2로 고압 방전 램프를 점등시킨다.
이 때, 고압 방전 램프의 방전관의 양이온은, 저주파가 입력됨으로서, 음극에 끌어 당겨지는 시간이 길어져, 플라스마 중의 양이온이 교란된다. 그 교반 효과에 의해 양이온의 분포가 균일해져, 정상 점등 주파수 f1가 입력되었을 때보다도 양이온의 밀도 분포의 불균일을 해소할 수 있어, 조도 불균일을 억제할 수 있다.
또한, 도 5의 회로에서는, 지연 회로(DD1)를 설치하여 지연한 신호 C2를 생성하고, 신호 C1와 신호 C2(혹은 그 반전 신호)의 논리곱을 행하여, 신호 X의 ON시와 신호 Y의 ON시 사이에, 양쪽의 신호가 OFF가 되는 휴지 기간을 설치하고 있다. 이는 스위칭 소자(Q1~Q4)가 동시에 ON되면 파괴되는 문제를 해소하기 위해, 데드 타임을 형성한 것이다.
본 실시 형태에 있어서는, 정상 점등 주파수 f1를 가지는 신호 A와, f1보다 낮은 주파수 f2를 가지는 신호 B를 생성하여, 타이머 회로(5b)에 의해 소정 시간마다 신호 A와 신호 B를 전환하여, 정상 점등 주파수 f1의 신호와, 조도 불균일을 해소할 수 있는, 그것보다 주파수가 낮은 주파수 f2의 신호에 의해 풀 브릿지형 인버터 회로(3)의 스위칭 소자(Q1~Q4)를 구동하여, 고압 방전 램프를 점등시키도록 했으므로, 정상 점등시에 발생하는 양이온의 밀도 분포 불균일을 해소하여, 조도 분포가 불균일(조도 불균일)해지는 것을 억제할 수 있다.
즉, 소정 시간마다, 정상 점등 주파수 f1보다 낮은 주파수 f2로 전환함으로써, 양이온이 한쪽의 전극측에 끌어 당겨져, 정상 점등 주파수 f1로 점등하고 있었을 때에 발생하는 양이온의 밀도 분포 불균일을 해소할 수 있고, 이에 의해 조도 불균일을 억제할 수 있다.
또한, 고압 방전 램프가 조도 불균일을 발생시키는 시간을 미리 알 수 있기 때문에, 상기 서술한 타이머 회로(5b)의 신호 T는, 고압 방전 램프에 조도 불균일이 발생하기 전의 소정 시간에, 신호 AB가 전환되는 타이밍으로 설정되어 있다.
또한 후술하는 실험 결과에 나타내는 바와 같이, 저주파 f2는, 5Hz 이상이며, 또한, 정상 점등 주파수 f1의 30% 이하이면, 전극 변형을 억제하면서, 조도 불균일 억제에 효과적이다.
또, 저주파 f2를 정상 점등 주파수 f1에 삽입하는 타이밍으로서는, 양이온의 불균일 분포가 발생하기 전으로 하는 것이 바람직하다. 이 때문에, 정상 점등 주파수 f1로 점등을 개시하고 나서 10분 이내에 저주파 f2를 삽입하는 것이 바람직하다.
또한, 저주파 f2가 삽입되는 기간은, 1주기~10주기(1주기는 주파수 f2의 신호의 ON-OFF 기간)이며, 정상 점등 주파수 f1로 점등하는 기간은, 시간으로서 0.1~6초간의 범위로 하는 것이 바람직하다.
또한, 저주파 f2로 점등시키는 기간 및 저주파 f2로 점등시키는 주기는, 램프의 사양, 점등 조건, 외관과 발광관이 맞닿는 면적이나 맞닿아 있는 부분의 수 등에 의해 정해지는 것으로 생각된다.
여기서, 교류 점등시키는 램프에 있어서는, 음향 공명에 의해, 조도 불균일이 발생하는 것이 종래 알려져 있다(예를 들면, 일본국 공개특허 소63-285899호 공보의 2페이지째 좌측 상란의 15행째~등을 참조).
음향 공명은, 다음식 (1)을 만족하는 조건에서 발생한다. 또한, 다음식 (1)에서 나타내는 fa는 음향 공명 주파수, m은 상수, V는 음속(m/s), AL은 전극간 거리(단위：m)이다.
fa=mv/(2AL)…(1)
이 (1) 식을 만족하는 조건에서는, 램프의 축방향으로 가스 분자나 전리 이온의 소밀한 정재파가 발생하여(「음향 공명」이라고 한다), 색불균일이 발생하는 것이 알려져 있다.
(1)식에 있어서의 음속 v는, 일반적으로, 비열비γ, 밀도 p(단위：kg/m3) 및 압력 ρ(단위：N/m2)으로 나타낼 수 있다(다음식 (2) 참조)
v=(γp/ρ)0.5…(2)
(1) 식에 (2) 식을 대입하면, 다음식 (3)식이 된다.
fa=m(γp/ρ)0.5/(2AL)…(3)
이 음향 공명 주파수(fa)는, 봉입물의 증기압, 기체 밀도, 온도 등에 의존하고 있다.
실제의 램프에서는, 이들의 수치는 일정하지 않아, 램프 사이즈(내경, 전극간 거리, 이들의 비)나 점등 조건(입력), 방전관의 냉각 조건(내표면 온도 등)에 크게 의존한 분포를 가지기 때문에, 엄밀하게는 실험적으로 구할 필요가 있다.
본 발명은 조도 불균일을 억제하는 것을 목적으로 하고 있으며, 이 조도 불균일은 상기한 바와 같이 음향 공명에 의해서도 발생하므로, 음향 공명도 억제하는 것이 바람직하다.
그래서, 본원에 있어서의 정상 점등 주파수 f1가, 상기의 음향 공명 주파수 fa를 만족하지 않는 범위를 실험적으로 구했다.
그 결과, 근사적으로 이하의 조건(4)이 되는 것을 알 수 있었다. 또한, 조건(4)에서 나타내는 Hg는 봉입 수은 밀도(단위：mg/cm3), AL는 상기 서술한 바와 마찬가지로 전극간 거리(단위：m)이다.
f1<(Hg/30)-0.33×250/AL…(4)
도 4의 점등 장치에 있어서는, 신호 A와 신호 B의 전환을, 소정 시간에 전환하는 타이머 회로(5b)와 논리 회로(L1~L4)로 이루어지는 전환 회로(SL)를 이용하여 행했지만, 신호 A와 신호 B를 전환하는 수단으로서는, 타이머 회로에 한정되는 것 은 아니고, 이하에 설명 수단을 이용해도 된다.
도 8은, 본 발명의 제2 실시 형태에 관련된 급전부의 구성도이며, 동 도면에 의해 그 외의 구성예에 대해 설명한다.
도 8에 나타내는 점등 장치는, 고압 방전 램프의 길이 방향을 따라 복수의 조도계(PS1, PS2, PS3,…)를 설치함과 함께, 그 조도계에 의한 측정 결과를 서로 비교하는 비교 회로(5e)와, 그 출력의 차가 일정값 이상이 되면, 신호 A와 신호 B를 전환하는 피드백 제어 회로(5f)를 설치하고 있다.
즉, 도 4의 타이머 회로(5b) 대신에, 비교 회로(5e)와 피드백 제어 회로(5f)를 설치하고, 비교 회로(5e)의 비교 결과에 기초하여, 피드백 제어 회로(5f)에 의해 신호 A와 신호 B를 전환하고 있다.
도 8은, 드라이버 회로(4d)를 동작시키는 신호 T를 생성하는 회로가 상이할 뿐이며, 그 외의 구성은 도 4에 나타낸 것과 기본적으로는 동일하여 이하, 도 4와의 상이점만 설명한다.
램프 점등시, 고압 방전 램프(10)의 전극간의 직경 방향에 위치하도록, 복수의 조도계(PS1, PS2, PS3,…)가 설치된다(이하 3개의 조도계(PS1, PS2, PS3)가 설치되어 있는 것으로서 설명한다).
복수의 조도계(PS1, PS2, PS3)는, 고압 방전 램프(10)의 길이 방향에 있어서의 각 조도를 측정하고, 그 측정 결과를 비교 회로(5e)에 송신한다. 비교 회로(5e)에 있어서, 각 조도계(PS1, PS2, PS3)에 의한 측정 결과를 비교하여, 측정 결과에, 어느 일정값 이상의 어긋남이 발생하면, 피드백 제어 회로(5f)에 전환 신호 D를 송 출한다.
피드백 제어 회로(5f)는, 고압 방전 램프(10)의 길이 방향에 있어서의 조도 분포가 소정 범위로부터 벗어난 경우, 점등 주파수를 전환하는 신호를 드라이버 회로(5d)에 송출한다. 즉, 피드백 제어 회로(5f)는 신호 E를 L레벨로 하고, 드라이버 회로(5d)는, 이 신호 E가 L레벨이 되면, 풀 브릿지형 인버터 회로의 스위칭 소자(Q1~Q4)의 구동 신호 X, Y의 주파수를 정상 점등 주파수 f1로부터 f2로 전환한다.
이것에 의해, 상기 조도계의 측정 결과의 어긋남이 해소되면, 비교 회로(5e)는, 전환 신호 D의 송출을 정지하고, 피드백 제어 회로(5f)는 신호 E를 H레벨로 한다. 드라이버 회로(5d)는, 이 신호 E가 H레벨이 되면, 풀 브릿지형 인버터 회로의 스위칭 소자(Q1~Q4)의 구동 신호 X, Y의 주파수를 정상 점등 주파수 f1로 되돌린다.
여기서 말하는 소정 범위란, 고압 방전 램프(10)로부터의 자외선이 조사되는 피조사물에 의해, 허용되는 조도 분포의 균일성이 있어, 이 허용되는 조도 분포의 균일성을 유지할 수 있는 범위, 예를 들면 ±10%의 조도 분포를 말한다.
또한, 드라이버 회로의 내부의 구성은, 도 5에 나타낸 것과 기본적으로는 동일하며, 그 동작도 도 7에 나타낸 대로이며, 도 5에 있어서 신호 T가 입력되는 단자에 상기 신호 E가 입력된다.
상기 제1 실시 형태와 본 실시 형태의 상이는, 정상 점등 주파수 f1로부터 f2로 전환되는 타이밍이, 제1 실시 형태에서는 소정 시간 마다인데 반해, 본 실시 형태에서는 소정의 조도 분포로부터 벗어난 경우라는 차이이며, 그 이외의 작용·효과는 공통이다.
본 발명의 효과를 확인하기 위해, 이하의 실험을 행했다.
(1) 실험예 1
실험에 이용한 광조사 장치의 구성을 도 9(a)에 나타낸다. 상기 도 1에 나타낸 광조사 장치와 동일한 구성을 가지며, 그 사양은 이하와 같다.
·방전관(발광관)：내경 5.4mm 외경 9mm
·외관：내경 9.15mm 외경 12mm
·전극간 거리：500mm
·봉입물
수은 밀도 5mg/cm3
·수냉 재킷과 외관 사이에 흐르는 냉각수의 유량: 20L/min
실험에 이용한 고압 방전 램프의 점등 조건은, 정상 점등 주파수 f1를 1초간 입력하고, 다음에 저주파 f2를 1주기분 (주파수 f1의 ON-OFF로 1주기) 입력과 같이 주파수 f1과 f2의 신호를 교대로 입력했다. 즉, 정상 점등 주파수 f1가 1초간→저주파 f2가 1주기→정상 점등 주파수 f1가 1초간→…(이하 동일)이다.
점등 주파수는, 이하와 같다
·정상 점등 주파수 f1： 100, 500, 800, 1000Hz
·저주파 f2： 3, 5, 10, 30, 50, 100, 150, 200, 300, 500Hz
실험에 이용한 고압 방전 램프의 전극간의 직경 방향 바깥쪽에는, 냉각 재킷을 통해 복수의 조도계가 배치된다. 이 복수의 조도계는, 고압 방전 램프의 길이 방향을 따라 배치되어, 그 길이 방향에 있어서의 조도 분포를 측정한다.
이 조도계는, 전극 선단으로부터 축방향으로 5cm 떨어진 개소로부터, 고압 방전 램프의 길이 방향을 향해 10mm 간격으로 배치했다.
그리고, 조도계에 의해 전극 선단으로부터 5cm의 위치로부터 축방향으로 1cm 마다 대향하는 전극의 5cm 전까지의 조도를 측정하여, 도 9(b)에 나타내는 바와 같이, 각 조도계로부터 측정된 각 조도로부터, 평균값을 구하고, 그 평균값과 각 조도의 편차(즉, 조도 불균일)를 관찰했다.
관찰의 결과를 표 1에 정리했다. 표 1에서는, 평균값으로부터 최대 15% 이상의 편차가 있을 때 ×로 하고, 최대 10%~15% 사이의 편차일 때 △로 하고, 최대 5%~10% 사이의 편차일 때 ○로 하고, 최대 5% 미만의 편차일 때 ◎로 했다.
Figure 112009043355766-pat00001
표 1에 나타내는 바와 같이, 저주파 f2가 정상 점등 주파수 f1의 30% 이하일 때, 조도 불균일의 억제 효과를 얻을 수 있다.
단, 저주파 f2가 3Hz일 때, 전극 변형이 발생했다. 이는 한쪽의 전극으로부터 다른쪽의 전극을 향해 전류가 흐르는 기간, 즉 직류 점등 기간이 길었기 때문에, 일방적으로 전자의 충돌을 받은 전극이 변형된 것이라고 생각된다. 이 때문에, 저주파 f2의 바람직한 범위로서는, 5≤f2≤0.3 f1가 된다.
또, 표 1에서는, 정상 점등 주파수 f1이 1000Hz에 있어서는, 모두 △인데 반해, 정상 점등 주파수 f1가 800Hz 이하인 범위에 있어서, 조도 불균일이 억제되는 일이 있는 것을 나타내고 있다. 이는 f1：80Hz 이하의 범위가, 상기 서술에서 말하는, 음향 공명을 억제하기 위한 조건인 (4)식의 f1<(Hg/30)-0.33×250/AL에 상당하고 있으며, 이 때문에, 음향 공명에 의한 조도 불균일을 억제할 수 있었던 것을 알 수 있다.
(2) 실험예 2
램프의 발광 길이(전극간 거리)를 1000mm로 변경하여, 상기 실험예 1과 동일한 조건에서 실험을 행했다. 램프 사양은 다음과 같다.
·방전관(발광관)：내경 5.4mm 외경 9mm
·외관：내경 9.15mm 외경 12mm
·발광 길이(전극간 거리)：1000mm
·봉입물
수은 밀도 5mg/cm3
·수냉 재킷과 외관 사이에 흐르는 냉각수의 유량: 25L/min
그 결과를 표 2에 나타낸다.
이 경우는, 주파수 f1이 400Hz와 500Hz의 사이에서, 음향 공명에 의한 조도 불균일의 억제가 기능하고 있는 것을 알 수 있다.
Figure 112009043355766-pat00002
(3) 실험예 3
램프의 봉입물을 변경하고, 메탈할라이드램프를 이용하여, 상기 실험예 1과 동일한 조건에서 동일한 실험을 행했다. 램프 사양은 다음과 같다.
·방전관(발광관): 내경 4.6mm 외경 10.3mm
·외관： 내경 10.45mm 외경 13mm
·발광 길이(전극간 거리)：500mm
·봉입물
수은 밀도 ： 2.5mg/cm3
요오드화철 ： 0.45mg/cm3
요오드화탈륨： 0.06mg/cm3
·수냉 재킷과 외관 사이에 흐르는 냉각수의 유량: 20L/min
그 결과를 표 3에 나타낸다.
Figure 112009043355766-pat00003
이 경우는, 주파수 f1가 1000Hz와 1200Hz의 사이에서, 음향 공명에 의한 조도 불균일의 억제가 기능하고 있는 것을 알 수 있다. 즉, 수은 이외의 메탈의 첨가량과 비교하여, 수은의 첨가량이 많은 경우(다른 금속보다 5배 정도 이상), 상기 (4) 식의 f1<(Hg/30)-0.33×250/AL를 적용할 수 있는 것을 알 수 있다.
또, 상기 (2)-(3)의 실험 결과로부터, 실험예 1에서 얻어진, 저주파 f2의 바람직한 범위인 5≤f2≤0.3 f1의 식을, 그 외의 램프에도 적용할 수 있는 것이 확인되었다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관련된 광조사 장치의 구성의 개략을 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1에 있어서의 A-A선 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 관련된 고압 방전 램프의 구성의 개략을 나타 내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태에 관련된 급전부의 상세를 나타낸 구성도이다.
도 5는 도 4에 나타내는 제어부의 드라이버 회로의 상세도이다.
도 6은 제어부의 동작을 나타내는 플로우차트이다.
도 7은 제어부의 동작을 설명하기 위한 타이밍 차트이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시 형태에 관련된 급전부의 구성도이다.
도 9는 실험에 이용한 광조사 장치의 구성 및 측정 위치와 조도를 나타내는 도이다.
도 10은 종래에 관련된 광원의 구성을 나타내는 도이다.
도 11은 종래에 관련된 광조사 장치의 구성을 나타내는 도이다.
도 12는 도 11에 나타내는 광조사 장치의 방전관과 외관을 나타내는 도이다.
<부호의 설명>
1 : 급전부 2 : 승압 정류 회로
2a : 교류 전원 2b : 제어 회로
3 : 풀 브릿지형 인버터 회로 4 : 스타터 회로
5 : 제어부 5a : 기본 주파수 발진 회로
5c : 저주파 발진 회로 5b : 타이머 회로
5d : 드라이버 회로 5e : 비교 회로
5f : 피드백 제어 회로 10 : 고압 방전 램프
11 : 방전관 12 : 내관
13 : 시일부 16 : 전극
17 : 금속박 18 : 외부 리드
20 : 외관 60 : 냉각 재킷
61 : 냉각수 공급 유로 형성 부재
62 : 냉각수 배출 유로 형성 부재
63, 64 : 막음부 65 : 냉각수 유로
70 : 반사경 75 : 마스크 스테이지
76 : 워크 스테이지 77 : 워크
T1 : 승압 트랜스 D1 : 다이오드
C1 : 평활 콘덴서 C2 : 콘덴서
LL1 : 코일 LL3 : 코일
S1 : 스위칭 소자 SL : 전환 회로
DD1 : 지연 회로 PS1, PS2, PS3 : 조도계
W : 냉각수 M : 마스크
Q1~Q4 : 스위칭 소자 L1~L8 : 논리 회로

Claims (4)

  1. 양단이 시일되고, 내부에, 한 쌍의 전극이 대향 배치됨과 함께, 적어도 금속이 봉입되어 이루어지는 전체가 봉형상인 방전관과, 이 방전관의 바깥쪽에 설치되고, 그 방전관과 평균 간극이 100μm 이하로 근접하여 배치된 유리로 이루어지는 외관을 구비하는 고압 방전 램프와,
    상기 고압 방전 램프의 관축을 따라 신장하도록 설치되어, 고압 방전 램프의 외관과의 사이에 냉각수가 흘려 보내지는 유로를 형성하는 유로 형성 부재와,
    상기 한 쌍의 전극에 전기적으로 접속되어 상기 고압 방전 램프에 급전하는 급전부로 구성되는 점등 장치로서,
    상기 급전부는,
    상기 고압 방전 램프를 점등시키기 위한 정상 점등 주파수 f1를 가지는 제1 신호와, 상기 고압 방전 램프의 조도 불균일을 해소시키기 위한 상기 정상 점등 주파수 f1 보다 낮은 주파수 f2를 가지는 제2 신호를 생성하는 신호 생성 수단과,
    상기 제1 신호 혹은 제2 신호를 선택적으로 출력시키는 전환 수단과,
    상기 제1 신호 혹은 제2 신호에 의해 구동되어, 상기 고압 방전 램프에 주파수 f1 혹은 주파수 f2의 교류 전압을 공급하는 인버터 회로로 구성되는 것을 특징으로 하는 점등 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전환 수단은 타이머 수단을 가지며, 이 타이머 수단에 의해, 방전 램프 에 주파수 f1의 교류 전압의 공급을 개시하고 나서 제1 소정 시간 후에, 상기 고압 방전 램프에 공급하는 교류 전압의 주파수를 f1로부터 f2로 저하시켜, 제2 소정 시간 동안 상기 고압 방전 램프에 상기 주파수 f2의 교류 전압을 공급하는 것을 특징으로 하는 점등 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 정상 점등 주파수 f1［Hz］와 주파수 f2［Hz］의 관계는, f2≤0.3 f1인 것을 특징으로 하는 점등 장치.
  4. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 방전관 내 봉입되어 이루어지는 금속에는 수은이 포함되고,
    상기 정상 점등 주파수 f1［Hz］는, 방전관에 봉입된 수은 밀도［mg/cm3］를 Hg로 하고, 전극간 거리［m］를 AL로 했을 때, f1<(Hg/30)-0.33×250/AL인 것을 특징으로 하는 점등 장치.
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