TWI418250B

TWI418250B - Lighting device

Info

Publication number: TWI418250B
Application number: TW098122296A
Authority: TW
Inventors: Tetsuya Torikai; Kazuyuki Mori
Original assignee: Ushio Electric Inc
Priority date: 2008-09-11
Filing date: 2009-07-01
Publication date: 2013-12-01
Also published as: CN101711083A; JP2010067474A; TW201012301A; KR101246412B1; CN101711083B; JP5309819B2; KR20100031062A

Description

點燈裝置

本發明是關於一種具有兩端被密封，在內部相對配置有一對電極，而且至少封入有金屬的放電管，及設於放電管的外方的外管的高壓放電燈的點燈裝置。

例如在接著劑等的樹脂的硬化處理或印刷基板等的曝光處理中，作為紫外線光源，例如使用著高壓放電燈(紫外線照射燈)。

該高壓放電燈(紫外線照射燈)是在燈點燈時會成為高溫，而如專利文獻1所述地，被冷卻。

在專利文獻1，記載著在放電管(以下，在專利文獻1中為發光管)的外方設置雙重管構造的水冷套，而在發光管與水冷套內管之間流著冷卻風的技術。

在第10圖表示圖示於專利文獻1的第1圖的光源。如同圖所示地，具備紫外線照射燈101與水冷套102及水冷套兩端的端蓋103a、103b。紫外線照射燈101是將一對電極密封於直管狀石英玻璃製發光管106的兩端，而在內部封裝稀有氣體與水銀及金屬鹵化物者。

水冷套102是圓筒狀石英玻璃等的透明材料所成，成為內管121與外管122所成的雙重管構造，又，通過設於兩端外周連接管123a、123b，冷卻水104從外部循環套內，而經由空氣層進行冷卻近接的發光管106，同時吸收從燈101所放射的熱。

在水冷套102一方的端蓋103a設有冷氣的通風口131，而在另一方的端蓋103b設有排氣口132。又，從外部有冷卻風105以箭號所示地從通風口131進到水冷套102的內側，流在發光管106與水冷套102的內管121之空間，從發光管表面奪取熱俾冷卻發光管106。

由專利文獻1的段落號碼[0011]所述的數值例，專利文獻1所述者，可讀取例如發光管106的外徑是24mm，水冷套的內管121為26mm，而兩者的間隙為1mm(=1000μm)。

在第10(b)圖表示以垂直於管軸方向的平面切剖專利文獻1所述的發光管106與內管121的斷面圖。

在專利文獻1所述的冷卻，因未能充分地冷卻高壓放電燈(紫外線照射燈)，因此在最近被開發了專利文獻2所述的技術。

專利文獻2所述者，為將高壓放電燈作為雙重管構造，而近接放電管與位於其外方的外管之間隙，藉由流在外管外周的冷卻水，作成提高對放電管的卻冷效果者。

在第11圖表示圖示於專利文獻2的光照射裝置的斷面構成，而在第12圖表示圖示於第11圖的光照射裝置的放電管與外管的斷面構成。又，第12(b)圖是表示第12(a)圖的B-B線斷面圖。

該光照射裝置是作為光源具備高壓放電燈10。高壓放電燈10是由全體為棒狀放電管11，及該放電管11配置於內部的例如石英玻璃所成的外管20所構成。

放電管11是在兩端被密封的例如石英玻璃所成的直管狀的內管12內部，分別相對配置有例如鎢所成的一對棒狀電極16者，各電極16經由氣密地埋設於形成在內管12的棒狀密封部13的例如鉬所構成的金屬箔17電性地連接於比密封部13外端朝軸方向外方突出所延伸的外部導線18。

在高壓放電燈10的放電管11與外管20之間的空隙，形成有空氣層或是利用適當的氣體所作的氣體層。

該光照射裝置是具有：沿著上述高壓放電燈10的管軸延伸地所設置，而在與高壓放電燈10的外周面之間形成冷卻水W所流過的冷卻水流過的冷卻水流路65的圓筒狀冷卻套60，及配置於高壓放電燈10及冷卻套60的兩端的內部空間連通於高壓放電燈10與冷卻套60之間的冷卻水流路65的冷卻水供應流路形成構件61及冷卻水排出流路形成構件62所構成的冷卻機構。

又，在對於光照射方向(在第11圖，下方向)的高壓放電燈10的背面側，例如斷面具有拋物狀反射面71的槽狀反射鏡70，為其第1焦點與高壓放電燈10的中心(連結高壓放電燈10的一對電極16的中心的直線)一致的狀態下，沿著高壓放電燈10延伸地所配置，從高壓放電燈10所放射的光直接地或是利用反射鏡70所反射而作為平行光，經由被保持在光罩幕75的罩幕M，照射在被載置於工件平台76上的塗佈有例如光阻等的感光劑的液晶面板或半導體元件等的工件77。

在上述光照射裝置中，在點燈高壓放電燈10時，藉由未圖示的適當的冷卻水供應機構(泵)供應有冷卻水W。

所供應的冷卻水W，是流過形成於高壓放電燈10與冷卻套60之間的冷卻水流路65內，流過高壓放電燈10的壁面，具體而言沿著外管20的外周面朝軸方向流過而冷卻高壓放電燈10全體之後，經由冷卻水排出流路形成構件62被排出。

在此些高壓放電燈的放電管內，Hg，或與Hg一起封入有Fe、Tl、Sn、Zn、In等的陽離子，此些在燈點燈中被激勵而光被放射。

專利文獻1：日本特開平06-267512號公報

專利文獻2：日本特開2008-146962號公報

減小放電管，及與冷卻水流在外周面的外管之間的平均間隙，亦即，減小放電管的外徑與外管的內徑的相差，例如將平均間隙作為100μm以下，則放電管的長度方向的照度分布成為不均勻(所謂照度不均勻)的情形。此為在專利文獻1所述者的情形，不會發生者。

本發明人等的專心檢討的結果，可知該情形為起因於將間隙作成比專利文獻1者還要小者。

具體而言，構成放電管與外管的構件是玻璃構件之故，因而其外面形狀是起伏地不均勻。所以，放電管與外管之間隙，是例如受到±100μm的變動，平均間隙為例如100μm以下時，則其間隙成為變動100%以上。

亦即，放電管與外管是處處有抵接的部分，而在其他部位成為存在著例如200μm以下的間隙。若將冷卻水流在外管的外周面，則放電管為抵接部分有良好的熱傳導性，而有效率地被冷卻，對此間隙為200μm的部分是熱傳導性比抵接部分還要不好，而無法有效率地被冷卻。在放電管的長邊方向，也產生效率優異地被冷卻的部分，與未被冷卻部分。

在放電管的內部，封入有Hg，或是與Hg一起封入有Fe、Tl等的陽離子。這些陽離子是在熱平衡狀態又溫度低的部分，密度變高，而在溫度高的部分密度變低之故，因而專利文獻2所述的高壓放電燈的情形，在其長度方向，有效率地被冷卻部分會使得陽離子的密度變高，而在未被冷卻的部分，則密度變低。如此地在放電管內的長度方向會使得陽離子的密度分布成為不均勻，而會把照度分布成為不均勻(照度不均勻)。

又，專利文獻1的情形，平均間隙為1000μm，藉由放電管與外管之外面形狀有起伏，即使其間隙受到例如±100μm的變動，其間隙的變動也不過是10%左右。所以，專利文獻1所述的高壓放電燈，是在其長度方向的冷卻分布幾乎不會發生，也不會有照度分布成為不均勻(照度不均勻)的情形。

本發明是鑑於上述情況而創作者，本發明的目的是在於提供具備放電管，及設於其外方的外管，在外管的內徑與放電管的外徑幾乎相等，而外管與放電管的至少一部分接觸的高壓放電燈中，抑制照度不均勻的點燈裝置及點燈方法。

在本發明中，作成如下地來解決上述課題。

(1)具備兩端被密封，在內部相對配置有一對電極，而且至少封入有金屬所成的全體為棒狀放電管，及設於該放電管的外方的外管，外管的內徑與放電管的外徑大約相等，外管與放電管處處接觸，而外管的內徑與放電管的外徑之相差的平均值為如100μm左右的高壓放電燈，及沿著該高壓放電燈的管軸延伸地設置，而在與高壓放電燈的外管之間形成冷卻水所流過的流路的流路形成構件；及電性地連接於該一對電極而饋電於上述高壓放電燈的饋電部所構成的點燈裝置，而如下地構成饋電部。

亦即，生成具有用以點燈上述高壓放電燈的穩定點燈頻率f1的第1訊號，及具有比用以解決上述高壓放電燈的照度不均勻的該穩定點燈頻率f1還要低的頻率f2的第2訊號的訊號生成機構；及選擇性地輸出上述第1訊號或第2訊號的轉換機構；及藉由上述第1訊號或第2訊號所驅動，並將頻率f1或頻率f2的交流電壓供應於上述高壓放電燈的倒相電路所構成。如此，以穩定點燈頻率f1進行點燈高壓放電燈，而在發生照度不均勻之前，轉換成可解決照度不均勻的頻率比其還要低的頻率f2而進行點燈燈10。

(2)在上述(1)中，上述轉換機構是具有定時機構，藉由該定時機構，將頻率f1的交流電壓開始供應於放電燈經第1所定時間後，將供應於上述高壓放電燈的交流電壓的頻率從f1降低至f2，而在第2所定時間的期間將上述頻率f2的交流電壓供應於上述高壓放電燈。

(3)在上述(1)、(2)中，穩定點燈頻率f1[Hz]與頻率f2[Hz]之關係，是f2≦0.3f1。

(4)在上述(1)、(2)、(3)中，在被封入於上述放電管內所成的金屬含有水銀，上述穩定點燈頻率f1[Hz]，是將被封入於放電管的水銀密度[mg/cm³ ]作為Hg，而將電極間距離[m]作為AL時，則作為f1<(Hg/30)^-033 ×250/AL。

在本發明中，可得到以下的效果。

(1)生成具有穩定點燈頻率f1的第1訊號，及具有用以解決照度不均勻的f1還要低的頻率f2的第2訊號，而作成轉換上述第1訊號與第2訊號進行進行點燈高壓放電燈之故，因而可解決穩定點燈時所發生的陽離子的密度分布不均勻，可抑制照度分布成為不均勻(照度不均勻)的情形。

亦即，轉換成比頻率f1還要低的頻率f2，就可把陽離子拉向一方的電極側，而可解決在穩定點燈頻率f1進行點燈時所發生的陽離子的密度分布不均勻，並可抑制由此所作的照度不均勻。

(2)使用定時機構，藉由轉換供應於上述高壓放電燈的交流電壓的頻率，以較簡單構成的機構，在實用上無妨礙程度地，可抑制照度分布不均勻(照度不均勻)。

(3)藉由將穩定點燈頻率f1[Hz]與頻率f2[Hz]之關係作成f2≦0.3f1，可有效地解決照度不均勻的不均勻。

(4)穩定點燈頻率f1[Hz]是將被封入在放電管的水銀密度[mg/cm³ ]作為Hg，而將電極間距離[m]作為AL時，作成f1<(Hg/30)^-0.33 ×250/AL，藉此可抑制音響共鳴，而可抑制利用氣體分布或發生離子的粗密駐波所作的色不均勻。

首先，針對於本發明作為對象的光照射裝置加以說明。

本發明的光照射裝置，是與表示於上述第11圖者同樣，具備高壓放電燈，並設有在進行點燈燈時，區劃冷卻燈的冷卻水沿著外管壁面所流過的流路的流路形成構件的構成者。

第1圖是表示本發明的實施形態的光照射裝置的構成的概略斷面圖，而第2圖是表示第1圖的A-A線斷面圖。

該光照射裝置是具備以高壓放電燈10作為光源，高壓放電燈10在***通於內部的狀態下沿著高壓放電燈10的管軸延伸地所設置，在與高壓放電燈10的外周面之間具有形成冷卻水W所流過的冷卻水流路65的流路形成構件的圓筒狀冷卻套60。

在高壓放電燈10及冷卻套60的兩端，配置有內部空間連通於高壓放電燈10與冷卻套60之間的冷卻水流路65的冷卻水供應流路形成構件61及冷卻水排出流路形成構件62，藉由此些來構成冷卻機構。

冷卻水供應流路形成構件61及冷卻水排出流路形成構件62是全體為大約L字形管狀，以例如管軸朝水平方向延伸的姿勢連接有高壓放電燈10及冷卻套60。

又，藉由軸方向內方側鎖緊口部63，例如經由O形環(未圖示)保持固定著冷卻套60的外周面，而且藉由軸方向外方側的鎖緊口部64例如經由O形環(未圖示)保持固定著高壓放電燈10的外周面。

冷卻套60是藉由透射從高壓放電燈10所放射的紫外線的材料，例如石英玻璃所構成。

對於光照射方向(在第1圖及第2圖為下方向)，在高壓放電燈10的背面側，以其第1焦點與高壓放電燈10的中心(以連結高壓放電燈10的一對電極16的中心的直線)一致的狀態，沿著高壓放電燈10延伸地配置有例如斷面具有拋物狀反射面71的槽狀反射鏡70。

從高壓放電燈10所放射的光是直接地或是利用反射鏡70被反射而作為平行光，被照射在經由被保持於罩幕平台75的罩幕M而被載置於工件平台76上例如被塗佈有光阻等感光劑的液晶面板或半導體元件等的工件77。

在此，反射面71是藉由交互地蒸鍍例如二氧化鈦及二氧化矽等不相同的反射層所形成的多層膜所形成。

在高壓放電燈10的一對電極16，經由外部導線18電性地連接有饋電部1，而將交流電壓從饋電部1施加於一對電極間，藉此，高壓放電燈10是進行點燈。

在點燈高壓放電燈10時，冷卻水W藉由未圖示的適當冷卻水供應機構(泵)被供應。在此，冷卻高壓放電燈10，是藉由以例如5公升(1)/min的流量進行循環冷卻水W就可達成。

所供應的冷卻水W是沿著高壓放電燈10的壁面，具體為沿著外管20的外周面流經被形成於高壓放電燈10與冷卻套60之間的冷卻水流路65內。

以下，針對於上述高壓放電燈10加以說明。

高壓放電燈10是外管20的內徑與放電管11的外徑大約相等，外管20與放電管11處處接觸，外管與放電管的平均間隙為被構成100μm以下的雙重管構造者。

又，在此所說的平均間隙是指在裝配外管20與放電管11之前，在複數部位測定外管20的內徑L4與放電管11的外徑L5，而將其相差分量作1/2的平均值，指在有效發光領域的複數部位所測定的電極間的徑方向的間隙的平均值的情形。

例如，外管20的內徑L4，是如以下地求出。

測定裝配外管20與放電管11之前的外管20的外徑L1，並測定外管20的厚度較厚處的厚度L2與較薄處的厚度L3，利用L4=L1-L2-L3，求出外管20的內徑L4。

又，放電管11的外徑L5，是在裝配外管20與放電管11之前所測定的放電管11的外徑。

第3圖是表示本發明的實施形態的高壓放電燈的構成的概略斷面圖。

與表示於上述第11圖者同樣，該高壓放電燈10是在兩端被密封的例如石英玻璃所成的直管狀內管12的內部，分別相對配置有例如鎢所成的一對棒狀電極16，經由氣密地埋設於各電極16形成於內管12的棒狀密封部13的例如鉬所成的金屬箔17電性地連接於從密封部13的外端朝軸方向外方突出所延伸的外部導線18所成的全體為棒狀放電管11，及該放電管11配置於內部的例如石英玻璃所成的外管20所構成。放電管11與外管20的兩端部分是經由燈座25藉由接著劑24被固定。

放電管11的密封部13是將例如內管12的構成材料的管體的兩端部作成熔融狀態而藉由減壓內部的收縮密封法所形成者，作成比放電管11的中央部(相當於發光領域的部分)還要小徑。

該高壓放電燈10是高壓水銀燈或是金屬鹵素燈，在放電管11的內部，例如封入有1mg/mm³ 以上的水銀，而且以適當量封入有氬氣體等的稀有氣體。又，與水銀(Hg)一起封入有鐵(Fe)、鉈(Tl)、錫(Sn)、鋅(Zn)、銦(In)等的鹵化合物也可以，又，也有未含有水銀(Hg)者。如此，例如放射包含波長為350～450nm的紫外線的光。

如第1圖所示地，在高壓放電燈10的一對電極，電性地連接有饋電部1。

第4圖是表示本發明的第1實施形態的饋電部的詳細構成圖。

饋電部1是由：供應有直流電壓的昇壓整流電路2，及連接於昇壓整流電路2的輸出側並將直流電壓變更成交流電壓而供應於放電燈10的全橋接型倒相電路3，及在全橋接型倒相電路3與高壓放電燈10之間被串聯連接於高壓放電燈10的線圈LL1、起動線圈LL2及起動電路4，及控制全橋接型倒相電路3的開關元件(例如IGBT)的驅動的控制部5所構成。

昇壓整流電路2是被連接於交流電源2a，為由昇壓變壓器T1、整流二極體D1、平滑電容器C1所構成的整流電路，將交流電壓轉換成直流電壓，而將其後的線圈LL3、開關元件S1、二極體D1、電容器C2所構成的昇壓斬波電路所昇壓的直流電壓供應於全橋接型倒相電路3。

在昇壓斬波電路的IGBT或FET等的開關元件S1連接有控制電路2b，藉由變更開關元件S1的開關頻率及開閉期間，成為可供應所期望的電壓。

全橋接型倒相電路3是由橋接狀地連接的IGBT或FET等的開關元件Q1～Q4所構成。全橋接型倒相電路3的開關元件的開閉(ON、OFF)是藉由下述的驅動電路所驅動。

全橋接型倒相電路3的動作，交互地重複開閉開關元件Q1、Q4與開關元件Q2、Q3。當導通開關元件Q2、Q3時，電流流在昇壓整流電路2→開關元件Q3→線圈LL1→起動線圈LL2→放電燈10→開關元件Q2→昇壓整流電路2。

一方面，當開關元件Q1、Q4作成導通時，則將交流矩形波電流經昇壓整流電路2→開關元件Q1→放電燈10→起動線圈LL2→線圈LL1→開關元件Q4→昇壓整流電路2的路徑供應於放電燈10。

控制部5是由多諧振動器、LC振盪電路等所構成，由發訊基本振盪波形的訊號A的基本頻率振盪電路5a，及發訊比該訊號A還要低頻的訊號B的低頻振盪電路5c，及發訊在所定時間轉換開閉的定時訊號T的定時電路5b所構成。上述基本頻率振盪電路5a、定時電路5b、低頻振盪電路5c所輸出的各訊號A、T、B是以驅動電路5d所組合。

針對於各訊號A、B、T被組合而用以控制全橋接型倒相電路3的訊號合成，使用第5圖至第7圖加以說明。

第5圖是表示驅動電路的詳細圖。

具有振盪電路5a所輸出的頻率f1的訊號A，是被輸入至邏輯電路L1(「及」電路)的一方的輸入端子，而在邏輯電路L1的另一方的輸入端子，輸入有定時電路5b的輸出訊號T。如下述的第7圖所示地，定時電路5b的輸出訊號T，是例如在訊號A的下降時從高位準(H位準)變更成低位準(L位準)，或是從低位準(L位準)變更成高位準(H位準)的訊號，訊號A的第1所定周期別地狀態從H變更成L位準，而訊號A的第2所定周期別地狀態從L變更成H位準。

邏輯電路L1是定時電路5b的輸出為H位準時，則輸出訊號A。

又，定時電路5b的輸出訊號T是被輸入至邏輯電路L2(倒相電路)而被倒相，而被輸入至邏輯電路L3(「及」電路)的一方的輸入端子。在邏輯電路L3的另一方的輸入端子輸入有低頻振盪電路5c的輸出[具有頻率f2(f2<f1)的訊號B]。邏輯電路L3是定時電路5b的輸出訊號T為L位準時，輸出訊號B。

邏輯電路L1、L2的輸出是被輸入至邏輯電路L4(「或」電路)的輸入端子，而邏輯電路L4是當定時電路5b的輸出為H位準時，則輸出訊號A，而當定時電路5b的輸出為L位準時，則輸出訊號B。亦即，以定時電路5b與邏輯電路L1、L2、L3、L4構成轉換電路SL，而轉換電路SL是因應於定時電路5b的輸出訊號T，選擇性地輸出訊號A或訊號B。

邏輯電路L4的輸出訊號C1是被輸入至延遲電路DD1，而延遲電路DD1是輸出延遲訊號C1的訊號C2。訊號C1、C2是被輸入至邏輯電路L5(「及」電路)的輸入端子，而邏輯電路L5是輸出其「及」訊號的訊號X。該訊號X是成為全橋接型倒相電路3的開關元件Q1、Q4的驅動訊號。

又，訊號C1、C2是在邏輯電路L6、L7(倒相電路)被倒相，而被輸入至邏輯電路L8(「及」電路)的輸入端子，而邏輯電路L8是輸出其「及」訊號的訊號Y。該訊號Y是成為全橋接型倒相電路3的開關元件Q2、Q3的驅動訊號。

第6圖是表示控制部的動作的流程圖，第7圖是表示控制部的時序圖，而利用第5圖、第6圖、第7圖來說明動作。

首先，在步驟S1，從基本頻率振盪電路5a製作基本振盪波形的訊號A。

之後，在步驟S2，以基本振盪波形為基礎、生成頻率f1、f2的點燈波形、定時波形。亦即，以振盪電路5a所輸出的訊號A為基礎在低頻振盪電路5c，製作比訊號A還要低頻率的訊號B，又，使用訊號A在定時電路5b，製作在所定時間轉換開閉的定時訊號T。

在步驟3，組合訊號A(頻率f1)、訊號B(頻率f2)及訊號T，而製作全橋接型倒相電路的IGBT等所構成的開關元件Q1～Q4的驅動訊號X、Y。

在步驟4，依據X、Y波形，上述開關元件Q1～Q4被開閉，俾進行交流點燈。

亦即，訊號T為H位準的期間，輸出穩定點燈頻率f1的訊號X、Y，以穩定點燈頻率f1進行點燈高壓放電燈。

接著，以高壓放電燈發生照度不均勻之前的穩定點燈頻率f1開始點燈經所定時間後，以訊號T作為L位準，而以比穩定點燈頻率f1還要低的頻率f2進行點燈高壓放電燈。

此時，高壓放電燈的放電管的陽離子，是低頻率被輸入，使得被拉向陰極的時間變久，而攪亂電漿中的陽離子。藉由其攪拌效果會把陽離子的分布成為一樣，比穩定點燈頻率f1被輸入時還可解決陽離子分布的不均勻，而可抑制照度不均勻。

又，在第5電路中，設置延遲電路DD1來生成延遲的訊號C2，來進行訊號C1與訊號C2(或是其倒相訊號)的邏輯積，而在訊號X的導通時與訊號Y的導通時之期間，設置雙方的訊號成為斬開的休止期間。此為，為了解決若開關元件Q1~Q4同時地被導通就被破壞的問題，而形成空檔時間者。

在本實施形態中，生成具有穩定點燈頻率f1的訊號A，及具有比f1還要低的頻率f2的訊號B，藉由定時電路5b所定時間別地轉換訊號A與訊號B，而藉由穩定點燈頻率f1的訊號，及可解決照度不均勻的比其頻率還要低的頻率f2的訊號來驅動全橋接型倒相電路3的開關元件Q1~Q4，作成進行點燈高壓放電燈之故，因而可解決發生在穩定點燈時的陽離子的密度分布不均勻，而可抑制照度分布成為不均勻(照度不均勻)的情形。

亦即，所定時間別地轉換成比穩定點燈頻率f1還要低的頻率f2，把陽離子拉向一方的電極側，而可解決在穩定點燈頻率f1所點燈時所發生的陽離子的密度分布不均勻，並可抑制由此所作的照度不均勻。

又，事先知道高壓放電燈發生照度不均勻的時間之故，因而上述定時電路56的訊號T，是在照度不均勻發生在高壓放電燈之前的所定時間，被設定在轉換訊號A、B的時機。

還有，如下述的實驗結果所示地，低頻率f2是5Hz以上，且若在穩定點燈頻率f1的30%以下，則一面可抑制電極變形，一面有效地可抑制照度不均勻。

又，作為將低頻率f2***在穩定點燈頻率f1的時機，為在發生陽離子的不均勻分布之前實施較佳。所以，以穩定點燈頻率f1開始點燈之後10分鐘以內***低頻率f2較佳。

還有，低頻率f2被***的期間，是1周期至10周期(1周期是頻率f2的訊號的開閉期間)，以穩定點燈頻率f1點燈的期間，是作為時間為0.1～6秒鐘間的範圍較佳。

又，以低頻率f2進行點燈的期間及以低頻率f2進行點燈的周期，是依燈的規格、點燈條件、外管與發光管所抵接的面積或抵接的部分的數量等所決定者。

在此，在進行交流點燈的燈中，藉由音響共鳴，會發生照度不均勻為先前就知道(例如，參照日本特開昭63-285899號公報的第2頁左上欄的第15行～等)。

音響共鳴是以滿足下式(1)的條件所發生。又，在下式(1)所表示的fa是音響共鳴頻率，m是常數，V是音速(m/s)，AL是電極間距離[單位：m]。

fa=mv/2(2AL)　…(1)

在滿足該(1)式的條件下，眾知在燈的軸方向發生氣體分子或電離離子的相密駐波(稱為「音響共鳴」)而發生顏色不均勻。

在(1)式的音速V，一般以比熱比γ，密度p(單位：kg/m³ )及壓力ρ(單位：N/m² )可表示示[參照次式(2)]。

v=(γp/ρ)⁰⁵ 　…(2)

將(2)式代入(1)式，則成為次式(3)。

fa=m(γp/ρ)⁰⁵ /(2AL)　…(3)

該音響共鳴頻率fa，是依存於封入物的蒸汽壓、氣體密度、溫度等。

在實際的燈，這些數值並不一樣，對燈尺寸(內徑、電極間距離，此些之比率)或點燈條件(輸入)，放電管的冷卻條件(內表面溫度等)有很大的依存分布之故，因而必須實驗式地嚴密地求出。

本發明是以抑制照度不均勻作為目的，該照度不均勻是如上述地藉由音響共鳴也發生之故，因而也抑制音響共鳴較佳。

於是，實驗性地求出本發明的穩定點燈頻率f1未滿足上述音響共鳴頻率fa的範圍。

其結果，知道近似地成為以下的條件(4)。又，在條件(4)所表示的Hg是封入水銀密度(單位：mg/cm³ )。AL是與上述相同的電極間距離(單位：m)。

f1<(Hg/30)^-0.33 ×250/AL　…(4)

在第4圖的點燈裝置中，使用以所定時間轉換的定時電路5b與邏輯電路L1～L4所成的轉換電路SL進行訊號A與訊號B的轉換，惟作為轉換訊號A與訊號B的機構，並不被限定於定時電路者，使用以下所說明的機構也可以。

第8圖是表示本發明的第2實施形態的饋電部的構成圖，利用同圖來說明其他的構成例。

表示於第8圖的點燈裝置是沿著高壓放電燈的長度方向設置複數照度計PS1、PS2、PS3、……，並且設置互相地比較利用該照度計所作的測定結果的比較電路5e，及當其輸出的相差成為一定值以上，則轉換訊號A與訊號B的反饋控制電路5f。

亦即，代替第4圖的定時電路5b，設置比較電路5e與反饋控制電路5f，而依據比較電路5e的比較結果，利用反饋控制電路5f來轉換訊號A與訊號B。

第8圖是僅生成將驅動電路4d予以動作的訊號T的電路有所不同，其他的構成，是與表示於第4圖者基本上相同，以下，僅說明與第4圖不相同之處。

進行點燈燈時，位於高壓放電燈10的電極間的徑方向的方式，設有複數照度計PS1、PS2、PS3、……(以下作為設有3個照度計PS1、PS2、PS3的情形加以說明)。

複數照度計PS1、PS2、PS3，是測定高壓放電燈10的長度方向的各照度計，並將其結果送訊至比較電路5e。在比較電路5e中，比較利用各照度計PS1、PS2、PS3、……所作的測定結果，而在測定結果，產生某一定值以上的偏差，則將轉換訊號D送訊至反饋控制電路5f。

反饋控制電路5f是高壓放電燈10的長度方向的照度分布從所定範圍偏離時，則將轉換點燈頻率的訊號送訊至驅動電路5d。亦即，反饋控制電路5f是將訊號E作成L位準，而驅動電路5d是當該訊號E成為L位準。則將全橋接型倒相電路的開關元件Q1～Q4的驅動訊號X、Y的頻率從穩定點燈頻率f1轉換成f2。

藉此，當解決上述照度計的測定結果的偏差，則比較電路5e是停止轉換訊號D的送訊，反饋控制電路5f是將訊號E作為H位準。驅動電路5d是當該訊號E成為H位準，則將反饋控制電路的開關元件Q1～Q4的驅動訊號X、Y的頻率恢復成穩定點燈頻率f1。

在此所說的所定範圍，是指藉由來自高壓放電燈10的紫外線所照射的被照射物，有被容許的照度分布的均勻性，而可維持該容許的照度分布的均勻性的範圍，例如指±10%的照度分布的情形。

又，驅動電路的內部構成是基本上與表示於第5圖相同，其動作也如第7圖所示地，在第5圖中，上述訊號E被輸入至訊號T被輸入的端子。

上述第1實施形態與本實施形態的不相同處，是從穩定點燈頻率f1轉換成f2的時機，在第1實施形態為所定時間別地，而在本實施形態為是否從所定的照度分布偏離的情形上不同，其以外的作用，效果為共通。

為了確認本發明的效果，進行以下的實驗。

(1)實驗例1

將使用於實驗的光照射裝置的構成表示於第9(a)圖，具有與表示於上述第1圖的光照射裝置同樣的構成，其規格是如下所述。

‧放電管(發光管)：內徑5.4mm　外徑9mm

‧外管：內徑9.15mm　外徑12mm

‧電極間距離：500mm

‧封入物

水銀密度5mg/cm³

‧流在水冷套與外管之間的冷卻水的流量：20L/min使用於實驗的高壓放電燈的點燈條件，是輸入穩定點燈頻率f1 1秒鐘，之後將低頻率f2輸入1周期分量(以頻率f1的開閉作為1周期)的方式交互地輸入頻率f1與f2的訊號。亦即，穩定點燈頻率f1為1秒鐘→低頻率f2為1周期→穩定點燈頻率f1為1秒鐘→……(以下同樣)。

點燈頻率是如以下。

‧穩定點燈頻率f1：100、500、800、1000Hz

‧低頻率f2：3、5、10、30、50、100、150、200、300、500Hz

在使用於實驗的高壓放電燈的電極間的徑方向外方，經由冷卻套配置有複數照度計。該複數照度計是沿著高壓放電燈的長度方向所配置，而測定其長度方向的照度分布。

該照度計是從電極前端朝軸方向距5cm之部位，以10mm間隔朝著高壓放電燈的長度方向所配置。

又，藉由照度計測定從電極前端距5cm的位置朝軸方向1cm別地相對的電極的5cm前的照度，如第9(b)圖所示地，由各照度計所測定的各照度，求出平均值，進行觀察其平均值與各照度之偏差程度(亦即，照度不均勻)。

將觀察的結果匯集在表1。在表1中，由平均值有最大15%以上的偏差程度時作為×，最大10%～15%之間的偏差程度時作為△，最大5%～10%之間的偏差程度時作為○，而最大不足5%的偏差程度時作為◎。

如表1所示地，低頻率f2為穩定點燈頻率f1的30%以下時，則可得到照度不均勻的抑制效果。

但是，低頻率f2為3Hz時，發生電極變形。此為，從一方電極朝著另一方的電極流著電流之期間過久，亦即直流點燈期間過久之故，因而可能為一面地受到電子相撞的電極會變形者。所以，低頻率f2的較佳範圍為成為5≦f2≦0.3f1。

又，在表1中，表示在穩定點燈頻率f1為1000Hz，都是△，對於此在穩定點燈頻率f1為800Hz以下的範圍，表示照度不均勻被抑制的情形。此為，f1：800Hz以下的範圍為相當於在上述所說的抑制音響共鳴所用的條件的(4)式的f1<(Hg/30)^-033 ×250/AL，所以，可知可抑制利用音響共鳴所作的照度不均勻。

(2)實驗例2

將燈的發光長(電極間距離)變更為1000mm，而與上述實驗例1同一條件下進行實驗。燈規格是如下所述。

‧放電管(發光管)：內徑5.4mm外徑9mm

‧外管：內徑9.15mm外徑12mm

‧發光長(電極間距離)：1000mm

‧封入物

水銀密度5mg/cm³

‧流在水冷套與外管之間的冷卻水的流量：25L/min將其結果表示於表2。

該情形，是在頻率f1為400Hz與500Hz之間，可知利用音響共鳴所作的照度不均勻的抑制有所作用。

(3)實驗例3

變更燈的封入物，使用金屬鹵素燈，與上述實驗例1同一條件下進行同樣的實驗。燈規格是如下所述。

‧放電管(發光管)：內徑4.6mm外徑10.3mm

‧外管：內徑10.45mm外徑13mm

‧發光長(電極間距離)：500mm

‧封入物

水銀密度2.5mg/cm³

碘化鐵：0.45mg/cm³

碘化鉈：0.06mg/cm³

‧流在水冷套與外管之間的冷卻水的流量：20L/min將其結果表示於表3。

該情形，是在頻率f1為1000Hz與1200Hz之間，可知利用音響共鳴所作的照度不均勻的抑制有所作用。亦即，與水銀以外的金屬的添加量相比較，若水銀的添加量較多時(比其他金屬多5倍左右以上)，可知可適用上述(4)式的f1<(Hg/30)^-0.33 ×250×AL。

又，由上述(2)-(3)的實驗結果，在實驗例1所得到的低頻f2的較佳的範圍的5≦f2≦0.3f1的式，被確認也可適用於其他的燈。

1‧‧‧饋電部

2‧‧‧昇壓整流電路

2a‧‧‧交流電源

2b‧‧‧控制電路

3‧‧‧全橋接型倒相電路

4‧‧‧起動電路

5‧‧‧控制部

5a‧‧‧基本頻率振盪電路

5b‧‧‧定時電路

5c‧‧‧低頻率振盪電路

5d‧‧‧驅動電路

5e‧‧‧比較電路

5f‧‧‧反饋控制電路

10‧‧‧高壓放電燈

11‧‧‧放電管

12‧‧‧內管

13‧‧‧密封部

16‧‧‧電極

17‧‧‧金屬箔

18‧‧‧外部導線

20‧‧‧外管

60‧‧‧冷卻套

61‧‧‧冷卻水供應流路形成構件

62‧‧‧冷卻水排出流路形成構件

63、64‧‧‧口鎖緊部

65‧‧‧冷卻水流路

70‧‧‧反射鏡

75‧‧‧罩幕平台

76‧‧‧工件平台

77‧‧‧工件

T1‧‧‧昇壓變壓器

D1‧‧‧二極體

C1‧‧‧平滑電容器

C2‧‧‧電容器

LL1、LL3‧‧‧線圈

S1‧‧‧開關元件

SL‧‧‧轉換電路

DD1‧‧‧延遲電路

PS1、PS2、PS3‧‧‧照度計

W‧‧‧冷卻水

M‧‧‧罩幕

Q1~Q4‧‧‧開關元件

L1~L8‧‧‧邏輯電路

第1圖是表示本發明的實施形態的高壓放電燈的構成的概略斷面圖。

第2圖是表示第1圖的A-A線斷面圖。

第4圖是表示本發明的第1實施形態的饋電部的詳細構成圖。

第5圖是表示圖示於第4圖的控制部的驅動電路的詳細圖。

第6圖是表示控制部的動作的流程圖。

第7圖是表示用以說明控制部的動作的時序圖。

第8圖是表示本發明的第2實施形態的饋電部的構成圖。

第9(a)圖及第9(b)圖是表示使用於實驗的光照射裝置的構成及測定位置與照度的圖式。

第10(a)圖及第10(b)圖是表示習知的光源的構成的圖式。

第11圖是表示習知的光照射裝置的構成的圖式。

第12(a)圖及第12(b)圖是表示圖示於第11圖的光照射裝置的放電管與外管的圖示。

1．．．饋電部

25．．．燈座

64．．．口鎖緊部

26．．．接著劑

63．．．口鎖緊部

17．．．金屬箔

65．．．冷卻水流路

A．．．轉換訊號

60．．．冷卻套

11．．．放電管

71．．．反射面

70．．．反射鏡

13．．．密封部

18．．．外部導線

61．．．冷卻水供應流路形成構件

W．．．冷卻水

16．．．電極

20．．．外管

12．．．內管

10．．．高壓放電燈

62．．．冷卻水排出流路形成構件

75．．．罩幕平台

M．．．罩幕

77．．．工件

76．．．工件平台

Claims

一種點燈裝置，屬於由：具備兩端被密封，在內部相對配置有一對電極，而且至少封入有金屬所成的全體為棒狀之放電管，以及設於該放電管的外方，與該放電管的平均間隙呈100μm以下而接近配置，且以玻璃所構成之外管的高壓放電燈；及沿著上述高壓放電燈的管軸延伸地設置，而在與高壓放電燈的外管之間形成冷卻水所流過的流路的流路形成構件；及電性地連接於該一對電極而饋電於上述高壓放電燈的饋電部所構成的點燈裝置，其特徵為：上述饋電部是由：生成具有用以點燈上述高壓放電燈的穩定點燈頻率f1的第1訊號，及具有比用以解決上述高壓放電燈的照度不均勻的該穩定點燈頻率f1還要低的頻率f2的第2訊號的訊號生成機構；及選擇性地輸出上述第1訊號或第2訊號的轉換機構；及藉由上述第1訊號或第2訊號所驅動，並將頻率f1或頻率f2的交流電壓供應於上述高壓放電燈的倒相電路所構成。
如申請專利範圍第1項所述的點燈裝置，其中，上述轉換機構是具有定時機構，藉由該定時機構，將頻率f1的交流電壓開始供應於放電燈經第1所定時間後，將供應於上述高壓放電燈的交流電壓的頻率從f1降低至 f2，而在第2所定時間的期間將上述頻率f2的交流電壓供應於上述高壓放電燈。
如申請專利範圍第1項或第2項所述的點燈裝置，其中，上述穩定點燈頻率f1[Hz]與頻率f2[Hz]之關係，是f2≦0.3f1。
如申請專利範圍第1項或第2項所述的點燈裝置，其中，在被封入於上述放電管內所成的金屬含有水銀，上述穩定點燈頻率f1[Hz]，是將被封入於放電管的水銀密度[mg/cm³]作為Hg，而將電極間距離[m]作為AL時，則f1<(Hg/30)^-0.33×250/AL。