CN1308835A - 介质阻挡层放电灯光源装置 - Google Patents

Abstract

一种介质阻挡层放电灯光源装置,具有介质阻挡层放电灯B和供电装置,所说的介质阻挡层放电灯B有填充了用以通过介质阻挡层放电生成受激准分子的放电用气体的放电等离子体空间G,并具有将电介质D夹装在用以在上述放电用气体中感应起放电现象的两电极E中的至少一个与上述放电用气体之间的结构,所说的供电装置向上述介质阻挡层放电灯的上述电极E施加高电压,上述供电装置在结构上分割成供电装置前段部M与供电装置后段部S,与上述各介质阻挡层放电灯对应地,各设有一个供电装置后段部S,上述各供电装置前段部M,将共用的DC电源电压1供给上述各供电装置后段部S,上述各供电装置后段部S,借助开关元件与升压变压器T将上述DC电源电压1变换成大致周期波形的交流高电压H,将上述交流高电压H施加到上述介质阻挡层放电灯B的电极E,上述各供电装置后段部S可独立地调整上述交流高电压H的频率,上述供电装置前段部M可调整上述共用的DC电源电压1。

Description

介质阻挡层放电灯光源装置

发明所属的技术领域

本发明是例如作为光化学反应用的紫外线光源使用的一种放电灯，涉及一种通过介质阻挡层放电形成受激准分子，包含利用从上述受激准分子放射的光的所谓介质阻挡层放电灯的光源装置。

技术背景

作为与本发明相关的技术，对于介质阻挡层放电灯，披露在例如日本特开平2-7353号，其中记载有在放电容器中填充形成受激准分子的放电用气体，通过介质阻挡层放电(又称为臭氧发生器放电或无声放电，参照电气学会发行改定新版「放电手册」平成1年6月再版第7次印刷发行第263页)形成受激准分子，从上述受激准分子取出所放射的光的放射器。

上述介质阻挡层放电灯及包含该灯的光源装置，由于具有在以往的低压水银放电灯或高压弧光放电灯所没有的各种特征，因此应用的可能性涉及多方面。尤其在近年来人们对环境污染问题日益关心的情况下，应用依紫外线的光化学反应的无公害的材料处理，是最重要的一种应用。因此对于介质阻挡层放电灯光源装置的高输出化，或是对于照射面积广大化的要求非常强烈。

作为按照该要求的一种方案，有例如日本特开平4-229671号，其中记载有通过多个介质阻挡层放电灯的并联点灯以提高光源的大规模化与照射面积的广大化的构造。但是，仅藉助此种现有技术，有几种大问题不能解决。第一个问题是在照射广大面积时，照射能量密度的均匀化或调光可能比较困难。第二个问题是随着高输出化与照射面积的广大化亦即随着装置的大功率化，要求更高的经济性。第三个问题为随着高输出化与照射面积的广大化亦即随着装置的大功率化，有灯的发热增加，灯的寿命缩短的问题。

简单地说明第一问题中的有必要使调光可能化的理由。用介质阻挡层放电灯的紫外线进行的材料处理的作用，是用极复杂方式进行高度的光化学反应，为了对大面积的材料得到所期望的材料处理效果，在照射能量密度分布中，不能有对于所期望的分布的过与不足。照射能量密度有不足时，由于照射效果低，因此明显有问题。若照射能量密度过剩时，也有产生超过适当程度的过剩反应的问题，而且例如由照射紫外线产生的分解产生物引起再反应，产生不希望的分子合成，而在对象处理材料表面形成不均匀的杂质层，因此，在照射能量密度的过与不足，存在一取决于欲实行的材料处理反应的种类的某一容许范围，理想的介质阻挡层放电灯光源装置要求有能满足此的照射能量密度的调节功能。

进而，与其他灯同样，在介质阻挡层放电灯中，也存在灯发光强度变动的主要原因。第一变动的主要原因是自刚起动灯点灯后，一直到电气或热稳定化为止的期间内的变动，而第二变动的主要原因是灯从新制品状态到寿命末期为止的期间内的变动。修正这些变动，为了维持所期望的照射能量密度也要求有照射能量密度调节功能。

作为用以解决上述第一问题，亦即照射大面积时使照射能量密度均匀化或可调光化困难的问题的方案，有日本特开平8-146198号，但是仍未包括对上述第二问题及第三问题的积极解决对策。

为了解决上述第三问题，须改善灯的发光效率。以下说明用以改善灯发光效率的条件。

在介质阻挡层放电灯(B,B1,B2……)，隔着放电等离子体空间C，在电极(Ea,Eb)之间，存在一片或两片介质。图1表示存在两片介质(D)的一个介质阻挡层放电灯。附带地，在图1中灯密封体6兼作介质D。

将介质阻挡层放电灯B进行点灯时，在该两极的电极(Ea,Eb)上，施加例如10kHz至200kHz,2kV至10kV高频交流电压。然而由于设置在放电等离子体空间G与电极Ea,Eb之间的介质D，电流不是从电极Ea,Eb直接流至放电等离子体空间G，而是由于介质D起着电容器的作用使电流流动。亦即，在各介质D的放电等离子体空间G一侧的面上，通过介质的分极感应出与各电极Ea,Eb侧面等量而符号相反的电荷，而在隔着放电等离子体空间G相对的介质D的面之间实行放电。

由于沿着介质D的放电等离子体空间G一侧的面并未流动多少电流，因此，在产生放电的部分，在介质D的放电等离体空间(G)一侧的面上感应出的电荷，被因放电而移动的电荷中和，使放电等离子体空间G的电场减少。因此即使对于电极Ea,Eb仍继续施加电压，放电电流不久就会停止。但是，对于电极Ea,Eb的施加电压再上升时，则放电电流持续。一旦发生放电之后，停止放电部分，不会再放电直到被施加于电极Ea,Eb的电压极性反转为止。

例如封入氙气体的介质阻挡层放电灯之情形，氙气体通过放电分离成离子与电子，成为氙等离子体。在该等离子体中，被激励到特定能量电平的氙相结合，形成受激准分于。氙受激准分子经过某一寿命时间后被解离，但是此时被开放的能量被放出作为真空紫外波长的光子。为了介质阻挡层放电灯作为真空紫外光源有效地动作，必须有效地形成该受激准分子。

在放电时妨碍有效地形成受激准分子的较大的主要原因，是放电等离子体被激励到对受激准分子的形成不起作用的能量电平。

刚开始放电后之放电等离子体的电子运动是集团性，处在能量较高而温度较低的状态。在该状态下，放电等离子体迁移成用以形成受激准分子所必须的共鸣状态的机率较高。但是放电时间变长后，则等离子体的电子运动是逐渐成为热性亦即称为马克士威一波次曼(Maxwells Boltzmann)分布的热平衡状态，导致等离子体温度上升，迁移成未能形成受激准分子这样的更高激励状态的机率上升。

即使形成受激准分子时，在等待寿命时间的过程而放出所期望的光子自然地解离之前，经过后续的放电，也有受激准分子被破坏的情况。实际上，在氙受激准分子例子中，自开始放电到放出真空紫外波长光子，需要约1μm的期间，该期间内的后续放电或再放电，使受激准分子发光的效率降低。

亦即，可知一旦开始放电，使后续的放电能量尽可能小是极重要的。

即使放电时间短时，若在其放电期间注入的能量过大、则同样地迁移成高激励状态的机率上升。迁移成高激励状态的等离子体，放射红外线并使其缓和，仅使灯温度上升，无助于受激准分子发光。

亦即，必须对于无助于受激准分子形成的能量电平的放电等离子体的激励这样的放电驱动进行抑制。在这一点，以往的介质阻挡层放电灯光源装置并不能满足。

作为达到包含介质阻挡层放电所有的脉冲放电所产生的受激准分子发光的高效率化的方案，公开在日本特开平1-243363号中，此乃按照一旦开始放电，后续放电能量尽可能小的上述条件。但是，被记载于该方案中的仅是若调整参数即可使受激准分子发光成高效率化，而对于其参数值的有效条件，或可实现它的供电装置的构造，并没有任何具体记载。特别是介质阻挡层放电时，由于对于放电等离子体空间之电压施加或电流注入须通过介质进行，因此，该电压或电流的控制自由度降低。并不能容易地构成可实现最佳条件的供电装置，在上述方案中，并未包含与此有关的任何信息。

作为与利用介质阻挡层放电的荧光灯的驱动波形有关的改善方案，有例如日本特开平6-163006号。由此，说明通过用正负极性的矩形脉冲串或交流矩形波进行驱动，即可提高荧光灯亮度，其中，对于矩形脉冲串或矩形波，与频率或工作比相关，记载对于施加电压变化的亮度变化的实验结果，并说明提高与以往的正弦波驱动比较的效率。但是，在现实的供电装置中，包含高电压变压器等，而无法施加理想的矩形脉冲串或矩形波，通过供电装置的输出阻抗与灯的阻抗的互相作用，波形钝化，部分地通过谐振而施加正弦波电压。在来自这种现实供电装置的理想的矩形波形的不可避免的偏差必定存在之前提下，一面将偏差中的有害成分的增长抑制在容许限度内，一面设计或制作符合经济性的实用光源装置并不容易，但是，在上述方案中，并未说明用以解决此问题的具体方向。

作为改善介质阻挡层放电灯效率的方案，例如披露在日本特表平8-508363号中。但是，在该方案中，并未说明用以有效地形成上述受激准分子的达到抑制对形成受激准分子不起作用的能量电平的放电等离子体的激励的任何有效的具体事项。

为了达到用以有效地形成上述的受激准分子的，抑制对形成受激准分子并无帮助的能量电平的放电等离子体的激励，须以有限增加率上升灯施加电压，达到开始放电电压，若开始放电，可以尽快结束放电。

介质阻挡层放电灯的电路之动作如图2所示，考虑到放电等离子体空间G的放电电路7是串联连接电阻8与开关9的电路。又在介质阻挡层放电灯B中，在电极Ea,Eb与放电等离子体空间G之间有介质D，此乃在电路起作为电容器作用，介质为两片时，也可以考虑为串联合成各电容器而成的一个电容器10。

由于该电容器串联地插入放电等离子体空间G的构造，因此在介质阻挡层放电灯B中，仅在灯施加电压的极性刚变化后的某一期间流动放电电流，虽未施加具有实质上将灯施加电压作为零的有休止期间的脉冲电压，也可自然地产生放电的休止期间。由于只要放电等离子体空间G的电压未达到开始放电电压，也不会产生放电，因此，灯施加电压的上升或下降速度并不需要急峻。

放电等离子体空间G本身也形成电容器11、若开始放电，由于被充电于该电容器的所有能量大部分用在放电，因此，可知供电装置在开始放电后不必向介质阻挡层放电灯B追加流动大于必要量的电流。

考虑灯壁面每一单位面积。开始放电电压如果决定气体压力与放电间隙之间隔则几乎自动地决定，而且放电等离子体空间所形成的电容器11的静电容量是由放电间隙间隔决定，因此在开始放电一直到结束期间，给与等离子体的最小能量，是向放电等离子体空间所形成的电容器11充电的电荷均放电的能量，这要由灯的结构来决定。在用以有效地形成上述受激准分子的，该最小能量的放电条件下，可最佳地达到抑制放电等离子体向无助于形成受激准分子的能量电平的激励。

然而，该最小能量的放电条件。在原理上可通过使用具有极大输出阻抗的供电装置，极缓地上升灯施加电压并实行放电来实现。

但是，此种供电装置在用作实际光源装置时有几个问题，即，若输出阻抗大时，无法得到用以周期地重复放电的高速的动作速度的问题，及在该最小能量的放电条件下，有容易产生因放电间隙间隔在灯内的位置不均匀的影响所产生的在一个灯内放电不均匀问题。

后者的问题乃先前所提的第一问题，亦即不外是在照射大面积时，有照射密度均匀化或可调光较困难的问题。为了解决先前所提的第三问题，即随着高输出化与照射面积扩大化的所谓装置大功率化，而增加灯的发热，缩短灯的寿命的问题，要改善灯的发光效率，相反地会使上述第一问题恶化，因此可知同时解决这两个问题极其困难。

因此，使用可实现必须光量的具有小输出阻抗的供电手段，且为了作为在介质阻挡层放电灯的全壁面产生均匀地放电的具有余量的实用式光源装置，灯施加电压必须比上述最小能量的放电条件高，而且须将提高灯施加电压所产生的受激准分子发光效率的降低正确地设定在可容忍的范围条件。通常该适当的灯施加电压的范围不大。

在上述第一问题，除了先前所议论的问题之外，亦即除了因放电间隙间隔的灯内位置不均匀的影响所产生的在一个灯内的放电不均匀问题之外，还必须充分考虑起因于不同灯之间发光效率参差的不均匀问题。

为了修正该不同灯之间的发光效率偏差导致的不均匀，除了将灯投入功率分别调整以外别无方法。但是，如上所述，可知由于适当的灯施加电压的范围不大，因此、用灯施加电压分别调整灯投入功率并不适当。其原因是愈充分地修正在不同灯之间的发光效率的偏差引起的不均匀，如分别地加减灯施加电压，一般会发生超过适当范围的情况。

本发明欲解决的课题，在于提供一种同时而且经济性地解决上述问题，亦即照射大面积时，照射能量密度均匀化或调光可能化较困难的问题，及随着高输出化与照射面积扩大化亦即随着装置的大功率化，灯的发热增加，灯的寿命缩短的问题的介质阻挡层放电灯光源装置。

发明的公开

为了解决上述课题，本发明的介质阻挡层放电灯光源装置具有如下结构。

(1)在具有介质阻挡层放电灯B,B1,B2,……和供电装置的介质阻挡层放电灯光源装置中，所说的介质阻挡层放电灯具有这样的结构，即备有填充有通过介质阻挡层放电生成受激准分子的放电用气体的放电等离子体空间(G)，电介质D夹装在用以在上述放电用气体中感应起放电现象的两个电极Ea,Eb中的至少一个与上述放电用气体之间，所说的供电装置用以将电压施加在上述介质阻挡层放电灯的上述电极Ea,Eb上，其特征为：上述供电装置其构成是被分割成供电装置前段部M与供电装置后段部S,S1,S2,……，对应于上述各介质阻挡层放电灯B,B1,B2,……，各设有一个供电装置后段部S,S1,S2,……，上述供电装置前段部M，是将共同的DC电源电压1分别供应到上述供电装置后段部S,S1,S2,……，上述各供电装置后段部S,S1,S2,……，是通过开关元件与升压变压器T将上述DC电源电压1变换成大致周期性波形的交流高电压H，并在上述介质阻挡层放电灯B,B1,B2,……的电极Ea,Eb上施加上述交流高电压H；上述各供电装置后段部S,S1,S2,……，可独立地调整上述交流高电压H的频率，上述供电装置前段部M，可调整上述共同的DC电源电压1。

(2)权利要求2的介质阻挡层放电灯光源装置中，上述供电装置前段部M，作为共同的DC电源电压，将常规点灯用DC电源电压2与点灯起动用DC电源电压3双方分别供给上述各供电装置后段部S,S1,S2,……，上述各供电装置后段部S,S1,S2,……具有用以选择上述常规点灯用DC电源电压2与上述点灯起动用DC电源电压3中的任一电压的点灯电压选择开关电路X，通过点灯电压选择开关电路X在介质阻挡层放电灯点灯起动时选择上述常规点灯用DC电源电压2，又在常规点灯时选择上述点灯起动用DC电源电压3，依据所选择的电压变换成上述大致周期性波形的交流高电压H。

(3)权利要求3的介质阻挡层放电灯光源装置中，上述供电装置前段部M，作为共同的DC电源电压，将低电平调制用DC电源电压4与高电平调制用DC电源电压5分别供给上述各供电装置后段部S,S1,S2,……，上述各供电装置后段部S,S1,S2,……，具有用以选择上述低电平调制用DC电源电压4与上述高电平调制用DC电源电压5中的任一电压的调制电压选择开关电路Y，且上述各供电装置后段部S,S1,S2,……是大致周期地交互重复与调制电压选择开关电路Y有关的两种状态、即选择上述低电平调制用DC电源电压4的状态，及选择上述高电平调制用DC电源电压5的状态，依据所选择的电压变换成上述大致周期性波形的交流高电压H，且可调整上述两种状态的持续时间长度的比。

附图的简单说明

图1表示存在两种介质的介质阻挡层放电灯。

图2表示介质阻挡层放电灯的等效电路。

图3表示本发明的权利要求1的介质阻挡层放电灯光源装置简略结构图的一个例子。

图4表示本发明的权利要求2的介质阻挡层放电灯光源装置的简略结构图的一个例子。

图5表示本发明的权利要求3的介质阻挡层放电灯光源装置的一部分的简略结构图的一个例子。

图6表示本发明的介质阻挡层放电灯光源装置的一实施例的简略结构图的一个例子。

图7表示本发明的介质阻挡层放电灯光源装置的一实施例的一部分的简略结构图的一个例子。

图8表示本发明的灯电压波形Vs(t)及灯电流波形Is(t)的一实测例。

图9表示灯施加电压的占空系数比调制的概念图。

发明的最佳实施形态

使用图3说明本发明的权利要求1的发明的实施形态。

在供电装置前段部M中，来自商用电源线12的AC电压输入，通过例如由二极管电桥等构成的整流电路13，平滑电容器14被变换成直流电压线15。在上述直流电压线15上，通过连接利用FET等开关元件16或二极管19，扼流圈20，平滑电容器21，构成电压可变DC电压源。其输出的DC电源电压1共同供给包含在光源单元25内的各供电装置后段部S,S1,S2,……。

这里，图3的上述电压可变DC电压源称为降压陷波电路，通过增减输入到附属在上述开关元件16的闸控驱动电路17的矩形波式闸控信号18的占空系数比，可以增减输出DC电源电压1。依据本电压可变DC电压源的动作的起动或停止控制，来自利用电阻分压器等的输出电压检测电路22的电压测定信号23，反馈地产生闸控信号18，而使输出DC电源电压稳定化的控制等，由供电装置前段部控制电路24进行。又，上述光源单元25与上述供电装置前段部M的距离较远时，在上述DC电源电压1的光源单元25侧入口最好也连接平滑电容器26。

在图3中，仅记载供电装置后段部S,S1,S2,……中的一个供电装置后段部S的构造，但是其他构造也同样，而对于动作也同样。

在供电装置后段部S中，用旁路电容器27接受DC电源电压1，并连接于由利用FET等的开关元件28、29,30,31所构成的反相器电路。图3的反相器电路是称为全电桥反相器，对于附属于上述各开关元件28,29,30,31的左上与右下的反相器闸控驱动电路32,33的组，或是右上与左下的反相器闸控驱动电路34,35的组，组内的开关元件具有同时被导通驱动的期间，又该导通驱动的组通过交替地输入闸控信号36,37,38,39，在升压变压器T的一次侧，施加极性正负变化的交流电压。在升压变压器T的一次侧，有时插入防止偏励磁电容器41。

实现该反相器电路的起动或停止，或是相互交替的开关元件28,29,30,31的适当导通驱动的进行上述闸控信号36,37,38,39的产生的反相器闸控信号产生电路40，包含在供电装置后段部控制电路42中。通过频率设定装置43对上述供电装置后段部控制电路42设定上述导通驱动的开关元件28,29,30,31一组相互交替的频率。依据与上述供电装置前段部控制电路24进行接收发送的光源单元控制信号44，对于各供电装置后段部S,S2,S2,……的供电装置后段部控制电路的反相器电路的起动或停止等的综合控制由光源单元控制电路45执行。

在上述升压变压器T的二次侧、产生随着其绕比被升压，并有与设定频率对应的频率的，极性正负变化的交流高电压H。通过将来自各供电装置后段部S,S1,S2,……的交流高电压H施加于介质阻挡层放电灯B,B1,B2,……的各电极，使各灯点亮。此时，上述各升压变压器T是同样被制作，由于供给各供电装置后段部S,S1,S2,……的上述DC电源电压1为共用的，所以施加于各灯的交流高电压H的振幅都大致相同。

因此，可知对于所有介质阻挡层放电灯的施加电压，在上述供电装置前段部M中，调整共同的DC电源电压1，使之成为上述条件，亦即，为了作为在介质阻挡层放电灯的全壁面具有均匀地产生放电的余裕的实用性光源装置，成为比上述最小能量的放电条件更提高灯施加电压，且通过提高灯施加电压使受激准分子发光效率降低在可容忍范围的条件。由此，解决上述第一问题中的因放电等离子体空间的灯内的位置不均匀的影响所产生的一个灯内的放电不均匀问题，及上述第三问题，即高输出化与照射面积扩大化亦即随着装置的大功率化，灯的发热增加，灯的寿命缩短的问题。

图8是用此种全电桥反相器点亮介质阻挡层放电灯时的灯电压波形Vs(t)，即供电装置后段部S的输出交流高电压H与灯电流波形Is(t)的例子。由图8的灯电流波形Is(t)可知，灯电流只在灯电压波形Vs(t)急峻地变化的瞬间流动。因此，可知灯投入功率与每一单位时间的灯电压波形Vs(t)急峻变化的次数成正比，亦即与反相器的频率成正比。如上所述，介质阻挡层放电灯B与由介质D的电容器10与放电等离子体空间G的电容器11构成的事实对应。

因此，在各供电装置后段部S,S1,S2,……中通过用频率设定装置，来调整反相器电路的频率，可知分别微调各灯投入功率成为可能。由此，可解决上述第一问题中的因不同灯之间的发光效率偏差引起的不均匀问题与调光可能化的问题。

又，将可变电压DC电压源的功能集中在一个供电装置前段部M，由此通过共同对施加到介质阻挡层放电灯B,B1,B2,……的全部交流高压H的振幅进行调整，与列举在上述日本特开平8-146198号中的实施例的电路进行比较，可知能显着地简化电路结构。由此，可解决上述第二问题，亦即随着高输出化与照射面积广大化亦即装置的大功率化，要求更经济性的问题。

亦即，可知用本发明权利要求1的发明，能全部解决上述第一问题，第二问题及第三问题。

以下，使用图4说明本发明的权利要求2的发明的实施形态。

与一般的放电灯同样地，在介质阻挡层放电灯中，由熄灯状态成为点灯起动时，需要比常规点灯时更高的灯施加电压。在图3的结构的光源装置中，考虑为了来自熄灯状态的点灯起动，使供电装置前段部M的输出DC电源电压1从低值逐渐上升，使介质阻挡层放电灯B,B1,B2,……中的任一灯点亮的情况。对于结束点亮的灯，由于须将灯施加电压降低至适合于常规点灯的值，因此供电装置前段部M降低DC电源电压1时，若起因于灯点灯时刻的偏差，仍存有未完成点灯的灯时，则该灯有仍末点灯就这样被留下的可能性。为了避免此种情形，若在所有灯中一直到完成点灯为止仍继续上升DC电源电压1的情况下，对于完成点灯的灯，虽为短时间，仍成为过输入，所以有缩短灯寿命的可能性。

为了避免该点灯起动时的缺点，对于供电装置前段部M，在图3中作为一系统的降压陷波电路，在图4中，对于与产生常规点灯用DC电源电压2所用的与图3同样的降压陷波电路的系统，追加由用以产生点灯起动用DC电源电压3的追加的开关元件46、闸控驱动电路47、闸控信号48、二极管49、扼流圈50、平滑电容器51、输出电压检测电路52、电压测定信号53构成的降压陷波电路的系统，由合计二系统的降压陷波电路所构成。

对于供电装置后段部S，追加由利用了FET等的开关元件54、二极管55、56构成的点灯电压选择开关电路X，及为此的闸控驱动电路57与闸控信号58，选择来自上述供电装置前段部M的常规点灯用DC电源电压2或点灯起动用DC电源电压3中的任一电压，供给由开关元件28,29,30,31构成的反相器电路。用以选择的开关闸控信号产生电路61包含在供电装置后段部控制电路42中。追加检测各灯的点灯的点灯检测装置59。在图4中，省略对介质阻挡层放电灯B,B1,B2,……的记载。

通过如下这样使图4的结构的介质阻挡层放电灯光源装置工作，可避免上述点灯起动时的缺点。

点灯起动时，在该起动之前，从供电装置前段部M，作为常规点灯用DC电源电压2，输出与适用于常规点灯的灯施加电压相对应的电压值。各供电装置后段部S,S1,S2,……，处于点灯电压选择开关电路X选择点灯起动用DC电源电压3的状态。

为了来自熄灯状态的点灯起动，供电装置前段部M是将输出点灯起动用DC电源电压3开始从低值随时间上升。在各供电装置后段部S,S1,S2,……中，直到用点灯检测装置59检测出与该后段部连接的介质阻挡层放电灯B,B1,B2,……的放电开始之前处于待机状态，而在检测该情形时，点灯电压选择开关电路立即切换成选择常规点灯用DC电源电压2的状态。

通过此种点灯起动时的一连串动作、即使存在已结束点亮的灯时，也由于对未完成点亮的灯施加随时间上升的交流高电压，迟早会可靠地点亮，所以可完全解决存在留下仍未点亮的灯的可能性的问题。完成点灯之后，即使仍存在其他未完成点灯的灯时，也由于施加不会有过输入的范围的交流高电压，因此又可完全地解决缩短灯寿命的可能性的问题。

设定作为常规点灯用DC电源电压2的作为与适用于上述常规点灯的灯施加电压对应的电压值，与其为从介质阻挡层放电灯未熄灯仍可维持放电的值，到不会成为过输入的上限值的范围内的适当的灯施加电压对应的值，倒不如设定成与通常接近该范围的下限的灯施加电压对应的值。在所有供电装置后段部S,S1,S2,……结束点灯，点灯电压选择开关电路被切换成选择常规点灯用DC电源电压2的状态时，光源单元控制电路45检知该状态，等待将信息发送到供电装置前段部M，对上述介质阻挡层放电灯的施加电压，在上述条件，即用作在介质阻挡层放电灯的全壁面，具有均匀地产生放电的余裕的实用性光源装置，比上述最小能量的放电条件更提高灯施加电压，而且因提高灯施加电压所产生的受激准分子发光效率的降低最好像变更为与可容忍的范围条件对应的电压那样进行控制。或是，一开始就设定在该电压也可以。

在所有供电装置后段部S,S1,S2,……结束点灯，点灯电压选择开关电路被切换成选择常规点灯用DC电源电压2的状态时，供电装置前段部控制电路24也可以停止点灯起动用DC电源电压3的输出。

以下使用图5说明本发明的权利要求3的发明的实施形态。

如上所述，依据适当的灯施加电压范围不扩大的情况，在本发明的权利要求1的发明中，通过用各供电装置后段部S,S1,S2,……的频率设定装置43来调整反相器电路的频率，达到因在不同灯之间的发光效率偏差引起的不均匀的修正及调光可能化双方。但是，这两种功能，即分离为起因于不同灯之间发光效率的偏差造成的不均匀的修正功能，及整体上一样的灯发光强度的增减功能，对于后者，不是因该各供电装置后段部S,S1,S2,……的各频率设定装置引起，而是通过光源装置中的另一要素的调整来实现，在操作，控制上较方便。

为了使此成为可能，对于图4中的光源单元控制电路45，追加了占空系数比可变振荡器62与占空系数比设定装置63，即可从光源单元控制电路45控制电压调制选择开关电路Y的选择状态。将该状况表示于图5。在图5中仅记载光源单元控制电路45的周边，所省略的部分的构造与图4同样。

占空系数比可变振荡器62是重复数字式的低电平与高电平的输出，其输出信号作为调制信号64被连接于光源单元控制电路45，而光源单元控制电路45将此发送至供电装置后段部控制电路42。供电装置后段部控制电路42在结构上依照接收的调制信号的低电平与高电平的不同，用调制电压选择开关电路Y，选择低电平调制用DC电源电压4或高电平调制用DC电源电压5中任一电压，并可供给由开关元件28,29,30,31所构成的反相器电路。

在此，低电平调制用DC电源电压4设定为对应于介质阻挡层放电灯未熄灯可勉勉强强维持放电程度的灯施加电压的电压：而高电平调制用DC电源电压5设定为对于上述介质阻挡层放电灯的施加电压在上述的条件即用作在介质阻挡层放电灯的全壁面具有均匀地产生放电的余裕的实用性光源装置，比上述最小能量的放电条件使灯施加电压提高，而且因提高灯施加电压所产生的受激准分子发光的效率降低与可容忍范围的条件对应的电压。

在上述占空系数比可变振荡器62连接一占空系数比设定装置63，通过变更该装置的设定，可调整占空系数比可变振荡器62的输出为低电平期间与在高电平期间的时间长度之比即可调整占空系数比。通过用各该供电装置后段部S,S1,S2,……的频率设定装置43来调整反相器电路的频率，事先结束对于因不同灯之间的发光效率的偏差引起的不均匀的修正。

在这些构成与设定的基础下，使本介质阻挡层放电灯进行动作时，灯施加电压如图9的概念图所示，成为对于灯发光强度可施加调制占空系数比PWM。调制信号64的电压，即，调制信号波形Vm(t)为低电平时，对于用调制电压选择开关电路Y选择的对反相器电路的供电电压波形Ve(t)的电压,成为低电平调制用DC电源电压4，灯电压波形Ve(t)施加不必使介质阻挡层放电灯熄灯仍可勉强地维持放电程度的灯施加电压，相反地，调制信号波形Vm(t)为高电平时，对反相器电路的供电电压波形Ve(t)的电压，成为高电平调制用DC电源电压5，灯电压波形Vs(t)，对于上述介质阻挡层放电灯的施加电压在上述条件，即用作在介质阻挡层放电灯的全壁面具有均匀地产生放电的余裕的实用性光源装置，比上述最小能量的放电条件更提高灯施加电压，而且因提高灯施加电压所产生的受激准分子发光的效率降低施加与可容忍范围的条件对应的电压。此时，通过调整占空系数比设定装置(63)，可调整时间平均的灯投入功率。

由此，可知本发明的权利要求3的发明，具有通过只调整作为光源装置内唯一要素的占空系数比设定装置63，一样地可增减所有介质阻挡层放电灯B,B1,B2,……的灯投入功率这样的操作上与控制上的很大的优点。此时，因不同灯之间的发光效率偏差引起的不均匀不会成问题。为什么呢？因为在调制高电平用DC电源电压5所选择的状态下，通过用各该供电装置后段部S,S1,S2,……的频率设定装置43来调整反相器电路的频率，成为实行因不同灯之间发光效率偏差引起的不均匀的修正的状态，而在低电平调制用DC电源电压4选择的状态下，即使假定有不均匀，灯发光强度的绝对值较小，也可加以忽略。对于效率也不会有问题。为什么呢？因为在高电平调制用DC电源电压5所选择的状态下，对于上述介质阻挡层放电灯的施加电压在上述条件，亦即用作在介质阻挡层放电灯的全壁面具有均匀地产生放电的余裕的实用性光源装置，比上述最小能量的放电条件更提高灯施加电压，而且，是因提高灯施加电压产生的受激准分子发光的效率降低，与可容忍范围的条件对应的电压，而在低电平调制用DC电源电压4选择的状态下，不管效率的高低，灯投入功率的绝对值较小，可以忽略。

又，在调制占空系数比中，施加介质阻挡层放电灯未熄灯勉强可维持放电程度的灯施加电压，不完全熄灯的理由如上所述，是为了避免从熄灯状态进行点灯起动时，须要比常规点灯时更高的灯施加电压，成为需要复杂电压控制。对于调制频率有必要根据用途决定最适当的值，但是只要是比用眼睛看无显著闪烁感觉的频率高的频率在一般应用上就可以了。

以下，使用表示本发明经简化的结构图6说明对解决了上述第一问题，亦即照射广大面积时照射能量密度的均匀化或调光可能化困难的问题，及上述第二问题，亦即随着高输出化与照射面积扩大化即装置的大功率化，要求更具经济性的问题，及上述第三问题，亦即随着高输出化与照射面积扩大化即装置的大功率化，使灯的发热增加，灯的寿命缩短的问题的依据本发明的介质阻挡层放电灯光源装置的实施例。

图6的光源装置的结构，是基本上成为本发明的权利要求3的发明的介质阻挡层放电灯光源装置。在成为本发明的权利要求3的发明的介质阻挡层放电灯光源装置中，若在点灯起动时未进行调制，则产生M的低电平调制用DC电源电压4的系统，与产生常规点灯用DC电源电压2的系统可共用化，而产生高电平调制用DC电源电压5的系统，与产生点灯起动用DC电源电压3的系统可共用化，进而在供电装置后段部S,S1,S2,……中调制电压选择开关电路Y与点灯电压选择开关电路X可共用化。此时，点灯电压选择开关电路X所用的开关闸控信号产生电路61在结构上用来自光源单元控制电路45的调制起动选择信号65控制成使来自点灯检测装置59的点灯检测信号60，及来自占空系数比可变振荡器62的调制信号64中任一信号成为有效。但是，该控制对于所有供电装置后段部S,S1,S2,……的开关闸控信号产生电路61可以是共用的。在点灯起动时，设定调制起动选择信号65使来自点灯检测装置59的点灯检测信号60成为有效，如上述本发明的权利要求2的发明的实施形态的说明中所述，自供电装置前段部M，输出与适用于常规点灯的灯施加电压对应的值，作为常规点灯用DC电源电压2，各供电装置后段部S,S1,S2,……成为点灯电压选择开关电路X选择点灯起动用DC电源电压3的状态。为了来自熄灯状态的点灯起动，供电装置前段部M将输出点灯起动用DC电源电压3，从低值开始随着时间逐渐上升。在各供电装置后段部S,S1,S2,……中一直到用点灯检测装置59检测出连接于该后段部的介质阻挡层放电灯B,B1,B2,……的放电开始为止处于待机状态，在检测出该待机状态时，点灯电压选择开关电路立即切换成选择常规点灯用DC电源电压2的状态。在进行过切换的供电装置后段部，对反相器电路的供电电压成为与适用于常规点灯的灯施加电压对应的值、可防止对灯的过输入。

在所有供电装置后段部S,S1,S2,……结束点灯，点灯电压选择开关电路被切换成选择常规点灯用DC电源电压2的状态时，光源单元控制电路45检知该状态，对供电装置前段部发送该要旨的信号。供电装置前段部M等待该信号，分别将常规点灯用DC电源电压2变化成低电平调制用DC电源电压4，将点灯起动用DC电源电压3变化成高电平调制用DC电源电压5。光源单元控制电路45相对于上述开关闸控信号产生电路61，切换调制起动选择信号65，使来自占空系数比可变振荡器62的调制信号64成为有效。由此，如上述本发明的权利要求3的发明的实施形态的说明中所述，所有介质阻挡层放电灯B,B1,B2,……的灯发光强度，开始实行依照在占空系数比设定装置63中设定的信息的调制占空系数比的点灯。

在图6中，作为点灯检测装置59应用用以检测在介质阻挡层放电灯B,B1,B2,……中流过的电流的电流变压器66。这如图7所示，对于用电流变压器66检测出的灯电流波形，使用绝对值平均电路67来产生绝对值平均值信号68，把用比较器69将其与适当决定的点灯阈电压70进行比较，将比较结果作为点灯检测信号，即可简单实现。

在图7中，在光源单元控制电路45，用“与”电路71，采取来自各供电装置后段部(S,S1,S2,……)的点灯检测信号60的逻辑积，在所有供电装置后段部S,S1,S2,……中结束点灯，点灯电压选择开关电路产生表示被切换成选择常规点灯用DC电源电压的状态的所有灯的点灯信号72。

又，借助加法电路73，通过采用来自各供电装置后段部S,S1,S2,……的绝对值的平均值信号68的总和，产生全灯总电流信号74。该信号可利用作为有关全灯投入功率的信号。全灯总电流信号74输入到跟踪保持电路75，并产生高电平调制全灯投入功率信号76。将调制信号64作为控制信号输入到跟踪保持电路75。由于如此地构成，调制占空系数比在高电平期间，全灯总电流信号74仍作为高电平调制全灯投入功率信号76被输出，相反，调制占空系数比在低电平期间，处于即将调制为高电平时的全灯总电流信号74被保持作为高电平调制全灯投入功率信号76被输出。亦即高电平调制全灯投入功率信号76可知不依赖调制占空系数比的相位，经常是与调制在高电平时的全灯投入功率有关的信号。

调制高电平全灯投入功率信号76作为光源单元控制信号44的一部分被传送至供电装置前段部M。在供电装置前段部M，反馈地增减高电平调制用DC电源电压5，使高电平调制全灯投入功率信号76与事先设定的目标值一致。

象这样，依据与调制为高电平时的全灯投入功率有关的信号来控制高电平调制用DC电源电压5的优点极大。因为与其他放电灯同样地，对于介质阻挡层放电灯的放电，因其灯施加电压与灯投入功率的关系，是随从点灯开始的经过时间或灯温度而变动，因此，固定地供应高电平调制用DC电源电压5，为了用作灯施加电压在上述介质阻挡层放电灯的全壁面具有均匀地产生放电的余裕的实用的光源装置，无法完全保证将灯施加电压提高成比上述最小能量的放电条件更高、而且也无法完全保证因提高灯施加电压所产生的受激准分子发光效率降低处在可容忍的范围的条件内。

在图6中，对于各介质阻挡层放电灯B,B1,B2,……，设置用以测定各灯发光强度的光检测器U,U1,U2，在光源单元控制电路45中这些检测信号是采用总和，以产生全灯灯发光强度信号。全灯灯发光强度信号作为光源单元控制信号44的一部分被传送至供电装置前段部M。在供电装置前段部M，反馈地增减调制的占空系数比，使全灯灯发光强度信号与事先设定的目标值一致。又占空系数比信息作为光源单元控制信号44的一部分被传送至光源单元25，并被设定在占空系数比设定装置63。

象这样，依据全灯的灯发光强度来控制调制的占空系数比的优点极大。上述灯发光强度变更主要原因，即，从刚起动灯的点灯后，一直到使电，热地稳定化为止的期间内的变动，及灯从新品状态一直到其寿命末期为止的期间内的变动直接被修正，能实现经常地不会有照射能量密度过量与不足的光源装置。又，也有不是全灯的灯发光强度的总和，而仅着眼于一个灯，测定该灯发光强度，依据该强度来控制调制的占空系数比的方法，该方法构成简单，虽精度稍差，但是充分具有实用性。

又，在结构上，光源单元控制电路45取入来自每一供电装置后段部S,S1,S2，……的各灯的光检测器，U,U1,U2的检测信号，并从光源单元控制电路45对于各供电装置后段部S,S1,S2,……的频率设定装置43进行频率设定，调整每一灯的灯发光强度平衡，若灯发光强度比整体的平均大时，则减少该光检测器所属的供电装置后段部S,S1,S2,……的频率设定装置43的频率，相反地，若灯发光强度比整体的平均小时，最好追加连续地或间歇地自动控制的结构以使该光检测器所属的供电装置后段部S,S1,S2,……的频率设定装置43的频率增加，如果这样，更换一部分或全部灯，或是由于时效变化，即使在因不同灯之间的发光效率偏差引起的不均匀的平衡有变化时，也可实现在广范的面积上，照射能量密度经常被均匀化的更优异的光源装置。

在未使用调制占空系数比的光源装置中，在灯投入功率稳定化时，可以省略对于图7的绝对值的平均值信号68的跟踪保持电路75的插入。此时，绝对值的平均值信号68作为光源单元控制信号44的一部分被传送至供电装置前段部M。在供电装置前段部M，反馈地增减常规点灯用DC电源电压2，以使绝对值的平均信号68与预定的目标值一致。在图7中，R表示电阻，C表示电容器，OP表示运算放大器，BF表示缓冲器，DI表示二极管。

作为点灯检测装置59，虽记载了应用上述电流变压器66，但是利用来自光检测器U的全灯灯发光强度信号也可以。又在第3,4,6图中，虽记载了全电桥反相器，但是半电桥方式或开关元件为一个反相器方式也可以。为了产生DC电源电压1，常规点灯用DC电源电压2，点灯起动用DC电源电压3，低电平调制用DC电源电压4，高电平调制用DC电源电压5，虽记载了降压陷波方式，但是其他方式也可以。又，在第6图中，作为整流电路13，虽记载二极管电桥，但是其他方式也可以，市售的DC电源模块，或是特别具有电源电流谐波抑制功能的有源滤波器方式较理想。

当然，图中记载的电路构成等，是仅记载主要要素的一个例子，在实际上应用时，随着使用零件的特征与极性等的不同有所变更，按照需要应追加周边元件。

本发明的介质阻挡层放电灯光源装置，具有介质阻挡层放电灯B,B1,B2,……和供电装置，所说的介质阻挡层放电灯，具有填充了通过介质阻挡层放电产生受激准分子的放电用气体的放电等离子体空间G，并具有使电介质D夹装在用以在上述放电用气体中感应起放电现象的两个电极Ea，Eb中的至少一方与上述放电用气体之间的构造，所说的供电装置用以在上述介质阻挡层放电灯的上述电极Ea,Eb上施加高电压，其特征为：上述供电装置分割成供电装置前段部M与供电装置后段部S,S1,S2,……来构成，对应于上述各介质阻挡层放电灯B,B1,B2,……，各设有一个供电装置后段部S,S1,S2,……，上述供电装置前段部M，是将共用的DC电源电压1分别供应到上述供电装置后段部S,S1,S2,……，上述各供电装置后段部S,S1,S2,……，通过开关元件与升压变压器T将上述DC电源电压1变换成大致周期性波形的交流高电压H，在上述介质阻挡层放电灯B,B1,B2,……的电极Ea,Eb上施加上述交流高电压H；上述各供电装置后段部S,S1,S2,……，可独立地调整上述交流高电压H的频率，上述供电装置前段部M，可调整上述共用的DC电源电压1，因此，对介质阻挡层放电灯的施加电压，在上述条件，即用作在介质阻挡层放电灯的全壁面具有均匀地产生放电的余裕的实用性光源装置，比在上述最小能量的放电条件更能提高灯施加电压，且在上述供电装置前段部M中，能调整上述共用的DC电源电压1，以使因提高灯施加电压引起的受激准分于发光的效率降低成为在可容忍的条件范围。由此，解决上述第1个问题中的因放电空间间隔的灯内位置不均匀的影响所产生的在一个灯内的放电不均匀的问题，及上述第3问题，即随着高输出化与照射面积扩大化即装置的大功率化，灯的发热增加，缩短灯寿命的问题，可解决上述第一问题中因不同的灯之间的发光效率的偏差引起的不均匀问题与调光可能化的问题，可解决上述第二问题，亦即随着高输出化与照射面积扩大化即装置的大功率化，被要求更经济性的问题。

权利要求2的介质阻挡层放电灯光源装置，上述供电装置前段部M，作为共用的DC电源电压，将常规点灯用DC电源电压2与点灯起动用DC电源电压3双方分别供给上述各供电装置后段部S,S1,S2,……，上述各供电装置后段部S,S1,S2,……具有用以选择上述常规点灯用DC电源电压2与上述点灯起动用DC电源电压3中任一电压的点灯电压选择开关电路X，用点灯电压选择开关电路X在介质阻挡层放电灯的点灯起动时选择上述常规点灯用DC电源电压2，在常规点灯时选择上述点灯起动用DC电源电压3，依据所选择的电压变换成上述大致周期性波形的交流高电压H，以上述为特征，可解决对于已点灯结束的灯，由于必须将灯施加电压降低至适用于常规点灯的电压值，在供电装置前段部M降低DC电源电压1时，存在因灯点灯时刻的偏差仍有未完成点灯的灯时，该灯仍末点灯而被留下的可能性的问题，及为了避免该问题，在所有灯中一直到点灯终了为止仍继续使DC电源电压1上升时，对于点灯已结束的灯，由于在短时间成为过输入，而有缩短灯寿命的可能性的问题。

权利要求3的介质阻挡层放电灯光源装置，上述供电装置前段部M，作为共用的DC电源电压，将低电平调制用DC电源电压4与高电平调制用DC电源电压5供给上述各供电装置后段部S,S1,S2,……，上述各供电装置后段部S,S1,S2,……，具有用以选择上述低电平调制用DC电源电压4与上述高电平调制用DC电源电压5中任一电压的调制电压选择开关电路Y、且上述各供电装置后段部S,S1,S2,……大致周期地交互重复与调制电压选择开关电路Y有关的两种状态，亦即选择上述低电平调制用DC电源电压4的状态，及选择上述高电平调制用DC电源电压5的状态，依据所选择的电压变换成上述大致周期性波形的交流高电压H，且可调整上述两种状态的持续时间长度之比，以此为特征，将因不同灯之间的发光效率的偏差引起的不均匀的修正功能，及整体上一样的灯发光强度的增减功能分离，对于后者，不是由每一供电装置后段部(S,S1,S2,……)的各频率设定装置造成，而是通过光源装置中的另一要素的调整可实现，有很大的优点。

本发明的介质阻挡层放电灯光源装置，用作光化学反应用的紫外线光源等。

Claims (3)

1、一种介质阻挡层放电灯光源装置，具有介质阻挡层放电灯(B,B1,B2,……)和供电装置，所说的介质阻挡层放电灯具有填充通过介质阻挡层放电产生受激准分子的放电用气体的放电等离子体空间(G)，还具有使介质(D)夹装于用以将在上述放电用气体中感应起放电现象的两电极(Ea,Eb)中的至少一方与上述放电用气体之间的结构，所说的供电装置用以向上述介质阻挡层放电灯的上述电极(Ea,Eb)施加高电压，其特征为：

上述供电装置这样构成，即，被分割成供电装置前段部(M)与供电装置后段部(S,S1,S2,……)，对应于上述各介质阻挡层放电灯(B,B1,B2,……)，各设有一个供电装置后段部(S,S1,S2,……)，上述供电装置前段部M，将共用的DC电源电压1分别供给上述供电装置后段部(S,S1,S2,……)，上述各供电装置后段部(S,S1,S2,……)，藉助开关元件与升压变压器T将上述DC电源电压1变换成大致周期性波形的交流高电压(H)，对上述介质阻挡层放电灯B,B1,B2,……的电极(Ea,Eb)施加上述交流高电压H；

上述各供电装置后段部(S,S1,S2,……)，可独立地调整上述交流高电压H的频率，上述供电装置前段部(M)，可调整上述共用的DC电源电压1。

2、如权利要求1所述的介质阻挡层放电灯光源装置，其特征在于，上述供电装置前段部(M)，作为共用的DC电源电压，将常规点灯用DC电源电压2与点灯起动用DC电源电压3双方供给上述各供电装置后段部(S,S1,S2,……)，上述各供电装置后段部(S,S1,S2,……)具有用以选择上述常规点灯用DC电源电压2与上述点灯起动用DC电源电压3中任一电压的点灯电压选择开关电路(X)，借助点灯电压选择开关电路(X)在介质阻挡层放电灯点灯起动时选择上述点灯起动用DC电源电压3，又在常规点灯时选择上述常规点灯用DC电源电压2，依据所选择的电压变换成上述大致周期性波形的交流高电压H。

3、如权利要求1所述的介质阻挡层放电灯光源装置，其特征在于，上述供电装置前段部(M)，作为共用的DC电源电压，将低电平调制用DC电源电压4与高电平调制用DC电源电压5供给上述各供电装置后段部(S,S1,S2,……)，上述各供电装置后段部(S,S1,S2,……)，具有用以选择上述低电平调制用DC电源电压4与上述高电平调制用DC电源电压5中任一电压的调制电压选择开关电路(Y)，且上述各供电装置后段部(S,S1,S2,……)大致周期地交互重复与调制电压选择开关电路(Y)有关的两种状态，亦即选择上述低电平调制用DC电源电压4的状态，及选择上述高电平调制用DC电源电压5的状态、依据所选择的电压变换成上述大致周期性波形的交流高电压(H)，且可调整上述两种状态的持续时间长度之比。

Images