JP2020053127A - Ultraviolet light radiation short arc type flash lamp - Google Patents

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Abstract

To provide a short arc type flash lamp which is hard to be clouded in white or blackened and of which the lifetime is prolonged.SOLUTION: In a flash lamp 101, three trigger wires 109 are radially disposed at an interval of 120°. The multiple trigger wires are radially and uniformly disposed in an outer circumference of a bulb 7, such that multiple bent main discharges in the vicinity of an inner wall of a luminous tube along the trigger wires occur. Therefore, in comparison with the case of one bent main discharge in the vicinity of the inner wall of the luminous tube, the flash lamp is easily quickly shifted by the straight main discharge between tip ends of electrodes. Thus, even when emitting light about at 210 J, the flash lamp is hard to be clouded in white. When light is emitted with 3 Hz even about at 50 J, the electrodes are sputtered and blackening is easy to occur. The flash lamp is quickly shifted by the straight main discharge between the tip ends of electrodes, thereby suppressing the sputter.SELECTED DRAWING: Figure 11

Description

本発明は、トリガーワイヤ方式の紫外光放射ショートアーク型フラッシュランプに関し、特に長寿命化に関する。   The present invention relates to a trigger wire type ultraviolet light emitting short arc type flash lamp, and more particularly to extending the life of a flash lamp.

特許文献1には、トリガープローブ方式のショートアーク型フラッシュランプが開示されている。トリガープローブは始動用電極であり、高電圧が印加されると予備放電がなされる。この状態で、コンデンサに蓄積したエネルギーを瞬間的に主電極間に供給することで、紫外光が放射される。   Patent Document 1 discloses a trigger probe type short arc flash lamp. The trigger probe is a starting electrode, and when a high voltage is applied, a preliminary discharge is performed. In this state, the energy stored in the capacitor is instantaneously supplied between the main electrodes to emit ultraviolet light.

上記トリガープローブ方式のショートアーク型フラッシュランプには、以下の2つの問題があった。石英ガラス発光管内に主電極以外に前記始動用電極を設ける必要があるので、製造工程が複雑となる。また、トリガープローブが主電極の間に位置しているので、高出力にするにはトリガープローブ先端の溶融を回避する必要がある。   The short arc flash lamp of the trigger probe type has the following two problems. Since the starting electrode needs to be provided in the quartz glass arc tube in addition to the main electrode, the manufacturing process is complicated. Further, since the trigger probe is located between the main electrodes, it is necessary to avoid melting of the tip of the trigger probe in order to increase the output.

そこで、発明者は、封体に沿って設けたトリガーワイヤによって、紫外光放射ショートアーク型フラッシュランプの予備発光をおこなうことができないかを検討した。   Then, the inventor examined whether or not it is possible to perform preliminary light emission of the ultraviolet light emitting short arc type flash lamp by the trigger wire provided along the envelope.

特開2016-152183号公報JP 2016-152183 A

しかしながら、トリガーワイヤで予備発光をした場合、高出力化すると、管壁に沿った予備放電によって、封体が白濁するおそれがある。かかる白濁はランプの寿命を低下させることとなる。また、発光サイクルを短くすると、管壁に沿って封体が黒化するおそれがある。   However, when the pre-emission is performed by the trigger wire, when the output is increased, the pre-discharge along the tube wall may cause the envelope to become cloudy. Such cloudiness will reduce the life of the lamp. Further, when the light emission cycle is shortened, the sealing body may be blackened along the tube wall.

本発明は、上記問題を解決し、長寿命の紫外光放射ショートアーク型フラッシュランプを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a long-life ultraviolet light-emitting short-arc type flash lamp.

1)本発明にかかる紫外光放射ショートアーク型フラッシュランプは、封止された封体、前記封体に封入された希ガス、前記封体内部に対向して配置された陰極および陽極、前記封体外側の陰陽極間に張った始動用のトリガーワイヤ、を備え、コンデンサに充電した電気エネルギーを、前記トリガーワイヤに高電圧を印加して始動する紫外光放射ショートアーク型フラッシュランプであって、前記トリガーワイヤは、前記封体に沿った始動用放電が複数の並列経路で起きるように複数本、放射状に配置されている。したがって、トリガーワイヤに沿った放電が電極先端間の真直ぐな主放電により早く移行する。これにより、より長寿命の紫外光放射ショートアーク型フラッシュランプを供給することができる。   1) An ultraviolet light-emitting short-arc flash lamp according to the present invention includes a sealed envelope, a rare gas enclosed in the envelope, a cathode and an anode disposed to face the interior of the envelope, An ultraviolet light-emitting short-arc flash lamp, comprising: a trigger wire for starting stretched between a cathode and an anode outside the body; and applying electric voltage charged to a capacitor by applying a high voltage to the trigger wire. A plurality of the trigger wires are radially arranged so that a starting discharge along the envelope occurs in a plurality of parallel paths. Therefore, the discharge along the trigger wire shifts faster due to the straight main discharge between the electrode tips. As a result, it is possible to supply an ultraviolet light emitting short arc type flash lamp having a longer life.

2)本発明にかかる紫外光放射ショートアーク型フラッシュランプにおいては、前記トリガーワイヤは、3本以上で構成されている。したがって、トリガーワイヤに沿った放電が電極先端間の真直ぐな主放電に、より早く移行する。   2) In the ultraviolet light emitting short arc type flash lamp according to the present invention, the trigger wire is constituted by three or more wires. Thus, the discharge along the trigger wire transitions faster to a straight main discharge between the electrode tips.

3)本発明にかかる紫外光放射ショートアーク型フラッシュランプにおいては、前記トリガーワイヤは、6本以上で構成されている。したがって、トリガーワイヤに沿った放電が電極先端間の真直ぐな主放電により早く移行する。   3) In the ultraviolet light emitting short arc type flash lamp according to the present invention, the number of the trigger wires is six or more. Therefore, the discharge along the trigger wire shifts faster due to the straight main discharge between the electrode tips.

4)本発明にかかる紫外光放射ショートアーク型フラッシュランプにおいては、前記コンデンサに充電する1パルスあたりのエネルギーは50J以上である。したがって、長寿命でかつ、高出力の紫外光放射ショートアーク型フラッシュランプを提供することができる。   4) In the ultraviolet light emitting short arc type flash lamp according to the present invention, the energy per pulse for charging the capacitor is 50 J or more. Therefore, it is possible to provide a long-life, high-output ultraviolet light radiation short arc type flash lamp.

5)本発明にかかる紫外光放射ショートアーク型フラッシュランプにおいては、前記コンデンサに充電する1パルスあたりのエネルギーは200J以上である。したがって、長寿命でかつ、高出力の紫外光放射ショートアーク型フラッシュランプを提供することができる。   5) In the ultraviolet light emitting short arc type flash lamp according to the present invention, the energy per pulse for charging the capacitor is 200 J or more. Therefore, it is possible to provide a long-life, high-output ultraviolet light radiation short arc type flash lamp.

6)本発明にかかる紫外光放射ショートアーク型フラッシュランプにおいては、主放電における充電電圧500V以上、ピーク電流は3000A以上である。したがって、長寿命でかつ、高出力の紫外光放射ショートアーク型フラッシュランプを提供することができる。   6) In the ultraviolet light emitting short arc type flash lamp according to the present invention, the charging voltage in the main discharge is 500 V or more, and the peak current is 3000 A or more. Therefore, it is possible to provide a long-life, high-output ultraviolet light radiation short arc type flash lamp.

ショートアーク型フラッシュランプ1の外観図である。1 is an external view of a short arc type flash lamp 1. FIG. ショートアーク型フラッシュランプ1の点灯用の回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram for lighting a short arc flash lamp 1. ショートアーク型フラッシュランプ1における各種パラメータを示す図である。FIG. 3 is a diagram showing various parameters of the short arc type flash lamp 1. 実施例1〜3についての電流・光波形を示す図である。It is a figure which shows the electric current and optical waveform about Examples 1-3. パラメータD、PL/Vを変化させた場合の、点灯性および白濁化の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of lighting property and cloudiness when changing parameter D and PL / V. 図5の結果について、パラメータDを縦軸に、PL/Vを横軸にとった場合の両者の関係を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the results of FIG. 5 when the parameter D is plotted on the vertical axis and PL / V is plotted on the horizontal axis. 充電電圧を変更した場合の条件を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating conditions when a charging voltage is changed. 実施例5についての電流・光波形を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing a current / light waveform for Example 5. 実施例6についての電流・光波形を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing a current / light waveform for Example 6. バルブ形状の異なるショートアーク型フラッシュランプの外観図である。It is an external view of the short arc type flash lamp from which a bulb shape differs. ショートアーク型フラッシュランプ101の外観図である。1 is an external view of a short arc type flash lamp 101. 図12Aは、図11のA-A断面図である。図12Bはトリガーワイヤの数を6本にした場合の断面図である。FIG. 12A is a sectional view taken along line AA of FIG. FIG. 12B is a cross-sectional view when the number of trigger wires is six. トリガーワイヤの数を変えた場合の、ショット数と放射強度維持率の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the number of shots and the radiation intensity maintenance rate when the number of trigger wires is changed. トリガーワイヤの数を変えた場合の、分光分布と放射強度の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a spectral distribution and radiation intensity when the number of trigger wires is changed. トリガーワイヤの数が1本と3本の場合の光電流波形を示す図である。It is a figure which shows the photocurrent waveform at the time of the number of one and three trigger wires. トリガーワイヤの数が3本と6本の場合の光電流波形を示す図である。It is a figure which shows the photocurrent waveform in case the number of trigger wires is three and six. トリガーワイヤの数を変えた場合の、ショット数と放射強度維持率の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the number of shots and the radiation intensity maintenance rate when the number of trigger wires is changed. トリガーワイヤの数を変えた場合の、分光分布と放射強度の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a spectral distribution and radiation intensity when the number of trigger wires is changed. トリガーワイヤの数が1本と3本の場合の光電流波形を示す図である。It is a figure which shows the photocurrent waveform at the time of the number of one and three trigger wires. トリガーワイヤの数が3本と6本の場合の光電流波形を示す図である。It is a figure which shows the photocurrent waveform in case the number of trigger wires is three and six.

(1. ランプの構造)
図1に、本発明にかかるショートアーク型フラッシュランプ1を示す。ショートアーク型フラッシュランプ1は、透明な石英ガラスからなる略楕円体形状のバルブ(封体)7、陰極3、陰極3に対向配置された陽極5、トリガーワイヤ9、口金11を備えている。
(1. Lamp structure)
FIG. 1 shows a short arc flash lamp 1 according to the present invention. The short arc type flash lamp 1 includes a bulb (sealing body) 7 made of transparent quartz glass and having a substantially elliptical shape, a cathode 3, an anode 5 opposed to the cathode 3, a trigger wire 9, and a base 11.

バルブ7は、耐熱性が高く透明な石英ガラスから適時選択できるが、バルブ内部は高温のプラズマに曝されるので、耐熱性の高い、軟化温度の高い石英ガラスの使用が望ましい。バルブ7内には、不活性ガスとしてXeが所定の圧力で封入されている。   The bulb 7 can be selected from transparent quartz glass having high heat resistance as appropriate. However, since the inside of the bulb is exposed to high-temperature plasma, it is desirable to use quartz glass having high heat resistance and high softening temperature. Xe is sealed in the valve 7 as an inert gas at a predetermined pressure.

陰極3および陽極5それぞれのリード棒はバルブ両端部で段継シール法にて真空気密に封止されている。   The respective lead rods of the cathode 3 and the anode 5 are hermetically sealed at both ends of the bulb by a step-sealing method.

陰極3、陽極5の先端形状は、先端が尖った円錐状である。これは主放電のプラズマアークが正確に電極中心に位置するようにするためである。また、先端角度は132度とした。これは大電流に耐えるためであり、90度〜150度程度の鈍角であってもよい。   The tip shapes of the cathode 3 and the anode 5 are conical with sharp tips. This is to ensure that the plasma arc of the main discharge is accurately located at the center of the electrode. The tip angle was 132 degrees. This is to withstand a large current, and may be an obtuse angle of about 90 to 150 degrees.

トリガーワイヤ9は、バルブ7とサイド管のつなぎ目を石英ガラス外側に密着するように張り渡し、固定されている。トリガーワイヤ9の材質は、酸化しにくく、耐熱性および導電性の高い金属線がこのましい。本実施形態においては、ニッケル線を採用したが、ニクロム線、カンタル線であってもよい。   The trigger wire 9 is fixed by stretching a joint between the bulb 7 and the side tube so as to be in close contact with the outside of the quartz glass. The material of the trigger wire 9 is preferably a metal wire that does not easily oxidize and has high heat resistance and high conductivity. In the present embodiment, a nickel wire is used, but a nichrome wire or a Kanthal wire may be used.

(2. 点灯メカニズム)
ショートアーク型フラッシュランプ1の点灯メカニズムについて説明する。ショートアーク型フラッシュランプ1は点灯装置に接続され、図2に示すようにランプ点灯回路91とトリガー回路93の2つの回路が構成される。
(2. Lighting mechanism)
A lighting mechanism of the short arc type flash lamp 1 will be described. The short arc type flash lamp 1 is connected to a lighting device, and two circuits of a lamp lighting circuit 91 and a trigger circuit 93 are configured as shown in FIG.

ランプ点灯回路91は、直流高圧電源から所定の電圧が印加され、これによりコンデンサ98にエネルギーが充電される。トリガー回路93は、トリガーコイル95によって、ランプ外側に封体に沿って張られたトリガーワイヤ97に、高電圧を印加する。これにより、ショートアーク型フラッシュランプ1内部の封入ガスが絶縁破壊され、ショートアーク型フラッシュランプ1内部の電極間をトリガーワイヤ97に沿ったスパークストリーマが発生する。ショートアーク型フラッシュランプ1内部で絶縁破壊が発生すると、コンデンサ98に充電されたエネルギーがショートアーク型フラッシュランプ1に供給される。   A predetermined voltage is applied to the lamp lighting circuit 91 from a DC high-voltage power supply, and the capacitor 98 is charged with energy. The trigger circuit 93 applies a high voltage to the trigger wire 97 stretched along the envelope outside the lamp by the trigger coil 95. As a result, the gas inside the short arc type flash lamp 1 is broken down, and a spark streamer is generated between the electrodes inside the short arc type flash lamp 1 along the trigger wire 97. When insulation breakdown occurs inside the short arc type flash lamp 1, the energy charged in the capacitor 98 is supplied to the short arc type flash lamp 1.

コンデンサ98に充電されたエネルギーが供給されると主放電が開始され、時間経過とともに電子とイオンが増加する。これによりプラズマ流が大きく成長し、放電電流も急速に大きくなる。この時、ある条件のもとで電極も徐々に加熱され陰極先端からの熱電子の放出および光電効果による陰極先端からの電子の放出が始まり、ある時点でトリガーワイヤ97に沿った発光管内壁近傍の湾曲した主放電は、電極先端間の真直ぐな主放電に移行する。   When the charged energy is supplied to the capacitor 98, the main discharge is started, and electrons and ions increase with time. As a result, the plasma flow grows greatly, and the discharge current also increases rapidly. At this time, the electrode is also gradually heated under a certain condition, and the emission of thermoelectrons from the cathode tip and the emission of electrons from the cathode tip due to the photoelectric effect start, and at some point near the inner wall of the arc tube along the trigger wire 97. Is transformed into a straight main discharge between the electrode tips.

ここで、前記プラズマ流の温度は、放電電流と相関があり、放電電流が3000Aを超えると、その分、プラズマ温度も上昇する。固体の石英ガラスは、SiO(ガス)、SiO(ガス)、O(ガス)、O(ガス)として蒸発し、蒸発した各種ガス種は、高温プラズマ域から抜け出ると直ちに再結合し、数μm径のSiO微粒子を生成し、再度石英ガラス内壁に付着する。付着した多数のSiO微粒子は、光を散乱する。また、高温プラズマは、SiO→Si+O (2O)として石英ガラスを還元し、UV域の透過率を低下させる。これにより、UV放射強度が低下し、UV放電灯として短寿命となる。 Here, the temperature of the plasma flow has a correlation with the discharge current, and when the discharge current exceeds 3000 A, the plasma temperature increases accordingly. The solid quartz glass evaporates as SiO 2 (gas), SiO (gas), O (gas), and O 2 (gas), and the various gas species that have evaporated recombine immediately upon exiting the high-temperature plasma region. SiO 2 fine particles having a diameter of μm are generated and adhere to the inner wall of the quartz glass again. A large number of attached SiO 2 fine particles scatter light. Further, the high-temperature plasma reduces the quartz glass as SiO 2 → Si + O 2 (2O) and lowers the transmittance in the UV region. As a result, the UV radiation intensity is reduced, and the life of the UV discharge lamp is shortened.

(3. パラメータY=PLD/Vについて)
発明者は、放電灯寸法(D)、電極間隔(L)、封入ガス圧(P)および充電電圧(V)を変数としたY=(P・L・D)/Vについて、Yが一定範囲内であれば、上記問題を回避できるのではないかと考えた。理由は、以下の通りである。
(3. About parameter Y = PLD / V)
The inventor has determined that Y is a certain range with respect to Y = (P · LD · / V) using discharge lamp dimensions (D), electrode spacing (L), charged gas pressure (P), and charging voltage (V) as variables. It was thought that the above problem could be avoided if it was within. The reason is as follows.

パラメータPL/Vは、以下のような意義がある。パッシェンの法則によると、放電管内における放電開始電圧は、ガス圧P(Pa)と電極間距離L(cm)との積PLが小さいほど低くなり、積PLが大きいほど高くなる。放電開始電圧が低くなると自然発火しやすくなり、一方、高くなると不点灯になりやすくなる。さらに、充電電圧が低いほど放電しにくく、高いほど放電しやすくなる。したがって、パラメータPL/Vの値は、主放電の起こりやすさを示すパラメータとなる。   The parameter PL / V has the following significance. According to Paschen's law, the discharge starting voltage in the discharge tube decreases as the product PL of the gas pressure P (Pa) and the distance L (cm) between the electrodes decreases, and increases as the product PL increases. If the discharge starting voltage is low, spontaneous ignition is liable to occur, while if the discharge starting voltage is high, non-lighting is liable to occur. Further, the lower the charging voltage is, the more difficult it is to discharge. Therefore, the value of parameter PL / V is a parameter indicating the likelihood of occurrence of main discharge.

また、トリガーワイヤ放電方式のショートアーク型フラッシュランプの距離Dは、点灯しやすさおよび封体の白濁に関係するパラメータである。なぜなら、トリガーワイヤ式のショートアーク型フラッシュランプの発光メカニズムは、既に述べたように、電気抵抗の小さいスパークストリーマ放電路、すなわちトリガーワイヤに近接した電極側部と発光管外側に張ったトリガーワイヤ97に沿った発光管内壁近傍の湾曲した主放電は、電極先端間の真直ぐな主放電に移行するからである。   The distance D of the trigger wire discharge type short arc flash lamp is a parameter related to the ease of lighting and the cloudiness of the envelope. This is because, as described above, the light emission mechanism of the short-arc flash lamp of the trigger wire type is a spark streamer discharge path having a small electric resistance, that is, the trigger wire 97 that extends between the electrode side close to the trigger wire and the outside of the arc tube. This is because the curved main discharge near the inner wall of the arc tube along the line shifts to a straight main discharge between the electrode tips.

以下、両者の関係について説明する。   Hereinafter, the relationship between the two will be described.

(4. 実施例)
(実施例1)
外径11mm、内径8mmの有水合成石英ガラス管を酸水素バーナーで肉厚1.5mmの短軸11mm、長軸20mm楕円体に膨らまし、バルブとした。陰極および陽極形状は、φ6mm長さ6mmの円柱形であり、各先端は130度の角度で円錐形に切削加工をした。陽極物質は、2%酸化ランタンドープタングステンであり、陰極は、Ba3WO6粉末とタングステン粉末を混合し、プレス成型後、2000℃3時間、高温で焼結したプレス焼結電極である。
(4. Example)
(Example 1)
A hydrated synthetic quartz glass tube having an outer diameter of 11 mm and an inner diameter of 8 mm was swelled with a oxyhydrogen burner into an ellipsoid having a short axis of 11 mm and a long axis of 20 mm with a thickness of 1.5 mm to form a valve. The shapes of the cathode and the anode were cylindrical with a diameter of 6 mm and a length of 6 mm, and each tip was cut into a cone at an angle of 130 degrees. The anode material is 2% lanthanum oxide-doped tungsten, and the cathode is a pressed sintered electrode obtained by mixing Ba 3 WO 6 powder and tungsten powder, press-molding, and sintering at 2000 ° C. for 3 hours at a high temperature.

両電極にφ2mmのタングステン芯線を圧入して接合し、芯線とサイド管端部とを、GE製No.1ガラスで段継接合した。   A tungsten core wire having a diameter of 2 mm was press-fitted into both electrodes and joined. Step joining was performed with one glass.

この時の、電極間距離Lは0.97cmであり、放電灯寸法Dは0.95cmである。封入ガスは、Xeであり、封入圧は、59995Paである。本実施例では、充電電圧1000Vの条件でY=55.3である。   At this time, the distance L between the electrodes is 0.97 cm, and the dimension D of the discharge lamp is 0.95 cm. The filling gas is Xe, and the filling pressure is 59959 Pa. In this embodiment, Y = 55.3 under the condition of a charging voltage of 1000 V.

図4Aに、実施例1の1000V―280μF点灯に対する電流・光波形を示す。図4の縦軸は電流値(kA)を、横軸は経過時間を表わす。同図によると、電流と光出力はほぼ同時に立ち上がり、約5μsで光波形の段差が現れ(この時点における電流は約2000A)、その後、約3μsで再び急速に立ち上がっている。管壁に沿った放電は、約1300Aであり、1000V−280μF−1Hz―1万ショットの長期点灯でもまったく白濁は生じなかった。   FIG. 4A shows current / light waveforms for 1000 V-280 μF lighting of the first embodiment. The vertical axis in FIG. 4 represents the current value (kA), and the horizontal axis represents the elapsed time. According to the figure, the current and the optical output rise almost at the same time, a step in the optical waveform appears in about 5 μs (the current at this point is about 2000 A), and then rapidly rises again in about 3 μs. The discharge along the tube wall was about 1300 A, and no white turbidity was generated even with long-term operation at 1000 V-280 μF-1 Hz-10000 shots.

このように、放電電流の立ち上がりとほぼ同時に254nm光の出力値は立ち上り、放電電流がピーク値に至る時間の間で、トリガーワイヤに沿って湾曲したプラズマが両電極先端に真直ぐなプラズマとして移行すると、立ち上がり中の光出力波形に段差が生じ、数μ秒の時間の後、再び光出力は増大し始めている。かかる光出力波形は、低い強度で段差が生ずることが好ましく、この例では3000A以下で良い特性を有するといえる。   As described above, the output value of the 254 nm light rises almost at the same time as the rise of the discharge current, and when the plasma curved along the trigger wire moves as straight plasma to both electrode tips during the time when the discharge current reaches the peak value. Then, a step occurs in the rising light output waveform, and after a time period of several microseconds, the light output starts to increase again. Such an optical output waveform preferably has a step at a low intensity. In this example, it can be said that the optical output waveform has good characteristics at 3000 A or less.

(実施例2)
電極間距離Lを2倍(2.06cm)とした以外は、実施例1と同じである。本実施例では、充電電圧1000Vの条件でY=117.4である。
(Example 2)
Example 1 is the same as Example 1 except that the distance L between the electrodes is doubled (2.06 cm). In this embodiment, Y = 117.4 under the condition of a charging voltage of 1000 V.

図4Bに電流・光波形を示す。電流と光波形の立ち上がりから約17μsで8700Aに達して、光波形の段差が生じ、その後約8μsで再び急速に立ち上がった。この光波形の変化に対する電流は、約7μs後に3000Aに達しているが、光波形の段差が生じる17μsまでの時間は10μsの短時間であり、石英ガラスが蒸発する温度に加熱されない。1000V−280μF−1Hz―1万ショットの長期点灯でもまったく白濁は生じなかった。   FIG. 4B shows a current / light waveform. It reached 8700 A in about 17 μs from the rise of the current and the light waveform, a step in the light waveform occurred, and then rapidly rose again in about 8 μs. The current corresponding to the change of the optical waveform reaches 3000 A after about 7 μs, but the time until 17 μs at which the step of the optical waveform occurs is as short as 10 μs, and the quartz glass is not heated to a temperature at which the quartz glass evaporates. No white turbidity was generated even with long-term lighting of 1000 V-280 μF-1 Hz-10000 shots.

このように、放電電流の立ち上がりとほぼ同時に254nm光の出力値は立ち上り、放電電流がピーク値に至る時間の間で、トリガーワイヤに沿って湾曲したプラズマが両電極先端に真直ぐなプラズマとして移行すると、立ち上がり中の光出力波形に段差が生じ、数μ秒の時間の後、再び光出力は増大し始めていることがわかる。   As described above, the output value of the 254 nm light rises almost at the same time as the rise of the discharge current, and when the plasma curved along the trigger wire moves as straight plasma to both electrode tips during the time when the discharge current reaches the peak value. It can be seen that a step occurs in the rising light output waveform, and the light output starts to increase again after a time period of several microseconds.

(実施例3)
電極間距離Lをさらに大きく(3.02cm)し、封入圧Pをさらに大きくし(73327Pa)とした以外は、実施例1と同じである。
(Example 3)
Example 2 is the same as Example 1 except that the distance L between the electrodes was further increased (3.02 cm) and the sealing pressure P was further increased (73327 Pa).

本実施例では、充電電圧1000Vの条件でY=210.4である。この場合、図4Cに示すように、光波形は、立ち上りからピークに至るまで段差は生ぜず、なだらかな曲線を描いている。電流は、立ち上がりから5μs後に3000Aに達し、次第に増加して、約1万Aのピーク電流を経て下降に転じ約40μs後に3000A以下となることがわかる。また、電流値が9200Aとなるまで約20μsの間、管壁に沿った放電が生じていることが分かる。1000V−280μF−1Hzの点灯テストでは、約5000ショットで白濁が生じた。   In the present embodiment, Y = 210.4 under the condition of a charging voltage of 1000 V. In this case, as shown in FIG. 4C, the optical waveform draws a gentle curve without any steps from the rising to the peak. It can be seen that the current reaches 3000 A 5 μs after the rise, gradually increases, passes through a peak current of about 10,000 A, turns down, and becomes less than 3000 A after about 40 μs. Also, it can be seen that discharge along the tube wall occurs for about 20 μs until the current value becomes 9200 A. In the lighting test at 1000 V-280 μF-1 Hz, cloudiness occurred at about 5000 shots.

このように、放電電流の立ち上がりからピークに至るまでに、プラズマが管壁から両電極先端に移行しない場合、発光強度は、段差は生ぜず、上に凸のなだらかな曲線形状となる。   As described above, when the plasma does not shift from the tube wall to the tips of the two electrodes from the rising of the discharge current to the peak, the emission intensity has a gentle upwardly convex curved shape without a step.

本実施形態における測定方法について説明する。本実施形態においては、PEM社製ロゴスキー電流測定器(RCTi/3000/2.5/300)を用いて、放電電流波形を測定した。また、ソーラボ社製光センサーDET10Aに朝日分光社製の254nmの光を通すバンドパスフィルターを取り付けて、光波形を測定した。なお、光波形の受光強度は任意の位置と絞り取り込み光による相対的な出力値を採用すればよい。   The measuring method in the present embodiment will be described. In the present embodiment, the discharge current waveform was measured using a Rogowski current meter (RCTi / 3000 / 2.5 / 300) manufactured by PEM. In addition, a bandpass filter that passes light of 254 nm manufactured by Asahi Spectroscopy was attached to the optical sensor DET10A manufactured by Thorlab, and the optical waveform was measured. As the light receiving intensity of the light waveform, a relative output value between an arbitrary position and light captured by the aperture may be adopted.

なお、計測時には、放電回路中に逆電流を阻止する半導体を挿入した。これにより、放電電流波形は上に凸のなだらかな曲線となる。一方、254nm光波形は、管壁に沿う湾曲した放電と電極先端間の真直ぐな放電で特有な波形形状となる。   At the time of measurement, a semiconductor for blocking a reverse current was inserted into the discharge circuit. As a result, the discharge current waveform becomes a gentle upward convex curve. On the other hand, the 254 nm light waveform has a unique waveform shape due to a curved discharge along the tube wall and a straight discharge between the electrode tips.

(実施例4)
電極間距離Lを実施例1よりも小さく(0.32cm)した以外は、実施例1と同じである。この場合、極間が短いので、管壁に沿った放電がほぼ生じず、短時間でまっすぐな放電となるので、白濁の問題はほぼない。しかしながら、極間が短い分だけ、ピーク電流値が高くなるので、充電電圧が高いと電極先端が溶解するおそれがある。実施例4の場合、充電電圧が1000Vだと、Y=18.2となり、電極先端が溶解した。充電電圧が800Vだと、Y=22.8と、600Vだと、Y=30.4となり、いずれの場合も電極先端の溶解は生じなかった。
(Example 4)
Example 2 is the same as Example 1 except that the distance L between the electrodes is smaller than that of Example 1 (0.32 cm). In this case, since the distance between the electrodes is short, almost no discharge occurs along the tube wall, and the discharge becomes straight in a short time, so that there is almost no problem of cloudiness. However, the peak current value increases as the distance between the electrodes becomes shorter, so that if the charging voltage is high, the electrode tip may be melted. In the case of Example 4, when the charging voltage was 1000 V, Y = 18.2, and the tip of the electrode was dissolved. When the charging voltage was 800 V, Y = 22.8, and when the charging voltage was 600 V, Y = 30.4. In any case, the electrode tip did not dissolve.

(5.パラメータPLD/Vについて )
発明者は、放電灯寸法DおよびパラメータPL/Vとの透明性と点灯性に関する相関関係について、有効範囲を調べるために追加実験を行った。
(5. Parameter PLD / V)
The inventor conducted an additional experiment in order to investigate the effective range of the correlation between the discharge lamp dimension D and the parameter PL / V regarding the transparency and lighting properties.

図5は放電灯寸法Dと、パラメータPL/Vを順次変えた場合のそれぞれの値及び、その場合の点灯性と白濁の関係を示す。図6は図5の各データをマトリックス配置した場合の結果一覧である。   FIG. 5 shows the discharge lamp dimension D, the respective values when the parameter PL / V is sequentially changed, and the relationship between lighting properties and cloudiness in that case. FIG. 6 is a list of results when the respective data of FIG. 5 are arranged in a matrix.

図6において、透明性が80%以上、自然発火無し、かつ不点灯無しを○、透明性が60〜80%、自然発火がほとんどなし、かつ不点灯ほとんどなしを△、透明性が60%以下、自然発火があり、かつ不点灯がありを×とした。   In FIG. 6, を indicates that the transparency is 80% or more, no spontaneous ignition and no non-lighting, Δ indicates that the transparency is 60 to 80%, almost no spontaneous ignition and almost no non-lighting, and 60% or less of transparency. , And spontaneous ignition and non-lighting were rated as x.

自然発火とはトリガーに高電圧を印加することなしに、コンデンサ充電で放電灯が自然と放電することをいう。   The spontaneous ignition means that the discharge lamp is spontaneously discharged by charging the capacitor without applying a high voltage to the trigger.

発光管内壁の白濁が進行すると光が散乱され、フォトセンサーの光量が低下する。   When the cloudiness of the inner wall of the arc tube progresses, the light is scattered, and the light amount of the photo sensor decreases.

透明性は、ライフ後光量/初期光量×100(%)で測定すればよい。本実施形態においては、200Wで点灯させて電力量2kWhで1万ショット点灯させた場合の、ライフ後光量を測定した。   Transparency may be measured as “light amount after life / initial light amount × 100 (%)”. In the present embodiment, the amount of light after life was measured when lighting was performed at 200 W and lighting was performed for 10,000 shots at a power amount of 2 kWh.

図6から、横軸のパラメータPL/Vは大きくなると、縦軸の放電灯寸法Dは小さくならないと点灯性と白濁防止の双方を満足するようにならないことが分かる。また、縦軸の放電灯寸法Dが大きくなると横軸のパラメータPL/Vは小さくならないと、点灯性と白濁防止の双方を満足するようにならないことが分かる。したがって、放電灯寸法DとパラメータPL/Vの積Yが一定範囲内であれば、上記相反する要求を満足することが分かる。この例では20<Y<200である。   From FIG. 6, it can be seen that when the parameter PL / V on the horizontal axis increases, the discharge lamp dimension D on the vertical axis does not satisfy both the lighting properties and the prevention of white turbidity unless the discharge lamp dimension D decreases. Also, it can be seen that if the discharge lamp dimension D on the ordinate increases, the parameter PL / V on the abscissa does not decrease unless both the lighting properties and the prevention of white turbidity are satisfied. Therefore, it can be seen that if the product Y of the discharge lamp dimension D and the parameter PL / V is within a certain range, the above conflicting requirements are satisfied. In this example, 20 <Y <200.

本実施形態においては、パラメータPL/Vの組み合わせとしては、P=100,000Pa、L=0.5cm、P=70,000Pa、L=1.0cm,P=40,000Pa,L=1.5cmの3種類について、充電電圧Vを任意に可変した点灯実験を実施した。   In the present embodiment, as the combination of the parameters PL / V, P = 100,000 Pa, L = 0.5 cm, P = 70,000 Pa, L = 1.0 cm, P = 40,000 Pa, L = 1.5 cm With respect to the three types, lighting experiments in which the charging voltage V was arbitrarily varied were performed.

たとえば、図5において、PL/V=100、D=0.3の場合、Y=30となり、常時プラズマが管壁に接近して放電し白濁してしまった。また、PL/V=20、D=1の場合、Y=20となり、頻繁に自然発火してしまった。PL/V=60、D=1の場合、Y=60となり、短時間で電極先端放電に移行し、透明性・点灯性とも良好であった。PL/V=160、D=1の場合、Y=160となり、透明性80%以上で良好であったが、希に不点灯となった。PL/V=100、D=2の場合、Y=200となり、頻繁に不点灯となった。PL/V=20、D=2.8の場合、Y=56となり、頻繁に自然発火した。   For example, in FIG. 5, when PL / V = 100 and D = 0.3, Y = 30, and the plasma constantly approached the tube wall and was discharged and became cloudy. When PL / V = 20 and D = 1, Y = 20, and spontaneous firing occurred frequently. In the case of PL / V = 60 and D = 1, Y = 60, and the transition to the discharge at the electrode tip was completed in a short time, and both the transparency and the lighting property were good. In the case of PL / V = 160 and D = 1, Y = 160, and the transparency was good at 80% or more, but rarely turned off. When PL / V = 100 and D = 2, Y = 200, and the lighting was frequently turned off. When PL / V = 20 and D = 2.8, Y = 56, and spontaneous firing occurred frequently.

すなわち、パラメータYの範囲のみでは、透明性・点灯性の双方を満足する条件とはならない。発明者は、各パラメータD、P、L、Vの範囲についても適切な範囲があると考えた。   That is, only the range of the parameter Y does not satisfy the conditions satisfying both the transparency and the lighting property. The inventors have considered that there is an appropriate range for each of the parameters D, P, L, and V.

封入ガス圧P(Pa)は、20,000<P<200,000(Pa)が好ましく、より好ましいのは、40,000<P<100,000である。封入ガス圧Pが20,000Pa以下の圧力の場合、トリガーによる高電圧印加をしなくともコンデンサへの充電のみで放電(自然発火)するようになり、また封入ガス圧Pが200,000Pa以上になるとトリガーによる高電圧印加しても点灯しなくなるからである。   The sealed gas pressure P (Pa) is preferably 20,000 <P <200,000 (Pa), and more preferably 40,000 <P <100,000. When the filling gas pressure P is 20,000 Pa or less, the discharge (spontaneous ignition) occurs only by charging the capacitor without applying a high voltage by a trigger, and the filling gas pressure P becomes 200,000 Pa or more. In this case, even if a high voltage is applied by a trigger, the light is not turned on.

また、コンデンサへの充電電圧Vは、300<V<3,000(V)が好ましく、より好ましいのは500<V<1,500である。充電電圧Vが300V以下の電圧の場合、封入圧力が20,000Paほどの低圧力でも点灯しにくくなり、また充電電圧Vが3,000V以上の電圧の場合、繰り返し点灯による陰極加熱で、自然発火するようになるからである。   Further, the charging voltage V to the capacitor is preferably 300 <V <3,000 (V), and more preferably 500 <V <1,500. When the charging voltage V is 300 V or less, it becomes difficult to light even when the charged pressure is as low as 20,000 Pa. When the charging voltage V is 3,000 V or more, the cathode is heated by repeated lighting and spontaneously ignites. It is because you will be.

電極間距離L(cm)は、0.3<L<5(cm)が好ましく、より好ましいのは、0.3<L<1.5である。電極間距離Lが0.3cm以下の場合、封入ガス圧Pが200,000Paほどの高圧力封入でも自然発火するようになり、また電極間距離Lが5cm以上になると主放電が管壁に沿って成長し電極間の真直ぐな放電に移行しなくなるからである。   The distance L (cm) between the electrodes is preferably 0.3 <L <5 (cm), and more preferably 0.3 <L <1.5. If the distance L between the electrodes is 0.3 cm or less, spontaneous ignition will occur even if the filled gas pressure P is as high as 200,000 Pa. If the distance L between the electrodes is 5 cm or more, the main discharge will follow the tube wall. This is because they do not shift to a straight discharge between the electrodes.

また、放電灯寸法Dは、0.3<D<2(cm)が好ましく、より好ましいのは、0.5<D<1.5である。放電灯寸法Dが0.3cm以下の場合、管壁が電極に接近しすぎており、主放電が電極間に移行しても、管壁が高温のプラズマに曝され白濁してしまう。一方、放電灯寸法Dが2cm以上の場合、電極と管壁が離れすぎて、点灯しなくなってしまうからである。   The discharge lamp dimension D is preferably 0.3 <D <2 (cm), and more preferably 0.5 <D <1.5. When the discharge lamp dimension D is 0.3 cm or less, the tube wall is too close to the electrodes, and even if the main discharge moves between the electrodes, the tube walls are exposed to high-temperature plasma and become cloudy. On the other hand, if the dimension D of the discharge lamp is 2 cm or more, the electrode and the tube wall are too far apart, and the lamp does not light.

以上述べたように、各パラメータD、P、L、VおよびパラメータYが、上記の範囲であれば、主放電が両電極側部よりスパークストリーマ放電路を通って湾曲したプラズマ形状で始まる。湾曲したままプラズマが成長するとともに放電電流も増大すると、このプラズマが両電極先端部からの真直ぐなプラズマ形状に移行する。なお、かかる移行は、間接的に放電電流波形と254nm発光波形を同時に測定すればよい。   As described above, when the parameters D, P, L, V and the parameter Y are in the above ranges, the main discharge starts in a curved plasma shape from both electrode sides through the spark streamer discharge path. When the plasma grows while being curved and the discharge current increases, the plasma shifts to a straight plasma shape from both electrode tips. Note that this transition may be performed by simultaneously measuring the discharge current waveform and the 254 nm emission waveform indirectly.

発明者は、石英ガラス近傍のプラズマ電流が約3000Aを超え、3000A以上の高温プラズマに曝される時間が20μ秒以上になると石英ガラスの蒸発が激しくなり、蒸発したSi+O,SiO2により、バルブが白濁すると考えた。上記Yの値が上記範囲内であれば、前記移行が3000Aに達してから20μ秒以内に起こり、その結果、放電灯が長寿命となる。   The inventor has found that when the plasma current in the vicinity of quartz glass exceeds about 3000 A and the time of exposure to high-temperature plasma of 3000 A or more becomes 20 μsec or more, the quartz glass evaporates intensely, and the evaporated Si + O, SiO2 causes Thought cloudy. If the value of Y is within the above range, the transition occurs within 20 μs after reaching 3000 A, and as a result, the discharge lamp has a long life.

(6.他の実施例)
発明者は、さらに、キャパシタの容量、充電電圧を変更した実験を行った。
(6. Other embodiments)
The inventor further conducted an experiment in which the capacity of the capacitor and the charging voltage were changed.

まず、実施例1〜3について、充電電圧を変更した場合について実験した。結果を図7Aに示す。このように、充電電圧を変えてもYが範囲内であれば問題ないことが分かる。 First, experiments were performed on Examples 1 to 3 when the charging voltage was changed. The results are shown in FIG. 7A. Thus, it can be seen that there is no problem even if the charging voltage is changed as long as Y is within the range.

さらに、キャパシタの容量を変更した実験を行った。結果を図7Bに示す。実施例5は、電極間距離Lは1.14cm、放電灯寸法Dは0.87cm。封入ガスは、Xeであり、封入圧は、73327Pa、キャパシタ容量420μFとし、充電電圧は600,800、1000(V)である。この場合、充電電圧1000Vなら、Y=72.7、充電電圧800Vなら、Y=90.9、充電電圧600Vなら、Y=121.2となる。   Further, an experiment was performed in which the capacitance of the capacitor was changed. The results are shown in FIG. 7B. In Example 5, the distance L between the electrodes was 1.14 cm, and the dimension D of the discharge lamp was 0.87 cm. The filling gas is Xe, the filling pressure is 73327 Pa, the capacitor capacity is 420 μF, and the charging voltage is 600, 800 and 1000 (V). In this case, if the charging voltage is 1000 V, Y = 72.7, if the charging voltage is 800 V, Y = 90.9, and if the charging voltage is 600 V, Y = 121.2.

図8に実施例5の計測結果を示す。このように、管壁に沿った放電は、3000A以下で、プラズマが管壁に接している時間が短いので、寿命が長い。   FIG. 8 shows the measurement results of the fifth embodiment. Thus, the discharge along the tube wall is 3000 A or less, and the plasma is in contact with the tube wall for a short time, so that the life is long.

実施例6は、実施例5と、電極間距離Lが若干異なる(1.17cm)。この場合、充電電圧1000Vなら、Y=74.6、充電電圧800Vなら、Y=93.3、充電電圧600Vなら、Y=124.4となる。   Example 6 is slightly different from Example 5 in the distance L between the electrodes (1.17 cm). In this case, if the charging voltage is 1000 V, Y = 74.6, if the charging voltage is 800 V, Y = 93.3, and if the charging voltage is 600 V, Y = 124.4.

いずれの場合も、1Hz―1万ショットの長期点灯でもまったく白濁は生じなかった。また点灯性も問題なかった。   In each case, no white turbidity was generated even with long-term lighting of 1 Hz to 10,000 shots. Also, there was no problem in lighting properties.

図9に実施例6の計測結果を示す。このように、プラズマが管壁に接している時間が短いので、寿命が長い。   FIG. 9 shows the measurement results of the sixth embodiment. As described above, since the time when the plasma is in contact with the tube wall is short, the life is long.

このように、キャパシタの容量は、あまり影響がないことがわかる。   Thus, it can be seen that the capacitance of the capacitor has little effect.

本実施形態においては、楕円体形状のバルブを採用した場合について説明したが、バブル形状は、これに限定されず、たとえば図10のようにバブルの最も膨らんだ部分が直線の管状であってもよく、あるいは、より大きな径の曲線で構成されたものであってもよい。   In the present embodiment, the case where the elliptical valve is employed has been described. However, the bubble shape is not limited to this. For example, even if the most inflated portion of the bubble is a straight tube as shown in FIG. Alternatively, it may be constituted by a curve having a larger diameter.

また、ガスの種類については、キセノンを採用した場合について説明したが、その他の不活性ガスであってもよい。   Further, as for the type of gas, the case where xenon is adopted has been described, but other inert gas may be used.

(7.トリガーワイヤの数を変更した実施形態について)
7.1 白濁防止について
上記ショートアーク型フラッシュランプについて、より長寿命のランプを実現すべく種々の実験をおこなった。その結果、発明者は、トリガーワイヤの数を増やすことにより、過酷な点灯条件でも、前記白濁が、より生じにくくなることを見いだした。
(7. Regarding the embodiment in which the number of trigger wires is changed)
7.1 Prevention of white turbidity Various experiments were conducted on the short arc type flash lamp in order to realize a lamp with a longer life. As a result, the inventor has found that by increasing the number of trigger wires, the cloudiness is less likely to occur even under severe lighting conditions.

図11に、第7実施例であるショートアーク型フラッシュランプ101を示す。図12Aに図11のA−A断面を示す。このように、ショートアーク型フラッシュランプ101は、120度ずつ、3本のトリガーワイヤ109が放射状に、並列接続されて配置されている。このように、複数のトリガーワイヤをバルブ7の外周に放射状に均等配置することにより、トリガーワイヤに沿った発光管内壁近傍の湾曲した主放電が複数、生ずる。したがって、発光管内壁近傍の湾曲した主放電が一つの場合と比べると、電極先端間の真直ぐな主放電により早く移行する。これにより、白濁が起きにくくなる。   FIG. 11 shows a short arc flash lamp 101 according to a seventh embodiment. FIG. 12A shows an AA cross section of FIG. As described above, the short arc type flash lamp 101 has three trigger wires 109 radially connected in parallel at 120 degrees. By arranging a plurality of trigger wires radially and evenly on the outer periphery of the bulb 7, a plurality of curved main discharges near the inner wall of the arc tube along the trigger wires are generated. Therefore, compared with the case where the number of curved main discharges near the inner wall of the arc tube is one, the transition is quicker due to the straight main discharge between the electrode tips. Thereby, cloudiness is less likely to occur.

なお、図12Bに示すように、60度ずつ、6本のトリガーワイヤ109を並列接続されて配置してもよい。   Note that, as shown in FIG. 12B, six trigger wires 109 may be arranged in parallel at 60 degrees.

このことは、トリガーワイヤの数を増やすことで、より顕著となる。たとえば、後述するように、6本のトリガーワイヤを採用した場合、発光管内壁近傍の湾曲した主放電がほとんどなく、電極先端間の真直ぐな主放電に移行している。   This becomes more noticeable by increasing the number of trigger wires. For example, as will be described later, when six trigger wires are employed, there is almost no curved main discharge near the inner wall of the arc tube, and there is a transition to a straight main discharge between the electrode tips.

トリガーワイヤの数が1本、3本、6本と変えた場合について、実験をおこなった。トリガーワイヤの数以外の条件は、電極間距離Lは1.14cmであり、放電灯寸法Dは0.87cm、封入ガスはXe、封入圧は、73327Pa(550Torr)、とした。また、充電電圧1000V、コンデンサ容量420μFで、1パルスあたりの入力エネルギーを210Jとして、0.5Hzの点灯モードで点灯させた。なお、このランプでは、充電電圧1000Vの条件でY=72.7である。   An experiment was performed when the number of trigger wires was changed to one, three, or six. The conditions other than the number of trigger wires were as follows: the distance L between the electrodes was 1.14 cm, the discharge lamp dimension D was 0.87 cm, the filling gas was Xe, and the filling pressure was 73327 Pa (550 Torr). Lighting was performed in a lighting mode of 0.5 Hz with a charging voltage of 1000 V, a capacitor capacity of 420 μF, and an input energy per pulse of 210 J. In this lamp, Y = 72.7 under the condition of a charging voltage of 1000 V.

トリガーワイヤの数が1本のランプでは、千ショット弱で、全体的に白濁がみられ、3本のランプでは、約4千ショットで白濁が少し見られた。さらに、6本のランプでは、2.4万ショットでもほとんど初期状態と変化がなかった。   In the case of the lamp having one trigger wire, the number of shots was slightly less than 1,000 shots, and cloudiness was generally observed. In the case of the three lamps, the clouding was slightly observed in about 4,000 shots. Furthermore, with the six lamps, there was almost no change from the initial state even at 24,000 shots.

図13に、トリガーワイヤの数を1本、3本、および6本とした場合の、長期点灯放射強度の変化を示す。トリガーワイヤが1本の場合は、全波長領域200-800nmでは、千ショットで放射強度維持率が76%、2千ショットで放射強度維持率が65%であり、波長域200-300nmについて、千ショットで放射強度維持率が62%、2千ショットで放射強度維持率が43%であった。   FIG. 13 shows changes in the long-term emission radiation intensity when the number of trigger wires is one, three, and six. In the case of a single trigger wire, in the entire wavelength region of 200 to 800 nm, the radiation intensity maintenance ratio is 76% at 1,000 shots, and the radiation intensity maintenance ratio is 65% at 2,000 shots. The radiant intensity maintenance ratio was 62% for shots and 43% for 2,000 shots.

これに対して、トリガーワイヤが3本の場合は、全波長領域200-800nmでは、2千ショットで放射強度維持率が90%であり、4千ショットで放射強度維持率が85%であり、波長域200-300nmでは、2千ショットで放射強度維持率が78%、4千ショットで放射強度維持率が63%であった。   On the other hand, when the number of trigger wires is three, in the entire wavelength range of 200 to 800 nm, the radiation intensity maintenance ratio is 90% at 2,000 shots, and the radiation intensity maintenance ratio is 85% at 4,000 shots, In the wavelength range of 200 to 300 nm, the radiation intensity maintenance ratio was 78% at 2,000 shots and 63% at 4,000 shots.

また、トリガーワイヤが6本の場合は、全波長領域200-800nmでは、1万ショットで放射強度維持率が93%、2.4万ショットでも90%であり、波長域200-300nmでは、1万ショットで放射強度維持率が90%であり、2.4万ショットでも73%であった。   Further, when the number of trigger wires is 6, in the entire wavelength region of 200 to 800 nm, the radiation intensity maintenance ratio is 93% at 10,000 shots and 90% even at 24,000 shots. The radiation intensity maintenance rate was 90% at 10,000 shots, and 73% at 24,000 shots.

図14に、分光分布の比較を示す。図14Aは、トリガーワイヤの数が1本の場合の、初期と2千ショット後の比較である。2千ショット後は、波長域200-300nmについて、全般的に放射強度が2/3以下になっている。   FIG. 14 shows a comparison of spectral distributions. FIG. 14A is a comparison between the initial state and the state after 2,000 shots when the number of trigger wires is one. After 2,000 shots, the radiation intensity is generally / or less in the wavelength range of 200 to 300 nm.

これに対して、図14Bのように、トリガーワイヤの数が3本と増えると、4千ショット後も、波長域200-300nmの放射強度の低下が少ない。さらに、図14Cのように、トリガーワイヤの数が6本と増えると、2.4万ショット後も、波長域200-300nmについて、放射強度の低下がほとんどない。 On the other hand, as shown in FIG. 14B, when the number of trigger wires increases to three, even after 4,000 shots, the decrease in the radiation intensity in the wavelength range of 200 to 300 nm is small. Further, as shown in FIG. 14C, when the number of trigger wires is increased to six, even after 24,000 shots, the radiation intensity hardly decreases in the wavelength range of 200 to 300 nm.

1パルスあたりの入力エネルギーを210Jで繰り返し点灯すると、分光データにおいて、200-800nmの全波長域の中で、特に200-300nmの領域で放射強度が低下している。これは高い入力エネルギーで点灯して紫外線を放射した際にガラスの構造欠陥が生成されたことに起因すると考えられる。ガラスに欠陥が生じると、特に200-300nmの領域でガラスの透過率が低下する。更にランプ点灯時の高温プラズマにより生成したSiO2微粒子が発光管内壁に付着して封体の白濁を生じ、石英ガラスのUV域の透過率を低下させる。これらの要因により、全波長域の中で特にUV放射強度が低下する。図13,図14のグラフから、トリガーワイヤの数が多いほど、白濁がおきにくいことが分かる。 When the input energy per pulse is repeatedly turned on at 210 J, the emission intensity is reduced in the spectral data in the entire wavelength region of 200 to 800 nm, particularly in the region of 200 to 300 nm. This is considered to be due to the fact that a structural defect of the glass was generated when the lamp was lit with high input energy and emitted ultraviolet light. When defects occur in the glass, the transmittance of the glass decreases particularly in the region of 200 to 300 nm. Further, SiO 2 fine particles generated by the high-temperature plasma when the lamp is turned on adhere to the inner wall of the arc tube, causing cloudiness of the sealing body, and lowering the transmittance of quartz glass in the UV region. Due to these factors, the UV radiation intensity is particularly reduced in the entire wavelength range. From the graphs of FIGS. 13 and 14, it is understood that cloudiness is less likely to occur as the number of trigger wires increases.

図15に、トリガーワイヤの数を1本と3本に変えた場合の光電流波形を示す(図15Aが1本の場合、図15Bが3本の場合である)。なお、いずれも電極間距離Lは1.87cmであり、封入圧は73327Paとした以外は、第6実施形態と同じである。なお、このランプでは、充電電圧1000Vの条件でY=119.3である。   FIG. 15 shows a photocurrent waveform when the number of trigger wires is changed to one and three (FIG. 15A shows a case of one wire, and FIG. 15B shows a case of three wires). Note that, in each case, the distance L between the electrodes is 1.87 cm, and the sealing pressure is 73327 Pa, except that it is the same as the sixth embodiment. In this lamp, Y = 119.3 under the condition of a charging voltage of 1000 V.

図15から明らかなように、トリガーワイヤが1本から3本になると、光波形の段差が低い強度で生じており、発光管内壁近傍の湾曲した主放電が発生する時間が短くなる。トリガーワイヤが1本の場合は電流波形が7500A付近の時に光波形の段差が生じ、3000Aから7500Aに到達する時間は約8μsである。一方、トリガーワイヤが3本の場合は電流波形が6000A付近の時に光波形の段差が生じ、3000Aから6000Aに到達する時間は約5μsである。トリガーワイヤが1本より3本の方が、プラズマが発光管内壁に沿って成長する時間が短く、かつ、温度が低い為、ガラスが蒸発する温度に加熱されず、白濁の進行を抑制することができる。   As is clear from FIG. 15, when the number of the trigger wires is reduced from one to three, the step of the light waveform is generated at a low intensity, and the time during which the curved main discharge near the inner wall of the arc tube is generated becomes short. In the case of a single trigger wire, a step in the optical waveform occurs when the current waveform is around 7500 A, and the time required to reach 7500 A from 3000 A is about 8 μs. On the other hand, when there are three trigger wires, a step in the optical waveform occurs when the current waveform is around 6000 A, and the time required to reach 6000 A from 3000 A is about 5 μs. With three trigger wires, the time for plasma to grow along the inner wall of the arc tube is shorter and the temperature is lower, so that the trigger wire is not heated to the temperature at which the glass evaporates, and the progress of cloudiness is suppressed. Can be.

図16に、トリガーワイヤの数を3本と6本に変えた場合の光電流波形を示す(図16Aが3本の場合、図16Bが6本の場合である)。いずれも電極間距離Lは1.14cmであり、封入圧は73327Paとした以外は、第6実施形態と同じである。なお、このランプでは、充電電圧1000Vの条件でY=72.7である。   FIG. 16 shows a photocurrent waveform when the number of trigger wires is changed from three to six (FIG. 16A shows a case where there are three, and FIG. 16B shows a case where there are six). In each case, the distance L between the electrodes is 1.14 cm, and the sealing pressure is 73327 Pa, except that it is the same as the sixth embodiment. In this lamp, Y = 72.7 under the condition of a charging voltage of 1000 V.

図16から明らかなように、トリガーワイヤが3本から6本になると、光波形の段差が低い強度で生じており、発光管内壁近傍の湾曲した主放電が発生する時間が短くなる。トリガーワイヤが3本の場合は電流波形が5500A付近の時に光波形の段差が生じ、3000Aから5500Aに到達する時間は約4μsである。一方、トリガーワイヤが6本の場合は電流波形が4500A付近の時に光波形の段差が生じ、3000Aから4500Aに到達する時間は約2μsである。トリガーワイヤが3本より6本の方が、プラズマが発光管内壁に沿って成長する時間が短く、かつ、温度が低い為、白濁の進行を抑制することができる。   As is clear from FIG. 16, when the number of the trigger wires is changed from three to six, the step of the optical waveform is generated at a low intensity, and the time during which the curved main discharge near the inner wall of the arc tube is generated is shortened. When there are three trigger wires, a step in the optical waveform occurs when the current waveform is around 5500 A, and the time required to reach 5500 A from 3000 A is about 4 μs. On the other hand, when there are six trigger wires, a step in the optical waveform occurs when the current waveform is around 4500 A, and the time required to reach 4500 A from 3000 A is about 2 μs. When the number of the trigger wires is six, the growth time of the plasma along the inner wall of the arc tube is shorter and the temperature is lower.

このように、トリガーワイヤの本数を複数放射状に配置することにより、高温になったプラズマが管壁に触れるのを抑制して白濁化を低減させることができる。   In this way, by arranging a plurality of trigger wires radially, it is possible to suppress the high-temperature plasma from touching the tube wall and reduce the clouding.

7.2 黒化防止について
つぎに、より黒化が起こりやすい発光条件とした場合について説明する。
7.2 Prevention of Blackening Next, a description will be given of a case where light emission conditions under which blackening easily occurs are set.

かかる実験におけるランプについては上記白濁の場合と同じであるが、点灯条件および点灯モードが下記のように異なる。本実施形態においては、充電電圧500V、コンデンサ容量420μFで、1パルスあたりの入力エネルギーを52.5Jとして、3Hzの点灯モードで点灯させた。   The lamp in this experiment is the same as in the case of the above cloudiness, but the lighting conditions and the lighting mode are different as follows. In the present embodiment, lighting was performed in a lighting mode of 3 Hz with a charging voltage of 500 V, a capacitor capacity of 420 μF, and an input energy per pulse of 52.5 J.

トリガーワイヤの数が1本のランプでは、2千ショットで、全体的に黒化がみられ、3本のランプでは、約4千ショットで黒化が見られた。さらに、6本のランプでは、3万ショットでもほとんど初期状態と変化がなかった。   In the case of a lamp having one trigger wire, blackening was observed in 2,000 shots as a whole, and in the case of three lamps, blackening was observed in about 4,000 shots. Further, with the six lamps, there was almost no change from the initial state even after 30,000 shots.

一般にフラッシュランプの寿命は1パルスあたりの入力エネルギーに大きく依存し、寿命は放射強度変化において、維持率が50%を下回るとランプ寿命に達していると判断される。   In general, the life of a flash lamp greatly depends on the input energy per pulse, and the life is determined to have reached the lamp life when the maintenance ratio falls below 50% in the radiation intensity change.

図17に、トリガーワイヤの数を1本、3本、および6本とした場合の長期点灯放射強度の変化を示す。トリガーワイヤが1本の場合は、全波長領域200-800nmでは、2千ショットで放射強度維持率が77%、4千ショットで放射強度維持率が60%であった。   FIG. 17 shows changes in the long-term lighting radiation intensity when the number of trigger wires is one, three, and six. In the case of a single trigger wire, in the entire wavelength region of 200 to 800 nm, the radiation intensity maintenance ratio was 77% at 2,000 shots, and the radiation intensity maintenance ratio was 60% at 4,000 shots.

これに対して、トリガーワイヤが3本の場合は、全波長領域200-800nmでは、2千ショットで放射強度維持率が92%、4千ショットで放射強度維持率が84%、6千ショットで放射強度維持率が76%であった。   On the other hand, when the number of trigger wires is three, in the entire wavelength range of 200 to 800 nm, the radiation intensity maintenance ratio is 92% at 2,000 shots, the radiation intensity maintenance ratio is 84% at 4,000 shots, and the radiation intensity maintenance ratio is 6,000 at 6,000 shots. The radiation intensity maintenance ratio was 76%.

また、トリガーワイヤが6本の場合は、全波長領域200-800nmでは、1万ショットで放射強度維持率が95%、5万ショットで77%、20万ショットで49%であった。   When the number of trigger wires was 6, in the entire wavelength region of 200 to 800 nm, the radiation intensity retention rate was 95% for 10,000 shots, 77% for 50,000 shots, and 49% for 200,000 shots.

図18に、図17の実験で用いたランプについて、充電電圧を600Vとした場合の分光分布の比較を示す。図18Aは、トリガーワイヤの数が1本の場合の、初期と2千ショット後の比較である。トリガーワイヤの数が1本の場合、2千ショット時には、全波長域(200-800nm)について、放射強度がかなり低下している。   FIG. 18 shows a comparison of the spectral distribution when the charging voltage is set to 600 V for the lamp used in the experiment of FIG. FIG. 18A is a comparison between the initial state and the state after 2,000 shots when the number of trigger wires is one. When the number of trigger wires is one, the emission intensity is considerably reduced over the entire wavelength range (200 to 800 nm) at 2,000 shots.

図18Bは、トリガーワイヤの数が3本の場合の、初期と6千ショット後の比較である。この場合、6千ショット時に、図18Aとほぼ、同様の低下度であることが分かる。   FIG. 18B is a comparison between the initial state and the state after 6,000 shots when the number of trigger wires is three. In this case, it can be seen that the degree of reduction is almost the same as in FIG. 18A at 6,000 shots.

図18Cのように、トリガーワイヤの数が6本となると、4万ショット時でも、トリガーワイヤが3本の場合の6千ショット時よりも放射強度は低下しておらず、トリガーワイヤが3本の場合と、16万ショット時でほぼ同等である。   As shown in FIG. 18C, when the number of trigger wires becomes six, even at the time of 40,000 shots, the radiation intensity is not lower than that at the time of 6,000 shots when three trigger wires are used, and three trigger wires are used. Is almost the same as in the case of 160,000 shots.

1パルスあたりの入力エネルギーを52.5Jとして3Hzで繰り返し点灯すると、異常放電やスパッタによる黒化が原因で、全波長域200-800nmが低下していると判断できる。図17,図18のグラフから、トリガーワイヤの数が多いほど、黒化がおきにくいことが分かる。   When the input energy per pulse is 52.5 J and the lamp is repeatedly turned on at 3 Hz, it can be determined that the entire wavelength range of 200 to 800 nm is lowered due to abnormal discharge or blackening due to sputtering. From the graphs of FIGS. 17 and 18, it can be seen that as the number of trigger wires increases, blackening hardly occurs.

図19に、トリガーワイヤの数を、1本と3本に変えた場合の光電流波形の比較を示す(図19Aが1本の場合、図19Bが3本の場合である)。いずれも電極間距離Lは0.89cmであり、封入圧は73327Pa、およびコンデンサ容量を280μFとした以外は、第6実施形態と同じである。なお、このランプでは、充電電圧600Vの条件でY=94.6、1000Vの条件でY=56.8である。   FIG. 19 shows a comparison of the photocurrent waveforms when the number of trigger wires is changed to one and three (FIG. 19A shows the case of one wire and FIG. 19B shows the case of three wires). In each case, the distance L between the electrodes was 0.89 cm, the sealing pressure was 73327 Pa, and the capacitance of the capacitor was 280 μF. In this lamp, Y = 94.6 under the condition of a charging voltage of 600 V, and Y = 56.8 under the condition of a charging voltage of 1000 V.

図19から、トリガーワイヤが3本の場合には、1本と比べて、低い電流で、管壁に沿った湾曲した主放電から電極間の真直ぐな主放電へ移行しているといえる。トリガーワイヤは固定する為に発光管の後端部で円周状に巻いているが、電極の後端部とトリガーワイヤの距離が近い為、異常放電が発生し易くなっている。電極先端間の放電は発光管と距離があるが電極の後端部からの異常放電は発光管に接近しており、繰り返し異常放電が発生すると、管壁が黒化し易くなる。トリガーワイヤを増やして電極間の放電へ早く移行することにより、異常放電の発生を抑制できる。その結果、電極構成材料がスパッタして発光管の管壁に付着する事が少なくなる。したがって、電極へのスパッタが減少し、黒化の発生を抑制できる。   From FIG. 19, it can be said that when the number of trigger wires is three, the current changes from a curved main discharge along the tube wall to a straight main discharge between the electrodes at a lower current than that of one. The trigger wire is wound circumferentially at the rear end of the arc tube for fixing. However, since the distance between the rear end of the electrode and the trigger wire is short, abnormal discharge is likely to occur. The discharge between the electrode tips is at a distance from the arc tube, but the abnormal discharge from the rear end of the electrode is close to the arc tube. If the abnormal discharge occurs repeatedly, the wall of the tube is easily blackened. The occurrence of abnormal discharge can be suppressed by increasing the number of trigger wires and quickly shifting to discharge between the electrodes. As a result, it is less likely that the electrode constituent material is sputtered and adheres to the tube wall of the arc tube. Therefore, spatter on the electrode is reduced, and the occurrence of blackening can be suppressed.

図20にトリガーワイヤの数を、3本と6本に変えた場合の光電流波形の比較を示す(図20Aが3本の場合、図20Bが6本の場合である)。   FIG. 20 shows a comparison of the photocurrent waveforms when the number of trigger wires is changed from three to six (FIG. 20A shows three cases and FIG. 20B shows six cases).

いずれも電極間距離Lが1.14cmである以外は、第6実施形態と同じである。なお、このランプでは、充電電圧600Vの条件でY=121.2である。   Both are the same as the sixth embodiment except that the distance L between the electrodes is 1.14 cm. In this lamp, Y = 121.2 under the condition of a charging voltage of 600V.

この場合も、トリガーワイヤが3本の場合に比べて6本では、光波形の段差が低い強度で生じており、発光管内壁近傍の湾曲した主放電が発生する時間が短くなっている。トリガーワイヤが3本の場合は、電流波形が2500A付近で光波形の段差が生じ、トリガーワイヤが6本の場合は1500A付近で段差が生じている。また、入力エネルギーが低い条件で点灯した場合は、管壁に沿った放電は3000A以下で生じており、ガラスが蒸発する温度に到達しない為、白濁の問題はほとんどない。トリガーワイヤが3本より6本の場合は、プラズマが管壁に沿って成長する時間が短く、電極構成材料がスパッタして管壁に付着することが少なくなるため、黒化の進行を抑制することができる。   Also in this case, when the number of trigger wires is six, the step of the optical waveform is generated at a lower intensity than in the case of three trigger wires, and the time during which a curved main discharge near the inner wall of the arc tube is generated is shortened. When there are three trigger wires, a step in the optical waveform occurs near the current waveform of 2500 A, and when there are six trigger wires, a step occurs near 1500 A. Further, when the lamp is turned on under the condition that the input energy is low, the discharge along the tube wall occurs at 3000 A or less, and the temperature does not reach the temperature at which the glass evaporates. When the number of trigger wires is six rather than three, the time for plasma to grow along the tube wall is short, and the material constituting the electrode is less likely to be sputtered and adhered to the tube wall. be able to.

本実施形態においては、発光管内壁近傍の湾曲した主放電がトリガーワイヤが放射状に均等配置されているので、電極先端間の真直ぐな主放電により早く移行する。これにより、放電エネルギー210J程度で繰り返し発光させる場合でも、白濁が起きにくくなる。また、放電エネルギー50J程度でも、3Hz程度で繰り返し発光させた場合でも、電極先端間の真直ぐな主放電により早く移行することで、黒化が起きにくくなる。   In the present embodiment, the curved main discharge near the inner wall of the arc tube is quickly shifted by the straight main discharge between the electrode tips because the trigger wires are arranged radially and evenly. As a result, even when light is repeatedly emitted with a discharge energy of about 210 J, turbidity hardly occurs. In addition, even when the discharge energy is about 50 J or the light is repeatedly emitted at about 3 Hz, blackening is less likely to occur due to the quick transition due to the straight main discharge between the electrode tips.

なお、発明者は黒化の原因として、異常放電、スパッタ、及び電子放射性物質の蒸発が影響すると考えた。以下説明する。   The inventor thought that the cause of the blackening was abnormal discharge, spatter, and evaporation of the electron-emitting substance. This will be described below.

トリガーワイヤを固定する為に、発光管の後端部でトリガーワイヤを円周状に巻いている。ここで、電極後端部とトリガーワイヤの距離が近い為、異常放電が発生しやすくなっている。これにより、発光管端部の管壁が黒化する。   In order to fix the trigger wire, the trigger wire is wound circumferentially at the rear end of the arc tube. Here, since the distance between the rear end of the electrode and the trigger wire is short, abnormal discharge is likely to occur. Thereby, the tube wall at the arc tube end is blackened.

またフラッシュランプは、高い繰り返し周期や高い入力エネルギーで点灯させるので、電極内に含まれている電子放射性物質が蒸発して黒化する。たとえば、上記のように、1パルスあたりの放電エネルギーを200Jよりも高い条件で、繰り返し点灯させると、電極の温度上昇により、陽極からランタンが、陰極からプレス焼結電極のBa系エミッタ―等の物質が蒸発して、電極付近の管壁が黒化する。   In addition, since the flash lamp is turned on with a high repetition cycle and high input energy, the electron-emitting substance contained in the electrode evaporates and turns black. For example, as described above, when the discharge energy per pulse is higher than 200 J, and repeatedly turned on, the temperature rise of the electrode, lanthanum from the anode, Ba-emitter of the pressed sintered electrode from the cathode, etc. The substance evaporates and the tube wall near the electrode darkens.

また、陰極は、放電生成時に陽イオンの衝突を受ける事により電極構成材料がスパッタされて飛散する。   In addition, the cathode is sputtered and scattered by the material constituting the electrode due to the collision of cations when the discharge is generated.

このように、異常放電やエミッタ―蒸発によりスパッタし易くなり、電極付近の管壁が黒化していると考えた。   Thus, it was considered that the spatter was apt to occur due to abnormal discharge and emitter evaporation, and the tube wall near the electrode was blackened.

また、本実施形態においては、1本と3本と6本の場合について比較したが、2本以上あれば、電極先端間の真直ぐな主放電により早く移行することができる。   Further, in the present embodiment, the case of one, three, and six was compared. However, if there are two or more, the transition can be made earlier due to a straight main discharge between the electrode tips.

この実施形態では、トリガーワイヤが3本および6本、設けた場合について例示したが、かかる本数についてこれに限定されない。   In this embodiment, the case where three and six trigger wires are provided is described, but the number is not limited to this.

なお、上記実施例では、20<((P・L・D)/V)<200の条件下で実験をおこなったが、かかる範囲を超える場合でも、トリガーワイヤの数を放射状に増やすことにより、白濁および黒化を効果的に防止することができることはもちろんである。   In the above embodiment, the experiment was performed under the condition of 20 <((P · L · D) / V) <200. However, even in the case where the range is exceeded, the number of trigger wires is increased radially. Needless to say, clouding and blackening can be effectively prevented.

1・・・・・・・・ショートアーク型フラッシュランプ
3・・・・・・・・陰極
5・・・・・・・・陽極
7・・・・・・・・バルブ
9・・・・・・・・トリガーワイヤ
109・・・・・・トリガーワイヤ
1 Short-arc flash lamp 3 Cathode 5 Anode 7 Bulb 9 Trigger wire 109 Trigger wire

Claims (6)

封止された封体、
前記封体に封入された希ガス、
前記封体内部に対向して配置された陰極および陽極、
前記封体外側の陰陽極間に張った始動用のトリガーワイヤ、
を備え、コンデンサに充電した電気エネルギーを、前記トリガーワイヤに高電圧を印加して始動する紫外光放射ショートアーク型フラッシュランプであって、
前記トリガーワイヤは、前記封体に沿った始動用放電が複数の並列経路で起きるように複数本、放射状に配置されていること、
を特徴とする紫外光放射ショートアーク型フラッシュランプ。
Sealed envelope,
A rare gas enclosed in the envelope,
A cathode and an anode disposed opposite to each other inside the envelope,
Trigger wire for starting stretched between the negative anode outside the envelope,
An ultraviolet light radiating short arc type flash lamp which starts the electric energy charged in the capacitor by applying a high voltage to the trigger wire,
A plurality of the trigger wires are radially arranged such that a starting discharge along the envelope occurs in a plurality of parallel paths,
A short arc flash lamp that emits ultraviolet light.
請求項1の紫外光放射ショートアーク型フラッシュランプにおいて、
前記トリガーワイヤは、3本以上で構成されていること、
を特徴とする紫外光放射ショートアーク型フラッシュランプ。
The ultraviolet light short arc flash lamp according to claim 1,
The trigger wire is composed of three or more wires,
A short arc flash lamp that emits ultraviolet light.
請求項2の紫外光放射ショートアーク型フラッシュランプにおいて、
前記トリガーワイヤは、6本以上で構成されていること、
を特徴とする紫外光放射ショートアーク型フラッシュランプ。
The ultraviolet light short arc flash lamp according to claim 2,
The trigger wire is composed of six or more wires,
A short arc flash lamp that emits ultraviolet light.
請求項1〜3のいずれかの紫外光放射ショートアーク型フラッシュランプにおいて、
前記コンデンサに充電する1パルスあたりのエネルギーは50J以上であること、
を特徴とするショートアーク型フラッシュランプ。
The ultraviolet light radiation short arc type flash lamp according to any one of claims 1 to 3,
The energy per pulse for charging the capacitor is 50 J or more;
A short arc type flash lamp characterized by the following.
請求項4の紫外光放射ショートアーク型フラッシュランプにおいて、
前記コンデンサに充電する1パルスあたりのエネルギーは200J以上であること、
を特徴とするショートアーク型フラッシュランプ。
The ultraviolet light short arc type flash lamp according to claim 4,
The energy per pulse for charging the capacitor is 200 J or more;
A short arc type flash lamp characterized by the following.
請求項1〜請求項5のいずれかの紫外光を放射するショートアーク型フラッシュランプにおいて、
主放電における充電電圧500V以上、ピーク電流は3000A以上であること、
を特徴とするショートアーク型フラッシュランプ。
A short arc type flash lamp that emits ultraviolet light according to any one of claims 1 to 5,
Charge voltage in main discharge is 500 V or more, peak current is 3000 A or more,
A short arc type flash lamp characterized by the following.
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