JP3546610B2

JP3546610B2 - 誘電体バリア放電装置

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Publication number: JP3546610B2
Application number: JP26914496A
Authority: JP
Inventors: 昌士岡本; 隆朝比奈
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 1996-09-20
Filing date: 1996-09-20
Publication date: 2004-07-28
Anticipated expiration: 2016-09-20
Also published as: DE69739905D1; JPH1097898A; US5936358A; EP0831517A3; EP0831517A2; KR19980024786A; TW369664B; KR100429490B1; EP0831517B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、光化学反応用の紫外線光源として使用される放電ランプの一種で、誘電体バリア放電によってエキシマ分子を形成し、前記エキシマ分子から放射される光を利用するいわゆる誘電体バリア放電ランプを含む光源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明に関連した技術としては、誘電体バリア放電ランプについては、例えば特開平２ー７３５３号があり、そこには、放電容器にエキシマ分子を形成する放電用ガスを充填し、誘電体バリア放電（別名オゾナイザ放電あるいは無声放電。電気学会発行改定新版「放電ハンドブック」平成１年６月再販７刷発行第２６３ページ参照）によってエキシマ分子を形成せしめ、前記エキシマ分子から放射される光を取り出す放射器が記載されている。
【０００３】
上記のような誘電体バリア放電ランプおよびこれを含む光源装置は、従来の低圧水銀放電ランプや高圧アーク放電ランプには無い種々の特長を有しているため応用の可能性が多岐にわたっている。とりわけ、近来の環境汚染問題への関心の高まりのなかで、紫外線による光化学反応を応用した無公害の材料処理は、その最も重要な応用のひとつであり、従って、誘電体バリア放電光源装置に対する高出力化または照射面積広大化に対する要求には非常に強いものがある。
【０００４】
この要求に沿う提案のひとつとして、例えば、特開平４ー２２９６７１号があり、そこには複数の誘電体バリア放電ランプの並列点灯によって光源の大規模化、照射面積の広大化を図る構成が述べられている。しかし、このような従来の技術のみによっては、解決できない大きな問題、すなわち、広い面積を照射する場合の、照射エネルギー密度の均一化と調光可能化の同時達成が困難な問題である。
【０００５】
照射エネルギー密度の均一化と調光可能化の同時達成が必要とされる理由について以下簡単に説明する。
誘電体バリア放電ランプの紫外線による材料処理作用は、非常に複雑で高度な光化学反応によるものであり、大面積の材料に対して所望の材料処理効果を得るためには、照射エネルギー密度分布において、所望の分布に対する過不足があってはならない。照射エネルギー密度が不足している場合は、照射の効果が低いため、問題であることは明らかである。また、照射エネルギー密度が過剰である場合にも、例えば、照射紫外線による分解生成物が再反応を起こして、意図しない分子合成がおこなわれ、対象処理材料表面に不均一な不純物質層を形成することがある。従って、照射エネルギー密度の過不足には、行おうとする材料処理反応の種類に依存したある許容範囲が存在し、理想的な誘電体バリア放電装置は、これが満足できるような、照射エネルギー密度の均一性と照射エネルギー密度の調節機能が求められるわけである。
【０００６】
ところで、照射エネルギー密度の調節を行う方法には２通りあり、一つには照射時間を調節する方法と、あと一つにはランプの放射光量を調節、すなわち調光する方法である。
前者の方法の場合、実現は非常に簡単であるが、この方法は、被照射材料が、例えばガラス板のように枚葉処理にて対応可能なものでは適用できるが、連続的に流れ搬送されるシートロール状のものの場合は、後者の調光による方法が必須となる。
【０００７】
以下、誘電体バリア放電装置において、前記照射エネルギー密度の均一性と調光可能性の同時達成が困難である理由を、図１を用いて説明する。
誘電体バリア放電ランプを点灯させる際は、その両極の電極には、例えば、１０ｋＨｚ〜２００ｋＨｚ、２ｋＶ〜１０ｋＶｒｍｓの高周波の交流電圧が印加される。ところが誘電体バリア放電ランプ（Ｂ１，Ｂ２）には、放電プラズマの空間（Ｇ１，Ｇ２）を挟んで電極（Ｅａ１，Ｅａ２）（Ｅｂ１，Ｅｂ２）の間に、１枚または２枚の誘電体（Ｄ１，Ｄ２）が存在し、これがコンデンサの働きをすることによって電流が流れることになる。また、電流が流れているときの放電プラズマは、近似的に抵抗と見なすことができる。ただし、放電プラズマに印加される電圧は交流であるから、その半サイクル毎に放電開始と放電停止を繰り返しており、したがって、誘電体バリア放電ランプは、基本的には非線形素子である。例えば、厚さ１ｍｍの石英板２枚の間隙を４ｍｍとし、これを放電空間として、キセノンガスが約４００００Ｐａの圧力で満された、電極面積２００ｃｍ^２の誘電体バリア放電ランプを、周波数約１００ｋＨｚ、印加電圧約４ｋＶｒｍｓにおいて点灯した場合には、発明者らの測定実験においては、約２００ｐＦのコンデンサと約１．５ｋΩの抵抗とを直列に接続したものと近似的に等価とであるとの結果を得ている。
【０００８】
ところで、ランプの製造に関して、その材料調達または製造工程において、必ず加工誤差およびバラツキが存在し、ランプの点灯特性は、個々のランプ毎に異なっている。例えば、誘電体バリア放電ランプの誘電体（Ｄ）として、石英材を使用する場合、経済的に入手可能な公称厚さ１ｍｍの石英ガラスには、厚さバラツキが０．３ｍｍ程度存在し、また場所的な不均一も同程度存在する。
さらに、加工上の誤差に起因して、２枚の石英板の間隔にバラツキが生ずるし、また、石英板の形状に歪みがあれば、１個のランプ内でも場所的な間隔の不均一が生じる。
【０００９】
これらのバラツキや不均一は、誘電体バリア放電ランプの放電開始電圧や放電維持電圧に著しい影響を与え、放電開始電圧や放電維持電圧についての、ランプ毎の、また１個のランプ内では場所毎の非一様性として現れる。放電開始電圧や放電維持電圧の非一様性は、結果として、ランプ毎および場所毎の発光強度の非一様性の原因となるが、ランプ印加電圧のピーク値が比較的低い場合には、特にその影響が顕著に現れる。その理由は、例えば、ランプへの印加電圧のピーク値が平均の放電維持電圧の程度である状態を想定すると、場所によっては放電する所と、全く放電しない所が生じるに違いないことを考えれば、容易に理解できる。図１では、ランプに放電空間の間隔の広いものと狭いものとがある状態を示し、この場合は放電空間の間隔の広いものの放電開始電圧が高く、従って放電しにくい。
図２（ａ１）、図２（ａ２）は、このような状態のランプの放電開始電圧レベル（Ｖｅ）とランプへの印加電圧（Ｖ）との関係を概念的に説明するものである。図２（ａ１）は放電開始電圧レベルが高いランプまたはランプ内の部分、図２（ａ２）は放電開始電圧レベルが低いランプまたはランプ内の部分を表す。ランプへの印加電圧（Ｖ）は両図で同じである。図２（ａ１）では、交流の印加電圧（Ｖ）が放電開始電圧レベル（Ｖｅ）に満たないため、全く放電していない。一方、図２（ａ２）では、交流の印加電圧（Ｖ）について放電開始電圧レベルを超える期間（Ｐｅ）が存在するため、この期間では放電が生じている。
【００１０】
逆にランプへの印加電圧のピーク値が平均の放電維持電圧に比して十分高い状態では、ランプ毎の、または１個のランプ内の放電状態の不均一が小さくなると言うことができる。
図２（ｂ１）、図２（ｂ２）は、このような状態のランプの放電開始電圧レベル（Ｖｅ）とランプへの印加電圧（Ｖ）との関係を、図２（ａ１）、図２（ａ２）に対比させて概念的に説明するものである。ランプへの印加電圧（Ｖ）は両図で同じであるが、図２（ａ１）、図２（ａ２）の場合より高い。この場合は、両図において、交流の印加電圧（Ｖ）について放電開始電圧レベルを超える期間（Ｐｅ）が存在する。その期間の長さの違いは、ランプへの印加電圧（Ｖ）が高くなるに従い、相対的に小さくなることは直感的に理解できる。
なお、放電維持電圧は、放電開始電圧より低いため、放電終了タイミングは、図２（ａ２）、図２（ｂ１）、図２（ｂ２）における放電開始電圧レベルを超える期間（Ｐｅ）の後端よりも後ろへ伸びるが、本質的な関係において重要ではない。
ただし、必要な均一性を得るだけのためにランプへの印加電圧を決定すれば、ランプ電力をある値以下にはできなくなり、調光が不可能となるのみならず、そのランプ電力値によっては過電力になってすぐに破損する可能性もあるため、単純にランプへの印加電圧を高くするだけでは、問題の本質的な解決にはならない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
この発明が解決しようとする課題は、前記ランプ材料や加工上のバラツキや不均一を有するものを含む、複数の誘電体バリア放電ランプを点灯する場合でも、光照射エネルギー密度の均一化または調光可能化の困難の問題が改善された、経済的な誘電体バリア放電装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、本発明の請求項１の発明は、誘電体バリア放電によってエキシマ分子を生成する放電用ガスが充填された放電空間があって、前記放電用ガスに放電現象を誘起せしめるための電極のうちの少なくとも一方の電極とこの放電用ガスの間に誘電体が介在する構造を有する誘電体バリア放電ランプと、前記誘電体バリア放電ランプの前記電極に交流の高電圧を印加するための給電装置とを有する誘電体バリア放電装置において、前記給電装置が、前記誘電体バリア放電ランプにランプの放電開始電圧より十分高い交流の高電圧を印加し前記誘電体バリア放電ランプに発光のための放電を生じせしめている期間（Ｔａ）と、実質的に発光のための放電を生じせしめていない期間（Ｔｂ）とを交互に繰り返し、かつ、期間（Ｔａ）と期間（Ｔｂ）との比率を変化させることすことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の請求項２の発明は、前記給電装置が、前記誘電体バリア放電ランプにランプの放電開始電圧より十分高い交流の高電圧を印加し、前記誘電体バリア放電ランプに発光のための放電を生じせしめている期間（Ｔａ）と、前記誘電体バリア放電ランプが放電を維持できる範囲内で印加する交流の電圧が前記誘電体バリア放電ランプに発光のための放電を生じせしめている期間（Ｔａ）の電圧よりも低下している期間（Ｔｃ）と、を交互に繰り返し、かつ、期間（Ｔａ）と期間（Ｔｃ）との比率を変化させることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の請求項３の発明は、請求項１から請求項２に記載の誘電体バリア放電装置にあって、前記給電装置が、前記誘電体バリア放電ランプの平均的な発光量を可変にすることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の請求項４の発明は、請求項１から請求項３に記載の誘電体バリア放電装置にあって、誘電体バリア放電ランプに投入される電力に相関する量を測定するためのランプ電力測定手段を有し、かつ前記給電装置が、前記ランプ電力測定手段からのランプ電力測定信号と、前記誘電体バリア放電ランプに投入される電力に相関する量の目標値を示すランプ電力目標値信号との誤差が小さくなるように前記誘電体バリア放電ランプへの印加電圧をフィードバック制御するためのランプ電力フィードバック制御回路を有するものであって、前記ランプ電力目標値発生手段が、前記ランプ電力目標値信号の大きい値を発生する期間と前記ランプ電力目標値信号の小さい値を発生する期間とを交互に繰り返すことににより、前記誘電体バリア放電ランプに印可すべき電圧をフィードバック的に生成することを特徴とする
【００１６】
また、本発明の請求項５の発明は、請求項３と請求項４に記載の誘電体バリア放電装置にあって、誘電体バリア放電ランプの発光量を測定するためのランプ発光量測定手段を有し、かつ、前記給電装置が、前記ランプ発光量測定手段からのランプ発光量測定信号とランプ発光量の目標値を示すランプ発光量目標値信号との誤差が小さくなるように前記誘電体バリア放電ランプに発光のための放電を生じせしめている期間（Ｔａ）とそれ以外の期間（Ｔｂ）（Ｔｃ）との比率をフィードバック制御するためのランプ発光量フィードバック回路を有することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の請求項６の発明は、請求項１から請求項５に記載の誘電体バリア放電装置にあって、誘電体バリア放電ランプの連続的な消灯状態を経た後の、点灯起動時において、前記誘電体バリア放電ランプに投入される電力が安定するまで間は、連続的に交流の高電圧を印加し、前記誘電体バリア放電ランプに投入される電力が安定した後に、交流の高電圧を印加して前記誘電体バリア放電ランプに発光のための放電を生じせしめている期間（Ｔａ）とそれ以外の期間（Ｔｂ）（Ｔｃ）とを交互に繰り返す動作を行うことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の請求項７の発明は、請求項６に記載の誘電体バリア放電装置であって、誘電体バリア放電ランプの連続的な消灯状態を経た後の、点灯起動時において、前記誘電体バリア放電ランプに投入される電力が安定するまで間は、前記ランプ電力フィードバック制御回路の応答速度を遅くし、前記誘電体バリア放電ランプに投入される電力が安定した後に、前記ランプ電力フィードバック制御回路の応答速度を速くし、交流の高電圧を印加して前記誘電体バリア放電ランプに発光のための放電を生じせしめている期間（Ｔａ）とそれ以外の期間（Ｔｂ）（Ｔｃ）とを交互に繰り返す動作を行うことを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の態様】
請求項１の発明について、図３を用いて説明する。
図において、給電装置（Ｓ）に１個または複数個の誘電体バリア放電ランプ（Ｂ，Ｂ１，Ｂ２，‥）が接続されている。
【００２０】
給電装置（Ｓ）は、ＡＣ電源ライン（１３）に接続されたダイオードブリッジ（１４）、平滑コンデンサ（１５ａ，１５ｂ）よりなる直流電源部、および２個のＦＥＴ（１１ａ，１１ｂ）より構成される、ハーフブリッジ方式のインバータ回路と前記インバータに接続される昇圧トランス（１６ａ）により、交流の高電圧をランプ（Ｂ，Ｂ１，Ｂ２，‥）に印加できるようになっている。２個のＦＥＴ（１１ａ，１１ｂ）が交互にオンとオフを繰り返すよう、インバータゲート信号発生回路（１７）は、各ＦＥＴに付属のインバータゲート駆動回路（１２ａ，１２ｂ）にパルス信号を送る。インバータゲート信号発生回路（１７）には、変調信号発生回路（２１ａ）よりの変調信号（２２ａ）と発振器（１８）よりのクロック信号（１９）が入力される。クロック信号（１９）は、例えば１００ｋＨｚの矩形波信号であり、このとき、昇圧トランス（１６ａ）の２次側巻線は、５０ｋＨｚの交流高電圧をランプ（Ｂ，Ｂ１，Ｂ２，‥‥）に供給する。
また、変調信号（２２ａ）は、比較的低周波、例えば５０Ｈｚの矩形波信号である。（１５Ｃ）は偏励磁防止用コンデンサ、（Ｄ）をダイオードを示す。
【００２１】
インバータゲート信号発生回路（１７）は、変調信号（２２ａ）がハイレベルのときにはインバータゲート駆動回路（１２ａ，１２ｂ）にパルス信号を送り、変調信号（２２ａ）がローレベルのときにはインバータゲート駆動回路（１２ａ，１２ｂ）にパルス信号を送らないものとするならば、ランプ（Ｂ，Ｂ１，Ｂ２，‥）への交流高電圧の供給が、変調信号（２２ａ）の周波数、いまの例では５０Ｈｚで断続されることにより、図４（ａ）に示すように、発光のための放電を生じせしめている期間（Ｔａ）と、実質的に発光のための放電を生じせしめていない期間（Ｔｂ）とを交互に繰り返す、言い換えれば、ランプが５０Ｈｚで点灯と消灯を繰り返すことになる。
【００２２】
昇圧トランス（１６ａ）の１次と２次側の巻比を、ＡＣ電源ライン（１３）の電圧等の条件に対して適当に設定することにより、ランプ（Ｂ，Ｂ１，Ｂ２，‥）へ供給される交流電圧を、ランプの放電開始電圧より十分高い、従って、ランプ毎の、または１個のランプ内の放電状態の不均一が小さくなる適当な電圧に設定することができる。また、変調信号（２２ａ）の周期に対するハイレベル時間の割合、すなわちデューティ比が適当な値になるように変調信号発生回路（２１ａ）を設定することにより、ランプの断続的点灯のデューティ比が、従ってランプの平均電力を所望の値に設定できることになる。すなわち、高いランプの平均電力が必要な場合は、変調信号（２２ａ）のデューティ比を大きく設定し、逆に、低いランプの平均電力が必要な場合は、変調信号（２２ａ）のデューティ比を小さく設定すればよい。
【００２３】
このとき重要なことは、ランプの平均電力が低い値で運転した場合でも、ランプが点灯している期間では、ランプの放電開始電圧より十分高い電圧が印加されており、ランプ毎の、または、１個のランプ内の放電状態の不均一は小さく保たれていることである。また、ランプが消灯している期間では不均一は当然存在しないから、結局、平均したランプの点灯状態も不均一は小さく保たれることになる。
【００２４】
すなわち、本発明の請求項１の発明を用いることにより、誘電体バリア放電ランプの平均的な発光量を任意に設定でき、かつ、本発明を用いない誘電体バリア放電ランプにおいては不可避の、ランプ電力が低い値で運転したときに生ずるランプ毎の、または１個のランプ内の放電状態が不均一になる現象を完全に回避できるという大きな利点を得ることができる。
【００２５】
なお、誘電体バリア放電ランプが発光のための放電を生じせしめている期間
（Ｔａ）に発熱し、実質的に発光のための放電を生じせしめていない期間（Ｔｂ）に冷却するときの熱サイクルがランプを構成する電極（Ｅａ，Ｅａ１，Ｅａ２，‥）（Ｅｂ，Ｅｂ１，Ｅｂ２，‥）や封体すなわち誘電体（Ｄ，Ｄ１，Ｄ２，‥）に与えるストレスまたは偏膨張、偏収縮の影響によって、発光のための放電を生じせしめている期間（Ｔａ）と実質的に発光のための放電を生じせしめていない期間（Ｔｂ）とを交互に繰り返すときの周波数が低すぎる場合はランプが劣化する可能性があるため、この周波数は、概ね２０Ｈｚ以上が望ましい。
【００２６】
なお、もし回路構成上の都合により、実質的に発光のための放電を生じせしめていない期間（Ｔｂ）において、前記のようにランプへの交流電圧の印加を停止するのではなく、放電が生じない程度の印加交流電圧が残るようなものとすることも、本発明の請求項１の発明の一実施態様である。
【００２７】
次に、請求項２の発明について図５を用いて説明する。
図５においては、図３のものの直流電源部に対して、チョッパ電源を構成するためのＦＥＴ（２３）、ダイオード（２４）、チョークコイル（２５）等が追加されている。ＦＥＴ（２３）がオンとオフを繰り返すよう、チョッパゲート信号発生回路（２７）は、ＦＥＴ（２３）に付属のチョッパゲート駆動回路（２６）にパルス信号を送る。チョッパゲート信号発生回路（２７）には、変調信号発生回路（２１ｂ）よりの変調信号（２２ｂ）と発振器（２８）よりのクロック信号（３０）が入力される。図３のものと異なり、インバータゲート信号発生回路（１７）には、変調信号は入力されない。クロック信号（３０）は、例えば２００ｋＨｚの矩形波信号であり、また、変調信号（２２ｂ）は、図３のものと同様でよく、例えば５０Ｈｚの矩形波信号である。また、（１４ａ）は平滑用コンデンサを示す。
【００２８】
チョッパゲート信号発生回路（２７）は、チョッパゲート駆動回路（２６）に対して、変調信号（２２ｂ）がハイレベルのときにはＦＥＴ（２３）のオン時間が長くなるようなパルス信号を送り、変調信号（２２ｂ）がローレベルのときにはＦＥＴ（２３）のオン時間が短くなるようなパルス信号を送るものとするならば、変調信号（２２ｂ）の周波数、いまの例では５０Ｈｚで、平滑コンデンサ（１５ａ，１５ｂ）の電圧が高い期間と低い期間が繰り返され、従って、ランプ（Ｂ，Ｂ１，Ｂ２，‥）へ供給される交流電圧が高い期間と低い期間が繰り返されることになる。
【００２９】
本発明の請求項１の発明の作用についての前記説明と同様に、昇圧トランス（１６ａ）の１次と２次側の巻比を、変調信号（２２ｂ）がハイレベルの期間の平滑コンデンサ（１５ａ，１５ｂ）の電圧等の条件に対して適当に設定することにより、ランプ（Ｂ，Ｂ１，Ｂ２，‥）へ供給される交流電圧を、ランプの放電開始電圧より十分高い、従って、ランプ毎の、または１個のランプ内の放電状態の不均一が小さく、発光のための放電を生じせしめるための適当な電圧に設定することができる。
【００３０】
また、変調信号（２２ｂ）がローレベルの期間のＦＥＴ（２３）のオン時間を適当に設定することにより、ランプ（Ｂ，Ｂ１，Ｂ２，‥）へ供給される交流電圧を、ランプの放電維持電圧よりは高いが、ランプの発光量が、変調信号（２２ｂ）がハイレベルの期間の値に比して十分小さい、従って、ランプがかろうじて点灯している程度の適当な電圧に設定することができる。結果として、図４ｂに示すように、ランプに発光のための放電を生じせしめている期間（Ｔａ）と、ランプが放電を維持できる範囲内で、印加する交流の電圧が発光のための放電を生じせしめている期間（Ｔａ）の電圧よりも低く、ランプがかろうじて点灯している程度の電圧である期間（Ｔｃ）とを交互に繰り返すように動作させることができる。
【００３１】
このようにランプを消灯させずに、印加電圧を下げて、かろうじて点灯し、弱く放電発光している状態とすることの利点を以下に述べる。
一般に、消灯状態の放電ランプへの印加電圧を上昇させていった場合、放電を開始するタイミングにはバラツキが生ずるという特徴がある。誘電体バリア放電装置の誘電体バリア放電ランプのように、交流電圧を印加する場合には、実際に放電が開始される印加交流電圧のサイクルが点灯の度毎に再現しないことになる。すなわち、交流電圧が印加されているにもかかわらず、放電しないサイクルが存在し得ることになるのであるが、このようなサイクルが放電開始までに何サイクル生じるかについては、確率的で予測不可能であり、またその確率自体は、ランプに印加される交流電圧の周波数、ランプの温度、直近の消灯期間の継続時間に依存する。
ところで、このような交流電圧が印加されているにもかかわらず、放電しないサイクルにおいては、ランプに放電電流が流れないため、昇圧トランス（１６ａ）の２次側の漏洩インダクタンスの影響が小さくなり、むしろ放電が生じているサイクルよりも高い電圧が印加されていることすら起こり得る。このことは、特に昇圧トランスに関して、２次側巻線の電圧耐量によっては過電圧となって、特性の劣化、寿命の低下、破損の危険を孕むことを意味し、安全上や経済上の大きな問題であることは論を待たない。
一方、本発明の請求項２の発明のように、ランプがかろうじて放電している状態から、印加電圧を上昇させて発光のための放電を生じせしめる場合には、放電空間に電流担体（電子やイオン）が既に存在するため、このような現象は生じず、変調信号（２２ｂ）に忠実に従う放電状態のなめらかな移行が可能で、当然、前記放電が開始される印加交流電圧のサイクルが点灯の度毎に再現しない現象や、前記過電圧が発生する危険な現象は全く生じ得ない。
【００３２】
変調信号（２２ｂ）の周期に対するハイレベル時間の割合、すなわちデューティ比が適当な値になるように変調信号発生回路（２１ｂ）を設定することにより、発光のための放電を生じせしめている期間（Ｔａ）のデューティ比を、従ってランプの平均電力を所望の値に設定できることになる。なお、このようなランプがかろうじて点灯している期間（Ｔｃ）では、前記ランプ材料や加工上のバラツキや不均一に起因する、ランプ毎の、または１個のランプ内の放電状態の不均一が著しく発生してはいるものの、発光量自体が小さいため、発光のための放電を生じせしめている期間との平均をとればほとんど問題にならない。
【００３３】
すなわち、本発明の請求項２の発明を用いることにより、放電が開始される印加交流電圧のサイクルが点灯の度毎に再現しない現象や、過電圧が発生する現象の生起が完全に回避される利点と、本発明の請求項１の発明の利点、すなわち、誘電体バリア放電ランプの平均的な発光量を任意に設定でき、かつ、本発明を用いない誘電体バリア放電ランプにおいては不可避の、ランプ電力が低い値で運転したときに生ずるランプ毎の、または１個のランプ内の放電状態が不均一になる現象を完全に回避できる利点の両方を得ることができる。
【００３４】
なお、平均のランプ発光量の不均一を小さく抑えるためには、ランプがかろうじて点灯している期間（Ｔｃ）に、ランプに印加する交流電圧については、低い方が有利であるが、ランプが消灯してしまわないようにしなければならず、従って、印加する交流電圧のピーク値は、少なくとも放電維持電圧の１．２倍以上であることが望ましい。
【００３５】
またここでは、ランプに発光のための放電を生じせしめるときの電圧と、ランプがかろうじて点灯している程度の電圧との、２種類の電圧を発生する手段として、チョッパ方式を用いる構成を示したが、ランプに印加される電圧を変化させることのできる方式であれば、他のどのようなものでも適用可能である。
【００３６】
次に、本発明の請求項１、請求項２、請求項３の発明の作用について、図３，図５を用いて説明する。図３，図５に示す構成において、変調信号発生回路（２１ａ）（２１ｂ）が、変調信号（２２ａ）（２２ｂ）の周期に対するハイレベル時間の割合、すなわちデューティ比が可変であるものとする。
【００３７】
このとき、本発明の請求項１の発明の場合は、ランプが点灯状態の期間、すなわち発光のための放電を生じせしめている期間（Ｔａ）と消灯状態の期間、すなわち実質的に発光のための放電を生じせしめていない期間（Ｔｂ）との比率が可変となり、従って、時間平均的なランプ発光量が可変となる。
【００３８】
また、本発明の請求項２の発明の場合は、ランプへ供給される交流電圧が高い発光のための放電を生じせしめている期間（Ｔａ）と、ランプへ供給される交流電圧が、ランプの放電維持電圧よりは高いが、かろうじて点灯している程度に低い（Ｔｃ）との比率が可変となり、従って、時間平均的なランプ発光量が可変となる。
【００３９】
本発明の請求項４の発明の作用について、図６を用いて説明する。一例として図６に示す構成においては、図５のものに対して、チョッパゲート信号発生回路が、比較器（３１）により構成され、これの一方の入力信号が鋸歯状波発振器（２９）よりの鋸歯状波信号（３３）であり、他方の入力信号が電力誤差積分回路（３４）よりの電力誤差信号（３５）である点が異なる。なお、前記鋸歯状波信号（３３）の周波数は、前記図５のクロック信号（３０）のものと同様の、例えば２００ｋＨｚ程度とすることができる。
【００４０】
電力誤差積分回路（３４）は、演算アンプ（３６）、積分コンデンサ（３９）抵抗（Ｒ）等より構成される。ランプ電力目標値発生手段（３）は、２種類の電圧レベル、すなわち発光のための放電を生じせしめるときの電力に対応するレベルとランプが放電発光しないかまたはランプがかろうじて点灯している程度に発光するときの電力に対応するレベルとを繰り返す信号を発生し、ランプ電力目標値信号（４）として電力誤差積分回路（３４）に入力する。
【００４１】
ランプ電力測定手段は、ランプ（Ｂ，Ｂ１，Ｂ２，‥）の電流を検出するための電流トランス（１）と、これよりの交流信号（４３）を整流して直流化し増幅する整流増幅器（４２）より構成する。前記整流増幅器（４２）よりのランプ電力測定信号（２）は、電力誤差積分回路（３４）に入力する。ここで、電流トランス（１）はランプ電力センサとしての機能を有する。何となれば、前記の如く誘電体バリア放電ランプは、抵抗とコンデンサを直列接続したものに近似的に等価であるため、ランプに流れる電流は、比例関係には無いかも知れないが、ランプに投入される電力に相関を有しているからである。
【００４２】
例えば、前記ランプ電力測定信号（２）が負極性、すなわちランプ電力が大きいほど絶対値の大きい負の電圧となる信号で、前記ランプ電力目標値信号（４）が正極性、すなわち目標とするランプ電力が大きいほど高い正の電圧となる信号であるならば、前記電力誤差積分回路（３４）は、実際のランプ電力がランプ電力目標より小さいときは、その出力電圧を下げ、実際のランプ電力がランプ電力目標より大きいときは、その出力電圧を上げるように働く。
【００４３】
前記比較器（３１）が、前記電力誤差積分回路よりの電力誤差信号（３５）よりも、前記鋸歯状波発振器よりの鋸歯状波信号（３３）の方が高いときにハイレベルの信号を出力し、このときに、前記チョッパゲート駆動回路（２６）がＦＥＴ（２３）をオンにするように設計してあるならば、もし、実際のランプ電力が、前記ランプ電力目標値信号（４）に基づくランプ電力目標より小さいときは、チョッパＦＥＴのオンデューティが増加し、その結果、平滑コンデンサ（１５ａ，１５ｂ）の電圧が上昇し、ランプ（Ｂ，Ｂ１，Ｂ２，‥）への印加電圧が上昇するため、ランプ電力が増加するように働く。結局、ランプ電力のフィードバック安定化制御が行われ、ランプ電力は、前記ランプ電力目標値信号（４）のレベルに常に追従することになる。
【００４４】
前記の如く、ランプ電力目標値発生手段（３）は、ランプに発光のための放電を生じせしめるときの電力に対応する第１のレベルとランプが放電発光しないかまたはランプがかろうじて点灯している程度に発光するときの電力に対応する第２のレベルとを繰り返す信号を発生するが、第１のレベルを、ランプ（Ｂ，Ｂ１，Ｂ２，‥）へ供給される交流電圧がランプの放電開始電圧より十分高く、従って、ランプ毎の、または１個のランプ内の放電状態の不均一が小さくなる適当な電圧である期間、すなわち発光のための放電を生じせしめている期間（Ｔａ）に相当する電力に対応させ、第２のレベルを、ランプ（Ｂ，Ｂ１，Ｂ２，‥）に実質的に発光のための放電を生じせしめていない期間（Ｔｂ）に相当する、実質的に零の電力に対応させて設定することにより、前記本発明の請求項１の発明の作用が、フィードバック的に実現される。あるいは、第２のレベルを、ランプ（Ｂ，Ｂ１，Ｂ２，‥）へ供給される交流電圧がランプの放電維持電圧よりは高いが、ランプの発光量が、第１のレベルに対応するものに比して十分小さい、従って、ランプがかろうじて点灯している程度の適当な電圧である期間（Ｔｃ）に相当する電力に対応させて設定することにより、前記本発明の請求項２の発明の作用が、フィードバック的に実現される。
【００４５】
このように、ランプへ供給される交流電圧が高い、発光のための放電を生じせしめるレベルや、ランプへ供給される交流電圧が、ランプの放電維持電圧よりは高いが、かろうじて点灯している程度に放電発光するレベルを、ランプ電力に基づきフィードバック的に実現させることの利点を以下に述べる。一般に、放電ランプの放電特性は、ランプ自体の温度等に依存するため、ランプへの印加電圧のみでは、放電状態を特定できない。発光のための放電を生じせしめている期間のランプ電力を安定制御することは、紫外線照射量を安定制御することに直結するため、重要であることは言うまでもない。一方、かろうじて点灯している程度に弱く放電発光するレベルは、ランプの放電維持電圧付近で実現させるため、もし、諸条件の変動によりランプが完全に消灯してしまった場合は、前記本発明の請求項２の発明の動作ができなくなってしまうことになる。しかし、ランプが完全に消灯しようとするときは、ランプ電力が突然零になろとするはずであるから、零でないランプ電力目標信号に基づきフィードバック制御している場合は、自動的に放電が維持されるようにランプ電圧が上昇し、従ってランプが完全に消灯してしまうことが防止される。
【００４６】
なお、前記本発明の請求項３の発明の作用を実現する場合は、前記ランプ電力目標値発生手段（３）の、ランプに発光のための放電を生じせしめるときの電力に対応する第１のレベルを発生している期間とランプがかろうじて点灯している程度に発光するときの電力に対応する第２のレベルとを発生している期間との比率を可変にすることにより達成できる。
【００４７】
本発明の請求項５の発明の作用について、図７を用いて説明する。一例として図７に示す構成は、本発明の請求項５の発明を実現するためのランプ電力目標値発生手段を示すものである。
【００４８】
ランプのなかの適当なもの（Ｂ）の紫外光を検出して、光電変換するための光センサ（４４）、演算アンプ（３７）、コンデンサ（Ｃ）、抵抗（Ｒ）等からなるランプ発光量測定手段（６）は、ランプ発光量測定信号（７）を生成する。光量誤差積分回路（４５）は、演算アンプ（３８）、積分コンデンサ（４０）、抵抗（Ｒ）等より構成される。光量誤差積分回路（４５）には、ランプ発光量目標値発生手段（８）よりのランプ発光量目標値信号（９）と、前記ランプ発光量測定信号（７）とが入力される。比較器（３２）には、鋸歯状波発振器（４８）よりの鋸歯状波信号（４９）と、前記光量誤差積分回路（４５）よりの光量誤差信号（４６）とが入力される。なお、前記鋸歯状波信号（４９）の周波数としては、例えば１Ｈｚ程度とすることができる。
【００４９】
例えば、前記ランプ発光量測定信号（７）が負極性、すなわちランプ発光量が大きいほど絶対値の大きい負の電圧となる信号で、前記ランプ発光量目標値信号（９）が正極性、すなわち目標とするランプ発光量が大きいほど高い正の電圧となる信号であるならば、前記光量誤差積分回路（４５）は、実際のランプ発光量がランプ発光量目標より小さいときは、その出力電圧を下げ、実際のランプ発光量がランプ発光量目標より大きいときは、その出力電圧を上げるように働く。
【００５０】
前記光量誤差信号（４６）よりも、前記鋸歯状波信号（４９）の方が低い期間は、前記比較器（３２）よりのランプ電力目標低下信号（４７）はハイレベルとなり、このときに、トランジスタ（５４）がオン状態となって、抵抗器（５２）を介して電流を流すことにより、基準電圧源（５０）から抵抗器（５３）を介して前記電力誤差積分回路（３４）へ流れるランプ電力目標値信号（４）の電流を減じるように設計してあるならば、もし、実際のランプ発光量が、前記ランプ発光量目標値信号（９）に基づくランプ発光量目標より小さいときは、ランプ電力目標値信号（４）のランプに発光のための放電を生じせしめるときの電力に対応する第１のレベルを発生している期間が増加するとともに、ランプがかろうじて点灯している程度に発光するときの電力に対応する第２のレベルを発生している期間が減少することにより、平均のランプ電力が増加し、その結果、平均のランプ発光量が増加するように働く。結局、ランプ発光量のフィードバック安定化制御が行われ、ランプ発光量は、前記ランプ発光量目標値信号（９）のレベルに常に追従することになる。（Ｒ）は抵抗を示す。
【００５１】
このように、ランプ発光量をランプ発光量目標値信号のレベルに追従させることの利点を以下に述べる。誘電体バリア放電ランプには、放電用ガスが充填された放電空間（Ｇ，Ｇ１，Ｇ２，‥）があって、これはランプ封体に囲まれ、放電空間から放射された紫外線は、ランプ封体ガラスを透過することにより、外部に取り出され利用される。ところが放射される紫外線は、波長が短く、放電用ガス種によっては、封体ガラスの透過波長域の限界（吸収端）近くに位置する場合もあって、封体ガラスの透過率は、一般に、ランプ点灯時の温度や、累積の紫外線透過量に依存して変化する。封体ガラスの透過率が、ランプ点灯時の温度に依存して変化する点については、これはランプが冷えている状態で点灯開始した場合に、時間が経過して、ランプが発熱するにともなって、仮にランプ電力が一定であっても、ランプ発光量が変化することを意味する。また、封体ガラスの透過率が、累積の紫外線透過量に依存して変化する点については、ランプの寿命期間全体にわたって、ランプ発光量が徐々に変化することを意味する。ランプ発光量測定手段（６）のランプ発光量測定信号（７）を、ランプ発光量目標値信号（９）のレベルに常に追従させるようにすることにより、このようなランプ発光量の変化があっても、ランプ発光量目標値信号の大きさに正確に比例するランプ発光量が実現できる。
【００５２】
本発明の請求項６の発明の作用について、図８を用いて説明する。一例として図８に示す構成は、本発明の請求項６の発明を実現するために、図６における電力誤差積分回路（３４）およびランプ電力目標値発生手段（３）の部分に行うべき改良を施した様子を表している。
【００５３】
ランプ点灯起動信号発生回路（５５）よりのランプ点灯起動信号（５６ａ）がローレベルのとき、本誘電体バリア放電装置は連続的な消灯状態となるものとする。そのため、ランプ点灯起動信号（５６ａ）は、必要に応じてバッファ（５７）を介してフォトカプラ（５８ａ）のトランジスタをオン状態とすることにより、電力誤差積分回路（３４）の入力に負の基準電圧源（５１）を接続することにより、電力誤差信号（３５）は電圧の高い方に飽和した状態、すなわち、ランプ電力を最低にする状態となっている。なお図においては省略しているが、ランプ点灯起動信号（５６ａ）がローレベルのときは、インバータゲート信号発生回路（１７）は、両方のインバータゲート駆動回路（１２ａ，１２ｂ）を駆動不能の状態に制御するべきである。
【００５４】
ランプ点灯起動信号（５６ａ）がハイレベルとなると、フォトカプラ（５８ａ）のトランジスタがオフ状態となるため、電力誤差信号（３５）が電圧の高い方に飽和させる作用は解除され、フィードバック制御機能により、ランプへ印加される交流電圧が徐々に高められる。一方、遅延回路（５９）とアンドゲート（６１）の働きにより、ランプ点灯起動信号（５６ａ）がハイレベルとなった後も一定時間は、ランプ電力目標低下信号（４７）がトランジスタ（５４）をオン状態とすることを阻止するため、ランプ電力目標値信号（４）は、ランプが発光のための放電を生じるときの電力に対応するレベルを電力誤差積分回路（３４）に入力し続ける。
【００５５】
徐々に高まりつつあるランプへの印加交流電圧が、放電開始電圧を超えると、ランプにおいて放電が生じて電力投入が始まり、フィードバック制御機能により、ランプ電力はランプ電力目標値信号（４）に対応した値に収束して行く。前記遅延回路（５９）の遅延時間を、ランプ点灯起動信号（５６ａ）がハイレベルとなってからランプ電力がランプ電力目標値信号（４）に対応した値に概ね収束し安定するまでの時間に設定しておけば、この時間が経過後にアンドゲート（６１）がランプ電力目標低下信号（４７）をトランジスタ（５４）に伝達するようになるため、ランプへ供給される交流電圧が高い、発光のための放電を生じせしめている期間と、そうでない期間とを繰り返す動作を開始する。
【００５６】
このように、連続的な消灯状態からの点灯起動直後には、連続的に交流の高電圧を印加し、ランプに投入される電力が安定した後に、ランプへ供給される交流電圧が高い、発光のための放電を生じせしめている期間と、そうでない期間とを繰り返す動作を開始させるようにすることの利点を以下に述べる。
本発明の請求項２の発明の作用についての説明においても述べたように、一般に、消灯状態の放電ランプへの印加電圧を上昇させていった場合、放電を開始するタイミングにはバラツキが生ずる。もし、連続的な消灯状態からの点灯起動時の、放電開始までの期間において、ランプ電力目標値信号（４）に発光のための放電を生じせしめないレベルが生じた場合には、これが生じない場合に比べて、ランプへ印加される交流電圧が徐々に高められるときの速さ、すなわち電圧上昇速度が遅くなるため、実際の放電を開始するタイミングのバラツキはより大きくなってしまう。この電圧上昇速度を速めに設定しておくことにより、この欠点を防ぐ方法は好ましくない。それは、逆に、連続的な消灯状態からの点灯起動時の、放電開始までの期間において、ランプ電力目標値信号（４）に発光のための放電を生じせしめるレベルが生じた場合、電圧上昇速度が速すぎる状態になり、ランプへの印加電圧のオーバーシュートが発生し、過電圧による高電圧部周辺素子の破損、寿命劣化、人体への危険等の不都合が生じる恐れがあるからである。このオーバーシュートは、ランプへの印加電圧を上げても、ランプが放電開始しないために、フィードバック制御系によるランプ印加電圧を上昇させる働きが進み過ぎることによるものである。その点、本発明の請求項６の発明によれば、毎回の点灯起動を、最適の点灯開始条件にて再現させることができるため、放電開始タイミングのバラツキは最小限に抑えられ、またオーバーシュートや過電圧による前記不都合の発生を未然に防げる大きな利点がある。
【００５７】
なお、連続的な消灯状態からの点灯起動直後に印加する前記連続的な交流の高電圧は、接続されている全てのランプを確実に放電せしめるに十分な電圧であればよく、前記発光のための放電を生じせしめている期間（Ｔａ）に相当する電圧に等しくする必要はない。
【００５８】
また、ここでは、連続的な消灯状態からの点灯起動直後に、連続的に交流の高電圧を印加して以降、発光のための放電を生じせしめている期間とそうでない期間とを繰り返す動作を開始させるまでの期間の長さは、遅延回路（５９）の時定数に従う構成について説明したが、ランプ発光量、ランプ電圧、ランプ電流等を測定する手段を設け、この測定値に応じて、発光のための放電を生じせしめている期間とそうでない期間とを繰り返す動作を開始させるような構成であればなお良い。
【００５９】
本発明の請求項７の発明の作用について、図８を用いて説明する。本発明の請求項７の発明は、本発明の請求項６の発明を実現するための構成に、若干の回路要素の追加および回路素子定数の変更により実現できる。
【００６０】
一例として図８に示す構成では、遅延回路（５９）より出力される遅延ランプ点灯起動信号（６０ａ）に基づき、点灯起動後にランプ電力が安定した後に、必要に応じてバッファ（６２）を介して、フォトカプラ（６３ａ）のトランジスタをオン状態からオフ状態に変化さることにより、電気的に接続状態から切断状態に切り換え可能な積分コンデンサ（４１）を電力誤差積分回路（３４）に追加する。このときのランプ電力フィードバックの応答速度は、ランプ電力安定前の期間では、２個の積分コンデンサ（３９）（４１）の静電容量値の和により規定され、ランプ電力安定後の期間では、積分コンデンサ（３９）の静電容量値により規定される。従って、ランプ電力安定後の期間では、ランプ電力フィードバックの応答速度を、ランプ電力安定前の期間のものよりも速いものに切り換えることができる。尚、（Ｒ）は抵抗、（ＤＣ１）（ＤＣ２）は直流電源端子、（５２）は基準電圧源を示す。
【００６１】
本発明の請求項７の発明の作用についての説明において述べたように、連続的な消灯状態からの点灯起動直後には、連続的に交流の高電圧を印加し、ランプ電力が安定した後に、発光のための放電を生じせしめている期間とそうでない期間とを繰り返す動作を開始させるが、ランプ電力安定前の期間では、ランプの印加交流電圧の電圧上昇速度が大き過ぎるとオーバーシュートや過電圧が発生し、小さ過ぎるとランプが放電を開始するタイミングのバラツキが大きくなる。従って電圧上昇速度に、すなわちランプ電力フィードバックの応答速度に最適領域があるとがわかる。
【００６２】
しかし、ランプ電力安定後は、ランプの放電状態はランプの印加電圧に応じて速やかに変化するため、ランプ電力フィードバックの応答速度を、ランプ電力安定前のものよりも高速にすることができるし、また実際、発光のための放電を生じせしめている期間とそうでない期間とを繰り返す動作を行うに際しては、ランプ電力フィードバックの応答速度は、高速である方が望ましい。なぜならば、もし、発光のための放電を生じせしめている期間とそうでない期間とを繰り返す動作を行う時の応答速度が遅い場合は、ランプ印加交流電圧波形は図９ａの様になって、ランプの平均電力が、繰り返し周期のなかの、発光のための放電を生じせしめている期間のデューティ比に比例せず、またランプの平均電力の調整範囲が狭くなる不都合があるからである。
【００６３】
ランプ電力安定後の期間では、ランプ電力フィードバックの応答速度を、ランプ電力安定前の期間のものよりも速いものに切り換えることの利点を以下に述べる。前記のように、ランプ電力安定前および後のランプ電力フィードバックの応答速度は、積分コンデンサ（３９）（４１）の値を選ぶことにより、それぞれ適当に設定することができるため、ランプ印加交流電圧波形が図９ｂとなる様な、ランプ電力安定前および後のそれぞれの期間に対する、最適のランプ電力フィードバック応答速度において動作させることが可能となる。このような状態では、ランプの平均電力が、繰り返し周期のなかの、発光のための放電を生じせしめている期間のデューティ比に比例し、またランプの平均電力の調整範囲を広くとることができる。
【００６４】
当然ながら、図３、図５、図６、図７、図８に記載の回路構成等は、動作原理を説明するために主要な要素のみを記載した一例であって、実際に応用する場合は、使用する部品の特徴、極性等の違いに応じて然るべく変更され、また必要に応じて周辺素子が追加されるべきものである。
【００６５】
【実施例】
図１０は本発明の実施例の一例を簡略化して示すものである。図１０の誘電体バリア放電装置における直流電源部、インバータ部は、本発明の請求項１の発明の構成の一例を示した図３と同様である。本発明の請求項２の発明の構成の一例を示した図５では、チョッパによってランプ印加交流電圧、すなわちランプへの投入電力を変化させる方式を想定して記載したが、図１０では、チョッパを使用する代わりに、昇圧トランス（１６ｂ）の２次側に、共振コイル（６４）、共振コンデンサ（６５）による直列共振回路を追加し、共振現象によって共振コンデンサ（６５）の両端子間に発生する高電圧、すなわちランプ（Ｂ，Ｂ１，Ｂ２，‥）への印加電圧が、インバータの周波数に依存して変化する現象を利用して、ランプへの投入電力を変化させる方式を想定している。この例の場合は、インバータの周波数が共振周波数より高い領域で動作させるものとし、このときは、インバータの周波数が高い値から低下して共振周波数に近づくに従い、ランプへの投入電力が増加する。なお、共振周波数は、ランプ（Ｂ，Ｂ１，Ｂ２，‥）の有する静電容量、共振コンデンサ（６５）の静電容量および共振コイル（６４）のインダクタンスにより決まる。
【００６６】
インバータゲート信号発生回路（１７）に対して、電圧制御発振器（ＶＣＯ）（６６）からの周波数可変のクロック信号（６７）を入力するものとし、電圧制御発振器（６６）へ入力される電力誤差信号（３５）の電圧を変化させることによって、インバータの周波数を変化させる。この場合は、電圧制御発振器（６６）へ入力される電力誤差信号（３５）の電圧が低いほど、電圧制御発振器（６６）の発振周波数が低下し、ランプへの投入電力が増加するものとする。
【００６７】
電力誤差信号（３５）を生成する電力誤差積分回路（３４）の基本構造は、本発明の請求項７の発明の構成の一例を示した図８の基本構造と同様である。ただし、ランプ電力目標値発生手段は、図８のものと異なり、ＤＡ変換器（６８）を用い、これへのデータ設定は、コンピュータ回路（６９）がレジスタ（７０ａ）に書き込むことにより行う。また、図８に記載のランプ点灯起動信号発生回路
（５５）、遅延回路（５９）の代わりに、前記コンピュータ回路（６９）がデータを書き込むレジスタ（７０ｂ）を設け、これよりランプ点灯起動信号（５６ｂ）、遅延ランプ点灯起動信号（６０ｂ）が出力される。
【００６８】
前記ランプ点灯起動信号（５６ｂ）はフォトカプラ（５８ｂ）とインバータゲート信号発生回路（１７）を制御し、遅延ランプ点灯起動信号（６０ｂ）は、フォトカプラ（６３ｂ）を制御する。フォトカプラ（５８ｂ）、フォトカプラ（６３ｂ）の働きは、それぞれ図８に記載のフォトカプラ（５８ａ）、フォトカプラ（６３ａ）の働きと同じである。
【００６９】
図１０に記載のランプ発光量測定手段（６）の働きは、本発明の請求項５の発明の構成の一例を示した図７のランプ発光量測定手段（６）の働きと同じであるが、それから出力されるランプ発光量測定信号（７）は、ＡＤ変換器（７１）によってディジタルデータに変換され、これを前記コンピュータ回路（６９）がバスゲート（７３）を介して読み取る。
【００７０】
本実施例の誘電体バリア放電装置の動作を以下において説明する。
コンピュータ回路（６９）が誘電体バリア放電ランプ（Ｂ，Ｂ１，Ｂ２，・・）を点灯起動するときは、ＤＡ変換器（６８）よりランプが発光のための放電を生じるときの電力に対応するレベルのランプ電力目標値信号（４）が出力されるようにレジスタ（７０ａ）にデータを書き込んでおいた上で、レジスタ（７０ｂ）よりランプ点灯起動信号（５６ｂ）を出力する。これにより、インバータゲート信号発生回路（１７）が電圧制御発振器（６６）よりのクロック信号（６７）に従って、インバータゲート駆動回路（１２ａ，１２ｂ）に交互にパルスを送り、ランプ（Ｂ，Ｂ１，Ｂ２，・・）への交流電圧の印加が開始される。但し、点灯起動直後は、フォトカプラ（５８ｂ）がその直前までオン状態であったことにより、電力誤差信号（３５）は、その変化域の最も高い電圧の状態にあり、従って、電圧制御発振器（６６）はその発振周波数変化域の最も高い周波数を出力するしており、ランプ（Ｂ，Ｂ１，Ｂ２，・・）への印加される交流電圧は低く、放電が開始されない程度であってもよい。またこのときは、ランプ電力測定手段（１）よりのランプ電力測定信号（２）は、ランプ電力が零の状態を出力している。さらに、前記ランプ点灯起動信号（５６ｂ）の出力前、および出力直後の辞典では、まだ遅延ランプ点灯起動信号（６０ｂ）が出力されていないため、フォトカプラ（６３ｂ）の働きにより、電力誤差積分回路（３４）の応答速度は、ランプの印加交流電圧においてオーバシュートや過電圧が発生せず、かつランプが放電を開始するタイミングのバラツキが実用上の許容限度以内であるような、適当な遅い応答速度に設定されている。
【００７１】
点灯起動後は、電力誤差積分回路（３４）の働きにより、時間の経過に伴って、電力誤差信号（３５）が徐々に低下し、電圧制御発振器（６６）の発振周波数が徐々に低下し、ランプ（Ｂ，Ｂ１，Ｂ２・・）へ印加される交流電圧は徐々に高くなって、やがて放電が開始する。ランプに投入される電力が増加して行くに従って、ランプ電力測定回路（２）は負で絶対値が増加していき、やがて、これと同じく電力誤差積分回路（３４）に入力されているＤＡ変換器（６８）よりのランプ電力目標値信号（４）とのバランスする状態に近づくにつれて、電力誤差信号（３５）の変化は少なくなって、ランプ電力が安定していく。
【００７２】
コンピュータ回路（６９）は、ランプ点灯起動信号（５６ｂ）を出力してからランプ電力が安定するまでに必要な時間だけ待って、レジスタ（７０ｂ）より遅延ランプ点灯起動信号（６０ｂ）を出力することにより、電力誤差積分回路（３４）の応答速度を速くした上で、ＤＡ変換器（６８）よりのランプ電力目標値信号（４）が、ランプが発光のための放電を生ずるときの電力に対応する第１のレベルと第２のレベルとを交互に繰り返すように、レジスタ（７０ａ）に対して、前記第１のレベルに対応するデータと前記第２のレベルに対応するデータとを交互に書き込む動作を開始する。
【００７３】
コンピュータ回路（６９）のプログラムの動作として、前記レジスタ（７０ａ）への設定値が、前記第１のレベルと第２のレベルとを交互に繰り返すようにすることは容易であり、例えば次のようなものとすることができる。時間カウント用変数をＴｘとしたとき、例えば、２００μｓ毎のタイマ割り込み処理のなかで、もし、Ｔｘが０でなければ、Ｔｘの値を１だけ減じた後に、Ｔｘの値が変調強度変数Ｍｘの値に等しければ、レジスタ（７０ａ）にランプが発光のための放電を生ずる時の電力に対応する第１のレベルに設定する。逆にもし、Ｔｘの値が０であれば、Ｔｘの値を９９に設定するとともに、レジスタ（７０ａ）にランプがかろうじて点灯している程度の電圧であるときの電力に対応する第２のレベルを設定する。このような動作により、２００μｓ周期、すなわち５０Ｈｚで前記第１のレベルと第２のレベルとを交互に繰り返すことになる。またこのとき、時間カウント用変数Ｔｘの値が前記変調強度変数Ｍｘの値以下である時間がＭｘの大きさに比例するため、繰り返し周期のなかの前記第１のレベルのデューティ比は、Ｍｘの大きさに概ね比例する。
【００７４】
コンピュータ回路（６９）は、適当なタイミングで、前記ＡＤ変換起動パルス（７２）をＡＤ変換器（７１）に送出することにより、ＡＤ変換起動パルス（７２）のＡＤ変換動作を起動し、ランプ発光量測定信号（７）がディジタルデータ化されたランプ発光量データＧｘを、前記バスゲート（７３）を介して読み取る。ここで、前記ランプ発光量測定手段（６）の応答速度は、前記第１のレベルと第２のレベルを交互に繰り返す周波数に比して十分遅く、従って、ランプが発光のための放電を生じるときの電力に対応するランプ発光量と、ランプがかろうじて点灯している程度の電圧であるときの電力に対応するランプ発光量とを交互に繰り返すときの平均のランプ発光量がランプ発光量測定信号（７）として生成されるようにすることにより、コンピュータ回路（６９）におけるランプ発光量データＧｘの処理を簡単になる。なお、コンピュータ回路（６９）がＡＤ変換起動パルス（７２）をＡＤ変換器（７１）に送出するタイミングとしては、例えば、Ｔｘの値がある決まった値、例えば１であることを検出した直後であるとか、あるいは０であることを検出した後で、Ｔｘの値を９９に設定するとともに、レジスタ（７０ａ）にランプがかろうじて点灯している程度の電圧であるときの電力に対応する第２のレベルを設定する前記動作より前であるとかなど、前記第１のレベルと第２のレベルを交互に繰り返す周期の、一定の位相のタイミングを採用することにより、前記ランプ発光量測定手段（６）の応答速度の遅さが十分でない場合に、ランプ発光量が、前記第１のレベルと第２のレベルに対応するレベルを交互に繰り返す周期的リプル成分により、読み取られたランプ発光量データＧｘの値にバラツキが含まれることが防止される。
【００７５】
コンピュータ回路（６９）は、保持しているランプ発光量目標データＦｘの値から、読み取られた前記ランプ発光量データＧｘの値を減算演算してＦｘ−Ｇｘの値を求め、その値の正負および大きさに基づき、前記変調強度変数Ｍｘの値として更新する。ただし、Ｆｘ−Ｇｘの値が正の場合は、ランプ発光量目標データ値に比して読み取られたランプ発光量データの値が小さいことを意味するため、Ｍｘの値を増し、Ｆｘ−Ｇｘの値が負の場合は、逆にＭｘの値を減じるように更新する。最も簡単なＭｘの更新方法として、Ｍｘ＋Ｋ×（Ｆｘ−Ｇｘ）を新しいＭｘとする方法が適用できる。ここで、Ｋは定数であるが、Ｋの値が大きすぎると、更新の度ごとに、Ｇｘの値が大きすぎる状態と小さすぎる状態を繰り返し、逆にＫの値が小さすぎると、Ｇｘの値がＦｘの値に概ね一致するまでに要する時間が長くなるため、Ｋの値は、前記ランプ発光量測定手段（６）の応答速度とＭｘの更新周期に照らして、適当な値を実験的に決める方が良い。
【００７６】
以上で述べた本実施例の誘電体バリア放電装置の構成および動作により、本実施例の誘電体バリア放電装置が発揮する優れた特徴を以下にまとめる。
ランプの点灯起動以後ランプ電力が安定化した後は、ランプが発光のための放電を生じるときの電力に対応する第１のレベルと、ランプがかろうじて点灯している程度の電圧であるときの電力に対応する第２のレベルとを交互に繰り返すため、本発明の請求項２の発明の作用についての前記説明において述べたように、前記第１のレベルと第２のレベルの交互の繰り返しにおいて、放電が開始される印加交流電圧のサイクルが点灯の度毎に再現しない現象や、過電圧が発生する現象の生起が完全に回避され、また、ランプ毎の、または１個のランプ内の放電状態が不均一になる現象が完全に回避された誘電体バリア放電ランプの点灯が可能となる。
また、レジスタ（７０ａ）に書き込まれているデータが前記第１のレベルである期間と、前記第２のレベルである期間との比率は、コンピュータ回路（６９）が調節することができるため、本発明の請求項３の発明の作用についての前記説明において述べたように、時間平均的なランプ発光量が可変となる。
さらに、主として前記ランプ電力測定手段（１）から、電力誤差積分回路（３４）、電圧制御発振器（６６）、共振コイル（６４）、共振コンデンサ（６５）による直列共振回路に至るフィードバックループが構成され、ランプの点灯起動以降は、常に電力安定化フィードバックが機能するため、本発明の請求項４の発明の作用についての前記説明において述べたように、ランプ自体の温度が変化しても、発光のための放電を生じせしめている期間のランプ電力が安定制御されているため、誘電体バリア放電装置による紫外線照射量が安定制御され、また、かろうじて点灯している程度に弱く放電発光するレベルにおいても、ランプが完全に消灯してしまうことが防止される。
また、前記ランプ発光量測定手段（６）からの信号が、ＡＤ変換器（７１）によってディジタルデータに変換されてコンピュータ回路（６９）に読み取られ、これがランプ発光量目標データに一致するように、前記レジスタ（７０ａ）に書き込まれているデータが前記第１のレベルである期間と、前記第２のレベルである期間との比率が、コンピュータ回路（６９）により調節されるため、本発明の請求項５の発明の作用についての前記説明において述べたように、ランプの発熱状態や、ランプの寿命期間の初期であるか末期であるかにかかわらず、ランプ発光量目標データに対応したランプ発光量を実現することができる。
また、前記のようにコンピュータ回路（６９）は、ランプ点灯起動信号（５６ｂ）を出力してからランプ電力が安定化するまでに必要な時間だけ待って、レジスタ（７０ｂ）より遅延ランプ点灯起動信号（６０ｂ）を出力するため、本発明の請求項６の発明の作用についての前記説明において述べたように、毎回の点灯起動を、最適の点灯開始条件にて再現させることができ、放電開始タイミングのバラツキは最小限に抑えられ、またオーバーシュートや過電圧による前記不都合の発生が未然に防止される。
さらに、前記のようにランプ点灯起動信号（５６ｂ）を出力してからランプ電力が安定するまでに必要な時間が経過するまでの期間は、遅延ランプ点灯起動信号（６０ｂ）を出力せず、従って、電力誤差積分回路（３４）の応答速度は遅い状態であり、ランプ電力が安定後には、遅延ランプ点灯起動信号（６０ｂ）を出力し、従って、電力誤差積分回路（３４）の応答速度は速い状態であるため、本発明の請求項７の発明の作用についての前記説明において述べたように、積分コンデンサ（３９）（４１）の値を適当に選ぶことにより、消灯状態からの点灯起動直後には、ランプの印加交流電圧においてオーバーシュートや過電圧が発生せず、かつランプが放電を開始するタイミングのバラツキが実用上の許容限度以内であり、また、ランプ電力が安定後には、前記ＤＡ変換器（６８）よりのランプ電力目標値信号（４）の、前記第１のレベルと第２のレベルの交互の繰り返しに対して、ランプ電力が速やかに追従して、ランプの平均電力の調整範囲を広くとることができる。
【００７７】
なお、ここで記載した以外にも、次のような構成が可能である。
（１）例えば、スイッチングインバータを、他の方式のインバータ、例えば１個のトランジスタより成るものや、４個のトランジスタより成るフルブリッジ方式と呼ばれるものにすること。
（２）前記ランプ電力測定手段を抵抗値が小さい、例えば０．１Ω以下の、いわゆるシャント抵抗等の、それが挿入された回路の動作に、ほとんど影響を与えないもので、ランプに投入される電力に相関する量を測定可能なものとすること。（３）前記ランプ電力測定手段を前記ランプ発光量測定手段（６）のようなランプ発光量を測定するものとすること。
（４）前記発光のための放電を生じせしめている期間（Ｔａ）とそれ以外の期間（Ｔｃ）とを交互に繰り返す様子が、非周期的であるものとすること。
【００７８】
以上の（１）から（４）は本発明の範囲内で設計者が任意に実施する事項である。
【００７９】
当然ながら、図１０に記載の回路構成等は、主要な要素のみを記載した一例であって、実際に応用する場合は、使用する部品の特徴、極性等の違いに応じて然るべく変更され、また必要に応じて周辺素子が追加されるべきものである。
【００８０】
【発明の効果】
本発明の請求項１にかかる発明は、誘電体バリア放電ランプにランプの放電開始電圧より十分高い交流の高電圧を印加し誘電体バリア放電ランプに発光のための放電を生じせしめている期間と、実質的に発光のための放電を生じせしめていない期間とを交互に繰り返すもので、これにより、複数のランプを並べて点灯したときにランプ毎に、または１個のランプ内の放電状態の不均一を完全に回避、または小さくすることができ、また、当該誘電体バリア放電ランプの平均的な発光量を任意に設定することができる。
また、誘電体バリア放電ランプに発光のための放電を生じせしめている期間と、実質的に発光のための放電を生じせしめていない期間の比率を変化させることで誘電体バリア放電ランプの時間平均的な発光量を可変のものとすることができる。
【００８１】
本発明の請求項２にかかる発明は、上記請求項１にかかる発明の利点に加えて、誘電体バリア放電ランプに発光のための放電を生じせしめている期間と、放電を維持できる範囲内で交流電圧を印加する期間を繰り返すもので、これにより、ランプがかろうじて放電している状態から、印加電圧を上昇させて、発光のための放電状態へ滑らかに移行させることができる。
【００８２】
本発明の請求項３にかかる発明は、誘電体バリア放電ランプに発光のための放電を生じせしめている期間と、実質的に発光のための放電を生じせしめてしない期間、または放電を維持できる程度に電圧を印加する期間との比率を変化させるもので、これにより、誘電体バリア放電ランプの時間平均的な発光量を可変のものとすることができる。
【００８３】
本発明の請求項４にかかる発明は、誘電体バリア放電ランプへの印加電圧をフィードバック制御するもので、これにより、このフィードバック制御のための目標値信号が大きい値を発生する期間と小さい値を発生する期間を交互に繰り返すことで、誘電体バリア放電ランプが温度の諸条件の影響を受けることにより放電状態が不安定になることを防止できる。特に、フィードバック制御のための目標値信号が小さい値を発生する期間においては、誘電体バリア放電ランプが諸条件により完全に消灯してしまうことを防止できるため、前記請求項２にかかる発明を良好に動作させることができる。
【００８４】
本発明の請求項５にかかる発明は、誘電体バリア放電ランプの発光量を測定してフィードバックするもので、これにより、誘電体バリア放電ランプが、ランプ自体の温度や累積の紫外線透過量によって、その発光量が変化しても、その影響を受けることなく所望も発光をすることができる。
【００８５】
本発明の請求項６にかかる発明は、誘電体バリア放電ランプが連続的な消灯状態からの点灯起動直後は連続的に交流の高電圧を印加し、ランプに投入される電力が安定した後に、前記した制御、すなわち、発光のための放電を生じせしめている期間とそうでない期間とを繰り返す制御を開始するもので、これにより、誘電体バリア放電ランプを連続的に消灯させていた状態から点灯起動させて場合において、実際に放電を開始するタイミングのバラツキを最小限に抑えることができる。
【００８６】
本発明の請求項７にかかる発明は、前記請求項６にかかる発明において、誘電体バリア放電ランプが連続的な消灯状態から点灯起動される場合において、誘電体バリア放電ランプに投入される電力が安定するまでの間はフィードバック制御回路の応答速度を遅くして、誘電体バリア放電ランプに投入される電力が安定した後はフィードバック制御回路の応答速度を速くするもので、これにより、点灯起動直後のランプ電力安定前の期間において、ランプへの印加交流電圧の電圧上昇速度が大きすぎることによるオーバーシュートや過電圧の問題を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】誘電体バリア放電装置の説明用の図である。
【図２】誘電体バリア放電装置の放電開始電圧とランプの印加電圧を示す図である。
【図３】請求項１の発明の説明用の図である。
【図４】請求項１の発明の説明用のものでランプの発光状態を示す図である。
【図５】請求項２の発明の説明用の図である。
【図６】請求項４の発明の説明用の図である。
【図７】請求項５の発明の説明用の図である。
【図８】請求項６、７の発明の説明用の図である。
【図９】請求項７の発明の説明用の図である。
【図１０】本発明の実施例を簡略化して示す図である。
【符号の説明】
Ｂ，Ｂ１，Ｂ２：誘電体バリア放電ランプ
Ｅａ，Ｅａ１，Ｅａ２：誘電体バリア放電ランプの電極
Ｅｂ，Ｅｂ１，Ｅｂ２：誘電体バリア放電ランプの電極
Ｇ，Ｇ１，Ｇ２：誘電体バリア放電ランプの放電空間
Ｓ：給電装置
１：ランプ電力測定手段
２：ランプ電力測定信号
３：ランプ電力目標値発生手段
４：ランプ電力目標値信号
５：ランプ電力フィードバック制御回路
６：ランプ発光量測定手段
７：ランプ発光量測定信号
９：ランプ発光量目標値信号
１０：ランプ発光量フィードバック回路

Claims

誘電体バリア放電によってエキシマ分子を生成する放電用ガスが充填された放電空間（Ｇ，Ｇ１，Ｇ２，・・）があって、この放電用ガスに放電現象を誘起するための電極（Ｅａ，Ｅａ１，Ｅａ２，・・）（Ｅｂ，Ｅｂ１，Ｅｂ２，・・）のうちの少なくとも一方の電極と、前記放電用ガスの間に誘電体（Ｄ，Ｄ１，Ｄ２，・・）が介在する構造を有する誘電体バリア放電ランプ（Ｂ，Ｂ１，Ｂ２，・・）と、前記電極（Ｅａ，Ｅａ１，Ｅａ２，・・）（Ｅｂ，Ｅｂ１，Ｅｂ２，・・）に交流の高電圧を印加するための給電装置（Ｓ）とを有する誘電体バリア放電装置において、
前記給電装置（Ｓ）が、前記誘電体バリア放電ランプ（Ｂ，Ｂ１，Ｂ２，・・）にランプの放電開始電圧より十分高い交流の高電圧を印加し前記誘電体バリア放電ランプに発光のための放電を生じせしめている期間（Ｔａ）と、実質的に発光のための放電を生じせしめていない期間（Ｔｂ）と、を交互に繰り返し、
かつ、期間（Ｔａ）と期間（Ｔｂ）との比率を変化させることを特徴とする誘電体バリア放電装置。
前記給電装置（Ｓ）が、前記誘電体バリア放電ランプ（Ｂ，Ｂ１，Ｂ２，・・）にランプの放電開始電圧より十分高い交流の高電圧を印加し、前記誘電体バリア放電ランプ（Ｂ，Ｂ１，Ｂ２，・・）に発光のための放電を生じせしめている期間（Ｔａ）と、前記誘電体バリア放電ランプ（Ｂ，Ｂ１，Ｂ２，・・）が放電を維持できる範囲内で印加する交流の電圧が前記誘電体バリア放電ランプに発光のための放電を生じせしめている期間（Ｔａ）の電圧よりも低下している期間（Ｔｃ）と、を交互に繰り返し、
かつ、期間（Ｔａ）と期間（Ｔｃ）との比率を変化させることを特徴とする請求項１に記載の誘電体バリア放電装置。
前記給電装置（Ｓ）が、前記誘電体バリア放電ランプ（Ｂ，Ｂ１，Ｂ２・・）の平均的な発光量を可変にすることを特徴とする請求項１から請求項２に記載の誘電体バリア放電ランプ。
前記誘電体バリア放電ランプ（Ｂ，Ｂ１，Ｂ２，・・）に投入される電力に相関する量を測定するためのランプ電力測定手段（１）を有し、かつ、前記給電装置（Ｓ）が、このランプ電力測定手段（１）からのランプ電力測定信号（２）と、前記誘電体バリア放電ランプ（Ｂ，Ｂ１，Ｂ２，・・）に投入される電力に相関する量の目標値を示すランプ電力目標値信号（４）との誤差が小さくなるように前記誘電体バリア放電ランプ（Ｂ，Ｂ１，Ｂ２，・・）への印加電圧をフィードバック制御するためのランプ電力フィードバック制御回路（５）を有するものであって、前記ランプ電力目標値発生手段（３）が、前記ランプ電力目標値信号（４）の大きい値を発生する期間と前記ランプ電力目標値信号（４）の小さい値を発生する期間とを交互に繰り返すことにより、前記誘電体バリア放電ランプ（Ｂ，Ｂ１，Ｂ２，・・）に印可すべき電圧をフィードバック的に生成することを特徴とする請求項１から請求項３に記載の誘電体バリア放電装置。
前記誘電体バリア放電ランプ（Ｂ，Ｂ１，Ｂ２，・・）の発光量を測定するためのランプ発光量測定手段（６）を有し、かつ、前記給電装置（Ｓ）が、前記ランプ発光量測定手段（６）からのランプ発光量測定信号（７）とランプ発光量の目標値を示すランプ発光量目標値信号（９）との誤差が小さくなるように前記誘電体バリア放電ランプ（Ｂ，Ｂ１，Ｂ２，・・）に発光のための放電を生じせしめている期間（Ｔａ）とそれ以外の期間（Ｔｂ）（Ｔｃ）との比率をフィードバック制御するためのランプ発光量フィードバック回路（１０）を有することを特徴とする請求項３、および請求項４に記載の誘電体バリア放電装置。
前記誘電体バリア放電ランプ（Ｂ，Ｂ１，Ｂ２，・・）の連続的な消灯状態を経た後の、点灯起動時において、前記誘電体バリア放電ランプ（Ｂ，Ｂ１，Ｂ２，・・）に投入される電力が安定するまで間は、連続的に交流の高電圧を印加し、前記誘電体バリア放電ランプ（Ｂ，Ｂ１，Ｂ２，・・）に投入される電力が安定した後に、交流の高電圧を印加して前記誘電体バリア放電ランプ（Ｂ，Ｂ１，Ｂ２，・・）に発光のための放電を生じせしめている期間（Ｔａ）とそれ以外の期間（Ｔｂ）（Ｔｃ）とを交互に繰り返す動作を行うことを特徴とする請求項１から請求項５に記載の誘電体バリア放電装置。
前記誘電体バリア放電ランプ（Ｂ，Ｂ１，Ｂ２，・・）の連続的な消灯状態を経た後の、点灯起動時において、前記誘電体バリア放電ランプ（Ｂ，Ｂ１，Ｂ２，・・）に投入される電力が安定するまでの間は、前記ランプ電力フィードバック制御回路（５）の応答速度を遅くし、前記誘電体バリア放電ランプ（Ｂ，Ｂ１，Ｂ２，・・）に投入される電力が安定した後に、前記ランプ電力フィードバック制御回路（５）の応答速度を速くし、交流の高電圧を印加して前記誘電体バリア放電ランプ（Ｂ，Ｂ１，Ｂ２，・・）に発光のための放電を生じせしめている期間（Ｔａ）とそれ以外の期間（Ｔｂ）（Ｔｃ）とを交互に繰り返す動作を行うことを特徴とする請求項６に記載の誘電体バリア放電装置。