JP4811135B2 - 紫外光放射装置 - Google Patents

Description

本発明は、始動補助手段としての光エネルギー放射手段を備えた紫外光放射装置に係わり、より詳細には、紫外光を照射することによりＬＣＤ基板もしくは半導体ウェハ等の洗浄もしくは表面改質を行うため、または紫外光を照射することにより乾癬治療、特に、波長３０８ｎｍの光を使用して乾癬治療を施すために使用される紫外光放射装置に関する。

従来、紫外線と活性酸素種であるオゾン（Ｏ_３）とを組み合わせた洗浄方法として、ＵＶ／Ｏ_３洗浄法が広く利用されている。この洗浄法は、例えば、ＬＣＤ基板または半導体ウェハの表面に紫外線を照射して、表面に付着した有機化合物等の分子結合を切断することにより、付着した有機化合物等の不純物を除去するものである。近年、このＵＶ／Ｏ_３洗浄法に使用する光源として、従来から使用されていた波長１８５ｎｍおよび２５４ｎｍの紫外線を放射する低圧水銀ランプに代えて、例えば、キセノンガスを発光物質として使用し、波長１７２ｎｍの真空紫外光を放射する、洗浄能力において低圧水銀ランプを上回るエキシマランプが使用されるようになっている。

しかし、このようなエキシマランプは、点灯時よりも始動時に高い電圧が必要とされ、特に暗黒状態や長時間の休止状態後の始動が困難である。始動性を改善するためには、単純にはエキシマランプに対して高電圧を印加すればよい。しかしながら、エキシマランプに高電圧を印加するためには、より耐圧性の高い点灯用トランスが必要となり、その結果、点灯用トランスが大型化し、重量およびコストの面で好ましくない。また、高電圧を印加することは、安全性の面からも好ましくない。そのため、可能な限り低電圧でエキシマランプを始動させることが要請される。

特許文献１には、エキシマランプの始動性を改善したエキシマランプ装置の一例が記載されている。この装置は、放電空間に封入された放電用ガスに紫外光を照射した状態で、エキシマランプに電圧を印加することにより、エキシマランプを点灯するものである。
図９は、特許文献１に記載されているエキシマランプ装置の長手方向の断面図である。
同図に示すように、このエキシマランプ９０は、エキシマ光を透過する石英ガラス等の誘電体材料からなる放電容器９１を備えている。放電容器９１は、外側管９２と外側管９２の内側に外側管９２と同軸上に配置された内側管９３とを備えた２重管構造である。放電容器９１の内部空間Ｓには、放電用ガスとして、例えば、キセノンガスが封入されている。外側管９２の外周面には外側電極９４が設けられ、内側管９３の内周面には内側電極９５が設けられている。エキシマランプ用高周波電源９６が外側電極９４および内側電極９５に接続されている。エキシマランプ９０の上方には、放電用ガスに紫外光を照射するための紫外発光体９７が設けられている。この紫外発光体９７から発せられる紫外光を内部空間Ｓに封入された放電用ガスに照射した状態で、前記誘電体材料を介して対向する外側電極９４と内側電極９５間に高周波電圧を印加することにより、エキシマ光が放射される。上記のエキシマランプ装置によれば、始動時に紫外発光体９７からの紫外光が放電用ガスに照射されることにより、紫外光を放電用ガスに照射しない場合に比して始動電圧を下げることが可能であるとされている。

特開２００６−４０８６７号公報 特開２００２−３１３２８５号公報

しかしながら、本発明者らは、後述する実験結果に示すように、引用文献１に示すようなエキシマランプ装置によってもなお、始動性の改善が十分でなく、始動時に高電圧を印加する必要が生じることを確認している。
さらに、上記のエキシマランプ装置によれば、図９に示すように、エキシマランプ９０が点灯した後に、紫外発光体９７に向けて、エキシマランプ９０から放射強度の強い紫外光が放射されるため、紫外発光体９７が強力な紫外光に曝されるため劣化し、紫外発光体９７が短寿命化するおそれがあった。

本発明の目的は、上記の問題点に鑑み、エキシマランプの始動時の印加電圧を下げることを可能にするとともに、放電用ガスに光エネルギーを照射するための光エネルギー放射手段の劣化を防止することを可能にした紫外光放射装置を提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するために、次のような手段を採用した。
第１の手段は、内部空間に放電用ガスが封入された誘電体材料からなる放電容器と、前記誘電体材料を介して配置された一対の電極とを備えるエキシマランプを備える紫外光放射装置において、前記エキシマランプから放射された光を光出射方向へ反射する反射鏡が前記エキシマランプの長手方向に沿って設けられ、前記放電容器は、内部空間における放電ギャップが不均一となるよう前記内部空間に向けて隆起する凸部が形成され、該凸部は前記反射鏡から突出したエキシマランプの端部に設けられ、前記凸部により前記放電ギャップが最短となる昜放電空間に対し、光エネルギーを照射するための光エネルギー放射手段が前記反射鏡の外部に設けられていることを特徴とする紫外光放射装置である。
第２の手段は、第１の手段において、前記光エネルギー放射手段は、前記エキシマランプの軸方向から前記易放電空間に対して、光エネルギーを照射することを特徴とする紫外光放射装置である。
第３の手段は、第１の手段または第２の手段において、前記昜放電空間を覆うとともにアパーチャー部を有する遮光カバーを設け、前記光エネルギー放射手段は、前記アパーチャー部を介して、前記昜放電空間に対して、光エネルギーを照射することを特徴とする紫外光放射装置である。
第４の手段は、第１の手段ないし第３の手段のいずれかの手段において、前記光エネルギー放射手段が、４００ｎｍ以下の紫外光を発する半導体素子であることを特徴とする紫外光放射装置である。
第５の手段は、第１の手段または第２の手段において、前記放電用ガスには、ハロゲンガスが含まれることを特徴とする紫外光放射装置である。
第６の手段は、第５の手段において、前記放電用ガスが、キセノン（Ｘｅ）ガスと塩素（Ｃｌ _２ ）ガスの混合ガスであることを特徴とする紫外光放射装置である。

請求項１に記載の発明によれば、放電ギャップが最短となる易放電空間に光エネルギー放射手段から発せられた紫外光を照射することにより、エキシマランプの始動に要する印加電圧を低減させることができる。また、放電容器に内部空間に向けて隆起する凸部を形成することにより、容易に放電ギャップが最短となる易放電空間を形成することができる。また、光エネルギー放射手段が、反射鏡の外部に設けられ、反射鏡の外部から易放電空間に対して光エネルギーを照射するので、光エネルギー放射手段が劣化されず、長寿命化を図ることができる。また、反射鏡により光出射方向へ反射された紫外光が光エネルギー放射手段によって遮られることがないため、照度分布の均一化を図ることができる。また、光エネルギー放射手段が、反射鏡の外部に設けられるので、エキシマランプの点灯時における反射鏡内の高温下にないため、高温による光エネルギー放射手段の劣化を防止することができる。
請求項２に記載の発明によれば、光エネルギー放射手段は、反射鏡の外部に設けられ、かつエキシマランプの軸方向から易放電空間に対して光エネルギーを照射するので、より一層光エネルギー放射手段が劣化されず、長寿命化を図ることができる。また、反射鏡により光出射方向へ反射された紫外光が光エネルギー放射手段によって遮られることがないため、照度分布の均一化を図ることができる。また、光エネルギー放射手段が、反射鏡の外部に設けられるので、エキシマランプの点灯時における反射鏡内の高温下にないため、高温による光エネルギー放射手段の劣化を防止することができる。
請求項３に記載の発明によれば、アパーチャー部が設けられた遮光カバーを備えることにより、光エネルギー放射手段から発した光が、易放電空間以外の放電空間に照射されず、易放電空間にのみ照射される。そのため、内部空間において初期電子を効率良く生成することができ、エキシマランプの始動に要する印加電圧を低減することができる。また、アパーチャー部が設けられた遮光カバーを備えることにより、光エネルギー放射手段が劣化され難く、光エネルギー放射手段の長寿命化を図ることができる。
請求項４に記載の発明によれば、４００ｎｍ以下の紫外光を発する半導体素子を使用することにより、エキシマランプの始動に要する印加電圧を効果的に低減することができる。
請求項５に記載の発明によれば、ハロゲンガスを含む放電ガスを用いた場合であっても、時間の経過によりハロゲンガスが消滅することがなく、所望の波長の光を放射することができる。
請求項６に記載の発明によれば、乾癬治療に有効な波長３０８ｎｍの光を放射させることができる。

本発明の第１の実施形態を図１および図２を用いて説明する。
図１（ａ）は、本実施形態の発明に係る紫外光放射装置の長手方向の断面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すＡ−Ａ’線から見た断面図である。
これの図に示すように、この紫外光放射装置は、エキシマランプ１、遮光カバー２、反射鏡３、紫外光発光ダイオード４、点灯電源５を備えている。
エキシマランプ１は、エキシマ光を透過する、例えば、合成石英ガラス等の誘電体材料からなる放電容器１０を備えている。放電容器１０は、外側管１１と内側管１２が同軸に配置され中空２重円筒管構造を有し、ラッパ上に広げられた内側管１２の両端を外側管１１の両端に溶着することによって形成される。

エキシマランプ１の中空円筒状の内部空間Ｓには、放電用ガスとしてキセノンガス（Ｘｅ）ガスと塩素（Ｃｌ_２）ガスの混合ガスが封入されている。ＸｅとＣｌ_２の混合ガスの封入量は、５ｋＰａ〜１００ｋＰａの範囲であって、例えば、２０ｋＰａである。内部空間Ｓにおいて、エキシマランプが点灯していないときにはＸｅとＣｌ_２はそれぞれ単独で存在している。エキシマランプを点灯させるとＸｅガスとＣｌ_２ガスの混合ガスの一部が結合してキセノンクロライド（ＸｅＣｌ）エキシマを生成し、乾癬の治療に有効である、波長が３０８ｎｍのエキシマ光を放出する。放電用ガスとして、キセノン、クリプトン、アルゴン、塩化クリプトン、塩化キセノン等を組み合わせて使用すると、波長１２６ｎｍ〜３０８ｎｍの紫外光が放射される。

外側管１１の外周面には、外側管１１の外周面に沿って円筒状に形成されたメッシュ状の外側電極１３が配置されている。内側管１２の内周面には、内側管１２の内周面に沿って円筒状に形成された内側電極１４が配置されている。外側電極１３および内側電極１４はそれぞれ錫メッキ銅線およびアルミニウムやステンレスから構成されている。

外側管１１の一部に、本発明の特徴点の１つである内部空間Ｓに向けて隆起する凸部１１Ａが設けられている。ここで、内部空間Ｓのうち、凸部１１Ａと内側管１２の内部空間側の面１２Ａとの間の内部空間を易放電空間Ｓ_Ａとし、それ以外の内部空間を放電空間Ｓ_Ｂとする。易放電空間Ｓ_Ａとは、内部空間Ｓにおいて、凸部１１Ａと内側管１２の内部空間側の面１２Ａとの離間距離が最短になる箇所をいう。
放電空間Ｓ_Ｂにおける放電ギャップＧ１は３ｍｍ〜１０ｍｍの範囲であって、例えば、５ｍｍである。これに対し、易放電空間Ｓ_Ａにおける放電ギャップＧ２は０．１ｍｍ〜２ｍｍの範囲であって、例えば、０．５ｍｍである。
なお、易放電空間Ｓ_Ａを形成する方法としては、内部空間Ｓに向けて隆起する凸部１１Ａを外側管１１に設けることに限られない。すなわち、内部空間Ｓに向けて隆起する凸部を内側管１２に設けるようにしてもよい。

反射鏡３は、図１（ｂ）に示すように、エキシマランプ１の中心軸と直交する方向における断面が略台形状であって、長手方向および光出射方向が開放された構成であり、光出射方向の開口部３６が、例えば、石英ガラス等からなる光出射窓３１によって塞がれている。反射鏡３の反射面は、例えば、アルミニウム等の紫外光を反射する材料で構成されている。
反射鏡３は、エキシマランプ１の長手方向に沿って、エキシマランプ１の長手方向の大部分を覆うように配置され、エキシマランプ１の一端は、反射鏡３の側面３２に設けられた開口部３７から突出し、エキシマランプ１の他端は、反射鏡３の側面３３に設けられた開口部３８から突出している。

エキシマランプ１は、外側管１１に設けられた凸部１１Ａが覆われるよう反射鏡３の開口部３８から突出する端部が、遮光カバー２に嵌め込まれている。遮光カバー２は反射鏡３の側面に、例えば、螺子止めによって固定されている。すなわち、エキシマランプ１は遮光カバー２に固定されることにより、反射鏡３内にて支持される。
遮光カバー２には紫外光発光ダイオード４から放射された紫外光が透過するアパーチャー部２１が設けられ、このアパーチャー部２１の下方側の開口部２１Ａが、エキシマランプ１の外側管１１に設けられた凸部１１Ａの直下に位置する易放電空間Ｓ_Ａに対向している。
遮光カバー２は、例えば、アルミニウム等の導電性材料からなり、側面が開口した断面がコの字状の箱状体であって、エキシマランプ１の外側電極１３と接触することにより外側電極１３と導通しており、点灯電源５のグランド側に繋がる給電線５１が接続されている。遮光カバー２の側面２２に設けられた開口部２３から、内側電極１４と点灯電源５の高電圧側に繋がる給電線５２が遮光カバー２の外部に導出されている。
図１（ａ）に示すように、遮光カバー２は、紫外光発光ダイオード４から発せられる紫外光を易放電空間Ｓ_Ａにのみ効率良く照射することに加え、外部電極１３と導通することにより、外部電極１３への給電の役割を果たしている。

光エネルギー放射手段としての紫外光発光ダイオード４は、光出射側に集光レンズが設けられ、波長４００ｎｍ以下の紫外光を発する。紫外光発光ダイオード４は、その光出射面４Ａがアパーチャー部２１の上方側の開口部２１Ｂに対向するよう、遮光カバー２の上面２Ａに螺子止めされた固定用冶具４１に固定されている。
紫外光発光ダイオード４は、エキシマランプ１の始動時のみ発光していればよいので、所定時間発光した後（エキシマランプ１が点灯した後）は消灯するように制御される。例えば、紫外光発光ダイオード４には制御器４２が接続され、紫外光発光ダイオード４が所定時間点灯した後に、制御器４２から紫外光発光ダイオード４に対して消灯信号が送信されて消灯するよう制御される。
なお、光エネルギー放射手段としては、紫外光を発するものであればよく、紫外光発光ダイオード４に代えて、放電ランプやレーザーダイオード等を使用することもできる。また、波長選択素子と併用するのであれば、ハロゲンランプ等を使用することもできる。

本実施形態の紫外光放射装置は、易放電空間Ｓ_Ａに封入された放電用ガスに対し、紫外光発光ダイオード４から発せられた紫外光が照射された状態で、点灯電源５より、例えば、周波数５０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ、６ｋＶ〜１０ｋＶの高周波電圧を遮光カバー２および内側電極１４間に印加することにより、エキシマランプ１から波長１２６〜３０８ｎｍの紫外光が放射される。

本実施形態の紫外光放射装置によれば、以下のような効果が期待される。
易放電空間Ｓ_Ａに紫外光発光ダイオード４から発せられた紫外光を照射することにより、エキシマランプ１の始動に要する印加電圧を低減させることができる。その理由は、以下のように考えられる。
すなわち、易放電空間Ｓ_Ａに封入された放電用ガスに紫外光を照射することにより、内部空間Ｓに初期放電に必要な初期電子が発生し、また易放電空間Ｓ_Ａの放電ギャップＧ２は、放電空間Ｓ_Ｂの放電ギャップＧ１に比して短いため、絶縁破壊を生じやすい。そのため、エキシマランプ１の始動に要する印加電圧を低減することができ、エキシマランプ１を効率良く点灯させることができる。この点は以下の実験により確認されている。

本実施形態の発明の効果を確認するために行った実験について以下に説明する。
実施例として、図１に示す構成に従い、以下の寸法を有するエキシマランプを作製した。
放電容器１０：全長１５０ｍｍ、外径４０ｍｍ
放電ギャップＧ１：５ｍｍ
放電ギャップＧ２：０．５ｍｍ
このエキシマランプの易放電空間Ｓ_Ａに対し、波長３７５ｎｍの紫外光を照射し、始動に要する印加電圧の値を測定した。
また、比較例１として、実施例と同様のエキシマランプを作製し、紫外光を照射しない状態で、始動に要する印加電圧の値を測定した。
た。
また、比較例２として、凸部１１Ａを有しないことの他は上記実施例と同様の寸法を有するエキシマランプを作製し、エキシマランプの放電空間の任意の箇所に対し、波長３７５ｎｍの紫外光を照射した状態で、始動に要する印加電圧の値を測定した。

上記の実験により次のような結果が得られた。すなわち、比較例１のエキシマランプ（凸部あり、紫外光照射なし）によれば、始動に８ｋＶの印加電圧を要した。比較例２のエキシマランプ（凸部なし、紫外光照射あり）によれば、始動に６．５ｋＶの印加電圧を要した。これに対し、実施例のエキシマランプ（凸部あり、紫外光照射あり）によれば、始動に要する印加電圧を４．４ｋＶに低減することができた。
以上のごとく、実施例のエキシマランプによれば、始動に要する印加電圧を大幅に低減できることが確認された。

さらに、本実施形態の紫外光放射装置によれば、上記の効果の他に以下に示すような効果（ア）〜（キ）を有する。

（ア）アパーチャー部２１が設けられた遮光カバー２を備えることにより、紫外光発光ダイオード４から発した紫外光が、易放電空間Ｓ_Ａ以外の放電空間Ｓ_Ｂに照射されず、易放電空間Ｓ_Ａにのみ照射される。そのため、内部空間Ｓにおいて初期電子を効率良く生成することができ、エキシマランプの始動に要する印加電圧を低減することができる。

（イ）アパーチャー部２１が設けられた遮光カバー２を備えることにより、紫外光発光ダイオード４が劣化することがなく、紫外光発光ダイオード４を長寿命化することができる。
その理由を以下に説明する。すなわち、エキシマ光の放射強度は、放電ギャップの大きさに依存し、一般に放電ギャップが長ければエキシマ光の放射強度も大きくなる。上記の実験結果に示すように、放電空間Ｓ_Ｂにおける放電ギャップＧ１は、易放電空間Ｓ_Ａにおける放電ギャップＧ２よりも長いため放電空間Ｓ_Ｂから放射されるエキシマ光の放射強度は、易放電空間Ｓ_Ａから放射されるエキシマ光の放射強度よりも大きくなる。
従って、遮光カバー２を設けない場合には、放電空間Ｓ_Ｂから放射される強力な紫外光に紫外光発光ダイオード４が曝されるされることによって、紫外光発光ダイオード４が劣化して短寿命化する。それに対して、本実施形態の紫外光放射装置によれば、紫外光発光ダイオード４は、その光出射面４Ａが遮光カバー２のアパーチャー部２１を介して易放電空間Ｓ_Ａに対向しており、易放電空間Ｓ_Ａからは放射強度の低い紫外光しか放射されず、また、放電空間Ｓ_Ｂから放射される強力な紫外光が遮光カバー２によって遮られ紫外光発光ダイオード４に直接照射されることがない。そのため、光出射面４Ａが強力な紫外光に曝されることがなく、紫外光発光ダイオード４が劣化することによる短寿命化を防止することができる。

（ウ）エキシマランプ１の外側電極１３および内側電極１４は、遮光カバー２および反射鏡３で覆われて外部に露出することがなく、エキシマランプ１の内側電極１４が点灯電源５の高電圧側に接続され、遮光カバー２が点灯電源５のグランド側に接続されていることから、使用者が素手で遮光カバー２に触れたとしても感電のおそれがなく、装置の取り扱いが容易となる利点を有する。

（エ）紫外光発光ダイオード４が反射鏡３の外部に取付けられた遮光カバー２に固定されているため、以下の利点がある。すなわち、紫外光発光ダイオード４を反射鏡３の内部に配置すると、エキシマランプ１から放射され反射鏡３により光出射方向に反射された紫外光の一部が、紫外光発光ダイオード４によって遮られるため、反射鏡３に設けられた光出射窓３１から放射される紫外光の照度分布が不均一となるという不具合が生じる。それに対して、本実施形態の紫外光放射装置によれば、紫外光発光ダイオード４が反射鏡３の外部に取付けられた遮光カバー２に取付けられていることから、反射鏡３により光出射方向へ反射された紫外光が紫外光発光ダイオード４によって遮られることがないため、照度分布を均一化することができる。

（オ）エキシマランプ１の点灯時には反射鏡３の内部が高温になるが、紫外光発光ダイオード４が反射鏡３の外部に取付けられた遮光カバー２に固定されているため、高温の影響により紫外光発光ダイオード４が劣化することによる短寿命化のおそれがない。

（カ）紫外光発光ダイオード４からは、波長４００ｎｍ以下の紫外光が放射されるので、エキシマランプ１の始動に要する印加電圧を低減することができる。その理由を以下に説明する。
図１の構成に従い、先の実施例の寸法で作成されたエキシマランプに対して、発光ダイオードを用いて波長３６５ｎｍ、３７５ｎｍ、４００ｎｍ、４７０ｎｍ、５９０ｎｍのそれぞれの波長の光を照射させた状態において、エキシマランプを始動させるのに要する印加電圧の値を測定した。測定は、エキシマランプを暗黒状態に２４時間以上放置した後に行った。詳細には、エキシマランプの消灯後、暗黒状態に２４時間以上放置した後に、波長３６５ｎｍの光を照射した状態で始動に要する印加電圧の値を測定した。その後、再度エキシマランプを暗黒状態に２４時間以上放置した後に、波長３７５ｎｍの光を照射した状態で始動に要する印加電圧の値を測定した。このような作業を繰り返して残りの全ての波長の光照射時における始動に要する印加電圧の値を測定した。
図２は、上記の測定結果を示すグラフであり、横軸は発光ダイオードの波長（ｎｍ）、縦軸は始動に要した印加電圧である。なお、このグラフは、波長３７５ｎｍで測定した印加電圧の値を１として、その他の波長で測定した印加電圧の値を規格化している。
同図に示すように、波長３６５ｎｍ、３７５ｎｍ、４００ｎｍの光を照射した場合は、印加電圧の値はほぼ同じであったが、波長４７０ｎｍ、５９０ｎｍの光を照射した場合は、始動に高い印加電圧を要することが明らかである。以上の結果から、エキシマランプの始動時に波長４００ｎｍ以下の光を照射することにより、始動に要する印加電圧を低減できることが確認された。

（キ）前記したように、放電容器内には乾癬治療に有効な波長３０８ｎｍの光を放射させるためＸｅとＣｌ_２の混合ガスが封入されており、本発明はこのようなエキシマランプにおいて特に有用である。その理由を以下に説明する。
例えば、特許文献２には、エキシマランプの始動性を改善するために、放電容器内の放電空間に、白金、金等の金属導体を配置することが示されている。しかしながら、ＸｅとＣｌ_２の混合ガスが封入されたエキシマランプにおいてこの技術を適用した場合には、時間の経過とともに金属導体とＣｌ_２とが反応することによってＣｌ_２が減少してやがてＣｌ_２が消滅することによりエキシマランプ点灯時にＸｅＣｌエキシマが形成されなくなる結果、乾癬治療に必要な波長３０８ｎｍの光が放射されなくなる、という不具合がある。そのため、ＸｅとＣｌ_２の混合ガスを放電用ガスとするエキシマランプにおいては、放電容器内に金属導体を配置する方法ではなく、本発明のように放電ギャップが最短となる易放電空間に光エネルギーを照射する構成を採用すれば、Ｃｌ_２の消滅が生じることがないことにより波長３０８ｎｍの光が放射されなくなる心配がないものでありながら、始動性を改善することができる。このような点で、本発明はＸｅとＣｌ_２の混合ガスを放電用ガスとするエキシマランプにおいて特に有効である。
また、本発明は、上記と同様の理由から、Ｃｌ_２等のハロゲンガスを含む混合ガスが封入されたエキシマランプにおいても、ハロゲンガスが消滅する心配がなく所望の波長の光を放射することができるため有効である。

次に、本発明の第２の実施形態を図３を用いて説明する。
図３は本実施形態の発明に係る紫外光放射装置の長手方向の断面図である。
同図に示すように、エキシマランプ１の一端に遮光カバー２’が設けられている点では、図１に示した紫外光放射装置と同様であるが、遮光カバー２’の側面２２’に、エキシマランプ１の中心軸と平行な方向にアパーチャー部２１’が形成されている点で相違する。アパーチャー部２１’のエキシマランプ１側の開口部２１Ａ’は易放電空間Ｓ_Ａに対向して配置され、紫外光発光ダイオード４の光出射面４Ａはアパーチャー部２１’の外方側の開口部２１Ｂ’に対向して配置されている。

すなわち、本実施形態の紫外光放射装置によれば、紫外光発光ダイオード４から発した紫外光をエキシマランプ１の側方から易放電空間Ｓ_Ａに照射することにより、内部空間Ｓに初期電子が生成され、始動に要する印加電圧が低減される。
さらに、本実施形態の紫外光放射装置によれば、上述した第１の実施形態の紫外光放射装置における効果（ア）〜（キ）に加え、アパーチャー部２１’の外方側の開口部２１Ｂ’からは、紫外光が殆ど放射されないため、第１の実施形態の紫外光放射装置よりもより一層紫外光発光ダイオード４の短寿命化を防止することができる。

次に、本発明の第３の実施形態を図４を用いて説明する。
図４は本実施形態の発明に係る紫外光放射装置の長手方向の断面図である。
第１および第２の実施形態の発明に係る紫外光放射装置においては、それぞれ図１および図３に示すように、エキシマランプ１の一端に遮光カバー２（２’）を設け、遮光カバー２（２’）に紫外光発光ダイオード４を固定する場合について説明したが、本実施形態の紫外光放射装置のように、遮光カバー２（２’）を設けない構成としてもよい。
図４において、反射鏡３’の上面３Ａ’には、エキシマランプ１の外側管１１に設けられた凸部１１Ａに対応する開口部３４’が設けられている。紫外光発光ダイオード４は、開口部３４’の近傍に、例えば、螺子止めにより固定された固定用冶具４１に支持され、紫外光発光ダイオード４の光出射面４Ａが易放電空間Ｓ_Ａに対向している。

次に、本発明の第４の実施形態を図５を用いて説明する。
図５は本実施形態の発明に係る紫外光放射装置の長手方向の断面図である。
本実施形態の紫外光放射装置も、第３の実施形態の紫外光放射装置と同様に、遮光カバーを設けない構成である。
図５において、紫外光発光ダイオード４は、反射鏡３’の側面３３’に、例えば、螺子止めにより固定された固定用冶具４１’に支持されて、エキシマランプ１の側方側に配置され、紫外光発光ダイオード４の出射面４Ａが易放電空間Ｓ_Ａに対向している。

次に、本発明の第５の実施形態を図６を用いて説明する。
図６は本実施形態の発明に係る紫外光放射装置の長手方向の断面図である。
同図において、エキシマランプ１’の内側管１２’と外側管１１’は、同軸上にはなく、内側管１２’が外側管１１’に対して偏芯して配置されている。内側管１２’と外側管１１’間の上側の内部空間Ｓが易放電空間Ｓ_Ａとなり、内側管１２’と外側管１１’間の下側の内部空間Ｓが放電空間Ｓ_Ｂとなる。
放電空間Ｓ_Ｂにおける放電ギャップＧ１は４ｍｍ〜１９．５ｍｍの範囲であって、例えば、８ｍｍである。また、易放電空間Ｓ_Ａにおける放電ギャップＧ２は０．５ｍｍ〜９ｍｍの範囲であって、例えば、２ｍｍである。

本実施形態の紫外光放射装置によれば、紫外光発光ダイオード４から発した紫外光を、易放電空間Ｓ_Ａに存在する放電用ガスに照射した状態で、不図示の点灯電源により外側電極１３および内側電極１４間に高周波電圧を印加することによりエキシマランプ１’が点灯し、波長３０８ｎｍの紫外光が放射される。

次に、本発明の第６の実施形態を図７を用いて説明する。
図７は本実施形態の発明に係る紫外光放射装置の長手方向の断面図である。
同図において、エキシマランプ１”の内側管１２”と外側管１１”は、同軸上にはなく、内側管１２”が外側管１１”に対して偏芯して配置され、さらに、上側の外側管１１”の一部に内部空間Ｓに向けて隆起する凸部１１Ａ”が設けられている。凸部１１Ａ”と内側管１２”の内部空間側の面１２Ａ”との間の内部空間Ｓが易放電空間Ｓ_Ａとなる。
下側の放電空間Ｓ_Ｂにおける放電ギャップＧ１は４ｍｍ〜１９．５ｍｍの範囲であって、例えば、８ｍｍである。また、上側の放電空間Ｓ_Ｃにおける放電ギャップＧ２は０．５ｍｍ〜９ｍｍの範囲であって、例えば、２ｍｍである。また、易放電空間Ｓ_Ａにおける放電ギャップＧ３は０．１ｍｍ〜２ｍｍの範囲であって、例えば、０．５ｍｍである。

本実施形態の紫外光放射装置によれば、紫外光発光ダイオード４から発した紫外光を、易放電空間Ｓ_Ａに存在する放電用ガスに照射した状態で、不図示の点灯電源により外側電極１３および内側電極１４間に高周波電圧を印加することにより、エキシマランプ１”が点灯し、波長３０８ｎｍの紫外光が放射される。

次に、本発明の第７の実施形態を図８を用いて説明する。
図８は本実施形態の発明に係る紫外光放射装置の長手方向の断面図である。
同図において、エキシマランプ８０は、全体が管状の放電容器８１から構成されており、放電容器８１は、放電用ガスが封入された円筒状の発光部８２と発光部８２の両端を気密する扁平な封止部８３とから形成されている。放電容器８１は、エキシマ光を透過させる合成石英ガラス等の誘電体材料から構成され、その内部空間Ｓには、コイル状の内側電極８４が放電容器８１の中心軸上を伸びるように配置され、放電容器８１の外面には外側電極８５が密着するように配置されている。内側電極８４の両端は、封止部８３においてそれぞれ金属箔８６に接合され、金属箔８６には、封止部８３から外部に突出する外部リード８７が接合されている。
内側電極８４は、タングステン等からなる線材をコイル状に巻回して形成されたコイル状電極であり、内側電極８４の周囲には、これを覆うように誘電体材料からなる内側管８８が設けられ、内側管８８の中に内側電極８４が挿入されている。内側管８８は、例えば、合成石英ガラスから構成されており、内側電極８４の少なくとも外側電極８５との間で放電を行う部位の外表面に覆われていて、その端部は外側電極８５の端部を超えて伸びている。内側管８８は、放電安定性を高めるためのものであって、その端部が封止部８３には埋設されていない。

発光部８２の内部空間Ｓには、放電用ガスとして、例えば、キセノンガスが封入されているが、先の各実施形態における２重円筒管構造のエキシマランプと同様の放電用ガスを使用することができる。ただし、内部電極８４が放電容器８１中の放電用ガスに曝されるので、内部電極８４とハロゲンガスが反応することでハロゲンガスが時間の経過とともに消滅して所望の波長の光が放射されなくなることを回避するため、希ガス単体の放電用ガスを使用することが好ましい。
放電容器８１の発光部８２の端部に、内部空間Ｓに向けて隆起する凸部８２Ａが形成されている。凸部８２Ａと内側管８８の内部空間側の面８８Ａとの間の内部空間Ｓが易放電空間Ｓ_Ａとなる。
放電空間Ｓ_Ｂにおける放電ギャップＧ１は３ｍｍ〜１０ｍｍの範囲であって、例えば、５ｍｍである。また、易放電空間Ｓ_Ａにおける放電ギャップＧ２は０．１ｍｍ〜２ｍｍの範囲であって、例えば、０．５ｍｍである。
なお、易放電空間Ｓ_Ａを形成する方法としては、内部空間Ｓに向けて隆起する凸部８２Ａを発光部８２に設けることに限られず、内部空間Ｓに向けて隆起する凸部を内側管８８に設けるようにしてもよい。

本実施形態の紫外光放射装置によれば、紫外光発光ダイオード４から発した紫外光を、易放電空間Ｓ_Ａに存在する放電用ガスに照射した状態で、不図示の点灯電源により外側電極８５および内側電極８４間に高周波電圧を印加することにより、エキシマランプ８０が点灯し、波長１７２ｎｍの紫外光が放射される。

第１の実施形態の発明に係る紫外光放射装置の長手方向の断面図および長手方向を切断した面から見た断面図である。 複数種類の波長の光を照射させた状態において、エキシマランプを始動させるのに要する印加電圧の値を測定した結果を示すグラフである。 第２の実施形態の発明に係る紫外光放射装置の長手方向の断面図である。 第３の実施形態の発明に係る紫外光放射装置の長手方向の断面図である。 第４の実施形態の発明に係る紫外光放射装置の長手方向の断面図である。 第５の実施形態の発明に係る紫外光放射装置の長手方向の断面図である。 第６の実施形態の発明に係る紫外光放射装置の長手方向の断面図である。 第７の実施形態の発明に係る紫外光放射装置の長手方向の断面図である。 従来技術に係るエキシマランプ装置の長手方向の断面図である。

符号の説明

１ エキシマランプ
２ 遮光カバー
２Ａ 上面
２１ アパーチャー部
２１Ａ 開口部
２１Ｂ 開口部
２２ 側面
２３ 開口部
３ 反射鏡
３１ 光出射窓
３２ 側面
３３ 側面
３６ 開口部
３７ 開口部
３８ 開口部
４ 紫外光発光ダイオード
４Ａ 光出射面
４１ 固定用冶具
４２ 制御器
５ 点灯電源
５１ 給電線
５２ 給電線
１０ 放電容器
１１ 外側管
１１Ａ 凸部
１２ 内側管
１２Ａ 内側管１２の内部空間Ｓ側の面
１３ 外側電極
１４ 内側電極
１’ エキシマランプ
１０’放電容器
１１’ 外側管
１２’ 内側管
２’ 遮光カバー
２１’ アパーチャー部
２１Ａ’ 開口部
２１Ｂ’ 開口部
２２’
３’反射鏡
３Ａ’上面
３３’ 側面
３４’ 開口部
４１’ 固定用冶具
１０”放電容器
１１” 外側管
１１Ａ” 凸部
１２” 内側管
１２Ａ” 内側管１２”の内部空間Ｓ側の面
８０ エキシマランプ
８１ 放電容器
８２ 発光部
８２Ａ 凸部
８３ 封止部
８４ 内側電極
８５ 外側電極
８６ 金属箔
８７ 外部リード
８８ 内側管
８８Ａ 面
Ｓ 内部空間
Ｓ_Ａ 易放電空間
Ｓ_Ｂ 放電空間
Ｓ_Ｃ 放電空間
Ｇ１ 放電ギャップ
Ｇ２ 放電ギャップ

Claims (6)

1. 内部空間に放電用ガスが封入された誘電体材料からなる放電容器と、前記誘電体材料を介して配置された一対の電極とを備えるエキシマランプを備える紫外光放射装置において、
   前記エキシマランプから放射された光を光出射方向へ反射する反射鏡が前記エキシマランプの長手方向に沿って設けられ、
   前記放電容器は、内部空間における放電ギャップが不均一となるよう前記内部空間に向けて隆起する凸部が形成され、
   該凸部は前記反射鏡から突出したエキシマランプの端部に設けられ、
   前記凸部により前記放電ギャップが最短となる昜放電空間に対し、光エネルギーを照射するための光エネルギー放射手段が前記反射鏡の外部に設けられている
   ことを特徴とする紫外光放射装置。
2. 前記光エネルギー放射手段は、前記エキシマランプの軸方向から前記易放電空間に対して、光エネルギーを照射することを特徴とする請求項１に記載の紫外光放射装置。
3. 前記昜放電空間を覆うとともにアパーチャー部を有する遮光カバーを設け、前記光エネルギー放射手段は、前記アパーチャー部を介して、前記昜放電空間に対して、光エネルギーを照射することを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の紫外光放射装置。
4. 前記光エネルギー放射手段が、４００ｎｍ以下の紫外光を発する半導体素子であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つの請求項に記載の紫外光放射装置。
5. 前記放電用ガスには、ハロゲンガスが含まれることを特徴とする請求項１または２に記載の紫外光放射装置。
6. 前記放電用ガスが、キセノン（Ｘｅ）ガスと塩素（Ｃｌ _２ ）ガスの混合ガスであることを特徴とする請求項５に記載の紫外光放射装置。

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