JPH025359A - Short arc electric discharge lamp - Google Patents

Short arc electric discharge lamp

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JPH025359A
JPH025359A JP63155339A JP15533988A JPH025359A JP H025359 A JPH025359 A JP H025359A JP 63155339 A JP63155339 A JP 63155339A JP 15533988 A JP15533988 A JP 15533988A JP H025359 A JPH025359 A JP H025359A
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lamp
arc
electrodes
bulb
distance
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Yasuki Mori
泰樹 森
Yasuhiro Iwato
岩藤 泰博
Yoichiro Kogyo
光行 陽一郎
Tadatoshi Azuma
東 忠利
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Toshiba Lighting and Technology Corp
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Abstract

PURPOSE:To increase a total efficiency as an optical system by providing a specific condition among a lamp voltage immediately after start, a lamp voltage at the time for stable lighting-up, a distance between electrodes, a bulb inside diameter at the central part and a lamp electric power at the time for stable lighting-up. CONSTITUTION:Assuming that a lamp voltage immediately after start is VSL(V), a lamp voltage at the time for stable lighting-up, VL(V), a distance between electrodes, l(mm), an inside diameter at a place positioned at the central part of a distance between electrodes of light emitting tube bulb, D(cm) and a lamp electric power at the time for stable lighting-up, WL(kW), they are controlled by (VL-VSL)/l=510(V/mm) D/WL=1.8-3.5(cm/kW). When(VL-VSL)/l is less than 5, the distance between electrodes lmay be too large or the lamp voltage at the time for stable lighting-up may be too low, so that a function as a point source light is lost, and when it is larger than 10, the inside pressure of the bulb during lighting-up increases with the result that its reliability is decreased. When D/WL is less than 1.8, even if the diameter of an arc is narrowed down, the temperature of the bulb tube wall becomes too high until and when D/WL exceeds 3.5, narrowing-down of the arc is lost with the result that no improvement of a total efficiency will be recognized.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、半導体電子回路の回路パターン焼付は用露光
装置やUVスポットキュアなどのような照明光学系の光
源として使用されるショートアク放電灯に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Objective of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention is used as a light source for an illumination optical system such as an exposure device or UV spot cure for printing circuit patterns of semiconductor electronic circuits. This invention relates to short-ac discharge lamps.

(従来の技術) 一般に超高圧水銀ランプやキセノン−水銀ランプなどの
ショートアーク放電灯は、アークが小さくて点光源に近
い紫外線ランプであることから、反射鏡等の光学系と組
合わせて精密な産業用機器に使用されている。
(Prior art) In general, short arc discharge lamps such as ultra-high pressure mercury lamps and xenon-mercury lamps are ultraviolet lamps with small arcs and are close to point light sources. Used in industrial equipment.

例えば、半導体電子回路の回路パターンを焼付けるため
に使用される露光装置は、特開昭60−57930号公
報にも記載されているが、第2図に示すように、光源と
してのンヨートアーク水銀灯1を回転2次曲面からなる
反射鏡21の略焦点位置に設置17、このショートアー
ク放電灯1から出る光を上記反射鏡21により集光させ
、この反射光を平面反射鏡22に゛C照射方向を変更し
て集光レンズ23を通し、この集光レンズ23でさらに
集光した光をフォトマスク24を通して被照射面25、
例えば紫外線感光性樹脂を被覆した半導体ウェハーの表
面に照射するようになっている。
For example, an exposure apparatus used for printing circuit patterns of semiconductor electronic circuits is also described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-57930, and as shown in FIG. is installed 17 at approximately the focal point of a reflecting mirror 21 consisting of a rotating quadratic curved surface, the light emitted from this short arc discharge lamp 1 is focused by the reflecting mirror 21, and this reflected light is directed to a plane reflecting mirror 22 in the direction of irradiation with C. The light is further condensed by the condensing lens 23 and then passes through the photomask 24 to the irradiated surface 25,
For example, the surface of a semiconductor wafer coated with an ultraviolet-sensitive resin is irradiated.

したがって、ショートアーク水銀灯1から放射される紫
外線により半導体ウェハー25の表面にはフォトマスク
24に対応したパターンが焼付けられる。
Therefore, a pattern corresponding to the photomask 24 is printed on the surface of the semiconductor wafer 25 by the ultraviolet rays emitted from the short arc mercury lamp 1.

光源として用いられるショートアーク水銀灯1は、第3
図に示すように、石英ガラスよりなる発光管バルブ2の
両端を気密に閉止し、これら両端にそれぞれ口金3.4
を取付けて構成しである。
The short arc mercury lamp 1 used as a light source is
As shown in the figure, both ends of an arc tube bulb 2 made of quartz glass are hermetically closed, and caps 3 and 4 are attached to these ends, respectively.
Install and configure.

発光管バルブ2内には両端に電極支持棒5.6が封着さ
れており、これら電極支持棒5.6の先端には、直流点
灯が主流であるから、陽極(アノード)7および陰極(
カソード)8が形成されている。これら陽極7および陰
極8は発光管バルブ2の中央部分で微少距離を存して対
向されている。
Electrode support rods 5.6 are sealed at both ends of the arc tube bulb 2, and since direct current lighting is the mainstream, an anode 7 and a cathode (
cathode) 8 is formed. These anode 7 and cathode 8 are opposed to each other at the center of the arc tube bulb 2 with a slight distance therebetween.

これら陽極7および陰極8間でショートアークの放電が
なされるため発光管バルブ2の形状は、中央部分が球ま
たは楕円球形状に脹らんた構造となし、耐圧強度の向上
を図っている。
Since a short arc is discharged between the anode 7 and the cathode 8, the shape of the arc tube bulb 2 is such that the central portion thereof is swollen in the shape of a sphere or an ellipsoid to improve the pressure resistance.

ところで、最近の産業用分野においては、微小加工の精
度が年々増加しており、より高性能な加工精度が要求さ
れ、かつ生産性向上の面からもより高効率が要求ぎれて
きている。例えば上記半導体製造の分野でも、超LSI
の一層の高集積化が進められており、このため露光の高
効率化が要求されるようになっている。
Incidentally, in recent industrial fields, the precision of micromachining is increasing year by year, and higher performance machining precision is required, and higher efficiency is also being demanded from the perspective of improving productivity. For example, in the field of semiconductor manufacturing mentioned above, ultra LSI
As the integration of semiconductor devices continues to increase, there is a demand for higher exposure efficiency.

露光効率を高める手段としては、光強度を高くすること
、すなわち被照射面25における明るさを向上させるこ
とが望まれる。
As a means for increasing exposure efficiency, it is desirable to increase the light intensity, that is, to improve the brightness on the irradiated surface 25.

被照射面25の明るさを上昇させるには、反射鏡21や
レンズ23による集光性を高めて器具効率を上げること
、および光源としてのランプの出力を向上させることが
考えられる。
In order to increase the brightness of the irradiated surface 25, it is possible to improve the light collecting ability of the reflecting mirror 21 and the lens 23 to increase the efficiency of the device, and to improve the output of the lamp as a light source.

器具効率の改善は、従来から種々の努力がなされており
、すでに一定技術水準に達していると認められる。
Various efforts have been made to improve instrument efficiency, and it is recognized that a certain level of technology has already been reached.

これに対してランプの改良は未だ充分の余地を残してい
る。
On the other hand, there is still plenty of room for improvement in lamps.

すなわち、ランプ側の観点から露光効率を高めようとす
れば、従来では発光強度を強くすればよいと考えられて
おり、発光効率に優れがっ光出力の大きなランプの開発
および使用に注意が注がれていた。
In other words, in order to increase exposure efficiency from the perspective of the lamp, conventionally it was thought that increasing the luminous intensity was sufficient, but attention has been paid to the development and use of lamps with excellent luminous efficiency and large light output. It was broken.

しかしながら、ランプは一般に高出力化しようとすると
、大ワット化する傾向にあり、このような場合、必ずや
ランプは大形化に向かうものである。
However, in general, when trying to increase the output of a lamp, the wattage tends to increase, and in such a case, the lamp necessarily tends to increase in size.

(発明が解決しようとする課題) すなわち、ランプの発光出力を増加させるためにランプ
入力を大きくするとバルブ形状が大形化し、アーク径が
太くなる。
(Problems to be Solved by the Invention) That is, when the lamp input is increased in order to increase the light emission output of the lamp, the bulb shape becomes larger and the arc diameter becomes thicker.

本発明者らの研究によれば、ランプ人力を増しアークを
大きくして発光量を増加させようとしても、このランプ
を反射鏡21の焦点位置に設置した場合にそのアークが
焦点位置からはみ出すことになり、すなわちアークが点
光源にならず、反射1!21や集光レンズ23による集
光性が低下し、被照射面25で光が拡散してしまい、む
しろ被照射面25の光強度が低下する場合があることが
判明した。
According to the research of the present inventors, even if an attempt is made to increase the amount of light emitted by increasing the lamp power and making the arc larger, when this lamp is installed at the focal position of the reflector 21, the arc will protrude from the focal position. In other words, the arc does not become a point light source, the light focusing ability by the reflection 1!21 and the condensing lens 23 decreases, the light is diffused on the irradiated surface 25, and the light intensity on the irradiated surface 25 increases. It was found that there may be a decrease in

逆に、アークを小さくして点光源に近づける方が、ラン
プの発光出力は若干低下しても、アークが反射鏡21の
焦点位置に高精度に設置され、反射鏡21や集光レンズ
23による集光性が向上して、被照射面25の光強度が
増大する場合があることが判った。
On the other hand, if the arc is made smaller and closer to a point light source, even if the light emission output of the lamp decreases slightly, the arc will be placed at the focal point of the reflector 21 with high precision, and the arc will be more accurately positioned at the focal point of the reflector 21 and the condenser lens 23. It has been found that there are cases where the light condensing property is improved and the light intensity on the irradiated surface 25 is increased.

また、ランプの大形化は輻射熱の増大を招き、照明装置
に冷却対策などが必要となるから装置の大型化、高通格
化につながり、現存する装置が使用できなくなる等の問
題がある。
In addition, increasing the size of the lamp causes an increase in radiant heat and requires cooling measures for the lighting device, which leads to the device becoming larger and more sophisticated, leading to problems such as making existing devices unusable.

本発明は、ランプ単体の効率はこれが若干劣化すること
があってもアークの広がりを小さくすることにより反射
鏡等の光学系と組合わせた場合のトータル効率が向上す
るショートアーク放電灯を提供しようとするものである
The present invention provides a short arc discharge lamp that improves the total efficiency when combined with an optical system such as a reflector by reducing the spread of the arc, even though the efficiency of the lamp itself may deteriorate slightly. That is.

[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明においては、光源から出た光を反射鏡およびレン
ズを介して被照射面に集光させる光学系における上記光
源として用いられ、発光管バルブ内に一対の電極を設け
るとともに、この発光管バルブ内に水銀および希ガスを
封入したショートアーク放電灯において、始動直後のラ
ンプ電圧をVSL(V)、安定点灯時のランプ電圧をV
 1(V)、電極間距離をI!(mm)、発光管バルブ
の電極間距離の中心部に位置する箇所の内径をD(cm
L、安定点灯時のランプ電力をWL  (KW)とした
場合、 ■L−”’=5〜10 (V/m+s)ア に規制したことを特徴とする。
[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) In the present invention, an arc tube is used as the light source in an optical system that focuses light emitted from a light source onto a surface to be illuminated via a reflecting mirror and a lens. In a short arc discharge lamp in which a pair of electrodes is provided inside the bulb and mercury and rare gas are sealed in the arc tube bulb, the lamp voltage immediately after starting is VSL (V), and the lamp voltage during stable lighting is VSL.
1 (V), the distance between the electrodes is I! (mm), and the inner diameter of the arc tube bulb at the center of the distance between the electrodes is D (cm).
L, when the lamp power during stable lighting is WL (KW), it is characterized by being regulated to (1) L-''' = 5 to 10 (V/m+s)a.

(作用) 本発明は前述したように、アークの広がりを小さくし”
C点光源に近づける方が、ランプの発光出力は若干低下
しても、アークが反射鏡の焦点位置に高精度に設置され
るため反射鏡やレンズによる集光性かむしろ向上し、被
照射面の光強度が増大する場合があることに注目してな
されたもので、アークをどの程度まで小さくすればよい
か検討した結果のものである。
(Function) As described above, the present invention reduces the spread of the arc.
Even if the light emission output of the lamp decreases slightly, it is better to move closer to the point C light source because the arc is placed at the focal point of the reflector with high precision, which improves the ability of the reflector and lens to condense light, and improves the ability to focus the light on the irradiated surface. This was done by paying attention to the fact that the light intensity of the arc may increase in some cases, and was the result of considering how much the arc should be made smaller.

すなわち、本発明者等の研究・実験によれば、電極間距
離を従来と同等にして電位傾度を下げるとともに発光管
バルブの内径を小さくすれば、若干発光強度は低下する
もののアーク長さは従来と同等でアーク径が細くなり、
点光源に近くなる。
In other words, according to the research and experiments conducted by the present inventors, if the distance between the electrodes is made the same as before, the potential gradient is lowered, and the inner diameter of the arc tube bulb is made smaller, the luminous intensity will decrease slightly, but the arc length will be the same as before. , the arc diameter becomes smaller,
Close to a point light source.

よって、本発明はこのようなランプを反射鏡およびレン
ズと組合わせて使用した場合、トータル効率が従来より
も向上する範囲を、電位傾度と発光管バルブの内径とを
パラメータとして数値的に規制したものである。
Therefore, in the present invention, when such a lamp is used in combination with a reflector and a lens, the range in which the total efficiency is improved compared to the conventional one is numerically regulated using the potential gradient and the inner diameter of the arc tube bulb as parameters. It is something.

(実施例) 以下本発明について、第1図に示ず一実施例にもとづき
説明する。
(Example) The present invention will be described below based on an example not shown in FIG.

第1図に示すショートアーク水銀灯はランプ入力500
W定格のものであり、図において10は石英ガラスより
なる発光管バルブであり、この発光管バルブ10の両端
は気密に閉止され、これら両端には従来と同様に口金3
.4が取付けられている。
The short arc mercury lamp shown in Figure 1 has a lamp input of 500
In the figure, 10 is an arc tube bulb made of quartz glass. Both ends of this arc tube bulb 10 are hermetically closed, and caps 3 are attached to both ends as in the conventional case.
.. 4 is installed.

この発光管バルブ10には両端に電極支持棒5.6が封
着されており、これら電極支持棒5.6の先端には、比
較的大形の陽極11およびこれより小形の陰極12が形
成されている。陽極11は純タングステンから構成され
ているとともに、陰極12は例えば2%のトリアを含有
したタングステン製の上記電極支持棒6に純タングステ
ン製のコイル12aを巻装してなり、この電極コイル1
2aのコイル間にはTh O2のエミッタが塗布されて
いる。
Electrode support rods 5.6 are sealed at both ends of the arc tube bulb 10, and a relatively large anode 11 and a smaller cathode 12 are formed at the tips of these electrode support rods 5.6. has been done. The anode 11 is made of pure tungsten, and the cathode 12 is made by winding a coil 12a made of pure tungsten around the electrode support rod 6 made of tungsten containing, for example, 2% thoria.
A Th O2 emitter is applied between the coils 2a.

これら陽極11および陰極12は発光管バルブ10の中
央部分で微少距離を隔てて対設されており、本実施例で
は電極間距離ノー2.5■とされている。
These anode 11 and cathode 12 are placed opposite each other at a very small distance in the center of the arc tube bulb 10, and in this embodiment, the distance between the electrodes is 2.5 square meters.

発光管バルブ10は、楕円球形状に成形されており、そ
の電極間距離1間の中心部の径りがD−1,4cmに設
定されている。
The arc tube bulb 10 is formed into an ellipsoidal shape, and the diameter of the center portion between the electrodes is set to D-1.4 cm.

発光管バルブ10の内部には所定量の水銀とアルゴンガ
スよりなる始動用希ガスが封入されている。水銀Hgは
、ランプ電圧が36(V)となるような量に封入されて
いるとともに、アルゴンガスは0.5(気圧)封入され
ている。
Inside the arc tube bulb 10, a starting rare gas consisting of a predetermined amount of mercury and argon gas is sealed. Mercury Hg is sealed in an amount such that the lamp voltage is 36 (V), and argon gas is sealed at 0.5 (atmosphere).

この場合、点灯中の水銀蒸気圧は30(気圧)、アルゴ
ンガスの圧力は4気圧で、合計34気圧となる。
In this case, the mercury vapor pressure during lighting is 30 (atm), and the argon gas pressure is 4 atm, resulting in a total of 34 atm.

また、電極損失による電圧降下分Vdrop−1,2(
V)であり、本例の場合アルゴンガスのランプ電圧に及
ぼす影響度は0(■)とみなすことができる。
In addition, the voltage drop due to electrode loss Vdrop-1, 2 (
V), and in this example, the degree of influence of argon gas on the lamp voltage can be considered to be 0 (■).

従って始動直後のランプ電圧VS L ”’ V dr
op−1、2Vである。
Therefore, the lamp voltage immediately after starting VS L ”' V dr
op-1, 2V.

一方、従来設計による同一500Wの一般約数値を本発
明と対比させて以下の表に示す。
On the other hand, the following table shows general divisor values of the same 500W according to the conventional design in comparison with the present invention.

上記表中、No5が従来のランプ、No 2〜4が本発
明に該当するランプ、No 1およびNo 6゜7は実
験により本発明の範囲外とされたランプである。
In the above table, No. 5 is a conventional lamp, Nos. 2 to 4 are lamps corresponding to the present invention, and No. 1 and No. 6.7 are lamps that were determined to be outside the scope of the present invention by experiment.

本発明に該当するランプ(No2〜4)は、従来例のラ
ンプNo5より電極間距離ノを小さくして点光源に近づ
けても、水銀封入量を少なくして灯中の圧力は従来と比
べてほぼ同等(正確には2気圧減)としである。
The lamps (Nos. 2 to 4) according to the present invention have a smaller distance between the electrodes than the conventional lamp No. 5, and even though they are closer to a point light source, the amount of mercury filled is reduced and the pressure inside the lamp is lower than that of the conventional lamp. It's almost the same (2 atmospheres less, to be exact).

したがって、本発明のランプ(No 2〜4)は、ラン
プlj体の照度が29〜15%程度低下する。
Therefore, in the lamps of the present invention (Nos. 2 to 4), the illuminance of the lamp body decreases by about 29 to 15%.

しかしながら、本発明ではD / W Lを従来に比し
小さな値に設定しているから、アークの広がりを縮小す
ることができ、つまりアーク径を小さく絞ることができ
、その結果従来例のランプNo5と比べて、ショートギ
ャップおよびアーク広がり縮小の両面の効果により、ア
ークが点光源に近づき、よって反射鏡21の焦点位置に
高精度に設置し易くなり、光量Y系の集光効率が大きく
なる。この結果、反射鏡2]、やレンズ23と組合わせ
て使用した場合のトータル効率は従来例No5に比べて
1〜18%向上することが判る。
However, in the present invention, since D/W L is set to a smaller value than the conventional one, the spread of the arc can be reduced, that is, the arc diameter can be narrowed down, and as a result, the lamp No. 5 of the conventional example can be reduced. Compared to this, due to the effects of both the short gap and arc spread reduction, the arc approaches a point light source, making it easier to place the arc at the focal position of the reflecting mirror 21 with high precision, and increasing the light collection efficiency in the light quantity Y system. As a result, it can be seen that the total efficiency when used in combination with the reflecting mirror 2 and the lens 23 is improved by 1 to 18% compared to conventional example No. 5.

一方、従来例No6は本発明と同様なトータル効率を得
る目的で、従来の球形に近い形状をなした発光管バルブ
1に、本発明と同等な短い電極間距離J(am)でかつ
従来のランプ電圧とした場合に相当するランプであるが
、この場合点灯中の圧力が本発明に比しべて8気圧(2
4%)も上昇し、耐圧強度の点で不適格ある。
On the other hand, in conventional example No. 6, in order to obtain the same total efficiency as the present invention, the conventional example No. This lamp corresponds to the lamp voltage, but in this case the pressure during lighting is 8 atm (2 atm) compared to the present invention.
4%), making it unsuitable in terms of compressive strength.

また、従来例No7のランプは、球形に近い形状をなし
た発光管バルブ1に、本発明と同等な短い電極間距離、
j?(mm)でかつ本発明と同等なランプ電圧とした場
合に相当するランプであるが、この場合、ランプ照度お
よび集光効率とも悪く、トータル効率が最も悪い結果で
あった。
In addition, the lamp of Conventional Example No. 7 has an arc tube bulb 1 having a shape close to a sphere, a short inter-electrode distance equivalent to that of the present invention,
j? (mm) and a lamp voltage equivalent to that of the present invention, but in this case, both lamp illuminance and light collection efficiency were poor, and the total efficiency was the worst.

本発明に該当するNo2〜4のランプは、ともに良い結
果を呈しているが、これはアーク形状の広がりを光学系
に対して抑えたことによる。
Lamps No. 2 to 4, which correspond to the present invention, both exhibited good results, and this was due to suppressing the spread of the arc shape with respect to the optical system.

従来の発想では、バルブ径はランプの大きさに合わせ大
形化するのか常であった。例えば従来の場合、D / 
WL  (cm/KW)= 4〜6か一般的であり、ワ
ットが大きくなるとこの値以上となることもあ−っだ。
Conventional thinking has always been that the bulb diameter increases to match the size of the lamp. For example, in the conventional case, D/
WL (cm/KW) = 4 to 6 is common, and as the wattage increases, it may exceed this value.

これは点灯中のバルブ内圧力をできるだけバルブの限界
耐圧強度の限界に近づけるべく大きくとろうとするため
、耐圧強度の問題からできるたけ球形に近づけ、かつ管
壁負荷(WL/バルブ内表1Ilj積)を必要値以上に
とろうと考えられていたからである。
This is because the pressure inside the bulb during lighting is to be as large as possible to get as close as possible to the pressure limit of the bulb. This is because it was thought that the value should be higher than the required value.

しかしながら、本発明においては、点灯中のバルブ内圧
力をそれ程高く設定しなくても、トータル効率を高くで
きることに注目し、バルブ形状は必ずしも球形形状にと
られれなくて済むことに着1]シた。すなわち、バルブ
形状は若干長細い紡錘形にして耐圧強度を若干劣化させ
ても、使用に耐えられるに必要な強度が得られるように
し、むしろこのような長細い形状にすることによりアー
クの広がりを抑えてアーク径を細くすることの効果が大
きく、すなわち器具効率を含む全効率の向上が得られる
ものである。
However, in the present invention, we focused on the fact that the total efficiency can be increased without setting the internal pressure of the bulb so high during lighting, and decided that the bulb shape does not necessarily have to be spherical. . In other words, the valve shape is made into a slightly elongated spindle shape so that even if the pressure resistance is slightly degraded, the strength required to withstand use can be obtained.In fact, by making the valve shape elongated and spindle-shaped, it is possible to suppress the spread of the arc. Therefore, the effect of reducing the arc diameter is large, that is, the overall efficiency including the instrument efficiency can be improved.

ここで、原点に戻ってンヨートアーク放電灯の特性につ
いて検討して見る。
Now, let's go back to the basics and examine the characteristics of the Nyoto arc discharge lamp.

一般に、点灯中の発光管バルブ内の圧力Pは、電極間距
離、eと、封入している水銀11gの封入量および希ガ
スの封入圧力に依存する。封入物の量を増すことはラン
プ電圧VLを上昇させる。
Generally, the pressure P inside the arc tube bulb during lighting depends on the distance between the electrodes, e, the amount of 11 g of mercury enclosed, and the pressure of the rare gas. Increasing the amount of fill will increase the lamp voltage VL.

ランプ電圧V1、は、電極損失Vdropと、アークに
電力を4えるアーク電圧VarQの和で表わされる。す
なわち、 V L = V drop+ V arc      
 −(1)ランプから発せられる光量Φは上記アーク電
圧V areに比例し、 Φ oe  Varc  ”          〜1
2)で表わされる。
The lamp voltage V1 is expressed as the sum of the electrode loss Vdrop and the arc voltage VarQ that adds power to the arc. That is, V L = V drop + V arc
-(1) The amount of light Φ emitted from the lamp is proportional to the arc voltage V are, and Φ oe Varc ” ~1
2).

したがって、ランプの光量Φを増すためには、アーク電
圧v arcを増すことが行われる。
Therefore, in order to increase the light intensity Φ of the lamp, the arc voltage v arc is increased.

アーク電圧v arcは、封入している水銀11gの封
入量および希ガスの封入圧力に比例する。ショートアー
ク水銀灯の場合、希ガスとしてはアルゴンまたはキセノ
ンが使用使用され、この種のショートアーク水銀灯では
希ガスの使用目的が、主として始動時のペニング効果に
よる始動電圧を下げたり、始動時に電極構成物質の飛散
を抑えることであるから、希ガスの封入圧p gasは
低く、1気圧以下に抑えられる。
The arc voltage v arc is proportional to the amount of 11 g of mercury and the pressure of the rare gas. In the case of short-arc mercury lamps, argon or xenon is used as the rare gas. In this type of short-arc mercury lamp, the purpose of using the rare gas is to lower the starting voltage due to the Penning effect during starting, and to reduce the electrode constituent materials during starting. Since the purpose is to suppress the scattering of gas, the sealing pressure p gas of the rare gas is low, and is suppressed to 1 atmosphere or less.

これに対し、ショートアークキセノン−水銀灯では、希
ガスとしてキセノンを使用しており、この場合はキセノ
ンが上述の電極飛散防止作用のほかに、点灯中における
キセノンの発光を利用することを目的としているため、
キセノンの封入圧力p gasは高く、1気圧以上で5
〜6気圧封入される例もある。これらは点灯中4〜5倍
の圧力になる。
In contrast, short-arc xenon-mercury lamps use xenon as a rare gas, and in this case, in addition to the above-mentioned effect of preventing the electrodes from scattering, the purpose of the xenon is to utilize the light emitted by xenon during lighting. For,
The sealing pressure of xenon is high, and is 5 atm above 1 atm.
In some cases, it is sealed at ~6 atmospheres. These become 4 to 5 times the pressure during lighting.

しかし、一般に封入されている希ガスは、封入水銀に比
べてランプ電圧に及ぼす影響は小さく、始動直後のラン
プ電圧Vs、−は V SL −V drop+ V gas     −
(3)で表わされ、この場合V gasは常温の希ガス
封入圧が5〜6気圧であっても数ボルト程度にしか過ぎ
ない。
However, the normally sealed rare gas has a smaller effect on the lamp voltage than the sealed mercury, and the lamp voltage Vs, - immediately after starting is V SL -V drop+ V gas -
(3), and in this case, V gas is only about a few volts even if the rare gas filling pressure at room temperature is 5 to 6 atmospheres.

前述のアーク電圧varcは、封入ガス圧に依存するv
 gasと、水銀封入量に依存するVllgとの和で表
わされ、 V arc −V gas + V Ilg     
 −(4)となるからショートアーク放電灯の場合は、
V arc = V Hg          −(5
)となる。
The aforementioned arc voltage varc depends on the filler gas pressure v
It is expressed as the sum of gas and Vllg, which depends on the amount of mercury enclosed, and is expressed as: V arc −V gas + V Ilg
-(4), so in the case of a short arc discharge lamp,
V arc = V Hg - (5
).

ここでVlgは、封入される水銀ff1M (n+g)
 、71X極間距離、e(m11)、発光管容積A(c
c)としたとき、 なる関係が一般的に知られている。したがって、(6)
式は、 と置き換えることができる。
Here, Vlg is the enclosed mercuryff1M (n+g)
, 71X distance between poles, e (m11), arc tube volume A (c
When c), the following relationship is generally known. Therefore, (6)
The expression can be replaced with .

点灯中の発光管バルブ内の圧力Pは発光管バルブ内の平
均温度にも依存するが、温度一定とすれば、 P   ccPgas              =
4J3)、P   −M              
    ・・・(9)となり、希ガスの封入圧力p g
asが大きい程、また水銀封入量が多い程バルブ内圧力
Pは窩くなる。
The pressure P inside the arc tube bulb during lighting depends on the average temperature inside the arc tube bulb, but if the temperature is constant, P ccPgas =
4J3), P-M
...(9), and the sealing pressure of the rare gas p g
The larger as is, and the larger the amount of mercury enclosed, the higher the valve internal pressure P becomes.

すなわち、前記(6)式から、ランプ電圧V Lを同一
とした場合、rc h間距離ノを小さくすると水銀mM
を増加しなければならず、またアーク電圧Vareを増
して光量Φを増大させようとすれば、(2)式および(
7)式から水銀ff1Mを増す必要かある。
That is, from the above equation (6), when the lamp voltage V L is the same, if the distance between r and h is decreased, the mercury mM
If you try to increase the light amount Φ by increasing the arc voltage Vare, then equation (2) and (
7) From the equation, is it necessary to increase mercury ff1M?

一方、同一ランプ電力WLでアーク電圧v arcを増
すためには、ランプ電圧VLをを上げることでも1ff
J能であったが、このようにすると(7)式に示すよう
に、水銀m Pvlを増加させることになり、点灯中の
圧力Pを上げることになる。
On the other hand, in order to increase the arc voltage v arc with the same lamp power WL, increasing the lamp voltage VL also increases the arc voltage by 1ff.
However, as shown in equation (7), doing this will increase the mercury m Pvl and increase the pressure P during lighting.

I、1灯中の圧力Pが増すと、発光管バルブの耐圧強t
Wに対し余裕度を低下させることになり、点灯中のラン
プ破損を生じ易くなる。
I, as the pressure P in one lamp increases, the pressure resistance of the arc tube bulb increases t
This will reduce the margin for W, making it more likely that the lamp will be damaged during lighting.

またアーク電圧v arcを上げ、かつtN F’5.
 L!jJ距離、eを広げることにより点灯中の圧力を
P上昇せずこ先出力を増すことも考えられるが、これは
、このランプ本来がもつ点光源的要素を小さくすること
になり、光学系を組合わせた場合の集光効率の低下をも
たらし、トータル効率が低減することになる。
Further, the arc voltage v arc is increased and tN F'5.
L! It is possible to increase the output without increasing the pressure during lighting by increasing the jJ distance and e, but this would reduce the point light source element of this lamp, and the optical system would need to be This results in a decrease in light collection efficiency when combined, resulting in a reduction in total efficiency.

また、水銀Hgの圧力を増す手段は、次のような不具生
も生じ得る。すなわち、水銀11g圧が増加することに
よって光出力を上げることは、アーク全体の広がりを生
じさせる欠点があり、スペクトルの連続部分の出力増加
を生じさせ、本来望ましいUV領域の出力は必ずしも比
例的に増加しない。
Furthermore, means for increasing the pressure of mercury Hg may also cause the following malfunctions. In other words, increasing the light output by increasing the mercury 11g pressure has the disadvantage of causing a broadening of the entire arc, resulting in an increase in the output in a continuous part of the spectrum, and the output in the originally desirable UV region is not necessarily proportional. Does not increase.

つまり不必要な部分の出力増加も加えた形での光出力増
加であり、真の効率向上とは言えない部分もあった。
In other words, the optical output was increased in the form of an increase in the output of unnecessary parts, and there were some parts that could not be said to be a true improvement in efficiency.

このようなことから、本発明は前述したように、バルブ
形状を若干長細い紡錘形にして耐圧強度を若干劣化させ
ても、使用に耐えられるに必要な強度が得られるように
し、むしろこのような長細い形状にすることによりアー
クの広がりを抑えてアーク径を細くして器具効率を含む
全効率の向上が得られるようにしたものである。
For this reason, as described above, the present invention makes the valve shape slightly elongated and spindle-shaped so that even if the pressure resistance is slightly degraded, the strength necessary to withstand use can be obtained. The elongated shape suppresses the spread of the arc and reduces the arc diameter, thereby improving overall efficiency including instrument efficiency.

傾度を表わしており、これは電極間距離ノに関係してい
るので点光源さに関係をもつとともに、([i)  (
7)および(9)式から判るように、水銀蒸気圧とも関
係しており、上記実験結果の表から5〜10 (V/m
u)が望ましい。
This represents the slope, and since it is related to the distance between the electrodes, it is related to the point light source, and also ([i) (
As can be seen from equations 7) and (9), it is also related to mercury vapor pressure, and from the table of experimental results above, it is 5 to 10 (V/m
u) is desirable.

離7eが大き過ぎるかまたはランプの安定点灯時におけ
るランプ電圧VLが小さ過ぎることになり、これは点光
源としての機能を失うか、または照度低下が余りに大き
くてアーク広がりを抑えるのみてはトータル効率を向上
させることかできなくな、って、本発明の目的を達成す
ることができない。
If the distance 7e is too large, or the lamp voltage VL when the lamp is stably lit is too small, it will lose its function as a point light source, or the illuminance decrease will be too large and the total efficiency will be reduced only by suppressing the arc spread. Therefore, the object of the present invention cannot be achieved.

点灯中のバルブ内圧力が大きくなり信頼性を損なうこと
になるから、石英製バルブを使用する範囲では10以下
に抑えるのが望ましい。
Since the internal pressure of the bulb increases during lighting and impairs reliability, it is desirable to keep the pressure to 10 or less in the range where quartz bulbs are used.

D 、/ WL  (am/KW)を1.8〜3.5に
することが必要である。
It is necessary to set D,/WL (am/KW) to 1.8 to 3.5.

D/WLが1.8未満になると、アーク径が絞られても
石英管壁温度が必要以上に高められ、バルブの耐圧強度
が低下し、また寿命中の失透等が現われることがあった
If D/WL was less than 1.8, even if the arc diameter was narrowed, the quartz tube wall temperature would rise more than necessary, the pressure resistance of the bulb would decrease, and devitrification would occur during the life of the bulb. .

また、D/WLが3.5を超えると、従来に比しトータ
ル効率の向上が認められなくなる。
Furthermore, if D/WL exceeds 3.5, no improvement in total efficiency will be recognized compared to the conventional technology.

また、単位長さ当りのランプ電力WL m、/ノ)を満
たすように電流を設定すれば良いが、ショートアーク高
圧放電灯としてはワットが大きくなってもその点光源性
を重要視すべきある。その点から、本実施例のように(
WL/、f’ )を0.17以上に設定するのが好まし
いといえる。
In addition, the current should be set to satisfy the lamp power per unit length (WL m, /), but as a short arc high pressure discharge lamp, even if the wattage increases, the point light source property should be considered important. . From that point of view, as in this example (
It can be said that it is preferable to set WL/, f') to 0.17 or more.

本発明では、点灯中の内圧を抑えかつトータル効率をア
ップさせることを目的とするものであり、(WL/))
に影響を受けるものでないが、電極をかなり大形化し、
しかもバルブの耐圧強度が小ワツトのものに比して多少
低下する大ワットのものにより一層の効果が現れるとい
える。
The present invention aims to suppress internal pressure during lighting and increase total efficiency, (WL/))
Although it is not affected by
In addition, it can be said that a large wattage bulb, whose pressure resistance is somewhat lower than a small wattage bulb, is more effective.

つまり、本発明は500 Wで説明したが、IKWでも
2KWでもワット大きい程−膜内にバルブ耐圧が低下す
る傾向をもつので、より小さな電極間距離のランプを製
作できる本発明のメリットを発揮できる。
In other words, the present invention has been explained using 500 W, but whether it is IKW or 2 KW, as the wattage increases, the bulb withstand voltage tends to decrease within the membrane, so the advantage of the present invention can be realized in that a lamp with a smaller interelectrode distance can be manufactured. .

このような本実施例によると、電極間距離が短くなって
アーク長さが短くなり、かつ発光管バルブの径を細くし
てアーク径が絞られるのでアークが点光源に近くづき、
集光性が向上するため光学系と組合せたトータル効率が
向上する。
According to this embodiment, the distance between the electrodes is shortened, the arc length is shortened, and the diameter of the arc tube bulb is narrowed to narrow down the arc diameter, so the arc approaches a point light source.
Since the light gathering ability is improved, the total efficiency in combination with the optical system is improved.

しかもこの場合、電位傾度を低くしてランプ効率をむし
ろ抑え気味にしであるので、ランプ電圧は上昇しなく、
点灯中の圧力は増加せず、ランプ強度の信頼性を保つこ
とができる。
Moreover, in this case, the lamp efficiency is rather suppressed by lowering the potential gradient, so the lamp voltage does not increase.
The pressure does not increase during lighting, and the reliability of the lamp strength can be maintained.

また、ランプ電力は増加しないから、ランプの発熱や、
電極の熱容量の大形化が発生せず、照明装置全体の大形
化を防止して、冷却装置、電源、光学系の大形化や価格
の増加を招くことがない。
Also, since the lamp power does not increase, the lamp heats up and
The heat capacity of the electrodes does not increase in size, and the entire lighting device is prevented from increasing in size, so that the cooling device, power supply, and optical system do not increase in size or cost.

以上述べてきた例は、希ガスが1気圧以下の場合であっ
たが、1気圧以上でキャノンガスを使用するキセノン−
水銀ランプでも同様な効果があることは言うまでもない
In the examples described above, the rare gas was below 1 atm, but when using xenon using cannon gas at above 1 atm,
Needless to say, a mercury lamp has a similar effect.

さらに、本発明は半導体電子回路の回路パターン焼付は
用露光装置に適用されることに制約されるものではなく
、UVスポットキュアなどにも適用可能である。
Further, the present invention is not limited to being applied to an exposure apparatus for printing circuit patterns of semiconductor electronic circuits, but can also be applied to UV spot curing and the like.

[発明の効果] 以上説明したように本発明によると、電極間距離か短く
なってアーク長さが短くなり、かつ発光管バルブの径を
細くしてアーク径が絞られるのでアークが点光源に近く
づき、ランプ単体の効率は若干劣化することがあっても
、反射鏡やレンズなど組み合せて使用すれば集光性が向
上しトータル効率が増大する。しかもこの場合、電位傾
度を低くしてランプ効率をむしろ抑え気味にしであるの
で、ランプ電圧は上昇しなく、点灯中の圧力は増加せず
、ランプ強度の信頼性を保つことができる。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, the distance between the electrodes is shortened, so the arc length is shortened, and the diameter of the arc tube bulb is narrowed to narrow the arc diameter, so the arc becomes a point light source. As time approaches, the efficiency of a single lamp may deteriorate slightly, but if used in combination with a reflector or lens, the light gathering ability will improve and the total efficiency will increase. Moreover, in this case, since the potential gradient is lowered and the lamp efficiency is rather suppressed, the lamp voltage does not increase, the pressure during lighting does not increase, and the reliability of the lamp intensity can be maintained.

また、ランプ電力は増加しないから、ランプの発熱や、
電極の熱容量の大形化が発生せず、照明装置全体の大形
化を防止して、冷却装置、電源、光学系の大形化や価格
の増加を招くことがないなどの利点がある。
Also, since the lamp power does not increase, the lamp heats up and
There is an advantage that the heat capacity of the electrodes does not increase, the overall size of the lighting device is prevented, and the cooling device, power supply, and optical system do not increase in size or cost.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例を示すショートアーク水銀灯
の構成図、第2図および第3図は従来技術を説明するも
ので、第2図は半導体電子回路の回路パターン焼付は用
露光装置を示す概略的構成図、第3図は従来のショート
アーク水銀灯の構成図である。 10・・・発光管バルブ、11・・・陽極、12・・・
陰極、21・・・反射鏡、23・・・集光レンズ、25
・・・被照射面。 第1図 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第2図
Fig. 1 is a block diagram of a short arc mercury lamp showing an embodiment of the present invention, Figs. 2 and 3 explain the conventional technology, and Fig. 2 shows an exposure apparatus for printing circuit patterns of semiconductor electronic circuits. FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration of a conventional short arc mercury lamp. 10... Arc tube bulb, 11... Anode, 12...
Cathode, 21...Reflector, 23...Condensing lens, 25
...Irradiated surface. Figure 1 Applicant's agent Patent attorney Takehiko Suzue Figure 2

Claims (1)

【特許請求の範囲】 光源から出た光を反射鏡およびレンズを介して被照射面
に集光させる光学系における上記光源として用いられ、
発光管バルブ内に一対の電極を配設するとともに、この
発光管バルブ内に水銀および希ガスを封入したショート
アーク放電灯において、 始動直後のランプ電圧をVSL(V)、安定点灯時のラ
ンプ電圧をVL(V)、電極間距離をl(mm)、発光
管バルブの電極間距離の中心部に位置する箇所の内径を
D(cm)、安定点灯時のランプ電力をWL(KW)と
した場合、 [V_L−V_S_L/l]=5〜10(V/mm)P
/W_L=1.8〜3.5(cm/KW)としたことを
特徴とするショートアーク放電灯。
[Claims] Used as the light source in an optical system that focuses light emitted from a light source onto a surface to be illuminated via a reflecting mirror and a lens,
In a short arc discharge lamp in which a pair of electrodes is placed inside the arc tube bulb and mercury and rare gas are filled in the arc tube bulb, the lamp voltage immediately after starting is VSL (V), and the lamp voltage during stable operation is VSL (V). is VL (V), the distance between the electrodes is l (mm), the inner diameter at the center of the distance between the electrodes of the arc tube bulb is D (cm), and the lamp power during stable lighting is WL (KW). In the case, [V_L-V_S_L/l]=5~10(V/mm)P
A short arc discharge lamp characterized in that /W_L=1.8 to 3.5 (cm/KW).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2002264730A (en) * 2001-03-09 2002-09-18 Pia Kk Fork support device of bicycle

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