JPH0750153A - 金属蒸気放電ランプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 寿命が十分で、かつ、光出力が時間的に安定
な、カドミウムあるいは亜鉛の一価のイオンからの放射
光を利用する金属蒸気放電ランプ装置を提供する。 【構成】 放電容器に希ガスと電極と定常点灯状態にお
いて全て蒸発する量のカドミウムあるいは亜鉛とを収納
した不飽和型金属蒸気放電ランプ７０と、この不飽和型
金属蒸気放電ランプ７０を点灯するための電源装置７１
からなり、該カドミウム或いは亜鉛の一価のイオンから
の共鳴線を主に利用する金属蒸気放電ランプ装置におい
て、該カドミウム或いは亜鉛の一価のイオンからの放射
光の時間的揺らぎを安定化するための手段を設けたる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、励起状態のカドミウム
あるいは亜鉛の一価のイオンから放出される共鳴線によ
る発光が得られる金属蒸気放電ランプ装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、実用化されている通常の放電ラン
プにおいては、電極間に生ずるアーク中において、励起
状態にある原子またはイオンが他の励起状態または基底
状態に遷移するときに放出されるスペクトル線による発
光が利用されている。

【０００３】このような発光スペクトル線の中で、励起
状態にある原子またはイオンが基底状態に遷移するとき
に放出されるスペクトル線である共鳴線は、一般に遷移
確率が大きいため、その放射係数が大きい。このため、
放射される共鳴線が短波長の紫外線であるランプは、高
い工業的な利用価値を有するものとなる。例えば、光化
学産業分野、半導体デバイスの製造分野などで、短波長
紫外線の出力の高いランプが期待されているが、このよ
うな要請に応えることができる可能性が十分にある。紫
外線を利用する光学装置は、プラスチックスの表面の改
質や光ＣＶＤ、光アッシング、特定波長区域の要求され
るＵＶキュアや光リソグラフィなど産業界で広く利用さ
れている。一般的に、波長１８５ｎｍ乃至３００ｎｍを
利用する場合は従来キセノン・マーキュリーランプやキ
セノンカドミウムランプのような金属希ガス放電ランプ
を利用するのが良いとされ、特に波長２２０±２０ｎｍ
を利用したい場合は、例えば特開昭５５─１０７５７
「短電弧形カドミウム稀ガス放電灯」にも見られるよう
に、キセノンカドミウム放電ランプが良いと言われる。
この公報においては、カドミウムと希ガスの封入量を規
定することにより、２２０ｎｍ前後の放射波長を強大に
し、半導体装置の生産プロセスにおける焼付時間を短縮
できることが指摘されている。

【０００４】しかしながら、実際の放電ランプでは、ア
ーク中において励起状態にある原子またはイオンより放
出された共鳴線は、同時に共存する同種の基底状態にあ
る原子またはイオンより相当に高い割合で吸収されると
いう、いわば自己吸収現象が不可避的に生ずるため、目
的とする共鳴線による放射光が大きな放射強度でランプ
外部へ放出されず、実際には利用することができない、
という問題がある。例えば、ショートアーク型の水銀ラ
ンプにおいては、高温のアーク内に存在する励起状態に
ある水銀により放出された波長１８５ｎｍおよび波長２
５４ｎｍの共鳴線は、アーク周辺部における低温部分に
存在する基底状態にある水銀により吸収されるため、ラ
ンプから外部へ放出される割合が極めて小さくなる。そ
して、放電ランプにおいては、一般に、主発光物質の動
作時の分圧力を上げることによって、放出される光の強
度を大きくすることができるが、共鳴線については、自
己吸収現象を抑制した条件下でなければ放出することが
できず、例えば、水銀より放出される波長２５４ｎｍの
共鳴線は１×１０^-5Ｐａ程度の極めて低い圧力の水銀ラ
ンプによらなければ、工業的に利用できる程度の強度を
得ることは困難である。以上のような理由から、短波長
紫外線の出力が高い中圧または高圧のランプとして実用
できるものは提供されていない。カドミウムあるいは亜
鉛の一価のイオンからの放射光、特に共鳴線を利用する
金属蒸気放電ランプ装置は、比較的有望であるが、発光
効率が必ずしも十分ではなく、また、光出力が時間的に
著しく変動するという問題があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、寿命
特性が十分で、かつ、光出力が時間的に安定な、カドミ
ウムあるいは亜鉛の一価のイオンからの放射光を利用す
る金属蒸気放電ランプ装置を提供することである。

【０００６】

【問題を解決するための手段】上記本発明の目的は、放
電容器に稀ガスと電極と定常点灯状態において全てが蒸
発する量のカドミウムあるいは亜鉛とを収納した不飽和
型金属蒸気放電ランプと、該金属蒸気放電ランプを点灯
するための電源装置から成り、該カドミウムあるいは亜
鉛の一価のイオンからの放射光、特に共鳴線を主に利用
する金属蒸気放電ランプ装置に於いて、該カドミウムあ
るいは亜鉛の一価のイオンからの放射光の時間的揺らぎ
を安定化するための手段を設けることによって達成され
る。該カドミウムあるいは亜鉛の一価のイオンからの放
射光の時間的揺らぎを安定化するための手段として、該
電極を支持するための電極支持棒が放電容器に埋め込ま
れた部分における該電極支持棒と放電容器部材との間に
形成される隙間を０．１ｍｍ以下にしたことを特徴とし
た金属蒸気放電ランプを用いること、さらには、該カド
ミウムあるいは亜鉛の一価のイオンからの放射光の時間
的揺らぎを安定化するための手段として、該金属蒸気放
電ランプを点灯するための主電源装置と、該主電源装置
の出力電圧あるいは出力電流を該主電源装置の出力電圧
の周波数と異なる周波数で変調するための補助電源装置
とからなることを特徴とする電源装置を用いること、あ
るいは、該カドミウムあるいは亜鉛の一価のイオンから
の放射光の時間的揺らぎを安定化するための手段とし
て、該一価のイオンからの放射光を検出する手段と該放
射光の時間的変動に対応して該金属蒸気放電ランプへの
電気入力を調整する装置を用いることによって、本発明
の目的は、より一層達成される。

【０００７】

【作用】図９を使用して、本発明の原理を説明する。ま
ず、カドミウムあるいは亜鉛の一価のイオンからの共鳴
線の発光効率が最適になる条件について説明する。図９
は、ランプ全体の概略構造を示す説明用断面図である。
この放電ランプにおいては、ガラス製の発光管１の中央
部に内部空間を区画する大略球状の膨出部２が設けら
れ、発光管１の両端部に封止部３が設けられている。ま
た、内部空間内には、陰極４と陽極５とが互いに対向す
るよう配置されており、陰極４および陽極５の各々の基
端部は、封止部３内に気密に封着された金属箔６に接続
され、各々の金属箔６は、外部リード棒７に接続されて
いる。この放電ランプにおいては、陰極４と陽極５との
間の電極距離Ｌは１２ｍｍ以下とされると共に、膨出部
２の電極方向とは垂直な面における最大内径Ｄに対する
電極間距離Ｌの比Ｌ／Ｄの値が例えば１未満である、ア
ークの状態が電極によって保持される電極安定型のラン
プとして構成されている。

【０００８】膨出部２によって区画された内部空間内に
は、主発光物質としてカドミウムまたは亜鉛が封入され
ている。主発光物質がカドミウムの場合には、ランプ電
流Ｊ_L が下記の条件（イ）を満足した状態で点灯され、
この状態で、主発光物質の動作時の分圧力Ｐが３×１０
³ Ｐａ〜１．３×１０⁵ Ｐａとなる量とされている。 条件（イ） ０．７ ＜ Ｊ_L ／Ｐ^1/4 ＜ １５．０ また、主発光物質が亜鉛の場合には、ランプ電流Ｊ_L が
下記の条件（ロ）を満足した状態で点灯され、この状態
で、主発光物質の動作時の分圧力Ｐが１×１０³ Ｐａ〜
１．３×１０⁵ Ｐａとなる量とされている。 条件（ロ） ０．７ ＜ Ｊ_L ／Ｐ^1/4 ＜ １６．９

【０００９】カドミウムまたは亜鉛は、ランプの製作時
に、カドミウム単体、ＣｄＩ₂ などのハロゲン化カドミ
ウム若しくはこれらの混合物、または亜鉛単体、ハロゲ
ン化亜鉛若しくはこれらの混合物の形で封入される。ま
た、内部空間内には、必要に応じて、バッファガスとし
てアルゴン、クリプトンなどの希ガスや水銀などが封入
されていてもよい。

【００１０】このような構成のランプでは、ランプ電流
Ｊ_L が極めて大きい状態で点灯されるため陰極４と陽極
５との間で発生保持されるアーク内の温度が十分に高い
ものとなるため、当該アーク内において主発光物質のカ
ドミウムまたは亜鉛のイオン化されるものの割合が大き
く、カドミウムイオンＣｄ⁺ または亜鉛イオンＺｎ⁺密
度が非常に高い状態となり、一方、アークが陰極４と陽
極５とにより保持されることにより、アーク周辺の部分
ではアーク内との温度差が大きいために、当該アーク周
辺において主発光物質のカドミウムまたは亜鉛はほとん
どイオン化されず、Ｃｄ⁺ またはＺｎ⁺ の密度が低い状
態となり、結局、自己吸収現象が生ずる割合が僅少とな
るため、後述する実験例からも明らかなように、アーク
内のＣｄ⁺ またはＺｎ⁺ より放出される共鳴線が、大き
な強度でランプ外部へ放出される状態で点灯される。

【００１１】以上において、陰極４と陽極５との電極間
Ｌが１２ｍｍを超える場合には、アークの形状が大きく
なるため、集光鏡と組み合わせて使用されるときには、
集光効率が低下するので好ましくない。

【００１２】また、主発光物質がカドミウムである場合
には動作時の分圧力Ｐが１．３×１０⁵ Ｐａを超える場
合、または、主発光物質が亜鉛であるときには動作時の
分圧力Ｐが１．３×１０⁵ Ｐａを超える場合には、それ
ぞれカドミウム原子の波長２２８．８０ｎｍの共鳴線ま
たは亜鉛原子の波長２１３．８６ｎｍの共鳴線による吸
収が大きくなるため、目的とするカドミウムイオンまた
は亜鉛イオンによる発光線強度が低下してしまう。

【００１３】また、ランプ電流Ｊ_L が小さくて、比Ｊ_L
／Ｐ^1/4 の値が０．７以下の場合には、アーク内の温度
を十分に高いものとすることが困難であるため、アーク
内のカドミウムまたは亜鉛が十分にイオン化されず、従
ってＣｄ⁺ またはＺｎ⁺ の密度が低く、しかも自己吸収
現象の生ずる割合が大きくなるため、外部に放射される
共鳴線の強度が小さくなる。

【００１４】一方、ランプ電流Ｊ_L が大きくて、比Ｊ_L
／Ｐ^1/4 の値が、主発光物質がカドミウムのときには１
５．０以上、主発光物質が亜鉛のときには１６．９以上
の場合には、アーク周辺部の温度も高くなるため、アー
ク周辺のカドミウム亜鉛がイオン化され、アーク内のＣ
ｄ⁺ またはＺｎ⁺ より放出された共鳴線は、アーク周辺
の基底状態にあるＣｄ⁺ またはＺｎ⁺ により吸収される
割合が大きくなる。

【００１５】以上のように、条件（イ）または条件
（ロ）を満足することにより、Ｃｄ⁺ またはＺｎ⁺ より
放出される共鳴線の強度が大きく、しかも投入電力に対
して効率の良いものになる。

【００１６】本発明を実施するにあたっては、条件
（イ）または条件（ロ）が満足される状態を実現するた
め、アーク内の温度が好適な高温となるよう、当該放電
ランプを外套管内に挿入し、発光管１の周囲に空気層が
形成された状態で点灯されることが好ましい。これによ
り、例えば、発光管１の管壁の温度が１０００Ｋ〜１２
００Ｋ程度で、アーク中心の温度が９０００Ｋ〜１００
００Ｋ程度の安定化された状態を容易に得ることができ
る。

【００１７】また、アークの状態を安定に維持するため
には、垂直点灯方式すなわち電極が上下に対向する状態
で点灯することが好ましい。

【００１８】次に光出力の不安定性について説明する。
例えば、カドミウムと稀ガスを封入したショートアーク
放電ランプを（イ）の条件で、定電流電源で点灯した場
合の、カドミウムの一価のイオンの共鳴線２１４．４ｎ
ｍの放射強度の安定性は以下の様である。点灯数十時間
までは安定であたったが、約１００時間程度点灯する
と、１０時間のうち約８時間は安定であるが、残りの２
時間は変動周期は数秒から数十秒、変動率は数十パーセ
ントで変動した。点灯時間が長くなるに従って、光出力
が変動する時間の割合が大きくなり、２００時間程度で
全時間で不安定になった。この時、カドミウム原子から
放射されるスペクトル線の強度の変動率は、カドミウム
の一価のイオン共鳴線２１４．４ｎｍの変動率の数分の
一以下であった。なお、該変動率は、バンドパスフィル
ターとシリコンフォトダイオード等から構成された周波
数応答度１０Ｈｚの測定系を使用して測定したもので、
２００秒間の測定における２１４．４ｎｍの放射強度の
最大値と最小値の差を最大値と最小値の平均値で除いた
値である。

【００１９】上記した光出力の変動現象は、従来の低圧
放電ランプや高圧放電ランプには皆無の現象であり、カ
ドミウムあるいは亜鉛の一価のイオンの共鳴線を利用す
る金属蒸気放電ランプ装置における特有の現象であり、
特に、カドミウムあるいは亜鉛を封入した金属蒸気放電
ランプを（イ）または（ロ）の条件で点灯した場合に特
に著しく発生する現象である。上記の現象の機構は、完
全には解明できていないが、現象論的に考察した結果、
以下のようであると思われる。図９に示すように、電極
支持棒１１，１２の一部は封止部３において放電容器の
部材の一部２１に埋まっている。この埋まっている部分
において、電極支持棒１１，１２と放電容器の部材の一
部２１との間に比較的大きな隙間１８，１９が生じてい
ると、カドミウムの蒸気がこの隙間に入り込み凝縮する
ので、放電空間のカドミウムの密度が減少する。その結
果、放電プラズマの状態が変化し、隙間１８，１９が加
熱されるので、隙間１８，１９に入り込んだカドミウム
は再び放電空間に放出される。上記のように、放電空間
におけるカドミウムの密度が時間的に変動するので、カ
ドミウムの密度によって著しく放射強度が異なるカドミ
ウムの一価のイオンの共鳴線の大きな変動が生じる。

【００２０】放電容器に稀ガスと電極と定常点灯状態に
おいて全てが蒸発する量のカドミウムあるいは亜鉛とを
収納した不飽和型金属蒸気放電ランプと、該金属蒸気放
電ランプを点灯するための電源装置から成り、該カドミ
ウムあるいは亜鉛の一価のイオンからの放射光を主に利
用する金属蒸気放電ランプ装置に於いて、該カドミウム
あるいは亜鉛の一価のイオンからの放射光の時間的揺ら
ぎを安定化するための手段を設けると、紫外線領域にお
いて、高効率で、しかも、光出力が安定である金属蒸気
放電ランプ装置が得られる。該カドミウムあるいは亜鉛
の一価のイオンからの放射光の時間的揺らぎを安定化す
るための手段として、該電極を支持するための電極支持
棒が放電容器に埋め込まれた部分における該電極支持棒
と放電容器部材との間に形成される隙間Ｇを０．１ｍｍ
以下にしたことを特徴とした金属蒸気放電ランプを用い
ると、カドミウムあるいは亜鉛の蒸気がこの隙間に入り
込まないので、カドミウムあるいは亜鉛の密度が時間的
に変動することがなく、従って、光出力が安定である金
属蒸気放電ランプ装置が得られる。隙間Ｇが０．１ｍｍ
を越えると、光出力の変動抑止効果は激減した。また、
機構は不明であるが、光出力の変動抑止効果は、隙間の
体積が小さいほうが大きかったが、隙間Ｇの大きさを
０．１ｍｍ以下にすることによって十分な結果が得られ
た。

【００２１】さらに該カドミウムあるいは亜鉛の一価の
イオンからの放射光の時間的揺らぎを安定化するための
手段として、該金属蒸気放電ランプを点灯するための主
電源装置と、該主電源装置の出力電圧あるいは出力電流
を該主電源装置の出力電圧の周波数と異なる周波数で変
調するための補助電源装置とからなることを特徴とする
電源装置を用いると、一種の共鳴現象であるカドミウム
あるいは亜鉛の密度が時間的に変動が抑制され、より安
定な光出力の金属蒸気放電ランプ装置が得られる。ま
た、該カドミウムあるいは亜鉛の一価のイオンからの放
射光の時間的揺らぎを安定化するためにの手段として、
該一価のイオンから放射光を検出する手段と該放射光の
時間的変動に対応して該金属蒸気放電ランプへの電気入
力を調整する手段を有することを特徴とする電源装置を
使用すると、カドミウムあるいは亜鉛の蒸気が該隙間に
入り込むことを抑制できるので、光出力が安定である金
属蒸気放電ランプ装置が得られる。

【００２２】

【実施例】本発明の実施例を図を用いて説明する。ま
ず、ランプ全体の概略構造は図９のようであり、電極支
持棒１１，１２と放電容器の部材との間に比較的大きな
隙間１８，１９が生じるショートアーク型金属蒸気放電
ランプについて説明する。従来のショートアーク型金属
蒸気放電ランプの陽極部および陰極部の構造の一例を、
それぞれ図７および図８に示す。陽極および陰極のそれ
ぞれの支持棒１１および１２は、それぞれ２枚のモリブ
デン箔２２，２２’および２３，２３’に溶接されてお
り、外部から電力を供給される。２５は、２枚のモリブ
デン箔の間に存在させた石英ガラスである。放電容器の
気密性は、封止部３において、モリブデン箔と放電容器
の部材である石英ガラスの気密な接触によって保たれて
いる。従って、電極支持棒と放電容器の部材の一部２１
である石英ガラスとの接触部分は、密接に接触させる必
要はなく、単に電極の機械的な支持が十分である程度に
接触させればよい。電極支持棒と放電容器の部材である
石英ガラスとを隙間無く完全に密着させると、金属から
成る電極支持棒と石英ガラスが熱膨張率が著しく異なる
ので、石英ガラスが破損する可能性が大きくなる。従っ
て、従来は、むしろ、隙間１８，１９を意識的に形成し
ていた。なお、２０は必要に応じて挿入される石英パイ
プである。

【００２３】本発明の金属蒸気放電ランプの陽極部およ
び陰極部の構造を、図１および図２に示す。放電容器を
真空にした状態で、電極支持棒周辺の石英ガラスを十分
に加熱し、さらに、外圧を加えることなどによって、電
極支持棒周辺の隙間を０．１ｍｍ以下にした。この時、
電極支持棒にロジウムメッキを行うと、電極支持棒と石
英ガラスとの接触による石英ガラスの破損の可能性が小
さくなる。以下、本発明の具体的な実験例について説明
するが、本発明はこれらの実験に示すランプに限定され
るものではない。

【００２４】電極間距離Ｌを５ｍｍとし、膨出部の内容
積が２２．１ｃｍ³ の内部空間を有する発光管内に、カ
ドミウム単体２８ｍｇと、アルゴンガス（封入時圧力２
５℃基準３気圧）とを封入して、放電ランプＡを作成し
た。発光管の外観形状は図１と類似であり、封止部の構
造は、図１，図２に示したような、電極支持棒１１，１
２と石英ガラス２１の間の隙間が小さい構造であり、実
際には隙間は０．０８〜０．０３ｍｍの間であった。な
お、電極支持棒１１および１２は、それぞれ陽極５およ
び陰極４と一体で構成されており、石英ガラス２１と対
面する部分１１’、１２’にはロジウムメッキがなされ
ている。

【００２５】この放電ランプＡを、外套管内において垂
直点灯方式により、ランプ電流Ｊ_Lが３４．０Ａとなる
条件で点灯させた。このときのカドミウムの動作時の分
圧力は０．８×１０⁵ Ｐａ、比Ｊ_L ／Ｐ^1/4 の値は２．
０であり、投入電力Ｑは６９３Ｗであった。放電ランプ
Ａから放出される光について、波長２００ｎｍ乃至２５
０ｎｍにまたがる波長域の分光強度分布を測定した。得
られた測定チャートを図３に示す。

【００２６】この図３の測定チャートから明らかなよう
に、カドミウムイオンＣｄ⁺ より放出される波長２１
４．４ｎｍの共鳴線が非常に高い強度で放出されてい
る。また、通常の放電ランプにおいては上記の共鳴線が
吸収線として作用するためにランプ外部に放出されない
波長２１９．４６ｎｍのスペクトル線およびその他のス
ペクトル線も、このランプにおいては相当に高い強度で
放出されていることも明らかである。

【００２７】上記の測定チャートから波長２１３ｎｍ乃
至２２１ｎｍの波長域における光強度の積分値Φを求
め、この積分値Φと投入電力Ｑとの比（Φ／Ｑ）×１０
０を計算したところ、積分値Φは６２．９、比（Φ／
Ｑ）×１００は９．０８であった。

【００２８】電極間距離Ｌを５ｍｍとし、発光管の膨出
部の内容積が２２．１ｃｍ³ の内部空間を有し、封止部
の構造は放電ランプＡと同一である発光管内に、カドミ
ウム単体２１ｍｇと、アルゴンガス（封入時圧力２５℃
基準で３気圧）とを封入して、放電ランプＢを作製し
た。

【００２９】次に封止部が図７，図８に示したような隙
間１８，１９が存在するような構造であること以外は、
放電ランプＡおよびＢとまったく同一の仕様である放電
ランプＣおよびＤを作製した。上記の放電ランプＢ〜Ｄ
を、外套管内において垂直点灯方式により、図４の表に
示す条件に従って点灯させ、各々のランプから放出され
る光について、波長２００ｎｍ乃至２５０ｎｍの波長域
における分光強度分布を測定し、得られた測定チャート
から波長２１３ｎｍ乃至２２１ｎｍの波長域における光
強度の積分値Φを求め、この積分値Φと投入電力Ｑとの
比（Φ／Ｑ）×１００を計算した。結果は同じく図４に
示す。当然ではあるが、放電ランプＣおよびＤにおける
波長２１４．４ｎｍの光の安定性を除いた光出力特性、
電気特性は、それぞれ放電ランプＡおよびＢの特性と一
致した。

【００３０】電極間距離Ｌを５ｍｍとし、発光管の膨出
部の内容積が２２．１ｃｍ³ の内部空間を有し、封止部
の構造は放電ランプＡと同一である発光管内に、カドミ
ウム単体０．２３ｍｇと、アルゴンガス（封入時圧力２
５℃基準で３気圧）とを封入して、放電ランプＥを作製
した。電極間距離Ｌを５ｍｍとし、発光管の膨出部の内
容積が２２．１ｃｍ³ の内部空間を有する発光管内に、
カドミウム単体３５ｍｇと、アルゴンガス（封入時圧力
２５℃基準で３気圧）とを封入して、放電ランプＦを作
製した。

【００３１】上記の放電ランプＥおよびＦを、外套管内
において垂直点灯方式により、前記図４に示す条件に従
って点灯させ、各々のランプから放出される光につい
て、波長２００ｎｍ乃至２５０ｎｍの波長域における分
光強度分布を測定し、得られた測定チャートから波長域
２１３ｎｍ乃至２２１ｎｍにおける光強度の積分値Φを
求め、この積分値Φと投入電力Ｑとの比（Φ／Ｑ）×１
００を計算した。結果を同じく図４の表の中に示す。上
記放電ランプＡからＦを１５０時間点灯したのち、前記
と同様に、周波数応答度１０Ｈｚの測定系を使用して、
カドミウムの一価のイオンの共鳴線２１４．４ｎｍの２
００秒間の放射強度の時間的変動率を測定した。結果は
同様に図４の表の中に示す。

【００３２】図４のデータから明らかなように、主発光
物質の動作時の分圧力Ｐおよび比Ｊ_L ／Ｐ^1/4 の値が所
定の条件を満たし、かつ、電極支持棒と石英ガラス管の
隙間が０．１ｍｍ以下である本発明の条件を満たすラン
プＡ〜ランプＢは、波長２１３ｎｍ乃至２２１ｎｍの波
長域の紫外線の出力が高く、しかも投入電力に対する効
率が良く、かつ、紫外線２１４．４ｎｍの光の出力変動
率も十分に小さいというすぐれた特性が得られた。放電
ランプＣ，Ｄは平均した光出力は十分であったが、その
安定性は非常に悪かった。放電ランプＥ，Ｆは、平均し
た光出力も、その安定性も不十分であった。

【００３３】電極間距離Ｌを５ｍｍとし、発光管内容積
が２２．１ｃｍ³ の内部空間を有し、封止部の構造は放
電ランプＡと同一である発光管内に、亜鉛単体７ｍｇ
と、アルゴンガス（封入時圧力２５℃基準で３気圧）と
を封入して、放電ランプＧを作製した。

【００３４】この放電ランプＧを、外套管内において垂
直点灯方式により、ランプ電流Ｊ_Lが４１Ａとなる条件
で点灯させた。このときの亜鉛の動作時の分圧力Ｐは６
×１０⁴ Ｐａ、比Ｊ_L ／Ｐ^1/4 の値は２．６であり、投
入電力Ｑは５７５Ｗであった。放電ランプＧから放出さ
れる光について、波長２００ｎｍ乃至２５０ｎｍの波長
域における分光強度分布を測定し、この測定チャートか
ら波長２０１ｎｍ乃至２０８ｎｍの波長域における光強
度の積分値Φを求め、この積分値Φと投入電力Ｑとの比
（Φ／Ｑ）×１００を計算したところ、積分値Φは２
８．５、比（Φ／Ｑ）×１００は５．０であった。ま
た、光出力の変動率も２％であり、十分に安定であっ
た。

【００３５】該金属蒸気放電ランプを点灯するための主
電源装置と、該主電源装置の出力電流を該主電源装置の
出力電流の周波数と異なる周波数で変調するための補助
電源装置とからなることを特徴とする電源装置を用いる
ことを特徴とする金属蒸気放電ランプ装置の実施例の概
略を、図５に示す。７０は前記放電ランプＡと同一の放
電ランプ、７１は該放電ランプを点灯するための主電源
装置で、直流であり、７２はランプ電流を変調させるた
めの補助電源装置で１００Ｈｚの交流電源である。この
交流電源によって、ランプ電流の変動率がランプ電流の
平均値に対して１５％になるように変調したところ、波
長２１４．４ｎｍの光の放射強度の時間的変動率は、単
に直流で点灯した場合に比較し、約二分の一に改善され
た。

【００３６】カドミウムの一価のイオンからの放射光を
検出する手段と該放射光の時間的変動に対応して該金属
蒸気放電ランプへの電気入力を調整する装置を用いるこ
とを特徴とする金属蒸気放電ランプ装置実施例の概略
を、図６に示す。８０は前記放電ランプＢと同一の放電
ランプ、８１は該放電ランプを点灯するための主電源装
置で、直流であり、８２はカドミウムの一価のイオンの
共鳴線２１４．４ｎｍの放射光を検出するための、バン
ドパスフィルターとシリコンホトダイオードからなる光
検出器である。主電源装置８１は、光検出器８２の出力
に応じて、ランプ８０への電気入力を可変する機能を有
する。光検出器８２の出力が減少した場合にはランプ８
０への電気入力を増加させ、光検出器８２の出力が増大
した場合にはランプ８０への電気入力を低減させること
により、２１４．４ｎｍの時間的変動は、大幅に改善さ
れた。

【００３７】

【発明の効果】上記したように、本発明によれば、紫外
線出力が十分で、かつ、光出力の時間的変動が小さい、
カドミウムあるいは亜鉛の一価のイオンからの放射光を
利用する高性能の金属蒸気放電ランプ装置を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を構成する金属蒸気放電ランプの陽極側
の要部の説明図である。

【図２】本発明を構成する金属蒸気放電ランプの陰極側
の要部の説明図である。

【図３】本発明を構成する金属蒸気放電ランプの波長２
００ｎｍ〜２５０ｎｍにまたがる放射波長域の分光強度
分布のデータの説明図である。

【図４】本発明を構成する金属蒸気放電ランプと従来の
金属蒸気放電ランプの光出力特性、時間的光変動率を示
す実験結果データの説明図である。

【図５】本発明の金属蒸気放電ランプ装置の実施例の説
明図である。

【図６】金属蒸気放電ランプからの放射光を検出する手
段を備えた本発明の金属蒸気放電ランプ装置の実施例の
説明図である。

【図７】従来のショートアーク型金属蒸気放電ランプの
陽極側の要部の説明図である。

【図８】従来のショートアーク型金属蒸気放電ランプの
陰極側の要部の説明図である。

【図９】ショートアーク型蒸気放電ランプ全体の概略構
造を示す説明用断面図である。 【符号の説明 １ 発光管 ２ 膨出部 ３ 封止部 ４ 陰極 ５ 陽極 ６ 金属箔 ７ 外部リード １１ 電極支持棒 １２ 電極支持棒 １８ 間隙 １９ 間隙 ７１ 主電源装置 ７２ 補助電源装置 ８０ 金属蒸気放電ランプ ８１ 主電源装置 ８２ 光検出器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安田 幸夫 兵庫県姫路市別所町佐土1194番地 ウシオ 電機株式会社内 (72)発明者 山口 明康 兵庫県姫路市別所町佐土1194番地 ウシオ 電機株式会社内 (72)発明者 平本 立躬 兵庫県姫路市別所町佐土1194番地 ウシオ 電機株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 放電容器に稀ガスと電極と定常点灯状態
   において全てが蒸発する量のカドミウムあるいは亜鉛と
   を収納した不飽和型金属蒸気放電ランプと、該金属蒸気
   放電ランプを点灯するための電源装置から成り、該カド
   ミウムあるいは亜鉛の一価のイオンからの共鳴線を主に
   利用する金属蒸気放電ランプ装置に於いて、該カドミウ
   ムあるいは亜鉛の一価のイオンからの放射光の時間的揺
   らぎを安定化するための手段を設けたことを特徴とする
   金属蒸気放電ランプ装置。
2. 【請求項２】 該カドミウムあるいは亜鉛の一価のイオ
   ンからの放射光の時間的揺らぎを安定化するための手段
   が、該一価のイオンからの放射光を検出する手段と該放
   射光の時間的変動に対応して該金属蒸気放電ランプへの
   電気入力を調整する装置とからなることを特徴とする請
   求項１に記載の金属蒸気放電ランプ装置。
3. 【請求項３】 放電容器に稀ガスと電極と定常点灯状態
   において全てが蒸発する量のカドミウムあるいは亜鉛と
   を収納した不飽和型金属蒸気放電ランプと、該金属蒸気
   放電ランプを点灯するための電源装置から成り、該カド
   ミウムあるいは亜鉛の一価のイオンからの共鳴線を主に
   利用する金属蒸気放電ランプ装置に於いて、該金属蒸気
   放電ランプが、電極を支持するための電極支持棒が放電
   容器に埋め込まれた部分における該電極支持棒と放電容
   器部材との間に形成される隙間を０．１ｍｍ以下に規定
   してなることを特徴とする金属蒸気放電ランプ装置。
4. 【請求項４】 放電容器に稀ガスと電極と定常点灯状態
   において全てが蒸発する量のカドミウムあるいは亜鉛と
   を収納した不飽和型金属蒸気放電ランプと、該金属蒸気
   放電ランプを点灯するための電源装置からなり、該カド
   ミウムあるいは亜鉛の一価のイオンからの共鳴線を主に
   利用する金属蒸気放電ランプ装置に於いて、該電源装置
   が該金属蒸気放電ランプを点灯するための主電源装置
   と、該主電源装置の出力電圧あるいは出力電流を該主電
   源装置の出力電圧の周波数と異なる周波数で変調するた
   めの補助電源装置とからなることを特徴とする金属蒸気
   放電ランプ装置。