JPS63254653A - 露光用光源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はカラー陰極線管のけい光面、特にドツト形のけ
い光面の形成に好適な露光用光源に関する。

〔従来の技術〕

従来この種のけい光面を形成する場合には、露光用光源
として、一般にロングアークタイプ（管壁負荷形）の超
高圧水冷水銀灯の発光部の外周に、管径方向にスリット
を設けた遮光管を設置したものを用いて、必要な紫外綜
を得ている。つまシ、本来線光源であるロングアークタ
イプの水銀灯を、遮光管を利用することによって点光源
として用い、必要な露光グロ７アイルを得ている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来例では、電子放出側電極と対向側電極間の距離
（アーク長）ｇ＝１５〜２５ｍの間に５００〜１００Ｏ
Ｖの電圧を与えて放電させるため、その間の電位傾度は
２０〜６０Ｖ／１ｍにもなシ、例えば管内径１ｎφ、外
径４顛φのランプで、放電時の蒸気圧は６０〜１８０気
圧にも及ぶ。

ところで、遮光管に設けるスリット幅（必要光源径）は
通常的１．５〜２．５ｎ程度で発光部の１／１０以下に
すぎず、このような構造は光の利用効率の面からはきわ
めて不利である。

試みに、内径１ｆｌφ、外径４ｆｌφ、アーク長２５ｎ
のランプＡに対し、内径１．５１ＥＩφ、外径５Ｈφ、
アーク長１５絽、バルブ内容積２６−のランプＢを作製
し、スリット幅２．５朋で使用したところ、光の利用効
率は１／１０から１／６に上昇し、１，６倍の効率向上
が得られた。

ところが、このようにランプＡに対しアーク長を短くし
たランプＢでは、同一人力電力について１．６倍の発光
エネルギーが取シ出せるものの、両者の発光スペクトル
には大きな相違が生ずる。

第７図は、両ランプにツイテ、６００　Ｖ　、　１．２
Ａ　。

７２０Ｗのエネルギーを入力することＫよシ得られるス
ペクトルエネルギーを比較したもので、図中ａがランプ
ＡＳｂがランプＢの場合を示す。同図から明らかなよう
に、水銀の励起によシ生ずる３６５　ｎｍ　、　４０５
ｎｍ　、　４３７ｎｍの原子スペクトルエネルギーは、
ランプＡの方がランプＢよシ大きく、逆にこれらの原子
スペクトル間の分子スペクトルエネルギーは、ランプＡ
よシランプＢが高くなる。

これは、ランプ人が電位傾度２４Ｖ／ｍの放電であるの
に対し、ランプＢは４０Ｖ／Ｉ１１　（蒸気屋１２０気
圧）と１．６倍も高い電位傾度で放電しているためであ
る。

第８図は、ランプＢにおける、電位傾度に対する３６５
ｎｍｒ　４０５ｎｍ　＋　４３７ｎｍの各原子スペクト
ルおよび分子スペクトル（代表値として４２０ｎｍ）の
相対光強度の関係を示すが、図示のように、電位傾度が
３０ｖ／冨重を越すと、水銀スペクトルエネルギーは減
少し、一方弁子スペクトルエネルギーは増加し、さらに
蒸気圧、つまシミ位傾度を上昇させると、本来紫外紛を
取シ出すための光源が、次第に白色ランプに近いものへ
と変化してしまう。

この発明は、従来のロングアーク・スリット方式の光源
よシも光の利用効率が高く、しかも照度分布の均一な、
カラー陰極線管けい光面形成用の露光用光源を提供する
ことを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点は、水銀蒸気を封入したほぼ球状のバルブ内
に、電子放出側電極と電子吸収側電極とを配置すること
によシ解決される。

〔作用〕

バルブが球状であるため、いったん発生した光がランプ
内管壁や外管壁で反射することによって生ずる照度分布
の凹凸や不均一性を免れる。

〔実施例〕

以下図面を参照してこの発明の実施例について説明する
が、上述したように、この発明の露光用光源は、いわゆ
るショートアークタイプ（電極負荷形）の超高圧水銀灯
の一種である。

第４図（ａ）に、現在プロジェクションアライナ−の照
明用等として市販されているショートアークタイプの超
高圧水銀灯の外観を、同図価）に電極先端部の形状を示
す。バルブ１は楕円体状であシ、電極は、電子放出側の
陰極２か細く、電子吸収側の陽極３が太い構造となって
いる。

第５図に、このようなショートアークランプの発光スペ
クトルを示す。ショートアークランプの諸元は、バルブ
外径Ｄ１＝２８ｍφ、内径Ｄ２＝２３ｎφ、アーク長ｇ
　＝　１．９　ｗｓ、内容積６２００−１電位傾度２１
Ｖ／ｍ、蒸気圧１５気圧であシ、許容人力４００　Ｗ　
Ｋ対し、３００Ｗ（図中１）と４８０Ｗ（図中ｂ）の２
種類の発光スペクトルエネルギーを示す。

前述シたロングアークランプの場合、スリン）Ｉ［１，
９鵡において、７２０Ｗでの光出力は、ランプＡで５　
Ｗ／７７Ｌ　％ランプＢで８．３Ｗ／＆であるのに対し
、このショートアークランプでは、３００Ｗで１８．７
５Ｗ／ｒｒ？、　４００Ｗで２５Ｗ／ｍ”、４８０Ｗで
３０Ｗ／ばの光出力が得られ、ランプ人に比較して５倍
の光利用効率である。さらに１ランプ人と、その１．６
倍の光エネルギーが取シ出せるランプＢとの間における
発光スペクトルの関係（第７図）とは異なって、とのシ
ョートアークタイプにおける３００Ｗとその１．６倍の
４００Ｗ・との間では、発光スペクトルには原子・分子
ともに相似的に変化している。

このようにショートアークランプは、スペクトル変化の
少々い点光源用ランプとして、光の利用効率の点から有
効であることがわかる。

しかしながら、カラー陰極線管けい光面の形成用として
用いる場合には、照度分布の不均一（非対称）や分布劣
化によるドツト形状・寸法のばらつきの問題がある。

第６図に、この照度分布を実線畠で示す。カラー陰極線
管パネルの対角線方向に測定した照度を、パネル中央に
おける値に対する比率で示したものであるが、図示のよ
うに左右の非対称性と凹凸がアシ、プロジェクションア
ライナ−のように光源光を曲面状の鏡によシいったん反
射・集光させた後、複雑な光学系によってフィルムまで
導くよう力ものと異なり、光源からの直接光により露光
を行なうカラー陰極線管けい光面の形成では実用になら
ない。

これに対し、本発明では、第２図に示すようにパルプ１
０を球状とすることによって、この点を解決した。

第２図は、本発明の一実施例を示す露光用光源の外観図
である。石英から々る球状のパルプ１１の内部には、第
１図（ａ）の断面構造に示すように、パルプ１１の中心
軸Ｙに沿って、電子放出側の陰極１２および電子吸収側
の陽極１３が対向配置され、それぞれＭ・箔からなるリ
ード１４．１５を介して口金１６．１７に接続されてい
る。パルプ１１の外径ａ＝２８ｍｓ内径ｂ＝２５諺り、
アーク長ｇ紘１．９　ｔｓである。また、陰極１２は直
径Ｃ＝２ｍの、トリウム酸化物を２％含んだタングステ
ン（以下２％ＴｈＯ２−Ｗ）からなる電極、陽極１３は
直径ｄ＝４ｓｍの純タングステン（以下Ｐｕ　ｒ　ｅ　
−Ｗ）からなる電極である。

陰極１２には、放熱のため、２％Ｔｈ０２−Ｗからなる
細線１８が巻きつけである。同じく陽極１３にも、２％
ＴｈＯ！−Ｗからなる細線１９を巻きつけて放熱性を良
くしであるが、この細線１９にはさらＫＺｒを含有させ
、不要なガス放出があった場合にこれを吸着するゲッタ
ーの役目も持たせである。細線を巻きつけた構造とした
のは、放熱のための表面積を大きくするとともにとのＺ
ｒによる吸着の表面積を大きくする意味もある。

さらに電極先端形状は、第１図（ｂ）に示すように、陰
極１２についてはテーパ角θ＝７００とし、先端部は０
，３襲φの球面加工を施しである。陽極１３はテーパ角
９０’とし、アークのゆらぎを防止するため、先端の・
＝１．２ｗφの部分は平面加工した。

また、陰極１１の先端をパルプ１１の中心から０ｆｃ＝
　−０，８ｔａｘオフセットさせて配置しである。

本実施例の超高圧水銀灯を、前述した楕円体状のパルプ
を用いたものと同様に１カラー陰極線管けい光面形成用
の露光用光源として用いた場合の照度分布を第６図中に
破線すで示す。左右の対称性は±５％以内であ〕、実線
ａの楕円体状のパルプを用いた場合に観察されたような
分布の凹凸もないことがわかる。

ところで、陰極１２は、球状のパルプ１１と一体に形成
された円管部２０を通シ、他端において、石英材自体に
よシこの円管部２０に固定されるとともに、この部分に
おいてリード１４に接続される。

ここで、本実施例ではこの陰極１２０円管部によって覆
われる部分の長さｆを、１０ｍとし、かつその内径りを
１．ＩＣとしである。従来市販されている楕円体形状の
パルプを有するショートアークランプにおいては、との
ｆはよシ長く（１２〜１５ｖ１）、また陰極とこれを覆
う円管部内壁との間隙も微小（０，１〜０．２ｍ）であ
った。しかし、本実施例においては、陰極１２の先端で
発生するプラズマアークによシ、その先端の温度は１９
００〜２０００℃程度まで上昇する。この熱は、陰極１
２よシ、Ｍｏ箔のリード１４を通じて外部へ放出される
が、その際、陰極１２と円管部内壁との間隔が狭いと、
球状のパルプ１１と円管部との接合部付近（第１図（１
）中、斜線を付した１部分）で石英材は約１３００℃と
石英の転移点に近い温度となるため、その部分の石英材
に失透が生じ、これを起点にランプが破裂することがあ
る。このため、本実施例ではｆ部分を短くして陰極１２
の保持性を上げる一方、円管部２０の内径りを陰極１２
の外径ｅＫ対し十分に大きくした。これによシ、石英材
の失透は減少し、破裂がなく々つた。具体的にはとの部
分の長さｆは１０〜ｌ１ｗ以下、ｈは１．ＩＣ以上とす
ることが望ましい。

また、この種のランプは一般に、パルプ１１の内部に第
１図に矢印Ａで示したような熱の対流が生ずる。これは
、電極先端部近辺で熱せられた水釧蒸気がパルプ１１の
上部に移動し、次いで管壁で冷やされてパルプ１１の下
部へと移動するためである。この対流による放熱効果を
高めるため、第２図に示すように、ランプの外周面に熱
吸収体として蒸着金属膜（本実施例では白金の蒸着Ｍ）
２１．２２を帯状に被着しである。

さらに、本実施例では、前述したように陰極１２の先端
を、パルプ１１の中心よシ陽極１３の側に０．８Ｎオフ
セツトさせである。このオフセット量は、アーク長ｇと
の関係で、陰極１２の先端部の劣化に影響を及ぼす。轟
然のことながら、アーク長が短いほど、陰極１２および
陽極１３への温度負荷は大きくなシ、特に陰極１２の先
端部の劣化・変形に伴うアーク長の変化率を増大させて
、寿命を短くする。このとき、アークの熱が陰極１２を
貫熱し外部へ放射される貫熱流量が大きければ、陰極先
端の温度上昇を抑えることができるが、この貫熱流量に
、上記オフセット量が関係する。

例えば、本実施例のようにアーク長ｇが１．９ｕの場合
、陰極１２の負荷を正常値に保つために、陰極１２の先
端のオフセット量ｏｆは−０，８ｍ　（ここで負号は、
陽極１３の側に突出していることを示す）まで許容でき
る。しかし、ここでアーク長が例えば１．５　ｍと短く
なった場合には、陰極１２の先端温度が高くなシ、その
劣化が速くなる。

この場合には、上記オフセット量を例えばＯとして貫熱
流量の増大をはかるととで、劣化を抑えることができる
。

第３図は、アーク長とアーク長の変化量、つまり電極の
劣化との関係を示したものである。図中、曲線１は、ア
ーク長とは無関係にオフセット量を−０，８ｍに設定し
た場合でｓｂ、ギャップ長の短縮化に伴って、アーク長
の変化量が著しく増大する。これに対し、アーク長ｇに
応じて適切カオフセット量を設定したものは、曲線すに
示すようにアーク長の変化量が全体に低いレベルに抑え
られ、結果的に１．９鰭のアーク長を有するランプとほ
ぼ同等の寿命を有するアーク長１．５目のランプが実現
できた。

なお、上述したようなアークの熱によυ電極先端部の金
属が溶解され、蒸気化した場合、前述した対流の過程で
、バルブ１１の上部（第１図（、）中、２点鎖線を付し
た■部分）にその金属が蒸着され、これが照度分布の経
時的変化の主要因となる。本実施例では、前述したよう
に陰極１２に２％Ｔｈｅ。

−Ｗを使用したことによル、比較的低い温度で電子放出
が行なわれるようにし、電極先端部の金属溶解を少なく
している。２％ＴｈＯ、−Ｗの代シに１Ｌａ化合物を含
むタングステン、例えば２％Ｌａ２０３−Ｗを用いるこ
とによシ、さらに電子放出性を改善し、温度を低く抑え
ることができる。この場合、アークグロファイルをくず
さずに、陰極１２の先端部のテーパ角を７０°から９０
°程度まで広げることが可能となる。このテーパ角が狭
いほど、熱による変形は著しく、これを９０°まで広げ
ることによシ、ランプの寿命をさらに延ばすことができ
る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来のロングアーク・スリットタイプ
の光源に比較して光の利用効率が高く、また従来プロジ
ェクションアライナ−などに用いられている楕円体状バ
ルブをもつものと異なシ照度均−性の良好な、ドツトタ
イプカラー陰極線管けい光面の形成用としてすぐれた露
光用紫外光源を得ることができる。特に、球状のパルプ
を用いていることから、バルブの中心から露光対象であ
る陰極線管パネル中央を見る方向が変わっても、露光ド
ツトに位置ずれが生じ難い。換言すれば、光源もしくは
パネルのセツティングの際における位置ずれの許容値が
大きくとれる利点がある。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例を示す超高圧水銀灯の要部断
面図および電極先端部正面図、第２図は同じく超高圧水
銀灯の外観を示す正面図、第３図は、アーク長とアーク
長変化量との関係を示す図、第４図は従来市販されてい
る楕円体状パルプを用いた超高圧水銀灯を示す正面図お
よび電極先端部の正面図、第５図はその発光スペクトル
を示す図、第６図は第１図および第２図の実施例により
カラー陰極線管パネルを露光した際の照度分布を、第４
図の超高圧水銀灯を用いた場合と比較して示す図、第７
図はロングアーク・スリットタイプの従来例における発
光スペクトルを示す図、第８図は同じく電位傾度に対す
る各スペクトルの光強度の関係を示す図である。 １１・・・・バルブ、１２・・・−陰ｆｆｌ、１３・・
・・陽極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、水銀蒸気を封入したほぼ球状のバルブ内に、その中
   心軸に沿つて電子放出側電極と対向側電極とを、相互に
   一定の距離をおいて対向配置した超高圧水銀灯からなる
   カラー陰極線管けい光面形成用の露光用光源。 ２、電子放出側電極の先端を、球状バルブの中心よりず
   らして配置したことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の露光用光源。