KR100562892B1

KR100562892B1 - 유전체 배리어 방전 램프 광원장치 및 그 급전장치

Info

Publication number: KR100562892B1
Application number: KR1019997009698A
Authority: KR
Inventors: 오카모토마사시; 아사히나다카시; 요시오카마사키; 미죠지리다카후미; 히로세게니치
Original assignee: 우시오덴키 가부시키가이샤
Priority date: 1998-03-12
Filing date: 1999-03-04
Publication date: 2006-03-24
Also published as: EP1001661B1; CN1175713C; CN1258429A; DE69925693D1; WO1999046963A1; TW414916B; EP1001661A1; JP3296284B2; JPH11260581A; EP1001661A4; US6356033B1; KR20010020143A; DE69925693T2

Abstract

유전체 배리어 방전에 의해 엑시머 분자를 생성하는 방전용 가스가 충전된 방전 플라즈마 공간(3)을 가지며, 상기 방전용 가스에 방전현상을 유기시키기 위한 양극의 전극(4, 5) 중 적어도 한쪽과 상기 방전용 가스 사이에 유전체(6, 7)가 개재하는 구조를 가지는 유전체 배리어 방전램프(2)와, 상기 유전체 배리어 방전램프의 상기 전극(4, 5)에 개략 주기적인 교류의 고전압을 인가하기 위한 급전장치(1)를 가지는 유전체 배리어 방전램프 광원장치에 있어서, 1회의 방전을 종료하여 램프인가전압이 다음 방전을 향하여 변화를 행할 때, 램프인가전압파형(Vs(t))에 있어서 램프인가전압이 유효방전개시전압(+Ei, -Ei)을 지나기 전에, 램프인가전압이 완만한 변화를 행하는 기간을 가지는 것으로서, 1회의 방전을 종료했을 때의 전압(VA)과, 다음 방전이 종료할 때의 전압(VB)의 전압차(△Vx), 즉 △Vx=VB-VA(식1) 및 1회의 방전을 종료했을 때의 전압(VA)과, 상기 램프인가전압이 완만한 변화를 행하는 기간의 종료시의 전압(VF)의 전압차(△Vy), 즉 △Vy=VF-VA(식2)에 대해 이것의 비(△Vy/△Vx)는 관계 0.3≤△Vy/△Vx≤0.9(식3)을 만족하는 것을 특징으로 한다.

Description

유전체 배리어 방전 램프 광원장치 및 그 급전장치{Light source using dielectric barrier discharge lamp and power supply}

본 발명은 방전 램프의 일종으로, 유전체 배리어 방전에 의해 엑시머 분자를 형성하고, 상기 엑시머 분자로부터 방사되는 광을 이용하는 즉, 유전체 배리어 방전 램프를 포함하는 유전체 배리어 방전 램프 광원장치 및 그 급전장치에 관한 것이다.

이 발명에 관련한 기술로는, 예를들면 유전체 배리어 방전램프에 대한 일본공개특허공보2-7353호(미국특허 4,983,881)가 있다. 여기에는 방전용기에 엑시머 분자를 형성하는 방전용 가스를 충전하고, 유전체 배리어 방전에 의해 엑시머 분자를 형성시키며, 상기 엑시머 분자로부터 방사되는 광을 취출하는 방사기가 기재되어 있다.

상기와 같은 유전체 배리어 방전램프 및 이것을 포함하는 광원장치는, 종래의 저압 수은 방전램프나 고압 아크 방전램프에는 없는 다양한 길이를 가지고 있기 때문에, 그 응용 가능성이 다수 분야에 걸쳐 있다. 특히, 근래에 환경오염 문제에 대한 관심이 높아지면서, 자외선에 의한 광화학 반응을 응용한 무공해 재료처리 분야가 그 중에서도 가장 중요한 응용분야가 되고 있으며, 이에 따라 유전체 배리어 방전램프 광원장치에 대한 고출력화의 요구도 대단히 높아지고 있다.

그러나, 이와 같은 종래의 기술만에 의해서는 해결할 수 없는 몇가지 큰 문제가 있었다. 제1 문제는, 소비전력의 저감, 램프의 발열 저감, 램프의 장기 수명화에 대한 강한 요구에 따르기 위해서, 램프의 발광효율을 개선하지 않으면 안된다는 점이다.

제2 문제는, 상기한 바와 같은 우수한 자외선 응용의 보급을 위해서 보다 경제성이 요구된다는 것이다.

이들 문제는 고출력화, 즉 장치의 대전력화에 따라 점점 중요하게 되고 있다.

이하에, 램프의 발광효과를 개선하기 위한 조건에 대해 설명한다.

유전체 배리어 방전램프(2)에는 방전 플라즈마 공간(3)을 사이에 두고 전극(4, 5)의 사이에 1장 또는 2장의 유전체가 존재한다. 도 1은 2장의 유전체(6, 7)가 존재하는 유전체 배리어 방전램프를 나타내고 있다. 이와 관련하여, 도 1에서는 램프 봉체(封體 : 8)가 유전체(6, 7)를 겸하고 있다.

유전체 배리어 방전램프(2)를 점등시킬 때에는 그 양극의 전극(4, 5)에 예를 들면 10kHz∼200kHz, 2㎸∼10㎸의 고주파의 교류전압이 급전장치(1)에 의해 인가된다. 그런데 방전 플라즈마 공간(3)과 전극(4, 5) 사이에 개재되어 있는 유전체(6, 7)때문에, 전극(4, 5)으로부터 방전 플라즈마 공간(3)에 직접 전류가 흐르지 않고, 유전체(6, 7)가 콘덴서로 작동하게 되어 전류가 흐르게 된다. 즉, 각 유전체(6, 7)의 방전 플라즈마 공간(3)측 면에는 각 전극(4, 5)측 면과 같은 전하량을 가지는 역부호의 전하가 유전체의 분극에 의해 유기되어, 방전 플라즈마 공간(3)을 사이에 두고 대향하는 유전체(6, 7) 면 사이에서 방전한다.

유전체(6, 7)의 방전 플라즈마 공간(3)측 면을 따라서는 전류가 그다지 흐르지 않기 때문에, 방전이 생긴 부분에서 유전체(6, 7)의 방전 플라즈마 공간(3)측 면에 유기된 전하는 방전에 의해 이동한 전하에 의해 중화되고, 방전 플라즈마 공간(3)의 전계가 감소하기 때문에, 전극(4, 5)의 전압인가가 계속되고 있어도 방전전류는 바로 정지해 버린다. 다만, 전극(4, 5)의 인가전압이 더욱 상승하는 경우에는 방전전류가 계속 유지된다. 1번 방전이 생긴 후, 방전이 정지한 부분은 전극(4, 5)에 인가되는 전압의 극성이 반전할 때까지 재방전되지 않는다.

예를 들면 크세논 가스를 봉입한 유전체 배리어 방전 램프의 경우, 크세논 가스는 방전에 의해 이온과 전자로 분리되어 크세논 플라즈마가 된다. 이 플라즈마 중에서, 특정 에너지 준위로 여기(勵起)된 크세논이 결합하여 엑시머 분자가 형성된다. 크세논 엑시머는 어느 수명시간을 경과하면 해리되어 버리지만, 이 때에 방사되는 에너지가 진공 자외파장의 광자로서 방출된다. 유전체 배리어 방전램프를 진공 자외 광원으로서 효율적으로 작동시키기 위해서는 이 엑시머 분자형성을 효율적으로 할 필요가 있다.

방전시에 효율적인 엑시머 분자형성을 방해하는 큰 원인은, 방전 플라즈마가 엑시머 분자형성에 기여하지 않는 에너지 준위로 여기되어 버리는 것이다.

방전 개시 직후 방전 플라즈마의 전자 운동은 집단적이고, 에너지는 높지만 온도는 낮은 상태에 있다. 이 상태에서 방전 플라즈마는 엑시머 분자를 형성하기 위해 필요한 공명상태로 천이될 확률이 높다. 그러나 방전 시간이 길어지면, 플라즈마의 전자운동은 점차 열적, 즉 맥스웰-볼츠만 분포라고 불리는 열평형상태로 되고, 플라즈마 온도가 상승하여 엑시머 분자를 형성할 수 없을 만큼의 보다 높은 여기상태로 천이할 확률이 높아지게 된다.

또한, 엑시머 분자가 형성된 경우에도 수명이 다할때를 기다려 소기의 광자를 방출하여 자연적으로 해리되기 전에, 후속 방전에 의해 엑시머 분자가 파괴되는 경우도 있다. 실제, 크세논 엑시머의 예에서는 방전개시로부터 진공 자외선 파장의 광자방출까지 1㎲ 정도의 기간을 필요로 하고, 이 기간내의 후속 방전이나 재방전은 엑시머 발광의 효율을 저하시킨다.

즉, 한번 방전이 개시되면, 후속하는 방전 에너지는 될 수 있는 한 작게 하는 것이 가장 중요한 것임을 알 수 있다.

방전시간이 짧은 경우에도, 그 방전기간에 주입되는 에너지가 너무 크면 같은 형태로 높은 여기상태로 천이할 확률이 높아지게 된다. 높은 여기상태로 천이한 플라즈마는 자외선을 방사하여 완화되고, 램프의 온도를 상승시킬 뿐, 엑시머 발광에는 기여하지 않는다.

즉, 엑시머 분자형성에 기여하지 않는 에너지 준위의 방전 플라즈마에 대해 여기를 억제하는 방전 구동을 행하지 않으면 않되는 것이다.

유전체 배리어 방전을 포함하는 모든 펄스방전에 의한 엑시머 발광의 고효율화를 달성하려고 하는 제안으로서 일본공개특허공보1-243363이 있고, 이것은 한 번 방전이 개시되면, 후속하는 방전 에너지는 될 수 있는 한 작게 한다는 상기의 조건 에 따른 것이다. 그러나 이 제안에 기재되어 있는 것은 어떠한 매개변수를 조정하면 엑시머 발광을 고효율화할 수 있는지에 대해서이며, 그 매개변수값의 효과적인 조건이나 그것을 실현할 수 있는 급전장치의 구성방법에 대해서는 구체적으로는 아무것도 개시되어 있지 않다.

상기 엑시머 분자형성에 기여하지 않는 에너지 준위의 방전 플라즈마에 대한 여기를 억제하는 방전 조건을 만족시킬 수 있을 가능성이 있는 램프인가전압파형 중 가장 단순한 후보의 하나로서 적당한 진폭을 가지는 구형파(矩形波)를 생각할 수 있다. 실제, 유전체 배리어 방전을 이용한 형광등의 구동파형에 관한 개선된 제안으로는 예를 들면 일본국 공개특허공보6-163006이 있다. 이것에 의하면, 정부(正負) 극성의 구형 펄스열이나 교류의 구형파로 구동함으로써 형광등의 휘도가 향상된다고 하는 것이 기술되어 있다. 또한 여기에는 구형 펄스열이나 구형파에 대해 주파수나 듀티비에 관련하여 인가전압의 변화에 대한 휘도 변화의 실험결과가 기재되어 있고, 종래의 사인파 구동과 비교한 효율의 향상이 설명되어 있다.

그러나 이와 같은 단순한 구형파에서는 급전장치를 실제로 구성하는 경우 큰 문제가 있다. 이 문제는 먼저 서술한 바와 같이 유전체 배리어 방전램프는 유전체(6, 7)가 콘덴서로 작동하게 됨으로써 전류가 흐르는 구조를 가지고 있어서, 기본적으로 전체로서 콘덴서이기 때문에, 램프인가전압의 상승 또는 하강의 순간에만 임펄스적인 전류가 흐른다는 사실에 기인한다. 그 모양은 램프인가전압파형(Vs(t)) 및 램프전류파형(Is(t))을 모식적으로 나타낸 도 3에 도시된 바와 같다.

통상, 유전체 배리어 방전램프에 인가하기 위한 교류의 고전압을 발생하는 급전장치에는 인버터 회로와 승압 트랜스가 사용되지만, 그 1차측 권선에 흐르는 전류는 1차측으로부터 2차측으로의 전압 승압비에 비례하여 커진다. 예를 들면 램프전류파형의 첨두의 전류치가 3A일 때, 승압 트랜스의 승압비가 20배가 되면, 그 1차측 권선에 흐르는 첨두의 전류치는 실제로 60A에 도달한다.

이 전류치는 실제로 불가능한 것은 아니지만, 이것에 견디는 인버터 회로용의 스위칭 소자는 고가로 되므로, 상기 제2 문제의 해결이 곤란해진다. 물론, 점등하려고 하는 유전체 배리어 방전램프의 정격이나 승압 트랜스의 구성에 의해 이 첨두의 전류치는 달라지지만, 어느 경우라도 이 값을 작게 할 필요가 있다. 상기 일본공개특허공보 6-163006의 제안에는 이것을 해결하기 위한 구체적인 지침에 대해서는 서술되어 있지 않다.

본 발명이 해결하려고 하는 과제는 상기 제1 문제, 즉, 소비전력의 저감, 램프의 발열 저감, 램프의 수명연장에 대한 강한 요구에 따르기 위해, 램프의 발광효율을 개선해야 한다는 문제와, 상기 제2 문제 즉, 우수한 자외선 응용대상의 보급을 위해서 보다 경제성이 요구된다는 문제를 동시에 해결한 유전체 배리어 방전램프 광원장치 및 그 급전장치를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 유전체 배리어 방전램프 광원장치는 이하의 구조를 가진다.

(1) 유전체 배리어 방전에 의해 엑시머 분자를 생성하는 방전용 가스가 충전된 방전 플라즈마 공간(3)을 가지며, 상기 방전용 가스에 방전 현상을 유기시키기 위한 양극의 전극(4, 5) 중 적어도 한 쪽과 상기 방전용 가스 사이에 유전체(6, 7)가 끼워진 구조를 가지는 유전체 배리어 방전램프(2)와, 상기 유전체 배리어 방전램프의 상기 전극(4, 5)에 개략 주기적인 교류의 고전압을 인가하기 위한 급전장치(1)를 가지는 유전체 배리어 방전램프 광원 장치에 있어서, 상기 급전장치(1)는 유전체 배리어 방전램프(2)에 대해 1회의 방전이 종료하고 램프인가전압이 다음 방전을 향하여 변화할 때에, 램프인가전압파형(Vs(t))에서, 다음 방전의 유효방전개시전압(+Ei,-Ei)을 지나기 전에 완만한 변화를 행하는 기간을 가지고, 그 후 급준한 변화가 일어나도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

(2) 또한 상기 전술한 유전체 배리어 방전램프 광원장치에 있어서, 상기 1회의 방전을 종료했을 때의 전압(VA)과, 다음 방전이 종료할 때의 전압(VB)과의 차이전압(△Vx) 및 상기 전압(VA)과, 상기 램프인가전압이 완만한 변화를 행하는 기간의 종료시의 전압(VF)과의 차이 전압(△Vy)에 대해, 0.3≤△Vy/△Vx≤0.9를 만족하는 것을 특징으로 한다.

(3) 또한 유전체 배리어 방전에 의해 엑시머 분자를 생성하는 방전용 가스가 충전된 방전 플라즈마 공간(3)을 가지며, 상기 방전용 가스에 방전 현상을 유기시키기 위한 양극의 전극(4, 5) 중 적어도 한 쪽과 상기 방전용 가스 사이에 유전체(6, 7)가 끼워지는 구조를 가지는 유전체 배리어 방전램프(2)에 대해 상기 유전체 배리어 방전램프의 상기 전극(4,5)에 개략 주기적인 교류의 고전압을 인가하기 위한 유전체 배리어 방전램프 광원장치용 급전장치에 대해, DC전압원(12)의 전압을, 이것보다도 높은 DC전압으로 승압하여 출력하는 쵸퍼회로(26)와, 2차측에 교류의 고전압을 발생하는 승압 트랜스(10)와, 상기 쵸퍼회로(26)에 의해 출력을 교류로 변환하여 상기 승압 트랜스(10)의 1차측에 공급하기 위한 인버터 회로(13)로 이루어지는 유전체 배리어 방전램프 광원장치용 급전장치에 있어서, 상기 쵸퍼회로(26)의 스위칭 소자를 제어하기 위한 게이트 신호(Gc)가 상기 인버터 회로(13)의 스위칭 소자를 제어하기 위한 게이트 신호(GU, GL)에 대해 같은 시기에 발생되는 것을 특징으로 한다.

(4) 또한 급전장치(1)가 전술한 유전체 배리어 방전램프 광원장치용 급전장치인 것을 특징으로 한다.

도1은 2장의 유전체를 가지는 종래의 유전체 배리어 방전램프,

도2는 유전체 배리어 방전램프의 등가 회로,

도3은 구형파의 램프인가전압파형의 개념 설명도,

도4는 본 발명의 청구항 1에 관한 유전체 배리어 방전램프 광원장치의 램프인가전압파형의 개념 설명도,

도5는 본 발명의 청구항 3에 관한 유전체 배리어 방전램프 광원장치용 급전장치의 블록도,

도6은 본 발명의 청구항 1에 관한 유전체 배리어 방전램프 광원장치의 1실시예의 전기회로 각부 파형의 개념도의 일례를 도시한 도면,

도7은 본 발명의 청구항 1에 관한 유전체 매리어 방전램프 광원장치의 1실시예의 간략화된 구성도의 일례를 도시한 도면,

도8은 본 발명의 청구항1에 관한 유전체 배리어 방전램프 광원장치의 1실시예의 간략화된 구성도의 다른 일례를 도시한 도면,

도9는 본 발명의 청구항1에 관한 유전체 배리어 방전램프 광원장치의 1실시예의 간략화된 구성도의 또다른 일례를 도시한 도면,

도10은 본 발명의 청구항3에 관한 유전체 배리어 방전램프 광원장치용 급전장치의 1실시예의 간략화된 구성도의 일례를 도시한 도면,

도11은 본 발명의 청구항3에 관한 유전체 배리어 방전램프 광원장치용 급전장치의 다른 실시예의 간략화된 구성의 부분도의 일례를 도시한 도면,

도12는 본 발명의 청구항3에 관한 유전체 배리어 방전램프 광원장치용 급전장치의 1실시예의 전기회로 각부 파형의 개념도의 일례를 도시한 도면이다.

본 발명의 청구항1, 청구항2의 발명의 실시형태에 대해 도4를 이용하여 설명한다.

상기의 엑시머 분자형성을 효율적으로 하기 위해, 엑시머 분자형성에 기여하지 않는 에너지 준위로의 방전 플라즈마의 여기를 억제하려는 목적을 달성하기 위해서는, 램프인가전압을 상승시켜 가다가 방전개시전압에 도달하여 방전이 개시되면, 될 수 있는 한 빨리 방전을 종료시키면 된다.

유전체 배리어 방전램프의 전기회로적인 동작은, 이것을 모델로 표현한 도2에 도시한 바와 같이, 방전 플라즈마 공간(3)의 방전로(9)는 방전저항(Rg)과 방전 스위치(SWg)를 직렬로 접속한 것이라고 생각하면 된다. 또 유전체 배리어 방전램프(2)에는 전극(4, 5)과 방전 플라즈마 공간(3) 사이에 유전체(6, 7)가 있고, 이것은 전기회로적으로 콘덴서로서 작동한다. 다만, 유전체가 2장인 경우에는 각각의 유전체 배리어가 형성하는 콘덴서를 직렬 합성한 1개의 콘덴서(Cd)라고 생각하면 된다.

이 유전체가 형성하는 콘덴서(Cd)가 방전 플라즈마 공간(3)에 대해 직렬로 삽입된 구조이기 때문에, 유전체 배리어 방전램프(2)에는 램프인가전압이 변화하고 있는 기간, 또는 변화한 직후의 어느 기간내에만 방전전류가 흐른다.

방전 플라즈마 공간(3) 자체도 콘덴서(Cg)를 형성하고 있고, 방전이 개시되면, 이 콘덴서(Cg)에 충전된 에너지의 대부분이 방전에 소비되기 때문에, 급전장치는 방전 개시 이후에 유전체 배리어 방전램프(2)에 필요이상의 전류를 추가하여 흐르지 않도록 하면 된다는 것을 알 수 있다.

방전개시전압은 가스압과 방전 플라즈마 공간의 갭 간격이 결정되면 대부분이 자동적으로 결정되고, 또 방전 플라즈마 공간이 형성하는 콘덴서(Cg)의 정전용량은 방전 플라즈마 공간의 갭 간격에 의해 결정되기 때문에, 1발의 방전이 개시하고 나서 종료할 때까지의 기간에 플라즈마에 주어지는 최소 에너지는 방전 플라즈마 공간이 형성하는 콘덴서(Cg)에 충전된 전하가 모두 방전하는 에너지이고, 이것은 램프의 구조에 의해 결정되어 버린다. 상기의 엑시머 분자형성을 효율적으로 하기 위한, 엑시머 분자형성에 기여하지 않는 에너지 준위로의 방전 플라즈마의 여기를 억제하는 것은 이 최소 에너지의 방전 조건에서 가장 양호하게 달성된다.

그런데 이 최소 에너지의 방전 조건에서는 방전 플라즈마 공간의 갭 간격에 서 램프내의 위치적 불균일의 영향에 의해 1개의 램프내에서 방전의 불균일이 발생하기 쉽다는 문제가 있다.

따라서, 유전체 배리어 방전램프의 전체 벽면에서 균일하게 방전을 생기게 하는 여유를 가지게 설계한 실용적인 광원장치로 하기 위해서는, 상기 최소 에너지 방전 조건보다도 램프 투입 에너지를 추가로 높이고, 또한 램프 투입 에너지를 추가적으로 높임으로써 엑시머 발광의 효율 저하가 허용가능한 범위의 조건으로 설정할 필요가 있다.

당연하지만, 추가로 높게 하는 램프 투입 에너지는, 엑시머 발광의 효율 저하를 초래하지 않는 타이밍에서 투입되어야 하고, 이를 위해서 이 에너지 투입은 상기 방전 플라즈마 공간이 형성하는 콘덴서(Cg)에 충전된 전하가 모두 방전하는 타이밍에 근접하게, 그리고 바람직하게는 중첩하여 행해질 필요가 있다. 따라서, 램프인가전압의 변화속도에 대해 방전 개시 직전으로부터 방전 개시후의 첨두의 전압치에 도달할때까지의 기간에, 엑시머 발광의 효율저하를 초래하지 않도록 하기 위해서는 필요한 정도의 급준을 가질 필요가 있다.

그러나, 1회의 방전종료후로부터 다음 방전개시까지의 기간에서의 램프인가전압파형에 대해서, 그 형상에 대한 제약은 아무것도 없다. 결국, 방전이 종료한 후, 램프인가전압의 극성이 반대 방향으로 변화하기 시작하고 나서, 다음 방전개시의 직전까지의 기간에는 램프인가전압의 변화속도가 급준할 필요가 없다. 이것은 방전 플라즈마 공간(3)의 전압이 방전개시전압에 도달하지 않는 범위에 한하여 방전이 생기지 않기 때문이다. 그리고 방전이 생기지 않으면, 상기 방전 플라즈마 공 간의 갭간격에 대한 램프내의 위치 불균일의 영향에 의해서, 1개의 램프내에서의 방전에 대한 불균일이나 방전의 방법에 기인하여 효율저하의 문제가 일어날 수 없기 때문이다.

즉, 램프인가전압의 상승 또는 하강 속도에 대해서는 방전개시전압을 지날 때에 고속이면, 방전개시 전까지는 고속이어도 되는 것을 알 수 있다. 도4는 이 모양을 모식적으로 도시한다.

도4에서는, 램프인가전압파형(Vs(t))이 음측 램프전압(VA)으로부터 양측 램프전압(VB)까지 변화할 때, 상승시의 방전개시전압(+Ei)보다 낮은 값을 가지는 부분으로서, 램프전압이 급준변화의 시작점(VF)에 도달할때까지의 부분(A1)에서는, 그 전압이 완만하게 변화하고 있다. 또한, 램프전압이 급준변화의 시작점(VF)으로부터 양측 램프전압(VB)에 도달할때까지의 부분(A2)에서는 그 전압이 급준하게 변화하고 있다. 여기에서는 도4의 경우와 상기 도3의 경우에 대해, 유사한 모델 해석에 의해 램프 전류파형(Is(t))의 첨두에서의 전류치(Ip1, Ip2)를 비교해 본다.

유전체 배리어 방전램프를 나타내는 회로 모델로서 도2를 이용한다. 음측 램프전압(VA), 양측 램프전압(VB), 램프전압의 급준변화의 시작점(VF), 유전체가 형성하는 콘덴서(Cd)의 정전용량(Cd), 방전 플라즈마 공간이 형성하는 콘덴서(Cg)의 정전용량(Cg), 또는 승압 트랜스(10), 유전체 배리어 방전램프(2) 및 이들 상호 접속에 기생하는 부유정전용량(Ce) 각각의 값으로서 전형적인 실례의 경우로서 다음의 값을 설정한다.

VA=-2500V 식4

VB=+2500V 식5

VF=+2000V 식6

Cg=35pF 식7

Cd=220pF 식8

Ce=100pF 식9

먼저, 램프인가전압이 VA인 상태를 생각한다. 이 상태는 방전 직후의 상태이기 때문에, 방전 플라즈마 공간(3)의 방전 플라즈마 공간의 정전용량(Cg)에 축적되어 있던 전하는 방전에 의해 단락되고 거의 모두 중화되며, 방전 플라즈마 공간의 정전용량(Cg)의 전압은 0V와 유사해도 된다. 이 상태에서 유전체의 정전용량(Cd)의 축적전하(QdA), 방전 플라즈마 공간의 정전용량(Cg)의 축적전하(QgA), 부유정전용량(Ce)의 축적전하(QeA)는 각각 다음과 같이 된다.

QdA=Cd·VA 식10

QgA=0 식11

QeA=Ce·VA 식12

다음에 램프인가전압이 VA로부터 VB로 변화한 경우를 생각한다.

이 때, 유전체 정전용량(Cd)과 방전 플라즈마 공간의 정전용량(Cg)의 직렬 합성 부분에 유입되는 전하(△QLAB), 부유정전용량(Ce)에 유입되는 전하(△QsAB)는 다음과 같이 된다.

△QLAB=(Cd·Cg/(Cd+Cg))(VB-VA) 식13

△QsAB=Ce(VB-VA) 식14

따라서 램프인가전압의 변화과정에서 급전장치로부터 유출되는 전하(△QAB)는 이들을 합친,

△QAB=(Cd·Cg/(Cd+Cg)+Ce)(VB-VA) 식15

에 의해 구해진다. 그리고 이 때 유전체의 정전용량(Cd)의 전압(VdB)은 다음식, VdB=(QdA+△QLAB)/Cd에 식10, 식13을 적용하면,

VdB=(Cd·VB-Cg·VA)/(Cd+Cg) 식16

으로 계산된다.

여기에서 방전이 발생하면 상기와 같이 방전 플라즈마 공간(3)의 방전 플라즈마 공간의 정전용량(Cg)에 축적되어 있었던 전하는 방전에 의해 단락되고, 대부분 모두 중화되며, 방전 플라즈마 공간의 정전용량(Cg)의 전압은 0V와 유사해도 되기 때문에, 램프인가전압(VB)은 유전체의 정전용량(Cd)에 모두 인가되도록 된다. 방전 전의 유전체 정전용량(Cd)의 전압은 VdB였기 때문에 방전과정에서 급전장치로부터 유출되는 전하(△QD)는 이들의 차이에 따라 다음식,

△QD=Cd(VB+VdB)로부터 구하면 되고, 이것에 식16을 적용하면,

△QD=(Cd²/(Cd+Cg))(VB-VA) 식17

로 계산된다.

이상의 결과를 도3의 램프인가전압파형에 적용한다. 도3의 램프인가전압의 파형의 경우, 음측 램프전압(VA)으로부터 양측 램프전압(VB)까지의 기간의 천이는 급준하기 때문에, 급전장치는 방전 개시 시각(τ) 근처의 짧은 시간(△t)의 기간에 식15의 △QAB와 식17의 △QD를 합친 전하(△Q1),

△Q1=△QAB+△QD

즉, △Q1=(Cd+Ce)(VB-VA) 식18

을 모두 출력하지 않으면 않된다.

이 사이의 급전장치가 출력하는 평균전류치(Im1)는 △Q1을 △t로 나누어,

Im1=△Q1/△t 식19

에 의해 구해진다.

이것에 상기 식4∼식9의 실례치를 적용하고, 또 과도시간(△t)을 대략

△t=1㎲ 식20

로 설정하고, 또 첨두의 전류치를 평균전류치의 2배 정도로 보면, 도3의 램프인가전압파형의 경우의 급전장치의 첨두의 전류치(Ip1)는

Ip1=2Im1=3.2A 식21

가 된다.

다음에 동일의 계산을 도4의 램프인가전압파형에 적용하여 본다. 도4의 램프인가전압의 파형의 경우, 음측 램프전압(VA)으로부터 전압의 급준변화의 시작점(VF)까지의 기간의 천이는 완만하다. 이 기간의 램프인가전압 변화 과정에서 급전장치로부터 유출되는 전하(△QAF)는 식15의 기호(VB)를 VF로 치환하면 되고,

△QAF=(C·Cg/(Cd+Cg)+Ce)(VF-VA) 식22

이다. 한편 램프전압의 급준변화의 시작점(VF)으로부터 양측 램프전압(VB)까지의 기간의 천이는 급준하며, 또, 방전이 발생한다. 이 기간의 램프인가전압 변화 과정에서 급전장치로부터 유출되는 전하(△QFB)는 식15의 △QAB와 식22의 QAF의 차이, 즉,

△QFB=(Cd·Cg/(Cd+Cg)+Ce)(VB-VF) 식23

으로 구해지고, 또, 방전과정에서 급전장치로부터 유출되는 전하(△QD)는 식17의 것과 동일하기 때문에, 방전개시 시각(τ) 근처의 짧은 시간(△t)의 기간에 급전장치가 출력하지 않으면 않되는 전하는 식23의 △QFB와 식17의 △QD를 합친 전하(△Q2, △Q2=△QFB+△QD)

즉, △Q2=(Cd·Cg/(Cd+Cg)+Ce)(VB-VF)+(Cd²/(Cd+Cg))(VB-VA) 식24

가 된다.

도3의 경우와 동일하게 이 사이의 급전장치가 출력하는 평균전류치(Im2)는 △Q2를 △t로 나누어,

Im2=△Q2/△t 식25

에 의해 구해진다. 또 동일하게 이것에 상기 식4∼식9의 실례치를 적용하고, 또 과도기간(△t)으로서, 식20과 동일 값을 적용하여 동일하게 첨두의 전류치를 평균 전류치의 2배 정도로 보면, 도4의 램프인가전압파형의 경우의 급전장치의 첨두의 전류치(Ip2)는 Ip2=2Im2=2.0A 식26

이 된다.

식26과 식21을 비교함으로써 도3의 램프인가전압의 파형의 경우의 첨두의 전류치(Ip1)에 비해, 도4의 램프인가전압파형의 경우의 첨두의 전류치(Ip2)는 63% 정도로 저감되어 있는 것을 알 수 있다. 도4의 램프인가전압파형의 경우에, 이 첨두의 전류치의 저감효과는 VA로부터 VF까지 램프인가전압이 완만하게 변화하고 있는 기간중, 미소 충전전류(Iw)가 긴 시간에 걸쳐서 흐름으로써 방전시의 급준한 전하이동 중 어느 비율을 미리 실행해 둔 결과로서 생긴다. 당연히 이 첨두의 전류치의 저감효과는 상기 식4∼식9의 값이 변화하면 변화하는 것이다.

결국 상기한 인버터 회로용 스위칭 소자의 첨두의 전류치에 관해서, 이것의 저감, 따라서 전술한 제2 문제의 해결에 효과가 있는 것을 알 수 있다.

또, 램프전압의 급준변화의 시작점(VF)은 상승시의 방전개시전압(+Ei)보다 낮은 값이기 때문에, 상기한 바와 같은 램프인가전압의 변화속도에 대해서 방전 개시 직전으로부터 방전 개시후의 첨두의 전압치에 도달할때까지의 기간에 있어서, 엑시머 발광의 효율저하를 초래하지 않기 위해 필요한 정도의 급준을 줄 수 있기 때문에, 전술한 제1 문제의 해결에 효과가 있는 것을 알 수 있다.

그리고 식4∼식6의 값에서 △Vy/△Vx의 값을 계산하면,

△Vy/△Vx=0.9 식27

이 된다. 램프전압의 급준변화의 시작점(VF)에 대해서는 이것과 양측 램프(VB)와의 사이에 상승시의 방전개시전압(+Ei)이 위치하도록 설정되지 않으면 않된다. 식27의 △Vy/△Vx의 경우에는 램프인가전압의 파형에 대해 전체 진폭의 10% 범위내에 방전개시전압을 위치시켜야 하기 때문에, 급전장치의 안정도가 그다지 좋지 않은 광원장치에서는 채용하기 어려운 경우가 있을 수 있다. 이와 같은 경우에는 △Vy/△Vx을 0.8이하, 안정도의 불량에 의해서는 0.7이하로 하는 쪽이 좋 다.

△Vy/△Vx가 클수록 첨두의 전류치의 저감효과는 크다. 상기 식4∼식9의 실례치 중, 식6을 다음 값,

VF=-1000V 식28

로 했을 경우에는 △Vy/△Vx의 값 0.3에 상당하고, 동일의 계산에 의해 이 경우의 첨두의 전류치(Ip2)는

Ip2=2.8A 식29

로 추측되어, 도3의 램프인가전압파형의 경우의 첨두의 전류치(Ip1)에 비해 약 88%의 첨두의 전류치가 저감하게 된다, 따라서 △Vy/△Vx의 값으로는 바람직하게는 0.4이상, 저감효과를 현저하게 하고 싶은 경우에는 0.5이상이 유리하다.

덧붙여 말하면, △Vy/△Vx의 값 0.5에 상당하는

VF=0V 식30

으로 했을 경우에는 첨두의 전류치(Ip2)는

Ip2=2.6A 식31

즉, 도3의 램프인가전압파형의 경우의 첨두의 전류치(Ip1)에 비해 약 81%의 첨두의 전류치가 저감하게 된다.

램프전압의 급준변화의 시작점(VF)을 지난 후 램프인가전압파형(Vs(t))의 상승 또는 하강의 급준에 대해서는, 상기한 바와 같이, 램프인가전압의 변화속도에 대해 방전 개시 직전으로부터 방전 개시 후의 첨두의 전압치에 도달할때까지의 기간에서, 엑시머 발광의 효율저하를 초래하지 않기 위해 필요한 정도의 급준이면 되지만, 구체적으로는 램프전압의 급준변화의 시작점(VF)으로부터 첨두의 전압치에 이르는 시간으로 환산하여 10ns 내지 1㎲의 범위로 하면 통상은 충분히 효율적이다.

한편 램프전압의 급준변화의 시작점(VF)에 이를때까지의 램프인가전압의 파형(Vs(t))에 대한 상승 또는 하강의 완만함에 대해서는, 이 기간동안 급전장치의 출력전류가 급전장치의 전류 출력 능력에 비해서 유의하게 작으면 된다. 상기 식22의 △QAF는 램프인가전압이 음측 램프전압(VA)으로부터 램프전압의 급준변화의 시작점(VF)까지 변화할 때에 변화하는 기간에 급전장치가 출력하는 전하이기 때문에 이 기간의 출력전류를 추측하는 경우에는 △QAF를 이 기간의 시간 길이로 나누면 된다. 램프인가전압파형(Vs(t))이 극성 반전에 관하여 대칭한 파형인 경우, 램프인가전압파형의 주기(T)와 1주기 중 완만하게 변화하는 기간이 차지하는 비율(α)을 얻을 수 있으면 램프인가전압이 음측 램프전압(VA)으로부터 램프전압의 급준변화의 시작점(VF)까지 완만하게 변화하는 기간의 평균 전류(iAF)는 다음식,

iAF=2△QAF/(αT) 식32

으로 구할 수 있다.

그리고 식32의 우변에 있어서 계수(2)가 곱해지고 있는 것은 현상이 반주기 마다 생기는 것에 의한다. 예를 들면 상기 식4∼식9에 기재된 실례에서 도4의 램프인가전압파형의 주기(T), 1주기 중 완만하게 변화하는 기간이 차지하는 비율(α)을

T=20㎲(50kHz) 식33

α=50% 식34

로 가정하면, 완만하게 변화하는 기간의 평균 전류(iAF)는 다음과 같이 추측할 수 있다.

iAF=0.12A 식35

이 값은 식26의 첨두의 전류치(Ip2)에 비해 6%에 지나지 않으며, 매우 작다. 식32보다 완만하게 변화하는 기간의 평균 전류(iAF)는 1주기 중 완만하게 변화하는 기간이 차지하는 비율(α)에 반비례하기 때문에, α가 이 경우 5분의 1정도인 10%이어도, 또한 충분히 실용적인 것을 알 수 있다. 역으로 α가 이 경우보다 크고 예를 들면 90%가 되면, 완만하게 변화하는 기간의 평균전류(iAF)는 더욱 작아지기 때문에, 보다 유리하다. 따라서 1주기 중 완만하게 변화하는 기간이 차지하는 비율(α)에 대해서는 대강 10% 내지 90%의 범위의 임의의 값을 채용하면 된다.

상기 부유정전용량(Ce)에 관해서는 통상은 불필요한 첨두의 전류를 생성하는 요소로서 반드시 이것의 발생을 방지하도록 고안이 행해지지만, 완전히 제거하는 것은 불가능하다. 그러나 본 발명에 따르면 첨두의 전류치의 저감효과가 있기 때문에, 상기 부유정전용량 발생 방지를 위한 노력은 불필요하다. 그런데 상기 식17에 관련하는 설명에서 서술한 바와 같이, 급전장치로부터는 방전 개시에 따라 방전 플라즈마 공간의 정전용량(Cg)의 급격한 전압 저하를 보충하는 전류가 유출되지만, 이 전류는 상기한 유전체 배리어 방전램프의 전체 벽면에서 균일하게 방전을 발생시킬 여유를 가지게 한, 실용적인 광원장치로 하기 위해서 상기 최소 에너지의 방전 조건보다도 램프 투입 에너지를 추가적으로 높게 하기 위한 성분에 상당하는 것이고, 이것에 대해서는 전술한 바와 같이 방전 플라즈마 공간이 형성하는 콘덴서(Cg)에 충전된 전하가 모두 방전하는 타이밍에 근접하여 바람직하게는 중첩하여 행할 필요가 있다. 부유정전용량은 이 램프 몰입 에너지를 추가적으로 높게 하기 위한 전류공급의 일부를 떠맡는 것이 가능하고, 또한 부유정전용량으로부터 램프에의 전류공급은 승압 트랜스 등을 통할 필요가 없기 때문에, 전술한 바람직한 중첩의 타이밍으로 행해진다. 따라서 본 발명에서는 상기 부유정전용량(Ce)의 존재를 적극적으로 활용할 수 있다는 큰 이점이 있다. 이 생각을 더욱 추진하여 콘덴서를 유전체 배리어 방전램프(2)에 병렬로 추가함으로써 보다 우수한 유전체 배리어 방전램프 광원장치로 할 수 있다. 추가하는 콘덴서의 정전용량으로서는 상기 식8에 나타난 그 유전체 배리어 방전램프의 유전체의 정전용량(Cd) 정도 이하가 바람직하다. 그리고 상기 식17의 표현 중에 부유정전용량(Ce)이 포함되지 않는 것은 방전시에 부유정전용량으로부터 램프에 공급되는 전하는 최종적으로 급전장치로부터 부유정전용량에 대해 보충되어지기 때문이다.

지금까지 주로 램프인가전압이 음측 램프전압(VA)으로부터 양측 램프전압(VB)으로 변화하는 경우의 현상 및 그에 대한 효과에 대해, 상승시의 방전개시전압(+Ei)과 램프전압의 급준변화의 시작점(VF)과 관련시켜서 설명했다. 당연하지만 램프인가전압이 양측 램프전압(VB)으로부터 음측 램프전압(VA)로 변화하는 경우에 대해서 전압 및 전류의 극성을 역으로 해도 완전히 동일한 이론이 성립한다.

여기에서 방전개시전압에 대해서 간단히 보충한다. 유효 방전개시전압이 상승시의 방전개시전압(+Ei)일 때, 램프인가전압이 낮은 값으로부터 상승하여 이것을 넘으면 방전이 개시되고 바로 종료되지만, 방전종료 시점에서는 상승시의 방전개시전압(+Ei)은 소멸되고, 유효방전개시전압은 하강시의 방전개시전압(-Ei)으로 치환된다. 역으로 유효방전개시전압이 하강시의 방전개시전압(-Ei)일 때, 램프인가전압이 높은 값으로부터 하강하여 이것을 넘으면, 방전이 개시되고 바로 종료되지만, 방전 종료시점에서는 하강시의 방전개시전압(-Ei)은 소멸되고, 유효 방전개시전압은 상승시의 방전개시전압(+Ei)으로 치환된다. 그리고 방전의 조건에 의해서는 하강시의 방전개시전압이 양, 상승시의 방전개시전압이 음이 되는 경우도 있을 수 있다. 또, 램프인가전압파형(Vs(t))이 극성 반전에 관하여 비대칭 파형인 경우, 통상은 하강시의 방전개시전압과 상승시의 방전개시전압의 대칭값은 같지 않게 된다.

덧붙여서 말하면, 여기에서의 유사해석에서는 현상의 순서로서 램프인가전압을 VB로 변화시킨 후에 방전 과정에서 급전장치로부터 유출되는 전하를 추측했지만, 실제로는 램프인가전압이 도3, 도4에 기재된 상승시의 방전개시전압(+Ei)에 도달한 시점에서 방전이 개시될 것이다. 그러나 이에 대해서는 방전이 개시되기 직전의 초기 상태와 방전이 종료되어 램프인가전압이 VB에 도달한 종료상태에 대해, 이들이 짧은 시간 △t만큼 떨어져 있는 것으로 가정하고, 초기 상태와 종료상태에 대해서 상태의 변화에 따라 그 기간내에 발생한 현상을 포괄적으로 이해하기 위한, 해석상의 테크닉이며, 작은 타이밍의 차이에 대해서는 중요하지 않다는 것을 첨가하여 둔다.

다음에 본 발명의 청구항 3에 기재된 발명의 실시형태에 대해서 도5를 이용하여 설명한다.

FET 등을 이용한 스위칭 소자를 이용하여 구성되고 승압기능을 가지는 쵸퍼회로(26)에 의해서, DC전압원(12)의 DC전압(Vi)은 그것보다도 높은 DC전압(Vj)으로 변환된다. 상기 쵸퍼회로 출력전압(Vj)은 인버터회로(13)에 공급된다. FET 등을 이용한 스위칭 소자를 사용하여 구성되는 상기 인버터 회로(13)는, 상기 쵸퍼회로 출력전압(Vj)을 교류(31)로 변환하여 승압 트랜스(10)의 1차측에 공급함으로써 상기 승압 트랜스(10)의 2차측에는 교류 고전압의 출력(Vs)이 발생한다. 그리고 이 출력(Vs)은 상기 유전체 배리어 방전램프(2)의 점등을 위해 이용된다. 여기에서 인버터 게이트 신호 발생 회로(29)는 게이트 신호(GU, GL)를 발생하고, 교류(31)가 소기의 주파수와 듀티사이클비를 가지게 되도록 상기 인버터 회로(13)의 스위칭 소자를 제어한다. 또 쵸퍼 게이트 신호 발생 회로(30)는 게이트 신호(Gc)를 발생하고, 상기 인버터 회로(13)에 공급하는 DC전압(Vj)을 제어한다.

여기에서 본 발명의 유전체 배리어 방전램프 광원장치용 급전장치의 쵸퍼회로(26)의 작용에 대해 기술한다. 유전체 배리어 방전램프의 램프인가전압은 식4, 식5의 예에 도시한 바와 같이, 높은 전압이기 때문에 승압 트랜스(10)가 필요하게 된다. 승압 트랜스(10)의 승압비를 크게 설정함으로써 그 2차측 출력(Vs)을 어느 정도 크게 할 수 있을 것 같지만, 실제로는 이와 같이 하면 승압 트랜스(10)의 1차 2차간 누설 인덕턴스 값이 크게 되기 때문에, 상기한 바와 같은 램프인가전압의 변화 속도에 대해, 방전 개시 직전으로부터 방전 개시후의 첨두의 전압치에 도달할때까지의 기간에서, 엑시머 발광의 효율저하를 초래하지 않기 위해 필요한 정도의 급준을 줄 수 없게 된다. 이 급준의 관점으로부터 승압 트랜스(10)의 승압비는 작을수록 유리하고, 어쩔 수 없이 크게 하는 경우에도 한도가 있다는 것을 알 수 있다. DC전압원(12)의 전압값은 본 유전체 배리어 방전램프 광원장치용 급전장치가 설치되는 장소의 환경에 의해 변화한다. 예를 들면 DC전압원(12)이 외부로부터 본 유전체 배리어 방전램프 광원장치용 급전장치에 공급되는 경우에는 DC전압원(12)의 전압값으로서 24V나 ±15V가 공급되는 경우가 많다. 또 AC 100V가 공급되고, 이것을 본 유전체 배리어 방전램프 광원장치용 급전장치내에서 정류하여 DC140V나 배압 정류하여 DC 280V로 변환하는 경우도 있지만, 어떻게 하더라도 승압 트랜스(10)의 승압비는 크게 되어 버린다. 상기 급준의 관점에 따라 승압 트랜스(10)의 승압비가 과대하지 않을 적당한 값으로 억제된 상태이더라도 쵸퍼회로(26)는 그 승압능력이 트랜스(10)의 승압비의 불충분을 보충하도록 설정됨으로써, 소기의 2차측 출력(Vs)의 전압값을 얻는 것을 가능하게 한다.

쵸퍼회로(26)의 승압능력은 그 스위칭 소자에 공급되는 게이트 신호(Gc)의 펄스폭에 의해 결정된다. 혹은 게이트 신호(Gc)의 주파수를 결정하면, 그 듀티사이클비에 의해 쵸퍼회로(26)의 승압능력이 결정된다.

일반의 회로응용에서는 인버터회로의 전단에 쵸퍼회로를 설치하는 경우에, 쵸퍼회로의 주파수가 인버터 회로의 주파수보다도 충분히 크게 하는 경우가 많다. 그 이유는 쵸퍼회로라는 것은 그 부하, 즉 인버터 회로로의 전하의 유출에 따른 평활 콘덴서의 전압저하를 쵸퍼회로의 고빈도의 충전에 의해 보충함으로써 평활 콘덴서의 전압을 유사하게 DC전압으로 보일 수 있도록 제어하는 것으로, 쵸퍼회로의 주파수가 높을수록 리플이 감소하고 DC전압이라고 가정했을 때의 정밀도가 향상하기 때문이다. 그리고 일반의 인버터 회로의 경우는 평활 콘덴서 전압의 쵸퍼회로의 리플이 크고, DC전압이라고 가정했을때의 정밀도가 나빠지면, 그것이 그대로 인버터회로의 후단에 나타나서 공급 전력의 변동 등의 악영향을 미치는 결과가 되기 때문이다.

따라서 이와 같은 경우, 게이트 신호 발생회로는 주파수가 다른 쵸퍼회로용의 것과, 인버터 회로용의 것을 독립으로 각각 설치하지 않으면 안되고, 아무래도 비용이 높아지게 된다.

그러나 최종 부하가 유전체 배리어 방전램프인 경우에, 상기와 같이 1회의 방전 종료후로부터 다음의 방전 개시까지의 기간에 램프인가전압파형에 대해서는 그 파형에 대한 제약은 아무것도 없기 때문에 쵸퍼회로 리플을 감소시킬 필요성은 없다.

단지, 상기와 같이 램프인가전압의 변화속도에 대해 방전 개시 직전으로부터 방전 개시후의 첨두의 전압치에 도달할때까지의 기간에, 엑시머 발광의 효율저하를 초래하지 않기 위해 필요한 정도의 급준이 요구되며, 또 첨두의 전압치의 크기가 1회의 방전램프 투입 에너지에 직접 관련하기 때문에, 방전 개시 직전으로부터 방전 개시후의 첨두의 전압치에 도달하기까지의 기간에 램프인가전압파형의 반복 재현성이 동작의 안정을 위해 필요하다.

따라서 쵸퍼회로 리플을 감소시키지 않을 경우에는 쵸퍼회로와 인버터 회로의 게이트 구동을 동기시켜 생성하는 것이 필요하고 또한 충분하다는 것을 알 수 있다. 이와 같이 유전체 배리어 방전램프의 부하로서의 특수성을 기묘하게 이용할 수 있는 것은 본 발명의 우수한 점 중의 하나이다.

도5에서는 상기 인버터 회로(13)의 동작 주파수를 결정하기 위한 1개의 발진회로(27)가 있고, 상기 발진회로(27)로부터 발진신호(28)는 상기 인버터 게이트 신호 발생회로(29)에 입력된다. 상기 인버터 게이트 신호 발생회로(29)가 출력하는 상기 게이트 신호(GU, GL)는 상기 인버터 회로(13)에 입력되는 동시에, 상기 쵸퍼 게이트 신호 발생회로(30)에 입력된다. 상기 쵸퍼 게이트 신호 발생회로(30)는 상기 인버터 회로용 게이트 신호(GU, GL)에 따라 동작함으로써 상기 쵸퍼회로용 게이트 신호(Gc)를 생성한다. 이와 같은 구성에 의해 상기 쵸퍼회로(26)의 상기 스위칭 소자를 제어하기 위한 상기 쵸퍼회로용 게이트 신호(Gc)는, 상기 인버터 회로용 게이트 신호(GU, GL)에 대해서 확실히 동기하여 생성된다.

또는, 상기 인버터 회로용 게이트 신호(GU, GL)가 상기 쵸퍼 게이트 신호 발생회로(30)에 대해서 입력되는 대신에, 상기 발진회로(27)로부터 상기 발진신호(28)가 상기 쵸퍼 게이트 신호 발생회로(30)에 대해서 입력되도록 하고 상기 쵸퍼 게이트 신호 발생 회로(30)는 상기 발진신호(28)에 따라 동작함으로써 상기 쵸퍼 회로용 게이트 신호(Gc)를 생성하는 것으로도, 상기 쵸퍼회로(26)의 상기 스위칭 소자를 제어하기 위한 상기 쵸퍼회로용 게이트 신호(Gc)는, 상기 인버터 회로용 게이트 신호(GU, GL)에 대해 확실히 동기하여 생성된다.

따라서 상기 도5에 기재된 구조를 가지는 본 발명의 유전체 배리어 방전램프 광원장치용 급전장치는 인버터 회로(13)의 전단에 쵸퍼회로(26)를 설치함으로써, 상기한 바와 같은 램프인가전압의 변화 속도에 대해 방전 개시 직전으로부터 방전 개시후의 첨두의 전압치에 도달할때까지의 기간에, 엑시머 광원의 효율저하를 초래하지 않기 위해 필요한 급준의 관점에 따라 승압 트랜스(10)의 승압비가 과대하지 않을 적당한 값으로 억제된 상태이더라도, 쵸퍼회로(26)는 그 승압능력이 승압 트랜스(10)의 승압비의 부족분을 보충하도록 설정됨으로써, 소기의 2차측 출력(Vs)의 전압치를 얻은 것이 용이하도록 실현될 수 있기 때문에, 전술한 제1 문제의 해결에 효과가 있는 것을 알 수 있다.

또, 1개의 발진회로(27)만으로 구성할 수 있기 때문에, 전술한 제2 문제의 해결에 효과가 있고 또한 상기 쵸퍼회로(26)의 상기 스위칭 소자를 제어하기 위한 상기 쵸퍼회로용 게이트 신호(Gc)는, 상기 인버터 회로용 게이트 신호(GU, GL)에 대해서 확실하게 동기하여 생성되도록 함으로써, 첨두의 전압치의 크기가 1회의 방전램프 투입 에너지에 직접 관련하기 때문에, 방전개시 직전부터 방전개시후의 첨두의 전압치에 도달할때까지의 기간에서의 램프인가전압파형의 반복 재현성이, 동작의 안정을 위해 필요한 조건도 만족하는 것을 알 수 있다.

다음에, 본 발명의 청구항4에 기재된 발명의 실시형태에 대해 설명한다. 이 발명의 실시형태는 상기 도5에 기재된 급전장치에 의해 상기 도4에 기재된 램프인가전압파형(Vs(t))을 발생하게 하고, 유전체 배리어 방전램프(2)를 점등하는 것이다. 따라서 이 유전체 배리어 방전램프 광원장치는 본 발명의 청구항1에 기재된 유전체 배리어 방전램프 광원장치가 나타내는 우수한 효과와, 본 발명의 청구항3에 기재된 유전체 배리어 방전램프 광원장치용 급전장치가 나타내는 우수한 효과를 동시에 가진다는 것을 알 수 있다.

즉, 램프인가전압의 급준은 상승을 실현할 수 있도록, 승압 트랜스(10)의 상승비가 과대하지 않을 적당한 값으로 억제된 상태이더라도 쵸퍼회로(26)는 그 상승능력이 승압 트랜스(10)의 상승비의 부족분을 보충하도록 설정함으로써, 소기의 2차측 출력(Vs)의 전압치를 얻는 것이 실현가능하고, 이 때 램프전압의 급준변화의 시작점(VF)은 상승시의 방전 개시 전압(+Ei)으로부터 낮은 값으로 설정할 수 있고, 상기한 바와 같은 램프인가전압의 변화속도에 대해 방전 개시 직전부터 방전 개시후의 첨두의 전압치에 도달할때까지의 기간에서 엑시머 발광의 효율저하를 초래하지 않기 위해 필요한 정도의 급준을 줄 수 있기 때문에, 상기 제1 문제의 해결에 효과가 있다.

또, 램프인가전압파형(Vs(t))이 음측 램프전압(VA)으로부터 양측 램프전압(VB)까지 변화할 때에, 상승시의 방전개시전압(+Ei)보다 낮은 값을 가지는 램프전압의 급준변화의 시작점(VF)에 이를때까지의 부분(A1)에서 완만하게 변화하도록 설정함으로써, 상기한 바와 같은 램프인가전압이 완만하게 변화하고 있는 기간 중, 미소한 충전 전류가 긴 시간에 걸쳐 흐름으로써 방전시의 급준한 전하이동 중에 있는 비율이 미리 실행되고, 그 결과, 상기한 인버터회로용 스위칭 소자의 첨두의 전류치에 관해서 이것의 저감이 가능하며, 1개의 발진회로(27)만으로 구성할 수 있기 때문에, 상기 제2 문제 해결에 효과가 있고, 또한 상기 쵸퍼회로(26)의 상기 스위칭 소자를 제어하기 위한 상기 쵸퍼회로용 게이트 신호(Gc)는 상기 인버터 회로용 게이트 신호(GU, GL)에 대해서 확실하게 동기하여 생성되도록 함으로써, 첨두의 전압치의 크기가 1회의 방전램프 투입 에너지에 직접 관련하기 때문에, 방전 개시 직전부터 방전 개시후의 첨두의 전압치에 도달할때까지의 기간에서의 램프인가전압파형의 반복 재현성이, 동작의 안정을 위해 필요한 조건도 만족하는 것을 알 수 있다.

이하에서, 전술한 제1 문제, 즉 소비전력의 저감, 램프의 발열 저감, 램프의 장기 수명화에 대한 강한 요망에 따르기 위해서 램프의 발광효율을 개선하지 않으면 않되는 문제 및 전술한 제2 문제 즉, 우수한 자외선 응용의 보급을 위해 보다 경제성이 요구되는 문제가 해결된 본 발명의 유전체 배리어 방전램프 광원장치 및 그 급전장치의 실시예에 대해 설명한다.

도7은 본 발명의 청구항1에 기재된 유전체 배리어 방전램프 광원장치를 위한 급전장치(1)로 이용가능한 하프브리지 방식이라고 불리는 인버터 회로를 이용한 회로를 간략히 도시한 것이다. 인버터 회로는 FET 등에 의한 스위칭 소자(14, 15)로 구성되고, DC 전압원(12)의 전압이 교류에 변환되어 승압 트랜스(10)의 1차측에 인가된다. 승압 트랜스(10)는 이것을 교류 고전압으로 변환하고, 이것이 유전체 배리어 방전램프(2)에 인가된다. 인버터 회로의 각 스위칭 소자(14, 15)에는 인버터 게이트 구동회로(16, 17)가 접속되고, 게이트 신호(GU, GL)에 따라 각 스위칭 소자(14, 15)의 온 또는 오프가 제어된다.

게이트 신호(GU, GL)의 상태와, 램프인가전압파형(Vs(t)) 관계의 개략을 도6에 도시한다. 도6에서는 게이트 신호(GU, GL)가 로우레벨일 때는 그것이 접속되어 있는 스위칭 소자(14, 15)가 온으로 되고, 게이트 신호(GU, GL)가 하이레벨일 때에는 그것이 접속되어 있는 스위칭 소자(14, 15)가 온으로 되는 것으로 상정하여 기재하고 있다. 이 실시예의 특성은 게이트 신호(GU)와 게이트 신호(GL) 양쪽의 게이트 신호가 로우레벨인 기간(Toff)을 임의적으로 도입함으로써, 램프인가전압파형(Vs(t))이 완만하게 변화하는 부분(B1)을 생성하는 것이다.

양쪽의 게이트 신호가 로우레벨인 기간(Toff)의 도입에 의해 램프인가전압파형의 완만한 변화 부분(B1)이 생기는 이유를 이하에서 설명한다. 상기와 같이 유전체 배리어 방전램프는 유전체(6, 7)가 콘덴서를 움직임으로써 전류가 흐르는 구조를 가지며 기본적으로 전체로서 콘덴서이다. 즉, 양쪽의 게이트 신호가 로우레벨인 기간(Toff)에 있어서는 이미 유전체 배리어 방전램프는 비방전 상태이기 때문에 도2의 방전 스위치(SWg)는 열려 있고, 유전체 배리어 방전램프(2) 전체로서는 유전체의 정전용량(Cd)과 방전 플라즈마 공간의 정전용량(Cg)의 직렬합성, 그리고 이것과 부유정전용량(Ce)의 병렬합성에 의한 1개의 정전용량,

Coff=CdCg/(Cd+Cg)+Ce 식36

을 가지는 순콘덴서와 등가이다. 그리고 양쪽의 게이트 신호가 로우레벨인 기간(Toff)에 잠시 들어가면 승압 트랜스(10)의 1차측은 방전 상태가 된다. 이 때문에 승압 트랜스 2차측 인덕턴스(Ls)와 상기 비방전시 램프의 정전용량(Coff)과는 자유로운 LC 공진상태가 되고, 공진에 의한 사인파 진동의 일부로서 램프인가전압파형의 완만한 변화 부분(B1)이 생기는 것이다. 덧붙여 말하자면 램프인가전압파형의 주기(T)에 대한 양쪽의 게이트 신호가 로우레벨인 기간(Toff)의 비율, 즉 Toff/T는 대강 상기 1주기 중 완만히 변화하는 기간이 차지하는 비율(α)과 같은 것을 알 수 있다.

따라서 상기 식1, 식2에 의해 계산되는 △Vy/Vx가 소기의 값이 되도록 승압 트랜스 2차측 인덕턴스(Ls), 비방전시 램프 정전용량(Coff), 램프인가전압파형의 주기(T), 양쪽의 게이트 신호가 로우레벨인 기간(Toff) 각각의 매개변수의 값을 정합시켜 광원장치를 구성할 필요가 있다.

이들 매개변수 중, 비방전시 램프의 정전용량(Coff)은 램프의 구조에 의해 대부분 결정되어 버린다. 램프인가전압파형의 주기(T)에 대해서는 램프 투입 전력에 직접적으로 상관하는 양이며, 또한 코어 손실의 관점에서 조정범위는 그다지 넓지 않다. 승압 트랜스 2차측 인덕턴스(Ls)에 대해서는 코어 손실의 관점에서 값의 한계가 있지만, 조정의 자유도가 비교적 크다. 양쪽의 게이트 신호가 로우레벨인 기간(Toff)에 대해서는 설정 가능 범위가 넓고, 그 이유는 먼저 1주기 중 완만하게 변화하는 기간이 차지하는 비율(α)에 관련되며 이에 서술한 바와 같다. 따라서 △Vy/△Vx의 소기의 값을 달성하기 위해서는 주로 승압 트랜스 2차측 인덕턴스(Ls)와 양쪽의 게이트 신호가 로우레벨인 기간(Toff)의 값의 조합에 의해 실현시키게 된다. 그리고 양쪽의 게이트 신호가 로우레벨인 기간(Toff)의 값의 설정에 대해서는 가변조정이나 피드백적으로 자동조정할 수 있도록 급전장치를 구성하는 것도 용이하다.

덧붙여 말하자면, 일반적으로 도7과 같은 인버터 회로에서는 게이트 신호의 듀티사이클비를 증감, 즉 펄스폭을 변조(PWM)함으로써 부하의 전력제어를 행하는 기술이 알려져 있지만, 상기와 같이 유전체 배리어 방전램프는 유전체(6, 7)가 콘덴서를 움직이게 함으로써 전류가 흐르는 구조를 가지며 기본적으로 전체로서 콘덴 서이므로, 램프인가전압의 상승 또는 하강의 순간에만 임펄스적인 전류가 흐르기 때문에, 이 방법에 의해서는 유전체 배리어 방전램프의 전력 제어를 할 수 없다. 상기와 같이 양쪽의 게이트 신호가 로우레벨인 기간(Toff)에 대해 값에 대해 설정의 자유도를 교묘하게 이용할 수 있는 것은 본 발명의 우수한 점 중의 하나이다.

그리고 램프인가전압파형(Vs(t))이 급준하게 변화하는 부분(B2)으로 이어져서 방전이 발생되고 있는 기간과 그 근방부분(B3)의 파형은 상당히 복잡하다. 이 부분에서 승압 트랜스(10) 1차측은 스위칭 소자(14, 15)에 의해 낮은 임피던스로 DC 전압원(12)에 접속되어 있기 때문에, 승압 트랜스(10)의 1차 2차간 누설 인덕턴스값과 유전체 배리어 방전램프의 정전용량에 의한 LC 공진상태가 되지만, 일반적으로 승압 트랜스(10)의 1차 2차간 누설 인덕턴스값은 작게 되도록 설계되므로, 공진 주파수가 높음과 더불어, 방전이 개시되어 그것이 종료할 때까지의 기간은 방전 스위치(SWg)가 닫힌 상태이기 때문에, 유전체 배리어 방전램프의 정전용량은 상기 식36과는 다른 값이고, 또한 방전저항(Rg)의 값이 이 기간중에 변화함으로써 복잡하게 된다. 또, 방전 스위치(SWg)가 닫힘으로써 방전 플라즈마 공간(3)의 급격한 전압 저하와, 이것에 따른 승압 트랜스(10)로부터 전압 유출에 관한 거동이 복잡하다. 이 때 이 파형 부분에서는 복잡한 링잉(ringing, 진동) 파형이 생기는 경우가 있다. 이 때문에 도6의 램프인가전압파형의 방전 발생 부분(B3)에 대해서는 상세함에 얽매이지 않고 개념적으로 묘사하였다.

그리고 상기 링잉 파형이 생기는 경우에 대해 링잉이 수속하는 전압보다 절대치가 큰 첨두의 전압에 대해서는 상기 △Vy/△Vx의 값을 평가할 때에는 무시해도 된다. 왜냐하면 링잉은 트랜스와 같은 유도성분과 유전체 배리어 방전램프와 같은 용량성분을 포함하는 회로에서 급준한 천이과정에서는 불가피한 현상이지만, 본 발명의 취지는 이와 같은 방전 그것 자체에 따른 불가피한 첨두의 전류를 저감하는 것이 목적이 아니라, 램프인가전압이 완만하게 변화하고 있는 기간 중, 미소한 충전전류가 긴 시간에 걸쳐 흐름으로써 방전시의 급준한 전하이동 중에 있는 비율을 미리 실행해 둠으로써 불가피하지 않은 첨두의 전류성분의 저감을 효과적으로 행하는 것이기 때문이다. 따라서 방전 종료시의 상기 전압(VA 및 VB)은 간단히 상기 링잉이 수납하는 전압을 생각하면 된다.

도8은 본 발명의 청구항1에 따른 유전체 배리어 방전램프 광원장치를 위한 급전장치(1)로 이용가능한 푸시풀 방식이라고 불리는 인버터 회로를 이용한 회로를 간략화한 것이다. 이 구성에서 게이트 신호(GU, GL)로서 상기 도6에 기재된 것과 동일한 방식의 게이트 신호(GU, GL)를 적용할 수 있다.

도9는 본 발명의 청구항1에 따른 유전체 배리어 방전램프 광원장치를 위한 급전장치(1)로서 이용가능한 프리브리지 방식이라고 불리는 인버터 회로를 이용한 회로를 간략화한 회로도이다. 이 구성에서 인버터 회로의 각 스위칭 소자(18, 19, 20, 21)에는 인버터 게이트 구동회로(22, 23, 24, 25)가 접속되고, 게이트 신호(GU1, GL1, GU2, GL2)에 따라 각 스위칭 소자(18, 19, 20, 21)의 온 또는 오프가 제어된다. 게이트 신호(GU1, GL1, GU2, GL2)로서 상기 도6에 기재된 것과 동일식의 게이트 신호(GU, GL)를 적용할 수 있다. 단지, 오른쪽 위와 왼쪽 아래의 게이트 신호(GU1, GU2)에는 도6의 게이트 신호(GU)를, 왼쪽 위와 오른쪽 아래의 게이트 신호(GL1, GL2)에는 도6의 게이트 신호(GL)를 적용하면 된다. 보다 일반적으로는 오른쪽 위와 왼쪽 아래의 게이트 신호(GU1, GU2)가 동시에 하이레벨이 되어 있는 기간이 게이트 신호(GU)와 같이 되고, 왼쪽 위와 오른쪽 아래의 게이트 신호의 조(GL1, GL2)가 동시에 하이레벨이 되어 있는 기간이 게이트 신호(GL)와 같이 되도록 제어하면 된다.

도7, 도9, 도8의 어느 실시예에서도, 램프인가전압파형(Vs(t))이 음측 램프전압(VA)으로부터 양측 램프전압(VB)까지 변화할 때, 상승시의 방전개시전압(+Ei)보다 낮은 값을 가지는 램프전압의 급준변화의 시작점(VF)에 이를때까지의 부분(A1)에서 완만하게 변화하도록 설정함으로써, 상기한 바와 같은 램프인가전압이 완만하게 변화하고 있는 기간중, 미소한 충전전류가 긴 시간에 걸쳐서 흐름으로써 방전시의 급준한 전하이동 중에 있는 비율을 미리 결정하고, 결과로서 상기한 인버터 회로용의 스위칭 소자의 첨두의 전류치에 관해서 이것의 저감에 따라서 전술한 제2 문제 해결에 효과가 있다. 또, 램프전압의 급준변화의 시작점(VF)은 상승시의 방전개시전압(+Ei)보다 낮은 값으로 설정함으로써, 상기한 바와 같은 램프인가전압의 변화속도에 대해 방전 개시 직전으로부터 방전 개시 후의 첨두의 전압치에 도달할때까지의 기간에서 엑시머 발광의 효율저하를 초래하지 않기 위해 필요한 정도의 급준을 부여할 수 있기 때문에, 상기 제1 문제의 해결에 효과가 있다.

그리고 도7, 도9, 도8에 있어서 각각의 방식의 인버터 회로에 대해 기재했지만, 스위칭 소자가 1개인 것 등, 다른 인버터 방식의 것이어도 된다.

도10은 본 발명의 청구항3에 따른 유전체 배리어 방전램프 광원장치용 급전 장치를 간략화한 회로도의 일례이다.

도10에서 DC전압(Vi)의 DC전압원은 외부로부터 공급되는 것으로 하고 있다. DC 전압원에는 콘덴서(32)가 충전됨과 더불어 쵸크코일(33)을 통해서 FET 등을 이용한 스위칭 소자(34)에 접속된다. 스위칭 소자(34)가 온 상태로부터 오프 상태로 천이했을 때, 쵸크코일(33)에 발생하는 유도전압은 승압된 DC전압(Vj)으로서 다이오드(35)를 통해서 평활 콘덴서(36)에 저장된다. 덧붙여 말하자면 상기 쵸크코일(33), 스위칭 소자(34), 다이오드(35) 그리고 평활 콘덴서(36)로 이루어지는 쵸퍼회로는 승압형 쵸퍼회로라고 불린다. 쵸퍼회로용 스위칭 소자(34)에는 콘덴서(37)와 저항(38) 등으로 이루어지는 서지 흡수용 스노버회로를 설치하는 경우가 있다.

도10에서 FET 등을 이용한 스위칭 소자(14, 15), 승압 트랜스(10)로 구성되는 인버터회로는 도8의 것과 같은 푸시풀 방식의 것을 기재하고 있다. 쵸퍼회로 출력전압(Vj)은 상기 승압 트랜스(10)의 1차측의 중점 탭에 접속된다. 여기에서 승압 트랜스(10)는 상기한 램프인가전압의 변화속도에 대해 방전 개시 직전부터 방전 개시후의 첨두의 전압치에 도달할때까지의 기간에 엑시머 발광의 효율저하를 초래하지 않기 위해 필요한 정도의 급준을 가지는 것을 설치한다.

콘덴서(40), 저항기(41)의 소자 정수에 따른 주파수의 톱니파를 발생하는 톱니파 발진회로(39)의 출력은 전압비교기(42) 한쪽의 입력단자에 입력된다. 상기 전압비교기(42)의 다른쪽의 입력단자에는 연산증폭기(43)로부터 출력신호가 입력되고, 상기 톱니파 발진회로(39)의 출력 톱니파와 상기 연산증폭기(43)로부터 출력신 호 전압의 고저관계에 따라 듀티사이클비가 변조된 구형파의 발진신호(28)가 상기 전압비교기(42)로부터 출력된다.

상기 전압비교기(42)로부터 발진신호(28)는 플립플롭(44), 논리곱회로(45, 46), 트랜지스터(47, 48) 그리고 저항기(49, 50)로 이루어진 인버터 게이트 신호발생회로에 입력되고, 이것에 의해 인버터 회로용 게이트 신호(GU, GL)가 발생된다. 인버터 회로용 게이트 신호(GU, GL)는 각각 저항기(51, 52)를 통해 상기 인버터 회로용 스위칭 소자(14, 15)의 제어단자, 즉 게이트 단자에 입력된다.

한편, 쵸퍼게이트 신호발생회로는 다이오드(53, 54), 저항기(55)로 이루어지는 신호가산기를 이용하여 구성되고, 이것에 대해 상기 인버터 회로용 게이트 신호(GU, GL)가 입력됨으로써 쵸퍼회로용 게이트 신호(Gc)가 발생된다. 그리고 상기 신호가산기에 의해 쵸퍼회로용 게이트 신호(Gc)를 발생하는 방법은, 인버터 회로용 게이트 신호(GU, GL)에 대해 동기하여, 이것을 생성방법 중에서도 가장 간단한 것 중의 하나로 한다. 쵸퍼회로용 게이트 신호(Gc)는 트랜지스터(56, 57)로 이루어지는 버퍼회로, 콘덴서(58)와 저항기(59)로 이루어지는 미분회로, 저항기(60)를 통해서 상기 쵸퍼회로용 스위칭 소자(34)의 제어단자, 즉 게이트 단자에 입력된다.

여기에서 상기 트랜지스터(56, 57)로 이루어지는 버퍼회로, 콘덴서(58)와 저항기(59)로 이루어지는 미분회로는 상기 쵸퍼회로용 스위칭 소자(34)가 오프시 손실이 발생하기 쉽기 때문에, 이것을 저감하는 것을 목적으로 부가하고 있는 것으로, 필요 여부를 감안하여 생략해도 상관없다. 한편, 상기 인버터 회로용 스위칭 소자(14, 15)는 오프시 손실이 그다지 발생하지 않기 때문에, 특정 단의 게이트 구동 회로를 부가하고 있지 않지만, 같은 형태로 필요에 따라 상기 트랜지스터(56, 57)로 이루어지는 버퍼회로에 유사한 버퍼회로 등을 부가하는 것이 바람직하다.

상기 인버터회로용 스위칭 소자(14, 15), 쵸퍼회로용 게이트 신호(Gc), 쵸크코일(33)의 전류(IL), 쵸퍼회로 출력전압(Vj) 및 램프인가전압파형(Vs(t))의 관계를 개념적으로 도12에 도시하고, 이하 이 도면에 대해 간단하게 설명한다.

도12에 도시하는 바와 같이, 두 개의 인버터 회로용 게이트 신호(GU, GL) 중 어느 한 쪽이 하이레벨일 때는 쵸퍼회로용 게이트 신호(Gc)가 하이레벨이 된다. 이 때문에 쵸퍼회로용 게이트 신호(Gc)의 주파수는 회로동작의 주파수, 즉, 상기 인버터 회로용 스위칭 소자(14, 15) 각각의 주파수가 2배가 된다. 상기 쵸퍼회로용 게이트 신호(Gc)가 하이레벨일 때는 상기 쵸퍼회로용 스위칭 소자(34)가 온 됨으로써 상기 쵸크코일(33)의 전류(IL)가 증가하고, 쵸크코일(33)에는 자기 에너지가 축적되어간다. 상기 쵸퍼회로용 게이트 신호(Gc)가 로우레벨이 되면, 상기 쵸퍼회로용 스위칭 소자(34)가 온이 되고, 상기 쵸크코일(33)의 전류(IL)가 감소함으로써 쵸크코일(33)에 축적된 자기 에너지가 전기 에너지로서 상기 평활 콘덴서(36)에 충전된다.

한편, 인버터 회로에 대해서는 두 개의 인버터 회로용 게이트 신호(GU, GL) 중 어느 한 쪽이 하이레벨이 되면, 두 개의 인버터 회로용 스위칭 소자(14, 15) 중 대응하는 한 쪽이 온이 되고, 승압 트랜스(10)의 2차측에서 램프인가전압파형(Vs(t))은 극성이 역전하는 방향을 향하여 급준하게 변화하고, 그 리고 유전체 배리어 방전램프(2)에 있어서 방전이 발생된다. 상기와 같이 유전체 배리어 방전램프는 유전체(6, 7)가 콘덴서를 움직이게 함으로써 전류가 흐르는 구조를 가지고, 기본적으로 전체로서 콘덴서이기 때문에, 두 개의 인버터 회로용 스위칭 소자(14, 15) 중 한쪽이 온이 된 직후에는 스위칭 소자 및 램프에 펄스적인 전류가 흐르는 것이지만, 방전이 종료한 후에는 램프에는 유의할 만한 전류는 흐르지 않는다.

따라서 두 개의 인버터 회로용 스위칭 소자(14, 15) 중 한 쪽이 온이어도 스위칭 소자에는 승압 트랜스(10)의 1차측 인덕턴스의 크기에 의존하여 천천히 증가하는 전류, 즉 여기전류가 흐를뿐이고, 이것은 상기의 인버터 회로용 스위칭 소자가 온이 된 직후에 흐르는 펄스적인 전류에 비해 대단히 작다. 결국, 상기의 인버터 회로용 스위칭 소자가 온이 된 직후에 흐르는 펄스적인 전류가 종료한 후에는 상기 평활 콘덴서(36)로부터 유출되는 전하는 적기 때문에, 상기 쵸퍼회로 출력전압(Vj)은 거의 일정하다. 도12에 있어서 두 개의 인버터 회로용 게이트 신호(GU, GL) 중 어느 한쪽이 하이레벨이 되었을 때에 쵸퍼회로 출력전압(Vj)이 계단식으로 저하하고, 그 후에는 거의 일정하게 묘사되어 있는 것은 이 사정에 의한다.

하이레벨이었던 인버터 회로용 게이트 신호가 로우레벨로 복귀하면, 상기 쵸퍼회로 출력전압(Vj)이 상승하는 것은, 상기와 같이 상기 쵸퍼회로용 스위칭 소자(34)가 오프가 되고, 상기 평활 콘덴서(36)에 충전된다. 이 기간은 두 개의 상기 인버터 회로용 스위칭 소자(14, 15)는 양쪽 모두 오프이기 때문에, 쵸퍼회로가 평활 콘덴서(36)에 충전함으로써 쵸퍼회로 출력전압(Vj)의 리플, 즉 변동은 램프인 가전압파형(Vs(t))에는 전혀 나타나지 않는다.

이상에 서술한 도12의 설명으로부터 명확하게 나타나는 바와 같이, 도10의 실시예에서는 쵸퍼회로 출력전압(Vj)에 명확하게 나타나는 리플이 존재하고 있음에도 불구하고, 또한 쵸퍼 게이트 신호 발생 회로로서 극히 간단한 다이오드(53, 54), 저항기(55)로 이루어지는 신호가산기를 이용하고 있음에도 불구하고, 유전체 배리어 방전램프의 양호한 점등에 어떠한 악영향을 미치지 않는다. 이와 같이 유전체 배리어 방전램프의 부하로서의 특수성을 기묘하게 이용할 수 있는 것이 본 발명의 우수한 점 중 하나이다.

도10의 실시예에서는 램프 투입 전력의 피드백 안정화 제어기능을 포함하고 있고, 이하에서 이것을 간단히 설명한다.

게이트 신호 발생 회로 등이나 피드백 안정화 제어 등의 제어회로를 위한 전원은, 다이오드(61)와 콘덴서(62)에 의해 쵸퍼회로의 동작에 따른 급준한 전원 피크 전류의 영향이 저감된다. 또 피드백 안정화 제어의 안정동작을 위한 기준전압(Vref)을 얻기 위해 기준전압원(63)과 콘덴서(64)를 설치하고 있다. 가변저항기(65), 저항기(66)에 의해 피드백 안정화 제어대상으로서 쵸퍼회로 출력전압(Vj)이 검출되고, 이것은 다이오드(67), 저항기(68), 콘덴서(69)로 이루어지는 피크홀드회로에 의해 쵸퍼회로 출력전압(Vj)의 리플이 제거됨과 더불어 상기 연산증폭기(43)의 비반전 입력단자에 입력된다. 기준전압원(63)의 출력전압이 저항기(70, 71)에 의해 분압적으로 변환된 신호가 상기 연산증폭기(43)의 반전입력단자에 입력된다. 연산증폭기(43)를 오차적분회로로서 동작시키기 위한 피드백 콘덴서(72)를 연산증폭기(43)의 출력단자와 반전입력단자의 사이에 접속한다.

이와 같은 피드백 안정화 제어를 위한 회로구성에 의해, 만약 상기 연산증폭기(43)의 비반전 입력단자로의 입력전압이 반전입력단자로의 입력전압보다도 높을 경우에는 상기 연산증폭기(43)의 출력전압이 상승하고, 상기 전압비교기(42)로부터 발진신호(28)의 듀티사이클비가 저하, 즉 양쪽의 게이트 신호가 로우레벨인 기간이 증가하며, 쵸퍼회로용 스위칭 소자(34)가 온인 기간의 듀티사이클비가 저하함으로써 쵸퍼회로 출력전압(Vj)이 저하하고, 혹은 반대로 상기 연산증폭기(43)의 비반전 입력단자로의 입력전압이 반전입력단자로의 입력전압보다도 낮은 경우에는 반대로 경과를 더듬어서 쵸퍼회로 출력전압(Vj)이 상승하기 때문에 쵸퍼회로의 출력 DC 전압(Vj)이 일정하게 제어되고, 결과로서 램프 투입 전력이 일정하게 피드백 안정화 제어된다. 또한, 상기 가변저항기(65)를 조정함으로써 램프 투입 전력을 증가할 수 있다. 이와 같은 피드백 안정화 제어기능은 DC 전압원의 DC 전압(Vi)에 변동이 있을 경우에 대단히 효과가 있다.

그리고 피드백 동작에 따라 발진신호(28)의 듀티사이클비가 변동하고, 그 결과 인버터 회로용 스위칭 소자(14, 15)의 듀티사이클비가 변동하지만, 이 현상은 상기와 같이 유전체 배리어 방전램프는 유전체(6, 7)가 콘덴서를 움직이게 함으로써 전류가 흐르는 구조를 가지고, 기본적으로 전체로서 콘덴서이기 때문에, 두 개의 인버터 회로용 스위칭 소자(14, 15) 중 한 쪽이 온 된 직후에는 스위칭 소자 및 램프에 펄스적인 전류가 흐르지만, 방전이 종료한 후에 램프에는 유의할 만한 전류는 흐르지 않으므로 이 듀티사이클비의 변동은 램프의 방전자체나 램프 투입전력에 관해서는 어떤 문제도 되지 않는다.

도10의 실시예는 쵸퍼회로의 출력 DC전압(Vj)을 일정하게 제어하는 것이지만, 도10의 파선(破線)으로 둘러싸인 회로부분(79)을 도11의 파선으로 둘러싸인 회로부분(80)과 같이 변경하면, 유전체 배리어 방전램프의 전류에 상관하는 신호를 일정하게 제어함으로써 램프 투입 전력을 피드백 안정화 제어할 수 있다.

도11에서는 콘덴서(73)를 램프 전류 경로에 삽입하고, 이것에 발생하는 전압을 피드백 안정화 제어대상으로 하여, 다이오드(74)와 저항기(75)를 통해서 상기 연산증폭기(43)의 반전 입력단자에 입력한다. 여기에서 신호를 직접은 취하지 않는 다이오드(76)와 저항기(77)는 상기 콘덴서(73)로부터 신호전류의 밸런스를 유지하기 위한 것으로, 설치되는 것이 바람직하다. 램프 투입 전력의 증감은 상기 기준전압(Vref)과 상기 연산증폭기(43)의 반전입력단자 사이에 접속된 가변저항기(78)의 조정에 의해 행한다. 그리고 피드백 안정화 제어대상 전압을 발생시키기 위한 콘덴서(73)를 저항기나 콘덴서와 저항기의 조합회로, 혹은 적당한 임피던스 소자로 치환하고, 보다 적절한 피드백 안정화 제어대상 신호를 얻도록 고안할 수도 있다.

덧붙여 말하자면, 도10의 실시예의 유전체 배리어 방전램프 광원장치용 급전장치를 구성하기 위해 이용한 회로소자 중, 상기 톱니파 발진회로(39), 전압비교기(42), 연산증폭기(43), 플립플롭(44), 논리곱회로(45, 46), 트랜지스터(47, 48), 기준전압원(63) 등이 하나의 패키지에 수납된 집적회로가 시판되고 있어서(예를 들면 텍사스인스트루먼트사제 TL494), 본 실시예의 유전체 배리어 방전램프 광원장치용 급전장치는 대단히 적은 부품수로 제작할 수 있다.

이상의 설명으로부터 명확하게 나타난 바와 같이, 상기 도10 및 도11에 기재된 실시예의 유전체 배리어 방전램프 광원장치용 급전장치는 인버터회로(13)의 전단에 쵸퍼회로(26)를 설치함 것으로써, 상기한 바와 같은 램프인가전압의 변화속도에 대해 방전개시직전으로부터 방전개시후의 첨두의 전압치에 도달할때까지의 기간에 엑시머 발광의 효율저하를 초래하지 않기 위해 필요한 급준정도에 따라, 승압 트랜스(10)의 승압비가 과대하지 않은 적당한 값으로 억제된 상태이더라도, 그 승압능력이 승압 트랜스(10)의 승압비의 부족분을 보충하도록 쵸퍼회로(26)를 설정함으로써 소기의 2차측 출력(Vs)의 전압치를 용이하게 얻도록 할 수 있기 때문에, 전술한 제1 문제의 해결에 효과가 있다는 것을 알 수 있다.

또, 대단히 적은 부품수만으로 구성할 수 있기 때문에, 전술한 제2 문제의 해결에 효과가 있고, 또한 상기 쵸퍼회로(26)의 상기 스위칭 소자를 제어하기 위한 상기 쵸퍼회로용 게이트 신호(Gc)는 상기 인버터 회로용 게이트 신호(GU, GL)에 대해서 확실하게 동기하여 발생되도록 함으로써, 첨두의 전압치 크기가 1회의 방전램프 투입 에너지에 직접 관련되기 때문에, 방전개시직전부터 방전개시후의 첨두의 전압치에 도달할때까지의 기간에 램프인가전압파형의 반복 재현성이 동작의 안정을 위해 필요한 조건도 만족함과 더불어, 항상 램프 투입 전력이 안정되는 점등을 이룰 수 있다는 것을 알 수 있다.

그리고 도10의 실시예에서 인버터 회로는 도8에 기재된 푸시풀 방식의 것을 예시했지만, 도7에 기재된 하프브리지 방식의 것이나 도9에 기재된 프리브리지 방식의 것도 될 수 있고, 그리고 스위칭 소자가 1개인 것 등, 다른 인버터 방식의 것 도 될 수 있다. 또, 쵸퍼회로용 게이트 신호(Gc)를 발생하는 방식으로 다이오드(53, 54), 저항기(55)로 이루어지는 신호가산기에 대해 기재했지만, 기재한 신호가산기의 출력을 반전한 것이나 위상을 어긋나게 하는 것 등이어도 좋다. 그리고 쵸퍼회로에 대해서는 도10에 기재된 승압형 쵸퍼회로 이외에도 예를 들면 승강압형이라고 불리는 것 등의 다른 형식의 것이라도 좋다.

다음에 본 발명의 청구항4에 기재된 유전체 배리어 방전램프 광원장치를 구성하는 경우에 대해 간단히 설명한다.

도10 그리고 도11에 기재된 유전체 배리어 방전램프 광원장치용 급전장치에 서, 상기 식1, 식2에 따라 계산되는 △Vy/△Vx가 소기의 값을 가지도록 하기 위해서는, 가장 간단하게는 인버터회로용 게이트 신호(GU, GL)에 대해 양쪽의 게이트 신호가 로우레벨인 기간(Toff)을 도입함과 더불어, 상기 식36에 설명되어 있는 것과 같은 비방전시 램프 정전용량(Coff)을 측정하고, 이 값과 승압 트랜스 2차측 인덕턴스(Ls)의 값으로 결정되는 주파수의 사인파를 발생하게 하는 LC 공진현상에 의해 램프인가전압파형(Vs(t))이 도6에 기재되게 되고, 결과로서 상기 식1, 식2에 의해 계산되는 △Vy/△Vx가 소기의 값이 되도록 승압 트랜스 2차측 인덕턴스(Ls), 램프인가전압파형의 주기(T), 양쪽의 게이트 신호가 로우레벨인 기간(Toff)의 각각의 매개변수의 값을 정합시키면 된다.

단지, 양쪽의 게이트 신호가 로우레벨인 기간(Toff)을 결정할 때에, 쵸퍼회로용 스위칭 소자(34)가 온인 기간의 듀티사이클비의 증감, 즉 양쪽의 게이트 신호가 로우레벨인 기간(Toff)의 증감에 의한 램프 투입 전력 피드백 안정화 제어를 행 하는 경우에는 양쪽의 게이트 신호가 로우레벨인 기간(Toff)을 증감함으로써, 상기 식1, 식2에 의해 계산되는 △Vy/△Vx가 변화하여 그 소기의 값의 범위를 넘지않도록 하는 쪽이 좋다. 이를 위해서는 램프인가전압파형의 주기(T)에 대한 양쪽의 게이트 신호가 로우레벨인 기간(Toff)의 비율, 즉 Toff/T는 큰 값, 구체적으로는 50% 내지 90%의 범위내인 것이 바람직하다.

왜냐하면 이 값이 예를 들면 80%와 같이 큰 값이라고 하는 것은, 쵸퍼회로용 스위칭 소자(34)가 온인 기간의 듀티사이클비가 20%와 같이 작은 값이라고 하는 것을 의미하고, 피드백 안정화 제어의 가정에 있어서, 이 작은 값이 예를 들면 그 -20%∼+20%의 범위에서 변화했다고 해도 램프인가전압파형의 주기(T) 중에서의 변화로 보면 16%∼24%의 변화에 지나지 않고, 따라서 상기 식1, 식2에 의해 계산되는 △Vy/△Vx의 값에 주는 영향은 작아지기 때문이다.

양쪽의 게이트 신호가 로우레벨인 기간(Toff)이 결정되면, DC 전압원의 DC전압(Vi), 소기의 쵸퍼회로 출력전압(Vj), 램프 투입전력 등의 값으로부터 쵸크코일(33)의 인덕턴스를 결정할 수 있다. 혹은 이것에 대해서는 실험적으로 결정해도 된다.

이와 같이 구성된 유전체 배리어 방전램프 광원장치는, 본 발명의 청구항1에 기재된 유전체 배리어 방전램프 광원장치가 도시하는 우수한 효과와, 본 발명의 청구항3에 기재된 유전체 배리어 방전램프 광원장치용 급전장치가 도시하는 우수한 효과를 함께 가지고 있는 것을 알 수 있다.

즉, 램프인가전압의 급준한 상승을 실현할 수 있도록 승압 트랜스(10)의 승압비가 과대하지 않을 적당한 값으로 제어된 상태여도 쵸퍼회로(26)는 그 승압능력이 승압 트랜스(10)의 승압비의 부족분을 보충하도록 설정함으로써, 소기의 2차측 출력(Vs)의 전압치를 얻는 것이 실현가능하고, 이 때 램프전압의 급준변화의 시작점(VF)은 상승시의 방전개시전압(+Ei)보다 낮은 값으로 설정할 수 있고, 상기한 바와 같은 램프인가전압의 변화속도에 대해 방전개시 직전으로부터 방전개시후의 첨두의 전압치에 도달할때까지의 기간에 엑시머 발광의 효율저하를 초래하지 않기 위해 필요한 정도의 급준을 줄 수 있기 때문에, 상기 제1 문제의 해결에 효과가 있다.

또, 램프인가전압파형(Vs(t))이 음측 램프전압(VA)으로부터 양측 램프전압(VB)까지 변화할 때, 상승시의 방전개시전압(+Ei)보다 낮은 값을 가지는 램프전압의 급준변화의 시작점(VF)에 이를때까지의 부분(A1)에서 완만하게 변화하도록 설정함으로써, 상기한 바와 같은 램프인가전압이 완만하게 변화하고 있는 기간중, 미소한 충전전류가 긴 시간에 걸쳐서 흐름으로써, 방전시의 급준한 전하이동 중에 있는 비율이 미리 실행되며, 그리고 결과로서 상기한 인버터 회로용 스위칭 소자의 첨두의 전류치에 관하여 이것의 저감이 가능하고 대단히 적은 부품수만으로 구성할 수 있기 때문에, 상기 제2 문제의 해결에 효과가 있고, 또한 상기 쵸퍼회로(26)의 상기 스위칭 소자를 제어하기 위한 상기 쵸퍼회로용 게이트 신호(Gc)는 상기 인버터 회로용 게이트 신호(GU, GL)에 대해서 확실하게 동기하여 생성되도록 함으로써 첨두의 전압치의 크기가 1회의 방전램프 투입 에너지에 직접 관련하기 때문에, 방전개시 직전으로부터 방전개시후의 첨두의 전압치에 도달할때까지의 기간에 있어서 램프인가전압파형의 반복 재현성이 동작의 안정을 위해 필요한 조건을 만족함과 더불어, 항상 램프 투입 전력이 안정한 점등이 행해지는 것을 알 수 있다.

이상에서 설명한 사항에 관해서, 당연하지만 도면에 기재한 회로구성 등에 대해서는 주요한 요소만을 기재한 일례이고, 따라서 실제로 적용하는 경우에는 상당 기능을 가지는 보다 적합한 다른 종류의 부품이 입수가능하면 그것으로 변경된다든지, 혹은 사용하는 부품의 특성, 극성 등의 차이에 따라 적절하게 변경되고, 또 필요에 따라 주변소자가 추가되어야 하는 것이다.

본 발명의 유전체 배리어 방전램프 광원장치 및 그 급전장치가 가지는 우수한 효과는 유전체 배리어 방전에 의해 발생하는 광이 사용된 쪽이 어딘가에 관계없이 항상 유효하게 발휘된다. 상기한 화학반응을 응용한 재료처리 이외에도 예를 들면 램프 봉체 유리의 내면이나 외면에 형광체층을 형성하게 하는 경우도 포함시키고, 발생하는 자외선에 의해 형광체를 발광시키는 것과 같은 응용에 있어서도 특히 효과가 있다.

본 발명의 청구항1에 관한 유전체 배리어 방전램프 광원장치는 유전체 배리어 방전에 의해 엑시머 분자를 생성하는 방전용 가스가 충전된 방전 플라즈마 공간(3)이 있고, 상기 방전용 가스에 방전형상을 유기시키게 하기 위한 양극의 전극(4, 5) 중 적어도 한쪽과 상기 방전용 가스의 사이에 유전체(6, 7)가 개재하는 구조를 가지는 유전체 배리어 방전램프(2)와, 상기 유전체 배리어 방전램프의 상기 전극(4, 5)에 개략 주기적인 교류의 고전압을 인가하기 위한 급전장치(1)를 가지는 유전체 배리어 방전램프 광원장치에 있어서, 상기 급전장치(1)는 유전체 배리어 방전램프(2)에 대해서 1회의 방전이 종료하고 램프인가전압이 다음 방전을 향하여 변화할 때에 램프인가전압파형(Vs(t))에 있어서 다음 방전의 유효방전개시전압(+Ei, -Ei)을 지나기 전에 완만한 변화를 행하는 기간을 가지고, 그 후 급준한 변화가 일어나도록 제어했기 때문에, 상기 제1 문제 즉, 소비전력의 저감, 램프의 발열 저감, 램프의 장기 수명화에 대한 강한 요망에 따르기 위해 램프의 발광효율을 개선하지 않으면 않되는 문제 및 상기 제2 문제 즉, 우수한 자외선 응용의 보급을 위해 보다 경제성이 요구되는 문제가 해결된다.

또한 청구항2에 관한 발명에서는 상기 1회의 방전을 종료했을 때의 전압(VA)과, 다음 방전이 종료할 때의 전압(VB)의 전압차(△Vx) 및 상기 전압(VA)과, 상기 램프인가전압이 완만한 변화를 행하는 기간의 종료시의 전압(VF)의 전압차(△Vy)에 대해서 0.3≤△Vy/△Vx≤0.9를 만족하도록 했기 때문에, 청구항1에 관한 발명을 보다 유리하게 실현할 수 있다.

또한, 청구항3에 관한 유전체 배리어 방전램프 광원장치용 급전장치는 유전체 배리어 방전에 의해 엑시머 분자를 생성하는 방전용 가스가 충전된 방전 플라즈마 공간(3)이 있고, 상기 방전용 가스에 방전현상을 유기시키기 위한 양극의 전극(4, 5) 중 적어도 한쪽과 상기 방전용 가스의 사이에 유전체(6, 7)가 개재하는 구조를 가지는 유전체 배리어 방전램프(2)에 대해, 상기 유전체 배리어 방전램프의 상기 전극(4, 5)에 개략 주기적인 교류의 고전압을 인가하기 위한 유전체 배리어 방전램프 광원장치용 급전장치에 대해 DC전압원(12)의 전압을 그것보다도 높은 DC전압으로 스압해서 출력하는 쵸퍼회로(26)와, 2차측에 교류의 고전압을 발생하는 승압 트랜스(10)와, 상기 쵸퍼회로(26)로부터 출력을 교류로 변환하여 상기 승압 트랜스(10)의 1차측에 공급하기 위한 인버터 회로(13)로 이루어지는 유전체 배리어 방전램프 광원장치용 급전장치로서, 상기 쵸퍼회로(26)의 스위칭 소자를 제어하기 위한 게이트 신호(Gc)가 상기 인버터 회로(13)의 스위칭 소자를 제어하기 위한 게이트 신호(GU, GL)에 대해서 동기하여 생성되는 것으로 했다.

이것에 의해 인버터 회로(13)의 전단에 쵸퍼회로(26)를 설치함으로써 상기한 바와 같은 램프인가전압의 변화속도에 대해 방전개시직전부터 방전개시후의 첨두의 전압치에 도달할때까지의 기간에서, 엑시머 발광의 효율저하를 초래하지 않기 위해 필요한 정도의 급준의 관점에 따라, 승압 트랜스(10)의 승압비가 과대하지 않은 적당한 값으로 억제된 상태이더라도 쵸퍼회로(26)는 그 승압능력이 승압 트랜스(10)의 승압비의 부족분을 보충하도록 설정됨으로써 소기의 2차측 출력(Vs)의 전압치를 얻는 것이 용이하게 실현가능하기 때문에, 전술한 제1 문제의 해결에 효과가 있다. 또 1개의 발진회로(27)만으로 구성할 수 있기 때문에, 전술한 제2 문제의 해결에 효과가 있고, 또한 상기 쵸퍼회로(26)의 상기 스위칭 소자를 제어하기 위한 상기 쵸퍼회로용 게이트 신호(Gc)는 상기 인버터 회로용 게이트 신호(GU, GL)에 대해서 확실하게 동기하여 생성되도록 함으로써, 첨두의 전압치의 크기가 1회의 방전램프 투입 에너지에 직접 관련되기 때문에, 방전개시 직전부터 방전개시후의 첨두의 전압치에 도달할때까지의 기간에 램프인가전압파형의 반복 재현성이 동작의 안정을 위해 필요한 조건을 만족하는 효과가 있다.

그리고 청구항4에 관한 유전체 배리어 방전램프 광원장치는 급전장치(1)가 청구항3에 기재된 유전체 배리어 방전램프 광원장치용 급전장치인 것을 특징으로 한다.

이것에 의해, 램프인가전압의 급준한 상승을 실현할 수 있도록 승압 트랜스(10)의 승압비가 과대하지 않을 적당한 값으로 제어된 상태여도, 쵸퍼회로(26)는 그 승압능력이 승압 트랜스(10)의 승압비의 부족분을 보충하도록 설정함으로써 소기의 2차측 출력(Vs)의 전압치를 얻는 것이 실현가능하고, 이 때 램프 전압의 급준변화의 시작점(VF)은 상승시의 방전개시전압(+Ei)보다 낮은 값으로 설정할 수 있고, 상기한 바와 같은 램프인가전압의 변화속도에 대해 방전 개시 직전부터 방전 개시후의 첨두의 전압치에 도달할때까지의 기간에 엑시머 발광의 효율저하를 초래하지 않기 위해 필요한 정도의 급준을 줄 수 있기 때문에, 전술한 제1 문제의 해결에 효과가 있다. 또, 램프인가전압파형(Vs(t))이 음측 램프전압(VA)으로부터 양측 램프전압(VB)까지 변화할 때에, 상승시의 방전개시전압(+Ei)보다 낮은 값을 가지는 램프전압이 급준변화의 시작점(VF)에 이를때까지의 부분(A1)에서 완만하게 변화하도록 설정함으로써, 상기한 바와 같은 램프인가전압이 완만하게 변화하고 있는 기간 중, 미소한 충전전류가 긴 시간에 걸쳐서 흐르게 함으로써 방전시의 급준한 전하이동 중에 있는 비율이 미리 실행되며, 그리고 결과로서 상기한 인버터 회로용의 스위칭 소자의 첨두의 전류치에 관해서 이것의 저감이 가능하고, 1개의 발진회로(27)만으로 구성할 수 있기 때문에, 상기 제2 문제의 해결에 효과가 있고, 또한 상기 쵸퍼회로(26)의 상기 스위칭 소자를 제어하기 위한 상기 쵸퍼회로용 게이트 신호(Gc)는 상기 인버터 회로용 게이트 신호(GU, GL)에 대해서 확실하게 동기하여 생성되도록 함으로써, 첨두의 전압치의 크기가 1회 방전의 램프 투입 에너지에 직접 관련하기 때문에, 방전개시 직전으로부터 방전개시직후의 첨두의 전압치에 도달할 때까지의 기간에 램프인가전압파형의 반복 재현성이 동작의 안정을 위해 필요한 조건을 만족하는 효과가 있다.

본 발명의 유전체 배리어 방전램프 광원장치는 광화학 반응용의 자외선 광원 등에 이용할 수 있다.

Claims

유전체 배리어 방전에 의해 엑시머 분자를 생성하는 방전용 가스가 충전된 방전 플라즈마 공간(3)을 가지며, 상기 방전용 가스에 방전현상을 유기시키기 위한 양극의 전극(4, 5) 중 적어도 한 쪽과 상기 방전용 가스 사이에 유전체(6, 7)가 끼워진 구조를 가지는 유전체 배리어 방전램프(2)와;

상기 유전체 배리어 방전램프의 상기 전극(4, 5)에 개략 주기적인 교류의 고전압을 인가하여, 상기 유전체 배리어 방전램프(2)에 대해서 1회의 방전이 종료하여 램프인가전압이 다음 방전을 향하여 변화할 때에,

램프인가전압파형(Vs(t))에서, 다음 방전의 유효방전개시전압(+Ei, -Ei)을 지나기 전에 완만한 변화를 행하는 기간을 가지고, 그 후 급준한 변화가 일어나도록 제어하는 급전장치(1)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유전체 배리어 방전 광원장치.
제1항에 있어서, 상기 1회의 방전을 종료했을 때의 전압(VA)과, 다음 방전이 종료할 때의 전압(VB)의 전압차(△Vx) 및 상기 전압(VA)과 상기 램프인가전압이 완만한 변화를 행하는 기간의 종료시의 전압(VF)과의 전압차(△Vy)에 대해,

0.3≤△Vy/△Vx≤0.9의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 유전체 배리어 방전램프 광원장치.
유전체 배리어 방전에 의해 엑시머 분자를 생성하는 방전용 가스가 충전된 방전 플라즈마 공간(3)을 가지며, 상기 방전용 가스에 방전현상을 유기시키기 위한 양극의 전극(4, 5) 중 적어도 한 쪽과 상기 방전용 가스 사이에 유전체(6, 7)가 끼워지는 구조를 가지는 유전체 배리어 방전램프(2)에 대해 상기 유전체 배리어 방전램프의 상기 전극(4, 5)에 개략 주기적인 교류의 고전압을 인가하기 위한 유전체 배리어 방전램프 광원장치용 급전장치에 있어서,

DC 전압원(12)의 전압을 그것보다도 높은 DC전압으로 승압하여 출력하는 쵸퍼회로(26)와, 2차측에 교류의 고전압을 발생하는 승압 트랜스(10)와, 상기 쵸퍼회로(26)로부터의 출력을 교류로 변환하여 상기 승압 트랜스(10)의 1차측에 공급하기 위한 인버터회로(13)로 이루어지는 유전체 배리어 방전램프 광원장치용 급전장치로서, 상기 쵸퍼회로(26)의 스위칭 소자를 제어하기 위한 게이트 신호(Gc)가 상기 인버터 회로(13)의 스위칭 소자를 제어하기 위한 게이트 신호(GU, GL)에 대해서 동기하여 생성되는 것을 특징으로 하는 유전체 배리어 방전램프 광원장치용 급전장치.
제1항에 있어서, 상기 급전장치(1)가 제3항에 기재된 유전체 배리어 방전램프 광원장치용 급전장치인 것을 특징으로 하는 유전체 배리어 방전램프 광원장치.