TW201012301A - Ignition device - Google Patents

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201012301 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是關於一種具有兩端被密封，在內部相對配置 有一對電極，而且至少封入有金屬的放電管，及設於放電 管的外方的外管的高壓放電燈的點燈裝置。 【先前技術】 # 例如在接著劑等的樹脂的硬化處理或印刷基板等的曝 光處理中，作爲紫外線光源，例如使用著高壓放電燈（紫 外線照射燈）。 該高壓放電燈（紫外線照射燈）是在燈點燈時會成爲 高溫，而如專利文獻1所述地，被冷卻。 在專利文獻1，記載著在放電管（以下，在專利文獻1 中爲發光管）的外方設置雙重管構造的水冷套，而在發光 管與水冷套內管之間流著冷卻風的技術。 ® 在第10圖表示圖示於專利文獻1的第1圖的光源。如同 圖所示地，具備紫外線照射燈101與水冷套102及水冷套兩 . 端的端蓋l〇3a、103b。紫外線照射燈101是將一對電極密 _ 封於直管狀石英玻璃製發光管106的兩端，而在內部封裝 稀有氣體與水銀及金屬鹵化物者。 水冷套102是圓筒狀石英玻璃等的透明材料所成，成 爲內管121與外管122所成的雙重管構造，又，通過設於兩 端外周連接管123a、123b，冷卻水1〇4從外部循環套內， 而經由空氣層進行冷卻近接的發光管106，同時吸收從燈 -5- 201012301 1 〇 1所放射的熱。 在水冷套102 —方的端蓋103 a設有冷氣的通風口 131 ’ 而在另一方的端蓋l〇3b設有排氣口 132。又’從外部有冷 卻風105以箭號所示地從通風口 131進到水冷套102的內側 ，流在發光管1〇6與水冷套102的內管121之空間’從發光 管表面奪取熱俾冷卻發光管106。 由專利文獻1的段落號碼[001 1]所述的數値例，專利文 獻1所述者，可讀取例如發光管106的外徑是24 mm，水冷 套的內管121爲26 mm，而兩者的間隙爲1 mm(=1000//m )° 在第10(b)圖表示以垂直於管軸方向的平面切剖專 利文獻1所述的發光管1〇6與內管121的斷面圖。 在專利文獻1所述的冷卻，因未能充分地冷卻高壓放 電燈（紫外線照射燈），因此在最近被開發了專利文獻2 所述的技術。 專利文獻2所述者，爲將高壓放電燈作爲雙重管構造 〇 ，而近接放電管與位於其外方的外管之間隙，藉由流在外 管外周的冷卻水’作成提高對放電管的卻冷效果者。 _ 在第11圖表示圖示於專利文獻2的光照射裝置的斷面 構成，而在第12圖表示圖示於第11圖的光照射裝置的放電 管與外管的斷面構成。又，第12(b)圖是表示第12 (a) 圖的B-B線斷面圖。 該光照射裝置是作爲光源具備高壓放電燈10。高壓放 電燈10是由全體爲棒狀放電管11 ’及該放電管11配置於內 -6- 201012301 部的例如石英玻璃所成的外管20所構成。 放電管11是在兩端被密封的例如石英玻璃所成的直管 狀的內管12內部，分別相對配置有例如鎢所成的一對棒狀 電極16者，各電極16經由氣密地埋設於形成在內管12的棒 狀密封部1 3的例如鉬所構成的金屬箔1 7電性地連接於比密 封部13外端朝軸方向外方突出所延伸的外部導線18。 在高壓放電燈10的放電管1 1與外管20之間的空隙，形 • 成有空氣層或是利用適當的氣體所作的氣體層。 該光照射裝置是具有：沿著上述高壓放電燈的管軸 延伸地所設置，而在與高壓放電燈1 〇的外周面之間形成冷 卻水W所流過的冷卻水流過的冷卻水流路65的圓筒狀冷卻 套60，及配置於高壓放電燈10及冷卻套60的兩端的內部空 間連通於高壓放電燈1〇與冷卻套60之間的冷卻水流路65的 冷卻水供應流路形成構件61及冷卻水排出流路形成構件62 所構成的冷卻機構。 Ο 又，在對於光照射方向（在第11圖，下方向）的高壓 放電燈1 〇的背面側，例如斷面具有拋物狀反射面7 1的槽狀 反射鏡70，爲其第1焦點與高壓放電燈1〇的中心（連結高 壓放電燈10的一對電極16的中心的直線）一致的狀態下’ 沿著高壓放電燈1 〇延伸地所配置’從高壓放電燈10所放射 的光直接地或是利用反射鏡70所反射而作爲平行光’經由 被保持在光罩幕75的罩幕Μ ’照射在被載置於工件平台76 上的塗佈有例如光阻等的感光劑的液晶面板或半導體元件 等的工件77。 201012301 在上述光照射裝置中，在點燈高壓放電燈10時’藉由 未圖示的適當的冷卻水供應機構（泵）供應有冷卻水w ° 所供應的冷卻水W ’是流過形成於高壓放電燈10與冷 卻套60之間的冷卻水流路65內，流過高壓放電燈1〇的壁面 ，具體而言沿著外管20的外周面朝軸方向流過而冷卻高壓 放電燈1 〇全體之後’經由冷卻水排出流路形成構件62被排 出。 在此些高壓放電燈的放電管內，Hg，或與Hg—起封 ❹ 入有Fe、Tl、Sn、Zn、In等的陽離子，此些在燈點燈中被 激勵而光被放射。 專利文獻1:日本特開平06-2675 12號公報 專利文獻2:日本特開2008-146962號公報 【發明內容】 減小放電管，及與冷卻水流在外周面的外管之間的平 均間隙，亦即，減小放電管的外徑與外管的內徑的相差’ © 例如將平均間隙作爲1 〇〇 # m以下，則放電管的長度方向的 照度分布成爲不均勻（所謂照度不均勻）的情形。此爲在 專利文獻1所述者的情形，不會發生者。 本發明人等的專心檢討的結果，可知該情形爲起因於 將間隙作成比專利文獻1者還要小者。 具體而言，構成放電管與外管的構件是玻璃構件之故 ，因而其外面形狀是起伏地不均勻。所以，放電管與外管 之間隙，是例如受到± 1 0 0〆m的變動，平均間隙爲例如1 0 0 -8 - 201012301 /z m以下時，則其間隙成爲變動100%以上。 亦即，放電管與外管是處處有抵接的部分，而在其他 部位成爲存在著例如200 a m以下的間隙。若將冷卻水流在 外管的外周面，則放電管爲抵接部分有良好的熱傳導性， 而有效率地被冷卻，對此間隙爲200 // m的部分是熱傳導性 比抵接部分還要不好，而無法有效率地被冷卻。在放電管 的長邊方向，也產生效率優異地被冷卻的部分，與未被冷 _ 卻部分。 在放電管的內部，封入有Hg，或是與Hg —起封入有 Fe、T1等的陽離子。這些陽離子是在熱平衡狀態又溫度低 的部分，密度變高，而在溫度高的部分密度變低之故，因 而專利文獻2所述的高壓放電燈的情形，在其長度方向， 有效率地被冷卻部分會使得陽離子的密度變高，而在未被 冷卻的部分，則密度變低。如此地在放電管內的長度方向 會使得陽離子的密度分布成爲不均勻，而會把照度分布成 • 爲不均勻（照度不均勻）。 又，專利文獻1的情形，平均間隙爲1 000 # m ’藉由放 電管與外管之外面形狀有起伏，即使其間隙受到例如±1 〇〇 . M m的變動，其間隙的變動也不過是1 0 %左右。所以，專 利文獻1所述的高壓放電燈，是在其長度方向的冷卻分布 幾乎不會發生，也不會有照度分布成爲不均勻（照度不均 勻）的情形。 本發明是鑑於上述情況而創作者，本發明的目的是在 於提供具備放電管，及設於其外方的外管，在外管的內徑 -9- 201012301 與放電管的外徑幾乎相等，而外管與放電管的至少一部分 接觸的高壓放電燈中，抑制照度不均勻的點燈裝置及點燈 方法。 在本發明中，作成如下地來解決上述課題。 (1) 具備兩端被密封，在內部相對配置有一對電極 ，而且至少封入有金屬所成的全體爲棒狀放電管，及設於 該放電管的外方的外管，外管的內徑與放電管的外徑大約 相等，外管與放電管處處接觸，而外管的內徑與放電管的 _ 外徑之相差的平均値爲如左右的高壓放電燈，及沿 著該高壓放電燈的管軸延伸地設置’而在與高壓放電燈的 外管之間形成冷卻水所流過的流路的流路形成構件；及電 性地連接於該一對電極而饋電於上述高壓放電燈的饋電部 所構成的點燈裝置，而如下地構成饋電部。 亦即，生成具有用以點燈上述高壓放電燈的穩定點燈 頻率Π的第1訊號，及具有比用以解決上述高壓放電燈的 照度不均勻的該穩定點燈頻率fl還要低的頻率f2的第2訊號 ❹ 的訊號生成機構；及選擇性地輸出上述第1訊號或第2訊號 的轉換機構；及藉由上述第1訊號或第2訊號所驅動，並將 頻率fl或頻率f2的交流電壓供應於上述高壓放電燈的倒相 電路所構成。如此，以穩定點燈頻率Π進行點燈高壓放電 燈，而在發生照度不均勻之前，轉換成可解決照度不均勻 的頻率比其還要低的頻率f2而進行點燈燈1 0。 (2) 在上述（1)中，上述轉換機構是具有定時機構 ，藉由該定時機構，將頻率Π的交流電壓開始供應於放電 -10- 201012301 燈經第1所定時間後，將供應於上述高壓放電燈的交流電 壓的頻率從Π降低至f2，而在第2所定時間的期間將上述頻 率f2的交流電壓供應於上述高壓放電燈。 (3) 在上述（1) 、（ 2)中，穩定點燈頻率fl[HZ]與 頻率f2[Hz]之關係，是f2 $ 0.3Π。 (4) 在上述（1) 、（2) 、（3)中，在被封入於上 述放電管內所成的金屬含有水銀，上述穩定點燈頻率 〇 Π[Ηζ]，是將被封入於放電管的水銀密度[mg/cm3]作爲Hg ，而將電極間距離[m]作爲AL時，則作爲fKagnor^x 25 0/AL 〇 在本發明中，可得到以下的效果。 (1) 生成具有穩定點燈頻率Π的第1訊號，及具有用 以解決照度不均勻的π還要低的頻率f2的第2訊號，而作成 轉換上述第1訊號與第2訊號進行進行點燈高壓放電燈之故 ，因而可解決穩定點燈時所發生的陽離子的密度分布不均 Ο 勻，可抑制照度分布成爲不均勻（照度不均勻）的情形。 亦即，轉換成比頻率Π還要低的頻率f2，就可把陽離 子拉向一方的電極側，而可解決在穩定點燈頻率Π進行點 燈時所發生的陽離子的密度分布不均勻，並可抑制由此所 作的照度不均勻。 (2) 使用定時機構，藉由轉換供應於上述高壓放電 燈的交流電壓的頻率，以較簡單構成的機構，在實用上無 妨礙程度地，可抑制照度分布不均勻（照度不均勻）。 (3 )藉由將穩定點燈頻率fl [Hz]與頻率f2[Hz]之關係 -11 - 201012301 作成f2 SO.3 fl，可有效地解決照度不均勻的不均勻。 (4)穩定點燈頻率fl [Hz]是將被封入在放電管的水銀 密度[mg/cm3]作爲Hg，而將電極間距離[m]作爲AL時，作 成fl<(Hg/30厂^xaSO/AL，藉此可抑制音響共鳴，而可抑 制利用氣體分布或發生離子的粗密駐波所作的色不均勻。 【實施方式】 首先，針對於本發明作爲對象的光照射裝置加以說明 @ 〇 本發明的光照射裝置，是與表示於上述第11圖者同樣 ，具備高壓放電燈，並設有在進行點燈燈時，區劃冷卻燈 的冷卻水沿著外管壁面所流過的流路的流路形成構件的構 成者。 第1圖是表示本發明的實施形態的光照射裝置的構成 的槪略斷面圖，而第2圖是表示第1圖的a-A線斷面圖。 該光照射裝置是具備以高壓放電燈1〇作爲光源，高壓 G 放電燈10在被插通於內部的狀態下沿著高壓放電燈10的管 軸延伸地所設置，在與高壓放電燈10的外周面之間具有形 成冷卻水W所流過的冷卻水流路6 5的流路形成構件的圓筒 狀冷卻套60。 在高壓放電燈10及冷卻套60的兩端’配置有內部空間 連通於高壓放電燈1 〇與冷卻套6 0之間的冷卻水流路6 5的冷 卻水供應流路形成構件61及冷卻水排出流路形成構件62 ’ 藉由此些來構成冷卻機構。 -12- 201012301 冷卻水供應流路形成構件61及冷卻水排出流路形成構 件62是全體爲大約L字形管狀’以例如管軸朝水平方向延 伸的姿勢連接有高壓放電燈10及冷卻套60。 又，藉由軸方向內方側鎖緊口部63，例如經由〇形環 (未圖示）保持固定著冷卻套60的外周面，而且藉由軸方 向外方側的鎖緊口部64例如經由Ο形環（未圖示）保持固 定著高壓放電燈10的外周面。 φ 冷卻套60是藉由透射從高壓放電燈10所放射的紫外線 的材料，例如石英玻璃所構成。 對於光照射方向（在第1圖及第2圖爲下方向），在高 壓放電燈1 0的背面側，以其第1焦點與高壓放電燈1 0的中 心（以連結高壓放電燈10的一對電極16的中心的直線）一 致的狀態，沿著高壓放電燈10延伸地配置有例如斷面具有 拋物狀反射面71的槽狀反射鏡70。 '從高壓放電燈1 0所放射的光是直接地或是利用反射鏡 ® 7〇被反射而作爲平行光，被照射在經由被保持於罩幕平台 75的罩幕Μ而被載置於工件平台76上例如被塗佈有光阻等 感光劑的液晶面板或半導體元件等的工件77。 在此，反射面71是藉由交互地蒸鏟例如二氧化鈦及二 氧化矽等不相同的反射層所形成的多層膜所形成。 在高壓放電燈10的一對電極16，經由外部導線18電性 地連接有饋電部1，而將交流電壓從饋電部1施加於一對電 極間，藉此，高壓放電燈1 0是進行點燈。 在點燈高壓放電燈10時，冷卻水W藉由未圖示的適當 -13- 201012301

冷卻水供應機構（泵）被供應。在此，冷卻高壓放電燈10 ，是藉由以例如5公升（1 ) /min的流量進行循環冷卻水W 就可達成。 所供應的冷卻水W是沿著高壓放電燈1 0的壁面，具體 爲沿著外管20的外周面流經被形成於高壓放電燈10與冷卻 套60之間的冷卻水流路65內。 以下，針對於上述高壓放電燈1 〇加以說明。 高壓放電燈10是外管20的內徑與放電管11的外徑大約 相等，外管20與放電管11處處接觸，外管與放電管的平均 間隙爲被構成1〇〇 " m以下的雙重管構造者。 又，在此所說的平均間隙是指在裝配外管20與放電管 1 1之前，在複數部位測定外管20的內徑L4與放電管1 1的外 徑L5，而將其相差分量作1/2的平均値，指在有效發光領 域的複數部位所測定的電極間的徑方向的間隙的平均値的 情形。 例如，外管20的內徑L4，是如以下地求出。 測定裝配外管20與放電管11之前的外管20的外徑L1， 並測定外管20的厚度較厚處的厚度L2與較薄處的厚度L3， 利用L4 = L1-L2-L3，求出外管20的內徑L4。 又，放電管11的外徑L5，是在裝配外管20與放電管11 之前所測定的放電管1 1的外徑。 第3圖是表示本發明的實施形態的高壓放電燈的構成 的槪略斷面圖。 與表示於上述第11圖者同樣，該高壓放電燈10是在兩 -14- 201012301 端被密封的例如石英玻璃所成的直管狀內管12的內部’分 別相對配置有例如鎢所成的一對棒狀電極1 6，經由氣密地 埋設於各電極16形成於內管12的棒狀密封部13的例如鉬所 成的金屬箔17電性地連接於從密封部13的外端朝軸方向外 方突出所延伸的外部導線18所成的全體爲棒狀放電管11， 及該放電管11配置於內部的例如石英玻璃所成的外管20所 構成。放電管11與外管20的兩端部分是經由燈座25藉由接 〇 著劑24被固定。 放電管11的密封部13是將例如內管12的構成材料的管 體的兩端部作成熔融狀態而藉由減壓內部的收縮密封法所 形成者，作成比放電管11的中央部（相當於發光領域的部 分）還要小徑。 該高壓放電燈10是高壓水銀燈或是金屬鹵素燈，在放 電管11的內部，例如封入有1 mg/mm3以上的水銀，而且以 適當量封入有氬氣體等的稀有氣體。又，與水銀（Hg) — • 起封入有鐵（Fe)、鉈（T1)、錫（Sn)、鋅（Zn)、銦 (In)等的鹵化合物也可以，又，也有未含有水銀（Hg) 者。如此，例如放射包含波長爲350〜450 nm的紫外線的 光。 如第1圖所示地，在高壓放電燈1 0的一對電極，電性 地連接有饋電部1。 第4圖是表示本發明的第丨實施形態的饋電部的詳細構 成圖。 饋電部1是由：供應有直流電壓的昇壓整流電路2，及 -15- 201012301 連接於昇壓整流電路2的輸出側並將直流電壓變更成交流 電壓而供應於放電燈10的全橋接型倒相電路3，及在全橋 接型倒相電路3與高壓放電燈10之間被串聯連接於高壓放 電燈10的線圈LL1、起動線圈LL2及起動電路4，及控制全 橋接型倒相電路3的開關元件（例如IGBT )的驅動的控制 部5所構成。 昇壓整流電路2是被連接於交流電源2a，爲由昇壓變 壓器T1、整流二極體D1、平滑電容器C1所構成的整流電 路，將交流電壓轉換成直流電壓，而將其後的線圈LL3、 開關元件S1、二極體D1、電容器C2所構成的昇壓斬波電 路所昇壓的直流電壓供應於全橋接型倒相電路3。 在昇壓斬波電路的IGBT或FET等的開關元件S1連接有 控制電路2b，藉由變更開關元件S 1的開關頻率及開閉期間 ，成爲可供應所期望的電壓。 全橋接型倒相電路3是由橋接狀地連接的IGBT或FET 等的開關元件Q1〜Q4所構成。全橋接型倒相電路3的開關 元件的開閉（ON、OFF )是藉由下述的驅動電路所驅動。 全橋接型倒相電路3的動作’交互地重複開閉開關元 件Ql、Q4與開關元件Q2、Q3。當導通開關元件Q2、Q3時 ，電流流在昇壓整流電路2—開關元件Q3 —線圈LL1—起 動線圏LL2-放電燈10—開關元件Q2—昇壓整流電路2。 —方面，當開關元件Q 1、Q4作成導通時，則將交流 矩形波電流經昇壓整流電路2—開關元件Q 1 —放電燈1 〇 — 起動線圈LL2 —線圈LL1—開關元件Q4—昇壓整流電路2的 201012301 路徑供應於放電燈10。 控制部5是由多諧振動器、LC振盪電路等所構成，由 發訊基本振盪波形的訊號A的基本頻率振盪電路5a，及發 訊比該訊號A還要低頻的訊號B的低頻振盪電路5c，及發訊 在所定時間轉換開閉的定時訊·號T的定時電路5b所構成。 上述基本頻率振盪電路5a、定時電路5b、低頻振盪電路5c 所輸出的各訊號A、T、B是以驅動電路5 d所組合。 針對於各訊號A、B、T被組合而用以控制全橋接型倒 相電路3的訊號合成，使用第5圖至第7圖加以說明。 第5圖是表示驅動電路的詳細圖。 具有振盪電路5a所輸出的頻率fl的訊號A，是被輸入 至邏輯電路L1 (「及」電路）的一方的輸入端子，而在邏 輯電路L1的另一方的輸入端子，輸入有定時電路5b的輸出 訊號T。如下述的第7圖所示地，定時電路5b的輸出訊號T ’是例如在訊號A的下降時從高位準（η位準）變更成低 β 位準（L位準）’或是從低位準（L位準）變更成高位準（ Η位準）的訊號，訊號Α的第1所定周期別地狀態從η變更 成L位準’而訊號a的第2所定周期別地狀態從l變更成η位 準。 邏輯電路L1是定時電路5b的輸出爲Η位準時，則輸出 訊號Α。 又’定時電路5b的輸出訊號τ是被輸入至邏輯電路L2 (倒相電路）而被倒相’而被輸入至邏輯電路L3(「及」 電路）的一方的輸入端子。在邏輯電路L3的另一方的輸入 -17- 201012301 端子輸入有低頻振盪電路5c的輸出[具有頻率f2 ( f2<fl ) 的訊號B]。邏輯電路L3是定時電路5b的輸出訊號T爲L位準 時，輸出訊號B。 邏輯電路L1、L2的輸出是被輸入至邏輯電路L4(「或 」電路）的輸入端子，而邏輯電路L4是當定時電路5b的輸

出爲Η位準時，則輸出訊號A，而當定時電路5 b的輸出爲L 位準時，則輸出訊號B。亦即，以定時電路5b與邏輯電路 LI、L2、L3、L4構成轉換電路SL，而轉換電路SL是因應 _ 於定時電路5b的輸出訊號T，選擇性地輸出訊號A或訊號B 〇 邏輯電路L4的輸出訊號C1是被輸入至延遲電路DD1， 而延遲電路DD1是輸出延遲訊號C1的訊號C2。訊號Cl、C2 是被輸入至邏輯電路L5(「及」電路）的輸入端子，而邏 輯電路L5是輸出其「及」訊號的訊號X。該訊號X是成爲 全橋接型倒相電路3的開關元件Q1、Q4的驅動訊號。 又，訊號Cl、C2是在邏輯電路L6、L7(倒相電路） 〇 被倒相’而被輸入至邏輯電路L8(「及」電路）的輸入端 子’而邏輯電路L8是輸出其「及」訊號的訊號Y。該訊號 Y是成爲全橋接型倒相電路3的開關元件Q2、Q3的驅動訊 號。 第6圖是表示控制部的動作的流程圖，第7圖是表示控 制部的時序圖，而利用第5圖、第6圖、第7圖來說明動作 〇 首先，在步驟S1’從基本頻率振盪電路5 a製作基本振 -18- 201012301 盪波形的訊號A。 之後，在步驟S2，以基本振盪波形爲基礎、生成頻率 f 1、f2的點燈波形、定時波形。亦即，以振盪電路5a所輸 出的訊號A爲基礎在低頻振盪電路5c，製作比訊號A還要低 頻率的訊號B，又，使用訊號A在定時電路5b，製作在所定 時間轉換開閉的定時訊號T。 在步驟3，組合訊號A (頻率Π)、訊號B (頻率f2) m 及訊號T，而製作全橋接型倒相電路的IGBT等所構成的開 關元件Q1〜Q4的驅動訊號X、Y。 在步驟4，依據X、Y波形，上述開關元件Q1〜Q4被開 閉，俾進行交流點燈。 亦即，訊號T爲Η位準的期間，輸出穩定點燈頻率Π的 訊號X、Y，以穩定點燈頻率Π進行點燈高壓放電燈。 接著，以高壓放電燈發生照度不均勻之前的穩定點燈 頻率fl開始點燈經所定時間後，以訊號T作爲L位準，而以 ® 比穩定點燈頻率Π還要低的頻率f2進行點燈高壓放電燈。 此時，高壓放電燈的放電管的陽離子，是低頻率被輸 入，使得被拉向陰極的時間變久，而攪亂電漿中的陽離子 。藉由其攪拌效果會把陽離子的分布成爲一樣’比穩定點 燈頻率Π被輸入時還可解決陽離子分布的不均勻’而可抑 制照度不均勻。 又，在第5電路中，設置延遲電路DD1來生成延遲的 訊號C2，來進行訊號C1與訊號C2(或是其倒相訊號）的 邏輯積，而在訊號X的導通時與訊號Y的導通時之期間， -19- 201012301 設置雙方的訊號成爲斬開的休止期間。此爲，爲了解決若 開關元件Q1〜Q4同時地被導通就被破壞的問題，而形成 空檔時間者。 在本實施形態中，生成具有穩定點燈頻率Π的訊號A ，及具有比fl還要低的頻率f2的訊號B，藉由定時電路5b 所定時間別地轉換訊號A與訊號B，而藉由穩定點燈頻率fl 的訊號，及可解決照度不均勻的比其頻率還要低的頻率f2 的訊號來驅動全橋接型倒相電路3的開關元件Q1〜Q4，作 @ 成進行點燈高壓放電燈之故，因而可解決發生在穩定點燈 時的陽離子的密度分布不均勻，而可抑制照度分布成爲不 均勻（照度不均勻）的情形。 亦即，所定時間別地轉換成比穩定點燈頻率Π還要低 的頻率f2，把陽離子拉向一方的電極側，而可解決在穩定 點燈頻率Π所點燈時所發生的陽離子的密度分布不均勻， 並可抑制由此所作的照度不均勻。 又，事先知道高壓放電燈發生照度不均勻的時間之故 @ ，因而上述定時電路56的訊號T，是在照度不均勻發生在 高壓放電燈之前的所定時間，被設定在轉換訊號A、B的時 機。 還有，如下述的實驗結果所示地，低頻率f2是5 Hz以 上，且若在穩定點燈頻率Π的3 0%以下，則一面可抑制電 極變形，一面有效地可抑制照度不均勻。 又，作爲將低頻率f2插入在穩定點燈頻率Π的時機’ 爲在發生陽離子的不均勻分布之前實施較佳。所以’以穩 -20- 201012301 定點燈頻率Π開始點燈之後10分鐘以內插入低頻率f2較佳 還有，低頻率f2被插入的期間，是1周期至1 〇周期（1 周期是頻率f2的訊號的開閉期間），以穩定點燈頻率Π點 燈的期間，是作爲時間爲0.1〜6秒鐘間的範圍較佳。 又，以低頻率f2進行點燈的期間及以低頻率f2進行點 燈的周期，是依燈的規格、點燈條件、外管與發光管所抵 0 接的面積或抵接的部分的數量等所決定者。 在此，在進行交流點燈的燈中，藉由音響共鳴，會發 生照度不均勻爲先前就知道（例如，參照日本特開昭63-285899號公報的第2頁左上欄的第15行〜等）。 音響共鳴是以滿足下式（1 )的條件所發生。又，在 下式（1 )所表示的fa是音響共鳴頻率，m是常數，V是音 速（m/s) ，AL是電極間距離[單位：m]。 9 fa = mv/2(2AL) …⑴ 在滿足該（1 )式的條件下，眾知在燈的軸方向發生 氣體分子或電離離子的相密駐波（稱爲「音響共鳴」）而 發生顏色不均句。 在（1)式的音速V，一般以比熱比τ，密度p (單位 :kg/m3 )及壓力p (單位：N/m2)可表示示[參照次式（ 2 ) ]° 201012301 v = ( r p/ /〇 )° 5 “·（2) 將（2 )式代入（1 )式，則成爲次式（3 )。 fa = m( r p/p )° 5/(2AL) …（3) 該音響共鳴頻率fa，是依存於封入物的蒸汽壓、氣體 密度、溫度等。 φ 在實際的燈，這些數値並不一樣，對燈尺寸（內徑、 電極間距離，此些之比率）或點燈條件（輸入），放電管 的冷卻條件（內表面溫度等）有很大的依存分布之故，因 而必須實驗式地嚴密地求出。 本發明是以抑制照度不均勻作爲目的，該照度不均勻 是如上述地藉由音響共鳴也發生之故，因而也抑制音響共 鳴較佳。 於是，實驗性地求出本發明的穩定點燈頻率Π未滿足 參 上述音響共鳴頻率fa的範圍。 其結果，知道近似地成爲以下的條件（4 )。又’在 條件（4 )所表示的Hg是封入水銀密度（單位：mg/cm3 ) 。AL是與上述相同的電極間距離（單位：m )。 fl<(Hg/3 0) 0 33x25 0/AL …（4) 在第4圖的點燈裝置中，使用以所定時間轉換的定時 -22- 201012301 電路5b與邏輯電路L1〜L4所成的轉換電路SL進行訊號A與 訊號B的轉換，惟作爲轉換訊號A與訊號B的機構，並不被 限定於定時電路者，使用以下所說明的機構也可以。 第8圖是表示本發明的第2實施形態的饋電部的構成圖 ’利用同圖來說明其他的構成例。 表示於第8圖的點燈裝置是沿著高壓放電燈的長度方 向設置複數照度計PS1、PS2、PS3 .......，並且設置互相 Φ 地比較利用該照度計所作的測定結果的比較電路5e，及當 其輸出的相差成爲一定値以上，則轉換訊號A與訊號B的反 饋控制電路5f。 亦即，代替第4圖的定時電路5b，設置比較電路5e與 反饋控制電路5f，而依據比較電路5e的比較結果，利用反 饋控制電路5f來轉換訊號A與訊號B。 第8圖是僅生成將驅動電路4d予以動作的訊號T的電路 有所不同，其他的構成，是與表示於第4圖者基本上相同 ® ，以下，僅說明與第4圖不相同之處。 進行點燈燈時，位於高壓放電燈10的電極間的徑方向 的方式，設有複數照度計PS1、PS2、PS3.......(以下作 爲設有3個照度計PS1、PS2、PS3的情形加以說明）。 複數照度計PS1、PS2、PS3，是測定高壓放電燈10的 長度方向的各照度計，並將其結果送訊至比較電路5e。在 比較電路5e中，比較利用各照度計PS1、PS2、PS3....... 所作的測定結果，而在測定結果，產生某一定値以上的偏 差，則將轉換訊號D送訊至反饋控制電路5f。 -23- 201012301 反饋控制電路5f是高壓放電燈10的長度方向的照度分 布從所定範圍偏離時，則將轉換點燈頻率的訊號送訊至驅 動電路5d。亦即，反饋控制電路5f是將訊號E作成L位準， 而驅動電路5d是當該訊號E成爲L位準。則將全橋接型倒相 電路的開關元件Q1〜Q4的驅動訊號X、Y的頻率從穩定點 燈頻率fl轉換成f2。 藉此，當解決上述照度計的測定結果的偏差，則比較 電路5e是停止轉換訊號D的送訊，反饋控制電路5f是將訊 ⑩ 號E作爲Η位準。驅動電路5d是當該訊號E成爲Η位準，貝[J 將反饋控制電路的開關元件Q1〜Q4的驅動訊號X、Υ的頻 率恢復成穩定點燈頻率Π。 在此所說的所定範圍，是指藉由來自高壓放電燈10的 紫外線所照射的被照射物，有被容許的照度分布的均勻性 ，而可維持該容許的照度分布的均勻性的範圍，例如指 ±10%的照度分布的情形。 又’驅動電路的內部構成是基本上與表示於第5圖相 Θ 同，其動作也如第7圖所示地，在第5圖中，上述訊號E被 輸入至訊號T被輸入的端子。 上述第1實施形態與本實施形態的不相同處，是從穩 定點燈頻率Π轉換成f2的時機，在第1實施形態爲所定時間 別地’而在本實施形態爲是否從所定的照度分布偏離的情 形上不同，其以外的作用，效果爲共通。 爲了確認本發明的效果，進行以下的實驗。 -24- 201012301 (1 )實驗例1 將使用於實驗的光照射裝置的構成表示於第9 (a)圖 ，具有與表示於上述第1圖的光照射裝置同樣的構成，其 規格是如下所述。 •放電管（發光管）：內徑5.4 mm 外徑9 mm •外管：內徑9.15 mm 外徑12 mm •電極間距離：500 mm φ •封入物 水銀密度5 mg/cm3 •流在水冷套與外管之間的冷卻水的流量：20 L/min 使用於實驗的高壓放電燈的點燈條件，是輸入穩定點 燈頻率Π 1秒鐘，之後將低頻率f2輸入1周期分量（以頻率 Π的開閉作爲1周期）的方式交互地輸入頻率Π與f2的訊號 。亦即，穩定點燈頻率Π爲1秒鐘—低頻率f2爲1周期—穩 定點燈頻率Π爲1秒鐘—……（以下同樣）。 © 點燈頻率是如以下。 .穩定點燈頻率 fl: 100、500、800、1000 Hz •低頻率 f2: 3、 5、 10、 30、 50' 100、 150、 200、 300、500 Hz 在使用於實驗的高壓放電燈的電極間的徑方向外方， 經由冷卻套配置有複數照度計。該複數照度計是沿著高壓 放電燈的長度方向所配置，而測定其長度方向的照度分布 〇 該照度計是從電極前端朝軸方向距5 cm之部位，以10 -25- 201012301 mm間隔朝著高壓放電燈的長度方向所配置。 又，藉由照度g十測定從電極目U端距5 cm的位置朝軸方· 向1 cm別地相對的電極的5 cm前的照度，如第9(b)圖所 示地，由各照度計所測定的各照度，求出平均値，進行觀 察其平均値與各照度之偏差程度（亦即，照度不均勻）。 將觀察的結果匯集在表1。在表1中，由平均値有最大 1 5 %以上的偏差程度時作爲X，最大1 0 %〜1 5 %之間的偏差 程度時作爲△，最大5%〜10%之間的偏差程度時作爲〇， 而最大不足5%的偏差程度時作爲◎。

[表1] η fl〇 Ηζ) (Hz) 100 500 800 1000 3 ◎ ◎ 〇 Δ 5 ◎ ◎ 〇 Δ 10 〇 ◎ 〇 Δ 30 Δ ◎ 〇 Δ 50 X 〇 〇 Δ 100 X Δ 〇 Δ 150 X Δ Δ Δ 200 X X Δ Δ 300 X X X Δ 500 X X X X ❹ (記號的說明） ◎:效果大 〇：有效果 △:有些效果 X:幾乎沒有效果 -26- 201012301 如表1所示地，低頻率f2爲穩定點燈頻率fl的30%以下 時，則可得到照度不均勻的抑制效果。 但是，低頻率f2爲3 Hz時，發生電極變形。此爲，從 一方電極朝著另一方的電極流著電流之期間過久，亦即直 流點燈期間過久之故，因而可能爲一面地受到電子相撞的 電極會變形者。所以，低頻率f 2的較佳範圍爲成爲5 S f 2客 0.3fl 。 φ 又，在表1中，表示在穩定點燈頻率fl爲1 000 Hz，都 是△，對於此在穩定點燈頻率fl爲800 Hz以下的範圍，表 示照度不均勻被抑制的情形。此爲，Π : 800 Hz以下的範 圍爲相當於在上述所說的抑制音響共鳴所用的條件的（4 )式的flWHgnormeSO/AL，所以，可知可抑制利用音 響共鳴所作的照度不均勻。 (2 )實驗例2 β 將燈的發光長（電極間距離）變更爲1000 mm，而與 上述實驗例1同一條件下進行實驗。燈規格是如下所述。 •放電管（發光管）：內徑5.4mm 外徑9mm •外管：內徑9.1 5 mm 外徑1 2 mm •發光長（電極間距離）：1000 mm •封入物 水銀密度5 mg/cm3 .流在水冷套與外管之間的冷卻水的流量：25 L/min 將其結果表示於表2。 -27- 201012301 該情形，是在頻率【丨爲400 ^與5〇0 Hz之間，可知利 用音響共鳴所作的照度不均句的抑制有所作用。 [表2]

L少又叫 {2 (Hz) 100 200 400 500 3 ◎ ◎ 〇 Δ _ 5 ◎ ◎ 〇 Δ 10 〇 ◎ 〇 Δ 30 Δ 〇 〇 Δ 60 X Δ 〇 Δ 100 X X r Ο Δ 120 X X Δ Δ 150 X X X Δ 200 X X X X 300 X X X X

(記號的說明）

◎:效果大 〇：有效果 △:有些效果 X：幾乎沒有效果 (3 )實驗例3 變更燈的封入物，使用金屬鹵素燈’與上述實驗例1 同一1條件下進行同樣的實驗。燈規格是如下所述。 .放電管（發光管）：內徑4.6 mm 外徑10.3 mm .外管：內徑10.45 mm 外徑13 mm •發光長（電極間距離）：500mm -28- 201012301 •封入物 水銀密度2.5 mg/cm3 碘化鐵：0.45 mg/cm3 碘化鉈：0.06 mg/cm3 i Ba ώίι '卻水的流量：20 L/min •流在水冷套與外管之間的冷θ 將其結果表示於表3。

L衣J J — η m ffeL-- --- ----- (Hz) 100 500 一 1000 1200 —-------- 3 ◎ © _ 〇 ---- - Δ 5 ◎ ◎ 〇 Δ 10 〇 ◎ Ί 〇 Δ 30 Δ ◎ 〇 Δ 50 X 〇 Γ ο Δ 100 X Δ 〇 Δ 150 X Δ 〇 Δ 200 X X 〇 Δ -----—. 300 X X Δ Δ • 1 —---——----- 500 X X X X (記號的說明） ◎:效果大 〇：有效果 △:有些效果 X:幾乎沒有效果 該情形，是在頻率fl爲1 000 Hz與1 200 Hz之間，可知 利用音響共鳴所作的照度不均勻的抑制有所作用。亦即’ -29- 201012301 與水銀以外的金屬的添加量相比較，若水銀的添加量較多 時（比其他金屬多5倍左右以上），可知可適用上述（4) 式的 fl<(Hg/30)-° 33x2 5 0xAL。 又，由上述（2) - (3)的實驗結果，在實驗例1所得 到的低頻f2的較佳的範圍的5 S f2 S 0.3 f 1的式，被確認也 可適用於其他的燈。 【圖式簡單說明】 @ 第1圖是表示本發明的實施形態的高壓放電燈的構成的 槪略斷面圖。 第2圖是表示第1圖的A-A線斷面圖。 第3圖是表示本發明的實施形態的高壓放電燈的構成的 槪略斷面圖。 第4圖是表示本發明的第1實施形態的饋電部的詳細構 成圖。 第5圖是表示圖示於第4圖的控制部的驅動電路的詳細圖 @ 〇 第6圖是表示控制部的動作的流程圖。 第7圖是表示用以說明控制部的動作的時序圖。 第8圖是表示本發明的第2實施形態的饋電部的構成圖

Q 第9(a)圖及第9(b)圖是表示使用於實驗的光照射 裝置的構成及測定位置與照度的圖式。 第10(a)圖及第10(b)圖是表示習知的光源的構成的 -30- 201012301 圖式。 第Π (a)圖及第11(b)圖是表示習知的光照射裝置 的構成的圖式。 第12 (a)圖及第12(b)圖是表示圖示於第11圖的光照 射裝置的放電管與外管的圖示。 【主要元件符號說明】 φ 1:饋電部，2:昇壓整流電路，2a:交流電源，2b: 控制電路，3:全橋接型倒相電路’ 4:起動電路’ 5:控 制部，5a:基本頻率振盪電路’ 5b:定時電路’ 5c:低頻 率振盪電路，5d:驅動電路’ 5e:比較電路，5f:反饋控 制電路，10 :高壓放電燈，1 1 ··放電管’ 12 :內管’ 13 : 密封部，16:電極，17:金屬箔，18:外部導線’ 20:外 管，6 0 :冷卻套，61 :冷卻水供應流路形成構件，6 2 :冷 卻水排出流路形成構件，63、64 : 口鎖緊部，65 :冷卻水 φ 流路，70 :反射鏡，75 :罩幕平台’ 76 :工件平台，77 : 工件，T1:昇壓變壓器，D1:二極體’ C1:平滑電容器 ，C2 :電容器，LL1、LL3 ··線圈，S1 :開關元件，SL : 轉換電路，DD1 :延遲電路，PS1、PS2、PS3:照度計， W:冷卻水，M:罩幕，Q1〜Q4:開關元件，L1〜L8:邏 輯電路。 -31 -

Claims (1)

1. 201012301 七、申請專利範圍： 1. 一種點燈裝置，屬於由： 具備兩端被密封，在內部相對配置有一對電極’而且 至少封入有金屬所成的全體爲棒狀放電管’及設於該放電 管的外方的外管的高壓放電燈；及 沿著上述高壓放電燈的管軸延伸地設置’而在與高壓 放電燈的外管之間形成冷卻水所流過的流路的流路形成構 件；及 參 電性地連接於該一對電極而饋電於上述高壓放電燈的 饋電部所構成的點燈裝置，其特徵爲： 上述饋電部是由： 生成具有用以點燈上述高壓放電燈的穩定點燈頻率Π 的第1訊號，及具有比用以解決上述高壓放電燈的照度不 均勻的該穩定點燈頻率π還要低的頻率f2的第2訊號的訊號 生成機構；及 選擇性地輸出上述第1訊號或第2訊號的轉換機構；及 ❹ 藉由上述第1訊號或第2訊號所驅動，並將頻率fl或頻 率f2的交流電壓供應於上述高壓放電燈的倒相電路所構成 〇 2 .如申請專利範圍第1項所述的點燈裝置，其中， 上述轉換機構是具有定時機構，藉由該定時機構，將 頻率fl的交流電壓開始供應於放電燈經第1所定時間後， 將供應於上述高壓放電燈的交流電壓的頻率從Π降低至f2 ，而在第2所定時間的期間將上述頻率f2的交流電壓供應 -32- 201012301 於上述高壓放電燈。 3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的點燈裝置’其 中， 上述穩定點燈頻率fl[Hz]與頻率f2[Hz]之關係’是f2 S 0.3fl 。 4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的點燈 裝置，其中， # 在被封入於上述放電管內所成的金屬含有水銀， 上述穩定點燈頻率fl [Hz]，是將被封入於放電管的水 銀密度〇g/cm3]作爲Hg，而將電極間距離[m]作爲AL時， 則 fl <(Hg/30)·0 33x250/AL。 φ -33-