TWI287947B - Light modulation apparatus for excimer discharge lamp - Google Patents

Description

1287947 ⑴ 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明是關於一種準分子放電燈的調光裝置。 【先前技術】 習知，作爲準分子放電燈的調光裝置，眾知有將點燈 電壓或點燈頻率作成可變並施以調光，或進行叢訊調光者 〇 作爲將施加於準分子放電燈的矩形波電壓的點燈頻率 作成可變並施以調光者，眾知有如揭示於日本特開2002 一 2 1 6993號公報者。 一般，施加於準分子放電燈的高頻電壓是可將矩形波 者所放射的光強度作成較強之故，因而以矩形波電壓來點 亮準分子放電燈時，則充電於每1 /2週期的電荷量，是依 存於準分子放電燈的電極間的容量與被施加於燈的電壓。 例如，在以外管與內管所構成雙重管構造的放電容器所成 的準分子放電燈中，將各該管的管厚作成2mm，將間隙 長度作成5mm，封入氣體使用Xe，而將封入氣體壓作成 大約55Pa時，若將輸入電力作爲8W/cm，則以Q = CV = it 的式子表示，而充電時間t是成爲大約2 μ sec。式中’ Q 是充電的電荷量；C是準分子放電燈的靜電容量，V是施 加電壓，i是電流。 如此地，將施加於準分子放電燈的矩形波電壓的點燈 頻率加以可變並進行調光時，每一 1 /2週期的作用比率爲 -4- 1287947 (2) 一定之故，因而若變更點燈頻率，則也變更每一 1 / 2週期 的導通時間，亦即也變更打開全電橋電路的交換用FET 的閘極的時間。例如導通作用比率2 0 %時，若點燈頻率爲 1 0 0kHz，則導通時間是2 // sec，而斷開時間是8 // sec， 惟若點燈頻率成爲50kHz，則導通時間是4 // sec，而斷開 時間是1 6 // s e c。 又’將準分子放電燈作爲進行叢訊調光者，眾知例如 揭示在日本特開平1 0 - 97 8 9 8號公報者。該叢訊調光是將 藉由數10kHz至數100kHz的高頻高電壓以低頻脈衝電壓 進行調變的電壓施加於準分子放電燈者，並將該脈衝電壓 的導通，斷開比作成可變來進行調光者。 專利文獻1 :日本特開2 0 0 2 — 2 1 6 9 9 3號公報 專利文獻2:日本特開10— 97898號公報 然而，在將施加於準分子放電燈的點燈電壓施以可變 並進行調光的裝置，藉由提高點燈電壓能增大燈電力而可 增強從準分子放電燈所放射的光強度，惟隨著點燈電壓變 高’與用以發光準分子光的172nm光的能量準位不相同 的能量準立的激勵量變多，有降低丨72nm光的發光效率 的問題。又當降低點燈電壓，則有燈電力變少，會熄滅燈 的缺點問題。 第I 〇圖表示將施加於習知準分子放電燈的矩形波電 壓的頻率施以可變並進行調光的裝置的燈電壓波形，燈電 流波形’及全電橋電路的閘信號波形的圖式。 如同圖所示地，若導通時間爲每一 1 /2週期的充電時 -5- 1287947 (3) 間以上時，亦即，充電時間以上打開全電橋電路的交換用 FET的閘極時，則在燈電流波形地，當結束充電之後利用 振動電流流著逆電流。亦即，雖結束充電之後仍打開全電 橋電路的FET的閘極的期間，藉由變壓器的電感成分， 負載的容量成分，以及負載的電阻成分產生串聯諧振之故 ，因而產生對於準分子放電燈無法控制的不穩定的放電， 很難進行穩定的調光。 又，將點燈頻率施以可變並進行調光時，若點燈頻率 有變更則導通時間也變更之故，因而變壓器的磁通密度是 以B = Vt/NS的式子所表示，而爲了時間t依存於交換用 FET的導通時間而增大，也產生增加激磁電流且變壓器發 熱的缺點問題。式中V是施加於變壓器的電壓；N是線圈 匣數，S是變壓器芯的斷面積。 又，在叢訊調光中，飛躍地擴大可調光的範圍，成爲 可調光約0%至1 00的範圍，惟需要複雜的控制電路。又 ，爲了重複低頻脈衝電壓的導通，斷開，每當產生施加於 準分子放電燈的電壓超越量，也有產生不均勻放電或異質 放電的缺點問題。又，在導通期間，藉由變動準分子放電 燈的負載，使得成爲基準頻率的高頻電壓的點燈的光不穩 定之故，因而作爲整體很難進行穩定的調光。 本發明的目的是鑑於上述各種缺點問題，屬於在準分 子放電燈施加kHz頻帶以上的高頻電壓，藉由變更上述高 頻電壓的頻率來進行調光的準分子放電燈調光裝置中，提 供一種可將準分子放電燈施以穩定且廣範圍的調光的準分 -6 - 1287947 (4) 子放電燈調光裝置。 【發明內容】 本發明是爲了解決上述課題，採用如下手段。 第一手段是針對於在準分子放電燈施加kHz頻帶以上 的高頻電壓，藉由變更上述高頻電壓的頻率來進行調光的 準分子放電燈調光裝置，其特徵爲：將上述頻率的每1/2 週期的導通時間，作成與有助於上述準分子放電燈的發光 的電荷所充電的時間大約相同。由此可成爲穩定的調光。 第二手段是在第一手段中，將有助於上述準分子放電 燈的發光的電荷所充電的時間，依據燈電流的主放電期間 進行設定，爲其特徵者。 第三手段是在第一手段中，將有助於上述準分子放電 燈的發光的電荷所充電的時間，藉由燈電流流動臨界値以 上的期間進行設定，爲其特徵者。 第四手段是在第一手段中，施加於上述準分子放電燈 的上述高頻電壓，是藉由具有比該高頻電壓的頻率還低的 頻率的矩形波電壓進行調變，爲其特徵者。 第五手段是在第一手段中，施加於上述準分子放電燈 的上述局頻電壓，是藉由將具有比該筒頻電壓的頻率還低 的頻率的正弦波電壓截割成所定臨界値以下的電壓進行調 變，爲其特徵者。 第六手段是在第一手段中，施加於上述準分子放電燈 的上述高頻電壓，是以所定臨界値補償具有比該高頻電壓 1287947 (5) 的頻率還低的頻率的正弦波電壓，且藉由截割成所定臨界 値以下的電壓進行調變，爲其特徵者。 第七手段是在第一手段中，檢測從上述準分子放電燈 所放射的放射光強度’按照上述放射光的強度來變更上述 高頻電壓的頻率，爲其特徵者。 (發明的效果） 依照申請專利範圍第1項所述的發明，針對於在準分 子放電燈施加kHz頻帶以上的高頻電壓，藉由變更上述高 頻電壓的頻率來進行調光的準分子放電燈調光裝置，其特 徵爲：將上述頻率的每1 /2週期的導通時間，作成與有助 於上述準分子放電燈的發光的電荷所充電的時間大約相同 之故，因而在結束充電後不會流動振動電流，成爲斷開期 間被控制之狀態，在斷開期間不會產生準分子放電燈的壓 降，而爲了調光，變更頻率的結果，即使變更斷開期間， 也不會變更施加於準分子放電燈的電壓之故，因而可成爲 穩定的調光。 依照申請專利範圍第2項所述的發明，將有助於上述 準分子放電燈的發光的電荷所充電的時間，依據燈電流的 主放電期間進行設定之故，因而成爲可適當地設定有助於 準分子放電燈的發光的電荷所充電的時間。 依照申請專利範圍第3項所述的發明，將有助於上述 準分子放電燈的發光的電荷所充電的時間，藉由燈電流流 動臨界値以上的期間進行設定之故，因而成爲可容易地設 -8- 1287947 (6) 定有助於準分子放電燈的發光的電荷所充電的時間。 依照申請專利範圍第4項所述的發明，施加於上述準 刀子放電燈的上述局頻電壓，是藉由具有比該高頻電壓的 頻率還低的頻率的矩形波電壓進行調變之故，因而藉由變 更上述高頻電壓的頻率可進行調光，同時藉由將矩形波電 壓的導通期間作成可變也可進行調光，成爲可將準分子放 電燈在廣範圍進行穩定的調光。 依照申請專利範圍第5項所述的發明，施加於上述準 分子放電燈的上述高頻電壓，是藉由將具有比該高頻電壓 的頻率還低的頻率的正弦波電壓截割成所定臨界値以下的 電壓進行調變之故，因而藉由變更上述高頻電壓的頻率可 進行調光，同時藉由將上述被截斷的正弦波電壓的頻率作 成可變也可進行調光，成爲可將準分子放電燈在廣範圍進 行穩定的調光。 依照申請專利範圍第6項所述的發明，施加於上述準 分子放電燈的上述高頻電壓，是以所定臨界値補償具有比 該高頻電壓的頻率還低的頻率的正弦波電壓，且藉由截割 成所定臨界値以下的電壓進行調變之故，因而藉由將上述 補償且被截斷的正弦波電壓的頻率作成可變也可進行調光 ，成爲可將準分子放電燈在廣範圍進行穩定的調光。 依照申請專利範圍第7項所述的發明，檢測從上述準 分子放電燈所放射的放射光強度，按照上述放射光的強度 來變更上述高頻電壓的頻率之故，因而成爲按照放射光的 強度可進行調光。 -9- 1287947 (7) 【實施方式】 使用第1圖至第3圖說明本發明的第一實施形態。 第1圖是表示本實施形態的發明的準分子放電燈調光 裝置的構成圖式；第2圖是表示圖示於準分子放電燈調光 裝置的各部的電流波形或信號波形的圖式；第3 ( a )圖 是表示圖示於第1圖的斬波電路4的輸出電壓波形的圖式 ;第3(b)圖是表示圖示於第1圖的全電橋電路5的輸 出電壓波形的圖式。 在第1圖中，1是直流電源部，2是商用電源，3是 整流器，4是斬波電路，5是全電橋電路，6是檢測燈電 流的電流檢測器，7是變壓器，8是準分子放電燈’ 9是 發生矩形波信號的矩形波發生電路，1 〇是依據從矩形波 產生電路9所輸出的矩形波信號送出開閉斬波電路4的交 換元件的信號的斬波電壓用PWM控制電路，1 1是電壓檢 測器，1 2整流在電流檢測器6所檢測的燈電流的電流檢 測電路，1 3是在內設比較器中，輸出用以控制全電橋電 路5的各交換元件的PWM脈衝信號的PWM控制電路， 1 6是驅動電路。 在第2圖中，（1 )是在電流檢測器1 2所檢測的燈電 流波形’ （2 )是在TTL位準波形整形電路的從電流檢測 電路1 2所輸入的燈電流的整流燈電流波形與比較位準信 號的對比，（3 )是相對應於具有從TTL位準波形整形電 路1 3輸出至邏輯電路1 4的比較位準信號以上的大小的燈 -10- 1287947 (8) 電流期間所輸出的整形脈衝信號波形，（4 )， PWM控制電路15輸入於邏輯電路14的PWM脈 6 )’（ 7 )是在邏輯電路1 4採用整形脈衝信號！ 衝信號的邏輯乘積，而從驅動電路1 6輸出至全 5的各交換元件的閘驅動信號。 在此，從PWM控制電路所輸出的PWM脈 是如作用比是40%而頻率是1 00kHz，利用將該 可變，就可調光準分子放電燈8。 如第2圖的（6 ) ， （ 7 )所示地，依照本實 發明，閘驅動信號，是僅在進行有助於表示於第 1 )所示的準分子放電燈8發光的主放電的燈電 驅動全電橋電路5的交換元件，而該燈電流期間 關閉。結果，增加於準分子放電燈8的高頻電 W2週期的導通時間成爲與有助於準分子放電燈 的電荷被充電的時間大約相同，而在結束充電之 電橋電路5的交換元件的閘極是成爲被關閉。 如此地，依照本實施形態的發明，檢測流在 電燈8的電流，藉由反饋充電時間，可確實地將 與矩形波狀施加電壓的每一 1 /2週期的導通時間 之故，因而在關閉全電橋電路5的交換元件時， 所示地，結束電荷之後，燈電流並不是成爲振動 燈電壓也被保持在一定値。亦即，不會流動結身 圖所示的充電後的振動的燈電流，而成爲控制斷 狀態。由此，斷開期間是不會產生準分子放電燈 (5 )是從 衝信號， ! PWM 脈 電橋電路 衝信號， 頻率作成 施形態的 2圖的（ 流期間， 以外是被 壓的每一 8的發光 同時，全 準分子放 充電時間 作成一致 如第9圖 電流，又 ί如第I 0 開期間的 的壓降， -11 - 1287947 (9) 使得用以調光的頻率會變化，即使變更斷開期間，也不會 變更施加於準分子放電燈8的電壓之故’因而成爲可進行 安定的調光。 又，將導通交換元件的期間作成與有助於發光的電荷 所充電的時間大約相同之放，因而即使變更頻率，導通期 間也不會變更，而以B = Vt/NS所表不的磁通密度B沒有 變化，不會流通激磁電流，可抑制變壓器的發熱。 又，依照本實施形態的發明，依據矩形波發生電路9 的矩形波信號，藉由從斬波電壓用PWM控制電路1 0的輸 出的信號，斬波電路4是被控制之故，因而來自斬波電路 4是輸出如第3 ( a )圖所示的矩形波電壓。所以，在全電 橋電路5中，輸入該矩形波電壓的期間，全電橋電路5的 交換元件被驅動，而來自全電橋電路5是可輸出藉由如第 3 ( b )圖所示的矩形波電壓經調變的高頻電壓。結果，如 上所述地，藉由變更被發送至全電橋電路5的交換元件的 閘驅動信號的頻率可進行調光，同時藉由將從斬波電路4 的輸出的矩形波電壓大小或導通期間作成可變也可進行調 光。如此地可雙重地進行調光，成爲可將準分子放電燈作 成廣範圍且穩定的調光。 使用第4圖及第5圖說明本發明的第二實施形態。 第4圖是表示本實施形態的發明的準分子放電燈調光 裝置的構成圖式；第5(a)圖是表示斬波電路4的輸出 電壓波形；第5(b)圖是表示全電橋電路5的輸出電壓 波形的圖式。 -12· 1287947 (10) 在第4圖中，1 7是產生正弦波信號的正弦波產生電 路’ 1 8是輸出以具有正負上所定臨界値的信號截斷從正 弦波產生電路1 7所輸入的正弦波信號的信號的電壓限制 電路。又’其他構成是大約相對應於表示於第1圖的相同 符號的構成之故，因而省略其說明。 依照本實施形態的發明，從正弦波產生電路1 7所輸 出的正弦波信號是在電壓限制電路i 8藉由所定臨界値被 截斷之故，因而正弦波信號被截斷的信號從斬波電壓用 PWM控制電路1 〇被輸出至斬波電路4。結果，從斬波電 路4輸出如第5 ( a )圖所示的正弦波電壓被截斷的電壓 。當該被截斷的電壓被輸入至全電橋電路5，則從全電橋 電路5該被截斷的電壓被輸入之期間，全電橋電路5的交 換元件被驅動之故，因而從全電橋電路5可輸出藉由如第 5 ( b )圖所示地被截斷的電壓所調變的高頻電壓。結果， 與在第一實施形態的準分子放電燈調光裝置所述者同樣地 ，藉由變更被發送至全電橋電路5的交換元件的閘驅動信 號的頻率可進行調光，同時藉由將從斬波電路4的輸出的 矩形波電壓大小或導通期間作成可變也可進行調光。如此 地可雙重地進行調光，成爲可將準分子放電燈作成廣範圍 且穩定的調光。 使用第6圖及第7圖說明本發明的第三實施形態。 第6圖是表示本實施形態的發明的準分子放電燈調光 裝置的構成圖式；第7 ( a )圖是表示斬波電路4的輸出 電壓波形；第7(b)圖是表示全電橋電路5的輸出電壓 -13- 1287947 (11) 波形的圖式。 在第6圖中，1 9是以所定臨界値（第二臨界値）補 償從正弦波產生電路1 7所輸入的正弦波信號的相加電路 ’ 20是輸出以具有所定臨界値（第一臨界値）的信號截 斷從相加電路1 9所輸入的經補償信號的信號的電壓限制 電路。又，其他構成是大約相對應於表示於第1圖及第4 圖的相同符號的構成之故，因而省略其說明。 依照本實施形態的發明，從正弦波產生電路1 7所輸 出的正弦波信號，是在相加電路1 9中以所定臨界値（第 一臨界値）所補償。亦即，直流信號重疊於正弦波信號。 之後，從相加電路1 9所輸出的被補償的信號，是在電壓 控制電路2 0中，藉由所定臨界値（第一臨界値）的補償 。所以，來自斬波電壓用PWM控制電路1 〇是從斬波電路 4輸出被補償且被截斷的信號。結果，在斬波電路4中， 補償如第7 ( a )圖所示的正弦波電壓，且輸出被截斷的 電壓。該被補償且被截斷的電壓是被輸入至全電橋電路5 ，而在全電橋電路5中，輸入有該被補償且被截斷的電壓 的期間，驅動全電橋電路5的交換元件，而從全電橋電路 5可輸出藉由如第7(b)圖所示的被補償且被截斷的電壓 被調變的高頻電壓。結果，與在第一實施形態的準分子放 電燈調光裝置所述者同樣地，藉由變更從發送至全電橋電 路5的交換元件的驅動電路1 6所輸出的閘驅動信號的頻 率可進行調光，同時藉由將從斬波電路4的輸出被補償且 被截斷的電壓頻率作成可變也可進行調光。如此地可雙重 -14- 1287947 (12) 地進行調光’成爲可將準分子放電燈作成廣範圍且穩定的 調光。 使用第8圖說明本發明的第四實施形態。 第8圖是表示本實施形態的發明的準分子放電燈調光 裝置的構成圖式。 在同圖中，2 1是檢測準分子放電燈8的放射光強度 的光檢測器，22是整流在光檢測器2 1所檢測的光電流的 光檢測電路。又，其他構成是大約相對應於表示於第1圖 的相同符號的構成之故，因而省略其說明。 依照本實施形態的發明，除了第一實施形態的發明之 外，將發送至全電橋電路5的交換元件的閘驅動信號的頻 率，按照從準分子放電燈8所放射的放射光強度作成可變 ，成爲可進行調光。 【圖式簡單說明】 第1圖是表示本第一實施形態的發明的準分子放電燈 調光裝置的構成圖式。 第2圖是表示圖示於第1圖的準分子放電燈調光裝置 的各部的電流或信號波形的圖式。 第3(a) ，（b)圖是表示圖示於第1圖的準分子放 電燈調光裝置的斬波電路4的輸出電壓波形及全電橋電路 5的輸出電壓波形的圖式。 第4圖是表示第二實施形態的發明的準分子放電燈調 光裝置的構成的圖式。 -15- 1287947 (13) 第5(a) ， （b)圖是表示圖示於第4圖的準分子放 電燈調光裝置的斬波電路4的輸出電壓波形及全電橋電路 5的輸出電壓波形的圖式。 第6圖是表示第三實施形態的發明的準分子放電燈調 光裝置的構成的圖式。 第7(a) ， （b)圖是表示圖示於第6圖的準分子放 電燈調光裝置的斬波電路4的輸出電壓波形及全電橋電路 5的輸出電壓波形的圖式。 第8圖是表示第四實施形態的發明的準分子放電燈調 光裝置的構成的圖式。 第9圖是表示本發明的準分子放電燈調光裝置的燈電 壓波形，燈電流流波形，及全電橋電路的閘信號波形的圖 式。 第10圖是表示使用習知的全電橋電路的準分子放電 燈調光裝置的燈電壓波形，燈電流波形，及全電橋電路的 閘信號波形的圖式。 主要元件之符號說明 1 :直流電源部 2 :商用電源 3 :整流器 4 :斬波電路 5 :全電橋電路 6 :電流檢測器 -16- 1287947 (14) 7 :變壓器 8 :準分子放電燈 9 :矩形波產生電路 10 :斬波電壓用PWM控制電路 1 1 :電壓檢測器 1 2 :電流檢測電路 13 : TTL位準波形整形電路

1 4 :邏輯電路 1 5 : P WM控制電路 1 6 :驅動電路 1 7 :正弦波產生電路 1 8 :電壓限制電路 1 9 :相加電路 2 0 :電壓限制電路 2 1 :光檢測器

2 2 :光檢測電路 -17-

Claims (1)

1287947 (1) 拾、申請專利範圍 1 · 一種準分子放電燈調光裝置，針對於在準分子放 電燈施加kHz頻帶以上的高頻電壓，藉由變更上述高頻電 壓的頻率來進行調光的準分子放電燈調光裝置，其特徵爲 將上述頻率的每1 /2週期的導通時間，作成與有助於 上述準分子放電燈的發光的電荷所充電的時間大約相同。 2. 如申請專利範圍第1項所述的準分子放電燈調光 裝置，其中，將有助於上述準分子放電燈的發光的電荷所 充電的時間，依據燈電流的主放電期間進行設定。 3. 如申請專利範圍第1項所述的準分子放電燈調光 裝置，其中，將有助於上述準分子放電燈的發光的電荷所 充電的時間，藉由燈電流流動臨界値以上的期間進行設定 〇 4. 如申請專利範圍第1項所述的準分子放電燈調光 裝置，其中，施加於上述準分子放電燈的上述高頻電壓， 是藉由具有比該高頻電壓的頻率還低的頻率的矩形波電壓 進行調變。 5. 如申請專利範圍第1項所述的準分子放電燈調光 裝置，其中，施加於上述準分子放電燈的上述高頻電壓， 是藉由將具有比該高頻電壓的頻率還低的頻率的正弦波電 壓截割成所定臨界値以下的電壓進行調變。 6. 如申請專利範圍第1項所述的準分子放電燈調光 裝置，其中，施加於上述準分子放電燈的上述高頻電壓， -18- 1287947 (2) ^ μ m定臨界値補償具有比該高頻電壓的頻率還低的頻率 的正弦波電壓，且藉由截割成所定臨界値以下的電壓進行 調變。 7 .如申請專利範圍第1項所述的準分子放電燈調光裝 置，其中，檢測從上述準分子放電燈所放射的放射光強度 ，按照上述放射光的強度來變更上述高頻電壓的頻率。

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