專利名稱：電介質(zhì)阻擋層放電燈光源裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及包括電介質(zhì)阻擋層放電燈的光源裝置，作為光化學反應用的紫外線光源使用的一種放電燈，通過電介質(zhì)阻擋層放電形成受激準分子，并利用由所述受激準分子發(fā)射的光。
背景技術(shù)：
作為本發(fā)明的相關技術(shù)，對于電介質(zhì)阻擋層放電燈來說，例如有日本專利公開特許公報平2-7353號，在該文獻中披露了在放電容器中填充形成受激準分子的放電氣體，通過電介質(zhì)阻擋層放電(別名稱為臭氧放電或無聲放電。參照電氣學會發(fā)行修定新版‘放電手冊’平成1年6月再版7次印刷發(fā)行第263頁)先形成受激準分子，然后獲取由所述受激準分子發(fā)射的光的發(fā)射器。
在電介質(zhì)阻擋層放電燈中，在夾置放電等離子體空間的電極之間，存在一塊或兩塊電介質(zhì)。

圖1表示存在兩塊電介質(zhì)5、6的電介質(zhì)阻擋層放電燈1。順便指出，在圖1中，燈密封體9兼用作電介質(zhì)5、6。
在使電介質(zhì)阻擋層放電燈1點火時，在其兩極的電極3、4上，施加例如10kHz～200kHz、2kV～10kV的高頻交流電壓?？墒?，因插在放電等離子體空間2和電極3、4之間的電介質(zhì)5、6，所以電流不直接從電極3、4流至放電等離子體空間2，而是通過電介質(zhì)5、6的電容作用使電流流動。就是說，在各電介質(zhì)5、6的放電等離子體空間2側(cè)的表面上，因電介質(zhì)的極化而感應出與各電極3、4側(cè)的表面等量但符號相反的電荷，從而在夾置放電等離子體空間2的對置電介質(zhì)5、6的表面之間產(chǎn)生放電。
由于電流不大沿電介質(zhì)5、6的放電等離子體空間2側(cè)的表面流動，所以在產(chǎn)生放電的部分，在電介質(zhì)5、6的放電等離子體空間2側(cè)表面感應的電荷，被因放電產(chǎn)生移動的電荷中和，使放電等離子體空間2的電場減小，所以即使向電極3、4繼續(xù)施加電壓，放電電流不久也就會停止。但是，在施加給電極3、4的電壓進一步上升的情況下，放電電流會持續(xù)。
在產(chǎn)生一次放電后放電停止的情況下，除非施加在電極3、4上的電壓極性反向，否則不會再放電。
例如，在封入氙氣的電介質(zhì)阻擋層放電燈的情況下，因放電氙氣電離成離子和電子，變?yōu)殡入x子體。在該等離子體中，與在特定能級上被激勵的氙結(jié)合，形成受激準分子。氙受激準分子一旦經(jīng)過某個壽命時間便會分解，此時釋放的能量作為真空紫外線波長的光子被發(fā)射。為了使電介質(zhì)阻擋層放電燈作為真空紫外線光源高效率地工作，必須高效率地形成這種受激準分子。
其中，阻礙放電時高效率地形成受激準分子的主要原因在于，朝向不能形成受激準分子的能級激勵放電等離子體。
放電開始之后的放電等離子體的電子運動是集團性的，處于能量高但溫度低的狀態(tài)。在該狀態(tài)下，為了形成受激準分子，放電等離子體過渡為必要的共振狀態(tài)的概率高。但是，如果放電時間變長，那么等離子體的電子運動逐漸變熱，即變?yōu)榉Q作麥克斯韋-波爾茲曼(Maxwell Boltzmann)分布的熱平衡狀態(tài)，等離子體溫度上升，過渡至不能形成受激準分子的更高受激狀態(tài)的概率會上升。
而且，即使在形成受激準分子的情況下，在經(jīng)過壽命時間，發(fā)射期待的光子并自然地分解之前，因后續(xù)的放電，還存在受激準分子被破壞的情況。實際上，在氙受激準分子的例子中，從放電開始至真空紫外線波長的光子射出，需要1μs左右的時間，該期間內(nèi)的后續(xù)放電和再放電使受激準分子發(fā)光的效率降低。
就是說，如果一旦放電開始，那么最重要的問題顯然在于使后續(xù)放電的能量盡量小。
即使在放電時間短的情況下，如果在該放電期間被注入的能量過大，那么同樣地過渡到高受激狀態(tài)的概率會上升。過渡到高受激狀態(tài)的等離子體緩和紅外線發(fā)射，僅使燈的溫度上升，而無助于受激準分子發(fā)光。
就是說，必須進行放電驅(qū)動，抑制朝向不能形成受激準分子的能級的放電等離子體的激勵。在這點上，以往的電介質(zhì)阻擋層放電燈光源裝置不能滿足其要求。
作為包括電介質(zhì)阻擋層放電，通過完全的脈沖放電實現(xiàn)受激發(fā)光的高效率化的方案，有特開平1-243363，該方案提出如果一次放電開始，那么按照上述條件盡量使后續(xù)的放電能量減小。但是，該方案所述的情況是如果調(diào)整哪個參數(shù)，那么受激發(fā)光大概就可以高效率化的情況，而對于該參數(shù)值的有效條件，并未具體地示出。特別在電介質(zhì)阻擋層放電的情況下，由于向放電等離子體空間施加電壓和注入電流必須通過電介質(zhì)進行，所以該電壓和電流的控制自由度低，找到最佳條件非常困難。
作為改善電介質(zhì)阻擋層放電燈的效率的方案，例如有特表平8-508363。但是，在該方案中，并未論述高效率地形成所述受激準分子的具體事項，及真正有效地實現(xiàn)對朝向不能形成受激準分子的能級的放電等離子體的受激進行抑制的具體事項。
作為涉及利用電介質(zhì)阻擋層放電的熒光燈驅(qū)動波形的改善方案，例如有特開平6-163006號。
根據(jù)該方案，通過用正負極性的矩形脈沖列和交流的矩形波驅(qū)動，可提高熒光燈的亮度。其中，對于矩形脈沖列和矩形波來說，與頻率和占空率有關，相對于施加電壓的變化，記載了亮度變化的實驗結(jié)果，說明了與以往的正弦波驅(qū)動進行比較效率提高。
但是，對于實際的供電裝置來說，包括高電壓變壓器等，不可能施加理想的矩形脈沖列和矩形波，因供電裝置的輸出阻抗和燈阻抗的相互作用，波形會鈍化，此外，通過局部共振會施加正弦波電壓。
在這樣的實際供電裝置中，存在與理想的矩形波形偏移的情況，并且未明確限定偏移波形中哪個成分有害，允許達到什么程度的偏移，因而不能設計、制造經(jīng)濟上均衡的實用光源裝置。
發(fā)明的公開本發(fā)明的目的在于提供可高效率地生成受激準分子，并且作為真空紫外線光源可以高效率工作的電介質(zhì)阻擋層放電燈。
而且，本發(fā)明如下述那樣實現(xiàn)該目的。
(1)在電介質(zhì)阻擋層放電燈光源裝置中，包括電介質(zhì)阻擋層放電燈(1)，放電燈(1)在結(jié)構(gòu)上有放電等離子體空間(2)，在該空間內(nèi)填充通過電介質(zhì)阻擋層放電生成受激準分子的放電氣體，在用于感應引起該放電氣體中放電現(xiàn)象的兩極電極(3、4)中的至少一個和所述放電氣體之間插入電介質(zhì)(5、6)；和用于對所述電介質(zhì)阻擋層放電燈的所述電極(3、4)施加高電壓的的供電裝置(7)，其特征在于，所述供電裝置(7)通過升壓變壓器(8)對所述電介質(zhì)阻擋層放電燈(1)施加大致周期性波形的高電壓，在注視與燈所加電壓波形的放電開始時對應的點(K)時，相對于與所述燈所加電壓波形的放電開始時對應的點(K)的電壓Vk，從與所述燈所加電壓波形的放電開始時對應的點(K)所屬的放電相對于上次放電的放電結(jié)束時的燈所加電壓Vf，從與所述燈所加電壓波形的放電開始時對應的點(K)的通過時刻至下次燈所加電壓極性變化的期間內(nèi)表示燈所加電壓的極大絕對值的點(U5)的燈所加電壓Vh，從與所述燈所加電壓波形的放電開始時對應的點(K)至表示所述燈所加電壓的極大絕對值的點(U5)的閉區(qū)間中絕對值變?yōu)樽钚〉臒羲与妷翰ㄐ紊系狞c(U4)的燈所加電壓Vb來說，在所述Vk與Vf的差Vk-Vf的絕對值Vx和所述Vh與Vb的差Vh-Vb的絕對值Vy的關系中，滿足Vy/Vx≤1.0。
(2)作為與燈所加電壓波形的放電開始時對應的點(K)的電壓Vk，其特征在于，采用在電壓上升或下降部分的燈所加電壓波形上呈現(xiàn)的彎折點(K)的電壓。
(3)在電介質(zhì)內(nèi)，其特征在于，在面對放電等離子體空間側(cè)的表面上涂敷熒光體。
附圖的簡單說明圖1表示存在兩塊電介質(zhì)5、6的電介質(zhì)阻擋層放電燈。
圖2表示電介質(zhì)阻擋層放電燈1的電氣回路工作的等效電路。
圖3表示典型的燈所加電壓、放電間隙電壓、放電電流的波形。
圖4表示模擬化的燈所加電壓波形。
圖5表示解析電介質(zhì)阻擋層放電燈放電用的等效電路。
圖6表示解析電介質(zhì)阻擋層放電燈放電用的等效電路。
圖7表示Vy/Vx與效率的關系的實驗數(shù)據(jù)。
圖8表示使用半橋式逆變器的電介質(zhì)阻擋層放電燈的點火電路。
圖9表示電壓波形E(t)與電流波形Is(t)的實測數(shù)據(jù)。
圖10表示電壓波形E(t)與電流波形Is(t)的實測數(shù)據(jù)。
圖11表示用計算機解析處理的波形數(shù)據(jù)。
圖12表示使用全橋式逆變器的電介質(zhì)阻擋層放電燈的點火電路。
圖13表示電壓波形E(t)與電流波形Is(t)的實測數(shù)據(jù)。
圖14表示電壓波形E(t)與電流波形Is(t)的實測數(shù)據(jù)。
圖15表示用計算機解析處理的波形數(shù)據(jù)。
圖16表示使用回掃逆變器的電介質(zhì)阻擋層放電燈的點火電路。
圖17表示電壓波形E(t)與電流波形Is(t)的實測數(shù)據(jù)。
圖18表示電壓波形E(t)與電流波形Is(t)的實測數(shù)據(jù)。
圖19表示用計算機解析處理的波形數(shù)據(jù)。
實施發(fā)明的優(yōu)選實施例為了高效率地形成作為本發(fā)明課題的受激準分子，抑制朝向不能形成受激準分子的能級的放電等離子體的激勵。而且，為此，使燈所加電壓按有限的增加率上升，在達到放電開始電壓后如果開始放電，那么最好盡快結(jié)束放電。
電介質(zhì)阻擋層放電燈1的電路的工作如圖2所示，放電等離子體空間2的放電回路變?yōu)殡娮?0和開關11串聯(lián)連接的電路。
此外，在電介質(zhì)阻擋層放電燈1中，在電極3、4和放電等離子體空間2之間有電介質(zhì)5、6，該電介質(zhì)在電路中起電容器的作用。但是，在電介質(zhì)為兩塊的情況下，可考慮把各自的電容器串聯(lián)合成的一個電容器13。
由于該電容器相對于放電等離子體空間2有串聯(lián)插入的結(jié)構(gòu)，所以在電介質(zhì)阻擋層放電燈1中，僅在燈所加電壓的極性改變之后的某個期間內(nèi)放電電流流動，即使不施加具有燈所加電壓實際為零的暫停期間的脈沖電壓，也自然產(chǎn)生放電的暫停期間。
此外，放電等離子體空間2的電壓限制在未達到放電開始電壓之處，由于不產(chǎn)生放電，所以燈所加電壓的上升或下降速度沒有必要劇烈。
放電等離子體空間2本身也形成電容器12，如果放電開始，那么由于對該電容器充電的能量基本上被放電消耗，所以供電裝置7在放電開始以后最好在電介質(zhì)阻擋層放電燈1上不追加并且不流動超過所需電流的電流。
下面，考慮燈壁面的每單位面積。
如果決定了氣體壓力和放電間隙的間隔，那么大致自動地決定了放電開始電壓。此外，由于形成放電等離子體空間的電容器12的靜電容量C1由放電間隙間隔決定，所以在從一次放電開始至結(jié)束期間由等離子體所提供的最小能量是在形成放電等離子體空間的電容器12上充電電荷全部放電的能量，這可以由燈的結(jié)構(gòu)來決定。
在該最小能量的放電條件下，為了高效率地形成所述受激準分子，抑制朝向不能形成受激準分子的能級的放電等離子體的受激變得最容易實現(xiàn)。
可是，作為該最小能量的放電條件，使用有極大輸出阻抗的供電裝置，使燈所加電壓極其緩慢地上升、放電，在原理上可以實現(xiàn)。
但是，這種供電裝置在作為實際光源裝置應用時存在問題。
第一個問題是如果輸出阻抗大，那么就不能獲得用以周期性反復放電的高速動作速度。
第二個問題是在該最小能量的放電條件下，因放電間隙間隔的燈內(nèi)位置的不均勻的影響，產(chǎn)生在一個燈內(nèi)的放電不均勻。
因此，使用具有可實現(xiàn)必要光量的小輸出阻抗的供電裝置，并且為了具有在電介質(zhì)阻擋層放電燈的整個壁面上產(chǎn)生均勻放電的裕度，成為實用的光源裝置等，與所述最小能量放電條件相比，提高燈所加電壓，而且，必須找出因燈所加電壓變高產(chǎn)生的受激發(fā)光效率下降的可允許范圍的條件。
本發(fā)明權(quán)利要求1所述的條件為該實用條件。
再有，與所述最小能量放電條件有關，從放電開始，為了在放電等離子體空間形成的電容器12上充電的電荷完全放電之前使放電停止，通過操作燈所加電壓波形，可以使放電能量比所述最小能量還小。但是，在該方法中，技術(shù)難度高而效果小。
圖3表示在實用的供電裝置中燈所加電壓E(t)波形和放電等離子體空間2的電壓即放電間隙電壓V1(t)的波形、放電電流Id(t)的典型波形。相對于彎折點K，與該點的放電相比，在相對于前一次放電的放電電流波形J1的結(jié)束點J2上，放電間隙電壓達到放電維持電壓的程度，如點G1所示，可看出該點近似地基本上為0V。
此外，與放電電流停止的點J2對應的燈所加電壓波形上的點U2有其絕對值的極大點U1，或稍微超過絕對值的極大點。在對于實際的光源裝置評價中，點U2可存在于所述絕對值的極大點U1上。
在點U2以后至彎折點K的燈所加電壓波形的變化被縮小為C2/(C1+C2)倍，按原樣呈現(xiàn)在放電間隙電壓波形上。
其中，C1和C2是放電等離子體空間2的電容器12的靜電容量C1和電介質(zhì)5、6的電容器13的靜電容量C2。在電極3、4雙方存在電介質(zhì)5、6的電介質(zhì)阻擋層放電燈的情況下，可認為C2為各個電介質(zhì)的各自靜電容量串聯(lián)合成的情況。
如斜線U3所示，如果燈所加電壓的極性急速變化，那么放電間隙電壓就如斜線G2那樣急速變化，該電壓在達到放電開始電壓的點G3上放電開始。
如果放電開始，那么放電電流波形J3呈現(xiàn)急劇變化，其結(jié)果，放電間隙電壓如斜線G4那樣急速下降，而點G3變?yōu)轫旤c。
其中，在實用的供電裝置中，在燈所加電壓上產(chǎn)生圖3那樣的彎折點K的理由如下。如斜線G4所示，根據(jù)放電間隙電壓即放電等離子體空間的電壓急速下降部分，燈所加電壓也會下降。這種燈所加電壓下降部分雖補償了供電裝置7，但由于存在升壓變壓器8的磁通量泄漏和電纜阻抗產(chǎn)生的電感性輸出阻抗，所以燈所加電壓下降部分的補償延遲，作為其結(jié)果，在絕對值大的方向上產(chǎn)生凸的彎折點K。
此外，因該電感性輸出阻抗和電介質(zhì)阻擋層放電燈1的靜電容量的共振，在彎折點K后混入相對于燈所加電壓的振動成分。
其結(jié)果，在燈所加電壓波形上產(chǎn)生絕對值的極小點U4和絕對值的極大點U5。相對于該成分，如圖3所示，在放電電流波形J3上，在最初的急速上升后的衰減中途，大多發(fā)生隆起部分J4的情況。
本發(fā)明的目的在于，利用該振動成分，在電介質(zhì)阻擋層放電燈中投入必要的電力，而且使紫外線發(fā)光效率不下降。
如點G5所示，如果放電間隙電壓下降至0V，那么放電電流波形J3如點J5那樣結(jié)束。此外，此時的燈所加電壓波形上的點U6大概在燈所加電壓波形的絕對值的極大點U5附近。在對實際的光源裝置的評價中，點U6最好處于所述絕對值的極大點U5附近。
其中，為了使本發(fā)明權(quán)利要求1所述條件的物理意義明確，使用把圖3的燈所加電壓的實際波形模擬化的圖4，嘗試定量地解析放電現(xiàn)象。
圖4的平坦區(qū)域M2與圖3的上次放電結(jié)束時刻的燈所加電壓波形上的點U2即點U1上燈所加電壓為Vf的狀態(tài)對應。圖4的斜線M3與圖3的燈所加電壓的上升部分斜線U3對應。圖4的點M1與圖3的彎折點K對應。圖4的平坦區(qū)域M4與從圖3的彎折點K通過后至絕對值的極小點U4的部分近似，其電壓等于Vk。圖4的平坦區(qū)域M5與圖3的絕對值的極大點U5對應，其電壓與Vh相等。
在圖4中，在燈所加電壓處于平坦區(qū)域M2的狀態(tài)下，放電間隙電壓為0V。從該狀態(tài)至點M1的燈所加電壓的變化為(Vk-Vf)，與此相伴的放電間隙電壓從0V改變?yōu)閂g。其中，Vg＝C2/((C1+C2)·(Vk-Vf))(式2)在放電電流波形J3最初急速上升的持續(xù)衰減期間，對應于由放電等離子體提供的能量，在點M1上開始放電時，欲求出由放電等離子體提供的能量W1。
圖5表示電介質(zhì)阻擋層放電燈的等效電路。其中，C1和C2是放電等離子體空間2的電容器12的靜電容量C1和電介質(zhì)5、6的電容器13的靜電容量C2。此外，R相當于放電等離子體的電阻。如果C1的初期充電電壓為Vg，那么通過關斷開關SW1，可如下求出在R上消耗的所有能量W1。
W1＝(1/2)·(C1+C2)·Vg2(式3)再有，在R上的電力消耗結(jié)束的時刻，C1、C2的電壓V1、V2為V1＝0、V2＝Vk(式4)在(式3)中的Vg中代入式(2)，可如下求出W1。
W1＝(1/2)·(C22)/((C1+C2)·(Vk-Vf)2)(式5)其中，(Vk-Vf)的差的絕對值為Vx。
在圖4中，在燈所加電壓處于平坦區(qū)域M4的最終狀態(tài)下，由(式4)可知放電間隙電壓為0，此外，電介質(zhì)的電壓為Vk。對應于在從放電電流波形J3的衰減中途發(fā)生的隆起部分J4和其以后的期間由放電等離子體提供的能量，在從該狀態(tài)變化為具有電壓Vh的平坦區(qū)域M5的狀態(tài)時，欲求出由放電等離子體提供的能量W2。
在圖6的等效電路中，C1、C2的初期充電電壓為引用上述(式4)的V1＝0、V2＝Vk(式6)通過關斷SW2，在R上消耗的所有能量W2可如下求出。
W2＝(1/2)·(C22)/((C1+C2)·(Vh-Vk)2)(式7)其中，如圖3的燈所加電壓波形所示，在從彎折點K至絕對值的極大點U5之間存在絕對值的極小點即絕對值比Vk小的點U4的情況下，認為可進行所述W1、W2的校正。
由圖3可知，放電電流波形J3的峰值存在于燈所加電壓波形的彎折點K時刻附近。在絕對值的極小點U4時刻，放電電流波形J3的峰值已經(jīng)過去，因此，因燈所加電壓波形上絕對值的極小點U4的存在對所述能量W1的影響極小，所以可以忽略。
另一方面，在燈所加電壓波形中，在從經(jīng)過絕對值的極小點U4至絕對值的極大點U5之間由放電等離子體提供的能量W2，在上述初期條件(式6)中，根據(jù)V2＝Vb進行修正，結(jié)果，(式7)可修正如下。
W2＝(1/2)·(C22)/((C1+C2)·(Vh-Vb)2)(式8)其中，(Vh-Vb)的差的絕對值為Vy。
(式5)的W1是因所述最小能量的放電條件的放電能量與供電裝置的輸出阻抗小，在放電時燈所加電壓被維持在彎折點K附近，并由此通過電介質(zhì)5、6形成的電容器13流入放電等離子體空間2的放電能量之和，可以說在實現(xiàn)實用供電裝置上有不可避免的能量投入。
對此，(式8)的W2是為了避免因所述放電間隙間隔的燈內(nèi)位置不均勻的影響而在一個燈內(nèi)產(chǎn)生放電不均勻的情況所不得不投入的能量。
通過以上進行的放電現(xiàn)象的解析，顯然Vx和Vy在解決本發(fā)明課題上成為重要的因素。就是說，與Vx相比，通過使Vy變小，如果一次放電開始，那么應使后續(xù)的放電能量盡量小，與上述條件一致，由此可以抑制朝向不能形成所述受激準分子的能級的放電等離子體的受激，結(jié)果，可實現(xiàn)高效率的真空紫外線波長的光源。但是，(式1)右邊出現(xiàn)的數(shù)值是通過發(fā)明者的實驗獲得的。
其中，相對于Vx和Vy，進行受激發(fā)光效率方面的實驗。圖7表示其實驗結(jié)果的圖。其中，圖7的縱軸刻度是將標繪點中最高效率的點為1的相對刻度。標繪的各點的共用實驗條件如下。
逆變器電路半橋方式頻率20、40、80kHz變壓器初級側(cè)阻抗1.1mH變壓器次級側(cè)阻抗630mH
變壓器耦合系數(shù)0.9993電介質(zhì)石英玻璃厚度1mm放電氣體氙壓力33kPa放電間隙4.3mm不放電時的燈靜電容量12pF實驗中將供給初級側(cè)的逆變器電路的頻率和DC電壓進行各種改變，根據(jù)得到的燈所加電壓波形，算出Vy/Vx的值作為橫軸方向的值，此外，算出相對于此時測定的紫外線光量的與投入電介質(zhì)阻擋層放電燈的電力之比，作為縱軸方向的值，標繪出各自的結(jié)果。
把熒光體和硅二極管組合構(gòu)成的紫外線照度傳感器在氮氣氛中放置在距燈一定距離上，根據(jù)檢測的照度值進行紫外線光量的測定。通過在燈中串聯(lián)插入的薄膜電容器，產(chǎn)生燈電流的積分電壓波形，利用該積分電壓波形和燈所加電壓波形形成的李沙育(Lissajou)圖形的面積，測定投入給電介質(zhì)阻擋層放電燈的電力。
由圖7可知，為了避免放電間隙間隔的燈內(nèi)位置不均勻的影響等，如果使Vy/Vx不斷變大，那么效率就變低，而如果Vy/Vx超過1.0，那么效率急速下降，此外，還發(fā)現(xiàn)實現(xiàn)的效率值的偏差增加。因此，為了實現(xiàn)受激發(fā)光的效率下降可容忍的范圍條件，期望Vy/Vx≤1.0，顯然有必要使Vy/Vx≤0.9。
而且，在Vy/Vx在0.8以下的區(qū)域中，與除此以外的區(qū)域相比，相對于Vy/Vx的變化，發(fā)現(xiàn)效率的變化率小，可穩(wěn)定地實現(xiàn)高效率。此外，在該區(qū)域中，燈所加電壓變得更小，具有使變壓器等的高電壓元件的制作、用于安全的絕緣對策變得容易的優(yōu)點。實際上，在圖7的所示實驗條件中，在80kHz下的點火中，提供Vy/Vx≈1.0的燈所加電壓波形為8.8kVpp(峰值-峰值間電壓)，而在提供Vy/Vx≈0.8的燈所加電壓波形中，則降低至6.7kVpp。因此，在工業(yè)應用中，為了用低成本實現(xiàn)高效率的光源裝置，使Vy/Vx≤0.8是有利的。
而且，Vy/Vx在0.5以下時，大都獲得接近最高的效率，燈所加電壓進一步變小，實際上，在圖7的上述實驗條件下，在80kHz點火時，在提供Vy/Vx≈0.5的燈所加電壓波形中降低至4.5kVpp。因此，為了光源裝置的進一步高效率化和實現(xiàn)低成本化，顯然Vy/Vx≤0.5更有利。
但是，如果(式8)和(式5)兩邊相比，那么變?yōu)閃2/W1＝(Vh-Vb)2/(Vk-Vf)2。相對于該式的右邊，如果采用Vx、Vy，那么得到W2/W1＝(Vy/Vx)2。因此，所謂的Vy/Vx≤1.0，就變?yōu)閃2/W1≤1.0。而且，該條件才意味著受激發(fā)光的效率下降為可允許的范圍條件。
再有，為了使上述放電現(xiàn)象的解析過程更清楚，在燈所加電壓波形上，在對應于燈所加電壓波形的放電開始時的點，即從彎折點K至絕對值的極大點U5之間不存在絕對值的極小點U4的情況下，作為電壓Vb，顯然最好獲得與燈所加電壓波形的放電開始時對應的點的電壓Vk。
此外，在不存在表示絕對值極大的點U5的情況下，在本發(fā)明權(quán)利要求1所述的條件下，可解釋為電壓Vh、Vb與電壓Vk相等。在這種情況下，由于更接近上述最小能量的放電條件，所以在效率方面可以說是理想的。但是，如上所述，由于因放電間隙間隔的燈內(nèi)位置的不均勻的影響容易產(chǎn)生一個燈內(nèi)的放電不均勻，所以要注意采用的方法。
在害怕這種不均勻的用途情況下，期望采用Vy/Vx≥0.1的方法。
其中，在圖3所示的燈電壓E(t)的波形中，無論在正負哪一種狀態(tài)下，如果滿足Vx/Vy≤1.0的條件就不會產(chǎn)生任何問題。但是，僅在正負的任何一種狀態(tài)下，滿足Vx/Vy≤1.0的條件，而在其它狀態(tài)下來滿足Vx/Vy≤1.0的條件情況下，計算在正的狀態(tài)下的Vx/Vy值和負狀態(tài)下Vx/Vy值的平均值，判斷該平均值是否滿足1.0以下的條件。
再有，在上述放電現(xiàn)象的解析中，在(式4)中，利用變?yōu)閂1＝0的狀態(tài)，這是因為在電介質(zhì)阻擋層放電燈中，實際上放電間隙電壓變?yōu)?不應該說放電停止，而是分割成放電電流波形J3中最初急速上升中的持續(xù)衰減期間和從放電電流波形J3的衰減中途產(chǎn)生的隆起部分J4及其以后的期間，并附加用以估計由放電受激準分子提供的能量的模擬解析技術(shù)。
再有，在本發(fā)明的電介質(zhì)內(nèi)，在面對放電等離子體空間的表面上，至少在其一部分上涂敷熒光體。由此，可以制成發(fā)射可見光的燈。
以下，說明根據(jù)本發(fā)明，實現(xiàn)用以高效率地進行所述受激準分子形成，抑制朝向不能形成受激準分子的能級的放電等離子體的受激的電介質(zhì)阻擋層放電燈光源裝置的實施例。
圖8是采用半橋式方式的逆變器電路的電介質(zhì)阻擋層放電燈的點火電路的簡化電路圖。圖9是此時的電介質(zhì)阻擋層放電燈1的電壓波形E(t)與電流波形Is(t)的實測數(shù)據(jù)。圖10是擴大測定圖9中大致示出的區(qū)間Z部分的圖。圖11是用計算機解析處理圖10的波形，算出放電電流波形Id(t)，同時表示電壓波形E(t)和電流波形Is(t)的圖。
其中，如圖11所示，說明根據(jù)電壓波形E(t)和電流波形Is(t)算出放電電流波形Id(t)的方法。
如果使用由放電等離子體空間2的電容器12的靜電容量C1、電介質(zhì)5、6的電容器13的靜電容量C2、以及使其與電介質(zhì)阻擋層放電燈并列存在的寄生靜電容量C3決定的下面兩個系數(shù)F＝1+C1/C2(式9)Cv＝C1+C3·F(式10)，那么放電電流波形Id(t)可以按下式求出。
Id(t)＝F·Is(t)-Cv·dE(t)/dt (式11)這種方法由于使用數(shù)值微分，雖然在得到的結(jié)果的波形中的電流值小的區(qū)域內(nèi)精度不大高，但由于表示放電開始時的迅速上升，所以沒有以發(fā)現(xiàn)這種上升為目的使用限制的問題。
圖9、圖10、圖11情況的解析條件及實驗條件如下。
C135PfC2220pFC315Pf頻率30kHz變壓器初級側(cè)阻抗1.1mH變壓器次級側(cè)阻抗630mH變壓器耦合系數(shù)0.9993電介質(zhì)石英玻璃厚度1mm放電氣體氙壓力33kPa放電間隙4.3mm在圖11中，放電電流波形Id(t)在時刻Td急劇上升，顯然這是放電開始的瞬間。在電壓波形E(t)上，對應于時刻Td形成彎折點K。
用于算出所述Vx、Vy的電壓值Vk、Vb、Vh如圖11所示那樣，而Vf如圖9所示那樣。但是，這種情況下Vf為負。
如果把該實測值代入(式1)，那么Vy/Vx＝0.30。
下面，示出其它實施例。
圖12是采用半橋式方式的逆變器電路的電介質(zhì)阻擋層放電燈的點火電路的簡化電路圖。圖13是此時的電介質(zhì)阻擋層放電燈1的電壓波形E(t)與電流波形Is(t)的實測數(shù)據(jù)。
圖14是擴大測定圖13中大致示出的區(qū)間Z部分的圖。圖15是用計算機解析處理圖14的波形，算出放電電流波形Id(t)，同時表示電壓波形E(t)和電流波形Is(t)的圖。
圖13、圖14、圖15情況下的解析條件和實驗條件除頻率為21kHz以外，與上述圖9、圖10、圖11情況下的解析條件和實驗條件相同。再有，在圖11的時刻Ta1附近，電壓波形E(t)、電流波形Is(t)都有大的振幅，但放電電流波形Id(t)中不存在有效的振幅，因此，在該實驗條件下，在時刻Ta1附近，表示不產(chǎn)生放電。即使同樣波形的點火時，根據(jù)條件，在與此對應的部分中也有產(chǎn)生放電的情況。
在圖15中，放電電流波形Id(t)在時刻Td急劇上升，顯然這是放電開始的瞬間。在電壓波形E(t)上，對應于時刻Td形成彎折點K。
用于算出所述Vx、Vy的電壓值Vk、Vb、Vh如圖11所示那樣，而Vf如圖13所示那樣。但是，這種情況下Vf為負。
如果把該實測值代入(式1)，那么Vy/Vx＝0.18。
下面，示出其它實施例。
圖16是采用回掃方式的逆變器電路的電介質(zhì)阻擋層放電燈的點火電路的簡化電路圖。圖17是此時的電介質(zhì)阻擋層放電燈1的電壓波形E(t)與電流波形Is(t)的實測數(shù)據(jù)。圖18是擴大測定圖17中大致示出的區(qū)間Z部分的圖。圖19是用計算機解析處理圖18的波形，算出放電電流波形Id(t)，同時表示電壓波形E(t)和電流波形Is(t)的圖。
圖17、圖18、圖19情況的解析條件及實驗條件如下。
C135pF
C2220pFC315pF頻率36kHz變壓器初級側(cè)阻抗3.3μH變壓器次級側(cè)阻抗6.1mH變壓器耦合系數(shù)0.9930電介質(zhì)石英玻璃厚度1mm放電氣體氙壓力33kPa放電間隙4.3mm在圖19中，放電電流波形Id(t)在時刻Td1和時刻Td2兩點上急劇上升，因此，顯然在這些瞬間開始產(chǎn)生放電。
在電壓波形E(t)上，對應于時刻Td1和時刻Td2形成各自彎折點K1和彎折點K2。在兩個地方的彎折點中，彎折點K2較不明顯，但通過時刻Td2時放電波形Id(t)的急劇上升就可以判別。
如果還注意觀察電壓波形E(t)，那么在時刻Td3和時刻Td4，也可看出與彎折點K2類似的彎折點K3、彎折點K4，根據(jù)放電電流波形Id(t)，也可以判斷從這些點開始放電。
根據(jù)本發(fā)明權(quán)利要求1所述的條件，在計算Vy/Vx值的情況下，按照圖19，與在時刻Td1開始的放電有關，可以計算出Vf＝Vk4、Vk＝Vk1、Vb＝Vb1、Vh＝Vh1。同樣，與在時刻Td2開始的放電有關，可以計算出Vf＝Vh1、Vk＝Vk2、Vb＝Vk2、Vh＝Vh2。此外，與在時刻Td3開始的放電有關，可以計算出Vf＝Vh2、Vk＝0、Vb＝0、Vh＝Vh3。
而且，與在時刻Td4開始的放電有關，可以計算出Vf＝Vh3、Vk＝Vk4、Vb＝Vk4、Vh＝Vk4。
但是，如果根據(jù)放電電流波形Id(t)和Id＝0的直線圍成的面積判斷這四個地方的放電分別相對于整體的作用，那么實際上作為支配效率的主要放電是在時刻Td2開始的放電，除此之外的放電可以忽略，因此，對于該波形整體而言，Vy/Vx＝0.32。
本發(fā)明的電介質(zhì)阻擋層放電燈光源裝置其供電裝置(7)通過升壓變壓器(8)對所述電介質(zhì)阻擋層放電燈(1)施加大致周期性波形的高電壓，此時，在觀察與燈所加電壓波形放電開始時對應的點(K)時，對于與所述燈所加電壓波形放電開始時對應的點(K)的電壓Vk和與所述燈所加電壓波形放電開始時對應的點(K)的放電相比一次放電前的放電結(jié)束時的燈所加電壓Vf，在從通過所述燈所加電壓波形放電開始時對應的點(K)時的點至下次燈所加電壓極性變化的期間內(nèi)表示燈所加電壓的絕對值極大的點(U5)的燈所加電壓Vh，從與所述燈所加電壓波形放電開始時對應的點(K)至表示所述燈所加電壓絕對值極大的點(U5)的閉區(qū)間中絕對值最小的燈所加電壓波形上的點(U4)的燈所加電壓Vb來說，與所述Vk和Vf的差Vk-Vf的絕對值Vx，所述Vh和Vb之差Vh-Vb的絕對值Vy的關系有關，由于滿足Vy/Vx≤1.0，所以具有以下效果。
通過使用有可實現(xiàn)的小的輸出阻抗的供電裝置，由于在電介質(zhì)阻擋層放電燈的整個表面上產(chǎn)生均勻放電，所以與產(chǎn)生放電的最小能量相比，燈所加電壓提高，而且通過燈所加電壓提高，可以使受激發(fā)光的效率下降在可允許的范圍內(nèi)。
工業(yè)上的利用領域本發(fā)明的電介質(zhì)阻擋層放電燈光源裝置可用于光化學反應的紫外線光源等。
權(quán)利要求
1.一種電介質(zhì)阻擋層放電燈光源裝置，包括電介質(zhì)阻擋層放電燈(1)，該燈(1)有放電等離子體空間(2)，在該空間(2)中填充通過電介質(zhì)阻擋層放電生成受激準分子的放電氣體，在用于感應起該放電氣體中的放電現(xiàn)象的兩極電極(3、4)的至少一個與所述放電氣體之間插入電介質(zhì)(5、6)；和用于對所述電介質(zhì)阻擋層放電燈的所述電極(3、4)施加高電壓的供電裝置(7)，其特征在于，所述供電裝置(7)通過升壓變壓器(8)對所述電介質(zhì)阻擋層放電燈(1)施加大致周期性波形的高電壓，在觀察與燈所加電壓波形的放電開始時對應的點(K)時，相對于與所述燈所加電壓波形的放電開始時對應的點(K)的電壓Vk，與所述燈所加電壓波形的放電開始時對應的點(K)的放電相比，上次放電中放電結(jié)束時的燈所加電壓Vf，在從通過與所述燈所加電壓波形的放電開始時對應點(K)的時刻至下次燈所加電壓極性變化的期間內(nèi)表示燈所加電壓的極大絕對值的點(U5)的燈所加電壓Vh，從與所述燈所加電壓波形的放電開始時對應的點(K)至表示所述燈所加電壓的極大絕對值的點(U5)的閉區(qū)間中絕對值變?yōu)樽钚〉臒羲与妷翰ㄐ紊系狞c(U4)的燈所加電壓Vb的情況來說，與所述Vk與Vf的差Vk-Vf的絕對值Vx，和所述Vh與Vb的差Vh-Vb的絕對值Vy有關，滿足以下Vy/Vx≤1.0(式1)的條件。
2.如權(quán)利要求1所述的電介質(zhì)阻擋層放電燈光源裝置，其特征在于，作為與上述燈所加電壓波形的放電開始時對應的點(K)的電壓Vk，采用在電壓上升或下降部分的燈所加電壓波形上呈現(xiàn)的彎折點的電壓。
3.如權(quán)利要求1所述的電介質(zhì)阻擋層放電燈光源裝置，其特征在于，在所述電介質(zhì)(5、6)的放電等離子體空間(2)側(cè)的表面上，至少在其一部分上涂敷熒光體。
全文摘要
供電裝置(7),通過升壓變壓器(8)對電介質(zhì)阻擋層放電燈(1)施加大致周期性波形的高電壓。利用與施加電壓波形的點火點對應的點(K),滿足Vy/Vx=1.0,其中,Vx是Vk－Vf的絕對值,Vy是Vh－Vb的絕對值,Vk是與上述燈施加電壓波形的放電開始時對應的點(K)上的電壓,Vf是與所述燈施加電壓波形的放電開始時對應的點(K)所屬放電的前一次放電的放電結(jié)束時對燈施加的電壓,Vh是在從通過與上述燈施加電壓波形的放電開始時對應的點(k)的時刻,到燈施加電壓的極性變化為止的期內(nèi),表示燈施加電壓的絕對值極大的點(U
文檔編號H01J65/00GK1256066SQ99800030
公開日2000年6月7日 申請日期1999年1月11日 優(yōu)先權(quán)日1998年1月9日
發(fā)明者岡本昌士, 廣瀨賢一 申請人:優(yōu)志旺電機株式會社