(57)【要約】【課題】簡易な回路構成で放電ランプの特性に応じて点灯性を向上させることが可能な放電ランプ用点灯回路を提供すること。【解決手段】この放電ランプ用点灯回路１は、放電ランプＬを直流駆動する放電ランプ用点灯回路において、放電ランプＬに直流電流を供給する電源回路２と放電ランプＬを点灯始動するためのイグナイタ３との間において、放電ランプＬに直列に接続されたＮＴＣサーミスタ６を備える。【選択図】図１
2008262866.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電ランプを直流駆動する放電ランプ用点灯回路において、
前記放電ランプに直流電流を供給する電源回路と前記放電ランプを点灯始動するための高電圧発生回路との間において、前記放電ランプに直列に接続されたＮＴＣサーミスタを備える、
ことを特徴とする放電ランプ用点灯回路。
【請求項２】
前記電源回路は、出力端子間において前記放電ランプと並列に接続された抵抗素子、及び前記抵抗素子の両端に接続されたスイッチ素子を含む突入電流低減化回路を有する、
ことを特徴とする請求項１記載の放電ランプ用点灯回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電ランプを直流駆動する放電ランプ用点灯回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
メタルハライドランプ等の放電ランプを点灯するための点灯回路としては、下記特許文献１〜３に記載のものが知られている。特許文献１〜３に記載の点灯回路は、放電ランプを点灯するのに必要な直流電圧を得るための電源回路と放電ランプを始動するために高圧パルスを発生させる点灯始動回路とを有している。このような点灯回路としては、始動時の放電ランプの突入電流が高くならないように抑制しながら、始動後の回線ロスの防止及び安定した点灯状態の維持を図るために、電源回路内の平滑コンデンサに直列に負特性サーミスタが接続されているものや、電源回路内の平滑コンデンサに直列に接続された抵抗の両端がリレー回路によって短絡可能に構成されたものが存在する。
【特許文献１】特開平１０−２４１８７５号公報
【特許文献２】特開２００１−１５５８８８号公報
【特許文献３】特開２００６−３０２５４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述した負特性サーミスタを含む点灯回路においては、電源回路内の平滑コンデンサに直列にその負特性サーミスタが接続されているために、使用する放電ランプのインピーダンス等の性能バラツキに応じて点灯安定性を維持することが困難な傾向にあった。また、抵抗とリレー回路とを含む点灯回路においては、安定した点灯を実現するためには信頼性の高いリレー回路を使用しなければならないため、回路の大規模化及び高コスト化を招く傾向にあった。
【０００４】
そこで、本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであり、簡易な回路構成で放電ランプの特性に応じて点灯性を向上させることが可能な放電ランプ用点灯回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明の放電ランプ用点灯回路は、放電ランプを直流駆動する放電ランプ用点灯回路において、放電ランプに直流電流を供給する電源回路と放電ランプを点灯始動するための高電圧発生回路との間において、放電ランプに直列に接続されたＮＴＣサーミスタを備える。なお、ＮＴＣ（Negative Temperature Coefficient）サーミスタは、素子温度が上昇すると抵抗が減少する負の温度特性を有するサーミスタである。
【０００６】
このような放電ランプ用点灯回路によれば、電源回路と高電圧発生回路との間において放電ランプに直列に接続されたＮＴＣサーミスタによって、放電ランプの特性にバラツキが生じた場合であってもその特性に合わせた素子の選択が容易となるので、放電ランプの始動時の突入電流が確実に防止されるとともに、始動後は安定して放電ランプに電流が供給されて点灯安定性が向上する。また、電源回路内において放電ランプと並列にＮＴＣサーミスタを備える場合と比して、素子の配置の自由度が増すことになるので、放電ランプの点灯安定性の維持が容易となる。
【０００７】
電源回路は、出力端子間において放電ランプと並列に接続された抵抗素子、及び抵抗素子の両端に接続されたスイッチ素子を含む突入電流低減化回路を有することが好ましい。この場合、放電ランプの始動時の突入電流をより低減することが可能になり、始動時の放電ランプに与えるダメージを防止することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、簡易な回路構成で放電ランプの特性に応じて点灯性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照しつつ本発明に係る放電ランプ用点灯回路の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１０】
図１は、本発明の好適な一実施形態に係る放電ランプ用点灯回路１の概略構成図である。同図に示す放電ランプ用点灯回路１は、光源装置に実装され、水銀キセノンランプ、キセノンランプ等の非点灯時に内部が大気圧以上に保持された高圧放電ランプを点灯するための回路であり、電源回路２と、イグナイタ（高電圧発生回路）３と、開閉制御回路４と、定電流制御回路５と、ＮＴＣサーミスタ６と、検出用抵抗７とを有している。
【００１１】
電源回路２は、ＡＣ電源又はＤＣ電源である外部電源８に接続され、外部電源８から交流電流又は直流電流が供給されている。電源回路２のスイッチング電源９は、外部電源８から供給される電流が交流電流である場合はその交流電流を直流電流に変換し、直流電流をさらに高周波パルス電流に変換した後、高周波パルス電流を内蔵するトランスを用いて取り出す。取り出された高周波パルス信号は、スイッチング電源９の後段の回路によって整流、及び平滑化された後、放電ランプＬに対して直流駆動用の駆動電流として供給される。この場合、スイッチング電源９は、定電流制御回路５からの制御信号ＣＰに基づいて、生成する高周波パルス電流のパルス幅（スイッチングパルス幅）を変更する。
【００１２】
具体的には、電源回路２において、スイッチング電源９の出力側には、高周波パルス電流の整流用の２つのダイオードからなる整流回路１０が接続され、この整流回路１０によって高周波パルス電流が再度直流電流に整流されて放電ランプＬ側に供給される。また、整流回路１０の後段の電源回路２の出力端子間には、スイッチング電源９から見て放電ランプＬと並列に電解コンデンサ１１が接続されている。整流回路１０から出力された電流にはスイッチング電源９の高周波パルス電流の周波数（スイッチング周波数）に対応するリップル電流成分が含まれているため、電解コンデンサ１１は、整流回路１０から出力された電流におけるリップル電流成分を低減して、イグナイタ３に出力する。さらに、電解コンデンサ１１は、放電ランプＬの点灯開始直後にイグナイタ３を介して放電ランプＬの始動用の電流を供給する機能も有する。
【００１３】
さらに、電源回路２内の出力端子間において、電解コンデンサ１１の陰極には、放電ランプＬと並列になるように直列抵抗１２が接続され、直列抵抗１２の両端には、メカニカルリレー、半導体スイッチ等のリレー回路（スイッチ素子）１３が接続されている。リレー回路１３は、直列抵抗１２の両端間を短絡及び開放するためのものであり、開閉制御回路４の制御信号ＣＲによりオン／オフを切り替える機能を持つ。この直列抵抗１２とリレー回路１３とにより放電ランプＬにおける始動時の突入電流を低減する突入電流低減化回路が構成される。
【００１４】
上記電源回路２の出力には、放電ランプＬを点灯始動させるイグナイタ３の入力が接続されている。イグナイタ３は、放電ランプＬの点灯始動時に放電ランプＬの両端に高圧パルスを印加する。このイグナイタ３の出力端子Ｔｏ間に、キセノンランプ、水銀キセノンランプ等の放電ランプＬが接続され、イグナイタ３によって放電ランプＬの内部における初期のアーク放電が開始及び維持される。
【００１５】
イグナイタ３の放電ランプＬの陰極側の入力端子Ｔｉと電源回路２の出力との間には、放電ランプＬを流れる放電電流を検出する検出用抵抗７が、放電ランプＬと直列に接続されている。さらに、検出用抵抗７の両端には、定電流制御回路５が接続されている。定電流制御回路５は、検出用抵抗７の両端の電位差が入力され、放電ランプＬの点灯始動後に放電ランプＬに連続的に電流が供給されるようになった時点で、放電ランプＬを流れる放電電流が一定値となるように制御信号ＣＰを生成してスイッチングパルス幅を制御する。この検出用抵抗７としては、直列抵抗１２に比較して十分に小さい抵抗値のものが用いられることが好ましい。これにより、放電ランプＬに供給される放電電流の特性が検出用抵抗７によって影響を受けることがなくなる。例えば、直列抵抗１２の抵抗値２．２Ω〜１０Ωに対して、検出用抵抗７の抵抗値が１０ｍΩ〜１００ｍΩのものを選択する。
【００１６】
検出用抵抗７の両端には、リレー回路１３の開閉を制御するための開閉制御回路４も接続されている。開閉制御回路４は、オペアンプ、コンデンサ等により構成され、検出用抵抗７で検出された放電ランプＬを流れる放電電流ＩＬに対応する電位差ＥＬが入力されて、その電位差の低周波成分ＥＬと所定の閾値ＥＬＴＨとを比較する。電位差の低周波成分ＥＬと閾値ＥＬＴＨを比較するために、開閉制御回路４は、電位差の低周波成分ＥＬのみに応答するように構成されている。具体的には、開閉制御回路４は、放電電流ＩＬに対応する電位差ＥＬが閾値ＥＬＴＨより小さい場合は、リレー回路１３をオフさせ、電位差ＥＬが閾値ＥＬＴＨ以上の場合は、リレー回路１３をオンさせる。この閾値ＥＬＴＨは、放電ランプＬがアーク放電状態にあり、放電が安定した時の放電電流に対応する値よりも小さい値として設定されている。そして、開閉制御回路４は、リレー回路１３をオフさせるときには、リレー回路１３に対してハイレベルの開閉制御信号ＣＲを出力し、リレー回路１３をオンさせるときには、リレー回路１３に対してローレベルの開閉制御信号ＣＲを出力する。
【００１７】
さらに、イグナイタ３の放電ランプＬの陽極側の入力端子Ｔｉと電源回路２の出力との間には、ＮＴＣサーミスタ６が、放電ランプＬと直列になるように接続されている。このＮＴＣサーミスタ６は、通電による自己発熱で素子温度が上昇すると抵抗値が減少するような負の温度特性を有する素子であり、ニッケル、マンガン、コバルト、鉄などの金属酸化物が混合及び焼結されたものである。このＮＴＣサーミスタ６を含む放電ランプ用点灯回路１が光源装置に実装される際には、ＮＴＣサーミスタ６は、放電ランプＬの発熱の盛況を防ぐためにその光源装置における放電ランプＬ用の冷却風の流路内に配置される（詳細は後述）。
【００１８】
以下、図２を参照しつつ、放電ランプ用点灯回路１が実装された光源装置２１の構造について詳細に説明する。
【００１９】
同図に示す光源装置２１は、下方に紫外線を出射する落射タイプの（垂直タイプ）の光源装置であり、例えば、半導体デバイスを製造する際のフォトリソグラフィ工程において、ウェハ上のフォトレジストを露光するために用いられる。光源装置２１は、直方体状の筐体２２を備えており、筐体２２内には、仕切板２２ａによって前側領域及び後側領域が形成されている。
【００２０】
筐体２２の前側領域には、紫外線を照射する水銀キセノンランプである放電ランプＬ、及び放電ランプＬから放射された紫外線を反射面２４ａで反射して下方に出射する反射ミラー２４が収容されている。この反射ミラー２４の反射面２４ａは、例えば楕円集光ミラー面になるように形成されている。放電ランプＬは、反射ミラー２４の上方に位置する矩形状の支持板２５に取り付けられ、反射ミラー２４の開口部２４ｂを挿通した状態で反射ミラー２４内において支持されている。
【００２１】
筐体２２の底面側において放電ランプＬと上下方向で対向する位置には、紫外線を外部に出射させるための出射口２２ｃが形成されている。出射口２２ｃと放電ランプＬとの間には、通過する紫外線の量を調整するための絞り部２６が設けられており、出射口２２ｃと絞り部２６との間には、出射口２２ｃからの紫外線の出射をオン／オフするためのシャッタ２７が設けられている。
【００２２】
筐体２２の後側領域には、回路ユニットとしての放電ランプ用点灯回路１、及び筐体２２内を流れる冷却風Ａを筐体２２外に排出するためのファン２８が収容されている。筐体２２の各部には、空気取入口が形成されており、その空気取入口の一部として筐体２２の後面には主に放電ランプ用点灯回路１を冷却するための空気取入口２９が形成されている。ここで、ＮＴＣサーミスタ６は、放電ランプ用点灯回路１の本体ユニット１ａの後面において、ファン２８と空気取入口２９との間の冷却風Ａの流路上に配置されている。
【００２３】
以上説明した放電ランプ用点灯回路１によれば、電源回路２とイグナイタ３との間において放電ランプＬに直列に接続されたＮＴＣサーミスタ６によって、放電ランプＬの特性にバラツキが生じた場合であってもその特性に合わせた素子の選択が容易となるので、放電ランプＬの始動時の突入電流が確実に防止されるとともに、始動後は安定して放電ランプＬに電流が供給されて点灯安定性が向上する。すなわち、放電ランプＬの起動直後は、ＮＴＣサーミスタ６の素子温度が低いのでＮＴＣサーミスタ６の抵抗値が高くなり突入電流が低減され、放電ランプの起動後は通電により徐々に素子温度が上昇してＮＴＣサーミスタ６の抵抗値が低くなり、点灯回路１における電力損失を防ぐことができる。
【００２４】
特に、電源回路２と放電ランプＬとの間にランプと直列にサーミスタを挿入することで放電ランプＬの負特性（電流と電圧の関係）が改善され、結果的に放電ランプＬをスムーズに直流動作させることができる。また、電源回路２内において放電ランプＬと並列にＮＴＣサーミスタ６を備える場合と比して、素子の配置の自由度が増すことになる。これにより、放電ランプの熱により素子温度が上がりすぎて再点灯始動時に適切な抵抗値まで下がりきらないといった事態を防止できる。従って、放電ランプＬの突入電流の低減及び点灯安定性の維持が容易となる。より具体的に言えば、放電ランプＬの点灯特性に合った温度環境下にサーミスタを配置させることが容易になる。
【００２５】
また、ランプ特性のばらつきにより点灯性が悪い場合は、再点灯制御が行われることが多いので、点灯始動のリトライが繰り返された結果、ランプ電極（特に、陰極）に過剰な負荷がかかりランプ不具合に発展してしまう可能性がある。本実施形態によれば、点灯安定性が向上するのでこのようなリスクを低減することができる。
【００２６】
さらに、ＮＴＣサーミスタを用いることにより、リレー回路等のスイッチング素子を用いる場合と比較して、抵抗値の制御の信頼性を高く維持しながら回路規模の小型化も容易となる。
【００２７】
また、電源回路２の出力端子間において放電ランプＬと並列に接続された直列抵抗１２、及び直列抵抗１２の両端に接続されたリレー回路１３を含む突入電流低減化回路を有することで、放電ランプＬの始動時の突入電流をより低減することが可能になり、始動時の放電ランプに与えるダメージを防止することができる。
【００２８】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、ＮＴＣサーミスタに代わりにＳｉＣを用いた半導体パワースイッチ等を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の好適な一実施形態に係る放電ランプ用点灯回路の概略構成図である。
【図２】図１の放電ランプ用点灯回路が実装された光源装置の内部を示す側面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１…放電ランプ用点灯回路、２…電源回路、３…イグナイタ（高電圧発生回路）、６…ＮＴＣサーミスタ、１２…直列抵抗、１３…リレー回路（スイッチング素子）、Ｌ…放電ランプ。
【図１】
2008262866.tif 000003
【図２】
2008262866.tif 000004