DE60216402T2

DE60216402T2 - Betrieb einer Hochdruckgasentladungslampe mit niedrigerer Frequenz

Info

Publication number: DE60216402T2
Application number: DE60216402T
Authority: DE
Inventors: Shunsuke Takatsuki-shi Osaka-fu Ono; Masahiro Takatsuki-shi Osaka-fu Yamamoto; Minoru Kyoto-shi Kyoto-fu Ozasa; Masato Takatsuki-shi Osaka-fu Yoshida
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2001-10-26
Filing date: 2002-10-22
Publication date: 2007-04-05
Anticipated expiration: 2022-10-23
Also published as: DE60221055D1; EP1309228A2; CN1414820A; EP1560471A3; CN100367828C; TW587404B; JP2003133091A; EP1309228B1; EP1560471B1; US6670780B2; JP3893042B2; EP1560471A2; DE60216402D1; DE60221055T2; US20030080693A1; EP1309228A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
(1) Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Hochdruckgasentladungslampe, einer Beleuchtungsvorrichtung und einer Hochdruckgasentladungslampenvorrichtung.
(2) Beschreibung des Standes der Technik
Lichtquellen, die im Allgemeinen für einen Flüssigkristallprojektor im Gebrauch sind, sind Hochdruckgasentladungslampen wie Hochdruck-Quecksilberdampflampen. Weil die Größe von Flüssigkristallprojektoren reduziert wird und sie in der Umgebung allgemeiner Haushalte verbreiteter genutzt werden, ist es jetzt erforderlich, eine in Abhängigkeit von der Helligkeit der Umgebung und des zu projizierenden Bildtyps eine gewisse Einstellung vorzunehmen, damit verhindern wird, dass die Leinwand zu hell wird. Ein Flüssigkristallprojektor, der so ausgelegt ist, dass er diese Anforderungen erfüllt, besitzt eine so genannte Helligkeitssteuerfunktion (siehe zum Beispiel JP 2000-131668-A). Die Helligkeitssteuerung wird zustande gebracht, indem eine Hochdruckgasentladungslampe bei einer niedrigeren Leistung als der Nennleistung mit dem Ziel betrieben wird, sowohl die Helligkeit der Lampe einzustellen als auch mit der Leistungsaufnahme sparsam umzugehen.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben jedoch eine Untersuchung hinsichtlich des Einflusses der Helligkeitssteuerung bei einer herkömmlichen Hochdruckgasentladungslampe und einer normalen Beleuchtungsschaltung vorgenommen und folgendes Problem herausgefunden. Das heißt, eine Beleuchtungsvorrichtung zeigt einen größeren Temperaturanstieg im Vergleich damit, wenn sie mit der Nennleistung betrieben wird. Dieser größere Temperaturanstieg ist der übermäßigen Belastung zuzuschreiben, die der Beleuchtungsvorrichtung und Einrichtungen auferlegt wird, die die Beleuchtungsvorrichtung benötigt, um größer dimensioniert zu werden und/oder mit verbesserter Kühlung versehen zu werden. Jedoch stehen diese Anforderungen im Gegensatz zu dem Wunsch nach einem verkleinerten, leiseren Projektor.
US-A-4 803 406 offenbart die Betriebsschaltung einer Hochdruckgasentladungslampe, die in einer frühen Betriebsstufe den Betrieb mit niederfrequentem Wechselstrom und anschließend während des Dauerbetnebszustands der Lampe den Betrieb mit hochfrequentem Wechselstrom oder Gleichstrombetrieb durchführt. Die Betriebsschaltung umfasst einen Schaltkreis, der einen Übergang vom niederfrequenten Wechselstrombetrieb zum hochfrequenten Wechselstrombetrieb oder Gleichstrombetrieb entweder zu dem Zeitpunkt, der eine vorbestimmte Zeitdauer nach der Hochspannungszündung bewirkt, bevor die Hochdruckgasentladungslampe den Dauerbetriebszustand erreicht, oder nachdem zumindest eine vorgegebene Lampencharakteristik detektiert wurde, wodurch ein stabilisierter Lichtausgang zur Verfügung gestellt wird.
ABRISS DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zum Betrieb einer Hochdruckgasentladungslampe, einer Beleuchtungsvorrichtung und einer Hochdruckgasentladungslampenvorrichtung, die jeweils eine übermäßige Belastung der Beleuchtungsvorrichtung auch dann verhindern können, wenn die Hochdruckgasentladungslampe bei einer kleineren Leistung als der Nennleistung betrieben wird.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren bereit, wie es in Anspruch 1 definiert ist.
Selbst wenn jeweils an der Elektrodenspitze ausgebildete Verwölbungen zum Beispiel infolge einer Helligkeitssteuerung anomal wachsen, wird mit dieser Konstruktion bewirkt, dass die Verwölbungen teilweise verschwinden, so dass sie auf eine geeignete Größe reduziert werden. So wird ein zu hoher Temperaturanstieg in der Beleuchtungsvorrichtung unterdrückt. Die vorliegende Erfindung ist auf eine Hochdruckgasentladungslampe sowohl vom Gleichstromtyp als auch vom Wechselstromtyp anwendbar. Das heißt, dass die Richtung des Gleichstroms entsprechend der Erfassung in dem Spannungsabnahme-Detektionsschritt eine vorbestimmte Zeitdauer lang umgekehrt wird.
In einer anderen Ausführung stellt die vorliegende Erfindung eine Beleuchtungsvorrichtung bereit, wie sie in Anspruch 6 definiert ist.
In einer bevorzugten Ausführung umfasst eine Hochdruckgasentladungslampenvorrichtung: eine Hochdruckgasentladungslampe mit einer Entladungsröhre, in der ein Halogenmaterial eingeschlossen und ein Elektrodenpaar vorgesehen ist; und eine Beleuchtungsvorrichtung, wie in Anspruch 6 definiert, zum Betrieb der Hochdruckgasentladungslampe, indem ein Wechselstrom daran angelegt wird.
Spezielle Beispiele einer Hochdruckgasentladungslampenvorrichtung umfassen verschiedene Projektoren, wie zum Beispiel ein Flüssigkristallprojektor, die als ihre Lichtquelle eine Hochdruckgasentladungslampe nutzen. Außerdem umfassen die Beispiele eine normale Beleuchtungsvorrichtung, einen Scheinwerfer für ein Fahrzeug, eine Beleuchtungsvorrichtung zur medizinischen Anwendung, eine Härtungsvorrichtung für Kunstharz, das mit UV-Licht härtbar ist.
Eine Hochdruckgasentladungslampenvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung, die eine Beleuchtungsvorrichtung enthält, kann eine Fassungseinheit zur Befestigung einer Hochdruckgasentladungslampe jedoch ohne eine Hochdruckgasentladungslampe selbst aufweisen (Beispiele davon umfassen einen Projektor, an dem eine Hochdruckgasentladungslampe noch nicht befestigt ist).
Des Weiteren kann eine Hochdruckgasentladungslampe nach der vorliegenden Erfindung, die eine Beleuchtungsvorrichtung enthält, eine Hochdruckgasentladungslampe aufweisen, die direkt mit einer Beleuchtungsvorrichtung verbunden ist, ohne dass eine Fassungseinheit verwendet wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und die anderen Aufgaben, Vorteile und Merkmale der Erfindung werden sichtbar aus deren folgenden Beschreibung, die in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen vorgenommen wird, die eine spezielle Ausführung der Erfindung darstellen.
In den Zeichnungen:
1 ist eine Schnittansicht, die die Konstruktion der Hochdruck-Quecksilberdampflampe 100 nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 ist eine teilweise unterbrochene, schiefe Projektion, die die Konstruktion einer Lampeneinheit 200 darstellt, in der eine Hochdruck-Quecksilberdampflampe 100 einbezogen ist;
3 ist eine Darstellung, die anomales Wachstum einer Vorwölbung 124 an der Spitze einer Elektrode veranschaulicht;
4 ist ein Blockdiagramm, das die Konstruktion einer Beleuchtungsvorrichtung 300 darstellt;
5 ist ein Ablaufdiagramm, das Operationen darstellt, die von einem Regler 305 zur niederfrequenten Versorgungssteuerung ausgeführt werden;
6 ist eine Darstellung, die schematisch die Änderung der Frequenz eines Rechteckwellen-Wechselstroms während der niederfrequenten Versorgungssteuerung zeigt;
7 ist eine Darstellung, die das Ergebnis eines aktuellen Experiments zeigt, das zur Untersuchung der Frequenz während der niederfrequenten Versorgungssteuerung durchgeführt wurde; und
8 ist eine Darstellung, die das Ergebnis eines aktuellen Experiments zeigt, das durchgeführt wurde zur Untersuchung der Anzahl von Zyklen eines während der niedertrequenten Versorgungssteuerung eingeleiteten, niederfrequenten Stroms.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNG
Im Folgenden wird mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen die Beschreibung eines Verfahrens zum Betrieb einer Hochdruckgasentladungslampe als eine Ausführung nach der vorliegenden Erfindung gegeben.
(1) Konstruktion einer Hochdruckgasentladungslampe
1 ist eine Ansicht, die als ein Beispiel einer Hochdruckgasentladungslampe die Konstruktion einer Hochdruck-Quecksilberdampflampe 100 darstellt, deren Nennleistung 150W beträgt. Der Bequemlichkeit halber ist die Figur eine Schnittansicht, die längs eines Teils verläuft, an dem die Elektroden freigelegt sind.
Wie in der Figur dargestellt ist, ist die Hochdruck-Quecksilberdampflampe 100 aus einer Entladungsröhre 101 zusammengesetzt, wie aus Quarzglas besteht. Die Entladungsröhre 101 besitzt ein Beleuchtungsteil 101a in Kugelform und ein Dichtungsteil 101b, das an jedem Ende des Beleuchtungsteils 101a ausgebildet ist. Das Beleuchtungsteil 101a ist im Innern mit einem Paar von Wolframelektroden 102 und 103 versehen. Die Dichtungsteile 101b sind im Inneren mit jeweils darin eingeschlossenen Molybdänfolien 104 und 105 versehen, und die Molybdänfolien 104 und 105 sind jeweils mit dem Paar der Wolframelektroden 102 und 103 verbunden. Die Molybdänfolien 104 und 105 an den anderen Enden sind jeweils mit den äußeren Molybdän-Zuleitungsdrähten 106 und 107 verbunden.
Der Abstand zwischen den Spitzen der Wolframelektroden 102 und 103, d. h. der Elektrodenabstand De, ist innerhalb des Bereiches von 0,5 bis 2,0 mm eingestellt. Es ist anzumerken, dass die Hochdruck-Quecksilberdampflampe 100 in dieser Ausführung, wenn sie als fertig gestelltes Produkt vollendet ist, eine Vorwölbung von bestimmter Größe aufweist, die an der Spitze von jeder der Wolframelektroden 102 und 103 ausgebildet ist. So bestimmt dieser Bereich von 0,5 bis 2,0 mm vorzugsweise den Abstand zwischen den Elektroden, die jeweils eine solche an der Spitze ausgebildete Vorwölbung aufweisen.
In einem Beleuchtungsraum 108, der im Innem des Beleuchtungsteils 101a ausgebildet ist, ist Quecksilber 109 als ein Licht emittierendes Material, und Inertgas wie Argon (Ar), Krypton (Kr) und Xenon (Xe) als eine Ingangsetzungshilfe zusammen mit einem Halogenmaterial wie Jod (I) und Brom (Br) eingeschlossen. In diesem Fall ist die eingeschlossen Menge des Quecksilbers 109 innerhalb des Bereichs von 150 bis 650 mg/cm³ der Kapazität des Beleuchtungsraums 108 (die dem Druck von ungefähr 15 bis 65 MPa bei Nennbetrieb der Lampe entspricht) eingestellt. Des Weiteren ist der Druck des Inert gases, wenn sich die Lampe im abgekühlten Zustand befindet, innerhalb des Bereichs von 0,01 bis 1 MPa eingestellt.
Wie bei einem üblichen Verfahren ist das Halogenmaterial Br in einer Größe im Bereich von 1 × 10^–10 moL/cm³ und 1 × 10^–4 mol/cm³. Das Halogenmaterial ist eingeschlossen, um einen so genannten Halogen-Kreislauf zu erreichen, bei dem verdampftes Wolfram zu den Elektroden zurückkehrt, so dass eine Schwärzung der Entladungsröhre unterdrückt wird. Um die größtmögliche Wirkung des Halogen-Kreislaufs zu erreichen, ist es besonders vorzuziehen, dass die Menge von eingeschlossenem Brom innerhalb des Bereichs von 1 × 10^–9 mol/cm³ und einschließlich 1 × 10^–5 mol/cm³ liegt.
2 ist eine zum Teil unterbrochene, schiefe Projektion, die die Konstruktion einer Lampeneinheit 200 darstellt, in der die oben erwähnte Hochdruck-Quecksilberdampflampe 100 einbezogen ist. Wie in der Figur dargestellt ist, ist die Lampeneinheit 200 so konstruiert, dass das Unterteil 201 an einem Ende der Entladungsröhre 101 befestigt wird, und die Entladungsröhre 101 an einem Beleuchtungsspiegel 203 über einen Abstandshalter 202 in einem Zustand befestigt wird, bei dem die Lichtbogenachse mit der optischen Achse des Beleuchtungsspiegels 203 zusammenfällt. Die zwei Elektroden der Hochdruck-Quecksilberdampflampe 100 sind so konstruiert, dass an die Elektroden ein elektrischer Strom jeweils über einen Anschluss 204 und einen Zuleitungsdraht 205 zugeführt wird. Der Zuleitungsdraht 205 erstreckt sich außerhalb des Beleuchtungsspiegels 203 durch ein Loch 206, das durch den Beleuchtungsspiegel 203 hindurch gebildet ist.
(2) Entwicklungen, die zur vorliegenden Erfindung führen
Vor einer konkreteren Beschreibung der Ausführung wird eine Beschreibung für Entwicklungen gegeben, die zu der vorliegenden Erfindung führen.
Erstens haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung angenommen, dass der oben beschriebene übermäßige Temperaturanstieg in der Beleuchtungsvorrichtung verursacht wird, weil die Beleuchtungsschaltung zwangsläufig unter den Bedingungen arbeitet, für die die Beleuchtungsschaltung nicht ausgelegt ist, um dafür bereit zu sein. An schließend wurde die Untersuchung durchgeführt, um Gründe solcher Bedingungen zu erklären. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung kamen zu der Erkenntnis, dass in dem Fall, wo die Helligkeitssteuerung beeinflusst ist, an der Spitze von jeder Elektrode eine Vorwölbung 124 anomal gewachsen ist, wie es in 3 dargestellt wird.
Unter Berücksichtigung der Ursache einer solchen anomal gewachsenen Vorwölbung sind die Erfinder der folgenden Erfindung bei folgender Annahme angekommen. Dieser Annahme entsprechend funktioniert der folgende Mechanismus, wenn eine Hochdruckgasentladungslampe bei Nennleistung betrieben wird. Das heißt, dass das die Elektroden bildende Wolfram aufgrund der Wärme verdampft, die zum Zeitpunkt des Lampenbetriebs erzeugt wird, und sich auf der Innenwand der Entladungsröhre niederschlägt, wodurch eine Schwärzung der Entladungsröhre verursacht wird. Das in der Entladungsröhre eingeschlossene Halogenmaterial dient dazu, den Halogen-Kreislauf zu unterstützen, der das oben erwähnte Schwärzungsproblem unterdrückt. Bei Anwesenheit des Halogenmaterials wird das verdampfte Wolfram chemisch mit dem Halogen verbunden, und die Verbindung bewegt sich durch Konvektion in das Lichtbogenplasma zurück, in dem das Wolfram von dem Halogen dissoziiert wird. Nachdem das Wolfram positiv ionisiert wurde, wird es in den Bereich um den Brennfleck herum, wo die elektrischen Felder an der Spitze der Elektrode in der negativen Phase zusammenlaufen, angezogen und sammelt sich an. Wenn sich die Elektrode in die positive Phase umkehrt, stoßen Elektronen gegen die ganze Spitze der Elektrode, wodurch sich die Temperatur erhöht. Die Folge ist, dass das angesammelte Wolfram wieder verdampft, wenn sich die Elektrode in der negativen Phase befindet.
Wenn die Hochdruckgasentladungslampe mit Nennleistung betrieben wird, werden die oben erwähnte Ansammlung und Verdampfung stabil auf einem Niveau ausgeglichen, bei dem die Vorwölbungen an der Spitze jeder Elektrode innerhalb einer angemessenen Größe gehalten werden. Wenn jedoch die Helligkeitssteuerung beeinflusst wird, d. h., wenn die Lampe mit einer geringeren Leistung als die Nennleistung betrieben wird, ist die Temperatur an der Spitze der Elektrode in der positiven Phase kleiner im Vergleich dazu, wenn die Lampe mit der Nennleistung betrieben wird. Aufgrund dieser kleineren Temperatur verdampft eine geringere Menge Wolfram, so dass der Ausgleich zwischen Ansammlung und Verdampfung gestört ist. Möglicherweise stabilisiert sich das Wolfram während des Zustandes, bei dem es sich an der Spitze jeder Elektrode örtlich ansammelt. Dies verursacht das anomale Wachstum der Vorwölbungen.
Solche anomal gewachsenen Vorwölbungen bedeuten gleichermaßen eine kürzere Lichtbogenlänge. Das heißt, die Spannung über dem Elektrodenpaar (die Lampenspannung VIa) nimmt ab, so dass sich der in die Hochdruckgasentladungslampe eingeleitete Strom während der durch die Beleuchtungsschaltung bewirkten Dauerleistungssteuerung erhöht. Diese Erhöhung des eingeleiteten Stroms überschreitet die für den Nennleistungsbetrieb erwartete Höhe und verursacht folglich den übermäßigen Temperaturanstieg. Wie oben beschrieben, sind sich die Erfinder der vorliegenden Erfindung über die Ursache des zu hohen Temperaturanstiegs in der Beleuchtungsschaltung klar geworden und führten außerdem eine umfassende Untersuchung über Mittel zur Lösung der oben erwähnten Probleme durch, um bei dem Verfahren zum Betrieb einer Hochdruckgasentladungslampe und den anderen Methoden entsprechend der vorliegenden Erfindung anzukommen.
Das Verfahren zum Betrieb einer Hochdruckgasentladungslampe nach der vorliegenden Erfindung ist sozusagen ein Verfahren, um eine Hochdruckgasentladungslampe durch Einleitung eines Wechselstroms in diese zu betreiben. Hier weist die Lampe eine Entladungsröhre auf, in der ein Halogenmaterial eingeschlossen und die mit einem Elektrodenpaar versehen ist. Nach dem Verfahren wird, wenn die Spannung über dem Elektrodenpaar infolge der Änderung des Elektrodenabstands während des Lampenbetriebs unter eine vorgegebene Höhe abfällt, der Wechselstrom mit einer niedrigeren Frequenz als die Nennfrequenz eine vorbestimmte Zeitdauer lang eingeleitet.
Die hier benutzte Nennfrequenz bezieht sich auf die Frequenz des bei Nennleistungsbetrieb in die Hochdruckgasentladungslampe eingeleiteten Wechselstroms. Die Dauer des Zeitintervalls wird hauptsächlich durch die Frequenz und die Anzahl von Zyklen des einzuleitenden Wechselstroms bestimmt Mit der vorliegenden Erfindung wird erreicht, den Temperaturanstieg in der Beleuchtungsvorrichtung zu unterdrücken, weil die Bereitstellung des oben erwähnten Zeitraums zum Temperaturanstieg an der Spitze jeder Elektrode führt und somit die an der Spitze jeder Elektrode gebildete Vorwölbung zum Teil verschwindet, d. h. jede Vorwölbung wird auf eine geeignete Größe reduziert. Folglich wird die Lichtbogenlänge verlängert, so dass die Lampenspannung VIa ansteigt. Im Hinblick auf den oben erwähnten Mechanismus haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung außerdem eine Untersuchung durchgeführt, um klarzustellen, dass die Frequenz des Wechselstroms, der während der oben genannten Zeitdauer eingeleitet wird, vorzugsweise in den Bereich von 0,1 bis einschließlich 10 Hz fällt. Es ist jedoch anzumerken, dass die Frequenz nicht auf den oben genannten Bereich beschränkt ist und in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren, wie zum Beispiel den Aufbau der Lampe, das in der Entladungsröhre eingeschlossene Material, der Elektrodenwerkstoff und die Form oder die Struktur der Elektroden, optimiert werden kann.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung wurden sich des Weiteren auch darüber klar, dass die Anzahl von einzuleitenden Zyklen vorzugsweise bei 10 Zyklen oder weniger liegt im Hinblick auf die Wirkung von auftretenden Spannungsschwankungen während des Lampenbetriebs. Ähnlich der oben erwähnten Frequenz soll angemerkt werden, dass die Anzahl von einzuleitenden Zyklen nicht auf die oben genannten spezifischen Werte beschränkt ist und in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren optimiert werden kann. Außerdem ist die Frequenz nicht zwangsläufig durch die oben genannte Zeitdauer hindurch konstant und kann kontinuierlich verändert werden. Alternativ dazu kann es geeignet sein, den niederfrequenten Strom intermittierend zuzuführen.
Vorzugsweise wird während der Zeitdauer mindestens ein Zyklus eingeleitet. Das liegt daran, weil durch das Zuführen des niederfrequenten Stroms einen Zyklus lang, beide an jedem der Elektrodenpaare gewachsenen Vorwölbungen im gleichen Umfang kleiner gemacht werden. Hier kann ein Zyklus ausreichend sein, wenn die niedrige Frequenz gestartet wird, um sie in der Phase von 0° einzuleiten. Wenn die Beleuchtungsschaltung jedoch nicht in der Lage ist, die in der Phase von 0° startende niedrige Frequenz einzuleiten, dann ist es vorzuziehen, die niedrige Frequenz 1,5 Zyklen lang einzuleiten.
In dem Fall einer Hochdruckgasentladungslampe vom Typ mit Gleichstrom kann die folgende Anordnung vorgenommen werden. Das heißt, wenn der Strom an den Elektroden aufgrund einer Änderung des Elektrodenabstands während des Lampenbetriebs unterhalb einer vorbestimmten Höhe liegt, wird der Gleichstrom für die Zeitdauer in der umgekehrten Fließrichtung in Bezug auf die Nennrichtung eingeleitet. Ähnlich ist es bei dem Typ mit Wechselstrom, was an der Vorwölbung liegt, die auf der in negativer Phase befindlichen Elektrode gebildet wird (d. h. die Katode) und anomal wächst. Eine Umkeh rung des Stromflusses führt dazu, dass die Temperatur an der Spitze der Elektrode ansteigt, so dass die anomal gewachsene Vorwölbung zum Teil verschwinden kann. Die Nennrichtung bezieht sich auf die Richtung des Gleichstroms, der von der als Anode vorbereiteten Elektrode zu der als Katode vorbereiteten Elektrode fließt.
Hier kann es geeignet sein, den oben genannten Zeitraum zur Verfügung zu stellen, wenn die Hochdruckgasentladungslampe mit geringerer Leistung als der Nennleistung betrieben wird. Wie es bereits oben beschrieben wurde, gibt es beim Betrieb der Lampe mit der geringeren Lampenspannung VIa die Tendenz, die zu dem anomalen Wachstum der Vorwölbungen führt. Es gibt jedoch noch eine Möglichkeit, auch wenn die Lampe mit der Nennleistung betrieben wird, dass die Vorwölbungen aus einem bestimmten Grund wachsen. So kann es besser sein, die oben genannte Zeitdauer zur Verfügung zu stellen, wenn der Strom an den Elektroden unter den vorbestimmten Wert sinkt, ohne Rücksicht darauf, ob die Lampe mit der Nennleistung betrieben wird.
(3) Konstruktion einer Beleuchtungsvorrichtung
Als Nächstes wird konkret eine Beschreibung der Konstruktion einer Beleuchtungsvorrichtung gegeben, die eine Beleuchtungsschaltung zur Realisierung des Arbeitsverfahrens nach der vorliegenden Erfindung enthält. 4 ist ein Blockdiagramm, das die Konstruktion einer Beleuchtungsvorrichtung (Vorschaftgerät) 300 nach dieser Ausführung darstellt. Wie in der Abbildung gezeigt ist, besteht die Beleuchtungsvorrichtung 300 aus einem Gleichstromversorgungsgerät 301, einem Gleichstromwandler 302, einem Wechselrichter 303, einem Hochspannungsgenerator 304, einem Regler 305, einem Leitungsprüfer 306 und einem Spannungsprüfer 307.
Das Gleichstromversorgungsgerät 301 umfasst z. B. eine Gleichrichterschaltung und erzeugt eine Gleichspannung aus einer Wechselstrom-Heimverwendung von 100 V. Während der Steuerung des aus einem Mikrocomputer zusammengesetzten Reglers 305, speist der Gleichstromwandler 302 in den Wechselrichter 303 einen Gleichstrom mit vorbestimmter Spannung ein. Durch die Steuerung des Reglers 305 erzeugt der Wechselrichter 303 einen Rechteckwellen-Wechselstrom mit einer vorbestimmten Frequenz und versorgt den Hochspannungsgenerator 304 mit diesem Wechselstrom. Der Hoch spannungsgenerator 304 enthält z. B. einen Transformator, wobei eine in dem Hochspannungsgenerator 304 erzeugte Hochspannung an der Hochdnruck-Quecksilberdampflampe 100 angelegt wird.
Wenn zwischen den Elektroden der Hochdruck-Quecksilberdampflampe 100 ein Durchschlag auftritt, beginnt an den Elektroden der Strom einer Lichtbogenentladung zu fließen. Als Reaktion darauf sendet der Leitungsprüfer 306 ein Detektionssignal an den Regler 305, so dass eine innerhalb des Reglers 305 vorgesehene Beleuchtungserfassungseinheit erkennt, dass „Lampenbetrieb gestartet ist". Nachdem der „Lampenbetrieb gestartet ist", sendet der Regler 305 ein auf Detektionssignalen sowohl des Leitungsprüfers 306 als auch des Spannungsprüfers 307 basierendes Signal an den Gleichstromwandler 302, der die Lampenspannung VIa detektiert, so dass die Beleuchtungsleistung der Lampe gesteuert wird. Die in der oben erwähnten Weise ausgeführte Steuerung ist eine Dauerleistungssteuerung, die auf dem vom Leitungsprüfer 306 detektierten Strom und der vom Spannungsprüfer 307 detektierten Spannung basiert. Spezieller vergleicht der Regler 305 das Produkt des detektierten Stroms und der detektierten Spannung mit einer in seinem internen Speicher gespeicherten Bezugsleistung zur Steuerung des Gleichstromwandlers 302, um einen Strom auszugeben, der zu der konstanten Leistung führt. Der Regler 305 ist mit einem Schalter verbunden, der außerhalb der Beleuchtungsvorrichtung vorgesehen ist, wobei durch den Schalter Funktionen zur Helligkeitssteuerung eingegeben werden. Als Reaktion auf die Funktionen zur Helligkeitssteuerung wird die Bezugsleistung verändert, um die Helligkeitssteuerung auszuführen.
Der interne Speicher des Reglers 305 speichert neben der Bezugsleistung eine Lampen-Bezugsspannung, die genutzt wird, um anomales Wachstum der Elektrodenspitzen zu erfassen. Der Regler 305 beurteilt, dass eine anomal gewachsene Vorwölbung vorhanden ist, wenn die durch den Spannungsprüfer 307 detektierte Lampenspannung VIa unterhalb der Lampen-Bezugspannung liegt. Nachdem eine solche Beurteilung vorgenommen wurde, sendet der Regler 305 ein Signal an den Wechselrichter 303, so dass die Frequenz des durch die Beleuchtungsschaltung hin durchgehenden Stroms kleiner als die Nennfrequenz für die Dauer eines vorbestimmten Zeitraums gemacht wird. Die auf diese Weise ausgeführte Steuerung wird im Folgenden als „niederfrequente Versorgungssteuerung" bezeichnet. Die Einzelheiten der Steuerung werden später beschrieben.
(4) Den Zustand von Elektrodenspitzen betreffende Untersuchungsergebnisse
Im Folgenden wird eine Beschreibung von Untersuchungsergebnissen aus der Studie hinsichtlich des Einflusses einer Helligkeitssteuerung auf die Hochdruck-Quecksilberdampflampe 100 und die Beleuchtungsvorrichtung 300, speziell auf die Elektrodenspitzen gegeben.
Zuerst wird kurz eine Beschreibung der Konstruktion der Elektrode 102 (sowie der Elektrode 103) nach dieser Ausführung gegeben. Die in der Hochdruck-Quecksilberdampflampe 100 verwendete Elektrode 102 nach dieser Ausführung wird wie folgt erhalten.
Mit Bezug auf 3 wird ein aus Wolfram hergestellter Elektrodenstab 121 mit einer Spule 123 versehen, die aus einem an einer Spitze des Elektrodenstabs 121 herum gewickelten, dünnen Wolframdraht besteht. Der Spitzenabschnitt des Elektrodenstabs 121 und die Spule 123 werden teilweise geschmolzen und verarbeitet, um eine halbkugelförmige Elektrodenspitze 122 zu bilden. Anschließend wird die Lampe eine vorbestimmte Dauer lang betrieben, indem ein Wechselstrom mit einer vorgegebenen Frequenz (d.h. durch Alterung) eingeleitet wird, so dass der Spitzenabschnitt eine Vorwölbung von geeigneter Größe aufweist.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben den folgenden ersten Versuch unternommen. Das heißt, ohne Rücksicht auf den erfassten Wert der Lampenspannung VIa wird die Helligkeitssteuerung beeinflusst, während die Frequenz des Beleuchtungsstroms konstant gehalten wird. Die Folge davon ist, dass, wie in 3 dargestellt, eine an der Elektrodenspitzen 122 anomal gewachsene Vorwölbung 124 vorhanden ist. Eine an der Elektrodenspitze vorhandene Vorwölbung geeigneter Größe ist vorzuziehen, um das so genannte Lichtbogensprung-Phänomen (das Phänomen, bei dem sich der Punkt, von dem die Lichtbogenentladung an den Elektroden ausgeht, sich um die Mitte und den Umfang jeder Elektrodenspitze herum instabil bewegt), das wahrscheinlich eine Stufenschwankung der Beleuchtungsstärke verursacht. Außerdem verkürzt eine anomal gewachsene Vorwölbung gemäß 4 den Elektrodenabstand, was eine Abnahme der Lampenspannung VIa bewirkt.
Die Abnahme der Lampenspannung VIa aufgrund der anomal gewachsenen Vorwölbungen führt zu einer Erhöhung der in die Lampe eingeleiteten Leistung, d. h. des Aus gangstroms des Gleichstromwandlers 302. Es wird gefolgert, dass diese Zunahme der Grund des übermäßigen Temperaturanstiegs in der Beleuchtungsvorrichtung 300 ist. Im Hinblick auf das oben Erwähnte haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung eine eingehende Untersuchung hinsichtlich eines Verfahrens zum Betrieb der Lampe durchgeführt, während jede Vorwölbung auf einer geeigneten Größe gehalten wird, und sind zu dem Konzept gekommen, dass die niederfrequente Versorgungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung effektiv ist.
Spezieller, wenn die Vorwölbung 124 anomal gewachsen ist, ist es zur Aufrechterhaltung der Vorwölbung innerhalb einer geeigneten Größe vorzuziehen, die Temperatur der Elektrodenspitzen vorübergehend zu erhöhen, damit etwas von dem die Vorwölbung 124 bildenden Wolfram verdampft. Jedoch ist es nicht wünschenswert, die Stromversorgung für die Lampe zum Zweck der Erhöhung der Temperatur der Elektrodenspitzen zu ändern, weil eine Änderung der Stromversorgung unmittelbar zu einer Schwankung der Beleuchtungsstärke führt. Dies ist speziell in dem Fall nicht erwünscht, wenn die Lampe als eine Lichtquelle für einen Flüssigkristallprojektor verwendet wird. Es gibt außerdem noch eine andere Anordnung zur Erhöhung der Temperatur der Elektrodenspitzen. Das heißt, es wird erwartet, dass durch eine Absenkung der Frequenz des Beleuchtungsstroms in den Zustand, der dem eines Gleichstroms fast ähnlich ist, die Temperatur der Elektrodenspitze ansteigt. Folglich wird die Frequenz des Beleuchtungsstroms, wenn die Vorwölbung 124 anomal wächst, kleiner gemacht, so dass die Vorwölbung 124 innerhalb einer geeigneten Größe gehalten wird, ohne die Versorgungsleistung zu ändern und somit ohne eine große Schwankung der Beleuchtungsstärke zu verursachen.
Es wird außerdem angemerkt, dass zum Zeitpunkt der Ausführung einer niederfrequenten Versorgungssteuerung die Einleitung eines niederfrequenten Stroms mit einer spezifischen Frequenz oder für eine spezielle Anzahl von Zyklen eine nicht unwesentliche Spannungsschwankung der Lampe aufgrund von verschiedenen Faktoren, wie die Umkehrungen des Stromflusses, der über die Elektroden fließt, verursachen kann. Folglich sollte eine sorgfältige Bestimmung der Frequenz und der Anzahl von Zyklen des einzuleitenden niederfrequenten Stroms vorgenommen werden. Anschließend wird aufeinander folgend eine genaue Beschreibung der Einzelheiten der vom Regler 305 ausgeführten Steuerung, der Frequenz und der Zuführzyklen, wie sie von den Erfindern der vorliegenden Erfindung untersucht worden sind, gegeben.
(5) Vom Regler 305 ausgeführte Steuerung
Zuerst wird eine genaue Beschreibung der vom Regler 305 gemäß dieser Ausführung ausgeführten Steuerung gegeben. 5 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel einer Reihe von durch den Regler 305 ausgeführten Operationen darstellt. Zuerst beurteilt der Regler 305 dieser Ausführung unter Verwendung seines internen Zeitgebers, ob seit dem Einschalten der Hochdruck-Quecksilberdampflampe 100 60 Sekunden abgelaufen sind (S101). Hierbei ist die Bezugszeit für die Beurteilung auf „60 Sekunden" festgelegt. Das liegt daran, dass im Fall der Hochdruck-Quecksilberdampflampe 100 mit der Nennleistung von 150 W, wie oben beschrieben, normalerweise 60 Sekunden oder so nach dem Einschalten der Lampe benötigt werden, bevor sich die Entladung stabilisiert. Somit ist es vorzuziehen, die Bezugszeit zur Beurteilung in Abhängigkeit von den technischen Daten der Lampe, wie zum Beispiel die Nennleistung, zu optimieren.
In dieser Ausführung wird angenommen dass die Vorwölbung 124 anomal gewachsen ist, da die vom Spannungsprüfer 307 detektierte Lampenspannung VIa niedriger ist als eine vorbestimmte Bezugspannung. In einem solchen Fall wird die Frequenz des eingeleiteten Stromes zeitweise in eine niedrige Frequenz umgewandelt, um das die anomal gewachsene Vorwölbung 124 bildende Wolfram geeignet zu verdampfen. Es ist jedoch nicht erwünscht, einfach einen niederfrequenten Strom einzuleiten, weil die Lampenspannung VIa unterhalb des vorbestimmten Wertes liegt, ohne Rücksicht darauf, ob es unmittelbar nach dem ist, wenn die Lampe betrieben wird, d. h. bevor sich die Entladung stabilisiert. Ein solcher Betrieb kann möglicherweise mit dem vollständigen Verdampfen einer Vorwölbung geeigneter Größe enden, obwohl die Vorwölbung zur Unterdrückung des Lichtbogenstrahl-Phänomens wirksam ist. Folglich wird die niederfrequente Versorgungssteuerung nicht ausgeführt, bis sich die Entladung stabilisiert.
Nach Ablauf von 60 Sekunden (S101: Ja) beurteilt der Regler 305, ob die durch den Spannungsprüfer 307 detektierte Lampenspannung VIa unter der Bezugsspannung von 55 V liegt (S102). Wenn beurteilt wird, dass VIa unter der Bezugspannung ist (Schritt S102: Nein), steuert der Regler 305 den Wechselrichter 303, um den Rechteckwellen-Wechselstrom mit einer niedrigen Frequenz auszugeben, wodurch die niederfrequente Versorgungssteuerung ausgeführt wird (S103). Hier ist die Bezugspannung auf 55 V eingestellt, wobei jedoch dieser Wert lediglich als ein Beispiel dargestellt ist und nicht um die Bezugspannung auf diesen spezifischen Wert zu beschränken. Des Weiteren versteht es sich von selbst, dass es vorzuziehen ist, die Bezugspannung in Abhängigkeit von technischen Daten der Lampe wie zum Beispiel die Nennleistung zu optimieren.
Nachdem seit der Zuführung des niederfrequenten Stroms (S104: Ja) eine vorgegebene Zeitdauer verstrichen ist, wird die Lampe mit dem Strom betrieben, dessen Frequenz auf die Nennfrequenz zurück gestellt wurde (Schritt S105). Die vorgegebene Zeitdauer wird hauptsächlich in Abhängigkeit von der Frequenz und der Anzahl von einzuleitenden Zyklen während der niederfrequenten Versorgungssteuerung festgelegt. 6 ist eine Darstellung, die schematisch eine Änderung der Frequenz des Rechteckwellen-Wechselstroms während der niederfrequenten Versorgungssteuerung darstellt. Das in der Figur gezeigte Beispiel ist der Fall, bei dem eine Beleuchtungsschaltung verwendet wird, die in der Lage ist, die Wechselstromeinspeisung aus der Phase von 0° zu starten. In dem Beispiel beträgt die Nennfrequenz 170 Hz, und der Strom wird einen Zyklus lang mit der Frequenz von 2 Hz zwischen der in der Figur gezeigten Zeitnahme A und Zeitnahme B eingeleitet.
Wie oben beschrieben wurde, wird der niederfrequente Strom mindestens einen Zyklus lang eingeleitet, so dass an der Spitze der Elektrodenpaare 102 und 103 anomal gewachsene Vorwölbungen in gleicher Weise verschwinden. Weil die Vorwölbungen in gleicher Weise verschwinden, bleibt der Mittelpunkt des Elektrodenabstands fast der gleiche, was hinsichtlich einer Unterdrückung der Beleuchtungsstärkenschwankung wünschenswert ist. Außerdem ist die Einleitung des niederfrequenten Stroms für weniger als einen Zyklus dennoch effektiv, um die Größe der Vorwölbungen in gewissem Umfang zu reduzieren. Es soll angemerkt werden, dass einige Beleuchtungsschaltungen nicht in der Lage sind, die Frequenz bei der Phase von 0° zu schalten. In dem Fall, bei dem eine solche Beleuchtungsschaltung eingesetzt wird, wird der niederfrequente Strom 1,5 Zyklen lang eingeleitet. Mit dieser Anordnung verschwindet die an jeder Elektrode anomal gewachsene Vorwölbung in gleicher Weise ohne Rücksicht auf die Phase, bei der die Frequenz auf niedrig eingestellt wird.
(6) Untersuchung hinsichtlich der Frequenz während einer niederfrequenten Versorgungssteuerung
Als Nächstes wird eine Beschreibung der von den Erfindem der vorliegenden Erfindung durchgeführten Untersuchung hinsichtlich der Frequenz des während der niederfrequenten Versorgungssteuerung eingeleiteten Rechteckwellen-Wechselstroms gegeben. Die 7 ist eine Darstellung, die das Ergebnis eines für die Untersuchung durchgeführten aktuellen Experiments zeigt. In der Abbildung stellt die Frequenz (Hz) die Frequenz des während der niederfrequenten Versorgungssteuerung eingeleiteten Stroms dar. In jedem Muster wurde der niederfrequente Strom 5 Zyklen lang eingeleitet.
Bei dem Experiment wurde eine Testlampe 100 der Nennleistung von 150 W (die Nennspannung von 75 V) mit 120 W beleuchtet, um eine Helligkeitssteuerung zu bewirken. Die Nennfrequenz der Lampe betrug 150 Hz. Mit dem in 5 dargestellten Ablaufdiagramm in Einklang stehend, wurde die Frequenz des Stroms auf die Testfrequenz abgesenkt, wenn die Lampenspannung VIa auf 55 V verkleinert wurde.
In der Abbildung stellt die durchschnittliche Änderung der Lampenspannung (ΔVIa) den Durchschnittswert der Änderung der von dem Spannungsprüfer 307 detektierten Lampenspannung vor und nach dem Einleiten des niederfrequenten Stroms dar. Im Experiment wurden fünf Muster von Testlampen verwendet, um jede in der 7 aufgeführte Frequenz zu prüfen. Folglich wurde aus fünf Messungen der Spannungsänderung der Durchschnittswert erhalten. Der Elektrodenzustand zeigt den Zustand von Elektroden, die von den Erfindem der vorliegenden Erfindung visuell geprüft wurden.
Wenn der Strom mit der Frequenz von 0,05 Hz während einer niederfrequenten Versorgungssteuerung eingeleitet wurde, verschwanden Vorwölbungen an der Spitze von jeder Elektrode vollständig. Folglich blieb keine Vorwölbung zurück, die als unerwünscht bestimmt werden würde. Als die Frequenz bei niederfrequenter Versorgungssteuerung auf 0,1 Hz eingestellt war, wurde in einem von fünf Mustern das völlige Verschwinden der Vorwölbungen beobachtet. In den anderen vier Mustern verschwand die Vorwölbung jedoch nur teilweise (geeignet übrig geblieben), und die Lampenspannung stellte sich wieder her.
Folglich wird daraus geschlossen, dass die Frequenz während der niederfrequenten Versorgungssteuerung vorzugsweise 0,1 Hz oder höher ist.
Wenn der Strom mit der Frequenz von 0,5 Hz oder 1 Hz eingespeist wurde, blieb jede Vorwölbung in einer geeigneten Größe, und die Lampenspannung VIa stellte sich wieder her. Wenn der Strom mit der Frequenz von 5 Hz eingespeist wurde, zeigte eines von fünf Mustern keine Änderung der Vorwölbungsgröße und fast keine Wiederherstellung der Lampenspannung VIa. In jedem der anderen vier Muster verschwanden Vorwölbungen teilweise, und die Lampenspannung nahm zu. Wenn der Strom mit der Frequenz von 10 Hz eingespeist wurde, verschwanden Vorwölbungen in zwei von fünf Mustern teilweise, jedoch wurde in den anderen drei Mustern keine Änderung der Größe der Vorwölbungen beobachtet. Bei der Frequenz von 20 Hz zeigten alle fünf Muster keine Änderung der Vorwölbungsgröße oder eine Wiederherstellung der Lampenspannung.
Hinsichtlich des oben erwähnten Experiments liegt die Frequenz während der niederfrequenten Versorgungssteuerung vorzugsweise innerhalb des Bereiches von 0,1 bis einschließlich 10 Hz und besser innerhalb des Bereichs von 0,1 bis 5 Hz. Die Frequenz innerhalb des Bereiches von 0,5 bis einschließlich 1 Hz ist sogar noch besser. Hierbei ist es so, dass je höher die Frequenz des während der niedertrequenten Versorgungssteuerung eingespeisten Stroms ist, desto kleiner die Zunahme der Lampenspannung VIa ist. Das heißt, wenn die Frequenz des niederfrequenten Stroms ziemlich hoch ist, ist es nötig, die niederfrequente Versorgungssteuerung öfter auszuführen, obwohl doch die Änderung der Lichtbogenlänge, die zum Zeitpunkt der Einspeisung des niederfrequenten Stroms verursacht wird, relativ klein gehalten wird. Folglich ist es vorzuziehen, die Frequenz hinsichtlich der Faktoren wie die Lichtbogenlänge im Nennbetrieb der Lampe und Spannungsschwankung optimal zu bestimmen, was später ausführlich beschrieben werden wird.
(7) Untersuchung hinsichtlich der Anzahl von während einer niederfrequenten Versorgungssteuerung eingespeisten Zyklen
Es wird jetzt eine Beschreibung der Untersuchung gegeben, die hinsichtlich der Anzahl von Zyklen des einzuspeisenden niederfrequenten Stroms durchgeführt wurde. 8 ist eine Darstellung, die das Ergebnis eines für die Untersuchung durchgeführten aktuellen Experiments zeigt.
Ein während der niederfrequenten Versorgungssteuerung entstehendes Problem ist, dass eine Spannungsschwankung in Abhängigkeit von der Frequenz oder der Anzahl von Zyklen des eingespeisten niederfrequenten Stroms auftritt. Im Großen und Ganzen wird die Lampe, wenn die Frequenz niedrig ist, in dem Zustand betrieben, der dem Gleichstrombetrieb ähnlich ist. Mit anderen Worten, der Lichtbogenstrahl weist keine Symmetrie auf. Wenn die Polarität jeder Elektrode bei einem solchen asymmetrischen Zustand des Lichtbogens umgekehrt wird, tritt sofort Spannungsschwankung auf. Wenn der niederfrequente Strom öfter zugeführt wird, findet die Umkehrung der Polarität öfter statt, was das Auftreten einer Spannungsschwankung zwangsläufig bemerkenswerter macht. Des Werteren kann die plötzliche Änderung der Lichtbogenlänge, die auftritt, wenn die Vorwölbung verschwindet, ein anderer die Spannungsschwankung verursachender Faktor sein. Diese Faktoren zusammen machen die Erscheinungen von Spannungsschwankung bemerkenswerter.
Bei diesem Experiment wurde die im oben erwähnten Experiment als geeignet bestimmte Frequenz für verschiedene Zyklen eingespeist, um eine Änderung der Lampenspannung VIa und das Auftreten von Spannungsschwankung zu prüfen. Ähnlich dem oben erwähnten Experiment wurde eine Testlampe mit der Nennspannung von 150 W mit 120 W betrieben, um eine Helligkeitssteuerung zu bewirken. Die Nennfrequenz 150 Hz betrug, und die niederfrequente Versorgungssteuerung wurde ausgeführt, wenn sich die Lampenspannung VIa auf 55 V verringert hatte. Die Frequenzumschaltung des Stroms wurde bei der Phase von 0° ausgeführt. Für jeden Zustand wurden zwei Muster getestet. Die Spalte der Spannungsschwankung in 8 zeigt das Ergebnis einer visuellen Prüfung. Die Markierung „O" in der Spalte stellt dar, dass keine Spannungsschwankung beobachtet wurde. Die Markierung „Δ" stellt dar, dass keine große Spannungsschwankung beobachtet wurde, und die Markierung „X" stellt dar, dass eine Spannungsschwankung ganz bemerkenswert war.
Zuerst wird eine Beschreibung der Lampen gegeben, in die Strom mit der Frequenz von 0,5 Hz während der niederfrequenten Versorgungssteuerung eingespeist wurde. Wenn der niederfrequente Strom 0,5 Zyklen lang zugeführt wurde, wurde keine oder nur gerin ge Spannungsschwankung beobachtet. Wenn die niedrige Frequenz einen Zyklus lang zugeführt wurde, wurde in den beiden Mustern eine geringere Spannungsschwankung beobachtet. Wenn die niedrige Frequenz 5 oder mehrere Zyklen lang zugeführt wurde, war die Spannungsschwankung in beiden der zwei Muster sehr bemerkenswert. Im Hinblick auf das oben Erwähnte wird angenommen, dass die Asymmetrie in der Lichtbogenform größer ist, wenn die Frequenz niedriger ist, so dass ihr Einfluss wahrnehmbarer ist. Nachdem der niederfrequente Strom 1 Zyklus lang eingespeist wurde, stieg die Lampenspannung VIa nicht viel werter an. Somit wird gefolgert, dass 1 Zyklus vorzuziehen ist, um Spannungsschwankung zu unterdrücken. Hinsichtlich einer Schwankung der Beleuchtungsstärke ist ein halber Zyklus nicht vorzuziehen. Das liegt daran, dass die einen halben Zyklus umfassende Einspeisung des niederfrequenten Stroms den Temperaturanstieg nur in einer der zwei Elektrodenspitzen verursacht, was möglicherweise eine Verschiebung des Lichtbogen-Mittelpunkts verursacht.
Wie oben beschrieben wurde, kann es eine Beleuchtungsschaltung geben, die nicht in der Lage ist, die Einleitung des niederfrequenten Stroms bei der Phase von 0° zu starten. In dem Fall, wo eine solche Beleuchtungsschaltung eingesetzt wird, kann das Einspeisen der niedrigen Frequenz 1 Zyklus lang nicht bewirken, dass die zwei Vorwölbungen gleichermaßen verschwinden. In diesem Fall soll der niederfrequente Strom 1,5 Zyklen lang eingespeist werden.
Mit Bezug jetzt auf das Experiment zurück, wurde die Frequenz während der niederfrequenten Versorgungssteuerung mit 1 Hz zugeführt. Wenn der niederfrequente Strom 1 Zyklus lang oder weniger eingespeist wurde, wurde keine Spannungsschwankung beobachtet. Wenn die niedrige Frequenz 5 Zyklen lang zugeführt wurde, wurde eine geringe Spannungsschwankung beobachtet. Wenn der niederfrequente Strom mehr als 10 Zyklen lang eingespeist wurde, war die Spannungsschwankung sehr bemerkenswert. In dem Fall einer Einspeisung des Stroms mit 5 Hz wurde bis zu 5 Zyklen keine Spannungsschwankung beobachtet. Wenn der niederfrequente Strom 10 Zyklen lang eingespeist wurde, wurde eine geringe Spannungsschwankung beobachtet. Wenn der niederfrequente Strom 20 Zyklen lang oder mehr eingespeist wurde, war die Spannungsschwankung sehr bemerkenswert.
Im Hinblick auf das oben erwähnte Experiment beträgt die Anzahl von Zyklen, für die die niedrige Frequenz zugeführt wird, vorzugsweise 10 Zyklen oder weniger und besser 5 Zyklen oder weniger. Noch mehr vorzuziehen ist es, den niederfrequenten Strom 1 Zyklus lang beginnend bei der Phase von 0° einzuspeisen.
(8) Lebensdauerprüfungen von Lampen
Die niederfrequente Versorgungssteuerung kann nicht innerhalb der Vorgänge, die eine Hochdruckgasentladungslampe normalerweise ausführt, in Betracht gezogen werden. Folglich führten die Erfinder der vorliegenden Erfindung jetzt an den Lampen Lebensdauerprüfungen durch, bei denen die niederfrequente Versorgungssteuerung ausgeführt wurde. Im Folgenden wird kurz eine Beschreibung hinsichtlich der Testergebnisse gegeben.
Die Prüfung wurde an den Lampeneinheiten 200 gemäß 2 durchgeführt, die jeweils aus einer Lampe mit der Nennleistung von 150W und der Befeuchtungsvorrichtung 300 bestanden, die in den Prüfungen ein elektronisches Rechteckstrom-Vorschaltgerät in einer Vollbrückenschaltung war, das Rechteckwellenspannung liefert. Es gab zwei Typen der Lampeneinheiten, eine mit der Funktion der niederfrequenten Versorgungssteuerung und die andere ohne eine solche Funktion. Hier war der letztere Typ so konstruiert, dass anomale Vorgänge auch dann verhindert werden, wenn die Temperatur ansteigen würde. Bei der Prüfung wurde jede Hochdruckgasentladungslampe 100 waagerecht gehalten und mit 120W betrieben, um eine Helligkeitssteuerung zu bewirken. Die Lampe wurde 3,5 Stunden lang brennen gelassen und eine halbe Stunde lang abgeschaltet, wobei dieser Zyklus wiederholt wurde. Die Prüfung wurde in der oben erwähnten Weise an fünf Mustern mit der niederfrequenten Versorgungssteuerung (der zugeführte Strom wurde einen Zyklus lang auf 2 Hz geschaltet, wenn die Lampenspannung auf 55 V abgesunken war) und außerdem an werteren fünf Mustern ohne eine solche Steuerung durchgeführt. Die Lebensdauer jedes Musters wurde nach 2000 Beleuchtungsstunden basierend auf dem Erhaltungsfaktor der Beleuchtungsstärke beurteilt. In dem Muster ohne niederfrequente Versorgungssteuerung wurde ein Mittelwert des Erhaltungsfaktors der Beleuchtungsstärke von 86,3 % berechnet, während bei dem Muster mit niederfrequenter Versorgungssteuerung der Mittelwert des Erhaltungsfaktors der Beleuchtungs stärke 85,2 % betrug. Die Ergebnisse verdeutlichen, dass die niederfrequente Versorgungssteuerung keinen Einfluss auf die Lebensdauer der Lampe hatte. Des Werteren gab es bei der niederfrequenten Versorgungssteuerung kein Muster, dessen Lampenspannung VIa unter 55 V sank. Ohne niederfrequente Versorgungssteuerung zeigten jedoch 3 von 5 Mustern die Lampenspannung VIa unter 55 V innerhalb von 500 Stunden nach Beginn des Tests. Noch werter wurde bei niederfrequenter Versorgungssteuerung in den 2000 Stunden durchweg keine Spannungsschwankungen beobachtet.
<Modifizierungen>
Die vorliegende Erfindung wurde bis zu diesem Punkt durch verschiedene Ausführungen beschrieben. Dennoch ist es natürlich verständlich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben offenbarten spezifischen Ausführungen beschränkt ist und verschiedene Modifizierungen, wie nachstehend dargestellt, anwendbar sind.

(1) Die obige Beschreibung ist für die Ausführungen gegeben, die als eine Hochdruckgasentladungslampe die Hochdruck-Quecksilberdampflampe nutzen, deren Nennleistung 150W beträgt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die Lampe mit einer spezifischen Nennleistung beschränkt sondern auf andere Lampentypen anwendbar. Des Weiteren ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine Hochdruck-Quecksilberdampflampe beschränkt, sondern auf andere Typen von Hochdruckgasentladungslampen wie eine Halogenmetalldampflampe anwendbar. Das ist so, weil solange ein Halogenmaterial innerhalb der Entladungsröhre eingeschlossen ist, es die Möglichkeit gibt, dass eine an der Spitze jeder Elektrode gebildete Vorwölbung anomal wächst. Die niederfrequente Versorgungssteuerung löst das Problem von anomal gewachsenen Vorwölbungen.
(2) In den oben erwähnten Ausführungen werden Anweisungen für die Helligkeitssteuerung durch Betätigung eines Schalters eingegeben, und die Beleuchtungsvorrichtung nimmt das Eingangsignal auf. Die Helligkeitssteuerung kann außerdem nicht durch den Schalter sondern durch Signale von einem Sensor bewirkt werden, der die Helligkeit der Anwendungsumgebung erfasst. Alternativ dazu kann auf jeden Fall der Einfluss der Helligkeitssteuerung in Abhängigkeit von zu projizierenden Bildern bestimmt werden.
(3) In den oben erwähnten Ausführungen wird, um die Helligkeitssteuerung zu bewirken, die Bezugsspannung auf einen anderen Wert geschaltet, der ebenfalls in dem internen Speicher des Rechners 305 gespeichert ist. Außerdem kann der Bezugswert festgelegt werden, und stattdessen kann die durch den Spannungsprüfer 307 durchgeführte Erfassung verändert werden. Es versteht sich von selbst, dass die zuzuführende Leistung bei einer Helligkeitssteuerung nicht auf 120 W beschränkt ist.
(4) In den oben erwähnten Ausführungen wird eine Beschreibung für das Beleuchtungsverfahren durch Einspeisung eines Rechteckwellen-Wechselstroms gegeben. Dennoch kann eine Hochdruckgasentladungslampe mit Gleichstrom ebenfalls an dem Problem einer Verringerung der Lampenspannung VIa leiden, die durch eine an der Spitze von einer der Elektroden (die Katode) anomal gewachsenen Vorwölbung verursacht wird. Dieses Problem wird gelöst, indem die Fließrichtung des Gleichstroms einen vorbestimmten Zeitraum lang umgekehrt wird, wodurch ein Teil der Vorwölbung verschwindet.
(5) In den obigen Ausführungen wird die Frequenz zum Zeitpunkt einer niederfrequenten Versorgungssteuerung konstant gehalten. Es kann jedoch einen Fall geben, bei dem das plötzliche Verschwinden der Vorwölbung zu einer plötzlichen Änderung der Lichtbogenlänge führen kann, was die Schwankung der Lampenbeleuchtungsstärke verursacht. Um eine solche plötzliche Änderung der Lichtbogenlänge zu verhindern, kann die Frequenz des Stroms während der niederfrequenten Versorgungssteuerung stufenweise kleiner gemacht werden. Spezieller kann die Frequenz des Stroms, zum Beispiel wenn die Lampenspannung unter den vorbestimmten Bezugswert abfällt, stufenweise wie folgt verkleinert werden. Das heißt, die Spannung wird aufeinander folgend auf 10 Hz (1 Zyklus lang), auf 8 Hz (1 Zyklus lang), auf 6 Hz (1 Zyklus lang), auf 4 Hz (1 Zyklus lang) und schließlich auf 2 Hz (1 Zyklus lang) abgesenkt werden.
(6) In den oben erwähnten Ausführungen wird der niederfrequente Strom während der niederfrequenten Versorgungssteuerung ununterbrochen zugeführt (siehe S104 in 5). Außerdem kann der niederfrequente Strom während einer vorbestimmten Zeitdauer intermittierend zugeführt werden.
(7) In den oben erwähnten Ausführungen besitzt die Elektrode 102 die ständige Elektrodenspitze 122, wobei jedoch die Form der Elektrode nicht darauf beschränkt ist. Die vor liegende Erfindung ist außerdem auf eine Elektrode anwendbar, die gebildet wird, indem einfach eine Spule um einen Elektrodenstab herum gewickelt wird, oder eine Elektrode, die dadurch gebildet wird, dass ein ringförmiges Element an einem Elektrodenstab derart befestigt wird, dass die Spitze des Elektrodenstabs bedeckt ist. Solange wie ein Halogenmaterial innerhalb der Entladungsröhre enthalten ist und der Halogen-Kreislauf genutzt wird, gibt es die Möglichkeit, dass sich das Elektrodenmaterial an der Spitze von jeder Elektrode ohne Rücksicht auf den Aufbau der Elektrode ansammelt.
(8) In den oben erwähnten Ausfehrungen wird der Regler 305 durch einen Mikrocomputer realisiert. Jedoch gibt es neben der einen Mikrocomputer nutzenden Beleuchtungsschaltung andere Typen von Beleuchtungsschaltungen, die wert verbreitet verwendet werden. Ein Beispiel ist eine Beleuchtungsschaltung, die aus einer Vielzahl von Schaltungen in Kombination besteht, wie es in JP-5-67496-A oder in JP 5-144577-A (im Folgenden wird eine solche Beleuchtungsschaltung als „analoge Beleuchtungsschaltung" bezeichnet) offenbart ist.

Die vorliegende Erfindung ist außerdem auf eine solche wie die oben erwähnte analoge Schaltung anwendbar. Um die vorliegende Erfindung mit einer solchen analogen Schaltung zu verwirklichen, muss die analoge Schaltung in verschiedene Schaltungen einbezogen werden wie zum Beispiel eine Schaltung zum Erfassen einer Lampenspannung, die einen vorgegebenen Wert überschreitet; eine Schaltung zum Schalten, um einen niederfrequenten Strom zuzuführen; und eine Schaltung zum Messen von Zuführzyklen. Außerdem kann der Bedarf zur Bereitstellung der oben erwähnten Schaltungen in folgender Weise erfüllt werden. Die Zeitmessung (Zyklus) wird bewirtet, indem eine Zeitkonstante einer Zeitkonstanten-Schaltung wie eine Katodenstrahlschaltung eingestellt wird, oder indem eine Zähleinrichtung verwendet wird. Das Schalten kann durch Verwendung eines Selektors vorgenommen werden. Des Weiteren kann die Erfassung der Lampenspannung, die eine vorgegebene Bezugsspannung überschreitet, durch Nutzung einer Vergleichschaltung ausgeführt werden, die die Lampenspannung mit der Bezugspannung vergleicht.

Claims

Verfahren zum Betrieb einer Hochdruckgasentladungslampe (100), indem an diese ein Wechselstrom angelegt wird, wobei die Hochdruckgasentladungslampe eine Entladungsröhre aufweist (101), in der ein Halogenmaterial eingeschlossen ist, und ein Paar von Elektroden (102, 103) vorgesehen ist, wobei das Verfahren umfasst: einen Niederfrequenzstrom-Anlegeschritt zum Anlegen des Wechselstroms ein vorgegebenes Zeitintervall lang mit einer Frequenz, die niedriger ist als eine Nennfrequenz, wenn die Hochdruckgasentladungslampe mit einer Leistung betrieben wird, die geringer ist als eine Nennleistung, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren des Weiteren einen Spannungsabnahme-Erfassungsschritt umfasst, um zu detektieren, dass eine Spannung zwischen dem Paar von Elektroden (102, 103) sich unter eine vorgegebene Höhe verringert hat, und der Niederfrequenzstrom-Anlegeschritt ausgeführt wird, wenn die Spannungsabnahme in dem Spannungsabnahme-Erfassungsschritt detektiert wird.
Verfahren zum Betrieb einer Hochdruckgasentladungslampe nach Anspruch 1, bei der die Frequenz des Wechselstroms während des Zeitintervalls innerhalb eines Bereiches von 0,1 Hz und einschließlich 10 Hz liegt.
Verfahren zum Betrieb einer Hochdruckgasentladungslampe nach Anspruch 1, bei der die Dauer des Zeitintervalls zehn Schwingungsperioden des Wechselstroms oder weniger entspricht.
Verfahren zum Betrieb einer Hochdruckgasentladungslampe nach Anspruch 1, bei der das Zeitintervall einer Schwingungsdauer des Wechselstroms oder mehr entspricht.
Verfahren zum Betrieb einer Hochdruckgasentladungslampe nach Anspruch 1, bei der die Dauer des Zeitintervalls eineinhalb Schwingungsdauern des Wechselstroms entspricht.
Beleuchtungsvorrichtung zum Betrieb einer Hochdruckgasentladungslampe (100) durch Anlegen eines Wechselstroms daran, wobei die Hochdruckgasentladungslampe eine Entladungsröhre (101) aufweist, in der ein Halogenmaterial eingeschlossen ist und ein Paar von Elektroden (102, 103) vorgesehen ist, umfassend: einen Spannungsdetektor (307) zum Detektieren einer Spannung zwischen dem Paar von Elektroden; und einen Regler (305) zum Regeln des Wechselstroms, wenn die Hochdruckgasentladungslampe (100) mit einer Leistung betrieben wird, die geringer ist als die Nennleistung, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler so eingerichtet ist, dass der Wechselstrom ein vorgegebenes Zeitintervall lang mit einer Frequenz zugeführt wird, die niedriger ist als die Nennfrequenz, wenn sich die durch den Spannungsdetektor (307) detektierte Spannung unter eine vorgegebene Höhe verringert.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 6, bei der die Wechselstromfrequenz während des Zeitintervalls innerhalb eines Bereiches von 0,1 Hz und einschließlich 10 Hz liegt.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 6, bei der die Dauer des Zeitintervalls zehn Schwingungsdauern des Wechselstroms oder weniger entspricht.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 6, bei der die Dauer des Zeitintervalls einer Schwingungsdauer des Wechselstroms oder mehr entspricht.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 6, bei der die Dauer des Zeitintervalls eineinhalb Schwingungsdauern des Wechselstroms entspricht.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 6, bei der der Regler (305) die Steuerung beginnt, nachdem eine vorgegebene Zeit verstrichen ist, seitdem die Hochdruckgasentladungslampe (100) in Betrieb ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 6, bei der: der Regler (305) des Weiteren eine Signaleingangseinheit zum Empfangen eines Signals umfasst, das darauf gerichtet ist, dass die Hochdruckgasentladungslampe (100) mit einer Leistung erleuchtet, die niedriger ist als die Nennleistung; und der Regler die Steuerung ausführt, wenn die Signaleingangseinheit das Signal empfängt.
Hochdruckgasentladungslampen-Gerät umfassend: eine Fassungseinheit zum Befestigen einer Hochdruckgasentladungslampe (100); und eine Beleuchtungsvorrichtung (300) nach Anspruch 6 zum Betrieb der Hochdruckgasentladungslampe (100), indem an diese ein Wechselstrom in dem Fall angelegt wird, wenn die Hochdruckgasentladungslampe (100) an der Fassungseinheit befestigt ist.
Hochdruckgasentladungslampen-Gerät umfassend: eine Hochdruckgasentladungslampe (100) mit einer Entladungsröhre (101), in der ein Halogenmaterial eingeschlossen ist und ein Paar von Elektroden (102, 103) vorgesehen ist; und eine Beleuchtungsvorrichtung (300) nach Anspruch 7 zum Betrieb der Hochdruckgasentladungslampe (100), indem an diese ein Wechselstrom angelegt wird.
Hochdruckgasentladungslampen-Gerät nach Anspruch 14, bei dem ein Abstand zwischen dem Paar von Elektroden (102, 103) innerhalb eines Bereiches von 0,5 mm und einschließlich 2,0 mm liegt; und ein Quecksilberdampfdruck in der mit einer Nennleistung betriebenen Entladungsröhre (101) innerhalb eines Bereiches von 15 MPa und einschließlich 65 MPa liegt.
Hochdruckgasentladungslampen-Gerät nach Anspruch 14, bei dem eine Größe des in der Entladungsröhre (101) eingeschlossenen Halogenmaterials innerhalb eines Bereiches von 1 × 10^–9 mol/cm³ und einschließlich 1 × 10^–5 mol/cm³ liegt.