JP2003531468A - 中断期間を有するランプの始動手順 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 高圧放電ランプに給電する安定器は、点弧期間（t_i ）中、ランプにＡＣ電圧を点弧周波数（f_i ）で供給する手段と、点弧期間（t_i ）に続くグロー期間（t_g ）中、ランプにＡＣ電圧をグロー周波数（f_g ）で供給する手段と、点弧及びグロー期間（t_i ，t_g ）の始動手順を繰り返す手段と、最後の始動手順に続く点灯期間（t_b ）中、ランプにＡＣ電圧を点灯周波数（f_b ）で供給する手段と、最後の始動手順でない始動手順中で、グロー期間（t_g ）に続く中断期間（t _d ）中に電源を中断する手段とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、高圧気体放電ランプを点弧させると共にこれに給電する安定器であ
って、この安定器は、前記高圧気体放電ランプを接続する出力端子と、点弧期間
中、前記高圧気体放電ランプに交流電圧を点弧周波数で供給する手段と、前記点
弧期間に続くグロー期間中、前記高圧気体放電ランプに交流電圧をグロー周波数
で供給する手段と、前記点弧期間及び前記グロー期間の始動手順を繰り返す手段
と、最後の始動手順に続く点灯期間中、前記高圧気体放電ランプに給電する手段
とを有する当該安定器に関するものである。本明細書中、点弧期間（t_i ）及び
これに続くグロー期間（t_g ）について述べているが、実際には、これら２つの
期間は必ずしも明確に区別できるわけではなく、点弧周波数（f_i ）及びグロー
周波数（f_g ）は変動しやすく、次第に相互に混ざり合う可能性があり、或いは
、これら周波数が等しくなる場合もあると解釈すべきである。 本発明は、このような安定器が設けられているプロジェクションユニットにも
関するものである。

【０００２】 このような安定器は、国際公開パンフレットＷＯ99/35890に記載されており、
高圧水銀蒸気気体放電ランプを始動すなわち点弧させると共にこのランプに給電
するために用いることができる。この高圧水銀蒸気気体放電ランプは、例えば約
100 Ｗの定格出力を有し、（スライド、シート又はＬＣＤスクリーン用）プロジ
ェクションランプとして主に用いられている。このようなランプは放電容器とし
て石英ガラスのバルブ又は管を有し、この放電容器にはその両端において電極が
設けられ、この電極は例えばタングステンより成り、固体コアを有し、この固体
コアの端部を囲むようにワイヤが巻装されている。この放電容器には水銀が入っ
ている。点弧期間（t_i ）中、高電圧が高周波電圧源によって生ぜしめられ、こ
の結果、電極間に放電アークが発生する。点弧期間に続くグロー期間（t_g ）中
、周波数が減少されて、回路のインピーダンスが減少し、ランプに流れる電流が
増大するようになる。その結果として、電極が急速に加熱する。温度の増大によ
って水銀を蒸発させて、必要な水銀蒸気圧が形成される。電極が充分に高温であ
れば、安定器は安定な点灯期間（t_b ）に移行し、既知の安定器の場合、この点
灯期間中の点灯周波数（f_b ）は比較的低い。しかし、測定によって、点弧及び
グロー期間（t_i ，t_g ）の始動手順後にランプが点灯しないことが検出されると
、ランプが点灯するまでこの始動手順が自動的に繰り返される。始動手順が多数
繰り返された後にランプが依然として点灯しなければ、始動サイクルが中断され
る。

【０００３】 望ましくは、放電アークを２つの電極間の最短経路に沿って発生させて、電極
を完全に加熱させる。このようなランプの始動に関して、放電アークが初期にし
ばしば、双方の電極の後部側の間で発生するという問題がある。これらの後部側
にはワイヤが全く巻装されていないので、これらの後部側では電極の断面積が小
さい。水銀は、この後部側に付着する傾向にあり、この水銀の付着によって、導
電度を高め、従って、後部側からの放電アークの形成を高める。更に、電極は塩
類で覆われるおそれがあり、この塩類により、所望な放電アークの発生を妨げる
おそれがある。その結果として、電極の後部側の間に、長い湾曲した放電アーク
が形成されるおそれがあり、この放電アークは安定な点灯期間中にも存続するお
それがあり、このことは最適な結果をもたらさない。その理由は、電流が流れる
電極部分のみが加熱されるため、電極が全体的にではなく部分的にのみ加熱され
るからである。放電アークが長すぎ、電極の温度が低すぎるため、ランプは始動
期間中、自然に消弧するおそれがあり、この場合、ランプは手動によって点灯さ
せなければならない。この問題は、特に、定格出力が高く且つ電極が大きいラン
プに生じており、このことが、これらランプが従来広く用いられていない理由と
なっている。このように出力が高いランプは、複数の層で巻装されたワイヤを有
し、このことによって、電極の端部を、出力が低いランプに比べて比較的幅広な
ものとし、上述した問題を生じやすくする。しかし、周辺光の状態でプロジェク
ション表示に用いることができるプロジェクションランプはこのような高出力を
有する必要がある。

【０００４】 本発明の目的は、高圧気体放電ランプを点弧させると共にこのランプに給電す
るのに用いうる安定器用の手段であって上述の欠点及び問題を回避する手段を提
供することにある。

【０００５】 この目的を達成するために、頭書に述べた種類の安定器は、更に、前記最後の
始動手順でない始動手順中で、前記グロー期間に続く中断期間中に電源を中断す
る手段を有する。従って、本発明では、電源（電流の供給）を短期間故意に中断
させる。中断期間（t_d ）は、ランプに入っている気体をほぼ脱イオンするのに
充分に長くするのが好ましい。 中断期間（t_d ）は、好ましくは50ミリ秒〜500 ミリ秒の範囲内とし、より好
ましくは250 ミリ秒〜350 ミリ秒の範囲内とし、最も好ましくは約300 ミリ秒と
する。ランプに対する電源を短期間中断することによって、ランプ内に存在する
ガスはもはやイオン化されず、形成され且つ場合によっては最良でない長い湾曲
した放電アークが消滅する。しかし、先行する始動手順中、電極の幅広な端部は
わずかに加熱され、塩類及び水銀の双方が電極から剥離される。このことは、後
続する始動手順期間中、わずかに離間された電極の端部間に、短かい直線状の放
電アークを発生させるのに良好な状態をもたらす。一般に、この放電アークが、
この後続する始動手順後、ランプを良好に点灯させる。

【０００６】 好ましくは、グロー周波数（f_g ）を点弧周波数（f_i ）よりも低くする。周波
数を低くすると回路のインピーダンスを著しく低下させ、従って電流強度が高く
なり、電極が急速に加熱される。

【０００７】 点弧周波数（f_i ）を好ましくは30 kHz〜120kHzの範囲内とし、点弧期間（t_i ）を好ましくは0.25〜５秒の範囲内とする。更に好ましくは、点弧周波数（f_i
）を約62.5 kHzとし、点弧期間（t_i ）を約0.5秒持続させる。

【０００８】 グロー周波数（f_g ）を10 kHz〜40 kHzの範囲内とし、グロー期間（t_g ）を好
ましくは0.4 秒〜1.7 秒の範囲内とする。更に好ましくは、グロー周波数（f_g
）を約20 kHzとし、グロー期間（t_g ）を約0.85秒持続させる。

【０００９】 好ましくは、安定器は更に、最後の始動手順のグロー期間（t_g ）後で、最終
グロー期間（t_ge）中に、グロー周波数（f_g ）よりも低い最終グロー周波数（f_{g e} ）でランプに給電しうる手段を有する。この最終グロー期間は、電極の抵抗値
を更に減少させることによって電流強度を更に増大させる作用をする。最終グロ
ー周波数（f_ge）は８ kHz〜30 kHzの範囲内とするのが好ましく、最終グロー期
間（t_ge）は0.25〜１秒の範囲内とするのが好ましい。更に好ましくは、最終グ
ロー周波数は約15.5 kHzとし、最終グロー期間は約0.5 秒持続させる。

【００１０】 点灯周波数（f_b ）は好ましくは50Hz〜200 Hzの範囲内とし、更に好ましくは
約90Hzとする。

【００１１】 本発明の上述した観点及びその他の観点は、以下の実施例に関する説明から明
らかとなるであろう。 図１に、高圧放電ランプ３に給電すると共にこのランプを点弧させる安定器１
であって、この目的のために送電網のようなＡＣ（交流）電圧源２に接続されて
いる安定器１を示す。この安定器は、本発明によってランプを点弧させた後にこ
のランプに給電する手段を有する。接続されているランプは、例えば高圧水銀蒸
気気体放電ランプである。安定器１の出力端子はランプ３の電極４に接続されて
いる。

【００１２】 図２によれば、特に投写目的に用いるのが適している高圧水銀蒸気気体放電ラ
ンプ用の電極４及び４’は導電性の中心固体コア５を有し、これの端部を囲むよ
うに導電性金属ワイヤ６がらせん状に巻装されている。固体コア５及び金属ワイ
ヤ６の双方はタングステンより成るのが好ましい。電極４の金属ワイヤ６のらせ
ん状巻回部分は固体コア５と融着されている。図２の左側に、100 Ｗ〜150 Ｗの
範囲にある出力を有するランプに用いるのが適している電極４’を示し、一方、
これと同一尺度で図２の右側に、200 Ｗ以上の出力を有するランプに用いるのに
適している電極４を示す。このような高出力での点灯中の温度を最適にするため
に、固体コア５及び金属ワイヤ６の双方の断面積が増大され、しかも多くの層の
金属ワイヤ６が固体コアを囲むように巻装されている。その結果として、高出力
ランプに用いる電極４は、従来のランプに用いる電極４’よりもかなり大きい寸
法を有し、更にこれら電極４は、特にそれらの端部において比較的幅広となって
いる。

【００１３】 図３及び４によれば、高圧水銀蒸気気体放電ランプは、放電容器として石英ガ
ラスの気密な管状バルブ７を有し、このバルブの内部では、その両端で電極４が
融着されている。電極４の幅広な端部は互いに対向し、一方、バルブ７から突出
した部分は、このランプに給電する安定器１の極に接続されている。点灯中、必
要な水銀蒸気圧を形成する水銀球８はこの場合、バルブ７の底部に位置している
が、ランプが冷めると、水銀はしばしば電極４の幅狭な後部側にも付着する傾向
にある。

【００１４】 図３に、ランプを始動させる間にしばしば発生する放電アーク９を示す。電極
４内に電流が流れている経路であって、従って、電極４が著しく加熱される個所
を線図的に太線で示す。水銀が電極４の後部側に付着した結果として、放電は、
最小抵抗値の放電経路を選択し、領域10から電極４を離れ、対向する電極４に向
かって最良でない湾曲した経路を通る。電極４の比較的幅狭な部分は、幅広な前
部側に比べて急速に加熱し、その結果、電極の後部側において導電度が高まると
いう事実によって、放電が最良でない経路を通る前述の影響が更に高まる。電極
４の金属ワイヤ６の巻回部分上及びこれら巻回部分間に堆積する塩類の存在も、
この位置で電流が良好に導通することを妨げ、これにより、図３に示した最良で
ない放電アーク９の形成を高める。

【００１５】 図４に、電極４間の、意図された最良な放電アーク９を示し、電流が電極４を
離れる領域10は幅広な前部側にあり、放電アーク９は２つの電極４間の最短経路
を通る。 図１に示す安定器１は、それ自体既知の“切換えモード”の電圧発生器を有し
、この電圧発生器は、ダウンコンバータ（バックコンバータとも称する）と、マ
イクロコントローラで調整可能な周波数を有するＡＣ電圧を形成しうるブリッジ
回路と、少なくともコイルＬ及びキャパシタＣを有する共振回路とを有し、共振
回路は、電圧及びランプを通る電流を増大させると共に安定させるように応答す
る。この点で、電圧の高さ従って電流の強度はブリッジ回路の調整可能な周波数
値にも依存し、その依存関係は、共振回路の構成要素に対して選択される寸法に
よっても左右される。

【００１６】 図５に示すグラフによって、図４に示す意図された最良な放電アーク９をいか
にして達成するかを説明する。このグラフは、実際の測定結果であって、ランプ
を通る交流電流強度Ｉを時間ｔ（秒）に対してプロットしたものである。 “切
換えモード”電源を0.5 秒の第１の点弧期間t_i 中に62.5 kHzの比較的高い周波
数f_i で動作させることによってランプを点弧させる。この結果、約25 kＶの高
電圧が生じ、このことによって放電アーク９を発生する。前述した理由のため、
この放電アークが、図３に示すような形状を呈するおそれがかなりある。次に、
この電源の周波数を0.85秒のグロー期間t_g 中に20 kHzのグロー周波数f_g まで減
少させる。この結果として、低い周波数において回路のインピーダンスが減少す
るので電流強度が増大する。このグロー期間中、電極４は著しく加熱され、水銀
が電極４から蒸発する。このグロー期間中、いかなる塩類も電極４から剥離され
る。

【００１７】 放電アーク９の形状を、図３に示す形状から図４に示す形状に改めるために、
300 ミリ秒の中断期間（又は“デッド”期間）t_d 中、電源を中断させて、放電
アーク９が短期間の間完全に消滅するようにし、電極の温度を一様にする。次に
、点弧及びグロー期間t_i ，t_g の始動手順を繰り返す。この時、電極４は水銀及
び塩類を有しておらず、一様に高温であるので、図４に示すような最良な放電ア
ーク９が形成される。ランプを通る電流の強度を更に増大させ、高い光出力を得
るために、グロー期間を0.5 秒の最終グロー期間t_geだけ延長させ、この期間中
、最終グロー周波数f_geは15.5 kHzとし、共振回路のコイルＬを短絡させる。

【００１８】 この最終的な始動手順後、電源を、連続した点灯期間t_b に移行させ、この点
灯期間中、電源の点灯周波数f_b は90Hzとする。この段階で、ランプは、完全に
加熱されるのに約30〜60秒を要し、この期間中、光強度は更に増大する。

【００１９】 本明細書中で述べた値は安定器及びランプの適切な動作を高め、ランプの点灯
は約3.5 秒後に安定するということは実験によって確めたものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 気体放電ランプを点弧させると共にこのランプに給電する本発明によ
る安定器を線図的に示す。

【図２】 出力が比較的低い高圧水銀蒸気気体放電ランプ用の電極と、出力が比
較的高い高圧水銀蒸気気体放電ランプ用の電極とをそれぞれ線図的に示す。

【図３】 放電アークが最良でない高圧水銀蒸気気体放電ランプを線図的に示す
。

【図４】 最良な放電アークが維持されている高圧水銀蒸気気体放電ランプを線
図的に示す。

【図５】 ランプを通る電流の強度を時間の関数をしてプロットしたグラフの一
例を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＣＮ，Ｊ Ｐ，ＫＲ (72)発明者 フベルタス セー エム ファン デン ニーウェンホイゼン オランダ国 5656 アーアー アインドー フェン プロフ ホルストラーン ６ (72)発明者 モーリス エム エム ヘンドリックス オランダ国 5656 アーアー アインドー フェン プロフ ホルストラーン ６ (72)発明者 ヘラルダス ハー ヘーイン オランダ国 5656 アーアー アインドー フェン プロフ ホルストラーン ６ Ｆターム(参考） 3K072 AA12 AC02 AC11 BA05 CB02 DB03 DB09 DC07 DC08 DD03 DD04 GB01 HA05 HA06 3K083 AA04 AA09 AA63 BA05 BA25 BA31 BA47 BB06 BB13 BC32 BC38 BC44 CA32

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高圧気体放電ランプを点弧させると共にこれに給電する安定器で
   あって、この安定器は、 前記高圧気体放電ランプを接続する出力端子と、 点弧期間中、前記高圧気体放電ランプに交流電圧を点弧周波数で供給する手段
   と、 前記点弧期間に続くグロー期間中、前記高圧気体放電ランプに交流電圧をグロ
   ー周波数で供給する手段と、 前記点弧期間及び前記グロー期間の始動手順を繰り返す手段と、 最後の始動手順に続く点灯期間中、前記高圧気体放電ランプに給電する手段と
   を有する当該安定器において、 この安定器が更に、前記最後の始動手順でない始動手順中で、前記グロー期間
   に続く中断期間中に電源を中断する手段を有することを特徴とする安定器。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の安定器において、前記中断期間が、前記高圧気
   体放電ランプに入っている気体をほぼ脱イオンするのに充分長くなっていること
   を特徴とする安定器。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の安定器において、前記中断期間が、250
   ミリ秒〜350 ミリ秒の範囲とするのが好ましい50ミリ秒〜500 ミリ秒の範囲であ
   ることを特徴とする安定器。
4. 【請求項４】 請求項１又は２に記載の安定器において、前記グロー周波数が前
   記点弧周波数よりも低くなっていることを特徴とする安定器。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれか一項に記載の安定器において、前記点弧
   周波数が30kHz〜120kHzの範囲であって、前記点弧期間が0.25〜５秒の範囲とな
   っていることを特徴とする安定器。