JP2006351545A - 高圧放電ランプの作動するための回路装置、作動装置および高圧放電ランプの故障を予想する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高圧放電ランプを作動させる回路装置を提供して、この回路装置により、ランプの破裂を予想し、またこのランプが破裂する前にランプ動作を終了させること。
【解決手段】本発明の高圧放電ランプを作動する回路装置は、高圧放電ランプ（Ｌｐ）を接続する２つの接続端子（Ｊ３，Ｊ４）と、動作電圧を測定する測定装置（２）とを有しており、ここで高圧放電ランプの動作中、これらの接続端子（Ｊ３，Ｊ４）間に動作電圧が加わっている。この回路装置は、上記の測定装置（２）に結合されておりかつ動作電圧の時間変化に対する尺度を表す評価数を供給する評価装置（３）と、この評価数が、あらかじめ定めた限界値を上回った場合、接続された高圧放電ランプの動作を中断する遮断装置（４）とを有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、以下では略して単にランプとも称する高圧放電ランプを作動する作動装置に使用される回路装置に関する。ここでこの回路装置は、例えば、作動されたランプの破裂を前もって検出して、ランプの動作を中断するのに有利な回路装置である。さらに本発明はこのような回路装置を有する作動装置ならびに例えば、破裂によるランプの故障を予想する方法に関する。

高圧放電ランプは、耐用年数の間に破裂する危険性がある。この危険性は、殊に超高圧放電ランプにおいて存在するものである。

上記のようなランプは、データプロジェクタおよびリアプロジェクション形テレビジョンなどの要求の多い光学的な適用に対して開発されている。まさにこのような適用においてランプの破裂は人間にとって危険になり得るのであり、またランプが使用された装置に大きな損傷を発生させ得るのである。したがって高圧放電ランプを作動させる際にはランプ破裂に対する保護を行うための対策を講じなければならないのである。通例、ランプはケーシングに収容され、このケースによって人間が危険にさらされないようにする。またこのケーシングにより、ランプが使用される装置の比較的大きな損傷も防止される。しかしながら破裂の後には装置の修理が必要になることがある。これに加えて破裂により、装置に対するユーザの信頼にとって不都合な爆発音が発生する。

したがって高圧放電ランプの作動時には、ランプが破裂する確率を最小限に低減するという課題が存在するのである。従来技術においてこれは単に、ランプがまだ機能し得る場合であっても、あらかじめ定めた作動時間に達したら交換することによって行われている。これではランプの寿命が十分には利用されないことになる。またあらかじめ定めた作動時間に達する前に破裂するランプも存在するのである。

本発明の課題は、高圧放電ランプを作動させる回路装置を提供して、この回路装置により、ランプの破裂を予想し、またこのランプが破裂する前にランプ動作を終了させることである。別の課題は、この回路装置を有する作動装置を提供することである。

さらに別の課題は、高圧放電ランプの故障、例えば破裂を予想する方法を提供することである。

上記の回路装置についての課題は、本発明の請求項１により、高圧放電ランプを作動する回路装置であって、この回路装置は、高圧放電ランプを接続する２つの接続端子と、動作電圧を測定する測定装置とを有しており、高圧放電ランプの動作中、上記の接続端子間に動作電圧が加わっている形式の回路装置において、この回路装置が、上記の測定装置に結合されておりかつ動作電圧の時間変化に対する尺度を表す評価数を供給する評価装置と、この評価数の値が、あらかじめ定めた限界値を上回った場合、接続された高圧放電ランプの動作を中断する遮断装置とを有することを特徴とする、高圧放電ランプを作動する回路装置を提供することによって解決される。

上記の作動装置についての課題は、本発明の請求項１１によって解決され、ここでこの作動装置は、ランプの破裂を予想することのできる上記の回路装置を含んでいる。

また上記の高圧放電ランプの故障を予想する方法についての課題は、本発明の請求項１２により、限界値を決定するステップと、高圧放電ランプを始動するステップと、動作電圧の値を測定して記憶するステップと、あらかじめ定めた時間区間が終了するのを待つステップと、上記の時間区間の終了を待った後、動作電圧の値を新たに測定するステップと、上記の動作電圧の記憶した値と、この新たな測定値との差分を形成するステップと、この分と上記限界値とを比較するステップと、この差分が限界値よりも大きい場合、高圧放電ランプの動作を中断するステップとを有することを特徴とする、高圧放電ランプの故障を予想する方法によって解決される。

高圧放電ランプを作動させる際にはランプの端子間に動作電圧が発生する。この動作電圧は、ランプの点弧の後、ランプに動作圧力が発生するまで上昇する。動作圧力に達すると、動作電圧は実質的に一定になる。一般的にはランプの電極の焼損（Abbrand）により、寿命の経過と共に動作電圧が上昇する。

安全なランプとの比較において示されたのは、破裂の少し前の状態にあるランプの動作電圧の時間経過が特徴的な変化を有することである。第１の変化は、点弧の後、動作電圧の上昇時に確認される。破裂の少し前の状態にあるランプは、安定した動作圧力の平坦部に比較的早く到達する。ここでこの平坦部において動作電圧は最初のうち近似的に一定のままである。これによればこの動作電圧の時間変化は、危険なランプの場合は、安全なランプの場合よりも大きい。つまり上記の評価数は、危険なランプでは安全なランプの場合よりも大きいのである。本発明ではこの評価数と、あらかじめ定めた限界値との比較が、遮断装置によるランプ動作の中断に結びつくのである。

動作の経過に伴って動作電圧の第２変化が発生する。破裂の直前、この動作電圧は大きく低下する。本発明では動作電圧のこのような時間変化も上記の評価数の増大に結びつき、ひいてはランプの遮断に結びつくのである。

以下では図面を参照し、実施例に基づいて本発明を詳しく説明する。

図１は、プロジェクションに適用される２５０Ｗ形高圧放電ランプの点弧直後における動作電圧経過を示している。曲線２２は、破裂の危険性がないランプによって記録したものである。ｘ軸には時間が分および秒で示されている。曲線２１は、破裂の危険性があるランプの動作電圧経過を示している。ここからわかるのは、破裂の危険性のないランプでは約３分後に安定した電圧に達しており、これに対して、破裂の危険性のあるランプでは１分未満ですでにそのような状態になっていることである。したがって破裂の危険性のあるランプでは、動作電圧の時間変化が格段に早く発生しており、このことはランプ破裂の予想に使用可能である。一般性を制限することなく例示すれば、点弧直後の動作電圧の時間変化を評価する際、評価装置により、上昇する動作電圧を例えば正として評価して、正の評価数を供給する。これに相応して上記の評価数が正の限界値を上回った場合、評価装置によってランプの動作を遮断する。同様に上昇する動作電圧を負の評価数になり、負の限界値を下回ったことによって遮断に結びつくようにすることも可能である。

図２にはプロジェクションに適用される２５０Ｗ形高圧放電ランプの動作電圧の時間経過が破裂前の最後の６時間にわたって示されている。この破裂は、曲線１１の右側の終点において星形で示されている。ここからはっきりとわかるのは、破裂の約２時間前に動作電圧が低下しはじめていることである。本発明ではこのような動作電圧の時間変化を測定装置によって検出して評価装置に供給する。この評価装置は測定値から、動作電圧の時間変化に対する尺度を表す評価数を形成する。一般性を制限してしまうことなく例示すれば、低下する動作電圧は、例えば、正の評価数になる。これに相応し、評価数が正の限界値を上回った場合、遮断装置によってランプの動作が遮断される。同様に動作電圧の低下が負の評価数になり、負の限界値を下回ったことが遮断に結びつくようにすることも可能である。

動作電圧の時間変化の評価は、アナログ式でもデジタル式でも行うことができる。アナログ式の解決手段では、ハイパスフィルタを介して動作電圧に対する測定量を評価することができる。この場合、動作電圧の変化が急速であればあるほど、ハイパスフィルタを通過した後、信号はそれだけ大きくなる。

しかしながらほとんどの場合、デジタル式の解決手段が好まれる。それはこれにより、大きなコストをかけることなく、動作電圧経過の複雑な評価を実現できるからである。図３には本発明の回路装置５の一般的なブロック回路図が示されている。回路装置５は、ランプＬｐに対する電流供給部１を含んでいる。電流供給部１は、端子Ｊ１およびＪ２を介してエネルギー源に接続可能であり、また端子Ｊ３およびＪ４を介して、ランプＬｐの動作に適切な電流を供給する。端子Ｊ３およびＪ４に並列に動作電圧が取り出されて測定装置２に供給される。測定装置２の役割は、動作電圧に比例しかつ評価装置３によって処理可能な形態である信号を評価装置３に供給することである。最も簡単なケースでは、測定装置２は分圧器から構成され、この分圧器により、動作電圧のレベルが評価装置３に適合される。これは、電位を分割する変圧器によって行うことも可能である。測定装置２は、端子Ｊ３およびＪ４に直接接続せずに、電流供給部１の内部的な量を検出して、そこから動作電圧に比例する信号を導出することも可能である。

動作電圧の時間変化の評価は有利にはマイクロコントローラのソフトウェアプログラムによって行われる。

まず破裂の前に低下する動作電圧の評価について説明する。発生し得る測定技術上の基本的な問題およびその解決手段は、点弧後の動作電圧の評価に移し替えることができる。図２からわかるように、動作電圧の低下は、破裂の約２時間前に始まる。このため、評価装置３は、１時間よりも長い長時間時間窓において動作電圧を評価する。図２に示されているように、このために評価装置３により、現時点に測定装置２から供給された値１５と、１時間以上前に記憶した動作電圧に対する測定値１４とが比較される。例えば、測定装置により、２時間前の旧い測定値と、現時点の測定値との差分が計算され、これによって動作電圧の２時間の勾配（図２の参照符号１２）に対する尺度が得られる。最も簡単なケースではこの差分を上記の評価数とする。この評価数は、図３からわかるように遮断装置４に供給される。この遮断装置により、評価数と、あらかじめ定められ記憶された限界値とが比較され、この限界値を上回った場合、ランプ動作が中断される。

本願発明の対象とする作動装置に使用されるマイクロコントローラは、ミリ秒のクロックで動作電圧に対する現時点の測定値を検出し、またこの測定値と、記憶された値とを比較することができる。記憶スペースを節約するため、２時間にわたってミリ秒毎に新たな測定値を記憶はしない。ランプの破裂を予想するためには、秒毎に新たな測定値を記憶するだけで十分である。外乱を抑制するために有利であるのは、複数の測定値から平均値を形成することにより、上記の記憶される値を形成する場合である。ふつうこのためにマイクロコントローラにより、１秒間の時間窓にわたるいわゆる持続的な積分（laufend Integral）が形成される。

評価装置３が１０〜２０分の長さの短時間時間窓において動作電圧の時間変化を評価する場合、より一層精確な破裂の予想を行うことが可能である。図２に例示的に示したように評価装置３により、現時点の測定値１５と、１５分前に記憶された値１６とが比較される。測定値１６と測定値１５との差分から１５分間の勾配が得られる。最も簡単なケースではこの１５分間の勾配を評価数とする。評価装置３においてこの評価数と、あらかじめ定めた限界値とが比較される。

破裂のさらに精確な予想は、長時間時間窓においても、短時間時間窓においても共に勾配を形成することによって達成される。これによって２つの評価基準が得られ、これらを１つの評価数にまとめなければならない。これは評価装置３により、各評価基準の重み付けを行い、重み付けされた評価基準の総和を取ることによって達成される。このことはつぎの式によって表すことができる。すなわち、

である。

ランプの破裂を予想する精度のさらなる向上は、評価装置３により、長時間時間窓における評価および短時間時間窓における評価の差分または商を形成して評価数を供給する場合に得られる。これによって動作電圧の勾配がどの程度大きく増大したかについての情報を与えるさらなる評価基準が上記の式に組み込みまれる。ここで上記の商により、予想に対するより一層良好な情報が得られる。しかしながらマイクロコントローラにおいて商の計算は、差分と比べて一層繁雑である。

ランプの破裂を予想する精度のさらなる向上は、評価装置により、瞬時の動作電圧を評価して評価数を供給する場合に得られる。これによって、ランプ出力が制御される場合に極めて低い動作電圧が、極めて大きなランプ電流になるという事実が考慮される。この大きなランプ電流は、一方では作動装置が破壊されることに、また他方ではランプ電極に大きな電流負荷がかかることによってランプが破壊されることにつながる。したがって図２の破線１７によって示したように動作電圧があらかじめ定めた値を下回る場合にはランプの動作を中断するのが有利である。これは別の評価基準として上記の式に組み込みことができる。

上記の評価基準はさまざまな手法で供給することができる。この評価基準は、動作電圧の逆数とすることが可能である。また動作電圧に対するあらかじめ定めた下限と、実際の動作電圧との差分とすることも可能である。上記の評価基準を供給する別の可能性は、実際の動作電圧に対する関数的な依存関係を区分的に定めることである。すなわち、実際の動作電圧が下限を上回る場合、上記の評価基準の値はゼロであり、実際の動作電圧がこの下限以下に低下する場合、評価基準は値１を有する。この評価基準に大きく重み付けを行うことにより、限界値を下回ったことがランプの遮断につながる。

２５０Ｗ形ランプに対して例示的に以下の有利な重み付けが示されている。すなわち、
評価基準１：１５分間の勾配；重み付け１＝５０
評価基準２：２時間の勾配；重み付け２＝１０
評価基準３：評価基準１／評価基準２；重み付け３＝１２０
評価基準４：実際の動作電圧の逆数；重み付け４＝６０００
である。

このように計算した評価数に対して限界値５００が有利であり、これによってランプの破裂が極めて確実に取り除かれる。

別のランプを作動させる際の重み付けは、実験によって求めなければならない。

例えば図２に示した上記のような破裂の前の動作電圧の複合的な評価は、図１に示したランプの点弧後の動作電圧経過にも適用可能である。当然のことながらこのためには別の重み付けを選択しなければならない。ここでは別の評価基準またはさらなる評価基準を導入することも可能である。

点弧後および破裂の前に動作電圧を評価することも可能である。この際には上記の重み付けを有利には時間に依存して変更する。点弧の直後には重み付けを選択して、破裂の危険性があるランプが、動作電圧の異常な急速上昇によって検出されるようにする。例えば、点弧後の３分後には重み付けを変更して、動作電圧の低下により、破裂が予想されるようにする。点弧後の動作電圧の評価によって、重み付けの別の時間経過が生じることがある。点弧の後、ランプの立ち上が時にこのランプが破裂する危険性があることが確認された場合、このことについての知識は動作電圧の別の評価部に送出される。同様に、遮断装置４に記憶されている限界値も、点弧後の動作電圧の評価に依存させることも可能である。

破裂する危険性がある高圧放電ランプおよび破裂する危険性のない高圧放電ランプの点弧後の動作電圧経過を示す線図である。 破裂の前の高圧放電ランプの動作電圧経過を示す線図である。 本発明による回路装置のブロック回路図である。

符号の説明

１ 電源供給部、 ２ 測定装置、 ３ 評価装置、 ４ 遮断装置、 ５ 回路装置、 １１ 破裂前の最後の６時間にわたる２５０Ｗ形高圧放電ランプの動作電圧時間経過、 １２ 動作電圧の２時間の勾配、 １４ １時間以上前に記憶した動作電圧測定値、 １５ 現時点の測定値、 １６ １５分前に記憶した測定値、 ２１ 破裂の危険性があるランプの動作電圧曲線、 ２２ 破裂の危険性がないランプの動作電圧曲線、 Ｌｐ ランプ、 Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４ 端子

Claims (12)

1. 高圧放電ランプを作動する回路装置であって、
   該回路装置は、
   高圧放電ランプ（Ｌｐ）を接続する２つの接続端子（Ｊ３，Ｊ４）と、
   動作電圧を測定する測定装置（２）とを有しており、
   高圧放電ランプの動作中、前記の接続端子（Ｊ３，Ｊ４）間に動作電圧が加わっている形式の回路装置において、
   該回路装置は、
   前記の測定装置（２）に結合されておりかつ動作電圧の時間変化に対する尺度を表す評価数を供給する評価装置（３）と、
   当該の評価数の値が、あらかじめ定めた限界値を上回った場合、接続された高圧放電ランプの動作を中断する遮断装置（４）とを有することを特徴とする、
   高圧放電ランプを作動する回路装置。
2. 評価装置（３）により、動作電圧の低下が正と評価され、また限界値は正である、
   請求項１に記載の回路装置。
3. 評価装置（３）により、動作電圧の上昇が正と評価され、また限界値は正である、
   請求項１に記載の回路装置。
4. 評価装置（３）により、１時間以上の長さの長時間時間窓にて動作電圧の時間変化が評価される、
   請求項１または２に記載の回路装置。
5. 評価装置（３）により、１０〜２０分の長さの短時間時間窓にて動作電圧の時間変化が評価される、
   請求項１または２に記載の回路装置。
6. 評価装置（３）により、前記の長時間時間窓における評価および短時間時間窓における評価の重み付けを行った和が形成されて評価数が供給される、
   請求項４または５に記載の回路装置。
7. 評価装置（３）により、前記の長時間時間窓における評価と、短時間時間窓における評価との差分または商が形成されて評価数が供給される、
   請求項４または５に記載の回路装置。
8. 評価装置（３）により、現時点の動作電圧が評価されて評価数が供給される、
   請求項２に記載の回路装置。
9. 記評価装置（３）により、式
   

   

   にしたがって評価数が計算され、ただし
   ｎは自然数であり、
   前記の評価基準_１は、１０〜２０分の長さの短時間時間窓における動作電圧の時間変化であり、
   前記の評価基準_２は、１時間よりも長い長時間時間窓における動作電圧の時間変化であり、
   前記の評価基準_３は、評価基準_１／評価基準_２であり、
   前記の評価基準_４は、現時点の動作電圧の逆数であり、
   前記の重み付け_ｎは、各評価基準の重み付けファクタである、
   請求項２に記載の回路装置。
10. 始動後、評価装置（３）により、上昇する動作電圧が正と評価されかつ限界値は正であり、
    動作の経過に伴って評価装置（３）は、低下する動作電圧が正を評価するように移行する、
    請求項１に記載の回路装置。
11. 高圧放電ランプを作動する作動装置において、
    請求項１から１０までのいずれか１項に記載の回路装置を含むことを特徴とする
    作動装置。
12. 高圧放電ランプの故障を予想する方法において、
    該方法は、
    ・ 限界値を決定するステップと、
    ・ 高圧放電ランプを始動するステップと、
    ・ 動作電圧の値を測定して記憶するステップと、
    ・ あらかじめ定めた時間区間が終了するのを待つステップと、
    ・ 前記の時間区間の終了を待った後、動作電圧の値を新たに測定するステップと、
    ・ 前記の動作電圧の記憶した値と、当該の新たな測定値との差分を形成するステップと、
    ・ 当該差分と前記限界値とを比較するステップと、
    ・ 当該差分が限界値よりも大きい場合、高圧放電ランプの動作を中断するステップとを有することを特徴とする、
    高圧放電ランプの故障を予想する方法。

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