JP2008517438A - ガス放電ランプ監視方法及び配置、プログラム、ビデオプロジェクター - Google Patents

Abstract

本発明は、ガス放電ランプ（２２）を監視する方法及び配置（１０）に関連する。本発明は、ランプ電圧に割り当てられた電気的測定値を検出する制御回路（１８）を有する。制御回路（１８）は、１つの電圧値を電流変化の前に、そして第２の電圧値を電流変化の後に、又は設定時間を検出し、そして当該電圧値の差分又は当該設定時間に依存する警報信号を生成するために設けられる。このように、ランプ内の圧力は監視され、そしてランプを冷却するため又はランプをオフに切り替えるために用いられ得る制御信号が生成され得る。当該方法は膨張を検出し、及び従ってランプの破裂を防ぐ。

Description

本発明は、ガス放電ランプを監視する方法に関する。当該方法では、ランプ電圧に割り当てられた電気的に測定された値が検出される。本発明はまた、ガス放電ランプを監視する配置に関する。当該装置は、ランプ電圧に割り当てられた電気的に測定された値を検出する制御回路を有する。

ガス放電ランプを監視する当該方法及び当該配置は、特許文献１から知られている。この方法は、ランプ管の膨張を検出するために用いられる。ランプ管が膨張すると、当該ランプ管内の圧力が減少し、そしてこれはランプ電圧の降下を引き起こす。圧力は、基本的に動作中に蒸発した水銀により決定される。従ってこの圧力はまた、水銀蒸気圧又は短絡の水銀圧として参照される。電圧降下が所定値に達すると、警報信号が出力されるか、又はランプがオフに切り替えられる。残念ながら、相当の電圧降下が電極間隔の変化により引き起こされ得るので、当該方法の実際の実装はかなり問題がある。このように、全ての膨張が検出されるものではなく、又は完全に無傷のランプがオフに切り替えられる。
米国特許第６５３４９３２号明細書 米国特許第６２３２７２５号明細書

従って、本発明の目的は、ランプ内の圧力を監視するために使用され得る方法及び装置を提供することである。特に、ランプ管の膨張は確実に検出されるべきである。

上記の目的は、請求項１乃至３、及び５乃至８の特徴により達成される。本発明によると、方法は、電流変化の後に設定時間が測定される段階、及び制御信号が当該設定時間に応じて生成される段階により特徴付けられる。設定時間は、圧力に依存する。圧力変動は、種々の原因を表し得る。第一に、ランプへの給気及び従ってランプの冷却は、制御信号を用いて制御され得る。制御信号はまた、ランプの許容調光範囲を定めるために用いられ得る。更に、基本的な特徴として、制御信号は、ランプが交換されなければならないことを示し及びランプが破裂する前にランプをオフに切り替える警報を生成するために用いられ得る。ランプ管の膨張は非常にゆっくり進行する。警報信号は、数時間の事前警報時間をもって出力され得る。

通常動作条件下では、ランプは負の実数部のインピーダンス及び正の誘導性成分を有する電圧源のように動作する。誘導生成分は、動作状態においてランプ管内の電極間に位置するプラズマの温度の設定時間により予め決定される。プラズマの設定時間は、基本的に光の形式のエネルギー伝達により決定され、及び従って水銀圧に大きく依存し、圧力が減少するほど増加する。プラズマ設定時間を監視することにより、圧力、特に圧力降下を監視及び検出することが可能である。電流変化の立ち上がり又は立ち下がり端は、指数関数的に減衰する電圧ピークのトリガーである。プラズマの設定時間は、ランプの指数関数的電圧の進路に反映され、電圧は直接測定され得る。指数関数的曲線は、水銀圧が減少するにつれ平坦になる。動作圧力２００ｂａｒを有する新しいランプの設定時間は、約５０［μｓ］である。ここで圧力が２分の１に減少すると、設定時間は２００［μｓ］になる。ランプ管の膨張は、ランプの破裂の前に起こる。管の如何なる膨張を検出すること、及び対応する警報を提供すること又はランプをオフに切り替えることは、ランプの破裂を防ぐ効果的な手段である。開放した反射器を有する又は開放した反射器の中のランプがビデオプロジェクターで用いられる場合、ランプ破裂が起こると、ガラスは粉々になり周囲にある高価な部品を損傷し得る。更に、水銀は、ランプの周囲環境を汚染する。環境保護及び経済的な理由から、従って、水銀をランプ管内に保つことが重要である。ビデオプロジェクターでは、ＵＨＰ型の超高圧ガス放電ランプとして知られているランプが用いられる。略語ＵＨＰは、超高圧又は超高性能を表す。更に、ＨＩＤランプとして参照されるランプはまた、特に自動車のヘッドライトに用いられる。略語ＨＩＤは、高輝度放電を表す。

本発明の目的は更に、本発明による方法により達成される。当該方法は、第１の電圧値は電流変化の前に測定される段階、次に第２の電圧値は電流変化の後に測定される段階、そして制御信号は当該電圧値の差分の関数として生成される段階により特徴付けられる。ＵＨＰランプのインピーダンスの実数部の値は、水銀蒸気圧が減少するにつれ増加する。通常動作状態における圧力では、インピーダンスは、−２乃至−１０Ωの間の範囲の負の値を有する。しかし圧力が減少するにつれ、インピーダンスは、０又は正の値にさえ増加する。このインピーダンス変化は、電流変化の後に生じる相当な電圧変化に反映される。電圧変化は直接測定され得る。ランプのインピーダンスは、圧力及び電極間隔の関数であり、個々のランプに対し実験的に決定され得る。関連式は、以下の通りである。
Ｒ＝ｆ（ｄ，ｐ）
この依存関係のパラメータは、ランプの種類毎に簡単な方法で決定され得る。ランプ電圧の電極間隔への依存関係は、個々のランプ圧力に対し同様に知られている。関連式は、以下の通りである。
Ｕ（ｄ，ｐ）＝定数１＋定数２＊ｐ＊ｄ
これらの知られている値から、電流変化に続くランプ動作中の電圧変化が、電極間隔の変化により生じるのか又は水銀圧の減少により生じるのかを解明することが可能である。このように、ランプ管の膨張は膨張の初期状態で検出され得る。

本発明の目的は更に、本発明による第３の方法により達成される。当該方法は、１つの電圧値は電流変化の前に測定される段階、そして第２の電圧値は電流変化の後に測定される段階、及び設定時間も測定される段階、そして次に警報信号は当該電圧値の差分及び当該設定時間の関数として生成されることを特徴とする。上述のように、圧力降下は、設定時間の変化及び電流変化に続く電圧変化の両方を引き起こす。これらの両方の特徴は、従ってランプをオフに切り替えるために用いられる。

有利なことに、電流変化はパルスにより引き起こされる。パルス電流の変化に続く設定時間が測定される。電流パルスの立ち上がり又は立ち下がり端は、指数関数的に減衰する電圧ピークのトリガーである。指数関数的曲線は、圧力損失が増加するにつれ平坦になる。電極の先端を形成するため、ＵＨＰランプは安定化パルスで動作される。このようなランプのパルス動作は、特許文献２に記載される。ランプが安定化パルスで動作される場合、水平とパルスの間のランプ電圧の差分は、ランプインピーダンスの実数部を測定するために直接用いられ得る。インピーダンスのゼロ又は正の値への増加は、電流パルスが印加された時のランプ電圧の変化として測定され得る。

設定時間をパルスの立ち上がり端又は立ち下がり端に何れかに選択的に基づき、及び２つのインピーダンス値をパルスの立ち上がり端又は立ち下がり端の何れかの前及び後に、測定することが可能である。インピーダンスを第１のパルスに基づき、及び設定時間を第２のパルスに基づき、測定することが更に可能である。又は逆、つまり設定時間を第１のパルスに基づき、及びインピーダンスを第２のパルスに基づき測定することも可能である。

本発明の目的は更に、制御回路が設定時間を検出し及び当該設定時間に依存する警報信号を生成するために設けられる配置により達成される。制御回路は、当該方法がプログラムされ得るマイクロプロセッサーを有する。

本発明の目的はまた、第２の配置により達成される。当該配置では、制御回路は、第１の電圧値を電流変化の前に検出し、そして第２の電圧値を電流変化の後に検出し、そして当該電圧値の差分に依存する警報信号生成するために設けられる。

本発明の目的は更に、第３の配置により達成される。当該配置では、制御回路は、１つの電圧値を電流変化の前に検出し、そして第２の電圧値を電流変化の後に検出し、及びまた設定時間を検出し、そして当該電圧値の差分及び当該設定時間に依存する警報信号を生成するために設けられる。

個々の方法の段階は、ソフトウェアとして参照されるプログラムとして制御回路内に実施され得る。

本発明は、図に示された例である実施例を参照し更に記載される。これら実施例は、本発明を制限しない。

種々の図において、同様の又は同一の要素は同一の参照符号を付される。

図１は、ＤＣコンバーター１２、整流段１４、点火装置１６、制御回路１８及び電圧検出器２０を有する配置１０を示す。以下では、配置１０はまたバラスト又はランプ駆動装置として参照される。制御回路１８は、コンバーター１２、整流段１４及び点火装置１６を制御し、及びガス放電ランプ２２のバラスト１０の電圧特性を、電圧検出器２０を用い監視する。コンバーター１２は、例えば３８０Ｖの外部ＤＣ電源２４により電力供給される。ＤＣコンバーター１２は、スイッチ２６、ダイオード２８、インダクター３０及びキャパシター３２を有する。シフター３４を介し、制御回路１８は、スイッチ２６、及び従ってランプ２２の電流を制御する。電圧検出器２０は、キャパシター３２と並列に位置する。当該電圧検出器は、２つの抵抗３６及び３８を有する電圧分配器として設計されている。キャパシター４０は、抵抗３８と並列に位置する。整流段１４は、４個のスイッチ４４、４６、４８及び５０を制御する駆動装置４２を有する。点火装置１６は、点火制御装置５２、及び２つのコイル５４及び５６を用い対称高電圧を生成する及び従ってランプ２２を点火する点火変圧器を有する。制御回路１８は、電流測定回路５８を用い電流を監視する。電圧を測定するため、対応する降下した電圧は、キャパシター３２において電圧分配器３６、３８を介し取り出され、そして制御回路１８内でアナログ／デジタルコンバーターを用い測定される。キャパシター４０は、測定された信号の高周波数干渉を低減するよう機能する。

図２は、２つの端子６２及び６４、４個のダイオード６８、７０、７２及び７４を有する整流器６６、及びランプ２２を有する回路６０を示す。第１の単純近似では、ＨＩＤ及びＵＨＰランプの電気的動作は、以下のように記載され得る。ガス放電ランプ２２は、電圧源として考えられる。ランプ２２で測定される電圧は、変化しない。ＡＣ電流で動作されるランプの場合、整流器６６が追加されなければならない。ランプ２２の電圧は、電流の方向及び電流の極性変化に依存する。

図３は、ランプ２２及び整流器６６に加え、インピーダンス８２を有する回路８０を示す。更に正確な測定では、ランプ電圧は電流が変化すると最小範囲で変化することが確認され得る。超高水銀圧を有するＵＨＰランプ２２の場合、電流が増加するほど低い電圧が得られる。これは、Ｒ＝−４Ωの値を有する抵抗８４を有するインピーダンス８２により説明され得る。

図４は、インピーダンス８２を有する回路９０を示す。インピーダンス８２は、抵抗８４、及びインダクター９４及び更なる抵抗９６を有する並列回路９２を有する。更に正確な測定は、従って、応答過程、つまり指数関数的に減衰する電流変化の後の短いピークを開示する。正しい電気的記述は、インダクター９４及び抵抗９６を有する並列回路９２である。抵抗９６は、ピークのレベルを記述する。また抵抗９６及びインダクター９４は、時定数τを記述する。インピーダンス８２は、従って複素数の周波数に依存する変数である。本願明細書の適用では、しかしながら、圧力測定は負のＤＣ成分、及びＬ／Ｒ回路としても参照される並列回路９２の時定数τにのみ関係する。

図５は、インピーダンス８２、及び整流器６６を有さないランプ２２を有する回路１００を示す。回路１００は、整流としても知られている電流方向を反転する過程のモデルとして有効でない。ランプ駆動装置１０の電圧は、極性変化の前に測定されるので、及び従ってランプモデル内に整流器６６を有する駆動装置１０の整流段１４の効果は互いに打ち消されるので、整流器６６は省略され得る。

図６Ａは、ＤＣコンバーター１２によりランプ２２に供給される電流特性を示す。各半周期の終了時に、立ち上がり及び立ち下がり端１１２及び１１４を有する安定化パルス１１０が提供される。安定化パルス１１０は期間Ｔ１を有する。

図６Ｂは、無傷のランプで電圧が降下する時の、関連する電圧特性１２０を示す。電圧ピーク１２２は、安定化パルス１１０の立ち上がり及び立ち下がり端１１２及び１１４で生じる。当該電圧ピークは、急勾配の指数関数的電圧曲線１２４で減衰する。曲線１２４の設定時間は小さく、５０μｓである。安定化パルス１１０中の電位１２６は、期間の残りの間の電位１２８より低い。電位１２６及び１２８の間の電位差１３０は、測定され得る。

図６Ｃは、ランプ管が膨張した場合のランプ２２の電圧特性１４０を示す。電圧ピーク１４２は、安定化パルス１１０の立ち上がり及び立ち下がり端１１２及び１１４で生じる。当該電圧ピークは、平坦な指数関数的電圧曲線１４４で減衰する。立ち上がり及び立ち下がり端１１２及び１１４の後の電圧の設定時間は、無傷のランプの設定時間より長く、２００μｓである。曲線１４４は、より平坦になる。安定化パルス１１０中の電位１４６は、期間の残りの間の電位１２８と事実上同一である。

図７Ａは、高圧の場合の電圧特性１２０、及び低圧の場合の電圧特性１４０を有する図を示す。電圧は、サンプリング時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３及びｔ４において測定される。期間Ｔ１を有する電流パルスは、サンプリング時刻ｔ２の直前に開始し、そして時刻ｔ２において電圧ピーク１２２又は１４２へ上昇する。電圧は指数関数的に減衰する。時定数τ及びインピーダンスは、ランプ２２の前の点火装置１６のインダクタンスが低いという条件で決定され得る。キャパシター４０の大きさは小さく、従ってキャパシター４０及び電圧分配器の抵抗３６及び３８から形成される時定数は、ランプで測定される最小時定数より有意に短い。電圧信号は、制御回路１８のＡ／Ｄコンバーターで現れ、従って図７Ａに示される電圧特性１２０又は１４０にほぼ一致する。制御回路１８はまた電流及び整流時刻を制御し、及び更に電流値は知られているので、従って電圧のみが複数の時刻ｔ１−ｔ４において測定されなければならない。時定数及びインピーダンスの両方は、従ってそれらから計算され得る。少なくとも３−４回の測定がこの目的のために必要であり、及び更なるサンプル値は精度を向上する。

図７Ｂは、高圧の場合の電圧特性１２０、及び低圧の場合の電圧特性１４０を有する図を示す。電圧は、サンプリング時刻ｔ１及びｔ４において測定される。期間Ｔ１を有する電流パルスは、サンプリング時刻ｔ１の直前に開始し、そして時刻ｔ２において電圧ピーク１２２又は１４２へ上昇する。電圧は指数関数的に減衰する。

この方法では、インピーダンス及び時定数を有する混合値が決定される。この場合のキャパシター４０の大きさは、キャパシター４０及び電圧分配器の抵抗３６及び３８から形成される結果として得た時定数が、パルス期間Ｔ１とほぼ同一であるような大きさである。結果として、干渉は効果的に平滑化される。制御回路１８では、無傷のランプの場合の電圧特性１５０、又は減少する圧力を有するランプの場合の１５２は、Ａ／Ｄコンバーターを用い測定される。時刻ｔ１及びｔ４における２つのサンプル値のみにおける測定は、もはや時定数及びインピーダンスの別個の解析を許さないが、両方の因子は同方向に動作するので、得られた測定値は、圧力に関して一定であり、及び従って一義的な方法で解釈され得る。

２つの代案、つまり測定は複数のサンプル値を有し実行されるか、又は時刻ｔ１−ｔ４における２つのサンプル値だけを有し実行されるかは、駆動装置１０の個々の設計に依存する。複数の測定値を有する第１の代案は、ランプ圧力の非常に正確な評価を可能にするが、しかしながらランプ２２の前の点火装置５２のインダクタンスが低く及びＤＣコンバーター１２が過度の干渉を生じない場合にしか用いられない。第２の代案は、粗略な測定のみを可能にするが、如何なる駆動装置においても実施され得る。

インピーダンス値は、最初及び最後のサンプル値から、又は第２の代案では２つのサンプル値から、式Ｒ＝ΔＵ／ΔＩ＝（Ｕ_最後−Ｕ_最初）／（Ｉ_パルス−Ｉ_平坦）により計算される。ここで値Ｉ_パルスはパルス中の電流、Ｉ_平坦は半周期の残りの間の電流値である。総じてΔＩの値は制御装置のプログラミングで知られている。時定数は、サンプル値２乃至４を用いて推定され得る。振幅は、サンプル値２及び４を用いて決定され得る。及び従って時定数は、例えばサンプル値３及び４を用いて決定され得る。

ＵＨＰランプ２２の最も有利な動作モードは、各整流の前に電流パルス１１０を有する。この電流パルス１１０は、測定目的のために直接用いられ得る。ランプパワーに依存して、当該パルスは、平均電流１乃至５Ａに対し、２乃至１０Ａの間である。１２０Ｗの標準的なランプパワーでは、パルスは、２．２乃至３Ａであり、いくつかの場合には半周期の最大２０％までであり、及び平均電流１乃至２．５Ａである。如何なるパルス１１０も存在しない場合、パルスは非常に低い繰り返し率を有する試験信号として用いられ得、従って通常動作への影響は小さい。選択的に、正のパルス１１０は、次のランプ電流周期において又は正のパルスの直前又は直後において、等しい振幅の負のパルスにより補償され得る。

バラスト及びガス放電ランプを有するブロック図を示す。 整流を考慮したガス放電ランプの第１の等価回路図を示す。 整流及びインピーダンスを考慮したガス放電ランプの第２の等価回路図を示す。 整流、第１の時間に独立なインピーダンス及び第２の時間に依存したインピーダンスを考慮したガス放電ランプの第３の等価回路図を示す。 ガス放電ランプの第４の簡易等価回路図を示す。 ランプのパルス電流特性を示す。 ランプの整流段の前の電圧特性を示す。 膨張過程にあるランプの整流段の前の第２の電圧特性を示す。 低い時定数の検出器による、高圧の場合のパルスの間の第１の電圧特性、及び低圧の場合の第２の電圧特性を有する図を示す。 高い時定数の検出器による、高圧の場合のパルスの間の第１の電圧特性、及び低圧の場合の第２の電圧特性を有する図を示す。

符号の説明

１０ バラスト
１２ ＤＣコンバーター
１４ 整流段
１６ 点火装置
１８ 制御回路
２０ 電圧検出器
２２ ランプ
２４ ＤＣ電圧源
２６ スイッチ
２８ ダイオード
３０ インダクター
３２ キャパシター
３４ シフター
３６ 抵抗
３８ 抵抗
４０ キャパシター
４２ 駆動装置
４４ スイッチ
４６ スイッチ
４８ スイッチ
５０ スイッチ
５２ 点火制御装置
５４ 点火コイル
５６ 点火コイル
６０ スイッチ
６２ 端子
６４ 端子
６６ 整流器
６８ ダイオード
７０ ダイオード
７２ ダイオード
７４ ダイオード
８０ 回路
８２ インピーダンス
８４ 抵抗
９０ 回路
９２ 並列回路
９４ インダクター
９６ 抵抗
１００ 回路
１１０ 安定化パルス
１１２ 立ち上がり端
１１４ 立ち下がり端
１２０ 電圧特性
１２２ 電圧ピーク
１２４ 指数関数的電圧曲線
１２６ パルス電位
１２８ 期間電位
１３０ 電位差
１４０ 電圧特性
１４２ 電圧ピーク
１４４ 指数関数的電圧曲線
１４６ パルス電位
１５０ 電圧特性
１５２ 電圧特性

Claims (10)

1. 方法であって、ガス放電ランプを監視し、ランプ電圧に割り当てられた電気的測定値が検出され、電流変化後の設定時間が測定される段階、及び制御信号は前記設定時間に応じて生成される段階により特徴付けられる、ガス放電ランプ監視方法。
2. 方法であって、ガス放電ランプを監視し、ランプ電圧に割り当てられた電気的測定値が検出され：第１の電圧値は電流変化前に測定される段階、次に第２の電圧値は電流変化後に測定される段階、及び制御信号は前記電圧値の差分に応じて生成される段階により特徴付けられる、ガス放電ランプ監視方法。
3. 方法であって、ガス放電ランプを監視し、ランプ電圧に割り当てられた電気的測定値が検出され：１つの電圧値は電流変化前に測定される段階、そして第２の電圧値は電流変化後に測定され及び設定時間も測定される段階、及び次に制御信号は前記電圧値の差分及び前記設定時間に応じて生成される段階により特徴付けられる、ガス放電ランプ監視方法。
4. 電流変化は、パルスにより引き起こされることを特徴とする、請求項１、２又は３記載の方法。
5. 配置であって、ガス放電ランプを監視し、ランプ電圧に割り当てられた電気的測定値を検出する制御回路を有し、前記制御回路は、設定時間を測定するため及び前記設定時間に依存する制御信号を生成するために設けられることを特徴とする、ガス放電ランプ監視配置。
6. 配置であって、ガス放電ランプを監視し、ランプ電圧に割り当てられた電気的測定値を検出する制御回路を有し、前記制御回路は、第１の電圧値を電流変化の前に、及び第２の電圧値を電流変化の後に測定するため、及び前記電圧値の差分に依存する制御信号を生成するために設けられることを特徴とする、ガス放電ランプ監視配置。
7. 配置であって、ガス放電ランプを監視し、ランプ電圧に割り当てられた電気的測定値を検出する制御回路を有し、前記制御回路は、１つの電圧値を電流変化の前に、及び第２の電圧値を電流変化の後に及びまた設定時間を測定するため、及び前記電圧値の差分及び設定時間に依存する制御信号を生成するために設けられることを特徴とする、ガス放電ランプ監視配置。
8. プログラムであって、請求項１乃至３又は５乃至７の何れか１項記載の方法又は装置のためのプログラム。
9. ビデオプロジェクターであって、請求項１、２又は３の何れか１項記載の方法が用いられる、ビデオプロジェクター。
10. ビデオプロジェクターであって、請求項５、６又は７の何れか１項記載のガス放電ランプを監視する配置を有する、ビデオプロジェクター。

Images