JP2009527871A - ガス放電ランプを駆動する方法及び駆動ユニット - Google Patents

Abstract

ガス放電ランプ１を駆動する方法を開示する。本方法によれば、ガス放電ランプ１に交流電圧Ｕが印加される。この交流電圧Ｕは、第１時間間隔tf1、ts1中には第１極性を有し、第２時間間隔tf2、ts2中には第１極性とは逆の第２極性を有する。本方法では、第１動作モード中には第１時間間隔tf1及び第２時間間隔tf2が交互に繰り返される。第２動作モード中には、ガス放電ランプ１に供給される電力Ｐは第１動作モードに比して小さく、第１時間間隔ts1及び第２時間間隔ts2が交互に繰り返される。第２動作モード中の第１時間間隔ts1の継続時間は第２時間間隔ts2の継続時間の少なくとも倍数である。更に、本発明は、ガス放電ランプ１を駆動するための適切な駆動ユニット４と、ガス放電ランプ１及び駆動ユニット４とを含む、特定的にはプロジェクタシステムである画像レンダリングシステムを開示する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガス放電ランプ、特に高圧ガス放電ランプを駆動する方法、特に減光する方法に関する。更に、本発明は、ガス放電ランプを駆動する駆動ユニットに関する。更に、本発明は、ガス放電ランプ及び上述したような駆動ユニットを含む画像レンダリングシステム、特にプロジェクタシステムに関する。

例えば水銀蒸気放電ランプのようなガス放電ランプは、高温に耐えることができる材料（例えば、石英ガラス）からなるエンベロープを含んでいる。両側から、タングステン製の電極がこのエンベロープ内へ突入している。以下に「アーク管」とも呼ぶエンベロープは、１つまたはそれ以上の希ガスからなる（水銀蒸気放電ランプの場合には主として水銀からなる）充填物を含んでいる。電極にまたがって高い点弧電圧を印加することによって、電極のチップ間にプラズマアークが発生する。

一旦プラズマアークが確立されると、点弧電圧より低い電圧を印加してもプラズマアークを維持することができる。点弧後の期間中、ランプ駆動ユニットは、典型的に、あるレベルの電力がガス放電ランプに供給されるように電流を制御する。一般に、ガス放電ランプに供給される電圧（または電流）は、直流型電圧（「ＤＣ型」）または交流型電圧（「ＡＣ型」）の何れであることもできる。もしＤＣ型電圧を使用するのであれば、電極の一方は他方の電極よりも大きい応力を受け、従って遙かに早いレートで摩耗する。それ故、ＤＣ型電圧を使用する場合には、信頼性の目的から、一方の電極を他方の電極よりも遙かに大きくする必要がある。それ故、両電極が均等に応力を受けるようにＡＣ型電圧を用いてガス放電ランプを作動させることが一般的である。典型的なランプ駆動ユニットは、例えば、いわゆるフルブリッジ回路のような転流（コミュテーション）ユニットを含み、これは、電極が好ましく均等に摩耗するように、ガス放電ランプに印加される電圧の極性をスイッチさせるために使用される。

ガス放電ランプを点弧させるための多くの異なる方法が存在している。普通の方法を用いる場合、２０ｋＶより高い高電圧サージを電極に印加する。若干のより新しい方法では、５ｋＶより低いかまたはそれに等しい点弧電圧と、所要電圧を低下させるように作用する付加的な「アンテナ」を用いて動作させる。

これらの方法は全て、これらのランプを不注意に消灯させてしまうと、ユーザは再度ターンオンさせることができるようになるまでかなりの間、例えば数分間待機しなければならないという問題を有している。これは、ランプがターンオン中に極めて高温になり、アーク管内の圧力がかなり上昇するからである。アーク管内の圧力が高い程、必要な点弧電圧が高くなる。従って、ランプを消灯させた後に、ランプを通常のレベルの点弧電圧で点弧させることができる値に圧力が到達するまでランプを冷却させなければならない。

この問題に対処する試みとして、特開２００４−３１９１９３号公報に開示されている方法は、プロジェクタシステムのランプを、先ず低めの電力レベルにし、次いで、ターンオフ後に比較的直ちにランプを再点弧させることができるような点までランプが冷却されるまで、この低めの電力レベルでランプを駆動する。ランプがこの低めの電力レベルで動作している移行フェーズ中には、プロジェクタシステムは、画面に画像が投射されないような状態にする。この移行フェーズ中に、もしランプが再度ターンオンされれば、画面は再活動化させることができ、ランプ電力は迅速に増加させることができる。ユーザの観点からすれば、それはあたかもランプが直ちに再度ターンオンしたかのように見える。しかしながら、ランプが最終的にターンオフされてから再点弧させることができるようになるまでの時間遅延は、移行フェーズ中にランプが駆動されている電力に依存する。それは、ある電力においてある温度平衡が、従ってある圧力平衡がアーク管内に生ずるからである。更に、普通のランプの場合のように、再点弧時間は点弧電圧のレベルに依存する。ランプを可能な限り低い点弧電圧で再点弧させることができるようにするためには、移行フェーズ中に動作電力を可能な限り低いレベルに維持することが有利である。

しかしながら、ガス放電ランプをＡＣ型電圧で動作中に、ランプの動作電力を無制限に低下させることはできない。ある電力レベルより低くすると、プラズマアークが極めて不安定になり、電圧の極性が変化する時に、または電圧の極性が変化した直後にランプが消灯しかねない。この問題に対処するための米国特許出願公開第２００５／０１６２１０３号に開示されている方法によれば、もしガス放電ランプに供給されている電流があるしきい値より低下すれば、ＤＣ型電圧へスイッチする。この低電力ＤＣ型動作では、ＡＣ型動作と比較してプラズマアークの安定性が向上する。この場合、電極には比較的小さい電流だけしか印加されないので、上述した不均等な摩耗はクリティカルではない。

不幸にも、多くの駆動ユニットはガス放電ランプにＤＣ型電圧を供給することはできない。例えば、ＡＣ型電圧を供給する典型的な駆動ユニットでは、転流ユニット、特に上述したフルブリッジ回路を実現するために半導体デバイスが使用されている。これらの半導体デバイスの制御入力に十分に高い電圧を供給するために、一般に専用回路技術が使用されている。例えば、電荷はいわゆる「ブートストラップキャパシタ」に蓄積され、一方フルブリッジ回路は２つの極性の一方の電圧をガス放電ランプに供給する。もしブリッジが他方の極性にスイッチすれば、ブートストラップキャパシタに蓄積された電荷は、フルブリッジ回路内の半導体デバイスの少なくとも１つの制御入力に十分に高い電圧を供給するための貯槽として働く。しかしながら、転流ユニット内の漏洩電流のような寄生効果が原因で、ブートストラップキャパシタに蓄積された電荷は時間と共に減少して行く。従って、ある時点にはブートストラップキャパシタに蓄積される電荷が少なくなり過ぎ、転流ユニットに誤作動をもたらすようになるので、このようなランプ駆動ユニットをＤＣ型モードで動作させることはできない。勿論、可能な解決法は、低電力動作モード中にガス放電ランプにＤＣ型電圧を印加することができる第２のランプ駆動ユニットを準備することであろう。しかしながら、２つの駆動ユニットを準備しなければならないために、これを実現するとコスト増がもたらされる。

従って、本発明の目的は、交流電圧を供給しながら低減された電力で動作させることができ、しかも放電プロセスの安定性を保証するガス放電ランプを駆動する方法及び駆動ユニットを提供することである。

この目的を達成するために、本発明はガス放電ランプを駆動する方法を提供する。本方法は、ガス放電ランプに交流電圧を印加する。この交流電圧は、第１時間間隔中には第１極性を有し、第２時間間隔中には第１極性とは逆の第２極性を有する。本方法は、２つの動作モードを提供する。第１動作モードにおいては、第１時間間隔及び第２時間間隔が交互に繰り返される。第２動作モード（「減光モード」）においては、ガス放電ランプに供給される電力は第１動作モードに比して小さい。この場合も、第１時間間隔及び第２時間間隔が交互に繰り返される。しかしながら、本発明によれば、この第２動作モードにおいては、第１時間間隔の継続時間は第２時間間隔の継続時間の少なくとも倍数である。

この方法を使用すると、ガス放電ランプは、ガス放電プロセスの不安定さによってランプが消灯するおそれなしに、比較的低電力で動作させることができる。特に、第１及び第２時間間隔が同じような長さの継続時間を有する交流電圧を用いてランプを動作させる場合と比較して、遙かに低い電力を達成することができる。これらの電力レベルは、ＤＣ型電圧を印加しながら実現できる電力レベルに匹敵する。それにも拘わらず、ＡＣ及びＤＣ型動作のための別個の駆動ユニットを準備するのではなく、単一のＡＣ型ランプ駆動ユニットを使用することが可能なのである。更に、本発明は、信頼できる低電力動作を行わせるために、多くの場合、専用ハードウェアに変更を加えることさえせずに、既存のＡＣ型駆動ユニットの適用を可能にする。

ガス放電ランプを駆動するための対応する駆動ユニットは、転流ユニット及び制御ユニットを含む。転流ユニットは、ガス放電ランプに交流電圧を印加する。この交流電圧は、第１時間間隔中には第１極性を有し、第２時間間隔中には第１極性とは逆の第２極性を有する。制御ユニットは、第１動作モード中には第１時間間隔及び第２時間間隔が交互に繰り返されるように、また第２動作モード中にはガス放電ランプに供給される電力が第１動作モードに比して小さく、且つ第１時間間隔及び第２時間間隔が交互に繰り返されるが、第１時間間隔の継続時間が第２時間間隔の継続時間の少なくとも倍数であるように転流ユニットを制御する。

従属請求項及び以下の詳細な説明は、本発明の特に有利な実施形態及び特色を記述している。

上述した典型的な駆動ユニットを使用する場合、印加される電圧の極性が反転する前にブートストラップキャパシタが十分に充電されるのを保証するために、第２動作モード中の第２時間間隔の継続時間は十分に大きくなければならない。しかしながら、同時に、高圧ガス放電ランプを用いた実験から、第２時間間隔中に、ある冷却時間の後にガス放電ランプの電極間に電流が僅かしか、または全く流れないことが分かった。これは、第２動作モード中に、ランプの電極の一方が他方より多く冷却されるという事実によって説明できる。従って、冷たい方の電極が陽極として動作している場合には、ガス放電ランプは第２時間間隔中には多量の電流を流さない。何故ならば、この電極が比較的低温であるために、多数の電子を放出することができないからである。もし第２時間間隔の継続時間がある値を超えれば、プラズマアークの形成は不安定になり始める。換言すれば、もし第２時間間隔が第１時間間隔に関して長過ぎれば、ガス放電ランプが第２動作モード中に消灯する可能性が増大することになる。従って、第２動作モード中の第１時間間隔の継続時間と第２時間間隔の継続時間との比には、本発明によるガス放電ランプの動作に最適の好ましい範囲が存在する筈である。この範囲は、電極の寸法、ランプの公称電力定格、またはアーク管内に使用されている希ガスの組成のようなガス放電ランプの特性にある程度に依存する。本発明の好ましい実施形態では、ランプが第２動作モードで動作中には、第１時間間隔の継続時間は、第２時間間隔の継続時間の少なくとも約４０倍、好ましくは少なくとも約１００倍、最も好ましくは少なくとも約２００倍は長い。

本発明の別の好ましい実施形態では、第１動作モード中、第１時間間隔の継続時間は第２時間間隔の継続時間と同一の大きさである。ガス放電ランプは、第１時間間隔の継続時間と第２時間間隔の継続時間が同じような値を有しており、一方ランプはその公称電力レベルで、またはそれに近いレベルで動作するものとして設計されていることが多い。それによって、電極の不均等な摩耗が回避される。

更に、ガス放電ランプには典型的に４０Ｈｚ乃至１０ｋＨｚの周波数を有する交流電圧が供給され、ランプは公称電力定格で、またはその近辺で動作する。この周波数範囲は、第１動作モード中に適用される。本発明の一実施形態では、ガス放電ランプに印加される電圧の周波数は第１動作中に使用されている周波数と類似しているか、または同一でさえあり、従ってガス放電ランプがその公称電力定格で、またはその近辺で動作している時に印加される周波数と類似、または同一である。本発明の別の好ましい実施形態では、第２動作モード中の交流電圧の周波数は、第１動作モード中の交流電圧の周波数よりも遙かに低い。それによって、本発明の第２動作モードでランプを動作させている時の、特にランプに極めて低いレベルの電力が供給されている時のプラズマアークの安定度を改善することができる。好ましくは第２動作モード中の交流電圧の周波数は公称動作周波数に等しく、代替として、１００Ｈｚに等しいかまたはそれ以下であり、好ましくは０．１Ｈｚ乃至９０Ｈｚであり、最も好ましくは０．５Ｈｚ乃至６０Ｈｚである。

本発明の別の好ましい実施形態では、第２動作モード中の第２時間間隔の継続時間は１０ｍｓより短く、好ましくは１ｍｓより短く、最も好ましくは０．１ｍｓより短い。この第２時間間隔の継続時間を制限することによって、ランプを第２動作モードで動作させている時にプラズマアークが不安定になるのを防ぐことができる。この場合も、第２時間間隔の継続時間の好ましい範囲は、ガス放電ランプの固有特性と、第２動作モード中に目標とされる電力レベルとに依存する。一般的に言えば、時間が短い程動作は良好であり、この動作はランプ駆動ユニットの能力によってのみ制限される。

本発明によれば、第２動作モードにおいてガス放電ランプに供給される電力は、第１動作モードに比して低い。第１動作モードから第２動作モードへスイッチする時の電力の低減は、幾つかの方法で遂行することができる。１つの好ましい方法では、ガス放電ランプに供給される電力を、第１動作モードから第２動作モードへ移行する前に、または移行中に直接低減させる必要がある。典型的な駆動ユニットでは、ガス放電ランプに供給される電力は、ガス放電ランプに供給される電流を調節することによって調整される。従って、この方法によれば、第１動作モードから第２動作モードへスイッチする時の電力の低減は、第１動作モードから第２動作モードへ移行する前、または移行中の何れかに直接、ランプに供給される電流を減少させることによって達成される。

本発明の特に好ましい方法では、低減は複数のステップで遂行される。この方法は、第１動作モードから第２動作モードへスイッチする時の放電またはプラズマアークの安定度を改善することができる。これにより、ガス放電ランプに供給される電力が十分に低下した後にのみ第２動作モードの異なる時間間隔への移行が行われ、電極が損傷するのを保護することをも保証することができる。

本発明は、ガス放電ランプの公称電力定格より遙かに低い電力レベルで信頼できるようにガス放電ランプを動作させることができる方法を提供する。高圧ガス放電ランプを用いた実験から、例えば１３２Ｗの公称電力定格を有するランプを、本発明による第２動作モードで動作させて２０Ｗのような低い電力レベルまで信頼できるように減光可能であることを確認した。本発明の好ましい実施形態では、第２動作モード中にガス放電ランプに供給される電力はガス放電ランプの公称電力定格の少なくとも約１／２倍以下、好ましくは少なくとも約１／４倍以下、最も好ましくは少なくとも約１／６倍以下である。

ガス放電ランプが第２動作モードで動作している時にガス放電ランプに供給される電力は、何等の待機時間をも必要とせずに再度増加させることができる。それは、アーク管内の放電アークが第２動作モード中に維持されているからである。例えば、ガス放電ランプを第１動作モードへ戻すことによって、第２動作モードにおける減光動作からスイッチさせて公称電力定格での非減光動作へ戻すことができる。これは、プラズマアークの最適安定度を達成するために、好ましくは２ステップで行われる。それによって、プラズマアークの消弧、または電極の損傷を回避することができる。第１ステップにおいては、ガス放電ランプに供給される電力を１つまたはそれ以上の小さいステップで中間レベルまで増加させる。次いで、第２ステップにおいて、ガス放電ランプを第２動作モードから第１動作モードへスイッチさせて電力を中間レベルからその公称電力定格まで増加させる。更に、ガス放電ランプが完全にターンオフしてから短時間の後に再度ターンオン可能であることが望ましい。本発明の特に好ましい実施形態では、第２動作モード中にガス放電ランプに供給される電力をあるレベルまで低下させる。このレベルは、ガス放電ランプのアーク管内の温度及び／または圧力を、ガス放電ランプを完全にターンオフさせることができ、しかもガス放電ランプを本質的に直ちに再点弧させる能力を維持させるようなレベルである。この場合、第２動作モードの適切な電力レベルを決定するための種々の可能性が存在する。簡単なバージョンでは、このレベルは、例えば実験から得たある固定値であることができる。代替として、ガス放電ランプの温度を監視し、それによってアーク管内部の温度及び／または圧力の状態に関する指示を与えることができる。圧力の状態の指示は、ランプの電圧／電流特性を監視することによって得ることもできる。同様に、ガス放電ランプをターンオフすることができるようになるまでの温度及び／または圧力の十分な低下を達成するのに必要な時間は、実験から得た例えば１８０秒のような固定値であることができる。代替として、例えば、ガス放電ランプに供給される電圧及び／または電流を監視することができる。もし電圧及び／または電流にそれ以上の重大な変化が観測されなければ、ランプがこの電力セッティングにおいて温度及び／または圧力の平衡レベルに到達したものと想定することができる。

本発明による画像レンダリングシステム、特定的にはプロジェクションシステムは、本発明によれば、ガス放電ランプの他に、本発明による駆動ユニットを備えなければならない。

特に好ましくは、このような画像レンダリングシステムは、駆動ユニット内の制御ユニットにユーザの要求を与えるためのユーザインタフェースユニットをも含むべきである。更に、制御ユニットは、ユーザ要求を受けるための入力を含むべきである。制御ユニットは、ユーザ要求を受けるとガス放電ランプの動作モードを第１動作モードから第２動作モードへ、及び／または、第２動作モードから第１動作モードへスイッチする。従って、もしユーザが画像レンダリングシステムをターンオフさせたいならば、ユーザは例えばユーザインタフェース上のボタンを押す。画像レンダリングシステムはこの「シャットダウン」要求を制御ユニットに伝える。制御ユニットは、ガス放電ランプを直ちにターンオフさせる代わりに、第１動作モードから第２動作モードにスイッチする。アーク管内の温度及び／または圧力が十分に低いレベルに到達した後に限ってガス放電ランプが完全にターンオフされるので、短い再点弧時間が保証される。同様に、もしガス放電ランプが既に第２動作モードで動作していれば、ユーザの「パワーオン」要求が画像レンダリングシステムから制御ユニットへ伝えられる。次いで、制御ユニットは第２動作モードから第１動作モードへスイッチする。

より高いランクの制御ユニットを使用すると、例えばガス放電ランプに供給される電力を制御する駆動ユニットのプログラム可能制御チップの対応ソフトウェアを更新することによって、典型的な駆動ユニットを僅かに変更すれだけで良いので有利である。駆動ユニットへの複雑なハードウェアの変更は必要としない。

殆どのプロジェクションシステムは、少なくとも、例えばカラーホイールまたはディスプレイのようなプロジェクションシステムのさらなる要素を制御し、同期させる中央制御ユニットを有している。このような場合には、ディスプレイを暗くさせるために（即ち、ガス放電ランプがランプを完全にターンオフさせる前に第２動作モードで動作している場合に、さらなる画像レンダリングを回避するために）、駆動ユニットに対する「シャットダウン」要求と同時にディスプレイに対する適切な命令を発行するのに中央制御ユニットを使用することができる。このプロセスは、ユーザに気付かれずに効果的に進行する。ユーザは、プロジェクションシステムを不注意にターンオフさせた直後でも再度ターンオンさせることができるということだけに気付く（何故ならば、ガス放電ランプが未だ第２動作モードにあって、正常動作電力レベルに戻すことが可能であるか、または、もしガス放電ランプが実際に完全に消灯してしまっていれば、それは第２動作モード中に十分に冷却されていて実質的に直ちに再点弧可能だからである）。

本発明のさらなる好ましい実施形態では、画像レンダリングシステムは、画像の輝度基準を入手できるように構成される。更に、駆動ユニットの制御ユニットは輝度基準を受けるための入力を含む。制御ユニットは、この輝度基準に依存して、ガス放電ランプに供給される電力を調整する。本発明によれば、第２動作モードを適用することによって極めて低いレベルの電力でガス放電ランプを動作させることができるから、大幅に高められた減光レベルが実現可能となる。換言すれば、輝度基準に依存して、ガス放電ランプを第１動作モードから第２動作モードへ、または第２動作モードから第１動作モードへスイッチさせることができる。それにより、ガス放電ランプの漸次の減光（それにより、ランプ電力レベルがビデオコンテンツによって決定される）を、極めて広い減光範囲で実現することができる。一般的に言えば、当分野においては公知のように、例えばディスプレイのようなプロジェクタシステムのピクチャレンダリング要素を適切に制御することによって、より暗いシーンのためにピクチャを暗くさせることができる。しかしながら特定の数（例えば、８ビット）の輝度レベルを有するディスプレイの場合、若干のビットを使用することができないために、この技術は少なくとも部分的にダイナミックレンジの損失を招く。従って、ピクチャレンダリング要素によってプロジェクタシステムを減光させると、コントラストが失われることになる。一方、本発明のように光源を減光させることによれば、ピクチャレンダリング要素によって提供される全コントラスト範囲を、暗いシーンであってさえも利用することができ、極めて低い電力レベルにおいても安定な光出力が保証される。好ましくは、第１及び／または第２動作モード中にガス放電ランプに供給される交流電圧の周波数を、プロジェクションシステムによって描かれる画像の周波数と同期させる。

本発明は、いろいろな種類のガス放電ランプに適用することができる。詳述すれば、本発明は高圧ガス放電ランプ、特にＵＨＰ（超高性能）及び／またはＨＩＤ（高輝度放電）ランプに適している。上述したように、本発明は、それを画像レンダリングシステム内のガス放電ランプのために使用すれば、重要な長所を提供する。しかしながら、本発明はこれらの応用に限定されるものではない。例えば、本発明は、ヘッドライトのためのガス放電ランプのような自動車に使用されるガス放電ランプに有利に適用することもできる。

本発明の他の目的及び特色は、以下の添付図面に基づく詳細な説明から明白になるであろう。しかしながら、添付図面は単なる例示に過ぎず、本発明を限定するものではないことを理解されたい。

図面の縮尺は明瞭化を目的として選択したものであって、必ずしも実際の相対寸法を反映しているものではないことを理解されたい。

図１は、本発明により第１及び第２動作モード中にガス放電ランプ１に印加される交流電圧Ｕの波形図である。第１動作モードの中に２つの異なる時間間隔tf1及びtf2が示されており、第１時間間隔tf1中の電圧Ｕの極性は第２時間間隔tf2中の電圧Ｕの極性とは異なっている。もし同じようなサイズ、またはジオメトリの電極２を有するガス放電ランプが使用されていれば、tf1及びtf2の継続時間、並びに電圧Ｕのそれぞれの振幅は、電極２の均等な摩耗を保証するために、時間間隔tf1及びtf2毎に同じような量のエネルギがガス放電ランプに供給されるように選択することができる。

第２動作モード中、第１時間間隔ts1の継続時間は、第２時間間隔ts2の継続時間の少なくとも倍数である。また、ガス放電ランプ１に供給される電力Ｐは、第１動作モードに比して低減されている。しかしながら、ガス放電ランプ１の特別な特性の故に、電力Ｐを低減させても直ちに電圧の低下には連ならないことに注目されたい。これは、ガス放電ランプ１の負電流電圧特性（即ち、通常は電流Ｉの低減によって行われるランプ電力Ｐの低減が、動作電圧Ｕの増加を引き起こす）によってもたらされるものである。ある時間の後に限って、つまり電力Ｐを低減させたことによってアーク管３内の温度及び／または圧力が低下した時に、時間間隔ts1中の電圧Ｕの振幅が時間間隔tf1及び／またはtf2中の振幅に比して低くなる。

更に、ガス放電ランプ１は典型的に、短めの反転期間ts2中に比較的低い導通性を呈するので、時間間隔ts2中の電圧Ｕの振幅が時間間隔tf1及び／またはtf2に比して大きくさえなり得る。時には、特に時間間隔ts2から時間間隔ts1へスイッチする時の振動を回避するために、時間間隔ts2中の電圧Ｕを制限することが推奨される。

更に、図示の矩形波の電圧Ｕは、理想的な形状を表している。実際には、矩形波からの逸脱が発生し得る。特に極性の反転中またはその付近において、意図的に逸脱させることさえある。

従って、図１は、単に第２動作モード中に電圧Ｕの極性が交互することと、第１時間間隔ts1と第２時間間隔ts2の相対的継続時間を比較して示しているに過ぎない。更に、本発明の範囲から逸脱することなく、図１とは逆に、電圧Ｕは時間間隔tf1及び／またはts1中に正の値を、また時間間隔tf2及び／またはts2中に負の値を有することができる。

図２は、ガス放電ランプ１と、本発明による駆動ユニット４の可能な実施形態のブロックダイアグラムである。

駆動ユニット４は、コネクタ９を介して、ガス放電ランプ１のアーク管３内の電極２に接続されている。更に、駆動ユニット４は電源８に接続され、また例えば「シャットダウン」要求または他の制御信号のようなユーザ要求ＵＲを受ける信号入力部１８を有する。更に、駆動ユニット４は、画像の輝度基準ＢＣを受けるための信号入力部３６、及び例えばランプ状態ＬＳを高いレベルの制御ユニットへ報告するための信号出力部１９をも含む。

駆動ユニット４は、バックコンバータ２４、転流ユニット２５、点弧装置３２、レベルコンバータ３５、制御ユニット１０、電圧測定ユニット１４、及び電流測定ユニット１２を含んでいる。

制御ユニット１０は、バックコンバータ２４、転流ユニット２５、及び点弧装置３２を制御し、またガス放電ランプ１における電圧の挙動を監視することもできる。

転流ユニット２５は、４個のスイッチ２７、２８、２９、及び３０を制御するドライバ２６を含んでいる。点弧装置３２は、点弧コントローラ３１（例えば、キャパシタ、抵抗、及びスパークギャップを含む）、及び２つのチョーク３３、３４の援助の下に高電圧を発生してガス放電ランプ１を点弧させることができる点弧変成器を含む。

バックコンバータ２４は、例えば３８０Ｖの外部ＤＣ型電源８から給電されている。バックコンバータ２４は、スイッチ２０、ダイオード２１、インダクタンス２２、及びキャパシタ２３を含む。制御ユニット１０は、レベルコンバータ３５を介してスイッチ２０を制御し、従ってガス放電ランプ１内の電流Ｉをも制御する。このように、ガス放電ランプ１に供給される電力Ｐは制御ユニット１０によって調整される。

電圧測定ユニット１４は、キャパシタ２３と並列に接続され、２つの抵抗１６、１７を用いた分圧回路の形状で実現されている。キャパシタ１５が、抵抗１７と並列に接続されている。

測定される電圧は分圧回路１６、１７によって低くされ、制御ユニット１０内でアナログ／デジタルコンバータ１３によって測定される。キャパシタ１５は、測定信号内の高周波ひずみを低減させるのに役立つ。

ガス放電ランプ１内の電流Ｉは、制御ユニット１０内において電流測定ユニット１２によって監視される。電流測定ユニット１２は、例えば誘導原理で動作することができる。

制御ユニット１０は、現在ガス放電ランプ１に供給されている電力Ｐを、監視された電流及び監視された電圧に基づいて計算し、もし電力レベルがある目標値に合致しなければ、レベルコンバータ３５及びスイッチ２０を介してそれを調整することができる。

更に、制御ユニット１０は、本発明による第１及び第２動作モードを支援することができるように構成されている。通常の動作中、制御ユニット１０は転流ユニット２５を制御し、転流ユニット２５に本発明の第１動作モードによる交流電圧Ｕをガス放電ランプ１に印加させる。もし制御ユニット１０が「シャットダウン」要求を指示するユーザ要求ＵＲを信号入力部１８に受ければ、制御ユニット１０は、ガス放電ランプ１に印加される交流電圧Ｕが本発明の第２動作モードの特性に従うように、転流ユニット２５の制御を調整する。これは制御ユニット１０が、転流ユニット２５に適切な制御信号を供給することによって交流電圧Ｕのための異なるタイミングをセッティングできることを意味している。

更に、制御ユニット１０は、第１動作モードから第２動作モードへスイッチする時に、ガス放電ランプ１に供給される電力Ｐを低減させる。ランプ電流Ｉは、バックコンバータ２４によって制御される。電流Ｉは、レベルコンバータ３５を介して制御ユニット１０から制御されているスイッチ２０のスイッチングのタイミングによって調整される。ランプ電流Ｉの低減は、スイッチ２０のオン時間を短縮することによって達成される。

更に、ある時間の間第２動作モードで動作させた後に、制御ユニット１０はガス放電ランプ１を完全にスイッチオフさせることができる。好ましくは、ガス放電ランプ１は、アーク管３内の温度及び／または圧力が十分に低くなった後にのみスイッチオフされるので、ガス放電ランプ１を実質的に直ちに再点弧させることができる。第２動作モードにおける低減電力レベルでのこの「待機時間」が十分に長くなったことを保証するために、制御ユニット１０は電圧測定ユニット１４を介して得られた電圧の経過を監視することができる。もしこの電圧が比較的安定していれば、即ち、電圧の変化レートがあるしきい値より下であれば、制御ユニット１０はガス放電ランプ１を完全にスイッチオフさせることができる。同様にして、制御ユニット１０は、電流測定ユニット１２を介して電流を監視することもでき、電流が比較的安定になればガス放電ランプ１をスイッチオフすることができる。代替実施形態では、制御ユニット１０は、ランプがある所定の長さの時間にわたってある電力レベルで動作した後に、ガス放電ランプ１を簡単にスイッチオフさせることができる。この所定の時間長さは、実験から得たものであることができる。更に、制御ユニットは、プログラマブルマイクロプロセッサを含むことができる。この場合、本発明による第１及び第２動作モードは、制御ユニット１０のマイクロプロセッサ上で走るソフトウェアの形状で実現される。

ガス放電ランプ１の瞬時ランプ状態ＬＳは、制御ユニット１０の信号出力部１９を介して表明することができる。詳述すれば、ランプ状態ＬＳは、ガス放電ランプ１が未だ第２動作モードで動作中であるのか否か、またはガス放電ランプが完全にスイッチオフされたのか否かを報告することができる。

もし、駆動ユニット４が画像レンダリングシステム内でイメージの輝度に依存して電力Ｐを調整するために使用されていれば、駆動ユニット４は、画像レンダリングシステムが輝度基準ＢＣ（即ち、画像の輝度に関する情報）を制御ユニット１０に供給する信号入力部３６をも含むことができる。解析ユニット１１は、ガス放電ランプ１に供給されている電力Ｐの現在のレベルを入手し、信号入力部３６に供給される輝度基準ＢＣに従ってそれを調整することができる。詳述すれば、制御ユニット１０は、もし比較的低輝度を有する画像を表示すべきであれば、第１動作モードから第２動作モードへスイッチすることができる。また、制御ユニット１０は、第２動作モードに留まったまま、信号入力部３６から受けた輝度基準ＢＣに従って電力Ｐのレベルを調整することができる。明らかに、いつ制御ユニット１０が第１動作モードから第２動作モードへスイッチするかは、画像レンダリングシステムの特性、並びに特定のガス放電ランプ１の特性に依存する。例えば、減光の程度が比較的少ない場合、あるガス放電ランプ１は第１動作モードで信頼できるように動作することができる。減少した画像輝度に必要な電力レベルがかなり低くて、あるガス放電ランプ１についてプラズマアークが不安定になる場合、制御ユニット１０は本発明によって第１動作モードから第２動作モードへスイッチする。また、第２動作モードにおける正確なパラメータ（例えば周波数）、第１時間間隔及び第２時間間隔の正確な長さは、現在の電力に依存し得る。

図３は、転流ユニット２５、点弧装置３２、及びガス放電ランプ１の特定実施形態のブロックダイアグラムである。明瞭化のために、点弧装置３２及びガス放電ランプ１は簡略化して示してある。ドライバ２６は、例えばフィリップスセミコンダクターズから「UBA2033 HFフルブリッジドライバＩＣ」として入手可能であるので、典型的な入力及び出力信号と共に示してある。

図２と同様に、転流ユニット２５は、スイッチ２７、２８、２９、及び３０を含んでいる。高電位側のスイッチ２７及び２９は、バックコンバータ２４から供給される高電位の電圧に接続され、一方低電位側のスイッチ２８及び３０はバックコンバータ２４から供給される低電位の電圧に接続されている。更に、ブートストラップキャパシタ４０及び４１、抵抗５０、５１、５２、及び５３、並びにダイオード５４、５５、５６、及び５７が図示されている。

ブートストラップキャパシタ４０及び４１は、高電位側スイッチ２７及び２９の制御入力に十分に高い電圧（スイッチがターンオンされている時に十分な導通性を与える）を供給するために不可欠である。これを達成するために、ブートストラップキャパシタ４０のＦＳＲ側は、スイッチ２８及び２９がターンオンで、スイッチ２７及び３０がターンオフの時に、正電圧（例えば、ドライバ２６の供給電圧）で充電される。もし、転流ユニット２５がスイッチ２８及び２９をターンオフさせ、スイッチ２７及び３０をターンオンさせることによってガス放電ランプ１上の電圧の極性を変化させる場合、ブートストラップキャパシタ４０上に蓄積された電荷はドライバ２６のための貯蓄として役立つので、ドライバ２６は信号ＧＨＲ上に十分に高い電圧を供給することができる。相応に、ブートストラップキャパシタ４１はスイッチ２８及び２９がターンオフで、スイッチ２７及び３０がターンオンの時に、信号ＦＳＬを介して正電圧で充電される。極性が反転した後に、ブートストラップキャパシタ４１は、信号ＧＨＬを介して十分に高い電圧をスイッチ２９に供給するための電荷槽として働く。以上のように、本発明は、ガス放電ランプ１における電圧の極性が第１動作モードにおいて、並びに第２動作モードにおいて規則的に反転するので、図３による転流ユニット２５が異なる電力レベルにおいても何等変化することなく動作できることを保証する。このようにして、ブートストラップキャパシタ４０、４１上の電荷は規則的な手法で復元される。そのようにしなければ、漏洩電流のような寄生効果のために電荷はあるレベルまで減少し、転流ユニット２５の誤作動をもたらすようになる。

図３の抵抗５０、５１、５２、及び５３、及びダイオード５４、５５、５６、及び５７は完璧を期すだけのために示されているものである。抵抗５０、５１、５２、及び５３は、主として、ガス放電ランプ１が点弧しつつある時にドライバ２６を電圧の過大応力から保護するために使用される。ダイオード５４、５５、５６、及び５７は、いわゆる「デッドタイム」の期間と共に、トランジスタ対２７及び２８、及び／または、トランジスタ対２９及び３０が同時に導通するフェーズが決して存在することがないように、主としてトランジスタ２７、２８、２９、及び３０の高速ターンオフを保証するために使用されている。

図４の上半分に、瞬時電圧Ｕ及び瞬時電力Ｐの経過を示してある。図４の下半分は、瞬時電流Ｉを示している。これら３つの経過は全て、本発明により動作中の１３２Ｗの公称電力定格Ｐｎを有するガス放電ランプ１を用いて測定されたものである。一般的に言えば、ガス放電ランプ１は、本発明の範囲から逸脱することなく、任意の時点に第１動作モードから第２動作モードへスイッチすることができる。この特定の実験では、ガス放電ランプ１は、時点＝−０．０３３ｓに第１動作モードから第２動作モードへスイッチしている。また、この基本的実験では、両動作モードにおける動作周波数はほぼ６０Ｈｚである。第１動作モード中の両時間間隔tf1及びtf2の継続時間は同じような長さであり、一方、第２動作モード中にはほぼ０．２５％の極端なデューティサイクルが適用されている。換言すれば、時間間隔ts1の継続時間は、時間間隔ts2の継続時間に比して約４００倍長い。また、ガス放電ランプ１に供給される電力Ｐは、第１動作モードから第２動作モードにスイッチする時に約１３２Ｗから２０Ｗまで低下している。このように比較的低い電力レベルにも拘わらず、ガス放電ランプ１は消弧していない。更に、この比較的短い反転時間間隔ts2は、ブートストラップキャパシタ４０、４１の少なくとも一方に電荷を回復するには十分である。前述したように、これらの測定は、第２動作モードへのスイッチングの直後の電圧Ｕの振幅が、第２動作モード中の方が第１動作モードに比して高いことを示している。

しかしながら、ある時間が経過し、より低い電力レベルに起因してガス放電ランプ１のアーク管３内の温度及び／または圧力が低下すると、電圧Ｕの振幅は低くなる。同時に、駆動ユニット４は、所定の電力レベル、この場合には２０Ｗを維持するために、電流Ｉを増加させる。

これは、図５に明示されている。図５の上半分は電圧ＵのＲＭＳ（二乗平均平方根）値Ｕ’の経過を表し、一方、図５の下半分は電流ＩのＲＭＳ値Ｉ’を示している。更に、Ｕ’とＩ’の積である電力Ｐ’は、図５の上半分に示してある。ｘ軸上のマークは、任意の単位である。図５の範囲全体はほぼ５分の測定時間をカバーしており、第１動作モードから第２動作モードへの移行はｘ軸上の左端からの最初のマーク付近において起こっている。数分間にわたって第２動作モードが適用された後に、電流Ｉ’及び電圧Ｕ’は比較的安定な状態に達している（電流Ｉ’の波形内のスパイクは測定アーチファクトである）。この安定状態は、ガス放電ランプ１が十分に冷却され、従ってそれを完全にシャットオフできること、またそれを比較的迅速に再点弧する能力を保持していることの（制御ユニット１０への）指示として使用することができる。またこの安定挙動は、本発明によれば、一般的なＡＣ型駆動ユニット４を使用しながら、公称電力定格Ｐｎより遙かに低いレベルの電力Ｐで信頼できるようにガス放電ランプ１を動作させることが可能なことを確認している。

以上に、本発明をその好ましい実施形態及び変形の形式で説明したが、本発明の範囲から逸脱することなくさらなる多くの変更及び変形を考案できることを理解されたい。明瞭化のために、本明細書を通じて使用した「ある」または「その」が複数の対象を排除するものではなく、また「備える」または「含む」は他のステップまたは要素を排除するものではないことをも理解されたい。また「ユニット」は、単一のエンティティであることが明示されていない限り、複数のブロックまたはデバイスを含むことができる。

本発明による第１及び第２動作モード中にガス放電ランプに印加される交流電圧の波形を示す図である。 ガス放電ランプ及び本発明による駆動ユニットの可能な実施形態のブロックダイアグラムである。 転流ユニット、点弧装置、及びガス放電ランプを含む実施形態のブロックダイアグラムである。 ガス放電ランプにおける瞬時電圧、電力、及び電流の経過を示す図であって、本発明による第１動作モードから第２動作モードへの移行が含まれる。 ほぼ５分にわたるガス放電ランプにおける電圧のＲＭＳ（二乗平均平方根）値、電流のＲＭＳ値、並びに電力の経過を示す図であって、本発明による第１動作モードから第２動作モードへの移行が含まれる。

符号の説明

１ ガス放電ランプ
２ 電極
３ アーク管
４ 駆動ユニット
９ コネクタ
１０ 制御ユニット
１１ 解析ユニット
１２ 電流測定ユニット
１３ アナログ／デジタルコンバータ
１４ 電圧測定ユニット
１８ 信号入力部
１９ 信号出力部
２４ バックコンバータ
２５ 転流ユニット
２６ ドライバ
３１ 点弧コントローラ
３２ 点弧装置
３５ レベルコンバータ
３６ 信号入力部
４０，４１ ブートストラップキャパシタ

Claims (13)

1. ガス放電ランプを駆動する方法であって、上記ガス放電ランプに交流電圧を印加し、上記交流電圧は、第１時間間隔中には第１極性を有し、第２時間間隔中には上記第１極性とは逆の第２極性を有し、
   第１動作モードにおいては、第１時間間隔及び第２時間間隔が交互に繰り返され、
   第２動作モードにおいては、上記ガス放電ランプに供給される電力が上記第１動作モードに比して小さく、第１時間間隔及び第２時間間隔が交互に繰り返され、上記第２動作モードにおいては、上記第１時間間隔の継続時間は上記第２時間間隔の継続時間の少なくとも倍数であることを特徴とする方法。
2. 上記第２動作モード中の上記第１時間間隔の継続時間は、上記第２時間間隔の継続時間の少なくとも約４０倍、好ましくは少なくとも約１００倍、最も好ましくは少なくとも約２００倍長いことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 上記第２動作モード中に上記ガス放電ランプに供給される電力は、上記ガス放電ランプの公称電力定格の少なくとも約１／２倍以下、好ましくは少なくとも約１／４倍以下、最も好ましくは少なくとも約１／６倍以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 上記第２動作モード中の上記交流電圧の周波数は、上記第１動作モード中の交流電圧の周波数より遙かに低いことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
5. 上記第２動作モード中の交流電圧の周波数は１００Ｈｚに等しいかまたはそれ以下、好ましくは０．１Ｈｚと９０Ｈｚの間、最も好ましくは０．５Ｈｚと６０Ｈｚの間であることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 上記第２動作モード中の上記第２時間間隔の継続時間は１０ｍｓより短く、好ましくは１ｍｓより短く、最も好ましくは０．１ｍｓより短いことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
7. 上記ガス放電ランプに供給される電力は、上記第１動作モードから上記第２動作モードへ移行する前に、または移行中に直接低減されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法。
8. 上記ガス放電ランプに供給される電力は、複数のステップで低減されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法。
9. 上記第２動作モード中にガス放電ランプに供給される電力は、上記ガス放電ランプのアーク管内の温度及び／または圧力を、上記ガス放電ランプを完全にターンオフさせることができ、しかも上記ガス放電ランプを実質的に直ちに再点弧させる能力を維持させるレベルまで低減されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法。
10. ガス放電ランプを駆動する駆動ユニットであって、
    転流ユニットを含み、この転流ユニットは、上記ガス放電ランプに交流電圧を印加し、上記交流電圧が、第１時間間隔中には第１極性を有し、第２時間間隔中には上記第１極性とは逆の第２極性を有し、
    制御ユニットを更に含み、この制御ユニットは、第１動作モード中には上記第１時間間隔及び上記第２時間間隔が交互に繰り返されるように、また上記第２動作モード中には上記ガス放電ランプに供給される電力が上記第１動作モードに比して小さく、且つ上記第１時間間隔及び上記第２時間間隔が交互に繰り返されるが、上記第２動作モード中は上記第１時間間隔の継続時間が上記第２時間間隔の継続時間の少なくとも倍数であるように、上記転流ユニットを制御することを特徴とする駆動ユニット。
11. ガス放電ランプ及び請求項１０に記載の駆動ユニットを含む、特定的にはプロジェクタシステムである画像レンダリングシステム。
12. 上記画像レンダリングシステムは、上記駆動ユニットの制御ユニットにユーザ要求を与えるためのユーザインタフェースユニットを含み、上記制御ユニットは上記ユーザ要求を受けるための信号入力部を含み、上記制御ユニットは、上記ユーザ要求を受けると、第１動作モードから第２動作モードへ、及び／または、上記第２動作モードから上記第１動作モードへスイッチすることができるように構成されていることを特徴とする請求項１１に記載の画像レンダリングシステム。
13. 上記画像レンダリングシステムは、画像の輝度基準を入手できるように構成され、上記駆動ユニットの制御ユニットは上記輝度基準を受けるための信号入力部を含み、上記制御ユニットは、上記輝度基準に従って第１動作モードから第２動作モードへ、または上記第２動作モードから上記第１動作モードへスイッチすることができるように構成されていることを特徴とする請求項１１に記載の画像レンダリングシステム。

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