JP2908509B2 - スペクトル出力が制御可能な無電極ランプ装置 - Google Patents

スペクトル出力が制御可能な無電極ランプ装置

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JP2908509B2
JP2908509B2 JP2099487A JP9948790A JP2908509B2 JP 2908509 B2 JP2908509 B2 JP 2908509B2 JP 2099487 A JP2099487 A JP 2099487A JP 9948790 A JP9948790 A JP 9948790A JP 2908509 B2 JP2908509 B2 JP 2908509B2
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、無電極ランプ装置及びその動作方法に関す
るものであって、更に詳細には、制御したスペクトル分
布を持った光出力を与えることの可能な無電極ランプ装
置及びその制御方法に関するものである。
従来技術 従来、ランプから出力される全放射レベルと独立的に
制御することが可能なスペクトル分布を持ったランプを
提供することは困難であった。例えば、白熱ランプの場
合、放射出力の大きさに従ってスペクトルが変化する。
独立的なスペクトル制御が必要とされる照明適用の場
合、物理的に複雑な装置を使用することが必要であり、
例えば、各々が独特のスペクトル出力を漏った複数個の
ランプからなる組合せを使用することが必要であり、そ
の場合に、複数個のランプからの照明が混合され、又は
ランプ出力のスペクトルを修正するフィルタの組合せを
使用している。
目 的 本発明は、以上の点に鑑みなされたものであって、上
述した如き従来技術の欠点を解消し、スペクトル分布を
制御可能なランプ装置及びランプ動作制御方法を提供す
ることを目的とする。本発明の別の的とするところは、
バランスされ又は一定なスペクトル分布を提供すること
が可能なランプ装置及びランプ動作制御方法を提供する
ことである。
構 成 本発明によれば、制御可能な充填物を持った無電極ラ
ンプを使用しており、それはランプ出力のスペクトル分
布を任意の対応で制御することを可能としている。従っ
て、本発明に基づくランプ装置は自己充足的なものであ
り、且つスペクトルの変更乃至は修正を行うためにフィ
ルタ等のような外部的な装置を使用することは必要では
ない。
現在のところ、無電極ランプは、例えば、米国特許第
4,485,332号及び第4,683,525号等に記載されている如く
公知である。これらの米国特許は本願出願人に譲渡され
ている。これらのランプはスペクトルの紫外線領域及び
可視光領域の両方において光を発生即ち放射を発生する
ものであるが、これらの装置は、主に、紫外線出力を使
用するために使用されるものが多かった。しかしなが
ら、本発明は、スペクトルの可視光領域の光を使用する
ことも可能とするものである。
本発明によれば、ランプ動作温度において完全に蒸発
されることのない物質を有する充填物を持った無電極ラ
ンプが使用される。この物質は、例えば、赤領域のスペ
クトルの特性領域における光を放出する物質である。所
望の特性スペクトル領域における光出力の量をプログラ
ム即ち設定するための信号を発生するために関数発生器
が設けられている。該特性領域におけるランプ出力の大
きさを検知し、且つ関数信号の大きさと比較される。こ
れらの信号の間に差異がある場合には、差信号を使用し
てランプバルブへ付与される冷却ガスの量を制御する。
この冷却制御は、検知した大きさの値が関数信号の値と
等しくなるか又はそれに近ずくまで多かれ少なかれ不完
全な蒸発状態にある充填物物質を蒸発させることを可能
とし、即ち該特性スペクトル領域において所望の出力が
得られることを意味している。
本発明の別の側面によれば、特性スペクトル領域にお
ける検知された大きさの値と異なった特性スペクトル領
域における大きさの値との比が取られる。この比は、関
数信号と比較されて、差信号を発生する。このように、
比較的広いスペクトル範囲、例えばスペクトルの可視光
領域に亘ってスペクトル分布を制御することが可能であ
る。例えば、本発明の好適実施例においては、赤領域に
おけるスペクトル出力の大きさは、緑又は青の領域にお
けるスペクトル出力の大きさによって割算され、それは
ランプによって発生される可視光のカラーに関しほぼ完
全な制御を与えることを可能としている。
本発明の好適実施例においては、関数信号は一定の大
きさの信号である。この実施例においては、特性領域に
おけるスペクトル出力又は二つのスペクトル領域におけ
る特性出力の比の何れかが一定に維持される。このこと
は、不完全に蒸発される充填物を使用する場合には、バ
ルブの不測不可能な温度変動に起因して、本発明を使用
しなかった場合には、一定でバランスされたスペクトル
分布を維持することが不可能であるので重要なことであ
る。
実施例 以下、添付の図面を参考に、本発明の具体的実施の態
様について詳細に説明する。
第１図を参照すると、典型的な無電極ランプ２を示し
てある。このランプは、リフレクタ４及びメッシュ６か
ら形成されるマイクロ波空胴を有しており、メッシュ６
は可視光及び紫外線領域における光を透過することを可
能とするがマイクロ波エネルギを閉込めることが可能な
ものである。適宜の充填物を収容するバルブ８が空胴内
に配設されている。マイクロ波エネルギはマグネトロン
10によって発生され且つ導波路12を介して結合スロット
12を介し空胴へ供給される。マイクロ波エネルギはバル
ブ８に結合され、その際にプラズマを発生し、そのプラ
ズマは光を放出し、その光は部分的にリフレクタ４によ
って反射され、メッシュ６を介して空胴の外部へ取出さ
れる。
バルブは動作中に極めて高温となり、且つ典型的には
加圧空気である冷却ガスを付与することによって冷却さ
せる。この場合に、冷却ガスの流れは一つ又は二つ以上
の噴流とすることが可能である。更に、バルブは、冷却
ガスを付与する場合に回転させることが可能であり、そ
の様にすることにより、冷却効果を実質的に向上するこ
とが可能である。第１図において、供給源20からの加圧
空気は、ノズル22へ供給され、ノズル22から冷却ガスが
バルブへ付与れる。更に、このバルブはバルブステム26
を介してモータ24によって回転される。
可視光領域において放射を発生するバルブ８において
使用する充填物は、例えば、水銀と、塩化インジウム
と、ヨウ化スズと、塩化水銀とを有することが可能であ
る。水銀のみの充填物の場合には、連続的ラインスペク
トルを主に発生する。一方、塩化インジウム、ヨウ化ス
ズ、塩化水銀を添加することにより、可視光において連
続的スペクトルが与えられる。このランプによって発生
されるスペクトルは、青領域において強く且つ赤領域に
おいて弱いものである。
本発明によれば、赤領域における放射を発生し且つラ
ンプの動作温度において完全に蒸発されることのない物
質が充填物に添加されている。このことは、ランプバル
ブの温度を制御することにより、赤領域におけるスペク
トル出力を制御することを可能としている。本発明の好
適実施例においては、添加される物質はハロゲン化リチ
ウムであり、それを充填物に添加することにより、良好
なカラーバランスを有するスペクトル出力を与えるとが
可能である。このような充填物によって与えられるスペ
クトルを第３図に示してある。
第１図を参照すると、フィルタ30が設けられており、
且つランプ２からの光を受取るべく位置されている。フ
ィルタ30は、バンドパスフィルタであり、それはスペク
トルの赤領域における光のみを透過させ、その後には光
検知器32が設けられており、光検知器32は比較信号を発
生する。
関数発生器34が設けられており、それは所望の又は任
意の形状の予め選択した関数信号を発生することが可能
である。光検知器32及び関数発生器34の出力は比較器36
へ供給され、比較器36は差信号を発生する。この差信号
は冷却流体供給システムへフィードバックされ、バルブ
へ付与される冷却流体の量を制御する。
例えば、第１図において、冷却流体供給の例示的な制
御はニードル弁40であり、ニードル弁40の位置はステッ
ピングモータ42によって制御される。一方、加圧空気供
給源20への入力をスロットル制御することも可能であ
り、又供給源から排気を行って冷却動作を制御すること
も可能である。
従って、本発明によれば、赤領域における出力が関数
発生器34によってプログラムされているものと異なる場
合には、差信号が発生し、その差信号はランプバルブ８
の冷却状態を変化させ、その制御動作は差信号がゼロと
なるか又は所定の範囲内でゼロに近ずくまで行われる。
例えば、光出力内における赤成分が多すぎる場合には、
そのことが光検知器32の出力によって検知され、比較信
号が関数信号よりも大きくなり、従って差信号はバルブ
の冷却状態を増加させ、ハロゲン化リチウム充填物質を
一層凝縮させて赤の出力を減少させる。一方、光出力に
おける赤の成分が少なすぎる場合には、差信号によって
冷却状態を減少させハロゲン化リチウムを一層蒸発さ
せ、且つ赤領域における出力を増加させる。
本発明によって与えられるスペクトル制御は非常に柔
軟性を有している。なぜならば、関数発生器34は、所望
の任意の形状の関数を発生することが可能だからであ
る。例えば、第４図を参照すると、三つの例示的な関数
50,52,54が示されている。関数50によれば、赤のスペク
トル領域における出力は一定に維持され、一方関数52及
び54によれば、線形的な対応で夫々増加及び減少され
る。例えば、ランプが映画の照明として使用される場合
であっても、日没の光をシュミレートする場合には、赤
成分の量を増加することが必要であるので、関数52を使
用することが所望される。
本発明の別の側面によれば、赤のスペクトルの大きさ
と緑又は青のスペクトルの大きさとの間の比が取られ
る。該比較器に入力される比較信号はこの比に基づいて
おり、且つこの比較信号が該比較器の他の入力端へ供給
される関数信号と異なる場合には、差信号が発生され
る。従って、第２図を参照すると、第１図におけるもの
と同様の構成要素には同様の参照番号が付されており、
バンドパスフィルタ42が設けられており、これは緑又は
青の領域における光を透過させるものである。このフィ
ルタの後には光検知器44が設けられている。光検知器32
及び44の出力は割算器46へ供給され、割算器46の出力は
比較器36′へ供給される。関数発生器34′が設けられて
おり、その出力も比較器の入力端へ供給される。第１図
の実施例における如く、該比較器の出力はランプバルブ
８′へ付与される冷却用流体の量を制御するためにフィ
ードバックされる。
第２図の実施例はランプ出力の全体的スペクトル制御
を実施するのに非常に有用である。従って、ランプバル
ブの温度が上昇すると、赤の領域における出力よりも実
質的に程度が低いものであるが、緑／青の領域における
スペクトル出力も上昇する。なぜならば、緑／青の出力
を発生する充填物成分は完全に蒸発されるが、それらの
蒸気圧は温度上昇と共にある程度増加するからである。
実際に、本明細書に記載する充填物の場合、全ての完全
に蒸発した成分の蒸気圧はほぼ同一の量だけ温度と共に
変化し、従って、赤の領域の場合を除いて、スペクトル
バランスは、温度変化があっても維持される。赤／緑の
比をモニタし且つ上述した差信号に従ってバルブの冷却
を制御することにより、光のカラーの制御を行うことが
可能である。
第４図を参照すると、関数50の目的は赤／緑の比を一
定に維持することが理解される。このことは、本発明の
好適実施例において重要な点である。なぜならば、多く
の適用例において、バルブ温度が変化する場合にスペク
トルバランスを一定に維持することが所望されるからで
ある。このような変化は意図したものではなく、例え
ば、入力電力又は大気温度における変動及びバルブの経
年変化等に起因して発生する。動作温度において完全に
蒸発されることのない充填物物質として例えばハロゲン
化リチウムを使用することが所望のスペクトルを得るの
に唯一の方法である場合があるので、このようなランプ
においてスペクトルバランスを維持することが可能であ
るということは重要である。
例えば、マイクロ波パワーにおける変化、光出力に直
接的又は間接的な両方の影響を与え、即ち光の強度にお
ける変化を発生し次いでスペクトルバランスに影響を与
える温度変化を発生させる。従って、マグネトロンのパ
ワーが減少すると、バルブの動作温度が低下するに従い
赤と緑との比が降下し、即ち光は一層緑っぽく見える様
になる。本発明は、このような変化を測定し、且つ冷却
用空気を減少して光の全体的出力が減少したとしても、
カラーの比を一定に維持することを可能としている。
注意すべきことであるが、第２図に示した如く二個の
フィルタ及び光検知器を使用する代わりに、このような
三個の検知器を使用することが可能であり、例えば、ス
ペクトルの赤と緑と青の夫々の部分に対応して三個の検
知器を使用することが可能である。この場合には、一つ
の比の代わりに二つの非を使用してスペクトル制御を行
うことが可能であり、例えば、赤と緑及び赤と青との夫
々の比を使用することが可能であり、又は、所望によ
り、三つの比を使用して、温度制御に対する対応するフ
ィードバックを与え、これらの比を関数信号に対応して
維持する傾向とさせることが可能である。
本明細書に記載するランプ装置に対して提案されてい
る特定の充填物としては、8.6mg/mlの水銀、0.7mg/mlの
塩化スズ（SnCl2）、0.21mg/mlのヨウ化インジウム（In
I3）、0.1mg/mlのヨウ化リチウム（LiI2）、1.4mg/mlの
ヨウ化水銀（HgI2）及び90torrのアルゴンガスを有する
ものとすることが可能である。この充填物の場合の動作
温度範囲は800℃−1000℃であり、その範囲に亘り、ハ
ロゲン化リチウムは完全に蒸発されることはない。ヨウ
化ナトリウムは、ある種の充填物に関連して不完全に蒸
発される物質として使用することが可能な別の物質の例
である。
従って、以上詳説した如く、無電極ランプのスペクト
ル分布を制御するための方法及び装置が提供されてい
る。
第１図及び第２図に示した実施例においてはアナログ
電気回路を使用するものであるが、デジタル回路及びデ
ジタルプロセサを使用して本発明を実施することも可能
であり、且つ本発明の制御方法における割算、関数発
生、比較及びフィードバック関数等を処理するために使
用することが可能である。又、本明細書において使用さ
れる「信号」という用語は、アナログ信号のみならずデ
ジタル値をも示すものとして理解すべきである。
又、本発明を、完全に蒸発されることのない特定の物
質を使用し且つ可視光領域におけるスペクトル分布を制
御する場合のランプに関連して具体的に説明したが、本
発明はそのような場合にのみ限定されるべきものではな
く、スペクトルの所定の領域において放射を発生する不
完全に蒸発される物質を有する充填物を持ったランプの
温度を制御することによりスペクトルの所定領域におけ
るスペクトル制御を維持するために完全に蒸発されるこ
とない任意の物質を使用る場合に適用することが可能な
ものである。
更に、本発明は、動作温度において完全に蒸発される
ことのない物質が一つ以上存在する場合にも有用に適用
することが可能である。一般的に、このような物質は蒸
気圧の異なった温度係数を有するものであり、且つ蒸気
相における夫々の量の比は動作温度と共に変化する。そ
の結果、スペクトル分布乃至はカラーのバランスは、動
作温度と共に変化する。本発明は、このようなシステム
に対してもスペクトル制御を一定に維持するために適用
可能なものであり、即ち放射を発生する物質の各々のス
ペクトル領域特性をモニタして制御又は比制御信号を与
えることによって実施することが可能である。
以上、本発明の具体的実施の態様について詳細に説明
したが、本発明はこれら具体例にのみ限定されるべきも
のではなく、本発明の技術的範囲を逸脱することなしに
種々の変形を行うことが可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例に基づいて構成された無電極
ランプ装置を示した概略図、第２図は本発明の別の実施
例に基づいて構成された無電極ランプ装置を示した概略
図、第３図は第１図及び第２図に示したランプによって
発生される代表的スペクトルを示した説明図、第４図は
第１図及び第２図の関数発生器によって発生することが
可能な幾つかの関数信号を示した符号図、である。 （符号の説明） 2:無電極ランプ 4:リフレクタ 6:メッシュ 8:バルブ 10:マグネトロン 12:導波管 14:カップリングスロット 20:加圧空気源 22:ノズル 30:フィルタ 32:光検知器 34:関数発生器 36:比較器 40:ニードル弁 42:ステッピングモータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−291351（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−299045（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−84595（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−146903（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−71997（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H05B 41/36 H01J 65/04

Claims (20)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】無電極ランプ装置においてランプ出力のス
    ペクトル分布を制御する方法において、スペクトルの特
    性領域における放射を発生し且つランプ動作温度におい
    て完全に蒸発することのない物質を有する充填物を収容
    するバルブを持った無電極ランプを用意し、前記バルブ
    がランプ動作温度で動作するように動作期間中に前記バ
    ルブへ冷却ガスを付与し、前記スペクトルの特性領域に
    おける前記ランプのスペクトル出力の大きさの値を検知
    し且つ前記検知した大きさの値に基づいて比較信号を発
    生し、予め選択した関数に対応する関数信号を発生し、
    前記比較信号と前記関数信号とを比較し、且つ前記比較
    信号が前記関数信号と異なる場合には、前記比較信号が
    前記関数信号と前記バルブへ付与する冷却ガスの量を変
    化することを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】請求項１において、前記スペクトルの異な
    った特性領域において前記ランプのスペクトル出力の大
    きさの値を検知し、前記二つの検知した大きさの値の比
    を取り、前記比較信号を前記検知した大きさの値の比に
    基づいて発生させることを特徴とする方法。
  3. 【請求項３】請求項１又は２において、前記関数信号が
    一定の大きさの信号であることを特徴とする方法。
  4. 【請求項４】請求項１又は２において、前記関数信号が
    線形的に大きさが増加する信号であることを特徴とする
    方法。
  5. 【請求項５】請求項１又は２において、前記バルブ充填
    物が前記スペクトルの特性領域において放射を発生する
    物質以外の成分を有しており、その成分はランプ動作温
    度において完全に蒸発されることを特徴とする方法。
  6. 【請求項６】請求項４において、前記スペクトルの特性
    領域において放射を発生する物質がハロゲン化リチウム
    であり、且つ前記特性領域がスペクトルの赤領域である
    ことを特徴とする方法。
  7. 【請求項７】請求項６において、前記ハロゲン化リチウ
    ムがヨウ化リチウムであることを特徴とする方法。
  8. 【請求項８】請求項７において、前記スペクトルの異な
    った特性領域がスペクトルの青又は緑の何れかの領域で
    あることを特徴とする方法。
  9. 【請求項９】請求項６において、前記成分が水銀と、ハ
    ロゲン化インジウムと、ハロゲン化スズとを有している
    ことを特徴とする方法。
  10. 【請求項１０】請求項９において、前記ハロゲン化リチ
    ウムがヨウ化リチウムであり、前記ハロゲン化インジウ
    ムが塩化インジウムであり、且つ前記ハロゲン化スズが
    ヨウ化スズであることを特徴とする方法。
  11. 【請求項１１】請求項２において、スペクトルの更に別
    の異なった特性領域において前記ランプのスペクトル出
    力の大きさの値を検知し、前記二つの大きさの値の何れ
    か一方又は両方と前記スペクトルの第三領域に関連する
    大きさの値との比を取り且つそれに対応して一つ又は複
    数個の比信号を形成し、前記取られた比の各々に対し予
    め選択した関数に対応する別の関数信号を発生し、前記
    一つ又は複数個の比信号とそれに対応する別の一つ又は
    複数個の関数信号とを比較し、且つそれらに差異がある
    場合に、これらの比信号が関数信号に等しくなるか又は
    それに近づくまで前記バルブに付与する冷却ガスの量を
    変化させることを特徴とする方法。
  12. 【請求項１２】ランプ出力のスペクトル分布を制御する
    ことが可能な無電極ランプ装置において、スペクトルの
    特性領域において放射を発生し且つランプ動作温度にお
    いて完全に蒸発されることのない物質を有する充填物を
    収容するバルブを持った無電極ランプ、前記バルブを前
    記ランプ動作温度で動作させる様に動作期間中前記バル
    ブへ冷却ガスを付与する手段、前記スペクトルの特性領
    域において前記ランプのスペクトル出力の大きさの値を
    検知し且つ前記大きさの値に基づいて比較信号を発生す
    る手段、予め選択した関数に対応して関数信号を発生す
    る手段、前記比較信号と前記関数信号とを比較する手
    段、前記比較信号が前記関数信号と異なる場合に、前記
    比較信号が前記関数信号と等しくなるか又はそれに近づ
    くまで前記バルブへ付与する冷却ガスの量を変化させる
    手段、を有することを特徴とする無電極ランプ装置。
  13. 【請求項１３】請求項12において、スペクトルの異った
    特性領域において前記ランプのスペクトル出力の大きさ
    の値を検知する手段、前記二つの検知した大きさの値の
    比を取り且つ前記比較信号を前記大きさの値の比に基づ
    いて発生させる手段、を有することを特徴とする無電極
    ランプ装置。
  14. 【請求項１４】請求項12又は13において、前記関数信号
    が一定の大きさの信号であることを特徴とする無電極ラ
    ンプ装置。
  15. 【請求項１５】請求項12又は13において、前記バルブ充
    填物が前記スペクトルの特性領域において放射を発生す
    る前記物質以外の放射を発生する成分を有しており、前
    記成分が前記ランプ動作温度において完全に蒸発される
    ものであることを特徴とする無電極ランプ装置。
  16. 【請求項１６】請求項15において、前記スペクトル特性
    領域において放射を発生する物質がハロゲン化リチウム
    であり、且つ前記特性領域が前記スペクトルの赤領域で
    あることを特徴とする無電極ランプ装置。
  17. 【請求項１７】請求項16において、前記ハロゲン化リチ
    ウムがヨウ化リチウムであることを特徴とする無電極ラ
    ンプ装置。
  18. 【請求項１８】請求項17において、前記スペクトルの異
    なった特性領域がスペクトルの青又は緑領域であること
    を特徴とする無電極ランプ装置。
  19. 【請求項１９】請求項18において、前記成分が水銀と、
    ハロゲン化インジウムと、ハロゲン化スズとを有してい
    ることを特徴とする無電極ランプ装置。
  20. 【請求項２０】請求項19において、前記ハロゲン化リチ
    ウムがヨウ化リチウムであり、前記ハロゲン化インジウ
    ムが塩化インジウムであり、前記ハロゲン化スズがヨウ
    化スズであることを特徴とする無電極ランプ装置。
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