JP5313243B2 - ガス放電ランプを駆動するための方法及び駆動ユニット - Google Patents

Description

本発明は、交流電流を用いて、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に関する。更に、斯かる方法によりガス放電ランプを駆動するための駆動ユニットに関する。本発明はまた、ガス放電ランプ及び斯かる駆動ユニットを有する画像描画システム、とりわけ投射器システムに関する。

多くの用途、とりわけ投射システムにおいて、高い光束を提供しつつ可能な限り小型である光源のニーズがある。それ故、近年においては、ＨＩＤ（High Intensity Discharge）又はＵＨＰ（Ultra High Performance）ランプのような高圧ガス放電ランプが、電極間の短い距離とそれに応じた短いアーク長及び高い輝度とのため、好適な選択となってきている。安定したアーク長は、投射用途における短アークＨＩＤランプの使用のためには最も重要である。なぜなら、一定の光束が望ましいからである。特に新たなＵＨＰの極短アークのバージョンについては、現代の投射器における光束の維持は、短いアーク長を長時間持続させることに大きく依存する。アーク長を維持するために典型的に利用される手段は、電極設計及びランプ駆動方式を含む。原則的に、ランプ駆動方式は、ランプ電極における本質的に制御された構造の成長及び溶融により、アーク長を安定化させる。

例えば、国際特許出願公開WO2005/062684においては、異なる電流波形と動作周波数との特定の組み合わせが利用される方法が提案されている。動作の第１のモードにおいては、電流の整流の直前の、電流パルスが重畳されるランプ電流の既知のブロック形状によって、略達成される。該第１の動作モードにおいては、ランプは常に低い周波数で駆動される。動作の第２のモードにおいては、ランプ電流が電流パルスのないものであっても、電極端における薄い先端成長が常に、溶融した前面構造を持つ。該第２の動作モードにおいては、ランプは常に高い周波数で駆動される。動作の第３のモードは、溶融されて戻されるべき電極の先端が、必ず溶融状態となるように選択される。該既存の方法の欠点は、ランプの動作周波数の頻繁な変化に導く点である。アークの安定性に時々負の影響を及ぼすのみならず、斯かる頻繁な変化は、現代の投射器におけるこの種のランプの使用を複雑化させ、しばしばディスプレイの制御がランプの動作周波数に同期される必要があるようにする。一方で、アークの安定性の問題は時々、動作周波数の斯かる変化を不可避なものとする。

それ故、本発明の目的は、動作周波数の変化の割合の低下をもたらしつつ、同時に放電の安定したアーク長を確実にする、ガス放電ランプを駆動するための改善された方法及び駆動ユニットを提供することにある。

この目的のため、本発明は、交流電流を用いてガス放電ランプを駆動する方法であって、前記ガス放電ランプの放電アークの現在の長さを示すアーク長制御値が監視され、前記アーク長制御値が前記アーク長が切り換え閾値よりも長いことを示す場合には、前記ランプが第１の電流波形を用いて第１の動作モードで駆動され、前記第１の電流波形は、前記ランプの電極において成長する先端に帰着するように選択され、前記アーク長制御値が前記アーク長が切り換え閾値よりも短いことを示す場合には、前記ランプが第２の電流波形を用いて第２の動作モードで駆動され、前記第２の電流波形は、前記電極における先端が少なくとも部分的に溶融するように選択される方法を提供する。２つの切り換え方向（第１の電流波形から第２の電流波形；第２の電流波形から第１の電流波形）についての切り換え閾値は異なっても良く、これにより、第１の電流波形から第２の電流波形への切り換え方向についての切り換え閾値が、他方の切り換え閾値よりも低くなる必要があっても良いが、同じ値を持っても良い。２つの切り換え閾値が異なる値を持つ場合には、「切り換えヒステリシス」が生じることとなる。この場合、２つの切り換え閾値の間に存するアーク長においては、ランプを動作させるために利用される実際の電流波形もが、ランプの以前の履歴に依存する。本発明の好適な実施例においては、いずれの切り換え方向についての切り換え閾値も、同じ値を持つ。それ故、いずれの態様でも本発明を制限することなく、明示的にそうではないと言及されない限り、以下において単一の閾値が仮定される。本方法においては、前記第２の動作モードでの前記ランプの駆動の継続時間に関する第１の時間基準が満たされた場合には、前記ランプの動作周波数は第１の周波数値から第２の周波数値へと切り換えられ、前記第２の周波数値は前記第１の周波数値よりも大きく、前記第１の動作モードでの前記ランプの駆動の継続時間に関する第２の時間基準が満たされた場合には、前記ランプの動作周波数は前記第２の周波数値から前記第１の周波数値へと切り換えられる。

第１の電流波形は例えば、電流整流時点の直前の意図的な電流パルスを呈するようなものであっても良い。該付加的なパルスは、「標準的な」ブロック電流波形に重畳されるものであり、通常は電極の前面において、ランプの電極における小さな先端成長に帰着する。該先端はアークを安定化し、アークのちらつきを防止し得る。それ故、パルスはしばしば、当業者には「フラッタ（flutter）防止パルス」として知られる。各整流の前に斯かるパルスを絶対的に適用する必要はなく、例えば１０回の整流毎で十分である。第２の電流波形は斯かる「フラッタ防止パルス」は呈さず、又は、パルスが整流時点の前に電流に重畳されないが、例えば電流の半分の期間の前半に出現する。このことは、電極の前面における先端の溶融に帰着する。

この駆動方式を用いることにより、アーク安定化が、電流波形の変化により主に達成される。しかしながら、これまで適用されている方法におけるようにランプの実際の状態に関するものではない動作周波数の変化の変わりに、第１又は第２の動作モードにおけるランプの駆動の継続時間に関して時間基準が監視される。ランプの動作周波数は、それぞれの時間基準の充足が、動作周波数の変化がいずれのアーク不安定さを回避するために好適であることを示す場合にのみ、変更される。

本発明による方法によれば、少なくとも既存の方法により実現されるのと同様に好適に、アーク安定化が達成される。しかしながら、該好適なアーク安定化は、不必要な周波数変化を回避しつつ達成され、斯くして時間順次の投射ディスプレイとの斯かるランプの同期を容易化する。多くの場合において、該アーク安定化は、電極における駆動増の大規模な成長及び溶融を回避することにより、軸方向（＜１０μｍ）にも横方向にも、既存の方法よりも好適とさえなる。

対応するガス放電ランプを駆動するための駆動ユニットは、前記ガス放電ランプに交流電流を供給するための整流ユニットと、前記ガス放電ランプに供給される電流波形を形成する電流形成ユニットと、前記ガス放電ランプの放電アークの現在の長さを示すアーク長制御値を監視するためのアーク長監視ユニットと、制御ユニットと、を有する。前記制御ユニットは、前記アーク長制御値が前記アーク長が切り換え閾値よりも長いことを示す場合には、前記ランプが第１の電流波形を用いて第１の動作モードで駆動され、前記第１の電流波形は、前記ランプの電極において成長する先端に帰着するように形成され、前記アーク長制御値が前記アーク長が切り換え閾値よりも短いことを示す場合には、前記ランプが第２の電流波形を用いて第２の動作モードで駆動され、前記第２の電流波形は、前記電極における先端が少なくとも部分的に溶融するように形成されるように、前記電流形成ユニットを制御する。更に、前記制御ユニットは、前記第２の動作モードでの前記ランプの駆動の継続時間に関する第１の時間基準が満たされた場合には、前記ランプの動作周波数が第１の周波数値から第２の周波数値へと切り換えられ、前記第２の周波数値は前記第１の周波数値よりも大きく、前記第１の動作モードでの前記ランプの駆動の継続時間に関する第２の時間基準が満たされた場合には、前記ランプの動作周波数は前記第２の周波数値から前記第１の周波数値へと切り換えられるように、前記整流ユニットを制御する。

本発明による画像描画システム、とりわけ投射システムは、ガス放電ランプと共に、本発明による駆動ユニットを有する必要がある。

従属請求項及び以下の説明は、本発明の特に有利な実施例及び特徴を開示するものである。

放電アークの電流アーク長を（直接的に又は間接的に）決定する、多くの方法がある。例えば、電流アーク長を監視するために、光学的手段（例えば投射されるアークのカメラ観測）又は分光手段（例えば良く知られた発光線の線幅からのアーク長の決定）が利用され得る。適切な閾値の適切な選択により、これら手法のいずれもが、本発明と共に利用される場合に一定のアーク長へと導くこととなる。

当業者には知られているように、アーク長の変化は、動作電圧の変化に反映されることとなる。それ故、本発明の好適な実施例においては、前記ランプの動作電圧が前記アーク長制御値として利用され、前記ランプの動作電圧が切り換え閾値電圧値よりも高い場合には前記ランプは前記第１の動作モードで駆動され、前記ランプの動作電圧が切り換え閾値電圧値よりも低い場合には前記ランプは前記第２の動作モードで駆動される。ここでもまた、２つの切り換え閾値電圧値は一般に異なっていても良く、これにより、第１の電流波形から第２の電流波形への切り換え方向についての切り換え閾値電圧が、他方の切り換え閾値電圧よりも低くなる必要があっても良いが、同じ値を持っても良い。

ガス放電ランプのための殆どの駆動ユニットは既に、ランプの動作電圧を監視するための電圧監視ユニットを有している。それ故、好適には、斯かる電圧監視ユニットがアーク長監視ユニットとして利用されても良く、制御ユニットが電流形成ユニットを、前記ランプの動作電圧が前記アーク長制御値として利用され、前記ランプの動作電圧が切り換え閾値電圧値よりも高い場合には前記ランプは前記第１の動作モードで駆動され、前記ランプの動作電圧が切り換え閾値電圧値よりも低い場合には前記ランプは前記第２の動作モードで駆動されるように制御する。

周波数変化の監視のために十分に利用され得るとり得る時間基準が、幾つか存在する。第１の実施例においては、前記第１の時間基準は、前記ランプが（測定の時点において）前記第２の動作モードで連続的に駆動される時間に関する第１の制限時間を有し。それに応じて、前記第２の時間基準は、前記ランプが前記第１の動作モードで連続的に駆動される時間に関する第２の制限時間を有しても良い。第１の制限時間と第２の制限時間とは同一であっても良いし、又は異なる制限時間であっても良い。

本実施例の単純な実施においては、前記第１及び第２の動作モードの間の（即ち第１の動作モードから第２の動作モードへの、又はその逆の）切り換えに際して単純なタイマ又はカウンタがリセットされ開始される。前記タイマにより測定される時間値（例えば単純なカウンタ値）が所定のタイマ値制限に等しいか又は前記タイマ値制限を超過した場合に、前記動作周波数が前記第２の周波数値と前記第１の周波数値との間で切り換えられる。

第２の実施例においては、直近のモード切り換えに先立つ駆動方式経過の履歴もが考慮される。このことは、単純なタイマが遷移モード切り換えによりリセットされた場合に、拡大された時間の間、好ましくない状況でランプが動作させられることを防ぐ。該第２の実施例においては、前記ランプが前記第１の動作モードで駆動される第１の総滞留時間と、前記ランプが前記第２の動作モードで駆動される第２の総滞留時間と、が測定される。前記第２の総滞留時間と前記第１の総滞留時間との間の差が所定の第１の値に等しいか又は前記第１の値を超えた場合に、前記ランプの動作周波数が、前記第１の周波数値から前記第２の周波数値へと切り換えられ、前記第１の総滞留時間と前記第２の総滞留時間との間の差が所定の第２の値に等しいか又は前記第２の値を超えた場合に、前記ランプの動作周波数が、前記第２の周波数値から前記第１の周波数値へと切り換えられる。ここでもまた、予め定義された第１の値と予め定義された第２の値とは等しい値であっても良いし、又は異なっていても良い。

また、該第２の実施例の比較的容易な実施においては、単純なカウンタが利用され得る。この場合には、カウンタが、前記ランプが前記第１の動作モードで駆動されている間、一方の方向にカウントするように構成され、前記ランプが前記第２の動作モードで駆動されている間、逆の方向にカウントするように構成される。異なる方向にカウンタがインクリメントされる値は等しい値であっても良いし、又は異なっていても良い。この場合、前記ランプの動作周波数が、前記カウンタの値が所定の上限値と等しいか又は前記上限値を超えた場合には、前記第１の周波数値と前記第２の周波数値との間で一方の方向に切り換えられ、前記カウンタの値が所定の下限値と等しいか又は前記下限値を下回った場合には、逆の方向に切り換えられる。「方向」なる語はここでは、動作周波数が、より高い周波数へと「増大する」ように切り換えられるのか、より低い周波数へと「減少する」ように切り換えられるのかを示す。切り換えの「方向」は、当業者には知られているように、カウンタの適切な設定により制御されることができる。

以上に説明されたように、第１の電流形状は、整流時点の直前の故意のフラッタ防止パルスを呈し得る。それ故、好適な実施例においては、前記第１の電流波形における意図的なピークパルス電流が、整流時点の直前となるようにされ、前記第２の電流波形においては、前記意図的なピークパルス電流は、前記整流時点から離れるように、好適にはＡＣ周期の前半まで、シフトされる。

以上に説明されたように、本発明による方法は、画像描画システム、とりわけ投射システムにおけるランプの駆動のため、特に価値のあるものとなる。本発明による方法を用いてランプが駆動される画像描画システムを駆動するための方法においては、第１及び第２の電流波形並びに第１及び第２の周波数値が好適には、表示動作モード及び／又は例えばカラーホイール周期のような色生成サイクルと同期される。このことは、投射システムが時間／色順次のマイクロディスプレイ投射エンジンである場合に、特に有用である。斯かる投射器においては、光の波形、それ故電流振幅が、表示動作及び色セグメント生成に同期させられるべきである。とりわけ、光の波形が、動作モード又は周波数が変化した場合であっても維持されることが、確実にされるべきである。

この理由のため、電流パルスは、単純にスイッチオフされること又は色フレーム生成サイクルに対してシフトされることができない。それ故、好適な実施例においては、前記第１の動作モードと前記第２の動作モードとの間で切り換わりが生じた場合に、前記ピークパルス電流は位相における位置（即ち色フレーム生成サイクルに対する時間的な位置）を保ち、整流時点はシフトされる。光の波形は電流振幅の絶対値にのみ依存するため、光の波形は、整流時点が異なる動作モード間の切り換わりにおいてシフトされたとしても、変化しない。換言すれば、第１の電流形状と第２の電流形状とは、異なる時点で整流時間が生じるという点でのみ異なり、それにより、光束に対する電流形状の寄与は維持され、表示動作モード及び色生成サイクルに同期したままとなる。

表示動作モード及び／又は色生成サイクルに対する斯かる同期を容易化するため、第２の周波数値は好適には、第１の周波数値の整数倍である。第１の周波数値は例えば約３０Ｈｚと２００Ｈｚとの間にあっても良く、第２の周波数値はそれ故１８０Ｈｚと１５００Ｈｚとの間にあっても良い。更に好適には、第１及び第２の周波数値は、投射システムの色シーケンスの整数倍である。

本発明の好適な実施例においては、切り換え閾値よりも短いアーク長を示すコンティンジェンシー（contingency）閾値（例えば切り換え閾値電圧（又は２つの切り換え閾値が利用される場合には低いほうの切り換え閾値電圧）よりも低いコンティンジェンシー閾値電圧）が、定義されても良い。該コンティンジェンシー閾値の目的は、アーク長安定化メカニズム（第１の動作モードと第２の動作モードとを切り換えることにより、又は動作周波数値を切り換えることにより提供される）が一時的に十分に機能しない場合に、アーク長の過度の減少を防ぐことである。アーク長制御値が、アーク長が該コンティンジェンシー閾値よりも低いことを示す場合、例えばランプの動作電圧がコンティンジェンシー閾値電圧以下である場合には、継続的な電極先端成長を防止するために他の手段がとられる第３の動作モードで、ランプが駆動される。斯かる手段は、低周波ＡＣ電流若しくはＤＣ電流、又はＰＷＭ（パルス幅変調、Pulse Width Modulation）駆動方式の適用を含む。斯かるＰＷＭ駆動方式は、例えば米国特許US6,815,907に記載されている。多くの研究において、これらの動作モードは全て電極先端を信頼性高く溶融し、斯くしてアーク長を増大させることが確認されている。方法及びパラメータの実際の選択は、ランプ設計及び用途に依存する。

好適には、切り換え閾値電圧は、ランプの目標アーク長及び動作圧力に依存して、３５Ｖと１４０Ｖとの間の範囲内にある。更に好適には、切り換え閾値電圧は、４５Ｖと９０Ｖとの間の範囲内にある。２つの切り換え方向についての切り換え閾値電圧が異なる値を持つ場合（斯くして切り換えヒステリシスを形成する場合）、２つの切り換え閾値電圧間の差は好適には、０．１Ｖと１０Ｖとの間の範囲内にあり、更に好適には、該差は０．５Ｖと４Ｖとの間の範囲内にある。コンティンジェンシー閾値電圧はこのとき、好適には切り換え閾値電圧よりも（２つの切り換え閾値電圧が用いられる場合には、低いほうの切り換え閾値電圧よりも）１乃至２０Ｖ低く、更に好適には、切り換え閾値電圧よりも４乃至１０Ｖ低い。

コンティンジェンシー閾値の定義に代えて又は加えて利用され得る、更なる好適な実施例においては、前記第２の動作モードでの前記ランプの駆動の継続時間に関する第３の時間基準が満たされる場合に、前記動作モードが、前記第２の動作モードから別の動作モードへと切り換えられる。それに応じて、前記第１の動作モードでの前記ランプの駆動の継続時間に関する第４の時間基準が満たされる場合に、前記動作モードが、前記第１の動作モードから別の動作モードへと切り換えられても良い。

例えば数十又は数百時間の動作の後のような特定の状況下では、以上に説明されたアーク長安定化方法を用いても、第１の動作モードと第２の動作モードとの間で動作モードが切り換えられる切り換え閾値を超えることなく長い時間の間第１又は第２の動作モードが持続した場合、電極改質が生じ得る。例えば、第１の動作モードでのランプの長時間の駆動は時々、極端な先端成長に導く。一方で、第２の動作モードでのランプの長時間の駆動は時々、過度の電極の焼け付きを引き起こす。斯かる状況は、第１又は第２の動作モードでの過度に長い駆動を防ぐ更なるタイミング条件が設定される場合に回避され得る。

電極の挙動についての重要な点は動作モードのみならず動作モードと動作周波数との特定の組み合わせでもあるため、本発明の好適な実施例においては、前記第３の時間基準は、前記第２の動作周波数を用いた前記第２の動作モードでの前記ランプの駆動の継続時間に関し、及び／又は、前記第４の時間基準は、前記第１の動作周波数を用いた前記第１の動作モードでの前記ランプの駆動の継続時間に関する。

好適には、第３の時間基準が満たされる場合には、動作モードが、第２の動作モードから、マークされた電極の焼け付きを引き起こす特別な第１のコンティンジェンシーモードへと切り換えられても良い。また、第４の時間基準が満たされる場合には、動作モードが、第１の動作モードから、十分な電極成長に帰着する特別な第２のコンティンジェンシーモードへと切り換えられても良い。

殆どの実施例において、第１のコンティンジェンシーモードと第２のコンティンジェンシーモードとは異なるが、極端な電極変更の両方のタイプをアンドゥするために同じ動作モードが適用されることも可能である。

所望の目的のために利用され得る多くのコンティンジェンシーモードが知られており、説明されてきた。幾つかの例は、それぞれ先端の除去又は先端の成長のような瞬時的な目標を達成するための、周波数、パルス高又は電流波形の適切な選択を含む。例えば、第１のコンティンジェンシーモードは既に上述した第３の動作モードから選択されても良く、第２のコンティンジェンシーモードのとり得る実施例として、例えば先端成長のためのパルス高が単純に段階的に増加させられても良い。

単純な更なる好適な実施例においては、特別なコンティンジェンシーモードへの切り換えの代わりに、駆動器は、第３の時間基準が満たされる場合に、第２の動作モードから第１の動作モードへと切り換えられても良く、及び／又は駆動器は、第４の時間基準が満たされる場合に、第１の動作モードから第２の動作モードへと切り換えられても良く、即ち駆動器は、閾値が切り換え条件として利用される「通常の」アーク長安定化処理が長い時間の間動作モードの変更に導かない場合に、時間基準により動作モードを単純に変更させられる。この場合、第１及び第２の動作モードは、それ自体が「コンティンジェンシーモード」として動作する。

第１及び第２の時間基準について以上に説明されたように、第３及び第４の時間基準は、ランプが（測定の時点において）第２の動作モードで連続的に駆動される期間に関する第３の制限、及び必要であれば第２の動作周波数を有し、第４の時間基準は、ランプが第１の動作モードで連続的に駆動される期間に関する第４の制限時間、及び必要であれば第１の動作周波数を有しても良い。第３の制限時間と第４の制限時間とは同一であっても良いし、又は異なる制限時間であっても良い。従って、第１及び第２の制限時間についてと同様の態様で、第３及び第４の制限時間を制御するために、単純なタイマ又はカウンタが利用され得る。

コンティンジェンシー閾値の代わりに単純な時間基準を用いることにより、切り換え閾値を用いる「通常の」安定化方法が一時的に機能していない場合に動作するべきコンティンジェンシー駆動モードの状態が、予め選択された閾値とは独立したものとなり、従って例えば製造の拡大に対して影響を受け難くなる。モード変化に先行する時間が十分に短い場合には（例えば６０分未満）、著しい電極変形は起こらない。

コンティンジェンシーモードは、「通常の」アーク長安定化方法又はことによると他のアーク長安定化方法がそうではないと決定しない限り、連続的に利用される。代替として、コンティンジェンシーモードは、例えば０．１秒と６０分との間の継続時間の間のような、限られた継続時間の間のみ利用されても良い。非常に短い時間（１秒未満）の間にのみ適用される場合には、コンティンジェンシーモードは、標準的な動作モードの短時間の歪とみなされ得る。斯かる短時間の適用はとりわけ、連続する先端成長又は焼け付きを防ぐために例えば非常に大きなパルスによって十分に強い乱れをもたらす特別なコンティンジェンシーモードが利用される場合に提案される。

多くの場合において、以前のことによると有害な電極変形をアンドゥするために十分な時間が得られるような第３又は第４の時間条件に相当する継続時間の間、コンティンジェンシーモードを利用することが最も有用である。該継続時間の終了後、コンティンジェンシーモードは次いで以前動作モードへと切り換え戻されるべきである。上述したように第１及び第２の動作モード自体が「コンティンジェンシーモード」として働く場合には、以前のモードへの切り換えは、単純に「通常の」アーク長安定化方法により起動されても良く、即ち閾値が次回超過されるべきであるか、又は次回の基準が満たされるべきである。

本発明は、種々の種類のガス放電ランプに適用され得る。とりわけ、本発明は、高圧ガス放電ランプ、特にＵＨＰ（Ultra High Performance）ランプ及び／又はＨＩＤ（High Intensity Discharge）ランプに適している。上述したように、本発明は、画像描画システム内のガス放電ランプに利用される場合に、著しい利点を提供する。しかしながら、本発明はこれら用途に限定されるものではない。例えば、本発明は、自動車の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おいて利用されるガス放電ランプ、又は舞台及び建築用スポットライトにおいて利用されるガス放電ランプに対しても、有利に適用され得る。

本発明の他の目的及び特徴は、添付図面と共に考慮される以下の詳細な説明から明らかとなるであろう。しかしながら、図面は単に説明の目的のためにデザインされたものであり、本発明の限定を定義するものとしてデザインされたものではないことは、理解されるべきである。

図面におけるオブジェクトの大きさは、明確さの目的のために選択されたものであり、必ずしも実際の相対的な大きさを反映するものではない。図面におけるオブジェクトは、必ずしも定縮尺で描かれたものではない。

本発明による第１及び第２の動作モードの間に、ガス放電ランプに適用される交流電流のとり得る模式的な波形を示す。 第１及び第２の動作モード間の切り換えにより安定化される、６０Ｈｚの動作周波数で動作させられるＵＨＰランプの動作電圧の図を示す。 第１及び第２の動作モード間の切り換えにより安定化される、３６０Ｈｚの動作周波数で動作させられるＵＨＰランプの動作電圧の図を示す。 異なる動作周波数（左：低周波数、右：高周波数）におけるパルス状の動作モードにおける電極の前面における先端形成を模式的に示す。 本発明の一実施例によるランプを動作させるために利用される関連するモード／周波数の組み合わせと共に、ランプ電圧のとり得る時間的な進展を示す。 ランプの動作の間の動作モード切り換え及び周波数切り換えの数を示す実験結果を示す表を示す。 第１及び第２の動作モード並びに第１及び第２の周波数値の組み合わせについてのとり得る駆動方式を示す。 第１及び第２の動作モード並びに第１及び第２の周波数値の組み合わせについてのとり得る駆動方式を示す。 第３の動作モードについてのとり得る駆動方式を示す。 本発明の更なる実施例によるランプを動作させるために利用される関連するモード／周波数の組み合わせと共に、ランプ電圧のとり得る時間的な進展を示す。 従来の動作モードを用いて動作させられるＵＨＰランプの動作電圧の時間によるグラフを示す。 本発明による最適化された動作モードを用いて動作させられるＵＨＰランプの動作電圧の時間によるグラフを示す。 ガス放電ランプ及び本発明による駆動ユニットのとり得る実装のブロック図を示す。

以上に説明されたように、本発明は、以下の基本原理を利用する。

種々の電流波形が、ＵＨＰ電極の前面における構造の種々の時間的な発展に導くことは、良く確認されている観測結果である。とりわけ、図１の左側において見られるような整流時点の直前の「標準的な」ブロック電流波形に重畳された意図的なパルスを用いた動作モードが、電極の前面における小さな先端の成長に帰着する。該動作モードは、しばしば「パルス動作」と呼ばれ、以下「第１の」動作モードＯＭ_ｐと呼ぶ。一方、標準的な方形波（図１における右側に示されるような）は、これらの小さな先端が溶融されることに導く。該標準的な「非パルス動作」は、以下「第２の」動作モードＯＭ_ｎと呼ぶ。小さな電極先端における影響は、広範な典型的な動作周波数に亘るランプの動作周波数とは独立したものである。

先端構造の存在は放電アークの長さを変更させ、それ故ランプの動作電圧のレベルを変更させる。このことは、これら先端の成長及び溶融が、時間によるランプ電圧の進展において直接に観測され得ることを意味している。以上に説明したように、現在のアーク長を決定するために、他のいずれの手段が（ランプ電圧の測定の代わりに）利用されても良い。しかしながら、ランプ電圧の監視はランプにおいて付加的な測定機器を付加することなくランプ駆動器において単純な方法で実現され得るため、以下においては、本方法はアーク長を（間接的に）監視するために利用されることが仮定される。

図２において、標準的なＵＨＰランプの動作電圧を測定するオシロスコープの画面例が示される。該ランプを動作させる際に、以下に方式が適用された。特定の切り換え電圧レベル即ち切り換え閾値電圧Ｖ_Ｔ１（本例においては７７Ｖ）より上では、ランプは第１の動作モードＯＭ_ｐで動作させられ、該切り換え閾値電圧Ｖ_Ｔ１より下では、ランプは第２の動作モードＯＭ_ｎで動作させられ即ちパルスがスイッチオフされた。この方式は、小さな先端の頻繁な成長及び溶融に導いた。その結果のランプ電圧における小さな変化が、プロットにおいて見られる。しかしながら、切り換え閾値電圧Ｖ_Ｔ１を横断した後、長くとも２５０ｍｓの遅延で、第１の動作モードＯＭ_ｐから第２の動作モードＯＭ_ｎへの及びその逆のモード切り換えが非常に高速に実行されたため、大規模な構造は生成又は破壊されなかった。斯くして、電極の全体の構造及び電極間の距離は維持され、非常に安定した動作電圧に導いた。図２において、時間スケールは約１５０秒に相当する。本例においては、ランプは６０Ｈｚで動作させられた。差込図は、切り換え閾値電圧Ｖ_Ｔ１の両側で利用された電流形状を図示している。

電流波形の切り換えによる動作電圧の安定化の効果は、他方の動作周波数においても得られる。一例として、図３は、３６０Ｈｚの周波数についての動作電圧の測定のオシロスコープ画面例を示す。ここでは、表示される電圧範囲は、図２に示される範囲よりも更に小さい。

しかしながら、この効果の有益な利用のためには、他の態様、即ち放電アークの短時間の安定性もが考慮される必要がある。ＵＨＰ状ランプについては、特定の状況下で、電極間の放電アークの位置が時間に応じて変化することが、良く知られた問題である。この効果は「アークのちらつき」として知られる。特にこれら変化が短い時間スケールで生じる場合には、ユーザに知覚可能となり得る。

上述したように、第１の動作モードＯＭ_ｐを利用する場合には、電流パルスのために電極前面に先端が成長し、該先端は放電アークの位置を固定させ、斯くしてアークのちらつきを防止する。しかしながら、いずれの時点においても実際に発達又は成長する先端のパターンは、ランプが動作させられる周波数に大きく依存する。低周波数においては、１つの比較的大きな先端又は少ない数の斯かる先端のみが成長し、高周波数においては、先端の数が増大し、これら先端の直径が減少する。このことは図４に模式的に示され、左側の図が、低動作周波数（例えば６０Ｈｚ）におけるパルス動作モードにおける電極３０の前面における先端３１の起こり得る形成を示し、右側の図が、高動作周波数（例えば３６０Ｈｚ）におけるパルス動作モードにおける電極前面における幾つかの３２を伴う起こり得る先端形成を示す。斯くして、高周波数のパルス動作においては、アークのちらつきは完全には除外され得ない。なぜなら、高周波数において成長する多数の先端３２が、アークが移動し得る種々のアーク接続点をもたらすからである。

一方、電流整流時点の直前の電流パルスを伴わない第２の動作モードＯＭ_ｎにおいては（電極先端が成長しない場合）、動作周波数を増大させるにつれて、アークのちらつきの可能性が減少する。このことは、高い動作周波数においては、低周波数におけるよりも、陰極相の間に電極が冷却されないという事実に起因する。

以上に議論されたいずれの動作モードについても、ランプが不適な動作モード／周波数の組み合わせで動作する場合には、或る時間遅延の後に、アークのちらつきの発生が生じる。このことは例えば、高周波数における第１の（パルス）動作モードＯＭ_ｐを用いる場合においては、多くの電極先端が最初に発達又は成長し、アークのちらつきが生じ得る前に時間を要することによる。時間遅延は幾つかの要因に依存し、数十秒から数十分の間に亘る。それ故、アークのちらつきに関しては、不適なモード／周波数の組み合わせで限られた時間の間ランプを動作させることは安全であるが、該限られた時間が経過してしまうと、ちらつきのないランプ動作を確実にするためには、動作モード又は動作周波数が変更される必要がある。

それ故、本発明による駆動方法によれば、動作モードの切り換えは、動作周波数の遅延された条件付き切り換えと組み合わせられる。

動作モードの切り換えは、ランプ電圧が特定の切り換え閾値電圧Ｖ_Ｔ１と交差するたびに実行される。該切り換え閾値電圧Ｖ_Ｔ１より上では、ランプは第１の動作モードＯＭ_ｐで駆動され、先端成長をもたらす。該ランプは、切り換え閾値電圧ＶＴ_１よりも下では第２の動作モードＯＭ_ｎで駆動され、更なる先端成長を抑制し、確立された先端を少なくとも部分的に溶融させる。

本発明の第１の実施例においては、動作モードが変更されるたびに、関連するタイマがゼロにリセットされて開始される。該タイマが特定の所定の制限を超えた場合、ランプの動作周波数は、特定の動作モードでアークのちらつきが生じないような周波数の値へと変更される。ランプが第１の（パルス）動作モードＯＭ_ｐで第２の（より高い）周波数値ｆ_２で駆動される切り換え閾値電圧Ｖ_Ｔ１の上では、動作周波数は第１の（より低い）周波数値ｆ_１へと切り換えられる。切り換え閾値電圧Ｖ_Ｔ１より下では、ランプが第２の（非パルス）動作モードＯＭ_ｎで第１の（より低い）周波数値ｆ_１で駆動される場合には、動作周波数は第２の（より高い）周波数値ｆ_２へと切り換えられる。ランプが既に第１の動作モードＯＭ_ｐにおいて第１の周波数値ｆ_１で駆動されている場合、又は第２の動作モードＯＭ_ｎにおいて第２の周波数値ｆ_２で駆動されている場合、動作周波数の切り換えは起こらない。斯くして、タイマは基本的に、特定の不適な動作モード／周波数の組み合わせにおけるランプの滞留時間を測定し制限する。

図５は、本発明の基本的な特徴を実施化する駆動方式を示す。切り換え閾値電圧Ｖ_Ｔ１は、異なる動作モードが利用される２つの領域を分離する。即ち、切り換え閾値電圧Ｖ_Ｔ１より上の第１の動作モードＯＭ_ｐと、切り換え閾値電圧Ｖ_Ｔ１より下の第２の動作モードＯＭ_ｎである。ランプ電圧が該切り換え閾値電圧Ｖ_Ｔ１と交差すると（図５において実線の矢印により示される）、タイマが再開され、動作モードが変更される一方で、動作周波数は同じままとされる。しかしながら、特定の状況下では（図５において点線の矢印により示される）、切り換え閾値電圧の再交差に長い時間が掛かり過ぎ、モード切り換え間の時間Δｔ_ｎ、Δｔ_ｐが所定の遅延時間又は制限時間Δｔ_１、Δｔ_２を超過することが起こり得る。これらの稀な場合においてのみ、動作周波数もが変更され、ちらつき防止動作モード／周波数の組み合わせでランプを動作させる。一般に、図５に示されるように、ｆ_１からｆ_２への遷移（第２の動作モードＯＭ_ｎにおける動作時間Δｔ_ｎについて）及びｆ_２からｆ_１への遷移（第１の動作モードＯＭ_ｐにおける動作時間Δｔ_ｐについて）についての２つの制限時間Δｔ_１、Δｔ_２は異なり得る。単純な実装においては、制限時間Δｔ_１、Δｔ_２は同一であっても良い。好適には、制限時間は１秒と６０分との間の範囲であり、更に好適には、１０秒と３００秒との間である。２つの制限時間Δｔ_１、Δｔ_２の比は、好適には０．０１と１００との間の範囲であり、更に好適には、０．２と５との間である。

斯かる駆動方式を用いることにより、ランプ電圧が安定化されつつ、アークのちらつきを防止する。殆どの場合において、短い時間の後の切り換え閾値電圧Ｖ_Ｔ１の再交差により、動作モード自体の変更が所望の効果をもたらし、次いで動作モードの別の変更に導き、電極前面に対する過度の及び／又は長く継続する変形を抑制する。これら閾値交差は、関連するタイマのリセットにリンクされる。斯くして、所定のタイマ制限が十分に大きい場合には、動作周波数の変化及びその結果の上述した欠点が、殆どの場合において回避されることができる。加えて、電極前面に対する著しい変形が防止されるという事実のため、全体のアーク安定性（軸方向においても横方向においても）が改善する。

４６時間の動作時間のうちの９０％でランプが切り換え閾値電圧の近く（±１Ｖ）で動作させられた第１の実験においては、２５１０回の動作モード切り換えが発生したが、動作周波数の変化はひとつも起動されなかった。更なる実験結果は、図６における表に示される。図示されるように、動作周波数変化は稀にしか起こらなかった。

本発明の別の実施例においては、ランプが特定の動作モードで動作させられる時間を測定するためのタイマ又はカウンタのリセットが省略される。その代わりに、例えば１秒毎のような一定の時間間隔の後に、実際のカウンタ値に一定の増分が加算される。２つのとり得る動作モード、即ち第１の動作モード及び第２の動作モードについて、該増分は逆の符号（プラス又はマイナス）を持つ。斯くして、これら動作モードの一方においてはカウンタは増加させられ、他方のモードにおいては減少させられる。次いで、減少している間にカウンタが特定の所定の下限に到達した場合、又は増加している間にカウンタが上限に到達した場合に、動作周波数が変更される。斯かる実施例においては、カウンタは、最新のモード切り換えに先立つ駆動方式の経過の履歴をも記録する。このことは、（前述の実施例においてカウンタをリセットする）遷移モード切り換えのときに、延長された時間の間ランプが不適な条件で動作することを防ぐ。メモリが不揮発性である場合には、ランプの以前のスイッチオフに先立つ動作モード履歴もが、不適な動作条件にランプがある時間を決定する際に考慮され得る。

周波数遷移についての異なる制限時間は、２つの増分について異なる絶対値を利用することにより実現され得る。更に、周波数が切り換えられるカウンタ制限は、カウンタメモリの物理的な上限及び下限である必要はない。これらの制限の適切な選択により、異なる動作モードについて異なる付加的な一定の遅延が導入されることができる。更に、例えば物理的なメモリ制限が到達されたときにも、無制限の遅延の増大が防止され得る。

増分及びカウンタメモリのサイズの適切な選択により、考慮され得る動作モード履歴の長さが決定されることができる。多くの場合において、該蓄積タイマのためには安価な８ビットメモリでも十分となる。８ビットカウンタについてのカウンタ制限は好適には、下限については０と１００との間の範囲、上限については１５０と２５５との間の範囲内である。他のカウンタサイズは、異なるが等価である制限に導く。好適には、２つの増分の絶対値の割合は、０．０１ｓ^−１と１００ｓ^−１との間の範囲にある。２つの増分の比は好適には、−１００と−０．０１との間の範囲にあり、更に好適には、０５と−０．２との間にある。

本発明は、最も好適には、典型的なＤＬＰ（登録商標）投射エンジンのような、時間／色順次のマイクロディスプレイ投射エンジンと共に利用され得る。斯かる投射器においては、電流振幅の結果である光波形が表示動作と同期させられ、切り換え閾値電圧が交差された場合であっても等しいままである必要がある。それ故、電流パルスは、図１の例におけるように単純にスイッチオフされることはできない。

しかしながら、第１の動作モードにおいてフラッタ防止パルスとして利用されるピーク電流パルスを、電流波形における異なる相対位置に移動させることにより、同様の効果が得られる。それ故、本実施例においては、ピーク電流パルスが、動作モードとは独立して時間的に固定されたままとなり、一方でランプ電流の整流が異なる時点へと移動させられる。斯かる駆動方式は、光束には影響を与えない。即ち、適用時に一定の光束パターンをもたらしつつ、ランプ電圧を安定化させる。

図７ａ及び７ｂは、斯かる駆動方式の例を示す。ここで示されるシステムは、ビデオ投射のために最適化された、ＤＬＰ（Digital Light Processing）ミラー装置である。本システムは、各ビデオフレームの間に３回転する６セグメントのカラーホイールを利用する。３色の色セグメント即ち赤ｒ、緑ｇ及び青ｂと、色セグメントｒ、ｇ及びｂ間の「スポーク（spoke）時間」ｓ並びに電流波形に対する相対位置と共に、カラーホイールと同期された色セグメントサイクルが、図７ａ及び７ｂの上部に示される。本例においては、「Smooth Picture」のウォビュレーション（wobulation）により（特定の方法で画素を重ねる）、表示解像度が２倍にされる。

図７ａ及び７ｂに示された電流波形により、本発明において説明されたアーク安定化効果を実現することに加えて、更なる利点が実現される。異なる色セグメントにおいて固定された相対レベルを持つランプ電流パルスを用いることにより、適切な色バランスが得られる。例えば、図７ａ及び７ｂにおいて、青セグメントｂの１つにおいて高い電流振幅Ｂを用いることにより、色バランスが青の方向にシフトされる。負のランプ電流パルスＧは、緑におけるグレースケール解像度を増大させるために利用される。これらの色に関する利点の更なる議論については、例えばMoenchらによるSID Symposium Digest 37、1720-1723頁又は国際特許出願公開WO95/11572を参照されたい。ここで、該電流波形は、単純なブロック電流よりも複雑な駆動状況に対する本発明の適用可能性を示すために選択された。図７ａ及び７ｂは、実際の実装において生じ得るオーバシュート及び共鳴のような起こり得る歪のない、模式的な電流波形を示している。

図７ａの上部の電流図に示される第１の動作モードＯＭ_ｐにおいては、整流時点ｔ_Ｃは、ピークパルス電流Ｐ（フラッタ防止パルス）の直後に位置し、先端成長に導く。付加的なピークＰが、カラーホイールのスポーク時間に配置される。該動作モードは、動作電圧が例えば６０Ｖである切り換え閾値電圧Ｖ_Ｔ１よりも大きい場合に利用される。図７ａの上部の電流図においては、動作周波数値ｆ_１は６０Ｈｚである。

動作電圧が切り換え閾値Ｖ_Ｔ１と交差するときには、ランプ電流の絶対値に対応する波形振幅は一定のままであり、一方で整流時点ｔ_Ｃは移動させられる。該第２の動作モードＯＭ_ｎは、図７ａの下部の電流図に示される。いずれの動作モードにおいても、整流時点ｔ_Ｃは好適には、スポーク時間ｓの間に常に配置される。第２の動作モードＯＭ_ｎにおけるこれら整流時点ｔ_Ｃの設計は、電流パルスＰが先端成長に影響を与えなくなるように実行され、即ち、電流パルスが電流整流時点から遠く離れた位置に配置される。このようにして、先端成長が防止される。

タイマが該モードでの過度に長い動作を示す場合には、周波数が変更される必要がある。ここでもまた、振幅波形は不変のままである必要がある一方で、付加的な整流時点ｔ_Ｃが付加的なスポークｓに配置される。換言すれば、動作周波数が、図７ｂの上部の電流図に示される、より高い周波数値ｆ_２へとシフトされる。本例においては、該より高い周波数ｆ_２は４２０Ｈｚであり、より低い周波数値ｆ_１の７倍である。

本例においては、電圧が切り換え閾値電圧Ｖ_Ｔ１よりも上に上昇した場合、再び整流のタイミングを変更することにより、即ち、より高い動作周波数で第１の動作モードＯＭ_ｐに戻すことにより、先端成長が可能とされる。ここでもまた、パルスＰが整流時点ｔ_Ｃの直前に配置される。このことは、図７ｂの下部の電流図に示される。各整流時点ｔ_Ｃの先行するフラッタ防止パルスＰを持つ必要はないが、先端成長効果を達成するためには、例えば７個の整流時点ｔ_Ｃ毎に先行する斯かるパルスＰを持つことで十分であることが分かる。

その後、制限時間が到達されたことをタイマが再び示す場合には、周波数が好適な低い周波数値ｆ_１へと戻されても良い。該動作モードはまた、図７ａの上部の電流図に見出される。

好適には、ランプがスイッチオンされたときに、本駆動方式は、第１の動作モードＯＭ_ｐ及び低い周波数値ｆ_１により開始する。第１の周波数切り換えが起こる前に起動駆動方式においてランプが動作させられる時間間隔に影響を与えるため、実装されるカウンタのタイプに依存して、ゼロではないが所定の値に等しい値によって、スイッチオン後にカウンタを再開させることが有用となり得る。

既に述べたように、一種の障害保護として、コンティンジェンシー閾値電圧を持つことが好適である。該コンティンジェンシー閾値の目的は、上述したアーク長安定化メカニズムが一時的に電極における先端を溶融させるに十分に機能しない場合に、アーク長の過度の減少を回避することである。動作電圧が該コンティンジェンシー閾値電圧よりも下に低下した場合、第３の動作モードが起動される。以上の例においては、該コンティンジェンシー閾値電圧は５４Ｖであり得る。

電極の陽極相の間の熱負荷は、陰極相の間よりも高いことが知られている。それ故、電極前面における先端は、１つの有効な電流方向のみを持つ長い相を導入することにより、比較的迅速に溶融され得る。整流は切り換えのための内部供給電圧を生成するために利用され、ＤＬＰについては光波形もが不変のままである必要があるために、殆どのＵＨＰランプのためのランプ駆動器は一般に低周波数を生成するように設計されていないため、該第３の動作モードＯＭ_ＰＷＭについての方法は図８に示されるようになり得る。ここでランプは、電流が主に一方向でランプに供給され、非常に短い時間の間だけ他の方向に切り換えられる、一種の疑似ＤＣモードで駆動される。該ＰＷＭ（パルス幅変調、Pulse Width Modulation）生成された波形は、主に陽極として動作する電極の一方における先端を効果的に溶融させる。両方の電極における先端に対して効果的となるように、図８に示されるような疑似ＤＣモードは勿論、例えば示される電流波形を反転することにより、両方の電極に適用される必要がある。図８に示された例においては、動作周波数は依然として４２０Ｈｚであり、光波形は依然として図７の駆動方式例におけるものと同一である（青セグメントｂにおいては高い電流振幅Ｂ、緑セグメントｇにおいては低い電流相Ｇ）。該第３の動作モードは通常、両方の電極における先端が十分に溶融され、動作モード電圧がコンティンジェンシー閾値電圧を超える値にまで戻るまでに、約０．０３秒乃至３秒の間のみ適用される必要がある。

図９は、図５に示された駆動方式に類似する、拡張された駆動方式を示す。該拡張された駆動方式においては、付加的な遅延時間又は制限時間Δｔ_３及びΔｔ_４が導入される。第３の制限時間Δｔ_３は第１の制限時間Δｔ_１の終了時に開始し、第２の（高い）動作周波数ｆ_２を用いて第２の（非パルス）動作モードＯＭ_ｎでランプが駆動される継続時間に関する。それに応じて、第４の制限時間Δｔ_４は第２の制限時間Δｔ_２の終了時に開始し、第１の（低い）動作周波数ｆ_１を用いて第１の（パルス）動作モードＯＭ_ｐでランプが駆動される継続時間に関する。対応するタイマは、特定の動作モード／動作周波数の組み合わせＯＭ_ｎ，ｆ_２及びＯＭ_ｐ，ｆ_１で動作する場合にのみ開始される。

ランプが第２の動作周波数ｆ_２を用いて第２の動作モードＯＭ_ｎで動作させられており、且つタイマが所定の第３の制限時間Δｔ_３を超えそうな場合、動作モードは特定の第１のコンティンジェンシーモードＣＭ_１に切り換えられ、ランプが第１の動作周波数ｆ_１を用いて第１の動作モードＯＭ_ｐで動作させられており、且つタイマが所定の第４の制限時間Δｔ_４を超えそうな場合、動作モードは特定の第２のコンティンジェンシーモードＣＭ_２に切り換えられる。これらコンティンジェンシーモードＣＭ_１及びＣＭ_２の目的はこのとき、以前の動作モードの有害な影響をアンドゥ又は反転させることである。とり得るコンティンジェンシーモードＣＭ_１及びＣＭ_２の例は、既に以上に説明されている。とり得るコンティンジェンシーモードＣＭ_１のひとつは、図８に関して説明された第３の動作モードＯＭ_ＰＷＭであり得る。

第３の制限時間Δｔ_３と第４の制限時間Δｔ_４とは異なっていても良いが、同一であっても良い。好適には、制限時間Δｔ_３、Δｔ_４は１秒と６０分との間の範囲内であり、更に好適には１０秒と３００秒との間である。

既に説明されたように、第３及び第４の制限時間Δｔ_３、Δｔ_４に相当する限られた時間の間に、コンティンジェンシーモードＣＭ_１、ＣＭ_２が適用され得る。動作モードは次いで、前の動作モードに戻されても良い。しかしながら、切り換え閾値電圧Ｖ_Ｔ１により与えられる切り換えスケジュールは、コンティンジェンシーモードに対するいずれの予め定義された継続時間に亘るべきであり、切り換え閾値電圧Ｖ_Ｔ１が到達された場合には、本発明による「通常の」アーク長安定化方法が、続いて動作モードＯＭ_ｎ、ＯＭ_ｐのいずれが利用されるべきかを決定する。

非常に単純な実施例においては、第１の動作モードＯＭ_ｐが第１のコンティンジェンシーモードＣＭ_１として利用され、第２の動作モードＯＭ_ｎが第２のコンティンジェンシーモードＣＭ_２として利用される。即ち、ランプが長い時間の間切り換え閾値電圧Ｖ_Ｔ１に到達することなく動作モードＯＭ_ｎ及びＯＭ_ｐのうちの一方で駆動されている場合、タイミング条件によって他方の動作モードＯＭ_ｐ、ＯＭ_ｎへの切り換えが起動される。

適用において望ましい場合には、動作モードの条件付きのタイマ制御された変更が、第１の動作モードＯＭ_ｐについてのみ導入されても良く、以上の切り換え閾値電圧Ｖ_Ｔ１の上で適用され、斯くして焼け付きを防止し、先端成長を防止しない。同様にして、動作モードの条件付きのタイマ制御された変更が、第２の動作モードＯＭ_ｎについてのみ導入されても良く、以上の切り換え閾値電圧Ｖ_Ｔ１の下で適用され、斯くして先端成長を防止し、焼け付きを防止しない。しかしながら、殆どの実施例において、極端な電極変形の両方のタイプに対して斯かるコンティンジェンシータイマ制御された動作モードの変更が適用されることが、最も有益である。

更に、該拡張された駆動方式においては、以上に説明されたようなコンティンジェンシー閾値電圧Ｖ_Ｔ２は、斯かる付加的なコンティンジェンシー閾値電圧を障害に対する防止における更なるフォールバックとして利用することが可能であり得るものの、破棄されても良い。

以下の２つの図１０及び１１は、本発明の有益な効果を例示するものである。図１０は、最新技術より知られるようないずれの特殊なアーク長安定化方法をも利用しない、１２０Ｗで動作させられた超短アークＵＨＰランプのランプ電圧を、動作時間の関数として示す。逆に、結果が図１１（同様にランプ電圧を動作時間の関数として示す）に示された実験については、本発明によるアーク長安定化方法が、アーク長を約０．６ｍｍに固定するため、１３２Ｗで動作させられた超短アークＵＨＰランプに適用された。ランプ電圧はアーク長に線形に依存するため、図は全体としてアーク長安定化方法がよく機能していることを示している。本例示において駆動方式の複雑さを低減するため、全ての遅延時間は同じ値に設定されており、コンティンジェンシーモードＣＭ_１、ＣＭ_２は、アーク安定化方法のために利用された動作モードＯＭ_ｐ、ＯＭ_ｎの同一のセットから選択された。明らかに、本発明による新規な駆動方式が電圧変化、従ってアーク長変化を著しく低減させている。

図１２は、投射システムにおいて利用され得る、ガス放電ランプ１と、本発明による駆動ユニット１０のとり得る実装のブロック図とを示す。

図１２において示される回路は電源２０を有し、該電源２０によって、例えば３８０ボルトＤＣの供給電圧Ｕ_０が、ダウンコンバータユニット１１に利用可能とされる。ダウンコンバータユニット１１の出力部はバッファコンデンサＣ_Ｂを介して整流ユニット１２に接続され、整流ユニット１２は点灯段１３を提供し、該点灯段１３によりランプ１が点灯及び動作させられる。

バッファコンデンサＣ_Ｂに印加される電圧は更に、分圧器Ｒ_１、Ｒ_２を介して電圧監視ユニット１７に供給される。ここで、電圧監視ユニット１７は、制御ユニット１６の一部である。代替としては、電圧監視ユニット１７は、制御ユニット１６に接続された別個の構成要素として実現されても良い。電圧監視ユニット１７は、既に説明されたように、動作電圧が所定の切り換え閾値又はコンティンジェンシー閾値電圧よりも上か下かに関して、動作電圧を監視する。

別個の構成要素として実現されても良い、制御ユニット１６の更なる構成要素は、タイマ１８である。該タイマ１８は、動作電圧が実際に存在する領域を示すため、電圧監視ユニット１７から適切な信号を受信する。継続時間がタイマ１８に累積又はカウントされる。動作モード決定ユニット１９は、以上に説明された態様で、動作電圧が実際の存在する領域の示唆に依存して、及びタイマ１８により累積された継続時間に依存して、どの動作モードで及びどの周波数でランプ１駆動されるべきかを決定する。ランプ動作に対する更なる制御については、動作モード決定ユニット１９とタイマ１８との間でフィードバックを有することも有用となり得る。斯かるフィードバックは例えば、スイッチオンのフェーズのような特定の予め選択された値にタイマをセットすることを可能とする。

結果の信号が動作モード決定ユニット１９から周波数生成器１５へと送られ、周波数生成器１５は適切な周波数で整流ユニット１２を駆動し、付加的な信号が波形成ユニット１４に送られ、該波形成ユニット１４は、ダウンコンバータ１１を用いて、適切な電流パルス波形が所望の動作モードについて生成されることを確実にする。制御ユニット１６、周波数生成器１５及び波形成ユニット１４は、ランプ駆動器を投射システムの表示ユニット又は色生成ユニットと同期させるための同期信号を、駆動ユニット１０の入力部２１を介して受信する。

異なる値を並行してカウント及び保存する能力を持つタイマ又はカウンタが選択された場合には、該タイマは、以上に説明されたように第３及び第４の制限時間を制御するためにも利用され得る。タイマが常に全てのタイミング基準について再び開始される場合には、１つのカウント値のみを保存する単純なタイマが利用され得る。

ここで、とりわけ制御ユニット１６又は動作モード決定ユニット１９のような制御ユニット１６の少なくとも一部が、駆動ユニット１０のプロセッサ上で動作させられ得る適切なソフトウェアとして実現されても良いことは、留意されるであろう。とりわけ、このことは、駆動ユニットが必要とされる波形成ユニット及び周波数生成器の制御を可能とする場合には、本発明による方法を用いて動作させられるように既存のユニットがアップグレードされることを可能とする。駆動ユニット１０は好適には、種々の制限時間及び閾値電圧が、製造時に又は例えば別のランプタイプが利用されるべきときのような後の時点に設定されることができるような、適切なインタフェースを備えても良い。

本発明は、以上に説明された複雑な駆動方式で駆動されることができる全てのタイプの短アークＨＩＤランプと共に好適に利用されることができる。該駆動方式の利用は、安定したアーク（軸方向においても横方向においても）が適用における一定の光束のために最も重要である、超短アークＵＨＰランプに関して、特に有利である。

本発明は好適な実施例及びその変形の形で開示されたが、本発明の範囲から逸脱することなく多くの付加的な変更及び変形が為され得ることは理解されるであろう。明確さのため、本出願を通じ「１つの（a又はan）」なる語の使用は複数を除外するものではなく、「有する（comprising）」なる語は他のステップ又は要素を除外するものではないことも理解されるべきである。また、「ユニット（unit）」なる語は、単一のエンティティであるとして明示的に記載されていない限り、幾つかのブロック又は装置を有し得る。

Claims (16)

1. 交流電流を用いてガス放電ランプを駆動する方法であって、
   前記ガス放電ランプの放電アークの現在の長さを示すアーク長制御値が監視され、
   前記アーク長制御値が前記アーク長が切り換え閾値よりも長いことを示す場合には、前記ランプが第１の電流波形を用いて第１の動作モードで駆動され、前記第１の電流波形は、前記ランプの電極において成長する先端に帰着するように選択され、
   前記アーク長制御値が前記アーク長が切り換え閾値よりも短いことを示す場合には、前記ランプが第２の電流波形を用いて第２の動作モードで駆動され、前記第２の電流波形は、前記電極における先端が少なくとも部分的に溶融するように選択され、
   前記第２の動作モードでの前記ランプの駆動の継続時間に関する第１の時間基準が満たされた場合には、前記ランプの動作周波数は第１の周波数値から第２の周波数値へと切り換えられ、前記第２の周波数値は前記第１の周波数値よりも大きく、
   前記第１の動作モードでの前記ランプの駆動の継続時間に関する第２の時間基準が満たされた場合には、前記ランプの動作周波数は前記第２の周波数値から前記第１の周波数値へと切り換えられる方法。
2. 前記ランプの動作電圧が前記アーク長制御値として利用され、前記ランプの動作電圧が切り換え閾値電圧値よりも高い場合には前記ランプは前記第１の動作モードで駆動され、前記ランプの動作電圧が切り換え閾値電圧値よりも低い場合には前記ランプは前記第２の動作モードで駆動される、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１の時間基準は、前記ランプが前記第２の動作モードで連続的に駆動される時間に関する第１の制限時間を有し、及び／又は、前記第２の時間基準は、前記ランプが前記第１の動作モードで連続的に駆動される時間に関する第２の制限時間を有する、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記動作モードが前記第１及び第２の動作モードの間で切り換えられたときにタイマがリセットされ開始され、前記タイマにより測定される時間値が所定のタイマ値制限に等しいか又は前記タイマ値制限を超過した場合に、前記動作周波数が前記第２の周波数値と前記第１の周波数値との間で切り換えられる、請求項３に記載の方法。
5. 前記ランプが前記第１の動作モードで駆動される第１の総滞留時間と、前記ランプが前記第２の動作モードで駆動される第２の総滞留時間と、が測定され、
   前記第２の総滞留時間と前記第１の総滞留時間との間の差が所定の第１の値に等しいか又は前記第１の値を超えた場合に、前記ランプの動作周波数が、前記第１の周波数値から前記第２の周波数値へと切り換えられ、
   前記第１の総滞留時間と前記第２の総滞留時間との間の差が所定の第２の値に等しいか又は前記第２の値を超えた場合に、前記ランプの動作周波数が、前記第２の周波数値から前記第１の周波数値へと切り換えられる、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
6. カウンタが、前記ランプが前記第１の動作モードで駆動されている間、一方の方向にカウントするように構成され、前記ランプが前記第２の動作モードで駆動されている間、逆の方向にカウントするように構成され、
   前記ランプの動作周波数が、前記カウンタの値が所定の上限値と等しいか又は前記上限値を超えた場合には、前記第１の周波数値と前記第２の周波数値との間で一方の方向に切り換えられ、前記カウンタの値が所定の下限値と等しいか又は前記下限値を下回った場合には、逆の方向に切り換えられる、請求項５に記載の方法。
7. 前記アーク長制御値が前記アーク長がコンティンジェンシー閾値よりも低いことを示す場合、前記ランプは第３の動作モードで駆動される、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記第２の動作モードでの前記ランプの駆動の継続時間に関する第３の時間基準が満たされる場合に、前記動作モードが、前記第２の動作モードから別の動作モードへと切り換えられ、及び／又は
   前記第１の動作モードでの前記ランプの駆動の継続時間に関する第４の時間基準が満たされる場合に、前記動作モードが、前記第１の動作モードから別の動作モードへと切り換えられる、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記第３の時間基準は、前記第２の動作周波数を用いた前記第２の動作モードでの前記ランプの駆動の継続時間に関し、及び／又は
   前記第４の時間基準は、前記第１の動作周波数を用いた前記第１の動作モードでの前記ランプの駆動の継続時間に関する、請求項８に記載の方法。
10. 前記第１の電流波形における意図的なピークパルス電流が、整流時点の直前となるようにされ、前記第２の電流波形においては、前記意図的なピークパルス電流は、前記整流時点から離れるようにシフトされる、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記第１の動作モードと前記第２の動作モードとの間で切り換わりが生じた場合に、前記ピークパルス電流は位相における位置を保ち、整流時点はシフトされる、請求項１０に記載の方法。
12. 前記第２の周波数値は、前記第１の周波数値の整数倍である、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 画像描画システムを駆動するための方法であって、ランプが請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の方法により駆動され、第１及び第２の電流波形並びに第１及び第２の周波数値が、表示動作モード及び／又は色生成サイクルと同期される方法。
14. ガス放電ランプを駆動するための駆動ユニットであって、
    前記ガス放電ランプに交流電流を供給するための整流ユニットと、
    前記ガス放電ランプに供給される電流波形を形成する波形成ユニットと、
    前記ガス放電ランプの放電アークの現在の長さを示すアーク長制御値を監視するためのアーク長監視ユニットと、
    制御ユニットと、
    を有し、前記制御ユニットは、
    前記アーク長制御値が前記アーク長が切り換え閾値よりも長いことを示す場合には、前記ランプが第１の電流波形を用いて第１の動作モードで駆動され、前記第１の電流波形は、前記ランプの電極において成長する先端に帰着するように選択され、
    前記アーク長制御値が前記アーク長が切り換え閾値よりも短いことを示す場合には、前記ランプが第２の電流波形を用いて第２の動作モードで駆動され、前記第２の電流波形は、前記電極における先端が少なくとも部分的に溶融するように選択されるように、前記波形成ユニットを制御し、前記制御ユニットは、
    前記第２の動作モードでの前記ランプの駆動の継続時間に関する第１の時間基準が満たされた場合には、前記ランプの動作周波数が第１の周波数値から第２の周波数値へと切り換えられ、前記第２の周波数値は前記第１の周波数値よりも大きく、
    前記第１の動作モードでの前記ランプの駆動の継続時間に関する第２の時間基準が満たされた場合には、前記ランプの動作周波数は前記第２の周波数値から前記第１の周波数値へと切り換えられるように、前記整流ユニットを制御する、駆動ユニット。
15. ガス放電ランプと請求項１４に記載の駆動ユニットとを有する、画像描画システム。
    
    
16. ランプ駆動ユニットのプログラム可能なプロセッサのメモリに直接ロード可能なコンピュータプログラムであって、前記プログラムが前記プロセッサ上で実行されるときに、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の方法のステップを実行するためのソフトウェアコード部分を有するコンピュータプログラム。

Images