JP6828153B2 - ガス放電ランプを有するランプシステムおよびこれに適合された動作方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガス放電ランプと、電子安定器と、出力に影響を及ぼす、ランプシステムの制御量を制御する制御ユニットと、を有するランプシステムを動作させる方法に関する。

さらに本発明は、ガス放電ランプと、電子安定器と、出力に影響を及ぼす、ランプシステムの制御量を制御する制御ユニットと、を有する、上記の方法を実行するランプシステムに関する。

ここでのガス放電ランプとは、水銀蒸気ランプ、蛍光ランプまたはナトリウム蒸気ランプのことである。水銀を含有するＵＶ放電ランプの放射出力は、特定の水銀分圧において最大値を示す。したがって、ガス放電ランプの放射出力が最大になる最適な動作温度が存在する。少なくとも一部の水銀が、液体ではなく、合金（アマルガム）として存在する放電ランプでは、アマルガムに束縛されている水銀と自由な水銀との間に、同様にガス放電ランプの動作温度に、特にアマルガム貯蔵部の温度に依存する均衡状態が形成される。

ガス放電ランプの定格電力は、周囲条件を考慮し、連続動作において、できるだけ大きな放射出力が得られるように規定される。しかしながら使用時に実際に発生する動作温度は、規定された温度とは異なることが多い。例えば、周囲空気温度が高いことまたは不十分な換気に起因した過熱により、動作最適状態から偏差してしまうことがある。ランプの経年変化も同様に、放射の変化を生じさせることがある。

周囲条件に依存しない最大放射出力を保証するために、アマルガム貯蔵部の温度制御が提案されている。独国特許出願公開第１０１２９７５５号明細書（ＤＥ １０１ ２９ ７５５ Ａ１）から公知の蛍光管では、アマルガム貯蔵部の領域に温度センサが配置されており、特定された温度に依存し、設定可能な加熱器によってアマルガム貯蔵部が加熱される。

国際公開第２００５／１０２４０１号（ＷＯ ２００５／１０２４０１ Ａ２）から公知の、ＵＶランプを備えた殺菌装置では、ランプ外囲器の表面温度が、温度センサを用いて測定され、また同時にＵＶビーム放射が、ＵＶセンサを用いて測定される。ランプの最適な動作温度および放射出力を保証するために提案されるのは、特定された温度に依存し、ブロアユニットを介してランプを冷却するかまたは加熱することである。

英国特許出願公開第２３１６２４６号明細書（ＧＢ ２ ３１６ ２４６ Ａ）には、実際の出力電力には依存せずかつ独立して駆動制御可能な、ランプヒータ用の加熱電流回路が備え付けられた調光可能な蛍光ランプが記載されている。電極を加熱するために必要な電力は、温度センサによって検出される。

国際公開第２０１４／０５６６７０号（ＷＯ ２０１４／０５６６７０ Ａ１）に記載されたガス放電ランプでは、電子安定器と、制御ユニットを介して設定可能な、ガス放電ランプを冷却する冷却素子と、が提案されている。高い放射出力を得るために提案されるのは、一定のランプ電流において、制御量としてランプ電圧を使用し、操作量として冷却出力を使用することである。

公知の制御方式では、ＵＶランプのスイッチオン時に名目的なランプ電流が加えられ、一般に、ＵＶランプの動作中にはこれがほぼ一定に維持される。ＵＶランプの動作条件、特に温度が変化すると、放射出力の望ましくない変化が生じる。この際、対抗して制御することを目的として、例えば温度制御ループを適合させるために、放射器タイプについてのある予備知識が必要である。定格電力の適合が必要になり得る、ランプの経年変化によって発生する変化も考慮されない。

したがって本発明の根底にある課題は、構造形態に依存せず、またランプの経年変化によって場合によっては生じ得る変化に依存せずに、特に、最適な動作温度が未知の場合であっても、高い放射出力での動作を可能にする、ガス放電ランプを動作させる方法を提供することである。

さらに、本発明の根底にある課題は、動作条件が変化した際、またランプの経年変化によって場合によっては生じる変化の際にも、高い放射出力で動作させることが可能なランプシステムを提供することである。

方法についての上記の課題は、冒頭に述べた形態の方法を出発点として、本発明により、光センサを用いて、ガス放電ランプによって放射される光強度の実際値を測定し、放射される光強度を制御量として使用する光強度制御を規定することによって解決される。

ガス放電ランプは、一般に出力制御されて動作され、また電流制御されて動作されることも多く、定格電力もしくは定格電流が、放電室における電荷担体の最適な濃度または最適温度になるように設計され、ひいては光強度が最大になるように設計される。これに対応して、慣用のランプシステムでは、電流、電圧またはアマルガム貯蔵部の温度のような動作パラメタを適合させることにより、周囲温度の違いと、これに伴う、ガス放電ランプの動作温度の変化と、に対処している。

これとは異なり、本発明によるランプシステムでは、ガス放電ランプの光強度が、出力に影響を及ぼす、制御の目標値を形成する。したがって放射される光強度は、これまでも一般的でもあるように測定されるだけではなく、この光強度は、さらに、この光強度に作用する、ランプ制御の操作値に基づいて、最大値に制御されるかまたは放射の実際の最大値よりも小さい予め設定した閾値に制御される。

以下で光強度の「最大値」を話題にする場合、この用語は、はっきりと逆のことをいわない限り、「光強度の予め設定した閾値」も含むものとする。

これにより、光強度は、特に放射されるＵＶ出力は、つねに目標値の範囲内に、つまり最大値または予め設定した閾値の範囲内に止まり、しかも周囲条件に依存せず、しかも実際の動作温度も最適な動作温度も共に未知である場合であっても、これに止まる。

一般に光強度の最大値は、１つのランプタイプに対して固有であることがあり、この場合にはときによっては、個々のガス放電ランプに対して、これを特定する必要がないこともある。別の一実施形態では、光強度の最大値は、それぞれのガス放電ランプに対し、メーカ側で個別に特定される。この場合、個別に特定されるこの目標値は、ガス放電ランプのスイッチオン時に制御ユニットによって読み出される、このランプシステムの記憶ユニットに記憶される。別の一実施形態では、光強度の実際の最大値は、ガス放電ランプのスイッチオン時には未知であり、ガス放電ランプのスイッチオン時に個別に特定される。場合によっては、この個別の特定は、ランプの都度のスイッチオン時に、または予め設定したスイッチオンサイクルおよび／または動作持続時間に行われる。

本発明による動作方法は、好ましくは、ＵＶビームを放射するガス放電ランプに使用される。ガス放電ランプにとって重要な、紫外線ビームに対するスペクトル領域は、１８４ｎｍから、重要な２５４ｎｍを経て、３８０ｎｍにまで延在している。場合によっては、制御される光強度として、好ましくは、１７０ｎｍ〜３８０ｎｍの波長領域からのＵＶ光を含む光強度も使用され、特に好ましくは、２５４ｎｍの波長のビームを含む、ガス放電ランプによって放射されるＵＶビームの強度が使用される。水銀蒸気放電ランプの放射スペクトルは、制御に極めて良好に適している、２５４ｎｍ（ＵＶＣビーム）において特徴的かつ顕著な線を示す。

この制御技術では、キーワード「極値制御」で、制御量の最大値を探索し、引き続いて探索したこの最大値に制御する複数の方式が知られている。

したがって本発明による方法の好ましい、方法の一変化形態では、極値制御を用いて、光強度が最大値または予め設定した閾値をとる、操作量に対する目標値を特定することが規定される。

極値制御には、光強度の最大値探索が含まれ、その結果として、制御ユニットには、制御量に対する、すなわち光強度に対する目標値が渡される。この目標値は、その後の動作フェーズ中に一定のままであるか、またはこの目標値は、連続して、時々または必要に応じて新たに確定される。

極値制御の好ましい第１実施形態では、この極値制御を、オンオフ制御として実行し、このオンオフ制御では、スタートフェーズ中、操作量を少なくとも２つの出発値に設定し、少なくとも２つの出発値のうちの一方は、ガス放電ランプの温度上昇を生じさせ、少なくとも２つの出発値のうちの他方は、温度下降を生じさせるものであり、温度上昇に続き、また温度下降に続き、光強度の最大値に到達し、最大値を越え、操作量の目標値として、一方の出発値と他方の出発値との間の値を設定する。

このオンオフ制御は、制御量が、すなわちここでは光強度が、操作量に依存して相対的な最大値を有することに基づいている。例えば、アマルガムランプは、ここでもアマルガム貯蔵部の温度に相関付けられている特定の水銀蒸気圧において最大のＵＶ出力を示す。アマルガム貯蔵部の温度は、さらに、例えば、アマルガム貯蔵部に作用する温度制御要素の冷却出力または加熱出力のような別のパラメタに依存し得る。顕著な最大値を有する操作量に対する、光強度のこのような形態の依存性は、図３ａに概略的に描画されている。オンオフ制御により、操作量（またはこれに相関付けられるパラメタ）の２つの出発値を用いた最大値探索が、最大値の両側において可能になり、ここではこれらの出発値は、図３ａの描画において、最大値にある時は左側から、またある時は右側から到達してこれを越えるように変更される。

極値制御の別の方式に比べて、ここで使用されるオンオフ制御は、ガス放電ランプの光強度がそうであるように、比較的緩慢な制御システムでの使用に特に適している。

極値制御の、同程度に好ましい第２実施形態において、極値制御には、操作量および光強度に関する伝達関数の曲率特定が含まれており、ここでは目標値を、光強度の最大値に基づいて特定する。

この形態の制御も、光強度が、操作量に依存して相対的な最大値を有することに基づいている。しかしながら実践的には、光強度の最大値は、直接、特定されず、伝達関数の２次導関数で動作する微分制御として制御が規定されることにより、間接的にのみ特定される。この伝達関数は単調ではないため、光強度が変化した際に正しい制御方向を推定することはできない。しかしながら１次導関数は、単調であり、最適に操作量を設定した際（＝最大の光強度）にはゼロ点通過を有する。操作量の変化は、この関数（＝伝達関数の２次導関数）の負の勾配から得られる。極値特定のこの実施形態は、この制御に特に良好に適している。というのは、最適値に達した後、操作量は、一定の周囲条件下では、（オンオフ制御および典型的な「極値探索制御」アルゴリズムとは異なり）もはや変化しないからである。曲率特定に基づくこの制御には、光強度の最大値の繁雑な特定は不要であり、段のない連続的な制御が可能になる。この制御は、比較的少ない制御介入だけでよく、このことは、ファンのような、操作量を供給する操作要素の寿命に有利に作用し、したがってこの制御は、別の制御よりも音響的に目立ってしまうことがない。

この制御方式も、極値制御の別の手法と比べて、この場合のような比較的緩慢な制御システムにおける使用に特に適していることが判明している。

前に特定した最大値からの光強度の偏差は、ガス放電ランプの周囲の変化を指摘している可能性があり、特に、例えばアマルガム貯蔵部の温度のような、光強度に影響を及ぼす温度変化を指摘している可能性がある。ここで考えられるのは、該当する温度、またはこの温度に数学的に一意に相関付けられる、変更可能なパラメタを光強度制御の操作量として使用することである。

この点に鑑みると、特に好ましい、方法の一変化形態は、光強度に影響を及ぼす、ガス放電ランプの動作温度が、制御可能な温度制御出力を有する温度制御要素によって変更可能であり、この温度制御出力を、制御の操作量として使用する、ことによって特徴付けられる。この温度制御は、気体、液体または固体の温度制御媒体を使用することによって行われる。固体の温度制御媒体では、温度制御要素は、例えばペルチェ素子として、または複数のペルチェ素子のアレイとして実施される。

動作温度は、例えば、ガス放電ランプの表面領域における特徴的な温度またはアマルガム貯蔵部の温度である。この温度制御には、温度制御要素を用いた、温度の上昇、下降および維持が含まれる。温度制御要素として、ＰＷＭ制御される換気能力を有するファンを使用することが特に有効であることが判明しており、ここでは換気能力を、制御の操作量として使用する。

ＰＷＭ（Ｐｕｌｓ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）を用いるファン制御においてファンは、専用の制御チップを有する。可変の電圧によるファン制御とは異なり、ＰＷＭファン制御では、それ以下ではファンモータがもはや回転しない始動電圧は存在しない。これにより、極めて小さな値にまで回転数を下げて制御することが可能である。さらにＰＷＭ制御では、電圧制御における可変の抵抗による余熱の問題は生じない。ここでは制御の操作量としての温度制御出力は、例えば、単位時間当たりのファンモータの回転数で、または気体の温度制御媒体の質量流または体積流として示すことができる換気能力である。ここでのガス放電ランプの温度制御のような冷却過程および加熱過程は、基本的に、ＰＷＭを介する連続制御が特に有利であることが判明している、緩慢な制御システムを生じさせる。

光強度の目標値からの特定した偏差に依存して、制御ユニットは、動作温度を設定するため、冷却出力を制御する制御信号を温度制御要素に送出する。

制御量として測定される光強度は、特定の波長の放射に、かつ／または所定の波長領域の放射に関係付けることができる。光強度として、ガス放電ランプによって放射される、２５４ｎｍの波長のビームを含むＵＶビームの強度を使用する、方法の一変化形態が特に有利であることが判明している。

特に好ましい、方法の一変化形態では、光強度の閾値を予め設定し、この閾値を下回ると、ガス放電ランプの寿命の終わりをマーキングし、光強度制御の目標値としてこの閾値を利用する。

光強度は（ひいてはその比ＵＶ強度も）、ガス放電ランプの寿命にわたって減少する。例えば初期出力の５０％〜９０％への減少は、放射器の寿命の終わりと定めることができる。本発明により、確定されたこの閾値に対応し、一定のＵＶ出力で、ガス放電ランプをその寿命全体にわたって動作させることができる。この手法を、以下では「寿命補償」と称する。このために、光強度の目標値ＵＶ_{Ｄａｕｅｒ}は、放射器の寿命の終わりをマーキングする比較的低い閾値に確定され、例えば、初期の最大光強度の５０％〜９０％の範囲内の値に確定される。

「寿命補償」の、方法の第１変化形態では、標準動作において、例えば給電電圧、給電電流または給電電力またはアマルガム貯蔵部の温度のような、光強度に作用する動作パラメタを設定し、これにより、最大限に可能な光強度ＵＶ_ｍａｘよりも小さい光強度が、より小さい相対的な光強度最大値ＵＶ_{Ｄａｕｅｒ}において生じるようにする。光強度は、このより小さい最大値ＵＶ_{Ｄａｕｅｒ}に制御され、このためには、上で説明した、本発明による極値制御を適用することができる。この際には、意図的に小さくされた、より小さい、光強度の相対的な最大値ＵＶ_{Ｄａｕｅｒ}は、光強度の絶対的な最大値ＵＶ_ｍａｘに代わる目標値になる。

「寿命補償」の、方法の別の一変化形態では、例えば給電電圧、給電電流または給電電力またはアマルガム貯蔵部の温度のような、光強度に作用する動作パラメタを、標準動作において、確かに最適に設定し、これにより、理論的に最大限に可能な光強度ＵＶ_ｍａｘが形成できるようにするが、温度制御の目標値としての、光強度の閾値は、最大の光強度ＵＶ_ｍａｘに設定されるのではなく、例えば、この最大値未満の１０〜５０パーセントポイントだけ下にある値に設定される。

方法の２つの変化形態では、仕様に基づいて（すなわち個別の測定なしに）、この小さい方の閾値を確定することができるか、またはこの閾値は、例えば、ガス放電ランプの最初の始動において特定されるような、光強度の初期の最大値（＝１００％）の所定の割合として確定される。後者のケースでは、初期の最大値および／または初期の目標値は、ランプシステムの記憶装置に格納され、ガス放電ランプのスイッチオン時にこの記憶装置から読み出される。

上記の方法を実行するランプシステムについての上で挙げた課題については、冒頭に挙げた形態のランプシステムを出発点として、本発明により、ガス放電ランプによって放射される光強度の実際値を特定する光センサが設けられており、制御は、放射される光強度が制御量として使用される光強度制御として規定されており、制御ユニットの信号入力側に光強度の実際値が入力信号として加えられる、ことによって解決される。

本発明によるランプシステムにおいて、ガス放電ランプの光強度は、出力に影響を及ぼす、制御の目標値である。放射される光強度を測定するため、好適には、ＵＶビームを放射するガス放電ランプではＵＶ強度を測定するため、センサが設けられている。センサ、好ましくはＵＶセンサは、ガス放電ランプの構成部分であるか、またはこのセンサは、ガス放電ランプの放射領域に、例えば、ランプシステムの口金またはフレームまたはケーシングに配置される。

ＵＶセンサは、これが、特定の波長の放射および／または所定の波長領域の放射を検出するように、好適にはガス放電ランプから放射される、２５４ｎｍの波長のビームを含むＵＶビームを検出するように設計されている。

制御は、極値制御用に規定されている。極値制御は、最大値または予め設定した閾値に光強度を制御するのに適している。これにより、光強度は、特に放射されるＵＶ出力は、つねに目標値の範囲内に、すなわち最大値または予め設定した閾値の範囲内に止まり、しかも周囲条件に依存せずにこの範囲内に止まる。

光強度の最大値は、一般に、ランプタイプに対して固有であることがあり、それぞれのガス放電ランプに対してメーカ側で個別に特定することができるか、またはガス放電ランプのスイッチオン時に制御ユニットから読み出される。

この点に鑑みると、本発明によるランプシステムの好ましい一実施形態において、制御ユニットは、光強度が最大値または予め設定した閾値をとる操作量に対する目標値を特定する、極値制御のための装置を有する。

極値制御は、好ましくは、オンオフ制御として、または操作量および光強度に関する伝達関数の曲率特定として実行される。本発明による方法についてのこれに関連する説明は、ランプシステムにも当てはまる。

操作量として、好適には、ガス放電ランプのアマルガム貯蔵部の温度が使用される。ランプシステムには、好適には、光強度に影響を及ぼす、ガス放電ランプの動作温度を変化させるのに適した、制御可能な温度制御出力を有する温度制御要素が設けられており、動作温度または動作温度に相関付けられるパラメタが、制御ユニットの信号入力側に加えられ、光強度制御の操作量として使用可能である。

温度制御要素は、気体、液体または固体の温度制御媒体で動作する。固体の温度制御媒体では、温度制御要素は、例えばペルチェ素子または複数のペルチェ素子のアレイとして実施される。

動作温度は、例えば、ガス放電ランプの表面領域における特徴的な温度またはアマルガム貯蔵部の温度である。この温度制御には、温度制御要素を用いた、この温度の上昇、下降および維持が含まれる。

制御可能な冷却出力または加熱出力を有する温度制御要素が、特にＰＷＭ制御される換気能力を有する、制御ユニットに接続されているファンが、特に有効であることが判明している。

以下では、実施例に基づき、本発明を詳しく説明する。

低圧アマルガム放射器を備えた、紫外線ビームを形成するランプシステムを示す図である。 オンオフ制御に基づく、光強度の最大値探索を説明する線図である。 操作量および光強度に関する伝達関数の曲率特定に基づく制御による、光強度の最大値の設定を説明する線図である。 本発明による方法におけるＵＶ強度およびファン出力の時間的な経過を有する線図である。

図１には、全体として参照符号１０が割り振られている、紫外線ビームを形成するランプシステムが示されている。このランプシステム１０には、低圧アマルガム放射器１１と、低圧アマルガム放射器１１用の電子安定器１４と、低圧アマルガム放射器１１を冷却する放射型ファン１５と、放射型ファン１５用の制御ユニット１６と、が含まれている。

低圧アマルガム放射器１１は、２００Ｗの公称出力で、実質的に一定のランプ電流によって（４．０Ａの公称ランプ電流で）動作される。低圧アマルガム放射器１１は、５０ｃｍの照明ライン長さと、２８ｍｍの放射器外径と、約４Ｗ／ｃｍのパワー密度と、を有する。

アルゴンおよびネオンから成る（５０：５０）ガス混合気が充填されている放電室１２には、らせん状の２つの電極１８ａ、１８ｂが対向して配置されており、これらの間には動作時に放電アークが点弧される。放電室１２には、外囲器の金の凝固点において少なくとも１つのアマルガム貯蔵部１３が存在する。

低圧アマルガム放射器１１の外囲器は、２つの端部が圧潰部１７によって閉じられており、圧潰部１７を通して電流供給部１８が導かれており、また圧潰部１７は、口金２３に保持されている。２つのソケット２３のうちの１つにはＥＥＰＲＯＭの形態の記憶素子２２が配置されている。ランプシステムの択一的な一実施形態では、ガス放電ランプのソケットにおける別個の記憶チップは、省略され、必要なデータは、中央の制御ユニット１６に保存される。

外囲器端部の近傍にはＵＶセンサ２４が配置されている。このＵＶセンサ２４は、昼光の影響を受けない点および長期間安定性の点で優れた、炭化ケイ素（ＳｉＣ）から成る市販のフォトダイオードである。このフォトダイオードは、低圧アマルガム放射器１１の一主輝線である２５４ｎｍの波長を含めたＵＶＣビームを検出する。ＵＶセンサ２４は、データ線路２５を介して制御ユニット１６に接続されている。動作中、制御ユニット１６は、ＵＶセンサ２４によって測定したＵＶＣ光強度を、光強度制御の実際値ＵＶ_ｉｓｔとして特定する。

低圧アマルガム放射器１１は、電子安定器１４において動作され、接続線路２０を介してこれに接続される。電子安定器１４は、さらに、電源電圧接続部端子１９を有する。

放射型ファン１５は、ロータの回転数制御のためにＰＷＭ信号（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）を使用する。この回転数により、０〜２００ｍ^３／ｈの冷却空気体積流によって設定可能なその冷却出力が決定される。

光強度は、可変の目標値として使用され、放射型ファン１５の冷却出力は、ランプ制御の操作値を形成する。光強度は、最大値に制御され、または放射の実際の最大値よりも小さい、予め設定した閾値に制御される。これにより、光強度は、つねに目標値の範囲内に、つまり最大値の範囲内または予め設定した閾値の範囲内に止まり、しかも周囲条件には依存せずにこれに止まる。以下では、３つの方式に基づき、動作方法および制御方法を詳しく説明する。

図２の線図は、オンオフ制御の例で、光強度の目標値を特定する手順を示している。ここには、測定した光強度（曲線Ａ）と、冷却出力（ＰＷＭとして測定した曲線Ｂ）と、アマルガム貯蔵部１３の温度（ＩＲセンサを用いて測定した曲線Ｃ）と、が示されている。左側の縦座標には、ＵＶセンサによって測定した光強度ＵＶが、ｍＷ／ｃｍ^２でプロットされており、右側の縦座標には、冷却空気体積流ＰＷＭが、ｍ^３／ｈでプロットされている。この線図にさらに書き込まれている温度経過（曲線Ｃ）において、温度は、特に目盛りが表されていない相対値である。時間軸ｔの単位は、秒（ｓ）である。

ファン１５（曲線Ｂ）は、はじめのうち、遮断されたままである。ＵＶ光強度（曲線Ａ）は、急速に増大し、最大値に到達し、その後、減少する。ＵＶ光強度の減少は、ランプの外囲器およびアマルガム貯蔵部１３の高すぎる温度（曲線Ｃ）に起因するものとみなすことができる。その後、ファン１５は、ランプ外囲器（より正確に言うとアマルガム貯蔵部１３の温度）が過冷却され、これによってＵＶ光強度が新たに減少するまで、最大の回転数（Ｌｕｅｆｔｅｒ_ｍａｘ）で動作される。この時間区間の持続時間は、ｔ_ｍａｘである。

その後、ファン１５は、持続時間ｔ_ｍｉｎの間、ガス放電ランプが新たに過熱され、ＵＶ光強度が新たに減少するまで、比較的低い回転数（Ｌｕｅｆｔｅｒ_ｍｉｎ）で動作される（これにより、このファンはギリギリのところで回転する）。

この開始フェーズの結果は、ガス放電ランプの後続の動作において冷却出力に対する尺度として使用される、ファン１５の標準回転数についての開始値である。この標準回転数は、次のように計算することできる。すなわち、
Ｌｕｅｆｔｅｒ_{Ｓｔａｎｄａｒｄ}＝（Ｌｕｅｆｔｅｒ_ｍａｘ×ｔ_ｍａｘ＋Ｌｕｅｆｔｅｒ_ｍｉｎ×ｔ_ｍｉｎ）／（ｔ_ｍｉｎ＋ｔ_ｍａｘ） （１）
である。

冷却出力Ｌｕｅｆｔｅｒ_{Ｓｔａｎｄａｒｄ}において設定されるＵＶ光強度は、ランプ制御に対する目標値ＵＶ_Ｓｏｌｌであり、これは、同時に最大値を表す。動作時にクリティカルな閾値以下にＵＶ光強度を下げようとする場合（例えば最大値の９８％に）、ファンは、最小動作に切り換えられ（Ｌｕｅｆｔｅｒ_ｍｉｎ）、反応持続時間ｔ_ｃｒｉｔ中に、ＵＶ光強度が再び増大したか否かが検査される。場合によっては、Ｌｕｅｆｔｅｒ_{Ｓｔａｎｄａｒｄ}に対する値が減少される。その他の場合、ファンは、最大値Ｌｕｅｆｔｅｒ_ｍａｘで動作され、標準検査方向が（Ｌｕｅｆｔｅｒ_ｍｉｎからＬｕｅｆｔｅｒ_ｍａｘに）切り換えられる。

時定数ｔ_ｃｒｉｔは、階段関数を用いた簡単なテストによって特定することができ、ファンを最初にスイッチオンした後、ＵＶ光強度の反応時間から自動的に特定することさえも可能である。

光強度およびランプシステムの動作の目標値を特定する別の手順は、操作量および光強度に関する伝達関数における曲率特定の例で図３に説明されている。図３ａの線図は、（例えばファン回転数の）冷却出力ＰＷＭに対する、ＵＶ光強度ＵＶの依存性を略示している。ＵＶ光強度は、最適な冷却出力において顕著な最大値を示している。伝達関数（図３ａ）は、単調ではないため、光強度の変化において、正しい制御方向を推定することはできない。

図３ｂの線図には、図３ａの関数の数学的な導関数が略示されている。１次導関数ΔＵＶ／ΔＰＷＭは、単調であり、最適な冷却出力（＝最大の光強度）では、ゼロ点通過を有する。操作量ΔＰＷＭの変化のための規定値は、この関数の負の増大から直接得られる（〜−ｄ^２ＵＶ／ｄＰＷＭ^２＝伝達関数の２次導関数＝曲率）。

以下の変化形が、技術的に意義があることが判明しており、ここではファンの設定が以下の方式で行われる、すなわち、
ΔＰＷＭ＝Ｃｏｎｓｔ．×ｓｉｇｎ（ΔＰＷＭ_ａｌｔ）×ｓｉｇｎ（ｄ^２ＵＶ）×ａｂｓ（ΔＵＶ） （２）
である。

時間ステップｎと次のｎ＋１における時間ステップとの間の操作量変化の方向は、２次導関数の符号から得られる。これは、最後に測定した３つのＵＶ値（ｄ^２ＵＶ＝ＵＶ_ｎ−２×ＵＶ_ｎ−１＋ＵＶ_ｎ−２）と、最後に設定された２つのファン設定（ΔＰＷＭ_ａｌｔ＝ＰＷＭ_ｎ−ＰＷＭ_ｎ−１）と、から構成される。しかしながら次の時間ステップにおける変化の大きさΔＰＷＭ＝ＰＷＭ_ｎ＋１−ＰＷＭ_ｎは、ＵＶ強度の変化ΔＵＶの絶対値と、パラメタ定数Ｃｏｎｓｔ．と、によってスケーリングされ、すなわちＣｏｎｓｔ．×ａｂｓ（ＵＶ_ｎ−１＋ＵＶ_ｎ−２）である。

図４には、ＵＶ光強度の時間経過（曲線Ｄ）と、これに対応する冷却出力（ファン回転数もしくは冷却空気体積流、曲線Ｅ）と、が示されている。左側の縦座標には、最大光強度を基準にした相対値として光強度ＵＶ_{ｒｅｌａｔｉｖｅ}が（％で）プロットされており、右側の縦座標には、ｍ^３／ｈで冷却空気体積流ＰＷＭがプロットされている。ＰＷＭ制御される放射型ファン１５を用いたこの連続的な制御により、ガス放電ランプの温度制御によって操作量として生じる、この制御システムの慣性にもかかわらず、曲線Ｄが示すように、広範囲に一定のＵＶ光強度が形成される。

しかしながら不利な条件下では、曲率特定によるこのＵＶ制御は、不安定になり、ファンが、誤った方向に変化させられることがある。このケースは、動作時にＵＶ光強度がクリティカルな閾値未満（例えば最大値の９５％に、ＵＶ＜ＵＶ_ｍａｘの９５％）に減少すると直ちに、制御技術的に捉えられる。この場合、ファン回転数は、明確な制御信号を形成するために、所期のように変化させられ、すなわち回転数は、急激に変化させられ、例えば、それまでの５０％またはそれ以上のＰＷＭ値では、ゼロに変化させられ、またはそれまでの５０％またはそれ未満のＰＷＭ値では、最大ＰＷＭ値（１００％）に変化させられる。この変化は、制御に設定のための時間を与えるために、引き続いてのｘ個の時間ステップ間は許容されない。

ランプシステムを動作させるための、およびその制御のための別の一方式は、予め設定した値へのＵＶ光強度の絶対値測定に基づいている（上記の２つの手順で説明したようなＵＶ光強度の相対的な最大値への制御に基づいていない）。

放射器の寿命にわたってＵＶ出力は、初期出力の、例えば９０％に減少することが公知である。絶対値制御により、一定のＵＶ出力でガス放電ランプをその寿命全体にわたって動作させることが可能である。この「寿命補償」のため、ガス放電ランプの最初のスイッチオン時（＠０ｈ）に、ＵＶ光強度の初期の大きさ（ＵＶ_{ｍａｘ＠０ｈ}＝１００％）を特定し、ここから、寿命にわたって一定に保たれるＵＶ光強度ＵＶ_{Ｄａｕｅｒ}＝ＵＶ_{ｍａｘ＠０ｈ}の９０％、を特定し、ランプシステムの記憶素子２２かまたはランプ制御部に記憶する。

ガス放電ランプの次回のスイッチオン時には、方法の第１変化形態において、ＵＶ光強度をまず最大値に導き、その後、予め設定した目標値ＵＶ_{Ｄａｕｅｒ}＝ＵＶ_{ｍａｘ＠０ｈ}の９０％、に達するまでランプ電流を減少させる。この目標値を維持するために、この制御により、ファン設定は、繰り返して相対的な最大値に導かれる。ＵＶ_{Ｄａｕｅｒ}に適合された動作パラメタ（ランプ電流）を有する、方法のこの変化形態は、図３ａにおいて、光強度の相対的な最大値ＵＶ_{Ｄａｕｅｒ}を有する、破線の曲線経過Ｖ１によって示されている。

方法の別の変化形態では、制御ユニット１６により、ＵＶ光センサ２４によって伝達された、ＵＶ光強度の実際値と目標値ＵＶ_{Ｄａｕｅｒ}とが比較され、目標値からの実際値の偏差が特定され、放射型ファン１５の冷却出力を制御する制御信号が送出される。ＵＶ_{Ｄａｕｅｒ}への光強度の減少は、ここでは、意図的に最適でないファン出力によって行われ、これに対する動作パラメタの適合は、不要である。有利なこの実施例において、ファン出力は、アマルガム貯蔵部１３において、絶対的な最大値に到達するために必要な温度よりも低い温度が設定されるように設定される。動作パラメタが適合されない、方法のこの変化形態は、図３ａにおいて、制御点Ｖ２によって示されている。

「寿命補償」のために、説明した、方法の２つの変化形態を互いに組み合わせることも当然のことながら有効になり得る。

Claims (12)

1. ガス放電ランプ（１１）と、電子安定器（１４）と、出力に影響を及ぼす、ランプシステム（１０）の制御量を制御する制御ユニット（１６）と、を有するランプシステム（１０）を動作させる方法において、
   光センサ（２４）を用いて、前記ガス放電ランプ（１１）によって放射される光強度の実際値を測定し、放射される前記光強度を制御量として使用する光強度制御を規定し、
   前記光強度に影響を及ぼす、前記ガス放電ランプ（１１）の動作温度が、制御可能な温度制御出力を有する温度制御要素（１５）によって変更可能であり、
   前記温度制御出力を、前記制御の操作量として使用し、
   極値制御を用いて、前記光強度が最大値（ＵＶ _ｍａｘ ）または予め設定した閾値（ＵＶ _{Ｄａｕｅｒ} ）をとる、操作量に対する目標値を特定することを特徴とする、ことを特徴とする、
   方法。
2. ＵＶビームを放射するガス放電ランプ（１１）を使用することを特徴とする、
   請求項１記載の方法。
3. 前記極値制御を、オンオフ制御として実行することを特徴とし、前記オンオフ制御では、スタートフェーズ中、前記操作量を少なくとも２つの出発値に設定し、前記少なくとも２つの出発値のうちの一方は、前記ガス放電ランプ（１１）の温度上昇を生じさせ、前記少なくとも２つの出発値のうちの他方は、温度下降を生じさせるものであり、
   および、
   前記操作量の目標値として、前記一方の出発値と前記他方の出発値との間の値を設定することを特徴とする、
   請求項１または２記載の方法。
4. 前記極値制御には、操作量および前記光強度に関する伝達関数の曲率特定が含まれており、前記操作量の前記目標値を、前記光強度の前記最大値に基づいて特定することを特徴とする、
   請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 温度制御要素（１５）として、ＰＷＭ制御される換気能力を有するファンを使用し、
   前記換気能力を、前記制御の操作量として使用することを特徴とする、
   請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 光強度として、前記ガス放電ランプ（１１）によって放射される、２５４ｎｍの波長のビームを含むＵＶビームの強度を使用することを特徴とする、
   請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 前記光強度の閾値（ＵＶ_{Ｄａｕｅｒ}）を予め設定し、前記閾値（ＵＶ_{Ｄａｕｅｒ}）を下回ると、前記ガス放電ランプ（１１）の寿命の終わりをマーキングし、
   前記光強度制御の目標値として、前記閾値を利用することを特徴とする、
   請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. 請求項１から７までのいずれか１項記載の方法を実行するランプシステムにおいて、
   前記ランプシステムは、ガス放電ランプ（１１）と、電子安定器（１４）と、出力に影響を及ぼす、ランプシステム（１０）の制御量を制御する制御ユニット（１６）と、を有し、
   前記ガス放電ランプ（１１）によって放射される光強度の実際値を特定する光センサ（２４）が設けられており、前記制御は、放射される前記光強度が制御量として使用される光強度制御として規定されており、
   前記制御ユニット（１６）の信号入力側に前記光強度の前記実際値が、入力信号として加えられ、
   前記光強度に影響を及ぼす、前記ガス放電ランプ（１１）の動作温度を変化させるのに適した、制御可能な温度制御出力を有する温度制御要素（１５）が設けられており、
   前記動作温度または前記動作温度に相関付けられるパラメタが、前記制御ユニットの信号入力側に加えられ、前記光強度制御の操作量として使用され、
   前記制御ユニット（１６）は、前記光強度が最大値（ＵＶ _ｍａｘ ）または予め設定した閾値（ＵＶ _{Ｄａｕｅｒ} ）をとる操作量に対する目標値を特定する、極値制御のための装置を有することを特徴とする、ことを特徴とする、
   ランプシステム。
9. 前記極値制御は、オンオフ制御として、または操作量および前記光強度に関する伝達関数の曲率特定として実行されることを特徴とする、
   請求項８記載のランプシステム。
10. 前記ガス放電ランプ（１１）は、ＵＶビームを放射するガス放電ランプであることを特徴とする、
    請求項８または９記載のランプシステム。
11. 制御可能な冷却出力または加熱出力を有する温度制御要素（１５）が、前記制御ユニット（１６）に接続されていることを特徴とする、
    請求項８から１０までのいずれか１項記載のランプシステム。
12. ＰＷＭ制御される換気能力を有するファンが、前記制御ユニット（１６）に接続されていることを特徴とする、
    請求項１１記載のランプシステム。
    

Images