JPH05135884A - 高周波リツプルを使用したキセノン−メタルハライドランプの直流音響的動作法 - Google Patents

高周波リツプルを使用したキセノン−メタルハライドランプの直流音響的動作法

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JPH05135884A
JPH05135884A JP4534491A JP4534491A JPH05135884A JP H05135884 A JPH05135884 A JP H05135884A JP 4534491 A JP4534491 A JP 4534491A JP 4534491 A JP4534491 A JP 4534491A JP H05135884 A JPH05135884 A JP H05135884A
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】選択可能な量のリップルを重畳した直流により
自動車用に適したメタルハライドランプを動作させる方
法及び安定回路を提供する。 【構成】高電圧パルス信号はランプ起動信号として作用
する。動作回路は第１の直流レベル信号を発生してラン
プに供給する手段と、選択可能な振幅および周波数を有
する第１のリップル信号を発生する手段と、第１の直流
レベル信号および第１のリップル信号を組み合わせて運
転信号を発生する手段とを有する。動作回路は、ランプ
の電圧を監視し、電圧が第１の所定置に達すれば運転信
号を停止させ、また第２の所定値以下に低下すれば起動
信号を停止させる手段を有する。動作方法は、ランプを
その電極間にまっすぐなアークが形成されるように音響
的に動作させるために運転信号の振幅及び周波数を選択
するステップを有する。ランプに供給される信号を選択
可能な量だけ周波数変調するステップを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、キセノン−メタルハラ
イドランプを動作させる方法および回路に関する。更に
詳しくは、本発明は、リップルを重畳した直流信号を供
給し、特に自動車用に適した光源を構成する高圧キセノ
ンを含むキセノン−メタルハライドランプを音響的に動
作させる方法および回路に関する。
【０００２】特開平２−７３４７号には、特に自動車用
に適しているキセノン−メタルハライドランプが開示さ
れている。このキセノン−メタルハライドランプは白熱
電球に比較して改良された効率および長い寿命を有し、
このようなランプを特に自動車用に適するものとする瞬
時発光性能を高圧キセノンガスによって主に達成してい
る。
【０００３】特願平２−５２９１７号には、キセノン−
メタルハライドランプの電極間にまっすぐなア―ク状態
を形成するようにキセノン−メタルハライドランプを音
響的に動作させる交流安定回路が開示されている。まっ
すぐなア―クは光学用に有益な点光源を形成するととも
に、またランプの寿命を短くしないようにア―クがラン
プの壁に触れることを防止する。更に、好適実施例にお
いては、まっすぐなア―クを形成するための所望の動作
周波数帯域を広くするように周波数変調が取り入れられ
ている。
【０００４】上記特願平２−５２９１７号に記載の交流
安定回路および動作方法はキセノン−メタルハライドラ
ンプの要件を充分満足しているが、安定化回路を自動車
のハウジング内にもっと容易に集積化できるように安定
回路の価格および大きさを減らすために回路の複雑さを
低減することが要望されている。安定回路を自動車の直
流励起源（バッテリ）に直接接続することを可能にする
ことによって低減を行うことができ、これによりＤＣ−
ＡＣコンバ―タの関連する回路部品を除去することがで
きる。
【０００５】米国特許第４，９３５，６６８号に記載さ
れているような、直流励起源から動作するハロゲン化金
属成分を有するランプは、このようなランプの所望の照
明に貢献しないようにハロゲン化物がランプの端部領域
へと動かされまたは押し流されるという電気泳動効果を
受ける。この電気泳動効果は光源が自動車用におけるよ
うに水平に設置される場合に特に顕著である。直流ラン
プ動作で一般に遭遇する不利益な電気泳動効果を受ける
ことなく、キセノン−メタルハライドランプを直流電源
で動作可能にする手段を設けることが要望されている。
更に、このような直流動作はキセノン−メタルハライド
ランプの電極間にまっすぐなア―クを形成する手段を講
じておくことが望ましい。
【０００６】
【発明の目的】従って、本発明の目的は、キセノン−メ
タルハライドランプの動作用の直流源に接続される回路
を提供することにある。
【０００７】他の目的は、キセノン−メタルハライドラ
ンプの電極間にまっすぐなア―クを形成すると同時に不
利益な電気泳動効果を発生することなく直流的にキセノ
ン−メタルハライドランプを動作させる方法を提供する
ことにある。
【０００８】本発明の他の目的は、キセノン−メタルハ
ライドランプ用に使用される交流安定回路に比較して大
きさが全体的に小さな直流回路を提供することにある。
【０００９】また更に、本発明の目的は、キセノン−メ
タルハライドランプによって発生し、自動車用に有効な
照明パタ―ンを増強する改良を行うことにある。
【００１０】
【発明の概要】本発明は、自動車用に特に適している高
圧キセノン−メタルハライドランプの直流動作回路およ
び方法を対象とする。
【００１１】前記動作回路は、比較的大きな振幅および
比較的短い継続時間を有する第１の信号すなわちパルス
を発生する手段を有する。この高電圧パルス信号はラン
プを起動する信号として作用する。動作回路は、更に比
較的低い値を有する第１の直流レベル信号を発生して、
キセノン−メタルハライドランプに供給する手段と、第
１の範囲の選択可能な振幅および第１の範囲の選択可能
な周波数を有する第１のリップル信号を発生する手段
と、第１の直流レベル信号および第１のリップル信号を
組み合わせてラン（run ）信号すなわち運転信号を発生
する手段とを有する。動作回路は、更に好ましくはキセ
ノン−メタルハライドランプの両端間の電圧を監視し、
この電圧が第１の所定の値に達した場合は運転信号を停
止させ、また第２の所定の値以下に低下した場合には起
動信号を停止させる手段を有する。
【００１２】動作方法は、キセノン−メタルハライドラ
ンプをその電極間にまっすぐなア―クが形成されるよう
に音響的に動作させるために運転信号の振幅および周波
数を選択するステップを有する。更に、この方法はラン
プを音響的に動作させる周波数範囲を更に増大するよう
にランプに供給される信号を選択可能な量だけ周波数変
調するステップを有する。また更に、この方法は車両内
から見る人にとっては不快でない車両照明パタ―ン用の
分離した色のついた光を発生する弱い電気泳動効果をキ
セノン−メタルハライドランプが備えるように運転信号
のパラメ―タを選択するステップを有している。
【００１３】
【実施例の説明】本発明に関連するキセノン−メタルハ
ライドランプの特性本発明の実施は、自動車用の光源と
して有効であるキセノン−メタルハライドランプに対し
て特に適している。前述した特開平２−７３４７号に記
載されているように、キセノン−メタルハライドランプ
は、約５０００時間の比較的長い寿命を有しているが、
自動車照明の要件を満足させる瞬時発光を行なうのみな
らず、白熱光源に比較して寸法が小さくなっているた
め、自動車のボンネットラインを低くすることができ、
これにより自動車のデザイナ―の空気力学的スタイルを
作りたいという要望を受け入れることができる。
【００１４】本発明は、前述した特願平２−５２９１７
号に記載されている回路および方法の動作と同様な利点
を有するキセノン−メタルハライドランプを動作させる
回路構成および方法を提供する。本発明は、自動車また
は車両の照明用に特に適しており、その要件に合った値
である少なくとも１５０００ル―メンの瞬時発光出力を
生じるように、約７気圧のキセノン充填圧力を有するキ
セノン−メタルハライドランプを動作させる。キセノン
−メタルハライドランプを動作した結果、１０００℃の
臨界値以下の関連する熱点（hot spot）温度になり、約
７０ル―メン／ワット（LPW ）の効力を発生する約２０
ワット／平方センチメ―トルの管壁負荷を有する。
【００１５】本発明に関連するキセノン−メタルハライ
ドランプは約０．０５ないし約１．０立方センチメ―ト
ルの間の体積の球根状部を有するエンベロ―プを備えて
いる。ランプは、約２ないし約１５気圧の範囲の低温圧
力を有するキセノンガス、約２ないし約２０気圧の範囲
の動作圧力を有する水銀、および約１ないし約５ミリグ
ラム（mg）の範囲の量のハロゲン化金属化合物からなる
充填物を球根状部内に有する。更に、ランプを形成する
エンベロ―プは対向端部にそれぞれ設けられた一対の電
極を有し、この一対の電極は約１．５ないし約５mmの距
離、好ましくは約２．０ないし約４．０mmの距離だけ互
いから離間している。高圧キセノン−メタルハライドランプを動作させる好適
方法 高圧キセノン−メタルハライドランプを動作させる好適
方法は、選択可能な振幅および選択可能な周波数のリッ
プルを重畳した種々のレベルの直流（ＤＣ）励起信号を
供給する。リップルは更に周波数変調してもよい。直流
励起信号は一方向にのみ流れる電流であり、大きさはほ
ぼ一定である。ランすなわち運転回路はキセノン−メタ
ルハライドランプが約１０キロボルトないし約２０キロ
ボルトの振幅および約０．１マイクロセコンドの継続時
間を有する起動パルスによって起動された後に動作す
る。起動パルスおよび運転電流はキセノン−メタルハラ
イドランプの電極に順次供給される。運転電流はリップ
ルが重畳されており、このリップルは好ましくは約１０
０kHz のリップル信号中心周波数の約±５％ないし約±
２０％の範囲に変調する。ランプは図２に関連して以下
に説明するようにラン電流すなわち運転電流の約２ない
し２０倍の範囲のウォ―ミングアップ電流で作動される
ことが好ましい。本発明に関連する方法について図１を
参照して更に説明する。
【００１６】図１は高周波リップルを使用したキセノン
−メタルハライドランプの直流音響的動作１０を示して
いる。図１の横軸は５０ないし１６０の範囲のキロヘル
ツで表され、高圧キセノン−メタルハライドランプに供
給される第２の直流レベルすなわち運転信号に重畳され
るリップル信号の周波数を表している。直流音響的動作
１０はキセノン−メタルハライドランプのア―クが安定
であるリップル信号の周波数を表している。１０の範囲
外の周波数はア―クが不安定に発生する周波数を示して
いる。安定な動作は本発明に関連する周波数変調を利用
した効果を有している。
【００１７】本発明の直流音響的動作１０は、キセノン
−メタルハライドランプに供給される本発明の電流の波
形が符号すなわち極性を変化せず、前記特願平２−５２
９１７号に記載の回路および方法によって達成されるよ
うなランプ電力の固有の変調がないという点において該
特許出願に記載されている交流音響的動作と異なってい
る。本発明の直流音響的動作１０は、本発明の運転信号
に加えられるリップルの周波数が高圧キセノン−メタル
ハライドランプのア―クを音響的にまっすぐする前記特
許出願に開示されている変調周波数のほぼ２倍であると
いう点において前記特許出願に記載のものといくらか類
似している。
【００１８】前記特許出願に記載されているのと同様
に、本発明者はキセノン−メタルハライドランプの直流
音響的動作１０により２気圧を超えるキセノン充填圧力
を有するキセノン−メタルハライドランプにおいて通常
遭遇する重力誘導対流がかなり減少することを発見し
た。図１に示す動作の効果は、関連するランプの上側管
壁温度が非音響的動作に比較して約２００℃低減される
と同時に、電極に向かうア―クの重力誘導対流を低減し
てア―クをほぼまっすぐになる状態にするようにキセノ
ン−メタルハライドランプを音響的に動作させるという
ことである。ア―クがまっすぐになる現象は電極間のア
―クを上方に曲げるキセノンおよび水銀の重力誘導垂直
対流に対してキセノンおよび水銀の音響的運動が優勢で
あるために主に達成される。動作１０における安定でま
っすぐなア―クを得る周波数ウィンドウは、ア―ク管の
壁に向かって非対称に力を加えるよりもむしろア―ク管
の中心に対してア―クに対称的に力を加えるガスの音響
的摂動の存在に対応している。
【００１９】キセノン−メタルハライドランプのまっす
ぐなア―クを形成することに加えて、直流音響的動作１
０はウォ―ミングアップ中のちらつきの量を低減し、交
流音響的動作に比較してまっすぐで安定なア―クを得る
ための周波数ウィンドウを広げ、安定したヘッドライト
の照明パタ―ンを形成する。このような低減について図
２を参照して説明する。図２は電流波形１２を示し、こ
の電流は起動信号およびランすなわち運転信号にそれぞ
れ対応する部分１２および１４からなり、各部分にはリ
ップル信号１６が重畳されている。図２は横軸（時間）
がキセノン−メタルハライドランプの動作の段階に関連
して秒で示され、縦軸（電流）がキセノン−メタルハラ
イドランプの電極間に加えられる電流をアンペアで示し
ている。図２に示す動作段階は、（１）信号１２および
リップル信号１６に関連する起動段階、および（２）信
号１４およびリップル信号１６に関連する運転段階から
なる。信号１６のリップルレベルは次の式に従って選択
される。
【００２０】リップルレベル＝（最大電流−最小電流）
／２（平均電流）……（１） 信号１４に対応するキセノン−メタルハライドランプの
運転段階においては、まっすぐな安定したア―ク動作の
ために充分広い周波数帯域、例えば動作周波数の±２５
％の周波数帯域を形成するには信号１６のリップルレベ
ルが少なくとも３０％、好ましくは６０％必要であるこ
とを発見した。更にまた、前述した特願平２−５２９１
７号に記載されている内容に従って広い安定した動作帯
域を形成するにはリップルとともに適当な周波数変調が
必要である。以下に説明する図３，図４および図５に示
す回路構成の実施例においては、リップル電流の絶対レ
ベルは起動電圧および運転電流の両方に対してほぼ一定
であるが、リップルのパ―センテ―ジはウォ―ミングア
ップから運転状態に進むにつれて増大する。起動信号お
よび運転信号に対して別々に種々のリップルレベルを重
畳し得ることも理解されるべきである。
【００２１】起動段階では、約３アンペアのランプ電流
が最初キセノン−メタルハライドランプに供給されて、
キセノンガスを電離させ、車両用の瞬時発光を生じさせ
る。この比較的大きい電流はそれ自体でア―クの状態を
いくらかまっすぐにすることができ、これにより起動信
号にリップルを重畳する必要性を低減することができ
る。このリップルの低減は、大きなリップルレベルでウ
ォ―ミングアップする際にまたは交流動作の際に一般に
キセノン−メタルハライドランプよりなるヘッドライト
において生じるちらつきを対応して低減する。ウォ―ミ
ングアップ中におけるこのリップルレベルの低減は、そ
うしないとガスの温度が温まるにつれて音響共鳴周波数
および安定動作ウィンドウがシフトし必然的に印加して
いる周波数がウォ―ミングアップ中のある時点において
動作を不安定にするので、有利である。このリップルレ
ベルはウォ―ミングアップ中における好ましくない音響
的共鳴を避けるためにこの実施例では充分低く維持され
る。
【００２２】本発明の方法に関連する別の利点は、キセ
ノン−メタルハライドランプの直流動作の電気泳動効果
を利用することである。通常、直流動作においては、電
気泳動効果は電極間の放電に伴なう正イオンをカソ―ド
へ駆動し、この結果厳しい軸方向の色分離を生じ、ア―
クから光放射金属原子（例えば、ナトリウムおよびスカ
ンジウム）が排除されることによって効率が低下する。
しかしながら、本発明者は比較的短いア―ク間隙すなわ
ち電極間の間隔（例えば２mm）を有し、前述した直流音
響的動作によって励起したキセノン−メタルハライドラ
ンプではこの重大な色分離問題を示さないということを
発見した。このようなランプの場合、充填物内のハロゲ
ン化金属は直流電気泳動の作用によって完全に分離せ
ず、ハロゲン化金属の軸方向の分布にいくらかの非対称
性があっても、キセノン−メタルハライドランプの効率
およびハロゲン化金属の所望の色放出は大部分保存さ
れ、ランプは均質光を発生する。
【００２３】更に、自動車のヘッドライトによって発生
するビ―ムは光源のア―クの像を重ね合わせたものによ
って形成されるので、ア―クの弱い軸方向の非対称性は
ビ―ムパタ―ンによって打ち消されることを本発明者は
発見した。この現象は部分的にヘッドライトの光学係、
例えば、ヘッドライトによって道路上に投影される１つ
のビ―ムパタ―ンに光源の全ての像を混合すなわち合体
するように機能するヘッドライトの反射器によって生じ
る。
【００２４】また更に、本発明者は本発明に関連する弱
い電気泳動がヘッドライト用途において別の有益な効果
を有することを発見した。キセノン−メタルハライドラ
ンプはわずかな電気泳動効果を有するように動作させる
と、ア―クの上側に位置する冷たい羽毛状の形状に伴な
う光がランプの残りの白色のア―クから色が異なるとい
う色分離が発生する。このような色分離したア―ク状態
が道路上にビ―ムパタ―ンとして投影されたとき、色の
ついた羽毛状の部分が自動車の前方の道路の中央前側に
おいて色のついた発光体として現れることを本発明者は
発見した。弱い電気泳動能力を有するキセノン−メタル
ハライドの直流音響的動作に関連する本発明において
は、この色のついた光は強烈なものでなく、道路の中心
上に集中するものよりも顕著でない道路の側では消えて
いるように見える。このようなビ―ム照明は車両の内側
から見る人にとって不快さは少ない。安定回路の好適実施例の説明 本発明の好適実施例として車両の高ビ―ムおよび低ビ―
ム照明用の光源を構成する第１および第２のキセノン−
メタルハライドランプに関する動作回路が図３，図４お
よび図５に示されている。図３，図４および図５に示す
実施例は以下に示すような典型的な値または形式の種々
の部品で構成されている 抵 抗 Ｒ１ ４．７Ｋ Ｒ２０ １０Ｋ Ｒ３９ ４７０ Ｒ２ ２００Ｋ Ｒ２１ ０．１３（２Ｗ） Ｒ４０ ５０Ｋ Ｒ３ ２２Ｋ Ｒ２２ １Ｋ Ｒ４１ ５０Ｋ Ｒ４ ６８Ｋ Ｒ２３ ０．５（２Ｗ） Ｒ４２ １Ｋ Ｒ５ １０Ｋ Ｒ２４ １００Ｋ Ｒ４３ ６．８Ｋ Ｒ６ １０Ｋ Ｒ２５ ２２Ｋ Ｒ４４ １．８Ｋ Ｒ７ ４７０Ｋ Ｒ２６ １０Ｋ Ｒ４５ １．８Ｋ Ｒ８ ４７Ｋ Ｒ２７ ５．１Ｋ Ｒ４６ ４７Ｋ Ｒ９ ４７Ｋ Ｒ２８ ２００Ｋ Ｒ４８ ２．７Ｋ Ｒ１０ １Ｍ Ｒ２９ ２００Ｋ Ｒ４９ ４７Ｋ Ｒ１１ １０Ｋ Ｒ３０ ５．６Ｋ Ｒ５０ ２７０Ｋ Ｒ１２ １０Ｋ Ｒ３１ １Ｍ Ｒ５１ ４．７Ｍ Ｒ１３ １２Ｋ Ｒ３２ ４７Ｋ Ｒ５２ ２７０Ｋ Ｒ１４ １０ Ｒ３３ １０Ｋ Ｒ５３ ４．７Ｍ Ｒ１５ １０Ｋ Ｒ３４ １Ｋ Ｒ５４ ４７Ｋ Ｒ１６ １０Ｋ Ｒ３５ １．８Ｋ Ｒ５５ ４７Ｋ Ｒ１７ １２０(2W) Ｒ３６ １Ｋ Ｒ１８ １２Ｋ Ｒ３７ １０ Ｒ１９ １０ Ｒ３８ ４７０ 注：全ての抵抗は単位がオ―ムであり、特に規定されない場合には、１／４ワ ットである。
【００２５】 コンデンサ Ｃ１ ０．１（１００Ｖ） Ｃ１６ ０．００６８ Ｃ２ ０．１（１００Ｖ） Ｃ１７ ４．７（２５Ｖ） Ｃ３ ０．１（１００Ｖ） Ｃ１８ １００（２５Ｖ） Ｃ４ ０．４７（１００Ｖ） Ｃ１９ ０．０１（１００Ｖ） Ｃ５ ０．００８２（１００Ｖ） Ｃ２０ １０（２５Ｖ） Ｃ６ ０．１（１００Ｖ） Ｃ２１ ０．４７（１００Ｖ） Ｃ７ ０．００６８（２ＫＶ） Ｃ２２ ０．００１（１００Ｖ） Ｃ８ ０．００６８（２ＫＶ） Ｃ２３ ０．１（１００Ｖ） Ｃ９ ４７０（３５Ｖ） Ｃ２４ ０．１（１００Ｖ） Ｃ１０ ０．１（２００Ｖ） Ｃ２５ ０．４７（２５Ｖ） Ｃ１１ １０（１８０Ｖ） Ｃ２６ ４．７（２５Ｖ） Ｃ１２ １５０ｐＦ（１００Ｖ） Ｃ２７ ４．７（２５Ｖ） Ｃ１３ ０．００８２（１００Ｖ） Ｃ２８ ０．０１（１００Ｖ） Ｃ１４ ０．１（１００Ｖ） Ｃ２９ ４．７（２５Ｖ） Ｃ１５ ０．００６８（２ＫＶ） Ｃ３０ ０．０１（１００Ｖ） 注：全てのコンデンサは特に規定されない場合にはマイクロファラッドで示さ れる（ｐＦはピコファラッド）ポテンシオメ―タ ｐ１ ２０Ｋ １／２ｗ ｐ２ １０Ｋ １／２ｗ ｐ３ １０Ｋ １／２ｗ ダイオ―ド Ｄ１ないしＤ１７ ＩＮ４１４８Ａ Ｄ２２ ２０Ｖダイオ―ド Ｄ１８ ＨＥＲ ８０５ Ｄ２３ ２０Ｖダイオ―ド Ｄ１９ ＨＥＲ ８０５ Ｄ２４ １５０Ｖ（5W）ツェナ― Ｄ２０ ＨＥＲ ８０５ Ｄ２５ １５０Ｖ（5W）ツェナ― Ｄ２１ ＨＥＲ ８０５ Ｄ２６ １５０Ｖ（1/2W）ツェナ― 集積回路 Ｕ１ ５５６ シグネティクス Ｕ２ ＴＬ３３１ テキサスインスツルメンツ Ｕ３ ５５５ シグネティクス Ｕ４ ＵＣ３８４３ ユニトロ―デ Ｕ５ ＵＣ３８４３ ユニトロ―デ Ｕ６ ＬＭ３３９ ナショナル Ｕ７ ＵＣ３８４３ ユニトロ―デ Ｕ８ ＬＭ ３２４ ナショナル Ｕ９ ＭＣ７８ＬＯ８ＡＣＺ モトロ―ラトランジスタ Ｑ１ ＩＲＦ ６４０ Ｑ２ ＩＲＦ ６３０ Ｑ３ ＩＲＦ ６３０ Ｑ４ ２Ｎ２２２２ Ｑ５ ２Ｎ２２２２ Ｑ６ ２Ｎ２２２２ Ｑ７ ２Ｎ２２２２ Ｑ８ ２Ｎ２２２２インダクタ Ｌ１ ５０ Ｌ２ ５０，２５％ＴＡＰ Ｌ３ ５０ Ｌ４ ５０ 注：Ｌ１，Ｌ３およびＬ４はマイクロヘンリであり、Ｌ
２はミリヘンリである。
【００２６】一般に、図３，図４および図５に示す回路
は、前述したようにキセノン−メタルハライドランプを
起動して動作させるように起動電圧および運転電流をリ
ップル信号とともに発生する。これらの信号はすべて図
１および図２において前述したとおりである。この回路
は選択可能な振幅の範囲および選択可能な周波数の範囲
を有するリップル信号を重畳した比較的低い値の直流レ
ベルの運転信号を発生する手段を有している。更に、こ
の回路構成はリップルを重畳した起動信号を発生する手
段を有している。この起動電圧および運転電流の値なら
びにそれぞれのリップル信号の値は前に示したとおりで
ある。約０．１マイクロ秒の継続時間を有する約２０Ｋ
Ｖの起動電圧が所定期間キセノン−メタルハライドラン
プの両端間に供給され、ランプ内の成分を電離させて起
動する。
【００２７】図３，図４および図５の安定回路は、本質
的に１つは運転用および２つは個々の（低ビ―ムおよび
高ビ―ム）光源の起動用である３つの別々の直流−直流
電力変換器から構成されている。安定回路は図２を参照
して前述した起動信号および運転信号を発生するように
動作し、図３において低ビ―ムおよび高ビ―ムとして示
されているキセノン−メタルハライドランプの各々を瞬
時発光させる。低および高ビ―ム光源の作動は一般に自
動車にあるような外部装置からの制御信号（高または
低）によって開始される。３つの変換器の各々の基本回
路構成は周知のブ―スト変換器のものである。高ビ―ム
および低ビ―ム光源の両方に対して別々のスタ―タを使
用することによって両方の光源に対して運転用の単一の
変換器を使用することを可能にしながら、高電圧スイッ
チングの必要性を除去している。起動用変換器は運転用
変換器の出力に重畳した２０kvのパルスを出力する。運
転用変換器は図３の入力段に示されている「高」または
「低」入力端子にバッテリの電力を供給された後は常に
動作状態にある。また、これらの端子のいずれかに電力
が供給されることによってリレ―Ｋ1 、その接点Ｋ1c、
およびインダクタＬ１を介して関連するスタ―タが作動
される。以下に説明するように、関連するスタ―タはラ
ンプ電流が設定されるやいなや停止する。
【００２８】運転用変換器はタップ付きインダクタ・ブ
―スト変換器であり、これは電力スイッチングトランジ
スタＱ１、インダクタＬ２、ダイオ―ドＤ２１、コンデ
ンサＣ９およびＣ１０、およびパルス幅変調器（ＰＷ
Ｍ）コントロ―ラＵ７を有する。パルス幅変調器Ｕ７に
よって制御されるバイアスを有するＱ１によって主に制
御される運転電流はＤ２１、およびＴ１ＢおよびＴ２Ｂ
によって形成される経路を通ってランプ（高ビ―ムおよ
び低ビ―ム）に供給される。変圧器巻線Ｔ１ＢおよびＴ
２Ｂは後述する起動回路に欠くことができないものであ
り、運転用回路の一部を形成している。これらの巻線の
インダクタンスはランプの電流を迅速に立ち上げること
ができるほど充分に小さく、かつ起動パルスをランプに
効率的に供給するに充分なほど大きいことが望ましい。
３０ないし１００マイクロヘンリの範囲のインダクタン
スが望ましい。運転回路の比較的小さな出力コンデンサ
（図３のＣ１０）を選択することによって、ア―クを音
響的にまっすぐすることに不可欠な、キセノン−メタル
ハライドランプの運転電流に加えるべき高出力リップル
を生じることができる。
【００２９】運転用変換器は、分路抵抗Ｒ２３によって
サンプリングされて、ロ―パスフィルタ（Ｒ３８，Ｒ３
９およびＣ２５）によって平滑された後にコントロ―ラ
（Ｕ７のピン２）にフィ―ドバックされるランプ電流に
よって部分的に制御される。ランプに供給される平均電
流は高利得閉ル―プ内で制御される。このル―プに対す
る基準は、ランプ電圧が後述する予め定められた動作帯
域またはウィンドウ内にある場合に、ランプ電圧の増大
につれてランプ電流が線形的に減少するようにランプ電
圧によって変更される。このように、ランプ電力（電圧
×電流）は通常のランプ電圧変動および通常の入力電圧
（直流バッテリ）変動に対してほぼ一定に留まる。ラン
プ電圧が所定のウィンドウの外になった場合には、高利
得閉ル―プに対する基準は所望の定ランプ電流を発生す
るように変化する。通常、基準は後述する所定のウォ―
ミングアップ時間を除いて一定である。
【００３０】所定のウィンドウを設定する回路は図４に
示されており、ダイオ―ドＤ１３，Ｄ１４および関連す
る演算増幅器Ｕ８ＣおよびＵ８Ｄ（これらは４重増幅器
Ｕ８の一部である）からなる一対の精密な電圧クランプ
を有する。Ｒ２３およびＣ１１を介して直列抵抗列Ｒ４
０，Ｒ４１，Ｒ４２，Ｒ４３の一番上すなわち入力に低
ビ―ムまたは高ビ―ムのランプ電圧が供給される結果、
前記抵抗列を通って電流が流れ、これはパルス幅変調器
Ｕ７（ピン２）の動作用に使用される高利得制御ル―プ
基準の一部になる。２つの精密なクランプのいずれもが
動作していない場合に、この電流はランプ電圧に比例す
る。クランプは４０ないし５０ボルトのような上側およ
び下側ランプ動作電圧限界で作動するように設計され
る。ランプ電圧がこれらのクランプによって設定された
限界の外側にある場合、制御ル―プに対する基準はラン
プ電圧に独立であり、Ｕ８ＡまたはＵ８Ｂによって設け
られる。従って、この状態の間、ウォ―ミングアップタ
イマがタイムアウトになった場合、ランプ電流は一定に
保持される。同じ２つのタイマがあり、一方は高ビ―ム
用であり、他方は低ビ―ム用である。高ビ―ム用タイマ
はトランジスタＱ５およびＱ６、および集積回路Ｕ８の
一部である演算増幅器Ｕ８Ｂからなる。低ビ―ム用タイ
マはＱ７，Ｑ８およびＵ８の一部である演算増幅器Ｕ８
Ｃからなる。
【００３１】ウォ―ミングアップタイマの目的は、ラン
プを迅速にウォ―ミングアップするように通常の電力よ
りも大きな電力を供給することであり、その後所望の運
転電力に徐々に低減する。タイマは重要なメモリ機能を
有している。運転信号の形式の電力が取り除かれ、光源
のいずれかに再供給されたとき、タイマはその関連する
光源がどのくらい長くオフ状態にあったかを思いだし、
それに応じて次に続くウォ―ミングアップ時間を調節す
る。この機能がない場合には、電力制御の不変のウォ―
ミングアッププログラムがランプに対して加えられ、こ
の結果たびたび発生する短い電力遮断のためにキセノン
−メタルハライドランプに障害が発生することになる。
【００３２】両ウォ―ミングアップタイマは同じである
ので、高ビ―ム用タイマの動作のみについて説明する。
「高」入力端子にバッテリ電力を供給することによっ
て、トランジスタＱ５およびＱ６を導通状態にし飽和さ
せる。タイミングコンデンサＣ２７はＱ５に接続された
５ボルトの調整電源からＲ５０およびＱ５を通して充電
される。コンデンサ（２７）の電圧は演算増幅器Ｕ８Ｃ
によってバッファされ、Ｒ４８により抵抗Ｒ５６の上端
部に現れる。Ｒ５６の電流は制御ル―プ基準の一部を形
成し、Ｕ７のピン２にフィ―ドバックされる。従って、
ル―プ基準はタイミングコンデンサの電圧とともに変化
し、タイミングコンデンサが完全に充電されるまでラン
プ電流が減少する。タイマはランプに供給される電流の
周期の初めにおいて好ましい休止期間を与える。ランプ
電力はこの休止期間の間最大に保持される。休止期間は
演算増幅器Ｕ８Ｃの反転入力における初期電圧によって
発生する。この初期電圧はタイミングコンデンサが初期
電圧につり合うように充電されるまで演算増幅器Ｕ８Ｃ
を飽和状態（低出力）に保持する。電力がランプから取
り除かれると、タイミングコンデンサはＲ５０およびＲ
５１を通って放電する。コンデンサが完全に放電する前
にランプに対する電力が再び供給された場合には、回路
はコンデンサが完全に放電することができた場合よりも
早くタイムアウトになる。高電力が回路によってランプ
に加えられる時間は電力がオフである時間の値に依存し
ている。オフ時間が短くなると、高電力の期間は短くな
る。タイマ回路の設計は回路の時定数がランプの熱時定
数にほぼ合うようにこれらの特徴を有する。この結果、
外部源からスイッチが投入されて、キセノン−メタルハ
ライドランプが付勢されて瞬時発光する時から実質的に
一定の光が得られる。
【００３３】図５には２つのスタ―タが示されている。
１つは高ビ―ムランプ用であり、もう１つは低ビ―ムラ
ンプ用である。高ビ―ム用スタ―タは主に集積回路Ｕ
５、トランジスタＱ３、インダクタＬ３、ダイオ―ドＤ
２３、コンデンサＣ１５およびＣ１６、変圧器Ｔ２、お
よび関連するバイアス部品を有している。低ビ―ム用ス
タ―タは図５に示されているように集積回路Ｕ４の周り
に構成された同じ部品を有している。両スタ―タは同じ
であるので、高ビ―ム用スタ―タの動作のみについて説
明する。スタ―タは電流フィ―ドバックのみで動作する
独立したブ―スト変換器である。スタ―タは作動される
と、インダクタＬ４が電流パルスをコンデンサＣ１５お
よびＣ１６に供給する。コンデンサはその電圧がスパ―
クギャップＳＧ１のブレ―クダウン電位に上昇するまで
充分な電荷を蓄積する。スパ―クギャップはコンデンサ
の電荷を変圧器Ｔ２の一次側に放電し、変圧器はその結
果のエネルギパルスを二次巻線Ｔ２Ｂを介してランプに
供給する。この回路動作はランプが起動された後にスタ
―タが自動的に停止されるまで継続する。
【００３４】図３の比較器Ｕ６Ｂは作動／停止入力を関
連するスタ―タに供給する。この比較器は平均ランプ電
圧をその入力を介して感知し、この電圧がある値、例え
ば１８４Ｖ以下に低下したとき、スタ―タを図５の経路
Ｄ８を介して停止させる。Ｕ６Ｂと同様に、図３の比較
器Ｕ６Ｃは運転用変換器に対する電圧制限機能を構成す
る。この比較器はその＋入力およびＲ２８を介して運転
用変換器の出力電圧を監視し、電圧がある値、例えば２
００ｖを超えたとき、Ｕ７のピン３を介して運転用変換
器に禁止指令を出力する。
【００３５】比較器Ｕ６Ｄはキセノン−メタルハライド
ランプに対してドロップアウト防止機能を有している。
この比較器はランプ電圧の変化（電圧自身でなく、電圧
の変化）を感知する。ランプ電圧が急に上昇した場合に
は、比較器はＵ７にピン２を介して指令を出力し、この
指令がまたＲ３６およびＣ２１を介してＵ７のピン１に
供給され、ランプ電流を短期間上昇する。ランプ電圧に
おける急激な上昇は好ましくない機械的衝撃によるもの
であり、Ｕ６Ｄのこの設計機能はランプを有利に点灯し
続ける。
【００３６】比較器Ｕ６Ａはランプが故障した場合に安
定器を自動的に停止するために設けられている。タイミ
ング部品Ｃ１７およびＲ２４は、図３，図４および図５
の安定回路の停止の前にいずれかのスタ―タが動作でき
る最大時間（例えば０．５秒）を決定する。スタ―タは
Ｄ１０，Ｒ２４，Ｄ７およびＤ８によって形成される経
路を通って作動停止され、運転回路はＤ１１およびＵ７
のピン３によって形成される経路を通って作動停止され
る。この機能はランプの起動不良による無線障害の可能
性を低減する。
【００３７】タイマＩＣ（Ｕ３）は本発明に関連するフ
ラッシュ・トゥ・パス（flash-to-pass ）機能のために
設けられている。このＩＣは０．５秒の周期を有する自
走発振器として構成されている。高入力および低入力の
両方がＵ２の入力段に（一緒に）存在する場合、発振器
は動作可能になる。発振器はＤ６，Ｃ２０，Ｕ６Ｄ，Ｒ
３６，Ｃ２１およびＵ７のピン１の経路を介して０．５
秒毎にランプ電流がより大きな値に脈動するようにす
る。
【００３８】本発明に関連する最小オフタイム機能は集
積回路Ｕ１Ａ（ワンショットとして構成されているタイ
マ）によって達成される。図３の端子低および高からの
入力電力が取り除かれた後に迅速に再供給された場合に
は、Ｕ１Ａは２０ミリ秒の間Ｄ３，Ｒ５およびＵ７のピ
ン３によって形成される経路を通って運転用変換器の動
作を阻止する。この機能がない場合、高および低ランプ
間の迅速なスイッチの結果、元のランプは点灯したまま
になる。
【００３９】集積回路Ｕ１Ｂ（アステ―ブルマルチバイ
ブレ―タとして構成されている）はランプ電流の周波数
変調用に設けられている。この回路からの鋸刃状波出力
（図３の信号１８）がＲ４およびＣ３によって形成され
る経路を通って運転用変換器のＰＷＭコントロ―ラＵ７
の周波数決定入力（ピン４）に供給される。変調周波数
（Ｕ１Ｂからの出力周波数）は約５００Hzである。
【００４０】図３，図４および図５に示されている実施
例の場合、運転電流は、（１）約５００Hzの周波数変
調、（２）約１００kHz のリップル周波数、および
（３）約５０％のリップル振幅を有する。これらの値
は、（１）Ｕ１Ｂの周波数変調を選択し、（２）リップ
ルの振幅を６０％の値に増大するように小さな値のＣ９
を選択し、（３）リップル信号の周波数を変更するよう
にＣ１０を選択することによって変更、調節または選択
することができる。本発明を利用したヘッドライト 図３，図４および図５において開示した直流安定回路は
キセノン−メタルハライド光源および反射器とともに単
一のパッケ―ジに構成して、通常の自動車のヘッドライ
ト用に現在設けられているスペ―スよりも小さなスペ―
スに収容できる。二重ヘッドライト反射器の後部に本発
明の直流安定回路を取り付けた例が図６に示されてい
る。
【００４１】図６は高ビ―ム照明用のキセノン−メタル
ハライドランプ３４をそなえた第１の反射器３２および
低ビ―ム照明用のキセノン−メタルハライドランプ３８
をそなえた第２の反射器３６を有する二重ヘッドライト
３０を示している。このヘッドライト３０はそのハウジ
ング内に図３，図４および図５において説明した安定回
路２０を有している。安定回路は低ビ―ムおよび高ビ―
ム反射器３２および３６の後部のある領域を占有してい
る回路基板上に実装されている。この一体化された自動
車のヘッドライトは高さ４２が約５０mmであり、幅４４
が約２５０mmであり、奥行き４６が約１００mmである。
【００４２】本ヘッドライトは、高ビ―ムおよび低ビ―
ム照明の両方を備えている一般のハロゲンヘッドライト
５０に比較して全体の寸法が小さくなっており、従来の
ヘッドライト５０および図６について前述したヘッドラ
イト３０をそれぞれ示している図７Ａおよび図７Ｂを参
照して説明する。通常のハロゲンヘッドライト５０に比
較して本発明のヘッドライト３０は全体の体積が約７５
％低減している。
【００４３】従来の二重ヘッドライト構成６０と比較し
た場合の本発明によるものの大きさにおける低減につい
て図８を参照して更に説明する。図８Ａはハロゲン光源
を有する二重ヘッドライト６０を示し、図８Ｂは図６お
よび図７Ｂで説明した本発明によるヘッドライト３０を
示している。図８Ａおよび図８Ｂを比較することによっ
て本発明のヘッドライト３０は少なくとも７５％全体の
寸法が実質的に小さくなっていることがわかる。
【００４４】本発明を実施することによってキセノン−
メタルハライド光源を使用し、直流音響的動作を有する
ヘッドライトの全体の寸法が実質的に小さくなっている
ことを認められたい。
【００４５】更に、本発明の直流音響的動作によって、
ア―クがまっすぐであって、水平に配設され得るととも
に、自動車用に特に適している瞬時発光性を有するよう
に高圧キセノン−メタルハライドランプを用いることが
可能であることを認められたい。
【００４６】更に、本発明を実施することによって、高
い効率を有し、良好な色放出が可能である短いア―クギ
ャップを有するキセノン−メタルハライドランプの直流
動作が可能になっている。また、この短いア―クギャッ
プは前方からの車両に対する困惑が少ない所望のビ―ム
パタ―ンを発生する弱い電気泳動効果を利用している。
【００４７】上述した直流音響的動作はキセノン−メタ
ルハライドランプに関連しているが、本発明の実施は全
てのガス放電ランプに同様に適用できるものである。直
流音響的動作はガス放電ランプの電極間にまっすぐなア
―クを形成し、前述した関連する利点を提供している。
【００４８】更に、２つの別々のキセノン−メタルハラ
イドランプにより車両の高ビ―ムおよび低ビ―ム照明を
発生する場合を説明したが、単一のメタルハライドラン
プを使用して前記特願平２−５２９１７号に記載されて
いるような技術を用いて高ビ―ムおよび低ビ―ムの両方
の照明を行うこともできる。
【００４９】また更に、上述した説明は単一のリップル
信号を運転信号および起動信号の両方に重畳するものに
関しているが、運転信号および起動信号のそれぞれに対
して別々のリップル信号を発生する手段を設けることが
できることも勿論である。更に、所望により、リップル
信号および周波数変調のない起動信号を利用することも
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】高周波リップルを使用したキセノン−メタルハ
ライドランプの直流音響的動作に関連する周波数帯域を
示す線図である。
【図２】本発明に関連するキセノン−メタルハライドラ
ンプの動作段階における種々のリップル信号を重畳した
直流レベルを示す波形図である。
【図３】本発明の運転用変換器の回路図である。
【図４】本発明に関連する低および高ウォ―ミングアッ
プタイマの回路図である。
【図５】高圧キセノン−メタルハライドランプを動作さ
せる低および高起動回路の回路図である。
【図６】パッケ―ジ内に設けられた安定器を有する本発
明によるヘッドライトを示す簡略斜視図である。
【図７】通常のハロゲンヘッドライト（ａ）および本発
明によるキセノン−メタルハライドヘッドライト（ｂ）
をそれぞれ示す側面図である。
【図８】通常の二重ビ―ムヘッドライト（ａ）および本
発明による二重ビ―ムヘッドライト（ｂ）をそれぞれ示
す正面図である。
【符号の説明】
２０ 安定回路 ３０ 二重ヘッドライト ３２ 第１の反射器 ３４ キセノン−メタルハライドランプ ３６ 第２の反射器 ３８ キセノン−メタルハライドランプ
フロントページの続き (72)発明者 ジヨン・マーチン・ダベンポート アメリカ合衆国、オハイオ州、リンドハー スト、エデンハースト・アベニユー、5128 番 (72)発明者 リチヤード・ローウエル・ハンスラー アメリカ合衆国、オハイオ州、ペツパー・ パイク、ベルコート・ロード、28120番

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 選択された成分を内部に有するガス放電
    光源を動作させる方法であって、 （Ａ）前記ガス放電光源の一対の電極の間に比較的高い
    振幅および比較的短い継続時間を有する起動電圧を供給
    し、 （Ｂ）前記放電光源が初期電離状態になるまで前記起動
    電圧の供給を継続し、 （Ｃ）前記一対の電極の間に選択可能なレベルおよび選
    択可能な中心周波数を有するリップル電流信号を重畳し
    た直流の運転電流を供給するステップを含むことを特徴
    とする前記方法。
  2. 【請求項２】 前記運転信号上に周波数変調信号を供給
    するステップを更に有する請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記選択された成分が前記ガス放電内の
    充填物を有し、この充填物は、約２ないし約１５気圧の
    範囲の低温圧力を有するキセノンガス、約２ないし２０
    気圧の範囲の動作圧力を有する水銀、および約１mgない
    し約５mgの範囲の量のハロゲン化金属化合物を含む請求
    項１記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記起動信号は振幅が約１０キロボルト
    ないし約２０キロボルトの値であって、継続時間が約
    ０．１マイクロ秒であり、前記リップル電流は約１００
    kHz である前記中心周波数の約±５％ないし約±２０％
    の範囲に変調された周波数を有する請求項１記載の方
    法。
  5. 【請求項５】 運転電流の約２ないし２０倍の範囲のウ
    ォ―ミングアップ電流を更に有する請求項１記載の方
    法。
  6. 【請求項６】 前記電極は約１．５mmないし約５mmの範
    囲の距離だけ互いから離間しており、その好ましい値は
    約２．０mmと４．０mmの間の値である請求項１記載の方
    法。
  7. 【請求項７】 外部装置からの制御信号に応答して、選
    択された成分を内部に有するガス放電光源を動作させる
    安定回路であって、 （Ａ）比較的高い振幅および比較的短い継続時間を有す
    る起動信号を発生して前記光源に供給する手段と、 （Ｂ）前記光源が初期電離状態になるまで前記起動信号
    の供給を継続する手段と、 （Ｃ）選択可能なレベルおよび選択可能な周波数を有す
    るリップル信号を重畳した直流の運転信号を発生して、
    前記光源に供給する手段と、を有することを特徴とする
    安定回路。
  8. 【請求項８】 周波数変調信号を発生して、前記運転信
    号上に重畳する手段を更に有する請求項７記載の安定回
    路。
  9. 【請求項９】 前記光源に供給される前記起動信号の存
    在を監視し、所定期間を超えた場合、前記起動信号の供
    給を停止させる手段を更に有する請求項７記載の安定回
    路。
  10. 【請求項１０】 前記光源に供給される電圧の動作帯域
    を監視して設定する手段を更に有する請求項７記載の安
    定回路。
  11. 【請求項１１】 前記光源の初期状態の後の前記運転信
    号の初期部分に比較的大きい電流を発生し、次いで迅速
    に低い電流へ低減する手段を更に有する請求項７記載の
    安定回路。
  12. 【請求項１２】 前記運転信号の初期供給時から該動作
    信号の除去および再供給までの継続時間を測定し、この
    継続時間に応じて前記運転信号の電力レベルを調節する
    手段を更に有する請求項７記載の安定回路。
  13. 【請求項１３】 前記起動信号に応答して前記光源の両
    端間の電圧を監視し、振幅が所定値以下に低下した場合
    に前記起動信号を停止させる手段を更に有する請求項７
    記載の安定回路。
  14. 【請求項１４】 前記光源の両端間の電圧を監視して、
    所定の範囲を設定し、この範囲を超えた場合に運転電流
    を一定に保持する手段を更に有する請求項７記載の安定
    回路。
  15. 【請求項１５】 前記光源の両端間の電圧の急速な変化
    を感知し、この急速な変化に応答して、前記光源に供給
    される前記運転信号の電流レベルを増大させる手段を更
    に有する請求項７記載の安定回路。
  16. 【請求項１６】 第２のガス放電光源と、前記第１の光
    源および前記第２の光源の両方の動作を要求する前記外
    部装置からの制御信号の存在を検出し、前記要求された
    動作に応じて、前記光源に供給される前記運転信号の電
    流レベルを増大させる手段とを更に有する請求項１５記
    載の安定回路。
  17. 【請求項１７】 前記光源からの前記運転信号の迅速な
    除去および前記光源への再供給を検出し、これに応答し
    て前記運転信号の発生を所定量だけ遅らせる手段を更に
    有する請求項７記載の安定回路。
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