KR100389170B1 - 방전램프점등장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 방전아크의 형상을 변화시킴으로써 다수의 광도분배패턴을 형성할 수 있는 방전램프 점등장치를 제공하고 전체 점등기간 동안 직선의 방전아크를 실현한다. 방전아크를 직선으로 하는 모드를 여기시키며, 방전공간 매질내의 음향 속도와 전극축에 직교하는 부분의 길이에 의하여 결정되는 음향공명 주파수 성분을 갖는 점등파형을 방전램프에 공급함으로써 정격 점등시에 방전아크 형상을 거의 직선으로 되게 할 수 있고, 또한 방전램프의 충전물의 증기압이 낮은 기간 동안에 방전아크로부터 방출되는 압축파의 진폭을 증폭하며, 램프 특성에 변화에 따라 변화하는 음향공명 주파수의 성분을 갖는 점등파형을 공급함으로써 전체 점등기간 동안 방전아크의 형상을 직선으로 되게 할 수 있으며, 음향공명 주파수의 성분비를 변화시킴으로써 방전아크의 형상을 변화시킬 수 있다.

Description

방전램프 점등장치{DISCHARGE LAMP-LIGHTING APPARATUS}

본 발명은 방전램프(discharge lamp)에 바람직하지 않은 영향을 미치는 중력 유도 대류로 인한 방전아크의 만곡(bending)을 감소시키기 위하여, 음향공명(acoustic resonance)에 의하여 방전아크가 직선으로 되는 모드를 여기시키는 주파수 성분을 가진 점등파형(lighting waveform)으로 방전램프를 점등시키는방전램프 점등장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 방전아크의 안정화 및 계속적인 직진성(直進性)을 달성하기 위하여, 할로겐화금속이나 수은 등과 같은 충전물의 낮은 증기압을 유지하는 기간 동안 방전아크로부터 방출되는 압축파의 진폭을 증폭하는 점등파형으로 방전램프를 점등시키는 방전램프 점등장치에 관한 것이다. 본 발명은 특히 HID(High Intensity Discharge) 램프에 유용하다.

또한, 본 발명은 방전램프에서의 방전아크의 만곡을 제어하고 하나의 방전램프로 하나 이상의 광배열 패턴을 형성하는 방전램프 점등장치에 관한 것으로, 특히 차량용 헤드라이트에 유용하다.

최근, HID 램프가 효율이 높고 수명이 긴 등의 장점으로 인하여 실외 조명 분야 등에 널리 이용되고 있다. 이 중에서, 할로겐화금속 램프는 연색성(color rendering properties)이 우수하기 때문에 이들 특성을 적합하게 이용하여 실외 조명 분야 뿐만 아니라 실내 조명 분야에서도 널리 이용되고 있으며, 영상 장치나 차량용 헤드라이트의 광원으로도 주목을 받고 있다. 종래의 방전램프 점등장치의 일례가 1983년 조명학회동경지부 회의 논문집 제10권에 개시되어 있다. 이 방전램프 점등장치에 대하여는 도 19를 이용하여 상세하게 설명한다.

도 19는 상술한 종래의 방전램프 점등장치의 기본 구성도이다. 도 19에서, 도면부호 101은 방전램프로서 할로겐화금속 램프를 나타내고, 102는 할로겐화금속 램프(101)를 시동 및 점등하기 위한 점등회로를 나타낸다.

점등회로(102)는 직류전원(103), 인버터회로인 풀브리지(full bridge) 인버터회로(104) 및 기동수단(105)으로 구성되어 잇다. 직류 전원(103)은 상용(commercial use)의 교류 전원(106), 이 교류 전원(106)의 출력을 정류 및 평활하여 직류로 변환하는 정류 및 평활회로(107), 및 강압(step-down) 쵸퍼회로(116)로 구성되며, 이 강압 쵸퍼회로(116)는 정류 및 평활회로(107)의 출력을 입력으로 하여 할로겐화금속 램프(101)에 공급될 전력을 소정값으로 제어하는 트랜지스터(108), 다이오드(109), 쵸크코일(110), 커패시터(111), 저항(112, 113, 114) 및 제어회로(115)로 구성되어 있다. 강압 쵸퍼회로(116)는 저항(112, 113, 114)에 의하여 출력 전류를 검출하여 2개의 검출 신호를 제어회로(115)에서 연산하고, 이 제어 회로(115)의 출력 신호로 트랜지스터(108)의 온 또는 오프를 제어하여 강압 쵸퍼회로(116)의 출력 전압이 소정의 값이 되도록 한다. 이 경우, 강압 쵸퍼회로(116)의 출력 전압이 일정한 직류 전압으로 되며, 강압 쵸퍼회로(116)의 출력 전압파형은 도 20의 (a)에 도시되어 있다.

풀브리지 인버터회로(104)는 트랜지스터(117, 118, 119, 120)와 구동회로(121)로 구성되며, 구동회로(121)의 출력신호에 의하여 트랜지스터(117, 120)와 트랜지스터(118, 119)의 온/오프를 교대로 제어함으로써, 강압 쵸퍼회로(116)의 출력은 교류로 변환되어 출력되는 구성이다. 또, 풀브리지 인버터회로(104)의 출력 전압파형은 순간 전압이 시간에 따라 변화하지 않는 도 20의 (b)에 도시되어 있는 구형(矩形)의 출력 전압파형이 된다. 또, 기동수단(105)은 고압 펄스를 발생시켜 할로겐화금속 램프(101)를 기동시키는 구성을 갖는다.

이상과 같은 구성에 의하면, 기동수단(105)으로부터 발생되는 고압 펄스가할로겐화금속 램프(101)에 인가되어 이 할로겐화금속 램프(101)가 점등하면, 제어 회로(115)에서는 저항(112, 113)에서 검출되는 할로겐화금속 램프(101)의 램프 전류에 비례하는 신호와 저항(114)에서 검출되는 할로겐화금속 램프(101)의 램프 전압에 비례하는 신호를 연산하여 트랜지스터(108)의 온/오프를 제어함으로써, 할로겐화금속 램프(101)에 공급되는 전력이 정격(rated)의 램프 전력으로 되고, 강압 쵸퍼회로(116)의 출력이 입력되는 풀브리지 인버터회로(104)에 의하여 소정의 직류 전압이 구형의 교류파형으로 변환됨으로써, 할로겐화금속 램프(101)는 점등을 구형의 교류파형으로 유지하게 된다.

또한, 방전아크의 변동(fluctuation)이나 중단(discontinuance) 또는 HID 램프의 고유 특성인 음향공명 현상으로 인한 할로겐화금속 램프(101)의 파열(exposion) 등의 문제점을 해결하기 위하여, 풀브리지 인버터회로(104)에 의하여 변환된 교류의 주파수는 수백 Hz의 주파수로 설정되는 것이 일반적이다. 도 19에 도시된 종래의 방전램프의 점등장치는 그 주파수가 400Hz로 설정된 것이다.

도 21의 (a)는 할로겐화금속 램프(101)를 수평 점등시켰을 때의 할로겐화금속 램프(101)를 측면에서 본 구조를 나타내고 있다.

도 21의 (a)에서, 도면부호 122, 123은 전극을 나타내며, 124는 할로겐화금속 램프(101)를 구성하는 실리카 유리를 나타내고, 125는 방전아크를 나타낸다. 할로겐화금속 램프(101)가 점등될 때, 방전아크의 중심부의 온도는 대략 5000K에 도달하고, 이 온도가 방전아크의 중심부로부터 소정의 온도 기울기로 강하하여 튜브 벽 부근에서는 대략 1000K로 된다. 따라서, 방전아크의 중심부에서 가열되는 밀도가 작은 가스는 상향으로 이동하고 튜브 벽의 부근에 있는 밀도가 큰 가스는 중심으로 흘러들어가는 대류 현상이 발생하게 된다.

도 21의 (b)는 할로겐화금속 램프(101)의 전극들간의 중심을 포함하는 전극 축에 직교하는 부분의 대류에 기인한 가스 흐름을 나타내며, 도면부호 126은 실리카 유리, 127은 방전아크를 나타내며, 대류에 의한 가스 흐름은 화살표로 표시되어 있다.

도 21의 (b)에 도시되어 있는 방전아크(127)는 대류에 의한 가스 흐름 때문에 전극축에 직교하는 원형 부분의 중심보다 더 높은 부분에 위치한다. 따라서, 도 21의 (a)에 도시되어 있는 방전아크(125)는 위쪽으로 만곡되어 있다. 최근에, 특히 영상 장치와 차량용 헤드라이트로서 주목을 받고 있는 금속 할로겐화 램프에는 짧은 아크가 제공되므로 방전램프의 점등시에 방전공간의 수은 압력을 보다 높게 할 필요가 있다. 이러한 수은 압력의 증가는 대류 및 방전아크의 만곡 현상을 더 증가 시키게 된다.

방전아크가 만곡되면, 다음과 같은 문제점들이 생긴다. 즉, 방전공간의 상부에 있는 실리카 유리와 방전아크간의 거리가 짧아지게 되어 실리카 유리의 온도 상승이 커지게 되고, 실리카 유리의 열화, 다시 말해서 실투(失透: devitrification)에 의한 광속(luminous flux)의 저하와, 반사체와의 조합시 집광(beam-condensing) 효율의 저하가 커지게 된다. 또한, 실리카 유리의 연화(softening)로 인하여 변형(팽창)이 발생하여 방전공간의 내부 용적이 커지게 됨으로써, 발광 특성이 변하게 되는 문제점이 있다. 또, 이러한 변형으로 인하여, 방전공간 하부의 온도가 강하하게 되어 방전공간내의 동작 압력을 결정하는 최냉각점 온도를 저하시켜 발광 효율이 감소하게 된다.

이러한 문제점들을 해결하는 점등방법이 일본특허공고 평성5-57693(미국특허 제4983889호)에 개시되어 있다. 상기 문헌에서는 방전램프에 있는 필터에서 실험에 의하여 검출된 음향 공진 진동을 여기시키는 주파수 범위가 대략 20kHz 내지 대략 100kHz의 좁은 범위에 존재함으로써, 대류의 영향을 감소시켜, 방전아크가 상방에서 만곡이 생기는 것을 방지하고 방전아크를 거의 직선으로 되게 한다고 개시되어 있다.

방전아크가 직선으로 되면, 반사체와의 결합시 광의 이용 효율이 개선되고, 방전램프의 수명을 단축시키는 방전공간의 상부의 고온점에서 온도를 하강시켜 수명을 길게 하며, 방전공간의 하부에서의 최냉각점의 온도를 상승시켜 방광 효율이 개선되는 등의 여러 이점이 있다.

그러나, 방전램프가 정격 점등시 음향공명 진동을 여기시키는 주파수로 점등되는 경우에는 방전아크가 점등을 개시할 때에 수십초 동안 이동, 만곡 또는 중단되어 안정된 직선 방전아크를 얻을 수 없다.

점등을 개시할 때에, 안정된 방전아크를 얻기 위한 점등방법이 일본특허공보 평성7-9835(미국특허 제5198727호)에 개시되어 있다. 이 방법을 도 22을 참조하여 설명한다. 도 22는 방전램프가 상기 문헌의 점등방법에 의하여 점등될 때부터 그 이후의 램프 전류의 시간 변화를 나타내는 그래프이다.

도 22에서, 램프 전류는 방전램프의 충전물이 대류 영향이 음향공명에 의하여 감소되고 방전아크를 직선으로 하는 주파수를 갖는 교류 성분(129)이 직류 성분(128)에 충첩되는 전류이다. 방전램프가 방전을 개시한 직후에는 레벨이 높은 직류(128)를 흐르게 하고 시간의 경과에 따라 직류의 레벨이 낮아지게 된다. 이 때, 교류 성분(129)의 진폭의 절대값과 주파수는 모든 주기에서 일정하게 되기 때문에, 변조 깊이(최대 전류에서 최소 전류를 감산한 다음 평균 전류로 2번 제산한 값)는 방전이 개시된 직후에는 낮고 점등시간의 경과에 따라 증가하게 된다.

그러므로, 상기한 램프 전류의 인가에 의하여, 방전램프의 점등 직후 방전아크를 불안정하게 하는 교류 성분(129)의 값이 최소로 되어, 직류에 의하여 안정된 방전아크가 형성된다. 이후, 시간의 경과에 따라 변조 깊이가 커지고 방전아크는 음향공명 진동에 의하여 직선화된다. 정격 점등으로 점등한 직후 상기 램프 전류 파형에 의하여 안정된 방전아크를 얻는 것이 목적이다.

그러나, 상기 종래의 점등방법(일본특허공보 평성5-57693)에 의하여 방전아크를 직선으로 되게 할 수 있는 주파수의 범위가 많이 존재한다는 것을 알 수 있지만, 방전아크를 직선으로 되게 할 수 있는 주파수의 범위는 동일 종류의 방전램프라 하더라도 램프마다 상이하다는 것을 알 수 있다.

따라서, 모든 램프에 사용하기 위한 점등회로 또는 넓은 주파수 범위에 부합될 수 있는 점등회로를 만들 필요가 있는데, 이들 모두 점등장치의 비용을 크게 증가시킨다. 또한, 방전램프가 상기 종래의 점등방법(일본특허공보 평성7-9835)에 의하여 점등될 때에는 음향공명을 여기시키는 교류 성분(129)의 값이 방전램프의 점등직후 작아지게 되어 램프 전류가 거의 직류 성분(128)만을 갖게 된다. 방전램프가 방전아크를 형성하는 경우, 방전공간내에 온도차가 생겨 대류가 발생하고, 정격 점등시에 비하여 작지만 점등의 초기단계에서 수평 점등되는 방전램프의 방전아크는 위쪽으로 만곡하게 된다. 특히, 최근에 영상 장치의 광원과 차량용 헤드라이트의 광원에서 아크를 짧게 만들고 있으며, 점등시에 수은 압력을 더 높여 고압에서 크세논을 포함시켜 점등 직후에 광출력을 보충하는 경우가 있다. 수은 압력의 증가와 고압 크세논에 의하여 대류가 더 촉진되어 점등직후 방전아크의 만곡이 커지게 됨으로써 방전아크의 형상 변화가 더 커지게 된다.

방전아크의 형상 변화에 의하여 다음과 같은 문제점들이 생긴다. 방전램프를 반사체와 결합하여 사용하는 경우 반사체의 집광 효율을 높이기 위하여는 방전아크의 형상이 반사체의 광축상에서 직선으로 되는 것이 바람직한데, 방전아크의 형상이 변하게 되면, 점등의 초기 단계에서의 집광 효율은 감소하고 조사면(irradiated plane)에 대한 광배열 특성도 변한다는 문제가 있다. 또한, 방전아크가 만곡하는 주기가 있는 점등의 초기 단계에서 램프의 수명과 발광 효율에 악영향을 미치는 문제점이 있다.

또한, 차량용 헤드라이트에는 패싱빔(passing beam)과 주행빔(travelling beam)의 전환 기능이 필요하며, 패싱빔과 주행빔의 2가지 광배열 패턴은 일반적으로 2가지 발광부를 선택적으로 전환시킴으로써 변환한다. 그러나, 방전램프의 발광부는 1개뿐이므로 2가지 광배열 패턴을 형성하기 위하여는 2개의 방전램프 점등장치(패싱빔에 대한 점등장치와 주행빔에 대한 점등장치)가 필요하므로 차량용 헤드라이트가 커지게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점들을 해소하기 위한 것으로, 동일 종류의 방전램프일 경우 주파수 범위를 명확하게 하여 방전아크가 항상 직선으로 되도록 하고, 저렴하면서도 간단한 구조를 갖는 점등회로로 구성되는 방전램프 점등장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 방전램프의 전체 점등기간(점등 직후부터 정격 점등까지) 동안 직선의 방전아크를 형성 및 유지할 수 있는 방전램프 점등장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 하나의 방전램프로 2가지 이상의 광배열 패턴을 형성할 수 있는 방전램프 점등장치로서, 특히 차량용 헤드라이트의 광원으로 사용할 경우 하나의 방전램프로 패싱빔과 주행빔간의 전환이 가능한 방전램프 점등장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

도 1은 할로겐화금속 램프 A가 종래의 방전램프 점등장치와 본 발명의 방전램프 점등장치에 의하여 점등될 때의 특징을 비교한 결과를 나타내는 도면.

도 2는 할로겐화금속 램프 B가 종래의 방전램프 점등장치와 본 발명의 방전램프 점등장치에 의하여 점등될 때의 특징을 비교한 결과를 나타내는 도면.

도 3은 할로겐화금속 램프 A에 정현파 전류파형이 공급되는 정격 점등시에 방전아크가 직선으로 되는 주파수 범위를 나타내는 도면.

도 4는 할로겐화금속 램프 B에 공급되는 파형의 23kHz 성분비와 방전아크의 만곡 크기간의 관계를 나타내는 그래프도.

도 5는 할로겐화금속 램프 A의 램프 전압변화에 대한 방전공간매질내의 음향 속도의 변화율을 나타내는 그래프도.

도 6은 정현파 전류파형으로 할로겐화금속 램프 A를 점등할 때에 방전아크의 형상 변화를 측정하여 평가한 결과를 나타내는 도면.

도 7은 본 발명의 제 1 실시예의 방전램프 점등장치의 구성도.

도 8은 본 발명의 제 1 실시예의 램프 전류 파형도.

도 9는 본 발명의 제 2 실시예의 방전램프 점등장치의 구성도.

도 10은 본 발명의 제 3 실시예의 방전램프 점등장치의 구성도.

도 11은 본 발명의 제 4 실시예의 방전램프 점등장치의 블록도.

도 12의 (a)는 할로겐화금속 램프 A의 점등으로부터 정격 점등까지의 램프 임피던스 변화에 대한 음향공명주파수의 변화율을 나타내는 그래프.

도 13은 본 발명의 제 5 실시예의 방전램프 점등장치의 구성도.

도 14의 (a)는 스텝다운 쵸퍼회로(74)의 출력파형도.

도 14의 (b)는 폴브리지 인버터 회로(64)의 출력파형도.

도 15는 본 발명의 제 6 실시예의 차량용 헤드라이트의 구성도.

도 16의 (a)는 제 6 실시예의 주행빔 형성시에 광도 분배 방향을 나타내는 도면.

도 16의 (b)는 본 발명의 제 6 실시예의 통과빔 형성시에 광도 분배 방향을 나타내는 도면.

도 17의 (a)는 본 발명의 제 6 실시예의 주행빔 형성시에 광도 분배 방향을 나타내는 도면.

도 17의 (b)는 본 발명의 제 6 실시예의 통과빔 형성시에 광도 분배 방향을 나타내는 도면.

도 18의 (a)는 통과빔의 광도 분배 패턴을 나타내는 도면.

도 18의 (b)는 주행빔의 광도 분배 패턴을 나타내는 도면.

도 19는 종래의 방전램프 점등장치의 구성도.

도 20의 (a)는 강압 쵸퍼회로(116)의 출력 전압 파형도.

도 20의 (b)는 풀브리지 인버터회로(104)의 출력 전압 파형도.

도 21의 (a)는 종래의 방전램프 점등장치로 할로겐화금속 램프(101)를 점등할 때의 방전아크의 형상을 나타내는 도면.

도 21의 (b)는 종래의 방전램프 점등장치로 할로겐화금속 램프(101)를 점등할 때에 전극들간의 중심을 포함하여 전극축에 직교하는 부분에서의 방전아크 위치와 대류에 의한 가스 흐름을 나타내는 도면.

도 22는 종래의 방전램프의 점등시스템에서의 램프 전류의 시간 변화를 나타내는 그래프.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

11 : 할로겐화금속 램프 12: 점등회로

13 : 상용의 교류전원 14 : 교류-직류 변환회로

15 : 직류전원 19 : 구동회로

20 : 직렬 인버터회로 21 : 쵸크코일

22 : 기동수단

이러한 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 방전램프 점등장치는 할로겐화 금속과 수은 중 적어도 하나가 충전물로서 내부에 봉입되어 방전공간을 형성하는 유리 엔벨로프가 있는 방전램프와, 이 방전램프를 점등시키기 위하여 소정의 점등 파형을 상기 방전램프에 공급하고, 상기 방전램프의 방전공간의 매질에서의 음향 속도 및 상기 방전램프의 전극축에 직교하는 부분의 길이 중 적어도 하나에 의하여 결정되는 최저 음향공명 주파수인 주파수 성분을 갖도록 상기 점등파형을 선택하여 방전아크가 거의 직선으로 되게 하는 점등장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 방전램프 점등장치는 방전램프와, 이 방전램프를 점등시키기 위하여 소정의 점등파형을 상기 방전램프에 공급하는 점등회로를 구비하고, 상기 점등회로로부터 상기 방전램프로 순간값이 시간을 기준으로 주파수 f에 따라 변화하고, 주파수 f의 일반식인 수학식 1로 산출된 음향공명 주파수를 선택하는 점등 파형(예컨대, 정현파, 삼각파, 톱니파, 계단파, 지수파, 이들을 합성한 파형 등)을 공급하는 것을 특징으로 한다.

[수학식 1]

V 는 방전램프의 방전공간 매질내의 음향 속도

L 은 방전램프의 전극축에 교차하는 방전공간의 길이

본 발명은 방전램프의 전극축에 교차하는 부분이 전극들간의 중심을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 방전램프의 방전공간내의 전극축을 포함하는 부분이 전극축들간의 중심 부근에서 평탄부를 갖는 형상이고, 상기 방전램프의 전극축에 직교하는 부분이 거의 원형인 것을 특징으로 한다.

또, 점등회로는 상기 방전램프의 램프 특성을 검출하여 점등 주파수와 음향 공명 주파수를 정합시키는 제어수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

또, 제어수단은 상기 방전램프의 램프 특성으로서 램프 전압을 검출하는 수단을 구비하고, 상기 램프 전압이 최저로 되는 점등 주파수가 음향공명 주파수인것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 방전램프 점등장치는 방전 공간을 형성하는 유리 엔벨로프 내에 충전물로서 적어도 할로겐화금속 또는 수은이 밀봉된 방전램프와, 상기 방전 램프에 공급되는 점등파형을 상기 방전램프의 방전공간 매질내의 음향 속도와 상기 방전램프의 전극축에 직교하는 부분의 길이에 의하여 결정하여 방전아크를 직선으로 되게 하는 모드를 여기시키고, 상기 음향공명 주파수가 상기 방전램프의 점등 후 정격 점등에 도달하기 전에 강하되는 기간이 있는 것으로 선택하는 수단을 갖는 점등회로를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 방전램프 점등장치는 방전 공간을 형성하는 유리 엔벨로프 내에 충전물로서 적어도 할로겐화금속 또는 수은이 밀봉된 방전램프와, 상기 방전 램프에 공급되는 점등파형을 상기 방전램프의 방전공간 매질내의 음향 속도와 상기 방전램프의 전극축에 직교하는 부분의 길이에 의하여 결정하여 방전아크를 직선으로 되게 하는 모드를 여기시키는 음향공명 주파수의 주파수 성분을 가지며, 방전아크를 직선으로 되게 하는 모드를 여기시키는 것으로 선택하는 수단과 상기 점등파형을 방전램프의 충전물의 증기압이 낮은 기간 동안에 방전아크로부터 방출되는 압축파의 진폭을 증폭시키는 것으로 선택하는 수단을 갖는 점등회로를 구비하는 구성을 갖는다.

또한, 본 발명의 방전램프 점등장치는 상기 방전램프의 점등 후 상기 방전램프를 가열하기 위하여 개시 단계에서 소정 기간 동안 정격치 이상의 램프 전류 또는 램프 전력을 공급하고, 이 공급되는 램프 전류 또는 램프 전력을 정격치까지 감소시켜 상기 방전램프의 광출력을 신속하게 상승시킬 수 있는 구성을 갖는다.

또한, 점등회로는 음향공명 주파수의 주파수 성분을 갖는 점등파형을 선택하는 수단 중에서 적어도 하나 이상의 수단을 변경시키기 위하여 램프 특성을 검출하는 램프 특성 검출수단과, 방전아크로부터 방출되는 압축파의 진폭을 증폭시키기 위하여 점등파형을 선택하는 수단과, 방전램프의 램프 특성 변화에 따라 정격치 이상의 램프 전류 또는 램프 전력을 공급하고 이 공급되는 램프 전류 또는 램프 전류를 정격치로 감소시키는 수단을 포함하며, 상기 램프 특성 검출수단은 램프 전압, 램프 임피던스, 점등 출력, 발광튜브 온도 또는 점등 후의 경과 시간을 검출한다.

또한, 점등회로는 방전아크를 직선으로 되게 하는 모드를 여기시키는 음향공명 주파수의 주파수 성분을 갖는 리플파형이 중첩된 직류를 출력하는 직류 전원을 포함하고, 상기 리플파형을 갖는 점등파형이 상기 방전램프에 공급되는 것을 특징으로 한다.

또한, 인버터회로는 점등회로에 포함되어 직류전원 B의 출력을 교류로 변환시킨다.

또, 직류 전원 B는 온/오프 동작하는 적어도 하나의 스위칭소자를 구비하고, 상기 스위칭 소자의 온/오프 사이클이 변화됨으로써, 상기 방전램프에 공급되는 리플파형의 주파수를 변화시키며, 상기 스위칭소자의 온의 주기 비율이 변화됨으로써 상기 방전램프에 공급되는 전류 또는 전력을 변화시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 방전램프 점등장치는 방전램프와, 상기 방전램프에 소정의 점등파형을 공급하여 상기 방전램프를 점등시키는 점등회로와, 상기 방전램프로부터 방출되는광을 소정의 방향으로 조사하는 광제어수단을 구비하며, 점등파형은 방전아크를 직선으로 되게 하는 모드를 여기시키는 음향공명 주파수의 주파수 성분을 가지며, 방전아크의 형상을 변화시키기 위하여 상기 음향공명 주파수의 주파수 성분의 비율을 변화시킴으로써 적어도 2개의 광도분배 패턴을 형성할 수 있는 것을 특징으로 한다.

또, 2개의 광도분배 패턴은 차량용 헤드라이트에 형성되고, 제 1 광도분배 패턴을 패싱빔으로 이용하고 제 2 광도분배 패턴을 주행빔으로 이용하여, 자주 사용되는 빔인 경우 상기 방전램프의 방전아크의 형상이 거의 직선으로 되는 것을 특징으로 한다.

이상의 구성에 의하여, 순간값이 음향공명 주파수, 특히 일반식(수학식 1)에 의하여 구하여지는 주파수 f로 시간에 따라 변하는 파형이 방전램프에 공급될 경우, 본 발명은 동일 종류의 많은 방전램프의 정격 점등시에 방전아크의 어떠한 변동이나 단절없이 고주파로 안정적으로 점등을 할 수 있으며, 방전램프의 방전아크도 직선으로 할 수 있다.

본 발명의 방전램프 점등장치가 방전아크의 어떠한 변동이나 단절없이 안정적으로 점등될 수 있고, 또한 방전아크의 모양이 직선으로 되는 이유는 방전아크로 부터 방출되는 압축파로부터 추론될 수 있다. 방전램프에 공급되는 전력의 주기적 변화에 의하여 방전아크에서의 가스 압력이 주기적으로 변하게 된다. 이러한 가스 압력의 주기적 변화는 방전아크로부터 전체 주변 방향으로 방출되는 압축파가 된다. 방전아크로부터 전체 주변 방향으로 방출되는 압축파는 튜브벽 방향으로 진행되고(진행파), 튜브벽에 의하여 반사된다(반사파). 이들 2개의 압축파(진행파와 반사파)의 변위에서 차이가 있으면, 방전아크는 이들 2개의 압축파의 변위가 작게되는 위치로 이동해야 한다.

고주파인 음향공명 주파수의 파형, 특히 일반식(수학식 1)에 의하여 구해지는 주파수 f의 파형이 방전램프에 공급되면, 방전아크가 방전램프의 전극축(예컨대, 방전램프의 전극축에 직교하는 부분의 길이를 포함하는 부분의 모양이 원형일 때, 그 원의 중심)에 직교하는 부분의 길이를 포함하는 부분에서, 튜브벽에 대하여 동일한 거리를 갖는 위치에서, 진행파와 반사파의 변위는 항상 동일한 레벨로 제어될 수 있으며, 방전램프는 방전아크의 이동없이 안정적으로 점등될 수 있고, 따라서 방전아크의 모양이 직선으로 된다. 이 경우, 방전램프의 전극축에 직교하는 부분의 길이를 포함하는 부분에서는 2개의 압축파(진행파와 반사파)가 간섭을 일으켜 정재파가 된다. 정재파가 되는 주파수조건은 무한적으로 존재하나, 정재파의 노드(진행파와 반사파의변위가 항상 동일 레벨이 되는 지점)가 한 개만 존재할 때에는 방전아크가 안정되게 된다. 다수의 노드가 존재하는 주파수에서는 방전아크는 불안정하게 된다.

결론적으로, 방전아크는 방전램프의 정격 점등시에 변동이나 단절없이 또한 방전램프가 수평 점등되어도 만곡되지 않고 안정적으로 직선으로 되기 때문에, 방전공간의 상부에 있는 실리카 유리와 방전아크간의 거리가 커지게 되고 실리카 유리의 국부 온도 상승이 작아지게 된다. 또한, 방전공간의 하부의 최냉각점의 온도는 상승하게 된다.

또, 방전아크를 직선으로 되게 하는 모드를 여기시키는 음향공명 주파수의 주파수 성분을 갖는 점등파형을 공급하고 정격 점등시에 음향공명 주파수 이상의 점등 주파수를 점등 직후에 설정하며, 방전공간내의 충전물의 증기압이 낮은 기간 동안에 방전아크로부터 방출되는 압축파의 진폭을 증폭시킴으로써, 방전램프의 변동이나 단절없이 항상 직선의 방전아크를 형성할 수 있게 된다. 이는, 방전공간내의 충전물의 증기압이 방전램프의 점등 직후 낮아져 방전아크로부터 방출되는 압축파의 진폭은 작아지고 방전램프의 전극축에 직교하는 부분에서 정재파가 발생되기 때문이다. 그러나, 정재파의 비노드에서의 진폭 변화는 작으므로 방전아크는 직선 상태로 안정화될 수 없다. 방전공간내의 충전물의 증기압이 낮은 기간 동안에 방전 아크로부터 방출되는 압축파의 진폭을 증폭시킴으로써 정재파의 비노드의 진폭이 크게 된다. 따라서 정재파의 노드에서 방전아크는 안정화되고 직선으로 된다.

또한, 정재파가 발생되는 모드에서 방전아크로부터 방출되는 압축파의 진폭을 변화시킴으로써, 방전아크의 모양은 적어도 직선 모양으로부터 대류에 의하여 만곡된 모양으로 연속적으로 변화될 수 있다. 방전램프가 반사체와 결합되어 사용될 때, 방전아크의 모양이 변화하면 광도분배 패턴이 변하게 된다.

즉, 다수의 광도분배 패턴은 압축파의 진폭을 변화시키기 위하여 점등파형을 변화시켜서 형성될 수 있다. 방전램프가 차량용 헤드라이트의 광원으로 사용되는 경우, 제 1 광도분배 패턴이 패싱빔으로 이용되고 제 2 광도분배 패턴이 주행빔으로 이용되면, 패싱빔과 주행빔은 하나의 방전램프에 의해 전환이 가능하게 된다.

실시예

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다. 먼저, 방전램프가 일반식(수학식 1)에 의하여 결정되는 음향공명 주파수인 주파수 f(= V/2L, V는 방전 공간 매질내의 음향 속도, L은 방전램프의 전극축에 교차하는 부분의 길이)로 점등되는 경우의 실험 결과에 대하여 설명한다.

실험에 사용된 방전램프는 3가지 종류의 할로겐화금속 램프 A, B, C이다. 할로겐화금속 램프 A는 전극축을 포함하는 단면이 전극간의 중심부분 부근에 평탄부를 갖는 타원형이며, 전극축과 직교하는 단면이 거의 원형인 방전공간을 갖는 램프이다. 또, 할로겐화금속 램프 B, C는 전극축을 포함하는 단면이 거의 타원형(할로겐화금속 램프는 원형에 가까운 타원형임)이고, 전극축과 직교하는 단면이 거의 원형인 방전공간을 갖는 램프이다.

상기 램프들의 전극축을 포함하는 단면의 형상과, 방전아크에 교차하는 방전 공간의 길이인 전극간 중심을 포함하는 전극축과 직교하는 단면의 길이 L(전극축과 직교하는 단면이 원형이기 때문에 원의 직경으로 함)의 실측값과, 충전물의 종류, 그 충전량, 방전공간의 용적 등을 고려하여 실험적으로 구한 방전공간 매질에서의 음향속도 V의 값을 표 1로 나타낸다.

첨언하면, 표 1의 전극축을 포함하는 단면의 형성에서, 1은 할로겐화금속 램프 A의 방전공간을 형성하는 실리카 유리이고, 2와 3은 전극이며, 이 전극(2, 3) 사이에서 방전아크가 발생한다. 4는 할로겐화금속 램프 B의 방전공간을 형성하는 실리카 유리이고, 5와 6은 전극이며 이 전극(5, 6) 사이에서 방전아크가 발생한다. 이와 마찬가지로, 7은 할로겐화금속 램프 C의 방전공간을 형성하는 실리카 유리이고, 8과 9는 전극이며 이 전극(8, 9) 사이에서 방전아크가 발생한다.

또한, 할로겐화금속 램프 A, B, C는 방전공간 매질내에서의 음향 속도 V는 동일하나, 전극들간의 중심을 포함하는 전극축에 직교하는 부분의 길이 L은 상이하다(즉, 방전공간의 형상이 상이하다).

표 1에 나타낸 조건을 일반식(수학식 1)에 대입하여 점등주파수 f를 구한 결과를 표 2로 나타낸다.

표 2에 있는 점등주파수 f(76.7kHz)의 정현파 전류 파형을 할로겐화금속 램프 A에 공급하고 수평 점등시킨 경우와 종래 기술인 400Hz의 구형파 전류 파형을 할로겐화금속 램프 A에 공급하여 수평 점등시킨 경우에 대하여, 방전아크의 형상, 방전아크의 만곡의 크기(전극축과, 전극간 중심을 포함한 전극축과 직교하는 단면에서의 방전아크의 최고 휘도점과의 거리), 발광 효율, 실리카 유리의 상부 표면의 최고 온도 및 하부 표면의 최저 온도를 비교 검토한 결과를 도 1에 나타내고 있다. 점등주파수 f(76.7kHz)의 정현파 전류파형으로 할로겐화금속 램프 A를 점등시킨 경우, 정격 점등시에 방전아크의 변동이나 중단 없이, 또한 방전아크의 만곡이 거의 없이 직선 형태의 방전아크로 안정되게 점등시키는 것이 가능하다. 또한, 본 실험에서는 74.6kHz∼77.7kHz의 주파수 범위에서 방전아크가 안정되게 직선으로 되었다.

또한, 표 2에 나타나 있는 점등주파수 f(23.0kHz)의 정현파 전류 파형과 삼각파 전류 파형이 할로겐화금속 램프 B에 공급되어 이 램프를 수평 점등시킨 경우와, 종래 기술인 120kHz의 구형파 전류파형이 할로겐화금속 램프 B에 공급되어 이 램프를 수평 점등시킨 경우에 대하여, 방전아크의 형상, 방전아크의 만곡의 크기, 발광 효율, 실리카 유리의 상부 표면의 최고 온도 및 실리카 유리의 하부 표면의 최저 온도의 비교 결과를 도 2에 나타내고 있다. 할로겐화금속 램프 B를 230kHz의 점등 주파수의 정현파 전류 파형이나 삼각파 전류 파형으로 점등시킨 경우, 정격 점등시에 방전아크의 변동이나 중단 없이 또한 방전아크가 만곡이 거의 없는 직선 형태로 안정되게 점등되었다. 또한, 본 실험에서 방전아크는 22.4kHz∼23.7kHz의 주파수 범위에서 안정되게 직선으로 되었다.

또, 표 2에 있는 점등주파수 f(17.8kHz)의 정현파 전류 파형이 할로겐화금속 램프 C에 공급되어 이 램프를 수평 점등시킨다 하더라도 마찬가지로 정격 점등시에 방전아크의 변동이나 중단 없이 직선 형태의 방전아크로 안정되게 점등되었다.

이상 설명한 바와 같이, 종래의 구형파 점등 방식으로 점등할 때 방전아크의 형상이 대류의 작용에 의하여 위로 만곡되는 것에 대하여, 일반식(수학식 1)으로부터 구한 음향공명 주파수인 점등 주파수 f의 정현파 전류파형 또는 삼각파 전류파 형을 방전램프에 공급하는 경우에는 방전램프의 형상은 거의 일직선 형태로 안정되게 점등하는 것이 가능하다. 이것은 할로겐화금속 램프 A, B 및 C의 전극축에 직교하는 부분이 원형이고, 각각의 램프가 일반식(수학식 1)으로부터 구한 주파수 f로점등될 때, 방전아크로부터 전체 주변 방향으로 방출되는 압축파가 전극축에 직교하는 원형부분의 중심인 전극축상에서 진행파와 반사파의 변위를 동일한 레벨로 제어할 수 있어 방전아크가 이동함이 없이 안정하게 되어, 그 결과 전극들간의 중심에서 전극축상에 방전아크가 위치하게 되기 때문이다.

또한, 할로겐화금속 램프 A, B 및 C를 반사체와 결합시켜 광배열을 제어할 때, 일반적으로 반사체의 광축상에 방전아크를 배치하지만, 방전아크의 형상이 일직선 모양으로 되기 때문에, 반사체의 광축에 대하여 방전아크의 형상이 상하 대칭 형상으로 될 수 있고, 반사체의 광축을 포함하여 방전아크의 단면 형상이 광축을 둘러싸는 전체의 주변 방향에서 모두 동일한 형상으로 된다. 이 때문에, 필요한 광도 분배 특성을 반사체의 광축을 포함하는 하나의 단면에 응용 가능하게 되어 반사체의 설계가 특히 간단하게 되며 간단한 구성의 반사체로도 소기의 효과를 얻을 수 있다.

또한, 도 1과 도 2에 나타낸 특성 비교 결과로부터, 종래의 기술에서는 방전 아크가 위쪽으로 만곡되어 방전아크가 실리카 유리의 상부에 접근하기 때문에 실리카 유리의 상부 표면의 온도가 950℃ 이상 1000℃에 가깝게 된다. 그러나, 표 2에 나타낸 점등 주파수 f로 각각의 할로겐화금속 램프를 점등하면 방전아크의 형상이 일직선 모양으로 되기 때문에, 실리카 유리의 상부 표면의 최고 온도를 90∼105℃ 만큼 저하시킬 수 있다. 일반적으로, 할로겐화금속 램프 A, B 및 C를 형성하는 실리카 유리는 그 온도가 1000℃에 가깝게 되면 급속하게 열화되어 실리카 유리의 실투 또는 변형(팽창)이 발생하지만, 일반식(수학식 1)으로 구한 점등 주파수 f로 점등하면, 실리카 유리의 최고 온도가 되는 실리카 유리의 상부 표면의 최고 온도를 900℃ 이하로 할 수 있기 때문에, 실리카 유리의 열화를 억제할 수 있어 방전램프의 실투나 변형에 기인하는 수명 특성을 크게 개선하는 것이 가능하다. 또한, 방전 아크의 형상이 일직선으로 되면 발광 효율이 대략 10% 향상된다. 그 이유는 실리카 유리의 하부 표면의 최저 온도가 상승하는 실험 결과로부터 판단하면, 램프의 최냉각점 온도가 상승하고 방전공간 내부의 증기압이 상승함으로써 발광 효율이 개선된 것이라 할 수 있다.

도 3은 정현파 전류 파형을 할로겐화금속 램프 A에 공급하는 경우에, 정격 점등시 방전아크를 직선으로 되게 하는 주파수를 4개의 램프에 대하여 구한 실험 결과를 나타내는 도면이다. 빗금친 부분은 방전아크가 직선으로 되는 범위이다. 방전아크가 직선으로 되는 몇 개의 부분들이 50kHz 내지 150kHz의 범위에 존재하나, 4개의 방전램프의 방전아크 모두가 가장 넓은 범위에서 직선으로 되는 범위는 일반식(수학식 1)으로 구한 주파수 f의 부근에 있다. 넓은 범위와 공통의 범위가 존재 함으로써 점등회로의 설계가 용이해진다. 첨언하면, 70kHz 내지 80kHz의 범위 부근에 존재하는 방전아크가 직선으로 되는 범위가 4개 램프마다 약간씩 상이한 이유는 전극축에 직교하는 부분의 길이 차이와 각 램프의 설계 변수 차이에 따른 방전공간 매질내의 음향 속도의 차이 때문이다.

도 4는 일반식(수학식 1)으로 구한 23kHz의 주파수 성분과 다른 주파수 성분을 갖는 파형이 하나 이상의 주파수 성분을 갖는 파형으로 할로겐화금속 램프 B에 공급되는 경우에 23kHz의 주파수의 성분 비율과 방전아크의 만곡의 크기간의 관계를 구한 실험 결과이다. 도 4로부터 일반식(수학식 1)으로 구한 23kHz의 주파수 성분 비율이 증가할수록 방전아크의 만곡은 작아진다. 즉, 23kHz의 주파수 성분의 비율이 증가할수록 방전아크의 형상이 일직선 모양에 가깝게 된다. 또한, 23kHz의 주파수 성분의 비율이 30% 이상 포함되면, 방전아크의 만곡이 크게 감소될 수 있음을 알 수 있다.

이상 도 4의 실험 결과로부터, 점등 주파수를 음향공명 주파수인 일반식(수학식 1)으로 구한 23kHz를 포함하는 소정의 범위에서 변화시킴으로써, 23kHz의 주파수 성분 비율은 조금 감소하지만, 넓은 범위의 주파수 성분을 갖는 파형을 램프에 공급할 수 있기 때문에, 방전램프의 변이[방전램프의 전극축에 직교하는 부분의 길이의 변이, 방전공간 매질내의 음향 속도 V의 변이(충전물의 충전량의 변이, 온도 변이 등)]에 의하여, 일반식(수학식 1)으로 구한 점등 주파수 f가 변이되어도 램프에 공급되는 점등 주파수의 변화 범위내에서는 방전아크의 만곡을 크게 낮출 수 있다. 또한 방전램프에 공급하는 파형은 정현파 뿐만 아니라 2개 이상의 주파수 성분을 갖는 파형, 예컨대, 삼각파, 톱니파, 계단파 등으로도 일반식(수학식 1)으로부터 구해진 점등 주파수 성분을 포함하는 파형이라면 방전아크의 형상을 거의 일직선으로 할 수 있다. 또한, 일반식(수학식 1)으로 구한 주파수 성분의 비율을 변화시킴으로써, 대류에 의하여 직선 모양으로부터 곡면 모양으로 방전아크의 형상을 계속해서 변형시키는 것이 가능하다.

도 5는 실험되고 조사된 할로겐화금속 램프 A의 램프 전압의 변화에 대한 방전공간 매질에서의 음향 속도(정격 점등시의 음향 속도는 1이라고 가정함)의 변화의 비율을 나타낸다. 점등 직후의 램프 전압은 작고 시간의 경과에 따라 상승한다. 첨언하면, 음향 속도와 음향공명 주파수는 1978년 5월 J.Appl. Phys 49(5) 문헌의 2680-2683페이지에 개시되어 있는 바와 같이, 비례관계를 갖는다. 따라서, 방전아크가 직선으로 되도록 모드를 여기시키는 음향공명 주파수는 도 5에 도시된 특성과 같이 변화한다. 즉, 음향공명 주파수는 점등된 후 정격 점등에 도달하기 전에 강하하는 특성을 갖는다. 첨언하면, 방전아크가 정격 점등시 직선으로 되는 주파수는 76.7kHz이다. 도 6은 할로겐화금속 램프 A가 정현파 전류 파형으로 점등될 때의 방전아크의 형상의 변화를 측정하여 평가한 결과를 나타낸다. 도 6은 할로겐화금속 램프 A가 소정의 점등 주파수(76.7kHz)와 소정의 램프 전류(정격 램프 전류, 0.4A)로 점등되는 경우[도 6의 (a)], 소정의 램프 전류(정격 램프 전류, 0.4A)로 점등되고 주파수는 도 5에 도시된 특성에 따라 변화하는 경우[도 6의 (b)], 정격 램프 전류보다 더 큰 램프 전류가 점등직후 공급되고 정격값까지 계속해서 감소하고 주파수는 도 5에 도시된 특성에 따라 주파수가 변화하는 경우[도 6의 (c)]의 결과를 나타내고 있다. 도 6의 (a)의 조건하에서, 점등의 초기 단계에서 약 15초간 방전아크의 큰 이동으로 인하여 안정되고 직선인 방전아크를 얻을 수 없지만, 그 후에는 안정되는 직선인 방전아크를 얻을 수 있었다. 도 6의 (b)의 조건하에서, 점등의 초기 단계에서의 방전아크의 이동은 작고 이동되는 주기도 짧아진다. 또한, 도 6의 (c)의 조건하에서는 점등의 전체 기간 동안에 방전아크의 이동이나 만곡 없이 직선의 방전아크를 항상 유지할 수 있었다. 점등직후부터 안정되고 직선인 방전아크를 얻기 위하여는 정격 램프 전류의 대략 3배되는 전류를 공급하는 것이 바람직하다.

방전아크를 직선으로 되게 하는 현상은 음향공명의 여기에 의하여 방전아크를 직선으로 만드는 힘이 대류에 의하여 발생되는 방전아크를 만곡시키는 부력보다 더 클 경우에 생긴다. 점등의 초기 단계에서 방전아크의 이동이나 만곡을 방지하여 안정되고 직선적인 방전아크를 형성하기 위하여는 먼저 점등후 정격 점등에 도달할 때까지 점등 주파수를 낮추는 것이 효과적이다. 다음으로, 점등의 초기 단계에서는 방전공간내의 충전물의 증기압이 낮고 방전아크로부터 방출되는 압축파의 진폭이 작아 음향공명의 여기 레벨을 작게하고, 이에 의하여 방전아크를 직선으로 만드는 힘이 작기 때문에, 음향공명의 여기 레벨을 크게 하기 위하여는 점등 직후에 램프 전류를 정격 램프 전류 이하로 만들고 초기 단계에서 방전아크로부터 방출되는 압축파의 진폭을 증폭시키는 것이 효과적이다.

이하, 구체적인 실시예들에 대하여 설명한다.

음향공명 주파수, 특히 일반식(수학식 1)에 의하여 구해지는 주파수로 방전 램프를 점등시키는 방전램프 점등장치의 제 1 실시예의 구체적인 구성이 도 7에 도시되어 있다.

도 7에서, 도면부호 11은 방전램프로서 할로겐화금속 램프 A를 나타내며, 이 할로겐화금속 램프 A(11)는 방전공간을 형성하는 유리 밀봉체가 있는 방전램프이다. 이 방전공간에는 할로겐화금속인 수은, 요오드화나트륨과 요오드화스칸듐의 충전물로서 밀봉되어 있다. 할로겐화금속 램프 A(11)는 수평 점등된다. 도면부호 12는 할로겐화금속 램프 A(11)를 기동 및 점등시키기 위한 점등회로이다. 이 점등회로(12)는 상용의 교류전원(13) 및 이 교류전원(13)의 출력을 직류로 변환시키는 교류-직류 변환회로(14)로 구성되는 직류전원(15)과; 트랜지스터(16, 17), 커패시터(18), 트랜지스터(16, 17)의 온/오프를 제어하는 구동회로(19)로 구성되는 인버터 회로로서 직류 전원공급장치(15)의 출력을 교류로 변환시키는 직렬 인버터회로(20)와; 할로겐화금속 램프 A(11)의 램프 전류를 정격 전류로 제한시키는 리액터인 초크코일(21)과; 할로겐화금속 램프 A(11)를 기동시키기 위한 고전압 펄스를 발생시키는 기동수단(22)으로 이루어진다. 이 기동수단(22)은 할로겐화금속 램프 A(11)가 점등될 때 고전압 펄스의 발생을 정지시키는 구성을 갖는다. 또한, 구동회로(19)는 직렬 인버터회로(20)로부터 출력되는 교류 주파수가 음향공명 주파수인 일반식(수학식 1)으로 구한 주파수인 76.7kHz가 되도록 트랜지스터(16, 17)의 온/오프를 제어하는 구성을 갖는다.

이러한 구성에 의하여, 교류-직류 변환회로(14)에 의하여 교류 전원(13)의 출력이 직류로 변환된 후에 직렬 인버터회로(20)는 구동회로(19)의 출력 신호로서 트랜지스터(16, 17)의 온/오프를 제어함으로써 76.7kHz의 교류를 출력한다. 할로겐화금속 램프 A(11)가 점등될 때까지 기동수단(22)으로부터 고전압 펄스가 할로겐화 금속 램프 A(11)에 인가되고, 할로겐화금속 램프 A(11)가 점등될 때 이 램프 A(11)는 전원으로서 직렬 인버터회로(20)에서의 76.7kHz의 특정 교류 출력을 이용함으로써 점등을 유지한다. 이 때, 전류는 쵸크코일(21)에 의하여 제한된다. 도 8은 할로겐화금속 램프 A(11)가 점등될 때의 램프 전류 파형을 나타낸다. 할로겐화금속 램프 A(11)에는 76.7kHz의 삼각파 파형에 가까운 전류 파형이 공급된다. 이 경우, 방전아크가 발견되면, 점등직후 약 15초 동안 방전아크에 요동이 생기지만, 그 후 방전아크의 형상은 직선으로 되고 방전램프는 방전아크의 만곡 크기가 0.05mm로서 방전아크의 요동이나 단절없이 안정되게 점등된다. 이것은 상기 실험에 의하여 구해진 76.7kHz의 정현파 파형이 인가될 때의 방전아크의 형상과 유사하다.

이상과 같이, 제 1 실시예의 구성에 의하여, 점등의 초기 단계를 제외하고 점등기간 동안 방전아크의 형상이 거의 직선으로 되기 때문에, 실리카 유리의 상부 온도가 강하하고, 이에 따라 연화 현상으로 인한 실리카 유리의 열화, 즉 실투 및 변형(팽창)이 억제되어 할로겐화금속 램프 A(11)의 수명이 크게 개선될 수 있으며, 발광 효율도 향상된다. 또한, 광배열을 제어하기 위하여 방전램프를 반사체와 결합하여 사용하는 경우, 반사체의 설계가 매우 간단하게 되며 간단한 구조를 갖는 반사체로도 소기의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 76.7kHz의 고주파수로 방전램프를 점등시키는 것이 가능하게 되므로, 매우 작은 쵸크코일(21)로도 할로겐화금속 램프 A(11)의 전류 제한 기능을 수행하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 점등회로의 구성을 간단하게 하여 점등회로의 소형화, 경량화 및 저렴화를 달성할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 제 2 실시예에 대하여 설명한다. 제 2 실시예의 구체적인 구성은 도 9에 도시되어 있다. 도 9에서, 할로겐화금속 램프 A(11)와 상용의 교류 전원(13)과, 이 교류 전원(13)의 출력을 직류로 변환하는 교류-직류 변환회로(14)로 구성되는 직류 전원과; 쵸크코일(21)과; 기동수단(22)은 제 1 실시예와 동일하다. 제 1 실시예와 다른 것은 점등회로(23)의 구성요소로서 인버터회로인 직렬 인버터 회로(24)의 구성이다. 이 직렬 인버터회로(24)는 트랜지스터(25, 26), 커패시터(27), 트랜지스터(25,26)의 온/오프를 제어하는 제어회로(28) 및 점등회로(23)가 동작을 개시한 이후의 시간에 따라 신호를 출력하는 타이머회로(29)로 구성된다. 구동회로(28)와 타이머회로(29)는 트랜지스터(25, 26)의 온/오프를 제어하는 주파수가 타이머회로(29)의 출력 신호에 따라서 구동회로에 의하여 변화될 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 할로겐화금속 램프 A(11)의 점등의 초기 단계에서 트랜지스터(25, 26)의 온/오프는 76.7kHz 이하의 주파수의 교류 출력이 직렬 인버터회로(24)로부터 출력되나 점등주파수는 시간의 경과에 따라 점차적으로 증가되도록 제어되며, 할로겐화금속 램프 A(11)의 정격 점등시에는 트랜지스터(25, 26)의 온/오프는 직렬 인버터회로(24)로부터 출력되는 교류 점등주파수가 음향공명 주파수, 즉 일반식(수학식 1)에 의하여 구한 주파수인 76.7kHz가 되도록 제어된다. 또, 쵸크코일(21)은 할로겐화금속 램프 A(11)의 76.7kHz의 정격 점등시에 정격 램프 전류가 흐르도록 하는 인덕턴스를 갖도록 되어 있다.

이상의 구성에 의하여, 할로겐화금속 램프 A(11)가 점등될 때까지 기동 수단(22)으로부터 할로겐화금속 램프 A(11)에 고전압 펄스가 인가되고, 할로겐화금속 램프 A(11)가 점등될 때, 할로겐화금속 램프 A(11)는 직렬 인버터회로(24)의 교류 출력을 전원으로 이용하여 점등을 유지하며, 전류는 쵸크코일에 의하여 제한된다. 이 경우, 할로겐화금속 램프 A(11)의 점등의 초기 단계에서 주파수는 76.7kHz보다 낮아지게 되고 쵸크코일(21)의 임피던스도 작아져서, 정격 램프 전류보다 높은 전류가 할로겐화금속 램프 A(11)에 공급되며, 점등주파수는 시간의 경과에 따라 점차 상승하여 76.7kHz에 이르게 됨으로써, 램프 전류는 소정의 기울기로 정격 램프 전류까지 감소하게 된다. 또한, 직렬 인버터회로(24)로부터 출력되는 교류 주파수는 할로겐화금속 램프 A(11)의 정격 점등시에 일반식(수학식 1)으로 구한 음향공명 주파수인 76.7kHz가 된다. 이러한 구성에 의하여, 할로겐화금속 램프 A(11)의 점등의 초기 단계에서 정격 램프 전류보다 큰 전류가 흐르게 되므로, 할로겐화금속 램프 A(11)의 광출력을 정격치까지 빠르게 상승시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 정격 점등시에, 방전아크의 형상은 직선으로 되기 때문에, 제 1 실시예와 유사한 효과를 얻는 것이 가능하다. 또한, 정격 점등에 도달하는 시간이 짧아지기 때문에 점등의 초기 단계에서 방전아크가 이동하는 시간을 짧게할 수 있어 방전아크를 직선으로 되도록 하는 것을 신속하게 할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 제 3 실시예에 대하여 설명한다. 제3 실시예의 구체적인 구성은 도 10에 도시되어 있다. 도 10에서, 도면부호 31은 방전램프인 할로겐화 금속 램프 A를 나타내며, 이 할로겐화금속 램프 A는 수평 점등된다. 도면부호 32는 할로겐화금속 램프 A(31)를 기동 및 점등시키기 위한 점등회로로서, 출력 전압을 변화시킬 수 있는 직류 전원 A(40)와, 직류 전원 A(40)의 출력을 음향공명 주파수의 교류로 변환시키는 인버터회로 A인 직렬 인버터회로(44)와, 할로겐화금속 램프 A(31)에 공급되는 램프 전류값을 검출하는 램프 전류 검출회로(50)와, 할로겐화금속 램프 A(31)에 공급되는 램프 전력값을 검출하는 램프 전력 검출회로(51)로 구성되어 있다. 직류 전원 A(40)는 배터리(33)와 강압 쵸퍼회로(39)로 이루어져 있으며, 강압 쵸퍼회로(39)는 배터리(33)의 출력을 입력으로 하여 할로겐화금속 램프 A(31)에 공급되는 램프 전력을 소정의 값으로 제어하기 위한 출력 전압을 가변시킬 수 있는 트랜지스터(34), 다이오드(35), 쵸크코일(36), 커패시터(37) 및 트랜지스터(34)의 온/오프를 제어하기 위한 제어 신호를 출력하는 제어 회로(38)로 구성되어 있다. 또한, 직렬 인버터회로(44)는 할로겐화금속 램프 A(31)의 램프 특성인 램프 전압을 검출하는 램프 검출회로(47)와 램프 전압이 최저로 되는 점등 주파수로 제어하는 구성의 구동회로(48)로 구성되는 제어수단(49)과, 구동회로(48)의 출력 신호에 의하여 온/오프 제어되는 트랜지스터(71,72)와 커패시터(73)로 구성되어, 직류 전원 A(40)의 출력을 입력으로 하여 램프 전압이 최저로 되는 주파수의 교류로 변환하여 출력한다. 또한, 램프 전력 검출회로(51)는 램프 전압 검출회로(47)의 출력 신호인 램프 전압에 비례하는 신호와 램프 전류 검출회로(50)의 출력 신호인 램프 전류에 비례하는 신호를 입력시켜 램프 전력을 연산하는 구성이며, 제어 회로(38)는 램프 전력 검출회로(51)의 출력 신호를 입력으로 하여 트랜지스터(34)의 온/오프를 제어한다. 또, 기동수단(45)은 할로겐화금속 램프 A(31)가 점등될 때에 고 전압 펄스의 방생을 정지시키는 구성이다. 또한, 쵸크코일(45)은 할로겐화금속 램프 A(31)가 정격 점등되고 있을 때에 정격 램프 전류가 흐르도록 하는 인덕턴스를 갖는다.

이상의 구성에 의하면, 할로겐화금속 램프 A(31)가 기동수단(46)으로부터 발생되는 고전압 펄스로 점등될 때에 기동수단(46)은 동작을 정지한다. 할로겐화금속 램프 A(31)가 점등된 후, 제 1 실시예의 경우와 유사하게 삼각파에 가까운 전류 파형이 직렬 인버터회로(44)로부터 할로겐화금속 램프 A(31)에 공급되어 점등을 유지한다. 이 경우, 직렬 인버터회로(44)는 램프 전압이 최저가 되도록 점등 주파수가 제어된다. 램프 전압이 최저가 되는 것은 방전 길이가 최단이 되는 경우로서 방전아크의 형상이 일직선으로 되는 때에 램프 전압이 최저가 된다. 이러한 특성을 이용하여 램프 전압이 최저가 되도록 점등 주파수를 제어하면, 항상 음향공명 주파수인 일반식(수학식 1)으로 구한 점등 주파수에서 점등이 가능하다.

여기에서, 할로겐화금속 램프 A(31)의 방전공간 매질내의 음향 속도가 갖는 특성에 대하여 설명한다. 방전공간 매질내의 음향 속도 V는 램프내의 충전물과 방전공간내의 온도 T 등으로부터 결정되어 일반식으로서 수학식 2가 공지되어 있다.

[수학식 2]

여기에서, r = 정압비열/정적비열

R = 기체상수

T = 방전공간내의 온도

M = 충전물의 평균 원자량

방전공간내의 평균 온도가 변하면 음향 속도 V도 변화한다. 즉, 램프 전류를 가변하여 광을 조절하거나, 방전공간내의 평균온도가 정격 점등시의 온도에 도달할 때까지의 점등초기의 기간은 방전공간내의 평균 음향 속도가 정격 점등시의 음향 속도와는 다르다. 또, 할로겐화금속 램프 A(31)내의 충전물이나 그 봉입량이 변화하면, 방전공간내의 평균 음향 속도가 변화하는 것은 명백하기 때문에, 방전공간내의 평균 음향 속도는 램프 및 그 점등 상태에 의하여 결정되는 고유의 값을 갖는다. 또한, 각 램프에서 변이가 생기면, 일반식(수학식 1)에 의하여 구해진 주파수가 변하고, 이에 따라 직렬 인버터회로(44)의 출력 주파수가 제어수단(49)에 의하여 변화한다. 따라서, 쵸크코일(45)의 임피던스가 변화되어 할로겐화금속 램프 A(31)에 공급되는 램프 전압이 변화한다. 그러나 램프 전력 검출회로(51)로 램프 전력을 검출하여 제어 회로(38)로 트랜지스터(34)의 온/오프를 제어하고, 강압 쵸퍼회로(39)의 출력 전압을 변화시키는 것이 가능하므로, 동일 종류의 램프의 제조 오차와 시효 연화로 인하여 방전공간 매질내의 음향 속도와 전극축에 직교하는 부분의 길이와 일반식(수학식 1)에 의하여 구해진 점등주파수에 변이나 변화가 생기더라도 램프 전력을 소정값으로 제어될 수 있다.

다음으로, 본 발명의 제 4 실시예에 대하여 설명한다. 도 11은 제 4 실시예의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 11에서, 도면부호 52는 상술한 할로겐화금속 램프 A이다. 도면부호 53은 소정의 파형을 할로겐화금속 램프 A(52)에 공급하여 점등시키는 점등회로이다. 점등회로(53)는 할로겐화금속 램프 A(52)에 충분한 전압을 인가하여 할로겐화금속 램프 A(52)의 방전을 개시시키는 기동수단(54)과, 할로겐화 금속 램프 A(52)의 램프 특성인 램프 임피던스를 검출하는 램프 특성 검출수단(55)과, 방전아크를 직선으로 되게 하는 모드를 여기시키는 음향공명 주파수의 주파수 성분을 갖는 점등파형을 선택하는 수단으로서 램프 전류의 주파수를 결정하는 주파수 가변수단(56)과, 방전아크로부터 방출되는 압축파의 진폭을 증폭하기 위하여 점등파형을 선택하는 수단으로서 램프 전류의 실효값을 결정하는 램프 전류값 가변수단(57)과, 주파수 가변 수단(56)과 램프 전류값 가변 수단(57)에 의하여 각각 결정된 주파수와 실효값을 갖는 램프 전류를 할로겐화금속 램프 A(52)에 공급하는 점등파형 공급수단(58) 및 점등파형 공급수단(58)에 전력을 공급하는 전원(59)으로 구성된다. 주파수 가변수단(56)과 램프 전류값 가변수단(57)은 램프 전류 파형이 램프 특성 검출수단(55)에 의하여 검출되는 램프 임피던스의 변화에 따라 소정 주파수와 실효값을 갖도록 결정되는 구성이다. 할로겐화금속 램프 A(52)에 공급되는 램프 전류 파형은 방전아크로부터 압축파가 발생되도록 순간값이 항상 변하는 교류 파형, 예컨대, 사인파나 삼각파를 공급한다. 도 12의 (a)와 (b)는 각각 할로겐화금속 램프 A(52)가 점등된 후 정격 점등되기 전에 램프 임피던스의 변화에 대한 방전 아크를 직선으로 만드는 음향공명 주파수의 실험적으로 구한 변화율[도 12의 (a)]과, 램프 임피던스의 변화에 대한 램프 전류 실효값의 변화율[도 12의 (b)]의 결과를 나타내고 있다. 점등 직후의 램프 임피던스는 작으며, 점등시간의 경과에 따라 상승한다. 첨언하면, 정격 점등시의 램프 임피던스는 200Ω이다. 도 12의 (a)로부터 알 수 있는 바와 같이, 음향공명 주파수는 할로겐화금속 램프 A(52)가 점등된 후 정격 점등에 도달할 때까지 소정의 기울기로 강하한다. 첨언하면, 정격 점등시 방전아크를 직선으로 만드는 음향공명 주파수는 상술한 실시예에서와 같이, 대략 76.7kHz이다. 주파수 가변수단(56)은 도 12의 (a)에 나타난 관계를 갖기 위하여 램프 특성 검출수단(55)에 의하여 검출된 램프 임피던스의 변화에 따라 점등주파수를 변화시킨다. 이와 동시에, 램프 전류값 가변 수단(57)은 도 12의 (b)에 나타난 관계를 갖기 위하여 램프 특성 검출수단(55)에 의하여 검출된 램프 임피던스의 변화에 따라 램프 전류의 실효값을 변화시킨다.

이러한 구성에 의하여, 할로겐화금속 램프 A(52)가 점등될 때, 램프 임피던스는 낮은 레벨로부터 정격 점등시의 램프 임피던스인 200Ω까지 점차적으로 상승한다. 램프 특성 검출수단(55)에 의하여 검출되는 램프 임피던스에 따른 램프 전류 파형은 할로겐화금속 램프 A(52)에 공급된다. 이 경우, 공급되는 램프 전류 파형은 점등주파수가 할로겐화금속 램프의 점등후 정격 점등에 도달할 때까지 방전아크를 직선으로 되게 하는 음향공명 주파수의 변화와 동일한 방식으로 강하되고, 방전아크로부터 방출되는 압축파의 진폭을 증폭시키기 위하여 방전공간에의 충전물의 증기압이 낮은 점등의 초기 단계에서 정격 램프 전류 이상의 전류가 공급되어 음향공명의 여기 레벨이 커지게 하는 구성을 갖는다. 또한, 할로겐화금속 램프 A(52)는 전체 점등기간 동안(점등 직후부터 정격 점등까지) 직선 방전아크를 형성 및 유지할 수 있다. 방전아크에서 만곡이나 이동이 생기는 기간이 없기 때문에 방전램프의 수명이 연장될 수 있으며, 점등 초기단계에서의 발광 효율도 개선된다. 또, 방전램프를 반사체와 결합하여 사용하는 경우에는 전체 점등기간 중에 광도 분배 특성을 거의 일정하게 되도록 할 수 있다. 또한, 압축파의 진폭을 증폭시켜 방전아크가 점등 직후 방전이 안정되고 직선으로 되도록 하기 위하여 점등 직후 정격 램프의 3배 전류를 공급하여 이것을 램프 임피던스의 상승에 응답하여 정격 램프 전류로 감소시키는 것만으로도 충분하다. 그러나, 점등출력이 정격치에 도달한 후에 출력이 거의 일정하게 되도록 제어하는 것은 물론 점등출력을 상승시키기 위해서는, 정격 램프 전류의 6배 내지 7배 전류가 점등 직후 공급되어 도 12의 (b)에 나타난 특성(램프 전류가 정격 임피던스에 따라 연속적으로 감소)으로 램프 전류 실효값을 변화시킨다. 또한, 할로겐화금속 램프 A(52)가 도 12의 (a)의 특성으로 점등되는 경우에는 점등후 정격 점등에 도달하는 시간(램프 임피던스가 200Ω에 도달할 때까지의 시간)은 대략 30초이고, 점등출력이 정격치에 도달하는 시간은 점등후 대략 5초이다.

본 발명의 제 5 실시예의 구체적인 구성은 도 13에 도시되어 있다. 도 13에서, 도면부호 61은 방전램프로서의 할로겐화금속 램프 A이고, 도면부호 62는 할로겐화금속 램프 A(62)에 소정의 점등파형을 공급하여 점등시키는 점등회로이다. 점등회로는 방전아크를 직선으로 되게 하는 모드를 여기시키는 음향공명 주파수의 주파수 성분을 갖는 리플 파형이 중첩되는 직류를 출력하는 직류 전원 B(63)와, 직류 전원 B(63)의 출력을 교류로 변환시키는 인버터회로 B인 풀브리지 인버터회로(64)와, 기동수단(65) 및 할로겐화금속 램프 A(61)의 램프 특성인 램프 임피던스를 검출하는 램프 특성 검출수단인 램프 임피던스 검출회로(66)로 구성된다. 직류 전원 B(63)는 상용의 교류전원(67)과, 이 교류 전원(67)의 출력을 정류 및 평활화하여 이것은 직류로 변환시키는 정류 및 평활 회로(68)와, 이 정류 및 평활 회로(68)의 출력을 음향공명 주파수의 주파수 성분을 갖는 리플 파형과 중첩되는 직류로 변환시키는 강압 쵸퍼회로(74)로 구성된다. 강압 쵸퍼회로(74)는 스위칭 소자인 트랜지스터(69)와, 다이오드(70)와, 쵸크코일(71)과, 커패시터(72)와 트랜지스터(69)의 온/오프를 제어하는 제어회로(73)로 구성된다. 풀브리지 인버터회로(64)는 트랜지스터(75, 76, 77, 78)와 구동회로(73)로 구성되고, 구동회로(79)의 출력신호에 의하여 트랜지스터(75, 78)가 온(ON)으로 되는 기간과 트랜지스터(76, 77)가 온으로 되는 기간을 교대로 발생시킴으로써 강압 쵸퍼회로(74)의 출력은 400Hz의 교류로변환된 다음 할로겐화금속 램프 A(61)에 공급된다. 또한 램프 임피던스 검출회로(66)는 저항(80, 81, 82)과 램프 임피던스 연산회로(83)로 구성되며, 램프 전압에 비례하는 신호는 저항(80, 81)에 의하여 검출되고, 램프 전류에 비례하는 신호는 저항(82)에 의하여 검출되어, 이들 2개의 신호로부터 램프 임피던스 연산회로(83)에 의하여 램프 임피던스가 연산된다. 램프 임피던스의 연산 결과에 따라 제어회로(73)는 트랜지스터(69)의 온/오프를 제어하는 신호를 출력한다. 또한, 쵸크코일(71)과 커패시터(72)는 강압 쵸퍼회로(74)의 출력을 평활화하는 필터 기능을 한다. 그러나, 본 실시예에서는 완벽하게 평활화되지는 못하며, 강압 쵸퍼회로(74)는 리플 파형이 직류 성분에 중첩되는 파형을 출력한다. 따라서, 쵸크코일의 인덕턴스나 커패시터(72)의 커패시턴스는 작아지게 된다. 그 결과, 강압 쵸퍼회로(74)의 출력 파형은 도 14의 (a)에 도시된 것처럼 되고, 풀브리지 인버터회로(64)의 출력 파형은 도 14의 (b)에 도시된 것처럼, 400Hz의 교류로 변환된 것이 된다. 기동수단은 할로겐화금속 램프 A(61)를 가동시키기 위하여 고전압 펄스가 인가되는 구성를 갖는다. 강압 쵸퍼회로(74)의 출력 파형은 트랜지스터(69)의 온/오프 주기가 변하는 경우에 리플 파형의 주파수만이 변화될 수 있고, 온인 상태의 주기의 배율이 변하는 경우에는 직류 성분의 레벨이 가변되는 것이다. 첨언하면, 교류의 경우와 교류가 직류에 중첩된 경우에 대하여, 음향공명 효과를 비교해 보면, 교류의 경우에는 램프 전력이 교류의 2배 주파수로 변조되고, 교류가 직류에 중첩된 경우에는 전력이 교류와 동일한 주파수로 변조된다. 따라서, 본 실시예에서 리플 파형의 주파수는 상술한 실시예보다 2배 정도 더 높아야 한다. 즉 본 실시예에서 할로겐화금속 램프 A(61)의 정격 점등시에 방전아크가 직선으로 되는 리플 파형의 주파수는 대략 153kHz이다. 따라서, 할로겐화금속 램프 A(61)의 정격 점등시에 트랜지스터(69)의 온/오프 주기는 대략 153kHz로 설정되며, 트랜지스터(69)의 온/오프 주기는 램프 임피던스의 변화에 따라 도 12의 (a)에 나타난 특성을 갖도록 변화한다. 이와 동시에, 트랜지스터(69)의 온인 상태의 주기의 비율은 램프 전류의 실효값이 램프 임피던스의 변화에 따라 도 12의 (b)에 나타난 특성이 되도록 변화한다.

이와 같은 구성에 의하여, 할로겐화금속 램프 A(61)가 기동수단(65)으로부터 발생되는 고전압 펄스로 점등되면, 램프 임피던스 검출 회로(66)는 램프 임피던스를 연산하고, 트랜지스터(69)의 온/오프 주기와 온인 상태의 주기의 사이클은 램프 임피던스의 변화에 따라 도 12의 (a) 및 (b)에 나타난 특성이 되도록 변화되어 할로겐화금속 램프 A(61)를 점등시키게 된다. 이 경우, 쵸크코일(71)의 인덕턴스값과 커패시터(72)의 커패시턴스값은 전체 점등기간 동안 변하지 않기 때문에 램프 임피던스가 작아짐에 따라 리플 파형의 진폭은 커지게 된다. 그 결과, 점등의 초기 단계에서 램프 임피던스가 증가함에 따라 변조 깊이는 작아지게 된다. 첨언하면, 쵸크코일(71)의 인덕턴스와 커패시터(72)의 커패시턴스는 할로겐화금속 램프 A(61)의 정격 점등시에 방전아크를 직선으로 되게 하는 변조 깊이가 고정될 수 있도록 소정의 값으로 설정된다. 그 결과, 방전아크를 직선으로 되게 하는 모드를 여기시키는 리플 파형의 주파수가 정격 점등에 도달할 때가지 음향공명 주파수의 변화와 유사하게 감소하며, 또 충전물의 증기압이 낮은 점등의 초기 단계에서 리플 파형의 변조 깊이가 큰 램프 전류가 공급되어 압축파의 진폭을 증폭시키도록 되어 있다. 이 결과, 할로겐화금속 램프 A(61)는 전체 점등기간(점등 직후부터 정격 점등까지) 동안 직선의 방전아크를 형성 및 유지할 수 있어 제 4 실시예에서와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 램프 전류의 실효값이 400Hz의 교류 성분에 의하여 결정되기 때문에 램프 전류의 실효값 크기에 무관하게 변조 깊이를 쵸크코일(71)과 커패시터(72)에 의하여 자유롭게 설정하는 것이 가능한 이점이 있다. 사인파 전류 파형으로 점등될 때, 대류에 의하여 발생되는 부력에 비하여 음향공명의 여기 레벨이 작기 때문에, 정격 점등시에 직선 방전아크를 형성할 수 없는 방전램프에서도 음향공명의 여기 레벨을 크게 하기 위하여 변조 깊이가 크게 되도록 할 수 있기 때문에 직선의 방전아크를 형성하는 것이 가능하게 된다. 또한, 램프 전류의 실효값이 크게 되지 못하더라도 변조 깊이만을 크게 되도록 변화시킬 수 있기 때문에, 방전램프의 손상을 감소시킬 수 있고 방전램프의 수명을 연장시킬 수 있다. 또, 153kHz의 주파수 성분비를 변화시킴으로써, 방전아크의 만곡을 조절할 수 있다. 즉, 쵸크코일(71)의 인덕턴스나 커패시터(72)의 커패시턴스가 작아짐에 따라 153kHz의 주파수 성분비는 크게 되고 방전아크의 만곡은 작아지게 된다. 따라서, 쵸크코일(71)에 인덕턴스 가변 수단이 부착되거나 커패시터(72)에 커패시턴스 가변 수단이 부착되면 방전아크의 형상을 변화시킬 수 있고, 또 반사체와 결합하여 사용되는 경우에도 광출력의 광도 분배 패턴을 변경하는 것이 가능하다.

이하, 본 발명의 제 6 실시예에 대하여 설명한다. 도 15는 본 발명의 제 6 실시예의 방전램프 점등장치의 구성도로서, 여기서 본 발명의 방전램프 점등장치는차량용 헤드라이트로서 사용되고 있다.

도 15에서 도면부호 85는 방전램프인 할로겐화금속 램프 A이고, 도면부호 84는 할로겐화금속 램프 A(85)를 기동 및 점등시키기 위한 점등회로이다. 도면부호 86은 할로겐화금속 램프 A(85)로부터 방출되는 광을 전방향(fordward)으로 조사하는 포물선형 반사체이다. 도면부호 87은 광배열을 제어하기 위한 외부 렌즈이다. 포물선형 반사체(86)와 외부 렌즈(87)는 할로겐화금속 램프 A(85)로부터 방출되는 광을 소정 방향으로 조사하는 광제어 수단을 구성한다. 점등회로(84)는 할로겐화금속 램프 A(85)에 공급되는 램프 전류 파형을 76.7kHz의 사인파와 400Hz의 구형파로 변환시킬 수 있는 기능을 가지고 있다. 76.7kHz의 경우 방전아크의 형상은 상술한 바와 같이 대략 직선으로 되며, 400Hz의 구형파의 경우에는 방전아크의 형상은 대류의 영향으로 인하여 만곡된 형상을 갖게 된다.

본 발명의 방전램프 점등장치의 동작에 대하여 설명한다. 먼저, 자주 사용되는 빔이 주행빔인 경우에 대하여 설명한다. 할로겐화금속 램프 A(85)의 방전아크(88, 89), 포물선형 반사체(86) 및 외부 렌즈(87)의 배치가 도 16에 도시되어 있다. 도 16의 (a)는 램프 전류 파형이 76.7kHz의 사인파인 경우를 도시한 것으로서, 방전아크(88)는 거의 직선 모양이다. 도 16의 (b)는 램프 전류파형이 400Hz의 구형파인 경우를 도시한 것인데, 여기에서 방전아크(89)는 만곡된 형태를 갖는다. 또한, 광의 조사 방향은 화살표로 표시되어 있다. 할로겐화금속 램프 A(85)는 이 램프의 전극들간의 중심부가 포물선형 반사체(86)의 초점(90)과 일치하도록 배치된다. 이러한 구성에 의하여, 할로겐화금속 램프 A(85)가 도 16의 (a)에도시된 바와 같이, 76.7kHz의 사인파로 점등될 경우 포물선형 반사체(86)의 초점(90)은 방전아크의 거의 중심이 되며, 발광부인 방전아크로부터 방출되는 광은 포물선형 반사체(86)에 의해 반사되어 광축과 대략 평행한 광이 되어 외부 렌즈(87)에 의하여 소정의 방향으로 투사되어 도 18의 (b)에 도시된 바와 같이 주행빔의 광도 분배 패턴을 형성하게 된다. 또한, 할로겐화금속 램프 A(85)가 400Hz의 구형파로 점등되는 경우, 방전아크는 도 16의 (b)에 도시된 바와 같이 만곡된 포물선형 반사체(86)의 초점(90)의 상부에 위치하게 되어 포물선형 반사체(86)에 의하여 반사되는 광은 광축에 대하여 하부 방향으로 향하는 광이 되고, 이 광은 외부 렌즈(86)에 의하여 투사되어 도 18의 (a)에 도시된 바와 같이 패싱빔의 광도 분배 패턴을 형성하게 된다.

다음으로, 자주 사용되는 빔이 패싱빔인 경우에 대하여 설명한다. 할로겐화 금속 램프 A(85)의 방전아크(91, 92)와, 포물선형 반사체(86)와, 도 16의 외부 렌즈(87) 및 다른 외부 렌즈(83)의 배치가 도 17에 도시되어 있다. 도 17의 (a)는 램프 전류 파형이 400Hz이 구형파인 경우를 나타내고 있으며, 도 17의 (b)는 램프 전류 파형이 76.7kHz의 사인파인 경우를 나타내고 있다. 광의 조사 방향은 화살표로 표시되어 있다. 할로겐화금속 램프 A(85)는 포물선형 반사체(86)의 초점(90)이 400Hz의 구형파에 의한 점등시 방전아크가 금속 할로겐 램프 A(85)의 전극들간의 중심에 직교하는 부분에 위치되어 있다.

이러한 구성에 의하여, 할로겐화금속 램프 A(85)가 400Hz의 구형파로 점등되는 경우, 포물선형 반사체(86)의 초점(90)은 도 17의 (a)에 도시된 바와 같이 방전아크의 거의 중심이 되며, 발광부인 방전아크로부터 방출되는 광은 포물선형 반사체(86)에 의하여 반사되어 광축과 거의 평행한 광이 되어 외부 렌즈(93)에 의하여 소정의 방향으로 투사되어 도 18의 (b)에 도시되어 있는 바와 같이 주행빔의 광도 분배 패턴을 형성한다. 또한, 할로겐화금속 램프 A(85)가 사인파로 점등되는 경우에는 방전아크는 직선으로 되기 때문에 발광부인 방전아크의 위치는 포물선형 반사체(86)의 초점(90)의 하부에 위치하게 되어 포물선형 반사체에 의하여 반사되는 광은 도 17의 (b)에 도시된 바와 같이 상부 방향으로 향하는 광이 되고, 이 광은 외부 렌즈(93)에 의하여 반전 투사되어 도 18의 (a)에 도시된 바와 같이 패싱빔의 광도 분배 패턴을 형성하게 된다.

상술한 바와 같이, 제 6 실시예에 따라 점등파형을 변경시킴으로써 패싱빔과 주행빔의 전환이 가능하고, 하나의 램프로 패싱빔과 주행빔을 전환할 수 있는 차량용 헤드라이트를 실현할 수 있다. 또한, 자주 사용되는 빔인 경우 직선의 방전아크가 되도록 설정한다면, 광속과 발광 특성의 열화 원인인 방전램프의 실투와 변형(팽창)이 억제되고 램프의 수명이 연장될 수 있다.

첨언하면, 상기 실시예들에서 할로겐화금속 램프 A, B, C는 수평 점등되나, 이들은 수직으로 또는 임의의 방향으로도 점등이 가능하다. 임의의 방향으로 점등 되더라도, 음향공명 주파수인 주파수, 특히 일반식(수학식 1)에 의하여 결정된 것으로 점등함으로써, 전극축에 직교하는 부분에서 튜브벽에 대해 동일한 거리의 위치(예컨대, 방전공간에서 전극축에 직교하는 부분의 길이를 포함하는 단면 형상이 원형인 경우 그 원형의 중심)에서는 방전아크를 포함하는 그 근방에서 진행파와 반사파의 변위를 항상 동일 레벨로 제어할 수 있기 때문에 방전아크가 이동하지 않고 안정되도록 방전아크의 변동이나 단절없이 안정되게 점등될 수 있다.

또한, 방전아크에 교차하는 방전공간의 길이를 방전아크의 전극간 중심을 포함하는 전극축과 직교하는 원형 단면의 직경으로 하였지만, 전극간 중심을 포함하지 않는 전극축과 직교하는 원형 단면의 직경으로 하여도 방전아크는 전극축과 직교하는 단면의 중심으로 되기 때문에, 방전아크의 만곡을 작게 하여, 방전아크의 변동이나 단절 없이 안정되게 점등할 수 있게 된다.

또, 타원형 또는 거의 계란 형상으로 된 전극축을 포함하는 방전공간을 갖는 방전램프가 사용되는 것으로 하였지만, 원형, 직사각형 또는 정사각형과 같은 사변형도 가능하다. 원형인 경우, 전극들간의 중심을 포함하는 전극축에 직교하는 부분의 중심에서 전극축에 직교하는 부분의 압축파 뿐만 아니라 모든 방향으로 방출되는 압축파(진행파)와 튜브벽에 의하여 반사되어 되돌아오는 모든 압축파(반사파)도 동일한 레벨로 제어할 수 있기 때문에, 전극축에 직교하는 부분의 중심에 방전아크를 고정시키는 힘이 커지고 방전아크의 형상은 더욱 안정되게 직선으로 될 수 있다. 또한, 방전램프가 직사각형이나 정사각형과 같은 사변형일 경우에는 전극축에 직교하는 부분의 길이는 전극들간의 모든 부분에서 동일한 길이가 되고, 이에 따라 방전아크는 전극축에 직교하는 모든 부분의 중심에 위치되어 방전아크의 형상은 더욱 안정되게 직선으로 될 수 있다.

또한, 방전램프에 공급되는 파형은 음향공명 주파수, 특히 일반식(수학식 1)에 의하여 구한 주파수, 예컨대, 사인파, 삼각파 뿐만 아니라 톱니파, 계단파, 지수파 또는 이들의 합성파의 주파수 성분을 갖기만 하면 어떤 파형이어도 좋으며, 만일 이들 파형들이 음향공명 주파수의 주파수 성분, 특히 일반식(수학식 1)에 의하여 구해진 주파수를 포함하는 파형이라면 방전아크의 만곡을 작게할 수 있으며 방전아크의 형상을 직선 또는 직선에 가까운 모양으로 되게 할 수 있다.

또한, 방전램프로서 할로겐화금속 램프를 사용하지만, 고압의 수은 증기 램프나 고압의 나트륨 증기 램프와 같은 다른 HID 램프를 사용해도 좋다. 또, 압축파가 방전공간에서 발생하기만 하면 형광 램프나 저압의 나트륨 증기 램프와 같은 저압의 방전램프를 사용해도 된다. 특히, 수은의 압력이 증가하고 고압의 크세논이 존재하는 짧은 아크가 생기는 소형의 할로겐화금속 램프인 방전램프에 대해 효과적이다. 여기에서, 적에도 3atm 이상의 저온 압력을 갖는 크세논과 0.02mg 내지 0.5mg 정도의 수은과 할로겐화금속이 0.2cm³이하의 방전공간을 형성하는 유리 밀봉체내에 충전물로서 밀봉되고, 방전램프는 상기 금속으로서 적어도 나트륨과 스칸듐을 갖는다.

또한, 할로겐화금속 램프 A, B, C의 방전공간을 형성하는 재료는 실리카 유리이지만, 세라믹 물질이나 소다 유리도 가능하다. 방전램프의 방전공간을 형성하는 재료가 무엇이든 간에 방전램프가 고주파수의 점등주파수(음향공명 주파수)로 점등되면 방전아크의 변동이나 단절없이 안정되게 점등이 가능하다.

또한, 제 1 실시예와 제 2 실시예에서, 직류 전원(15)은 상용의 교류 전원(13)의 출력이 교류-직류 변환회로(14)에 의하여 직류로 변환되는 구조를 가지나, 상용의 교류 전원이나 직류 전원에 전원이 부가되는 구성을 가져도 좋고 또 배터리를 사용해도 가능하다.

또한, 제 3 실시예에서, 출력 전압을 변화시킬 수 있는 직류 전원(40)은 배터리(30)와 강압 쵸퍼회로(39)로 구성되나, 방전램프의 램프출력이 검출되어 출력 전압이 변화되어 소정의 램프 전력이 공급될 수 있는 구성을 갖기만 하면 다른 구성을 이용해도 된다.

또한, 제 1 및 제 2 실시예에서, 직렬 인버터회로(20, 24)는 직류를 적어도 음향공명 주파수 성분을 갖는 교류 파형으로 변환시킬 수만 있다면 하프 브리지(half-bridge)회로, 풀브리지(full-bridge)회로, 원스톤(one-stone) 인버터회로 등과 같은 다른 구성을 가져도 좋다. 또한, 직렬 인버터회로(24)는 타이머회로(29)가 방전램프의 점등 직후 정격 램프 전류 이상의 전류를 공급하고 이 램프 전류를 점등시간의 경과에 따라 소정의 기울기로 감소시키기 위하여 점등회로의 동작 시간을 검출하고, 구동회로(28)의 동작 주파수가 쵸크코일(21)의 임피던스를 작은 값에서 부터 큰 값으로 점차적으로 변화시키는 출력에 의하여 저주파수로부터 점차 증가되며, 램프 전류는 점등시간의 경과에 따라 소정의 기울기로 감소되는 구성을 갖는다. 그러나, 직렬 인버터회로(24)가 직류 전원(15)의 출력 전압이 변화되어 전압을 변화시킬 수 있는 구성을 갖는다 하더라도 램프 전류는 변화될 수 있으며, 또한 쵸크코일(21)에 리액턴스 가변수단을 구비함으로써 리액턴스가 변한다 하더라도 램프 전류는 변화가 가능하다.

또한, 제 3 실시예에서, 직렬 인버터회로(44)가 램프 특성을 검출하여 점등주파수를 음향공명 주파수, 특히 일반식(수학식 1)에 의하여 구한 점등주파수와 정합시키는 제어수단을 구비한 구성을 갖는다면, 직렬 인버터 회로는 하프브리지회로, 풀브리지회로 또는 원스톤 인버터회로와 같은 다른 구성을 가져도 좋다.

또한, 제 3 실시예에서, 제어수단(49)은 방전아크의 형상이 직선으로 될 때에 방전길이가 최단으로 되고, 램프 전압이 최저로 되는 특성을 이용하여 램프 전압을 검출하고 이 램프 전압을 최저가 되도록 점등주파수와 정합시키고 있으나, 음향공명 현상으로 인한 방전아크의 변동이 생길 때, 방전길이가 변하여 램프 전압이 일시적으로 변하게 되기 때문에, 제어수단은 램프 전압이 시간에 따라 변화되지 않는 점등주파수(예컨대, 램프 전압의 미분값이 최저널 되는 점등주파수)와 정합되는 구성을 가져도 된다.

또한, 램프전압 이외의 램프 특성으로부터, 음향공명 주파수, 특히 일반식(수학식 1)에 의하여 구한 점등주파수와 정합시키는 것도 가능하다. 예컨대, 방전 공간매질내의 음향 속도가 온도의 함수이므로, 튜브벽의 온도를 검출함으로써, 광 출력(광속, 스펙트럼 분포, 광속 밀도, 광도 등)이 방전공간의 온도에 따라 변한다는 특성을 이용하여 광출력을 검출함으로써 주파수를 제어할 수 있다.

또한, 제 1 및 제 2 실시예에서, 리액터는 쵸크코일(21)로 구성되어 있지만, 방전램프의 램프 전류를 제한할 수 있다면 커패시터 또는 쵸크코일과 커패시터의 합성 회로로 구성되어도 되며, 램프 전류를 제한하는 것이 가능하다면 기타 다른 구성을 이용해도 된다.

또한, 제 4 및 제 5 실시예에서, 할로겐화금속 램프(52, 61)의 광출력의 상승이 가속화되며, 광출력이 정격치에 도달한 후에는 그 출력을 거의 일정하게 되도록 제어하기 위하여 점등 직후에 정격치의 6배 내지 7배 크기의 램프 전류가 공급되고, 광출력은 램프 임피던스의 상승에 따라 정격 램프 임피던스까지 연속적으로 감소되도록 제어된다. 그러나, 전체 점등기간 동안에 직선의 방전아크를 형성하기 위하여는 점등 직후 정격치의 3배 크기의 전류를 공급하고 이 전류를 정격의 램프 전류로 감소시키는 것만으로도 충분하며, 또 이 전류를 항상 연속적으로 감소시킬 필요는 없고 단계적으로 감소시켜도 되며, 정격치 이상의 램프 전류를 소정 기간 동안 공급한 후에 정격 램프 전류로 램프를 점등시키는 것이어도 좋다. 전체 점등 기간 동안에 직선의 방전아크를 형성할 수 있는 최소의 램프 전류가 공급되는 경우에, 점등후 정격 점등에 도달하는데 필요한 시간은 대략 60초가 될 것이다.

상기 설명된 구성에 의하여, 방전아크로부터 방출되는 압축파의 진폭을 증폭하는 점등파형을 선택하는 수단에 의하여 정격치의 대략 3배되는 램프 전류가 공급되고 이에 부가하여 점등의 초기 단계에서 소정 기간 동안 정격치 이상의 램프 전류 또는 램프 전력을 공급하고 이것을 정격치로 감소시키는 수단이 구비되어 광출력의 상승을 빠르게 하는 구성을 가져도 좋다.

또한, 방전아크로부터 방출되는 압축파의 진폭을 증폭하는 점등파형을 선택하는 수단은 음향공명 주파수의 주파수 성분을 갖는 파형으로부터 방출되는 압축파의 진폭을 증폭하여야 하지만, 광출력의 상승을 빠르게 하기 위하여 점등의 초기 단계에서 소정의 기간 동안 정격치 이상의 램프 전류 또는 램프 전력을 공급하여 이것을 정격치로 감소시키는 수단이 음향공명 주파수의 주파수 성분을 갖는 파형에의하여 또는 다른 주파수 성분을 갖는 파형에 의하여 제어되어도 된다.

또한, 제 4 및 제 5 실시예에서, 램프 특성 검출수단(55, 56)이 램프 임피던스를 검출하지 못하여 다른 램프 특성, 예컨대 램프 전압, 광출력(광속, 스펙트럼 분포, 광속 밀도, 광도 등), 아큐튜브 온도, 점등후의 시간 경과의 변화를 검출하더라도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

또한 제 4 및 제 5 실시예에서, 방전아크로부터 방출되는 압축파의 진폭을 증폭하기 위하여 램프 전류를 제어하는 것으로 되어 있지만, 압축파의 발생에 직접 관련된 램프 전력을 제어하는 구성도 가능하다.

또한, 사용되는 할로겐화금속 램프의 음향공명 주파수는 램프 임피던스의 변환에 대하여 점등후 정격 점등에 도달하기까지 소정의 기울기를 가지고 선형적으로 강하하는 특성을 갖는 것으로 되어 있지만, 음향공명 주파수는 적어도 방전공간의 온도와 충전물의 원자 중량의 함수가 되므로, 램프 전류의 공급량과 충전물의 종류 및 그 성분비가 변하는 경우 음향공명 주파수의 변화 특성도 변하게 됨을 알 수 있다.

또한, 제 5 실시예의 점등회로의 구성에서, 직류 전원(63)은 정류 및 평활 회로(68)에 의하여 상용의 교류 전원(67)의 출력을 직류로 변환시키는 강압 쵸퍼회로(74)로 구성되고, 정류 및 평활 회로(68)의 출력은 음향공명 주파수의 주파수 성분을 갖는 리플 파형이 중첩된 직류로 변환되지만, 사용되는 교류 전원(67)의 출력을 정류 및 평활 회로(68)에 의하여 직류로 변환시키는 부분을 배터리 등과 같은 직류 전원도 가능하고, 강압 쵸퍼회로(74)는 승압 쵸퍼회로, 반전(inverted) 쵸퍼회로 또는 전방향 컨버터회로도 가능하며, 음향공명 주파수의 주파수 성분을 갖는 리플 파형이 중첩된 직류 파형을 출력만 할 수 있다면 어떠한 구성을 이용해도 된다.

또한, 풀브리지 인버터회로(64) 대신에 하브브리지 회로도 가능하고, 다른 직류 전원의 출력을 교류로 변환시키는 것이라면 어떠한 구성도 가능하다. 또, 풀브리지 인버터회로(64)가 구비되지 않더라도 음향 공진으로 방전아크를 직선으로 되게 하는 모드를 여기시키는 주파수 성분을 갖는 리플 파형이 방전램프에 공급되기 때문에 방전아크를 항상 직선으로 되게 할 수 있다. 또, 풀브리지 인버터회로(64)의 변환 주파수는 교류로 변환되는 400Hz 이지만, 충첩된 리플 파형의 주파수 이하가 되면 400Hz가 아니어도 가능하다.

또한, 제 5 실시예에서, 스위칭소자로서 트랜지스터를 사용하는 것으로 하고 있지만, FET/IGBT 또는 사이리스터와 같은 다른 소자도 가능하다.

이상의 설명과 같이, 본 발명에서는 순간전압, 순간전류 또는 순간전력이 방전아크를 직선으로 되게 하는 모드를 여기시키는 음향공명 주파수, 특히 일반식(수학식 1)에 의하여 나타낸 주파수 f로 시간 경과에 따라 변하는 파형이 방전램프에 공급되면, 방전램프는 방전아크의 요동이나 단절없이 고주파수로 안정되게 점등될 수 있으며, 또한 방전램프의 방전아크를 직선으로 되게 할 수 있다.

또한, 방전아크를 직선으로 되게 하는 모드를 여기시키는 음향공명 주파수 성분을 가지며, 방전램프의 충전물의 증기압이 낮은 기간 동안에 방전아크로부터방출되는 압축파의 진폭을 증폭시키는 점등파형을 방전램프에 공급함으로써, 방전 램프의 전체 점등기간 동안(점등 직후부터 정격 점등까지) 직선 방전아크를 형성 및 유지하는 것이 가능하다.

또한, 방전램프를 반사체와 결합하여 사용하는 경우, 점등파형을 변화시키는 것만으로 하나의 방전램프로 다수의 광도 분배 패턴을 실현하는 것이 가능하다. 특히, 방전램프를 차량용 헤드라이트의 광원으로 사용하는 경우에는 패싱빔과 주행빔을 하나의 방전램프로 전환할 수 있는 방전램프 점등장치를 실현할 수 있다.

Claims (34)

1. 방전램프 점등장치에 있어서,

   방전 공간을 형성하는 유리 엔벨로프내에 충전물로서 적어도 할로겐화금속 또는 수은이 밀봉된 방전램프와;

   출력 전압을 변화시킬 수 있는 직류 전원, 상기 직류 전원의 직류 출력을 음향공명 주파수의 교류로 변환시키는 인버터회로, 상기 인버터회로의 출력 단자에 접속되어 상기 방전 램프의 램프 전류를 제어하는 리액터 및 상기 리액터와 방전 램프 사이에서 상기 방전 램프를 기동시키는 기동수단을 포함하고, 상기 방전램프에 소정의 점등파형을 공급하여 상기 방전램프를 점등시키는 점등회로를 구비하며,

   상기 점등파형은 적어도 상기 방전램프의 방전공간 매질내의 음향속도와 상기 방전램프의 전극축에 직교하는 부분의 길이에 의하여 결정되는 최저 음향공명 주파수의 주파수 성분을 갖도록 선택되어 방전아크를 거의 직선으로 되게 하고,

   상기 점등파형의 순간값은 주파수 f에 의하여 시간에 따라 변화하고, V를 상기 방전램프의 방전공간 매질내의 음향 속도로 하며 L을 상기 방전램프의 전극축에 직교하는 부분의 길이라고 하면, 상기 음향공명 주파수는 상기 주파수 f의 일반식인 수학식 1, 즉 f = V/(2L) 로 표시되는 주파수인 것을 특징으로 하는 방전램프 점등장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 순간값이 음향공명 주파수에 의하여 시간에 따라 변하는 점등파형이 상기 방전램프에 공급될 때, 상기 방전아크로부터 방출되는 압축파의 튜브벽 방향에서의 진행파의 변위와 상기 튜브벽에 의하여 반사되어 상기 방전아크 방향으로 되돌아오는 반사파의 변위가 적어도 상기 방전램프의 전극축에 직교하는 부분에서 상기 방전아크를 포함하는 부분의 부근에서 거의 동일한 변위인 것을 특징으로 하는 방전램프 점등장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 방전램프의 전극축에 직교하는 부분이 전극들간의 중심을 포함하는 것을 특징으로 하는 방전램프 점등장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 방전램프의 방전공간내의 전극축을 포함하는 부분이 전극축들간의 중심 부근에서 평탄부를 갖는 형상이고, 상기 방전램프의 전극축에 직교하는 부분이 거의 원형인 것을 특징으로 하는 방전램프 점등장치.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 방전램프에 공급되는 점등파형은 적어도 2개의 주파수 성분을 갖는 점등파형이고, 상기 적어도 2개의 주파수 성분을 갖는 점등파형은 적어도 하나의 음향공명 주파수 성분을 갖는 것을 특징으로 하는 방전램프 점등장치.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 점등회로는 상기 방전램프의 램프 특성을 검출하여 점등 주파수와 음향공명 주파수를 정합시키는 제어수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 방전램프 점등장치.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 방전램프의 방전공간내의 전극축을 포함하는 부분이 전극축들간의 중심 부근에서 평탄부를 갖는 형상이고, 상기 방전램프의 전극축에 직교하는 부분이 거의 원형인 것을 특징으로 하는 방전램프 점등장치.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 방전램프의 전극축에 직교하는 부분이 전극들간의 중심을 포함하는 것을 특징으로 하는 방전램프 점등장치.
9. 제 1항에 있어서,

   상기 방전램프에 공급되는 점등파형은 적어도 2개의 주파수 성분을 갖는 점등파형이고, 상기 적어도 2개의 주파수 성분을 갖는 점등파형은 적어도 하나의 음향공명 주파수 성분을 갖는 것을 특징으로 하는 방전램프 점등장치.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 점등회로는 출력 전압을 변화시킬 수 있는 직류 전원과,

    상기 직류 전원의 출력 단자에 접속되어 상기 방전램프의 램프 특성을 검출하여 점등 주파수와 음향공명 주파수를 정합시키는 제어 수단을 포함하며 상기 직류 전원의 직류 출력을 상기 음향공명 주파수로 변환시키는 인버터회로와,

    상기 인버터회로의 출력 단자에 접속되어 상기 방전램프의 램프 전류를 제어하는 리액터와,

    상기 리액터와 상기 방전램프 사이에서 상기 방전램프를 기동시키는 기동수단과,

    상기 방전램프의 램프 전력을 검출하는 램프 전력 검출 회로를 구비하고,

    상기 직류 전원의 출력 전압이 상기 램프 전력 검출 회로의 출력 신호에 따라 변화되고, 상기 램프 전력은 소정값으로 상기 방전 램프에 공급되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 방전램프 점등장치.
11. 제 1항에 있어서,

    상기 점등회로는 상기 방전램프의 램프 특성을 검출하여 점등 주파수와 음향공명 주파수를 정합시키는 제어수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 방전램프 점등장치.
12. 제 11항에 있어서,

    상기 제어수단은 상기 방전램프의 램프 특성으로서 튜브벽의 온도, 램프 전압 또는 광출력을 검출하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 방전램프 점등장치.
13. 제 11항에 있어서,

    상기 제어수단은 상기 방전램프의 램프 특성으로서 램프 전압을 검출하는 수단을 구비하고, 상기 램프 전압이 최저로 되는 점등 주파수가 음향공명 주파수인 것을 특징으로 하는 방전램프 점등장치.
14. 제 1항에 있어서,

    상기 점등회로는 출력 전압을 변화시킬 수 있는 직류 전원과,

    상기 직류 전원의 출력 단자에 접속되어 상기 방전램프의 램프 특성을 검출하여 점등 주파수와 음향공명 주파수를 정합시키는 제어 수단을 포함하며 상기 직류 전원의 직류 출력을 상기 음향공명 주파수로 변환시키는 인버터회로와,

    상기 인버터회로의 출력 단자에 접속되어 상기 방전램프의 램프 전류를 제어하는 리액터와,

    상기 리액터와 상기 방전램프 사이에서 상기 방전램프를 기동시키는 기동수단과,

    상기 방전램프의 램프 전력을 검출하는 램프 전력 검출 회로를 구비하고,

    상기 직류 전원의 출력 전압이 상기 램프 전력 검출 회로의 출력 신호에 따라 변화되고, 상기 램프 전력은 소정값으로 상기 방전 램프에 공급되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 방전램프 점등장치.
15. 방전램프 점등장치에 있어서,

    방전 공간을 형성하는 유리 엔벨로프내에 충전물로서 적어도 할로겐화금속 또는 수은이 밀봉된 방전램프와;

    출력 전압을 변화시킬 수 있는 직류 전원, 상기 직류 전원의 직류 출력을 음향공명 주파수의 교류로 변환시키는 인버터회로, 상기 인버터회로의 출력 단자에 접속되어 상기 방전 램프의 램프 전류를 제어하는 리액터 및 상기 리액터와 방전 램프 사이에서 상기 방전 램프를 기동시키는 기동수단을 포함하고, 상기 방전램프에 공급되는 점등파형을 상기 방전램프의 방전공간 매질내의 음향 속도와 상기 방전램프의 전극축에 직교하는 부분의 길이에 의하여 결정하여 방전아크를 직선으로 되게 하는 모드를 여기시키는 음향공명 주파수의 주파수 성분을 갖는 것으로 선택하는 수단을 갖는 점등회로를 구비하고,

    상기 점등파형의 순간값은 주파수 f에 의하여 시간에 따라 변화하고, V를 상기 방전램프의 방전공간 매질내의 음향 속도로 하며 L을 상기 방전램프의 전극축에 직교하는 부분의 길이라고 하면, 상기 음향공명 주파수는 상기 주파수 f의 일반식인 수학식 1, 즉 f = V/(2L) 로 표시되는 주파수인 것을 특징으로 하는 방전램프 점등장치.
16. 제 15항에 있어서,

    상기 방전램프의 점등 후 정격 점등에 도달하는 시간이 최대 60초로 제한되는 것을 특징으로 하는 방전램프 점등장치.
17. 제 15항에 있어서,

    상기 점등회로는 상기 방전램프의 점등 후 상기 방전램프를 가열하기 위하여 개시 단계에서 소정 기간 동안 정격치 이상의 램프 전류 또는 램프 전력을 공급하고, 이 공급되는 램프 전류 또는 램프 전력을 정격치까지 감소시켜 상기 방전램프의 광출력을 신속하게 상승시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 방전램프 점등장치.
18. 제 15항에 있어서,

    상기 점등회로는 방전아크를 직선으로 되게 하는 모드를 여기시키는 음향공명 주파수의 주파수 성분을 갖는 리플파형이 중첩된 직류를 출력하는 직류 전원을 포함하고,

    상기 리플파형을 갖는 점등파형이 상기 방전램프에 공급되는 것을 특징으로 하는 방전램프 점등장치.
19. 제 18항에 있어서,

    상기 직류 전원의 출력을 교류로 변환시키는 인버터회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 방전램프 점등장치.
20. 제 18항에 있어서,

    상기 직류 전원이 온/오프 동작하는 적어도 하나의 스위칭소자를 구비하고,

    상기 스위칭 소자의 온/오프 사이클이 변화됨으로써, 상기 방전램프에 공급되는 리플파형의 주파수를 변화시키며, 상기 스위칭소자의 온의 주기 비율이 변화됨으로써 상기 방전램프에 공급되는 전류 또는 전력을 변화시키는 것을 특징으로 하는 방전램프 점등장치.
21. 방전램프 점등장치에 있어서,

    방전 공간을 형성하는 유리 엔벨로프내에 충전물로서 적어도 할로겐화금속 또는 수은이 밀봉된 방전램프와;

    출력 전압을 변화시킬 수 있는 직류 전원, 상기 직류 전원의 직류 출력을 음향공명 주파수의 교류로 변환시키는 인버터회로, 상기 인버터회로의 출력 단자에 접속되어 상기 방전 램프의 램프 전류를 제어하는 리액터 및 상기 리액터와 방전 램프 사이에서 상기 방전 램프를 기동시키는 기동수단을 포함하고, 상기 방전램프에 공급되는 점등파형을 상기 방전램프의 방전공간 매질내의 음향 속도와 상기 방전램프의 전극축에 직교하는 부분의 길이에 의하여 결정하여 방전아크를 직선으로 되게 하는 모드를 여기시키는 음향공명 주파수의 주파수 성분을 갖는 것으로 선택하는 수단과, 상기 점등파형을 상기 방전램프의 충전물의 저증기압 기간 동안에 방전아크로부터 방출되는 압축파의 진폭을 증폭시키는 것으로 선택하는 수단을 갖는점등회로를 구비하고,

    상기 점등파형의 순간값은 주파수 f에 의하여 시간에 따라 변화하고, V를 상기 방전램프의 방전공간 매질내의 음향 속도로 하여 L을 상기 방전램프의 전극축에 직교하는 부분의 길이라고 하면, 상기 음향공명 주파수는 상기 주파수 f의 일반식인 수학식 1, 즉 f = V/(2L) 로 표시되는 주파수인 것을 특징으로 하는 방전램프 점등장치.
22. 제 21항에 있어서,

    상기 방전아크로부터 방출되는 압축파의 진폭을 증폭시키는 점등파형을 선택하는 수단은 상기 방전램프에 공급되는 음향공명 주파수의 주파수 성분의 전류 또는 전력의 진폭을 증폭시키는 것을 특징으로 하는 방전램프 점등장치.
23. 제 22항에 있어서,

    상기 점등회로는 상기 방전램프의 점등 후 상기 방전램프를 가열하기 위하여 개시 단계에서 소정 기간 동안 정격치 이상의 램프 전류 또는 램프 전력을 공급하고, 이 공급되는 램프 전류 또는 램프 전력을 정격치까지 감소시켜 상기 방전램프의 광출력을 신속하게 상승시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 방전램프 점등장치.
24. 제 22항에 있어서,

    상기 음향공명 주파수가 상기 방전램프의 점등 후 정격 점등에 도달하기 전에 강하되는 기간이 있는 것을 특징으로 하는 방전램프 점등장치.
25. 제 22항에 있어서,

    상기 점등회로는 방전아크를 직선으로 되게 하는 모드를 여기시키는 음향공명 주파수의 주파수 성분을 갖는 리플파형이 중첩된 직류를 출력하는 직류 전원을 포함하고,

    상기 리플파형을 갖는 점등파형이 상기 방전램프에 공급되는 것을 특징으로 하는 방전램프 점등장치.
26. 제 21항에 있어서,

    상기 음향공명 주파수가 상기 방전램프의 점등 후 정격 점등에 도달하기 전에 강하되는 기간이 있는 것을 특징으로 하는 방전램프 점등장치.
27. 제 26항에 있어서,

    상기 방전램프의 점등 후 정격 점등에 도달하는 시간이 최대 60초로 제한되는 것을 특징으로 하는 방전램프 점등장치.
28. 제 21항에 있어서,

    상기 점등회로는 상기 방전램프의 점등 후 상기 방전램프를 가열하기 위하여 개시 단계에서 소정 기간 동안 정격치 이상의 램프 전류 또는 램프 전력을 공급하고, 이 공급되는 램프 전류 또는 램프 전력을 정격치까지 감소시켜 상기 방전램프의 광출력을 신속하게 상승시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 방전램프 점등장치.
29. 제 28항에 있어서,

    상기 점등회로는 음향공명 주파수의 주파수 성분을 갖는 점등파형을 선택하는 수단, 방전아크로부터 방출되는 압축파의 진폭을 증폭시키도록 점등파형을 선택하는 수단 및 정격치 이상의 램프 전류 또는 램프 전력을 공급하고 이 공급되는 램프 전류 또는 램프 전력을 정격치까지 감소시키는 수단 중에서 적어도 하나의 수단을 변화시키기 위하여 램프 특성을 검출하는 램프 특성 검출수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 방전램프 점등장치.
30. 제 29항에 있어서,

    상기 램프 특성 검출수단은 램프 전압, 램프 임피던스, 광출력, 아크튜브의 온도 또는 점등 후의 경과 시간을 검출하는 것을 특징으로 하는 방전램프 점등장치.
31. 제 21항에 있어서,

    상기 점등회로는 방전아크를 직선으로 되게 하는 모드를 여기시키는 음향공명 주파수의 주파수 성분을 갖는 리플파형이 중첩된 직류를 출력하는 직류 전원을 포함하고,

    상기 리플파형을 갖는 점등파형이 상기 방전램프에 공급되는 것을 특징으로 하는 방전램프 점등장치.
32. 0.2cm³을 초과하지 않는 방전공간을 형성하는 유리 엔벨로프내에 충전물로서 적어도 3기압(atm) 이상의 냉온 압력을 갖는 크세논 가스, 수은 및 0.02mg 내지 0.5mg 범위의 용적의 할로겐화금속이 밀봉되어 상기 금속으로서 적어도 나트륨과 스칸듐을 갖는 방전램프와;

    상기 방전램프에 점등파형을 공급하여 상기 방전램프를 점등시키는 점등회로를 포함하고,

    상기 점등파형은 상기 방전램프의 방전아크를 직선으로 되게 하는 모드를 여기시키는 음향공명 주파수가 점등 후 정격 점등에 도달하기 까지의 기간에 5% 내지 15% 강하되는 특성에 따라 변화되어, 상기 충전물의 증기압이 낮은 기간 중 적어도 일부의 기간에서 방전아크로부터 방출되는 압축파의 진폭을 증폭시키도록 상기 방전램프에 공급되는 음향공명 주파수의 주파수 성분의 진폭을 정격 점등시의 진폭에 비하여 적어도 3배 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 방전램프 점등장치.
33. 방전램프 점등장치에 있어서,

    방전 공간을 형성하는 유리 엔벨로프내에 충전물로서 적어도 할로겐화금속 또는 수은이 밀봉된 방전램프와;

    상기 방전램프에 소정의 점등파형을 공급하여 상기 방전램프를 점등시키는 점등회로와;

    상기 방전램프로부터 방출되는 광을 소정의 방향으로 조사하는 광제어수단을 구비하며,

    상기 점등파형은 방전아크를 직선으로 되게 하는 모드를 여기시키는 음향공명 주파수의 주파수 성분을 가지며, 방전아크의 형상을 변화시키기 위하여 상기 음향공명 주파수의 주파수 성분의 비율을 변화시킴으로써 적어도 2개의 광도분배 패턴을 형성할 수 있는 것을 특징으로 하는 방전램프 점등장치.
34. 제 33항에 있어서,

    상기 2개의 광도분배 패턴은 차량용 헤드라이트에 형성되고, 제 1 광도분배 패턴을 패싱빔으로 이용하고 제 2 광도분배 패턴을 주행빔으로 이용하여, 자주 사용되는 빔인 경우 상기 방전램프의 방전아크의 형상이 거의 직선으로 되는 것을 특징으로 하는 방전램프 점등장치.