KR970009072B1 - 크세논-금속 할로겐 램프의 음향 공진 작동방법 및 그 회로 - Google Patents

크세논-금속 할로겐 램프의 음향 공진 작동방법 및 그 회로 Download PDF

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Description

크세논-금속 할로겐 램프의 음향 공진 작동방법 및 그 회로
제1도는 크세논-금속 할로겐 램프에서의 크세논 압력과 순간광의 관계를 나타낸 도면.
제2도는 본 발명에 따른 60Hz 구형과 동작과 고주파수 동작에서 크세논-금속 할로겐 램프의 크세논 압력과 과열점 온도와의 상관관계를 나타낸 도면.
제3도는 본 발명에 따른 고주파수 동작에서 크세논-금속 할로겐 램프의 벽부하, 과열점온도 및 발광효율간의 상관관계를 나타낸 도면.
제4(a)도와 제4(b)도는 크세논-금속 할로겐 램프에서 고주파수 동작과 고주파수 변조 동작에 관련된 주파수 대역들을 도시한 도면.
제5(a), 제5(b) 및 제5(c)도는 본 발명의 작동회로에 관련된 비변조반송파, 변조신호 및 주파수 변조신호를 각기 도시한 도면.
제6도는 크세논-금속 할로겐 램프에 관련된 본 발명의 신호의 주파수 스펙트럼을 나타낸 도면.
제7,제8,제9 및 제10도는 고압의 크세논-금속 할로겐 램프를 시동 및 작동시키기 위한 본 발명에 다른 회로의 양호한 실시예를 개략적으로 나타낸 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
60 : 크세논-금속 할로겐 램프
본 발명은 크세논-금속 할로겐 램프의 작동방법 및 작동회로에 관한 것으로 특히 자동차에 적합한 램프를 제공하는 고압의 크세논을 함유한 크세논-금속 할로겐 램프를 음향적으로 작동시키는 방법 및 그 회로에 관한 것이다.
본 발명의 양수인에게 양도된 1988년 2월 18일자의 미합중국 특허출원 제157,436호(R.S. Bergman 등)에는 자동차에 아주 적합한 크세논-금속 할로겐 램프가 기술되어 있다 이 크세논-금속 할로겐 램프는 효율 및 수명이 백열램프에 비해 개선되었으며, 고압의 크세논 개스는 자동차에 적합한 램프로 만드는 순간광 능력을 달성한다.
본 발명의 양수인에게 양도된 1988년 2월 26일자의 미합중국 특허출원 제161,058호(J,Allison 등)에는 미합중국 특허출원 제157,436호의 크세논-금속 할로겐 램프를 포함한 금속 할로겐 램프들을 작동시키는 안정회로에 대한 것이 기술되어 있다. 이 안정회로는 약 1∼10KHz의 비교적 높은 고주파수에서 상기 금속 할로겐 램프들을 작동시키며, 구형파 전류를 상기 램프에 공급한다. 구형차 전류는 이 전류의 위상과 동기하는 구형파 전압을 발생하므로, 램프전력(전류×전압)이 일정하게 유지되어 램프의 동작에 유리하다. 이러한 안정회로의 동작은 전력이 언제나 일정하기 때문에 음향 공진 효과를 전혀 발생시키지 않는다.
본 발명의 양수인에게 양도된 미합중국 특허 제4,170,746호는 미합중국 특허출원 제161,058호의 것과 다른 회로로서, 1㎤ 이하의 체적을 가진 비교적 작은 수은-금속 할로겐 램프를 동작시키는 회로에 대하여 기술하고 있다. 이 안정회로는 10-50KHz 범위의 주파수 대역내의 비교적 좁은 윈도우에서 고압 크세논이 없는 소형의 수은-금속 할로겐 램프의 음향동작을 이용한다. 본 발명의 양수인에게 양도된 미합중국 특허 제3,890,537호(Park 등) 및 제4,042,856호(Steigerwald)에는 전술한 미합중국 특허출원 제161,058호와 유사하게 램프의 동작중에 음향 공진 효과를 발생하지 않는 개스 방전 램프용 회로들이 기술되어 있다.
전술한 각종 개스 방전 램프와 안정회로들은 자동차에 있어 한계를 갖고 있다. 전술한 각종 램프 중 자동차용으로 가장 적합한 것은 Bergman씨 등의 미합중국 특허출원 제157,436호에 개시된 것이지만, 이것은 램프가 함유하고 있는 크세논 개스의 압력에 의해 주로 결정되는 순간 광량에 있어 한계를 지니고 있다. 자동차용 램프에서 요구되는 순간 광레벨을 얻기 위해서는 적어도 4기압의 크세논 개스 압력이 필요하다. 적어도 4기압의 크세논 개스 압력을 가지며, 공지의 안정회로에 의해 작동되는 크세논-금속 할로겐 램프는 좋지 않은 대류 효과가 강하게 발생하는데, 이러한 대류 효과는 자동차 헤드 램프에서 램프를 수평방식으로 배열할 경우 더욱 증가된다. 이 바람직하지 않은 대류는 다음과 같은 좋지 않은 적어도 3가지의 단점을 야기시킨다. 즉,
(1) 약 2㎜ 이상의 큰 적극 간극을 가지는 방전램프에서 아크를 심하게 휘게 한다.
(2) 증가된 과열점 온도(hot-spot temperature)에 기인하여 램프의 수명이 단축된다.
(3) 감소된 냉각점 온도(cold-spot temperature)에 기인하여 램프의 효율 즉 와트당 루멘이 감소된다. 따라서, 대류 효과에 의한 단점을 야기시키는 일없이 자동차용 순간 광을 제공할 수 있도록 고압 크세논-금속 할로겐 램프를 사용할 수 있게 하는 자동 회로와 같은 수단이 요망된다.
전술한 순간 광 이외에도 하이 빔 조사와 로우빔 조사를 제공할 수 있는 자동차용 광원도 요망된다. 고압 크세논-금속 할로겐 램프가 자동차용 하이 빔 조사 패턴과 로우 빔 조사 패턴을 제공하는 광원으로서 기능할 수 있게 하는 작동회로와 같은 수단이 요망된다.
따라서, 본 발명의 제1목적은 자동차 또는 차량에 아주 적합한 고레벨의 순간광을 생성하도록 크세논-금속 할로겐 램프에 고압 크세논 개스를 사용할 수 있게 하는 작동회로를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 제2목적은 고압 크세논-금속 할로겐 램프가 차량의 로우 빔 조사 패턴과 하이 빔 조사 패턴을 위한 광원으로서 기능하게 하는 작동회로를 제공하고자 하는 것이다. 본 발명의 제3목적은 자동차에 매우 적합한 고압 크세논-금속 할로겐 램프를 동작시키는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 자동차에 아주 적합한 고압 크세논-금속 할로겐 램프를 작동시키는 회로 및 작동방법에 관한 것이다. 고압 크세논-금속 할로겐 램프의 작동회로는 교류(AC)원 또는 직류(DC)원에 접속되어 있다. 이 작동회로는 선택된 반송 주파수를 가지며 비변조 신호로서 기능하는 제1신호를 생성하는 수단과, 선택가능한 진폭과 선택가능한 변조 주파수를 가지며 변조 신호로서 기능하는 제2신호를 생성하는 수단을 구비한다. 또한, 상기 작동회로는 중간, 하위, 상위 주파수를 가진 주파수 변조신호로서 기능하는 제3신호를 생성하여 고압 크세논-금속 할로겐 램프에 공급하기 위해, 상기 제1및 제2신호들을 조합하는 수단도 구비한다.
상기 하위 주파수와 상위 주파수는 선택가능한 진폭 및 주파수에 의해 결정되는데, 그 이유는 중간 주파수가 선택 가능한 반송 주파수에 대응하기 때문이다. 중간 주파수와 하위 주파수의 차는 -DF이고, 중간 주파수와 상위 주파수의 차는 ＋DF이다. 본 발명의 방법은 삼각파, 톱니파 및 사인파 변형 중에서 선택된 한 파형을 가진 여기 신호 V(t)를 고압 크세논-금속 할로겐 램프에 공급하는 단계를 구비한다. 상기 여기 신호 V(t)는 하기 식에 따른 선택된 변수들을 갖는다.
V(t)＝Vm sin [2*pi*t＋{DE/f*sin(2*pi*f*t))}]
여기서, Vm＝여기 신호의 첨두 전압, CF＝비변조 신호의 반송주파수, DF＝반송주파수로부터의 최대 주파수 편위, f＝변조신호의 주파수, f는 최소값(CF-DF)에서 최대값(CF＋DF)까지 주사하고 다시 최소값으로 복귀하는 주파수이다.
이하, 본원 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
자동차에 관련된 크세논-금속 할로겐 램프의 특성
자동차 또는 차량용 광원으로서 기능하는 크세논-금속 할로겐 램프에 의해 생성되는 순간 광량에 영향을 미치는 요인은 램프 내의 크세논 개스 압력이다. 차량에 필요한 충분한 량의 순간광을 얻기 위해서는, 크세논-금속 할로겐 램프로서 적어도 4기압의 크세논 개스를 함유하는 7×9mm의 장축 타원체의 아크 튜브가 필요하다. 이미 전술한 바와 같이, 크세논 압력은 크세논-금속 할로겐 램프에서 좋지 않은 매우 강한 대류 효과를 발생시킨다. 또한 자동차용 빔 패턴을 얻기 위해서는 금속 할로겐 램프를 수평 방식으로 방위시켜야 하는데 이는 강한 대류의 영향으로 아크 휨 문제를 초래하는 또 다른 문제점을 야기한다.
또한 자동차에 있어서 필료한 빔 패턴을 얻으려면 크세논-금속 할로겐 램프의 전극간 공간에 대해 5mm 이하의 치수가 선택되도록 광원에 대하여 비교적 작은 이미지를 제공해야 한다. 아크 간격이 짧으면 아크 간격이 긴 경우보다 이크휨이 작아진다. 그러나, 간격이 짧을수록 더 높은 수은 압력을 필요로 하는데, 이러한 높은 수은 압력은 대류 효과 및 휨 문제를 증가시킨다.
결국, 본 발명의 궁극적인 효과는 짧은 간격에서 수은 압력이 높다해도 휨 문제를 줄인다는 것이다.
램프 내의 고압 크세논 압력과 수은 압력의 조합은 수평으로 방위된 램프에서 강한 수직 대류를 발생하여, 램프 상부의 과열점 온도는 증가하고 램프 하부의 온도는 점점 낮아지게 된다. 이러한 과열점 온도 상승과 냉각점 온도 하강은 램프에서의 대류 효과를 촉진시키는 온도 경사를 발생하고 그 때문에 2mm이상 이격된 전극간의 아크 휨 문제가 심각해진다.
램프 상부의 과열점 온도 상승은 램프의 수명을 단축시키고 램프 하부의 냉각점 온도 하강은 할로겐 압력을 줄이므로, 이로 인해 램프 효율 즉 와트당 루멘의 떨어진다. 고압 크세논 개스와 고압 수은 개스로 인해 야기되는 아크 힘 상태는 자동차에 있어서 빔 패턴의 질을 떨어뜨린다. 고압 크세논 개스에 의해 야기되는 좋지않은 점들을 제1도를 참조하여 상세히 설명하겠다. 제1도는 램프에 충전된 크세논 압력과 자동차에서 요구되는 순간 광과의 관계를 나타낸 것이다. 여기에 사용된 크세논-금속 할로겐 램프는 대략 4mm의 전극 간격을 갖는 7×9mm의 장축 타원체의 아크 튜브로 구성되고, 약 4.5A의 전류도 동작된다. 제1도의 X축은 램프 내에 충진된 크세논 압력(기압)을 Y축은 그러한 램프에 의해 생성된 순간 광(루멘)을 나타낸다. 제1도에서 직선(10)은 여러개점들(10A,10B,…,10H) 중 주요점들로 이루어진 것이다.
제1도에서 알 수 있듯이, 자동차 헤드램프에서 요구되는 1,500 루멘의 순간 광출력을 발생하려면 크세논 압력은 7 기압이 필요하다. 본 발명의 크세논-금속 할로겐 램프에서는 상기 비교적 높은 압력이 더욱 증가한다. 40 볼트의 램프 전압 강하는 자동차에서 사용되는 4mm 이하의 비교적 작은 전극간 거리에 대하여 약 15 기압인 수은 작동압력에 의해 주파수로 결정된다. 동작 중에 있는 램프의 높은 평균 개스 온도는 크세논-금속 할로겐 램프 내의 크세논 압력을 증가시키므로 약 35 기압의 총 작동 압력이 생성되고, 이 값은 15 기압의 수은 작동 압력에 가산될 때 자동차에 일반적으로 사용되고 있는 수평 점화 램프에서 심각한 대류 문제를 야기시킨다. 크세논 개스 압력이 증가함에 따라 아크 튜브 내에서 아크 휨의 원인이 되는 고온 개스의 상향 대류 속도가 증가하고 상기 아크 위의 벌브 온도가 상승한다. 이러한 증가 효과는 제2도를 참조하여 설명한다. 제2도에서 X 좌표는 램프 내 크세논 압력(기압)을 나타내고 Y 좌표는 크세논-금속 할로겐 램프의 과열점 온도(℃)를 나타낸다. 그리고, 직선(12)와 직선(14)는 이미 전술한 바 있는 미합중국 특허출원 제161,058호에 기술된 방식으로 60Hz에서 동작하는 구형파 안정회로에 의한 크세논-금속 할로겐 램프의 동작과 후술된 본 발명의 고주파수 작동회로에 의한 크세논-금속 할로겐 램프의 동작을 각기 나타낸 것이다.
제2도는 직선(12)에 있어서 과열점 온도가 약2기압 이상의 크세논 압력에서 약 1000℃를 초과하지 않음을 나타낸다. 1000℃ 이상에서의 크세논-금속 할로겐 램프의 동작은 통상의 아크튜브를 구성하는 석영 물질을 급격히 약화시킨다. 1000℃ 보다 낮은 온도에서의 아크 튜브 동작은 제3도를 참조하여 설명한다. 제3도는 전극간 간격이 3.4mm이고 크세논 압력이 10.3 기압인 본 발명에 따른 6×8.5mm의 장축 타원체의 아크 튜브에 있어서 음향적으로 직선인 아크 동작을 나타낸 것이다. 제3도에서, X 좌표는 벽부하(wall loading)(와트/㎡)즉, 램프의 아크 튜브벽의 표면적당 방전 전력을 나타내고 제1의 Y 좌표는 램프의 과열점 온도(℃)를 ,제2의 Y 좌표는 크세논-금속 할로겐 램프의 효율 즉 와트당 루멘(LPW)을 나타낸다. 제1곡선(16)은 아크 튜브의 효율대 벽부하비를 나타내고 제2곡선(18)은 아크 튜브의 과열점 온도대 벽부하비를 나타낸다. 제3도로부터 본 발명은 과열점 온도를 대략 1000℃ 이하로 유지시키면서 증가하는 벽부하에서 아크 튜브를 작동시키고 이로써 아크 튜브의 효율을 향상시킴을 알 수 있다(곡선 18). 예컨대, 1000℃의 과열점 온도 이하에서 발생하는 70LPW의 효율을 생성시키게 끔 상기 아크 튜브는 20W/㎠에서 작동될 수도 있다.
[발명의 실시]
본 발명의 실시에 대해서는 제2도, 제3도 및 제1도를 참조하여 설명할 수 있다. 제2도에서 만약 크세논-금속 할로겐 램프가 후술될 회로장치 및 방식에 의해 고주파수에서 동작되면(곡선 14), 크세논-금속 할로겐 램프에서 순간 광 1500 루멘을 생성하는데 필요한 크세논 충진 개스 압력은 과열점 온도가 임계값 1000℃ 이하로 되게함을 알 수 있다. 제3도에서 약 70LPW의 효율을 갖는 크세논-금속 할로겐 램프를 나타내는 20W/㎠의 벽부하는 과열점 온도를 임계값 1000℃ 이하로 유지하면서도 얻을 수 있음을 알 수 있다. 제1도에서 7기압의 크세논 충진 압력은 자동차 또는 차량의 요구를 충족시키는 양인 적어도 1500 루멘의 순간 광 출력을 생성함을 알 수 있다.
고압 크세논-금속 할로겐 램프의 작동방법
자동차 용도에 적합한 순간 광을 생성하기에 충분한 크세논 압력을 가진 고압 크세논-금속 할로겐 램프를 작동시키는 방법은 특정 여기 신호를 공급하는 단계와 그러한 신호의 변수들을 선택하는 단계로 이루어진다. 개스 방전 램프는 체적이 약 0.05 내지 약 1.0㎤인 구상부(bulbous portion)를 가진 외피를 구비한다. 이 램프는 약 2 내지 약 15 기압의 냉각 압력을 가진 크세논 개스, 약 5 내지 약 20 기압의 동작 압력을 가진 수은 및 약 1 내지 약 5m의 할로겐 화합물로 구성된 충진물을 상기 구상부 내에 가질 수 있다. 또한 이 램프는 외피의 양단부에 서로 대향하게 위치되고 약 1.5 내지 약 5mm 범위의 간격을 두고 배치되는 한쌍의 전극을 구비한다. 글로우 모드 개시 동작이 본 발명의 크세논 충진물 때문에 어려워지므로 전극에는 스폿 모드 동작을 설정하기 위해 충분한 전류가 공급된다. 1986년 5월 4일자로 허여된 미합중국 특허 제4,574,219호(Daven port 씨등)에는 스폿 모드 동작에 대한 전류 요건과 글로우 모드 개시에 대한 일반적인 기술이 기재되어 있다.
여기 신호의 파형은 사인파, 삼각파, 톱니파 또는 지수파로부터 선택된 것일 수도 있고 또는 램프에 대한 순간 전력이 20KHz 내지 80KHz 범위의 주파수에서 시간에 따라 변화하는 어떤 합성 파형일 수도 있다. 이러한 파형 중에서 가장 간단하면서도 대표적인 일예는 신호 V(t)가 다음식으로 표시될 수 있는 사인파형이다.
V(t)＝Vm sin[2*pi*CF*t＋(DE/f)*sin(2*pi*f*t)] …………………………(1)
여기서, Vm은 첨두전압, CF는 반송주파수, DF는 반송주파수로부터의 최대 주파수 편위, f는 변조주파수이다.
삼각파, 톱니파, 지수파 또는 합성파형의 여기 신호는 CF, DF 및 f의 함수로서 표시되지만 순간 전압은 각 상황에서 선형적으로 또는 계단식으로 또는 지수적으로 또는 어떤 합성 방식으로 변화한다.
고압 크세논-금속 할로겐 램프는 식(1)로 표시된 여기 신호의 변수의 선택과 관련된 본 발명에 따라 여러 방법으로 작동될 수 있다. 식(1)로 표시된 여기신호에 있어서, f의 범위는 약 0.01×CF 내지 약 0.05×CF까지 가 바람직하다. 마찬가지로, DF 범위는 약 0.07×CF 내지 0.20×CF까지의 범위일 수 있다. 또한, CF값은 약 20KHz 내지 약 80KHz 범위의 값일 수 있다. 필요한 경우, 크세논-금속 할로겐 램프는 f와 DF값을 0으로 하고 CF값을 약 20KHz 내지 약 80KHz 범위에서 선택함으로써 주파수 변조 동작없이 작동할 수 있다. 본 발명에 관련된 여러 방법들은 제4도를 참조하여 더욱 상세히 설명된다. 제4도는 고압 크세논-금속 할로겐 램프에 인가되는 식(1)의 여기신호의 반송주파수(CF)를 나타낸 것이다. 이 도면의 X축은 주파수(KHz)를 나타낸다.
제4(a)도는 주파수 변조된 고파수 동작(20) 즉, 이전에 주어진 소정 범위 내의 값을 갖는 식(1)의 DF 값을 나타낸 것이고, 제4(b)도는 주파수 변조없는(DF=0) 고주파수 동작(22)을 나타낸 것이다. 상기 두 동작은 고압 크세논-금속 할로겐 램프와 관계하고 있다. 주파수 변조된 고주파수 변조 동작(20)은 여러부분(20A,20B,20C)으로 나뉘어지는데, 이 부분들은 크세논 할로겐 램프의 아크가 불안정하게 되는 식(1)의 여기신호의 주파수들은 나타낸다. 이 부분들(20A,20B,20C)은 깜박거림 및 휨 문제와 같은 불안정한 아크 상태를 나타낸다. 변조가 없는 고주파수 동작(22)은 여러 부분들(22A,22B,22C,22D,22E,22F,22G)로 나누어지고, 이 부분들은 크세논-금속 할로겐 램프 내의 불안정안 아크 동작의 주파수를 나타낸다. 부분(22A-22F)은 소멸, 깜박거림, 아크의 휨 문제를 야기시키는 불안정 부분이다. 부분들(22A-22F)에 의해 점유되지 않는 주파수들은 아크 형태가 직선으로 안정한 방법으로 작동되는 주파수 또는 윈도우 대역을 의미한다.
제4(a)도와 제4(b)도를 비교하면, 제4(a)도의 변조가 있는 고주파수동작(20)은 부분들(20A,20B)간의 간격으로 표시된 램프의 안정 동작이 가능한 아크 안정성의 대형 윈도우를 제공하고 제4(b)도는 다수의 주파수 윈도우를 보여주지만 20으로 도시된 바와 같은 광범위한 유효 윈도우를 갖지 않음을 알 수 있다.
제4(a)도에 있어서, 크세논-금속 할로겐 램프의 고주파수 동작(20)은 2기압을 초과하는 크세논 충진 압력을 가진 크세논-금속 할로겐 램프와 직각으로 교차하는 중력 유도 대류를 감소시킨다. 제4(a)도의 크세논-금속 할로겐 램프의 작용은 이미 언급한 바 있는 미합중국 특허 제4,170,746호의 회로에 의해 작동되는 금속 할로겐 램프와 매우 다르다. 제4(a)도에 도시된 동작의 효과는 관련 램프의 상층벽 온도가 약 200℃만큼 감소되고 효율은 제2도의 관련 설명에서 이미 기술된 60사이클 동작에 비해 2배가 되며, 동시에 중력 유도 대류가 아크 직선화 상태를 이룰때까지 감소되게 하는 방법으로 크세논-금속 할로겐 램프를 음향적으로 작동시키는 것이다. 아크 직선화는 전극산의 아크를 상방향으로 구부리는 수직 대류에 대한 크세논과 수은의 지배적인 음향 효과로 인해 얻어진다. 고주파수 동작(20)에서의 안정성 있는 직선화된 아크의 주파수 윈도우의 아크에 대하여 아크 튜브의 벽을 향해 비대칭적으로 힘을 가하는 것이 아나리 아크 튜브의 중심을 향해 대칭적으로 힘을 가하는 개스의 음향 섭동 존재에 대응한다. 제4(b)도의 불안정 영역간에서 주파수 변조가 없는 넓은 안정 동작 대역(Sb)은 약 5KHz, 즉 식(1)의 반송 주파수(CF)의 약 10%이다. 제4(a)도에 있어서, 주파수 변조가 있을때 부분들(20A,20B)간의 안정 동작 대역은 30% 내지 50%간의 SB/CF값일 수 있다. 주파수 변조 신호가 추가되고 제4(a)도의 동작(20)으로 표시되는 크세논-금속 할로겐 램프의 음향동작은 제5도를 참조하여 상세히 설명한다.
제5(a)도는 식(1)로 주어지는 비변조된 반송 주파수(CF)를 나타내지만 편의상 삼각파로 표시하고 있다. 제5(b)도는 식(1)로 주어진 주파수(f)에서의 변조 신호를 나타낸 것이고, 제5(c)도는 식(1)의 V(t)를 나타내는 주파수 변조 신호를 나타낸 것이다. CF 비변조 반송파와 f 변조신호에 대한 주기는 제5(a), 5(b) 및 5(c)도에서 1/CF과 1/f로서 표시되어 있다. 제5(c)도는 또한 최대주파수(CF＋DF), 중간주파수(CF) 및 최소주파수(CF-DF)를 통과할때의 파형을 나타내고 있다.
본 발명의 방법은 사인파형, 삼각파형, 톱니파형 또는 합성파형을 갖는 여기신호를 식(1)에서와 같이 선택하고, 크세논-금속 할로겐 램프의 아크가 비교적 직선으로 되도록 DF와 f에 대한 양호한 범위를 선택하는 것이다. DF값의 양호한 범위는 다음식(2)로 주어지고, f값의 양호한 범위는 다음식(3)으로 주어진다.
0.07DF/CF0.20
0.01f/CF0.05
고주파수 변조 동작(20)에서 내부 단축 지름이 5.8mm이고 내부 장축 지름이 10.0mm인 장축 타원체의 아크 튜브를 동작시키기 위해 f값은 0.7KHz, DF값은 4.2KHz가 사용되었다. 그 결과, 32KHz 내지 48KHz 범위의 주파수(CF)에 대해 안정성이 있는 직선 아크를 얻어내었다. 본 발명의 주파수 변조 동작(20)에 대해 제6도를 참조하여 설명하겠다.
제6도는 식(1)로 표현된 여기 신호의 주파수 스펙트럼을 나타낸 것으로 이것은 고압 크세논-금속 할로겐 램프에 응용될 수 있다.
제6도는 (CF-DF)F(CF＋DF)의 모든 범위에 있어서 여러 이산주파수(F)에 분배된 음향 전력을 도시하고 있으며, 본 도면의 X축은 주파수를 나타내고 Y축은 전력의 LOG값을 나타낸다. 이산주파수 성분들은 f만큼의 간격을 두고 분리되어 있으며 DF/f 값이 1보다 훨씬 큰값일때 스펙트럼의 1/2 최대점(3db)에서의 1/2폭은 DF와 거의 같다. 제4(a)도에 도시한 바와같이 램프에 전달된 대부분의 전력이 안정 주파수 상태에 있으면 아크 불안정을 없앨 수 있다. 음향 전력을 크게 확장시키기 위해 주파수 스펙트럼의 폭(2*DF)은 불안정 주파수 대역(전형적으로 10-20KHz)을 초과해서는 안되낟. 또한, 주파수 변조 신호(f)가 너무 크면 주파수 성분이 너무 적게 존재하게 되고 각 주파수 성분(불안정한 성분)에 너무 많은 전력이 존재할 수도 있다. f값이 작을수록 음향 전력을 전달하는 주파수 성분들의 수는 더 커지고, 불안정성이 여기될 가능성은 더 적어진다. 바람직한 f값은 식(3)으로 주어진 범위내의 것이다. f값에 대한 하한 선택 범위를 제5도를 참조하여 설명하겠다. 제5(b)도와 제5(c)도에 있어서, 주파수(F)가 식(1)로 표현된 여기 신호와 관계가 있다고 가정하면, 주파수(F)가 1/f의 반주기(제5(b)도) 동안에 (CF-DF)에서 (CF＋DF)까지 변함을 알 수 있다(제5(c)도).공급된 주파수(F)가 불안정 대역(UB)의 폭을 통해 안정 주파수 대역(제4(a)도의 20A와 20B간)으로부터 스윕되었을때 불안정은 T=UB/4fDF의 시간동안 작동된다. 불안정 작동이란 휨 또는 깜박거림과 같은 원치않은 모션이 야기되거나 시작되고 그러한 모션이 시간(T)동안 점점 더 커진다는 의미이다. 불안정을 원치않은 작동 상태 예컨대, 휘어진 아크, 깜박거리는 아크 또는 소멸된 아크를 야기시키는 상당량의 진폭으로 성장시키기 위해서, 램프는 F*T값이 10보다 훨씬 크게 되도록 여러 발진 기간(1/F 길이)동안 구동되어야 한다. 일반적으로 F*T가 대략 6이 되도록 UB는 대략 2KHz이고, f는 대략 0.7KHz이고, DF는 대략 4.2KHz이고, F는 대략 40KHz이다. F가 불안정 대역을 통해 주사되는 신속성 때문에 불안정은 본 실시예에서 상기 주어진 UB, f, DF 및 F의 값에 대하여 단지 대략 6회의 진동까지만 성장할 수 있고 불안정의 크기는 감지할 수 없게 된다. 그러나 분석 결과 소인 속도(sweep rate) 즉 f·DF값이 너무 낮으면 주파수는 초과 시간동안 불안정 대역(제4(a)도의 20A, 20B 및 20C 참조)에서 계속된다는 것을 알았다. 그러므로, f의 하한 범위는 수백 Hz가 된다. 또한, 우리들이 실험적으로 관찰한 바와같이, 주파수(f)에서의 주파수 변조에 대한 삼각파형 또는 톱니파형들은 사인파형보다 바람직하므로, 삼각파형과 톱니파형의 주파수는 제5(c)도의 (CF＋DF)와 (CF-DF)에 대응하는 최대 및 최소 주파수에 존재하지 않으며, 만일 그렇지 않으면 잠정적으로 불안정한 주파수에서의 시간의 증대한다.
모든 주파수(DF,DF,F)는 소형 아크 튜브에 대해 더욱 높은 주파수를 요구(또는 그 반대)하고 크세논-금속 할로겐 램프로서 기능하는 아크 튜브의 크기에 역비례하는 것으로 관찰되었다. 그러나 0.3㎤보다 작은 용적의 아크 튜브를 갖고, 구체, 장축 타원체 및 원통체를 포함한 모든 기하학적 형상을 가지는 소형 크세논-금속 할로겐 램프에서는 넓은 안정 대역(SB/CF 대략 30% 내지 50%)이 얻어졌다.
안정회로
본 발명의 양호한 실시예가 도면 제7,8,9 및 10도에 개략적으로 도시되어 있으며, 이 실시예는 제7도에서 설명된 개시 회로에 의해 개시되는 개스식 방전기(60)에 관련하여 동작하는 작동회로에 대한 것이다. 제7,8,9,10도는 표 1에 나타낸 여러값 또는 종류의 소자들로 구성된다.
Figure kpo00001
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Figure kpo00002
Figure kpo00003
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Figure kpo00004
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Figure kpo00005
일반적으로 제7,8,9,10도에 도시된 회로들은 전술한 크세논-금속 할로겐 금속(60)를 구동하기 위한 주파수 변조의 고주파수 전압을 생성한다. 제7도 내지 제10도의 회로들은 사인파 또는 삼각파와 유사하며 대략 지수 형태를 가질 수 있는 합성 파형을 상기 램프(60)에 공급하는 일에 관여하고 있다.
상기 주파수는 10KHz-200KHz 범위내에 있다. 주파수 변조율(DF/CF)은 약 10%로, 이는 상기 주파수가 이미 기술된 안정 대역에 머무를 수 있게 한다. 또한 상기 파형은 0전력에서 감지될 수 없는 연속 시간에 의해 안정 동작을 얻도록 되어 있고 파고 인자(첨두값대 RMS의 비)는 2 : 1보다 작다.
제7,8,9,10도에 도시된 회로들은 과열되었을때도 상기 램프(60)를 순간적으로 파괴할 수 있는 전압 및 전류를 공급하고 그것을 일연의 아크 상태로 전이시킨다. 일실시예에 있어서 제7도 내지 제10도의 작동회로는 60Hz의 주파수에서 120볼트의 전압을 갖는 교류 전류 여기원(52)에 접속되어 있다.
또 다른 일실시예에서는 상기 작동 회로가 직류원에 직접 접속되어 관련 정류 회로들을 제거할 수도 있다. 제7도 내지 제10도의 회로들은 일실시예에서 2-단 전력 변환기를 구비한 램프(60)용의 안정회로를 형성한다. 안정회로의 입력단은 DC-DC 부스트 변환기이지만 출력단은 DC-AC 인버터이다. 입력 부스트 변환기는 제어될 수 있지만 출력 인버터는 제어가 불가능하다. 램프 전압 및 전류는 램프 전력을 조절하는 입력 부스트 변환기로 궤한된다. 출력 인버터는 주파수 변조된다. 램프(60)에 흐르는 전류는 선형 안정 인덕터에 의해 순간값을 기본으로 제한받지만 평균 전력은 조절식 DC 링크 전압에 의해 조절된다.
입력 부스트 변환기의 주요 구성 소자들은 표 2에 표시되어 있고, 이들은 표 2에 주어진 관련 도면에 도시된 바와같이 접속된다.
Figure kpo00006
표 2의 구성소자와, 제7도 및 제8도에 도시된 관련 회로들은 탭식 인덕터, 전류 모드 제어식 DC-DC 부스트 변환기를 구비한다. 이 입력 변환기는 제어 가능하므로 개스 방전 램프(60)가 차량용 순간광을 제공할 수 있다. 순간광은 턴온시 램프(60)에 경사식으로 비교적 큰 와트(전압×전류)를 공급하고 램프의 준비 동작시 전력을 단계적으로 낮추는 입력 변환기에 의해 얻어진다. 비교적 낮은 임피던스를 갖는 램프의 턴온은 램프가 전술한 방식으로 개시된 후 발생한다. 왜냐하면, 램프의 사전 동작 상태는 비교적 높은 임피던스를 얻도록 충분한 기간동안 램프가 턴온된 후 발생하기 때문이다.
제10도에 도시된 타이머 회로는 램핑 전류를 저항들(R22,R23)을 거쳐 PWM 에러 증폭기(U10)의 합산 노드(핀 2)에 공급한다. 이 전류는 램프 와트를 조절하는 궤환 제어 시스템의 일부인 기준 신호의 구성요소이다. 동작시에 램프 전류 및 전압의 스케일된 샘플은 곱해진 후 전술한 합산 노드에 공급된다. 네가티브 궤환 제어 시스템은 스케일된 렘프 전압-전류곱을 제10도의 회로에 의해 생성된 램핑 기준과 평형을 이루도록 한다. 램프(60)의 준비 동작이 끝난 후 PWR 에러 증폭기에 대한 기준은 램프의 전력을 일정하게 운용하거나 동작시키기 위해 일치하게 된다. 트랜스포머(T2)의 권선(T2-D)은 램프 전압 샘플을 제공하고 전류 트랜스포머(T3)는 스케일된 램프 전류의 대표값을 공급한다. 이들 두 신호는 제8도에 도시된 회로 소자들(Q6,U3,U6-A,U9)과 관련 소자들에 의해 곱해진다.
경사형 특성을 가진 제8도의 전력 궤한 제어 루프에 기준 신호를 공급하는 제10도의 타이머는 본 발명에 관련하여 다음의 2가지 중요 특성을 갖는다.
(1) 출력 전류 경사는 지연 특성을 가진다. 즉 경사는 타이머 출력이 동일 레벨 조건에 있는 동안의 초기 시산 이후에 시작한다. 이 지연 특성은 제7도 내지 제10도의 안정 회로에 접속된 교류 전류원이 방해를 받는 경우 램프(60)의 순간광 성능을 개선한다.
(2) 지연 시간과 경사도를 결정하는 캐패시터(C41,C42)는 모든 전원이 회로에서 제거된 후에 비교적 천천히 방전한다. 전원이 제거된 후 그 즉시 재공급되었을때 케패시터 전압은 거의 변하지 않은채로 남아 있는다. 이 특성은 발생할 수도 있는 광펄스를 제거한다. 타이밍 캐패시터의 저속 방전은 입력측에 통상의 기판 다이오드를 갖고 있지 않은 절연 게이트 집적 회로들을 사용하는 본 발명의 전류 장치에 의해 주로 달성된다.
표 3은 출력 변환기의 주요 소자들을 나타낸 것으로 이 소자들은 표 3에 나타나 있는 관련 도면에 도시된 바와같이 접속된다.
Figure kpo00007
출력 인버터는 약 55KHz일 수도 있는 반송 주파수를 가진 본 발명의 주파수 변조 특성과 관계가 있다. 상기 반송 주파수는 제9도의 타이머(U8)에 의해 발생된다. 타이머(U8)는 그 입력(3)에 인가된 약 700Hz의 변조 주파수를 갖는데, 이는 제9도의 타이머(U7)에 의해 생성된 것이다. 타이머(U8)는 자동차의 전방조사용에 매우 적합한 반송 주파수를 단계적으로 변화시키기 위해 그 입력핀(7)에 공급된 레지스터(150)와 협동하는 스위치(S1)도 갖는다.
본 발명은 여러 용도의 집중식 광원을 형성하기 위해 크세논-금속 할로겐 램프의 전극간에 각종 형태 또는 상태의 아크를 생성하는 능력을 제공한다. 이 능력은 스위치(S1)에 의해 제공되는데, 이 스위치는 램프(60)의 아크 위치를 약간 휜 아크에서 완전한 직선 아크로 스위칭하고, 램프(60)를 갖는 헤드 램프 반사기에서 방출된 빔 패턴을 단순히 제9도의 장치의 반송파 주파수를 일정량(예컨대, 45KHz 내지 55KHz) 변화시킴으로써 제1빔(로우 빔) 조사 패턴에서 제2빔(하이 빔) 조사 패턴으로 스위칭한다. 이미 전술한 바 있는 크기와 안정된 윈도우에 따라 램프(60)의 다른 적절한 주파수 편위가 사용될 수도 있다. 일실시예에 있어서, 주파수 편위는 램프내에서의 아크가 직선 상태에서 휜 상태로 변화되게 하며, 이로인해 아크에 관련된 광의 첫 집중이 하이 빔 조사와 관련된 점과 일치하는 반사기내 제1위치에서 로우 빔 조사와 관련된 집속점과 일치하는 반사기내 제2위치로 이동한다.
아크 위치를 이동시키는 이러한 방법은 적어도 2가지 이유 즉(1) 자기 편향은 추가 회로와 하드웨어를 필요로 할 수도 있다는 것과 (2) 약간 휜 아크에서도 음향 동작이 전술한 낮아진 과열점 온도에서 계속 이루어진다는 것 때문에 아크의 자기 편향에 적합하다. 휨을 얻기 위한 이러한 방법은 파형이 곡선화 모드(기본 음향 주파수)와 직선화 모드(제1우수 고조파)의 적절한 혼합을 갖도록 파형을 조절함으로써 실현된다. 이는 아크를 직선화 하거나 휘거나 또는 광범위한 형태로 응용 가능하게 한다. 아크의 초기 파괴 및 고온 재점화에 필요한 비교적 높은 전압은 불꽃 간극 장치를 이용하는 제7도의 회로에 의해 발생된다.
이 회로는 5단 다이오드 캐패시터 전압 증배기와, 인버터의 개방 회로 출력 전압을 이용하는 승압 코일을 구비한다. 파괴 회로는 D14 내지 D18, C8 내지 C12 및 승압 코일(L2)로 구성된다.
제7도 내지 제10도의 안정 회로는 비변조 신호(제5도(a)도 참조)로서 사용되고 선택가능한 반송파 주파수(CF)를 갖는 제1신호를 발생한다. 이 안정 회로는 또한 변조 회로(제5(b)도 참조)로서 사용되는 제2신호도 발생한다. 또한, 제7도 내지 제10도의 회로는 상기 제1 및 제2신호들을 조합해서 여기 신호(식 1)를 생성하여 개스식 방전 램프(60)에 공급한다. 제7도 내지 제10도의 안정 회로는 관련 회로 소자들의 적절한 선택에 의해 이미 기슬한 변수들의 범위내에서 여기 신호(식 1)를 생성한다. 본 발명의 실행은 고압 크세논-금속 할로겐 램프를 여기시키기 위해 주파수 변조의 고주파수 전압 및 전류를 발생하는 회로를 제공한다는 것을 주지하기 바란다. 이 회로는 자동차 또는 차량에 매우 적합한 고레벨의 순간광을 생성하기 위해 크세논-금속 할로겐 램프에서 고압의 크세논 개스를 사용할 수 있게 한다. 크세논-금속 할로겐 램프는 통상의 금속 할로겐 램프보다 약간 높은 압력에서 작동하며(크세논과 수은 때문에) 또한 통상 사용되는 것보다 약간 높은 벽부하에서 작동한다. 또한, 어떤 광학 시스템에서는 아크 간극 즉, 전극들간의 간격이 매우 짧아야 하고 램프 전압을 상당량으로 얻기 위해 통상의 아크 길이를 가진 방전 램프보다 더 높은 수은 압력이 요구된다.
주파수 변조의 고주파수 여기는 매우 높은 압력에 의해 생성된 상당히 높은 대류력을 극복하는데 바람직하고, 이것은 미합중국 특허 제4,170,746호에 기술된 바와같은 크세논을 갖지 않는 소형 수은-금속 할로겐 방전 램프에서는 통상 불가능하였던 매우 높은 효율을 생성하는 매우 높은 벽부하를 사용하기 위해 요구되는 거의 유사한 등온 램프를 만든다.
본 발명의 장점없이 크세논-금속 할로겐 램프가 저주파수 전력으로 작동된다면 아크는 벽에 대해 이동하고 아크 튜브의 팽창이 발생하여 결국 램프의 고장을 야기시킬 것이다. 고주파수를 주파수 변조하는 본 발명의 잇점이 없다면 음향 주파수 윈도우들은 협소해지고 크세논-금속 할로겐 램프의 실제 설계를 불가능하게 한다. 본 발명과 관련한 크세논 압력은 자동차 전방 조명과 같은 용도를 위해 적절한 광을 순간적으로 발생시킬 수 있을 정도로 충분히 높다. 벌브의 모양 및 크기, 주파수 및 주파수 변조는 특정 용도에 필요한 루멘 출력과 방전 크기를 얻기 위하여, 그리고, 아크 직선화가 이루어진 경우에는 설계 수명을 달성하기에 충분이 낮은 최대의 벌브 온도를 유지함과 동시에 소정의 할로겐양을 증발시키고 동시에 설계 수명을 취함에 있어 충분히 낮은 최대 벌브 온도를 위한 최적의 벌브 온도가 얻어지게끔 조합적으로 선택된다.
본 발명은 고압 크세논-금속 할로겐 램프와 안정 회로를 이용한 광학 시스템을 제공하고, 직선 아크와 대칭 방전은 상당히 높은 압력에 관련된 극도의 대류 효과를 극복하는 것으로부터 얻어진다. 이 효과는 제어된 음향 공진에 의해 극복되며, 여러 형태의 투사 시스템과 표시 시스템에 유용한 균일한 광필드를 생성한다. 본 발명에 관련된 자동차 헤드 램프에서 광은 주파수 변조의 고주파수 안정 회로에 의해 작동되는 고압 크세논-금속 할로겐 램프에 의해 생성되며, 우수한 성능은 고압 크세논 존재를 통해 이용가능한 순간광으로부터 얻어진다. 헤드 램프의 광학 장치내 광원의 소형 크기 및 직선성은 램프의 소형 크기 및 램프의 등온 특성에 의해 생성되며 이는 음향 공진을 통해 매우 빠른 급속 대류를 극복하기 때문에 이루어지는 것이다.
상기 음향 공진은 본 발명의 실시에 따른 고주파수 변조와 파형 제어에 의하여 제어된다. 일실시예에 있어서 크세논-금속 할로겐 램프의 여기 신호의 주파수는 램프내의 아크가 직선 상태에서 곡선 상태(휜 상태)로 변하도록 시프트되고, 이로 인해 아크광의 집중점이 제1위치에서 제2위치로 이동한다. 이러한 제1 및 제2위치는 차량의 경우 하이 빔 조사와 로우 빔 조사에 관련된 점으로 선택된다. 제7도 내지 제10도의 안정 회로는 크세논-금속 할로겐 램프에 아주 적합하며, 필요하다면 본 발명의 안정 회로는 크세논-금속 할로겐 형이 아닌 다른 개스 방전 램프를 작동 개시시키는데 사용될 수도 있다.

Claims (22)

  1. 체적이 대략 1㎤를 초과하지 않는 방전 공간을 형성하는 유리 구체와, 상기 유리 구체내에 밀봉되고 아크 간격을 형성하는 한쌍의 전극과, 연속 동작중에 양적으로 전체 증기압의 25% 이상의 부분 압력을 발휘하는 수은, 금속 할로겐 및 방사선 방출 개스로 이루어진 충진물을 포함하는 형태의 소형의 고압 금속 증기 방전 램프를 작동시키는 방법에 있어서, 교류 성분을 갖는 전류를 전극 간격 양단의 입력 전력에서 순간적으로 변화시키는 단계를 포함하는데, 상기 전력 변화는 20KHz 내지 200KHz 범위내의 양호한 대역에서 선택된 주파수에서 행하여지고, 상기 대역은 음향 공진이 충진물내에서 중력에 의한 대류의 효과를 감소시키는 아크 직선화 모드를 여기시키는 대역인 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 양호한 대역은 음향 공진이 중력에 의한 아크 휨을 감소시키고, 과열점 온도를 저하시키며 램프의 냉각점 온도를 상승시키는데 유효한 모드를 여기시키는 대역인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 전류는 상기 선택된 주파수에서 입력 전력의 시간 파동을 보장하는 파형을 가진 교류인 것을 특징으로 하는 방법.`
  4. 제1항에 있어서, 상기 선택된 주파수에서 램프를 통과하는 전류의 교류 성분은 직선의 안정된 아크가 얻어지는 주파수 대역의 폭을 확대시키기 위하여 주파수 변조되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 램프 작동이 폭이 퍼진 대략 타원형의 방전 공간을 형성하는 상기 형태의 램프에서 실행되고 상기 전극들은 장축에 평행한 수평 아크 간격을 형 성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 램프 작동은 전극들이 장축에 평행한 수평 아크 간격을 형성하고 방사선 방출 개스가 연속 동작중에 수은의 부분 압력에 필적하는 부분 압력을 발휘하는 크세논인 상기 형태의 램프에서 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 램프 작동은 전극들이 장축에 평행한 수평 아크 간격을 형성하고 방사선 방출 개스가 연속 동작중에 수은의 부분 압력에 필적하는 부분 압력을 발휘하는 크세논이며 나트륨이 할로겐으로서 포함된 상기 형태의 램프에서 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 방사선 방출 개스는 크세논이고, 상기 교류 성분은 아크 직선화 대역인 하나의 대역과 램프에서 광집중의 부수적인 공간 변위에 의해 약간의 아크 휨을 허용하는 대역인 다른 하나의 대역 사이의 주파수에서 편위될 수 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 체적이 대략 1㎤를 초과하지 않는 방전 공간을 형성하는 유리 구체와, 상기 유리 구체내에 밀봉되고 아크 간격을 형성하는 한쌍의 전극과, 연속 동작중에 양적으로 전체 증기압의 25% 이상의 부분 압력을 발휘하는 수은, 금속 할로겐 및 방사선 방출 개스로 이루어진 충진물을 포함하는 형태의 소형의 고압 금속 증기 방전 램프를 작동시키는 방법에 있어서, 교류 성분을 갖는 전류를 전극 간격 양단의 입력 전력에서 순간적으로 변화시키는 단계를 포함하는데, 상기 전력 변화는 20KHz 내지 200KHz 범위내의 양호한 대역에서 중심 주파수로서 선택된 주파수 F에서 행하여지고, 상기 대역은 음향 공진이 충진물내에서 중력에 의한 대류의 효과를 감소시키는 아크 직선화 모드를 여기시키는 대역이며, 상기 중심 주파수 F는 상기 대역의 폭을 확대시키기 위하여 주파수 변조되고, 상기 주파수 변조는 변조 주파수 f에서 주파수 편차 DF를 가지며 DF와 f는 상기 대역의 폭을 최대화하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 주파수 편차는 중심 주파수 F의 7∼20%이고 변조 주파수는 중심 주파수 F의 1∼5%인 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제9항에 있어서, 주파수 편차는 중심 주파수 F의 7∼20%이고 변조 주파수는 중심 주파수 F의 1∼5%이며 변조 주파수 엔벨로프의 파형은 사인파보다는 삼각파 또는 톱니파인 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제9항에 있어서, 램프 작동은 전극들이 장축에 평행한 수평 아크 간격을 형성하고 크세논이 연속동작중에 수은의 부분 압력에 필적하는 부분 압력을 발휘하며 나트륨이 할로겐으로서 포함되는 상기 형태의 램프에서 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 체적이 대략 1㎤를 초과하지 않는 방전 공간을 형성하는 유리 구체와, 상기 유리 구체내에 밀봉되고 아크 간격을 형성하는 한쌍의 전극과, 연속 동작중에 양적으로 전체 증기압의 25% 이상의 부분 압력을 발휘하는 수은, 금속 할로겐 및 방사선 방출 개스로 이루어진 충진물을 포함하는 형태의 소형의 고압 금속 증기 방전 램프와, 상기 전극들 사이에 접속되고, 교류 성분을 가지며 전극 간격 양단의 입력 전력에서 순간적으로 변화를 일으키는 전류를 발생하는 전류원을 포함한 램프 작동 수단을 포함하는데, 상기 전력 변화는 20KHz 내지 200KHz 범위내의 양호한 대역에서 선택된 주파수에서 행하여지며, 상기 대역은 음향 공진이 충진물내에서 중력에 의한 대류의 효과를 감소시키는 아크 직선화 모드를 여기시키는 대역인 것을 특징으로 하는 소형의 고압 금속 증기 방전 램프 및 램프 작동 수단의 조합체.
  14. 제13항에 있어서, 상기 양호한 대역은 음향 공진이 아크의 중력에 의한 휨을 감소시키고 램프의 과열점 온도를 저하시키며 램프의 냉각점 온도를 상승시키는데 유효한 모드를 여기시키는 대역인 것을 특징으로 하는 소형의 고압 금속 증기 방전 램프 및 램프 작동 수단의 조합체.
  15. 제13항에 있어서, 전극들은 장축에 평행한 수평 아크 간격을 형성하고, 크세논은 연속 동작중에 양적으로 수은의 부분 압력에 필적하는 부분 압력을 발휘하며, 나트륨은 할로겐으로서 포함되는 것을 특징으로 하는 소형의 고압 금속 증기 방전 램프 및 램프 작동 수단의 조합체.
  16. 제13항에 있어서, 상기 전원으로부터의 전류는 상기 선택된 주파수에서 입력 전력의 시간 파동을 보장하는 파형을 가진 교류인 것을 특징으로 하는 소형의 고압 금속 증기 방전 램프 및 램프 작동 수단의 조합체.
  17. 제 13항에 있어서, 상기 선택된 주파수에서 램프를 통과하여 전력 변화를 일으키는 전류의 교류 성분은 직선의 안정된 아크가 얻어지는 주파수 대역의 폭을 확대시키기 위하여 주파수 변조되는 것을 특징으로 하는 소형의 고압 금속 증기 방전 램프 및 램프 작동 수단의 조합체.
  18. 제13항에 있어서, 램프 유리 구체는 폭이 퍼진 대략 타원형의 방전 공간을 형성하고 상기 전극들은 장축에 평행한 수평 아크 간격을 형성하는 것을 특징으로 하는 소형의 고압 금속 증기 방전 램프 및 램프 작동 수단의 조합체.
  19. 체적이 대략 1㎤를 초과하지 않는 방전 공간을 형성하는 유리 구체와, 상기 유리 구체내에 밀봉되고 아크 간격을 형성하는 한쌍의 전극과, 연속 동작중에 양적으로 전체 증기압의 25% 이상의 부분 압력을 발휘하는 수은, 금속 할로겐 및 크세논 개스로 이루어진 충진물을 포함하는 형태의 소형의 고압 금속 증기 방전 램프와, 상기 전극들 사이에 접속되고, 교류 성분을 가지며 전극 간격 양단의 입력 전력에서 순간적으로 변화를 일으키는 전류를 발생하는 전류원을 포함한 램프 작동 수단을 포함하는데, 상기 전력 변화는 20KHz 내지 200KHz 범위내의 양호한 대역의 중심 주파수로서 선택된 주파수 F에서 행하여지며, 상기 대역은 음향 공진이 충진물에서 중력에 의한 대류의 효과를 감소시키는 아크 직선화 모드를 여기시키는 대역이고, 상기 중심 주파수 F는 상기 대역의 폭을 확대시키기 위해 주파수 변조되고, 상기 주파수 변조는 변조 주파수 f에서 주파수 편차 DF를 가지는데 DF와 f는 상기 대역의 폭을 최대화하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 소형의 고압 금속 증기 방전 램프 및 램프 작동 수단의 조합체.
  20. 제19항에 있어서, 주파수 편차 DF는 중심 주파수 F의 7∼20%이고 변조 주파수 f는 중심 주파수 F의 1∼5%인 것을 특징으로 하는 소형의 고압 금속 증기 방전 램프 및 램프 작동 수단의 조합체.
  21. 제19항에 있어서, 주파수 편차는 중심 주파수 F의 7∼20%이고 변조 주파수 f는 중심 주파수 F의 1∼5%이며 변조 주파수 엔벨로프의 파형은 사인파보다는 삼각파 또는 톱니파인 것을 특징으로 하는 소형의 고압 금속 증기 방전 램프 및 램프 작동 수단의 조합체.
  22. 제19항에 있어서, 상기 램프가 위치되는 헤드 램프 반사기와, 반송파 주파수를 제어된 아크 휨 영역으로부터 아크 직선화 대역으로 단계적으로 편위시키는 스위치 수단을 포함하여 빔 스위칭을 실행하도록 상기 램프내에서 광 집중을 물리적으로 변위시키는 것을 특징으로 하는 소형의 고압 금속 증기 방전 램프 및 램프 작동 수단의 조합체.
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