JPH04277496A - 無電極高輝度放電ランプを高温再起動する際の方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、無電極の高輝度放電（
ＨＩＤ）ランプの再起動に関し、さらに特定すると、無
電極ＨＩＤランプが即座に再起動できるように無電極Ｈ
ＩＤランプを消灯するための方法と装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】無電極ＨＩＤランプの通常動作中は、連
続マイクロ波電力がランプに供給されている。一般に、
無電極放電ランプは、一定電力レベルをもつマイクロ波
電源によって動作される。無電極放電容器内にある高温
ガスの絶縁破壊は、石英壁を経由して高電圧パルスと容
量的に結合することによって達成される。固定マイクロ
波電力と高電圧パルスの状態の下での放電は、ガスの絶
縁破壊が容器内に生じても冷却段階の十分な設定時間の
間放電は再起動できない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】高電圧パルスは、ある
種の条件下で、無電極ランプを再起動するのに使用でき
る。この方法には、複数の付随する問題がある。これら
の問題には、高電圧パルスによるアーク管周辺での表面
絶縁破壊とか高電圧電源に関する安全性が含まれる。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、高電圧を使用
せずに高温無電極ランプを再起動するための方法と装置
を開示する。本発明は、即座に再起動できる様式での無
電極ランプを消灯するための方法と装置を開示する。こ
の方法は、ランプがオフにされた時に制御された方法で
印加マイクロ波電力を低減することを含んでいる。電力
低減は、ランプ充填物質をイオン化している間に連続し
て光出力を下げてランプ冷却にいたる。

【０００５】この制御遮断を達成するための回路は、無
電極ランプからの可視放射を感知して出力信号を供給す
るホトダイオードを有する。出力信号は、反転オペアン
プにより増幅された後第２反転オペアンプへ接続される
。電流源は、また確実に増大する負電流を供給する第２
オペアンプと接続される。この第２オペアンプの出力は
、無電極ランプに印加されるマイクロ波電力を制御する
スイッチ手段と接続される。

【０００６】本発明のその他の目的、利点、性能をより
良く理解するために、図面と共に次の実施例を参照する
。

【０００７】無電極ＨＩＤランプの通常動作モードにお
いて、連続するマイクロ波電力が、ランプに供給される
。本発明において、高温再起動状態は、ランプがオフに
された時にマイクロ波電力の制御低減によって達成され
る。

【０００８】電力低減を制御する１つの方法は、減少す
る負荷時間率を用いてメガヘルツの周波数でオン及びオ
フ状態間のマイクロ波電力を変調することである。輝度
が顕著に初期降下し、次いでランプの冷却につれてもっ
と緩慢な低減が得られる。適当な電力低減率を使用する
と、放電が全冷却期間中維持され、マイクロ波電力が再
印加される度にその十分な伝導状態に戻される。ランプ
消灯のこのモードでは、電力低減率、従ってランプを完
全に消すのに必要な時間は、石英容器と内部ガスの冷却
率に影響される。もし負荷時間率が冷却中にあまり急速
に下げられるとランプは消える。

【０００９】別法としての制御電力低減の達成方法は、
光感知とアナログマイクロ波パワースイッチへの電気的
フィードバックを利用して所望レベルでの光出力を維持
することである。この前もってプログラムされた所望輝
度レベルは、初期の急速な降下とそれに続くグロー放電
として代表的なレベルまでの緩やかな低減を生じるよう
に調整される。この回路がランプを制御する時には、電
力レベルは、光レベルの要求低減と一致する方法で低減
される。一旦放電がグロー状態へ達すると、マイクロ波
電力はオフにスイッチされる。あるいは、回路は、ある
レベルの電力を供給できアークを常に維持しても良い。 とはいえ低い輝度レベルである。その後十分な電力が印
加されるとランプが始動される。この方法は、種々のラ
ンプがもつ不安定部分であるアークからグローへの変化
を回避する利点を持つ。

【００１０】

【実施例】図１は、本発明の無電極ランプ動作と高温再
起動性能のブロック図を図示している。実験的な設定で
は、マイクロ波電源１０内にあるＰＩＮダイオードスイ
ッチ（図示されてない）は、マイクロ波発振器１２によ
って増幅器へ供給されるマイクロ波信号を遮断するのに
使用される。あるいは、ＰＩＮダイオードスイッチを省
略し、代わりに遮断変調を発振器電源へ印加できる。ど
ちらの場合でも、遮断中にランプへ運ばれるマイクロ波
電力は零である。Ｗａｖｅｔｅｋ関数発生器は、実験設
定の中で使用されランプ冷却中のＰＩＮダイオードをス
イッチする。通常動作中であれば、ＰＩＮダイオードは
常に閉じられている。

【００１１】高温再起動のこのモードの性能を調べてみ
ると、関数発生器からの出力は、一定時間（例えば、２
４０ｎｓ）広い周波数領域において遮断電力を供給する
ように設定された。この方法おけるランプのオン時間を
表す負荷時間率は、関数発生器からの波形周波数出力を
変化させることによって変えられた。発生器の周波数を
ゆっくり増大させることによって、ランプへ運ばれる電
力は減少し、ランプは冷却する。注意深く周波数の調節
を行うと、ランプは２６Ｗの全アーク動作から約６０秒
後には７０ｍＷの拡散冷却動作へ降下された。もし連続
マイクロ波電力出力が再印加されると、ランプは再起動
して遮断段階時の任意の時点で電力を最大にする。冷却
拡散放電が遮断段階で達成されると、ランプは完全に消
された後に任意の瞬間にＵＶ照明補助等を用いて低温起
動として再起動できる。高電圧パルスは、低圧緩衝ガス
の混合物がこのランプ内で使用されているため低温ラン
プには必要ない。

【００１２】図２及び３は、ランプ消灯時に異なる負荷
時間率でランプに運ばれる電力を示している。高レベル
は電力がオフの時（これは、両ケースで２４０ｎｓ）の
時間を示し、低レベルは電力がランプに運ばれている時
間を示している。図２におけるオン時間は６９０ｎｓで
、図３におけるオン時間は９６ｎｓである。図２の負荷
時間率で、連続電力動作モードと比較するとこのランプ
はかなり暗い。

【００１３】前記のような概念で図２及び３に図示した
満足な実験室での実施例に従って、ある単純な電子回路
が冷却効果段階の間ずっとランプを制御するために作製
された。この装置のブロック図が図４に図示してある。 これは、ランプ４０、光を感知する光電管４２、光電管
の出力を増幅し直流電圧をＰＩＮダイオードスイッチ４
８に供給する電子制御回路４４、マイクロ波電源５０か
ら構成される。ＰＩＮダイオードスイッチ４８は、マイ
クロ波発振器４９と電力増幅器５０の間に配されている
。主にデジタルスイッチを意図しているけれども、スイ
ッチ４８の出力は、入力制御電圧の非常に緩慢な関数で
あってそれがアナログ電力制御装置として満足に機能す
るようにしている。このスイッチの動作は、−７Ｖの制
御電圧が印加されると最大電力が供給されるようにして
ある。電力は、最初制御電圧が増大するにつれてゆっく
り降下し、その後制御電圧が−４Ｖを越えるともっと急
激に降下する。電力は、−２．５Ｖを越えると本質的に
０になる。

【００１４】実験に使用されたランプは、長さ１０ｍｍ
、外部直径４ｍｍ、内部直径３ｍｍを持っていた。ラン
プ内の水銀含有量は、０．８９ｍｇであった。ランプ内
の緩衝ガスは、圧力２０トルのネオンだった。さらに、
ＮａＩとＳｃＩ３　のモル比が１２：１で構成される充
填物質にＮａＳｃＩ４　０．２６ｍｇが添加された。こ
のランプの寸法と充填物質の特性は、以下に記述する電
子制御回路に対する反応に影響する。

【００１５】電子制御回路の重要な特徴は、図５に関連
して理解できる。光電管からの出力はオペアンプＯＰ１
の反転入力へ供給され、非反転入力は接地されている。 この増幅器段での利得は、抵抗比Ｒ２／Ｒ１によって決
定される。この第１段からの出力が、第２段オペアンプ
ＯＰ２の反転入力に供給される。この場合の非反転入力
は、負の基準電位−Ｖｒｅｆ　に接続されている。この
第２段の利得は、Ｒ４／Ｒ３の比である。光電管からの
信号が全くない場合、ＯＰ１からの出力は、０となり、
一方ＯＰ２からの出力は、Ｒ４／Ｒ３に−Ｖｒｅｆ　を
掛けた値となる。これは、約−７Ｖに調整される。この
電圧がＰＩＮダイオードスイッチに印加されると、最大
電力がマイクロ波電源からランプに運ばれる。輝度レベ
ルが上昇するにつれて、光電管からの出力も上昇する。 その後、出力信号におけるこの変化は、ＯＰ１とＯＰ２
によって増幅されて増大（マイナス量の減少）信号をス
イッチへ供給する。これがランプへの電力を減少させ、
ある輝度レベルで装置は平衡に達する。その後回路は、
無期限にこの数値で輝度レベルを制御し続けるだろう。

【００１６】動作において、輝度レベルは最初その最大
値にありこの回路の制御下にない。ランプがオフにスイ
ッチされるとすぐに回路は制御可能状態になる。それが
高輝度レベルを感知しその出力電圧が正数値まで上昇す
ることから、それによりランプへのマイクロ波電力を遮
断する。輝度レベルが低下するにつれて、回路からの出
力電圧は負の方へ増大する。ある時点でＰＩＮダイオー
ドスイッチがマイクロ波電力をランプに再印加できるよ
うにして、今やこのランプは所望輝度レベルで制御され
る。オフにした直後に成立つこの輝度レベルは、後に論
ずる条件の範囲でできるだけ低く設定される。一般的な
数値は、スイッチオフ前の連続レベルの１０％である。

【００１７】グロー状態までのランプの連続冷却は、図
５における点Ａとして指示されているＯＰ２の反転入力
へゆっくりと増大する負電流を供給することによって達
成される。この電流は、光電管から生じる光電流と同一
方向であり、同点へ供給される前にＯＰ１によって増幅
される。故にＯＰ２は、増大輝度によるものとしてこの
電流を解釈しそれが一定輝度レベルだと考えられるとこ
ろに制御を維持するためにランプへの電力を減少させる
。最終結果は、ランプがグロー状態に入るまで輝度レベ
ルを確実に減少させる。この時点で簡単なタイマー回路
を用いてランプへの電力を切り、ランプへの次回の電力
印加に備えて制御回路を不能にしてもよい。あるいは、
ランプは、少量の光が放射される低電力モードでアーク
が常時オンであるように維持してもよい。

【００１８】点Ａへ供給される負電流は、図６にある回
路によって発生される。これは、ポテンシャルをＰチャ
ンネル型電界効果トランジスタＴ１のゲートへ供給する
Ｒ５及びＣ１により与えられる時定数をもつ単純なコン
デンサーの充電回路から構成される。これは、図５の抵
抗Ｒ６を経由して点Ａに供給される出力をもつソースフ
ォロアーとして動作される。あまりの急速冷却は、ラン
プの不安定性を招く場合がある。約２分の冷却時間は、
成功動作を保証するのに十分である。トランジスタＴ１
の絶縁ゲートが長い時間充電するため、時間回路が次回
使用前にこのコンデンサを放電することが必要である。

【００１９】図７及び８は、制御回路の短時間の反応を
示している。図７は、このランプへ印加する最高点で０
のマイクロ波電力と下方へ（マイナス方向）増大する電
力をを示す。目盛りは任意単位である。この場合拡大尺
度で表したこの曲線は、オフにした後約２．５ｍｓで電
力が再印加されることを示している。図８は、約２．５
ｍｓ後に制御下にもたらされる初期レベルの約１３％の
輝度レベルを示している。図７及び８の各曲線にラベル
分けされているのは使用されている時間の目盛りによる
。図８の曲線では図８の時間目盛り（１目盛り１０ｍｓ
）を使用し、図７の曲線では図７の時間目盛り（１目盛
り１ｍｓ）を使用する。図９及び１０は、２分間に亙る
マイクロ波電力の減少と輝度レベルの減少を開示してい
る。その後ランプはグロー状態となる。

【００２０】この回路実施に影響する重要要素は、ラン
プ電力供給装置の消イオン時間である。消イオン時間と
は、電力が再印加されるとランプが再点灯することが保
証されている間のマイクロ波電力が除去できる最長時間
であるとここに定義される。前期したように、回路はま
ず初めにマイクロ波電力を除去しそして輝度レベルが前
もって決めてある数値まで降下するとそれを回復するこ
とから、これは、重要である。しかしながら、光の減衰
時間は、無視できるものでなく輝度が低数値まで減少す
るような顕著なテールを有する。結果として、特定の消
イオン時間に対して、オフにされた後初期の制御可能な
輝度レベルは、減衰時間がより短くなるような数値まで
制限される。消イオン時間には、ランプ内の水銀圧力及
び化学添加物と、マイクロ波電力をランプに接続してい
る構造効果と、電源の電力レベル及び周波数出力とに依
存する。代表的な時間範囲は、０．５〜３ｍｓである。 可視光の完全スペクトルの減衰時間は、約２ｍｓである
。いくつかの利点は、光電管への入力として５７７０Ａ
の水銀線（適当なフィルターで分離する）を使用して得
てもよい。これは、この光の低レベル（オン状態での完
全な光の４％が達成されている）での制御を可能にして
いるかなり早い減衰（約０．５ｍｓ）という利点を有す
る。しかしこの利点は、完全な可視光スペクトル輝度と
５７７０線の輝度との関係が、単純ではなく完全スペク
トル光の輝度における減少が５７７０線よりも少ないと
いう事実によってある程度相殺される。

【００２１】この問題に対する他の解決策は、輝度レベ
ルにおける一段ではなく２段の低減を使用することであ
る。これは、図１１にある回路によって達成される。本
質的な相違は、図５の抵抗Ｒ２をＲ２ａとＲ２ｂへ分割
したことにある。抵抗Ｒ２ｂは、最初にＰ型チャンネル
トランジスタＴ２によって短絡される。ランプがオフに
されると、制御回路の第１段の利得は、Ｒ２ａ／Ｒ１の
比で設定される。これは、減衰時間が消イオン時間より
かなり短くなるような数値で制御輝度レベルを設定する
。回路が制御するのに十分な時間後（数十ｍｓ）、トラ
ンジスタＴ２がオフに設定され、Ｒ２ｂが回路へ組み込
まれるようにしている。これは、第１段の回路利得を（
Ｒ２ａ＋Ｒ２ｂ）／Ｒ１へ引上げ、したがって制御輝度
レベルを減少させる。第一制御レベルによる輝度の初期
の急激な降下のために、消イオン時間よりも短い減衰時
間をさら維持している間この第２段で実質的な輝度抑制
を達成することは可能である。安定動作を維持している
間、初期の輝度低減における実質的な総合的改良は、こ
の２段行程を利用して達成される。図１２及び１３にお
いて、初期数値の５％への輝度レベルの総合的な減少は
、オフ時間の３０ｍｓ以内に達成される。トランジスタ
Ｔ２のスイッチオフを遅らせ２段をオフにする回路が図
１４に開示してある。ランプが完全オン状態にある時、
スイッチＳＷ１は閉じられ、ＰＩＮスイッチは−１０Ｖ
に直接接続される。ダイオードＤ１は、ＯＰ２の出力を
この負電圧から保護している。この状態で、トランジス
タＴ３とＴ５はオフにされ、抵抗Ｒ２ｂは短絡されてい
る。ランプがオフにすべき時には、ＳＷ１が解放され、
ランプは回路の制御の下に配される。ＯＰ２の出力は正
になり、一時的にランプへの電力を切る。これと同時に
、トランジスタＴ３は、オンにされる。Ｒ８にＣ２を掛
けた時定数により定まる遅延の後に、Ｔ４はオフに、Ｔ
５はオンに、Ｔ２はオフに切り替えられる。この段階は
、抵抗Ｒ２ｂを回路に組み込み、前記のような光低減の
第２段に組み入れる。

【００２２】この概念を輝度レベルの複数段低減まで拡
張することが可能であるが、利益は複数段が増加するの
に対応じて格段に縮小する。全回路図が図１５に図示し
てある。

【００２３】本発明の好ましい実施例と現在考えられる
ものを図示し説明してきたけれども、当業者であれば、
本発明の技術思想から逸脱することなく種々の変更及び
修正が可能であることは明白であろう。かかる変更及び
修正は全て本発明の技術思想に包含されるべきものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】無電極ランプ動作と高温再起動性能のためのブ
ロック図。

【図２】ランプの消灯にパルス状マイクロ波電力を使用
している間の順方向電力図。

【図３】ランプの消灯にパルス状マイクロ波電力を使用
している間の順方向電力図。

【図４】冷却段階中にランプを制御するのに使用される
電子回路のブロック図。

【図５】本発明を実施するための電子制御回路図。

【図６】図５の制御回路へ信号を供給するための電流源
の図。

【図７】図５及び６の制御回路の短時間反応図。

【図８】図５及び６の制御回路の短時間反応図。

【図９】図５及び６の制御回路の長時間反応図。

【図１０】図５及び６の制御回路の長時間反応図。

【図１１】本発明を実施するための別の電子制御回路図
。

【図１２】図１１の制御回路の光出力反応図。

【図１３】図１１の制御回路の光出力反応図。

【図１４】図１１で使用されるトランジスタＴ２　のた
めのスイッチ遮断回路図。

【図１５】本発明を実施するための全制御回路図。

【符号の説明】

１０　　マイクロ波電源 １２　　変調波発生器 ４０　　無電極ＨＩＤランプ ４２　　光電管 ４４　　制御回路 ４８　　マイクロ波ＰＩＮスイッチ ４９　　マイクロ波発振器 ５０　　マイクロ波電源増幅器

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　オフ状態にスイッチされたマイクロ波
   作動型アーク放電無電極ランプを作動させる方法であっ
   て、ランプの光放出を減少させ、ランプの充填物質が部
   分的にイオン化し続ける周波数でランプに供給されるマ
   イクロ波電力を遮断することと、設定時間の経過後、ラ
   ンプへのマイクロ波電力を遮断することと、を有する前
   記方法。
2. 【請求項２】　　オフ状態にスイッチされたマイクロ波
   作動型アーク放電無電極ランプを動作させる方法であっ
   て、ランプ充填物質の光放出を減少させ、ランプの充填
   物質が部分的にイオン化し続ける周波数でランプへ供給
   されるマイクロ波電力を低減することと、設定時間の経
   過後、ランプへのマイクロ波電力を遮断することと、を
   有する前記方法。
3. 【請求項３】　　オフ状態にスイッチされたアーク放電
   無電極ランプを動作する方法であって、ランプの光放出
   が低減され、ランプに収容されたランプ充填物質が部分
   的にイオン化され続け、それによりランプ冷却を可能に
   する負荷時間率を低下させる周波数でランプへ供給され
   るマイクロ波電力を遮断すること、を有する前記方法。
4. 【請求項４】　　ランプが冷却後の低レベルでイオン化
   され続けるように、負荷時間率が設定最小レベルに低下
   される請求項３に記載の方法。
5. 【請求項５】　　オフ状態にスイッチされたアーク放電
   無電極ランプを動作する方法であって、ランプの光放出
   が低減されランプに収容されたランプ充填物質が部分的
   にイオン化され続けるランプに供給されるマイクロ波電
   力を低減すること、を有する前記方法。
6. 【請求項６】　　ランプの光放出が連続して低レベルに
   維持されている請求項５に記載の方法。
7. 【請求項７】　　アーク放電無電極ランプを消すための
   装置であって、可視放射を感知して可視放射に一致した
   信号を発生するホトダイオードと、ホトダイオードに接
   続されていて、ホトダイオードからの信号に反応すると
   直流信号を発生することができる信号増幅手段と、直流
   信号に反応してアナログ信号を発生するスイッチ手段で
   あって、信号増幅手段に接続された前記スイッチ手段と
   、無電極ランプへ電力を供給し、無電極ランプへの電力
   が前記スイッチ手段からのアナログ信号に反応して低減
   されるように前記スイッチ手段に接続されたマイクロ波
   電力供給源と、を有する前記装置。
8. 【請求項８】　　ホトダイオードから供給される信号が
   反転入力へ接続された第１オペアンプであって、出力信
   号を供給する前記第１オペアンプと、第１オペアンプの
   出力信号が第２オペアンプの反転入力へ接続されていて
   、前記スイッチ手段に接続される出力信号を供給する前
   記第２オペアンプと、第２オペアンプの反転入力に接続
   されている電流源であって、緩慢に増加する負電流を供
   給する前記電流源と、を有する信号増幅手段を含む請求
   項７に記載の装置。
9. 【請求項９】　　負電圧に接続されたコンデンサーと抵
   抗をもつコンデンサ充電回路と、前記充電回路からポテ
   ンシャルを受信し電流出力を供給するＰチャンネル型電
   界効果トランジスタと、を有する前記電流源を含む請求
   項８に記載の装置。
10. 【請求項１０】　　スイッチ手段がＰＩＮダイオードス
    イッチを含む請求項７に記載の装置。