JPH10125101A

JPH10125101A - 電極レス高輝度放電灯アセンブリ

Info

Publication number: JPH10125101A
Application number: JP9279048A
Authority: JP
Inventors: Jian J Chen; チェンジァン−ジェイ; Bowman A Budinger; ボウマンバディンガーエィ; Walter P Lapatovich; ラパトヴィッチウォルター−ピィ
Original assignee: Osram Sylvania Inc
Current assignee: Osram Sylvania Inc
Priority date: 1996-10-10
Filing date: 1997-10-13
Publication date: 1998-05-15
Also published as: EP0836368A3; US5990627A; CA2217823C; EP0836368A2; CA2217823A1

Abstract

(57)【要約】【課題】従来技術の欠点を克服した電極レス高輝度放
電灯アセンブリを提供すること。【解決手段】電極レス高輝度放電灯アセンブリにおい
て、電極レスランプ容器の封入容積体は、スターティン
グガスと化学ドーパント材の混合物を含んでおり、化学
ドーパント材は、高周波電力によって発光状態に励起さ
れ、アプリケータは、高周波電力をランプ容器に結合す
るためのものであり、ガスノズルは、ランプ容器の方に
向けられており、ガスコントローラは、ガスノズルに結
合されており、該ガスノズルにより、ガス源からガスが
受け取られ、発光状態の終了後、ガスノズルを通してラ
ンプ容器に、制限された持続期間のガスパフが供給さ
れ、ランプ容器は、ガスパフによって、リスタートに必
要な温度に急速に冷却される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電極レス高輝度放
電灯アセンブリに関し、特に、電極レスランプ容器をリ
スタートに必要な温度に急速に冷却するためにガスパフ
が使用されるホット再点灯装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電極レス高輝度放電（ＨＩＤ）灯は、従
来技術に広範囲に記載されている。一般には、電極レス
ＨＩＤランプは、揮発性の充填材とスターティングガス
を含む電極レスランプ容器を有している。ランプ容器
は、このランプ容器に高周波電力を結合するように設計
されている装置内に取り付けられている。高周波電力に
より、ランプ容器内に発光プラズマ放電が生じる。数１
０ワットの範囲内で作動するランプ容器にマイクロ波電
力を加える最新の進歩技術は、米国特許公開第５０７０
２７７号公報（１９９１年１２月３日公開；Ｌａｐａｔ
ｏｖｉｃｈによる）、米国特許公開第５１１３１２１号
公報（１９９２年５月１２日公開；Ｌａｐａｔｏｖｉｃ
ｈ他による）、米国特許公開第５１３０６１２号公報
（１９９２年７月１４日公開；Ｌａｐａｔｏｖｉｃｈ他
による）、米国特許公開第５１４４２０６号公報（１９
９２年９月１日公開；Ｂｕｔｌｅｒ他による）、米国特
許公開第５２４１２４６号公報（１９９３年８月３１日
公開；Ｌａｐａｔｏｖｉｃｈ他による）に開示されてい
る。結果として、小型電極レスＨＩＤランプ及び関連の
アプリケータが実用化された。

【０００３】上述の特許には、小さな、円筒形のランプ
容器が開示されており、その際、高周波エネルギが、１
８０°位相シフトして、ランプ容器の反対側の端に結合
されている。印加される電界は、一般に、ランプ容器の
軸線と共通の直線を形成し、ランプ容器内にほぼ直線状
の放電を発生する。ランプ容器に高周波エネルギを結合
する装置は、典型的には、例えば、マイクロストリップ
伝送線のような平面伝送線を有しており、例えば、螺旋
型、カップ型、又は、ループ型のような電界アプリケー
タがランプ容器の反対側の端に配設されている。マイク
ロストリップ伝送線は、高周波電力を電界アプリケータ
に１８０°位相シフトして結合する。ランプ容器は、典
型的には、マイクロストリップ伝送線の基板のギャップ
内に配設されていて、数ｍｍだけ、基板の面の上方に離
隔されており、その結果、ランプ容器の軸線は、電界ア
プリケータの軸線と共通の直線状になる。

【０００４】電極レス高輝度放電灯により達成される可
能な適用領域は、例えば、自動車の照明装置、外科用照
明装置、光ファイバの給光部、マトリックスプロジェク
ションディスプレイ用の光源である。電極がないことか
ら導出される、それらのユニークな特性は、特に、長い
寿命、良好なルーメン（光束）値の維持と高い色安定性
を必要とする適用分野に適している。これらの適用分野
の多くで市場で生き残るためには、電極レスＨＩＤ高輝
度放電灯は、電力が瞬間的に消失した場合に、ランプを
再点灯する方法を必要とする。電力の消失は、オペレー
タが拙速にランプを再点灯しようとしたり、又は、ラン
プに電力を給電する際に瞬間的に制御されずに遮断した
りして生じる。電力の再供給により、光出力を迅速に再
形成するタングステン光源と、同様の動作を行う電極レ
スＨＩＤ灯が消費者によって期待されている。

【０００５】高輝度放電灯は、高いランプ温度に因る構
成ガスの極めて高い蒸気圧に基因して、電力中断後の再
点灯が難しい。作動中、ＨＩＤランプアーク管は、７５
０℃を越える温度で作動する。例えば、水銀を含む金属
ハライド（ハロゲン）ランプは、１〜２００気圧の範囲
の内部圧力を示す。アーク管内の常温圧力は、典型的に
は、水銀蒸気の１０−５気圧であり、スターティングガ
ス、典型的には、アルゴン又はキセノンの１〜５００ト
ルである。差は、アーク管温度により、水銀蒸気圧が高
く上昇したことに起因する。アーク管内部の圧力が増大
すると、放電を開始するのが益々難しくなる。このこと
は、電力が瞬時的に中断された際に特に問題である。ラ
ンプは、常温に近くなる迄冷却されてからしか、リスタ
ートされない。冷却は、数分以上掛かり、その間、ラン
プから光は放射されない。

【０００６】ホット再点灯は、電極付ハライド（ハロゲ
ン）ランプで、長い間、懸案事項であった。この場合、
ランプの遮断後、極めて高い電圧パルス（４０ｋＶ）の
印加は、迅速なホット再点灯に適した条件を形成する。
この大きさの電圧パルスは、高圧ガスを崩壊して、電極
間に電流が流れる条件を形成するのに必要である。高電
圧は、高圧でホットランプをリスタートするのに必要な
だけではない。開始高電圧パルスにより、ガスが崩壊さ
れ、コロナが電極から形成される。これに続いて、やが
て、場合によっては、電極間のギャップを横切るストリ
ーマが形成される。ホット再点灯の高インピーダンス期
間がある。電極に給電される電力が充分であって、電圧
が充分高い場合、スパークチャンネルが場合によっては
形成され、それにより、充分な電流が流れて、場合によ
ってはアークが再形成される。つまり、スパークチャン
ネル期間は、比較的高い電圧期間であるが、インピーダ
ンスは低く、従って、電圧源から比較的高い電流を必要
とする。ホットリスタートを行えるようにする条件を形
成する最も通常の方法によると、長い列の高電圧パルス
が発生され、それにより、アーク管が過剰電圧にされ、
各スターティング期間を通じて、通常の安定給電部によ
って、アークを維持することができる。最終的なアーク
の段階は、スパークチャンネル期間中、充分なエネルギ
が電極に送られる場合に形成される。

【０００７】列状の高電圧パルスを発生することは、日
常的で些末なことではない。そのような点灯器は、コス
ト高であり、安全上の問題を生じる。４０ｋＶのパルス
は、空気をイオン化し、電気的な欠陥を生じ、ＣＭＯＳ
回路を破壊し、ランプと接触する人間にとって安全上危
険である。

【０００８】電極レスＨＩＤ灯は、電極を有しておら
ず、それ故、アーク管内に電子を直接噴射する手段がな
い。電極レスＨＩＤ灯のホット再点灯は、高電圧パルス
によって達成することができるが、これらのパルスは、
容量的に放電体に接続されている。容量的に結合された
パルス領域と供給されたマイクロ波領域は、ブレークダ
ウン及びホット再点灯のために必要である。一般的に
は、このような領域は、ランプバラスト（安定器）内の
マイクロ波出力トランジスタを高電圧パルス領域から遮
蔽するのは難しいので、許容し得ないアプローチであ
り、出力トランジスタが破壊されてしまうことも屡々で
ある。

【０００９】米国特許公開第５２８７０３９号公報（１
９９４年２月１５日：Ｇｒｅｇｏｒ他）には、リスター
ト型電極レスＨＩＤ灯の緩慢な冷却方法について開示さ
れている。ここに開示されている方法によると、ターン
オフ後いつでも瞬時に再点灯することができるようにな
る。この方法は、冷却時間中オンし続け、ランプを意図
的に消灯し、それから、迅速に再度点灯させるといった
状況をカバーするために電力系を必要とする。しかし、
その電力系は、点灯装置への全電力が、一瞬中断され、
又は、除去される場合をカバーしていない。作動中、比
較的高電力の電極レス放電灯を連続的に冷却すること
は、米国特許公開第５３３４９１３号公報（１９９４年
８月２日：Ｕｒｙ他）；米国特許公開第５４０４０７６
号公報（１９９５年４月４日：Ｄｏｌａｎ他）及びＢ．
Ｐ．Ｔｕｒｎｅｒ他の「ＳｕｌｐｈｕｒＬａｍｐｓ−
ＰｒｏｇｒｅｓｓＩｎＴｈｅｉｒＤｅｖｅｌｏｐ
ｍｅｎｔ」Ｒｅｆ．Ｎｏ．８７，１９９５年ＩＥＳ
ＡｎｎｕａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，６６０−６７２
頁に開示されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述のような、従来技
術の欠点を克服した電極レス高輝度放電灯アセンブリを
提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この課題は、本発明によ
ると、電極レス高輝度放電灯アセンブリにおいて、電極
レスランプ容器とアプリケータとガスノズルとガスコン
トローラとを有しており、前記電極レスランプ容器の封
入容積体は、スターティングガスと化学ドーパント材の
混合物を含んでおり、前記化学ドーパント材は、高周波
電力によって発光状態に励起され、前記アプリケータ
は、高周波電力を前記ランプ容器に結合するためのもの
であり、前記ガスノズルは、前記ランプ容器の方に向け
られており、前記ガスコントローラは、前記ガスノズル
に結合されており、該ガスノズルにより、ガス源からガ
スが受け取られ、前記発光状態の終了後、前記ガスノズ
ルを通して前記ランプ容器に、制限された持続期間のガ
スパフが供給され、前記ランプ容器は、前記ガスパフに
よって、リスタートに必要な温度に急速に冷却されるこ
とにより、解決される。

【００１２】

【発明の実施の形態】ガスコントローラは、ガスバルブ
と制御回路とを有しており、ガスバルブは、ガスノズル
とガス源との間に結合されていて、制御信号に応動し、
制御回路は、制御信号を供給する。制御回路は、発光状
態の検出用の光検出器とガスパフを開始するために光検
出器に応動して、発光状態の終了を検出する手段とを有
している。制御回路は、更に、発光状態の再形成を検出
する光検出器に応動してガスパフを終了するための手段
を有している。

【００１３】ガスノズルは、化学ドーパント材料が凝縮
するランプ容器の領域の方向に向けられている（例え
ば、ランプ容器の底）。ガスパフは、有利には、約０．
５〜５ｓｅｃの範囲内の持続時間を有しており、約５〜
５０ポンド／ｉｎｃｈ^２（ｐｓｉ）の範囲内の圧力を有
しているいる。本発明のホット再点灯装置によると、ラ
ンプ容器は、１ｓｅｃ以下でリスタートするようにな
る。

【００１４】本発明の他のアスペクトによると、アプリ
ケータは、高周波電力をランプ容器に結合するためのも
のであり、電極レス高輝度放電灯アセンブリでのランプ
容器をホットリスタートし易くする方法が提供される。
この方法によると、発光状態の終了後、制限された持続
期間、ガスパフを、ランプ容器の方に方向付け、ガスパ
フによって、ランプ容器を、リスタートに必要な温度に
急速に冷却するようにされている。

【００１５】

【実施例】従来技術の電極レス自動車ヘッドランプ系１
０が、図１に示されている。電極レスヘッドランプ装置
１０は、高周波源１２、伝送線路１４、平面状伝送線路
１６、電界アプリケータ１８及び１９、及び、ランプ容
器２０を含んでおり、ランプ容器２０は、ランプ充填材
２４を含む封入容積体２２を有している。平面状伝送線
路１６（アプリケータ１８及び１９及びランプ容器２０
を保持している）は、反射器ハウジング２６内に配設す
るとよく、反射器ハウジング２６は、光学的空洞３０を
規定する反射面２８を有している。光学的空洞３０は、
レンズ３２によってカバーされている。

【００１６】平面状伝送線路１６は、一方の面上に形成
されたパターン状の導体３８を有する基板３４を含む。
導体３８は、伝送線路１４と電界アプリケータ１８及び
１９とを相互に接続する。導体３８は、高周波源１２の
周波数で、アプリケータ１８と１９との間に１８０°の
位相ずれを生じるように構成されている。基板３４の反
対側の面は、導体接地板（図示していない）でカバーさ
れている。基板３４には、ギャップ４０が設けられてお
り、このギャップ４０内には、ランプ容器２０が設けら
れている。典型的には、ランプ容器２０は、基板３４の
面から離隔されており、電界アプリケータ１８及び１９
と整列されている。

【００１７】ランプ容器２０は、有利には、半球状終端
の、ほぼ円筒形形状である。ランプ容器の寸法は、典型
的には、（内径ｍｍ×外形ｍｍ×円弧の長さｍｍ）とし
て示される。典型的なランプ容器は、１ｍｍ×３ｍｍ×
６ｍｍ〜５ｍｍ×７ｍｍ×１７ｍｍの範囲である。約９
１５ＭＨｚ及び２．４５ＧＨｚにセンタリングされた有
利なＩＳＭ（Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ，Ｓｃｉｅｎｔｉｆ
ｉｃａｎｄＭｅｄｉｃａｌ）での作動のためには、
ランプは、典型的には、２ｍｍ×４ｍｍ×１０ｍｍで、
２ｍｍ×３ｍｍ×６ｍｍで、それぞれ、最良のパフォー
マンスが得られる。ランプ容器の外部被覆は、高周波電
力を、ほぼ減衰せずに通過させる光透過材料で製造され
ている。ランプ外部被覆の材料は、何らかのグレードの
シリカガラス（通常、水晶と呼ばれている）にすること
ができるが、無水グレードにすると特に有利である。つ
まり、合成融合シリカが、ランプ外部被覆を製造するの
に使用される。低い壁温度で放電が生じることがある場
合、ランプの外部被覆は、ケイ酸塩アルミニウムガラス
又はホウケイ酸塩ガラスのような、他のガラス材料から
製造される。

【００１８】ランプ容器は、揮発性充填材料で充填され
ており、スターティング用の低圧不活性ガス、例えば、
アルゴン、クリプトン、キセノン、又は、窒素（１〜１
００トル、有利には、約１５トル）の値で充填されてい
る。揮発性の充填材料は、揮発した場合、部分的にイオ
ン化され、部分的に励起されて、放射状態になり、その
結果、有効な光が放電によって放射される。充填材料
は、例えば、水銀、ＮａＳｃハロゲン化塩、又は、その
他の金属塩にすることができる。水銀を含まない他の充
填材料も使用することができる。ランプ容器が作動され
て高温である場合、内部圧力は、１〜５０気圧である。
当業者に公知の他の充填材料は、可視光線、紫外線、赤
外線を発生するのに使用できる。

【００１９】電界アプリケータ１８及び１９は、前述の
米国特許公開第５０７０２７７号公報に開示されている
ようなヘリカルカップラと、前述の米国特許公開第５２
４１２４６号公報に記載されているようなエンドカップ
アプリケータと、前述の米国特許公開第５１３０６１２
号公報に記載されているようなループアプリケータと、
又は、何らかの他の適切な電界アプリケータを有してい
る。一般的には、電界アプリケータは、ランプ容器の閉
じられた容積体内に高輝度電界を形成し、その結果、供
給された高周波電力は、プラズマ放電によって吸収され
る。

【００２０】本発明の電極レスＨＩＤ灯は、大きなパワ
ーを出すことができる１３ＭＨｚ〜２０ＧＨｚの範囲内
の何らかの周波数で作動することができる。作動周波数
は、典型的に、ＩＳＭ帯域の１つに選定される。約９１
５ＭＨｚ及び２．４５ＧＨｚに中心化される周波数は、
特に適切である。

【００２１】本発明は、瞬間強制環流式冷却を使って、
電極レスＨＩＤ灯のホット再点灯のための方法及び装置
に関する。ランプ容器壁の特定領域の急冷却により、ラ
ンプ容器内の揮発成分が凝縮されて、ランプ容器内の内
部圧力が急速に減少する。放電は、通常用いられている
高周波領域によって再び起こされるので、特定の高電圧
回路は必要ない。このアプローチの例は、図２及び３に
示されている。電極レスランプ容器２０は、電界アプリ
ケータ１８と１９との間に配設されている。ランプ容器
２０は、図１に示されているような、電極レス高輝度放
電灯アセンブリの部分である。ランプアセンブリの残り
の部分は、例示を容易にするために、図２及び３からは
省略されている。ガスノズル５０は、ランプ容器２０の
下側に配設されており、ランプ容器２０の底領域に向か
って方向付けられている。ノズル５０は、ガスバルブ５
２を通ってガス源５４に接続されている。ガス源５４
は、ガスバルブ５２の制御下でノズル５０を通した圧力
下で、ガス、典型的には、空気を供給する。ガスバルブ
５２は、コントローラ６０によって制御される。光検出
器６２は、ランプ容器２０の光出力を検出するように配
設されている。ランプ容器２０の検出された光出力を示
す光検出器６２の出力信号は、コントローラ６０に供給
される。

【００２２】図２のホット再点灯装置の作動は、一般に
は、以下の通りである。高周波電力は、作動中、高温で
あるランプ容器に供給されないようにされている。この
ように、電力を供給しないのは、何らかの理由のためで
ある。ランプ容器からの光出力は終端し、ガスパフは、
高温ランプ容器の方向に向けられている。ガスパフは、
ランプ容器を、再始動に必要な温度に急速に冷却するガ
スのパルスである。高周波電力は、その際、ランプ容器
に再度供給され、ランプ容器は、実際上瞬時に再点灯す
る。更に、殊に、図２の装置は、以下のように作動す
る。光検出器６２は、高周波電力が供給されないように
された際に、ランプ容器２０からの光出力の終了を検出
する。光検出器６２によって供給される信号に応答し
て、コントローラ６０は、ガスバルブ６２を開く制御信
号を供給し、その際、ガスパフが、ノズル５０を通して
ランプ容器２０に供給される。高周波電力がランプ容器
２０に供給されると、ランプ容器は、実際上瞬間的に再
点灯する。光検出器６２は、光出力の再形成を検出し、
そのことを示す信号をコントローラ６０に供給する。ラ
ンプ容器２０の光出力が再形成されると、コントローラ
６０は、バルブ５２を閉じ、ガスパフを終了させる。典
型的には、ランプ容器は、１ｓｅｃ以下で点灯すること
ができる。

【００２３】ランプ容器２０の再点灯によりガスパフが
終了することは、再点灯後、ガスパフによってランプ容
器が冷却されないという利点を有している。従って、ラ
ンプ容器は、その最終値に達し、定常状態の光出力に一
層早くなる。一般的には、本発明によるランプ容器に供
給されるガスパフは、限定持続期間のガスパルスであ
り、ランプ容器を、リスタートに適した温度に冷却する
のに必要である。ユーザは、電力をランプに再供給する
ことを選択することはないので、コントローラ６０は、
ガスパフの最大持続時間を形成するタイマーを含むこと
ができる。電力がランプに再供給されないならば、タイ
ムアウト期間後、タイマーは、ガスパフを終了する。タ
イマーは、例えば、５ｓｅｃのオーダーの周期を有して
いる。択一選択的なアプローチでは、ガスパフは、固定
持続期間を有しており、典型的には、約０．５〜５．０
ｓｅｃの範囲内にある。圧力を含むガスパフのパラメー
タは、ランプ容器の大きさに基づいて選択されており、
通常の作動温度とリスタートに必要な温度との差であ
る。比較的大きな嵩のランプ容器は、リスタートに必要
な温度に冷却するのに比較的長く掛かる。リスタートに
必要な温度は、典型的には、約８０℃〜１４０℃の範囲
内である。ランプ容器の光出力を光学的に検出するのに
択一選択肢として、光出力の終了を、ランプに供給され
た電力をモニタすることによって検出してもよい。

【００２４】ガスバルブ５２は、例えば、ソレノイドバ
ルブにすることができる。電気信号によって制御するこ
とができる適切なサイズの、どんなガスバルブを使用し
てもよい。コントローラ６０は、光検出器６２の出力に
応答する電子回路であり、上述のように、制御信号をガ
スバルブ５２に供給する。従って、例えば、コントロー
ラ６０は、光検出器６２の出力信号に応答するレベル検
出器、ガスバルブ５２用のドライバ及びガスパフの最大
持続期間を形成するためのタイマーを有するようにして
もよい。

【００２５】ガス源５２は、遠隔に配置されたガス源に
してもよく、又は、ランプアセンブリの部分にすること
ができる。例えば、ガス源は、外科用ランプを用いる手
術室内で容易に利用することができる。同様に、ガス源
は、自動車ランプを用いる自動車で使用することができ
ることは屡々である。択一選択的に、特別な用途向きの
ガス源（例えば、ガスシリンダのような）を利用しても
よい。典型的には、約５〜５０ｐｓｉの範囲内の圧力
で、約１００〜４００ｃｍ^３／ガスパフの範囲内の容積
の空気が必要である。空気又は他のガスを、本発明の範
囲内で利用してもよい。

【００２６】ガスノズル５０は、充分な容積と圧力のガ
スパフをランプ容器２０の方に向けた何らかの所望の構
成にすることができる。１実施例では、図３において、
ノズル５０は、３．１８ｍｍの外経ｄ_ｏと１．６５ｍｍ
の内経ｄ_ｉとを有している。内径は、１．０ｍｍの先端
で、直径ｄ_ｔにテーパを付けられている。ノズル５０の
先端とランプ容器２０との間の間隔ｈは、有利には、約
１〜１０ｍｍの範囲内である。

【００２７】本発明のホット再点灯装置の有効性を確認
するために測定を行った。２ｍ×３ｍ×１０ｍｍの寸法
のランプ容器に、０．９４７ｍｇの水銀、０．１１０ｍ
ｇのＮａＳｃｌ_４（１．５４：１のＮａ：Ｓｃｌ_３のモ
ル比）及び５．０トルのアルゴンが充填された。ランプ
は、２５ワットで９１５ＭＨｚで作動された。ＵＶラン
プは、ランプ内に初期の電子を発生するためのスタータ
としてターンオンされた。９１５ＭＨｚ源からの出力が
サーキュレーターに供給された。サーキュレーターから
反射されたパワーは、４０ｄＢ源衰器によって減衰され
て、それから、反射されたパワーをモニターするために
クリスタル検波器に接続された。全光レベルが、光ダイ
オード検出器によってモニターされた。クリスタル検波
器及び光ダイオードからの信号は、オシロスコープに送
られた。

【００２８】空気冷却を行わない自然冷却の場合の再点
灯時間は、４２．４ｓｅｃであるように決定された。反
射されたパワーは、図４に、曲線１００として示されて
おり、光出力は、曲線１０２として示されている。ラン
プが、少なくとも１０分間点灯された後、ランプは、時
間ｔ＝０で、高周波源を遮断することによってターンオ
フされた。反射されたパワー及び光レベルは、最小値に
低下した。マイクロ波パワーは、ｔ＝３０ｓｅｃで再度
供給されたが、ランプは、ｔ＝４２．４ｓｅｃ迄、再点
灯しなかった。光レベルの小さな上昇及びｔ＝４２．４
ｓｅｃでの、反射されたパワーの実質的な変化は、再点
灯の瞬間を示す。ランプは、定常状態に達し、約７２ｓ
ｅｃで、完全点灯レベルになった。

【００２９】空気冷却を行った場合の反射されたパワー
は、図５に、曲線１１０として示されており、光出力
は、曲線１１２として示されている。ランプ容器２０
は、４０ｐｓｉでの空気冷却の存在下でｔ＝０．７７ｓ
ｅｃで再点灯された。この場合、ノズル５０は、ｄ＝
２．８ｍｍでｈ＝３．１ｍｍの所に配設された（図２参
照）。ｔ＝０で、マイクロ波パワーは遮断され、ランプ
容器は、瞬時にターンオフされた。反射されたパワー
は、最小レベルに降下し、光レベルは、その最大値から
最小値に降下した。同じ瞬間、ガスバルブ５２が開かれ
た。ガスバルブによって、４０ｐｓｉの、室温の圧縮空
気が供給される。ｔ＝０．５ｓｅｃで、マイクロ波パワ
ーがターンオンされたが、ランプは、再点灯するには未
だ高温過ぎであった。０．７７ｓｅｃでの再点灯の瞬間
は、反射されたパワーの減少と光レベルの上昇によって
示されている。ガスパフは、ｔ＝０．８ｓｅｃでターン
オフされた。反射されたパワーが鋭敏に変化して初めて
放電がリスタートされ、それから、ランプが完全な温度
に達するにつれて、光は増大した。

【００３０】図６には、再点灯時間が、空気圧及びノズ
ル位置ｄの関数として（但し、ｈ＝３．４ｍｍ）示され
ている（図２参照）。パラメータｄは、ランプ容器の支
持ステム端と、ガスパフがランプ容器に作用を及ぼすス
ポットとの間の間隔を示す。曲線１２０，１２２及び１
２４は、それぞれ、ｄ＝５．５ｍｍ，４ｍｍ及び２．７
ｍｍの値を示す。１．５ｓｅｃ以下の再点灯時間は、い
かなる状況でも達成される。冷却は、１０ｐｓｉの圧力
で非常に効果的である。圧力が１０ｐｓｉから４０ｐｓ
ｉに増大すると、再点灯時間は、約２５％迄減少する。
ｄが減少するに連れて、再点灯時間は短くなる（即ち、
ノズル５２は、ランプ容器の支持ステムに近いスポット
に向けられている）。温度は、ｄの小さな値の場合低
い。低温スポット温度が低い場合、水銀と塩は一層凝縮
する。その際、ランプ容器内の蒸気圧は低く、ランプは
一層早く再点灯することができる。

【００３１】図６の再点灯時間の場合の空気容積は、図
７に示されている。曲線１３０，１３２及び１３４は、
それぞれ、ｄ＝５．５ｍｍ，４ｍｍ及び２．７ｍｍの値
を示す。冷却に使用される空気が多くなれば、再点灯時
間は一層短くなる。図５に示されているように、０．７
７ｓｅｃの再点灯時間を達成するために、２８４ｃｍ３
の空気容積が使用された。空気圧が高いと、再点灯が加
速されるが、ランプ容器は一層冷却される。ある場合に
は、空気圧が高くなると、再点灯後のウォームアップ
は、一層遅くなることがある。

【００３２】ランプ容器の温度は、４５°の角度でラン
プの底部分に狙いを定めた赤外線イメージング装置によ
って測定された。図８の曲線１４０は、コールドスター
トからのウォームアップ中、時間の関数としてのランプ
容器の底でのスポットの温度を示す。ランプは、時間ｔ
＝０でターンオンされた。ランプ容器は、約５４０℃の
定常状態温度に達するのに、約６０ｓｅｃ掛かる。図８
の曲線１４２は、図４に示されていて上述の作動中、時
間の関数としての同じスポットでの温度を示す。ランプ
は、時間ｔ＝０でターンオフし、冷却空気なしに、定常
状態作動から自然に冷却された。再点灯（ｔ＝４２．４
ｓｅｃ）での温度は、約１２３℃だった。

【００３３】圧力１０ｐｓｉ（曲線１５０）、２０ｐｓ
ｉ（曲線１５２）、３０ｐｓｉ（曲線１５４）及び４０
ｐｓｉ（曲線１５６）での空気冷却の存在下での、時間
の関数としての同じスポットの温度は、図９に示されて
いる。同じデータは、図１０に拡張時間スケールで示さ
れている。図９及び１０での全ての測定の場合、ｔ＝０
で、マイクロ波パワーがターンオフされ、それから、時
間ｔ＝０．５ｓｅｃで繰り返される。ガスパフは、ｔ＝
０から再点灯後僅かな持続時間しか有していない（ガス
パフは、再点灯後３０ｍｓｅｃでターンオフされる）。
このスポットの温度は、５４０℃の定常状態温度から、
１０ｐｓｉでの空気圧の場合の約１４０℃に、そして、
使われている他の圧力の場合の１２０℃以下に丁度１ｓ
ｅｃで急激に冷却される。図９から明らかなように、１
０ｐｓｉ〜４０ｐｓｉの空気圧の温度差は重要ではな
い。

【００３４】ランプ容器の急速な冷却用のガスパフのア
プリケーションを含む本発明の再点灯装置は、電極レス
高輝度放電灯と上述のように接続されている。本発明
は、電極レスランプに特に有用である。と言うのは、そ
のランプの比較的小さな嵩と電極がない故である。しか
し、本発明は、電極付高輝度放電灯にも同様に適用する
ことができる。典型的には、比較的大きな持続期間のガ
スパフ及び容積は、電極付放電灯をリスタートに必要な
温度に急速冷却するのに必要である。一般的には、ガス
パフのパラメータ（ガスパフの圧力、容積、持続期間を
含む）は、電極付又は電極レスランプを、その作動温度
から、特別な適用に受容することができる時間内でリス
タートするのに必要な温度に冷却するように選定されて
いる。

【００３５】上述の本発明の有利な実施例について例示
して説明してきたが、本発明の範囲から逸脱せずに、本
発明の有利な実施例で行われている種々の変化及び変更
点は、当業者には明らかなことである（従属請求項に記
載したように）。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術による電極レス高輝度放電灯アセンブ
リの略図

【図２】本発明による電極レス高輝度放電灯アセンブリ
の部分略図

【図３】ランプ容器の軸線に沿った第２図のランプアセ
ンブリを終端から見た図

【図４】本発明のホット点灯装置を用いないでリスター
トされる電極レス高輝度放電灯アセンブリを利用した、
時間の関数としての反射されたパワーと光出力とのグラ
フ

【図５】本発明のホット再点灯装置を用いて再始動され
た電極レス高輝度放電灯アセンブリの、時間の関数とし
ての反射されたパワーと光出力とのグラフ

【図６】ランプ容器に対して相対的なガスノズルの異な
った位置の場合の、空気圧の関数としての再点灯時間の
グラフ

【図７】ランプ容器に対して相対的なガスノズルの異な
った位置の場合の、空気容積の関数としての再点灯時間
のグラフ

【図８】本発明のホット再点灯装置を用いない場合の、
時間の関数としての電極レスランプ容器の部分の温度の
グラフ

【図９】本発明のホット再点灯装置を用いた場合の、時
間の関数としての電極レスランプ容器の部分の温度のグ
ラフ

【図１０】時間スケールを拡張して、時間の関数として
示した、電極レスランプ容器の部分の温度のグラフ

【符号の説明】

１０電極レスヘッドランプ装置１２高周波源１４伝送線路１６平面状伝送線路１８及び１９電界アプリケータ２０ランプ容器２４ランプ充填材２２封入容積体２６反射器ハウジング内２８反射面３０光学的空洞３２レンズ３８パターン状の導体４０ギャップ５０ガスノズル５２ガスバルブ５４ガス源６０コントローラ６２光検出器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者エィボウマンバディンガーアメリカ合衆国マサチューセッツウェストフォードクリストファーロード 11 (72)発明者ウォルター−ピィラパトヴィッチアメリカ合衆国マサチューセッツボックスフォードパイブルークレイン 51

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電極レス高輝度放電灯アセンブリにおい
て、電極レスランプ容器とアプリケータとガスノズルと
ガスコントローラとを有しており、前記電極レスランプ
容器の封入容積体は、スターティングガスと化学ドーパ
ント材の混合物を含んでおり、前記化学ドーパント材
は、高周波電力によって発光状態に励起され、前記アプ
リケータは、高周波電力を前記ランプ容器に結合するた
めのものであり、前記ガスノズルは、前記ランプ容器の
方に向けられており、前記ガスコントローラは、前記ガ
スノズルに結合されており、該ガスノズルにより、ガス
源からガスが受け取られ、前記発光状態の終了後、前記
ガスノズルを通して前記ランプ容器に、制限された持続
期間のガスパフが供給され、前記ランプ容器は、前記ガ
スパフによって、リスタートに必要な温度に急速に冷却
されることを特徴とする電極レス高輝度放電灯アセンブ
リ。
【請求項２】前記ガスコントローラは、ガスバルブと
制御回路とを有しており、前記ガスバルブは、前記ガス
ノズルと前記ガス源との間に結合されていて、制御信号
に応動し、前記制御回路は、前記制御信号を供給する請
求項１記載の電極レス高輝度放電灯アセンブリ。
【請求項３】前記制御回路は、前記発光状態の検出用
の光検出器と前記ガスパフを開始するために前記光検出
器に応動して、前記発光状態の終了を検出する手段とを
有している請求項２記載の電極レス高輝度放電灯アセン
ブリ。
【請求項４】前記制御回路は、更に、前記発光状態の
再形成を検出する前記光検出器に応動して前記ガスパフ
を終了するための手段を有している請求項３記載の電極
レス高輝度放電灯アセンブリ。
【請求項５】前記制御回路は、更に、前記ガスパフを
終了するための手段の開始後、所定時間経ってから、前
記ガスパフを終了するためのタイマーを有している請求
項３記載の電極レス高輝度放電灯アセンブリ。
【請求項６】前記ガスノズルは、前記化学ドーパント
材料が凝縮する前記ランプ容器の領域の方向に向けられ
ている請求項１記載の電極レス高輝度放電灯アセンブ
リ。
【請求項７】前記ガスノズルは、前記ランプ容器の底
領域の方向に向けられている請求項１記載の電極レス高
輝度放電灯アセンブリ。
【請求項８】前記ガスパフは、約５〜５０ポンド／ｉ
ｎｃｈ^２の範囲内の圧力を有している請求項１記載の電
極レス高輝度放電灯アセンブリ。
【請求項９】前記ガスノズルは、約１〜１０ｍｍの範
囲内の距離だけ、前記ランプ容器から離隔されている請
求項１記載の電極レス高輝度放電灯アセンブリ。
【請求項１０】前記ガスパフは、約０．５〜５ｓｅｃ
の範囲内の持続時間を有している請求項１記載の電極レ
ス高輝度放電灯アセンブリ。
【請求項１１】前記ガスパフのパラメータは、前記ラ
ンプ容器の温度を、所定時間内でリスタートするのに必
要な温度に低減するように選定されている請求項１記載
の電極レス高輝度放電灯アセンブリ。
【請求項１２】電極レスランプ容器とアプリケータとガ
スノズルとガスコントローラとを有しており、前記電極
レスランプ容器の封入容積体は、スターティングガスと
化学ドーパント材の混合物を含んでおり、前記化学ドー
パント材は、高周波電力によって発光状態に励起され、
前記アプリケータは、高周波電力を前記ランプ容器に結
合するためのものであり、電極レス高輝度放電灯アセン
ブリでの前記ランプ容器をホットリスタートし易くする
方法において、前記発光状態の終了後、制限された持続
期間、ガスパフを、前記ランプ容器の方に方向付け、前
記ガスパフによって、前記ランプ容器を、リスタートに
必要な温度に急速に冷却するようにしたことを特徴とす
る方法。
【請求項１３】ガスパフを方向付けるステップは、発
光状態を検出するステップと、前記発光状態の終了の検
出に応動して前記ガスパフを開始するステップを有して
いる請求項１２記載の方法。
【請求項１４】ガスパフを方向付けるステップは、更
に、前記発光状態の再形成の検出に応動して前記ガスパ
フを終了することを有している請求項１３記載の方法。
【請求項１５】ガスパフを方向付けるステップは、更
に、ガスパフの開始後、所定時間経過後、前記ガスパフ
を終了するステップを有している請求項１３記載の方
法。
【請求項１６】電極レス高輝度放電灯アセンブリにお
いて、電極レスランプ容器とアプリケータとガスパフを
方向付ける手段とを有しており、前記電極レスランプ容
器の封入容積体は、スターティングガスと化学ドーパン
ト材の混合物を含んでおり、前記化学ドーパント材は、
高周波電力によって発光状態に励起され、前記アプリケ
ータは、高周波源からの高周波電力を前記ランプ容器に
結合するためのものであり、前記ガスパフを方向付ける
手段は、前記発光状態の終了後前記ランプ容器の方向
に、制限された期間の間、ガスパフを方向付け、前記ガ
スパフによって、前記ランプ容器を、リスタートに必要
な温度に急速に冷却するようにすることを特徴とする電
極レス高輝度放電灯アセンブリ。
【請求項１７】前記ガスパフを方向付ける手段は、前
記ランプ容器の方向に向けられたガスノズル、前記ガス
ノズルとガス源との間に結合されていて、制御信号に応
動するガスバルブ、及び前記制御信号を供給するための
制御回路を有している請求項１６記載の電極レス高輝度
放電灯アセンブリ。
【請求項１８】高輝度放電ランプ容器を有しており、
該ランプ容器は、スターティングガスと、発光状態にな
るように電力によって励起可能な化学ドーパント材とを
含む封入容積体を有しており、前記ランプ容器に前記電
力を結合する手段と、前記発光状態の終了後、制限され
た持続時間の間、前記ランプ容器の方に、ガスパフを方
向付ける手段とを有しており、前記ランプ容器は、前記
ガスパフによって、リスタートに必要な温度に急速に冷
却されることを特徴とする高輝度放電灯アセンブリ。