(57)【要約】  一様な色の安定な照明及びランプ点灯に対する影響の減少が、ランプの第２の立て周波数にほぼ等しい変調速度において二つのＶＨＦ周波数間で交互に変わる搬送波信号で高輝度放電（ＨＩＤ）を駆動し、かつ、搬送周波数に対して逆振幅関係を有するフィルタを通じて信号を送出することによって達成されて、ランプの第２の縦共振にほぼ等しい変調速度の搬送波周波数の変化の逆関係で振幅変調される、ランプへの入力信号を生成する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高輝度放電ランプを点灯する方法であって、
第１搬送周波数とその第１搬送周波数より高い第２搬送周波数との間の変調周波数で交互に変化する搬送周波数を有するとともに搬送周波数と逆振幅関係を有するフィルタ回路によってフィルタ処理される入力波形を、前記ランプに供給し、これによって、前記第１搬送周波数での第１振幅と前記第２搬送周波数での第２振幅との間の変調周波数で振幅変調された入力波形を発生し、前記第２振幅が前記第１振幅より小さいことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ランプを縦音響モードで起動することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記ランプの縦音響モードを縦共振周波数で起動し、前記変調周波数を前記ランプの縦共振周波数にほぼ等しくすることを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記高輝度放電ランプが第２の縦共振周波数を有し、前記変調周波数を前記ランプの第２の縦共振周波数にほぼ等しくすることを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記ランプの縦共振周波数を決定することを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項６】
前記ランプの縦周波数を決定するためにランプ電圧をモニタすることを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記第１及び第２搬送周波数を、前記ランプの照明が音響的な共鳴に対して安定した周波数とすることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記第１及び第２搬送周波数を決定することを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記第１及び第２搬送周波数が約４００〜６００ｋＨｚの範囲にあり、前記変調周波数が、約２０〜３０ｋＨｚの範囲内にあることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記入力信号の振幅が、０〜０．２７の範囲の変調指数を有することを特徴とする請求項９記載の方法。
【請求項１１】
高輝度放電ランプを点灯する装置であって、
第１搬送周波数とその第１搬送周波数より高い第２搬送周波数との間の変調周波数で交互に変化する搬送周波数を有する入力波形を前記ランプに供給する手段と、
前記搬送周波数に対する逆振幅関係を有し、前記入力波形をフィルタ処理するよう作動的に設けられて、前記第１搬送周波数での第１振幅と前記第２搬送周波数での第２振幅との間の変調周波数で振幅変調された入力波形を発生し、前記第２振幅が前記第１振幅より小さいフィルタとを具えることを特徴とする装置。
【請求項１２】
前記ランプが、縦共振周波数で起動しうる縦音響モードを有し、前記変調周波数が前記ランプの縦共振周波数にほぼ等しいことを特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
前記高輝度放電ランプが第２の縦共振周波数を有し、前記変調周波数が前記ランプの第２の縦共振周波数であることを特徴とする請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
前記第１及び第２搬送周波数が、前記ランプの照明が安定するＶＨＦ周波数であることを特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項１５】
前記第１及び第２搬送周波数が約４００〜６００ｋＨｚの範囲にあり、前記変調周波数が約２０〜３０ｋＨｚの範囲内にあることを特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項１６】
前記入力信号の振幅が０〜０．２７の範囲の変調指数を有することを特徴とする請求項１５記載の装置。
【請求項１７】
前記ランプに入力信号を供給する手段がブリッジ回路を有することを特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項１８】
前記入力信号を生成するために前記ブリッジ回路を制御するコントローラを有することを特徴とする請求項１７記載の装置。
【請求項１９】
前記ブリッジ回路が半ブリッジ回路であることを特徴とする請求項１７記載の装置。
【請求項２０】
前記フィルタがＬＣフィルタであることを特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項２１】
前記フィルタが高次フィルタであることを特徴とする請求項２０記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、適切な点灯のために変調された入力信号を要求する高輝度放電（ＨＩＤ）ランプ用の電源に関する。
【背景技術】
【０００２】
所定のタイプの電気的なランプは、所定の方法で交互に変化しかつ変調される入力電流信号で駆動されるときに更に効率的すなわち有効に点灯する。そのようなランプの一例は、駐車場及び建物の一般的な照明用の屋内又は屋外で使用されるタイプの高輝度ガス放電（ＨＩＤ）ランプである。そのようなランプの適切な点灯は、安定しているとともに一様な色である照明となるような信号でのランプの駆動を必要とする。そのようなランプがランプの向きに影響を及ぼされないようにして、ランプが垂直、水平又は他の位置に向けられているときに一様な色の安定した照明を行うようにすることも所望されている。
【０００３】
米国特許番号６，１８４，６３３Ｂ１に開示されているように、そのようなＨＩＤランプの点灯中の安定性及びそれによって発生した光の一様性を、振幅変調された又は掃引周波数の範囲内の周期的な変化によって順次変化する掃引周波数入力信号を用いてランプを駆動することによって向上することができる。特に、約２４．５Ｈｚの一定の振幅変調周波数及び０．２４の変調指数又は約１２．３ｋＨｚの掃引周波数の周期的な順次の変化と組み合わせた役１０ミリ秒の掃引時間内で４５〜５５ｋＨｚの電流周波数掃引(current frequency sweep)を有する入力信号が、開示されている。米国特許番号６，１８４，６３３Ｂ１において、掃引周波数及び振幅変調信号が個別に発生し及び結合されて、実際にＫＩＤランプに供給される信号を生成する。変調周波数は、予め設定され、かつ、一定に維持される。
【０００４】
本願の元の譲受人に普通に譲渡された米国特許出願番号０９／６２０，３５７は、予め設定された範囲の周波数内の種々の振幅変調周波数でＨＩＤランプの順次かつ周期的な測定を通じて最適な変調周波数及び／又は順次動作周波数を決定する他の方法及び装置を提供する。一度、適切な値が決定されると、米国特許出願番号０９／６２０，３５７は、入力波形を生成する米国特許番号６，１８４，６３３Ｂ１に開示された方法及び装置を利用する。
【０００５】
本願の元の譲受人に普通に譲渡された米国特許出願番号０９／９１６，９５３は、所望のパワースペクトルを電気的な負荷に供給する手法によって交流電流及び電圧を有する入力信号を電気的な負荷に供給するのに適合した電源を作動する方法を提供する。この方法は、入力信号によって電気的な負荷に供給されるパワースペクトルの一部の計算と、供給されたパワースペクトルが所望のパワースペクトルに更によく整合するように入力信号の修正とを行う。供給されたパワースペクトルの一部を計算するステップは、入力信号の交流電流及び電圧のモニタ及び積分を有することができる。この方法は、電源の所望のパワースペクトルの表示を格納を更に有してもよい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これまで参照した特許及び特許出願の教示によってＨＩＤランプのパフォーマンスが著しく向上するとしても、これらが教示する電源及び制御方法のコスト及び複雑さが著しく増大するおそれがある。したがって、必要とされるものは、従来の操作的な利点を提供する更に直接的な方法でＨＩＤランプの駆動に適合した電源及び方法を向上することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、ランプの第２の縦周波数にほぼ等しい変調速度において二つの超短波（ＶＨＦ）周波数間で交互に変化する搬送波信号を用いた高輝度（ＨＩＤ）ランプを駆動するとともに、搬送周波数と逆振幅関係を有するフィルタに信号を供給することによって、ランプの第２の縦共振周波数にほぼ等しい変調速度において搬送周波数の変化と逆関係で振幅変調したランプに対する入力信号を生成する、一様な色の安定した照明を行うとともにランプの点灯に対する影響を減少する向上した電源及び方法を提供する。二つのＶＨＦ周波数は、音響的な共振が著しく減少されるとともにランプの点灯が安定する周波数の範囲から選択される。
【発明の効果】
【０００８】
このようにランプを駆動することによって、ランプ駆動信号の振幅を変調する際に従来の電源に要求される他の回路を必要とすることなく、照明が一様な色で安定し、かつ、ランプの点灯に及ぼす影響が減少する。本発明による電源においてそのような振幅変調回路を省略することによって、電源の複雑さ及びコストが減少する。
【０００９】
本発明の一形態は、高輝度放電ランプを点灯する方法であって、第１搬送周波数とその第１搬送周波数より高い第２搬送周波数との間の変調周波数で交互に変化する搬送周波数を有するとともに搬送周波数と逆振幅関係を有するフィルタ回路によってフィルタ処理される入力波形を、前記ランプに供給し、これによって、前記第１搬送周波数での第１振幅と前記第２搬送周波数での第２振幅との間の変調周波数で振幅変調された入力波形を発生し、前記第２振幅が前記第１振幅より小さいことを特徴とする方法を提供する。この方法は、ランプの縦共振周波数にほぼ等しい変調周波数で搬送周波数を変調することによって縦共振周波数でのランプの縦音響モードの起動を有してもよい。高輝度放電ランプが第２の縦共振周波数を有する場合、変調周波数を、ランプの第２の縦共振周波数にほぼ等しくすることができる。
【００１０】
この方法は、ランプの縦共振周波数の決定を有してもよい。この方法は、ランプの照明が安定する第１及び第２搬送周波数の値又は第１及び第２搬送周波数によって規定された値の範囲の決定を有することができる。第１及び第２搬送周波数をＶＨＦ周波数とすることができる。
【００１１】
本発明の他の形態は、高輝度放電ランプを点灯する装置を提供する。この装置は、第１搬送周波数とその第１搬送周波数より高い第２搬送周波数との間の変調周波数で交互に変化する搬送周波数を有する入力波形を前記ランプに供給する手段と、
前記搬送周波数に対する逆振幅関係を有し、前記入力波形をフィルタ処理するよう作動的に設けられて、前記第１搬送周波数での第１振幅と前記第２搬送周波数での第２振幅との間の変調周波数で振幅変調された入力波形を発生し、前記第２振幅が前記第１振幅より小さいフィルタとを具えることができる。
【００１２】
ランプが、縦共振周波数で起動しうる縦音響モードを有する場合、変調周波数を、ランプの縦共振周波数にほぼ等しくすることができる。高輝度放電ランプが第２の縦共振周波数を有する場合、変調周波数を、ランプの第２の縦共振周波数にほぼ等しくすることができる。第１及び第２搬送周波数を、ランプの照明が安定するＶＨＦ周波数とすることができる。
【００１３】
ランプに入力波形を供給する手段は、ブリッジ回路と、入力信号を生成するためにブリッジ回路を制御するコントローラとを有してもよい。フィルタを、簡単なＬＣ回路、又は周波数の関数として入力信号の減衰を増大する高次回路とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、入力信号Ａを高輝度放電（ＨＩＤ）ランプ１２に供給する本発明の装置１０の一例を示す。入力信号は、ランプ１２の第２の縦共振周波数(second longitudinal resonance frequency)にほぼ等しい変調速度で入力信号Ａの搬送周波数の変化と逆関係で変調した振幅の波形を有する。
【００１５】
特に、図１に示す装置１０は、高輝度放電（ＨＩＤ）ランプ１２を駆動する電源又は安定器１４の形態をとる。電源１４は、直列接続されたプレコンディショナ１６及びブリッジ１８の形態の手段と、ブリッジ１８に作動的に接続され、電源入力２２を受信するとともに方形波２４を発生するコントローラ２０とを有し、方形波２４は、図３の上側の曲線で示すように、第１搬送周波数Ｆ１と、第１搬送周波数Ｆ１より高い第２搬送周波数Ｆ２との間の変調周波数３４で交互に変わる搬送周波数を有する。ブリッジ１８を、本発明の種々の形態の要求に適合するように半ブリッジ回路と全ブリッジ回路のいずれにもできる。
【００１６】
コントローラ２０は、ブリッジ１８の搬送周波数を制御する。ランプ１２の第２の縦周波数にほぼ等しい変調周波数３４で波形３２が第１搬送周波数Ｆ１と第２搬送周波数Ｆ２との間で交互に変化する間、方形波２４を発生するためにコントローラ２０からブリッジ１８に供給される制御波形３２の形状は、本発明を実施するのに重要でない。例えば、制御波形３２を、変調周波数３４で正弦波とすることができるが、変調周波数３４で方形波又は三角波とすることができる。その理由は、方形波と三角波の両方が正弦波の基本周波数の周波数成分を有するからであり、それは、本発明を実施するのに重要な基本周波数成分となる。
【００１７】
方形波２４は、フィルタ／イグナイタ２６の形態のフィルタの入力部に供給される。フィルタ／イグナイタ２６は、図２に示すようなランプ１２駆動用入力波形Ａに所望さえる搬送周波数と逆振幅関係を有するフィルタ処理された信号を生成するＬＣフィルタ回路を有する。
【００１８】
図２に示すフィルタを、所望の第１及び第２搬送周波数Ｆ１，Ｆ２間で比較的急な出力特性を生じるよう慎重に選択された素子を有する通常の構成の簡単なＬＣフィルタとして、これによって、入力波形Ａの振幅が、第１搬送周波数Ｆ１の第１振幅Ｖ１と第２搬送周波数Ｆ２の第２振幅Ｖ２との間で減衰され、第２振幅Ｖ２を第１振幅Ｖ１より低くする。所定の第１及び第２搬送周波数Ｆ１，Ｆ２間で更に大きな減衰が所望される場合、出力特性の勾配を、高次フィルタを用いて増大することができる。
【００１９】
動作周波数を増大することによって蛍光を減少するために図２に示す既に説明したような特性を有するフィルタが用いられていることは、当業者によって認識される。
【００２０】
さらに、参照によってここに組み込まれる譲り受けられた上記特許及び特許出願で詳細に説明されて既知であるように、所定のタイプのＨＩＤランプでは混色が向上して点灯するものの、縦音響共振モード(longitudinal acoustic resonance mode)として知られているそのようなランプの動作特性が、ランプの駆動に用いられる入力信号によって起動されたときに向き(orientation)に対する感度が低下する。セラミックＨＩＤメタルハライドランプは、そのような点灯特性を示す。縦モードを起動する既知の方法の一つは、第２の縦モードの周波数で入力信号の搬送周波数を振幅変調することである。
【００２１】
電源１４のコントローラ２０は、ＨＩＤランプ１２の第２の縦モード周波数にほぼ等しい変調周波数で第１及び第２搬送周波数Ｆ１，Ｆ２間で方形波２４を変調するためにブリッジ１８の搬送周波数を制御することによって、ＬＣフィルタ及びＨＩＤランプの点灯特性に有利となる。このように周波数変調された方形波信号２４が、フィルタ／イグナイタ２６によってフィルタ処理されると、フィルタ／イグナイタ２６の逆減衰特性によって、ＨＩＤランプ１２の第２の縦モード周波数にほぼ整合する周波数で振幅変調されたランプ１２に対する入力信号Ａを生成し、その結果、色の一様性が向上するとともにランプの向きに対する影響がなくなるランプ１２の出力が生じる。
【００２２】
既知のように、ここで説明したタイプのＨＩＤランプにおいて、ランプの照明及び点灯中に不安定になる音響的な共振は、周波数が高くなるに従って減衰される。安定な照明を行う程度に十分高い第１及び第２搬送周波数Ｆ１，Ｆ２を選択するとともに、既に説明したようにして入力信号Ａの振幅を変調することによって、本発明は、ランプの向きに関係なく安定した一様な色の照明を行う。
【実施例】
【００２３】
４００ｋＨｚ及びそれより上のＶＨＦ周波数で安定したパフォーマンスを示すことが知られているとともに約２４．５ｋＨｚの第２の縦モードを有するＨＩＤランプの一例に対し、第１及び第２搬送周波数Ｆ１，Ｆ２に対して４５０ｋＨｚ及び５５０ｋＨｚの値を選択することができ、変調周波数に対して２４．５ｋＨｚの値を選択することができる。制御波形３２を、２４．５ｋＨｚの正弦波とすることができるが、同一周波数の方形波又は三角波とすることもできる。その理由は、方形波と三角波の両方が正弦波の基本周波数の周波数成分を有するからである。
【００２４】
コントローラ２０は、４５０ｋＨｚ及び５５０ＫＨｚの第１及び第２ＶＨＦ搬送周波数間で、２４．５ｋＨｚの第２の縦モード周波数の上記周波数変調された方形波２４の形態の搬送波を生成するようブリッジ１８を操作する。フィルタ／イグナイタ２６は、周波数変調された方形波２４を、２４．５ｋＨｚの第２の縦モード周波数で振幅変調された振幅変調入力波形Ａに変換する。ブリッジ１８によって生成した周波数変調された方形波２４に対するフィルタ／イグナイタ２６の振幅変調の影響の逆関係を、図３に線形的に示す。また、フィルタ／イグナイタ２６は高調波を除去し、結果的に得られる入力信号Ａの波形は、実際には、方形波ではなく、４５０ｋＨｚ及び５５０ｋＨｚの第１及び第２ＶＨＦ搬送周波数間で周波数変調されるとともに２４．５ｋＨｚの変調周波数で振幅変調される僅かに歪が生じた正弦波となる。
【００２５】
入力波形Ａの実際の形状に関係なく、ランプ１２は、第２の縦モード周波数３４で入力信号Ａの振幅変調に応答し、ランプの向きに関係なくランプ１２の色が一様になる。ランプの照明は、方形波２４を生成するのに用いられる制御波形３２の形状に関係なく安定になる。その理由は、ランプ１２が４５０ｋＨｚ及び５５０ｋＨｚの選択された搬送周波数で安定になるからであり、それは、選択された搬送周波数間の変調中に入力波形Ａが掃引を行いうる任意の中間周波数でも安定になる。
【００２６】
当業者が認識できるように、本発明は、搬送周波数を選択する際の相当な範囲、すなわち、周波数変調が生じる搬送周波数の範囲を提供する。その理由は、所定の周波数より上で、所定のランプ１２の構造に応じて、高次の音響的な共振が減衰され、点灯が安定するからである。
【００２７】
上記実施例で用いられた値前後の選択されたＶＨＦ搬送周波数間の差を形成するために第１及び第２ＶＨＦ搬送周波数の慎重な選択を通じて、又は高次フィルタを用いることによって、入力波形Ａの振幅変調の量を予め設定し及び制御して、変調指数として知られている所望の値のパラメータを達成することができる。変調指数は、以下の式によって計算される。
変調指数＝（Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ）／（Ｖｍａｘ＋Ｖｍｉｎ）
ここに記載されたタイプのランプに対して、０〜０．２７の範囲の変調指数が、ランプ１２の点弧及び点灯中に好ましい。
【００２８】
既に説明したように、本発明は、装置１０を操作する方法の形態をとることもできる。そのような方法は、ランプの点灯が安定する搬送周波数の値Ｆ１，Ｆ２の決定を含むこともできる。この方法は、最適な変調周波数３４の値の決定を含むこともできる。ランプ電圧の測定からの最適な変調周波数３４の決定を、図１で破線を付した帰還ループ３０を用いたコントローラ２０で実行して、ランプ電圧を検知するとともにランプ電圧をコントローラ２０に送ることができる。
【００２９】
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、幾多の変更及び変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明による装置の一例のブロック図である。
【図２】フィルタに供給される信号の周波数に対して逆関係でフィルタに供給される信号の振幅を減衰するフィルタの振幅対周波数のグラフである。
【図３】本発明による装置又は方法によって提供される入力波形の振幅及び周波数の逆関係を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
2005512287.tif 000006
2005512287.tif 000007
2005512287.tif 000008