(57)【要約】本発明は、少なくとも高圧ガス放電ランプを有する照明ユニットに関するものであり、この高圧ガス放電ランプは少なくとも、放電空間（２１）を有する電球（１）を具え、放電空間内には、２つの電極（４１、４２）が配置されているとともに凝縮しうる成分を有する混合ガスが存在しており、前記２つの電極（４１、４２）間に又はこれらの電極上に又はこれらの双方に凝縮堆積が生じるおそれがあり、前記高圧ガス放電ランプは、点弧装置と電球（１）の局部加熱ユニット（５）とを有している照明ユニットに関するものであり、この照明ユニットが、電球（１）の局部冷却ユニット（６）を少なくとも１つ有していることを特徴とする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも高圧ガス放電ランプを有する照明ユニットであって、この高圧ガス放電ランプは少なくとも、放電空間を有する電球を具え、前記放電空間内には、２つの電極が配置されているとともに凝縮しうる成分を有する混合ガスが存在しており、前記２つの電極間に又はこれらの電極上に又はこれらの双方に凝縮堆積が生じるおそれがあり、前記高圧ガス放電ランプは、点弧装置と電球の局部加熱ユニットとを有している照明ユニットにおいて、この照明ユニットが少なくとも、前記電球の局部冷却ユニットを有していることを特徴とする照明ユニット。
【請求項２】
請求項１に記載の照明ユニットにおいて、前記高圧ガス放電ランプが、混合ガスを含むＵＨＰランプであり、この混合ガスはその成分の１つとして水銀を有することを特徴とする照明ユニット。
【請求項３】
請求項１に記載の照明ユニットにおいて、この照明ユニットが、前記高圧ガス放電ランプの２つの電極間の短絡を検出する検出ユニットを有し、この検出ユニットが特に、前記２つの電極間の電気抵抗を測定する装置を有することを特徴とする照明ユニット。
【請求項４】
請求項１に記載の照明ユニットにおいて、前記電球の局部加熱ユニットは、一方の電極が存在する放電空間の部分領域を、他方の電極が存在する放電空間の部分領域よりも強く加熱するようになっていることを特徴とする照明ユニット。
【請求項５】
請求項４に記載の照明ユニットにおいて、前記電球の局部加熱ユニットが、スイッチオン及びスイッチオフされうるようになっていることを特徴とする照明ユニット。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の照明ユニットにおいて、前記電球の局部加熱ユニットが、少なくとも加熱コイル、又は放射加熱ユニット、又は誘導加熱ユニットを有していることを特徴とする照明ユニット。
【請求項７】
請求項６に記載の照明ユニットにおいて、前記加熱コイルを更に点弧補助としてスイッチングしうるようになっていることを特徴とする照明ユニット。
【請求項８】
請求項１に記載の照明ユニットにおいて、前記電球の局部冷却ユニットが、一方の電極が存在する放電空間の部分領域を、他方の電極が存在する放電空間の部分領域よりも強く冷却するようになっていることを特徴とする照明ユニット。
【請求項９】
請求項８に記載の照明ユニットにおいて、前記電球の局部冷却ユニットが、少なくとも空冷ユニットを有することを特徴とする照明ユニット。
【請求項１０】
請求項１に記載の照明ユニットにおいて、前記２つの電極間の短絡が検出された際で前記点弧装置の始動前に、前記局部加熱ユニットを、前記電球の部分領域を加熱するためにスイッチオンしうるとともに、これと同時に又はその後に前記局部冷却ユニットを、前記電球の他の部分領域を冷却するためにスイッチオンしうるようになっていることを特徴とする照明ユニット。
【請求項１１】
請求項１に記載の照明ユニットにおいて、前記２つの電極間にもはや短絡が存在しないということが検出された後で前記点弧装置の始動前に、前記加熱ユニット及び前記冷却ユニットをスイッチオンしうるようになっていることを特徴とする照明ユニット。
【請求項１２】
請求項４に記載の照明ユニットにおいて、前記加熱ユニット、特に加熱コイルが回路構成に配置され、前記２つの電極間に凝縮堆積が生じることによりその電気回路が自動的に閉成されるようになっていることを特徴とする照明ユニット。
【請求項１３】
請求項１〜１２の何れか一項に記載の照明ユニットを少なくとも１つ有する投射システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも高圧ガス放電ランプを有する照明ユニットであって、この高圧ガス放電ランプは少なくとも、放電空間を有する電球を具え、前記放電空間内には、２つの電極が配置されているとともに凝縮しうる成分を有する混合ガスが存在しており、前記２つの電極間に又はこれらの電極上に又はこれらの双方に凝縮堆積が生じるおそれがあり、前記高圧ガス放電ランプは、点弧装置と電球の局部加熱ユニットとを有している照明ユニットに関するものである。
【０００２】
特に投射目的のためには光学特性の点で、高圧ガス放電ランプ（ＨＩＤランプ、すなわち高輝度放電ランプ）、特にＵＨＰ（超高性能）ランプが好んで用いられている。
【０００３】
このような分野では、できるだけ点状となる光源が必要であるので、電極の先端間に形成されるアーク放電は約２．５ｍｍの長さを超えないようにする必要がある。更に、光の分光組成をできるだけ自然にするとともに、光度をできるだけ高くする必要がしばしばある。
【０００４】
更に、近年では、電極間隔を短くした高圧ガス放電ランプの需要が高まってきている。例えば、電極間隔を１ｍｍよりも短くしたＵＨＰランプが市販されており、電極間隔を約０．７ｍｍとしたＵＨＰランプが現在開発中である。
【０００５】
このような高圧ガス放電ランプの混合ガス中で凝縮しうる成分の１つは、例えば、水銀である。凝縮後の水銀は、しばしば小滴の形態で存在する。通常のＵＨＦランプの状態では、しばしば、大きさが約１．１ｍｍ程度の水銀の小滴を観測しうる。
【０００６】
このような小滴は、特に放電空間内の最冷却領域に堆積する。これらの領域には電極も含まれる。その理由は、ＵＨＦランプをスイッチングオフさせた後に、電極は熱伝導により熱を比較的迅速に外部に放出する為である。
【０００７】
電極間隔を１ｍｍよりも短く、特に０．７ｍｍよりも短くすると、例えば凝縮した水銀とした小滴が２つの電極間に堆積するおそれがある。これにより、ランプを新たに点弧させようとする場合に、短絡が生じているおそれがある。従って、ランプを首尾良く点弧させるのが阻止され、もしくは少なくともより困難となり、このことは如何なる場合でも不所望なことである。
【０００８】
或いは、又は上述したことに加え、これらの小滴は、２つの電極上に堆積するおそれもある。これによっては短絡を生ぜしめることは殆どないが、このことも不所望なことである。その理由は、これにより特に点弧に悪影響を及ぼす為である。それに対して、一方の電極上のみの凝縮堆積は通常、有害とならない。
【０００９】
この問題を解決する可能性は、原理的にはＵＳ２００３／００１１３２０から既知である。この米国特許公開明細書には、この問題に対する解決策として、例えば、凝縮した水銀の小滴を局部加熱により蒸発させ、これにより短絡のおそれを排除することが提案されている。しかし、この提案された解決策は、特に内部水銀圧が既に高くなっている際に、すなわち、点弧電圧を高くする必要がある際に、ランプを迅速に点弧させることができない。現在では、点弧電圧が比較的低い、すなわち、点弧電圧が３ｋＶよりも低い点弧装置を設計する傾向にある。このことは、高圧ガス放電ランプの点弧が各瞬時やあらゆる所望な瞬時において信頼的に確実におこなわれるものではないということを意味する。
【００１０】
本発明の目的は、凝縮体が電極間に堆積され、これにより高圧ガス放電ランプを短絡させるか、凝縮体が双方の電極上に堆積される場合に、信頼的に且つ迅速に点弧しうる上述した種類の照明ユニットを提供することにある。
【００１１】
本発明の目的は、照明ユニットが少なくとも、電球の局部冷却ユニットを有することにより達成される。本発明により規定するこの局部冷却によれば、堆積されるいかなる凝縮体も、点弧が信頼的に可能となるように堆積されるという結果が得られる。
【００１２】
本発明による電球の局部冷却ユニットは、少なくとも、２つの電極が放電空間中で最冷却スポットを形成しない電球の領域を冷却する作用をする。
【００１３】
本発明によれば、凝縮体が電極間に堆積され、この凝縮体による電気伝導により２つの電極が相互接続される場合には、局部的な加熱を行って、前記凝縮体が再び気相になるとともに、もはや電気伝導によりこれら２つの電極を相互接続しないようにし、しかもそれにもかかわらず、局部冷却により、放電空間中の内圧が上昇しないか、又は少なくとも信頼的な点弧がもはや可能とならない程度に上昇しないことを確実にするように、この局部冷却を実現する。
【００１４】
特許請求の範囲の従属項は、本発明の更なる有利な例に関するものである。
【００１５】
本発明の特に有利な例は、水銀を一成分として有する混合ガスを入れたＵＨＰランプを具える照明ユニットに関するものである。この照明ユニットは特に、投射目的に用いられる。
【００１６】
凝縮堆積により生ぜしめられる短絡は、電極間の短絡を確認するユニットにより検出するのが好ましい。このユニットは特に、２つの電極間の電気抵抗を測定する装置とする。このようにすることにより、ランプ点灯の関係で望ましいならば、関連する短絡の最初の検出が行われると直ちに必要な加熱及び冷却を実現させることができるようになる。所望な状態に達した後、すなわち、電極間の凝縮堆積が除去され、構成に規定された点弧電圧に依存して所望の内圧を調整した後に、瞬時の且つ信頼性のある点弧が得られる。短絡が検出されると、局部加熱処理と同時に又はそれに続いて局部冷却が行われ、電極間の新たな凝縮堆積が回避されるようになる。
【００１７】
更に、前記電球の局部加熱ユニットは、一方の電極が存在する放電空間の部分領域を、他方の電極が存在する放電空間の部分領域よりも強く加熱するようになっているのが好ましい。
【００１８】
更に、前記電球の局部加熱ユニットは、例えば通常のスイッチングユニットによりスイッチオン及びスイッチオフしうるように、すなわち、永続的な加熱が行われないようになつているのが好ましい。このことは、例えば、電極間の短絡を検出する検出ユニットを用いる場合に、有益である。
【００１９】
ある場合には、次の点弧処理が行われる前の期間中、本発明において永続的な局部加熱及び冷却を交互に行うことができる。これらの特別な場合で、照明ユニットの一定の使用状況、すなわち、装着位置及び動作状況が一定である場合には、関連の短絡検出を省略することができる。
【００２０】
前記電球の局部加熱ユニットの特性に対しては、この局部加熱ユニットが少なくとも、加熱コイル、又は放射加熱ユニット、又は誘導加熱ユニットを有しているようにするのが特に好ましい。加熱コイルは更に、点弧補助としてスイッチングしうるようにするのが好ましい。
【００２１】
前記電球の局部冷却ユニットは、一方の電極が存在する放電空間の部分領域を、他方の電極が存在する放電空間の部分領域よりも強く冷却するようにするのが特に有利である。前記電球の局部冷却ユニットの種類に関しては、この局部冷却ユニットが、少なくとも空冷ユニットを有するものとするのが好ましい。
【００２２】
本発明による照明ユニットを点灯させるには、前記２つの電極間の短絡が検出された際で前記点弧装置の始動前に、前記電球の部分領域の局部加熱ユニットをスイッチオンしうるとともに、これと同時に又はその後に前記電球の他の部分領域の局部冷却ユニットをスイッチオンしうるようになっているのが好ましい。
【００２３】
或いは、又は上述したことに加え、本発明による照明ユニットを点灯させるには、前記２つの電極間にもはや短絡が存在しないということが検出された後で前記点弧装置の始動前に、前記電球の部分領域の加熱ユニット及び前記電球の少なくとも部分領域の冷却ユニットをスイッチオンしうるようになっているのが好ましい。この特定の例は、凝縮堆積が双方の電極上に存在する場合に好ましい。或いはまた、上述した例は、生じるおそれのある短絡の存在が検出されない場合にも、原理的に実用されるものである。
【００２４】
更に、少なくとも１つの電極を加熱するユニットを電気回路中に配置し、電極間の凝縮堆積の発生が電気回路を自動的に閉成するようにするのが好ましい。これにより、ランプの点弧中に短絡のおそれが生じる場合にのみ、加熱が行われるようになる。
【００２５】
これにより、本発明による照明ユニットにおいては、例えば、いわゆるスタンバイモードにおいて、すなわち、照明ユニットが動作準備完了状態にあるが光源がまだ駆動されていない場合に、凝縮堆積を排除することができる。従って、光源の駆動をより迅速に行うことができる。
【００２６】
本発明の細部、特徴及び利点は、図面を参照する以下の好適実施例の説明から明らかとなるであろう。
【００２７】
図１は、本発明による照明ユニットの高圧ガス放電ランプ（ＵＨＰランプ）の電球１を水平の装着位置で示す線図的断面図である。通常の目的の且つ凝縮しうる成分を有する混合ガスが充填された放電空間（放電室）２１を密封状態に囲むとともに、通常硬質ガラス又は石英ガラスとした材料の一片から成る放電容器２は、円筒状で互いに対向する２つの領域２２及び２３を有し、これらの領域間に、直径が約９ｍｍ程度のほぼ球状の領域２４が配置されている。放電容器の壁部の外形は放電空間２１の領域において楕円形状をしている。電極配列が配置されている放電空間２１は領域２４の中央に位置している。この電極配列は実質的に、第１電極４１と第２電極４２とを有し、これら電極４１及び４２の先端は、ほぼ０．７ｍｍだけ互いに離間されている。
【００２８】
点弧装置（図１に図示せず）は、通常のように放電空間２１内で且つ電極４１及び４２の互いに対向する先端間にアーク放電を励起し、このアーク放電が、本発明による高圧ガス放電ランプ又は照明ユニットの光源として作用するようにする。通常の点弧装置により発生される点弧電圧は約３ｋＶである。放電空間２１の主対象軸線上に配置された電極４１及び４２の端部はランプの電気接続ライン３１及び３２に接続されており、商用電圧源に接続されるように設計された給電ユニット（図１に図示せず）がこれらの電気接続ライン３１及び３２を介して、ランプの点灯に必要な給電電圧を供給する。
【００２９】
通常の加熱コイル５１が領域２２内に配置されて、電球１を局部的に加熱するユニット５の一部を形成している。この局部加熱ユニット５は更に、少なくとも、商用電圧源に接続するように設計した給電ユニットと、電気スイッチング装置５２と、適切な電気接続ライン５３及び５４とを有する。
【００３０】
図１に線図的にのみ示す局部冷却ユニット６は、冷却用空気の送風機以外に、少なくとも、商用電圧源に接続されるように設計され、特に送風機を動作させるのに必要な給電電圧を供給する給電ユニットと、電気スイッチング装置と、適切な電気接続ラインとを有する。冷却は、電球１の一部を形成する放電容器２又はその球状の領域２４に対し指向性の吹き付けを行うノズルを用いて通常のように行われる。ここで行う冷却は通常、領域２４の最冷却スポットが存在する領域を冷却用空気が当たる際に最も有効となる。これらの最冷却スポットは、電球１を水平に装着した場合に、球状の領域２４の最下側部分内に位置する。
【００３１】
本発明による照明ユニットは更に、高圧ガス放電ランプの電極間の短絡を検出するユニット（図１に図示せず）を有し、この検出ユニットは、２つの電極４１及び４２間の電気抵抗を測定する通常のユニットである。
【００３２】
本発明による照明ユニットの個々の動作条件を、本発明の更なる説明に対し順次説明する。照明ユニットを例えば、投射目的で用いて、所定の瞬時に相当量の光が得られるようにする必要がある場合には、電極４１及び４２の先端間で凝縮堆積が行われずに、信頼性のある点弧が確実に行われるようにすることが守られる必要がある。このことを検出するために、電極４１及び４２の先端に対し既知の抵抗測定を行う。凝縮の存在を表わす状態が検出されると、電極４２の局部加熱ユニット５がスイッチオンされる。加熱コイル５１は、電極４２が存在する放電空間の部分領域を、電極４１が存在する放電空間の部分領域よりも強く加熱する。この加熱により凝縮相が再び気相に変換され、放電空間２１内の圧力が上昇される。従って、電極４１及び４２間の短絡が検出された後で、点弧ユニットの始動前に、電球１の部分領域を加熱する局部加熱ユニット５がスイッチオンされ、これと同時に又はその後に電球１の他の部分領域を冷却するユニット６がスイッチオンされる。空間的に規定された冷却を行うことにより、放電空間２１内のガス圧力を再び低減させ、比較的低い点弧電圧により混合ガスの信頼性のある点弧を実現しうるようにする。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、高圧ガス放電ランプ（ＵＨＰランプ）の電球を線図的に示す断面図である。
【図１】
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