(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電圧又は交流電流を給電されるガス放電ランプを、前記ランプの瞬時パワーが所定の時間間隔において増加するように動作する方法において、
時間において変化する前記ランプの少なくとも１つの動作データの値を、連続的又は不連続的に測定し、前記少なくとも１つの動作データが、電極の状態又は形状、又は電極ギャップに関する直接的又は間接的情報を提供する動作データの群から選択されたものであり、
前記交流電圧又は交流電流の周波数を、前記電極の所望の状態又は幾何学的形状、又は所望の電極ギャップが達成されるように前記測定値に応じて選択することを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
前記交流電圧又は交流電流の前記周波数を、以下の動作データのグループ、すなわち、
前記ランプの全体の有効寿命、動作電圧、取り上げられた又は発されたパワー、アーク長及び電極ギャップからの少なくとも１つの測定値に応じて選択することを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の方法において、
前記少なくとも１つの動作データの前記測定値を監視し、開始条件である前記少なくとも１つの動作データの第１の２次条件が満たされる場合、前記ランプを、予め決められた又は選択可能な、前記少なくとも１つの動作データの第２の２次条件を満たすまで前記交流電圧又は交流電流の開始周波数である低い周波数で動作し、その後、前記交流電圧又は交流電流の前記低い周波数を上昇させることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法において、
前記交流電圧又は交流電流の前記周波数を、前記開始条件を満たし、前記開始周波数から開始した後、中止条件である予め決められた第３の２次条件に達するまで、連続的又は、不連続ステップにおいて上昇させることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の方法において、
前記第１の２次条件を、所定の有効寿命が生じるかこれに達する場合、及び／又は、前記必要な動作電圧が予め決められた値に達した、及び／又は、前記電極ギャップが予め決められた値に達した場合が満たされることとみなすことを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項３に記載の方法において、
前記第２の２次条件を、前記ランプが前記交流電圧又は交流電流の前記低い又は開始周波数において所定の期間動作した場合か、予め決められた期間に渡り、前記電極ギャップの直接的又は間接的測定中に変化が最早検出されない場合が満たされることとみなすことを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項４に記載の方法において、
前記第３の２次条件を、前記交流電圧又は交流電流の予め決められた周波数（最高周波数）に達した場合か、前記必要な動作電圧が予め決められた最小値に達した場合か、前記電極ギャップの直接的又は間接的測定中に変化が最早検出されない場合が満たされることとみなすことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項３に記載の方法において、
前記第１の２次条件及び前記交流電圧又は交流電流の前記低い周波数を動作状態に応じて選択することを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法において、
前記交流電圧又は交流電流の前記選択された周波数が約４０及び６００Ｈｚの間にあることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法において、
前記交流電圧又は交流電流の前記周波数を不連続ステップにおいて上昇させ、
前記周波数を、そのたびごとに、約１．２から１．８倍の間で上昇させることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法において、
前記交流電圧又は交流電流の周波数ｆを、前記電極上で成長した直径Ｄを有する構造を達成するために、式Ｄ＝ａ／ｆ1/2に従って選択し、ここでａが前記電極材料及び電極ジオメトリに特に依存する単位（ｍ・Ｈｚ1/2）のランプ特定定数であることを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の方法において、 前記方法が、前記ランプの動作中に前記ランプの電極を処理するために実行されることを特徴とする方法。
【請求項１３】
ガス放電ランプを交流電圧又は交流電流で、前記ランプの瞬時パワーが所定の期間において増加するように前記請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の方法によって動作する装置において、
時間において変化する前記ランプの少なくとも１つの動作データの値を連続的又は不連続的に測定する測定手段を備え、前記少なくとも１つの動作データが、電極の状態又は形状、又は電極ギャップに関する直接的又は間接的情報を提供する動作データの群から選択されたものであり、
前記交流電圧又は交流電流の周波数を、前記電極の望ましい状態又は幾何学的形状、又は望ましい電極ギャップが達成されるように前記測定値に応じて変化させる手段とを設けたことを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の装置において、
前記測定手段を、以下の動作データのグループ、すなわち、
前記ランプの全体の有効寿命、動作電圧、取り上げられた又は発されたパワー、アーク長及び電極ギャップからの少なくとも１つの動作データの値を測定するように配置したことを特徴とする装置。
【請求項１５】
請求項１３又は１４に記載の装置において、
予め決められた又は選択可能な２次条件を満たすことに関して前記測定値を監視するために、前記交流電圧又は交流電流の前記周波数を変化させる手段に結合された少なくとも１つの監視ユニットを設けたことを特徴とする装置。
【請求項１６】
請求項１３ないし１５のいずれか１つに記載の装置において、
前記交流電圧又は交流電流の前記周波数と、前記ガス放電ランプに供給される動作電圧及び交流電流とを制御し、前記測定値を、予め決められた又は選択可能な２次条件を満たすことに関して評価及び監視する、少なくとも１つのマイクロプロセッサを含む少なくとも１つの小型評価及び制御ユニットを設けたことを特徴とする装置。
【請求項１７】
請求項１３に記載の装置において、  ４０及び６００Ｈｚ間の前記交流電圧又は交流電流の周波数を発生することができることを特徴とする装置。
【請求項１８】
プロジェクタ内の請求項１３ないし１７のいずれか１項に記載のガス放電ランプを動作させる装置を使用する方法。
【請求項１９】
車内の請求項１３ないし１７のいずれか１項に記載のガス放電ランプを動作させる装置を使用する方法。
【請求項２０】
ガス放電ランプを動作する装置を制御する制御プログラムを有する機械読み取り可能データキャリヤにおいて、前記プログラムが、請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の方法を前記装置に実行させるものである機械読み取り可能データキャリヤ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流電圧又は交流電流を供給されるガス放電ランプを動作する方法及び装置に関し、前記ランプの瞬時パワーは所定の期間において増大する（パルスモード動作）。本発明は、これらのようなランプ及び装置を備える装置と、前記動作モードに基づく電極を処理する方法とにも関する。
【０００２】
【従来の技術】
これらのような動作モード及び装置は、例えば、特許出願公開明細書９６／１４７２４号又は米国特許明細書第５６０８２９４号から既知である。引用した国際公開は、ガス放電ランプを動作するエネルギー供給回路を有する装置を開示しており、前記エネルギー供給回路は、平均ランプパワーが公称パワーに対して減少する場合、瞬時パワーが前記交流電圧又は交流電流の極性反転の直前の半周期以内に増加するように、前記ガス放電ランプに予め決められたパワーを供給するために、予め決められた周期の交流電圧又は交流電流を供給する。前記極性逆転の前の瞬時パワーのこの短い増加は、前記極性逆転後に必要な再点火電圧を、通常モード動作における電圧に対して増加する必要が本質的にないことを保証する。
【０００３】
前記引用した米国特許は、ガス放電ランプを短い光アークで動作する方法を記載しており、この方法において、前記ランプは所定の周期の交流電流を受け、短い電流パルスを各々半周期において前記ランプ電流に重ね、この電流パルスは、前記光アークの不変性と前記ガス放電ランプの電極の耐久性とが本質的に改善されるように、関連する半周期における前記ランプ電流と同じ極性を有する。
【０００４】
前記引用文献から既知であり、以下に”パルス動作”又は”パルスモード”と呼ぶ前記電流強度又は電圧の変化は、実際上非常に有効であることがわかっている。この文脈において”パルス動作”及び”パルスモード”という用語は、特に前記光アークの安定化の目的に関して、追加の電流又は電圧パルスを前記動作電流又は動作電圧に重ねる場合の時間における前記電流強度又は電圧のすべての変化をカバーすることを理解すべきである（しかしながら、多くの文献（例えば、欧州特許出願公開第０８６５２１０Ａ２号、特許出願公開明細書９７／２４７８７１号又は米国特許明細書第５４２８４０８号を参照）において、用語”パルス動作”は、ランプ動作がきわめて短い周期ですばやく反復し、時間の大きい部分の間光を出力しないランプ動作モードをもっぱら意味することを理解すべきである）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
パルス動作は、前記光アークの不変性を改善することができるが、有効寿命は依然として満足ではなく、これは、ＬＣ又はミラーディスプレイ（変形可能ミラー装置）を有するデータ及びビデオプロジェクタにおいて特に重要であるだけでなく、種々の他の用途に関しても重要である。要求される光アークがより短くなれば、前記ランプ電極のバーンオフと、それに伴う前記電極間の光アークの延長との影響がより激しくなる。短い光アーク及びきわめて短い光アークを有するガス放電ランプのランプ電極のバーンオフは、最初の１００時間中に、すでに、例えばプロジェクションシステムにおける効率を２０％減少させる。
【０００６】
さらに、きわめて短い電極ギャップを有するガス放電ランプの製造は、前記電極が、通常、水晶チューブ中に密封され、前記チューブ中に密封される前に、製造プロセスによって、これらの位置が前記ランプの完成後に元の設定から逸脱し、すなわち、前記ギャップに関してと、互いの側面の整列に関してとの双方において逸脱するように位置決めされるため、きわめて困難である。前記電極の位置決め公差は、多額の費用においてのみ減少することができる。
【０００７】
きわめて困難にしか解決できない他の問題は、電極自身の幾何学的形状によって示される。通常、所望の電極ジオメトリを固体材料から切り出すことができるが、例え、最終的に熱分布を規定する前記電極のジオメトリ及び内部構造を、このような構造において、より少ない程度に制御できても、費用の理由のため、前記電極は、好適にはその上に滑り込ませたタングステンらせんを有する電極ロッド（引き伸ばされたタングステンワイヤ）から成る。短い光アークを有するランプにおいて、電極の巨大な熱荷重は、すでに、数時間以内に、約１ｍｍのアーク長を有する高圧ガス放電ランプにおける前記電極前面を完全に変化させるおそれがある前記電極材料の高速輸送（例えば、タングステンの蒸発）を引き起こす。理想的に形成された電極は、通常、その本来の機能的特性を、このような状況において、１００時間未満の間しか保持しない。
【０００８】
上記を考えれば、本発明の目的は、有利には電極の形成に関するガス放電ランプの動作中に行う輸送プロセスを使用することができるガス放電ランプの動作方法及び装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的は、請求項１に開示したような方法によってと、請求項１３に開示したような装置によって達成される。有利な変形例及び実施形態を、従属する請求項において開示した。従属的な請求項は、これらの方法及び装置を基礎とする処理方法及び装置に関する。
【００１０】
前記目的は、時間において変化する前記ランプの少なくとも１つの動作的データの値を連続的又は不連続的に測定し、前記交流電圧又は交流電流の周波数（動作周波数）を、前記測定値に応じて選択する種類の方法によって特に達成される。このとき、前記動作周波数は、前記ランプの全体の有効寿命、動作電圧、取り上げられた又は与えられた電力、アーク長及び電極ギャップを含む動作的データのグループからの少なくとも１つの動作的データの測定値に応じて有利に選択され、これは、すべてのこれらのようなデータは、前記電極、特に電極ギャップに関係する直接的又は間接的情報を提供するためである（例えば、ある有効寿命を有する新たなランプの場合においても、前記電極のおおよその状態の見解、したがって、所定の動作周波数を選択することの必要性の見解を、前記有効寿命から、実験的値に基づいて得ることができる）。
【００１１】
本発明は、交流電流又は交流電圧による動作中、前記電極において成長する構造の大きさが、前記電流又は電圧の動作周波数に比例するという新規の洞察に基づいている。前記成長した構造の直径は、前記動作電流又は動作電圧の基本周波数がより高くなるにつれ、より小さくなることがわかっている。高圧ガス放電ランプにおける代表的な周波数は、約４０ないし６００Ｈｚである。所定の形式の（例えば、独国特許出願公開明細書第３８１３４２１号に従う）ランプに関して、例えば、以下の関係、前記成長した構造のおおよその直径＝ａ／ｆ1/2が保持され、ここで、ｆをヘルツにおける前記動作周波数とし、ａを代表的に約２０００ないし５０００［μｍ・Ｈｚ1/2］のランプ特定比例数とし、その結果、約２００μｍから５００μｍの直径を有する前記構造が、１００Ｈｚの基本周波数の場合において形成される。一般的に言って、この構造は、１０００ないし１００００［μｍ・Ｈｚ1/2］のスロットにおいてあるかもしれない。形成された前記構造の高さは、一般に、これらの直径より小さく、概して前記直径の約０．４ないし０．８倍になる。しかしながら、この比は、０．２と１．２の間で変化することがわかっている。この関係を、本発明により、突き出した電極先端を前記ランプの動作中に制御可能なように形成するために使用する。
【００１２】
本発明は、前記製造プロセスによって強いられるような前記電極の基本的形状と無関係に（所定の制限内で）、前記電極の動作中の形成を可能にする。前記所望の電極ギャップ又は所望の動作電圧を、前記輸送プロセスを使用することによって、所定の制限内で調節することができる。前記所望の電圧に達した場合、この調整プロセスを中断し、前記ランプを、この瞬時において普通の周波数において動作する。
【００１３】
本発明による方法の特別な利点は、ランプの有効寿命中に何度も用いることができ、したがって、前記電極のある程度までの”再生”を可能にし、きわめて長い有効寿命にわたって顕著な結果を達成することができることである。
【００１４】
前記輸送プロセスの物理的法則のため、動作中に形成される前記電極構造は、実際的には、互いに正確に反対に位置し、側面オフセットは生じない。前記動作が十分に低い周波数で開始する場合、前記構造は前記電極の中央に位置するであろう。
【００１５】
この目的のため、前記測定値を、有利には、予め決められた２次条件を満たすことに関して監視し、第１の２次条件（開始条件）が満たされた場合、前記ランプを、低い動作周波数（開始周波数）によって、第２の２次条件が満たされるまで動作し、その後、前記動作周波数を上昇させる。これらのような開始条件を、例えば、新たなランプが第１の時間の間動作状態に置かれること、又は、所定の制限値を超える前記必要な動作電圧の上昇としてもよい。特に、異なる開始周波数で異なる開始条件を規定し、例えば、新たなランプが第１の時間の間動作状態に置かれた場合、直径が増加する連続的な構造を前記電極において形成し、開始を比較的低い動作周波数で行うようにすることができるが、形状がわずかにのみ変形すべき電極の場合において、小さい構造をすぐに形成し、比較的高い開始周波数で開始することで十分であるかもしれない。
【００１６】
前記動作周波数を、前記構造の連続的な増加に関して、連続的に上昇させることができる。しかしながら、前記動作周波数を、不連続ステップにおいて、予め決められた中止条件に達するまで上昇させることが特に有利であることがわかっている。これらのような中止条件を、予め決められた動作周波数（最高周波数）への到達、予め決められた最低動作電圧への到達、予め決められた期間にわたる前記電極ギャップの不変性としてもよい。
【００１７】
ガス放電ランプを動作することにおける上述した目的を達成するように配置された装置に、時間において変化する前記ランプの少なくとも１つの動作データの値を連続的又は不連続的に測定する測定手段と、前記交流電圧又は交流電流の周波数（動作周波数）を前記測定値に応じて変化させる手段とを設けた。このような装置を、既に製造されたガス放電ランプと、特にプロジェクタ、トラックの照明システム等のすべての形式のガス放電ランプに使用される点灯装置とに単純に使用することができ、又は、これらにおいて設けることができる。
【００１８】
前記装置の好適実施形態は、少なくとも１つのマイクロプロセッサを含み、前記ガス放電ランプに用いられる動作周波数と、動作電圧と、交流電流とを制御し、前記測定値を予め決められた又は選択可能な２次条件を満たすことに関して評価及び監視することを目的とする小型評価及び制御ユニットを含み、有利には、ガス放電ランプのパルス動作に関して存在する装置において既に設けられているプロセッサ及びユニットを使用することができる。
【００１９】
本発明のさらなる詳細及び利点は、図面の参照と共に与え、本発明による方法の有利な変形の単なる例としての以下の非限定的な説明から明らかになるであろう。
【００２０】
【発明の実施の形態】
引用した米国特許明細書第５６０８２９４号は、全体の持続時間ｔ１／２及び基本高Ｉ２の関連する半波の終端において、高さＩ３及び持続時間ｔｐの追加の電流パルスを有する図１に示すように形成された電流を発生することができる電子バラスト装置を記載している。好適には、これを、前記ランプ動作周波数を制御することもできるマイクロプロセッサ制御バラスト装置によって実現する。以下に記載すべきステップを実行する制御プログラムを含むデータキャリヤを含んでもよい。機械読み出し可能データキャリヤを読み出し、そのデータを前記バラスト装置に伝送することができる読み出し装置を設けてもよい。
【００２１】
図２における側面図に示すような所望の形状を有する電極を形成するために、前記ランプを、パルスモードにおいて、低い開始周波数から開始するゆっくり増加する周波数で動作する。このシーケンスの開始における低周波数は、広い構造１を与え、この構造１を基礎として、狭い構造２及び３を、より高い周波数において、連続的に形成することができる。前記輸送は、連続的であってもよく、又は、不連続のステップにおいて行ってもよい。例えば、この増加シーケンスにおいて、４５、６５、９０及び１３０Ｈｚにおいて各々数時間の動作持続時間に関して特別な結果が得られた。この動作モードを使用し、慣例的な高圧ガス放電ランプにおける電極ギャップを１．３ｍｍから０．７ｍｍに減少できることがわかった。最高の周波数においてこのような調節されたランプの延長された動作中（数百時間）、前記動作電圧の上昇に基づいて容易に観測できるように、前記電極は再び初期状態に徐々にバーンオフする。
【００２２】
前記動作電圧が上昇する場合、本発明による電極を、ゆっくりと上昇する周波数で、該電極の先端構造が再びほとんど完全に再生されるまで、再び処理することができる。この種のすべての再生動作後に、前記ランプを、約１００時間の間、再び最も高い選択された周波数において動作することができる。
【００２３】
本発明は、前記ランプの光を前記再生段階中にも使用することができるという主な利点を提供する。全体として、光学的効率は、通常、前記電極ギャップが増加するにつれて低下する（例えば、ビデオ投影の場合におけるスクリーン輝度の低下であり、この輝度は前記再生によって増加する）。１００時間の時間尺度にわたって変動するこのようなシステム効率は、どのような場合においても、連続的に低下する効率に勝る主な利点を構成する。
【００２４】
更新される再生の必要性を、前記ランプの電圧上昇によって容易に減らすことができる。前記動作電圧が予め決められた値を超えて上昇した場合、更新された再生を開始する。
【００２５】
以下に、詳細に、例として、本発明による方法をビデオプロジェクタのガス放電ランプの動作中にどのように行うことができるかを説明する。
【００２６】
前記ランプの最初の動作を、前記ランプが交換された場合は自動的にリセットする動作カウンタの時間によって認識する。これは、多くの商業的に利用可能なプロジェクタにおいて容易に実現される。
【００２７】
前記ランプを、最初に、できる限り低い周波数（例えば、４５Ｈｚ）において動作する。このような動作を、一定の期間中に行うことができる（例えば、１時間の動作）。代わりに、前記周波数を、重大な電圧低下（構造の成長を示す）がもはや観測されなくなるまで、維持することもできる。この動作モードは、個々の違いを、一定の期間中の動作の場合におけるより考慮することができる点において有利である。
【００２８】
その後、前記周波数を上昇させる。それぞれの前の周波数の１．２から１．８倍の周波数の上昇が適当であることがわかっている。この新たな周波数における動作を、再び、一定の期間中、又は、重大な電圧低下がもはや検知されなくなるまで行うことができる。
【００２９】
全体として、前記周波数を、ａ）固定周波数制限に達するまで、ｂ）固定電圧に達するまで、又は、ｃ）前記周波数の上昇後に重大な成長がもはや観測されなくなるまで、上昇させる。
【００３０】
このようにして決定された前記周波数を維持し、例えば、前記電圧が再びかなり、例えば初期レベルまで上昇するまで、使用することができる。好適には、しかしながら、前記電極を、前記初期レベルへの上昇前に再び再生し、この目的のために、前記ランプを、できる限り低い周波数において再び動作する。
【００３１】
本発明による方法は、ガス放電ランプにおける動作電圧と、アーク長又は電極ギャップの本質的な低減を可能にする。例えば、上述した簡単で経済的な構造を有する慣例的な構造のガス放電ランプにおいて、パワーを制御するランプ電流Ｉ２と、４５、６５、９０及び１３０Ｈｚの動作周波数のシーケンスを使用して２．８Ａになるパルス電流Ｉ３との存在において、前記動作電圧を最初に８５Ｖから５２Ｖに低下させ、前記アーク長を最初に１．３ｍｍから０．７ｍｍに減少させることができ、この驚くほどの低減は、例えばプロジェクションモードにおけるランプの”通常の”使用中に、別個のプロセスにおいて達成されないことに注意されたい。
【００３２】
多くの他の変形およびさらなる詳細は、本発明の範囲内で実行可能であり、これらのような選択肢は、例えば、前記動作周波数を増加又は減少する２次条件に関し、又は、前記動作周波数の選択に関する。本質的な態様は、本方法が、前記ガス放電ランプの動作中に輸送現象を使用して、材料を前記電極上に、前記動作周波数の制御された変化によって堆積させるような前記電極の処理を可能にすることである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  パルス動作中のガス放電ランプに用いられる動作電流の時間における代表的な変化を示すグラフである。
【図２】  本発明による方法によって形成される電極の図式的な側面図である。
【符号の説明】
１  広い構造
２、３  狭い構造
【図１】
0004744719.tif 000002
【図２】
0004744719.tif 000003