(57)【要約】ガス放電ランプ（１）の駆動方法に関する。第１の方法で、ランプ（１）にかかる電圧値（ＵＩ）が決定され、次いで、放電アーク長（ｄ）に対する光束の依存性を表す補正関数（Ｋｄ）が、目的とする光束値（ΦＴ）に関して所要のランプ電力値（Ｐｒ）を計算するために適用される。最終的に、ランプ（１）はこのランプ電力値（Ｐｒ）に従って動作する。第２の方法で、ランプ（１）にかかる電圧値（ＵＩ）及びランプ（１）内の圧力値（ｐｌ）が決定され、次いで、補正関数（Ｋｄ）が、ランプ電圧値（ＵＩ）及びランプ圧力値（ｐｌ）を使用することによって目的とする光束値（ΦＴ）に関して所要のランプ圧力値（ｐｒ）を計算するために適用される。最終的に、ランプ（１）はこのランプ圧力値（ｐｒ）に従って動作する。更に、本発明は、ランプ（１）を駆動する駆動ユニット（４，５８）と、このような駆動ユニット及びガス放電ランプ（１）を有する画像レンダリングシステム、特にプロジェクタシステムとに関する。
2010500712.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス放電ランプを駆動する方法であって：
前記ガス放電ランプにかかる電圧の値が決定される工程，
放電アーク長に対する光束の依存性を表す補正関数が、前記ランプ電圧を使用することによって目的とする光束値に関して必要とされるランプ電力値を計算するために使用される工程，及び
前記ガス放電ランプが前記必要とされるランプ電力値に従って動作する工程，
を有する方法。
【請求項２】
前記放電アーク長は有理数によって与えられ、
前記有理数の分子は、前記ランプ電圧値からのランプ電極降下値の引き算によって与えられ、
前記有理数の分母は、ランプ圧力に依存する係数によって与えられる、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記補正関数は、収集エテンデュ及び前記放電アーク長の関数のアークタンジェントに比例する、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
前記必要とされる電力値は、数学近似、望ましくは前記ランプ電圧値の代数関数を使用することによって計算される、請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の方法。
【請求項５】
前記代数関数は、前記ランプ電圧値の多項式関数、望ましくは、二次の多項式関数である、請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記ガス放電ランプは、光反射部に近接して配置され、
前記必要とされる電力値は、前記光反射部の反射率に逆比例する、請求項１乃至５のうちいずれか一項記載の方法。
【請求項７】
ガス放電ランプを駆動する方法であって：
前記ガス放電ランプにかかる電圧の値が決定される工程，
前記ガス放電ランプ内の圧力の値が決定される工程，
放電アーク長に対する光束の依存性を表す補正関数が、前記ランプ電圧及び前記ランプ圧力値を使用することによって目的とする光束値に関して必要とされるランプ圧力値を計算するために使用される工程，及び
前記ガス放電ランプが前記必要とされるランプ圧力値に従って動作する工程，
を有する方法。
【請求項８】
前記ガス放電ランプ内の圧力は、該ガス放電ランプが前記必要とされるランプ圧力値に従って動作するように該ガス放電ランプの温度を変更することができる手段によって制御される、請求項７記載の方法。
【請求項９】
ガス放電ランプを駆動する駆動ユニットであって：
前記ガス放電ランプにかかる電圧の値を決定する電圧決定ユニット，
放電アーク長に対する光束の依存性を表す補正関数及び前記ランプ電圧値を用いて目的とする光束値に関して必要とされるランプ電力値を計算する電力計算ユニット，及び
前記ガス放電ランプを前記必要とされるランプ電力値に従って駆動する電力制御ユニット，
を有する駆動ユニット。
【請求項１０】
ガス放電ランプを駆動する駆動ユニットであって：
前記ガス放電ランプにかかる電圧の値を決定する電圧決定ユニット，
前記ガス放電ランプ内の圧力の値を決定する圧力決定ユニット，
放電アーク長に対する光束の依存性を表す補正関数、前記ランプ電圧値、及び前記ランプ圧力値を用いて目的とする光束値に関して必要とされるランプ圧力値を計算する圧力計算ユニット，及び
前記ガス放電ランプを前記必要とされるランプ圧力値に従って駆動する圧力制御ユニット，
を有する駆動ユニット。
【請求項１１】
請求項９又は１０記載の駆動ユニットとガス放電ランプとを有する、プロジェクタシステムを含む画像レンダリングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス放電ランプを駆動する方法に関する。更に、本発明は、ガス放電ランプを駆動する適切な駆動ユニットと、ガス放電ランプ及びこのような駆動ユニットを有する画像レンダリングシステム、具体的にはプロジェクタシステムとに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス放電ランプ、特に、高圧ガス放電ランプは、一般的に、自動車のヘッドライト、建物の照明、又は映像投影システム等の用途のための光源として使用されている。一般に、かかるガス放電ランプは、例えば、石英ガラスのような、高温に耐える材質から成るエンベロープ又はチェンバを有する。対向する両側から、電極はこのエンベロープへ突出する。電極は、しばしば比較的大きいタングステン部分を有する導電材料から作られる。チェンバは、１又はそれ以上の希ガス、水銀真空放電ランプの場合では主に水銀、を有する充填材を内包する。電極間に高い点灯電圧を印加することによって、光アークが電極の先端の間に作られる。光アークが発生した後、点灯電圧より低い電圧が光アークを維持するために印加される。一般に、この電圧は、直流電圧（ＤＣ）又は交流電圧（ＡＣ）のいずれかでありうる。しかし、ＡＣモードはＤＣモードと比較して電極のより一様な負荷をもたらすので、ＡＣ電圧によりガス放電ランプを動作させることは一般的なやり方である。
【０００３】
それにも関わらず、ＡＣタイプの動作モードでさえ、電極の形状及びそれに伴う放電アークの長さは、通常、ランプの動作中に変化する。このような変化は、短期の変動、長期、又は寿命の変動、更に、しばしば、ガス放電ランプの特定の動作モードによって引き起こされる変動を含む。電極の形状の変化は、ガス放電ランプがその通常の電力定格で又はその近くで動作する場合に電極は比較的高い温度に達しないという事実によって説明され得る。このような高温は、少なくとも、電極の形状の変化を生じさせうる電極材の部分溶解を引き起こす。更に、特に、電極がアノードとして動作する場合には、光アークが電極に付く点で電極材の蒸発が起こりうる。この蒸発は、しばしば、特に、ガス放電ランプへ供給される電流の方向が切り替えられる場合に、すなわち、電極がアノードからカソードモードへ切り替えられる場合に、電極での材料の凝結に付随して起こる。この蒸発−凝結のサイクルの繰り返しは、しばしば、原則的に放電アークの長さを減じる電極の先端での突起の形成を引き起こす。加えて、ガス放電ランプの動作状態の変化は、また、電極の形状及び放電アークの長さの変化を導入しうる。例えば、ガス放電ランプが、ランプへ供給される電力を減らすことによって公称の電力レベルから減光モードに切り替えられる場合に、チェンバ内部及び電極の温度は下がる。次いで、温度低下は、電極において材料の凝結を引き起こし、それによって、放電アークの長さを変更しうる。加えて、しばしば、動作のモードは、電極の形状又は放電アークの長さを意図的に変化させるために適用される。例えば、米国特許第５，６０８，２９４号明細書（特許文献１）は、電極の表面において材料の堆積を助長する回路配置について記載しており、一方、国際公開第２００５／０６２６８４（Ａ１）号パンフレット（特許文献２）は、ガス放電アークの長さが短くなりすぎることを防ぐようガス放電ランプへ供給されている交流電圧の周波数を調整する方法及び回路配置を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５，６０８，２９４号明細書（特許文献１）
【特許文献２】国際公開第２００５／０６２６８４（Ａ１）号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
アーク長のこのような変動に関連する問題は、アーク長に依存して、ガス放電ランプによって生成される光束が同様に変化することである。明らかに、この問題は、自動車のヘッドライト等、ガス放電ランプの用途の多数に関して欠点となっている。それは、特に、ガス放電ランプが画像レンダリングシステムにおける光源として使用される場合に、システムのユーザがレンダリングされる画像又は映像の輝度の擾乱等の変動に気付くために、望ましくない。このような欠点は、画像レンダリングシステムのために光システムの最適化された性能が極めて短い放電アークを有するランプによってのみ達成され得るという事実によって深刻化する。あいにく、このような極端に短いアークのランプは、放電アークの長さに対する光束の強い依存を特徴とする。
【０００６】
従って、本発明は、放電アークの長さが変化する場合でさえ、所望の目標とする光束を保つようガス放電ランプを駆動する方法を提供することと、上述されるように光束の好ましくない変動を回避するよう、例えば画像レンダリングシステムで使用され得る適切な駆動ユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、ガス放電ランプを駆動する第１の方法を提供する。これによって、ガス放電ランプにかかる電圧の値が決定される。続いて、放電アーク長に対する光束の依存性を表す補正関数が、先に決定されたランプ電圧値を使用することによって目標とする光束値に関して必要とされるランプ電力値を計算するために適用される。次いで、ガス放電ランプは、その計算された必要とされるランプ電力値に従って動作する。
【０００８】
本発明に従う第２の方法では、ガス放電ランプの内部の圧力の値が、ランプ電圧値に加えて決定される。続いて、放電アーク長に対する光束の依存性を表す補正関数が、先に決定されたランプ電圧値及びランプ圧力値を使用することによって目標とする光束値に関して必要とされるランプ圧力値を計算するために適用される。次いで、ガス放電ランプは、その計算された必要とされるランプ圧力値に従って動作する。
【０００９】
これら２つの方法のいずれか一方を使用することによって、放電アークの長さが変化する場合でさえも安定した光束を実現するようガス放電ランプを動作させることが可能である。具体的に、画像レンダリングのために、安定した光束は、有利に、ユーザが受け取る投影品質に寄与する。
【００１０】
一般に、当該技術のランプ駆動方法の多数の状態は、ガス放電ランプへ供給される電力が目標とするランプ電圧値を満足するよう調整されるところの手順を特徴とする。これとは対照的に、本発明に従う方法は、所定の目標とする光束が達成されるようガス放電ランプの動作を制御する。適切に制御される光束は、一般的に、あらゆる照明目的にとって、特に画像レンダリングシステムにとって重要な特性であるので、このことは重要である。当該方法は、単一の目標とする光束値に限定されないので、それらは、有利に、様々な光出力レベルで動作すべきガス放電ランプに適用され得る。このような要件は、通常、画像レンダリングシステムに与えられる。これは、かかるシステムがより暗い画像又は映像の場面のために光出力を減じることができなければならないことによる。このような場合に、本発明に従う方法は、光出力に対する放電アーク長の影響が考慮されるので、光出力を正確に調整する可能性を提供する。更に、本発明に従う方法の適用により、超短アークのガス放電ランプの好ましい使用はそれほど重要でなくなる。かかるランプは、約１ミリメートル（ｍｍ）又は１ｍｍより下の放電アーク長を特徴とする。かかるランプに共通する、アーク長に対する光束の依存性は、開示される方法に従う簡単な方法で補償され得る。
【００１１】
本発明は、アーク長の変動に対する補正を決定するために、有利に、ランプ電圧又はランプ圧力等のパラメータを使用する。一般に、これらのパラメータは、放電アークの長さ自体よりにも容易に得られる。実際に、多数の場合で、実際の放電アーク長を直接に測定又は決定することは、ほとんど不可能である。
【００１２】
前記第１の方法に対応する第１の駆動ユニットは、電圧決定ユニットと、電力計算ユニットと、電力制御ユニットとを有する。電力計算ユニットは、ランプ電圧値及び補正関数を用いて目標とする光束に関して必要とされるランプ電力値を計算する。ここで、補正関数は、放電アーク長に対する光束の依存性を表す。次いで、電力制御ユニットは、その計算された必要とされるランプ電力値に従ってガス放電ランプを動作させる。当該技術のランプ駆動ユニットの標準的な状態は、ランプ電圧を得、計算を実行し、そして、ガス放電ランプへ供給される電力を制御するモジュール又はユニットを予め有しているので、本発明に従う駆動ユニットは、単純に既存の駆動ユニットに適切なソフトウェアモジュールを提供することによって、又は、例えば、そのプロセッサ又はソフトウェアコード記憶ユニットをアップグレードすることによって、特に有利に得られる。
【００１３】
前記第２の方法に対応する第２の駆動ユニットは、電圧決定ユニットと、圧力決定ユニットと、圧力計算ユニットと、圧力制御ユニットとを有する。電圧決定ユニット及び圧力決定ユニットは、夫々、ランプ電圧値及びランプ圧力値を決定する。圧力計算ユニットは、ランプ電圧値、ランプ圧力値、及び補正関数を用いて目標とする光束値に関して必要とされるランプ圧力値を計算する。ここで、補正関数は、放電アーク長に対する光束の依存性を表す。次いで、圧力制御ユニットは、その計算された必要とされるランプ圧力値に従ってガス放電ランプを動作させる。
【００１４】
従属請求項及び以下の記載は、本発明の有利な実施形態及び特徴を具体的に開示する。ガス放電ランプにかかる電圧値ＵＬは、原則的に、以下の関係：
ＵＬ＝Ｕｆａｌｌ＋ａｐ・ｄ          （１）
によって、記載、又は十分な精度を有して少なくとも近似され得ることが観測されている。
【００１５】
ここで、Ｕｆａｌｌは電極降下であり、ａｐはガス放電ランプのチェンバ内の圧力に依存する係数であり、ｄは放電アークの長さである。典型的な超高圧ガス放電ランプに関して、Ｕｆａｌｌは、通常１６ボルト（Ｖ）から１８Ｖの間にある一定値をとる。式（１）を組み直すことによって、放電アークの長さｄは、分子がランプ電圧値ＵＬからのランプ電極降下値Ｕｆａｌｌの引き算によって与えられ且つ分母がランプ圧力に依存する係数ａｐによって与えられる有理数によって表され得る：
ｄ＝（ＵＬ−Ｕｆａｌｌ）／ａｐ          （２）。
【００１６】
更に、多くの場合で、ガス放電ランプのチェンバ内の圧力は、原則的に、アーク長のある範囲内又は短時間の間隔内では変化しない。結果として、本発明の具体的な実施形態で、ランプ圧力は一定のままであるとされる。それによって、式（２）に従って、Ｕｆａｌｌ及びａｐはこの場合には一定値であるから、アーク長ｄは単純にランプ電圧ＵＬを決定することによって決定され得る。
【００１７】
Ｕ．Ｗｅｉｃｈｉｍａｎｎ等による２００５年に頒布された文献ＳＰＩＥ  Ｖｏｌ．５７４０、１２〜２６頁に従って、一般的なガス放電から収集される光束Φは、以下の関係：
Φ．＝．ηｒｅｆｌ・ηｐｌａｓｍａ・ηｃｏｌｌ・ηｅｌｅ・Ｐ      （３）
によって記載され得る。
【００１８】
ηｒｅｆｌは光アークのあたりに配置される光反射部の反射率であり、ηｐｌａｓｍａはガスプラズマ放電の固有有効性（intrinsic  efficacy）であり、ηｃｏｌｌは所与の収集エテンデュ（collecting  edendue）Ｅの内部の光アークの収集効率であり、ηｅｌｅはいわゆる電気効率であり、Ｐはガス放電ランプへ供給される電力である。固有有効性ηｐｌａｓｍａは一定のパラメータであり、例えば、超高圧ランプ内の水銀（Ｈｇ）放電に関して約８８ｌｍ／Ｗの標準値を有する。式（３）の右側にある５つの係数のうち、ηｃｏｌｌ及びηｅｌｅのみが放電アーク長ｄに依存している。ここで、ηｃｏｌｌは、原則的に、放電アーク長ｄの２次多項式及び収集エテンデュＥの有理数の三角アークタンジェントによって記載され得る：
．ηｃｏｌｌ＝２・π−１．atan[Ｅ／(３．８・ｄ２＋０．９・ｄ＋０．８)]  （４）。
【００１９】
電気効率ηｅｌｅは、下記の式：
ηｅｌｅ＝ａｐ・ｄ／ＵＬ          （５）
によって表され得る。
【００２０】
式（３）内でηｃｏｌｌ及びηｅｌｅを置換するために式（４）及び（５）を使用することによって、光束Φは、下記の式：
Φ．＝．ηｒｅｆｌ・ηｐｌａｓｍａ・２・π−１．atan[Ｅ／(３．８・ｄ２＋０．９・ｄ＋０．８)]・ａｐ・ｄ・ＵＬ−１・Ｐ          （６）
によって決定され得る。
【００２１】
本発明に従って、式（６）は、ランプ電力値Pを計算するために使用され得る。ランプ電力値Pは、所与の目的とする光束ΦＴを得るために必要とされる：
ＰＲ（ＵＬ，ｄ）＝ΦＴ／Ｋｄ（ＵＬ，ｄ）          （７）。
【００２２】
ここで、補正関数ＫｄはＵＬ及びｄの関数であり、
Ｋｄ（ＵＬ，ｄ）＝ηｒｅｆｌ・ηｐｌａｓｍａ・２・π−１．atan[Ｅ／(３．８・ｄ２＋０．９・ｄ＋０．８)]・ａｐ・ｄ・ＵＬ−１          （８）
によって与えられる放電アーク長ｄに対する光束Φの依存性を記述する。
【００２３】
これによって、本発明に従って、補正関数Ｋｄは、収集エテンデュＥ及びアーク放電長ｄの関数のアークタンジェント（atan）に比例する。多項式係数（３．８，０．９及び０．８）は、本発明に従う方法に関して一例として使用されている。本発明の適用範囲を逸脱することなく、例えば、ＵＬ及びｄに対するＫｄの異なる関数依存性、又は多項式係数の値の異なる組が、本発明とともに使用される実際のランプ種類に依存して、適用され得る。
【００２４】
上述されるように、放電アーク長ｄは、例えば、式（２）によって与えられるような、ランプ電圧ＵＬの関数によって表され得る。これは、Ｋｄが式（９）によって記載されるような単なるランプ電圧ＵＬの関数であるように式（８）を簡単化することを可能にする：
Ｋｄ（ＵＬ）＝ηｒｅｆｌ・ηｐｌａｓｍａ・２・π−１．atan[Ｅ／(３．８・Ｕｄ２／ａｐ２＋０．９・Ｕｄ／ａｐ＋０．８)]・Ｕｄ・ＵＬ−１          （９）。
【００２５】
ここで、Ｕｄは：
Ｕｄ＝ＵＬ−Ｕｆａｌｌ          （１０）
によって与えられる。
【００２６】
本発明に従って、式（９）を用いることによって、上述されるように全ての他のパラメータは一定であるから、式（７）は、ＰＲがランプ電圧ＵＬからのみ得られるように単純化され得る。従って、ＰＲは：
ＰＲ（ＵＬ）＝ΦＴ／Ｋｄ（ＵＬ）          （１１）
によって与えられる。
【００２７】
式（１１）に基づいて、アーク長の変動により引き起こされる光束の変動が補償され得るように本発明に従う方法によってガス放電ランプを動作させることが可能である。それによって、放電アーク長ｄを直接に得る複雑性を伴うことなく、原則的に一定である光束が達成される。
【００２８】
本発明の好ましい実施形態で、式（１１）の必要とされる電力値ＰＲは、数学近似を使用することによって計算される。これによって、式（９）に示されるようなアークタンジェント関数を含む比較的複雑な計算が単純化され得る。このような単純化は、例えば、ランプ駆動ユニット内での開示される方法の実現を容易にすることができる。これは、かかる駆動ユニットが、しばしば、三角関数等の複雑な計算を実行する能力を提供しないためである。特に好ましい実施形態で、数学近似はランプ電圧ＵＬの代数関数である。
【００２９】
更なる、特に好ましい実施形態で、必要とされるランプ電力値ＰＲを計算するための代数関数は、以下の式：
ＰＲ（ＵＬ）＝ｃｎ・ＵＬｎ＋ｃｎ−１・ＵＬｎ−１＋
．．．＋ｃ２・ＵＬ２＋ｃ１・ＵＬ１＋ｃ０          （１２）
によって記載され得るランプ電圧ＵＬのｎ次多項式関数である。
【００３０】
ここで、ｎは正の自然数であり、ｃｎ，ｃｎ−１，．．．，ｃ２，ｃ１，ｃ０は多項式係数である。かかる多項式係数は、収集エテンデュＥ、降下電圧Ｕｆａｌｌ、反射率ηｒｅｆｌ、固有有効性ηｐｌａｓｍａ、及び目標とする光束ΦＴ等のパラメータに依存しうる。本発明の特に好ましい実施形態で、多項式係数は、式（１２）内の２次多項式、すなわち、ｎ＝２である。
【００３１】
本発明の更なる実施形態で、式（９）、又は式（１２）によって与えられる近似等の前出の近似によって与えられる補正関数Ｋｄは、テーブル様式のフォーマットで記憶され得る。例えば、ランプ電圧値ＵＬの所与の組に関して、しばしばルックアップテーブル又はＬＵＴと呼ばれるこのようなテーブルは、ランプ電圧値の所与の組の中の値の夫々に関して、必要とされるランプ電力値ＰＲを提供する。決定されるランプ電圧値ＵＬがテーブル内に記憶されていない場合に、当業者に知られている適切な近似が、必要とされるランプ電力値ＰＲを決定するために適用され得る。
【００３２】
本発明に従って、放電ランプによって生成される光束は、また、ランプ圧力を制御することによっても制御されて安定化され得る。この場合に、放電ランプ動作の幅広く受け入れられているモデルに従って、実際のランプ圧力ｐＬに対する係数ａｐの線形依存性が適用される：
ａｐ＝ａ・ｐＬ          （１３）。
【００３３】
ここで、ａは一定のパラメータである。従って、式（２）においてａｐを置換するために式（１３）を使用することによって、ランプ電圧ＵＬ及びランプ圧力ｐＬが得られると、放電アーク長さｄが決定され得る：
ｄ＝（ＵＬ−Ｕｆａｌｌ）／ａ・ｐＬ          （１４）。
【００３４】
ランプ圧力に対するａｐの線形依存性により、式（５）に従う電気効率ηｅｌｅは：
ηｅｌｅ＝ａ・ｐＲ・ｄ／ＵＬ          （１５）
のように表され得る。
【００３５】
ここで、ｐＲは、目標とする光束ΦＴに必要とされるランプ電力値である。
【００３６】
式（２）を並べ替えると：
ＵＬ＝Ｕｆａｌｌ＋ａ・ｐＲ・ｄ          （１６）
が得られる。この式は、ηｅｌｅが：
ηｅｌｅ＝[１＋Ｕｆａｌｌ／(ａ・ｐＲ・ｄ)]−１          （１７）
によって与えられるように、式（１５）内でＵＬを置換することを可能にする。この式は、式（３）内でηｅｌｅを置換するために適用され得る。これにより、プリセットされる目標とする光束ΦＴを達成するために必要とされるランプ圧力値ｐＲは：
ｐＲ＝ΦＴ・Ｕｆａｌｌ・[ａ・ｄ・(ηｒｅｆｌ・ηｐｌａｓｍａ・ηｃｏｌｌ・Ｐ−ΦＴ)]  −１  （１８）
によって与えられる。
【００３７】
これによって、本発明に従って必要とされるランプ圧力値ｐＲを得る補正関数Ｋｐは、実際には、目標とする光束ΦＴ及びアーク長ｄに依存する関数Ｋｐ（ΦＴ，ｄ）に相当する。たとえ式（１８）がパラメータとして放電アーク長ｄを有し且つ収集効率ηｃｏｌｌも放電アーク長ｄに依存するとしても、ｄは、式（１４）によって確立される関係を適用することによって関数Ｋｐからパラメータとして削除され得る。放電アーク長ｄは、通常、ランプ圧力ｐＬが新たな目標値ｐＲに適合されるところの短い期間の間一定のままであると仮定され得るので、このような削除を行うことが可能である。従って、最終的に、補正関数Ｋｐは、目標とする光束ΦＴ、ランプ電圧値ＵＬ、及びランプ圧力ｐＬに依存する：
ｐＲ＝Ｋｐ（ΦＴ，ＵＬ，ｐＬ）          （１９）。
【００３８】
多くの場合に、ガス放電ランプのチェンバは密閉されている。従って、ガス放電ランプ内の圧力は、例えば、ガス放電ランプの動作モードを変更することによって、間接的にのみ調整可能である。ガス放電ランプの温度の変動は、また、ランプ内の圧力が放電チェンバ内部の最も冷たいスポットの温度によって決定されるので、圧力への影響を有しうる。従って、本発明の他の好ましい実施形態で、ガス放電ランプ内の圧力は、ガス放電ランプが必要とされるランプ圧力値に従って動作するようにガス放電ランプの温度を変化させることが可能な手段によって制御される。かかる温度調整手段は、ガス放電ランプに又はその近くに配置される何らかの種類の加熱又は強制冷却手段を有することができる。例えば、ベンチレータがランプの隣に配置され得る。これにより、ベンチレータによって発生する空気の流れがガス放電ランプを通り過ぎる。ベンチレータの動作を制御することによって、ガス放電ランプの温度は変化しうる。これにより、最終的に、ガス放電ランプ内の圧力の望ましい制御が得られる。温度変動を達成する他の方法は、ランプへ入力される電力の変更である。なお、この方法は、その場合に、前出の電力制御による方法に密接に関連がある。
【００３９】
ガス放電ランプ内の圧力の制御と同様に、実際のランプ圧力を直接に決定することはしばしば可能でない。従って、本発明の他の好ましい実施形態で、圧力は、ガス放電ランプによって実現される光のスペクトル解析によって決定される。例えば、高圧水銀放電ランプに関して、ガス放電ランプのチェンバ内の圧力は、５４６．１ナノメートル（ｎｍ）のスペクトル線の幅から得られる。
【００４０】
本発明の他の目的及び特徴は、添付の図面に関連して検討される以下の詳細な記載から明らかとなるであろう。しかし、当然、図面は単に説明のために設計されているのであって、本発明の限定の定義として設計されているわけではない。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１ａ】放電アークの長さに対する相対的な光束収集効率の依存性を表す、測定及び対応するモデリングの例を示す。
【図１ｂ】放電アークの長さに対する相対的な光束収集効率の依存性を表す、測定及び対応するモデリングの他の例を示す。
【図２ａ】放電アークの長さの変動を補償することなく動作するガス放電ランプの収集される光束に関して測定結果を示す。
【図２ｂ】放電アークの長さの変動を補償することなく動作するガス放電ランプの収集される光束に関して測定結果を示す。
【図３】ガス放電ランプ及び本発明に従う駆動ユニットの可能な実現のブロック図を示す。
【図４ａ】本発明に従う方法によって動作するガス放電ランプの収集される光束に関して測定結果を示す。
【図４ｂ】本発明に従う方法によって動作するガス放電ランプの収集される光束に関して測定結果を示す。
【図５】ガス放電ランプ及び本発明に従う駆動ユニットの更なる可能な実現のブロック図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
図面において、同じ参照符号は、全体を通して、同じ要素を表す。
【００４３】
図中に記載される要素の大きさは、明りょうさのために選択されており、必ずしも実際の相対的な大きさを反映していない。
【００４４】
図１ａ及び図１ｂは、Ｇ．Ｄｅｒｒａ等による２００５年に頒布された刊行物であるＪ．Ｐｈｙｓ．Ｄ：Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３８、２９９５〜３０１０頁の抜粋である。それは、放電アークの長さに対する相対的な光束収集効率の依存性を表す、測定及び対応するモデリングの２つの例を示す。測定結果は長方形の点によって表され、一方、対応するモデルは実線によって表されている。図１ａで、結果は、超高圧（ＵＨＰ）ガス放電ランプに関し及び１３ｍｍ２ｓｒの収集エテンデュ（collecting  etendue）に関して示されている。一方、図１ｂは、同様のランプに関して及び５ｍｍ２ｓｒの収集エテンデュに関して結果を表す。いずれの場合にも、ランプから収集される光束はアーク放電長に極めて依存することが分かる。更に、このような依存性は非線形である。光束は、約１ｍｍ以下の極大を有する。言い換えると、収集される光束は、放電アークの長さが減少するのに伴って単調に増大するわけではない。従って、これら２つの例は、安定した光束が必要とされる場合に、光束に対するアーク長の変化による影響を補償するために適切な方法及び対応する駆動ユニットを適用する必要性を証明するものである。更に、図１ａ及び図１ｂから明らかなように、より小さい収集エテンデュＥに関して、収集される光束は、放電アーク長に対してより強い依存性を示す。ガス放電長のわずかな変化さえ、特に、収集される光束の最大値の周囲で、光束の大きな変化をもたらしうる。従って、本発明に従う方法及び駆動ユニットは、比較的短い放電アーク長を有するより新しいガス放電ランプが使用される場合に安定した光束を達成するのに特に適している。
【００４５】
図２ａ及び２ｂは、放電アークの長さの変化を補償することなく動作するガス放電ランプの収集される光束に関して測定結果を示す。図２ａには、約７０時間の動作時間の収集される光束の経過が与えられている。明らかに、光束は５％よりも多く変化している。このことは、交流電圧により動作する場合に、上述されるような電極の形状の変化に起因する。加えて、およそ４時間毎に起こる特により大きい変動は、この場合に適用される特別の動作スキームによって引き起こされる。このようなスキームは、前出の特許文献（国際公開第２００５／０６２６８４（Ａ１）号パンフレット）で開示されている。この特許文献に従って、ガス放電ランプにかかる電圧がある閾値を下回る場合に、このことが電極ギャップ又は放電アーク長が小さくなり過ぎることを示しているので、ガス放電ランプへ供給される電流の周波数は小さくなる。周波数が小さくなったことで、電極、特に電極の先端にある物質は、電極の加熱により除去されうる。しかし、放電アーク長のその後の増大は、収集される光束における、後により遅い減少が続く、突然の増大をもたらす。このように光束の急峻なジャンプが定期的に起こることは、図２ａから明らかである。
【００４６】
図２ｂには、収集される光束がガス放電ランプへ供給される電圧にどのように依存しているかが示されている。およそ４８ボルト（Ｖ）と４９Ｖとの間に見られるより大きな変動は、駆動ユニットが、アークギャップが特別の動作モードに起因して突然に増大した場合に、より小さな放電アークギャップ（ひいては、より低いランプ電圧）に適した電流値を依然として供給するという事実によって説明される。このように、電力レベルは、駆動ユニットのゆっくりとした電力制御が最終的に所望の値で再び電力を安定させるまで、限られた時間において極めて高い。長方形の点によって示される測定結果に加えて、図２ｂには更に線が示されている。この線は、ランプ圧力が一定のままであるとの想定に関連して前出の式、特に式（３）、（４）及び（５）を適用する場合に期待される光束に従う。この線は測定結果に対する比較的良好なモデルを表していることは明らかである。明らかに、これらの式及び一定の光圧力の想定は、ガス放電ランプの収集される光束を正確に予測するのに十分である。このような予測は、放電アーク長に対する依存性を考慮する本発明に従って単純にランプにかかる電圧を決定し且つ適切な方法及び計算を適用することによって達成される。
【００４７】
図３は、ガス放電ランプ１及び本発明に従う駆動ユニット４の可能な実現のブロック図を示す。
【００４８】
駆動ユニット４は、ガス放電ランプ１のアーク管３の内部の電極２とコネクタ９を介して接続されている。更に、駆動ユニット４は、電力供給８へ接続されており、目標とする光束ΦＴ、例えば、４１００ｌｍの光束を実現させる要求を受け取る信号入力部１８を特徴とする。更に、駆動ユニット４は、例えば、ランプ状態ＬＳを上位の制御ユニットへ報告するための信号出力部１９を有する。
【００４９】
駆動ユニット４は、バックコンバータ（buck  converter）２４と、整流ユニット２５と、イグニッション配置３２と、レベルコンバータ３５と、制御ユニット１０と、電圧測定ユニット１４と、電流測定ユニット１２とを有する。
【００５０】
制御ユニット１０は、バックコンバータ２４、整流ユニット２５、及びイグニッション配置３２を制御し、ガス放電ランプ１での電圧の挙動を監視する。
【００５１】
整流ユニット２５は、４つのスイッチ２７、２８、２９及び３０を制御するドライバ２６を有する。イグニッション配置３２は、イグニッション制御部３１（例えば、コンデンサ、抵抗及びスパークギャップ（spark  gap）を有する。）と、ガス放電ランプ１が点灯することができるほど高い電圧を２つのチョーク３３、３４を用いて発生させるイグニッション変圧器とを有する。
【００５２】
バックコンバータ２４は、例えば３８０Ｖの外部直流電力供給８によって給電される。バックコンバータ２４は、スイッチ２０と、ダイオード２１と、インダクタンス２２と、コンデンサ２３とを有する。制御ユニット１０は、レベルコンバータ３５を介してスイッチ２０を制御して、更にガス放電ランプ１における電流Ｉを制御する。このようにして、ガス放電ランプ１へ供給される電力Ｐは制御ユニット１０によって調整される。
【００５３】
電圧測定ユニット１４は、コンデンサ２３へ並列に接続されており、２つの抵抗１６、１７を有する分圧器の形で実現される。コンデンサ１５は抵抗１７へ並列に接続されている。
【００５４】
電圧測定のために、低下した電圧は、分圧器１６、１７によって確立され、電圧決定ユニット４０によって制御ユニット１０において測定される。コンデンサ１５は、測定信号において高周波歪みを減らす働きをする。
【００５５】
ガス放電ランプ１における電流Ｉは、電流測定ユニット１２によって入力信号３９を介して制御ユニット１０で監視される。電流測定ユニット１２は、例えば、誘導の原理で動作することができる。監視される電流及び監視される電圧に基づいて、制御ユニット１０は、現在ガス放電ランプ１へ供給されている電力Ｐを計算し、電力レベルが一定の上限及び／又は下限を超える場合に、電力Ｐをレベルコンバータ３５及びスイッチ２０を介して調整することができる。
【００５６】
更に、制御ユニット１０は、本発明に従う第１の方法をサポートすることができるように実施される。この目的のために、制御ユニット１０は、補正係数決定ユニット４１と、電力計算ユニット４１と、電力制御ユニット４３とを有する。補正係数決定ユニット４１は、電圧決定ユニット４０から電圧値ＵＬを受け取る。多くの場合に、電圧決定ユニット４０は、抵抗１７の両端の電圧を測定して、ガス放電ランプにかかる実際の電圧を表すデジタル出力値ＵＬを生成するアナログ／デジタル変換器を有しうる。従って、電圧決定ユニット４０は、また、測定される電圧が分圧器１６、１７により低下するという事実の補償を備えることができる。更に、電圧値ＵＬは、ガス放電ランプ１にかかる電圧の実際の振幅を表しているのではなく、むしろ、時間にわたって平均化される電圧値である。例えば、電圧決定ユニット４０は、補正係数決定ユニット４１へ二乗平均平方根（ＲＭＳ）電圧値ＵＬを提供することができる。
【００５７】
電圧値ＵＬに基づいて、補正係数決定ユニット４１は、ランプの放電アークの長さｄに対する光束Φの依存性を表す補正係数Ｋｄを決定する。ここで、補正係数Ｋｄは、例えば、式（９）によって記述される関数のような、ランプ電圧ＵＬの特定の値に関する補正係数Ｋｄ（ＵＬ）から得られる結果である。補正係数決定ユニット４１は、上述されるように、ルックアップテーブルを使用することによって実施されうる。ルックアップテーブルは、例えば、いわゆるフラッシュメモリのような書換可能なメモリ、又は読出専用メモリ（ＲＯＭ）のようなメモリ手段に記憶されうる。
【００５８】
電力計算ユニット４２は、補正係数決定ユニット４１から補正係数Ｋｄを受け取り、更に、信号入力部１８を介して目標とする光束ΦＴの値を得る。例えば、本発明に従う駆動ユニット４がユーザインターフェースを備えたシステムで使用される場合に、システムのユーザは、ガス放電ランプ１によって実現される光束Φを制御することを望むことがある。ここで、“光束を減らす”等のユーザ要求は、信号入力部１８を介して制御ユニット１０へシステムによって伝えられる。同様に、駆動ユニット４が画像レンダリングシステムで使用される場合に、画像レンダリングシステムは、画像又は映像の輝度に従って信号入力部１８を介して目標とする光束ΦＴを設定することができる。例えば、より暗い場面に関して、画像レンダリングシステムは、より低い目標とする光束値ΦＴを、信号入力部１８を介して制御ユニット１０へ伝える。他の実施例で、目標とする光束値ΦＴは、単に、照明目的のためのような一定の値であっても良い。この場合に、異なる輝度レベルは必要とされず、安定した輝度が必要とされる。補正係数Ｋｄ及び目標とする光束値ΦＴに基づいて、電力計算ユニットは、目標とする光束値ΦＴを達成するために必要な所要のランプ電力値ＰＲを計算する。幾つかの場合において、電力計算ユニット４２は、式（１１）によって与えられるような割り算のような、比較的簡単な数学演算しか実行しない。
【００５９】
当業者に知られるような一般的なランプ駆動ユニットは、しばしば、目標とする光束値ΦＴに従ってランプを動作させるのではなく、目標とする電力値にしたがってランプを動作させる。結果として、このような駆動ユニットは、放電アークの長さｄの変動が考慮されていないので、一定の光束を実現させることができない。従って、本発明に従う駆動ユニット４は、補正係数Ｋｄが放電アークの長さｄに依存するという事実により、安定した光束Φが達成されるようにガス放電ランプ１を駆動する点で有利である。
【００６０】
必要とされるランプ電力値ＰＲは、電力制御ユニット４３へ与えられる。電力制御ユニット４３は、レベルコンバータ３５を制御する。それによって、電圧決定ユニット４０によって求められる電圧値ＵＬの使用により、電流Ｉは、ガス放電ランプ１へ与えられる電力Ｐが所要のランプ電力値ＰＲを満足するような値に設定される。従って、ランプは、ガス放電ランプ１から得られる光束Φが目標とする光束値ΦＴを満足することを確かにするランプ電力レベルで動作する。
【００６１】
ガス放電ランプ１の瞬間的なランプ状態ＬＳは、信号出力部１９を介して制御ユニット１０によって知らされ得る。具体的に、ランプ状態ＬＳは、ガス放電ランプ１が実際に目標とする光束ΦＴを実現させるかどうかを報告することができる。このような状態情報は、単に実際のランプ電力値Ｐを必要とされるランプ電力値ＰＲと比較することによって、制御ユニット１０によって得られる。両方の値Ｐ、ＰＲが原則的に同一である場合は、目標とする光束ΦＴが達成されている。
【００６２】
たとえ制御ユニット１０が幾つかのユニット又はモジュール４０、４１、４２及び４３を有するとしても、このような制御ユニット１０の実際の実現は、単一ユニットにおいてユニット４０、４１、４２及び４３のうち１以上を実装することができる。具体的に、ユニット４０、４１及び４２は、電圧決定ユニット４０によって得られる電圧値ＵＬに基づいて単純にレベルコンバータ３５を制御する１のユニット内で実現され得る。このような単一ユニットは、しばしば、既存の駆動ユニットにおいて予め存在する。従って、本発明に従う方法の実施形態は、ある種類のソフトウェアモジュールのみが、放電アークの長さｄに対する光束Φの依存性を考慮する電力制御スキームを実施するよう更新されることを意味する。
【００６３】
図４ａ及び図４ｂは、図３に表される設計原理に従う駆動ユニット４によって、本発明に従う方法によって動作するガス放電ランプの収集される光束に関して測定結果を示す。ここで図２ｂを図４ｂと比較すると、本発明に従う使用される方法は、変化する放電アークの長さによって引き起こされる光束の変動を有利に最小限とすることができることが明らかとなる。４８Ｖより下の電圧での図４ｂ中の残存変動は、式（９）及び（１１）の数学近似がかかる測定のために使用されているという事実によって説明され得る。より複雑な近似は、より一層小さい光束変動をもたらしうる。４８Ｖと４９Ｖとの間に見られるより大きな変動は、先と同じく、ドライバのゆっくりとした応答によって説明される。このような挙動は、ガス放電ランプにかかる電圧の変化により速やかに反応するランプ電力制御によって容易に回避され得る。その場合に、望まれる、極めて安定した光束は、たとえ国際公開第２００５／０６２６８４（Ａ１）号パンフレットからの特別のスキームのような動作スキームが適用されるとしても、本発明に従う方法及び駆動ユニットにより達成され得る。
【００６４】
ここで図２ａを図４ａと比較すると、本発明に従う方法は光束の安定性を著しく改善することが分かる。図２ａで見られるような２００ｌｍより大きい（すなわち、５％よりも大きい）変化に代わって、図４ａでの変動は５０ｌｍを下回る。すなわち、かかる変動は、ほんの１％程度である。収集される光束に関する幾つかの測定結果は、およそ４１００ｌｍを上回っており、これは、先と同じく遅いドライバ応答によって引き起こされ、より高速な電力制御スキームを適用することによって回避され得る。
【００６５】
図５は、ガス放電ランプ１及び本発明の第２の方法に従う駆動ユニット５８の更なる可能な実現のブロック図を示す。図５は、図３の様々な要素の多数、具体的には要素１乃至４０を有する。それらの機能は、図３の記載に関連して上述された要素１乃至４０の機能と共通する。加えて、図５には、また、電圧決定ユニット４０に加えて、圧力決定ユニット５１、圧力計算ユニット５２、及び圧力制御ユニット５３を有する改良された制御ユニット５９が示されている。更に、図５には、信号出力部５４、圧力調整ユニット５５、圧力測定ユニット５６、及び信号入力部５７が示されている。駆動ユニット５８のこの実現のために、実際のランプ圧力値ｐＬ及びランプ電圧値ＵＬは、放電アーク長ｄの変動の影響を考慮しながら目標とする光束ΦＴを達成するために必要とされるランプ圧力値ｐＲを決定するために、決定され使用される。この目的のために、圧力測定ユニット５６は、ガス放電ランプ１の内部の実際の圧力ｐＬの近似を少なくとも得ることを可能にするパラメータ又は信号を得る。上述されるように、このようなパラメータは、あるスペクトル線の幅でありうるが、ランプ圧力値ｐＬを得ることを可能にする他のパラメータ及び、圧力センサを介する直接圧力測定のような方法が同様に使用され得る。このような他の方法は、圧力決定ユニット５１の内部で実行され、圧力決定ユニット５１は、信号入力部５７を介して圧力測定ユニット５６から得られるパラメータ又は信号からランプ圧力値ｐＬを決定する。電圧決定ユニット４０によって得られるランプ電圧値ＵＬとともにこのランプ圧力値ｐＬを用いて、圧力計算ユニット５２は、目標とする光束ΦＴを達成するために必要とされる圧力値ｐＲを決定する。図３と同様に、目標とする光束ΦＴは信号入力部１８を介して供給される。先と同じく、ΦＴは、時間にわたって一定であり、又は変化しうる。圧力計算ユニット５２は、直接に又は近似で、例えば式（１８）のような前出の式を実現する。最終的に、圧力制御ユニット５３は、ガス放電ランプ１の内部の圧力ｐＬが必要とされる圧力値ｐＲと原則的に一致するように、信号出力部５４を介して圧力調整ユニット５４を駆動している。このような圧力調整ユニット５４の一例には、ファン又はベンチレータ等の強制冷却手段がある。明らかに、ランプ圧力ｐＬの制御に加えて、駆動ユニット５８は、依然として、ガス放電ランプ１へ供給される電流Ｉを制御する能力を提供する。このような制御は、例えば、上述されるような画像レンダリングのために光束を加減するのに必要とされる。
【００６６】
本発明は好ましい実施形態及びその変形例の形で開示されているが、当然、多数の更なる改良及び変更が、本発明の適用範囲を逸脱することなくそれらに対して行われ得る。特に、本発明の様々な方法の特徴の組み合わせが可能である。例えば、ガス放電ランプの光束は、ランプへ供給される電力のみならずランプの圧力を調整することによって制御され得る。明りょうさのために、本願全体を通しての“１の”又は“１つの”（a、an）の記載は複数個を除かず、また、語“有する”（comprising）は他の工程又は要素を除かない。更に、“ユニット”（unit）は、単一エンティティとして明示されない限り、多数のブロック又はデバイスを含みうる。
【図１ａ】
2010500712.tif 000003
【図１ｂ】
2010500712.tif 000004
【図２ａ】
2010500712.tif 000005
【図２ｂ】
2010500712.tif 000006
【図３】
2010500712.tif 000007
【図４ａ】
2010500712.tif 000008
【図４ｂ】
2010500712.tif 000009
【図５】
2010500712.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成21年2月12日(2009.2.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
それにも関わらず、ＡＣタイプの動作モードでさえ、電極の形状及びそれに伴う放電アークの長さは、通常、ランプの動作中に変化する。このような変化は、短期の変動、長期、又は寿命の変動、更に、しばしば、ガス放電ランプの特定の動作モードによって引き起こされる変動を含む。電極の形状の変化は、ガス放電ランプがその通常の電力定格で又はその近くで動作する場合に電極は比較的高い温度に達しないという事実によって説明され得る。このような高温は、少なくとも、電極の形状の変化を生じさせうる電極材の部分溶解を引き起こす。更に、特に、電極がアノードとして動作する場合には、光アークが電極に付く点で電極材の蒸発が起こりうる。この蒸発は、しばしば、特に、ガス放電ランプへ供給される電流の方向が切り替えられる場合に、すなわち、電極がアノードからカソードモードへ切り替えられる場合に、電極での材料の凝結に付随して起こる。この蒸発−凝結のサイクルの繰り返しは、しばしば、原則的に放電アークの長さを減じる電極の先端での突起の形成を引き起こす。電極先端でのこのような変質を回避し又は扱う方法は、例えば欧州特許第１４０８７２３（Ａ２）号明細書（特許文献３）等の多数の刊行物で提示されている。この特許文献３には、ランプ電力の対応する増減に伴るランプ電圧の如何なる増減も無効にすることが開示されている。 
加えて、ガス放電ランプの動作状態の変化は、また、電極の形状及び放電アークの長さの変化を導入しうる。例えば、ガス放電ランプが、ランプへ供給される電力を減らすことによって公称の電力レベルから減光モードに切り替えられる場合に、チェンバ内部及び電極の温度は下がる。次いで、温度低下は、電極において材料の凝結を引き起こし、それによって、放電アークの長さを変更しうる。加えて、しばしば、動作のモードは、電極の形状又は放電アークの長さを意図的に変化させるために適用される。例えば、米国特許第５，６０８，２９４号明細書（特許文献１）は、電極の表面において材料の堆積を助長する回路配置について記載しており、一方、国際公開第２００５／０６２６８４（Ａ１）号パンフレット（特許文献２）は、ガス放電アークの長さが短くなりすぎることを防ぐようガス放電ランプへ供給されている交流電圧の周波数を調整する方法及び回路配置を開示する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５，６０８，２９４号明細書（特許文献１）
【特許文献２】国際公開第２００５／０６２６８４（Ａ１）号パンフレット
【特許文献３】欧州特許第１４０８７２３（Ａ２）号明細書
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
ここで、ｐＲは、目標とする光束ΦＴに必要とされるランプ圧力値である。
【国際調査報告】
2010500712.tif 000011
2010500712.tif 000012
2010500712.tif 000013