(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電ランプのためのランプドライバ及び冷却装置を制御する制御ユニットであって、前記制御ユニットによって検出される前記放電ランプの少なくとも１つの動作パラメータの所定範囲からの逸脱がないように、少なくとも前記放電ランプのスイッチオフ中に、前記放電ランプの出力と前記冷却装置の出力とが交互に及び／又は段階的に低減されるように前記放電ランプのための前記ランプドライバ及び前記冷却装置を制御する制御ユニット。
【請求項２】
前記放電ランプの出力と前記冷却装置の出力とが交互に及び／又は段階的に低減される少なくとも１つのスイッチングスケジュールを記憶するメモリを有する、請求項１に記載の制御ユニット。
【請求項３】
前記冷却装置の出力を前記放電ランプに瞬時的に供給される電流の関数として若しくは前記放電ランプの出力の関数として調整する、及び／又は前記放電ランプの電流若しくは前記放電ランプの出力を前記冷却装置の瞬時出力の関数として調整する、請求項１に記載の制御ユニット。
【請求項４】
前記放電ランプの出力及び前記冷却装置の出力は、前記放電ランプが前記冷却装置なしに下げられた出力で最終的に動作するように、段階的に低減される、請求項１に記載の制御ユニット。
【請求項５】
前記放電ランプに作用している前記冷却装置の冷却力を検出する第１入力部と、前記放電ランプの電流、前記放電ランプの電圧及び／又は前記放電ランプの出力を検出する第２入力部とを有する請求項１に記載の制御ユニットであって、前記放電ランプの出力若しくは前記放電ランプの電流及び／又は前記冷却装置の冷却力は、前記放電ランプの温度の所定範囲からの逸脱がないように、少なくとも前記放電ランプのスイッチオフ中に、前記第１入力部及び前記第２入力部を介して供給される情報の関数として制御されることができる、制御ユニット。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか一項に記載の制御ユニットを有している又は請求項１乃至５の何れか一項に記載の制御ユニットが組み込まれているランプドライバであって、前記放電ランプと前記放電ランプのための前記冷却装置とを動作させるランプドライバ。
【請求項７】
前記放電ランプを動作させるトリガ回路を有する請求項６に記載のランプドライバであって、前記制御ユニットが、それぞれ、第１出力部及び第２出力部を介して前記トリガ回路及び前記制御装置を制御する、ランプドライバ。
【請求項８】
前記制御ユニットが、前記放電ランプの電流、前記放電ランプの電圧及び／又は前記放電ランプの出力を前記制御ユニットの前記第２出力部に接続されている前記トリガ回路を介して検出している、請求項７に記載のランプドライバ。
【請求項９】
請求項１乃至５の何れか一項に記載の前記制御ユニット、前記放電ランプ、前記ランプドライバ及び前記冷却装置を有する照明ユニット。
【請求項１０】
前記放電ランプに作用している冷却力を検出する第１センサ及び／又は前記放電ランプの温度を検出する第２センサを有する請求項９に記載の照明ユニットであって、前記制御ユニットは、前記放電ランプの温度の所定範囲からの逸脱がないように、少なくとも前記放電ランプのスイッチオフ中に、前記第１センサ及び／又は前記第２センサの信号によって前記ランプドライバ及び前記冷却装置を制御する、照明ユニット。
【請求項１１】
前記第１センサは、前記冷却装置ノズルから出ると共に前記放電ランプ上に向けられているガス流の速度、圧力又は量を検出する、請求項１０に記載の照明ユニット。
【請求項１２】
前記第２センサは、前記放電ランプの放電容器の壁の温度を検出するように前記放電ランプの放電容器上に配されている、請求項１０に記載の照明ユニット。
【請求項１３】
請求項９乃至１２の何れか一項に記載の照明ユニットを持つプロジェクションシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電ランプ、とりわけ、高圧若しくは高輝度放電(HID)ランプ又は超高性能(ultra high performance (UHP))ランプ、ランプドライバ及び冷却装置を持つ照明ユニットに関する。本発明はまた、斯様な照明ユニットを持つプロジェクションシステムにも関する。
【背景技術】
【０００２】
光学性能を理由として、高輝度放電ランプ、とりわけ、ＵＨＰランプが、ディスプレイを伴う又はプロジェクションシステムにおける投射目的にとりわけ好ましく用いられる。放電ランプの耐用年数は、とりわけランプ電流、ランプ出力(lamp power)並びにランプ、とりわけ、放電容器の壁の温度及び温度差等の動作パラメータにより実質的に決定されることが分かっている。
【０００３】
とりわけ重要なのはランプの熱負荷であり、熱負荷はランプの設置状況、周囲の環境及びサイズに依存してかなり変化し得る。相対的に低出力のランプの場合において、耐用年数の低下に関連付けられる危険性を減らすために、過度の発熱が、適切なランプ設計、とりわけ、妥当なランプの幾何学形状によって防止される。より高出力のランプの場合では、アクティブ冷却装置が一般に必要である。
【０００４】
無電極放電ランプ(EHID)に関する妥当なランプの幾何学的形状及びアクティブ冷却装置が例えば米国特許第US-PS 6,016,031号から知られている。冷却装置は、空気圧源、及び空気流をランプの頂部又は一様にあらゆる側に向ける１つ以上のノズルを有する。空気圧は定格化され、ノズルの断面の形状及び寸法はランプの表面温度が耐用年数の低下を招くであろう所与の値を超えないように選択される。
【０００５】
一方では、ランプの動作中、ある部分がとりわけ激しく熱くなり、対応して激しく冷却されなければならないという事実を考慮しなければならない。しかしながら、他方では、最低温度を伴う部分は過度に冷却されてはならない。なぜなら、さもなければ、十分高い水銀蒸気圧が放電チャンバにもはや生じ得なくなるからである。さらには、放電容器の壁の温度差が過度になり、大きな機械的ストレスが生じる危険性がある。これはこれで耐用年数の低下、ましてはランプの破壊につながる恐れがある。
【０００６】
ランプの動作温度又は出力が高くなると時間的及び空間的な温度勾配が大きくなり、より強く又はより違いのある個的な壁部分がアクティブ冷却装置を用いて冷却されるということも明らかになっている。
【０００７】
この問題はとりわけランプのスイッチオン及びオフフェーズ中に重大である。なぜなら、これらフェーズの温度条件は極めて素早く且つかなりの程度変化するからである。
【０００８】
例えばランプがスイッチオフされる場合、熱を発生させるプラズマが崩壊し(break down)、それゆえ放電容器内の熱対流電流(thermal convection current)も崩壊する。この結果、放電容器の壁の温度分布が変化し、各壁部分が、動作状態におけるこれら壁部分の温度変化に応じて異なる程度に及び異なる速度で冷える。このようにして、かなりの機械的ストレスが放電容器の壁に生じ、これにより、ランプの即時の破壊又は少なくともランプの耐用年数の低下につながる恐れがある。この問題はランプがスイッチオンされる場合も同様に生じる恐れがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
それゆえ、本発明の目的は、より長い耐用年数がとりわけ高出力のランプを用いる場合に実現され得る、または同じ長さの耐用年数を維持しながら出力を増加させてランプを動作させることができる、上述したタイプの照明ユニットを提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、ランプをスイッチオン及びオフさせることに関連付けられる耐用年数を低下させる又はランプを破壊する作用を少なくともかなりの程度取り除く、上述したタイプの照明ユニットを提供することにある。
【００１１】
とりわけ、温度変動によりもたらされるライトバルブ、とりわけ、放電容器の機械的ストレスが全ての動作フェーズ中かなり小さいか、少なくとも既知の照明ユニットと比較して耐用年数を低下させるレベルに達しないようにランプを動作させることができる、上述したタイプの照明ユニットを提供することが目論まれている。
【００１２】
最後に、特にスイッチオン／オフ中に、既知のランプドライバと比較してランプの耐用年数が延ばされ得る又は同一の耐用年数の間増加させた出力でもってランプが動作され得るように放電ランプ及び／又は冷却装置を動作させることができる、とりわけ上述したタイプの照明ユニット又は斯様な照明ユニットを持つプロジェクションシステムで用いるランプドライバを提供することが目論まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１に記載されるように前記目的は、放電ランプと、ランプドライバと、冷却装置と、前記放電ランプの少なくとも１つの所定の動作パラメータを検出するための少なくとも１つの装置と、前記少なくとも１つの動作パラメータの所定範囲からの逸脱がないように少なくとも照明ユニットのスイッチオン及び／又はオフ中に前記ランプドライバ及び／又は前記冷却装置を制御するための制御ユニットとを持つ照明ユニットにより達成される。
【００１４】
動作パラメータは、本文献においては、ランプ出力又はランプ電流のみならず、ランプの温度、とりわけ、ランプの放電容器の壁の温度も意味すると理解されたい。さらに、これら温度は、ランプに作用するアクティブ冷却装置の出力、とりわけ、ランプに向けられる空気流すなわちガス流に大きく依存し、この直接の影響に基づいて、冷却装置の冷却出力もランプの動作パラメータの一つであるべきことも明らかになっている。
【００１５】
これら動作パラメータの１つ以上のタイプ及び範囲（この範囲からの逸脱(excursion)が少なくともスイッチオン及び/又はオフ中あるべきではない）が、動作パラメータの検出能及び用いられるランプの形式の関数として、並びに主としてランプの耐用年数が延ばされるべきか、耐用年数は同じだが出力を上げてランプが動作されるべきかに関連して選択される。
【００１６】
前記目的はさらに、請求項９に記載の制御ユニット、請求項１０に記載のランプドライバ及び請求項１１に記載のプロジェクションシステムによって達成される。
【００１７】
これら解決策のかなり有利な点は、耐用年数を短くする作用がある、放電容器の壁の高い機械的ストレスがランプのスイッチオン及びオフ中に防止され得ることである。
【００１８】
この点において、スイッチング装置によって動作されるファンを用いてガス放電ランプを、前記ファンが第１の低い冷却力でランプのスイッチオン後遅延を伴って活性化され、ランプがスイッチオンされた後所与の期間第２の高い冷却力で継続するようにして冷却することがドイツ国特許第DE 17 64 728号から知られていることが述べられるべきである。このようにして、ランプが、一方では、スイッチオン後できる限り素早くランプの動作温度を達成し、他方では、スイッチオフ後できる限り素早く冷却し、ランプがほんの短時間の後に再び任意にスイッチオンされ得るようにすることが目論まれている。
【００１９】
しかしながら、このやり方では、かなり大きな機械的ストレスが放電容器に生じることを防止するのになお一層十分であるように素早くランプを冷却することができず、ランプの耐用年数の減少、ましてランプの破壊の危険性がとりわけ高輝度ランプでもって生じることが明白になっている。この発見を理由に、この公報は本発明の基礎をなす課題を解決することについて関連性がないと考えられる。
【００２０】
従属請求項は本発明の有利な他の成果を含む。
【００２１】
請求項２及び３は、検出されるべきことが好ましいランプの動作パラメータを包含し、請求項４は、動作パラメータに対する範囲の定格化(rating)をカバーする。
【００２２】
請求項６は、ランプの動作パラメータ、とりわけ、ランプの温度の所定範囲からの逸脱が防止される、通常動作にとりわけ好ましい制御のタイプを述べている。
【００２３】
請求項７及び８は、ランプのスイッチオン及びオフ中の好ましい制御方法に関する。
【００２４】
最後に、請求項１０は、上述したような制御のために放電ランプ及び冷却装置が接続されることができ、とりわけスイッチオン／オフ中の制御に適しているランプドライバを述べている。
【００２５】
本発明を限定するものではないが図に示される実施例の例を参照して本発明をさらに述べる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１によれば、照明ユニットが、放電容器１１を備える放電ランプ１を有する。放電容器１１内には放電ガスを伴う放電チャンバ及び２つの電極がある。これら電極の先端間には、ランプが動作状態にある場合にアーク放電が誘発される。両側において、放電容器１１は、前記電極及び既知のようにしてランプ電圧が供給される電気端子に接続される１つの金属導体をそれぞれ備える金属−石英ブッシング１２、１３を有する。
【００２７】
このため、放電ランプ１の前記電気端子は、ランプドライバ２の電気出力端子に接続される。入力電圧は一般にランプドライバ２に印加されるライン電圧(図示せず)の形をとる。斯くして、ランプドライバ２は、ライン電圧を放電ランプを動作させるのに適したランプ電圧に変換するように働き、例えばランプドライバ２上のスイッチ(図示せず)によりランプがスイッチオンされる場合に、放電ランプを動作させるのに必要とされる電流を利用可能にする。
【００２８】
既に述べたように、放電ランプ、とりわけ、高出力放電ランプは、動作中アクティブに冷却される必要がある。このタスクは、冷却装置３により実行される。冷却装置３は、一般にガス圧源、とりわけ、空気圧源を含み、ノズル３２を用いて圧力線３１を介しランプ１、とりわけ、放電容器１１上にガス又は空気流を向ける。
【００２９】
冷却装置３の出力、とりわけ、ノズル３２を出るガス流の速度を検出するために、第１センサ３３が設けられている。第１センサ３３は、センサ信号の評価のためにランプドライバ２に接続される。代替として又は追加して、他のセンサがまた圧力線３１に配設されてもよい。このセンサを用いて、例えば、ランプ１に運ばれるガス流の量又は圧力が検出され、ランプドライバ２に送られる。これら変数のうちの１つの評価により、例えば故障又は破損について冷却装置３を監視することのみならず、ランプ１の温度に影響を与え、温度を所定の範囲内に維持するように、ランプ１に作用する冷却力の特定の制御を行うことも可能である。
【００３０】
代替として又は追加して、この第１センサ３３は、センサ信号を評価することにより、ランプ温度についての結論を導くことを可能にする。なぜなら、ランプ温度は、例えば単位時間当たりのランプに向けられる冷却空気流の量の形態でランプに作用する冷却力に依存するからである。
【００３１】
冷却力を制御するために、例えば、冷却装置３内の圧力ポンプのドライブの回転速度が適宜変えられる、または圧力線３１内の遮断バルブが開け閉めされる。
【００３２】
第２センサ３４がランプ１の放電容器１１に配設されてもよい。第２センサ３４は、ランプ温度、とりわけ、放電容器１１の壁の温度を検出する。この第２センサ３４も、センサ信号の評価のためにランプドライバ２に接続される。しかしながら、ランプ１上に直にある第２センサ３４は一般には必要とされない。なぜなら、上述したように、ランプの温度は、冷却装置の出力により十分正確に決定され得る又は検出され得るからである。この点で、第２センサ３４の使用は一般に第１センサ３３の代替としてしか必要とされない。
【００３３】
しかしながら、ランプ電流及び／又はランプ電圧及び／又はランプ出力の形態をとるランプ１の他の必須の動作パラメータが、ランプドライバ２内の適宜の装置によって検出される。
【００３４】
ランプドライバ２による冷却装置３の活性化のするためにランプドライバ２及び冷却装置３間に電気接続が設けられる。
【００３５】
最後に、オン／オフスイッチが一般にランプドライバ２に設けられる。このスイッチの起動を通じてランプ１はスイッチオン及びオフされ得る。
【００３６】
ランプドライバ２の概略ブロック図が図２に示されている。ランプドライバ２は実質的に第１ユニット２１を有する。第１ユニット２１の入力部は、交流ライン電圧を供給する端子２０に接続されている。第１ユニット２１は、例えば、ダウンストリームダウンコンバータを備える整流器を有し、交流ライン電圧から制御された直流電圧を生成するように働く。
【００３７】
第１ユニット２１の出力部は第２ユニット２２に接続される。第２ユニット２２は（例えばフルブリッジ回路の形態の）整流子を有し、第２ユニット２２を用いて、ランプの動作に必要な電流波形が供給された直流電圧から生成される。第２ユニット２２の出力部はランプ１に接続される。斯くして、第１ユニット２１及び第２ユニット２２は協同してランプ１に対するトリガ回路を形成する。
【００３８】
ランプドライバ２はさらに制御ユニット２３を有する。制御ユニット２３の第１入力部には第１センサ３３の出力信号が印加される。制御ユニット２３は、トリガ回路２１、２２に接続される第２入力部を有し、該第２入力部を介して、制御ユニット２３はランプ電流及び／又はランプ電圧及び／又はランプ出力を検出する。制御ユニット２３の第１出力部はトリガ回路２１、２２に接続され、制御ユニット２３の第２出力部は冷却装置３の活性化のため該冷却装置３に適用される。
【００３９】
制御ユニット２３は好ましくはマイクロプロセッサユニットの形をとる。ランプ１の動作パラメータ（冷却装置３の出力並びにランプ電流及び／又はランプ電圧及び／又はランプ出力）について前記２つの入力部を介して供給される情報の関数として、及びランプ１用のオン／オフスイッチのスイッチ位置の関数として、ランプ１の出力(output power)（またはランプ電流）及び／又は冷却装置３の出力が、種々の制御又はスイッチングスケジュールに応じて制御され得る。
【００４０】
一方では、これにより、ランプ１が、例えば第１センサ３３を用いて間接的に又は第２センサ３４を用いて直接的に検出されるランプ温度の関数として冷却装置３の冷却力を制御することにより、通常動作中常に十分に冷却されることが保証される。
【００４１】
好ましくない動作及び／又は環境条件の場合において、冷却力が不十分であり（又は冷却装置３が不完全に動作している又は故障している）、斯くしてランプ１の温度が所与の最大許容しうるプリセット値を越える場合、ランプ電流はランプドライバ２により自動的に減少される又はスイッチオフされ、破壊又は破損を防止することができる。
【００４２】
他方では、スイッチオン及び／又はオフ中でさえ、ランプ１及び／又は冷却装置３をスイッチオン又はオフさせ、ランプ１、とりわけ、放電容器１１における上述の機械的ストレスがかなり少ないか、所定の値を超えないよう調整されるようにして自動的に例えば段階的に動作させることができる。
【００４３】
このため、ランプ１の以下の動作パラメータがランプドライバ２の制御ユニット２３により周期的に評価されるべきである。
【００４４】
ランプ１又は放電容器１１の壁の瞬時温度が第２センサ３４の出力信号を評価することにより検出される。
【００４５】
代替として又は追加して、ランプ１が冷却装置２によりさらされる冷却力、斯くして、上述したように、間接的にランプ１の温度が（も）、第１センサ３３及び／又は圧力線３１に存する圧力センサにより検出され得る。
【００４６】
さらに、ランプ電流及び／又はランプ電圧及び／又はランプ出力が制御ユニット２３内の適宜のセンサ手段によりスキャンされる。
【００４７】
種々のスイッチングスケジュールが、スイッチオン及びオフ中これらの変数を用いて作成され得る。
【００４８】
最も単純な場合、第１スイッチングスケジュールでは、ランプ１及び冷却装置３の両方がオン／オフスイッチの起動により直接スイッチオン及び／又はオフされる。これは、例えば、ランプ１が、生じる機械的ストレスが低く、ランプへのダメージを懸念する必要がないような大きさである場合、又はランプ１がスイッチオフされた後に冷却装置３が如何なる雑音ももたらさないことが重要である場合に理にかなう(sensible)であろう。
【００４９】
第２スイッチングスケジュールでは、ランプ１が再びオフスイッチの起動により直接スイッチオフされるが、冷却装置３は所定期間アクティブのままである。このようにして、ランプ１はとりわけ素早く冷却され、ほんの比較的短時間の後に再びスイッチオンされ得る。
【００５０】
第３スイッチングスケジュールでは、冷却装置３がオフスイッチの起動により直接スイッチオフされるが、ランプ１は所定期間アクティブのままである。これは、下げられた動作温度で動作フェーズ中にランプ１、とりわけ、放電容器１１に生じた機械的ストレスが高温でアニーリングすることにより低減されることを保証する。
【００５１】
第４スイッチングスケジュールでは、オフスイッチが起動された場合にランプ１及び冷却装置３の出力が交互に及び／又は段階的に低減される。これは、例えば、冷却装置３の出力がランプ１に瞬時的に供給される電流の関数として調整される及び／又はランプ電流（またはランプ出力）が冷却装置３の瞬時出力の関数として調整されることにより達成され得る。
【００５２】
さらに、ランプ出力及び冷却装置３の出力はまた、ランプ１が冷却装置３なしに下げられた出力で最終的に動作し、これにより、第３スイッチングスケジュールに応じて高温でアニーリングすることによりランプの機械的ストレスを取り除くように段階的に低減される。
【００５３】
第５スイッチングスケジュールでは、オフスイッチの起動により、ランプ１は直ちにスイッチオフし、ランプ１のスイッチオフ後所定期間冷却力が増される。これによりもたらされるとりわけ迅速な冷却により、第２スイッチングスケジュールと同様に、短期間の後にランプをスイッチオンさせることが可能である。さらに、このスイッチングスケジュールでは、ランプ１又は放電容器１１の壁の機械的ストレスを制御下で発生させることができ、例えばランプがスイッチオンされる場合に一様でない加熱に起因して生じる機械的ストレスを打ち消す又は補償することができる。斯かる場合には、ランプが次にスイッチオンされる際全体的にかなり小さい機械的ストレスしか生じない。
【００５４】
上述のスイッチングスケジュールを用いた比較テストが、非常に異なる機械的ストレス分布が放電容器１１の壁にもたらされ得ることを示した。
【００５５】
逆に、所与の機械的ストレス分布が実現されるべき、または越えられるべきではない場合、上述のスイッチングスケジュールの数値が、例えばランプ１の所用の破裂保護及び耐用年数、スイッチオン及びオフに利用可能な時間並びに照明ユニットの使用に関連する雑音レベルの許容性と共に、用いられるランプ１の動作パラメータ及び冷却装置３の出力の関数として選択されるべきである。
【００５６】
第４スイッチングスケジュールに対する数値例を以下に与える。放電ランプは略々２．９リットル／分(l/min)の空気流で動作中冷却され、４５０ワットの出力で動作されることが前提となるべきである。
【００５７】
ユーザがランプドライバ２上のスイッチをオフ位置に動かした瞬時を時間０とした場合、ランプ出力及び冷却装置の出力は、この時点及びその後の各インターバル（表１）後以下のように低減される。
【００５８】
表１
０秒        ４００ワット    ２．５ｌ／ｍｉｎ
３０秒                      ２．２ｌ／ｍｉｎ
６０秒      ３６０ワット
９０秒                      １．９ｌ／ｍｉｎ
１２０秒    ３２０ワット
１５０秒                    １．７ｌ／ｍｉｎ
１８０秒    ２８０ワット
２１０秒                    １．５ｌ／ｍｉｎ
２４０秒    ２４０ワット
２７０秒                    １．３ｌ／ｍｉｎ
３００秒        ０ワット        ０ｌ／ｍｉｎ
【００５９】
この表は、好ましくは、制御ユニット２３が上述したようにランプ１及び冷却装置３の出力を規制するように、ランプドライバ２に存する制御ユニット２３、とりわけ、マイクロプロセッサユニットに記憶される。
【００６０】
スイッチの起動から３０秒毎にランプ出力又は冷却装置３の出力が低下される一方、それぞれ他方の変数は変わらないことが表から明らかである。これにより、ランプ温度、とりわけ、放電容器１１の温度が、非常に制御された下で且つスイッチオフフェーズ全体にわたり大きな変動なしに低減され得ることが分かった。
【００６１】
スイッチオフフェーズの終了後、すなわち、５分後、ランプ１の最大温度はほんの僅かしか低下していないが、放電容器１１の壁の温度勾配のレベルは著しく低下していることが分かった。これは、機械的ストレスも相応に僅かであるという直接的な結果を持つ。さらなるテストが、この作用効果は高いランプ出力でとりわけ大きく実現されることを示した。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明による照明ユニットの概略的な全体図である。
【図２】制御ユニットを備えるランプドライバの概略ブロック図である。
【図１】
0004572117.tif 000002
【図２】
0004572117.tif 000003