(57)【要約】高輝度放電ランプに用いられるどの電力周波数がアーク不安定を生じるかを決定する方法及び装置。一実施例において、本方法は、掃引時間周期中に複数の周波数を通じて周期的に掃引する電流信号を供給するステップと、前記電流信号を増幅するステップと、前記増幅された電流信号を高輝度放電ランプに入力し、前記ランプへの電力周波数の適用を生じさせるようにするステップと、前記高輝度放電ランプにおいてアーク不安定を生じる前記電流信号の電力周波数を決定するステップと、前記アーク不安定を発生する電力周波数のアーク不安定を生じるのに必要な最低電力レベルを決定するステップとを含む。一実施例において、本装置は、掃引時間周期中に複数の周波数を通じて周期的に掃引する電流信号を供給する信号発生装置と、前記電流信号を増幅する増幅器と、前記増幅された電流信号を高輝度放電ランプに入力し、前記ランプへの電力周波数の適用を生じさせるようにする手段と、前記ランプに用いられた前記電力周波数のどれがアーク不安定を生じるかと、アーク不安定を生じるのに必要なこれらの電力周波数の最低電力レベルとを決定する信号処理装置とを具える。
2004529482.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高輝度放電ランプに用いられるどの周波数がアーク不安定を生じるのかを決定する方法において、
ａ）複数の周波数を含む予め決められた周波数の範囲内の周波数を有する信号を発生するステップと、
ｂ）前記信号を増幅するステップと、
ｃ）前記増幅された信号を高輝度放電ランプに入力し、複数の電力周波数を前記ランプに適用させるようにするステップと、
ｄ）前記電力周波数が前記高輝度放電ランプにおいてアーク不安定を生じるかどうかを決定するステップと、
ｅ）前記ランプにおけるアーク不安定を生じさせるのに必要な前記ステップ（ｄ）において決定された電力周波数の最低電力レベルを決定するステップと、
ｆ）前記電流信号の周波数を前記範囲内の他の周波数に変化させるステップと、
ｇ）前記ステップ（ｂ）−（ｆ）を繰り返すステップとを含む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、前記発生するステップ（ａ）が、
予め決められた固定周波数を有する第１信号を供給するステップと、
掃引時間周期中に第１周波数から第２周波数までの掃引範囲に渡って周期的に掃引される第２信号を供給するステップと、
前記第１信号及び第２信号を加算し、前記第１信号及び第２信号の周波数の和である周波数を有する和信号を発生するステップとを含み、前記和信号が、前記ランプへの和及び差電力周波数の適用を実行し、
前記決定するステップ（ｄ）が、前記高輝度放電ランプにおいてアーク不安定を生じる和及び差電力周波数を決定するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法において、前記決定するステップ（ｅ）が、前記第１電流信号の振幅を変化させ、前記ランプに供給される和及び差電力周波数の電力レベルを変化させるようにするステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、前記決定するステップ（ｅ）が、
前記ランプに印加される電圧を表す電圧波形を測定するステップと、
前記ランプを流れる電流を表す電流波形を測定するステップと、
前記測定された電圧及び電流波形の積を決定するステップと、
前記積のフーリエ変換を行うステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項２に記載の方法において、前記変化させるステップ（ｆ）が、前記第１電流信号の周波数を変化させるステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項２に記載の方法において、
第２縦モードの電力周波数における変調周波数を供給するステップと、
前記第２電流信号を前記変調周波数で振幅変調し、前記ランプにおいて色混合を生じさせるステップとをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法において、前記複数の周波数が、第１周波数組と、第２周波数組と、第３周波数組とを含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法において、前記電流信号を、最初に前記第１周波数組を通じて掃引し、次に前記第２周波数組を通じて掃引し、その後前記第３周波数組を通じて掃引することを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法において、前記第２周波数組が、前記第１及び第３周波数組におけるどの周波数よりも高い１つの周波数を含むことを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法において、前記第１周波数組が、第１周波数から前記第１周波数より高い第２周波数まで累進的に上昇する周波数の範囲を含み、前記第３周波数組が、前記第２周波数から前記第２周波数より高い第３周波数まで累進的に上昇する周波数の範囲を含むことを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項７に記載の方法において、前記第１周波数組が、第１周波数から前記第１周波数より高い第２周波数まで累進的に上昇する周波数の範囲を含み、前記第２周波数組が、第３周波数から前記第３周波数より高い第４周波数まで累進的に上昇する周波数の範囲を含み、前記第３周波数組が、第２周波数から前記第２周波数より高い第５周波数まで累進的に上昇する周波数の範囲を含み、前記第３及び第４周波数が、前記第１、第２及び第５周波数より高いことを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項７に記載の方法において、前記第１周波数組が、第１周波数から前記第１周波数より高い第２周波数まで累進的に上昇する周波数の範囲を含み、前記第２周波数組が、第３周波数から前記第３周波数より高い第４周波数まで累進的に上昇する周波数の範囲を含み、前記第３周波数組が、第２周波数から前記第２周波数より高い第５周波数まで累進的に上昇する周波数の範囲を含み、前記複数の周波数が、第４周波数組をさらに含み、前記第４周波数組が、第２縦モードの電力周波数の半分における１つの固定周波数を含み、前記第３及び第４周波数が、前記第１、第２、第５及び１つの固定周波数より高く、前記１つの固定周波数が、前記第１、第２、第３、第４及び第５周波数より低いことを特徴とする方法。
【請求項１３】
高輝度放電ランプに用いられるどの周波数がアーク不安定を生じるかを決定する方法において、
ａ）予め決められた固定周波数を有する第１信号を供給するステップと、
ｂ）掃引時間周期中に第１周波数から第２周波数までの掃引範囲に渡って周期的に掃引される第２信号を供給するステップと、
ｃ）前記第１及び第２信号を加算し、和信号を発生するステップと、
ｄ）前記和信号を増幅するステップと、
ｅ）前記増幅された和信号を高輝度放電ランプに入力し、和及び差電力周波数を前記ランプにおいて発生させるステップと、
ｆ）前記電力周波数のいずれかが前記高輝度放電ランプにおいてアーク不安定を生じるかどうかを決定するステップと、
ｇ）アーク不安定を生じさせるのに必要な前記ステップ（ｆ）において決定された前記和及び差電力周波数の最低電力レベルを決定するために、前記第１信号の振幅を変化させるステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法において、
第２縦モードの電力周波数における変調周波数を供給するステップと、
前記第２電流信号を前記変調周波数で振幅変調し、前記ランプにおいて色混合を生じさせるステップとをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１５】
高輝度放電ランプに用いられるどの周波数がアーク不安定を生じるかを決定する装置において、
複数の周波数を含むある周波数の範囲内の周波数を有する電流信号を供給する手段と、
前記電流信号を増幅する増幅器と、
前記増幅された信号を高輝度放電ランプに入力し、前記ランプへの電力周波数の適用を実行させるようにする手段と、
前記電力周波数が前記高輝度放電ランプにおいてアーク不安定を生じるかどうかを決定する手段と、
前記ランプにおいてアーク不安定を生じさせるのに必要な前記電力周波数の最低電力レベルを決定する手段と、
前記電流信号の周波数を変化させる手段とを具えることを特徴とする装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の装置において、前記供給手段が、
固定周波数を有する第１電流信号を発生する手段と、
掃引時間周期中に第１周波数から第２周波数まで周期的に掃引される第２電流信号を発生する手段とを具え、
該装置が、前記第１及び第２電流信号を加算し、和電流信号を発生する加算ネットワークをさらに具え、前記和電流信号が、前記増幅器に入力される前記電流信号を規定することを特徴とする装置。
【請求項１７】
請求項１５に記載の装置において、前記第１電流信号の振幅を変化させる手段をさらに具えることを特徴とする装置。
【請求項１８】
請求項１５に記載の装置において、前記第１電流信号の周波数を変化させる手段をさらに具えることを特徴とする装置。
【請求項１９】
請求項１５に記載の装置において、
第２縦モードの電力周波数における変調周波数を供給する手段と、
前記第２電流信号を前記変調周波数で振幅変調し、前記ランプにおいて色混合を生じさせる手段とをさらに具えることを特徴とする装置。
【請求項２０】
請求項１５に記載の装置において、前記複数の周波数が、第１周波数組と、第２周波数組と、第３周波数組とを含むことを特徴とする装置。
【請求項２１】
請求項２０に記載の装置において、前記電流信号を、最初に前記第１周波数組を通じて掃引し、次に前記第２周波数組を通じて掃引し、その後前記第３周波数組を通じて掃引することを特徴とする装置。
【請求項２２】
請求項２１に記載の装置において、前記第２周波数組が、前記第１及び第３周波数組におけるどの周波数よりも高い１つの周波数を含むことを特徴とする装置。
【請求項２３】
請求項２２に記載の装置において、前記第１周波数組が、第１周波数から前記第１周波数より高い第２周波数まで累進的に上昇する周波数の範囲を含み、前記第３周波数組が、前記第２周波数から前記第２周波数より高い第３周波数まで累進的に上昇する周波数の範囲を含むことを特徴とする装置。
【請求項２４】
請求項２０に記載の装置において、前記第１周波数組が、第１周波数から前記第１周波数より高い第２周波数まで累進的に上昇する周波数の範囲を含み、前記第２周波数組が、第３周波数から前記第３周波数より高い第４周波数まで累進的に上昇する周波数の範囲を含み、前記第３周波数組が、第２周波数から前記第２周波数より高い第５周波数まで累進的に上昇する周波数の範囲を含み、前記第３及び第４周波数が、前記第１、第２及び第５周波数より高いことを特徴とする装置。
【請求項２５】
請求項２０に記載の装置において、前記第１周波数組が、第１周波数から前記第１周波数より高い第２周波数まで累進的に上昇する周波数の範囲を含み、前記第２周波数組が、第３周波数から前記第３周波数より高い第４周波数まで累進的に上昇する周波数の範囲を含み、前記第３周波数組が、第２周波数から前記第２周波数より高い第５周波数まで累進的に上昇する周波数の範囲を含み、前記複数の周波数が、第４周波数組をさらに含み、前記第４周波数組が、第２縦モードの電力周波数の半分における１つの固定周波数を含み、前記第３及び第４周波数が、前記第１、第２、第５及び１つの固定周波数より高く、前記１つの固定周波数が、前記第１、第２、第３、第４及び第５周波数より低いことを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、高輝度放電ランプにおける色分離を減少するパルス幅変調によって発生される望ましくない電力周波数を解析する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高輝度放電ランプ（ＨＩＤ）は、高い効率及び輝度のようなこれらの多くの利点のため、ますます一般に普及してきている。これらのＨＩＤランプは、２０ｋＨｚ範囲を超える駆動電流信号を発生するように構成された高周波電子バラストか、１００Ｈｚ範囲における駆動電流信号を有する低周波電子バラストかのいずれかによって駆動される。
【０００３】
しかしながら、ＨＩＤランプへの高周波電子バラストの使用に対する主な障害は、高周波動作において生じるおそれがある音響共鳴／アーク不安定である。音響共鳴は、多くの例において、人間に対して非常に迷惑なアークのフリッカを生じるおそれがある。さらに、音響共鳴は、放電を消滅させ、又はより悪化させ、前記放電ランプの壁に向かって恒久的にそらされたままにし、前記放電ランプの壁に損害を与えるおそれがある。
【０００４】
このアークを安定させ、中心に置く技術は、開発されている。米国特許第５１３４３４５明細書は、アーク不安定を検知し、前記ランプへの電力を減少し、放電を安定させることを教えている。米国特許第５３０６９８７号明細書において、駆動信号の周波数を調節するアーク安定化技術が説明されている。放電ランプにおけるアークを制御する同様の方法が、米国特許第５１９８７２７号明細書において説明されている。この方法によって、前記アークを、一方向電流において重ねられた周波数変調されたＨＦ（高周波）リップルによって導入された「音響摂動」によって中心に置かれる。前記音響摂動は、ガス又は蒸気移動パターンに、重力に引き起こされた対流に対して抵抗させる。米国特許第５６８４３６７号明細書は、ＨＩＤランプにおけるアーク不安定化を、高周波信号の振幅変調と、前記ランプをパルシングすることとによって制御する方法を開示しており、この方法を前記ランプの色特性を変えるのに使用することができる。
【０００５】
最近、セラミック（多結晶アルミナ）エンベロープを用いる新たなクラスの高輝度放電ランプが開発されている。このクラスのランプにおける放電エンベロープ形状において円筒形であり、アスペクト比、すなわち、内部の直径で割った内部の長さは、１に近いか、いくつかの例において、１より大きい。１より有意に大きいアスペクト比を有するランプは、より高い効率の望ましい特性を有するが、垂直及び水平動作において異なった色特性を有するという欠点を有する。特に、垂直動作において、色分離が生じる。この色分離は、前記アークの像をスクリーン上に投影することによって観察することができ、前記アークの下部はピンク、白を発生し、上部は青又は緑を発生することを示す。これは、放電における金属添加物の完全な混合がないことによって引き起こされる。放電の上側部分において、過大なタリウム放射と、不十分なナトリウム放射とが存在する。この現象は、高い色温度及び／又は低下した効率とを招く。
【０００６】
参照によってここに含まれる、放電ランプにおける垂直分離の除去という表題の共有米国特許第６１８４６３３号明細書は、音響共鳴及び色分離を、第２縦モード周波数と呼ばれる周波数を有する振幅変調信号との組み合わせにおいて、掃引時間内に電流信号周波数掃引を行うことによって除去又は実質的に減少する方法を教えている。このような動作に関する代表的なパラメータは、１０ミリ秒の掃引時間内の４５から５５ｋＨｚまでの電流周波数掃引と、２４．５ｋＨｚの一定振幅変調周波数と、０．２４の変調指数とである。例えば、４ｍｍの内部直径及び１９ｍｍの内部長さを有する７０Ｗランプに関する第２縦モードを励起するために、４５から５５ｋＨｚまでの高周波掃引を、約２４ｋＨｚにおいて振幅変調する。この波形を、関数発生器及び電力増幅器によって、低レベルの変調において発生する場合、結果として生じる電力スペクトルは、２４ｋＨｚ、９０ｋＨｚから１１０ｋＨｚまでの周波数成分と、６６ｋＨｚから８６ｋＨｚまでと、１１４ｋＨｚから１３４ｋＨｚまでの側波帯とを有する。この理想的な電力スペクトルにおいて、約１５０ｋＨｚより上の電力周波数成分はない。音響共鳴を励起するのに重要なのは、前記電力周波数である。
【０００７】
ＨＩＤランプにおける色分割を減少する他のシステムは、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号発生器によって制御されるフルブリッジ又はハーフブリッジ構造を有するきわめて高い周波数（例えば、２５０ｋＨｚ）のバラストブリッジを用いる。このようなシステムは、参照によってここに含まれる、２０００年１０月６日に出願された共有の同時係属米国特許出願、シリアル番号０９／６８４１９６号においてみられる。上述した所望の周波数成分に加え、この方法は、約２００及び３００ｋＨｚを中心とする追加の掃引電力周波数と、これらの掃引電力周波数の双方の側における側波帯も発生する。前記追加の掃引電力周波数の正確な周波数は、前記ブリッジ周波数に依存し、前記ブリッジ周波数及び高周波掃引の和及び差の周波数の項から発生する。これらの追加の電力周波数は、理想電力スペクトルを使用する場合には存在しないアーク不安定を生じるおそれがある。前記バラストブリッジ周波数を、前記アーク不安定が減少するかどうかを確かめるために変化させることができるが、不快な周波数を識別するために前記ブリッジによって発生する周波数が多すぎる。色混合を導入することも、前記放電の特性を変化させ、したがって前記不快な周波数を変化させるおそれがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、前記不快な電力周波数を識別し、電圧不安定を生じるこれらのしきい値電力レベルを決定する独立した方法及び装置が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、周波数掃引と振幅変調又は順次励起とを使用し、高輝度放電ランプにおけるアーク不安定を生じる電力周波数を決定する。ランプを電流周波数Ｘにおける正弦波形によって動作する場合、前記電力周波数は２Ｘである。前記電力周波数は、音響共鳴を励起するのに重要である。前記高輝度放電ランプに用いる電力周波数を、前記高輝度放電ランプにおける電流波形及び電圧波形の積の周波数依存性によって決定する。
【００１０】
ある態様において、本発明は、高輝度放電ランプに用いられるどの周波数がアーク不安定を生じるのかを決定する方法において、（ａ）予め決められた周波数の範囲内の周波数を有する信号を供給するステップと、（ｂ）前記信号を増幅するステップと、（ｃ）前記増幅された信号を高輝度放電ランプに入力し、前記ランプへの電力周波数の適用を実行するようにするステップと、（ｄ）前記電力周波数が前記高輝度放電ランプにおいてアーク不安定を生じるかどうかを決定するステップと、（ｅ）前記ランプにおけるアーク不安定を生じさせるのに必要な前記ステップ（ｄ）において決定された電力周波数の最低電力レベルを決定するステップと、（ｆ）前記電流信号の周波数を前記範囲内の他の周波数に変化させるステップと、（ｇ）前記ステップ（ｂ）−（ｆ）を繰り返すステップとを含む方法に向けられる。
【００１１】
ある実施例において、上述した供給するステップ（ａ）は、予め決められた固定周波数を有する第１信号を供給するステップと、掃引時間周期中に第１周波数から第２周波数までの掃引範囲に渡って周期的に掃引される第２信号を供給するステップと、前記第１信号及び第２信号を加算し、前記第１信号及び第２信号の周波数の和である周波数を有する和信号を発生するステップとを含む。前記増幅された和信号を、前記高輝度放電ランプに入力する。結果として、前記第１及び第２信号の和周波数及び差周波数に基づいた電力周波数と、２倍の前記第１信号及び２倍の前記第２信号における電力周波数とを、前記高輝度放電ランプに供給する。
【００１２】
他の態様において、本発明は、高輝度放電ランプに用いられるどの周波数がアーク不安定を生じるかを決定する方法において、（ａ）予め決められた固定周波数を有する第１信号を供給するステップと、（ｂ）掃引時間周期中に第１周波数から第２周波数までの掃引範囲に渡って周期的に掃引される第２信号を供給するステップと、（ｃ）前記第１及び第２信号を加算し、和信号を発生するステップと、（ｄ）前記和信号を増幅するステップと、（ｅ）前記増幅された和信号を高輝度放電ランプに入力し、前記ランプへの電力周波数の適用を実行するようにするステップであって、前記電力周波数が前記第１及び第２信号の和及び差を含む、ステップと、（ｆ）前記電力周波数が前記高輝度放電ランプにおいてアーク不安定を生じるかどうかを決定するステップと、（ｇ）アーク不安定を生じさせるのに必要な前記ステップ（ｆ）において決定された電力周波数の最低電力レベルを決定するために、前記第１信号の振幅を変化させるステップと、電力周波数の範囲を調査するのに必要な各々の固定周波数に関してステップ（ｂ）−（ｇ）を繰り返すステップとを含む方法に向けられる。
【００１３】
さらに他の態様において、本発明は、高輝度放電ランプに用いられるどの周波数がアーク不安定を生じるかを決定する装置において、掃引時間周期中に複数の周波数を通じて掃引される信号を発生する信号発生器と、前記信号を増幅する増幅器と、前記増幅された信号を高輝度放電ランプに入力し、前記ランプへのある範囲の電力周波数の適用が実行されるようにする手段と、（１）前記高輝度放電ランプに用いられ、このランプにおいてアーク不安定を生じる電力周波数と、（２）アーク不安定を生じるのに必要なこれらのような電力周波数の最低電力レベルとを決定する信号処理装置とを具える装置に向けられる。一実施例において、前記信号発生器が、固定周波数を有する第１信号を発生する第１信号発生装置と、掃引時間周期中に第１周波数から第２周波数までに渡って周期的に掃引される第２信号を発生する第２信号発生装置とをさらに具え、前記装置が、前記第１信号及び第２信号を加算し、前記第１及び第２信号の周波数の和である周波数を有する和信号を発生する加算ネットワークをさらに具える。前記増幅された和信号を前記高輝度放電ランプに入力し、これによって、前記第１及び第２信号の周波数の和及び差に基づく電力周波数と、２倍の前記第１信号及び２倍の前記第２信号とにおける電力周波数とを、前記高輝度ランプに適用させる。
【００１４】
本発明の特徴は新奇であると考えられ、本発明を特徴付ける要素を、添付した請求項において詳細と共に述べた。本発明それ自身を、構成及び動作方法の双方に関して、添付した図面に関連する以下の詳細な説明の参照によって最高に理解することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１を参照し、本発明の装置の一実施例を示す。以下に続く説明から明らかなように、装置１０を、上述した共有の同時係属米国特許出願、シリアル番号０９／６８４１９６号に記載されているようなブリッジ回路において発生される約１５０ｋＨｚより上の掃引周波数の大きさを発生及び制御するように構成する。装置１０は、一般に、信号発生器又は信号合成器１２及び１４と、加算ネットワーク１６と、増幅器１８とを具える。増幅器１８の出力部をランプ２０に結合する。一実施例において、信号発生モジュール１２及び１４を、各々、関数発生器として構成し、各々の関数発生器は、これらから出力される信号の振幅及び周波数を変化させる能力を有する。
【００１６】
本発明のこの実施例によれば、関数発生器１２を、掃引時間周期中に第１周波数Ｆｓ１から第２周波数Ｆｓ２まで周期的に掃引する電流信号Ｆｓを出力するように構成する。したがって、周波数Ｆｓ１及びＦｓ２は、周波数の組又は範囲を規定する。言葉「周波数」に言及するときに使用する言葉「組」を、（ｉ）少なくとも１つの周波数、又は（ii）第１周波数から、前記第１周波数より高い第２周波数まで累進的に増加する複数の周波数、又は（iii）第１周波数から第２周波数まで非累進的に増加する複数の周波数として規定する。
【００１７】
関数発生器１４を、固定周波数ＦＦを有する信号を出力するように構成する。各々の関数発生器１２及び１４の出力を、加算ネットワーク１６に入力する。加算ネットワーク１６は、ＦＦ＋ＦＳに等しい和信号を出力し、ここでＦＳを関数発生器１２によって出力する。
【００１８】
加算ネットワーク１６の出力を増幅器１８に出力する。一実施例において、増幅器１８を、アンプリファイアリサーチによって製造されるモデル７００Ａ１増幅器として構成する。増幅器１８の出力をランプ２０に供給する。
【００１９】
したがって、関数発生器１２によって出力される電流信号の周波数をＦＳによって表すと、ランプ２０によって認識される電力周波数は、表Ｉにおいて示される。
２ＦＳ
２ＦＦ
ＦＦ−ＦＳ
ＦＦ＋ＦＳ
表１
ここで、ＦＳは、ＦＳ１及びＦＳ２によって規定される範囲内である。
【００２０】
固定周波数ＦＦが２５０ｋＨｚであり、周波数ＦＳが電流周波数掃引であり、ＦＳ１が４５ｋＨｚで、ＦＳ２が５５ｋＨｚであるとすると、ランプ２０は、表IIにおいて示す以下の電力周波数を認識する。
２ＦＳ＝９０ｋＨｚから１１０ｋＨｚ
２ＦＦ＝５００ｋＨｚ
ＦＦ−ＦＳ＝１９５ｋＨｚから２０５ｋＨｚ
ＦＦ＋ＦＳ＝２９５ｋＨｚから３０５ｋＨｚ
表２
【００２１】
和（ＦＦ＋ＦＳ）及び差（ＦＦ−ＦＳ）電力周波数は、１０ｋＨｚ幅の掃引である。関数発生器１４を制御し、固定周波数ＦＦを有する信号の振幅を増加又は減少させることができる。固定周波数ＦＦの振幅の増加又は減少は、和及び差電力周波数（ＦＦ＋ＦＳ）及び（ＦＦ−ＦＳ）の各々と、２ＦＦとを変化させる。固定周波数ＦＦの変化は、より高い掃引周波数にシフトする。
【００２２】
装置１０は、ランプ２０に印加される電圧スペクトルと、ランプ２０を流れる電流の電流スペクトルとを測定する信号処理装置２０をさらに具える。装置２２は、前記スペクトルの電力周波数成分を、前記測定された電圧及び電流波形の積のフーリエ変換を使用して計算する。装置２２を、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）計算を行うことができる商業的に利用可能なプログラム可能ネットワーク又はスペクトルアナライザとして構成することができる。ＦＦＴ計算を行う適切なソフトウェアプログラムは、ナショナルインスツルメンツによって製造されるソフトウェアプログラムラブビュー（Ｌａｂｖｉｅｗ）（登録商標）に含まれる。
【００２３】
本発明によれば、関数発生器１４を、ランプ２０におけるアーク不安定を引き起こすために、これらから出力される信号の振幅及び周波数を変化させるように制御する。アーク不安定を、ランプ電圧における上昇及び／又は視覚的観察として検知する。好適実施例において、前記和及び差周波数を識別することができる固定周波数ＦＦを選択する。例えば、１５０ｋＨｚの固定周波数ＦＦを選択し、掃引電流周波数ＦＳを４５ｋＨｚから５５ｋＨｚまで掃引すると、前記和周波数は、１９５ｋＨｚから２０５ｋＨｚまで１０ｋＨｚ幅で掃引し、前記差周波数は、９５ｋＨｚから１０５ｋＨｚまで１０ｋＨｚ幅で掃引する。アーク不安定が、ＦＦが１５０ｋＨｚの場合に検知された場合、前記和周波数（１９５ｋＨｚ−２０５ｋＨｚ）が疑わしく、前記アーク不安定に最も責任を負いそうである。しかしながら、前記和周波数１９５ｋＨｚ−２０５ｋＨｚが前記アーク不安定に責任を負うことを確かめるために、固定周波数ＦＦを２５０ｋＨｚに上昇させる。前記アーク不安定が、ＦＦが２５０ｋＨｚの場合に依然として存在する場合、前記和周波数１９５ｋＨｚ−２０５ｋＨｚが前記アーク不安定を生じさせたきわめて高い可能性が存在する。
【００２４】
ランプ２０においてアーク不安定を発生する周波数領域を見つけた後、信号処理装置２２は、先の説明において上述したように、電圧及び電流スペクトルを測定する。処理装置２２は、次に、ランプ２０に供給される電力の電力スペクトルを決定する。前記電力スペクトルの測定の結果として、前記アーク不安定を生じる電力周波数に関するしきい値電力レベルを決定し、このしきい値電力レベルを使用して、バラストブリッジ回路及び他の電力回路網の設計において使用する電力レベル基準を規定する。例えば、ある固定周波数の範囲を使用し、処理装置２２が、これらの固定周波数の１つにおいてアーク不安定を生じるのに必要な最低電力レベルが０．６ワットであることを決定した場合、前記電力しきい値を０．６ワットと規定する。結果として、前記しきい値、すなわち０．３ワットの１／２に基づく設計基準を使用し、バラストブリッジ回路網を設計することができる。このような例において、１５０ｋＨｚより高い周波数の電力レベルは、０．３ワットを超えないはずである。
【００２５】
装置１０の重要な特徴は、色混合なしでブリッジ回路において発生される前記掃引周波数をシミュレートできることである。
【００２６】
図２を参照し、本発明の装置の第２実施例を示す。装置１００を、色混合がランプ２０に導入された場合にアーク不安定を引き起こす周波数領域を決定するように構成する。装置１００は、一般に、信号発生装置シンセサイザ１０２、１０４及び１０６と、加算ネットワーク１０８と、増幅器１１０とを具える。一実施例において、信号発生装置１０２を関数発生器として構成する。関数発生器１０２を、上記において説明した関数発生器１４と同じ方法において、固定周波数ＦＦを有する電流信号を出力するように構成する。関数発生器１０４を、上記において説明した関数発生器１２と同じ方法において、掃引時間に渡って第１周波数ＦＳ１から第２周波数ＦＳ２まで周期的に掃引する電流周波数を出力するように構成する。関数発生器１０４は、第２縦モード周波数と呼ばれる周波数を有する振幅変調信号１１２を受ける入力部をさらに含む。特に、信号１１２は、関数発生器１０４によって出力された前記電流周波数掃引を振幅変調する。関数発生器１０６を、信号１１２を発生するように構成する。したがって、関数発生器１０４によって出力された周波数掃引信号を、信号１１２によって振幅変調する。好適実施例において、発生器１０６によって供給された振幅変調信号１１２は、２４ｋＨｚの周波数と、０．２４の変調指数とを有する。このような変調指数は、色混合において代表的に使用され、その開示が参照によってここに含まれる共有米国特許第６１８４６３３号明細書においても記載されている。関数発生器１０２及び１０４を加算ネットワーク１０８に入力する。したがって、前記周波数掃引信号を４０ｋＨｚから５５ｋＨｚまで掃引し、固定周波数ＦＦを２５０ｋＨｚとすると、前記周波数掃引信号の振幅変調は、７６ｋＨｚ及び１２４ｋＨｚ（１００ｋＨｚを中心とする主掃引から＋／−２４ｋＨｚ）を中心とする２０ｋＨｚの側波帯を具え、２４ｋＨｚの第２縦モード周波数における固定電力周波数と共に存在する電力周波数分布を発生する。前記電力周波数分布は、２００ｋＨｚ及び３００ｋＨｚを中心とする前記和及び差周波数の＋／−２４ｋＨｚにおいて１０ｋＨｚ幅の側波帯をさらに具える。アーク不安定を生じる周波数領域を見つけた後、前記しきい値電力レベルを、信号処理装置１１４によって、上記において説明したのと同様の方法において決定する。
【００２７】
図３を参照し、本発明のさらに他の実施例を示す。装置２００は、一般に、信号発生器２０２と、増幅器２０４と、波形発生器２０６とを具える。一実施例において、信号発生器２０２を、ＶＣＯ（電圧制御発振器）入力部２０８を有する関数発生器として構成する。波形発生器２０６をプログラム可能とし、一実施例において、予め決められた電圧波形２１０を発生するように構成し、この予め決められた電圧波形２１０を、ＶＣＯ入力部２０８に入力し、関数発生器２０２に、第１周波数ＦＳ１から第２周波数ＦＳ２まで掃引し、追加の可変周波数ＦＶを有する周波数掃引信号を供給させるようにする。この周波数掃引は、時間において可変である。一実施例において、前記周波数掃引信号は、９．０ｍｓの掃引時間周期に渡って４５ｋＨｚから５５ｋＨｚまで掃引し、追加信号周波数ＦＶは、１００ｋＨｚで、１．０ｍｓ（ミリ秒）の持続時間を有する。装置２００をこのように構成した場合、ランプ２０においてアーク不安定を生じる周波数を、色混合が始まる前に決定することができる。前記信号周波数の持続時間は調節可能である。図４は、関数発生器２０２の出力を示すタイミング図である。実際の電力周波数は、図４に示す周波数の２倍である。アーク不安定を生じる周波数領域を見つけた後、前記しきい値電力レベルを、信号処理装置２１２によって、上記において説明した装置２２及び１１４と同様の方法において決定する。信号周波数ＦＶを、４５ｋＨｚから５５ｋＨｚまでの周波数掃引内で中心となるように示したが、信号周波数ＦＶを、４５ｋＨｚから５５ｋＨｚまでの周波数掃引の他の部分において発生することができることを理解すべきである。したがって、４５ｋＨｚから５５ｋＨｚまでの掃引範囲内の信号周波数ＦＶと前記周波数とを発生する順序を変化させることができる。
【００２８】
装置２００を使用し、色混合の結果としてアーク不安定を決定することもできる。このような構成において、関数発生器２０６を、関数発生器２０２を制御して第２固定周波数を出力させる波形を出力するように構成する。一実施例において、前記第２固定周波数は、上記において説明した変調周波数２４ｋＨｚの半分の約１２ｋＨｚである。図５は、このような構成において関数発生器２０２によって出力される信号のタイミング図を示す。実際の電力周波数は、図５に示す周波数の２倍である。
【００２９】
さらに他の実施例において、波形発生器２０６を、可変周波数ＦＶを走査するように構成する。このような実施例において、アーク不安定を生じる電力周波数の決定を実行するために、可変周波数ＦＶを、第１周波数から第２周波数まで走査する。例えば、可変周波数ＦＶを、約９５ｋＨｚから約１０５ｋＨｚまで走査することができ、前記ランプ電圧及び電流スペクトルを、上記において説明したように測定する。これは、約１９０ｋＨｚから約２１０ｋＨｚまでの電力周波数を発生する。
【００３０】
本発明の装置及び方法を使用し、比較的より高いバラストブリッジ回路周波数のいずれが、垂直を向いたＨＩＤランプにおけるアーク不安定の原因であるかを決定した。別個のテストを、色混合あり及びなしで行った。アーク不安定を、色混合なしで２０５ｋＨｚ（電力周波数）あたりで検知した。色混合を導入することにより、アーク不安定を生じる電力周波数が、約５ｋＨｚから約１０ｋＨｚ低下した。
【００３１】
本発明の装置及び方法を使用し、比較的より高いバラストブリッジ回路周波数のいずれが、水平を向いたＨＩＤランプにおけるアーク不安定の原因であるかを、色混合あり及びなしで決定した。このテストにおいて、約１９５ｋＨｚの電力周波数が、色混合なしでアーク不安定性を生じた。前記水平を向いたＨＩＤランプに色混合を導入することにより、アーク不安定を生じる電力周波数は、色混合を前記垂直を向いたＨＩＤランプに導入した場合と同じ量だけ低下した。
【００３２】
前記水平を向いたランプにおけるアーク不安定に関するしきい値は、前記垂直を向いたランプに関するしきい値電力レベル値の約半分であった。
【００３３】
音響共鳴周波数の理論的な予測は、アーク不安定を発生する周波数の予測には適していない。第１方位角モードの周波数に基づく場合、第１方位角／第１放射モードは約１８２ｋＨｚ（電力周波数）であり、次のより高い放射又は方位角モードは、約２２０ｋＨｚ（電力周波数）における第５方位角モードである。したがって、約２００ｋＨｚ電力周波数のアーク不安定を、特定の共鳴のせいにすることはできない。しかしながら、本発明は、論理的予測に関する不足又は必要性の影響を除外する。
【００３４】
特定の構成要素又は装置を上記において説明したが、適切な代用及び／又は変形を行うことができることを理解すべきである。すべてのこのような変形と、当業者に容易に思い浮かぶすべての他の変形を、本発明の範囲内であるとみなせることを理解すべきである。
【００３５】
したがって、本発明の方法及び装置は、ＨＩＤランプにおいてアーク不安定を生じる比較的高いバラストブリッジ回路周波数と、これらの周波数に関係するしきい値電力値とを決定する新奇の解決法を与える。前記しきい値電力レベル値を使用し、回路設計基準を公式化し、アーク不安定を示さないＨＩＤランプ製品の設計を考慮する。本発明の装置は、設計において比較的簡単であり、商業的に利用可能な構成要素で実現することができる。さらに、本発明の装置及び方法を、比較的低コストで実現することができる。
【００３６】
本発明の動作の原理、好適実施例及びモデルを、上記明細書において説明した。しかしながら、ここで保護するように意図する本発明を、開示された特別な形式に限定されるとみなすべきではなく、これらを限定的ではなく、説明的であるとみなすべきである。偏向における変化を、当業者によって、本発明の精神から逸脱することなく、行ってもよい。したがって、上記詳細な説明を、事実上の例とみなすべきであり、添付した請求項において述べたような本発明の範囲及び精神を限定するとみなすべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の装置の一実施例のブロック図である。
【図２】本発明の装置の他の実施例のブロック図である。
【図３】本発明の装置のさらに他の実施例のブロック図である。
【図４】図３に示す関数発生器の出力を示すタイミング図である。
【図５】図３に示す関数発生器の他の出力を示すタイミング図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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