(57)【要約】電源システムにおいて、高輝度放電（ＨＩＤ）ランプにおける色混合を提供する方法が、より低い第１周波数とより高い第２周波数値との間にわたる周波数掃引を所定期間内に行う周波数掃引信号を供給するステップを具えている。調整可能な周波数値及び調整可能な変調指数を有する振幅変調信号も供給する。結果的に、前記周波数掃引信号を前記振幅変調信号によって変調する。最大ランプ電圧を検出するまで、前記振幅変調信号の周波数を調整する。その後に、最大ランプ電圧を与える変調周波数でシステムを動作させて、これによりランプにおける色分離をほとんど除去する。
2004504709.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高輝度放電（ＨＩＤ）ランプにおける色混合を提供するための電源システムにおいて、
より低い第１周波数値とより高い第２周波数値との間にわたる周波数掃引を所定期間内に行う周波数掃引信号を供給すべく構成した掃引信号発生器と；
調整可能な周波数値及び調整可能な変調指数を有する振幅変調信号を供給すべく構成した振幅変調信号発生器と；
前記掃引信号発生器及び前記振幅変調信号発生器に結合した混合器とを具えて、該混合器が、前記周波数掃引信号を前記振幅変調信号によって振幅変調して、前記振幅変調した周波数掃引信号が前記ランプを駆動するようにして；
さらに、前記ランプにおける色分離をほとんど除去するように、前記振幅変調信号の周波数を調整すべく構成したコントローラを具えていることを特徴とする電源システム。
【請求項２】
さらに、前記ランプに結合され、前記振幅変調信号の周波数の変化に応答して、前記ランプの電圧を測定する電圧測定モジュールを具えていることを特徴とする請求項１に記載の電源システム。
【請求項３】
前記コントローラをさらに、前記振幅変調信号の周波数の変化に応答して測定した前記ランプ電圧値を記憶すべく構成したことを特徴とする請求項２に記載の電源システム。
【請求項４】
前記ランプの動作中に、最大ランプ電圧値を与える振幅変調周波数に対応する信号によって前記ランプを駆動することを特徴とする請求項３に記載の電源システム。
【請求項５】
前記最大ランプ電圧値を与える振幅変調周波数が、前記ランプの２次縦モード周波数を表現することを特徴とする請求項４に記載の電源システム。
【請求項６】
前記周波数掃引信号の前記より低い第１周波数値が、前記ランプの方位角の１次音響共振モード周波数よりも大きく、かつ前記周波数掃引信号の前記より高い第２周波数値が、前記ランプの半径方向の１次音響共振モード周波数よりも小さいことを特徴とする請求項５に記載の電源システム。
【請求項７】
前記振幅変調信号の変調指数を、前記ランプ内に化学的成分の大幅な増加が生じないように十分低くしたことを特徴とする請求項３に記載の電源システム。
【請求項８】
前記ランプ電圧の各測定どうしの間に、前記振幅変調信号発生器をオフ状態にすることを特徴とする請求項７に記載の電源システム。
【請求項９】
前記コントローラをさらに、バックグラウンド減算法によって前記ランプ電圧値を測定すべく構成したことを特徴とする請求項８に記載の電源システム。
【請求項１０】
電源システムにおいて、高輝度放電（ＨＩＤ）ランプにおける色混合を提供する方法であって、
より低い第１周波数値とより高い第２周波数値との間にわたる周波数掃引を所定期間内に行う周波数掃引信号を供給するステップと；
調整可能な周波数値及び調整可能な変調指数を有する振幅変調信号を供給するステップと；
前記周波数掃引信号を前記振幅変調信号によって振幅変調して、前記振幅変調した周波数掃引信号が前記ランプを駆動するようにするステップと；
前記ランプにおける色分離をほとんど除去するように、前記振幅変調信号の周波数を調整するステップと
を具えていることを特徴とする色混合の提供方法。
【請求項１１】
さらに、前記振幅変調信号の周波数の変化に応答して、前記ランプの電圧値を測定するステップを具えていることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
さらに、前記振幅変調信号の周波数の変化に応答して測定した前記ランプ電圧値を記憶するステップを具えていることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
さらに、前記ランプの動作中に、最大ランプ電圧値を与える振幅変調周波数に対応する信号によって前記ランプを駆動するステップを具えていることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
さらに、前記振幅変調周波数の値を与える前記振幅変調周波数を、前記ランプの２次縦モード周波数として割り当てるステップを具えていることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
さらに、前記ランプの方位角の音響共振モード周波数を、前記周波数掃引信号の前記より低い第１周波数値として割り当てて、前記ランプの半径方向の１次音響共振モード周波数を、前記周波数掃引信号の前記より高い第２周波数値として割り当てるステップを具えていることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
さらに、前記ランプ電圧の各測定どうしの間に、前記振幅変調信号をオフ状態にするステップを具えていることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
さらに、前記ランプ電圧値を測定する際に、バックグラウンド減算を行うステップを具えていることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
電源システムにおいて、高輝度放電（ＨＩＤ）ランプにおける色混合を提供する方法であって、
（ａ） より低い第１周波数値とより高い第２周波数値との間にわたる周波数掃引を所定期間内に行う周波数掃引信号を供給するステップと；
（ｂ） 上限周波数値と下限周波数値との間の範囲で調整可能な周波数値、及び調整可能な変調指数を有する振幅変調信号を供給するステップとを具え、前記振幅変調信号の周波数を、前記上限周波数値または前記下限周波数値の一方にして；
（ｃ） さらに、前記周波数掃引信号を前記振幅変調信号によって振幅変調して、前記振幅変調した周波数掃引信号が前記ランプを駆動するようにするステップと；
（ｄ） 前記振幅変調信号の周波数を増分ステップで調整するステップと；
（ｅ） 前記各調整の後に、前記ランプの電圧値を測定するステップと；
（ｆ） 前記振幅変調信号の周波数が、前記上限または下限の他方に達するまで、前記調整及び測定のステップを繰り返すステップと；
（ｇ） 最大ランプ電圧値を与える前記振幅変調信号用の周波数値を選択するステップと
を具えていることを特徴とする色混合の提供方法。
【請求項１９】
前記振幅変調信号を供給するステップがさらに、前記振幅変調信号の周波数を前記上限に設定するステップを具えて、前記調整のステップがさらに、前記振幅変調信号を前記増分ステップで減少させるステップを具えていることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記周波数掃引信号を供給するステップがさらに、前記ランプの方位角の音響共振モード周波数を、前記周波数掃引信号の前記より低い第１周波数値として割り当てて、前記ランプの半径方向の１次音響共振モード周波数を、前記周波数掃引信号の前記より高い第２周波数値として割り当てるステップを具えていることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
さらに、前記ランプ電圧の各測定の後に、前記振幅変調信号をオフ状態にして、前記ランプ電圧の各測定の前に、前記振幅変調信号をオン状態にするステップを具えていることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
さらに、前記振幅変調信号の変調指数を十分低い値に設定して、前記ランプ内の化学的成分の濃度が大幅に増加しないようにするステップを具えていることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記最大ランプ電圧値に対応する前記振幅変調周波数を選択した後に、前記ランプを、前記上限値を有する前記振幅変調信号で再び駆動して、前記上限周波数を、前記最大ランプ電圧値に対応する、前記選択した振幅変調周波数まで減少させるステップをさらに具えていることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
さらに、前記振幅変調信号が前記選択した振幅変調周波数になった後に、前記変調指数を増加させるステップを具えていることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
さらに、前記各測定の前後にランプ電圧値をバックグラウンド減算して、前記各測定についてのランプ電圧を次式：
Ｖｆ１−［（Ｖｂ１＋Ｖｂ２）／２］、
ここに、Ｖｆ１は前記振幅変調信号がオン状態の際のランプ電圧であり、Ｖｂ１は前記振幅変調信号がオン状態になる前のランプ電圧であり、Ｖｂ２は前記振幅変調信号を再びオフ状態にした際のランプ電圧である；
に割り当てるステップを具えていることを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
電源システムにおいて、ＨＩＤランプにおける色混合を提供する方法であって、
時系列的に配置した入力信号を供給するステップを具え、前記信号が、より低い第１周波数値とより高い第２周波数値周波数との間にわたる周波数掃引を第１期間内に行う周波数掃引信号として構成される第１信号成分を有し；
さらに、第２期間中の一定周波数信号として構成される第２信号成分を供給するステップと；
前記ランプを、前記第１信号成分及び前記第２信号成分を時系列的に配置した信号で駆動するステップと；
前記一定周波数信号の周波数を調整して、前記ＨＩＤランプにおける色分離をほとんど除去するステップと
を具えていることを特徴とする色混合の提供方法。
【請求項２７】
さらに、前記一定周波数信号の周波数の変化に応答して、前記ランプの電圧値を測定するステップを具えていることを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
さらに、前記一定周波数信号の変化に応答して測定した前記電圧値を記憶するステップを具えていることを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
さらに、前記ランプの動作中に、最大ランプ電圧値を与える前記一定周波数信号に対応する信号によって前記ランプを駆動するステップを具えていることを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
さらに、前記最大ランプ電圧値を与える前記一定周波数信号の一定周波数の２倍の値を、前記ランプの２次縦モード周波数として割り当てるステップを具えていることを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
さらに、前記ランプの方位角の音響共振モード周波数を、前記周波数掃引信号の前記より低い第１周波数値として割り当てて、前記ランプの半径方向の１次音響共振モード周波数を、前記周波数掃引信号の前記より高い第２周波数値として割り当てるステップを具えていることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項３２】
さらに、前記ランプ電圧の各測定どうしの間に、前記一定周波数信号をオフ状態にするステップを具えていることを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
さらに、前記ランプ電圧値を測定する際に、バックグラウンド減算を行うステップを具えていることを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、高輝度放電ランプにおける色混合を提供する電源システム、及び色混合を提供する方法に関するものである。本発明は特に、ガス放電ランプに供給する２次縦モード信号の周波数を特定するシステム及び方法に関するものである。
【０００２】
（従来技術）
高輝度放電ランプ（ＨＩＤ）は、例えば、効率及び輝度が他の種類の低圧水銀蒸気蛍光ランプに比べて高いことのような多くの利点によって、ますます普及してきている。これらのＨＩＤランプは、２０ｋＨｚ以上の範囲の駆動電流信号を発生すべく構成した高周波電子安定器によって駆動することができる。
【０００３】
しかし、ＨＩＤランプ用の高周波安定器を使用することの障害は、高周波動作において発生し得る音響共振／アークの不安定性である。音響共振は多くの例においてアークのちらつき（フリッカ）を発生し得るものであり、これは人間にとって非常に煩わしいものである。さらに、音響共振はアークを消失させ得るものであり、さらに悪いことには、アークが放電ランプの壁面に対して恒久的に偏向したままになって、壁面を損傷させ得る。
【０００４】
近年、セラミック（多結晶アルミナ）容器を採用した高輝度放電ランプの新たなクラスが開発されている。このクラスのランプの放電容器は円筒形であり、そのアスペクト比、即ち内部長を内径で割った値が１に近いか、あるいは１より大きい。通常、１よりもずっと大きいアスペクト比を有するランプが所望の高効率特性を有するが、これらのランプは、垂直動作と水平動作とで色特性が異なるという欠点を有する。特に垂直動作では色分離が発生する。
【０００５】
この色分離は、アークの像をスクリーン上に投影することによって観測することができ、これにより、アークの底部がピンク色に見えて、最上部が青色または緑色に見えるということが示される。このことは、放電において金属原子添加物の完全な混合が存在しないことによって生じる。放電の上部ではタンタル及び水銀の放出が過剰であり、ナトリウムの放出が不十分である。この現象により色温度が高くなって、水平動作に比べて効率が低下する。
【０００６】
米国特許出願番号０９／３３５／０２０、発明の名称”Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ Ｉｎ ａ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ Ｌａｍｐ”、１９９９年６月１７日出願の特許は、電流信号の周波数掃引を掃引時間内に行って、２次縦モード周波数と称する周波数を有する振幅変調した信号と組み合わせることによって、アークの不安定性及び色分離を除去するか、あるいは十分に低減する方法について教示しており、これは参考文献として本明細書に含める。こうした動作用の通常のパラメータは、掃引時間１０ミリ秒以内の、４５ｋＨｚから５５ｋＨｚまでの電流周波数掃引であり、そして一定の振幅変調周波数２４．５ｋＨｚ及び変調指数０．２４である。
【０００７】
前記変調指数は（Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ）／（Ｖｍａｘ＋Ｖｍｉｎ）として定義され、ここにＶｍａｘは振幅変調のエンベロープの最大ピーク−ピーク電圧であり、Ｖｍｉｎは振幅変調のエンベロープの最小ピーク−ピーク電圧である。４５ｋＨｚ〜５５ｋＨｚの周波数範囲は、方位角の１次音響共振モード周波数と半径方向の１次音響共振モード周波数との間にある。そして２次縦モード共振周波数を数学的に導出することができ、ここにｎ次縦モード共振の電力（パワー）周波数はｎ×Ｃ１／２Ｌに等しく、ｎはモード数であり、Ｃ１はランプの軸平面内の平均音速であり、Ｌはランプの内部長である。しかし、ランプ内の温度変化によってＣ１に微小な変化が生じるため、所定のランプの２次縦モード共振周波数を正確に計算することは不可能である。これに加えて、製造公差によってＬに微小な相違が生じ得る。
【０００８】
従って、上述した注目すべき教示にもかかわらず、放電ランプに供給する信号の２次縦モード周波数を、好適かつ正確な方法で特定すべく改善したシステム及び方法の必要性が存在する。
【０００９】
（発明の開示）
本発明の一好適例によれば、電流周波数の掃引を掃引時間内に行って、放電ランプの２次縦モードの音響共振モードに対応する周波数を有する振幅変調した信号と組み合わせることによって、高輝度放電ランプを動作させる。２次縦モード周波数ｆＹは、まず下限の２次縦モード周波数ｆＬを設定し、そして上限の２次縦モード周波数ｆＨを設定することによって導出する。次に、それぞれランプの方位角の１次音響共振モードと半径方向の１次音響共振モードに対応する、方位角の１次音響共振モード周波数と半径方向の１次音響共振モードとの間にわたって周波数掃引を行う電流信号を、ガス放電ランプに供給する。
【００１０】
次に、前記周波数掃引した電流信号を、周波数ｆＨ及び所定の変調指数ａを有する信号で振幅変調する。次にランプ電圧を測定する。次に振幅変調周波数ｆＨを所定量Δｆだけ減少させ、そして前記周波数掃引した電流信号と再び混合する。前記振幅変調した信号の周波数がｆＬに達するまで、ランプ電圧を繰り返し測定する。ｆＨｋＨｚからｆＬｋＨｚまでについて、周波数対電圧の曲線を作成する。ランプ電圧における最大値は周波数ｆｍａｘに対応し、この値は次に色混合に利用する。
【００１１】
本発明の他の好適例によれば、前記振幅変調した信号の供給及びランプ電圧の測定に続いて、前記振幅変調した信号を「オフ」状態にする。
【００１２】
本発明のさらに他の好適例によれば、バックグラウンド減算メカニズムを採用してランプ電圧の短期変動を補償し、この変動は、振幅変調及び色混合効果に依存しない。こうするために、振幅変調した信号を前記周波数掃引信号と混合する前後の、振幅変調が「オフ」状態のランプ電圧信号値どうしを平均して、この平均値を、振幅変調及び混合が「オン」状態のランプ電圧から減算するような方法で、ランプ電圧の測定を実行する。
【００１３】
一旦色混合周波数ｆｍａｘを特定すると、前記周波数掃引信号を、周波数ｆＨを有する振幅変調した信号と再び混合する。次に振幅変調周波数を周波数ｆｍａｘまで減少させて、変調指数ａを、色混合モードにおいて採用すべき変調指数ａｍｉｘまで増加させる。
【００１４】
本発明のさらに他の好適例によれば、ＨＩＤランプを、時系列的に配置された２つの分離した信号によって駆動する。これにより、第１信号は２次縦モード共振の周波数の半分に固定した周波数を具えて、前記方位角の１次音響共振モードと前記半径方向の１次音響共振モードとの間で周波数掃引を行う第２信号がこれに続く。２次縦モード周波数ｆＹは、まず２次縦モード周波数の下限ｆＬを設定し、そして２次縦モード周波数の上限ｆＨを設定することによって導出される。
【００１５】
時系列的な配置において、まず周波数ｆＨ／２を有する固定周波数の信号を固定時間区間ｘだけ供給することによってランプを駆動し、これに続いて時間区間（ｔ−ｘ）にわたる周波数掃引を行う。次にランプ電圧を測定する。次に、周波数掃引信号を時間区間全体に延ばすことによって前記固定周波数の信号を「オフ」状態にし、そして固定周波数ｆＨを指定量Δｆだけ減少させて、そして前記周波数掃引した電流信号を再びランプに供給する。前記固定周波数信号の周波数がｆＬ／２に達するまで、ランプ電圧を繰り返し測定する。ｆＨからｆＬまでについて、周波数対電圧曲線を作成する。ランプ電圧における最大値は周波数ｆｍａｘに対応し、この値は次に色混合に利用する。
【００１６】
（発明を実施するための最良の形態）
図１に、本発明の一実施例による、ＨＩＤランプにおける色混合を提供するための電源システム１０を示す。この電源システムは、上述した色分離なく動作するガス放電ランプ１４に供給する電流駆動信号を発生すべく使用する。
【００１７】
電源システム１０はコントローラ２４を具え、これは、ガス放電ランプ１４についての２次縦共振モードに対応する２次縦モード周波数ｆＹを特定すべく構成されている。コントローラ２４は、マイクロプロセッサのような、当業者に周知のあらゆるプログラム可能な装置とすることができる。バス２６は、電源システム１０の種々の構成要素をコントローラ２４に結合する。
【００１８】
システム１０は掃引発生器１２も具え、これは２つの周波数値間にわたる周波数掃引を行うべく構成されている。掃引発生器１２の出力ノードを混合器（ミクサ）１８の入力ノードに結合する。本発明の一実施例によれば、これらの周波数値は、ランプ１４の方位角の１次音響共振モードよりも大きく、かつランプ１４の半径方向の１次音響共振モードよりも小さい。円筒形のランプについては、方位角の１次共振モードを励起するための周波数は１．８４×Ｃｒ／Ｂ×Ｄに等しく、ここにＣｒは半径方向の平面内の平均音速であり、Ｄはランプ１４の内径である。さらに、半径方向の１次音響共振モードを励起するための周波数は３．８３×Ｃｒ／Ｂ×Ｄに等しく、ここにＣｒは半径方向の平面内の平均音速であり、Ｄはランプ１４の内径である。掃引発生器１２が発生する信号の周波数範囲は通常、掃引時間１０ｍｓで４５ｋＨｚ〜５５ｋＨｚにわたる。
【００１９】
４５ｋＨｚ〜５５ｋＨｚの間には追加的な音響共振モードが存在するが、周波数掃引が十分に速く、かつこの共振が十分弱く、ランプはほぼ安定に留まる。従って、４０ｋＨｚ〜約７０ｋＨｚの範囲内の１０ｋＨｚの周波数掃引で、安定なランプ動作を得ることができる。
【００２０】
システム１０は振幅変調（ＡＭ）信号発生器１６も具え、これは前記掃引周波数信号を所望の周波数で、変調指数ａで振幅変調すべく構成されている。図１に示すように、信号発生器１６の出力ノードを混合器１８の第２入力ノードに結合する。本発明の一実施例によれば、ステップ制御モジュール２０を信号発生器１６に結合して、発生器１６が供給する振幅変調した信号の周波数を、規定した増分ステップで増減させる。なお本発明の他の実施例によれば、ステップ制御モジュール２０の機能はコントローラ２４によって達成することもできる。さらに、発生器１６が供給する振幅変調した信号の変調指数ａは、コントローラ２４によって制御することができる。
【００２１】
システム１０は電圧測定モジュール２２も具え、これは、ランプにおける２次縦モード共振を励起するために必要な２次縦モード周波数を特定するプロセス中に、放電ガスランプの電圧を測定すべく構成されている。こうするために、混合器１８の出力ノードを、ランプ１４を駆動する信号を供給すべく構成する。
【００２２】
振幅変調が存在しなければ、掃引周波数ｆ±Δｆを有する電流信号によってランプ１４を駆動し、これに対応するパワー（電力）周波数は２ｆ±２Δｆに位置する。この電力周波数は音響共振を励起するために重要である。振幅変調の加算により、混合器１８の出力ノードから供給される信号は次式のように規定される。
Ｃｏｓ（２π（ｆ±Δｆ）ｔ×［１＋ａ×Ｃｏｓ（２πｆγｔ））］
ここにｆγは振幅変調される信号の周波数であり、ａは変調指数であり、ここではａ＜１である。前記振幅変調した信号を２乗してパワースペクトルを得て、ａの項のみを保って、周波数２ｆ±２Δｆ＋ｆＹ、２ｆ±２Δｆ−ｆＹ、及びｆＹにおけるパワー周波数が得られる。ｆＹにおけるパワーは、２ｆ±２Δｆ＋ｆＹまたは２ｆ±２Δｆ−ｆＹにおけるパワーの２倍である。なお周波数を掃引しても、ｆＹにおけるパワー周波数は固定のままに留まる。
【００２３】
図２Ａ及び図２Ｂに、本発明の一実施例によるシステム１０が出力する前記振幅変調した信号についての周波数スペクトルを示す。ここで図２Ａは、前記振幅変調した信号の電圧周波数対相対電圧のグラフである。本発明の一実施例によれば、図２Ａに示すように、掃引発生器１２が、４５ｋＨｚから５５ｋＨｚまでにわたる周波数掃引の信号を供給する。発生器１６が供給する振幅変調した信号は、周波数２４ｋＨｚ及び変調指数０．２５を有する。結果的に混合器１８の出力ポートに出る信号は、図２Ａに示す電圧周波数特性を有し、ここでは中心分布が４５ｋＨｚ〜５５ｋＨｚであり、幅１０ｋＨｚの側波帯の中心が２６ｋＨｚ及び７４ｋＨｚにある。
【００２４】
図２Ｂにパワー周波数分布を示し、ここでは、９０ｋＨｚから１１０ｋＨｚまでにわたる中心分布、及び７６ｋＨｚと１２４ｋＨｚを中心とする幅２０ｋＨｚの２つの側波帯が、２４ｋＨｚの２次縦モード周波数にある固定パワー周波数と共に存在する。
【００２５】
なお本発明の他の実施例によれば、発生器１２が供給する周波数掃引信号と、発生器１６が供給する振幅変調した信号とを混合する代わりに、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、時系列的に配置された２つの分離した信号によってランプ１４を駆動することができる。こうするために、掃引発生器１２を、２次縦モード共振周波数の半分の固定周波数の信号を発生すべく構成し、その上で、図２Ａを参照して前に説明した、方位角の１次音響共振モードと半径方向の１次音響共振モードとの間で周波数掃引を行う。
そしてこのサイクルを反復する。本発明の一実施例によれば、振幅変調を必要とせずにランプ１４に電力を供給することができる。
【００２６】
時系列的に配置されたパワー周波数は、掃引周波数の２倍、及び固定電流周波数の２倍になる。例えば、４５ｋＨｚ〜５５ｋＨｚの電流周波数を供給する際には、パワー周波数は９０ｋＨｚから１１０ｋＨｚまでにわたる。さらに、１２．３ｋＨｚの固定周波数を供給する際には、パワー周波数は２４．６ｋＨｚになる。これらのパワー周波数は振幅変調で得られるものと同じであるが、７６ｋＨｚ及び１２４ｋＨｚを中心とした幅２０ｋＨｚのＡＭ側波帯がない。
【００２７】
図４Ａは、本発明の一実施例による、２次縦モード共振周波数を特定するプロセスのフローチャートであり、この周波数はランプ１４（図１）における色分離をほぼ除去するものである。このためステップ１１０では、振幅変調発生器１６が周波数ｆＨの信号を供給して、本発明の一実施例によれば、この周波数は２７ｋＨｚである。変調指数ａは例えば約８％のような小さい量である。変調指数の大きさは、ランプ内にナトリウムのような化学的成分の大幅な増加が生じないように十分小さくなければならない。ナトリウムの増加がランプ電圧を抑制して、ランプ電圧が振幅変調なしの値よりも低くなることさえも発生しうるので、このようにする。一方、掃引発生器１２は、図１を参照して前に説明したように、掃引周波数を供給している。ステップ１１２では、電圧測定モジュール（図１）がランプ１４におけるランプ電圧を測定して、電圧測定値をコントローラ２４に供給して、この値が記憶される。ステップ１１４では、ＡＭ発生器１６を「オフ」状態にして、振幅変調した信号をランプ１４に供給しないようにする。
【００２８】
ステップ１１６では、ＡＭ発生器１６の周波数ｆＹを、例えば１００Ｈｚのような量Δｆだけ減少させる。ステップ１１８では、ＡＭ発生器１６の周波数ｆＹが、例えば２１ｋＨｚのような下限しきい値に達するまで、システムがステップ１１０から１１８までを繰り返す。システムが、ステップ１１０から１１８までに至る反復動作のすべてについてランプ電圧値を測定するのに要する時間を、走査期間として定義する。通常、各走査期間は約１分を要し、ここで１／２秒はＡＭ発生器が「オン」状態であり、１／２秒はＡＭ発生器が「オフ」状態であり、約６０回の周波数ステップについて測定する。
【００２９】
ステップ１２０では、コントローラ２４が、周波数ｆ＝ｆＭＡＸに対応する最大ランプ電圧値を特定し、この周波数は、最大ランプ電圧値を発生させた振幅変調周波数に相当する。その後にコントローラ２４は、この周波数値を、ランプ１４用の２次縦モード周波数として割り当てる。
【００３０】
ランプの動作中には、ステップ１２２では、振幅変調周波数ｆＹ＝ｆＨでランプを動作させて、これは振幅変調周波数の上限であり、例えば２７ｋＨｚである。ステップ１２４では、前記ＡＭ変調器をオフ状態にしないで、周波数ｆＹをｆＭＡＸまで減少させる。前記周波数ｆγを１／２秒毎にΔｆだけ減少させることが有利である。その後に、ＡＭ発生器１６の変調指数ａを、例えば２４％のようなより高い値に増加させる。なお本発明の一実施例によれば、２次縦モード周波数が移動するので、周波数ｆＭＡＸを、例えば１ｋＨｚのような追加的な所定量だけ減少させる。前述したように、変調指数の増加によって、ナトリウムのような、ランプの特定成分が増加することがあり、これが２次縦モードの周波数を減少させ得る。
【００３１】
なお図４Ａのフローチャートには、高い周波数ｆＨの変調した信号から開始するプロセスを示しているが、下限周波数ｆＬの変調した信号からプロセスを開始して、周波数ステップを増加させてランプ１４における最大電圧値を得ることもできる。こうしたものとして、図４Ｂにランプ電圧対ＡＭ周波数の曲線を、周波数減少を用いるプロセスと周波数増加を用いるプロセスとを比較して示す。本発明の一実施例によれば、図４Ｂの曲線は、図４Ａのステップ１１０〜１１８中に、変調指数を約９．６％に設定して、１００Ｈｚの周波数ステップΔｆで、前記ＡＭ発生器を０．１秒間「オン」状態にして０．１秒間「オフ」状態にして作成したものである。
【００３２】
本発明の他の実施例によれば、２次縦モード共振を発生させるために適切な振幅変調周波数を特定するために、バックグラウンド減算法を利用する。いくつかの瞬時において、一部のランプが、前記走査期間中に短期間のランプ電圧の変動を示し、これは振幅変調及び色混合効果とは無関係である。本発明によるバックグラウンド減算法は、前記走査期間中のこうした短期間の変動を補償する。
【００３３】
図５Ａは、本発明によるバックグラウンド減算法を表現するフローチャートである。本発明のこの実施例によれば、各振幅変調測定の前後に前記ＡＭ発生器を「オフ」状態にしたランプ電圧値を平均して、この値を、前記ＡＭ発生器を「オン」状態にしたランプ電圧値から減算する。
【００３４】
結果として、ステップ２１０では、ＡＭ発生器１６（図１）の周波数ｆＹを上限ｆＨに設定して、変調指数ａを例えば８％のように十分に小さくする。ステップ２１２では、振幅変調した信号を混合器１８に供給する前か、あるいはＡＭ発生器１６を「オン」状態にする前にランプ電圧Ｖｂ１を測定する。ステップ２１４ではＡＭ発生器１６を「オン」状態にして、これによりステップ２１６では、振幅変調した信号を混合器１８に供給しながらランプ電圧値Ｖｆ１を測定する。
【００３５】
ステップ２１８では、前記ＡＭ発生器を再び「オフ」状態にして、振幅変調した信号を混合器１８に供給しないでランプ電圧値Ｖｂ２を測定する。ステップ２２２では、コントローラ２４が、次式で定義するランプ電圧値を、周波数ｆＹに対応するものとして記憶する。
Ｖｆ１−［（Ｖｂ１＋Ｖｂ２）／２］
【００３６】
ステップ２２４では、ＡＭ発生器１６の周波数ｆＹを、例えば１００Ｈｚような所定量Δｆだけ減少させる。ステップ２２６では、ＡＭ発生器１６の周波数ｆＹが下限ｆＬに達するまで、ステップ２１２〜２２２によって記述するプロセスを繰り返す。
【００３７】
ステップ２２８では、コントローラ２４が、記憶している、ステップ２２２で定義したランプ電圧の最大値、及びこれに対応する周波数ｆＹ＝ｆＭＡＸを特定して、これは２次縦モード共振周波数を表わす。そして次のステップによってプロセスを完了する。
【００３８】
ステップ２３０では、ランプ１４を再び、掃引発生器１２が発生する電流信号で駆動し、この信号は周波数ｆＹ＝ｆＨであり、変調指数ａは約８％である。その後に、ステップ２３２では、周波数ｆＹを１／２秒毎にΔｆだけ、ｆＭＡＸまで減少さて、前に図４Ａを参照して説明したように、変調指数ａを約２４％まで増加させる。図５Ｂには、図５Ａを参照して説明した振幅変調した信号及び電圧測定値の時系列を示す。
【００３９】
図６Ａ及び図６Ｂは、垂直に動作させたランプ１４についての、ランプ電圧値をＡＭ周波数ｆＹの関数としてプロットした図である。ランプ電圧は１５４．４ボルトから１５９．６ボルトまで変化している。最大電圧は２１．６ｋＨｚで発生している。同じデータのバックグラウンド減算法によって、この最大電圧は２５ｋＨｚに移動する。なおバックグラウンド減算がなければ、このグラフには、２５ｋＨｚと２１．６ｋＨｚに２つの頂点が現われる。しかし、２１．６ｋＨｚは前記２次縦モード共振周波数未満なので、この周波数では色混合が不可能であった。
【００４０】
図７は、本発明の一実施例による、時系列的な配置にもとづく２次縦モード共振周波数を特定して、ランプ１４（図１）における色分離をほとんど除去するプロセスのフローチャートである。このためステップ３１０では、周波数ｆＴＳ＝ｆＨ／２の固定周波数の信号を約１ｍｓ間供給し、これに続いて４５ｋＨｚ〜５５ｋＨｚの周波数掃引を行う。本発明の一実施例によれば、ｆＨ／２は１３．５ｋＨｚに等しい。前記固定周波数の信号を供給する期間は、ランプ１４に供給する信号の期間全体の、例えば１０％のような少しの割合である。ステップ３１２では、電圧測定モジュール２２（図１）がランプ１４におけるランプ電圧を測定して、この電圧測定値をコントローラ２４に供給して、この値が記憶される。ステップ３１４では、周波数掃引の持続時間を期間全体の１０ｍｓまで増加させることによって、固定周波数信号を「オフ」状態にする。
【００４１】
ステップ３１６では、固定周波数信号の周波数ｆＴＳを、例えば５０Ｈｚのような量Δｆだけ減少させる。ステップ３１８では、周波数ｆＴＳが、例えば２１／２ｋＨｚ即ち１０．５ｋＨｚの下限しきい値に達するまで、システムがステップ３１０〜３１８を繰り返す。
【００４２】
ステップ３２０では、コントローラ２４が、周波数ｆＴＳ＝ｆＴＳＭＡＸに対応する最大ランプ電圧値を特定して、この周波数は、この最大ランプ電圧値を発生した固定周波数信号に相当する。その後にコントローラ２４は周波数値ｆＴＳＭＡＸを、ランプ１４についての２次縦モード周波数に相当する電流周波数として割り当てる。
【００４３】
ランプの動作中には、ステップ３２２では、ｆＴＳ＝ｆＨ／２の周波数を有する固定周波数信号でランプを動作させて、この周波数は振幅変調周波数の上限であり、例えば１ｍｓに対して１３．５ｋＨｚか、または約１０％のデューティサイクルである。ステップ３２４では、前記固定周波数をオフ状態にしないで、周波数ｆＴＳを５０ＨｚずつｆＴＳＭＡＸまで低減させる。この動作の段階中にｆＴＳＭＡＸに達した後に、時系列的な信号の固定周波数部分を２．５ｍｓまたは約２５％のデューティサイクルに設定する。なお、本発明の他の実施例によれば、前に説明したバックグラウンド減算法を、時系列的な配置において同様に採用することもできる。
【００４４】
従って、本発明の種々の実施例によれば、適切な２次縦モード周波数を特定することによって、高輝度放電ランプを非常に小さい色分離で動作させることができ、この周波数は最大ランプ電圧の動作に対応する。本発明の原理にもとづいて説明したプロセスを採用することによって、ランプの幾何学的形状あるいは化学的性質にかかわらず、あらゆるＨＩＤランプについての２次縦モード周波数を好適かつ正確に特定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による、ガス放電ランプを駆動すべく用いる電源システムのブロック図である。
【図２Ａ】本発明の一実施例による、２次縦モード共振を発生するための振幅変調した周波数掃引信号の電圧周波数スペクトルのプロット図である。
【図２Ｂ】図２Ａに示す電圧周波数スペクトルに対応する電力周波数スペクトルのプロット図である。
【図３Ａ】本発明の他の実施例による、２次縦モード共振を発生するための時系列的信号の電圧周波数スペクトルのプロット図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示す電圧周波数スペクトルに対応するパワー周波数スペクトルのプロット図である。
【図４Ａ】本発明の一実施例による、ガス放電ランプにおける２次縦モード共振を励起するための周波数を特定するプロセスのフローチャートである。
【図４Ｂ】本発明の一実施例により、２次縦モード周波数を特定するために、振幅変調した信号の周波数を一方の限界から他方の限界まで増加または減少させる際の、ランプ電圧対振幅変調（ＡＭ）周波数の曲線を示す図である。
【図５Ａ】本発明の他の実施例による、バックグラウンド減算法を用いて、ガス放電ランプにおける２次縦モード共振を励起する周波数を特定するプロセスのフローチャートである。
【図５Ｂ】図５Ａを参照して説明した、振幅変調した信号及び電圧値測定についての時系列を示す図である。
【図６Ａ】本発明によるバックグラウンド減算法ありの、電圧対振幅変調（ＡＭ）周波数の曲線を示す図である。
【図６Ｂ】本発明によるバックグラウンド減算法なしの、電圧対振幅変調（ＡＭ）周波数の曲線を示す図である。
【図７】時系列的な配置を用いた、ガス放電ランプにおける２次縦モード共振を励起するための周波数を特定するプロセスのフローチャートである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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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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