JP2011521409A

JP2011521409A - Ｕｈｐガス放電ランプの駆動方法

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Publication number: JP2011521409A
Application number: JP2011509056A
Authority: JP
Inventors: ポルマン−レッチェ，イェンス; ペカルスキー，パヴェル
Original assignee: Koninklijke Philips NV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2008-05-14
Filing date: 2009-05-07
Publication date: 2011-07-21
Also published as: WO2009138916A2; EP2283703A2; US20110062885A1; WO2009138916A3; CN102027808A

Abstract

本発明は、ガス放電ランプ（１）の駆動方法について記載する。ランプ（１）は、どの時点においても多数の駆動方式の中の１つにより駆動され、ランプ（１）は公称動作電力（Ｐ_ｎｏｍ）で又は低減された動作電力（Ｐ_ｄｉｍ）で駆動される。駆動方式の切り替えは、ランプが公称動作電力（Ｐ_ｎｏｍ）で駆動されている場合はランプ（１）の動作電圧と第１の目標電圧（Ｖ_Ｔ１）との間の関係に従って起こり、一方、ランプが低減された動作電力（Ｐ_ｄｉｍ）で駆動されている場合はランプ（１）の動作電圧と第２の目標電圧（Ｖ_Ｔ２）との間の関係に従って起こる。第２の目標電圧（Ｖ_Ｔ２）は低減された動作電力（Ｐ_ｄｉｍ）に基づいて決定される。本発明は、更に、この方法に従ってガス放電ランプ（１）を駆動する駆動ユニット（１０）について記載する。

Description

本発明は、ガス放電ランプの駆動方法と、ガス放電ランプを駆動する駆動ユニットとに係る。

ＨＩＤ（高輝度放電）及びＵＨＰ（超高圧）ランプ等のガス放電ランプでは、ランプの放電チェンバの相対する端部に配置されている２つの電極の間のガスにわたる放電アークによって、明るい光が生成される。短アーク及び極短アーク放電ランプでは、放電チェンバ内の電極は、例えば１ミリメートル以下といった非常に短い距離しか離されていない。従って、ランプの動作中に当該ガスにわたる放電アークも短いが、その輝度は極めて高い。このようなランプは、例えば、画像投写用途や自動車のヘッドライト等、白色光の点光源に近い明るさを必要とする用途にとって有用である。

このようなランプが交流で駆動される場合、夫々の電極は陽極及び陰極として交互に機能し、これにより、放電アークは、交互に、一方の電極から発せられ、次いで他方の電極から発せられる。理想的には、アークは常に同じ点で電極に付き、２つの電極先端の間の最短距離にわたる。しかしながら、高電圧でのＡＣ動作中に達する高温のために、ガス放電ランプの電極は物理的な変化を免れない。すなわち、電極先端は溶け又は焦げ、アークが先端に付く点にある電極先端の１又はそれ以上の場所では構造が大きくなる。電極に対するこのような物理的な変化は、アークがより長く又はより短くなって、ランプの光出力及び光束の変動が生じるので、アークの輝度に悪影響を及ぼしうる。ヘッドライト等の自動車用途の場合、光出力が予測不可能な変化に影響されないことは、明白な理由で、重要である。画像投写システムでは、不安定な光束は、明らかに望ましくない効果であるフリッカとして認識されうる。

従って、安定なアーク長は、投写用途において何よりも重要である。従来の投写器で光束を保つことは、最終的に、長時間短アーク長を保つことを意味する。アーク長は、ランプの動作電圧に直接に関わっている。この関係は、例えば、動作電圧が所定の電圧目標値に達する場合に専用のランプ駆動方式の間で切り替わることによって、問題に対する幾つかのアプローチにおいて使用される。ランプ駆動方式は、アーク長を安定させる働きをし、電極先端の変化が可能な場合に回避されるよう、又は電極における構造の成長及び溶解が制御された方法で起こるよう設計された異なる電流波形及び動作周波数の高度な組み合わせを含みうる。ランプ駆動方式の選択に依存して、電極表面の変形はごく短い時間スケール内で生じうる。

このようなランプのための最先端のドライバが国際公開第２００５／０６２６８４（Ａ１）号パンフレット（特許文献１）に記載されている。特許文献１はその全文を参照により本願に援用される。特許文献１には、目標電圧が予め定められ、ランプドライバはその所定の値を用いて、例えば、ランプの観測された動作電圧が目標電圧値を交差し又は目標電圧値から所定量だけ外れる場合いつでも、異なる電流波形及び動作周波数の特定の組み合わせによる動作モード又は駆動方式の間で切り替わるべき場合を決定する方法が記載されている。第１の動作モードでは、ランプの電極における構造の制御された成長が、整流の直前に電流パルスが付加されるランプ電流の従来の方形波を用いて達成される。第２の動作モードでは、電極表面の制御されたメルトバックが、整流の直前に電流波形に付加される電流パルスを用いずに、第１の動作モードでよりも高い周波数でランプを駆動することによって達成される。

ランプの列に対する所定の目標電圧は、例えば、開発段階の最中に特定のランプタイプについて行われる実験において決定される。次いで、目標電圧は、ランプの動作の間の使用のために、例えばランプドライバのメモリに記憶されてよい。

このようなガス放電ランプの光出力は、例えば、投写システムにより映画におけるより暗い場面を表現するために、低減され又は落とされてよい。これは、映画のレンダリング中に自動で行われる。このようなランプの光出力は、他の理由のために、例えば、装置の電力消費を削減するために、又は冷却装置（ファン）からのノイズを減らすために、又はランプの構成要素に対する熱負荷を減らすことによってランプの寿命を延ばすために、落とされてよい。このような短アークガス放電ランプを用いるフロントプロジェクタ（ビーマー）又はリアルプロジェクション・テレビジョン等のより新しい投写装置は時々、ランプが公称電力レベルよりも低い電力レベルで動作する所謂エコモードを選択する手段をユーザに提供する。

しかしながら、低減された電力レベルでは、上記のような目標電圧に基づく安定化技術はもはや有効でない。低減された動作電力では、ガス放電ランプのアーク長は相当に変化し、動作電圧に対応する変動をもたらす。この不満足な挙動はフリッカとしてユーザに認知され得る。更に、電極は、特に、ランプが長時間低減された電力レベルで駆動される場合に、電圧変動の結果として劣化しうる。この劣化は、最終的に、ランプの不具合を生じさせる。

国際公開第２００５／０６２６８４（Ａ１）号パンフレット

従って、本発明は、上述したような問題を回避しながら安定した光出力が保たれるように上記タイプのランプを低減された電力レベルで駆動する方法を提供することを目的とする。

この目的を達成するために、本発明は、ガス放電ランプの駆動方法であって、前記ランプがどの時点においても多数の駆動方式の中の１つにより駆動され、前記ランプが公称動作電力で又は低減された動作電力で駆動される方法について記載する。前記ランプが前記公称動作電力で駆動されている場合に、前記ランプの動作電圧と第１の目標電圧との間の関係に従って駆動方式の切り替えが起こる。前記ランプが前記低減された動作電力で駆動されている場合に、前記ランプの動作電圧と第２の目標電圧との間の関係に従って駆動方式の切り替えが起こる。前記第２の目標電圧は、前記低減された動作電力に基づいて決定される。

ランプが公称動作電力レベルで駆動される動作モードは、通常、「通常モード」と呼ばれる。一方、低減された電力レベルでの動作モードは、以下で「調光モード」と呼ばれる。いずれの動作モードの間も、ランプのアーク長は、ランプが駆動されている動作モードに従って、適切な技術、例えば、特許文献１に記載される技術を用いるが、適切な第１又は第２の目標電圧を用いて、安定化され得る。

本発明に従う方法の明白な利点は、動作の調光モードで、安定化スキームが、比較的単純な方法で決定される低減された動作電力に特異的に適応することである。これは、本発明に従う方法によれば、ランプのアーク長は、ランプが駆動されている動作モードに無関係に安定することができることを意味する。

ガス放電ランプを駆動する適切な駆動ユニットは、前記ランプが低減された動作電力で駆動されるべき場合に、前記低減された動作電力の値を与える電力レベル入力部と、前記低減された動作電力に基づいて第２の目標電圧を決定する目標電圧決定ユニットとを有する。当該駆動ユニットは、更に、前記ランプの動作電圧をモニタする電圧モニタリングユニットと、前記ランプが公称動作電力で駆動されている場合は前記ランプの動作電圧と第１の目標電圧との間の関係に従って、又は前記ランプが前記低減された動作電力で駆動されている場合は前記ランプの動作電圧と前記第２の目標電圧との間の関係に従って、駆動方式の切り替えを開始する駆動方式スイッチングユニットとを有する。

従属請求項及び以下の記載は、本発明の特に有利な実施形態及び特徴を開示する。

ランプドライバが駆動方式の切り替えを起こす時点は、適切なパラメータに対する動作電圧の挙動によって決定される。本発明の特に好ましい実施形態で、１つの駆動方式から続く駆動方式への駆動方式の切り替えは、前記ランプの動作電圧が目標電圧を上回るよう増大する場合に起こり、あるいは、１つの駆動方式から続く駆動方式への駆動方式の切り替えは、前記ランプの動作電圧が目標電圧を下回るよう低下する場合に起こる。従って、目標電圧は、駆動方式の間の切り替えをトリガするために用いられる閾値レベルの一種と考えられる。動作電圧が目標電圧を交差する場合いつでも、ランプドライバは駆動方式の切り替えをトリガする。動作電圧が目標電圧を下回って低下する場合、これはアーク長が短すぎることを暗示し、第１の駆動方式が使用されてよい。第１の駆動方式では、電極先端が僅かにメルトバックするほど十分にランプ電流の周波数は高い。動作電圧が目標電圧を上回って増大する場合、これはアーク長が長すぎることを暗示し、第２の駆動方式が使用されてよい。第２の駆動方式では、ランプ電流波形は、電極の表面に再び先端を形成させるパルスを含む。このように駆動方式の間を切り替えることで、安定した放電アークが達成され得る。

本発明に従う方法において、ランプの特定の動作モードでは、１つの駆動方式は、目標電圧を上回る動作電圧に適用され、他の駆動方式は、その目標電圧を下回る動作電圧に適用されてよい。

ランプの動作モードは、例えば、公称動作モード又は調光動作モードであってよい。調光モードの動作では、ランプは、電力消費が少ないように駆動される。これらの異なる動作モードで、相異なる目標電圧を用いることに加えて、駆動方式の種々の組又は組み合わせが、関連する目標電圧とともに使用されてよく、これにより、最適なアーク長安定化がランプのあらゆる動作モードについて得られる。

上述されるタイプの高圧ランプにおけるアーク長がランプの動作電圧に関係することは分かっている。電極間のより高い電圧は電極先端の溶解に関連し、それにより、（ガラスエンベロープの相対する側から互いに面する）電極の間の分離、ひいてはアーク長は大きくなる。同様に、電極間のより低い電圧は電極面上の構造又は先端の成長に関連し、それにより、電極先端の間の距離は事実上小さくなり、アーク長も然るべく小さくなる。

従って、本発明の好ましい実施形態で、調光動作モードでの使用のための第２の目標電圧は、ランプが公称動作電力レベルで駆動されている場合よりも低減された動作電力で駆動されている場合にランプのアーク長が短くなるように、決定される。

本発明に従う方法では、調光動作の間の電圧変動から生ずる不安定さは基本的に除かれ、これにより、アーク長、ひいては収集可能な光束は安定する。これは、ランプ電力が下げられる場合に、目標電圧を適応させること、すなわち、第２の目標電圧を決定することによって、達成される。第２の目標電圧は様々な方法で決定され得る。

本発明の１つの特に簡単な実施形態で、第２の目標電圧は、低減された動作電力に対する公称動作電力の比に基づいて第１の目標電圧を適応させることによって決定される。例えば、第１の目標電圧は、下記の式

に従って、低い方の（低減された）電力レベルを高い方の（公称）電力レベルで割ることによって得られる分数を第１の目標電圧に乗じることで小さくされてよい。

なお、Ｕ_ｌｏは、調光モードの動作のための第２の目標電圧であり、Ｕ_ｈｉは公称動作電圧であり、Ｐ_ｌｏは、ランプが駆動されるべき選択された電力レベルであり、Ｐ_ｈｉは公称ランプ電力値又はランプの関連する電力である。ここで、下付き文字「ｈｉ」及び「ｌｏ」は、高い（公称）及び低い（低減された）動作モードを夫々示す。第２の目標電圧は、単純に、動作電力が低下するのと同じ割合だけ第１の目標電圧を低下させることによって得られる。

このような方法は、全ての電力レベルで平均ランプ電流を一定に保ち、電極間の安定な電流フローを維持する。本発明の更なる好ましい実施形態で、第２の目標電圧は、ランプの公称電流と低減された動作電力との間の関係に基づいて決定されてよい。電力は電圧に電流をかけたものに等しく、且つ、公称動作電圧Ｕ_ｈｉ及び公称電力Ｐ_ｈｉは既知の値であるから、式（１）は

に通分される。

これにより、調光モードの動作での使用のための第２の目標電圧Ｕ_ｌｏは、選択される低減された電力レベルＰ_ｌｏ及び既知の又は測定される公称ランプ電流値Ｉ_ｈｉを用いて決定されてよい。例えば、駆動ユニットは、望ましくは、電流モニタリングユニット及び電圧モニタリングユニットを有してよく、これにより、ランプ電流が通常モードでの動作の間測定され得る。次いで、このランプ電流の値Ｉ_ｈｉは、ランプ電力がより低いレベルＰ_ｌｏに低下する場合に第２の目標電圧を得るために使用されてよい。

はじめに述べられたように、異なる駆動方式の間の切り替えは、ランプのアーク長を安定させる働きをする。これらの進歩したランプ駆動方式を用いた場合のアーク長の安定化は、電極の適切に制御された挙動の結果である。電極の挙動に最も重要な影響を及ぼすパラメータの１つは、電極を流れる電流である。式（１）及び（２）は、より低い又は低減された電力レベルでは、原則的に、ランプが公称電力で駆動される場合と同じ値を電極電流が有することを示す。電流を原則的に一定に保つことによって、電極での負荷も、より大きい又はより小さい一定レベルに保たれ、それにより、より低い電力レベルで、電極は公称電力レベルと同じように振る舞う。すなわち、構造又は先端は、同じ空間的及び時間的スケールにわたって制御された方法で電極において成長し且つ融解する。

実験は、上述されるタイプのガス放電ランプの電気的及び光学的な効率がアーク長によって、従って、間接的には動作電圧によって、影響を及ぼされることを示している。あるランプタイプについて、このランプタイプが最大の電気光学効率を得る動作電圧及び動作電力の夫々の値を決定するために、測定が行われる。一般に、電気光学効率曲線は、ランプの電気光学効率が受け入れられる動作電圧及び電力の値の明確な範囲を示す。この範囲外では、ランプの光出力及び光束は受け入れ難いほど低い。しかしながら、上記の式（１）又は（２）により決定される第２の目標電圧は非常に低いので、この第２の目標電圧によれば、ランプは、その電気光学効率が受け入れ難いほど悪くなるよう駆動される。従って、本発明の更なる好ましい実施形態では、第２の目標電圧は上限閾レベル及び／又は下限閾レベルに従って決定される。ランプタイプの実験値に基づいて、例えば、動作電圧について制限された値範囲は、動作モードに関わらず、動作電圧が高すぎも低すぎもしないことを確かにしながら、受け入れられる電気光学効率が調光モードの動作でさえ維持されるように、決定されてよい。この電圧範囲の境界を示す閾値は、ランプドライバの不揮発性メモリに記憶されてよい。例えば、２Ａの公称電流を有する１２５Ｗの公称電力のランプに関し、実験値は、ある最小の電気光学効率が維持されるべき場合に動作電圧が５０Ｖを下回らず且つ７０Ｖを越えるべきでないことを示す。従って、このランプについては、５０Ｖの低い方の閾値及び７０Ｖの高い方の閾値が定義される。式（１）又は（２）により決定される第２の目標電圧が低い方の閾レベルよりも低い場合、その低い方の閾レベルが代わりに使用される。このようにして、ランプが少なくとも最小の電気光学効率を常に供給することが容易に確かにされ得る。

代替的に、ランプ電力の低下が場合によりランプ電圧の過度に激しい低下をもたらす式（１）及び（２）の線形アプローチを用いることに代えて、非線形アプローチが使用されてよい。これは、調光モードの動作における目標電圧の過度の低下を回避する。従って、本発明の好ましい実施形態で、第２の目標電圧は、以下

のような、式（１）の非線形バージョンを用いて得られる。

なお、Ｕ_ｌｏは第２の目標電圧に対応し、Ｕ_ｈｉは第１の目標電圧に対応し、Ｐ_ｈｉは公称動作電力に対応し、Ｐ_ｌｏは低減された動作電力に対応し、スカラー指数αは、０より大きく且つ１より小さいか又は１に等しい正の実数である。α＝１によれば、式（３）は式（１）に単純化する。先と同じく、あるランプタイプについて実験で得られる測定は、スカラー指数αの１つ又はそれ以上の適切な値を決定するために、行われてよい。例えば、どの指数値を使用すべきかの選択は、公称ランプ電力に対するより低いランプ電力の比の大きさによって規定されてよい。すなわち、調光の程度は指数値の選択に影響を与えうる。これらの値は、ランプドライバによる使用のために、不揮発性メモリに記憶されてよい。

明らかに、本発明に従う方法では、例えば、式（３）により決定される第２の目標電圧が必要とされる最小値よりも決して小さくならないことを確かにするよう、式（３）により得られる電圧値も、上述されるように、上限閾レベル及び下限閾レベル、すなわち、限界に制約される。

電力及び電圧の突然の変化は、ランプ環境が落ち着くまで、ある時間期間、ランプの不安定な挙動をもたらしうる。動作モードの間の変更時におけるこのような不安定さを回避するよう、本発明の更なる実施形態で、第１の動作電力から第２の動作電力へのランプ電力の変化は累進的に時間間隔にわたって達成され得、それにより、ランプ電力は第２の動作電力レベルに向かって段階的に調整される。この時間間隔の間、中間電圧目標値は、例えば、上記の技術の１つを用いて、決定されてよい。例えば、公称電力レベルから低減された電力レベルへの変化時に、ランプ電力の段階的なより低い値は、所望の電力レベル、従って、最終的な第２の目標電圧レベルが達成されるまで、一連の目標電圧値を決定するために使用されてよい。

公称動作電力レベルと低減された動作電力レベルとの間で変化するとの決定は、例えば、ランプドライバのプロセッサで実行される適切なソフトウェアアルゴリズムによって、自動で行われてよい。これは、ランプの寿命が最適化されるように、ランプを自動操作するよう行われてよい。本発明の代替の実施形態で、ランプの動作電力は、ユーザ入力によって定められてよい。例えば、ユーザは、プロジェクタ又はビーマーのリモートコントロールを用いて、プロジェクタに含まれるランプドライバに公称電力で又は低減された電力でランプを駆動させる。リモートコントロールはこの目的のための専用のボタンを有してよく、あるいは、ユーザは、適切な選択肢を選ぶために、例えばＴＶ画面上に示されているダイアログをナビゲートするようリモートコントロールの様々なボタンを用いることができる。次いで、電圧目標値は、ランプが駆動されるべき動作モードに従って決定されてよい。

この電圧目標値は、長さが不定の時間の間ランプドライバによって必要とされるので、望ましくは、決定される目標電圧値は、ランプドライバがアクセスすることができる不揮発性メモリに記憶される。これは、ランプドライバがこの値を一度だけ計算する必要があり、その後は、ランプの瞬時動作電圧が目標電圧と比較されるべき場合に、簡単に、記憶されている目標電圧の値を参照することができることを意味する。不揮発性メモリは、また、ランプがランプのスイッチオフ後に同じ動作モードで再始動されるべき場合に、特に有利である。

明らかに、本発明に従う方法及び駆動ユニットは、安定なアーク及び一定の光束を必要とする、記載されるような短アークガス放電ランプを使用するあらゆる用途に適用されてよい。短アークガス放電ランプのための如何なる既存の最先端の駆動ユニットも、本発明に従う方法によりランプが駆動されることを可能にするよう、考えられる限りで改良されてよい。例えば、比較的少ない労力により、ソフトウェアモジュール及び／又はハードウェアコンポーネントは、既存の投写システム駆動ユニットで置換又は付加されてよい。

本発明の他の目的及び特徴は、添付の図面に関連して考えられる以下の詳細な記載から明らかになるであろう。しかし、当然、図面は単に例示を目的としており、本発明を限定するものではない。

先行技術の方法に従って駆動されるランプの動作電力、電圧及び電流の簡略化されたグラフを示す。先行技術の方法に従って駆動されるランプの動作電圧の簡略化されたグラフを示す。１２５Ｗの公称電力を有する極短アークＵＨＰランプの電気光学効率のグラフを示す。図２のランプについて電力に対する動作電圧の比のグラフを示す。ガス放電ランプと、本発明に従う駆動ユニットの可能な実施のブロック図とを示す。本発明に従う方法により駆動されるランプの動作電力、電圧及び電流の簡略化されたグラフを示す。本発明に従う方法により駆動されるランプの動作電圧の簡略化されたグラフを示す。

図面において、同じ参照符号全体を通して同じ対象を表す。図中の対象は必ずしも実寸で描かれているわけではない。

図１ａは、特許文献１に記載されるような、先行技術の方法に従って駆動されるランプのための１３２Ｗ超短アークＵＨＰランプについて、約３０時間の短い時間スパンにわたって、動作電力（上のグラフ）並びに電圧及び電流（下のグラフ）の簡略化されたグラフを示す。このランプで、所定目標電圧は、駆動方式を切り替えるべき場合を決定するために、ランプのドライバによって使用される。明りょうさのために、このグラフ及び他のグラフは、実際の測定値の代わりに、平滑化されたラインを示す。

図１ａの上のグラフは、約７４時間の動作時に、ランプ電力が１３２Ｗの公称値から１１０Ｗに低下し、ランプ電力が残りの時間この低減されたレベルに保たれることを示す。ランプの電圧（実線）及び電流（点線）の挙動は、下のグラフに示されている。ランプ電力の低下の前に、ランプの電圧及び電流は、約６４Ｖ及び２．１Ａで、原則的に安定したレベルを示している。しかし、ランプ電力が低下した後、ランプ電圧及びランプ電流は不安定に振る舞う。この不安定さの結果として、ランプの光出力の変動が現れる。

先行技術に従うランプ駆動方法は、公称電力レベルでのランプの動作の間の電圧及び電流の比較的一定なレベルから明らかなように、動作電圧が実際に目標電圧に達し又は目標電圧を交差して、駆動方式の切り替えをトリガする限り、適切に働く。しかし、ランプ電力の低下の結果として動作電圧が落ちると、固定の電圧目標値は、ランプ電圧がもはやこの範囲にないので、もはや基準として有用ではなく、結果として、ランプドライバは駆動方式の間の所望の切り替えをトリガすることができない。従って、より低い電力でのランプ動作の間、ランプの電圧及び電流は予測不可能な望まないレベルの変動を示す。これは、図１ｂでより明りょうに示されている。図１ｂは、長時間、この場合に１００時間以上にわたるランプ電圧を示す。ランプは、グラフの異なる領域内で電力値によって示されるように、公称の又は低減された電力レベルで駆動される。公称電力での動作の期間中、ランプ電圧は安定することができ、最終的には比較的一定の値に落ち着く。しかし、低減された電力レベルでの動作の間、ランプ電圧は予測できないほどに変動する。

この望ましくない状況は、本発明に従う方法によって改善される。当該方法は、上記の特許文献１に基づく駆動方式管理方法又は同様の駆動方式を利用するが、以下で詳細に説明されるように、例えば、式（１）又は（２）により、且つ、適切な回路素子を用いるランプドライバで測定される動作電圧及び電流の値により、低減された電力レベルで駆動される場合のランプの第２の電圧目標レベルを決定する。

上述されるタイプのランプは、一般に、それらの公称電力レベルで、すなわち、所定の動作電圧レベルで駆動され、これにより、所望の光出力が得られる。ランプが、高すぎる又は低すぎる電圧レベルで駆動される場合、ランプの光出力、従って、収集可能な光束は満足ではない。如何なるランプタイプについても、実測が観測され、その結果は、電気光学効率（electro-optical efficiency）のグラフを得るためにプロットされる。代替的に、ランプの特性及び適用が知られる場合に高い精度を有して電気光学効率の計算を可能にする理論モデルが使用されてよい（「Light-sources for small-etendue applications: A comparison of Xenon- and UHP-lamps」、Proceedings of SPIE Vol.5740、13〜26頁、2005年を参照されたし。）。このようなグラフは図２に示され、１２５Ｗの公称電力、２Ａの公称電流及び２５０ｂａｒのランプ圧を有する超短アークＵＨＰランプについて計算されている。結果として得られるグラフは、１２５Ｗのマーク（上の破線）の近くに当該ランプの電気光学効率の明確な最大値を示す。ランプがその公称電力の６０％、すなわち、７５Ｗに落とされる場合、第２の目標電圧は、６２．５Ｖの元の目標電圧から３７．５Ｖに下げられるべきである。グラフから読み取られるように、このより低い電圧レベルでランプを駆動することは、受け入れ難いほど低いレベルの効率（下の破線）をもたらす。それだけでなく、ランプは、電力の低下の結果として、著しく低い光出力をもたらす。すなわち、約１０％の当該用途での光束の損失も、より低い電気光学効率に起因して生じうる。ランプ電力の過剰な低下を回避するよう、本発明に従う方法により決定される第２の目標は、上述されたように、ある範囲内にあるよう制限されてよい。例えば、その範囲は、上の破線によって、すなわち、４７Ｖから６２．５Ｖの間に境界されてよい。この例で、ランプが薄暗くされるべき場合に、式（１）の単純な公式を用いて決定される第２の動作電圧（３７．５Ｖ）は、上の破線によって与えられる範囲の外側にある。この場合に、下側の閾限界、すなわち、４７Ｖが第２の目標電圧として使用される。

図３は、式（１）及び（２）の線形アプローチにより得られるものよりも良い第２の目標電圧値を得る他のアプローチを表す。ここでは、図２のランプについて電力比に対する第２の目標電圧のグラフが示されている。直線の破線は、式（１）に従って計算される、比Ｐ_ｌｏ／Ｐ_ｈｉに対する第２の目標電圧Ｕ_ｌｏの値を示す。ランプの公称電力（Ｐ_ｌｏ／Ｐ_ｈｉ＝１）で、ランプ電圧は、その公称電圧、すなわち、６２．５Ｖである。ランプがその公称電力の６０％で駆動される場合、式（１）は、第２の目標電圧Ｕ_ｌｏについて３７．５Ｖの値をもたらす。これは、上述されたような不満足な性能を引き起こしうる。より良い結果は式（３）を用いて得られる。α＝０．５を用いた結果が実線でプロットされている。公称電力の６０％で、この曲線は、図２に示される許容範囲内にある４８．４Ｖの第２の目標電圧を与える。この非線形アプローチは、明らかに、線形アプローチに比べて、より良い結果、すなわち、より高い第２の目標電圧値をもたらす。

図４は、ガス放電ランプ１と、本発明に従う駆動ユニット１０の一実施形態のブロック図とを示す。示されているシステムは、例えば、投写システムの部分として使用されてよい。

示される回路は、ダウンコンバータユニット３のために、例えば３８０ＶといったＤＣ供給電圧を有する電源２を有する。ダウンコンバータユニット３の出力部は、バッファキャパシタＣ_Ｂを介して整流ユニット４に接続されている。整流ユニット４は点灯段５に給電する。点灯段５によって、ランプ１は点灯されて動作する。ランプ１が点灯すると、放電アークがランプ１の電極６の間に確立される。ランプ電流の周波数は周波数発生器７によって制御され、ランプ電流の波形は波形成形ユニット８によって制御される。制御ユニット１１（その機能はより詳細に説明される。）は、制御信号７０及び８０を夫々周波数発生器７及び波形成形ユニット８に供給し、それにより、ランプの電圧及び電流の振幅、周波数及び波形は瞬時要件に従って制御され得る。

バッファキャパシタＣ_Ｂに印加される電圧は、更に、分圧器Ｒ_１、Ｒ_２を介して制御ユニット１１内の電圧モニタリングユニット１２に供給される。電圧モニタリングユニット１２はランプ１の動作電圧をモニタする。動作電圧は、タイマ１５又はクロック１５によって与えられる所定の時間間隔で測定されてよい。

駆動ユニット１０の外に示されている電力レベルセレクタ９は、ランプ１が駆動されるべき電力レベルを設定するために使用される。電力レベルセレクタ９は、例えば、リモートコントロールユニット上のボタンを有してよい。選択された電力レベルＰ_ｎｏｍ、Ｐ_ｄｉｍは、適切な電力レベル入力部９０によって制御ユニット１１に送られる。ランプ１がその公称電力で駆動されるべきことを電力レベルＰ_ｎｏｍが示す場合、不揮発性メモリ１６から取り出される第１の電圧目標レベルＶ_Ｔ１は、特許文献１に記載されるように、ランプ電圧が第１の目標電圧Ｖ_Ｔ１を上回っているのか、あるいは、第１の目標電圧Ｖ_Ｔ１を下回っているのかに従って駆動方式の間の切り替えを生じさせることによって、ランプ安定化管理を制御するために使用される。ランプ１が低減された電力レベルで駆動されていることを電力レベル信号Ｐ_ｄｉｍが示す場合、目標電圧決定ユニット１３は、メモリ１６に記憶されているパラメータ値１７に基づいて、第２の目標電圧Ｖ_Ｔ２を計算する。目標電圧決定ユニット１３に必要とされるパラメータ１７は、採られるアプローチに依存する。例えば、式（１）が第２の目標電圧Ｖ_Ｔ２を計算するために用いられる場合、目標電圧決定ユニット１３は公称電力Ｐ_ｈｉ及び公称動作電圧Ｖ_ｈｉの夫々の値を必要とする。式（３）が使用される場合、目標電圧決定ユニット１３は、更に、αの値を必要とする。代替的に、上記のアプローチの１つにより製造時に得られる一種のルックアップテーブルが、第２の目標電圧Ｖ_Ｔ２を決定するために使用されてよい。

上述されるように第１の目標電圧Ｖ_Ｔ１の所定値を取り出すことに代えて、目標電圧決定ユニット１３は、当然に、この値を計算するためにも使用されてよい。このようにして、ランプ１の如何なる動作モードについても、瞬時目標電圧値は動的に決定され得る。

電圧モニタリングユニット１２からの制御出力に基づいて、駆動方式切り替えユニット１４は、どの時点においてもランプ１が駆動されるべき波形及び周波数を決定し、適切な信号７０、８０を周波数発生器７及び波形成形ユニット８に供給する。周波数発生器７は、適切な周波数で整流ユニット４を駆動し、波形成形ユニット８は、ダウンコンバータユニット３を用いて、正確な電流／パルス波形が所望の駆動方式又は動作モードのために生成されることを確かにする。とり得る駆動方式パラメータ（波形、周波数等）は特許文献１に記載されている。

示される駆動ユニット１０が投写システムで使用される場合、同期信号Ｓが外部ソース（図示せず。）から駆動ユニット１０に供給されてよく、ランプドライバ１０が、例えば、投写システムの表示ユニット又は色発生ユニットと同期して動作することができるように、周波数発生器７、波形成形ユニット８及び制御ユニット１１に分配される。

図において、メモリ１６、駆動方式切り替えユニット１４、電圧モニタリングユニット１２、目標電圧決定ユニット１３、及びタイマ１５は全て、制御ユニット１１の部分として示されている。明らかに、これは単なる例示にすぎず、これらのユニットは必要に応じて別々に実現されてよい。制御ユニット１１又は少なくとも制御ユニット１１の部分（例えば、駆動方式切り替えユニット１４又は目標電圧決定ユニット１３）は、駆動ユニット１０のプロセッサで実行可能な適切なソフトウェアとして実現されてよい。これは、有利に、駆動ユニットが必要な波形成形ユニット及び周波数発生器を設けられるという条件で、既存のランプ駆動ユニットが、本発明に従う方法により動作するようグレードアップされることを可能にする。駆動ユニット１０は、望ましくは、更に、例えば、異なるランプタイプが代用され、あるいは、異なる性能が望まれる場合に、第２の目標電圧の計算に必要とされる第１の目標電圧及び他のパラメータが製造時に又は後にメモリ１６にロードされ得るように、適切なインターフェイス（図示せず。）を設けられる。

図５ａは、図１ａ及び図１ｂと同じではあるが、本発明に従う方法を用いて、且つ、ランプが公称電力よりも低い電力レベルで駆動されるフェーズの間第２の電圧目標が計算される上記タイプのランプドライバを用いて駆動されるランプについて、動作電力、電圧及び電流のグラフを示す。図５ａの上のグラフはランプ電力を示し、約２５時間の動作にわたって行われた測定を示す。下のグラフでは、明らかなように、短い安定時間の後、ランプ電圧（実線）及びランプ電流（点線）は夫々、５３Ｖ及び２．０５Ａのレベルに関して許容可能な僅かな量しか変動しない。特に、ランプ電流は、公称動作モードと調光動作モードとの間でほとんど変化しない。本発明に従う方法の利点は、図５ｂでより明確に見られる。図５ｂは、より長い時間スパン、この場合には１２０時間の動作にわたるランプの挙動を示す。図５ｂの測定に関し、ランプ電力は、（グラフ中ピーク電圧値を含む領域に対応する）１３２Ｗの公称レベルに断続的に増大し、次いで、（より低い電圧値を含む領域に対応する）１１０Ｗに再び下がる。グラフは、ランプ電圧が（図１ｂの状況と比較して）両方の電力レベルフェーズの間（たとえ異なっても）比較的一定のレベルに定められることを明りょうに示す。

本発明は、望ましくは、安定なアーク（軸方向（axial）及び側方（lateral）の両方）を必要とする用途で上記の方法により駆動され得る全てのタイプの超短アークＵＨＰランプとともに使用されてよい。本発明は好ましい実施形態及び変形例の形で開示されているが、当然に、多数の付加的な改良及び変形が本発明の適用範囲から外れることなく行われてよい。また、ランプドライバはランプの多種多様な目標電圧を管理することができ、どの時点においてもランプが駆動されている状況に従って特定の目標電圧を適用することができると考えられる。これらの目標電圧は夫々、上記の方法のいずれかにより決定され得る。

明りょうさのために、当然に、本願全体を通しての「１つの（a又はan）」の使用は複数個を除外せず、「有する（comprising）」は他のステップ又は要素を除外しない。「ユニット（unit）」又は「モジュール（module）」は、別に述べられない限り、多数のユニット又はモジュールを有してよい。

Claims

ガス放電ランプの駆動方法であって、
前記ランプがどの時点においても多数の駆動方式の中の１つにより駆動され、
前記ランプが公称動作電力で又は低減された動作電力で駆動され、
前記ランプが前記公称動作電力で駆動されている場合に、前記ランプの動作電圧と第１の目標電圧との間の関係に従って駆動方式の切り替えが起こり、
前記ランプが前記低減された動作電力で駆動されている場合に、前記ランプの動作電圧と第２の目標電圧との間の関係に従って駆動方式の切り替えが起こり、
前記第２の目標電圧は、前記低減された動作電力に基づいて決定される、方法。
異なる駆動方式の間の切り替えは、前記ランプのアーク長を安定させる働きをし、
前記第２の目標電圧は、前記ランプが前記公称動作電力で駆動されている場合よりも前記ランプが前記低減された動作電力で駆動されている場合に前記ランプのアーク長が短くなるように、決定される、請求項１に記載の方法。
前記第２の目標電圧は、前記低減された動作電力に対する前記公称動作電力の比に基づいて前記第１の目標電圧を適応させることによって、決定される、請求項１又は２に記載の方法。
前記第２の目標電圧は、式

により得られ、
Ｕ_ｌｏは前記第２の目標電圧の値であり、Ｕ_ｈｉは前記第１の目標電圧の値であり、Ｐ_ｈｉは前記公称動作電力の値であり、Ｐ_ｌｏは前記低減された動作電力の値であり、αは０≦α≦１のような正の実数である、請求項３に記載の方法。
前記第２の目標電圧は、前記ランプの公称電流と前記低減された動作電力との間の関係に基づいて決定される、請求項１又は２に記載の方法。
前記第２の目標電圧は、上限閾レベル及び／又は下限閾レベルに従って決定される、請求項１乃至５のうちいずれか一項に記載の方法。
第１の駆動方式から第２の駆動方式への駆動方式の切り替えは、前記ランプの動作電圧が目標電圧を上回って増大する場合に起こり、前記第２の駆動方式から前記第１の駆動方式への駆動方式の切り替えは、前記ランプの動作電圧が目標電圧を下回って低下する場合に起こる、請求項１乃至６のうちいずれか一項に記載の方法。
前記公称動作電力から前記低減された動作電力へのランプ電力の変化は、累進的に時間間隔にわたって達成され、これにより、前記ランプ電力は、前記低減された動作電力のレベルに向かって段階的に低下し、中間電圧目標値は前記時間間隔の間に決定される、請求項１乃至７のうちいずれか一項に記載の方法。
ランプ電力は前記低減された動作電力から前記公称動作電力へと増大し、前記ランプ電圧はランプ電流に基づいて決定される、請求項１乃至８のうちいずれか一項に記載の方法。
前記ランプの動作電力はユーザ入力によって定められる、請求項１乃至９のうちいずれか一項に記載の方法。
ガス放電ランプを駆動する駆動ユニットであって、
前記ランプが低減された動作電力で駆動されるべき場合に、前記低減された動作電力の値を与える電力レベル入力部と、
前記低減された動作電力に基づいて第２の目標電圧を決定する目標電圧決定ユニットと、
前記ランプの動作電圧をモニタする電圧モニタリングユニットと、
前記ランプが公称動作電力で駆動されている場合は前記ランプの動作電圧と第１の目標電圧との間の関係に従って、又は前記ランプが前記低減された動作電力で駆動されている場合は前記ランプの動作電圧と前記第２の目標電圧との間の関係に従って、駆動方式の切り替えを開始する駆動方式スイッチングユニットと
を有する駆動ユニット。
ガス放電ランプと、
請求項１１に記載の駆動ユニットと
を有する投写システム。