DE69810053T2

DE69810053T2 - Gerät zum Betreiben einer Entladungslampe

Info

Publication number: DE69810053T2
Application number: DE69810053T
Authority: DE
Inventors: Shigeru Horii; Satoshi Kominami; Koji Miyazaki
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-09-26
Filing date: 1998-09-24
Publication date: 2003-07-17
Anticipated expiration: 2018-09-25
Also published as: EP0906003A2; KR19990030118A; US6130508A; JP3246407B2; CN1213264A; JPH11102790A; EP0906003B1; EP0906003A3; DE69810053D1

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Entladungslampen- Betriebsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, die in der Lage ist, eine Krümmung eines Entladungsbogens infolge einer durch die Schwerkraft induzierten Konvektion zu reduzieren, die verursacht wird, wenn eine Entladungslampe, insbesondere eine HID-Lampe (Hochleistungs-Entladungslampe) horizontal erleuchtet wird.

2. Verwandte Technik der Erfindung

In den jüngsten Jahren sind HID-Lampen verbreitet auf dem Gebiet der Außenbeleuchtung und dergleichen aufgrund der Merkmale einer hohen Effizienz und langen Lebensdauer verwendet worden. Von diesen weisen Metall-Halogen-Lampen eine gute Farbwiedergabeeigenschaft auf, und werden nicht nur auf dem Gebiet der Außenbeleuchtung sondern auch auf dem Gebiet der Innenbeleuchtung weitverbreitet, indem von der speziellen Eigenschaft der beste Gebrauch gemacht wird, und erzielen ferner Aufmerksamkeit als eine Lichtquelle für Videogeräte und als eine Lichtquelle für Vorderlampen von Fahrzeugen.
Wenn in einer herkömmlichen Entladungslampen-Betriebsvorrichtung ein Betrieb mit mehreren kHz oder einer höheren Frequenz vorgenommen wird, tritt eine schädliche akustische Resonanzerscheinung auf, und es sind Variationen, Flammen-Aussetzer und dergleichen des Entladungsbogens aufgetreten. Als ein Verfahren zur Lösung solcher Probleme wird in Collection of Theses Nr. 10 of Tokyo Branch Conference of the Lighting Society im Jahre 1983 ein Verfahren beschrieben. Es wird offenbart, dass diese Entladungslampen-Betriebsvorrichtung in der Lage ist, Variationen, Flammen-Aussetzer und eine Lampenzerstörung des Entladungsbogens zu verhindern, die von einer akustischen Resonanzerscheinung herrühren, die für eine HID-Lampe eigentümlich sind, die eine Entladungslampe ist, und stabil zu arbeiten, indem sie einen Rechteckwellen-Strom einer niedrigen Frequenz (mehrere Hundert Hz) an die HID-Lampe liefert.
Wenn die HID-Lampe jedoch in einer Betriebsvorrichtung dieser Art horizontal erleuchtet wird, kann ein stabiler Betrieb vorgenommen werden, jedoch krümmt sich der Entladungsbogen wie ein Bogen nach oben, der unter dem Einfluss der durch die Schwerkraft induzierten Konvektion gezogen wird, die durch eine Temperaturverteilung verursacht wird, die innerhalb des Entladungsraums auftritt. Dies erhöht die Temperatur im oberen Abschnitt des Entladungsraums, so dass eine beträchtliche Verschlechterung, d. h. eine Entglasung oder Verformung des Quarzglases bewirkt wird, das ein Glasgehäusematerial zur Definition des Entladungsraums ist, was folglich zu einem Problem führt, dass die Lampenlebensdauer kürzer werden wird, und der Lampenwirkungsgrad infolge der abgesenkten Temperatur am kältesten Punkt am niedrigere Abschnitt des Entladungsraums gesenkt werden wird.
Insbesondere in den letzten Jahren schreitet bei der Metall-Halogen-Lampe, die als eine Lichtquelle für Videogeräte und eine Lichtquelle für Vorderlampen von Fahrzeugen Aufmerksamkeit erzielt, die Verwendung von kürzeren Bögen fort, und es ist notwendig, den Druck weiter zu erhöhen, der durch das Füllmaterial im Entladungsraum verursacht wird, während die Lampe in Betrieb ist. Die Zunahme des Drucks erhöht die durch die Schwerkraft induzierte Konvektion, was die Krümmung des Entladungsbogens größer macht, und die Lampenlebensdauer und den Wirkungsgrad weiter verschlechtert.
Als eine Entladungslampen-Betriebsvorrichtung, die dieses Problem löst, wird eine in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 7-9835 beschrieben. Die Entladungslampen-Betriebsvorrichtung wird unter Bezugnahme auf Fig. 10 beschrieben.
Fig. 10 ist eine Ansicht, die Variationen der Lampenstrom- Wellenform bezüglich der verstrichenen Zeit nach der Inbetriebnahme zeigt, wenn bewirkt wird, dass eine Entladungslampe in einer herkömmlichen Entladungslampen-Betriebsvorrichtung leuchtet (japanischen Patentveröffentlichung Nr. 7-9835), die oben beschrieben wird. Dies wird erreicht, indem eine Wechselstrom-Wellenform 52 einer Gleichstrom-Wellenform 51 überlagert wird. Der Betrieb dieser Wechselstrom-Wellenform 52 verursacht eine akustische Resonanz eines festgelegten Musters, um den Einfluss der durch die Schwerkraft induzierten Konvektion des Füllmaterials in der Entladungslampe zu reduzieren, und als Ergebnis wird der Entladungsbogen gerade.
Als physikalischer Hintergrund davon wird angenommen, dass eine Verdichtungswelle einer Frequenz, die durch die Wechselstrom-Wellenform 52 bestimmt wird, vom Entladungsbogen erzeugt wird, so dass eine stehende Welle erzeugt wird, die zwangsweise bewirkt, dass der Entladungsbogen, der dabei ist, so zu krümmen, gerade wird.
Wenn der Entladungsbogen gerade gemacht wird, gibt es Vorteile, dass es möglich ist, unter anderem die Temperatur des Quarzglases im oberen Abschnitt des Entladungsraums zu senken, die der Grund der Verkürzung der Lebensdauer der Entladungslampe ist, um die Lebensdauer der Entladungslampe auszudehnen und um die Lichtausbeute durch eine Erhöhung der Temperatur des kältesten Punkts im unteren Abschnitt der Entladungsraum zu verbesseren.
Wenn in Fig. 10 ferner der Pegel der Gleichstrom-Wellenform 51 im voraus in einer Periode hoch gemacht wird, bis die Entladungslampe einen Betrieb unter Nennbedingungen erreicht, wird es möglich, unmittelbar nach der Inbetriebnahme eine vorbestimmte optische Ausgangsleistung zu erhalten. Gleichzeitig wird es möglich, eine Rate (einen Wert, der erhalten wird, indem die Differenz zwischen dem Minimalwert und dem Maximalwert der Wechselstrom-Wellenform 52 durch den Wert der Gleichstrom-Wellenform 51 geteilt wird) einer Welligkeit, die in der Wechselstrom-Wellenform 52 auftritt, während der Periode, bis die Entladungslampe einen Betrieb unter Nennbedingungen erreicht, auf den Pegel der Gleichstrom-Wellenform 51 zu reduzieren. Daher legt das nahe, dass der Entladungsbogen nicht instabil wird, sondern dass es möglich ist, vom Beginn des Betriebs der Entladungslampe an einen stabilen Entladungsbogen zu erreichen, selbst wenn sich die Gastemperatur innerhalb der Entladungsraum ändert, und sich die Frequenz, die den Entladungsbogen gerade macht, während der Periode ändert, bis die Entladungslampe den Betrieb unter Nennbedingungen erreicht.
Da jedoch in der oben beschriebenen herkömmlichen Entladungslampen-Betriebsvorrichtung ein elektrischer Strom durch die Entladungslampe in eine Richtung fließt, tritt immer ein elektrisches Feld in eine Richtung auf, obwohl sich die elektrische Feldstärke im Entladungsraum der Entladungslampe periodisch ändert. Aus diesem Grund gab es ein Problem, dass aufgrund einer Kataphorese-Erscheinung, bei der das Füllmaterial sich zu einer Seite schiebt, eine unregelmäßige Farbe im Entladungsbogen auftritt. Da auch die Temperatur am Elektrodenschaft eine asymmetrische Temperaturverteilung aufweist, in der die Temperatur auf der Anodenseite hoch ist, während jene auf der Kathodenseite niedrig ist, wird die Krümmung des Entladungsbogens mehr oder weniger kleiner, wird jedoch nicht ganz gerade, selbst wenn eine Frequenz überlagert wird, die einen Wellentyp anregt, bei dem der Entladungsbogen gerade gemacht wird.
Eine Entladungslampen-Betriebsvorrichtung, wie am Anfang erwähnt, ist aus EP-A-713 352 bekannt. Diese bekannte Vorrichtung verwirklicht einen geraden Entladungsbogen während der gesamten Leuchtperiode. In Verbindung mit der Arbeitsweise dieser Vorrichtung wird erwähnt, dass am Anfangsstadium des Leuchtens, wo der Dampfdruck des Füller niedrig ist, der Lampenstrom, der eine große Modulationstiefe der Welligkeitswellenform aufweist, zugeführt wird, um die Amplitude der Verdichtungswelle zu verstärken. Als Ergebnis kann die Metall-Halogen-Lampe den geraden Entladungsbogen bilden und während der gesamten Leuchtperiode von unmittelbar nach dem Aufleuchten bis zum Leuchten unter Nennbedingungen aufrechterhalten.
Ferner wird in dem Dokument auf die japanische Patentveröffentlichung Nr. 7-9835 bezug genommen, die dem US- Patent Nr. 5198727 und EP-A-443 795 entspricht, das eine Entladungslampen-Betriebsvorrichtung beschreibt. Der Lampenstrom ist ein solcher Strom, dass eine Wechselstromkomponente einer Frequenz, bei der der Einfluss der Konvektion des Füllers der Entladungslampe mit der akustischen Resonanz reduziert wird und der Entladungsbogen gerade gemacht wird, dem Gleichstrom überlagert wird. Unmittelbar nachdem die Entladungslampe die Entladung beginnt, wird ein hochpegeliger Gleichstrom fließen gelassen, und der Pegel des Gleichstroms nimmt mit Ablauf der Zeit ab. Da diesmal die Frequenz und der absolute Wert der Amplitude der Wechselstromkomponente für alle Perioden konstant gemacht werden, ist die Modulationstiefe, unmittelbar nachdem die Entladung begonnen hat, klein genug und nimmt dem Ablauf der Leuchtzeit zu.
Der gegenwärtige Erfinder u. a. haben auf die japanische Patentanmeldung (Japanische Patentanmeldung Nr. 8-220938, 9- 69502 und 9-225001) oder auf die US-Patentanmeldung Nr. 08/ 915641 bezug genommen.
Der Inhalt ist wie folgt: Eine Entladungslampen-Betriebsvorrichtung zum Betreiben einer Entladungslampe, die ein Glasgehäuse, um einen Entladungsraum zu definieren, und ein Paar Elektroden aufweist, die luftdicht innerhalb des Glasgehäuses eingeschlossen sind und einander gegenüberliegen, die umfasst eine Erzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines wellenförmigen Signals, das eine Frequenzkomponente einer akustischen Eigenfrequenz zur Anregung eines Wellentyps aufweist, in dem ein Entladungsbogen, der zwischen dem Paar Elektroden auftritt, gerade gemacht wird, und
eine Modulationseinrichtung zur Modulation des wellenförmigen Signals, so dass die Polarität der Mittellinie des wellenförmigen Signals abwechselnd mit einer Modulationsfrequenz geändert wird, die eine niedrigere Frequenz als die Frequenzkomponente der akustischen Eigenfrequenz aufweist.
Gemäß der Erfindung dieser früheren Anmeldung konnte ein ausreichend gerader Entladungsbogen verwirklicht werden.
Selbst in der Erfindung der früheren Anmeldung kann das folgende betrachtet werden:
Das heißt im Fall eines Betriebs, nachdem die Entladungslampe ausreichend lange erloschen ist, weist der Entladungsraum eine einheitliche Temperaturverteilung auf, die im wesentlichen mit der Umgebungstemperatur der Entladungslampe übereinstimmt, und daher wird die Entladung nicht beträchtlich verformt, wird jedoch am leichtesten am kürzesten Abstand zwischen einem Paar von Elektroden verformt, das heißt an einer geraden Strecke beim Durchschlag, wenn die Entladung beginnt, und danach kann sich diese Entladung zu einem Entladungsbogen entwickeln, um einen stabileren geraden Entladungsbogen zu erhalten.
Im Gegensatz dazu kann im Fall einer Inbetriebnahme, bevor das Erlöschen ausreichend lange her ist, ein Nachteil erwartet werden, dass es Fälle geben kann, wo kein stabiler gerader Entladungsbogen erhalten werden könnte.
Dies ist der Tatsache zuzuschreiben, dass unter dem Einfluss der Temperaturverteilung (Position, wo der Entladungsbogen vorhanden ist: etwa 5000 K bis 7000 K, nahe der Glasumhüllung: etwa 1000 K) im Entladungsraum, die während des Betriebes der Entladungslampe auftritt, die Temperatur in der Umgebung der Mitte des Entladungsraums, wo der Entladungsbogen vorhanden war, für eine vorbestimmte Zeitspanne höher als jene in der Nähe der Glasumhüllung ist, selbst nachdem das Licht ausgemacht wird.
Wenn die Entladung der Entladungslampe in einem Zustand beginnt, der eine ungleichmäßige Temperaturverteilung innerhalb des Entladungsraums aufweist, weist der Hochtemperaturabschnitt, in dem ein Entladungsbogen existierte, eine beträchtliche kinetische Energie der Teilchen innerhalb des Entladungsraums auf und ist sehr gekrümmt, um deren Entladung zu vermeiden, und da dieser gekrümmte Abschnitt ein Ausgangspunkt wird, wird ein verzerrter Entladungsbogen zwischen einem Paar Elektroden gebildet.
Sobald ein Entladungsbogen, der eine Quelle zur Erzeugung einer Verdichtungswelle ist, gekrümmt und erzeugt ist, wird die Verdichtungswelle aus dem gekrümmten Zustand erzeugt, und er wird so wie er ist in einem gekrümmten Zustand stabil.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung ist erzielt worden, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, und ihre Aufgabe ist es, eine Entladungslampen-Betriebsvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, stabil einen geraden Entladungsbogen zu erzeugen, ohne Rücksicht auf das Erlöschen oder dergleichen der Entladungslampe.
Dieser Aufgabe wird durch die Merkmale gelöst, wie sie im kennzeichnenden Abschnitt des Anspruchs 1 enthalten sind.
Weitere Entwicklungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen bekanntgegeben.
In einer vorteilhaften Entwicklung ist eine Zeitspanne, in der die Modulationstiefe α/β der Entladungslampe am Anfang des Betriebes kleiner als eine Modulationstiefe α/β im Betrieb unter Nennbedingungen ist, 10 ms oder weniger.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer Wellenform zeigt, um den Entladungsbogen einer Entladungslampe in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform gerade zu machen;
Fig. 2(a) bis 2(c) sind Ansichten, die schematisch das Ergebnis zeigen, das durch Beobachtung des Wachstumsstadiums eines Entladungsbogens erhalten wird, wenn bewirkt wird, dass eine Entladungslampe durch eine Wellenform neu zündet, die in Fig. 1 gezeigt wird, bevor das Erlöschen ausreichend lange her ist;
Fig. 3(a) ist eine Ansicht, die die Form eines Entladungsbogens zeigt, wenn die Modulationstiefe klein gemacht wird, und Fig. 3(b) ist eine Ansicht, die die Form eines Entladungsbogens zeigt, wenn die Modulationstiefe groß gemacht wird, nachdem die Modulationstiefe klein gemacht wurde;
Fig. 4 ist eine Konstruktionsansicht, die eine Entladungslampen-Betriebsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 5(a) ist eine Ansicht einer Ausgangsstrom-Wellenform der Gleichstromquelle 13, und Fig. 5(b) ist eine Ansicht der Ausgangsstrom-Wellenform einer Inverterschaltung 14;
Fig. 6 ist eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen der elektrostatischen Kapazität eines Kondensators 20 und der Modulationstiefe zeigt;
Fig. 7(a) und 7(b) sind Ansichten, die ein Beispiel der Änderungscharakteristik der elektrostatischen Kapazität des Kondensator 20 bezüglich der verstrichenen Zeit nach dem Betrieb zeigen;
Fig. 8 ist eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen der Ein-Aus-Frequenz eines Transistors 17 und der Modulationstiefe zeigt;
Fig. 9 ist eine Ansicht, die ein weiteres Beispiel einer Wellenform zeigt, um den Entladungsbogen aus einer Entladungslampe in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform gerade zu machen; und
Fig. 10 ist eine Lampenstromwellenform-Ansicht, wenn bewirkt wird, dass die Entladungslampe leuchtet, in einer herkömmlichen Entladungslampen-Betriebsvorrichtung.

Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen die Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsformen vorgenommen.
Bevor die erfindungsgemäßen Ausführungsformen beschrieben werden, wird die oben beschriebene Erfindung der früheren Anmeldung zusammengefasst und beschrieben.
Fig. 1 zeigt ein Beispiel einer Wellenform, um den Entladungsbogen aus einer Entladungslampe gerade zu machen. Diese Wellenform stellt die Frequenzkomponente f2 der akustischen Eigenfrequenz zur Anregung eines Wellentyps bereit, in dem der Entladungsbogen gerade gemacht wird, die aus der Schallgeschwindigkeit der Entladungslampe im Entladungsraummedium und der Länge des Entladungsraums bestimmt wird, die den Entladungsbogen schneidet. Diese Frequenzkomponente f2 kann erhalten werden, wenn es bis zum erneuten Zünden nach dem Erlöschen der Entladungslampe ausreichend lange braucht. Als Wellenform, deren Momentanwert periodisch mit der Frequenzkomponente f2 fluktuiert, wird eine Wellenform verwendet, die erhalten wird, indem die Wellenform der Frequenzkomponente f2 der akustischen Eigenfrequenz so moduliert wird, dass die Polarität mit einer Modulationsfrequenz f1 gewechselt wird, die niedriger als die Frequenzkomponente f2 der akustischen Eigenfrequenz ist.
Wenn die in Fig. 1 gezeigte Stromwellenform einer Entladungslampe zugeführt wird und die Modulationstiefe (ein Wert, der durch Dividieren von α durch den Effektivwert β der Wellenform (modulierte Signalwellenform) der Fig. 1 erhalten wird) auf einen vorbestimmten Wert eingestellt wird, ist es zuerst möglich, einen stabilen, geraden Entladungsbogen zur Zeit des Betriebes unter Nennbedingungen zu erhalten, wenn das Erlöschen der Entladungslampe ausreichen lange her ist.
Jedoch sind die Fig. 2(a) bis 2(c) Ansichten, die schematisch das Ergebnis zeigen, das durch Beobachtung des Wachstumsstadiums eines Entladungsbogens erhalten wird, wenn bewirkt wird, dass eine Entladungslampe durch eine Wellenform neu zündet, die in Fig. 1 gezeigt wird, bevor deren Erlöschen ausreichend lang vergangen ist. In Fig. 2(a) bezeichnet Ziffer 1 ein Paar Elektroden, die luftdicht in einem Glasgehäuse verschlossen sind und einander gegenüberliegen, und Ziffer 2 bezeichnet einen Entladungsbogen, der zwischen dem Paar Elektroden 1 erzeugt wird. Fig. 2(a) ist ein Beispiel, das einen Zustand des Durchschlags zeigt, wenn die Entladungslampe mit der Entladung beginnt. Obwohl die Entladung zwischen den Elektroden 1 auftritt, zeigt Fig. 2(a) ein Beispiel, in dem die Entladung eine S-förmige Gestalt aufweist, jedoch sind andere Entladungen im hohen Maße in die Richtung des Glasgehäuses gekrümmt, und es gibt wenige Fälle, wo die Entladung über den kürzesten Abstand zwischen den Elektroden 1, d. h. gerade, erfolgt. Dies ist auf die ungleichmäßige Temperaturverteilung innerhalb des Entladungsraums zurückzuführen, nachdem das Licht ausgemacht wird, wie oben beschrieben.
Fig. 2(b) zeigt einen Zustand des Entladungsbogens, bis der Betrieb unter den Nennbedingungen erreicht ist, nachdem die Entladung begonnen hat, und der Entladungsbogen wächst, wobei er den gekrümmten Zustand des Entladungsbogens beibehält, der in Fig. 2(a) gezeigt wird. Auch zeigt Fig. 2(c) einen Zustand des Entladungsbogens, wenn der Betrieb unter Nennbedingungen erreicht ist, und es ist zu erkennen, dass kein stabiler, gerader Entladungsbogen erhalten werden kann.
Der gegenwärtige Erfinder fand heraus, dass die Verhinderung einer Verformung dieses Entladungsbogens eng mit der Modulationstiefe zusammenhängt. Fig. 3(a) zeigt die Form des Entladungsbogens, wenn die Modulationstiefe kleiner gemacht wird, indem α in Fig. 1 von dem Zustand kleiner gemacht wird, der in Fig. 2(b) oder Fig. 2(c) gezeigt wird. In Fig. 3(a) bezeichnet Ziffer 1 ein Paar Elektroden, die einander gegenüberliegen, und Ziffer 2 bezeichnet einen Entladungsbogen, der zwischen dem Paar Elektroden 1 auftritt, wie im Fall der Fig. 2(a). Wenn die Modulationstiefe kleiner gemacht wird, wird die Stärke einer Verdichtungswelle niedriger, die vom Entladungsbogen emittiert wird, und der Pegel der akustischen Resonanz wird ebenfalls niedriger.
Daher wird die Verformung des Entladungsbogens hauptsächlich unter dem Einfluss des Auftriebs infolge der durch die Schwerkraft induzierten Konvektion verursacht, die durch die Temperaturverteilung (Mitte des Entladungsbogens: etwa 5000 K bis 7000 K, nahe dem Glasgehäuse: etwa 1000 K) innerhalb des Entladungsraums während des Betriebs verursacht wird, und der Entladungsbogen wird leicht nach oben gekrümmt.
In dieser Hinsicht wird die Modulationstiefe vorzugsweise auf 0,3 oder weniger eingestellt, um den Einfluss der akustischen Resonanz ausreichend zu reduzieren.
Fig. 3(b) zeigt eine Form des Entladungsbogens, wenn die Modulationstiefe zuerst kleiner gemacht wird und danach größer gemacht wird. Es kann ein stabiler, gerader Entladungsbogen gebildet werden.
Da es im Fall eines kurzen Erlöschens eine weite Temperaturverteilung gibt, krümmt sich der auftretende Entladungsbogen im hohen Maße. Wenn jedoch die Modulationstiefe im voraus klein gemacht wird, dann wird nur der Einfluss des Auftriebs infolge der durch die Schwerkraft induzierten Konvektion auftreten. Folglich wird der Entladungsbogen unmittelbar nur unter dem Einfluss des Auftriebs infolge der durch die Schwerkraft induzierten Konvektion gekrümmt. Wenn die Modulationstiefe groß gemacht wird, wird eine Verdichtungswelle vom Entladungsbogen in diesem Zustand erzeugt, und daher wird ein stabiler, gerader Entladungsbogen erzeugt. In dieser Hinsicht gibt es eine weite Temperaturverteilung zur Zeit der erneuten Zündung nach einem kurzen Erlöschen, wie in der Erfindung der früheren Anmeldung beschrieben, und wenn die Modulationstiefe am Anfang groß gemacht wird, wobei der Entladungsbogen im hohen Maße gekrümmt auftritt, wird eine Verdichtungswelle vom gekrümmten Entladungsbogen erzeugt, und daher wird der Entladungsbogen nicht gerade werden.
In dieser Hinsicht ist eine solche technische Analyse strenggenommen nur eine Vermutung, und es kann angenommen werden, dass ein stabiler, gerader Entladungsbogen gemäß einem anderen physikalischen Gesatz erhalten werden könnte.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen die Beschreibung einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform vorgenommen. Fig. 4 ist eine Konstruktionsansicht, die die erste Ausführungsform zeigt, in der Ziffer 11 eine Entladungslampe bezeichnet, in der Quecksilber und Metall-Halogen als Füllmaterial innerhalb eines Glasgehäuses zur Definition des Entladungsraums luftdicht verschlossen sind. Ziffer 12 bezeichnet eine Betriebseinrichtung zur Lieferung der Wellenform der Fig. 1 an die Entladungslampe 11 für den Betrieb. Die Betriebseinrichtung 12 umfasst: im Fall der erneuten Zündung nach einem ausreichend langen Erlöschen eine Gleichstromquelle 13, die eine Erzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines wellenförmigen Signals ist, das eine Wellenform aufweist, die eine Frequenzkomponente einer akustischen Eigenfrequenz zur Anregung eines Wellentyps aufweist, bei dem der Entladungsbogen gerade gemacht wird, deren Mittellinie auf einem konstanten Pegel gehalten wird; eine Inverterschaltung 14, die eine Modulationseinrichtung zur Modulation des wellenförmigen Signals ist, so dass die Polarität abwechselnd mit einer Modulationsfrequenz geändert wird, wobei die Mittellinie des wellenförmigen Signals niedriger als die akustische Eigenfrequenz ist; und eine Starteinrichtung 15 zum Anlegen einer Hochspannung an die Entladungslampe 11, die ausreicht, die Entladung zu starten. In dieser Hinsicht kann die Mittellinie der Wellenform, die die Gleichstromquelle 13 erzeugt, nicht immer auf einem konstanten Pegel sein.
Die Arbeitsweise der ersten Ausführungsform, die wie oben beschrieben aufgebaut ist, wird unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben.
In einer Gleichstromquelle 13 besteht eine Abwärtszerhackerschaltung aus: einer Gleichstromquelle 16, einem Transistor 17, einer Diode 18, einer Zerhackerspule 19 und einem Kondensator 20, die in der Lage ist, seine elektrostatische Kapazität in einer solchen Weise zu variieren, dass die Lampenleistung durch eine Steuerschaltung 24 aus einem Detektionssignal, das der Lampenspannung entspricht, die durch den Widerstand 21 und 22 detektiert wird, und einem Detektionssignal berechnet wird, das dem Lampenstrom entspricht, der durch den Widerstand 23 detektiert wird, und dass ferner das Ein-Aus-Verhältnis des Transistors 17 variabel gemacht wird, so dass die Lampenleistung einen Nennwert annimmt.
Wenn die Ein-Aus-Frequenz des Transistors 17 auf eine akustische Eigenfrequenz zur Anregung des Wellentyps eingestellt wird, bei dem der Entladungsbogen gerade gemacht wird, und bewirkt wird, dass eine Filterschaltung, die aus der Drosselspule 19 und dem Kondensator 20 besteht, die spezielle Eigenschaft aufweist, dass die Frequenzkomponente der akustische Eigenfrequenz nicht abgeschnitten wird, wird die Ausgangsstrom-Wellenform der Gleichstromquelle 13 eine Wellenform annehmen, in der eine vorbestimmte Gleichvorspannung einer Mittellinie überlagert wird, deren Momentanwert periodisch mit einer akustischen Eigenfrequenz zur Anregung des Wellentyps fluktuiert, in der der Entladungsbogen gerade gemacht wird, wie in Fig. 5(a) gezeigt.
Eine Inverterschaltung 14 besteht aus Transistoren 25, 26, 27 und 28, und einer Treiberschaltung 29 in einer solchen Weise, dass durch ein Ausgangssignal aus der Treiberschaltung 29 bewirkt wird, dass abwechselnd eine Periode, in der die Transistoren 25 und 28 eingeschaltet sind, und eine Periode, in der die Transistoren 26 und 27 eingeschaltet sind, auftritt, wodurch die Ausgangswellenform aus der Gleichstromquelle 13 in eine solche Wellenform umgewandelt wird, wie in Fig. 5(b) gezeigt, deren Polarität abwechselnd mit der Modulationsfrequenz geändert wird, die niedriger als die akustische Eigenfrequenz ist, um sie der Entladungslampe 11 zuzuführen. Die Entladungslampe 11, die die Entladung mit der Hochspannung der Starteinrichtung 15 gestartet hat, leuchtet mit der Wellenform auf, die in Fig. 5(b) gezeigt wird. Auch zeigt Fig. 6 eine Beziehung zwischen der elektrostatischen Kapazität des Kondensators 20 und der Modulationstiefe, und die Modulationstiefe wird kleiner, wenn die elektrostatische Kapazität des Kondensator 20 erhöht wird, während die Modulationstiefe größer wird, wenn die elektrostatische Kapazität gesenkt wird.
In der ersten Ausführungsform, die wie oben beschrieben aufgebaut ist, zeigen die Fig. 7(a) und 7(b) ein Beispiel der Änderungscharakteristik der elektrostatischen Kapazität des Kondensators 20 bezüglich der verstrichenen Zeit nach der Inbetriebnahme. Wenn eine vorbestimmte elektrostatische Kapazität eines Rückkopplungskondensators 20 nach der Inbetriebnahme groß gemacht wird, und schrittweise kleiner gemacht wird, wie in Fig. 7(a) gezeigt, ist es möglich, die Modulationstiefe der Entladungslampe 11 zum Beginn des Betriebs schrittweise zu erhöhen. Zu dieser Zeit krümmt sich der Entladungsbogen leicht nach oben, während die Modulationstiefe klein ist, und danach wird er auf einen geraden Entladungsbogen umgeschaltet. Daher ist ein sichtbares Flackern infolge einer Änderung der Form des Entladungsbogens vorherzusagen, jedoch ist es möglich, das Flackern zu verhindern, indem eine Periode, in der die elektrostatische Kapazität des Kondensators 20 groß ist, auf 10 ms oder weniger eingestellt wird.
Auch zeigt Fig. 7(b), dass die elektrostatische Kapazität des Kondensators 20 während einer vorbestimmten Periode nach der Inbetriebnahme groß gemacht wird und allmählich kleiner gemacht wird, und die Modulationstiefe der Entladungslampe 11 zum Beginn des Betriebs allmählich erhöht werden kann.
Zu dieser Zeit ändert sich die Form des Entladungsbogens allmählich von einem gekrümmten Entladungsbogen zu einem geraden Entladungsbogen und ändert sich nicht augenblicklich. Daher wird ein bemerkenswerter Effekt bereitgestellt, dass es möglich ist, ein sichtbares Flackern zu verhindern und auch einen instabilen Betrieb des Entladungsbogens zu verhindern, der wahrscheinlich zu einer Übergangszeit des Umschaltens vom gekrümmten Entladungsbogen zum geraden Entladungsbogen auftritt.
Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform beschrieben. Fig. 8 zeigt eine Beziehung zwischen der Ein-Aus-Frequenz des Transistors 17, wenn die elektrostatische Kapazität des Kondensators 20 in der ersten Ausführungsform konstant gemacht wird, und der Modulationstiefe. Wenn die Ein-Aus Frequenz des Transistors 17 höher gemacht wird, wird die Modulationstiefe kleiner, während wenn die Ein-Aus-Frequenz niedriger gemacht wird, die Modulationstiefe größer wird. Dies ist auf die spezielle Eigenschaft zurückzuführen, dass höhere Frequenzkomponenten von der Frequenzcharakteristik abgeschnitten werden, die durch die Induktivität der Drosselspule 19 und der elektrostatischen Kapazität des Kondensators 20 in der Filterschaltung bestimmt wird.
Wenn die spezielle Eigenschaft der Fig. 8 genutzt wird, ist es durch eine solche einfache Konstruktion, dass die Ein-Aus- Frequenz des Transistors 17 nur am Beginn des Betriebs der Entladungslampe 11 hoch gemacht wird, möglich, am Anfang des Betriebs eine niedrigere Modulationstiefe zu haben als während des Betriebes unter den Nennbedingungen, und der Aufbau der Betriebseinrichtung 12 wird sehr vereinfacht. Auch ist es möglich, die Modulationstiefe schrittweise oder allmählich zu ändern, indem nur durch die Ein-Aus Frequenz des Transistors 17 schrittweise oder allmählich in einer analogen Weise geändert wird. Ferner ist während einer Periode, bis die Entladungslampe 11 einen Betrieb unter den Nennbedingungen nach dem Betriebsbeginn erreicht, eine akustische Eigenfrequenz zur Anregung des Wellentyps, in dem der Entladungsbogen gerade gemacht wird, eine Funktion der Gastemperatur im Entladungsraum, und weist die spezielle Eigenschaft auf, dass sie abnimmt, bis diese Gastemperatur den Betrieb unter den Nennbedingungen erreicht. Daher weist die akustische Eigenfrequenz, die den Entladungsbogen gerade macht, die spezielle Eigenschaft auf, dass sie abnimmt, bis der Betrieb unter den Nennbedingungen erreicht ist.
Wenn der Aufbau so eingerichtet ist, dass eine Frequenzvariationseinrichtung vorgesehen ist, die die Ein-Aus-Frequenz des Transistors 17 ändert, um sie mit der Änderung der akustischen Eigenfrequenz zu synchronisieren, wird die Stabilität des Entladungsbogens zum Beginn des Betriebs verbessert, und es ist möglich, ohne Rücksicht auf das Erlöschen der Entladungslampe einen stabilen, geraden Entladungsbogen vom Beginn des Betriebes bis zum Betrieb unter den Nennbedingungen zu erhalten.
In dieser Hinsicht können in den oben beschriebenen Ausführungsformen für die Entladungslampe 11, sowohl eine HID-Lampe, wie eine Hochdruck-Quecksilberlampe, als auch eine Metall-Halogen-Lampe und eine Hochdruck-Natriumlampe verwendet werden.
In der ersten Ausführungsform ist der Aufbau so eingerichtet worden, dass bewirkt wird, dass die elektrostatische Kapazität des Kondensators 20 sich mit dem Ablauf der Zeit nach der Inbetriebnahme der Entladungslampe 11 ändert, um die Modulationstiefe variabel zu machen, jedoch kann es möglich sein, so zu konstruieren, dass eine solche Detektionseinrichtung zur Detektion der Lampencharakteristik vorgesehen ist, um festzustellen, ob sie sich am Beginn des Betriebs befindet oder nicht, und dass die elektrostatische Kapazität des Kondensator 20 als Reaktion auf die Ausgabe aus der Detektionseinrichtung variabel gemacht wird. Durch eine solche Konstruktion, um die Lampencharakteristik zu detektieren, ist es möglich, einen anderen Zustand der Lampe am Beginn des Betriebs aus der Lampencharakteristik auf der Grundlage des Erlöschens und dergleichen der Entladungslampe zu detektieren, und daher, wie die Änderung der Modulationstiefe auf einen optimalen Wert gesteuert werden kann. Auch ist es leicht, als die Lampencharakteristik eine elektrische Charakteristik der Entladungslampe, wie die Lampenspannung und Lampenimpedanz, oder die optische Ausgangsleistung, oder die Kolbentemperatur oder dergleichen zu detektieren, und die Konstruktion ist ebenfalls einfach.
Auch wenn in dieser Ausführungsform die Modulationstiefe schrittweise erhöht wird, ist die Beschreibung an einem Beispiel vorgenommen worden, in dem die Modulationstiefe mit einem Schritt erhöht wird, jedoch kann die Konstruktion verwendet werden, in der sie in zwei oder mehr Schritten erhöht wird. Wenn die Modulationstiefe in mehreren Schritten erhöht wird, kann der Aufbau so eingerichtet werden, dass die Form des Entladungsbogens allmählich von einem gekrümmten Entladungsbogen zu einem geraden Entladungsbogen geändert wird, und daher effektiv ist, ein sichtbares Flackern zu verhindern.
Obwohl die Inverterschaltung 14 wie eine Rechteckwelle moduliert worden ist, kann es auch möglich sein, so zu konstruieren, dass sie in einer nahezu trapezförmigen Wellenform moduliert wird, die geneigte Anstiegs- und Abfallflanken der Wellenform aufweist. Auch kann es möglich sein, jeden Aufbau zu verwenden, der in der Lage ist, ein Modulationssignal zu erzeugen, da die Polarität mit einer niedrigeren Modulationsfrequenz, wie eine Sinuswelle, eine Dreieckswelle, eine gestufte Welle und eine Sägezahnwelle (siehe Fig. 9), außer nahezu einer Rechteckwelle, als eine akustische Eigenfrequenz zur Anregung des Wellentyps geändert wird, in der der Entladungsbogen gerade gemacht wird. Ferner muss die Polarität nur geändert werden, selbst wenn das Modulationssignal mehr oder weniger Gleichstromkomponenten enthält, und es kann jede positiv-negativ asymmetrische Wellenform verwendet werden.
Auch ist in der ersten Ausführungsform die Beschreibung des Aufbaus vorgenommen worden, in der die elektrostatische Kapazität des Kondensators 20 geändert wird, um die Modulationstiefe variabel zu machen, wenn jedoch der Aufbau so eingerichtet wird, dass die Induktivität der Drosselspule 19, die die Filterschaltung bildet, variiert werden kann, wird die Modulationstiefe kleiner, wenn die Induktivität größer gemacht wird, während die Modulationstiefe größer wird, wenn die Induktivität kleiner gemacht wird, und die Modulationstiefe kann variabel gemacht werden. Daher kann ein ähnlicher Effekt erhalten werden, und die Weite der Änderung der Modulationstiefe kann größer gemacht werden, wenn sowohl die Drosselspule 19 als auch der Kondensator 20 geändert werden können.
Obwohl die Gleichstromquelle 13 durch eine Abwärtszerhackerschaltung gebildet worden ist, können auch andere Schaltungssysteme, wie eine Aufwärtszerhackerschaltung und eine Inversionszerhackerschaltung verwendet werden, und andere Strukturen können verwendet werden, so lange eine Wellenform ausgegeben werden kann, in der eine vorbestimmte Gleichvorspannung auf einer Mittellinie überlagert werden kann, deren Momentanwert periodisch mit einer akustischen Eigenfrequenz zur Anregung des Wellentyps fluktuiert, bei dem der Entladungsbogen gerade gemacht wird.
Obwohl die Steuerschaltung 24 konstruiert worden ist, um das Ein-Aus-Verhältnis des Transistors 17 so zu steuern, dass die Lampenleistung einen Nennwert annimmt, kann die Struktur auch so eingerichtet werden, dass eine Effektivwertvariationseinrichtung zur Variation des Effektivwerts eines Modulationssignals vorgesehen ist, um die Lampenleistung zu variieren. Insbesondere ist es effektiv, am Beginn des Betriebs Leistung zuzuführen, die den Nennwert überschreitet, um die optische Ausgangsleistung zum Beginn des Betriebs zu ergänzen, und unter anderem moduliertes Licht zu steuern.
Wie oben beschrieben, ist die vorliegende Erfindung in der Lage, eine ausgezeichnete Entladungslampen-Betriebsvorrichtung zu verwirklichen, die in der Lage ist, Instabilitätserscheinungen, wie eine Verformung eines Entladungsbogens zu verhindern, und ohne Rücksicht auf das Erlöschen der Entladungslampe einen stabilen, geraden Entladungsbogen zu bilden.

Claims

1. Entladungslampen-Betriebsvorrichtung (12) zum Betreiben einer Entladungslampe (11), die ein Glasgehäuse, um einen Entladungsraum zu definieren, und ein Paar Elektroden (1) aufweist, die luftdicht innerhalb des Glasgehäuses eingeschlossen sind und einander gegenüberliegen, die umfasst:

eine Erzeugungseinrichtung (13) zur Erzeugung eines wellenförmigen Signals, das eine Frequenzkomponente einer akustischen Eigenfrequenz (f2) zur Anregung eines Wellentyps aufweist, in dem ein Entladungsbogen (2), der zwischen dem Paar Elektroden (1) auftritt, gerade gemacht wird, und

eine Modulationseinrichtung (14) zur Modulation des wellenförmigen Signals, so dass die Polarität der Mittellinie des wellenförmigen Signals abwechselnd mit einer Modulationsfrequenz (f1) geändert wird, die eine niedrigere Frequenz als die Frequenzkomponente der akustischen Eigenfrequenz aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass,

unter der Voraussetzung, dass ein Wert des wellenförmigen Signals von Spitze zu Spitze α ist, und ein Effektivwert des moduliertem Signals β ist, die Modulationstiefe α/β am Ausgang der Modulationseinrichtung (14) zum Beginn des Betriebs der Entladungslampe, wenn sie wieder eingeschaltet wird, nachdem sie nicht für eine ausreichend lange Zeit ausgeschaltet gewesen ist, kleiner als die Modulationstiefe α/β in einem Betrieb unter der Nennbedingung gemacht wird.

2. Entladungslampen-Betriebsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Mittellinie von α (Mittelwert von α) auf einem konstanten Pegel gehalten wird.

3. Entladungslampen-Betriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die akustische Eigenfrequenz durch eine Schallgeschwindigkeit in einem Entladungsraummedium der Entladungslampe und einer Länge eines Entladungsraums bestimmt wird, wobei die Länge durch den Entladungsbogen geschnitten wird.

4. Entladungslampen-Betriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Periode, in der die Modulationstiefe α/β der Entladungslampe zum Beginn des Betriebs kleiner als eine Modulationstiefe α/β beim Betrieb unter der Nennbedingung gemacht wird, tatsächlich eine gesamte Periode ist, bis der Betrieb unter der Nennbedingung erreicht wird.

5. Entladungslampen-Betriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, eine Periode, in der die Modulationstiefe α/β der Entladungslampe zum Beginn des Betriebs kleiner als eine Modulationstiefe α/β beim Betrieb unter der Nennbedingung gemacht wird, 10 ms oder weniger beträgt.

6. Entladungslampen-Betriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei es zum Beginn des Betriebs eine solche Periode gibt, wo die Modulationstiefe α/β einen Wert von 0,3 oder weniger aufweist.

7. Entladungslampen-Betriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Entladungslampen-Betriebsvorrichtung eine Detektionseinrichtung (24) zur Detektion einer Lampencharakteristik der Entladungslampe aufweist und die Modulationstiefe α/β als Reaktion auf eine Änderung der Lampencharakteristik ändert.

8. Entladungslampen-Betriebsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Detektionseinrichtung (21, 22, 24) die Kolbentemperatur, die Lampenspannung, die Lampenimpedanz oder die optische Ausgangsleistung als die Lampencharakteristik detektiert.

9. Entladungslampen-Betriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Modulationstiefe α/β der Entladungslampe zum Beginn des Betriebs eine Periode aufweist, in der die Modulationstiefe α/β allmählich zunimmt.

10. Entladungslampen-Betriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Modulationstiefe α/β der Entladungslampe zum Beginn des Betriebs eine Periode aufweist, in der die Modulationstiefe α/β schrittweise zunimmt.

11. Entladungslampen-Betriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Erzeugungseinrichtung eine Frequenzvariationseinrichtung zur Erzeugung einer Wellenform aufweist, die eine Frequenzkomponente aufweist, als Reaktion auf eine Änderung der Frequenzkomponente der akustischen Eigenfrequenz zur Anregung des Wellentyps, in dem ein Entladungsbogen gerade gemacht wird.

12. Entladungslampen-Betriebsvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 10, wobei die Modulationseinrichtung eine Effektivwertvariationseinrichtung zur Änderung des Effektivwerts des modulierten Signals aufweist.