JP2006173131A

JP2006173131A - 高圧放電ランプの管球温度を突き止める方法および装置

Info

Publication number: JP2006173131A
Application number: JP2005363729A
Authority: JP
Inventors: Henning Rehn; レーンヘニング
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2004-12-16
Filing date: 2005-12-16
Publication date: 2006-06-29
Also published as: ATE430303T1; DE102004060592A1; EP1672343B1; US20060145584A1; CA2530266A1; EP1672343A1; CN1789935A; US7377688B2; TW200630597A; DE502005007180D1

Abstract

【課題】高圧放電ランプの管球温度を突き止める方法ないし装置を提供すること。
【解決手段】高圧放電ランプの管球温度（Ｔ）を突き止める方法を開示する。この方法は以下のステップを有する。すなわち：第１の波長（λ_ｐ）で第１のスペクトル放射パワー（Ｍ_Ｐ）を求めるステップと；第１の波長とは異なる第２の波長で（λ_Ｃ）第２のスペクトル放射パワー（Ｍ_Ｃ）を求めるステップと；第１の放射パワーと第２の放射パワーから商（β）を突き止めるステップと；管球の温度（Ｔ）をこの商に基づいて突き止めるステップを有している。上述した本発明の方法を実施する装置も開示する。
【選択図】なし

Description

本発明は、請求項１に記載された、高圧放電ランプの管球温度を突き止める方法に関する。

高圧放電ランプ、例えば水銀放電ランプ、高圧放電ランプは今日、プロジェクター等の種々異なる使用領域において使用されている。

ここでは、比較的狭い許容誤差領域（有利には±５０K）でランプ管球の温度を、最適な動作温度に調整することが重要である。この温度領域を上回るとランプは迅速に失透し、この温度領域を下回ると、循環過程の効果はもはや得られないので、過度に高い温度または過度に低い温度は寿命を短くする。さらに、過度に高いランプ温度は、ランプと接続されている機器および電子回路に損害を与える。

このために基本的には、管球の温度を突き止め、冷却を調整することによってこの動作温度を上述の温度領域内に維持することが知られている。

管球の温度を突き止めるための複数の方法が公知である。

これらの方法の１つでは、熱電対が管球の表面上に固定される。しかしこの場合には、熱電対使用時の通常の問題が生じる。例えば接合された素子が管球から剥離する、または特定の構造で誤った値を供給するという問題が生じる。これに加えて、この種の熱電対は、付加的な取り付けコストと電気的な配線を必要とする。

スパーク電圧（Brennspannung）を突き止め、ここから、スパーク電圧と温度の間の既知の関係を用いて管球の温度を突き止めることも可能である。しかしこの方法は、この関係が動作状態に応じて変化してしまうので非常に不正確である。

従って上述の欠点を回避するために今日では、高温計または赤外線カメラを用いて管球の温度を測定するのが通常である。しかしこの方法は、管球への別個の光学結合部を必要とする。すなわち、管球を取り囲んでいる全てのハウジング（例えば、反射体、ランプハウジング、プロジェクターハウジング）は相応の穿孔部を有していなければならない。これは構造的に常には可能でない。さらに、けられによってエラーの恐れが生じてしまう。

本発明の課題は、管球への付加的な光学アクセスを必要としない、高圧放電ランプの管球温度を突き止める方法ないし装置を提供することである。

前述の課題は、ａ）第１の波長（λ_Ｐ）で第１のスペクトル放射パワー（Ｍ_Ｐ）を求めるステップと；ｂ）前記第１の波長とは異なる第２の波長（λ_Ｃ）で第２のスペクトル放射パワー（Ｍ_Ｃ）を求めるステップと；ｃ）第１の放射パワーと第２の放射パワーから商（β）を突き止めるステップと；ｄ）管球の温度（Ｔ）を当該商に基づいて突き止めるステップを有している、ことを特徴とする、高圧放電ランプの管球温度を突き止める方法によって解決される。また上述の課題は、管球目標温度（Ｔ_ｓｏｌｌ）を設定するステップと；請求項１から１２までのいずれか１項に記載した方法によって管球実際温度（Ｔ）を突き止めるステップと；当該管球実際温度が前記管球目標温度に近似するように高圧放電ランプの少なくとも１つの動作パラメータを制御するステップを有している、ことを特徴とする、高圧放電ランプの管球温度を調整する方法によって解決される。また上述の課題は、第１の波長（λ_Ｐ）で第１のスペクトル放射パワー（Ｍ_Ｐ）を求め、前記第１の波長とは異なる第２の波長（λ_Ｃ）で第２のスペクトル放射パワー（Ｍ_Ｃ）を求めるための測定装置と、第１の放射パワーと第２の放射パワーから商（β）を突き止めるための処理装置と、管球の温度（Ｔ）を当該商に基づいて突き止めるための計算装置を有していることを特徴とする、高圧放電ランプの管球温度を突き止める装置によって解決される。また上述の課題は、ａ）管球目標温度（Ｔ_ｓｏｌｌ）を設定するための入力装置と；ｂ）請求項１４から２１までのいずれか１項記載の管球実際温度（Ｔ）を突き止める装置と；ｃ）前記管球実際温度が前記管球目標温度に近似するように、前記高圧放電ランプの少なくとも１つの動作パラメータを制御するための制御装置を含む、ことを特徴とする、高圧放電ランプ用の管球温度調整部によって解決される。本発明の特に有利な構成は、従属請求項に記載されている。

高圧放電ランプの管球温度を突き止める方法は以下のステップを含む：第１の波長のもとで第１のスペクトル放射パワーを求めるステップ；第１の波長とは異なる第２の波長のもとで第２のスペクトル放射パワーを求めるステップ；第１のスペクトル放射パワーと第２のスペクトル放射パワーから商を突き止めるステップ；この商に基づいて管球の温度を突き止めるステップ。

この方法は、温度が高い場合には気体法則に相応して管球内のガスの圧力も上昇するという知識に基づいている。管球内の圧力が高い場合には同じようにメインライン（Hauptlinien）の領域内でスペクトル放射パワーＭ_Ｐが低減する。すなわちランプ管球を満たしているガスのスペクトル曲線が低減する。また、バックグラウンド（Untergrundes）ないし連続体（Kontinuums）の領域におけるスペクトル放射パワーＭ_Ｃは上昇する。従ってこのような２つの放射パワーの商β＝Ｍ_Ｐ／Ｍ_Ｃは直接的に管球内のガス温度に依存し、ひいては管球の温度自体に依存する。従って管球の温度は上述の商から突き止められる。

このような方法は、スペクトル放射パワーの測定だけを必要とする。これはランプハウジング外でも実施可能であり、例えば（例えばプロジェクターの光混合棒（Lichtmischstab）または管球の柄からの）散乱光、またはそれどころか反射体を通過した残光内でも実施可能である。従って、管球への別個の光学結合は必要ない。有利にはランプの有効光内で測定が実施される。

本発明の方法は充分な精度を伴っている。テストでは、±２０Ｋの許容誤差での温度特定が可能であることが判明している。従って通常は、通常の許容領域が維持される。

さらに、本発明の方法は管球を取り囲んでいるハウジング、反射体等における構造的な変化を必要としない。同じように、熱電対のような付加的かつ壊れやすい構成部分は必要ない。

有利には、本発明の特定の温度は、温度調整部内で使用される。このためには一般的に、管球目標温度（Ｔ_ｓｏｌｌ）が設定される。管球実際温度（Ｔ）は本発明に相応する方法によって突き止められ、引き続き高圧放電ランプの少なくとも１つの動作パラメータが次のように駆動制御される。すなわち、管球実際温度が管球目標温度に近似するように駆動制御される。フィードバック、調整アルゴリズムおよび調整量はここで、サイバネティックスにおいて公知の従来技術に従って行われる。例えばＰＩＤ制御またはファジィ制御またはモデル支援されたフィードフォワード制御またはフィードバック制御として行われる。殊に、このようにして求められた温度に依存して、ランプの電力および／または冷却が調整される。

有利には第１の波長はメインラインの領域内に位置する。これは水銀高圧放電ランプの場合には例えば５３９ｎｍ〜５５９ｎｍまたは５６８ｎｍ〜５８８ｎｍの領域である。

有利には、第２の波長はバックグラウンドの領域内に位置する。これは水銀高圧放電ランプの場合には、例えば４７０ｎｍ〜５３０ｎｍ、殊に４７０ｎｍ〜４９０ｎｍの領域である。

より「シャープな」スペクトル放射パワーＭ（λ）の代わりに、波長λの場合には、有利には中間のスペクトル放射パワーが使用される。これは例えば次式によって与えられる。

これによって、放射パワーを求めるためにより容易な分光計または二波長式センサを使用することが可能になる。

出願人の広範な調査によって、２つのスペクトル放射パワーの商β＝Ｍ_ｐ／Ｍ_ｃは、次式に従うことが明らかである。

ここでβ_０，Ｔ_ｃ，ＲおよびＴ_０はランプ固有の定数をあらわしており、Ｐは電力をあらわしており、Ｔは管球の温度をあらわしている。

特定のランプに対するこれらの定数が求められると、スペクトル放射パワーおよび電力を測定することによって直接的に温度を求めることができる。

しかし殊に定数β_０は、多数のファクタ、殊に個々のランプの充填圧力および測定経路のスペクトル特性に依存している。これらは例えば反射体層、投影光学系等によって突き止められる。このような依存性を除去するために、本発明の有利な構成では、第２の商が、第２の温度のもとで測定される。このようにして得られた２つの商の除算によって有利には定数β_０が除去される。

このために本発明の方法は、有利な構成において次のステップを有している：第１の波長で、かつ第１のスペクトル放射パワーが求められた温度とは異なる第２の温度のもとで第３のスペクトル放射パワーを求めるステップ；第２の波長および第２の温度のもとで第４のスペクトル放射パワーを求めるステップ；第３および第４の放射パワーから商を求めるステップ；第１のスペクトル放射パワーから求められた商と、第３のスペクトル放射パワーから求められた商からの商に基づいて管球の温度を求めるステップ。

ここでも有利には、第１、第２、第３および第４のスペクトル放射パワーは中間のスペクトル放射パワーである。

上述したように、２つの係数を求めることによって定数β_０が除去されるので、以下の式が生じる。

ここでＴ_Ｃ、ＲおよびＴ_０はランプ固有の定数をあらわしており、Ｐは求められるべき温度（Ｔ）での電力をあらわしており、Ｐ_２は第２の温度（Ｔ_２）での電力をあらわしており、βないしはβ_０は放射パワーの商をあらわしている。このような式に基づいて、温度特定の２つの形態が明らかになる。これを以下の実施例においてより詳細に説明する。

本発明の装置は次のように調整されている。すなわち、管球温度を突き止めるないし調整する上述した方法のうちの１つを実施するように調整されている。このためにこの装置は１つまたは複数のプログラム可能なまたは配線されたコンピュータ、マイクロコントローラ等を含む。

例えばプロジェクター内のＨｇ−高圧放電ランプの温度が突き止められるべきである。ランプ管球はランプハウジング内に配置される。ランプハウジングは、自身の側ではプロジェクター内に保持される。反射体、光混合棒および投影光学系によって、ランプの有効光がそれ自体公知の豊富でプロジェクターから放射される。

本発明の第１の実施形態では、５７８ｎｍの第１の波長λ_Ｐと４８０ｎｍの第２の波長λ_Ｃのもとで、第１および第２の中間スペクトル放射パワーM_ＰないしM_Ｃが求められる。このために例えば有効光、光混合棒からの散乱光または反射体を通過した残光が分光計によって測定される。同じようにこの光は相応の帯域フィルタを通じて次のようにフィルタリングされる。すなわち、上述した波長の領域にある光だけが通過するようにフィルタリングされる。各波長で放射パワーを検出するのは、簡易なセンサを用いて実行される。
センサは受光部としてカラーＬＥＤを含む。求められた商（β）および属する温度（Ｔ）は記憶される。

本発明の第１の実施形態では、実際の管球温度（例えば高温計を用いて）および電力を複数回測定すること、並びに所属する放射パワーを異なる温度で求めることによって定数β_０，Ｔ_Ｃ，ＲおよびＴ_０が求められる。引き続き、測定構造が変わってない場合、ひいては定数が変わっていない場合には、第１の放射パワーと第２の放射パワーから商を求めることによってランプの各温度を突き止めることができる。

しかし、定数β_０は測定経路のスペクトル特性に依存するので、分光計を新たに配置する毎にこのような定数特定が必要であろう。

従って、本発明の第２の実施形態では、ランプの２つの異なる温度のもとで商が突き止められ、ここからランプ温度が求められる。商を２回求めることによって、測定経路の影響が除去される。

このために両方の測定時に電力Ｐ＝Ｐ_２が一定に維持される。冷却せずに、同じタイプのランプでは温度Ｔ_２は実質的に等しく、例えば事前に高温計によって求められる。

従って４つの全ての放射パワーの測定が同じ条件下で行われる限り、後続の冷却時に温度Ｔが式（３）から求められる。すなわち、式（２）におけるファクタβ_０に依存せずに、ひいては測定経路に依存せずに求められる。

しかしこれには、第２の温度Ｔ_２が既知であることが必要になる。場合によっては、第２の実施形態でのように、それ自体公知の第２の温度Ｔ_２を調整し、属する商を求めるために、ランプをはじめに冷却せずに作動させるのは欠点であるので、本発明の第３の実施形態では、出願人が広範な調査によって求めた以下の式が使用される：

ここでＲ_Ｃおよび_Ｃはランプタイプ特有のパラメータである。

従って本発明の第３の実施形態では、例えばランプの一定の冷却のもとで、２つの異なるランプＰおよびＰ_２のもとで、第１ないし第２の波長λ_Ｐ，λ_Ｃの場合の各スペクトル放射パワーＭ_Ｐ（Ｐ），Ｍ_Ｐ（Ｐ_２），Ｍ_Ｃ（Ｐ）ないしＭ_Ｃ（Ｐ_２）が求められる。ここから、第１および第２の波長の場合の放射パワーの属する商β＝Ｍ_Ｐ（Ｐ）／Ｍ_Ｃ（Ｐ）ないしβ_２＝Ｍ_Ｐ（Ｐ_２）／Ｍ_Ｃ（Ｐ_２）が求められる。Ｐ，Ｐ２，βおよびβ_２に対するこのようにして見つけられた値並びに、事前に求められるべき定数Ｃ，Ｒ_Ｃ，Ｔ_Ｃ，ＲおよびＴ_０は、上述した式（３）および（４）の式システムから有利には数字的に、温度ＴおよびＴ_２が定められる。

従って、第２の実施形態とは異なって第２の温度が基準値として既知である必要はない。同じように特定は、定数β_０に依存していない、すなわち測定経路に依存していない。全ての４つのスペクトル放射パワーが同じ条件下で測定されてさえすればよい。

要するに、本発明は次のような知識を使用する。すなわちランプ管球の温度に依存して、比、すなわち、バックグラウンドとメインラインの間でのスペクトル放射パワーの商が変化するという知識を使用する。すなわち、メインライン（例えばＨｇ−高圧放電ランプでのＨｇ−ライン）の領域における放射パワーはより低く、連続体の放射パワーはより大きい。この比は、出願人によって見出された関係（式（３））に従い、放射パワーの測定によって管球の温度を突き止めるために使用される。

測定経路のスペクトル特性に依存しないようにするために、本発明の有利な実施形態では、２つの異なる温度でこの比が突き止められる。この温度が基準値として既知である場合には、２つの商のこの比から、別の方の温度が突き止められる。この２つの温度のうちの一方が既知でない場合、経験的に見いだされた、２つの温度と属する電力との間の関係（式（４））が利用されて、相応する式システムから、２つの温度が突き止められる。

Claims

高圧放電ランプの管球温度（Ｔ）を突き止める方法であって、
ａ）第１の波長（λ_Ｐ）で第１のスペクトル放射パワー（Ｍ_Ｐ）を求めるステップと；
ｂ）前記第１の波長とは異なる第２の波長（λ_Ｃ）で第２のスペクトル放射パワー（Ｍ_Ｃ）を求めるステップと；
ｃ）第１の放射パワーと第２の放射パワーから商（β）を突き止めるステップと；
ｄ）管球の温度（Ｔ）を当該商に基づいて突き止めるステップ
を有している、
ことを特徴とする、高圧放電ランプの管球温度を突き止める方法。
前記第１の波長は５３９ｎｍ〜５５９ｎｍまでの領域または５６８ｎｍ〜５８８ｎｍの領域内にある、請求項１記載の方法。
前記第２の波長は４７０ｎｍ〜５３０ｎｍまでの領域、殊に４７０ｎｍ〜４９０ｎｍの領域内にある、請求項１または２記載の方法。
前記第１および第２のスペクトル放射パワーは、中間のスペクトル放射パワーである、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
前記管球の温度（Ｔ）を式

から突き止め、
ここでβ_０，Ｔ_Ｃ，ＲおよびＴ_０はランプ固有の定数をあらわしており、Ｐは電力をあらわしており、Ｔはランプ温度をあらわしており、βは第１および第２の放射パワーからの商（Ｍ_Ｐ／Ｍ_Ｃ）をあらわしている、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
ｅ）第１の波長（λ_Ｐ）で、かつ、第１のスペクトル放射パワーが求められた温度とは異なる第２の温度（Ｔ_２）で、第３のスペクトル放射パワー（Ｍ_Ｐ，２）を求めるステップと；
ｆ）第２の波長（λ_Ｃ）および第２の温度（Ｔ_２）のもとで第４のスペクトル放射パワー（Ｍ_Ｃ，２）を求めるステップと；
ｇ）第３および第４の放射パワーから商（β_２）を突き止めるステップと；
ｈ）前記第１のスペクトル放射パワーから求められた商（β）と、第３のスペクトル放射パワーから求められた商（β_２）からの商（β／β_２）に基づいて管球の温度（Ｔ）を突き止めるステップを有している、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
前記第１，第２，第３および第４のスペクトル放射パワーは、中間のスペクトル放射パワーである、請求項６記載の方法。
前記管球の温度（Ｔ）を式

から突き止め、
ここでＴ_Ｃ，ＲおよびＴ_０はランプ固有の定数をあらわしており、Ｐは求められるべき温度（Ｔ）での電力をあらわしており、Ｐ_２は前記第２の温度（Ｔ_２）での電力をあらわしている、請求項６または７記載の方法。
前記スペクトル放射パワーを分光計によって求める、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
前記スペクトル放射パワーをセンサによって求め、当該センサには帯域フィルタ前置接続されており、当該帯域フィルタは実質的に所属する波長の領域内の光だけを透過させる、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
前記センサは受光部としてカラーＬＥＤを含む、請求項１０記載の方法。
前記求められた商（β）および属する温度（Ｔ）を記憶する、請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法。
高圧放電ランプの管球温度（Ｔ）を調整する方法であって、
管球目標温度（Ｔ_ｓｏｌｌ）を設定するステップと；
請求項１から１２までのいずれか１項に記載した方法によって管球実際温度（Ｔ）を突き止めるステップと；
当該管球実際温度が前記管球目標温度に近似するように高圧放電ランプの少なくとも１つの動作パラメータを制御するステップを有している、
ことを特徴とする、高圧放電ランプの管球温度を調整する方法。
高圧放電ランプの管球温度（Ｔ）を突き止める装置であって、
第１の波長（λ_Ｐ）で第１のスペクトル放射パワー（Ｍ_Ｐ）を求め、前記第１の波長とは異なる第２の波長（λ_Ｃ）で第２のスペクトル放射パワー（Ｍ_Ｃ）を求めるための測定装置と、
第１の放射パワーと第２の放射パワーから商（β）を突き止めるための処理装置と、
管球の温度（Ｔ）を当該商に基づいて突き止めるための計算装置を有している
ことを特徴とする、高圧放電ランプの管球温度を突き止める装置。
前記測定装置，処理装置および／または計算装置は、請求項１から５までのいずれか１項に記載された方法に従って作動するように調整されている、請求項１４記載の装置。
前記測定装置は、第１の波長（λ_Ｐ）で、かつ、前記第１のスペクトル放射パワーが求められた温度とは異なる第２の温度（Ｔ_２）で、第３のスペクトル放射パワー（Ｍ_Ｐ，２）を求め、第２の波長（λ_Ｃ）および第２の温度（Ｔ_２）のもとで第４のスペクトル放射パワー（Ｍ_Ｃ，２）を求めるようにも調整されており、
前記処理装置は、第３および第４の放射パワーから商（β_２）を突き止めるようにも調整されており、
前記計算装置は、第１のスペクトル放射パワーから求められた商（β）と、第３のスペクトル放射パワーから求められた商（β_２）からの商（β／β_２）に基づいて管球の温度（Ｔ）を突き止める、請求項１４または１５記載の装置。
前記測定装置、処理装置および／または計算装置は、請求項６から８までのいずれか１項記載の方法に従って動作するように調整されている、請求項１６記載の装置。
前記測定装置は分光計を含む、請求項１４から１７までのいずれか１項記載の装置。
前記測定装置は、センサと、当該センサに前置接続された帯域フィルタを含み、
当該帯域フィルタは実質的に、属する波長の領域における光だけを通す、請求項１４から１７までのいずれか１項記載の装置。
前記センサは、受光部としてカラーＬＥＤを含む、請求項１９記載の装置。
求められた前記商（β）と属する温度（Ｔ）を記憶するための記憶装置を含む、請求項１４から２０までのいずれか１項記載の装置。
高圧放電ランプ用の管球温度（Ｔ）調整部であって、
ａ）管球目標温度（Ｔ_ｓｏｌｌ）を設定するための入力装置と；
ｂ）請求項１４から２１までのいずれか１項記載の管球実際温度（Ｔ）を突き止める装置と；
ｃ）前記管球実際温度が前記管球目標温度に近似するように、前記高圧放電ランプの少なくとも１つの動作パラメータを制御するための制御装置を含む、
ことを特徴とする、高圧放電ランプ用の管球温度調整部。