JP2010539664A - 高圧放電ランプおよび縦モードにおける高圧放電ランプの共振作動のための属する作動方法および属するシステム - Google Patents

Abstract

高圧放電ランプが音響励振時の共振動作に対して定められており、放電容器が備えられている。ここでは、放電容器は、縦方向に延在しているセラミック放電容器を有しており、放電容器は内長ＩＬと最大内径ＩＤを有する内部体積を有しており、一定の内径ＩＤを有する中央領域と、内径が低減されている２つの終端領域とに区分されており、終端領域内でそれぞれ１つの電極が放電容器内に突出している。この放電容器は２．５〜８、殊に３〜６のアスペクト比を有している。終端領域において内径はＩＤの少なくとも８５％にまで減少している。キャピラリの隙間幅は、内径ＩＤＫの少なくとも２倍の長さにわたって最大で２０μｍである。キャピラリの内径（ＩＤＫ）および端面の直径によって構成されている領域の間の比は、０．０６〜０．１２の範囲にある。

Description

技術分野
本発明は、請求項１の上位概念に記載されている高圧放電ランプおよび縦モードにおける高圧放電ランプの共振作動のための属する作動方法および属するシステムに関する。ここでこれは、少なくとも２．５のアスペクト比を有するセラミック放電容器を有する高圧放電ランプである。

背景技術
ＵＳ６４００１００号から既に、高圧放電ランプおよび縦モードにおける高圧放電ランプの共振動作のための属する作動方法および属するシステムが知られている。ここでは、第２の縦方向音響共振周波数を見つけ出す方法が示されている。これはランプの相対的な燃焼電圧上昇が生じることによって縦モードを励振する周波数が継続的に減少する場合に、共振周波数が垂直な燃焼位置において見つけられることを基礎としている。このような方法によって、垂直共振における分離されたアーク状態に対する縦周波数が見つけられ、その後、保持されることが判明している。しかしこのようにして見つけられた周波数は金属ハロゲン化物充填物の充填物組成および調査プロシージャの経過時点に応じて、格段に高い方向に移される場合がある。従って、上述の方法で見つけ出された周波数での音響的共振の励振によって、混合が不十分となり、分離は充分に良好に阻止されない。電子安定器内への実装はさらにコストがかかる。第２の縦モードを所期のように励振することによる分離の低減に関する別の文献は例えば、ＵＳ２００３／１１７０７５号、ＵＳ２００３／１１７０８５号、ＵＳ２００５／０６７９７５号およびＵＳ２００４／０９５０７６号である。これらの全ての文献において、円筒形である、少なくとも１．５の高いアスペクト比を有するセラミック放電容器が使用されている。終端部は直線状または半球状である。

ＥＰ−Ａ１７２９３２４号から、セラミック放電容器が既知である。これは傾斜した終端部分を有している。これは共振動作で作動される。この容器形状は特に、音響的共振を有する作動に対して特別に調整されており、分離をさらに抑圧することを試みるものである。

発明の開示
本発明の課題は、請求項１の上位概念に記載されたセラミック放電容器を有する高圧放電ランプを、音響的共振を伴う作動時に、分離低減に使用される音響出力を最小化するように改善することである。

この課題は請求項１の特徴部分に記載されている構成によって解決される。特に有利な実施形態は従属請求項に示されている。

音響的共振を伴う作動は、１つまたは複数の共振モードを励振するように構成されている。ここでこの共振モードは第２の縦共振を含む、または第２の縦共振と結合されている。これによっては殊に、ＵＳ２００５／０６７９７５号においてコンビネーションモードと称されている周波数が意図されている。これはすなわち、その周波数が例えば縦および別の方位的(azimutaler)なおよび／または半径方向(radialer)の共振の周波数から規則に従って算出されるモードである。ここで、場合によっては振幅変調を用いる、殊にパルス幅変調を用いてクロックすることが可能である。

これは、クロックされたおよび／または構造化された振幅変調（例えば、ランプ出力レベルを維持したままでのパルス幅変調の形において、場合によってはパルスレベル変調との組み合わせ）によって、殊に金属ハロゲン化物ランプの色制御を可能にする。

ここでは、放電容器の設定された幾何学的形状に対して、内長ＩＬに対する狭い公差領域が存在することが前提にされている。これは、殊に垂直燃焼位置でのアークプラズマの場合によって生じ得る最適な混合に対して励起されなければならない縦音響的共振を定義するランプのディメンジョンをあらわしている。

垂直な燃焼位置では、この混合によって、水平燃焼位置とは著しく異なる音速が生じる。これは、プラズマ内に放射される粒子の垂直な対流時の混合によって生起される。

共振作動は殊に、中間ＨＦ領域におけるランプ電流の搬送周波数による作動を基にする。ランプが通常の作動状態にある場合には、搬送周波数は、おおよそ、半分の第２の方位音響的共振の周波数に相応する。搬送周波数によって常に、電流信号または電圧信号の周波数が意図されている。これに対して、音響的共振の励振に対しては常に、電流または電圧の励振周波数の２倍である出力周波数が重要である。

根拠は例えば、７０Ｗランプでの、円錐形の終端形状を有する放電容器の幾何学的形状であり、ここで搬送周波数は４５〜７５ｋＨｚの領域、典型的には５０ｋＨｚの領域にあり、ここでこの搬送周波数には有利にはＦＭ変調としてのスイープ周波数が加えられており、このスイープ周波数の値は、１００〜２００Ｈｚの領域から選択される。このような作動には、有利には振幅変調が加えられる。ここでこの振幅変調は例えば、２つのパラメータＡＭ度合とＡＭの持続時間のうちの少なくとも１つによって、すなわちデューティ比、並びに時間制御されたＡＭ深さ、ＡＭ（ｔ）によって特徴付けされている。

詳細には、より大きい内長を有するセラミック放電容器を有する高効率のメタルハライドランプでは、少なくとも２．５、有利には殊にＩＬ／ＩＤ＝２．５−５．５の放電容器のアスペクト比（内長／内径）が有利である。ここで中間〜高周波数のＡＭ作動によって、振幅変調度合を介して、１つまたは複数の縦モードの強度（有利には第２または第４）が励振される。このモードでは、充填物が放電容器の中央領域に搬送され、これによって放電容器内で充填物分布がアークに沿って調整される。これは殊にランプが垂直にまたは傾斜（５５°を上回るランプの傾斜角度）して作動される場合に、特に重要である。これによって蒸気圧の組成が変化し、堆積された充填物構成部分のスペクトル吸収も変わる。縦モードを励振するための変調周波数（ＡＭの基本周波数）は典型的に、２０〜３５ｋＨｚの周波数領域内にある。典型的な４５〜７５ｋＨｚの搬送周波数では、このためにＦＭ（周波数変調）がスイープモードによって、約１００〜２００Ｈｚの領域において実施される。

典型的な金属ハロゲン化物充電物は、ＤｙＪ３、ＣｅＪ３、ＣａＪ２、ＣｓＪ、ＬｉＪおよびＮａＪ等、場合によってはＴＩＪでもあるコンポーネントを含む。

これまでに、放電容器の高いアスペクト比を有するランプ内での分離抑圧の安定した調整のための種々の作動モードを記載してきた。

殊に、第２の縦方向の音響的共振を分離の抑圧のために使用する幾つかの特に良好に適した作動様式では（殊に、ＦＭ変調されたＲＦ電流形態とＡＭ変調されたＲＦ電流形態を同時に使用する場合、または時間的にシーケンシャルに使用する場合、殊にＦＭ変調を交互に、固定周波数作動と使用する場合である。例えばＵＳ６１８４６３３号を参照）、放電容器の純粋な円筒形状はむしろ、高い共振Ｑ値が原因の音響的な不安定性を生じさせるので、適切な作動に対して限定的にしか適していない。電子安定器はこれまでコストがかかり、このような不安定性を阻止するために複雑なコントロールメカニズムを使用しなければならない。

本願では放電容器、殊に電極後方空間の内側輪郭を特別に形成することが提案される。この内側輪郭は有利には、少なくとも時折、第２の音響的縦共振モードまたは、このモードと半径モードまたは方位モードの励振との組み合わせを使用する動作モードに対して有利に使用される。

提案した解決方法は特に、少なくとも２．５、最高で８のアスペクト比ＡＶを有する放電容器に対して効果的である。換言すれば：
２．５≦ＩＬ／ＩＤ≦８である （１）

４≦ＡＶ≦５．５の領域が特に有利である。このアスペクト比は、内長ＩＬ：内径ＩＤ（＝２^＊ＩＲ）の比として定められている。ここでＩＲは内部半径である。しかしここで内部半径ＩＲは、円筒状のままである、放電容器の中央部分にのみ関する。

有利にはここで動作方法が使用される。これは、放電アークを、第２の方位的音響共振のシーケンシャルな傾斜面形状の移行によって安定させる。これによってアークのくびれが各燃焼位置において生じる。偶数の、有利には第２、第４、第６または第８の縦共振の少なくとも時折安定する励振によって、軸方向での分離が効果的に破棄される。

従来技術のセラミック高圧放電ランプでは、しばしばキャピラリ管が、電極貫通案内のために取り付け部分として放電容器で使用される。ここでは電極システムは元来の燃焼体に沿ってガイドされる。主に金属巻き線（ＭＯまたはＷ／部分的に合金にされているないしはドーピングされている）から成る貫通案内部を備えているセグメント化された部分の形での電極システムの構造によって、引き込み領域内で、燃焼室に接している凹部および中空空間が電極後方空間内に生じる。

このような高圧放電ランプ内で縦方向に生じる音波を使用する場合に、このような中空空間が、そうでない場合には音を反射する後方壁部の領域内で減衰部材であることが明らかである。これは次のことによって顕著になる。すなわち、拡大された凹部の使用時に、キャピラリ空間を異なって満たす、異なる長さの金属巻き線によって、生じている縦波の音響的な減衰が拡大することによって顕著になる。同様のことが、セラミック製のキャピラリの内壁に対する比較的大きい隙間幅を必要とし、従ってキャピラリ内の隙間幅を拡大する金属巻き線またはセメント体の使用時に当てはまる。従って分離抑圧のために縦方向の音響的な共振を効果的に調整するために、減衰によって、比較的大きな音響的出力が、例えば、ＡＭ＋ＦＭスイープ方法時の振幅変調度合の上昇の必要性によって、必要になる。分離抑圧のための音響出力を上昇させることによって、分離抑圧のための使用されている音響的出力エントリの１０％上昇あたり、ランプ効果を典型的に、ランプ収率の４〜７％だけ低減させることができる。

本発明は終端領域の構成に関し、殊に、キャピラリから燃焼内室への移行の領域において、貫通案内部にも関する。

キャピラリの領域において次のことが重要であることが判明している。すなわち、キャピラリの内径ＩＤＫの４倍の軸方向長さに相応し、燃焼内室の終端部で端面に接している区間ＬＳＰ内に、少なくとも、最大で２０μｍの隙間幅を有するキャピラリの内壁に向かう狭小箇所の開始部が位置することが重要であることが判明している。このような狭小箇所は、減衰を除去するために用いられる。これによって、必要な音響出力成分が、分離抑圧の調整のために最小化される。

これは適切に構成された引き込みの使用によって行われる。これは放電側で前部として、キャピラリの内径に良好に整合された巻き線を有している。択一的にこの前部は、金属含有またはセメント含有のシリンダ部分であってもよい。これは電極の一体化部分であってもよい。外径ＤＦＲを有する前部がキャピラリの出口領域内にあり、ここでキャピラリが平らに終了している、または、キャピラリの内径ＩＤＫの４倍に長さに相応すする軸方向長ＬＳＰよりも深くなく、前部が軽くキャピラリ内に埋設されていることが最も有利であることが判明している。

キャピラリの放電側の終端領域が多かれ少なかれ完全に閉鎖されている場合には、結果ないしは減衰はさらに有利である。これは例えば、構成時にセラミックヘッド内の電極システムのプレス嵌めまたははんだ付けによって行われる。従って、少なくとも狭小部で、電極システムとセラミック壁部との間の隙間はもはや生じない。

これによって、分離抑圧を保証するために必要な、縦音響的共振を励起するための非常に低い音響的な出力が得られる。

実質的な第２の措置として、放電容器の終端領域が放電容器の軸に対して横方向に位置する。従って、終端領域は端面を全体で、放電容器の最大内径ＩＤの１５％〜８５％の長さにわたって構成する。

第３の実質的な措置として、放電容器の終端部が端面に向かって狭くなっている。継続的な凹部の湾曲を有しており、これによって、層流を保証する狭小部が特に有利である。

ここで有利には充填容器内の充填物の圧力は注意深く選択されるべきである。

有利にはランプ軸、ひいては終端領域の縦モードの構成方向に対して傾斜に延在している終端領域の輪郭が有利であることが判明している。これは内部直径を近似的に継続的に先細りさせる。これは三次元的には、円錐状または漏斗状の先細りに相応する。

しかし終端領域の移行輪郭は凹状でもある、すなわち外報へ湾曲している、（例えば、半球シャーレ状）または凸状、すなわち内方へ湾曲しており（例えば楕円区間の回転面として）、この場合には、例えば、０．６^＊ＩＤまでの締め付けから再び、ランプ軸に対して垂直に延在する端面としての内壁へ移行する。これは場合によっては直接的に、キャピラリまたはプラグ部分内への移行部として理解される。特に有利には、１つは凹状、１つは凸状の２つの異なって湾曲された部分が順番に並んで位置する。

終端領域が凹状に延在する場合には湾曲半径ＫＲは最大で、半分の内径ＩＲ＝ＩＤ／２であり、凸状または直線的に延在する円錐形の先細りの場合には、終端領域の内部に位置している終端点での接線は、中央領域の軸に平行している配向と最大で４５°のピーク角度αｅを成す。

純粋に凸状に湾曲されている終端領域の例は、トランペットベル状に形成されている内部輪郭であり、殊に、双曲面の区間として形成されている内部輪郭である。

殊に、減衰への強い影響は、長さＬＲＤの終端領域の中央ゾーンが有する。これは、放電容器の終端部から観察して、少なくとも０．４０^＊ＬＲＤ〜０．６０^＊ＬＲＤの間で延在する内部体積の終端部と間隔があけられている。ここで、軸から測定された内部輪郭での接線角度は有利には、αｔ＝１５°〜αｔ＝４５°の間の領域にある。特に有利には、これはαｔ＝２５°〜αｔ＝３５°の間の領域にある。

終端領域の内部輪郭の経過の具体的な選択に対する判断基準は、殊に、第２の縦音響的共振の励振時の共振Ｑ値である。共振Ｑ値は選択的に、第２の縦共振２Ｌの励振に対して、充分に高い程度に達していなければならない。共振Ｑ値は、出力周波数スペクトルにおける、第２の縦方向の励振に必要な出力部分から導出される。典型的にこれは、この領域におけるランプ出力の約５〜２０％である。

作動様式に応じて、このことは、この共振と結合された共振にも当てはまる。これは混合モードにおいて生じ、例えば、半径縦共振または方位縦共振である。典型的に励振モードは１Ｒ＋２Ｌまたは３ＡＺ＋２Ｌである。次のような輪郭が最も良く適している。すなわち同時に、２Ｌの高調波に対して、格段に低減された共振Ｑ値を示す輪郭である。すなわちこれはできるだけ減衰させる。

組み合わされたＡＭ＋ＦＭ動作における、動作に対する高効率のセラミックランプの内部輪郭の構成に対する重要な条件は、第２の縦共振＋場合によっては第４の縦共振の所期の組み合わされた励振の際に、および同時に第８の縦共振をできるだけ良好に抑圧した縦−半径共振との組み合わせの際に、およびその共振組み合わせの際に得られる。

このために重要であるのはまずは、共振器終端部で充分に大きい端面を設けることである。この端面の直径ＩＤＥは、円筒状内部直径ＩＤの少なくとも１５％である。有利には内部直径ＩＤＥは、円筒状内部直径ＩＤの少なくとも２０％である。

放電容器内での上述した音響的共振の組み合わせによって、改善された、音響的に生成された対流セルパターンが、対流を定めるアークプラズマ領域における高い圧力条件の下で次のように調整される。すなわち、１２０ｌｍ／Ｗ以上の高い光収量と８５および典型的には９０の色再現性との組み合わせが、典型的に４０００ｈ〜６０００ｈの長い作動時間にわたって、良好なメンテナンス行動のもとで得られるように調整される。

この場合には、長さＬＲＤにわたった放電容器の終端領域内でのランプ内部輪郭の狭小が、有利である：
ＬＲＤ＝０．０９５×ＩＬ〜０．１５５×ＩＬであり、ここで典型的な値ＬＲＤ＝０．１２５×ＩＬである。

ここでＬＲＤは、ランプの全内長ＩＬに関しており、低減された内径ＩＤＥを有する端面において終端する。この縁部条件は、安定した対流セル構成の生成に対して理想的である。これは生じている音響的な波のフィールドを介してプラズマガス内で形成される。これによって、アークプラズマガスが最適に混合され、任意のランプ位置において、プラズマの色混合が完全に抑圧される。

ランプの内径は、終端領域にわたって有利には次のように継続的に低減される。すなわち、内径ＩＤを有するほぼ円筒状の中央部分から、先細る終端領域への移行が、先細りの凹状半径Ｒ１に合流するように低減される。

有利にはＩＤ／６≦Ｒ１≦ＩＤ／２である。典型的な値は約、０．３５ＩＤ〜０．５ＩＤである。

大まかに言ってＳ字状に湾曲されている、狭小部の領域ＬＲＤが特に有利である。ここで内径の低減は、凹状に延在する半径Ｒ１から出発して、凸状に延在する半径Ｒ２における変化点を介して移行する。これは、結果として生じている直径ＩＤＥを有している、ランプ軸に対して垂直に延在する端面上で生じる。

有利には：ＩＤ／４≦Ｒ２≦ＩＤである。典型的な値はＲ２＝０．６５ＩＤである。

殊に、端面ＩＤＥの直径は、０．１５〜０．８５ＩＤの間の領域にあるべきである。

この直径ＩＤＥが、放電容器の元来の内径に適切に整合されている場合には特に良好な結果が得られる。大まかに言って、ＩＤＥとＩＤの間の比が小さければ小さいほど、ＩＤ自体は大きい。有利には、ＶＩＤ＝ＩＤＥ／ＩＤ＝ａ×ＩＤ＋ｂという基準が当てはまる。ここで、
ａ＝−０．１２０〜−０．１３５、およびｂ＝１．０〜１．１である。

円筒状の終端部形状の場合には、２Ｌに対する共振器Ｑ値の値および４Ｌまたは６Ｌ等の高長波が相互に比較される。これによって、実質的な円筒形の放電容器において、常に高い共振Ｑ値によって生じる音響的な第２の縦共振の移行時には、より高い高調波が始まる。この共振は例えば、振幅変調時に励振される。これによって付加的な、音響的に定められた対流セルが構成される。これによって、場合によっては、インピーダンス跳躍およびアーク放電解消が生じる。１０〜３０％の典型的なＡＭ度合での典型的にｆ_{ｓｔａｒｔ}ＡＭ＝ｆ_{ｒｅｓ＿２Ｌ}＋５ｋＨｚからｆ_ｓｔｏｐＡＭ＝ｆ_{ｒｅｓ＿２Ｌ}−５ｋＨｚまでの、高い励振周波数からの第２の縦共振周波数ｆ_{ｒｅｓ＿２Ｌ}の移行時には、強いランプインピーダンス変化およびアーク不安定さが生じ、これによって、ランプ動作が不安定になってしまう。増幅されて生じるランプインピーダンス変化の近傍における周波数への励振周波数の調整も、不所望のアーク不安定性につながる。

これには、ピーク値を伴う、格段に変動するランプインピーダンス値が付随する。この値は、励振されていない状態で存在するランプインピーダンスの１．５倍を越える。このような場合には、ランプが消えてしまう恐れがある。このようにして、ランプの垂直または傾斜した燃焼箇所内にあるアーク柱の分離を安定的に改善して抑圧するためのモードが調整されなくなる。

これは、本発明の終端部形状の選択時にはじめて達成される。１５〜３５％の典型的なＡＭ度合での、典型的にｆ_{ｓｔａｒｔ}ＡＭ＝ｆ_{ｒｅｓ＿２Ｌ}＋５ｋＨｚからｆ_ｓｔｏｐＡＭ＝ｆ_{ｒｅｓ＿２Ｌ}−５ｋＨｚまでの、高い励振周波数から第２の縦共振周波数の移行によって、より高い高長波共振の開始を抑圧した安定的なアーク形成が行われる。ｆＡＭ＝ｆ_{ｒｅｓ＿２Ｌ}から典型的なｆＡＭ＝ｆ_{ｒｅｓ２Ｌ}−１ｋＨｚの間の振幅変調周波数ｆAMの周波数領域において内長ＩＬの約１／３〜１／４ないし約２／３〜３／４では、２つの対称的なアークくびれが安定的に構成されることが判明している。ｆＡＭをさらに低減すると、第２の縦共振の励振は、アークが不安定になることなく安定して終了する。ここでランプ中央に対して対称の２つのアークくびれが、詳細には再現可能な境界周波数ｆＡＭ_ｅｎｄで構成される。

概略的な高圧放電ランプ 概略的な高圧放電ランプの放電容器 放電容器終端部の種々の実施形態 放電容器終端部の種々の実施形態 放電容器終端部の種々の実施形態 放電容器終端部の種々の実施形態 放電容器終端部の種々の実施形態 電子安定器の概略的な構造 この種のランプの音響的な出力および効果 この種のランプの音響的な出力および効果 放電容器終端部の別の実施例

以下で、本発明を複数の実施例に基づき詳細に説明する。

発明の有利な実施形態
図１は、硬質ガラスまたは石英ガラスから成る外球１を備えたメタルハライドランプを概略的に示している。これは長手方向軸を有しており、片側でプレートシーリング２によって封鎖されている。プレートシーリング２には、外部への２つの外部電流供給部が（図示されていない）案内されている。これは口金５内で終了する。外球内には二つの側で密閉されたセラミック放電容器１０が軸方向に組み込まれている。ここでこの放電容器はＰＣＡ（Ａｌ_２Ｏ_３）から成り、２つの電極３と金属ハロゲン化物から成る充填物を有する。

図２には、比較的高いアスペクト比ＩＤ／ＩＬを備えた放電容器１０が概略的に示されている。放電容器１０は、円筒状の中央部分１１と２つの終端部１２を有している。ここでこれは所定の内径ＩＤ＝２^＊ＩＲを有しており、ここでＩＲは内部半径であり、所定の内長ＩＬを有している。放電容器の終端部１２には電極３が配置されている。この電極は、貫通案内部４によって、内部の電流供給部６（図１参照）と接続されている。放電容器は典型的に、緩衝ガスである、アルゴンを含有するＨｇと金属ハロゲン化物から成る充填物を含んでいる。これは例えば、アルカリヨウ化物および希土類ヨウ化物並びにタリウムから成る混合物である。

ランプは電子安定器（図８参照）で、高周波で、音響的に安定した共振で作動される。このために殊に、第２の縦共振またはこれに関連している共振が推奨される。

具体的な実施例は、円錐状の終端領域１１および、内径ＩＤＫのキャピラリ１２、ピン状であり、巻き線が正面側で上部に押し付けられている貫通案内部１３を備えたセラミック放電容器１０である（図３を参照）。電極の軸１４はピンに溶接されており、溶接点には参照番号１５が付与されている。有利には、僅かな隙間幅＝２０μｍが、巻き線直径ＤＦＲ＝０．６４ｍｍのもとで、場合によっては、キャピラリの一定の内径ＩＤＫ＝０．６８ｍｍのもとで保持される。

このような具体的な実施例では、最適な分離抑圧をｆ_ｏｐｔの領域からｆ_ｏｐｔ−１ｋＨｚの領域において得るための必要な音響的な出力は、全出力の約１０％である。換言すれは、最適な分離抑圧のための周波数帯域の幅は、少なくとも１ｋＨｚである。

これとは異なって、同じ、それ以外の構造データおよび同じ充填のもとで、巻き線直径ＤＦＲ＝０．５５ｍｍが選択されると、必要な音響的な出力は全体出力の約１８％〜２０％になる。

閉鎖部が完全に同一平面上である場合、すなわち隙間幅０またはＤＦＲ＝ＩＤＫの場合には、８％の音響出力のみが必要とされる（図９参照）。

上述した技術的な教示を遵守すると、高効率のランプの場合には、例えば１２５ＬＰＷから１３５ＬＰＷへの効果増大が得られる（図１０参照）。

幾何学形状的な関係は典型的に、表１に従って選択される。ここでは放電容器のワット数が示されている（第１列）。第２列にはＩＤＫ、キャピラリ内の孔の直径が示されている。

第３列は、放電容器の最大の内径ＩＤを示している。第４列は、端面の直径（ＤＵＳ）を示している。ここでこの端面は放電容器の長手軸に対して横方向に位置している。第５列は、放電容器の直径と最大内径ＩＤとの間の比を示している。これはワット数が低い場合には比較的高く選択され、ワット数が高い場合には格段に小さく選択さる。最終に第６列は、キャピラリの孔の面積と、端面との間の比を示している。この比は、減衰をできるだけ小さく保持するために６〜１２％の領域で選択されなければならない。

キャピラリが放電容器と一体化されており、階段状の付加的な移行またはその他の継ぎ目が生じない、ということが重要である。深く組み込まれている別個のキャピラリでは、音波の反射時に付加的な破壊的な干渉が生じ、さらに層流を妨害してしまうであろう。従って、端面はできるだけ均一に構成されるべきであり、中央部分においてのみ、キャピラリが妨害部として含まれる。貫通案内部のフロントエンドは、キャピラリ内で、０（すなわち端面の面）〜最大でＩＤＫの４倍の深さで終了している。深さができるだけ浅い場合に、減衰が非常に小さくなる。しかしこのような場合に熱ブリッジが最も高い。最良の場合には、ＩＤＫの１倍〜４倍の間の組み込み深さが選択される。

図３は、ランプ終端部を示している。ここでは、放電容器の最大内径ＩＤは２つの区間において、端面１６の開始部まで低減する。ＩＤにつながっている第１の区間が凹状に湾曲されており、端面につながっている第２の区間が凸状に湾曲されている場合に最良の結果が得られる。ここで殊に、２つの区間の間の変化点はむしろ、前方の、放電の方を向いているＬＲＤの区間内に位置するべきである。有利には、前方の区間は流体技術的な理由から湾曲半径Ｒ１を有している。これは例えば少なくとも直径ＩＤの２０％、正確には半分に相応する。後方区間の湾曲半径Ｒ２に対しては、Ｒ１＜Ｒ２が選択されており、殊にＲ２＝１．１〜１．３Ｒ１が該当する。端面は直径ＤＵＳを有する。端面の中央には、一定の内径ＩＤＫを有しているキャピラリ１２が位置している。電極はヘッド部分と軸部分とを有している。これは引き込みピンと溶接されている。引き込みピン上に、最大外径ＤＦＲを有する巻き線が配置されている。隙間幅は約１５〜２０μｍである。隙間幅は巻き線の後方おいて役割を有していない。キャピラリの終端部には、別の巻き線がある。これはガラスはんだ付け１９によって密閉されている。端面と第２の区間との間の移行部は丸められるべきであり、すなわちできるだけエッジを有しているべきでない。

図４は、タングステンから成るピン２０を貫通案内部として示している。これは巻き線を、放電側終端部で有していない。巻き線の代わりに、ここでは、厚くされた溶接箇所２１のみが設けられている。この溶接箇所の狭小箇所は、長さＬＳＰ内で、溶接滴の最大直径が、キャピラリの内壁に対して約１０μｍの隙間を保つように定められている。溶接滴はキャピラリの始まり部分の近傍に位置している。

図５は、貫通案内部のフロントエンド側部分としてセメント含有充填部分２５を示している。この後方には、格段に低減された直径を有する、Ｍｏから成るピン２６が配置されている。ここでも、充填部分とキャピラリ内壁との間の隙間幅は非常に狭く、１０μｍのオーダにあり、ほぼ長さＬＳＰ全体にわたっている。

図６は、別の実施例を示している。ここでは狭い隙間が、貫通案内部のピン２６の上または前に横方向に被着されているディスク２７によって実現される。このディスクはＭｏまたはＷ、またはＭＯまたはＷを含んでいる合金から製造され、１０分の数ミリメータの厚さを有している。

最終に図７は、ＬＳＰの大部分が適切な材料またはプレス嵌めまたは電極のはんだ付けによって封鎖されている実施例を示している。すなわち隙間幅はここでは零である。例えばこれは、ガラスフリット、溶融セラミックまたは硬はんだ付け材料またはＰｔ合金等の適切な材料から成る詰め物２８のことである。具体的な例は系Ａｌ２０３、Ｙ２０３、Ｃｅ２０３の溶融セラミックである。

図１１は別の実施例を示している。ここでは貫通案内部（または電極軸）は領域ＬＳＰ内で、厚い部分３０を有している。これは、貫通案内部の一体構造された構成部分であり、貫通案内部から突出している。このような貫通案内部または電極は例えば、レーザー処理によって製造される。

音響的共振を有する動作に関して、以下の実施例を詳細に説明する。

実施例は、７０Ｗの出力を有する高効率のメタルハライドランプである。放電容器は、１８．７ｍｍの最長軸方向内長ＩＬと、４ｍｍの内径ＩＤとを有している。従ってアスペクト比は４．７である。この高圧放電ランプは４．４ｍｇのＨｇと、ＮａＩ：ＣｅＩ３：ＣａＩ２：ＴｌＩ＝１．７８：０．２８：１．９３：０．２８ｍｇから成る金属ハロゲン化物混合物によって充填されている。電極間間隔ＥＡは１４．８ｍｍである。

予備検査によって、アークが安定した動作が可能であることが確認されている。ここでアークは垂直燃焼位置および水平燃焼位置において、電極接続線上にセンタリングされる。このために、出発点として、ｆＦＭ＝１３０Ｈｚの典型的な掃引率を有する４５〜５５ｋＨｚの領域内の掃引された高い周波数での動作が採用される。

垂直な燃焼位置では、作動開始および約１２０秒のウォーミングアップフェーズの後、分離された、すなわちアークに沿った偏析された金属ハロゲン化物メタルハライド分布が示される。蒸着フェーズにおいて存在する金属ハロゲン化物成分は、アーク長にわたって均一に分割されるのではない。アルカリヨード化物およびＳＥヨード化物の放出は、ランプの下方の３分の一内に集中している。また、上方部分において、上方の電極までは主に、ＨｇおよびＴｌの放出が観察される。このような状態においてランプは比較的低い色再現性と、比較的低い光効率を有している。このために、垂直燃焼位置における色温度は、水平燃焼位置における色温度と格段に異なり、詳細には１５００Ｋまでである。

１０〜３０％のＡＭ度合を有する約２５ｋＨｚの固定周波数ｆＡＭでの振幅変調を加えることによって、概略化された図１２に相応して（小さい画像は実際の測定を示している）、電気的な出力スペクトルがランプにおいて、１３０ｓ−１の掃引率において、すなわち７．７ｍｓの時間期間にわたって、２０〜１５０ｋＨｚの領域において生成される。ＡＭ周波数（２５ｋＨｚ）の領域での出力成分は、励起して、第２の音響的な縦共振ｆ００２を刺激する。

より高いオーダは効果的に抑圧される。第２の縦方向の音響的共振のほぼ排他的な励振は、中空空間共振器としてのランプの充分なＱ値ファクタ（いわゆる共振器Ｑ値）を必要とする。このようなＱ値は、垂直燃焼位置における第２の縦方向の音響的共振の安定した保持のために必要な出力成分によって、電気的な出力スペクトルの、励振のために使用されるスペクトル領域において特徴付けされる。典型的にこの値は、ランプ出力の少なくとも約１０〜２０％の近傍に位置する。しかし安定した作動のためにこのような最低値を充分に超えなければならない。ランプの数が多い場合にランプ特徴の変動をできるだけ小さくするために、ランプ出力の約１５〜２５％の値が推奨される。

このような高圧放電ランプに適している動作方法は、高い搬送周波数を用いつつ、共振動作を利用する。ここでこの搬送周波数は殊に、掃引信号（ＦＭ）によって周波数変調され、同時に振幅変調される（ＡＭ）。ここでまずはＡＭの基本周波数が定められる。ＡＭｆ_２Ｌのこの基本周波数は、第２の、縦モードによって導出される。

ここでランプの点火および待機期間の待機後に、色温度の調整は、所定の出力において次のことによって行われる。すなわち、振幅変調が周期的に、少なくとも２つの状態の間で変化することによって行われる。

掃引信号の周波数は、第１の方位および半径方向モードから導出される。殊に、コントローラは、ＡＭ信号の基本周波数を調整することができる。

ＡＭ度合が、第２の縦音響共振の励振のために１０〜４０％、殊に１０〜２５％使用される場合には特に良好な結果が得られる。有利には、励振するＡＭ周波数はｆ_２Ｌとｆ_２Ｌ−２ｋＨｚとの間で選択される。

基本的に、固定されたＡＭ度合の振幅は段階状に、突発的に、徐々に、または微分可能に特定の周期性で変化する。

典型的な作動方法は、４５〜７５ｋＨｚ、典型的に５０ｋＨｚの中央ＨＦ領域における搬送周波数での作動から始まる。これには有利には、ＦＭ変調としての掃引周波数が印加される。その値は、１００〜２００Ｈｚの領域から選択される。この動作には、振幅変調が印加される。この振幅変調は、２つのパラメータであるＡＭ度合およびＡＭの持続時間、すなわちデューティ比並びに時間制御されたＡＭ深度ＡＭ（ｔ）のうちの少なくとも１つによって特徴付けされている。場合によっては、ＡＭの使用ないしはそのマニピュレーションは、ウォームアップフェーズの後にはじめて行われる。ＡＭ度合は、ＡＭ度合 ＝（Ａｍａｘ−Ａｍｉｎ）／（Ａｍａｘ＋Ａｍｉｎ）として定義されている。ここでＡは振幅である。

この方法の他に、本発明は安定器を含んでいる。この安定器には、説明したプロシージャが組み込まれている。

詳細には、より大きい内長を有する高効率のセラミックメタルハライドランプでは、放電容器のアスペクト比（内長／内径）は、少なくとも２．５、有利には殊にＩＬ／ＩＤ＝４−５．５である。ここで中間〜高周波数のＡＭ作動によって、振幅−変調度合を介して、１つまたは複数の縦モードの強度（有利には第２）が励振される。このモードでは、充填物は放電容器およびプラズマの中央領域に搬送され、これによって放電容器内で充填分布がアークに沿って調整され、分離作用が阻止される。これは殊に垂直または傾斜して（有利には５５°を上回る傾斜角度）作動されるランプの場合に特に重要である。これによって蒸気圧力の組成が変化し、堆積した充填物構成部分のスペクトル吸収も変わる。縦モードを励振するための変調周波数（ＡＭの基本周波数）は典型的に、２０〜３５ｋＨｚの周波数領域内にある。典型的に４５〜７５ｋＨｚの搬送周波数では、これに加えてＦＭ（周波数変調）がスイープモードで、約１００〜２００Ｈｚの領域において実施される。

制御のために、ここでＡＭ度合だけ、または重畳されるＡＭ周波数の持続時間も、パルス時間および休止時間として使用される。このようなパラメータＡＭ度合いおよびデューティ比を介して、すなわちＡＭがスイッチオンされている時間ＴとＡＭがスイッチオフされている時間の比、省略してＴ（ＡＭオン）／Ｔ（ＡＭオフ）並びに、その他に時間制御された可変の振幅変調深度ＡＭ（ｔ）、すなわちＡＭ度の上部構造を介して、大きい範囲で、高い光効率および変化しないランプ出力のもとで色温度が変化する。

図８には属する電子安定器の原理図が示されている。これは以下の基本的なコンポーネントを有している：

タイマー／シーケンサー：ここでは、ウォームアップフェーズの持続時間を制御する時間スキームコントロールおよび高圧放電ランプの点弧およびアーク発生後の印加フェーズの開始が行われる。ここでさらに、ランプアーク安定化のために掃引率の制御が行われる。

さらに、スキャンレート並びに周波数スキャン通過時の各周波数点での滞留持続時間並びに順次連続するプロシージャステップ間の休止時間の設定が制御される。

パワーステージ（出力最終段）：電流制限部材および典型的な周波数レスポンスを有するフルブリッジまたはハーフブリッジ。これは、給電レール（４５０Ｖ ＤＣ）を介して、給電網に結合される。

フィードバックループ（再帰結合ループ）：ランプの動作識別、場合によっては制御パラメータの調整をするためのランプ電流およびランプ電圧等のランプパラメータのフィードバックおよびウォームアップフェーズないしはアプリケーションフェーズの設定、ないしは別のマッチングパラメータを伴うアプリケーションフェーズの繰り返し。

ここで回路部分は、電子安定器出力側（ランプ）での電流および電圧の充分に正確な測定のために実装される。さらに、Ａ／Ｄ変換器を介して、コントローラ内の処理に対する測定値が処理される。付随的に発生するデータが、データメモリ内に、さらなる評価プロシージャのために書き込まれる。

ランプ：高圧放電ランプ（ＨＩＤランプ）
ＦＭモジュレータ：高出力周波数変調器
ＡＭモジュレータ：周波数ｆＡＭのコントロールも、ＡＭ度合ＡＭＩのコントロールも行うことができる、同じように可変の高出力変調器
ＡＭ信号発生器：デジタルまたは電圧コントロールされた発振器
ＦＭ信号発生器：デジタルまたは電圧コントロールされた発振器
パワーサプライ（給電網部分）：レール電圧発生器
コントローラ：全てのユニットの中央コントロール

基本的に以下のことが該当する：動作は、高い搬送周波数を用いて行われる。ここでこの搬送周波数は殊に、掃引信号（ＦＭ）を用いて周波数変調され、同時に振幅変調される（ＡＭ）。ここでまずはＡＭの基本周波数が定められる。ＡＭｆ２Ｌのこの基本周波数は、第２の、縦モードから導出される。ここでランプの点弧後および待機期間の待機後に、色温度の調整は、所定の出力において次のことによって行われる。すなわち、振幅変調が周期的に、少なくとも２つの状態の間で変化することによって行われる。

ここで有利には、掃引信号の周波数は、第１の方位および半径方向モードから導出される。

Claims (14)

1. 高圧放電ランプであって、
   当該高圧放電ランプは、縦音響的共振を有する共振動作に対して定められ、
   当該高圧放電ランプは、縦方向に延在しているセラミック放電容器を有しており、
   当該放電容器はランプ軸Ａを定め、内長ＩＬと最大内径ＩＤを有する内部体積を有しており、一定の内径ＩＤを有する中央領域と、内径が低減されている２つの終端領域とに区分されており、
   前記終端領域内でそれぞれ１つの電極が放電容器内に突出しており、前記電極は貫通案内部に固定されており、当該貫通案内部は、一定の内径ＩＤＫを有するキャピラリ官内で、放電容器の終端部に配されており、前記放電容器は２．５〜８、殊に３〜６のアスペクト比を有しており、
   終端領域において前記内径はＩＤの最大で８５％、有利には最大で６０％にまで減少しており、従って端面は、前記キャピラリを含めた放電容器の終端部に設けられており、当該端面はＩＤの少なくとも１５％、有利には少なくとも２０％を内径ＩＤＥとして有している形式のものにおいて、
   前記貫通案内部とキャピラリの内壁との間に、最大で２０μｍの隙間が、前記キャピラリの内径ＩＤＫの少なくとも２倍の軸方向長さにわたって設けられており、
   前記キャピラリの内径（ＩＤＫ）および前記端面の直径によって構成されている領域の間の比は、０．０６〜０．１２の範囲にある、
   ことを特徴とする高圧放電ランプ。
2. 前記終端領域は端面に向かって先細りしており、凹状区間と凸状区間とから成る、請求項１記載の高圧放電ランプ。
3. 前記終端領域と前記端面との間の移行部は丸められている、請求項１記載の高圧放電ランプ。
4. 前記貫通案内部は複数の部分から成り、ここで前記貫通案内部の前部として、ＭＯ／Ｗコアピンから成る巻き線およびＭｏ／Ｗ巻き線が使用されており、ここで２０μｍ以下の中間隙間幅が保持されている、請求項１記載の高圧放電ランプ。
5. 前記貫通案内部は複数の部分から成り、前記貫通案内部の前部として、中実の金属製円筒状部分またはセメントを含有する円筒状部分が使用されている、請求項１記載の高圧放電ランプ。
6. 前記キャピラリの入り口領域は、電極のプレス嵌めまたははんだ付けが用いられて、隙間が無いように保持されている、請求項１記載の高圧放電ランプ。
7. 前記放電容器は金属ハロゲン化物を含有している充填物を収容している、請求項１〜４までのいずれか１項記載の高圧放電ランプ。
8. 請求項１から７までのいずれか１項記載の高圧放電ランプの共振動作のための作動方法であって、
   高い搬送周波数を用いており、当該搬送周波数を殊に、掃引信号（ＦＭ）を用いて周波数変調し、同時に振幅変調し（ＡＭ）、まずはＡＭの基本周波数を定め、ここでＡＭｆ_２Ｌの基本周波数を、第２の縦モードから導出する、
   ことを特徴とする、高圧放電ランプの作動方法。
9. 前記ランプの点弧後および待機期間の待機後に、色温度の調整を、所定の出力のもとで、振幅変調を周期的に、少なくとも２つの状態の間で変えることによって行う、請求項８記載の作動方法。
10. 前記掃引信号の周波数を、第１の方位および半径モードから導出する、請求項８記載の作動方法。
11. １０〜４０％、殊に１８〜２５％の、第２の縦音響的共振の励振のためのＡＭ度合を使用する、請求項８記載の作動方法。
12. 前記励振ＡＭ周波数は、値ｆ_２Ｌと値ｆ_２Ｌ−１ｋＨｚとの間にある、請求項８記載の作動方法。
13. 固定されたＡＭ度合いの振幅を段階状に、突発的に、徐々にまたは微分可能に特定の周期性で変化させる、請求項８記載の作動方法。
14. 高圧放電ランプおよび電子安定器から成るシステムであって、
    請求項１から７までのいずれか１項記載の高圧放電ランプを有しており、
    前記電子安定器は、請求項８〜１３記載の作動方法を実現するように設計されている、
    ことを特徴とするシステム。

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