CN1234720A

CN1234720A - 放电灯控制装置

Info

Publication number: CN1234720A
Application number: CN99105962A
Authority: CN
Inventors: 小南智; 宫崎光治
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-03-18
Filing date: 1999-03-18
Publication date: 1999-11-10
Anticipated expiration: 2019-03-18
Also published as: EP0944294A3; DE69920087T2; KR19990078014A; JPH11265795A; EP0944294A2; KR100333997B1; US6147461A; JP4024374B2; EP0944294B1; CN1146306C; DE69920087D1

Abstract

一种操作具有限定放电空间的弧光管的放电灯的放电灯的控制装置包括:产生具有激励弄直弧光放电的模式的声共振频率的频率成分的第一波形信号的发生装置,第一波形信号的波形中心线保持一个固定的电平;和周期性地调制第一波形信号的调制装置,以至第一波形信号的中心线的极性以低于声共振频率的调制频率交替地变化,和产生调制信号。调制深度α/β设定为这样的值,能够防止使弧光管中的填充材料基本上以条形附着在弧光管的中心部位,其中α是第一波形信号的峰到峰幅度,β是调制信号的幅度的有效值。

Description

放电灯控制装置

本发明涉及一种放电灯的控制装置，更具体地说，涉及一种利用在高亮度的放电(HID)灯中的声共振产生直线弧光放电的控制装置，更具体地说，本发明涉及一种能够消除由于电泳引起的弧光放电颜色的变化和防止弧光管透明度变坏的控制装置，换言之，这是由于在弧光管的中心部分弧光管中的填充材料以基本围绕弧光放电的条形粘附于在弧光管内壁所引起的，因此实现了较常寿命的放电灯。

作为内部照明和外部照明的光源，HID已经受到人们的注意，鉴于它的高亮度，高效率，优异的彩色再现特性，长寿命等，特别适合用作照明商店的光源。近来，消耗少量功率的较小的HID管作为视频装置的光源，或者汽车前灯的光源特别引人注意。

一般说来，当上述类型的放电灯水平放置进行工作时，由于在该弧光管中温度分布引起的对流影响，该弧光放电向上弯曲。当弧光放电弯曲时，约5000K左右的高温弧光放电变得接近弧光管的上面部分。结果，该弧光管的上部分的温度高于该弧光管的下面部分的温度。因此，弧光管的上面部分的透明度比弧光管的下面部分的恶化得快(也就是损失了透明度)。弧光管的上面部分还热膨胀。这些产生了最初的弧光管的恶化，相反，影响了放电灯的寿命。具体地在小的低功耗HID管中，弧光放电与弧光管间的距离变得较短，因此，如上所述，弧光放电的曲率对放电灯的寿命有较大的影响。

然而，当弧光放电弯曲时，在弧光管上下之间弧光放电的形状变得不对称。结果，在HID管与反射镜结合使用时，在光学设计中必须考虑弧光的曲率。因此，这种光学设计变得极其复杂和费时。

作为这种消除弧光曲率的技术，利用声谐振操作放电灯的方法在用于异议日本公开JP.7-9835和日本专利公开JP.7-14684中提出来过。

具体地说，在用于异议的日本公开JP.7-9835的日本专利公开中，将具有图13中所示波形的电流提供给放电灯，其中具有用声共振减小对流影响以弄直弧光放电的频率的AC(交流)电流52叠加到直流(DC)电流51上。通过提供这样的电流，弧光的曲率被减小和实现了基本上直的弧光放电。在图13中，线G表示地电平，它还被加到用于描述本发明的其它的波形图上。

日本专利公开JP.7-14684作了这样的披露，由于对流影响产生的弧光曲率可以用下面的方法消除。在弧光管的半径方向上激发声共振且具有约10Khz至约100Khz的频率范围和波形的AC电流被提供给放电灯。选择AC电流的频率F_V，以满足下面的AC电流的频率F_V与在半径方向上声波的频率F_R间的关系：

n·2F₂=m·F_R

F_R=3.83c/(2πR)这里的n和m是整数；C是在弧光管内沿半径方向的声音的速度；和R是弧光管的内半径。该公开表述了用随后的上述的方案可以消除由于对流影响引起的弧光曲率。

声共振是一种现象，当由弧光管中的填充材料和弧光管的形状所决定的放电灯的自然频率变得基本等于输入到放电灯中的电功率的周期变化频率时，在弧光管中压缩波的驻波产生该现象。一般，这种声共振引起了弧光放电的不稳定或熄灭，弧光管的爆炸等等。因此，通常都试图避免产生声共振。

一般，声共振具有三种模式，即半径方向模式，轴向方向模式和圆周方向模式。在该上述模式中，用于异议的日本公开JP.7-9835和日本专利公开JP.7-14684的专利公开中所披露的方法利用了半径方向上的声共振。

然而，从本发明的研究发现，放电灯的满意的工作状态不总是利用用于异议的日本公开JP.7-9835和日本专利公开No.7-14684中所披露的声共振的控制方法实现的。

更具体地说，在用于异议的日本公开JP.7-9835的中披露的放电灯控制装置中，这时在放电灯的放电空间中的电场强度按照叠加的AC电流52作周期性地变化，由于在放电灯中的电流总是以一个方向流动，因而电场的方向保持一个方向。结果，电泳发生在放电灯的弧光形管内的填充材料的分布变得不平衡的地方，引起产生的弧光放电的颜色发生偏差。

在日本专利公开JP.7-14684中所披露的放电灯控制装置，在图14中原理性地表示，当未示出的弧光放电产生在电极142与144之间时，不蒸发的液相填充材料在放电灯的弧光管140中以围绕弧光放电的条形方式附着在弧光管的中心部分的内壁(用数字146表示)。这种现象大概是由于下面的原因。当用半径方向上的声共振将弧光放电弄直时，用声共振的不同模式，即在轴向的声共振，在弧光管140的中央部分，填充材料的密度变高。该凝聚的填充材料因此以条形方式附着在弧光管140的内壁。

当如上所述，填充材料以围绕弧光放电的条形方式附着在弧光管140中心部分的内壁，在构成弧光管140的石英玻璃与填充材料间的化学反应在条形附着部分146处加速进行。因此，条形附着部分146的透明性就损失了，减少了光(流明)通量。结果，放电灯的寿命缩短了。另外，由于常规放电灯与反射镜配合使用，如果透明性损失的条形附着部分146存在于弧光管140的中心部分，放电灯的光的利用率就减小了。

日本专利公开JP.10-326681(对应EP-A-0825808)披露抑制了在用于异议的日本公开JP.7-9835中出现的问题，即抑制电泳产生的技术。根据披露的技术，通过控制装置操作放电灯，该控制装置输出具有合成波的电流，该波包括具有激励直线弧光模式的声共振频率的频率成分波形，和以低于声共振频率的频率交替变化其极性的波形。该公开描述使用那个控制装置弧光曲率被最小化，因此产生直线弧光放电，和由于电泳产生的弧光颜色的偏差被消除了。

然而，上述日本公开专利JP.10-326681(对应EP-A-0835808)没能考虑到在弧光管的中心部分内壁上的填充材料附着问题。因此，披露的技术如同上述有关日本公开专利JP.7-14684那样，具有相同的不足。

根据本发明，操作具有限定放电空间的弧光管的放电灯的控制装置包括：产生具有激励弄直弧光放电的模式的声共振频率的频率成分的第一波形信号的产生装置，第一波形信号的波形的中心线保持在固定的电平；和周期性地调制第一波形信号的调制装置，以至第一波形信号的中心线的极性以低于声共振频率的调制频率交替变化和产生调制信号。调制深度α/β被设定为这样的值，以至在弧光管内的填充材料被防止以基本上条形地附着到弧光管的中心部分，α是第一波形信号的峰-峰幅度值，β是调制信号的幅度的有效值。

声共振频率可以由在放电灯的放电空间中的介质中的声音的速度和与弧光放电相交的放电空间的长度来确定。

填充材料至少可以包括金属卤化物或汞。

调制深度α/β的值最好是等于或者小于约0.6，比较可取的是调制深度α/β的值处于约0.3至大约0.6的范围。

在一个实施例中，控制装置还包括用于检测在放电灯的工作期间在弧光管的壁上填充材料的条形附着状态和根据检测结果改变调制深度α/β的值的调制深度控制装置。

调制深度控制装置可以检测由放电灯输出的光。

因此，这里所述的本发明可以提供放电灯控制装置的优点，该放电灯通过消除电泳能够减小弧光颜色的偏差，产生基本直线的弧光放电，并且可防止在弧光管中的填充材料以条的形状附着到弧光管的中心部分的内壁，其中这种附着会引起条形附着部分的透明度的损失，从而可实现放电灯的长寿命。

参照附图并阅读和理解下面的详细的说明，本发明的这个和其它的优点对于本技术领域的普通技术人员来说是显而易见的。

图1是表示包括正弦波和矩形波的复合波的波形，该正弦波具有激励弧光直线模式(第一波形信号)的声共振频率f2，以低于声共振频率f2的频率f1交替改变矩形波的极性；

图2A是描述测量产生的弧光放电的曲率大小L的方法的图，图2B是表示在测量的弧光放电曲率大小L中的变化的曲线；和图2C是表示在放电灯的操作期间在弧光管上填充材料的附着状态；

图3是表示包括正弦波和矩形波的复合波的波形，该正弦波具有激励弧光直线模式(第一波形信号)的声共振频率f2，该矩形是以低于声共振频率f2的频率f3交替改变其极性；

图4是表示根据本发明的第一实施例的放电灯控制装置的结构的示图；

图5A-5C是从图4所示的装置的部件输出的电流的波形的图；图5A是表示从矩形波发生器输出的波形，图5B是表示从正弦波发生器输出的波形，和图5C是表示从叠加正弦波发生器的输出和矩形波发生器的输出的波合成器输出的波形；

图6是表示根据本发明的第二实施例的放电灯控制装置的结构的图；

图7A至7D是表示从图6所示的装置的部件输出的电流的波形的图；图7A是表示从DC直流电源输出的波形，图7B是表示从高频电源输出的波形，图7C表示从叠加电路输出的波形，和7D是表示从矩形波转换电路输出的波形；

图8是表示根据本发明的第三实施例的放电灯控制装置的结构的图；

图9A和9B是表示从图8中所示的装置的部件输出的电流的波形；图9A表示从DC直流电源输出的波形，和图9B是表示从矩形波转换电路输出的波形；

图10是表示根据本发明的第四实施例的放电灯控制装置的结构的示图；

图11是表示图10所示的控制装置的光接收部分的示意图；

图12是表示图10所示的控制装置的电容器的电容量与调制深度间的关系的曲线；

图13是在放电灯操作期间由常规的放电灯控制装置提供的灯电流波形的示意图；

图14是表示在由常规的放电灯控制装置操作放电灯期间填充材料在弧光管上附着的状态的示意图。

图1示出了包括具有激励弧光直线模式的声共振频率f2的正弦波(第一波形)信号和具有频率f1(图1中的400Hz)的矩形波的复合波的波形。频率f1低于声共振频率f2和矩形波的极性以频率f1交替变化。简言之，复合波是由彼此重叠的具有声共振频率f2的正弦波和具有频率f1的矩形波组成的。

上述的激励弧光直线模式的声共振频率f2是由在放电灯中的放电空间(由放电灯的弧光管所限定)内的介质中的声音速度和与弧光放电相交叉的放电空间的长度所决定的。

本申请的发明者实验地测量了弧光放电的曲率的大小，以及以下面方式操作放电灯时填充材料对弧光管的附着状态。上述的复合波提供给以水平位置放置的放电管以控制放电灯，同时改变具有声共振频率f2的正弦波的最大值与最小值(峰到峰的值)之间的差α，和因此也改变调制深度α/β(这里的β是复合波的有效值)。该实验结果描述如下。

在该实验中，使用了声共振频率f2为15kHz的35W金属卤化物灯。

图2A是描述产生的弧光放电114的曲率的曲率大小L的测量。更具体地说，电极轴115假定是通过在弧光管111内的一对相对电极112和113的中心延伸的。测量电极轴115与在垂直于电极轴115的平面中的弧光放电114的中心间的距离作为弧光放电114的曲率大小L。

图2B示出了上述的测量的弧光放电114的曲率大小L的变化。如图2B所示，曲率大小L一般随调制深度α/β的增加而减小，和当调制深度α/β超过约0.3时，L的大小锐减。

图2C示出了在操作放电管时填充材料116对弧光管111的附着状态。

填充材料116对弧光管111的附着状态在调制深度α/β为约0.6时变化。当调制深度α/β小于0.6时，由于它的重力，填充材料116集中在弧光管111的底部。当调制深度α/β超过0.6时，填充材料116基本上以围绕弧光放电114的条形附着在弧光管111的中心部分(图2A)。

将要描述为什么当调制深度超过约0.6时，填充材料116以条形集中在弧光管111的中心部分，和当调制深度超过约0.3时弧光放电114变直的原因。

以上出现的二者大概是由于在弧光管111中产生的声共振：也就是，由于在轴向方向上的声共振产生了填充材料的条形附着，由于在半径方向上的声共振产生了直线弧光放电。更具体地说，在半径方向上的声共振起作用以形成空间，通过该空间弧光放电114能够容易地通过电级115的附近，和还形成一个空间，通过该空间弧光放电不容易通过前者的空间。结果，弧光放电114在电极轴115的附近易于通过前者的空间，从而得到基本直的弧光放电。

另一方面，还在弧光管111中产生的在一轴向方向上的声共振容易在接近电极112和115的电极对的中心的正交于电极轴115的平面中凝聚填充材料。这就使我们相信填充材料以条的形状附着在弧光管上的原因。

声共振使填充材料运动的力比例于在弧光管111中产生的压缩波的强度。由于电弧温度的周期变化引起的压力变化产生了压缩波，它又起因于输入给放电灯的电功率(即管功率)的周期变化。换言之，由于声共振运动填充材料的力比例于管功率，为了增加靠其声共振运动填充材料的力，管功率可以增加。

当具有图1所示的波形的电流加到放电灯时，如果具有谐振频率f2的正弦波的值α(峰到峰的值)增加，即调制深度α/β增加，在该灯功率中的周期变化的宽度增加。这就是为什么当使得填充材料116附着在弧光管111的内壁上的调制深度α/β超过约0.6时产生了运动填充材料116到弧光管111的中心部位的足够大的力。

当运动和弄直气体轻便(Light-Weight)弧光放电的力是可以与在弧光管中的中心部位运动和凝聚填充的较重的液体材料的力相比较时，后者的力大于前者的力。因此，由于弄直该弧光放电所需要的力比较地小，当调制深度超过约0.3时，可以得到足够的力，当调制深度超过0.3时导致了弧光放电的曲率大小L的锐减。

从上述的实验结果，可以发现通过设定调制宽度α/β在0.6以下，弧光曲率可以减小，同时可以防止引起透明度损失的填充材料的条形附着。特别是如果调制深度α/β设定在约0.3至约0.6的范围，弧光曲率可以进一步减小，和因此放电灯的寿命可以进一步延长。

然而，当包括由具有声共振频率f2的正弦波和具有400Hz频率f1的矩形波组成的复合波加到放电灯时，灯电流的极性变化对应具有400Hz频率f1的矩形波的周期。这就导致了在放电空间中产生的电场极性的周期度化。结果防止了电泳的出现，和因此消除了弧光颜色的变化。

图3是包括具有激励弧光直线模式的声共振频率f2的正弦波(第一波形)信号和具有频率f3的矩形波的复合波的波形。频率f3低于声共振频率f2，和矩形波的极性以频率f3交替变化。简言之，该复合波是由彼此叠加的具有声共振频率f2的正弦波和频率为f3的矩形波构成的。

在使用图1中的波形的情况下，如上所述，通过提供图3中所示的波形的电流给放电灯，该波形的调制深度是约0.6以下，该弧光曲率可以减小，和可以防止引起弧光管的透明度损失的填充材料的条形附着。然而，在放电空间中产生的电场的极性以由频率f3确定的周期变化。

在上述的说明中，正弦波用作第一波形信号，即具有激励弧光直线模式的声共振频率f2的波形。只要波形包括声共振频率f2的频率成分，诸如矩形波和锯齿波的任何波也可以用作第一波形。如果第一波形信号是以预定的周期和幅度改变频率的频率调制，它可以吸收在激励弧光直线模式中的声共振中的变化，由于放电灯超时的工作特性的变化，谐振中的变化是容易发生的。

另外，在上述说明中，具有频率f1(图1)的矩形波和具有频率f3(图3)的三角波用作第二波形信号，该第二波形信号与具有声共振频率f2的第一波形信号合成，和具有低于频率f2的频率的调制频率，在频率f2极性交替地变化。诸如正弦波，阶跃波和锯齿波的其它的波形只要波形的极性以低于声共振频率f2的频率交替变化就可以使用。只要它的极性变化，具有小量的直流分量的波形也可以使用。正和负相位对称的波形也可以使用。换言之，使用这样的波可以得到上述效果，防止在放电灯的放电空间中的电场方向保持一个方向，所以避免了电泳的发生，和合成具有声共振频率f2的第一波形信号的波形。

此后，将结合相关的附图描述基于本发明原理实现的实施例。(实施例1)

图4是根据本发明的第一实施例的放电灯控制装置的示意图。例如，该实施例的控制装置2用于例如35W金属卤化物灯。

参照图4，35W金属卤化物灯1是具有填充在弧光管中的汞和金属卤化物(钪-钠的卤化物)的放电灯。控制装置2提供具有预定波形的电流给35W金属卤化物灯1。控制装置2包括正弦波发生器3，矩形波发生器4和波形合成器5。该正弦波发生器3产生150KHz正弦波作为具有激励弧光直线模式的声共振频率f2的频率分量的第一波形。矩形波发生器4产生400Hz矩形波和作为输出具有低于声共振频率f2的频率的波形的极性变化电源，波形的极性以频率f2交替变化。波合成器5将正弦波发生器3的输出与矩形波发生器4的输出合成。

图5A,5B和5C示出了来自图4所示的各部件的波形输出：图5A示出了由矩形波发生器4输出的400Hz的矩形波的波形，图5B示出了由正弦波发生器3输出的150KHz正弦波的波形，和图5C示出了通过波形合成器5将正弦波发生器3的输出与矩形波发生器4的输出叠加的波的波形。正弦波发生器3的输出和矩形波发生器4的输出被调整，以至图5C中所示的叠加波的调制深度小于约0.6。该图5C所示的波形加到35W金属卤化物灯1上。

因此，在实施例1中，控制装置2可以将图5C中所示的复合波加到35W金属卤化物灯1，该复合波具有小于约0.6的调制深度且通过将激励弧光直线模式的具有声共振频率f2(所示例中的150KHz)的正弦波与具有频率为400Hz的矩形波叠加而成的。通过应用这样的复合波，可以实现没有颜色变化的直线弧光放电，和可以防止填充材料在弧光管的中心部位的内壁上的条形附着。(实施例2)

图6是根据本发明第二实施例的放电灯控制装置12的示意图。

参照图6，类似于实施例1所述的35W金属卤化物灯用作放电灯1。控制装置12将具有预定波形的电流加到35W金属卤化物灯1。控制装置12包括高频电源17，调制部分13和启动器15。该高频电源17产生作为具有激励弧光直线模式的声共振频率f2的频率分量的第一波形信号的150KHz正弦波。该调制部分13调制高频电源17的输出，以至它的极性以低于声共振频率f2的调制频率交替变化。启动器15施加将足以使35W金属卤化物灯1开始放电的高压。

调制部分13包括直流电源16，叠加电路18和矩形波变换电路14。直流电源16输出直流信号，在整个时间该信号的即时值不变。叠加电路18将高频电源17的输出加到直流电源16的输出上。该矩形波变换电路14是一个以低于声共振频率f2的调制频率交替改变叠加电路18的输出极性的逆变器。

图7A至图7D表示由图6所示的各部件输出的电流的波形。

图7A示出了由直流电源16输出的电流的波形(图6中箭头(a))。

直流电源16包括由直流电源19，晶体管20，二极管21，扼流圈22和电容器23构成的电压-降压斩波器电路。该直流电源16还包括控制电路27，该控制电路根据对应在电阻24和25处测量的灯电压的信号和对应在电阻26处测量的灯电流的信号计算灯功率，和控制晶体管20的通/断比，以至计算的灯功率保持恒定的值35W。通过上述的操作，在整个时间即时值不变的图7A中所示的直流波形从直流电源16输出。

图7B示出了从高频电流17输出的电流的波形(在图6中的箭头(b))。

高频电源17包括输出具有声共振频率f2(150KHz)的正弦波的正弦波电源28和限制从正弦波电源28输出的电流到小于约0.6调制深度的扼流圈29。通过上述的操作，如图7B中所示的具有声共振频率f2(150KHz)的正弦波电流从高频电源17输出。

图7C示出了从叠加电路18输出的电流的波形(在图6中的箭头(c))。

叠加电路18包括扼流圈30和电容器31。电容器31阻断直流分量，以防止从直流电源16输出的电流流到高频电源17。扼流圈30阻断高频分量，以至防止从高频电源输出的电流流到直流电源16。联接该扼流圈30与电容器31的点是叠加电路18的输出端，如图7C所示，在此叠加的直流电流和具有声共振频率f2(150KHz)的正弦波从该端输出。

图7D示出了从矩形波变换电路14输出的电流的波形(图6中所示的箭头(d))。

该矩形波变换电路14包括晶体管32,33,34和35以及驱动电路36。该矩形波变换电路14交替产生一个晶体管32和35导通的周期和一个通过改变从驱动电路36输出的输出信号使晶体管33和34导通的周期。用这种方法，如图7C所示，在这里叠加的直流电流与具有声共振频率f2(150KHz)的正弦波变换成如图7D所示的具有400Hz频率的交流电流，它于是提供给35W金属卤化物灯1。

因此，在实施例2中，一旦通过启动器5提供高压，35W金属卤化物灯1开始工作，控制装置2可以给金属卤化物灯1提供如图7D所示的包括激励弧光直线模式的具有声共振频率f2(150KHz)的正弦波和具有低于声共振频率f2的频率(在所示例中为400Hz)的矩形波的复合波电流(调制深度：约0.6以下)。通过应用这种复合波，可以实现没有颜色变化的直线弧光放电，可以防止在弧光管的中心部位的内壁上有条形填充材料的附着。

图7D所示的复合波的调制深度通过改变正弦波电源的输出电压可以自由变化。(实施例3)

图8是根据本发明的第三实施例的放电灯控制装置40的示意图。

参照图8，类似于在实施例1和2中所述的35W的金属卤化物灯用于放电灯1。控制装置40提供电流给该35W的金属卤化物灯1以开启和操作该金属卤化物灯。该控制装置40包括产生第一波形信号的直流电源41，矩形波变换电路14，和启动器15。该矩形波变换电路14是以低于声共振频率f2的频率改变由直流电源41输出的极性的反向电路。启动器15施加足以使35W金属卤化物灯1开始放电的高压。

直流电源41输出叠加了具有激励弧光直线模式的声共振频率f2的频率分量的波形的直流信号。矩形波变换电路14和启动器15在结构上与在实施例2中描述的相同。这些部件的描述也就省略了。

在作为产生具有激励弧光直线模式的声共振频率f2的第一波形信号装置的直流电源41的结构上本实施例不同于上面的实施例1。将要描述直流电源41的结构与操作。

直流电源41包括由直流电源42，作为开关元件的晶体管43，二极管44，扼流圈45和电容器46构成的电压下降斩波电路。该直流电源41还包括控制电路50，该电路50根据对应在电阻47和48上检测的灯电压的信号和对应在电阻49上检测的灯电流的信号计算灯的功率，和控制晶体管43的通/断比，以至在35W的恒定的电压下保持计算的灯的功率。在直流电源41的这种结构中，晶体管43的通/断频率设定在激励弧光直线模式的声共振频率f2(150KHz)。另外，由扼流圈45和电容器46构成的滤波器电路被调整具有不截止150KHz频率分量的操作特性，和从该滤波电路输出的波的调制深度设定在小于约0.6的预定的值。因此，由直流电源41输出的电流的波形是具有小于约0.6的调制深度，以150KHz的频率周期变化的直流电流。

图9A和9B分别示出了从直流电源41输出的电流的波形(在图8中的箭头(a))和从矩形波变换电路14输出的电流的波形(在图8中的箭头(b))。

因此，如在实施例1和2中一样，在实施例3中，控制装置40可以提供给35W金属卤化物灯以复合波电流(调制深度：小于约0.6)，该复合波如图9B所示，包括具有激励弧光直线模式的声共振频率f2(150KHz)的正弦波和具有低于声共振频率f2的频率(在说明性示例中为400Hz)的矩形波。通过提供这样的复合波，可以实现没有颜色变化的直线弧光放电，和可以防止在弧光管的中心部位的内壁上附着条形的填充材料。

在图8所示的结构中，扼流圈45和电容器46被调整为有预定的操作特性，和晶体管43的通/断频率设定在能够弄直弧光放电的声共振频率f2(150KHz)上。通过这样简单的调整，可以给矩形波提供预定的调制深度。结果，简化了控制装置的结构。(实施例4)

图10是根据本发明的第四实施例的放电灯控制装置59的示意图。

图10中所示的结构不同于图8中所示的实施例3的结构，该不同之处在于前者还包括调制深度控制部分51并且可变电容器53用以代替图8中所示的直流电源41的电容器46。调制深度控制部分51检测放电管的工作期间填充材料在弧光管的内壁的附着状态，和改变提供给取决于该检测状态的放电灯1的电流的调制深度α/β。图10中其它的元件与图8中的元件相同，并且用相同于图8中所标的数字表示。这些元件的描述也就省略了。

调制深度控制电路51包括光接收部分54和调制深度控制电路58。该光接收部分54放置在35W金属卤化物灯1的附近，以作为在该灯工作期间检测弧光管中的填充材料是否附着于弧光管内壁上的检测器。该调制深度控制电路58根据从光接收部分54接收到的信号改变电容器53的电容量，从而改变调制深度α/β。该光接收部分靠近放电灯的弧光管放置，以便接收通过弧光管中的填充材料以条形状附着的弧光管部位(即该弧光管的中心部位)的局部光。

现在将描述具有以上结构的第四实施例的放电灯控制装置的工作。

首先，参照图11描述如何检测填充材料的条形附着。

由弧光放电发射的光120通过弧光管111透射出去。当填充材料116以条形附着在弧光管111上时，在附着部位的填充材料116反射和吸收光，引起透射的光谱特性局部地变化。换言之，在光通过填充材料附着的弧光管的区域的情形与光通过填充材料不附着的弧光管的区域的情形，对于具有一定波长的光，透射光的数量有明显的区别。通过构成可以检测到具有一定的波长光的透射量变化的光接收部分54，可以检测到填充材料116的存在(即填充材料116对弧光管的附着状态)。

具体地说，参照图11，该光接收部分54包括光电二极管55，滤色片56，和透镜57。在电极112与113间弧光放电产生的光线中，通过填充材料以条形附着的弧光管111的部分透射出去的局部光120通过透镜57会聚，和再通过滤色片56后由光电二极管55接收。

例如，如果填充材料是浅黄色的Sc-Na碘(Sc-Naiodine)，它具有吸收蓝光的特性。因此该填充材料(碘)116以条形附着在弧光管111上，通过附着的碘116透射出去的光线120中的蓝光的量明显地减少。因此，通过测量透射的蓝光的量，可以检测是否碘116以条形附着在弧光管111上了。在这种情况下，蓝透射滤光片用作光接收部分54的滤光片。

如上所述，当碘116以条形附着在弧光管上时，在由光接收部分54接收的光120中很难包含蓝光。因此，光仅仅输入至光电二极管55，光接收部分54的输出几乎是零。因此，调制深度控制电路58确定该碘以条形附着。

如果在弧光管111上没有条形的碘116的附着，输入至光接收部分54的光120包含蓝光。因此，通过滤光片56透射的光输入至光电二极管55。于上，光接收部分54输出比例于输入至光电二极管55的光的数量的信号到调制深度控制电路58。如果来自光接收部分54的信号等于或大于预定的值，调制深度控制电路58确定没有发生碘116的条形附着的发生。

图12中示出了调制深度与电容器53的电容量之间的关系。也就是电容器53的电容量增加，调制深度减小。因此，调制深度控制电路58起到了为了得到大的调制深度减小电容器53的电容量的作用，和与此相反，为了得到小的调制深度，增加电容器53的电容量。通过调整电容器53的电容量，用调制深度控制电路58，调制深度于是被控制。

因此，在实施例4中，光接收部分54在金属卤化物灯(放电灯)1的工作期间检测填充材料的附着状态。基于检测结果，提供至放电灯1的电流的调制深度由调制深度控制电路58改变。这就能够使得35W金属卤化物灯工作在不出现填充材料条形附着的条件下弧光曲率最小的调制深度。另外，在35W金属卤化物灯1制造校准和超过规定时间结构上的变化所产生的出现填充材料的条形附着的调制深度的偏差可以吸纳。

在上述的实施例中，35W金属卤化物灯用作放电灯1。只要该灯在放电灯操作期间在弧光管中包含有液态的填充材料，任何其它的灯也可以使用。在放电灯中的填充材料可以包括至少是金属卤化物或汞。

在上述的实施例中，矩形波发生器4产生标准的矩形波。另外，可以产生具有坡度上升沿和/或下降沿的不规则四边形的波或准矩形波。同样，只要能够变换输入为准矩形波，该矩形波变换电路14可以是另外的结构。矩形波发生器4和矩形波变换电路14还可以产生不是矩形波的和只要波形的频率低于激励弧光直线模式的声共振频率f2，和波形的极性以这个频率交替地变化的诸如正弦波、三角波、阶梯波和锯齿波的任何类型的波。然而，只要极性变化，该波形可以包括小量的直流成分，也可以使用正负相位对称的波形。

更具体地说，上述的本发明的作用可以通过使用任何波来获得，从而可以防止放电灯的放电空间中产生的电场的方向维持一个方向，因此避免了电泳的出现，和合成具有声共振频率f2的第一波形信号的波形。

当描述的矩形波发生器4和矩形波变换电路14使用的频率为400Hz时，低于激励弧光直线模式的声共振频率f2的任何频率都可以使用。

当正弦波发生器3和高频电源17被说成是产生150KHz的正弦波时，它们可以形成为以产生任何具有声共振频率f2的频率成分的其它的波形。例如，可以产生矩形波或锯齿波。这也可以应用到正弦波电源28。

由于老化和放电灯工作特性的变化引起的在激励弧光直线模式的声音揩振频率f2中的变化和偏差，都可以通过另外给正弦波发生器3和正弦波电源28提供频率调制(FM)功能而减小，以至产生的正弦波可以调整到预定的周期和宽度。如果在实施例3中晶体管43的通/断频率可以使用从控制电路50来的信号作频率调制，也可以得到相同的效果。

在上面的说明中，高频电流17包括正弦波电流28，扼流圈29，以至通过扼流圈的电抗限制正弦波电源的输出电流，以实现预定的调制深度。通过使用不是扼流圈(即电阻器或电容器)的电路元件或者由那些电路元件构成的组合结构，也出可以得到相同的效果。

所描述的直流电源16包括电压下降斩波器，在整个时间该电路输出即时值不变化的波形。通过使用诸如电压调整斩波电路和反向斩波电路的其它的电路设计，可以得到相同的效果。

所描述的控制电路27和50分别用来控制晶体管20和43的通/断比率，以至放电灯1的灯功率保持35W的恒定值。另外，当灯开启时，为了补偿光的输出，控制电路可以控制，以至在灯开始工作时期间还可以提供超过额定工作值的功率。控制电路27和50还可以作成改变灯特性的结构，以实现光的调制控制等等。

同时，所述的叠加电路18包括扼流圈30和电容器31，也可以用其它的结构。

只要能够输出具有在其上叠加的有声共振频率f2的频率成分的波形的直流输出，直流电源41也可以用升压斩波电路，反向斩波电路，正向转换电路，或者任何其它的电路设计构成，以代替前述的电路结构。同时，晶体管可以用作前面电路结构中的开关元件。诸如FET，可控硅，和IGBT的其它开关元件也可以使用。

在实施例4中，包括光电二极管55，滤色片56和透镜57的光接收部分54可以用作检测在放电灯1工作期间填充材料的状态的检测装置。可以检测在工作期间是否填充材料在弧光管上有条形附着的任何其它的结构也可以使用。例如，CCD摄像机或者类似的可以用作对放电灯1摄像和用图象处理技术检测那种附着。当填充材料是碘时，蓝透射滤光片被描述作为所用的滤色片56。另外，只要能够检测到具有预定波长的光，透射任何其它的颜色的滤色片可以使用，在该预定的波长，可以观察到在碘附着在弧光管的情形与碘没有附着在弧光管上的情形间透射光量的明显差别。当在弧光管中的填充材料不同时，可以懂得必须使用不同类型的滤色片56。

因此，根据本发明，包括具有激励弧光直线模式的声共振频率的频率成分的波形和具有低于波形极性交替变化的声共振频率的频率的波形的复合波的电流提供给放电灯，以操作该放电灯。在这个操作中，提供的复合波的调制深度α/β设定在可以防止填充材料在弧光管的中心部位条形附着的值。用这种设定，可以实现没有颜色偏差的直线弧光放电，可以防止在放电灯工作期间在放电灯的弧光管的中心部位填充材料的条形附着。因此，放电灯的寿命可以延长。

在不脱离本发明的范围和构思的技术领域，对于普通的技术人员来说各种其它的改进将显而易见和容易完成。因此，这里所作的说明不对附加的权利要求作限制，而是这些权利要求应被广泛地理解。

Claims

1．一种操作具有限定放电空间的弧光管的放电灯的放电灯控制装置，包括：

产生具有激励弄直弧光放电的模式的声共振频率的频率成分的第一波形信号的发生装置，第一波形信号的波形的中心线保持一个固定的电平；和周期性地调制第一波形信号的调制装置使得第一波形信号的中心线的极性以低于声共振频率的调制频率交替地变化，和产生调制信号，

其中调制深度α/β设定为这样的值，该值能够防止弧光管中的填充材料基本上以条形附着在弧光管的中心部位，其中α是第一波形信号的峰到峰幅度，β是调制信号的幅度的有效值。

2．根据权利要求1的放电灯控制装置，其中声共振频率是由放电灯的放电空间中的介质中的声音速度和与弧光放电相交的放电空间的长度确定的。

3．根据权利要求1的放电灯控制装置，其中填充材料至少包括金属卤化物或汞。

4．根据权利要求1的放电灯控制装置，其中调制深度α/β的值等于或小于约0.6。

5．根据权利要求4的放电灯控制装置，其中调制深度α/β的值处在约0.3至0.6的范围。

6．根据权利要求1的放电灯控制装置，还包括检测在放电灯工作期间填充材料在弧光管的壁上条形附着的状态和根据检测的结果改变调制深度α/β的值的调制深度控制装置。

7．根据权利要求6的放电灯控制装置，其中该调制深度控制装置检测从放电灯输出的光。