Hydrargyrum 中アークヨウ化物ランプ

中弧ヨウ化水銀（HMI ）は、オスラムのメタルハライドガス放電中弧長ランプの商標名であり、[ 1 ^]映画や娯楽用途に特化して製造されています。水銀は元素名水銀のギリシャ語名に由来しています。

HMI ランプは、石英ガラスの容器内で金属ハロゲン化物と混合された水銀蒸気と、中程度のアーク間隔を置いた2 つのタングステン電極を使用します。白熱電球を使用する従来の照明装置とは異なり、HMI には、電流を制限して適切な電圧を供給するために、ヘッダー ケーブルを介してヘッドから分離された電気バラストが必要です。ランプは、電球内の 2 つの電極間に電気アークを発生させて加圧された水銀蒸気と金属ハロゲン化物を励起することで動作し、白熱照明装置よりも高い効率で非常に高い光出力を提供します。効率の利点は、電力 1ワットあたり約 85～108ルーメンで、ほぼ 4 倍です。ハロゲン化物ガスを使用してフィラメントを再生し、蒸発したタングステンでガラスが黒ずまないようにする通常の白熱ハロゲン ランプとは異なり、HMI ランプでは水銀蒸気と金属ハロゲン化物が光を発します。高い演色評価数(CRI) と色温度は、特定のランプの化学的性質によるものです。

1960年代後半、ドイツの テレビ制作会社はランプ開発会社オスラムに、映画業界で使用されているカーボンアーク照明のより安全でクリーンな代替品の開発を依頼しました。オスラムは彼らの要請に応じてHMIランプを開発し、生産を開始しました。^[2]

フィリップスはHMIのバリエーションとして、片端のみのMSR（中源希土類）と呼ばれる電球を製造した。これは標準的な2極のランプベースを使用している。使用中に色の変化を避けるため、ガス室の周りに二次エンベロープを追加した。他の電球のバリエーションとしては、GEMI（ゼネラル・エレクトリック・メタル・ヨウ化物）、CID（コンパクト・ヨウ化物昼光色電球、^{[3] [4]} 1990年以降GE、英国Thorn EMI）、CSI（コンパクト・ソース・ヨウ素電球、英国Thorn EMI）、DAYMAX（ILC製）、BRITE ARC（|[シルバニア・ライティング社（SLI）]）などがある。これらはすべて、本質的に同じコンセプトのバリエーションであり、名前も異なる。

HMI ランプは、Vari-Lite 、Martin、Robe、Highendなどのメーカーが製造する可動式照明器具に使用されるため、小型化に向けて多くの研究が行われました。その後の Philips の主な貢献は、フィラメントとモリブデン箔の溶接部に蛍光体コーティングを発明したことです。これにより、その時点での酸化と早期故障が軽減され、その部分が極度の熱に耐えられるようになりました。

マルチキロワットの HMI ライトは、昼光とバランスのとれた光出力と効率性を備えているため、映画業界や大画面スライド投影に使用されています。

蛍光灯と同様に、HMI を映画やビデオの照明用途に使用すると、色温度に関する問題が生じます。理論上の最高温度が 3680 K (タングステンの融点) に制限される黒体放射体である白熱照明ユニットとは異なり、HMI ランプは、すべてのガス放電照明と同様に、組み合わせると 6000 K 光源の黒体スペクトルに似たものになるように特別に選択された構成要素の発光スペクトル線を放射します。太陽の表面は 6000 K の黒体放射体である ため、これは太陽光の色 (天空光ではない) とほぼ一致します。

HMI 電球では、ランプの寿命によって色温度が大きく変わります。新しい電球は通常、最初の数時間は 15,000 K に近い色温度で出力します。電球が古くなると、色温度は公称値の約 5600 K または 6000 K に達します。年数が経つと、電極が燃え尽きるにつれてアーク長が長くなります。アークを維持するためにはより大きな電圧が必要になり、電圧が増加すると、燃焼時間 1 時間あたり約 0.5～1 ケルビンの割合で色温度が比例して低下します。この理由とその他の安全上の理由から、HMI 電球は寿命の半分を超えて使用することは推奨されません。^{[引用が必要]}

HMI 電球 (すべてのアーク電球と同様) が機能するには電流制限装置が必要です。これを行う 2 つの方法については、以下のバラストのセクションで説明します。ちらつきの問題は、電球を磁気バラストと組み合わせて使用​​する場合にのみ発生します (電子バラストはちらつきのない光を生成します)。HMI 電球 (磁気バラストで動作) には、フィルムやビデオで目立つちらつきのある光を生成する可能性があるという固有の問題があります。これは、ユニットが光を生成する方法に起因します。HMI は、白熱照明ユニットと同様に主電源で動作するため、ランプは 1 秒間に 100 回または 120 回オンとオフを切り替えます (線間電圧サイクルごとに 2 回)。人間の目には見えませんが、フィルム カメラまたはビデオ カメラをこのサイクルに適切に同期させる必要があります。そうしないと、記録される各フレームで異なる光出力が表示されます。白熱ランプも主電源で動作しますが、サイクル間でフィラメントが十分に冷却されないため光出力が大幅に低下せず、目に見えるほどのちらつきは発生しません。HMI ランプの場合、主電源周波数の数千倍の周波数でサイクルする電子安定器を使用することでちらつきを回避できます。

HMI 電球に電力を供給するために、特殊な安定器が点火装置として機能してアークを開始し、次にチョークとして機能してアークを制御ます。安定器には、磁気式と電子式 (矩形波またはちらつきのない) の 2 種類があります。磁気安定器は、主に大きなインダクタのネットワークで構成されているため、一般に電子安定器よりもはるかに重く、かさばります。通常、電子安定器よりも安価です。磁気タイプの安定器は放電を継続的に維持しないため、ランプは実際には主電源波形のゼロ交差で消えます。カメラが主電源波形にロックされていない限り、ランプとシャッターの周波数の差によってビート周波数が生成され、結果として生じる録画で確認できます。これが、TV 規格では通常、電力網周波数を基本フレーム レートとして使用する理由です。^{[疑わしい–議論] [出典が必要]} 磁気安定器は、電子安定器と比較すると単純なデバイスです。本質的に、磁気バラストは、単純な原理を使用して、冷たいランプにアークを生成するために必要な高い始動電圧を生成する、大きくて重い変圧器コイルです。入力電力は、メイン入力とランプの間に接続されたチョークコイルに送られます。コイルは、さまざまな入力電圧 (120 V または 240 V) と高い始動電圧を提供するために、いくつかの場所でタップされる場合があります。コイルのインダクタンスを補正し、力率を改善するために、コンデンサも含まれています。バラストを流れる電流量が多いため、バラストの鉄積層板の磁気ひずみにより、低いハミング音が聞こえることがよくあります。一部の磁気バラストは、静かに動作するようにコイルの周りに絶縁体を備えています。

1990 年代初頭以来、フリッカーのない電子式 (または矩形波) 安定器は、HMI のフリッカーに関連する問題のほとんどを排除することで、磁気安定器の代替品としてますます普及し、手頃な価格になっています。その動作は、磁気安定器ほど単純ではありません。電子式安定器は、DC 中間コンバーター、電源モジュール、および AC インバーターの 3 段階で動作すると考えることができます。電力は最初にメイン ブレーカーを通過して RF メイン フィルターに流れ込み、ノイズが入力電力線に戻るのを防ぎます。次に、整流器とコンデンサーが充放電して AC サイクルの負の半分を反転し、線を正のDC電圧に変換します。これを DC 中間電圧と呼びます。第 2 段階では、降圧コンバーターがDC 中間電圧から電流を引き込み、電子制御ボードを介して最終的な電力エレクトロニクスへの電流を調整します。この制御ボードは、ランプの経年変化に応じて最適な色と光出力を維持するために、トランジスタの高周波デューティ サイクルを慎重に調整します。最後に、調整された電流は、4 つの絶縁ゲート バイポーラ トランジスタ ( IGBT )を使用する LF コンバータ ボードによって反転され、正確に 60 Hz の DC を方形波AC (ライン AC の正弦波パターンとは異なります) に変換します。この分野のリーダーには、Power Gems Corp、B&S、Mytronic などがあります。

ラインサイクルレートを参照しない矩形波出力を使用することで、ちらつきのない出力を生成できます。IGBT は規定のサイクルレートでオン/オフを切り替えるため、発電機がわずかにオフスピードになってもランプはちらつきません。これは、標準的な磁気バラストでは当てはまりません。出力の矩形波特性により、ランプからの電力出力は直線になります。カソードが十分なエネルギーの電子を放出していない時間は非常に短いため、ほとんどの電子バラストで最大 10,000 フレーム/秒のカメラフレームレートで安全な (ちらつきのない) 撮影が可能です。

矩形波に固有のこの非常に急激なオン/オフの切り替えにより、ランプに極めて高周波の振動が発生します。矩形波は、奇数高調波の無限和と考えることができます。これには電球の共振周波数の周波数が含まれ、電球がその周波数でベルやホイッスルのように振動します。ランプハウジングはこれに役立たず、ノイズを増幅する共鳴室として機能し、映画やビデオの同期サウンド録音に問題を引き起こします。これを修正するために、ほとんどの電子バラストには、高周波を排除するサイレントモードが装備されていますが、電圧遷移は丸められ、磁気による同じちらつきの問題が発生しますが、程度は低くなります。このモードでは、ほとんどの電子バラストで最大24 フレーム/秒のフレームレートで、安全でちらつきのない撮影が可能です。

ちらつきの問題を解決することに加えて、電子安定器は磁気安定器に比べて他の利点も提供します。矩形波電圧では、カソードは電子を放出してプラズマを励起する時間が大幅に長くなり、ルーメン出力が 5～10% 増加します。^[5]電力フローの矩形波特性により、ランプの寿命を最大 20% 延ばすことができます。最近の安定器のほとんどには、パルス幅変調を使用してランプを最大 50%、つまり 1ストップ分調光する調光器も装備されています。電力が低下すると色温度がマイナスにシフトするタングステンベースのライトとは異なり、水銀の放出スペクトルは電力の低下に伴って引き継がれます (50% 出力で約 200 K 青くなります)。

HMI ランプの色温度は正午の太陽とほぼ同じ (6000 K) で、水銀を含む他の高輝度放電ランプと同様に紫外線を発生します。各 HMI 器具には UV 安全ガラス カバーが付いており、ランプの前にいる人を保護します。保護されていないランプにさらされると、網膜損傷や重度の皮膚火傷を引き起こす可能性があります。

HMI ランプは、高温時に最大 70,000 V の点火電圧に達する可能性があり、配線を誤ると非常に危険であると見なされます^{[誰が？ ] 。ランプ ヘッドでショートが発生した場合に備えて、ヘッドではなくバラストからライトを点火することをお勧めします[明確化が必要]}。ライトが点灯するたびに周囲の人々に警告するために音声警告を発するなど、適切な点火手順にも従う必要があります。また、ヘッダー ケーブルは適切かつ安全に接続する必要があります。今日のヘッダー ケーブルのほぼすべてには、バラストとランプ ハウジングの両方で安全かつ正確な接続を確保するために、両端に「ツイスト ロック」フィッティングが装備されています。^{[引用が必要]}

ガスが充填されているすべての石英ランプには、ニップルのように見える小さな領域があります。これは実際には、ランプにガス混合物が充填されていた排気管の場所です。ニップルの位置は非常に重要で、間違った方向を向いていると、光路に影として現れることがあります。可能な限り、排気口は真上、または垂直から最大 45 度の角度で向けてください。これにより、先端が最も熱い場所に保たれ、ランプが冷えるときにヨウ化物や希土類金属が先端に集まるのを防ぎます。先端が下を向いていると、時間の経過とともに希土類金属が先端に集まり、プラズマアークに含まれなくなるため、ランプの色が変わります。

これらの懸念に加えて、HMI ランプは寿命が尽きたとき、または十分なストレスがかかったときに破損することが知られています。キセノンショートアーク電球の爆発ほど激しくはありませんが、注意が必要です。そのため、HMI ランプは定格寿命の半分を超えて使用しないでください^{[要出典]。}また、大型ランプを点火 (ランプを点灯) するときは注意が必要です。点火後 5 分以内にランプが爆発する可能性が最も高いためです。このため、各 HMI ランプには通常、点火回数と使用時間の詳細なログが付属しています。ランプの運搬と交換には注意が必要です。HMI ランプ内のガスはごくわずかな圧力下にありますが、温度とともに圧力が上昇します。石英ハロゲン電球と同様に、ガラスに直接触れないように注意してください。エンベロープに残った皮脂がエンベロープの動作温度を超えて加熱され、泡立ちや弱点の原因となる可能性があります。このため、ランプを取り扱う際は必ずイソプロピルアルコールで拭いて清掃してください。ほとんどのランプハウジングの設計は、従来のタングステンユニットよりも本質的に頑丈で厚く、電球が爆発した場合にも、近くにいる人が飛散する破片から保護されます。ランプヘッドの前面レンズ要素が熱衝撃で割れる可能性があります (ただし、完全に吹き飛んだり砕けたりすることはありません)。HMI ユニットは誤用すると危険なため、使用時には必ず適切な安全手順に従ってください。

2014年、ジャーナリストのケリー・サンダースは、故障したHMIランプからの紫外線に過度にさらされた結果、36時間失明したと報告した。OSHAの規定に従って器具に紫外線保護が備わっていれば、ランプからの出力は影響を及ぼさなかっただろう。^[6]

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一般的な

• ボックス、ハリー。セット照明技術者ハンドブック第 3 版、Focal Press、2003 年。
• ショートアークメタルハライドランプ
• 技術と応用: メタルハライドランプ、フォトオプティクス。OSRAM