JP2006332057A - 寿命延長のためのランプ制御、プロジェクタシステムおよび対応する方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】DC高輝度放電ランプの寿命延長のための電子的なランプ制御システムを与える。
【解決手段】ランプ制御システムは、ランプの出力を感知するための光センサと、ランプ用の電源と、電源を制御するためのコントローラとを有する。コントローラは、各アーク変位によって引き起こされた、ランプパワー出力において検知される変化の立ち上がりエッジを補償するための高域フィルタを有する。アーク変位によるランプ電極への損傷が減じられるので、ランプ寿命が伸ばされる。システムは、一定の照明を与えるために結合される、同じ照明領域用の複数のランプまたは異なる領域を照らすための複数のチャネルを有することができる。コントローラは、感知されたレベルを基準と比較し、レベル制御信号を出力し、次に、高域フィルタからレベル制御信号へ補正信号を加えることができる。
【選択図】 図1
【解決手段】ランプ制御システムは、ランプの出力を感知するための光センサと、ランプ用の電源と、電源を制御するためのコントローラとを有する。コントローラは、各アーク変位によって引き起こされた、ランプパワー出力において検知される変化の立ち上がりエッジを補償するための高域フィルタを有する。アーク変位によるランプ電極への損傷が減じられるので、ランプ寿命が伸ばされる。システムは、一定の照明を与えるために結合される、同じ照明領域用の複数のランプまたは異なる領域を照らすための複数のチャネルを有することができる。コントローラは、感知されたレベルを基準と比較し、レベル制御信号を出力し、次に、高域フィルタからレベル制御信号へ補正信号を加えることができる。
【選択図】 図1
Description
発明の技術分野
本発明は、ランプ制御システム、そのようなランプ制御システムを有するプロジェクタおよび対応する方法に関する。
本発明は、ランプ制御システム、そのようなランプ制御システムを有するプロジェクタおよび対応する方法に関する。
発明の背景
高輝度放電ランプを有する投影表示を与えることが公知である。例えば超高圧水銀タイプ、ショートアークキセノンタイプおよびショートアークメタルハライドタイプを含む多くの主要なタイプの高輝度放電(HID)ランプ技術が存在する。HIDランプは典型的には石英ガラスランプバルブおよびタングステン電極を有する。石英ガラスバルブは電極システムを含む放電管であって、ガスまたはガス混合体で満たされる。HIDランプの開始には、始動電圧(典型的には30kVの範囲の一連の高周波パルス)が必要である。一方の電極はカソード機能を有し、他方はアノード機能を有する。電界が電極間を通過すると、熱電子放出によって電子がカソードから放出され、アノードは電子を集めなければならず、カソードより多くの電力を消費しなければならない(負の仕事関数)。AC動作するHIDランプおよびDC動作するHIDランプの両方が公知である。DC動作するランプについてはちらつきが問題となることがより少ない。
高輝度放電ランプを有する投影表示を与えることが公知である。例えば超高圧水銀タイプ、ショートアークキセノンタイプおよびショートアークメタルハライドタイプを含む多くの主要なタイプの高輝度放電(HID)ランプ技術が存在する。HIDランプは典型的には石英ガラスランプバルブおよびタングステン電極を有する。石英ガラスバルブは電極システムを含む放電管であって、ガスまたはガス混合体で満たされる。HIDランプの開始には、始動電圧(典型的には30kVの範囲の一連の高周波パルス)が必要である。一方の電極はカソード機能を有し、他方はアノード機能を有する。電界が電極間を通過すると、熱電子放出によって電子がカソードから放出され、アノードは電子を集めなければならず、カソードより多くの電力を消費しなければならない(負の仕事関数)。AC動作するHIDランプおよびDC動作するHIDランプの両方が公知である。DC動作するランプについてはちらつきが問題となることがより少ない。
USー4914356は、ガス放電ランプを駆動するための標準的な慣例が、放電ランプに交流(AC)を供給し、ランプへの電流を制限するために直列リアクタンスを用いることであったことを開示する。しかしながら、直流(DC)でガス放電ランプを動作することも可能である。
例えばDC電源のみが利用可能な場合、および/またはちらつきを減じるためには、HIDランプのDC動作が用いられてきた。DC動作は電極浸食により寿命を著しく減じる。例えばSIDの2004年要説の946−949ページを参照すると、ホルガー ミュンチ(Holger Moench)らによる「UHPランプにおける制御された電極」の中で、ACランプについて、電極および動作条件が正しく設計されている場合、電極材料の蒸発とイオンの逆輸送との間に均衡が保たれ、10000時間以上電極が安定に保たれることを述べている。DC動作の場合にはいかなるイオン電流もカソードの方へしか導かれないので、このランプ電極についての再生機構はACランプについてしかうまく働かない。したがって熱いアノードは急速に消耗する。このように、ACランプは何千時間分も再生され得る一方で、DCランプ電極はランプ寿命の間に急速に劣化する。
DCランプに関する上述の障害により、AC設計とは著しく異なる専門化されたDC設計が開発される結果となっている。1つの電極から別の電極への電極材料の蒸発の負の効果を減じようとする1つの設計戦略は、スイッチを入れる度に極性を変更することである。しかしながらこれは対称の電極を要する。非対称の電極を用いること、すなわちカソードと比較してアノードのサイズおよび直径を(その温度を制御下に保つため)はるかに大きくすることが好ましいので、スイッチを入れる度に極性を変更することは選択肢ではない。電子バラスト手法は電極材料の損失を補うことが知られているが、特に非対称の電極を備えたDC動作のランプの基本的寿命を変更するような電子バラスト手法は知られていない。
さらに、追加的に、US−4373146は、低周波でのDCランプ動作または位相制
御を用いる電子バラストは、ランプ寿命の観点から、同じほどは望ましくないと述べている。
御を用いる電子バラストは、ランプ寿命の観点から、同じほどは望ましくないと述べている。
AC HIDランプを動作する方法は、US−5608294およびUS−6779896に開示されている。これらの動作方法はちらつき現象を減じることに関する。しかしながら、DC HIDランプのちらつき現象はACランプのちらつき現象とは基本的に異なるので、そのような方法がDCランプ用に考慮されたことはなかった。
米国特許第4914356号
米国特許第4373146号
米国特許第5608294号
米国特許第6779896号
上記の設計上の考慮は、アーク長1.5mm以下で300ワットといった低消費電力定格においてさえ効率的なAC動作のHIDランプを結果として生じてきた。アーク長を減じると寿命の問題を悪化させる。アーク長を増大させると動作電圧を上昇させる。典型的には、DC動作ランプは、より高い電力定格、すなわち例えばアーク長2.5mm以上で300ワットなどに用いられてきた。
向上されたDC装置についての必要性がある。
発明の概要
本発明の目的は、DC動作ランプ用のランプ制御システム、特にDC動作用の高輝度放電(HID)ランプのためのランプ制御システムに関し、そのようなDCランプ制御システムを有するプロジェクタに関し、かつ寿命を延長するためのそのようなDCランプ制御システムの使用および対応する方法に関する、向上した機器を与えることである。
本発明の目的は、DC動作ランプ用のランプ制御システム、特にDC動作用の高輝度放電(HID)ランプのためのランプ制御システムに関し、そのようなDCランプ制御システムを有するプロジェクタに関し、かつ寿命を延長するためのそのようなDCランプ制御システムの使用および対応する方法に関する、向上した機器を与えることである。
上述の目的は、本発明による方法および装置によって達成される。
第1の局面において、本発明は少なくとも1つのDC放電ランプ、特に高輝度放電ランプの寿命延長のためのランプ制御システムを与える。DC放電ランプとは、光を生成するためにDC電圧がランプに連続的に印加される、DC動作用ランプを意味する。本発明は特に、例えばプロジェクタでの使用に適するショートアークDC動作ランプに関する。ショートアークとは、システムの面積に依存して、1mmから4mmの長さ、好ましくは1mmから2.5mmの長さを意味する。生成された光を投影システムの光学系に十分に結合することができるよう、ショートアーク長は投影システムでの使用に必要である。
第1の局面において、本発明は少なくとも1つのDC放電ランプ、特に高輝度放電ランプの寿命延長のためのランプ制御システムを与える。DC放電ランプとは、光を生成するためにDC電圧がランプに連続的に印加される、DC動作用ランプを意味する。本発明は特に、例えばプロジェクタでの使用に適するショートアークDC動作ランプに関する。ショートアークとは、システムの面積に依存して、1mmから4mmの長さ、好ましくは1mmから2.5mmの長さを意味する。生成された光を投影システムの光学系に十分に結合することができるよう、ショートアーク長は投影システムでの使用に必要である。
ランプ制御システムは、DCランプの出力を感知するための少なくとも1つのセンサ、少なくとも1つのDCランプ用の少なくとも1つのDC電源、および少なくとも1つのセンサの出力に従って少なくとも1つのDC電源を制御するためのコントローラを含む。コントローラは、各アーク変位によって引き起こされた、照明システムによって集められた光において検知される変化の立ち上がりエッジを検知し、ほぼ瞬時に、または瞬時にすら補償することによって、少なくとも1つのDC電源出力を制御するよう配置される。「ほぼ瞬時」とは、補償が人間の視覚システムの時間的変化より速く実行されることを意味する。
この補償の結果、DC動作ランプのランプ寿命を伸ばすことができる。そうでなければ、表面上の穴およびクレータといったアノード表面の浸食は時間とともに徐々に蓄積し、そのため周波数と振幅とにおいてアーク変位が徐々にますます顕著になり、光出力が低下
するかちらつきが許容できなくなってランプを交換しなければならなくなるまで、さらなる損傷などを引き起こす。このように、DC駆動と高速フィードバックループによるエッジ補償との組み合わせは、損傷の蓄積速度を減じ、ランプ寿命の延長に導くことができる。各アーク変位によって引き起こされた、光出力において検知される変化の立ち上がりエッジをほぼ瞬時に、または瞬時に補償することによって寿命が著しく伸びることは、本発明による方法の予期しない成果である。
するかちらつきが許容できなくなってランプを交換しなければならなくなるまで、さらなる損傷などを引き起こす。このように、DC駆動と高速フィードバックループによるエッジ補償との組み合わせは、損傷の蓄積速度を減じ、ランプ寿命の延長に導くことができる。各アーク変位によって引き起こされた、光出力において検知される変化の立ち上がりエッジをほぼ瞬時に、または瞬時に補償することによって寿命が著しく伸びることは、本発明による方法の予期しない成果である。
本発明は、DC動作HIDランプの寿命延長に初めて電子的解決策を与える。これは既に存在するが効果の低い、電極サイズ、電極用材料の選択および塗布されるコーティングなどのランプ設計についての物理的変更によって寿命延長が行われる解決策と比較して、著しい改善である。
コントローラは、一定の光出力レベルを維持するためにさらにレベル制御部分を有してもよい。
コントローラは、エッジ補償のための高域フィルタを備えた制御ループと、レベル制御のための低域フィルタを備えたより低速のループとを有してもよい。
本発明のシステムは、同じ照明領域用の複数のDCランプを制御するよう適合されてもよく、コントローラは各ランプに対するエッジ補償を個別に与えるよう配置され、レベル制御部分は2つ以上のランプに共通である。
本発明によるシステムは、異なる領域用の複数のDCランプを有するマルチチャネルシステムにおける使用のために適合され得、そこでランプ制御システムは、各チャンネルがセンサおよびレベル制御ループを有するよう適合され、チャンネルは、各チャンネルの光出力レベルが他のチャンネルの出力レベルに対応するよう結合される。
コントローラは、比較増幅器などの活性な電子要素を含む処理手段をアナログ回路の形式で含んでもよく、または、感知されたレベルを基準と比較して少なくとも1つのDC電源にレベル制御信号を出力するためのマイクロプロセッサもしくはプログラマブルゲートアレイ(例えばFPGA)といったデジタル論理装置などの処理要素を含む処理手段をデジタル回路の形式で含んでもよい。
センサは光センサでもよい。
第2の局面では、本発明は向上した寿命を有するプロジェクタシステムを与え、プロジェクタシステムは本発明の実施例によるランプ制御システムを有する。本発明の実施例は前部プロジェクタおよび後部プロジェクタに適用され得る。
第2の局面では、本発明は向上した寿命を有するプロジェクタシステムを与え、プロジェクタシステムは本発明の実施例によるランプ制御システムを有する。本発明の実施例は前部プロジェクタおよび後部プロジェクタに適用され得る。
第3の局面では、本発明は、DC放電ランプ、特にDC高輝度放電ランプの寿命を伸ばす方法を与え、方法は、アーク変位によって引き起こされた、ランプパワー出力の変化の立ち上がりエッジを検知し、ほぼ瞬時に、または瞬時に補償するステップを含む。「ほぼ瞬時」とは、補償が人間の視覚システムの時間的変化より速く実行されることを意味する。
本発明によるDC高輝度放電ランプの寿命を伸ばす方法は、出力レベルにおけるより遅い変化を検知し、それを補償するステップをさらに含んでもよい。より遅い変化は、例えばランプの経年劣化によるランプ強度出力の低下など、非常にゆっくり現われるので人間の目によっては直ちに見えない変化を含む。
第4の局面では、本発明は、寿命に基づいてプロジェクタシステムのDCランプを交換
する対策を与え、ランプの寿命は本発明の実施例による方法で決定される。
する対策を与え、ランプの寿命は本発明の実施例による方法で決定される。
第5の局面では、本発明は、DC放電ランプ、特にDC HIDランプの寿命を伸ばすための本発明の実施例によるランプ制御システムの使用を与える。
本発明の特定の、および好ましい局面は、添付の独立請求項および従属請求項に述べられる。従属請求項の特徴は、請求項で明示的に述べられるようにだけでなく、独立請求項の特徴および他の従属請求項の特徴と適切に組み合わされてもよい。
本発明の上記および他の特性、特徴および利点は、添付の図面とともに得られる下記の詳細な説明から明らかになり、図面は例示として本発明の原理を示す。この記述は発明の範囲を限定することなく例のためにのみ与えられる。下記の参照番号は添付の図面を指す。
添付の図面を例として参照して、本発明がどのように実行され得るかが説明される。
異なる図における同じ参照番号は、同一または類似の要素を指す。
異なる図における同じ参照番号は、同一または類似の要素を指す。
例示的実施例の説明
本発明は、特定の実施例に関して図面を参照して記載されるが、本発明はそれらに限定されるものではなく請求項によってのみ限定される。記載された図面は単に概略的であって非限定的である。図面においていくつかの要素のサイズは例示の目的のために誇張され、縮尺どおりでないことがある。寸法および相対的寸法は、発明の実際の具体化のための縮小に対応しない。
本発明は、特定の実施例に関して図面を参照して記載されるが、本発明はそれらに限定されるものではなく請求項によってのみ限定される。記載された図面は単に概略的であって非限定的である。図面においていくつかの要素のサイズは例示の目的のために誇張され、縮尺どおりでないことがある。寸法および相対的寸法は、発明の実際の具体化のための縮小に対応しない。
説明および請求項における第1、第2、第3などの用語は、類似の要素を区別するためであって、必ずしも連続的または経時的な順序を説明するために用いられるものではない。このように用いられる用語は適切な状況下では相互に交換可能であり、本願明細書に記載された本発明の実施例は、本願明細書に記載され、例示された以外の順序で動作することができることが理解される。
請求項で使われる「含む」の用語は、その後に列挙される手段に限定されるように理解されてはならないことに注意される。それは他の要素またはステップを排除するものではない。したがってこの用語は説明された特徴、整数、ステップ、または構成要素の存在を言及されたように特定するよう解釈されるが、1つ以上の他の特徴、整数、ステップもしくは構成要素またはそのグループの存在または追加を妨げるものではない。したがって、「手段AおよびBを含む装置」という表現の範囲は、構成要素AおよびBのみからなる装置に限定されてはならない。本発明に関しては、それは、装置の重要な構成要素はAおよびBのみであることを意味する。
同様に、用語「結合された」は、直接接続のみに限定されると解釈されるべきでないことに注意される。したがって、「装置Bに結合された装置A」という表現の範囲は、装置Aの出力が装置Bの入力に直接接続されるような装置またはシステムに限定されるべきではない。それはAの出力とBの入力との間に経路が存在し、それが他の装置または手段を含む経路であり得ることを意味する。
本発明における「光」は、200nmから2000nmの波長を備えた電磁放射、すなわち可視光線、IR放射、IRおよびUVに近い放射を意味する。用いられる光センサは、用いられる光源の波長領域において感知可能である必要がある。センサが可視光線適用例において用いられる場合、それは可視光線の変化にのみ反応し得る。センサがIR適用
例において用いられる場合、それはIR変動にのみ反応し得る。
例において用いられる場合、それはIR変動にのみ反応し得る。
本発明は、ここで本発明のいくつかの実施例の詳細な説明によって説明される。本発明の真の精神または技術的教示を逸脱することなく、当業者の知識にしたがって本発明の他の実施例が構成され得、本発明は添付の請求項の用語によってのみ限定されることは明らかである。
理論によって限定されることなく、光バルブ投影表示におけるHIDアークランプのランプ寿命の終了時は、少なくとも2つの現象のうちのいずれか、特に最初に現れる現象によって規定される:
1.ランプ寿命において、投影表示の照明システムに結合された光束の、あるレベル以下、例えば初期レベルの50%未満のレベルなどへの低下、
2.あるレベル以上、例えば光強度の1%を超えるレベルの振幅を有する、画面上の光強度のちらつき。ちらつきは輝度の変調に対応する知覚である。ちらつきは、照明システムの光学系に相対したアークの変位によって生じ、それは高速のアーク変位であり得、1ヘルツを超える周波数、または1ヘルツ未満の周波数を有するいわゆるアークジャンプを伴う。ちらつきの視認性は、振幅、強度変化の周波数、輝度レベルおよび像の空間周波数(空間−時間応答)に依存する。見る人にとってパターンが安定して見える時間的周波数は、約60ヘルツから70ヘルツである。
1.ランプ寿命において、投影表示の照明システムに結合された光束の、あるレベル以下、例えば初期レベルの50%未満のレベルなどへの低下、
2.あるレベル以上、例えば光強度の1%を超えるレベルの振幅を有する、画面上の光強度のちらつき。ちらつきは輝度の変調に対応する知覚である。ちらつきは、照明システムの光学系に相対したアークの変位によって生じ、それは高速のアーク変位であり得、1ヘルツを超える周波数、または1ヘルツ未満の周波数を有するいわゆるアークジャンプを伴う。ちらつきの視認性は、振幅、強度変化の周波数、輝度レベルおよび像の空間周波数(空間−時間応答)に依存する。見る人にとってパターンが安定して見える時間的周波数は、約60ヘルツから70ヘルツである。
これらの2つの現象は主として次のものによって引き起こされる:
−ガラスの黒ずみ(蒸発した電極材料の石英ガラス上への蒸着)、
−システムの光出力低下を引き起こす光学システムへの結合の低下を生じる、アーク長の増大(非対称のアーキテクチャを有する電極の場合はなおさら、電極が使用により消耗する)、
−アーク位置の不安定性(アークの周囲をジャンプすることは像のちらつきを引き起こす)。
−ガラスの黒ずみ(蒸発した電極材料の石英ガラス上への蒸着)、
−システムの光出力低下を引き起こす光学システムへの結合の低下を生じる、アーク長の増大(非対称のアーキテクチャを有する電極の場合はなおさら、電極が使用により消耗する)、
−アーク位置の不安定性(アークの周囲をジャンプすることは像のちらつきを引き起こす)。
本発明の実施例は、上記の現象を減じるかこれらを補正することにより、ランプ寿命の間、照明システムに結合される光束を一定に、または少なくともより一定に保つこと、および/またはアーク変位の視認性を減じるかなくすことによって、ランプ寿命を伸ばすことができる。
本発明の実施例は、キセノンランプまたは高圧水銀ランプなどのHID DCランプに適用することができる。
図1は本発明の第1の実施例を図示する。本発明のこの第1の実施例は、DC放電ランプ、好ましくはDC HIDランプの寿命延長を得るための投影装置のランプ制御システム200を示す。DCランプ装置は、DCランプ電源コントローラ110によって駆動される高輝度放電(HID)DCランプ31を含む、少なくとも1つのランプ反射板センブリ30を含む。ランプ反射板センブリ30の光束は、照明および変調システム40に結合される。光センサ130が照明および変調システム40の特定の場所に位置決めされて、ランプ反射板センブリ30の光束の合計に比例した電気信号131を与える。センサ130の位置は、検知された光強度が表示画面の領域全体の平均光強度に比例する場所でなければならず、そのためそれは像の内容に依存しない。これは、光センサ130が光変調器の前に配置されなければならないことを意味する。センサは光のスペクトル変動を感知しなくてもよい。またセンサは、例えば可視光用プロジェクタの場合など、照明適用例に用いられる波長の外部となる波長も感知しなくてもよく、センサはIR変動に反応しなくてもよい。
光センサ130からの電気信号131は、ランプ反射板センブリ30、特にDC HIDランプ31の光束におけるエッジ補償のための少なくとも第1の補償手段21を有するコントローラ20に送られる。第1の補償手段21は、高速制御信号23を生成し、瞬時に、またはほぼ瞬時に、光センサ130によって検知された光におけるエッジを補償し、高速制御信号23はランプ電源コントローラ110に送られる。「ほぼ瞬時に」とは、補償が人間の視覚システムの時間的変化より速く実行されることを意味する。
コントローラ20は、高域フィルタ20cおよびランプ電源110を駆動するための駆動回路20aを好ましくは含む。ランプ電源110は、処理手段(図1に示されない)によって生成される第1の基準Aおよび電気信号131に依存して、制御された量の電力をランプ31に送る。
コントローラ20は、ランプ反射板センブリ30の光束におけるエッジを補償し、そのため、DC HIDランプに現れるちらつきを補正する。この補償は、予想外に、寿命の間徐々に変化する光の減退にも肯定的な影響を及ぼすように見える。組合わさった結果として、期待された以上にはるかに寿命が伸びる。
コントローラ20は、光センサ130によって検知される出力レベルのより遅い変化を補償するため、低速制御信号24を生成するための第2の補償手段22をさらに含んでもよい。より遅い変化は、例えばランプの経年劣化によるランプ輝度出力の低下などで、非常にゆっくり現れるので人間の目によっては直ちに見えない。
ランプ反射板センブリ30および/または照明および変調システム40が無作為な外乱を導入すると、それは光センサ130によって検知され、光センサは対応する電気信号131を生成する。この信号はコントローラ20の高域フィルタを通って、例えばこの信号を基準信号と比較する差動増幅器などの処理手段に返される。コントローラ20の出力は光センサ130における一定な光束を達成するためにランプ電源110を制御する。本発明の第1の実施例によるシステムで得られる時間関数で制御された光出力が図2bに示される。
図1から理解することができるように、実際、本発明の実施例によってランプ制御システム200に2つの補償ループが与えられ得る。高速補償ループおよび低速補償ループである。
AC結合された高速補償ループは、ランプ電源コントローラ110によって駆動されるHIDランプ31を備えたランプ反射板センブリ30、照明および変調システム40、光センサ130ならびに第1の補償手段21を含んで、ランプ制御システム200に与えられる。第1の補償手段21は、高域フィルタ20cと、ランプ電源コントローラ110を駆動するための駆動回路20aとを含む。ランプ電源コントローラ110は、処理手段(図1に示されない)によって生成される第1の基準Aおよび電気信号131に依存して、制御された量の電力をランプ31に送る。
ランプ反射板センブリ30および/または照明および変調システム40が無作為な外乱を導入すると、それは光センサ130によって検知され、光センサは対応する電気信号131を生成する。この信号は高域フィルタ20cを通って、例えばこの信号を第2の基準信号Bと比較する差動増幅器20eなどの処理手段に返される。例えば差動増幅器20eなどのこの処理手段の出力は、光センサ130における一定の光束を達成するためにランプ電源コントローラ110を駆動するよう回路20aを制御する。
高速補償ループの機能は、アーク変位によって引き起こされた過渡的な変化のエッジを
瞬時に、またはほぼ瞬時に補償することを含む。これはAC結合されたループなので、補正はしばらくして消える。この間に低速制御ループが引き継いで、光束を一定に保たなければならない。図2a−図2cで実施例が図式的に示される。ランプ反射板センブリ30の光出力が時間と対比して示される。
瞬時に、またはほぼ瞬時に補償することを含む。これはAC結合されたループなので、補正はしばらくして消える。この間に低速制御ループが引き継いで、光束を一定に保たなければならない。図2a−図2cで実施例が図式的に示される。ランプ反射板センブリ30の光出力が時間と対比して示される。
高速補償ループと並行して低速補償ループが存在してもよく、それはDC結合したループであって、ランプ電源コントローラ110によって駆動されるHIDランプ31を備えたランプ反射板センブリ30と、照明および変調システム40と、光センサ130と、第2の補償手段22とを含む。第2の補償手段22は、低域フィルタ20dと、ランプ電源コントローラ110を駆動するための駆動回路20bを含む。ランプ電源コントローラ110は、処理手段(図1に示されない)によって生成される第1の基準Aおよび電気信号131に依存して、制御された量の電力をランプ31に送る。
使用において、ランプ反射板センブリ30は、照明および変調システム40を含む光学システムに結合されるある量の光束を生成する。この光束は光センサ130により測定され、光センサは対応する電気信号131を生成する。この電気信号131は低域フィルタ20dを通って例えば差動増幅器20fなどの処理手段に返され、処理手段はこの信号を、例えば比較増幅器などの活性な電子要素を含むアナログ回路において、または例えば処理装置を含むデジタル回路において、第1の基準信号Aと比較する。例えば増幅器20fなどのこの処理手段の出力は、光センサ130における一定の光束を達成するためにランプ電源コントローラ110を駆動するよう、回路20bを制御する。タイミング間隔、すなわちサンプリング周波数と、そのため補正周波数とが処理手段によって規定され、第1の基準Aはシステムの平均光出力を制御するためにこのタイミング間隔によって変更される。
低速補償ループの機能は下記を含む:
−ランプ寿命にわたって遅い変動を補償すること;
−複数のランプを備えたシステム、例えば表示画面の異なる領域に像を投影するための複数のランプを有するマルチチャネルシステム、または表示画面の同じ領域に像を投影するための複数のランプを有するマルチランプシステムなどを用いる場合、異なるランプ間の許容誤差を補償すること;
−高速補償ループの相互作用後に残った誤りを補償すること(以下参照)。
−ランプ寿命にわたって遅い変動を補償すること;
−複数のランプを備えたシステム、例えば表示画面の異なる領域に像を投影するための複数のランプを有するマルチチャネルシステム、または表示画面の同じ領域に像を投影するための複数のランプを有するマルチランプシステムなどを用いる場合、異なるランプ間の許容誤差を補償すること;
−高速補償ループの相互作用後に残った誤りを補償すること(以下参照)。
動作において、投影表示構成の照明および変調システム40に結合された光はレベルL0にあると想定される(図2a参照)。HIDランプ31の光バルブでは、時間T1において急激なアーク変位がある。このアーク変位の結果、照明および変調システム40に結合された光は、値L1に急激に変化する。このため、本発明によるフィードバック制御システムがなければ、アーク変位の振幅が十分に大きい場合、表示画面426上の照明に顕著な変化を生じる。周波数が50ヘルツから60ヘルツより小さい場合、照明変化の1%までの振幅は人間の視覚システムに顕著である。
本発明の第1の実施例による電子光学的フィードバック制御システムにより、光センサ130が光束のこの急激な変化を検知し、光センサ130においてほぼ瞬時に変化する光強度に比例した電気信号131を生成する(光センサ130における光強度は照明および変調システム40に結合された光束の合計に比例する)。光センサの切換え時間は典型的には20nsまでである。この電気信号131は、第1の補償手段21の高域フィルタ20cを通ってランプ電源コントローラ110にフィードバックされ、その結果HIDランプ31に印加された電力の速い変化(時定数τ1)となり、そのためフィードバックシステムのループ利得が十分に大きく安定していれば、照明および変調システム40において光束変化がなくなる結果になる。この光束変化は、図2cでピークによって示されており
、第1の補償手段21を含む制御ループが人間の視覚システムの時間的変化より速く(例えば10ミリ秒未満の範囲で)反応する場合には認識できない。第2の補償手段22を含む低速フィードバックループが原因で、ランプ出力は時定数τ2>>τ1である元の値L0に回復される。これは、人間の視覚システムによって認識できない非常に遅い光束変動を生じる結果となる。
、第1の補償手段21を含む制御ループが人間の視覚システムの時間的変化より速く(例えば10ミリ秒未満の範囲で)反応する場合には認識できない。第2の補償手段22を含む低速フィードバックループが原因で、ランプ出力は時定数τ2>>τ1である元の値L0に回復される。これは、人間の視覚システムによって認識できない非常に遅い光束変動を生じる結果となる。
図2cは、第1の補償手段21および第2の補償手段22を含む制御システム200が、時間T2とT3の間で、光の出力をL0に維持できることを示す。
図2bは、T2とT3との間で徐々に増加する別の曲線を示す。これは、第2の補償手段22すなわち比例低速フィードバックループが長期間にわたって正確なレベルL0を維持するのに活性でない場合、つまり第1の補償手段21すなわち高速フィードバックループによって瞬時の変化のみが外部にフィルタされる場合の光出力である。この場合、図2bで示されるように、光出力はL1に向かって増加する。
別の類似する事象がT4で示されるが、アーク変位は光出力の低下を生じる。第1の補償手段21および第2の補償手段22すなわち高速ループおよび低速ループを備えた制御システム200は、図4cに示されるように、光出力をL0で維持するよう反応する。図4bに示されるように、高速ループのみを備えた制御システムは光出力をL1で維持するよう反応する。
選択肢として、第1の補償手段21および/または第2の補償手段22、すなわち、高速制御ループおよび/または低速制御ループは、これらの制御ループのダイナミックレンジを伸ばすためにAGC(自動利得制御)を装備することができる。このAGCは当然、高速の外乱で反応しないために、遅い反応速度を有する必要がある。
本発明の第1の実施例の中で用いられる光センサ130は、例えば図3aおよび図3bに示されるように、センサ回路の一部であってもよい。図1の実施例で使用される例示的なセンサ回路がここで説明される。この回路は低速補正および高速補正のための2つの異なるセンサを用いて実現され得る。代替的に(図3aおよび3bには示されない)、単一の光センサ130を高速フィードバックループおよび低速フィードバックループの両方に用いてもよい。図3aおよび図3bは、高速フィードバックループおよび低速フィードバックループのための個別のセンサ132、133を備えたセンサ回路を示す。
図3aに示されるように、例えばPINフォトダイオードなどの第1の光感知要素132は、第1の補償手段21を含む高速フィードバックループ用の輝度センサとして用いられてもよい。第1の光感知要素132からの電気信号131aは典型的にはオペアンプである増幅要素400によって増幅される。バッファ回路401は、例えばその負の入力端子へその出力をフィードバックする別のオペアンプ402を用いることにより、増幅要素400とノード403との間で第1の補償手段21に結合される。その後、バッファされた信号は、コントローラ20、より特定的にはその第1の補償手段21に送られる。バッファリングは、後述の第1の補償手段21に信号を送るための信号のインピーダンスを低下させるために用いてもよい。
第2の光感知要素133すなわち低速センサは、図3bに示されるように、周波数変換器404への光として、または任意の信号変換器への他の適切な光として実現され得る。周波数変換機404への光は、例えばテキサスアドバンストオプトエレクトロニクス社(Texas Advanced Optoelectronic Solutions)から得られる構成要素TSL235Rまたはテキサスインスツルメンツ社(Texas Instruments)から得られる構成要素TSL230であってもよい。その出力は、受取られる光の量に依存する周波数である信号である。
この周波数は、例えばマイクロコントローラ、またはプログラマブルアレイロジック(PAL)などのプログラム可能なデジタル論理装置、プログラマブルロジックアレイ、プログラマブルゲートアレイ、特にフィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)といった処理手段405で処理され、その後転送され、例えばコントローラ20、より特定的にはその第2の補償手段22にデジタルに転送される。
この周波数は、例えばマイクロコントローラ、またはプログラマブルアレイロジック(PAL)などのプログラム可能なデジタル論理装置、プログラマブルロジックアレイ、プログラマブルゲートアレイ、特にフィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)といった処理手段405で処理され、その後転送され、例えばコントローラ20、より特定的にはその第2の補償手段22にデジタルに転送される。
第1の光感知要素132および第2の光感知要素133は、物理的に1つの同じ要素であってもよく、その場合には光感知要素は、例えばPINフォトダイオードなどの高速センサである必要がある。
コントローラ20の一部である第1の補償手段21はエッジ補償を与える。例示的な概略的ブロック図が図4で与えられる。
光センサ131、特に高速光センサ132から来る信号406は、レジスタRおよびキャパシタCのまわりに構築される高域フィルタ20cに送られる。
高域フィルタ20cは第1のバッファ501に結合され、その出力は第1のスイッチS1に結合される。スイッチS1は、第1の補償手段21の非動作モードで開いており、一方第2のスイッチS2はこの状態で閉じている。
第2のバッファ502は、高域フィルタ20cのキャパシタCにおけるDC電圧をランプ電源コントローラ110の入力503と同じレベルにする。これは、回路のスイッチが入るとき第1の補償手段21とランプ電源コントローラ110との間に電流が流れるのを防ぐために必要である。この電流の流れを防がない場合、ランプ31に許容できない異常な出力電力を生じ得る。このバッファ回路に第2のバッファ502を与えることにより、光出力に対する目に見える影響なしに切換えが円滑に行われ得る。アナログスイッチS1およびS2は、例えばトランジスタなどの制御手段で制御することができ、また例えばコントローラからのデジタル出力によって駆動することができる。コントローラは、局所的なプロセッサ、またはランプ制御システム200(図1に示されない)において利用可能な任意の他のプロセッサであってもよい。
補償回路と、したがってコントローラ20とが活性である場合、第2のスイッチS2が開き、第1のスイッチS1は閉じている。高域フィルタ20cは、ここでは光センサ130とランプ電源コントローラ110との間にある。光出力における速い変動が補償される一方、遅い変動は高域フィルタ20cによって遮断されているので届かない。それらは低速補償回路22において補償され、補償回路はデジタル補償回路でもよい。
本発明の上述の第1の実施例では、単一のDCランプ31用のランプ制御システム200が示される。本発明によれば、複数のDCランプ31およびランプ反射板センブリ30が、例えば投影画面426上の同じ領域を照らすために与えられてもよい。これがいわゆるマルチランプシステムである。複数のランプ反射板センブリ30に関連付けられた単一の光センサ130が、複数のDCランプ31によって放出される光を感知するために与えられてもよい。代替的に、例えば複数の光センサ130が与えられてもよく、各DCランプ31に1つの光センサ130が関連付けられ、または各DCランプ31に複数の光センサが関連付けられてもよい。各DCランプに個別の電源コントローラ110.3が与えられてもよい。コントローラ20は、第1の補償手段21が各DCランプ31についてエッジ補償を個別に与える一方で第2の補償手段22が2つ以上のDCランプ31に共通のレベル制御部分を与えるように配置され得る。
本発明の第2の実施例によるマルチチャネルシステムが与えられる。このようなマルチ
チャネルシステムの例示は図5に示される。マルチチャネルシステムでは、異なる領域を照らすために複数のDCランプが与えられる。
チャネルシステムの例示は図5に示される。マルチチャネルシステムでは、異なる領域を照らすために複数のDCランプが与えられる。
マルチチャネルプロジェクタシステムでは、このシステムのすべての投影装置を同じ出力輝度レベルで有することが望ましい。これは、すべての投影装置の照らされる領域および画面特性が同一の場合、各投影装置の光出力が等しいことを意味する。個々の投影装置間の適切な通信システムにより、光出力レベルの情報が投影装置間で交換されて等しい輝度レベルに調節することができる。
図5は、2つのチャネルAおよびBを備えたマルチチャネルシステムの例を概略的に示すが、これは例えば後部および/または前部プロジェクタなどの投影装置といった照明装置について、任意のm×n構成として拡張することができる。示されるように、各チャネルは1つまたは複数の光源を有することができる。図5に示された実施例では、第1のチャネルAは3つの光源、ランプ1、ランプ2およびランプ3を含み、第2のチャネルBは単一の光源ランプ4を含み、各光源はDCまたはAC電源110を含む。
1つ以上の光センサ130a、130bが各チャネルA、Bに与えられ、例えば高速光センサ130aおよび低速光センサ130bが各チャネルA、Bに与えられる。高速補償フィードバックループおよび低速補償フィードバックループが各チャネルA、Bに与えられる。光センサ130a、131bのうち1つ以上からの電気信号131a、130bは、チャネルA、Bのそれぞれのフィードバックループに与えられる。高速フィードバックループは、センサ130a、130bからそれぞれセンサ信号131a、131bを得ることができ、それぞれの光源ランプ1、ランプ2、ランプ3、ランプ4の光出力の速い変化をフィルタするために、それを光源ランプ1、ランプ2、ランプ3、ランプ4ののそれぞれの電源110に与える。低速フィードバックループは、センサ130a、130bからそれぞれセンサ信号131a、131bを得ることができ、それぞれの光源ランプ1、ランプ2、ランプ3、ランプ4の光出力の遅い変化をフィルタするために、それを光源ランプ1、ランプ2、ランプ3、ランプ4のそれぞれの電源110に与える。低速フィードバックループは、各チャネルA、BについてプロセッサA、プロセッサBなどの処理手段を含んでもよく、その処理手段は、他のチャネルの光束に従って自己のチャネルA、Bの光束を調節するための知能を有する。処理手段は、例えばマイクロコンピュータ、プログラマブルアレイロジック(PAL)などのプログラム可能なデジタル論理装置、プログラマブルロジックアレイ、プログラマブルゲートアレイ、特にフィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)などである。各処理手段プロセッサA、プロセッサBの間に、例えばI2Cリンクなどの通信が与えられてもよい。代替(図面で示されない)として、例えば投影装置などの個々の発光装置に必要であるさまざまな光出力を制御するマスタとして機能する、単一のマスタ制御ユニットを有することもできる。
チャネルA、Bを互いの間でリンクすることによって、図5に示されるように、マルチチャネルシステムにおける下記の障害を回避するか減じることができる:
−システムでの1つのランプの交換。これは、システムがリンクされなければ、新しいランプ/投影装置がシステムの他の装置と比較してはるかに高い光出力を有することを意味する。通信および調整プロセスにより、交換されたランプを備えた投影装置の光出力は、システムの他の装置と同じ光出力にまで減じられる;
−通信および調節方法でランプの異なる経年劣化を補償すること。時を経ると1つのランプは別のランプより速く劣化する。投影装置がリンクされる場合、プロジェクタ出力はすべて同じ速さで時間とともに減少する。
−システムでの1つのランプの交換。これは、システムがリンクされなければ、新しいランプ/投影装置がシステムの他の装置と比較してはるかに高い光出力を有することを意味する。通信および調整プロセスにより、交換されたランプを備えた投影装置の光出力は、システムの他の装置と同じ光出力にまで減じられる;
−通信および調節方法でランプの異なる経年劣化を補償すること。時を経ると1つのランプは別のランプより速く劣化する。投影装置がリンクされる場合、プロジェクタ出力はすべて同じ速さで時間とともに減少する。
高速補償ループは、プロジェクタの各々について当然個別にアーク不安定性を補償している。
個々の投影装置が2つ以上のランプを有する場合、高速ループおよび低速ループはすべての電源に別々にフィードバックされ得る。代替的に、高速ループはすべての電源に別々にフィードバックされ、低速ループはランプの2つ以上に共通であってもよい。
本発明の実施例と共に用いられるランプは以下の例を含むことができる:
−Osram XBO 2200W/HP(キセノン−DCランプ);
−Osram XBP 1200W/HP(キセノン−DCランプ);
−Ushio PXL−20BA(キセノン−DCランプ);
−Ushio NSH300W(マーキュリ−DCランプ)。
−Osram XBO 2200W/HP(キセノン−DCランプ);
−Osram XBP 1200W/HP(キセノン−DCランプ);
−Ushio PXL−20BA(キセノン−DCランプ);
−Ushio NSH300W(マーキュリ−DCランプ)。
予想外に、HID DC光源の寿命は、評価されたランプ寿命について少なくとも因数が約2から2.5増大したことがわかった。これは図6aから図6dに示される。図6aは、本発明の補償回路のないDCランプの時間関数における光出力を示す。約580時間後、光出力が60%未満に落ちることが理解され得る。レベルが1.5%を超えるとちらつきは許容しがたくなる。図6bに示されるように、この値にはちょうど約500時間で達した。図6cは、本発明の実施例の高速補償回路および低速補償回路がある、同じDCランプの時間関数における光出力を示す。約1300時間後にならないと光出力が60%未満に落ちないことが理解され得る。運転時間が1600時間になって初めてちらつきが1.5%を越えるレベルになるので許容しがたくなる(図6d)。
上記を考慮して、どのDCランプが寿命の終了時で交換されるかによってDCランプ交換対策が設定され得、寿命の終了時は本発明の実施例による方法により決定される。本発明の実施例による方法がDCランプの寿命を伸ばすので、本発明の実施例によって制御されるDCランプは、従来の方法で駆動されるランプよりも交換しなければならない頻度が低い。
好ましい実施例、特定の構造および構成が本発明による装置について本願明細書に説明されたが、形式および詳細のさまざまな変更または変形は、本発明の範囲と精神とを逸脱することなく行なわれ得ることが理解される。例えば、ランプ寿命を伸ばすためのランプ制御がプロジェクタ適用例について記載されたが、この制御はこのようなランプを用いるいかなる他の型の照明にも明らかに適用することができる。上述のように、DC高輝度放電ランプのためのランプ制御は、ランプ出力を感知するための光センサと、ランプ用の電源と、電源を制御するためのコントローラとを有し、各アーク変位によって引き起こされた、ランプパワー出力において検知される変化の立ち上がりエッジを補償するための高域フィルタを有する。アーク変位によるランプ電極への損傷が減じられるので、ランプ寿命を伸ばすことができる。システムは、一定の照明を与えるために結合された、同じ照明領域のための複数のランプ、または異なる領域を照らすための複数のチャネルを有してもよい。コントローラは感知されたレベルを基準と比較し、レベル制御信号を出力し、次に高域フィルタからレベル制御信号へ補正信号を加えることができる。請求項の範囲内で他の変形を考慮することができる。
20 コントローラ、20a,20b 駆動回路、20c 高域フィルタ、20d 低域フィルタ、20e,20f 差動増幅器、21,22 補償手段、23 高速制御信号、24 低速制御信号、30 ランプ反射板アセンブリ、31 DC HIDランプ、40
照明および変調システム、110 ランプ電源コントローラ、130 光センサ、131 電気信号、200 ランプ制御システム。
照明および変調システム、110 ランプ電源コントローラ、130 光センサ、131 電気信号、200 ランプ制御システム。
Claims (12)
- 少なくとも1つのDC放電ランプ(31)の寿命延長のためのランプ制御システム(200)であって、システム(200)は、少なくとも1つのDC放電ランプ(31)の出力を感知するための少なくとも1つのセンサ(130)、少なくとも1つのDC放電ランプ(31)用の少なくとも1つのDC電源(110)、および少なくとも1つのセンサ(130)の出力に従って少なくとも1つのDC電源(110)を制御するためのコントローラ(20)を有し、コントローラ(20)は、各アーク変位によって引き起こされた、ランプパワー出力において検知される変化の立ち上がりエッジを検知し、瞬時に補償することにより、少なくとも1つのDC電源出力を制御するよう配置される、システム。
- コントローラ(20)は、少なくとも1つのDC放電ランプ(31)の一定の光出力レベルを維持するためのレベル制御部分をさらに有する、請求項1に記載のシステム(200)。
- コントローラ(20)は、エッジ補償のための高域フィルタ(20c)を備えた制御ループ(130,21,110)と、レベル制御のための低域フィルタ(20d)を備えた低速ループ(130,22,110)とを有する、請求項2に記載のシステム(200)。
- 同じ照明領域用の複数のDC放電ランプ(30)を制御するよう適合され、コントローラ(20)は、各DC放電ランプ(30)についてエッジ補償を個別に与えるよう配置され、レベル制御部分(22)は2つ以上のDC放電ランプ(30)に共通である、請求項2に記載のシステム(200)。
- 異なる領域を照明するための複数のDC放電ランプ(30)を有する複数のチャネルシステムでの使用に適合され、ランプ制御システム(200)は、各チャネルがセンサおよびレベル制御ループを有するよう適合され、チャネルは、各チャネルの光出力レベルが他のチャネルの出力レベルに対応するよう結合される、請求項1から4のいずれかに記載のシステム(200)。
- コントローラ(20)は、感知されたレベルを基準と比較するための処理手段を有し、少なくとも1つのDCの電源(110)にレベル制御信号を出力する、請求項1から5のいずれかに記載のシステム(200)。
- センサ(130)は光センサである、請求項1から6のいずれかに記載のシステム(200)。
- 請求項1から7のいずれかに記載のランプ制御システム(200)を有する、寿命が向上したプロジェクタシステム。
- DC放電ランプの寿命を伸ばす方法であって、アーク変位によって引き起こされた、ランプパワー出力の変化の立ち上がりエッジを検知し、瞬時に補償するステップを含む、方法。
- 出力レベルのより遅い変化を検知して補償するステップをさらに含む、請求項9に記載の方法。
- 寿命に基づいてプロジェクタシステムのDC放電ランプを交換する方法であって、DC放電ランプの寿命は請求項9または10のいずれかに記載の方法によって決定される、方
法。 - DC放電ランプの寿命を伸ばすための、請求項1から7のいずれかに記載のランプ制御システムの使用。
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