JP4198408B2 - Ｈｉｄランプを動作する電子回路及び画像プロジェクタ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高強度放電（ＨＩＤ）ランプを動作する電子回路に関し、特に請求項１の序章において規定したような超高圧（ＵＨＰ）ランプに関する。
【０００２】
本発明は、さらに請求項１において請求したような電子回路を有する画像プロジェクタに関する。
【０００３】
【従来の技術】
ＨＩＤ及びＵＨＰランプは、先行技術によって原理的に既知である。これらは、特に投影目的に使用されるが、自動車ヘッドライトを動作するのにも使用される。これらの特徴は、高い発光効率を伴うきわめて小さい光アークであり、これはきわめて良好な全体的な効率を導く。これらのランプの輝度は、他のガス放電ランプの輝度の約２倍から４倍である。
【０００４】
しかしながらこれらのＨＩＤランプの欠点は、アークシフトの影響、すなわち、これらのランプの動作中の光アークの位置における変化である。画像発生システムに入るランプによって発生される光の合計量は、アーク位置における変化によって変化し、投影される画像の輝度が変動してしまう。この影響は、前記画像発生器における輝度分布における望ましくない変動も招く。ビューワに見ることができるフリッカ効果がその結果である。
【０００５】
このフリッカ効果を減少する種々の手段が先行技術から既知である。
【０００６】
第１の手段は、整流前にランプ電流の波形に追加の高電流パルスを加えることである。このランプ電流の特別な形状は、アークシフトを、したがってフリッカ効果を好結果に抑制することができる。
【０００７】
しかしながら、前記高電流パルスの準備は、ランプバラストが、異なった形状のランプ電流に関するより大きくより高価になり、また、ＨＩＤランプの動作寿命が明らかに減少するという欠点を有する。
【０００８】
前記フリッカ高価を減少するのに好適な第２の手段は、特願２０００−０２８９８８号公報において開示されており、図３に示されている。この公報は、他の問題、すなわち、その合計ライフに渡るランプ輝度における漸次変化に対する解決法を主に記載しているが、明示的にではなく、前記フリッカ効果の抑制のために満たさなければならないこれらの基準も開示している。当業者は、少なくとも間接的に前記公報から前記フリッカ効果を減少する好適な手段を確かに導き出すであろう。特願２０００−０２８９８８号公報は、光学システム４２０及び電子回路を有するＬＣＤプロジェクタを開示している。光学システム４２０は、反射器４２１及び下流に接続したインテグレータ４２３を有するガス放電ランプ４２２と、画像発生器４２４と、対物レンズ４２５ｂとを具える。インテグレータ４２３はコンデンサ４２５ａと共に、画像発生器４２４の照明における、したがって前記画像発生器によって発生される画像における均質の輝度分布を保証する。前記電子回路は、ランプ４２２を動作する。この電子回路は、制御信号に応じて制御されたランプ電流をランプ４２２に提供するランプバラスト４１０と、センサ信号を発生及び供給する輝度センサ４３０とを具える。ここで前記センサ信号は、前記輝度センサの位置において前記ランプによって発せられる光量を表す。前記センサ信号によって表される光量を、マイクロプロセッサ４４０において所定の基準光量と比較し、測定された光量偏差に応じて前記制御信号を発生し、これを前記ランプバラストに供給するようにする。このようにして、発生される光量を基準値に制御する。前記光量制御が十分急速に起きれば、フリッカ効果を防ぐことができる。
【０００９】
一定電力においてガス放電ランプによって発せられる光量は、ランプの過程において、種々の原因のために減少する。それにもかかわらずランプライフ全体に渡って一定輝度を保証する可能性を有するために、引用した特願２０００−０２８９８８号公報において、前記ランプをランプライフ開始時においてその定格電力より実際的に下の電力において動作し、動作電力をランプライフが進むにつれて増加し、前記ランプによって発生される光の一定輝度が得られるようにすることが示唆されている。しかしながらこれは、定格電力に達する瞬間までのみ可能である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこの第２の手段は、前記ランプを最初に定格電力未満の電力において動作するため、発生される輝度は定格電力の場合より実際的に低く、すなわち、プロジェクタシステムは、開始時から同じ輝度を発生するために、この種の制御がないシステムより大きいランプを必要とするという欠点を有する。
【００１１】
さらにＨＩＤランプは、定格電力のみに満足に保持することができる敏感な熱バランスを特徴とする。ランプライフにおける悪影響を偏差の場合において予想すべきであり、結果として特願２０００−０２８９８８号公報の方法における制御は、短縮されたランプライフを予測させる。
【００１２】
さらに、輝度の正及び負制御は、開始時においてのみ可能である。この可能は、動作電力が増大するにつれ小さくなり、最終的に、前記ランプがその定格電力において動作されるときに完全になくなる。最終的に、前記開示された回路におけるセンサ欠陥、例えば、誤った内部センサ利得率が、誤った制御信号を導き、したがって、望ましくない制御動作を導くことに注意すべきである。前記開示された回路は、したがって規則として、センサエラーを回避するように特に高価で複雑なセンサを必要とする。
【００１３】
特に、既知の回路における輝度センサは、室温においてだけでなく、画像プロジェクタ内で優勢な高温においても確実に動作すべきである。
【００１４】
この先行技術を与えると、本発明の目的は、輝度の制御が、ランプライフを通じて可能であり、より簡単な構成のセンサ、したがって安価なセンサを使用することができるような、ＨＩＤランプを動作する電子回路と、このような電子回路を有する画像プロジェクタとを開発することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この目的は、請求項１に規定した特長をなす特徴によって達成される。より正確には、この目的は、前記センサ信号をハイパスフィルタ処理することによって前記制御信号を提供するハイパスフィルタを具える序章において記載した電子回路において達成される。
【００１６】
前記輝度変動のきわめて低い周波数成分、特にそのＤＣ成分を、前記センサ信号から、前記ハイパスフィルタによって除去する。このようにしてこれらの周波数成分は、前記制御信号においてもなくなり、前記ＨＩＤランプの制御において含まれない。
【００１７】
本発明によれば、先行技術におけるように絶対的な輝度を所定の基準値に制御する代わりに、前記輝度信号の残りのＡＣ成分をゼロに制御する。
【００１８】
これは、一方において前記輝度センサの誤ったオフセットの影響又は誤った感度が前記センサ信号から除去され、したがって、前記制御に望ましくない影響を及ぼさないという利点を有する。したがって、きわめて良好に、本発明による回路を実現するために簡単で安価なセンサを制御の質がこのために損なわれることなしに使用することができる。
【００１９】
他方において、前記ハイパスフィルタは、有利に、前記ＨＩＤランプのライフ全体を通じて、前記輝度変動の前記制御回路による除去を可能にする。本発明による前記制御回路による除去は、特に、定格電力における動作中でも正及び負の双方の方向において可能である。
【００２０】
前記フリッカ効果は、本発明によるランプの制御において、人間の目に対して効率的に抑制される。
【００２１】
有利な実施形態において、前記ランプバラスト内の制御ユニットを、さらに、前記ＨＩＤランプが長い間その定格電力レベルにおいて常に動作されるように前記制御ユニットの出力部において発生される電力を制御するように設計する。結果として、ランプライフは最大になり、同時に、他方において、前記ランプの光出力がそのライフ全体を通じて最大になることが保証される。
【００２２】
他の有利な実施形態を、従属請求項において規定した。
【００２３】
本発明の目的は、さらに、請求項７の特徴をなす特徴によって達成される。ここに請求した画像プロジェクタの利点は、前記電子回路の参照とともに上述した利点に実際的に対応する。人間の目は、大きいモノクロの表面を有する静止画像の表現におけるフリッカ効果に特に敏感である。この効果の抑制は、したがって特に有利である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の好適実施形態を、図１ないし３の参照とともに詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本発明による、ＨＩＤランプ特にＵＨＰランプを動作する電子回路を示す。この回路は、ランプバラスト１１０と、輝度センサ１３０と、フィルタ１４０とを具える。
【００２６】
ランプバラスト１１０は、制御ユニットとして構成され、ＨＩＤランプ３２２を制御信号に応じて制御するランプ電流を制御し、輝度センサ１３０の位置において前記ＨＩＤランプによって与えられる光量が中間期間において一定になるようにする。
【００２７】
図１の輝度センサ１３０によって発生されたセンサ信号は、輝度センサ１３０の位置において前記ＨＩＤランプによって与えられた光量を表す。前記センサ信号を、フィルタ１４０におけるフィルタ処理によって前記制御信号に変換する。フィルタ１４０を、好適には、ハイパスフィルタとして構成し、特にＤＣ成分が前記センサ信号から、したがって前記制御信号から除去されるようにする。
【００２８】
これは、本記載の一般的な部分において上述したように、輝度センサ１３０の特定の測定誤差が前記制御の結果において不利な影響を持たないという利点を有する。
【００２９】
本発明によるハイパスフィルタ処理された制御信号は、元のセンサ信号におけるＡＣ成分のみを、すなわち、正確な輝度変動のみを表す。前記輝度変動は、例えば、上述したアークシフトによって、又は、拡散アーク状態から集中アーク状態（スポットモード）への前記ランプの遷移によって生じるおそれがある。ランプバラスト１１０による制御の主な目的は、特に輝度センサ１３０の位置において速い変動のない安定した輝度を発生することである。これは、制御ユニットとして構成されたランプバラスト１１０が、前記制御信号をゼロレベルに保持することにおいて、又は、前記制御信号をゼロに制御することにおいてアクティブであることにおいて達成される。
【００３０】
ランプバラスト１１０は、本発明によれば、必要ならば、いつでも前記輝度の正又は負の補正又は制御を行い、実際的に一定の輝度を保持するようにすることができる。
【００３１】
ハイパスフィルタの代わりに、フィルタ１４０を代わりにバンドパスフィルタ、すなわち結合されたハイ及びロウパスフィルタとして構成してもよい。このバンドパスフィルタは、好適には、ランプ形式及び投影システムに応じて、１Ｈｚより下の下側カットオフ周波数と、１００Ｈｚより上の上側カットオフ周波数とを有する。前記上側カットオフ周波数を、有利には、人間の目に依然として知覚可能な輝度変動周波数より上にする。前記ハイパスフィルタと相違して、前記バンドパスフィルタは、前記ＤＣ成分をカットオフするだけでなく、有利に、前記上側周波数範囲もカットオフする。これは、単にハイパスフィルタ処理されたコントロール信号の場合におけるよりも、所定の相伴う高品質に関して、より簡単な方法で前記安定性を達成することができる程度に、ランプバラストの構成に課された必要条件を単純化する。
【００３２】
フィルタ１１０の伝送率を、さらに、前記フィルタが、前記ロウ又はハイパスフィルタに加えて前記制御信号を発生する前記センサ信号の追加の増幅を可能にするように設計してもよい。
【００３３】
通常、ランプバラスト１１０を、その出力部における電力と、したがって前記ランプによって消費される電力とを、長い期間中、定格電力レベルに一定に制御するようにも構成する。これを通常は、ランプバラスト１１０の出力部におけるランプ電流とランプ電圧との積を監視することによって行う。この電力制御を、平均ランプ電流を一定に保持するために、上述したランプ電流制御に付加する。
【００３４】
前記２つの制御の間に相互作用が存在し、例えば、輝度センサによって瞬間的に示されたＨＩＤランプ３２２の輝度における低下を妨げ、ランプバラスト１１０は、最初は、前記輝度制御の一部として前記ランプ電流における増加を与え、前記輝度が最初に一定のままになるようにする。これは、前記ランプ電流を増加し、ランプ３２２用のランプバラスト１１０の出力部において与えられる電力における増加を引き起こし、前記電力制御によって認識される。ＨＩＤランプ３２２に供給された電力は、短い期間中にその定格値を超えることを確かに許可されるが、長い期間には許可されない。例えば前記ランプ、が変化したアーク位置のため再びより明るい光を与えるため、増加したランプ電流が、所定の期間中に前記輝度制御によって再び減少した場合、前記ランプがこのとき減少した輝度を与えたとしても、前記電力制御が介在し、前記ランプ電流を減少する。前記付加された電力制御によるこの方法において、前記ランプがより長い間その定格電力より上で動作しないことが保証される。前記電力制御と、結果として生じる前記ランプ光の輝度における減少とによって生じるランプ電流における減少は、特にゆっくりと起こるため、有利に人間の目には知覚されない。ゆっくりした輝度変化に対する人間の目の無感覚をここで利用する。
【００３５】
加えて、前記ハイパス特性は、前記フリッカ信号の制御信号をある程度の時間の後に同様に消失させ、前記電力制御が達成されなくても、前記ランプ電力がその初期値に再び戻るようにする。
【００３６】
前記ランプが、そのランプライフを通じて平均してその定格電力レベルにおいて常に動作することが、本発明による回路によって保証される。これは、前記ランプの有効なライフが最大であり、前記ランプの発光効率がその動作の開始時から最適であるという利点を有する。
【００３７】
図２は、本発明による電子回路に関する好適な用途例としてのＨＩＤランプを有する画像プロセッサを示す。前記画像プロセッサは、図１の電子回路と、図３の参照とともに上述した光学システムとを実際的に具える。図１、３及び２において同じ参照符を有する構成要素を、これらの動作が関する限り、同一又は等価としてみなすべきである。
【００３８】
図２の画像プロジェクタにおいて、画像発生器４２４を、２つのレンズシステム４２５ａと４２５ｂとの間に配置し、輝度センサ１３０を、画像発生器４２４に隣接して又はこの中に配置し、前記画像発生器に入射する光量を捕らえるようにする。このプロジェクタにおける電子回路は、したがって、画像発生器４２４が中間期間において一定の輝度の光によってのみ照明され、したがって、画像発生器４２４によってスクリーン４２６に投影される画像が、人間の目に可視の輝度変動を受けないことを保証する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による電子回路を示す図である。
【図２】 光学システムと本発明による電子回路とを有する画像プロジェクタを示す図である。
【図３】 先行技術の画像プロジェクタを示す図である。
【符号の説明】
１１０ ランプバラスト
１３０ 輝度センサ
１４０ フィルタ
４２０ 光学システム
３２２ ＨＩＤランプ
４２１ 反射器
４２２ ガス放電ランプ
４２３ インテグレータ
４２４ 画像発生器
４２５ｂ 対物レンズ
４２５ａ コンデンサ
４３０ 輝度センサ

Claims (5)

1. 高強度放電（ＨＩＤ）ランプ特に超高圧（ＵＨＰ）ランプを動作する電子回路であって、
   制御信号に応じて前記ＨＩＤランプを動作する制御されたランプ電流を供給するランプバラストと、
   センサ信号を発生及び供給する輝度センサであって、前記センサ信号が前記ＨＩＤランプによって前記輝度センサの位置において発せられる光量を表す、輝度センサと、
   前記ＨＩＤランプのライフ全体を通じて常時、輝度変動を除去するように前記センサ信号をハイパスフィルタ処理又はバンドパスフィルタ処理した前記制御信号を提供するハイパスフィルタ又はバンドパスフィルタとして構成したフィルタと、を具えることを特徴とする電子回路。
2. 請求項１に記載の電子回路において、前記ランプバラストが、前記制御信号をゼロレベルに保持又は前記制御信号をゼロに制御する制御ユニットとして構成されていることを特徴とする電子回路。
3. 請求項２に記載の電子回路において、前記ランプバラストが、必要ならば実質的に一定の輝度を保持するように前記輝度の正又は負の補正又は制御を行うことを特徴とする電子回路。
4. 請求項１に記載の電子回路において、前記ハイパスフィルタのカットオフ周波数を１Ｈｚ未満とし、又は、前記バンドパスフィルタの下側カットオフ周波数を１Ｈｚ未満とし、上側カットオフ周波数を１００Ｈｚより上にしたことを特徴とする電子回路。
5. 高強度放電（ＨＩＤ）ランプ特に超高圧（ＵＨＰ）ランプを有する画像プロジェクタであって、前記ＨＩＤランプを具え、前記ＨＩＤランプの下流に画像を発生する画像発生器を接続した光学システムと、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電子回路とを具える画像プロジェクタにおいて、
   前記輝度センサを前記光学システムにおいて、前記センサ信号が、前記ＨＩＤランプによって発生され、前記画像発生器に入射する光量を表すように配置したことを特徴とする画像プロジェクタ。

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