JP5069317B2 - 高圧放電ランプを作動させるための回路装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は高圧放電ランプを作動させるための回路装置に関する。この場合、転流装置ないしはコミュテーション装置が設けられており、この転流装置は、直流電圧源と接続するための入力側と、高圧放電ランプと接続するための出力側を有しており、入力側に供給される電圧を出力側に供給するように構成されている。さらに制御装置が設けられており、この制御装置は極性を転流させるように構成されており、この極性によって転流装置の入力側に加わる電圧が転流装置の出力側と結合される。さらに同期装置が設けられており、この同期装置はその出力側から同期信号を送出するように構成されている。さらに本発明は、上述の回路装置を備えた投影装置と、この種の回路装置において高圧放電ランプを作動させるための方法と、この方法の各ステップを実行するためのコンピュータ製品にも関する。

本発明の上位概念による回路装置はたとえばプロジェクション装置に用いられ、さらにこの装置には特定の周波数で回転するカラーホイールも設けられている。この周波数は一般にビデオ周波数に結合されており、ヨーロッパでは毎秒４８画像であり、アメリカ合衆国では毎秒６３画像である。一般にカラーホイールは２〜４倍のビデオ周波数で回転し、既述の例によれば毎秒９６〜２５２回転で回転する。

これについては図１に示されている。この場合、図１ｃは周期期間Ｔを示す。図１ａの線に示されているように、ここでは１つの周期期間Ｔにおいてカラーホイールが３回転し、この場合、赤を表すＲと緑を表すＧと青を表すＢというカラーシーケンスが３回繰り返されている。ここでは転流時点としてカラーセグメント変更について考察する。この場合、いわゆる光バルブが短期間遮断され、それによってプロジェクションにおいて２つの混合色は発生しない。この遮断時間が転流ないしはコミュテーションに用いられる。図１ｂには、実際に選択された転流時点が示されている。この場合、ランプ電流が転流される。１つの完全な電流周期のためには２つの転流が必要である。

図１ｂに示されている転流時点のシーケンスは周期的に繰り返される。この場合、転流周波数は平均してビデオ周波数の３倍となり、ヨーロッパのビデオ周波数では３×４８Ｈｚ＝１４４Ｈｚとなる。１つの完全な電流周期についてのみ２つの転流プロセスが必要であるならば、それに応じてランプ駆動周波数は１４４Ｈｚ／２＝７２Ｈｚとなる。したがってビデオ周波数に関して７２Ｈｚ／４８Ｈｚ＝１．５という比例係数となる。

このため周期期間Ｔあたりカラーホイール４回転まで高めた場合、比例係数は２となる。したがってこの比例係数を介して、ランプ駆動周波数がビデオ周波数に結合される。ただし、ランプはそれぞれ固有の最適なランプ駆動周波数を有している。それによってフリッカのない動作、安定したアークの形成、ならびに電極の高度な安定性を耐用期間全体にわたり実現することができる。

さて、このことから２つの問題点が生じる：この種の回路装置が組み込まれているプロジェクション装置がヨーロッパの比率に合わせて最適に設計されていたとしても、すなわちランプを最適なランプ駆動周波数で作動させたとしても、そのようなシステムはアメリカ合衆国において動作させるには設計上不都合である。他方、この場合には固定的な比例係数しか設定できない。そこで１．５という比例係数において最適なランプ駆動周波数が得られたとして、このような比例係数は従来技術による手段では実現できない。

したがって本発明の課題は、冒頭で述べた形式の回路装置において、ビデオ周波数に依存することなく最適なランプ駆動周波数で高圧放電ランプを作動できるようにすることである。さらに本発明の課題は、高圧放電ランプの作動方法およびこの作動方法におけるステップを実行するコンピュータプログラム製品を提供することである。

この課題は、請求項１記載の特徴を備えた回路装置、請求項１０記載の特徴を備えたプロジェクション装置、請求項１２記載の特徴を備えた方法、ならびに請求項１３記載の特徴を備えたコンピュータプログラム製品により解決される。

本発明が根本的に基礎とする着想は、冒頭で述べた形式の回路をタイマ装置とパターン装置とによって拡張すれば上述の課題を解決できる、ということである。この場合、タイマ装置はその出力側から転流トリガ信号を発生するように構成されており、この転流トリガ信号は高圧放電ランプの所定の動作周波数有利にはランプ動作周波数と同期合わせされている。パターン装置には、可能な複数の転流時点から成るセレクションすなわち選択された可能な複数の転流時点が格納されており、選択されたそれらの可能な転流時点は同期信号に合わせて時間的に同期がとられている。パターン装置の入力側は、転流トリガ信号を伝達するタイマ装置の出力側と接続されている。ここでパターン装置は、複数の転流時点から成るセレクションのうち時間的にすぐ次の転流時点において転流トリガ信号を受信すると、転流を生じさせるために転流コントロール信号を出力するように構成されている。

その際、同期信号は有利にはビデオ信号のフレームと同期合わせされており、つまり高圧放電ランプの所定の動作周波数には依存していない。したがってパターン装置にはビデオ信号に同期合わせされた可能な複数の転流時点が存在しているけれども、これらの転流時点は周期的には繰り返されない。そうではなくタイマ装置において最適なランプ動作周波数が反映され、これはパターン装置に格納されている複数の転流時点から成るセレクションから適切な転流時点を選び出すために用いられる。このようにして、選択された転流時点をビデオ信号の周期に関連づけて周期ごとに変化させることができる。したがって一方では、従来技術よりも著しく細かい比例係数を設定することができ、つまりは高周波放電ランプを対応する国のビデオ周波数に依存することなく最適なランプ動作周波数で作動させることができる。その結果、最適なランプ動作周波数を選択する判定基準に応じて、いっそう高い発光効率、いっそう高い効率、いっそうフリッカのない動作、最大のランプ耐用期間等が得られるようになる。

すでに述べたように、有利には同期装置の入力側に複数のフレームに分割されたビデオ信号を供給可能であり、その際、この同期装置は、ビデオ信号のフレームに同期合わせされた同期信号を供給するように構成されている。これによって、システムを汎用的に使用できるという利点が得られる。つまり同期信号の周波数は、ビデオ信号の周波数からダイレクトに導出される。それにもかかわらずタイマ装置は、依然として高圧放電ランプの最適な動作周波数と同期合わせされている。その結果、同期装置の入力側に加わるビデオ信号の周波数に依存することなく、ランプは依然として最適な動作周波数で駆動されることになる。

さらに別の有利な実施形態によれば直流成分測定装置が設けられており、この装置は、転流装置の出力側に生じる信号における直流成分の実際値を求めて供給するように構成されている。

有利には本発明による回路装置には目標値設定装置が設けられており、この目標値設定装置を介して、転流装置の出力側に供給される信号における直流成分の目標値が設定される。さらに調整装置が設けられており、この調整装置はパターン装置と接続されている一方、転流装置の出力側に供給される信号における直流成分の実際値と目標値を受け取るために、直流成分測定装置および目標値設定装置と接続されている。この調整装置により転流装置の出力が変更され、たとえば遅延または消去などにより変更され、転流装置の出力側に供給される信号の実際値と目標値との差の絶対値がまえもって定められた閾値よりも小さくされる。このように構成することによって、以下の状況が考慮される。本出願人により開発された「ユニシェープ Unishape」と称する公知の方法の場合、個々のカラーに割り当てられており高圧放電ランプを駆動制御する信号の振幅が変えられる。このようにすることで、著しく高い分解能ならびに改善された色強度を得ることができる。さて、ここで転流時点を周期ごとに変化させたとしたならば、ユニシェープ法による駆動制御の場合、ランプを駆動制御する信号が全体として直流成分なしにはならない可能性があるというリスクが発生する。直流成分により電極先端部の不均一な成長が発生して、たとえばUS 5,608,294, WO 03/098979 A1およびDE 198 29 600 A1で説明されているような問題が引き起こされる可能性がある。このため１つの実施形態によれば、目標値設定装置から供給される目標値がゼロと等しくなるように構成されている。ただし本発明による措置によれば、たとえば熱放射が反射して戻るなどシステムに起因して電極に対しそれぞれ異なる強さの負荷が加わるようなシステムも考慮することができる。このケースにおいて格別有利であると判明したのは、目標値設定装置から供給される目標値がゼロと等しくないようにすることであり、これによって電極に対し等しく負荷が加わるようになる。

さらに別の有利な実施形態によれば、目標値設定装置は目標値をダイナミックに変化させるように構成されており、この場合、目標値設定装置はたとえば温度測定装置および／または電極先端測定装置と接続されている。これによって、目標値を温度変化や電極において検出された先端部成長を考慮してダイナミックに変化させることができ、つまりはランプ動作をさらにいっそう最適化することができる。

所定の動作周波数は有利にはランプ固有の動作周波数であり、たとえばランプにとって最適な動作周波数である。ただし設定可能な動作周波数を少なくとも１つのランプパラメータに依存して選定することもでき、たとえば耐用期間や効率、フリッカ耐性等に関して最適に選定することもできる。

本発明によるプロジェクション装置の１つの有利な実施形態によれば、カラーホイールとこのカラーホイールのための駆動制御装置が設けられている。その際、カラーホイールのための駆動制御装置は、回転が同期信号と同期するようカラーホイールを回転させるように構成されている。これにより、同期信号がビデオ信号から取得されるかぎり、カラーホイールの回転がビデオ信号に整合される。本発明による回路装置の実施形態と関連して説明してきたように、転流時点の選択はこれとは無関係に行われる。

従属請求項にさらに別の有利な実施形態が示されている。本発明による回路装置との関連でこれまで説明してきた有利な実施形態ならびにそれらの利点は、適用可能であるかぎり、本発明によるプロジェクション装置、本発明による方法ならびに本発明によるコンピュータプログラム製品にも相応に該当する。

次に、添付の図面を参照しながら本発明による回路装置ならびに本発明によるプロジェクション装置の実施例について詳しく説明する。

従来技術による回路装置の場合にカラーホイールが３回転したときに生じる周期のカラーホイールシーケンス時間経過特性ならびにその際に選定されている転流時点を示す図 本発明による回路の構成を示す図 本発明による回路装置における種々の信号の時間経過特性を示す図 本発明によるプロジェクション装置の構造を示す図

図２には、本発明による回路の構成について概略的に示されている。この回路には、スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４を有する転流装置ないしはコミュテーション装置Ｋが設けられており、ここではこれらのスイッチはフルブリッジを成している。転流装置Ｋは、２つの入力端子Ｅ１，Ｅ２を備えた入力側と、２つの出力端子Ａ１，Ａ２を備えた出力側を有している。２つの出力端子Ａ１とＡ２との間に、ランプインダクタＬと高圧放電ランプＥＬから成る直列回路が接続されている。４つのスイッチＳ１〜Ｓ４は制御装置１２により制御され、一方ではスイッチＳ１とＳ４が、他方ではスイッチＳ２とＳ４が、交互に導通状態に切り替えられる。これにより、転流装置Ｋの入力側に加わる電圧Ｕ_zw一般にはいわゆる中間回路電圧を転流装置Ｋの出力側へ供給するときの極性が転流される。

さらにこの回路には同期装置１４が設けられており、この装置は出力側から同期信号Ｓｙを供給する。この実施例の場合、複数のフレームに分割されたビデオ信号Ｖが同期装置１４の入力側に供給され、ビデオ信号Ｖのこれらのフレームに同期合わせされた同期信号Ｓｙが同期装置１４から供給される。

図２による回路にはさらにタイマ装置１６が設けられており、その出力側から転流トリガ信号ＫＡが供給され、この信号は高圧放電ランプＥＬの所定の動作周波数と同期合わせられている。この所定の動作周波数をランプ固有の動作周波数とすることができ、これを少なくとも１つのランプパラメータに依存して選定することも可能であり、たとえば低いフリッカ傾向、できるかぎり長い耐用期間、高い効率等に応じて選定することもできる。転流トリガ信号ＫＡはパターン装置１８へ供給され、さらにパターン装置１８へは同期装置１４の出力信号Ｓｙが供給される。

パターン装置１８には、可能な複数の転流時点から成るセレクションが格納されており、選択されたそれらの可能な転流時点は同期信号Ｓｙに合わせて時間的に同期がとられている。パターン装置１８の入力側は、転流トリガ信号ＫＡを伝達するタイマ装置１６の出力側と接続されている。パターン装置１８は、複数の転流時点から成るセレクションのうち時間的にすぐ次の転流時点において転流トリガ信号ＫＡを受信すると、転流を生じさせるために転流制御信号ＫＳを出力する。転流時点として、色の移行に関する特定のセレクションだけが考慮の対象となる。その理由は、転流時点は特定の判定基準を満たしていなければならないからである。したがって最適なランプ動作の点で、高い振幅を特徴とする色の移行が選択される。しかしながら最適なプロジェクション結果の点では、特定の色移行は排除される。なぜならば特定の色移行においてはいわゆるリンギングが識別される可能性があるからであり、すなわちいわゆる定常化プロセスが識別されてしまうかもしれないからである。このことは望ましくない。

図２に示した実施例の場合、パターン装置１８の出力信号ＫＳは調整装置２０へ供給される。調整装置２０へ、転流装置Ｋの出力側に生じる信号の直流成分に関する実際値が直流成分測定装置２２から供給される一方、この直流成分に対する目標値が目標値設定装置２４から供給される。調整装置２０によって、転流装置Ｋの出力側に生じる信号の直流成分に対する実際値と目標値との間の差の絶対値が所定の閾値よりも小さくなるよう、たとえば遅延または除去などにより転流制御信号の出力に変更が加えられる。調整装置２０から制御装置１２へ送出される信号には参照符号ＫＳ′が付されている。

目標値設定装置２４を、一定の目標値が設定されるように構成することができ、この目標値をたとえばゼロとしてもよいし、あるいは電極先端部の不均一な過熱等を配慮する目的で、ゼロとは異なる値にしてもよい。殊に有利であるのは、目標値がダイナミックに変化するように目標値設定装置２４を構成することである。この目的で、目標値設定装置２４は温度測定装置２６および電極先端測定装置２８と接続されている。高圧放電ランプＥＬの双方の電極がそれぞれ異なる温度にあり、電極の不均一な消耗に至る可能性のあることが検出されると、あるいは電極上に成長していく先端のサイズが不均一であることが検出されると、目標値設定装置２４により調整装置２０に対して目標値が設定される際にこのことが考慮される。

図３には、図２に示した本発明による回路の実施例における種々の信号に関する時間経過特性が示されている。はじめに経過特性ａ）は、同期装置１４により供給される同期信号Ｓｙの時間経過特性を示している。この同期信号Ｓｙはビデオ信号Ｖと同期している。経過特性ｂ）は、パターン装置１８に格納されている複数の可能な転流時点から成るセレクションを示している。この図からわかるように、これらの転流時点は同期信号Ｓｙと同期している。ここでは周期期間Ｔが示されており、このセレクションが周期的に、図３によれば全部で４回、繰り返されることが示されている。経過特性ｄ）は、タイマ装置１６から供給される信号の時間経過特性を示すものであり、この信号は高圧放電ランプの所定の動作周波数と同期がとられており、ビデオ信号Ｖとは同期されていない。この場合、立ち上がり縁が生じるたびに（経過特性Ｃ参照）、転流トリガ信号ＫＡが生成され、パターン装置１８へ供給される。これに応じてパターン装置１８は、複数の転流時点から成るセレクションのうち時間的に次の転流時点において（経過特性ｂ参照）、転流制御信号ＫＳを生成し、転流を生じさせるためこの信号を制御装置１２へ送出する。このようにすることによって高圧放電ランプＥＬは、平均的にこのランプの所定の動作周波数で駆動され、しかもビデオ信号Ｖの周波数には依存せずに駆動される。

図４には、本発明によるプロジェクション装置の構造が示されている。この装置には、本発明による回路１０ならびにカラーホイール３２のための駆動制御装置３０が設けられている。本発明による回路１０へもカラーホイール３２のための駆動制御装置３０へもビデオ信号Ｖが供給され、これによってカラーホイール３２の回転がビデオ信号Ｖと同期合わせされるよう駆動制御が行われる。

１つの有利な実施形態によれば、図２に示されている以下の構成要素および信号のうち複数のものが、さらに有利にはすべてのものが、ソフトウェアによって実現されており、コンピュータプログラムとしてマイクロコントローラにおいて実行可能である。すなわち同期信号Ｓｙを供給する同期装置１４と、転流トリガ信号ＫＡを供給するタイマ装置１６と、転流制御信号ＫＳを供給するパターン装置１８と、直流成分測定装置２２と、調整装置２０と、目標値設定装置２４と、制御装置１２とが、ソフトウェアによって実現され、コンピュータプログラムとしてマイクロコントローラにおいて実行可能である。

Claims (13)

1. 転流装置（Ｋ）が設けられており、該転流装置（Ｋ）は、直流電圧源と接続するための入力側（Ｅ１，Ｅ２）と、高圧放電ランプ（ＥＬ）と接続するための出力側（Ａ１，Ａ２）を有しており、該転流装置（Ｋ）は、前記入力側（Ｅ１，Ｅ２）に供給された電圧（Ｕ_zw）を前記出力側（Ａ１，Ａ２）へ供給し、
   制御装置（１２）が設けられており、該制御装置（１２）は極性を転流させ、該極性によって前記転流装置（Ｋ）の入力側（Ｅ１，Ｅ２）に加わる電圧（Ｕ_zw）が前記転流装置（Ｋ）の出力側（Ａ１，Ａ２）と結合され、
   同期装置（１４）が設けられており、該同期装置（１４）は該同期装置（１４）の出力側から同期信号（Ｓｙ）を送出する、
   高圧放電ランプの駆動回路（１０）において、
   タイマ装置（１６）が設けられており、該タイマ装置（１６）は該タイマ装置（１６）の出力側から転流トリガ信号（ＫＡ）を発生し、該転流トリガ信号（ＫＡ）は、高圧放電ランプ（ＥＬ）の所定の動作周波数と同期合わせされており、
   パターン装置（１８）が設けられており、該パターン装置（１８）には、複数の可能な転流時点から成るセレクションが格納されており、該複数の可能な転流時点から成るセレクションは前記同期信号（Ｓｙ）に対し時間的に同期合わせされており、
   前記パターン装置（１８）は、前記転流トリガ信号（ＫＡ）を伝達するため前記タイマ装置（１６）の出力側と結合された入力側を有しており、
   前記パターン装置（１８）は、前記転流トリガ信号（ＫＡ）を受信すると、前記複数の転流時点から成るセレクションのうち時間的に次の転流時点において、転流制御信号（ＫＳ）を前記制御装置（１２）へ供給して転流を生じさせることを特徴とする、
   高圧放電ランプの駆動回路。
2. 前記同期装置（１４）の入力側に複数のフレームに分割されたビデオ信号（Ｖ）が供給され、該同期装置（１４）は、前記ビデオ信号（Ｖ）のフレームに同期合わせされた同期信号（Ｓｙ）を供給する、請求項１記載の回路。
3. 直流成分測定装置（２２）が設けられており、該直流成分測定装置（２２）は、前記転流装置（Ｋ）の出力側（Ａ１，Ａ２）に供給される信号における直流成分の実際値を求めて供給する、請求項１または２記載の回路。
4. 目標値設定装置（２４）が設けられており、該目標値設定装置（２４）を介して、前記転流装置（Ｋ）の出力側（Ａ１，Ａ２）に供給される信号における直流成分の目標値が設定され、
   調整装置（２０）が設けられており、該調整装置（２０）は前記パターン装置（１８）と接続されている一方、前記転流装置（Ｋ）の出力側（Ａ１，Ａ２）に供給される信号における直流成分の実際値と目標値を受け取るために、前記直流成分測定装置（２２）および前記目標値設定装置（２４）と接続されており、
   該調整装置（２０）により前記転流装置（Ｋ）の出力が遅延または消去により変更され、前記転流装置（Ｋ）の出力側（Ａ１，Ａ２）に供給される信号の実際値と目標値との差の絶対値がまえもって定められた閾値よりも小さくされる、
   請求項３記載の回路。
5. 前記目標値設定装置（２４）から供給される目標値はゼロと等しい、請求項４記載の回路。
6. 前記目標値設定装置（２４）から供給される目標値はゼロと等しくない、請求項４記載の回路。
7. 前記目標値設定装置（２４）は前記目標値をダイナミックに変更し、前記目標値設定装置（２４）は温度測定装置（２６）および／または電極先端測定装置（２８）と接続されている、請求項４から６のいずれか１項記載の回路。
8. 前記所定の動作周波数はランプ固有の動作周波数である、請求項１から７のいずれか１項記載の回路。
9. 前記所定の動作周波数は少なくとも１つのランプパラメータに依存して選択される、請求項１から７のいずれか１項記載の回路。
10. 請求項１から９のいずれか１項記載の回路（１０）が設けられていることを特徴とするプロジェクション装置。
11. カラーホイールと該カラーホイールのための駆動制御装置（３０）が設けられており、該カラーホイールのための駆動制御装置（３０）は、回転が同期信号（Ｓｙ）と同期するよう前記カラーホイールを回転させる、請求項１０記載のプロジェクション装置。
12. 回路装置が設けられており、該回路装置には、転流装置（Ｋ）が設けられており、該転流装置（Ｋ）は、直流電圧源と接続するための入力側（Ｅ１，Ｅ２）と、高圧放電ランプ（ＥＬ）と接続するための出力側（Ａ１，Ａ２）を有しており、該転流装置（Ｋ）は、前記入力側（Ｅ１，Ｅ２）に供給された電圧（Ｕ_zw）を前記出力側（Ａ１，Ａ２）へ供給し、
    前記回路装置には制御装置（１２）が設けられており、該制御装置（１２）は極性を転流させ、該極性によって前記転流装置（Ｋ）の入力側（Ｅ１，Ｅ２）に加わる電圧（Ｕ_zw）が前記転流装置（Ｋ）の出力側（Ａ１，Ａ２）と結合され、
    前記回路装置には同期装置（１４）が設けられており、該同期装置（１４）は該同期装置（１４）の出力側から同期信号（Ｓｙ）を送出し、
    前記回路装置にはタイマ装置（１６）が設けられており、該タイマ装置（１６）は該タイマ装置（１６）の出力側から転流トリガ信号（ＫＡ）を発生し、該転流トリガ信号（ＫＡ）は、高圧放電ランプ（ＥＬ）の所定の動作周波数と同期合わせされており、
    前記回路装置にはパターン装置（１８）が設けられており、該パターン装置（１８）には、複数の可能な転流時点から成るセレクションが格納されており、該複数の可能な転流時点から成るセレクションは前記同期信号（Ｓｙ）に対し時間的に同期合わせされている、
    前記回路装置における高圧放電ランプの作動方法において、
    ａ）前記タイマ装置（１６）が転流トリガ信号（ＫＡ）を出力するステップと、
    ｂ）前記パターン装置（１８）が該転流トリガ信号（ＫＡ）を受信するステップと、
    ｃ）前記複数の転流時点から成るセレクションのうち時間的に次の転流時点において、転流トリガ信号を前記制御装置（１２）へ供給するステップと、
    ｄ）該制御装置（１２）により前記転流装置（Ｋ）を駆動制御して転流を生じさせるステップ
    が設けられていることを特徴とする、
    高圧放電ランプの作動方法。
13. ディジタルコンピュータの内部記憶装置にロード可能であり、コンピュータにおいて実行されると請求項１２記載のステップを実行するソフトウェアコードセクションを有することを特徴とする、コンピュータプログラム製品。

Images