KR20030011622A - 전자 회로 및 이를 포함하는 이미지 프로젝터 - Google Patents

전자 회로 및 이를 포함하는 이미지 프로젝터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 바람직하게는 이미지 프로젝터 내에서 사용되는, 고 강도 방전(High Intensity Discharge : HID) 램프, 특히 초고압(Ultra High Pressure)(UHP) 램프를 동작시키는 전자 회로에 관한 것이다. 상기 회로는 상기 HID 램프(422)를 동작시키는 제어된 램프 전류를 제공하기 위한 램프 밸러스트(110)와, 상기 램프에 의해 이미지 생성기로 인가되는 광의 휘도를 나타내는 센서 신호를 생성 및 제공하는 휘도 센서(130)를 포함한다. 상기 램프 밸러스트(110)는, 상기 램프의 광의 휘도가 일정하도록 램프 전류를 제어한다. 본 발명의 목적은 휘도 제어가 램프(322)의 전체 동작 수명에 걸쳐 가능하며 간단한 구조의 센서의 사용 및 이로써 보다 저렴한 센서가 가능하게 하는 전자 회로 및 이미지 프로젝터를 개발하는 것이다. 이러한 목적은 센서 신호가 램프 밸러스트(110), 특히 램프 밸러스트 내부의 제어 장치에 제어 신호로 공급되기 전에, 상기 센서 신호를 고역 통과 필터링하는 필터(140)에 의해 성취된다.

Description

전자 회로 및 이를 포함하는 이미지 프로젝터{ELECTRONIC CIRCUIT FOR OPERATING A HID LAMP, AND IMAGE PROJECTOR}
본 발명은 고 강도 방전(High Intensity Discharge:HID) 램프를 동작시키는 전자 회로에 관한 것이며, 특히 청구항 1의 서두 부분에서 규정된 바와 같은 초고압(Ultra High Pressure:UHP) 램프에 관한 것이다.
본 발명은 또한 청구항 1에서 규정된 바와 같은 전자 회로를 구비한 이미지 프로젝터에 관한 것이다.
HID 및 UHP 램프는 종래기술에서 알려져 있다. 이들은 바람직하게는 투영목적을 위해 사용되지만, 또한 자동차 헤드라이트를 동작하는데 사용된다. 이들의 특징은 고 광도 효율(high luminous efficacy)에 의해 수반되는 매우 소량의 광 아크(light arc)이며, 이는 매우 양호한 전체 효율을 생성한다. 이들 램프의 휘도는 대략 다른 가스 방전 램프의 2 배 내지 4 배가 된다.
그러나, 이들 HID 램프의 단점은 아크 시프트 효과(the effect of arc shift), 즉 이들 램프의 동작 동안 광 아크의 위치에서의 변화이다. 램프에 의해 생성되어 이미지 생성 시스템으로 들어가는 광의 총량의 비율은 아크 위치에서의 변화로 인해 변화되어, 투영된 이미지의 휘도가 변동된다(fluctuates). 이러한 효과는 또한 이미지 생성기 상에서 휘도 분포에서의 바람직하지 못한 변동을 일으킨다. 이로써 보는 이에게 플리커 효과(flicker effect)가 관찰된다.
다양한 수단이 플리커 효과를 줄이기 위해 알려져 있다.
제 1 수단은 정류 이전에 램프 전류의 파형에서의 추가적인 고 전류 펄스를 제공하는 것이다. 램프 전류의 이 특별한 형상은 아크 시프트를 억제할 수 있으며 이로써 프리커 효과를 성공적으로 억제한다.
그러나, 고 전류 펄스의 공급은, 램프 밸러스트(lamp ballast)가 다른 형상의 램프 전류에 대해 보다 크거나 비싸게 되고, HID 램프의 동작 수명이 크게 감소된다는 것이다.
플리커 효과를 줄이기에 적합한 제 2 수단은 JP-2000028988A에서 개시되며 도 3에서 도시된다. 상기 문헌은 다른 문제, 즉 그의 전체 수명에 대한 램프 휘도에서의 점진적인 변화에 대한 해결책을 개시하고 있지만, 명백한 것이 아닐지라도 플리커 효과의 억제를 위해 성취될 수 있는 이들 기준을 개시한다. 본 기술의 당업자는 적어도 간접적으로 상기 JP 문헌으로부터 플리커 효과를 줄이는 적절한 방법들을 유도할 것이다. JP200028988A는 광학 시스템(420) 및 전자 회로를 구비한 LCD 프로젝터를 개시한다. 광학 시스템(420)은 반사기(421)를 갖는 가스 방전 램프(422), 램프의 다운스트림으로 접속된 적분기(integrator)(423), 이미지 생성기(424) 및 대상(425b)을 포함한다. 적분기(423)는 콘덴서(425a)와 함께 이미지 생성기(424)의 조명에서의 즉, 이미지 생성기에 의해 생성된 이미지에서의 균일한 휘도 분포를 보호한다. 전자 회로는 램프(422)를 동작시키는 기능을 한다. 전자 회로는 제어 신호에 응답하여 램프(422)에 제어된 램프 전류를 제공하는 램프 밸러스트(410)와, 센서 신호를 생성 및 발행하는 휘도 센서(430)를 포함한다. 센서 신호는 여기서 휘도 센서의 위치에서의 램프에 의해 방사된 광의 양을 표현한다. 측정된 광 양(quantity) 편차에 의존하여 제어 신호를 생성하고 그것을 램프 밸러스트에 제공하기 위해, 센서 신호에 의해 표현된 광의 양은 마이크로프로세서(440)에서 광의 소정 기준 양과 비교된다. 이로써, 광의 생성된 양은 기준 값으로 제어된다. 상기 광 양 제어가 충분하게 신속하게 일어난다면, 플리커 효과는 방지될 수 있다.
일정한 전력에서 가스 방전 램프에 의해 방사된 광의 양은 다양한 이유에 의해 램프 수명의 과정에서 감소된다. 그럼에도 불구하고 전체 램프 수명에 대한 일정한 휘도를 보호할 가능성을 갖기 위해, 인용된 일본 특허 출원 JP-2000028988A에서, 램프에 의해 생성된 광의 일정한 휘도를 얻기 위해, 램프 수명의 시작에서실질적으로 그의 정격 전력 이하 전력에서 램프를 동작시키는 것과, 램프 수명이 진행됨에 따라 동작 전력을 증가시키는 것이 제안된다. 그러나, 이는 정격 전력이 도달되는 순간까지만 오직 가능하다.
그러나, 상기 제 2 수단은 다음과 같은 단점을 갖는다. 램프가 초기에 정격 전력 이하의 전력에서 동작되기 때문에, 생성된 휘도는 실질적으로 정격 전력의 경우에서보다 낮아진다. 즉, 그러한 프로젝터 시스템은 이러한 종류의 제어가 없는 시스템에 대해서보다 시작 시로부터 동일한 휘도를 생성하는데 보다 큰 램프를 요한다.
또한, HID 램프는 오직 정격 전력에서만 만족할만하게 유지될 수 있는 민감한 열적 균형에 의해 특징지워진다. 램프 수명에서의 역효과가 편차의 경우에 예상되며, JP-2000028988A의 방식으로의 제어는 램프 수명 감소를 일으킨다.
또한, 휘도의 양 및 음 제어가 오직 시작 시에만 가능하다. 이러한 가능성은 동작 전력이 증가함에 따라 보다 감소되며 램프가 그의 정격 전력에서 동작될 때 완전히 사라진다. 가령 오차성 내부 센서 이득 팩터(erroneous internal sensor gain factor)와 같은 개시된 회로에서의 센서 결함은 오차성 제어 신호를 즉시 유발하여 바람직하지 않은 제어 특성을 유발한다는 것에 주목해야 한다. 이로써, 개시된 회로는 센서 오차를 피하기 위해 특히 비싸고 복잡한 센서를 요한다.
특히, 알려진 회로에서의 휘도 센서는 상온 뿐만 아니라 이미지 프로젝터 내부에서 일반적인 고온에서도 신뢰할만하게 동작될 수 있어야 한다.
본 발명의 목적은 또한 HID 램프를 동작시키는 전자 회로 및 이러한 전자 회로를 구비한 이미지 프로젝터를 개발하는 것이며, 이로써 휘도의 제어가 전체 수명에 걸쳐 가능하게 되며 보다 간단한 구조의 센서 및 이로 인한 보다 저렴한 센서가 사용될 수 있다.
이러한 목적은 청구항 1에서 규정된 특징들에 의해 성취된다. 보다 정확하게 말하자면, 이러한 목적은, 센서 신호의 고역 통과 필터링(high-pass filtering)을 통해 제어 신호를 공급하는 고역 통과 필터를 포함하는 서두에서 언급된 전자 회로에 의해 성취된다.
휘도 변동의 매우 낮은 주파수 성분, 특히 이들의 DC 성분은 고역 통과 필터에 의해 센서 신호로부터 필터링된다. 이들 주파수 성분은 이로써 제어 신호 내에 존재하지 않으며 HID 램프의 제어시에는 개입되지 않을 것이다.
본 발명에 따르면, 종래 기술에서처럼 소정 기준 값까지 절대 휘도를 제어하는 대신에, 휘도 변동의 나머지 AC 성분은 제로까지 아래로 제어된다.
이는 한편에서는 오차성 오프셋의 영향 또는 휘도 센서의 오차성 민감도가 센서 신호로부터 필터링되어 제어에 어떤 불리한 영향도 주지 않는다는 장점을 갖는다. 따라서, 제어의 질이 손상되는 것 없이 본 발명에 따라 회로를 실현하는 간단하고 저렴한 센서를 사용하는 것이 가능하게 된다.
다른 한편에서, 고역 통과 필터는 유리하게는 HID 램프의 전체 수명을 걸쳐 제어 회로에 의한 휘도 변동의 소거를 허용한다. 본 발명에 따른 제어 회로에 의한 소거는 정격 전력에서의 동작 동안 양 및 음 방향에서 가능하다.
플리커 효과는 본 발명에 따른 램프의 제어 시에 인간 시야를 위해 효과적으로 억제된다.
유리한 실시예에서, 램프 밸러스트 내부의 제어 장치가 제어 장치의 출력에서 생성되는 전력를 제어하기 위해 설계되어, HID 램프가 장기간 동안 그의 정격 전력 레벨에서 일정하게 동작된다. 이로써, 램프 수명은 최대화되며, 램프의 출력은 그의 전체 수명 동안 최대가 되도록 보장된다.
다른 유리한 실시예들은 종속항들에서 규정된다.
본 발명의 목적은 청구항 7의 특징들을 구현함으로써 성취된다. 여기서 청구된 이미지 프로젝터의 장점은 실질적으로 상기 전자 회로를 참조하여 전술된 장점들에 대응한다. 인간 시야는 특히 대형 단색성 표면을 갖는 정지 이미지의 표현 시에 플리커 효과에 특히 민감하다. 이러한 효과의 억제는 따라서 특히 여기에서 유리하다.
도 1은 본 발명에 따른 전자 회로의 도면,
도 2는 본 발명에 따른 광학 시스템 및 전자 회로를 갖는 이미지 프로젝터의 도면,
도 3은 종래 기술의 이미지 프로젝터의 도면.
본 발명의 바람직한 실시예는 도 1 내지 3을 참조하여 상세하게 기술된다.
도 1은 본 발명에 따라, HID 램프, 특히 UHP 램프를 동작시키는 전자 회로를 도시한다. 상기 전자 회로는 램프 밸러스트(110), 휘도 센서(130), 필터(140)를 포함한다.
램프 밸러스트(110)는 제어 장치로서 구성되며 제어 신호에 응답하여 HID램프(322)를 동작시키는 램프 전류를 공급하고 제어하며, 이로써 휘도 센서(130)의 위치에서 HID 램프에 의해 방사된 광의 양은 중간 기간 동안 일정하게 된다.
도 1의 휘도 센서(130)에 의해 생성된 센서 신호는 휘도 센서(130)의 위치에서 HID 램프에 방사된 광의 양을 나타낸다. 센서 신호는 필터(140)에서의 필터링을 통해 제어 신호로 변환된다. 필터(140)는 바람직하게는 고역 통과 필터로 구성되고, 이로써 특히 DC 성분이 센서 신호 즉, 제어 신호로부터 필터링된다.
이는 전술한 바처럼 휘도 센서(130)의 어떤 측정 오차가 제어의 결과에 악영향을 주지 않는다는 장점을 갖는다.
본 발명에 따르는 고역 통과 필터링된 제어 신호는 초기 센서 신호에서의 AC 성분, 즉 적절한 휘도 변동 만을 나타낸다. 이 휘도 변동은 가령 상술된 아크 시프트 또는, 확산 아크 상태에서 집중된 아크 상태(또는 스팟 모드(spot mode))로의 램프의 전이에 의해 유발될 수 있다. 램프 밸러스트(110)에 의한 제어의 1 차 목적은 특히 휘도 센서(130)의 위치에서 신속한 변동없이 안정화된 휘도를 생성하는 것이다. 이는 제어 장치로서 구성되는 램프 밸러스트(110)가 제로 레벨에서 제어 신호를 유지하거나 그것을 제로까지 아래로 제어할 시에 활성적이다는 점에서 성취된다.
램프 밸러스트(110)는 본 발명에 따라 필요하다면 휘도를 거의 일정하게 유지하기 위해 휘도의 양 또는 음 보정 또는 제어를 항상 실행할 수 있다.
고역 통과 필터 대신에, 필터(140)는 이와 달리 대역 통과 필터로서, 즉 조합된 고역 및 저역 통과 필터로 구성될 수 있다. 램프 타입 및 투영 시스템에 따라, 상기 필터는 100 Hz 이상의 상부 컷 오프 주파수(upper cut-off frequency) 및 1 Hz 이하의 하부 컷 오프 주파수를 가질 것이다. 상부 컷 오프 주파수는 유리하게는 인간 시야에서 감지할 수 있는 휘도 변동 주파수 이상에 존재한다. 고역 통과 필터에 대조적으로, 대역 통과 필터는 DC 성분을 컷 오프할 뿐만 아니라 유리하게는 상부 주파수 범위를 컷 오프한다. 이는, 소정의 수반하는 높은 질에 대해, 단지 고역 통과 필터링된 제어 신호의 경우에서보다 간단한 방식으로 안정화가 성취될 있는 정도까지, 램프 밸러스트(110)의 구성 상에 부과되는 요구 조건을 단순화한다.
필터(110)의 전달 비율은 저역 또는 고역 통과 필터링에 부가되는 제어 신호를 생성하기 위한 센서 신호의 추가적인 증폭을 가능하게 하도록 설계된다.
통상적으로, 램프 밸러스트(110)는 그의 출력에서의 전기력, 즉 램프에 의해 소비되는 전기력이 장 기간 동안 정격 전력 레벨까지 일정하게 제어하기 위해 구성된다. 이는 통상적으로 램프 밸러스트(110)의 출력에서의 램프 전류 및 램프 전압의 생성을 모니터링함으로써 수행된다. 평균 램프 전력을 일정하게 유지하기 위해 상술된 램프 전류 제어에 전력 제어가 첨가된다(superimposed).
가령 다음과 같은 방식으로 두 제어 간의 상호작용이 존재한다. 즉, 휘도 센서(130)에 의해 순간적으로 등록된 HID 램프(322)의 휘도에서의 강하를 상쇄하기 위해, 램프 밸러스트(110)는 휘도가 초기에 일정하게 존재하도록 먼저 휘도 제어의 일부로서 램프 전류에서의 증가를 제공한다. 램프 전류에서의 이러한 증가는 램프(322)에 대해 램프 밸러스트(110)의 출력에서 제공된 전기력의 증가를 유발하며전력 제어에 의해 인지된다. HID 램프(322)에 공급된 전력은 장기간 동안이 아니라 단기간 동안 그의 정격 값을 초과하도록 허용된다. 가령, 램프가 변화된 아크 위치로 인해 보다 밝은 광을 다시 제공하기 때문에, 증가된 램프 전류가 소정의 기간 내에 휘도 제어에 의해 다시 감소되지 않는다면, 비록 램프가 감소된 휘도를 제공할 지라도, 전력 제어가 개입될 것이며 램프 전류를 감소시킬 것이다. 첨가된 전력 제어(superimposed power control)에 의한 상기 방식으로, 램프가 보다 장기간 동안 그의 정격 전력 이상에서는 동작되지 않는 것이 보장된다. 전력 제어에 의해 유발된 램프 전류에서의 감소 및 이로 인한 램프 광의 휘도에서의 감소는 유리하게는 인간 시야에서는 감지되지 않는데, 그 이유는 그것이 특별하게 느리게 발생하기 때문이다. 느린 휘도 변화에 대한 인간 시야의 비민감성이 여기에서 사용된다.
또한, 고역 통과 특성(high-pass characteristic)은 플리커 제어의 제어 신호가 얼마 정도의 시간 후에 사라지게 하여, 전력 제어가 활성화되지 않는다면, 램프 전력은 그의 초기 값으로 다시 돌아간다.
본 발명에 따른 회로에 의해 램프가 평균적으로 그의 수명 전체를 걸쳐 그의 정격 전력 레벨에서 항상 동작되는 것이 보장된다. 이는 램프의 유용한 수명이 최대가 되며 램프의 조명 효율도 그의 동작의 시작으로부터 최적이 된다는 장점을 갖는다.
도 2는 본 발명에 따른 전자 회로에 대한 바람직한 애플리케이션 일례로서 HID 램프를 구비한 이미지 프로젝터를 도시한다. 이미지 프로젝터는 실질적으로도 1의 전자 회로와, 도 3를 참조하여 상술된 광학 시스템을 포함한다. 도 1, 3, 2에서의 동일한 참조 부호를 갖는 구성 요소는 이들의 동작이 관련되는 한 동일하거나 등가적으로 간주되어야 한다.
도 2의 이미지 프로젝터에서는, 이미지 생성기(424)가 두 렌즈 시스템(425a, 425b) 간에 위치하며, 휘도 센서(130)는 이미지 생성기(424)에 인접하여 또는 내부에 위치하게 되어, 이미지 생성기 상으로 주입되는 광의 양을 파악한다. 따라서, 프로젝터 내의 전자 회로는 이미지 생성기(424)가 중간 기간에 일정한 휘도의 광으로만 조명되고, 따라서, 이미지 생성기(424)에 의해 스크린(426) 상으로 투영된 이미지가 인간 시야에서 볼 수 있는 휘도 변동을 받지 않는 것을 보장한다.
본 발명을 통해 HID 램프의 광의 휘도가 일정하게 유지된다.

Claims (7)

  1. 고 강도 방전(High Intensity Discharge : HID) 램프, 특히 초고압(Ultra High Pressure)(UHP) 램프를 동작시키는 전자 회로에 있어서,
    제어 신호에 응답하여 HID 램프(422)를 동작시키는 제어된 램프 전류를 제공하는 램프 밸러스트(110)와,
    휘도 센서(130)의 위치에서의 상기 HID 램프(422)에 의해 방사된 광의 양을 나타내는 센서 신호를 생성 및 제공하는 휘도 센서(130)와,
    상기 센서 신호의 고역 통과 필터링을 통해 상기 제어 신호를 제공하는 고역 통과 필터로서 구성되는 필터(140)를 포함하는
    전자 회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 고역 통과 필터의 컷 오프 주파수는 1 Hz 미만에 존재하는
    전자 회로.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 필터(140)는 대역 통과 필터로서 구성되는
    전자 회로.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 대역 통과 필터의 하부 컷 오프 주파수는 1Hz 미만에 존재하며, 그의 상부 컷 오프 주파수는 100 Hz 를 초과하는
    전자 회로.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 램프 밸러스트(110)는, 상기 휘도 센서의 위치에서의 상기 HID 램프(422)에 의해 방사되는 광의 양이 중간 기간에는 일정하게 되도록, 상기 제어 신호에 응답하여 램프 전류를 제공 및 제어하기 위한 제어 장치로서 구성되는
    전자 회로.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 램프 밸러스트(110)는, 상기 HID 램프(422)가 보다 장 기간에 대해 그의 정격 전력 레벨에서 일정하게 동작되도록, 상기 제어 장치의 출력에서 생성된 전기력을 제어하기 위해 구성되는
    전자 회로.
  7. 고 강도 방전(High Intensity Discharge : HID) 램프, 특히 초고압(Ultra High Pressure)(UHP) 램프를 구비한 이미지 프로젝터에 있어서,
    상기 HID 램프(422)의 다운스트림에 접속되며, 상기 HID 램프(422) 및 이미지를 생성하는 이미지 생성기(424)를 포함하는 광학 시스템(420)과,
    제 1 항에서 청구된 전자 회로를 포함하며,
    상기 휘도 센서(130)가, 상기 HID 램프에 의해 생성되며 상기 센서 신호가 상기 이미지 생성기(424) 상에 주입되는 광의 양을 나타내도록, 상기 광학 시스템(420) 내에 위치하는
    이미지 프로젝터.
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