用於操作高強度放電燈的電子電路和圖像投影儀的製作方法
2023-09-19 06:21:30 1
專利名稱：用於操作高強度放電燈的電子電路和圖像投影儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於操作高強度放電(HID)燈，特別是如權利要求1的開始部分限定的超高壓(UHP)燈的電子電路。
本發明還涉及一種具有如權利要求1所述的電子電路的圖像投影儀。
背景技術：
HID和UHD燈的原理在現有技術中是公知的。它們最好被用於投影的目的，不過，也用於操作汽車前燈。其特徵在於具有發光效率高的非常小的光弧，這使得具有非常高的總效率。這些燈的亮度大約是其它氣體放電燈的2到4倍。
不過，這些HID燈的缺點是弧移效應，即在這些燈的操作期間光弧的位置改變。由光弧位置的改變而引起進入圖像產生系統的由燈發出的光的總量的比例改變，使得投影圖像的亮度發生波動。這個效應也引起在圖像發生器的亮度分布中的不希望的波動。其結果是，產生觀看者可以觀察到的閃爍效應。
由現有技術中可以得知用於減少所述閃爍效應的幾種措施。
第一種措施是在燈電流換向之前在燈電流的波形中提供一個附加的大電流脈衝。這種特殊形狀的燈電流能夠抑制弧移，因而抑制閃爍效應。
不過，提供大電流脈衝也具有缺點，即，對於不同形狀的燈電流的燈，其燈鎮流器較大，並且成本較高，此外，HID燈的工作壽命被明顯減少。
也可以適用於減少閃爍效應的第二個措施在JP-2000028988A中披露了，如圖3所示。所述JP文件主要描述了對於另一個問題，即在燈的整個壽命期間燈的亮度逐漸改變的問題，的解決方案，但是其中也披露了，儘管不是明示地，為了抑制閃爍必須滿足的準則。本領域的技術人員從所述JP文件中的確能夠導出用於減少閃爍效應的合適的方法，至少能夠間接地導出。JP-2000028988A披露了一種具有光學系統420和一個電路的LCD投影儀。所述光學系統420包括具有反射器421以及被連接在燈的下遊的積分器423的氣體放電燈422，圖像發生器424，和物鏡425b。積分器423和電容器425a一起用於維持圖像發生器424的照度的均勻的亮度分布，因而維持由所述圖像發生器產生的圖像的亮度的均勻分布。所述電路用於操作燈422。所述電路包括燈鎮流器410，用於響應控制信號對燈422提供受控制的燈電流，以及亮度檢測器430，用於產生和發送檢測器信號。所述檢測器信號表示在所述亮度檢測器的位置由所述燈產生的光的數量。由所述檢測器信號代表的光的數量在微處理器440中和給定的光的參考數量比較，從而產生依賴於測量的光的數量的偏差的控制信號，並將所述控制信號提供給所述燈鎮流器。這樣，把產生的光的數量控制為參考值。如果光的數量的控制能夠足夠快地進行，則可以阻止閃爍效應。
由於多種原因，在燈的壽命期間，由氣體放電燈產生的光的數量以恆定的功率減少。為了能夠確保在燈的整個壽命期間一直具有恆定的亮度，在所引用的日本專利公開JP-200028988A中建議在燈的壽命的開始以大大低於其額定功率的功率操作所述的燈，並隨著燈的壽命的進展增加操作功率，從而獲得由所述燈產生的恆定的亮度。不過，這隻有在達到額定功率的時間才是可能的。
然而，所述第二種方法具有以下的缺點因為所述的燈起初在低於額定功率的功率下操作，所產生的亮度大大低於額定功率情況下的亮度，即，和沒有這種控制的系統相比，為了產生相同的亮度，這種投影儀系統從開始就要使用較亮的燈。
此外，HID燈的特徵在於靈敏的熱平衡，這只能在額定功率下才能被滿意地保持。在偏離額定功率的情況下，預計對燈的壽命具有不利影響，因此，按照JP-2000029988A的方式進行控制將導致縮短燈的壽命。
此外，只有在開始時才能進行亮度的正負控制。隨著操作功率增加，進行亮度控制的可能性變小，最後當燈在其額定功率下工作時，進行亮度控制的可能性完全消失。最後應當說明，在所披露的電路中的檢測器的缺陷，例如錯誤的內部檢測器增益係數，將立即導致錯誤的控制信號，並因而導致不希望的控制行為。因而，所披露的電路照樣需要極為昂貴和複雜的檢測器，以便避免檢測器錯誤。
特別是，在已知的電路中的亮度檢測器不僅應當在室溫下可靠地工作，而且在圖像投影儀經常所處的高溫下也應當可靠地工作。
發明概述根據所述的現有技術，本發明的目的在於提供一種用於操作HID燈的電子電路和具有所述電子電路的圖像投影儀，使得在燈的整個壽命期間能夠進行亮度控制，並且使得可以使用結構比較簡單因而成本較低的檢測器。
本發明的目的是通過在權利要求1中限定的特徵來實現的。更精確地說，本發明的目的通過在開頭一節所述的電子電路實現了，其中所述電子電路包括高通濾波器，用於通過對檢測器信號進行高通濾波來提供控制信號。
亮度波動的甚低頻分量，尤其是其中的直流分量被高通濾波器從檢測器信號中濾除。因而在控制信號中也沒有這些頻率成分，因而在HID燈的控制中不會涉及這些頻率成分。
按照本發明，亮度波動的剩餘的交流分量被控制減少到0，而不是如現有技術中那樣把絕對亮度控制為給定的參考值。
這樣的優點在於，一方面，亮度檢測器的錯誤偏移或者錯誤靈敏度的影響被從檢測器信號中濾除，因而不對控制施加不希望的影響。因而，一定能夠使用簡單的廉價的檢測器，用於實現按照本發明的電路而不會影響控制的質量。
在另一方面，高通濾波器有利地使得能夠在整個HID燈的壽命期間利用控制電路消除亮度波動。按照本發明，還使得所述的燈在以額定功率操作期間能夠利用控制電路沿正負方向消除亮度波動。
利用按照本發明的燈的控制，對於人的眼睛的閃爍效應被有效地抑制了。
在一個有利的實施例中，還設計了一個在燈鎮流器內的控制單元，用於控制在控制單元的輸出產生的電功率，使得在一個長的時間內，HID燈一直在其額定功率下工作。結果，使得最大限度地延長燈的壽命，在另一方面，還使得保證在燈的整個壽命期間所述燈的光輸出最大。
在從屬權利要求中限定了其餘的有利的實施例。
本發明的目的還通過在權利要求7中所述的特徵實現了。在該權利要求中所述的圖像投影儀的優點基本上相應於上面參照電子電路所述的優點。在大的單色表面的靜止圖像的表示中，人的眼睛對於閃爍效應特別敏感。因而，能夠抑制這種效應是極其有利的。
下面利用3幅
本發明，其中圖1表示按照本發明的電子電路；圖2表示具有按照本發明的光學系統和電子電路的圖像投影儀；圖3表示現有技術的圖像投影儀。
具體實施例方式
現在參照圖1到圖3詳細說明本發明的優選實施例。圖1表示用於操作HID燈尤其是UHP燈的電子電路，其包括燈鎮流器110，亮度檢測器130和濾波器140。
燈鎮流器110作為一個控制單元被構成，並用於響應控制信號提供和控制用於操作HID燈322的燈電流，使得在亮度檢測器130的位置由HID燈發出的光的數量在一個中期內是恆定的。
由圖1的亮度檢測器130產生的檢測器信號代表在亮度檢測器130的位置由HID燈發出的光的數量。所述檢測器信號通過由濾波器140濾波被轉換成控制信號。濾波器140最好由高通濾波器構成，使得從檢測器信號因而也從控制信號中特別是濾掉直流分量。
這具有這樣的優點，即，如本說明書的綜述部分所述，亮度檢測器130的某個測量誤差對於控制結果沒有不利影響。
按照本發明的高通濾波的控制信號只代表在原始的檢測器信號中的交流分量，即，只代表合適的亮度波動。所述亮度波動例如可以由上述的弧移引起，或者由所述的燈由一個擴散的弧狀態向一個集中的弧狀態(或者斑點方式)的轉變引起。由燈鎮流器110進行控制的主要目的是產生一個沒有快速波動的穩定的亮度，特別是在亮度檢測器130的位置。這個目的是這樣實現的作為控制單元構成的燈鎮流器110在保持控制信號為0或者把控制信號控制下降到0時是無功的。
按照本發明，在需要時，燈鎮流器110在所有的時間內都能夠進行亮度的正的或負的校正或控制，使得保持亮度基本上恆定。
代替高通濾波器，濾波器140還可以是一個帶通濾波器，即一種組合的高通和低通濾波器。此時，根據燈和投影系統的類型，其最好具有一個低於1Hz的下截止頻率，以及一個大於100Hz的上截止頻率。上截止頻率最好處於仍然能夠由人的眼睛覺察的亮度波動頻率以上，和高通濾波器對比，帶通濾波器不僅截止直流分量，而且還有利地截止上限頻率以上的頻率。這可以把加於燈鎮流器110的結構上的要求簡化到這樣的程度，使得對於給定的高質量要求，和只通過高通濾波的控制信號的情況相比，可以用簡單得多的方式實現穩定性。
此外，濾波器110的傳遞比可以被這樣設計，使得所述濾波器能夠對檢測器信號進行附加的放大，以便除去用於低通和高通濾波之外，還能夠產生控制信號。
通常，燈鎮流器110還被構成用於控制其輸出的電功率，因而也控制由所述的燈消耗的電功率，使得在一個長的時間內，所述電功率總是等於額定功率。這通常通過監視在燈鎮流器110的輸出的燈電流和燈電壓的乘積來實現。功率控制被添加於上述的燈電流控制之上，用於保持燈的平均功率恆定。
在兩個控制之間存在相互作用，所述相互作用的方式例如如下為了防止由亮度檢測器瞬時檢測的HID燈322的亮度的降低，燈鎮流器110作為亮度控制的一部分首先提供一個增加的燈電流，使得亮度在開始時保持恆定。所述燈電流的增加導致在燈322的燈鎮流器110的輸出提供的電功率的增加，並被功率控制識別出。被提供給HID燈322的功率的確允許在一個短的時間而不是一個較長的時間內超過其額定值。如果在一個給定的時間內增加的燈電流不再被減少，例如因為由於改變的弧位置使得燈再次提供較亮的光，則功率控制將進行幹預，使得減少燈電流，儘管此時所述燈提供減小的亮度。用這種方式，通過添加功率控制，確保所述的燈不會長時間在其額定功率以上操作。由功率控制引起的燈電流的減少和燈的亮度的減少不會被人的眼睛覺察到，因為其出現的時間特別短。此處利用了人的眼睛對於慢的亮度變化的不敏感性。
此外，如果不再啟動功率控制，高通特徵使得閃爍控制的控制信號在某個時間之後完全消失，使得燈的功率再次返回其初始值。
利用按照本發明的電路確保所述的燈在其整個壽命期間平均而言總是工作在其額定值上。這具有這樣的優點，即，使得燈的有用壽命最大，並使得從燈的操作開始，燈的照明效率一直保持最佳。
圖2表示按照本發明的電子電路的一個優選的應用的例子的具有HID燈的圖像投影儀。所述圖像投影儀基本上包括圖1所示的電子電路和上面參照圖3所述的光學系統。圖1到圖3中標號相同的元件在涉及其操作時被認為是相同的或等效的。
在圖2所示的圖像投影儀中，圖像發生器424被設置在兩個透鏡系統425a，425b之間，亮度檢測器130被設置在圖像發生器424的附近或內部，使得其拾取入射到圖像發生器上的一定數量的光，因而在投影儀中的等效電路確保圖像發生器424在中期內只由恆定亮度的光照明，並因而也確保投影到屏幕426上的圖像不會發生人的眼睛可覺察的亮度波動。
權利要求
1.一種用於操作高強度放電(HID)燈(422)，尤其是超高壓(UHP)燈的電子電路，包括燈鎮流器(110)，用於響應控制信號提供用於操作所述HID燈(422)的受控的燈電流，以及亮度檢測器(130)，用於產生並提供檢測器信號，所述檢測器信號代表在亮度檢測器(130)的位置由HID燈(422)發出的光的數量，其特徵在於還包括濾波器(140)，所述濾波器作為高通濾波器被構成，用於提供通過對所述檢測器信號進行高通濾波而獲得的控制信號。
2.如權利要求1所述的電子電路，其特徵在於所述高通濾波器的截止頻率小於1Hz。
3.如權利要求1所述的電子電路，其特徵在於所述濾波器(140)作為帶通濾波器被構成。
4.如權利要求3所述的電子電路，其特徵在於所述帶通濾波器的下截止頻率小於1Hz，而上截止頻率大於100Hz。
5.如權利要求1所述的電子電路，其特徵在於燈鎮流器(110)作為一個控制單元被構成，用於響應控制信號提供和控制燈電流，使得在亮度檢測器的位置由HID燈(422)發出的光的數量在一個中期內是恆定的。
6.如權利要求5所述的電子電路，其特徵在於所述燈鎮流器(110)還被構成用於控制在所述控制單元的輸出產生的電功率，使得所述HID燈(422)在一個長的時間內總是在其額定功率下操作。
7.一種具有高強度放電(HID)燈特別是具有超高壓(UHP)燈的圖像投影儀，包括光學系統(420)，其包括HID燈(422)，和被連接在所述燈的下遊的用於產生圖像的圖像發生器(424)，以及如權利要求1所述的電子電路，其中所述亮度檢測器(130)被設置在光學系統(420)中，使得所述檢測器信號代表由HID燈產生燈的併入射到圖像發生器(424)上的光的數量。
全文摘要
一種用於操作高強度放電燈尤其超高壓燈例如在圖像投影儀中使用的放電燈的電子電路，包括燈鎮流器，用於提供操作燈的受控的燈電流，以及亮度檢測器，用於產生並提供檢測器信號，檢測器信號代表由燈向圖像發生器提供的光的亮度。燈鎮流器控制燈電流，使得所述燈的光的亮度保持恆定。本發明的目的在於提供一種電子電路和圖像投影儀，使得在燈的整個工作壽命期間能夠進行亮度控制，並且能夠使用結構簡單的檢測器，因而能夠使用廉價的檢測器。所述目的通過一個濾波器實現，在檢測器信號作為控制信號施加於燈鎮流器，特別是施加於燈鎮流器內的控制單元之前對所述檢測器信號進行高通濾波。
文檔編號H05B37/00GK1407843SQ0212695
公開日2003年4月2日 申請日期2002年7月24日 優先權日2001年7月27日
發明者P·呂爾肯斯, C·德佩, H·門希 申請人:皇家菲利浦電子有限公司