高強度放電燈發光裝置及其發光碟機動方法
2023-09-19 14:42:40
專利名稱：高強度放電燈發光裝置及其發光碟機動方法
技術領域：
本發明涉及一種高強度放電燈發光裝置，用於接通車燈，如四輪機動車或兩輪機動車頭燈的發光設備的光源。本發明還涉及一種發光裝置的發光碟機動方法。
背景技術：
稱之為「高強度放電燈(下文稱為「HID燈」)的放電管用作車輛的光源。包括這種HID燈的發光設備在下文將稱之為「HID燈發光裝置。
圖6是常用的HID交流電(AC)發光裝置的方框圖。將參考圖6描述有關本發明的常用技術。
通常，HID燈4包括兩個電極，一個額定電壓為幾十伏特到幾百伏特的電壓通過信號通道70作用於HID燈4電極之間以能保持穩定的放電。此外，在短時間內在HID燈4的電極之間作用大約為20Kv的高壓而產生介質擊穿是必要的，從而能夠開始放電。為此，點火器7設置為觸發電路。
圖6中所示的電池是機動車的電源。普通型車輛的輸出電壓通常為12v的DC電壓，大型車輛為24v的DC電壓。為了獲得額定電壓為幾十伏特到幾百伏特的電壓，提供一種能夠將12v升高到幾百伏特的DC-DC變換器2。
在AC發光系統的情況下，在平常的發光操作中頻率大約為250Hz的AC電壓作用於HID燈4上。該AC電壓是通過使用DC到矩形波AC轉換電路3將DC電壓轉換為AC電壓而獲得的。結果是，HID燈4發出具有其色調特性的光。要說明的是，上述AC電壓的頻率僅是一個例子。
HID燈的發光原理如下。
高壓脈衝作用於發光管提供的電極之間，並在填充氣體中進行放電，由此在發光管中提供的水銀金屬進行蒸發，能夠穩定地發出光。
HDI燈的色調取決於填充氣體的類型、電極材料、電極結構、催化劑，因此，發射頻譜取決於HID燈本身的特性。
兩個HID燈同時接通的HID發光裝置存在的缺點在於難於使兩個燈的色調的不規則性變得均勻一致。為了使兩個燈的色調的不規則性變得均勻一致，就需要通過反覆試驗的取代HID燈的取代操作。
物理上和客觀上表示色調的指標是開氏溫標中的色溫(K)。如果色溫較低，色調就帶紅色。如果色溫較高，色調就帶藍色。據說人的可見度對紅的發光色較高，特別是對路面的不規則性較高。
作為一種使用一個燈轉換許多燈顏色的發光裝置，在日本未經審查的專利出版物(KOKAI)JP7-134902揭示的一種「燈顏色轉換裝置」是公知的。這種裝置的不足之處在於機械結構比較複雜，以致於該裝置在不改變附件結構的情況下就不能進行連接。
作為HID燈發光裝置，在2001年5月的Matsushita電氣工程有限公司的技術報告第13至19頁的「汽車HID頭燈系統的鎮流器」一文中Tsutomu Shiomi，Takashi Kambara等人披露的HID燈發光裝置是公知的。
發明內容
本發明是根據通常存在的不足之處而實現的。本發明的目的就是提供一種新型的高強度放電燈發光裝置，它在不改變高強度放電燈的附件結構的情況下，能夠很容易地使兩個燈的色調變得均勻一致，獨立地調節色調而不管所連接的高強度放電燈的數量，或者特別是提供一種新型的高強度放電燈，它能夠通過用戶的操作改變每個HID發光色的色調，和一種發光碟機動方法。
本發明通過採用下面的技術組成實現上述目的。
本發明的第一個方案就是提供一種高強度放電燈發光裝置，它包括高強度放電燈，低頻矩形波AC驅動信號作用於該放電燈上；調節器，用於調節低頻矩形波AC驅動信號的脈寬；其中通過利用上述調節器改變上述矩形波AC驅動信號的脈寬，控制從高強度放電燈發出的光的色調。
本發明的第二個方案就是提供一種驅動高強度放電燈的方法，其中低頻矩形波AC驅動信號作用於該放電燈上，高強度放電燈的發射光具有第一光譜，該第一光譜包含在從低頻矩形波AC驅動信號的信號極性轉換點開始的第一周期內的光輸出中；和第二光譜，該第二光譜包含在第一周期後面的第二周期內的光輸出中。該方法包括下列步驟控制矩形波AC驅動信號的脈寬；和改變第一光譜對第二光譜的混合比率；以此控制由高強度放電燈發出的上述光的色調。
本發明的第三個方案就是提供一種高強度放電燈發光裝置，它包括高強度放電燈，低頻矩形波AC驅動信號作用於該放電燈上；高強度放電燈的發射光具有第一光譜，該第一光譜包含在從低頻矩形波AC驅動信號的信號極性轉換點開始的第一周期內的光輸出中；和第二光譜，該第二光譜包含在第一周期後面的第二周期內的光輸出中；信號發生器，用於產生低頻矩形波AC驅動信號，其周期是第一周期和第二周期的和；比率改變器，用於改變第一周期對第二周期的比率；以此通過改變第一光譜對第二光譜的比率來控制由高強度放電燈發出的光的色調。
本發明的第四個方案就是提供一種驅動高強度放電燈的方法，其中低頻矩形波AC驅動信號作用於該放電燈上，高強度放電燈的發射光具有第一光譜，該第一光譜包含在從低頻矩形波AC驅動信號的信號極性轉換點開始的第一周期內的光輸出中；和第二光譜，該第二光譜包含在第一周期後面的第二周期內的光輸出中。該方法包括下列步驟產生低頻矩形波AC驅動信號，其周期是第一周期和第二周期的和；調節在第一周期中產生的第一光譜對在第二周期中產生的第二光譜的混合比率；以此控制由高強度放電燈發出的光的色調。
本發明的第五個方案就是提供一種方法，其中第一周期就是驅動信號的波形隨著凸起結構或凹入結構而改變的周期，而第二周期就是驅動信號的波形表示相對穩定結構的周期。
根據本發明，即使在HID燈發光裝置安裝到車輛上後，HID燈發出的光色調也能夠通過用戶的操作進行任意的改變。因此，能夠實現一種根據車輛的周圍環境設定合適的亮度和合適的色調的新功能。
目標根據光源而出現不同的特性稱之為「光源的演色性」。本發明能夠在不用一個燈代替另一個燈的情況下，使這種光源的演色性通過一個HID燈發光裝置進行隨意改變。例如，根據本發明的燈能夠通過提高色溫，即在較高的開氏溫度進行正常使用，並通過降低色溫用於濃霧環境中，以此能夠提高可見度。因此提高了駕駛員的安全性。
而且，本發明呈現了下面的優點。由於色調能夠進行調節，左、右前燈發出的顏色能夠很容易地變得均勻一致，因此能夠簡化HID燈替換操作。特別是排除了通過反覆試驗以使兩個燈色調中的不規則性變得均勻一致的替換HID燈的替換操作。
因此，能夠減少連接時間。
而且，根據本發明的燈的結構不是一種特定的結構，能夠使用常用的標準結構。根據本發明的HID燈發光裝置的優點在於成本低，便於實現。
此外，根據本發明的HID燈發光裝置可用於產品展覽室和展示窗等的照明，能夠發出一種光譜等於自然光如「晴好天氣日光」、「多雲天氣的光」或「中午的太陽光」的光，以便能夠製造一種對光靈敏的產品的迷人外觀。因此，本發明能夠應用於不同的領域。
圖1是描述根據本發明的一個實施例所述的HID燈發光裝置結構的方框圖；圖2是描述作用於根據本發明的一個實施例所述的HID燈發光裝置的HID燈上的驅動信號波形的波形圖；圖3A至3C是用於解釋改變色調的控制方法的驅動信號波形圖；圖4表示根據本發明所述的HID燈發光裝置的光譜分布的測量實例；圖5表示根據本發明所述的HID燈發光裝置的光譜分布的測量實例；和圖6是常用的HID AC燈發光裝置的方框圖。
具體實施例方式
下面將參考附圖描述本發明的實施例。
首先參考圖2至3描述本發明的操作原理。
圖2是描述作用於根據本發明的一個實施例所述的HID燈發光裝置的HID燈上的驅動信號波形的波形圖。
參考圖2，根據本發明所述的HID燈發光裝置的HID燈的驅動信號是矩形波AC信號。該矩形波AC信號是一種具有重複周期Tb的信號，其極性在半周期Ta內從正極變為負極，反之依然。
這裡，假定波形從信號極性變換點(脈衝上升點或下降點)90瞬時改變為波峰(或波谷)的周期是T1，隨後的穩定周期是T2。在周期T1中，取決於HID燈的瞬時現象在信號極性變換點後立即發生。該現象發生的周期T1是每個HID燈的特性，實質上是一個恆定值(周期)。
在周期T1中產生的HID燈的光譜呈現了一種在低色溫時發出的紅光的特性。其在周期T2中產生的光譜具有一種在高色溫時發出光的特性。由於這個原因，人的視覺識別周期T1和T2中兩個光譜混合的一種光譜。在由該混合產生的色調變化能夠通過改變瞬時響應周期的周期T1對穩定周期的周期T2的比率進行控制。即，通過改變周期T2，能夠改變是兩個光譜混合的一種光譜。在此情況下，重複周期組成為使周期T2被連續改變或離散改變。
將描述一個具體的實例。在該周期中驅動HID燈時，由於周期T1為150μS，周期T2為2微秒，HID燈的色溫為4000K。如果周期T2從2微秒逐漸變長，色溫就從4000K升高到5000K。如果周期T2從2微秒逐漸縮短，色溫就從4000K下降到3000K。
根據本發明，注意到這樣的事實每個HID燈在周期T1中具有特性光譜。因此，本發明提供一種新型的HID燈發光裝置，它包括調節器，用於改變周期T2。通過根據周期T2中的變化允許調節器改變HID燈4的發射光譜分量，就能夠調節HID燈4的發光顏色。
圖3A至3C是用於解釋改變HID燈4色調的HID燈驅動方法的驅動信號波形圖。
如果瞬時響應周期T1和穩定周期T2應用於圖3A、3B和3C所示的波形，圖3A、3B和3C中的色調就分別取決於T1對T2的比率，T1對T2′的比率，T1對T2″的比率。由於周期T2、T2′和T2″滿足關係式T2＜T2′＜T2″，發射光就比較接近於藍色，即，發光顏色的色溫以此順序升高。
在周期T1和T2，半周期Ta和驅動信號的周期Tb之間的關係用下面的方程式(Eq.1)至(Eq.4)表示。
Ta＝T1+T2(Eq.1)Tb＝Ta×2＝(T1+T2)×2(Eq.2)如果方程式(Eq.1)和(Eq.2)分別除以T2，就能夠給出下面的方程式(Eq.3)和(Eq.4)。
Ta/T2＝T1/T2+1(Eq.3)Tb/T2＝(T1/T2+1)×2(Eq.4)在這些方程式中，T2＞＞T1而且T1是一個定值。如果T2改變為T2′，T2″，…，T1對T2的比率，即，T1/T2根據方程式(Eq.1)至(Eq.4)進行改變。
上面已經描述了周期長度從T2延長為T2″的情形。相反，如果周期T2以此順序縮短為T2″至T2，發光顏色就比較接近於紅色，即，色溫以此順序降低。
如上所述，對瞬時響應周期T1到穩定周期T2的比率的控制，與本發明的原理一樣，能夠很容易和任意地進行實施。
圖4和5表示根據本發明的裝置的光譜分布特性(光譜表)的測量實例。光譜分布特性表示每個波長的光能。在圖4和5中，水平軸表示光的波長(納米(nm))，垂直軸表示光能。圖4和5中所示的光譜分布特性是通過使用相同的電路驅動相同的HID燈，除了驅動周期外所有條件都相同而獲得的。圖4和5中所示的光譜分布特性根據光的波長在能量分布上是不同的。因此，這種比較表示本發明是有效的。
已經描述了矩形波佔空率為50％的情形。另一種可選方案是，佔空率可以不是50％。
將描述實現上述操作的本發明的構成。
圖1是描述根據本發明一個實施例的HID燈發光裝置結構的方框圖。由於圖1所示的裝置在結構上幾乎與圖6所示的常用裝置相同，與圖6中所示的那些系統的構成元件用相同的參考標號表示。
參考圖1，HID燈發光裝置在DC到矩形波AC轉換電路3和用於驅動開關元件的開關信號發生電路8的部分與圖6中所示常用裝置的不同。
電池1經過信號通道11和12將12v的DC電壓提供給DC-DC轉換器2。DC-DC轉換器2將12v的DC電壓轉換為幾十伏特到幾百伏特的DC電壓，並將合成的DC電壓輸出給信號通道21和22。
DC-矩形波AC轉換電路3將信號通道21和22之間的幾十伏特到幾百伏特的DC電壓轉換為250至500Hz的矩形波AC信號，並將合成的AC信號分別輸出給信號通道61和62。信號通道61和62之間的信號具有如圖2和圖3A至3C所示的信號波形。開關信號發生電路8是一種產生250至500Hz信號的發生電路。該開關信號發生電路8是由矩形波發生電路82和驅動電路組成。重複周期，即，從矩形波發生電路82輸出的矩形波的重複頻率能夠通過操作屏9進行任意設定。矩形波發生電路82輸出的矩形波信號通過驅動電路81提供給DC-矩形波AC轉換電路3中的開關元件31、32、33和34，以能控制開關元件31至34的開關。如圖2和圖3A至3C所示，DC-矩形波AC轉換電路3將矩形波信號輸出給信號通道61和62。只有在開始接通HID燈4時，點火器7才將高壓脈衝提供給HID燈4。
由於具有上述的結構和操作，圖2和圖3A至3C所示的信號通過信號通道71和72提供給HID燈4，以此能夠改變HID燈4的發光顏色。
本實施例中的操作屏9可以是使用按鈕的ON/OFF轉接設備、連續可變的轉接設備如滑動電阻器、選擇多種類型的多點轉接設備等。轉接的設定可以是使用工具如驅動器的半固定設定。該轉接既可以是連續可變的轉接，也可以是離散的轉接。
而且，HID燈色溫檢測器可設置來代替操作屏9以能控制等於預設色溫的發光的色溫。
權利要求
1.一種高強度放電燈發光裝置，包括高強度放電燈，低頻矩形波AC驅動信號作用於該放電燈上；和調節器，用於調節上述低頻矩形波AC驅動信號的脈寬；其中通過利用上述調節器改變上述矩形波AC驅動信號的上述脈寬，控制從上述高強度放電燈發出的光的色調。
2.一種驅動高強度放電燈的方法，其中低頻矩形波AC驅動信號作用於該放電燈上，上述高強度放電燈的發射光具有第一光譜，該第一光譜包含在從上述低頻矩形波AC驅動信號的信號極性轉換點開始的第一周期內的光輸出中；和第二光譜，該第二光譜包含在上述第一周期後面的第二周期內的光輸出中；上述方法包括下列步驟控制上述矩形波AC驅動信號的上述脈寬；和改變上述第一光譜對上述第二光譜的混合比率；以此控制由上述高強度放電燈發出的上述光的色調。
3.一種高強度放電燈發光裝置，包括高強度放電燈，低頻矩形波AC驅動信號作用於該放電燈上；上述高強度放電燈的發射光具有第一光譜，該第一光譜包含在從上述低頻矩形波AC驅動信號的信號極性轉換點開始的第一周期內的光輸出中；和第二光譜，該第二光譜包含在上述第一周期後面的第二周期內的光輸出中；信號發生器，用於產生上述低頻矩形波AC驅動信號，其周期是上述第一周期和上述第二周期的和；比率改變器，用於改變上述第一周期對上述第二周期的比率；以此通過改變上述第一光譜對上述第二光譜的比率，來控制由上述高強度放電燈發出的光的色調。
4.一種驅動高強度放電燈的方法，其中低頻矩形波AC驅動信號作用於該放電燈上，上述高強度放電燈的發射光具有第一光譜，該第一光譜包含在從上述低頻矩形波AC驅動信號的信號極性轉換點開始的第一周期內的光輸出中；和第二光譜，該第二光譜包含在上述第一周期後面的第二周期內的光輸出中；上述法包括下列步驟產生上述低頻矩形波AC驅動信號，其周期是上述第一周期和上述第二周期的和；調節在上述第一周期中產生的上述第一光譜對在上述第二周期中產生的上述第二光譜的混合比率；以此控制由上述高強度放電燈發出的光的色調。
5.如權利要求2或4所述的一種方法，其中第一周期就是上述驅動信號的波形隨著凸起結構或凹入結構而改變的周期，而第二周期就是上述驅動信號的波形表示相對穩定結構的周期。
全文摘要
一種高強度放電燈發光裝置包括調節矩形波AC電壓脈寬的調節器。通過使用調節器控制矩形波AC電壓的脈寬，能夠改變作用於高強度放電燈上的矩形波AC電壓的脈寬，以此能夠調節該高強度放電燈的發光顏色。
文檔編號H05B41/288GK1713795SQ200510005740
公開日2005年12月28日 申請日期2005年1月24日 優先權日2004年6月23日
發明者衝島清 申請人:三耀技術股份有限公司