(57)【要約】【課題】ＤＣ高輝度放電ランプの寿命延長のための電子的なランプ制御システムを与える。【解決手段】ランプ制御システムは、ランプの出力を感知するための光センサと、ランプ用の電源と、電源を制御するためのコントローラとを有する。コントローラは、各アーク変位によって引き起こされた、ランプパワー出力において検知される変化の立ち上がりエッジを補償するための高域フィルタを有する。アーク変位によるランプ電極への損傷が減じられるので、ランプ寿命が伸ばされる。システムは、一定の照明を与えるために結合される、同じ照明領域用の複数のランプまたは異なる領域を照らすための複数のチャネルを有することができる。コントローラは、感知されたレベルを基準と比較し、レベル制御信号を出力し、次に、高域フィルタからレベル制御信号へ補正信号を加えることができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのＤＣ放電ランプ（３１）の寿命延長のためのランプ制御システム（２００）であって、システム（２００）は、少なくとも１つのＤＣ放電ランプ（３１）の出力を感知するための少なくとも１つのセンサ（１３０）、少なくとも１つのＤＣ放電ランプ（３１）用の少なくとも１つのＤＣ電源（１１０）、および少なくとも１つのセンサ（１３０）の出力に従って少なくとも１つのＤＣ電源（１１０）を制御するためのコントローラ（２０）を有し、コントローラ（２０）は、各アーク変位によって引き起こされた、ランプパワー出力において検知される変化の立ち上がりエッジを検知し、瞬時に補償することにより、少なくとも１つのＤＣ電源出力を制御するよう配置される、システム。
【請求項２】
コントローラ（２０）は、少なくとも１つのＤＣ放電ランプ（３１）の一定の光出力レベルを維持するためのレベル制御部分をさらに有する、請求項１に記載のシステム（２００）。
【請求項３】
コントローラ（２０）は、エッジ補償のための高域フィルタ（２０ｃ）を備えた制御ループ（１３０，２１，１１０）と、レベル制御のための低域フィルタ（２０ｄ）を備えた低速ループ（１３０，２２，１１０）とを有する、請求項２に記載のシステム（２００）。
【請求項４】
同じ照明領域用の複数のＤＣ放電ランプ（３０）を制御するよう適合され、コントローラ（２０）は、各ＤＣ放電ランプ（３０）についてエッジ補償を個別に与えるよう配置され、レベル制御部分（２２）は２つ以上のＤＣ放電ランプ（３０）に共通である、請求項２に記載のシステム（２００）。
【請求項５】
異なる領域を照明するための複数のＤＣ放電ランプ（３０）を有する複数のチャネルシステムでの使用に適合され、ランプ制御システム（２００）は、各チャネルがセンサおよびレベル制御ループを有するよう適合され、チャネルは、各チャネルの光出力レベルが他のチャネルの出力レベルに対応するよう結合される、請求項１から４のいずれかに記載のシステム（２００）。
【請求項６】
コントローラ（２０）は、感知されたレベルを基準と比較するための処理手段を有し、少なくとも１つのＤＣの電源（１１０）にレベル制御信号を出力する、請求項１から５のいずれかに記載のシステム（２００）。
【請求項７】
センサ（１３０）は光センサである、請求項１から６のいずれかに記載のシステム（２００）。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載のランプ制御システム（２００）を有する、寿命が向上したプロジェクタシステム。
【請求項９】
ＤＣ放電ランプの寿命を伸ばす方法であって、アーク変位によって引き起こされた、ランプパワー出力の変化の立ち上がりエッジを検知し、瞬時に補償するステップを含む、方法。
【請求項１０】
出力レベルのより遅い変化を検知して補償するステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
寿命に基づいてプロジェクタシステムのＤＣ放電ランプを交換する方法であって、ＤＣ放電ランプの寿命は請求項９または１０のいずれかに記載の方法によって決定される、方
法。
【請求項１２】
ＤＣ放電ランプの寿命を伸ばすための、請求項１から７のいずれかに記載のランプ制御システムの使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の技術分野
本発明は、ランプ制御システム、そのようなランプ制御システムを有するプロジェクタおよび対応する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
高輝度放電ランプを有する投影表示を与えることが公知である。例えば超高圧水銀タイプ、ショートアークキセノンタイプおよびショートアークメタルハライドタイプを含む多くの主要なタイプの高輝度放電（ＨＩＤ）ランプ技術が存在する。ＨＩＤランプは典型的には石英ガラスランプバルブおよびタングステン電極を有する。石英ガラスバルブは電極システムを含む放電管であって、ガスまたはガス混合体で満たされる。ＨＩＤランプの開始には、始動電圧（典型的には３０ｋＶの範囲の一連の高周波パルス）が必要である。一方の電極はカソード機能を有し、他方はアノード機能を有する。電界が電極間を通過すると、熱電子放出によって電子がカソードから放出され、アノードは電子を集めなければならず、カソードより多くの電力を消費しなければならない（負の仕事関数）。ＡＣ動作するＨＩＤランプおよびＤＣ動作するＨＩＤランプの両方が公知である。ＤＣ動作するランプについてはちらつきが問題となることがより少ない。
【０００３】
ＵＳー４９１４３５６は、ガス放電ランプを駆動するための標準的な慣例が、放電ランプに交流（ＡＣ）を供給し、ランプへの電流を制限するために直列リアクタンスを用いることであったことを開示する。しかしながら、直流（ＤＣ）でガス放電ランプを動作することも可能である。
【０００４】
例えばＤＣ電源のみが利用可能な場合、および／またはちらつきを減じるためには、ＨＩＤランプのＤＣ動作が用いられてきた。ＤＣ動作は電極浸食により寿命を著しく減じる。例えばＳＩＤの２００４年要説の９４６−９４９ページを参照すると、ホルガー  ミュンチ（Ｈｏｌｇｅｒ  Ｍｏｅｎｃｈ）らによる「ＵＨＰランプにおける制御された電極」の中で、ＡＣランプについて、電極および動作条件が正しく設計されている場合、電極材料の蒸発とイオンの逆輸送との間に均衡が保たれ、１００００時間以上電極が安定に保たれることを述べている。ＤＣ動作の場合にはいかなるイオン電流もカソードの方へしか導かれないので、このランプ電極についての再生機構はＡＣランプについてしかうまく働かない。したがって熱いアノードは急速に消耗する。このように、ＡＣランプは何千時間分も再生され得る一方で、ＤＣランプ電極はランプ寿命の間に急速に劣化する。
【０００５】
ＤＣランプに関する上述の障害により、ＡＣ設計とは著しく異なる専門化されたＤＣ設計が開発される結果となっている。１つの電極から別の電極への電極材料の蒸発の負の効果を減じようとする１つの設計戦略は、スイッチを入れる度に極性を変更することである。しかしながらこれは対称の電極を要する。非対称の電極を用いること、すなわちカソードと比較してアノードのサイズおよび直径を（その温度を制御下に保つため）はるかに大きくすることが好ましいので、スイッチを入れる度に極性を変更することは選択肢ではない。電子バラスト手法は電極材料の損失を補うことが知られているが、特に非対称の電極を備えたＤＣ動作のランプの基本的寿命を変更するような電子バラスト手法は知られていない。
【０００６】
さらに、追加的に、ＵＳ−４３７３１４６は、低周波でのＤＣランプ動作または位相制
御を用いる電子バラストは、ランプ寿命の観点から、同じほどは望ましくないと述べている。
【０００７】
ＡＣ  ＨＩＤランプを動作する方法は、ＵＳ−５６０８２９４およびＵＳ−６７７９８９６に開示されている。これらの動作方法はちらつき現象を減じることに関する。しかしながら、ＤＣ  ＨＩＤランプのちらつき現象はＡＣランプのちらつき現象とは基本的に異なるので、そのような方法がＤＣランプ用に考慮されたことはなかった。
【特許文献１】米国特許第４９１４３５６号
【特許文献２】米国特許第４３７３１４６号
【特許文献３】米国特許第５６０８２９４号
【特許文献４】米国特許第６７７９８９６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記の設計上の考慮は、アーク長１．５ｍｍ以下で３００ワットといった低消費電力定格においてさえ効率的なＡＣ動作のＨＩＤランプを結果として生じてきた。アーク長を減じると寿命の問題を悪化させる。アーク長を増大させると動作電圧を上昇させる。典型的には、ＤＣ動作ランプは、より高い電力定格、すなわち例えばアーク長２．５ｍｍ以上で３００ワットなどに用いられてきた。
【０００９】
向上されたＤＣ装置についての必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
発明の概要
本発明の目的は、ＤＣ動作ランプ用のランプ制御システム、特にＤＣ動作用の高輝度放電（ＨＩＤ）ランプのためのランプ制御システムに関し、そのようなＤＣランプ制御システムを有するプロジェクタに関し、かつ寿命を延長するためのそのようなＤＣランプ制御システムの使用および対応する方法に関する、向上した機器を与えることである。
【００１１】
上述の目的は、本発明による方法および装置によって達成される。
第１の局面において、本発明は少なくとも１つのＤＣ放電ランプ、特に高輝度放電ランプの寿命延長のためのランプ制御システムを与える。ＤＣ放電ランプとは、光を生成するためにＤＣ電圧がランプに連続的に印加される、ＤＣ動作用ランプを意味する。本発明は特に、例えばプロジェクタでの使用に適するショートアークＤＣ動作ランプに関する。ショートアークとは、システムの面積に依存して、１ｍｍから４ｍｍの長さ、好ましくは１ｍｍから２．５ｍｍの長さを意味する。生成された光を投影システムの光学系に十分に結合することができるよう、ショートアーク長は投影システムでの使用に必要である。
【００１２】
ランプ制御システムは、ＤＣランプの出力を感知するための少なくとも１つのセンサ、少なくとも１つのＤＣランプ用の少なくとも１つのＤＣ電源、および少なくとも１つのセンサの出力に従って少なくとも１つのＤＣ電源を制御するためのコントローラを含む。コントローラは、各アーク変位によって引き起こされた、照明システムによって集められた光において検知される変化の立ち上がりエッジを検知し、ほぼ瞬時に、または瞬時にすら補償することによって、少なくとも１つのＤＣ電源出力を制御するよう配置される。「ほぼ瞬時」とは、補償が人間の視覚システムの時間的変化より速く実行されることを意味する。
【００１３】
この補償の結果、ＤＣ動作ランプのランプ寿命を伸ばすことができる。そうでなければ、表面上の穴およびクレータといったアノード表面の浸食は時間とともに徐々に蓄積し、そのため周波数と振幅とにおいてアーク変位が徐々にますます顕著になり、光出力が低下
するかちらつきが許容できなくなってランプを交換しなければならなくなるまで、さらなる損傷などを引き起こす。このように、ＤＣ駆動と高速フィードバックループによるエッジ補償との組み合わせは、損傷の蓄積速度を減じ、ランプ寿命の延長に導くことができる。各アーク変位によって引き起こされた、光出力において検知される変化の立ち上がりエッジをほぼ瞬時に、または瞬時に補償することによって寿命が著しく伸びることは、本発明による方法の予期しない成果である。
【００１４】
本発明は、ＤＣ動作ＨＩＤランプの寿命延長に初めて電子的解決策を与える。これは既に存在するが効果の低い、電極サイズ、電極用材料の選択および塗布されるコーティングなどのランプ設計についての物理的変更によって寿命延長が行われる解決策と比較して、著しい改善である。
【００１５】
コントローラは、一定の光出力レベルを維持するためにさらにレベル制御部分を有してもよい。
【００１６】
コントローラは、エッジ補償のための高域フィルタを備えた制御ループと、レベル制御のための低域フィルタを備えたより低速のループとを有してもよい。
【００１７】
本発明のシステムは、同じ照明領域用の複数のＤＣランプを制御するよう適合されてもよく、コントローラは各ランプに対するエッジ補償を個別に与えるよう配置され、レベル制御部分は２つ以上のランプに共通である。
【００１８】
本発明によるシステムは、異なる領域用の複数のＤＣランプを有するマルチチャネルシステムにおける使用のために適合され得、そこでランプ制御システムは、各チャンネルがセンサおよびレベル制御ループを有するよう適合され、チャンネルは、各チャンネルの光出力レベルが他のチャンネルの出力レベルに対応するよう結合される。
【００１９】
コントローラは、比較増幅器などの活性な電子要素を含む処理手段をアナログ回路の形式で含んでもよく、または、感知されたレベルを基準と比較して少なくとも１つのＤＣ電源にレベル制御信号を出力するためのマイクロプロセッサもしくはプログラマブルゲートアレイ（例えばＦＰＧＡ）といったデジタル論理装置などの処理要素を含む処理手段をデジタル回路の形式で含んでもよい。
【００２０】
センサは光センサでもよい。
第２の局面では、本発明は向上した寿命を有するプロジェクタシステムを与え、プロジェクタシステムは本発明の実施例によるランプ制御システムを有する。本発明の実施例は前部プロジェクタおよび後部プロジェクタに適用され得る。
【００２１】
第３の局面では、本発明は、ＤＣ放電ランプ、特にＤＣ高輝度放電ランプの寿命を伸ばす方法を与え、方法は、アーク変位によって引き起こされた、ランプパワー出力の変化の立ち上がりエッジを検知し、ほぼ瞬時に、または瞬時に補償するステップを含む。「ほぼ瞬時」とは、補償が人間の視覚システムの時間的変化より速く実行されることを意味する。
【００２２】
本発明によるＤＣ高輝度放電ランプの寿命を伸ばす方法は、出力レベルにおけるより遅い変化を検知し、それを補償するステップをさらに含んでもよい。より遅い変化は、例えばランプの経年劣化によるランプ強度出力の低下など、非常にゆっくり現われるので人間の目によっては直ちに見えない変化を含む。
【００２３】
第４の局面では、本発明は、寿命に基づいてプロジェクタシステムのＤＣランプを交換
する対策を与え、ランプの寿命は本発明の実施例による方法で決定される。
【００２４】
第５の局面では、本発明は、ＤＣ放電ランプ、特にＤＣ  ＨＩＤランプの寿命を伸ばすための本発明の実施例によるランプ制御システムの使用を与える。
【００２５】
本発明の特定の、および好ましい局面は、添付の独立請求項および従属請求項に述べられる。従属請求項の特徴は、請求項で明示的に述べられるようにだけでなく、独立請求項の特徴および他の従属請求項の特徴と適切に組み合わされてもよい。
【００２６】
本発明の上記および他の特性、特徴および利点は、添付の図面とともに得られる下記の詳細な説明から明らかになり、図面は例示として本発明の原理を示す。この記述は発明の範囲を限定することなく例のためにのみ与えられる。下記の参照番号は添付の図面を指す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
添付の図面を例として参照して、本発明がどのように実行され得るかが説明される。
異なる図における同じ参照番号は、同一または類似の要素を指す。
【００２８】
例示的実施例の説明
本発明は、特定の実施例に関して図面を参照して記載されるが、本発明はそれらに限定されるものではなく請求項によってのみ限定される。記載された図面は単に概略的であって非限定的である。図面においていくつかの要素のサイズは例示の目的のために誇張され、縮尺どおりでないことがある。寸法および相対的寸法は、発明の実際の具体化のための縮小に対応しない。
【００２９】
説明および請求項における第１、第２、第３などの用語は、類似の要素を区別するためであって、必ずしも連続的または経時的な順序を説明するために用いられるものではない。このように用いられる用語は適切な状況下では相互に交換可能であり、本願明細書に記載された本発明の実施例は、本願明細書に記載され、例示された以外の順序で動作することができることが理解される。
【００３０】
請求項で使われる「含む」の用語は、その後に列挙される手段に限定されるように理解されてはならないことに注意される。それは他の要素またはステップを排除するものではない。したがってこの用語は説明された特徴、整数、ステップ、または構成要素の存在を言及されたように特定するよう解釈されるが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップもしくは構成要素またはそのグループの存在または追加を妨げるものではない。したがって、「手段ＡおよびＢを含む装置」という表現の範囲は、構成要素ＡおよびＢのみからなる装置に限定されてはならない。本発明に関しては、それは、装置の重要な構成要素はＡおよびＢのみであることを意味する。
【００３１】
同様に、用語「結合された」は、直接接続のみに限定されると解釈されるべきでないことに注意される。したがって、「装置Ｂに結合された装置Ａ」という表現の範囲は、装置Ａの出力が装置Ｂの入力に直接接続されるような装置またはシステムに限定されるべきではない。それはＡの出力とＢの入力との間に経路が存在し、それが他の装置または手段を含む経路であり得ることを意味する。
【００３２】
本発明における「光」は、２００ｎｍから２０００ｎｍの波長を備えた電磁放射、すなわち可視光線、ＩＲ放射、ＩＲおよびＵＶに近い放射を意味する。用いられる光センサは、用いられる光源の波長領域において感知可能である必要がある。センサが可視光線適用例において用いられる場合、それは可視光線の変化にのみ反応し得る。センサがＩＲ適用
例において用いられる場合、それはＩＲ変動にのみ反応し得る。
【００３３】
本発明は、ここで本発明のいくつかの実施例の詳細な説明によって説明される。本発明の真の精神または技術的教示を逸脱することなく、当業者の知識にしたがって本発明の他の実施例が構成され得、本発明は添付の請求項の用語によってのみ限定されることは明らかである。
【００３４】
理論によって限定されることなく、光バルブ投影表示におけるＨＩＤアークランプのランプ寿命の終了時は、少なくとも２つの現象のうちのいずれか、特に最初に現れる現象によって規定される：
１．ランプ寿命において、投影表示の照明システムに結合された光束の、あるレベル以下、例えば初期レベルの５０％未満のレベルなどへの低下、
２．あるレベル以上、例えば光強度の１％を超えるレベルの振幅を有する、画面上の光強度のちらつき。ちらつきは輝度の変調に対応する知覚である。ちらつきは、照明システムの光学系に相対したアークの変位によって生じ、それは高速のアーク変位であり得、１ヘルツを超える周波数、または１ヘルツ未満の周波数を有するいわゆるアークジャンプを伴う。ちらつきの視認性は、振幅、強度変化の周波数、輝度レベルおよび像の空間周波数（空間−時間応答）に依存する。見る人にとってパターンが安定して見える時間的周波数は、約６０ヘルツから７０ヘルツである。
【００３５】
これらの２つの現象は主として次のものによって引き起こされる：
−ガラスの黒ずみ（蒸発した電極材料の石英ガラス上への蒸着）、
−システムの光出力低下を引き起こす光学システムへの結合の低下を生じる、アーク長の増大（非対称のアーキテクチャを有する電極の場合はなおさら、電極が使用により消耗する）、
−アーク位置の不安定性（アークの周囲をジャンプすることは像のちらつきを引き起こす）。
【００３６】
本発明の実施例は、上記の現象を減じるかこれらを補正することにより、ランプ寿命の間、照明システムに結合される光束を一定に、または少なくともより一定に保つこと、および／またはアーク変位の視認性を減じるかなくすことによって、ランプ寿命を伸ばすことができる。
【００３７】
本発明の実施例は、キセノンランプまたは高圧水銀ランプなどのＨＩＤ  ＤＣランプに適用することができる。
【００３８】
図１は本発明の第１の実施例を図示する。本発明のこの第１の実施例は、ＤＣ放電ランプ、好ましくはＤＣ  ＨＩＤランプの寿命延長を得るための投影装置のランプ制御システム２００を示す。ＤＣランプ装置は、ＤＣランプ電源コントローラ１１０によって駆動される高輝度放電（ＨＩＤ）ＤＣランプ３１を含む、少なくとも１つのランプ反射板センブリ３０を含む。ランプ反射板センブリ３０の光束は、照明および変調システム４０に結合される。光センサ１３０が照明および変調システム４０の特定の場所に位置決めされて、ランプ反射板センブリ３０の光束の合計に比例した電気信号１３１を与える。センサ１３０の位置は、検知された光強度が表示画面の領域全体の平均光強度に比例する場所でなければならず、そのためそれは像の内容に依存しない。これは、光センサ１３０が光変調器の前に配置されなければならないことを意味する。センサは光のスペクトル変動を感知しなくてもよい。またセンサは、例えば可視光用プロジェクタの場合など、照明適用例に用いられる波長の外部となる波長も感知しなくてもよく、センサはＩＲ変動に反応しなくてもよい。
【００３９】
光センサ１３０からの電気信号１３１は、ランプ反射板センブリ３０、特にＤＣ  ＨＩＤランプ３１の光束におけるエッジ補償のための少なくとも第１の補償手段２１を有するコントローラ２０に送られる。第１の補償手段２１は、高速制御信号２３を生成し、瞬時に、またはほぼ瞬時に、光センサ１３０によって検知された光におけるエッジを補償し、高速制御信号２３はランプ電源コントローラ１１０に送られる。「ほぼ瞬時に」とは、補償が人間の視覚システムの時間的変化より速く実行されることを意味する。
【００４０】
コントローラ２０は、高域フィルタ２０ｃおよびランプ電源１１０を駆動するための駆動回路２０ａを好ましくは含む。ランプ電源１１０は、処理手段（図１に示されない）によって生成される第１の基準Ａおよび電気信号１３１に依存して、制御された量の電力をランプ３１に送る。
【００４１】
コントローラ２０は、ランプ反射板センブリ３０の光束におけるエッジを補償し、そのため、ＤＣ  ＨＩＤランプに現れるちらつきを補正する。この補償は、予想外に、寿命の間徐々に変化する光の減退にも肯定的な影響を及ぼすように見える。組合わさった結果として、期待された以上にはるかに寿命が伸びる。
【００４２】
コントローラ２０は、光センサ１３０によって検知される出力レベルのより遅い変化を補償するため、低速制御信号２４を生成するための第２の補償手段２２をさらに含んでもよい。より遅い変化は、例えばランプの経年劣化によるランプ輝度出力の低下などで、非常にゆっくり現れるので人間の目によっては直ちに見えない。
【００４３】
ランプ反射板センブリ３０および／または照明および変調システム４０が無作為な外乱を導入すると、それは光センサ１３０によって検知され、光センサは対応する電気信号１３１を生成する。この信号はコントローラ２０の高域フィルタを通って、例えばこの信号を基準信号と比較する差動増幅器などの処理手段に返される。コントローラ２０の出力は光センサ１３０における一定な光束を達成するためにランプ電源１１０を制御する。本発明の第１の実施例によるシステムで得られる時間関数で制御された光出力が図２ｂに示される。
【００４４】
図１から理解することができるように、実際、本発明の実施例によってランプ制御システム２００に２つの補償ループが与えられ得る。高速補償ループおよび低速補償ループである。
【００４５】
ＡＣ結合された高速補償ループは、ランプ電源コントローラ１１０によって駆動されるＨＩＤランプ３１を備えたランプ反射板センブリ３０、照明および変調システム４０、光センサ１３０ならびに第１の補償手段２１を含んで、ランプ制御システム２００に与えられる。第１の補償手段２１は、高域フィルタ２０ｃと、ランプ電源コントローラ１１０を駆動するための駆動回路２０ａとを含む。ランプ電源コントローラ１１０は、処理手段（図１に示されない）によって生成される第１の基準Ａおよび電気信号１３１に依存して、制御された量の電力をランプ３１に送る。
【００４６】
ランプ反射板センブリ３０および／または照明および変調システム４０が無作為な外乱を導入すると、それは光センサ１３０によって検知され、光センサは対応する電気信号１３１を生成する。この信号は高域フィルタ２０ｃを通って、例えばこの信号を第２の基準信号Ｂと比較する差動増幅器２０ｅなどの処理手段に返される。例えば差動増幅器２０ｅなどのこの処理手段の出力は、光センサ１３０における一定の光束を達成するためにランプ電源コントローラ１１０を駆動するよう回路２０ａを制御する。
【００４７】
高速補償ループの機能は、アーク変位によって引き起こされた過渡的な変化のエッジを
瞬時に、またはほぼ瞬時に補償することを含む。これはＡＣ結合されたループなので、補正はしばらくして消える。この間に低速制御ループが引き継いで、光束を一定に保たなければならない。図２ａ−図２ｃで実施例が図式的に示される。ランプ反射板センブリ３０の光出力が時間と対比して示される。
【００４８】
高速補償ループと並行して低速補償ループが存在してもよく、それはＤＣ結合したループであって、ランプ電源コントローラ１１０によって駆動されるＨＩＤランプ３１を備えたランプ反射板センブリ３０と、照明および変調システム４０と、光センサ１３０と、第２の補償手段２２とを含む。第２の補償手段２２は、低域フィルタ２０ｄと、ランプ電源コントローラ１１０を駆動するための駆動回路２０ｂを含む。ランプ電源コントローラ１１０は、処理手段（図１に示されない）によって生成される第１の基準Ａおよび電気信号１３１に依存して、制御された量の電力をランプ３１に送る。
【００４９】
使用において、ランプ反射板センブリ３０は、照明および変調システム４０を含む光学システムに結合されるある量の光束を生成する。この光束は光センサ１３０により測定され、光センサは対応する電気信号１３１を生成する。この電気信号１３１は低域フィルタ２０ｄを通って例えば差動増幅器２０ｆなどの処理手段に返され、処理手段はこの信号を、例えば比較増幅器などの活性な電子要素を含むアナログ回路において、または例えば処理装置を含むデジタル回路において、第１の基準信号Ａと比較する。例えば増幅器２０ｆなどのこの処理手段の出力は、光センサ１３０における一定の光束を達成するためにランプ電源コントローラ１１０を駆動するよう、回路２０ｂを制御する。タイミング間隔、すなわちサンプリング周波数と、そのため補正周波数とが処理手段によって規定され、第１の基準Ａはシステムの平均光出力を制御するためにこのタイミング間隔によって変更される。
【００５０】
低速補償ループの機能は下記を含む：
−ランプ寿命にわたって遅い変動を補償すること；
−複数のランプを備えたシステム、例えば表示画面の異なる領域に像を投影するための複数のランプを有するマルチチャネルシステム、または表示画面の同じ領域に像を投影するための複数のランプを有するマルチランプシステムなどを用いる場合、異なるランプ間の許容誤差を補償すること；
−高速補償ループの相互作用後に残った誤りを補償すること（以下参照）。
【００５１】
動作において、投影表示構成の照明および変調システム４０に結合された光はレベルＬ０にあると想定される（図２ａ参照）。ＨＩＤランプ３１の光バルブでは、時間Ｔ１において急激なアーク変位がある。このアーク変位の結果、照明および変調システム４０に結合された光は、値Ｌ１に急激に変化する。このため、本発明によるフィードバック制御システムがなければ、アーク変位の振幅が十分に大きい場合、表示画面４２６上の照明に顕著な変化を生じる。周波数が５０ヘルツから６０ヘルツより小さい場合、照明変化の１％までの振幅は人間の視覚システムに顕著である。
【００５２】
本発明の第１の実施例による電子光学的フィードバック制御システムにより、光センサ１３０が光束のこの急激な変化を検知し、光センサ１３０においてほぼ瞬時に変化する光強度に比例した電気信号１３１を生成する（光センサ１３０における光強度は照明および変調システム４０に結合された光束の合計に比例する）。光センサの切換え時間は典型的には２０ｎｓまでである。この電気信号１３１は、第１の補償手段２１の高域フィルタ２０ｃを通ってランプ電源コントローラ１１０にフィードバックされ、その結果ＨＩＤランプ３１に印加された電力の速い変化（時定数τ１）となり、そのためフィードバックシステムのループ利得が十分に大きく安定していれば、照明および変調システム４０において光束変化がなくなる結果になる。この光束変化は、図２ｃでピークによって示されており
、第１の補償手段２１を含む制御ループが人間の視覚システムの時間的変化より速く（例えば１０ミリ秒未満の範囲で）反応する場合には認識できない。第２の補償手段２２を含む低速フィードバックループが原因で、ランプ出力は時定数τ２＞＞τ１である元の値Ｌ０に回復される。これは、人間の視覚システムによって認識できない非常に遅い光束変動を生じる結果となる。
【００５３】
図２ｃは、第１の補償手段２１および第２の補償手段２２を含む制御システム２００が、時間Ｔ２とＴ３の間で、光の出力をＬ０に維持できることを示す。
【００５４】
図２ｂは、Ｔ２とＴ３との間で徐々に増加する別の曲線を示す。これは、第２の補償手段２２すなわち比例低速フィードバックループが長期間にわたって正確なレベルＬ０を維持するのに活性でない場合、つまり第１の補償手段２１すなわち高速フィードバックループによって瞬時の変化のみが外部にフィルタされる場合の光出力である。この場合、図２ｂで示されるように、光出力はＬ１に向かって増加する。
【００５５】
別の類似する事象がＴ４で示されるが、アーク変位は光出力の低下を生じる。第１の補償手段２１および第２の補償手段２２すなわち高速ループおよび低速ループを備えた制御システム２００は、図４ｃに示されるように、光出力をＬ０で維持するよう反応する。図４ｂに示されるように、高速ループのみを備えた制御システムは光出力をＬ１で維持するよう反応する。
【００５６】
選択肢として、第１の補償手段２１および／または第２の補償手段２２、すなわち、高速制御ループおよび／または低速制御ループは、これらの制御ループのダイナミックレンジを伸ばすためにＡＧＣ（自動利得制御）を装備することができる。このＡＧＣは当然、高速の外乱で反応しないために、遅い反応速度を有する必要がある。
【００５７】
本発明の第１の実施例の中で用いられる光センサ１３０は、例えば図３ａおよび図３ｂに示されるように、センサ回路の一部であってもよい。図１の実施例で使用される例示的なセンサ回路がここで説明される。この回路は低速補正および高速補正のための２つの異なるセンサを用いて実現され得る。代替的に（図３ａおよび３ｂには示されない）、単一の光センサ１３０を高速フィードバックループおよび低速フィードバックループの両方に用いてもよい。図３ａおよび図３ｂは、高速フィードバックループおよび低速フィードバックループのための個別のセンサ１３２、１３３を備えたセンサ回路を示す。
【００５８】
図３ａに示されるように、例えばＰＩＮフォトダイオードなどの第１の光感知要素１３２は、第１の補償手段２１を含む高速フィードバックループ用の輝度センサとして用いられてもよい。第１の光感知要素１３２からの電気信号１３１ａは典型的にはオペアンプである増幅要素４００によって増幅される。バッファ回路４０１は、例えばその負の入力端子へその出力をフィードバックする別のオペアンプ４０２を用いることにより、増幅要素４００とノード４０３との間で第１の補償手段２１に結合される。その後、バッファされた信号は、コントローラ２０、より特定的にはその第１の補償手段２１に送られる。バッファリングは、後述の第１の補償手段２１に信号を送るための信号のインピーダンスを低下させるために用いてもよい。
【００５９】
第２の光感知要素１３３すなわち低速センサは、図３ｂに示されるように、周波数変換器４０４への光として、または任意の信号変換器への他の適切な光として実現され得る。周波数変換機４０４への光は、例えばテキサスアドバンストオプトエレクトロニクス社（Texas Advanced Optoelectronic Solutions）から得られる構成要素ＴＳＬ２３５Ｒまたはテキサスインスツルメンツ社（Texas Instruments）から得られる構成要素ＴＳＬ２３０であってもよい。その出力は、受取られる光の量に依存する周波数である信号である。
この周波数は、例えばマイクロコントローラ、またはプログラマブルアレイロジック（ＰＡＬ）などのプログラム可能なデジタル論理装置、プログラマブルロジックアレイ、プログラマブルゲートアレイ、特にフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）といった処理手段４０５で処理され、その後転送され、例えばコントローラ２０、より特定的にはその第２の補償手段２２にデジタルに転送される。
【００６０】
第１の光感知要素１３２および第２の光感知要素１３３は、物理的に１つの同じ要素であってもよく、その場合には光感知要素は、例えばＰＩＮフォトダイオードなどの高速センサである必要がある。
【００６１】
コントローラ２０の一部である第１の補償手段２１はエッジ補償を与える。例示的な概略的ブロック図が図４で与えられる。
【００６２】
光センサ１３１、特に高速光センサ１３２から来る信号４０６は、レジスタＲおよびキャパシタＣのまわりに構築される高域フィルタ２０ｃに送られる。
【００６３】
高域フィルタ２０ｃは第１のバッファ５０１に結合され、その出力は第１のスイッチＳ１に結合される。スイッチＳ１は、第１の補償手段２１の非動作モードで開いており、一方第２のスイッチＳ２はこの状態で閉じている。
【００６４】
第２のバッファ５０２は、高域フィルタ２０ｃのキャパシタＣにおけるＤＣ電圧をランプ電源コントローラ１１０の入力５０３と同じレベルにする。これは、回路のスイッチが入るとき第１の補償手段２１とランプ電源コントローラ１１０との間に電流が流れるのを防ぐために必要である。この電流の流れを防がない場合、ランプ３１に許容できない異常な出力電力を生じ得る。このバッファ回路に第２のバッファ５０２を与えることにより、光出力に対する目に見える影響なしに切換えが円滑に行われ得る。アナログスイッチＳ１およびＳ２は、例えばトランジスタなどの制御手段で制御することができ、また例えばコントローラからのデジタル出力によって駆動することができる。コントローラは、局所的なプロセッサ、またはランプ制御システム２００（図１に示されない）において利用可能な任意の他のプロセッサであってもよい。
【００６５】
補償回路と、したがってコントローラ２０とが活性である場合、第２のスイッチＳ２が開き、第１のスイッチＳ１は閉じている。高域フィルタ２０ｃは、ここでは光センサ１３０とランプ電源コントローラ１１０との間にある。光出力における速い変動が補償される一方、遅い変動は高域フィルタ２０ｃによって遮断されているので届かない。それらは低速補償回路２２において補償され、補償回路はデジタル補償回路でもよい。
【００６６】
本発明の上述の第１の実施例では、単一のＤＣランプ３１用のランプ制御システム２００が示される。本発明によれば、複数のＤＣランプ３１およびランプ反射板センブリ３０が、例えば投影画面４２６上の同じ領域を照らすために与えられてもよい。これがいわゆるマルチランプシステムである。複数のランプ反射板センブリ３０に関連付けられた単一の光センサ１３０が、複数のＤＣランプ３１によって放出される光を感知するために与えられてもよい。代替的に、例えば複数の光センサ１３０が与えられてもよく、各ＤＣランプ３１に１つの光センサ１３０が関連付けられ、または各ＤＣランプ３１に複数の光センサが関連付けられてもよい。各ＤＣランプに個別の電源コントローラ１１０．３が与えられてもよい。コントローラ２０は、第１の補償手段２１が各ＤＣランプ３１についてエッジ補償を個別に与える一方で第２の補償手段２２が２つ以上のＤＣランプ３１に共通のレベル制御部分を与えるように配置され得る。
【００６７】
本発明の第２の実施例によるマルチチャネルシステムが与えられる。このようなマルチ
チャネルシステムの例示は図５に示される。マルチチャネルシステムでは、異なる領域を照らすために複数のＤＣランプが与えられる。
【００６８】
マルチチャネルプロジェクタシステムでは、このシステムのすべての投影装置を同じ出力輝度レベルで有することが望ましい。これは、すべての投影装置の照らされる領域および画面特性が同一の場合、各投影装置の光出力が等しいことを意味する。個々の投影装置間の適切な通信システムにより、光出力レベルの情報が投影装置間で交換されて等しい輝度レベルに調節することができる。
【００６９】
図５は、２つのチャネルＡおよびＢを備えたマルチチャネルシステムの例を概略的に示すが、これは例えば後部および／または前部プロジェクタなどの投影装置といった照明装置について、任意のｍ×ｎ構成として拡張することができる。示されるように、各チャネルは１つまたは複数の光源を有することができる。図５に示された実施例では、第１のチャネルＡは３つの光源、ランプ１、ランプ２およびランプ３を含み、第２のチャネルＢは単一の光源ランプ４を含み、各光源はＤＣまたはＡＣ電源１１０を含む。
【００７０】
１つ以上の光センサ１３０ａ、１３０ｂが各チャネルＡ、Ｂに与えられ、例えば高速光センサ１３０ａおよび低速光センサ１３０ｂが各チャネルＡ、Ｂに与えられる。高速補償フィードバックループおよび低速補償フィードバックループが各チャネルＡ、Ｂに与えられる。光センサ１３０ａ、１３１ｂのうち１つ以上からの電気信号１３１ａ、１３０ｂは、チャネルＡ、Ｂのそれぞれのフィードバックループに与えられる。高速フィードバックループは、センサ１３０ａ、１３０ｂからそれぞれセンサ信号１３１ａ、１３１ｂを得ることができ、それぞれの光源ランプ１、ランプ２、ランプ３、ランプ４の光出力の速い変化をフィルタするために、それを光源ランプ１、ランプ２、ランプ３、ランプ４ののそれぞれの電源１１０に与える。低速フィードバックループは、センサ１３０ａ、１３０ｂからそれぞれセンサ信号１３１ａ、１３１ｂを得ることができ、それぞれの光源ランプ１、ランプ２、ランプ３、ランプ４の光出力の遅い変化をフィルタするために、それを光源ランプ１、ランプ２、ランプ３、ランプ４のそれぞれの電源１１０に与える。低速フィードバックループは、各チャネルＡ、ＢについてプロセッサＡ、プロセッサＢなどの処理手段を含んでもよく、その処理手段は、他のチャネルの光束に従って自己のチャネルＡ、Ｂの光束を調節するための知能を有する。処理手段は、例えばマイクロコンピュータ、プログラマブルアレイロジック（ＰＡＬ）などのプログラム可能なデジタル論理装置、プログラマブルロジックアレイ、プログラマブルゲートアレイ、特にフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などである。各処理手段プロセッサＡ、プロセッサＢの間に、例えばＩ２Ｃリンクなどの通信が与えられてもよい。代替（図面で示されない）として、例えば投影装置などの個々の発光装置に必要であるさまざまな光出力を制御するマスタとして機能する、単一のマスタ制御ユニットを有することもできる。
【００７１】
チャネルＡ、Ｂを互いの間でリンクすることによって、図５に示されるように、マルチチャネルシステムにおける下記の障害を回避するか減じることができる：
−システムでの１つのランプの交換。これは、システムがリンクされなければ、新しいランプ／投影装置がシステムの他の装置と比較してはるかに高い光出力を有することを意味する。通信および調整プロセスにより、交換されたランプを備えた投影装置の光出力は、システムの他の装置と同じ光出力にまで減じられる；
−通信および調節方法でランプの異なる経年劣化を補償すること。時を経ると１つのランプは別のランプより速く劣化する。投影装置がリンクされる場合、プロジェクタ出力はすべて同じ速さで時間とともに減少する。
【００７２】
高速補償ループは、プロジェクタの各々について当然個別にアーク不安定性を補償している。
【００７３】
個々の投影装置が２つ以上のランプを有する場合、高速ループおよび低速ループはすべての電源に別々にフィードバックされ得る。代替的に、高速ループはすべての電源に別々にフィードバックされ、低速ループはランプの２つ以上に共通であってもよい。
【００７４】
本発明の実施例と共に用いられるランプは以下の例を含むことができる：
−Ｏｓｒａｍ  ＸＢＯ  ２２００Ｗ／ＨＰ（キセノン−ＤＣランプ）；
−Ｏｓｒａｍ  ＸＢＰ  １２００Ｗ／ＨＰ（キセノン−ＤＣランプ）；
−Ｕｓｈｉｏ  ＰＸＬ−２０ＢＡ（キセノン−ＤＣランプ）；
−Ｕｓｈｉｏ  ＮＳＨ３００Ｗ（マーキュリ−ＤＣランプ）。
【００７５】
予想外に、ＨＩＤ  ＤＣ光源の寿命は、評価されたランプ寿命について少なくとも因数が約２から２．５増大したことがわかった。これは図６ａから図６ｄに示される。図６ａは、本発明の補償回路のないＤＣランプの時間関数における光出力を示す。約５８０時間後、光出力が６０％未満に落ちることが理解され得る。レベルが１．５％を超えるとちらつきは許容しがたくなる。図６ｂに示されるように、この値にはちょうど約５００時間で達した。図６ｃは、本発明の実施例の高速補償回路および低速補償回路がある、同じＤＣランプの時間関数における光出力を示す。約１３００時間後にならないと光出力が６０％未満に落ちないことが理解され得る。運転時間が１６００時間になって初めてちらつきが１．５％を越えるレベルになるので許容しがたくなる（図６ｄ）。
【００７６】
上記を考慮して、どのＤＣランプが寿命の終了時で交換されるかによってＤＣランプ交換対策が設定され得、寿命の終了時は本発明の実施例による方法により決定される。本発明の実施例による方法がＤＣランプの寿命を伸ばすので、本発明の実施例によって制御されるＤＣランプは、従来の方法で駆動されるランプよりも交換しなければならない頻度が低い。
【００７７】
好ましい実施例、特定の構造および構成が本発明による装置について本願明細書に説明されたが、形式および詳細のさまざまな変更または変形は、本発明の範囲と精神とを逸脱することなく行なわれ得ることが理解される。例えば、ランプ寿命を伸ばすためのランプ制御がプロジェクタ適用例について記載されたが、この制御はこのようなランプを用いるいかなる他の型の照明にも明らかに適用することができる。上述のように、ＤＣ高輝度放電ランプのためのランプ制御は、ランプ出力を感知するための光センサと、ランプ用の電源と、電源を制御するためのコントローラとを有し、各アーク変位によって引き起こされた、ランプパワー出力において検知される変化の立ち上がりエッジを補償するための高域フィルタを有する。アーク変位によるランプ電極への損傷が減じられるので、ランプ寿命を伸ばすことができる。システムは、一定の照明を与えるために結合された、同じ照明領域のための複数のランプ、または異なる領域を照らすための複数のチャネルを有してもよい。コントローラは感知されたレベルを基準と比較し、レベル制御信号を出力し、次に高域フィルタからレベル制御信号へ補正信号を加えることができる。請求項の範囲内で他の変形を考慮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】ＤＣ  ＨＩＤランプの光出力を制御するための、高速フィードバックループおよび任意で低速フィードバックループを有する、本発明の第１の実施例を図式的に示す図である。
【図２ａ】経時的な光出力のグラフを示す。急激な光束の変化を示す図である。
【図２ｂ】経時的な光出力のグラフを示す。低速フィードバックループが活性でない場合、システムから結果的に生じる光出力を示す図である。
【図２ｃ】経時的な光出力のグラフを示す。高速ループおよび低速ループを備えた制御システムは、ランプに現れる急激な光束の変化にもかかわらず光出力を所望のレベルに維持できることを示す図である。
【図３ａ】図１の高速フィードバックループのためのセンサ回路を示す図である。
【図３ｂ】図１の実施例用または他の実施例の低速フィードバックループのためのセンサ回路を示す図である。
【図４】図１の実施例または他の実施例のためのフィルタ回路を示す図である。
【図５】マルチチャネル実施例を示す図である。
【図６ａ】通常動作、すなわち本発明の実施例による補償回路なしの場合のランプの時間関数における光出力を示す図である。
【図６ｂ】通常動作、すなわち本発明の実施例による補償回路なしの場合のランプの時間関数におけるちらつきパーセンテージを示す図である。
【図６ｃ】本発明の実施例による補償回路を用いた場合のランプの時間関数における光出力を示す図である。
【図６ｄ】本発明の実施例による補償回路を用いた場合のランプの時間関数におけるちらつきパーセンテージを示す図である。
【符号の説明】
【００７９】
２０  コントローラ、２０ａ，２０ｂ  駆動回路、２０ｃ  高域フィルタ、２０ｄ  低域フィルタ、２０ｅ，２０ｆ  差動増幅器、２１，２２  補償手段、２３  高速制御信号、２４  低速制御信号、３０  ランプ反射板アセンブリ、３１  ＤＣ  ＨＩＤランプ、４０
照明および変調システム、１１０  ランプ電源コントローラ、１３０  光センサ、１３１  電気信号、２００  ランプ制御システム。
【図１】
2006332057.tif 000003
【図２ａ】
2006332057.tif 000004
【図２ｂ】
2006332057.tif 000005
【図２ｃ】
2006332057.tif 000006
【図３ａ】
2006332057.tif 000007
【図３ｂ】
2006332057.tif 000008
【図４】
2006332057.tif 000009
【図５】
2006332057.tif 000010
【図６ａ】
2006332057.tif 000011
【図６ｂ】
2006332057.tif 000012
【図６ｃ】
2006332057.tif 000013
【図６ｄ】
2006332057.tif 000014
【外国語明細書】
2006332057000001.pdf