(57)【要約】  高輝度放電ランプドライバを動作させる回路装置及び方法であって、ランプの型式又は年齢に無関係に高輝度放電ランプの長期間の安定した動作を保証する。これは、所与の期間の間の主設定点信号と実際の出力電流信号との間の差信号に基づいて、所与の期間の間の補正設定点信号を決定することにより達成される。次いで、上記主設定点信号は該決定された補正設定点信号により調整される。
2008518418.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高輝度放電ランプを動作させる回路装置であって、該回路装置は、
電源電圧から大きさを調整可能な電流を発生するように構成された調整可能なコンバータ手段と、
ランプ接続端子を有すると共に前記電流を転流させる転流器手段と、
前記電流に対する主設定点信号を発生するように構成された設定点信号発生器手段と、
補正された設定点信号を形成するために前記主設定点信号を調整する補正設定点信号を発生するように構成された補正設定点信号発生器手段と、
を有し、前記補正設定点信号発生器手段は、
メモリ手段と、
前記補正設定点信号のための出力手段と、
入力信号を取得するように構成された入力手段と、
前記補正設定点信号を前記入力信号と前記メモリ手段に記憶された信号とに基づいて周期的に再計算するように構成された計算手段と、
を有し、前記回路装置が更に前記設定点信号発生器手段を主設定点信号に同期させるように構成された位相同期手段を有しているような回路装置。
【請求項２】
請求項１に記載の回路装置において、前記メモリ手段に記憶される前記信号は現周期の前記補正設定点信号であり、前記補正設定点信号発生器手段が前記補正設定点信号の反復的計算を実行するように構成されている回路配置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の回路装置において、前記メモリ手段が前記反復的計算のための更新行列Ｌｕ及びＬｙを記憶するような回路装置。
【請求項４】
請求項２及び／又は請求項３に記載の回路装置において、前記計算手段が入力として、
前記メモリ手段からの前記現周期の前記補正設定点信号と、
前記メモリ手段からの実際の出力電流の平均信号と、
を受けるように構成され、前記実際の出力電流は前記高輝度放電ランプを介して流れる電流であって前記入力手段への前記入力信号に対応し、前記平均信号は前記現周期及び１以上の先行周期のうちの少なくとも１つの実際の出力電流信号を重ね合わせ且つスケーリングすることにより計算されるような回路装置。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れか一項に記載の回路装置において、前記補正された設定点信号を形成するために前記主設定点信号と前記補正設定点信号とを加算するように構成された加算点を更に有するような回路装置。
【請求項６】
請求項３ないし５の何れか一項に記載の回路装置において、前記計算手段が前記主設定点信号と前記実際の出力電流に対応する前記信号との差信号を計算するように構成されている回路装置。
【請求項７】
請求項６に記載の回路装置において、前記主設定点信号、前記補正設定点信号、前記実際の出力電流に対応する前記信号、及び前記メモリ手段に記憶された前記信号が、前記主設定点信号の離散系列、前記補正設定点信号の離散系列、前記実際の出力電流に対応する前記信号の離散系列、及び前記メモリ手段に記憶された前記信号の離散系列により各々表され、前記離散系列の各々は対応する信号を複数の値により表し、前記値の各々は特定の時点における対応する信号の瞬時値に対応するような回路装置。
【請求項８】
請求項７に記載の回路装置において、前記計算手段により実行される前記反復的計算は、
ΔＵｋ＝Ｌｙ(Ｒｋ−Ｙｋ)＋ＬｕＵｋ
Ｕk+1＝Ｕｋ＋ΔＵｋ
なる式に従い、ここで、ｋ番目の周期に対して、
ΔＵｋは前記補正設定点信号の変化の離散系列であり、
Ｒｋは前記主設定点信号の離散系列であり、
Ｙｋは前記実際の出力電流の離散系列であり、
Ｕｋ及びＵk+1は、各々、前記ｋ番目の周期及び後続の周期ｋ＋１の前記補正設定点信号の離散系列であり、
更新行列ＬｙはＲｋとＹｋとの間の前記差信号の系列に対する演算子であり、
更新行列Ｌｕは前記補正設定点信号の系列に対する演算子であるような回路装置。
【請求項９】
請求項８に記載の回路装置において、前記更新行列Ｌｙ及びＬｕが系の動的さの推定から決定されるような回路装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９の何れか一項に記載の回路装置において、前記メモリ手段が１周期に対応する前記補正設定点信号の系列を含むフィードフォワードテーブルを記憶するように構成された回路装置。
【請求項１１】
請求項１ないし１０の何れか一項に記載の回路装置において、前記主設定点信号発生器手段が周期的に繰り返す信号を発生するように構成されているような回路装置。
【請求項１２】
請求項３ないし１１の何れか一項に記載の回路装置において、前記回路装置が補助フィードバック制御を更に有するような回路装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の回路装置において、前記補助フィードバック制御が電圧フィードバック及び／又は電流フィードバックを有するような回路装置。
【請求項１４】
請求項１ないし１３の何れか一項に記載の回路装置を有する高輝度放電ランプドライバ。
【請求項１５】
請求項１４に記載の高輝度放電ランプドライバにおいて、前記回路装置がアドオン装置であるような高輝度放電ランプドライバ。
【請求項１６】
アドオン装置として請求項１ないし１３の何れか一項に記載の回路装置を有する高輝度放電ランプドライバ。
【請求項１７】
高輝度放電ランプドライバを動作させる方法であって、該方法が、
所与の期間の間に主設定点信号を発生するステップと、
前記所与の期間の間に実際の出力電流に対応する信号を取得するステップと、
前記所与の期間に関して前記主設定点信号と前記実際の出力電流信号との間の差信号を決定するステップと、
前記所与の期間の後の期間に関して前記差信号に基づいて補正設定点信号を決定するステップと、
前記後の期間の間に前記主設定点信号を前記補正設定点信号により調整するステップと、
を有するような方法。
【請求項１８】
請求項１５に記載の方法において、前記補正設定点信号を決定するステップが反復的に実行されるような方法。
【請求項１９】
請求項１６に記載の方法において、前記反復的決定が、制御される系の動的さの推定の関数であり、前記系が前記高輝度放電ランプ、コンバータ及び転流器を有するような方法。
【請求項２０】
請求項１７に記載の方法において、前記反復的決定が、
前記所与の期間の前記主設定点信号であって、前記所与の期間の前記補正設定点信号により調整されるような主設定点信号と、
前記高輝度放電ランプを介して流れる実際の出力電流の平均信号であって、前記所与の期間及び１以上の前の期間のうちの少なくとも１つの前記実際の出力電流の信号を重ね合わせ且つスケーリングすることにより計算された平均信号と、
の関数であるような方法。
【請求項２１】
請求項１８に記載の方法において、前記反復的決定が、更に、複数の実験的に決定された系の動的さの組み合わせの関数であるような方法。
【請求項２２】
請求項１９に記載の方法において、前記主設定点信号、前記補正設定点信号、前記実際の出力電流に対応する前記信号、及びメモリに記憶された前記信号が、前記主設定点信号の離散系列、前記補正設定点信号の離散系列、前記実際の出力電流に対応する前記信号の離散系列、及び前記メモリに記憶された前記信号の離散系列により各々表され、前記離散系列の各々は対応する信号を複数の値により表し、前記値の各々は特定の時点における対応する信号の瞬時値に対応するような方法。
【請求項２３】
請求項２０に記載の方法において、前記反復的決定が、
ΔＵｋ＝Ｌｙ(Ｒｋ−Ｙｋ)＋ＬｕＵｋ
Ｕk+1＝Ｕｋ＋ΔＵｋ
なる式に従い、ここで、ｋ番目の周期に対して、
ΔＵｋは前記補正設定点信号の変化の系列であり、
Ｒｋは前記主設定点信号の系列であり、
Ｙｋは前記実際の出力電流の系列であり、
Ｕｋ及びＵk+1は、各々、前記ｋ番目の周期及び後続の周期ｋ＋１の前記補正設定点信号の離散系列であり、
Ｌｙは前記差信号の系列に対する演算子であり、
Ｌｕは前記補正設定点信号の前記系列に対する演算子であるような方法。
【請求項２４】
請求項２１に記載の方法において、前記Ｌｙ及びＬｕが系の動的さの推定から決定される行列であるような方法。
【請求項２５】
請求項２１ないし２２の何れか一項に記載の方法において、１周期に対応する前記補正設定点信号の系列がフィードフォワードテーブルに記憶されるような方法。
【請求項２６】
請求項２２ないし２３の何れか一項に記載の方法において、周期的に繰り返す信号が設定点信号発生器により発生されるような方法。
【請求項２７】
請求項１５ないし２３の何れか一項に記載の方法において、
系の動的さを測定するステップと、
前記測定された系の動的さを記憶するステップと、
更新行列Ｌｕ及びＬｙを前記測定された系の動的さから推定するステップと、
を更に有するような方法。
【請求項２８】
請求項２１ないし２５の何れか一項に記載の方法において、制御される前記系が補助フィードバック制御を更に有するような方法。
【請求項２９】
請求項２６に記載の方法において、前記補助フィードバック制御が電圧フィードバック及び／又は電流フィードバックを有するような方法。
【請求項３０】
請求項２１ないし２７の何れか一項に記載の方法において、前記補正設定点信号発生器が通常の高輝度放電ランプドライバに対するアドオンであるような方法。
【請求項３１】
請求項２２ないし２８の何れか一項に記載の方法において、前記主設定点信号及び前記実際の出力電流に対応する信号の２つの系列の差分系列が零系列に漸近線的に近づくような方法。
【請求項３２】
高輝度放電ランプと請求項１ないし１３の１以上に記載の回路装置とを有する投影システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高輝度放電ランプを動作させる回路装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような回路装置は、ランプバラストとして知られており、例えば高輝度放電（ＨＩＤ）ランプ又は超高圧（ＵＨＰ）ランプを動作させるために使用される。既知の態様では、矩形波状の時間依存性を持つ電流がＵＨＰランプに供給され、当該ランプの電極がランプ電流の連続する半周期の間に交互にカソードとして及びアノードとして機能するようになる。結果として、電極の一方の早期腐食が防止される。このような矩形波電流を生成するために、ＨＩＤランプを動作させる回路は、しばしば、フルブリッジ回路を有する転流器（commutator）を使用する。
【０００３】
ランプ電流の各転流は、ランプ及び回路の相互作用により起因する過渡現象につながり得る。この所謂ランプ電流のリンギングは、ランプの光出力の目に見える妨害を生じる。
【０００４】
既存のランプドライバは、電流を整形するためにフィードフォワード制御を使用している。電流波形が、マイクロプロセッサのメモリ内のルックアップテーブルに記録されている。この記録された波形は、安定したランプ電流を達成するために、全てのランプ／バラストの組み合わせに対して実験的に調整されている。しかしながら、ランプの動的さ（dynamics）は当該ランプの寿命の間において大きな変動を受ける。従って、ルックアップテーブルによるフィードフォワード制御は、ランプの寿命期間にわたって満足のゆく性能を保証することはできない。また、広範なランプ系統に対しては、同数の専用ランプバラストが必要となる。何故なら、全てのランプ／バラスト組み合わせに対してマイクロプロセッサのテーブルを実験的に調整しなければならないからである。同様のことが、フィードバック制御に対しても当てはまる。何故なら、その制御性能は、実際の及び仮定されたランプの動的さの間の差の増加に伴い益々悪化するからである。
【０００５】
ＨＩＤランプにおけるアークの安定化は、通常、所謂アーク"フラッタ（平坦化）"パスル駆動により達成される。パルスモードで動作されるＨＩＤランプの欠点は、一定した光りを供給しない点にある。投影用途のためには、一定した又は良好に定まった光レベルが必要とされる。ランプの電流、電力及び関連する光は、通常、安定しておらず、臨界未満的に減衰される。
【０００６】
制御されるべき系の大きく変化する動的さ故に、典型的なフィードフォワード又はフィードバック制御方法は性能が厳しく制限され、この性能レベルは１つの特定のランプ型式及び高輝度放電ランプの寿命の短い部分に対してしか保証することができない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、寿命期間の長い部分又は全ての間において多様なランプに対する設定点信号に基づいて安定したランプ電流を生成するようなランプバラストシステム及び斯様なシステムを動作させる方法が必要とされる。これは、本発明による回路装置及び方法により達成される。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による高輝度放電ランプを動作させる回路装置は、電源電圧から大きさを調整可能な電流を発生するように構成された可調整コンバータ手段と、ランプ接続端子を有すると共に上記電流を転流させる転流器手段と、上記電流に対する主設定点信号を発生するように構成された設定点信号発生器手段と、補正された設定点信号を形成するために上記主設定点信号を調整する補正設定点信号を発生するように構成された補正設定点信号発生器手段とを有する。上記補正設定点信号発生器手段は、メモリ手段と、上記補正設定点信号のための出力手段と、入力信号を得るように構成された入力手段と、上記補正設定点信号を上記入力信号と上記メモリ手段に記憶された信号とに基づいて周期的に再計算するように構成された計算手段とを有する。当該回路装置は、更に、上記補正設定点信号発生器を前記主設定点信号に同期させるように構成された位相同期手段を有する。他の好ましい実施例では、高輝度放電ランプドライバを動作させる方法が開示される。他の好ましい実施例による方法は、所与の期間にわたり主設定点信号を発生するステップと、該所与の期間にわたり実際の出力電流に対応する信号を得るステップと、該所与の期間に関して上記主設定点信号と上記実際の出力電流信号との間の差信号を決定するステップと、上記所与の期間の後の期間のための補正設定点信号を上記差信号に基づいて決定するステップと、該後の期間の間に前記主設定点信号を上記補正設定点信号により調整するステップとを有する。
【０００９】
この構成は、設備（plant）、即ち制御されるべき系に供給される主設定点信号の補正を可能にする。設備の出力信号は、主設定点信号に対して制御されることを目的とする信号である。本発明による回路装置は、フィードフォワード制御ループ及びフィードバック制御ループと競うものである。フィードフォワード制御ループの利点は、速さ、並びに少ない複雑さ及び費用である。欠点は、特に本用途の場合のように、妨害が存在し又は系の動的さが変化する場合における劣った制御結果である。フィードバック制御ループは、制御されるべき系の出力における妨害を処理することができるが、系の動的さが変化する場合に依然として劣った制御結果を被る。フィードバック制御ループは、更に、広い帯域幅を処理することができる必要がある（言い換えると、高速でなければならない）という条件が課される。本発明は基本構成としてフィードフォワード制御ループを有する。高輝度放電ランプ用のランプドライバの用途の関連分野では、変化する系の動的さが主な問題である。ランプ電流のフィードフォワード制御に対して強さを加えるために、主設定点信号を修正する補正設定点信号が決定される。これは、主設定点信号に補正設定点信号を適用することから得られる補正された設定点信号が、制御される系を最適な態様で駆動するように実行される。これは、制御される系のための駆動信号（即ち、上記の補正された設定点信号）は主設定点信号から大きく変化するかもしれないが、該制御される系の出力は上記主設定点信号に近い又は同一とさえなることを意味する。本発明による回路装置又は方法の場合、高輝度放電ランプは、制御される系の一部である。更に特定的には、高輝度放電ランプが当該回路装置の構成要素と一緒に動的系を形成する。特に、高輝度放電ランプと当該回路装置の構成要素との組み合わせは、二次共振動的さにより特徴付けることができる。当該回路装置における、観測される動的挙動に最も貢献し易い構成要素は、コンバータ手段及び当該高輝度放電ランプの点弧器（通常は、転流手段の一部である）である。何故なら、これら両者はエネルギ蓄積（容量及び／又はインダクダンス）を有するからである。当該系は、補正された設定点信号に従ってコンバータにより駆動される。従って、該コンバータは該補正された設定点信号に対して調整可能でなければならず、これは、該コンバータが大きさを調整可能な電流を生成することを意味する。該コンバータの容量内で、この大きさは概ね速く変更され得るので、電流が正のままである限りにおいて略任意の電流の進展を発生させることができる。転流手段は電流の方向を反転するために設けられる。コンバータ手段及び転流手段は別個とするか又は一方を他方に統合することもできる。コンバータ手段はＤＣ／ＤＣコンバータ手段又はＡＣ／ＤＣコンバータ手段とすることができる。転流手段は電流の方向を周期的に反転する。従って、コンバータ手段と転流手段との組み合わせは、ＤＣ／ＡＣコンバータ又はＡＣ／ＡＣコンバータと見なすことができる。当該回路装置には２つの設定点信号発生器、即ち主設定点信号発生器及び補正設定点信号発生器、が設けられる。各設定点信号発生器は対応する設定点信号を生成する。主設定点信号は���有の周期を持つ繰り返し信号である。補正設定点信号は、もっと複雑である。何故なら、該信号は補正設定点信号発生器により周期的に再計算されるからである。これを考慮するために、補正設定点信号発生器は計算手段を有する。補正設定点信号の再計算は入力信号と記憶された信号とに基づくものであるから、補正設定点信号発生器は入力手段及びメモリ手段も有する。上記入力手段は、補正設定点信号発生器が他の構成要素から信号を取得するのを可能にする。また、上記メモリ手段は補正設定点信号発生器が補正設定点信号を現在及び過去の信号の関数として計算するのを可能にする。ＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ及びＥＥＰＲＯＭ等の通常の不揮発性メモリ技術を、該メモリ手段の不揮発性部分として使用することができる。これらの不揮発性メモリは、例えば半導体のダイ製造工程の間に又はフラッシュプログラミングによりプログラムされる。該メモリ手段の他の部分は更新可能とし、ＲＡＭ、ＳＲＡＭ又はＤＲＡＭ等の揮発性メモリを使用することもできる。当該回路装置において、位相同期手段は補正設定点信号が主設定点信号発生器に同期されるのを可能にするが、これは該回路装置の適切な機能のために重要である。事実、補正設定点信号は主設定点信号を補正することを意図するものであるから、補正設定点信号は主設定点信号に、両信号の対応する部分が同時に現れるように供給されねばならない。
【００１０】
関連する実施例においては、上記メモリ手段に記憶される信号は現周期の補正設定点信号であり、かくして、補正設定点信号発生器は補正設定点信号の反復的計算を実行するように構成される。補正設定点信号の反復的計算は、以前の周期の間に得られた結果が補正設定点信号への更なる改善に対する良好な推測を提供する故に、有利である。従って、先行する期間の間に該先行する期間の信号が、現周期の間において計算のために使用されるまで、上記メモリ手段に一時的に記憶される。
【００１１】
一実施例においては、上記メモリ手段は反復的計算のために更新行列Ｌｕ及びＬｙを記憶する。更新行列Ｌｕ及びＬｙは、反復的計算における過去と現在の各貢献度を決定するために使用される。
【００１２】
一実施例において、前記計算手段は入力として、メモリ手段からの現周期の補正設定点信号、及びメモリ手段からの実際の出力電流の平均信号を受けるように構成され、該実際の出力電流は当該高輝度放電ランプを介して流れる電流であると共に前記入力手段への入力信号に対応し、上記平均信号は現周期及び１以上の先行周期のうちの少なくとも１つの実際の出力電流信号を重ね合わせる（superpose）ことにより計算される。本発明による方法の実施例に関しては、上記反復的決定は所与の期間の主設定点信号（該主設定点信号は上記所与の期間の補正設定点信号により調整される）及び当該高輝度放電ランプを介して流れる実際の出力電流の平均信号の関数であり、該平均信号は上記所与の期間及び１以上の先行する期間のうちの少なくとも１つの実際の出力電流信号を重ね合わせ及びスケーリングすることにより計算される。これは、当該計算手段が反復的計算に対して先行周期の補正設定点信号及び実際の出力電流の平均信号を使用することを可能にする。実際の出力電流の平均信号は、単一の周期のみの実際の出力電流の信号（これは、反復的計算の収斂過程の間において大きな変動につながり得る）よりも安定している。該平均信号は１周期の長さの信号でもある。これは、実際の出力電流の各信号を、考慮されるべき全ての周期に関して加算し、次いで考慮された周期の数により除算することにより決定される。従って、該信号は、単数であるような、これら周期にわたる出力電流の平均値とは異なる。
【００１３】
本発明の一実施例においては、当該回路装置は主設定点信号と補正設定点信号とを加算して、補正された設定点信号を形成するような加算点を更に有する。制御される系は概ね線形であると見なすことができる。従って、入力信号の重ね合わせは、出力信号の重ね合わせとなるであろう。依って、補正設定点信号は、制御される系の出力における（即ち、実際の出力電流における）好ましくない信号を相殺するように決定することができる。更に、加算点はアナログ環境及びデジタル環境の両方において実施化するのが容易である。
【００１４】
本発明の一実施例においては、前記計算手段は主設定点信号と実際の出力電流に対応する信号との差信号を計算するように構成される。主設定点信号と実際の出力電流に対応する信号との該差信号は前記制御偏差信号であり、当該制御の品質及び性能を示す。該信号は、次の補正設定点信号の計算のための有益な情報も含んでいる。この差信号は実際の出力電流における望ましくない成分を示すので、補正設定点信号は、これら成分を零化すべく調整することができる。
【００１５】
関連する実施例では、主設定点信号、補正設定点信号、前記実際の出力電流に対応する信号、メモリ手段（即ち、メモリ）に記憶された信号は、上記主設定点信号の離散系列、上記補正設定点信号の離散系列、上記実際の出力電流に対応する信号の離散系列、及び上記メモリ手段に記憶された信号の離散系列により各々表される。各離散系列は対応する信号を複数の値により表し、各値は対応する信号の特定の時点における瞬時値に相当する。当該回路装置に存在する種々の連続的信号に対して離散的表現を使用することにより、前記反復的計算をデジタル的に実行することができる。更に、離散系列は連続的信号よりも一層容易に記憶することができる。離散化、従って信号の２つの連続する離散サンプルの間の時間間隔が十分に小さいなら、離散系列は該信号の正確な表現と見なすことができるから、精度の損失を恐れる必要はない。連続的信号の離散信号への変換は、通常、所謂サンプル／ホールド回路により実行される。
【００１６】
関連する実施例では、前記計算手段により実行される反復的計算は、
ΔＵｋ＝Ｌｙ(Ｒｋ−Ｙｋ)＋ＬｕＵｋ
Ｕk+1＝Ｕｋ＋ΔＵｋ
なる式に従い、ここで、ｋ番目の周期に対して、ΔＵｋは補正設定点信号の変化の離散系列であり、Ｒｋは主設定点信号の離散系列であり、Ｙｋは実際の出力電流の離散系列であり、Ｕｋ及びＵk+1は、各々、上記ｋ番目の周期及び後続の周期ｋ＋１の補正設定点信号の離散系列であり、更新行列ＬｙはＲｋとＹｋとの間の差信号の系列に対する演算子であり、更新行列Ｌｕは補正設定点信号の系列に対する演算子である。この補正設定点信号の系列に対する更新法則においては、２つの行列／ベクトル乗算が実行される。第１の乗算は、(Ｒｋ−Ｙｋ)により表される制御偏差に関するものである。行列Ｌｙは制御偏差信号の離散的表現により乗算される。第２の行列／ベクトル乗算はｋ番目の周期の補正設定点信号に関するものである。両方の積（これらは再びベクトルとなる）は、補正設定点信号ベクトルの変化を得るために加算される。従って、更新行列Ｌｕ及びＬｙは、各々、反復利得及び誤差利得である。新たな補正設定点信号は、次の周期ｋ＋１に対して、周期ｋにおける補正設定点信号ベクトルと該補正設定点信号ベクトルの決定された変化との和から算出される。当該反復法則は単一の式で書くことができるが、該反復法則の該提案された定義は理解するのが容易な表記である。
【００１７】
他の関連する実施例では、更新行列Ｌｙ及びＬｕは系の動的さの推定から決定される。本発明による方法の対応する実施例では、反復的決定は、高輝度放電ランプ、コンバータ及び転流器を有する被制御系の動的さの推定の関数である。一実施例において、上記反復的決定は、更に、複数の実験的に決定された系の動的さの組み合わせの関数である。提案された制御構成の１つの目的は、特定の励起に対する当該系の挙動を、該系の望ましくない反応に対する対策を適時に実行することができるように、或る程度予測することである。これは、当該系の挙動の少なくとも概算を知ることを必要とする。このような概算は、当該ランプドライバを製造する前に、ランプの代表的な選択群を評価することにより得ることができる。該ランプの代表的選択群は、異なる年齢の異なるランプタイプを含むことができる。斯かる代表的選択群における各ランプの系の動的さが推定され、前記反復法則に影響を与えるようにする。従って、前記更新行列Ｌｙ及びＬｕを計算するために（これは、通常、必ずしもではないが、オフラインでも実行される）、系の動的さの幾つかの推定が使用される。これら更新行列は、次いで、例えば当該回路装置の製造の間において、補正設定点信号発生器のメモリ手段に永久的に記憶される。従って、系の動的さの推定は、可能性として遭遇するであろう主要な動的系に対して代表的なものでなければならない。しかしながら、斯かる推定された系の動的さが実際の系のものに正確に一致しなくても、本発明の制御構成は、上記反復的更新法則により依然として強い態様で反応する。実際の系の動的さが更新行列Ｌｙ及びＬｕを決定するために使用されたものと少なくとも類似している限り、実際の出力電流は依然として主設定点に収束するであろう。これは、提案された回路装置の形態のランプドライバを、ＨＩＤランプの型式、その年齢及び当該系の動的さに対して影響を有する他の要因に対して非常に不感にさせる。従って、該ランプドライバは広範囲のＨＩＤランプに対して互換性があり、ＨＩＤランプの全寿命を通して自身の制御能力を維持する。前もっての系の動的さの推定の代わりとして、その場で、即ち当該回路装置自体において推定を実行することも可能である。これは、当該系を所定の信号で励起すると共に、該系の応答を分析することにより実施することができる。
【００１８】
一実施例においては、前記メモリ手段は１周期に対応する補正設定点信号系列を含むフィードフォワードテーブルを記憶するように構成される。対応する方法の実施例では、１周期に対応する補正設定点信号系列がフィードフォワードテーブルに記憶される。このフィードフォワードテーブルは、前記補正設定点信号発生器の出力手段と共に、該フィードフォワードテーブル内の系列が該出力手段にサンプル毎に書き込まれるように動作するよう構成される。
【００１９】
一実施例において、前記設定点信号発生器は周期的に繰り返す信号を発生するように構成される。該主設定点発生器により発生された周期的に繰り返す信号は主設定点信号の効率的な予測を可能にする。何故なら、系の動的応答を幾つかの周期にわたり監視すると共に分析することができるからである。これは、反復的計算が、当該系の応答を改善するよう徐々に試みることにより収束するのを可能にする。
【００２０】
一実施例においては、被制御系が補助フィードバック制御を更に有する。関連する実施例において、該補助フィードバック制御は電圧フィードバック及び／又は電流フィードバックを有する。補助フィードバック制御を有することは、系の出力に数個の連続する周期にわたっては持続しないような妨害が散発的に現れる場合に有利である。従って、これは補正設定点信号により消滅されることからは逃れることになる。何故なら、斯かる妨害は、収束が達成される前に既に消滅するからである。補助フィードバック制御は斯かる妨害を処理することができる。何故なら、補助フィードバック制御は設定点信号の周期性に依存することはなく、従って斯様な妨害の相殺を開始するために次の周期を待つことはないからである。電圧及び／又は電流フィードバックが斯様な妨害を検出し、該フィードバックは出力電圧及び／又は電流の設定点信号に対する差により解釈する。補助フィードバック制御にとり、該設定点信号は前記の補正された制御信号に対応する。
【００２１】
他の好ましい実施例において、高輝度放電ランプドライバは上述したような回路装置を有する。特に、ランプドライバは提案された回路配置から利益を受けることができる。何故なら、該回路装置はＨＩＤランプ用のランプドライバの重要な問題、即ち変化するランプの動的さに関する従来のランプドライバの劣った強さ、を解決するからである。
【００２２】
関連する実施例では、上記回路装置及び／又は補正設定点信号発生器は、高輝度放電ランプドライバに対するアドオン（追加）装置である。アドオン装置とすれば、高輝度放電ランプドライバの変更は必要でない。斯かるアドオン装置は複数の高輝度放電ランプドライバ型式で使用することができる。
【００２３】
一実施例においては、当該方法は、系の動的さを測定するステップと、該測定された系の動的さを記憶するステップと、該測定された系の動的さから更新行列Ｌｕ及びＬｙを推定するステップとを有する。系の動的さは、例えば当該系のステップ応答を記録することにより、当該ＨＩＤランプの動作中に測定することができる。次いで、特徴的特性に関する分析が実行される。これから、更新行列Ｌｕ及びＬｙを決定することができる。これは、前記更新法則が依拠する系の動的さが、実際の系の動的さと略同一であり、実際のランプ電流を制御するための当該方法の性能を改善することになるという利点を有している。所与のランプドライバにより該方法を用いて動作されるべき許容されるＨＩＤランプの範囲は、一層大きくなるであろう。
【００２４】
一実施例において、主設定点信号及び実際の出力電流に対応する信号の２つの系列の差分系列は漸近線的に零系列に近づく。該差分系列が零系列に近づいたら、実際の出力に対応する信号は主設定点信号に収斂する。従って、上記差分系列はＨＩＤランプを動作させる当該方法の適切な動作の指示子となり、使用されるＨＩＤランプが当該ランプドライバの使用から外れていることをユーザに対して警告するための信号として使用することができる。
【００２５】
本発明の一実施例は、高輝度放電ランプ及び上記記載による回路装置を有する投影システムに関するものである。高輝度放電ランプ（特には、投影システムにしばしば使用される超高圧（ＵＨＰ）型のランプ）と上述した回路装置との組み合わせは、光出力の高い安定性により投影システムにとり好適である。これにより、投影システムの略フリッカ無しの動作が得られ、従って投影された画像の安定した見え方に寄与する。光出力の長期的安定性も改善され、かくして、高輝度放電ランプの必要な交換も、頻度が少なくなる。
【００２６】
例示として、本発明による回路装置及び方法の実施例を添付図面を参照して説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１ａは、系、即ち設備（Ｐ）１６のフィードフォワード制御を示している。基準信号ｒは設備１６に直接的に供給され、該設備は自身の系の動的さに従い系の出力信号ｙで応答する。図示の場合において、設備１６に供給される制御信号は基準信号ｒと同一である。系の出力ｙが特定の時間依存性に従う必要がある場合、基準信号ｒ、従って当該制御信号は設備の動的挙動を予期しなければならない。該基準入力は符号１１を有し、系の出力は符号１７を有する。基準信号ｒにおいて当該設備の動的挙動を予期する代わりに、該系に対する入力にフィードフォワード・コントローラを設けることもできる（図示略）。このフィードフォワード・コントローラは基準信号を当該系の動的さに従って修正し、該系の入力に印加するための制御信号を生成する。理想的には、該フィードフォワード・コントローラは当該系の動的さを零にする。しかしながら、因果系であるフィードフォワード・コントローラは上記基準信号のみしか応答することができない。
【００２８】
図１ｂは従来技術によるフィードバック制御を図示している。該フィードバック制御ループは、基準信号ｒ用の基準入力端１１、該基準信号ｒと系の出力ｙとの間の差を決定する加算点１２、及び制御偏差をコントローラ（Ｃ）１４に伝達するコントローラ入力端１３を有している。コントローラ１４の出力端は、制御信号を伝達する制御信号線１５を介して設備１６の入力端に接続されている。ここでも、系の出力ｙは系の出力端１７上に存在する。コントローラ１４は上記制御信号を調整することにより入力端１３における制御偏差ｅを零にしようとする。設備１６の複雑さに依存して、この目的はより速く又は遅く達成され得る。零に等しい制御偏差ｅは、系の出力ｙが基準信号ｒに正確に従うことを意味する。
【００２９】
図２は、コンバータ及び転流器を有し、高輝度放電ランプに矩形波状電流を供給する回路装置に関連して実施化された本発明の制御方法を示している。設定点信号発生器（ＳＳＧ）２２は、設定点信号としても知られている基準信号ｒを発生する。より良好に区別するために、この設定点信号は主設定点信号と呼ぶ。該信号は加算点に供給される。該加算点への他の入力は、補正設定点信号ｕである。主設定点信号ｒと補正設定点信号ｕとの和は制御信号となり、該制御信号は上記加算点と設備１６との間の接続部１５上に存在する。制御設定点信号ｕが零の場合、主設定点信号ｒのみが設備１６に制御信号として供給されるであろうことが容易に理解される。この特別な場合において、図２の制御構成は図１ａのものと同様になる。しかしながら、通常の場合においては、補正設定点信号ｕは零とは異なる。該信号は補正設定点信号発生器（ＣＳＳＧ）２６において決定される。補正設定点信号発生器２６は、接続部２７を介して上述した加算点の入力端のうちの１つに接続されている。補正設定点信号発生器２６の入力は、第２加算点と該補正設定点信号発生器２６との間の接続部１３上における制御偏差ｅである。補正設定点信号発生器２６は、或る期間にわたり予め定まっている補正設定点信号ｕを生成することができる。言い換えると、記憶された信号が該期間の間に再生される。同期部（ＳＹＮＣ）２４は前記設定点信号発生器と上記補正設定点発生器との間の同期を保証する。主設定点信号ｒと補正設定点信号ｕとの間の精密な同期が、当該制御構成の機能にとり重要である。設定点信号発生器２２に対する同期部２４の同期信号は接続部２３を介して伝達される一方、同期部２４から補正設定点信号発生器２６への同期信号は接続部２５を介して伝達される。補正設定点信号発生器２６はメモリと、アナログ又はデジタル出力端と、アナログ入力ポートと、計算器とを有している。上記入力ポートは接続部１３に接続され、制御偏差ｅを得る。サンプル／ホールド態様で、該入力ポートは１期間の間の複数の時点において制御偏差ｅの瞬時値を得る。この結果、制御偏差ｅの離散的系列のサンプルが得られ、これらは補正設定点信号発生器２６の上記メモリに記憶することができる。逆の態様で、補正設定点信号発生器２６の出力ポートは、補正設定点信号ｕの離散的系列のサンプルを生じ、これらサンプルを接続部２７を介して前記加算点に順次伝送する。１サンプルの時間の間では、該出力ポートは補正設定点信号Δｕに対して一定の値を維持し、この結果、１周期にわたり補正設定点信号はステップ状に進展する。補正設定点信号ｕの計算は、全体の期間に対して上記計算器により実行される。この計算に関して、制御偏差ｅの入力系列及び補正設定点信号ｕの出力系列は、１周期内のサンプル数に等しい長さを持つようなベクトルと見なすことができる。補正設定点信号を各周期の一部に対してのみ計算することも考えられる。出力電流は、転流器の転流事象の後に強い変動を受けるが、各周期の残部においては出力電流は相対的に安定している。上記補正設定点信号を各周期における転流事象（又は複数の事象）の周辺の一部に限定することは、より少ない計算しか実行する必要がなく、行列を記憶するた���に少ないメモリしか必要とされないという利点を有している。異なる信号に対応する各ベクトルは対応する大文字により示され、かくして、Ｕｋは周期ｋに属する補正設定点信号ｕのサンプルを含むベクトルとなる。同様に、Ｅｋは周期ｋにおける制御偏差の系列を示し、Ｕk+1は周期ｋ＋１（周期ｋの１周期後である）の補正設定点信号の系列を示す。前記計算器により実行される反復的計算は：
ΔＵｋ＝Ｌｙ(Ｒｋ−Ｙｋ)＋ＬｕＵｋ
Ｕk+1＝Ｕｋ＋ΔＵｋ
なる式に従う。これは、補正設定点信号ベクトルＵｋが２つの加数の和から計算されることを意味する。第１の加数は、Ｒｋ−Ｙｋとも表すことができる制御偏差に依存する。この制御偏差ベクトルは更新行列Ｌｙにより変形される。第２の加数は、補正設定点信号を含むベクトルに依存する。この第２の加数は、上述した式により与えられる更新法則の反復相手（iterative opponent）を表す。他の第１行列Ｌｙは制御偏差ベクトルＥｋ＝Ｒｋ−Ｙｋのための演算子である。また、他の更新行列Ｌｕは補正設定点信号ベクトルＵｋのための演算子である。好ましくは、これらの更新行列Ｌｙ及びＬｕは設備１６の動的さを反映し、制御偏差Ｅｋ＝Ｒｋ−Ｙｋが最終的に零系列に近づくように（これは当該設備の出力が前記主設定点に正確に従うことを意味する）選択される。主設定点信号が周期的信号であるならば、当該設備の出力信号（本例では、実際のランプ出力電流である）の平均的系列を得るために、以前の周期の１以上を使用することも考えられる。２つの周期ｋ及びｋ−１を考えた場合、この平均的系列は、周期ｋの第１サンプルと周期ｋ−１の第１サンプルとの平均、周期ｋの第２サンプルと周期ｋ−１の第２サンプルとの平均、等々を計算することにより決定される。実際の出力電流に関する平均的系列は、実際の出力電流に関する単一の系列よりも安定している。
【００３０】
図３は、長さＴの２つの周期の間における５つの異なる信号の進展を示している。一番上の信号はランプ電流に対する主設定点信号ｒを示し、主に矩形波状の外観を有している。ガス放電ランプの用途においては、ランプの照明特性（lighting characteristics）により略矩形波状の形を持つランプ電流が好ましい。それにも拘わらず、ＨＩＤ又はＵＨＰランプの更に一層最適化された照明特性を達成するためには、完全な矩形波から僅かに逸脱することが有利であり得る。例えば、ランプ電流の絶対値を各半周期の終わの近くで増加させることは、ガス放電ランプ内部のアークを安定にさせ、従ってフリッカ（ちらつき）を減少させるので有利である。このフリッカ防止パルスは点線として描かれている。しかしながら、本発明は、このようなフリッカ防止電流パルスの有無又は主設定点信号の形状に対する他の変更により影響を受けることがない。２つの連続する周期から分かるように、主設定点信号は周期的である。
【００３１】
図３における第２の信号は当該設備の出力信号ｙである。これは、実際のランプ電流に対応する。上記主設定点信号に従う代わりに、該ランプ電流は主設定点信号の各転流の後で振動する。発生する振動の周波数、応答時間及びオーバーシュートは当該系の動的さに依存する。ここでも、各半周期の終わりの近くのフリッカ防止パルスに対する応答は点線として描かれている。
【００３２】
図３における第３の信号は、ｒとｙとの差により形成される制御偏差ｅを示す。該制御偏差ｅにおいては、ランプ電流信号ｙの振動が支配的である。当該制御構成の目標は、この信号を零にすることである。
【００３３】
図３における第４の信号は補正設定点信号ｕである。前述したように、この信号は或る周期に関して前の周期の制御偏差ｅ及び補正された設定点信号の関数として決定される。補正設定点信号ｕは特定の入力信号に対して当該系の挙動を予測しようと試みるようになっているので、推定される系の動的さの関数でもある。該補正設定点信号の予測的性質は、補正設定点信号ｕが当該系の応答の予期される望ましくない部分を、主設定点信号が転流時点に到達する前であっても当該設備の入力端に逆信号を印加することにより相殺するという事実により反映される。これは、主設定点信号の次の転流の時点が、該主設定点信号ｒの周期的性質により分かる故に可能となる。対照的に、当該系が収束していない限り、補正設定点信号ｕは周期的ではなく、或る周期から次の周期へと変化する。収束速度に依存して、或る周期における補正設定点信号ｕと、隣接する周期における同信号との間の差は多少なりとも大きく、最終的に消滅する。
【００３４】
図３における一番下の信号は、主設定点信号ｒと補正設定点信号ｕとの和として決定される、補正された設定点信号ｒ＋ｕを示す。このような補正された設定点信号ｒ＋ｕを設備１６に印加することは、該設備の出力、即ち実際のランプ電流を徐々に改善する。数周期の後に、当該系は収束しているであろうから、その時点以降、全ての信号は或る周期から次の周期へと略同一になる。
【００３５】
図４を参照すると、補正設定点信号ｕが長さＴの１周期に関して図示されている。該補正設定点信号ｕは、断片毎に一定な関数として表されている。補正設定点信号発生器２６内では、補正設定点信号ｕは１以上の周期に対するベクトルとして記憶される。該補正設定点信号ベクトルにおける各成分（element）に対応する値は、期間τにわたり維持され、その結果、この補正設定点信号ｕの断片毎に一定な性質が生じる。期間τはサンプリング周期とも呼ばれる。補正設定点信号ｕが主設定点信号ｒの立ち上がりエッジ４２及び立ち下がりエッジ４４の近傍において特別な活動を示すことが分かる。
【００３６】
図５には、全てが立ち上がりエッジで開始する、５つの連続した半周期が示されている。５つの連続する周期Ｔ１、Ｔ２、…、Ｔ５が考察されている。ｙT1により示された周期Ｔ１における実際のランプ電流信号は転流に続いて大きな振動を依然として示しているが、続く４つの周期にわたって振動は徐々に消滅している。第５の周期Ｔ５における信号ｙT5は、周期Ｔ１の信号ｙT1と比較して既に強い収斂を示している。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１ａ】図１ａは従来技術によるフィードフォワード制御ループを示す。
【図１ｂ】図１ｂは従来技術によるフィードバック制御ループを示す。
【図２】図２は、本発明の制御構成を示す。
【図３】図３は、２周期の間における図２の制御構成における種々の信号を示す。
【図４】図４は、離散的な補正設定点信号Δｕを示す。
【図５】図５は、系の出力の５つの連続したステップ応答を示す。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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