专利名称：用于操作高强度放电灯的电子电路和图像投影仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于操作高强度放电(HID)灯，特别是如权利要求1的开始部分限定的超高压(UHP)灯的电子电路。
本发明还涉及一种具有如权利要求1所述的电子电路的图像投影仪。
背景技术：
HID和UHD灯的原理在现有技术中是公知的。它们最好被用于投影的目的，不过，也用于操作汽车前灯。其特征在于具有发光效率高的非常小的光弧，这使得具有非常高的总效率。这些灯的亮度大约是其它气体放电灯的2到4倍。
不过，这些HID灯的缺点是弧移效应，即在这些灯的操作期间光弧的位置改变。由光弧位置的改变而引起进入图像产生系统的由灯发出的光的总量的比例改变，使得投影图像的亮度发生波动。这个效应也引起在图像发生器的亮度分布中的不希望的波动。其结果是，产生观看者可以观察到的闪烁效应。
由现有技术中可以得知用于减少所述闪烁效应的几种措施。
第一种措施是在灯电流换向之前在灯电流的波形中提供一个附加的大电流脉冲。这种特殊形状的灯电流能够抑制弧移，因而抑制闪烁效应。
不过，提供大电流脉冲也具有缺点，即，对于不同形状的灯电流的灯，其灯镇流器较大，并且成本较高，此外，HID灯的工作寿命被明显减少。
也可以适用于减少闪烁效应的第二个措施在JP-2000028988A中披露了，如图3所示。所述JP文件主要描述了对于另一个问题，即在灯的整个寿命期间灯的亮度逐渐改变的问题，的解决方案，但是其中也披露了，尽管不是明示地，为了抑制闪烁必须满足的准则。本领域的技术人员从所述JP文件中的确能够导出用于减少闪烁效应的合适的方法，至少能够间接地导出。JP-2000028988A披露了一种具有光学系统420和一个电路的LCD投影仪。所述光学系统420包括具有反射器421以及被连接在灯的下游的积分器423的气体放电灯422，图像发生器424，和物镜425b。积分器423和电容器425a一起用于维持图像发生器424的照度的均匀的亮度分布，因而维持由所述图像发生器产生的图像的亮度的均匀分布。所述电路用于操作灯422。所述电路包括灯镇流器410，用于响应控制信号对灯422提供受控制的灯电流，以及亮度检测器430，用于产生和发送检测器信号。所述检测器信号表示在所述亮度检测器的位置由所述灯产生的光的数量。由所述检测器信号代表的光的数量在微处理器440中和给定的光的参考数量比较，从而产生依赖于测量的光的数量的偏差的控制信号，并将所述控制信号提供给所述灯镇流器。这样，把产生的光的数量控制为参考值。如果光的数量的控制能够足够快地进行，则可以阻止闪烁效应。
由于多种原因，在灯的寿命期间，由气体放电灯产生的光的数量以恒定的功率减少。为了能够确保在灯的整个寿命期间一直具有恒定的亮度，在所引用的日本专利公开JP-200028988A中建议在灯的寿命的开始以大大低于其额定功率的功率操作所述的灯，并随着灯的寿命的进展增加操作功率，从而获得由所述灯产生的恒定的亮度。不过，这只有在达到额定功率的时间才是可能的。
然而，所述第二种方法具有以下的缺点因为所述的灯起初在低于额定功率的功率下操作，所产生的亮度大大低于额定功率情况下的亮度，即，和没有这种控制的系统相比，为了产生相同的亮度，这种投影仪系统从开始就要使用较亮的灯。
此外，HID灯的特征在于灵敏的热平衡，这只能在额定功率下才能被满意地保持。在偏离额定功率的情况下，预计对灯的寿命具有不利影响，因此，按照JP-2000029988A的方式进行控制将导致缩短灯的寿命。
此外，只有在开始时才能进行亮度的正负控制。随着操作功率增加，进行亮度控制的可能性变小，最后当灯在其额定功率下工作时，进行亮度控制的可能性完全消失。最后应当说明，在所披露的电路中的检测器的缺陷，例如错误的内部检测器增益系数，将立即导致错误的控制信号，并因而导致不希望的控制行为。因而，所披露的电路照样需要极为昂贵和复杂的检测器，以便避免检测器错误。
特别是，在已知的电路中的亮度检测器不仅应当在室温下可靠地工作，而且在图像投影仪经常所处的高温下也应当可靠地工作。
发明概述根据所述的现有技术，本发明的目的在于提供一种用于操作HID灯的电子电路和具有所述电子电路的图像投影仪，使得在灯的整个寿命期间能够进行亮度控制，并且使得可以使用结构比较简单因而成本较低的检测器。
本发明的目的是通过在权利要求1中限定的特征来实现的。更精确地说，本发明的目的通过在开头一节所述的电子电路实现了，其中所述电子电路包括高通滤波器，用于通过对检测器信号进行高通滤波来提供控制信号。
亮度波动的甚低频分量，尤其是其中的直流分量被高通滤波器从检测器信号中滤除。因而在控制信号中也没有这些频率成分，因而在HID灯的控制中不会涉及这些频率成分。
按照本发明，亮度波动的剩余的交流分量被控制减少到0，而不是如现有技术中那样把绝对亮度控制为给定的参考值。
这样的优点在于，一方面，亮度检测器的错误偏移或者错误灵敏度的影响被从检测器信号中滤除，因而不对控制施加不希望的影响。因而，一定能够使用简单的廉价的检测器，用于实现按照本发明的电路而不会影响控制的质量。
在另一方面，高通滤波器有利地使得能够在整个HID灯的寿命期间利用控制电路消除亮度波动。按照本发明，还使得所述的灯在以额定功率操作期间能够利用控制电路沿正负方向消除亮度波动。
利用按照本发明的灯的控制，对于人的眼睛的闪烁效应被有效地抑制了。
在一个有利的实施例中，还设计了一个在灯镇流器内的控制单元，用于控制在控制单元的输出产生的电功率，使得在一个长的时间内，HID灯一直在其额定功率下工作。结果，使得最大限度地延长灯的寿命，在另一方面，还使得保证在灯的整个寿命期间所述灯的光输出最大。
在从属权利要求中限定了其余的有利的实施例。
本发明的目的还通过在权利要求7中所述的特征实现了。在该权利要求中所述的图像投影仪的优点基本上相应于上面参照电子电路所述的优点。在大的单色表面的静止图像的表示中，人的眼睛对于闪烁效应特别敏感。因而，能够抑制这种效应是极其有利的。
下面利用3幅
本发明，其中图1表示按照本发明的电子电路；图2表示具有按照本发明的光学系统和电子电路的图像投影仪；图3表示现有技术的图像投影仪。
具体实施例方式
现在参照图1到图3详细说明本发明的优选实施例。图1表示用于操作HID灯尤其是UHP灯的电子电路，其包括灯镇流器110，亮度检测器130和滤波器140。
灯镇流器110作为一个控制单元被构成，并用于响应控制信号提供和控制用于操作HID灯322的灯电流，使得在亮度检测器130的位置由HID灯发出的光的数量在一个中期内是恒定的。
由图1的亮度检测器130产生的检测器信号代表在亮度检测器130的位置由HID灯发出的光的数量。所述检测器信号通过由滤波器140滤波被转换成控制信号。滤波器140最好由高通滤波器构成，使得从检测器信号因而也从控制信号中特别是滤掉直流分量。
这具有这样的优点，即，如本说明书的综述部分所述，亮度检测器130的某个测量误差对于控制结果没有不利影响。
按照本发明的高通滤波的控制信号只代表在原始的检测器信号中的交流分量，即，只代表合适的亮度波动。所述亮度波动例如可以由上述的弧移引起，或者由所述的灯由一个扩散的弧状态向一个集中的弧状态(或者斑点方式)的转变引起。由灯镇流器110进行控制的主要目的是产生一个没有快速波动的稳定的亮度，特别是在亮度检测器130的位置。这个目的是这样实现的作为控制单元构成的灯镇流器110在保持控制信号为0或者把控制信号控制下降到0时是无功的。
按照本发明，在需要时，灯镇流器110在所有的时间内都能够进行亮度的正的或负的校正或控制，使得保持亮度基本上恒定。
代替高通滤波器，滤波器140还可以是一个带通滤波器，即一种组合的高通和低通滤波器。此时，根据灯和投影系统的类型，其最好具有一个低于1Hz的下截止频率，以及一个大于100Hz的上截止频率。上截止频率最好处于仍然能够由人的眼睛觉察的亮度波动频率以上，和高通滤波器对比，带通滤波器不仅截止直流分量，而且还有利地截止上限频率以上的频率。这可以把加于灯镇流器110的结构上的要求简化到这样的程度，使得对于给定的高质量要求，和只通过高通滤波的控制信号的情况相比，可以用简单得多的方式实现稳定性。
此外，滤波器110的传递比可以被这样设计，使得所述滤波器能够对检测器信号进行附加的放大，以便除去用于低通和高通滤波之外，还能够产生控制信号。
通常，灯镇流器110还被构成用于控制其输出的电功率，因而也控制由所述的灯消耗的电功率，使得在一个长的时间内，所述电功率总是等于额定功率。这通常通过监视在灯镇流器110的输出的灯电流和灯电压的乘积来实现。功率控制被添加于上述的灯电流控制之上，用于保持灯的平均功率恒定。
在两个控制之间存在相互作用，所述相互作用的方式例如如下为了防止由亮度检测器瞬时检测的HID灯322的亮度的降低，灯镇流器110作为亮度控制的一部分首先提供一个增加的灯电流，使得亮度在开始时保持恒定。所述灯电流的增加导致在灯322的灯镇流器110的输出提供的电功率的增加，并被功率控制识别出。被提供给HID灯322的功率的确允许在一个短的时间而不是一个较长的时间内超过其额定值。如果在一个给定的时间内增加的灯电流不再被减少，例如因为由于改变的弧位置使得灯再次提供较亮的光，则功率控制将进行干预，使得减少灯电流，尽管此时所述灯提供减小的亮度。用这种方式，通过添加功率控制，确保所述的灯不会长时间在其额定功率以上操作。由功率控制引起的灯电流的减少和灯的亮度的减少不会被人的眼睛觉察到，因为其出现的时间特别短。此处利用了人的眼睛对于慢的亮度变化的不敏感性。
此外，如果不再启动功率控制，高通特征使得闪烁控制的控制信号在某个时间之后完全消失，使得灯的功率再次返回其初始值。
利用按照本发明的电路确保所述的灯在其整个寿命期间平均而言总是工作在其额定值上。这具有这样的优点，即，使得灯的有用寿命最大，并使得从灯的操作开始，灯的照明效率一直保持最佳。
图2表示按照本发明的电子电路的一个优选的应用的例子的具有HID灯的图像投影仪。所述图像投影仪基本上包括图1所示的电子电路和上面参照图3所述的光学系统。图1到图3中标号相同的元件在涉及其操作时被认为是相同的或等效的。
在图2所示的图像投影仪中，图像发生器424被设置在两个透镜系统425a，425b之间，亮度检测器130被设置在图像发生器424的附近或内部，使得其拾取入射到图像发生器上的一定数量的光，因而在投影仪中的等效电路确保图像发生器424在中期内只由恒定亮度的光照明，并因而也确保投影到屏幕426上的图像不会发生人的眼睛可觉察的亮度波动。
权利要求
1.一种用于操作高强度放电(HID)灯(422)，尤其是超高压(UHP)灯的电子电路，包括灯镇流器(110)，用于响应控制信号提供用于操作所述HID灯(422)的受控的灯电流，以及亮度检测器(130)，用于产生并提供检测器信号，所述检测器信号代表在亮度检测器(130)的位置由HID灯(422)发出的光的数量，其特征在于还包括滤波器(140)，所述滤波器作为高通滤波器被构成，用于提供通过对所述检测器信号进行高通滤波而获得的控制信号。
2.如权利要求1所述的电子电路，其特征在于所述高通滤波器的截止频率小于1Hz。
3.如权利要求1所述的电子电路，其特征在于所述滤波器(140)作为带通滤波器被构成。
4.如权利要求3所述的电子电路，其特征在于所述带通滤波器的下截止频率小于1Hz，而上截止频率大于100Hz。
5.如权利要求1所述的电子电路，其特征在于灯镇流器(110)作为一个控制单元被构成，用于响应控制信号提供和控制灯电流，使得在亮度检测器的位置由HID灯(422)发出的光的数量在一个中期内是恒定的。
6.如权利要求5所述的电子电路，其特征在于所述灯镇流器(110)还被构成用于控制在所述控制单元的输出产生的电功率，使得所述HID灯(422)在一个长的时间内总是在其额定功率下操作。
7.一种具有高强度放电(HID)灯特别是具有超高压(UHP)灯的图像投影仪，包括光学系统(420)，其包括HID灯(422)，和被连接在所述灯的下游的用于产生图像的图像发生器(424)，以及如权利要求1所述的电子电路，其中所述亮度检测器(130)被设置在光学系统(420)中，使得所述检测器信号代表由HID灯产生灯的并入射到图像发生器(424)上的光的数量。
全文摘要
一种用于操作高强度放电灯尤其超高压灯例如在图像投影仪中使用的放电灯的电子电路，包括灯镇流器，用于提供操作灯的受控的灯电流，以及亮度检测器，用于产生并提供检测器信号，检测器信号代表由灯向图像发生器提供的光的亮度。灯镇流器控制灯电流，使得所述灯的光的亮度保持恒定。本发明的目的在于提供一种电子电路和图像投影仪，使得在灯的整个工作寿命期间能够进行亮度控制，并且能够使用结构简单的检测器，因而能够使用廉价的检测器。所述目的通过一个滤波器实现，在检测器信号作为控制信号施加于灯镇流器，特别是施加于灯镇流器内的控制单元之前对所述检测器信号进行高通滤波。
文档编号H05B37/00GK1407843SQ0212695
公开日2003年4月2日 申请日期2002年7月24日 优先权日2001年7月27日
发明者P·吕尔肯斯, C·德佩, H·门希 申请人:皇家菲利浦电子有限公司