专利名称：高强度放电灯发光装置及其发光驱动方法
技术领域：
本发明涉及一种高强度放电灯发光装置，用于接通车灯，如四轮机动车或两轮机动车头灯的发光设备的光源。本发明还涉及一种发光装置的发光驱动方法。
背景技术：
称之为“高强度放电灯(下文称为“HID灯”)的放电管用作车辆的光源。包括这种HID灯的发光设备在下文将称之为“HID灯发光装置。
图6是常用的HID交流电(AC)发光装置的方框图。将参考图6描述有关本发明的常用技术。
通常，HID灯4包括两个电极，一个额定电压为几十伏特到几百伏特的电压通过信号通道70作用于HID灯4电极之间以能保持稳定的放电。此外，在短时间内在HID灯4的电极之间作用大约为20Kv的高压而产生介质击穿是必要的，从而能够开始放电。为此，点火器7设置为触发电路。
图6中所示的电池是机动车的电源。普通型车辆的输出电压通常为12v的DC电压，大型车辆为24v的DC电压。为了获得额定电压为几十伏特到几百伏特的电压，提供一种能够将12v升高到几百伏特的DC-DC变换器2。
在AC发光系统的情况下，在平常的发光操作中频率大约为250Hz的AC电压作用于HID灯4上。该AC电压是通过使用DC到矩形波AC转换电路3将DC电压转换为AC电压而获得的。结果是，HID灯4发出具有其色调特性的光。要说明的是，上述AC电压的频率仅是一个例子。
HID灯的发光原理如下。
高压脉冲作用于发光管提供的电极之间，并在填充气体中进行放电，由此在发光管中提供的水银金属进行蒸发，能够稳定地发出光。
HDI灯的色调取决于填充气体的类型、电极材料、电极结构、催化剂，因此，发射频谱取决于HID灯本身的特性。
两个HID灯同时接通的HID发光装置存在的缺点在于难于使两个灯的色调的不规则性变得均匀一致。为了使两个灯的色调的不规则性变得均匀一致，就需要通过反复试验的取代HID灯的取代操作。
物理上和客观上表示色调的指标是开氏温标中的色温(K)。如果色温较低，色调就带红色。如果色温较高，色调就带蓝色。据说人的可见度对红的发光色较高，特别是对路面的不规则性较高。
作为一种使用一个灯转换许多灯颜色的发光装置，在日本未经审查的专利出版物(KOKAI)JP7-134902揭示的一种“灯颜色转换装置”是公知的。这种装置的不足之处在于机械结构比较复杂，以致于该装置在不改变附件结构的情况下就不能进行连接。
作为HID灯发光装置，在2001年5月的Matsushita电气工程有限公司的技术报告第13至19页的“汽车HID头灯系统的镇流器”一文中Tsutomu Shiomi，Takashi Kambara等人披露的HID灯发光装置是公知的。
发明内容
本发明是根据通常存在的不足之处而实现的。本发明的目的就是提供一种新型的高强度放电灯发光装置，它在不改变高强度放电灯的附件结构的情况下，能够很容易地使两个灯的色调变得均匀一致，独立地调节色调而不管所连接的高强度放电灯的数量，或者特别是提供一种新型的高强度放电灯，它能够通过用户的操作改变每个HID发光色的色调，和一种发光驱动方法。
本发明通过采用下面的技术组成实现上述目的。
本发明的第一个方案就是提供一种高强度放电灯发光装置，它包括高强度放电灯，低频矩形波AC驱动信号作用于该放电灯上；调节器，用于调节低频矩形波AC驱动信号的脉宽；其中通过利用上述调节器改变上述矩形波AC驱动信号的脉宽，控制从高强度放电灯发出的光的色调。
本发明的第二个方案就是提供一种驱动高强度放电灯的方法，其中低频矩形波AC驱动信号作用于该放电灯上，高强度放电灯的发射光具有第一光谱，该第一光谱包含在从低频矩形波AC驱动信号的信号极性转换点开始的第一周期内的光输出中；和第二光谱，该第二光谱包含在第一周期后面的第二周期内的光输出中。该方法包括下列步骤控制矩形波AC驱动信号的脉宽；和改变第一光谱对第二光谱的混合比率；以此控制由高强度放电灯发出的上述光的色调。
本发明的第三个方案就是提供一种高强度放电灯发光装置，它包括高强度放电灯，低频矩形波AC驱动信号作用于该放电灯上；高强度放电灯的发射光具有第一光谱，该第一光谱包含在从低频矩形波AC驱动信号的信号极性转换点开始的第一周期内的光输出中；和第二光谱，该第二光谱包含在第一周期后面的第二周期内的光输出中；信号发生器，用于产生低频矩形波AC驱动信号，其周期是第一周期和第二周期的和；比率改变器，用于改变第一周期对第二周期的比率；以此通过改变第一光谱对第二光谱的比率来控制由高强度放电灯发出的光的色调。
本发明的第四个方案就是提供一种驱动高强度放电灯的方法，其中低频矩形波AC驱动信号作用于该放电灯上，高强度放电灯的发射光具有第一光谱，该第一光谱包含在从低频矩形波AC驱动信号的信号极性转换点开始的第一周期内的光输出中；和第二光谱，该第二光谱包含在第一周期后面的第二周期内的光输出中。该方法包括下列步骤产生低频矩形波AC驱动信号，其周期是第一周期和第二周期的和；调节在第一周期中产生的第一光谱对在第二周期中产生的第二光谱的混合比率；以此控制由高强度放电灯发出的光的色调。
本发明的第五个方案就是提供一种方法，其中第一周期就是驱动信号的波形随着凸起结构或凹入结构而改变的周期，而第二周期就是驱动信号的波形表示相对稳定结构的周期。
根据本发明，即使在HID灯发光装置安装到车辆上后，HID灯发出的光色调也能够通过用户的操作进行任意的改变。因此，能够实现一种根据车辆的周围环境设定合适的亮度和合适的色调的新功能。
目标根据光源而出现不同的特性称之为“光源的演色性”。本发明能够在不用一个灯代替另一个灯的情况下，使这种光源的演色性通过一个HID灯发光装置进行随意改变。例如，根据本发明的灯能够通过提高色温，即在较高的开氏温度进行正常使用，并通过降低色温用于浓雾环境中，以此能够提高可见度。因此提高了驾驶员的安全性。
而且，本发明呈现了下面的优点。由于色调能够进行调节，左、右前灯发出的颜色能够很容易地变得均匀一致，因此能够简化HID灯替换操作。特别是排除了通过反复试验以使两个灯色调中的不规则性变得均匀一致的替换HID灯的替换操作。
因此，能够减少连接时间。
而且，根据本发明的灯的结构不是一种特定的结构，能够使用常用的标准结构。根据本发明的HID灯发光装置的优点在于成本低，便于实现。
此外，根据本发明的HID灯发光装置可用于产品展览室和展示窗等的照明，能够发出一种光谱等于自然光如“晴好天气日光”、“多云天气的光”或“中午的太阳光”的光，以便能够制造一种对光灵敏的产品的迷人外观。因此，本发明能够应用于不同的领域。
图1是描述根据本发明的一个实施例所述的HID灯发光装置结构的方框图；图2是描述作用于根据本发明的一个实施例所述的HID灯发光装置的HID灯上的驱动信号波形的波形图；图3A至3C是用于解释改变色调的控制方法的驱动信号波形图；图4表示根据本发明所述的HID灯发光装置的光谱分布的测量实例；图5表示根据本发明所述的HID灯发光装置的光谱分布的测量实例；和图6是常用的HID AC灯发光装置的方框图。
具体实施例方式
下面将参考附图描述本发明的实施例。
首先参考图2至3描述本发明的操作原理。
图2是描述作用于根据本发明的一个实施例所述的HID灯发光装置的HID灯上的驱动信号波形的波形图。
参考图2，根据本发明所述的HID灯发光装置的HID灯的驱动信号是矩形波AC信号。该矩形波AC信号是一种具有重复周期Tb的信号，其极性在半周期Ta内从正极变为负极，反之依然。
这里，假定波形从信号极性变换点(脉冲上升点或下降点)90瞬时改变为波峰(或波谷)的周期是T1，随后的稳定周期是T2。在周期T1中，取决于HID灯的瞬时现象在信号极性变换点后立即发生。该现象发生的周期T1是每个HID灯的特性，实质上是一个恒定值(周期)。
在周期T1中产生的HID灯的光谱呈现了一种在低色温时发出的红光的特性。其在周期T2中产生的光谱具有一种在高色温时发出光的特性。由于这个原因，人的视觉识别周期T1和T2中两个光谱混合的一种光谱。在由该混合产生的色调变化能够通过改变瞬时响应周期的周期T1对稳定周期的周期T2的比率进行控制。即，通过改变周期T2，能够改变是两个光谱混合的一种光谱。在此情况下，重复周期组成为使周期T2被连续改变或离散改变。
将描述一个具体的实例。在该周期中驱动HID灯时，由于周期T1为150μS，周期T2为2微秒，HID灯的色温为4000K。如果周期T2从2微秒逐渐变长，色温就从4000K升高到5000K。如果周期T2从2微秒逐渐缩短，色温就从4000K下降到3000K。
根据本发明，注意到这样的事实每个HID灯在周期T1中具有特性光谱。因此，本发明提供一种新型的HID灯发光装置，它包括调节器，用于改变周期T2。通过根据周期T2中的变化允许调节器改变HID灯4的发射光谱分量，就能够调节HID灯4的发光颜色。
图3A至3C是用于解释改变HID灯4色调的HID灯驱动方法的驱动信号波形图。
如果瞬时响应周期T1和稳定周期T2应用于图3A、3B和3C所示的波形，图3A、3B和3C中的色调就分别取决于T1对T2的比率，T1对T2′的比率，T1对T2″的比率。由于周期T2、T2′和T2″满足关系式T2＜T2′＜T2″，发射光就比较接近于蓝色，即，发光颜色的色温以此顺序升高。
在周期T1和T2，半周期Ta和驱动信号的周期Tb之间的关系用下面的方程式(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)分别除以T2，就能够给出下面的方程式(Eq.3)和(Eq.4)。
Ta/T2＝T1/T2+1(Eq.3)Tb/T2＝(T1/T2+1)×2(Eq.4)在这些方程式中，T2＞＞T1而且T1是一个定值。如果T2改变为T2′，T2″，…，T1对T2的比率，即，T1/T2根据方程式(Eq.1)至(Eq.4)进行改变。
上面已经描述了周期长度从T2延长为T2″的情形。相反，如果周期T2以此顺序缩短为T2″至T2，发光颜色就比较接近于红色，即，色温以此顺序降低。
如上所述，对瞬时响应周期T1到稳定周期T2的比率的控制，与本发明的原理一样，能够很容易和任意地进行实施。
图4和5表示根据本发明的装置的光谱分布特性(光谱表)的测量实例。光谱分布特性表示每个波长的光能。在图4和5中，水平轴表示光的波长(纳米(nm))，垂直轴表示光能。图4和5中所示的光谱分布特性是通过使用相同的电路驱动相同的HID灯，除了驱动周期外所有条件都相同而获得的。图4和5中所示的光谱分布特性根据光的波长在能量分布上是不同的。因此，这种比较表示本发明是有效的。
已经描述了矩形波占空率为50％的情形。另一种可选方案是，占空率可以不是50％。
将描述实现上述操作的本发明的构成。
图1是描述根据本发明一个实施例的HID灯发光装置结构的方框图。由于图1所示的装置在结构上几乎与图6所示的常用装置相同，与图6中所示的那些系统的构成元件用相同的参考标号表示。
参考图1，HID灯发光装置在DC到矩形波AC转换电路3和用于驱动开关元件的开关信号发生电路8的部分与图6中所示常用装置的不同。
电池1经过信号通道11和12将12v的DC电压提供给DC-DC转换器2。DC-DC转换器2将12v的DC电压转换为几十伏特到几百伏特的DC电压，并将合成的DC电压输出给信号通道21和22。
DC-矩形波AC转换电路3将信号通道21和22之间的几十伏特到几百伏特的DC电压转换为250至500Hz的矩形波AC信号，并将合成的AC信号分别输出给信号通道61和62。信号通道61和62之间的信号具有如图2和图3A至3C所示的信号波形。开关信号发生电路8是一种产生250至500Hz信号的发生电路。该开关信号发生电路8是由矩形波发生电路82和驱动电路组成。重复周期，即，从矩形波发生电路82输出的矩形波的重复频率能够通过操作屏9进行任意设定。矩形波发生电路82输出的矩形波信号通过驱动电路81提供给DC-矩形波AC转换电路3中的开关元件31、32、33和34，以能控制开关元件31至34的开关。如图2和图3A至3C所示，DC-矩形波AC转换电路3将矩形波信号输出给信号通道61和62。只有在开始接通HID灯4时，点火器7才将高压脉冲提供给HID灯4。
由于具有上述的结构和操作，图2和图3A至3C所示的信号通过信号通道71和72提供给HID灯4，以此能够改变HID灯4的发光颜色。
本实施例中的操作屏9可以是使用按钮的ON/OFF转接设备、连续可变的转接设备如滑动电阻器、选择多种类型的多点转接设备等。转接的设定可以是使用工具如驱动器的半固定设定。该转接既可以是连续可变的转接，也可以是离散的转接。
而且，HID灯色温检测器可设置来代替操作屏9以能控制等于预设色温的发光的色温。
权利要求
1.一种高强度放电灯发光装置，包括高强度放电灯，低频矩形波AC驱动信号作用于该放电灯上；和调节器，用于调节上述低频矩形波AC驱动信号的脉宽；其中通过利用上述调节器改变上述矩形波AC驱动信号的上述脉宽，控制从上述高强度放电灯发出的光的色调。
2.一种驱动高强度放电灯的方法，其中低频矩形波AC驱动信号作用于该放电灯上，上述高强度放电灯的发射光具有第一光谱，该第一光谱包含在从上述低频矩形波AC驱动信号的信号极性转换点开始的第一周期内的光输出中；和第二光谱，该第二光谱包含在上述第一周期后面的第二周期内的光输出中；上述方法包括下列步骤控制上述矩形波AC驱动信号的上述脉宽；和改变上述第一光谱对上述第二光谱的混合比率；以此控制由上述高强度放电灯发出的上述光的色调。
3.一种高强度放电灯发光装置，包括高强度放电灯，低频矩形波AC驱动信号作用于该放电灯上；上述高强度放电灯的发射光具有第一光谱，该第一光谱包含在从上述低频矩形波AC驱动信号的信号极性转换点开始的第一周期内的光输出中；和第二光谱，该第二光谱包含在上述第一周期后面的第二周期内的光输出中；信号发生器，用于产生上述低频矩形波AC驱动信号，其周期是上述第一周期和上述第二周期的和；比率改变器，用于改变上述第一周期对上述第二周期的比率；以此通过改变上述第一光谱对上述第二光谱的比率，来控制由上述高强度放电灯发出的光的色调。
4.一种驱动高强度放电灯的方法，其中低频矩形波AC驱动信号作用于该放电灯上，上述高强度放电灯的发射光具有第一光谱，该第一光谱包含在从上述低频矩形波AC驱动信号的信号极性转换点开始的第一周期内的光输出中；和第二光谱，该第二光谱包含在上述第一周期后面的第二周期内的光输出中；上述法包括下列步骤产生上述低频矩形波AC驱动信号，其周期是上述第一周期和上述第二周期的和；调节在上述第一周期中产生的上述第一光谱对在上述第二周期中产生的上述第二光谱的混合比率；以此控制由上述高强度放电灯发出的光的色调。
5.如权利要求2或4所述的一种方法，其中第一周期就是上述驱动信号的波形随着凸起结构或凹入结构而改变的周期，而第二周期就是上述驱动信号的波形表示相对稳定结构的周期。
全文摘要
一种高强度放电灯发光装置包括调节矩形波AC电压脉宽的调节器。通过使用调节器控制矩形波AC电压的脉宽，能够改变作用于高强度放电灯上的矩形波AC电压的脉宽，以此能够调节该高强度放电灯的发光颜色。
文档编号H05B41/288GK1713795SQ200510005740
公开日2005年12月28日 申请日期2005年1月24日 优先权日2004年6月23日
发明者冲岛清 申请人:三耀技术股份有限公司