JP2008521047A - 放電灯を動作する投影システム及び方法 - Google Patents

Abstract

放電灯を動作させる投影システム及び方法が記載される。投影システムは、放電灯１２及び駆動エレクトロニクス１４を有する。カラーホイール１８は、順次的な色の時間周期２２，２２ａにおける異なる色による光シーケンス２０を発生するため、ランプ１２から放出される光１６をフィルタリングするカラーフィルタとしての役割を果たす。色の時間周期２２，２２ａの間、スポークの時間周期２４，２４ａが配置される。駆動エレクトロニクスは、色の時間周期２２，２２ａの少なくとも１つで発生された重ね合わされた第一の電流パルスをランプ電流Ｉに設ける。より大きな柔軟性を可能にし、安定なアーク動作及びランプの寿命を通した一定のカラーポイントを達成するため、駆動エレクトロニクス１４は、ランプ電流に重ね合わされる第二の電流パルスを更に供給する。第二の電流パルスは、スポークの時間周期２４，２４ａの少なくとも１つの間に発生される。

Description

本発明は、放電灯を動作させる投影システム及び方法に関する。

投影システムが知られており、ランプ、好ましくは、放電灯は投影のために使用される光を発生する。光は色変調され、すなわち時間／空間の順次的な系列が発生される。この色変調された光は、たとえばＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）若しくは、透過型又は反射型ＬＣＤ装置といった光バルブに供給される。

一般に、投影システムにより必要とされる光出力について、電流を交互にすることで駆動される放電灯を使用することが好ましい。このケースでは、アークを安定化するため、電流パルスを使用することが知られている。これらのパルスは、アークのジャンプを効果的に防止する役割を果たす。しかし、問題点として、電流パルスは、時間を通して非一様な光放出を招き、したがってタイムシーケンシャルなカラーディスプレイをもつ投影システムにおいてカラーアーチファクトを生じる。

この問題は、放電灯の存続期間の挙動により更に複雑化される。一般に、存続期間を通して電気的な特性は変化する。通常、電極の焼きつきのためにランプ電圧が増加する。電気的な動作電力を一定に保持するため、ランプ電流は、これに応じて低減される必要がある。

ＥＰ−Ａ−１１５４６５２号は、投影システムを記述している。ＨＩＤ（High Intensity Discharge）ランプは、交流電流で動作される。カラーホイールは、ＨＩＤランプから放出される光を色変調する役割を果たす。カラーホイールは、異なる色についてフィルタのセグメントを有する。カラーホイールが光経路でターンするとき、シーケンシャルな色の周期で光が生成される。ＥＰ−Ａ−１１５４６５２の投影システムでは、電流パルスは、アークを安定化するために交流のランプ駆動電流に重ね合わせされる。これらの電流パルスの作用を補償し、システムの色バランスを保持するため、電流パルスのそれぞれは、色の周期で生成される。

この動作モードから生じる問題点は、存続期間を通して平均のランプ電流が減少する間、アークを安定化するために必要とされる電流の振幅が固定されることである。したがって、色バランスがランプの存続期間の早期の段階で良好に調節されるが、電流パルスによりカラーセグメントの間に生成される増加される光の量のため、時間を通しての知覚できる色のシフトが存在する。動作モードは、余りに柔軟性がないため、かかるシフトを補償することができない。

本発明の目的は、存続期間にわたりカラーバランスの安定性を改善するために十分にフレキシブルである、放電灯を動作させる投影システム及び方法を提供することにある。

上記目的は、請求項１記載の投影システムにより達成され、請求項８記載の放電灯を動作させる方法により達成される。従属の請求項は、本発明の好適な実施の形態を示す。

本発明によれば、カラーフィルタ手段、たとえばカラーホイールは、光シーケンスを発生する。この光シーケンスは、色の時間周期（time period）であり、この色の時間周期を通して光が一定の色からなることが好ましい。異なる色に関する色の時間周期は、順次的、一般には周期的に配置される。色の時間周期の間で、スポークの時間周期が配置される。好ましくは、スポークの時間周期内で光がノンコンスタントカラー（non-constant color）からなるように、スポークの時間周期は選択される。カラーホイール又は匹敵するシーケンシャルフィルタ手段が使用される場合、スポークの時間周期は、ある一定の色の時間周期から別の色の時間周期への遷移を組み込み、スポークの時間周期内で、光がノンコンスタントカラーからなる。スポークタイムは、できるだけ短くなるように定義されることが好ましく、通常は一定の色の時間周期よりもかなり短い。スポークの時間周期の間に発生される光は、カラー画像を発生するために使用することができない。色に関わらず、完全にブロックされるか、又は投影された画像全体を明るくするために使用される。

上述された光シーケンス内で、駆動手段は、アークを安定化するための電流パルスを生成する。第一の電流パルスが発生され、基本のランプ電流に重ね合わされる。基本のランプ電流は、交流電流であるが、直流電流が使用される場合もある。ここで、第一の電流パルスのそれぞれは、色の時間周期のうちの１つで発生される。電流パルスは、色の時間周期の期間の終了の間のアクティブであるか、又は色の時間周期の一部の間にのみアクティブである場合がある。しかし、第二の電流パルスが発生され、基本の電流に重ね合わせされる。第二の電流パルスは、スポークの時間周期の間に発生される。

交流電流に重ね合わされる第一及び第二の電流パルスで放電灯を駆動する幾つかの利点が存在する。交流電流の同じ半周期で２つのタイプの電流パルスを使用することで、アークの安定に対する非常にフレキシブルなアプローチが可能となる。直流電流で駆動されるランプについて、アークの安定の利点が存在する。

交流電流により駆動されるランプのケースで、第二の電流パルスについて、第一の電流パルスの開始後に交流電流の同じ半周期内で開始することが好ましい。また、交流電流のケースでは、第一及び第二の電流パルスの両者について、極性の変化の前に手短に発生されるのが好ましく、最も好ましくは極性の変化まで継続することが好ましい。

また、好ましくは、第二の電流パルスは、第一の電流パルスよりも短い期間を有する。特に交流電流のケースで極性の変化の前にアーク安定の作用が電極の加熱としてみることができるので、第二の電流パルスは、極性の変化に近い場合に、第一の電流パルスよりもかなり短い期間を有するとしても、アーク安定化に重要な影響を有する。

さらに、第二の電流パルスは、スポークの時間周期の間に発生されることが有利である。第一の電流パルスが色の時間周期の間に発生され、したがって全体の投影システムの色バランスにおける重要な役割を果たすので、スポークの時間周期の間に発生される第二の電流パルスは、色バランスに重要な影響を及ぼさない。これは、スポークの時間周期が通常は、特定の色の画像を発生するために使用されないためである。

本発明の更なる発展によれば、第一の電流パルスの振幅は、平均電流に対する固定された関連で選択される。従来技術のシステムでは、固定された振幅の電流パルスのみ（すなわちアーク安定のために必要とされる振幅）が発生され、平均電流（すなわち、電流パルスなしに、半周期内の平均電流）に関連して第一の電流パルスの振幅を選択することが提案され、２者間の光出力の比率が本質的に一定となる。所与のランプで、光出力が（許容可能な精度の程度にまで）電力に直接に比例する場合、これは、平均電流を固定されたファクタで乗算することで、第一の電流パルスの振幅を計算するとき、非常に容易に達成することができる。電力に関連して光出力の更に複雑な挙動のケースでは、又はより大きな色の精度が必要とされる場合、駆動手段内での内部のルックアップテーブルが利用され、一定の光出力の比を達成するように第一の電流パルスの振幅を計算する。

平均電流に関連する第一の電流パルスを選択することで、存続期間にわたるカラーシフトが回避される。第一の電流パルスによる色の時間インターバルは、発生される全体の光の一定の部分に常に寄与する。存続期間を通して電気的な変化（存続期間を通したランプ電圧の増加）のため、平均電流が調整される場合、第一尾電流パルスの振幅は自動的に調整される。したがって、第一の電流パルスによる存続期間にわたるカラーシフトが除去される。

他方で、スポークの時間周期の間に発生された第二の電流パルスは、カラーバランスカラーバランスに影響を与えないか、又は非常に小さな影響を与える。したがって、第二の電流パルスの振幅は、カラーバランスに関わらず、良好なアークの安定を達成するために選択される。特に、第二の電流パルスの振幅は、ランプ電流の本質的に固定された値に到達するように選択される。この固定された値は一定に保持される。代替的に、第二の電流パルスの振幅は、良好なアークの安定について十分なパルスの振幅を保証するため、ルックアップテーブルから取られる、予め決定された値からなるように選択される。

以下では、本発明の実施の形態は、添付図面を参照して説明される。
図１では、例示的な投影システム１０が示されている。ドライバエレクトロニクス１４により駆動されるランプ１２は、光１６を発する。光１６のスペクトル分布は、ランプ１２のタイプに依存するが、全てのカラーを有する。この光１６は、カラーフィルタ手段として作用するカラーホイール１８により色変調される。例示されるカラーホイール１８は、異なる色（Ｒ＝赤、Ｂ＝青、Ｇ＝緑）についてカラーフィルタをもつセクタＲ，Ｂ，Ｇを有する。カラーホイール１８が回転すると、色変調された光シーケンス２０が発生される。異なる実施の形態では、カラーホイールは、３を超えるセクタを有する場合がある。

図２は、時間変調された光シーケンス２０を示す。時間ｔを通して、光シーケンス２０は、色の時間周期２２を有し、光シーケンス２０で発生された光は、カラーホイール１８のセクタのカラーフィルタＲ，Ｇ，Ｂの１つのみでフィルタリングされているオリジナルの光１６に対応する。したがって、色の時間周期２２で、光２０は一定の色からなる。

色の時間周期２２の間で、スポークの時間周期２４が配置される。スポークの時間周期２４は、カラーホイール１８のセクタのカラーフィルタＲ，Ｇ，Ｂ間の遷移の周りに中心にされる時間のインターバルである。したがって、スポークの時間周期２４内で、光２０の色は、先行する色の時間周期２２の色から。後続する色の時間周期２２の色まで変化する。したがって、スポークの時間周期２４内の光は、一定ではない色からなる。

スポークの時間周期は、色の時間周期２２の間で多かれ少なかれ任意に定義されるが、ある色から別の色への遷移を少なくとも含む。スポークの時間周期の期間は、好ましくは短く、色の時間周期よりもかなり短く、最小の期間に大部分は対応し、後続及び先行する色の時間期間２２について一定の色となることが補償される。スポークの時間期間は、カラーホイールの直径に関してカラーホイール１８の光１６のスポットサイズに依存する。一般に、それぞれの色の時間周期について、交流のランプ電流の半周期の１０〜４０％に対応することが好ましい。スポークの時間周期の期間は、半周期の時間の１〜６％である。半周期の当たりの６つの色の時間周期のケースについて、色の時間周期の期間は、半周期の１０〜２０％であることが好ましい。

図１に戻り、カラーシーケンスの光２０は、光バルブ２６に供給され、このバルブは、透過型又は反射型からなる。このタイプの公知の手段は、ＤＭＤ（Digital Mirror Device）又はＬＣＤ装置である。これらは、光画像が生成されるように、オン又はオフにされる個々の画素を有し、それらオン／オフ状態に係る個々の画素は、色の光シーケンス２０の実際の色に存在するか否かである。この画像２８は、スクリーン又は匹敵する装置に投影され、通常、明確さのために本実施の形態では図示されていないが、更なる光学装置が使用される。

図１に示される放電ランプ１２は、所与の例では、ドライバエレクトロニクス１４により供給される交流電流により駆動される。図３は、時間ｔにわたるランプ電流Ｉの変動が示される図が示される。図３は、たとえばＥＰ−Ａ−１１５４６５２のような従来技術に従う放電灯を動作させる投影システム及び方法の交流電流の半周期のみを示す。

図３の上の部分では、色の時間周期２２及びスポークの時間周期２４による色の光シーケンス２０が示されている。
はじめに図３における実線から考える場合、カラーホイール１８の回転に対して半周期が同期される交流電流Ｉでランプ１２が駆動される。半周期内で、カラーホイール１８は２度回転する。したがって、半周期内で６つのフルカラーの時間周期が存在する。

なお、図３及び図４に示される曲線は同一であり、矩形の曲線であり、実用的な用途では、幾分異なって見える。また、この矩形の形状は、好適であるが、交流電流Ｉについて使用される可能性のある波形のみではない。

図示される半周期内で、ランプ電流Ｉは本質的に一定である。しかし、最後の色の時間周期２２ａでは、赤の光に対応するこの例では、電流パルスは、一定の基本のランプ電流Ｉに重ね合わせされ、極性の変化の前の電流Ｉは、予め決定されたレベルに上昇する。

この電流パルスは、ランプ１２におけるアークを安定化する役割を果たす。図示される例では、電流パルスは、電流パルスが１つの全体の色の時間周期２２ａを通してアクティブであるようなやり方で、時間の色シーケンス２０に同期される。代替的に、電流パルスは、色の時間周期２２ａの固定された部分のみについてアクティブである場合がある。

図３に示されたやり方で駆動されるシステム１０のカラーバランスに関して、色の時間周期２２ａの間の電流パルスは増加された赤の光の量を導く。しかし、この作用は既知であるので、コンプリートなシステムの所望のカラーバランスを達成するために補償されるか、採用される。更なる赤の光が補償する場合があるように、光１６のスペクトルの分布は一様ではない。また、カラーホイール１８のセクタＲ，Ｇ，Ｂのサイズは、所望のカラーバランスを達成するために調節される場合がある。

図３における実線はランプ１２の早期の寿命のステージにおける電流を示しているが、ランプ１２の電気的な特性は、存続期間を通して変化する。電極の焼きつきのため、電圧が増加する。一定の電力を達成するため、ドライバエレクトロニクスは、電流Ｉを低減する。これは、図３における点線で示されている。ここで電流Ｉは、かなり低減されている。

しかし、アークを低減するため、一定の電流レベルは極性の変化の前に到達するように、インターバル２２ａの間の電流パルスが増加される。しかし、これは、全体の赤の光のフラクションが早期の寿命のステージよりも非常に大きいので、カラーバランスにおける著しい変化につながる。

図４は、本発明の実施の形態に係るランプ電流Ｉを示す。さらに、電流Ｉは、色の光シーケンス２０と共に時間を通してプロットされている。図３の基本ランプの先に説明された例におけるように、電流Ｉは、図示される半分のインターバルを通して本質的に一定である。極性の変化前の最後の色の時間インターバル２２ａの間、第一の電流パルスが生成され、色に時間周期２２ａを通して続く基本のランプ電流Ｉに重ね合わせされる。色の時間周期２２ａの直後にはスポークの時間周期２４ａである。スポークの時間周期２４ａの間、電流Ｉが極性の変化まで第一の電流パルスのハイレベルで保持されるように、第二の電流パルスが発生される。

実線で示されるように、ランプ１２の寿命の早期の段階の間、第一及び第二の電流パルスは振幅的に本質的に等しい。しかし、第二の電流パルスは、第一の電流パルスの開始後に開始し、図示される例では、第一の電流パルスの終了の後でさえ開始する。第二の電流パルスは、色の時間周期２２ａに関してスポークタイム２４ａの短い期間に対応して、著しく短い期間を有する。

ここで、ランプ１２の寿命を通して、電気的な特性が変化するので、基本のランプ電流Ｉは、図４における点線に従ってランする。図３の例におけるように、平均電流は減少する。したがって、半周期の第一の部分における電流Ｉは、これに応じて低減される。

第一の電流パルスは、（電流パルスなしに、基本のランプ電流を取ることで計算される）平均電流に関して固定された割合に従って選択される。たとえば、第一の電流パルスは、その振幅が平均電流の振幅の常に２倍の高さであるように選択される。大部分のアプリケーションについて、ランプ１２の光出力は電力に直接に比例するように考慮されるので、色の時間周期２２ａの間に発生された赤の光が半周期の残りを通して発生される光に対して一定の関係に常にあるという効果を導く。したがって、第一の電流パルスにより存続期間を通してカラーシフトがない。

特定のアプリケーションについて、発生された電力と光の間の関係は、所望の精度の程度に直接に比例せず、ルックアップテーブルは、平均電流と第一の電流パルスとの間の固定された比に代わりに使用される。このケースでは、それぞれの平均電流の値について、光出力における一定の比を生じる電流パルスの振幅が与えられるように、既知のランプ特性から前もってルックアップテーブルが決定される。

第一の電流パルスとは対照的に、平均電流及び第一の電流パルスとは独立な固定された振幅の値に到達されるように第二の電流パルスの振幅が選択される。

第二の電流パルスは、スポークの時間周期２４ａの間に発生され、この小さな時間インターバルの間にアクティブである。しかし、図示される実験として、この短い期間のパルスでさえ、アークの安定化に重要な役割を果たす。電流パルスによるアークの安定化は、陰極性となり、放電のために電子を放出する必要がある前に、アノード電極の更なる電極の加熱として理解される。したがって、パルスは、それぞれ半サイクルの文字通りの終了で十分な量のエネルギーを供給する必要がある。ここで、極性の変化の前に非常に短く供給されたエネルギーは、長い時間周期にわたり供給される等しい量のエネルギーよりも非常に大きい影響を有する。したがって、十分なアーク安定化を達成するため、比較的に短い更なるパルスが続く。

スポークの時間インターバルにおける電流の固定された振幅の値を使用する代わりに、第一の電流パルスの異なる値について、アーク安定に必要な値を計算することも可能である。これらの値は、ランプ１２の寿命の異なるステージで、第二の電流パルスの必要な振幅を判定するため、ルックアップテーブルを構築するために使用される。

以下では、可能性のある値の幾つかの例が与えられる。はじめに、半周期内の６つの色の時間周期２２による所与の例である図４では、１つの色の時間周期の期間は、全体の半周期の約１４．６７％であり、スポーク時間は、全体の半周期の約２％である。これらの値は、異なる実現について異なるが、色の時間周期はスポークの時間周期よりもかなり長く、好ましくは４以上のファクタによる。

好適な実施の形態では、新たなランプ１２の平均のランプ電流Ｉは、２Ａの値を有する。ここで、電流パルスをカウントすることなしに、プラトー電流、すなわち半周期の間のメイン電流を見る。第一の電流パルスの振幅は、プラトー電流の振幅のそれと同じ振幅値で固定され（固定ファクタ＝１）、第一の電流パルスの振幅は２Ａであり、色の時間周期２２ａの間の全体の電流は４Ａである。４Ａの電流の固定された全体の値に到達されるように第二のパルスが選択される。

同じ例では、旧式のランプにより、平均電流が１Ａに低減されていることを想定する。固定された比のため、第一の電流パルスは１Ａとなり、色の時間周期２２ａの間の全体の振幅２Ａに導く。スポークの時間周期２４ａの間の第二の電流パルスによる全体の振幅は、４Ａで固定されたままであり、半サイクルタイムの最後の２％について、安定な出力動作のために十分な電極の加熱が達成される。

第二の好適な例によれば、プラトー電流と第一の電流パルスの間の固定の比率は０．５である。新たなランプについて、プラトー電流（平均電流）Ｉは２．５Ａであるとし、１．２５Ａの第一の電流パルスは、半サイクルタイムの１３％について３．７５Ａの全体の振幅に導く。第二の電流パルスは、この初期の存続期間のステージで、第一の電流パルス１．２５Ａに等しくなるように選択され、３．７５Ａのスポークの時間周期２４ａの間の全体の振幅に到達する。

同じ例では、ランプ１２の相当な存続期間の後、プラトー電流（平均電流）が１Ａに低減されたと想定する。固定された比率によれば、第一の電流パルスは０．５Ａであり、１．５Ａの全体の振幅につながる。さらに、ドライバエレクトロニクス１４は、内部のルックアップテーブルからの値に従って第二の電流パルスの間に全体の振幅を４．２５Ａに設定する。

第二の例から見られるように、第二の電流パルスの間の振幅は、固定されている必要がない。第一の電流パルスが電極の低減された前加熱（pre-heating）につながるロウの値に到達するケースで、フラッターのない（flutter-free）動作を維持するために第二の電流パルスを増加することが得策である場合がある。

しかし、両方のケースでは、カラーポイントは、色の時間インターバル２２，２２ａの間の光出力に依存して、存続期間を通して一定のままであることが明らかである。
したがって、フラッターのない動作を維持しつつ、全体のランプ寿命を通して一定のカラーポイント及び光利得を達成する目的が達成される。
上述された投影システム１０に対して可能な幾つかの変更及び捕捉が存在する。

他方で、スポークの時間周期の間に発生される光は、正しいカラー画像を得るために光バルブ２６により完全にブロックされる。しかし、画像の増加される明るさは、色に関わらず必要とされる場合、画像を明るくするために完全に又は部分的にスポーク時間の間に発生される光を使用することが可能である。このケースでは、ドライバエレクトロニクス１４が、第二の電流パルスの時間、時間及び振幅に関する情報を投影システム制御エレクトロニクスに供給する場合に有利である。

別の変更が第一及び第二のパルスの期間及び振幅に固有である。これらは、上述されたように、ドライバエレクトロニクス１４により決定される。しかし、投影制御エレクトロニクスにとって特別の通信プロトコルを介してパルス設定を変更することが可能であり、投影システム制御エレクトロニクスについて、これらのパルスの発生を直接的に制御することも可能である。

投影システムの概念図である。 光シーケンスを概念的に例示する図である。 従来技術に対応する時間を通したランプ電流の図である。 本発明の実施の形態に係る時間を通したランプ電流の図である。

Claims (8)

1. 放電灯と、
   基本のランプ電流で前記放電灯を動作させる駆動手段と、
   順次的な色の時間周期における異なる色をもつ光シーケンスを発生するために前記放電灯から放出された光をフィルタリングするカラーフィルタ手段とを含み、
   前記色の時間周期の間にスポークの時間周期が配置され、
   前記駆動手段は、前記基本のランプ電流に重ね合わされる第一の電流パルスを供給し、前記電流パルスのそれぞれは、前記色の時間周期のうちの１つの間に発生され、
   前記駆動手段は、前記基本のランプ電流に重ね合わされる第二の電流パルスを更に供給し、前記第二の電流パルスのそれぞれは、前記スポークの時間周期のうちの１つの間に発生される、投影システム。
2. 前記光シーケンス内で、前記色の時間周期の間、前記光は一定の色からなり、
   前記スポークの時間周期内で、前記光は一定でない色からなる、
   請求項１記載のシステム。
3. 前記第二の電流パルスは、前記第一の電流パルスの開始後に開始する、
   請求項１又は２記載のシステム。
4. 前記第二の電流パルスは、前記第一の電流パルスよりも短い期間を有する、
   請求項１乃至３のいずれか記載のシステム。
5. 前記基本のランプ電流は交流電流であり、
   前記第一の電流パルスの振幅は、前記交流電流の半周期の間に平均電流に関して選択され、前記平均電流は、前記平均電流による光出力と前記第一の電流パルスによる光出力との比率が本質的に一定であるように、前記電流パルスに関わらずに計算される、
   請求項１乃至４のいずれか記載のシステム。
6. 前記第一の電流パルスの振幅は、一定の光の比率を達成するために前記駆動手段の内部のルックアップテーブルに従って選択される、
   請求項５記載のシステム。
7. 前記第二の電流パルスの振幅は、前記ランプ電流の振幅が本質的に固定された値に対応するように選択される、
   請求項１乃至６のいずれか記載のシステム。
8. 基本のランプ電流で放電灯を動作させるステップと、
   前記放電灯から放出される光をフィルタリングして、順次的な色の時間周期における異なる色をもつ光シーケンスを発生するステップとを含み、
   前記色の時間周期の間にスポークの時間周期が配置され、
   前記基本のランプ電流に第一の電流パルスが重ね合わされ、前記電流パルスのそれぞれは、前記色の時間周期のうちの１つで発生され、
   前記基本のランプ電流に第二の電流パルスが更に重ね合わされ、前記第二の電流パルスのそれぞれは、前記スポークの時間周期のうちの１つの間に発生される、
   放電灯を動作させる方法。

Images