專利名稱：在圖像描繪系統中操作汞蒸氣放電燈的方法和操作控制器的制作方法
技術領域：
本發明涉及在圖像描繪系統(image rendering system)中具體來說即投影儀系統中操作汞蒸氣放電燈的方法和操作控制器，用于顯示圖像內容，例如視頻內容，放映幻燈片、或其它顯示。進而，本發明涉及用于驅動這樣一種圖像描繪系統的方法，并且還涉及適當的圖像描繪系統。
汞蒸氣放電燈包括一個外殼，構成外殼的材料能夠耐高溫，例如石英玻璃。鎢構成的電極從兩側伸入這個外殼內。外殼在下面也稱之為“弧光管(arc tube)”，包含主要為汞的填充物以及一種或多種稀有氣體。在電極的兩端加上高的電壓，就在電極的尖端產生弧光，然后在較低的電壓下維持所說的弧光。由于汞蒸氣放電燈的這種光學性質，所以尤其在投影儀系統中優選使用汞蒸氣放電燈。對于這樣的應用，需要一個光源，光源盡可能是點形光源。進而，期望盡可能高的發光強度，并且伴有光的盡可能天然的光譜組成。利用所謂的高壓氣體放電燈或高強度放電燈(HID燈)，特別是超高性能燈(UHP燈)，就可以以最佳的方式實現這些性質。
背景技術：
通常，這樣一種高壓放電燈的弧光管具有極小的尺寸，例如體積約為10mm3。這樣一種燈的高的電極負載導致鎢從電極的蒸發，鎢然后沉積在弧光管的壁上，導致弧光管出現極其不期望出現的變黑。必須避免出現壁的變黑，否則由于熱輻射的吸收的增加在弧光管的操作壽命時間將使弧光管的壁溫增高，最終將使弧光管破壞。為了避免由于鎢的遷移引起的壁變黑，要在弧光管的氣體中添加數量準確的氧和鹵素，優選是溴。添加到燈的氣氛(lamp atmosphere)中的這種添加劑可以阻止從電極蒸發的鎢淀積在燈泡的壁上，這是因為在接近燈泡壁的燈泡的較冷的區域，鎢原子起化學反應，形成揮發性的鹵氧化物分子，鹵氧化物分子例如通過對流遷移到靠近電極的燈的較熱區域，在這里這些鹵氧化物分子離解。以此方式，鎢原子以再生的方式返回到燈的電極。這種遷移循環通常稱之為“再生循環”。
如果用比燈的標稱功能低得多的操作功率驅動所說的燈，就要出現問題。低于某個功率電平，汞就要凝結，其結果是鹵素例如溴受到液態汞的束縛(bonded)。于是，再生循環不再有效。
然而，對于未來幾代的多媒體投影儀，期望可能使投影儀的燈逐漸變暗，其中功率是由視頻內容決定的。通過適當地控制投影儀的圖像描繪部件如顯示器，就象至今所作的那樣，對于較黑暗的場景，通常可能使圖像變黑暗。但是，對于具有特定數目的亮度水平(例如8比特)的顯示器，這一技術導致部分動態范圍丟失，因為某些比特已經不能使用了。借助于圖像描繪部件使投影儀變暗導致對比度損失。另一方面，通過使光源變暗，由圖像描繪部件提供的整個對比度范圍都可投入使用，甚至于在黑暗場景中也可使用。例如，文章“用于自適應動態范圍控制的照明控制系統”(Takashi Toyooka等人，SID 04文摘，174，2004)指出，減小燈的功率可能是動態減小光輸出的最優選的措施，但由于受到超高性能燈的變暗范圍的限制，還沒有采用這項措施。對于超高性能燈變暗的限制通常由汞的凝聚確定，如以上所述。
發明內容
因此，本發明的一個目的是在圖像描繪系統中，特別是在投影儀系統中，提供一種操作汞蒸氣放電燈的容易和廉價的方法和相應的操作控制器，以便允許燈可以令人滿意的變暗又不會降低汞蒸氣放電燈的壽命長度。
為此，本發明提供一種用于操作汞蒸氣放電燈的方法，其中，在顯示圖像內容必需的整個操作時間，按照所說內容的當前亮度參數，有意地使所說的燈在飽和操作狀態工作至少一部分的整個操作時間，在所說的飽和操作狀態汞在燈的弧光管中凝聚，并且，至少在另一部分操作時間，燈在不飽和操作狀態受到驅動，其中基本上所有的汞都蒸發，并且其中，對于在飽和操作狀態和不飽和操作狀態中操作的周期的持續時間進行選擇，以使在燈的整個操作時間弧光管的壁沒有任何變黑。
術語“飽和操作狀態”描述的是在弧光管中有如此多的汞發生凝聚以致于中斷了再生循環的操作狀態，通常導致弧光管的壁明顯變黑。另一方面，術語“不飽和操作狀態”描述的是汞已經蒸發以致于再生循環基本上未受干擾的操作狀態。
在按照本發明的方法的范圍內，燈的操作狀態是臨時地、有意地跌落到明顯低于汞凝聚電平的電平，因此可使燈變暗，因而在視頻產物和/或類似的圖像內容的較暗的場景中，可以獲得全對比度范圍，或者獲得至少比用至今可用的方法已經達到的對比度還要高的對比度。在不飽和模式的隨后的操作周期期間，再生循環導致消除了壁的初始變黑。試驗令人驚奇地表明，在極端昏暗的水平和標稱功率之間交替地操作，即有再生循環和沒有再生循環交替進行，可導致清潔石英壁。換言之，通過不斷地監視燈操作在飽和操作狀態和不飽和操作狀態的周期，并且通過明智地在這兩個狀態之間進行切換，就可以保證在進行顯示的整個操作時間期間內壁沒有任何明顯的變黑。
“整個操作時間”在這里意指顯示某個內容所需的時間，這個時間不要和燈的整個壽命期限或燈的壽命時間混淆。在燈的整個壽命時間，由于其它的物理過程，也可能產生內壁變黑，這種情況利用迄今可利用的操作方法就可以觀察到。另一方面，使用按照本發明的使燈變暗的方法，不會發生任何附加的明顯使內壁變黑的現象。
從飽和操作狀態切換到不飽和操作狀態通常優選是通過提高燈的功率到大于標稱功率電平的功率電平實現的。由于弧光管中汞的壓力是燈的溫度的函數，因此在某些條件下，以及在適度地冷卻燈的情況下，能滿足降低冷卻的需要，由此提高燈的溫度，使汞再一次地蒸發。然而，為清楚起見但又不會以任何方式包含限制，應將隨后提高燈的功率理解為從飽和操作狀態到不飽和操作狀態的切換，即使在某些情況下這種切換可以通過降低燈的冷卻程度實現或完成的亦是如此。
在圖像描繪系統中用于操作汞蒸氣放電燈的合適的操作控制器包括亮度參數確定單元，用于確定要由圖像描繪系統顯示的圖像內容的亮度參數；和時間測量單元，用于測量燈的操作時間。進而，所說系統必須包括一個合適的功率控制單元，用于控制燈的功率，并且任選地用于控制燈的強制冷卻的冷卻功率。這個功率控制單元必須按照下述的方式實施在顯示圖像內容所必需的整個操作時間期間，按照圖像內容的亮度參數，在至少一部分整個操作時間，燈有意地操作在飽和操作狀態，并且在至少另一部分整個操作時間，燈的驅動是在不飽和操作狀態，并且要對在飽和操作狀態和不飽和操作狀態的操作周期的持續時間進行選擇，以使在燈的整個操作時間弧光管的壁沒有任何明顯的變黑。
從屬權利要求以及隨后的描述具體地公開了本發明的優選實施例和特征。
在本發明的一個優選實施例中，對于燈在飽和操作狀態的連續操作時間進行監視，并且如果燈在飽和操作狀態的連續操作時間達到了預先確定的時限，將燈的操作切換到不飽和操作狀態。
根據燈類型，所說預先確定的時限優選在1分鐘和60分鐘之間。視頻內容中單個黑場景的典型持續時間通常低于60分鐘的時限。60分鐘的時限對于發生明顯的燈壁變黑現象來說是太短。一系列試驗表明，明顯的不可逆轉的壁變黑現象，只發生在沒有再生循環的條件下不間斷地驅動燈超過這個時限的時間長度以后。
為了清潔在昏暗模式下操作例如最大值60分鐘之后的初始燈壁變黑，將燈的功率提高一定的時間長度，優選至少1分鐘。在一般情況下，在標稱的功率下的這個1分鐘的時間周期足以清潔所說的壁，使得如果必要的話，例如在顯示內容的較黑場景繼續出現的條件下，燈能夠再一次地在飽和操作狀態操作。
試驗還表明，從長期觀點出發，燈不應該在飽和操作狀態下操作較長的時間。因此，在本發明的優選實施例中，要對燈在飽和操作狀態的積分操作時間和燈在不飽和操作狀態的積分操作時間進行監視。如果在預先確定的監視周期燈在飽和操作狀態的積分操作時間與燈在不飽和操作狀態的積分操作時間之比達到了預先確定的數值，則將燈的操作從飽和操作狀態切換到不飽和操作狀態。預先確定的監視周期例如可以是顯示某個圖像內容所需的總的操作時間。換言之，監視周期是圖像顯示一旦完成時從接通圖像描繪系統到再斷開圖像描繪系統的時間。按照另一種方式，監視周期可以是較短的或較長的時間長度，例如幾個小時。在這種情況下，可以將斷開設備之間的一系列顯示的操作時間加到一起。
燈在飽和操作狀態的驅動的時間與燈在不飽和操作狀態驅動的時間之比在幾個小時某個操作時間內優選不大于1。換言之，燈在極度昏暗的模式下的驅動時間不應大于整個操作時間的一半，因而至少有一半的時間，燈是在再生循環起作用的操作模式下進行驅動的。
按照確定燈是在飽和操作狀態下驅動還是在不飽和操作狀態驅動的最容易的方式，要利用代表燈當前的操作功率的參數。這個參數例如是特定的燈的瞬時功率值或者是特定的燈電流。這些值可以在任何時間確定，因此利用起來是很容易的。例如，可以確定某個閾電平，因此，對于超過這個閾電平的燈功率，可以認為燈正工作在不飽和操作模式，對于低于這個閾電平的燈功率，可以認為燈正工作在飽和操作模式。
盡管如此，由于燈的熱慣性，汞的凝聚和蒸發不會嚴格地跟隨功率的變化的。如果針對功率電平改變燈的強迫冷卻，則情況將變得甚至于更加復雜。因此，具有凝聚的汞的燈操作的持續時間取決于燈功率的先前歷史情況，并且取決于每個高和低功率電平的情況，還取決于強迫冷卻強度的先前歷史情況。因此，簡單地監視燈功率可能不會嚴格控制弧光管中汞的凝聚狀態。
因此，按照一種更加準確的方法，測量燈的電壓和燈電流，并且對測量結果進行分析，以給出在弧光管中氣體汞的飽和狀態的指示，確定燈的驅動是在飽和操作狀態還是在不飽和操作狀態。
借此，優選地，確定燈的電流-電壓特性曲線的性質，以給出汞飽和狀態的指示。按照正常的操作模式，汞蒸氣放電燈顯示的是負的電流-電壓特性。通常由電流的減小引起的燈功率的減小將導致操作電壓的增加。然而，可發現，如果某些汞已經凝聚，電壓對于功率(或電流)變化的響應主要是由汞的壓力變化確定的。這就導致燈的電壓對于電流的減小的一個不同的響應。與不飽和燈的情況相反，飽和燈的電壓由于汞的凝聚以及最終的汞壓力的下降而下降。在電流增加的情況下，可以觀察到電壓響應行為的類似差別。這種行為可以解釋如下如果在不飽和操作狀態期間，即在正常的操作模式，減小電流，則電極之間的等離子體冷卻到較低的溫度，并且電離的程度下降。結果，燈的電阻增加，和操作電壓的情況一樣。另一方面，在飽和操作狀態，電流的增加導致燈的熱量輸出的增加。這首先導致汞從熔融體蒸發。在氣體中蒸發的汞原子的增加導致燈的電阻的增加。這種效應起主要的作用，并且導致電壓的增加，如果對于一個飽和的燈增加電流。
有關電壓隨電流大小的變化而變化的行為的這一觀察結果，在這個優選實施例中得到了良好的效果，從而通過同時測量電壓和電流以及這些這些測量結果的相互關系，就可按照容易的和并不復雜的方式確定在燈泡中汞的飽和狀態的指示。
汞飽和狀態的監測例如可在一個獨立的監視單元中進行，這個監視單元只簡單地提供代表汞飽和狀態的一個數值。操作控制器然后應用這個數值來相應地控制燈和/或燈的冷卻單元，如果燈和/或燈的冷卻單元存在的話。同樣，可以將這樣一個監視單元集成在操作控制器里。
按照本發明的方法可以應用到包括汞蒸氣放電燈的任何圖像描繪系統里。圖像描繪系統的操作優選應該是這樣的一方面，如果當前要顯示的圖像的亮度參數表示所說的燈應該在飽和操作狀態下操作，并且，在另一方面，所說燈的操作功率必須增加以便將燈的操作切換到不飽和操作狀態以滿足按照本發明的燈的操作方法的要求，那么，就要增加燈的功率以便將燈的操作切換到飽和操作狀態，并且相應地調節圖像描繪系統的畫面描繪部件和/或圖像描繪系統的適合于衰減光強度的另外的部件，以補償由于燈功率的增加引起的光強度的增加。
換言之，如果黑場景的持續時間比燈在飽和操作狀態可驅動的最大允許時間還要長，提高燈功率的持續時間例如為1分鐘，并且在這個時間例如通過適當地調節圖像描繪部件如投影儀系統的顯示器來實現變暗。這樣作的缺點是對比度暫時不那么好，但與至今可用的其它系統相比的優點是可以用優異的對比度顯示黑色場景同時又不會縮短燈的壽命。
圖像描繪系統的適合于衰減光強度的另外的部件例如可以是灰度濾波器、孔徑、偏振器、或者通常放在燈和圖像描繪部件之間的光路上的類似部件。如果需要，可以通過合宜地調節圖像描繪部件并且調節其它的部件，在維持最佳可能的對比度的同時衰減光強度。
從飽和狀態到不飽和狀態的這種短時間的切換，由于按照這里描述的控制方法的要求，優選是這樣的燈功率的增加以及相應的借助于圖像描繪部件或其它部件的使燈變暗都是緩慢實現的。再生循環一旦有效足夠長的時間，燈功率再一次地慢慢減小，圖像描繪部件類似地緩慢地返回到它的正常的操作電平。
除了常規的圖像描繪部件以及圖像描繪系統的適合于衰減光強度的另外的任選部件以外，一個適當的圖像描繪系統還要包括一個適當的系統控制單元，系統控制單元的結構應該是首先要能檢查當前要顯示的圖像的亮度參數是否指示燈應該操作在飽和操作狀態，但還要檢查是否必需增加燈的操作功率，以便切換燈的操作到不飽和操作狀態，以滿足按照上述說明的燈的操作方法的要求。進而，系統控制單元的結構必須在這種情況下能夠增加燈的操作功率，并且能夠相應地調節圖像描繪部件和/或圖像描繪系統的適合于衰減光強度的其它部件，以便進一步補償燈的光強度的增加。
從下面結合附圖的詳細描述，本發明的其它目的和特征都將變得顯而易見。然而應該理解，設計的附圖只是為了說明的目的，不是作為本發明的限制的定義。在附圖中，類似的參考符號代表相同的元部件。
圖1示意地表示按照本發明的一個實施例的投影儀系統；圖2表示高壓汞蒸氣放電燈的縱向剖面圖；圖3表示對于200瓦的超高性能燈的積分光輸出和汞壓力相對于操作功率的曲線；圖4表示的是一個流程圖，說明按照要繪制的圖像內容的亮度參數的函數用于驅動圖像描繪系統的部件的可能的步驟順序；圖5表示按照本發明的操作控制器的示意方塊圖；圖6表示在燈的功率的變化期間120瓦的超高性能燈的電壓變化；圖7表示120瓦的超高性能燈的壁變黑現象的測量結果和積分流明的曲線圖，所說的燈在操作時按照本發明的方式在130瓦和80瓦之間周期性的功率變化。
具體實施例方式
附圖中目標的尺寸是為了清晰起見進行選擇的，不必反映實際的相關尺寸。
圖1所示的投影系統30包括一個汞蒸氣放電燈1形式的光源，電燈1安排在反射體31中。代替只有一個燈1和反射體31，所說的投影系統還可以包括幾個燈/反射體。
光錐經過反射體31引向紫外濾波器33，在這樣的情況下，紫外濾波器33是在燈1后面的輻射光光路中定位的第一個部件，在紫外濾波器33后面的是兩個積分器34、35和一個偏振轉換系統36。在偏振轉換系統36的后面是準直器透鏡37，從準直器透鏡37開始將光引向紅外濾波器38，而后所說的光繼續前進通過透鏡39。
這樣產生的光束然后進入分束系統32，分束系統32包括幾個二向色彩濾波器(dichroic colour filter)48、49和反光鏡47、50、51。在進入分束系統32時，第一二向色彩濾波器48將光束分成紅色分量r和黃色分量y。紅色分量r借助于反光鏡47和場透鏡44引向圖像描繪部件40。這個圖像描繪部件40包括二向色棱鏡52，在二向色棱鏡52的三個側面上安排圖像描繪部件41、42、43，在這種情況下是液晶顯示器41、42、43。這些顯示器41、42、43中的每一個都用于產生某一紅色r、綠色g、和藍色b的一個畫面。紅色分量r相應地通過場透鏡44引向顯示器41，顯示器41是專用于光束的紅色分量的。
黃色分量y在第二二向色彩濾波器49中分裂為綠色分量g和藍色分量b。綠色分量g經場透鏡45引向顯示器42，顯示器42是專用于綠色圖像分量的。藍色分量b經過另外的兩個反光鏡50、51到達場透鏡46，并且經過場透鏡46引向專用于藍色圖像分量的顯示器43。
通過適當地控制棱鏡52來組合紅色、綠色、和藍色圖像以給出彩色圖像，借助于投影透鏡53使彩色圖像指向投影方向P。
在這里，利用系統控制單元25來實現整個系統的控制。這個系統控制單元25通常從外圍設備接收圖像內容C用于顯示，外圍設備例如有DVD播放器、個人計算機、膝上型計算機、或類似的設備。圖像描繪控制單元26按照圖像內容C控制圖像描繪單元40，即各個顯示器41、42、43、和二向色棱鏡52，從而使所說的圖像通過投影系統30成為可見的。
本領域的普通技術人員熟悉各個部件的功能，具體來說就是偏振轉換系統36的積分器34、35、二向色彩濾波器48、49、和具有它的二向色棱鏡52和顯示器41、42、43的圖像描繪單元40，并且還熟悉用于混合紅、綠、藍圖像分量的可能的控制方法。因此這里沒有必要更詳細地討論這些元件。本發明決不會受到圖1所示的彩色圖像產生過程的限制。
為了對于燈進行控制，系統控制單元25的特征在于操作控制器27，操作控制器27尤其是包括一個亮度參數確定單元29，單元29直接地從圖像內容C或者從伴隨的元數據確定圖像內容C的亮度參數BP，亮度參數BP代表要顯示的圖像的總亮度。使用這個亮度參數BP，可以控制操作控制器27的燈控制單元13以調節燈的亮度，例如通過使燈變暗以最佳地描繪一個黑暗場景來進行這種控制。下面將更加詳細地描述操作控制器27和各種不同的部件的精確功能。
圖1只表示與本發明有關的部件。顯然，這樣一種系統控制單元25還要包括用于控制投影儀系統通常需要的所有其它的部件。按照本發明的操作控制器27或者如以上所述的系統控制單元25優選實施成在圖像描繪系統的可編程微控制器上運行的軟件。這樣做的優點是，通過簡單地安裝合適的控制軟件，已經生產的新設備就可以配備本發明的功能。同樣，利用軟件更新，就可以很容易地更新現有的圖像描繪系統。
在圖2中表示可用于圖1的投影儀系統的一個高壓汞蒸氣放電燈1。燈1的特征在于橢圓形的石英玻璃弧光管2。弧光管2的端部通過圓柱形石英部分6、7接合在一起，在石英部分6、7內用真空氣密方式密封鉬箔8、9。鉬箔8、9的內端連接到鎢電極4、5，鎢電極4、5伸入弧光管2內并且在伸入燈泡的端部攜帶鎢的卷線或線圈。鉬箔8、9的外端連接到電源線10、11，電源線10、11引到燈的外部。
弧光管2填充有稀有氣體和汞。進而，在弧光管2內還有少量的溴。上面已經詳細地說明了這樣一種燈1的操作原理，特別是已經詳細地說明了再生循環，借助于氣體中填加的溴，所說的再生循環就可保證鎢不會落在弧光管的內壁上。凝聚成液體形式的汞還存在一個問題，由于溴原子受到液體汞的束縛這一事實，其結果是中斷了再生循環，上面已經說明了這個問題。
圖3表示的是一個200瓦的超高性能燈的汞壓力和操作功率之間的相互關系。通過一個菱形標記表示汞(Hg)的壓力。可以清楚地看出，低于120瓦的操作功率，汞開始凝聚。圖2還表示積分光輸出和操作功率的相互關系(圓形標記)。這就說明，對于200瓦的超高性能燈，當希望保證超高性能燈不會在汞以液體形式存在的飽和操作狀態下操作時，將光輸出的減小限制在30％。對于通常的120瓦的超高性能燈，存在同樣的問題。如果要避免汞的凝聚，這些燈在低于100瓦時不可能變昏暗。
為使燈在低于這個閾值時能夠變昏暗并且同時又可避免燈進一步變黑時損壞或減小壽命，要通過操作控制器27連續監視燈的狀態，以保證燈在飽和狀態的驅動時間的選擇以及燈在不飽和狀態的驅動時間的選擇是合適的。以這樣的方式對于這些時間進行控制，以使在飽和狀態的操作可能發生的任何變黑效應在不飽和操作狀態都可以被清潔，不會發生任何明顯的變黑現象。
如以上所述，可以對于燈功率閾電平PT進行選擇以便實現這種控制。可以假定，低于這個燈功率閾電平PT，燈在飽和操作狀態操作。高于這個閾電平，可以認為燈在不飽和狀態下被驅動，其中的再生循環是有效的。例如，從圖3的曲線可以看出，對于200瓦的超高性能燈，可以選擇130瓦的閾電平。
下面借助于圖4描述控制中應用的控制機制。如以上所述，操作控制器27的特征在于亮度參數確定單元29，單元29可以從要顯示的圖像內容C確定亮度參數BP。這個亮度參數BP用于在第一步確定期望的燈操作功率PLD。在一般情況下，可能必須要用這個期望的燈操作功率PLD來驅動燈1，以便獲得用于最佳描繪當前圖像的正確的光強度。
然而，首先要通過控制機制檢查當前的期望的燈操作功率PLD是否大于閾值功率Pr。如果不是這種情況，要調節實際的燈功率PL，以便得到期望的燈操作功率PLD。
另外，計算燈1在飽和操作狀態的積分操作時間TS1與燈1在不飽和操作狀態的積分操作時間TU1之比RT。操作控制器27的時間測量單元28提供必要的時間信息IT(參見圖1)。
在隨后的一個步驟，檢查在飽和狀態驅動燈的實際持續時間tSA是否已經達到或超過最大時間tS，max。最大時間tS，max例如可以選為1個小時。與此同時，還要檢查燈在飽和操作狀態的積分操作時間tS1與燈在不飽和操作狀態的積分操作時間tU1之比RT是否已經達到或超過最大時間Rmax。只有當兩個條件的回答都是否定的時候，才能調節當前的燈的操作功率PL以給出期望的燈操作功率PLD。否則，選擇等于或大于閾值功率PT的實際的燈操作功率PL。進而，借助于圖像描繪控制單元26，相應地調整圖像描繪單元40和/或各個顯示器41、42、43，以便補償燈的光強度的增加，并且對于亮度參數BP作出反應。在使圖像描繪單元40或顯示器變暗是必要的這樣的情況下，操作控制器27要給圖像描繪控制單元26提供合適的信號SD(參見圖1)。
如以上所述，通過盡可能快地確定在弧光管2中汞的飽和狀態，可以實現甚至于更好的控制，從而可以確定燈1是在飽和操作狀態下驅動還是在不飽和操作狀態下驅動，代替了簡單地使用閾值PT。在這種情況下，圖4的第一狀態由不同狀態所代替，這較好地描述了弧光管2中汞的凝聚狀態。
下面借助于圖5描述具有監視裝置14的用于更加準確地監視弧光管2中的汞飽和狀態的燈控制單元13。這個圖示意地表示與監視方法有關的部件。這個燈控制單元13還可以包括操作汞蒸氣放電燈通常需要的任何其它的部件。這樣的燈控制單元通常還稱之為“燈驅動器”。
燈控制單元13的核心是具有兩個連接器21、22的電源單元20，連接器21、22借助于引線10、11連接到燈1。在這種情況下，燈1是配有一個冷卻單元12的冷卻的超高性能燈1。冷卻單元12由冷卻控制單元19控制，冷卻控制單元19也是燈控制單元13的一部分。燈控制單元13借助于兩個連接器23、24連接到電源18。
按照本發明，燈控制單元13包括一個監視裝置14。這個監視裝置14又包括一個電壓測量單元15，電壓測量單元15與燈1并聯地連接到電源單元20的兩個極21、22，電壓測量單元15用于測量燈1的引線10、11之間的電壓。進而，設置在燈1的引出線10內的電流測量單元16測量流過燈1的電流。這個電流測量單元16例如可以使用電感來測量電流。
監視裝置14還包括一個分析單元17，電壓測量單元1 5和電流測量單元16連接到分析單元17，并且向分析單元17報告它們的測量結果。在分析單元17中，記錄電壓測量單元15和電流測量單元16的測量值，并且分析最終的電流和電壓曲線。
圖6表示在同一個時間周期并行記錄的電流(上部)和電壓(下部)曲線的例子。在用不同的交叉陰影相互區分的某些區域，分析了電壓隨燈功率的變化而變化的行為，并且因此分析了燈電流的變化。由此，可以確定，當電流減小時電壓是下降還是增加。通過只進行這種觀察，就能夠確定弧光管中汞的飽和狀態。
從圖6顯然可以看出，在發生汞凝聚的那些區域內電壓隨電流的變化而變化的行為明顯不同于在燈操作在不飽和操作狀態的那些區域中電壓的行為。雖然在汞凝聚狀態期間電流的減小導致相應的電壓下降，并且電流的增加導致相應的電壓的增加，但在汞不飽和狀態期間電流的減小導致電壓的增加，反之亦然。因此，燈在汞凝聚狀態表現出正向的電流-電壓特性，而燈在汞不飽和狀態表現出負向電流-電壓特性，即正常的電流-電壓特性。借助于電壓減小隨電流減小而變的函數關系的精確估計，還可以得出有關定量汞凝聚的結論。因此，借助于監視裝置14，可以直接確定燈1中汞的飽和狀態。
在按照圖5的實施例中，在燈控制單元13中，可以直接作出低于某個功率的燈1是否要變暗的決定。在這種情況下，燈的電源單元20要配備一個合適的微處理器。監視裝置14的分析單元17將代表弧光管2中汞的凝聚狀態的合適的數值傳遞到燈的電源單元20。通過時間測量單元28和/或亮度參數確定單元29向燈控制單元13提供時間信息IT以及亮度參數BP。同樣地，每當必須通過圖像描繪單元40使燈變暗，燈控制單元13都可以向圖像描繪控制單元26提供信號SD。在圖中沒有表示的一個實施例中，在電源單元20中加入分析單元17、以及電壓測量單元15和電流測量單元16。
圖7的上邊的曲線(圓標記)表示120瓦超高性能燈的積分流明，所說的超高性能燈是按照本發明驅動的，功率在130瓦和80瓦之間周期性變化。功率調制的周期在15和40分鐘之間變化，因此極端昏暗的持續時間和再生循環在7和20分鐘之間。利用一個積分球來測量積分流明(流明0cm)。
測量表明，即使在操作1100小時以后，燈也沒有表現出任何明顯的功率減小。在這時，在再生循環無效的狀態驅動燈總計450小時，因為在液體汞中溴已經被束縛。
在曲線圖中的下面的曲線(菱形標記)表示針對所謂的“余輝”的測量值，這個測量值是壁變黑的指示值。這個側量值利用了如下的事實在燈切斷后，燈的金屬組分在燈關閉后繼續發出輝光。淀積在燈泡內部的鎢利用紅光發出輝光。使用合適的二極管，有可能估算出在玻璃上淀積了多少鎢。這一測量結果清楚地表明，即使使用按照本發明的方法操作了1100小時以后，仍舊沒有發生明顯的壁變黑現象。
這就證明了，例如借助于本發明，通過使燈變暗，就可以實現先前描述過的自適應動態范圍控制，并且證明了，由此可獲得最佳性能。
雖然本發明是按照優選實施例及其變化的形式描述的，但應該理解，由此可以產生許多附加的改進和變化而不偏離本發明的范圍。例如，操作控制器不一定必須實施成獨立的單元，因為包括操作控制器的各個部件還可以分布在控制單元的其它功能單元上，并且由其它功能單元使用來完成其它的任務。這種情況特別適用于時間測量單元。為了清楚起見，還應該理解，在本申請中使用的“一個”并不排除多個，“包括”并不排除其它的步驟或元件。
權利要求
1.一種在圖像描繪系統(30)中用于操作汞蒸氣放電燈(1)的方法，其中在顯示圖像內容(C)必需的整個操作時間期間，按照所說內容(C)的亮度參數(BP)，有意地使所說的燈(1)在飽和操作狀態操作至少一部分的整個操作時間，在所說飽和操作狀態，汞在燈1的弧光管(2)中凝聚，并且，至少在另一部分操作時間，燈(1)在不飽和操作狀態受到驅動，其中基本上所有的汞都蒸發，并且其中，對于在飽和操作狀態和不飽和操作狀態中操作的周期的持續時間進行選擇，以使在燈(1)的整個操作時間弧光管(2)的壁沒有任何明顯的變黑。
2.根據權利要求1所述的方法，其中對于燈(1)在飽和操作狀態的連續操作時間(tSA)進行監視，并且如果燈(1)在飽和操作狀態的連續操作時間(tSA)達到了預先確定的時限(tS，max)，將燈(1)的操作切換到不飽和操作狀態。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其中對燈(1)在飽和操作狀態的積分操作時間(tSI)和燈(1)在不飽和操作狀態的積分操作時間(tUI)進行監視，如果在預先確定的監視周期，燈(1)在飽和操作狀態的積分操作時間(tSI)與燈(1)在不飽和操作狀態的積分操作時間(tUI)之比(Rt)達到了預先確定的數值(Rmax)，則將燈(1)的操作從飽和操作狀態切換到不飽和操作狀態。
4.根據權利要求1-3中任何一個所述的方法，其中使用代表當前的燈的操作功率的參數(PL，PLD)來確定是在飽和操作狀態還是在不飽和操作狀態驅動燈(1)。
5.根據權利要求1-4中任何一個所述的方法，其中確定并分析燈的電壓和燈的電流，以給出弧光管(2)中的氣體的汞飽和的狀態的指示，從而可以確定是在飽和操作狀態還是在不飽和操作狀態驅動燈(1)。
6.根據權利要求5所述的方法，其中確定燈(1)的電流-電壓特性曲線以給出汞飽和狀態的指示。
7.根據權利要求1-6中任何一個所述的方法，其中為了操作從飽和操作狀態切換到不飽和操作狀態，要增加燈的操作功率(PL)和/或減小燈(1)的強制冷卻。
8.一種用于驅動包括汞蒸氣放電燈(1)的圖像描繪系統(30)的方法，其中的汞蒸氣放電燈(1)是按照權利要求1-7中任何方法驅動的。
9.根據權利要求8所述的方法，其中如果當前要顯示的圖像內容(C)的亮度參數(BP)表示燈(1)應該工作在飽和操作狀態，并且必須增加燈的操作功率(PL)以便把燈(1)的操作切換到不飽和操作狀態，從而可以滿足按照權利要求1-7中任何方法的要求，則要增加燈的操作功率(PL)以便把燈(1)的操作切換到飽和操作狀態，并且要相應地調整圖像描繪系統(30)的圖像描繪部件(40)和/或圖像描繪系統(30)的適合于衰減光強度的另外的部件。
10.一種在圖像描繪系統(30)中用于操作汞蒸氣放電燈的操作控制器(27)，包括-亮度參數確定單元(29)，用于確定要由圖像描繪系統(30)顯示的圖像內容(C)的亮度參數(BP)；-時間測量單元(28)，用于測量燈的操作時間(tSA，tSI，tUI)；-功率控制單元(13)，用于控制燈的功率(PL)，并且任選地用于控制燈(1)的強迫冷卻的冷卻功率，所說功率控制單元(13)按照下述的方式實現在顯示圖像內容(C)所必需的整個操作時間期間，按照圖像內容(C)的亮度參數(BP)，在至少一部分整個操作時間，燈有意地操作在飽和操作狀態，在所說飽和操作狀態，汞凝聚在燈(1)的弧光管(2)內；并且在至少另一部分整個操作時間，在不飽和操作狀態驅動燈(1)，其中基本上所有的汞蒸發，并且要對在飽和操作狀態和不飽和操作狀態的操作周期的持續時間進行選擇，以使在燈(1)的整個操作時間期間弧光管(2)的壁沒有任何明顯的變黑。
11.一種圖像描繪系統(30)，包括汞蒸氣放電燈(1)和根據權利要求10所述的操作控制器(27)。
12.根據權利要求11所述的圖像描繪系統，包括-圖像描繪部件(40)，-圖像描繪系統(30)的任選的適合于衰減光強度的另一個部件；-系統控制單元(25)，以下面的方式實現系統控制單元(25)如果當前要顯示的圖像的亮度參數(BP)表明燈(1)應該在飽和操作模式操作，并且必須提高燈的操作功率(PL)以切換燈(1)的操作到不飽和操作狀態從而可以滿足根據權利要求1-7中任何方法所述的要求，則提高燈的操作功率(PL)以切換燈(1)的操作到飽和操作狀態，并且相應地調節圖像描繪部件(40)和/或圖像描繪系統(30)的適合于衰減光強度的另外的部件。
全文摘要
本發明涉及一種在圖像描繪系統(30)中用于操作汞蒸氣放電燈(1)的方法，其中在顯示圖像內容(C)必需的整個操作時間，按照所說內容(C)的亮度參數(BP)，有意地使所說的燈(1)在飽和操作狀態工作至少一部分的整個操作時間，在這個飽和操作狀態，汞在燈(1)的弧光管(2)中凝聚，并且，至少在另一部分操作時間，燈(1)在不飽和操作狀態受到驅動，其中基本上所有的汞都蒸發。由此，對于在飽和操作狀態和不飽和操作狀態中操作的周期的持續時間進行選擇，以使在燈(1)的整個操作時間期間弧光管(2)的壁沒有任何明顯的變黑發生。本發明還描述按照這種方法在圖像描繪系統(30)中操作汞蒸氣放電燈的適用的操作控制器(27)。而且，還描述驅動這樣一種圖像描繪系統和適當的圖像描繪系統的方法。
文檔編號H05B41/392GK101095376SQ200580045770
公開日2007年12月26日 申請日期2005年12月22日 優先權日2005年1月3日
發明者P·帕卡斯基 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司