CN101065974A - 投影系统及操作放电灯的方法 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种投影系统以及放电灯操作方法。该投影系统包括：放电灯12和驱动电子电路14。色轮18用作过滤从灯12发射的光16的滤色器，以产生在顺序颜色时间周期22、22a内具有不同颜色的光序列20。辐条时间周期24、24a布置于所述颜色时间周期22、22a之间。该驱动电子电路提供叠加在灯电流I上的第一电流脉冲，第一电流脉冲在至少一个颜色时间周期22，22a内产生。为了可以更灵活地且能够获得在整个灯寿命期间稳定的电弧工作以及恒定色点，驱动电子电路14还提供叠加在灯电流上的第二电流脉冲。第二电流脉冲在至少一个辐条时间周期24、24a内产生。

Description

投影系统及操作放电灯的方法

技术领域

本发明涉及投影系统以及放电灯操作方法。

背景技术

投影系统是已知的，其中优选为放电灯的灯产生用于投影的光。该光经颜色调制，即，产生时间与/或空间顺序的颜色序列。这种经过颜色调制的光馈送到例如DMD(数字反射镜装置)或者透射式或反射式LCD装置的光阀。

一般而言，对于投影系统所需的光输出，优选地使用通过交变电流驱动的放电灯。这种情况下，为了稳定电弧而使用电流脉冲，这是已知的。这些脉冲用于有效地防止电弧跳动。然而其缺点为，电流脉冲导致光发射随时间出现不均匀，因此可能在采用时间顺序颜色显示的投影系统中产生颜色假象。

放电灯的寿命行为使得该问题变得更复杂。通常，电学性能在整个寿命期间变化。灯电压通常由于电极烧损(burn-back)而增大。为了保持电学工作功率恒定，需要相应地减小灯电流。

EP-A-1 154 652描述了一种投影系统。高强度放电(HID)灯使用交变电流工作。色轮(color wheel)用于颜色调制从HID灯发射的光。该色轮包括针对不同颜色的滤波器段。当色轮在光路径内旋转时，按照顺序颜色时间周期产生具有不同颜色的光。在EP-A-1 154 652的投影系统中，电流脉冲叠加在交变灯驱动电流上以稳定电弧。为了补偿这些电流脉冲的效果并保持系统的颜色平衡，每个电流脉冲在所述颜色时间周期之一内产生。

这种工作模式引发的一个缺点为，尽管在整个寿命期间平均灯电流减小，但是稳定电弧所需的电流幅值是固定的。因此，尽管颜色平衡在灯寿命的早期可以得到很好的调节，但是由于在具有电流脉冲的颜色段期间产生的光量增大，随时间推移会出现显著的颜色偏移。该工作模式不够灵活，无法补偿这种偏移。

发明内容

本发明的目标是提供一种投影系统以及放电灯操作方法，它们足够灵活可改善在整个寿命期间颜色平衡的稳定性。

通过根据权利要求1的投影系统和根据权利要求8的放电灯操作方法可实现该目标。从属权利要求涉及本发明的优选实施例。

根据本发明，例如色轮的滤色器装置产生光序列。该光序列中有颜色时间周期，其中光在各个颜色时间周期内优选地始终为恒定的颜色。不同颜色的颜色时间周期依次排列，该排列通常是周期性的。在颜色时间周期之间布置有辐条(spoke)时间周期。优选地，辐条时间周期选择为使得在辐条时间周期内，光的颜色不是恒定的。如果使用色轮或者相当的顺序滤色装置，则辐条时间周期结合了从一个恒定颜色时间周期到另一个恒定颜色时间周期的转变，使得在辐条时间周期内，光的颜色不是恒定的。辐条时间优选地定义为尽可能短，通常明显比恒定颜色时间周期短得多。在辐条时间周期内产生的光不能用于产生彩色图像。这种光被彻底阻挡或者用于使总的投影图像变亮，而与颜色无关。

在上述光序列中，驱动装置产生电流脉冲以稳定电弧。产生第一电流脉冲并将其叠加于基本灯电流。该基本灯电流可以是交变电流，但也可以使用直流灯电流。这里，每个第一电流脉冲是在颜色时间周期之一内产生的。该电流脉冲可以在颜色时间周期的完整持续时间内是激活的，或者仅在颜色时间周期的一部分内是激活的。然而，还产生第二电流脉冲且还将其叠加于所述基本电流。该第二电流脉冲在辐条时间周期内产生。

将第一和第二电流脉冲叠加于交变电流上来驱动放电灯有诸多优点。在交变电流的同一半周期内使用两种类型的电流脉冲允许用非常灵活的方法稳定电弧。此外对于使用直流电流驱动的灯，对电弧稳定也具有优点。

对于由交变电流驱动的灯的情形，特别优选地，在该交变电流的同一半周期内，在第一电流脉冲开始之后，第二电流脉冲开始。此外，对于交变电流的情形，优选地第一和第二电流脉冲都在极性变化之前不久产生，最优选地第一和第二电流脉冲持续至极性变化。

此外，优选地第二电流脉冲的持续时间短于第一电流脉冲。由于电弧稳定的效应可视为加热电极，特别是在交变电流情形中在极性变化之前，第二电流脉冲(如果其更接近极性变化)将对电弧稳定具有显著的影响，即使其持续时间比第一电流脉冲短得多。

此外，优选地在辐条时间周期内产生第二电流脉冲。尽管第一电流脉冲是在颜色时间周期内产生的，并因此对整个投影系统颜色平衡起着重要的作用，但是在辐条时间周期内产生的第二电流脉冲并不显著影响颜色平衡。这是因为辐条时间周期通常不用于产生特定颜色的图像。

根据本发明的进一步改进，第一电流脉冲的幅值选择为相对于平均电流是固定的。尽管在现有技术系统中，仅产生固定幅值的电流脉冲(即，电弧稳定所需的幅值)，但是现在提出相对于平均电流(即，半个周期内的平均电流，不计入电流脉冲)选择第一电流脉冲的幅值，使得两者之间的光输出之比基本上恒定。如果在特定灯内，光输出(以可接受的精确度)正比于电功率，则通过将该平均值乘以固定因子计算第一电流脉冲的幅值，可以非常容易地实现这一点。对于光输出相对于电功率的具有更复杂行为的情形，或者如果需要更高的颜色精度，则可以使用位于驱动装置内部的内部查找表计算第一电流脉冲的幅值，以获得恒定的光输出比。

通过相对于平均电流选择第一电流脉冲，避免了随寿命的颜色偏移。具有第一电流脉冲的颜色时间间隔总是贡献全部所产生光的恒定部分。如果在寿命期间平均电流由于电学变化(随寿命增大的灯电压)而调整，则第一电流脉冲幅值相应地自动调整。因此消除了由于第一电流脉冲引起的随寿命的颜色偏移。

另一方面，在辐条时间周期内产生的第二电流脉冲对颜色平衡没有影响或者影响很小。因此，第二电流脉冲的幅值可以选择成获得良好的电弧稳定而不考虑颜色平衡。具体而言，可以选择第二电流脉冲的幅值以获得基本上固定的灯电流值。该固定值保持恒定。或者，第二电流脉冲的幅值可以选择为可以从查找表得到的预定值，从而保证充分的脉冲幅值以实现良好的电弧稳定。

在下文中，参照附图描述本发明的实施例。

附图说明

附图中，

图1示出了投影系统的示意性视图；

图2示出了示意性说明光序列的图示；

图3示出了与现有技术相对应的灯电流的图示；

图4示出了根据本发明实施例的灯电流随时间变化的图示。

具体实施方式

在图1中示出了示范性投影系统10。由驱动电子电路14驱动的灯12产生光16。光16的光谱分布依赖于灯12的类型，但是通常包括所有的颜色。用作滤色装置的色轮18对光16进行颜色调制。该示例中所示的色轮18包括具有针对不同颜色的滤色器的扇区R、B、G(R＝红，B＝蓝，G＝绿)。当色轮18旋转时，产生颜色调制的光序列20。应该注意，在不同实施例中，色轮可包括多于三个扇区。

图2示出了时间调制的光序列20。随时间t推移，光序列20包括颜色时间周期22，其中在光序列20内产生的光对应于仅被色轮18的扇区滤色器R、B、G之一过滤的原始光16。因此，在颜色时间周期22内，光20颜色恒定。

辐条时间周期24布置于在颜色时间周期22之间。辐条时间周期24为以色轮18的扇区滤色器R、G、B之间的转变为中心的时间间隔。因此，在辐条时间周期24内，光20的颜色从在前颜色时间间隔22的颜色改变为在后颜色时间周期22的颜色。因此，辐条时间周期24内的光的颜色并非恒定。

需要注意，辐条时间周期可以或多或少地任意定义于颜色时间周期22之间，但是至少包括从一种颜色到另一种颜色的转变。辐条时间周期的持续时间优选较短，远短于颜色时间周期，且最优选地对应于最小持续时间，从而保证在后和在前颜色时间周期22具有恒定的颜色。辐条时间持续时间因此依赖于色轮18上光16的斑点尺寸与色轮直径之间的关系。通常，每个颜色时间周期优选地对应于交变灯电流的半个周期的10-40％。辐条时间周期持续时间为半个周期时间的1-6％。对于每半个周期有6个颜色时间周期的情形，颜色时间周期持续时间优选地为半个周期的10-20％。

回到图1，颜色序列光20馈送到光阀26，该光阀为透射或反射类型。这种类型的已知装置为DMD(数字反射镜装置)或者LCD装置。这些装置包括可以开启或关闭的单个像素，从而产生光图像28，其中各个像素根据其开启/关闭状态而以/不以颜色光序列20的实际颜色呈现。该图像28可以投影到屏幕30或相似装置上，其中通常使用另外的光学装置，此处为了简化未示出这些另外的光学装置。

图1所示放电灯12在指定示例中是由驱动电子电路14供给的交变电流驱动。图3示出了灯电流I随时间t的变化。图3于此示出了根据现有技术(例如EP-A-1 154 652)的投影系统和放电灯操作方法的交变电流的仅半个周期。

在图3的上部中，示出了具有颜色时间周期22和辐条时间周期24的颜色光序列20。

如果首先考虑图3中的实线，可以看出，灯12是由交变电流I驱动，其中半周期与色轮18的旋转同步。在半个周期内，色轮18旋转两次。因此，在半个周期内存在6个完整的颜色时间周期。

应该注意，图3和图4所示的曲线是理想的矩形曲线，实际应用中可能看上去略微不同。还应注意，这种优选的矩形形状并不是交变电流I可采用的唯一可能波形。

在所示半个周期内，基本灯电流I基本上恒定。然而，在最后一个颜色时间周期22a内，其在本示例中对应于红光，电流脉冲叠加到恒定基本灯电流I上，使得电流I在极性改变前不久上升到预定水平。

该电流脉冲用于稳定灯12内的电弧。在所示示例中，电流脉冲与时间颜色序列20同步，使得电流脉冲在一整个颜色时间周期22a内始终是激活的。应该注意，备选地，该电流脉冲可以仅在颜色时间周期22a的固定部分内是激活的。

对于按照图3所述方式驱动的系统10的颜色平衡，显然颜色时间周期22a期间的电流脉冲将导致红光量增大。然而，由于这种效应是已知的，这种效应可以得到补偿或者甚至用于获得整个系统的期望的颜色平衡。举例来说，光16的光谱分布可能不均匀，使得额外的红光可以补偿。此外，色轮18扇区R、G、B的尺寸可以调整以获得期望的颜色平衡。

尽管图3中的实线描述了灯12在早期寿命阶段的电流，灯12的电学性能将随寿命变化。由于电极回烧，电压增大。为了获得恒定的电功率，驱动电子电路将相应地减小电流I。这如图3中虚线所示。此处，电流I被显著减小。

然而，为了进一步稳定电弧，间隔22a内的电流脉冲增大，使得在极性改变之前达到恒定电流水平。然而，这导致颜色平衡的显著改变，因为红光的总的份额现在远大于寿命早期阶段。

图4示出了根据本发明实施例的灯电流I。同样，随时间绘制电流I以及颜色光序列20。正如图3的基础灯的上述示例，电流I在所示半个间隔内基本上始终是恒定。在极性改变之前的最后一个颜色时间间隔22a内，第一电流脉冲产生并叠加到基本灯电流I上，其贯穿颜色时间周期22a。紧接着颜色时间周期22a之后是辐条时间周期24a。在辐条时间周期24a期间，产生第二电流脉冲，使得电流I保持在第一电流脉冲的高水平，直到极性改变。

如实线所示，在灯12的寿命的早期阶段，第一和第二电流脉冲的幅值基本上相等。然而，第二电流脉冲的开始显著晚于第一电流脉冲的开始，且在所示示例中甚至在第一电流脉冲结束之后。相对于颜色时间周期22a，第二电流脉冲具有短得多的持续时间，对应于辐条时间24a的更短持续时间。

现在，由于电学性能随灯12的寿命改变，基本灯电流I根据图4的虚线运行。与图3的示例一样，平均电流减小。因此，半个周期的第一部分内的电流I相应地减小。

第一电流脉冲现在根据相对于平均电流(仅考虑基本灯电流计算得到，而不计及电流脉冲)的固定比率进行选择。例如，第一电流脉冲可以选择为使得其幅值总是为平均电流的两倍。由于对于大多数应用，灯12的光输出可视为正比于电功率，这导致如下效应：颜色时间周期22a内产生的红光将在该半周期的剩余时间内与所产生的光始终保持恒定的关系。因此，将不会出现由于第一电流脉冲引起的随寿命的颜色偏移。

对于特定应用，如果电功率和所产生的光之间的关系不是按照期望的精确度成正比，则可以使用查找表替代平均电流与第一电流脉冲之间的固定比。这种情况下，根据已知灯的性能预先确定查找表，使得对于每个平均电流值，所给出的电流脉冲幅值产生光输出中的恒定比率。

与第一电流脉冲相反，选择第二电流脉冲的幅值，使得达到与平均电流和第一电流脉冲无关的固定幅值。

在辐条时间周期24a内产生的第二电流脉冲仅在该小的时间间隔内是激活的。然而实验表明，即使该短持续时间的脉冲也在稳定电弧方面起着重要的作用。通过电流脉冲稳定电弧可以理解为，在阳极电极变为阴极并发射电子用于放电之前，对阳极电极的额外电极加热。因此，脉冲必须在各个半周期的末端提供充足数量的能量。这里，在极性改变之前非常短时间内供给的能量的影响远大于在更长时间段内供给的等量能量的影响。因此，相对短的附加脉冲仍可成功地获得充分的电弧稳定。

还可以针对第一电流脉冲的不同值计算电弧稳定所需的值，来代替在辐条时间间隔内电流使用固定幅值。这些值可以用于建立查找表，从而确定在灯12寿命的不同阶段所需的第二电流脉冲的幅值。

在下文中将给出可能数值的某些示例。首先，在半个周期内具有6个颜色时间周期22的图4的给定示例中，一个颜色时间周期的长度约为总的半周期的14.67％，辐条时间为总的半周期的约2％。尽管这些数值对于不同实施例可能不同，但是这些数值表明颜色时间周期远大于辐条时间周期，优选地至少为其4倍或以上。

在第一优选实施例中，新灯12的平均灯电流I的值为2A。这里我们察看平稳电流，即半周期内的主要电流，而不计算电流脉冲。第一电流脉冲幅值固定为与平稳电流幅值相同的幅值(固定倍数＝1)，使得第一电流脉冲幅值为2A且颜色时间周期22a内总电流将为4A。选择第二脉冲，使得达到4A的电流固定总值。

在同一示例中，对于较旧的灯，假设平均电流已经减小为1A。由于该固定比率，第一电流脉冲也将为1A，导致颜色时间周期22a期间的总幅值为2A。由于辐条时间周期24a内的第二电流脉冲引起的总幅值保持固定为4A，使得对于该半周期时间的最后2％，达到用于稳定的输出操作的充分的电极加热。

根据第二优选实施例，平稳电流和第一电流脉冲之间的固定比率为0.5。假设新灯的平稳定流(平均电流)I为2.5A，则1.25A的第一电流脉冲导致13％的半周期时间的总幅值为3.75A。在该初始寿命阶段，第二电流脉冲可以选择为等于第一电流脉冲(1.25A)，以达到辐条时间周期24a内总幅值为3.75A。

在同一示例中，在灯12经过相当长的使用时间之后，假设平稳电流(平均电流)现在减小为1A。根据该固定比率，第一电流脉冲为0.5A，导致总幅值为1.5A。另外的驱动电子电路14根据内部查找表中的数值将第二电流脉冲期间的总幅值设置为4.25A。

从第二示例可以看出，第二电流脉冲期间的幅值无需固定。对于第一电流脉冲达到仅引起减小的电极预加热的低数值的情形，可建议提高第二电流脉冲，从而仍维持无颤动的工作。

然而，在这两种情形中，依赖于颜色时间间隔22、22a期间光输出的色点(color point)将在整个寿命过程中保持恒定。

因此实现了在整个灯寿命过程中获得恒定的色点和光增益的目标，同时维持无颤动的工作。

上述的投影系统10可存在多种改进和补充。

一方面，在辐条时间周期内产生的光可以被光阀26彻底阻挡，从而获得正确的彩色图像。然而，如果需要提高图像亮度而不考虑颜色，则可以使用在全部或部分辐条时间内产生的光以使图像变亮。这种情况下，优选驱动电子电路14向投影系统控制电子电路提供有关第二电流脉冲的时间、持续时间和幅值的信息，使其可以被考虑在内。

另一种改进则涉及第一和第二脉冲的持续时间和幅值。可以如上所述仅由驱动电子电路14确定这些。然而，投影控制电子电路还可以通过特定的通信协议改进脉冲设置，或者投影系统控制电子电路可以直接控制这些脉冲的产生。

Claims (8)

1.一种投影系统，包括：

放电灯(12)，

驱动装置(14)，用于使用基本灯电流(I)操作所述灯(12)，以及

滤色装置(18)，用于过滤从所述灯(12)发射的光(16)从而产生在顺序颜色时间周期(22，22a)内具有不同颜色的光序列(20)，其中辐条时间周期(24，24a)布置于所述颜色时间周期(22，22a)之间，

其中所述驱动装置(14)提供叠加在所述基本灯电流(I)上的第一电流脉冲，其中每个所述第一电流脉冲在所述颜色时间周期之一内产生，

以及，其中所述驱动装置(14)还提供叠加在所述基本灯电流(I)上的第二电流脉冲，每个所述第二电流脉冲在所述辐条时间周期(24，24a)之一内产生。

2.根据权利要求1所述的系统，其中

在所述光序列(20)中，在所述颜色时间周期(22，22a)期间，光的颜色恒定，

以及，在所述辐条时间周期(24，24a)内，光的颜色不是恒定的。

3.根据上述权利要求任意一项所述的系统，其中

所述第二电流脉冲在所述第一电流脉冲的开始之后开始。

4.根据上述权利要求任意一项所述的系统，其中

所述第二电流脉冲的持续时间短于所述第一电流脉冲。

5.根据上述权利要求任意一项所述的系统，其中

所述基本灯电流为交变电流，以及

所述第一电流脉冲的幅值相对于所述交变电流的半个周期期间的平均电流进行选择，不考虑所述电流脉冲计算所述平均电流，使得由于所述平均电流引起的光输出与由于所述第一电流脉冲引起的光输出之比基本上恒定。

6.根据权利要求5所述的系统，其中

所述第一电流脉冲的幅值根据所述驱动装置(14)的内部查找表选择，以获得恒定的光比率。

7.根据上述权利要求任意一项所述的系统，其中

所述第二电流脉冲的幅值选择为使得灯电流的幅值对应于基本上固定的值。

8.一种放电灯操作方法，其中

利用基本灯电流(I)操作所述灯(12)，以及

过滤从所述灯(12)发射的光(16)以产生在顺序颜色时间周期(22，22a)内具有不同颜色的光序列(20)，且辐条时间周期(24，24a)布置于所述颜色时间周期(22，22a)之间，

其中第一电流脉冲叠加在所述基本灯电流上，其中每个所述电流脉冲在所述颜色时间周期(22，22a)之一内产生，

以及，其中另外的第二电流脉冲叠加在所述基本灯电流上，其中每个所述第二电流脉冲在所述辐条时间周期(24，24a)之一期间产生。

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