CN101502126A - 借助顺序颜色过滤和高压放电灯驱动照明系统的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于驱动照明系统的方法，该照明系统具有：借助换向的灯电流(IL)来驱动的高压放电灯，以及将高压放电灯的光过滤为多个顺序的颜色段(A，B，D，E，G，H)的滤色系统。此外，本发明还涉及一种用于实施根据本发明的方法的照明系统和计算机程序产品，该计算机程序产品可以加载到根据本发明的照明系统中，以便相应于根据本发明的方法来设计该照明系统。根据本发明，灯电流(IL)在其中抑制了照明系统的光的中间阶段(ZP)中的换向之前经历中间阶段脉冲(DP)。在改变中间阶段(ZP)之前的灯电流分布时，位于中间阶段中的中间阶段脉冲(DP)被匹配，使得在换向的时刻在其对于电极温度的作用中的变化至少部分补偿。

Description

借助顺序颜色过滤和高压放电灯驱动照明系统的方法
技术领域
本发明涉及一种用于驱动照明系统的方法，该照明系统具有借助换向的灯电流来驱动的高压放电灯和用于将高压放电灯的光过滤为多个时间上按顺序的颜色段的滤色系统。此外，本发明涉及一种照明系统，该照明系统被设计用于实施根据本发明的方法。最后，本发明也涉及一种用于加载到照明系统中的计算机程序产品，以便根据本发明的方法来相应地对该照明系统进行编程。
背景技术
已公开了具有高压放电灯和用于过滤光的滤色系统的照明系统。通常，这种照明系统用于投影。
在高压放电灯中电流的换向和滤色系统的驱动被共同用时钟控制(getaktet)。通常，灯电流的每个半波包括多个颜色段。
照明系统的滤色系统被构建为使得该滤色系统在时间上按顺序地过滤灯的光，其中使用多个滤色器，通常使用至少三个滤色器。时间上按顺序的过滤通常在不同颜色的次序保持相同的情况下是周期性的。这种滤色系统特别是与电子反射器系统(Spiegelsystemen)结合来使用，以便可以通过反射器的不同的电子控制在不同的阶段中产生带有过滤系统的颜色组成的颜色的图像。在此利用的是，在各颜色的次序足够快速情况下，在人眼中出现混色印象。
在投影系统中的滤色系统通常具有围绕轴线旋转的轮形式的机械结构，该轮由过滤器部分构成，其中灯的光通过旋转的轮来过滤，并且由于不同段通过光束的旋转而得到时间上按顺序的序列。因此，在该技术领域中也常常称作色轮。然而，本发明并不局限于这种机械解决方案，而是也可以以任意其他时间上按顺序的滤色系统来实现。
通常，由高压放电灯发出的光在颜色过滤的颜色段之间的中间阶段被抑制。这些中间阶段可被用来在其中由于光束直径而不仅仅通过一个滤色器而是通过两个滤色器来过滤光的时间中将灯的光减弱。通常，这通过将电子控制的反射器倾斜来进行。这些中间阶段也称为轮辐(“spokes”)。这些中间阶段通常也覆盖换向或者在换向之前的半波的末端。在本发明的范围中，首先仅仅考虑在换向半波的末端的中间阶段，然而这并不应当排除使用其他的中间阶段(见下文)。
为了稳定高压放电灯中的放电，已公开的是，在灯电流的每个半波的末端、即在换向之前短时地提高灯电流。这种灯电流脉冲提高了电极温度并且由此稳定了放电(“维持脉冲”)。这特别是对于在换向之后用作阴极的电极是重要的。
如果照明系统发出具有其他色温的光，则在传统上需要在容忍工作中断的情况下更换色轮，并且必要时在颜色段的同步方面或者必要时在换向方面重新调节照明系统。
在照明系统的工作期间，色温也可以通过暂时减弱颜色被过滤的光来调节。对此，可以使用上面提及的电子反射器系统，该反射器系统根据希望通过在不同阶段中对反射器的不同的电子控制来调节色温。
发明内容
本发明所基于的技术问题是，提出一种用于驱动具有滤色系统和高压放电灯的照明系统的改进的方法。
本发明涉及一种用于驱动照明系统的方法，该方法包括以下步骤：借助换向的灯电流来驱动高压放电灯，其中至少在换向半波的末端出现中间阶段，在该中间阶段期间抑制高压放电灯的光，以及在换向半波内借助滤色系统将高压放电灯的光过滤为多个时间上按顺序的颜色段，在该方法中，灯电流在换向半波之一的末端的中间阶段内经历中间阶段脉冲，该中间阶段脉冲具有相对于在该换向半波中在中间阶段之前的灯电流分布的平均值增大的灯电流，并且此外该方法还包括以下步骤：与紧接的在前的相同极性的半波相比，改变该半波的在中间阶段之前的灯电流分布，使得照明系统发出的光具有所希望的色温，以及改变该半波的中间阶段脉冲的持续时间和/或幅度，使得使放电稳定，其中在随后的换向的时刻在中间阶段脉冲对电极温度的作用中的变化与在随后的换向的时刻在中间阶段之前的灯电流分布对电极温度的作用中的变化至少部分彼此补偿。
此外，本发明还涉及相应地构建的照明系统和用于加载到照明系统中的计算机程序产品。
优选的扩展方案在从属权利要求中说明。在此，权利要求的特征以及在说明书中公开的特征应当分别关于方法以及关于照明系统和计算机程序产品方面来理解，而无需在其间详细地进一步明确区分。
本发明基于的事实是，在颜色段中的灯电流的改变导致照明系统发出的光的色温的改变。发明人已经确定，这种改变也影响电极温度。
电极温度尤其是不应过低，但是也不允许过大。如果电极温度特别是在换向的时刻过低，则这会对放电的稳定性有不利影响；如果电极温度过高，则电极会显示出病态的变化，并且甚至不受控地一起增大。如果高压放电灯以合适的电极温度工作，则当然值得期望的是，即使灯电流分布在半波内变化，电极温度也从换向到换向保持合适。
在本发明中，也在半波的末端使用所谓的“维持脉冲”，以便使放电稳定。此外，本发明基于的事实是，当该“维持脉冲”位于中间阶段中时，这种“维持脉冲”仅仅影响电极温度而并不影响色温。位于中间阶段中的“维持脉冲”在此称为中间阶段脉冲。由于脉冲的位置，在此当然意味着在换向半波的末端的中间阶段。
本发明的思想在于，使得在跟随半波的换向的时刻在半波的颜色段期间的灯电流对电极温度的作用与相同的半波的中间阶段脉冲对电极温度的作用彼此均衡，使得即使色温改变也使放电稳定，即电极温度不会变得太低也不会变得太高，并且特别是在照明系统工作期间在色温改变时也保持合适。
对于灯电流与接下来的换向的确定的时间间隔，灯电流的幅度越大并且所提高的幅度持续越久，则灯电流在该换向期间对于电极温度的贡献越大。随着变大的时间间隔，该贡献变小。
根据本发明，在颜色段中灯电流的幅度的变化通过灯电流在中间阶段的变化来补偿，即通过改变中间阶段脉冲的持续时间或者通过改变中间阶段脉冲的幅度来补偿，或者通过上述二者来补偿。
为了更好的理解，在此将针对本发明的可能性借助根据本发明的照明系统的两种可能的工作方式来进行阐述：
1.如果例如在半波的末端在中间阶段之前的最后的颜色段始终对应于相同的颜色，并且如果色温通过改变该颜色的光强来调节，则对此可以调节在该颜色段中的灯电流幅度。为了在换向时刻使电极温度保持适当，于是可以在中间阶段期间将中间阶段脉冲的幅度反向设置。
2.然而通常以如下不同的方式驱动滤色系统，即中间阶段之前的最后的颜色段不必然总是对应于相同的颜色。所需要的光强和由此该颜色段中要使用的灯电流相应地从半波变化到相同极性的半波。本发明在这种情况中允许保持在确定的色温上，或者当然也允许在换向的时刻在同时保持电极温度的情况下重新调节色温。也就是说，在这种情况下，该结果可以通过将中间阶段脉冲的作用与在中间阶段之前的灯电流的作用均衡来实现。
本发明的重要的实施形式在最后的颜色段中、或者仅仅在最后的颜色段中，在换向之前具有大的灯电流。可以形成包括一个至多个颜色段的全脉冲(Gesamtpuls)，该全脉冲包括中间阶段脉冲，因此这种灯电流脉冲从现在开始称为“全脉冲”。这种全脉冲如下定义：在全脉冲期间，与在整个半波之上的数值平均值相比，灯电流被增大。全脉冲在半波的第二半中开始，通常直到临近其末端才开始，并且随着换向而结束。在此，全脉冲的后部位于相应半波的末端的中间阶段中(并且包括中间阶段脉冲)。典型的是，灯电流分布在此对应于矩形电流或者倒圆的(低通滤波的)矩形电流。
全脉冲的第一部分于是在中间脉冲之前，并且第二部分通过在中间阶段内的灯电流形成。优选的是，通过与紧接的在前的相同极性的半波的全脉冲相比改变全脉冲的第一部分的持续时间和/或幅度来调节照明系统发出的光的所希望的色温。在此，针对同一半波的全脉冲的第二部分改变灯电流，即在中间阶段中匹配灯电流的幅度，使得在换向的时刻电极温度具有合适的值。通常并不改变全脉冲的第二部分的持续时间，因为全脉冲的第二部分的持续时间对应于中间阶段的持续时间。然而并不排除改变中间阶段的持续时间。总之，全脉冲的第二部分对电极温度的作用应至少部分地补偿第一部分的相应作用。
在此，特别是根据全脉冲的两个部分的幅度来校正，然而这并不意味着在所有情况下必需只能有一个幅度值与这两个部分关联。例如可能的是，全脉冲的部分由多个矩形的、分别具有不同幅度的区段构成。例如，“改变幅度”也应包括改变仅仅一个这种矩形的幅度，然而也包括改变多个这种矩形的幅度。
如上面已经提及的那样，在换向的时刻灯电流对于电极温度的贡献随着时间间隔增大而减小。根据全脉冲具有怎样的时间延伸，可以在全脉冲中作为或多或少的粗略近似而忽略该时间相关性。在这种考虑方式中，有意义的是，使用全脉冲上的积分作为全脉冲对电极温度的作用的度量。全脉冲上的积分越大，则在换向的时刻全脉冲对电极温度的贡献越大。出于措辞上的简单起见，在全脉冲上的积分从现在开始称为脉冲强度。
对于平均的(全)脉冲高度、(全)脉冲长度和脉冲强度，以下区间证明是合适的：参考在半波期间灯电流的绝对平均值(100％)，优选的平均脉冲高度为110％-200％。更佳地合适的是在120％-170％之间的范围。合适的脉冲长度关于半波持续时间(100％)来说明。优选的是，脉冲长度对应于半波持续时间的6％-35％。特别优选的是在150％-170％的平均脉冲高度的情况下，脉冲长度为7％-8％，并且在130％-140％的脉冲高度的情况下，脉冲长度为14％-16％。
如果将脉冲强度量化为平均脉冲增大(以百分比表示的脉冲高度减去100％)与脉冲长度(以百分比表示)的乘积，则优选的范围在250和700之间，更优选的是300至550之间的区间。
为了在全脉冲的第一和第二部分中均衡灯电流分布，优选根据全脉冲上的积分来校正。上面提及的至少部分补偿全脉冲的各部分对电极温度的作用的变化应实现为使得即使全脉冲的第一部分被改变，脉冲强度或者在全脉冲上的积分从半波至相同极性的半波并不过多波动，即最高波动20％以下，优选最高10％，更为优选最高5％。在最有利的情况中，于是在换向的时刻，电极温度可以被调节为对极性基本上恒定。
优选的是，全脉冲由矩形脉冲组成。因为电极温度尤其是不应过低，所以进一步优选的是，由这些矩形脉冲形成上升的阶梯状的全脉冲形状。在此，最后的阶梯位于中间阶段中。这是特别优选的，因为(如从上面的脉冲强度的术语的主旨可以看出的那样)灯电流对电极温度的实际的、不是近似的作用，不仅取决于脉冲强度，而且还取决于距换向的时间间隔。
在最简单的并且因此也是优选的情况中，全脉冲对应于上升的双阶梯(双脉冲)，其中第二阶梯位于中间阶段中。然而这并不意味着，最后的阶梯的持续时间必须与中间阶段的持续时间相同，即使这是特别有利的，因为这样可以将中间阶段的持续时间最佳地用于加热电极。
此外优选的是，全脉冲的持续时间对应于中间阶段的持续时间加上在该中间阶段之前的颜色段的持续时间。于是，全脉冲占据从最后的颜色段的开始至半波末端的时段。这是特别优选的，因为通常使用的滤色系统在所有情况下希望仅在颜色段的边界处改变灯电流。
为了在整个工作期间将电极温度保持足够高，优选的是，灯电流在每次换向之前都经历全脉冲。这适用于灯电流的两个极性。特别优选的是，对于两个极性，对应于根据本发明的方法来调节全脉冲的两个部分的灯电流。
针对两种极性，灯电流对电极温度的作用是很不相同的。结果是，灯的两个电极之一被较差地加热。这种区别可以延伸到时间上受限的窗口上，譬如在若干换向上，然而也可以是持久的。尤其是针对较低程度地有效加热的极性，可以使用附加的全脉冲并且根据本发明来调节。
在一个简单的情况中，本身较低程度地有效加热的极性的每个半波于是具有根据本发明来调节的全脉冲。
作为在颜色段中将色温调节到灯电流的平均幅度之上的可替方案地或者补充方案，色温通过具有小的灯电流的短阶段(从现在开始称为负脉冲)来改变。这持续一定时间，直到光通量由于灯电流减小而明显降低，使得这种负脉冲应具有最小持续时间，以便影响色温。另一方面，这种负脉冲也不允许太长，因为否则电极温度下降太强烈。负脉冲持续时间在0.15ms至0.25ms之间，其中在负脉冲期间灯电流相对于关于半波的平均值减小5％-70％。
如果使用太多的这种负脉冲，则这当然也对电极温度有不利影响。因此优选的是，在一个半波中仅仅使用12个以下的这种负脉冲。优选的是，仅仅使用三个以下的负脉冲。如果颜色段在半波内多次出现，则已证实合适的是，仅仅针对每当第二次经历颜色段时将负脉冲置于颜色段中。
关于本发明的计算机程序产品方面要确定的是，如今常常以数字方式控制照明系统。通常，照明系统为此包含可编程的控制单元，该控制单元可以借助相应的计算机程序产品按照根据本发明的方法来控制照明系统。
附图说明
以下将借助具体的例子来进一步阐述本发明，其中在此公开的特征一方面对于本发明的方法特征以及对于本发明的装置特征是重要的，并且此外也可以以其他组合对于本发明是重要的。
图1示出了针对本发明的第一实施例的灯电流分布。
图2示出了针对本发明的第二实施例的灯电流分布。
图3示出了针对本发明的第三实施例的另一灯电流分布。
图4示出了针对本发明的第四实施例的灯电流分布。
图5示出了针对最后的本发明的第五实施例的灯电流分布。
具体实施方式
图1示出了在投影系统的高压放电灯中的换向的灯电流IL，该投影系统根据本发明而工作。投影系统(未示出)以50Hz(或者对美国为60Hz)的帧重复频率工作。在此，该投影系统被设计为，使得灯电流IL对每个重复帧可以换向2次至5次。在该例子中，灯电流每帧换向三次。直流部分为零。
灯电流IL作为时间t的函数而绘出。对于相应极性的灯电流在若干颜色段上的平均值在图右边分别以100％说明。可以看到三个半波。在每个半波的第二半中的阴影区域标识双脉冲DP的超过对每个半波的平均灯电流的部分。每个这种双脉冲DP的第二阶梯位于中间阶段ZP中。在该中间阶段ZP中，高压放电灯的光并未被投影系统用于投影。该光随后通过可倾斜的反射器偏转。(仅仅绘出了在半波的末端的中间阶段。)双脉冲DP的第一部分或第一阶梯分别位于区段B、E、H内，它们在此与滤色器应用的持续时间、即与一个颜色段相一致。区段A、D、G分别对应于其他的颜色段。
双脉冲DP的第一阶梯在时间B、E、H期间被设置为使得投影系统发出的光的色温对应于所希望的色温；相应地，双脉冲DP的第二阶梯在中间阶段ZP中被设置为使得负责合适的电极温度。
如果针对颜色段B、E、H之一而减小灯电流，则可以在相应的中间阶段ZP期间提高双脉冲DP的各关联的第二阶梯。对于在颜色段B、E、H之一中提高灯电流，当然反过来也相应地适用。
原则上，灯电流在阶段B、E和H期间也可以是不同大小的。如果半波的最后的颜色段B、E、H分别对应于不同的颜色，则情况通常如此。为了在这种情况下保证对于换向的时刻基本上恒定的电极温度，在中间阶段ZP期间相应地匹配第二阶梯的高度。
图2示出了双脉冲DP的第二部分与双脉冲DP的第一部分的变化的示例性匹配。图中示出了具有双脉冲DP的四个半波。在右边的两个半波中，与前面两个双脉冲DP相比，灯电流幅度在双脉冲DP的第一部分期间减小。为了在换向的时刻使电极温度保持为基本上恒定，双脉冲DP的第二部分在右边的两个双脉冲DP中提高。阴影面积(其说明了在每个半波内在平均灯电流之上的面积)在此保持恒定。
图3又示出了灯电流的四个半波。正极性的两个半波(正的灯电流)不具有全脉冲，并且在换向之前也没有中间阶段脉冲。负极性的两个半波分别具有双脉冲DP。在此，灯电流IL针对两种极性而以不同的效率来加热两个电极。在此，即使在没有全脉冲或者中间阶段脉冲的情况下也已使在正极性的半波之后的放电足够稳定。在负极性的半波中，使用双脉冲DP，以便使放电足够稳定。
色轮可以具有多达六种不同颜色，并且它们可以每个半波旋转多达四次(在50Hz的帧重复率和每帧三次换向的情况下)。相应地，每个半波得到多达24个颜色段。图4示意性示出了如何针对不同的颜色段选择不同的灯电流(然而出于清楚的原因，仅仅分别示出了四个颜色段，在换向末端的中间阶段并未特别示出)。
图4同样示出了四个半波，其中右边的两个半波分别具有一个双脉冲DP。在左边的两个半波中，全脉冲P的第一和第二部分的分别调节导致它们偶尔是等高的。
在各个颜色段内的灯电流的幅度在同一半波的平均灯电流的70％至130％之间波动，85％至115％的区间中的选择也证明是合适的。
图5示出了图4中的灯电流分布，每个半波分别补充一负脉冲。负脉冲在此为0.2ms长，光强在该时间中下降超过25％。在其最小值处，灯电流对应于相应的半波的平均灯电流的30％。
在图1至5中的全脉冲的大小并非是合乎比例的。证明合适的是，在平均脉冲高度为160％(脉冲强度450)的情况下，全脉冲的长度为7.5％，以及在平均脉冲高度为135％(脉冲强度525)的情况下，全脉冲的长度为15％。

Claims (13)

1.一种用于驱动照明系统的方法，包括以下步骤：
借助换向的灯电流(IL)来驱动高压放电灯，其中至少在换向半波的末端出现中间阶段(ZP)，在该中间阶段期间抑制高压放电灯的光，以及
在换向半波内借助滤色系统将高压放电灯的光过滤为多个时间上按顺序的颜色段(A，B，D，E，G，H)，
在该方法中，灯电流在换向半波之一的末端的中间阶段之一内经历中间阶段脉冲(DP)，该中间阶段脉冲具有与在该换向半波中在中间阶段之前的灯电流分布的平均值相比增大的灯电流，并且
此外该方法还包括以下步骤：
与紧接的在前的相同极性的半波相比，改变该半波的在中间阶段之前的灯电流分布，使得照明系统发出的光具有所希望的色温，以及
改变该半波的中间阶段脉冲(DP)的持续时间和/或幅度，使得放电稳定，
其中在随后的换向的时刻在中间阶段脉冲对电极温度的作用中的变化与在随后的换向的时刻在中间阶段之前的灯电流分布对电极温度的作用中的变化至少部分彼此补偿。
2.根据权利要求1所述的方法，其中半波之一的灯电流在换向之前经历包括中间阶段脉冲的全脉冲(DP)，该全脉冲具有与半波的在中间阶段之前的灯电流分布的平均值相比增大的灯电流(IL)，其中全脉冲的第一部分在中间阶段(ZP)之前，并且第二部分位于该中间阶段内，并且该方法包括以下步骤：
与紧接的在前的相同极性的半波的全脉冲(DP)相比，改变全脉冲(DP)的第一部分的持续时间和/或幅度，使得照明系统发出的光具有所希望的色温，
在该半波的全脉冲(DP)的第二部分期间改变灯电流(IL)，使得使放电稳定，
其中在随后的换向的时刻在全脉冲(DP)的第二部分对电极温度的作用中的变化与在随后的换向的时刻在全脉冲(DP)的第一部分对电极温度的作用中的变化至少部分彼此补偿。
3.根据权利要求2所述的方法，其中与相同极性的紧接的在前的半波的全脉冲(DP)相比，该半波的全脉冲(DP)的第一部分的持续时间和/或幅度的调节的改变通过在当前的全脉冲(DP)的第二部分期间改变灯电流(IL)被补偿，使得与相同极性的在前的半波的全脉冲(DP)相比，在该半波的全脉冲(DP)上的积分最高偏离20％以下。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其中全脉冲(DP)经历阶梯状上升的形状，并且最后的阶梯位于中间阶段(ZP)中。
5.根据权利要求4所述的方法，其中全脉冲(DP)对应于双阶梯(DP)，其中第一阶梯对应于全脉冲(DP)的第一组分，并且第二阶梯对应于全脉冲(DP)的第二组分。
6.根据权利要求2至5中的任一项所述的方法，其中全脉冲(DP)由中间阶段(ZP)期间的灯电流分布以及紧接的在中间阶段(ZP)之前的颜色段(B，E，H)期间的灯电流分布构成。
7.根据权利要求2至6中的任一项所述的方法，其中灯电流(IL)在每次换向之前经历全脉冲(DP)，并且对于两种极性，全脉冲(DP)之一的第一部分和第二部分的灯电流(IL)分离地针对这两个部分来调节，使得由照明系统发出的光具有所希望的色温并且使放电稳定。
8.根据权利要求2至6中的任一项所述的方法，其中在包括多次换向的时间窗内，灯电流(IL)仅仅针对两种极性之一的半波分别经历全脉冲(DP)，并且对于该极性，全脉冲(DP)之一的第一部分和第二部分的灯电流(IL)分离地针对这两个部分来调节，使得由照明系统发出的光具有所希望的色温并且使放电稳定。
9.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，其中灯电流(IL)在中间阶段(ZP)之前的半波中在0.15ms至0.25ms的时间中相对于中间阶段(ZP)之前的半波的平均值减小5％-70％。
10.根据权利要求9所述的方法，其中在中间阶段(zP)之前的相同的半波中进行1至12次这样的减小。
11.一种照明系统，具有：
通过换向的灯电流(IL)来驱动的高压放电灯，其中在工作期间至少在换向半波的末端出现中间阶段(ZP)，在该中间阶段期间抑制高压放电灯的光，以及
滤色系统，该滤色系统在换向半波内将高压放电灯的光过滤为多个时间上按顺序的颜色段(A，B，D，E，G，H)，
其中照明系统被设计为使得：
灯电流(IL)在换向半波之一的末端的中间阶段(ZP)之一内具有中间阶段脉冲(DP)，该中间阶段脉冲具有与在该换向半波中在中间阶段之前的灯电流分布的平均值相比增大的灯电流，
与紧接的在前的相同极性的半波相比，响应于该半波的在中间阶段(ZP)之前的灯电流分布的变化，所发出的光具有所希望的色温，
通过改变该半波的中间阶段脉冲(DP)的持续时间和/或幅度来使放电稳定，
其中，在随后的换向的时刻在中间阶段脉冲(DP)对电极温度的作用中的变化与在随后的换向的时刻在中间阶段之前的灯电流分布对电极温度的作用中的变化至少部分彼此补偿。
12.根据权利要求11所述的照明系统，该照明系统被设计用于执行根据权利要求1至10中的任一项所述的方法。
13.一种计算机程序产品，用于加载到照明系统中，以便将照明系统针对根据权利要求1至10的方法来设置。
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