CN1977571B - 用于运行高压气体放电灯的方法和电路布置 - Google Patents

Abstract

本发明描述了用于以迭加了第一电流脉冲的灯电流运行高压气体放电灯的一种方法和电路布置，特别是在用于时序产生合成待显示图像的(原)色彩和可能的白色段的系统中，其中，为了改变或校正图像的色彩和/或亮度性质，相对于色彩和/或白色段的产生来调节第一电流脉冲的幅值和/或时间长度和/或时间位置。本发明还描述了包含这样的电路布置的投影系统。

Description

用于运行高压气体放电灯的方法和电路布置

技术领域

本发明涉及一种以迭加了第一电流脉冲的灯电流运行高压气体放电灯(HID灯或UHP[超高性能]灯)的方法和电路布置，特别是在用于时序产生原色彩和可能的白色段的系统中，并且特别用于照明时序显示原色彩图像的投影显示器，诸如在DLP

(数字光处理)系统或LCoS(硅基液晶)系统中。本发明还涉及这样的用于显示图像或数据的、包含高压气体放电灯的投影系统和这样的电路布置。

背景技术

在投影系统中，使用的光源通常是一个或更多的高压气体放电灯(HID灯或UHP[超高性能]灯)。原则上可以用直流电流和交流电流来运行这些灯。但是，通常优选的是用交流电流运行，因为这可以防止电极的快速腐蚀并提高灯的效率。

然而，特别是在用交流电流运行的情况下，由于极性变化，电弧放电不稳定的风险也增加了，而且这些电弧放电可以导致输出光电流的波动。这主要是基于这一事实：电弧放电取决于电极的温度和表面状况，而且电极温度的时间进程在其作为阳极或阴极的阶段中不同。因而这导致在灯电流的一个周期期间电极温度明显改变。为了有利地影响这些波动，在灯电流的每个半周期结束时，即在极性改变之前，产生具有与待改变的半周期相同极性的(第一)电流脉冲，并将该电流脉冲迭加到灯电流上，以使全部电流增加并且电极温度上升。结果，能够明显改善电弧放电的稳定性。

这些第一电流脉冲导致了灯用具有或多或少的明显经过脉冲调制的组分的交流灯电流来运行，这些组分反过来引起相应地脉冲调制的增加的灯电流。

特别是在利用时序彩色显示方法运行的彩色投影显示器中，当原色彩图像中的一个图像以不同于其它原色彩图像的亮度显示时，输出光电流中的波动可能具有破坏性效果。

在这样的时序彩色显示方法中，在三种原色彩(“场序制彩色”)蓝色、绿色和红色以及可能的第四白色图像(白色段)中的每种情况下，通过时序显示至少三个完全图像，在显示器上产生彩色图像。目前这种方法用于诸如大多数DLP

(数字光处理)投影仪中(同色轮一起运行)，在将来也可以用于LCoS系统中，在该系统中目前被用于以原色彩对显示器进行时序照明的是棱镜而将来是鼓状布置。

为了防止由第一电流脉冲引起的灯电流的增加导致所显示的图像中的色彩偏移，电流脉冲的产生与色彩调节器通常被相互同步，如EP川54652中所说明的，用这样的方式，第一电流脉冲总是出现在第四白色图像中。

对于灯的运行和灯的驱动器的技术电路设计，还要设定第一电流脉冲的幅值的绝对值(而不是其与平均灯电流相比的相对值)并尽可能保持恒定。然而，由于在灯的使用期期间在很多情况下工作电压会升高(或也可能会下降)，因而灯的平均电流减少，第一电流脉冲幅值与平均电流之间的比值逐渐增大。这就意味着全部图像中的白色组分逐渐增高而色彩饱和度逐渐降低。虽然能够通过测量电流水平并计算校正来补偿这种影响，但这将意味着随着灯变旧，图像亮度下降。(在某些灯中在整个使用期过程中如果工作电压下降则会出现相反的影响。)

发明内容

因此，本发明的目的是提供用于运行高压气体放电灯的方法和电路布置，利用其可以至少在很大程度上避免上述问题并在灯的使用期能够获得所显示图像的至少基本恒定的色彩和/或亮度性质。

另外，本发明的目的还包括提供用于运行高压气体放电灯的方法和电路布置，与使用已知方法和电路布置相比，通过本发明的方法和电路布置能够在全部图像中获得相当好的色彩平衡，并且在灯的整个使用期内能够至少在很大程度上保持该色彩平衡。

本发明的目的还包括提供用于运行高压气体放电灯的方法和电路布置，利用该方法和电路布置，可以进行色彩和/或亮度性质的改变、或调整、或校正，特别是图像的色温的改变、或调整、或校正，而没有明显的光损失。

本发明的目的还包括提供用于运行高压气体放电灯的方法和电路布置，利用该方法和电路布置，所显示图像的色彩饱和度和/或亮度可以被调整到尤其自动调整到当前图像内容的色彩饱和度和/或亮度，以便例如用于以用第一运行模式(例如用于视频操作)所获得的想要的、特别是高色彩饱和度以及用第二运行模式(例如用于显像用途)所获得的想要的、特别是高亮度的方式照明投射显示器。

这个目的可以通过一种通过以迭加了第一电流脉冲的灯电流运行高压气体放电灯的方法来实现，特别是在用于时序产生原色彩和可能的白色陬用于合成所要显示的图像)的系统中，其中，为了改变或校正图像的色彩和/或亮度性质，相对于色彩和域白色段的产生来调节第一电流脉冲的幅值和/或时间长度和/或时间位置(相位)。

另外，这个目的可以通过一种电路布置来实现。

对于这一点，需要提及的是US-PS 5,262,701已经公开了可以被用于以具有可控占空比的电流脉冲运行钠高压气体放电灯的电路布置。然而，这种电路布置是用于灯的减光操作的，其中，通过改变占空比来改变提供给灯的功率，同时所产生的光的特定色温据说被达到或达到预定点。然而，由于减光操作或由灯所发射的光的色温的影响均不是本发明的主题，所以不能认为所述文献是相关的。

根据本发明的解决方案的特别优点是灯电流可以是直流电流或交流电流。另外，基本上色温和/或图像亮度可以被设定和调节而没有任何损失(即没有明显的光损失)，从而通过脉冲调制灯电流可以获得高的效率和光通量输出(lumen output)。最后，在时序显示系统中能够以简单的方式产生迭加了脉冲的灯电流，其中必要时甚至没有白色段。

一个实施例用于灯电流是交流电流的情况下。

另一个实施例能够进一步最优化所显示图像的色彩和/或亮度性质。

另一个实施例特别利于用在LCoS系统中。

另一个实施例特别利于用在相关投影系统的视频模式，而另一个实施例特别适于显像(presentation)目的。

另一个实施例能够在上述两个实施例所述的运行模式之间自动转换，从而使所显示图像的色彩和/或亮度性质动态适应当前图像内容。

将参照附图中山出的实施例进一步描述本发明，但本发明并不限制于此。

附图说明

图1示出了本发明的不同使用年限的灯的灯电流的时间进程。

图2示出了本发明的用于调节所显示图像的色温的灯电流的时间进程。

图3示出了本发明的用于第一运行模式的灯电流的时间进程。

图4示出了本发明的用于第一运行模式的灯电流的时间进程。

图5示出了第吨流脉冲的时间长度作为灯的工作电压的函数。

图6示出了用于运行高压气体放电灯的电路布置的示意性方框图。

具体实施方式

下面将假定用基本方波交流电流运行灯。但是也可以将所述电流脉冲迭加到直流灯电流上，从而根据本发明的原理在这种情况下也可以应用。

在本发明的第一实施例中，在极性改变之前迭加到交流灯电流上的第一电流脉冲具有与待改变的相位或周期相同的极吼该第一电流脉冲作为特定参数(灯的当前工作电压(其在灯的使用期内可能会变化)和/或想要的运行模式)的函数，、以校正图像的色彩和/或亮度性质或获得想要的色温或最佳色彩平衡或特别亮度的图像的方式、在彩色段或(原)色彩中和可能的白色段中随时间偏移。这通常是由交流灯电流的相位关于彩色和白色段的序列的相应偏移引起的。

在第二实施例中，另外的或作为上述方案的备选方案，可以改变第一电流脉冲的时间长度(持续时间)，以便为了上述用途所述脉冲至少部分延伸到相邻色彩或白色段中和/或由于它们的被改变的持续时间在相应的色彩或白色段中产生相应的改变的光强度。

与之相比，优选将第一电流脉冲的级别(幅值)设定或限制到特定值，特别是与灯的最佳使用期相关的特定值，并保持至少基本恒定。然而，不能排除这样的可能性，即第一电流脉冲的幅值随着用于影响所显示图像的色彩和/或亮度性质的参数也至少稍微改变。

最后，在第三实施例中，另外的或作为上述第一电流脉冲的备选，在其它色彩段的一个或更多和/或可能的白色段中将一个或更多的额外第二电流脉冲K(此后称为补偿脉冲)迭加到灯电流，以便用这种方式例如改进色温或调节色温差不多完全没有损失或以想要的方式使色彩饱和度和/或图像亮度适应图像内容。

这些第二电流脉冲也可以根据它们的参数(如特别是相对于色彩和/或白色段的产生，它们的幅值和/或时间长度和/或时间位置)来调节和/或可能根据它们的极性来调节。

首先将结合图1参照一个有具体数字的实例来解释本发明。

具有例如120瓦和相对短电弧的典型高压气体放电灯在其品牌中具有新的条件，工作电压大约在58伏。对于这个工作电压，相对于由显示器或投影系统的色彩调节器所产生的原色彩序列变动基本方波交流灯电流的相位，以使迭加到交流灯电流上的第一电流脉冲S基本上完全位于红色段R(红段、红原色图像)的每种情况中，如图1中图示说明的第一电流进程1所示。

优选红色段R，因为具有相对低的功率的放电灯在所产生的光中特别普遍具有太低而不适用于视频应用的红色组分。

例如，交流灯电流的平稳值大约为2安。在这种情况下，在灯的整个使用期内第一电流脉冲S的优选幅值约为2.6安。第一电流脉冲S的时间长度(持续时间)优选约为交流灯电流的半周期的持续时间的6％，但是也可以在大约2％到大约15％之间的范围内变化。显示器类型和图像显示方法基本上决定了可用的最长持续时间。

对于在灯的使用期的开始阶段的最小工作电压(从而最高灯电流)，优选将第一电流脉冲S的持续时间设在上限，因此在这种情况下约为15％。

在下文中，为了简化，假定诸如色轮上的色彩段的色彩调节器的相对变化不会引起色温的改变或适应，尽管这不应被排除。

因此，由于第一电流脉冲S完全位于红色段R中，所以必须根据时间以相对缩短的方式被显示或投影，以避免色彩偏移。如果取这三种色彩段B、G、和R(就是说在每种情况下大约33％)的相等持续时间作为想要的相等比值的三种色彩强度1∶1∶1的基准，那么就会避免因为电流脉冲S引起色彩偏移，例如，设定红色段R的持续时间约为313％，绿色和蓝色段G、B的持续时间均约为34.3％，以避免由第一色彩脉冲S引起色彩偏移。

由于在灯的使用期内工作电压通常会提高，但出于上述原因，第一电流脉冲S的绝对值和灯功率需要保持至少基本恒定，因为灯电流相对降低，所以第一电流脉冲S的相对值将提高。这相应地意味着所显示图像的色彩平衡向红色偏移。

在诸如监控工作电压的情况下预防了上述偏移，即如果该值增加，断第一电流脉冲S的一部分偏移到蓝色段B，从而降低红色组分而增加蓝色组分。同样为了相对增加图像的绿色组分，在绿色片段G内另外产生附加的、相对小的第二电流脉冲(补偿脉冲)K。图1的曲线2示出了接近灯的使用期末期的产生的全部电流进程。

在定量条件中，对于第二电流进程2获得了下述数值：

接近灯的使用期末期，灯的工作电压约为140伏，相应的电流平稳值仅约为0.7安。第一电流脉冲S的幅值仍然约为2.6安。如果假定基准不变为红色段R约为31.3％、绿色及蓝色段均约为34.3％的时间长度，则可以改变许多参数以便补偿与电流平稳值相比增加的第一电流脉冲S的相对值(及由此引起的图像中增加的红色组分)。

如上面已经描述的，特别是可以将第一电流脉冲S的时间长度从约为15％的最大值缩短到诸如约为5.7％。另外，可以改变第一电流脉冲S的时间位置以使每个第一电流脉冲S的一部分延伸到相应的临近的蓝色段B中，而且对于5.7％的例子仅约3.4％仍然在红色段R中和约2.3％在蓝色段B中。作为第三参数，通过上述的补偿脉冲K可以相对增加所产生的光的绿色组分，脉冲K具有约为0.9安的电流幅值和在绿色片段G中交流灯电流的半周期的约21.8％的时间长度(参照图1中的电流进程2)。

如果色彩调节器产生白色段，同样可以在其中产生补偿脉冲K或者可以将在绿色段G中产生的补偿脉冲K部分地偏移到白色段中。

能够单独地或彼此结合地选择或相对调节这些参数。

通过除灯驱动器之外还优选含有与图像处理器相连并能相应编程的控制元件的电路布置，可以进行第一和第二电流脉冲S、K的上述参数的调节，特别是它们的幅值和/或它们的时间长度和/或时间位置、也可能它们的极性的调节，以及它们在灯电流上的重叠。

图2示出了为了获得所显示图像的想要色温而改变的灯电流的进程。如图2中双向箭头P1所示，可以通过诸如将第一电流脉冲S的时间位置从相应的红色段R偏移到蓝色段B内或相反过程使得色温提高或降低。如双向箭头P2所示，在这种情况下可以通过在绿色段G期间调节补偿脉冲K的幅值和/或极性来获得正确的白点。

也可以可选择地或另外地通过改变第一电流脉冲S的时间长度招致色温的变化。

另外，可以诸如以两种可转换的运行模式运行用于产生灯电流同时照明投影显示器的电路布置。第一运行模式可以用于所产生图像的视频显示，其中将显示尽可能正确的图像和获得增强的色彩饱和度，而第二运行模式可以用于显像目的，其中想要尽可能亮的图像。

在这种情况下，例如，在第一运行模式下产生如图3所示的灯电流，在第二运行模式下产生如图4所示的灯电流。

在第一运行模式下，如图3所示，通过在红色段R和蓝色段B之间适当地偏移来再次调整色温，如上而的图2的相关解释。

为了在第一运行模式下获得特别好的色彩饱和度，在交流灯电流的一个或两个的半周期内的白色段W期间，可以用如箭头P1所示的负的第一补偿脉冲K1的形式另外降低灯电流。

最后，如箭头P2所示，如果需要，可以在绿色段G中产生具有可调节的正或负极性和/或时间长度的第二补偿脉冲K2，以便增加或减少绿光组分并由此实现想要的色彩平衡。

在第二运行模式下，如图4所示，第一电流脉冲S基本上全部位于白色段W内，以使图像具有相对高的亮度。在这种情况下，如上面解释的，通过在色彩片段R、G、B之一中的至少一个补偿脉冲K可以实现任何需要的色彩性质的校正。

在本发明的另一实施例中，按照所显示的图像内容的函数，第一和/或第二电流脉冲(补偿脉冲)S、K的时间位置和/或时间长度和/或幅值和/或可能的极性被动态调节或调整。这可能用于诸如当在视频模式下其有相对高亮度的图像与具有相对高的色彩饱和度的图像交替显示时。为了最优化显示，则在用于特别亮的图像的第二运行模式与用于其它图像的第一运撒式之间进行自动转换。可以通过适当的传感器信号或来自图像处理器的信号来激活第一和第二运行模式之间的转换。

为了防止由于第一电流脉冲S从红色段R向蓝色段B偏移引起必要的补偿脉冲K在灯的使用期内在绿色段G内变得太大，可以以这样的方式产生灯电流：在使用期的初期，负补偿脉冲K位于绿色段G内，并且在整个使用期内这些脉冲返回到接近0的值，且在接近使用期末期时仅上升到相对低的正值。

对于前面提到的LCoS系统，给出了另外的具体数字的实例以说明本发明：

在这种情况下，与上述实施例一样，保持第一电流脉冲S的幅值至少基本恒定，例如为3.7安。对于灯功率为200瓦以及工作电压约115伏的情况下，平均灯电流约为1.74安、平稳电流约为1.63安。这使得第一电流脉冲S的幅值与平稳电流水平之间的相对比值ppR为2.26。对于交流灯电流的半周期的5％的第一电流脉冲的长度的情况，这意味着由于第一电流脉冲而产生约6.3％以上的光，而且如果第一电流脉冲S完全位于红色段R内，可以使光的红色组分增加大约19％。

假设，例如，在灯开始运行的大约100小时内，工作电压降至大约75伏，对于同一灯功率(大约200瓦)，这导致平均灯电流约为2.67安、平稳电流值约为2.5安。因此使第一电流脉冲S的幅值与平稳电流值之间的相对比值ppR降低到约为1.84。为了补偿由第一电流脉冲S另外产生的光的(较少的)量，将所述脉冲的持续时间延长到交流灯电流的半周期的大约13％的值，以便仍能获得与在较高工作电压情况下一样的相同的额外光强度。

假设，随着灯的使用期增加，工作电压再次升幅就要相应缩短第一电流脉冲S的持续时间，使得由第一电流脉冲S所产生的额外光的量保持至少基本恒定。图5示出了作为工作电压U的函数的第一电流脉冲S的时段(timeduration)tpx的进程。

最后，图6给出了用于为放电灯31产生上述灯电流的电路布置的一个实施例的示意性方块图以及投影系统的基本组分。

在电路布置的输入端具有诸如约为100到240伏的交流电压Uc，并将该交流电压转换为具有上述进程的交流灯电压。

该电路布置包括整流器级10、功率/电流调节器11、变压器12、控制元件20、具有点火级的转换器30和图像处理器40，其中在图像处理器中有用于产生图像的视朔图形信号V。

整流器级10将交流电压U咄转换为直流电压。由该直流电压，功率/电流调节器11产生具有适用于相关的放电灯31的电流水平的直流电流，并且将上述第一和第二电流脉冲S、K迭加到所述直流电流。一直到最后，功率/电流调节器11由控制元件20适当地控制。

整流器30将产生的直流电流转换为具有由控制元件20控制的频率和相位的基本方波交流灯电流。

由整流器级10馈送的电压转换器12用于给功麴电流调节器11提供功率。

投影系统基本由放电灯31、光学积分器(optical inte扣tor)32、色彩调节器33、显示器34和透镜系统35组成。色彩调节器33和显示器34由图像处理器40以已知的方式激励作为在显示器34上显示的视频/图形信号V的函数。

通过通信线路将控制元件20和图像处理器40相互连接并以这样的方式同步和设计：以使功率/电流调节器11产生第一和第二电流脉冲和转换器30转换直流电流与以上面描述的方式的彩色和白色段的产生在时间上相关。

另外，控制元件20和/或图像处理器40用于改变第一和第二电流脉冲S、K的幅值和/或时间长度和/或时间位置和/或可能的极性，从而获得或校正所显示图像的色彩和/或亮度性质，也可能用于在上述运行模式之间的转换。出于这种目的，对控制元件20和/或图像处理器40进行适当编程，并给其配备存储器，在其中存储诸如作为灯的工作电压U的函数(如图5所示)的第一电流脉冲S的持续时间。

Claims (11)

1.一种运行时序图像投影系统中的高压气体放电灯(31)的方法，该时序图像投影系统包括用于产生原色和可能的白色段的色彩调节器(33)，从该原色和可能的白色段合成待显示的图像，其中灯电流迭加有第一电流脉冲，并且该第一电流脉冲至少部分地从色彩或白色段延伸到相邻的色彩或白色段，并且为了改变或校正图像的色彩性质、亮度性质、或色彩和亮度性质，相对于色彩段、白色段、或色彩段和白色段的产生来调节所述第一电流脉冲的幅值和时间长度和时间位置中的至少其中一个。

2.如权利要求1所述的方法，其中灯电流是交流电流，并且在交流灯电流的极性改变之前产生第一电流脉冲，在所有情况下第一电流脉冲具有与待改变周期相同的极性，其中通过偏移交流灯电流的相位来调节第一电流脉冲的时间位置。

3.如权利要求1所述的方法，其中为了改变或校正图像的色彩性质、亮度性质、或色彩和亮度性质，在至少一种色彩段、白色段、或至少一种色彩段和白色段的产生过程中，产生至少一个第二电流脉冲并迭加到灯电流上。

4.如权利要求3所述的方法，其中第二电流脉冲的产生包括其极性和幅值和时间长度和时间位置中的至少其中一个相对于色彩段、白色段、或色彩段和白色段的产生的改变。

5.如权利要求1所述的方法，其中保持第一电流脉冲的时间位置恒定，并且通过相对于色彩段、白色段、或色彩段和白色段的产生调节第一电流脉冲的幅值和时间长度中的至少其中一个来改变或校正所显示图像的色彩性质、亮度性质、或色彩和亮度性质。

6.如权利要求1所述的方法，包括用于以高的色彩饱和度显示图像的第一运行模式，其中在至少一个白色段期间，将具有与灯电流的当前极性相比为负的幅值的第二电流脉冲迭加到灯电流上。

7.如权利要求6所述的方法，包括用于以高的亮度显示图像的第二运行模式，其中在至少一个白色段期间，将第一电流脉冲迭加到灯电流上。

8.如权利要求7所述的方法，其中根据当前图像的所检测到的色彩饱和度和亮度中的至少其中一个的级别，在第一运行模式和第二运行模式之间进行自动转换。

9.如权利要求1所述的方法，包括用于以高的亮度显示图像的第二运行模式，其中在至少一个白色段期间，将第一电流脉冲迭加到灯电流上。

10.一种用于依照如任一项在前权利要求所述的方法运行至少一个高压气体放电灯(31)的电路布置，该电路布置包括：

灯驱动器；以及

控制元件，

该控制元件与图像投影系统的图像处理器相连接，并且被编程为执行所述方法。

11.一种用于显示图像或数据的投影系统，用于时序产生色彩和可能的白色段，从该色彩和可能的白色段合成待显示的图像，该投影系统包括至少一个高压气体放电灯(31)和如权利要求10所述的电路布置。

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