DE102006036112A1

DE102006036112A1 - Verfahren zum Betreiben eines Beleuchtungssystems mit einer sequentiellen Farbfilterung und einer Hochdruckentladungslampe

Info

Publication number: DE102006036112A1
Application number: DE102006036112A
Authority: DE
Inventors: Kai Dr. Wolter
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2006-08-02
Filing date: 2006-08-02
Publication date: 2008-02-07
Also published as: JP5268909B2; JP2009545843A; CN101502126B; TW200830889A; CA2659515A1; US8188675B2; US20090195181A1; WO2008015204A1; CN101502126A

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb eines Beleuchtungssystems, welches Beleuchtungssystem eine mit einem kommutierenden lampenstrom (IL) betriebene Hochdrucklampe und ein Farbfiltersystem zum Filtern des Lichts der Hochdruckentladungslampe in einer Mehrzahl sequentieller Farbsegmente (A, B, D, E, G, H) aufweist. Weiter bezieht sie sich auf ein Beleuchtungssystem zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und auf ein Computerprogrammprodukt, welches in ein erfindungsgemäßes Beleuchtungssystem geladen werden kann, um dieses dem erfindungsgemäßen Verfahren entsprechend auszulegen. Erfindungsgemäß durchläuft der Lampenstrom (IL) vor einer Kommutation in einer Zwischenphase (ZP), während der das Licht des Beleuchtungssystems unterdrückt wird, einen Zwischenphasenpuls (DP). Bei einer Änderung des der Zwischenphase (ZP) vorangehenden Lampenstromverlaufs wird der in der Zwischenphase liegende Zwischenphasenpuls (DP) derart angepasst, dass die Änderung sich in ihrer Wirkung auf die Elektrodentemperatur zum Zeitpunkt der Kommutation zumindest teilweise kompensieren.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines Beleuchtungssystems, welches eine mit einem kommutierenden Lampenstrom betriebene Hochdruckentladungslampe und ein Farbfiltersystem zum Filtern des Lichts der Hochdruckentladungslampe in eine Mehrzahl zeitlich sequentieller Farbsegmente aufweist. Weiter bezieht sich die Erfindung auf ein Beleuchtungssystem, welches zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegt ist. Schließlich bezieht sich die Erfindung auch auf ein Computerprogrammprodukt zum Laden in ein Beleuchtungssystem, um dieses dem erfindungsgemäßen Verfahren entsprechend zu programmieren.
Stand der Technik
Beleuchtungssysteme mit einer Hochdruckentladungslampe und einem Farbfiltersystem zur Filterung des Lichts sind an sich bekannt. Üblicherweise werden solche Beleuchtungssysteme zur Projektion eingesetzt.
Der Betrieb des Farbfiltersystems und die Kommutationen des Stromes in der Hochdruckentladungslampe sind gemeinsam getaktet. In der Regel enthält jede Halbwelle des Lampenstroms mehrere Farbsegmente.
Das Farbfiltersystem des Beleuchtungssystems ist so aufgebaut, dass es das Licht der Lampe zeitlich sequentiell filtert, wobei eine Mehrzahl Farbfilter, in der Regel zumindest drei Farbfilter, verwendet werden. Die zeitlich sequentielle Filterung ist in der Regel periodisch bei gleich bleibender Abfolge der verschiedenen Farben. Solche Farbfiltersysteme werden insbesondere in Verbindung mit elektronischen Spiegelsystemen eingesetzt, um durch unterschiedliche elektronische Steuerung der Spiegel in verschiedenen Phasen Bilder mit aus den Farben des Filtersystems zusammen gesetzten Farben erzeugen zu können. Dabei wird ausgenutzt, dass bei ausreichend schneller Abfolge der einzelnen Farben im menschlichen Auge ein Mischfarbeneindruck entsteht.
Farbfiltersysteme in Projektionssystemen haben in der Regel einen mechanischen Aufbau in Form eines um eine Achse rotierenden Rades, das aus Filtersegmenten besteht, wobei das Licht der Lampe durch das rotierende Rad gefiltert wird und sich die zeitlich sequentielle Folge durch die Rotation der verschiedenen Segmente durch den Lichtstrahl ergibt. Daher wird in diesem technischen Gebiet auch häufig von Farbrädern gesprochen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf solche mechanischen Lösungen eingeschränkt, sondern kann auch mit beliebigen anderen zeitlich sequentiellen Farbfiltersystemen realisiert werden.
Üblicherweise wird das von der Hochdruckentladungslampe abgegebene Licht in Zwischenphasen zwischen den Farbsegmenten der Farbfilterung unterdrückt. Solche Zwischenphasen können eingesetzt werden, um das Licht der Lampe in den Zeiten, in denen es wegen des Lichtbündeldurchmessers nicht nur durch ein, sondern durch zwei Farbfilter gefiltert wird, auszublenden. Üblicherweise geschieht dies durch Verkippen elektronisch gesteuerter Spiegel. Diese Zwischenphasen werden auch als Speichen ("spokes") bezeichnet. Solche Zwischenphasen überdecken in der Regel auch die Kommutationen bzw. die Enden der der Kommutation vorangehenden Halbwellen. Im Rahmen der Erfindung werden zunächst nur Zwischenphasen am Ende der Kommutationshalbwellen betrachtet, was aber die Verwendung weiterer Zwischenphasen nicht ausschließen soll (s. unten).
Zur Stabilisierung der Entladung in der Hochdruckentladungslampe ist es bekannt, am Ende jeder Halbwelle des Lampenstroms, also vor einer Kommutation, den Lampenstrom kurzzeitig zu erhöhen. Solche Lampenstrompulse erhöhen die Elektrodentemperatur und stabilisieren damit die Entladung ("Maintenance Pulse"). Dies ist insbesondere für die Elektrode wichtig, welche nach der Kommutation als Kathode fungiert.
Soll das Beleuchtungssystem Licht mit einer anderen Farbtemperatur abgeben, so ist es konventionellerweise notwendig, unter Inkaufnahme einer Unterbrechung des Betriebs das Farbrad auszutauschen und ggf. das Beleuchtungssystem bezüglich der Synchronisierung von Farbsegmenten und ggf. Kommutationen neu einzustellen.
Während des Betriebs des Beleuchtungssystems kann die Farbtemperatur auch durch zeitweises Ausblenden des farbgefilterten Lichts eingestellt werden. Dazu kann ein oben erwähntes elektronisches Spiegelsystem eingesetzt werden, welches durch unterschiedliche elektronische Steuerung der Spiegel in verschiedenen Phasen die Farbtemperatur wunschgemäß einstellt.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Betreiben eines Beleuchtungssystems mit einem Farbfiltersystem und mit einer Hochdruckentladungslampe anzugeben.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines Beleuchtungssystems mit den Schritten: Betreiben einer Hochdruckentladungslampe mit einem kommutierenden Lampenstrom, wobei mindestens am Ende der Kommutationshalbwellen eine Zwischenphase auftritt, während der das Licht der Hochdruckentladungslampe unterdrückt wird, und Filtern des Lichts der Hochdruckentladungslampe in eine Mehrzahl zeitlich sequentieller Farbsegmente innerhalb der Kommutationshalbwellen mit einem Farbfiltersystem, bei welchem Verfahren der Lampenstrom innerhalb einer der Zwischenphasen am Ende einer der Kommutationshalbwellen einen Zwischenphasenpuls mit einem im Vergleich zum Mittelwert des der Zwischenphase vorangehenden Lampenstromverlaufes in dieser Kommutationshalbwelle erhöhten Lampenstrom durchläuft, und ferner mit den Schritten: Ändern des der Zwischenphase vorangehenden Lampenstromverlaufes dieser Halbwelle im Vergleich zu der direkt vorangehenden Halbwelle gleicher Polarität, so dass das von dem Beleuchtungssystem abgegebene Licht die gewünschte Farbtemperatur annimmt, und Ändern der Dauer und/oder Amplitude des Zwischenphasenpulses dieser Halbwelle, so dass die Entladung stabilisiert wird, wobei die Änderung in der Wirkung des Zwischenphasenpulses auf die Elektrodentemperatur zum Zeitpunkt der folgenden Kommutation und die Änderung in der Wirkung des der Zwischenphase vorangehenden Lampenstromverlaufs auf die Elektrodentemperatur zum Zeitpunkt der folgenden Kommutation sich zumindest teilweise kompensieren.
Ferner richtet sich die Erfindung auf ein entsprechend ausgestaltetes Beleuchtungssystem und ein Computerprogrammprodukt zum Laden in ein Beleuchtungssystem.
Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Dabei sind die Merkmale der Ansprüche sowie die in der Beschreibung offenbarten Merkmale jeweils sowohl im Hinblick auf das Verfahren als auch auf das Beleuchtungssystem und das Computerprogrammprodukt zu verstehen, ohne dass dazwischen im Einzelnen noch weiter ausdrücklich unterschieden wird.
Die Erfindung basiert auf der Tatsache, dass eine Änderung des Lampenstroms in den Farbsegmenten zu einer Änderung der Farbtemperatur des von dem Beleuchtungssystem abgegebenen Lichts führt. Der Erfinder hat festgestellt, dass sich eine solche Änderung auch auf die Elektrodentemperatur auswirkt.
Die Elektrodentemperatur sollte vor allem nicht zu klein sein, darf aber auch nicht zu groß sein. Ist die Elektrodentemperatur, insbesondere zum Zeitpunkt der Kommutation, zu klein, so kann sich das negativ auf die Stabilität der Entladung auswirken; ist die Elektrodentemperatur zu groß, so können die Elektroden pathologische Veränderungen zeigen und sogar unkontrolliert zusammenwachsen. Wird die Hochdruckentladungslampe mit einer passenden Elektrodentemperatur betrieben, so ist es natürlich wünschenswert, wenn die Elektrodentemperatur von Kommutation zu Kommutation passend bleibt, auch wenn sich der Lampenstromverlauf innerhalb der Halbwelle ändert.
Auch bei der Erfindung wird ein sogenannter "Maintenance Pulse" am Ende einer Halbwelle eingesetzt, um die Entladung zu stabilisieren. Die Erfindung basiert weiter auf der Tatsache, dass ein solcher "Maintenance Pulse" lediglich die Elektrodentemperatur und nicht die Farbtemperatur beeinflusst, wenn er in einer Zwischenphase liegt. Ein in einer Zwischenphase liegender "Maintenance Pulse" wird hier als Zwischenphasenpuls bezeichnet. Aufgrund der Lage des Pulses sind hier natürlich die Zwischenphasen an den Enden der Kommutationshalbwellen gemeint.
Die Idee der Erfindung ist es, die Wirkung des Lampenstromes während der Farbsegmente einer Halbwelle und die Wirkung des Zwischenphasenpulses derselben Halbwelle auf die Elektrodentemperatur zum Zeitpunkt der auf die Halbwelle folgenden Kommutation so gegeneinander auszubalancieren, dass die Entladung stabilisiert wird, auch wenn die Farbtemperatur geändert wird; also die Elektrodentemperatur nicht zu klein und nicht zu groß wird und insbesondere bei einer Änderung der Farbtemperatur während des Betriebs des Beleuchtungssystems auch passend bleibt.
Für einen bestimmten zeitlichen Abstand des Lampenstroms zur nächsten Kommutation trägt der Lampenstrom umso mehr zur Elektrodentemperatur während dieser Kommutation bei, je größer seine Amplitude ist und je länger die erhöhte Amplitude andauert. Mit größer werdendem zeitlichen Abstand wird dieser Beitrag geringer.
Eine Änderung der Amplitude des Lampenstroms in den Farbsegmenten wird erfindungsgemäß durch eine Änderung des Lampenstroms in der Zwischenphase kompensiert, also durch eine Änderung der Dauer des Zwischenphasenpulses oder durch eine Änderung der Amplitude desselben, oder beides.
Zum besseren Verständnis soll bereits an dieser Stelle auf die Möglichkeiten der Erfindung anhand von zwei möglichen Betriebsweisen eines erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems eingegangen werden:

1. Entspricht beispielsweise das letzte Farbsegment vor der Zwischenphase am Ende der Halbwelle immer der gleichen Farbe und soll die Farbtemperatur über eine Änderung der Lichtintensität dieser Farbe eingestellt werden, so kann dazu die Lampenstromamplitude in diesem Farbsegment eingestellt werden. Um die Elektrodentemperatur zum Zeitpunkt der Kommutation passend zu halten, kann dann die Amplitude des Zwischenphasenpulses während der Zwischenphase gegensinnig eingestellt werden.
2. Oft werden jedoch Farbfiltersysteme anders betrieben, indem das letzte Farbsegment vor der Zwischenphase nicht immer der gleichen Farbe entsprechen muss. Entsprechend ändert sich die benötigte Lichtintensität und damit der zu verwendenden Lampenstrom in diesem Farbsegment von Halbwelle zu Halbwelle gleicher Polarität. Die Erfindung erlaubt in diesem Fall ein Festhalten an einer bestimmten Farbtemperatur bzw. natürlich auch eine Neueinstellung derselben bei einem gleichzeitigen Halten der Elektrodentemperatur zum Zeitpunkt der Kommutation. Auch in diesem Fall kann nämlich das Ergebnis durch ein Ausbalancieren der Wirkung des Zwischenphasenpulses mit der Wirkung des der Zwischenphase vorangehenden Lampenstroms erreicht werden.

Wichtige Ausführungsformen der Erfindung weisen große Lampenströme in den letzten Farbsegmenten, oder lediglich dem letzten Farbsegment, vor der Kommutation auf. Es kann sich ein bis zu mehrere Farbsegmente umfassender Gesamtpuls bilden, welcher den Zwischenphasenpuls umfasst, daher wird ein solcher Lampenstrompuls ab jetzt als "Gesamtpuls" bezeichnet. Ein solcher Gesamtpuls ist wie folgt definiert: Während des Gesamtpulses ist der Lampenstrom im Vergleich zu dem Betragsmittelwert über die gesamte Halbwelle erhöht. Der Gesamtpuls beginnt in der zweiten Hälfte der Halbwelle, oft erst gegen deren Ende, und endet mit der Kommutation. Dabei liegt der hintere Teil des Gesamtpulses in der Zwischenphase am Ende der jeweiligen Halbwelle (und umfasst den Zwischenphasenpuls). Typischerweise entspricht der Lampenstromverlauf dabei einem Rechteckstrom bzw. einem verrundeten (tiefpassgefilterten) Rechteckstrom.
Ein erster Teil des Gesamtpulses liegt also vor der Zwischenphase und ein zweiter Teil wird durch den Lampenstrom innerhalb der Zwischenphase gebildet. Vorzugsweise wird durch Ändern der Dauer und/oder Amplitude des ersten Teils des Gesamtpulses im Vergleich zu dem Gesamtpuls der direkt vorangehenden Halbwelle gleicher Polarität die gewünschte Farbtemperatur des von dem Beleuchtungssystem abgegebenen Lichts eingestellt. Dabei wird der Lampenstrom für den zweiten Teil des Gesamtpulses derselben Halbwelle so geändert, also die Amplitude des Lampenstromes in der Zwischenphase angepasst, dass die Elektrodentemperatur zum Zeitpunkt der Kommutation einen passenden Wert annimmt. Eine Änderung der Dauer des zweiten Teils des Gesamtpulses wird in der Regel nicht erfolgen, da die Dauer des zweiten Teils des Gesamtpulses der Dauer der Zwischenphase entspricht. Eine Änderung der Dauer der Zwischenphase wird jedoch nicht ausgeschlossen. Insgesamt soll die Wirkung des zweiten Teils des Gesamtpulses auf die Elektrodentemperatur die entsprechende Wirkung des ersten Teils zumindest teilweise kompensieren.
Es wird hier insbesondere auf die Amplitude der beiden Teile des Gesamtpulses abgestellt, dies heißt jedoch nicht, dass notwendigerweise den beiden Teilen jeweils nur ein Amplitudenwert zugeordnet werden kann. So ist es beispielsweise möglich, dass die Teile des Gesamtpulses aus mehreren rechteckigen Abschnitten mit jeweils unterschiedlicher Amplitude bestehen. Die "Änderung der Amplitude" soll etwa auch die Änderung der Amplitude nur eines solchen Rechtecks aber auch mehrerer solcher Rechtecke umfassen.
Wie oben bereits erwähnt, nimmt die Beitrag des Lampenstroms zu der Elektrodentemperatur zum Zeitpunkt der Kommutation mit zunehmendem zeitlichen Abstand ab. Je nachdem, welche zeitliche Ausdehnung der Gesamtpuls hat, kann man als mehr oder weniger grobe Näherung diese zeitliche Abhängigkeit in dem Gesamtpuls vernachlässigen. Bei einer solchen Betrachtungsweise macht es Sinn, das Integral über den Gesamtpuls als Maß für die Wirkung des Gesamtpulses auf die Elektrodentemperatur zu verwenden. Je größer dieses Integral über den Gesamtpuls, umso stärker trägt der Gesamtpuls zu der Elektrodentemperatur zum Zeitpunkt der Kommutation bei. Der sprachlichen Einfachheit halber wird das Integral über den Gesamtpuls ab jetzt Pulsstärke genannt.
Für die mittlere (Gesamt-)Pulshöhe, die (Gesamt-)Pulslänge und die Pulsstärke haben sich folgende Intervalle bewährt: Bezogen auf den Betragsmittelwert des Lampenstromes während einer Halbwelle (100%) ist die bevorzugte mittlere Pulshöhe 110-200%. Noch besser geeignet ist der Bereich zwischen 120-170%. Geeignete Pulslängen werden bezogen auf die Halbwellendauer (100%) angegeben. Vorzugsweise entspricht die Pulslänge 6-35% der Halbwellendauer. Besonders bevorzugt ist eine Pulslänge von 7-8% bei einer mittleren Pulshöhe von 150-170% und eine Pulslänge von 14-16% bei 130-140% Pulshöhe.
Wird die Pulsstärke als Produkt aus der mittleren Pulserhöhung (Pulshöhe in Prozent minus 100%) und der Pulslänge (in Prozent) quantifiziert, so liegt der bevorzugte Bereich zwischen 250 und 700, noch bevorzugter ist das Intervall zwischen 300 und 550.
Zum Ausbalancieren des Lampenstromverlaufs in dem ersten und zweiten Teil des Gesamtpulses wird vorzugsweise auf das Integral über den Gesamtpuls abgestellt. Die oben erwähnte zumindest teilweise Kompensation der Änderung der Wirkung der Teile des Gesamtpulses auf die Elektrodentemperatur soll so erreicht werden, dass die Pulsstärke, bzw. das Integral über den Gesamtpuls, von Halbwelle zu Halbwelle gleicher Polarität nicht allzu sehr schwankt, auch wenn der erste Teil des Gesamtpulses geändert wird, nämlich um höchstens bis zu 20%, bevorzugter um höchstens 10%, noch bevorzugter um höchstens 5%. Im günstigsten Fall kann so die Elektrodentemperatur zum Zeitpunkt der Kommutation für eine Polarität im Wesentlichen konstant eingestellt werden.
Es ist bevorzugt, die Gesamtpulse aus Rechteckpulsen zusammenzusetzen. Da die Elektrodentemperatur vor allem nicht zu klein sein soll, ist es weiter bevorzugt, aus solchen Rechteckpulsen eine ansteigend gestufte Gesamtpulsform zu formen. Dabei liegt die letzte Stufe in der Zwischenphase. Dies ist besonders bevorzugt, weil es – wie aus der Motivation des Begriffs Pulsstärke oben ersichtlich – bei der tatsächlichen, nicht genäherten, Wirkung des Lampenstroms auf die Elektrodentemperatur nicht nur auf die Pulsstärke, sondern auch auf den zeitlichen Abstand zur Kommutation ankommt.
Im einfachsten und daher auch bevorzugten Fall entspricht der Gesamtpuls einer ansteigenden Doppelstufe (Doppelpuls), wobei die zweite Stufe in der Zwischenphase liegt. Dies heißt jedoch nicht, dass die Dauer der letzten Stufe mit der Dauer der Zwischenphase identisch sein muss, auch wenn dies besonders vorteilhaft ist, da so die Dauer der Zwischenphase optimal zum Heizen der Elektrode verwendet werden kann.
Weiter ist es bevorzugt, dass die Dauer des Gesamtpulses der Dauer der Zwischenphase plus der Dauer des dieser Zwischenphase vorangehenden Farbsegments entspricht. Der Gesamtpuls nimmt also den Zeitraum von dem Beginn des letzten Farbsegments bis zum Ende der Halbwelle ein. Dies ist besonders bevorzugt, da die üblicherweise verwendeten Farbfiltersysteme eine Änderung des Lampenstroms jeweils nur an den Grenzen der Farbsegmente erwarten.
Um die Elektrodentemperatur während des gesamten Betriebs hinreichend hoch zu halten, ist es bevorzugt, dass der Lampenstrom vor jeder Kommutation einen Gesamtpuls durchläuft. Dies gilt für beide Polaritäten des Lampenstroms. Besonders bevorzugt ist es, wenn für beide Polaritäten der Lampenstrom der beiden Teile der Gesamtpulse dem erfindungsgemäßen Verfahren entsprechend eingestellt wird.
Die Wirkung des Lampenstroms auf die Elektrodentemperatur kann für beide Polaritäten recht unterschiedlich sein. Die Konsequenz ist, dass eine der beiden Elektroden der Lampe schlechter geheizt wird. Ein solcher Unterschied kann sich auf ein zeitlich begrenztes Fenster erstrecken, etwa über einige wenige Kommutationen, aber auch dauerhaft sein. Vor allem für die weniger effektiv heizende Polarität können zusätzliche Gesamtpulse verwendet und erfindungsgemäß eingestellt werden.
In einem einfachen Fall weist jede Halbwelle der an sich weniger effektiv heizenden Polarität dann einen erfindungsgemäß eingestellten Gesamtpuls auf.
Alternativ oder ergänzend zu einer Einstellung der Farbtemperatur über die mittlere Amplitude des Lampenstroms in einem Farbsegment wird die Farbtemperatur durch kurze Phasen mit geringem Lampenstrom, ab jetzt Negativpulse genannt, variiert. Es dauert eine gewisse Zeit, bis der Lichtstrom in Folge eines verringerten Lampenstroms merklich abnimmt, so dass ein solcher Negativpuls eine Mindestdauer haben sollte, um sich auf die Farbtemperatur auszuwirken. Andererseits darf ein solcher Negativpuls auch nicht zu lang sein, da sonst die Elektrodentemperatur zu stark abfällt. Ein Negativpuls dauert zwischen 0,15 und 0,25 ms, wobei während des Negativpulses der Lampenstrom um 5-70% bezogen auf den Mittelwert über die Halbwelle reduziert ist.
Werden zu viele solcher Negativpulse verwendet, so wirkt sich dies natürlich auch negativ auf die Elektrodentemperatur aus. Daher ist es bevorzugt, lediglich bis zu 12 solcher Negativpulse in einer Halbwelle zu verwenden. Bevorzugter ist es, lediglich bis zu drei Negativpulse zu verwenden. Taucht ein Farbsegment innerhalb einer Halbwelle mehrfach auf, so hat es sich bewährt, nur für jeden zweiten Durchlauf des Farbsegmentes in diesem einen Negativpuls zu platzieren.
Bezüglich des Computerprogrammproduktaspektes der Erfindung ist festzustellen, dass Beleuchtungssysteme heute oft digital gesteuert werden.
Üblicherweise enthält ein Beleuchtungssystem dazu eine programmierbare Steuereinheit, welche mit Hilfe eines entsprechenden Computerprogrammproduktes das Beleuchtungssystem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren steuern kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von konkreten Beispielen näher erläutert, wobei die dabei offenbarten Merkmale zum einen sowohl für den Verfahrenscharakter als auch für den Vorrichtungscharakter der Erfindung von Bedeutung sind und ferner auch in anderen Kombinationen erfindungswesentlich sein können.
1 zeigt einen Lampenstromverlauf für ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2 zeigt einen Lampenstromverlauf für ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung.
3 zeigt einen weiteren Lampenstromverlauf für ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
4 zeigt einen Lampenstromverlauf für ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
5. zeigt einen Lampenstromverlauf für ein abschließendes fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
1 zeigt einen kommutierenden Lampenstrom IL in einer Hochdruckentladungslampe eines Projektionssystems, welches erfindungsgemäß betrieben wird. Das Projektionssystem (nicht gezeigt) arbeitet mit einer Bildwiederholfrequenz von 50 Hz (bzw. 60 Hz für die USA). Es ist dabei so ausgelegt, dass der Lampenstrom IL pro wiederholtem Bild zwei- bis fünfmal kommutieren kann. In diesem Beispiel kommutiert der Lampenstrom drei mal pro Bild. Der Gleichstromanteil ist Null.
Der Lampenstrom IL ist als Funktion der Zeit t aufgetragen. Der über einige Farbsegmente gemittelte Lampenstrom für die jeweiligen Polaritäten ist rechts in dem Diagramm jeweils mit 100% angegeben. Man erkennt drei Halbwellen. Die schraffierte Fläche in der zweiten Hälfte einer jeden Halbwelle markiert den über den mittleren Lampenstrom pro Halbwelle hinausgehenden Teil eines Doppelpulses DP. Die zweite Stufe eines jeden dieser Doppelpulse DP liegt in einer Zwischenphase ZP. Während dieser Zwischenphasen ZP wird das Licht der Hochdruckentladungslampe von dem Projektionssystem nicht für die Projektion verwendet. Es wird dann über verkippbare Spiegel abgelenkt. (Es sind nur Zwischenphasen am Ende von Halbwellen eingezeichnet.) Die jeweils ersten Teile bzw. die ersten Stufen der Doppelpulse DP liegen innerhalb der Abschnitte B, E, H, welche hier mit der Dauer der Anwendung eines Farbfilters, also einem Farbsegment, übereinstimmen. Die Abschnitte A, D, G entsprechen jeweils weiteren Farbsegmenten.
Die erste Stufe der Doppelpulse DP wird während der Zeiten B, E, H so eingestellt, dass die Farbtemperatur des von dem Projektionssystem abgegebenen Lichts der gewünschten Farbtemperatur entspricht; entsprechend wird die zweite Stufe der Doppelpulse DP in den Zwischenphasen ZP so eingestellt, dass für eine passende Elektrodentemperatur gesorgt ist.
Wird der Lampenstrom für eines der Farbsegmente B, E, H verringert, so kann die jeweils zugehörige zweite Stufe der Doppelpulse DP während der entsprechenden Zwischenphase ZP erhöht werden. Für eine Erhöhung des Lampenstroms in einem der Farbsegmente B, E, H gilt natürlich entsprechend das Umgekehrte.
Grundsätzlich können die Lampenströme während der Phasen B, E und H auch unterschiedlich hoch sein. Dies ist üblicherweise der Fall, wenn das letzte Farbsegment B, E, H einer Halbwelle jeweils einer unterschiedlichen Farbe entspricht. Um unter diesen Umständen eine im Wesentlichen konstante Elektrodentemperatur für die Zeitpunkte der Kommutation zu gewährleisten, wird die Höhe der zweiten Stufe während der Zwischenphasen ZP entsprechend angepasst.
2 zeigt eine beispielhafte Anpassung des zweiten Teils eines Doppelpulses DP an eine Veränderung des ersten Teils eines Doppelpulses DP. Es sind vier Halbwellen mit Doppelpulsen DP gezeigt. Bei den rechten beiden Halbwellen ist die Lampenstromamplitude während des ersten Teils der Doppelpulse DP im Vergleich zu den ersten beiden Doppelpulsen DP erniedrigt. Um die Elektrodentemperatur zum Zeitpunkt der Kommutation im Wesentlichen konstant zu halten, ist der zweite Teil der Doppelpulse DP bei den rechten beiden Doppelpulsen DP erhöht. Die schraffierte Fläche, welche die Fläche oberhalb des mittleren Lampenstromes innerhalb einer jeden Halbwelle angibt, ist dabei konstant geblieben.
3 zeigt wiederum vier Halbwellen des Lampenstroms. Die beiden Halbwellen positiver Polarität (positiver Lampenstrom) weisen keinen Gesamtpuls und auch keinen Zwischenphasenpuls vor der Kommutation auf. Die beiden Halbwellen der negativen Polarität weisen jeweils einen Doppelpuls DP auf. Der Lampenstrom IL heizt hier die beiden Elektroden für die beiden Polaritäten unterschiedlich effektiv. Hier wird die Entladung im Anschluss an die Halbwellen positiver Polarität auch ohne einen Gesamtpuls bzw. Zwischenphasenpuls bereits ausreichend stabilisiert. Bei den Halbwellen der negativen Polarität werden Doppelpulse DP eingesetzt, um die Entladung hinreichend zu stabilisieren.
Farbräder können bis zu sechs verschiedene Farben aufweisen und sie können sich bis zu viermal pro Halbwelle (bei 50 Hz Bildwiederholrate und drei Kommutationen pro Bild) drehen. Entsprechend erhält man bis zu 24 Farbsegmente pro Halbwelle. 4 zeigt schematisch, wie für unterschiedliche Farbsegmente ein unterschiedlicher Lampenstrom gewählt wird (allerdings sind der Übersichtlichkeit halber nur je vier Farbsegmente gezeigt, Zwischenphasen am Ende der Kommutationen sind nicht extra eingezeichnet).
4 zeigt ebenfalls vier Halbwellen, wobei die rechten beiden Halbwellen je einen Doppelpuls DP aufweisen. Bei den linken beiden Halbwellen hat die Einstellung des jeweils ersten und zweiten Teils des Gesamtpulses P dazu geführt, dass diese zufällig gleich hoch sind.
Die Amplitude des Lampenstroms innerhalb der einzelnen Farbsegmente schwankt zwischen 70% und 130% des mittleren Lampenstroms derselben Halbwelle. Es hat sich auch eine Wahl aus dem Intervall von 85% bis 115% bewährt.
5 zeigt den Lampenstromverlauf aus 4 ergänzt um jeweils einen Negativpuls pro Halbwelle. Die Negativpulse sind hier 0,2 ms lang, die Lichtintensität fällt in dieser Zeit um mehr als 25%. In ihrem Minimum entspricht der Lampenstrom 30% des mittleren Lampenstroms der jeweiligen Halbwelle.
Die Dimensionen der Gesamtpulse in den 1 bis 5 sind nicht maßstäblich. Bewährt haben sich Gesamtpulse mit einer Länge von 7,5% bei einer mittleren Pulshöhe von 160% (Pulsstärke: 450) und Gesamtpulse mit einer Länge von 15% bei einer mittleren Pulshöhe von 135 (Pulsstärke 525).

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Beleuchtungssystems mit den Schritten: Betreiben einer Hochdruckentladungslampe mit einem kommutierenden Lampenstrom (IL), wobei mindestens am Ende der Kommutationshalbwellen eine Zwischenphase (ZP) auftritt, während der das Licht der Hochdruckentladungslampe unterdrückt wird, und Filtern des Lichts der Hochdruckentladungslampe in eine Mehrzahl zeitlich sequentieller Farbsegmente (A, B, D, E, G, H) innerhalb der Kommutationshalbwellen mit einem Farbfiltersystem, bei welchem Verfahren der Lampenstrom innerhalb einer der Zwischenphasen am Ende einer der Kommutationshalbwellen einen Zwischenphasenpuls (DP) mit einem im Vergleich zum Mittelwert des der Zwischenphase vorangehenden Lampenstromverlaufes in dieser Kommutationshalbwelle erhöhten Lampenstrom durchläuft, und ferner mit den Schritten: Ändern des der Zwischenphase vorangehenden Lampenstromverlaufes dieser Halbwelle im Vergleich zu der direkt vorangehenden Halbwelle gleicher Polarität, so dass das von dem Beleuchtungssystem abgegebene Licht die gewünschte Farbtemperatur annimmt, und Ändern der Dauer und/oder Amplitude des Zwischenphasenpulses (DP) dieser Halbwelle, so dass die Entladung stabilisiert wird, wobei die Änderung in der Wirkung des Zwischenphasenpulses auf die Elektrodentemperatur zum Zeitpunkt der folgenden Kommutation und die Änderung in der Wirkung des der Zwischenphase vorangehenden Lampenstromverlaufs auf die Elektrodentemperatur zum Zeitpunkt der folgenden Kommutation sich zumindest teilweise kompensieren.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Lampenstrom einer der Halbwellen vor der Kommutation einen den Zwischenphasenpuls mit umfassenden Gesamtpuls (DP) mit einem im Vergleich zum Mittelwert des der Zwischenphase vorangehenden Lampenstromverlaufs der Halbwelle erhöhten Lampenstrom (IL) durchläuft, wobei ein erster Teil des Gesamtpulses vor der Zwischenphase (ZP) und ein zweiter Teil innerhalb derselben liegt, und das Verfahren die Schritte aufweist: Ändern der Dauer und/oder Amplitude des ersten Teils des Gesamtpulses (DP) im Vergleich zu dem Gesamtpuls (DP) der direkt vorangehenden Halbwelle gleicher Polarität, so dass das von dem Beleuchtungssystem abgegebene Licht die gewünschte Farbtemperatur annimmt, Ändern des Lampenstroms (IL) während des zweiten Teils des Gesamtpulses (DP) dieser Halbwelle, so dass die Entladung stabilisiert wird, wobei die Änderung in der Wirkung des zweiten Teils des Gesamtpulses (DP) auf die Elektrodentemperatur zum Zeitpunkt der folgenden Kommutation und die Änderung in der Wirkung des ersten Teils des Gesamtpulses (DP) auf die Elektrodentemperatur zum Zeitpunkt der folgenden Kommutation sich zumindest teilweise kompensieren.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem eine Änderung der Einstellung der Dauer und/oder Amplitude des ersten Teils des Gesamtpulses (DP) dieser Halbwelle im Vergleich zu einem Gesamtpuls (DP) der direkt vorangehenden Halbwelle gleicher Polarität durch eine Änderung das Lampenstroms (IL) während des zweiten Teils des aktuellen Gesamtpulses (DP) derart kompensiert wird, dass das Integral über den Gesamtpuls (DP) dieser Halbwelle im Vergleich zu dem Gesamtpuls (DP) der vorangehenden Halbwelle gleicher Polarität höchstens um bis zu 20% abweicht.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem der Gesamtpuls (DP) eine gestuft ansteigende Form durchläuft und die letzte Stufe in der Zwischenphase (ZP) liegt.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Gesamtpuls (DP) einer Doppelstufe (DP) entspricht, bei der die erste Stufe dem ersten Anteil und die zweite Stufe dem zweiten Anteil des Gesamtpulses (DP) entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2-5, bei dem der Gesamtpuls (DP) aus dem Lampenstromverlauf während der Zwischenphase (ZP) und während des der Zwischenphase (ZP) direkt vorangehenden Farbsegmentes (B, E, H) besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2-6, bei dem der Lampenstrom (IL) vor jeder Kommutation einen Gesamtpuls (DP) durchläuft und für beide Polaritäten der Lampenstrom (IL) des ersten und des zweiten Teils eines der Gesamtpulse (DP) getrennt für die beiden Teile eingestellt wird, so dass das von dem Beleuchtungssystem abgegebene Licht die gewünschte Farbtemperatur annimmt und die Entladung stabilisiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2-6, bei dem innerhalb eines mehrere Kommutationen umfassenden Zeitfensters der Lampenstrom (IL) lediglich für die Halbwellen einer der beiden Polaritäten je einen Gesamtpuls (DP) durchläuft und für diese Polarität der Lampenstrom (IL) des ersten und des zweiten Teils eines der Gesamtpulse (DP) getrennt für die beiden Teile eingestellt wird, so dass das von dem Beleuchtungssystem abgegebene Licht die gewünschte Farbtemperatur annimmt und die Entladung stabilisiert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Lampenstrom (IL) in einer Halbwelle vor der Zwischenphase (ZP) für 0,15-0,25 ms um 5-70% bezogen auf den Mittelwert der Halbwelle vor der Zwischenphase (ZP) reduziert wird.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem 1-12 solcher Reduzierungen in derselben Halbwelle vor der Zwischenphase (ZP) durchgeführt werden.
Beleuchtungssystem mit einer über einen kommutierenden Lampenstrom (IL) zu betreibenden Hochdruckentladungslampe, bei der während des Betriebs mindestens am Ende der Kommutationshalbwellen eine Zwischenphase (ZP) auftritt, während der das Licht der Hochdruckentladungslampe unterdrückt ist, und einem Farbfiltersystem zum Filtern des Lichts der Hochdruckentladungslampe in eine Mehrzahl zeitlich sequentieller Farbsegmente (A, B, D, E, G, H) innerhalb einer Kommutationshalbwelle, wobei das Beleuchtungssystem so ausgelegt ist, dass der Lampenstrom (IL) innerhalb einer der Zwischenphasen (ZP) am Ende einer der Kommutationshalbwellen einen Zwischenphasenpuls (DP) mit einem im Vergleich zum Mittelwert des der Zwischenphase vorangehenden Lampenstromverlaufs in dieser Kommutationshalbwelle erhöhten Lampenstrom aufweist, das abgegebene Licht die gewünschte Farbtemperatur ansprechend auf eine Änderung des der Zwischenphase (ZP) vorangehenden Lampenstromverlaufs dieser Halbwelle im Vergleich zu der direkt vorangehenden Halbwelle gleicher Polarität aufweist und die Entladung durch ein Ändern der Dauer und/oder Amplitude des Zwischenphasenpulses (DP) dieser Halbwelle stabilisiert ist, wobei die Änderung in der Wirkung des Zwischenphasenpulses (DP) auf die Elektrodentemperatur zum Zeitpunkt der folgenden Kommutation und die Änderung in der Wirkung des der Zwischenphase vorangehenden Lampenstromverlaufs auf die Elektrodentemperatur zum Zeitpunkt der folgenden Kommutation sich zumindest teilweise kompensieren.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 11, ausgelegt zur Durchführung eines Verfahrens nach den Ansprüchen 1-10.
Computerprogrammprodukt zum Laden in ein Beleuchtungssystem, um das Beleuchtungssystem für ein Verfahren nach den Ansprüchen 1-10 auszulegen.