DE102015219760B4

DE102015219760B4 - Projektionsvorrichtung zum Projizieren mindestens eines Bildes auf eine Projektionsfläche und Verfahren dazu

Info

Publication number: DE102015219760B4
Application number: DE102015219760.3A
Authority: DE
Inventors: Michael Heise; Marc Czichy; Bastian Dobler
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2015-10-13
Filing date: 2015-10-13
Publication date: 2024-04-25
Anticipated expiration: 2035-10-14
Also published as: US20170104966A1; CN106998615A; US10362281B2; CN106998615B; DE102015219760A1

Abstract

Projektionsvorrichtung zum Projizieren mindestens eines Bildes auf eine Projektionsfläche, umfassend:• mindestens eine Entladungslampe,• eine Steuervorrichtung zum Steuern eines Entladungsstroms (I) durch die Entladungslampe derart, dass das mindestens eine Bild mit einer vorgebbaren Wiederholrate auf die Projektionsfläche projiziert wird, wobei die Steuervorrichtung dazu ausgelegt ist,- in einem ersten Ansteuermodus den Entladungsstrom gemäß einer vorgebbaren Basis-Stromwellenform, welche einen vorgebbaren betragsmäßigen Amplitudenverlauf sowie an vorgebbaren Stellen zur Umkehr der Polarität des gesteuerten Entladungsstroms jeweils eine Strom-Kommutierung aufweist, zu steuern,- in einem zweiten Ansteuermodus den Entladungsstrom gemäß dem vorgebbaren betragsmäßigen Amplitudenverlauf sowie an den vorgebbaren Stellen ohne Kommutierungen oder mit unmittelbar aufeinanderfolgenden Doppel-Kommutierungen zu steuern, und- in fortlaufender Folge zwischen dem ersten Ansteuermodus und dem zweiten Ansteuermodus zu wechseln, wobei die Zeitdifferenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Wechseln von dem ersten Ansteuermodus in den zweiten Ansteuermodus durch ein jeweiliges erstes Zeitintervall (tDCInterval) gegeben ist, und die Zeitdifferenz zwischen dem Wechsel von dem ersten Ansteuermodus in den zweiten Ansteuermodus und einem nächstfolgenden Verlassen des zweiten Ansteuermodus durch ein jeweiliges zweites Zeitintervall (tDCLength) gegeben ist, und• einer Messvorrichtung zur fortlaufenden Ermittlung eines zu einer Brennspannung der Entladungslampe korrelierten Spannungsmesswerts (UMeasured), gekennzeichnet durch• eine Regeleinrichtung (40), welche dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit von einer durch die Differenz zwischen einem vorgebbaren Spannungszielwert (UTarget) und dem Spannungsmesswert ermittelten Regelabweichung (ΔU) eine erste Stellgröße (OUTControl) zu ermitteln, und daraus das erste Zeitintervall (tDCInterval) und/oder das zweite Zeitintervall (tDCLength) zu ermitteln.

Description

Die Erfindung betrifft eine Projektionsvorrichtung zum Projizieren mindestens eines Bildes auf eine Projektionsfläche gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Projizieren mindestens eines Bildes auf eine Projektionsfläche gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 11.
Für Projektionsvorrichtungen üblicherweise eingesetzte Entladungslampen zum Betrieb an Wechselstrom, beispielsweise eine von der Anmelderin unter der Typbezeichnung P-VIP vertriebene Quecksilber-Hochdrucklampe für den Einsatz in Videoprojektoren, Projektionsfernsehgeräten sowie anderen Projektionsanwendungen, müssen zum Abschluss des Herstellungsprozesses üblicherweise eingebrannt werden. Dazu werden durch einen erstmaligen Betrieb auf den Elektrodenköpfen kleine Spitzen aufgewachsen, das heißt am Bogenansatzbereich erfolgen Anlagerungs- und Umlagerungsprozesse von Wolfram. Das Spitzenwachstum ist unter anderem abhängig von der Frequenz des Lampenstroms.
Untersuchungen der Erfinder haben dabei gezeigt, dass bei Betrieb mit einem Lampenstrom mit einer Frequenz f = 30 Hertz sehr breite Spitzen aufwachsen, dass bei f = 60 Hertz Spitzen mit einer moderaten Breite aufwachsen und einer großen Länge und dass des Weiteren bei Betrieb mit einem Lampenstrom mit einer Frequenz f = 300 Hertz dünne, eher kurze Spitzen aufwachsen. Insbesondere konnte der Effekt beobachtet werden, dass nach einer Zeit in der Größenordnung von circa 15 Minuten die Aufwachsrate teilweise vermindert erscheint, was auf eine thermische Entkopplung der Spitzen hindeutet.
Der Betrieb von Quecksilber-Hochdrucklampen für Projektionsanwendungen (P-VIP) erfolgt an elektronischen Vorschaltgeräten (EVG, PT-VIP-Lampentreiber), die einen zeitlich veränderlichen Wechselstrom an die Lampe abgeben. Der mittlere Strom (I_RMS) wird in Abhängigkeit der gemessenen Lampenspannung von dem EVG so geregelt, dass im Betrieb eine voreingestellte elektrische Leistung (Zielwert) an die Lampe abgegeben wird. Je nach Betriebsmodus kann diese Leistung, beispielsweise durch den Projektor oder Anwender, verändert werden.
Die zeitliche Form des Stromverlaufs (Wellenform) ist beispielsweise von einem Projektor-Farbrad und/oder dem Betriebsmodus des Projektors abhängig, wobei die Wellenform aus einzelnen unterschiedlich langen Segmenten besteht, die jeweils eine bestimmte kurzzeitig konstante Lampenstromstärke annehmen. Zwischen den Segmenten können durch das elektronische Vorschaltgerät Kommutierungen eingefügt werden, das heißt an diesen Stellen kehrt die Fließrichtung des Lampenstroms ihre Richtung um. Dies hat insgesamt für jede Wellenform unterschiedliche Frequenzanteile des elektrischen Lampenbetriebsstroms zur Folge.
Während der Lebensdauer der Lampe driftet die Lampenspannung üblicherweise, weil sich die Geometrie und Oberflächenbeschaffenheit sowie die damit zusammenhängenden thermischen Bedingungen an der Elektrode beziehungsweise deren Spitze verändern. Typisch ist ein Rückbrand oder Abdampfen der Spitzen, die Folge davon ist ein Lichtstromrückgang, da durch den zwangsläufig länger werdenden Bogen die Anpassung an das optische System, insbesondere an den Reflektor und an weitere Lichtlenkelemente der Projektionsvorrichtung, ungünstiger wird. Ein weiteres bekanntes Phänomen ist das spontane Aufschmelzen einer der Elektrodenspitzen aufgrund einer thermischen Überlastung durch aus der Projektor-Optik zurückreflektierter Strahlung, zum Beispiel sichtbares Licht, welches an einem Farbrad reflektiert wird oder auch Strahlungsanteile im UV-Bereich.
Durch ungünstige Bedingungen ist auch zu starkes Spitzenwachstum möglich, wodurch die Lampe eine sehr kleine Brennspannung annimmt. In der Folge davon kann dadurch die Wirkung eintreten, dass aufgrund der Dimensionierung des elektronischen Vorschaltgeräts die Sollleistung nicht mehr erreicht werden kann. Die Folge davon ist ein zu kleiner Lichtstrom.
Ein derart starkes Spitzenwachstum kann beispielsweise durch ein gezieltes Aufschmelzen der Elektrodenspitzen unterbunden werden. In diesem Zusammenhang offenbart die WO 2010/086222 A1 ein Verfahren zum Betreiben einer Gasentladungslampe mit einem Gasentladungslampenbrenner und einer ersten und einer zweiten Elektrode, wobei die Elektroden vor ihrer ersten Inbetriebnahme einen nominellen Elektrodenabstand im Gasentladungslampenbrenner aufweisen, der mit der Lampenspannung korreliert ist, folgende Schritte umfassend: a) Prüfen, ob eine Sperrzeit, die der Zeitdauer zwischen zwei Gleichspannungsphasen entspricht, abgelaufen ist, b) wenn die Sperrzeit abgelaufen ist, Anlegen von Gleichspannungsphasen, oder Anlegen von Pseudo-Kommutierungen, für eine vorbestimmte Zeitdauer, die von der Lampenspannung abhängt, dergestalt, dass für jede Lampenspannung eine Zeitdauer des Auslassens von Kommutierungen vorbestimmt ist.
Weiterhin können auch asymmetrische Wellenformen (Waveforms) eingesetzt werden. Werden in einer Wellenform die Kommutierungen so gesetzt, dass sowohl sehr kurze als auch sehr lange Segmentdauern vorkommen, so ergeben sich für den Lampenstrom im Frequenzspektrum Anteile von kleinen als auch großen Frequenzen. In diesem Zusammenhang offenbart die DE 10 2011 089 592 A1 einen DLP-Projektor zum Projizieren mindestens eines Bildes auf eine Projektionsfläche. Dabei wird eine Entladungslampe mit einer Stromwellenform angesteuert, die einen ersten und einen zweiten Bereich aufweist, wobei dem ersten Bereich eine erste Frequenz und dem zweiten Bereich eine zweite Frequenz zugeordnet ist. Die erste Frequenz berechnet sich zu f₁=1/(2*T1), wobei T1 den Zeitraum zwischen der ersten und der zweiten Kommutierung betrifft. Die zweite Frequenz berechnet sich zu $f_{2} = 2 / (2 * \sum_{i = 1}^{n} T_{i}),$
wobei T_i die Zeitdauern von einer Kommutierung zur nächsten Kommutierung innerhalb des Bereichs betreffen. Weiterhin beträgt ein Modulationsfaktor, der das Verhältnis aus zweiter Frequenz zu erster Frequenz betrifft, mindestens 3.
In der WO 2009107019 A2 wird eine Betriebsweise offenbart, welche einen Zielwert für die Spannung ermittelt durch Messen der Spannung zu definierten Zeitpunkten. Bei Über- oder Unterschreiten des Zielwertes findet eine Umschaltung eines Betriebsparameters statt (zum Beispiel der Lampenfrequenz oder eine Änderung von Strompulshöhen) . Hierbei wird jedoch nur zwischen zwei diskreten Betriebsweisen geschaltet, welche sich hinsichtlich beispielsweise ihrer Frequenz oder ihrer Strompulshöhen unterscheiden. Nachteilig ist hieran, dass die Frequenz oder die Strompulshöhen oftmals nicht frei wählbar sind, sondern an Randbedingungen gekoppelt sind, die beispielsweise durch das Farbrad vorgegeben sind.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Projektionsvorrichtung zum Projizieren mindestens eines Bildes auf eine Projektionsfläche sowie ein Verfahren zum Projizieren mindestens eines Bildes auf eine Projektionsfläche bereitzustellen, welches eine einfache und über einen größeren Bereich der Lampenspannung anwendbare Steuerung des Abstands der Elektrodenspitzen erlaubt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Projektionsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11.
Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Die Erfindung geht aus von einer Projektionsvorrichtung zum Projizieren mindestens eines Bildes auf eine Projektionsfläche, umfassend mindestens eine Entladungslampe, eine Steuervorrichtung zum Steuern eines Entladungsstroms durch die Entladungslampe derart, dass das mindestens eine Bild mit einer vorgebbaren Wiederholrate auf die Projektionsfläche projiziert wird, wobei die Steuervorrichtung dazu ausgelegt ist, in einem ersten Ansteuermodus den Entladungsstrom gemäß einer vorgebbaren Basis-Stromwellenform, welche einen vorgebbaren betragsmäßigen Amplitudenverlauf sowie an vorgebbaren Stellen zur Umkehr der Polarität des gesteuerten Entladungsstroms jeweils eine Stromkommutierung aufweist, zu steuern, in einem zweiten Ansteuermodus den Entladungsstrom gemäß dem vorgebbaren betragsmäßigen Amplitudenverlauf sowie an den vorgebbaren Stellen ohne Kommutierung oder mit unmittelbar aufeinanderfolgenden Doppel-Kommutierungen zu steuern, und in fortlaufender Folge zwischen dem ersten Ansteuermodus und dem zweiten Ansteuermodus zu wechseln, wobei die Zeitdifferenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Wechseln von dem ersten Ansteuermodus in den zweiten Ansteuermodus durch ein jeweiliges erstes Zeitintervall gegeben ist, und die Zeitdifferenz zwischen dem Wechsel von dem ersten Ansteuermodus in den zweiten Ansteuermodus und einem nächstfolgenden Verlassen des zweiten Ansteuermodus durch ein jeweiliges zweites Zeitintervall gegeben ist. Die Projektionsvorrichtung umfasst weiterhin eine Messvorrichtung zur fortlaufenden Ermittlung eines zu einer Brennspannung der Entladungslampe korrelierten Spannungsmesswerts.
Unter einer Basis-Stromwellenform wird hierbei ein Sollverlauf des Entladungsstroms verstanden, der beispielsweise in Abhängigkeit von kundenspezifischen Anforderungen hinsichtlich Absoluthelligkeit oder Farbwiedergabe insbesondere unter Optimierung der Stellen der Strom-Kommutierungen, an denen eine Umkehr der Stromflussrichtung durch die Entladungslampe erfolgt, ermittelt wurde und für den Betrieb bei einem jeweiligen Projektionsmodus vorgesehen ist.
Erfindungsgemäß wird die Projektionsvorrichtung weitergebildet durch eine Regeleinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit von einer durch die Differenz zwischen einem vorgebbaren Spannungszielwert und dem Spannungsmesswert ermittelten Regelabweichung eine erste Stellgröße zu ermitteln, und daraus das erste Zeitintervall und/oder das zweite Zeitintervall zu ermitteln.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Steuerung des Abstands der Elektrodenspitzen durch eine Variation der Abdampfrate beziehungsweise Aufwachsrate in Abhängigkeit von einem Abstand der DC-Phasen beziehungsweise unmittelbar aufeinanderfolgenden Doppel-Kommutierungen (Pseudo-Kommutierungen) erzielt werden kann. Im Gegensatz zu der WO 2010/086 222 A1 hängt die Länge des ersten Zeitintervalls, also der Abstand zwischen zwei DC-Phasen, nicht unmittelbar von dem aktuellen Spannungsmesswert gemäß einer eindeutigen Zuordnungsfunktion ab, sondern es wird vielmehr durch eine Regeleinrichtung individuell die aktuell optimale Einstellung ermittelt. Das Intervall der DC-Phasen ist somit nicht durch die aktuelle Spannung vorbestimmt.
Zudem ist der Zeitabstand der DC-Phasen typischerweise deutlich kürzer als die aus der WO 2010/086 222 A1 bekannten 90 Sekunden. Mit 10 Sekunden wird bei einer Grundfrequenz von 300 Hertz schon der Abdampf-Bereich erreicht. Um überhaupt ein Aufwachsen zu erzielen, ist eine Länge für das erste Zeitintervall in einer Größenordnung kleiner 2 Sekunden zu wählen. Weiterhin ergibt sich der Vorteil, dass die Lampenspannung beziehungsweise der Abstand der Elektrodenspitzen innerhalb vorgebbarer Grenzen über einen längeren Zeitraum hinweg stabil gehalten werden kann. Das Verfahren ist unabhängig vom jeweils im Detail vorliegenden Zustand der Lampe und der Elektroden und stellt sich selbständig auf das jeweilige Optimum der Betriebsparameter ein. Im Unterschied zu einem Verhalten bei festen Kennlinien kann neben der Exemplar-Streuung auch die zeitliche Streuung der Lampenspannung verkleinert werden.
Das Verfahren arbeitet unabhängig von kundenspezifischen Wellenformen (üblicherweise wird ein Satz von mehreren Basiswellenformen, die für verschiedene Projektionsmodi hinsichtlich Absoluthelligkeit oder Farbwiedergabe optimiert wurden, verwendet), welche beispielsweise in Verbindung mit einem Farbrad einer Projektionsvorrichtung kundenspezifischen Anforderungen genügen müssen. Eine zusätzliche, über die normale Prüfung der Basiswellenformen hinausgehende, zeit- und kostenaufwendige Überprüfung und Anpassung der Wellenformen kann hier in vorteilhafter Weise entfallen. Ebenso können äußere Einflüsse auf die Energiebilanz der Elektrodenspitzen, beispielsweise Rückreflexion von Strahlung aus der Projektoroptik, in ihrer Wirkung reduziert werden, da durch das Regelverfahren die Betriebsparameter, insbesondere die DC-Phasen, zeitnah so eingestellt werden können, dass ein (erneutes) Spitzenwachstum auch unter diesen Bedingungen möglich ist.
In bestimmten regelmäßigen, jedoch variablen Intervallen können Kommutierungen ausgelassen beziehungsweise durch zwei sehr schnell aufeinanderfolgende Kommutierungen, sogenannte Pseudo-Kommutierungen, ersetzt werden. Eine derartige aus zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden Kommutierungen bestehende Pseudo-Kommutierung wirkt sich somit auf die Stromrichtung des nachfolgenden Abschnitts der Stromwellenform nicht aus. Mit anderen Worten wird hierdurch die Stromrichtung beibehalten, welche vor der Pseudo-Kommutierung vorgelegen hat. Eine derartige Pseudo-Kommutierung kann aufgrund technischer Randbedingungen der Steuervorrichtung, beispielsweise des elektronischen Vorschaltgeräts, erforderlich sein.
Dadurch ergeben sich Zeitabschnitte, in denen der Lampenstrom beziehungsweise die Lampenspannung das Vorzeichen nicht wechseln, sogenannte DC-Phasen. In Abhängigkeit von der Dauer dieser DC-Phasen ergibt sich im Mittel eine Anhebung niederfrequenter Stromanteile, beispielsweise 16,67 Millisekunden entsprechend circa 30 Hertz. Entscheidend ist, dass die DC-Phasen lang im Vergleich zu der typischen Dauer zwischen zwei Kommutierungen der Grundfrequenz, beispielweise bei 300 Hertz entsprechend circa 1,66 Millisekunden sind, damit während der DC-Phasen ausreichende Aufwachsraten erzielt werden können.
Bei Dauerbetrieb mit einer Grundfrequenz von beispielsweise 300 Hertz konnte von den Erfindern ausgehend von im Herstellprozess aufgewachsenen Elektrodenspitzen während der Lebensdauer ein langsames Abdampfen der Spitzen beobachtet werden, was ein Anwachsen der Lampenspannung und damit auch einen Lichtstromrückgang zur Folge hatte. Je nach dem zeitlichen Abstand der DC-Phasen, also der Länge des ersten Zeitintervalls, konnte das Abdampfen vermindert werden oder sogar ein Anwachsen der Elektrodenspitzen erzielt werden. Ein kürzerer zeitlicher Abstand zwischen aufeinanderfolgenden DC-Phasen, also eine Verkleinerung des ersten Zeitintervalls, ist gleichbedeutend mit einem langfristigen Anteil von niedrigeren Frequenzen.
Das tatsächliche Verhalten ist des Weiteren von dem Lampendesign und der individuellen Geometrie der Elektrode, dem Alter der Lampe und dem jeweiligen Lampenstrom abhängig. Diese Größen beeinflussen das zeitliche und räumliche Temperatur-Profil der Elektrode und deren Spitze. Das Optimum der Zeitintervalle und der DC-Dauer, also des ersten Zeitintervalls und des zweiten Zeitintervalls, zur Erzielung einer stabilen Spitzen-Form und -Position und damit einer stabilen Lampenspannung ist jedoch unbekannt und kann in der Regel nur durch zeitaufwendige Versuche ermittelt werden.
Erschwerend wirkt sich nach Erkenntnis der Erfinder der Umstand aus, dass unterschiedliche Stromwellenformen auch eine unterschiedliche Einstellung der optimalen Häufigkeit und/oder der Dauer erfordern, sowie darüber hinaus individuelle Exemplarstreuungen der Lampen möglicherweise nicht ausreichend berücksichtigt werden können. Im Verlauf der Lebensdauer einer Lampe können zudem die optimalen Parameter für DC-Dauer und -Zeitabstand auch variieren.
Dieses Problem kann dadurch gelöst werden, dass das verwendete EVG beziehungsweise die Projektionsvorrichtung die aktuelle Lampenspannung in regelmäßigen, größeren Zeitabständen misst, beispielsweise zwischen 1 Sekunde und 60 Sekunden und mit dem einzuhaltenden Spannungszielwert vergleicht, das heißt die aktuelle Differenz zwischen dem vorgebbaren Spannungszielwert und dem Spannungsmesswert wird bestimmt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung erfolgt das Verlassen des zweiten Ansteuermodus durch den Wechsel in den ersten Ansteuermodus. Somit kann vorgesehen sein, dass außerhalb des zweiten Zeitintervalls der Entladungsstrom durch die Entladungslampe entsprechend der vorgebbaren Basis-Stromwellenform gesteuert wird oder entsprechend der invertierten vorgebbaren Basis-Stromwellenform gesteuert wird. Die Polarität des Entladungsstroms in Bezug auf die Basis-Stromwellenform ergibt sich hierbei in Abhängigkeit von der Anzahl der ausgelassenen beziehungsweise doppelten Kommentierungen innerhalb der vorangegangenen DC-Phasen.
Unter der Annahme eines Entladungsstroms in einem vorhergehenden ersten Zeitintervall außerhalb des zweiten Zeitintervalls, welcher quasi „in Phase“ zu der Basis-Stromwellenform gesteuert wird, ergibt sich bei einem effektiven Wegfall einer ungeraden Anzahl von Kommutierungen innerhalb des zweiten Zeitintervalls eines darauffolgenden Abschnitts innerhalb des ersten Zeitintervalls außerhalb des zweiten Zeitintervalls in diesem Abschnitt gerade der invertierte Verlauf des Entladungsstroms im Vergleich zu der Basis-Stromwellenform, also quasi der „gegenphasige“ Verlauf.
Alternativ kann ein zusätzlicher dritter Ansteuermodus mit einer zusätzlichen Kommutierung, welche in der Basis-Stromwellenform nicht enthalten ist, vorgesehen sein, in den beim Verlassen des zweiten Ansteuermodus gewechselt wird und welcher mit der nächsten regulären Kommutierung der Basis-Stromwellenform wieder beendet wird. Der dritte Ansteuermodus dient somit als Zwischenzustand zwischen dem Verlassen des zweiten Ansteuermodus und dem Eintreten in den ersten Ansteuermodus und ermöglicht die Bereitstellung einer zusätzlichen Kommutierung. Dies kann sinnvoll bei niedrigen Frequenzen der Basis-Stromwellenform sein, um eine feinere Abstufbarkeit der effektiven Länge einer DC-Phase einstellen zu können.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Regeleinrichtung zur Ermittlung der ersten Stellgröße in Abhängigkeit von der Regelabweichung einen PID-Regler. Bevorzugt umfasst die Regeleinrichtung mindestens einen Regler, der insbesondere eine Kombination von verschiedenen Reglertypen aufweisen kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Projektionsvorrichtung eine der Regeleinrichtung nachgeschaltete Ausgleichsvorrichtung auf, welche dazu ausgelegt ist, das erste Zeitintervall und/oder das zweite Zeitintervall um eine Kommutierungsposition zu verlängern oder zu verkürzen zur Erzielung eines Entladungsstroms, welcher über eine Zeitdauer von zehn aufeinanderfolgenden ersten Zeitintervallen gemittelt gleichstromfrei ist, bevorzugt über eine Zeitdauer von acht aufeinanderfolgenden ersten Zeitintervallen.
Das Grundprinzip der Erfindung besteht darin, mittels einer Regeleinrichtung das erste Zeitintervall und/oder das zweite Zeitintervall zum gezielten Anwachsen oder Abdampfen der Elektrodenspitzen zu ermitteln. Während die Basis-Stromwellenform derart ausgebildet ist, dass diese vorgabegemäß im Mittel keine DC-Komponente aufweist, kann durch das abschnittsweise Auslassen von Kommutierungen beziehungsweise Ersetzen von Einfachkommutierungen durch Doppelkommutierungen ein DC-Anteil entstehen, welcher auch über eine längere Zeitdauer nicht ausgeglichen wird, sodass im Ergebnis eine Gleichstromkomponente über die Entladungslampe fließt, welche aufgrund ihres unsymmetrischen Einflusses auf die beiden Elektroden der Entladungslampe unerwünscht ist. Zur Beseitigung dieses unerwünschten Nebeneffekts wird somit die Ausgleichsvorrichtung dazu benutzt, das erste Zeitintervall und/oder das zweite Zeitintervall derart in seiner Länge anzupassen, dass eine möglichst gleichmäßige Verteilung der DC-Phasen auf die jeweilige Stromrichtung ermöglicht wird.
Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass in aufeinanderfolgenden ersten Zeitintervallen in dem jeweils zweiten Zeitintervall der Entladungsstrom in entgegengesetzter Richtung zu der vorhergehenden DC-Phase fließt. Ebenso kann vorgesehen sein, dass zumindest nach drei aufeinanderfolgenden DC-Phasen derselben Polarität ein Polaritätswechsel erzwungen wird. Dies ergibt sich durch das Einfügen oder Unterdrücken einer Kommutierung, welches sich, wie oben dargestellt, durch eine Anpassung des ersten Zeitintervalls und/oder des zweiten Zeitintervalls realisieren lässt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Projektionsvorrichtung ein mit konstanter Drehzahl rotierendes Farbrad mit einer Mehrzahl von über den Umfang verteilten Farbsektoren, wobei mögliche Position einer Kommutierung innerhalb der mit der Rotation des Farbrads synchronisierten Stromwellenform durch die Übergänge zwischen den Farbsektoren vorgegeben sind. Die Übergänge zwischen den Farbsektoren werden auch als Speichen (Spokes) bezeichnet. Derartige Farbräder finden Verwendung in sogenannten DLP-Projektionsvorrichtungen (digital light processing), bei welchen das zu projizierende Bild über ein Mikrospiegel-Array bereitgestellt wird. Dazu wird das zu projizierende Bild in einzelne Farbkanäle aufgespalten und nacheinander auf die Projektionsfläche projiziert, wobei das Farbrad jeweils nur das für den entsprechenden Farbkanal vorgesehene Licht zur Projektionsfläche passieren lässt. Während des Übergangs von einem Farbsektor zu einem benachbarten Farbsektor kann keine einheitliche Farbverteilung über das gesamte Bild bereitgestellt werden. Aus diesem Grunde wird während des Durchlaufs des Speichenbereichs durch den Projektionsstrahlengang das Mikrospiegel-Array üblicherweise so angesteuert, dass das Mischlicht nicht auf die Projektionsfläche gelangt. Da die Kommutierung des Entladungsstroms mit einem kurzzeitigen Einbruch der Helligkeit der Entladungslampe verbunden ist, werden die Positionen der Kommutierung zweckmäßigerweise an den Stellen ausgeführt, an denen das Mikrospiegel-Array ohnehin die Speichen ausblendet. Auf diese Weise wird ein störender sichtbarer Einfluss der Kommutierung auf das projizierte Bild verhindert.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Basis-Stromwellenform eine Grundfrequenz auf, welche mindestens 90 Hertz und höchstens 400 Hertz beträgt, insbesondere mindestens 180 Hertz und höchstens 360 Hertz. Bei einer Grundfrequenz in dem genannten Bereich hat es sich gezeigt, dass die Wirkung der Erfindung besonders ausgeprägt hervortritt und eine Beeinflussung der Elektrodenspitzen in beiden Richtungen möglich ist, nämlich sowohl ein Abdampfen als auch ein Anwachsen zu erzielen. Unter der Grundfrequenz wird hierbei quasi eine mittlere Frequenz, welche über längere Zeiträume gemessen wird, verstanden. Berechnen lässt sich diese beispielsweise über folgende Rechenvorschrift:

Grundfrequenz = Anzahl der Kommutierungen pro Bild (frame) * Bildwiederholfrequenz (frame rate) / 2.

Somit ergibt sich beispielsweise bei 10 Kommutierungen pro Bild bei einer frame rate von 60 Hertz eine Grundfrequenz von 300 Hertz. Das Steuern des Entladungsstroms durch die Entladungslampe kann derart erfolgen, dass der zeitlich veränderliche, noch gleichgerichtete Stromverlauf mittels der Steuervorrichtung, beispielsweise eines elektronischen Vorschaltgeräts, durch Einfügen von Kommutierungen, vorzugsweise größer gleich zehn Kommutierungen, pro projiziertem Bild bei einer typischen Bildwiederholfrequenz von 50 bis 70 Hertz in einem Lampen-Wechselstrom mit einer Grundfrequenz von größer gleich 250 bis 350 Hertz umgewandelt wird.
Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Regeleinrichtung ein Regelübertragungsverhalten aufweist, welches zur Ermittlung des ersten Zeitintervalls in Abhängigkeit von der Regelabweichung durch einen ersten Funktionsteil mit einem linearen Übertragungsverhalten und durch einen zweiten Funktionsteil mit einer Übertragungsfunktion, welche zumindest anteilig eine Exponentialfunktion oder eine Potenzfunktion umfasst, gebildet wird. Insbesondere kann der erste Funktionsteil den zuvor genannten PID-Regler umfassen. Eine derartige Ausgestaltung mit einer Übertragungsfunktion, welche zumindest anteilig eine Exponentialfunktion oder eine Potenzfunktion umfasst, beruht auf der Erkenntnis, dass die durch das erste Zeitintervall definierte Zeit zwischen zwei DC-Phasen in einem weiten Bereich zu variieren ist, um den gewünschten Effekt zu erreichen, wobei jedoch die zugrundeliegende Messgröße in Form der Differenz zwischen dem vorgebbaren Spannungszielwert und dem Spannungsmesswert, also die Regelabweichung, einen weit geringeren Variationsbereich aufweist. Eine Spreizung der durch die Regeleinrichtung bereitgestellten Stellgröße verbessert somit das Regelverhalten der Regeleinrichtung. Die Potenzfunktion kann beispielsweise einen quadratischen Term oder einen kubischen Term in Abhängigkeit von der Stellgröße als Eingangsgröße aufweisen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das zweite Zeitintervall einen vorgebbaren konstanten Wert auf. Alternativ kann vorgesehen sein, dass das zweite Zeitintervall in Abhängigkeit von der Regelabweichung ermittelt wird. In diesem Fall kann außerdem vorgesehen sein, dass das erste Zeitintervall einen vorgebbaren konstanten Wert aufweist.
Für den Betrieb der Projektionsvorrichtung ergeben sich somit prinzipiell die nachfolgenden drei möglichen Betriebsarten:

a) erstes Zeitintervall geregelt / zweites Zeitintervall konstant,
b) erstes Zeitintervall konstant / zweites Zeitintervall geregelt,
c) erstes Zeitintervall geregelt / zweites Zeitintervall geregelt.

Dabei wird die Länge des zweiten Zeitintervalls jeweils so gewählt, dass diese stets kleiner als die Länge des ersten Zeitintervalls ist. Bevorzugt kann eine zweite Zeitintervalllänge gewählt werden, die kleiner ist als die halbe erste Zeitintervalllänge.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Regeleinrichtung eine Parameter-Stelleinheit, welche dazu ausgelegt ist, eine Änderungsrate des Spannungsmesswerts zu ermitteln, und falls die Änderungsrate einen vorgebbaren ersten Änderungsschwellwert überschreitet, mittels einer zweiten Stellgröße das erste Zeitintervall mit einem vorgebbaren ersten Faktor und/oder das zweite Zeitintervall mit einem vorgebbaren zweiten Faktor zu skalieren.
Bevorzugt ist der erste Faktor größer als 1, insbesondere mindestens 2; der zweite Faktor ist bevorzugt kleiner als 1, insbesondere höchstens 0,5. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass ein zu rasches Voranschreiten einer Elektrodenumgestaltung gebremst wird, indem die für diese Umgestaltung maßgeblichen Eingriffsgrößen in Form des ersten Zeitintervalls und/oder des zweiten Zeitintervalls dahingehend verändert werden, dass der Einfluss auf die Elektrodenspitzenform geschwächt wird, indem die DC-Phasen nur noch mit verkürzter Dauer beziehungsweise mit verlängertem zeitlichen Abstand zueinander anliegen können.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Parametereinstelleinheit dazu ausgelegt, falls die Änderungsrate einen vorgebbaren zweiten Änderungsschwellwert unterschreitet, den ersten Faktor und/oder den zweiten Faktor auf 1 zu setzen. Bevorzugt ist der zweite Änderungsschwellwert um einen vorgebbaren Hysteresewert kleiner als der erste Änderungsschwellwert, wobei die Werte auf eine positive Änderungsrate mit einer zunehmenden Lampenspannung bezogen sind. In gleicher Weise können in negativer Richtung bei einer abnehmenden Lampenspannung dieselben Werte mit umgekehrtem Vorzeichen angewendet werden. Auf diese Weise kann eine Hysterese erzielt werden, welche Instabilitäten infolge eines permanenten Wechsels zwischen den zwei Parametereinstellungen entgegenwirkt. Damit kann insgesamt ein stabileres Regelverhalten erzielt werden.
Die Erfindung geht weiterhin aus von einem Verfahren zum Projizieren mindestens eines Bildes auf eine Projektionsfläche mittels einer Entladungslampe, umfassend Steuern eines Entladungsstroms durch die Entladungslampe derart, dass das mindestens eine Bild mit einer vorgebbaren Wiederholrate auf die Projektionsfläche projiziert wird, in einem ersten Ansteuermodus Steuern des Entladungsstroms gemäß einer vorgebbaren Basis-Stromwellenform, welche einen vorgebbaren betragsmäßigen Amplitudenverlauf sowie an vorgebbaren Stellen zur Umkehr der Polarität des gesteuerten Entladungsstroms jeweils eine Strom-Kommutierung aufweist, und in einem zweiten Ansteuermodus Steuern des Entladungsstroms gemäß dem vorgebbaren betragsmäßigen Amplitudenverlauf sowie an den vorgebbaren Stellen ohne Kommutierung oder mit unmittelbar aufeinanderfolgenden Doppel-Kommutierungen. Das Verfahren umfasst weiterhin Wechseln in fortlaufender Folge zwischen dem ersten Ansteuermodus und dem zweiten Ansteuermodus, wobei die Zeitdifferenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Wechseln von dem ersten Ansteuermodus in den zweiten Ansteuermodus durch ein jeweiliges erstes Zeitintervall gegeben ist, und die Zeitdifferenz zwischen dem Wechsel von dem ersten Ansteuermodus in den zweiten Ansteuermodus und einem nachfolgenden Verlassen des zweiten Ansteuermodus durch ein jeweiliges zweites Zeitintervall gegeben ist, und fortlaufendes Ermitteln eines zu einer Bremsspannung der Entladungslampe korrelierten Spannungsmesswerts.
Erfindungsgemäß wird das Verfahren weitergebildet durch in Abhängigkeit von einer durch die Differenz zwischen einem vorgebbaren Spannungszielwert und dem Spannungsmesswert ermittelten Regelabweichung, Ermitteln einer ersten Stellgröße, und daraus Ermitteln des ersten Zeitintervalls und/oder des zweiten Zeitintervalls.
In vorteilhafter Weise wird das Verfahren weitergebildet durch Ermitteln des vorgebbaren Spannungszielwerts in Abhängigkeit von einer eingestellten Zielleistung der Entladungslampe. Hierdurch kann auch eine Entladungslampe, welche nicht mit ihrer vollen Leistung betrieben wird, unter Zuhilfenahme der Erfindung in der Ausformung der Elektrodenspitzen beeinflusst werden.
Die für die erfindungsgemäße Projektionsvorrichtung beschriebenen Vorteile und Merkmale sowie Ausführungsformen gelten gleichermaßen für entsprechende Verfahren und umgekehrt. Folglich können für Vorrichtungsmerkmale entsprechende Verfahrensmerkmale und umgekehrt vorgesehen sein.
Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen als von der Erfindung umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich anhand der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Berücksichtigung der beigefügten Figuren. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale und Funktionen.
Es zeigen:

1 in schematischer Darstellung eine stark vereinfachtes Ausführungsbeispiel einer Stromwellenform,
2 in schematischer Darstellung den Spannungsverlauf an einer Entladungslampe mit konstanten DC-Phaseneinstellungen in einem zyklischen Schaltbetrieb,
3 in schematischer Darstellung den Spannungsverlauf basierend auf einer vorgegebenen Stromwellenform mit einem hohen 60-Hertz-Anteil unter Variation der Dauer und des Abstands der DC-Phasen mit jeweils einem konstanten Parametersatz während eines Abschnitts eines Schaltzyklus,
4 in vereinfachter schematischer Darstellung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Regeleinrichtung einer erfindungsgemäßen Projektionsvorrichtung,
5 in schematischer Darstellung der Spannungsverlauf und der mittels eines PID-Reglers vorgegebenen Abstands der DC-Phasen aufgetragen über der Zeit,
6 in schematischer Darstellung der Spannungsverlauf und Abstand der DC-Phasen aufgetragen über der Zeit für drei Exemplare einer 190-Watt-Lampe, und
7 in vereinfachter schematischer Darstellung die Lampenspannung in Abhängigkeit von der Lampenleistung.

Zur Erläuterung der Erfindung ist in der 1 ein stark vereinfachtes Ausführungsbeispiel, insbesondere ohne eine Amplitudenmodulation, einer Stromwellenform 12 dargestellt. Der Betrag der Stromwellenform 12 weist hier in dem gesamten dargestellten Bereich der Zeit t einen konstanten Wert auf und wechselt jeweils an der Stelle einer Kommutierung das Vorzeichen, ein Übergang von einem negativen Strom zu einem positiven Strom findet zu den Zeitpunkten t0, t2, t4, t6, t8, t10 und t12 statt, ein Übergang von dem positiven Strom zu dem negativen Strom findet zu den Zeitpunkten t1, t3, t5, t7, t9, t11 und t13 statt.
Im Vergleich zu den Intervallen t0-t1, t1-t2, t2-t3, t3-t4 ist das Intervall t4-t5 wesentlich verlängert und wird als Zeitintervall tDCLength bezeichnet. Die Intervalle t5-t6, t6-t7, t7-t8 und t8-t9 sind in ihrer jeweiligen Länge ähnlich zu den Intervallen t0-t1 bis t3-t4. Das Intervall t9-t10 weist eine vergleichbare Länge wie das Intervall t4-t5 auf, wobei in dieser DC-Phase der Strom hier nun in entgegengesetzter Richtung wie zuvor fließt. Die Zeitdifferenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden DC-Phasen (t4-t5/t9-t10) ist durch ein Zeitintervall tDCInterval gegeben, welches als erstes Zeitintervall bezeichnet wird. Das Intervall tDCLength wird als zweites Zeitintervall bezeichnet.
Das in der 2 dargestellte Diagramm zeigt aufgetragen über der Zeit t in Minuten den Verlauf der Lampenspannung U in Volt als ersten Spannungsverlauf 20, wobei das erste Zeitintervall tDCInterval zu 32 Millisekunden und das zweite Zeitintervall tDCLength zu 16 Millisekunden gewählt wurde. Die Lampe wurde in einem Schaltzyklus mit zwei Stunden Einschaltzeit und 15 Minuten Ausschaltzeit zyklisch betrieben.
Bei der gewählten Einstellung des ersten Zeitintervalls tDCInterval in der Größe von circa 30 Millisekunden (32 Millisekunden) konnte ein starkes Anwachsen der Elektrodenspitzen beobachtet werden, was sich an dem ersten Spannungsverlauf 20 im Bereich der Zeit t zwischen 0 und circa 180 Minuten deutlich sichtbar nachweisen lässt. Weiterhin gut erkennbar ist, dass nach der zyklusmäßigen 15-Minuten-Unterbrechung der Spanungsverlauf praktisch nahtlos an die Lampenspannung vor der Unterbrechung anschließt.
Im Gegensatz dazu kann bei circa 8.000 Millisekunden (8 Sekunden) für den Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden DC-Phasen, also dem ersten Zeitintervall tDCInterval, ein langsames Abdampfen der Elektrodenspitzen beobachtet werden.

Dazu zeigt die 3 den Spannungsverlauf mit einer vorgegebenen Wellenform mit einem hohen 60-Hertz-Anteil. Hierbei wird jeweils die Dauer der DC-Phasen, also die Länge des zweiten Zeitintervalls tDCLength, und der Abstand der DC-Phasen, also die Länge des ersten Intervalls tDCInterval, variiert. Die Betriebsdauer mit der jeweiligen Parametereinstellung beträgt circa 30 Minuten, die Pausen jeweils circa 8 Minuten. Der Spannungsverlauf ist unterteilt in die Abschnitte 30a, 30b, 30c, 30d, 30e, 30f, 30g, 30h, 30i, 30j, 30k. Die jeweils vorliegenden Parametereinstellungen sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt:

Abschnitt	tDCLength	tDCInterval
30a	16 Millisekunden	1024 Millisekunden
30b	16 Millisekunden	512 Millisekunden
30c	16 Millisekunden	256 Millisekunden
30d	16 Millisekunden	128 Millisekunden
30e	16 Millisekunden	32 Millisekunden
30f	50 Millisekunden	1024 Millisekunden
30g	50 Millisekunden	256 Millisekunden
30h	50 Millisekunden	128 Millisekunden
30i	8 Millisekunden	1024 Millisekunden
30j	16 Millisekunden	256 Millisekunden
30k	16 Millisekunden	32 Millisekunden

Ein Abdampfen der Elektrodenspitzen oder eine Umlagerung von Material an der Elektrodenspitze mit einer entsprechenden Zunahme der Lampenspannung U ist beispielsweise in den Abschnitten 30a und 30f zu erkennen. Hier beträgt der Abstand zwischen zwei DC-Phasen, also die Länge des ersten Zeitintervalls tDCInterval, jeweils 1024 Millisekunden. Umgekehrt wird bei deutlich kürzeren DC-Phasen Abständen, wie beispielsweise 128 Millisekunden bei 30d und 30h beziehungsweise 32 Millisekunden bei 30e und 30k, ein Zusammenwachsen der Spitzen und damit ein Spannungsrückgang beobachtet. Weiterhin ist zu erkennen, dass die zeitliche Änderung der Lampenspannung trotz unveränderter Betriebsparameter (Zeitintervalle tDCInterval beziehungsweise tDCLength) Schwankungen unterworfen ist. Ursache können zum Beispiel unterschiedliche Spitzengeometrien in der jeweiligen Situation sein. Deshalb ist es von Vorteil, statt einer fest vorgegebenen Parameterwahl einen Regler zu verwenden, der für die vorliegende Situation jeweils ein optimales Parameterpaar ermittelt.
Eine bevorzugte Ausführungsform einer Regeleinrichtung einer erfindungsgemäßen Projektionsvorrichtung ist in der 4 dargestellt. Durch mindestens einen Regler 44, der auch eine Kombination von verschiedenen Reglertypen beinhalten kann, vorzugsweise einen PID-Regler, der neben der aktuell ermittelten Differenz vorteilhafterweise auch vergangene Werte berücksichtigt, werden der Abstand und/oder die Dauer der DC-Phasen eingestellt. Mittels eines Differenzbildners 42 wird die Differenz zwischen einem vorgebbaren Spannungszielwert UTarget und einem zu einer Brennspannung der Entladungslampe korrelierten Spannungsmesswert UMeasured, wodurch eine Regelabweichung ΔU ermittelt wird und dem Regler 44 zugeführt wird. Der Regler 44 ermittelt daraus eine erste Stellgröße OUTControl, diese wird mittels eines nicht-linearen Übertragungsglieds 46 zur Ermittlung des ersten Zeitintervalls tDCInterval und des zweiten Zeitintervalls tDCLength benutzt. Ein PID-Regler gewichtet jeweils die aktuelle Abweichung, die zuletzt gemessene Abweichung sowie die Summe beziehungsweise das Integral der vorherigen Abweichungen mittels geeignet zu wählender Koeffizienten und bestimmt aus der Summe der gewichteten Werte die erste Stellgröße OUTControl.
Über eine längere Betriebsdauer (einige Stunden) kann dadurch der gewünschte Spannungszielwert UTarget der Lampenspannung U innerhalb vorgebbarer Grenzen erreicht beziehungsweise gehalten werden. Die Koeffizienten für den PID-Regler können nach den entsprechenden Entwurfsregeln bestimmt oder geschätzt werden und durch Versuche mit verschiedenen Lampentypen optimiert werden. Ziel ist dabei das möglichst schnelle Erreichen der vorgegebenen Zielspannung ohne Überschwinger.
Ein funktionaler Zusammenhang zwischen der Regler-Stellgröße OUTControl und der Länge des ersten Zeitintervalls tDCInterval, welcher durch das nicht-lineare Übertragungsglied 46 bereitgestellt wird, kann als Formel beispielsweise folgendermaßen dargestellt werden: $tDCInterval = tDCInterval 0 * 2^{- OUTControl} .$
Durch diese Exponentialfunktion kann ein großer Zeitbereich von DC-Intervallen und damit ein ausreichend großer Bereich von Aufwachs- beziehungsweise Abdampfraten der Elektrodenspitzen abgedeckt werden. Der Parameter tDInterval0 wird günstigerweise so gewählt, dass bei stabiler Lampenspannung nahe dem Zielwert weder ein Abdampfen noch ein Aufwachsen beobachtet wird. In experimentellen Versuchen lag dieser Bereich zwischen 250 Millisekunden und 2.000 Millisekunden, typischerweise meist größer als 500 Millisekunden.
Verändern sich die Bedingungen an den Elektrodenspitzen derart, dass ein vergleichsweise schneller Spannungsanstieg im Bereich größer circa 0,5 Volt pro Minute auftritt, was einem Kollabieren oder starken Abschmelzen einer oder beider Elektrodenspitzen entspricht, so würden die zuvor beschriebenen Regler zunächst durch eine Verkürzung des ersten Zeitintervalls tDCInterval reagieren, um wieder ein Aufwachsen der Spitzen und eine Reduzierung der Lampenspannung UL zu erreichen. Unter Umständen ist die Maßnahme in dieser Situation jedoch ungünstig, da durch die häufigeren DC-Phasen auch stärkere Schwankungen der Elektrodenspitzentemperatur hervorgerufen werden.
Um diesem Effekt entgegenzuwirken, kann vorgesehen sein, durch einen weiteren Regler, beispielsweise einen Zweipunktregler mit Hysterese, beim Überschreiten einer vorgebbaren Schwelle der Spannungsänderung, beispielsweise +0,5 Volt pro Minute, dass nur das zweite Zeitintervall tDCLength reduziert wird oder nur das erste Zeitintervall tDCInterval erhöht wird oder gleichzeitig das zweite Zeitintervall tDCLength sowie das erste Zeitintervall tDCInterval reduziert werden. Beispielsweise können beide Zeitintervalle auf die Hälfte des durch einen ersten Regler der Regeleinheit 44 ermittelten Wertes reduziert werden, wobei es sich bei dem ersten Regler beispielsweise um einen PID-Regler handeln kann. Ebenso kann vorgesehen sein, dass eines der beiden Intervalle nur in Abhängigkeit von der Änderungsrate und nicht von dem momentanen Wert beeinflusst wird.
Der Zweipunktregler kann beispielsweise als Parametereinstelleinheit 45 ausgebildet sein, welche eine zweite Stellgröße OUTControl2 an den Funktionsteil 46 bereitstellt, um das erste Zeitintervall tDCInterval und/oder das zweite Zeitintervall tDCLength zu skalieren. Unterschreitet die zeitliche Spannungsänderung im Folgenden einen vorgebbaren zweiten Änderungsschwellwert, beispielsweise 0,25 Volt pro Minute, so werden wieder die originalen, nicht veränderten Zeitwerte für Dauer und Intervall verwendet.
Weiterhin kann eine der Regeleinrichtung 40 nachgeschaltete Ausgleichsvorrichtung 48 vorgesehen sein, welche in Abhängigkeit von der Basis-Stromwellenform sowie dem ersten Zeitintervall tDCInterval und dem zweiten Zeitintervall tDCLength eine Gleichstromkomponente des Entladungsstroms ermittelt. Bei Auftreten einer Gleichstromkomponente, welche über einen längeren Zeitraum gemittelt anliegt, beispielsweise eine Folge von circa acht bis zehn aufeinanderfolgenden ersten Zeitintervallen tDCInterval kann die Ausgleichsvorrichtung das jeweilige erste Zeitintervall tDCInterval und/oder das zweite Zeitintervall tDCLength um eine Kommutierungsposition verlängern oder verkürzen, wodurch eine zusätzliche Kommutierung wirksam wird oder eine wirksame Kommutierung deaktiviert wird, was beides zu der gleichen Wirkung führt, dass an der Stelle der zusätzlichen Kommutierung beziehungsweise der weggefallenen Kommutierung eine Invertierung der Stromwellenform auftritt, wodurch sich der DC-Gehalt der Stromwellenform im Mittel steuern lässt.
Der Verlauf eines Werts für das erste Zeitintervall tDCInterval ist in der 5 als erste Kurvenlinie 52 dargestellt, wobei die Zeit t in Stunden auf der Abszisse aufgetragen ist und der Wert für das erste Zeitintervall tDCInterval in Millisekunden auf der Ordinate aufgetragen ist. In dem unteren Diagrammteil ist in gleicher Weise die Lampenspannung U in Volt auf der Ordinate aufgetragen, der Verlauf der Lampenspannung U ist als zweiter Kurvenverlauf 54 dargestellt. Der Wert des zweiten Zeitintervalls tDCLength, das heißt die Länge der DC-Phasen, beträgt hier jeweils 8 Millisekunden. Im Vergleich dazu ist jeweils ein dritter Kurvenverlauf 56 mit einem konstanten ersten Zeitintervall tDCInterval, nämlich 10 Sekunden, und ein vierter Kurvenverlauf 58 mit einem konstanten Zeitintervall tDCInterval in Höhe von 0,5 Sekunden dargestellt, wobei der dritter Kurvenverlauf 56 und der vierter Kurvenverlauf 58 einen typischen mittleren Spannungsverlauf repräsentieren und in der 5 gestrichelt dargestellt sind. Die Lampe wurde zyklisch betrieben mit einer Einschaltdauer von 2 Stunden und einer Ausschaltdauer von 15 Minuten, die Leistung der Lampe betrug 240 Watt. Gut erkennbar ist insbesondere im Bereich der Zeit t zwischen 0 und 192 Stunden, dass der Wert des ersten Zeitintervalls tDCInterval zunächst einmal ansteigt, um einem weiteren Absinken der Spannung entgegenzuwirken und auf eine Zielspannung von 70 Volt zu regeln. Anschließend und stabilisieren sich beide Werte dann in einem Bereich ab circa 240 Stunden bei der Zielspannung 70 Volt.
Bei einem weiteren Beispiel einer Regelung mittels eines PID-Reglers wurde der Verlauf der Lampenspannung U und der Abstand der DC-Phasen in Form des ersten Zeitintervalls tDCInterval bei einem konstanten Wert für das zweite Zeitintervall tDCLength, das heißt die Länge der jeweiligen DC-Phase, in Höhe von 8 Millisekunden über der Zeit für drei exemplarisch ausgewählte Lampen ermittelt. Wie bereits zuvor wurden die Lampen in einem Schaltzyklus mit jeweils 2 Stunden Einschaltdauer und 15 Minuten Ausschaltdauer betrieben und auf eine Zielspannung von 70 Volt geregelt. Alle drei Lampen weisen jeweils eine Leistung von 190 Watt auf.
Das Diagramm in der 6 zeigt einen ersten Spannungskurvenverlauf 61 für die erste Lampe, einen zweiten Spannungskurvenverlauf 63 für die zweite Lampe sowie einen dritten Spannungskurvenverlauf 65 für die dritte Lampe. In gleicher Weise ist ein erster DC-Phasen-Abstandsverlauf 62 für die erste Lampe, ein zweiter DC- Phasen-Abstandsverlauf 64 für die zweite Lampe sowie ein dritter DC- Phasen-Abstandsverlauf 66 für die dritte Lampe dargestellt, welche jeweils den Verlauf des Wertes für das erste Zeitintervall tDCInterval darstellen. Gut zu erkennen in den jeweiligen Kurvenpaaren einer Lampe ist die gegenläufige Korrelation des ersten Zeitintervalls tDCInterval und der Lampenspannung U, was besonders deutlich bei dem Kurvenpaar 63/64 im Zeitbereich zwischen 18 und 24 Stunden sowie bei dem Kurvenpaar 65/66 im Zeitbereich zwischen 63 Stunden und 81 Stunden sichtbar ist.
Insbesondere der Vergleich der ersten beiden Lampen mit der dritten Lampe zeigt, dass bei einem ähnlich liegenden mittleren Wert für die Lampenspannung U in der Größenordnung von circa 70 Volt der Wert für das erste Zeitintervall tDCInterval deutlich abweicht. Somit ist gezeigt, dass die Erfindung gut geeignet ist, um auch Streuungen der Lampenparameter zu beherrschen.
Bei einem stabilen Lampenbetrieb hängt die Lampenspannung U neben der Lampengeometrie und der Quecksilberdichte im Entladungsraum auch von dem Betriebsstrom beziehungsweise der Zielleistung ab. Die Zielleistung wird häufig auch prozentual zur Lampennennleistung als „Gain“ angegeben. Variiert man die Lampenleistung, so erhält man für die Abhängigkeit der Lampenspannung eine typische Kennlinie, welche bei kleinem Gain geringere Werte annimmt als bei Betrieb bei Nennleistung (100 Prozent). Ein Zusammenhang ist in der 7 dargestellt. Hier ist die Lampenspannung U in Abhängigkeit von dem Lampen-Gain, welcher die Leistung in Prozent angibt, aufgetragen. Auf der Abszisse ist der Gain der Lampe in Prozent im Bereich zwischen 30 und 100 in Zehnerschritten aufgetragen, auf der Ordinate ist die Lampenspannung U in Volt zwischen 25 und 80 in Fünferschritten aufgetragen.
Für unterschiedliche Werte der jeweiligen Lampenleistung, also des Gains, sind jeweils Messwerte 72a, 72b, 72c, 72d, 72e, 72f, 72g, 72h, 72i aufgetragen. Beispielsweise zeigen die Messwerte 72g die Lampenspannung U exemplarisch bei einem Lampen-Gain von circa 85 Prozent. Zusätzlich eingetragen ist eine Ausgleichskurve 74, die den prinzipiellen Verlauf der einzelnen Messpunkte, welche diese Streubandbreite aufweisen, repräsentiert.
Bei einer Lampenleistung mit einem Gain von größer gleich 80 Prozent liegt die Spannung U näherungsweise konstant bei circa 75 Volt. Mit anderen Worten wird in diesem Bereich die Lampenspannung U lediglich durch den Elektrodenabstand bestimmt. Unterhalb von circa 70 Prozent Gain ist ein praktisch linearer Abfall der Lampenspannung U mit dem Gain zu beobachten. Diese sinkende Lampenspannung U mit sinkender Leistung der Lampe ist bedingt durch die zunehmenden Kondensation des Quecksilbers in dem Lampengefäß und somit einem Sinken des Quecksilberdampfdrucks. Der Verlauf kann prinzipiell durch zwei Geradenstücke approximiert werden, welche den linearen Anstieg der Lampenspannung U und den konstanten Bereich nachbilden.
Anhand einer derartigen Charakteristik, wie sie durch den Kurvenverlauf 74 in Abhängigkeit von einer reduzierten Lampenleistung, also in Abhängigkeit von dem Gain, dargestellt ist, kann ein entsprechend angepasster Spannungszielwert UTarget für die Regelung vorgegeben werden. Auf diese Weise funktioniert die Erfindung auch bei gedimmter Leistung.
Innerhalb der hier beschriebenen Spannungsregelung kann dem dadurch Rechnung getragen werden, dass der jeweils gültige Wert des Spannungszielwerts UTarget auf Basis einer in dem elektronischen Vorschaltgerät gespeicherten oder schaltungstechnisch realisierten Kennlinie an die jeweils geforderte Lampenleistung angepasst wird. Alternativ oder zusätzlich kann der funktionale Zusammenhang zwischen der Regler-Stellgröße und der Dauer beziehungsweise dem Intervall der DC-Phasen in Abhängigkeit von der geforderten Lampenleistung modifiziert werden.
Je nach Betriebsmodus der Lampe kann es auch sinnvoll sein, die Regelung zu deaktivieren. Beispielsweise kann im sogenannten „dynamic dimming“ bei schneller Variation der Lampenleistung aufgrund des Kennlinien-Zusammenhangs keine zeitlich stabile Lampenspannung U erreicht werden. Auch bei sehr kleiner Lampenleistung, beispielsweise bei circa 30 Prozent der Nennleistung, können häufige oder zu lange DC-Phasen zu einem plötzlichen Aufheizen der Elektrodenspitzen und damit zu deren Kollabieren führen.
Die Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Erläuterung der Erfindung und sind für diese aber nicht beschränkend. Insbesondere die konkrete Ausgestaltung der Regeleinheit 44 und die Umsetzung in dem nicht-linearen Funktionsteil 46 können beliebig gestaltet sein, ohne den Gedanken der Erfindung zu verlassen.
Somit wurde voranstehend gezeigt, wie ein Verfahren und ein elektronisches Vorschaltgerät zur Stabilisierung der Lampenspannung einer Höchstdruck-Entladungslampe durch den Einsatz in einer Projektionsvorrichtung gestaltet sein können.

Claims

Projektionsvorrichtung zum Projizieren mindestens eines Bildes auf eine Projektionsfläche, umfassend: • mindestens eine Entladungslampe, • eine Steuervorrichtung zum Steuern eines Entladungsstroms (I) durch die Entladungslampe derart, dass das mindestens eine Bild mit einer vorgebbaren Wiederholrate auf die Projektionsfläche projiziert wird, wobei die Steuervorrichtung dazu ausgelegt ist, - in einem ersten Ansteuermodus den Entladungsstrom gemäß einer vorgebbaren Basis-Stromwellenform, welche einen vorgebbaren betragsmäßigen Amplitudenverlauf sowie an vorgebbaren Stellen zur Umkehr der Polarität des gesteuerten Entladungsstroms jeweils eine Strom-Kommutierung aufweist, zu steuern, - in einem zweiten Ansteuermodus den Entladungsstrom gemäß dem vorgebbaren betragsmäßigen Amplitudenverlauf sowie an den vorgebbaren Stellen ohne Kommutierungen oder mit unmittelbar aufeinanderfolgenden Doppel-Kommutierungen zu steuern, und - in fortlaufender Folge zwischen dem ersten Ansteuermodus und dem zweiten Ansteuermodus zu wechseln, wobei die Zeitdifferenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Wechseln von dem ersten Ansteuermodus in den zweiten Ansteuermodus durch ein jeweiliges erstes Zeitintervall (tDCInterval) gegeben ist, und die Zeitdifferenz zwischen dem Wechsel von dem ersten Ansteuermodus in den zweiten Ansteuermodus und einem nächstfolgenden Verlassen des zweiten Ansteuermodus durch ein jeweiliges zweites Zeitintervall (tDCLength) gegeben ist, und • einer Messvorrichtung zur fortlaufenden Ermittlung eines zu einer Brennspannung der Entladungslampe korrelierten Spannungsmesswerts (UMeasured), gekennzeichnet durch • eine Regeleinrichtung (40), welche dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit von einer durch die Differenz zwischen einem vorgebbaren Spannungszielwert (UTarget) und dem Spannungsmesswert ermittelten Regelabweichung (ΔU) eine erste Stellgröße (OUTControl) zu ermitteln, und daraus das erste Zeitintervall (tDCInterval) und/oder das zweite Zeitintervall (tDCLength) zu ermitteln.
Projektionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verlassen des zweiten Ansteuermodus durch den Wechsel in den ersten Ansteuermodus erfolgt.
Projektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (40) zur Ermittlung der ersten Stellgröße (OUTControl) in Abhängigkeit von der Regelabweichung (ΔU) einen PID-Regler (44) umfasst.
Projektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine der Regeleinrichtung (40) nachgeschaltete Ausgleichsvorrichtung (48), welche dazu ausgelegt ist, das erste Zeitintervall (tDCInterval) und/oder das zweite Zeitintervall (tDCLength) um eine Kommutierungsposition zu verlängern oder zu verkürzen zur Erzielung eines Entladungsstroms, welcher über eine Zeitdauer von 10 aufeinanderfolgenden ersten Zeitintervallen gemittelt gleichstromfrei ist, bevorzugt über eine Zeitdauer von 8 aufeinanderfolgenden ersten Zeitintervallen.
Projektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionsvorrichtung ein mit konstanter Drehzahl rotierendes Farbrad mit einer Mehrzahl von über den Umfang verteilten Farbsektoren umfasst, wobei mögliche Positionen einer Kommutierung innerhalb der mit der Rotation des Farbrads synchronisierten Stromwellenform durch die Übergänge zwischen den Farbsektoren vorgegeben sind.
Projektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis-Stromwellenform eine Grundfrequenz aufweist, welche mindestens 90Hz und höchstens 400Hz beträgt, insbesondere mindestens 180Hz und höchstens 360Hz.
Projektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (40) ein Regelübertragungsverhalten aufweist, welches zur Ermittlung des ersten Zeitintervalls (tDCInterval) in Abhängigkeit von der Regelabweichung (ΔU) durch einen ersten Funktionsteil mit einem linearen Übertragungsverhalten und durch einen zweiten Funktionsteil (46) mit einer Übertragungsfunktion, welche zumindest anteilig eine Exponentialfunktion oder eine Potenzfunktion umfasst, gebildet wird.
Projektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Zeitintervall (tDCLength) einen vorgebbaren konstanten Wert aufweist.
Projektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (40) eine Parametereinstelleinheit (45) umfasst, welche dazu ausgelegt ist, eine Änderungsrate des Spannungsmesswerts (UMeasured) zu ermitteln, und falls die Änderungsrate einen vorgebbaren ersten Änderungsschwellwert überschreitet, mittels einer zweiten Stellgröße (OUTControl2) das erste Zeitintervall (tDCInterval) mit einem vorgebbaren ersten Faktor und/oder das zweite Zeitintervall (tDCLength) mit einem vorgebbaren zweiten Faktor zu skalieren.
Projektionsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Parametereinstelleinheit (45) dazu ausgelegt ist, falls die Änderungsrate einen vorgebbaren zweiten Änderungsschwellwert unterschreitet, den ersten Faktor und/oder den zweiten Faktor auf eins zu setzen.
Verfahren zum Projizieren mindestens eines Bildes auf eine Projektionsfläche mittels einer Entladungslampe, umfassend: - Steuern eines Entladungsstroms (I) durch die Entladungslampe derart, dass das mindestens eine Bild mit einer vorgebbaren Wiederholrate auf die Projektionsfläche projiziert wird, - in einem ersten Ansteuermodus Steuern des Entladungsstroms gemäß einer vorgebbaren Basis-Stromwellenform, welche einen vorgebbaren betragsmäßigen Amplitudenverlauf sowie an vorgebbaren Stellen zur Umkehr der Polarität des gesteuerten Entladungsstroms jeweils eine Strom-Kommutierung aufweist, - in einem zweiten Ansteuermodus Steuern des Entladungsstroms gemäß dem vorgebbaren betragsmäßigen Amplitudenverlauf sowie an den vorgebbaren Stellen ohne Kommutierungen oder mit unmittelbar aufeinanderfolgenden Doppel-Kommutierungen, und - Wechseln in fortlaufender Folge zwischen dem ersten Ansteuermodus und dem zweiten Ansteuermodus, wobei die Zeitdifferenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Wechseln von dem ersten Ansteuermodus in den zweiten Ansteuermodus durch ein jeweiliges erstes Zeitintervall (tDCInterval) gegeben ist, und die Zeitdifferenz zwischen dem Wechsel von dem ersten Ansteuermodus in den zweiten Ansteuermodus und einem nächstfolgenden Verlassen des zweiten Ansteuermodus durch ein jeweiliges zweites Zeitintervall (tDCLength) gegeben ist, und - fortlaufendes Ermitteln eines zu einer Brennspannung der Entladungslampe korrelierten Spannungsmesswerts (UMeasured), gekennzeichnet durch - in Abhängigkeit von einer durch die Differenz zwischen einem vorgebbaren Spannungszielwert (UTarget) und dem Spannungsmesswert ermittelten Regelabweichung (ΔU) Ermitteln einer ersten Stellgröße (OUTControl), und daraus Ermitteln des ersten Zeitintervalls (tDCInterval) und/oder des zweiten Zeitintervalls (tDCLength).
Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch - Ermitteln des vorgebbaren Spannungszielwerts (UTarget) in Abhängigkeit von einer eingestellten Zielleistung der Entladungslampe.