JP5015799B2 - 投影システムにおける水銀蒸気放電ランプの動作のための方法及び動作制御器 - Google Patents

Description

本発明は、画像レンダリングシステムにおける水銀蒸気放電ランプの動作のための方法及び動作制御器に関し、特に、例えば、映像コンテンツ、スライドショー又は他のプレゼンテーション等の画像コンテンツのプレゼンターションのための投影システムに関する。

水銀蒸気放電ランプは、高温に耐えることができる材料、例えば、石英ガラスを有するエンベロープを有する。対向する両側から、タングステンよりなる電極がこのエンベロープ内に突き出ている。下記で“発光管”とも呼ばれるエンベロープは、主に水銀を有する充填物及び１つ又はそれ以上の希ガスを有する。電極間に高電圧を印加することにより、電極の先端間で発光が生じ、その場合、それらの電極は低電圧に保たれる。それらの電極の光学的特性により、水銀蒸気放電ランプが、特に、投影システムにおいては好適に用いられる。そのようなアプリケーションについては、できるだけ点状である光源が必要とされる。更に、できるだけ自然な光のスペクトル成分を伴う、できるだけ高い輝度強度が望まれる。それらの特性は、所謂、“高圧ガス放電ランプ”又は“ＨＩＤランプ（高強度放電ランプ）”、特に、“ＵＨＰ（超高性能ランプ）”により最適に達成されることが可能である。

通常、そのような高圧放電ランプの発光管は寸法が非常に小さく、例えば、およそ１０ｍｍ^３の体積を有する。そのようなランプの高い電極負荷は電極からのタングステンの蒸発をもたらし、その場合、その蒸発したものは発光管の壁に堆積し、非常に不所望な発光管の黒化に繋がる。そのような発光管壁の黒化は回避されなければならず、そうでなければ、発光管の壁の温度は、増加した熱輻射の吸収のために、発光管の動作寿命中に高くなり、最終的には、発光管を破壊する。タングステンの輸送のためのそのような壁の黒化を回避しようとして、適切な量の酸素及びハロゲン、好適には、臭素が発光管内のガスに添加される。ランプ雰囲気へのそのような添加は、管壁に近い管の冷却領域において、例えば、タングステン原子が、分子が解離する電極の近くのランプの高温領域への対流によって輸送される揮発性オキシハロゲン化物を生成するように化学反応するために、電極から蒸発するタングステンが管壁に堆積しないようにする。このようにして、タングステン原子は、再生の方式でランプ電極に戻される。この輸送サイクルは、通常、“再生サイクル”と呼ばれる。

ランプが、ランプの定格出力以下のかなり小さい動作出力で駆動される場合、問題が生じる。特定の出力レベル以下においては、水銀は、ハロゲン、例えば、臭素が液体水銀により結合される結果として、凝集する。それ故、再生サイクルはもはや、有効ではない。

しかしながら、ランプ出力が映像コンテンツにより決定される場合に、投影器ランプを徐々に調光する実現性は、マルチメディア投影器の将来の世代のために所望されている。現在まで行われてきているように、投影器のピクチャレンダリング構成要素、例えば、ディスプレイの適切な制御により暗いシーンについて、ピクチャを調光することは、一般に有効である。しかしながら、輝度レベルの特定数（例えば、８ビット）を有するディスプレイについては、この技術は、そのビットの一部が用いられないために、損なわれたダイナミックレンジの一部が失われるようにする。ピクチャレンダリング構成要素により投影器を調光することは、それ故、コントラストの低下に繋がる。他方、光源を調光することにより、ピクチャレンダリング構成要素により与えられる全体のコントラスト領域は、暗いシーンでさえ、用いられることができる。例えば、文献“Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ”，ｂｙ Ｔａｋａｓｈｉ Ｔｏｙｏｄａ ｅｔ．ａｌ，ＳＩＤ ０４ Ｄｉｇｅｔ、１７４，２００４において、ランプ出力の減少は、光出力の動的調光のためには最も好ましい対策であるが、ＵＨＰランプの調光領域による制約のために用いられないことが記載されている。それらのＵＨＰランプの調光についての制約は、上記のように、通常、水銀の凝集により決定される。
"Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ"，ｂｙ Ｔａｋａｓｈｉ Ｔｏｙｏｄａ ｅｔ．ａｌ，ＳＩＤ ０４ Ｄｉｇｅｔ、１７４，２００４

それ故、本発明の目的は、水銀蒸気放電ランプの寿命を短くすることなくランプの満足できる調光を可能にする画像レンダリングシステム、特に、投影システムにおける水銀蒸気放電ランプの動作のための容易な且つ安価な方法及び対応する動作制御器を提供することである。

このために、本発明は、水銀蒸気放電ランプの動作方法であって、画像コンテンツのプレゼンテーションのために必要な全動作時間において、ランプが、コンテンツの現時点の輝度パラメータにしたがって全動作時間の少なくとも一部において飽和動作方式で意図的に動作され、その飽和動作方式において、水銀はランプの発光管内に凝集し、少なくとも動作時間の他の一部において、ランプは不飽和動作方式で駆動され、その不飽和動作方式においては、全水銀は蒸発し、飽和及び不飽和動作方式における動作期間の持続時間は、発光管壁のかなりの黒化がランプの全動作時間中に生じないように、選択される、動作方法を提供する。

用語“飽和動作方式”は、再生サイクルを中断させるように発光管内で多くの水銀が凝集し、通常は、発光管壁のかなりの黒化をもたらす、ランプの動作方式を意味する。他方、用語“不飽和動作方式”は、再生サイクルが本質的に乱されない程度まで、水銀が蒸発した動作方式を意味する。

本発明にしたがった方法においては、ランプの動作方式は、水銀凝集レベルよりかなり下のレベルに一時的に、意図的に低下され、それにより、ランプが調光されるようになり、それ故、映像生成の暗いシーン及び／又は類似する画像コンテンツにおいては、フルコントラスト領域が得られる、又は、少なくとも今日まで利用可能な方法を用いて得られる場合より高いコントラストが得られる。不飽和モードにおける動作の後続期間において、再生サイクルは、内側の壁の黒化の除去をもたらす。実験により、驚いたことに、極限調光レベルと通常出力、即ち、再生サイクルの有無の間の交互動作は、石英の壁のクリーニングがもたらされることが明らかになった。換言すれば、ランプが飽和及び不飽和動作方式で動作される期間を常にモニタすることにより、及びそれらの状態間で慎重に切り換えることにより、プレゼンテーションが示される全動作時間中、内側の壁のかなりの黒化が生じないことが確実になるということである。

“全動作時間”は、特定のコンテンツのプレゼンテーションのために必要な時間を意味するとして与えられているため、ランプの全耐用時間又は寿命と混乱しないようにする必要がある。ランプの全寿命において、内側の壁の黒化は、今日まで利用可能な動作方法において観測される他の物理過程により生じる可能性がある。本発明にしたがったランプを調光するための方法を用いる場合、内側の壁の付加的なかなりの黒化は生じない。

飽和動作方式から不飽和動作方式への切り換えは、一般に、標準的な出力レベルより高いレベルにランプ出力を好適に高くすることによりもたらされる。発光管内の水銀の圧力はランプの温度の関数であるため、特定の条件下にあり、適度に低温のランプの場合、冷却するには十分であり、それにより、水銀がもう一度蒸発するように温度を高くすることができる。しかしながら、簡単化のためであるが、決して制限的ではなく、下記のようにランプ出力を高くすることは、一部の場合には、切り換えがランプ冷却の減少により得られる又は達成できるとしても、飽和方式から不飽和方式に切り換えることを意味するとして理解される必要がある。

画像レンダリングシステムにおける水銀蒸気放電ランプの動作のための適切な動作制御器は、画像レンダリングシステムにより与えられるようになっている画像コンテンツの輝度パラメータを決定するための輝度パラメータ決定ユニットと、ランプの動作時間を測定するための時間測定ユニットとを有する。更に、そのシステムは、ランプ出力を制御するために、及び、任意に、ランプの強制的な冷却のために冷却電力を制御するために、適切な電力制御ユニットを有する必要がある。この電力制御ユニットは、画像コンテンツのプレゼンテーションのために必要な全動作時間の間、コンテンツの輝度パラメータにしたがって、少なくとも全動作時間の一部において、飽和動作方式で意図的に動作され、そして、少なくとも動作時間の他の一部において、ランプは不飽和動作方式で駆動され、飽和及び不飽和動作方式における動作期間の持続時間は、発光管壁のかなりの黒化がランプの全動作時間中に生じないように選択されるように、実現される必要がある。

従属請求項及び下記の説明は、本発明の特に有利な実施形態及び特徴について開示している。

本発明の好適な実施形態においては、飽和動作方式におけるランプの連続動作時間がモニタされ、飽和動作方式におけるランプの連続動作時間が所定の制限時間に達した場合に、ランプの動作は不飽和動作方式に切り換えられる。

所定の制限時間は、好適には、ランプの種類に応じて、１分乃至６０分の範囲内にある。映像コンテンツにおける単一の暗いシーンの典型的な持続時間は、通常、６０分の制限時間以内にある。６０分の制限時間は、かなりの壁の黒化が生じるには短過ぎる。多くの実験により、この制限時間を超える時間の長さについて、再生サイクルを伴わずに中断することなくランプを駆動した後にのみ、かなりの不可逆的な壁の黒化が生じることが明らかになった。

例えば、最大６０分間の調光モードで動作した後に、初期の壁の黒化を清浄化するように、ランプ出力は、特定の時間の長さの間、好適には、少なくとも１分間、増加される。一般に、そのような定格出力における１分間の期間は、ランプが飽和方式において、必要な場合に、もう一度動作されるように、壁を清浄化するには十分である。

実験によりまた、長期間の観点から、ランプが飽和動作モードにおける大部分について動作される必要はないことが明らかになった。それ故、本発明の好適な実施形態では、飽和動作方式におけるランプの積分動作時間及び不飽和動作方式におけるランプの積分動作時間がモニタされる。ランプの動作は、その場合、不飽和動作方式におけるランプの積分動作時間に対する飽和動作方式におけるランプの積分動作時間の非が所定のモニタリング期間中に所定値に達した場合に、飽和動作方式から不飽和動作方式に切り換えられる。所定のモニタリング期間は、例えば、特定の画像コンテンツを与えるために必要な全動作時間であることが可能である。換言すれば、モニタリング期間は、一旦、プレゼンテーションが終了して、画像レンダリングシステムをオンに切り換えてからオフに再び切り換えるまでの時間である。代替として、モニタリング期間は、より長い又はより短い時間の長さ、例えば、数時間であることが可能である。この場合、多くのプレゼンテーションの動作時間が共に追加され、それらのプレゼンテーションの間で装置はオフに切り換えられる。

ランプが飽和動作方式で駆動される時間とランプが不飽和動作方式で駆動される時間との比は、好適には、数時間の特定の動作時間内に１より大きくならない。換言すれば、ランプは、全動作時間の半分より長い間、極限調光モードで駆動される必要はなく、それ故、その全時間の少なくとも半分の間、ランプは、再生サイクルが機能する動作モードで駆動される必要がある。

ランプが飽和動作方式で駆動されるか又は不飽和動作方式で駆動されるかを判定するための最も容易な方法においては、現時点のランプ動作出力を表すパラメータが用いられる。このパラメータは、例えば、測定の瞬間のランプ出力値又は測定のランプ電流であることが可能である。それらの値はいつでも決定されることができ、それ故、それらの値は容易に用いられることができる。例えば、特定の閾値レベルが決定され、それ故、この閾値レベル以上のランプ出力については、ランプが不飽和動作モードで動作することが確実にされ、この閾値以下においては、ランプは飽和動作方式で動作することが確実にされる。

それにも拘わらず、ランプの熱慣性のために、水銀の凝集及び蒸発は出力の変化に正確に追従しない。その状況は、ランプの強制冷却が出力レベルに適合される場合、更に複雑になる。それ故、凝集した水銀を伴うランプ動作の持続時間は、ランプ出力の経緯、低出力レベル及び高出力レベルの各々の状態及び強制冷却強度の履歴に依存する。発光管における水銀の凝集の状態を、それ故、ランプ出力の簡単なモニタリングにより正確に制御することはできない。

それ故、更に正確な方法においては、ランプ電圧及びランプ電流が測定され、その測定値は、ランプが飽和動作方式で駆動されているか又は不飽和動作方式で駆動されているかを判定するために、発光管内のガスの水銀の飽和状態の指標を与えるように解析される。

それにより、好適には、ランプの電流−電圧特徴の特性が、水銀飽和状態の指標を与えるように決定される。標準的な動作モードにおいては、水銀蒸気放電ランプは負電流−電圧特性を示す。通常、電流を減少させることにより影響されるランプ出力の減少は、動作電圧における増加をもたらす。しかしながら、一部の水銀が凝集する場合、出力（又は、電流）における変化に応じる電圧は、水銀の圧力の変化により主に決定されることが明らかになった。これは、電流における減少に対するランプ電圧の異なる応答をもたらす。不飽和ランプの場合とは反対に、飽和ランプの電圧は水銀凝集のために低下し、その結果、水銀圧力の減少がもたらされる。電圧反応挙動における違いと類似する違いが、電流における増加の場合にも観測される。この挙動については、次のように説明することができる。電流が、不飽和方式の間に、即ち、標準的な動作モードにおいて減少する場合、電極間のプラズマは低温に冷却し、イオン化の度合いは低下する。その結果、動作電圧が増加するにつれて、ランプの抵抗は増加する。他方、飽和状態においては、電流の増加はランプの増加した熱出力をもたらす。このことは、先ず、溶融物からの水銀の蒸発に繋がる。ガス中の蒸発された水銀原子の増加はまた、ランプ抵抗の増加をもたらす。この効果は支配的な役割を果たし、電流が飽和ランプについて増加される場合に、電圧の増加に繋がる。

電流レベルの関数としての電圧の挙動についてのこの観測は、容易で単純な方式で、電圧、電流及び互いに対するそれらの測定値の関係を同時に測定することにより発光管内の水銀飽和状態の指標を決定する好適な方法に良好な効果をもたらす。

水銀飽和状態のモニタリングは、例えば、水銀飽和状態を表す値を容易に与える別個のモニタリングユニットで行われることが可能である。この値は、その場合、ランプ及び／又はランプの冷却ユニットをそれに応じて制御するように、動作制御器により適用されることが可能である。同様に、そのようなモニタリングユニットは動作制御器に一体化されることが可能である。

本発明にしたがった方法は、水銀蒸気放電ランプを有する何れの画像レンダリングシステムに適用されることが可能である。画像レンダリングシステムの動作は、好適には、一方で、現時点で表示されるべき画像の輝度パラメータが、ランプが飽和動作モードで動作されるべきであることを示し、他方で、ランプ動作出力が、本発明にしたがったランプ動作方法にしたがった要求を満足するように不飽和動作方式にランプの動作を切り換えるように増加されるべきであることを示す場合に、ランプ出力は飽和動作方式にランプの動作を切り換えるように増加され、及び／又は画像レンダリングシステムの光強度を減衰させるために適する更なる構成要素が、それに応じてランプ出力の増加の結果として増加された光強度を補償するように適合される必要がある。

換言すれば、暗いシーンは、ランプが飽和方式で駆動される所定の最大時間より長い持続時間を有する場合、ランプ出力は、例えば、１分の持続時間の間に増加され、そしてこの時間の間に、調光は、例えば、投影システムのディスプレイのような画像レンダリング構成要素の適切な調節により効果的になる。このことは、コントラストが一時的に良好ではない不利点を有するが、現在まで利用可能である他のシステムに対して、暗いシーンが、ランプの寿命を短くすることなく、優れたコントラストを伴って表示されることができることにおいて有利点を有する。

画像レンダリングシステムの光強度を減衰するために適する更なる構成要素は、例えば、グレーフィルタ、開口部、偏光子又は、ランプと画像レンダリング構成要素との間の光路中に通常、置かれる類似する構成要素であることが可能である。必要に応じて、光強度の減衰が、他の構成要素の調節と関連して画像レンダリング構成要素の慎重な調節により最適な有効コントラストを維持しながら行われることが可能である。

上記の制御方法にしたがった要求のための飽和方式から不飽和方式へのそのような短い切り換えは、ランプ出力における増加及び画像レンダリング構成要素又は他の構成要素による対応する調光がまさにゆっくり実行されるように、好適に発効する。一旦、再生サイクルが十分に長い間、アクティブになると、ランプ出力はもう一度、ゆっくり減少し、画像レンダリング構成要素は、同様に、その標準的な動作レベルにゆっくり戻る。

従来の画像レンダリング構成要素以外の適切な画像レンダリングシステム及び画像レンダリングシステムの光強度を減衰させるために適切な更なる光学構成要素はまた、適切なシステム制御ユニットを有する必要があり、その適切なシステム制御ユニットは、先ず、現時点で提示されるべき画像の輝度パラメータが、ランプが飽和動作モードにおいて動作される必要があることを示すかどうかを調べる、また、ランプ動作出力が、上記のランプ動作方法にしたがった要求を満たすように不飽和動作方式にランプの動作を切り換えるように増加される必要があるかどうかを調べるように構成される。更に、システム制御ユニットは、その場合に、ランプ動作出力を増加することができ、そしてそれに対応して、ランプの光強度における増加を更に補償するように、光強度を減衰させるために適する画像レンダリングシステムの画像レンダリング構成要素及び他の構成要素を調節するように構成される必要がある。

本発明の他の目的及び特徴については、添付図に関連して説明される以下の詳細説明から明らかになる。しかしながら、それらの図は単に例示を目的とし、本発明の限界の規定するものではないことを理解する必要がある。それらの図においては、同じ参照番号は同じ要素を示している。

図における対象物の寸法は、明確化のために選択され、実際の相対的寸法を必ずしも反映しているものではない。

図１に示す投影システム３０は、リフレクタ３１において備えられている水銀蒸気放電ランプ１の形の光源を有する。まさに１つのランプ１及びリフレクタ３１の代わりに、投影システムは複数のランプ／リフレクタを有することが可能である。

円錐状の光は、リフレクタ３１を介して紫外線フィルタ３３に方向付けられ、その紫外線フィルタは、この場合、ランプ１の背後の放射光の光軸中に位置付けられる第１の構成要素であり、２つのインテグレータ３４、３５及び偏光変換システム３６により後続されている。コリメータレンズ３７が後続し、そのコリメータレンズから、光は、レンズ３９を介して進む前に、赤外線フィルタ３８の方に方向付けられている。

光ビームは、このようにして準備され、次いで、複数のダイクロイックカラーフィルタ４８、４９及びミラー４７、５０、５１を有する。このシステム３２の入口において、第１ダイクロイックフィルタ４８は光ビームを赤色成分ｒ及び黄色成分ｙに分割する。赤色成分ｒは、この場合、ミラー４７及びフィールドレンズ４４により画像レンダリング構成要素４０の方に方向付けられている。このピクチャレンダリング構成要素４０はダイクロイックプリズム５２を有し、そのダイクロイックプリズムにおいて、３つの側面におけるピクチャレンダリング要素４１、４２、４２、この場合には、ＬＣＤディスプレイ４１、４２、４３が備えられている。それらのディスプレイ４１、４２、４３の各々は、特定の色、赤色ｒ、緑色ｇ又は青色ｂでピクチャを生成する役割を果たす。赤色成分ｒは、それ故、光ビームの赤色成分に専用のディスプレイ４１の方にフィールドレンズ４４を介して方向付けられている。

黄色成分ｙは、第２ダイクロイックカラーフィルタ４９において緑色成分ｇ及び青色成分ｂに分割される。緑色成分ｇは、次いで、フィールドレンズ４５を介して緑色画像成分に専用のディスプレイ４２の方に方向付けられている。青色成分ｂは２つの更なるミラー５０、５１を介してフィールドレンズ４６に達し、フィールドレンズ４６を介して青色画像成分に専用のディスプレイ４３の方に方向付けられている。

プリズム５２の適切な制御により、赤色、緑色及び青色画像はカラー画像を与えるように結合され、そのカラー画像は、投影方向Ｐにおける投影レンズ５３によりビーム化される。

全体のシステムの制御は、ここでは、システム制御ユニット２５により行われる。このシステム制御ユニット２５は、通常、ＤＶＤプレーヤ、ＰＣ、ラップトップコンピュータ等のような外部装置からの提示のための画像コンテンツＣを受信する。画像レンダリング制御ユニット２６は、画像コンテンツＣにしたがって、画像が投影システム３０により可視化されるように、ピクチャレンダリングユニット４０、即ち、個別のディスプレイ４１、４２、４３及びダイクロイックプリズム５２を制御する。

当業者は、個々の構成要素、特に、偏光変換システム３６のインテグレータ３４、３５、ダイクロイックカラーフィルタ４８、４９並びにダイクロイックプリズム５２及びディスプレイ４１、４２、４３を有する画像レンダリングユニット４０の機能に精通していて、また、赤色、緑色及び青色画像成分を混合するための有効な制御方法にも精通している。それらの構成要素については、それ故、ここでは、更なる詳細説明は省略する。また、本発明は、図１に示すカラー画像生成方法に限定されるものではない。

ランプの制御については、システム制御ユニット２５は動作制御器２７を特徴とし、その動作制御器は、特に、輝度パラメータ決定ユニット２９を有し、その輝度パラメータ決定ユニットは、画像コンテンツＣから、直接に又は付随するメタデータ、示される画像の全輝度を表す画像コンテンツＣの輝度パラメータＢＰを決定する。この輝度パラメータＢＰを用いて、動作制御器２７のランプ制御ユニット１３は、例えば、暗いシーンを最適にレンダリングするようにランプを調光することにより、ランプの輝度を調節するように制御されることが可能である。動作制御器２７及び種々の構成要素の適切な機能については、下記で詳細に説明されている。

図１は、本発明に関連する構成要素のみを示している。明らかに、そのようなシステム制御ユニット２５はまた、投影システムの制御のために通常必要な更なる構成要素全てを有する。本発明にしたがった動作制御器２７又は上記のシステム制御ユニット２５は、好適には、画像レンダリングシステムのプログラム可能マイクロプロセッサにおいて実行されるソフトウェアとして実施される。これは、既に製造されている新しい装置が、適切な制御ソフトウェアを簡単にインストールすることにより、本発明にしたがった機能を備えることができる有利点を有する。同様に、既存の画像レンダリングシステムは、ソフトウェアの更新により容易に更新されることができる。

図１における投影システムについて使用可能である高圧力水銀蒸気放電ランプ１が、図２に示されている。ランプ１は、石英ガラスより成る楕円形の発光管２を特徴とする。発光管２の端部は円筒形の石英部６、７により隣接され、それらの石英部において、モリブデンフォイル８、９が真空気密方式で密封されている。モリブデンフォイル８、９の内端はタングステン電極４、５に接続され、それらのタングステン電極４、５は発光管内に突き出ていて、発光管内に突き出ている端部においてタングステンのラッピング又はコイルを支えている。モリブデンフォイル８、９の外端は、ランプの外部に導かれている電流供給ワイヤに接続されている。

発光管２は希ガス及び水銀で満たされている。更に、少量の臭素がまた、発光管２内に存在する。そのようなランプ１の動作原理は、特に、ガスへの臭素の添加のために、発光管の内側の壁に析出しないことを確実にする再生サイクルについては、既に上記で説明した。水銀の液体への凝集はまた、臭素原子が液体水銀により結合されることのために、その場合、再生サイクルが中断される結果を伴う問題を与え、このことについても、上記で既に説明されている。

図３は、２００ＷのＵＨＰランプについての水銀圧力と動作出力との間の関係を示している。水銀（Ｈｇ）圧力は、菱形の印で示されている。１２０Ｗ以下の動作出力において、水銀は凝集し始めることが容易に理解できる。図３はまた、積分光出力と動作出力（円形の印）との間の関係を示している。これは、２００ＷのＵＨＰランプについて、水銀が液体で存在する飽和方式でＵＨＰランプが動作しないことを確実にするように所望されるときに、光出力の減少は３０％に制限されることを示している。同様の問題は、１２０ＷのＵＨＰランプを用いる場合に生じる。それらは、水銀の凝集が回避されるようになっている場合、１００Ｗ以下で調光されることはできない。

この閾値以下でのランプの調光を可能にするように、同時に、更なる黒化によるランプへの損傷又はランプの寿命の減少を回避するように、ランプの状態は、ランプ１が飽和方式で駆動される時間及び不飽和方式で駆動される時間が適切に選択されることを確実にする動作制御器２７により継続してモニタされる。それらの時間はそのような方式で制御され、それ故、飽和方式で動作中に生じる可能性がある何れの黒化の影響は、不飽和方式の動作において再び、清浄化され、それ故、かなりの黒化は生じない。

上記のように、ランプ出力閾値レベルＰ_Ｔは、この制御のために選択されることが可能である。このランプ出力閾値レベルＰ_Ｔ以下では、ランプは飽和方式で動作することを前提とすることが可能である。この閾値以上では、ランプは不飽和方式で駆動され、その不飽和方式においては、再生サイクルがアクティブであることを前提とすることが可能である。例えば、図３におけるグラフから理解できるように、１３０Ｗの閾値レベルが、２００ＷのＵＨＰランプについて選択されることが可能である。

その制御に適用される制御機構については、図４を参照して下記で説明される。上記のように、動作制御器２７は、表示されるべき画像コンテンツＣから輝度パラメータＢＰを決定することができる輝度パラメータ決定ユニット２９を特徴としている。この輝度パラメータＢＰは、第１段階において、所望のランプ動作出力Ｐ_ＬＤを決定するように用いられる。通常は、ランプ１は、現画像の最適なレンダリングのために補正光強度を得るように、この所望のランプ動作出力Ｐ_ＬＤにより駆動される必要がある。

しかしながら、制御機構により、現在の所望のランプ動作出力Ｐ_ＬＤが閾値出力Ｐ_Ｔより大きいかどうかが、先ず調べられる。それが否定される場合、実際のランプ出力Ｐ_Ｌは、所望のランプ動作出力Ｐ_ＬＤを与えるように調節される。

そうではない場合、不飽和動作方式におけるランプ１の積分動作時間ｔ_ＵＩに対する飽和動作方式におけるランプ１の積分動作時間ｔ_ＳＩの比Ｒ_Ｔが演算される。動作制御器２７の時間測定ユニット２８は必要な時間情報Ｉ_Ｔを与える（図１を参照されたい）。

後続の段階においては、ランプが飽和方式において既に駆動された実際の時間の持続時間ｔ_ＳＡが最大時間ｔ_{Ｓ，ｍａｘ}に達したか又は上回ったかどうかが調べられる。最大時間ｔ_{Ｓ，ｍａｘ}は、例えば、１時間であるように選択されることが可能である。同時に、不飽和動作方式におけるランプの積分動作時間ｔ_ＵＩに対する飽和動作方式におけるランプの積分動作時間ｔ_ＳＩの比Ｒ_Ｔが最大時間Ｒ_ｍａｘに達したか又は上回ったかどうかが調べられる。両方の条件が否定されるように回答されるときにのみ、現時点のランプ動作出力Ｐ_Ｌは所望のランプ動作出力Ｐ_ＬＤを与えるように調節されることが可能である。そうでない場合、閾値出力Ｐ_Ｔに等しい又はそれ以上の実際のランプ動作出力Ｐ_Ｌが選択される。更に、画像レンダリングユニット４０及び／又は個別のディスプレイ４１、４２，４３は、それに応じて、ランプの増加した光強度を補償するように及び輝度パラメータＢＰに対して反応するように、画像レンダリング制御ユニット２６の支援により調節される。そのような画像レンダリングユニット４０の調光又はディスプレイが必要となる限り、動作制御器２７は、適切な信号Ｓ_Ｄを有する画像レンダリング制御ユニット２６を備えている（図１を参照されたい）。

上記のように、閾値Ｐ_Ｔを単純に用いることに代えて、ランプが飽和動作方式において駆動される又は不飽和動作方式において駆動されることを判定するように、できるだけ迅速に、発光管２における水銀飽和状態を判定することにより、更に良好な制御を達成することができる。この場合、図４の第１条件は、発光管２における水銀凝集状態を更に良好に表す異なる条件により繰り返される。

発光管２における水銀飽和状態の更に正確なモニタリングのために用いられるモニタリング構成を有するランプ制御ユニット１３について、図５を参照して下記で説明されている。この図は、モニタリング方法に関連する構成要素について、模式的に示している。ランプ制御ユニット１３はまた、水銀蒸気放電ランプの動作のために通常、必要な何れの他の構成要素を有することが可能である。そのようなランプ制御ユニットはしばしば、“ランプドライバ”とまた、呼ばれる。

ランプ制御ユニット１３の中心は、２つのコネクタ２１、２２を有する電源ユニット２０であり、それらのコネクタはリード線１０、１１によりランプに接続されている。この場合、ランプ１は、冷却ユニット１２を備えている冷却されるＵＨＰランプ１である。冷却ユニット１２は冷却制御ユニット１９により制御され、その冷却制御ユニットはまたランプ制御ユニット１３の一部である。ランプ制御ユニット１３は、２つのコネクタ２３、２４により電源１８に接続されている。

本発明にしたがって、ランプ制御ユニット１３はモニタリング構成１４を有する。このモニタリング構成１４はまた、電圧測定ユニット１５を有し、その電圧測定ユニットは、電源ユニット２０の電極２１、２２にランプ１に対して並列に接続され、ランプ１のリード線１０、１１間の電圧を測定する。更に、ランプ１の方へのリード線１０において位置付けられている電流測定ユニット１６は、ランプ１を通って流れる電流を測定する。この電流測定ユニット１６は、例えば、誘導を用いて電流を測定する。

モニタリング構成１４はまた、解析ユニット１７を有し、その解析ユニットに対して、電圧測定ユニット１５及び電流測定ユニットが測定され、それらはそれらの測定値を報告する。解析ユニット１７において、電圧測定ユニット１５及び電流測定ユニットの測定値が記録され、その結果として得られる電流及び電圧曲線が解析される。

図６は、同じ時間の期間において並列に記録された電流曲線（上）及び電圧曲線（下）を示している。それらを互いに区別するように別にクロスハッチング付けされた特定の領域においては、ランプ出力における（それ故、ランプ電流における）変化の関数としての電圧の挙動が解析される。それにより、電流が減少したときに電圧が減少するかどうか、又は電圧が増加するかどうかが判定される。この観測のみがなされることにより、発光管における水銀飽和状態を決定することが可能である。

図６から明らかであるように、電流における変化の関数としての電圧の挙動は、水銀凝集が生じている領域において、ランプが不飽和方式で動作している領域における挙動とは明らかに異なっている。電流の減少が水銀凝集方式の間の対応する電圧の減少をもたらし、電流の増加が対応する電圧の増加をもたらす一方、水銀不飽和方式の間の電流の減少は電圧における増加に繋がり、その逆もまた真である。それ故、ランプは、水銀凝集領域において正電流−電圧特性を示す一方、水銀不飽和領域の間には標準的な負電流−電圧特性を示す。電流の減少の関数としての電圧減少の関係の正確な評価により、また、数量的な水銀凝集に関する結論を導き出すことができる。モニタリング構成１４の助けにより、それ故、ランプ１における水銀飽和状態を直接、決定することが可能である。

図５にしたがった実施例においては、ランプ１が特定の出力以下で調光されるようになっているかどうかに関する判定が、ランプ制御ユニット１３において直接、なされる。この場合、ランプ電源ユニット２０は適切なマイクロプロセッサを備えている。モニタリング構成１４の解析ユニット１７は、ランプの電源ユニット２０に対して、発光管２における水銀凝集状態を表す適切な値を供給する。時間情報Ｉ_Ｔ及び輝度パラメータＢＰは、時間測定ユニット２８及び／又は輝度パラメータ決定ユニット２９によりランプ制御ユニット１３に供給される。同様に、ランプ制御ユニット１３は、画像レンダリングユニット４０による調光が必要なときはいつでも、画像レンダリング制御ユニット２６に信号Ｓ_Ｄを供給することができる。図示されていない実施形態においては、解析ユニット１７並びに電圧測定ユニット１５及び電流測定ユニット１６は、電源ユニット２０に一体化される。

図７は、上の曲線（円形マーク）において、１３０Ｗと８０Ｗとの間の出力における周期的変化により、本発明にしたがって駆動された１２０ＷのＵＨＰランプについての積分ルーメンを示している。出力変調の期間は１５分乃至４０分の範囲内で変化し、それ故、極限調光期間及び再生期間の持続時間は７分乃至２０分の範囲内にある。積分ルーメン（ルーメン０ｃｍ）は積分球を用いて測定される。

測定値が示すように、ランプは、１１００時間の動作の後でさえ、ランプ出力における何れのかなりの減少を示さない。このとき、ランプは、臭素が液体水銀に結合されているため、再生サイクルがアクティブでない状態において全部で４５０時間の間、駆動された。

この図における下の曲線（菱形マーク）は、壁の黒化についての指標である、所謂“グロー放電後”についての測定値を示している。この測定値は、ランプをオフに切り換えた後に、ランプがオフに切り換えられた後にランプの金属成分がグロー放電し続けるということを用いる。発光管の内側に堆積したタングステンは赤色光でグロー放電する。適切なダイオードを用いる場合、どれ位の量のタングステンがガラスに析出したかを評価することが可能である。この測定は、本発明にしたがった方法を用いる動作の１１００時間後でさえ、かなりの壁の黒化が生じないことを明らかに示している。

このことは、例えば、本発明により、上記の適合性ダイナミックレンジ制御がランプを調光することにより実現され、そしてそれにより最適な性能が達成できることを示している。

本発明について、好適な実施形態及びその変形の形で開示しているが、本発明の特許請求の範囲における範囲から逸脱することなく、多くの追加の修正及び変形が成されることが可能であることが理解できるであろう。例えば、動作制御器は、動作制御器を有する構成要素は制御ユニットの他の機能ユニットに割り当てられることが可能であり、他の目的を実現するようにそれらの他の機能ユニットにより用いられることが可能であるため、スタンドアロンユニットとして必ずしも備えられる必要はない。このことは、特に、時間測定ユニットに適用できる。明確化のために、本明細書を通して、単数表現はその複数表現を排除するものではなく、表現“を有する”は他の段階又は要素を排除するものではない。

本発明の実施形態にしたがった投影システムの模式図である。 高圧水銀蒸気放電ランプの長手方向の断面図である。 ２００ＷのＵＨＰランプについての積分光出力及び水銀圧力体動作出力のグラフである。 レンダリングされるべき画像コンテンツの輝度パラメータの関数にしたがって画像レンダリングシステムの構成要素を駆動するための有効な一連の段階を示す図である。 本発明にしたがった動作制御器の模式的ブロック図である。 ランプ出力の変化の間の１２０ＷのＵＨＰランプについての積分光出力ランプの電圧変化を示す図である。 １２０ＷのＵＨＰランプについての壁の黒化及び積分ルーメンの測定であって、１２０ＷのＵＨＰランプは、本発明にしたがった方式で１３０Ｗと８０Ｗとの間の周期的出力変化により動作された、測定を示す図である。

Claims (12)

1. 投影システムにおける水銀蒸気放電ランプの動作のための方法であって：
   画像コンテンツの提示のために必要な全動作時間の間、前記ランプは、前記画像コンテンツの輝度パラメータにしたがって前記全動作時間の少なくとも一部で、水銀が前記ランプの発光管内で凝集される飽和動作方式において動作され；
   前記全動作時間の少なくとも他の一部で、前記ランプは不飽和動作方式において駆動され、前記不飽和動作方式において基本的に全体の前記水銀が蒸発し；
   前記飽和動作方式及び前記不飽和動作方式における動作期間の持続時間は、前記発光管の壁の前記水銀の凝集が、前記ランプの全動作期間の間に生じないように選択される；
   方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、前記飽和動作方式における前記ランプの連続動作の時間はモニタされ、そして前記ランプの動作は、前記飽和動作方式における前記ランプの連続動作の時間が所定の時間に達した場合に、不飽和動作方式に切り換えられる、方法。
3. 請求項１又は２に記載の方法であって、前記飽和動作方式における前記ランプの動作時間の積分値及び前記不飽和動作方式における前記ランプの動作時間の積分値はモニタされ、そして前記ランプの動作は、前記不飽和動作方式における前記ランプの動作時間の積分値に対する前記飽和動作方式における前記ランプの動作時間の積分値の比が所定のモニタリング期間の間に所定の値に達した場合に、前記飽和動作方式から前記不飽和動作方式に切り換えられる、方法。
4. 現時点のランプ出力値又はランプ電流値が、前記ランプが前記飽和動作方式において駆動されているか又は前記不飽和動作方式において駆動されているかを判定するために用いられる、請求項１乃至３の何れ一項に記載の方法。
5. 前記発光管におけるガスの、水銀の飽和状態の指標を与えるために、前記ランプの、電流−電圧特性についての特徴を検出して解析し、前記の解析に基づいて前記ランプが前記飽和動作方式において駆動されているか又は前記不飽和動作方式において駆動されているかを判定する、
   請求項１乃至４の何れか一項に記載の方法。
6. 前記ランプの、電流−電圧特性についての特徴とは、電流の変化に対する電圧の変化の向きであり、
   電流の増加に対する電圧の増加又は電流の減少に対する電圧の減少、という同じ向きでの変化は、前記ランプが、前記飽和動作方式で駆動されているとして検出され、
   電流の増加に対する電圧の減少又は電流の減少に対する電圧の増加、という反対の向きでの変化は、前記ランプが、前記不飽和動作方式で駆動されているとして検出される、
   請求項５に記載の方法。
7. 請求項１乃至６の何れか一項に記載の方法であって、前記飽和動作方式から前記不飽和動作方式に動作を切り換えるように、ランプ動作出力が増加される、及び／又は、前記ランプの強制冷却が低減される、方法。
8. 水銀蒸気放電ランプを有する投影システムを駆動するための方法であって、前記水銀蒸気放電ランプは請求項１乃至７の何れか一項にしたがって駆動される、方法。
9. 請求項８に記載の方法であって、
   現時点で提示されている画像コンテンツの輝度パラメータが、前記ランプが飽和動作モードにおいて動作されていると示し、そして前記ランプ動作出力が、前記不飽和動作方式に前記ランプの動作を切り換えるように増加される必要がある場合、前記ランプ動作出力は、前記不飽和動作方式に前記ランプの動作を切り換えるように増加され、
   そしてそれに応じて、ディスプレイ、グレーフィルタ、開口部又は偏光子が調節される、方法。
10. 投影システムにおける水銀蒸気放電ランプの動作のための動作制御器であって：
    前記投影システムにより提示されるべき画像コンテンツの輝度パラメータを決定するための輝度パラメータ決定ユニット；
    前記ランプの動作時間を測定するための時間測定ユニット；
    ランプ出力を制御し、前記ランプの強制冷却のための冷却出力を任意に制御するための出力制御ユニットであって、前記出力制御ユニットは、
    前記画像コンテンツの提示のために必要な全動作時間の間に、前記ランプは、前記画像コンテンツの前記輝度パラメータにしたがって、前記全動作時間の少なくとも一部において、水銀が前記ランプの発光管内で凝集される飽和動作方式において動作され、
    前記全動作時間の少なくとも他の一部において、前記ランプは、不飽和動作方式において駆動され、前記不飽和動作方式において、実質的に全部の水銀は蒸発し、そして
    前記飽和動作方式及び前記不飽和動作方式における動作期間の持続時間は、前記発光管の壁の前記水銀の凝集が、前記ランプの全動作時間の間に生じないように選択される、
    ように実現される、出力制御ユニット；
    を有する動作制御器。
11. 水銀蒸気放電ランプ及び請求項１０に記載の動作制御器を有する投影システム。
12. 請求項１１に記載の投影システムであって：
    画像投影構成要素；
    前記投影システムの光強度を減衰させるために適切な任意の更なる構成要素；
    現時点で提示されている画像の輝度パラメータが、前記ランプが飽和動作モードにおいて動作されていると示し、そして前記ランプ動作出力が、前記不飽和動作方式に前記ランプの動作を切り換えるように増加される必要がある場合、前記ランプ動作出力は、前記不飽和動作方式に前記ランプの動作を切り換えるように増加され、そしてそれに応じて、前記画像投影構成要素及び／又は前記投影システムの光強度を減衰するために適切な更なる構成要素が調節されるように実現されるシステム制御ユニット；
    を有する、投影システム。

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