專利名稱：驅(qū)動放電燈的方法以及驅(qū)動單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及驅(qū)動放電燈的方法.另外，本發(fā)明涉及用于驅(qū)動投影 儀系統(tǒng)中的放電燈的合適驅(qū)動單元，涉及包括這樣一種驅(qū)動單元的投 影儀系統(tǒng)，并且涉及驅(qū)動投影儀系統(tǒng)的方法。
背景技術(shù)：
氣體放電燈，具體來說高壓氣體放電燈，包括由能夠耐受高溫的 材料如石英玻璃構(gòu)成的一個外殼或室.由鎢制成的電極從相對的兩側(cè) 伸入這個室。該室包含由一種或多種稀有氣體構(gòu)成的填充物，并且在 汞蒸汽放電燈的情況下主要填充物是汞。通過在電極兩端加上初始高 壓，在電極尖端之間產(chǎn)生光弧，隨后在燈操作期間，可以以較低的電 壓維持這個光弧，高壓氣體放電燈由于它們的光學(xué)性質(zhì)用于例如投影 儀系統(tǒng)中圖像的再現(xiàn)，這里，在一個相當(dāng)大的背景幕布上再現(xiàn)圖像以
便能夠舒服地觀看，所述投影儀系統(tǒng)例如使用投影器(beamer)"的 家庭影院系統(tǒng)。對于這樣的應(yīng)用，要求光源盡可能地接近點光源，具 有盡可能大的發(fā)光強度，并且光譜的組成要與自然光很相似.利用高 壓氣體放電燈或"HID燈"(高強度放電燈)，以及特別是利用"UHP 燈，，(超高性能燈或超高壓燈)就可以最好地實現(xiàn)這些性質(zhì).
當(dāng)高壓汞蒸汽放電燈以標(biāo)稱功率水平驅(qū)動并基本上輸送它的額定 光輸出時，所述的燈在飽和閾值之上操作，在該飽和閾值之上時，燈 中的汞以蒸汽形式存在。某種類型的燈的飽和閾值是由許多因素掌控 的，例如燈中的壓力、填充氣體的組成、燈的物理性質(zhì)、和燈操作的 條件。為了減小燈的光輸出，即使燈變暗，則要例如通過減小燈的電 源電壓和/或電流源來減小驅(qū)動燈的功率，在使用這樣的燈的當(dāng)前技 術(shù)的投影儀系統(tǒng)中，能使燈變暗的范圍受到如下事實的限制低于飽 和閾值，在燈的室中的汞蒸汽凝聚，使燈內(nèi)壓力下降。而且，填充氣 體的組成發(fā)生了變化，例如溴被汞束縛，中斷了再生循環(huán)，并且急劇地 縮短了燈的壽命，在所述的再生循環(huán)中，鴒由填充氣體被運輸回到電 極，而所述鎢本來是從所述電極蒸發(fā)出來的。
然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，可驅(qū)動放電燈使其在暗階段操作，即在低于飽 和閾值的水平操作，其條件就是，以高于飽和閾值的水平驅(qū)動所述的 燈足夠長的持續(xù)時間而后減小加到燈上的功率并且在暗階段驅(qū)動所述 的燈，暗階段的持續(xù)時間不超過某個時間限制，并且隨后以超過飽和 閾值驅(qū)動所述的燈某個最小的時間長度而后重新回到暗階段.如果這 些條件得到滿足，所述的燈就的確能在低于它的飽和闞值的水平下得 到驅(qū)動。
盡管如此，在現(xiàn)有技術(shù)的投影儀系統(tǒng)中，使燈變暗的另一個不期 望出現(xiàn)的現(xiàn)象是，當(dāng)這樣一個燈變暗時，例如膠片序列中的一個明亮 場景接下去是一個黑暗場景時，光輸出首先降低到所需的暗水平，但 然后甚至進一步降至顯著低于所需光輸出水平的水平.光輸出低于所 需光輸出水平的這種不期望出現(xiàn)的降低是由燈中汞的凝結(jié)引起的，汞 的凝結(jié)導(dǎo)致燈中壓力明顯降低，壓力的降低又顯著降低了光輸出水平-
然而，使投影儀系統(tǒng)中燈變暗的能力實際上是十分重要的，因為 明亮的膠片序列之后經(jīng)常跟隨有黑暗的膠片序列，并且必須真實地再 現(xiàn)這些膠片序列，以保證愉悅的觀看感受，與電視屏幕的陰極射線管 相比，或者與等離子體顯示板相比，投影儀系統(tǒng)只有處理對比度和灰 度分辨率的有限的裝置或方法，兩者在黑暗圖像再現(xiàn)的質(zhì)量方面都起 決定性作用。投影儀系統(tǒng)的某些廠家盡力采用動態(tài)孔徑，以便控制暗 場景的光輸出，但這些動態(tài)孔徑易于損壞，并且是一個附加的噪聲源， 同時還對這種投影儀系統(tǒng)的成本因素有所貢獻。簡言之，投影儀系統(tǒng) 時至今日還不能有效地處理黑暗場景中圖像質(zhì)量差的問題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個目的是提供驅(qū)動放電燈以將期望的光輸出維 持在低于飽和閾值的功率水平上的方法，并且提供例如可以在投影儀 系統(tǒng)中使用的可避免上述問題的合適驅(qū)動單元。
為此，本發(fā)明提供驅(qū)動放電燈尤其是高壓或超高壓放電燈的方法，
所述的方法包括在以暗功率水平操作燈的期間確定在燈中的壓力值；
根據(jù)暗功率水平壓力值確定校正因子。隨后使用校正因子計算所需的 光輸出水平的所需功率值，并且按照所需功率值驅(qū)動所述的燈。 為了投影系統(tǒng)的目的，使放電燈變暗，使所述的放電燈輸送精確
的目標(biāo)光輸出.在現(xiàn)有技術(shù)的燈中，由于以上所述的現(xiàn)象，光輸出下 降到低于所需的光輸出水平，因而最終的光輸出明顯低于期望的或所 需光輸出，導(dǎo)致令人不滿意的圖像再現(xiàn)。利用按照本發(fā)明的方法，通 過確定或估計在暗階段期間在燈中的壓力并且根據(jù)這個壓力獲得校正 因子，使得以簡單和直接的方式校正這種不期望出現(xiàn)的現(xiàn)象成為可能， 從而可以以合適的輸出水平驅(qū)動所述的燈，產(chǎn)生準(zhǔn)確的所需目標(biāo)光輸出。
用于驅(qū)動投影儀系統(tǒng)中放電燈的合適的驅(qū)動單元包括燈壓力確 定單元，用于確定在以暗功率水平操作燈的期間在燈中的壓力值；校 正因子確定單元，用于根據(jù)暗功率水平的壓力值確定校正因子；和功 率水平計算單元，用于使用校正因子計算所需功率水平值，以該功率 水平值驅(qū)動所述的燈以提供所需光輸出水平。由于現(xiàn)有技術(shù)的典型驅(qū) 動單元已經(jīng)包括了用于獲得測量值和執(zhí)行計算的模塊和單元，所以只 要簡單地通過為現(xiàn)有的驅(qū)動單元提供適當(dāng)?shù)能浖K，或者例如通過 更新它的處理器芯片，就可以特別有益地獲得按照本發(fā)明的驅(qū)動單元，
從屬權(quán)利要求以及隨后的描述公開了本發(fā)明的特別有益的實施例 和特征。
由于可以觀察到，現(xiàn)有的投影儀系統(tǒng)中的燈的光輸出當(dāng)由于減小 功率以使燈變暗，從而燈內(nèi)壓力下降時進一步下降，所以使用按照本 發(fā)明的方法確定的校正因子優(yōu)選地反比于在暗功率水平確定的壓力值 的導(dǎo)數(shù)，這樣一個導(dǎo)數(shù)可以是從暗壓力值導(dǎo)出或獲得的任何合適值，
已經(jīng)觀察到，輸出功率的下降規(guī)律是指數(shù)方式.因此，在本發(fā)明 的特別優(yōu)選的實施例中，校正因子K由一個分?jǐn)?shù)的冪運算給出，對于 這個分?jǐn)?shù)，分子由暗功率水平壓力值給出，分?jǐn)?shù)的分母由標(biāo)稱功率水 平壓力值給出
在這里，Pn,p是在燈室中測量或估計的壓力，PlVef是這個燈的額 定壓力。在一個特別優(yōu)選的實施例中，指數(shù)的值大于或等于-l.O，并且小 于或等于-0.25(即指數(shù)值k在1和0.25之間)，從而可以將校正因子K
用下面的不等式表示:
<formula>formula see original document page 7</formula>(2)
例如，對于指數(shù)值k-0.5，校正因子K可由下式表示:
<formula>formula see original document page 7</formula>(3)
校正因子也可用更簡單的方式例如使用一組已知的數(shù)值來確定， 所述的已知數(shù)值是使用某種類型的燈在校準(zhǔn)過程中獲得的，并且認(rèn)為 這些已知數(shù)值對于估計同類型的任何燈中某個壓力下的光的水平而言 是足夠準(zhǔn)確的。因此在本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例中，從一個校正因 子表格可以獲得所確定的壓力值的校正因子。這樣一個因子表格可以 以 一個簡單查找表或LUT的形式供驅(qū)動單元訪問，它的數(shù)值是使用產(chǎn)
品開發(fā)中獲得的測量值用實驗方法得到的，或者是使用例如一個二次
近似中得到的。獲得這些數(shù)值的方法還有獲得測量值并且在上述的 公式之一 中使用這些測量值。
因為高壓氣體放電燈的光輸出水平受到燈內(nèi)壓力水平的直接影 響，并且當(dāng)燈在低于飽和閾值驅(qū)動時，甚至更是如此，所以以短的時 間間隔確定或估計燈壓力可以是有利的，以便做出任何必要的校正. 因此，在本發(fā)明的一個特別優(yōu)選的實施例中，校正因子每個燈周期被 確定一次，例如如果用交流驅(qū)動所述的燈，每個交流周期確定一次， 因而可以沒有延遲地對燈的功率進行必要的校正。對于在50赫茲驅(qū)動 的燈，這就意味著校正值以1秒50次進行確定。
確定決定校正因子所需的燈內(nèi)壓力水平的方法有好幾種。例如可 以使用還沒有公布的PCT/IB2005/053390建議的方法，其中連續(xù)地 監(jiān)測燈兩端的電壓，如同監(jiān)測燈的阻抗。假定燈的阻抗和燈兩端的 電壓是燈內(nèi)壓力和電極間距的已知函數(shù)，則可以相對容易地確定某個
電壓下的燈內(nèi)壓力。
按照另一種方法，可以基于平均燈電壓估計燈壓力，為此，例如 測量和記錄先前正常操作中的平均燈電壓，然后檢查所述燈電壓是否 已經(jīng)下降到低于某個數(shù)值，通過將正常操作中的平均電壓乘以某個因 子就可確定這個數(shù)值.另外，可以監(jiān)測并分析燈電壓和燈電流，并且 可以確定燈的電流-電壓特性曲線的性質(zhì)，以給出電弧管內(nèi)氣體壓力 的指示。對于汞蒸汽放電燈，這個方法是非常成功的。
估計燈的放電室中壓力值的另一種優(yōu)選的方法基于如下的理由 在短的時間周期，幾種因子基本上保持不變或者保持恒定，即使這些 因子在燈的壽命期間有可能上下波動。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，燈 內(nèi)壓力就是用這樣一種方法確定的，下面將要說明這種方法。
加到燈上的電壓Vlamp可表示為
叫=十W' /,呻+ ~.' ，. ^ (4)
在這里，Vt.uu是電極上的恒定電壓降，也稱之為下降電壓，R是燈
在高壓力下的(負)阻抗，I，amp是通過燈的電流，Vref是在參考(標(biāo)稱 的)條件下等離子體電弧的電壓，d,amp是實際的電極間隔，dw是標(biāo)稱 電極間隔，Pr,amp是燈內(nèi)實際壓力，Pl"ref是參考的或標(biāo)稱的燈壓力。R、 V^、 dref、 Prref的值最好可在燈和/或驅(qū)動器的設(shè)計期間確定，并且 可以將這些數(shù)值存儲在例如燈驅(qū)動器的存儲模塊中。
在一個短的時間周期，電極間隔也是基本上不變的，因此，對于
在燈的兩端測量的"瞬時，，電壓來說，可以簡化方程(4),從而給出
r,，= 〃 + ' /— + cm ' Pr,， (5)
在這里，Cm是對應(yīng)的瞬時常數(shù)，用伏特/巴表示，由下式給出
c ^,'^.丄 (6) 《< P、f
vlamp的數(shù)值可以使用合適的電路進行測量，例如借助燈驅(qū)動器中
的電壓分壓器測量，通過燈的電流Ihmp的獲取也是很容易的，例如從 測量值獲得，或者從負責(zé)控制燈電流的控制單元提供的數(shù)值獲得.
可以假定Vfa，，的值在以高于飽和閾值的水平操作燈期間是不變的， 因此，通過重新整理方程(5)可最終確定Cm的數(shù)值，從而給出<formula>formula see original document page 9</formula>
借此，可將燈內(nèi)壓力Pn,p的數(shù)值取為參考壓力Prref，因為當(dāng)獲
得瞬時常數(shù)值時燈正在飽和閾值之上被驅(qū)動。掌控瞬時常數(shù)值Cm的因 子可以隨時間輕微波動。因此，在本發(fā)明的特別優(yōu)選的實施例中，不 時地更新所述的瞬時常數(shù)值Cm。例如，每個燈的周期可確定一次瞬時 常數(shù)值，像確定校正因子那樣.然而，由于掌控這個瞬時常數(shù)值波動 的因子的變化不像影響校正因子的因子的變化那樣快，所以以較大的 時間間隔確定瞬時常數(shù)值可能就足夠了 ，例如在以高于飽和閾值的功 率水平驅(qū)動燈的階段，每隔三個燈的周期進行確定就足夠了。為了獲 得更準(zhǔn)確的瞬時常數(shù)值，可以任選地存儲先前的瞬時常數(shù)值，并且使
用低通濾波這種類型并用新的數(shù)值進行如下的濾除
c", =0.99. cm。'd+0.01. cm"ew (76)
在這里，Cm。'd是先前存儲的瞬時常數(shù)值，Cm"ew是從方程(7a)獲
得的值."舊的"瞬時常數(shù)值可由從方程(7b)獲得的值代替，用于
下一個時間輪次。
所述的瞬時常數(shù)值cm隨后優(yōu)選地用在以暗功率水平操作燈的期 間，以便再一次地通過重新整理方程(5)獲得估計的燈內(nèi)壓力值，從 而給出
<formula>formula see original document page 9</formula>、
因為燈內(nèi)壓力從一個燈周期到下一個燈周期可能變化，因此，優(yōu)
選地，每個燈周期計算這個估計的燈壓力Prlamp.
然后，如以上所述，使用這個估計的燈內(nèi)壓力值例如根據(jù)方程(3) 獲取校正因子K，然后使用該校正因子調(diào)節(jié)這個燈的實際功率，以便 給出所要求的光輸出，所需的光輸出由下面的方程給出
<formula>formula see original document page 10</formula> (9)
在這里，P,arge,是為了獲得所要求的光輸出Ltarget必須提供給燈的 功率，Ltarget在這里表示為標(biāo)稱光輸出的一個分?jǐn)?shù)，Prref是參考燈功率 或標(biāo)稱燈功率。例如，如果要驅(qū)動標(biāo)稱光輸出為100瓦的燈得到20瓦
的光輸出，則Ltarget的值為0.2 。
在按照本發(fā)明驅(qū)動投影儀系統(tǒng)的方法中，將投影儀系統(tǒng)的放電燈 發(fā)出的光投影到一個顯示設(shè)備上以便再現(xiàn)圖像，并且如以上所述驅(qū)動 所述的燈以調(diào)節(jié)目標(biāo)輸出功率。顯示設(shè)備可以是反射性的，例如包括 多組微型反光鏡的一個設(shè)備，其中每組微型反光鏡對應(yīng)于一個像素， 光被反射離開反光鏡并到達透鏡之上或離開透鏡，圖像通過所述透鏡 投影到屏幕上。另一種顯示設(shè)備是半透明的，并且在這樣一個顯示設(shè) 備上再現(xiàn)灰度圖像。光的每個光譜分量都有一個顯示設(shè)備，通過所述 顯示設(shè)備發(fā)出的光重新組合并且投影到一個背景幕布上以便再現(xiàn)圖 像。還可以使用許多其它的技術(shù)進行圖像再現(xiàn)，但現(xiàn)在，對于投影儀 系統(tǒng)，主要有兩種彩色產(chǎn)生方法。在第一種時序方法中，通過以三原 色紅、藍、綠色(場序顏色)單獨地順序呈現(xiàn)全部圖像來產(chǎn)生彩色圖 像。任選的是，還可以顯示附加的第四種白色圖像或其他附加顏色。
例如在大多數(shù)DLP (數(shù)字光處理，DLP是Texas Instmments⑧公司的 注冊商標(biāo))投影儀中使用這種方法。
在第二種時序方法中，彩色圖像的產(chǎn)生是通過使所有的原色以彩 色束或彩色條("巻進式彩色")的形式一個接一個地通過顯示器。 例如，某些LCoS (硅上液晶)顯示器就使用這種方法操作。
所述的系統(tǒng)包括彩色分離或彩色濾波，以及針對彩色分量的調(diào)制 器，該調(diào)制器位于光源和顯示器之間，用于產(chǎn)生三原色的光，或光的 光譜分量。彩色分離器和調(diào)制器可以相互集成，集成的程度可大可小。 例如，在某些系統(tǒng)中，濾波和調(diào)制是通過一個轉(zhuǎn)動的濾波器輪進行的， 而在另一些系統(tǒng)中，彩色濾波是借助反光鏡發(fā)生的，調(diào)制是借助棱鏡
進行的.
已經(jīng)觀察到，當(dāng)投影儀系統(tǒng)的燈變暗時，與藍色和綠色分量相比，
光i脊的紅色分量更加強烈地變暗，因此，當(dāng)在再現(xiàn)圖像中將紅、藍、 綠光譜分量重新合在一起時，總的彩色質(zhì)量或色點可能發(fā)生畸變，根 據(jù)所述的投影儀系統(tǒng)要滿足的要求，這個畸變給人的感覺是煩人的， 并且可能由這樣一個系統(tǒng)的用戶感受到。
因此，在本發(fā)明的一個特別優(yōu)選的實施例中，可以獲得對于所要 求的光輸出水平的紅、藍、綠光譜分量的各個校正因子.可以獨立地 計算這些單獨的校正因子，或者在一個更簡單直接的處理方案中，它 們可以基于以上所述的單個校正因子K。例如，如果知道紅色光的表 減比藍色光和綠色光更多，那么紅色光譜分量的單個校正因子可取為 等于或略小于校正因子本身，而對于藍色和綠色光譜分量的單個校正 因子可略大于校正因子本身。以此方式，按最佳的方式調(diào)節(jié)了用于再 現(xiàn)圖像的光的光譜分量，因此按照本發(fā)明的方法有益地提供簡單有效 的方法來提供高彩色質(zhì)量的圖像。
按照本發(fā)明的方法對于調(diào)節(jié)由時序的投影儀系統(tǒng)中的燈產(chǎn)生的光 的光譜分量是特別有益的，因為每個光誥分量都可以得到單獨的校正。 為此，在一個特別優(yōu)選的實施例中，各個校正因子是按照順序加在例 如一個燈周期內(nèi)，從而單獨地調(diào)節(jié)燈的光輸出的光譜分量。于是，可 以針對具有所要求的光水平或目標(biāo)光水平的優(yōu)秀圖像再現(xiàn)來優(yōu)化所述 的光輸出，即使這個水平要求所述的燈以低于飽和閾值的功率水平操 作。
因此，合適裝配的驅(qū)動單元優(yōu)選地包括合適的調(diào)節(jié)模塊，這樣的 模塊可用硬件和/或軟件實施，并且這樣的模塊可以調(diào)節(jié)加到燈上的功率。
如已經(jīng)指出的，本發(fā)明優(yōu)選使用在投影儀系統(tǒng)中，但本發(fā)明還可 用在任何其它合適的要求放電燈精確變暗的應(yīng)用場合。
從下面結(jié)合附圖考慮的詳細描述中，本發(fā)明的其它目的和特征將 變得顯而易見。但應(yīng)該理解，附圖的設(shè)計只用于說明的目的，不是作 為限制本發(fā)明的定義。在附圖中，相同的附圖標(biāo)記通篇代表相同的部 件。


圖1表示按照本發(fā)明的第一實施例的投影儀系統(tǒng)的示意圖； 圖2表示在現(xiàn)有技術(shù)投影儀系統(tǒng)中變暗的燈的功率、光輸出、汞 壓力以及溫度的波形圖3表示按照本發(fā)明的一個實施例的驅(qū)動單元的電路圖4表示使用按照本發(fā)明的方法確定的光輸出的光譜分量和對應(yīng) 的功率水平的示意圖5表示按照本發(fā)明驅(qū)動的燈的功率和光輸出的波形圖； 圖6表示確定校正因子和常數(shù)值的過程中步驟的流程圖； 圖7表示按照本發(fā)明的第二實施例的投影儀系統(tǒng)的示意圖。
具體實施例方式
為了清楚起見，已經(jīng)選擇了圖中部件的尺寸，沒有必要反映實際 的相對尺寸。
圖1表示使用時序彩色再現(xiàn)的投影儀系統(tǒng)10的基本結(jié)構(gòu)，其中圖 像中的不同顏色(紅、綠、藍色)是一個接一個地進行再現(xiàn)的，由于
眼睛的反應(yīng)時間的緣故，用戶感受不到這個過程。
燈1的光在反射體4內(nèi)聚焦到一個色輪5上，色輪5具有彩色分段 紅段r、綠段g、和藍段b,為清楚起見，只表示出3個分段r、 g、 b。 現(xiàn)代的色輪通常有6個分段，它的順序是紅、綠、藍、紅、綠、藍， 在分段r、 g、 b之間，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有輪輻SP，或過渡區(qū)。按照某個速率 驅(qū)動這個色輪5，以便產(chǎn)生紅色圖像、綠色圖像或藍色圖像。然后，通 過準(zhǔn)直透鏡6聚焦按照色輪5的位置產(chǎn)生的紅、綠或藍色光，使得顯 示單元7被均勻照亮。在這里，顯示單元7是一個芯片，在該芯片上 安排一系列作為單個顯示元件的可移動的微型反光鏡，其中每個都與 一個圖像像素相關(guān)聯(lián)。反光鏡由所述光照射.按照投影區(qū)上的圖像像 素(即最終的圖像)是明還是黑暗使每個反光鏡傾斜，使光通過投影 儀透鏡8反射到投影區(qū)，或者離開投影儀透鏡并進入一個吸收體中。 反光鏡陣列的各個反光鏡形成一個柵格，利用這個柵格可以產(chǎn)生任何 圖像，并且例如利用這個柵格可以再現(xiàn)視頻圖像，圖像中不同亮度水 平的再現(xiàn)是借助脈沖寬度調(diào)制方法實現(xiàn)的，其中對于顯示設(shè)備的每個
顯示元件進行控制，以使光在圖像持續(xù)時間的某部分時間里擊中投影 區(qū)的對應(yīng)像素區(qū)，而在其余的時間里不擊中投影區(qū).這樣一種投影儀
系統(tǒng)的一個例子是Texas Instruments⑧公司的DLP⑧系統(tǒng).
自然，本發(fā)明不限于這樣一種投影儀系統(tǒng)，而是可以用于任何其 它種類的投影儀系統(tǒng).
附圖還表明，燈l是由燈驅(qū)動單元ll控制的，后面將詳細說明燈 驅(qū)動單元ll。這個燈驅(qū)動單元11又受到中央控制單元9的控制。在這 里，中央控制單元9還要管理色輪5和顯示設(shè)備7的同步。 一個信號2， 例如視頻信號2，可以輸入到中央控制單元9，如這個圖所示，所需的
目標(biāo)光輸出水平Ltarge,是作為一個合適的信號預(yù)先提供給驅(qū)動單元11
的，所以可以調(diào)節(jié)功率以便提供所需的目標(biāo)光輸出水平，
圖2表示降低在現(xiàn)有技術(shù)投影儀系統(tǒng)中使用的燈的功率到低于飽
和閾值Sthr的效果。在時間t,之前，所述的燈以高于飽和閾值Sthr的水
平比如額定功率操作。汞壓力Hg、溫度T、光輸出L、和功率P全是 穩(wěn)定的，在時間t!，加到燈的功率P突然下降，使光輸出L變暗。經(jīng) 過短的持續(xù)時間， 一直到時間t2，光輸出L對應(yīng)于期望的暗光水平 Ltarget。然而，在這時，由于溫度進一步下降，在某個"壁"溫度(在 時間t2之后)某些汞填充物開始凝結(jié)，汞壓力也開始下降。汞壓力Hg 的這個下降導(dǎo)致光輸出L下降，甚至于比實際期望的下降更多，因此 使用這種燈再現(xiàn)的圖像甚至比所需要的更加暗.
圖3表示可以實現(xiàn)按照本發(fā)明的驅(qū)動單元11的一個電路.驅(qū)動單 元11包括直流變換器30、換向級(commutation stage) 40、點火裝置45、 控制電路20、電壓測量單元35、和電流測量單元36。
控制電路20控制變換器30、換向級40、和點火裝置45，并且監(jiān) 測驅(qū)動單元11在氣體放電燈1上的電壓表現(xiàn)。換向級40包括驅(qū)動器 50，驅(qū)動器50控制4個開關(guān)46、 47、 48、 49。點火裝置45包括點火 控制器41和一個點火變壓器，點火變壓器借助兩個扼流團43、 44產(chǎn) 生一個對稱的高電壓，使燈1能夠點火。
變換器30由例如380伏的外部直流電源25供電。直流變換器30 包括開關(guān)32、 二極管29、電感33、和電容器31.控制電路20經(jīng)過電 平變換器39控制開關(guān)32，并且因此也控制燈1中的電流.
電壓測量單元35并聯(lián)連接到電容器31，并且以具有兩個電阻器37、 38的電壓分壓器的形式實現(xiàn)，電容器34并聯(lián)連接到電阻器38. 為了進行電壓測量，將電容器31處降低的電壓經(jīng)過電壓分壓器37、 38 轉(zhuǎn)移，并且在控制電路20中借助模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器測量這個電壓。電 容器34用于減小測量信號中的高頻畸變。
在這個例子中，燈1內(nèi)的電流由控制電路20借助電流測量單元36 進行監(jiān)測，電流測量單元36也是按照感應(yīng)的原理進行操作的，然而電 流的數(shù)值同樣可以作為"已經(jīng)給定"的值從中央控制單元(在這個圖 中沒有表示出來)提供.
控制電路20包括燈壓力確定單元21，燈壓力確定單元21例如按 照方程(8)確定當(dāng)燈在暗水平操作時燈內(nèi)的壓力值Prlamp.為此，燈 壓力確定單元21記錄和分析由電壓測量電路35和電流測量電路36輸 送的電流和電壓值。從存儲器26，例如從一個查找表，可以獲得燈壓 力確定單元21確定燈內(nèi)壓力Pnamp可能需要的其它數(shù)值.如以上所述，
使用方程(8)和瞬時常數(shù)Cm可以計算在暗階段燈內(nèi)壓力值Pr,amp.這 個瞬時常數(shù)Cm是燈在"正常"階段驅(qū)動時按照方程(7)驅(qū)動燈時獲
得的，并且是在一個適當(dāng)?shù)乃矔r常數(shù)計算單元27中被計算出來的.
校正因子確定單元22根據(jù)暗功率水平壓力值Pra呻例如按照不等 式(2)或者優(yōu)選地按照方程(3)確定校正因子K，功率水平計算單 元23又使用校正因子K例如按照方程(9)計算所需的功率水平值 Pt^"，并且以這個功率水平值驅(qū)動燈1以獲得所需的目標(biāo)光輸出
燈壓力確定單元21、校正因子確定單元22、功率水平計算單元23、 和瞬時常數(shù)計算單元27全都可以用在可編程處理器24 (用虛線表示) 上運行的合適的軟件模塊的形式實現(xiàn).
對于時序投影儀系統(tǒng)，例如如圖1示意示出的系統(tǒng)，可以為光輸 出的每個光譜分量確定單獨的校正因子。校正因子確定單元22可以根 據(jù)它所使用的用于確定總校正因子的信息來導(dǎo)出這些單獨的校正因子 KR、 Kg、 Kb，校正因子Kr、 Kg、 KB由某些數(shù)值進行調(diào)節(jié)，能夠從例 如數(shù)值表讀出所述這些數(shù)值，所述數(shù)值表從存儲器26檢索得到。
然后，驅(qū)動器50可以使用所需的輸出功率Ptarg"的數(shù)值來調(diào)節(jié)加
到燈1上的功率.
圖4示出了加到時序投影儀系統(tǒng)的燈上的電流波形的簡化表示.
圖中表示對于用過渡區(qū)分開的6個分段的色輪的彩色分段R、 G、 B. 圖中表示出兩個完整的燈周期A、 B。由于加到燈上的電壓在燈周期期 間基本上保持不變，通過燈的電流代表了在這個燈周期加到燈上的功率。
在第一個燈周期A，燈電流對于以標(biāo)稱功率或額定功率操作是足 夠的。在第二個燈周期B，加到燈上的功率已經(jīng)降低到低于飽和閾值 的水平。在這個狀態(tài)，如果不進行校正，光輸出就會進一步下降到低 于期望的水平。為了抵制這樣一個不期望出現(xiàn)的效果，針對每個光譜 分量調(diào)節(jié)加到燈上的功率。由于紅光受壓力下降的影響最大，所以以 最大量調(diào)節(jié)紅色光譜分量。藍色光也會相比實際期望的進一步衰減， 因此也要進行補償。由于綠光受壓力下降的影響較小，所以綠色光譜 分量需要最小的校正.
在為了保證時序投影儀系統(tǒng)中再現(xiàn)的圖像彩色平衡而經(jīng)常使用的 技術(shù)中，在每個燈的半周期A、 B的第二個紅色分段中要產(chǎn)生一個增加 的脈沖。為清楚起見，未將此在附圖中表示出來。顯然，為了包括這 種彩色平衡技術(shù)，可以簡單地將合適的校正因子附加到圖中所示的波 形上。
圖5表示一個曲線圖，說明使用按照本發(fā)明的方法獲得的經(jīng)過補 償?shù)墓β收{(diào)節(jié)效果。圖中表示未經(jīng)補償?shù)墓β蔖nc和光輸出Uc的波形，
其中當(dāng)加到燈的功率不經(jīng)補償時光輸出下降，圖中還表示了經(jīng)過補償 的功率Pc和最終的光輸出Lc的波形.在現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)中，如在圖2
中所說明的，當(dāng)功率Pnc下降到低于飽和閾值的水平時，光輸出Uc相
比所期望的進一步下降，使用按照本發(fā)明的方法補償或校正加到燈上
的功率Pc，光輸出Lc下降到期望的水平，并且維持在這個水平，以便
以所需的暗水平再現(xiàn)圖像。
圖6中，這個流程示了用于獲得加到投影儀系統(tǒng)中燈的功率
的校正因子的方法所涉及的步驟.
在測量步驟600中，連續(xù)測量燈兩端的電壓和通過燈的電流。在 步驟601中，確定燈內(nèi)功率，并且使用這個功率更新某個時間幀上平 均功率的數(shù)值。在判斷步驟602中，考察平均功率的這個值以確定燈 是在飽和閾值以上還是在飽和閾值以下驅(qū)動。如果這個時間幀的平均 功率大于維持在飽和閾值以上所需的最小功率，則在步驟603中按照
方程(7a)和(7b)更新瞬時常數(shù)值cm。在此之后，在框607中，將
校正因子設(shè)定為"1"，并且在框606中繼續(xù)確定燈所需目標(biāo)功率P,arget
的過程，然后該過程返回到步驟600.
如果在框602中觀察到所述平均功率已經(jīng)下降到低于所述所需的 最小功率的數(shù)值，則在步驟604中使用瞬時常數(shù)值Cm估計燈內(nèi)壓力 Prlamp。在步驟605中，使用這個估計的壓力值，例如按照方程(3) 來確定校正因子K。在步驟606中，按照方程(9)計算所需的功率值
Pt^"，以這個功率值驅(qū)動所述的燈以便獲得期望的光輸出水平。
圖7中所示的投影儀系統(tǒng)10'包括安排在反射體701中的以汞蒸汽 放電燈1為形式的光源。這個投影儀系統(tǒng)不是只有一個燈1和一個反 射體701，而是可以包括幾個燈/反射體，在這里不會全面地說明這樣 一種投影儀系統(tǒng)的操作細節(jié)，因為本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員對于各個部 件的功能都是熟悉的。因此，在這一方面不需要更詳細地涉及這些部 件。
基本上，通過反射體701引導(dǎo)光錐，經(jīng)過紫外濾光片710，接下去 經(jīng)過兩個積分器(integrator) 711、 712、 一個偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)713、和 一個準(zhǔn)直器透鏡714，在這之后將光引向紅外濾光片702，而后繼續(xù)穿 過透鏡703。
這樣準(zhǔn)備的光束然后進入一個分束系統(tǒng)，該分束系統(tǒng)包括幾個二 向色彩色濾光片715、 716和反光鏡718，它們將光束分成幾個光譜分 量，通過各個反光鏡717、 719和透鏡720、 721、 722進一步引導(dǎo)這些 光譜分量，然后這些光譜分量最終到達它們各自的顯示設(shè)備71、 72、 73，在這種情況下是液晶顯示器71、 72、 73。這些顯示器71、 72、 73 中的每一個用于產(chǎn)生具有一定顏色(紅色r，、綠色g，或藍色b，)的圖 象。
通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)計棱鏡704,可以組合紅、綠、藍色圖像以產(chǎn)生彩色 圖像，該彩色圖像借助于投影透鏡705朝投影方向D發(fā)送。
燈的控制在這里是利用驅(qū)動單元ll，實現(xiàn)的。將再現(xiàn)一個圖像(例 如視頻序列中的 一個圖像)所需或所要求的目標(biāo)光輸出Ltarget輸入到驅(qū) 動單元11，。用來獲得燈1的驅(qū)動電壓和驅(qū)動電流的這個驅(qū)動單元11， 的內(nèi)部電路可能與以上在圖3中描述的驅(qū)動單元11略有不同，但這些 不同在這里無相關(guān)性。為清楚起見，只表示出一個校正因子計算單元22’，其中計算各個校正因子KR、 KG、 KB,以便按照目標(biāo)光輸出調(diào)節(jié) 各個顯示設(shè)備71、 72、 73，由此，即使以低于飽和閾值的功率驅(qū)動燈 l時，投影儀系統(tǒng)IO，也可以正確地再現(xiàn)圖像.使用各個校正因子KR、 KG、 KB調(diào)節(jié)這些顯示設(shè)備71, 72， 73的方式對于本領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員是公知的。
在這樣一種投影儀系統(tǒng)中，可以使用總校正因子K驅(qū)動燈1，同 時還使用各個校正因子KR、 KG、 KB校正各個顯示器，以保證每個光譜分量中的令人滿意的彩色質(zhì)量.
雖然已經(jīng)以優(yōu)選實施例及其變化的形式公開了本發(fā)明，但應(yīng)該理 解，在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下可以進行許多附加的修改和變化。 為清楚起見，應(yīng)該理解，整個申請中使用術(shù)語"一個"并不排除存在 多個，"包括"，并不排除存在其它的步驟或元件，還有，"單元"或 "模塊"可以包括多個方塊或設(shè)備，除非明確描述為單個實體.
權(quán)利要求
1、驅(qū)動放電燈(1)的方法，其中-確定在以暗功率水平操作燈(1)的期間在燈(1)中的壓力值(Prlamp)；-根據(jù)暗功率水平壓力值(Prlamp)確定校正因子(K、KR、KG、KB)；-使用校正因子(K、KR、KG、KB)計算目標(biāo)光輸出水平所需的功率值(Ptarget)；并且-按照所需功率值(Ptarget)驅(qū)動所述的燈(1)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中-.校正因子(K、 KR、 Kg、 Kb)反比于在暗功率水平確定的壓力值(Prlamp)的導(dǎo)數(shù)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的方法，其中校正因子由 一個分?jǐn)?shù)的冪運算給出，對于這個分?jǐn)?shù)，分子由暗功率水平壓力值給 出，分母由標(biāo)稱功率值給出，指數(shù)的值大于或等于-1.0，并且小于或等于 -0.25。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中從校正因子的表獲得針對 所確定的壓力值(Prlamp)的校正因子(K、 KR、 Kg、 Kb)。
5、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一個所述的方法，其中每個燈周期 確定一次校正因子(K、 KR、 Kg、 Kb),
6、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一個所述的方法，其中在燈(l) 在高于飽和閾值的功率水平採作期間，確定與燈的操作有關(guān)的瞬時常 數(shù)值(cm)，在燈在暗功率水平操作期間使用這個瞬時常數(shù)值(cm) 以便獲得燈(1)中的估計的壓力值(Prlamp).
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中不時地更新瞬時常數(shù)值(cm ).
8、 驅(qū)動投影儀系統(tǒng)(10、 10，)的方法，其中從投影儀系統(tǒng)(10、 10，)的放電燈(1)發(fā)出的光投影到顯示設(shè)備(7、 71、 72、 73)上以 便再現(xiàn)圖像，并且借此，使用按照權(quán)利要求1到7中的任何一個所述 的方法驅(qū)動燈(1)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中計算用于所需光輸出水平 的各光謙分量的各個校正因子(Kr、 Kg、 Kb)，并且針對對應(yīng)的光譜 分量(R、 G、 B)使用各個校正因子(Kr、 Kg、 Kb)調(diào)節(jié)投影儀系統(tǒng)(10、 10，)的光輸出。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8或權(quán)利要求9所述的方法，其中依次應(yīng)用 各個校正因子(KR、 Kg、 Kb)以便逐個地調(diào)節(jié)燈(1)的光輸出的光 譜分量(R、 G、 B )。
11、 一種用于驅(qū)動放電燈(1)的驅(qū)動單元(11、 11，)，所迷的驅(qū) 動單元包括-燈壓力確定單元(21)，用于確定在以暗功率水平操作燈(1) 的期間在燈(1)中的壓力值(Pnamp);-校正因子確定單元(22，)，用于根據(jù)暗功率水平壓力值(Pr,amp) 確定校正因子(K、 KR、 Kg、 Kb);-功率水平計算單元(23)，用于使用校正因子(K、 KR、 Kg、 KB)計算驅(qū)動燈(1)以便提供所需光輸出水平的所需功率水平值
12、 一種投影儀系統(tǒng)，包括高壓放電燈(1)和根據(jù)權(quán)利要求11 所述的驅(qū)動單元(11、 11，)。
全文摘要
本發(fā)明描述了驅(qū)動放電燈(1)的方法，其中確定在以暗功率水平操作燈(1)的期間在燈(1)中的壓力值(Pr_lamp)，根據(jù)暗功率水平壓力值(Pr_lamp)確定校正因子(K、K_R、K_G、K_B)，使用校正因子(K、K_R、K_G、K_B)計算所需光輸出水平所需的功率值(P_target)，并且按照所需功率值(P_target)驅(qū)動所述的燈(1)。本發(fā)明進一步還描述驅(qū)動投影儀系統(tǒng)(10、10’)的方法。還描述投影儀系統(tǒng)(10、10’)中用于驅(qū)動放電燈(1)的驅(qū)動單元(11、11’)，以及包括高壓放電燈(1)和驅(qū)動單元(11、11’)的投影儀系統(tǒng)。
文檔編號H05B41/392GK101395972SQ200780007650
公開日2009年3月25日 申請日期2007年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月3日
發(fā)明者C·德佩 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司