专利名称：在图像描绘系统中操作汞蒸气放电灯的方法和操作控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及在图像描绘系统(image rendering system)中具体来说即投影仪系统中操作汞蒸气放电灯的方法和操作控制器，用于显示图像内容，例如视频内容，放映幻灯片、或其它显示。进而，本发明涉及用于驱动这样一种图像描绘系统的方法，并且还涉及适当的图像描绘系统。
汞蒸气放电灯包括一个外壳，构成外壳的材料能够耐高温，例如石英玻璃。钨构成的电极从两侧伸入这个外壳内。外壳在下面也称之为“弧光管(arc tube)”，包含主要为汞的填充物以及一种或多种稀有气体。在电极的两端加上高的电压，就在电极的尖端产生弧光，然后在较低的电压下维持所说的弧光。由于汞蒸气放电灯的这种光学性质，所以尤其在投影仪系统中优选使用汞蒸气放电灯。对于这样的应用，需要一个光源，光源尽可能是点形光源。进而，期望尽可能高的发光强度，并且伴有光的尽可能天然的光谱组成。利用所谓的高压气体放电灯或高强度放电灯(HID灯)，特别是超高性能灯(UHP灯)，就可以以最佳的方式实现这些性质。
背景技术：
通常，这样一种高压放电灯的弧光管具有极小的尺寸，例如体积约为10mm3。这样一种灯的高的电极负载导致钨从电极的蒸发，钨然后沉积在弧光管的壁上，导致弧光管出现极其不期望出现的变黑。必须避免出现壁的变黑，否则由于热辐射的吸收的增加在弧光管的操作寿命时间将使弧光管的壁温增高，最终将使弧光管破坏。为了避免由于钨的迁移引起的壁变黑，要在弧光管的气体中添加数量准确的氧和卤素，优选是溴。添加到灯的气氛(lamp atmosphere)中的这种添加剂可以阻止从电极蒸发的钨淀积在灯泡的壁上，这是因为在接近灯泡壁的灯泡的较冷的区域，钨原子起化学反应，形成挥发性的卤氧化物分子，卤氧化物分子例如通过对流迁移到靠近电极的灯的较热区域，在这里这些卤氧化物分子离解。以此方式，钨原子以再生的方式返回到灯的电极。这种迁移循环通常称之为“再生循环”。
如果用比灯的标称功能低得多的操作功率驱动所说的灯，就要出现问题。低于某个功率电平，汞就要凝结，其结果是卤素例如溴受到液态汞的束缚(bonded)。于是，再生循环不再有效。
然而，对于未来几代的多媒体投影仪，期望可能使投影仪的灯逐渐变暗，其中功率是由视频内容决定的。通过适当地控制投影仪的图像描绘部件如显示器，就象至今所作的那样，对于较黑暗的场景，通常可能使图像变黑暗。但是，对于具有特定数目的亮度水平(例如8比特)的显示器，这一技术导致部分动态范围丢失，因为某些比特已经不能使用了。借助于图像描绘部件使投影仪变暗导致对比度损失。另一方面，通过使光源变暗，由图像描绘部件提供的整个对比度范围都可投入使用，甚至于在黑暗场景中也可使用。例如，文章“用于自适应动态范围控制的照明控制系统”(Takashi Toyooka等人，SID 04文摘，174，2004)指出，减小灯的功率可能是动态减小光输出的最优选的措施，但由于受到超高性能灯的变暗范围的限制，还没有采用这项措施。对于超高性能灯变暗的限制通常由汞的凝聚确定，如以上所述。
发明内容
因此，本发明的一个目的是在图像描绘系统中，特别是在投影仪系统中，提供一种操作汞蒸气放电灯的容易和廉价的方法和相应的操作控制器，以便允许灯可以令人满意的变暗又不会降低汞蒸气放电灯的寿命长度。
为此，本发明提供一种用于操作汞蒸气放电灯的方法，其中，在显示图像内容必需的整个操作时间，按照所说内容的当前亮度参数，有意地使所说的灯在饱和操作状态工作至少一部分的整个操作时间，在所说的饱和操作状态汞在灯的弧光管中凝聚，并且，至少在另一部分操作时间，灯在不饱和操作状态受到驱动，其中基本上所有的汞都蒸发，并且其中，对于在饱和操作状态和不饱和操作状态中操作的周期的持续时间进行选择，以使在灯的整个操作时间弧光管的壁没有任何变黑。
术语“饱和操作状态”描述的是在弧光管中有如此多的汞发生凝聚以致于中断了再生循环的操作状态，通常导致弧光管的壁明显变黑。另一方面，术语“不饱和操作状态”描述的是汞已经蒸发以致于再生循环基本上未受干扰的操作状态。
在按照本发明的方法的范围内，灯的操作状态是临时地、有意地跌落到明显低于汞凝聚电平的电平，因此可使灯变暗，因而在视频产物和/或类似的图像内容的较暗的场景中，可以获得全对比度范围，或者获得至少比用至今可用的方法已经达到的对比度还要高的对比度。在不饱和模式的随后的操作周期期间，再生循环导致消除了壁的初始变黑。试验令人惊奇地表明，在极端昏暗的水平和标称功率之间交替地操作，即有再生循环和没有再生循环交替进行，可导致清洁石英壁。换言之，通过不断地监视灯操作在饱和操作状态和不饱和操作状态的周期，并且通过明智地在这两个状态之间进行切换，就可以保证在进行显示的整个操作时间期间内壁没有任何明显的变黑。
“整个操作时间”在这里意指显示某个内容所需的时间，这个时间不要和灯的整个寿命期限或灯的寿命时间混淆。在灯的整个寿命时间，由于其它的物理过程，也可能产生内壁变黑，这种情况利用迄今可利用的操作方法就可以观察到。另一方面，使用按照本发明的使灯变暗的方法，不会发生任何附加的明显使内壁变黑的现象。
从饱和操作状态切换到不饱和操作状态通常优选是通过提高灯的功率到大于标称功率电平的功率电平实现的。由于弧光管中汞的压力是灯的温度的函数，因此在某些条件下，以及在适度地冷却灯的情况下，能满足降低冷却的需要，由此提高灯的温度，使汞再一次地蒸发。然而，为清楚起见但又不会以任何方式包含限制，应将随后提高灯的功率理解为从饱和操作状态到不饱和操作状态的切换，即使在某些情况下这种切换可以通过降低灯的冷却程度实现或完成的亦是如此。
在图像描绘系统中用于操作汞蒸气放电灯的合适的操作控制器包括亮度参数确定单元，用于确定要由图像描绘系统显示的图像内容的亮度参数；和时间测量单元，用于测量灯的操作时间。进而，所说系统必须包括一个合适的功率控制单元，用于控制灯的功率，并且任选地用于控制灯的强制冷却的冷却功率。这个功率控制单元必须按照下述的方式实施在显示图像内容所必需的整个操作时间期间，按照图像内容的亮度参数，在至少一部分整个操作时间，灯有意地操作在饱和操作状态，并且在至少另一部分整个操作时间，灯的驱动是在不饱和操作状态，并且要对在饱和操作状态和不饱和操作状态的操作周期的持续时间进行选择，以使在灯的整个操作时间弧光管的壁没有任何明显的变黑。
从属权利要求以及随后的描述具体地公开了本发明的优选实施例和特征。
在本发明的一个优选实施例中，对于灯在饱和操作状态的连续操作时间进行监视，并且如果灯在饱和操作状态的连续操作时间达到了预先确定的时限，将灯的操作切换到不饱和操作状态。
根据灯类型，所说预先确定的时限优选在1分钟和60分钟之间。视频内容中单个黑场景的典型持续时间通常低于60分钟的时限。60分钟的时限对于发生明显的灯壁变黑现象来说是太短。一系列试验表明，明显的不可逆转的壁变黑现象，只发生在没有再生循环的条件下不间断地驱动灯超过这个时限的时间长度以后。
为了清洁在昏暗模式下操作例如最大值60分钟之后的初始灯壁变黑，将灯的功率提高一定的时间长度，优选至少1分钟。在一般情况下，在标称的功率下的这个1分钟的时间周期足以清洁所说的壁，使得如果必要的话，例如在显示内容的较黑场景继续出现的条件下，灯能够再一次地在饱和操作状态操作。
试验还表明，从长期观点出发，灯不应该在饱和操作状态下操作较长的时间。因此，在本发明的优选实施例中，要对灯在饱和操作状态的积分操作时间和灯在不饱和操作状态的积分操作时间进行监视。如果在预先确定的监视周期灯在饱和操作状态的积分操作时间与灯在不饱和操作状态的积分操作时间之比达到了预先确定的数值，则将灯的操作从饱和操作状态切换到不饱和操作状态。预先确定的监视周期例如可以是显示某个图像内容所需的总的操作时间。换言之，监视周期是图像显示一旦完成时从接通图像描绘系统到再断开图像描绘系统的时间。按照另一种方式，监视周期可以是较短的或较长的时间长度，例如几个小时。在这种情况下，可以将断开设备之间的一系列显示的操作时间加到一起。
灯在饱和操作状态的驱动的时间与灯在不饱和操作状态驱动的时间之比在几个小时某个操作时间内优选不大于1。换言之，灯在极度昏暗的模式下的驱动时间不应大于整个操作时间的一半，因而至少有一半的时间，灯是在再生循环起作用的操作模式下进行驱动的。
按照确定灯是在饱和操作状态下驱动还是在不饱和操作状态驱动的最容易的方式，要利用代表灯当前的操作功率的参数。这个参数例如是特定的灯的瞬时功率值或者是特定的灯电流。这些值可以在任何时间确定，因此利用起来是很容易的。例如，可以确定某个阈电平，因此，对于超过这个阈电平的灯功率，可以认为灯正工作在不饱和操作模式，对于低于这个阈电平的灯功率，可以认为灯正工作在饱和操作模式。
尽管如此，由于灯的热惯性，汞的凝聚和蒸发不会严格地跟随功率的变化的。如果针对功率电平改变灯的强迫冷却，则情况将变得甚至于更加复杂。因此，具有凝聚的汞的灯操作的持续时间取决于灯功率的先前历史情况，并且取决于每个高和低功率电平的情况，还取决于强迫冷却强度的先前历史情况。因此，简单地监视灯功率可能不会严格控制弧光管中汞的凝聚状态。
因此，按照一种更加准确的方法，测量灯的电压和灯电流，并且对测量结果进行分析，以给出在弧光管中气体汞的饱和状态的指示，确定灯的驱动是在饱和操作状态还是在不饱和操作状态。
借此，优选地，确定灯的电流-电压特性曲线的性质，以给出汞饱和状态的指示。按照正常的操作模式，汞蒸气放电灯显示的是负的电流-电压特性。通常由电流的减小引起的灯功率的减小将导致操作电压的增加。然而，可发现，如果某些汞已经凝聚，电压对于功率(或电流)变化的响应主要是由汞的压力变化确定的。这就导致灯的电压对于电流的减小的一个不同的响应。与不饱和灯的情况相反，饱和灯的电压由于汞的凝聚以及最终的汞压力的下降而下降。在电流增加的情况下，可以观察到电压响应行为的类似差别。这种行为可以解释如下如果在不饱和操作状态期间，即在正常的操作模式，减小电流，则电极之间的等离子体冷却到较低的温度，并且电离的程度下降。结果，灯的电阻增加，和操作电压的情况一样。另一方面，在饱和操作状态，电流的增加导致灯的热量输出的增加。这首先导致汞从熔融体蒸发。在气体中蒸发的汞原子的增加导致灯的电阻的增加。这种效应起主要的作用，并且导致电压的增加，如果对于一个饱和的灯增加电流。
有关电压随电流大小的变化而变化的行为的这一观察结果，在这个优选实施例中得到了良好的效果，从而通过同时测量电压和电流以及这些这些测量结果的相互关系，就可按照容易的和并不复杂的方式确定在灯泡中汞的饱和状态的指示。
汞饱和状态的监测例如可在一个独立的监视单元中进行，这个监视单元只简单地提供代表汞饱和状态的一个数值。操作控制器然后应用这个数值来相应地控制灯和/或灯的冷却单元，如果灯和/或灯的冷却单元存在的话。同样，可以将这样一个监视单元集成在操作控制器里。
按照本发明的方法可以应用到包括汞蒸气放电灯的任何图像描绘系统里。图像描绘系统的操作优选应该是这样的一方面，如果当前要显示的图像的亮度参数表示所说的灯应该在饱和操作状态下操作，并且，在另一方面，所说灯的操作功率必须增加以便将灯的操作切换到不饱和操作状态以满足按照本发明的灯的操作方法的要求，那么，就要增加灯的功率以便将灯的操作切换到饱和操作状态，并且相应地调节图像描绘系统的画面描绘部件和/或图像描绘系统的适合于衰减光强度的另外的部件，以补偿由于灯功率的增加引起的光强度的增加。
换言之，如果黑场景的持续时间比灯在饱和操作状态可驱动的最大允许时间还要长，提高灯功率的持续时间例如为1分钟，并且在这个时间例如通过适当地调节图像描绘部件如投影仪系统的显示器来实现变暗。这样作的缺点是对比度暂时不那么好，但与至今可用的其它系统相比的优点是可以用优异的对比度显示黑色场景同时又不会缩短灯的寿命。
图像描绘系统的适合于衰减光强度的另外的部件例如可以是灰度滤波器、孔径、偏振器、或者通常放在灯和图像描绘部件之间的光路上的类似部件。如果需要，可以通过合宜地调节图像描绘部件并且调节其它的部件，在维持最佳可能的对比度的同时衰减光强度。
从饱和状态到不饱和状态的这种短时间的切换，由于按照这里描述的控制方法的要求，优选是这样的灯功率的增加以及相应的借助于图像描绘部件或其它部件的使灯变暗都是缓慢实现的。再生循环一旦有效足够长的时间，灯功率再一次地慢慢减小，图像描绘部件类似地缓慢地返回到它的正常的操作电平。
除了常规的图像描绘部件以及图像描绘系统的适合于衰减光强度的另外的任选部件以外，一个适当的图像描绘系统还要包括一个适当的系统控制单元，系统控制单元的结构应该是首先要能检查当前要显示的图像的亮度参数是否指示灯应该操作在饱和操作状态，但还要检查是否必需增加灯的操作功率，以便切换灯的操作到不饱和操作状态，以满足按照上述说明的灯的操作方法的要求。进而，系统控制单元的结构必须在这种情况下能够增加灯的操作功率，并且能够相应地调节图像描绘部件和/或图像描绘系统的适合于衰减光强度的其它部件，以便进一步补偿灯的光强度的增加。
从下面结合附图的详细描述，本发明的其它目的和特征都将变得显而易见。然而应该理解，设计的附图只是为了说明的目的，不是作为本发明的限制的定义。在附图中，类似的参考符号代表相同的元部件。
图1示意地表示按照本发明的一个实施例的投影仪系统；图2表示高压汞蒸气放电灯的纵向剖面图；图3表示对于200瓦的超高性能灯的积分光输出和汞压力相对于操作功率的曲线；图4表示的是一个流程图，说明按照要绘制的图像内容的亮度参数的函数用于驱动图像描绘系统的部件的可能的步骤顺序；图5表示按照本发明的操作控制器的示意方块图；图6表示在灯的功率的变化期间120瓦的超高性能灯的电压变化；图7表示120瓦的超高性能灯的壁变黑现象的测量结果和积分流明的曲线图，所说的灯在操作时按照本发明的方式在130瓦和80瓦之间周期性的功率变化。
具体实施例方式
附图中目标的尺寸是为了清晰起见进行选择的，不必反映实际的相关尺寸。
图1所示的投影系统30包括一个汞蒸气放电灯1形式的光源，电灯1安排在反射体31中。代替只有一个灯1和反射体31，所说的投影系统还可以包括几个灯/反射体。
光锥经过反射体31引向紫外滤波器33，在这样的情况下，紫外滤波器33是在灯1后面的辐射光光路中定位的第一个部件，在紫外滤波器33后面的是两个积分器34、35和一个偏振转换系统36。在偏振转换系统36的后面是准直器透镜37，从准直器透镜37开始将光引向红外滤波器38，而后所说的光继续前进通过透镜39。
这样产生的光束然后进入分束系统32，分束系统32包括几个二向色彩滤波器(dichroic colour filter)48、49和反光镜47、50、51。在进入分束系统32时，第一二向色彩滤波器48将光束分成红色分量r和黄色分量y。红色分量r借助于反光镜47和场透镜44引向图像描绘部件40。这个图像描绘部件40包括二向色棱镜52，在二向色棱镜52的三个侧面上安排图像描绘部件41、42、43，在这种情况下是液晶显示器41、42、43。这些显示器41、42、43中的每一个都用于产生某一红色r、绿色g、和蓝色b的一个画面。红色分量r相应地通过场透镜44引向显示器41，显示器41是专用于光束的红色分量的。
黄色分量y在第二二向色彩滤波器49中分裂为绿色分量g和蓝色分量b。绿色分量g经场透镜45引向显示器42，显示器42是专用于绿色图像分量的。蓝色分量b经过另外的两个反光镜50、51到达场透镜46，并且经过场透镜46引向专用于蓝色图像分量的显示器43。
通过适当地控制棱镜52来组合红色、绿色、和蓝色图像以给出彩色图像，借助于投影透镜53使彩色图像指向投影方向P。
在这里，利用系统控制单元25来实现整个系统的控制。这个系统控制单元25通常从外围设备接收图像内容C用于显示，外围设备例如有DVD播放器、个人计算机、膝上型计算机、或类似的设备。图像描绘控制单元26按照图像内容C控制图像描绘单元40，即各个显示器41、42、43、和二向色棱镜52，从而使所说的图像通过投影系统30成为可见的。
本领域的普通技术人员熟悉各个部件的功能，具体来说就是偏振转换系统36的积分器34、35、二向色彩滤波器48、49、和具有它的二向色棱镜52和显示器41、42、43的图像描绘单元40，并且还熟悉用于混合红、绿、蓝图像分量的可能的控制方法。因此这里没有必要更详细地讨论这些元件。本发明决不会受到图1所示的彩色图像产生过程的限制。
为了对于灯进行控制，系统控制单元25的特征在于操作控制器27，操作控制器27尤其是包括一个亮度参数确定单元29，单元29直接地从图像内容C或者从伴随的元数据确定图像内容C的亮度参数BP，亮度参数BP代表要显示的图像的总亮度。使用这个亮度参数BP，可以控制操作控制器27的灯控制单元13以调节灯的亮度，例如通过使灯变暗以最佳地描绘一个黑暗场景来进行这种控制。下面将更加详细地描述操作控制器27和各种不同的部件的精确功能。
图1只表示与本发明有关的部件。显然，这样一种系统控制单元25还要包括用于控制投影仪系统通常需要的所有其它的部件。按照本发明的操作控制器27或者如以上所述的系统控制单元25优选实施成在图像描绘系统的可编程微控制器上运行的软件。这样做的优点是，通过简单地安装合适的控制软件，已经生产的新设备就可以配备本发明的功能。同样，利用软件更新，就可以很容易地更新现有的图像描绘系统。
在图2中表示可用于图1的投影仪系统的一个高压汞蒸气放电灯1。灯1的特征在于椭圆形的石英玻璃弧光管2。弧光管2的端部通过圆柱形石英部分6、7接合在一起，在石英部分6、7内用真空气密方式密封钼箔8、9。钼箔8、9的内端连接到钨电极4、5，钨电极4、5伸入弧光管2内并且在伸入灯泡的端部携带钨的卷线或线圈。钼箔8、9的外端连接到电源线10、11，电源线10、11引到灯的外部。
弧光管2填充有稀有气体和汞。进而，在弧光管2内还有少量的溴。上面已经详细地说明了这样一种灯1的操作原理，特别是已经详细地说明了再生循环，借助于气体中填加的溴，所说的再生循环就可保证钨不会落在弧光管的内壁上。凝聚成液体形式的汞还存在一个问题，由于溴原子受到液体汞的束缚这一事实，其结果是中断了再生循环，上面已经说明了这个问题。
图3表示的是一个200瓦的超高性能灯的汞压力和操作功率之间的相互关系。通过一个菱形标记表示汞(Hg)的压力。可以清楚地看出，低于120瓦的操作功率，汞开始凝聚。图2还表示积分光输出和操作功率的相互关系(圆形标记)。这就说明，对于200瓦的超高性能灯，当希望保证超高性能灯不会在汞以液体形式存在的饱和操作状态下操作时，将光输出的减小限制在30％。对于通常的120瓦的超高性能灯，存在同样的问题。如果要避免汞的凝聚，这些灯在低于100瓦时不可能变昏暗。
为使灯在低于这个阈值时能够变昏暗并且同时又可避免灯进一步变黑时损坏或减小寿命，要通过操作控制器27连续监视灯的状态，以保证灯在饱和状态的驱动时间的选择以及灯在不饱和状态的驱动时间的选择是合适的。以这样的方式对于这些时间进行控制，以使在饱和状态的操作可能发生的任何变黑效应在不饱和操作状态都可以被清洁，不会发生任何明显的变黑现象。
如以上所述，可以对于灯功率阈电平PT进行选择以便实现这种控制。可以假定，低于这个灯功率阈电平PT，灯在饱和操作状态操作。高于这个阈电平，可以认为灯在不饱和状态下被驱动，其中的再生循环是有效的。例如，从图3的曲线可以看出，对于200瓦的超高性能灯，可以选择130瓦的阈电平。
下面借助于图4描述控制中应用的控制机制。如以上所述，操作控制器27的特征在于亮度参数确定单元29，单元29可以从要显示的图像内容C确定亮度参数BP。这个亮度参数BP用于在第一步确定期望的灯操作功率PLD。在一般情况下，可能必须要用这个期望的灯操作功率PLD来驱动灯1，以便获得用于最佳描绘当前图像的正确的光强度。
然而，首先要通过控制机制检查当前的期望的灯操作功率PLD是否大于阈值功率Pr。如果不是这种情况，要调节实际的灯功率PL，以便得到期望的灯操作功率PLD。
另外，计算灯1在饱和操作状态的积分操作时间TS1与灯1在不饱和操作状态的积分操作时间TU1之比RT。操作控制器27的时间测量单元28提供必要的时间信息IT(参见图1)。
在随后的一个步骤，检查在饱和状态驱动灯的实际持续时间tSA是否已经达到或超过最大时间tS，max。最大时间tS，max例如可以选为1个小时。与此同时，还要检查灯在饱和操作状态的积分操作时间tS1与灯在不饱和操作状态的积分操作时间tU1之比RT是否已经达到或超过最大时间Rmax。只有当两个条件的回答都是否定的时候，才能调节当前的灯的操作功率PL以给出期望的灯操作功率PLD。否则，选择等于或大于阈值功率PT的实际的灯操作功率PL。进而，借助于图像描绘控制单元26，相应地调整图像描绘单元40和/或各个显示器41、42、43，以便补偿灯的光强度的增加，并且对于亮度参数BP作出反应。在使图像描绘单元40或显示器变暗是必要的这样的情况下，操作控制器27要给图像描绘控制单元26提供合适的信号SD(参见图1)。
如以上所述，通过尽可能快地确定在弧光管2中汞的饱和状态，可以实现甚至于更好的控制，从而可以确定灯1是在饱和操作状态下驱动还是在不饱和操作状态下驱动，代替了简单地使用阈值PT。在这种情况下，图4的第一状态由不同状态所代替，这较好地描述了弧光管2中汞的凝聚状态。
下面借助于图5描述具有监视装置14的用于更加准确地监视弧光管2中的汞饱和状态的灯控制单元13。这个图示意地表示与监视方法有关的部件。这个灯控制单元13还可以包括操作汞蒸气放电灯通常需要的任何其它的部件。这样的灯控制单元通常还称之为“灯驱动器”。
灯控制单元13的核心是具有两个连接器21、22的电源单元20，连接器21、22借助于引线10、11连接到灯1。在这种情况下，灯1是配有一个冷却单元12的冷却的超高性能灯1。冷却单元12由冷却控制单元19控制，冷却控制单元19也是灯控制单元13的一部分。灯控制单元13借助于两个连接器23、24连接到电源18。
按照本发明，灯控制单元13包括一个监视装置14。这个监视装置14又包括一个电压测量单元15，电压测量单元15与灯1并联地连接到电源单元20的两个极21、22，电压测量单元15用于测量灯1的引线10、11之间的电压。进而，设置在灯1的引出线10内的电流测量单元16测量流过灯1的电流。这个电流测量单元16例如可以使用电感来测量电流。
监视装置14还包括一个分析单元17，电压测量单元1 5和电流测量单元16连接到分析单元17，并且向分析单元17报告它们的测量结果。在分析单元17中，记录电压测量单元15和电流测量单元16的测量值，并且分析最终的电流和电压曲线。
图6表示在同一个时间周期并行记录的电流(上部)和电压(下部)曲线的例子。在用不同的交叉阴影相互区分的某些区域，分析了电压随灯功率的变化而变化的行为，并且因此分析了灯电流的变化。由此，可以确定，当电流减小时电压是下降还是增加。通过只进行这种观察，就能够确定弧光管中汞的饱和状态。
从图6显然可以看出，在发生汞凝聚的那些区域内电压随电流的变化而变化的行为明显不同于在灯操作在不饱和操作状态的那些区域中电压的行为。虽然在汞凝聚状态期间电流的减小导致相应的电压下降，并且电流的增加导致相应的电压的增加，但在汞不饱和状态期间电流的减小导致电压的增加，反之亦然。因此，灯在汞凝聚状态表现出正向的电流-电压特性，而灯在汞不饱和状态表现出负向电流-电压特性，即正常的电流-电压特性。借助于电压减小随电流减小而变的函数关系的精确估计，还可以得出有关定量汞凝聚的结论。因此，借助于监视装置14，可以直接确定灯1中汞的饱和状态。
在按照图5的实施例中，在灯控制单元13中，可以直接作出低于某个功率的灯1是否要变暗的决定。在这种情况下，灯的电源单元20要配备一个合适的微处理器。监视装置14的分析单元17将代表弧光管2中汞的凝聚状态的合适的数值传递到灯的电源单元20。通过时间测量单元28和/或亮度参数确定单元29向灯控制单元13提供时间信息IT以及亮度参数BP。同样地，每当必须通过图像描绘单元40使灯变暗，灯控制单元13都可以向图像描绘控制单元26提供信号SD。在图中没有表示的一个实施例中，在电源单元20中加入分析单元17、以及电压测量单元15和电流测量单元16。
图7的上边的曲线(圆标记)表示120瓦超高性能灯的积分流明，所说的超高性能灯是按照本发明驱动的，功率在130瓦和80瓦之间周期性变化。功率调制的周期在15和40分钟之间变化，因此极端昏暗的持续时间和再生循环在7和20分钟之间。利用一个积分球来测量积分流明(流明0cm)。
测量表明，即使在操作1100小时以后，灯也没有表现出任何明显的功率减小。在这时，在再生循环无效的状态驱动灯总计450小时，因为在液体汞中溴已经被束缚。
在曲线图中的下面的曲线(菱形标记)表示针对所谓的“余辉”的测量值，这个测量值是壁变黑的指示值。这个侧量值利用了如下的事实在灯切断后，灯的金属组分在灯关闭后继续发出辉光。淀积在灯泡内部的钨利用红光发出辉光。使用合适的二极管，有可能估算出在玻璃上淀积了多少钨。这一测量结果清楚地表明，即使使用按照本发明的方法操作了1100小时以后，仍旧没有发生明显的壁变黑现象。
这就证明了，例如借助于本发明，通过使灯变暗，就可以实现先前描述过的自适应动态范围控制，并且证明了，由此可获得最佳性能。
虽然本发明是按照优选实施例及其变化的形式描述的，但应该理解，由此可以产生许多附加的改进和变化而不偏离本发明的范围。例如，操作控制器不一定必须实施成独立的单元，因为包括操作控制器的各个部件还可以分布在控制单元的其它功能单元上，并且由其它功能单元使用来完成其它的任务。这种情况特别适用于时间测量单元。为了清楚起见，还应该理解，在本申请中使用的“一个”并不排除多个，“包括”并不排除其它的步骤或元件。
权利要求
1.一种在图像描绘系统(30)中用于操作汞蒸气放电灯(1)的方法，其中在显示图像内容(C)必需的整个操作时间期间，按照所说内容(C)的亮度参数(BP)，有意地使所说的灯(1)在饱和操作状态操作至少一部分的整个操作时间，在所说饱和操作状态，汞在灯1的弧光管(2)中凝聚，并且，至少在另一部分操作时间，灯(1)在不饱和操作状态受到驱动，其中基本上所有的汞都蒸发，并且其中，对于在饱和操作状态和不饱和操作状态中操作的周期的持续时间进行选择，以使在灯(1)的整个操作时间弧光管(2)的壁没有任何明显的变黑。
2.根据权利要求1所述的方法，其中对于灯(1)在饱和操作状态的连续操作时间(tSA)进行监视，并且如果灯(1)在饱和操作状态的连续操作时间(tSA)达到了预先确定的时限(tS，max)，将灯(1)的操作切换到不饱和操作状态。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中对灯(1)在饱和操作状态的积分操作时间(tSI)和灯(1)在不饱和操作状态的积分操作时间(tUI)进行监视，如果在预先确定的监视周期，灯(1)在饱和操作状态的积分操作时间(tSI)与灯(1)在不饱和操作状态的积分操作时间(tUI)之比(Rt)达到了预先确定的数值(Rmax)，则将灯(1)的操作从饱和操作状态切换到不饱和操作状态。
4.根据权利要求1-3中任何一个所述的方法，其中使用代表当前的灯的操作功率的参数(PL，PLD)来确定是在饱和操作状态还是在不饱和操作状态驱动灯(1)。
5.根据权利要求1-4中任何一个所述的方法，其中确定并分析灯的电压和灯的电流，以给出弧光管(2)中的气体的汞饱和的状态的指示，从而可以确定是在饱和操作状态还是在不饱和操作状态驱动灯(1)。
6.根据权利要求5所述的方法，其中确定灯(1)的电流-电压特性曲线以给出汞饱和状态的指示。
7.根据权利要求1-6中任何一个所述的方法，其中为了操作从饱和操作状态切换到不饱和操作状态，要增加灯的操作功率(PL)和/或减小灯(1)的强制冷却。
8.一种用于驱动包括汞蒸气放电灯(1)的图像描绘系统(30)的方法，其中的汞蒸气放电灯(1)是按照权利要求1-7中任何方法驱动的。
9.根据权利要求8所述的方法，其中如果当前要显示的图像内容(C)的亮度参数(BP)表示灯(1)应该工作在饱和操作状态，并且必须增加灯的操作功率(PL)以便把灯(1)的操作切换到不饱和操作状态，从而可以满足按照权利要求1-7中任何方法的要求，则要增加灯的操作功率(PL)以便把灯(1)的操作切换到饱和操作状态，并且要相应地调整图像描绘系统(30)的图像描绘部件(40)和/或图像描绘系统(30)的适合于衰减光强度的另外的部件。
10.一种在图像描绘系统(30)中用于操作汞蒸气放电灯的操作控制器(27)，包括-亮度参数确定单元(29)，用于确定要由图像描绘系统(30)显示的图像内容(C)的亮度参数(BP)；-时间测量单元(28)，用于测量灯的操作时间(tSA，tSI，tUI)；-功率控制单元(13)，用于控制灯的功率(PL)，并且任选地用于控制灯(1)的强迫冷却的冷却功率，所说功率控制单元(13)按照下述的方式实现在显示图像内容(C)所必需的整个操作时间期间，按照图像内容(C)的亮度参数(BP)，在至少一部分整个操作时间，灯有意地操作在饱和操作状态，在所说饱和操作状态，汞凝聚在灯(1)的弧光管(2)内；并且在至少另一部分整个操作时间，在不饱和操作状态驱动灯(1)，其中基本上所有的汞蒸发，并且要对在饱和操作状态和不饱和操作状态的操作周期的持续时间进行选择，以使在灯(1)的整个操作时间期间弧光管(2)的壁没有任何明显的变黑。
11.一种图像描绘系统(30)，包括汞蒸气放电灯(1)和根据权利要求10所述的操作控制器(27)。
12.根据权利要求11所述的图像描绘系统，包括-图像描绘部件(40)，-图像描绘系统(30)的任选的适合于衰减光强度的另一个部件；-系统控制单元(25)，以下面的方式实现系统控制单元(25)如果当前要显示的图像的亮度参数(BP)表明灯(1)应该在饱和操作模式操作，并且必须提高灯的操作功率(PL)以切换灯(1)的操作到不饱和操作状态从而可以满足根据权利要求1-7中任何方法所述的要求，则提高灯的操作功率(PL)以切换灯(1)的操作到饱和操作状态，并且相应地调节图像描绘部件(40)和/或图像描绘系统(30)的适合于衰减光强度的另外的部件。
全文摘要
本发明涉及一种在图像描绘系统(30)中用于操作汞蒸气放电灯(1)的方法，其中在显示图像内容(C)必需的整个操作时间，按照所说内容(C)的亮度参数(BP)，有意地使所说的灯(1)在饱和操作状态工作至少一部分的整个操作时间，在这个饱和操作状态，汞在灯(1)的弧光管(2)中凝聚，并且，至少在另一部分操作时间，灯(1)在不饱和操作状态受到驱动，其中基本上所有的汞都蒸发。由此，对于在饱和操作状态和不饱和操作状态中操作的周期的持续时间进行选择，以使在灯(1)的整个操作时间期间弧光管(2)的壁没有任何明显的变黑发生。本发明还描述按照这种方法在图像描绘系统(30)中操作汞蒸气放电灯的适用的操作控制器(27)。而且，还描述驱动这样一种图像描绘系统和适当的图像描绘系统的方法。
文档编号H05B41/392GK101095376SQ200580045770
公开日2007年12月26日 申请日期2005年12月22日 优先权日2005年1月3日
发明者P·帕卡斯基 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司