用于驱动气体放电灯的方法和驱动单元的制作方法

专利名称：用于驱动气体放电灯的方法和驱动单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及驱动气体放电灯的方法。更具体来说，本发明涉及用 于驱动气体放电灯的适当的驱动单元，并且涉及一种包括气体放电灯 和所述驱动单元的图像呈现系统(特别是投影仪系统)。
背景技术：
气体放电灯(特别是高压气体放电灯)通常被用作诸如汽车头灯、 建筑物照明或者视频投影系统之类的应用的光源。 一般来说，这些气 体放电灯包括由例如石英玻璃的耐高温材料构成的外壳或腔室。电极 从相对侧凸入该外壳中。所述电极由导电材料制成，其常常包括较大 部分的钨。所述腔室包含由一种或多种稀有气体构成的填充物，并且 所述填充物在汞蒸气放电灯的情况下主要由汞构成。通过在所述电极 上施加高点火电压，在所述电极的尖端之间产生光弧。在建立了所述 光弧之后，可以施加一个低于所述点火电压的电压来维持所述光弧。
一般来说，该电压可以是直流类型电压("DC类型")或交流类型电 压("AC类型，，)。但是通常的实践是用AC类型电压来操作气体放 电灯，因为这种模式与DC类型模式相比将导致所述电极的更为均匀的 负载。
但是即使在AC类型操作模式下，所述电极的形状(从而所述放电 电弧的长度)在灯操作期间通常也会发生变化。这些变化包括短期变 化、长期或者甚至使用寿命变化，并且常常还有由所述气体放电灯的 特定操作模式所导致的变化。可以如下解释所述电极的形状变化当 所述气体放电灯在其标称额定功率下操作或者接近该功率操作时，所 述电极确实会达到相对较高的温度。这些高温导致所述电极材料的至 少部分熔融，从而可能会导致所述电极的形状改变。此外，特别当电 极作为阳极操作时，在所述光弧到所述电极的附着点处可能会发生电 极材料的蒸发。所述蒸发常常伴随有在所述电极处的材料冷凝，特别
当提供给所述气体放电灯的电流方向被切换时(即当电极从阳极被切 换到阴极模式时)尤其如此。这种蒸发-冷凝循环的重复常常导致在所述电极的尖端上形成凸起，其会实质上减小所述放电电弧的长度。 此外，所述气体放电灯的操作条件的改变还可能引入所述电极的形状 和所述放电电弧的长度的改变。例如，如果通过降低被提供给气体放 电灯的功率而把所述灯从标称功率电平切换到调暗模式下，所述腔室 内部以及所述电极的温度将会降低。所述降低的温度随后可能导致在 所述电极上的材料冷凝，从而会改变所述放电电弧的长度。此外还常 常应用各种操作模式来刻意改变所述电极的形状或者所述放电电弧的
长度。例如，美国专利5，608，294描述了一种促进在所述电极的表面上 的材料沉积的电路设置，WO 2005/062684 Al则公开了 一种调节被提供 给所述气体放电灯的AC类型电压的频率以便防止所述气体放电电弧 的长度变得过短的方法和电路设置。
与所述电弧长度的上述变化相关联的一个问题在于，取决于所述 电弧长度，由所述气体放电灯生成的光通量也将发生变化。很明显， 这一问题代表许多气体放电灯应用(比如其在汽车头灯中的用途)的 一个缺陷。这在气体放电灯被用作图像呈现系统中的光源时是特别不 合期望的，这是因为所述系统的用户将注意到这种变化作为所呈现的 图片或视频的亮度的干扰性改变。这一缺陷由于以下事实而被加剧 对于图像呈现系统来说，只有通过具有非常短的放电电弧的灯才能实 现所述光学系统的经过优化的性能。不幸的是，这些超短电弧灯的特 征在于所述光通量与所述放电电弧的强相关性。

发明内容
因此，本发明的一个目的是提供驱动气体放电灯的方法，从而即 使在所述放电电弧的长度不断改变的情况下也保持所期望的目标光通 量，本发明的目的还有提供适当的驱动单元，所述驱动单元例如可以 被用在图像呈现系统中，以避免如上所述的光通量的不合期望的变化。
为此，本发明提供驱动气体放电灯的第一方法，由此确定所述气 体放电灯两端的电压值。随后应用一个表示光通量与放电电弧长度的 相关性的校正函数，以便利用所确定的灯电压值计算对应于目标光通 量值的所需灯功率值。随后根据所计算的所需灯功率值来操作所述气 体放电灯。
在根据本发明的第二方法中，除了所述灯电压值之外还确定所述气体放电灯内部的压力值。随后应用一个表示光通量与放电电弧长度 的相关性的校正函数，以便利用所确定的灯电压值和所确定的灯压力 值来计算对应于目标光通量值的所需灯压力值。随后根据所计算的所 需灯压力值来操作所述气体放电灯。
通过使用上述两种方法当中的任一种，有可能将气体放电灯操作 成即使在所述放电电弧的长度不断改变的情况下也可以给出稳定的光 通量。特别出于图像呈现目的，稳定的光通量可以为用户体验的投影 质量做出有益的贡献。
一般来说，许多现有技术灯驱动方法的特征在于一个程序，其中 对于被提供给所述气体放电灯的电功率进行调节，以便满足目标灯功 率值。与此相对，根据本发明的方法是控制气体放电灯的操作，从而 实现预先定义的目标光通量。这是非常重要的，因为受到良好控制的 光通量一般来说是用于任何类型的照明目的(特别是对应于图像呈现 系统)的关键属性。由于所述方法不限于单一目标光通量值，因此可 以把所述方法有利地应用于必须被操作在不同光输出水平下的气体放 电灯。通常对于图像呈现系统给出这种要求，这是因为所述图像呈现 系统应当能够对于较暗的图像或视频场景调暗所述光输出。在这些情 况下，根据本发明的方法提供了精确调节所述光输出的可能性，这是 因为所述放电电弧长度对所述光输出的影响也被纳入考虑。此外，随 着可以使用根据本发明的方法，对于超短电弧气体放电灯的合乎期望 的使用将变得没有那么关键。这些灯的特征在于，放电电弧长度为大
约lmm或者甚至低于lmm。可以根据所公开的方法按照简单的方式补 偿所述光通量与所述电弧长度的强相关性，而所述强相关性对于上述 灯来说是很常见的。
本发明有利地利用诸如所述灯电压或灯压力之类的参数来确定对 于所述电弧长度变化的校正。 一般来说，与所述放电电弧自身的长度 相比可以更加容易地获得上述参数。实际上，在许多情况下，直接测 量或确定实际的放电电弧长度几乎是不可能的。
对应于所述第一方法的第一驱动单元包括电压确定单元、功率计 算单元以及功率控制单元。所述功率计算单元利用所述灯电压值和校 正函数来计算对应于目标光通量值的所需灯功率值，其中所述校正函 数表示光通量与放电电弧长度的相关性。所述功率控制单元随后根据所计算的所需灯功率值来操作所述气体放电灯。由于典型的现有技术 灯驱动单元已经包括用于获得灯电压、用于执行计算以及用于控制被 提供给所述气体放电灯的电功率的模块或单元，因此可以特别有利地 通过简单地为现有驱动单元提供适当的软件模块或者例如通过升级其 处理器或软件代码存储单元而获得根据本发明的驱动单元。
对应于所述第二方法的笫二驱动单元包括电压确定单元、压力确 定单元、压力计算单元以及压力控制单元。所述电压确定单元和所述 压力确定单元分别确定灯电压值和灯压力值。所述压力计算单元利用 所述灯电压值、所述灯压力值以及校正函数来计算对应于目标光通量 值的所需灯压力值，其中所述校正函数表示光通量与放电电弧长度的 相关性。所述压力控制单元随后根据所计算的所需灯压力值来操作所 述气体放电灯。
从属权利要求和后续描述公开了本发明的特别有利的实施例和特征。
已经观察到，可以通过下面的关系式以足够高的精确度实质上描
述或者至少近似所述气体放电灯两端的电压值UL:
UL = Ufall + apd (1)
其中，Ufau是电极下降(electrode fall) ， ap是取决于气体放电灯 的腔室内部的压力的系数，并且d是所述放电电弧的长度。对于典型 的超高压气体放电灯，Ufon取得一个恒定值，其通常处于16V到18V 之间。通过重新设置等式(1),可以通过一个分数来表示所述放电电 弧的长度d,该分数的分子通过从所述灯电压值UL减去所述灯电极下 降值Ufall而给出，并且该分数的分母由灯压力相关的因数ap给出 d = (UL - Ufall) / ap (2)
此外，在许多情况下，所述气体放电灯的腔室内部的压力在特定 的电弧长度范围内或者在短时间间隔内实质上不改变。因此，在本发 明的一个特定实施例中，假设所述灯压力保持恒定。因此，根据等式 (2)，由于Ufan和ap在本例中是恒定值，因此可以简单地通过确定所 述灯电压UL来计算所述电弧长度d。
根据U. Weichmann等人的出版物SPIE Vol. 5740， pp. 12-26， 2005， 可以通过下面的关系式来描述从一般的气体放电收集的光通量屯》〒t|refl ' t|plaana "coll' "Hele P (3)
其中，llrefl是被设置在所述光弧附近的光反射器的反射率，llplasma 是所述气体放电灯的固有功效，！lc。U是所述光弧在给定收集区域
(etendue) E内的收集效率，^|6是所谓的电效率，并且P是被提供给
所述气体放电灯的电功率。所述固有功效！^asma是一个恒定参数，并
且对于超高压灯内的Hg放电例如具有大约88 lm/W的典型值。在等式
(3)右侧的5个因子中，只有llc。ll和11ele与所述放电电弧长度d相关。 在这里，！]e。n实质上可以用所述收集区域E与所述放电电弧长度d的2
次多项式的分数的三角反正切来描述
.Tico = 2 .兀"atan[E / (3 8 . f + 0.9 d + 0.8)] (4)
所述电效率l]de可以用下面的等式来描述
r|ele = ap d / UL (5)
通过使用等式(4)和(5)来替换等式(3)内的！ic。u和iiele，可
以通过下面的等式来确定所述光通量O:
O = rvefl r|pl,a. 2 .兀.1 . atan[E / (3.8 d2 + 0.9 d + 0.8)] ap d . UL1 P(6)
根据本发明，等式(6 )可以被用来计算获得给定的目标光通量屯t
所需的灯功率值PR:
PR(UL, d) = 0)T / Kd(UL, d) (7)
其中，所述校正函数Kd是Ul以及d的函数，其描述由下式给出
的所述光通量①与所述放电电弧长度d的相关性
Kd(UL， d) = . Tiptema 2兀".atan[E / (3.8 ' d2 + 0.9 d + 0.8)] ap d Ul" (8)
因此，根据本发明，所述校正函数Kd与所述收集区域E和所述电 弧放电长度d的函数的反正切(atan)成比例。所述多项式系数(3.8、 0.9和0.8)被用作根据本发明的方法的例子。在不偏离本发明的范围 的情况下，例如可以应用Ku与Ul和d的不同函数相关性或者对应于 所述多项式系数的不同的一组值，这取决于与本发明一起使用的实际 灯类型。
如上所述，可以通过例如由等式(2)给出的所述灯电压UL的函数来表示所述放电电弧长度d。这样允许简化等式(8),从而使得Kd
仅仅是如等式(9)所描述的所述灯电压Ul的函数
IQ(Ul) = iVfT r)plaOTm 2 '兀1 ' atan[E / (3.8 ' Ud2/ap2 + 0.9 Ud/ap + 0.8)]'
Ud ■ UL1 (9)
于是由下式给出电压差Ua:
Ud = UL-Ufall (10)
根据本发明，通过采用等式(9)可以简化等式(7)，从而可以 单独从所述灯电压UL获得PR，这是因为所有其他参数都是恒定的，正 如上面所概述的那样。因此，由下式给出PR:
PR(UL) = (DT / IQ(Ul) (11)
基于等式(11)，有可能通过根据本发明的方法来操作气体放电 灯，从而可以补偿由于电弧长度变化所导致的光通量变化。因此，可 以获得实质上恒定的光通量，而没有直接获得所述放电电弧长度d的 复杂度。
在本发明的一个优选实施例中，利用数学近似来计算等式(11)
的所需功率值PR。这样可以简化所述相对复杂的计算(其中包括如等
式(9)中所示的反正切函数)。这种简化例如可以方便在灯驱动单元
内实现所公开的方法，这是因为这些驱动单元常常不提供执行复杂计 算(比如三角函数)的能力。在一个特别优选的实施例中，所述数学
近似是所述灯电压Ul的代数函数。
在另 一个特别优选的实施例中，用于计算所需灯功率值PR的代数 函数是所述灯电压Ul的一个ii次多项式函数，其可以由下面的等式来 描述
PR(UL) = cn ■ ULn + cn-, ■ U,1 +…+ c2. UL2 + cr UL + c0 (12)
其中，n是正自然数，Cn， C^， ...， C2， Cl， Co是多项式系数。这些多 项式系数可能与诸如所述收集区域E、下降电压UfeH、反射率tlrefl、固 有功效Tlplasma以及目标光通量①t之类的参数相关。在本发明的 一个特 别优选的实施例中，所述多项式函数是2次多项式，也就是说在等式
(12)中有n-2。
在本发明的另一个实施例中，可以按照表类格式来存储由等式(9)
9或者上面描述的近似(比如由等式(12)给出的近似)给出的所述校 正函数Ka。例如，对于给定的一组灯电压值UL，所述表(其常被称作 "查找表"或LUT)将为给定的该组灯电压值当中的每一个值提供一个 所需灯功率值Pr。如果所确定的灯电压值Ul没有被存儲在所述表内， 则可以应用技术专家已知的适当近似来确定所需灯功率值PR。
根据本发明，还可以通过控制所述灯压力来控制及稳定由所述放 电灯生成的光通量。在这种情况下，根据放电灯操作的一种广为接受
的模型，应用所述因子ap与实际灯压力pt的线性相关性
ap = a.pL (13)
其中，a是恒定参数。相应地，通过使用等式(13)来替换等式(2) 中的ap， 一旦获得了所述灯电压UL和所述灯压力pL之后就可以确定 所述放电电弧的长度d:
d = (UL - Ufall) / a . pL (14)
利用ap与所述灯压力的线性相关性，可以如下表示根据等式(5) 的所述电效率t|ele:
= a'pR. d/UL (15)
其中，PR是对应于目标光通量①t的所需灯功率值。
重新设置等式(2)可以得到下式
UL = Ufall + a'pR.d (16)
这样允许替换等式(15)中的Ul，从而由下式给出llele:
= [1十Ufall/(a.pR d)]管1 (17)
其可以被应用来替换等式(3)内的i!ele，从而通过下式给出获得 预设的目标光通量①t所需的灯压力值pR:
Pr = <J)T . Ufaii' [a ■ d . (r|refl "plasma. r(coll P - 0>T)]-1 (18)
因此，根据本发明的用于获得所需灯压力值Pr的校正函数Kp实 际上表示函数Kp(①t，d)，其与所述目标光通量①t和所述电弧长度d相 关。虽然等式(18)包括所述放电电弧长度d作为一个参数并且所述
收集效率llc。h也与所述放电电弧长度相关，但是通过应用由等式(14)
所建立的关系式可以从函数Kp中消除作为参数的d。这是可以实现的，因为在所述灯电压PL被适配到新的目标值PR的通常较短的时间内可以
假设所述放电电弧长度d保持恒定。因此，所述校正函数Kp最终与所 述目标光通量①T、灯电压值UL以及灯压力值pL相关
pR = Kp(0)丁, UL, pL) (19)
在许多情况下，所述气体放电灯的腔室被密封。因此，只能例如 通过改变所述气体放电灯的操作模式按照"间接的，，方式来调节所述 气体放电灯内的压力。所述气体放电灯的温度变化对于所述压力也会 有影响，这是因为所述灯内的压力由所述放电腔室内的最冷点的温度 决定。相应地，在本发明的另一个优选实施例中，通过能够改变所述 气体放电灯的温度的装置来控制所述气体放电灯内的压力，从而根据 所需灯压力值来操作所述气体放电灯。所述用于调节温度的装置可以 包括被放置在所述气体放电灯处或者被放置成与之紧邻的任何种类的 加热或强制冷却单元。例如，可以在所述灯的旁边设置通风机，从而 使得由所述通风机生成的气流经过所述气体放电灯。通过控制所述通 风机的操作，可以改变所述气体放电灯的温度，这最终会导致对所述 气体放电灯内的压力的所期望的控制。实现温度变化的另一种方式可
以是改变输入到所述灯的功率；但是这种方法又与上面描述的功率控 制方法紧密相关。
与控制所述气体放电灯内的压力类似，常常不可能直接直接确定 实际的灯压力。因此，在本发明的另一个优选实施例中，通过对由所 述气体放电灯提供的光进行光谱分析来确定所述压力。例如对于高压 汞放电灯来说，可以从所述546.1nm谱线的宽度导出所述气体放电灯 的腔室内的压力。
通过下面结合附图做出的详细描述，本发明的其他目的和特征将 变得显而易见。但是应当理解，附图仅仅是出于说明的目的而被设计 的，其不限定本发明。


在附图中，相同的附图标记指代相同的对象。 图la和lb示出了两个测量实例和相应的建模，其中示出了所述 相对光通量收集效率与所述放电电弧的长度的相关性；图2a和2b示出了对应于在没有补偿所述放电电弧的长度变化的 情况下操作的气体放电灯的所收集的光通量的测量结果；
图3示出了气体放电灯和根据本发明的驱动单元的一种可能的实 现方式的方框图4a和4b示出了对应于通过根据本发明的方法操作的气体放电 灯的所收集的光通量的测量结果；
图5示出了气体放电灯和根据本发明的驱动单元的另一种可能的 实现方式的方框图。
附图中的对象的规格是出于清楚的目的而被选择的，其不一定反 映实际的相对规格。
具体实施例方式
图la和lb是G. Derra等人的出版物J. Phys. D: Appl. Phys. 38， pp. 2995-3010， 2005的摘要。其示出了两个测量实例和相应的建模，其中 说明了所述相对光通量收集效率与所述放电电弧的长度的相关性。测 量结果是用矩形点示出的，而相应的模型则由实线表示。在图la中示 出了对应于超高压(UHP)气体放电灯以及对应于13mm2sr的收集区 域E的结果，图lb则描绘了对应于相同的灯以及对应于5mm2sr的收 集区域E的结果。在全部两种情况下都可以看出，从所述灯收集的光 通量与所述电弧放电长度具有很强的相关性。此外，这种相关性是非 线性的。所述光通量具有大约lmm或低于lmm的局部最大值。换句 话说，所收集的光通量并不随着所述放电电弧的长度减小而单调增大。 因此，在需要稳定光通量的情况下，上面的这两个例子证明了应用适 当的方法和相应的驱动单元来补偿所述电弧长度变化对所述光通量的 影响的必要性。此外，从图la和图lb中可以看出，对于较小的收集 区域E所收集的光通量展现出与所述放电电弧长度的强得多的相关 性。即使是所述气体放电长度的很小变化也将导致所述光通量的较大 改变，特别是在所收集的光通量的最大值附近尤其如此。因此，如果 使用了具有相对较短的放电电弧长度的更新的气体放电灯的话，那么 根据本发明的方法和驱动单元特别有益于实现稳定的光通量。
图2a和2b示出了对应于在没有补偿所述放电电弧的长度变化的 情况下操作的气体放电灯的所收集的光通量的测量结果。在图2a中给出了所收集的光通量在近似70小时的操作时间期间的演化。可以明显 看出，所述光通量的变化超过5%。这是由于在利用交流电压操作时， 所述电极的形状会如前所述地发生改变。此外，近似每4个小时发生 一次的较大变化特别是由于在本例中所应用的特殊操作方案所导致 的。在上面提到的专利申请WO 2005/062684 Al中公开了该方案。根 据该专利申请，如果所述气体放电灯两端的电压下降到特定阈值以下， 则表示所述电极间隙或放电电弧长度已经变得过小，因此就降低被提 供给该气体放电灯的电流的频率。作为所述降低的频率的结果，所述 电极上的材料(特别是所述电极的尖端上的材料)将由于所述电极的 提高的加热而被去除。但是所述放电电弧长度的随后的增大会导致所 收集的光通量在突然增大之后较慢地减小。在图2a中可以清楚地看出 这些规则地发生的光通量的陡跳。
在图2b中示出了所收集的光通量如何与被提供给所述气体放电灯 的电压相关。所能看出的在近似48V到49V之间的较大变化可以用以 下事实来解释当所述电弧间隙由于所述特殊操作模式而突然增大时， 所述驱动单元仍然提供对于较小的放电电弧间隙(因此对于较低的灯 电压)来说是适当的电流值。因此，功率电平在有限时间段内过高， 直到所述驱动单元的较慢的功率控制最终把功率再次稳定在所期望的 值为止。除了由矩形点所表示的测量结果之外，图2b还示出了一条线。 这条线遵循在结合所述灯压力保持恒定的假设应用上面描述的等式 (特别是等式(3)、 (4)和(5))时所能预期的光通量。可以看出， 这条线代表对应于所述测量结果的相对较好的模型。可以明显看出， 上述等式以及关于恒定灯压力的假设足以精确地预测气体放电灯的所 收集的光通量。这种预测是通过简单地确定所述灯两端的电压并且应 用考虑到与所述电弧放电长度的相关性的根据本发明的适当方法和计 算而实现的。
图3示出了气体放电灯1以及根据本发明的驱动单元4的一种可 能的实现方式的方框图。
所述驱动单元4通过连接器9与所述气体放电灯1的电弧管3内的 电极2相连。此外，所述驱动单元4连接到电源8并且具有用来接收 目标光通量①t (例如针对提供4100 lm的光通量的请求)的信号输入 端18。此外，驱动单元4包括信号输出端19，其例如用于向更高级别
13的控制单元报告灯状态LS。
所述驱动单元4包括降压变换器24、换向单元25、点火设置32、 电平变换器35、控制单元IO、电压测量单元14以及电流测量单元12。
所述控制单元10控制所述降压变换器24、换向单元25以及点火 设置32，并且监控所述气体放电灯1处的电压的行为。
所述换向单元25包括驱动器26，其控制4个开关27、 28、 29和 30。所述点火设置32包括点火控制器31 (其例如包括电容器、电阻器 和火花隙)和点火变压器，该点火变压器借助于两个扼流圈33、 34生 成高电压，从而可以点燃所述气体放电灯1。
例如由380V的外部DC类型电源8为所述降压变换器24馈电。 所述降压变换器24包括开关20、 二极管21、电感22和电容器23。所 述控制单元10通过电平变换器35来控制所述开关20，从而还控制所 述气体放电灯1中的电流I。这样，通过所述控制单元10来调节被提 供给所述气体放电灯1的电功率P。
所述电压测量单元14与所述电容器23并联，并且是用具有两个 电阻器16、 17的分压器的形式来实现的。电容器15与电阻器17并联。
为了进行电压测量，通过所述分压器16、 17建立一个减小的电压， 并且在所述控制单元10中借助于电压确定单元40来测量该减小的电 压。所述电容器15用来减少所述测量信号中的高频失真。
在所述控制单元10中，通过输入信号39来监控所述气体放电灯1 中的电流I，这是借助于所述电流测量单元12而实现的，该电流测量 单元例如可能根据感应的原理操作。基于所监控的电流和所监控的电 压，所述控制单元IO可以计算当前被提供给所述气体放电灯1的电功 率P，并且在所述功率电平超出特定上限和/或下限的情况下通过电平 变换器35和开关20来调节之。
此外，所述控制单元10被实现成能够支持根据本发明的第一方法。 为此，控制单元10包括校正因数确定单元41、功率计算单元42和功 率控制单元43。所述校正因数确定单元41接收来自所述电压确定单元 40的电压值UL。在许多情况下，所述电压确定单元40将包括模拟/数 字变换器，其测量电阻器17两端的电压并且生成数字输出值UL,该值 表示所述气体放电灯两端的实际电压。因此，所述电压确定单元40还 可以包括针对所测量的电压由于所述分压器16、 17而被减小这一事实的补偿。此外，所述电压值UL可能不表示所述气体放电灯1两端的电 压的实际幅度，而是经过时间平均的电压值。例如，所述电压确定单
元40可以向所述校正因数确定单元41提供一个均方根(RMS)电压 佳Ul。
基于所述电压值UL，所述校正因数确定单元41确定校正因数Kd， 其表示所述光通量①与灯1的放电电弧长度d的相关性。在这里，所 述校正因数Ka是对于灯电压Ul的特定植从校正函数Kd(UL)获得的结 果，该校正函数例如是由等式(9)所描述的函数。如上所述，可以利 用查找表来实现校正因数确定单元41。所述查找表可以被存储在存储 器装置中，比如只读存储器(ROM)设备或者可重写存储器(例如所 谓的闪存)。
所述功率计算单元42从所述校正因数确定单元41接收所述校正 因数Kd,并且还通过信号输入端18获得对应于目标光通量屯t的值。 例如，如果根据本发明的驱动单元4被用在具有用户接口的系统中， 那么所述系统的用户可能想要控制由所述气体放电灯1所给出的光通 量屯。在这里，将由所述系统通过信号输入端18向控制单元10给出 比如"降低光通量"的用户请求。类似地，如果所述驱动单元4被用 在图像呈现系统中，那么所述图像呈现系统可以根据所述图像或视频 的亮度通过信号输入端18设置目标光通量①t。例如，对于较暗的场 景，所述图像呈现系统将通过信号输入端18向所述控制单元10传送 较低的目标光通量值①t。在另一个实施例中，所述目标光通量值①t 可以简单地是一个恒定值以例如用于照明目的，其不需要不同的亮度 级，而是需要稳定的亮度。基于所述校正因数Kd和所述目标光通量值
①t，所述功率计算单元计算获得所述目标光通量值①t所必需的所需灯
功率佳Pr。在某些情况下，功率计算单元42可以仅仅执行相对简单的 数学运算，比如由等式(11)给出的除法。
本技术领域的专家已知的一般灯驱动单元常常根据目标功率值而
不是根据目标光通量值①t来操作所述灯。因此，这种驱动单元将不能
提供恒定的光通量，这是因为没有把所述放电电弧长度d的变化纳入 考虑。因此，根据本发明的驱动单元4是有利的，由于所述校正因数 Kd与所述放电电弧长度d相关，从而使得所述驱动单元4在驱动所述 气体放电灯1时获得稳定的光通量①。
15所需的灯功率值PR被提交给所述功率控制单元43，其控制所述电 平变换器35。因此，利用由所述电压确定单元40所导出的电压值UL， 所述电流I被设置到使得被提供给所述气体放电灯1的电功率P满足 所需灯功率值PR的一个值。
可以由所述控制单元10通过所述信号输出端19告知所述气体放 电灯1的瞬时灯状态LS。特别地，所述灯状态LS可以报告所述气体 放电灯1实际上是否给出所述目标光通量①t。可以由所述控制单元10 通过简单地把实际灯功率值P与所需灯功率值PR进行比较来获得所述 状态信息。如果P与PR的值基本上完全相同，则已经达到了所述目标
光通量屯t。
尽管控制单元10包括几个单元或模块40、 41、 42和43，但是这 种控制单元10的实际实现方式可以在单一单元内实现所述单元40、41、 42和43当中的一个或多于一个。特别地，所述单元40、 41和42可以 被实现在一个单元内，该单元简单地基于由电压确定单元40导出的电 压值UL来控制所述电平变换器35。这种单一单元常常已经存在于现有 的驱动单元内。因此，根据本发明的方法的实施例可以意味着仅仅更 新某种软件模块来实现把所述光通量①与所述放电电弧长度d的相关 性纳入考虑的功率控制方案。
图4a和4b示出了对应于由根据图3中所示的设计原理的驱动单 元4利用根据本发明的方法操作的气体放电灯的所收集的光通量的测 量结果。现在把图2b与图4b进行比较，可以明显看出，所使用的根 据本发明的方法可以有利地最小化由于所述放电电弧的不断改变的长 度而导致的光通量变化。图4b中的低于48V的电压下的剩余变化可以 由以下事实来解释对于所述测量使用了针对等式(9)和(11)的数 学近似。更复杂的近似将导致甚至更小的光通量变化。所看到的48V 到49V之间的较大变化同样可以由所述驱动器的緩慢响应来解释。通
容易地避免这种行为。于是即使在应用了例如来自WO 2005/062684 Al 的特殊方案之类的操作方案的情况下也可以利用根据本发明的方法和 驱动单元实现所期望的非常稳定的光通量。
现在把图2a与图4a进行比较，可以看出，根据本发明的方法大 大改进了光通量的稳定性。取代可以从图2a中看到的超过200 1m (即
16超过5%)的变化，图4a中的变化低于50Im，即大约仅为1%。对应 于所收集的光通量的高于大约4100 lm的少数测量结果同样是由于緩 慢的驱动器响应而导致的，并且可以通过应用更快的功率控制方案来 避免。
图5示出了气体放电灯1和根据本发明的第二方法的驱动单元58 的另一种可能的实现方式的方框图。图5包括许多图3当中的各种元 件，特别是元件1到40。其功能与前面结合图3所描述的元件1到40 的功能类似。此外，图5还示出了经过修改的控制单元59，其除了所 述电压确定单元40之外还包括压力确定单元51、压力计算单元52以 及压力控制单元53。此外，图5还示出了信号输出端54、压力调节单 元55、压力测量单元56以及信号输入端57。对于驱动单元58的这种 实现方式，确定实际的灯压力值pt和灯电压值UL，并且使用所述实际 的灯压力值和灯电压值来计算在考虑到所述放电电弧长度d的变化的
影响的同时实现目标光通量①t所需的灯压力值PR。为此，所述压力测
量单元56获得一个参数或信号，所述参数或信号允许获得至少对所述 气体放电灯1内的实际压力Pl的近似。如上所述，这种参数可以是特 定谱线的宽度，但是也可以使用允许获得灯压力值Pl的其他参数和方 法，比如通过压力传感器进行直接压力测量。后者是在所述压力确定 单元51内执行的，其根据通过信号输入端57从所述压力测量单元56 提供的所述参数或信号来确定灯压力值PL。通过把该灯压力值PL与由 所述电压确定单元40获得的灯电压值Ul—起使用，所述压力计算单 元52确定实现目标光通量①t所需的压力值pR。与图3类似，通过信 号输入端18提供目标光通量①t。同样地，Ot可以是恒定的或者可以 随着时间改变。所述压力计算单元52直接实现或者近似实现上面描述 的等式，比如等式U8)。最后，所述压力控制单元53通过信号输出 端54驱动压力调节单元55，从而使得所述气体放电灯内的压力Pl基 本上与所需压力值PR相匹配。对应于这种压力调节单元55的一个例子 可以是强制冷却装置，比如风扇或通风器。显而易见的是，除了对所 述灯压力Pl的控制之外，驱动单元58仍然提供了控制被提供给所述气 体放电灯1的电流I的能力。例如需要这种控制来调暗所述光通量以用 于如上所述的图像呈现目的。
虽然按照优选实施例及其变型的形式公开了本发明，但是应当理解，在不偏离本发明的范围的情况下可以对本发明做出许多附加的修 改和改变。特别地，组合本发明的不同方法的特征是有可能的。例如
所述灯的光通量。为了清楚起见，还应当理解的是，在本申请中使用 的"一个"并不排除多个，并且"包括" 一词也不排除其他步骤或元 件。此外，除非被明确描述为单一实体，否则一个"单元，，可以包括 多个块或设备。
权利要求
1、一种驱动气体放电灯(1)的方法，其中确定所述气体放电灯(1)两端的电压值(UL)；使用表示光通量(Φ)与放电电弧长度(d)的相关性的校正函数(Kd)，以便利用所述灯电压(UL)来计算对应于目标光通量值(ΦT)的所需灯功率值(PR)；根据所需灯功率值(PR)来操作所述气体放电灯(1)。
2、 根据权利要求1的方法，其中，所述放电电弧长度(d)由分 数给出，所述分数的分子通过从所述灯电压值(UL)减去灯电极下降 值(Ufall)而给出，并且所述分数的分母由灯压力相关的因数(ap)给 出。
3、 根据权利要求1或2的方法，其中，所述校正函数(Ka)与收 集区域(E)和电弧放电长度(d)的函数的反正切成比例。
4、 根据权利要求1-3的方法，其中，通过使用数学近似来计算 所需功率值(PR)，所述数学近似优选地是所述灯电压值(UL)的代 数函数。
5、 根据权利要求4的方法，其中，所述代数函数是所述灯电压值 (UiJ的多项式函数，优选地是2次多项式函数。
6、 根据权利要求1-5的方法，其中，所述气体放电灯(l)被设 置在光反射器附近，并且所需灯功率值(Pr)与所述光反射器的反射率值(llrefl)成反比。
7、 一种用于驱动气体放电灯U)的方法，其中 确定所述气体放电灯(1)两端的电压值(UL); 确定所述气体放电灯(1)内的压力值(pl); 使用表示光通量(①)与放电电弧长度(d)的相关性的校正函数(Kp)，以便利用所述灯电压(Ul)和所述灯压力值(pL)来计算对应 于目标光通量值(①t)的所需灯压力值(pr);根据所需灯压力值(pR)来操作所述气体放电灯(1)。
8、 根据权利要求7的方法，其中，通过能够改变所述气体放电灯 (1)的温度(TL)的装置(55)来控制所述气体放电灯(1)内的压力 (p)，从而根据所需灯压力值(pr)来操作所述气体放电灯(1)。
9、 一种用于驱动气体放电灯(1)的驱动单元(4)，其包括电压确定单元(40)，其用于确定所述气体放电灯(1)两端的灯 电压值(UL);功率计算单元(42),其利用所述灯电压值(UiJ和校正函数(Kd) 来计算对应于目标光通量值(屯T)的所需灯功率值(PR)，其中所述 校正函数(Kd)表示光通量(O)与放电电弧长度(d)的相关性；功率控制单元(43)，其根据所需灯功率值(PR)来驱动所述气 体放电灯(1)。
10、 一种用于驱动气体放电灯(1)的驱动单元(58)，其包括 电压确定单元(40)，其用于确定所述气体放电灯(1)两端的灯电压值(UL);压力确定单元(51)，其用于确定所述气体放电灯(1)内的压力 值(pL );压力计算单元(52)，其利用所述灯电压值(UL)、所述灯压力 值(pL)以及校正函数(Kp)来计算对应于目标光通量值(Ot)的所 需灯压力值(pR)，其中所述校正函数(Kp)表示光通量(①)与放 电电弧长度(d)的相关性；压力控制单元(53)，其根据所需灯压力值(pR)来控制所述气 体放电灯(1)内的压力(pL)。
11、 一种特别是投影仪系统的图像呈现系统，其包括根据权利要 求9或10的驱动单元(4, 58)和气体放电灯(1)。
全文摘要
本发明涉及驱动气体放电灯(1)的方法。在第一方法中，确定所述气体放电灯(1)两端的电压值(Ul)，随后应用表示光通量与放电电弧长度(d)的相关性的校正函数(Kd)来计算对应于目标光通量值(Ul)的所需灯功率值(Pr)。最后根据该所需灯功率值(Pr)来操作所述气体放电灯(1)。在第二方法中，确定所述气体放电灯(1)两端的电压值(Ul)和所述气体放电灯(1)内部的压力值(pl)，随后应用表示光通量与放电电弧长度(d)的相关性的校正函数(Kp)，以便利用所述灯电压值(Ul)和所述灯压力值(pl)来计算对应于目标光通量值的所需灯压力值(pr)。最后根据该所需灯压力值(pr)来操作所述气体放电灯(1)。此外，本发明还涉及用于驱动气体放电灯(1)的适当驱动单元(4，58)以及包括气体放电灯(1)和所述驱动单元(4，48)的图像呈现系统(特别是投影仪系统)。
文档编号H05B41/292GK101502180SQ200780029841
公开日2009年8月5日 申请日期2007年7月26日 优先权日2006年8月10日
发明者J·拜尔, J·波尔曼-雷特希 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司