專利名稱：用于驅(qū)動氣體放電燈的方法和驅(qū)動單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用交流驅(qū)動氣體放電燈、尤其是高壓氣體放電燈的
方法。此外，本發(fā)明涉及按照這樣的方法驅(qū)動氣體放電燈的驅(qū)動單元D 本發(fā)明還涉及包括氣體放電燈和這樣的驅(qū)動單元的圖像繪制系統(tǒng)
(image rendering system)，具體來說即投影儀系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在許多應(yīng)用中，特別是在投影系統(tǒng)中，需要盡可能小、同時還提 供高的光通量的光源。因此，近年來，對于這樣一些應(yīng)用，高壓氣體 放電燈如HID燈(高強(qiáng)度放電燈)或UHP燈(超高性能燈)已經(jīng)變成 了優(yōu)先的選擇，這是因?yàn)殡姌O之間的距離很小、相應(yīng)的電弧長度很短 且亮度大。在投影應(yīng)用中，穩(wěn)定的電弧長度對于使用短弧高強(qiáng)度放電 燈至關(guān)重要，因?yàn)楹愣ǖ母咄空撬谕?。尤其是對于新型的?超短電弧型式的UHP燈，在現(xiàn)代的投影儀中，通量的維持在很大程度 上取決于短弧長度的長時間維持。通常用來維持電弧長度的措施包括 電極的設(shè)計和燈的驅(qū)動方案。從原理上看，燈的驅(qū)動方案通過基本上 控制燈電極上的結(jié)構(gòu)物的生長和熔化，穩(wěn)定了電弧長度。
例如，在W02005 / 062684中提出了一種方法，其中使用了不同的 電流波形和操作頻率的特定組合。按第一操作模式，這實(shí)質(zhì)上是通過 如下方式來實(shí)現(xiàn)的直接在電流換向(commutat ion)之前，在已知燈 電流的塊形狀上疊加電流脈沖。換向按這個第一操作模式，燈總是由 低頻驅(qū)動的。按第二操作模式，在電極末端生長的薄細(xì)尖端總是具有 一個熔化的前部結(jié)構(gòu)，即使燈電流上沒有電流脈沖亦是如此。按這個 第二操作模式，燈總是由較高頻率驅(qū)動的。對第三操作模式進(jìn)行選擇， 使得要被回熔的電極尖端必定要處在熔化狀態(tài)。這種現(xiàn)有方法的缺點(diǎn) 是它將導(dǎo)致燈的操作頻率的頻繁變化。除了對于電弧穩(wěn)定性偶爾產(chǎn)生 的負(fù)面影響以外，這種頻率變化還將使這種類型的燈在現(xiàn)代投影儀中 的應(yīng)用復(fù)雜化，在這種應(yīng)用中通常的情況是，顯示的控制必須與燈的操 作頻率同步。另一方面，電弧穩(wěn)定性問題有時使操作頻率的這種變化是不可避免的。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的方法和驅(qū)動單元，用于驅(qū) 動氣體放電燈，導(dǎo)致操作頻率的變化速率的減小，同時保證放電的穩(wěn) 定電弧長度。
為此，本發(fā)明提供了一種利用交變電流驅(qū)動氣體放電燈的方法， 由此，電弧長度控制值可得到監(jiān)測，所述電弧長度控制值表示氣體放
電燈的放電電弧的電流長度；并且由此，當(dāng)電弧長度控制值指示電 弧長度大于轉(zhuǎn)換閾值時，按第一操作模式利用第一電流波形驅(qū)動燈， 對該第一電流波形進(jìn)行選擇，以便導(dǎo)致在燈的電極上生長的尖端；當(dāng) 電弧長度控制值指示電弧長度低于轉(zhuǎn)換閾值時，按第二操作模式利用 第二電流波形驅(qū)動燈，對該第二電流波形進(jìn)行選擇，使電極上的尖端 至少部分地被回熔。對于兩種轉(zhuǎn)換方向(第一電流波形—第二電流波 形；第二電流波形4第一電流波形)的轉(zhuǎn)換閾值可以是不同的，由此，
從第 一 電流波形到第二電流波形的這種轉(zhuǎn)換方向的轉(zhuǎn)換閾值必須小于 另一轉(zhuǎn)換閾值，但它們也可以具有相同的值。如果兩個轉(zhuǎn)換閾值具有 不同的值，將會產(chǎn)生"轉(zhuǎn)換滯后"。于是，在位于兩個轉(zhuǎn)換閣值之間 的電弧長度，用于操作燈的實(shí)際電流波形還取決于所述燈的先前的歷 史。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，對于無論哪一個轉(zhuǎn)換方向，轉(zhuǎn)換閾值 都具有相同的值。因此，如果不對本發(fā)明加任何限制，下面假定采用 單個閾值，除非另有明顯說明。按此方法，如果完成了與第二操作模 式驅(qū)動燈的持續(xù)時間有關(guān)的第一時間標(biāo)準(zhǔn)，燈的操作頻率從第一頻率 值轉(zhuǎn)換到第二頻率值，其中的第二頻率值大于第一頻率值；如果完成 了與第一操作模式驅(qū)動燈的持續(xù)時間有關(guān)的第二時間標(biāo)準(zhǔn)，燈的操作 頻率從第二頻率值轉(zhuǎn)換到第一頻率值。
第 一 電流波形例如可以是這樣的它直接在電流換向時刻之前展 現(xiàn)有意的電流脈沖。這個疊加在"標(biāo)準(zhǔn)"塊電流(block current )波 形上的附加脈沖導(dǎo)致在燈的電極上生長的一個小的尖端，這個尖端通 常在電極的前表面上。這個尖端穩(wěn)定了電弧并且可防止電弧閃爍。本 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員因此通常稱這個脈沖為"抗抖動脈沖" (anti-flutter-pulse)。在每次換向之前都施加這樣的脈沖并不是絕對必要的，例如每10個換向使用這個脈沖就足夠了。第二電流波形
沒有展現(xiàn)出這樣的"抗抖動脈沖"，或者說該脈沖沒有疊加在換向時 刻之前的電流上，但例如在一個電流半周期的前半時間出現(xiàn)。這將導(dǎo) 致在電極的前表面上尖端的熔化。
使用這個驅(qū)動方案，主要通過改變電流波形實(shí)現(xiàn)了電弧穩(wěn)定。但 是，并非如應(yīng)用至今的方法的情況那樣不管燈的實(shí)際狀態(tài)如何來改變 操作頻率，在按照本發(fā)明的方法中，對與按照第一或第二操作模式驅(qū) 動所述燈的持續(xù)時間有關(guān)的時間標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行監(jiān)測。只在完成相應(yīng)時間標(biāo)
準(zhǔn)表示操作頻率的這個變化對于避免任何電弧不穩(wěn)定性來說是可以 接受的時候，才改變燈的操作頻率。
利用按照本發(fā)明的方法，可以實(shí)現(xiàn)的電弧穩(wěn)定性至少要和現(xiàn)有的 方法所得到的電弧穩(wěn)定性一樣好。但在實(shí)現(xiàn)這種優(yōu)秀的電弧穩(wěn)定性的 同時還避免了不必要的頻率改變，因此有利于使這樣的燈與時序投影 顯示器同步。在許多情況下，通過避免電極上的結(jié)構(gòu)的擴(kuò)大生長和熔 化，在軸向(<10um)和橫向，電弧穩(wěn)定性甚至超過了現(xiàn)有的方法。
用于驅(qū)動氣體放電燈的對應(yīng)的驅(qū)動單元包括換向單元，用于向 氣體放電燈施加交變電流；電流形成單元，用于形成向氣體放電燈施 加的電流波形；電弧長度監(jiān)測單元，用于監(jiān)測電弧長度控制值，電弧 長度控制值表示氣體放電燈的放電電弧的電流長度；以及控制單元。 該控制單元控制所述電流形成單元，以使當(dāng)電弧長度控制值指示電弧 長度大于轉(zhuǎn)換閾值時，按第一操作模式利用第一電流波形驅(qū)動所述的 燈，該第一電流波形的形成導(dǎo)致在燈的電極上生長的尖端；并且當(dāng)電 弧長度控制值指示電弧長度小于轉(zhuǎn)換閣值時，按第二操作模式利用第 二電流波形驅(qū)動所述的燈，該第二電流波形的形成使電極上的尖端至 少部分地被回熔。另外，控制單元控制所述換向單元，以使當(dāng)完成了 與按第二操作模式驅(qū)動燈的持續(xù)時間有關(guān)的第一時間標(biāo)準(zhǔn)時，燈的操 作頻率從第一頻率值轉(zhuǎn)換到第二頻率值，該第二頻率值大于第一頻率 值；并且，當(dāng)完成了與按第一操作模式驅(qū)動燈的持續(xù)時間有關(guān)的第二 時間標(biāo)準(zhǔn)時，燈的操作頻率從第二頻率值轉(zhuǎn)換到第一頻率值。
按照本發(fā)明的圖像繪制系統(tǒng)，具體來說即投影系統(tǒng)，必須包括氣 體放電燈和按照本發(fā)明的驅(qū)動單元。
從屬權(quán)利要求和隨后的描述公開了本發(fā)明的特別有益的實(shí)施例和
8特征。
直接地或間接地確定放電電弧的電流電弧長度的方法有許多。例 如可以^^吏用光學(xué)測量(如投影的電弧的照相機(jī)M/測)或分光鏡測量(如 從眾所周知的發(fā)射線的線寬度確定電弧長度)來監(jiān)測電流的電弧長度。 通過對適當(dāng)閾值的準(zhǔn)確選擇，這些測量技術(shù)中的任何一個在與本發(fā)明 一起使用時都將導(dǎo)致不變的電弧長度。
如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所知，電弧長度的變化將反映在操作電 壓的變化中。因此，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，使用燈的操作電壓作 為電弧長度控制值，并且當(dāng)燈的操作電壓大于轉(zhuǎn)換閣值電壓值時，按 第一操作模式驅(qū)動所述的燈；并且當(dāng)操作電壓小于轉(zhuǎn)換閣值電壓值時， 按第二操作模式驅(qū)動所述的燈。此外，兩個轉(zhuǎn)換閾值電壓值在一般情 況下可以不同，由此，從第一電流波形到第二電流波形的這個轉(zhuǎn)換方 向的轉(zhuǎn)換閾值電壓必須小于另一轉(zhuǎn)換閾值電壓，但二者也可以有相同 的值。
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用丁、,雙^w 尺夕雙撒初平7UCi這ei^在用丁i狄yw hv休tt " 壓的電壓監(jiān)測單元。因此，優(yōu)選地，這樣的電壓監(jiān)測單元可用作電弧 長度監(jiān)測單元，并且控制單元控制所述電流形成單元，以便在操作電 壓大于轉(zhuǎn)換閾值電壓值時按第一操作模式驅(qū)動所述的燈，并且當(dāng)操作 電壓小于轉(zhuǎn)換閾值電壓值時按第二操作模式驅(qū)動所述的燈。
存在多個可能的時間標(biāo)準(zhǔn)，這些時間標(biāo)準(zhǔn)可充分用于頻率變化的 監(jiān)測。在第一實(shí)施例中，第一時間標(biāo)準(zhǔn)包括與時間周期有關(guān)的第一極 限，在所述第一極限按第二操作模式在測量時連續(xù)地驅(qū)動所述的燈。 相應(yīng)地，第二時間標(biāo)準(zhǔn)包括與時間周期有關(guān)的第二時限，在所述第二 時限按第一操作模式連續(xù)地驅(qū)動所述的燈。第一和第二時限可以相同， 或者可以是不同的時限。
在這個實(shí)施例的筒單實(shí)施方案中，在第一和第二操作模式之間轉(zhuǎn) 換時，即從第一操作模式到第二操作模式的轉(zhuǎn)換或者相反的轉(zhuǎn)換時， 復(fù)位并啟動簡單的計時器或計數(shù)器。如果計時器測量的時間值(例如 筒單的計數(shù)器的讀數(shù))等于或大于預(yù)定的計數(shù)器值極限，則操作頻率 在第二頻率值和第一頻率值之間轉(zhuǎn)換。
在第二實(shí)施例中，還要考慮在恰好最后的模式轉(zhuǎn)換之前驅(qū)動方案 演變的歷史。 一旦發(fā)生簡單的計時器被瞬時的模式轉(zhuǎn)換復(fù)位，這就可以防止燈在不利條件下長時間操作。在這個第二實(shí)施例中，對按第一 操作模式驅(qū)動燈的第一總停留時間以及按第二操作模式驅(qū)動燈的第二 總停留時間進(jìn)行測量。如果第二總停留時間和第 一 總停留時間之間的
差等于或大于預(yù)定值，燈的操作頻率從第一頻率值轉(zhuǎn)換到第二頻率值； 如果第一總停留時間和第二總停留時間之間的差等于或大于預(yù)定的第 二值，燈的操作頻率從第二頻率值轉(zhuǎn)換到第一頻率值。再有，預(yù)定的 第一值和預(yù)定的第二數(shù)值可以是相同的值，或者可以是不同的值。
還有，在這個第二實(shí)施例的相對容易的實(shí)施方案中，可以使用簡 單計數(shù)器。在這種情況下，計數(shù)器配置成當(dāng)按第一操作模式驅(qū)動燈 時計數(shù)器在一個方向上計數(shù)，而當(dāng)按第二操作模式驅(qū)動燈時計數(shù)器在 相反方向計數(shù)。計數(shù)器在不同方向增加的值可以是相同的值，或者可 以是不同的。如果計數(shù)器讀數(shù)等于或大于預(yù)定的上限值，則燈的操作 頻率在第一頻率值和第二頻率值之間的一個方向進(jìn)行轉(zhuǎn)換，如果計數(shù) 器讀數(shù)等于或小于預(yù)定的下限值，則燈的操作頻率在相反方向轉(zhuǎn)換。 在這里術(shù)語"方向"旨在表明操作頻率的轉(zhuǎn)換是"上升"到較高的頻 率還是"下降"到較低的頻率。如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員公知的那樣， 通過適當(dāng)?shù)嘏渲糜嫈?shù)器，轉(zhuǎn)換的"方向"是可以控制的。
如以上所述，第一電流波形可直接在換向時刻之前表現(xiàn)出有意的 抗抖動脈沖。因此，在優(yōu)選實(shí)施例中，在第一電流波形中直接在換向 時刻之前強(qiáng)加有意的峰值脈沖電流，而在第二電流波形中，有意的峰 值脈沖電流被移離換向時刻，最好移到交變電流周期的前一半。
還是如以上所述，按照本發(fā)明的方法將具有用于驅(qū)動圖像繪制系 統(tǒng)(具體來說即投影系統(tǒng))中的燈的特定值。在驅(qū)動圖像繪制系統(tǒng)的 方法中，其中的燈是使用按照本發(fā)明的方法驅(qū)動的，第一和第二電流 波形以及第一和第二頻率值優(yōu)選與顯示操作模式和/或彩色產(chǎn)生循環(huán) (如彩色輪的周期)同步。如果投影儀系統(tǒng)是時序/色序微顯示投影 引擎，這尤其有用。在這樣的投影儀中，光波形狀并且因此電流幅度 應(yīng)該與顯示操作以及彩色的分段產(chǎn)生同步。具體來說，應(yīng)該保證，即 使在操作模式或頻率發(fā)生改變時，也維持光波的形狀。
出于這個理由，電流脈沖相對于彩色幀產(chǎn)生循環(huán)不可能輕易地斷 開或移動。因此，在優(yōu)選實(shí)施例中，峰值脈沖電流要保持它的相位位 置(即相對于彩色幀產(chǎn)生循環(huán)的時間中的位置)，并且當(dāng)?shù)谝缓偷诙?br> 10操作模式之間作出轉(zhuǎn)換時換向時刻被移動。因?yàn)楣獠ㄐ螤钪灰蕾囉陔?流幅度的絕對值，所以如果在不同的操作模式之間轉(zhuǎn)換時換向時刻被 移動，光波形狀也不發(fā)生改變。換言之，第一電流波形和第二電流波 形的不同點(diǎn)只在于換向時間發(fā)生在不同的時刻，由此電流波形對于光 通量的貢獻(xiàn)得以維持，并且繼續(xù)保持與顯示操作模式和彩色產(chǎn)生循環(huán) 的同步。
為了便于與顯示操作模式和/或彩色產(chǎn)生循環(huán)這樣的同步，第二
頻率值優(yōu)選是第一頻率值的整數(shù)倍。例如，第一頻率值可以在約30Hz 和200Hz之間，因此第二頻率值就可以在約180Hz和1500Hz之間。更 加優(yōu)選地，第一和第二頻率值是投影儀系統(tǒng)的色序的整數(shù)倍。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，可以定義應(yīng)急閾值，應(yīng)急閾值表示比 轉(zhuǎn)換閾值還短的電弧長度，例如定義應(yīng)急閾值電壓，應(yīng)急閾值電壓比 轉(zhuǎn)換閾值電壓還低(或者，如果使用兩個轉(zhuǎn)換閾值，應(yīng)急閾值電壓是 較低的轉(zhuǎn)換閣值電壓)。這個應(yīng)急閾值的目的是， 一旦電弧長度穩(wěn)定 性機(jī)制(由第一和第二操作模式之間的轉(zhuǎn)換以及操作頻率值的轉(zhuǎn)換提 供)臨時不能充分發(fā)揮作用，避免電弧長度的過分減小。如果電弧長 度控制值表明電弧長度低于這個應(yīng)急閾值，例如，如果燈的操作電 壓等于或小于應(yīng)急閾值電壓，則按第三操作模式驅(qū)動所述的燈，在這 種操作模式中采取了防止連續(xù)電極尖端生長的其它措施。這樣的措施 包括應(yīng)用低頻交流電流或直流電流或PWM (脈沖寬度調(diào)制)驅(qū)動方案。 例如在US6815907中描述了這樣的PWM驅(qū)動方案。 一系列研究確定， 所有這些操作模式全都能可靠地熔化電極尖端，因此增加了電弧長度。 方法和參數(shù)的實(shí)際選擇取決于燈的設(shè)計和應(yīng)用。
優(yōu)選的是，轉(zhuǎn)換閾值電壓范圍在35V和140V之間，取決于燈的目 標(biāo)電弧長度和操作壓力。更加優(yōu)選地，轉(zhuǎn)換閾值電壓在45V和90V之 間的范圍。如果兩個轉(zhuǎn)換方向的轉(zhuǎn)換閾值電壓有不同的值(因此產(chǎn)生 轉(zhuǎn)換滯后)，則兩個轉(zhuǎn)換閾值電壓的差值優(yōu)選在O. 1V和10V之間；更 優(yōu)選地，這個差值在0. 5V和4V之間的范圍。優(yōu)選地急閾值電壓因此 應(yīng)該低于轉(zhuǎn)換閾值電壓l-20V;應(yīng)急閣值電壓低于轉(zhuǎn)換閾值電壓4-10V則更好(如果使用兩個轉(zhuǎn)換閾值電壓，則低于最低的轉(zhuǎn)換閾值電 壓)。
在另一優(yōu)選的方法中，所述方法可用作替代方 或附加到應(yīng)急閣值的定義上，如果完成了與在第二操作模式中驅(qū)動燈的持續(xù)時間有關(guān) 的第三時間標(biāo)準(zhǔn)，則操作模式可以從第二操作模式轉(zhuǎn)換到另 一操作模 式。相應(yīng)地，如果完成了與在第一操作模式中驅(qū)動燈的持續(xù)時間有關(guān) 的第四時間標(biāo)準(zhǔn)，則操作模式可以從第 一操作模式轉(zhuǎn)換到另 一操作模 式。
在某些情況下，例如幾十或幾百小時的操作以后，盡管使用上述 的電弧長度穩(wěn)定方法，當(dāng)?shù)谝换虻诙僮髂Ｊ介L時間堅(jiān)持而不超過轉(zhuǎn)
換閾值時，也可能發(fā)生電極的改變；在此轉(zhuǎn)換閾值處，操作模式在第 一和第二操作模式之間發(fā)生轉(zhuǎn)換，反之亦然。例如，利用第一操作模
式長時間地驅(qū)動所述的燈，有時可導(dǎo)致極端的尖端生長。另一方面， 常常按笫二操作模式的長時間的驅(qū)動可引起非常多的電極燒毀 (burn-back)。當(dāng)設(shè)置另外的計時條件時可以避免出現(xiàn)這些情況，所 述這些計時條件可防止過分地或極長時間地按第一或第二操作模式進(jìn) 行驅(qū)動。
因?yàn)殡姌O行為的基本點(diǎn)不僅是操作模式，還有操作模式和操作頻 率的特定組合，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，第三時間標(biāo)準(zhǔn)與利用第二 操作頻率按第二操作模式驅(qū)動燈的持續(xù)時間有關(guān)，和/或，第四時間 標(biāo)準(zhǔn)與利用第一操作頻率按第一操作模式驅(qū)動燈的持續(xù)時間有關(guān)。
優(yōu)選地，如果完成了第三時間標(biāo)準(zhǔn)，操作模式可從第二操作模式 轉(zhuǎn)換到特定的第一應(yīng)急(cont ingency )模式，其引起顯著的電極燒毀。 還有，如果完成了第四時間標(biāo)準(zhǔn)，操作模式從第一操作模式轉(zhuǎn)換到特 定的第二應(yīng)急模式，其導(dǎo)致充分的電極生長。 在大多數(shù)實(shí)施例中，第一和第二應(yīng)急模式將是不同的，當(dāng)然還可 能應(yīng)用相同的操作模式，以便消除兩類極端的電極改變。
用于期望目的的許多應(yīng)急模式是眾所周知的并且已有描述。某些 例子包括分別對頻率、脈沖高度、或電流波形進(jìn)行準(zhǔn)確的選擇以實(shí) 現(xiàn)當(dāng)時的目的，例如尖端的去除、或尖端的生長。例如，從上述已經(jīng) 描述的第三操作模式可以選擇第一應(yīng)急模式，并且例如，作為第二應(yīng) 急模式的可能的實(shí)施例，可以逐步筒單地加大尖端生長的脈沖高度。
在另一筒單的優(yōu)選實(shí)施例中，驅(qū)動器并非轉(zhuǎn)換到特定的應(yīng)急模式， 如果完成了第三時間標(biāo)準(zhǔn)，驅(qū)動器可以從第二操作模式轉(zhuǎn)換到第一操 作模式；和/或，如果完成了第四時間標(biāo)準(zhǔn)，驅(qū)動器可以從第一操作模式轉(zhuǎn)換到第二操作模式；也就是說，如果使用閾值作為轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)的 "正常"電弧長度穩(wěn)定過程長時間地沒有導(dǎo)致操作模式的改變，則簡 單地通過計時條件來迫使驅(qū)動器改變操作模式。在這種情況下，第一 和第二操作模式本身用作"應(yīng)急模式"。
如以上對于第一和第二時間標(biāo)準(zhǔn)所述，第三和第四時間標(biāo)準(zhǔn)可以 包括與時間周期有關(guān)的第三極限，在該第三極限，所述燈在測量時連
續(xù)地按第二操作模式必要時利用第二操作頻率來驅(qū)動；并且，第四時 間標(biāo)準(zhǔn)可以包括與時間周期有關(guān)的第四時限，在該第四時限，所述燈 在測量時連續(xù)地按第一操作模式必要時利用第一操作頻率來驅(qū)動。第 三和第四時限可以是相同的，或者可以是不同的時限。因此，可以4吏
用簡單的計時器或計數(shù)器來控制第三和笫四時限，控制的方式與第一 和第二時限的控制方式相似。
通過使用簡單的時間標(biāo)準(zhǔn)來代替應(yīng)急閾值，應(yīng)急驅(qū)動模式的啟動 與預(yù)先選擇的閾值無關(guān)，并且因此例如對于生產(chǎn)的進(jìn)展是不敏感的； 其中，當(dāng)使用轉(zhuǎn)換閾值的"正常"穩(wěn)定方法暫時未能起作用時，應(yīng)急 驅(qū)動模式應(yīng)該操作。如果模式改變之前的時間足夠短(如小于60分)， 則發(fā)生不明顯的電極改變。
應(yīng)急模式可以連續(xù)使用， 一直到另外確定了 "正常的"電弧長度 穩(wěn)定方法或可能的其它電弧長度穩(wěn)定方法為止?？商鎿Q地，可以只對 有限的持續(xù)時間(例如在0. ls (秒)和60分鐘之間的持續(xù)時間)使用 應(yīng)急模式。如果只應(yīng)用了極短的時間(<ls)，則可以將應(yīng)急模式認(rèn) 為是標(biāo)準(zhǔn)操作模式的一個簡易的變化。特別是當(dāng)使用特殊的應(yīng)急模式 時建議進(jìn)行這樣一種筒易的應(yīng)用，例如通過極大的脈沖引入足夠強(qiáng)的 擾動，以便防止連續(xù)的尖端生長或燒毀。
在許多情況下，在可與第三或第四時間條件相比擬的持續(xù)時間使 用應(yīng)急模式是很有意義的，從而可以獲得足夠多的時間來消除先前的 (有可能是不利的)電極改變。在這段持續(xù)時間過后，應(yīng)急模式應(yīng)該 轉(zhuǎn)換回到先前的操作模式。如果第一和第二操作模式本身用作"應(yīng)急 模式"，如以上所述，通過"正常的"電弧長度穩(wěn)定方法(即下一次 應(yīng)該超過閾值，或者應(yīng)該完成下一時間標(biāo)準(zhǔn))就可以筒單地觸發(fā)轉(zhuǎn)換 回先前模式。
本發(fā)明可應(yīng)用到各種不同類型的氣體放電燈。具體來說，本發(fā)明
13適合于高壓氣體放電燈，尤其是適合于UHP (超高性能)燈和/或HID (高強(qiáng)度放電)燈。如以上所述，如果本發(fā)明用于圖像繪制系統(tǒng)中的 氣體放電燈，本發(fā)明具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。然而，本發(fā)明不限于這些應(yīng)用。 例如，本發(fā)明還可有益地用于機(jī)動車輛中使用的氣體放電燈，例如汽 車前燈中的氣體放電燈，或者在舞臺和建筑聚光燈中使用的氣體放電 燈。
從下面結(jié)合附圖考慮的詳細(xì)描述，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)計只是為了說明的目的，而不是 作為本發(fā)明的限制。


圖1表示按照本發(fā)明在第一和第二操作模式期間加到氣體放電燈 的交變電流的可能示意波形；
圖2表示在60Hz操作頻率操作的UHP燈的操作電壓的示意圖，由
此操作電壓通過在第一和第二操作模式之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換來穩(wěn)定；
圖3表示在360Hz操作頻率操作的UHP燈的操作電壓的示意圖， 由此操作電壓通過在第一和第二操作模式之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換來穩(wěn)定；
圖4示意地表示在脈沖操作模式在不同的操作頻率下在電極的前 表面上尖端的形成(左低頻；右高頻)；
圖5 il明用來操作按照本發(fā)明的一個實(shí)施例所述的燈的燈電壓以 及相關(guān)的模式/頻率組合的可能的瞬時進(jìn)展；
圖6表示的是實(shí)驗(yàn)結(jié)果的表格，表示在燈的操作期間操作模式轉(zhuǎn) 換次數(shù)和頻率轉(zhuǎn)換次數(shù)；
圖7a和7b表示第一和第二操作模式以及第一和第二頻率值的不 同組合的可能的驅(qū)動方案；
圖8表示用于第三操作模式的可能的驅(qū)動方案；
圖9說明用來操作按照本發(fā)明的另一個實(shí)施例所述的燈的燈電壓 以及相關(guān)的模式/頻率組合的可能的瞬時進(jìn)展；
圖IO表示UHP燈的操作電壓隨時間變化的曲線圖，使用傳統(tǒng)的操
作模式來操作所述的燈；
圖ll表示UHP燈的操作電壓隨時間變化的曲線圖，使用按照本發(fā)
明的優(yōu)化操作模式來操作所述的燈；圖12表示氣體放電燈和可能的實(shí)施按照本發(fā)明的驅(qū)動單元的方塊圖。
為清楚起見，對于附圖中物體的尺寸進(jìn)行了選擇，這個尺寸不一 定反映實(shí)際的相關(guān)尺寸。圖中的物體不一定是按比例畫出的。
具體實(shí)施例方式
如以上所述，本發(fā)明使用下述基本原理。
完全確定的觀察結(jié)果是，不同的電流波形在UHP燈電極的前表面 上導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的不同的瞬時進(jìn)展。具體來說，利用在圖1的左側(cè)可以看 見的直接在換向時刻之前疊加在"標(biāo)準(zhǔn)"塊電流波形上的有意的脈沖 的操作模式導(dǎo)致在電極前表面上小尖端的生長。經(jīng)常稱之為"脈沖式 操作"的這種操作模式在這里稱之為"第一"操作模式OMp。另一方面， 標(biāo)準(zhǔn)的方波操作(如在圖1右側(cè)所表示的)將導(dǎo)致這些小尖端被熔化。 這個標(biāo)準(zhǔn)的"非脈沖式操作"在這里稱之為"第二"操作模式OMn。在 典型操作頻率的一個很寬的范圍內(nèi)，對于小電極尖端的影響與燈的操 作頻率無關(guān)。
尖端結(jié)構(gòu)的存在改變了放電電弧的長度，因此也改變了燈的操作 電壓的電平。這就意味著，在燈電壓隨時間的進(jìn)展中可以直接觀察到 這些尖端的生長和熔化。如以上所述，還可以使用任何其它的措施(代 替燈電壓的測量)，以確定電流的電弧長度。然而，因?yàn)樵跓趄?qū)動器 中可以用簡單的方式實(shí)現(xiàn)燈電壓的監(jiān)測而不需要燈中附加的測量設(shè) 備，因此假定在下面采用這種方法來(間接地)監(jiān)測電弧長度。
在圖2中，表示了測量標(biāo)準(zhǔn)的UHP燈的操作電壓的示波器的屏幕 快照。在操作這種燈過程中，應(yīng)用下面的方案高于某個轉(zhuǎn)換電壓電 平或轉(zhuǎn)換閾值電壓V (在這種情況下是77V),所述燈按第一操作模 式0Mp操作，而低于這個轉(zhuǎn)換閾值電壓VT1，所述燈按第二操作模式OMn 操作，即脈沖被斷開。這個方案導(dǎo)致小尖端的頻繁生長和熔化。在圖 中可以看到燈電壓的最終微小變化。然而，由于從第一操作模式OMp 到第二操作模式OMn的模式轉(zhuǎn)換以及相反的模式轉(zhuǎn)換進(jìn)行得極其迅速， 在跨過轉(zhuǎn)換閾值電壓V^之后最多有250ms的延遲，不會產(chǎn)生或破壞任 何大型結(jié)構(gòu)。于是，電極的總體結(jié)構(gòu)和電極之間的距離得以保持，產(chǎn)生極其穩(wěn)定的操作電壓。在圖2中，時間刻度對應(yīng)于約150s。在這個 例子中，所述的燈是在60Hz操作的。圖中的插入波形象征在轉(zhuǎn)換閾值 電壓V^兩側(cè)所用的電流波形。
在其它的操作頻率也可獲得操作電壓通過轉(zhuǎn)換電流波形的這個穩(wěn) 定效果。作為示例，圖3表示針對360Hz的頻率測量操作電壓的示波 器屏幕快照。在這里，顯示的電壓范圍甚至于比圖2所示的還小。
但是，為了有益地使用這一效果，還必須考慮另一方面，即放電 電弧的短期穩(wěn)定性。對于UHP之類的燈，眾所周知的問題是，在某些 情況下，電極之間放電電弧的位置可以隨時間變化。這種效應(yīng)稱之為 "電弧閃爍"。尤其是當(dāng)這些變化在短時間刻度上發(fā)生時，值得用戶 注意。
如以上所述，當(dāng)使用第一操作模式OMp時，由于電流脈沖使尖端在 電極的前表面生長，這個尖端固定了放電電弧的位置并且因此抑制了 電弧閃爍。但實(shí)際上在任何一個時間都在進(jìn)展或生長的尖端的圖案在 很大程度上取決于燈的正在操作的頻率。在低頻，只有一個相對大的 尖端或少量的這種尖端生長，而在高頻，尖端的數(shù)目增多了，同時這 些尖端的直徑減小了。圖4示意地表示了這種情況，圖中的左手側(cè)表 示在低的操作頻率(如60Hz )按脈沖式操作模式在電極30的前表面可 能形成的尖端31,圖中的右手側(cè)表示在高的操作頻率(如360Hz)按 脈沖式操作模式在電極的前表面可能形成的尖端，這里有幾個尖端32。 于是，對于高頻的脈沖操作，電弧閃爍不能完全排除，這是因?yàn)樵诟?的操作頻率下生長的許多尖端32提供多種電弧固定點(diǎn)，電弧可以在這 些電弧固定點(diǎn)之間移動。
另一方面，按第二操作模式0Mn,沒有直接在電流換向時刻之前的 電流脈沖(當(dāng)沒有電極尖端生長時)，電弧閃爍的幾率隨操作頻率的 增加而減小。這來源于如下的事實(shí)在陰極相位期間，在較高的操作 頻率下電極的冷卻沒有在較低的操作頻率下冷卻的那么多。
對于以上討論的兩種操作模式，當(dāng)燈在不利的操作模式/頻率的 組合下操作時，電弧閃爍是在經(jīng)過一個時間延遲后開始發(fā)生的。這是 因?yàn)槔缭谑褂玫谝?(脈沖式)操作模式OMp高頻操作的情況下，多個 電極尖端必定要首先進(jìn)展或生長，這要花費(fèi)時間，然后才會發(fā)生電弧 閃爍。這個時間延遲取決于幾種因素，并且在幾十秒到幾十分鐘之間。因此，就電弧閃爍而論，在不利的模式/頻率組合下，在有限的時間
內(nèi)操作所述的燈是安全的；然而， 一旦這個有限時間已過，必須改變操作模式或操作頻率，以保證無閃爍的燈操作。
因此，在按照本發(fā)明的驅(qū)動方法中，操作模式的轉(zhuǎn)換要與操作頻率的經(jīng)過延遲的、有條件的轉(zhuǎn)換組合起來。
每當(dāng)燈電壓跨過一個特定的轉(zhuǎn)換閾值電壓Vn時，操作模式的轉(zhuǎn)換
就要發(fā)生。高于這個轉(zhuǎn)換閾值電壓VT1，燈按笫一操作模式0Mp驅(qū)動，引入尖端生長。低于這個轉(zhuǎn)換閾值電壓VT1,燈按第二操作模式OMn驅(qū)動，抑制進(jìn)一步的尖端生長并至少部分地熔化掉已長成的尖端。
在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，每當(dāng)改變操作模式時，相關(guān)的計時器復(fù)位到0并啟動。如果這個計時器超過了某個預(yù)定的極限，則燈的操作頻率也要發(fā)生改變，改變到利用這個特定的操作模式無電弧閃爍發(fā)生的那個頻率值。當(dāng)在第一(脈沖式)操作模式OMp利用第二(較高的)頻率值f2驅(qū)動所述的燈時，在超過轉(zhuǎn)換閣值電壓Vn的情況下，操作頻率轉(zhuǎn)換到第一 (較低的)頻率值t。如果在第二 (非脈沖式)操作模式OMn利用第一 (較低的)頻率值fi驅(qū)動所述的燈時，在低于轉(zhuǎn)換閣值電壓Vn的情況下，操作頻率轉(zhuǎn)換到第二 (較高的)頻率值f"如果已經(jīng)利用第一頻率值L按第一操作模式OMp驅(qū)動所述的燈，或者已經(jīng)利用
第二頻率值f2按第二操作模式OMn驅(qū)動所述的燈，則不發(fā)生任何操作頻
率轉(zhuǎn)換。因此，計時器實(shí)質(zhì)上測量和限制所述的燈在不利的操作模式/頻率的組合中的停留時間。
圖5表示體現(xiàn)本發(fā)明的必要特征的驅(qū)動方案。轉(zhuǎn)換閾值電壓Vn分隔使用不同操作模式的兩個區(qū)域大于轉(zhuǎn)換閾值電壓Vn的第一操作模式OMp和小于轉(zhuǎn)換閾值電壓Vn的第二操作模式OMn。當(dāng)燈電壓跨過這個轉(zhuǎn)換閾值電壓Vn時，在圖5中由實(shí)線箭頭表示，計時器重新啟動，操作模式發(fā)生改變，同時操作頻率保持相同。然而，在某些情況下，在圖5中由虛線箭頭表示，可能發(fā)生的情況是，再次跨過轉(zhuǎn)換閾值電壓花費(fèi)太長的時間，并且，在模式轉(zhuǎn)換之間的時間Atn、 Atp超過了預(yù)定的延遲時間或時限At。 At2。僅在這些少數(shù)情況下，也要改變操作頻率，以便在避免閃爍的操作模式/頻率組合下操作所述的燈。在一般
情況下，對于f^ f,轉(zhuǎn)換(在第二操作模式OMn為操作時間Atn)和f2
—"轉(zhuǎn)換(在第一操作模式OMr為操作時間Atp 的兩個時限Ati和Ah可以是不同的，如圖5所示。在筒單的實(shí)施方案中，時限Ati和A" 也可以是相同的。優(yōu)選地，時限在ls和60分鐘之間的范圍內(nèi)；時限 在10s和300s之間則更好。兩個時限At。 At2之比優(yōu)選在0.01和 100之間的范圍內(nèi)；在0.2和5之間的范圍則更好。
使用這樣的驅(qū)動方案，可以穩(wěn)定燈電壓，同時又避免了電弧閃爍。 在大多數(shù)情況下，操作模式變化本身就有期望的效果，這是因?yàn)樵诙?時間以后又重新跨過轉(zhuǎn)換閾值電壓VT1，這又將導(dǎo)致操作模式的另一個 變化，于是抑制了電極的前表面的過大的和/或長時間的改變。這些 閾值跨越與相關(guān)計時器的復(fù)位相關(guān)聯(lián)。因此，如果預(yù)定的時限足夠大， 在大多數(shù)情況下可以避免出現(xiàn)上述的操作頻率改變和最終的缺點(diǎn)。此 外，由于如下的事實(shí)防止了電極的前表面的明顯改變，所以在軸向 和橫向這兩個方向的整體電弧穩(wěn)定性都得以改進(jìn)。
在第一實(shí)驗(yàn)中，其中在長達(dá)46小時的運(yùn)行時間的90%中，燈是在 接近所選的轉(zhuǎn)換閾值電壓(±1V)下操作的，共發(fā)生2510次操作模式 轉(zhuǎn)換，同時沒有啟動一個操作頻率改變。在圖6的表格里，表示出其 它的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。正如表格中所看到的，操作頻率的改變很少發(fā)生。
在本發(fā)明的另一個實(shí)施例中，用于測量在某個操作模式下燈操作 的時間的計時器或計數(shù)器的復(fù)位省略了。代替的辦法是，在固定時間 間隔(如每秒)之后將某增量加到實(shí)際的計數(shù)器值上去。對于兩個可 能的操作模式，第一操作模式和第二操作模式，所述增量具有相反的 符號(正或負(fù))。于是，在操作模式之一，計數(shù)器增加；而在另一個
模式，計數(shù)器減小。當(dāng)計數(shù)器達(dá)到某個預(yù)定的下限同時正在下降時， 或者當(dāng)計數(shù)器達(dá)到某個預(yù)定的上限同時正在增加時，那么操作頻率發(fā) 生改變。在這樣的實(shí)施例中，計數(shù)器還記錄了在恰好最后的模式轉(zhuǎn)換 之前驅(qū)動方案進(jìn)展的歷史。這就防止了在瞬時模式轉(zhuǎn)換情況下(在先 前的實(shí)施例中，可能使計數(shù)器復(fù)位)，燈在不利的條件下過長時間的 操作。如果存儲器為非易失性的，甚至于在確定所述的燈在不利的操 作條件下停留的時間當(dāng)中，還可考慮燈在先前斷開之前的操作模式歷 史。
通過對于兩個增量使用不同的絕對值，可以實(shí)現(xiàn)頻率轉(zhuǎn)換的不同 時限。此外，頻率轉(zhuǎn)換的計數(shù)器極限不必是計數(shù)器存儲器的實(shí)際上、 下限。通過審慎地選擇這些極限，可以引入附加的固定延遲，對于不同的操作模式這些固定延遲是不同的。而且，例如當(dāng)達(dá)到實(shí)際的存儲 器極限時，可以防止延遲的無限制增加。
通過適當(dāng)?shù)剡x擇計數(shù)器存儲器的增量和容量，可以確定操作模式
歷史的可以慮及的長度。在許多情況下，即使廉價的8位存儲器對于 這個累加的計時器也就足夠了。針對8位計數(shù)器的計數(shù)器極限優(yōu)選是 下限在 0 到 100 的范圍， 上限在150到255的范圍。其它的計數(shù)器容 量將導(dǎo)致不同的但也是等效的極限。優(yōu)選的是，兩個增量的絕對速率 范圍在0. 01s^和100s^之間。兩個增量之比優(yōu)選在-100和-0. 01之 間的范圍，而在-5和-0. 2之間則更好。
本發(fā)明還可以與時序/色序微顯示投影引擎(如典型的DLP投影 引擎)一起使用，這是最為有益的。在這樣的投影儀中，光的波形(它 是電流幅度的結(jié)果)與顯示操作同步，并且必須保持相同，即使當(dāng)跨 越了轉(zhuǎn)換閾值電壓時亦是如此。因此，不可能象圖1例子那樣簡單地 切斷電流脈沖。
然而，通過將第一操作模式中作為抗抖動脈沖使用的峰值電流脈 沖移動到電流波形的不同的相對位置，可以實(shí)現(xiàn)類似的效果。因此， 在這個實(shí)施例中，峰值電流脈沖保持時間上的固定，與操作模式無關(guān)， 而燈電流的換向移動到時間上不同的時刻。這樣的驅(qū)動方案對于光通 量將沒有任何影響，即，這種方案在應(yīng)用中提供不變的通量圖案，同 時穩(wěn)定了燈電壓。
圖7a和7b表示出這樣的驅(qū)動方案的實(shí)例。這里所示的系統(tǒng)是一 個對視頻投影優(yōu)化的DLP (數(shù)字式光處理)鏡設(shè)備。它應(yīng)用的是在每 個視頻幀期間轉(zhuǎn)動三次的6段色輪。在圖7a和7b的上部表示彩色分 段循環(huán)，這個彩色分段循環(huán)具有三個彩色分段紅色r、綠色g、和藍(lán) 色b，在彩色分段r、 g、 b和它們到電流波形的相對位置之間具有"輪 輻時間(spoke time)"，電流波形與彩色輪是同步的。在這個例子 中，通過"光滑畫面，，擺動(wobulation)(用特定方式重疊像素) 可使顯示分辨率加倍。
除了實(shí)現(xiàn)在本發(fā)明中描述的電弧穩(wěn)定效果外，通過在圖7a和7b 所示的電流波形還得到了另外的優(yōu)點(diǎn)。在不同的彩色分段中通過使用 具有固定的相對電平的燈電流脈沖，獲得充分的彩色平衡。例如在圖 7a和7b中，通過在一個藍(lán)色分段b中使用較高的電流幅度B，將彩色平衡移向藍(lán)色。使用負(fù)的燈電流脈沖G來增加綠色的灰度分辨率。為 了進(jìn)一步討論這些有關(guān)彩色的優(yōu)點(diǎn)，例如見Moench等人的SID研討會 紀(jì)要37, 1720 - 1723頁或W095 / 11572。在這里，選擇這個電流波形 來說明本發(fā)明對于比簡單的方波電流更為復(fù)雜的驅(qū)動情況的適用性。 圖7a和7b表示示意的電流波形，其中沒有例如過沖和阻尼振蕩之類 的可能的畸變，在實(shí)際的實(shí)施方案中可能發(fā)生這種過沖和阻尼振蕩。
在第一操作模式OMp,在圖7a的上邊的電流曲線中表示出這種操 作模式，換向時刻t。直接定位在峰值脈沖電流P (抗抖動脈沖)之后， 這導(dǎo)致尖端生長。附加的峰值P定位在色輪的輪輻時間內(nèi)。如果操作 電壓大于如60V的轉(zhuǎn)換閾值電壓VT1,則使用這種操作模式。在圖7a 的這個上邊的電流曲線中，操作頻率值t是60Hz。
當(dāng)操作電壓跨過轉(zhuǎn)換閾值電壓Vn時，與燈電流的絕對值對應(yīng)的波 形幅度保持不變，而換向時刻t。發(fā)生了移動。在圖7a的下邊電流曲線 中表示出這個第二操作模式OMn。在兩個操作模式中，換向時刻t。最好 總是放在輪輻時間s當(dāng)中。對于第二操作模式OMn中的這些換向時刻t。 進(jìn)行設(shè)計，以使電流脈沖P對于尖端的生長變?yōu)闊o效的，即，電流脈 沖的位置要遠(yuǎn)離電流的換向時刻。以此方式中斷了尖端的生長。
如果計時器指示在這個模式的操作時間過長，則必須改變頻率。 再一次地，幅度波形必須保持不變，同時將附加的換向時刻t。放在輪 輻s內(nèi)。換言之，操作頻率移動到較高的頻率值f2,如在圖7b的上邊 電流曲線所示。在此例中，較高的頻率值f2是420Hz，這是較低的頻率 值卜的7倍。
在此例中，當(dāng)電壓升高超過轉(zhuǎn)換閾值電壓Vn時，通過再一次地改 變換向計時，即通過轉(zhuǎn)換回到第一操作模式OMp但具有較高的操作頻 率，實(shí)現(xiàn)了尖端生長?，F(xiàn)在，脈沖P再一次地剛好定位在換向時刻t。 之前 這種情況表示在圖7b的下邊的電流曲線?？梢钥吹?，在每個換 向時刻t。之前都有抗抖動脈沖P是不必要的，但為了實(shí)現(xiàn)尖端生長的 效果，例如在每第7個換向時刻t。之前有這樣的脈沖P就足夠了。
稍后，如果計時器再一次地指示達(dá)到了時限，頻率可變回到有 利的較低頻率值f"在圖7a的上邊電流曲線中可以再一次看到這種操 作模式。
優(yōu)選地，當(dāng)燈接通時，驅(qū)動方案從第一操作模式OMp和較低頻率值"開始。與實(shí)施的計數(shù)器的類型有關(guān)，利用一個非零但等于預(yù)定值的 數(shù)值接通后重新啟動所述計數(shù)器是有益的，從而可以影響在第一頻率 轉(zhuǎn)換發(fā)生前啟動驅(qū)動方案過程中燈操作的時間間隔。
如以上所述，優(yōu)選的是，讓應(yīng)急閾值電壓作為一種失效保護(hù)。這 個應(yīng)急閾值的目的是， 一旦上述電弧長度穩(wěn)定機(jī)制在熔化電極上的尖 端當(dāng)中臨時未能充分發(fā)揮作用的情況下，避免電弧長度的過度減小。 如果操作電壓降到低于這個應(yīng)急閾值電壓，將激活第三操作模式。在
上例中，該應(yīng)急閾值電壓可以是54V。
公知的是，電極的陽極相位期間的熱負(fù)荷大于在陰極相位期間的。 因此，通過引入只在一個有效電流方向的長相位，就可以相對快地把 電極前表面上的尖端熔化掉。由于用于大多數(shù)UHP燈的燈驅(qū)動器在一 般情況下都不設(shè)計成產(chǎn)生低頻，因?yàn)閾Q向用于為轉(zhuǎn)換產(chǎn)生內(nèi)部電源電 壓，并且對于DU^來說光波形狀也必須保持不變，所以對于這個第三 操作模式OMpwM的解決方案可能如圖8所示的那樣出現(xiàn)。在這里，所述 的燈是用一種偽直流模式進(jìn)行驅(qū)動的，其中的電流主要是在一個方向 施加到所述的燈上的，并且在另一個方向轉(zhuǎn)換只有極短的周期。這個
的那個電極上的尖端。為了對于兩個電極上:尖端都有效,當(dāng)然:須 例如通過使顯示的電流波形反轉(zhuǎn)來將如圖8所示的偽直流模式施加到 兩個電極上。在圖8所示的例子中，操作頻率仍舊是420Hz，光波形狀 仍舊與圖7的驅(qū)動方案實(shí)例相同(在藍(lán)色分段b有較高的電流幅度B， 在綠色分段g有較低的電流相位G)。這個第三操作模式通常只需要施 加約0. 03s到3s,直到在兩個電極上的尖端都充分回熔并且操作電壓 返回到大于應(yīng)急閾值電壓的值為止。
圖9表示類似于圖5所示的驅(qū)動方案的增強(qiáng)的驅(qū)動方案。在這個 增強(qiáng)的驅(qū)動方案中，引入附加的延遲時間或時限A t3、 At4。第三時限 八"在第一時限A"結(jié)束時開始，并且和按第二(非脈沖式)操作模式 OMn用第二(較高的)操作頻率"驅(qū)動所述燈的持續(xù)時間有關(guān)。相應(yīng)地， 第四時限A t4在第二時限At2結(jié)束時開始，并且和按第一 (脈沖式)操 作模式OMp用第一 (較低的)操作頻率t驅(qū)動所述燈的持續(xù)時間有關(guān)。 相應(yīng)的計時器只在按特定的操作模式/操作頻率組合OMn，f,和OMp，f, 操作所述燈時才啟動。如果在第二操作模式OMn利用第二操作頻率f2操作燈，并且計時器
將超過預(yù)定的第三時限A t3，則操作模式轉(zhuǎn)換到特定的第一應(yīng)急模式 CM1;如果在第一操作模式OMp利用第一操作頻率f,操作燈，并且計時 器將超過預(yù)定的第四時限A t4，則操作模式轉(zhuǎn)換到特定的第二應(yīng)急模式 CM2。這些應(yīng)急模式CM。 CM2的目的是消除或反轉(zhuǎn)前一操作模式的不利 效果。上邊已經(jīng)說明了可能的應(yīng)急模式CM。 CM2的實(shí)例。 一個可能的 第一應(yīng)急模式CMi可以是結(jié)合圖8描述的第三操作模式0M，。
第三和第四時限At3、 At4可以是不同的，但也可以是相同的。優(yōu) 選的是，時限A"、 △ L在ls和60分鐘之間的范圍；在10s和300s 之間則更好。
如以上所述，應(yīng)急模式CM" CM2可用于有限的持續(xù)時間，其例如 可以和第三和第四時限A t3、 At4相比擬。然后，操作模式可轉(zhuǎn)換回到
先前的操作模式。然而，在應(yīng)急模式的任何預(yù)定的持續(xù)時間，由轉(zhuǎn)換 閾值電壓Vn給出的轉(zhuǎn)換計劃應(yīng)該起壓倒優(yōu)勢；當(dāng)達(dá)到轉(zhuǎn)換閾值電壓VT1 時，按照本發(fā)明的"通常的"電弧長度穩(wěn)定方法確定隨后應(yīng)該使用哪 種操作模式0Mp、 0Mn。
在極其簡單的實(shí)施例中，使用第 一操作模式0Mp作為第 一應(yīng)急模式 CM"并且使用第二操作模式0Mn作為第二應(yīng)急模式CM2，即，如果按一 種操作模式0MD、 OMp長時間地驅(qū)動所述的燈但未達(dá)到轉(zhuǎn)換閾值電壓VT1, 則利用計時條件觸發(fā)向另一操作模式OMp、 0M。的轉(zhuǎn)換。
如果在應(yīng)用中需要，則可以只對第一操作模式OMp引入操作模式的 有條件的計時器控制的變化，并且在大于轉(zhuǎn)換閾值電壓Vn時應(yīng)用，從 而防止燒毀，但不能防止尖端生長。按相同的方式，可以只對第二操 作模式OMn引入有條件的計時器控制的操作模式變化，并且在小于轉(zhuǎn)換 閾值電壓Vn時應(yīng)用，從而防止尖端生長，但不能防止燒毀。然而，在 大多數(shù)實(shí)施例中，如果這種由應(yīng)急計時器控制的操作模式變化應(yīng)用到 兩種類型的最大電極改變上，最為有利。
此外，在增強(qiáng)驅(qū)動方案中，可以放棄上述的應(yīng)急閣值電壓VT2，但 也可以使用這樣的附加應(yīng)急閾值電壓，作為失效保護(hù)的另 一補(bǔ)救措施。
下邊的兩個圖10和ll展示本發(fā)明的有益效果。圖10表示作為操 作時間的函數(shù)在120W操作的超短弧的UHP燈的燈電壓，沒有現(xiàn)有4支術(shù) 所公知的任何特殊的電弧長度穩(wěn)定方法。對比之下，對于圖ll所示結(jié)果的實(shí)驗(yàn)(也顯示了作為操作時間的函數(shù)的燈電壓)，對于在132W操 作的超短弧UHP燈使用按照本發(fā)明的電弧長度穩(wěn)定方法，將電弧長度 固定在約0.6mm。由于燈電壓線性地取決于電弧長度，曲線表明從總 體來看，所述電弧長度穩(wěn)定方法的操作情況很好。為了減小在這個示 例中驅(qū)動方案的復(fù)雜性，將所有的延遲時間都設(shè)定在同一數(shù)值，并從 用于電弧長度穩(wěn)定方法的同 一組操作模式OMp、0Mn中選擇應(yīng)急模式CMt、 CM2。顯然，按照本發(fā)明的這個新的驅(qū)動方案明顯地減小了電壓的變化， 并因此減小了電弧長度的變化。
圖12表示出氣體放電燈1和按照本發(fā)明的驅(qū)動單元10的可能的 實(shí)施方塊圖，它可以用在投影儀系統(tǒng)中。
圖12所示的電路包括功率源20,利用這個功率源20使向下變換 器(down converter )單元11可以得到例如380伏的直流電源電壓U。。 向下變換器單元11的輸出經(jīng)過緩沖電容器CB連接到換向單元12，換 向單元12又提供點(diǎn)火級13,借助點(diǎn)火級使燈1點(diǎn)火并操作。
加到緩沖電容器CB的電壓又經(jīng)電壓分壓器l、 R2另外提供給電壓 監(jiān)測單元17。這里，電壓監(jiān)測單元17是控制單元16的一部分?？商?選地，可以將電壓監(jiān)測單元17實(shí)施為與控制單元16相連的單獨(dú)的部 件。電壓監(jiān)測單元17監(jiān)測操作電壓，如已經(jīng)描述的那樣，看其是高于 還是低于預(yù)定的轉(zhuǎn)換閣值或應(yīng)急閾值電壓。
也可以實(shí)施為單獨(dú)部件的控制單元16的另一個部件是計時器18。 這個計時器18接收來自電壓監(jiān)測單元17的適當(dāng)信號以指示操作電壓 實(shí)際所在的區(qū)域。在計時器18內(nèi)累計或計數(shù)持續(xù)時間。按上述的方式， 操作模式確定單元19根據(jù)操作電壓實(shí)際所在的區(qū)域的指示，以及根據(jù) 由計時器18累計的持續(xù)時間，確定將要按哪一種操作模式以及在哪一 個頻率驅(qū)動所述的燈。對于在燈操作方面的甚至更多的控制，使操作 模式確定單元19和計時器18之間進(jìn)行反饋也可能是有益的。這樣的 反饋例如可允許是例如在接通相位期間對計時器設(shè)置特定的預(yù)選值。
最終的信號從操作模式確定單元19轉(zhuǎn)發(fā)到頻率產(chǎn)生器15，頻率產(chǎn) 生器15在適當(dāng)?shù)念l率驅(qū)動換向單元12，并且，附加信號被轉(zhuǎn)發(fā)到波形 成單元14，波形成單元14利用向下變換器11來確保對于期望的操作 模式產(chǎn)生了正確的電流脈沖波形。控制單元16、頻率產(chǎn)生器15、以及 波形成單元14經(jīng)驅(qū)動單元10的輸入端21接收同步信號，用于同步燈驅(qū)動器與顯示單元，或者投影系統(tǒng)的彩色產(chǎn)生單元。
如果所選的計時器或計數(shù)器具有并行地計數(shù)和存儲不同值的能 力，還可以使用計時器來控制如以上所述的第三和第四時限。如果計 時器對于所有的計時標(biāo)準(zhǔn)總是要再次啟動，則可以使用只存儲一個計 數(shù)值的筒單計時器。
在這一方面應(yīng)該注意的是，特別是控制單元16或控制單元16的 至少某些部分，例如操作模式確定單元19，可以實(shí)施成能夠在驅(qū)動單 元10的處理器上運(yùn)行的適當(dāng)軟件。具體來說，這就允許將現(xiàn)有的單元 進(jìn)行升級以使用按照本發(fā)明的方法操作，其條件就是驅(qū)動單元允許對 于波形成單元和頻率產(chǎn)生器進(jìn)行所需的控制。驅(qū)動單元IO還優(yōu)選配備 適當(dāng)?shù)慕涌冢员阍谥圃炱陂g或在此之后的時間，例如當(dāng)要使用不同 類型的燈時，可以配置各種不同的時限和閾值電壓。
本發(fā)明可以優(yōu)選地與可用上述的復(fù)雜驅(qū)動方案驅(qū)動的所有類型的 短弧HID燈一起使用。這個驅(qū)動方案的使用結(jié)合超短弧UHP燈特別有 用，其中穩(wěn)定的電弧(在軸向和橫向這兩個方向)對于應(yīng)用中不變的 光通量是至關(guān)重要的。
雖然按照優(yōu)選實(shí)施例及其變型的形式描述了本發(fā)明，但應(yīng)該理解， 可以對其進(jìn)行一 系列附加的改進(jìn)和變化而不脫離本發(fā)明的范圍。為清 楚起見，還應(yīng)該理解，在整個這個申請中使用"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"可 以包括一系列方塊或設(shè)備，除非作為單個實(shí)體明確說明。
權(quán)利要求
1、利用交變電流驅(qū)動氣體放電燈(1)方法，由此對于電弧長度控制值進(jìn)行監(jiān)測，所述電弧長度控制值表示氣體放電燈(1)的放電電弧的電流長度；由此當(dāng)電弧長度控制值指示電弧長度大于轉(zhuǎn)換閾值時，按第一操作模式(OMP)利用第一電流波形來驅(qū)動燈(1)，對于所述第一電流波形進(jìn)行選擇，以便導(dǎo)致在燈(1)的電極(30)上生長的尖端(31)；并且當(dāng)電弧長度控制值指示電弧長度小于轉(zhuǎn)換閾值時，按第二操作模式(OMn)利用第二電流波形來驅(qū)動燈(1)，對于所述第二電流波形進(jìn)行選擇，以使電極(30)上的尖端(31)至少部分地回熔；并且由此如果完成了與按第二操作模式(OMn)驅(qū)動燈(1)的持續(xù)時間有關(guān)的第一時間標(biāo)準(zhǔn)，燈的操作頻率從第一頻率值(f1)轉(zhuǎn)換到第二頻率值(f2)，所述第二頻率值(f2)大于第一頻率值(f1)；并且，如果完成了與按第一操作模式(OMP)驅(qū)動燈(1)的持續(xù)時間有關(guān)的第二時間標(biāo)準(zhǔn)，操作頻率從第二頻率值(f2)轉(zhuǎn)換到第一頻率值(f1)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中使用燈的操作電壓作為電 弧長度控制值，并且當(dāng)燈的操作電壓大于轉(zhuǎn)換閾值電壓值(VT1)時， 按第一操作模式(0MP)驅(qū)動燈(1),并且當(dāng)操作電壓小于轉(zhuǎn)換閾值電 壓值(VT1)時，按第二操作模式(0Mn)驅(qū)動燈(1)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中第一時間標(biāo)準(zhǔn)包括與 時間周期(Atn)有關(guān)的第一時限(AtJ ，其中燈(1)按第二操作模 式(OMn)連續(xù)驅(qū)動；和/或，第二時間標(biāo)準(zhǔn)包括與時間周期(A tP) 有關(guān)的第二時限(At2)，其中燈(1)按第一操作模式(0MP)連續(xù)驅(qū) 動。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中當(dāng)操作模式在第一和第二 操作模式(OMp、 0Mn)之間轉(zhuǎn)換時，計時器(18)復(fù)位并啟動；并且其 中如果由計時器(18)測量的時間值等于或大于預(yù)定的計時器值極 限，則操作頻率在第二頻率值(f2)和第一頻率值(")之間轉(zhuǎn)換。
5、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一個所述的方法，其中對于第一總停留時間和第二總停留時間進(jìn)行測量；在第一總停留 時間按第一操作模式(0MP)驅(qū)動所述的燈(1);在第二總停留時間按第二操作模式(0Mn)驅(qū)動所述的燈(1);并且，如果第二總停留時間和第一總停留時間之間的差等于或大 于預(yù)定的第一值，則燈(1)的操作頻率從第一頻率值(L)轉(zhuǎn)換到第 二頻率值(f2);并且，如果第一總停留時間和第二總停留時間之間的差等于或大 于預(yù)定的第二值，則燈(1)的操作頻率從第二頻率值(f2)轉(zhuǎn)換到第 一頻率值(fJ 。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中計時器(18，)配置成在一個方向計數(shù)，同時燈(l)按第一操作 模式(0Mp)驅(qū)動；和在相反方向計數(shù)，同時燈(1)按第二操作模式(0NU 驅(qū)動；并且，如果計時器讀數(shù)等于或大于預(yù)定的上限值，則燈(1)的操 作頻率在第一頻率值(f,)和第二頻率值(f2)之間的一個方向轉(zhuǎn)換； 并且如果計時器讀數(shù)等于或小于預(yù)定的下限值，則燈(1)的操作頻率 在第一頻率值(L)和第二頻率值(f2)之間的相反方向轉(zhuǎn)換。
7、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一個所述的方法，其中如果電弧長 度控制值指示電弧長度小于應(yīng)急閾值，則按第三操作模式(0MPWM)驅(qū) 動所述的燈(1)。
8、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一個所述的方法，其中 如果完成了與按第二操作模式(0Mn)驅(qū)動燈(1)的持續(xù)時間有關(guān)的第三時間標(biāo)準(zhǔn)，則操作模式從第二操作模式(0Mn)轉(zhuǎn)換到另一個操 作模式(CM,);和/或，如果完成了與按第一操作模式(0Mp)驅(qū)動燈(1)的持續(xù) 時間有關(guān)的第四時間標(biāo)準(zhǔn)，則操作模式從第一操作模式(0MP)轉(zhuǎn)換到 另 一操作模式(CM2)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中第三時間標(biāo)準(zhǔn)與按第二操作模式(0Mn)利用第二操作頻率(f2) 驅(qū)動燈(1)的持續(xù)時間有關(guān)；和/或，第四時間標(biāo)準(zhǔn)與按第一操作模式(0MP)利用第一操作頻 率(f\)驅(qū)動燈(1)的持續(xù)時間有關(guān)。
10、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一個所述的方法，其中在第一電 流波形中，使有意的峰值脈沖電流(P)直接強(qiáng)加在換向時刻(t。)之前，在第二電流波形中，從換向時刻(t。)移開所述有意的峰值脈沖電 流(P )。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中當(dāng)在第一和第二操作模 式(0Mp、 0Mn)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換時，峰值脈沖電流(P)保持它的相位位 置，并移動換向時刻 t。)。
12、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一個所述的方法，其中第二頻率 值(f2)是第一頻率值(t)的整數(shù)倍。
13、 用于驅(qū)動圖像繪制系統(tǒng)的方法，圖像繪制系統(tǒng)具體是投影儀系統(tǒng)，其中的燈(1)是根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一個進(jìn)行驅(qū)動的，由 此第一和第二電流波形以及第一和第二頻率值(f\、 f2)與顯示操作模式和/或彩色產(chǎn)生循環(huán)同步。
14、 用于驅(qū)動氣體放電燈(1)的驅(qū)動單元(10)，包括-用于向氣體放電燈(1)施加交變電流的換向單元(12); -用于形成施加到氣體放電燈(1 )的電流波形的波形成單元(14 ); -用于監(jiān)測電弧長度控制值的電弧長度監(jiān)測單元(17);所述電 弧長度控制值指示氣體放電燈(1)的放電電弧的電流長度， -控制單元(16)，所述控制單元(16)控制波形成單元(14),以使當(dāng)電弧長度控 制值指示電弧長度大于轉(zhuǎn)換閾值時，按第一操作模式(0Mp)利用第一 電流波形來驅(qū)動燈(1)，對于所述第一電流波形進(jìn)行選擇，以便導(dǎo)致 在燈(1)的電極(30)上生長的尖端(31);并且當(dāng)電弧長度控制值指示電弧長度小于轉(zhuǎn)換閣值時，按第二操 作模式(0Mn)利用第二電流波形來驅(qū)動燈(1),對于所述第二電流波 形進(jìn)行選擇，以使電極(30)上的尖端(31)至少部分地回熔；并且，所述的控制單元(16)控制換向單元(l2)，以使如果完 成了與按第二操作模式(OMn)驅(qū)動燈(1)的持續(xù)時間有關(guān)的第一時間 標(biāo)準(zhǔn)，燈(1 )的操作頻率從第一頻率值(t )轉(zhuǎn)換到第二頻率值(f2 )， 所述第二頻率值(f2)大于第一頻率值(f\);并且，如果完成了與按第一操作模式(0MP)驅(qū)動燈(1)的持續(xù)時 間有關(guān)的第二時間標(biāo)準(zhǔn)，操作頻率從第二頻率值(f2)轉(zhuǎn)換到第一頻率 值(M 。
15、 一種圖像繪制系統(tǒng)，具體是投影儀系統(tǒng)，它包括氣體放電燈(1)和根據(jù)權(quán)利要求14所述的驅(qū)動單元(10)。
16、直接可裝入燈驅(qū)動單元(10)的可編程處理器的存儲器中的 一種計算機(jī)程序產(chǎn)品，它包括軟件代碼部分，當(dāng)所述程序在處理器上 運(yùn)行時，所述軟件代碼部分用于實(shí)現(xiàn)根據(jù)權(quán)利要求1-13所述方法的 各個步驟。
全文摘要
在這種方法中，對于電弧長度控制值進(jìn)行監(jiān)測，該電弧長度控制值表示氣體放電燈(1)的放電電弧的電流長度；當(dāng)電弧長度控制值指示電弧長度大于轉(zhuǎn)換閾值時，按第一操作模式(OM_P)利用第一電流波形來驅(qū)動燈(1)，對于所述第一電流波形進(jìn)行選擇，以便導(dǎo)致在燈(1)的電極(30)上生長的尖端(31)；并且當(dāng)電弧長度控制值指示電弧長度小于轉(zhuǎn)換閾值時，按第二操作模式(OM_n)利用第二電流波形來驅(qū)動燈(1)，對于所述第二電流波形進(jìn)行選擇，以使電極(30)上的尖端(31)至少部分地回熔。在這種方法中，如果完成了與按第二操作模式(OM_n)驅(qū)動燈(1)的持續(xù)時間有關(guān)的第一時間標(biāo)準(zhǔn)，燈的操作頻率從第一頻率值(f₁)轉(zhuǎn)換到第二頻率值(f₂)，所述第二頻率值(f₂)大于第一頻率值(f₁)；并且，如果完成了與按第一操作模式(OM_P)驅(qū)動燈(1)的持續(xù)時間有關(guān)的第二時間標(biāo)準(zhǔn)，燈的操作頻率從第二頻率值(f₂)轉(zhuǎn)換到第一頻率值(f₁)。
文檔編號H05B41/292GK101690412SQ200880024257
公開日2010年3月31日 申請日期2008年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月10日
發(fā)明者C·德佩, J·J·P·J·范登伯格, J·波爾曼-雷特希, M·卡派, P·佩卡斯基, U·麥肯斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司