DE102014220780A1

DE102014220780A1 - Verfahren zum Betreiben einer Entladungslampe einer Projektionsanordnung und Projektionsanordnung

Info

Publication number: DE102014220780A1
Application number: DE102014220780.0A
Authority: DE
Inventors: Yu Wen Song; Norbert Magg; Yu Ching Chen
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2014-10-14
Filing date: 2014-10-14
Publication date: 2016-04-14
Also published as: US20170238402A1; CN107079570B; WO2016058819A1; CN107079570A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Entladungslampe (12) einer Projektionsanordnung (10), wobei die Projektionsanordnung (10) ein Farbrad (14) und ein Vorschaltgerät (16) für die Entladungslampe (12) aufweist, das im Betrieb der Projektionsanordnung (10) der Entladungslampe (12) einen Lampenstrom mit zumindest einer ersten Wellenform (WF_B) bereitstellt, die ein erstes vorgebbares Kommutierungsschema (KS_B) aufweist, und einer zweiten vorgebbaren Wellenform (WF_A), die ein zweites vorgebbares Kommutierungsschema (KS_A) aufweist, folgende Schritte umfassend: a) Ablegen des ersten Kommutierungsschemas (KS_B) in dem Vorschaltgerät (16) derart, dass das erste Kommutierungsschema (KS_B) eine Vorgabe hinsichtlich eines ersten Kriteriums erfüllt, wobei das erste Kriterium einen Elektrodenrückbrand darstellt, b) Ablegen des zweiten Kommutierungsschemas (KS_A) in dem Vorschaltgerät (16) derart, dass das zweite Kommutierungsschema (KS_A) eine Vorgabe hinsichtlich eines zweiten Kriteriums erfüllt, sowie c) Betreiben der Entladungslampe (12) unter Abwechslung des ersten (KS_B) und des zweiten Kommutierungsschemas (KS_A), wobei als zweites Kriterium eine periodische Helligkeitsschwankung der Entladungslampe (12) verwendet wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine entsprechende Projektionsanordnung (10).

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Entladungslampe einer Projektionsanordnung, wobei die Projektionsanordnung ein vorgegebenes drehbares Farbrad und die Entladungslampe zum Beleuchten des Farbrads umfasst, wobei die Entladungslampe zwei Elektroden aufweist, wobei die Projektionsanordnung ein Vorschaltgerät für die Entladungslampe aufweist, das im Betrieb der Projektionsanordnung der Entladungslampe einen als Wechselstrom ausgebildeten Lampenstrom mit zumindest einer ersten Wellenform bereitstellt, die ein erstes vorgebbares Kommutierungsschema aufweist, welches durch einen ersten Kommutierungsvektor beschrieben wird, und einer zweiten vorgebbaren Wellenform, die ein zweites vorgebbares Kommutierungsschema aufweist, welches durch einen zweiten Kommutierungsvektor beschrieben wird, wobei jeder Kommutierungsvektor für jede durch das Farbrad als Stelle einer möglichen Strom-Kommutierung festgelegte Position einen binären Wert aufweist, sodass eine Polung der Elektroden gemäß dem jeweiligen Kommutierungsschema kommutiert wird, folgende Schritte umfassend: a) Ablegen des ersten Kommutierungsschemas in dem Vorschaltgerät derart, dass das erste Kommutierungsschema eine Vorgabe hinsichtlich eines ersten Kriteriums erfüllt, wobei das erste Kriterium einen Elektrodenrückbrand darstellt; b) Ablegen des zweiten Kommutierungsschemas in dem Vorschaltgerät derart, dass das zweite Kommutierungsschema eine Vorgabe hinsichtlich eines zweiten Kriteriums erfüllt; sowie c) Betreiben der Entladungslampe unter Abwechslung des ersten und des zweiten Kommutierungsschemas. Sie betrifft überdies eine entsprechende Projektionsanordnung.
Stand der Technik
Innerhalb der letzten Jahre wurde die Lebensdauer von Quecksilber-Höchstdrucklampen, beispielsweise OSRAM PVIP, durch Verbesserungen in der Auslegung der Wellenformen des Lampenstroms, mit dem sie betrieben werden, deutlich erhöht. In diesem Zusammenhang ist beispielsweise aus der DE 10 2011 089 592 A1 eine neue Generation von Wellenformen bekannt, die als asymmetrische Wellenformen bezeichnet werden und positive Auswirkungen auf das Wachstum und die Stabilisierung der Elektrodenspitzen zeigen. Erreicht wird dies durch eine wohldimensionierte Frequenzmodulation des Lampenstroms. Ein in der genannten Druckschrift beschriebener DLP-Projektor zum Projizieren mindestens eines Bildes auf eine Projektionsfläche umfasst demnach mindestens eine Entladungslampe, ein Farbrad mit einer vorgebbaren Anzahl von Farbsegmenten sowie eine Steuervorrichtung zum Ansteuern der Entladungslampe. Die Steuervorrichtung ist dabei ausgelegt, die Entladungslampe derart anzusteuern, dass das mindestens eine Bild mit einer vorgebbaren Wiederholrate auf die Projektionsfläche projiziert wird. Dabei steuert die Steuervorrichtung die Entladungslampe mit einer Stromwellenform an, die mindestens eine Stromüberhöhung zur Realisierung eines Maintenance-Pulses umfasst. Die Stromwellenform ihrerseits umfasst mindestens einen ersten Bereich, dem eine erste Frequenz f₁ zugeordnet ist, sowie einen zweiten Bereich, dem eine zweite Frequenz f₂ zugeordnet ist. Der erste Bereich ist durch eine erste Kommutierung und eine darauf folgende zweite Kommutierung festgelegt. Der zweite Bereich ist durch den Bereich zwischen einer zweiten Kommutierung und einer darauf folgenden ersten Kommutierung festgelegt. Die erste Frequenz f₁ berechnet sich zu: f₁ = 1/(2·T1), wobei T1 den Zeitraum zwischen der ersten und der zweiten Kommutierung betrifft. Die zweite Frequenz f₂ berechnet sich zu:
wobei T_i die Zeiträume von einer Kommutierung zur nächsten Kommutierung innerhalb des zweiten Bereichs betreffen und n die Anzahl derartiger Zeiträume innerhalb des zweiten Bereichs bezeichnet. Ein Modulationsfaktor ist definiert durch das Verhältnis aus zweiter Frequenz f₂ zu erster Frequenz f₁. Wie dieser Druckschrift zu entnehmen ist, zeigen sich diese oben genannten vorteilhaften Effekte hinsichtlich des Elektrodenrückbrands, wenn der Modulationsfaktor mindestens 3 und maximal 8 beträgt. Die mittlere Frequenz aus erster und zweiter Frequenz beträgt zwischen 30 Hz und 270 Hz, bevorzugt zwischen 45 Hz und 180 Hz.
Beim Betrieb von Entladungslampen mit asymmetrischen Wellenformen wurde jedoch eine neue Art von Störungen festgestellt, die im Nachfolgenden auch als „Szintillationen“ bezeichnet werden. Wie der nachveröffentlichten europäischen Patentanmeldung 13185019.0 entnommen werden kann, handelt es sich hierbei um periodische Helligkeitsschwankungen der Entladungslampe, die zurückzuführen sind auf eine unterschiedliche Ausbildung des Entladungsbogens, speziell im Bereich des Bogenansatzes an den jeweiligen Elektroden, in der Kathodenphase einerseits und in der Anodenphase andererseits. Das Szintillationsproblem entsteht zum Beispiel dann, wenn die Wiederholfrequenz eines bestimmten Segments der verwendeten Wellenform in einem für das Auge störenden Frequenzbereich liegt. Gemeint ist damit also die Frequenz, mit der ein bestimmtes Segment, beispielsweise ein in der Stromhöhe angehobenes Weißsegment, von der Anoden- zur Kathodenphase und wieder zurück zur Anodenphase einer ersten Elektrode wechselt.
Da die mittleren Frequenzen, siehe oben, in einem Bereich sind, dem das Auge folgen kann bzw. für den die Rezeptoren des Auges empfindlich sind, werden diese periodischen Helligkeitsschwankungen als störend empfunden. Szintillationen sind besonders deutlich zu erkennen bei niedrigen Strömen, d.h. im Falle einer bereits über längere Zeit betriebenen, d.h. alten Entladungslampe oder im Dimm-Modus.
Um diesen unerwünschten Effekt zu vermeiden, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, einen so genannten Integratorstab zu verwenden. Dabei handelt es sich beispielsweise um einen Hohlkörper aus Metall, der innen verspiegelt ist. Ein derartiger Integratorstab ermöglicht eine Durchmischung des Lichts der Anodenphase und der Kathodenphase. Dadurch können die genannten unerwünschten Effekte reduziert werden. Wird jedoch ein kurzer, kostengünstiger Integratorstab verwendet, verbleiben starke periodische Helligkeitsschwankungen, d.h. Szintillationen. Im Hinblick auf die Beseitigung bzw. Minimierung periodischer Helligkeitsschwankungen dimensionierte Integratorstäbe sind jedoch einerseits kostenintensiv, andererseits vergrößern sie den benötigten Bauraum. Beides ist unerwünscht, weshalb Integratorstäbe keine echte Option darstellen.
Eine andere Umgehungsmöglichkeit besteht darin, die oben genannte Frequenz in Bereiche zu erhöhen, in denen das menschliche Auge nicht mehr folgen kann. Damit geht jedoch der Nachteil einher, dass der erwünschte, oben beschriebene Effekt auf das Wachstum und die Stabilisierung der Elektrodenspitzen ebenfalls zurückgeht.
Der Elektrodenrückbrand kann beispielsweise unerwünscht hoch sein aufgrund einer starken Rückreflexion von Licht vom Farbrad, was zur zusätzlichen Aufheizung der Elektroden führt.
Ein gattungsgemäßes Verfahren bzw. eine gattungsgemäße Projektionsanordnung ist bekannt aus der US 7,023,144 B2 . Dort wird die Hochdruckentladungslampe abwechselnd mit einer Betriebsfrequenz zwischen 60 Hz und 1000 Hz einerseits und einer Niederfrequenz zwischen 5 Hz und 50 Hz andererseits betrieben. Der Einschub mit der niedrigen Betriebsfrequenz beträgt mindestens eine halbe Periode und maximal fünf Perioden des niederfrequenten Wechselstroms, was in eine Zeitdauer umgerechnet zwischen 1 s und 120 s entspricht. Stetig wiederholend wird also eine Niederfrequenzphase nach einem vordefinierten Zeitintervall eines Betriebs mit der Betriebsfrequenz eingesetzt. Die Abfolge der zwei unterschiedlichen Betriebsarten hat ein striktes Timing.
Der Zweck dieses Betriebsverfahrens besteht darin, so genanntes „Flickern“ zu verhindern. Bei Flickern handelt es sich um erratische Helligkeitsschwankungen aufgrund des bekannten klassischen Bogenspringens. Derartige erratische Helligkeitsschwankungen gehen zufällig, d.h. mit wechselnden Frequenzen, vor sich. Sie sind daher nicht periodisch. Dies liegt daran, dass während des Betriebs mit der Betriebsfrequenz parasitäre Elektrodenspitzen auf den Elektroden aufwachsen, die dazu führen, dass der Bogenansatzpunkt in zufälliger, nicht vorhersagbarer Weise auf einer Elektrode springt.
Durch die in der genannten US 7,023,144 B2 vorgeschlagene Betriebsweise werden in den Niederfrequenzphasen unerwünschte Nebenspitzen weggeschmolzen, sodass nur eine Hauptspitze verbleibt. Damit lassen sich derartige Flicker-Ereignisse recht zuverlässig vermeiden
Zum weiteren Stand der Technik wird verwiesen auf die US 6,670 780 B2 , bei der ebenfalls niederfrequente Einfügungen bekannt sind, die dort jedoch dazu dienen, ein exzessives Spitzenwachstum durch gezieltes Zurückschmelzen der Spitzen zu verhindern.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein gattungsgemäßes Verfahren bzw. eine gattungsgemäße Projektionsanordnung derart weiterzubilden, dass auf kostengünstige Weise den Anforderungen einerseits an eine hohe Lebensdauer und andererseits an eine szintillationsfreie Darstellung, d.h. eine Darstellung ohne periodische Helligkeitsschwankungen, der Projektionsbilder möglichst weitgehend Genüge geleistet wird.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 sowie durch eine Projektionsanordnung mit den Merkmalen von Patentanspruch 16.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass aus der nachveröffentlichten, oben erwähnten europäischen Patentanmeldung 13185019.0 Betriebsformen bekannt sind, die zu einem szintillationsfreien Betrieb, d.h. zu einer Darstellung der Projektionsbilder ohne periodische Helligkeitsschwankungen, führen. Allerdings ist bei diesen Verfahren die Lebensdauererwartung unerwünscht niedrig.
Die vorliegende Erfindung geht nun den Weg, dass die Entladungslampe unter Abwechslung des ersten und des zweiten Kommutierungsschemas betrieben wird, wobei das erste Kommutierungsschema ausgelegt ist, ein vorgebbares Kriterium hinsichtlich des Elektrodenrückbrands zu erfüllen, wobei das zweite Kommutierungsschema ausgelegt ist, eine Vorgabe hinsichtlich eines zweiten Kriteriums zu erfüllen, wobei das zweite Kriterium eine periodische Helligkeitsschwankung, d.h. Szintillationen, der Entladungslampe betrifft.
Dadurch, dass die beiden unterschiedlichen Betriebsarten abgewechselt werden, kann ein gewünschter Kompromiss zwischen Lebensdauer und Szintillationsfreiheit erzielt werden, der bei den bekannten Verfahren so nicht ermöglicht wurde.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Betriebsverfahren, d.h. Wellenformen, die zu einem reduzierten Elektrodenrückbrand führen, führen, wie Untersuchungen ergeben haben, typischerweise jedoch zu periodischen Helligkeitsschwankungen. Umgekehrt führen Wellenformen, die einen szintillationsfreien Betrieb ermöglichen, typischerweise zu einem erhöhten Elektrodenrückbrand.
Durch die erfindungsgemäße Lösung ist grundsätzlich die Möglichkeit geschaffen, je nach Anforderung – hierauf wird weiter unten noch deutlicher eingegangen – einen geeigneten Kompromiss zwischen reduziertem Elektrodenrückbrand und möglichst szintillationsfreiem Betrieb einzustellen.
Eine bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich durch folgende weiteren Schritte aus: d) Ermitteln mindestens eines Betriebsparameters der Entladungslampe und e) Einstellen eines zeitlichen Verhältnisses zwischen einem Betrieb gemäß dem ersten Kommutierungsschema und einem Betrieb gemäß dem zweiten Kommutierungsschema in Abhängigkeit des ermittelten Betriebsparameters.
Wie Untersuchungen ergeben haben, spielt der Elektrodenrückbrand eine dominante Rolle bei hohen Lampenströmen, d.h. bei niedrigen Brennspannungen bzw. hohen, in der Entladungslampe umgesetzten Leistungen. Szintillationen hingegen spielen eine bedeutende Rolle bei niedrigen Strömen, d.h. bei hohen Brennspannungen bzw. niedrigen, in der Entladungslampe umgesetzten Leistungen. Insofern ermöglicht diese Ausführungsform, einen optimalen Kompromiss zwischen geringem Elektrodenrückbrand und Szintillationsfreiheit zielgerichtet für eine ganz bestimmte Entladungslampe in ihrem aktuellen Zustand zu finden.
Wenn beispielsweise als Betriebsparameter der mittlere Lampenstrom verwendet wird, kann vorgesehen werden, dass bei einem mittleren Lampenstrom unter einem vorgebbaren Schwellwert der Anteil des Betriebs gemäß dem zweiten Kommutierungsschema überwiegt, wobei bei einem mittleren Lampenstrom über dem vorgebbaren Schwellwert der Anteil des Betriebs gemäß dem ersten Kommutierungsschema überwiegt. Dadurch, dass im Hinblick auf den ermittelten Betriebsparameter das zeitliche Verhältnis zwischen einem Betrieb gemäß dem ersten und dem zweiten Kommutierungsschema eingestellt wird, lassen sich nahezu optimale Werte sowohl für den Elektrodenrückbrand als auch für die Szintillationsfreiheit erzielen.
Wie bereits angedeutet, kann als Betriebsparameter auch die mittlere Brennspannung und/oder die in der Entladungslampe umgesetzte mittlere Leistung verwendet werden.
Bevorzugt wird das erste Kommutierungsschema derart gewählt, dass sich die Lampen-Brennspannung bei Betrieb mit dem ersten Kommutierungsschema über einen vorgebbaren Zeitraum um nicht mehr als um 0,05 V/h, bevorzugt um nicht mehr als um 0,01 V/h erhöht. Derartige Kommutierungsschemata sind aus dem Stand der Technik bekannt, wobei beispielhaft verwiesen wird auf die oben genannte DE 10 2011 089 592 A1 .
Das erste Kommutierungsschema wird bevorzugt derart gewählt, dass ein Lampenstrom mit einer Frequenz zwischen 30 Hz und 300 Hz, insbesondere mit einer Frequenz zwischen 45 Hz und 150 Hz bereitstellbar ist. Bevorzugt wird in diesem Zusammenhang als erstes Kommutierungsschema ein asymmetrisches Kommutierungsschema gewählt, insbesondere ein Kommutierungsschema mit einem Frequenz-Modulationsfaktor von ≥ 3 und ≤ 8. Zur Definition des Frequenz-Modulationsfaktors wird verwiesen auf die Ausführungen weiter oben im Zusammenhang mit der genannten DE 10 2011 089 592 A1 .
Das zweite Kommutierungsschema wird bevorzugt derart gewählt, dass bei Betrieb mit dem zweiten Kommutierungsschema periodische Helligkeitsschwankungen reduziert sind, insbesondere bei Vergleich zu einem Betrieb mit dem gewählten ersten Kommutierungsschema. Bevorzugt wird als zweites Kommutierungsschema ein symmetrisches Kommutierungsschema gewählt, besonders bevorzugt mit einer geraden Anzahl von Kommutierungen bezogen auf die Bildwiederholungsrate der Projektionsanordnung. Dass derartige Kommutierungsschemata zu einer Reduktion periodischer Helligkeitsschwankungen führen, war vor den Untersuchungen im Rahmen der oben erwähnten europäischen Patentanmeldung 13185019.0 noch nicht bekannt.
Bevorzugt wird das zweite Kommutierungsschema derart gewählt, dass die Zeit, innerhalb derer eine erste Elektrode, die in einer ersten Polung und in einem ersten Farbsegment angesteuert wird, in eine zweite Polung geschaltet wird und wieder zurück in die erste Polung und in das erste Farbsegment geschaltet wird, ≤ 20 ms ist, entsprechend einer Wiederholfrequenz von mindestens 50 Hz.
Symmetrische Kommutierungsschemata zeichnen sich dadurch aus, dass die Anoden- und Kathodenphase einer ersten Elektrode immer gleich lang sind. Bei asymmetrischen Kommutierungsschemata sind die Anoden- und Kathodenphase einer ersten Elektrode unterschiedlich lang. Damit dadurch im Mittel kein DC-Anteil entsteht, wechseln sich die Elektroden in ihrer Funktion als Anode bzw. Kathode fortwährend ab.
Die Abwechslung des ersten und des zweiten Kommutierungsschemas kann statisch erfolgen, d.h. nach einer vorgebbaren Anzahl von Perioden des Betriebs mit dem ersten Kommutierungsschema erfolgt ein Betrieb mit dem zweiten Kommutierungsschema für eine zweite vorgebbare Anzahl von Perioden. Die Abwechslung kann jedoch auch dynamisch, insbesondere stochastisch bzw. erratisch, variiert werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Variation derart erfolgt, dass nach einer vorgebbaren Zeit das eingestellte zeitliche Verhältnis zwischen einem Betrieb gemäß dem ersten Kommutierungsschema und einem Betrieb gemäß dem zweiten Kommutierungsschema erreicht wird. Insbesondere die dynamische Abwechslung der beiden Kommutierungsschemata führt aufgrund der dadurch eingeführten Unregelmäßigkeit zu einer weiteren Reduktion der periodischen Helligkeitsschwankungen. Diese Ausführungsform geht hinsichtlich ihrer positiven Effekte deutlich über eine lediglich statische Abwechslung hinaus. Insbesondere eröffnet sie die Möglichkeit, bei vergleichbaren Szintillationen gegenüber einer statischen Abwechslung einen deutlich reduzierten Elektrodenrückbrand zu realisieren.
Die Variation des zeitlichen Verhältnisses zwischen einem Betrieb gemäß dem ersten Kommutierungsschema und einem Betrieb gemäß dem zweiten Kommutierungsschema in Abhängigkeit des ermittelten Betriebsparameters kann linear von dem jeweiligen Betriebsparameter abhängen, kann jedoch auch andere Merkmale aufweisen in Abhängigkeit davon, welches der beiden Phänomene, d.h. Elektrodenrückbrand oder Szintillationsfreiheit, in der spezifischen Kundenanwendung bzw. dem aktuellen Zustand der Entladungslampe von größerer Bedeutung ist.
Beispielsweise kann die Variation auch nicht-linear erfolgen, insbesondere gemäß einer quadratischen und/oder exponentiellen und/oder wurzelförmigen und/oder logarithmischen Abhängigkeit.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend, soweit anwendbar, für die erfindungsgemäße Projektionsanordnung.
Kurze Beschreibung der Zeichnung(en)
Im Nachfolgenden werden nunmehr Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Diese zeigen in:
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Projektionsanordnung;
2 in schematischer Darstellung die Einstellung eines zeitlichen Verhältnisses zwischen einem Betrieb gemäß einem ersten Kommutierungsschema (KS_B) und einem Betrieb gemäß einem zweiten Kommutierungsschema (KS_A) in Abhängigkeit der mittleren Brennspannung bzw. des mittleren Lampenstroms;
3 in schematischer Darstellung Beispiele für den zeitlichen Verlauf eines Lampenstroms gemäß einer Wellenform (WF_A), die geringe Szintillationen verursacht, sowie gemäß einer Wellenform (WF_B), die in einem geringen Elektrodenrückbrand resultiert; und
4 ein Ausführungsbeispiel für eine statische Abwechslung der beiden Wellenformen (4a)) und eine randommäßige Variation (4b)).
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Eine erfindungsgemäße Projektionsanordnung 10 umfasst ein vorgegebenes drehbares Farbrad 14 mit Filtersegmenten 15a, 15i, um aus dem von einer Weißlichtquelle 12, insbesondere einer Hochdruckentladungslampe, abgegebenen Licht gewünschte Farbanteile mittels Farbfiltern herauszufiltern. Die Entladungslampe 12 weist zwei nicht näher dargestellte Elektroden auf. Die Projektionsanordnung 10 umfasst weiterhin ein Vorschaltgerät 16 für die Entladungslampe 12, das im Betrieb der Projektionsanordnung 10 der Entladungslampe 12 einen als Wechselstrom ausgebildeten Lampenstrom bereitstellt, und zwar mit zumindest einer ersten Wellenform WF_B, die ein erstes vorgebbares Kommutierungsschema KS_B aufweist, welches durch einen ersten Kommutierungsvektor beschrieben wird, und einer zweiten vorgebbaren Wellenform WF_A, die ein zweites vorgebbares Kommutierungsschema KS_A aufweist, welches durch einen zweiten Kommutierungsvektor beschrieben wird. Jeder Kommutierungsvektor weist für jede durch das Farbrad 14 als Stelle einer möglichen Strom-Kommutierung festgelegte Position einen binären Wert auf, sodass eine Polung der Elektroden gemäß dem jeweiligen Kommutierungsschema kommutiert wird.
Das erste Kommutierungsschema KS_B und das zweite Kommutierungsschema KS_A sind in einem Speicher 18 des Vorschaltgeräts 16 abgelegt. Dabei ist das erste Kommutierungsschema KS_B, das die Wellenform WF_B erzeugt, so ausgebildet, dass dieses zu einem geringen Elektrodenrückbrand führt. Das zweite Kommutierungsschema KS_A ist so ausgelegt, dass die sich dabei ergebende Wellenform zu wenigen Szintillationen, d.h. wenigen periodischen Helligkeitsschwankungen der Entladungslampe führt. Auf beispielhafte Wellenformen wird weiter unten mit Bezug auf 3 näher eingegangen.
Erfindungsgemäß wird nunmehr die Entladungslampe 12 grundsätzlich abwechselnd mit der ersten Wellenform WF_B und der zweiten Wellenform WF_A betrieben.
Das Vorschaltgerät 16 weist einen Eingang E zur Zuführung der zu projizierenden Bildinhalte auf. Das Vorschaltgerät 16 umfasst eine Vorrichtung 22 zum Ermitteln eines Betriebsparameters der Entladungslampe 12. Hierbei kommen insbesondere der mittlere Lampenstrom I_L, die mittlere Brennspannung U_B sowie die in der Entladungslampe 12 umgesetzte mittlere Leistung P in Betracht. Das Vorschaltgerät 16 ist ausgelegt, ein zeitliches Verhältnis zwischen einem Betrieb gemäß dem ersten Kommutierungsschema KS_B und einem Betrieb gemäß dem zweiten Kommutierungsschema KS_A in Abhängigkeit des ermittelten Betriebsparameters einzustellen. Es soll insbesondere ein Betriebsparameter ermittelt werden, der zuverlässig einen Rückschluss auf die Situation hinsichtlich des Elektrodenrückbrands einerseits und die Situation betreffend die Gefahr von periodischen Helligkeitsschwankungen andererseits zuläßt.
Das Vorschaltgerät 16 kann in diesem Zusammenhang ausgelegt sein, die an die Entladungslampe 12 bereitgestellte Leistung auf einen konstanten Wert zu regeln, beispielsweise auf 300 W. Die Brennspannung U_B hängt entscheidend vom Abstand der Elektroden der Entladungslampe 12 und dem Druck im Innern des Entladungsgefäßes der Entladungslampe 12 ab.
Insofern empfiehlt sich grundsätzlich und auch aufgrund der einfacheren Meßbarkeit bei Betrieb der Entladungslampe mit Nennleistung eine Auswertung der Brennspannung U_B als Betriebsparameter.
In einem optionalen Dimm-Modus kann vorgesehen sein, dass das Vorschaltgerät 16 ausgebildet ist, eine gegenüber der Nennleistung reduzierte Leistung an die Entladungslampe 12 bereitzustellen, im obigen Beispiel beispielsweise 250 W anstelle von 300 W. In diesem Fall bleibt jedoch die Brennspannung U_B in erster Näherung gleich. Sie spiegelt demnach nicht die erhöhte Gefahr von periodischen Helligkeitsschwankungen wieder. Jedoch ändert sich im Dimmbetrieb der mittlere Lampenstrom I_L. In diesem Fall ist daher die Auswertung des Lampenstroms I_L als Betriebsparameter empfehlenswerter.
Wenngleich die Einstellung des zeitlichen Verhältnisses in Abhängigkeit des Momentanwerts mindestens eines Betriebsparameters von besonderem Vorteil ist, bringt jedoch für bestimmte Anwendungen bereits die statische Einstellung eines festen Verhältnisses ausreichende Vorteile gegenüber dem Stand der Technik. Die Bestimmung und Auswertung mindestens eines Betriebsparameters, sowie die Einstellung des zeitlichen Verhältnisses zwischen einem Betrieb gemäß dem ersten (KS_B) und dem zweiten Kommutierungsschema KS_A in Abhängigkeit des ermittelten mindestens einen Betriebsparameters kann dann entfallen.
Im Zusammenhang mit der Einstellung des Verhältnisses in Abhängigkeit des mindestens einen Betriebsparameters wird verwiesen auf 2, die zeigt, dass bei zunehmender Brennspannung U_B der prozentuale Anteil des zeitlichen Verhältnisses, während dessen mit der Wellenform WF_A zu betreiben ist, ansteigt. In entsprechender Weise geht der Anteil des Betriebs mit der Wellenform WF_B zurück. Beispielsweise beträgt im Ausführungsbeispiel bei einer Brennspannung U_B von 120V der Anteil WF_A 68% und der Anteil WF_B 32%. Ein Abfallen der Brennspannung U_B geht mit einem Anstieg des Lampenstroms I_L einher, wobei bei einem hohen Lampenstrom I_L der Anteil WF_A gering zu wählen ist und der Anteil WF_B hoch. Unterhalb eines mittleren Lampenstroms I_L von ca. 3 A (im Ausführungsbeispiel) überwiegt der Anteil WF_B, während über diesem Schwellwert der Anteil WF_A überwiegt.
Bei einem Lampenstrom I_L von beispielsweise 4,3 A, was mit einer Brennspannung U_B im Ausführungsbeispiel von 70V korreliert ist, beträgt der Anteil WF_A etwa 18%, während der Anteil WF_B entsprechend etwa 82% beträgt.
3 zeigt beispielhaft den zeitlichen Verlauf des Lampenstroms I_L für eine Wellenform WF_A, die geringe Szintillationen erzeugt, sowie für eine Wellenform WF_B, die einen geringen Elektrodenrückbrand zeigt. Demnach basiert im Ausführungsbeispiel die Wellenform WF_A auf einem symmetrischen Kommutierungsschema, das im vorliegenden Fall eine Frequenz von 60 Hz aufweist. Die Wellenform WF_B basiert im Ausführungsbeispiel auf einem asymmetrischen Kommutierungsschema, welches vorliegend eine Frequenz von 90 Hz aufweist. Selbstverständlich sind beide Wellenformen WF_A, WF_B zum Betrieb mit ein und demselben Farbrad 14 ausgelegt.
Generell wird das erste Kommutierungsschema KS_B so gewählt, dass sich die Lampenbrennspannung U_B bei Betrieb mit dem ersten Kommutierungsschema KS_B über einen vorgebbaren Zeitraum, beispielsweise fünf Stunden, um nicht mehr als 0,05 V/h, bevorzugt um nicht mehr als 0,01 V/h erhöht. Es wird insbesondere derart gewählt, dass ein Lampenstrom I_L mit einer Frequenz zwischen 30 Hz und 300 Hz, insbesondere mit einer Frequenz zwischen 45 Hz und 150 Hz, bereitstellbar ist. Besonders bevorzugt handelt es sich um ein asymmetrisches Kommutierungsschema, wobei hier vor allem asymmetrische Kommutierungsschemata mit einem Frequenzmodulationsfaktor, siehe die Erläuterungen hierzu weiter oben, von ≥3 und ≤8 verwendet werden.
Die für die Erfindung verwendeten zweiten Kommutierungsschemata KS_A zeichnen sich dadurch aus, dass bei Betrieb mit dem zweiten Kommutierungsschema KS_A periodische Helligkeitsschwankungen reduziert sind, insbesondere bei Vergleich zu einem Betrieb mit dem ersten Kommutierungsschema KS_B. Ein Maß für die sich bei einem bestimmten Kommutierungsschema ergebenden periodischen Helligkeitsschwankungen lässt sich auf einfache Weise dadurch finden, indem der zeitliche Verlauf der Helligkeit am Ort des Projektionsschirmes gemessen wird, beispielsweise die Beleuchtungsstärke mit Hilfe eines Luxmeters.
Bevorzugt kommen als zweite Kommutierungsschemata KS_A symmetrische Kommutierungsschemata in Betracht, bevorzugt mit einer geraden Anzahl von Kommutierungen bezogen auf die Bildwiederholungsrate der Projektionsanordnung 10. In diesem Zusammenhang werden zweite Kommutierungsschemata KS_A insbesondere derart gewählt, dass die Zeit, innerhalb derer eine Elektrode, die in einer ersten Polung und in einem ersten Farbsegment angesteuert wird, in eine zweite Polung geschaltet wird und wieder zurück in die erste Polung und in das erste Farbsegment, ≤ 20 ms ist, entsprechend einer Wiederholfrequenz von mindestens 50 Hz.
Die Variation zwischen den Kommutierungsschemata, d.h. zwischen einem Betrieb mit der ersten Wellenform WF_B und einem Betrieb mit der zweiten Wellenform WF_A, kann statisch erfolgen. Sie kann jedoch auch dynamisch, insbesondere randommäßig erfolgen. Bei der letztgenannten Ausführung kann die Variation derart erfolgen, dass nach einer vorgebbaren Zeit das eingestellte zeitliche Verhältnis zwischen einem Betrieb gemäß dem ersten Kommutierungsschema KS_B und einem Betrieb gemäß dem zweiten Kommutierungsschema KS_A erreicht wird. Weitere Beispiele für erste Kommutierungsschemata KS_B können beispielsweise der DE 10 2011 089 592 A1 , siehe dort 5, entnommen werden.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein Verhältnis von 90% WF_A und 10% WF_B realisiert werden soll. Als Grundeinheit wird bevorzugt ein Vielfaches eines Frames oder einer Farbradumdrehung herangezogen. Gemäß 4a erfolgt die Variation statisch, d.h. nach neun Einheiten WF_A erfolgt eine Einheit WF_B. Bei der in 4b dargestellten Abfolge erfolgt die Variation stochastisch bzw. erratisch, sodass nach einer vorgebbaren Zeit das eingestellte zeitliche Verhältnis, in diesem Fall von 90 zu 10, erreicht wird. Bei einer Bildwiederholfrequenz von beispielsweise 60 Hz folgt demnach zur Einstellung des gewünschten Verhältnisses auf neun Einheiten WF_A zu jeweils 16,67 ms eine Einheit WF_B zu 16,67 ms
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011089592 A1 [0002, 0023, 0024, 0052]
EP 13185019 [0003, 0014, 0025]
US 7023144 B2 [0008, 0010]
US 6670780 B2 [0011]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Entladungslampe (12) einer Projektionsanordnung (10), wobei die Projektionsanordnung (10) ein vorgegebenes drehbares Farbrad (14) und die Entladungslampe (12) zum Beleuchten des Farbrads (14) umfasst, wobei die Entladungslampe (12) zwei Elektroden aufweist, wobei die Projektionsanordnung (10) ein Vorschaltgerät (16) für die Entladungslampe (12) aufweist, das im Betrieb der Projektionsanordnung (10) der Entladungslampe (12) einen als Wechselstrom ausgebildeten Lampenstrom mit zumindest einer ersten Wellenform (WF_B) bereitstellt, die ein erstes vorgebbares Kommutierungsschema (KS_B) aufweist, welches durch einen ersten Kommutierungsvektor beschrieben wird, und einer zweiten vorgebbaren Wellenform (WF_A), die ein zweites vorgebbares Kommutierungsschema (KS_A) aufweist, welches durch einen zweiten Kommutierungsvektor beschrieben wird, wobei jeder Kommutierungsvektor für jede durch das Farbrad (14) als Stelle einer möglichen Strom-Kommutierung festgelegte Position einen binären Wert aufweist, sodass eine Polung der Elektroden gemäß dem jeweiligen Kommutierungsschema (KS_B, KS_A) kommutiert wird; folgende Schritte umfassend: a) Ablegen des ersten Kommutierungsschemas (KS_B) in dem Vorschaltgerät (16) derart, dass das erste Kommutierungsschema (KS_B) eine Vorgabe hinsichtlich eines ersten Kriteriums erfüllt, wobei das erste Kriterium einen Elektrodenrückbrand darstellt; b) Ablegen des zweiten Kommutierungsschemas (KS_A) in dem Vorschaltgerät (16) derart, dass das zweite Kommutierungsschema (KS_A) eine Vorgabe hinsichtlich eines zweiten Kriteriums erfüllt; sowie c) Betreiben der Entladungslampe (12) unter Abwechslung des ersten (KS_B) und des zweiten Kommutierungsschemas (KS_A); dadurch gekennzeichnet, dass als zweites Kriterium eine periodische Helligkeitsschwankung der Entladungslampe (12) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende weiteren Schritte: d) Ermitteln mindestens eines Betriebsparameters (I_L, U_B, P) der Entladungslampe (12); und e) Einstellen eines zeitlichen Verhältnisses zwischen einem Betrieb gemäß dem ersten Kommutierungsschema (KS_B) und einem Betrieb gemäß dem zweiten Kommutierungsschema (KS_A) in Abhängigkeit des ermittelten Betriebsparameters (I_L, U_B, P).
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Betriebsparameter der mittlere Lampenstrom (I_L) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem mittleren Lampenstrom (I_L) unter einem vorgebbaren Schwellwert der Anteil des Betriebs gemäß dem zweiten Kommutierungsschema (KS_A) überwiegt, wobei bei einem mittleren Lampenstrom (I_L) über dem vorgebbaren Schwellwert der Anteil des Betriebs gemäß dem ersten Kommutierungsschema (KS_B) überwiegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Betriebsparameter die mittlere Brennspannung (U_B) verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Betriebsparameter die in der Entladungslampe (12) umgesetzte mittlere Leistung (P) verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kommutierungsschema (KS_B) derart gewählt wird, dass sich die Lampen-Brennspannung bei Betrieb mit dem ersten Kommutierungsschema (KS_B) über einen vorgebbaren Zeitraum um nicht mehr als um 0,05 V/h, bevorzugt um nicht mehr als um 0,01 V/h erhöht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kommutierungsschema (KS_B) derart gewählt wird, dass ein Lampenstrom mit einer Frequenz zwischen 30 und 300 Hz, insbesondere mit einer Frequenz zwischen 45 und 150 Hz, bereitstellbar ist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als erstes Kommutierungsschema (KS_B) ein asymmetrisches Kommutierungsschema gewählt wird, insbesondere ein asymmetrisches Kommutierungsschema mit einem Frequenz-Modulationsfaktor von größer gleich 3 und kleiner gleich 8.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Kommutierungsschema (KS_A) derart gewählt wird, dass bei Betrieb mit dem zweiten Kommutierungsschema periodische Helligkeitsschwankungen reduziert sind, insbesondere bei Vergleich zu einem Betrieb mit dem ersten Kommutierungsschema (KS_B).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als zweites Kommutierungsschema (KS_A) ein symmetrisches Kommutierungsschema gewählt wird, bevorzugt mit einer geraden Anzahl von Kommutierungen bezogen auf die Bildwiederholungsrate der Projektionsanordnung (10).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Kommutierungsschema (KS_A) derart gewählt wird, dass die Zeit, innerhalb derer eine erste Elektrode, die in einer ersten Polung und in einem ersten Farbsegment angesteuert wird, in eine zweite Polung geschaltet wird und wieder zurück in die erste Polung und in das erste Farbsegment geschaltet wird, kleiner gleich 20 ms ist, entsprechend einer Wiederholfrequenz von mindestens 50 Hz.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwechslung statisch erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwechslung dynamisch, insbesondere stochastisch oder erratisch, variiert wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Variation derart erfolgt, dass nach einer vorgebbaren Zeit das eingestellte zeitliche Verhältnis zwischen einem Betrieb gemäß dem ersten Kommutierungsschema (KS_B) und einem Betrieb gemäß dem zweiten Kommutierungsschema (KS_A) erreicht wird.
Projektionsanordnung (10) mit einem vorgegebenen drehbaren Farbrad (14) und einer Entladungslampe (12) zum Beleuchten des Farbrads, wobei die Entladungslampe (12) zwei Elektroden aufweist, wobei die Projektionsanordnung (10) ein Vorschaltgerät (16) für die Entladungslampe (12) aufweist, mittels dessen im Betrieb der Projektionsanordnung (10) der Entladungslampe (12) ein als Wechselstrom ausgebildeter Lampenstrom mit zumindest einer ersten Wellenform (WF_B) bereitstellbar ist, die ein erstes vorgebbares Kommutierungsschema (KS_B) aufweist, welches durch einen ersten Kommutierungsvektor beschreibbar ist, und einer zweiten vorgebbaren Wellenform (WF_A), die ein zweites vorgebbares Kommutierungsschema (KS_A) aufweist, welches durch einen zweiten Kommutierungsvektor beschreibbar ist, wobei jeder Kommutierungsvektor für jede durch das Farbrad (14) als Stelle einer möglichen Strom-Kommutierung festgelegte Position einen binären Wert aufweist, sodass eine Polung der Elektroden gemäß dem jeweiligen Kommutierungsschema kommutierbar ist, wobei die Projektionsanordnung (10) eine Speichervorrichtung (18) aufweist, in der das erste Kommutierungsschema (KS_B) und das zweite Kommutierungsschema (KS_A) abgelegt sind, wobei das erste Kommutierungsschema (KS_B) eine Vorgabe hinsichtlich eines ersten Kriteriums erfüllt, wobei das erste Kriterium einen Elektrodenrückbrand darstellt, wobei das zweite Kommutierungsschema (KS_B) eine Vorgabe hinsichtlich eines zweiten Kriteriums erfüllt, wobei das Vorschaltgerät (16) ausgelegt ist, die Entladungslampe (12) abwechselnd gemäß dem ersten (KS_B) und dem zweiten Kommutierungsschema (KS_A) zu betreiben, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Kriterium eine periodische Helligkeitsschwankung der Entladungslampe (12) darstellt.