Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe außerhalb ihres nominalen Leistungsbereiches

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben von Hochdruckentladungslampen, insbesondere von Hoch- und

Höchstdruck-Entladungslampen, wie sie in Geräten zur Projektion von Bildern verwendet werden, außerhalb ihres nomi- nalen Leistungsbereiches. Der Erfindung beschäftigt sich insbesondere mit dem Problem von Flickererscheinungen, die durch den Betrieb dieser Entladungslampen außerhalb ihres nominalen Leistungsbereiches verursacht werden.

Hintergrund Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe außerhalb ihres nominalen Leistungsbereiches nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Beim Betrieb von Entladungslampen, die im Folgenden auch kurz Lampen genannt werden, gibt es das Problem des stabi- len Bogenansatzes des Entladungsbogens auf den Elektroden ^¬ spitzen. Unter gewissen Betriebsbedingungen springt der Entladungsbogen von einem Bogenansatzpunkt zu einem anderen. Dieses Springen des Entladungspunktes wird auch als Bogenspringen bezeichnet und äußert sich in einem Flackern der Lampe. Dies stört besonders, wenn das Licht der Lampe zur Projektion von Bildern benutzt wird.

Projektionsgeräte wie Videoprojektoren verwenden aufgrund der Vorraussetzungen für die optische Abbildung oft sogenannte Ultrakurzbogenlampen. Dies sind Hochdruckentladungs- lampen, die einen sehr kurzen Elektrodenabstand aufweisen, um eine gute optische Abbildung des Videoprojektors gewähr ^¬ leisten zu können. Aufgrund der hohen Leistung dieser Lampen und des kurzen Elektrodenabstandes werden die Elektro ^¬ den sehr heiß. Daher können bei diesen Lampentypen keine einfachen Stift-Elektroden verwendet werden. Stattdessen kommen Elektroden mit einem sehr breiten Elektrodenkopf zum Einsatz, um deren thermische Masse zu erhöhen. Typischerweise ist der Kopfdurchmesser dabei größer als der Elektro- denabstand (z.B. Kopfdurchmesser von 1.5mm bei einer Lampe mit einem Elektrodenabstand von 1.0mm) .

Als Elektrodenende wird im Folgenden das innere, in den Entladungsraum des Gasentladungslampenbrenners stehende Ende der Lampenelektrode bezeichnet. Als Elektrodenspitze wird eine auf dem Elektrodenende sitzende Nadel- oder Hö- ckerförmige Erhebung bezeichnet, deren Ende als Ansatzpunkt für den Lichtbogen dient.

Aus der EP 1 152 645 ist ein Verfahren bekannt, das mittels Strompulsen, im Folgenden auch Maintenancepulse genannt, Elektrodenspitzen auf der Elektrode aufwachsen lässt. Diese aufgewachsenen Elektrodenspitzen haben zunächst den Vorteil, dass der Plasma-Bogen der in der Lampe erzeugten Bogenentladung einen stabilen Ansatzpunkt auf der Elektrode findet und nicht zwischen mehreren Ansatzpunkten springt. Entscheidend ist dabei die Fähigkeit der Elektrode, einen ausreichend hohen Strom liefern zu können, was entscheidend von deren Temperatur abhängt. Ist diese zu niedrig, ist die Spitze der Elektrode nicht flüssig, und der Bogenansatz ist auf einer nicht zumindest teilweise flüssigen Elektroden- spitze unbefriedigend. Eine zu kalte Spitze führt zu einem Erstarren des flüssigen Wolframs, daraufhin kontrahiert der Bogen, dass heißt es kommt zu einem punktförmigen Bogenansatz, weil hierdurch die Energiedichte erhöht wird. Dieser punktförmige Bogenansatz ist aber instabil und wandert gerne über die Elektrodenspitze, was in der Applikation als Flickern wahrgenommen werden kann. Außerdem führt ein wandernder Bogenansatz aufgrund der hohen Energiedichte zu ungewünschten Veränderungen im vorderen Bereich des Elektrodenkopfes .

Videopro ektoren benötigen häufig eine Lichtquelle die eine zeitliche Abfolge unterschiedlicher Farben aufweist. Wie in der Schrift US 5, 917, 558 (Stanton) beschrieben ist, kann dies zum Beispiel durch ein rotierendes Farbrad erreicht werden, das aus dem Licht der Lampe wechselnde Farben fil ^¬ tert. Die Zeitdauern während derer das Licht eine bestimmte Farbe annimmt, brauchen nicht zwangläufig gleich zu sein. Vielmehr kann über das Verhältnis dieser Zeitdauern zueinander eine gewünschte Farbtemperatur eingestellt werden, die sich für das projizierte Licht ergibt.

Üblicherweise wird die Lampe mit einem rechteckförmigen Lampenstrom betrieben. Als die Lampenfrequenz wird der Kehrwert der Periodendauer des rechteckförmigen Lampenstroms, wie in Fig. 1 dargestellt, verstanden. Als die Lampenfrequenz bei Nominalleistung wird der Kehrwert der Periodendauer des rechteckförmigen Lampenstroms im Betrieb der Lampe mit Nominalleistung verstanden. Die Nominalleistung ist die vom Lanpenhersteller spezifizierte Leistung, mit der die Lampe betrieben werden sollte. Bei Nominalleis ^¬ tung wird die Hochdruckentladungslampe üblicherweise mit einer vorbestimmten Frequenz betrieben. Der Lampenstrom wird im Stand der Technik aus einer Gleichstromquelle mit

Hilfe einer Kommutierungseinrichtung erzeugt. Die Kommutierungseinrichtung besteht üblicherweise aus elektronischen Schaltern, die die Polarität der Gleichstromquelle im Takt des rechteckförmigen Lampenstroms kommutieren. Bei der Kommutierung sind Überschwinger in der Praxis nicht vollständig zu vermeiden. Deshalb wird im Stand der Technik der Zeitpunkt, zu dem eine Kommutierung stattfinden soll mit dem Zeitpunkt zu dem die Farbe des Lichts wechselt zusam ^¬ mengelegt, um die Überschwinger auszublenden. Dazu wird ein Sync-Signal bereitgestellt, das synchron zum o. g. Farbrad einen Sync-Impuls aufweist. Mit Hilfe des Sync-Signals werden der Farbwechsel und die Kommutierung des Lampenstroms synchronisiert. Bei fortgeschrittenen Projektions ^¬ systemen muss der Lampenstrom nicht immer eine Rechteckform zeigen, sondern die Stromhöhe kann in mehreren Stufen verlaufen. Dieser Stromverlauf über der Zeit wird im Folgenden auch als „Wellenf orm" bezeichnet. Eine Erläuterung des Begriffes findet sich weiter unten.

Beim Betrieb von Entladungslampen gibt es das Phänomen des Wachstums von Elektrodenspitzen, die wie oben erläutert eine wesentliche Voraussetzung für einen stabilen Bogenan- satz darstellen. Material, das von den Elektroden an einer Stelle abdampft, wird an bevorzugten Stellen auf der Elekt ^¬ rode wieder abgeschieden und kann dabei zur Ausbildung von Elektrodenspitzen beitragen. Weiterhin wird durch das wiederholte Aufschmelzen und Erstarren des Wolframs an der Elektrodenspitze Wolframmaterial von weiter hinten liegen ^¬ den Bereichen der Elektrode in die Spitze der Elektrode transportiert. Diese Transportphänomene hängen stark von der Temperatur der Elektrode, sowie den zeitlichen Änderungen dieser Temperatur und damit dem Betriebsmodus der Lampe ab. Das Wachstum der Elektrodenspitzen kann z.B. durch sogenannte „Maintenancepulse" verursacht werden, die im Folgenden auch als Kommutierungspulse bezeichnet werden. Dies sind kurze Strompulse, meist kurz vor der Kommutie ^¬ rung, die einen erhöhten Strombetrag aufweisen.

Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines solchen Kommutierungspulses in einer sehr einfachen Wellenform. Die Wellenform ist eingeteilt in ein Plateau und den Kommutierungspuls. Das Plateau ist durch eine Plateaulänge und eine Plateauhöhe, d.h. durch eine bestimmte Verweilzeit eines Strombetrages beschrieben. Der Kommutierungspuls ist ebenfalls durch eine Pulslänge und eine Pulshöhe, d.h. durch die Dauer des Pul ^¬ ses bei einem bestimmten Strombetrag beschrieben. Der Kommutierungspuls sorgt für ein stärkeres Aufschmelzen der Elektrode im vorderen Bereich, der dann durch die Oberflächenspannung des Wolframs zusammengezogen wird und anschließend nach dem Kommutierungspuls und der sich an ^¬ schließenden Kommutierung wieder erkaltet. Wird dieses Verfahren mit entsprechenden Zeitabständen wiederholt, bildet sich langsam eine Spitze heraus. Der Kommutie- rungspuls sollte dabei für eine effektive Anwendung immer vor der Kommutierung liegen.

Die Fig. 2a zeigt ein weiteres Beispiel einer Wellenform, die neben dem Kommutierungspuls eine weitere Stromüberhö- hung aufweist. Die Periodendauer der aufeinanderfolgenden Vollwellen ist dabei immer gleich groß. Fig. 2b zeigt ein drittes Beispiel einer Wellenform eines fortgeschrittenen Betriebsverfahrens, bei dem sich die Periodendauer von Vollwelle zu Vollwelle ändert und auch die Stromform von Halbwelle zu Halbwelle ändert. Der Stromverlauf ist in solchen Fällen komplexer und zeigt Stromüberhöhungen und treppenförmige Verläufe, die mit der Abfolge der einzelnen Farbsegmente des Farbrades synchronisiert sind. Bei solchen komplexen Stromformen ist es schwieriger, die Lampe optimal zu betreiben, dazu müssen einige grundlegende Designregeln beim Generieren einer Wellenform beachtet werden.

Für einen stabilen und flickerfreien Betrieb sollte die Temperatur der Elektrode immer in einem bestimmten Bereich liegen, so dass die Elektrodenspitze gerade eben flüssig ist. Damit hat die Elektrodenspitze die optimale Temparatur für einen stabilen Bogenansatz. Dies ist bei Betrieb der Lampe bei Nominalleistung grundsätzlich unproblematisch und mit den bekannten Betriebsverfahren durchführbar. Soll die Lampe jedoch stark gedimmt werden, also bei einer Leistung deutlich kleiner der Nominalleistung betrieben werden, so ergibt sich das Problem, dass aufgrund der reduzierten Lampenleistung die Temperatur der Elektroden sinkt, und es aufgrund der geringen Temperatur der Elektroden zu Flackern des Entladungsbogens kommt. Soll die Lampe mit höherer Leistung betrieben werden, so ergibt sich das Problem, dass die Elektroden zu heiß werden können und ein erhöhter

Elektrodenrückbrand auftritt. Weiterhin können die gegen ^¬ über dem Normalbetrieb erhöhten Temperaturen eine Entgla- sung des Brennergefäßes zur Folge haben. Au gabe

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe außerhalb ihres nominalen Leistungsbereiches anzugeben, mittels dem die Lampe sicher betrieben werden kann und keinen Schaden nimmt.

Darstellung der Erfindung

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit einem Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe außerhalb ihres nominalen Leistungsbereiches, wobei bei einer Lampenleistung kleiner 85% der Nominalleistung oder bei einer Lampenleistung größer 110% der Nominalleistung einer oder mehrere der Parameter

- Lampenfrequenz,

- Lampenstrom in einem Kommutierungspuls,

- Länge des Kommutierungspulses, beziehungsweise

- das Kommutierschema

gegenüber dem Betrieb bei nominaler Leistung verändert werden .

Das erfindungsgemäße Betriebsverfahren erlaubt es, Hoch ^¬ druckentladungslampen, insbesondere für Pro ektionsanwendungen, in einem ausgeweiteten Leistungsbereich zu betreiben. Der aus dem Stand der Technik bisher typischerweise erreichbare Leistungsbereich für Pro ektionslampen liegt zwischen 70%-85% und 110%-115% der Nominalleistung der Lampe, für den die Elektroden dimensioniert wurden.

Durch die erfindungsgemäße Betriebsweise wird es möglich, Hochdruckentladungslampen, insbesondere für Projektionsanwendungen, im Leistungsbereich vorzugsweise zwischen 20% und 130% der Nominalleistung zu betreiben.

Prinzipiell sind hier zwei Fälle zu unterscheiden: 1) Ausweitung des Leistungsbereiches zu höheren Leistungen oberhalb der Nominalleistung der Lampe: Dieser Bereich wird limitiert durch das schnelle Zurückbrennen der Elektroden sowie die schneller einsetzende Entglasung des Gasentla- dungslampenbrenners . Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ersteres Problem gelöst werden, das Entglasungsproblem besteht aber weiterhin. Dementsprechend wäre ein Betrieb im Leistungsbereich von 110% bis 130% nur für kurze Zeit zu erlauben, z.B. je nach Lampentyp maximal 50h, da mit erhöh- ter Kühlung die Entglasung in der Regel nicht dauerhaft unterbunden werden kann.

2) Ausweitung des Leistungsbereiches zu niedrigeren Leis ^¬ tungen unterhalb der Nominalleistung der Lampe: Dieser Bereich wird hauptsächlich durch zu kalt betriebene Elekt- roden und dadurch auftretende Flicker-Probleme limitiert. Diese Probleme können mit der erfindungsgemäßen Betriebsweise gelöst werden. Um eine optimale Wirkung dieser Be ^¬ triebsweise zu erzielen muss die Kühlung der Lampe an die Betriebsweise angepasst werden. In Videopro ektoren wird die Lampe durch einen Luftstrom gekühlt, die Kühlwirkung kann über den Luftdurchsatz respektive die Drehzahl des Lüfters eingestellt werden, was bei reduzierter Drehzahl des Lüfters im gedimmten Betrieb die Geräusche vermindert. Bei Videoprojektoren ist aus dem Stand der Technik ein sogenannter ,Eco-Modus' bekannt, bei dem die Lampe leicht gedimmt betrieben wird, um Strom zu sparen, und einen leiseren Betrieb des Projektors zu gewährleisten und die Lebensdauer der Lampe zu verlängern, wenn nicht die volle Lichtleistung benötigt wird. Mit den bekannten Verfahren aus dem Stand der Technik konnte die Lampe aber nie unter 70% bis 85% gedimmt werden, da ein Flickern der Lampe mit den bekannten Verfahren nicht ausgeschlossen werden kann. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist aber ein wirklich stromsparender Betriebsmodus möglich, da die Lampe auf bis zu 20% ihrer Nominalleistung heruntergedimmt werden kann.

Außerdem sinkt der Kühlbedarf weiter und erlaubt damit auch eine weitere Reduktion des störenden Geräuschpegels. Für das erfindungsgemäße Betriebsverfahren gibt es prinzi ^¬ pielle Abhängigkeiten: Will man die Leistung auf mehr als 110% der Nominalleistung ändern, werden die Elektroden thermisch überlastet. Dementsprechend muss die Energiemodu ^¬ lation reduziert werden. Dies lässt sich durch folgende Einzelmaßnahmen erreichen, die gegebenenfalls auch miteinander kombiniert werden können: Erniedrigen der Lampenfrequenz, Erniedrigen der Pulshöhe, Erniedrigen der Pulsbreite, sowie eine geeignete Anpassung des KommutierSchemas . Bei Änderung der Leistung auf unter 85% der Nominalleistung werden die Elektroden zu kalt und neigen zum Flickern. Die Leistung hängt vom Lampentyp ab, manche Lampentypen können auch mit den bekannten Methoden bis auf 70% der Nominalleistung gedimmt werden und das erfindungsgemäße Verfahren ist erst unter 70% der Nominalleistung notwendig. Dementsprechend muss die Energiemodulation erhöht werden. Dies lässt sich durch folgende Einzelmaßnahmen erreichen, die gegebenenfalls auch miteinander kombiniert werden können: Erhöhen der Lampenfrequenz, Erhöhen der Pulshöhe, Erhöhen der Pulsbreite, sowie eine geeignete Anpassung des Kommu- tierschemas .

Vorzugsweise gelten beispielsweise für die normierte Lam ^¬ penfrequenz f _LN in Abhängigkeit von der normierten Lampenleistung P _LN folgende Beziehungen:

1,48 - 0,91 P _LN < f _LN < 5,76 -

, wobei f _L die aktuelle Lampenfrequenz und fnominal die Lampen ^¬ frequenz bei Nominalbetrieb ist. Analog ist P _L die aktuelle Lampenleistung und P _n0 minai die Leistung bei Nominalbetrieb. Nominalbetrieb bedeutet, dass die Hochdruckentladungslampe mit ihrer vom Lampenhersteller spezifizierten Leistung und innerhalb der vom Lampenhersteller spezifizierten Betriebsparameter betrieben wird. Mit dieser Maßnahme kann eine noch gleichmäßigere Elektrodentemperatur erreicht werden. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe außerhalb ihres nominalen Leistungsbe ^¬ reiches ergeben sich aus weiteren abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit identi sehen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine einfache Wellenform mit einem Kommutie- rungspuls nach dem Stand der Technik,

Fig. 2a eine Wellenform mit einem Kommutierungspuls und einer weiteren Stromüberhöhung und einer vorbestimmten Frequenz,

Fig. 2b eine komplexere Wellenform mit wechselnden Fre- quenzabschnitten,

Fig. 3a eine Wellenform für den Nominalbetrieb der Hochdruckentladungslampe,

Fig. 3b eine Wellenform für den gedimmten Betrieb der

Hochdruckentladungslampe,

Fig. 4 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe außerhalb ihres nominalen Leistungsbereiches, Fig. 5 ein Beispiel eines Betriebes einer Hochdruckent ^¬ ladungslampe mit 330W Nominalleistung bei 200W (=60, 6% der Nominalleistung) und bei zwei verschiedenen Betriebsmodi,

Fig. 6 die Abhängigkeit der Lampenfrequenz von der Lampenleistung bezogen jeweils auf die Lampenfre ^¬ quenz beziehungsweise die Lampenleistung im Nomi- nalbetrieb. Bevorzugte Ausführung der Erfindung

Fig.l zeigt eine einfache Wellenform mit einem Kommutie ^¬ rungspuls nach dem Stand der Technik, wie sie zum Beispiel für LCD-Pro ektoren (LCD steht für Liquid Crystal Display) verwendet wird. Anhand dieser einfachen Wellenform werden im Folgenden einige Begriffe definiert, die für die Erläu- terung der Erfindung notwendig sind.

Die Wellenform ist in Vollwellen und Halbwellen unterteilt, wobei sich die (mittlere) Länge einer Vollwelle als l/(f _L ) und die (mittlere) Länge einer Halbwelle als l/(2*f _L ) defi ^¬ niert, wobei f _L die (mittlere) Frequenz ist, mit der die Lampe betrieben wird, im Folgenden auch Lampenfrequenz genannt. Einfache symmetrische Wellenformen zeichnen sich durch eine einzige konstante Lampenfrequenz aus. Gleiches gilt für die Länge der Halb- beziehungsweise Vollwellen. Komplexen Wellenformen bestehen aus Halb- und Vollwellen unterschiedlicher Länge, so dass für diese nur eine mittle ^¬ re Länge und damit eine mittlere Frequenz angegeben werden kann .

Die Wellenform weist einen Eingangs schon beschriebenen Kommutierungspuls auf, der hier mittels einer Pulslänge und einer Pulshöhe näher definiert ist. Die restliche Halbwel ^¬ le, die nicht dem Kommutierungspuls zuzurechnen ist, wird als Plateau definiert, mit analoger Definition der Plateau ^¬ länge und Plateauhöhe.

Das Puls-Plateau-Verhältnis ist definiert als Quotient der Puls-Höhe zur Plateau-Höhe.

Ein Duty Cycle ist definiert als Quotient der Puls-Länge zur Länge einer Halbwelle. Der Duty Cycle bezieht sich hier somit auf eine Halbwelle und nicht auf eine Vollwelle.

Damit gilt dann: Duty-Cycle = Puls-Länge* 2* fL . Fig. 2a zeigt eine komplexere Wellenform, wie sie m soge ^¬ nannten DLP-Pro ektoren (DLP steht für Digital Light Processing) zur Anwendung kommen. Hier wird oftmals auch im Plateau der Halbwelle der Strom moduliert, wobei die Modu ^¬ lation eng auf das Farbrad im Projektor abgestimmt ist. Die Stromkurve sieht dementsprechend komplizierter aus als in der Fig. 1, die oben genannten Definitionen gelten prinzipiell aber weiterhin. Wegen der Strommodulation im Plateau wird zur Beschreibung des relativen Pulsniveaus im Allgemeinen nicht das Puls-Plateau-Verhältnis herangezogen, sondern das Verhältnis von Puls-Strom zu RMS-Strom.

I _RMS = P _L /U _L ist der thermische Strom oder RMS-Strom, der bei Regelung auf die Leistung P _L vom Betriebsgerät einge ^¬ stellt wird, wenn die Lampe eine Spannung U _L aufweist.

Fig. 2b zeigt einen weiteren komplexen Stromverlauf mit mehreren verschiedenen Stromhöhen im Plateaubereich. Hier gehen der Plateaubereich und der Kommutierungspuls schon fließend ineinander über, so dass eine Definition in manchen Halbwellen nicht ganz leicht fällt.

In der folgenden Tabelle sind die zu optimierenden Betriebsparameter mit ihren wirksamen Minimal- und Maximalwerten angegeben, als Vielfaches des Wertes bei Nominal ^¬ leistung: z.B. ergäbe eine Frequenz von 60Hz bei Nominalleistung für den Fall „Dimmen auf Leistung P<85% der Nominalleistung" eine Anpassung der Frequenz innerhalb der Grenzen 1 , 3* 60Hz=78Hz und 5* 60Hz=300Hz . In der letzten Zeile ist weiterhin angegeben, wie man eine geeignete Anpassung des KommutierSchemas erreichen kann.

kleinen Pulsen auf Pulsen auf kleine Pulse große Pulse ver ^¬ verschieben oder sogar schieben auf Bereiche der Strom- kurve ohne Puls

Je kleiner also die Lampenleistung ist, desto größer sollte die Lampenfrequenz und gegebenenfalls die Pulshöhe bezie ^¬ hungsweise die Pulsbreite des Kommutierungspulses sein. Die Kommutierung sollte vorzugsweise kurz nach einem solchen

Kommutierungspuls sein, da zu diesem Zeitpunkt die Elektro ^¬ de heiß genug ist, um eine saubere und flickerfreie Kommu ^¬ tierung gewährleisten zu können. Je größer dagegen die Lampenleistung ist, umso kleiner sollte die Lampenfrequenz und gegebenenfalls die Pulshöhe beziehungsweise die Puls ^¬ breite des Kommutierungspulses sein. Die Kommutierung soll ^¬ te in Bereichen der Stromkurve geschehen, in denen nur kleine, gegebenenfalls sogar gar keine Pulse an die Hoch ^¬ druckentladungslampe angelegt werden, damit die Elektroden bei der Kommutierung nicht zu heiß sind.

Ein Beispiel für eine Optimierung der Wellenform im Hinblick auf das Kommutierschema für einen gedimmten Betrieb der Hochdruckentladungslampe zeigen die Figuren 3a und 3b. In Fig. 3a, die eine Wellenform für den Nominalbetrieb der Hochdruckentladungslampe zeigt, weist die Wellenform eine Stromüberhöhung 110 im Plateau und einen Kommutierungspuls 111 kurz vor der Kommutierung auf. Für einen gedimmten Betrieb unter 85% der Nominalleistung ist der Kommutierungspuls 111 zu klein, er sollte die Kriterien gemäß obi- ger Tabelle erfüllen. Er kann aber auch nicht beliebig vergrößert werden, ohne die Farbwiedergabe der Lampe in ungewünschter Weise zu verändern. Daher wird, wie in Fig. 3b gezeigt, die Kommutierung verschoben: die Stromüberhö ^¬ hung 110 in der Wellenform der Fig. 3a wird also zum Kommu- tierungspuls 110 in Fig. 3b, und der bisherige Kommutier- puls 111 in Fig. 3a ist dann lediglich eine Stromüberhöhung 111 in Fig. 3b, nach welcher nicht kommutiert wird. Damit bleiben die wesentlichen Parameter für die Lampe gleich, aber die Elektroden werden vor der Kommutierung in geeigne ter Weise aufgeheizt so dass die Kommutierung selbst un ^¬ problematisch wird. Genau so kann auch bei Überleistung verfahren werden. Hier wird die Kommutierung von Bereichen hohen Stroms auf Bereiche mit niedrigerem Lampenstrom verschoben, um ein zu starkes Aufschmelzen der Elektrodenspit zen und gegebenenfalls auch eine Schwärzung des Lampenkol ^¬ bens durch den Materialabtrag auf der Elektrode aufgrund des hohen Stromes zu vermeiden.

Fig. 4 zeigt ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe außer halb ihres nominalen Leistungsbereiches. Am Startpunkt wir im Schritt 10 die Lampenleistung auf einen entsprechenden Bereich kleiner 85% oder größer 110% der nominalen Lampenleistung eingestellt. Dann wird im Schritt 20 geprüft, ob die Lampe zum Flickern neigt oder einen zu starken Elektro denrückbrand zeigt. Dies kann ein das erfindungsgemäße Verfahren ausführendes Betriebsgerät z.B. anhand der Verän derung der Lampenspannung beurteilen. Zeigt die Lampenspan nung keine Auffälligkeiten, so wird die normale Wellenform für den nominalen Betrieb im Schritt 60 weiter beibehalten

Zeigen sich Auffälligkeiten so werden, ausgehend von der Standardwellenform der Optimierungsparameter n im Schritt 30 schrittweise abgeändert und ein zweites mal im Schritt 40 geprüft, ob die Lampe zum Flickern oder die Elektroden zum Zurückbrennen neigen. Ist dies der Fall, so wird in Schritt 50 geprüft, ob der Parameter schon außerhalb des Bereiches gemäß obiger Tabelle ist. Ist dies nicht der Fall, so wird zurück zu Schritt 30 gesprungen und die Para meter dort weiter verändert. Ist dies der Fall, so wird dieser Parameter nicht weiter verändert. Der Parameterzähler n wird um eins hochgezählt und es wird zu Schritt 30 gesprungen, in dem dann der nächste Parameter schrittweise verändert wird. Werden im Schritt 40 keine Anomalitäten gemessen, so wird die Lampe im Schritt 70 mit diesem Para ^¬ metersatz betrieben.

Die der Reihe nach abzuarbeitenden Optimierungsparameter sind in folgender Tabelle angegeben:

Dabei wird zwischen den verschiedenen Technologien LCD und DLP bei Videopro ektoren unterschieden.

Bei LCD-Videopro ektoren wird das weiße Licht der Lampe durch dichroitische Spiegel in die drei Grundfarben Rot, Grün und Blau zerlegt. Anschließend wird das Licht durch die LCD Panels geleitet, die für jeden einzelnen Bildpixel festlegen, ob das Licht passieren kann oder absorbiert wird. Schließlich wird das Licht über ein Prisma wieder zusammengesetzt. Der Vorteil dieser Technologie ist, dass alle relevanten Betriebsparameter in weiten Bereichen einstellbar sind, da jede Änderung gleichzeitig alle drei Farben betrifft. Somit bleibt die Balance zwischen den Farben erhalten.

Bei DLP-Videopro ektoren wird das weiße Licht der Lampen durch ein Farbrad nacheinander in die einzelnen Grundfarben Rot, Grün und Blau zerlegt. Anschließend wird vom DMD (Di ^¬ gital Mirror Device) über bewegliche Spiegel jeder einzelne Pixel angesteuert. Bei diesem System gibt es deutlich mehr Einschränkungen für das erfindungsgemäße Betriebsverfahren: Eine erste Einschränkung ist, dass die Lampe mit dem Farb ^¬ rad synchron laufen muss. Deshalb sind Änderungen der Frequenz nur eingeschränkt möglich z.B. vielfache oder ganz- zahlige Bruchteile der Farbradfrequenz, Kommutierungen nur im Spoke (an der Grenze) zwischen den Farbsegmenten. Die zweite Einschränkung ist die sequentielle Verarbeitung des Lichts. Wird z.B. im roten Farbradsegment ein Strompuls in einer erfindungsgemäßen Wellenform gefahren, um den Rotan- teil im Licht anzuheben dann muss das in der Steuerung der Farbbalance entsprechend eingerechnet werden. Dies wird oftmals im Rahmen der Steuersoftware für den DMD-Chip getä ^¬ tigt. Wenn jetzt dieser Puls im roten erhöht wird oder verbreitert wird, so stimmt die Farbabstimmung nicht mehr und das Bild bekommt einen Rotstich. Deshalb ist solch eine Änderung des Betriebsschemas nur sinnvoll, wenn gleichzei ^¬ tig mit der Änderung des Pulses auch eine Änderung der Farbabstimmung im DMD stattfände.

Technisch fortgeschrittene DLP-Systeme besitzen drei DMD Bausteine, für jede Grundfarbe einen. 3-Chip Geräte funkti ^¬ onieren damit ähnlich wie LCD-Geräte, im Sinne, dass alle drei Grundfarben parallel verarbeitet werden.

Fig. 5 zeigt den Betrieb einer Hochdruckentladungslampe mit 330W Nominalleistung bei 200W, entsprechend 60, 6% der Nomi- nalleistung der Hochdruckentladungslampe. Die 330W Hoch ^¬ druckentladungslampe wird kontinuierlich bei 200W betrie- ben, allerdings im Wechsel zwischen zwei verschiedenen Betriebsmodi: In Modus 1, in Fig. 4 mit dem Bezugszeichen 510 versehen, wird die Hochdruckentladungslampe mit dem gleichen Schema betrieben wie bei Nominalleistung, nur jedoch mit 200W anstatt mit 330W. Hier erstarrt die bei Nominalleistung leicht aufgeschmolzene Spitze und kann deshalb nur noch eingeschränkt Elektronen freisetzten.

Dementsprechend ist die Spannung um ca. 30V höher gegenüber dem Modus 2, mit den Bezugszeichen 511, bei dem Frequenz und Pulshöhe mit dem oben beschriebenen Verfahren angepasst wurden. Im Modus 1 ist neben einer insgesamt, um ca. 30V höheren Spannung auch ein deutlich sichtbares Schwanken der Brennspannung zu sehen. Dieses deutlich sichtbare Schwanken der Brennspannung zeigt sich optisch in Flickern der Hochdruckentladungslampe als Reaktion auf die erstarrte Elekt ^¬ rodenspitze .

Eine Flickerdetektion kann also bei starkem Dimmen kleiner 85% der Nominalleistung über die Brennspannung der Lampe erfolgen. Zusätzlich kann eine direkte Beobachtung des Bogenansatzes mittels einer geeigneten Pro ektionsoptik sinnvoll sein.

Solch eine Betriebsweise kann auch dazu benutzt werden, um eine Hochdruckentladungslampe hoher Nominalleistung dauer ^¬ haft mit einer deutlich niedrigeren Leistung betrieben, um deren Lebensdauer zu erhöhen. Dies ist normalerweise nicht möglich, da die Elektroden dann zu kalt werden und die Lampe bei der Kommutierung erlöschen bzw. flickern kann. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann dies bewerkstelligt werden, da die Elektroden vor einer Kommutierung entsprechend aufgeheizt werden können, und die mittlere Leis ^¬ tung trotzdem abgesenkt werden kann. Um einen stabilen Betrieb zu gewährleisten ist jedoch eine Flickerdetektion notwendig. Diese kann aber in Form einer elektrischen

Schaltung, insbesondere in Form zusätzlicher Software für eine digital betriebene Schaltungsanordnung sein, so dass keine oder nur wenig zusätzliche Kosten für die Schaltungs ^¬ anordnung entstehen.

Fig. 6 zeigt die Abhängigkeit der Lampenfrequenz von der Lampenleistung bezogen jeweils auf die Lampenfrequenz beziehungsweise die Lampenleistung im Nominalbetrieb. Diese Abhängigkeit ist in einem Bereich zwischen einer Kurve 610 für die obere Grenze und einer Kurve 611 für die untere Grenze sinnvoll. Der Bereich innerhalb dieser zwei Kurven kann also zur Optimierung der Lampenfrequenz genutzt werden. Eine beispielhafte Dimensionierung für die Lampenfre ^¬ quenz f _L in Abhängigkeit von der Lampenleistung P _L ist z.B. folgende Eingangs schon erwähnte Beziehung:

1,48-0,91 P _LN < f _LN < 5,76 -3,82 P _LN ; wobei f _LN die normierte Lampen ^¬ frequenz und P _LN die normierte Leistung sind. Es ist aber auch jede andere Beziehung, die innerhalb der Kurve 611 für die untere Grenze und der Kurve 610 für die obere Grenze liegt, denkbar.

Bezugszeichenliste

Stromüberhöhung/Kommutierungspuls

Betriebsmodus 1 mit herkömmlichen Werten für die Betriebsparameter Lampenfrequenz und Lam penpulshöhe

Betriebsmodus 2 mit erfindungsgemäß angepass ten Betriebsparametern Lampenfrequenz und Lampenpulshöhe

Kurve für die obere Frequenz-Grenze

Kurve für die untere Frequenz-Grenze