CN101248508A

CN101248508A - 照明单元

Info

Publication number: CN101248508A
Application number: CNA2006800260873A
Authority: CN
Inventors: H·莫恩克; P·克劳斯
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH; Koninklijke Philips NV
Priority date: 2005-07-20
Filing date: 2006-07-12
Publication date: 2008-08-20
Also published as: TW200723347A; EP1911063A1; WO2007010450A1; US20080225527A1; JP2009502018A

Abstract

本发明涉及一种照明单元，其至少包括反射器(3)和UHP灯(2)，该UHP灯具有至少一个具有放电腔(21)的燃烧器(20)，其中，当灯工作时，从UHP灯(2)的燃烧器材料发射的至少部分IR光，通过从反射器(3)和/或从照明单元(1)的另一部件的反射，行进返回到燃烧器(20)的至少一部分。

Description

照明单元

本发明涉及照明单元，其至少包含反射器和UHP灯，该灯具有至少一个具有放电腔的燃烧器，当灯工作时，从该UHP灯的燃烧器材料发射的至少部分IR光行进返回到燃烧器的至少一部分。

至少包含反射器和UHP灯的照明单元是已知的并用于不同的应用，其中照明单元的主要目的是提供可见光。

由于它们的光学特性，高强度放电(HID)灯，尤其是超高性能(UHP)灯作为投影目的优选的灯使用。为本发明的目的，UHP灯设计(飞利浦设计)也覆盖了其它UHP类型的灯。

某些应用需要尽可能接近点光源的光源。对于光，通常所需要的是尽可能高的发光强度，具有尽可能自然的光谱组成。

目前，用UHP灯能够最好的实现这些性能。然而，如果这些灯要发展，必须同时满足两个基本的要求：

一方面，在放电腔内表面的最高温度一定不能十分高从而使灯壳不透明的情况发生，灯壳通常由石英玻璃制成。这可能是因为该灯的放电腔内显著对流而导致对电弧之上的区域尤其剧烈的加热的问题。因此，在放电腔内存在不均匀的温度分布。

另一方面，放电腔内表面的最冷点仍要在足够高的温度(大约1200K)，从而使汞不会沉积在上面而是全部保持汽化状态到足够的程度。尤其，在小型和高负载的放电灯中，最高和最低温度难于协调且在某种应用中导致设置最优灯操作同时具有足够灯寿命的问题。

商业应用的UHP灯，当以它们的额定功率工作时，总是符合需要大约1200K至1400K的温度范围。

而且，燃烧器的设计也总是根据给定的额定功率优化，例如100W。

然而，所希望的是操作范围能延伸，例如允许灯暗淡或升级灯的类型，特别允许燃烧器用于不同于最初应用想要的额定功率的电功率，其中要求的流明输出较低。

在变暗中，即当实际的电功率减小到额定功率以下时，最冷点的温度一定不能降到最小温度以下。这样，为对于给定的额定功率优化的给定灯的暗淡度设定了严格的限制。

灯不可能工作在这个限制范围之外，例如，在其额定功率的75％，而对其寿命没有明显的负作用，但是实践中事实上希望其如此工作。对于较高功率的灯，仍然有相当多的要求。

在努力以优化方式设计这种灯时，遇到的问题是尽管额外的热量能够通过增大灯壳的表面积来发散，但这导致较低临界温度的降低。因此，不再达到灯中需要的压力。

从DE10100724A1可知，高强度放电灯具有冷却装置。因为灯内部温度的升高产生增高的气压，这样该灯能以升高的功率工作。在此情况下如此排布和确定冷却装置的大小以至于当功率升高时，基本阻止不透明和填充气体的凝结。因为以这种方式工作，所述冷却产生相对高的热发散。

在照明领域的许多应用中，由于功能的原因，主要是需要可见光，进行过尝试将对于该目的不想要的辐射光，例如IR光，转移到不同的(第二)用途。例如，已知为了增加气体放电灯效率的各种解决方案，其通过具有滤光器或反射器能够允许可见光通过，而不是允许不想要的辐射光且尤其是IR光通过。这种反射器所做的是例如将不想要的辐射光反射回燃烧器的区域从而在燃烧器中减小为了确保给定的最低温度所需要的电功率。

这种解决方案不可能应用到至少包括反射器和UHP灯的照明单元中。它也不能应用到这种具有UHP灯的照明单元中，其在燃烧器上设有部分覆盖燃烧器并将可见辐射反射回燃烧器中的涂层，例如从US2005/0024880A1中得知的那样。

因此本发明的目的是提供在开头段落中指定的那种照明单元，其中即使灯在减小的功率下工作(变暗)或热发散通过增大表面积的方法增加，都能确保最冷点的温度不会降至限制的数值以下。目的是在工业大规模生产的情况下也能够有效的制造照明单元。

本发明的目的通过权利要求1中特征的优点来达到。

对于本发明来说，从UHP灯的燃烧器材料发射的至少部分IR光通过从反射器和/或从照明单元的另一部件的反射，行进返回到燃烧器的至少一部分是必要的。IR光行进到燃烧器，尤其波长＞3μm的IR光，被用作UHP灯的燃烧器材料的局部加热，因此，虽然燃烧器的设计不变且灯的功率相同，却能够有效防止汞凝结。

从属权利要求涉及本发明更优选的实施例。

优选在燃烧器上设置有部分覆盖燃烧器并将可见辐射光反射回燃烧器中的涂层。在使用根据US2005/0024880A1的教导、具有起反射性反射器作用的涂层的UHP灯时，根据本发明的解决方案是特别有利的。与在此描述的有关，主要优点是几乎没有可用的光从燃烧器的涂层部分以及反射器的相应部分射出，因此，不必使光的聚集优化，但能够用于其它目的，例如，热辐射的反射性反射。

也优选至少部分反射器形成为使照射在上面的IR光能特别的或仅仅反射到燃烧器的最冷部分。这就使当燃烧器安装在水平位置时，特别的或仅仅对燃烧器的底部加热成为可能。因此，能够对放电腔内最冷点和最热点之间的温度差异起作用。

也优选反射器为椭圆形和球形，将反射器的球形部分设置为能够在所述部分反射行进穿过涂层的IR光。特别设置的分为至少两个部分的反射器允许以技术上的简单的方式获得IR光的反射性反射。

也优选通过气密密封好的抽空的外壳将燃烧器封住。在这种情况下如果光出射板对IR光至少部分不透明或具有这样不透明的涂层是特别有利的。

本发明的目的也通过根据本发明的具有至少一个照明单元的投影系统来达到。

本发明的这些和其他方面是显而易见的，并将参照以下描述的实施例阐明。

在图中：

图1是根据本发明的照明单元的截面示意图。

图2是根据本发明的具有外壳的照明单元的截面示意图。

图3是根据本发明的具有椭圆形反射器和光阑的照明单元的截面示意图。

图4是如图3中所示光阑的前部示意图。

根据本发明的照明单元1示于图1中。具有作为光源的UHP灯2，其以通常方式设置并定位在反射器3中。

反射器3分为两部分，即椭圆形部分31(主反射器)以及球形部分32，反射器3的球形部分32设置为使穿过涂层4的IR光能够从那里反射。如图1a所示，球形部分32具有近似圆柱形的光出射开口。以这种方式发生反射从而使IR光主要反射回到燃烧器20的球状部分24上。反射器3的材料由铝组成，其能有效的反射IR光。反射器3的球形部分32不需要制造成高标准的精确度。即使具有简单的形状，它也能够执行它的主要功能，即将IR光朝着燃烧器20的球状部分24反射回来，其具有大约9mm的直径。回到两个电极22，23之间间隙(大约1mm)的IR光的反射性反射将是更多倍复杂和浪费的。

UHP灯2具有燃烧器20，燃烧器20具有放电腔21，放电腔21中设置有普通的放电气体和电极装置。电极装置通过两个电极22，23形成，在它们的尖端之间，以公知的方式发生气体放电。燃烧器20和主反射器3彼此相关的设置从而使光源的位置，即两个电极22，23之间的区域，恰当的基本定位于主反射器31的焦点处。

反射性反射器4以反射层的形式位于燃烧器20的球状部分24上。反射性反射器4是部分覆盖燃烧器20的多层干涉滤光器，其将可见辐射反射回到燃烧器20中并允许IR光穿过。在干涉滤光器的多层结构中，具有较高折射率的层与具有较低折射率的层交替排列。特殊层的折射率特别通过选择用于该层的材料来决定，具有至少两种在相关方面彼此不同的电介质材料存在于分层结构中。能够在例如US2005/0024880A1中找到分层结构和其选用材料的更多细节和可能的设计。

球状部分24的表面以这样的方式成形以至于将气体放电发射出并照射在反射性反射器4上的光反射回来穿过气体放电到达主反射器31上。在US2005/0024880A1的教导下，反射性反射器4的大小这样设定从而使它覆盖围绕气体放电腔的燃烧器20的不到一半区域。

已描述过的反射性反射依靠反射器3的球状部分32实现，如为了该目的进行的测量所示，在与具有100W额定功率的照明单元(不具有根据本发明的装置)相比较时，根据本发明的解决方案必须施加的电功率减小到大约80W。

为允许进一步减小必须施加的电功率，两个圆柱形端部25，26具有至少反射IR光，或者换句话说热辐射的层6，并且其由例如金属(金或银)或氧化锆构成。该反射层6使必须施加的电功率进一步减小到大约60至70W。

实验室中的测量表明，当根据本发明的照明单元1(如图1所示)设置在气密密封的抽空的外壳(图1中未示出)中，将必须施加的电功率进一步减小到大约40至50W是可能的。

具有根据本发明的所述装置，因而有可能提供一种照明单元，其具有为额定功率100W设计的燃烧器，却能在大量减小的电功率下工作，例如60W，对它的正常寿命没有任何不利影响。

在图1b中示意性的示出根据本发明可选择的照明单元1，除了(相对于图1a)球状部分32采取的形式外，具有同样的设计。反射器3的球状部分32如此形成和设置从而使穿过涂层4的IR光能够在所述球状部分32被反射并行进到燃烧器的底部，当把燃烧器安装在所示的水平位置，燃烧器的底部是燃烧器的最冷的部分。

根据本发明的具有外壳7的照明单元1的进一步实施例，示意性的在图2中示出。

燃烧器20和反射器3的结构和排布与图1a中所示的那些基本相似，但是燃烧器20和反射器3设置在外壳7中。外壳7是圆柱形的并且密封的，在一端通过基座8气密密封，在另一端也通过光出射板9气密密封。

以板的形式存在的光出射板9由例如硼硅酸盐玻璃构成。基座8由传统的陶瓷材料制造。电输入装置10于侧面装配在基座10上，具有从基座8经由线11到金属反射器3，即到它的部分31和32，并且接着经由前面的线12到电极23形成的一个电连接。另一个电连接从电输入装置10经由基座8到电极22形成并且未在图2中示出。

在外壳中可以包含这样的物质，其本身是已知的并能够防止或至少减少金属部件的任何氧化。

根据本发明的照明单元1的进一步实施例，具有椭圆形反射器3和光阑13，在图3中示意性的示出侧视图。

反射器3是通常的，椭圆形的，一体式设计。构成反射器3的材料是铝，其能够有效的反射IR光。

UHP灯2以通常方式水平设置在反射器3中的光学轴上。朝着光从照明单元1射出的方向，光阑13设置在光束路径上并处于光学轴上。光阑13如此定位并具有如此大小的孔14：使来自照明单元的可见光能穿过孔14并且至少部分具有波长＞3μm的IR光不能穿过。施加在光阑13上的层15，其至少反射这种IR光，这意味着IR光行进到反射器3并从那到达燃烧器21的区域。

如图3中所示光阑13的不同视图(前视图)示于图4中。盘形的光阑13具有孔14，反射IR光的层15设置在孔14的下方。该反射层15是覆盖光阑13表面扇形的部分涂层。在当前的示例中，扇形延伸穿过大约90°并且垂直对称。具有这样的排布，燃烧器20的底部被选择性的加热，通过扇形的大小能够对施加热的量起作用。

本发明不限于这两个实施例，而是可延伸至进一步的实施例。

例如也覆盖一种照明单元，其具有至少一个UHP灯和一个一体式反射器。该反射器在形状上可以既是抛物线的也是椭圆形的，具有设置在朝着从照明单元射出的光的方向的光束路径上的光阑或光出射板。然后后者以相似的方式起作用以允许可见光穿过并且将至少部分IR光反射回到反射器。为本发明目的的反射性反射将以这种方式发生：能够确保额外加热燃烧器，尤其是它的底部。

Claims

1、一种照明单元，至少包括反射器(3)和UHP灯(2)，该UHP灯具有至少一个具有放电腔(21)的燃烧器(20)，其中，当灯工作时，从UHP灯(2)的燃烧器材料发射的至少部分IR光，通过从反射器(3)和/或从照明单元(1)的另一部件的反射，行进返回到燃烧器(20)的至少一部分。

2、如权利要求1所述的照明单元，其特征在于在燃烧器20上设置有部分覆盖燃烧器(20)并将可见辐射反射回燃烧器(20)中的涂层(4)。

3、如权利要求1所述的照明单元，其特征在于至少部分反射器(3)设计为使照射在其上的IR光被反射，尤其朝着燃烧器(20)的最冷部分被反射。

4、如权利要求2所述的照明单元，其特征在于反射器(3)具有椭圆形部分(31)和球形部分(32)，该反射器(3)的球形部分(32)设置为使行进穿过涂层(4)的IR光能够从所述球形部分(32)被反射。

5、如权利要求4所述的照明单元，其特征在于当燃烧器(20)安装在反射器(3)中的水平位置时，IR光能够主要被反射回到该燃烧器(20)的底半部中。

6、如权利要求1所述的照明单元，其特征在于至少部分燃烧器(20)，并且特别是其不作为光出射开口或涂层位置的圆柱形端部(25，26)，具有对IR光不透明或限制IR光的涂层(6)。

7、如权利要求1所述的照明单元，其特征在于燃烧器(20)被气密密封的抽空的外壳(7)密封，并具有至少部分对IR光不透明的光出射板(9)。

8、如权利要求7所述的照明单元，其特征在于至少部分光出射板(9)具有涂层，该涂层至少部分反射IR并特别允许可见光通过，该光出射板(9)由玻璃构成。

9、如权利要求1所述的照明单元，其特征在于电输入装置的一部分与反射器相连接。

10、一种投影系统，其包括如权利要求1至9任一项所述的至少一个照明单元。