CN101990695A - 高效投影系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种灯(8)和用于投影装置(10)的带有这种灯的灯模块(1)，其中灯泡(20)和/或灯模块的盖片(40)至少部分具有抗反射涂层。

Description

高效投影系统
技术领域
本发明涉及一种灯，尤其是涉及一种用于投影装置的灯模块的短弧放电灯，该短弧放电灯具有玻璃(尤其是石英玻璃)构成的灯泡，用于容纳阳极和阴极，该灯泡具有填充气体，尤其是氙气。
背景技术
在传统的投影装置中，灯、尤其是氙气短弧高压放电灯插入到带有反射系统的壳体中，该反射系统具有通过盖片封闭的光出射口。这种灯或者这种灯模块从出版物WO2006/07228中已知。
这种投影装置的问题在于：在光从光源(光弧高压放电灯)直至光的出射窗的光路中必须在光学上不同的介质尤其是空气或填充气体-石英玻璃/玻璃之间进行多次过渡。由于这些介质过渡而出现反射损耗，因为射到的光的一部分并不入射到介质中而是被介质所反射，并且由此不能被系统所利用。由于在传统的投影装置中在不同的介质之间会出现多达八次过渡，所以所以所引起的光损耗累计超过25％。此外，投影系统中的反射导致了热问题和不同的散射光效应。
为了补偿光损耗，在现有技术中提出了使用具有较高的光功率的灯，譬如氙气短弧高压放电灯。然而，所提高的灯功率除了具有更高的灯成本和更短的灯使用寿命之外也引起了热问题，因为还必须为灯、反射器和出射窗提供有效的冷却。
发明内容
因此，本发明的任务在于提供一种用于投影装置的灯模块的灯、这种灯模块和这种投影装置，以及提出一种用于制造这种灯的方法，该方法保证了高的光产出，而灯不会过分昂贵或者不用考虑上述缺点。
该任务通过一种灯和具有这种灯的用于投影装置的灯模块来解决，其中这种灯具有灯泡，灯泡由玻璃、尤其是石英玻璃构成，用于容纳阳极和阴极，其中在灯泡中设置有填充气体、尤其是氙气，并且该灯泡至少部分在内侧和/或外侧上具有抗反射涂层。
由于在介质之间的边界层上使用了抗反射涂层，所以降低了光的反射损耗。由此，改进了系统的总的光产出，使得使用具有较低功率的光源而不降低光产出也是可能的。通过使用具有较低功率的光源，也减弱了投影装置中的热问题，使得在相同的灯功率的情况下提供了更多可用的光。
特别有利的是一个实施例，其中灯泡不仅在内侧而且在外侧上具有至少部分的抗反射涂层。这当灯安装在用于投影装置的具有反射系统的灯模块中时是有利的，其中特别有利的是，反射系统由两个反射器构成，其中第二反射器(辅助反射器)是球形反射器，而第一反射器(主反射器)是椭圆形反射器。由于借助相应地设置的辅助反射器和主反射器将射到辅助反射器上的光穿过灯泡朝着主反射器的方向向回反射，所以光由于抗反射涂层而在入射或穿过灯泡时不再被反射。正是在这种灯模块中可以设计的是，灯泡在其中光在辅助反射器上射出的区域中在内侧和外侧被涂覆，而灯泡在其中光仅在主反射器上射出的区域中仅仅在内侧具有涂层。
在另一有利的实施例中，辅助反射器的光出射口通过盖片封闭，该盖片由于其上出现反射而同样具有抗反射涂层。盖片有利地由透明的玻璃陶瓷或者石英玻璃构成，其中玻璃陶瓷由于其良好的涂层特性而是优选的。
借助球形或椭圆形反射器来构建反射系统保证了并不朝着主反射器的方向发射的并且由此损失掉的光反射回主反射器，并且可以从那里同样穿过借助盖片覆盖的光出射口出射。
特别有利的是如下例子，其中在灯泡或出射窗上的抗反射涂层由具有不同材料和层厚度的层堆叠构成，其中材料和层厚度被协调为使得对380nm到780nm的波长范围中的反射提供尽可能良好的抑制。特别有利的是SiO2、Nb2O5、Ta2O5、MgS2和/或ZrO2。
特别优选的是由层组构成的涂层，其中ZrO2作为第一层施加到灯泡或出射窗上，其中随后分别施加MgF2和ZrO2，并且作为结束层施加层MgF2。然而层厚度和层的数目可以变化。
其他优点和有利的实施形式在从属权利要求和说明书的附图中限定。
以下借助附图更为详细地描述了本发明，其中图中所示的实施例不应确定本专利申请的范围。
附图说明
以下借助实施例更为详细地阐述了本发明，其中：
图1示出了在两种不同的光学介质之间的过渡部上的反射的原理图，以及
图2示出了根据本发明的具有示例性的辐射曲线的灯模块的侧视图。
图1示意性地示出了在不同的光学介质之间的过渡部上的反射的原理性问题。在第一介质M1中传播的并且射到光学上不同的第二介质M2(例如玻璃片)上的光束L1在射到光学上不同的介质M2上时少量被反射并且并不完全入射到光学上不同的介质M2中。这在图1中示出，其中光束L1示意性地在点A射到光学上不同的介质M2上并且大部分L2入射到不同的介质M2中，而一部分L1R被反射。在从光学介质M2出射时，光束L2的一部分L2R又被反射，光束L2的大部分L3穿过介质入射到光学上不同的介质M3中。由于这两次反射L1R和L2R，光束L3的强度与光束L1相比明显减小。
借助根据本发明的施加到光学上不同的介质M2上的抗反射涂层，可以减少被反射的光的部分L1R和L2R，使得它们不具有重要地位，使得射入的光束L1和射出的光束L3具有基本上相同的强度。
图2示出了本发明的一个优选的实施。根据图2，根据本发明的灯模块1具有由球形的第一反射器2和椭圆形的第二反射器4构成的反射系统6，在反射系统中容纳有灯8。灯8由反射系统6支承并且与其一同形成预安装的单元，该单元电绝缘地使用在投影装置的壁10上，例如具有LCD或DLP/DMD技术的数字投影装置的壁10上。
球形的反射器2带有光出射口12地构建，而椭圆形的反射器4带有反射颈14地构建，其中灯8根据本发明安置在反射颈14和光出射口12的区域中。光出射口12通过玻璃陶瓷或者石英玻璃构成的盖片40封闭。
由于灯8的发热以及与此相联系的使用寿命限制而需要有效的冷却。对此，可以通过未示出的通风器将空气鼓入反射系统6中。冷却气流环绕灯8并且有效地防止了在反射系统6中形成热阻塞。
在所示的实施例中，灯8实施为传统结构形式的氙气短弧高压放电灯。这种短弧灯主要包括阳极16、阴极18和填充以高纯度的氙气的灯泡20，其中阳极和阴极分别安装在电极杆28上。该灯泡20沿着光学轴线从两侧分别过渡至大致圆柱形的灯柄24、26，阳极16或阴极18的电极杆28气密地熔融至灯柄中。
反射系统6由导电的材料构成并且设置有反射性的涂层。由于将反射系统6用作灯8与投影装置10的机械和电连接元件，所以相对于现有技术显著地降低了制造开销。
球形的反射器2和椭圆形的反射器4可以通过径向突出的平面彼此连接，它们共同形成凸缘，灯模块1沿着该凸缘绝缘地固定在投影装置10上。
根据本发明，灯泡20在其内侧上和在其外侧上具有抗反射涂层，使得通过电极16和18之间产生的光弧42而产生的光在穿过光学上不同的介质气体/玻璃/气体时不反射。
示意性地，在图2中绘制了光的光路，其中射束44直接朝着主反射器的方向发射。光束44在主反射器4上被反射并且反射到椭圆形的主反射器的第二焦点(即投影系统的在此未示出的出射窗)。在此，光束44同样穿过盖片40，其中又在光学上不同的介质之间进行过渡。
因此根据本发明，盖片40也可以具有抗反射涂层，使得在此出现的反射同样被最小化。
光弧42的并未直接射到椭圆形的主反射器4上而是借助辅助反射器2反射到主反射器4上的所发射的光部分46并不仅仅穿过灯泡20，而是发生三次过渡。首先光束46从灯泡20出射，随后被辅助反射器2向回反射回到其焦点(即光弧42)，其中在空气和玻璃之间发生另一过渡，并且随后又通过灯泡20出射，以便被主反射器4朝着盖片的40方向反射。在光学上不同的介质之间的过渡在该图中借助圆形标识。
由于根据本发明的抗反射涂层，所以可以明显地减小由于在光学上不同的介质之间的过渡部上的反射形成的辐射损耗，其中抗反射涂层优选由具有不同厚度的层的层堆叠和不同材料构成。在此，层厚度和层序列被优化为使得在380nm到780nm之间的可见范围中的反射最小化。
优选使用材料SiO2、TiO2、Nb2O5、Ta2O5、MgF2和ZrO2。
这些材料一方面展现出良好的粘附性，而另一方面它们是耐热的，使得它们可以毫无问题地经受灯运行中形成的高温。在一个特别优选的实施例中，抗反射涂层由四层的层堆叠构成，其中作为第一层ZrO2施加到玻璃上，接着是层MgF2，另一层是ZrO2，而最为结束层施加MgF2。在该实施例中，特别优选的是如下层厚序列：18.65nm(ZrO2)、37.23nm(MgF2)、142.56nm(ZrO2)和99.64nm(MgF2)。
在此所说明的层厚度和层序列可以根据要求而变化，并且也可以使用更多或更少的层。
此外，也可能的是选择单层的抗反射涂层，其中材料或材料组分也可以相应地匹配。
公开了一种灯和用于投影装置的具有这种灯的灯模块，其中灯模块的灯泡和/或盖片至少部分具有抗反射涂层(图2)。
附图标记表
1                                    灯模块
2                                    反射器
4                                    反射器
6                                    反射系统
8                                    灯
10                                   壁
12                                   光出射口
14                                   反射颈
16                                   阳极
18                                   阴极
20                                   灯泡
22                                   轴线
24                                   灯柄
26                                   灯柄
28                                   电极杆
40                                   盖片
42                                   光弧
44                                   光束
46                                   光部分

Claims (32)

1.一种灯，尤其是短弧放电灯，具有：灯泡(20)，其由玻璃尤其是石英玻璃构成，用于容纳阳极(16)和阴极(18)，灯泡具有填充气体，尤其是氙气，其特征在于，灯泡(20)至少部分具有抗反射涂层。
2.根据权利要求1所述的灯，其中灯泡(20)在其内侧上和/或在其外侧上具有抗反射涂层。
3.根据上述权利要求之一所述的灯，其中抗反射涂层是由多个相叠地施加的层构成的层组。
4.根据权利要求3所述的灯，其中层由SiO2、TiO2、Nb2O5、Ta2O5、MgF2和/或ZrO2构成。
5.根据权利要求3或4所述的灯，其中层厚度变化。
6.根据权利要求3至5之一所述的灯，其中抗反射涂层的层厚度和层序列在380nm到780nm的光谱范围中进行优化。
7.根据权利要求3至6之一所述的灯，其中抗反射涂层由ZrO2和MgF2构成的交替的层序列构建。
8.一种用于投影装置、尤其是用于数字影院投影装置和视频投影装置的灯模块，具有带有至少一个反射器(2，4)的反射系统，其特征在于，在灯模块中容纳有根据权利要求1至7之一所述的灯。
9.根据权利要求8所述的灯模块，其中反射系统构建有光出射口(12)，该光出射口通过盖片(40)封闭。
10.根据权利要求8或9所述的灯模块，其中盖片(40)具有抗反射涂层。
11.根据权利要求10所述的灯模块，其中抗反射涂层是由多个相继施加的层构成的层组。
12.根据权利要求11所述的灯模块，其中层由SiO2、TiO2、Nb2O5、Ta2O5、MgF2和/或ZrO2构成。
13.根据权利要求11或12所述的灯模块，其中层厚度变化。
14.根据权利要求11、12或13所述的灯模块，其中抗反射涂层的层厚度和层序列在380nm到780nm的光谱范围中进行优化。
15.根据权利要求11至14之一所述的灯模块，其中抗反射涂层由ZrO2和MgF2构成的交替的层序列构建。
16.根据权利要求9至15之一所述的灯模块，其中反射系统由两个反射器构建。
17.根据权利要求16所述的灯模块，其中第一反射器椭圆形地构建而第二反射器球形地构建。
18.根据权利要求9至17之一所述的灯模块，其中至少一个反射器由金属构成。
19.根据权利要求9至18之一所述的灯模块，其中盖片由玻璃陶瓷构建。
20.一种具有权利要求9至19之一所述的灯模块的投影装置。
21.一种用于制造灯、尤其是短弧放电灯的方法，其特征在于，灯泡(20)以抗反射涂层涂覆。
22.根据权利要求21所述的方法，其中抗反射涂层以层的方式作为层堆叠施加到灯泡(20)上。
23.根据权利要求21或22所述的方法，其中层厚度和层序列针对在380nm到780nm的范围中的抗反射而优化。
24.根据权利要求21至24之一所述的方法，其中由ZrO2构成的第一层、由MgF2构成的第二层、由ZrO2构成的第三层和由MgF2构成的第四层施加到灯泡(20)上。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所施加的层组具有18.65nm、37.23nm、142.56nm和99.64nm的层厚度序列。
26.一种用于制造投影装置的灯模块、尤其是用于数字影院投影和视频投影的灯模块的方法，该灯模块具有带有至少一个反射器的反射系统，其特征在于，使用带有根据权利要求21至25之一所述的方法制造的灯的灯模块。
27.根据权利要求26所述的方法，其中由反射系统形成的光出射口通过盖片封闭，抗反射涂层施加到该盖片上。
28.根据权利要求27所述的方法，其中由反射系统形成的光出射口通过盖片封闭，盖片以抗反射涂层涂覆。
29.根据权利要求26至28之一所述的方法，其中抗反射涂层以层的方式作为层堆叠施加到灯泡(20)上。
30.根据权利要求26至29之一所述的方法，其中层厚度和层序列针对在380nm到780nm的范围中的抗反射而优化。
31.根据权利要求26至30之一所述的方法，其中由ZrO2构成的第一层、由MgF2构成的第二层、由ZrO2构成的第三层和由MgF2构成的第四层施加到灯泡(20)上。
32.根据权利要求26至30之一所述的方法，其中所施加的层组具有18.65nm、37.23nm、142.56nm和99.64nm的层厚度序列。
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