CN102144278A

CN102144278A - 具有无电极等离子源的灯具

Info

Publication number: CN102144278A
Application number: CN2009801340934A
Authority: CN
Inventors: 丹尼斯·T·乔根森
Original assignee: Martin Professional ApS
Current assignee: Haman professional Denmark Corporation
Priority date: 2008-09-05
Filing date: 2009-09-04
Publication date: 2011-08-03
Anticipated expiration: 2029-09-04
Also published as: EP2332166A4; CN102144278B; EP2332166B1; US8664858B2; EP2332166A1; US20110181193A1; WO2010025738A1

Abstract

本发明涉及一种包括无电极等离子源的灯具，所述无电极等离子源包括谐振器和灯泡，所述灯泡在TIR的空腔中运行，其中TIR包括遮盖所述TIR透镜的至少一部分的金属栅格，所述金属栅格使所述无电极等离子源产生的电磁辐射接地。在另一个实施方式中，所述灯具包括将气流送入空腔的吹送装置。另一个实施方式还包括至少一个LED，ELPS灯泡和LED由控制系统控制，所述控制系统对至少一个ELPS和LED进行调光控制。

Description

具有无电极等离子源的灯具

技术领域

本发明涉及一种具有无电极等离子源的灯具，并且涉及具有这样的灯具的移动头和视频投影仪。

背景技术

US 6737809涉及一种整合有介电波导的等离子灯(DWIPL)，所述等离子灯的本体大体上由至少一种具有大于近似2的介电常数的介电材料构造成，并且所述本体的形状和尺寸使得当具有适当频率的微波能量与本体耦合时，所述本体以至少一种谐振模式谐振(resonate)。位于本体的空腔中的灯泡包含填充气体(gas-fill)，所述填充气体在从谐振本体接收到能量时形成发光等离子。

WO 2007/079496涉及一种无电极等离子灯，其包括灯本体，所述灯本体包括固态介电材料。所述灯包括：灯泡，其至少部分地收纳在所述固态介电材料的开口；和射频(RF)源，其被构造成向固态介电材料提供电力。邻近灯泡设置导电材料，以汇集紧邻灯泡的电力。导电材料可以配置在固态介电材料的上表面下方。导电可以改变至少一部分邻近所述灯泡的电场，使该部分电场被定向成大致平行于灯泡本体的上表面。

已有若干关于现有技术的无电极等离子源(ELPS)的公开，比如US6737809和WO 2007/079496中所公开的内容。ELSP灯泡布置在ELSPS谐振器中并且ELPS灯泡内的填充气体由具有微波频率的电磁辐射所激发。用以激发所述填充气体的一些电磁辐射从谐振器逃逸，这在许多情况中会造成不期望的对于周围环境的电磁干扰。电磁辐射尤其会与光一起从ELSP灯泡中逃逸。另一问题在于如果ELPS灯泡不能被适当地冷却，则ELPS灯泡趋于闪烁并且改变其光谱。如果灯泡不能被充分冷却，则无电极等离子源的提升时间(lift time)被进一步缩短。还有另一问题在于当ELSP调光(dim)时，从ELSP发出的光的色温会漂移(drift)。结果，ELPS非常难以整合在如娱乐灯光中使用的比如移动头和扫描灯具(scanner)的复杂的光学系统、及视频投影系统中。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，并且如果TIR透镜包括覆盖TIR透镜的至少一部分的金属栅格并且所述金属栅格使所述无电极等离子源产生的电磁辐射接地(grounding)，则本发明的目的能够通过权利要求1的前序内容来完成。

由此实现了如下效果，即能够由金属栅格吸收从ELSPS谐振器中逃逸的用以激发填充气体的电磁辐射并使所述电磁辐射接地，并且灯具由此能够用在娱乐光源、传统光源和/或视频投影仪中，而不会对周围环境造成电磁干扰。就金属栅格用以吸收从谐振器中发出的电磁辐射并使所述电磁辐射接地的主要目的来讲，技术人员认识到能够以许多不同的方式来设计所述金属栅格。所述金属栅格例如被实现为金属丝网、金属涂层或者金属线/金属条的网格。

在一个实施方式中，金属栅格覆盖TIR透镜的发光面的至少一部分，并且能够被实现为吸收来自ELSP谐振器的电磁辐射并且同时允许光学光通过的金属线/金属条的网格。由此仅以非常小的光损的方式实现了电磁辐射在光轴方向上非常有效的衰减。

金属栅格能够覆盖所述TIR透镜的TIR面的至少一部分并且能够被实现为金属罩。TIR透镜的TIR面反射光。由此，金属片将衰减从ELSP谐振器逃逸的电磁辐射并且在光撞击金属片之前被反射时阻挡所述光。

在另一个实施方式中，灯具包括用以向TIR透镜的空腔送入气流的吹送装置。由此，ELPS灯泡被非常好有效地冷却，并避免了闪烁和光谱偏移等相关问题。在另一个实施方式中，TIR透镜包括至少一个连接与TIR透镜的外部的空气通道，并且吹送装置将所述气流送过所述空气通道。结果，TIR透镜能够被布置成接近ELPS灯泡，并且大部分的光被TIR透镜收集。空气通道能够包括若干管路，由此吹送装置能够将冷却空气直接发送到TIR透镜的空腔内，并且另外将被加热的冷却空气送到壳体的外部。通过将空气定向成直接朝向灯泡，可能会实现围绕灯泡的非常紊乱的流动，由此实现高效的冷却。紊流的空气可以通过至少一个如下的管路来获得：所述管路包括具有非常小的用以产生被定向到灯泡的高速气流的小口的配管(duct)。这些高速气流会从不同方向发出。为产生紧密围绕灯泡的最为紊乱的气流，从灯泡产生的热自动开始对流输送空气使其离开灯泡本身。气流能够从至少一个方向被定向朝向ELPS灯泡，用于绕ELPS灯泡产生紊流。通过从不同方向冷却，能够更为有效地实现冷却。

本发明还涉及如权利要求13的前序中说明的移动头式灯具，其中光源还包括至少一个LED，光源的ELPS灯泡和LED由第一控制系统控制，光源的第一控制系统对至少ELPS和LED进行明暗控制。

由此，在ELPS灯泡的色温变化时，能够实现通过调节LED发出的色温来补偿所述色温变化，从而调节离开组合光源的端部色温(end colortemperature)以实现结果生成的光的最为恒定的色温，该最终生成的光用在投影仪或者类似的灯具中。这是非常重要的，因为对ELPS调光(dimming)可以将电力从100％减少至20％，能够实现有效的调光，但色温由于调光而朝向蓝色的方向变化。在运行期间，ELPS会使色温沿蓝色的方向变化。对于朝向蓝色的变化的校正由若干能够将总的颜色输出拉回到白光的方向的LED进行。也许是需要产生的颜色而不是白色，但在该情形下，LED的运行能够将颜色输出沿不同方向拉回并能够产生一些颜色。通过补偿ELPS中的颜色变化，可以将ELPS用作移动头灯具的光源，在该光源中的起始需要从光源中发出良好限定的颜色。另外在例如用于产生宽屏视频影像的投影仪中，光源的色温非常重要是人所熟知的。由于非常易于调光，上述的颜色操作当然非常必要。

可以由一个或多个TIR(全内反射Total Internal Reflective)透镜形成光定向部件，其中TIR透镜由热阻材料形成。TIR透镜是使用反射器的替换例。由于ELPS灯泡及LED从较小的容积向前传输其大部分的光，取得大部分所产生的光的TIR透镜能够收纳大部分的所述光并将所述光的方向改变成最为平行的光。由于其为TIR透镜，在该透镜中进行的反射几乎没有能量损失。

可以并行地操作若干ELPS灯泡，从各ELPS灯泡发出的光被光学元件(optics)准直，所述光学元件比如是TIR透镜、反射镜、CPC光管或者锥形光管，从若干准直光学元件中发出的光能够在共用的菲涅尔透镜(fresnellens)中组合，其中菲涅尔透镜将所述光偏转到布置有遮光片(gobo)的聚焦区域。可以并行使用若干ELPS灯泡与若干LED组合，并且将准直光学元件布置在各单个光源上方能够收集大部分的所产生的光并将所述光形成在共用菲涅尔透镜的方向上。通过使用菲涅尔透镜，从若干光源发出的光被混合，从而当光例如在用于遮光片的聚焦区域中汇聚(concentrate)时，最为单色的光用于遮光片。

灯具中的光路能够至少折叠一次，所述光路始自光源并通过内部光路，然后穿过前方透镜离开灯具，光路在所述灯具中被至少一个光反射器折叠。通过折叠光路，能够实现更短的投影仪或者灯具。在折叠式投影仪或者灯具中使用ELPS灯泡的另一个优点在于，ELPS中产生的高频辐射沿与光相同的方向被传输。通过由光反射器进行折叠，该反射器能够被制造成使得不反射电磁能量。

附图说明

图1示出了根据本发明的灯具的侧视图；

图2示出了根据本发明的具有冷却系统的灯具的侧视图；

图3示出了根据本发明的灯具的立体图，其中TIR透镜包括空气通道；

图4示出了根据本发明的灯具的立体图，其中TIR透镜包括替代的空气通道；

图5示出了根据本发明的灯具的立体图，其中TIR透镜的射出面包括金属栅格；

图6示出了根据本发明的灯具的立体图，其中TIR透镜的TIR面包括金属栅格；

图7示出了根据本发明的灯具的横截面图并且示出了气流；

图8示出了根据本发明的另一灯具的横截面图并且示出了气流；

图9示出根据本发明的另一方面的灯具的侧视图；

图10示出了图9的替代实施方式；

图11示出了三次准直光学元件的前端；

图12示出了多少与图11相同的发明，但这里所示的准直光学元件的数目增加为七；

图13示出了投影仪的内部结构；

图14示出了折叠式投影仪的内部结构；

图15示出了用在灯具或者用在投影仪中的可能的发明的另一实施方式。

具体实施方式

图1示了本发明的第一实施方式，其中灯具或者投影仪101的内部部件示出了ELPS谐振器103和ELPS灯泡105，其中ELPS灯泡105在TIR透镜109中的空腔107内运行。TIR透镜109在外侧被覆盖金属栅格111，用于使从ELPS发生器103产生的电磁辐射接地。TIR透镜109被形成为自动将光汇聚在遮光面(gobo plane)113。

图2示出了与图1相同的实施方式，但是增加了冷却系统，其中吹送装置201通过管路203将气流送入TIR透镜109中的空腔107内，从而强有力的气流紧围绕ELPS灯泡105流过用于冷却。离开空腔的空气流过管路205，并流到灯具或者投影仪的壳体的外部。

图3示出了本发明的实施方式的立体图，其中TIR透镜包括连接空腔107与TIR透镜的外部的空气通道301。吹送装置(为简化起见未示出)将所述气流送入空腔107，气流在空腔中冷却ELPS灯泡。在所示了的实施方式中，空气通道实现为剖切部(cut-out)，而技术人员知道所述剖切部能够具有任意的形状和尺寸。例如，剖切部能够在TIR透镜中钻制(drill)或者磨制(mill)，或者在成型TIR透镜时被构造出。如已知的，在现有技术的TIR透镜109中，TIR透镜包括输入面303、TIR面305和射出面307。ELPS灯泡105发出的光通过进入面进入TIR透镜，所述进入面典型地包括空腔107的内面。之后，光由TIR面305反射并穿过射出面307射出。一些光直接从输入面穿过而到达射出面。能够设计不同的TIR透镜的面的结构，以满足不同的要求。如所示的，射出面例如能够具有弯曲部309。在所示的实施方式中，气流能够穿过一个空气通道301被引入到空腔内并且通过其它的空气通道301排出，由此气流(未示出)绕ELPS灯泡105流动并且对ELPS灯泡冷却。

图4示出了本发明的实施方式的立体图，其中连接空腔107与外部的空气通道被实现为从TIR透镜的射出面307至空腔的通道401并且在TIR透镜的底部被实现为狭缝403。由此，吹送装置(为简体起见未示出)将气流送过TIR透镜，并由此冷却ELPS灯泡105。该气流能够以两种方式将空气传送通过TIR透镜。

图5和图6示出了根据本发明的灯具的立体图。所述灯具包括无电极等离子源，所述无电极等离子源包括谐振器103和ELPS灯泡105。如上所述，ELSP灯泡在TIR透镜的空腔107中运行。TIR透镜包括遮盖所述TIR透镜的至少一部分的金属栅格。金属栅格使所述无电极等离子源产生的电磁辐射接地。技术人员知道作为金属栅格吸收由谐振器发出的电磁辐射并使所述电磁辐射接地的主要目的，金属栅格可以设计成许多不同的方式。金属栅格例如能够实现为金属丝网、金属涂层或金属线/金属条的网格。图5中的灯具说明了如下实施方式：其中金属栅格被实现为遮盖TIR透镜的射出面的线的网格501。所述线的网格吸收从谐振器出的电磁辐射并且同时使大多数的光通过所述网格。由此实现对从谐振器发出的不期望的电磁辐射的衰减并且同时使光从TIR透镜的射出面射出。图6示出了如下实施方式：其中，TIR透镜的TIR面由金属涂层覆盖，由此也衰减了通过TIR透镜的TIR面射出的、由辐射器发出的电磁辐射。

图7和图8示出了根据本发明的灯具的横截面图，其中遮盖一部分TIR面的金属栅格被实现为围绕TIR透镜109的金属丝网701。TIR透镜的射出面由金属网格501遮盖。图7示出了具有TIR透镜的灯具，其中TIR透镜类似于图3中所示的TIR透镜。在本实施方式中，如箭头所示，吹送装置201将空气引入金属丝网与TIR透镜之间的空腔701，气流从空腔701通过空气通道301流入TIR透镜107的空腔，并在TIR透镜的另一侧退出空腔703。空腔701和703由壁(未示出)隔开，从而强制空气流过空气通道301和TIR透镜107的空腔。

图8示出了具有TIR透镜的灯具，其中TIR透镜类似于图4中示出的TIR透镜。在本实施方式中，吹送装置布置在金属丝网的开口701处并且用以通过空气通道401从TIR透镜的射出面307向空腔107吸入空气并使吸入的空气通过TIR透镜的底部中的狭缝403。吹送装置还可以沿相反方向引入空气。

图9示出了根据本发明的另一方面的用于灯具或投影仪902的第一可能实施方式。灯具包括光源904、菲涅尔透镜906、若干彩色滤光片908和透镜系统910。各光源发出的光由准直光学元件912、914、916准直，所准直的光然后用菲涅尔透镜906组合和汇聚。由如下电路产生光：驱动一个或多个LED 924的电路918；驱动ELPS灯泡926的ELPS谐振电路920；和驱动至少一个LED 928的电路922。

在运行中，ELPS灯泡926将作为主光源。在具有传送至ELPS谐振器920的满功率的正常运行中，ELPS灯泡926能够传送几乎完美的白光。所述光然后借助于准直光学元件912、914、916和菲涅尔透镜906在其通过彩色滤光片908的光路上被混合和汇聚。可以使用CMY遮光片(CMY flags)作为彩色滤光片。这些彩色滤光片能够移入和移出所述光，并且如果输入的为白光，则能够产生几乎每种可能的颜色。至少一个ELPS灯泡和至少一个LED的组合所产生的光由此能够被至少一个彩色滤光片修改。滤光片可包括颜色转化特性。由至少一个ELPS灯泡和至少一个LED的组合所产生的光可被至少一个彩色滤光片修改。例如在使用传统所熟知的彩色滤光片的灯具中可以进行进一步的颜色操作。这些彩色滤光片的校正作用使得其可以实现全彩光谱的大部分。但过滤需要知道光源产生的光的色温。

至少ELPS灯泡和至少一个LED的组合所产生的光能够由至少一个滤光片修改，该滤光片具有颜色转换特性。通过使用具有颜色转换特性的滤光片，所述颜色转换特性比如布置在滤光片表面上的荧光层，可以产生不同的颜色。通过使用用于颜色变换的荧光剂，可能会使ELPS灯泡和LED在紫外光谱下运行。然后，通过使用用于产生不同颜色的不同主动滤光片(active colorfilter)，产生具有不同颜色的光。

在光被透镜系统910进一步投射之前，所述光能够被汇聚在遮光面911中。该透镜系统910包括变焦透镜，因而可以对于输出光束进行变焦。

在其中对ELPS谐振电路920进行调光和从ELPS灯泡926产生的光被减少的情况下，所产生的光在更为蓝光的方向上发生颜色变化。为补偿所产生的蓝光，可以打开LED 924和LED 928。根据从LED传送的是哪一种光，可以进行补偿，使得全部所产生的光连续地为白光，从而不会影响所产生的输出光。应明白，LED 924和LED 928能够是LED的组合，所述LED的组合通过由其自身进行软件控制而能够产生几乎每种可能的颜色。因此，如果软件进程知道ELPS灯泡926中的光的变化，则通过控制LED924和LED 928的颜色输出能够进行自动补偿。

图10示出了图9的替代实施方式，其中灯具1002包括菲涅尔透镜1006和遮光面1011中的栅格孔(gate opening)1008，其中准直光学元件1014和1016准直由ELPS灯泡1026和1028所产生的光。ELPS灯泡1026由第一ELPS谐振器1020操作，而灯泡1028由ELPS谐振器1024操作。

在运行中，由菲涅尔透镜1006组合两种不同的光源，用于在遮光面1008输送光。

图11示出了三个准直光学元件的前端，所述三个准直光学元件可以是TIR透镜1114、1116和1118，所述准直光学元件运行作为共用的光源。使用三个不同的ELPS发生器，通过对一个或者多个ELPS谐振器的调光，可以形成三种不同的颜色和通过光源的组合形成白光，并且可以形成不同颜色的光。另外，三个相同的白光光源可以组合为更为强烈的光源。

图12示出了与图3基本相同的发明，但现在可以为TIR透镜的准直光学元件的数目增加为七，所述光学元件为1230、1232、1234、1236、1238和1242。通过组合七个或七个以上的ELPS发生器并且通过它们的发光灯泡，可以产生非常强烈的光束。

通过组合若干ELPS光源，可以将灯具的光输出提高至非常高的电力水平。使用三个以上的不同颜色，还可以进行颜色调节，其中能够实现几乎全部的颜色。另外的一些光源能够用作备用光源，以减少失效率或者延伸灯具的使用寿命。

图13示出了投影仪1302的内部结构，投影仪1302包括第一ELPS谐振器1304，第一ELPS谐振器1304操作能够发出蓝光的发光灯泡1306。然后，光被收集在抛物线型反射镜或者TIR透镜1308中，并且从那儿穿过偏振片1310，然后光通过液晶显示器1312。另外示出的是，ELPS谐振器1314操作可能以绿光运行的灯泡1316。光收集在抛物线型反射镜或者TIR透镜1318中并在此处被汇聚，通过偏振片1320，然后ELPS通过液晶显示器1322。另外示出了第三ELPS谐振器1324，第三ELPS谐振器1324操作可能以红光运行的灯泡1326。光收集在抛物线型反射镜或者TIR透镜1328中，然后光被送到偏振片1330。另外示出了液晶显示器1332。来自三个不同方向的光在颜色空间(color cube)1334中组合成为同一光束。然后，该光束被发送通过若干不同的滤光片1336和1338，并进一步通过透镜系统1340。

如图13所示，在投影仪的运行中，可以形成视频投影仪。视频投影仪的功率会极其的大，因为ELPS谐振器与灯泡产生功率非常大的光。在液晶显示器1312、1322和1332处需要非常有效的冷却。每次这些显示器中的一个显示器变为黑色，则ELPS发生器和灯泡产生的全部功率将会汇聚在液晶显示器的黑色部分。另外，需要冷却偏振片1310、1320和1330，因为它们可能会收集高达50％的所产生的光。

替代地，视频投影仪可以由数字镜(digital mirror)实现，因为数字镜在克服强烈的热方面具有更为优良的性能。

图14示出了折叠式投影仪1402的内部结构，所述折叠式投影仪包括通过ELPS灯泡1406运行的ELPS发生器1404。该ELPS灯泡1406在抛物线型反射器1407的内部运行。紧接在抛物线型反射镜之后，示出了滤光片1408。光连续地进入光管1410，然后通过透镜1412。光由镜1414反射，然后进一步通过可能布置在遮光面中的滤光片1416，所述光通过透镜系统1418离开投影仪。

反射镜1414可以如下制成：其仅反射可见光，而吸收从ELPS发生器1404沿与光束相同的方向传送的微波、IR能量和UV能量。通过反射光束和吸收微波能量，避免了在离开灯具或者投影仪的光中含有微波能量。

图15示出了在灯具或者投影仪中使用的可能的发明的另一个实施方式。系统1502涉及ELPS发生器1504的一部分，其在ELPS灯泡1508中产生光。该ELPS灯泡1508布置在反射器1510内部。光在遮光面1512中汇聚并且光由透镜系统1514被进一步投射。ELPS发生器被布置在第一部分1518中并且经由波导1520被连接到第二部分，所述波导1520从ELPS发生器1518连接到ELPS发生器1504。另外，示出了鼓风机1512，其通过管路1524将冷却空气送过配管1526，并送向发光灯泡1508。

这样，两个非常主要的部件被移离光源并在灯具或反射器中向前直至有更好的用于所述部件的空间的位置处。这里，布置由射频操作的ELPS发生器1518的第一部分，该第一部分经由波导1520连接到谐振器1504的第二部分。由此，在最可能需要有效冷却的位置处产生的部分电力必须被除去。另外，鼓风机1524能够布置在壳体中的产生相对冷的空气的一些位置处。由此，提高了总的冷却效率。

Claims

1.一种包括无电极等离子源的灯具，所述无电极等离子源包括谐振器和灯泡，所述灯泡在TIR透镜的空腔中运行，其特征在于，所述TIR透镜包括遮盖所述TIR透镜的至少一部分的金属栅格，所述金属栅格使所述无电极等离子源产生的电磁辐射接地。

2.根据权利要求1所述的灯具，其特征在于，所述金属栅格的至少一部分遮盖所述TIR透镜的光射出面的至少一部分。

3.根据权利要求1-2所述的灯具，其特征在于，所述金属栅格的至少一部分遮盖所述TIR透镜的TIR面的至少一部分。

4.根据权利要求1-3所述的灯具，其特征在于，所述灯具还包括将气流送入所述空腔的吹送装置。

5.根据权利要求4所述的灯具，其特征在于，所述TIR透镜包括至少一个连接所述TIR透镜的空腔与外部的空气通道，并且所述吹送装置将所述气流送过所述空气通道。

6.根据权利要求4-5所述的灯具，其特征在于，所述空气通道包括至少一个管路。

7.根据权利要求4-6所述的灯具，其特征在于，所述灯具包括壳体，并且所述气流的至少一部分通过至少一个管路被引出到所述壳体的外部。

8.一种包括无电极等离子源的灯具，所述无电极等离子源包括谐振器和灯泡，所述灯泡在TIR透镜的空腔中运行，其特征在于，所述灯具还包括将气流送入所述空腔的吹送装置。

9.根据权利要求8所述的灯具，其特征在于，所述TIR透镜包括至少一个连接所述TIR透镜的空腔与外部的空气通道，并且所述吹送装置将所述气流送过所述空气通道。

10.根据权利要求8-9所述的灯具，其特征在于，所述空气通道包括至少一个管路。

11.根据权利要求8-10所述的灯具，其特征在于，所述灯具包括壳体，并且所述气流的至少一部分通过至少一个管路被引出到所述壳体的外部。

12.一种移动头灯具，所述移动头灯具包括连接到轭的基部，轭相对于所述基部绕基部中的第一转动中心转动，所述轭连接到灯头，所述灯头借助于所述轭而相对于轭绕第二转动中心转动，其特征在于，所述灯头包括根据先前权利要求1-11中的任一项所述的灯具。

13.一种移动头灯具，所述移动头灯具包括连接到轭的基部，轭相对于所述基部绕基部中的第一转动中心转动，所述轭连接到灯头，所述灯头借助于所述轭而相对于轭绕第二转动中心转动并且包括至少一个光源，所述光源相对于光定向部件布置，所述光定向部件产生被送过光形成装置的光束，所述光源包括至少一个ELPS灯泡，其特征在于，所述光源还包括至少一个LED，所述ELPS灯泡和所述LED由第一控制系统控制，所述第一控制系统对至少ELPS和LED进行颜色校正。

14.根据权利要求13所述的移动头灯具，其特征在于，所述第一系统在运行期间对LED进行连续的颜色校正，用以补偿ELPS灯泡的色温在蓝色的方向上的连续变化。

15.根据权利要求13或14所述的移动头灯具，其特征在于，至少一个ELPS和至少一个LED的组合所产生的光由至少一个滤光片修改。