DE19846724A1

DE19846724A1 - Lampe und zugehörige Stromversorgung

Info

Publication number: DE19846724A1
Application number: DE19846724A
Authority: DE
Inventors: Felix J Schuda
Original assignee: ILC Technology Inc
Current assignee: Excelitas Technologies Illumination Inc
Priority date: 1997-10-14
Filing date: 1998-10-12
Publication date: 1999-04-15
Also published as: JPH11194423A; BE1014032A3; US5961203A

Description

1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich generell auf Lampen hoher Intensität und speziell auf vollständige Lichtquellen mit Stromversorgungseinrichtung und faseroptischem Ausgang, beispielsweise in medizinischem Gerät verwendete Lichtquellen.

2. Stand der Technik

Faseroptische Lichtquellen, beispielsweise Lampen vom Ceramax-Typ der ILC Technology Inc. stellen Lichtquellen hoher Intensität für kaltes weißes Licht dar. Lichtquellen mit Xenox-Lampen vom Cermax-Typ machen keine Anwärmzeit erforderlich und werden von Medizinern wegen ihrer Sicherheit geschätzt. Standardkonstruktionen von 75 W bis zu 300 W werden zur Beleuchtung über Vielfach-Fasern verwendet.

Hinsichtlich der Lebensdauer der Lampe und der Stabilität des Bogens ist die Aufrechterhaltung einer adäquaten Kühlung kritisch. In wenigen Situationen kann es möglich sein, die Lampe durch Konvektion zu kühlen, jedoch muß im allgemeinen der Luftstrom passend groß sein und darf nicht blockiert werden. Die kritischen Temperaturen treten gewöhnlich an den Abdichtungen der Bogenerzeugungsröhre auf. Wenn die Temperaturgrenzen an diesen Stellen überschritten werden, können die Abdichtungen ausfallen.

Lichtquellen mit Lampen vom Cermax-Typ an einzelner Platine haben seit einiger Zeit existiert. Bei diesen ist die Lampe und die Stromversorgung auf der gleichen gedruckten Schaltungsplatte montiert. Leider war die ganze Einheit relativ groß.

Andere Lampen, die den internen Baublock einer medizinischen Lichtquelle oder die "Lichtmaschine" für einen Videoprojektor geringer Leistung oder für einen Computer monitor darstellen sollen, sind zwar kleiner und kostengünstiger als ihre Vorgänger, jedoch konnte die Stromversorgung nur mit 110 V Wechselspannung betrieben werden. Zugeordnete Wärmesenken sind nicht zur Abfuhr der großen Wärmebelastung der Lampe optimiert worden. Demgemäß war die maximale Lampenleistung beschränkt.

3. Zusammenfassung der Erfindung

Es ist deshalb eine Zielrichtung der Erfindung, eine kleine und kostengünstige Lichtquelle zu schaffen.

Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, eine Lichtquelle für einen Videoprojektor zu schaffen.

Eine weitere Zielrichtung der Erfindung liegt in der Schaffung einer Lichtquelle, die eine Mehrzahl von Lampen aufnehmen kann, ohne daß andere Komponenten ausgetauscht werden müßten.

Schließlich ist es eine weitere Zielrichtung der Erfindung, eine Lichtquelle zu schaffen, die den anwendbaren nationalen und regionalen Vorschriften hinsichtlich elektromagnetischer Störungen und Sicherheitsstandards genügt, die auf der Welt gesetzlich sind und beachtet werden müssen.

Die gestellte Aufgabe wird durch die Lichtquelle mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst und durch die weiteren Merkmale der Unteransprüche ausgestaltet und weiterentwickelt.

Kurz gesagt, umfaßt die Ausführungsform der Lichtquelle gemäß Erfindung eine Lampe hoher Intensität, die zwischen vier halbschaligen, gerippten Wärmesenken geklemmt ist. Die oberen Halbschalen der Wärmesenke für die Anoden- und Kathodenenden der Lampe sind an einer oberen Schaltungsplatine montiert, und die unteren Wärmesenken- Halbschalen sind auf einer unteren Hauptschaltungsplatine montiert. Ein mit Gleichstrom betriebener Ventilator ist auf einer Seite angeordnet, um horizontal durch die Matrix der Wärmesenken Luft zu blasen, die am entgegengesetzten Ende austritt. Lediglich die Stromzuführungsschaltungen für den Lampenanzünder und den Ventilator sind in der oberen gedruckten Schaltungsplatine vorgesehen, welche den Lampenstrom von der unteren gedruckten Schaltungsplatine über die Anoden- und Kathoden-Wärmesenken sowie eine zusätzliche Verbindung über eine flexible Leitung erhält. Die Hauptstromzufuhr ist auf der unteren gedruckten Schaltungsplatte untergebracht und wandelt 110 oder 220 V Wechselspannung in 110 bis 160 V Gleichspannung um und führt auch eine Vorregelung aus, welche Gleichspannung einem Transistorzerhackerschalter zugeführt wird, der für die erforderliche niedrige Spannung des Lampenstroms sorgt. Ein Kühlring ist an der Vorderseite der Lampe angebracht und umfaßt einen gekippten Heißspiegel, der infrarotes Licht zurück zur Lampe reflektiert, jedoch um 5 bis 10° achsversetzt, um die Lampenlebensdauer zu verbessern. Ein faseroptischer Kabeladapter und ein Stützring sind vor der Lampe montiert und optisch ausgerichtet, so daß der faseroptische Kabeladapter von außen gewechselt werden kann, ohne die optische Vorausrichtung zu stören. Das Ganze ist in ein Gehäuse verpackt, welches den Ventilator bei der Kühlung der Lampe unterstützt, indem die Luftströmung durch die Wärmesenken gerichtet wird.

Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die Lichtquelle relativ klein und kompakt ausgeführt ist. Ferner kann sie wirtschaftlich hergestellt werden. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß die Lichtquelle mit einer Vielzahl von Lampenarten und -größen zusammenarbeiten kann, ohne daß andere Komponenten ausgetauscht werden müßten. Vorteilhaft ist auch, daß die Lebensdauer der Lampen verlängert wird, indem Infrarotlicht von einem Heißspiegel am Ausgang außer Achse zurück zur Lampe reflektiert wird. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht in der Möglichkeit, bei 110 V oder 220 V Wechselspannung arbeiten zu können. Schließlich hat die Erfindung auch den Vorteil, daß der faseroptische Kabeladapter ausgetauscht werden kann, ohne daß der Benutzer ins Innere der Einheit vordringen muß, um die optische Ausrichtung für den neuen Adapter neu einzustellen.

Diese und andere Zielrichtungen und Vorteile der Erfindung werden für den Fachmann nach Lesen der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform ersichtlich, die in der Zeichnung illustriert ist.

4. Zeichnungen

Fig. 1 ist eine dreidimensionale, perspektivische Ansicht einer Lichtquelle als Ausführungsform der Erfindung, wobei der Lufteinlaß auf einer Seite und der faseroptische Kabeladapter und der Lichtauslaß an der Vorderseite zu sehen sind,

Fig. 2A bis 2C sind jeweils Ansichten von oben, von der Seite und von vorne der Lichtquelle der Fig. 1,

Fig. 3 ist eine auseinandergezogene Darstellung der meisten Komponenten, aus denen die Lichtquelle der Fig. 1 besteht,

Fig. 4 ist eine Schaltung des Stromeingangsmoduls, des Verriegelungsschalters und eines Teils der unteren Hauptschaltungsplatte, die in der Lichtquelle der Fig. 1 einbezogen ist, und

Fig. 5 ist eine Schaltung des restlichen Teils der unteren Hauptschaltungsplatte und der ganzen oberen gedruckten Schaltungsplatte sowie der Lampe in der Lichtquelle der Fig. 1.

5. Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Fig. 1 stellt insgesamt eine Lichtquelle 10 als Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Ein auseinandernehmbares Gehäuse 12 weist eine Luftansaugöffnung 14 auf, die von einem Ventilgitter 16 abgedeckt ist. Eine faseroptische Adapterplatte 18 ist an einer Rückseitenplatte 19 befestigt, die wiederum einstellbar an dem Gehäuse 12 befestigt ist. Die faseroptische Adapterplatte 18 weist eine zentrale Öffnung 20 auf, die ein faseroptisches Ausgangskabel aufnimmt. Zwei Schrauben 22, 24 halten die Adapterplatte 18 an der Rückseitenplatte 19 und ermöglichen so, die Adapterplatte 18 abzunehmen, ohne die optische Ausrichtung der Rückseitenplatte 19 zu stören. Ein Helligkeitsregler 26 ermöglicht es einem Benutzer, die Intensität des abgegebenen Lichts an das faseroptische Ausgangskabel einzustellen.

In Fig. 2A bis 2C ist die Lichtquelle 10 dargestellt und umfaßt innerhalb des Gehäuses 12 eine Hauptschaltungsplatte 28 und eine obere Halbstockwerkplatte 30. Eine obere Wärmesenke 32 für die Anode und eine obere Wärmesenke 34 für die Kathode sind jeweils an der Bodenseite der oberen Halbstockwerkplatte 30 befestigt. In ähnlicher Weise sind eine untere Wärmesenke 36 für die Anode und eine untere Wärmesenke 38 für die Kathode jeweils auf der Oberseite der Hauptplatte 28 befestigt. Eine halbkreisförmige Aussparung 39 mit erhöhtem Rand ist an der Vorderkante der unteren Wärmesenke 38 für die Kathode vorgesehen, um vorzugsweise die Wärme in die obere Kathoden- Wärmesenke 34 zu lenken und den Rückhalt der Lampe in der richtigen Stellung zu unterstützen.

Die Wärmesenken 32, 34, 36, 38 weisen ein System von parallelen Rippen auf, die in ihrer Zusammenarbeit den Luftstrom kanalisieren, der durch das Gehäuse 12, beginnend mit der Lufteinlaßöffnung 14, horizontal hindurchstreicht. Alternativ kann die rückwärtige Bodenwärmesenke 36 ein schmälerer, fester Block aus Aluminium sein, der am Boden angebracht ist, um mehr Komponenten-Montageraum auf der Platte 28 darzubieten, und der nach oben mit Rippen versehen ist. Ein Ventilator 40 drückt den Luftstrom durch und wird mit Gleichstrom betrieben. Eine Zündspule 42 ist auf der Unterseite der oberen Halbstockwerkplatte 30 angebracht. Ein Verriegelungsschalter 44 stellt eine Sicherheitsvorrichtung für den Benutzer dar, welche die Leistung innerhalb des Gehäuses unterbricht, wenn Zugang genommen wird. Ein Wärmeschalter 45 ist thermisch mit der unteren Kathodenwärmesenke 38 verbunden, um als Sicherheitsvorrichtung zu wirken und die Überhitzung zu vermeiden, wenn der Kühlventilator ausfallen sollte. Der Schalter unterbricht den Hauptleistungseingang. Ein Stromeingangsmodul 46 stellt einen Aufnahmebehälter für das Leistungsstromkabel, die Betriebsspannungsauswahl und das elektromagnetische Störfilter dar. Ein Schalter 48 ermöglicht die Unterbrechung des Lichts zum faseroptischen Ausgangskabel bei der zentralen Öffnung 20 in der Adapterplatte 18.

In Fig. 3 ist das Gehäuse 12 für die Lichtquelle 10 vorzugsweise unter Einbezug einer Anordnung gezeigt, die eine Frontplatte 50, eine Chassisbasis 52 und einen oberen Deckel 54 umfaßt. Eine Luftauslaßöffnung 56 und ein Gitter 58 sind am oberen Deckel 54 vorgesehen. Die Wärmesenken 32, 34, 36, 38 sind in Fig. 3 mit einem Paar von Scharnieren 59 mit doppelter Achse gezeigt, die auf der Ventilatorseite zwischen den Wärmesenken 32 und 36 und zwischen den Wärmesenken 34 und 38 befestigt sind. Je eine Lampenaussparung 60 ist in den Kathodenwärmesenken 34 und 38 vorgesehen, um für eine Vielzahl von Lampentypen zu passen, beispielsweise von ILC-Technologie "LX" der Serie 61, von "Ex" der Serie 62 und von "1,4 Zoll" des Typs 63. Obzwar die vorliegende Erfindung nicht auf eine spezielle, maximale Leistung eingeschränkt ist, können 300 W in einer Ausführungsform von der Stromzuführung an der unteren Schaltungsplatte 29 zur Lampe geliefert werden, und Einstellungen mit variablem Widerstand ermöglichen es, 125 bis 300 W tatsächlich zu liefern, und zwar gemäß dem Typ der installierte Lampen 61 bis 63. Andere Ausführungsformen können bei höheren oder niedrigeren Leistungspegeln arbeiten.

Die Lampe 61 ist mit einem Kühlring 64 verbunden, der bei der Verteilung der Wärme der Lampe behilflich ist und der einen Heißspiegel 65 und eine Linse 66 beherbergt. Ein alternativer Kühlring 67 ist der Lampe 62 der "Ex"-Serie zugeordnet und beherbergt ebenfalls einen Heißspiegel 68, der auch bei einem Kühlring 69 benutzt werden kann. Die Heißspiegel 65 und 69 sind vorzugsweise aus erschmolzenem Silicaglas hergestellt und weisen konventionelle Beschichtungen auf, die selektiv infrarotes Licht reflektieren. Die Ebenen der Heißspiegel 65 und 68 sind aus der Senkrechten zur optischen Achse der Lampe herausgekippt, um infrarotes Licht zurück zur Lampe zu reflektieren, jedoch mit 5 bis 10° zur Achse, in Abhängigkeit von dem verwendeten Lampentyp. Dieses Herauskippen verbessert die Lebensdauer, denn die Wärme wird an einer anderen Stelle als den Bogenelektroden zurückgeworfen, und dies ist dabei behilflich, die Temperaturen auf vernünftigen Pegeln zu halten.

Die Wärmesenken 32, 34, 36, 38 sind hinsichtlich ihrer Größe vorzugsweise an den Ventilator 40 angepaßt, der 3,13 Quadratzoll aufweist. Die Wärmesenken 32, 34, 36, 38 müssen die Vorder- und Rückseite der jeweiligen Lampe 61 bis 63 sicher fassen. Bei den Rippen an den Wärmesenken 32, 34, 36, 38 kommt es auf das Längen-zu-Dicken-Verhältnis an, und zwar wegen der Einschränkungen bei der Herstellung im Strangpreßverfahren. Die Wärmesenken 32, 34, 36, 38 müssen die gesamte Auslaßquerschnittsfläche des Ventilators 40 einnehmen, so daß die Vorderseite der jeweiligen Lampe 61 bis 63 etwas aufweisen muß, was den Zusatzraum "aufnimmt". Beispielsweise kann der Kühlring 64, 67 oder 69 verwendet werden. Der Kühlring kann auch dazu benutzt werden, den Heißspiegel 65 oder 68 zu halten, der das Infrarotlicht beseitigt. Wenn die Wärmesenken 32, 34, 36, 38 und der Zusatzraum geeignet gestaltet sind, kann die Lichtquelle 10 typischerweise bei über 300 W betrieben werden, ohne daß die Temperaturgrenzwerte für typische Lampen 61 bis 63 überschritten werden.

Eine konfigurierte, einachsige Scharnieranordnung des LOAS-Designs nach dem Stand der Technik verschwendete einiges an Luftvolumen, das zur Kühlung verfügbar ist, indem die Wärmesenken mit Nuten versehen wurden, um vom Ventilator frei zukommen, wenn die Wärmesenken nach oben geschwenkt werden. Dies ließ zu, daß wertvoller Luftstrom verschwendet wurde, der nicht in Gang gesetzt worden ist, um die Wärmesenken und die Lampen zu kühlen. Bei den bevorzugten Ausführungsformen der Lichtquelle 10 sind die doppelachsigen Scharniere 59 vorgesehen, so daß sich die oberen Wärmesenken 32 und 34 wie Backen öffnen können und dann um eine Achse nach oben schwingen und um eine zweite Achse schwenken, um es den Lampen 61 bis 63 zu ermöglichen, herausgezogen zu werden, ohne an den Ventilator anzustoßen. Dieses doppelachsige Scharnier 59 ermöglicht es den Wärmesenken, so ausgelegt zu werden, daß aller verfügbarer Raum ausgenutzt wird, ohne daß Opfer hinsichtlich des Materials gemacht werden müßten, um Freiräume für die Scharnierschwenkung zu bieten.

Der Luftstrom in der Lichtquelle 10 wird auf einen Kanal eingeengt, und zwar teilweise durch die obere Halbstockschaltplatte 30. Der Zünder und eine Hilfsschaltung werden vorteilhafterweise auf einer getrennten oberen Schaltungsplatte plaziert. Die Ventilatorantriebs- Gleichstromschaltung für den Ventilator 40 ist ebenfalls vorzugsweise in der oberen Halbstockwerk-Schaltungsplatine 30 untergebracht. Die 12 V-Gleichspannung für den Ventilator wird typischerweise von der Lampenversorgungsspannung abgeleitet. Infolge der Verbindung des Ventilators 30 mit derartigen Punkten auf der oberen Schaltungsplatte 30 werden keine Ventilatorverbindungen zur unteren Schaltungsplatte 28 benötigt. Die obere Schaltungsplatte 30 hält die beiden oberen Wärmesenken 32 und 34 fest und quadratisch gegen die jeweilige Lampen 61 bis 63. Die obere Schaltungsplatte 30 stellt deshalb einen soliden elektrischen Kontakt mit der Kathode und der Anode der Lampe 61 bis 63 her, und die andere elektrische Verbindung, die noch zur oberen Schaltungsplatine 30 benötigt wird, wird mit einer Schleife biegsamen Drahts hergestellt, die es der oberen Schaltungsplatine 30 ermöglicht, nach oben aus dem Weg der Lampe bei deren Ersatz geschwenkt zu werden. Diese Verbindung über biegsamen Draht stellt auch eine passende Stelle dar, um den Lampenstrom zu unterbrechen und zu messen, um die erstmalige Stromzuführungseinstellung auszuführen.

Bei Ausführungsformen, die spezielle Anwendungen haben, stellt die Lichtquelle 10 eine faseroptische Beleuchtungseinrichtung dar, bei der die Kühlringe 64, 67 und 69 auf der Frontseite der Lampen 61 bis 63 montiert sind und bei der Sätze von großen inneren Aussparungen innerhalb der Kathoden Wärmesenken 34 und 38 vorgesehen sind, um sowohl parabolische als auch elliptische Lampen vom Cermax- Typ aufzunehmen, beispielsweise mit 500 W Leistung. Der Kühlring 64, der mit parabolischen Lampen 61 vom Cermax-Typ verwendet wird, ist typischerweise länger als die Kühlringe 67 und 69 für elliptische Lampen 62 und 63, da er sowohl den Heißspiegel 65 als auch die Linse 66 aufnimmt. Heißspiegel 65 und 68 stehen im Winkel oder sind außer Achse innerhalb ihrer jeweiligen Kühlringe 64, 67, 69 gekippt, und zwar bei einem Winkel, der mehr als 5° beträgt. Die reflektierte Infrarotstrahlung wird deshalb nicht direkt zur Kathode zurückgeworfen, und die Lampen 61 bis 63 werden kühler betrieben und leben länger. Die Kühlringe 67 und 69, die mit elliptischen Lampen 62 und 63 vom Cermax-Typ verwendet werden, besitzen vorzugsweise Heißspiegel 65 und 68, die in einem Winkel von ungefähr 10° außer Achse eingestellt sind. Alternativ kann die Linse 66 innerhalb des Kühlrings 64, die eine konvexe Oberfläche zur Lampe 61 hin darbietet, beschichtet sein, um Infrarotlicht von der Lampe in einen sich expandierenden Konus hineinzureflektieren. Im Effekt wird die Infrarotstrahlung weg von der mittleren Achse der Lampe zerstreut.

Um solche Kühlringe 64, 67, 69 aufzunehmen, ist Vorsorge getroffen, die jeweilige Lampe 61 bis 63 davor zu bewahren, nach vorne in die Wärmesenken 32, 34, 36, 38 hineinzuschlüpfen. Die Kühlringe 64, 67, 69 erhalten eine Nut, die mit dem entsprechenden erhöhten Aussparungsrand 39 der unteren Kathode-Wärmesenke 38 zusammenpaßt. Dies drosselt den Wärmestrom von der jeweiligen Lampe 61 bis 63 zur unteren Kathode-Wärmesenke 38 und ermöglicht Transistoren hoher Leistung, die gekühlt werden müssen, an der unteren Kathoden-Wärmesenke 38 zu befestigen.

Die Kathoden-Wärmesenke 38 ist groß genug bemessen, um solche Leistungstransistoren und einen Wärmeschutzschalter aufzunehmen, der die Lampen 61 bis 63 ausschaltet, wenn ein Fehler mit dem Ventilator 40 vorkommt.

Es gibt eine Prämie auf den Raum der Schaltungsplatine in der Lichtquelle 10, denn ein kritisches Konstruktionsziel besteht darin, das kleinstmögliche Gesamtvolumen zu verwenden. Zu diesem Zweck werden bei einer alternativen Ausführungsform der Lichtquelle 10 Teile der Rippen der unteren Anoden-Wärmesenke 36 weggeschnitten, um elektronische Bauelemente auf der unteren Schaltungsplatine 28 aufzunehmen. Dies ist deshalb möglich, weil die Anoden- Wärmesenken 32 und 36 genügend kühl betrieben werden, um etwas Wärmesenkmasse zu opfern.

Der sichere Langzeitbetrieb des ganzen Systems macht es im allgemeinen erforderlich, daß die Betriebstemperaturen der keramischen Teile der Lampen 61 bis 63 nicht über 150°C bis 160°C ansteigen dürfen. Die Metallteile und das Fenster der jeweiligen Lampe 61 bis 63 sind nicht so schwierig zu kontrollieren, da sie durch Wärmeleitung direkt von den Wärmesenken 32, 34, 36, 38 gekühlt werden. Die Stelle des keramischen Materials zwischen Anode und Kathode in der oberen Mitte der Lampe kann 160°C erreichen, während gleichzeitig die Lampenbasis und das Fenster nur auf 100°C liegen. Die Lampenleistung ist somit durch die Temperatur der Keramik begrenzt.

Bei alternativen Ausführungsformen der Erfindung wird deshalb ein dünnes, wärmeleitendes Band um die mittlere Keramik plaziert, um die Wärme zu zerstreuen und die Heiße- Fleck-Bildung zu reduzieren. Ein derartiges leitendes Band wird zur Verringerung der Temperaturgradienten zwischen der Ober- und Unterseite der Keramikmitte der Lampe verwendet. Kleine Kühlrippen werden ebenfalls vorzugsweise auf dem leitenden Band angeordnet, um etwas von der Wärme der Keramik auf den Luftstrom zu übertragen.

Sicherheitsvorschriften sehen vor, daß Benutzer nicht in der Lage sein sollen, Zugang zu stromführenden elektrischen Komponenten zu gewinnen, ohne ein Werkzeug zu benutzen. Ohne ein solches Erfordernis würde es typisch sein, einen faseroptischen Adapter zu konstruieren, der mit Schrauben befestigt wird, die durch die Frontplatte 50 einer sonst schwimmenden Rückseitenplatte hindurchreichen. Wenn jedoch ein derartiger Benutzer wünscht, auf einen unterschiedlichen Typ von faseroptischem Adapter 18 überzugehen, würde der Benutzer Zugang zum Inneren benötigen, um den faseroptischen Adapter 18 an die jeweilige Lampe 61 bis 63 anzupassen. In der Ausführungsform der Erfindung wird die Rückseitenplatte unabhängig von der Frontplatte 50 ausgerichtet und befestigt. Der faseroptische Adapter 18 wird an die Rückseitenplatte mit Schrauben 22 und 24 befestigt, ohne die Ausrichtung der Rückseitenplatte zu der jeweiligen Lampe 61 bis 63 zu beeinträchtigen.

Fig. 4 und 5 stellen die Schaltungen der unteren und oberen Schaltungsplatinen 28 und 30 dar. Eine bedeutsame Möglichkeit für die Schaltung der in Fig. 4 gezeigten Stromquelle ist, daß sie bei 220 V Wechselstrom laufen kann. Die zugrunde liegende Zerhacker-Gleichrichter- Stromversorgung, die als Teil der Schaltungsplatine 28 gezeigt ist, stellt eine sehr effektive Konstruktion dar, und es werden relativ wenig Teile benutzt.

Wenn beispielsweise bei einer Leitungsspannung von 112 V Wechselspannung gearbeitet wird, erzeugt der Brückengleichrichter 70 eine gleichgerichtete Leitungsspannung am Kondensator 72 (Fig. 5) von ungefähr 160 V Gleichspannung. Ein Feldeffekttransistor 74 und eine Spule 76 schalten und filtern die gleichgerichtete Leitungsspannung auf 12 bis 15 V Gleichspannung herunter, die zum Betrieb der jeweiligen Lampe 61 bis 63 benötigt wird.

Wenn bei einer Leitungsspannung von 220 V Wechselspannung gearbeitet wird, würden gewöhnlich 320 V Gleichspannung am Kondensator 72 erscheinen. Der Feldeffekttransistor 74 würde mit einem außergewöhnlich kleinen Zwangszyklus zu betreiben sein, um den großen Schritt zwischen 320 V Gleichspannung auf 12 V bis 15 V Gleichspannung zu bringen. Solche außergewöhnlich kleinen Zwangszyklen würden es sehr schwierig machen, die Ausgangsspannung zu regeln.

Deshalb wird ein Vorregler effektiv zwischen dem Brückengleichrichter 70 und dem Feldeffekttransistor 74 geschaltet. Die 220 V Wechselspannung wird auf ungefähr 160 V Gleichspannung am Kondensator 72 heruntergeregelt. Gewöhnlich ist die Benutzung einer solchen Schaltung zur Lösung des Problems einer 220 V Wechselstrom- Eingangsspannung konventionell. Es werden jedoch zusätzliche Schaltungselemente benötigt, um die Schaltung stabil zu halten, und zwar sowohl während des Starts als auch während des Betriebs über einen breiten Bereich von Eingangsbedingungen.

Um diese Probleme zu lösen, umfaßt die untere Hauptplatine 28 eine Spule 78, eine integrierte Schaltung 80, einen Varistor 82 und einen NPN-Transistor 84 in einer ungewöhnlichen Schaltungskonfiguration.

Ein prinzipieller Vorteil der in den Fig. 4 und 5 gezeigten Schaltung besteht darin, daß die Teileanzahl geringer ist, als sie bei einer konventionelleren Lampenstromversorgung von 110/220 V sein würde, selbst mit den zusätzlichen Teilen des Vorreglers. Ein weiterer Vorteil dieser Lösung besteht darin, daß in Fällen, in denen die Lichtquelle 10 nicht bei 220 V Wechselspannung betrieben werden muß, die Vorregelbauteile von der unteren Schaltungsplatine 28 fortgelassen werden können, um Komponentenkosten zu sparen.

In Fig. 5 ist die Hauptfilterdrossel 76 häufig das größte und teuerste elektrische Bauteil in der Lichtquelle 10. Die Stromführungskapazität der Hauptfilterdrossel 76 hängt weitgehend von der Leistungsfähigkeit der Lichtquelle 10 ab. Bei vorbekannten Konstruktionen ist die Hauptfilterdrossel eine Spule von 210 Mikrohenry, die auf 15 Ampere bemessen ist. Dies begrenzte den Lampenbetrieb auf ungefähr 185 W. In der vorliegenden Erfindung kann der Wert der Hauptfilterdrossel 76 auf ungefähr 85 Mikrohenry mit einem Stromwert von 25 Ampere festgelegt werden, und trotzdem wird die Gesamtgröße ungefähr auf dem gleichen Wert gehalten. Die Herabsetzung der Induktivität der Hauptfilterdrossel 76 führt zu einer Zunahme der Welligkeit des Stromes der Lampe 61 bis 63, und die Fachwelt hat dies als schädlich für eine lange Lebensdauer der Lampe betrachtet. Zahlreiche Lampenhersteller empfehlen typischerweise, daß der Stromantrieb nicht mehr als 10% Welligkeit umfaßt, weil sonst die Lampenlebensdauer verkürzt wird.

Die hier vorgeschlagene Größe der Hauptfilterdrossel 76 hat die Auswirkung- nur die Hochfrequenzkomponenten der Welligkeit auf mehr als 10% der Gesamtstromhöhe ansteigen zu lassen. Der Welligkeitsanteil für niedrige Frequenz wird nicht erhöht, weil aktive Bauteile im Regler der Stromversorgung einiges von der Welligkeit von 60 Hz und 120 Hz entfernen. Deshalb erscheint die Lampenlebensdauer von Bogenlampen nach dem Cermax-Typ nicht schädlich durch die Hochfrequenzwelligkeit beeinträchtigt zu sein, die 10% der gesamten Lampenleistung übersteigt.

Eine wichtige Anwendung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung liegt in Videoprojektorsystemen. In solchen Fällen werden gerade nur die Basislampe, die Kühlung und die beschriebene Leistungsschaltung in dem sonst konventionellen Videoprojektor einbezogen.

Claims

1. Lichtquelle mit folgenden Merkmalen:
eine Lampe (61, 62, 63) hoher Intensität mit zwei sich gegenüberstehenden Enden mit Anode und Kathode;
eine Mehrzahl von gerippten Wärmesenken (32, 34, 36, 38), welche die Lampe hoher Intensität zwischen sich halten;
eine untere Hauptplatine (28) mit gedruckter Schaltung, an welcher zwei untere gerippte Wärmesenken (36, 38) montiert sind und welche jeweils thermisch und elektrisch mit den Anoden- und Kathodenenden der Lampe verbunden sind; und
ein elektrisch angetriebener Ventilator (40), der auf einer Seite der gerippten Wärmesenken (32, 34, 36, 38) angeordnet ist, um Luft durch die Matrix der Wärmesenken hindurchzublasen.

2. Lichtquelle nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine obere Halbstockwerk-Platine (30) mit gedruckter Schaltung, an der zwei obere, gerippte Wärmesenken (32, 34) montiert sind, die jeweils elektrisch und thermisch an die Anoden- und Kathoden-Enden der Lampe angeschlossen sind.

3. Lichtquelle nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Stromversorgungsschaltungen für einen Lampenzünder und für den Ventilator, der die Lampenleistung von der unteren Schaltungsplatine (28) über ein Anodenpaar und ein Kathodenpaar der Matrix der Wärmesenken empfängt.

4. Lichtquelle nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Hauptstromversorgung, die auf der unteren Schaltungsplatine (28) angeordnet ist, die 110 V oder 220 V Wechselspannung umwandelt und vorregelt, und zwar für einen Transistor zerhackerschalter (74), der wiederum für niedrige Spannung der Lampenstromversorgung sorgt, wobei eine große Vielfalt von Eingangsleitungsspannungen bewältigt werden können.

5. Lichtquelle nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Kühlring (64, 67, 69), der auf die Vorderseite der Lampe hoher Intensität montiert wird, um die Lebensdauer der Lampe zu verlängern.

6. Lichtquelle nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen gekippten Heißspiegel (65, 68), der infrarotes Licht zurück zur Lampe reflektiert, jedoch außer Achse, um die Lebensdauer der Lampe zu verbessern.

7. Lichtquelle nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (12), in das alle anderen Bauteile eingeschlossen sind und das den Ventilator (40) bei der Kühlung der Lampe hoher Intensität unterstützt, indem der Luftstrom durch die Matrix der vier halbschaligen, gerippten Wärmesenken (32, 34, 36, 38) geleitet wird.

8. Lichtquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix der Wärmesenken (32, 34, 36, 38) und die untere Hauptschaltungsplatine (28) einen schachtelartigen Kanal bilden, der den vom Ventilator (40) erzeugten Luftstrom eingrenzt.

9. Lichtquelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die obere halbstockartige Schaltungsplatine (30) eine Stromversorgungsschaltung für den Ventilator (40) umfaßt, die eine Ventilatorspannung von einer Lampenspannung ableitet, die der Lampe hoher Intensität zugeführt wird, um eine sonst benötigte Verbindung zur unteren Hauptschaltungsplatine (28) fortzulassen.

10. Lichtquelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die obere halbstockwerkartige Schaltungsplatine (30) zwei obere Wärmesenken (32, 34) in der Matrix von vier halbschalenförmigen, gerippten Wärmesenken sicher und quadratisch im thermischen und isolierten elektrischen Kontakt gegen die Lampe hoher Intensität hält, so daß nur eine zusätzliche elektrische Verbindung zwischen der oberen halbstockartigen Schaltungsplatine (30) und der unteren Hauptschaltungsplatine (28) benötigt wird und daß die eine zusätzliche elektrische Verbindung eine Leitung umfaßt, die gebogen wird, wenn die obere halbstockartige Schaltungsplatine aus dem Weg geschwenkt wird, um die Lampe hoher Intensität zu ersetzen, und daß die Leitung einen bequemen Lampenstrom-Meßnebenschluß während der erstmaligen Einstellungen der Stromzufuhr bietet.

11. Lichtquelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine gerippte Wärmesenke eine Nut umfaßt, die zum Kühlring (64) paßt, um die Lampe hoher Intensität zu halten und den Wärmestrom in eine bevorzugte Richtung zu lenken.

12. Stromversorgung für eine Lampe hoher Intensität zur Verbindung zwischen einer Wechselstromquelle und der mit Gleichstrom betriebenen Lampe hoher Intensität, mit folgenden Merkmalen:
eine Gleichrichter- und Filtereinrichtung (70, 72), die einen Gleichstrom erzeugt, der eine Welligkeitskomponente umfaßt; und
eine Filterdrossel (76), die zwischen der Gleichrichter- und Filtereinrichtung und einer Lampe (61, 62, 63) hoher Intensität geschaltet ist und eine groß genug gewählte Induktivität aufweist, um die Lebensdauer der Lampe hoher Intensität auszudehnen, jedoch klein genug gewählt ist, um einen Gleichspannungslampenstrom mit mehr als 10% Hochfrequenzwelligkeit zuzulassen, welcher Strom durch die Lampe hoher Intensität hindurchgelangt und dessen Frequenz wesentlich höher als 120 Hz liegt.

13. Faseroptische Beleuchtungseinrichtung, gekennzeichnet durch einen faseroptischen Kabeladapter (18) und einen Rückseitenring (19), die vor einer Lampe (61, 62, 63) hoher Intensität montiert und optisch zueinander ausgerichtet sind, so daß der faseroptische Kabeladapter von außen ausgetauscht werden kann, ohne die optische Vorausrichtung der Lampe zum faseroptischen Kabel zu beeinträchtigen.