DE60120055T2

DE60120055T2 - Projektorlampe und Verfahren zur Regulierung ihrer Helligkeit

Info

Publication number: DE60120055T2
Application number: DE60120055T
Authority: DE
Inventors: Mituo Himeji-shi Narita
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2000-08-04
Filing date: 2001-07-20
Publication date: 2006-12-07
Anticipated expiration: 2021-07-21
Also published as: DE60120055D1; EP1178510A1; US20020017842A1; US6759793B2; JP3738678B2; JP2002050202A; EP1178510B1

Description

Technischer Hintergrund der Erfindung
Technisches Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Lampeneinheit, in welcher eine Quecksilber-Hochdrucklampe angeordnet ist, sowie ein Verfahren zur Lichtregelung hiervon. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Lampeneinheit für einen Projektor, welche als Lichtquelle eines Flüssigkristall-Projektors, eines DLP (digital light processor) oder dergleichen verwendet wird, sowie ein Verfahren zur Lichtregelung hiervon.
Beschreibung des Standes der Technik
Bei einer Projektorvorrichtung vom Projektionstyp besteht ein Bedarf an einer Beleuchtung der Bilder auf eine rechteckige Bildfläche auf gleichmäßige Weise und mit einer ausreichenden Farbwiedergabe. Die Lichtquelle ist deshalb eine Metallhalogenidlampe verwendet, in welche Quecksilber sowie Metallhalogenid eingefüllt sind. Ferner werden in letzter Zeit immer kleinere Metallhalogenlampen und immer häufiger Punktlichtquellen hergestellt und Lampen mit äußerst kleinen Abständen zwischen den Elektroden in der Praxis eingesetzt.
Vor diesem Hintergrund werden in letzter Zeit statt Metallhalogenidlampen Lampen mit einem beispiellos hohen Quecksilberdampfdruck, beispielsweise mit einem Druck von größer/gleich 200 bar (ca. 197 atm), vorgeschlagen. Hierbei wird durch den erhöhten Quecksilberdampfdruck das Verbreitern des Lichtbogens unterdrückt (der Lichtbogen wird zusammengezogen) und eine weitgehende Erhöhung der Lichtstärke angestrebt, was beispielsweise in US-Patent 5109181 sowie in US-Patent 5497049 offenbart ist.
Eine für einen Projektor zu verwendende Lampeneinheit besteht aus der vorstehend beschriebenen Quecksilberlampe, einem Konkavreflektor, welcher diese umgibt, sowie einem Frontglas für den Konkavreflektor. Durch die Anordnung des Frontglases erhält das Innere des Konkavreflektors eine hermetisch einschließende Anordnung. Alternativ erhält das Innere des Konkavre flektors eine im Wesentlichen hermetisch einschließende Anordnung, auch wenn ein Teil mit einer Kühlöffnung versehen wird. Durch eine derartige hermetisch einschließende Anordnung kann man bei der vorstehend beschriebenen Lampe, in welche eine große Menge Quecksilber eingefüllt ist, Quecksilber dadurch ausreichend verdampfen, dass während des Lampenbetriebs die Temperatur erhöht wird, ohne durch die Außenluft abgekühlt zu werden. Es wird dadurch nicht mehr nötig, eine spezielle Vorwärmungsvorrichtung oder dergleichen anzuordnen, welche zum vollständigen Verdampfen des Quecksilbers dient. Ferner kann man den Nachteil beseitigen, dass Glasbruchstücke und dergleichen von der Einheit nach außen spritzen, wenn im schlimmsten Fall die Lampe einer Beschädigung oder dergleichen unterliegt.
Andererseits besteht bei einer Projektorvorrichtung ein Bedarf an einer Lichtregelfunktion, um die Bildflächen-Beleuchtungsintensität entsprechend der Umgebung sowie der Situation der Bildprojektion zu regeln. Um diesen Bedarf zu decken, kann man zwar das aus der Lampeneinheit emittierte Licht unter Verwendung eines Strahlungsdämpfungsmittels einer Lichtregelung unterziehen. Unter Berücksichtigung des Bedarfs an einer Verkleinerung der Projektorvorrichtung wird jedoch eine Regelung der Intensität des Strahlungslichtes aus der Lampeneinheit an sich als Verfahren zur vorstehend beschriebenen Lichtregelung im eigentlichen Sinne verlangt. Hierbei wird beispielsweise in einem hellen Raum oder bei einer großen Bildfläche durch eine Erhöhung der Einschaltleistung für die Lampe die Strahlungsintensität der Lampe erhöht, während man in einem relativ dunklen Raum oder bei einer kleinen Bildfläche die Einschaltleistung für die Lampe verringert.
Da jedoch die vorstehend beschriebene Lampeneinheit mit einer hermetisch einschließenden Anordnung unter Berücksichtigung der Nennleistung der Lampe beim stationären Leuchtbetrieb sowie des Innenvolumens des Innenraums der Einheit in der Umgebung konstruiert ist, ist der Bereich, in welchem die Einschaltleistung für die Lampe veränderbar ist, äußerst eng beschränkt. Wenn man nämlich die Einschaltleistung für die Lampe übermäßig verringert, um die Strahlungsintensität zu verringern, wird ein Phänomen, welches "Nichtverdampfen des Quecksilbers in der Lampe" genannt wird, hervorgerufen. Dadurch tritt das Problem auf, dass nicht die gewünschte Emissionsspektrum-Charakteristik erhalten wird. Andererseits wird die Temperatur innerhalb der Einheit außerordentlich hoch, wenn man die Einschaltleistung für die Lampe übermäßig vergrößert, um die Strahlungsintensität zu vergrößern. Dadurch können die Probleme auftreten, dass die Elektroden und dergleichen in der Lampe abgenutzt werden, dass der auf der Innenseite des Konkavreflektors aufgedampfte Film degeneriert wird und dass die Lampe beschädigt (zerbrochen) wird.
GB 2052811 A offenbart eine Projektionslampen-Regelungsanordnung mit einer Projektionslampen-Stromversorgung, welche während des normalen Betriebs einen konstanten Strom an eine Projektionslampe liefert, ein Gebläse, welches für die Kühlung der Projektionslampe sorgt, sowie eine Lampen-Abtast- und Gebläse-Regelungsstufe, welche die Betriebsspannung abtastet, die der Projektionslampe zugeführt wird. Die Stufe regelt den Betrieb des Gebläsemotors entsprechend der abgetasteten Betriebsspannung der Lampe. In ähnlicher Weise offenbart US 4518895 A einen Überwachungs- und Regelungsmechanismus für den Lichtausgang einer Leuchtröhre, welche eine Stromversorgung, ein Überwachungsmittel zum Feststellen eines Anstiegs des Lampenstroms und eine Vorrichtung zum Verändern des Kühlungszustands der Lampe als Reaktion auf einen Anstieg des Lampenstroms umfasst.
Nachfolgend wird der vorstehend beschriebene Stand der Technik zusammengefasst:
Erstens ist im Hinblick auf die Lichtquelle einer Projektorvorrichtung folgendes erwünscht:
Im Hinblick auf die Charakteristik ist eine Quecksilberlampe, in welche eine große Menge Quecksilber eingefüllt ist, beispielsweise eine Lampe mit zumindest 0,15 mg/mm³, erwünscht. Bei einer Lampeneinheit unter Verwendung dieser Lampe ist unter Berücksichtigung der Verkleinerung sowie der Sicherheit der Projektorvorrichtung eine hermetisch einschließende Anordnung oder eine Anordnung erwünscht, welche nur teilweise mit Kühlöffnungen versehen ist.
Zweitens besteht für die Projektorvorrichtung ein großer Bedarf an einer Lichtregelfunktion als Lampeneinheit, um die vielen Verwendungszwecke des Anwenders dieser Vorrichtung ausreichend zu erfüllen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung wurde gemacht, um eine Lampeneinheit für einen Projektor anzugeben, welche die vorstehend beschriebenen Forderungen ausreichend erfüllen kann.
Eine primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Lampeneinheit mit einer Lichtregelfunktion für das aus dieser Lampeneinheit ausgestrahlte Licht anzugeben, für welche eine Quecksilber-Hochdrucklampe verwendet wird, in die zumindest 0,15 mg/mm³ Quecksilber eingefüllt ist, und welche Lampeneinheit eine hermetisch einschließende Anordnung, eine im Wesentlichen hermetisch einschließende Anordnung oder eine Anordnung, in welcher ein Strömungsweg für aktiv strömende Kühlluft ausgebildet ist, aufweist.
Die vorstehende Aufgabe wird in ihrem breitesten Aspekt für eine Lampeneinheit dadurch gelöst, dass diese umfasst:

– eine Quecksilber-Hochdrucklampe vom Kurzbogentyp mit einer Wandbelastung von mindestens 1 W/mm², in welche mindestens 0,15 mg/mm³ Quecksilber eingefüllt ist;
– ein bezüglich seiner Kühlungsintensität regelbares Kühlungsmittel zur Kühlung des Konkavreflektors und/oder einer Quecksilberlampe;
– ein Mittel zum Verändern der Leistung der Quecksilberlampe;
– einen Konkavreflektor, welcher diese Quecksilberlampe umgibt, und welcher eine vor dere Öffnung und eine Frontabdeckung aufweist, welche die vordere Öffnung dieses Konkavreflektors bedeckt, sowie
– ein Lichtregelungsmittel zur Regelung des Kühlungsmittels und des Mittels zur Veränderung der Leistung der Quecksilberlampe, um einen Wert von (W × GN) in einem Bereich von 1 < (W × GN) in W²/mm² × cm³ einzustellen, wobei V in cm³ das Innenvolumen des Konkavreflektors, W in Watt die Nennleistung der Quecksilberlampe und G in W/mm² die Wandbelastung ist.

Die vorgeschlagene Lösung kann sowohl für hermetisch einschließende und im Wesentlichen hermetisch einschließende Anordnungen von Lampeneinheiten oder auch für solche Lampeneinheiten angewendet werden, die forciert durch gezieltes Einleiten von Kühlluft gekühlt werden. Für diese unterschiedlichen Typen von Lampeneinheiten wurden bevorzugte Bereiche (W × G/V) ermittelt, was nachfolgend näher erläutert werden soll.
Die Aufgabe wurde erfindungsgemäß bei einer Lampeneinheit mit einer hermetisch einschließenden Anordnung oder einer im Wesentlichen hermetisch einschließenden Anordnung gelöst, welche umfasst:

– eine Quecksilber-Hochdrucklampe vom Kurzbogentyp mit einer Wandbelastung von zumindest gleich 1 W/mm², in welche zumindest 0,15 mg/mm³ Quecksilber eingefüllt ist;
– einen Konkavreflektor, welcher diese Quecksilberlampe umgibt; sowie
– eine Frontabdeckung (auch als Frontglas bezeichnet), welche die vordere Öffnung dieses Konkavreflektors bedeckt, bei welchem im Bereich von 1 < (W × G/V) < 2 im Zusammenhang mit der Kühlungsintensität eines Kühlungsmittels, dessen Intensität bezüglich des vorstehend beschriebenen Konkavreflektors und/oder der vorstehend beschriebenen Quecksilberlampe veränderbar ist, ein Mittel angeordnet ist, welches die Leistung der Quecksilberlampe verändert, sowie ein Lichtregelungsmittel, welches ausgelegt ist zur Regelung des Kühlungsmittels und des Mittels zum Verändern der Leistung der Quecksilberlampe und dass somit eine Lichtregelung der vorstehend beschriebenen Quecksilberlampe ermöglicht wird, wobei das Innenvolumen des Konkavreflektors mit V (cm³), die Nennleistung der Quecksilberlampe mit W und die Wandbelastung mit G bezeichnet werden.

Erfindungsgemäß wird ferner ein Verfahren zur Lichtregelung einer derartigen Lampeneinheit angegeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß ferner dadurch gelöst, dass die vorstehend beschriebene Lampeneinheit weder eine hermetisch einschließende Anordnung noch eine im Wesentlichen hermetisch einschließende Anordnung aufweist, sondern eine Anordnung, bei welcher im Inneren ein Strömungsweg zum aktiven Strömen der Kühlluft ausgebildet ist, und dass man die vorstehend beschriebene Quecksilberlampe im Bereich von 1 < (W × G/V) einer Lichtregelung unterziehen kann, wobei das Innenvolumen des Konkavreflektors mit V (cm³), die Nennleistung der Quecksilberlampe mit W und die Wandbelastung mit G bezeichnet werden.
Erfindungsgemäß werden, wie vorstehend beschrieben wurde, der Konkavreflektor sowie die Quecksilberlampe mittels eines Kühlmittels, dessen Intensität verändert werden kann, abgekühlt, und außerdem wird die Kühlungsintensität desselben zusammen mit der Lichtregelung der Quecksilberlampe durchgeführt. Bei dieser Lichtregelung geht es konkret darum, dass die Leistung der Lampe verändert werden kann. Es wurde somit herausgefunden, dass bei einer kleinen Lampeneinheit, welche für einen Projektor angewendet wird, sowohl die vorstehend beschriebene Kühlung als auch die Lichtregelung vorteilhaft durchführbar sind, wenn Zahlenwerte, welche in der Weise abgeleitet werden, dass das Innenvolumen des Konkavreflektors, die Leistung der Quecksilberlampe sowie die Wandbelastung der Quecksilberlampe berücksichtigt und als Faktoren betrachtet werden, innerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegen. Es gibt zwar keinen klaren Grund dafür, dass das Innenvolumen des Konkavreflektors, die Leistung der Quecksilberlampe sowie die Wandbelastung der Quecksilberlampe als Faktoren betrachtet wurden, es wurde jedoch herausgefunden, dass die Ursache der Erhöhung der Temperatur, welche durch die Kühlung abgesenkt werden soll, von diesen Faktoren abhängt.
Es wurde darüber hinaus herausgefunden, dass die vorstehend beschriebenen Zahlenwerte in den folgenden Fällen in unterschiedlichen Bereichen liegen, nämlich im Fall, dass der Konkavreflektor hermetisch abgeschlossen ist, ferner im Fall, dass der Konkavreflektor eine im Wesentlichen hermetisch einschließende Anordnung aufweist, bei welcher der Konkavreflektor teilweise mit Öffnungen versehen ist, und im Fall, dass im Konkavreflektor ein Strömungsweg für die aktiv strömende Kühlluft ausgebildet ist, d.h. dass die Quecksilberlampe in einer bestimmten Leitung für die Kühlluft angeordnet ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der zugehörigen Zeichnungen näher beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
1 ist eine schematische Querschnittsdarstellung einer erfindungsgemäßen Lampeneinheit;
2 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Lampeneinheit;
3 ist eine schematische Querschnittsdarstellung einer erfindungsgemäßen Lampeneinheit mit einem modifizierten Reflektor;
4 ist eine schematische Querschnittsdarstellung einer erfindungsgemäßen Lampeneinheit mit einem modifizierten Frontglas; und
5(a) und 5(b) sind Tabellen, welche Testergebnisse zeigen, die die Wirkung der Erfindung darstellen.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
1 ist zeigt eine erfindungsgemäße Lampeneinheit, welche aus einer Quecksilberlampe 10 vom Kurzbogentyp, einem Konkavreflektor 20 sowie einer Frontabdeckung 30 besteht. Ein Entladungsgefäß 11 der Quecksilber-Hochdrucklampe 10 besteht aus Quarzglas und ist ein im Wesentlichen kugelförmiger Körper. Im Entladungsgefäß 11 sind ein Paar Elektroden, d.h. eine Anode 13 und eine Kathode 14, gegenüberliegend angeordnet. Ferner sind im Entladungsgefäß 11 Quecksilber und Edelgas eingefüllt. Mit den gegenüberliegenden Seiten des Entladungsgefäßes 11 sind hermetisch abschließende Teile 12 einteilig verbunden. Die hermetisch abschließenden Teile 12 werden dadurch gebildet, dass die Quarzglasrohrkörper, welche sich von den Enden des Entladungsgefäßes 11 erstrecken, geschmolzen wurden, und dass ihr Inneres einem Unterdruck ausgesetzt wurde. Das heißt, sie wurden durch ein Schrumpfsiegelverfahren gebildet. Im Inneren des jeweiligen hermetisch abschließenden Teils 12 ist eine Molybdänfolie (nicht in der Zeichnung dargestellt) eingeschlossen, welche die Elektroden 13, 14 an einen Außenanschluss 15 elektrisch anschließt, wie aus dem Stand der Technik bekannt ist.
Die Polaritäten der Anode 13 und der Kathode 14 bei einem Leuchtbetrieb unter Verwendung eines Gleichstroms können auch umgekehrt sein als im in 1 dargestellten Zustand. Ferner kann man einen Leuchtbetrieb unter Verwendung eines Wechselstroms durchführen. Man kann die hermetisch abschließenden Teile 12 auch durch ein Quetschsiegelverfahren bilden, bei welchem die Quarzglasrohrkörper geschmolzen und zusammengedrückt werden.
Nachfolgend werden konkrete Zahlenwerte der Quecksilber-Hochdrucklampe vom Kurzbogentyp 10 als Beispiel angegeben:

– Die Menge des hinzugegebenen Quecksilbers liegt bei 0,20 mg/mm³.
– Als Edelgas ist Argongas mit einem Druck von 10 kPa eingefüllt.
– Der Abstand zwischen den Elektroden liegt bei 1,5 mm.
– Das Innenvolumen des Entladungsgefäßes 11 liegt bei 120 mm³.
– Die Nennspannung liegt bei 82 V
– Die Nennverbrauchsleistung liegt bei 200 W

Die Zahlenwertebeispiele sind zwar selbstverständlich nicht auf die o.g. Werte beschränkt.
Es ist jedoch erforderlich, zumindest 0,15 mg/mm³ Quecksilber einzufüllen, um die Quecksilber-Hochdrucklampe vom Kurzbogentyp 10 als Lichtquellenlampe für eine Flüssigkristall-Projektor-Vorrichtung zu verwenden. Der Grund hierfür liegt darin, durch eine Erhöhung des Quecksilber-Dampfdrucks das Verbreitern des Lichtbogens zu unterdrücken, die Lichtstärke zu erhöhen und dadurch eine für die Projektorvorrichtung geeignete Lichtquelle zu erhalten.
Der Konkavreflektor 20 besteht aus Glas, beispielsweise aus Borsilikatglas, und der Innen durchmesser der vorderen Öffnung hiervon liegt bei ca. 120 mm. Die Reflexionsfläche 21 des Konkavreflektors 20 besteht aus einer gekrümmten Rotationsfläche, und auf ihrer Oberfläche ist ein durch Aufdampfen von Titanoxid-Siliciumoxid (titania-silica) oder dergleichen ein Film gebildet, welcher eine ausgezeichnete Reflexions-Charakteristik aufweist. Im oberen Teil des Konkavreflektors 20 ist ein Haltezylinder 22 gebildet, in welchen einer der hermetisch abschließenden Teile 12 der Quecksilberlampe 10 eingesteckt ist. Die Achse der Quecksilberlampe 10 stimmt mit der optischen Achse des Konkavreflektors 20 überein. Die Quecksilberlampe 10 ist zudem in einem Zustand, in welchem der beim Leuchtbetrieb zwischen den Elektroden 13 und 14 gebildete Lichtbogen-Leuchtfleck sich in einem ersten Brennpunkt des Konkavreflektors 20 befindet, und mittels eines in den Haltezylinder 22 eingefüllten Klebemittels 23 in dem Konkavreflektor 20 befestigt.
Die vordere Öffnung des Konkavreflektors 20 ist von einer lichtdurchlässigen Frontabdeckung 30 bedeckt, welche beispielsweise aus Borsilikatglas besteht, damit die Bruchstücke der Quecksilber-Hochdrucklampe 10 nicht aus der vorderen Öffnung spritzen, wenn im schlimmsten Fall die Lampe 10 zerbricht.
Durch die Anordnung des Frontglases in den im Wesentlichen konkaven Reflektoren in der vorstehend beschriebenen Weise erhält das Innere des Konkavreflektors 20 eine hermetisch einschließende Anordnung, durch welche das Innere von dem Äußeren räumlich getrennt ist.
2 zeigt die Lampeneinheit gemäß 1 zusammen mit einem Kühlungsmittel 50 hierfür, ein Mittel 60 zur Veränderung der Leistung der Quecksilberlampe sowie ein Lichtregelmittel 70. Das Kühlungsmittel 50 besteht beispielsweise aus einem Axiallüfter und kühlt die Lampeneinheit, beispielsweise die Außenoberfläche des konkaven Reflexionsteils des Konkavreflektors 20 vorteilhaft ab. Das Mittel 60 zur Veränderung der Leistung der Quecksilberlampe ist eine sogenannte Stromquelle für den Leuchtbetrieb der Quecksilberlampe. Durch Zuführen einer vorgegebenen Leistung betreibt das Mittel 60 die Lampe vorteilhaft. Konkreter weist dieses Mittel 60 einen Starter auf, durch welchen beim Starten des Leuchtbetriebs ein Hochdruckimpuls von einigen kV angelegt und somit der Leuchtbetrieb der Quecksilberlampe gestartet wird. Danach wird der Quecksilberlampe eine Leistung (Strom, Spannung) zugeführt, welche durch die Lampencharakteristik vorgegeben wird.
Das Lichtregelmittel 70 erhöht die Einschaltleistung für die Lampe, wenn man die Lampe heller machen möchte, und erhöht zusammen damit die Leistung (Intensität) des Kühlungsmittels. Wenn man dagegen die Helligkeit der Lampe verringern möchte, senkt das Lichtregelmittel 70 die Einschaltleistung für die Lampe und vermindert zusammen damit auch die Leistung des Kühlungsmittels. Diese Mitregelung kann man dadurch erzielen, dass ein Regler, welcher in dem Lichtregelmittel 70 angeordnet ist, eingestellt wird durch Signale, welche dem Kühlungsmittel 50 und dem Mittel 60 für eine Veränderung der Lampenleistung gesendet werden. Begriffsmäßig gibt es in der Tat eine derartige beschriebene Anordnung. Als physikalische Anordnung in der Realität werden jedoch bei Bedarf eine Anordnung, bei welcher das Mittel 60 für eine Veränderung der Lampenleistung sowie das Lichtregelmittel 70 gemeinsam in einem einzigen Kasten angeordnet sind, oder ähnliche Anordnungen verwendet.
Nachfolgend wird eine weitere Lampeneinheit anhand eines konkreten Beispiels beschrieben.
3 zeigt eine Lampeneinheit mit einer im Wesentlichen hermetisch einschließenden Form, bei welcher der Konkavreflektor 20 teilweise mit Öffnungen versehen ist. Hierbei hat man also keine vollständig hermetisch eingeschlossene Anordnung.
Im Vergleich zur Lampeneinheit wie in 1 gezeigt, weist bei der Lampeneinheit wie in 3 gezeigt, der konkave Reflexionsteil des Konkavreflektors 20 teilweise Öffnungen 24 auf, welche Kühlluft ansaugen oder auslassen. Über den Zusammenhang zwischen der Kühlluft und diesen Öffnungen 24 ist folgendes zu sagen. Man kann außerhalb der Öffnungen 24 ein Mittel anordnen, welches die Kühlluft zwangsweise einbläst oder ansaugt. Oder man kann nur durch die Anordnung der Öffnungen die Kühlluft auf natürliche Weise ansaugen, ohne ein derartiges Kühlungsmittel anzuordnen. Die Lampeneinheit in dieser Anordnung hat jedoch das Merkmal, dass innerhalb des nachstehend beschriebenen Reflektors statt einer Anordnung, bei welcher ein Strömungsweg ausgebildet ist, welche die Kühlluft aktiv bewegt, nur die Öffnungen im Konkavreflektor angeordnet sind. Das heißt, hierbei werden eine Ansaugöffnung und eine Ausblasöffnung für die Kühlluft angeordnet, es gibt jedoch keinen bestimmten Strömungsweg. Bei der in 3 gezeigten Anordnung wurde die Speiseleitung für die Lampe nicht dargestellt.
Nachfolgend wird ein weiteres Beispiel einer Lampeneinheit konkret beschrieben.
4 zeigt eine Anordnung mit dem Merkmal, dass der Konkavreflektor (einschließlich des Frontglases) mit einer Ansaugöffnung sowie einer Ausblasöffnung für die Kühlluft versehen und ein Strömungsweg gebildet wird, über welchen die Kühlluft von einem der Enden der Quecksilberlampe zum anderen Ende fließt, und dass somit die Quecksilberlampe im Wesentlichen insgesamt abgekühlt wird. Die Anordnung in 4 unterscheidet sich in dieser Hinsicht von den in 1 und 3 gezeigten Anordnungen.
Bei dieser Anordnung ist beispielsweise ein Konkavreflektor 20 in einem Differenzdruck-Leitweg angeordnet. Das heißt, außerhalb des Konkavreflektors ist ein Strömungsweg für die Kühlluft mit einer bestimmten Richtung gebildet. Man kann eine Anordnung erhalten, bei welcher durch die Druckdifferenz zwischen innerhalb und außerhalb des Konkavreflektors 20 die Kühlluft in den Konkavreflektor eingebracht wird.
In der Darstellung ist in der Mitte des Frontglases 30 eine Ansaugöffnung angeordnet. Ein Sockel 40 ist im oberen Teil des Konkavreflektors 20 angeordnet und mit Luftausblasöffnungen versehen. Auch außerhalb des Konkavreflektors findet, wie in den Zeichnungen dargestellt wird, eine Strömung der Kühlluft statt, wie durch die Pfeile in 4 dargestellt wird, das heißt, es wird ein Differenzdruck-Leitweg gebildet, so dass eine Anordnung erhalten wird, bei welcher auch ins Innere des Konkavreflektors auf natürliche Weise Kühlluft einfließt.
Ferner ist es erforderlich, dass man eine Anordnung hat, bei welcher innerhalb des Konkavreflektors von einem der Enden der Lampe zum anderen Ende vorteilhaft fließt. Die Position, an welcher die Kühlluft in den Konkavreflektor gesaugt wird, muss sich nicht im Frontglas befinden, sondern kann sich zum Beispiel in einem Teil des Konkavreflektors befinden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Versuchen weiter beschrieben.
Es wurden Versuche durchgeführt, bei welchen die in 1 gezeigte Lampeneinheit mit einer vollständig hermetisch einschließenden Anordnung, die in 3 gezeigte Lampeneinheit mit der im Wesentlichen hermetisch einschließenden Anordnung, bei welcher der Konkavreflektor teilweise mit Öffnungen versehen ist, sowie die in 4 gezeigte Lampeneinheit, bei welcher von einem der Enden der Quecksilberlampe in Richtung auf das andere Ende eine Kühlluftströmung entsteht, verwendet wurden.
Bei der Quecksilberlampe:

– betrug der Außendurchmesser des Emissionsteils 11,5 mm,
– betrug die Dicke 3 mm,
– betrug die Innenoberfläche des Emissionsteils ca. 120 mm²,
– betrug der Abstand zwischen den Elektroden 1,3 mm sowie
– die Einfüllmenge des Quecksilbers betrug 170 mg/cm³, und in die Quecksilberlampe wurden 13 kPa Argongas sowie ca. 2 μg Brom eingefüllt.

Es wurden zwei Sorten Konkavreflektoren verwendet und bei jedem Typ der vorstehend beschriebenen drei Typen Versuche durchgeführt. Hierbei: wurde ein erster Versuch (Versuch 1) durchgeführt, bei welchem der Außendurchmesser des Konkavreflektors bei 95 Φ, der Abstand zwischen dem oberen Teil des Reflektors und dem Lichtbogen-Leuchtfleck bei 8 mm und das Innenvolumen bei 130 cm³ lagen, und bei welchem auf Borsilikatglas Titanoxid-Siliciumoxid (titania-silica) aufgedampft wurde, und ein zweiter Versuch (Versuch 2) wurde durchgeführt, bei welchem der Außendurchmesser des Konkavreflektors bei 70 Φ, der Abstand zwischen dem oberen Teil des Reflektors und dem Lichtbogen-Leuchtfleck bei 7 mm und das Innenvolumen des Konkavreflektors bei 80 cm³ lagen und bei welchem ebenfalls auf Borsilikatglas Titanoxid-Siliciumoxid (titania-silica) aufgedampft wurde.
Bei den genannten drei Typen von Lampeneinheiten ließ man außerhalb des Konkavreflektors Kühlluft strömen, im Bereich der Leistung der Quecksilberlampe von 100 bis 200 W wurde eine Veränderung durchgeführt und die Leuchtsituation der Lampe bestätigt. Zur Bestätigung dieser Leuchtsituation wurde im Hinblick auf die folgenden vier Punkte eine Messung durchgeführt.
Als erste Auswertung wurde der Zustand bei der Inbetriebnahme des Leuchtbetriebs der Quecksilberlampe gemessen, das heißt, ob ein normaler Leuchtbetrieb der Lampe gestartet wurde oder ob infolge einer großen Menge vom nicht verdampften Quecksilber der Leuchtbetrieb nicht gestartet werden kann. Wenn bei der Inbetriebnahme des Leuchtbetriebs der Quecksilberlampe die Temperatur der Lampe nicht ausreichend erhöht wird, bleibt unverdampftes Quecksilber auch nach dem Starten des Leuchtbetriebs in einer großen Menge übrig, wodurch kein vorteilhaftes Verdampfen des Quecksilbers erfolgen kann. Als Folge davon wird der Leuchtbetrieb verhindert. Die Fälle, in welchen ein guter Leuchtbetrieb gestartet wurde, wurden mit "o" bezeichnet. Die Fälle, in welchen kein Leuchtbetrieb gestartet wurde, wurden mit "x" bezeichnet.
Als eine zweite Auswertung wurde der Zustand der Lampe nach 1500 Stunden Leuchtbetrieb gemessen, das heißt, ob in der Leuchtröhre eine Verformung entstand oder nicht. Im Fall, dass die Kühlung unzureichend erfolgt, entsteht infolge einer Verringerung der Viskosität der Leuchtröhre und des Innendrucks in der Leuchtröhre eine Schwellung. Dies bedeutet nämlich einen Fall, in welchem nur durch eine Veränderung der Intensität des Kühlungsmittels kein vorteilhafter Leuchtbetrieb der Quecksilberlampe aufrechterhalten werden kann.
Als eine dritte Auswertung wurde der Zustand der Innenseite des Konkavreflektors nach 1500 Stunden Leuchtbetrieb gemessen. Der Grund hierfür liegt darin, dass im Fall des Borsilikatglases im Allgemeinen bei einer Temperatur von größer 500 °C infolge eines Wärmeverzugs im Glas Risse entstehen und im schlimmsten Fall der Reflektor beschädigt wird. Diese Auswertung bezieht sich auch auf Fälle, in welchen nur durch eine Veränderung der Intensität des Kühlungsmittels kein vorteilhafter Leuchtbetrieb der Quecksilberlampe aufrechterhalten werden kann.
Als eine vierte Auswertung wurde der Aufrechterhaltungsgrad der Bildflächen-Beleuchtungsintensität nach 1500 Stunden Leuchtbetrieb gemessen. Man bewertete solche Fälle als o.k., in welchen die Beleuchtungsintensität nach 1500 Stunden Leuchtbetrieb zumindest 50 der Anfangs-Beleuchtungsintensität entsprach. Der Grund hierfür liegt darin, dass sich durch eine Erhöhung der Leistung der Lampe der Lampenstrom vergrößert, dass die Elektroden verbraucht werden und dass als Folge davon die Innenoberfläche der Leuchtröhre verschmutzt wird.
Diejenigen Fälle, in welchen hinsichtlich dieser vier Standpunkte alle Elemente als "brauchbar" bezeichnet wurden, werden mit der Bewertung "o" bezeichnet. Bei dem jeweiligen Versuch wurde entsprechend der Veränderung der Leistung auch die Intensität des Kühlungsmittels auf geeignete Weise verändert. Die Fälle mit einer Bewertung "x" bedeuten jedoch, dass aus irgendeinem Faktor Nachteile entstanden, auch wenn das Kühlungsmittel auf jede nur mögliche Weise geregelt wurde.
5(a) und 5(b) zeigen die Versuchsergebnisse.
Daraus wird ersichtlich, dass bei der hermetisch einschließenden Anordnung der Lampeneinheit oder bei der im Wesentlichen hermetisch einschließenden Anordnung, bei welcher der Konkavreflektor teilweise mit Öffnungen versehen ist, im Fall, dass der Wert von K = (W × G/V) bei größer als 1 und kleiner als 2 liegt, durch eine Veränderung der Intensität des Kühlungsmittels die Lampenleistung geregelt und eine Lichtregelung der Quecksilberlampe durchgeführt werden können.
Andererseits wird ersichtlich, dass bei der Anordnung der Lampeneinheit, bei welcher innen eine Kühlluftströmung erzeugt wird, im Fall, dass der Wert von K = (W × G/V) bei größer als 1 liegt, durch eine Veränderung der Intensität der Kühlungsmittels die Lampenleistung geregelt und eine Lichtregelung der Quecksilberlampe durchgeführt werden können.
Wirkung der Erfindung
Wie vorstehend beschrieben wurde, wird erfindungsgemäß bei einer Lampeneinheit mit einer im Wesentlichen hermetisch einschließenden Anordnung für einen Projektor, welche umfasst:

– eine Quecksilber-Hochdrucklampe vom Kurzbogentyp mit einer Wandbelastung von zumindest 1 W/mm², in welche größer/gleich 0,15 mg/mm³ Quecksilber eingefüllt ist;
– einen Konkavreflektor, welcher diese Quecksilberlampe umgibt; sowie
– ein Frontglas, welches die vordere Öffnung dieses Konkavreflektors bedeckt, im Bereich von 1 < (W × G/V) < 2, wobei das Innenvolumen des Konkavreflektors mit V (cm³), die Nennleistung der Quecksilberlampe mit W und die Wandbelastung mit G bezeichnet werden, die Kühlungsintensität eines Kühlungsmittels, dessen Intensität bezüglich des Konkavreflektors und/oder der vorstehend beschriebenen Quecksilberlampe veränderbar ist, entsprechend der Veränderung der Leistung der Quecksilberlampe geregelt wird. Durch diese Maßnahme kann man eine Lichtregelung einer Quecksilberlampe durchführen, während man die verschiedenen Eigenschaften als Projektorvorrichtung aufrechterhält.

Ferner wird erfindungsgemäß im Fall, dass die Lampeneinheit weder eine hermetisch einschließende Anordnung noch eine im Wesentlichen hermetisch einschließende Anordnung aufweist, sondern eine Anordnung, bei welcher von außerhalb des Konkavreflektors Kühlluft eingebracht und zugleich die Quecksilberlampe im Wesentlichen insgesamt abgekühlt wird und bei welcher danach die Kühlluft von der vorstehend beschriebenen Einheit nach außen ausgeblasen wird, im Bereich von 1 < (W × G/V) die Kühlungsintensität eines Kühlungsmittels, dessen Intensität bezüglich des Konkavreflektors und/oder der vorstehend beschriebenen Quecksilberlampe veränderbar ist, entsprechend einer Veränderung der Leistung der Quecksilberlampe auf geeignete Weise geregelt. Durch diese Maßnahme kann man eine Lichtregelung der Quecksilberlampe durchführen.

Claims

Lampeneinheit für einen Projektor, welche umfasst: eine Quecksilber-Hochdrucklampe (10) vom Kurzbogentyp mit einer Wandbelastung von mindestens 1 W/mm², welche mit mindestens 0.15 mg/mm³ Quecksilber gefüllt ist; ein Kühlungsmittel (50) mit einer regelbaren Kühlungsintensität zur Kühlung wenigstens eines des Konkavreflektors (20) und der Quecksilberlampe (10); und ein Mittel (60) zur Veränderung der Leistung der Quecksilberlampe (10), dadurch gekennzeichnet, dass die Lampeneinheit einen Konkavreflektor (20) umfasst, welcher diese Quecksilberlampe (10) umgibt und eine vordere Öffnung und eine Frontabdeckung (30) aufweist, welche die vordere Öffnung dieses Konkavreflektors (20) bedeckt, und dadurch, dass die Lampeneinheit ein Lichtregelungsmittel (70) zur Regelung des Kühlungsmittels (50) umfasst und das Mittel (60) zur Änderung der Leistung der Quecksilberlampe (10) ausgebildet ist, einen Wert W × G/V in einem Bereich von 1 < W × G/V, in W²/mm² × cm³, zu setzen, wobei V in cm³ das Innenvolumen des Konkavreflektors (20) ist, W in Watt die Nennleuchtleistung der Quecksilberlampe (10) und G in W/mm² die Wandbelastung.
Lampeneinheit für einen Projektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiter eine Anordnung aufweist, um Kühlluft in das Innere des Konkavreflektors (20) und anschließend aus der Lampeneinheit nach außen zu leiten, um die Quecksilberlampe (10) von außerhalb des Konkavreflektors (20) zu kühlen.
Lampeneinheit für einen Projektor gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Konkavreflektor (20) mindestens eine Ansaug- oder Luftauslassöffnung (24) für die Kühlluft in einem der Frontabdeckung (30) benachbarten Teil aufweist.
Lampeneinheit für einen Projektor gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Frontabdeckung (30) eine Lufteinlassöffnung aufweist, die im Wesentlichen in deren Mitte angeordnet ist, und wenigstens eine Luftauslassöffnung in einem Bereich des Konkavreflektors (20) vorgesehen ist, die der Lufteinlassöffnung im Wesentlichen gegenüberliegt.
Lampeneinheit für einen Projektor gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie in einem Differenzdrucksystem derart angeordnet ist, dass Kühlluft durch eine Lufteinlassöffnung (24) einströmt und durch eine Luftauslassöffnung (24) wieder austritt.
Lampeneinheit für einen Projektor gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie in einem Differenzdrucksystem derart angeordnet ist, dass Kühlluft durch eine Lufteinlassöffnung einströmt, im Wesentlichen entlang der gesamten Länge der Quecksilberlampe (10) fließt und durch wenigstens eine Luftauslassöffnung wieder austritt.
Lampeneinheit für einen Projektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlungsmittel (50) ein Lüfter ist.
Lampeneinheit für einen Projektor gemäß Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine im Wesentlichen hermetisch einschließende Anordnung oder eine hermetisch einschließende Anordnung aufweist, das Lichtregelungsmittel (70) zur Regelung des Kühlungsmittels (50) ausgebildet ist und das Mittel (60) zur Änderung der Leistung der Quecksilberlampe (10) ausgebildet ist, den Wert W × G/V in einem Bereich von 1 < W × G/V < 2, in W²/mm² × cm³, festzulegen.
Verfahren zur Lichtregelung einer Lampeneinheit für einen Projektor, worin die Lampeneinheit umfasst: eine Quecksilber-Hochdrucklampe (10) vom Kurzbogentyp mit einer Wandbelastung von mindestens 1 W/mm², welche mit mindestens 0.15 mg/mm³ Quecksilber gefüllt ist; ein Kühlungsmittel (50) mit einer regelbaren Kühlungsintensität zur Kühlung wenigstens eines des Konkavreflektors (20) und der Quecksilberlampe (10); und ein Mittel (60) zur Veränderung der Leistung der Quecksilberlampe (10), dadurch gekennzeichnet, dass die Lampeneinheit weiter einen Konkavreflektor (20) umfasst, welcher diese Quecksilberlampe (10) umgibt und eine vordere Öffnung und eine Frontabdeckung (30) aufweist, welche die vordere Öffnung dieses Konkavreflektors (20) bedeckt, und dadurch, dass ein Lichtregelungsmittel (70) das Kühlungsmittel (50) und das Mittel (60) zur Änderung der Leistung der Quecksilberlampe (10) so regelt, dass ein Wert W × G/V in einem Bereich von 1 < W × G/V, in W²/mm² × cm³, festgesetzt wird, wobei V in cm³ das Innenvolumen des Konkavreflektors (20) ist, W in Watt die Nennleuchtleistung der Quecksilberlampe (10) und G in W/mm² die Wandbelastung.
Verfahren zur Lichtregelung einer Lampeneinheit für einen Projektor gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lampeneinheit eine im Wesentlichen hermetisch einschließende Anordnung oder eine hermetisch einschließende Anordnung aufweist und der Regelungsschritt durchgeführt wird, um einen Wert W × G/V in einem Bereich von 1 < W × G/V < 2, in W²/mm² × cm³, festzulegen.