DE69322646T2

DE69322646T2 - Vorrichtung zur wärmeübertragung

Info

Publication number: DE69322646T2
Application number: DE69322646T
Authority: DE
Inventors: Michael A. San Marcos Ca 92069 Meuse
Original assignee: Hughes JVC Technology Corp
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 1992-07-31
Filing date: 1993-07-28
Publication date: 1999-07-22
Anticipated expiration: 2013-07-29
Also published as: US5285363A; JPH07509586A; EP0653037B1; EP0653037A4; EP0653037A1; WO1994003758A1; DE69322646D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Übertragung von Wärme, und im besonderen Verfahren und eine Vorrichtung zur schnellen und effizienten Wärmeableitung von einer Wärmequelle.
Verschiedene Arten optischer Bildprojektionssysteme, wie beispielsweise Flüssigkristall-Videoprojektoren, benötigen eine Lichtquelle sehr hoher Intensität, um ein relativ kleines Bild einer Bildquelle, wie zum Beispiel einer Kathodenstrahlröhre, in einer Entfernung auf einen größeren Schirm mit ausreichender Beleuchtungsstärke zur Betrachtung bei Umgebungslicht zu projizieren. Die erforderliche hohe Lichtintensität wird üblicherweise von einer Bogenlampe, wie beispielsweise einer Xenon-Bogenlampe, erzeugt, die eine sehr hohe Lichtintensität nicht nur im sichtbaren Bereich, sondern auch im infraroten Bereich erzeugt. Als Lichtbetrachtungsvorrichtung kann das Video-Projektionssystem natürlich nur Lichtenergie mit Wellenlängen des sichtbaren Bereichs, zum Beispiel zwischen etwa 400 und 700 Nanometern, brauchbar einsetzen. Lichtenergie mit Wellenlängen des nahen infraroten Bereichs, ungefähr zwischen 780 und 2500 Nanometern, ist nicht nur unbrauchbar, weil es vom menschlichen Auge nicht wahrgenommen wird, sondern neigt zudem dazu, die verschiedenen Teile eines Projektors in einem solchen Maße zu erwärmen, daß die Funktionsfähigkeit bedeutend verschlechtert oder sogar zerstört wird. Die üblicherweise verwendete Xenon-Bogenlampe erzeugt einen wesentlichen Teil der Energie im nahen Infrarotspektrum. Um also eine Verschlechterung oder eine Zerstörung empfindlicher Teile, einschließlich dem Flüssigkristall-Lichtbild selbst, zu verhindern, muß die Wärme der Bogenlampe abgeleitet werden.
Die US-A-3152764 offenbart einen Quarzrohr-Scheinwerfer, bei dem die rückwärtigen Teile und die Stützfüße des Reflektors mit Kühlrippen versehen sind.
Die in Systemen dieser Art gegenwärtig angewandte Wärmeableitung erfolgt im allgemeinen durch Wärmesenken, die aus festen Blöcken oder festen Blöcken mit einer Anordnung von wärmeableitenden Rippen aus wärmeleitendem Material gebildet sind. Die Geschwindigkeit und Wirksamkeit, mit der solche Wärmesenken Wärme absorbieren und ableiten ist jedoch mangelhaft. Aus dem Gebrauch wärmeableitender Wärmesenken in optischen Systemen ergibt sich eine Reihe von Problemen. Die Wärmesenke selbst kann schmelzen, wenn sie nicht in der Lage ist, die Wärme in einem zur Verarbeitung der gesamten auftreffenden Energie hinreichenden Maße abzuleiten.
Ein dichroitischer Spiegel, oft als "Kaltlichtspiegel" bezeichnet, wird häufig zum Ausfiltern von Infrarotenergie verwendet, indem sichtbares Licht auf das Projektionssystem reflektiert und Infrarotlicht zur Wärmesenke geleitet wird. Eine solche Vorrichtung bildet die Grundlage der Oberbegriffe der beiliegenden Ansprüche 1 und 11. Die durch den Spiegel durchtretende Wärmeenergie kann jedoch zur Reflexion oder zur schwarzen Strahlung der thermischen Masse der Wärmesenke führen, die zum Kaltlichtspiegel zurückgestrahlt und möglicherweise durch diesen hindurch treten und dadurch zurück in die wärmeempfindlichen Komponenten des optischen Systems gelangen kann. Dies kann zu Rissen oder anderen Strukturdefekten im Kaltlichtspiegel führen. Die zurückgestrahlte Wärme kann die Beschichtung auf dem Kaltlichtspiegel beschädigen, wodurch sich diese ablösen kann. Ist die Beschichtung beschädigt, tritt Licht des sichtbaren Spektrums zusammen mit Licht des nahen Infrarotbereichs durch den Spiegel, so daß der Wirkungsgrad der optischen Einheit des Systems Schaden nimmt.
Aufgrund der relativ langsamen Ableitungszeit der thermischen Masse einer Wärmesenke kann es zudem ziemlich lange dauern - manchmal in einer Größenordnung von 15 Minuten - bis die Wärmesenke und andere optische Komponenten in einem System nach dessen Ausschalten abkühlen. Ein weiteres Problem infolge der relativ langsamen Wärmeableitung ist ein extrem hoher Stromverbrauch des Gesamtsystems. Der hohe Stromverbrauch entsteht durch die Verwendung von Hochleistungsventilatoren und anderen Kühlvorrichtungen, die zum Verhindern übermäßiger Wärmebildung benötigt werden. Optische Systeme, die Standard-Wärmesenken verwenden, sind in der Regel groß, denn bei einer wahrscheinlich auftretenden übermäßigen Wärmebildung müssen die Systemkomponenten durch ausreichende Abstände voneinander getrennt sein, damit Kühlluft zur Unterstützung der Wärmeableitung zirkulieren kann.
Ein weiterer negativer Effekt der Standard-Wärmesenke auf Infrarot-Filtervorrichtungen und auf den Stromverbrauch des Systems ist die Verringerung der Lebensdauer des Gesamtsystems und der Zuverlässigkeit.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wärmeübertragung durch Verfahren und durch eine Vorrichtung anzugeben, die die oben genannten Probleme ausräumen oder minimieren.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Hochleistungslichtquelle zum Projizieren von im wesentlichen nur sichtbarem Licht angegeben, mit:
einer Lampenvorrichtung zum Projizieren eines Strahls hoher Intensität in eine erste Richtung, wobei der Strahl Licht mit Wellenlängen des sichtbaren und des infraroten Bereichs enthält,
einem in dem Lichtweg positionierten Kaltlichtspiegel, der ausgebildet und angeordnet ist, Lieht mit Wellenlängen des infraroten Bereichs durchzulassen und Licht mit Wellenlängen des sichtbaren Bereichs zu reflektieren, und
einer Wärmeübertragungseinheit, die an den Spiegel angrenzend positioniert und angeordnet ist, von dem Spiegel durchgelassenes Licht mit Wellenlängen des infraroten Bereichs aufzunehmen, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeübertragungseinheit enthält:
ein Gehäuse,
mit Aussparungen versehene Flachmaterialmittel, die in dem Gehäuse angeordnet sind, und
Mittel zum Leiten eines Kühlgases durch das Gehäuse und über die Flachmaterialmittel.
Ebenso angegeben wird ein Verfahren zum Projizieren von im wesentlichen nur sichtbarem Licht, das aus einer Hochleistungslichtquelle stammt, mit folgenden Schritten:
Projizieren eines sowohl sichtbares als auch infrarotes Licht enthaltenden Strahls hoher Intensität aus der Quelle in eine erste Richtung, Verwenden eines in dem Strahlengang angeordneten Spiegels, um infrarotes Licht durch den Spiegel durchzulassen, sichtbares Licht dagegen zu reflektieren, und
Anordnen einer Wärmeübertragungseinheit angrenzend an den Spiegel, um das durch den Spiegel durchtretende infrarote Licht zu empfangen, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Vorsehen mindestens eines mit Aussparungen versehenen Flachelements in der Wärmeübertragungseinheit,
Orientieren des mindestens einen mit den Aussparungen versehenen Flachelements in der Wärmeübertragungseinheit derart, daß das infrarote Licht auf das Flachelement trifft, und
Kühlen des Flachelements.
Es können mehrere wärmeleitende netzartige Flachelemente verwendet werden, wobei die Aussparungen jedes Flachelements von einem Flachelement zum nächsten versetzt sind, und alle Flachelemente in weitgehend parallelen, voneinander beabstandeten Ebenen liegen, die zur Übertragungsrichtung der Wärmeenergie weitgehend senkrecht angeordnet sind. Wahlweise kann ein netzartiges Flachelement mit einer gewundenen Oberfläche zur Wärmeübertragung verwendet werden, wobei die gewundene Oberfläche mehrere Bereiche hat, die sich in einem schrägen Winkel zur Richtung der Wärmeübertragung von der Wärmequelle erstrecken.
Die US-A-4130233 offenbart einen Wärmetauscher, bei dem Manteldraht zu Maschen verwoben wird und Maschenstreifen übereinander geschichtet werden, wobei die Öffnungen unregelmäßig orientiert sind, um dem Kühlgas einen kurvenreichen Weg zu bereiten.
Die US-A-Re. 30136 offenbart einen Solarkollektor zur Verwendung bei der Aufnahme von Sonnenstrahlung. Der Kollektor enthält eine Matrix mehrerer Schichten von Schlitz-Dehnblechen, durch die Flüssigkeit hindurch gepreßt wird, um von der Matrix absorbierte Wärme zu übertragen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Draufsicht einer Xenon-Bogenlampe, die eine Wärmeübertragungseinheit der vorliegenden Erfindung verwendet,
Fig. 2 eine Seitenansicht der Wärmeübertragungseinheit der Fig. 1,
Fig. 3, 4, 5, und 6 Anordnungen oder Teile von Anordnungen von jeweils 1, 2, 3 und 4 wärmeleitenden Gittern, die zur Wärmeübertragung verwendet werden können,
Fig. 7 eine gewundene Form einer Wärmeübertragungseinheit, und
Fig. 8 und 9 eine schematische Darstellung der Funktionsweise des gewundenen Wärmetauschgitters der Fig. 7.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Die Fig. 1 zeigt Komponenten einer bekannten Hochleistungslichiquelle eines Typs, der üblicherweise in einem Video-Projektionssystem, wie beispielsweise einem System, das eine Lichtbildvorrichtung mit einem reflektierenden oder mit Aktivmatrix lichtdurchlässigen Flüssigkristall enthält, verwendet wird. Eine typische Xenon-Bogenlampe enthält eine Lichterzeugungsanordnung 10, die an bzw. teilweise in einem elliptischen Reflektor 12 befestigt ist, welcher Licht entlang der durch Pos. 14a, 14b, 14c und 14d dargestellten Strahlen an Wärmefilter oder an einen Kaltlichtspiegel 16 leitet. Der Spiegel 16 ist beschichtet, um Licht des sichtbaren Spektrums zu reflektieren, wie durch die reflektierten Strahlen 18a, 18b dargestellt, die über verschiedene optische Komponenten des Systems an Flüssigkristallvorrichtungen und dann über Projektionslinsen zum Projizieren eines Bildes auf einen Schirm in einer der verschiedenen hinlänglich bekannten Anordnungen derartiger Standard-Projektoren geleitet werden. Der Kaltlichtspiegel ist eine hinreichend bekannte Reflexionsvorrichtung, die eine geeignete Beschichtung hat, um Licht des sichtbaren Spektrums zu reflektieren und Licht des infraroten Spektrums durchzulassen. Der Spiegel wird verwendet, um zu verhindern, daß von der Bogenlampe abgestrahltes Infrarotlicht mit dem sichtbaren Licht in die optischen Komponenten des Systems gelangt und so diese Komponenten übermäßig erhitzt und ihre Funktionsweise beeinträchtigt.
Licht des infraroten Bereichs wird vom Kaltlichtspiegel 16 durchgelassen und trifft auf eine allgemein mit dem Bezugszeichen 20 bezeichnete Wärmeübertragungseinheit, die direkt an den vom Spiegel beleuchteten Bereich angrenzt und eine diesem entsprechende Ausdehnung hat. Die Wärmeübertragungseinheit enthält ein Gehäuse 24 eines geeigneten wärmeleitenden Materials, wie zum Beispiel Aluminium, mit einer Vorderwand oder einem Fenster 26, das die gesamte Vorderseite des Gehäuses abdeckt und aus einem wärmebeständigen und wärmedurchlassenden Material, wie zum Beispiel Pyrex, besteht. Das übrige Gehäuse besteht aus Aluminium und enthält eine Rückwand 28 sowie einen Boden 30, in dem eine Lufteinlaßöffnung 32 ausgebildet ist. Ein oberer Abschnitt 34 des Gehäuses definiert und begrenzt eine Luftstromkammer 36, die einen Einlaß zu einem in einem Auslaßbereich 40 des Gehäuses befestigten Entlüftungsgebläse oder -ventilator 38 bildet. Die Anordnung ist derart, daß durch den Betrieb des Ventilators 38 Luft durch die Öffnung 32 in das Gehäuse gesaugt wird, wie durch die Pfeile 44 dargestellt, um durch das Gehäuse hindurch und aus diesem her auszuströmen, wie durch die Pfeile 46 dargestellt. Wahlweise kann der Ventilator so angeordnet sein, daß er Luft durch das Gehäuse bläst.
In diesem speziellen Ausführungsbeispiel sind in dem Gehäuse vier dünne netzartige Flachelemente befestigt, wie beispielsweise ein gewobener Raster oder ein Gitter eines wärmeleitenden Materials, wie Stahl oder eloxiertes Aluminium. Obwohl eine andere Anzahl von Gittern verwendet werden kann, zeigt die dargestellte Anordnung vier Gitter 50, 52, 54 und 56, die alle identisch sind und an bzw. in dem Gehäuse voneinander beabstandet und parallel zueinander fest angebracht sind. Die Gitter 50 bis 56 können in dem Gehäuse in einer geeigneten Weise befestigt sein, zum Beispiel durch Verschweißen ihrer Enden am Gehäuse, wie in der Fig. 1 durch Pos. 60 dargestellt. Das Verschweißen ist natürlich nur eines der vielen verschiedenen Verfahren zum Befestigen der Gitter am Gehäuse. Wahlweise können die Enden jedes Gitters im rechten Winkel zum Hauptkörper gebogen und durch Verschweißen oder durch andere Befestigungsarten in geeigneter Weise angebracht sein. Abgesehen von diesen Endverbindungen ist jedes Gitter zu jedem anderen Teil der Wärmeübertragungseinheit kontaktfrei.
In dem Gehäuse ist zudem auf der distalen Seite des Stapels der vier Gitter 50, 52, 54 und 56, das heißt auf der dem Spiegel 16 abgewandten Seite des Gitterstapels, eine Sicherungsplatte 62 befestigt, die aus einem durchgehenden festen Stahlblech oder aus rostfreiem Stahl besteht, das keine Löcher oder Perforationen hat. Die wärmeübertragende Vorderseite des Gehäuses hat eine Ausdehnung, die im wesentlichen den verschiedenen Gittern, die alle dieselbe Größe haben, entspricht.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Gitter quadratisch und voneinander, von der Vorderwand 26 sowie von der Sicherungsplatte 62 mindestens um 6,35 mm (1/4 Inch) beabstandet. Die Vorderseite des Gehäuses, die Vorderwand 26, ist um etwa 9,52 mm (0,375 Inches) von der Rückwand des Spiegels entfernt angeordnet. Würden die Gitter näher zueinander angeordnet, ist es möglich, daß auf ein Gitter auftreffendes Infrarotlicht zum nächstliegenden Gitter zurückgestrahlt werden könnte und dadurch die Wirksamkeit der Wärmeübertragung des Gesamtsystems verschlechtert würde.
Es ist wichtig, daß die verschiedenen Öffnungen in den einzelnen Gittern von einem Gitter zum nächsten versetzt sind. Dies ist in den Fig. 3, 4, 5, und 6 dargestellt, die jeweils ein erstes Gitter eines Stapels (Fig. 3), Teile von zwei Gittern eines Stapels (Fig. 4), Teile von drei Gittern eines Stapels (Fig. 5) und in der Fig. 6 Teile von vier Gittern eines Stapels zeigen. In einem Ausführungsbeispiel besteht jedes Gitter aus einer Anzahl regelmäßig angeordneter Öffnungen, die jeweils von Stahldraht umgeben sind, der einen runden Querschnitt und einen Durchmesser zwischen 0,51 und 0,76 mm (0,02 und 0,03 Inches) hat. Jede Öffnung des Gitters ist weitgehend quadratisch und hat eine Länge von 0,25 mm (0,10 Inches) pro Seite, um eine offene Fläche von etwa 0,06 mm² (0,01 Inches²) zu bilden. Wie ein Vergleich der Fig. 3 und 4 zeigt, ist ein erstes Flachelement 50 relativ zum zweiten Flachelement 52 sowohl horizontal als auch vertikal geringfügig versetzt. Auf diese Weise sind die vertikalen und die horizontalen Drähte des zweiten Flachelements 52 effektiv auf die Öffnungen des ersten Gitters 50 ausgerichtet, wobei die das erste und das zweite Gitter bildenden vertikalen und horizontalen Drähte zueinander versetzt sind. Das heißt, daß sich weder die vertikalen noch die horizontalen Drähte des zweiten Gitters im "Schatten" der Drähte des ersten Gitters befinden, mit Ausnahme derjenigen Stellen, an denen die Drähte eines Gitters die des anderen Gitters im rechten Winkel kreuzen. Das dritte Gitter ist gleichermaßen so versetzt, daß seine horizontalen und vertikalen Drähte in Bezug auf die horizontalen und vertikalen Drähte sowohl des ersten als auch des zweiten Gitters 50 und 52 versetzt sind. In ähnlicher Weise ist auch das vierte Gitter 56 so versetzt, daß seine vertikalen und horizontalen Drähte ebenfalls zu allen vertikalen und horizontalen Drähten jedes der anderen drei Gitter versetzt sind. Obwohl der Versatz beliebig sein kann, ist er zur Maximierung der Wärmeableitung wichtig.
Abgestrahlte Wärme, die nicht auf das erste Gitter 50 auftrifft, sondern durch die Öffnungen seiner Gitterstruktur durchtritt, trifft wahrscheinlich auf die vertikalen oder die horizontalen Drähte der zweiten Gitterstruktur, die von den Drähten des ersten Gitters nicht wesentlich verdeckt sind. In ähnlicher Weise trifft durch die erste und die zweite Gitterstruktur durchtretende Strahlung sehr wahrscheinlich auf die vertikalen oder die horizontalen Gitter entweder der dritten oder der vierten Gitterstruktur, die beide von den Drähten der anderen Gitter nicht wesentlich verdeckt sind. Durch diese gegenseitige Versatzbeziehung, die eine Vielzahl zueinander versetzter Gitterstrukturen erzeugt, wird die von den verschiedenen Gittern gebildete effektive Zieloberfläche erheblich vergrößert. Jegliche abgestrahlte Wärme, die durch alle Gitter durchtritt oder von einem der Gitter zurückgestrahlt wird, trifft auf die reflektierende durchgehende Sicherungsplatte 62, durch die keine Strahlung durchtritt, weil es sich um eine durchgehende feste Platte handelt. In einer Ausführungsform besteht diese Platte aus einem festen quadratischen Block aus rostfreiem Stahl, der etwa 0,76 mm (0,03 Inches) dick ist und pro Seite eine Länge von etwa 1 m (42 Inches) hat, was der Größe jedes Gitters entspricht. Da die reflektierende Sicherungsplatte wesentlich heißer werden kann als die Gitter, ist sie an der Rückwand 24 des Gehäuses fest angebracht durch Abstandsblöcke, einschließlich der Blöcke 70 und 72, die aus einem nicht wärmeleitenden Material wie Keramik bestehen. Wie oben erwähnt, hat die Sicherungsplatte im wesentlichen die Funktion einer Reflexionsvorrichtung zum Reflektieren von nicht von den Gittern absorbiertem Infrarotlicht zurück zu den Gittern, von denen die Wärme effektiver abgeleitet werden kann. Durch das Vorhandensein der Sicherungsplatte wird ein Schmelzen der an die Außenseite des Lampengehäuses angrenzend gelegenen Komponenten verhindert. Die Sicherungsplatte schützt zudem vor anderen nachteiligen Auswirkungen einer übermäßigen Wärmebildung in dem System, einschließlich verminderter Zuverlässigkeit und Lebensdauer.
Die Wärmeübertragungseinheit kann im allgemeinen jede gewünschte Form und Abmessung haben. In einem speziellen Ausführungsbeispiel werden Form und Abmessung auf der Grundlage der Abmessung der Ausleuchtfläche des von der Bogenlampe erzeugten Lichtstrahls gewählt, der auf das Gitter oder auf eine Reihe von Gittern auftrifft, und zudem auf der Grundlage des Abstandes zwischen dem Kaltlichtspiegel und der Wärmeübertragungseinheit. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann die Wärmeübertragungseinheit eine weitgehend elliptische Form haben, um sich der Form des von der Bogenlampe auf den Spiegel auftreffenden Strahls anzunähern, wobei in der Bogenlampe ein elliptischer Reflektor einer Größe von 254 mm (10 Inch) verwendet werden kann. Folglich können das Gehäuse, die Gitter und die Sicherungsplatte eine Reihe unterschiedlicher Formen, von quadratisch bis hin zu elliptisch, haben.
Wie vorher erwähnt, trifft durch den Kaltlichtspiegel an die Wärmeübertragungseinheit geleitete Wärme auf das eine oder das andere der verschiedenen Gitter oder auf die Sicherungsplatte. Ein Teil dieser Wärme kann von den Gittern zum Spiegel zurückgestrahlt werden. Demnach ist die von der gitterartigen Flachelementstruktur reflektierte Menge an Wärmeenergie bedeutend geringer als die von einer herkömmlichen massiven Wärmesenke reflektierte Wärmemenge. Letztere reflektiert eine Wärmemenge, die zwei- bis viermal größer ist als die von den beschriebenen Gittern reflektierte Wärmemenge. Außerdem hat der in dem Aufbau der vorliegenden Gitter verwendete Draht einen runden Querschnitt, wodurch die Wahrscheinlichkeit verringert wird, daß reflektiertes Infrarotlicht direkt zur Wärmequelle zurückreflektiert wird, und die Wahrscheinlichkeit erhöht wird, daß diese reflektierte Wärme auf andere, näher zum Spiegel angeordnete Gitter auftrifft.
Obwohl netzartige Draht-Flachelemente oder -gitter beschrieben wurden, können die verschiedenen mit Aussparungen versehenen Flachelemente die Form handelsüblicher Aluminiumbleche haben, die mit vielen eng beabstandeten Aussparungen ausgebildet sind. Es können verschiedene Arten dünner leitender Flachelemente, die mit Aussparungen versehen oder perforiert sind, verwendet werden, wobei die Aussparungen voneinander versetzt angeordnet sind.
Beim Betrieb der beschriebenen Vorrichtung trifft Wärme, die von der Lampe abgestrahlt und durch den Kaltlichtspiegel durchgelassen wurde, auf das eine oder das andere der verschiedenen wärmeabsorbierenden und -leitenden Gitter und wird gleichzeitig von dem Gitter zur Kühlluft zurückgestrahlt, die durch den Betrieb des Ventilators 38 über die Gitter durch das Gehäuse geleitet wird. Diese Anordnung ermöglicht einen wesentlich größeren Oberflächenbereich des wärmeleitenden Materials der Übertragungseinheit. Das bedeutet, daß die Anordnung von voneinander beabstandeten kleinen runden Drähten aus wärmeleitendem Material einen vergrößerten Oberflächenbereich ermöglicht sowohl zur Aufnahme und damit zur Absorption von durch den Kaltlichtspiegel durchgelassener Wärme, als auch zur Rückstrahlung und Leitung von Wärme, die von den Gittern absorbiert wurde, in den Kühlluftstrom. Auf diese Weise wird eine weitaus schnellere Wärmeabsorption und Wärmeübertragung erzielt. Die beschriebenen Gitterstrukturen übertragen Wärme weitaus effizienter und bei einer höheren Geschwindigkeit als eine herkömmliche Wärmesenke.
In einem in der Fig. 7 dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel erzeugen die Bogenlampe 10 und der Reflektor 12 Licht, das zum Kaltlichtspiegel 16 geleitet wird, an dessen Rückseite sich eine abgeänderte Wärmeübertragungseinheit befindet, die in der Fig. 7 allgemein durch Pos. 80 dargestellt ist. Die Komponenten dieser Wärmeübertragungseinheit enthalten eine feste unperforierte, reflektierende Sicherungsplatte 82, die mit der Sicherungsplatte 62 der Fig. 1 und 2 identisch sein kann. In dieser Anordnung wird jedoch anstelle von weitgehend ebenen Gittern, wie in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2, ein einziges netzartiges Flachelement 84 mit einer gewundenen Oberfläche verwendet. Das gewundene Flachelement 84 und die Sicherungsplatte 82 sind in einem Gehäuse (in der Fig. 7 nicht abgebildet) befestigt, das weitgehend ähnlich dem Gehäuse sein kann, in dem die vier Gitter und die Sicherungsplatte der Fig. 1 und 2 befestigt sind. Wie die Gitter der Fig. 1 und 2 kann das Flachelement 84 mit der gewundenen Oberfläche aus einem perforierten oder netzartigen Flachelement in Form eines Gitters mit Öffnungen ausgebildet sein, die durch eine Reihe sich kreuzender horizontaler und vertikaler Stahldrähte runden Querschnitts festgelegt sind. Die gewundene Oberfläche kann jede beliebige Anordnung haben, in einem in der Fig. 7 dargestellten Beispiel ist die Oberfläche des Flachelements jedoch gewellt. Vorteilhafterweise wird ein aus einem gewobenen Raster bestehendes Flachelement gebogen, um die beschriebene gewundene Anordnung zu bilden.
Die Funktionsweise der wärmeabsorbierenden und wärmerückstrahlenden Fähigkeiten des gewellten Flachelements wird im Zusammenhang mit den vereinfachten Zeichnungen der Fig. 8 und 9 erläutert. Die Fig. 8 zeigt einen Querschnitt von drei benachbarten Drähten 92, 94, 96, die drei der Drähte eines Flachgitters bilden, wobei die Oberfläche dieses Gitters senkrecht zur Richtung der Pfeile 98, 100 ist, die die Übertragungsrichtung der von der Gittereinheit zu übertragenden Wärme darstellen. In der Fig. 8 wird ersichtlich, daß aufgrund der Orientierung des Flachelements, einschließlich der Drähte 92, 94 und 96, in einer weitgehend senkrechten Ebene zur Ausbreitungsrichtung der Pfeile 98, 100 zwischen benachbarten Drähten 92, 94 und 96 relativ große Zwischenräume 102, 104 bestehen. Wenn jedoch das die Drähte 92, 94 und 96 enthaltende Gitter in einem Winkel bezogen auf die durch die Pfeile 98, 100 dargestellte Richtung der Wärmestrahlung angeordnet ist, wie in der Fig. 9 gezeigt, wird die Größe der tatsächlichen Zwischenräume 106, 108 zwischen den benachbarten Drähten 92, 94 und 94, 96 beachtlich verringert. Durch Anordnung der Ebene des Gitters in einem schrägen Winkel zur Übertragungsrichtung trifft die ankommende Wärme effektiv auf eine größere Masse (d. h. mehr Drähte) des wärmeabsorbierenden Materials 92, 94, 96 und gleichzeitig bestehen kleinere Zwischenräume, durch die die ankommende Wärme durchtreten kann.
Diese schräge Orientierung von Teilen der Flachelementoberfläche ist dann effektiv gegeben, wenn die Oberfläche des Gitters gewellt oder gewunden ist, wie in der Fig. 7 abgebildet. Die Wellen enthalten zum Beispiel die Gipfel 110 und die Täler 112, wobei zwischen den Gipfeln und den Tälern die Abschnitte 114 und 116 verlaufen. Diese Oberflächenabschnitte 114 und 116 sind in einem schrägen Winkel zur Richtung der ankommenden Wärme angeordnet und bilden somit eine größere Masse und einen größeren Oberflächenbereich, auf den die ankommende Wärme trifft. Folglich absorbiert das Gitter 84 mit seiner gewundenen Oberfläche wirksamer ankommende Strahlung als ein einzelnes flaches oder ebenes Oberflächengitter mit ähnlichen Abmessungen aus Drähten und Aussparungen. In dem Umfang, in dem eine Wärmereflexion von den Elementen der gewundenen Oberfläche des Ausführungsbeispiels der Fig. 7 auftritt, ist es sehr wahrscheinlich, daß eine solche Reflexion aufgrund der angewinkelten Orientierung großer Abschnitte der gewundenen Oberfläche nicht in eine direkt zum Spiegel oder zur Wärmequelle zurückgehende Richtung auftreten wird.
Die hier erläuterte Wärmeübertragungseinheit enthält eine Reihe von wärmeableitenden Merkmalen, die zur Leistungsfähigkeit, Zuverlässigkeit und Lebensdauer eines optischen Abbildungssystems beitragen. Die beschriebene Vorrichtung führt zu einer schnellen und wirksamen Ableitung von in Verbindung mit Infrarotlicht entstehender Wärmeenergie, wodurch der Gesamtstromverbrauch des optischen Abbildungssystems optimiert wird. Die Wärmeableitung wird bei einem minimalen Verbrauch von Strom, der zum Kühlen der Wärmeableitungsvorrichtung benötigt wird, maximiert. Die verbesserte Kompaktheit und die gesenkten Kosten werden durch die Schnelligkeit und Wirksamkeit der ein Minimum an Komponenten einsetzenden Wärmeableitung erzielt. Aufgrund der verbesserten Wirksamkeit der Wärmeableitung werden außerdem die Größe und die Kosten der Lichtquelle und anderer Komponenten des Systems beachtlich reduziert. Sind die optischen Komponenten des Systems bei niedrigeren Temperaturen betriebsfähig, ist es nicht erforderlich, daß die verschiedenen Komponenten durch einen großen Abstand voneinander getrennt werden, um eine adäquate Wärmeübertragung und den Kühlstromfluß zu ermöglichen und um ein Schmelzen der Komponenten zu verhindern. Die beschriebene Vorrichtung führt außerdem zu einer sicheren Bedienung und zu einer insgesamt reduzierten Temperatur aller Teile, wodurch die Teile nach dem Abschalten schneller abkühlen und somit weniger Strom zum Kühlen der Vorrichtung verbrauchen.

Claims

1. Hochleistungslichtquelle zum Projizieren von im wesentlichen nur sichtbarem Licht, mit

einer Lampenvorrichtung (10, 12) zum Projizieren eines Strahls hoher Intensität in eine erste Richtung, wobei der Strahl Licht mit Wellenlängen des sichtbaren und des infraroten Bereichs enthält,

einen in dem Lichtweg positionierten Kaltlichtspiegel (16), der ausgebildet und angeordnet ist, Licht mit Wellenlängen des infraroten Bereichs durchzulassen und Licht mit Wellenlängen des sichtbaren Bereichs zu reflektieren, und

einer Wärmeübertragungseinheit (20), die an den Spiegel (16) angrenzend positioniert und angeordnet ist, von dem Spiegel (16) durchgelassenes Licht mit Wellenlängen des infraroten Bereichs aufzunehmen, dadurch gekennzeichnet, daß

die Wärmeübertragungseinheit enthält:

ein Gehäuse (24),

mit Aussparungen versehene Flachmaterialmittel (50, 52, 54, 56), die in dem Gehäuse (24) angeordnet sind, und

Mittel zum Leiten eines Kühlgases durch das Gehäuse (24) und über die Flachmaterialmittel (50, 52, 54, 56).

2. Lichtquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (24) versehen ist mit einer Öffnung, die an den Spiegel (16) angrenzt und eine diesem entsprechende Ausdehnung hat, und einem die Öffnung abdeckenden, festen Wärmedurchlaßfenster (26) und daß die mit Aussparungen versehenen Flachmaterialmittel mehrere gegeneinander versetzte, voneinander beabstandete und mit Aussparungen versehene Flachelemente enthalten, die an das Fenster (26) angrenzen.

3. Lichtquelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse eine Rückwand (28) und eine durchgehende Sicherungsplatte (62) hat, die in dem Gehäuse (24) zwischen der Rückwand (28) und den mit den Aussparungen versehenen Flachmaterialmitteln (50, 52, 54, 56) angeordnet ist.

4. Lichtquelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Aussparungen versehenen Flachmaterialmittel (50, 52, 54, 56) mehrere voneinander beabstandete, parallel zueinander angeordnete und mit Aussparungen versehene Flachelemente (50, 52, 54, 56), die in dem Gehäuse (24) angeordnet sind, und ein durchgehendes, wärmereflektierendes Sicherungsflachelement (62) enthalten, das in dem Gehäuse (24) zwischen den mit den Aussparungen versehenen Flachelementen (50, 52, 54, 56) und dem Gehäuse (24) angeordnet ist, wobei die Aussparungen der Flachelemente von einem Flachelement zum nächsten versetzt sind.

5. Lichtquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (24) ein durchgehendes Sicherungsflachelement (82) enthalten ist, und das mit den Aussparungen versehene Flachmaterialmittel ein Flachelement mit einer gewundenen Oberfläche enthält, die zwischen dem Sicherungsflachelement (82) und dem Spiegel (16) angeordnet ist.

6. Lichtquelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das gewundene Flachelement (84) mehrere Oberflächenbereiche hat, die sich in einem schrägen Winkel zur ersten Richtung erstrecken.

7. Lichtquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Aussparungen versehenen Flachmaterialmittel (50, 52, 54, 56) ein netzartiges Flachelement aus Metalldraht enthalten.

8. Lichtquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Aussparungen versehenen Flachmaterialmittel (50, 52, 54, 56) einen gewobenen Raster aus wärmeleitendem Draht enthalten.

9. Lichtquelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht einen Durchmesser von etwa 0,51 bis 0,76 mm (0,020 bis 0,030 Inch) hat und Öffnungen mit Abmessungen von etwa 0,25 mm (0,1 Inch) zwischen den Drähten festlegt.

10. Flüssigkristall-Videoprojektor mit einer Lichtquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

11. Verfahren zum Projizieren von im wesentlichen nur sichtbarem Licht, das aus einer Hochleistungslichtquelle stammt, mit folgenden Schritten:

Projizieren eines sowohl sichtbares als auch infrarotes Licht enthaltenden Strahls hoher Intensität aus der Quelle (10, 12) in eine erste Richtung, Verwenden eines in dem Strahlengang angeordneten Spiegels (16), um infrarotes Licht durch den Spiegel (16) durchzulassen, sichtbares Licht dagegen zu reflektieren, und

Anordnen einer Wärmeübertragungseinheit (20) angrenzend an den Spiegel, um das durch den Spiegel (16) durchtretende infrarote Licht zu empfangen, gekennzeichnet durch folgende Schritte Vorsehen mindestens eines mit Aussparungen versehenen Flachelementes (50, 52, 54, 56) in der Wärmeübertragungseinheit (20), Orientieren des mindestens einen mit den Aussparungen versehenen Flachelementes (50, 52, 54, 56) in der Wärmeübertragungseinheit (20) derart, daß das infrarote Licht auf das Flachelement (50, 52, 54, 56) trifft, und Kühlen des Flachelementes (50, 52, 54, 56).

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere der mit den Aussparungen versehenen Flachelemente (50, 52, 54, 56) voneinander beabstandet in der Wärmeübertragungseinheit (20) angebracht werden und

ein Kühlgas über die Flachelemente (50, 52, 54, 56) geleitet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das durch die Flachelemente (50, 52, 54, 56) tretende Licht zurück auf die Flachelemente (50, 52, 54, 56) reflektiert wird (62).

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen in den aneinandergrenzenden Flachelementen (50, 52, 54, 56) zueinander versetzt werden.

15. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Flachelement (84) eine gewundene Oberfläche hat und das Verfahren den weiteren Schritt enthält, das Flachelement (84) unter einem schiefen Winkel relativ zu der ersten Richtung des Strahls zu orientieren.