EP1217644A1 - Kurzbogen-Hochdruckentladungslampe für digitale Projektionstechniken - Google Patents

Kurzbogen-Hochdruckentladungslampe für digitale Projektionstechniken Download PDF

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EP1217644A1 EP01127159A EP01127159A EP1217644A1 EP 1217644 A1 EP1217644 A1 EP 1217644A1 EP 01127159 A EP01127159 A EP 01127159A EP 01127159 A EP01127159 A EP 01127159A EP 1217644 A1 EP1217644 A1 EP 1217644A1
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Thomas Dr. Mehr
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    • H01J61/06—Main electrodes
    • H01J61/073—Main electrodes for high-pressure discharge lamps

Definitions

  • the invention is based on a short-arc high-pressure discharge lamp according to the preamble of claim 1. It is in particular a short-arc high-pressure discharge lamp with a xenon filling, as used in cinema projection.
  • the well-known xenon short-arc lamps for projection purposes were on Arc lengths and electrode geometries optimized for the 35 to 70 mm Film projection are ideal.
  • the screen diagonals of these films are in the range between 28 and 60 mm. If you put such standard lamps in modern ones digital projection systems with DMD, DLP, LCD and D-ILA technology a mismatch between the lamp and the optical system lost a lot of light that does not reach the screen. This lost Light is converted into heat in the projector and leads to additional ones Problems. So far, this problem could only be solved by a larger one Lamp power, which then requires a higher cooling effort, an optimized Mirror design that places high demands on accuracy and the Simulation effort poses and additional double mirrors, which in turn Bring cooling problems in the reflector volume with them, be solved.
  • the object of the present invention is a short-arc lamp with xenon filling according to the preamble of claim 1 to provide a optimal focus of light on small cross sections between 10 and 25 mm, corresponding to the diagonals of the integrators, as in digital Projection techniques (DMD, DLP, LCD and D-ILA) are used, enable.
  • DMD digital Projection techniques
  • the tip of the conical end portion of the cathode to form as a hemisphere
  • Larger hemisphere diameters result in a smaller one Luminance, smaller diameters lead to increased cathode erosion.
  • the conical end section of the cathode advantageously has a cone angle ⁇ between 36 and 44 °.
  • the frustoconical End portion of the anode for optimal operation a cone angle ⁇ between 90 and 105 °. Sharper geometries lead to severe burn-off the electrode tips, while blunt geometries a strong one Result in shadowing in the projector.
  • the lamp should have the lamp with a nominal power P between 0 and 5.5 kW with a lamp current I in A of the relation 22 x P + 38 ⁇ I ⁇ 22 x P + 65 and at a nominal power P between 5, 5 and 12 kW with a lamp current I in A with the relation 10 x P + 100 ⁇ I ⁇ 22 x P + 65. While lower currents reduce the light output in the system, increases with higher ones Flowing erosion of the cathode and the maintenance falls below acceptable Values.
  • FIG. 1 shows a short-arc high-pressure discharge lamp according to the invention 1 with an Xe filling.
  • the lamp 1 with a power consumption of 3000 W consists of a rotationally symmetrical lamp bulb 2 made of quartz glass at its two ends, a lamp shaft 3, 4 also made of quartz glass.
  • An electrode rod is in one shaft 3 5 melted from gas-tight tungsten, the inner end of which Cathode 6 carries.
  • In the other lamp shaft 4 there is also an electrode rod 7 melted gas-tight from tungsten, at the inner end one Anode 8 is attached.
  • Base systems 9, 10 attached for mounting and electrical contacting.
  • the cathode 6 is made up of one of the anodes 8 facing conical end portion 6a and one of the electrode rod 5 facing end portion 6b with a circular cylindrical and frustoconical Section together, being between these two sections 6a, 6b, also referred to as a heat accumulation groove circular cylindrical portion 6c of smaller diameter is located.
  • the Tip of the conical end section 6a facing the anode 8 a cone angle ⁇ of 40 ° is a hemisphere with a radius R of 0.6 mm trained.
  • the anode 8 consists of a circular cylindrical middle section 8a with a Diameter D of 22 mm and two frustoconical end sections 8b, 8c facing the cathode 6 or the electrode rod 7 are.
  • the frustoconical end portion 8c facing the cathode 6 has a plateau AP with a diameter of 6 mm. All sections of the two electrodes 6, 8 are made of tungsten.
  • the two electrodes 6, 8 are so opposite in the axis of the lamp bulb 2 attached that there is an electrode gap when the lamp is hot or an arc length of 3.5 mm.
  • This lamp can be used in a digital projection system compared to conventional short-arc high-pressure discharge lamps Xenon filling achieve an increase of up to 50%.

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Abstract

Bei einer Kurzbogen-Hochdruckentladungslampe (1) mit einer Xenonfüllung für digitale Projektionszwecke ist der Abstand L in mm der beiden einander zugewandten Endabschnitte (6a, 8c) von Kathode (6) und Anode (8) im Heißzustand der Lampe durch die Relation 0,8 x P <= L <= 1 x P + 1 gegeben, wobei P die Lampenleistung in kW ist. Außerdem folgt der Durchmesser D des kreiszylindrischen Mittelabschnitts (8a) der Anode (8) in mm der Relation D >= 2,1 x L + 10. <IMAGE>

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung geht aus von einer Kurzbogen-Hochdruckentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Es handelt sich dabei insbesondere um eine Kurzbogen-Hochdruckentladungslampe mit einer Xenonfüllung, wie sie in der Kinoprojektion verwendet wird.
Stand der Technik
Die bekannten Xenon-Kurzbogenlampen für Projektionszwecke wurden auf Bogenlängen und Elektrodengeometrien optimiert, die für die 35 bis 70 mm Filmprojektion ideal sind. Die Bilddiagonalen dieser Filme liegen im Bereich zwischen 28 und 60 mm. Setzt man solche Standard-Lampen in die modernen digitalen Projektionssysteme mit DMD-, DLP-, LCD- und D-ILA-Technik ein, so geht durch die Fehlanpassung zwischen Lampe und optischem System viel Licht verloren, das die Leinwand nicht erreicht. Dieses verlorengegangene Licht wird im Projektor in Wärme umgewandelt und führt zu zusätzlichen Problemen. Bisher konnte diese Problem nur durch eine größere Lampenleistung, die dann einen höhern Kühlaufwand erfordert, ein optimiertes Spiegeldesign, das hohe Anforderungen an die Genauigkeit und den Simulationsaufwand stellt und zusätzliche Doppelspiegel, die wiederum Kühlprobleme im Reflektorvolumen mit sich bringen, gelöst werden.
Darstellung der Erfindung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kurzbogenlampe mit Xenonfüllung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die eine optimale Fokussierung des Lichts auf kleine Querschnitte zwischen 10 und 25 mm, entsprechend den Diagonalen der Integratoren, wie sie bei digitalen Projektionstechniken (DMD, DLP, LCD und D-ILA) Verwendung finden, ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen. Die Lampe ist außerdem vorteilhaft mit einem Lampenstrom zu betreiben der den Merkmalen des Anspruchs 6 genügt.
Durch die Festlegung des Abstands L in mm der beiden einander zugewandten Endabschnitte von Anode und Kathode im Heißzustand der Lampe gemäß der Relation 0,8 x P ≤ L ≤ 1 x P + 1, wobei P die Lampenleistung in kW ist, wird eine optimale Ausleuchtung des Bildfensters erreicht. Bei größeren Bogenlängen geht die Effizienz des Systems, d. h. das Verhältnis von abgegebenem Lichtstrom zu aufgenommener Leistung deutlich nach unten. Ist der Abstand Anode - Kathode kürzer als in der Relation, so sinkt die Lebensdauer der Lampe unter akzeptable Werte.
Die stärkere Aufheizung der Anodenvorderfläche (Anodenplateau) bei kürzeren Bögen erfordert auch eine Anpassung der Anodengeometrie. So muss der Durchmesser D der Anode in mm der Relation D ≥ 2,1 x L + 10 genügen, wobei L der Abstand der einander zugewandten Endabschnitte von Anode und Kathode in mm im Heißzustand der Lampe ist.
Vorteilhaft sollte für eine optimale Lichtausbeute bei hoher Lebensdauer der der Kathode zugewandte kegelstumpfförmige Endabschnitt der Anode ein Plateau AP mit einem Durchmesser in mm besitzen, das der Relation 1,8 x L - 1 ≤ AP ≤ 1,8 x L + 1 genügt, wobei L wiederum der Abstand der einander zugewandten Enden von Anode und Kathode in mm im Heißzustand ist. Bei Abweichungen des Anodenplateaudurchmessers nach unten kommt es aufgrund starker Erosion (Kraterbildung) am Anodenplateau zu einer Lebensdauerverkürzung. Im Falle eines größeren Anodenplateaus als durch die Relation gegeben, geht die Systemeffizienz aufgrund der Abschattung zurück.
Für eine optimale Leuchtdichteverteilung über die gesamte Lebensdauer ist weiterhin vorteilhaft die Spitze des kegelförmigen Endabschnitts der Kathode als Halbkugel auszubilden, wobei der Radius R der Halbkugel in mm der Relation 0,12 x P + 0,1 ≤ R ≤ 0,12 x P + 0,5 mit P als Lampenleistung in kW genügt. Größere Durchmesser der Halbkugel resultieren in einer geringeren Leuchtdichte, kleinere Durchmesser führen zu einem verstärkten Kathodenabbrand.
Vorteilhaft besitzt der kegelförmige Endabschnitt der Kathode einen Kegelwinkel α zwischen 36 und 44°. Außerdem weist der kegelstumpfförmige Endabschnitt der Anode für einen optimalen Betrieb einen Kegelwinkel β zwischen 90 und 105° auf. Spitzere Geometrien führen zu einem starken Abbrand der Elektrodenspitzen, während stumpfere Geometrien eine starke Abschattung im Projektor zur Folge haben.
Für einen optimalen Betrieb mit einer ausreichend hohen Effizienz (Lumen/W) und einem akzeptablen Lichtstromrückgang über die Lebensdauer der Lampe sollte die Lampe bei einer Nennleistung P zwischen 0 und 5,5 kW mit einem Lampenstrom I in A der Relation 22 x P + 38 ≤ I ≤ 22 x P + 65 und bei einer Nennleistung P zwischen 5, 5 und 12 kW mit einem Lampenstrom I in A der Relation 10 x P + 100 ≤ I ≤ 22 x P + 65 betrieben werden. Während geringere Ströme die Lichtausbeute im System herabsetzen, steigt bei höheren Strömen die Erosion der Kathode und die Maintenance unterschreitet akzeptable Werte.
Beschreibung der Zeichnungen
Mit den folgenden Figuren soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden:
  • Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Kurzbogen-Hochdruckentladungslampe
  • Figur 2 zeigt in vergrößerter Darstellung die Elektrodenanordnung der Kurzbogen-Hochdruckentladungslampe gemäß Figur 1
    • In Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Kurzbogen-Hochdruckentladungslampe 1 mit einer Xe-Füllung dargestellt. Die Lampe 1 mit einer Leistungsaufnahme von 3000 W besteht aus einem rotationssymmetrischen Lampenkolben 2 aus Quarzglas an dessen beiden Enden je ein Lampenschaft 3, 4 ebenfalls aus Quarzglas angesetzt ist. In den einen Schaft 3 ist ein Elektrodenstab 5 aus Wolfram gasdicht eingeschmolzen, dessen inneres Ende eine Kathode 6 trägt. In den anderen Lampenschaft 4 ist ebenfalls ein Elektrodenstab 7 aus Wolfram gasdicht eingeschmolzen, an dessen innerem Ende eine Anode 8 befestigt ist. An den äußeren Enden der Elektrodenschäfte 3, 4 sind Sockelsysteme 9, 10 zur Halterung und zur elektrischen Kontaktierung angebracht.
    Wie aus der Figur 2 ersichtlich setzt sich die Kathode 6 aus einem der Anode 8 zugewandten kegelförmigen Endabschnitt 6a und einem dem Elektrodenstab 5 zugewandten Endabschnitt 6b mit einem kreiszylindrischen und kegelstumpfförmigen Teilabschnitt zusammen, wobei sich zwischen diesen beiden Abschnitten 6a, 6b ein, als Wärmestaunut bezeichneter, ebenfalls kreiszylindrischer Abschnitt 6c von kleinerem Durchmesser befindet. Die Spitze des der Anode 8 zugewandten kegelförmigen Endabschnitts 6a mit einem Kegelwinkel α von 40° ist als Halbkugel mit einem Radius R von 0,6 mm ausgebildet.
    Die Anode 8 besteht aus einem kreiszylindrischen Mittelabschnitt 8a mit einem Durchmesser D von 22 mm und zwei kegelstumpfförmigen Endabschnitten 8b, 8c die der Kathode 6 bzw. dem Elektrodenstab 7 zugewandt sind. Das der Kathode 6 zugewandte kegelstumpfförmige Endabschnitt 8c besitzt ein Plateau AP mit einem Durchmesser von 6 mm. Alle Abschnitte der beiden Elektroden 6, 8 bestehen aus Wolfram.
    Die beiden Elektroden 6, 8 sind in der Achse des Lampenkolbens 2 so gegenüberstehend angebracht, dass sich im Heißzustand der Lampe ein Elektrodenabstand bzw. eine Bogenlänge von 3, 5 mm ergibt.
    Mit dieser Lampe lässt sich bei Einsatz in einem digitalen Projektionssystem gegenüber den herkömmlichen Kurzbogen-Hochruckentladungslampen mit Xenon-Füllung eine Steigerung von bis zu 50 % erzielen.

    Claims (6)

    1. Kurzbogen-Hochdruckentladungslampe (1) mit einem Entladungsgefäß (2), das neben einer Kathode (6) und einer Anode (8), die einander gegenüberstehen, eine Füllung aus zumindest Xenon enthält, wobei die Kathode (6) einen der Anode (8) zugewandten kegelförmigen Endabschnitt (6a) und die Anode (8) einen kreiszylindrischen Mittelabschnitt (8a) und einen der Kathode (6) zugewandten kegelstumpfförmigen Endabschnitt (8c) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckentladungslampe (1) für den Einsatz in digitale Projektionstechniken folgende weitere Merkmale besitzt:
      der Abstand L in mm der beiden einander zugewandten Endabschnitte (6a, 8c) von Kathode (6) und Anode (8) im Heißzustand der Lampe ist durch die Relation 0,8 x P ≤ L ≤ 1 x P + 1 gegeben, wobei P die Lampenleistung in kW ist
      der Durchmesser D des kreiszylindrischen Mittelabschnitts (8a) der Anode (8) in mm ist durch die Relation D ≥ 2,1 x L + 10 gegeben, wobei L der Abstand der einander zugewandten Endabschnitte (6a, 8c) von Kathode (6) und Anode (8) in mm ist.
    2. Kurzbogen-Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der der Kathode (6) zugewandte kegelstumpfförmige Endabschnitt (8c) der Anode (8) ein Plateau AP mit einem Durchmesser in mm besitzt, das der Relation 1,8 x L - 1 ≤ AP ≤ 1,8 x L + 1 genügt, wobei L der Abstand der einander zugewandten Endabschnitte (6a, 8c) von Kathode (6) und Anode (8) in mm ist.
    3. Kurzbogen-Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze des kegelförmigen Endabschnitts (6a) der Kathode (6) als Halbkugel ausgebildet ist, wobei der Radius R der Halbkugel in mm der Relation 0,12 x P + 0,1 ≤ R ≤ 0,12 x P + 0,5 mit P als Lampenleistung in kW genügt.
    4. Kurzbogen-Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der kegelförmige Endabschnitt (6a) der Kathode (6) einen Kegelwinkel α zwischen 36 und 44° besitzt.
    5. Kurzbogen-Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der der Kathode (6) zugewandte kegelstumpfförmige Endabschnitt (8a) der Anode (8) einen Kegelwinkel β zwischen 90 und 105° besitzt.
    6. Verfahren zum Betreiben einer Kurzbogen-Hochdruckentladungslampe (1) gemäß einer oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurzbogen-Hochdruckentladungslampe (1)
      bei einer Nennleistung P zwischen 0 und 5,5 kW mit einem Lampenstrom I in A der Relation 22 x P + 38 ≤ I ≤ 22 x P + 65
      und bei einer Nennleistung P zwischen 5, 5 und 12 kW mit einem Lampenstrom I in A der Relation 10 x P + 100 ≤ I ≤ 22 x P + 65 betrieben wird.
    EP01127159A 2000-12-20 2001-11-15 Kurzbogen-Hochdruckentladungslampe für digitale Projektionstechniken Expired - Lifetime EP1217644B1 (de)

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    DE10063938 2000-12-20
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    EP1217644A1 true EP1217644A1 (de) 2002-06-26
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