專利名稱：帶反光罩的電燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種帶反光罩的電燈，它包括一個具有反光罩體的反光罩，它有一個凹形的反光表面，此表面選自橢圓體形的多個表面和拋物體形的多個表面，它還有一個光學軸線、一個位于反光罩內(nèi)的焦點和一個光發(fā)射窗口；一個帶有燈管的電燈，燈管處于真空密封狀態(tài)下，其中有一個安置在光學軸線上的直線形的電氣元件。
這樣的帶反光罩的電燈在未預公布的歐洲專利申請93202951.5(PHN14.512)中有說明。
這種已知的帶反光罩的燈可以用于投影的用途，例如放映電影或幻燈片，也可用于投影電視設(shè)備中。在這些設(shè)備中，如同在放映電影和幻燈片時一樣，在垂直于反光罩的光學軸線的平面上有一個光發(fā)射圖象載體，例如，一個液晶顯示屏或一個DMD(數(shù)字鏡設(shè)備，Digital MirrorDevice)屏。這種圖象載體通常都是矩形的，例如，其寬/高比為4/3或16/9。
作為對帶反光罩的電燈的要求是，能明亮而又均勻地照射圖象載體，從而使光學系統(tǒng)(它可能包括一個投影透鏡)能夠清晰而均勻地在屏幕上顯示圖象，以便可從其上觀看到圖象。
但是，照射的均勻性可能因電氣元件的不正確的放置而受到有害的影響。另外，電氣元件還可能改變其位置，例如，由于在高的工作溫度下發(fā)生不同的膨脹，或者因為作為光源的放電電弧改變了在電極上的作用點。
照射的明亮程度則因下列事實而受到有害影響，即帶反光罩的電燈提供一個圓形的照明場，而圖象載體是矩形的。因此有一部分的光被投射到圖象載體之外。這部分的光在更為拉長的圖象載體(16/9)的情況下則要大于載體具有接近方形的形狀(4/3)的情況。
美國專利A-4,021,659公開了一種供投影使用的橢圓形反光罩，其中正好容納一個白熾燈。這個燈有一個軸向放置的白熾發(fā)光體。反光罩的反光表面上鋪疊著許多小平面，它們同時被按徑向的道及圓周帶的形狀排列。由于這些小面的這樣的排列，反光罩仍保持其旋轉(zhuǎn)對稱的形狀，這些小面則具有梯形的形狀。這些小面全部都以其平行邊垂直于半徑。它們可以有凸起的表面。這些小面的目的是增加照射場的照射均勻度。
這些小面把白熾發(fā)光體的放大了的影象以相互重疊的方式投射到第二焦點上。在所引用的專利中所包含的照片上可顯示出得到了一個改進了均勻性的照射場，不過它仍然是不規(guī)整的而且是圓形的。
本發(fā)明的目的就是提供一種像開頭一段所說明的那種帶反光罩的電燈，通過它，一個在垂直于光學軸線的平面P上的矩形場DP可以被均勻地并且具有更高效率地照射。
按照本發(fā)明，這個目的是這樣實現(xiàn)的，即反光表面主要是由鋪疊在總體外形上的基本上是平面的、且基本上是四邊形的各反射小面構(gòu)成的，這些小面的每一個都有一個與凹狀的總體外形相切的切點，并且每一個都分別照亮平面P中的一個場，該P平面垂直于光學軸線并和光發(fā)射窗口有一定的距離，對于每個小面這些場都有基本相同的形狀和大小并且有相同的取向，和光發(fā)射窗口的直徑為DLS，電氣元件的軸向尺寸為L，DLS/L的值大于40。
所述的名詞“總體外形”或基本形狀或總體形狀，在這里是用來表明在沒有鋪疊小面的情況下反射表面所具有的形狀。
本發(fā)明特別基于這樣一種認識，即當使用例如帶有安排成徑向的道狀和環(huán)狀帶的小面的橢圓體反光罩時，被照亮的基本上是一個圓形場。各小面在平面P上產(chǎn)生圖象，這些圖象沿著光學軸線旋轉(zhuǎn)，每次相互間差一個α角，并且從一道到另一道按環(huán)形帶狀而移動。這里的角度α＝360°/n，n是道的數(shù)量。這可以從

圖1中看清楚。
在圖1中，矩形場DP被安排成和光學軸線4同心。小面向這個場提供四邊形的圖象。4個相重合的圖象的角落上各點被做上一次標記。相鄰的小面和它們的圖象相互之間每次轉(zhuǎn)動一個360°/24＝15°的角度。這個圖顯示所有各小面所貢獻出的照明的場是圓形的，且在這個范圍內(nèi)照明可能是均勻的。在圓形之外的照明是損失掉的，因為它們不均勻。但是，在圓形之內(nèi)的光也只能部分地被利用，因為只有場DP被利用，而它要小于該圓形。
按照本發(fā)明，為了針對這一點而在帶有反光罩的電燈中所采取的措施包括根據(jù)小面相對于電氣元件的距離來選擇各小面的形狀和尺寸，使得每個小面在平面P上照射一個場，這個場與矩形場DP具有基本上相同的形狀和尺寸。這個措施還包括由小面照射的場和場DP具有基本上相同的位置，即基本上相同的圍繞著光學軸線的旋轉(zhuǎn)位置。根據(jù)這一點，可見各小面在P平面中所照亮的各個場基本上有相等的形狀和尺寸并且基本上平行于一條直線。
這些措施在反光罩的軸向方面有視覺上可看到的效果。如果反光罩(見圖2)在通過軸線的垂直平面V中具有水平邊緣的各小面，則在通過軸線的水平平面H中反光罩將有其它各小面的水平邊或具有水平或基本水平的中心線的各小面。后者取決于反光罩的尺寸和小面的尺寸。因此，各小面都有相同的取向，就像在上述的水平和上述的垂直平面中的小面一樣。這是和所引用的美國專利4,021,659的反光罩主要的不同點，在該專利中在垂直平面中的小面相對于在水平平面中的小面要轉(zhuǎn)90°的角。這種已知反光罩的小面在這兩個平面上以及這兩個平面之間都有相同的形狀，而按照本發(fā)明的反光罩的小面則不相同。此外，和已知的反光罩相反，在垂直平面中的小面的數(shù)量也不等于在水平面中小面的數(shù)量。
另外的結(jié)果是，按照本發(fā)明的反光罩在平面之間有不帶小面的區(qū)域，這和已知反光罩也是相反的，在已知反光罩中小面布滿了整個反光罩的表面積。按照本發(fā)明，即使在反光罩表面積上有最大可能的安裝密度的情況下，小面似乎仍然具有某種無序的安排。對于這些小面有可能加以擴展以便布滿整個反光罩，但是這些擴展僅能把光投向矩形的目標區(qū)域之外，因而是沒有用處的。
本發(fā)明還部分地基于這樣一種認識，即對于高度均勻的照明情況來說，有必要使電氣元件、因而也就是使光源相對于反光罩而言是較小的。這是表現(xiàn)在光發(fā)射窗口的直徑DLS和電氣元件的軸向長度L之間的比為最小這一點上。因此電氣元件的軸向長度將為1.8毫米或更小，最好為1.5毫米或更小，舉例而言，在這種情況下直徑DLS為75毫米。這樣，電氣元件將是一個準點源，其DLS/L為50或更大。
帶反光罩的電燈將均勻地并且以更高的效率照射垂直于光學軸線的平面P上的一個矩形場DP。
電氣元件可以是一個白熾燈，例如，裝在石英玻璃的并且例如充填以鹵素元素的燈管中。由于它所能達到的高的發(fā)光效能和高亮度，電氣元件最好是例如設(shè)在石英玻璃或陶瓷燈管中的可電離的介質(zhì)中的一個放電通道，在那里有可能例如在電極間的該介質(zhì)中產(chǎn)生高壓的放電電弧。這種介質(zhì)可以是一種稀有氣體，例如氙，其充填壓強可以例如為幾個巴，也可能再加上汞，其工作壓強可為約200巴或更高，并且/或者還具有金屬鹵化物。
當各小面在大體上在其幾何中心即其對角線的交點上與反光罩的反射表面的基本形狀相切時，情況是有利的。這將促使小面可以更密地安裝。在各小面之間的區(qū)域可以例如為吸收光的，但在優(yōu)選的實施例中它們是散射光的。這樣，這些光就可被有效地利用，因為它們對于由各小面所實現(xiàn)的照明增加了漫射光。
當電氣元件是由在燈管的相對兩端進入燈管的電流導體供電時，最好是把一根導體從反光罩中各小面之間的這樣一個區(qū)域的開口處穿過反光罩。在這種情況下不會有、或僅有很小的主要的有用反光面積的損失。
如果反光罩具有橢圓形的總體外形的反光表面，則電氣元件可以放在反光罩內(nèi)部的焦點上。這時由各小面在平面P上所照亮的各個場基本上重合。如果反光罩具有拋物體形的總體外形，而且電氣元件從焦點移向了光發(fā)射窗口，則該反光罩的性能基本上和橢圓體形的相同，并且被照亮的場仍然基本上重合。如果電氣元件是在拋物體形的總體外形的反光罩的焦點上，則可以使用一個透鏡來使各被照明場在平面P上重合。一個透鏡，一個聚光器，通常已經(jīng)用于圖象投影系統(tǒng)以便把光折射到圖象載體上并把它成象于投射透鏡的輸入孔徑上，而這個投射透鏡則把象顯示在屏幕上。
反光罩可由金屬制成，例如用鋁制成，或者在別的情況下，也可用例如玻璃或合成樹脂制成，它們可以提供一個反光表面，例如一層鋁、銀或金，或者也可以是一個反光的分光鏡。后者更為有利，因為這樣的一種濾光器可以有相對較高的反射率，還因為有可能使不希望有的輻射(如熱輻射)通過這樣的濾光器。
為了裝置的安全，把反光體用透明的板封閉起來是較為有利的。由此可以防止易燃物體接觸到燈的熾熱部分。由此也可以減少燈泡的爆炸所帶來的危害。透明板可以用一種膠(例如硅膠)來固定在反光體上。但是換一種方式，也可用機械方式來固定透明板，例如用一個圍繞反光體的金屬環(huán)狀法蘭。除此以外，也可以用一種夾緊環(huán)或多個夾具。透明板還可以具有光學上的功能，例如，成為一個色調(diào)校正濾色鏡或一個正象透鏡，以便例如用來使被照亮的各個場在平面P中重合。
在透明板的一面或同時在其兩面加上一層防反射鍍膜是有好處的。由此可以使在相關(guān)表面上因反射而損失的光減少或基本上被消除，這種反射損失可達到入射光的約4％。在表面上可以有這樣的鍍層，例如，諸如MgF2這樣的低折射率(如1.38)材料的λ/4的一層鍍層?；蛘咭部捎秒p層的鍍膜，例如，一層λ/4的高折射率(如n＝1.70)層和在其上再覆蓋一層低折射率的層。在另外的情況下也可以使用多層鍍膜，例如一個λ/4層采用n＝1.7，一個λ/2層采用n＝2.0，并再在其上用/4的n＝1.38的一層。這里對λ的選擇是使用光譜中可見光部分的波長，例如在此光譜中心的波長。
電燈可以固定地和反光罩相連，或者也可以可更換地安裝在里面。
在帶有拋物體總體外形的反光罩的電燈的實施例中，電氣元件是處在反光罩的焦點上的，它具有如下的優(yōu)點，即帶有反光罩的燈可以很容易地適應投影設(shè)備制造廠所作的專門選擇，在這種投影設(shè)備中要用到這種帶反光罩的燈。這里，可參考圖3和4。
圖3表示投影設(shè)備的基本原理。帶反光罩S的燈把光線投射到在平面P上的場透鏡FL上。在它的后面有一個圖象載體IC，從那里之后的一個距離處有一個投影透鏡PL。場透鏡FL把光會聚到投影透鏡PL上。圖象載體IC在光束上傳遞圖象信息。投影透鏡PL在相當遠的距離以外的投影屏幕PS上形成圖象載體上的圖象。
參考圖4來解釋一個額外的透鏡EL(例如在光發(fā)射窗口上的透鏡)在具有拋物體總體外形的帶小面的反光罩的條件下是如何使帶反光罩的燈適應于投影設(shè)備、并且特別是適應于其中所用的投影透鏡PL的。反光罩LS的各小面反射從焦點F來的光線并使這個光線最強地傳播到小平面對角線的平面上。光線由該額外的透鏡EL所會聚并趨向平面P中的場透鏡FL，在這個平面上矩形場DP以其對角線尺寸來表示。場透鏡會聚通過圖象載體IC(在圖中以其對角線的尺寸示出)的光，并將其投向投影透鏡PL。
從各個小面的相應各角落點來的平行光射線a、b和c被一起送到額外透鏡EL的焦面上。場透鏡FL就位于這個焦面上。因此，對于EL的焦距FEL下式成立X＝FEL(1)投影透鏡PL在相當遠的距離以外建立圖象，所以對于PL的焦FPL而言下式成立Y≈FPL(2)額外的透鏡的直徑DEL必須如此之大，使得所有從帶反光罩LS的燈來的光都投射到直徑為DPL的投影透鏡PL上。線p和q表明DEL/DPL＝x/y (3)從(1)、(2)和(3)可見，為了使帶反光罩的燈適合于投影設(shè)備，必須選擇一個額外的透鏡使得FEL≈FPL·DEL/DPL(4)為了使設(shè)備的光學軸線保持盡可能的短并使額外透鏡有盡可能小的直徑，已發(fā)現(xiàn)讓DEL等于DLS是有利的，因此把額外的透鏡合并到反光罩的光發(fā)射窗口中去是有利的，這樣就使FEL≈FPL·DLS/DPL(5)
本發(fā)明將被更詳盡地進行描述，并且，按照本發(fā)明的帶反光罩的燈的一個實施例將示于圖中，其中圖1表示由已知的反光罩照亮的場的形狀；圖2是按照本發(fā)明的反光罩的一個象限的軸向外貌圖；圖3表示投影設(shè)備的基本原理；圖4表示按照本發(fā)明的帶反光罩的燈的一個實施例中光束的通道；圖5是帶反光罩的燈的一個實施例的軸向截面圖；和圖6表明另一種實施例的光線通道的細節(jié)。
在圖5中帶反光罩的電燈有一個帶反光罩體2的反光罩1，該反光體罩有一個凹形的反光表面3，此表面形狀選自橢圓體形和拋物體形的各表面，該電燈還有一個光學軸線4、一個處在反光罩內(nèi)部的焦點5和光發(fā)射窗口6。電燈10有一個燈管11，它處于真空密封的狀態(tài)下而且其中有一個直線形的、位于光學軸線4上的電氣元件12。
在圖中所顯示的反光罩看起來是光滑的，但事實上它的反光面3基本上是由大體上是平整的、和大體上是四邊形的反光小面7鋪疊在總體外形上而構(gòu)成的，如圖2所示，每個小面都有與凹形總體外形相切的一點8，見圖6。每個小面7都在垂直于光學軸線4且離開光發(fā)射窗口6一段距離的平面P上照亮一個場DP，對每個小面而言，這個場基本上有相同的形狀和尺寸而且有相同的取向。光發(fā)射窗口6的直徑為DLS，電氣元件12的軸向尺寸為L，DLS/L大于40。
在所示的實施例中，反光表面有一個拋物體形的總體外形，DLS為75毫米。在圖中的電氣元件12是高壓汞蒸汽放電通道，其工作壓力為200巴或更高，它被安置在反光罩1的焦點5上。該燈10所消耗的功率約為100瓦。電氣元件、即電極23之間的放電通道的軸向長度L為1.4毫米，所以DLS/L之比在所示的實施例中約為53。在另一種情況下，一個相似的燈被不可拆卸地安裝在類似的反光罩中，消耗功率約為130瓦，長度L為1.8毫米，所以所述的比值為41.7。在另外一個類似的反光罩中其DLS＝100毫米，當應用在上述兩種燈上時其比值分別為約71和約56。
在所示的實施例中，小面7的相切點8位于它們的幾何中心(見圖6)，即它們的對角線的交點。
處在小面7之間的區(qū)域9(見圖2)是光散射的。
一個延伸到電氣元件12的電流導體13經(jīng)過設(shè)在反光罩體2上并處在小面7之間的區(qū)域9上的一個開口21(參見圖2)而通向外邊。
一個透明的板20封閉了光發(fā)射窗口6。在圖5中，這塊板20還起光學上的作用，它是作為額外的正象透鏡EL而構(gòu)成的，這個透鏡和光發(fā)射窗口合成一體。因此這個透鏡的直徑DEL＝DLS。這個透鏡在其兩面都有鍍層22，例如，一層λ/4的MgF2，λ是光譜中可見光部分的波長，例如575納米。
在圖6中，反光表面有一個橢圓體形的總體外形。直線形的光源12軸向地安置在焦點5上。各小面7都以它們各自的幾何中心作為它們與總體外形相切的切點。它們每一個都分別在平面P上照亮一個基本上是矩形的場DP。所有小面7的場DP基本上都有相同的形狀和尺寸，并有相同的取向。在圖中，各場DP全部重合。在另外的情況下，如果反射表面具有拋物體形的基本外形，則各個小面的場DP在平面P上將有相互之間的位移，但它們應具有相同的取向(對照圖4)。在圖5的實施例中，額外的正象透鏡EL將會使各個場在軸線4上重合。
權(quán)利要求
1.一種帶反光罩的電燈，包括一個反光罩(1)，它有一個有凹形反光表面(3)的反光罩體(2)，該反光表面選自橢圓體形的多個表面和拋物體形的多個表面，它還有一個光學軸線(4)、一個處在反光罩內(nèi)的焦點(5)，和一個光發(fā)射窗口(6)；一個電燈(10)，它有一個燈管(11)，該燈管處于真空密封的狀態(tài)下，且在其中有一個安置在光學軸線(4)上的直線形的電氣元件(12)，其特征在于，該反光表面(3)是由基本上是平面且基本上是四邊形的、鋪疊在總體外形上的各反射小面(7)所構(gòu)成，這些小面每一個都有一個與凹形總體外形相切的切點(8)并且每一個都分別照亮一個垂直于光學軸線(4)且距光發(fā)射窗口(6)一段距離的平面P上的場DP，這些場對于每個小面基本上有相同的形狀和尺寸，且有相同的取向，和該光發(fā)射窗口(6)的直徑為DLS，電氣元件(12)的軸向尺寸為L，比值DLS/L大于40。
2.如權(quán)利要求1所要求的帶反光罩的電燈，其特征在于，每個小面(7)的切點(8)與它們的幾何中心基本上相重合。
3.如權(quán)利要求1或2所要求的帶反光罩的電燈，其特征在于，位于小面(7)之間的區(qū)域(9)是光散射的。
4.如權(quán)利要求1和2所要求的帶反光罩的電燈，其特征在于，連接到電氣元件(12)的電流導體(13)通過在反光罩體(2)上的小面(7)之間的一個區(qū)域(9)上的開口(21)。
5.如權(quán)利要求1和2所要求的帶反光罩的電燈，其特征在于，由一塊透明的板(20)把光發(fā)射窗口(6)閉合。
6.如權(quán)利要求5所要求的帶反光罩的電燈，其特征在于，該透明板(20)在光學上是有作用的。
7.如權(quán)利要求6所要求的帶反光罩的電燈，其特征在于，該透明板(20)有一防反射的鍍層(22)。
8.如權(quán)利要求6或7所要求的帶反光罩的電燈，其特征在于，該反射表面(3)有拋物體形的總體外形，電器元件(12)位于焦點(5)上，和透明板(20)是正象透鏡。
全文摘要
一種帶反光罩(1)的電燈(10)，有旋轉(zhuǎn)對稱的總體外形的反光表面(3)，在其上鋪疊著平整的四邊形小面(7)，它們和總體外形相切，小面的每一個都照亮垂直于反光罩(1)的光學軸線(4)的平面(P)上的一個矩形場(DP)，這些場都有相同的外形和尺寸，并有相同的取向。因此，使帶反光罩的電燈能以高度的均勻性和高效率來照明一個矩形場。該帶反光罩的電燈可用于圖象投影設(shè)備。
文檔編號F21S2/00GK1128559SQ95190400
公開日1996年8月7日 申請日期1995年3月24日 優(yōu)先權(quán)日1994年4月8日
發(fā)明者M·西肯斯, J·P·M·安塞斯 申請人:菲利浦電子有限公司