DE69932982T2

DE69932982T2 - Beleuchtungseinrichtung

Info

Publication number: DE69932982T2
Application number: DE69932982T
Authority: DE
Inventors: Kenji Himeji-shi Imamura; Tetsu Himeji-shi Takemura; Hiroyuki Himeji-shi Fujii
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 1998-09-08
Filing date: 1999-08-30
Publication date: 2007-09-06
Anticipated expiration: 2019-08-31
Also published as: TW424256B; EP0985875B1; EP0985875A3; EP0985875A2; JP2000082322A; US6575599B1; DE69932982D1

Description

Technischer Hintergrund der Erfindung
Technisches Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Lichtquellenvorrichtung, und insbesondere eine Lichtquellenvorrichtung, welche für ein Projektionsgerät, wie einen Flüssigkristall-Projektor oder dergleichen, verwendet wird. Eine solche Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist aus JP 5251054A bekannt.
Beschreibung des Standes der Technik
Bei einer Lichtquellenvorrichtung, welche für einen Flüssigkristall-Projektor oder dergleichen verwendet wird, ist die Lichtquelle eine Entladungslampe, wie beispielsweise eine Metallhalogenlampe oder eine Quecksilber-Höchstdrucklampe. Das von dieser Entladungslampe ausgestrahlte Licht wird mittels eines konkaven Reflektors fokussiert und ferner mittels einer optischen Linse, wie einer Integratorlinse oder dergleichen, in der Weise auf eine Flüssigkristall-Fläche ausgestrahlt, dass die Beleuchtungsintensität auf der Bildfläche gleichmäßig wird.
Es gibt beispielsweise Entladungslampen vom Kurzbogentyp als Lichtquelle, welche beim Betrieb einen hohen Betriebsdruck von ca. 20 bis 150 atm in der Leuchtröhre erreichen. In diesem Fall kann es auch Fälle geben, in welchen innerhalb einer üblicherweise benötigten Lampen-Lebensdauer eine Verschlechterung der Leuchtröhre oder ein Bruch der Entladungslampe auftritt. Beim Bruch der Entladungslampe fliegen Bruchteile mit einer hohen Temperatur in das optische System, in die Stromquelle und dergleichen innerhalb des Projektors. Diese Glasssplitter haben einen nachteiligen Effekt und verunreinigen die vorstehend beschriebenen Bauteile.
In diesem Fall ist die Reparatur umständlich, und es kann ein sehr großes Bruchgeräusch entstehen.
Zu den bekannten Maßnahmen dagegen gehört ein Verfahren, bei welchem die vordere Öffnung des konkaven Reflektors mit lichtdurchlässigem Glas bedeckt wird, welches verhindert, dass die Splitter nach außen fliegen, auch wenn im Ausnahmefall die Entladungslampe während des Betriebs zum Bruch kommt. Es ist ferner bekannt, durch Bedecken mit dem lichtdurchlässigen Glas das Bruchgeräusch zu dämpfen und ein großes Bruchgeräusch zu verhindern.
Das Bedecken der vorderen Öffnung des konkaven Reflektors mit dem lichtdurchlässigen Glas ist in der Tat effektiv zum Vermeiden des Lampenbruchs und zur Schalldämpfung. Da jedoch die Innenseite des konkaven Reflektors sich im wesentlichen in einem hermetischen Zustand befindet, erreicht die Innenseite des Reflektors beim Betrieb eine äußerst hohe Temperatur. Konkret erreichen der Emissionsteil sowie die hermetisch abgeschlossenen Teile der Entladungslampe eine übermäßig hohe Temperatur; dies führt zur Entglasung in der Leuchtröhre sowie zur Entstehung von Rissen in den Metallfolien in den hermetisch abgeschlossenen Teilen infolge von Oxidation und Ausdehnung.
Ferner gibt es Fälle, in welchen die Wärmebeständigkeits Temperatur des durch Aufdampfen gebildeten Films überschritten wird oder in welchen zwischen der Innenseite und der Außenseite des Reflektors ein großer Temperaturunterschied auftritt, wenn die Spiegelflächen-Temperatur des Reflektors übermäßig hoch wird. In diesem Fällen können eine thermische Verschlechterung des aufgedampften Films, wie Risse und dergleichen, sowie große Risse im Reflektor durch die Wärme auftreten.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt daher primär die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung anzugeben, bei welcher man eine Entladungslampe innerhalb eines konkaven Reflektors sowie die Spiegelfläche des Reflektors vorteilhaft abkühlen kann, wobei die vordere Öffnung des Reflektors mit lichtdurchlässigem Glas bedeckt ist und der Reflektor die Entladungslampe umgibt.
Bei einer Lichtquellenvorrichtung, bei welcher im Hals eines konkaven Reflektors eine Entladungslampe befestigt ist und die in einem Differenzdruck-Durchlasssystem angeordnet ist, wird die vorstehende Aufgabe erfindungsgemäß durch folgende Merkmale gelöst:

– wenigstens eine Kühlluft-Ausblasöffnung ist im Halsbereich des konkaven Reflektors angeordnet;
– lichtdurchlässiges Glas bedeckt die vordere Öffnung des konkaven Reflektors und
– wenigstens eine Kühlluft-Einblasöffnung ist im Bereich der vorderen Öffnung dieses konkaven Reflektors angeordnet und weist bezüglich der Innenseite des konkaven Reflektors eine Richtungsgenauigkeit auf.

Die Aufgabe wird ferner erfindungsgemäß dadurch vorteilhaft gelöst, dass die vorstehend beschriebene Lufteinblasöffnung eine Ausblasrichtung aufweist, welche relativ zu dem hermetisch abgeschlossenen Abschnitt auf der Seite der vorderen Öffnung der Entladungslampe ausgerichtet ist.
Die Aufgabe wird außerdem erfindungsgemäß dadurch vorteilhaft gelöst, dass die vorstehend beschriebene Lufteinblasöffnung eine Ausblasrichtung aufweist, die so ausgerichtet ist, dass ein Teil der Spiegelfläche des konkaven Reflektors direkt beaufschlagt wird.
Die Aufgabe wird ebenfalls dadurch erfindungsgemäß vorteilhaft gelöst, dass mehrere Lufteinblasöffnungen gebildet sind, dass zumindest eine von ihnen eine Ausblasöffnung aufweist, welche relativ zu dem hermetisch abgeschlossenen Abschnitt auf der Seite der vorderen Öffnung der Entladungslampe ausgerichtet ist und dass zumindest eine der verbleibenden Lufteinblasöffnungen so ausgerichtet ist, dass ein Teil der Spiegelfläche des konkaven Reflektors direkt beaufschlagt wird.
Die Aufgabe wird ferner erfindungsgemäß dadurch vorteilhaft gelöst, dass in einem Teil des Umfangsrandes der vorderen Öffnung des konkaven Reflektors ein Abstand vorgesehen ist, welcher mit einer Lufteinblasöffnung versehen ist.
Zusätzlich wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch vorteilhaft gelöst, dass die vorstehend beschriebene Luftausblasöffnung und/oder die Lufteinblasöffnung mit einer Röhre zur Schalldämpfung versehen ist.
Die Aufgabe wird ferner erfindungsgemäß dadurch vorteilhaft gelöst, dass im Hals des konkaven Reflektors eine Hülse befestigt ist, in welcher ein Lüftungsweg gebildet ist, welcher aus einer Reihe von schmalen Räumen besteht.
Die Aufgabe wird ferner erfindungsgemäß dadurch vorteilhaft gelöst, dass die vordere Öffnung des konkaven Reflektors einen maximalen Öffnungsdurchmesser von höchstens 80 mm aufweist.
Die Aufgabe wird außerdem erfindungsgemäß dadurch vorteilhaft gelöst, dass die Entladungslampe mit einer Nennleistung von zumindest 130 W betrieben wird.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von mehreren in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispielen beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1(a) & 1(b) sind schematische Querschnittsdarstellungen, welche rechtwinklig zueinander aufgenommen sind, wobei jede Darstellung eine erfindungsgemäße Lichtquelleneinheit zeigt;
2 ist ein schematischer Querschnitt einer erfindungsgemäßen Entladungslampe mit Reflektor;
3 ist eine Darstellung entsprechend jener in 1(a), welche jedoch einen schematischen Querschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Lichtquelleneinheit zeigt;
4 ist eine Darstellung entsprechend jener in 1(a), welche jedoch eine schematische Querschnittsdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Lichtquelleneinheit zeigt;
5(a) und 5(b) sind Darstellungen entsprechend jenen in 1(a) und 1(b), welche jedoch einen schematischen Querschnitt eines vierten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Lichtquelleneinheit zeigen;
6(a) und 6(b) sind Darstellungen entsprechend jenen in 1(a) und 1(b), welche jedoch einen schematischen Querschnitt eines fünften Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Lichtquelleneinheit zeigen;
7 ist ein schematischer Querschnitt einer Versuchseinrichtung, welche die Wirkung der Erfindung zeigt;
8(a) ist ein schematischer Querschnitt eines weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels;
8(b) ist eine schematische Vorderansicht des Ausführungsbeispiels, wie es in 8(a) gezeigt wird;
9(a) zeigt einen schematischen Querschnitt eines weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels;
9(b) zeigt eine schematische Vorderansicht des Ausführungsbeispiels, wie es in 9(a) gezeigt wird;
10(a) und 10(b) zeigen jeweils einen schematischen Querschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung;
10(c) zeigt eine schematische Vorderansicht des Ausführungsbeispiels, wie es in 10(a) gezeigt wird, und
11 ist ein schematischer Querschnitt noch eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
1(a) und 1(b) zeigen jeweils eine erfindungsgemäße Lichtquelleneinheit 1, welche in einem Außenkasten 2 angeordnet ist, welcher einen Differenzdruckweg bildet, wobei 1(a) den Außenkasten 2 in einem vertikalen Querschnitt darstellt und 1(b) eine Draufsicht im Querschnitt, bei welcher von der Linie X-X' gemäß 1(a) nach unten betrachtet wird. Für den Außenkasten 2 wird in der Praxis eine Flüssigkristall-Projektor-Einrichtung oder dergleichen verwendet. Innerhalb des Außenkastens 2 sind verschiedene Teile außer der Lichtquelleneinheit angeordnet, da aber alle derartigen Teile herkömmlich sind und für die Merkmale der Erfindung keine Rolle spielen, wurden sie zwecks Klarheit und Einfachheit der Darstellung weggelassen.
Eine Wand des Außenkastens 2 (in der Zeichnung die untere Wand) ist mit einem Saug-(Einblas-)Ventilator 3 versehen, während eine andere Wand des Außenkastens 2 (in der Zeichnung eine Seitenwand) mit einem Evakuier-(Ausblas-)Ventilator 4 versehen ist. Der Einblasventi lator 3 und der Ausblasventilator 4 sind beispielsweise Propellerventilatoren und können nicht nur die Lichtquelleneinheit 1, sondern auch verschiedene andere Teile, welche im Außenkasten 2 angeordnet sind, abkühlen.
2 zeigt schematisch die Lichtquelleneinheit 1. In der Darstellung ist eine Entladungslampe 10 in der Weise im Wesentlichen horizontal in einem konkaven Reflektor 11 (nachfolgend auch nur "Reflektor" genannt) angeordnet, dass die optische Achse des Reflektors 11 und die Längsachse der Entladungslampe 10 miteinander übereinstimmen. Im Hals des Reflektors 11 ist ein Lampen-Haltebauteil 12 eingebaut, in welchem die Entladungslampe 10 befestigt ist.
In der vorderen Öffnung des Reflektors 11 ist über ein Einbau-Bauteil 13 ein lichtdurchlässiges Glas 14 angebracht. Durch diese Anordnung befindet sich die Lichtquelleneinheit 1 im wesentlichen in einem hermetisch abgeschlossenen Zustand, abgesehen von einer nachstehend beschriebenen Kühlöffnung. Dadurch kann man das Problem des Herumfliegens der Splitter vorteilhaft beseitigen, selbst wenn die Entladungslampe 10 zu Bruch geht.
Die Entladungslampe 10 besteht aus Quarzglas und ist beispielsweise eine Quecksilberlampe vom Kurzbogentyp mit 150 W. In ihrem Emissionsteil 101 weist die Lampe ein Paar Elektroden auf. Die gegenüberliegenden Enden des Emissionssteils 101 sind jeweils mit einem hermetisch abgeschlossenen Teil 102 versehen, in welchem eine Metallfolie angeordnet ist. An ein Ende jeder Metallfolie ist eine Elektrode angeschlossen, während an das andere Ende der Metallfolie ein Außenanschluss angeschlossen ist. Für die Entladungslampe 10 wird beispielsweise eine kleine Lampe mit einem Abstand zwischen den Elektroden von 1,4 mm und einem maximalen Durchmesser des Emissionsteils 101 von ca. 11 mm verwendet.
Wenn die Entladungslampe 10 während des Betriebs eine zu hohe Temperatur erreicht, tritt eine Entglasung des Quarzglases des Emissionsteils auf. Es ist deshalb erforderlich, während des Lampenbetriebs den Emissionsteil, insbesondere den oberen Teil, vorteilhaft zu kühlen. In den hermetisch abgeschlossenen Teilen ist eine Metallfolie eingebaut, und diese Teile werden oxidiert, wenn die Temperatur stark ansteigt.
Der konkave Reflektor 11 dient zum vorteilhaften Ausstrahlen des von der Entladungslampe 10 ausgestrahlten Lichtes von der vorderen Seite der Lichtquelleneinheit 1 her. Im Reflektor 11 ist auf einem Material wie Borsilikatglas oder dergleichen ein Reflexionsfilm aufgetragen. Das Material des Reflektors 11 ist selbstverständlich nicht auf Borsilikatglas beschränkt. Im Fall einer relativ niedrigen Nenn-Verbrauchsleistung der Entladungslampe wird jedoch häufig Borsilikatglas benutzt. In diesem Fall wird ein Borsilikatglas benutzt, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient bei ca. 32 bis 38 × 10^–7/°C, dessen maximale Betriebstemperatur bei 460 bis 490 °C und dessen normale Betriebstemperatur bei 230 °C liegt und bei welchem bei einer Dicke von 3,3 mm eine Beständigkeit gegen thermische Stöße bis zu einem Temperaturunterschied von 160 °C besteht.
Als Material des Reflektors 11 wird auch Kristallglas benutzt, welches eine bessere Wärmebeständigkeit und einen besseren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist als das vorstehend beschriebene Borsilikatglas. Es weist beispielsweise einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 4,1 × 10^–7/°C, eine maximale Betriebstemperatur von 600 °C, eine normale Betriebstemperatur von 500 °C auf, und es besteht bei einer Dicke von 3,3 mm eine Beständigkeit gegen thermische Stöße bis zu einem Temperaturunterschied von ca. 400 °C.
Auf die Spiegelfläche des Reflektors 11 wird ein durch Aufdampfen von Siliciumdioxid (SiO₂) und Titandioxid (TiO₂) gebildeter vielschichtiger Film aufgetragen. In diesem Fall liegt die Wärmebeständigkeitstemperatur bei ca. 450 °C.
In der vorderen Öffnung des Reflektors 11 wird über das Einbau-Bauteil 13 mittels eines Klebemittels oder dergleichen das lichtdurchlässige Glas 14 eingebaut, für welches im allgemeinen Borsilikatglas verwendet wird. Für den Einbau des lichtdurchlässigen Glases 14 kann man unter Berücksichtigung eines Bruchfalls der Leuchtröhre einen Anschlag benutzen oder ähnliche Methoden verwenden, so dass durch die momentane Kraft beim Bruch der Leuchtröhre das Glas nicht herausfallt. Ferner kann man das lichtdurchlässige Glas 14 zusammen mit dem Reflektor 11 als Integratorlinse anordnen. In diesem Fall werden der Reflektor 11 und das lichtdurchlässige Glas 14 jeweils in dieselbe Anzahl von Bereichen eingeteilt, wobei die jeweils zusammengehörigen Bereiche einander 1:1 entsprechen. Mit einer derartigen Ausbildung der Integratorlinse durch den Reflektor und das lichtdurchlässige Glas kann man eine gleichmäßige Lichtbestrahlung mit einer kompakten Anordnung erzielen. Hinsichtlich dieser Technik wird auf die ältere Offenlegungsschrift der Anmelderin JP-OS HEI 9-185008 und die entsprechende europäische Patentanmeldung 0783116 A1 verwiesen.
Das Einbau-Bauteil 13 ist mit Lufteinblasöffnungen 20 versehen, durch welche Kühlluft von außen einströmt. Ferner ist eine Hülse 12, welche mit dem Hals des Reflektors 11 verbunden ist, mit Luftausblasöffnungen 21 versehen, durch welche Kühlluft ausgelassen wird. Die Lufteinblasöffnungen 20 weisen eine Richtungsgenauigkeit bezüglich eines bestimmten Bereiches auf, damit das Innere der Lichtquelleneinheit 1 vorteilhaft abgekühlt wird. Der bestimmte Bereich in diesem Fall unterscheidet sich je nach der Nennleistung der Entladungslampe, der Größe des Emissionsteils, der Größe der hermetisch abgeschlossenen Teile, der Größe des Innenraums des Reflektors, des Vorhanden- oder Nichtvorhandenseins einer Metallfolie in dem jeweiligen hermetisch abgeschlossenen Teil von Lichtquelleneinheit zu Lichtquelleneinheit. Dieses bedeutet, dass der Bereich, auf den die in die Lichtquelleneinheit einströmende Kühlluft als erstes auftrifft, sich ändern kann. Obwohl die Innenseite der Lichtquelleneinheit ein im Wesentlichen hermetischer Raum ist, kann man die Entladungslampe, den Reflektor und dergleichen dadurch jeweils effektiv abkühlen, dass sie der Kühlluft ausgesetzt werden oder dass die Kühlluft zirkuliert wird. Die Auslassrichtung der Lufteinblasöffnungen ist in 2 so ausgerichtet, dass auf einen Teil der Spiegelfläche des Konkavreflektors 11 direkt eingewirkt wird.
In 1(a) und (b) ist in dem Außenkasten 2 eine Trennwand 5 in der Weise gebildet, dass die Lichtquelleneinheit 1 eingeschlossen wird. Die Innenseite des Außenkastens 2 ist geteilt in einen Raum A, welcher den Einblasventilator 3 sowie die Lufteinblasöffnungen 20 der Lichtquelleneinheit 1 umfasst, und in einen Raum B, der den Ausblasventilator 4 sowie die Luftausblasöffnungen 21 der Lichtquelleneinheit 1 umfasst, wobei die Trennwand 5 als Grenze fungiert.
Bei einer derartigen Anordnung wird die Strömung der Kühlluft folgendermaßen beschrieben:
Die von dem Einblasventilator 3 in das Innere des Außenkastens 2 einströmende Kühlluft strömt durch den Druckunterschied zwischen dem Raum A und dem Raum B in das Innere der Lichtquelleneinheit 1 hinein. In diesem Fall strömt die Luft durch die Lufteinblasöffnungen 20 des Einbau-Bauteils 13 herein. Die Lufteinblasöffnungen 20 weisen eine bestimmte Richtungsgenauigkeit auf, so dass ein Durchlass gebildet wird, durch welchen das Innere der Lichtquelleneinheit 1 vorteilhaft abgekühlt werden kann, wie vorstehend beschrieben wurde. Die von den Luftausblasöffnungen 21 der Lichtquelleneinheit 1 ausströmende Kühlluft wird durch den Ausblasventilator 4 vom Außenkasten 2 nach außen ausgelassen.
Eine derartige effektive Kühlung kann man nur durch das erfindungsgemäße Merkmal erzielen, dass die Lichtquelleneinheit 1 in einem Differenzdruckweg angeordnet ist. Das bedeutet, dass der Druck in der Lichtquelleneinheit und in der unmittelbaren Umgebung anders ist als in dem Bereich, der weiter von der Lichtquelleneinheit entfernt ist, und es ein Druckgefälle zwischen den beiden Bereichen gibt; dies führt zu den erwünschten Strömungsbedingungen. Ferner ist die Anordnung des lichtdurchlässigen Glases in der vorderen Öffnung des konkaven Reflektors 11 im Hinblick auf die Ausnutzung eines Differenzdruckwegs ein wichtiges Merkmal. Die Menge der Kühlluft, welche durch diesen Differenzdruck strömt, verändert sich in Abhängigkeit vom Durchmesser und der Anordnung der zumindest einen Lufteinblasöffnung, dem Durchmesser und der Anordnung der zumindest einen Luftausblasöffnung und dergleichen.
3–5 zeigen schematisch weitere Ausführungsbeispiele. Der Unterschied zu dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel liegt darin, dass die Positionen der in der Lichtquelleneinheit 1 angeordneten Lufteinblasöffnungen unterschiedlich sind. Konkret sind in 3 die Lufteinblasöffnungen nicht in dem Einbau-Bauteil 13 angeordnet, sondern zwischen dem Einbau-Bauteil 13 und dem lichtdurchlässigen Glas 14 mit einem Abstand zueinander angeordnet. Der Abstand liegt beispielsweise bei 4,5 mm.
In 4 ist der Mittelbereich des lichtdurchlässigen Glases 14 mit einer Öffnung versehen. Die Kühlluft strömt entlang der Achse der hermetisch abgeschlossenen Teile der Entladungslampe 10. Die im Glas 14 eingebrachte Öffnung weist einen Durchmesser von beispielsweise 8,5 mm auf.
In 5(a) sind zwischen dem Einbau-Bauteil 13 und dem Glas 14 Öffnungen vorgese hen, wobei die Öffnungen nicht nur im unteren Bereich, sondern auch im oberen Bereich angeordnet sind. In 5(b) ist kein Einbau-Bauteil 13 vorhanden. Hier ist das lichtdurchlässige Glas 14 mit einem Abstand zum Reflektor 11 unmittelbar eingebaut.
Auch bei diesen Ausführungsbeispielen trennt die Trennwand 5 im Außenkasten 2 den Raum A, welcher den Einblasventilator 3 sowie die Lufteinblasöffnungen 20 der Lichtquelleneinheit 1 umfasst, von Raum B ab, der den Ausblasventilator 4 sowie die Luftausblasöffnungen 21 der Lichtquelleneinheit 1 umfasst.
Die vom Ausblasventilator 3 in das Innere des Außenkastens 2 einströmende Kühlluft strömt durch den Druckunterschied zwischen dem Raum A und dem Raum B in das Innere der Lichtquelleneinheit 1 hinein. Die von den Luftausblasöffnungen 21 ausströmende Kühlluft wird durch den Ausblasventilator 4 vom Außenkasten 2 nach außen ausgelassen.
Diese Strömung der Kühlluft kann nur durch das erfindungsgemäße Merkmal der Anordnung der Lichtquelleneinheit 1 in einem Differenzdruckweg erzielt werden, wie dies bei dem vorstehend beschrieben Beispiel auch der Fall war. Ferner ist die Anordnung des lichtdurchlässigen Glases in der vorderen Öffnung des konkaven Reflektors 11 im Hinblick auf die Ausnutzung des Differenzdruckwegs ein wichtiges Merkmal.
6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Außenkastens 2, welcher die Lichtquelleneinheit 1 umfasst. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen dadurch, dass keine deutliche Abtrennung zwischen Raum A, welcher den Einblasventilator 3 sowie die Lufteinblasöffnungen 20 der Lichtquelleneinheit 1 umfasst, und Raum B durchgeführt wird, der den Ausblasventilator 4 sowie die Luftausblasöffnungen 21 der Lichtquelleneinheit 1 umfasst, und dass keine Trennwand 5 vorhanden ist. Hierbei wird jedoch, wie in der Zeichnung dargestellt wird, innerhalb des Außenkastens 2 dadurch ein Differenzdruckweg gebildet, dass der Abstand zwischen dem Einbau-Bauteil 13 und der Innenwand des Außenkastens 2 der Lichtquelleneinheit 1 klein ist. Die durch den Einblasventilator 3 einströmende Kühlluft strömt durch diesen Differenzdruck in die Lichtquelleneinheit 1 hinein. Dadurch kann man die Entladungslampe und die Spiegelfläche des Reflektors vorteilhaft abkühlen.
Nachfolgend werden Versuche beschrieben, welche die Wirkung der erfindungsgemäßen Lichtquelleneinheit zeigen.
Die Versuche wurden unter Verwendung des, zu diesem Zeitpunkt, Versuchskastens 30 durchgeführt, welcher in 7 gezeigt wird. In den Zeichnungen ist der Versuchskasten 30 in eine Kammer C und eine Kammer D getrennt durch eine Trennwand 35. In die Kammer C ist ein Einblasventilator 31 eingebaut, welcher in den Versuchskasten 30 Kühlluft bläst. In die Kammer D ist ein Ausblasventilator 32 eingebaut, welcher die Kühlluft vom Kasten nach außen auslässt. Die Kammer C bildet einen Raum 34, während die Kammer D einen Raum 33 bildet. Die Räume 33 und 34 sind ungefähr so voneinander getrennt, dass ein Differenzdruckwert erhalten wird. Die Trennwand 35 ist ferner mit Öffnungen 36 versehen, durch die Kühlluft fließt. Die Wand der Kammer C ist mit einer Öffnung versehen. Durch diese Anordnung weist die Kammer C einen höheren Druck auf als die Kammer D. Durch diesen Druckunterschied entsteht eine Strömung der Kühlluft, durch welche das Innere der Lichtquelleneinheit abgekühlt wird.
Die Lampe weist eine Nennverbrauchsleistung von 150 W auf und wird unter Verwendung eines Gleichstroms betrieben. Es wurde eine Quecksilber-Höchstdrucklampe verwendet mit einem Quecksilber-Betriebsdruck, welcher während des Betriebs bei größer/gleich 120 atm lag. Für den Einblasventilator und den Ausblasventilator wurde ein Propellerventilator mit 12 V verwendet. Die Öffnungen 36 wurden an zwei Stellen in Richtung auf die Spiegelfläche des Reflektors und an zwei weiteren Stellen in Richtung auf die hermetisch abgeschlossenen Teile der Entladungslampe, also insgesamt an vier Stellen, eingebracht. Jede Öffnung weist einen Durchmesser von 4,5 mm auf.
Bei dieser Versuchseinrichtung wurde der Differenzdruck dadurch verändert, dass der Abstand des Spaltes verändert wurde, welcher durch Öffnen und Schließen der Durchgänge entsteht, welche in der Kammer C und der Kammer D angeordnet wurden (nicht in der Zeichnung dargestellt). Konkret betrugen der Differenzdruck 22 Pa und die Luftmenge 8,8 (l/min) in Versuch 1,11 Pa und 6,2 (l/min) in Versuch 2,9 Pa und 5,4 (l/min) in Versuch 3 und 0 Pa und entsprechend 0,0 (l/min) in Versuch 4.
Es wurden die Temperaturen des Emissionsteils der Entladungslampe bei dem jeweiligen Differenzdruck (Temperatur des oberen Bereiches und des unteren Bereiches des Emissionsteils), die Temperatur der hermetisch abgeschlossenen Teile, die Temperatur der Innenseite des Reflektors, und die Temperaturdifferenz zwischen der Innenseite und der Außenseite des Reflektors gemessen.
Die Temperaturen wurden dadurch gemessen, dass jede Messstelle mit einem Thermopaar versehen wurde. Die Messung des Differenzdrucks wurde dadurch durchgeführt, dass in der Kammer C und der Kammer D ein Drucksensorrohr eingebaut wurde.
Die Temperatur jedes Bereiches wurde 20 Minuten nach dem Starten des Betriebs gemessen. Nachfolgend werden die Ergebnisse der Messung gezeigt. Hierbei soll man unter den "Grenzwerten" Zahlenwerte verstehen, oberhalb welcher Nachteile auftreten. Die Temperatur des unteren Bereiches der Leuchtröhre ist die erforderliche Mindesttemperatur, um den Dampfdruck des eingefüllten Quecksilbers zu erhalten. Bei dieser Lampe beträgt sie ca. 730 °C.
Tabelle 1
Die Temperatureinheit ist stets °C.
Im Hinblick auf die Menge der durch den Differenzdruck fließenden Luft wurden alle diese Versuche unter den gleichen Bedingungen der Anordnung der Lufteinblasöffnungen und dergleichen sowie des Einblasventilators, des Ausblasventilators und dergleichen durchgeführt, außer dass der Differenzdruck durch den Öffnungs- und Schließwinkel der Durchgänge verändert wurde. Die Luftmenge wurde unter Verwendung eines Luftmengen-Messgerätes gemessen.
Aus den Versuchsergebnissen wird ersichtlich, dass bei allen Verfahren (Versuche 1, 2 und 3), bei welchen Differenzdruck verwendet wurde, um Kühlluftströme in die Lichtquelleneinheit zu erzeugen, die Temperatur des jeweiligen Teils bei kleiner/gleich dem Grenzwert lag. Im umgekehrten Fall, bei den Verfahren, bei welchen kein Differenzdruck verwendet wurde und die Luftmenge 0 beträgt, lag die Temperatur der Leuchtröhre, der hermetisch abgeschlossenen Teile und des Reflektors über dem Grenzwert, und es ist offensichtlich, dass keine vorteilhafte Kühlung erfolgte.
8(a) und 8(b) zeigen schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Lichtquelleneinheit, welche in die erfindungsgemäße Lichtquellenvorrichtung integriert ist. Sie weist eine Anordnung auf, welche sich von der in 2 gezeigten Lichtquelle unterscheidet.
Die Entladungslampe 10 ist in den Hals 1a des konkaven Reflektors 11 eingesteckt und ist durch das Haltebauteil 12 oder dergleichen mittels eines Klebemittels oder dergleichen so befestigt, dass die optische Achse des Reflektors 11 und die Längsachse der Lampe 10 miteinander übereinstimmen. In die Vorderöffnung des Reflektors 11 wird das lichtdurchlässige Glas 14 mittels des Einbau-Bauteils 13 eingebaut. Die untere Hälfte des Einbau-Bauteils 13 ist mit Lufteinblasöff nungen 20 für die Kühlluft versehen. Bei diesem Ausführungsbeispiel gibt es zwei Lufteinblasöffnungen (siehe 8b). Der Halsbereich des Reflektors 11 ist mit Luftausblasöffnungen 21 für die Kühlluft versehen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel tritt die Kühlluft durch die Lufteinblasöffnungen 20 ein und strömt in die Lichtquelleneinheit 1 in eine Richtung zum Ende des hermetisch abgeschlossenen Teils 102 auf der Seite der Vorderöffnung der Entladungslampe hin (der Teil, der mit dem Außenanschluss verbunden ist). In der Zeichnung wird der Strom der Kühlluft anhand eines Pfeils gezeigt. Danach tritt die Kühlluft in den oberen Bereich des Einbau-Bauteils 13 ein oder in einen Teil der Spiegelfläche des konkaven Reflektors 11, tritt entlang des Reflektors 11 auf und kühlt den oberen Bereich der Leuchtröhre der Entladungslampe. Anschließend wird sie von der Einheit nach Außen ausgelassen durch die Luftausblasöffnungen 21, welche sich im Halsbereich des Reflektors 11 befinden.
Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich darin, dass die Auslassrichtung der Lufteinblasöffnungen 20 in eine Richtung auf das Ende des hermetisch abgeschlossenen Teils 102 auf der Seite der Vorderöffnung der Entladungslampe 10 hin ausgerichtet ist. Diese Anordnung setzt das Ende des hermetisch abgeschlossenen Teils 102 auf der der Vorderöffnung der Entladungslampe gegenüberliegenden Seite direkt der Kühlluft aus. Auf diese Weise kann dieser Bereich effektiv gekühlt werden, und gleichzeitig können die Bereiche mit einer hohen Temperatur innerhalb der optischen Einheit durch den anschließenden Kühlluftstrom effektiv gekühlt werden.
In 8(a) und 8(b) tritt die Kühlluft durch die Einblasöffnungen 20 ein und trifft in der Lichtquelleneinheit 1 direkt auf das Ende des hermetisch abgeschlossenen Teils 102 auf der zur Vorderöffnung der Entladungslampe gerichteten Seite. Die Lufteinblasöffnungen können jedoch auch so angeordnet sein, dass die Kühlluft direkt auf jenen Bereich des hermetisch abgeschlossenen Teils 102 trifft, in welchem die Metallfolie 103 angebracht ist.
9(a) und 9(b) zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Lichtquelleneinheit, welche in die erfindungsgemäße Lichtquellenvorrichtung integriert ist. Die Vorderöffnung des konkaven Reflektors 11 ist mit dem Einbau-Bauteil 13 versehen, in welchem mehrere Lufteinblasöffnungen 20a, 20b für Kühlluft gebildet sind.
Bei diesem Ausführungsbeispiel tritt die Kühlluft von den jeweiligen Lufteinblasöffnungen 20a, 20b in die Lichtquelleneinheit 1. Die Kühlluft, welche durch zumindest eine der Lufteinblasöffnungen 20a getreten ist, trifft direkt auf das Ende des hermetisch abgeschlossenen Teils 102 an dem Ende, welches der Vorderöffnung der Entladungslampe gegenüberliegt. Die Kühlluft, welche durch eine der anderen Lufteinblasöffnungen 20b getreten ist, trifft direkt auf einen Teil der Spiegelfläche des konkaven Reflektors 11. Der Strom dieser Kühlluft wird in 9(a) und 9(b) anhand der Pfeile A und B gezeigt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel gibt es daher mehrere Arten von Lufteinblasöffnungen 20a, 20b. Eine dieser Öffnungsarten, d. h., 20a, weist eine Auslassrichtung auf, welche so ausgerichtet ist, dass die Kühlluft direkt auf den hermetisch abgeschlossenen Teil an dem Ende trifft, welches auf die Vorderöffnung der Entladungslampe 1 hin ausgerichtet ist. Die andere Art von Lufteinlassöffnung 20b ist dadurch gekennzeichnet, dass sie so ausgerichtet sind, dass die Kühlluft direkt auf einen Teil der Spiegelfläche des konkaven Reflektors trifft. Diese Anordnung kann den hermetisch abgeschlossenen Teil an dem Ende, welches zur Vorderöffnung der Entladungslampe hin ausgerichtet ist, sowie den Bereich der Spiegelfläche des konkaven Reflektors, welcher eine besonders hohe Temperatur erreicht, effektiv kühlen. Mittels des darauf folgenden Luftstroms können ferner der Emissionsteil und dergleichen der Entladungslampe ebenfalls vorteilhaft gekühlt werden.
10(a), (b) und (c) zeigen schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Lichtquelleneinheit, welche in die erfindungsgemäße Lichtquellenvorrichtung integriert ist. In 10(a) ist die Lampe mit dem Reflektor kombiniert. 10(b) zeigt nur den Reflektor im Querschnitt. 10(c) zeigt nur den Reflektor in einer Vorderansicht. In einem Teil (am Boden) des Umfangsrandes der Vorderöffnung des konkaven Reflektors 11 ist ein Abstand 23 gebildet, in welchem Lufteinblasöffnungen des Einbau-Bauteils 13 für Kühlluft platziert sind. In den Figuren weist der Reflektor 11 einen Hals 11a, eine Öffnung 21' des Reflektors auf der Seite des Halses und einen Abstand 23 auf. Die Länge der Lichtquelleneinheit in Richtung der optischen Achse kann durch diese Anordnung verringert werden.
11 zeigt eine Lichtquelleneinheit, in welcher die Lufteinblasöffnungen 20 und Luftausblasöffnungen 21 für die Kühlluft jeweils mit einer Röhre 26 versehen sind. Diese Anordnung kann das Bruchgeräusch verringern, welches nach Außen dringt, wenn die Entladungslampe während des Betriebs der Lichtquelleneinheit zerbricht. Dies verhindert, dass Personen, die sich in der Nähe befinden, sich unangenehm oder unsicher fühlen. Die Röhre zur Schalldämpfung kann entweder in der Lufteinblasöffnung und/oder in der Luftausblasöffnung angebracht sein.
Ferner kann anstelle der Anordnung der Röhre in der Hülse 12, wie in 10(a) gezeigt wird, ein Auslass zum Ausblasen der Luft gebildet werden und eine Reihe von diesen Durchlässen kann angeordnet werden. In diesem Fall kann der Bereich zum Ausblasen der Luft einfach gebildet werden, insbesondere durch Platzieren der Luftdurchlässe in der Hülse.
Die erfindungsgemäße Lichtquellenvorrichtung ist besonders gut geeignet zur effektiven Kühlung in Fällen, bei denen die Temperatur des jeweiligen Teils besonders hoch wird, zum Beispiel wenn eine Entladungslampe mit einer Nennleistung betrieben wird, die zumindest 130 Watt entspricht und die Entladungslampe eine kleine Form aufweist, d. h. der maximale Öffnungsdurchmesser der vorderen Öffnung des konkaven Reflektors nicht größer als 80 mm ist.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele wurden alle anhand einer Lampe des horizontalen Typs beschrieben. Im Falle einer Lampe des hängenden Typs, bei welchem die Lampe von der Decke hängt, wird im Allgemeinen eine Lampe verwendet, bei welcher oben und unten umgekehrt wurden. Wenn in diesem Fall eine Lampe des horizontalen Typs als Lampe des hängenden Typs verwendet würde, ist der untere Bereich der Lichtquelleneinheit zu stark gekühlt, während der obere Bereich nicht ausreichend gekühlt ist. Wenn daher eine Lampe des horizontalen Typs als Lampe des hängenden Typs arbeiten soll, ist es bevorzugt, dass die gleiche Kühlanordnung sowohl im unteren als auch im oberen Bereich der Lampe vorgesehen wird. Die Lufteinblasöffnungen können aber auch durch Schalten geöffnet und geschlossen werden. Darüber hinaus ist es möglich, den Luftstrom umzukehren, und die Luft kann durch die Luftausblasöffnungen im Halsbereich in die Lichtquelleneinheit eintreten und durch die Einblasöffnungen austreten. Auf diese Weise trifft die Kühlluft zuerst auf den besonders heißen oberen Bereich einer Lampe vom hängenden Typ und kühlt sie besonders effektiv.
Wirkung der Erfindung
Wie vorstehend beschrieben wurde, weist die erfindungsgemäße Lichtquelleneinheit die folgende Anordnung auf:

– Im Hals eines konkaven Reflektors ist eine Entladungslampe befestigt.
– Die Lichtquelleneinheit ist im Differenzdruck-Durchlass-System angeordnet.
– Im Hals des Reflektors ist zumindest eine Luftausblasöffnung für Kühlluft angeordnet.
– Die vordere Öffnung des Reflektors ist mit lichtdurchlässigem Glas bedeckt.
– In der Nähe der vorderen Öffnung des vorstehend beschriebenen Reflektors ist zumindest eine Kühlluft-Einblasöffnung angeordnet, welche bezüglich der Innenseite des Reflektors eine Richtungsgenauigkeit aufweist.

Durch diese Anordnung kann man den Emissionsteil und die hermetisch abgeschlossenen Teile der Entladungslampe sowie die gesamte Spiegelfläche des Reflektors vorteilhaft kühlen. Ferner kann man durch das lichtdurchlässige Glas gegen einen Bruch der Entladungslampe eine vorteilhafte Maßnahme treffen.

Claims

Lichtquellenvorrichtung (1), bei welcher im Hals eines konkaven Reflektors (11) eine Entladungslampe (10) befestigt ist, und welche in einem Differenzdruck-Durchlasssystem angeordnet ist, welche ein lichtdurchlässiges Glas (14) umfasst, mit welchem eine vordere Öffnung des konkaven Reflektors (11) bedeckt ist, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner umfasst: zumindest eine Kühlluft-Ausblasöffnung (21), welche in einem Halsbereich (12) des konkaven Reflektors (11) angeordnet ist, zumindest eine Kühlluft-Einblasöffnung (20), welche in einem Bereich der vorderen Öffnung des konkaven Reflektors (11) angeordnet ist und bezüglich der Innenseite des konkaven Reflektors (11) eine gewählte Richtungsgenauigkeit aufweist; wobei ein Kühlluftstrom, unterstützt durch ein Druckgefälle des Differenzdruck-Durchlasssystems, durch die zumindest eine Kühlluft-Einblasöffnung (20) und die zumindest eine Kühlluft-Ausblasöffnung (21) gesogen wird.
Lichtquellenvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher zumindest eine Lufteinblasöffnung (20) eine Ausblasrichtung aufweist, welche in eine Richtung auf den hermetisch abgeschlossenen Abschnitt (102) hin ausgerichtet ist, welcher der vorderen Öffnung der Entladungslampe (10) gegenüberliegt, um die Richtungsgenauigkeit bereitzustellen.
Lichtquellenvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher zumindest eine Lufteinblasöffnung (20) eine Ausblasrichtung aufweist, welche in eine Richtung ausgerichtet ist, welche direkt auf zumindest einen ausgewählten Bereich einer Spiegelfläche des konkaven Reflektors (11) hin ausgerichtet ist, um die Richtungsgenauigkeit bereitzustellen.
Lichtquellenvorrichtung wie in Anspruch 1 beansprucht, bei welcher die zumindest eine Lufteinblasöffnung (20) eine Vielzahl von Öffnungen aufweist, wobei zumindest eine (20a) der Vielzahl von Einblasöffnungen (20) eine Ausblasöffnung aufweist, welche auf einen hermetisch abgeschlossenen Abschnitt an einem Ende der Entladungslampe (102) hin ausgerichtet ist, welcher zur vorderen Öffnung des Reflektors (11) gerichtet ist, und wobei zumindest eine weitere (20b) der Vielzahl von Lufteinblasöffnungen direkt auf einen Bereich einer Spiegeloberfläche des konkaven Reflektors (11) gerichtet ist.
Lichtquellenvorrichtung wie in einem der Ansprüche 1 bis 4 beansprucht, bei welcher zumindest eine Lufteinblasöffnung (20) durch einen Abstand (23) zwischen dem lichtdurchlässigen Glas (14) und einem Umfangsrand der vorderen Öffnung des konkaven Reflektors (11) gebildet ist.
Lichtquellenvorrichtung wie in einem der Ansprüche 1 bis 5 beansprucht, bei welcher zumindest eine Luftausblasöffnung (20) mit einer Röhre zur Schalldämpfung versehen ist.
Lichtquellenvorrichtung wie in einem der Ansprüche 1 bis 6 beansprucht, bei welcher zumindest eine Lufteinblasöffnung mit einer Röhre (26) zur Schalldämpfung versehen ist.
Lichtquellenvorrichtung wie in einem der Ansprüche 1 bis 7 beansprucht, bei welcher eine Hülse (12) im Hals des konkaven Reflektors (11) befestigt ist, wobei durch eine Reihe von schmalen Räumen in der Hülse (12) ein Lüftungsweg gebildet ist.
Lichtquellenvorrichtung wie in einem der Ansprüche 1 bis 8 beansprucht, bei welcher die vordere Öffnung des konkaven Reflektors (11) einen maximalen Öffnungsdurchmesser von kleiner/gleich 80 mm aufweist.
Lichtquellenvorrichtung wie in einem der Ansprüche 1 bis 9 beansprucht, bei welcher die Entladungslampe (10) eine Betriebs-Nennleistung von mindestens 130 W aufweist.
Lichtquellenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei welcher das Differenzdruck-Durchlasssystem ferner einen Luftansaugventilator (3) auf der im Verhältnis zum Kühlluftstrom stromaufwärts liegenden Seite der Kühlluft-Einblasöffnung (20) und der zumindest einen Kühlluft-Ausblasöffnung (21) umfasst, sowie einen Evakuierventilator (4) auf der im Verhältnis zum Kühlluftstrom stromabwärts befindlichen Seite der zumindest einen Kühlluft-Einblasöffnung (20) und der zumindest einen Kühlluft-Ausblasöffnung (21).
Lichtquellenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei welcher das Differenzdruck-Durchlasssystem ferner ein Gehäuse (2) umfasst, in welchem die Ventilatoren (3, 4) und die Entladungslampe (10) angebracht sind, und eine Abtrennung, welche einen ersten Innenraumbereich (17) des Gehäuses (2), welches den Luftansaugventilator (3) und die zumindest eine Kühlluft-Einblasöffnung (20) enthält, von einem zweiten Innenraumbereich (13) des Gehäuses (1) trennt, welches den Evakuierventilator (4) und die zumindest eine Abluft-Einblasöffnung (21) enthält.
Lichtquellenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei welcher das Differenzdruck-Durchlasssystem ferner ein Gehäuse (1) umfasst, in welchem die Ventilatoren (3, 4) und die Entladungslampe (10) angebracht sind, einen ersten Innenraumbereich (17) des Gehäuses (1) umfasst, welches den Luftansaugventilator (3) enthält, welcher mit einem zweiten Innenraumbereich (13) des Gehäuses verbunden ist, welches den Evakuierventilator (4) enthält sowie die zumindest eine Abluft-Einblasöffnung (21) über einen kleinen freien Spaltbereich, welcher festgelegt ist zwischen einer Innenwand des Gehäuses und einer Umfangsoberfläche des Reflektors, welcher einen Bereich umgibt, an welchem das Frontglas angebracht ist, welches die vordere Öffnung verschließt.