照明系统，高压放电灯和图像投影系统技术方案

本发明专利技术涉及一种照明系统（１００），一种高压放电灯（９０）和一种图像投影系统。该照明系统包含一个高压放电灯和一个用于将高压放电灯发出的光反射到出光窗（５０）的背反射器（３０）。该背反射器包含一个光轴（５５）。高压放电灯包含一个放电管（９０），该放电管包含两个电极（９８，９９），工作时两个电极间产生放电弧。放电管包含一个至少部分地位于放电弧和背反射器之间的第一部件（１０），和一个至少部分地位于放电弧和出光窗之间的第二部件（２０）。与第一部件相比，第二部件具有不同的形状，从而在第二部件中形成一个折射元件，以降低从放电弧发出的并被第二部件折射的光在出光窗处的角分布。按照本发明专利技术的方法具有这样的效果：由于降低了在出光窗处的角分布，第二部件的特定折射特性提高了该照明系统的效率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种照明系统，该照明系统包含至少部分地被背反射器环绕的高压放 电灯。本专利技术又涉及一种用于前述照明系统的高压放电灯，和一种包含前述照明系统的 图像投影系统。
技术介绍
包含高强度放电灯的照明系统本身是公知的。它们和其它部件被用于图像投影系 统，例如投影仪(beamers)和投影电视。在这种图像投影系统中，照明系统产生的光照射到 图像生成单元，例如液晶显示器(以下简称LCD)或者例如数字光处理单元(以下简称DLP) 或者例如硅基液晶(以下简称LCoS)，之后图像被投射到屏幕或墙上。图像投影系统也可以 用于原型速成系统(3D打印机)和光刻系统。这种图像投影系统的质量经常由该系统能生 成的图像的亮度表示。图像投影系统的亮度与照明系统的亮度直接相关。这种照明系统在液晶光阀投影仪中的使用是公知的，例如，从国际专利申请文献 WO 86/00685中可知。此文献描述了一种照明系统，该系统包含一种与椭圆形反射器共同使 用的放电灯。位于主焦点和次焦点之间的椭圆形反射器的轴相对于灯轴倾斜一定的角度。 而且，前述椭圆形反射器的轴相对于灯轴移位一个预先确定的量。椭圆形反射器轴的倾斜 与移位的组合，提高了孔径处的照明均勻性和效率。公知的照明系统的缺点是其亮度还不足。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种提高了亮度的照明系统。按照本专利技术的第一方面，该目的通过一种照明系统实现，该照明系统包含至少部 分地被背反射器环绕的高压放电灯，该背反射器能够将高压放电灯发出的光反射到该照明 系统的出光窗，-该背反射器包含一光轴，-该高压放电灯包含一放电管，该放电管封闭一放电空间并包含两个电极，工作时 两个电极间产生放电弧，该放电弧基本上被定位在光轴上背反射器的焦点处，-该放电管包含至少部分地位于放电弧和背反射器之间的第一部件，和至少部分 地位于放电弧和出光窗之间的第二部件，与第一部件相比，第二部件具有不同的形状，从而 在第二部件中形成一折射元件，以用于降低从放电弧发出的并被第二部件折射的光在出光 窗处的角分布。按照本专利技术 的方法具有这样的效果高压放电灯的放电管的第二部件的形状形成 一折射元件，或透镜。由于第二部件的折射特性，被第二部件透射的光被重新定向。第二部 件的形状被这样选定使得第二部件的折射特性能够降低照射到出光窗的光的角分布。在 公知的照明系统中，高压放电灯由两个基本上相同的部件组成。这两个部件通常是圆锥形并且用相同的生产模具制造，所以在所采用生产工艺参数的精度范围内，它们是相同的。在圆锥形状的窄端，电极穿透放电管部件的管壁。公知的高压放电灯是通过连接放电管的两 个锥形部件的宽端制造的。公知的高压放电灯发出的并且照射到离光轴一定距离的背反射 器上的光，典型地以与出光窗垂直轴相对较大的夹角射向出光窗，于是将以明显较大的夹 角照射到出光窗上。这将造成照射到出光窗上的光线在这个出光窗垂直轴周围的角分布相 对较大。由于前述入射光线的夹角相对较大，部分光线也许不能穿过这个典型地只能接收 有限范围入射角的光学系统的余下部分。这将降低公知照明系统的效率。按照本专利技术的照 明系统，第一和第二部件具有不同的形状。第二部件形状的选定是为了形成一个折射元件， 该元件重新定向放电弧发出的光使之射向背反射器，所以被重新定向的光能够以比较靠近 前述背反射器垂直轴的一角度照射到背反射器上。随后，反射光将射向出光窗并以比较靠 近此出光窗垂直轴的一角度照射到出光窗上，因此降低了照射到出光窗上的光的角分布。 由于出光窗上入射光的角分布降低，减少了反射光的损失，这就提高了本专利技术的照明系统 的亮度。第二部件的最佳形状可以通过例如使用光学建模软件确定，例如 ASAP , lighttools 等。在本照明系统的一个实施例中，放电管的第一部件形成了又一个折射元件用于缩 小放电弧图像的尺寸，该图像通过被第一部件折射和从背反射器反射的光产生。高压放电 灯从放电弧发出前述光。放电弧不是一个点光源而是具有特定的尺寸。可能地，结合其他 光学元件后，背反射器会生成放电弧的图像。在公知的照明系统中，放电弧发出的光经过放 电管第一部件后产生的图像可能相对较大并可能大于使用该照明系统的光的光学系统的 光阑(diaphragm)。由于这个相对较大的图像，第一部件传输的部分光可能丢失，因此降低 了公知照明系统的效率和亮度。在按照本专利技术的照明系统中，放电管第一部件的形状适于 生成又一个折射元件。在第一部件的该又一个折射元件的形状被这样选定使得缩小放电 弧图像的尺寸。通过降低被第一部件折射的光所生成图像的放大率，照明系统的效率得到 提高。放电管第一部件可以具有这样的形状基本上所有被第一部件折射并从背反射器反 射的光都能通过光学系统的光阑，于是基本上避免了光线损失。同样，放电管第一部件的最佳形状可以通过例如使用光学建模软件确定，例如 ASAP , lighttools 等。专利技术者已发现公知照明系统的效率主要受两种不同效应的限制。第一种效应是在 出光窗处相对较大的角分布，这主要是由放电管第二部件传输的光造成的。第二种效应是 在出光窗处放电弧图像的相对较大的放大率，这可能导致光损失。第二种效应主要是由放 电管第一部件传输的光造成的。通过选择本专利技术照明系统的高压放电灯内的放电管的第一 和第二部件的特定外形，出光窗处的角分布和放电弧图像放大率均可降低。从而，提高了本 专利技术照明系统的效率。在本照明系统的一个实施例中，背反射器是具有所述焦点和另一个焦点的椭圆形 背反射器，其中椭圆形背反射器包含用于将由第二部件和/或第一部件传输的光转向远焦 点的球面像差。椭圆形背反射器通常有两个焦点。通常，光源位于其中一个焦点处，并且光 学系统其余部分的光阑位于另一个焦点处。由于第二部件和/或第一部件是折射元件，所以使用椭圆形背反射器可能不会将高压放电灯发出的光从焦点全部反射到位于另一个焦 点处的光阑。由于放电管的折射特性，因而一个基本上标准的椭圆形背反射器不再是最优 的。通过将球面相差加入到椭圆形背反射器，可以使其适于将经由第一和第二部件发出的 所有光基本上反射到所述另一个焦点。所添加的球面像差可以是这样的结合放电管第一 和/或第二部件的折射特性，放电弧发出的全部光基本上都通过位于所述另一个焦点的光 阑传输。在本照明系统的一个实施例中，球面像差包含一级像差和/或二级像差和/或三 级像差。为了进一步提高本专利技术照明系统的效率，所需的球面像差可以是一级、二级和三级 像差的任何组合。为了获得本照明系统的背反射器的最佳形状而选择的球面像差可以通过使用光学建模软件确定，例如ASAP 、lighttools 等。在本照明系统的一个实施例中，放电管包含具有外表面和内表面的壁，第二部件 的外表面形状与第一部件的外表面形状基本相同，并且第二部件的内表面形状与第一部件 的内表面形状不同，于是在第二部件内形成了折射元件。此实施例具有相对容易制造的优 点。通常，放电管由各自具有基本圆柱形内壁的两半构成。通过在高温状态下将这两半挤 压在一起以获得放电管，内壁被挤出以形成弯曲的内壁。在制造过程中，通过简单地改变所 述两半被挤压在一起的压力，可以由此调适并控制内壁的弯曲度。在本照明系统的一个实施例中，离所述焦点一定距离处的第二部件的内径比焦点相对侧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种照明系统（１００），包含：至少部分地被背反射器（３０）环绕的高压放电灯（８０，８２，８４，８６），其中背反射器（３０）能够将高压放电灯（８０，８２，８４，８６）发出的光反射到照明系统（１００）的出光窗（５０），－该背反射器（３０）具有一光轴（５５），－该高压放电灯（８０，８２，８４，８６）包含一放电管（９０，９２，９４，９６），该放电管封闭一放电空间并包含两个电极（９８，９９），工作时两个电极间产生放电弧，该放电弧基本上被定位在光轴（５５）上背反射器（３０）的一焦点（４０）处，－该放电管（９０，９２，９４，９６）包含：至少部分地位于放电弧和背反射器（３０）之间的第一部件（１０，１４），和至少部分地位于放电弧和出光窗（５０）之间的第二部件（２０，２２，２４），与第一部件（１０，１４）相比，第二部件（２０，２２，２４）具有不同的形状，从而在第二部件（２０，２２，２４）中形成一个折射元件，以用于降低放电弧发出的并被第二部件（２０，２２，２４）折射的光在出光窗（５０）处的角分布。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】EP 2007-11-6 07120087.7一种照明系统(100)，包含至少部分地被背反射器(30)环绕的高压放电灯(80，82，84，86)，其中背反射器(30)能够将高压放电灯(80，82，84，86)发出的光反射到照明系统(100)的出光窗(50)，-该背反射器(30)具有一光轴(55)，-该高压放电灯(80，82，84，86)包含一放电管(90，92，94，96)，该放电管封闭一放电空间并包含两个电极(98，99)，工作时两个电极间产生放电弧，该放电弧基本上被定位在光轴(55)上背反射器(30)的一焦点(40)处，-该放电管(90，92，94，96)包含至少部分地位于放电弧和背反射器(30)之间的第一部件(10，14)，和至少部分地位于放电弧和出光窗(50)之间的第二部件(20，22，24)，与第一部件(10，14)相比，第二部件(20，22，24)具有不同的形状，从而在第二部件(20，22，24)中形成一个折射元件，以用于降低放电弧发出的并被第二部件(20，22，24)折射的光在出光窗(50)处的角分布。2.按照权利要求1所述的照明系统(100)，其中放电管(90，92，94，96)的第一部件 (10，14)形成了又一个折射元件，用于缩小放电弧图像的尺寸，该图像通过被第一部件 (10，14)折射且从背反射器(30)反射的光产生。3.按照权利要求1或2所述的照明系统(100)，其中背反射器(30)是具有所述焦点 (40)和另一个焦点(45)的椭圆形背反射器(30)，其中椭圆形背反射器(30)包含球面像 差，用于将由第二部件(20，22，24)和/或第一部件(10，14)传输的光线重定向到所述另一 个焦点(45)。4.按照权利要求3所述的照明系统(100)，其中球面像差包含一级像差和/或二级像差和/或三级像差。5.按照权利要求1、2、3或4所述的照明系统(100)，其中放电管(90,92,94,96)包含具 有外表面(60，62)和内表面(70，72，74，76，78)的壁，第二部件(20，22，24)的外表面(62) 形状与第一部件(10，14)的外表面(60)形状基本相同，并且第二部件(20，22，24)的内表 面(72，74，78)形状与第一部件(10...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y阿克塞诺夫，H米勒，A比尔斯马，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]