專利名稱：投影儀光源以及采用這種光源的投射式圖像顯示設備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
和
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及用在投影儀例如液晶投影儀或高射投影儀的光源中的反射器的改進。
此前已采用由電弧管和反射和發(fā)射電弧管中的光的反射器組成的這種光源做投影儀例如液晶投影儀或高射投影儀的光源。作為電弧管，一般采用短電弧式金屬鹵素燈，在這種燈的電弧管中充滿金屬鹵化物，以便應用該金屬固有的發(fā)射光，該燈在兩個電極之間具有很短的間隙。另外，作為反射器，應用了這種反射器，在這種反射器中，在耐熱玻璃材料的內(nèi)壁表面上涂有由氧化鈦或二氧化硅組成的多層膜?，F(xiàn)在已經(jīng)成功地采用超高壓汞燈和氙氣燈來代替這種金屬鹵素燈，這種超高壓汞燈可以容易獲得很高的強度，而氙氣燈表現(xiàn)出很好的彩色特性。在這些燈中，超高壓汞燈的光發(fā)射效率已有很大提高，提高的方法是，增加燈點亮時燈中汞蒸汽的壓力，增加到高于120個大氣壓，從而獲得高亮度。另外，除汞以外，在燈中還加入添加劑，以便改進光譜分布特性，由此可以增加彩色特性。
然而因為上述汞燈的最佳操作溫度范圍很窄，所以造成一些問題，即如果燈泡不用在要求的最佳范圍，則發(fā)光效率降低或燈泡的使用壽命縮短。
用一種方法來制造用在投影儀光源中的反射器，這種方法包括以下步驟加壓成形熱膨脹率較低的耐熱玻璃；在反射器的整個內(nèi)表面上涂一層反射率為90％的鋁蒸汽沉積膜；在其整個表面上用抗氧化工藝處理該鋁蒸汽沉積膜。
這些年，市場上對燈的亮度提出了越來越高的要求，作為反射器內(nèi)表面上的反射膜，已成功地應用由二氧化鈦和二氧化硅組成的多層光學膜，以便得到大于鋁蒸汽沉積膜反射率的反射率。從反射器投射的光束一般是平行光束或會聚光束。因此反射器反射表面的形狀一般是拋物面或橢圓面。
下面參照圖1，該圖是截面圖，示出一般用的投影儀光源，該投影儀采用超高壓汞燈和由石英玻璃作的電弧管，其功率消耗約為100W級，具有55μL的內(nèi)部體積，在該光源內(nèi)的相對端部具有電極，其電極的弧長度設定在約1～4mm的范圍內(nèi)。電弧管1中充有作為發(fā)光物質(zhì)的汞和作為啟動輔助氣體的氬氣，在氬氣中加有溴化氫，該溴化氫和氬氣具有正常的體積比。電極引線桿3焊接在鉬箔4上，形成導線電極密封部件5。在反射器開口側(cè)電極密封部件5通過導線18連接于作為電源端子的導線裝置19。用作另一個電源端子的燈頭6固定在反射器底側(cè)的電極密封部件5上。燈頭6利用接合劑8連接和固定在反射器7的底部分，在反射器的整個內(nèi)表面上具有多層反射膜，該膜可以反射可見光和透過紅外光，在此時，固定電弧管1，使得電弧管的電弧軸線大體位于反射器的焦點上，由于反射器在前部開口上采用法蘭部分，所以可以裝上其熱膨脹率與反射器7的熱膨脹率相同的前表面玻璃板9。該前表面玻璃板9適合于在電弧管爆裂時，防止電弧管的碎片散開。該玻璃板9在其相對表面上涂有抗反射涂層。
圖2示出一種常用配置，在這種配置中，使用包含如圖1所示投影儀光源的照明光學系統(tǒng)作為光學儀器例如液晶投影儀、高射投影儀等的光源。冷卻風扇10裝在該投影儀的側(cè)表面或后表面上。另外，從冷卻風扇10吹出的空氣吹到反射器7上，從而可以獲得要求的冷卻效果。另外，也可以抽出包圍光源的在光源點亮期間由光源加熱的空氣，這樣也能形成空氣流，冷卻反射器7。
作為調(diào)節(jié)照明光強度的措施，已經(jīng)應用圖像顯示元件或DMD(數(shù)字微鏡裝置)例如液晶顯示板，在這種顯示板中，像素被排列成矩陣圖案，采用投影儀光源的照明光學系統(tǒng)可以使照明光的強度均勻分布。電視信號或從計算機來的圖像信號可以輸入到此圖像顯示器件上，從而在屏幕上顯示圖像。從光源發(fā)出的光由圖像顯示器件上的圖像調(diào)制。然后放大調(diào)制的光，并通過投影透鏡進行投射。所謂投射式圖像投影儀，包括單獨的屏幕，放大的光投射在該屏幕上。而所謂背投式圖像顯示設備包括一個屏幕，放大的圖像投射在該屏幕的后側(cè)以顯示圖像。這些圖像顯示設備在市場上非常普及。

發(fā)明內(nèi)容
將耐熱玻璃板加壓成形到需要的形狀便可制造用在如上所述投影儀的先有技術(shù)光源中的反射器。這種耐熱玻璃板流動性很差，在加壓成形耐熱玻璃板時，很難控制材料溫度和重量。另外，不能采用比熱高的熱水或油來調(diào)節(jié)模具的溫度，因此與通用的熱塑性或熱固性塑料材料相比，這種玻璃板的形態(tài)穩(wěn)定性是很差的。
圖12是一種結(jié)構(gòu)圖，示出分成兩半的反射器，這種反射器中，反射表面為橢圓形橫截面的反射器7j和反射表面為圓形橫截面的反射器7k(直徑116mm，反射表面直徑為54mm，深度為100mm)彼此相連接，作為光源的電弧管1的燈頭6結(jié)合于反射器7j。在圖12中，采用相同的參考標記來表示與圖1中部件相同的部件，因此省去其詳細說明。
為了檢查反射器的成形精度，通過加壓成形耐熱玻璃板試制如圖12所示的反射器7k。成形精度(與設計形態(tài)相比的誤差)超過700μm，即使應用拔模斜角為3度的模具，由于形成的物品發(fā)生收縮，所以在反射器的開口，也得到基本上垂直的表面，因此脫模性能差。結(jié)果成形的物品變形為的馬鞍形形狀，變形達到1300μm，即不能獲得滿意的形狀。
加壓成形的并且其較大孔徑超過90mm的反射器在可成形性(復制性或重現(xiàn)性)方面也會產(chǎn)生問題，因此，該反射器必須具有單調(diào)的內(nèi)表面結(jié)構(gòu)例如橢圓形或拋物線形。具體是，用耐熱玻璃制造的先有技術(shù)反射器造成的第一個問題是，不能以高精確度穩(wěn)定地獲得類似于設計結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面結(jié)構(gòu)。
因為采用加壓形成耐熱玻璃構(gòu)成的先有技術(shù)反射器，所以取出模制品的取出方向僅限于兩個垂直方向中的任一個。因此便產(chǎn)生第二個問題，即不能形成復雜的結(jié)構(gòu)，例如在反射器的外表面上不能形成凹部和凸部。
由于上述先有技術(shù)固有的上述問題，提出了本發(fā)明，因此本發(fā)明的目的是提供一種投影儀用的光源和包含該光源的投影儀，該光源包括反射器，該反射器在精度方面、可成形性方面、可加工性方面、耐熱性方面及反射率方面具有極好的特性。
具體是，按照權(quán)利要求1所述的本發(fā)明，提供了一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有以下特征反射器包括第一反射器和第二反射器，該第二反射器在垂直于反射器光軸的平面上彼此分開，第一反射器包括保持電弧管的保持部分，而第二反射器包括發(fā)射光的開口，另外，第一反射器用第一材料例如耐熱玻璃制造，而第二反射器用第二材料制造，該第二材料的熱變形溫度低于第一材料的熱變形溫度。
另外，用耐熱有機材料制作的反射器部分可以將電弧管接通時電弧管產(chǎn)生的熱量通過摻入反射器中的高度導熱物質(zhì)的作用傳輸?shù)缴崞?，該散熱片例如形成在反射器外表面上的突出部分，如?quán)利要求3或4所述。因此可以將熱量有效地輸送到外邊，這樣便可以增加冷卻效果。如果散熱片平行于風扇吹出的空氣流的方向附接，則可以用極高的精度散熱。
另外，如權(quán)利要求7所述，反射器可以在一個平面上分成至少兩部分，該平面平行于反射器(具體是第二反射器)的光軸，并包含該光軸，因此反射表面具有這樣的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的設計自由度很大。
對于反射器可用的耐熱有機材料，可以應用熱固性樹脂，該樹脂稱作BMC(塊狀模制料)，其獲得方法如權(quán)利要求7所述，即將熱塑性聚合物、硬化劑、填充料、玻璃纖維、有機填充料以及能夠增強導熱性的氫氧化鋁(alumina hydroxide)加入到收縮性小的不飽和的聚酯樹脂中，利用模制BMC得到的模制品能夠高精確度地控制模制品的溫度和重量以及控制模具的溫度和材料。這種材料模塑性也極好。
如圖9所示，即使反射器內(nèi)表面的結(jié)構(gòu)很復雜，與常規(guī)橢圓或拋物面表面公式相比包括非球面公式中的高次方系數(shù)，也可以獲得高精度的反射表面?？梢杂闷渲袚饺敫邔嵝晕镔|(zhì)的耐熱有機材料模制造反射器，因此，可以得到高度精確的反射器。
另外，如權(quán)利要求24所述，形成在反射器反射表面上的反射膜具有可以透過波長不大于410nm的紫外區(qū)域中的光線的特性。采用在上述熱固性樹脂中加入紫外線吸收劑的這種結(jié)構(gòu)，可以防止有害的紫外線漏到反射器的外面。由于反射膜的特性，波長不小于800nm的近紅外范圍的光線也可以透過反射膜。結(jié)果，可以吸收熱通量(包括近紅外線和紅外線)，因此可以防止包含在投影儀中的部件的溫度上升，增強其使用壽命。波長在可見光線區(qū)中的420～700nm范圍內(nèi)的光線透射率如果能夠限制到不超過15％的值，則可以獲得效率高的反射器。
另外，如權(quán)利要求16所述，在第一反射器和第二反射器中的任一個反射器上可以形成突出部，而在另一個反射器上形成與該突出部配對的孔，這些配對的突出部和孔可以彼此結(jié)合，從而使第一反射器與第二反射器對齊和固定，并且在第一和第二反射器之間形成間隙。采用這種結(jié)構(gòu)，可以減小第一反射器和第二反射器之間的接觸表面積，因此可以減小從保持電弧管的第一反射器傳送到第二反射器的熱量。這樣，制造第二反射器的材料例如耐熱樹脂便具有較大的允許溫度范圍的裕度。對于如權(quán)利要求17或18所述的這種結(jié)構(gòu)，最好在該突出部和孔彼此結(jié)合時，將第一和第二反射器之間的間隙確定為0.1mm～2mm，并將成對的突出部和孔的數(shù)目設定為至少3對。采用這種結(jié)構(gòu)，在間隙中的空氣層可以限制熱量從第一反射器傳到第二反射器，而在光源中通常產(chǎn)生的熱量可以通過此間隙輻射出去。
如權(quán)利要求27或28所述，在第二反射器的外壁表面上最好植入直徑30～50μm和長度0.1～0.3mm的合成樹脂硬毛，使其增加外壁表面的表面積，從而增加散熱量，并起到這樣一種作用，由于存在由硬毛形成的空氣層，即使人的手接觸到反射器的外壁，也能降低灼傷的危險。
另外，在采用BMC的模具中，包含側(cè)芯或垂直滑動芯的模具部件可以沿若干方向滑動，因此即使反射器具有復雜的外部結(jié)構(gòu)，也可以增強其模塑性。
在投射式圖像投影儀或背投式圖像顯示設備中，由于采用上述投影儀光源，可以增強燈的光轉(zhuǎn)換效率，由此可以獲得明亮的和令人滿意的圖像。
下面參照附圖，說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
下面結(jié)合


本發(fā)明的實施例，從該說明中可以明顯看出本發(fā)明的其它目的、特征和優(yōu)點。

圖1是截面圖，示出通用的投影儀光源，該投影儀采用超高壓汞燈作為光源；圖2是一個視圖，示出光學儀器例如液晶投影儀的光源的使用結(jié)構(gòu)的配置圖；圖3是透視圖，示出本發(fā)明投影儀光源的一個實施例；圖4是截面圖，示出本發(fā)明光源的實施例；圖5是透視圖，示出本發(fā)明投影儀光源的實施例；圖6是透視圖，示出本發(fā)明投影儀光源的實施例；圖7是透視圖，示出本發(fā)明投影儀光源的實施例；圖8是一種視圖，示出本發(fā)明投影儀光源的使用結(jié)構(gòu)的配置圖，該光源可用作一種光學儀器例如液晶投影儀的光源；圖9是截面圖，示出本發(fā)明的包括光源燈和反射器的投影儀光源；圖10是截面圖，示出本發(fā)明的包括光源燈和反射器的投影儀光源；圖11是截面圖，示出本發(fā)明的包括光源燈和反射器的投影儀光源；圖12是截面圖，示出本發(fā)明的包括光源燈和復合反射器的投影儀光源；圖13是放大截面圖，示出燈泡周圍的超高壓燈的一部分；圖14是一個視圖，示出超高壓汞燈點亮時，其燈泡周圍發(fā)光能量的分布；圖15示出直流激勵式超高壓汞燈的光分布特性；圖16示出交流激勵式超高壓汞燈的光分布特性；圖17示出通用的超高壓汞燈的光譜能量分布；圖18是用于解釋非球面結(jié)構(gòu)的圖；圖19示出使用本發(fā)明投影儀光源的液晶投影儀的照明光學系統(tǒng)的配置圖；圖20是垂直截面圖，示出背投式圖像顯示設備的主要部分，該設備中裝有本發(fā)明的投射光學系統(tǒng)；圖21是垂直截面圖，示出背投式圖像顯示設備的主要部分，該設備中裝有本發(fā)明的投射光學系統(tǒng)；圖22是特性曲線圖，示出在反射器反射表面上形成的反射膜的光譜透射率；圖23是分解透視圖，示出分成三部分的反射器；圖24是截面圖，示出絕緣套管；圖25是投影儀的光源，該光源采用圖23所示的分成三部分的反射器組裝而成；圖26示出燈的結(jié)構(gòu)；圖27是一個視圖，說明在圖25所示的光源中將第一反射器7p固定在第二反射器7q和7s上的方法；圖28是透視圖，示出從后側(cè)看去的圖25所示的光源；圖29示出本發(fā)明的第四實施例；
圖30示出其中使用該光源的投射式圖像顯示設備的配置圖；圖31示出本發(fā)明的第五實施例；圖32示出圖9所示的包括三個分開部分的反射器實施例。
具體實施例方式
應當注意到，本申請人已經(jīng)提出日本專利申請No.2001-114763，該申請涉及一種能夠解決上述本發(fā)明問題的結(jié)構(gòu)。本申請?zhí)岢鲞@樣一種結(jié)構(gòu)，即用耐熱有機材料作為反射器的基體材料以代替耐熱玻璃，這種材料相對于設計結(jié)構(gòu)而言極大地增強了模制精度，同時又能確保耐熱性。
下面說明具體的結(jié)構(gòu)形式。為了檢查用在投影儀光源中的反射器結(jié)構(gòu)的精度，采用Showa Highpo1ymer co.，Ltd生產(chǎn)的RIGOLAC BMC(RNC-428)材料試制球面反射器(直徑116mm(反射表面半徑54mm)和深度100mm)，如圖12中用參考標記7k表示的球面反射器，該RIGOLAC BMC(RNC-428)材料是耐熱有機材料。結(jié)果表明，與設計結(jié)構(gòu)相比，偏差最大為10μm，而且由于可以將模具的準確溫度調(diào)節(jié)和重量控制設定到不超過0.5％的值，所以在批量生產(chǎn)中可以限制不均勻度并不超過3μm。另外，因為BMC即使在模制表面基本上垂直時也具有極好的脫模性，所以表現(xiàn)出很好的復制性能，基本上不需要從模具中取出模制件時所需的脫模角等等。因此可以高精度地穩(wěn)定地獲得反射器反射表面的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)與其設計結(jié)構(gòu)很一致。應當注意到，上述BMC是塊狀模制材料的簡寫。
在采用BMC的模具中，包含側(cè)芯和垂直滑動芯的模具部件可以沿若干方向滑動，所以即使外部結(jié)構(gòu)很復雜，也可以得到令人滿意的模塑性?？梢栽诜瓷淦鞯耐獗谏显O置散熱片，因而得到一種優(yōu)點，即由于設置了散熱片而增強耐熱性。
除檢驗上述結(jié)構(gòu)的精度而外，將Al(鋁)用汽相沉積法沉積在反射器的內(nèi)表面上，從而形成反射表面，同時將200W的超壓汞燈固定在焦距為30mm的反射器上。然后點亮該燈，在這種情況下，測量反射器的反射表面的溫度和外壁表面的溫度，結(jié)果表明，在20℃室溫和不吹風的情況下，反射表面的溫度為132℃，而其外壁溫度是83℃。因此獲得了滿意的試制結(jié)果，相對于材料熱變形溫度具有近70℃的裕度，該材料熱變形溫度為200℃。
然而，對于反射器的電弧管和內(nèi)壁表面之間的距離，已經(jīng)指出，如果焦距不大于40mm，則對于耐熱溫度不存在裕度，而且如果輸入功率超過250deg，則對于耐熱溫度不存在裕度，因此可能引起耐熱性問題。
下面參照附圖3和4說明本發(fā)明的第一實施例，此實施例可以解決上述問題。圖3示出本發(fā)明第一實施例的反射器，該反射器包括至少兩個部分(第一反射器和第二反射器)，這些反射器用至少兩種熱變形溫度不同的材料制作。在這一實施例中，反射器的基本特征是設置兩個由垂直于反射器光軸的平面彼此分開的部分，在作為邊界的分裂平面的兩側(cè)分別采用兩種不同的材料。圖4是截面圖，示出沿A-A’線截取的圖3的本發(fā)明第一實施例的反射器。在圖3和圖4中，采用相同的參考標記來表示與圖1所示部件相同的部件，因此可以省略其詳細說明。
因為在靠近作為熱源的電弧管1的燈泡的一部分(包含保持電弧管1的保持部件和周圍部件)中，反射器的溫度變高，所以在此部分采用第一反射器7a，該反射器具有小的孔徑，并用耐熱玻璃制造，該耐熱玻璃的熱變形溫度很高(約500-600℃)。眾所周知，即使采用耐熱玻璃制造的并且直徑不大于60mm的反射器，其結(jié)構(gòu)精度也只能達到約50μm。此時，由于線膨脹將引起爆炸，所用的耐熱玻璃的線膨脹率最好不超過50×10-5(1/K-1)。
另外，因為在光投射方向上遠離電弧管1的燈泡的第二反射器7b的溫度低，所以第二反射器7b最好用一種材料模制，在這種材料中，在為耐熱材料的收縮性低的不飽和聚酯樹脂中加入作為低收縮性制劑的熱塑性聚合物、硬化劑、填料、玻璃纖維、無機填料等，從而可增強其耐熱性(熱膨脹溫度約200-250℃)，這種材料可以是例如由ShowaPolymer co.，Ltd生產(chǎn)的Rigo1ac BMC(RNC-428)材料。因此可以得到模制精度很高的反射器。因為RNC-841利用了碳酸鈣做填充料，所以其導熱率為0.5W/m.K，從而得到滿意的特性。對于進一步增加導熱率的材料，可采用氫氧化鋁作填充料的并由同一個公司生產(chǎn)的RNC-841，其導熱率為0.8W/m.K，這種導熱率與RNC-428的導熱率的約1.6倍一樣高。
如上所述，反射器用至少兩種不同的材料制作，這兩種材料具有不同的熱變形溫度，包含用于保持電弧管的部件和周圍部件的部分(第一反射器7a)用具有耐熱溫度的材料制作，而包含投射光的開口的部分(第二反射器7b)用模塑性好的材料制作。由此可以解決上述問題。應當注意到，可以采用未示出的固定方法將第一反射器7a和第二反射器7b彼此固定在一起。下面將說明具體的固定結(jié)構(gòu)和方法。
參照圖3，在耐熱材料制成的第二反射器7b的外壁表面的上、下部分形成有散熱片11、12。該耐熱有機材料顯示出很好的模塑性，即使對于上述很復雜的外部結(jié)構(gòu)，因此提供散熱片可以獲得極好的散熱能力。
下面參照圖5、6和7，這些圖示出本發(fā)明的第二實施例，反射器具有一種結(jié)構(gòu)，在這種結(jié)構(gòu)中，該反射器由包含其反射表面光軸的一個平面分成兩部分(圖5中見7c、7d，圖6中見7e、7f，而圖7中見7g、7h)。由包含反射表面光軸的平面彼此分開的兩部分最好是用耐熱玻璃制造的反射器部分和用耐熱有機樹脂制造的反射器部分。然而實際上，如果對于熱變形溫度要得到足夠的裕度，則由包含反射表面光軸的平面彼此分開而獲得的兩部分可以用一種材料例如耐熱有機材料制作。
參照圖5，如果反射器具有垂直對稱的結(jié)構(gòu)，則可以達到共用模具的目的，從而獲得這樣一個優(yōu)點，即可降低大批量生產(chǎn)的成本。另外，除在反射器7d外壁表面的上部分設置散熱片11以外，還可以在反射器7c的下部分設置類似的散熱片12，這樣，可以進一步增強散熱效率。
參考圖6，除在反射器7e的外壁表面的上部分設置散熱片14而外，還可在反射器7f的下部分加上類似的散熱片15。圖8所示反射器的結(jié)構(gòu)與圖5所示反射器的結(jié)構(gòu)相同，只是設置的散熱片的方向垂直于反射器的光軸。取決于反射器冷卻空氣流的方向(取決于附接風扇的位置)，可以進一步增加散熱效率。
另外參考圖7，由于在反射器7g外壁表面的上部分設置散熱片14，在反射器7h外壁表面的下部分設置散熱片15，以及在外表面的左右側(cè)部分設置散熱片16(在外壁表面左側(cè)部分上的散熱片16在圖中不能見到)，而且這些散熱片相對于燈泡的軸線是對稱的，所以可以極大地增加散熱能力。在圖5、6和7中，采用相同的參考標記表示與上述圖中所示部件相同的部件，因此可以省去這些部件的說明。
應當注意到，雖然已經(jīng)參照圖5、6和7進行說明，在這些說明中，反射器由包含反射表面光軸的平面分成兩部分，但是本發(fā)明不限于此種結(jié)構(gòu)。必須明確地表示。本發(fā)明的重要特征旨在共同使用模具，從而可以降低大批量生產(chǎn)的成本。因此轉(zhuǎn)動對稱的反射器可以分成不少于兩部分，例如由包含反射表面光軸的平面分成四部分。
在只使用一種耐熱有機材料作為形成反射器的材料時，因為焦距不大于4mm的反射器導致對于耐熱溫度沒有裕度，輸入功率超過250W時也導致對于耐熱溫度不存在裕度，存在這樣的問題，所以最好使輸入功率不超過250W的超高壓汞燈和焦距不小于4mm的反射器彼此結(jié)合。超高壓汞燈的電極間距離設定為不超過1.8mm，如果超過1.8mm，則會降低發(fā)光效率。
下面參照圖8，該圖示出使用本發(fā)明的圖7所示反射器的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)用于光學儀器例如實際液晶投影儀或高射投影儀的光源，冷卻風扇10裝在投射光源裝置的下表面，使得可以將空氣吹在裝設有散熱片的反射器7g和7h上，從而可以增強冷卻效率。在另一種方法中，可以抽出光源點亮后已經(jīng)加熱的包圍該光源的空氣，形成一種空氣流，從而達到冷卻反射器的目的。
在圖3、5、6、7和8所示的情況下，散熱片的方向彼此是不同的，如果光源被用作投射式圖像顯示設備中的投射光源裝置來安裝，則自然地沿平行于冷卻風扇吹出的空氣流的方向配置散熱片，結(jié)果表明，散熱達到極高的效率。
下面參照圖23～28說明本發(fā)明的第三實施例，在此實施例中，反射器分成三個部分。在圖23～28中，用相同的參考標記表示與上面已說明的圖中所示部件相同的部件，由此省去這些部件的詳細說明。
圖23是分解透視圖，示出反射器被分成三部分，該反射器包括第一反射器7p、第二反射器7q和7s，第一反射器7p具有較小孔徑，配置在反射器的底表面?zhèn)?，靠近用作熱源的電弧管，用耐熱玻?其熱變形溫度為約500℃～600℃)制成，該第二反射器7q和7s在光投射的方向上遠離電弧管的燈泡，用作為基體材料的耐熱有機材料制作。該第二反射器7q和7s是這樣獲得的，在開口側(cè)由包含反射表面光軸的平面將反射器分成兩部分，并且彼此對稱，在其反射表面上涂有由鋁、銀、銀合金等構(gòu)成的金屬薄膜。第一反射器7p的反射表面上涂有由上述二氧化鈦和二氧化硅構(gòu)成的多層光學薄膜。
在該第二反射器7q上靠近分裂表面處裝有卡子56，而在第二反射器7s上對應于卡子56的位置形成突出部57，將卡子56和突出部57彼此配裝，便可將第二反射器7q和7s彼此組裝在一起。相反，可以在第二反射器7q和7s的其他分裂表面的附近，在第二反射器7q上形成突出部57，而在第二反射器7s上形成卡子56，即它們形成為這樣的結(jié)構(gòu)，使得它們彼此對稱。
另外，第二反射器7q和7s上具有固定凸臺54，各個反射器上有兩個，用于將這些反射器組裝到第一反射器7p上。采用附接固定件A53將第一反射器7p附接在第二反射器7q和7s上，該附接固定件A53的中央形成孔53c。另外，在其周邊環(huán)形部分上具有四個片簧部件53a和四個空氣導流板53b，前者是彈性部件，向反射器開口側(cè)的中心傾斜，后者是平板部件，其傾斜方向與該彈簧部件53a的傾斜方向相反。該四個彈簧部件53a和四個空氣導流板53b可以沿環(huán)形部件的周邊方向交替地進行附接。另外，使第一反射器7p的底部被插入到附接固定件A53的中心孔53c中，利用附接固定件A53的四個彈簧部件53a的彈性保持第一反射器7p。利用螺釘55將附接固定件固定于固定凸臺54，從而將第一反射器7p壓在和固定在第二反射器7q和7s上，這樣便組裝成一個單一的反射器，對于彈簧部件53a，下面將參照圖27中的部分(a)進行說明。另外，在第二反射器7q和7s上具有溝槽60，前部玻璃板9可以固定和保持在該溝槽內(nèi)。
在第二反射器7q和7s的分開表面上形成半圓筒形的凹部，該凹部用于夾住包括導線(未示出)和用于絕緣該導線的卷軸形絕緣套管51的電源線，以便將電力輸送到光發(fā)射管(燈)1。圖24是截面圖，示出絕緣套管，如圖24所示，第二反射器7q和7s的分開表面在半圓筒形的凹部被緊固在一起，從而保持住其間的絕緣套管51。因為第二反射器7q和7s的反射表面上形成金屬薄膜，所以燈的導線(未示出)必須絕緣，該導線(未示出)穿過絕緣套管51的孔而被絕緣。如果在第二反射器7q和7s的反射表面上涂上多層光學薄膜而不用金屬薄膜，則自然不需要絕緣套管51。應當注意到，在圖23中示出一種用于將燈頭固定在反射器上的燈頭附接凸臺58和一種導線固定凸臺59。
如上所述，由于對于第二反射器7q和7s采用上述耐熱有機材料作為基體材料，所以即使其外部結(jié)構(gòu)很復雜，也可以獲得極好的模塑性，因此可以用極簡單的方式組裝其反射器，同時可以用耐熱玻璃制造位于反射器底側(cè)的靠近電弧管的第一反射器7p，這樣可以得到很高的耐熱性。另外，因為第二反射器7q和7s具有彼此對稱的結(jié)構(gòu)，所以可以共用模具，因此可以提供這樣的優(yōu)點，即降低大批量生產(chǎn)的成本。
參考圖25，該圖示出采用圖23所示由三個分開的反射器組裝的光源，連接于遠離燈頭6的一側(cè)的燈的供電導線52從絕緣套管51的孔中引出，該導線的前端焊接在孔中形成的金屬端子52a上，或者與該端子形成壓力接觸。另外，將電力輸送到光源的電源連接件61的一側(cè)通過殼體61a的中間連接于未示出的電源，而其另一側(cè)連接于焊接在金屬端子61b上的或者與該端子形成壓力接觸的兩根導線，各個金屬端子在其前端具有孔，兩根導線中的一根導線通過金屬端子61b的中間利用螺母62固定和連接于燈頭6，而其中另一導線利用螺釘63以及導線52的金屬端子52a固定和連接于導線固定凸臺59，由此與燈的另一側(cè)形成電連接。由于這種配置如圖26所示，這種準備可與燈本身的準備一起進行，即將導線52穿過套管51，使金屬端子52a焊接在導線52中的一根上或者與這根導線形成壓力接觸，而將另一根導線焊接于燈上或者與該燈形成壓力接觸。因此可以不需要提供作為中轉(zhuǎn)部分的導線固定件19。另外，在組裝時也不需要焊接導線或者使該導線形成壓力接觸，這樣可以簡化組裝操作。
另外，即使由于任何原因使燈壞了或者反射膜與第一反射器7p剝離，也可以照樣繼續(xù)使用第二反射器7q和7s，因此，僅需將耐熱玻璃制成的反射器7p和如圖26所示的燈更換成新的便可以重新使用光源。因此得到維修性能極好的優(yōu)點。這是因為利用附接固定件A53可以將第一反射器7p可選地組裝在第二反射器7q和7s上或者從該第二反射器取下來，焊接于光發(fā)射管(燈)的導線52和導線穿過的絕緣套管51可選地通過卡子56和突出部57之間的配裝附接上去或者取下來。應當注意到，該燈可以用接合劑8固定在第一反射器7p上，因此燈和第一反射器7p必須同時用新的更換。
圖27是一個說明圖，用于說明將耐熱玻璃制成的第一反射器7p固定于用耐熱有機材料作基體材料制成的第二反射器7p和7s的方法，該耐熱有機材料其耐熱性低于圖25所示光源中耐熱玻璃的耐熱性，圖27(b)是放大圖，示出圖25所示光源，而圖27(a)是放大圖，示出圖27(b)中由圓圈A圈住的部分。如圖27(a)所示，第一反射器7p具有許多半球形的突出部64，而第二反射器7q和7s具有凹部65，該凹部為半球形凹部，其位置對應與突出部64，這些突出部64和凹部65彼此配裝，可以使第一和第二反射器之間在位置上對準，并且第一反射器7p和第二反射器7q和7s彼此形成點接觸。因此可以減小第一反射器7p和第二反射器7q和7s的接觸面積，從而可以減少從高溫第一反射器7p傳到低溫第二反射器7q和7s的熱量，由此可以增加用作第二反射器7q和7s基體材料的耐熱有機材料的允許溫度的裕度。應當注意到，突出部64的數(shù)目以及對應于前者的凹部的數(shù)目最好分別定為三個，因為三個可以形成穩(wěn)定的接觸。另外，在第一反射器7p和第二反射器7q和7s之間的間隙t定為0.1-2mm。由于在第一反射器7p和第二反射器7q和7s之間存在間隙，所以在間隙中的空氣層可以抑制熱量從第一反射器7p傳到第二反射器7q和7s，而且可以通過此間隙排出光源中通常有的熱量。如果間隙t比較大，雖然可以降低熱傳導，但是光也可能通過該間隙從光源漏出。因此間隙最好不超過2mm。
圖27(a)示出圖23和圖25中所示的彈簧部件53a，為清楚起見該彈簧部件被放大了，該彈簧部件53a形成有葉片形平板件，利用該葉片形的平板件的彈性可以將第一反射器7p壓在和固定在第二反射器7q和7s上。附帶地說，圖27所示的固定方法當然也適用于圖3和圖4所示的第一實施例。
下面參考圖28說明附接固定件A53中空氣導流板53b的作用，圖28示出圖25所示的從其后側(cè)傾斜地看去的光源，圖中去掉電源連接件。從圖28可以清楚看到，該空氣導流板53b斜對著燈頭6，從而在這些導流板和第一反射器7p的外壁之間限定一個間隙。如果采用冷卻風扇(未示出)使空氣沿離開光源的后表面的方向排出，使其冷卻光源，則空氣按箭頭所示的方向流過在第一反射器7p和空氣導流板53b之間的間隙，由此可以高效冷卻高溫的第一反射器7p。
參考示出第四實施例的圖29，燈頭分成兩部分，這兩部分分別與反射器7q和7s結(jié)合成一體，第二反射器7t的形成方法是將燈頭兩個分開部分中的一個部分與圖25所示的第二反射器7q結(jié)合成一體，而第二反射器7u的形成方法是將燈頭兩個分開部分的另一部分與圖25所示的第二反射器7s結(jié)合成一體。由此燈頭可與反射器結(jié)合成一體，從而減少光源的部件數(shù)目。即使在此實施例中，第二反射器7t和7u也是彼此對稱的。應當注意到，在圖29中去掉了電源連接件，而且用相同的參考標記表示與上述圖中所示部件相同的部件，下面省去了這些部件的說明。
一般說來，光源41附接在燈頭板70上，然后將該板裝在燈箱83中，再將該燈箱83裝在燈的外殼81內(nèi)，該燈的機殼81的后表面上裝有排放空氣的冷卻風扇10，用于冷卻光源，而在其壁表面形成空氣入口82，其方向不同于從光源投射光的方向，如圖30所示。如上述組成的燈的外殼裝在投射式圖像顯示設備中，使用人員或維修人員可以用一個新的光源替換舊的光源。燈箱83的后表面在冷卻風扇10一側(cè)具有排氣口85，而在對應于空氣入口82的位置具有空氣入口86。另外，在圖中示出燈箱的把手84，可以用該把手拉出燈箱85。
通常，因為反射器用耐熱玻璃制造，所以燈頭板不能與反射器形成一體。然而按照本發(fā)明，因為采用可以簡單模制的耐熱有機材料作反射器開口側(cè)的燈頭板材料，而且因為在底部一側(cè)的反射器與開口側(cè)的反射器形成點接觸，如對圖25光源說明的，所以也可以降低附接于反射器開口側(cè)的燈頭板溫度(從約100℃降到室溫左右)，因此在開口側(cè)分成兩部分的第二反射器7q和7s可以與分成兩部分的燈箱結(jié)合成一體。此種實施例的結(jié)構(gòu)是示于上述圖29中的結(jié)構(gòu)。
下面參考圖31，該圖示出本發(fā)明的第五實施例，該圖是一種視圖，用于說明將在開口側(cè)與燈頭板形成一體的反射器7v和7w用卡子固定在底側(cè)的第一反射器7p上的方法，不用附接固定件A53來進行組裝，在開口側(cè)的第二反射器7v和7w具有許多卡子67(在此圖中每個反射器用兩個卡子)，以便將該第二反射器固定在底側(cè)的第一反射器7p上，利用卡子67可以固定第一反射器7p。采用這種配置可以不需要用附接固定件A53，由此可以降低成本。另外由于不用緊固螺釘，也不需要螺釘緊固驅(qū)動器，這樣便具有減少組裝工時的優(yōu)點。應當注意到，在圖31中采用相同的參考標記來表示與上述圖中所示部件相同的部件，下面省去這些部件的說明。
圖23-28和圖29及31所示的實施例沒有圖3、5和6所示的散熱片，這些實施例與由耐熱有機材料制作的分成兩部分的第二反射器結(jié)合，本發(fā)明不限于這些實施例，在這些實施例也可以加上散熱片。
下面參照圖23-31說明這些實施例，在這些實施例中反射器分成三部分(包括耐熱玻璃作的第一反射器和第二反射器，利用包含光軸的平面將反射器分成兩個第二反射器，這兩個第二反射器用耐熱有機材料制作)，本發(fā)明不限于這些實施例。應當清楚看出反射器的開口側(cè)可以用耐熱有機材料作為基體材料制成，這種反射器的開口側(cè)可以分成不小于兩個部分，例如由包含反射器反射表面光軸的平面分成四個部分，這些部分是轉(zhuǎn)動對稱的。采用這種配置可以共用模具。另外，在底側(cè)的用耐熱玻璃制作的反射器也可以由包含反射器反射表面光軸的平面分成兩個以上的部分。
即使模制品具有如上所述的復雜外部結(jié)構(gòu)，耐熱有機材料也表現(xiàn)出令人滿意的模塑性，因此可以在耐熱有機材料制作的反射器外壁上形成散熱片，增加散熱表面，由此增大散熱能力。然而作為另一種替代方法，也可以在反射器外壁表面上形成許多凹部和凸部(它們是很精細的)。這種方法是有利的，因為它不僅適用于第二反射器的外壁，而且也適用于用耐熱玻璃制作的第一反射器的外壁。
作為增加散熱面積的另一種方法，可以用靜電噴涂法在耐熱有機材料制作的反射器外壁上植上硬毛?？梢杂渺o電噴涂法將直徑為30-50μm和長度0.1-0.3mm的人造纖維吹到耐熱有機材料制作的反射器外壁上，增加散熱面積，由此增強散熱能力，即使人的手接觸到外壁上的硬毛，這種方法也具有減少灼傷危險的優(yōu)點，因為在硬毛之間形成了空氣層。
這種利用硬毛增加散熱能力和減少灼傷的方法也適用于其他的高溫部件。例如，因為示于圖30的用于裝入光源的燈箱83(用塑料制作)的內(nèi)部具有高溫，所以在其內(nèi)壁上也植上硬毛，增加內(nèi)壁的表面積以增強散熱能力。另外，也可以在附接有燈箱把手84的燈箱外壁表面上植上硬毛，在更換燈時用該把手將燈箱83從燈的外殼81中拉出來，這樣即使在更換燈時人的手不小心碰到燈箱84，也能減小灼傷的危險。
下面說明包含不小于四次方的高次方系數(shù)的反射器7的內(nèi)壁表面(反射表面)的結(jié)構(gòu)優(yōu)越性。在公式1中的Z(r)代表圖18所示反射器表面的高度，該圖用于解釋透鏡的結(jié)構(gòu)，該圖中從反射器的底部到開口部分的方向(燈的軸向方向)取作為Z軸方向，而反射器的徑向方向取作為R軸的方向，在該公式中，r是徑向距離，RD是曲率半徑，CC、AE、AF、AG、AH……是任意常數(shù)，n是任意非負整數(shù)。因此，如果系數(shù)CC、AE、AF、AG、AH…是已知，則可以按照公式1確定反射器表面的高度，即反射器的結(jié)構(gòu)z(r)=(1/RD)r2/[1+1-(1-CC)r2(1/RD)2]]]>+AE*r4+AF*r6+AG*r8+AH*r10+...+AR*rn]]>(公式1)在上述公式1中，如果表示常規(guī)反射器的反射表面結(jié)構(gòu)的截面形狀是圓，則只存在系數(shù)RD，使得CC＝0，而在拋物線截面形狀的情況下，RD是給定的，并且CC＝-1，但是在橢圓截面形狀的情況下，RD是給定的，并且如果-1＜CC＜0，則可以得到關(guān)于長軸轉(zhuǎn)動對稱的橢圓形狀，但如果0＜CC，則可以得到關(guān)于短軸轉(zhuǎn)動對稱的橢圓形狀。
與此相反，本發(fā)明反射器很容易獲得很高的結(jié)構(gòu)準確性，即使結(jié)構(gòu)很復雜，包含不小于四次方的高次方系數(shù)，也可以獲得精度很高的反射表面。
下面參考圖4，該圖是截面圖，示出反射器的這樣一種結(jié)構(gòu)，即該反射器包括反射器部分7a和反射器部分7b，前者的反射截面形狀為拋物線表面的一部分，用耐熱玻璃制作，后者用耐熱有機材料制作，該反射器的結(jié)構(gòu)利用接合劑8連接于電弧管1燈泡的燈頭6。另外，圖12示出分成兩半的反射器結(jié)構(gòu)，在這種反射器中，反射表面具有橢圓截面形狀的反射器7j連接于截面為圓形的反射器7k，而反射器7j利用接合劑8連接于電弧管1燈泡的燈頭6。在圖4和12中采用相同的參考標記表示與圖1中所示部件相同的部件，因此下面省去其說明。
雖然在常規(guī)上對于任何反射器的反射表面在設計時假定光源是點光源，但是實際上光源不是一個點，而具有一定長度、能量分布以及非對稱的光分布。
下面用具體例子說明。圖13是放大圖，示出用在圖1投影儀光源中的交流激勵的超高壓汞燈，在圍繞該燈泡的一部分中，圖14示出燈點亮時燈的發(fā)光能量分布。在圖13中，在石英玻璃管1中的一對電極2其電極間的間隙(電弧的長度)為有效長度。在100W級的燈泡中，該有效長度約為1.0-1.4mm。在參考圖14將相等發(fā)光能量點連續(xù)地連起來得到的相等發(fā)光能量的閉合曲線變成以兩個電極a和b為中心點的靠近該電極a和b的相等發(fā)光能量閉合曲線。在遠離電極a和b的地方可以得到其中包含和包圍該兩個電極a和b的相等發(fā)光閉合曲線。應當注意到，圖14中的c和d表示發(fā)光能量低的部分。如從該圖中看出的，燈點亮時靠近燈泡的發(fā)光能量分布是不均勻的，在兩個電極附近亮度是最高的。即，可以發(fā)現(xiàn)存在兩個光發(fā)射點。
圖15示出直流激勵的超高壓汞燈的光分布特性曲線，而圖16示出交流激勵的超高壓汞燈光分布特性曲線。電弧管1的光分布特性曲線相對垂直于燈軸線(在圖中為0-180度的軸線)的軸線(在圖中為90-270度的軸線)是不對稱的，如圖15和16所示。具體是，圖15所示的直流激勵的超高壓汞燈的光分布具有的非對稱性大于圖16所示交流激勵的超高壓汞燈的非對稱性。這是因為在直流激勵的超高壓汞燈中陽極的尺寸一般大于陰極尺寸，因此光局部地聚集在陽極一側(cè)。
如上所述，現(xiàn)有的超高壓汞燈最好看作為不具有單一的光源而應當看作為具有兩個光源，因此與超高壓汞燈連用的反射器其結(jié)構(gòu)存在許多焦點。為了使反射器具有許多焦點，必須使上述公式1中的系數(shù)的方次不小于四次方，應當注意到，若電弧長度超過1.8mm則效率反而降低。
如上所述，已經(jīng)說明反射器內(nèi)壁表面(反射表面)的結(jié)構(gòu)包含方次大于四次方的系數(shù)的情況下的優(yōu)越性。其間，按照本發(fā)明，與設計結(jié)構(gòu)相一致的反射器反射表面的結(jié)構(gòu)可以高精度地穩(wěn)定地達到，因此反射器的內(nèi)壁表面(反射表面)包含方次超過四次方的系數(shù)。圖9和10示出本發(fā)明另一實施例的反射器。在圖9和10中采用相同的參考標記表示與上面已說明的圖中所示部件相同的部件，因此省去這些部件的說明。圖9示出這樣一種結(jié)構(gòu)，反射器7i反射表面最大直徑大于反射器光投射側(cè)上的開口的孔徑，利用非球面公式1中的系數(shù)可以可靠地得到這種結(jié)構(gòu)。即使采用這種內(nèi)表面結(jié)構(gòu)，也可以制造由包含反射表面光軸的平面分成兩個部分的反射器。
類似地，圖10示出反射器7m，該反射器在光投射側(cè)具有的開口孔徑由于反射器的光分布而小于拋物線反射表面的孔徑。與圖9所示實施例相似，采用非球面公式1中的系數(shù)可以可靠地獲得這種結(jié)構(gòu)。即使采用這種內(nèi)表面結(jié)構(gòu)，也可以制造具有由大致平行于反射表面光軸的平面分成兩部分的結(jié)構(gòu)的反射器。
順便說說，由大致平行于反射表面光軸的平面彼此分開的兩個分開部分中的每個部分最好包括用耐熱玻璃制作的反射器部分和由耐熱有機材料制作的反射器部分。應當注意到，如果在實際使用中耐熱有機材料的熱變形溫度具有充分的裕度，則由大致平行于反射表面光軸的平面彼此分開的反射器部分可以只用一種材料例如耐熱有機材料制作。
圖32示出一個實施例，在該實施例中反射器的三個分開部分適用于圖29所示的結(jié)構(gòu)。在圖32中，反射器包括第一反射器7aa和兩個第二反射器7bb、7cc，前者用耐熱玻璃制造，位于反射器的底側(cè)，后者是由包含反射表面光軸的平面分開反射器開口側(cè)部而獲得的，這兩個反射器是用耐熱有機材料作為基體材料制作的。第二反射器7bb和反射器7cc是對稱的。如上面說明的，因為第一反射器7aa開口孔徑較小，所以它能以高精度成形，即使它用耐熱玻璃制作，另外，因為反射器7bb和7cc用耐熱有機材料作為基體材料制作，所以能以高精度模制具有大孔徑的自由曲面，如圖32所示。因為第二反射器7bb和7cc可以與分成兩部分的燈頭板模制成一體，所以可以在燈頭板68上形成許多空氣導流孔67，該孔靠近第二反射器7bb和7cc的開口向光軸變窄的區(qū)域。如果采用冷卻風扇10(在此圖中未示出)使空氣從光源的后側(cè)排出，則空氣流過該孔67，然后沿著第二反射器7bb和7cc外壁的曲面流過，由此可冷卻反射器或者光源。如果沒有孔67，則在空氣不會流過第二反射器7bb和7cc開口收縮的區(qū)域，這樣，在這個區(qū)域的冷卻效果便很差。
在上述實施例的結(jié)構(gòu)中由包含反射表面光軸的平面將反射器分成兩部分，取代了具有這種結(jié)構(gòu)的反射器，而采用另一種反射器，即這種反射器由一個平面分成兩部分，該平面與包含光軸的平面是移開一段距離的，這種反射器也在本發(fā)明的范圍內(nèi)，即使它由其結(jié)構(gòu)決定。
然而，為了防范在本發(fā)明投影儀光源中超高壓汞燈的破裂，反射器的平均壁厚度從其前部開口到底部開口逐漸增加，從而可以捕獲反射器內(nèi)破裂燈泡玻璃管散射出的碎片。采取上述防范措施的理由是，使得很強的沖擊作用于靠近光發(fā)射管的反射器的底部開口側(cè)。反射器的最小壁厚度要求至少2mm，如果認為模塑性是重要的則此厚度最好設定為不小于3mm?？拷鼰襞莸牡撞块_口的平均壁厚度最好定為5mm?？梢源_信，在燈使用期間，光發(fā)射管的燈泡爆裂時不會有任何碎片散射到由上述BMC制作的壁厚度不小于5mm的反射器的外面。
另外，由于用不同于反射器7的材料制作前部玻璃板，所以可以防止玻璃燈泡破裂時燈泡的碎片散射到投射光學系統(tǒng)中。由于用抗反射涂層覆蓋該前部玻璃板兩個表面中的各個表面，所以可以降低反射損失。
應當注意到，如果前部玻璃板的內(nèi)部光吸收率超過5％，在長期使用后，在前部玻璃板兩個表面的各個表面上沉積的抗反射膜上由于熱膨脹將會產(chǎn)生微瓣形結(jié)構(gòu)(microclacks)。因此，最好采用內(nèi)吸收性小的材料。另外，如圖11所示，如果前部玻璃板9a具有透鏡功能的結(jié)構(gòu)，則不僅可以防止玻璃燈泡破裂時燈泡的碎片散射到投射光學系統(tǒng)中，而且還可以與反射表面的結(jié)構(gòu)配合，高度準確控制燈的出射光束。在圖11中采用相同參考標記來表示與上面已說明的圖中所示部件相同的部件。
下面參考圖17和22說明形成在本發(fā)明實施例中反射器反射表面上的反射膜的特性曲線。圖17示出一般的超高壓汞燈的光譜能量分布，在圖22中橫坐標代表波長(nm)，而與該橫坐標垂直的縱坐標代表入射在反射膜上的光束的透射率。
從圖17的光譜能量分布可以看出，在藍波長即405nm附近存在很強的光譜。因此反射器中紫外光截止濾光器(cut-filter)的半值波長(50％的透射率)最好定為不小于405nm的波長，如果可能最好是410nm附近的波長。因為在波長不小于800nm的紅外區(qū)域中存在光譜能量(未示出)，所以反射器反射膜的特性是使得紅外區(qū)域的光可以透過，這樣一旦反射器吸收這種光，便同時將這種光輻射到反射器的外面。
根據(jù)上面的說明，反射器表面的反射膜特性曲線被確定為如圖22所示的曲線。該反射膜被設計成可以傳輸具有的短波長不大于410nm的基本上在藍波長區(qū)域中的光線。結(jié)果，紫外線(波長不大于380nm)直接照射在作為反射器基體材料的熱固性樹脂上。然而，因為在這種熱固性樹脂中加入了紫外光吸收劑來吸收紫外光，所以可以防止有害的紫外光漏到反射器的外面。雖然在峰形很尖銳的情況下，紫外光截止濾光器的透射率特性曲線是極好的，但是這樣的峰形導致成本的增加，如果需要可以形成許多層膜。作為反射膜，一般采用由二氧化鈦和二氧化硅形成的多層光學膜，要求總層數(shù)達到30-50層的反射膜。這樣設計，使得反射膜在長波長區(qū)域的特性被設定為可以同時透過波長不小于800nm的近紅外區(qū)域的光線。結(jié)果反射器可以吸收(從近紅外線到紅外線)的熱通量，由此可以防止投影儀中其它部件溫度升高，這樣可以提高使用壽命。在這種配置中，如果制造反射器的熱固性樹脂的顏色為黑色，則當然可以高效進行光的吸收。利用散熱片可以降低因吸收熱通量造成的溫度升高，因為利用散熱片可以有效散熱，如上面說明的。
在可見光區(qū)域中，如果波長在420-700nm范圍的光線的垂直透射率被設定為不超過15％，則可以達到高效的反射器。另外，如果波長在420-680nm的范圍的光線垂直透射率設定為小于4％，則與鋁沉積膜(具有約90％的反射率，因而光譜反射率曲線基本上是平的)相比，可以更有效的捕獲燈泡發(fā)出的發(fā)散光束。
如上所述，作為施加在反射器反射表面上的反射膜，已經(jīng)說明除通過可見光外還通過紫外光和紅外光的多層光學膜。下面說明金屬反射薄膜。即，反射器至少分成在底側(cè)的反射器和開口側(cè)的反射器，如圖4所示，在底側(cè)的反射器用耐熱玻璃制作，而在開口側(cè)的反射器用耐熱有機材料作為基體材料制作。在上述情況下，可以用上述多層膜作為在底側(cè)的用耐熱玻璃制作的反射器的反射膜，而采用鋁、銀、銀合金等制成的金屬薄膜用作在開口側(cè)的用耐熱有機材料制作的反射器的反射膜。具體是，包含銀的金屬薄膜其反射率相對于450-650nm范圍內(nèi)的波長不小于約98％，這樣可以得到波長為650nm時的反射率高于波長為450nm時的反射率這樣一個優(yōu)點。在這種情況下，在開口側(cè)的用耐熱有機材料制作的反射器著以輻射率不大于0.5的顏色。例如著以白色。采用這種結(jié)構(gòu)，如果反射表面的基體材料由于任何原因而被看到，則燈發(fā)出的熱通量將被反射而不被吸收。
雖然已說明本發(fā)明的采用超高壓汞燈的特定實施例，但是即使采用光亮性極好的氙氣燈本發(fā)明也能得到類似優(yōu)點。
圖19示出采用本發(fā)明的投影儀光源的液晶投影儀中投射光學系統(tǒng)的配置圖，該圖示出已知的集成光學系統(tǒng)(integrator opticalsystem)(又稱作多透鏡陣列)20，該系統(tǒng)包括第一多透鏡陣列20a和第二多透鏡陣列20b，在前者中，入射光束由排列成矩陣狀陣列的許多矩形透鏡元件分成許多光束，而在后者中，由第一多透鏡陣列分開的許多光束由排列成矩陣形陣列的許多矩形透鏡元件放大并以疊置的方式投射在液晶板上，該多透鏡陣列包括這樣一種偏振改變作用，即對應于許多透鏡元件配置的許多偏振光束分裂器和許多1/2λ相位板可以發(fā)射要求的偏振波。另外，投影儀的光源40和多透鏡陣列20相結(jié)合可以構(gòu)成用于投射要求的偏振波分量的偏振投影儀。圖中示出分別對應于紅色、綠色和藍色的液晶板31a、31b、31c；用于使來自投影儀光源中的白光束在光譜上分成三種基色光束的分色鏡23、25；用于確定光束尺寸的物鏡30、28、26；用于將入射在多透鏡陣列上的入射光束會聚成會聚光束的聚光透鏡22；本發(fā)明的投影儀光源40，該光源具有散熱片14，該散熱片沿垂直于燈的光軸的方向配置；在投影儀光源的一個側(cè)面上配置的冷卻風扇10，該風扇用于將投影儀光源的溫度控制在要求的溫度；用于合成圖像光束的反射器21、24、27、29和光合成棱鏡32，該圖像光束是由相應液晶板調(diào)制三基色光束得到的。
下面說明圖19所示液晶投影儀的操作。投影儀光源40發(fā)射的白光束由多透鏡陣列轉(zhuǎn)換成具有要求的偏振分量的光束，然后由反射器21發(fā)射和反射此光束。該光束最后入射在聚光透鏡22上，該聚光透鏡使多透鏡陣列20分裂白光束形成的光束分別入射在液晶板31a、31b、31c上。利用反射器27、29入射在液晶板31上的彩色光束由物鏡26、28、30校正，因為此彩色光束的光程長度大于其它的彩色光束的光程長度。入射在液晶板31a、31b、31c上的彩色光束透過該板，同時這些光束響應圖像信號(未示出)而被光學調(diào)制。這些彩色光束然后由光合成棱鏡32進行著色合成，然后放大，并由投影透鏡101投射在顯示屏(未示出)上。
圖20和21是垂直截面圖，示出裝有本發(fā)明投影儀光源的背投式圖像顯示設備的主要部分，下面參照該圖，由光學單元100得到的圖像通過折返鏡104利用投影透鏡101放大并投射于顯示屏102。圖20示出設定高度減小這種情況下的機殼103的結(jié)構(gòu)，圖21示出設定深度減小這種情況下的機殼103的結(jié)構(gòu)。
如上所述，本發(fā)明提供一種投影儀光源以及裝有這種光源的投影儀，該光源具有精度很高的反射器，該反射器具有很好的模塑性和操作性，其反射率也是相當好的。
技術(shù)人員還應該明白，雖然上面已說明本發(fā)明的實施例，但是本發(fā)明不限于這些實施例，可以進行各種改變和變型而不超出本發(fā)明的精神和所附權(quán)利要求書的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于將光束發(fā)射到顯示元件上的投影儀光源，其包括用于發(fā)射光束的光發(fā)射管；以及凹面反射器，其包括用于保持電弧管的保持部件，并具有用于反射來自電弧管的光束的凹入反射表面，使得光束通過反射器的開口射出；在垂直于反射器的光軸的平面處將所述凹面反射器分成包含該保持部件的第一反射器和包含該開口的第二反射器；以及所述第一反射器用第一材料制成，而所述第二反射器用第二材料制成，該第二材料的熱變形溫度低于第一材料的熱變形溫度。
2.如權(quán)利要求1所述的投影儀光源，其特征在于，所述第一材料是耐熱玻璃，而第二材料是耐熱有機材料，該耐熱有機材料的熱變形溫度低于該耐熱玻璃的熱變形溫度。
3.如權(quán)利要求1所述的投影儀光源，其特征在于，該第二反射器在至少其外表面上設置有多個突出部，并且這些突出部用耐熱有機材料制成，在這種材料中混合有高導熱性物質(zhì)。
4.如權(quán)利要求2所述的投影儀光源，其特征在于，所述突出部是平的，其縱向方向基本上平行于來自冷卻風扇的空氣流動的方向，該冷卻風扇用于冷卻投影儀光源。
5.如權(quán)利要求1所述的投影儀光源，其特征在于，通過在低收縮不飽和聚酯樹脂中加入熱塑性樹脂聚合物、硬化劑、填料、玻璃纖維和有機填料，以及還在其中加入氫氧化鋁來制備第二材料。
6.如權(quán)利要求1所述的投影儀光源，其特征在于，第一材料是線膨脹系數(shù)不大于50×10-5(1/K-1)的耐熱玻璃。
7.一種用于將光束發(fā)射到顯示元件上的投影儀光源，其包括用于發(fā)射光束的電弧管和具有凹入反射表面的凹面反射器，用于反射來自電弧管的光束，使得光束經(jīng)過凹面反射器的開口射出，其中所述凹面反射器具有可在基本上平行于凹面反射器的光軸的平面處分成至少兩個部分的結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求7所述的投影儀光源，其特征在于，該反射器在其開口中設有前部玻璃板。
9.如權(quán)利要求7所述的投影儀光源，其特征在于，所述凹面反射器的反射表面具有由下列公式表示的構(gòu)形z(r)=(1/RD)r2/[1+1-(1-CC)r2(1/RD)2]]]>+AE*r4+AF*r6+AG*r8+AH*r10+...+AR*rn]]>…公式1其中，z(r)是反射表面的高度，其條件是，包含反射表面焦點的光發(fā)射管的電弧軸向方向取作Z軸，而垂直于該Z軸的反射器徑向方向取作r軸，r是沿徑向方向的距離，RD、CC、AE、AF、AG、AH、…A是任意常數(shù)，并且n是任意非負整數(shù)。
10.如權(quán)利要求7所述的投影儀光源，其特征在于，該電弧管具有基本上位于反射表面焦點處的光學中心，并且該電弧管的電弧軸線基本在凹面反射器的光軸上對齊，該反射器用其中混合有高導熱性物質(zhì)的耐熱有機材料制成，并且該反射器的底部的平均壁厚度大于該反射器的光束射出部的平均壁厚度。
11.如權(quán)利要求7所述的投影儀光源，其特征在于，所述電弧管是短電弧式放電燈，在該燈中充入至少氙或者汞，在電弧管相對端處設置的一對電極在其間具有的距離不大于1.8mm，并且該燈用不大于250W的額定功率接通，該凹面反射器的焦距不大于4mm。
12.如權(quán)利要求1所述的投影儀光源，其特征在于，所述第二反射器可在基本上平行于凹面反射器的光軸的平面處分成至少兩個部分，并且用于從該凹面反射器外邊向電弧管供電的電力線夾在該反射器的分開表面之間。
13.如權(quán)利要求12所述的投影儀光源，其特征在于，所述第二反射器包括附接輔助板，用于將投影儀光源附接在預定位置，并且該附接輔助板位于該凹面反射器的光束射出側(cè)上的前表面處。
14.如權(quán)利要求1所述的投影儀光源，其特征在于，所述第一反射器和所述第二反射器由附接固定件固定在一起，所述第二反射器具有可與該附接固定件聯(lián)接的固定凸臺；所述附接結(jié)構(gòu)包括接觸第一反射器的彈性部件和平的部件，該彈性部件用于保持第二反射器，該平的部件沿一方向傾斜，該傾斜方向與該凹面反射器的光束射出方向相反；當附接固定件聯(lián)接于該固定凸臺時，該第一反射器通過該彈性部件的彈性壓靠在第二反射器上，以便將第一和第二反射器彼此固定在一起，并且該平的部件引導用于冷卻投影儀光源的冷卻風扇吹出的空氣，使得空氣從該凹面反射器的開口側(cè)沿該凹面反射器的外表面流向保持部件。
15.如權(quán)利要求1所述的投影儀光源，其特征在于，所述第二反射器結(jié)合有多個延伸向第一反射器的鉤形卡子，并通過該卡子鉤住和固定該第一反射器。
16.如權(quán)利要求1所述的投影儀光源，其特征在于，多個突出部設置在該第一和第二反射器中的一個反射器上，并且與突出部配對的凹入孔形成在該第一和第二反射器的另一反射器中，將配對的突出部和凹入孔配裝在一起以便使第一和第二反射器彼此對齊；將第一和第二反射器聯(lián)接在一起，利用該突出部在第一和第二反射器之間限定一間隙。
17.如權(quán)利要求16所述的投影儀光源，其特征在于，第一和第二反射器之間的間隙在突出部和凹入孔彼此配裝在一起的這種條件下為0.1-2mm。
18.如權(quán)利要求17所述的投影儀，其特征在于，該突出部和凹入孔的對數(shù)為至少三對。
19.如權(quán)利要求1所述的投影儀光源，其特征在于，多個凹入部和凸起部形成在第一和第二反射器的外壁表面上。
20.如權(quán)利要求1所述的投影儀光源，其特征在于，在第二反射器的外壁表面上植入硬毛，硬毛的直徑為30-50μm，以及長度為0.1-0.3mm，并且硬毛用合成纖維形成。
21.如權(quán)利要求1所述的投影儀光源，其特征在于，該第一反射器和第二反射器可分離地相互聯(lián)接。
22.如權(quán)利要求1所述的投影儀光源，其特征在于，該第一反射器用金屬薄膜覆蓋在其反射表面上，而第二反射器著以輻射率不超過0.5的顏色。
23.如權(quán)利要求22所述的投影儀光源，其特征在于，該第二反射器著以白色。
24.一種用于將光束投射在顯示元件上的投影儀光源，其包括用于發(fā)射光束的電弧管和凹面反射器，該凹面反射器結(jié)合有用于反射電弧管發(fā)射的光束的凹入反射表面，使得光束沿其光軸方向射出；所述反射器在其表面上形成有反射膜，該反射膜對于波長不大于410nm的光束具有的垂直透射率不小于50％，但是對于波長為420-700nm的光束具有的垂直透射率不大于15％，而對于波長不小于800nm的光束具有的垂直透射率不小于50％。
25.如權(quán)利要求1所述的投影儀光源，其特征在于，第二反射器在其反射表面上形成有反射膜，該反射膜為單層金屬膜，該膜對于波長為450-650nm的光束具有的反射率不小于95％，并且該反射膜用銀或者銀合金制成，使得對650nm的反射率高于對450nm的反射率。
26.一種投射式圖像顯示設備，其包括用于發(fā)射光束的投影儀光源；接收來自該投影儀光源的光束的顯示元件，用于響應于輸入圖像信號調(diào)制該光束；以及投影透鏡，用于將由顯示元件調(diào)制的光束投射和放大到屏幕上；所述投影儀光源包括用于發(fā)射光束的電弧管；和凹面反射器，該反射器包含用于保持電弧管的保持部件，并具有凹入反射表面，用于反射來自電弧管的光束，使得該光束經(jīng)過反射器的開口射出；所述凹面反射器在垂直于反射器的光軸的平面處分成包含保持部件第一反射器和包含該開口的第二反射器；以及所述第一反射器用第一材料制成，而所述第二反射器由第二材料制成，該第二材料的熱變形溫度低于第一材料的熱變形溫度。
27.一種投射式圖像顯示設備，其包括用于將光束投射到顯示元件上的投影儀光源；用于容納該投影儀光源的光源箱以及光源容納部件，該光源容納部件具有這樣一種結(jié)構(gòu)，即可收回地和可展開地容納該光源箱，其中在光源箱的內(nèi)壁表面上植入硬毛，硬毛的直徑為30-50μm，以及長度為0.1-0.3mm，并且硬毛用合成纖維形成。
28.如權(quán)利要求27所述的投射式圖像顯示設備，其特征在于，所述光源箱在其外表面上還結(jié)合有把手，用于從光源容納部件中抽出光源箱，并在設有把手的外表面上植入硬毛，硬毛的直徑為30-50μm，以及長度為0.1-0.3mm，并且硬毛用合成纖維形成。
全文摘要
提供一種投影儀光源，該光源可以有效地投射從作為光源的燈發(fā)射的具有足夠量的光束，該光源具有極高的精度和極好的操作性。該投影儀光源包括發(fā)射光束的電弧管和凹面反射器，該凹面反射器包括用于保持電弧管的保持部件，具有凹入反射表面，該凹入反射表面用于反射電弧管發(fā)射的光束，使得該光束經(jīng)過反射器的開口射出，該凹面反射器包括靠近保持光發(fā)射管用的保持部件的第一反射器和位于不是保持部件的那一部件中的第二反射器，該第二反射器采用和第一反射器不同的材料制作。另外，第一反射器用耐熱玻璃制作，而第二反射器用包含耐熱有機材料的材料制作，該耐熱有機材料的熱變形溫度低于耐熱玻璃的熱變形溫度。
文檔編號F21V19/00GK1417635SQ0212652
公開日2003年5月14日 申請日期2002年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月6日
發(fā)明者益岡信夫, 平田浩二, 栗原龍二, 小寺喜衛(wèi) 申請人:株式會社日立制作所