專利名稱：具有反射器和冷卻裝置的高壓放電燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有反射器和冷卻裝置的緊致型高壓放電燈，適用于投影設(shè)備。
已知高壓氣體放電燈(HID[高強(qiáng)度放電]燈)尤其是UHP(超高性能)燈因其優(yōu)良的光學(xué)特性而優(yōu)選用于投影目的。
對(duì)于這些應(yīng)用需要盡可能為點(diǎn)狀的光源，這是因?yàn)樵陔姌O尖端之間產(chǎn)生的發(fā)光放電弧一定不能超過約為0.5～2.5mm的長度。此外，還要求盡可能高的發(fā)光強(qiáng)度以及盡可能自然的光譜組成。
可用UHP燈來最佳地獲得這些特性。然而，在對(duì)這些燈的改進(jìn)中必須同時(shí)達(dá)到兩個(gè)基本要求。
一方面，放電管的最高溫度一定不能高到以致于出現(xiàn)析晶現(xiàn)象。對(duì)于燈的上側(cè)來說尤其是這樣，這是因?yàn)樵跓舻姆烹姽軆?nèi)部中的強(qiáng)烈對(duì)流總是特別強(qiáng)地加熱放電弧上方的區(qū)域。
另一方面，放電管內(nèi)表面(燃弧器空間)上的最冷點(diǎn)仍然必須具有足夠高的溫度，以便使得汞不會(huì)沉積在那里，而是在足夠的總量上保持為汽態(tài)。
這兩個(gè)相互沖突的要求使得最高溫度和最低溫度(通常處于放電管的內(nèi)上側(cè)和內(nèi)下側(cè))之間的最大允許差異比較小。然而，該內(nèi)部對(duì)流主要是加熱放電管上方的區(qū)域，只能通過燈泡的適當(dāng)形狀在有限的范圍內(nèi)降低其溫度，因而比較難以保持在該最大差異范圍內(nèi)，并且燈的功率提升被限制在有限的范圍內(nèi)。
最后，所述的要求還經(jīng)常在燈的光輸出是黯淡時(shí)出現(xiàn)問題，這是因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)情況下這會(huì)導(dǎo)致氣體的降溫并凝結(jié)，從而損害到所發(fā)光的光譜和光度特性。
因此，本發(fā)明的目的是為投影目的提供一種高壓放電燈，該高壓放電燈的光譜和光度特性使其特別適用于投影。
從美國專利5109181已知適合于投影的UHP燈，其通常運(yùn)行在100W及以上的功率。其中的放電管和鎢電極兩者都被強(qiáng)烈地加熱。為了避免在其中出現(xiàn)石英重結(jié)晶的風(fēng)險(xiǎn)，德國專利申請DE-OS 10100724.8提出了一種具有冷卻裝置的高壓氣體放電燈，該放電燈防止了燈泡的析晶現(xiàn)象并且以增強(qiáng)的燈功率基本上防止了填充氣體的凝結(jié)。在這種情況下，通常出現(xiàn)在石英燃弧器上側(cè)的放電管最熱部分被非常強(qiáng)烈地冷卻，而放電管的下部較冷部分基本上不被冷卻，否則就會(huì)降低燈內(nèi)的汞蒸汽壓。然而，高的汞蒸汽壓是高功率UHP燈的基本前提。


圖1示出了UHP燈的結(jié)構(gòu)原理。在放電管3的內(nèi)部空間4中填充有汞和附加物并且具有兩個(gè)鎢電極5，在燈的運(yùn)行期間，在兩個(gè)電極之間形成放電弧。如果要在燈的內(nèi)部空間4中達(dá)到有效的燈運(yùn)行所需要的高氣壓，該燈的內(nèi)部空間4必須以氣密方式從周圍環(huán)境中密封起來。為此，將導(dǎo)電鉬箔10熔合或者夾緊在放電管4的石英中。電極5連接至鉬箔10。通過外部引線11進(jìn)行燈的電力供給。鎢電極在電極引線貫穿部6的區(qū)域中與放電管3的石英直接接觸。
此外，德國專利申請10231258.3提出了一種具有冷卻裝置的放電燈，該冷卻裝置特別適合于高壓氣體放電燈。提供了一種特殊布置的噴嘴來導(dǎo)入冷卻空氣，該特殊布置的噴嘴有可能將放電管的溫度降低至不會(huì)損害石英玻璃的程度，同時(shí)保證了足夠長的燈壽命。噴嘴的尺寸和位置選擇成盡可能地排除由阻擋光路徑造成的光損耗。該冷卻系統(tǒng)使得用300W以上的功率以及200巴以上的汞蒸汽壓來運(yùn)行放電能成為可能。對(duì)于對(duì)光通量有高要求的現(xiàn)代投影應(yīng)用來說，諸如電子燈圖像顯示器或數(shù)字控制泛光燈，這種燈為其提供了足夠量的光。
雖然放電管的石英重結(jié)晶問題能用所提出的在所述燈的冷卻裝置來解決，但是另一個(gè)問題還沒有解決，即由熱的等離子弧的可高達(dá)8000K以上的高溫所引發(fā)的問題該高溫強(qiáng)烈地加熱鎢電極，使得鎢電極以增大的速率被燒盡，由此而降低了放電弧能達(dá)到的總光效。所不希望有的結(jié)果是縮短了放電燈的壽命。
為了克服上述缺點(diǎn)，為本發(fā)明的高壓放電燈開發(fā)了一種新的冷卻裝置。這里的冷卻裝置包括至少一對(duì)噴嘴7，該噴嘴朝著放電管3的電極引線貫穿部6引導(dǎo)冷卻氣流8。經(jīng)由放電管3的這些區(qū)域來對(duì)電極進(jìn)行外部冷卻是特別有效的，這是因?yàn)殡姌O和外部空間在那里具有非常良好的耦合。
燈主體在電極引線貫穿部6處以氣密方式密封，以使燈主體內(nèi)高的汞蒸汽壓成為可能。因此在那里，熱鎢電極和周圍的石英主體之間具有緊密接觸。因此，能實(shí)現(xiàn)電極的有效冷卻，而且有可能用本發(fā)明的冷卻裝置來相當(dāng)大地降低電極引線貫穿部和電極的溫度，使得電極和石英主體的使用壽命得以延長。
參考附圖對(duì)本發(fā)明作更詳細(xì)的解釋，附圖中圖1示出了一種UHP燈的結(jié)構(gòu)原理；圖2示意性地示出了按照德國專利申請10231258.3的現(xiàn)有技術(shù)的高壓放電燈的冷卻裝置；圖3示意性地示出了按照本發(fā)明用于高壓放電燈的冷卻裝置；圖4示出了本發(fā)明的冷卻裝置，其中一個(gè)或若干個(gè)噴嘴布置在反射器的前面；圖5示出了本發(fā)明的冷卻裝置，其中一個(gè)或若干個(gè)噴嘴布置在反射器的頸部中；圖6示出了本發(fā)明的冷卻裝置，其中電極被兩個(gè)套筒部分圍繞，冷卻氣流能從相反方向鼓入到套筒部分中；和圖7示出了向面對(duì)著反射器開口的套筒型冷卻噴嘴的氣體供給。
圖2示出了在德國專利申請10231258.3中提出的一種放電燈的冷卻系統(tǒng)。該冷卻系統(tǒng)已經(jīng)提供了一種功率、效率以及光效均被顯著增強(qiáng)的放電燈1，同時(shí)也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了放電燈壽命的顯著增長。這里，氣流8是指向放電管3，并且至少一個(gè)噴嘴7布置成使其不會(huì)延伸到由燈或反射器2產(chǎn)生的輻射路徑中去。如此提供的冷卻裝置對(duì)這種燈的光效和輻射特性兩者都不會(huì)有不利影響。
相反，按照本發(fā)明，如圖3所示，不是只使用了一個(gè)噴嘴，而是使用了至少一對(duì)噴嘴7，不是對(duì)著放電管3的最熱部分引導(dǎo)冷卻氣流8，而使對(duì)著電極的電極引線貫穿部6。為此，該噴嘴對(duì)7的兩個(gè)噴嘴以小于1cm的相互距離穿過反射器2。對(duì)于由于阻擋輻射路徑而帶來的光損耗，本發(fā)明的冷卻裝置所防止的光損耗與德國專利申請10231258.3中公開的冷卻裝置差不多。此外，來自兩個(gè)噴嘴7的兩股氣流8的疊加能產(chǎn)生氣體湍流，該氣體湍流以特別有效的方式冷卻了放電管3的電極引線貫穿部6的上部。
用這樣一種冷卻裝置能極大地延長鎢電極5的預(yù)期壽命，并且能極大地降低電極溫度。
當(dāng)反射器2中包括若干噴嘴對(duì)7時(shí)就獲得了本發(fā)明的一個(gè)特別實(shí)施例，這使得放電管3的電極引線貫穿部的特別熱的上側(cè)總是被非常強(qiáng)烈地冷卻。這例如在將放電燈用在為若干工作取向(例如立式安裝和吊裝)而設(shè)計(jì)的投影系統(tǒng)中時(shí)是非常有用的。
為了均勻地控制放電燈高的熱負(fù)荷，并且為了避免高的峰值負(fù)荷，德國專利申請02102727.1提出了一種放電燈，在該放電燈中自動(dòng)控制某些工作參數(shù)，諸如電流強(qiáng)度、燈功率、壓力和/或冷卻氣體的流量。為此而使用了一種控制單元，用于至少是在放電燈的開啟和關(guān)閉階段控制燈驅(qū)動(dòng)器和/或冷卻裝置，以確保一個(gè)或若干個(gè)工作參數(shù)不偏離其給定范圍。這樣一種工作參數(shù)的控制也可非常有利地用于本發(fā)明的高壓放電燈。
然而，很明顯，通過噴嘴7相對(duì)于燈1的另一種布置也可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，亦即引導(dǎo)冷卻氣流流向放電管的電極引線貫穿部。因此，選擇如圖4所示的噴嘴布置是有利的。在這里，一個(gè)噴嘴7布置在反射器2的前面，因此不會(huì)妨礙光路徑。另一個(gè)噴嘴7鄰近于反射器頸部布置，由此也不會(huì)損害反射器的光功率。用這種特殊的布置可能實(shí)現(xiàn)對(duì)放電管3的電極引線貫穿部的有效冷卻。
如圖5所示，當(dāng)一個(gè)噴嘴7直接插入到反射器頸部中時(shí)，就提供了噴嘴的另一種有利布置。在這種情況下，噴嘴7的形狀必須在某種程度上進(jìn)行改型，以確保氣流8會(huì)擊中放電管3的電極引線貫穿部6。
在所述的每個(gè)實(shí)施例中，噴嘴7具有約0.5～2mm的直徑，并且連接到能在噴嘴中產(chǎn)生幾百毫巴氣壓的氣壓源。
圖6中示出了本發(fā)明放電燈的另一個(gè)實(shí)施例。在這里，用來冷卻放電管3的電極引線貫穿部的兩個(gè)噴嘴被構(gòu)造成圍繞放電管3的套筒部分9。從任一端將冷卻氣體8鼓入到這些套筒9中，從而從各個(gè)側(cè)面上包圍住放電管3。然而，如果將套筒部分9內(nèi)的放電管3的軸線設(shè)置成這樣，即相比于沿著電極引線貫穿部的下部流過的空氣，有更強(qiáng)的空氣流能沿著電極引線貫穿部6中那些變得特別熱的部分流過，那么這是特別有利的。這可以通過將放電管3放置在套筒部分9的非中心位置而且向下偏移來實(shí)現(xiàn)。在該方式中，電極引線貫穿部的上部流動(dòng)有特別強(qiáng)的冷卻空氣流。在電極引線貫穿部的區(qū)域，該套筒部分9的直徑比放電管的直徑長大約0.5～4mm。再一次，該套筒型噴嘴應(yīng)該連接至能在噴嘴中產(chǎn)生幾百毫巴氣壓的氣壓源。
圖7示出了在套筒型噴嘴形狀的情況下，對(duì)于用來冷卻面對(duì)著反射器開口的電極的那個(gè)噴嘴，如何實(shí)現(xiàn)氣體供給。在這里要注意，該氣體供給不應(yīng)該對(duì)燈輻射出的光造成太強(qiáng)的遮擋效應(yīng)。這例如可以通過將該氣體供給的橫截面積保持為小來實(shí)現(xiàn)。也能想到使用透明材料來進(jìn)行氣體供給，但是這樣就要將可能的光學(xué)(透鏡)效應(yīng)考慮進(jìn)來。
在最近的上文所述的實(shí)施例中的本發(fā)明高壓放電燈明顯不同于關(guān)于國際專利申請WO 00/60643中的DC放電燈所述的已知冷卻系統(tǒng)。該專利申請記載了一種套筒型噴嘴，該噴嘴冷卻垂直放置的DC放電燈中的放電管。這里在放電燈的一端提供了單獨(dú)的噴嘴。然而，這種布置的唯一目的是要實(shí)現(xiàn)放電管的冷卻。其中提供了陽極和陰極的特殊結(jié)構(gòu)來降低電極的熱負(fù)荷。這種電極結(jié)構(gòu)在DC放電燈中是常見的，這是因?yàn)橛纱四鼙苊鉃殡姌O使用特殊的冷卻裝置。
然而，由于本發(fā)明的放電燈以交變電流運(yùn)行，陽極和陰極的特殊結(jié)構(gòu)是不可能的。相反，在本發(fā)明的放電燈中，兩個(gè)電極都被直接冷卻。如上文所述實(shí)施例那樣，兩個(gè)彼此類似的套筒型噴嘴是適用于此的。在這里，陽極和陰極可以具有相同的結(jié)構(gòu)。因此，本發(fā)明的放電燈與國際專利申請WO 00/60643的裝置的決定性區(qū)別在于能按照本發(fā)明進(jìn)行高壓放電燈的交流運(yùn)行。
因此，對(duì)于本發(fā)明高壓放電燈的電極就有一種特別有效的冷卻系統(tǒng)可用，這種燈的功率和使用壽命由此而被相當(dāng)大地提升。
參考標(biāo)號(hào)列表1 放電燈2 反射器3 放電管4 放電管的內(nèi)部空間5 電極6 電極引線貫穿部7 噴嘴8 空氣流9 套筒部分10 鉬箔11 外部電流引線
權(quán)利要求
1.一種具有反射器和冷卻裝置的高壓放電燈，其特征在于，所述冷卻裝置包括至少一對(duì)噴嘴(7)，該噴嘴將冷卻氣流(8)引導(dǎo)至放電管(3)的電極引線貫穿部(6)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的放電燈，其特征在于，該對(duì)噴嘴包括兩個(gè)噴嘴(7)，這兩個(gè)噴嘴以小于2cm的相互距離穿過反射器(2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的放電燈，其特征在于，一個(gè)或若干個(gè)噴嘴(7)布置在反射器(2)的前面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的放電燈，其特征在于，一個(gè)或若干個(gè)噴嘴(7)布置在反射器的頸部。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的放電燈，其特征在于，該放電管(3)被兩個(gè)套筒部分(9)包圍，冷卻氣流(8)可從彼此相反的方向?qū)胩淄病?br> 6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的放電燈，其特征在于，在電極引線貫穿部(6)的區(qū)域，該套筒部分(9)的直徑比放電管的直徑長0.5～4mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～6中任一項(xiàng)所述的放電燈，其特征在于，用控制單元來控制冷卻功率，以便遵守給定的工作參數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1～7中任一項(xiàng)所述的放電燈，其特征在于，該噴嘴具有約為0.5～2mm的直徑。
9.根據(jù)權(quán)利要求1～8中任一項(xiàng)所述的放電燈，其特征在于，其連接至能在噴嘴中產(chǎn)生幾百毫巴氣壓的氣壓源。
10.一種投影系統(tǒng)，具有權(quán)利要求1～9中任一項(xiàng)所述的高壓放電燈。
全文摘要
記載了一種具有反射器(2)和冷卻裝置的高壓放電燈，其中該冷卻裝置包括至少一對(duì)噴嘴(7)，該噴嘴將冷卻氣流(8)引導(dǎo)至放電管(3)的電極引線貫穿部上。
文檔編號(hào)H01J61/82GK1788329SQ200480013050
公開日2006年6月14日 申請日期2004年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月12日
發(fā)明者E·M·E·費(fèi)爾斯特雷滕, D·C·P·L·杜彭, W·J·梅斯, J·波爾曼-勒特施 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司