專利名稱：照明系統(tǒng),高壓放電燈和圖像投影系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種照明系統(tǒng)，該照明系統(tǒng)包含至少部分地被背反射器環(huán)繞的高壓放 電燈。本發(fā)明又涉及一種用于前述照明系統(tǒng)的高壓放電燈，和一種包含前述照明系統(tǒng)的 圖像投影系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
包含高強度放電燈的照明系統(tǒng)本身是公知的。它們和其它部件被用于圖像投影系 統(tǒng)，例如投影儀(beamers)和投影電視。在這種圖像投影系統(tǒng)中，照明系統(tǒng)產(chǎn)生的光照射到 圖像生成單元，例如液晶顯示器(以下簡稱LCD)或者例如數(shù)字光處理單元(以下簡稱DLP) 或者例如硅基液晶(以下簡稱LCoS)，之后圖像被投射到屏幕或墻上。圖像投影系統(tǒng)也可以 用于原型速成系統(tǒng)(3D打印機)和光刻系統(tǒng)。這種圖像投影系統(tǒng)的質(zhì)量經(jīng)常由該系統(tǒng)能生 成的圖像的亮度表示。圖像投影系統(tǒng)的亮度與照明系統(tǒng)的亮度直接相關(guān)。這種照明系統(tǒng)在液晶光閥投影儀中的使用是公知的，例如，從國際專利申請文獻 WO 86/00685中可知。此文獻描述了一種照明系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含一種與橢圓形反射器共同使 用的放電燈。位于主焦點和次焦點之間的橢圓形反射器的軸相對于燈軸傾斜一定的角度。 而且，前述橢圓形反射器的軸相對于燈軸移位一個預(yù)先確定的量。橢圓形反射器軸的傾斜 與移位的組合，提高了孔徑處的照明均勻性和效率。公知的照明系統(tǒng)的缺點是其亮度還不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種提高了亮度的照明系統(tǒng)。按照本發(fā)明的第一方面，該目的通過一種照明系統(tǒng)實現(xiàn)，該照明系統(tǒng)包含至少部 分地被背反射器環(huán)繞的高壓放電燈，該背反射器能夠?qū)⒏邏悍烹姛舭l(fā)出的光反射到該照明 系統(tǒng)的出光窗，-該背反射器包含一光軸，-該高壓放電燈包含一放電管，該放電管封閉一放電空間并包含兩個電極，工作時 兩個電極間產(chǎn)生放電弧，該放電弧基本上被定位在光軸上背反射器的焦點處，-該放電管包含至少部分地位于放電弧和背反射器之間的第一部件，和至少部分 地位于放電弧和出光窗之間的第二部件，與第一部件相比，第二部件具有不同的形狀，從而 在第二部件中形成一折射元件，以用于降低從放電弧發(fā)出的并被第二部件折射的光在出光 窗處的角分布。按照本發(fā)明 的方法具有這樣的效果高壓放電燈的放電管的第二部件的形狀形成 一折射元件，或透鏡。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 件的形狀被這樣選定使得第二部件的折射特性能夠降低照射到出光窗的光的角分布。在 公知的照明系統(tǒng)中，高壓放電燈由兩個基本上相同的部件組成。這兩個部件通常是圓錐形并且用相同的生產(chǎn)模具制造，所以在所采用生產(chǎn)工藝參數(shù)的精度范圍內(nèi)，它們是相同的。在圓錐形狀的窄端，電極穿透放電管部件的管壁。公知的高壓放電燈是通過連接放電管的兩 個錐形部件的寬端制造的。公知的高壓放電燈發(fā)出的并且照射到離光軸一定距離的背反射 器上的光，典型地以與出光窗垂直軸相對較大的夾角射向出光窗，于是將以明顯較大的夾 角照射到出光窗上。這將造成照射到出光窗上的光線在這個出光窗垂直軸周圍的角分布相 對較大。由于前述入射光線的夾角相對較大，部分光線也許不能穿過這個典型地只能接收 有限范圍入射角的光學系統(tǒng)的余下部分。這將降低公知照明系統(tǒng)的效率。按照本發(fā)明的照 明系統(tǒng)，第一和第二部件具有不同的形狀。第二部件形狀的選定是為了形成一個折射元件， 該元件重新定向放電弧發(fā)出的光使之射向背反射器，所以被重新定向的光能夠以比較靠近 前述背反射器垂直軸的一角度照射到背反射器上。隨后，反射光將射向出光窗并以比較靠 近此出光窗垂直軸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，減少了反射光的損失，這就提高了本發(fā)明的照明系統(tǒng) 的亮度。第二部件的最佳形狀可以通過例如使用光學建模軟件確定，例如 ASAP , lighttools 等。在本照明系統(tǒng)的一個實施例中，放電管的第一部件形成了又一個折射元件用于縮 小放電弧圖像的尺寸，該圖像通過被第一部件折射和從背反射器反射的光產(chǎn)生。高壓放電 燈從放電弧發(fā)出前述光。放電弧不是一個點光源而是具有特定的尺寸?？赡艿兀Y(jié)合其他 光學元件后，背反射器會生成放電弧的圖像。在公知的照明系統(tǒng)中，放電弧發(fā)出的光經(jīng)過放 電管第一部件后產(chǎn)生的圖像可能相對較大并可能大于使用該照明系統(tǒng)的光的光學系統(tǒng)的 光闌(diaphragm)。由于這個相對較大的圖像，第一部件傳輸?shù)牟糠止饪赡軄G失，因此降低 了公知照明系統(tǒng)的效率和亮度。在按照本發(fā)明的照明系統(tǒng)中，放電管第一部件的形狀適于 生成又一個折射元件。在第一部件的該又一個折射元件的形狀被這樣選定使得縮小放電 弧圖像的尺寸。通過降低被第一部件折射的光所生成圖像的放大率，照明系統(tǒng)的效率得到 提高。放電管第一部件可以具有這樣的形狀基本上所有被第一部件折射并從背反射器反 射的光都能通過光學系統(tǒng)的光闌，于是基本上避免了光線損失。同樣，放電管第一部件的最佳形狀可以通過例如使用光學建模軟件確定，例如 ASAP , lighttools 等。發(fā)明者已發(fā)現(xiàn)公知照明系統(tǒng)的效率主要受兩種不同效應(yīng)的限制。第一種效應(yīng)是在 出光窗處相對較大的角分布，這主要是由放電管第二部件傳輸?shù)墓庠斐傻?。第二種效應(yīng)是 在出光窗處放電弧圖像的相對較大的放大率，這可能導致光損失。第二種效應(yīng)主要是由放 電管第一部件傳輸?shù)墓庠斐傻?。通過選擇本發(fā)明照明系統(tǒng)的高壓放電燈內(nèi)的放電管的第一 和第二部件的特定外形，出光窗處的角分布和放電弧圖像放大率均可降低。從而，提高了本 發(fā)明照明系統(tǒng)的效率。在本照明系統(tǒng)的一個實施例中，背反射器是具有所述焦點和另一個焦點的橢圓形 背反射器，其中橢圓形背反射器包含用于將由第二部件和/或第一部件傳輸?shù)墓廪D(zhuǎn)向遠焦 點的球面像差。橢圓形背反射器通常有兩個焦點。通常，光源位于其中一個焦點處，并且光 學系統(tǒng)其余部分的光闌位于另一個焦點處。由于第二部件和/或第一部件是折射元件，所以使用橢圓形背反射器可能不會將高壓放電燈發(fā)出的光從焦點全部反射到位于另一個焦 點處的光闌。由于放電管的折射特性，因而一個基本上標準的橢圓形背反射器不再是最優(yōu) 的。通過將球面相差加入到橢圓形背反射器，可以使其適于將經(jīng)由第一和第二部件發(fā)出的 所有光基本上反射到所述另一個焦點。所添加的球面像差可以是這樣的結(jié)合放電管第一 和/或第二部件的折射特性，放電弧發(fā)出的全部光基本上都通過位于所述另一個焦點的光 闌傳輸。在本照明系統(tǒng)的一個實施例中，球面像差包含一級像差和/或二級像差和/或三 級像差。為了進一步提高本發(fā)明照明系統(tǒng)的效率，所需的球面像差可以是一級、二級和三級 像差的任何組合。為了獲得本照明系統(tǒng)的背反射器的最佳形狀而選擇的球面像差可以通過
使用光學建模軟件確定，例如ASAP 、lighttools 等。在本照明系統(tǒng)的一個實施例中，放電管包含具有外表面和內(nèi)表面的壁，第二部件 的外表面形狀與第一部件的外表面形狀基本相同，并且第二部件的內(nèi)表面形狀與第一部件 的內(nèi)表面形狀不同，于是在第二部件內(nèi)形成了折射元件。此實施例具有相對容易制造的優(yōu) 點。通常，放電管由各自具有基本圓柱形內(nèi)壁的兩半構(gòu)成。通過在高溫狀態(tài)下將這兩半擠 壓在一起以獲得放電管，內(nèi)壁被擠出以形成彎曲的內(nèi)壁。在制造過程中，通過簡單地改變所 述兩半被擠壓在一起的壓力，可以由此調(diào)適并控制內(nèi)壁的彎曲度。在本照明系統(tǒng)的一個實施例中，離所述焦點一定距離處的第二部件的內(nèi)徑比焦點相對側(cè)上離焦點同樣距離處的第一部件的內(nèi)徑至少大10%，第一和第二部件的內(nèi)徑是在基 本上垂直于光軸的方向上定義的。在本照明系統(tǒng)的一個實施例中，離所述焦點一定距離范圍內(nèi)的第二部件的內(nèi)徑比 焦點相對側(cè)上離焦點匹配距離范圍內(nèi)的匹配距離處的第一部件的內(nèi)徑至少大10%。至少 10%的不對稱導致所述效率可測量的提升并且典型地超越了當代生產(chǎn)工藝的生產(chǎn)工藝窗在本照明系統(tǒng)的一個實施例中，放電管第一部件的內(nèi)壁和/或第二部件的內(nèi)壁在 沿著包含光軸的平面的截面視圖中的形狀是朝放電弧凸起，或者朝放電弧凹進，或者是直 線形的。當?shù)谝徊考?或第二部件是凸起形狀時，放電管壁相對遠離放電弧，從而導致放 電管壁相對低的溫度并因此限制了在高壓放電燈開啟的情況和高壓放電燈關(guān)閉的情況之 間放電管材料中的應(yīng)變?；旧现本€形的第一和/或第二部件具有這樣的優(yōu)點非對稱的 放電管可以相對容易地制造，這是因為在成型前，石英管的初始形狀基本上是具有直內(nèi)壁 的中空圓柱形。在放電管的制造過程中，放電管的內(nèi)壁不必變得足夠熱以生成凸形或凹形 的形狀。本發(fā)明也涉及權(quán)利要求9中定義的一種高壓放電燈以及權(quán)利要求10中定義的一 種圖像投影系統(tǒng)。


參照下面描述的實施例，本發(fā)明的前述和其他方面將變得清楚并將被闡明。在附圖中圖1是按照本發(fā)明的照明系統(tǒng)的示意圖，圖2A，2B，2C和2D顯示按照本發(fā)明的帶有非對稱放電管的高壓放電燈的不同實施例。圖3A顯示在公知的照明系統(tǒng)中從放電弧發(fā)出的幾束光線，并且圖3B顯示按照本發(fā)明的照明系統(tǒng)中從放電弧發(fā)出的幾束光線。圖4顯示包含按照本發(fā)明的照明系統(tǒng)的圖像投影系統(tǒng)。這些附圖純粹是概略性的并非按比例繪制。特別是為了圖示清晰，有些尺寸被大 幅放大。附圖中的相似組件盡可能用相同的附圖標記表示。
具體實施例方式圖1是按照本發(fā)明的照明系統(tǒng)100的示意圖。照明系統(tǒng)100包含高壓放電燈80 和背反射器30，該背反射器將高壓放電燈80發(fā)出的一部分光向出光窗50反射。高壓放電 燈80包含放電管90，該放電管具有兩個電極98、99，工作時兩個電極間產(chǎn)生放電弧。高壓 放電燈80也被稱作短弧高壓放電燈，其典型的電極間距在1至3毫米的范圍內(nèi)。在圖1示 出的實施例中，電極98、99被布置為平行于光軸55?？商娲?，電極可以被布置為基本上 垂直于(未示出)光軸55。圖1示出的放電管90由至少部分地位于放電弧和背反射器30 之間的第一部件10和至少部分地位于放電弧和出光窗50之間的第二部件20組成。與第 一部件10相比，第二部件20具有不同的形狀，導致放電管90的形狀不對稱。第二部件20的形狀被這樣選定使得放電管90的第二部件20形成一個折射元 件，其折射由第二部件20傳輸?shù)牟⒔?jīng)由背反射器30反射向出光窗50的光，從而降低了照 射到出光窗50的光的角分布。由于第二部件20的折射特性，經(jīng)由第二部件20發(fā)出的光以 比較靠近反射鏡30垂直軸(未示出)的角度照射到背反射器30上。隨后，反射光射向出 光窗50并以比較靠近其法線(未示出)的角度照射到出光窗50上，因此降低了照射到出 光窗50的光的角分布。通過降低照射到出光窗50的光的角分布，更多光將穿過位于出光 窗50或在其后面的光學系統(tǒng)(未示出)，并因此提高了照明系統(tǒng)100的效率。通常，背反射器30是一個橢圓形的背反射器30 (見圖3)，該背反射器包含焦點40 和另一個焦點45 (見圖3)，高壓放電燈80的放電弧定位在焦點40處，而例如另一個光學系 統(tǒng)112 (見圖4)的光闌47 (見圖3)位于另一個焦點45處。為了進一步提高照明系統(tǒng)100的效率，放電管90的第一部件10可以被成型以形 成另一個折射元件。此另一個折射元件可以被這樣成型使得使放電弧圖像的尺寸縮小。高 壓放電燈90從放電弧發(fā)出光。放電弧不是一個點光源而是具有一定的尺寸?？赡艿亟Y(jié)合 其他光學元件，背反射器30在另一個焦點45處生成放電弧圖像。這個放電弧圖像與光闌 47(如圖3A所示，光線1、1’)比較可能太大。這可能是例如在公知的照明系統(tǒng)中的情況。 因為這個相對較大的圖像，由第一部件10傳輸?shù)牟糠止饩€可能損失，這降低了公知照明系 統(tǒng)的效率和亮度。在按照本發(fā)明的照明系統(tǒng)100中，放電管90的第一部件10的形狀被調(diào) 適以便獲得一個折射元件。位于第一部件處的折射元件的形狀被這樣選定使放電弧圖像 的尺寸縮小。當背反射器30是橢圓形時，它將在另一個焦點45處生成放電弧圖像。理想 狀態(tài)下，另一個焦點45處的放電弧影像等于或小于光闌47的尺寸。因此，由第一部件10 折射的光所產(chǎn)生的圖像的放大率的降低進一步提高了照明系統(tǒng)100的效率。發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，當橢圓形背反射器30包含球面像差時，按照本發(fā)明的照明系統(tǒng)100 的效率獲得進一步提高。球面像差可以這樣選定使得被第二部件20折射的光和/或被第一部件10折射的光可以被重新定向到另一個焦點45上。當高壓放電燈90被視為一個點 光源時，標準的橢圓形背反射器基本上會將該點光源(典型地位于橢圓形背反射器的焦點 40處)發(fā)出的所有光反射到它的另一個焦點45上。但是，由于放電管90不對稱的形狀，第 一部件10和第二部件20相當于將第一部件10和第二部件20傳輸?shù)墓庵匦露ㄏ虻耐哥R元 件。因此，對于將經(jīng)由第一部件10和/或第二部件20發(fā)出的基本上全部光反射到另一個 焦點45上，標準的橢圓形背反射器并不是理想的。發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，給橢圓形背反射器增加球 面像差可以進一步提高按照本發(fā)明的照明系統(tǒng)100的效率。當應(yīng)用特別成型的第二部件20、特別成型的第一部件10和背反射器30的球面像 差時，按照本發(fā)明的照明系統(tǒng)100的效率可以提高10%以上。放電管90的第一部件10和第二部件20的最佳形狀可以使用光學建模軟件確定。 而且能夠提供最佳效率的球面像差也可以借助光學建模軟件確定。為了尋找實現(xiàn)每個特定 目標的最佳組合，可能需要做一些實驗。通常，公知的高壓放電燈由兩個基本上相同的圓錐形半塊構(gòu)成。公知的高壓放電 燈是通過連接放電管的兩個圓錐形半塊的寬端制造的。第二部件20可以通過例如將兩個 半塊之一改變形狀而獲得，從而使出光窗50處的角分布降低。第一部件10可以通過例如 將兩個半塊中的另一個改變形狀而獲得，從而縮小放電弧圖像的尺寸。連接第一部件10和 第二部件20制成了按照本發(fā)明的高壓放電燈80的放電管90。這在圖1被示出，其中與焦 點40相交的點劃線代表第一部件10和第二部件20被連接以形成放電管90的連接處。可 替代如圖1所示的其中兩個電極98，99被布置為基本上平行于光軸55的布置，高壓放電燈 80可以旋轉(zhuǎn)90°，從而使兩個電極98，99被布置為基本上垂直于光軸。在這樣一個實施例 中(未示出)，第二部件20可以通過例如將兩個半塊中的每一個的至少部分地位于放電弧 和出光窗50之間的一部分改變形狀而獲得。第一部件10可以通過例如將兩個半塊中的每 一個的至少部分地位于放電弧和背反射器30之間的另一部分改變形狀而獲得。在圖1示出的本實施例中，僅僅第二部件20的壁的內(nèi)表面72與第一部件10的壁 的內(nèi)表面70相比形狀不同。可替代地，第二部件20的外表面62與第一部件10的外表面 60相比形狀可以不同(未示出)。再一次可替代地，第二部件20的內(nèi)表面72和外表面62 分別與第一部件10的內(nèi)表面70和外表面60相比，形狀可以不同(未示出)。圖2A、2B、2C和2D示出了按照本發(fā)明的帶有非對稱放電管90、92、94、96的高壓放 電燈80、82、84、86的不同實施例。圖2A，2B，2C和2D中的不同實施例是在沿著包含光軸55 的平面的截面視圖中示出的。圖2A、2B、2C和2D都示出了背反射器30的一部分、兩個電極 98、99和光軸55。在圖2A、2B、2C和2D的每一個中，第一部件10、14的外表面60與第二部 件20、22、24的外表面62相比形狀基本上相同。圖2A是高壓放電燈82的一個實施例的截面視圖，其中第一部件10的內(nèi)表面70 和第二部件22的內(nèi)表面74的形狀都是朝放電弧凸起的。第一部件10的內(nèi)表面70的凸形 降低了經(jīng)第一 部件10傳輸?shù)墓馑傻姆烹娀D像的尺寸。第二部件22的內(nèi)表面74的 凸形降低了出光窗50處的角分布。如圖2A所示，沿光軸55，離背反射器焦點40的距離為χ的位置上第二部件22的 直徑d2Q比焦點40相對側(cè)上離焦點40同樣距離-χ的位置上第一部件10的直徑d1Q至少大 10%。放電管92的直徑是在基本上垂直于光軸55的方向上測量的并且測量的是放電管92的內(nèi)徑。放電管92內(nèi)表面70、74的形狀類似子彈的形狀。圖2B是高壓放電燈84的一個實施例的截面視圖，其中第一部件14的內(nèi)表面76和第二部件24的內(nèi)表面78的形狀都是朝放電弧凸起的。由于放電管94的第二部件24處的 直徑d2(l、d22與第一部件14處的直徑d1(l、d12相比有所增加，所以當與其中第二部件基本上 是第一部件的鏡像的放電管比較時出光窗50處的角分布降低了，所述鏡像為在與焦點40 相交的由點劃線標示的且基本上垂直于光軸55的平面中反映成像。這種可折射的第一部 件14和可折射的第二部件24的特定組合提供在出光窗50處的特定光分布。如圖2B所示，離焦點40的距離范圍為Δ χ的位置上第二部件24的直徑d2Q-d22比 焦點40相對側(cè)上離焦點40匹配距離范圍- Δ χ內(nèi)的匹配距離位置上的第一部件14的直徑 d10-d12至少大10%。再一次，放電管94的直徑是在基本上垂直于光軸55的方向上測量的 并且測量的是放電管94的內(nèi)徑。圖2C是高壓放電燈86的一個實施例的截面視圖，其中第一部件10的內(nèi)表面70的 形狀是朝放電弧凸起的，并且第二部件24的內(nèi)表面78的形狀是朝放電弧凹進的。第一部 件10的內(nèi)表面70的凸起形狀縮小了經(jīng)第一部件10傳輸?shù)墓馑傻姆烹娀〉某叽?。?二部件24的內(nèi)表面78的凹進形狀降低了出光窗50處的角分布而且可能在出光窗50處形 成特定的光分布。圖2D是高壓放電燈80的一個實施例的截面視圖，其中第一部件10的內(nèi)表面70 的形狀是朝放電弧凸起的，并且第二部件20的內(nèi)表面72在放電弧的方向上基本上是直線 形。第一部件10的內(nèi)表面70的凸起形狀縮小了經(jīng)第一部件10傳輸?shù)墓馑傻姆烹娀?的尺寸。第二部件20的內(nèi)表面72的直線形是這樣選定的使經(jīng)第二部件20傳輸?shù)墓獗徽?射，從而降低在出光窗50處的角分布。第一部件10、14和第二部件20、22、24的每一種不同形狀的內(nèi)表面70、72、74、76、
78在出光窗50位置上產(chǎn)生不同的光分布，并且可能在橢圓形背反射器上需要一套不同的 球面像差，以便獲得按照本發(fā)明的比公知照明系統(tǒng)效率高的照明系統(tǒng)100。圖3A示出了公知照明系統(tǒng)中的放電弧發(fā)出的幾束光線1、1’、2、2’，并且圖3B示出 了按照本發(fā)明的照明系統(tǒng)100中的放電弧發(fā)出的幾束光線3、3’、4、4’。在如圖3B所示的按照本發(fā)明的照明系統(tǒng)100中，背反射器30是一個橢圓形的背 反射器30。光軸55位于橢圓形背反射器30的焦點40和另一個焦點45之間。放電管90 的第二部件20 (見圖1)被加工成與第一部件10 (見圖1)不同的形狀，以便使出光窗50處 的角分布降低。角分布是由出光窗50上的入射光與出光窗50的垂直軸(平行于光軸55) 之間的夾角確定的。在如圖3A所示的公知照明系統(tǒng)中，放電管的第一和第二部件被加工成 基本上相同的形狀。如圖3A所示的光線2、2’源自放電弧并由背反射器32反射而穿過出 光窗50射向另一個焦點45。照射到出光窗50上的光線的角度由第一夾角Ci1和第二夾角 α2表示。由圖3Α可見，光線以相同的第一夾角Ci1和第二夾角％照射到位于另一個焦點 45處的光闌47上。相比之下，圖3Β示出的放電管90包含第二部件20(見圖1)，其被這樣 改變形狀使得出光窗50處的角分布降低。而且圖3Β示出的光線4、4’源自放電弧并且 被背反射器32反射。由于放電管90的第二部件20的形狀改變，放電弧發(fā)出的光被第二部 件20折射并且以比較靠近背反射器30的法線的夾角照射到背反射器30上。隨后，反射光 射向出光窗50并且以比圖3Α所示公知照明系統(tǒng)更小的夾角βρ β 2照射到出光窗50上。這在圖3B中示出，其中< Ci1并且β2< α20如圖3Β中可見，光也以減小的夾角 β2照射到光闌47上。由于這種在出光窗50 (以及在光闌47)處的角分布的降低，按照本 發(fā)明的照明系統(tǒng)100的效率與公知的照明系統(tǒng)相比有所提高。而且，圖3Α示出了公知照明系統(tǒng)中放電弧的圖像放大率M1,該圖像放大是通過使 用經(jīng)由位于放電弧和背反射器32之間的放電管部分傳輸?shù)墓舛a(chǎn)生的。當該圖像放大在 另一個焦點45處大于光闌47時，在公知的照明系統(tǒng)中存在光損失。在圖3Β所示的按照本 發(fā)明的照明系統(tǒng)100中，放電管90的第一部件10(見圖1)被重新成型以便降低經(jīng)放電管 90的第一部件10傳輸?shù)牟⑶覐谋撤瓷淦?0反射的光所生成的放電弧的放大率Μ2。在圖3Β 中，這一減小的放大由放大率禮表示。該放大率M2優(yōu)選地被選擇為使得經(jīng)第一部件10折 射并且從背反射器30反射而生成的放電弧的整體圖像基本上小于或等于光闌47的尺寸。圖3Β示出的背反射器30包含球面像差，從而使得被第一部件10和/或第二部件 20折射的光被反射回另一個焦點45。在公知的照明系統(tǒng)中，背反射器32通常具有基本上 標準的橢圓形。當放電弧位于背反射器32的焦點40上并且光闌47位于背反射器32的另 一個焦點45上時，放電弧發(fā)出的所有光基本上都照射到光闌47上。但是，由于按照本發(fā)明 的放電管90的第一部件10和/或第二部件20形狀的改變，基本上標準的橢圓形公知背反 射器32(在圖3Β中由虛線標示)不能將放電弧發(fā)出的基本上全部的光線反射到另一個焦 點45。為了修正第一部件10和/或第二部件20的該折射特性，橢圓形背反射器30包含球 面像差。圖4示出了包含按照本發(fā)明的照明系統(tǒng)100的圖像投影系統(tǒng)110。圖像投影系統(tǒng) 110包含整形透鏡112，該整形透鏡將照明系統(tǒng)100發(fā)出的光進行整形，以便使其透過分光 鏡114照射數(shù)字光處理器120。從數(shù)字光處理器120反射的調(diào)制光透過投影透鏡116在屏 幕125上成像。可替代地，投影系統(tǒng)可以使用例如液晶顯示模塊(未示出)，其被用作傳輸 過程中的光閥。投影系統(tǒng)110可以是例如投影儀(beamer)或投影電視?？商娲?，投影系統(tǒng)110 可以是原型速成系統(tǒng)(3D打印機)或光刻系統(tǒng)。應(yīng)當注意的是，上述實施例說明了而不是限制了本發(fā)明，并且本領(lǐng)域的技術(shù)人員 將能夠在不背離所附權(quán)利要求的情況下設(shè)計出許多可替代的實施例。在權(quán)利要求中，置于括號之間的任何附圖標記都不應(yīng)被理解成限制該權(quán)利要求。 動詞“包含”及其變化的使用并不排除權(quán)利要求中未提及的元件或步驟的存在。元件之前的 冠詞“一”不排除多個這種元件的存在。本發(fā)明可以借助包含幾個不同元件的硬件實現(xiàn)。在 列舉了幾種裝置的設(shè)備權(quán)利要求中，這些裝置中的幾個可以由同一項硬件具體化。某些措 施在相互不同的權(quán)利要求中被敘述的事實，并不表示這些措施的組合不能被有利地使用。
權(quán)利要求
一種照明系統(tǒng)(100)，包含至少部分地被背反射器(30)環(huán)繞的高壓放電燈(80，82，84，86)，其中背反射器(30)能夠?qū)⒏邏悍烹姛?80，82，84，86)發(fā)出的光反射到照明系統(tǒng)(100)的出光窗(50)，-該背反射器(30)具有一光軸(55)，-該高壓放電燈(80，82，84，86)包含一放電管(90，92，94，96)，該放電管封閉一放電空間并包含兩個電極(98，99)，工作時兩個電極間產(chǎn)生放電弧，該放電弧基本上被定位在光軸(55)上背反射器(30)的一焦點(40)處，-該放電管(90，92，94，96)包含至少部分地位于放電弧和背反射器(30)之間的第一部件(10，14)，和至少部分地位于放電弧和出光窗(50)之間的第二部件(20，22，24)，與第一部件(10，14)相比，第二部件(20，22，24)具有不同的形狀，從而在第二部件(20，22，24)中形成一個折射元件，以用于降低放電弧發(fā)出的并被第二部件(20，22，24)折射的光在出光窗(50)處的角分布。
2.按照權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)(100)，其中放電管(90，92，94，96)的第一部件 (10，14)形成了又一個折射元件，用于縮小放電弧圖像的尺寸，該圖像通過被第一部件 (10，14)折射且從背反射器(30)反射的光產(chǎn)生。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的照明系統(tǒng)(100)，其中背反射器(30)是具有所述焦點 (40)和另一個焦點(45)的橢圓形背反射器(30)，其中橢圓形背反射器(30)包含球面像 差，用于將由第二部件(20，22，24)和/或第一部件(10，14)傳輸?shù)墓饩€重定向到所述另一 個焦點(45)。
4.按照權(quán)利要求3所述的照明系統(tǒng)(100)，其中球面像差包含一級像差和/或二級像差和/或三級像差。
5.按照權(quán)利要求1、2、3或4所述的照明系統(tǒng)(100)，其中放電管(90,92,94,96)包含具 有外表面(60，62)和內(nèi)表面(70，72，74，76，78)的壁，第二部件(20，22，24)的外表面(62) 形狀與第一部件(10，14)的外表面(60)形狀基本相同，并且第二部件(20，22，24)的內(nèi)表 面(72，74，78)形狀與第一部件(10，14)的內(nèi)表面(70，76)形狀不同，于是在第二部件(20， 22，24)內(nèi)形成了折射元件。
6.按照權(quán)利要求5所述的照明系統(tǒng)(100)，其中離所述焦點(40)—距離(x)處的第二 部件(20，22，24)的內(nèi)徑(d20)比所述焦點(40)相對側(cè)上離所述焦點(40)同樣距離(_x)處 的第一部件(10，14)的內(nèi)徑(d10)至少大10%，第一部件(10，14)和第二部件(20，22，24) 的內(nèi)徑(d1(l，d20)被定義在基本上垂直于光軸(55)的方向上。
7.按照權(quán)利要求6所述的照明系統(tǒng)(100)，其中離所述焦點(40)—距離范圍AX上第 二部件(20，22，24)的內(nèi)徑(d20-d22)比所述焦點(40)相對側(cè)上離所述焦點(40)匹配距離 范圍(-Ax)內(nèi)的匹配距離位置上的第一部件(10，14)的內(nèi)徑(d1Q-d12)至少大10%。
8.按照前述權(quán)利要求中任一項所述的照明系統(tǒng)(100)，其中放電管(90，92，94，96)的 第一部件(10，12，14，16)的內(nèi)壁(70，76)和 / 或第二部件(20，22，24，26)的內(nèi)壁(72，74， 78)在沿著包含光軸(55)的平面的截面視圖中的形狀是朝放電弧凸起，或者朝放電弧凹 進，或者是直線形。
9.在按照前述權(quán)利要求中任一項所述的照明系統(tǒng)(100)中使用的高壓放電燈(80，82， 84，86)，照明系統(tǒng)(100)包含具有光軸(55)的背反射器(30)，-高壓放電燈(80，82，84，86)包含一放電管(90，92，94，96)，該放電管封閉一放電空 間并包含兩個電極(98，99)，工作時兩個電極間產(chǎn)生放電弧，該放電弧基本上被定位在光軸 (55)上背反射器(30)的一焦點(40)處。-該放電管(90，92，94，96)包含至少部分地位于放電弧和背反射器(30)之間的第一 部件(10，14)，和至少部分地位于放電弧和出光窗(50)之間的第二部件(20，22，24)，與第 一部件(10，14)相比，第二部件(20，22，24)具有不同的形狀，從而在第二部件(20，22，24) 中形成一個折射元件，以用于降低從放電弧發(fā)出并被第二部件(20，22，24)折射的光在出 光窗(50)處的角分布。
10. 一種包含按照權(quán)利要求1至8所述的照明系統(tǒng)(100)的投影系統(tǒng)(110)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種照明系統(tǒng)(100)，一種高壓放電燈(90)和一種圖像投影系統(tǒng)。該照明系統(tǒng)包含一個高壓放電燈和一個用于將高壓放電燈發(fā)出的光反射到出光窗(50)的背反射器(30)。該背反射器包含一個光軸(55)。高壓放電燈包含一個放電管(90)，該放電管包含兩個電極(98，99)，工作時兩個電極間產(chǎn)生放電弧。放電管包含一個至少部分地位于放電弧和背反射器之間的第一部件(10)，和一個至少部分地位于放電弧和出光窗之間的第二部件(20)。與第一部件相比，第二部件具有不同的形狀，從而在第二部件中形成一個折射元件，以降低從放電弧發(fā)出的并被第二部件折射的光在出光窗處的角分布。按照本發(fā)明的方法具有這樣的效果由于降低了在出光窗處的角分布，第二部件的特定折射特性提高了該照明系統(tǒng)的效率。
文檔編號H01J61/30GK101849138SQ200880114799
公開日2010年9月29日 申請日期2008年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月6日
發(fā)明者A·比爾斯馬, H·米勒, Y·阿克塞諾夫 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司