專利名稱：具有密封陶瓷反射外殼的無電極的燈的制作方法
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及具有改進的玻璃料密封陶瓷外殼的高溫、高效燈裝置，它由外部放置電極激勵裝在燈外殼內(nèi)部的壓力下的填充物，使氣體汽化形成等離子體而產(chǎn)生光束。更具體地說，本發(fā)明涉及一種以高溫?zé)o電極燈為特征的投影系統(tǒng)，其中，光能量是由裝在玻璃料陶瓷體或外殼內(nèi)的等離子體產(chǎn)生的，陶瓷外殼具有一個環(huán)繞燈體內(nèi)部的凹面反射器表面。
2.現(xiàn)有技術(shù)的描述大功率的燈被用于除通常白熾燈和熒光燈之外的照明應(yīng)用。一種燈被稱為高強度放電(HID)燈，它由玻璃外殼和當(dāng)燈在工作時會蒸發(fā)并變?yōu)闅怏w的填充物構(gòu)成。
最近，給利用硫或硒或這些物質(zhì)的化合物的燈填充物的高功率燈授予了專利。授予Dolan等人、題目為“含有硫的燈”的第5,404,076號美國專利揭示了一種利用受激填充物的無電極燈。這里將Dolan等人的第5,404,076號美國專利引作參考。
采用投影系統(tǒng)在諸如電影或電視屏幕或計算機顯示屏的較大表面上顯示圖象。例如，在正投系統(tǒng)中，圖象光束是從圖象源投射到反射型角度變換屏幕的正面上，然后，使光線反射到位于屏幕前方的觀眾。在背投系統(tǒng)中，圖象光束被投射到透射型角度變換屏幕的背面上并透射到位于屏幕前方的觀眾。
在Knox于1995年12月29日提交的題目為“投影圖象”的第08/581,108號美國專利繼續(xù)申請中，揭示了一種顯示光學(xué)圖象的方法，通過沿光學(xué)路徑把圖象投射在插在光學(xué)路徑上的光學(xué)裝置上，一次使圖象從光學(xué)裝置反射，另一次使圖象透過光學(xué)裝置以進行顯示。這里將Knox于1995年12月29日提交的題目為“投影圖象”的第08/581,108號美國專利申請引作參考。Knox于1996年10月17日提交的題目為“圖象投影系統(tǒng)機組件”的第08/730,818號美國專利申請揭示了一種進行這種顯示的投影系統(tǒng)，這里將其引作參考。
投影系統(tǒng)的圖象源采用必須具有高強度和最好能十分有效地產(chǎn)生的光。Knox等人于1996年11月12日提交的題目為“產(chǎn)生偏振光光束的高效率燈裝置”的第08/747,190號美國專利申請揭示了這樣的光源，這里將其引作參考。如果光學(xué)圖象是通過投影顯示的，那么，它有時要透過插在光學(xué)路徑上的光學(xué)裝置，在1995年12月29日提交的第08/581,108繼續(xù)申請的投影系統(tǒng)中，一個或多個光學(xué)裝置一次使圖象從光學(xué)裝置反射，另一次使圖象透過光學(xué)裝置以進行顯示，一旦光學(xué)圖象落在插在光學(xué)路徑上的光學(xué)裝置上，光強度將會降低，因此，在光學(xué)裝置插在光學(xué)路徑上的投影系統(tǒng)中，需要有攻擊效率的高強度光的投影機。
發(fā)明概要本發(fā)明提供一種利用等離子體光源產(chǎn)生強光束的改進型高效率的燈裝置。該裝置包括無電極的燈體，較佳地由陶瓷或類似的耐高溫材料制成。燈體具有一個環(huán)繞燈內(nèi)部的凹面。
透明的玻璃板使外殼的一端密封。在燈體內(nèi)部裝入填充物。填充物較佳地是能夠被激發(fā)而形成等離子體光源的硫或硒或其組合。
燈體提供一個其上具有反射表面的凹面。產(chǎn)生射頻(或RF或微波)能量的電極位于燈體的外部，射頻能量使得燈體腔體內(nèi)的氣體受激和形成產(chǎn)生強高溫(約800℃至1200℃)和強光束的等離子體光源。正如這里采用的，術(shù)語射頻是指足以能夠激勵燈泡中填充物的頻率(例如，約150MHz至約10GHz，或者其它的合適頻率)。
透明(例如玻璃、石英、藍寶石或任何光學(xué)透明材料)板使氣體密封在外殼的內(nèi)部和允許光透過外殼。
可以采用玻璃料密封劑來實現(xiàn)燈體在其周邊邊緣與玻璃透鏡的周邊之間的連接。玻璃透鏡較佳地是石英板或是透明的和能夠承受高溫的類似材料。
附圖簡述為了進一步理解本發(fā)明的實質(zhì)和目的，應(yīng)當(dāng)參考以下結(jié)合附圖給出的詳細(xì)描述，附圖中采用相同的標(biāo)號表示相同的部件，其中

圖1是本發(fā)明的燈裝置的第一實施例的截面正視圖。
圖2是本發(fā)明的燈裝置的第二實施例的截面正視圖。
圖3是本發(fā)明的燈裝置的第三實施例的截面正視圖。
圖4是本發(fā)明的燈裝置的第四實施例的截面正視圖。
圖5是本發(fā)明的燈裝置的第四實施例的部分透視圖。
圖6-7是本發(fā)明的燈裝置的第五和第六實施例的截面正視圖，表明附加的密封幾何關(guān)系。
圖8A和8B是表明另一密封的截面正視圖。
圖9和10是適合于本發(fā)明裝置使用的系統(tǒng)的側(cè)視圖。
較佳實施例的詳細(xì)描述圖1示出由標(biāo)號10總體表示的本發(fā)明的燈裝置的第一實施例。燈裝置10包括外殼或殼體11，它具有凹形內(nèi)表面12和凸形外表面13。外殼11提供一個由環(huán)形凸緣14環(huán)繞的敞開端部，凸緣14具有平的內(nèi)表面15和外表面16。環(huán)形的肩17從環(huán)形凸緣14伸出。環(huán)形的肩17具有內(nèi)表面18和外表面19。外殼11較佳地為陶瓷。
透明的圓板20較佳地是由諸如玻璃、石英或藍寶石的耐熱的光學(xué)透明材料制成。在環(huán)形凸緣14和環(huán)形肩17處圓板20與燈外殼11相連接。圓板20具有內(nèi)表面21和外表面22。
燈外殼11與圓板20之間的連接是利用位于環(huán)形凸緣14表面15與圓板20之間的玻璃料密封劑23完成的，如圖1所示。玻璃料密封劑是通過使玻璃粉與玻璃粘合劑熔合在一起而制成的密封劑。然而，密封劑23也可以是銅焊密封劑或者直接搭接型密封劑120(見圖8A)，使玻璃或諸如藍寶石的透明陶瓷熔化在陶瓷上。密封劑23還可以通過使部分陶瓷外殼11和部分圓板20在接點處金屬化，然后使金屬121與金屬122在已金屬化的涂層處焊接(見圖8B)而形成。在圓板20與外殼11之間形成連接30。
內(nèi)部空間24是由外殼11的凹面和圓板20限定的。內(nèi)部空間24含有諸如硫、硒填充物或這些物質(zhì)的化合物的填充介質(zhì)。容納在內(nèi)部空間24內(nèi)的氣體是例如利用射頻能量能夠使之激發(fā)形成等離子體光源25的填充物。
圖1中示出的電極27和28定位于燈外殼11的外部，與外殼11的外表面13間隔開來。因此，電極27、28不經(jīng)受等離子體光源25的強高溫。
反射表面12可以是高反射率的陶瓷表面，較佳地是漫反射表面(例如白色陶瓷)。這產(chǎn)生一個準(zhǔn)直的燈裝置10，它產(chǎn)生通常為平行的光線29。除了外殼11的曲面形狀和圖2所示外殼32的正方形狀外，其它各種形狀也是可以的?？梢圆捎貌煌男螤钇仁沟入x子體自身形成不同的形狀或者在透明材料與陶瓷之間提供不同的密封特性。
圖2公開了由標(biāo)號31總體表示的本發(fā)明的燈裝置的第二實施例。燈裝置31提供一外殼32，它具有一體地形成的圓柱形側(cè)面33和平的圓形端面34，外殼32可以是諸如陶瓷的耐熱材料。
在圓形端面34上設(shè)置內(nèi)側(cè)平表面35。圓柱形的內(nèi)表面36是在圓柱形側(cè)面33上形成的。圖2中還示出了外表面37、38，分別是圓形和圓柱形的形狀。
燈外殼32具有一個敞開的端部39，用一個諸如偏振濾光片的圓形濾光片40將其覆蓋。圓形濾光片40具有周邊表面41，在42處形成與燈外殼32的連接，濾光片40有一個內(nèi)表面43和一個外表面44。內(nèi)表面43在連接42上與周邊表面41相連接。連接42較佳地包括玻璃料密封劑。然而，密封劑42也可以由銅焊密封劑或直接搭接型密封劑，將玻璃熔化到陶瓷上。密封劑42還可以通過使部分陶瓷外殼32和部分濾光片40在接點處金屬化，然后使金屬121與金屬122在已金屬化的涂層處焊接而形成。在濾光片40與外殼32之間形成連接30。
第二平板45定位在等離子體光源47與濾光片43之間。平板45較佳地是由諸如石英、藍寶石等的耐高溫材料制成的光學(xué)透明平板。連接46表示平板45與外殼32的圓柱形內(nèi)表面36之間的連接。
等離子體光源47是在外殼32的內(nèi)部51形成的。內(nèi)部51含有能夠被激發(fā)形成等離子體光源47的填充物(如硫、硒或其化合物)。等離子體光源47不是嚴(yán)格限定的球體，但是占據(jù)內(nèi)部51的中央?yún)^(qū)。
一對電極49、50提供射頻能量，它能夠激發(fā)內(nèi)部51中的氣體形成等離子體光源47。外殼32的內(nèi)部52是在平板45與濾光片43之間的空間。內(nèi)部52中充有形成板45和板43之間的絕緣層的氣體物質(zhì)。
平板43可以是偏振薄膜濾光片，它可能不能承受燈外殼32的內(nèi)部51中產(chǎn)生的強高溫。因此，在平板43與45之間設(shè)置絕緣氣體層52，防止高溫?fù)p傷薄膜平板43。圖2中示出的光線53是從燈外殼32穿過玻璃板45和濾光片43出射的。在圖2的實施例中，光53在通過偏振濾光片43后變?yōu)槠窆狻?br> 在圖3中，示出了由標(biāo)號54表示的本發(fā)明的燈裝置的第三實施例。燈裝置54具有圓柱形外殼55，它包括平的圓形端面56、平的內(nèi)表面57、圓柱形的內(nèi)表面58和外表面59。表面57、58與圓形平板62限定內(nèi)部60，其中含有能夠被激發(fā)而形成等離子體光源73的填充物(如硫、硒氣體或其化合物)。燈外殼55具有敞開端面61，它被圓形平板62所覆蓋。平板62具有內(nèi)表面70和外表面71。
外殼55提供周邊凸緣63和環(huán)形的肩64。凸緣63具有內(nèi)表面65和外表面66。環(huán)形的肩64具有外表面67和內(nèi)表面68。玻璃料密封劑69形成平板62與環(huán)形凸緣63之間的密封。連接72是在環(huán)形肩64與平板62之間形成的。
等離子體光源73是通過電極75、76的能量在含有氣體的內(nèi)部60中形成的。圖3所示的電極75和76定位于燈內(nèi)部的外側(cè)，因此它們不經(jīng)受等離子體光源73產(chǎn)生的強高溫。示出的光線77是從燈裝置54中出射的。
在圖4和5中，示出了由標(biāo)號78表示的本發(fā)明的燈裝置的第四實施例。燈裝置78包括外殼或殼體(較佳地為陶瓷)79，它具有凹形的反射表面80、凸形的外表面81和內(nèi)部82。內(nèi)部82含有諸如硫、硒或其化合物的填充介質(zhì)，能夠激勵它們形成等離子體光源83。
電極85和86定位于燈外殼79的外部，因此它們不經(jīng)受等離子體光源83產(chǎn)生的強高溫。設(shè)置的周邊凸緣87具有外表面88和內(nèi)表面89。透明平板90可以是諸如石英的耐熱玻璃。平板90具有外表面91和內(nèi)表面92。透明平板90的周邊93形成與燈外殼79的連接94。玻璃料密封劑95位于燈外殼79與平板90之間，如圖4所示。燈外殼79提供平的周邊表面96，形成與反射器97的連接。反射器97也具有相應(yīng)的平表面98，形成與平表面96的連接。反射器97的周邊邊緣99上有裝入濾光片101的凹槽100。濾光片101的周邊邊緣102形成與凹槽100上遮光罩97的連接。
圖6和7示出了圖3的玻璃料密封型密封劑的附加幾何關(guān)系。在圖6中，示出圖3所示裝置54的另一種型式，具有不同的密封結(jié)構(gòu)。燈104按照圖3中的燈54而構(gòu)造，但是密封幾何除外。在圖6中，外殼105的形狀與圖3中的外殼55的形狀相同。然而，構(gòu)件63、64在幾何結(jié)構(gòu)上不同。外殼105的密封安排包括位于圖6中平板109(對應(yīng)于圖3的平板62)與多個凸緣106、107、108之間的玻璃料密封劑110，凸緣106、107、108形成一個接受密封劑110的C形環(huán)形構(gòu)件。
在圖7中，平板116對應(yīng)于圖3中的平板62。外殼113對應(yīng)于圖3的外殼55，但是在密封116位置處的幾何結(jié)構(gòu)上不同。在圖7的實施例中，燈112包括一個外殼113，它具有相互間以約90度相交的環(huán)形凸緣部分114、115。密封劑117可以是位于環(huán)形凸緣115的環(huán)形邊緣118與平板116的周邊邊緣119之間的玻璃料密封劑。圖6和7的密封都可以是玻璃料密封或者銅焊或者焊接。如果是焊接，首先使外殼105、113的表面和表面109、116金屬化，以提供焊接用的金屬-金屬表面。
圖9和10示出一個背投視頻系統(tǒng)260，它包括線性反射偏振器262和消色差延遲器264，它們允許投影圖象266中的光一次從顯示屏268上反射而另一次則透過顯示屏268。這可以供“光折疊”之用，使視頻系統(tǒng)260可以非常淺，仍然能夠投影大的圖象，正如在前面引用的題目為“投影圖象”的美國專利申請中所描述的。為了使視頻系統(tǒng)260正常地工作，圖象源276必須產(chǎn)生偏振光。多種多樣的不同類型的視頻系統(tǒng)在圖象形成中采用了偏振。
由于在這里所述的本發(fā)明概念的范圍內(nèi)能夠作出許多不同的和變化的實施例，以及在這里按照法律描述要求詳述的實施例中可以作出許多的改進，因此，應(yīng)當(dāng)明白，這里給出的細(xì)節(jié)應(yīng)理解為說明性的而非限制性的。
權(quán)利要求
1.一種產(chǎn)生強光束的高效燈裝置，其特征在于所述裝置包括a)具有環(huán)繞燈內(nèi)部的凹面的無電極燈體；b)裝在燈體內(nèi)部的填充物；c)凹面上具有反射器表面的燈體；d)使填充物密封在內(nèi)部的透明玻璃板；以及e)這里，由等離子體產(chǎn)生的光束經(jīng)透明玻璃板從燈體中出射。
2.如權(quán)利要求1所述的高效燈裝置，其特征在于所述的燈體是陶瓷。
3.如權(quán)利要求1所述的高效燈裝置，其特征在于所述的燈體具有一個周邊邊緣和所述玻璃板在所述周邊邊緣處附著到所述燈體上。
4.如權(quán)利要求3所述的高效燈裝置，其特征在于所述玻璃板用玻璃料密封劑附著到所述燈體上。
5.如權(quán)利要求3所述的高效燈裝置，其特征在于所述玻璃板通過焊接附著到所述燈體上。
6.如權(quán)利要求3所述的高效燈裝置，其特征在于所述玻璃板通過直接搭接附著到所述燈體上。
7.如權(quán)利要求1所述的高效燈裝置，其特征在于所述燈體包括一個縱向截面為拋物形的反射器部分。
8.如權(quán)利要求1所述的高效燈裝置，其特征在于所述燈體包括一個通常為圓柱形的部分。
9.如權(quán)利要求1所述的高效燈裝置，其特征在于所述燈體有一個凹形光反射內(nèi)表面。
10.如權(quán)利要求1所述的高效燈裝置，其特征在于進一步包括由所述燈體支撐的使從所述燈外殼出射的光偏振的偏振器。
11.如權(quán)利要求10所述的高效燈裝置，其特征在于所述填充物為硫。
12.如權(quán)利要求10所述的高效燈裝置，其特征在于所述填充物為硒。
13.一種產(chǎn)生偏振光光束的高效燈裝置，其特征在于所述裝置包括a)無電極燈體，其形狀為一凹形壁面殼體，該殼體具有一個有周邊的敞開端；b)在所述周邊處被緊固到所述燈體上的透明板構(gòu)件，所述透明板和燈體限定內(nèi)部空間；c)所述內(nèi)部空間中含有能夠被激發(fā)而形成等離子體光源的填充物；以及d)這里，由等離子體產(chǎn)生的光束通過透明板構(gòu)件從燈體中出射。
14.一種產(chǎn)生偏振光光束的高效準(zhǔn)直燈裝置，其特征在于所述裝置包括a)帶有敞開端部的無電極空心燈體；b)覆蓋所述燈體的所述敞開端部的透明蓋板；和c)使所述玻璃板與所述燈體維持在一起的密封體，使得所述燈體、蓋板和密封體限定一個腔體；d)所述腔體具有含有填充物的內(nèi)部空間；e)這里，外部電極不承受由等離子體產(chǎn)生的強高溫；和f)具有內(nèi)反射表面的所述燈體，對等離子體光源輻射的光進行反射和準(zhǔn)直，形成平行光線，從燈體的敞開端部出射。
15.如權(quán)利要求14所述的高效準(zhǔn)直燈裝置，其特征在于所述燈體是陶瓷。
16.如權(quán)利要求15所述的高效燈裝置，其特征在于所述蓋板用玻璃料密封劑附著到所述燈體上。
17.如權(quán)利要求15所述的高效燈裝置，其特征在于所述蓋板通過焊接附著到所述燈體上。
18.如權(quán)利要求15所述的高效燈裝置，其特征在于所述蓋板通過直接搭接附著到所述燈體上。
19.如權(quán)利要求14所述的高效準(zhǔn)直燈裝置，其特征在于所述透明蓋板是石英。
20.一種產(chǎn)生偏振光光束的高效燈裝置，其特征在于所述裝置包括a)具有環(huán)繞燈內(nèi)部的凹面和敞開端部的陶瓷、耐熱、無電極燈體；b)其上具有光反射表面的凹面；c)裝有能夠被激勵而形成等離子體光源的填充物的燈內(nèi)部空間；d)使所述凹面密封的透光板；e)在玻璃板與燈體的敞開端部之間形成密封的玻璃料密封劑；以及f)這里，由等離子體產(chǎn)生的光束通過敞開端部和透光板從燈體中出射。
21.如權(quán)利要求20所述的高效燈裝置，其特征在于所述的燈體是陶瓷。
22.如權(quán)利要求20所述的高效燈裝置，其特征在于所述的燈體有一個周邊邊緣和所述透光板在所述周邊處附著到所述燈體上。
23.如權(quán)利要求20所述的高效燈裝置，其特征在于所述燈體通常為圓柱形。
24.如權(quán)利要求20所述的高效燈裝置，其特征在于所述燈體有一個凹形光反射內(nèi)表面。
25.如權(quán)利要求20所述的高效燈裝置，其特征在于進一步包括由所述燈體支撐的使由所述等離子體輻射的光偏振的偏振器。
26.如權(quán)利要求25所述的高效燈裝置，其特征在于在所述玻璃板與所述燈體周邊邊緣之間有一絕緣層氣體空間。
27.一種產(chǎn)生偏振光光束的高效燈裝置，其特征在于所述裝置包括a)無電極陶瓷燈體，呈凹形壁面殼體的形狀；b)在所述周邊處被緊固到所述燈體上的透明透光板構(gòu)件，所述透明板構(gòu)件和燈體限定一個腔體；c)使所述透明板構(gòu)件和燈體維持在一起的連接；d)所述連接包括位于所述透明板構(gòu)件與燈外殼之間的玻璃料密封劑；e)所述腔體含有能夠被激發(fā)而形成等離子體光源的填充物；以及f)這里，由等離子體產(chǎn)生的光束通過透明板構(gòu)件從燈體中出射。
28.如權(quán)利要求27所述的高效燈裝置，其特征在于所述燈體包括平的圓形和圓柱形的側(cè)面部分。
29.如權(quán)利要求27所述的高效燈裝置，其特征在于所述透明板構(gòu)件以包含玻璃料密封劑的連接附著到所述燈體上。
30.如權(quán)利要求27所述的高效燈裝置，其特征在于所述燈體與透明板構(gòu)件沿所述燈外殼的周邊連續(xù)鄰接。
31.如權(quán)利要求27所述的高效燈裝置，其特征在于所述燈外殼包括凹形壁面部分和具有凸緣的周邊部分。
32.如權(quán)利要求31所述的高效燈裝置，其特征在于所述透明板構(gòu)件在所述凸緣處附著到所述燈體上。
33.如權(quán)利要求32所述的高效燈裝置，其特征在于進一步包括位于所述凸緣與透明板構(gòu)件之間的玻璃料密封劑。
34.如權(quán)利要求33所述的高效燈裝置，其特征在于進一步包括在所述凸緣處附著到所述外殼上的反射器屏蔽。
全文摘要
一種產(chǎn)生強光束的無電極燈(10),包括環(huán)繞燈內(nèi)部空間的燈體(11)。將諸如硫或硒或其化合物的氣體裝入燈體(11)內(nèi),形成等離子體光源。凹面燈體(11)有一個反射表面(12)。電極(27、28)設(shè)置在燈體的外部,產(chǎn)生射頻能量激勵氣體。耐熱的玻璃板(20)密封凹面燈體(11)。可以采用玻璃料密封劑(23)形成凹面燈體(11)與玻璃板(20)之間的耐壓和耐熱密封。由等離子體產(chǎn)生的光束通過玻璃板(20)出射。
文檔編號H01J61/34GK1241295SQ97180894
公開日2000年1月12日 申請日期1997年12月16日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月16日
發(fā)明者R·M·諾克斯, W·B·默瑟, D·S·沃克 申請人:熔化照明股份有限公司